JPH11223174A - 波動ポンプによる発電システム、及び揚水システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の波動ポンプが備える各フロート装置の上
下動により、貯留した下部タンクの水を汲み上げて上部
タンクに貯留し、下部タンクに落下させる循環送水方式
を採ることで、連続的に送水、発電の行える発電システ
ムを提供する。 【解決手段】立設した複数の支柱１４に設けてなる各波
動ポンプ１０のフロート装置１６を、波動により上下動
させ、下部タンク３に貯留した水Ｗを汲み上げて上部タ
ンク２に貯留し、これを下部タンク３に落下させて水力
発電機５を駆動する。駆動後の落下した水Ｗを下部タン
ク３から再び汲み上げて循環させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波動により垂直変
位動するフロート装置を備える波動ポンプにより、下部
タンクから水を汲み上げて上部タンクに貯留し、この水
を下部タンクに落下させて水力発電機を駆動する波動ポ
ンプによる発電システム、及び波動ポンプによる揚水シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】大気汚染等の公害を発生しないエネルギ
ー発生装置として挙げられる水力発電の他に、風力発
電、太陽光発電、地熱発電、海洋発電等の発電システム
が知られている。なかでも、波の持つエネルギーを利用
して発電する発電システムとして、海面とパイプとの相
対運動によりパイプ内の水面が上下運動し、これにより
空気の流れを生じさせて空気タービンを駆動し、発電機
を回転させる形式のものが知られている（「発電から利
用まで」、森本、永嶋著、１９８１／４／２０、第１
刷、啓学出版、１１５頁）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】海洋発電も、周辺環境
をクリーンな状態に保持しながら発電するため、人類に
とって好ましいものであるが、波による海面レベルの変
動が時間的、空間的にも不規則であるため、連続して安
定した発電をすることは困難である。

【０００４】本発明は、上記した課題に鑑みてなされた
もので、落差を設けて上部、及び下部貯水部を設置し、
複数の波動ポンプの波動に基づく各フロート装置の上下
動により、下部貯水部内の水を汲み上げて上部貯水部に
送水し、これを下部貯水部に連続的に落下させて水力発
電機を駆動するよう構成した波動ポンプによる発電シス
テムを提供することを目的とする。

【０００５】また、本発明の目的は、落差を設けて上
部、及び下部貯水部を設置し、複数の波動ポンプの波動
に基づく各フロート装置の上下動により、下部貯水部内
の水を汲み上げて上部貯水部に揚水するよう構成した波
動ポンプによる揚水システムを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、揚
水システムとして、落差を設けて設置した上部貯水部及
び下部貯水部と、上記下部貯水部に接続した揚水管と、
上記揚水管と連通する導入用接続管と、上部貯水部に連
通する送水用接続管と、支柱を立設して波動により垂直
方向に上下動するフロート装置を取り付けてなる波動ポ
ンプとを備え、上記波動ポンプは、上記導入用接続管及
び上記送水用接続管に連通するＵ字形状配管系と、上記
フロート装置と一体に上記Ｕ字形状配管系の中を上下動
する変位部材と、上記変位部材の下端に固定された逆止
弁とを有し、上記フロート装置の上下動に応じて上記逆
止弁を開閉させ上記導入用接続管から上記送水用接続管
に向けて送水するよう構成し、上記下部貯水部の水を上
記上部貯水部に汲み上げるように構成したことを特徴と
するものである。

【０００７】また、上記波動ポンプにおいて、上記変位
部材は、上記フロート装置に固定し上記Ｕ字形状配管系
の上記導入用接続管及び上記送水用接続管側のそれぞれ
の中間位置に嵌入してなる変位管であり、上記逆止弁
は、上記変位管の下端に固定されたものであることを特
徴とし、上記逆止弁は、上記変位管の上記送水用接続管
側下端に設けられ上記フロート装置の下降時に開き、該
フロート装置の上昇時に閉じるよう構成した逆止弁と、
上記変位管の上記導入用接続管側下端に設けられ上記フ
ロート装置の上昇時に開き、該フロート装置の下降時に
閉じるよう構成した逆止弁とからなることを特徴とし、
上記上部貯水部と下部貯水部との間に、上部貯水部に貯
留された所定レベル以上の水を下部貯水部に溢水させる
オーバー・フロー管が接続されていることを特徴とする
ものである。

【０００８】さらに、発電システムとして、上記上部貯
水部と下部貯水部との間に、水力発電機を備える給水管
を接続してなる水力発電部を配置したことを特徴とする
ものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細を、添付した
図面を参照しながら、波動ポンプを発電システムに適用
した実施例に基づいて説明する。本発明の波動ポンプに
よる発電システム１の概略を、その全体構成を示す図１
を参照しながら説明する。水深の深い臨海部の地中１２
に、落差を設けて、例えば、直径２０ｍ、長さ１０００
ｍの円筒形状で、容積Ｖ＝π（１０）² （１０００）＝
３１４、０００ｍ³ の貯水用の上部タンク２及び下部タ
ンク３をシーリング工法により掘削、設置する。

【００１０】上部タンク２と下部タンク３との間には、
その途中に水力発電機５を介在させた給水管４と、下部
タンク３の水汲み上げ用の、例えば、内径２００ｍｍの
揚水管６とが接続される。さらに、海が荒れ、波による
海面レベルの上下動行程が大きい場合に、後述する波動
ポンプ１０の汲み上げ水量が大量となり、上部タンク２
が過充満状態になるのを防止するため、所定レベルに到
達すると、下部タンク３に自動的に溢水、流下させるオ
ーバー・フロー管７が接続される。

【００１１】水深の深い海岸縁の海には、海面レベルか
ら突出するとともに、例えば、６ｍ間隔で並設するよう
海底に立設した１０本の支柱１４のそれぞれに、波の上
下動に伴って上下動するよう構成した、後述する波動ポ
ンプ１０を取り付け、これら波動ポンプ１０を１０台で
１組とする発電システムを構築する。

【００１２】各波動ポンプ１０の汲み上げ用分岐管８
は、揚水管６に接続した汲み上げ用本管８０にそれぞれ
接続され、また、上部タンク２に接続した送水用分岐管
９は上部タンク２に接続された送水用本管９０に接続さ
れている。

【００１３】そして、波動に基づく海面レベルの上下動
に伴って上下動する各波動ポンプ１０のフロート装置１
６の水汲み上げ作用により、水Ｗを貯留した下部タンク
３から揚水管６、汲み上げ用本管８０、及び汲み上げ用
分岐管８を介して波動ポンプ１０内に導入し、次いで、
送水用分岐管９、及び送水用本管９０を介して上部タン
ク２に貯留する。上部タンク２に貯留した水Ｗを給水管
４に落下させ、水力発電機５を駆動した水Ｗは、再び下
部タンク３に貯留される。

【００１４】図２は波動ポンプ１０の立面図、図３は図
２を矢印Ａ方向から、支柱１８、１８を取り除いて眺め
た左側面図、図４は図２に示す波動ポンプに接続される
配管系と本管との接続関係を、図２の矢印Ｂ方向から眺
めた上面図である。図２、３において、海底１１に、引
潮時に海面から、例えば、２３ｍの高さに突出する断面
円形状、又は方形状等の支柱１４を１０本立設し、この
支柱１４の頂部に矩形板形状の管支持板１５を固設す
る。そして、図４に示すように、フロート装置１６の浮
き部１９上に位置する管支持板１５の両端部側には、本
管８０に接続した汲み上げ用分岐管８と、本管９０に接
続した送水用分岐管９とが水平に固定され、この管８、
９には、垂直下方に延出する導水管２０と、送水管２４
とが図示しないフランジ等の接続部により接続されてい
る。

【００１５】次に、Ｕ字形状配管系を説明すると、後述
する波動ポンプの作用を説明する図１１、図１２に明確
に示されているが、フロート装置１６に固定され、その
上下動に伴って上下に変位可能な管２１、２３の上端側
内周面には、上記した管２０及び２４が挿入されてお
り、また、変位管２１、２３の下端側外周面はその下方
に位置するＵ字管２２の両脚部内に挿入されており、こ
れらの管２０、２４と、２１、２３と、Ｕ字管２２との
全体で分岐管８から導入した水Ｗを分岐管９を介して送
水するＵ字形状配管系を形成する。

【００１６】次に、図２、３を参照して、フロート装置
１６の全体構成を説明する。フロート装置１６の一部を
形成する浮き１９の形状は、例えば、その外径が４００
０ｍｍ、高さが１７００ｍｍを有するとともに、浮き１
９の上端面から１２００ｍｍ迄は円筒体を形成し、上記
１２００ｍｍを超えてからは高さ５００ｍｍの半球を形
成する。浮き１９の体積は、ほぼ１７、０００ｍ³ とな
る。この浮き１９の中央部には、上記支柱１４を支障な
く通過させ得る程度の直径、例えば、９００ｍｍの円筒
形状の孔が穿設され、さらに、この孔の、上記直径方向
の両端部側には、Ｕ字管２２の両脚部分を支障なく通過
させ得る程度の直径４００ｍｍの円筒形状の孔が２本穿
設され、また、浮き部１９の重量、変位管２１、２３、
案内ローラ２９、３１、及び支持板１７の重量が存在す
るため、汲み上げ機能を奏する浮き１９の実効体積は、
上記した体積よりもほぼ３５％程度減少した約１１ｍ³
となる。

【００１７】浮き１９の上部端面の外周縁の直径方向に
は支柱１８、１８をそれぞれ立設し、支柱１８、１８の
上端部に矩形板形状の支持板１７を接続してフロート装
置１６を形成する。支持板１７の中央部に穿設された孔
には、支柱１４が通過自在に挿入され、また、支持板１
７の両端部に穿設された孔には、管２１、２３を通過自
在に挿入するとともに、この孔の周縁部には管２１、２
３の上端縁が固定されている。

【００１８】図２に示す符号３０は、後述する案内ロー
ラ２９の上部に固定した緩衝用バネ部材で、フロート装
置１６が急激に上昇し、支柱１４の上部側に取り付けた
ストッパー２７に衝突しても、フロート装置１６に印加
する衝撃力を弱める機能を有し、また、符号３４は、支
柱１４に挿入されるとともに、管２２の曲管部と支柱１
４とに固定された管支持金具３３の上部に固定された緩
衝用バネ部材であり、これにより、フロート装置１６が
急激に下降して支持金具３３に衝突しても、浮き１９に
及ぼす衝撃力を緩和する。なお、緩衝用バネ部材に代
え、油圧式、又は気圧式緩衝部材や、ゴム、合成樹脂等
の弾性材による緩衝部材を適宜選択して用いることが出
来る。

【００１９】次に、フロート装置１６を支柱１４に沿っ
て円滑に案内する案内ローラ２９について説明する。図
５（Ａ）は支柱１４が具備する案内レール２８と係合し
ている案内ローラ２９の上面図、（Ｂ）は図５（Ａ）に
おいて矢印Ｈ方向から眺めた右側面図、（Ｃ）は図５
（Ｂ）において矢印Ｊ方向から眺めた背面図である。支
持板１７の中央部に穿設した支柱１４を支障なく通過さ
せ得る直径を持つ孔の周縁部には、案内ローラ２９が固
設されている。

【００２０】支柱１４の直交方向４側面の長手方向に沿
ってそれぞれ配設された案内レール２８に係合するロー
ラ５２は、支持板１７に固定した基板５０に立設されて
いる一対の側板５１、５１に回転自在に軸設されてい
る。このように構成されているため、浮き部１９が波に
より水平方向の揺動を受けても、案内ローラ２９は、フ
ロート装置１６を支柱１４の案内レール２８に沿って円
滑に上下方向に案内することが出来る。また、図２から
明らかなように、かかる案内ローラ２９は、支柱１４が
貫通する浮き部１９の中央部の孔部にも、固設されてい
る。

【００２１】次に、浮き部１９を上下方向に案内する案
内ローラ３１について説明する。図６（Ａ）は管２２と
係合する案内ローラ３１の上面図、（Ｂ）は図６（Ａ）
の矢印Ｋ方向から眺めた右側面図、（Ｃ）は図６（Ｂ）
の矢印Ｌ方向から眺めた背面図である。浮き部１９を上
下方向に案内する複数の案内ローラ３１が、浮き１９の
外周縁部に穿設した図示しない孔の上部、及び下部の周
縁部に、以下のようにして固定されている。即ち、上記
穿設孔の上部、及び下部の周縁部に固定した基板５７に
立設されている一対の側板５５、５５には、管２２と回
転自在に係合し得るローラ５６が軸設されている。この
ように構成された案内ローラ３１を備えているため、波
により水平方向の揺動を受けても、ローラ５６が管２２
と係合し、浮き１９を円滑に上下動させることが出来
る。

【００２２】次に、波動ポンプの立面を示す図２、図３
と、その作用状態を示す図１１とを参照しながら、本発
明のＵ字形状配管系の接続、寸法関係を説明する。図
２、及び図１１において、分岐管８、９の内径は、例え
ば、２００ｍｍ、外径は２３６ｍｍであり、そして、分
岐管８、９に図示しないフランジ等の接続部材により接
続されている管２０、２４の内径、外径も、同寸法を有
している。管２０、２４の下端側外周面は、内径２４４
ｍｍ、外径２８８ｍｍを有するとともに、フロート装置
１６の管支持板１７に穿設された図示しない孔の周縁部
に固定された管２１、２３の内周面内に挿入されてお
り、管２１、２３の外周面側は、内径３３２ｍｍ、外径
３６８ｍｍのＵ字管２２の両脚部の内周面内に挿入され
ている。

【００２３】次に、図１１（Ａ）における管２０の切断
線ＣーＣから下方を眺めた管２０と２１の上面図を示す
図７（Ａ）と、図７（Ａ）において切断線ＦーＦにより
形成される面を矢印Ｅ方向から眺めた図７（Ｂ）とを参
照しながら、管の水漏れ防止用パッキング４０の説明を
する。管２０、２４の下端側外周面には、例えば、深さ
５．２ｍｍ、幅４．２ｍｍの溝を長手方向に２段刻設す
る。また、その周面に段違い状の切り込み部４１を有す
る、弾性金属材よりなる、厚さ４ｍｍ、幅９ｍｍのパッ
キング４０、４０を形成する。そして、切り込み部４
１、４１から拡開したパッキング４０、４０を、管２
０、２４の上記した溝に装着した後に自動的に弾性復帰
させて装着し、管２０と２１、管２４と２３との水漏れ
を防止する。さらに、図１１（Ａ）から明らかなよう
に、管２１、２３の下端部外周面にも、同様に穿設した
２本の溝に、切り込み部４１を有する２本のパッキング
４０、４０を嵌合し、Ｕ字管２２の両脚部と液密的に摺
動自在に接触するよう構成されている。このようにし
て、管２１、２３と、Ｕ字管２２の両脚部との間からの
水漏れを防止する。なお、図７に示したパッキング４０
は、管２１、２３の上部内周縁部、及びＵ字管２２の両
脚部の上部内周縁部に刻設した溝に嵌着するよう構成す
ることも可能である。

【００２４】次に、図８を参照し、分岐管８と管２０と
の接続部分に配設したフロート式逆止弁３６について説
明する。図８（Ａ）は水Ｗを導入中のフロート式逆止弁
３６の長手方向に沿う断面をその周面方向から眺めた
図、（Ｂ）は図８（Ａ）における切断線ＧーＧから下方
を眺めた断面図である。分岐管８と管２０との接続部の
内周面には絞り部３８が形成され、絞り部３８の下流側
には、絞り部３８を閉塞するフロート式弁体３５が配設
され、その下方には、弁体３５の球面状の底面と係合す
る十字形状をなす弁体支持部材３７が設けられている。
そして、弁体３５の底面と弁体支持部材３７との間に
は、弁体３５を上流方向にバイアス力を付与する螺旋形
状のバネ部材Ｓが配設されている。図１１（Ｂ）に示す
ように、水Ｗを管２４から分岐管９に向けて送出する際
には、水Ｗが管２０から管２１内に流入するため、図８
（Ａ）に示す弁体３５は、分岐管８の矢印方向から作用
する水圧力により、スプリングＳの伸長力に抗して弁体
３５を押し下げ、これにより、絞り部３８を開いて水Ｗ
を管８から管２０内に導入する。そして、図１１（Ａ）
に示すように、水Ｗを管２４から分岐管９に送出しない
場合には、弁体３５はそのスプリングＳによる上流方向
に作用する押力を受けるため、弁体３５を上流方向に変
位させて絞り部３８を閉塞し、その他の波動ポンプ１０
の汲み上げ時に流れている本管８０から、当該波動ポン
プ１０への分岐管８を介して水Ｗの流入するのを阻止す
る。

【００２５】次に、図１１（Ａ）の管２３の内周面下端
側に設けた逆止弁３９の構成を、その長手方向に沿う切
断面をその外周面から眺めた図９（Ａ）に概略的に示す
断面図、及び（Ｂ）のその上面から眺めた図を参照しな
がら説明する。図９（Ａ）、（Ｂ）において、管２３の
下端側内周面には、管２３の上下動の際に生じる水Ｗの
水圧を受け、軸支点を回動中心として矢印Ｈ、Ｈ´方向
に回動するよう形成した円板状逆止弁３９が取り付けら
れている。即ち、逆止弁３９は、フロート装置１６の下
降に伴って管２３が下降すると、管２２内の水Ｗの水圧
Ｐを受けて弁を矢印Ｈ方向に回動させて弁を開き、これ
により水路を開いて水Ｗを管２３内に導入し、そして、
フロート装置１６の上昇に伴って管２３が上昇すると、
管２３内の水Ｗによる水圧を受けて弁を矢印Ｈ´方向に
回動させて弁を閉じ、管２３に内に導入した水Ｗを汲み
上げて分岐管９に送出するよう構成されている。なお、
図１１（Ａ）、（Ｂ）と図１２（Ａ）、（Ｂ）とに示す
分岐管９と管２４との接続部分に設けた逆止弁３９´
も、上記した逆止弁３９の構成と全く同様の構成を有
し、同様の作用をするもので、単に説明の際の両者の区
別を明確にするため、３９´の参照符号を付してある。

【００２６】図１０に示す逆止弁３９Ａは、図９
（Ａ）、（Ｂ）に示した逆止弁３９の作用とは全く逆の
作用をするもので、フロート装置１６の上昇時に弁を開
き、フロート装置１６の下降時に弁を閉じるよう構成さ
れたものである。図１０に示すように、逆止弁３９Ａ
は、管２１の内周面下端側に取り付けられており、管２
１の下端側内周面には、管２１の上下動の際に生じる水
Ｗの水圧Ｐを受け、円板状の弁の一端を回動可能に取り
付けた軸支点を回動中心とし、矢印Ｒ、Ｒ´方向に回動
するよう構成されている。即ち、逆止弁３９Ａは、図１
２を参照すると、フロート装置１６の上昇に伴って管２
１が上昇するが、管２１内の水Ｗの水圧Ｐを受けて弁を
矢印Ｒ方向に回動させて弁を開き、これにより水路を開
いて管２１内の水Ｗを管２２内に導入する。逆に、フロ
ート装置１６の下降に伴って管２１が下降すると、管２
２内に存在する水Ｗによる水圧を受け、開いていた弁を
矢印Ｒ´方向に回動させて弁を閉じ、管２２に内に導入
した水Ｗに押圧力を付与し、管２３、２４に汲み上げて
分岐管９に送出するよう構成されている。

【００２７】次に、フロート装置１６の上昇時に水Ｗを
汲み上げる波動ポンプ１０を具備するシステムの作用
を、図１１（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。図
１１（Ａ）に示すように、分岐管８内に水Ｗが充満され
ている状態において、波動による海面レベルの下降に基
づいてフロート装置１６が一点鎖線位置から実線位置ま
で２点鎖線矢印方向に下降し、停止すると、管２１、２
３も下降、停止し、逆止弁３９は図１１（Ｂ）に示す位
置ｍ１に達して停止する。その間、管２３の下端側内周
面に設けた弁３９は、図９（Ａ）に示すように、Ｕ字管
２２内の水Ｗの水圧Ｐを受けるため、矢印Ｈ方向に回動
し、開いたまま下降する。この間は弁３９が開いている
ため水Ｗの汲み上げは行われず、水Ｗの導入、送出は行
われない。このため、フロート式逆止弁３６と、弁３９
´とは閉じたままである。

【００２８】次に、図１１（Ｂ）に示すように、次の波
動による海面レベルの上昇に基づいてフロート装置１６
が一点鎖線位置から実線位置迄上昇し、図１１（Ｂ）に
示す位置ｍ２に達して停止する。これに伴って、管２
１、２３が２点鎖線矢印方向に上昇する。その間、逆止
弁３９は、管２３内の水Ｗの水圧を受けながら上昇する
ため、図９（Ａ）に示すように矢印Ｈ´方向に回動して
弁３９を閉じる。この間、弁３９を閉じた状態で管２
１、２３が上昇するため、管２３内の水Ｗを汲み上げる
とともに、管２３の上昇に伴って、管２３に向けて管２
１、２２内に存在する水Ｗを送出する。このため、フロ
ート式逆止弁３６が開かれるとともに、逆止弁３９´も
開かれ、これにより、実線矢印で示すように、分岐管８
から管２０に水Ｗを導入するとともに、管２４から分岐
管９に向けて水Ｗを送水する。このような汲み上げ作用
により、位置ｍ１と位置ｍ２にて限定される高さＭ１に
管２３の底面積を乗算した容積Ｖ１の水Ｗが、管２４を
介して分岐管９に送られることとなる。

【００２９】ところで、波動による海面レベルの上下動
は、１０台の波動ポンプ１０に一様に作用するものでは
ないから、海面レベルの上昇時に、これら波動ポンプの
うち、例えば、奇数番目の１、３、５、７、９番目の波
動ポンプ１０の各フロート装置１６が上昇し、偶数番目
の２、４、６、８、１０番目の波動ポンプ１０の各フロ
ート装置１６が下降したり、次の海面レベルの上昇時に
偶数番目の波動ポンプ１０の各フロート装置１６が上昇
し、奇数番目の１、３、５、７、９番目の波動ポンプ１
０の各フロート装置１６が下降したり、或いは、海面レ
ベルの上昇時に、７台の波動ポンプ１０の各フロート装
置１６が上昇し、残り３台の波動ポンプ１０の各フロー
ト装置１６が下降したりし、次の海面レベルの上昇時
に、前者の７台の波動ポンプ１０の各フロート装置１６
が下降し、後者の残り３台の波動ポンプ１０の各フロー
ト装置１６が上昇したりする。このため、海面レベルの
上昇時毎に、容量同一の波動ポンプの単一台の汲み上げ
量よりも大量の水Ｗを、下部タンク３から汲み上げて、
上部タンク２へ送水される。

【００３０】また、下部タンク３内に貯留した水Ｗを汲
み上げて上部タンク２に送水し、ここに貯留した水Ｗを
落下させる貯留水循環方式を採用しているため、水Ｗの
供給がほぼ連続的に行われるため、上部タンク２から水
Ｗをほぼ連続的、安定的に下部タンク３に落下させるこ
とが出来る。

【００３１】次に、図１１に示す逆止弁３９とは逆の作
用をする逆止弁３９Ａを管２１の内周面下端側に設けた
波動ポンプ１０の別の実施例の作用を、図１２（Ａ）、
（Ｂ）を参照しながら説明する。図１２（Ａ）に示すよ
うに、分岐管８内に水Ｗが充満されている状態におい
て、波動による海面レベルの上昇に基づいてフロート装
置１６が一点鎖線位置から実線位置まで上昇して停止
し、その上昇に伴って管２１、２３も上昇、停止し、逆
止弁３９Ａは位置ｍ３にて到達して停止する。この間、
図１０に示すように、管２１の上昇による水圧Ｐを受け
て円板状逆止弁３９Ａは矢印Ｒ方向に回動されるため、
管２１、２３は弁３９Ａを開いた状態でフロート装置１
６と共に、汲み上げ作用を行わずに上昇する。このた
め、フロート式逆止弁３６は閉じ、また、分岐管９と管
２４との接続部分に設けた逆止弁３９´も同様に閉じて
いる。

【００３２】次に、図１２（Ｂ）に示すように、海面レ
ベルの下降に伴ってフロート装置１６が一点鎖線位置か
ら実線位置まで下降、停止すると、管２１、２３も共に
下降、停止し、これに伴って弁３９Ａは上記した位置ｍ
３から下降開始して位置ｍ４に到達して停止する。その
間、図１０に示すように、管２２内に存在する水Ｗによ
る水圧を受けた逆止弁３９Ａは矢印Ｒ´方向に回動して
弁を閉じる。

【００３３】このため、弁３９Ａは、管２２内の水Ｗに
押し下げ圧力を加え、水Ｗを管２３、２４に汲み上げて
分岐管９に向けて送出する。従って、逆止弁３９´はそ
の送出水圧を受けて開となり、また、弁３９Ａを閉じた
状態にて、管２０、２１内の水Ｗを下降させるため、フ
ロート式逆止弁３６が開かれて、分岐管８から管２０内
に水Ｗを導入するとともに、管２２内の水Ｗを、実線矢
印で示すように、管２３、２４に汲み上げて分岐管９に
送出する。このような汲み上げ作用により、位置ｍ３と
位置ｍ４にて限定される高さＭ２に管２３の底面積を乗
算した容積Ｖ２の水Ｗが、分岐管９に送水される。ま
た、上述したように、１０台の波動ポンプのうちの数台
が波の上昇作用を受け、残りの波動ポンプが波の下降作
用を受け、次の波の上昇作用により、前者のグループの
波動ポンプが下降し、後者のグループが上昇する等し
て、単一台の波動ポンプによるよりも大量の水Ｗの汲み
上げ、送水が行われる。そして、この実施例において
も、貯留水循環方式を採用しているため、水Ｗの連続的
供給が行われる。なお、図１２に示す逆止弁３９Ａは、
フロート装置１６に下降時の重力が作用するから、汲み
上げは強力に行われることとなる。

【００３４】次に、図１１で説明したように、管２３の
内周面下端側に逆止弁３９を取り付けるとともに、管２
１の内周面下端側にも、図１２に示す逆止弁３９Ａを取
り付けるよう構成することも出来る。このように構成す
ると、フロート装置１６の上下動毎に逆止弁３９、３９
Ａが交互に閉じるため、汲み上げ機能が上下動毎に、即
ち、連続的に働き、分岐管９から脈流の少ない状態に
て、連続的に一様で、かつ、大量に水Ｗを送出すること
が出来る。しかも、複数の波動ポンプ１０が作動するた
め、一層一様な流れを形成することが可能となる。その
上、逆止弁３９、３９Ａはフロート装置１６の上下動毎
に閉じるため、フロート式逆止弁３６、及び円板式逆止
弁３９´の開放、閉止は不要となり、その設置を省略す
ることが可能となる。

【００３５】また、図１１に示した分岐管８と管２０と
の接続部分に設けたフロート式逆止弁３６、または、図
１２に示した分岐管９と管２４との接続部分に設けた逆
止弁３９´は、フロート装置１６の往復行程のうちの何
れか一方の行程、即ち、逆止弁３９、または逆止弁３９
Ａの開放時の行程においてのみ、分岐管８から管２０へ
の逆流、又は、分岐管９から管２４への逆流を阻止する
ものであるから、逆流量が少なく、これを無視してよい
場合には、フロート式逆止弁３６、または、逆止弁３９
´の設置を省略することが可能である。

【００３６】なお、本発明は、実施例記載のものや、数
値に限定されるものではない。即ち、波動ポンプは１０
台で１組とするものではなく、発電容量の大小に対応
し、１組を形成する波動ポンプの台数を適宜増減するこ
とが可能である。そして、フロート装置の浮き部の形状
は、円筒体端面に半球体を設けた形状に限るものではな
く、波動の変動を受けて変位し易い形状に適宜形成して
よいことは勿論であり、さらに、浮き部の寸法、Ｕ字形
状配管系の寸法、給水管４や揚水管６等のサイズは、発
電システムの設計容量に基づいて適宜に選択、設定され
ることは言うまでもない。

【００３７】また、上部タンク及び下部タンクは地中に
形成して設置するものに限定されず、既に製造された上
部タンクを地表に設置したり、あるいは、地上にプール
や貯水池を形成し、これらを密閉して汚染を阻止した状
態で利用することも出来る。そして、下部タンクは、上
部タンクから落差の得られる位置に設置すればよいもの
で、例えば、製造された下部タンクを波動ポンプ設置側
の海底側に配設することも可能である。また、これら循
環系路を流れる水として、水に限らず、循環系路におけ
る装置や部材類等に、塩分に対する腐蝕対策を講じるこ
とにより、海水を用いてよいことは勿論である。

【００３８】さらに、日中に波動ポンプにより水を汲み
上げ、開閉弁を閉じて多数の上部タンクに貯留してお
き、停電時や必要時に、貯留水を下部タンクに落下させ
て発電させ、夜間や、緊急時等の非常用電源システムと
して使用する事も可能でありまた、離島における発電シ
ステムとして利用することも出来る。

【００３９】また、海上に浮島を係留し、浮島に設置し
た波動ポンプにより、浮島上に設置した上部タンクに水
を汲み上げ、浮島の落差を有する位置に設置した下部タ
ンクに落下させて発電することも可能である。あるい
は、タンカー等の大型船舶に、上記した上部タンク、及
び下部タンクを搭載し、舷側に多数の波動ポンプを設け
た発電システムを構築することも出来る。

【００４０】さらに、発電容量を増大する場合には、上
部タンクと下部タンクとを接続する給水管４の直径を大
きくして落下水量を増加させたり、あるいは、波動ポン
プの設置台数を増加したりして、発電容量の大きな水力
発電機を設置する。また、上部タンク、及び下部タンク
数を増設し、水力発電機の設置台数を増加させることで
対応することも可能である。さらに、寒冷地では、凍結
防止剤を発電用の水に添加し、発電用水が結氷して発電
不能になるのを防止することが出来る。また、上部タン
ク２と下部タンク３との落差の大小、及び給水管４への
落下水量を配慮し、これに適合した形式の発電機を選択
して設置し得る事は言うまでもない。

【００４１】さらに、単一台の波動ポンプを用ることも
勿論可能である。この場合、汲み上げ水量では水力発電
機を駆動するのに不足するときには、下部タンク内の水
を汲み上げて上部タンクに十分に蓄積しておき、この蓄
積水を下部タンクに落下させることで、水力発電機を駆
動させることが可能となる。その他に、上述した波動ポ
ンプを、海岸縁のホテルや、公共施設等の建造物の屋上
等に設置した上部タンクに、地表に設けた下部タンクに
常時貯留した水道局給水の水道水を揚水して送水し、建
造物内の人々の生活用水等の給水用に適用し、波動ポン
プによる揚水システムを構築することが出来る。この場
合、図１に示す給水管４を下部タンクに接続せずに、そ
の部分に建造物内の生活用水の給水設備を接続すればよ
い。

【００４２】また、揚水システムの波動ポンプに、図
９、又は、図１０に示す逆止弁を変位管２３、又は２１
の下端部に設けたり、あるいは、両逆止弁を変位管２
３、２１の下端部にそれぞれ設けて用いることは可能で
あり、上部貯水部と下部貯水部との間にオーバー・フロ
ー管を設置することも勿論である。

【００４３】さらに、上記変位管方式に代え、Ｅ字型形
状をなす変位部材の中央支脚部の先端をフロート装置１
６の上端面に固設し、その両端部の支脚をＵ字形状配管
系内に嵌入し、その両端部支脚の先端に設けたピストン
部材に、図９、図１０に示す逆止弁をそれぞれ取り付
け、フロート装置１６の上下動に応じてピストン部材を
上下動させ、上下動毎に水の汲み上げを行うピストン・
タイプの波動ポンプを形成することも可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、波動
ポンプのフロート装置の波動による垂直方向の変位動に
基づく水の汲み上げ作用を利用して、下部タンク内の水
を揚水管を介して上部タンクに貯水する操作を反復させ
ることができる。すなわち、波動ポンプとして、揚水管
と連通する導入用接続管及び上部貯水部に連通する送水
用接続管と、Ｕ字管の両脚部との間に、フロート装置に
固定した変位管を嵌入してなるＵ字形状配管系を備え、
かつ、変位管に、フロート装置の上昇、下降に応じて開
閉する逆止弁を設けるよう構成し、フロート装置を海面
に浮かせて上下動させるので、波のエネルギーを利用し
て下部貯水部からの水を上部貯水部に汲み上げるクリー
ン揚水システムが実現出来る。

【００４５】しかも、波動ポンプにより、例えば、地表
や建造物の地下室等に設置した下部貯水部に貯留された
水を揚水し、これを建造物に設置した上部貯水部に対
し、従来システムのように電力消費を伴うこともなけれ
ば、自然環境を汚染することなく、送水することが可能
となる。

【００４６】さらに、複数台の波動ポンプを並列駆動さ
せることにより、汲み上げの大容量化が可能となり、波
動が時間的、空間的に不規則に変動しても、波動の上昇
を受けた幾台かの波動ポンプが汲み上げをし、次の波動
の上昇を受けた残りの幾台かの波動ポンプが汲み上げを
することが出来るので、連続して上部貯水部に送水する
ことが可能となる。また、複数台の波動ポンプを１組と
して運転するため、容量同一の単一台の波動ポンプの運
転時よりも大量の汲み上げが行える。

【００４７】加えて、下部貯水部内の貯留水を汲み上げ
て上部貯水部に送水し、貯水する作用を循環して行なう
ため、上部貯水部の水を下部貯水部にほぼ連続的に落下
させて発電機を運転することが出来、安定した揚水発電
システムを実現することが出来る。さらに、フロート装
置に、その上昇、下降時毎に水の汲み上げを行えるよう
逆止弁を設ける構成とすることにより、上部貯水部に脈
流の極めて少ない状態で、ほぼ一様な送水をすることが
可能となる。また、上部貯水部にオーバー・フロー管を
接続して下部貯水部に自動的に溢水させるよう構成する
と、波の激しい上下動に基づく強力なポンプ作用によ
り、上部貯水部に水が過充填されるのを防止することが
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の波動ポンプによる発電システムの実
施例の概略的な全体構成図である。

【図２】 図１に示す波動ポンプ１０の立面図である。

【図３】 図２に示す波動ポンプ１０左側面図である。

【図４】 図２に示す波動ポンプに接続される配管系と
本管との接続関係を示す上面図である。

【図５】 （Ａ）はフロート装置１６を案内するローラ
の上面図、（Ｂ）はその左側面図、（Ｃ）はその背面図
である。

【図６】 （Ａ）は図２に示す波動ポンプの浮き部分１
９を案内するローラの上面図、（Ｂ）はその左側面図、
（Ｃ）はその背面図である。

【図７】 （Ａ）は管２０、２１と、パッキング４０と
を上から眺めた図、（Ｂ）は切断線ＦーＦに沿って切断
して眺めた図である。

【図８】 （Ａ）は管８と管２０との接続部分に設けた
フロート式逆止弁の断面図、（Ｂ）は切断線ＧーＧから
下方を眺めた図である。

【図９】 変位管２３の下端側に設けた円板式逆止弁３
９の一部断面図である。

【図１０】 管２１の下端側に設けた円板式逆止弁３９
Ａの一部断面図である。

【図１１】 （Ａ）はフロート装置１６が下降した状態
を示す作用図、（Ｂ）はフロート装置１６が上昇した状
態を示す作用図である。

【図１２】 （Ａ）はフロート装置１６が上昇した状態
を示す図、（Ｂ）はフロート装置１６が下降した状態を
示す作用図である。

【符合の説明】

１・・・波動ポンプによる発電システム、２・・・地中
に設置した上部タンク、３・・・地中に設置した下部タ
ンク、４・・・水力発電機５を備えていて、上部タンク
２と下部タンク３とに接続されている給水管、６・・・
揚水管、７・・・オーバー・フロー管、８・・・汲み上
げ用分岐管、９・・・送水用分岐管、１０・・・波動ポ
ンプ、８０・・・汲み上げ用本管、９０・・・送水用本
管。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 落差を設けて設置した上部貯水部及び下
   部貯水部の間に、水力発電機を介在させた給水管を接続
   するとともに、上記下部貯水部に揚水管を接続してなる
   水力発電部と、 支柱を立設して波動により垂直方向に変位動するフロー
   ト装置を取り付けてなる波動ポンプとを備え、 上記波動ポンプは、 上記揚水管と連通する導入用接続管及び上部貯水部に連
   通する送水用接続管と、Ｕ字管の両脚部との間に、上記
   フロート装置に固定した変位管を嵌入してなるＵ字形状
   配管系を備えるとともに、上記変位管に、上記フロート
   装置の上昇、下降に応じて開閉する逆止弁を設け、 上記フロート装置の上昇、下降に応じて上記逆止弁を開
   閉し、上記Ｕ字形状配管系内に導入した水を汲み上げて
   上部貯水部に向けて送出するよう構成したことを特徴と
   する波動ポンプによる発電システム。
2. 【請求項２】 落差を設けて設置した上部貯水部及び下
   部貯水部と、 上記下部貯水部に接続した揚水管と、 上記揚水管と連通する導入用接続管と、 上部貯水部に連通する送水用接続管と、 支柱を立設して波動により垂直方向に変位動するフロー
   ト装置を取り付けてなる波動ポンプとを備え、 上記波動ポンプは、上記導入用接続管及び上記送水用接
   続管に連通するＵ字形状配管系と、上記フロート装置と
   一体に上記Ｕ字形状配管系の中を上下動する変位部材
   と、上記変位部材の下端に固定された逆止弁とを有し、
   上記フロート装置の上下動に応じて上記逆止弁を開閉さ
   せ上記導入用接続管から上記送水用接続管に向けて送水
   するよう構成し、 上記下部貯水部の水を上記上部貯水部に汲み上げるよう
   に構成したことを特徴とする波動ポンプによる揚水シス
   テム。
3. 【請求項３】 上記波動ポンプにおいて、 上記変位部材は、上記フロート装置に固定し上記Ｕ字形
   状配管系の上記導入用接続管及び上記送水用接続管側の
   それぞれの中間位置に嵌入してなる変位管であり、 上記逆止弁は、上記変位管の下端に固定されたものであ
   ることを特徴とする請求項２記載の波動ポンプによる揚
   水システム。
4. 【請求項４】 上記逆止弁は、上記変位管の上記送水用
   接続管側下端に設けられ上記フロート装置の下降時に開
   き、該フロート装置の上昇時に閉じるよう構成した逆止
   弁と、上記変位管の上記導入用接続管側下端に設けられ
   上記フロート装置の上昇時に開き、該フロート装置の下
   降時に閉じるよう構成した逆止弁とからなることを特徴
   とする請求項３記載の波動ポンプによる揚水システム。
5. 【請求項５】 上記上部貯水部と下部貯水部との間に、
   上部貯水部に貯留された所定レベル以上の水を下部貯水
   部に溢水させるオーバー・フロー管が接続されているこ
   とを特徴とする請求項２に従属する波動ポンプによる揚
   水システム。