JPH08105374A - 波の力で動く波力ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】海洋上で装置が大型化するにつれて、フロート
の揺動によりチェーンの過大な張力が作用する波力ポン
プにおいて、機構上安全な装置を作るためには、シリン
ダーを動揺させる機構すなわち、ジョイントリングの曲
げ及びねじりモーメント等を、軽減するように構成する
事が第一条件となる。 【構成】そのためにはシリンダー内に水が出入りするノ
ズルにＵ字管を接続し、このＵ字管の他方一端をシリン
ダーの上部に配置すると共に、このＵ字管の口が外両側
から内側を向くように配置する。この中にジョイントリ
ングを挟み込むような構成にする事でジョイントリング
のリング管の両管間の面間寸法を小さくする事により、
支持間隔がいちじるしく小さくなる事で、これらの曲げ
モーメントやねじりモーメントが小さくなるばかりでな
く、流体の慣性力や管抵抗等も著しく小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】本発明は地球温暖化ならびに地球環境破
壊、エネルギー資源の枯渇化等が大きな問題となってい
る今日に於いて、クリーンな自然エネルギーである波の
力を利用して水を送水すことの出来る高効率の波力ポン
プを開発し、海洋や湖沼等の浄化や、港湾の換水、揚水
発電、海洋温度差発電、濃度差発電等の揚水ポンプとし
て用いると同時に、環境破壊防止と省エネルギー、省資
源に役立てる事を目的とする。また装置が大型化した場
合、シリンダーを動揺させる機構すなわち、ジョイント
リングを出来得る限り小型化した上で機構上、機能上十
分な役割の果たせるものを開発する事を目的とする。

【０００２】

【産業上の利用の分野】本発明は波の力を利用して揚水
発電、海洋温度差発電、濃度差発電等の揚水ポンプとし
て用いるばかりでなく、海洋や湖沼等で水の送水ポンプ
として用いることで、港湾の換水ならびに海洋や湖沼、
水源地を浄化させることにより、人類の生活に欠かすこ
との出来ない魚介類や海草類等の水産資源、飲料水等の
水資源を確保するものである。

【０００３】

【従来の技術】電力や内燃機関を利用したものは別とし
て、本発明と同様に水を送水する方式にも自然エネルギ
ーを利用したもので、太陽電池、風力、波力、潮流など
種々の装置がある。これらの源泉となる太陽光、太陽
熱、風、波、潮流等の何れについても希薄性、散晩性で
あって、またその変動幅が大きい。それ故、これらのエ
ネルギーを工業的に利用することは非常に困難であっ
た。しかしながら徐々にではあるが長年の努力によっ
て、近年ようやく経済ベースに乗って来つつある。特に
波力に関しては、既に出願した「波力ポンプ」（特願昭
６０−９５９６３）波の力を利用した波力ポンプ（特願
平５−１１６３０２）が海洋を浄化する装置の送水ポン
プとしてなんとか実用化に向けて、活躍を始めた。

【０００４】しかしながら（特願昭６０−９５９６３）
の波力ポンプはシリンダー上部の外両側に、シリンダー
を動揺させるためのボスが出ていることと、このボスか
ら接続される接続管がジョイントリングの内側に接続さ
れているため、シリンダーの直径に対し、ジョイントリ
ングのリング管の両管間の面間寸法が大きくならざるを
得ない。一方ポンプの揚程、ならびに送水量等の面から
装置の性能を上げるためにはフロートを大型化し、チェ
ーン等の張力を大きくせざるを得ない。しかるにこのジ
ョイントリングのリング管の両管間の面間寸法が大きく
なる事は、装置の構造上曲げモーメントやねじりモーメ
ントが増大するばかりでなく、その中を流れる脈動流に
よる水の慣性力、管抵抗等が増大する事も加わり、事実
上制作不可能な装置となっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した通
り、すでに出願した波力ポンプ（特願昭６０−９５９６
３）等に於いて、ピストン、シリンダーの直径やチェー
ン等の張力が大型化した場合にも、ジョイントリングの
リング管の両管間の面間寸法があまり大きくならないよ
うにすることと、シリンダーとジョイントリングの接合
部等における可動部の回転が、スムーズに回転しなくて
はならない問題があった。

【０００６】

【発明の構成】

【課題を解決するための手段および作用】この発明は上
述の問題点に関し、シリンダー上部両側に内方向に向け
たＵ字管の下方を接続し、Ｕ字管の下方に対する上方に
は、ジョイントリングの外方向に突き出したノズルがこ
れに挿入され、この部分で双方が回転自在になるように
する。このＵ字管を固定させるためにＵ字管にサドルを
設け、これがシリンダーもしくはシリンダーの上部に設
けた蓋板に固着させる。したがってシリンダーとＵ字管
は一体化された上で、ジョイントリングの外側に突き出
したノズルとこのＵ字管の上部が回転出来るようにす
る。

【０００７】シリンダー上部両側に取付けられるＵ字管
の軸心と、ジョイントリングの外方向に突き出したノズ
ルの軸心を同じにし、回転自在にすると共に、これと平
面図上で約９０°の角度で交又させたジョイントリング
の両端に設けた支持軸は、サドルに設けた軸受部で回転
自在にすることにより、波により揺動するフロートの動
力でシリンダー内のピストンは往復動すると同時に、動
揺するシリンダー内へ、水がサドル等に固定した管か
ら、管状のジョイントリングを通りＵ字管等を介して出
入り出来るようにする。

【０００８】このときジョイントリングは前述した通
り、シリンダー上部両側に内方向に向けて接続したＵ字
管と、ジョイントリングの外方向に突き出したノズルを
利用して、小さくなる方向に構成されているためジョイ
ントリングのリング管の両管間の面間寸法が比較的小さ
くなり、チェーンの過大な張力に対しても曲げモーメン
トやねじりモーメント等から計算される応力に耐えられ
るものとなると同時に、管内流体の脈動流による慣性力
や管摩擦等も小さくなる。またＵ字管に設けたＵ字管の
サドルをシリンダー側に固着する事で、このＵ字管とジ
ョイントリングの外方向に突き出したノズルの回転部に
おいて、軸心方向の曲げモーメントやねじりモーメント
が著しく小さくなるものである。以下添付図面を参照に
しながら、本発明の好適実施例を以下に説明する。

【０００９】

【実施例】図１は、後述する波力ポンプのピストン、シ
リンダー、ジョイントリング等の主要部の構成を表す縦
断面図である。この図の構成および作用を以下に説明す
る。先ずシリンダー１の上部に蓋板２を設け、シリンダ
ー１と蓋板２はボルト締め等で固着されているものす
る。蓋板２の中心部には穴が開けられピストンロッド３
が貫通し、この部分に軸受４が設けられると同時に、こ
の軸受の中にグランドパッキン、リング環等が用途に合
わせて設けられ、パッキン押さえ等の金物で固定される
ものとする。シリンダー１の上部両側にはノズル５が設
けられこれにＵ字管６の下端がボルト等で締め付けられ
ている。

【００１０】Ｕ字管６は上部エルボ６′と下部エルボ
６″からなり、この双方が図のように組み合わされてい
る。上部エルボ６′にはＵ字管のサドル７が設けられ、
これが蓋板２の背面に固着しているものとする。Ｕ字管
６の上部エルボ６′とジョイントリング８の外方向に突
き出たノズル９は、図のように上部エルボ６′の中に挿
入状態にあり、この双方が回転自在であるものとする。
ノズル９の基部に設けたリング状のストッパーと、上部
エルボ６′の端部でこれに接触する面で大きくなった部
分には、この双方が離れないような防止策として、カバ
ー１５が設けられている。

【００１１】次に前述したＵ字管６とジョイントリング
８の外方向に突き出したノズル９は図のように向い合う
関係から、ジョイントリング８のリング管の両管間の面
間寸法は比較的小さく設定されているものとする。また
ジョイントリング８にはジョイントリングの補強リブ１
６等も設けられている。図２の説明で後述するが本図中
“Ａ”−“Ａ”矢視における平図面では、ジョイントリ
ング８の向う側と、手前両側に支持軸１０が設けられ、
この軸が軸受１１に支持されており、この軸と軸受間に
おいては自由に回転出来るものとする。この図面から見
ても明らかなごとく、前述したＵ字管６の上部エルボ
６′の軸心とジョイントリング８に設けた支持軸１０
は、平面図上において約９０°の角度で交鎖し、この両
軸が回転することによりシリンダー１は自由に動揺する
ことが出来るものとする。

【００１２】当然のことながらこの両回転部にはメタ
ル、樹脂カップリングの挿入等摩擦減少機構が設けられ
るのは当然のことながら、Ｕ字管６の上部エルボ６′と
ジョイントリング８の外方向に突き出たノズル９の回転
部には液漏れ対策等も講じられているものとする。また
ジョイントリングならびにその支持軸１０は管等を用い
て構成されこの中を水が流通出来るものとする。すなわ
ち波の力でシリンダー１内のピストン１２が往復運動を
した場合、シリンダー１内の水がノズル５、Ｕ字管６、
ジョイントリングの外方向に突き出したノズル９、ジョ
イントリング８およびその支持軸１０を通り、後述する
管１４から出入り出来るものである。つぎの説明は図２
より説明をする。

【００１３】図２は図１における“Ａ”−“Ａ”矢視図
すなわちこの場所から見た平面図である。この図の構成
を以下に説明する。ジョイントリング８の左右両側にジ
ョイントリングの外方向に突き出したノズル９に被せら
れるように上部エルボ６′が差し込まれている。このノ
ズル９および６′の軸心と約９０°方向、向きを違えた
方向にジョイントリングの支持軸１０が設けられると共
に、この軸が軸受１１で支えられこの双方が回転自在と
なっているものとする。

【００１４】次に支持軸１０の一端もしくは両端にジョ
イント１３が設けられ、その外側に後述するサドル等に
固定した管１４が接続されているものとする。この支持
軸１０と管１４はジョイント１３部で同心をなし、回転
方向が摺動自在となっているものとする。設計条件によ
ってはジョイント１３および管１４は、ジョイントリン
グ８の支持軸１０の両側に設けて送水量を上げる事も考
えられる。次にこの図の動作を以下に説明する。

【００１５】先ず前述したシリンダー１を支えているジ
ョイントリング８が、波の変動でジョイントリング８の
両端に設けた支持軸１０と軸受１１の作用により回転動
揺する。一方、管１４は後述するサドル等にサポート等
で固定されている。すなわちこの双方の関係をジョイン
ト１３に備えた回転方向が摺動出来る機構で吸収する。
したがって、動揺するシリンダー内の水が上部エルボ
６′とノズル９、軸受１１と支持軸１０の回転機構にお
いて、サドル等に固定された管１４に出入り出来る結果
となる。次の説明は図３により説明する。

【００１６】図３は図１おける“Ｂ”−“Ｂ”矢視図、
すなわちここから見た平面図である。この図の構成を以
下に説明する。前述したシリンダー上部の蓋板２の中心
付近に軸受４を設け、この中にピストンロッド３を通
す。軸受４とピストンロッド３はある程度の隙間を設け
てあるものとする。シリンダー１の上部フランジと、蓋
板２とＵ字管６のサドル７は強固にボルトと等で締め付
けられているものとする。図１でも説明を行なったが、
シリンダー１の左右両側にノズル５が設けられこのノズ
ルとＵ字管６の下部エルボ６″はボルトと等で強固に締
め付けられている。

【００１７】図４は図１における“Ｃ”−“Ｃ”矢視図
である。この図の構成および動作を以下に説明する。先
ず前述した通り、ジョイントリング８の外側に設けられ
たノズル９にＵ字管６の上部エルボ６′か被せられるよ
うに差し込まれ、この双方が回転自在になっていると同
時に、この上部エルボ６′に下部エルボ６″が接続され
る。上部エルボ６′とシリンダー１及び、蓋板２の接続
を尚強固にするために、上部エルボ６′に設けたＵ字管
６のサドル７が蓋板２等にしっかりと固着されている。
このような状態で後述するフロートの揺動がチェーンを
介してシリンダー内のピストンにかかった場合には、当
然の事ながらピストンはシリンダー内で往復動すると同
時に、フロートの揺動が前後左右、上下に動く事からシ
リンダー１はこの図のノズル９の軸心を中心として、も
しくは前述した支持軸１０の軸心を中心として、ある程
度の角度の範囲内で動揺する。

【００１８】図５は本発明の全体の機構を示す縦断面図
である。本図の構成を以下に説明する。先ず波により揺
動するフロート１７を海面上におく。このフロートの中
心部にはチェーン１８の長さを調整する機構すなわちジ
ャッキのネジ棒１９とハンドル２０が設けられている。
操作方法、海の条件、運搬条件等によってはネジ棒及び
ハンドルを、二重または三重に用いて、チェーンの調整
代を長くしてもかまわない。またこのハンドルは設計条
件によっては油圧駆動、もしくは電気モーター等による
ウインチ等を設けて操作することも差し支えない。

【００１９】一方海底にはポンプ本体を支えるサドル２
１が設置され、このサドルの上部には前述したジョイン
トリングの支持軸を支える軸受１１が設けられている。
この軸受には図１の説明で述べた通り、ジョイントリン
グ８の支持軸１０が通され、この軸受部で支持軸が回転
自在となっているものとする。この支持軸の端部には管
１４が接続され逆止弁２２、サクションストレナー２３
等も接続されている。前述したジョイントリングにはジ
ョイントリングの外方向に突き出したノズル９、Ｕ字管
の上部エルボ６′下部エルボ６″、ノズル５、シリンダ
ー１等が前述した要領で取り付けられている。シリンダ
ー１内にはピストン１２、ウェート２５、ピストンロッ
ド３等が図のように設けられている。したがって海面上
に浮かべたフロートの中心部にあるジャッキのネジ棒１
９が、チェーン１８を介してピストンロッド３に接続さ
れることになる。次に本図の動作を以下に説明する。

【００２０】今海面上のフロート１７が波により上から
下に下落したとする。すると海底部に設けたピストン１
２はウェート２５の作用で下落する。すなわちシリンダ
ー１に水がサクションストレナー２３、逆止弁２２、管
１４、ジョイントリング８、ジョイントリングの外方向
に突出したノズル９、Ｕ字管６の上部エルボ６′下部エ
ルボ６″、ノズル５等を通り吸い込まれる。次に波が来
て海面上のフロート１７は上方向に持ち上げられたとす
ると、シリンダー１内のピストン１２は上方向に引き上
げられる。するとシリンダー１内の水は前述した水路を
逆方向に流れるが逆止弁２２の作用により管２４より吐
出する。以上の繰り返しにより本発明の波力ポンプは稼
働するものである。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなごとく本発明に
よれば、次のごとき優れた効果を発揮する。 １．シリンダー１とその上部にある蓋板２、Ｕ字管６を
分離する事により、装置が大型化しても機械工作上非常
に簡単に製作することが出来る。 ２．ジョイントリングのリング管の両管間の面管寸法を
小さくする事により、機構上、ならびに強度面から、今
日まで製作不可能とされてき来た大規模の波力ポンプが
製作可能となった。 ３．本装置を海洋上に設置することにより、海水揚水発
電、海洋温度差発電、濃度差発電、海水淡水化等を可能
とするばかりでなく、港湾内の換水、浄化、水産資源の
増養殖、環境改善等の多方面に幅広く貢献するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のピストン、シリンダー、ジョイントリ
ング等の主要部の構成を表す縦断面図

【図２】図１における“Ａ−Ａ”矢視図

【図３】図１における“Ｂ−Ｂ”矢視図

【図４】図１における“Ｃ−Ｃ”矢視図

【図５】本発明の全体の機構を示す縦断面図

【符号の説明】

１…シリンダー ２…蓋板 ３…ピス
トンロッド ４…軸受 ５…ノズル ６…Ｕ字
管 ６′…上部エルボ ６″…下部エルボ ７…Ｕ字管のサドル ８…ジョイントリング ９…ノズル １０…支持軸 １１…軸
受 １２…ピストン １３…ジョイント １４…
管 １５…カバー １６…ジョイントリングの補強
リブ １７…フロート １８…チェーン １９…
ネジ棒 ２０…ハンドル ２１…サドル ２２…
逆止弁 ２３…サクションストレナー ２４…管 ２５…
ウェート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】波により揺動するフロート（１７）と、水
   中で動揺自在のシリンダー（１）と、その中に配置され
   るピストン（１２）を備え、前記シリンダー（１）の上
   部両側と、前記シリンダーを動揺させるためのジョイン
   トリング（８）の外方向に突き出したノズル（９）を、
   Ｕ字管で接続することを特長として、波力により揺動し
   たフロート（１７）の動力が、チェーン（１８）、ピス
   トンロッド（３）を介して、水中に設けられた動揺自在
   のシリンダー内のピストン（１２に伝えられ、シリンダ
   ー内の水が、シリンダー（１）の上部両側に接続したＵ
   字管を介して、これと回転自在のジョイントリング
   （８）の端部より出入りすることの出来る波の力で動く
   波力ポンプ。
2. 【請求項２】シリンダー上部両側に下方を接続したＵ字
   管が、Ｕ字管の下方に対する上方において、その中にジ
   ョイントリング（８）の外方向に突き出したノズル
   （９）が挿入される事を特長として、この部分で回転自
   在となると同時に、シリンダー直径より、ジョイントリ
   ング（８）のリング管の両管間の面管寸法を小さくする
   事の出来る請求項１記載の波の力で動く波力ポンプ。
3. 【請求項３】シリンダー上部両側に下方を接続するＵ字
   管に、Ｕ字管のサドル（７）を設け、これがシリンダー
   もしくはシリンダー上部の蓋板（２）に取付けることで
   波により揺動するフロートがチェーンを介してピストン
   を引っ張る際に、シリンダー上部両側に接続したＵ字管
   ならびに、ジョイントリング（８）の外方向に突き出し
   たノズル（９）及び、ジョイントリング（８）のねじり
   モーメント曲げモーメント等が軽減するように構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の波の力で動く波力ポン
   プ。