JP5329452B2 - 浮体連結式フラップゲート - Google Patents

Description

本発明は、防潮壁の開口部に設置され、増水時、公共空間に増水した水が流れ込まないように、流れ込もうとする水の水圧と扉体の浮力を利用して扉体を起立させ、前記開口部を遮断する浮体連結式フラップゲートに関するものである。

増水時に、増水した水が公共空間に流れ込まないように、防潮壁の開口部に、開口部を遮断する浮体式フラップゲートが設置される場合がある（例えば特許文献１、２）。

この種の浮体式フラップゲートは、扉体に単数個の大きな浮体を有しており、防潮壁の開口部から流れ込もうとする水の水圧と扉体自体の浮力を利用して扉体を起立させ、開口部を遮断するものである。

しかしながら、従来の浮体式フラップゲートの扉体は、高さ方向に一体に成されている。従って、図９に示すように、水位が一定の高さに到達すると一気に扉体全体が起立するので、扉体の動揺が大きく危険性が高いという問題があった。なお、図９中のｄは防潮壁の開口部、２は開口部に設置された浮体式フラップゲートの扉体、ｗは水である。

また、水が開口部に流れ込み始める流入初期には、扉体が水の流れ込みに追従して起立せず、水の流れ込みより遅れて起立するので、起立が遅れた間、開口部から水が侵入するという問題もある。

さらに、扉体の起立時に流体力の大きい水（急流または激流）が流れ込んだ場合、起立完了時に扉体に大きな衝撃力が発生して扉体に損傷を与えるという問題もある。

特開２００１−２１４４２５号公報 特開２００３−２５３９１２号公報

本発明が解決しようとする問題点は、防潮壁の開口部を遮断する従来の浮体式フラップゲートは、水位が一定の高さに到達すると一気に扉体全体が起立するので、扉体の動揺が大きく危険性が高いという点である。また、開口部に水が流れ込み始める流入初期は、水の流れ込みより遅れて扉体が起立するので、漏水が生じるという点である。さらに、起立中に流体力の大きい水が流れ込んだ場合、扉体に損傷を与えるという点である。

本発明の浮体連結式フラップゲートは、
起立時における扉体の動揺が大きくならないようにするために、
開口部の路面に設置され、開口部から水が流れ込もうとする際、流れ込もうとする水の水圧と扉体の浮力を利用して扉体を起立させ、前記開口部を遮断する浮体式フラップゲートであって、
高さ方向に分割した２個以上の扉体ブロックで扉体を構成し、
これら高さ方向に分割した扉体ブロックを、高さ方向の平面内で、前記開口部から流れ込もうとする水の方向に向けて所定角度だけ回転が可能な回転機構で連結したことを最も主要な特徴としている。

上記構成の本発明では、流入する水の水位に応じて、路面側から高さ方向上方に向けて分割した扉体ブロックが、路面側から順番に段階的に回転しながら、順次浮上するので、どのような水位であっても、扉体全体が大きく揺れることがない。

本発明において、高さ方向の先端側の扉体ブロックのみが、開口部から流れ込もうとする水の方向と反対方向にも所定角度だけ回転可能とした場合は、先端側の扉体ブロックが水の流れ込みに対して先行して起立する。従って、倒伏状態の扉体ブロックの下方側に流れ込んだ水を導き、扉体下側の斜面に水圧を作用させることにより、開口部に水が流れ込み始める流入初期の扉体ブロックの浮上動作が速くなって、開口部からの水の流れ込みを防止でき、漏水を防ぐことができる。

また、本発明において、高さ方向に分割した扉体ブロック間に設けた回転機構の回転角度範囲を、基端側の扉体ブロックと路面間に設けた回転機構の回転角度範囲より小さくした場合は、基端側の扉体ブロックの起立完了直前に上部の扉体ブロックが水面から持ち上がろうとする。従って、起立完了時に、基端側の扉体ブロックに作用する衝撃力が和らぐことになって、起立中に流体力の大きい水が流れ込んでも、扉体が損傷することがない。

本発明では、流入する水の水位に応じて、路面側から高さ方向上方に向けて分割した扉体ブロックが、路面側から順番に段階的に回転しながら、順次浮上するので、開口部から流れ込む水がどのような水位であっても、扉体が大きく揺れることがない。

起立状態にある本発明の浮体連結式フラップゲートを側面から見た図である。 倒伏状態にある本発明の浮体連結式フラップゲートを上面から見た図である。 図１のａ部を説明する図で、（ａ）は拡大図、（ｂ）は開口部から流れ込もうとする水の方向に所定角度だけ回転した時の図である。 図１のｂ部を説明する図で、（ａ）は連結前の状態を側面から見た拡大図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は開口部から流れ込もうとする水の方向に所定角度だけ回転した時の図である。 図１のｃ部を説明する図で、（ａ）は連結前の状態を側面から見た図、（ｂ）で倒伏状態を示した図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の浮体連結式フラップゲートの起立状態を、順を追って説明する図である。 先端側の扉体ブロックが水の流れ込みに対して先行して起立する状態を説明した図である。 扉体ブロック同士の連結部に設けた水密部材を示した図で、（ａ）は伸長時、（ｂ）は屈曲時の図である。 （ａ）〜（ｅ）は従来の浮体式フラップゲートの起立状態を、順を追って説明する図である。

本発明では、起立時における扉体の動揺が大きくならないようにするという目的を、高さ方向に分割した２個以上の扉体ブロックを、高さ方向の平面内で、開口部から流れ込もうとする水の方向に向けて所定角度だけ回転可能に連結することで実現した。

以下、本発明を実施するための形態を、図１〜図８を用いて詳細に説明する。
図１は起立状態にある本発明の浮体連結式フラップゲートを側面から見た図、図２は倒伏状態にある本発明の浮体連結式フラップゲートを上面から見た図、図３〜図５は図１のａ部〜ｃ部の拡大図、図６は本発明の浮体連結式フラップゲートの起立状態を、順を追って説明する図、図７は先端側の扉体ブロックが水の流れ込みに対して先行して起立する状態を説明した図、図８は扉体ブロック同士の連結部に設けた水密部材を示した図である。

図１〜図８において、１は例えば防潮壁の開口部ｄの路面ｓに設置される本発明の浮体連結式フラップゲートである。この浮体連結式フラップゲート１は、前記開口部ｄ（図１の紙面左方向）から公共空間（道路面）へ水ｗが流れ込もうとする際、流れ込もうとする水ｗの水圧と扉体２の浮力を利用して扉体２を起立させ、前記開口部ｄを遮断するものである。

この防潮壁の開口部ｄの路面ｓへの浮体連結式フラップゲート１の設置態様は、図１に示した埋設型と図示省略した搭載型の２つのタイプがあるが、どちらの設置態様を採用しても良い。

まず、路面埋設型は、道路面より低い位置に構築される開口部ｄの路面ｓに凹面ｓ１（埋設ピット）を形成し、この凹面ｓ１に浮体連結式フラップゲート１（倒伏状態）を収容するものである。この路面埋設型では、凹面ｓ１から海洋側（河川側）へ水を排出する排水路が設けられている。

一方、路面搭載型は、道路面と同じ位置に構築される開口部の路面に浮体連結式フラップゲート１（倒伏状態）を搭載するものである。

本発明では、この浮体連結式フラップゲート１を構成する扉体２を、高さ方向に、例えば鋼製の中空構造である３個の扉体ブロック２ａ〜２ｃに分割した構成である。以下、これら３個の扉体ブロック２ａ〜２ｃを、高さ方向の上部から、先端側の扉体ブロック２ａ、２番目の扉体ブロック２ｂ、基端側の扉体ブロック２ｃと言う。

そして、これら高さ方向に分割した扉体ブロック２ａ〜２ｃ間、及び、基端側の扉体ブロック２ｃと路面ｓを、高さ方向の平面内で、前記開口部ｄから流れ込もうとする水ｗの方向に向けて、所定角度の回転が可能な回転機構で連結している。

以下、先端側の扉体ブロック２ａと２番目の扉体ブロック２ｂを連結する回転機構を１番目の回転機構３ａ、２番目の扉体ブロック２ｂと３番目の扉体ブロック２ｃを連結する回転機構を２番目の回転機構３ｂと言う。また、基端側の扉体ブロック２ｃと路面ｓを連結する回転機構を３番目の回転機構３ｃと言う。

これら回転機構３ａ〜３ｃは、例えば以下の構成と成されている。
例えば１番目の回転機構３ａは、２番目の扉体ブロック２ｂの、先端側の扉体ブロック２ａとの隣接端部における異なる半径位置に、例えば２個の円弧状ガイド孔３ａａ，３ａｂを設ける。一方、先端側の扉体ブロック２ａの２番目の扉体ブロック２ｂとの隣接端部における前記円弧状ガイド孔３ａａ，３ａｂと同一半径位置に、このガイド孔３ａａ，３ａｂに案内されて移動するピン３ａｃ，３ａｄを設けるのである。

同様に、２番目の回転機構３ｂは、３番目の扉体ブロック２ｃの、２番目の扉体ブロック２ｂとの隣接端部における異なる半径位置に、２個の円弧状ガイド孔３ｂａ，３ｂｂを設ける。一方、２番目の扉体ブロック２ｂの３番目の扉体ブロック２ｃとの隣接端部における前記ガイド孔３ｂａ，３ｂｂと同一半径位置に、このガイド孔３ｂａ，３ｂｂに案内されて移動するピン３ｂｃ，３ｂｄを設けるのである。

また、３番目の回転機構３ｃは、路面ｓの、基端側の扉体ブロック２ｃとの隣接端部における異なる半径位置に、２個の円弧状ガイド孔３ｃａ，３ｃｂを設ける。一方、基端側の扉体ブロック２ｃの路面ｓとの隣接端部における前記ガイド孔３ｃａ，３ｃｂと同一半径位置に、このガイド孔３ｃａ，３ｃｂに案内されて移動するピン３ｃｃ，３ｃｄを設けるのである。

このような回転機構３ａ〜３ｃの場合、円弧状ガイド孔３ａａ，３ａｂ、３ｂａ，３ｂｂ、３ｃａ，３ｃｂの半径の中心を回転中心として各扉体ブロック２ａと２ｂ、２ｂと２ｃ、及び路面ｓに対して扉体ブロック２ｃが回転する。

上記構成の本発明では、開口部ｄから水ｗが流れ込んだ場合には、流れ込む水ｗの水位に応じて、図６（ａ）〜（ｅ）に示すように、路面ｓ側から分割した扉体ブロック２ｃ、２ｂ、２ａが順番に、段階的に回転しながら、順次浮上することになる。従って、どのような水位であっても、扉体２全体が大きく揺れることがない。

その際、円弧状ガイド孔３ａａ，３ａｂ、３ｂａ，３ｂｂ、３ｃａ，３ｃｂの円弧状の長さを最適に決定することで、各扉体ブロック２ａと２ｂ、２ｂと２ｃ、及び路面ｓに対する扉体ブロック２ｃの回転可能角度が決定される。

例えば、１及び２番目の回転機構３ａ、３ｂは、前記開口部ｄから流れ込もうとする水ｗの方向に向けて、例えば７０°だけ回転が可能なように円弧状ガイド孔３ａａ，３ａｂ、３ｂａ，３ｂｂの円弧状の長さを決定するのである。また、３番目の回転機構３ｃは前記開口部ｄから流れ込もうとする水ｗの方向に向けて、例えば７５°だけ回転が可能なように円弧状ガイド孔３ｃａ，３ｃｂの円弧状の長さを決定するのである。

１及び２番目の回転機構３ａ、３ｂと３番目の回転機構３ｃの回転角度範囲を前記のように決定した場合は、基端側の扉体ブロック２ｃの回転角度が７０°を過ぎたところで、基端側の扉体ブロック２ｃが受ける流体力によって、基端側の扉体ブロック２ｃが２番目の扉体ブロック２ｂを引っ張るような形で水面から持ち上げる。

そうすると、起立完了目前に基端側の扉体ブロック２ｃの起立速度が低減して衝撃力が和らぐことになって、起立中に流体力の大きい水ｗが流れ込んでも、扉体２が損傷することがなくなる。

また、ガイド孔３ａａ，３ａｂ、３ｂａ，３ｂｂ、３ｃａ，３ｃｂの円弧長さを前記のように制限すると共に、路面ｓ側から扉体ブロック２ｃ及び扉体ブロック２ｂを介して扉体ブロック２ａまでにワイヤーロープ６を通し、全回転機構３ａ〜３ｃの合計の折れ角度を制限することにより、浮体連結式フラップゲート１が倒伏する時に、３つに分割した各扉体ブロック２ａ〜２ｃが巻回されるのを防止することができる。

また、１番目の回転機構３ａは前記開口部ｄから流れ込もうとする水ｗの方向と反対の方向にも例えば１５°だけ回転が可能なように円弧状ガイド孔３ａａ，３ａｂの円弧状の長さを決定するのである。

このような構成とした場合は、先端側の扉体ブロック２ａが、図７に示すように、水ｗの流れ込みに対して先行して起立することになる。従って、流れ込んだ水ｗを倒伏状態の扉体ブロック２ｂ〜２ｃの下方側に導くことができ、開口部ｄに水ｗが流れ込み始める流入初期の扉体ブロック２ａ〜２ｃの浮上動作が速くなり、開口部ｄからの水ｗの流れ込みを防止できて、漏水を防ぐことができる。

本発明の浮体連結式フラップゲート１は、図８に示すように、前記１〜３番目の回転機構３ａ〜３ｃの前記回転中心近傍に、水密部材４を取付けておくことが望ましい。

このような位置に水密部材４を取付けた場合は、回転機構３ａ〜３ｃでの回転時に水密部材４の伸縮を防止できるので、扉体２が起伏を繰り返した場合でも水密部材４が損傷するのを防止することができる。

なお、１〜３番目の回転機構３ａ〜３ｃの回転中心近傍に水密部材４を取付けない場合は、扉体２ａ〜２ｃの回転機構３ａ〜３ｃを、回転中心に軸を用いる単純な構造にしても良い。

図１中の５は、扉体２が起立完了角度（例えば７５°）を超えて回動しないようにするために、扉体２の開口部ｄ側に設けた２つ折りロッドであり、起立完了目前の扉体２に作用する衝撃力を緩和する役目も果たしている。

なお、図示省略したが、水漏れ防止のために、扉体ブロック２ａ〜２ｃの両側部には水密ゴムが取付けられており、開口部ｄの両側壁面に取付けられた摺動面と摺動して密接する様になっている。

次に、上記構成の本発明の浮体連結式フラップゲート１を、防潮壁の開口部ｄの路面ｓに設置した場合の起立動作について、図６を用いて説明する。

３つの扉体ブロック２ａ〜２ｃを連結して扉体２を形成した本発明の浮体連結式フラップゲート１は、以下に説明するように、図６（ａ）に示す増水していない倒伏状態から、増水時の水位に応じて図６（ｂ）〜図６（ｄ）のいずれかまで起立する。

図６（ａ）に示した状況は、洪水などの災害が発生していない状況である。この状況の場合、浮体連結式フラップゲート１は、開口部ｄの路面ｓに形成された凹面ｓ１に収容されている。

図６（ａ）に示す倒伏状態において、例えば洪水により増水してくると、倒伏状態の浮体連結式フラップゲート１には増加する水ｗによって浮力と水圧が作用する。この浮力と水圧により、基端側の扉体ブロック２ｃのみが、３番目の回転機構３ｃの回転中心を支点として開口部ｄと反対方向に向けて回動上昇し、起立し始める。この状態では、図６（ｂ）に示すように、基端側の扉体ブロック２ｃを除く２つの扉体ブロック２ａ、２ｂは水面に浮かんだ状態となっており、先端側の扉体ブロック２ａの頂面が水の浸入を防止する壁の役目を果たす。

図６（ｂ）からさらに増水してくると、増加する水ｗによって倒伏している浮体連結式フラップゲート１に作用する水圧がさらに増加し、２番目の扉体ブロック２ｂが２番目の回転機構３ｂの回転中心を支点として開口部ｄと反対方向に向けて回動上昇し、起立し始める。この状態では、図６（ｃ）に示すように、１番目の回転機構３ａのみが屈曲して、先端側の扉体ブロック２ａは水面に浮かんだ状態となっている。

図６（ｃ）からさらに増水してくると、増加する水ｗによって倒伏している浮体連結式フラップゲート１に作用する水圧がさらに増加し、先端側の扉体ブロック２ａが１番目の回転機構３ａの回転中心を支点として開口部ｄと反対方向に向けて回動上昇し、起立し始める。この状態では、図６（ｄ）に示すように、全ての扉体ブロック２ａ〜２ｃの起立が完了する。

次に、本発明の浮体連結式フラップゲート１を、図６（ｄ）に示す起立状態から、図６（ａ）に示す開口部ｄの路面ｓに倒伏させる場合の倒伏動作について説明する。

図６（ｄ）に示した状況は、洪水などの災害が収まる前の状況である。この状況の場合、浮体連結式フラップゲート１は、全ての扉体ブロック２ａ〜２ｃが起立した状態となっている。

図６（ｄ）に示す全ての扉体ブロック２ａ〜２ｃが起立した状態において、例えば水位が下がると、起立状態の浮体連結式フラップゲート１に作用する水圧が減少する。この水圧の減少により、先端側の扉体ブロック２ａが１番目の回転機構３ａの回転中心を支点として開口部ｄに向けて回動下降し、倒伏し始める。この状態では、図６（ｃ）に示すように、１番目の回転機構３ａのみが屈曲して、先端側の扉体ブロック２ａは水面に浮かんだ状態となっている。

図６（ｃ）からさらに水位が下がると、起立している浮体連結式フラップゲート１に作用する水圧が減少し、２番目の扉体ブロック２ｂが２番目の回転機構３ｂの回転中心を支点として開口部ｄに向けて回動下降し、倒伏し始める。この状態では、図６（ｂ）に示すように、２番目の回転機構３ｂのみが屈曲して、先端側の扉体ブロック２ａと２番目の扉体ブロック２ｂは水面に浮かんだ状態となっている。

図６（ｂ）からさらに水位が下がると、起立している浮体連結式フラップゲート１に作用する水圧がさらに減少し、基端側の扉体ブロック２ｃが３番目の回転機構３ｃの回転中心を支点として開口部ｄに向け回動下降して倒伏し始め、図６（ａ）に示すように、全ての扉体ブロック２ａ〜２ｃの凹面ｓ１への収容が完了する。

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。

例えば回転機構３ａ〜３ｃ部への異物の噛み込みや挟み込みを防止するために、回転機構３ａ〜３ｃの内面側にカバーを取り付けても良い。

また、扉体ブロック２ａ〜２ｃの合計折れ曲がり角度は、扉体ブロック２ａ〜２ｃ間に通したワイヤーロープ６の長さを調整することにより制限され、水位低下時の扉体２の巻き込みを防止することができる。

更に、本発明の浮体連結式フラップゲート１は２つ折りロッド５を取り付けていないものでも良い。また、路面に埋設しない搭載型でも良い。これらの場合の浮体連結式フラップゲート１の起伏動作も、先に説明した発明例と実質的に同様である。

１ 浮体連結式フラップゲート
２ 扉体
２ａ〜２ｃ 扉体ブロック
３ａ〜３ｃ 回転機構
３ａａ，３ａｂ、３ｂａ，３ｂｂ、３ｃａ，３ｃｂ ガイド孔
３ａｃ，３ａｄ、３ｂｃ，３ｂｄ、３ｃｃ，３ｃｄ ピン
４ 水密部材
６ ワイヤーロープ

Claims (6)

1. 開口部の路面に設置され、開口部から水が流れ込もうとする際、流れ込もうとする水の水圧と扉体の浮力を利用して扉体を起立させ、前記開口部を遮断する浮体式フラップゲートであって、
   高さ方向に分割した２個以上の扉体ブロックで扉体を構成し、
   これら高さ方向に分割した扉体ブロックを、高さ方向の平面内で、前記開口部から流れ込もうとする水の方向に向けて所定角度だけ回転が可能な回転機構で連結したことを特徴とする浮体連結式フラップゲート。
2. 高さ方向の平面内で、前記開口部から流れ込もうとする水の方向に向けて所定角度だけ回転が可能なようになす前記回転機構は、
   高さ方向の上方に位置する一方の扉体ブロックと、高さ方向の下方に位置する他方の扉体ブロック或いは路面の、
   どちらか一方の隣接端部には、回転中心から所定半径位置に円弧状のガイド孔を設けると共に、
   どちらか他方の隣接端部或いは路面には、前記円弧状のガイド孔と同一半径位置にこのガイド孔に案内されて移動するピンを設けた構成であることを特徴とする請求項１に記載の浮体連結式フラップゲート。
3. 前記両扉体ブロックの隣接端部間及び路面と基端側の扉体ブロックの端部間の、前記回転中心近傍に、水密部材が取付けられていることを特徴とする請求項２に記載の浮体連結式フラップゲート。
4. 前記高さ方向に分割された扉体ブロックのうち、高さ方向の先端側の扉体ブロックのみが、前記開口部から流れ込もうとする水の方向と反対方向にも所定角度だけ回転が可能なように成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の浮体連結式フラップゲート。
5. 前記高さ方向に分割された扉体ブロック間に設けられた回転機構の回転角度範囲が、基端側の扉体ブロックと路面間に設けられた回転機構の回転角度範囲より小さく成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の浮体連結式フラップゲート。
6. 路面から、高さ方向の中間に位置する複数個の扉体ブロックを介して、高さ方向の先端側の扉体ブロックまで、ワイヤーロープが通されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の浮体連結式フラップゲート。

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