JP2013040545A

JP2013040545A - フラップ式防波堤

Info

Publication number: JP2013040545A
Application number: JP2011211333A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Kimura; 雄一郎木村; Toshiaki Morii; 俊明森井; Kyoichi Nakaho; 京一仲保
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: JP5714463B2

Abstract

【課題】港外と港内の海水の交換を行いつつ、波浪の浸入または津波の越流を効果的に抑制する。
【解決手段】港外Ａと港内Ｂの海水を交換するための通水孔２ａを下部に設けた基台２の上端に、平常時は波浪によって動揺し、津波、高潮時には前記通水孔２ａを塞ぐ浮体３ｂを下方に、上方には基台上部からの越流を防止する止水板３ｃを位置させ、これら浮体３ｂと止水板３ｃの間に回転軸３ａを設けた扉体３の前記回転軸３ａを、扉体３が回転軸３ａを支点とする上下揺動自在となるように回転自在に取付ける。
【効果】平常時は、港外と港内の海水の交換を可能としつつ、津波、高潮時は、基台下部の通水孔を通っての海水の浸入、及び基台上部からの越流を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、港外と港内の海水交換を妨げずに、波力によって動揺する扉体を利用して、港内への波浪の浸入または津波の越流を抑制できるフラップ式の防波堤に関するものである。

例えば特許文献１で開示されたような、海水交換を想定しないケーソン式防波堤は、波浪の浸入を確実に低減できるものの、平常時は、港外と港内の海水の交換がないので、港内の水質が低下するという問題がある。

一方、特許文献２の第５図〜第７図で開示されたような、下部開口型のケーソン式防波堤は、港外と港内の海水を交換することは可能であるが、特許文献１で開示されたような海水交換を想定しないケーソン式防波堤に比べて波浪の低減効果は若干劣り、さらに津波のように、長時間にわたって押し波あるいは引き波が持続する長周期の波に対しては低減効果が低い。

特開平４−３３６１０５号公報特開昭６２−２７３３１１号公報

本発明が解決しようとする問題点は、従来の防波堤のうち、海水交換を想定しないケーソン式防波堤は港内の水質が低下し、また、下部開口型のケーソン式防波堤は海水交換を想定しないケーソン式防波堤に比べて波浪または津波の低減効果が劣るという点である。

本発明は、上記問題を解決すべく、港外と港内の海水の交換を行いつつ、波浪の浸入および津波の越流を効果的に抑制できるフラップ式の防波堤を提供することを目的としてなされたものである。

本発明のフラップ式防波堤は、
港外と港内の海水を交換するための通水孔を下部に設けた基台の上端に、
平常時は波浪によって動揺し、津波、高潮時には前記通水孔を塞ぐ浮体を下方に、上方には基台上部からの越流を防止する止水板を位置させ、これら浮体と止水板間に回転軸を設けた扉体の、前記回転軸を回転自在に取付け、
前記扉体が回転軸を支点とする上下揺動自在となるようにしたことを最も主要な特徴としている。

上記の本発明では、平常時は、港外と港内の海水交換を妨げずに、フラップ式扉体の浮体が波力により揺動することで、波浪のエネルギーを散逸させる。また、津波、高潮時は、フラップ式扉体を閉鎖することで、浮体で基台下部の通水孔を塞いで海水の浸入を防止する一方、止水板が基台の上端に立ち上がって基台上部からの越流を防止する。

本発明では、平常時は、港外と港内の海水の交換を可能としつつ、津波、高潮時は、基台下部の通水孔を通っての海水の浸入、及び基台上部からの越流を防止することができる。

本発明のフラップ式防波堤の通常時の状態を示す概略構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。本発明のフラップ式防波堤の津波、高潮時の状態を示す概略構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。（ａ）は矩形断面構造物に作用する揚圧力を説明する図、（ｂ）はＬ型断面構造物に作用する揚圧力を説明する図である。本発明のフラップ式防波堤の全体構成図である。本発明のフラップ式防波堤に設置する発電装置の概略構成図である。本発明のフラップ式防波堤に設置する発電装置のピストンの動きと流体の流れを説明する図で、（ａ）はピストンが上方に移動する場合、（ｂ）はピストンが下方に移動する場合の図である。本発明のフラップ式防波堤における扉体閉鎖時の操作を説明する図である。ＧＰＳ津波計で観測されたデータを使用する本発明のフラップ式防波堤の説明図である。（ａ）（ｂ）は超音波式波浪計で観測されたデータを使用する本発明のフラップ式防波堤の説明図である。

本発明は、平常時は港外と港内の海水交換を妨げず、津波、高潮時は波浪の浸入または津波の越流を抑制するという目的を、下方の浮体と上方の止水板間に回転軸を設けた扉体の前記回転軸を、下部に通水孔を設けた基台の上端に回転自在に取付けることで実現した。

以下、本発明を実施するための形態を、図１〜図９を用いて詳細に説明する。
図１及び図２は本発明のフラップ式防波堤の概略構成を示した図である。

図１及び図２において、１は港外と港内を区画する本発明のフラップ式防波堤であり、例えば一体で形成された基台２の下部に、港外Ａと港内Ｂの海水を交換するための通水孔２ａを設けている。なお、一体形成が難しい長さの場合は、適切な長さに分割して製作することは言うまでもない。

前記基台２は、鋼製又はコンクリート製、或いは、それらを複合して形成される重量式の構造物とする。その際、図３（ａ）に示すような、通常の矩形断面の場合は、水位の上昇時に揚圧力が作用するので、構造物の安定性に寄与する有効重量が低下する。しかしながら、図３（ｂ）に示すような、Ｌ字型断面の場合は、揚圧力が作用せず、むしろ下向きの荷重が構造物に作用するので、構造物自体の安定性が向上する。従って、本発明の防波堤１の基台２は、Ｌ字型断面とすることが望ましい。

３は前記基台２の上端全域に、上下揺動自在となるように取付けられる扉体であり、例えば、基台２の幅が１００mの場合は、１０m幅の扉体３を１０門配置する。この扉体３は、高さ方向の中央付近に回転軸３ａを水平に配置し、この回転軸３ａの下方に浮体３ｂを、回転軸３ａの上方には桁と鋼板で構成される止水板３ｃを設けた構成である。

前記浮体３ｂの高さは、前記回転軸３ａを前記基台２の上端に回転自在に取付けた際に、基台２の通水孔２ａを塞ぐことができる高さとする。また、前記止水板３ｃの高さは、想定される津波の高さを勘案して決定する。この止水板３ｃは、津波、高潮時には止水壁としての機能を果たすものであるため、図１（ｂ），図２（ｂ）に示すように、隣接する止水板３ｃとの隙間は可能な限り小さくすることが望ましい。

上記構成の本発明のフラップ式防波堤１では、平常時は、図１（ａ）に示すように、波力によって浮体３ｂが揺動し、港外Ａと港内Ｂの海水の交換が可能となる。また、津波、高潮時は、図２（ａ）に示すように、扉体３を閉鎖することで、浮体３ｂで基台２の下部の通水孔２ａを塞いで海水の浸入を防止する一方、止水板３ｃが基台２の上端に立ち上がって防波堤上部からの越流を防止する。

図１及び図２では、前記扉体３の止水板３ｃの背面側に、発電装置４を設置したものを示している。この発電装置４は、止水板３ｃの背面側に取付けた連結棒５を介してピストンロッド４ａを上下運動させ、タービン６（図４参照）に供給する流体を循環させて発電する構成である。前記流体としては、水または生分解性の油を使用することが望ましい。

このような発電装置４を、図４に示すように各扉体３に設置すれば、波力により浮体３ｂが揺動するので、その揺動を取り出して、ピストンロッド４ａの上下運動に変えることで、発電に必要な動力を得ることができる。なお、前記タービン６は、図４に示すように、複数台の発電装置４で共用すればよい。

発電装置４は、より具体的には、図５に示すように、ピストンロッド４ａに取付けたピストン４ｂと、このピストン４ｂの上下運動を案内するシリンダー４ｃとで構成している。そして、シリンダー４ｃの、ピストン４ｂが上下運動する流体室４ｃａの一方側の上下端部にはタービン６からの流体を吸引する２本の吸引用配管７ａ，７ｂが設けられている。また、前記流体室４ｃａの他方側の上下端部にはタービン６へ流体を排出する２本の排出用配管８ａ，８ｂが設けられている。加えて、２本の吸引用配管７ａ，７ｂ及び２本の排出用配管８ａ，８ｂには逆止弁９を設置している。

このような構成の発電装置４を備えることで、ピストン４ｂの上下運動の力をシリンダー４ｃ内の流体の力に変え、その力でタービン６を回転させて発電を行うことが可能となる。

前記構成の発電装置４では、ピストン４ｂの上方への移動時には、図６（ａ）に示すように、シリンダー４ｃの内部の流体の圧力によって、上部の吸引用配管７ａと下部の排出用配管８ｂの逆止弁９は自動的に閉鎖されると共に、下部の吸引用配管７ｂと上部の排出用配管８ａの逆止弁９は自動的に開放されて、一方向のみの流れを許容して流体がタービン６へ流れる。

また、ピストン４ｂの下方への移動時には、図６（ｂ）に示すように、シリンダー４ｃの内部の流体の圧力によって、下部の吸引用配管７ｂと上部の排出用配管８ａの逆止弁９は自動的に閉鎖されると共に、上部の吸引用配管７ａと下部の排出用配管８ｂの逆止弁９は自動的に開放されて、一方向のみの流れを許容して流体がタービン６へ流れる。

このようにすることで、平常時は、供給された流体によりタービン６を回転させて発電を行うことが可能となり、さらに、波浪からエネルギーを回収することで、港内Ｂへの進入波およびフラップ式防波堤１からの反射波の低減効果も向上する。

一方、津波や高潮の発生が予想される時には、制御装置１０の指令により、図７に示すように、下部の吸引用配管７ｂと上部の排出用配管８ａの逆止弁９を開放すると共に、上部の吸引用配管７ａと下部の排出用配管８ｂの逆止弁９を閉鎖した状態で、外部電源によりタービン６を回転駆動してピストン４ｂを上方に移動させながら扉体３を閉鎖する。扉体３の閉鎖後は、全ての逆止弁９を閉鎖して、流体の流れを制限する。

なお、前記発電装置４やタービン６等は、メンテナンス性を考慮して、極力、水面より高い位置に配置することが望ましい。

津波や高潮の発生を予測する波浪観測機器として、日本近海に多数存在する波浪・潮位観測点に係留される海洋観測ブイ１１に搭載するＧＰＳ津波計１２を使用する場合、前記制御装置１０への指令は、例えば図８に示すように実施される。

まず、ＧＰＳ津波計１２にて観測された海面位置データ、波浪データ、潮位データなどを陸上基地局１３に転送する。陸上基地局１３、あるいは陸上基地局１３を設置した防災センター等の観測施設では、観測された前記データの評価を自動的に行い、例えば津波・高潮のように閾値を超えた異常な波高が観測された場合は、前記制御装置１０及びタービン６の外部電源に扉体３の閉鎖を促す信号を送信する。

信号を受け取った制御装置１０は、逆止弁９の閉鎖及び開放を行うように指令し、信号を受け取ったタービン６の外部電源は、タービン６の回転駆動を行うように指令する。なお、扉体３を閉鎖する例えば有義波高、有義波周期等の閾値となる海象条件は、ＧＰＳ津波計１２の設置海域毎の特性を踏まえて決定する。

海洋観測ブイ１１にＧＰＳ津波計１２とＧＰＳ津波計１２にて観測されたデータに基づいて波高を計測する観測機器が一緒に搭載されている場合は、図８のように陸上基地局１３を経由せずに直接制御装置１０に送信しても良い。

津波や高潮の発生を予想する機器は、図８で説明したＧＰＳ津波計１２に限らず、図９（ａ）に示すような海底、あるいは図９（ｂ）に示すような沿岸に設置された超音波式波浪計１４のような波浪観測機器から得られたデータを施設の制御に使用しても良い。

このような構成にすれば、津波・高潮のように閾値を超えた波浪が観測された場合には、自動的に扉体３を閉鎖することができ、港内の安全を守ることができる。

なお、図８，９では、ＧＰＳ津波計１２や超音波式波浪計１４で観測したデータの評価を、陸上基地局１３あるいは防災センター等の観測施設で自動的に行い、制御装置１０及びタービン６の外部電源に動作を促す信号を送信するものについて説明したが、手動操作により制御するものでも良い。

本発明は、前記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば、発電した電力を蓄える蓄電池を更に備えれば、災害時に停電により外部電源が使用できない時に、津波や高潮の発生が予測された場合にも、蓄電池に蓄えた電力でタービン６を回転駆動し、ピストン４ｂを上方に移動して扉体３を閉鎖することができる。

また、前記浮体３ｂは、桁と鋼板を用いた中空構造物に限らず、内部に軽量な樹脂を充填したものでも良い。このような構造では、強度が高くなって、破孔による浮力の喪失も防止することができる。

１フラップ式防波堤
２基台
３扉体
３ａ回転軸
３ｂ浮体
３ｃ止水板
４発電装置
４ａピストンロッド
４ｂピストン
４ｃシリンダー
４ｃａ流体室
５連結棒
６タービン
７ａ，７ｂ吸引用配管
８ａ，８ｂ排出用配管
９逆止弁
１０制御装置
１１海洋観測ブイ
１２ＧＰＳ津波計
１３陸上基地局
１４超音波式波浪計

Claims

港外と港内の海水を交換するための通水孔を下部に設けた基台の上端に、
平常時は波浪によって動揺し、津波、高潮時には前記通水孔を塞ぐ浮体を下方に、上方には基台上部からの越流を防止する止水板を位置させ、これら浮体と止水板間に回転軸を設けた扉体の、前記回転軸を回転自在に取付け、
前記扉体が回転軸を支点とする上下揺動自在となるようにしたことを特徴とするフラップ式防波堤。
波力により揺動する前記扉体の止水板の背面側に、連結棒を介してピストンロッドを取付け、前記浮体の上下揺動を止水板、連結棒を介してピストンロッドに伝え、ピストンロッドの上下運動によりタービンに供給する流体を循環させて発電する発電装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のフラップ式防波堤。
前記発電装置は、
上下運動する前記ピストンロッドに取付けられたピストンと、このピストンの上下運動を案内するシリンダーとからなり、
前記シリンダーの、前記ピストンが上下運動する流体室の一方側の上下端部にはタービンからの流体を吸引する２本の吸引用配管が、また、前記流体室の他方側の上下端部にはタービンへ流体を排出する２本の排出用配管がそれぞれ設けられると共に、
これら２本の吸引用配管及び２本の排出用配管にはそれぞれ逆止弁が設置されていることを特徴とする請求項２に記載のフラップ式防波堤。
前記発電装置は、
ピストンの上方への移動時は、シリンダー内部の流体の圧力によって、下部の吸引用配管と上部の排出用配管の逆止弁を自動的に開放すると共に、上部の吸引用配管と下部の排出用配管の逆止弁を自動的に閉鎖することで、また、ピストンの下方への移動時は、シリンダー内部の流体の圧力によって、上部の吸引用配管と下部の排出用配管の逆止弁を自動的に開放すると共に、下部の吸引用配管と上部の排出用配管の逆止弁を自動的に閉鎖することで、一方向のみの流れを許容して流体をタービンに供給する構成であることを特徴とする請求項３に記載のフラップ式防波堤。
前記発電装置は、
扉体の閉鎖時には、下部の吸引用配管と上部の排出用配管の逆止弁を開放すると共に、上部の吸引用配管と下部の排出用配管の逆止弁を閉鎖した状態で、外部電源によりタービンを回転駆動してピストンを上方に移動させながら扉体を閉鎖し、
扉体の閉鎖後は、全ての逆止弁を閉鎖して、流体の流れを制限する制御装置を備えた構成であることを特徴とする請求項３に記載のフラップ式防波堤。
発電した電力を蓄える蓄電池を更に備え、
高潮時には、下部の吸引用配管と上部の排出用配管の逆止弁を開放すると共に、上部の吸引用配管と下部の排出用配管の逆止弁を閉鎖した状態で、前記蓄電池に蓄えた電力で、タービンを回転駆動してピストンを上方に移動させながら扉体を閉鎖する構成であることを特徴とする請求項３に記載のフラップ式防波堤。
所定海域に設置された波浪観測機器と、この波浪観測機器にて得られたデータを受け取る地上に設けられた陸上基地局と、この受け取ったデータに基づいて波高を計測する前記陸上基地局或いはこの陸上基地局を設けた観測施設を更に備え、
前記波高が閾値を超えた時は、前記陸上基地局から前記制御装置及び前記外部電源に信号を送り、
前記制御装置からの指令により逆止弁の閉鎖及び開放を行うとともに、前記外部電源からの指令によりタービンの回転駆動を行うように制御することを特徴とする請求項５に記載のフラップ式防波堤。