JP6617060B2 - 観測塔 - Google Patents

Description

本発明は、気象データの計測を行う観測塔に関する。

現在、洋上に風力発電設備を設置するケースが増えており、その設置環境の選定や発電能力試算のため、予め洋上にて風向、風速などの風況観測を行うニーズが高まっている。

従来、風力発電設備は陸上に設けるのが一般的であり、上記の風況観測は、地上に観測塔を設け、これに各種の計測機器を取付けて行うことが多い。観測塔は、地上に設けた主柱を支線によって地上から姿勢保持して構成されることが多く、この主柱から細径のパイプを水平に張り出させ、主柱から離れたパイプ先端に風速計や風向計などの計測機器を設置して計測を行う方法が一般的である。これにより、風況に対する主柱やパイプの影響を小さくし、計測精度を確保することができる。

一方、洋上においては特許文献１のように浮体式のプラットホームに設置したドップラー式の風況計測装置により風向や風速のデータを計測する例がある。ドップラー式の風況計測装置は、上空に向けて音波などのビームを放射し、大気からの反射波を受信してその周波数のシフト量から遠隔にある大気の風向や風速を計測するものである。

特許第4636783号

特許文献１のようにドップラー式の風況計測装置を用いる場合、雨や霧など天候の影響により計測精度が低下したり、風況計測装置に波が被ったりする問題があり、洋上における風況観測の方法が一般化されるには至っていない。

計測精度の面からは、前記のように観測塔に計測機器を設け、その設置位置での風況のデータを直接計測することが望ましい。しかしながら、洋上において陸上の場合と同様に主柱を支線で姿勢保持するのはスペース上、構造上の問題から非常に困難である。

主柱の強度を高めて自立可能な剛構造とすれば支線は不要となるものの、主柱の幅や構成部材が大きくなると主柱周りの広範囲の風況に影響を与える。結果、計測機器を主柱からより遠い位置に取付ける必要が生じる。

そのために例えば主柱から長いブームを張り出させて先端に計測機器を取付ける構成とする場合、ブームは高剛性な構造にしなければならず、ブームが大きくなることで風況に与える影響が大となり計測精度に悪影響がでる。加えて、ブームが長くマッシブな構造になると、風による共振が発生しやすくなり、計測機器が振動することによって計測精度が低下する恐れもある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、水上において好適に気象データを計測できる観測塔を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための本発明は、水上にて気象データの計測を行うための観測塔であって、主柱と、主柱から側方に延び、長手方向と直交する方向の断面が扁平状であるブーム本体を有するブームと、ブーム先端に設けられた、気象データを計測するための計測機器と、を有し、前記ブーム本体は、略梯子状の平面を有するフレームの開口部に、上下方向に貫通する孔を有する床版が配置された構成を有することを特徴とする請求項１記載の観測塔である。

本発明に係る観測塔では、上記のブーム構造により、ブームの風に対する見付面積を小さくしつつ、ブームに必要な剛性を確保できるようになる。このような新しいブーム構造を採用することで、主柱の影響を小さくするためのブーム長を確保しながら、ブームが風況等に与える影響や風によるブームの振動を抑えることが可能となり、高い精度で風況等の気象データを計測することが可能になる。

前記のようなブーム本体の構成により、簡易な構造で剛性を好適に確保することができる。またブーム上を歩いて渡ることができ、ブーム先端の計測機器等のメンテナンスが容易になる。さらに、床版が上下方向の孔を有することで床版の上下の気圧が同等となり、ブーム本体の風による振動を防止することができる。

前記計測機器は、例えば気象データとして風況のデータを計測する。
計測機器によって風向や風速など風の状態を示す風況のデータを計測することで、計測結果を風力発電設備の設置環境の選定や発電能力試算に利用することができる。

前記ブームが、前記主柱から架け渡された線材により保持されることが望ましい。また前記線材は、前記ブームの上下両側に設けられることが望ましい。
ブームを主柱から線材によって保持することでブームの変形を防止することができ、線材によって上下両側からブームを保持することで、ブームの上下の振動を防止できる。

前記主柱は、３本の脚柱の間に水平材が設けられた略三角形平面を有することが望ましい。
これにより、脚柱の本数を最小限にして主柱が風況に与える影響を低減することができる。

前記主柱は、上下の水平材の間に斜材が設けられたトラス構造を有することが望ましい。
主柱としてトラス構造を採用することで、風況に与える影響を小さくしつつ高強度とできる。

前記ブーム先端は前記ブーム本体側へと折り返し可能であることが望ましい。
これにより、ブーム先端に設けた計測機器等のメンテナンスが容易になる。

前記ブームに、作業員の墜落防止用のレールが設けられることが望ましい。
例えばレールに作業員の安全帯をロープ等を介して接続することで、作業員の墜落を防止することができる。

前記ブーム先端は、複数の前記計測機器が取付けられた計測機器取付部を有することが望ましい。
これにより、風向と風速など複数種類のデータを１箇所のブーム先端にて好適に計測できる。

本発明により、水上において好適に気象データを計測できる観測塔を提供することができる。

観測塔１の概略を示す図 主柱１０の水平方向断面を示す図 ブーム本体２１を示す図 フレーム２１１を示す図 ブーム本体２１の長手方向と直交する方向の断面を示す図 ブーム先端２２を示す図 計測機器取付部２２２を示す図

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る観測塔１の概略を示す図であり、観測塔１の正面を見たものである。本実施形態に係る観測塔１は、海洋などの水上に設けられ、気象データとして、風向、風速など風の状態を示す風況のデータを計測するためのものである。

観測塔１は、水底の地盤５に基部４を設け、その上に床状のプラットホーム２を設置し、このプラットホーム２に主柱１０を設けたものである。主柱１０にはブーム２０が設けられ、ブーム先端に風況のデータを計測するための計測機器４０が設けられる。

主柱１０は鋼材によって構成された塔状構造物であり、水平材１１、斜材１２、脚柱１３等を有する。主柱１０は、外周部に配置された上下の水平材１１の間に斜材１２が略ハの字状に設けられたトラス構造を有し、このトラス構造を隣り合う脚柱１３の間で上下に積層して構成される。

主柱１０は頂部に行くにつれ幅の狭まった形状となっており、脚柱１３同士の間隔も主柱１０の頂部に行くにつれ狭まる。主柱１０の頂部には避雷針５０や航空障害灯６０なども設けられる。

図２（ａ）は図１の線Ａ−Ａによる主柱１０の水平方向断面を示す図である。図２（ａ）に示すように、主柱１０は、３本の脚柱１３の間に水平材１１が設けられた略三角形平面を有する。特に本実施形態では主柱１０の平面が略正三角形状であり、この平面もまた、水平材１１を略三角形状に組み合わせたトラス構造を有する。

図１に示すように、ブーム２０は、主柱１０から側方へと水平に延びるように設けられる。ブーム２０は主柱１０から架け渡されたワイヤ３０（線材）によって姿勢が保持され、これによりブーム２０の変形が防止される。ワイヤ３０はブーム２０の上下両側に設けられ、ワイヤ３０によって上下からブーム２０を保持することで、ブーム２０の上下の振動が防止される。

図２（ｂ）は図１の線Ｂ−Ｂによる主柱１０の水平方向断面を示す図である。図２（ｂ）に示すように、ブーム２０は、主柱１０の略三角形平面の各々の辺の中央部に当たる位置から、当該辺と直交する方向へと側方に延びている。ワイヤ３０は、主柱１０の略三角形平面の各々の辺の両端部（略三角形平面の頂点）から当該辺に設けたブーム２０へと架け渡されており、ブーム２０はワイヤ３０により左右からも保持される。

なお、図１では、煩雑さを避けるため、観測塔１の正面側（図２（ｂ）の下側に対応する）のブーム２０および当該ブーム２０を保持するワイヤ３０などの図示を省略している。また主柱１０においてブーム２０の高さに対応する位置では、水平材１１の上方に歩廊１４が設けられる。歩廊１４としてはグレーチングなどが用いられ、作業員はこの歩廊１４からブーム２０上にアクセスできる。

ブーム２０は鋼材によって片持ち梁状に構成される。ブーム２０の長さは主柱１０の平面の大きさ等に応じて定められ、一般的には主柱１０の平面が大きいほどブーム２０を長くする。またブーム２０は共振や風による渦励振が生じないように設計される。ブーム２０あるいは前記の主柱１０に用いる鋼材は特に限定されず、例えばステンレス鋼などの耐食性の高いものを用いたり、防食塗装を施したりすることもできる。

ブーム２０はブーム本体２１とブーム先端２２から構成される。前記のワイヤ３０はブーム本体２１に取付けられ、ブーム先端２２には前記したように計測機器４０が設けられる。

図３はブーム本体２１を示す図である。図３（ａ）はブーム本体２１を上から見た図であり、図３（ｂ）はブーム本体２１を側方から見た図である。

図３（ａ）に示すように、ブーム本体２１は、フレーム２１１に床版２１２を取付けて構成される。

フレーム２１１は、平面が略梯子状となるように鋼材を組み合わせたものである。図４は床版２１２を省略してフレーム２１１を示した図である。図４に示すように、フレーム２１１は、長手方向に沿った一対の主桁２１１ａの間に横架材２１１ｂを設けて構成される。

床版２１２はフレーム２１１の開口部に配置される。床版２１２は、上下方向に貫通する孔を通気のために有し、そのような部材として本実施形態ではグレーチングが用いられる。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、フレーム２１１の両側面にはプレート２１３が設けられる。ワイヤ３０の先端はこのプレート２１３に取付けられる。

なお、本実施形態のブーム２０では、作業員の墜落防止用のレール２４がブーム本体２１の一方の側部に設けられる。レール２４は支柱２４１により支持してブーム本体２１の長手方向に沿って配置されており、このレール２４に作業員の安全帯をロープ等を介してロリップ機構により接続することで、作業員の墜落が防止できる。このレール２４は手摺としても利用可能である。

図５はブーム本体２１の長手方向と直交する方向の断面を示す図であり、図３（ｂ）の線Ｃ−Ｃによる断面を見たものである。図５に示すように、ブーム本体２１は、フレーム２１１の一対の主桁２１１ａの間に床版２１２が配置された扁平状の断面構成を有する。すなわち、ブーム本体２１の長手方向と直交する方向の断面を見たときに、厚さより幅の大きい扁平な形状となっている。ブーム本体２１の幅は、例えばブーム本体２１の厚さの４〜５倍程度か、あるいはそれ以上である。なお図５ではレール２４等の図示を省略している。

このようなブーム構造により、風に対する見付面積を小さくしつつ、ブーム２０に必要な剛性を確保できる。また床版２１２を、グレーチングなど上下方向に貫通する孔を有するものとすることで、床版２１２の上下の気圧が同等となり、ブーム本体２１の風による振動を防止することができる。

図６はブーム先端２２を示す図である。図６（ａ）はブーム先端２２を上から見た図であり、図６（ｂ）はブーム先端２２を側方から見た図である。

ブーム先端２２は、ブーム本体２１に続けて配置されたフレーム２２１の先端に、計測機器取付部２２２を設けて構成される。フレーム２２１や計測機器取付部２２２は、鋼材として丸形鋼管や角形鋼管など細幅（例えば幅が25〜50mm程度）の棒材を用いて構成され、これにより風況に与える影響を小さくすることができる。

フレーム２２１は、平面が略梯子状となるように角形鋼管などを組み合わせたものである。フレーム２２１はヒンジ機構２３によりブーム本体２１のフレーム２１１に連結される。ブーム先端２２をヒンジ軸を中心として鉛直面内で回転させることにより（図６（ｂ）の矢印Ｄ参照）、ブーム先端２２をブーム本体２１側に折り返し可能である。これにより、ブーム本体２１上の作業員によってブーム先端２２の計測機器４０のメンテナンスを容易に行うことができる。

フレーム２２１には略９０度の中心角を有する円弧状のストッパ２２３が設けられており、ブーム先端２２をブーム本体２１側へと回転させる際に、ストッパ２２３の先端のプレート２２３ａがブーム本体２１のフレーム２１１に当接すると回転が停止するようになっている。

図７は計測機器取付部２２２を示す図である。図７は計測機器取付部２２２を正面から見たものであり、図６（ａ）、（ｂ）を左側から見た図に対応する。

計測機器取付部２２２は、水平材２２２ａの両端部から上方へと鉛直材２２２ｂを設けるとともに、水平材２２２ａの中央部から下方へと鉛直材２２２ｃを設けたものである。水平材２２２ａは中央部付近で前記のフレーム２２１に固定される。水平材２２２ａや鉛直材２２２ｂ、２２２ｃには丸形鋼管などが用いられる。

計測機器取付部２２２には複数の計測機器４０が取付けられる。すなわち、計測機器取付部２２２の両鉛直材２２２ｂの先端付近、および鉛直材２２２ｃの先端付近のそれぞれに計測機器４０が取付けられる。

本実施形態では、上記した両鉛直材２２２ｂのうち一方の鉛直材２２２ｂの先端付近に矢羽根式風向計などの風向計が取付けられ、他方の鉛直材２２２ｂの先端付近に三杯式風速計などの風速計が取付けられる。また鉛直材２２２ｃの先端付近にも、計測機器４０として例えば三次元超音波風速計などの風速計が取付けられる。ただし、場所によっては計測機器取付部２２２において鉛直材２２２ｃ及びその先端の計測機器４０を省略することもある。

本実施形態では、これらの計測機器４０によって気象データとして風向や風速など風況のデータが計測される。しかしながら、計測機器４０はこれに限らず、例えば気象データとして、気圧、温度や湿度、雨量などを計測するための計測機器４０を取付けてもよい。また、主柱１０から延ばした３本のブーム２０の先端に設けた計測機器４０の計測データを補完することで、主柱１０の周囲３６０度に渡るデータを作成することも可能である。

以上説明したように、本実施形態の観測塔１によれば、図５等で説明したブーム構造により、ブーム２０の風に対する見付面積を小さくしつつ、ブーム２０に必要な剛性を確保できるようになる。このような新しいブーム構造を採用することで、主柱１０の影響を小さくするためのブーム長を確保しながら、ブーム２０が風況等に与える影響や風によるブーム２０の振動を抑えることが可能となり、高い精度で風況等の気象データを計測することが可能になる。

またブーム本体２１は、長手方向に沿った一対の主桁２１１ａの間に床版２１２を配置した構成を有することで、簡易な構造で剛性を好適に確保することができる。また作業員がブーム２０上を歩いて渡ることができ、ブーム先端２２の計測機器４０等のメンテナンスを容易に行うことができる。さらに、床版２１２が上下方向の孔を有することで床版２１２の上下の気圧が同等となり、ブーム本体２１の風による振動を防止することができる。

また、計測機器４０によって風向や風速など風の状態を示す風況のデータを気象データとして計測することで、計測結果を水上の風力発電設備の設置環境の選定や発電能力試算に利用することができる。

さらに、ブーム２０を主柱１０からワイヤ３０によって保持することでブーム２０の変形を防止することができ、ワイヤ３０によって上下両側からブーム２０を保持することで、ブーム２０の上下の振動を防止できる。

また、主柱１０は、３本の脚柱１３の間に水平材１１を設けた略三角形平面とすることで、脚柱１３の本数を最小限にして主柱１０が風況に与える影響を低減することができる。また主柱１０として上下の水平材１１の間に斜材１２を設けたトラス構造を採用することで、風況に与える影響を小さくしつつ高強度とでき、耐震性も確保できる。

また、ブーム先端２２をブーム本体２１側に折り返し可能とすることで、ブーム先端２２に設けた計測機器４０等のメンテナンスが容易になる。

さらに、ブーム２０に設けたレール２４に作業員の安全帯をロープ等を介して接続するなどして、作業員の墜落を防止することができる。

加えて、ブーム先端２２の計測機器取付部２２２に複数の計測機器４０を取付けることで、風向と風速など複数種類のデータを１箇所のブーム先端２２にて好適に計測できる。

しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば主柱１０の構成は前記したものに限らず、略正方形状の平面とすることも可能であるし、トラス構造でなくともよい。しかしながら、前記した構成とすることで、主柱１０が風況に与える影響を極力低減しつつ、強度や耐震性を確保できる利点がある。

同様に、ブーム２０の構成も前記したものに限定されない。例えばブーム本体２１は長手方向と直交する方向の断面を見たときに扁平な形状であればよく、その構造等は様々に考えられる。またブーム先端２２の計測機器取付部２２２の構成や計測機器４０の取付位置なども図７の例に限定されず、計測精度等を考慮して適宜定めることができる。例えば図７では両鉛直材２２２ｂの長さが異なっているが、これらの鉛直材２２２ｂの長さは特に限定されない。

また、観測塔１は、本実施形態のように水底の地盤５上に基部４を設けた着床式のものに限らず、観測塔１の大きさ等によっては浮体のプラットホーム上に主柱１０等を設けた浮体式のものでもよい。ただし、この場合は波による揺れを考慮した計測データの補正が必要になる可能性がある。

また、ワイヤ３０の代わりに、その他の線材として鋼棒やケーブルによってブーム２０を保持することも可能である。さらに、床版２１２もグレーチングに限らず、上下方向に貫通する孔を有していればよい。例えばパンチングメタルのような板材を用いることも可能である。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１：観測塔
２：プラットホーム
４：基部
５：地盤
１０：主柱
１１、２２２ａ：水平材
１２：斜材
１３：脚柱
１４：歩廊
２０：ブーム
２１：ブーム本体
２２：ブーム先端
２３：ヒンジ機構
２４：レール
３０：ワイヤ
４０：計測機器
５０：避雷針
６０：航空障害灯
２１１、２２１：フレーム
２１１ａ：主桁
２１１ｂ：横架材
２１２：床版
２２２：計測機器取付部
２２２ｂ、２２２ｃ：鉛直材
２２３：ストッパ

Claims (9)

1. 水上にて気象データの計測を行うための観測塔であって、
   主柱と、
   主柱から側方に延び、長手方向と直交する方向の断面が扁平状であるブーム本体を有するブームと、
   ブーム先端に設けられた、気象データを計測するための計測機器と、
   を有し、
   前記ブーム本体は、略梯子状の平面を有するフレームの開口部に、上下方向に貫通する孔を有する床版が配置された構成を有することを特徴とする観測塔。
2. 前記計測機器は、気象データとして風況のデータを計測することを特徴とする請求項１に記載の観測塔。
3. 前記ブームが、前記主柱から架け渡された線材により保持されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の観測塔。
4. 前記線材は、前記ブームの上下両側に設けられることを特徴とする請求項３記載の観測塔。
5. 前記主柱は、３本の脚柱の間に水平材が設けられた略三角形平面を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の観測塔。
6. 前記主柱は、上下の水平材の間に斜材が設けられたトラス構造を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の観測塔。
7. 前記ブーム先端は前記ブーム本体側へと折り返し可能であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の観測塔。
8. 前記ブームに、作業員の墜落防止用のレールが設けられたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の観測塔。
9. 前記ブーム先端は、複数の前記計測機器が取付けられた計測機器取付部を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の観測塔。

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