JPH08312519A - 波力揚水装置用ブイおよび波力揚水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 波力エネルギを確実に捕らえてこれを有効に
利用して、確実に揚水を行うことができるようにする。 【構成】 水中に設置された揚水ポンプ部１と、その一
部が水面に浮遊するブイ１４と、揚水ポンプ部１とブイ
１４とを接続し、ブイ１４の上下動により揚水ポンプ部
１に揚水動作を行わせるための接続手段とを有する波力
揚水装置において、揚水ポンプ部１はシリンダ１１と、
このシリンダ１１内を上部室と下部室とに仕切る上下動
可能なピストン１２と、シリンダ１１の上部と下部にそ
れぞれ設けられ、内部が負圧の時に周囲の水を取水する
取水パイプ１６，１８と内部が加圧された時にはこの内
部の水を排水する排水パイプ１７，１９とを備え、ブイ
１４は上部に浮力を与えるための空気室３４が形成さ
れ、下部は周囲の海水が入って重りとなるように開口し
た円筒部材３２を備え、接続手段は円筒部材３２の上下
動を直接的にピストン１２に伝達するピストンロッドで
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、海における波浪エネ
ルギを利用して海水を連続的に揚水する波力揚水装置に
最適なブイおよびそのブイを用いた波力揚水装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】海洋の波力をエネルギ源として海水を揚
水する波力揚水装置としては、水面に浮遊するように浮
体を設け、波による水面の上下動に伴う浮体の上下動に
よりピストン・シリンダ装置を作動させ、そのシリンダ
内の海水を揚水する形式のものが広く知られている。こ
のような波力揚水装置にあっては、浮体とシリンダ内の
ピストンとをケーブルで接続し、浮体の上昇によりピス
トンを上昇させ、浮体が下降した時はピストンの自重に
よりピストンを下降させるようにするか、ケーブルにあ
る程度の張力を常に与え下方あるいは海底の一固定点に
対して引き付けるような拘束力を加えておくようにし、
このケーブルに生じる張力変動によりピストンを上下動
させるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
２つの形式はいずれも水面の上下動に対するピストン・
シリンダ装置の追随性が低く、波力エネルギの利用効率
が不十分であり、また浮体の波浪に対する耐久性が低い
等の欠点があった。そこで本発明の第１の目的は、波の
上下動に追随して確実に上下動し、その上下動により強
力な荷重力を発生させることができる波力揚水装置に最
適なブイを提供することである。

【０００４】本発明の第２の目的は、上述のブイを使用
して波力エネルギを確実に捕らえて強力な荷重力でポン
プを作動させるとともに、波浪に対して強い耐久性を持
つ波力揚水装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の第１の目的を達成
するため、本発明の第１の手段は、波の高低にしたがっ
て上下動するように水面に浮遊し、この上下動を揚水す
るための動力源として取り出すための波力揚水装置用ブ
イにおいて、上部に浮力を与えるための浮力付与部が、
下部に周囲の海水が流入する海水流入部が形成され、こ
の海水流入部の下端は開口した筒状体を有し、海水流入
部の上部には開閉可能な空気排出口が形成されている。

【０００６】上述の第２の目的を達成するため、本発明
の第２の手段は、海中に設置されシリンダ内をピストン
が上下動して海水を汲み上げるためのポンプ手段と、そ
の一部が水面に浮遊するブイと、ポンプ手段とブイとを
接続し、ブイの上下動によりポンプ手段に揚水動作を行
わせる接続手段とを有する波力揚水装置において、ブイ
は上部に浮力を与えるための浮力付与部が、下部に周囲
の海水が流入する海水流入部が形成され、この海水流入
部の下端は開口した筒状体を備え、接続手段は筒状体の
上下動を直接的にピストンに伝達する棒状部材で構成し
ている。

【０００７】本発明の波力揚水装置におけるポンプ手段
のシリンダは、内部が負圧の時に周囲の海水を取水する
取水部と、内部が加圧された時にはこの内部の海水を排
水する排水部とが上方部と下方部にそれぞれ設けられて
いる。

【０００８】本発明の波力揚水装置はまた、ポンプ手段
の排水部をパイプを介して水槽に接続し、この水槽から
の排水を下方に設けられ水流により発電動作をする発電
手段に供給している。

【０００９】

【作用】上述したように構成された第１の手段において
は、ブイの筒状体は浮力付与部の下部に周囲の水が入る
ようにその底面が開口しているので、筒状体は流入した
海水により実質的に重りを持つことになり、波が下降し
た時には、水面から突出したブイの質量に水面から突出
した海水流入部の体積が重りとなり、下方に強い荷重力
を発生させることができる。また、海水流入部への海水
の注入は、水面にこのブイを浮かべ、空気排出口を開放
することにより自動的に海水流入部内に入っていた空気
は空気排出口から排出し、代って海水を流入させること
ができ、極めて容易に行うことができる

【００１０】上述したように構成された第２の手段にお
いては、ブイの上下動に合わせてピストンも上下動し、
海水を揚水することができる。ブイが下降する際にはピ
ストンの下方部の水を加圧しながらピストンを下降させ
なければならず、そのためには強い下降力を必要とする
が、ブイの筒状体は浮力室の下部に周囲の水が入るよう
にその底面が開口しているので、筒状体は流入した海水
により実質的に重りを持つことになり、この重りにより
強い下降力がブイに付与され、確実にブイを下降させる
ことができる。揚水の水圧は加圧されているので、その
圧力に応じて陸上や水面上に設けた水槽等に送水するこ
とができる。

【００１１】また取水部と排水部とをシリンダの上方部
と下方部にそれぞれ設けることにより、ブイの上下動に
合わせたピストンの上下動でシリンダを境にした上部室
と下部室とは、ブイの上昇により下部室が負圧になり上
部室が加圧され、ブイが下降した時は上部室が負圧にな
り下部室が加圧される。これら室が負圧になった時に
は、取水部により周囲の海水を取水し、加圧された時に
は取水した海水を排水部から排水させることができ、略
連続的に揚水することができる。

【００１２】また、この波力揚水装置のポンプ手段から
の海水を水槽に供給し、かつ水槽からの排水で発電手段
を動作させるようにすれば、水槽には常時新鮮な海水を
供給することができ、水槽を生け簀として使用すること
ができ、その排水の落水を利用して電力を得ることもで
きる。また、常に水海が供給されていることは、水槽か
らオーバーフローする海水も連続的であるから、発電手
段を連続的に動作させることができ、安定した電力を得
ることもできる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に示す本発明の一実施例について
説明する。図１は全体構成を説明するための説明図、図
２はその揚水ポンプ部を詳細に示す縦断面図、図３は揚
水ポンプ部のブイの部分を示す縦断面図である。

【００１４】この実施例における波力揚水装置は、水槽
に常に新鮮な海水を供給して魚介類を生きた状態で保存
したり、飼育したりするとともに、水槽からオーバーフ
ローする海水によって発電も行うようにしている。した
がって、この波力揚水装置は、海水を汲み上げる揚水ポ
ンプ部１と、この揚水ポンプ部１からの海水が供給され
る水槽２と、この水槽２より低い位置に設置され、水槽
２から落水する海水により水車をまわして発電する発電
手段３とを有している。揚水ポンプ部１からの海水はパ
イプ４により水槽２に供給され、水槽２からの排水は水
圧管５により発電手段３に供給される。

【００１５】揚水ポンプ部１は、図２に詳細に示すよう
に、円筒形をし両端が密閉されたシリンダ１１と、この
シリンダ１１内に嵌合され、その軸線方向に摺動可能に
挿入されたピストン１２と、一端がこのピストン１２に
固定され、他端はシリンダ１１の一端から突出するピス
トンロッド１３と、このピストンロッド１３の他端に固
定されたブイ１４とを有している。シリンダ１１は下方
が海底６に固定された支持柱部材１５によりその軸線が
立設するように支持されており、その上端には取水パイ
プ１６と排水パイプ１７が相対するように設けられてい
る。シリンダ１１の下端にも取水パイプ１８と排水パイ
プ１９が相対するように設けられている。取水パイプ１
６，１８は一端がシリンダ１１内に開口した後水平に延
在し、他端には弁室２０，２１がそれぞれ設けられてい
る。弁室２０，２１は下方に取水口２２，２３が開口し
ており、これら取水口２２，２３にはボール弁等で構成
された逆止弁２４，２５が設けられている。これら逆止
弁２４，２５はシリンダ１１内に海水を流入させるが、
シリンダ１１内の海水が取水口２２，２３から排出しな
いように閉じる働きをする。排水パイプ１７，１９も、
取水パイプ１６，１８と同様に、一端がシリンダ１１内
に開口した後水平に延在し、他端には弁室２６，２７が
それぞれ設けられている。各弁室２６，２７の上方には
パイプ４から分岐した分岐パイプ２８，２９が取付けら
れている。これら取水口２２，２３にはボール弁等で構
成された逆止弁２４，２５が設けられている。各弁室２
６，２７内には、逆止弁２４，２５と同様な逆止弁３
０，３１が設けられ、これら逆止弁３０，３１は、シリ
ンダ１１内の海水が分岐パイプ２８，２９に流れるとき
は開き、分岐パイプ２８，２９内の海水がシリンダ１１
内に流れないように閉じる働きをする。

【００１６】ブイ１４は、図３に詳細に示すように、一
端が開口した有底の円筒部材３２を有し、この円筒部材
３２の開口側を下方に位置させてピストンロッド１３の
他端に接続し、円筒部材３２の底部が上方に位置するよ
うに配置されている。円筒部材３２内の底部には隔壁３
３により区画された空気室３４が形成されている。隔壁
３３から開口端までの円筒部材３２内には海水が入って
いる。したがって、円筒部材３２は隔壁３３から上の空
気室３４の部分が水面から浮き上がることになる。この
ブイ１４が支持柱部材１５に沿って円滑に上下動できる
ように、支持柱部材１５と相対する円筒部材３２の外周
面にはガイドローラ３５が取付けされている。なお、円
筒部材３２内の空気室３４に相当する部分には、発砲ス
チロールのような浮力を形成する気泡を有する部材を設
けるようにしてもよい。また、円筒部材３２の隔壁３３
の下方に位置する部分には開口４１が設けられ、この開
口４１を空気抜きとして利用して円筒部材３２内に海水
を入れる。海水を満たした後は、栓部材４２を開口４１
に挿入することにより海水の面が円筒部材３２内の水面
より低くなっても、円筒部材３２内の海水が流れだすこ
とはない。更に、円筒部材３２内への海水の注入は、ピ
ストンロッド１３に取り付けた後で行うことができ、水
を入れて重たくなった円筒部材３２をピストンロッド１
３に取り付けるというような作業を行うことはない。

【００１７】魚７を入れた水槽２は、下方が海底６に固
定された支柱部材３６により水面８上に位置するように
支持されている。発電手段３もまた、支柱部材３７によ
り水面８上に位置するように支持されている。発電手段
３は、水槽２から水圧管５を通って落下した海水により
回転して発電するフランシス水車あるいはプロペラ水車
のような水車３８を有し、発電された電力は電線３９に
より外部に取り出される。水車３８を回転させた海水は
排水パイプ４０から再び海に戻される。これら水槽２お
よび発電手段３は満潮時にも海中に没しない高さに支持
される。なお、これら水槽２および発電手段３は陸上に
設置してもよい。発電された電力は、波の高さ等により
変化するので、一旦蓄電器等に充電するようにすればよ
い。

【００１８】上述のように構成された波力揚水装置を海
岸に設置する場合、干潮および満潮時においてもブイ１
４が水面８に浮遊し、水面８の上下動に合わせてブイ１
４も上下動し、ピストン１２が上下動できる水深の海底
６に設定する。但し、設置する海岸における干潮時と満
潮時の潮位が大きく異なる場合は、干潮時と満潮時にブ
イ１４が水面８上に浮遊できるようにシリンダ１１およ
びピストンロッド１３の各軸方向長さを調整すればよ
い。

【００１９】このようにブイ１４は、その円筒部材３２
の空気室３４により浮力が付けられているので常時水面
８上を浮遊でき、波による水面８の上昇に合わせてブイ
１４を上昇させ、強い上昇力をピストン１２に付与する
ことができる。また、水面８が下降する際には、円筒部
材３２内の海水が重りとして作用するので、強い下降力
がブイ１４に加えられ、これにより確実にピストン１２
を下降させることができる。例えば、円筒部材３２の内
径が１ｍとし、水面８の高さｈが１ｍ下降したとする
と、水面８から上に位置する円筒部材３２内には約３．
１４立方ｍの海水が溜まっていることになる。この海水
が重りとなってピストンロッド１３からピストン１２に
下降力を付与し、水の場合で３トン以上となり、水より
比重の重い海水の場合はそれ以上の重さがピストン１２
に加えられることになる。したがって、水面８が隔壁３
３のレベルより僅かでも低くなれば、その高さ分の容積
の海水が重りとして作用し、確実にピストン１２を下降
させることができる。水面８の上昇時には、水面８と円
筒部材３２内のレベルが同じになれば円筒部材３２内の
海水は重りと作用せず、空気室３４による浮力で浮き上
がることができる。したがって、ピストン１２を上昇さ
せることも確実に行うことができる。

【００２０】反対に、水面８の下降に伴ってブイ１４が
図２に示す位置から下降すると、ブイ１４に接続された
ピストンロッド１３も下降し、ピストン１２を押し下げ
る。ピストン１２の下降によりピストン１２により仕切
られたシリンダ１１の上部室が負圧になり、取水パイプ
１６の取水口２２から逆止弁２４を通りこの上部室に海
水が取水される。この上部室には分岐パイプ２８からパ
イプ４に連通する排水パイプ１７も接続されているが、
排水パイプ１７の弁室２６の逆止弁３０は上部室の負圧
により閉じて、分岐パイプ２８からの海水の流入を阻止
する。

【００２１】一方、ピストン１２により仕切られたシリ
ンダ１１の下部室はピストン１２の下降により加圧さ
れ、下部室内の海水は取水パイプ１８および排水パイプ
１９側に送り込まれる。排水パイプ１９側は海水が弁室
２７の逆止弁３１を押し上げて、分岐パイプ２９からパ
イプ４に海水が送り込まれるが、取水パイプ１８側は下
部室内の加圧により逆止弁２５が閉じ、下部室内の海水
が再び海中に戻されることはない。したがって、分岐パ
イプ２９からパイプ４に送り込まれた海水は水槽２に供
給される。

【００２２】次いで、水面８が上昇するとブイ１４も上
昇し、ピストン１２を上昇させてシリンダ１１の上部室
を加圧し、下部室を負圧にする。したがって、上部室内
の海水が排水パイプ１７からパイプ４に送り込まれ、下
部室には取水パイプ１８の取水口２３から逆止弁２４を
通り海水が取水される。以下、水面８の上下動に合わせ
てシリンダ１１の上部室そして下部室と交互に海水を吸
水し、吸水された海水は下部室そして上部室から交互に
排水され、パイプ４を通して水槽２に供給される。この
ようにして、水槽２には常に新鮮な海水を連続的に供給
することができる。水槽２においては一定の水位を保持
させ、オーバーフローした海水は水圧管５を通り発電手
段３に送られ、落水力により水車３８を回転させて発電
し、その電力は電線３９により取り出す。水車３８を回
転させた海水は、排水パイプ４０により再び海に戻され
る。

【００２３】なぎの時もおだやかな波は発生しており、
その僅かな波でもブイ１４は上下動する。しかも、ブイ
１４の円筒部材３２内には海水が入っているので、水面
８が円筒部材３２内の海水面より低く位置した時には、
円筒部材３２内の海水が重りとして作用し、ブイ１４を
水面下深く沈ませることができ、これにより水面８の上
下動による高低差以上にブイ１４を上下動させるので、
時間当たりの揚水量は低くはなるが、確実に揚水動作を
行うことはできる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、上部に浮力を与え
るための浮力付与部が、下部に周囲の海水が流入する海
水流入部が形成され、この海水流入部の下端は開口した
筒状体を有し、海水流入部の上部には開閉可能な空気排
出口が形成されている請求項１に記載のブイによれば、
ブイの筒状体は浮力付与部の下部に周囲の水が入るよう
にその底面が開口しているので、筒状体は流入した海水
により実質的に重りを持つことになり、波が下降した時
には、水面から突出したブイの質量に水面から突出した
海水流入部の体積が重りとなり、下方に強い荷重力を発
生させることができる。海水流入部への海水の注入は、
水面にこのブイを浮かべ、空気排出口を開放することに
より自動的に海水流入部内に入っていた空気は空気排出
口から排出し、代って海水を流入させることができ、極
めて容易に行うことができる

【００２５】また、上部に浮力を与えるための浮力付与
部が、下部に周囲の海水が流入する海水流入部を備え、
この海水流入部の下端は開口した筒状体でブイを構成
し、接続手段は筒状体の上下動を直接的にピストンに伝
達する棒状部材で構成した請求項２に記載の波力揚水装
置によれば、ブイの上下動に合わせてピストンも上下動
し、海水を揚水することができる。ブイが下降する際に
はピストンの下方部の水を加圧しながらピストンを下降
させなければならず、そのためには強い下降力を必要と
するが、ブイの筒状体は浮力付与部の下部に周囲の水が
入るようにその底面が開口しているので、筒状体は流入
した海水により実質的に重りを持つことになり、この重
りにより強い下降力がブイに付与され、確実にブイを下
降させることができる。揚水の水圧は加圧されているの
で、その圧力に応じて陸上や水面上に設けた水槽等に送
水することができる。

【００２６】また、上述のポンプ手段のシリンダを、内
部が負圧の時に周囲の海水を取水する取水部と、内部が
加圧された時にはこの内部の海水を排水する排水部とが
上方部と下方部にそれぞれ設けた請求項３に記載の波力
揚水装置によれば、ブイの上下動に合わせたピストンの
上下動でシリンダを境にした上部室と下部室とは、ブイ
の上昇により下部室が負圧になり上部室が加圧され、ブ
イが下降した時は上部室が負圧になり下部室が加圧され
る。これら室が負圧になった時には、取水部により周囲
の海水を取水し、加圧された時には取水した海水を排水
部から排水させることができ、略連続的に揚水すること
ができる。

【００２７】また、ポンプ手段の排水部をパイプを介し
て水槽に接続し、この水槽からの排水を下方に設けられ
水流により発電動作をする発電手段に供給している請求
項４に記載の波力揚水装置によれば、水槽には常時新鮮
な水を供給することができ、水槽を生け簀として使用す
ることができる。また、常に水が供給されていること
は、水槽からオーバーフローする水も連続的であるか
ら、発電手段を連続的に動作させることができ、安定し
た電力を得ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における全体構成を説明する
ための説明図である。

【図２】本実施例における揚水ポンプ部を詳細に示す縦
断面図である。

【図３】本実施例における揚水ポンプ部のブイの部分を
示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 揚水ポンプ部 ２ 水槽 ３ 発電手段 ４ パイプ ５ 水圧管 １１ シリンダ １２ ピストン １３ ピストンロッド １４ ブイ １５ 支持柱部材 １６，１８ 取水パイプ １７，１９，４０ 排水パイプ ２０，２１，２６，２７ 弁室 ２２，２３ 取水口 ２４，２５，３０，３１ 逆止弁 ２８，２９ 分岐パイプ ３２ 円筒部材 ３３ 隔壁 ３４ 空気室 ３８ タービン ４１ 開口 ４２ 栓部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波の高低にしたがって上下動するように
   水面に浮遊し、この上下動を揚水するための動力源とし
   て取り出すための波力揚水装置用ブイにおいて、上部に
   浮力を与えるための浮力付与部が、下部に周囲の海水が
   流入する海水流入部が形成され、この海水流入部の下端
   は開口した筒状体を有し、前記海水流入部の上部には開
   閉可能な空気排出口が形成されていることを特徴とする
   波力揚水装置用ブイ。
2. 【請求項２】 海中に設置されシリンダ内をピストンが
   上下動して海水を汲み上げるためのポンプ手段と、その
   一部が水面に浮遊するブイと、前記ポンプ手段と前記ブ
   イとを接続し、前記ブイの上下動により前記ポンプ手段
   に揚水動作を行わせる接続手段とを有する波力揚水装置
   において、前記ブイは上部に浮力を与えるための浮力付
   与部が、下部に周囲の海水が流入する海水流入部が形成
   され、この海水流入部の下端は開口した筒状体を備え、
   前記接続手段は前記筒状体の上下動を直接的に前記ピス
   トンに伝達する棒状部材で構成されていることを特徴と
   する波力揚水装置。
3. 【請求項３】 前記ポンプ手段の前記シリンダは、内部
   が負圧の時に周囲の海水を取水する取水部と、内部が加
   圧された時にはこの内部の海水を排水する排水部とが上
   方部と下方部にそれぞれ設けられていることを特徴とす
   る請求項２に記載の波力揚水装置。
4. 【請求項４】 前記ポンプ手段の排水部はパイプを介し
   て水槽に接続され、この水槽からの排水は下方に設けら
   れ水流により発電動作をする発電手段に供給されている
   ことを特徴とする請求項２あるいは３に記載の波力揚水
   装置。