JP2013119289A - 浮体構造物連結システム及びこれを用いた係留システム - Google Patents

Abstract

【課題】連結システムに過大なストレスが発生することがなく、浮体構造物の鉛直軸同士の近接又は離間を抑制することができる浮体構造物連結システム及びこれを用いた係留システムを提供する。
【解決手段】互いに離間して配置された２つの浮体構造物１０と、水面上に略水平に配置され、両端が前記２つの浮体構造物にそれぞれ水平にピン接合された第１水平リンク２０と、第１水平リンクに対して鉛直方向に離間して並列に配置され、両端が前記２つの浮体構造物にそれぞれ水平にピン接合された第２水平リンク３０と、を備え、２つの浮体構造物が相対的に上下動しても、また前記２つの浮体構造物がそれぞれ傾斜しても、２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに平行に保たれるように、２つの浮体構造物と第１水平リンクと第２水平リンクとによって平行四辺形リンクを構成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、揺動する船舶や洋上構造物等の浮体構造物同士を連結する浮体構造物連結システム及びこれを用いた係留システムに関するものである。

浮体構造物を安価に係留するための係留システムとして、一般にドラッグアンカーとカテナリーチェーンが使われている。このような係留索は、水深の３倍から１０倍程度の長さを展開するのが通常で、浮体構造物が動き回らないようにするためには複数の係留索を放射状に配置する必要がある。また一本が切れても大惨事に至らないように考慮して設計される。このため、最低でも３本が使用されるが、一本が切れたときの挙動を考慮すると４本以上が望ましい。かといって、小さな浮体構造物の場合には、ひとつひとつに４本の係留索を設置するのは無駄も多くコストもかかるものであり、またこの方法で設置密度を上げることができず、たとえば限られた水面で風力エネルギー、潮流力エネルギー、波力枝ネルギー等を回収しようとする場合に効率が悪い。そこで、複数の浮体同士を水平の舫い綱でつないだ上でそれら全体を係留索で海底のアンカーに固定する方法が考えられ、複数の洋上風力発電ユニットを設置する場合などに提案されている。

しかし、一般にひとつの浮体構造物を固定する1セットの係留索は、空から見て放射状に配置されていて各係留索の張力の水平成分がつりあっており、また各係留索の垂直下向き成分はほぼ一様になっていてそれら係留索が浮体の、例えば４隅を、同程度の力で下向きに引っ張っていて浮体のバランスが取れているものである。したがって、４本の放射状係留索を持つ浮体が２セット近所に設置されるからと安易にそれぞれの浮体の係留索のうち1本乃至２本を、浮体同士をつなぐ水平の舫い綱に置き換えてしまうと、水平力のつりあいは取れたとしてもそれぞれの浮体構造物にかかる下向きの張力にはアンバランスが生じ、浮体構造物にはそれぞれ、舫い綱に置き換えられた近辺が浮き上がり、係留索が残っている部分が沈みこむような傾斜が生じ、不安定な状態になるという問題がある。

そこで、複数の浮体構造物を舫い綱ではなく剛体でつなぎ、一体の構造物とすることが考えられ、グリッド型あるいは集合型の洋上風力発電システムとして提案されている。例えば、特許文献１には、一つの浮体と、この浮体を中心にしてその周囲に配置される複数個の外周浮体とを互いに剛性を有する部材で連結した状態で洋上に浮かべ、少なくとも前記浮体の一つに風力発電用機材を載置して成る浮体装置と、前記中心部の浮体の下部に接続される係留索としての複数のアンカーとでなる洋上風力発電装置の基礎構造が開示されている。特許文献１では、中心部の浮体の下部に８本のアンカーが等間隔で放射状に設置されている。

特開２０１０−２１６２７３号公報

しかしそのように浮体構造物間をつなぐ細長い構造物は、波浪にさらされたときに、浮力の偏在による巨大な剪断力やサグ、ホグと呼ばれる上反り、下反りモーメントに対して簡単には耐え難く、常識的に船舶として存在しうるような細長比でないと難しいという問題がある。特に風力利用システムにおいては、風車間の距離は数百メートルになるケースが多いが、これは一般的な設計最大波の波長や半波長と同程度であるため、海面形状とそれに伴う浮力の変化によって大きな変形力にさらされることになり、全てを細い一体の構造物として設計するのは困難である。また逆に係留索等で柔軟に連結した場合には、揺れで隣り合う風車同士がぶつかり合う心配がある。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、連結システムに過大なストレスが発生することがなく、浮体構造物の鉛直軸同士の近接又は離間を抑制することができる浮体構造物連結システム及びこれを用いた係留システムを提供することを課題とする。

２つの浮体構造物を水面近辺で連結する浮体構造物連結システムであって、互いに離間して配置された前記２つの浮体構造物と、水面上に略水平に配置され、両端が前記２つの浮体構造物にそれぞれ水平にピン接合された第１水平リンクと、前記第１水平リンクに対して鉛直方向に離間して並列に配置され、両端が前記２つの浮体構造物にそれぞれ水平にピン接合された第２水平リンクと、を備え、前記２つの浮体構造物が相対的に上下動しても、また前記２つの浮体構造物がそれぞれ傾斜しても、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに平行に保たれるように、前記２つの浮体構造物と前記第１水平リンクと前記第２水平リンクとによって平行四辺形リンクを構成したことを特徴とする。

これによれば、平行四辺形リンクによって、各々の前記浮体構造物が相対的に上下動できるために、特に浮体構造物間の距離と同程度の波長をもつ波にさらされても連結システムに過大なストレスを発生させることなく連結できる。また、平行四辺形リンクによって、各々の前記浮体構造物が同じ方向であれば傾斜できるため、同じ方向の風を受けて同じ方向に傾斜して風を逃がしながら、浮体構造物が互いにその頭頂部を近づけ合う傾斜や遠ざけ合う傾斜を防止することができる。

また、前記第１水平リンク及び前記第２水平リンクのうちの少なくとも一方は、所定値以上の圧縮力又は引張力が作用した場合に弾性変形するスプリング機構を有し、前記所定値以上の圧縮力又は引張力が作用した場合は、前記スプリング機構の弾性変形によって、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに非平行状態となり、前記圧縮力又は引張力が前記所定値よりも小さい場合は、前記平行四辺形リンクによって、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに平行状態に保たれる構成とするのが好ましい。

これによれば、第１水平リンク及び前記第２水平リンクのうちの少なくとも一方は、所定値以上の圧縮力又は引張力が作用した場合に弾性変形するスプリング機構を有しているので、所定値以上の圧縮力又は引張力が作用した場合は、前記スプリング機構の弾性変形によって、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに非平行状態となり、前記圧縮力又は引張力が前記所定値よりも小さい場合は、前記平行四辺形リンクによって、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに平行状態に保たれることになる。そのため、強い外力によって、浮体構造物の頭頂部同士が近づいたり遠ざかったりする場合には、スプリング機構がある程度柔軟に変形して第１水平リンク又は第２水平リンクに過大なストレスが発生するのを受け流し、外力が弱まれば浮体構造物の鉛直軸同士が平行に戻るようにできる効果がある。

また、前記スプリング機構は、トーションバースプリングを含んで構成され、前記トーションバースプリングは、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに非平行状態となる場合には両端部が逆向きにねじられ、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに平行状態に保たれる場合には、両端部が同位相で回転するように、前記２つの浮体構造物に連結されている構成とするのが好ましい。

これによれば、トーションバースプリングが、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに非平行状態となる場合には両端部が逆向きにねじられ、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに平行状態に保たれる場合には、両端部が同位相で回転するので、実質的に抵抗を持って弾性変形する水平リンクを実現することができる。例えば、各々の前記浮体構造物の傾斜運動を各々設けられたホーンの押し引きを介して各々回転運動に変換して同一のトーションバーの両端に接続し、両端の前記浮体構造物の鉛直軸が互いに平行を保って傾斜する場合は該トーションバーが単純回転され、両端の前記浮体構造物の鉛直軸が互いに逆向きに傾斜する場合はトーションバーの両端がねじられるように構成することにより、実質的に実現することができる。

また、前記スプリング機構は、弾性材料からなる弓形部材で構成されており、前記弓形部材は、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに非平行状態となる場合には両端部が互いに近接又は離間するように湾曲し、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに平行状態に保たれる場合には平行移動するように、前記２つの浮体構造物に連結されている構成とするのが好ましい。

これによれば、弾性材料からなる弓形部材でスプリング機構が構成されているので、２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに非平行状態となる場合には、弓形部材の両端部が互いに近接又は離間するように湾曲（弾性変形）し、２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに平行状態に保たれる場合には、弓形部材が平行移動することで、実質的に抵抗を持って伸縮する水平リンクを実現することができる。また、トーションバースプリングでスプリング機構を構成する場合に比較して、構造を簡素化できる。そのため、部品点数の低減や組立作業の容易化を図ることができる。

また、前記第１水平リンクは、橋型構造物からなり、前記スプリング機構は、前記第２水平リンクに設けられている構成とするのが好ましい。

これによれば、例えば、浮体構造物が風力利用システムである場合には、風車の翼のメンテナンス用のプラットフォームやメンテナンス要員の乗るボートの着桟のための浮桟橋として、さらには風車の設置のため搬入用運搬バージとして、橋型構造物からなる第１水平リンクを使うことができる。また、スプリング機構は、第２水平リンクに設けられているので、２つの浮体構造物の鉛直軸が非平行状態となった場合でも、第２水平リンクが変形して負荷を吸収するので、橋型構造物からなる第１水平リンクが安定する。

また、前記した浮体構造物は、浮体構造物は、風力利用システム、潮力利用システム及び波力利用システムの少なくともいずれか１つを備えるのが好ましい。

これによれば、浮体構造物連結システムによって、複数の風力、潮力、または波力利用システムを安定して連結することができる。

また、前記浮体構造物連結システムは、海底に設置されたアンカーと前記浮体構造物とを連結する複数の係留索をさらに有し、前記複数の係留索は、平面視で前記浮体構造物連結システムの図心に対して回転対称に、かつ、前記各浮体構造物から外側に向かって略放射状に配置されている構成とするのが好ましい。

これによれば、複数の係留索が、平面視で前記浮体構造物連結システムの図心に対して回転対称に、かつ、前記各浮体構造物から外側に向かって略放射状に配置されているので、浮体構造物連結システムをバランスよく係留することができる。また、２つの浮体構造物に作用する負荷にアンバランスが生じたとしても、平行四辺形リンクによって各浮体構造物を平行に傾けたり、スプリング機構によって負荷を吸収したりすることができる。

また、本発明に係る係留システムは、前記した浮体構造物連結システムを複数連結してなる浮体構造物連結システム群を海底のアンカーにつながる複数の係留索を用いて係留する係留システムであって、前記複数の係留索は、前記浮体構造物連結システム群のうち、外周部に配置された前記浮体構造物に連結されており、平面視で略放射状に配置されていることを特徴とする。

これによれば、複数の係留索は、前記浮体構造物連結システム群のうち、外周部に配置された前記浮体構造物に連結されており、平面視で略放射状に配置されているので、海底のアンカーに複数の係留索を用いて浮体構造物連結システム群全体が位置保持される。
例えば２つに浮体構造物からなる浮体構造物群の場合、右の海底に延びる係留索は右の浮体の右端から取り、左の海底に延びる係留索は左の浮体構造物の左端から取るのがよい。この時、各々の浮体構造物を見ると、左の浮体構造物においては、係留索が左に引く力と、連結システムが右に引く力とがバランスしている。また、右の浮体構造物においては、係留索が右に引く力と、連結システムが左に引く力とがバランスしている。また、垂直方向においては、左の浮体構造物には、その左端が下向きに引っ張られるためにその頭頂部を左に倒そうとする転倒モーメントが働く。また、右の浮体構造物には、その右端が下向きに引っ張られるためにその頭頂部を右に倒そうとする転倒モーメントが働く。このとき、前記した浮体構造物連結システムの第１水平リンク及び第２水平リンクが、左右の浮体構造物の転倒モーメントを打ち消し合わせて互いに平行に保とうとする力が働くので、安定を保つことができる。

以上に説明したように、本発明の浮体構造物連結システムによれば、平行四辺形リンクによって、各々の浮体構造物が互いに平行な状態で相対的に上下動できるので、連結システムに過大なストレスが発生することがなく、浮体構造物の鉛直軸同士の近接又は離間を抑制することができる。その結果、複数の浮体構造物の設置密度を上げ、安価なドラッグアンカーとカテナリーチェーンで係留することができる。

また、平行四辺形リンクによって、各々の前記浮体構造物が同じ方向であれば傾斜できるので、波高が増幅され、かつ水深に対して波高が高い浅瀬においても、浮力の偏在や変動、水の流体力、係留力の変動等を適度に逃がして過大なストレスが連結部や浮体構造物にかかることを防止することができる。

また、本発明の浮体構造物連結システムによれば、浮体構造物が風力利用システムである場合には、風車の翼のメンテナンス用のプラットフォームやメンテナンス要員の乗るボートの着桟のための浮桟橋として、さらには風車の設置のため搬入用運搬バージとして、橋型構造物からなる第１水平リンクを使うことができる。

更に、本発明の係留システムによれば、それぞれの浮体構造物に係留索による張力の下向き成分にアンバランスがあっても浮体構造物が傾かないように浮体を連結するので、例えば風力発電システムであった場合に、となりあう風車同士がお互いに近づきあうように傾斜することがなく、風車同士が接触するのを防ぐことができる効果がある。

本実施形態に係る浮体構造物連結システムの側面図である。 （ａ）は浮体構造物の側面図、（ｂ）は浮体構造物の平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、である。 （ａ）は平行四辺形リンクの側面図、（ｂ）は第１水平リンクの側面図、（ｃ）は第２水平リンクの側面図、である。 第１水平リンクの一部を切り欠いて示した平行四辺形リンクの平面図である。 浮体構造物が平行に傾斜した場合の第２水平リンクの各部の動作を矢印で付して示した第２水平リンクの斜視図である。 浮体構造物の頭頂部同士が互いに遠ざかるように傾斜した場合の第２水平リンクの各部の動作を矢印で付して示した第２水平リンクの斜視図である。 第１変形例に係る伸縮可能リンクの断面図である。 （ａ）は、第２変形例に係る浮体構造物連結システムの平行四辺形リンクの側面図、（ｂ）は第１水平リンクの側面図、（ｃ）第２水平リンクを構成する弓形部材の側面図、である。 浮体構造物連結システムを利用した係留システムの平面図であり、（ａ）は直鎖型、（ｂ）はクロスリンク型、（ｃ）は三角型、をそれぞれ示している。

本実施形態に係る浮体構造物連結システムについて、その最小単位である２つの風力利用システムを連結した場合を例にとって、図１乃至図６を参照して説明する。なお、説明において方向を示すときは、図面に示した左右上下前後に基づくものとする。

図１に示すように、浮体構造物連結システム１は、互いに離間して設置された２つの浮体構造物１０と、この２つの浮体構造物１０同士を連結する第１水平リンク２０及び第２水平リンク３０と、２つの浮体構造物１０をそれぞれ係留する複数の係留索５０と、を備えている。これら２つの浮体構造物１０と、第１水平リンク２０と、第２水平リンク３０と、によって平行四辺形リンク４０が構成されている。

浮体構造物連結システム１には、係留索５０によって、例えば左右の浮体構造物１０をそれぞれ外側に転倒させようとする転倒モーメントＭが作用する。平行四辺形リンク４０は、これら２つの転倒モーメントを好適に逃がしたり打ち消したりするように機能する。

図２に示すように、浮体構造物１０は、浮体１１０と、風力利用システムとしてのダリウス型風車１２０と、潮力利用システムとしてのサボニウス型水車１３０と、を有している。

浮体１１０は、浮力を有する装置であり、例えば船体のように中空構造に構成されている。浮体１１０は、後記するダリウス型風車１２０とサボニウス型水車１３０の回転軸を回転可能に軸支している。また、浮体１１０は、この回転軸の回転によって発電する発電装置（図示省略）を備えている。また、浮体１１０は、浮体１１０の外側（第１水平リンク２０及び第２水平リンク３０と反対側）に取り付けられた係留索５０によって海底のアンカー７０に係留されている。浮体１１０は、係留索５０によって外側下方に引かれている。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、ダリウス型風車１２０は、回転軸となる上支柱１２１と、上支柱１２１の周囲に等間隔で３つ設けられたブレード１２２と、を有している。ブレード１２２の上端部１２２ａ及び下端部１２２ｂは、上支柱１２１の上端部に設けられた上ブラケット１２３及び上支柱１２１の下端側に設けられた下ブラケット１２４に上下方向に回転可能にそれぞれ支持されている。ブレード１２２の中間部１２２ｃは、ヒンジ構造に構成されている。また、下ブラケット１２４は、上支柱１２１に対してスライド可能に構成されている。ブレード１２２は、下ブラケット１２４を上下にスライドさせることによりブレード１２２の中間部１２２ｃを屈曲させて、その回転半径ｒを変更可能に構成されている。

図２（ａ），（ｃ）に示すように、サボニウス型水車１３０は、浮体構造物１０の重心を水中に配置するためのバラストとしての機能を兼ねるものであり、その上端部を下支柱１３１に支持されている。サボニウス型水車１３０は、円筒体を軸方向に反割りした形状のブレード１３２，１３２を備えている。２つのブレード１３２，１３２は、分割面に沿って互いにずらした形状に結合されている。サボニウス型水車１３０は、ブレード１３２，１３２に囲まれた空間１３２ａを潮流が通過することによって回転する。本実施形態に係るサボニウス型水車１３０は、このようなブレード１３２，１３２を上下に２段重ねて、互いに９０度ずつ位相をずらして配置した構造となっている。

ダリウス型風車１２０の回転軸である上支柱１２１とサボニウス型水車１３０の回転軸である下支柱１３１は、例えば、増速機構やラチェット機構などを組み合わせたギアシステム（図示省略）によって連結されている。増速機構は、例えば遊星歯車機構などで構成することができる。この増速機構によって、起動性の高いサボニウス型水車１３０によってダリウス型風車１２０を起動させることができる。また、ダリウス型風車１２０の起動後は、ダリウス型風車１２０の回転とサボニウス型水車１３０の回転とをラチェット機構で切り離すことによって、サボニウス型水車１３０がダリウス型風車１２０の負荷になることを防止することができる。

係留索５０は、浮体構造物１０（より詳しくは浮体１１０）とアンカー７０とを連結する部材であり、例えば鎖などで構成されている。アンカー７０は、海底に設置されたストックレスアンカーやストックアンカー等の錨で構成されている。本実施形態では、図４に示すように、４本の係留索５０が、平面視で浮体構造物連結システム１の図心に対して回転対称に、かつ、各浮体構造物１０から２本ずつ外側に向かって略放射状に配置されている。係留索５０は、水深に対して十分な長さ（例えば水深の３倍〜１０倍程度）を有しており、いわゆるカテナリー曲線となっている。これにより、浮体構造物１０が波浪によって上下動しても、アンカー７０には水平方向の引張力が作用するようになっている。

図３、図４に示すように、第１水平リンク２０は、水面上に略水平に配置された橋型構造物である。第１水平リンク２０は、床板状のデッキ部２１０と、デッキ部２１０を補強するトラス部２２０とを有している。

デッキ部２１０は、作業者の通路や資材の荷置場としての機能を有する。デッキ部２１０の両端部は、２つの浮体構造物１０の上側にそれぞれ水平軸回りにピン接合されている。これにより、第１水平リンク２０は、浮体構造物１０に対して上下方向に回動可能となる。

トラス部２２０は、デッキ部２１０の下方に離間して平行に配置された下梁２２１と、デッキ部２１０と下梁２２１との間に斜めに又は垂直に架設された複数の弦材２２２と、から構成されている。

図３、図４、図５（主に図５）に示すように、第２水平リンク３０は、第１水平リンク２０に対して（より詳しくはデッキ部２１０に対して）下方に離間して並列に配置された連結装置である。第２水平リンク３０は、一対のメインロッド３１０，３１０と、この一対のメインロッド３１０，３１０の間に配置されたトーションバー（トーションバースプリング）３２０と、メインロッド３１０とトーションバー３２０との間に介設された一対のリンク機構３３０，３３０と、から構成されている。これら一対のメインロッド３１０，３１０と、トーションバー３２０と、一対のリンク機構３３０，３３０と、によって、スプリング機構が構成されている。

一対のメインロッド３１０は、浮体構造物１０の傾動に伴って後記するトーションバー３２０のホーン３２２を押し引きする棒状部材である。各メインロッド３１０の一端側は、浮体１１０の下端側に水平軸回りにピン接合されている。各メインロッド３１０の他端側は、リンク機構３３０に鉛直ピン接合されている。各メインロッド３１０は、トーションバー３２０に近づくほどデッキ部２１０に近づくように傾斜して配置されている。なお、図５、図６においては、説明の便宜上、メインロッド３１０を単なる直線で描いている。

トーションバー３２０は、２つの浮体構造物１０，１０を結ぶ方向に延設されたトーションバー本体３２１と、このトーションバー本体３２１の両端に突設された一対のホーン３２２，３２２と、を備えている。トーションバー本体３２１は、例えば断面が円形状に形成された棒状部材であり、例えば金属などの弾性材料で構成されている。トーションバー本体３２１は、所定値以上のねじり荷重が作用したときに有意な弾性変形をする程度の剛性を有している。図５に示すように、トーションバー本体３２１は、平面視した状態で、一対のメインロッド３１０，３１０と同一直線上に配置されている。一対のホーン３２２は、トーションバー本体３２１に対して径方向に突出して設置された金属製の板状部材である。各ホーン３２２は、トーションバー本体３２１に対して同一の方向（図５では下方）に突出している。各ホーン３２２は、トーションバー本体３２１の両端部に溶接などによってそれぞれ剛結合されている。

一対のリンク機構３３０，３３０は、メインロッド３１０の軸方向の動作を、トーションバー３２０の周方向の動作に変換する装置である。一対のリンク機構３３０，３３０は、平面視で、略コ字状に形成されいる。一対のリンク機構３３０，３３０は、平面視で、トーションバー３２０に対して対称（回転対称）に配置されている。各リンク機構３３０は、トーションバー３２０よりも高いねじり剛性を有している。各リンク機構３３０は、軸部３３１と、ブラケット３３２と、一対のホーン３３３ａ，３３３ｂと、一対のプッシュプルロッド３３４，３３４と、を備えている。

軸部３３１は、リンク機構３３０の回転軸となる棒状部材であり、トーションバー本体３２１よりも短尺に形成されている。軸部３３１は、側面視で、メインロッド３１０に対して直交する方向に回転軸を向けて設置されている（図３（ｃ）参照）。また、軸部３３１は、平面視で、メインロッド３１０に対してメインロッド３１０の軸方向に直交する方向に離間して配置されている（図４参照）。軸部３３１は、ブラケット３３２を介して第１水平リンク２０に回転可能に軸支されている。

ブラケット３３２は、軸部３３１を回転可能に支持する部材である。ブラケット３３２は、筒状部３３２ａと、筒状部３３２ａを支持する板状部３３２ｂと、を備えている。筒状部３３２ａは、円筒状の中空部材であり、軸部３３１を回転可能に外嵌保持している。板状部３３２ｂは、筒状部３３２ａとデッキ部２１０とを連結する側面視台形状の板状部材である。板状部３３２ｂの上端部はデッキ部２１０の下面に例えば溶接固定されている。

一対のホーン３３３ａ，３３３ｂは、軸部３３１の上下端部から互いに９０°の位相を有して径方向に突設されている。上側のホーン３３３ａは、メインロッド３１０に直交する方向に延設されている。上側のホーン３３３ａは、軸部３３１の上端部とメインロッド３１０の先端部とを略水平に連結している。上側のホーン３３３ａの基端部は、軸部３３１の上端部に剛接合されている。上側のホーン３３３ａの先端部は、メインロッド３１０に対して鉛直軸回りにピン接合されている。下側のホーン３３３ｂは、軸部３３１の下端部から、トーションバー３２０側に向かってメインロッド３１０と平行に延出している。下側のホーン３３３ｂの基端部は、軸部３３１の下端部に剛接合されている。下側のホーン３３３ｂとトーションバー３２０のホーン３２２との間には、後記するプッシュプルロッド３３４が介設されている。

一対のプッシュプルロッド３３４，３３４は、下側のホーン３３３ｂの先端とトーションバー３２０のホーン３２２の先端とを連結する棒状部材である。一対のプッシュプルロッド３３４，３３４は、トーションバー３２０のホーン３２２を、トーションバー本体３２１の周方向に押し引きすることにより、トーションバー本体３２１を回転させたりねじったりする機能を有する。プッシュプルロッド３３４は、下側のホーン３３３ｂの先端に対して鉛直軸回りにピン接合されているとともに、トーションバー３２０のホーン３２２に対して水平軸回りにピン接合されている。なお、図５、図６においては、説明の便宜上、プッシュプルロッド３３４を単なる直線で描いている。

本実施形態に係る浮体構造物連結システム１は、基本的に以上のように構成されるものであり、次に、浮体構造物連結システム１の動作について、図１から図６（主に図５、図６）を参照して詳細に説明する。

浮体構造物連結システム１は、２つの浮体構造物１０と、第１水平リンク２０と、第２水平リンク３０と、によって平行四辺形リンク４０を構成しているので、２つの浮体構造物１０は、互いに平行に保たれる。そのため、２つの浮体構造物１０が、相対的に上下動したり、同一方向に傾動したりすることができる。これにより、同じ方向に傾斜して風を逃がしたり、ダリウス型風車１２０同士が近接するような傾動を回避することができる。

例えば、浮体構造物１０の頭頂部が図１の左側に向かって移動するように、２つの浮体構造物１０が傾いた場合、浮体１１０と第１水平リンク２０との連結点を支点として、浮体１１０の下側は、両者ともに右側に変位する。そうすると、図５に示すように、左側のメインロッド３１０は右側に押圧され、右側のメインロッド３１０は右側に引っ張られる。

そして、左側のリンク機構３３０は、左側のメインロッド３１０に押圧されることによって、平面視で反時計回りに回転し、左側のプッシュプルロッド３３４を引っ張る。トーションバー３２０の左側は、左側のプッシュプルロッド３３４に引っ張られて、左側のホーン３２２が前側に向かうように回転する。

一方、右側のリンク機構３３０は、右側のメインロッド３１０に引っ張られることによって、平面視で時計回りに回転し、右側のプッシュプルロッド３３４を押圧する。トーションバー３２０の右側は、右側のプッシュプルロッド３３４に押圧されて、右側のホーン３２２が前側に向かうように回転する。

これにより、トーションバー３２０の右側と左側が同位相で単純に回転するだけなので、トーションバー３２０に過度なストレスが発生することがない。また、右側のメインロッド３１０が左に移動した分だけ、左のメインロッド３１０も左に移動するので、第２水平リンク３０の全長がほとんど変化しない。そのため、平行四辺形リンク４０が保たれる。

例えば、風車同士の風影響の干渉を避けるためには、風車間の距離を風車直径の数倍程度が必要とされている。そのため、浮体構造物１０間の距離は数百ｍになることが多いが、それは設計最大風波の波長と同程度である。このような場合に風車同士が剛に連結されていると過大なストレスがかかるが、本実施形態に係るの浮体構造物連結システム１では、例えば左側の浮体構造物１０が大波の頂部に乗り、右側の浮体構造物１０が大波の底部に落ち込んだ場合には、左側の浮体１１０は左側のプッシュプルロッド３３４を引く一方、右側の浮体１１０は右側のプッシュプルロッド３３４を押す。このような場合、トーションバー３２０は単純に回転するのみで、抵抗力を発揮しないため、スムーズに平行四辺形リンク４０として作動することができる。

次に、比較的大きな荷重が作用して、２つの浮体構造物１０同士の頭頂部が互いに遠ざかるように変形した場合は、浮体１１０と第１水平リンク２０との連結点を支点として、浮体１１０の下側同士が近接するように変形する。なお、このとき、浮体１１０の上側同士は、伸縮不能な第１水平リンク２０によって連結されているので、互いの距離は変化しない。そうすると、図６に示すように、一対のメインロッド３１０は、トーションバー３２０に近づく方向に押圧される。

そして、左側のリンク機構３３０は、左側のメインロッド３１０に押圧されることによって、平面視で反時計回りに回転し、左側のプッシュプルロッド３３４を引っ張る。トーションバー３２０の左側は、左側のプッシュプルロッド３３４に引っ張られて、左側のホーン３２２が前側に向かうように回転する。

一方、右側のリンク機構３３０は、右側のメインロッド３１０に押圧されることによって、平面視で反時計回りに回転し、右側のプッシュプルロッド３３４を引っ張る。トーションバー３２０の右側は、右側のプッシュプルロッド３３４に引っ張られて、右側のホーン３２２が後側に向かうように回転する。

これにより、トーションバー３２０の右側と左側が逆位相で回転するので、トーションバー３２０がねじられて弾性変形し、浮体構造物１０の頭頂部が互いに遠ざかるように浮体構造物１０を傾動させるエネルギーが吸収されることになる。そして、トーションバー３２０が逆位相でねじられることによって、第２水平リンク３０の全長は若干短くなるが、傾動エネルギーが弱まった段階で、トーションバー３２０のねじれが解放され、第２水平リンク３０の全長が元に戻る。これにより、平行四辺形リンク４０が復活し、２つの浮体構造物１０を同一方向に傾動させることができる。
なお、浮体構造物１０の頭頂部が互いに近づきあうように浮体構造物１０が傾動した場合も、トーションバー３２０のねじれの向きなどが前記と逆になるだけで、同様の作用効果を奏する。

なお、第１水平リンク２０は、橋型構造物であるので、メンテナンスや点検、修理のための作業員の通船が着桟し係船するためのボラード、防舷材等の設備や、陸上やＧＰＳとの通信のためのアンテナ、陸上へ電力を送電するためのケーブルの繋ぎ込み等の設備を設置することができる。また、ブレード１３２を第１水平リンク２０の上に揚げ降ろしして点検、修理、交換等をする際の作業場所として利用することができる。

以上、本実施形態に係る浮体構造物連結システム１について、図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

例えば、本実施形態では、浮体構造物１０にダリウス型風車１２０及びサボニウス型水車１３０を設置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の形式の垂直軸風車や垂直軸水車を設置してもよく、さらには、水平軸風車や水平軸水車を設置してもよい。また、浮体構造物１０に水車及び風車の何れか一方のみを設置してもよいし、波力発電装置などの波力利用システムを設置してもよい。

また、本実施形態では、トーションバー３２０とリンク機構３３０によって、第２水平リンク３０を伸縮可能に構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、トーションバー３２０とリンク機構３３０に替えて、図７に示す伸縮可能リンク４００や、図８に示す弓形部材６００などを採用してもよい。

図７は、第１変形例に係る伸縮可能リンクの断面図である。
図７に示すように、伸縮可能リンク４００は、シリンダ４１０と、ロッド４２０と、シリンダ４１０内に配置された一対のコイルばね４３０ａ，４３０ｂと、で構成されている。

シリンダ４１０の左端部は、左側のメインロッド３１０（図４参照）に水平軸回りにピン接合されている。シリンダ４１０の右端部には、ロッド４２０が挿入されている。ロッド４２０の右端部は、右側のメインロッド３１０（図４参照）に水平軸回りにピン接合されている。ロッド４２０の左端部には、ロッド４２０よりも径の大きいフランジ４２０ａが設けられている。シリンダ４１０の内部であって、シリンダ４１０の左端部とフランジ４２０ａとの間には、第１のコイルばね４３０ａが設置されており、シリンダ４１０の右端部とフランジ４２０ａとの間には、第２のコイルばね４３０ｂが設置されている。

このような構成によれば、左右のメインロッド３１０が互いに押圧する方向、又は引っ張り合う方向に移動した場合、伸縮可能リンク４００が伸縮することで、傾動エネルギーを吸収することができる。また、傾動エネルギーが弱まったときに、浮体構造物１０の傾斜を元に戻すことができる。
また、コイルばね４３０ａ，４３０ｂに予圧を与えておくことにより、所定値以上の圧縮力又は引張力が作用したときに、伸縮可能リンク４００が弾性変形を開始し、それまでは平行移動するように構成することができる。
また、シリンダ４１０の内部にオイルなどの粘性流体を充填するとともにフランジ４２０ａにオリフィス（図示省略）を設けることにより、伸縮可能リンク４００を減衰ダンパーとして機能させることもできる。

図８の（ａ）は、第２変形例に係る浮体構造物連結システムの平行四辺形リンクの側面図、（ｂ）は第１水平リンクの側面図、（ｃ）第２水平リンクを構成する弓形部材の側面図、である。
図８に示すように、第２変形例に係る浮体構造物連結システム１Ａは、第２水平リンク６０が弓形部材６００で構成されている点が、前記した実施形態に係る浮体構造物連結システム１と異なっている。弓形部材６００は、例えば高張力鋼などのある程度の剛性のある弾性材料を用いて、上向きに凸となる弓形状に構成されている。

図８（ａ），（ｃ）に示すように、弓形部材６００は、水平部６１０と、この水平部６１０の両端に設けられた一対の傾斜部６２０，６２０と、を備えている。水平部６００は、左右方向に延設された棒状の長尺部材であり、第１水平リンク２０に対して下方に離間した位置に、第１水平リンク２０と略平行に配置されている。一対の傾斜部６２０，６２０は、水平部６１０から離れるほど下側に位置するように傾斜している。各傾斜部６２０の先端部６２０ａは、浮体構造物１０の下側に水平軸回りにピン接合されており、上下方向に回動可能となっている。
なお、図８（ｂ）に示すように、第１水平リンク２０は、前記した実施形態と同様の構造であるので、詳細な説明は省略する。

第２変形例に係る浮体構造物連結システム１Ａでは、弾性材料からなる弓形部材６００で第２水平リンク６０が構成されているので、浮体構造物１０に所定値以上の負荷が作用して、２つの浮体構造物１０が互いに非平行状態となる場合には、弓形部材６００の先端部６３０ａ同士が互いに近接又は離間するように湾曲（弾性変形）し、負荷を吸収する。一方、浮体構造物１０に作用する負荷が所定値よりも小さくなった場合には弓形部材６００が復元し、２つの浮体構造物１０が互いに平行状態に保たれるとともに弓形部材６００が平行移動するように揺動する。これにより、実質的に抵抗を持って伸縮するスプリング機構を備えた水平リンクを実現することができる。

次に、本実施形態に係る浮体構造物連結システム１を利用した係留システムについて、図９を参照して詳細に説明する。

図９（ａ）に示すように、第１の浮体構造物連結システム群２Ａは、５つの浮体構造物１０を４つの平行四辺形リンク４０で連結していわゆる直鎖型に構成されている。そして、両端の浮体構造物１０の外側に係留索５０が放射状に設置されている。なお、中央の浮体構造物１０にも２つの係留索５０が平行四辺形リンク４０に直交する方向に連結されているが、中央の浮体構造物１０の２つの係留索５０は省略してもよい。

図９（ｂ）に示すように、第２の浮体構造物連結システム群２Ｂは、中央の浮体構造物１０の周囲に４つの浮体構造物１０を配置し、中央の浮体構造物１０と周囲の浮体構造物１０とを４つの平行四辺形リンク４０でそれぞれ連結して、いわゆるクロスリンク型に構成されている。周囲の４つの浮体構造物１０は、平面視で正方形の頂点を成すように配置されている。そして、周囲の４つの浮体構造物１０から外側に向かって２つの（合計８つの）係留索５０がそれぞれ連結されている。

図９（ｃ）に示すように、第３の浮体構造物連結システム群２Ｃは、３つの浮体構造物１０を、平面視で正三角形の頂点を成すように配置するとともに、各浮体構造物１０を平行四辺形リンク４０でそれぞれ連結して三角型に構成されている。そして、周囲の３つの浮体構造物１０から外側に向かって２つの（合計６つの）係留索５０がそれぞれ連結されている。

これらの浮体構造物連結システム群２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、それぞれの平面的な中心（図心）に対して回転対象に構成されている。そして、浮体構造物連結システム群２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、それぞれの外周部に配置された浮体構造物１０から外側に放射状に設置された係留索５０によって、海底のアンカー７０（図２（ａ）参照）に位置保持されている。このような構成にすれば、係留索５０が浮体構造物１０を引く力と、平行四辺形リンク４０が反対向きに浮体構造物１０を引く力とがバランスするので、安定を保つことができる。

なお、上記の浮体構造物連結システム群２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、一例であり、このような構成要素を用いてさらに拡大し、より多くの浮体構造物１０を連結してもよい。

１ 浮体構造物連結システム
１０ 浮体構造物
１１０ 浮体
１２０ ダリウス型風車
１２１ 上支柱
１２２ ブレード
１２２ａ 上端部
１２２ｂ 下端部
１２２ｃ 中間部
１２３ 上ブラケット
１２４ 下ブラケット
１３０ サボニウス型水車
１３１ 下支柱
１３２ ブレード
１３２ａ 空間
２０ 第１水平リンク
２１０ デッキ部
２２０ トラス部
２２１ 下梁
２２２ 弦材
３０ 第２水平リンク
３１０ メインロッド
３２０ トーションバー
３２１ トーションバー本体
３２２ ホーン
３３０ リンク機構
３３１ 軸部
３３２ ブラケット
３３２ａ 筒状部
３３２ｂ 板状部
３３３ａ ホーン
３３３ｂ ホーン
３３４ プッシュプルロッド
４０ 平行四辺形リンク
４００ 伸縮可能リンク
４１０ シリンダ
４２０ ロッド
４２０ａ フランジ
５０ 係留索
７０ アンカー
２Ａ 浮体構造物連結システム群
２Ｂ 浮体構造物連結システム群
２Ｃ 浮体構造物連結システム群

Claims (8)

1. 複数の浮体構造物を水面近辺で連結する浮体構造物連結システムであって、
   互いに離間して配置された少なくとも２つの前記浮体構造物と、
   水面上に略水平に配置され、両端が前記２つの浮体構造物にそれぞれ水平ピン接合された第１水平リンクと、
   前記第１水平リンクに対して鉛直方向に離間して並列に配置され、両端が前記２つの浮体構造物にそれぞれ水平ピン接合された第２水平リンクと、を備え、
   前記２つの浮体構造物が相対的に上下動しても、また前記２つの浮体構造物が傾斜しても、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに平行に保たれるように、前記２つの浮体構造物と前記第１水平リンクと前記第２水平リンクとによって平行四辺形リンクを構成したことを特徴とする浮体構造物連結システム。
2. 前記第１水平リンク及び前記第２水平リンクのうちの少なくとも一方は、所定値以上の圧縮力又は引張力が作用した場合に弾性変形するスプリング機構を有し、
   前記所定値以上の圧縮力又は引張力が作用した場合は、前記スプリング機構の弾性変形によって、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに非平行状態となり、
   前記圧縮力又は引張力が前記所定値よりも小さい場合は、前記平行四辺形リンクによって、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに平行状態に保たれる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の浮体構造物連結システム。
3. 前記スプリング機構は、トーションバースプリングを含んで構成され、
   前記トーションバースプリングは、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに非平行状態となる場合には両端部が逆向きにねじられ、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに平行状態に保たれる場合には、両端部が同位相で回転するように、前記２つの浮体構造物に連結されていることを特徴とする請求項２に記載の浮体構造物連結システム。
4. 前記スプリング機構は、弾性材料からなる弓形部材で構成されており、
   前記弓形部材は、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに非平行状態となる場合には両端部が互いに近接又は離間するように湾曲し、前記２つの浮体構造物の鉛直軸が互いに平行状態に保たれる場合には平行移動するように、前記２つの浮体構造物に連結されていることを特徴とする請求項２に記載の浮体構造物連結システム。
5. 前記第１水平リンクは、橋型構造物からなり、
   前記スプリング機構は、前記第２水平リンクに設けられていることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載の浮体構造物連結システム。
6. 前記浮体構造物は、風力利用システム、潮力利用システム及び波力利用システムの少なくともいずれか１つを備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の浮体構造物連結システム。
7. 海底に設置されたアンカーと前記浮体構造物とを連結する複数の係留索をさらに有し、
   前記複数の係留索は、平面視で前記浮体構造物連結システムの図心に対して回転対称に、かつ、前記各浮体構造物から外側に向かって略放射状に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の浮体構造物連結システム。
8. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の浮体構造物連結システムを複数連結してなる浮体構造物連結システム群を海底のアンカーにつながる複数の係留索を用いて係留する係留システムであって、
   前記複数の係留索は、前記浮体構造物連結システム群のうち、外周部に配置された前記浮体構造物に連結されており、平面視で略放射状に配置されていることを特徴とする係留システム。

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