JP5070362B1

JP5070362B1 - 浮沈構造体

Info

Publication number: JP5070362B1
Application number: JP2012105039A
Authority: JP
Inventors: 敏男松本
Original assignee: Lightning Suppression Systems Co Ltd
Current assignee: Lightning Suppression Systems Co Ltd
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-05-02
Also published as: JP2013231336A

Abstract

【課題】海岸線の景観が損なわれることを回避し、かつ、通常時の船舶の航行を阻害することのない防波堤を構築することを課題とする。
【解決手段】長尺な中空の基体２内には、一端部に密閉空間部３が形成され、密閉空間部を除いた部位に、水が注排水される注水タンク部４が形成され、密閉空間部内に、圧縮空気を生成する空気圧縮機５と、圧縮空気が充填される圧力タンク６と、圧力タンクと注水タンク部とを連通する給気管７の途中に設けられた給気用バルブ８と、空気圧縮機と外気とを連通する吸気管９の途中に設けられた吸気用バルブ１０と、これらの制御ユニット１１とが設けられ、基体には、その他端部の壁部にサブ給排水口１２が形成され、注水タンク部の密閉空間部の近傍の壁部には、注水タンク部と外部との連通遮蔽を行なうメインバルブ１３が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は浮沈構造体に係わり、特に、海岸沿いに敷設されて高波や津波等による被害を抑制する防波堤として好適に使用される浮沈構造体に関するものである。

一般に、高波や津波による被害への対策として、海岸線の沖合に防波堤を設置することが行なわれており、この防波堤は、コンクリート構造物、若しくは、テトラポットを積み上げることによって構築されている。

しかしながら、前述した防波堤は、海面よりもはるかに高く構築され、かつ、常設された設備であることから、海岸の景観が損なわれるといった不具合がある。

このような不具合への対応例として、従来では、沖合に複数の浮き玉を浮かべるとともに、これらの浮き玉の、海面の上昇に伴う上下動を抑制することにより、波のエネルギーを分散させる技術が提案されている（特許文献１）。

特開２００５−３３６９８５号公報

とろこで、前述した従来の技術においては、海面の上下動と浮き玉の上下動を異ならせることによって波のエネルギーを分散させるようにしているが、その効果が、コンクリート構造物のように、海面から高く突出した構造物によって波を遮って波のエネルギーを分散させる効果に比して低いという改善すべき問題点が残されている。

また、浮き玉は、常に海面上に露出していることから、程度の差はあるもののコンクリート構造物による防波堤と同様、景観を損なうことになる。
さらに、海面上に露出する部分が小さくなる分、その視認性が悪くなり、船舶の航行の障害となることも懸念される。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、高波や津波による被害に対する抑制効果を極力維持しつつ、海岸線の景観が損なわれることを回避し、かつ、通常時の船舶の航行を阻害することのない防波堤を構築することを課題とする。

本発明は、前述した課題を解決するために、請求項１に記載の浮沈構造体は、長尺な中空の基体を備え、この基体内には、その一端部に密閉空間部が形成されているとともに、この密閉空間部を除いた部位に水が注排水される注水タンク部が形成されてなり、前記密閉空間部内に、圧縮空気を生成する空気圧縮機と、前記圧縮空気が充填される圧力タンクと、この圧力タンクと前記注水タンク部とを連通する給気管の途中に設けられ、その開閉をなす給気用バルブと、前記空気圧縮機と外気とを連通する吸気管の途中に設けられ、その開閉をなす吸気用バルブと、これらの空気圧縮機の駆動制御、ならびに、給気用バルブおよび吸気用バルブを開閉制御する制御ユニットと、が設けられ、前記基体には、その他端部の壁部にサブ給排水口が形成され、前記注水タンク部の前記密閉空間部の近傍の壁部には、前記注水タンク部と外部との連通遮蔽を行なうメインバルブが設けられていることを特徴としている。

このような構成とすることにより、前記注水タンク部内の水を排水した状態でメインバルブを閉じることにより、基体に十分な浮力が発生し、この状態で浮沈構造体を防波堤の構築現場へ曳航することができる。

防波堤の構築現場へ曳航された浮沈構造体は、たとえば、外部電力を用いて空気圧縮機を作動させて圧縮空気を生成するとともに、この圧縮空気を注水タンク部へ充填し待機状態とする。

ここで、この浮沈構造体は浮いた状態であるので、そのまま、海上構造物として、たとえば、浮き桟橋として使用することも可能である。

そして、前記メインバルブを開放すると、このメインバルブと前記サブ給排水口とによって、前記注水タンク部がその両端部において外部へ連通されるとともに、前記メインバルブが海中に向けて開口される。

これによって、前記メインバルブを介して海水が前記注水タンク部内に流入するが、この注水タンク部内部が前記サブ給排水口を介して外部へ連通させられていることから、この注水タンク部内部の空気が前記サブ給排水口を介して外部へ排気され、この結果、前記注水タンク部内に海水が円滑に流入する。

このような前記注水タンク部内への海水の流入にしたがって、前記基体の浮力が徐々に減少していくが、前記基体の一端部には密閉空間部が形成されていることにより、前述した浮力の減少にともない、前記基体が、前記密閉空間部を上方にして徐々に直立状態へと姿勢を変更する。

そして、前記基体が直立状態となった時点で前記メインバルブを閉じると、前記注水タンク部内への海水の流入が停止し、その時点の浮力が保持され、この結果、前記基体が、その上端部が海面から所定の高さ突出させられた状態に保持される。

この状態で、前記直立状態で浮いている浮沈構造体を、アンカーを用いて海底に固定する。
同様の操作を必要数行なって浮沈構造体を並列的に固定することによって防波堤が構築される。

一方、防波堤を撤去する必要が生じた場合には、前記基体からアンカーを取り外したのちに、前記給気用開閉バルブを開放して、前記注水タンク部内へ圧縮空気を送り込むことにより、この注水タンク部内の海水を排出する。

これによって、前記基体の浮力が上昇し、この浮力の上昇に伴って基体が水平状態まで傾倒する。
この状態で、浮沈構造体を目的位置まで曳航して防波堤の撤去がなされる。

したがって、船舶の航行に支障が出るような場合、あるいは、津波や高波への対応が不要となった場合等には、円滑にその撤去が行なわれる。
この結果、船舶の航行の妨げとなることが抑制されるとともに、常時における海岸の景観を確保することができる。

そして、撤去された浮沈構造体は海上構造物として他の目的に利用可能であり、再度防波堤の構築が必要となった場合には、迅速に対応することができる。

前述した前記基体の外形は、請求項２に記載のように円柱状とするか、請求項３に記載のように直方体状とすることができる。
後者の場合、前者に比して、海流に対する抵抗が高く、曳航時の姿勢の安定性がよく、また、海上構造物として使用する際の利便性が高いといった利点がある。

本発明の請求項４に記載の防波堤は、前記請求項１ないし請求項３に記載の何れかに記載の浮沈構造体を用いた防波堤であって、前記基体の複数を、アンカーを介して地底に係留しておき、前記注水タンク部への注水量を調整することにより、前記各基体を略直立状態に保持し、かつ、前記各基体の上部を所定長さ水面上に突出させた状態で浮かせるとともに並列的に位置させることによって構成されていることを特徴としている。

このようにして構築された防波堤は、前述した前記請求項１における作用効果を同様に得ることができるとともに、常時において、前記メインバルブを開放して前記注水タンク部内に注水を行ない、その浮力を減少させて海底に沈降させておくことができる。

そして、前記浮沈構造体を沈降させるのに先立って、外部電力等を用いて空気圧縮機を作動させて圧縮空気を圧力タンクに充填しておくとともに、沈降させた後においては前記メインバルブを閉じておき、再浮上への待機状態とする。

また、高潮や津波が想定された場合には、前記給気バルブを開放して前記圧力タンク内の圧縮空気を前記注水タンク部へ送り込んで、その内部の海水をサブ給排水口から排水することにより、浮沈構造体の浮力を上昇させて浮上させるとともに、海面から所定高さ突出した状態に戻すことができる。

本発明の請求項５に記載の防波堤は、前記請求項１ないし請求項３に記載の何れかに記載の浮沈構造体を用いた防波堤であって、前記基体の複数を、アンカーを介して地底に係留しておき、通常時は、前記注水タンク部のほぼ全体に注水することにより、前記各浮沈構造体を地底に沈降させておき、防波を行う際に、前記圧力タンク内の圧縮空気を前記注水タンク部へ送り込んで、この注水タンク部内の水を排水して前記各基体の浮力を調整することにより、前記各基体を略直立状態に保持し、かつ、前記各基体の上部を所定長さ水面上に突出させた状態で浮かせるとともに並列的に位置させることによって構成されている。

このような構成とすることにより、通常時の状態を優先して浮沈構造体を海底に待機させておくことにより、海岸の景観を優先的に確保し、また、船舶の航行を優先させることができる。

そして、前述した何れの浮沈構造体は、円柱状である場合に例をとると、その外径１０ｍ、長さ７０ｍ、排水量約５５００トンの規模とすることで、防波堤を構築した状態において、海面からの突出長は約２０ｍとすることができる。

また、前記浮沈構造体を並列的に１００基併設することで１Ｋｍ、１０００基併設することで１０Ｋｍの防波堤を構築することができる。
そして、浮沈構造体の大きさは任意に設定することができるばかりでなく、その製作は容易であり、したがって、防波堤の構築や規模の変更も容易である。

本発明によれば、浮沈構造体を造船設備で制作して、必要数を設置場所へ曳航して直立した状態に浮かせることにより、容易に防波堤を構築することができる。

また、防波堤を構築した状態で、波の進行方向に大きな壁を形成することができるので、大きな消波効果を期待できる。

しかも、必要に応じて浮沈構造体を海底に沈降させておくことができるので、常時における海岸の景観を保持することができるばかりでなく、船舶の航行を阻害するようなこともない。

本発明の一実施形態を示す一部を断面した斜視図である。本発明の一実施形態の動作説明図である。本発明の一実施形態の動作説明図である。本発明の一実施形態の動作説明図である。本発明の一実施形態の動作説明図である。本発明の一実施形態の動作説明図である。本発明の一実施形態の動作説明図である。本発明の一実施形態の動作説明図である。本発明の一実施形態の平面図である。本発明の応用例を示す概略図である。

以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
図１中、符号１は本実施形態に係わる浮沈構造体を示し、この浮沈構造体１は、長尺な中空の基体２を備え、この基体２内には、その一端部に密閉空間部３が形成されているとともに、この密閉空間部３を除いた部位に水が注排水される注水タンク部４が形成されてなり、前記密閉空間部３内に、圧縮空気を生成する空気圧縮機５と、前記圧縮空気が充填される圧力タンク６と、この圧力タンク６と前記注水タンク部４とを連通する給気管７の途中に設けられ、その開閉をなす給気用バルブ８と、前記空気圧縮機５と外気とを連通する吸気管９の途中に設けられ、その開閉をなす吸気用バルブ１０と、これらの空気圧縮機５の駆動制御、ならびに、給気用バルブ８および吸気用バルブ９を開閉制御する制御ユニット１１とが設けられ、前記基体２には、その他端部の壁部にサブ給排水口１２が形成され、前記注水タンク部４の前記密閉空間部３の近傍の壁部には、前記注水タンク部４と外部との連通遮蔽を行なうメインバルブ１３が設けられている。

前記基体２の外形は円柱状に形成されているとともに、その両端部が閉塞された中空状に形成されており、その一端部から所定距離離間した位置には、その内部を気密に分離して前記密閉空間部３と注水タンク部４とを画成する第１の隔壁１４が設けられている。

この第１の隔壁１４には、前記給気管７が貫通して取り付けられており、前記給気用バルブ８が開放された際に、前記圧力タンク６内の圧縮空気が前記注水タンク部４へ送り込まれるようになっている。

また、前記基体２内で、前記第１の隔壁１４と所定距離離間した位置には、第２の隔壁１５が設けられて、この第２の隔壁１５と前記第１の隔壁１４との間に空気溜め部１６が形成され、また、前記第２の隔壁１５の中央部には、前記空気溜め部１６と残余の注水タンク部４とを連通させる貫通口１７が形成されている。

前記空気圧縮機５と圧力タンク６とは連結管１８によって連通させられているとともに、この連結管１８の途中に設けられた開閉弁１９によって、その連通状態が遮断されるようになっている。

前記メインバルブ１３は、前記空気だめ部１６が形成された位置における前記基体２の壁部に、周方向に沿って多数形成された貫通口１３ａと、前記基体２内にその長さ方向に摺動可能に装着され、前記多数の貫通口１３ａを開閉する環状の弁体１３ｂとによって構成されている。

前記弁体１３ｂには複数の複動シリンダー２０が取り付けられており、これらの各複動シリンダー２０が、これらに連結された切り替えバルブ２１を介して供給される前記圧力タンク６からの圧縮空気によって往復動されることにより、前記弁体１３ｂが往復動させられて、前記多数の貫通口１３ａが同時に開閉させられるようになっている。

また、前記密閉空間部３内には、蓄電池２２が設けられており、外部電源化により充電されて、前記空気圧縮機５や各種弁、および、制御ユニット１１等に駆動電力を供給するようになっている。

そして、前記蓄電池２２は、前記基体２の一端部に設けられたカプラー２３を介して外部電源等に接続されるようになっている。

一方、前記制御ユニット１１は、有線若しくは無線によって地上や船舶に設置されている制御施設（図示略）に接続されており、この制御施設からの指令信号に基づき、前記浮沈構造体１の各作動機器の駆動を制御するようになっている。

さらに、前記基体２の外周壁および他端部の底壁には、前記後述するアンカーＷが掛け止めされるフランジ２４が一体に取り付けられている。

このように構成された本実施形態に係わる浮沈構造体１は、たとえば、造船ドッグ等において制作される。

この制作された浮沈構造体１によって防波堤を構築するには、まず、前記蓄電池２２の充電を完了した状態で前記メインバルブ１３を閉じ、かつ、前記圧力タンク６内の圧力を所定圧力まで昇圧した状態とし、また、前記注水タンク部４内に注水されていない状態とする。

このような状態で前記浮沈構造体１を、図２に示すように、海に浮かべて防波堤の構築位置まで曳航する。

これより、図３に示すように、前記制御ユニット１１を介して前記切り替えバルブ２１へ駆動信号を送出して、前記メインバルブ１３の弁体１３ｂを開方向へ移動させて、前記メインバルブ１３の貫通口１３ａを開放する。

前記メインバルブ１３が開放されると、下方に位置する前記貫通口１３ａが水面下に位置させられていることにより、これらの貫通口１３ａから海水が前記注水タンク部４内に流入する。

この時、前記注水タンク部４はその他端部において、前記サブ給排水口１２を介して外気と連通させられていることから、前述した注水タンク部４内への海水の流入が円滑に行われる。

このような海水の流入の継続に伴って、前記浮沈構造体１の浮力が徐々に失われ、その浮力が所定値以下となった時点で、前記浮沈構造体１が沈降し始めて、最終的には、図４に示すように、前記注水タンク４内が海水で充満された状態で海底に横たわる。

これより予め海底に設置されている鉛直方向および水平方向のそれぞれのアンカーＷを、前記基体２のそれぞれのフランジ２４に掛け止めするとともに、前記制御ユニット１１を介して前記切り替えバルブ２１へ駆動信号を送出して前記複動シリンダー２０を作動させることにより、図５に示すように、前記メインバルブ１３の弁体１３ｂを閉位置に移動させて前記メインバルブ１３を閉じる。

このような作業を繰り返し行なうことによって多数の浮沈構造体１を通常時における待機状態とする。

このように前記空気溜め部１６に圧縮空気が送り込まれると、前記メインバルブ１３が閉じられていることから、前記空気溜め部１６内の海水が、第２の隔壁１５に形成されている貫通口１７を経て前記注水タンク部４へ送り込まれるとともに、この注水タンク部４内の海水が前記サブ給排水口１２を介して外部へ排水される。

前記圧縮空気の供給が継続されると、図６に示すように、前記空気溜め部１６の上方に空間部Ａが形成され、この空間部Ａが徐々に膨らむが、その膨らみに応じて、前記基体２の一端部側に浮力が集中して作用し、これによって、前記浮沈構造体１が、図７に示すように、その一端部側から上方に持ち上げられる。

そして、垂直方向への持ち上げ角度が所定量となった時点で、図７に示すように、前記空間部Ａが前記貫通口１７を介して前記注水タンク部４へ広がり、この注水タンク部４内の海水が圧縮空気によって直接圧縮されて外部へ排出されることにより、前記浮沈構造体１の傾きが鉛直方向に近づけられる。

前述した注水タンク部４内の排水が継続されると、前記浮沈構造体１に生じる浮力が大きくなり、この浮力により、前記浮沈構造体１がその一端部を海面Ｓから突き出るように浮上させられる。

ここで、前記浮沈構造体１の他端部すなわち下端部が、鉛直方向のアンカーＷによって海底に連結されていることから、前記浮沈構造体１の上昇位置が規制される。
この結果、前記浮沈構造体１が、図８に示すように、前記海面Ｓからの突出長さが規制された状態で保持される。

このような作動が、併設されている多数の浮沈構造体１において同時に行なわれ、非常時において、図９に示すように、波の進行方向に直交した壁が形成され、これが防波堤として機能する。

そして、前述したように、多数の前記浮沈構造体１によって一つの壁を作ることで、波の動きを堰き止める効果が期待されるものであるから、隣り合う浮沈構造体１の間隔が広がらないように、前記水平方向のアンカーＷ同士を連結しておくか、図９に示すように、多数の浮沈構造体１の離間方向への相対移動を拘束する拘束用のアンカーＧを設置することが望ましい。

一方、高波や津波が沈静化した後にあっては、浮上状態にある浮沈構造体１それぞれに対して、前記蓄電池２２への充電操作や、圧力タンク６への圧縮空気の充填操作を行った後に、これらの浮沈構造体１を沈降させて待機状態に復帰させる。

これによって、海岸の景観を復帰させ、かつ、船舶の航行の障害を除去することができる。

このような浮沈構造物１を用いた防波堤にあっては、１０Ｋｍ程度の防波堤を１ユニットとして、複数のユニットＵを、図１０に示すように、津波の発生が予測される地域の海岸線に沿って配置しておき、津波の到達予想範囲に位置するユニットを選択浮上させて防波堤を構築することにより、効果的に高波や津波の被害を抑制することが期待できる。

なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって設計要求等に基づき種々変更可能である。
たとえば、前記基体２の外形を直方体状に形成することも可能である。

１浮沈構造体
２基体
３密閉空間部
４注水タンク部
５空気圧縮機
６圧力タンク
７給気管
８給気用バルブ
９吸気管
１０吸気用バルブ
１１制御ユニット
１２サブ給排水口
１３メインバルブ
１３ａ貫通口
１３ｂ弁体
１４第１の隔壁
１５第２の隔壁
１６空気溜め部
１７貫通口
１８連結管
１９開閉弁
２０複動シリンダー
２１切り替えバルブ
２２蓄電池
２３カプラー
２４フランジ
Ｇアンカー
Ｗアンカー

Claims

長尺な中空の基体を備え、この基体内には、その一端部に密閉空間部が形成されているとともに、この密閉空間部を除いた部位に水が注排水される注水タンク部が形成されてなり、前記密閉空間部内に、圧縮空気を生成する空気圧縮機と、前記圧縮空気が充填される圧力タンクと、この圧力タンクと前記注水タンク部とを連通する給気管の途中に設けられ、その開閉をなす給気用バルブと、前記空気圧縮機と外気とを連通する吸気管の途中に設けられ、その開閉をなす吸気用バルブと、これらの空気圧縮機の駆動制御、ならびに、給気用バルブおよび吸気用バルブを開閉制御する制御ユニットとが設けられ、前記基体には、その他端部の壁部にサブ給排水口が形成され、前記注水タンク部の前記密閉空間部の近傍の壁部には、前記注水タンク部と外部との連通遮蔽を行なうメインバルブが設けられていることを特徴とする浮沈構造体。
前記基体の外形が円柱状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の浮沈構造体。
前記基体の外形が直方体状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の浮沈構造体。
前記請求項１ないし請求項３に記載の何れかに記載の浮沈構造体を用いた防波堤であって、前記基体の複数を、アンカーを介して地底に係留しておき、前記注水タンク部への注水量を調整することにより、前記各基体を略直立状態に保持し、かつ、前記各基体の上部を所定長さ水面上に突出させた状態で浮かせるとともに並列的に位置させることによって構成してなる防波堤。
前記請求項１ないし請求項３に記載の何れかに記載の浮沈構造体を用いた防波堤であって、前記基体の複数を、アンカーを介して地底に係留しておき、通常時は、前記注水タンク部のほぼ全体に注水することにより、前記各浮沈構造体を地底に沈降させておき、防波を行う際に、前記圧力タンク内の圧縮空気を前記注水タンク部へ送り込んで、この注水タンク部内の水を排水して前記各基体の浮力を調整することにより、前記各基体を略直立状態に保持し、かつ、前記各基体の上部を所定長さ水面上に突出させた状態で浮かせるとともに並列的に位置させることによって構成してなる防波堤。