WO1994000688A1 - Automatic pumping apparatus utilizing wave motion - Google Patents

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WO1994000688A1
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Masayuki Kojima
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Masayuki Kojima
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1845—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom slides relative to the rem
    • F03B13/187—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom slides relative to the rem and the wom directly actuates the piston of a pump
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to an automatic water pumping device using waves used for hydropower generation, irrigation, salt washing, fire extinguishing, aquariums, and the like.
  • a seawater intake valve equipped with a seawater intake valve is provided at the pumping tank, and a drainage pipe communicating with the storage tank is connected to the upper part of the pumping tank, and from the storage tank to the pumping tank A check valve is provided to prevent seawater from flowing back to the sea.
  • the present invention solves the problems of the conventional apparatus using the wave from such a viewpoint, and provides automatic pumping using the wave which can be operated stably for a long period of time and can be sufficiently used industrially and practically. It is intended to provide equipment.
  • one or more floating bodies provided to move up and down in response to a wave, and are disposed below the floating bodies, via a transmission mechanism.
  • a transmission mechanism Connected to the combined floating body, responding to vertical movement of the floating body
  • a piston that moves inside the fixed cylinder with one end open a pump connected to the other end of the cylinder, and extends to a position higher than the vertical movement range of the floating body.
  • a storage tank for storing water sent from the cylinder via the pumping pipe, and a water flow path from the inside of the cylinder to the storage tank below the water surface.
  • An automatic pumping device using the characteristic wave will be provided.
  • the floating body has a through hole in the center, and a combined cylinder extending through the through hole extends coaxially, and the open end of the cylinder is located at the bottom and has a piston inside. May be inserted upward.
  • the cylinder may be located coaxially below the suspended body, and its open end may be located at the top, in which the stone may be placed downward.
  • S is the horizontal cross section of the float.
  • H is the height of the pumping pipe and H is the remaining height of the floating body that generates pressure applied to the piston in order to fill the pumping pipe with water.
  • h is the horizontal cross-sectional area of the piston.
  • Can be set based on S is the horizontal cross section of the float.
  • the horizontal cross-sectional area of the piston is defined as h
  • the designated wave height of the wave is defined as h
  • the remaining height of the floating and sinking body of the floating body by the first operation of the piston is defined as h
  • the height of the first pumping h—h, and the first pumping volume are given by the relational expression
  • Specific wave height is the outer diameter of the floating body and the wave height: When the two wavelengths are matched equally, it means the wave height (at the time of wavelength matching) of pumping water from the filled pumping tube to the storage tank with maximum efficiency in relation to the predetermined piston cross-sectional area.
  • “Upper wave height” is the maximum allowable for the floating body to operate It means the wave height (at the time of wavelength matching).
  • “Lower wave height” means the lowest wave height (at wavelength matching) at which the piston connected to the floating body generates pressure to fill the pumping pipe, and is the specified wave height.
  • Floating residual height is the height that cannot rise in proportion to the pumping height because of the weight of pumping water applied to the piston connected to the floating body when the floating body floats due to the action of waves. Shall mean.
  • the ⁇ remaining sinking height '' is a height that cannot sink in proportion to the pumping height due to the amount of pumping water added to the piston connected to the floating sinking body when the floating body sinks due to the action of waves. Shall mean.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing another embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows an embodiment of an automatic water pumping device using waves.
  • 1 is a floating body set on the water surface, which is vertically movable by a supporting frame 2 'so that it floats and sinks in response to the action of the wave. Is held.
  • the float 1 is made of a material that is excellent in mechanical properties and can sufficiently withstand the impact of wind waves, for example, titanium.
  • the support frame 2 of the floating body 1 reduces the frictional resistance so that the floating body 1 can slide up and down smoothly. Therefore, in the illustrated embodiment, three pillars are used, and a required number of stationary rings 2a are attached and fixed to the outer periphery thereof so as not to hinder vertical movement of the floating body.
  • each support frame 2 The three pillars of each support frame 2 are firmly erected on the concrete floor 3 at the bottom of the water.
  • Each float 1 has a through-hole la at the center, and a cylinder 4 extends coaxially through the through-hole la.
  • Each cylinder 4 extends from a support column 5 erected on the water bottom 3. It is fixedly supported by the support arm 6.
  • the bottom of each cylinder 4 is open, and is covered with a net 7 so that dust and the like do not enter the cylinder.
  • a piston 8 is inserted so as to be movably upward, and the piston 8 is connected to the combined floating body 1 via a connecting rod member 9;
  • Each piston 8 slides up and down in the cylinder 4 according to the vertical movement of the floating body 1.
  • the sliding length of the piston 8 in each cylinder 4 is determined in consideration of the maximum tide level difference and the waves at the ebb tide.
  • each cylinder 4 is connected to one end of a branch pumping pipe 11 via a joint 10.
  • the other end of each branch pumping pipe 11 is connected to a pumping pipe connecting box 12 provided at the top of the supporting column 5, and from the pumping pipe connecting box 12 to a storage tank 14 via a main pumping pipe 13 extending upward. Communicating.
  • the size of the storage tank 14 can be appropriately designed according to the purpose of use.
  • each cylinder 4 has a through hole la at the center, and a cylinder 4 extends coaxially through the through hole la, and each cylinder 4 extends from a support column 5 erected on the water bottom 3. It is fixedly supported by the cylinder support arm 6.
  • each cylinder 4 The bottom of each cylinder 4 is open, and is covered with a net 7 so that dust and the like do not enter the cylinder.
  • a piston 8 is slidably inserted upward, and the piston 8 is connected to the combined floating body 1 via a connecting rod member 9, and accordingly, the floating Each piston 8 slides up and down in the cylinder 4 according to the vertical movement of the body 1.
  • the running length of the piston 8 in each cylinder 4 is determined in consideration of the maximum tide level difference and the waves in the ebb tide.
  • each cylinder 4 is connected to the negative end of a branch pumping pipe 11 via a joint 10.
  • the other end of each branch pumping pipe 11 is connected to a pumping pipe connecting box 12 provided at the top of the supporting column, and communicates with the storage tank 14 via a main pumping pipe 13 extending upward from the pumping pipe connecting box 12. are doing.
  • the size of the storage tank 14 can be appropriately designed according to the purpose of use.
  • a check valve 15 is provided in an upper portion of each cylinder 4 to prevent the flow of water from the water storage tank 14 to the bottom of the cylinder 4. This check valve 15 is Equal to high.
  • FIG. 2 shows an automatic water pumping apparatus according to another embodiment of the present invention, and portions corresponding to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the piston 8 is activated and water is pumped, and the water is lifted using the weight of the floating body 1. That is, each cylinder 4 is fixedly supported by a cylinder column 18 erected on the concrete foundation 3 below the float 1, and in this case, the upper end of each cylinder 4 is opened, The bottom end is connected to the branch pipe 11. The piston 8 is inserted downward. In this case, the check valve 15 is provided near the top of the branch pipe 11.
  • the height of the floating body 1 above the water surface may be higher than the upper limit wave height, but the upper limit wave height is determined by the height below the water surface, and the height above the upper limit wave height 1 Z 2 and the sinking
  • the sum of the volume of the floating body 1 and the volume of water equal to the volume of water that exceeds the frictional resistance of the floating body 1 and piston 8 generated during the operation is the weight that sinks below the water surface when the wave is at rest.
  • piston 8 has a structure with low head loss.
  • the floating body 1 installed on the water surface floats by the action of the wave, — 8—
  • FIG. 2 shows an automatic water pumping apparatus according to another embodiment of the present invention, and portions corresponding to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the piston 8 when the floating body 1 sinks, the piston 8 is activated and water is pumped.
  • the weight of the floating body 1 is used to pump water. That is, each cylinder 4 is fixedly supported by a cylinder support 8 erected on the concrete foundation 3 below the floating body 1, and in this case, the upper end of each cylinder 4 is opened and the bottom end is branched. Connected to pumping pipe 11.
  • the piston 8 is inserted downward.
  • the check valve 15 is provided near the top of the branch pumping pipe 11 in this case.
  • the height of the floating body 1 above the water surface may be higher than the upper limit wave height, but the upper limit wave height is determined by the height below the water surface, and the height above the upper limit wave height 1 Z 2 and the sinking
  • the sum of the volume of the floating body 1 and the volume of water equal to the volume of water that exceeds the frictional resistance of the floating body 1 and piston 8 generated during the operation is the weight that sinks below the water surface when the wave is at rest.
  • piston 8 has a structure with low head loss.
  • the floating body 1 installed on the water surface floats by the action of the wave, It is also possible to configure the system so that it can be controlled remotely by detecting the state of wave motion, failure of check valves, pistons, etc., in which case the equipment can be automated unattended, and labor costs and accident response This is extremely advantageous.
  • the horizontal cross-sectional area of the piston is generally inversely proportional to the pumping height with respect to the horizontal cross-sectional area of the sediment, but it can be determined by setting the specified wave height, or by setting the lower wave height. May be determined. It is desirable to determine the length of the cylinder in consideration of the wave height due to waves and the maximum value of the tide level difference due to ebb and flow.
  • the horizontal cross-sectional area of the piston is generally the inverse of the pumping height with respect to the horizontal cross-sectional area of the floating body, but it is determined either by setting the specified wave height or after setting the lower limit wave height May be. It is desirable to determine the length of the cylinder in consideration of the wave height due to the waves and the maximum value of the tide level difference due to the ebb tide. Becomes
  • the volume of the float is
  • the volume of the float is
  • the weight of the floating body will sink 1 m below the surface of the water at rest.
  • Soh! S, (h — h,)

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Description

明 細 書
波動を利用した自動揚水装置
技 術 分 野
本発明は、 水力発電、 灌漑、 精塩、 消火、 水族館等 に利用される波動を利用した自動揚水装置に関するも のである。
背 景 技 術
従来から海や河川における波動及び河川における位 置水頭を工業的に利用してエネルギを有効に得る種々 研究されてきている。 例えば潮の干満を利用した海水 -の揚水装置と しては特開昭 62— 248876号公報に記載の 装置を挙げることができ、 この装置においては、 海面 上に突出する塔体を海底に立設し、 塔体の頂部には貯 水タンクを設け、 塔体周囲には複数の揚水タ ンクを設 け、 揚水タ ンク の内部に上下摺動自在のビス ト ンを設 け、 ピス ト ンに リ ン ク機構を介して連結され、 潮の干 満に応じて揚水タンク内のビス ト ンを昇降させるフロ ー トを設け、 満潮時の海面下に位置し揚水タ ンク内へ 海水を流入させる海水取込弁を備えた海水取込ロを揚 水タ ン ク に設け、 揚水タ ン クの上部には貯水タ ン ク に 連通する排水管を接続し、 貯水タ ン クから揚水タ ンク への海水の逆流を防止する逆止弁を設けている。
しかしながら、 このような従来提案されてきた公知 の揚水装置では、 干満潮による一周期に一回稼動させ ているため揚水効率が低く 、 またフ ロー ト対ピス ト ン の断面積比が考慮されていないために、 1 0 0 m程度の高 所へ揚水することは不可能であり、 産業上の利用性が 悪い。 さ らに、 フロー ト、 ピス ト ン間のリ ンク機構が 複雑であるため、 予期しない大きな波動エネルギを受 けた時に故障したり損傷し易く、 長期に渡って安定し た動作を保証し難いだけでなく 、 メ ンテナンスの面で も問題があり、 実用的な装置の域には達していない。 —方、 石油エネルギの有限性やそれの利用による自 然破壊や大気汚染等の環境問題も深刻化しており、 こ のような問題を解決できる一つの手段としても海水や 河川の水によるエネルギを工業的に有効利用できる装 置やプラ ン トの開発の必要性が益々高まつてきている。 しかし、 このような天然エネルギの開発については学 者の間では話題とされていたが、 利用方法に画期的な 解決策が見い出せず現在に至っている。
そこで、 本発明は、 このような観点から従来の波動 を利用した装置の問題点を解決して、 長期間安定して 稼動でき しかも工業的かつ実用的に十分に利用できる 波動を利用した自動揚水装置を提供することを目的と している。
発明の開示
上記の目的を達成するために、 本発明によれば、 波 動に応動して上下動するように設けられた一つ以上の 浮沈体と、 浮沈体の下方に位置し、 伝達機構を介して 組合わさった浮沈体に連結され、 浮沈体の上下動に応 動して一端の開口した固定シリ ンダ内を搢動するビス ト ンと、 シリ ンダの他端に連接され、 浮沈体の上下動 域より高い位置へのびた揚水管と、 揚水管の上部に連 通して設けられ、 シリ ンダから揚水管を介して送られ てきた水を収容する貯水タ ンクと、 シリ ンダ内 ら貯 水タンクまでの水の流路の水面より下方の部位に設け られ、 貯水タンクからシリ ンダへ向かう水の流れを阻 止する逆止弁とから成り、 浮沈体の水平断面積に対し ピス ト ンの水平断面積を揚水高さに逆比例して小さ く 設定したことを特徴とする波動を利用した自動揚水装 置が提供される。
好ま しく は、 浮沈体は中央に通し穴を備え、 この通 し穴を貫通して組合わさったシリ ンダが同軸状にのび、 このシリ ンダの開口端は底部に位置し、 内部にピス ト ンが上向きに挿置され得る。
代わりに、 シリ ンダは組台わさつた浮沈体の下側に 同一軸線上に位置し、 その開口端は上部に位置し、 中 にビス ト ンが下向きに揷置され得る。
浮沈体の水平断面積を S。 と し、 ピス ト ンの水平断 面積を と し、 揚水管の高さを Hと し、 揚水管を満 水とするための、 ビス ト ンに加わる圧力を生ずる浮沈 体の浮上残り高さを h。 とするとき、 ピス ト ンの水平 断面積は、 関係式
S o o = S ！ H
に基づき設定され得る。 浮沈体の水平断面積を S。 と し、 ピス ト ンの水平断 面積を と し、 波動の指定波高を hと し、 ピス ト ン の一回目作動による浮沈体の浮沈残り高さを h , とす るとき、 ピス ト ンの一回目に揚水する高さ h— h , 及 び一回目の揚水量は、 関係式
S o h J = S 1 ( h - h！ )
に基づき求められ、 また、 ピス ト ンの二回目作動によ る浮沈体の浮沈残り高さを h 2 とするとき、 ピス ト ン の二回目に揚水する高さ （ h— h i ) + ( h - h 2 ) 及び二回目の揚水量は、 関係式
S o h 2 = S , [ ( h - h , ) + ( h - h 2 ) ] に基づき求められ、 さ らに三回目以降の揚水量は、 関 係式
S - r S = a - a r n
但し、 r ： 公比 - ( h— h ! Z l^ a : 初項 H , = h - h J 、 n ： 揚水管に満水とするためのピス ト ンの 作動回数
で求められ得る。
以下この明細書で使用する用語について定義する。
"指定波高" は、 浮沈体の外径と、 当該波高の：！ 2波長とが等しく整合した時、 予め定められたピス ト ンの断面積との関係で、 満水と した揚水管より貯水夕 ン クへ最大効率で揚水する波高 （波長整合時） を意味 するものとする。
"上限波高" は、 浮沈体が作動するための許容最大 波高 （波長整合時） を意味する のとする。
"下限波高" は、 浮沈体に連結したピス ト ンが揚水 管を満水とするための圧力を発生する最低波高 （波長 整合時） を意味し、 指定波高の 1 ノ 2波高である。
"浮上残り高さ" は、 波動の作用により浮沈体が浮 上する場合に、 浮沈体と連結するピス ト ンに加わる揚 水重量のため、 揚水高さに比例して浮上し得ない高さ を意味するものとする。
"沈下残り高さ'' は、 波動の作用により浮沈体が沈 下する場合に、 浮沈体と連結する ピス ト ンに加わる揚 水重量のため、 揚水高さに比例して沈下し得ない高さ を意味するものとする。
図面の簡単な説明
第 1図は本発明の一実施例を示す概 線図である。 第 2図は本発明の別の実施例を示す概略線図である。
発明を実施するための最良の形態
以下添付図面を参照して本発明の実施例について説 明する。
第 1図には波動を利用した自動揚水装置の一実施例 を示し、 1 は水面に設置した浮沈体で波動の作用に応 じて浮沈するように支持枠体 2 ' り上下動可能に支 持されている。 浮沈体 1 は機械 に優れ、 風波に よる衝撃に充分耐え得る材質、 例えばチタ ンで構成さ れている。 浮沈体 1 の支持枠体 2は、 浮沈体 1 の上下 摺動が円滑に行なわれるように摩擦抵抗を少なくする ため図示実施例では 3本柱と し、 その外周には固定環 2aを、 浮沈体の上下摺動の妨げとな らないように必要 数取り付け固定している。 各支持枠体 2の 3本柱は水 底のコ ンリ ー ト基礎 3に堅固に立設されている。 各浮 沈体 1 は中央に通し穴 laを備え、 この通し穴 laを通つ てシリ ンダ 4が同軸状にのびており、 各シリ ンダ 4は 水底 3に立設された支持柱 5からのびる シリ ンダ支持 アーム 6で固定支持されている。 また各シリ ンダ 4の 底部は開口 しており、 ごみ等がシリ ンダ内に入り込ま ないように網体 7で覆われている。 各シリ ンダ 4内に はピス ト ン 8が搢動可能に上向きに挿置され、 このピ ス ト ン 8は連接棒部材 9を介して組合わさ った浮沈体 1 に連結されており、 従って浮沈体 1 の上下動に応じ て各ピス ト ン 8はシリ ンダ 4内を上下に摺動する。 各 シリ ンダ 4内における ビス ト ン 8の摺動長さは、 干満 潮における最大潮位差、 波浪を考慮して決められる。
各シリ ンダ 4の上端は継手 10を介して枝揚水管 11の 一端に連接されている。 各枝揚水管 1 1の他端は支持柱 5の頂部に設けた揚水管結合函 12に連接され、 この揚 水管結合函 12から上方にのびる主揚水管 13を介して貯 水タ ンク 14へ連通している。 貯水タ ンク 14の大きさは 利用目的に応じて適宜設計され得る。
また、 各シ リ ンダ 4内の上方部分には、 貯水タ ンク 14から シリ ンダ 4の底部へ向かう水の流れを阻止する 逆止め弁 15が設けられている。 この逆止め弁 15は水面 - 6 - ため図示実施例では 3本柱と し、 その外周には固定環 2aを、 浮沈体の上下摺動の妨げとな らないように必要 数取り付け固定している。 各支持枠体 2の 3本柱は水 底のコ ン リ ー ト基礎 3に堅固に立設されている。 各浮 沈体 1 は中央に通し穴 laを備え、 この通し穴 laを通つ てシリ ンダ 4が同軸状にのびており、 各シ リ ンダ 4は 水底 3に立設された支持柱 5からのびる シリ ンダ支持 アーム 6で固定支持されている。 また各シ リ ンダ 4の 底部は開口 しており、 ごみ等がシリ ンダ内に入り込ま ないように網体 7で覆われている。 各シリ ンダ 4内に はピス ト ン 8が摺動可能に上向きに挿置され、 このピ ス ト ン 8は連接棒部材 9を介して組合わさ つた浮沈体 1 に連結されており、 従って浮沈体 1 の上下動に応じ て各ピス ト ン 8はシリ ンダ 4内を上下に摺動する。 各 シリ ンダ 4内における ピス ト ン 8の搢動長さは、 干満 潮における最大潮位差、 波浪を考慮して決められる。
各シリ ンダ 4の上端は継手 10を介して枝揚水管 11の —端に連接されている。 各枝揚水管 1 1の他端は支持柱 の頂部に設けた揚水管結合函 12に連接され、 この揚 水管結合函 12から上方にのびる主揚水管 13を介して貯 水タ ンク 14へ連通している。 貯水タ ンク 14の大きさは 利用目的に応じて適宜設計され得る。
また、 各シ リ ンダ 4内の上方部分には、 貯水タ ンク 14から シリ ンダ 4の底部へ向かう水の流れを阻止する 逆止め弁 15が設けられている。 この逆止め弁 15は水面 高と等しい。
第 2図には、 本発明の別の実施例による自動揚水装 置を示し、 第 1 図と対応した部分は同じ符号で示す。 第 2図の実施例では、 浮沈体 1 が沈下する際にビス ト ン 8が作動し揚水する構造となっており、 浮沈体 1 の重量を利用し揚水が行われる。 すなわち各シリ ンダ 4 は浮沈体 1 の下側でコ ン リ ー 卜基礎 3に立設された シ リ ンダ支柱 1 8によって固定支持され、 この場合には 各シリ ンダ 4の上端が開口され、 底端が枝揚水管 1 1に 接続されている。 またピス ト ン 8は下向きに挿置され ている。 逆止弁 15はこの場合枝揚水管 1 1の頂部近く に 設けられている。 従って波動静止時、 浮沈体 1 の水面 上の高さは、 上限波高以上とすれば良いが、 上限波高 の設定は水面下の高さで定められ上限波高の 1 Z 2以 上の高さと沈下する際に生ずる浮沈体 1及びピス ト ン 8の摩擦抵抗に勝る重量の水の体積に等しい浮沈体 1 の体積の高さとを加えた高さが波動静止時水面下へ沈 下する重量となるように構成され、 それにより、 各ビ ス ト ン 8は円滑に作動する こ とができる。
さ らに、 構造上ピス ト ン 8による逆止弁 1 5の開閉を 円滑に行うため、 開放口 ッ ク装置が付加されている。 ピス ト ン 8は、 実際には水頭損失の少ない構造とする のが望ま しい。
以下この実施例の装置の動作について説明すると、 水面に設置した浮沈体 1 は波動の作用によ り浮上し、 — 8—
高と等しい。
第 2図には、 本発明の別の実施例による自動揚水装 置を示し、 第 1図と対応した部分は同じ符号で示す。 第 2図の実施例では、 浮沈体 1が沈下する際にビス ト ン 8が作動し揚水する構造とな っており、 浮沈体 1 の重量を利用し揚水が行われる。 すなわち各シリ ンダ 4は浮沈体 1の下側でコンリー ト基礎 3に立設された シリ ンダ支柱】 8によって固定支持され、 この場合には 各シリ ンダ 4の上端が開口され、 底端が枝揚水管 11に 接続されている。 またピス ト ン 8は下向きに挿置され ている。 逆止弁 15はこの場合枝揚水管 11の頂部近く に 設けられている。 従って波動静止時、 浮沈体 1 の水面 上の高さは、 上限波高以上とすれば良いが、 上限波高 の設定は水面下の高さで定められ上限波高の 1 Z 2以 上の高さと沈下する際に生ずる浮沈体 1及びピス ト ン 8の摩擦抵抗に勝る重量の水の体積に等しい浮沈体 1 の体積の高さとを加えた高さが波動静止時水面下へ沈 下する重量となるように構成され、 それにより、 各ピ ス ト ン 8は円滑に作動するこ とができ る。
さ らに、 構造上ピス ト ン 8による逆止弁 1 5の開閉を 円滑に行うため、 開放ロッ ク装置が付加されている。 ピス ト ン 8は、 実際には水頭損失の少ない構造とする のが望ま しい。
以下この実施例の装置の動作について説明すると、 水面に設置した浮沈体 1 は波動の作用により浮上し、 波動の状態、 逆止弁、 ピス ト ンの故障等を検出し、 遠隔制御できるように構成する こ と も可能であり、 そ の場合には装置を無人自動化でき、 人件費や事故時の 対応に極めて有利となる。
さ らにまた本装置を深海上に設置する場台には、 コ ン ク リ ー ト基礎の代わり に、 海底の地盤に鉄筋等を必 要数打ち込み、 これを基礎と して装置を搭載する こと ができ、 機械化工事により建設費も軽減する ことが可 能となる。
また、 本発明を実施するに当たっては、 特に 1 . 揚 水高さ、 2 . 使用する浮沈体の水平断面積、 高さ及び 重量並びに 3 . ピス ト ンの水平断面積及びシリ ンダの 長さについて予め設定しておく 必要があり、 1 の揚水 高さについては利用目的により決定される。 使用する 浮沈体の水平断面積の外径を指定波高の 1 Z 2波長に 合わせた構造とすれば、 その波高に対し最大効率の貯 水が得られるこ とになる。 浮沈体の高さは、 上限波高 と浮沈体 · 浮沈体支柱、 シ リ ンダ · ピス ト ン間の摩擦 抵抗に勝る重量の水の体積に等しい浮沈体の体積の高 さ とを加えた高さが必要である。 ピス ト ンの水平断面 積は、 一般的には浮沈体の水平断面積に対し、 揚水高 さに逆比した大きさ とするが、 指定波高を定めて決定 するか、 又は下限波高を定めてから決定してもよい。 シリ ンダの長さについては、 波浪による波高と干満潮 による潮位差の最大値等を考慮の上決定するのが望ま 一 1 0—
波動の状態、 逆止弁、 ピス ト ンの故障等を検出し、 遠隔制御できるように構成することも可能であり、 そ の場合には装置を無人自動化でき、 人件費や事故時の 対応に極めて有利となる。
さ らにまた本装置を深海上に設置する場合には、 コ ン ク リー ト基礎の代わりに、 海底の地盤に鉄筋等を必 要数打ち込み、 これを基礎と して装置を搭載すること ができ、 機械化工事により建設費も軽減することが可 能となる。
また、 本発明を実施するに当たっては、 特に 1 . 揚 水高さ、 2 . 使用する浮沈体の水平断面積、 高さ及び 重量並びに 3 . ビス ト ンの水平断面積及びシリ ンダの 長さについて予め設定しておく必要があり、 1 の揚水 高さについては利用目的により決定される。 使用する 浮沈体の水平断面積の外径を指定波高の 1ノ 2波長に 合わせた構造とすれば、 その波高に対し最大効率の貯 水が得られることになる。 浮沈体の高さは、 上限波高 と浮沈体 · 浮沈体支柱、 シリ ンダ · ピス ト ン間の摩擦 抵抗に勝る重量の水の体積に等しい浮沈体の体積の高 さとを加えた高さが必要である。 ピス ト ンの水平断面 積は、 一般 には浮沈体の水平断面積に対し、 揚水高 さに逆比した大きさとするが、 指定波高を定めて決定 するか、 又は下限波高を定めてから決定してもよい。 シリ ンダの長さについては、 波浪による波高と干满潮 による潮位差の最大値等を考慮の上決定するのが望ま となる。
浮沈体の体積は
V = S。 X浮沈体の高さ .·. 19x 5 = 95m 3 と る。
浮沈体の重量は、 静止時水面下 1 m沈下するとすれ ば、
重量 = [ V X静止時の沈下高さ] /浮沈体の高さ .·. ( 95 x 1 ) / 5 = 19 x 103 Kg
または [ S Q ( m 2 ) x浮沈体の静止時沈下高さ ( m ) ] の体積 （ m 3 ) の水の重量に等しい重量 (103 Kg)
となる。
指定波高時の h。 = h Z 2 ··. 3 / 2 = 1.5m
— c'め <t> 0
指定波高 3 mのピス ト ンの断面積は
S 0 h。 - S t Hの式が成立するので数値を代入する と、 19x 1.5 = S 1 X 100 .·. S , = 0.285m 2 と 7よ る。
高さ 100 mの揚水管内における逆止弁上の波動静止 時の水位をゼロとすれば、 1回目に作動したピス ト ン カ^ 揚水するための浮沈体の浮上残り高さは
S o h ！ = S , ( h - h , ) であるから、 数値を代入 すると、
19h！ = 0.285 ( 3 - h！ )
.·. 19.285 h 1 = 0.855 h , = 0.044m ' 一 12
となる。
浮沈体の体積は
V = S。 X浮沈体の高さ .·. 19x 5 = 95m 3 となる。
浮沈体の重量は、 静止時水面下 1 m沈下する.とすれ ば、
重量- [ V X静止時の沈下高さ] 浮沈体の高さ
.·. ( 95 x 1 ) / 5 = 19 x 103 Kg
または [ S 。 （ m 2 ) X浮沈体の静止時沈下高さ
( m ) ] の体積 （ m 3 ) の水の重量に等しい重量
(103 Kg) ^
と る。
指定波高時の h。 = h Z 2 .·. 3 / 2 = 1.5m である。
指定波高 3 mのビス ト ンの断面積は
S。 h。 = S i Hの式が成立するので数値を代入する と、 19X 1.5 = S 1 X 100 .·. S , = 0.285m 2 となる。
高さ 100mの揚水管内における逆止弁上の波動静止 時の水位をゼロとすれば、 1回目に作動したビス ト ン が、 揚水するための浮沈体の浮上残り高さは
S o h！ = S , ( h — h , ) であるから、 数値を代入 すると、
19h！ = 0.285 ( 3 - h J )
.·. 19.285 h , = 0.855 h ] = 0.044m

Claims

管内径は、 管底より管頭出口まで均一である こ ととす る
ビス ト ンが 48回以降波高 3 mで作動する時貯水夕 ン クへの揚水量 Qは、 S ! ( h — h。 ） で表されるから、 これに数値を代入すると、
0.285 ( 3 - 1.5 ) = 0.43m 3 回
と る。
仮に 3 mの波高が 8秒間隔で発生するとすれば、 本 装置 8台を 1群と して設置し、 1台の貯水タ ンクへ揚 水すれば、 47秒間で揚水管は満水となり、 48秒以降は 0.43m 3 /秒の貯水が可能となる。
この貯水タ ンクの水を水車発電機に利用すれば次の 電力が発生する。 一
すなわち、 Hを有効落差、 Qを流量とするとき理論 発生電力 = 9.8 X H m X Q m 3 秒であるので、
9.8 X 100 X 0.43 = 秒
の電力理論値が得られる こ とになる。 ただしこの計算 値は各機器の効率を 100 %と しているので、 実際には 各機器の効率の相乗積をこの数値に乗じたものとなる。 海上において淡水発電をする場台には、 水車下部へ淡 水タ ンクを設置し、 このタ ンク と シ リ ンダ下部とを導 水管で連接しシリ ンダ内に海水の流入を防止するよう にしておけば、 僅かな淡水捕給で淡水循環式発電が可 能となり、 土砂の流入もな く なり逆止弁を二重構造と する必要性もな く なる。 - 14- 管内径は、 管底よ り管頭出口まで均一である こ と ピス ト ンが 48回以降波高 3 mで作動する時貯水 クへの揚水量 Qは、 S , ( h — h。 ） で表される 5 これに数値を代入すると、
0.285 ( 3 - 1.5 ) = 0.43m 3 ノ回
となる。
仮に 3 mの波高が 8秒間隔で発生するとすれば 装置 8台を 1群と して設置し、 1台の貯水タ ンク 10 水すれば、 47秒間で揚水管は満水となり、 48秒以 0.43m 3 Z秒の貯水が可能となる。
この貯水タ ンクの水を水車発電機に利用すれば 電力が発生する。
すなわち、 Hを有効落差、 Qを流量とするとき 15 発生電力 = 9.8 X H m X Q m 3 Z秒であるので、
9.8X 100X 0.43= 420KWノ秒
の電力理論値が得られる ことになる。 ただしこの 値は各機器の効率を 100 %と しているので、 実際 各機器の効率の相乗積をこの数値に乗じたものと 20 海上において淡水発電をする場合には、 水車下部 水タ ンクを設置し、 このタ ンク と シ リ ンダ下部と 水管で連接しシ リ ンダ内に海水の流入を防止する にしておけば、 僅かな淡水補給で淡水循環式発電 能となり、 土砂の流入もな く なり逆止弁をニ簞構 5 する必要性もな く なる。 弁との開閉を操作し、 貯水、 排水を繰り返す構造と し、 人為的にタ ンク内の位置水頭に変動を与え波動を発生 させる ことにより浮沈体が作動し、 自然波動と同様に 揚水する こと もでき、 今まで十分に利用されていなか つたエネルギを有効に活用する こ とができ るようにな o
産業上の利用可能性
地球に優しいエネルギと して、 地球表面の 70 %に当 たる広大な海上又は河川において波動の頻繁に発生す る箇所、 及び干満潮による潮位差が大き く つ波動の 発生する地域、 又は河川における位置水頭の存在する 箇所において、 人為的に波動を発生させ、 この水面に 本発明による装置を設置し、 水力発電、 灌漑、 精塩、 消火、 水族館等の産業に利用すれば、 人間の生活に潤 いをもたらすこ とができる。 この資源は永続的に利用 が可能であり、 好条件の広大な地域を選択すれば、 大 電力の発電も可能であり、 現水力発電に並ぶ貴重なェ ネルギとなる。
請求の範囲
1 . 波動に応動して上下動するように設けられた一つ 以上の浮沈体と、 浮沈体の下方に位置し、 伝達機構を 介して組合わさった浮沈体に連結され、 浮沈体の上下 動に応動して一端の開口した固定シリ ンダ内を摺動す るピス ト ンと、 シリ ンダの他端に連接され、 各浮沈体 の上下動域より高い位置へのびた揚水管と、 揚水管の 上部に連通して設けられ、 シリ ンダから揚水管を介し て送られてきた水を収容する貯水タ ンク と、 シリ ンダ 内から貯水タンクまでの水の流路における水面より下 方の部位に設けられ、 貯水夕 ンクからシリ ンダへ向か う水の流れを阻止する逆止弁とから成り、 浮沈体の水 平断面積に対しピス ト ンの水平断面積を揚水高さに逆 比例して小さく設定したことを特徴とする波動を利用 した自動揚水装置。
2 . 浮沈体が中央に通し穴を備え、 この通し穴を貫通 して組合わさつたシリ ンダが同軸状にのび、 このシリ ンダの開口端が底部に位置し、 内部にピス ト ンが上向 きに揷置されている請求の範囲 1 に記載の波動を利用 した自動揚水装置。
3 . シリ ンダが組合わさつた浮沈体の下側に同一軸線 上に位置し、 その開口端が上部に位置し、 中にビス ト ンが下向きに挿置されている請求の範囲 1 に記載の波 動を利用した自動揚水装置。
4 . 浮沈体の水平断面積を S。 とし、 ピス ト ンの水平 断面積を S i と し、 揚水管の高さを Hと し、 揚水管を 満水とするための、 ピス ト ンに加わる圧力を生ずる浮 沈体の浮上残り高さを h。 とするとき、 関係式
O 0 h 0 ― 1 H
に基づき ピス ト ンの水平断面積を設定した請求の範囲 1 に記載の波動を利用した自動揚水装置。
5. 浮沈体の水平断面積を S。 とし、 ピス ト ンの水平 断面積を S！ と し、 波動の指定波高を hと し、 ピス ト ンの一回目作動による浮沈体の浮沈残り高さを h i と するとき、 ピス ト ンの一回目に揚水する高さ h— h , 及び一回目の揚水量が、 関係式
S o h ^ S i ( h - h i )
に基づき求められ、 また、 ピス ト ンの二回目作動によ る浮沈体の浮沈残り高さを h 2 とするとき、 ピス ト ン の二回目に揚水する高さ （ h— h , ) + ( h - h 2 ) 及び二回目の揚水量が、 関係式
S o h 2 = S！ [ ( h - h + h— h 2 ) ] に基づき求められ、 さ らに三回目以降の揚水量が、 関 係式
S - r S = a - a r n
但し、 r : 公比 = ( h— h 1 ) Z h、 a : 初項 H！ = h - h！ 、 n ： 揚水管に満水とするためのピス ト ンの 作動回数
で求められる請求の範囲 5に記載の波動を利用した自 動揚水装置。 補正された請求の範囲
【1993年 9月 27日（27.09.93)国際事務局受理 願当初の請求の範囲 1,4 および 5は補正され た;他の請求の範囲は変更なし。 （3頁)]
1 . (補正後） 波動に応動して上下動するよ う に設け られた一つ以上の浮沈体と、 浮沈体の下方に位置し、 伝達機構を介して組台わさ つた浮沈沐に連結され、 浮 沈体の上下動に応動して一端の開口 した固定シ リ ンダ 内を摺動する ピス ト ンと、 シ リ ンダの他端に連接され、 各浮沈休の上下動域より高い位置へのびた揚水管と、 揚水管の上部に連通して設けられ、 シ リ ンダから揚水 管を介して送られてきた水を収容する貯水タ ン ク と、 シ リ ンダ内から貯水タ ンクまでの水の流路における水 面より下方の部位に設けられ、 貯水タ ンクから シ リ ン ダへ向かう水の流れを阻止する逆止弁とから成り、 浮 沈体に作用する波動の 1 /2波長と浮沈体外径とが等し く 整合する時揚水効率が最大となり、 加えて予め定め た指定波高が同時に浮沈体に作用 した時、 総合的に最 大揚水効率となり、 浮沈体の水平断面積に対し ピス ト ンの水平断面積を揚水高さに逆比例して小さ く 設定し たこ とを特徴とする波動を利用した自動揚水装置。
2 . 浮沈休が中央に通し穴を備え、 この通し穴を貫通 して組台わさ ったシ リ ンダが同铀状にのび、 このシ リ ンダの開口端が底部に ί立置し、 内部にビス ト ンが上向 きに揷置されている請求の範囲 1 に記載の波動を利用 した自動揚水装置。
3 . シリ ン ダが組台わさ つた浮沈体の下側に同一軸線 上に位置し、 その開口端が上部に位置し、 中にピス 卜 ンが下向きに挿置されている請求の範囲 1 に記載の波 動を利用した自動揚水装置。
4 . (捕正後） 浮沈体の水平断面積を S。 と し、 ビス 卜 ンの水平
断面積を S , と し、 揚水管の高さを Η ά し、 揚水管を 満水とするための、 ピス ト ンに加わる圧力を生ずる浮 沈体の浮沈残り高さを h。 とすると き、 関係式
S o h o = C5 i H
に基づき ビス ト ンの水平断面積を設定した請求の範囲
1 に記載の波動を利用 した自動揚水装置。
5. (補正後） 浮沈体の水平断面積を S。 と し、 ビス ト ンの水平断面積を S , と し、 波動の指定波高を h と し、 ピス ト ンの一回目作動による浮沈体の浮沈残り高 さを h , とするとき、 ピス ト ンの一回目に揚水する高 さ h— h i 及び一回目の揚水量が、 関係式
S o h ^ S ! ( h - h t )
に基づき求められ、 また、 ピス ト ンの二回目作動によ る浮沈体の浮沈残り高さを h 2 とするとき、 ピス ト ン の二回目に揚水する高さ （ h — h i ) + ( h - h 2 ) 及び二回目の揚水量が、 関係式
S o h 2 = S , [ ( h - h ! ) + ( h - h 2 ) ] に基づき求められ、 さ らに三回目以降の揚水量が、 関 係式
S — r ¾ = a - a r n
但し、 r ： 公比 - ( h - h , ) / h、 a ： 初項 H , = h - h ! 、 n ： 揚水管に満水とするためのピス ト ンの 作動回数
で求められる請求の範囲 1 に記載の波動を利用 した自 動揚水装置。
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