JP6369833B2 - 可動式防波堤および可動式防波施設 - Google Patents

Description

本発明は、必要に応じて水底から水面上に突出する可動式防波堤および可動式防波施設に関する。

水底に昇降可能な防波装置を設置して、津波が発生した場合や荒天時などには、防波装置を水面上まで突出させて、波の影響を低減する可動式防波堤が提案されている。例えば、特許文献１には、水底に埋め込まれる上部が開口した外筒管と、当該外筒管の内部に外筒管の長手方向に対して移動可能に配置されるとともに内部に供給される空気により浮力を発生する浮上管と、外筒管の底部に接続された送気管と、当該送気管を通じて浮上管の内部に空気を供給する空気供給装置と、を備えた可動式防波堤が記載されている。

特開２０１０−２０３０７８号公報

上述したような可動式防波堤において、浮上管は、その内部の上方に、浮上管の周壁と
天板と底板とで区画された気室が設けられている。気室は、その側方下部に浮上管の外部に通じる水抜き孔が形成されている。また、気室は、その底板から下方に抜ける連通部が設けられている。この可動式防波堤では、浮上前は気室内に水が溜まっている。そして、浮上開始時は、送気管を通じて供給される気体が、浮上管の下端部から連通部を通って気室内に至り、気室内に溜まりつつ水抜き孔から気室外に水が抜けることで、浮上管が浮上を開始する。その後、気室内に気体が溜まって浮上管が浮上して行くにつれ、外筒管内への水の供給が必要になり、水抜き孔から気室内に入った水が連通部を通って浮上管の底部から抜けていくことになる。この際、連通管において、浮上管の底部から気室に供給される気体と、気室から浮上管の底部に抜ける水との流れが対向するため、気室への気体の供給が遅滞するため、浮上管の浮上速度が低下し、浮上時間がかかる問題が生じる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、浮上管の浮上時間を短縮することのできる可動式防波堤および可動式防波施設を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第１の発明の可動式防波堤は、上下に長尺に形成されて水底側に開口部を有して水底地盤内に挿入固定された外筒管と、前記外筒管の内部に挿入され、前記外筒管の長手方向に昇降移動可能に配置されるとともに、自身の内部に配置された気室に供給される気体により浮力を生じて上昇可能に設けられた浮上管と、を備える可動式防波堤において、前記浮上管は、前記気室が前記浮上管の周壁と上方の第一仕切部材と下方の第二仕切部材とで区画形成され、かつ前記気室の下方に前記浮上管の下方を塞ぐ第三仕切部材が設けられており、当該第三仕切部材と前記第二仕切部材とを貫通して前記気室と前記浮上管の下側とを連通する第一連通部と、当該第三仕切部材と前記第二仕切部材とを貫通して前記気室と前記浮上管の下側とを連通するとともに前記第二仕切部材から前記気室内に延出する上突管を有する第二連通部と、を備えることを特徴とする。

この可動式防波堤によれば、第一連通部と第二連通部とを設け、かつ第二連通部に上突管を設けたことで、第一連通部で気室内の水を排出させ、第二連通部で気室内に気体を供給させ、水と気体との流れを分離させる。このため、遅滞なく気室から水を排水し、気室内に気体を供給することができるため、浮上管の浮上時間を短縮することができる。

また、第２の発明の可動式防波堤は、第１の発明において、前記第二連通部は、管状に形成されて前記第一連通部に隙間を有して挿入されていることを特徴とする。

この可動式防波堤によれば、第二連通部を第一連通部に隙間を有して挿入する構成とすることで、第一連通部を有する構成に、第二連通部を容易に追加して設けることができる。

また、第３の発明の可動式防波堤は、第１の発明において、前記第一連通部が、前記第二連通部と別に設けられており、当該第一連通部は、前記第三仕切部材から前記浮上管の下端に向けて延出する下突管を有することを特徴とする。

この可動式防波堤によれば、第一連通部と第二連通部とを別に設け、かつ第一連通部に下突管を設けたことで水と気体との流れを別に分離させ、水と気体との流れの干渉を防ぐことができる。

また、第４の発明の可動式防波堤は、第１または第３の発明において、前記第一連通部が、前記第二連通部と別に設けられており、上端が前記第一仕切部材を貫通して前記浮上管の上方に通じ下端が前記第二仕切部材近傍まで延在して前記第一連通部の上端の開口に対向、または前記第一連通部の上端に繋がる水導入部を備えることを特徴とする。

この可動式防波堤によれば、水導入部を設けたことで、水を積極的に第一連通部に導入して外筒管側に供給するため、外筒管と浮上管との隙間で外筒管側に供給する下方への水の流れによって浮上管に浮上とは逆方向に生じる吸引力を抑制するため、浮上管の浮上時間を短縮する効果を顕著に得ることができる。

また、第５の発明の可動式防波堤は、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上下に長尺に形成されて水底側に開口部を有して水底地盤内に挿入固定された他の外筒管の内部に挿入され、前記他の外筒管の長手方向に昇降移動可能に配置される他の浮上管を備え、当該他の浮上管と、前記気室を有する浮上管とが併設して連結されており、前記他の浮上管の内部に上端から下端に通じる第三連通部を有することを特徴とする。

この可動式防波堤によれば、浮上管に併設して連結された他の浮上管に設けた第三連通部により、他の浮上管の内部に水を案内する水道をなすことで、浮上管の浮上の負荷を低減して、浮上管の浮上時間を短縮することができる。

上述の目的を達成するために、第６の発明の可動式防波施設は、第１〜第５のいずれか一つの発明に記載の可動式防波堤を複数配列したことを特徴とする。

この可動式防波施設によれば、可動式防波堤を複数配列した構成であっても、浮上管の浮上時間を短縮することができる。

本発明によれば、浮上管の浮上時間を短縮することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る可動式防波施設の平面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ矢視一部断面図である。 図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る可動式防波堤を備える可動式防波施設の全体構成図である。 図５は、本発明の実施形態に係る可動式防波堤の浮上管が浮上する様子を示す模式図である。 図６は、本発明の実施形態に係る可動式防波堤の浮上管が浮上する様子を示す模式図である。 図７は、本発明の実施形態に係る可動式防波堤の浮上管が浮上する様子を示す模式図である。 図８は、図１のＢ−Ｂ拡大断面図である。 図９は、図８のＣ−Ｃ矢視図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る可動式防波堤の構成図である。 図１１は、本発明の実施形態に係る可動式防波堤の浮上管が浮上する際の作用を示す図である。 図１２は、本発明の実施形態に係る可動式防波堤の他の例の構成図である。 図１３は、本発明の実施形態に係る可動式防波堤の他の例の構成図である。 図１４は、本発明の実施形態に係る可動式防波堤の他の例の構成図である。 図１５は、本発明の実施例に係る可動式防波堤の試験模型の構成図である。 図１６は、本発明の実施例に係る可動式防波堤の試験模型の仕様を示す図表である。 図１７は、本発明の実施例に係る試験結果を示す図表である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本実施形態に係る可動式防波堤は、海底、川底などの水底に設置されて、例えば、津波や高潮などが発生した場合には、水底から水面上に浮上して、津波や高潮の通過を阻害し、港湾設備などを保護する。

図１は、本実施形態に係る可動式防波施設の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視一部断面図である。この図２は、本実施形態に係る可動式防波堤が浮上した状態を示している。図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。この図３は、本実施形態に係る可動式防波堤が水底にある状態、すなわち浮上前の状態を示している。図４は、本実施形態に係る可動式防波堤を備える可動式防波施設の全体構成図である。図５〜図７は、本実施形態に係る可動式防波堤の浮上管が浮上する様子を示す模式図である。

図１〜図３に示すように、可動式防波施設１は、複数の可動式防波堤１０と、監視・制御システム施設１００とを含んで構成される。本実施形態において、複数の可動式防波堤１０は、岸壁Ｋ１、Ｋ２の間に一列に配置されて、港の内側（港内ＢＩ）と港の外側（港外ＢＯ）とを仕切っている。可動式防波堤１０は、外筒管１１の内側に浮上管１２が配置されるとともに、浮上管１２の内部に気体（本実施形態では空気）を供給することによって浮上管１２を浮上（上昇）させる構造である。なお、可動式防波堤１０は、岸壁Ｋ１、Ｋ２の間に限らず、防波堤（固定式、杭式、浮体式を含む）の間にも設置可能である。また、可動式防波堤１０は、岸壁Ｋ１、Ｋ２の間に限らず、複数配置されていてもよい。

それぞれの可動式防波堤１０は、各送気管３から空気が送られる。複数の送気管３は、水底に配置される送気管ダクト２にまとめられて、一方の岸壁Ｋ２上の監視・制御システム施設１００内に備えられる後述の気体供給装置に接続される。そして、有事の際、例えば、津波や高潮などの発生時には、気体供給装置から送気管３を介して、それぞれの可動式防波堤１０の浮上管１２内へ気体が供給されて、浮上管１２が水底から浮上し、浮上管１２の一部が水面から突出する。

図２、図３に示すように、可動式防波堤１０は、外筒管１１（可動式防波堤１０の固定部分）と、浮上管１２（可動式防波堤１０の可動部分）とを有する。外筒管１１および浮上管１２は、円筒形状の部材であり、鋼管で構成されている。外筒管１１および浮上管１２は、いずれも防食処理が施されている。なお、外筒管１１および浮上管１２は、円筒形状に限られるものではない。なお、外筒管１１および浮上管１２は、鋼管に限らず、例えば炭素繊維で構成されていてもよく、あるいは、外筒管１１または浮上管１２の一方が鋼管で、他方が炭素繊維で構成されるような異種材料による構造であってもよい。

外筒管１１は、上端が開口して上下に長尺に形成され、水底地盤Ｅ内に打ち込まれている。外筒管１１は、下層部が水底地盤Ｅ内に挿入固定され、上層部の周囲に捨石５が敷設されている。この捨石５の上面が水底面ＧＬとなる。外筒管１１は、水底側である上端に開口部１１ａを有する。また、外筒管１１は、水底地盤Ｅに挿入された底部から上記送気管３が差し込まれて、内部に気体出口３ａが配置される。

浮上管１２は、外筒管１１の内部に、外筒管１１の開口部１１ａから、外筒管１１の長手方向（管軸方向）に沿って差し込まれ、外筒管１１の長手方向に対して昇降可能に配置されている。この浮上管１２は、その内部に供給される気体によって浮力を発生して、外筒管１１から浮上可能に構成される。具体的に、図３に示すように、浮上管１２は、内部に複数の仕切部材（本実施形態では板状の部材）１５，１６が設けられている（以下、仕切部材１５を第一仕切部材１５といい、仕切部材１６を第二仕切部材１６という）。第一仕切部材１５は、浮上管１２の上方に配置され、第二仕切部材１６は、第一仕切部材１５の下方に配置される。また、浮上管１２は、上端が蓋１７によって閉塞されている。そして、浮上管１２は、第一仕切部材１５、第二仕切部材１６、および蓋１７によって、内部が複数の部屋に仕切られる。

第一仕切部材１５と第二仕切部材１６と浮上管１２の周壁とで仕切られる空間は、送気管３から浮上管１２の内部に供給された気体を溜めて、浮上管１２に浮力を発生させるための空間であり、以下、この空間を気室１３という。蓋１７と第一仕切部材１５と浮上管１２の周壁とで仕切られる空間ＣＲは、可動式防波堤１０の状態を監視したり、送気管３から気体が供給されなかった場合に浮上管１２を浮上させたり、浮上した浮上管１２を下降させて外筒管１１の内部に戻す動作をさせたりするための制御機器２０が配置されている。以下、空間ＣＲを機械室ＣＲという。第二仕切部材１６は、孔１６ａを備える。孔１６ａは、送気管３から浮上管１２の内部に供給される気体を気室１３へ導く。

浮上管１２は、その周壁内面に浮力発生手段１４が取り付けられる。浮力発生手段１４は、第二仕切部材１６の下部に連続して設けられ、例えば、第二仕切部材１６の下部に形成された空間に空気や窒素などの気体を充填した構造である。また、浮力発生手段１４は、気泡を有する樹脂、例えば、発泡スチロールなどで構成されてその上面を第二仕切部材１６とするようにしてもよい。可動式防波堤１０は、有事の際には浮上管１２の気室１３に気体を供給し、この気体によって浮上管１２に浮力を発生させ、浮上管１２を外筒管１１から浮上させる。浮力発生手段１４を浮上管１２に取り付けることにより、浮上管１２を浮上させる際には、浮上管１２を浮上させるために必要な浮力のうち、浮力発生手段１４が発生する浮力で不足する分を気体によってまかなえばよい。これによって、浮上管１２の内部に供給する気体の量を低減できるので、浮上管１２を迅速に浮上させることができる。

浮上管１２は、その下端に開口部１２ａが設けられている。そして、開口部１２ａの下方に、送気管３の気体出口３ａが配置される。なお、送気管３の気体入口は、上述した気体供給装置に接続されている。

気体供給装置は、図４に示すように、気体ボトル１０４と、気体ボトル１０４と送気管３との間に設けられる開閉弁１１０と、電動機１０３で駆動される圧縮機１０２とを含んで構成される。これらは、監視・制御システム施設１００に備えられる。送気管３の気体入口は、気体供給装置を構成する開閉弁１１０に接続されている。気体ボトル１０４は、圧縮機１０２によって高圧（２０ＭＰａ程度）の気体が充填される。そして、浮上管１２を浮上させる際には、開閉弁１１０が開かれて、気体ボトル１０４内の気体が送気管３を通って浮上管１２の内部に供給される。気体ボトル１０４は、それぞれの可動式防波堤１０に対して設けられており、本実施形態では、１台の可動式防波堤１０に対して２台の気体ボトル１０４が用意される。なお、それぞれの気体ボトル１０４に対して個別に送気管３を設け、２本の送気管３を浮上管１２の開口部１２ａの下方に配置してもよい。

１台の気体ボトル１０４によって、１台の可動式防波堤１０の浮上管１２を浮上させることができるが、１台の可動式防波堤１０に対して２台の気体ボトル１０４を用意することで、一方の気体供給系統に何らかの不具合が発生した場合には、もう一方をバックアップとして用いることにより、より確実に浮上管１２を浮上させることができる。また、２台の気体ボトル１０４から１台の可動式防波堤１０へ気体を供給することにより、気体ボトル１０４を単独で用いるよりも迅速に浮上管１２を浮上させることができる。なお、１台の気体ボトル１０４によって、３台の可動式防波堤１０の浮上管１２を浮上させるように構成する例として、中央の可動式防波堤１０の浮上管１２にのみ送気管３で送気し、その両側の可動式防波堤１０では、中央の可動式防波堤１０よりも浮力発生手段１４の体積を大きくしてほぼ中性浮力とし、両側の可動式防波堤１０の浮上管１２を、中央の浮上管１２によって吊り上げるように浮上させる構成にすることが好ましい。このように構成することで、送気管３の数を減少させることが可能になる。また、同様の構成により、１台の気体ボトル１０４によって、５台の可動式防波堤１０の浮上管１２を浮上させるように構成することも可能である。このように、１台の気体ボトル１０４で複数の可動式防波堤１０の浮上管１２を浮上させるように構成してもよい。

電動機１０３および圧縮機１０２は、監視・制御装置１０１によって制御される。監視・制御装置１０１は、例えば、気体ボトル１０４内に充填されている気体の圧力を気体圧力センサ１１１によって取得し、規定の圧力よりも低い場合には電動機１０３を駆動して圧縮機１０２を作動させ、規定の圧力になるまで圧縮機１０２から気体ボトル１０４内へ気体を充填する。また、監視・制御装置１０１は、送気管３に設けられた送気管３内の圧力を検出する送気管圧力検出センサ（送気管内圧力検出手段）１０５から送気管３内の圧力を取得して、送気管３に漏洩箇所があるか否かを監視する。

さらに、監視・制御装置１０１は、可動式防波堤１０の機械室ＣＲ内の制御機器２０と通信して、可動式防波堤１０の状態を監視したり、浮上管１２の動きを制御したりする。例えば、浮上した浮上管１２を外筒管１１内に戻す場合、監視・制御装置１０１は、制御機器２０を介して、気室１３と気室１３の外部とを接続する送気管の途中に設けられた排気弁１８を開く。これによって、気室１３内の気体が気室１３の外部に放出されるとともに、気室１３内の気体が水に置換されて浮上管１２の浮力が低下するので、浮上管１２は沈降して外筒管１１内に収まる。

有事の際、例えば、監視・制御装置１０１が津波や高潮などの警報を受信した場合、監視・制御装置１０１は、開閉弁１１０を開き、図５に示すように、送気管３を介して気体ボトル１０４内の気体を浮上管１２の内部に供給する。送気管３から浮上管１２内へ供給された気体は、図５に示すように、第二仕切部材１６の孔１６ａを通って気室１３へ入る。気室１３の内部の気体によって発生する浮力と、浮力発生手段１４によって発生する浮力との和が水中における浮上管１２全体の重量を超えると、図６に示すように、浮上管１２は、水面ＷＬに向かって外筒管１１から浮上を開始する。そして、図７に示すように、浮上管１２の一部が水面ＷＬ上に突出する。このとき、気室１３内の水や余分な気体は、気室１３に設けられた孔Ｄ１から排出される。また、機械室ＣＲ内の水は、機械室ＣＲに設けられた孔Ｄ２から排水される。このようにして、有事の際には、図２に示すように複数の浮上管１２が一列に水面ＷＬから突出して防波堤の機能を発揮し、津波や高潮などから港湾設備などを保護する。

図８は、図１のＢ−Ｂ拡大断面図である。この図８は、本実施形態に係る可動式防波堤が水底にある状態、すなわち浮上前の状態を示している。図９は、図８のＣ−Ｃ矢視図である。可動式防波堤１０は、浮上管１２に充電装置および蓄電池が内蔵されている。充電装置および蓄電池は、図には明示しないが、上述した制御機器２０に設けられている。また、図８および図９に示すように、可動式防波堤１０は、電力受信部２１および電力送信部２２を有している。

電力受信部２１は、浮上管１２に設けられており、蓄電池に電力を供給したり、水中通信における送受信をしたりするためのものである。また、電力送信部２２は、浮上管１２の下降時において電力受信部２１に電力を送信したり、水中通信における送受信をしたりするためのものである。これら、電力受信部２１および電力送信部２２は、互いに対向することで、電磁誘導を利用して電力や通信信号を非接触（例えば０ｍｍを超え３０ｍｍ程度の隙間を隔て）で伝送する。

電力送信部２２は、陸上の監視・制御システム施設１００が備える電源（図示せず）と電気的に接続されている。電源は、交流をそのまま、あるいは直流電源をインバータによって交流に変換して、電力送信部２２へ送る。電力送信部２２は、給電側コイルと給電回路とからなり、電力受信部２１は、受電側コイルと受電回路とからなる。すなわち、電力送信部２２の給電側コイルへ交流が流れることにより発生する磁界の変化によって、電力受信部２１の受電側コイルへ誘導起電力を発生させ、非接触で電源から送られる電力を制御機器２０の充電装置へ伝送する。このように、電力送信部２２で電気エネルギを磁気エネルギに変換して伝送し、電力受信部２１でその磁気エネルギを電気エネルギに変換して、非接触で電力を伝送する。なお、充電装置は、電力受信部２１から交流で伝送されてきた電力を直流に変換し、蓄電池へ充電するものである。

電力送信部２２は、外筒管１１において、水底面ＧＬから所定深さＨ１で捨石５により埋設された範囲で、外筒管１１の周壁が切り欠かれた箇所に設けられている。具体的に、電力送信部２２は、外筒管１１の周壁が切り欠かれた箇所で、リブなどで補強されたブラケット２２ａを介して外筒管１１に固定されている。このため、電力送信部２２は、水底面ＧＬよりも下方に配置されることになる。

電力受信部２１は、浮上管１２の下降位置（下降により浮上管１２の上端が水底面ＧＬと一致する位置）において、浮上管１２の上端よりも下方の範囲で浮上管１２の周壁が切り欠かれた箇所にて電力送信部２２に対向して設けられている。具体的に、電力受信部２１は、浮上管１２の周壁が切り欠かれた箇所で、リブなどで補強されたブラケット２１ａを介して浮上管１２に固定されている。このため、電力受信部２１は、水底面ＧＬよりも下方に配置されることになる。また、電力受信部２１は、浮上管１２の上端に設けられた蓋１７により上方が覆われている。

また、図９において符号２３で示す部分は、浮上管１２の外壁に長手（水深）方向に沿って設けられ、浮上管１２が外筒管１１に対して回転する事態を防止する回転防止部材である。かかる回転防止部材２３により、電力受信部２１と電力送信部２２とは、互いに対向する位置が決められることになる。

以下、上述した可動式防波施設１に設けられる可動式防波堤１０の要部詳細について図を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係る可動式防波堤の構成図である。

図１０では、上述した可動式防波堤１０において、要部を主として模式的に示したものである。この可動式防波堤１０では、図１０に示すように、浮上管１２は、気室１３が、浮上管１２の周壁と、上方の第一仕切部材１５（図１０では上述した蓋１７の位置に示している）と、下方の第二仕切部材１６と、で区画形成されている。この気室１３は、その下部であって浮上管１２の周壁に孔Ｄ１が形成されている。また、浮上管１２は、第二仕切部材１６の下方が、第三仕切部材３１により塞がれている。第三仕切部材３１は、浮上管１２の開口部１２ａよりも上方に位置する。

この浮上管１２は、第三仕切部材３１と第二仕切部材１６とを貫通し、浮上管１２の下側である開口部１２ａと気室１３とを連通する第一連通部３２が設けられている。第一連通部３２は、管状に形成されており、その上端３２ａが第二仕切部材１６に形成された孔１６ａを塞ぐように第二仕切部材１６に固定され、その下端３２ｂが第三仕切部材３１に形成された孔３１ａを塞ぐように第三仕切部材３１に固定されている。図１０において、第二仕切部材１６と第三仕切部材３１との間であって第一連通部３２の外側は、浮上管１２の周壁で密閉されて浮力発生手段１４が形成されている。また、第一連通部３２は、その上端３２ａが第二仕切部材１６の上面から突出しないように、第二仕切部材１６の上面と同じ位置に配置されている。

また、浮上管１２は、第三仕切部材３１と第二仕切部材１６とを貫通し、浮上管１２の下側である開口部１２ａと気室１３とを連通する第二連通部３３が設けられている。第二連通部３３は、管状に形成されており、図１０では、第一連通部３２に隙間を有して挿入されている。この第二連通部３３は、その上端３３ａが第二仕切部材１６から気室１３内に延出する上突管として形成されている。上突管３３ａの第二仕切部材１６から気室１３内への突出高さｈ１は、浮上管１２の周壁に形成された孔Ｄ１の上縁よりも上になるように設定することが好ましい。また、第二連通部３３は、その下端３３ｂが第三仕切部材３１の底面から突出しないように配置されている。図１０では、第二連通部３３は、その下端３３ｂが第三仕切部材３１の底面と同じ位置に配置されている。

このように構成された可動式防波堤１０における浮上管１２の浮上時の作用を説明する。図１１は、本実施形態に係る可動式防波堤の浮上管が浮上する際の作用を示す図である。

図１０は、浮上管１２が水底にある浮上前の状態を示しており、この状態では気室１３内に水が貯められ、この浮上管１２の水中重量と浮力発生手段１４の浮力とのバランスにより浮上管１２が水底に配置される。この図１０の状態において、図１１（ａ）に示すように、送気管３から浮上管１２内へ気体が供給されると、この気体は、第一連通部３２および第二連通部３３を介して気室１３に向かって上昇しようとする。ここで、第二連通部３３は、上突管３３ａが第二仕切部材１６から気室１３内に延出して設けられているため、第二連通部３３には上向きの気体の供給、第一連通部３２には下向きの水が流入しやすくなり、送気した気体と水の流れを別に分離させ、気体と水の流れの干渉を防ぐことができる。そして、気室１３内に気体が供給されることで、気室１３内の水が孔Ｄ１から気室１３（浮上管１２）の外部に排出され、浮上管１２が浮上し始める。

図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に示すように、継続する気体の供給により浮上管１２が浮上をし続けると、第二連通部３３を介して気室１３内に供給された気体が気室１３内に溜まる一方、外筒管１１内へ水の供給が必要になり孔Ｄ１から気室１３内に水が進入しつつ第一連通部３２を介して第三仕切部材３１の下方に排出される。これら、気体と水とは逆方向の流れになるが、第二連通部３３は、上突管３３ａが第二仕切部材１６から気室１３内に延出して設けられているため、気体が第二連通部３３を介して気室１３内に供給され、水が第一連通部３２を介して気室１３から排出されることになる。

このように、本実施形態の可動式防波堤１０によれば、第一連通部３２と第二連通部３３とを設け、かつ第二連通部３３に上突管３３ａを設けたことで、第一連通部３２で気室１３内の水を排出させ、第二連通部３３で気室１３内に気体を供給させ、水と気体との流れを分離させる。このため、遅滞なく気室１３から水を排水し、気室１３内に気体を供給することができるため、浮上管の浮上時間を短縮することができる。

また、図１０に示すように、第二連通部３３を第一連通部３２に隙間を有して挿入して構成することで、第一連通部３２を有する構成に、第二連通部３３を容易に追加して設けることができる。

図１２は、本実施形態に係る可動式防波堤の他の例の構成図である。図１２は、本実施形態の変形例を示しており、この可動式防波堤１０の浮上管１２は、図１０に示す第一連通部３２と第二連通部３３とが別に設けられている。この構成としても、図１０に示す可動式防波堤１０と同様に図１１に示すように作用する。

そして、図１２に示すように、浮上管１２は、第一連通部３２の下端３２ｂが第三仕切部材３１から下方（浮上管１２の下端に）に向けて延出する下突管３２ｂとして形成されている。

このように、本実施形態の可動式防波堤１０によれば、第一連通部３２と第二連通部３３とを別に設け、かつ第一連通部３２に下突管３２ｂを設けたことで、第二連通部３３に入る気体の流れに対し、第一連通部３２に下向きに流れる水と流れが阻害する影響を少なくすることができるため、浮上管の浮上時間を短縮する効果を顕著に得ることができる。

図１３は、本実施形態に係る可動式防波堤の他の例の構成図である。図１３は、本実施形態の変形例を示しており、この可動式防波堤１０の浮上管１２は、図１０に示す第一連通部３２と第二連通部３３とが別に設けられている。この構成としても、図１０に示す可動式防波堤１０と同様に図１１に示すように作用する。

また、図１３に示すように、浮上管１２は、図１２に示す下突管３２ｂが設けられている。従って、気体と水の流れが分離され、浮上管の浮上時間を短縮する効果を顕著に得ることができる。

そして、図１３に示すように、浮上管１２は、水導入部３４が設けられている。水導入部３４は、上端３４ａが第一仕切部材１５を貫通して浮上管１２の上方に開口して通じ、下端３４ｂが第二仕切部材１６の近傍まで延在して第一連通部３２の上端３２ａの開口に対向して設けられている。また、水導入部３４は、その下端３４ｂが第一連通部３２の上端３２ａに繋がっていてもよい。

水導入部３４は、浮上管１２が上昇する際、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に示すように、孔Ｄ１から気室１３内に水が進入しつつ第一連通部３２を介して第三仕切部材３１の下方に排出されるが、水導入部３４からも浮上管１２の外部から水が導入され、この水をそのまま第一連通部３２に案内して第一連通部３２から浮上管１２の外に排出させる。ここで、図１１（ｂ）に示すように、孔Ｄ１の位置がまだ外筒管１１内にあると、孔Ｄ１から気室１３内に進入する水は、外筒管１１と浮上管１２との間の隙間を上方から下方に流れるため、浮上管１２を外筒管１１内に下方に引き込む吸引力が発生する。この点、本実施形態では、水導入部３４から水を導入して第一連通部３２に流すため、孔Ｄ１から気室１３内に進入する水を少量として吸引力を低減する。

このように、本実施形態の可動式防波堤１０によれば、水導入部３４を設けたことで、水を積極的に第一連通部３２に導入して外筒管１１側に供給するため、外筒管１１と浮上管１２との隙間で外筒管１１側に供給する下方への水の流れによって浮上管１２に浮上とは逆方向に生じる吸引力を抑制するため、浮上管の浮上時間を短縮する効果を顕著に得ることができる。

なお、水導入部３４は、図１３において、第一連通部３２に下突管３２ｂが設けられていない構成に対して適用されていてもよい。

図１４は、本実施形態に係る可動式防波堤の他の例の構成図である。図１４は、本実施形態の変形例を示しており、この可動式防波堤１０は、上述した本実施形態の浮上管１２Ａ（１２）の両側に他の浮上管１２Ｂ（１２）が連結部材３６で併設して連結された形態を示している。また、図１４では、外筒管１１を省略している。

浮上管１２Ａは、基本的には、図１３で示す浮上管１２と同等の構成であり、第一仕切部材１５の上方に浮上管１２Ａの上端を閉塞する蓋１７が設けられている。この蓋１７の下側には、浮上管１２Ａの周壁を切り欠いた孔Ｄ３が形成されている。その他の構成は、図１３で示す浮上管１２と同等であり、同一構成に同一符号を付して説明を省略する。

浮上管１２Ｂは、他の外筒管（構成は上述した外筒管１１と同等であるため図示せず説明を省略する。）の内部に挿入され、当該他の外筒管の長手方向に昇降移動可能に配置される。この浮上管１２Ｂは、上述した第二仕切部材１６および第三仕切部材３１と同等部材が設けられ、これら第三仕切部材３１と第二仕切部材１６とを貫通し、浮上管１２の下側である開口部１２ａと第二仕切部材１６の上方の浮上管１２Ｂ内の部屋とを連通する第三連通部３５が設けられている。第三連通部３５は、管状に形成されており、その上端３５ａが第二仕切部材１６に形成された孔１６ａを塞ぐように第二仕切部材１６に固定され、その下端３５ｂが第三仕切部材３１に形成された孔３１ａを塞ぐように第三仕切部材３１に固定されている。図１４において、浮上管１２Ｂは、第二仕切部材１６と第三仕切部材３１との間であって第三連通部３５の外側は、浮上管１２Ｂの周壁で密閉されて浮力発生手段１４が形成されている。また、浮上管１２Ｂは、気室１３を有しておらず、気体は供給されない。この他の浮上管１２Ｂは、気室１３を有さないが、浮力発生手段１４が形成されていることで浮上管１２Ａの浮上を助勢する。

この他の浮上管１２Ｂは、その内部に、上端（孔Ｄ３）から下端（開口部１２ａ）に通じる第三連通部３５を有する。この第三連通部３５は、浮上管１２Ａの気室１３に気体が供給されて浮上する際、上端の孔Ｄ３から進入する水を下端の開口部１２ａに案内する水道をなす。

このように、本実施形態の可動式防波堤１０によれば、浮上管１２Ａに併設して連結された他の浮上管１２Ｂに設けた第三連通部３５により、他の浮上管１２Ｂの上端の孔Ｄ３から下端の開口部１２ａに水を案内する水道をなすことで、浮上管１２Ａの浮上の負荷を低減して、浮上管の浮上時間を短縮することができる。

また、本実施形態の可動式防波施設１は、上述した可動式防波堤１０を複数配列した構成であっても、浮上管の浮上時間を短縮することができるものである。

図１５は、本実施例に係る可動式防波堤の試験模型の構成図である。図１６は、本実施例に係る可動式防波堤の試験模型の仕様を示す図表である。図１７は、実施例に係る試験結果を示す図表である。

本実施例では、可動式防波堤の模型を作成して浮上管の浮上試験を行った。試験模型は、アクリル樹脂で製作し、図１５に示す構成であり、図１３で示す構成と同等である同一箇所に同一符号を付す。試験用の追加構成としては、第三仕切部材３１と第二仕切部材１６とを貫通して気室１３と浮上管１２の下側とを連通する第四連通部５１の内部に第二連通部３３を配置する点、および外筒管１１と浮上管１２との隙間を塞ぐスタビライザ５２を配置する点である。

図１６に示すように、試験模型は、実機に対して縮尺したものとする。実機は、試験模型における第四連通部５１に相当する構成を有し、第一連通部３２、第二連通部３３、水導入部３４の構成を有さない。また、※１において、φ１ｃｍの孔を４箇所設けた（π×１．０^２／４×４＝３．１ｃｍ^２）。※２において、孔は２箇所である（８１．９×１５．５×２＝２０４８ｃｍ^２）、※３において、ブラシにより遮蔽率８５％とする（π（１０．６^２−１０．０^２）／４×０．１５＝１．５ｃｍ^２）。※４において、外筒管の開口部において浮上管との隙間を塞ぐスタビライザ（図示せず）について円周上長さを１１９３ｍｍとし厚さ３２ｍｍとし周上に４個設置する。なお、試験模型の縮尺比は、１／２８相当としたが、上下長さの縮尺比はさらに１／３相当縮尺した。また、外筒管と浮上管との隙間は、実機と相似とするには片側２ｍｍとすべきであるが、水の粘性影響を発生させないように片側７ｍｍとした。ただし、浮上管の上端部で隙間を絞り、実機の１／２相当とした。また、試験模型について、図１５において、第一連通部３２をφ１６ｍｍとし、第二連通部３３をφ３ｍｍとし、第三連通部３４をφ１６ｍｍとしている。

試験ケースは、図１５において第二連通部３３を外し、第一連通部３２および水導入部３４に栓を付けて塞いだケースＡ（従来例）と、第二連通部３３を取り付け、第一連通部３２を開放し、水導入部３４に栓を付けて塞いだケースＢ（実施例１：図１２相当）と、第二連通部３３を取り付け、第一連通部３２および水導入部３４を開放したケースＣ（実施例２：図１３相当）と、第二連通部３３を取り付け、第一連通部３２および水導入部３４に栓を付けて塞いだケースＤ（実施例３：図１０相当）と、でそれぞれ送気管３から空気を供給（送気）して浮上管１２が水面に浮上する（浮上完了）までの時間を計測した。図１７に示すように、計測時間は、送気開始〜浮上完了と、浮上開始（浮上管１２の浮上し始め）から浮上完了までの浮上時間の他、送気開始〜浮上完了の細目として、送気開始〜浮上開始、浮上開始〜水抜通過（孔Ｄがスタビライザ位置を通過）、水抜通過〜浮上完了とした。また、試験模型の計測時間を実機に換算した浮上時間実機換算では、目安として水深で計算した（相似比：（１４．５／０．２２）^１／２＝８．１）。

図１７に示すように、ケースＡに対し、ケースＢ、ケースＣは、浮上管１２の浮上時間が短縮され改善されていることが分かる。そして、この試験結果を実機に換算しても改善されていることが分かる。また、ケースＡに対し、ケースＤは、水抜通過〜浮上完了において第一連通管３２を下降する水量が少なく浮上が遅れる試験結果であるものの、浮上開始〜水抜通過では第一連通管３２を下降する水量が多く浮上が短縮され改善されていることが分かる。

１ 可動式防波施設
１０ 可動式防波堤
１１ 外筒管
１２（１２Ａ） 浮上管
１２Ｂ 他の浮上管
１３ 気室
１５ 第一仕切部材
１６ 第二仕切部材
３１ 第三仕切部材
３２ 第一連通部
３２ｂ 下突管
３３ 第二連通部
３３ａ 上突管
３４ 水導入部
３５ 第三連通部

Claims (7)

1. 上下に長尺に形成されて水底側に開口部を有して水底地盤内に挿入固定された外筒管と、前記外筒管の内部に挿入され、前記外筒管の長手方向に昇降移動可能に配置されるとともに、自身の内部に配置された気室に供給される気体により浮力を生じて上昇可能に設けられた浮上管と、を備える可動式防波堤において、
   前記浮上管は、前記気室が前記浮上管の周壁と上方の第一仕切部材と下方の第二仕切部材とで区画形成され、かつ前記気室の下方に前記浮上管の下方を塞ぐ第三仕切部材が設けられており、
   当該第三仕切部材と前記第二仕切部材とを貫通して前記気室と前記浮上管の下側とを連通するとともに上端が前記第二仕切部材の上面と同じ位置に配置されて前記気室内の水を前記第三仕切部材の下方に排出させる第一連通部と、
   当該第三仕切部材と前記第二仕切部材とを貫通して前記気室と前記浮上管の下側とを連通するとともに前記第二仕切部材から前記気室内に延出する上突管を有して前記第三仕切部材の下方から前記気室内に気体を供給させる第二連通部と、
   を備えることを特徴とする可動式防波堤。
2. 上下に長尺に形成されて水底側に開口部を有して水底地盤内に挿入固定された外筒管と、前記外筒管の内部に挿入され、前記外筒管の長手方向に昇降移動可能に配置されるとともに、自身の内部に配置された気室に供給される気体により浮力を生じて上昇可能に設けられた浮上管と、を備える可動式防波堤において、
   前記浮上管は、前記気室が前記浮上管の周壁と上方の第一仕切部材と下方の第二仕切部材とで区画形成され、かつ前記気室の下方に前記浮上管の下方を塞ぐ第三仕切部材が設けられており、
   当該第三仕切部材と前記第二仕切部材とを貫通して前記気室と前記浮上管の下側とを連通する第一連通部と、
   当該第三仕切部材と前記第二仕切部材とを貫通して前記気室と前記浮上管の下側とを連通するとともに前記第二仕切部材から前記気室内に延出する上突管を有する第二連通部と、
   を備え、
   前記第二連通部は、管状に形成されて前記第一連通部に隙間を有して挿入されていることを特徴とする可動式防波堤。
3. 上下に長尺に形成されて水底側に開口部を有して水底地盤内に挿入固定された外筒管と、前記外筒管の内部に挿入され、前記外筒管の長手方向に昇降移動可能に配置されるとともに、自身の内部に配置された気室に供給される気体により浮力を生じて上昇可能に設けられた浮上管と、を備える可動式防波堤において、
   前記浮上管は、前記気室が前記浮上管の周壁と上方の第一仕切部材と下方の第二仕切部材とで区画形成され、かつ前記気室の下方に前記浮上管の下方を塞ぐ第三仕切部材が設けられており、
   当該第三仕切部材と前記第二仕切部材とを貫通して前記気室と前記浮上管の下側とを連通する第一連通部と、
   当該第三仕切部材と前記第二仕切部材とを貫通して前記気室と前記浮上管の下側とを連通するとともに前記第二仕切部材から前記気室内に延出する上突管を有する第二連通部と、
   を備え、
   前記第一連通部が、前記第二連通部と別に設けられており、上端が前記第一仕切部材を貫通して前記浮上管の上方に通じ下端が前記第二仕切部材近傍まで延在して前記第一連通部の上端の開口に対向、または前記第一連通部の上端に繋がる水導入部を備えることを特徴とする可動式防波堤。
4. 前記第一連通部が、前記第二連通部と別に設けられており、当該第一連通部は、前記第三仕切部材から前記浮上管の下端に向けて延出する下突管を有することを特徴とする請求項１または３に記載の可動式防波堤。
5. 上下に長尺に形成されて水底側に開口部を有して水底地盤内に挿入固定された他の外筒管の内部に挿入され、前記他の外筒管の長手方向に昇降移動可能に配置される他の浮上管を備え、当該他の浮上管と、前記気室を有する浮上管とが併設して連結されており、前記他の浮上管の内部に上端から下端に通じる第三連通部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の可動式防波堤。
6. 上下に長尺に形成されて水底側に開口部を有して水底地盤内に挿入固定された外筒管と、前記外筒管の内部に挿入され、前記外筒管の長手方向に昇降移動可能に配置されるとともに、自身の内部に配置された気室に供給される気体により浮力を生じて上昇可能に設けられた浮上管と、を備える可動式防波堤において、
   前記浮上管は、前記気室が前記浮上管の周壁と上方の第一仕切部材と下方の第二仕切部材とで区画形成され、かつ前記気室の下方に前記浮上管の下方を塞ぐ第三仕切部材が設けられており、
   当該第三仕切部材と前記第二仕切部材とを貫通して前記気室と前記浮上管の下側とを連通する第一連通部と、
   当該第三仕切部材と前記第二仕切部材とを貫通して前記気室と前記浮上管の下側とを連通するとともに前記第二仕切部材から前記気室内に延出する上突管を有する第二連通部と、
   を備え、
   上下に長尺に形成されて水底側に開口部を有して水底地盤内に挿入固定された他の外筒管の内部に挿入され、前記他の外筒管の長手方向に昇降移動可能に配置される他の浮上管を備え、当該他の浮上管と、前記気室を有する浮上管とが併設して連結されており、前記他の浮上管の内部に上端から下端に通じる第三連通部を有することを特徴とする可動式防波堤。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の可動式防波堤を複数配列したことを特徴とする可動式防波施設。

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