JP5636105B2 - 目的地が選択可能な水中牽引式ケーブルフェリーシステム及びガイド機構 - Google Patents

Description

本発明は、ケーブルフェリーに関し、より具体的には、水中推進、操舵及び動的固定（アンカリング）に関する。

ケーブルフェリーは、ケーブルシステムを使用して河川及び運河を横断するのに用いられる乗り物であり、ケーブルシステムは両岸に連結する。通常、ケーブルシステムはスチール製のケーブルであり、水中又は水上に設置することができる。ケーブルフェリーは中世からよく知られており、多くの都市で使用されている。ケーブルフェリーは、両岸におけるいずれか一方の側からケーブルを引っ張ることによって牽引することができるため、船舶又は艀船自体に駆動力を持たせる必要はない。ケーブルフェリーの航路は船舶を牽引するケーブルによって必然的に決まるため、ケーブルフェリーの航行は気象条件、例えば霧、風、又は河川の流れに影響を受けることがない。ケーブルフェリーによっては船舶自体がエンジンによる動力を備え、この動力でケーブルを引っ張ることによって目的地に向かうために必要な推力を得る場合もある。上述した従来技術に関する例は、排他的な事例ではなく、説明に役立つ事例として記載する。現在のケーブルフェリーの設計は、当業者にとってよく知られている。

世界における環境に対する意識の高まりに伴い、ケーブルフェリーをより頻繁、かつ環境に配慮した態様で利用する試みがなされている。アスクガード（Askgaard）氏は、特許文献１（米国特許出願公開第２０１０／０２３３９１８号）において、電気的に動作するフライホイールを使用してケーブルフェリーを運航し、人及び車両を短距離輸送する方法について教示している。

米国特許出願第２０１００２３３９１８号明細書

本発明は、複数の目的地を提供するとともに、コンピュータ制御による航行を可能にすることによって、ケーブルフェリーにおける融通性の向上を意図する。

本発明は、船舶をその最終目的地まで牽引するために使用することができ、複数の目的地を選択可能としたケーブルフェリーシステムに関するものであり、この牽引は。、によって、ガイドケーブル、チェーン又は軌道（track）及び電気的に制御されるスイッチ（switch）機構によってガイドする。単独のケーブルで最終目的地まで牽引する古典的なケーブルフェリーとは異なり、本発明では複数のケーブルシステム又は軌道、及び異なる推進機構を使用して、ケーブルフェリーを複数の目的地から選択した１つまで導く。本発明は、この目的を達成するための異なる実施形態を教示する。本発明による好適な一実施形態では、水中に設けたスレッド（sled）によってケーブルフェリーをその最終目的地まで牽引し、その際、スレッドは電子的なガイドの下に１個の軌道から別の軌道への切り替えを行う。本発明による別の好適な一実施形態では、水中に設けたスレッドは可動ケーブル又はチェーン機構にクランプした状態にすることができ、この可動ケーブル又はチェーン機構は別の手段によって引っ張る構成とする。

さらに本発明は、水中スレッドを１個の軌道から別の軌道に引き継がせる方法についても教示し、この引き継ぎは、スレッドを異なる目的地に導く上で不可欠である。２次元的な平面上において機能する鉄道の軌道とは異なり、本明細書では３次元的な空間において機能する機構を教示する。この機構によって、互いに経路が交差する複数の軌道をハンドリングすることができる。本発明によるシステムはコンピュータ制御の下に動作するよう構成し、このコンピュータ制御は、適切な位置に設置したスイッチ機構を制御するだけでなく、他のケーブルフェリーの位置を把握することでスイッチポイントにおけるトラブルフリーの通過を容易にする。軌道は互いの経路を横断することができ、またコンピュータが牽引されている全船舶の位置を把握する。スレッドの速度を周期的に調整し、他のケーブルフェリーを牽引する別のスレッドとの衝突を回避する。

本発明のシステムは、海上輸送に関して環境に負荷をかけないようにできる。なぜなら、スレッドの推力はケーブルフェリーの航路に沿って設置する風力タービンによって供給することができるからである。このシステムによる別の特筆すべき利点として、ケーブルフェリーの無人運航がある。貨物輸送用に構成した専用のケーブルフェリーは、船舶上における人の制御を不要とし、しかも気象条件に左右されることなく希望の目的地まで航行することができる。

ケーブルフェリーを推進させる軌道又はチェーンは、海上を航行する船舶の水中深さよりも十分下方で水中に設けることによって、通常の自己推進による海上交通を妨害することを回避する。本発明は、軌道を浅海及び深海に敷設するための異なる方法を教示する。

ケーブルフェリーは、短距離の海峡を横断するための簡便かつ費用効率のよい解決法である。ケーブルフェリーは推力を得るためのエンジンを搭載する必要がないため、船舶のコストを最小限に抑えることができる。また船舶の運航も支障なく行うことができ、これは最終目的地まで船舶を牽引するからである。この結果、通常の気象条件、例えば霧、又は水流は船舶の運航に影響を与えない。他の利点として、ケーブルフェリーの運航における効率性を挙げることができる。自己推進式の船舶は、プロペラを使用することでエンジンによる動力を推力に変換する。船舶推進分野における当業者にとっては、エンジンによる回転運動がプロペラによって推力に変換される時、様々な動力損失が生ずることはよく知られている。ケーブルにより船舶を牽引することは、プロペラによるエネルギー損失の若干をなくすことができる。勿論、ケーブルフェリーにも様々なタイプのエネルギー損失があり、これら損失としては主として重量のあるケーブルを牽引することによるものである。しかし、全体構成としては遥かに環境に負荷をかけないものであり、これはケーブルフェリーシステムの動力源を船舶自体に搭載する必要がないからである。ケーブルフェリーシステム用の原動機は陸上に静止したものとすることができ、風力タービンのような再生可能な手段によって供給することができる電気的エネルギーによってまかなうことができるからである。

従来のケーブルフェリーは短距離の海峡及びある地点から他の地点への短い移動行程用にしか構成されていないという欠点を有する。本発明で提案するシステムは、ケーブルフェリーの航行範囲を、海上交通用のデジタル制御ハイウェイに拡大し、このハイウェイでは、海運船舶を水中の軌道システムによって目的地まで牽引する。

本発明の趣旨はケーブルフェリーのガイドシステムであり、このガイドシステムではケーブル、チェーン、軌道、及びデジタル制御したスイッチ機構を備える水中機構によって、フェリーをその最終目的地まで牽引する。このシステムは古典的なケーブルフェリーの利点を保ちつつ、異なる目的地への航行を可能にすることでケーブルフェリーの融通性を向上させる。システムのためのエネルギー源は、再生可能なエネルギー源、例えばケーブルフェリーの行程に沿って設置した、風力タービンを使用することができる。本発明によるこのシステムで使用するケーブルフェリーは、水面上を浮遊する船舶、又は水中に沈めた船舶として構成することができる。このシステムは、海、河川、又は湖を含むあらゆる規模の水域で利用することができる。

以下において「船舶」と称するケーブルフェリーは、水中軌道上を走行する１個又はそれ以上のスレッド（そり）によって牽引する。本発明のシステムによる好適な一実施形態では、船舶はケーブルを介して２個のスレッドに連結し、その際、スレッドの一方を船首に、またスレッドの他方を船尾に配置する。フロントスレッドは船舶を前方に牽引し、またリヤスレッドは必要に応じて船舶を停止させ、ならびに船舶が水中軌道の航路から逸脱することを防止する。２個のスレッドは協調して動作し、航行時に必要なとき、加速、操舵、及び停止を行う。これらスレッドは完全に水中に沈ませ、海底に固定した特別な軌道上に設ける。スレッドが走行する水中軌道は、海上交通水域における船底深さよりも十分下方に配置し、したがって、付近で運航する自己推進式の海上船舶の障害になることはない。ケーブルフェリーの経路に沿って水深がどの程度かに関わらず、軌道は特定深さに維持する。海底までの水深に応じて、水中軌道は直接海底に敷設するか、又は海底に設置する支柱に連結するか、若しくはチェーンによって海底に固定する。実際の取り付け機構は、水深に依存する。浅い水域では軌道は支柱上、又は直接海底に敷設すれば十分だが、深水域では軌道を海底に固定する必要がある。軌道は、浮力を持ち、また水面に向け浮揚する傾向を有する構成とする。この結果、軌道は海底に固定し、水面まで浮き上がるのを回避する必要がある。水深が深すぎる位置では、アンカーチェーンの長さが軌道を特定深さに保つことができる。このことは、水深の深い部分に沿う軌道システムを製造する上で特に重要である。なぜなら、軌道に沿って単におもりを配設し、適切な長さを有するアンカーチェーンによる軌道をおもりに連結することによって、簡単に軌道を敷設できるからである。

スレッドは、水中軌道に物理的に係合し、また取り付けることができるよう構成する。スレッドは原動機を内蔵する構成とし、この原動機を電気的、液圧的又は空気的に駆動させることによって推力を得る。スレッドの動力源は牽引される船舶自体、又は外部手段、例えば軌道を経由して近辺に設置する固定式発電機によって供給することができる。

牽引する船舶を異なる目的地に導くため、必要に応じてスレッドを１個の軌道から別の軌道に切り替える必要がある。この操作は電気、空気圧又は液圧で駆動させるスイッチ機構によって行うことができ、このスイッチ機構はコンピュータがデジタル制御する。船舶を牽引するスレッドがスイッチ位置に接近すると、軌道に沿って配置した複数の電子式の感知ユニットが接近するスレッドに対して応答するよう呼び掛けし、そのＩＤ番号を取得する（インタロゲーションする）。接近するスレッドのインタロゲーション（応答呼び掛け／取得）に使用できる水中通信手段として、音響、超音波、又は電磁気による手段とすることができ、これら手段は該当分野の当業者にとって既知である。船舶の目的地情報はスレッドＩＤに関連付けし、スイッチコントローラが、スレッドがスイッチジャンクション（分岐合流点）に到達するよりも十分前に、スイッチが到来軌道を適正出立軌道に切り替える。船首及び船尾側のスレッドがスイッチジャンクションを通過した後、スイッチは別の到来スレッドペアに対するナビゲーション（航行案内）を行う準備が整う。

スイッチ機構は、互いに交差する複数の軌道も制御できるよう構成する。電子センサはコンピュータシステムに情報を送信し、このコンピュータシステムはスイッチ近傍を航行する全スレッドを把握し、必要に応じてこれら接近するスレッドの速度を調整する。これにより、異なるスレッドペアがスイッチジャンクションを同時に交差しないようにする。
以下、添付図面につき本発明によるシステムの運用を説明する。

本発明の動作のフローチャートである。 本発明システムの概略図である。 軌道を切り替えるスイッチシステムの詳細図である。 スレッドがスイッチアセンブリを通過する様子を示す、スイッチ機構の特別な一実施形態の説明図である。 スイッチシステムの好適な一実施形態を示す説明図である。 軌道を不規則な海底に投錨固定する、本発明の一実施形態を示す説明図である。 異なる実施形態における軌道及びスレッドの横断面図である。 軌道をケーブルとして構成した一実施形態、及びこの実施形態に好適なスレッド構成を示す説明図である。 軌道をチェーンとして構成した一実施形態、及びこの実施形態に好適なスレッドの構成を示す説明図である。 水中に沈めたコンテナを牽引する、環境に配慮した本発明における一実施形態の説明図である。

図１は、本発明によるシステムの運用を示すブロック図である。ブロック１では、船舶及び目的地情報をシステムに入力する。ブロック２では、船舶をスレッドに連結し、スレッドＩＤは目的地を含む船舶情報と関連付ける。ブロック３では、ネットワーク手段によりスレッド及び航路情報をスイッチ機構及び他の船舶に配信する。ブロック４は、スレッドが軌道上を順行し、スイッチ位置に接近する時に行われる処理を示す。スレッドが始動すると、軌道沿いの感知ユニットがスレッドに対してインタロゲーション（応答呼び掛け／取得）し、スイッチ機構を所望される目的地の軌道に適切に切り替える。スイッチ機構が軌道を通過する他のスレッドペアによって塞がれている場合、この情報をスイッチ機構に接近中の他のスレッドペアに送信し、これにより他のスレッドペアを減速又は停止させる。この処理はブロック５に示す。他のスレッドペアがスイッチ機構を通過中でなければ、ブロック６に示すとおり、スイッチ機構内のアクチュエータに対して適切な位置に切り替わるよう指令する。他のスレッドがスイッチ機構を使用中の場合、ブロック７に示すとおり、システムが到来するスレッドの速度を調整し、最も効率よく運行できるようにする。

図２は、システム全体を斜視図で示す。図示のとおり、船舶１０の前部を船首側のスレッド１７に、また後部を船尾側のスレッド１２に連結する。この連結は、それぞれケーブル１８及び１１によって行う。両スレッド１２及び１７は軌道１４上に設け、軌道１４は、例えば支柱１６上に設ける、又はチェーン１３により海底に固定することができる。スレッド１２，１７が軌道１４上を移動すると、軌道１４沿いに配置する感知ユニット２２，１５は、スレッドに対しスレッド位置及びＩＤに関して応答呼び掛け／取得する。スイッチ機構２３は、方向２４から接近するスレッド１７を軌道２１に導く。本発明によるシステムは、他の方向、例えば方向１９から進入して軌道１４を横切る交差軌道も受け入れる。軌道１９も、例えば感知ユニット３５を有し、通過するスレッドを感知する。

図３は、好適な一実施形態におけるスイッチ機構の詳細を示し、この場合、感知ユニット１５が到来するスレッド１７に対してインタロゲーションする。ガイドレール２３を位置（回動ポイント）２１で回動可能にヒンジ連結するため、ガイドレール２３は、支持アセンブリ２４上でヒンジ連結した回動ポイント２１の周りに自在に回動することができる。ガイドレール２３はアクチュエータ２２によって行う。アクチュエータ２２のこの操作の下で、ガイドレール２３を軌道２５，２６又は２７のいずれかに整列させ、またロックすることができる。出立軌道上に設ける感知ユニット２９は、スレッドが正しい軌道に進入し、また出立することを確認するために使用する。スレッド１７の中間部分３３は半可撓性材料で形成し、この半可撓性材料によれば、スレッドが軌道上を走行するときに軌道の形状に順応することができる。このような順応性をスレッドに持たせることによって、スレッドは回動ポイント２１に回動可能にヒンジ連結したガイドレール２３に追随することができる。

図４は、上述した好適な一実施形態においてスレッドがどのようにスイッチ機構に進入し、また出立するかを示す。図４Ａは、スレッドがスイッチ機構におけるガイドレールに接近する状況を示す。図４Ｂでは、スレッドがスイッチ機構のヒンジ連結部上を通過し、ガイドレールの形状に順応する状況を示す。図４Ｃは、スイッチ機構の端部でスイッチ機構を出立しようとしているスレッドを示す。

図５は、上述したスイッチ機構における好適な一実施形態の変更例を示す。この場合、到来軌道１４、ガイドレール２３、アクチュエータ機構２４、出立軌道４５，４６，４７及び交差軌道１９を単独の堅固なプラットホーム４４に取り付ける。交差軌道１９の高さは到来軌道１４、及び出立軌道４５，４６，４７の高さより低く構成し、軌道１４又は１９におけるそれぞれのスレッドが、他方の軌道を妨害することなく通過できるようにする。交差軌道１９も感知ユニット３５を有し、通過するスレッドを検出する。

図６は、本発明による好適な一実施形態を示す。この実施形態では、軌道による航路に沿う海底が不均一な深さであり、またどのように水深が深い位置で軌道を海底に取り付けるかを示す。水深がそれほど深くない位置では、例えば短い長さのアンカーチェーン１８により軌道１４を海底に取り付ける。位置１９のように水深の深い場所では、より長いアンカーチェーン１９によって水深差を補償する。軌道１４は浮力を持たせるよう構成し、したがって、水中に浮遊した状態に維持するよう海底に固定する必要がある。

図７には、軌道の横断面及びスレッドに関する幾つか異なる実施形態を示す。図７Ａは、矩形横断面を有する軌道１４、及びスレッドアセンブリ１７を示す。軌道１４の底部にアンカーチェーン１９を取り付け、軌道上を移動するスレッドがアンカーチェーン連結によって阻害されないようにする。図７Ｂ及び７Ｃは、円形及び三角形の横断面を有する軌道と共に、これら軌道に適合するスレッドアセンブリを示す。

図８Ａは、軌道及びスイッチシステムにおける別の好適な一実施形態を示し、この場合、軌道は継続的に移動するケーブルで構成し、スレッドをこれら可動軌道に固定する。図示の実施形態では、軌道は、プーリ６１によって矢印方向６９に引っ張られるケーブル６６であり、このプーリ６１をベース部６８内の原動機によって駆動する。プーリ６１は、矢印６５で示すように回転軸線に沿って上下に移動可能とする。ベース部６８内のアクチュエータは、プーリ６１を所望のプーリ６２，６３又は６４に整列させることができる。プーリが相互に整列した後、到来軌道６６から来るスレッドを出立軌道６７に引き継がせる。図示の実施形態におけるスレッドには原動機を設けず、スレッドは単に可動ケーブルアセンブリに取り付けて、連結した船舶を牽引する。スレッドはケーブル６６にクランプ固定し、矢印方向６９からスイッチアセンブリに接近する。到来スレッド７７はプーリ６１によってガイドし、プーリ６１はプーリ６２，６３，６４がガイドする出立軌道のうち１つに整列する。図示の状態では、プーリ６１はプーリ６２に整列しているため、到来スレッド７７は軌道６７に引き継がれる。図８Ｂは、この特別な実施形態のために構成したスレッドを示す。このスレッドは半剛体部分７２によって連結した２個のクランプ部７１，７３を有する。ケーブルの形式とした軌道にスレッドを取り付けるとき、クランプ部７１，７３双方が作動し、ケーブルにクランプした状態にする。スレッドがスイッチ機構を通過するとき、クランプ部７３はケーブル６６に対するクランプした状態釈放されるが、クランプ部７１はケーブル６６に依然としてクランプした状態のままである。スレッドがスイッチ機構に沿って十分に前進するとき、クランプ部７３はケーブル６７にクランプした状態にし、クランプ部７１はケーブル６６でのクランプした状態から釈放される。

図９は、本発明によるシステムにおける別の好適な一実施形態を示し、この場合、軌道はチェーンとして構成する。図９Ａは、軌道及びスレッドシステムを示し、チェーン７１が図示の実施形態におけるシステムの軌道として機能し、またギア７２によって駆動される。スレッドアセンブリ７４は、２個のクランプ部７５，７６を有する。リヤクランプ部７５及びフロントクランプ部７６は半剛体部分７８によって連結し、この半剛体部分７８は軌道上を移動するとき、曲がり、また順応することができる。図９Ｂは、図示の実施形態におけるスイッチ機構用の整列機構を示す。ギア７２は矢印方向８６に上下に自在に移動し、出立軌道７９，７７，又は８０の１個に整列することができる。スレッドにおける特殊な歯を使用することによって、スレッドを可動チェーンにクランプした状態にすることができる。図９Ｃ及び図９Ｄは、クランプ機構の詳細を示す。図９Ｃはスレッドがクランプした状態にある状況を示し、この状態では歯８１と歯８２との間隔は拡開し、スレッドユニットがチェーンに係合する。図９Ｄは図示の実施形態においてスレッドのクランプした状態から釈放される状況を示し、この場合、歯８１と歯８２との間隔は縮小し、スレッドアセンブリがチェーンから分離する。

図１０は、環境に負荷をかけない本発明による他の一実施形態を示す。この実施形態では、気象条件や波浪状態に左右されることなく、流線型の貨物コンテナを水中で牽引することができる。無人の貨物コンテナ９２は、本発明によるスレッドシステムによって水面９０の直下で牽引される。このシステムは、軌道の経路に沿って設置した風力タービン９１によって駆動することができる。

Claims (5)

1. 目的地を選択可能としたケーブルフェリーを水中牽引するための軌道スイッチシステムであって、スイッチ機構を横切る交差軌道を、到来軌道と出立軌道との間に経路付けし、この経路付けは、前記交差軌道に沿って移動するスレッドが、到来軌道、又は出立軌道のいずれにも妨害されることなく移動できるように行う構成とし、前記交差軌道は、前記到来軌道と前記出立軌道とで規定される経路を横断する、ケーブルフェリー用の軌道スイッチシステム。
2. 請求項１記載のケーブルフェリー用の軌道スイッチシステムにおいて、前記交差軌道における相対的な高さレベルを、前記到来軌道又は前記出立軌道より低くした、ケーブルフェリー用の軌道スイッチシステム。
3. 請求項１記載のケーブルフェリー用の軌道スイッチシステムにおいて、前記到来軌道と前記出立軌道との連結は、ガイドレールの位置を変え、前記出立軌道のうちの１個に整列させることによって行うものとし、また前記ガイドレールの操作は電気的、空気圧的又は液圧的手段をデジタル制御することによって行う、ケーブルフェリー用の軌道スイッチシステム。
4. 請求項３記載のケーブルフェリー用の軌道スイッチシステムにおいて、前記到来軌道から接近するスレッドが前記軌道のスイッチ位置に到達する前に、予め切り替え制御を行う構成としたケーブルフェリー用の軌道スイッチシステム。
5. 目的地選択可能な水中牽引式システムであって、牽引する船舶の移動、加速及び停止を複数のスレッドの協調動作によって行い、フロントスレッドが前記船舶を順行させ、またリヤスレッドが前記船舶の動作を減速させる又は必要なとき停止させる構成とした、水中牽引式システム。

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