JP6256964B1 - 浮遊傾動式避難カプセル - Google Patents

Abstract

地震発生から短時間で襲来する巨大津波に対して、迅速に避難可能であるとともに、避難空間内の安全を確保することができる浮遊傾動式の避難カプセルを提供するものである。避難カプセル１は水面に浮遊可能であって、構造体８と、出入口１６に設けられた扉１１ａと、床６の下方に設けられた船底７と、錘１２等で構成される傾動機構を備えており、傾動機構は、避難カプセル１が水面に浮遊するとき、構造体の後壁４が前壁５よりも深く沈み込むとともに、扉が喫水線Ｌの上方に位置するように設定されていることを特徴としている。これによって、扉１０からの水の侵入を防止できるとともに、津波に対しても安定して浮遊することができる。

Description

本発明は、地震による津波が発生した場合、退避することができる浮遊傾動式の避難カプセルに関する。

東日本大震災では、巨大津波によって多くの人命が失われた。このような巨大津波から生命を守るためには、津波襲来前に迅速に高台に避難することが防災上有効な手段の一つである。しかしながら、東海、東南海、南海の三連動地震が発生した場合、地震発生後わずか５分で３０ｍの津波が襲来する地域も存在することが予測されており、このような短時間で高台に避難することは、特に高齢者・障害者の方々にとっては困難を極める。仮に、避難ビルに退避するとしても、階段を上ることすら困難であるのが現状である。

解決策として、避難カプセルの導入が有効である。地震発生とともに速やかに避難カプセル内に退避し、津波襲来時に立てこもり、津波が去ったあとに脱出することで高齢者・障害者の方々をはじめ多くの人々の人命を津波災害から守ることができる。

避難カプセルは、個人の敷地内に簡単に設置することができ、短時間に避難可能であることから、地震発生から短時間で津波が襲来したとしても有効である。また、階段を使用して避難ビルに避難する場合と異なり、上下方向の移動がほとんど生じないので、高齢者・障害者の方々の避難にも適している。さらに、高台への避難と異なり、避難時の交通渋滞や道路閉塞の影響を受けることもない。

避難カプセルのうち、浮遊式のものについては、津波に逆らわず浮遊することができるので、巨大津波に対してもその有効性が変わらない点で有利となる。

浮遊式の避難カプセルとして、特許文献１が提案されている。特許文献１の発明によれば、多くの家庭で購入することができて、庭の片隅に置き、水害時に、軽量で強度にすぐれたカプセル内に避難することにより、津波等の水害からの避難を可能とする安価な避難救命カプセルが提供されている。具体的には、概ね枡形で下部が括れた形状のカプセル本体を樹脂で一体成形しカプセル本体の上部に防水シートカバーを被せるための骨組みを構築し、防水シートカバーには出入口扉を設け、カプセル本体には少なくとも４人の大人が膝を抱えて座ることができる空間を設けるとともに、シートベルトを取付け、カプセル本体の下部には重心を下げるための錘とキャスター付き台座を取り付けた発明である。

特開２０１４−５８２９６号公報

しかしながら、上記の従来技術は、カプセル本体が樹脂製であり、構造的に弱く、巨大津波の破壊力に対して対応できない問題がある。また、漂流する瓦礫に衝突して破壊する問題もある。さらに、津波火災が発生した場合、カプセル本体を構成する樹脂が炎上する問題もある。

本発明は、これらの問題点に着目してなされたものであり、地震発生から短時間で巨大津波が襲来したとしても、迅速に避難可能であるとともに、避難空間内の安全を確保することができる避難カプセルを提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、水面に浮遊可能な避難カプセルであって、天板、前壁、後壁、側壁、および床を有する構造体と、前壁に形成された出入口と、出入口に設けられた扉と、床の下方に設けられた船底と、避難カプセルが水面に浮遊するとき、構造体の後壁が前壁よりも深く沈み込むとともに、扉が喫水線の上方に位置するようにするための傾動機構と、を備え、前記構造体の天板、前壁、後壁、側壁、および床は、コア材の両面を鋼板で挟持し一体化した構造であり、前記扉および船底は、鋼製であることを特徴とする。

この構成によれば、避難カプセルが水面に浮遊しているとき、扉は喫水線の上方に位置しているので、扉からの水の侵入を防止することができる。

また、この構成によれば、傾動機構により避難カプセルは後壁が前壁よりも深く沈んだ状態で、すなわち傾動した状態で浮遊している。そのため、津波の波力に対して転倒しにくい構造となっている。

また、この構成によれば、床の下方に船底が設けられているので、津波に流されたとき避難カプセルの進行方向を一定方向に保つことができる。

この構成によれば、避難カプセルの外面は鋼板で覆われているので、津波火災が発生したとしても、避難カプセルは炎上から免れることができる。すなわち、耐火性を有し、津波火災に対しても対応可能となっている。

また、この構成によれば、構造体を構成する天板、前壁、側壁および床のそれぞれは、コア材の両面を鋼板で挟持し一体化したいわゆるサンドイッチ構造となっている。このようなサンドイッチ構造は、鋼板単体またはコンクリート単体の構成に比べ、面外方向の剛性、および強度が格段に向上する。そのため、仮に瓦礫等の漂流物が衝突したとしても、破損を免れることができる。

請求項２に係る発明は、水面に浮遊可能な避難カプセルであって、天板、前壁、後壁、側壁、および床を有する構造体と、前記前壁に形成された出入口と、前記出入口に設けられた扉と、前記床の下方に設けられた船底と、前記避難カプセルが水面に浮遊するとき、前記構造体の後壁が前壁よりも深く沈み込むとともに、前記扉が喫水線の上方に位置するようにするための傾動機構と、を備え、構造体の天板に用いるコア材は、構造体の床に用いるコア材よりも単位体積重量が小さいことを特徴とする。

この構成によれば、天板および床に同じ単位体積重量のコア材を用いる場合に比べ、重心を下方寄りに位置させることができる。そのため、浮遊した時の避難カプセルの安定性を増すことができる。

請求項３に係る発明は、水面に浮遊可能な避難カプセルであって、天板、前壁、後壁、側壁、および床を有する構造体と、前記前壁に形成された出入口と、前記出入口に設けられた扉と、前記床の下方に設けられた船底と、前記避難カプセルが水面に浮遊するとき、前記構造体の後壁が前壁よりも深く沈み込むとともに、前記扉が喫水線の上方に位置するようにするための傾動機構と、を備え、傾動機構は、前壁および扉と、前壁および扉の総重量よりも重い後壁と、で構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、避難カプセルの前方に配置されている前壁および扉と、後方に配置されている後壁との重量差によって浮遊状態の避難カプセルを傾動させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１または２の避難カプセルにおいて、傾動機構は、構造体の床、後壁および／または船底に設けられた錘で構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、錘を後壁寄りに偏載することにより、浮遊状態の避難カプセルを傾動させることができる。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の避難カプセルにおいて、錘は、コンクリートおよび／または鋼板から構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、錘はコンクリートおよび／または鋼板で構成されているので、所定の位置に所定の重量の錘を簡単に配置することができる。

請求項６に係る発明は、請求項１から５の避難カプセルにおいて、構造体を支持するための支持部をさらに備え、支持部は床から下方に延びる支柱と、支柱の下端に固定された安定板とを有することを特徴とする。

この構成によれば、安定板が設けられていることにより、構造体を地面上に安定して設置可能であるとともに、避難カプセルが水面に浮遊するとき、搖動を抑止することができる。

請求項７に係る発明は、請求項１から６の避難カプセルにおいて、扉は、前壁の片側に設けられており、前壁の他方の側に設置されたトイレと、前壁の前側に設置された玄関と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、避難カプセルはトイレと玄関がさらに設けられているので、災害時のみならず常時においても避難カプセルを居住空間等として有効に活用することができる。常時活用することにより、定期的な点検・メンテナンスを行うことが容易となり、災害時に欠陥のない状態で避難カプセルを使用することができる。

（ａ）は本実施形態の正面図であり、（ｂ）は同右側面図である。 図１（ａ）のＡ―Ａ断面である。 本発明実施形態の避難カプセルが水面に浮遊する状態を示す説明図である。 （ａ）は前壁および天板の断面構成図であり、（ｂ）は側壁、後壁、および床の断面構成図である。 本発明実施形態の避難カプセルの斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。

図１、２および５に示すように、本実施形態の避難カプセル１は、構造体８、船底７、玄関９、トイレ１１等を備えている。

構造体８は、天板２、前壁５、後壁４、側壁３、および床６から構成されており、内部は、災害時に避難空間となる内部空間８ａが形成されている。構造体８の内壁に断熱材と、断熱材の内側にサイディングと、を設けても良い。

また、天板２、後壁４、側壁３の少なくとも一面に、喫水線Ｌの上方の位置する窓（図示略）および非常口（図示略）を設けることが好ましい。

これにより、窓から外の様子が視認できる。また、扉１０が開閉できなくなった場合でも、非常口から脱出することができる。

図４（ａ）（ｂ）に示すように、天板２、前壁５、後壁４、側壁３、および床６は、軽量コンクリート板８２ａまたは普通コンクリート板８２ｂをコア材とし、両面を鋼板８１で挟持するいわゆるサンドイッチ構造となっている。このようなサンドイッチ構造とすることで、鋼板単体またはコンクリート単体の構造に比べ面外方向の剛性および強度が格段に向上する。そのため、津波等で発生する漂流物の衝突に対する安全性を向上させることができる。また、耐火性を有する鋼板およびコンクリートで構成されているため、津波火災に遭遇したとしても炎上することはない。

避難カプセル１は、所定の外力、例えば水深２０メートルで水圧２００ｋＮ/ｍ^２に耐えうるように設計される。また、台風・竜巻にも耐えうる。

設計は、構造体８の鉛直荷重時、津波荷重時を計算した本体の設計、構造体８設置時の基礎を鉛直荷重時の計算を基に行う。なお、津波波圧算定式は津波防災地域づくり法告示等の新ガイドラインに従って、算出する。

一例を示すと、構造体８の形状寸法を、縦３５００ｍｍ、横２４００ｍｍ、高さ２４００ｍｍとしたとき、鋼板８１の必要厚さは３ｍｍ、軽量コンクリート板８２ａ、および普通コンクリート板８２ｂの必要厚さは６０ｍｍとなる。

前壁５にはトイレ１１と干渉しない位置に出入口１６が形成されている。また、出入口１６には、水密性を確保した扉１０が設けられている。出入口１６は車椅子での出入りが可能となるように、開口を広くとることが好ましい。扉１０は、一重、または、二重の扉構造であり、耐火構造となっており、ヒンジによる片開きが好ましい。また単位面積当たりの重量は前壁５と同程度、またはそれ以下とすることが好ましい。

前壁５はコア材として軽量コンクリート板８２ａを用いており、後壁４はコア材として普通コンクリート板８２ｂを用いている。普通コンクリートでは約２５ｋＮ／ｍ^３になるのに対して、軽量コンクリートは、普通コンクリートくらべ軽い骨材を混ぜることにより約１８ｋＮ／ｍ^３まで軽量化することができる。この単位体積の重量差を利用して前壁５と扉１０の総重量よりも重い後壁４とすることができる。その結果、側面から見たときの重心の位置を後壁４寄りに設定可能となり、避難カプセル１が浮遊したとき、後壁４を深く沈み込ませることができる。さらに深く後壁４を沈み込ませるには、後壁４のコア材を厚くすればよい。

側壁３は対向する位置に一対設けられており、コア材として普通コンクリート板８２ｂを用いている。また、コア材として軽量コンクリート板を用いてもよい。これにより避難カプセル１を軽量化することができ、水面上の浮遊体積を増加させることができる。

天板２は平面形状がアーチ型であり、コア材として軽量コンクリート板８２ａを用いており、床６はコア材として普通コンクリート板８２ｂを用いている。これにより上下方向の重心位置を下げることができ、浮遊した時の避難カプセル１を安定化させることができる。

船底７は、水面上での姿勢安定のために床６の下方に設けてあり、鋼板で構成された中空構造である。その形状、構造は、船の一般常識に従う。

錘１２は鋼板で構成されている。本実施形態では、中空の船底７の内底面の後壁４寄りに張り付けられている。これにより、側面から見たときの重心の位置を後壁４寄りに設定可能となり、避難カプセル１が浮遊したとき、後壁４を深く沈み込ませることができる。錘１２として、コンクリートを用いてもよい。また、錘１２は床６、または後壁４のいずれかに設けてもよく双方に設けてもよい。また、前述した船底７に用いた錘１２と併用してもよい。

構造体８を安定して地盤上に設置するため支持部１３ａを備えている。支持部１３ａは床６から下方に延びる２つの支柱１４ａと、支柱１４ａの端部に固定された安定板１５ａを有している。安定板１５ａを地盤上に載置することにより、構造体８を安定して地盤上に設置することができる。また、安定板１５ａは、構造体８が浮遊したとき、横揺れを低減し、安定性を高める機能も有する。

内部空間８ａは、所定の人数を収容したとき、水面に浮遊する浮力を付与する内容積を有している。構造体８のサイズは、１人当たり１.５ｍ^３の必要空間として換算する。一般家族用で収容人数を４人とすると、４人×１.５ｍ^３＝６.０ｍ^３が必要となる。既設建物や収容人数などの条件によって構造体８のサイズの変更が可能である。

内部空間８ａ内には酸素ボンベが用意してある。酸素を吹き出すことで、救命の可能性が高くなる。

内部空間８ａ内の酸素容量では、酸素呼吸が困難となるため、事前に搭載してある酸素ボンベからの酸素供給を行う。酸素ボンベについては、収容人数、子供、大人などの条件によって異なるので、カプセル１内部に滞在できるための容量を確保する。

適切な酸素濃度の確保のため、避難カプセル１内部の安全・安心な居住性を保つために必要な酸素、二酸化炭素の濃度が室内の濃度計で分かるようにし、適切な基準値でなくなった場合には備え付けの酸素缶を噴射することで酸素濃度の調整を行う事を可能にしている。また、二酸化炭素も同様に濃度調整を可能にしていく。ここでの目標値はカプセル１内部の酸素濃度２０％である。必要な装置としては、酸素供給器具セット、気圧調整器具、二酸化炭素低減器具セット等である。酸素濃度下限値は空気中の酸素の割合が安全限界の１８％で、二酸化炭素濃度上限値は前記空気中の二酸化炭素の割合が労働衛生上の長期安全限界の０．５％が例示される。

構造体８の内部の気体の圧力を抜く減圧弁（逆止弁）も備えている。水道のパーツも備えている。二酸化炭素の増え過ぎを防止するため、二酸化炭素を消石灰水溶液、またはゼオライトで吸着して二酸化炭素を減らすようにしてある。太陽光発電パネルにより蓄電池が満タンになっているので、その蓄電池が消石灰のポンプを駆動させ続けるように構成している。

モニターを複数（ここでは２か所）設けている。外気温、内気温度、酸素濃度、二酸化炭素の濃度を所定時間（たとえば３０分）おきに表示できる。外にモニターを設置すると、夜中にモニターを見ても真っ暗で表示が見にくいので、外気温度計を外に設置するとともに、モニターを避難カプセル１の内部に設置している。真冬の場合、津波が浸入して来たら外気温度計の温度が上がるので、津波が来たのが夜中でもわかる。

構造体８の内部空間８ａ内に携帯電話、衛星電話、トランシーバー等の通信機能を備えている。ＡＥＤ、防災グッズ等も備えている。

前壁５の前側に玄関９、およびトイレ１１が設けられている。玄関９は、鋼板の一重構造で構成されており、トイレ１１は、扉１１ａ、給水タンク（図示略）、便器１１ｂ、下水タンク（図示略）を備えている。トイレ１１には窓を設けてもよい。便器１１ｂの電源は家庭電源のコンセントから、または、発電機、外部電源等から取ることができる。

玄関９、およびトイレ１１を安定して地盤上に設置するため支持部１３ｂを備えている。支持部１３ｂは玄関９、およびトイレ１１の底面から下方に延びる支柱１４ｂと、支柱１４ｂの端部に固定された安定板１５ｂを有している。安定板１５ｂを地盤上に載置することにより、玄関９、およびトイレ１１を安定して地盤上に設置することができる。

玄関９、およびトイレ１１は、構造体８と分離可能となっており、避難カプセル１は津波によって構造体８、船底７および支持部１３ａが一体として浮遊することになる。これにより通常時は、構造体８を通常時に居住空間として快適に利用することができるとともに、津波等の水害時は、水面上に安定して浮遊させることができる。

図３に示すように、構造体８は後壁４が前壁５よりも深く沈み込んでいる。さらに扉１０は喫水線Ｌ上方に位置している。後壁４、前壁５および扉１０の重量、並びに錘１２の重量および取り付け位置を内部空間８ａの内容積に合わせて適切に設定することによりこのような状態とすることが可能となる。

避難カプセル１の使用方法について説明する。

避難カプセル１をクレーンで吊り下げるか、フォークリフトで持ち上げて所定の位置、例えば敷地内に設置する。なお、避難カプセル１の床面積を１０ｍ^２とすると、建築確認申請は不要となる。

避難カプセル１は、玄関９、およびトイレ１１が設けられているので、障害者、老人、子供等に便宜を与えることができる。また、生活にも活用できる効果がある。例えば、寝室、居住空間、離れ、として利用できる。

地震が発生し、津波の襲来が危ぶまれる場合は、速やかに内部空間８ａに避難し、扉１０を閉めロックする。このような行動をとることで高齢者・障害者の方々も津波襲来前に内部空間８ａ内に確実に避難することがでる。

津波が襲来すると、避難カプセル１は波にのまれ水没するが、前述したとおり、構造体８は、水深２０メートルで水圧２００ｋＮ/ｍ^２に耐えうるように設計されるため、水没によって破壊されることはない。その後、地盤上に載置されている構造体８は浮力を受けることにより水面上に浮遊する。

津波の破壊力によって瓦礫化された構造物は、漂流物となり、また、津波火災が発生する状況も想定される。構造体８はコンクリートをコア材として両面が鋼板で挟持されている構造であることから、面外方向の強度に優れ耐火性も有している。従って、漂流物の衝突によって破壊されることもなく、津波火災によって炎上することもない。

浮遊している状態では、図３に示す通り、船底７により水中での姿勢が安定し、前壁５が後壁４よりも高くなることによって、扉１０が喫水線Ｌ上に浮上する。これにより、扉１０から内部への水の浸入を防止できる。

津波が沈静化した後も、暫くの間、海上を漂う。この間、収容された人々は内部空間８ａ内にあらかじめ用意されている緊急避難用品を使用して救援を待つ。また、備えられている携帯電話等を利用して救援を要請する。

陸地に打ち上げられたときは、扉１０を開き脱出する。扉１０が瓦礫等により使用できない場合は、脱出可能な位置にある非常口から脱出する。

避難カプセル１は、特に、沿岸部地域に居住、今後、居住する人、或いは、居住を希望されている人に対して津波の心配を解消した安心・安全な住宅を提供することができる。

津波襲来時における利用方法を述べたが、避難カプセル１は、津波だけでなく、火災、土石流という二次災害にも耐えられ、そして、高齢者・障害者の方々も安全に避難することができる、現代社会において必要性が高く、革新的でより安心できる性能を提供できる。

家庭用の避難カプセル１を安価で工期も短縮して提供でき、津波、火災、竜巻等に対して安心安全な環境を提供できる。特に、沿岸部において、その産業上の利用価値は大である。

１・・・・・・・避難カプセル
２・・・・・・・天板
３・・・・・・・側壁
４・・・・・・・後壁
５・・・・・・・前壁
６・・・・・・・床
７・・・・・・・船底
８・・・・・・・構造体
８ａ・・・・・・内部空間
９・・・・・・・玄関
１０・・・・・・扉
１１・・・・・・トイレ
１２・・・・・・錘
１３ａ，ｂ・・・支持部
１４ａ，ｂ・・・支柱
１５ａ，ｂ・・・安定板
８１・・・・・・鋼板
８２ａ・・・・・軽量コンクリート板（コア材）
８２ｂ・・・・・普通コンクリート板（コア材）
Ｌ・・・・・・・喫水線

Claims (7)

1. 水面に浮遊可能な避難カプセルであって、
   天板、前壁、後壁、側壁、および床を有する構造体と、
   前記前壁に形成された出入口と、
   前記出入口に設けられた扉と、
   前記床の下方に設けられた船底と、
   前記避難カプセルが水面に浮遊するとき、前記構造体の後壁が前壁よりも深く沈み込むとともに、前記扉が喫水線の上方に位置するようにするための傾動機構と、を備え、
   前記構造体の天板、前壁、後壁、側壁、および床は、コア材の両面を鋼板で挟持し一体化した構造であり、前記扉および船底は、鋼製であることを特徴とする避難カプセル。
2. 水面に浮遊可能な避難カプセルであって、
   天板、前壁、後壁、側壁、および床を有する構造体と、
   前記前壁に形成された出入口と、
   前記出入口に設けられた扉と、
   前記床の下方に設けられた船底と、
   前記避難カプセルが水面に浮遊するとき、前記構造体の後壁が前壁よりも深く沈み込むとともに、前記扉が喫水線の上方に位置するようにするための傾動機構と、を備え、
   前記構造体の天板に用いるコア材は、前記構造体の床に用いるコア材よりも単位体積重量が小さいことを特徴とする避難カプセル。
3. 水面に浮遊可能な避難カプセルであって、
   天板、前壁、後壁、側壁、および床を有する構造体と、
   前記前壁に形成された出入口と、
   前記出入口に設けられた扉と、
   前記床の下方に設けられた船底と、
   前記避難カプセルが水面に浮遊するとき、前記構造体の後壁が前壁よりも深く沈み込むとともに、前記扉が喫水線の上方に位置するようにするための傾動機構と、を備え、
   前記傾動機構は、前記前壁および前記扉と、前記前壁および前記扉の総重量よりも重い前記後壁と、で構成されていることを特徴とする避難カプセル。
4. 前記傾動機構は、前記構造体の床、後壁および／または船底に設けられた錘で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の避難カプセル。
5. 前記錘は、コンクリートおよび／または鋼板から構成されていることを特徴とする請求項４に記載の避難カプセル。
6. 前記構造体を支持するための支持部をさらに備え、
   前記支持部は前記床から下方に延びる支柱と、前記支柱の下端に固定された安定板とを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の避難カプセル。
7. 前記扉は、前記前壁の一方の側に設けられており、
   前記前壁の他方の側に設置されたトイレと、
   前記前壁の前側に設置された玄関と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の避難カプセル。

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