JPH07158555A - 波力利用機能を備えた海洋構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 海洋構造物の波エネルギー吸収効率の向上を
図る。 【構成】 浮力室２，１２を有する海洋構造物本体１の
前端部に空気室３を設ける。空気室３の前面下部に開口
部４を設ける。空気室３の天井部に空気孔５を設けて、
その外側に動力室６を設ける。動力室６内に空気タービ
ン８とエネルギー変換装置７を設ける。波９が押し寄せ
て来るとき海水が開口部４から空気室３内に流入出する
と、空気室３内の水位が変動する。海洋構造物本体１が
波９により上下動する運動を抑えて上記空気室３内の水
位の変動を大きくさせるため、海洋構造物本体１の側部
の水中位置に翼１５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は沿岸海域等に係留させて
海面の波のエネルギーを空気エネルギーに変換して空気
エネルギーを発電等多目的に利用すると共に、消波によ
り静穏海域を広く確保できるようにした波力利用機能を
備えた海洋構造物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種波力利用機能を備えた海洋
構造物としては、図４乃至図６に一例を示す如き構成の
ものが知られている。すなわち、平面形状が矩形状をな
す海洋構造物本体１の前側部に、幅方向一杯に浮力室２
を形成して、該浮力室２の前端部に、幅方向に複数区画
された空気室３を形成し、該各空気室３の前面下部に海
水流出入用の開口部４を各々設けると共に、各天井部に
空気孔５を各々設け、且つ各空気室３の上部に、動力室
６をそれぞれ設置し、該動力室６は、内部に発電機の如
きエネルギー変換装置７と該エネルギー変換装置７に連
結された空気タービン８とを装備した構成として、空気
タービン８を上記空気孔５の上方に位置させ、波９が押
し寄せることにより海水が開口部４から空気室３内に流
入したり、空気室３内から流出したりすることにより空
気室３内の水位が上下し、水位が上昇するとき空気室３
内の空気が空気孔５から動力室６内に入って空気タービ
ン８を回わすことによりエネルギー変換装置７が駆動さ
れ、電気エネルギー等への変換が行われるようにしてあ
る。水位が下降するときは外部からの空気が空気タービ
ン８を回して空気孔５を通って空気室３に入るので、こ
の場合もエネルギー変換装置７が駆動される。

【０００３】更に、上記海洋構造物本体１は、上記浮力
室２の後部に、波９の方向（前後方向）に延びる左右の
補強板１０によりその下面を支持された安定板１１を、
後方へ行くに従い下り勾配となるように設けて、前後方
向の全長を長くするようにした構成としてあり、上記安
定板１１の後端部及び左右両側部の上面に、浮力室１２
を形成した構成としたもの、あるいは、これらに類似し
たものが提案されている（特願平１−２６１１７５号、
特願平２−９０１３１号）。

【０００４】上記従来の波力利用機能を備えた海洋構造
物を使用するときは、沿岸海域等で前端面が波９の方向
と対面するように配置して、係留索１３にて係留させ
る。海上に係留された状態では、空気室３内には海水が
入っていると共に、安定板１１の下部の補強板１０間に
も海水が入り込んでいる状態にあり、浮力室２と１２に
より得られる浮力により全体的にバランスがとれて図４
の如く水面Ｗ．Ｌ．に対し半没した状態で浮いており、
この状態で波９が押し寄せて来て海洋構造物に当ると、
海水が開口部４から空気室３内に出入りするので、該空
気室３内の水位が上下して、該空気室３内の空気が空気
孔５から動力室６内に出入りすることにより空気タービ
ン８が回転してエネルギー変換が行われると同時に、波
エネルギーを吸収して消波させるために、沖合いでは波
があっても海洋構造物の後方では静穏海域１４を作るこ
とができるようにしてある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の波力利用機能を備えた海洋構造物の場合、空気室３
の位置での波との相対運動による空気室内の相対水位の
変化が大きいほど、波エネルギーの吸収効率がよいが、
海洋構造物は係留索１３で係留はしてあるが、波９の動
きに或る程度追従して上下動するため、その上下動の分
だけ空気室３内の相対水位の変化が小さくなり、必然的
にエネルギー吸収量が小さくなること、又、海洋構造物
の前端面に当らなかった波は安定板１１を支持する左右
の補強板１０の外側を破砕されることなく通過して後方
へ流れるため、海洋構造物後方に作られる静穏海域１４
は海洋構造物本体１の幅よりも小さいものとなること、
等の問題がある。

【０００６】そこで、本発明は、海洋構造物の波浪中の
動きを減少させることにより空気室位置での相対運動を
増加させて波エネルギー吸収効率を向上させると共に、
後方に作られる静穏海域の幅を増大させるようにしよう
とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、浮力室を有する海洋構造物本体の前端部
に、前面下部に海水流出入用の開口部を有し且つ天井部
に空気孔を有する空気室を設け、該空気室の上側に、空
気室内の水位変動により発生する空気流により回転する
空気タービンと該空気タービンにより駆動されるエネル
ギー変換装置を備える動力室を設置した波力利用機能を
備えた海洋構造物において、上記海洋構造物本体の左右
両側部に、左右方向へ張り出す翼を、水面下に位置する
ように設けた構成とする。

【０００８】

【作用】海洋構造物本体の左右両側部に水中に没するよ
うな翼を設けると、海洋構造物の波浪中運動を減少させ
ることにより空気室位置での波との相対運動を増加させ
ることができ、これに伴い空気室内の水位変動を大きく
できて波エネルギー吸収効率を向上させられる。又、海
洋構造物の側部を流れる波は翼上で砕波、回折、反射さ
れるので、後方に作られる静穏海域を幅広くすることが
できるとともに、翼を設けることで海洋構造物の安定性
も増す。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１０】図１乃至図３は本発明の実施例を示すもの
で、図４乃至図６に示した従来の波力利用機能を備えた
海洋構造物と同様な構成において、海洋構造物本体１の
胴部を構成する左右の補強板１０の途中位置で且つ水中
部に、左右方向へ張り出す所要大きさの翼１５を所要長
さ突設させた構成とする。図中、図４乃至図６と同一の
ものには同一符号が付してある。

【００１１】上記翼１５の形状、大きさ及び取付け位置
（水平位置、深さ、傾斜）等については、海洋構造物本
体１の形状、寸法、重心位置、用途、翼にかかる力、設
置海域の波条件、後方の静穏海域１４の所要幅及び取得
エネルギー量等を総合的に勘案して最適なものとするよ
うにする。

【００１２】従来の場合と同様に沿岸海域等に本発明の
海洋構造物を係留索１３にて係留して用いると、押し寄
せて来る波９が空気室３の前面に当ったときは、海水が
開口部４から空気室３内に出入りすることにより、空気
室３内の水位が上下して空気室３上部の空気が空気孔５
より出入りして空気タービン８を回転させ、エネルギー
変換装置７を駆動して電気エネルギー等への変換が行わ
れると同時に波エネルギーが海洋構造物で吸収されるこ
とにより消波効果も発生する。

【００１３】上記において、係留されている海洋構造物
は、空気室３の位置での波との相対運動が大きい程空気
室３内の相対水位の変化が大きくなることは前述したと
おりであるが、本発明では、海洋構造物本体１の左右の
側部の水中部に水平の翼１５を設けているので、この翼
１５により付加重量が増加すると共に、波の動きに対す
る抵抗が増加することによって波浪中の海洋構造物の運
動を抑えるような作用が生じ、波の動きに追従しようと
する海洋構造物の動きを減少させることによって空気室
位置での相対運動を大きくすることができ、空気室３内
の相対水位の変化を大きくすることができて、波エネル
ギー吸収効率を向上させることができる。これにより波
エネルギーを高効率で電気エネルギー等へ有効に変換さ
せることができると共に、消波できて海洋構造物本体１
の後方に静穏海域１４を作ることができる。

【００１４】又、海洋構造物本体１の側方を通って後方
へ流れようとする入射波は、上記海洋構造物本体１の左
右両側部の水中に設けてある翼１５上で砕波、回折、反
射されるので、上記静穏海域１４の幅を翼１５の張出し
長さまで広げることができる。この場合、翼１５の形
状、寸法や取付け位置、深さ、取付け角度等を変化させ
ることにより、静穏海域の幅や消波率を変えることがで
きる。

【００１５】なお、本発明の海洋構造物は、沿岸海域等
に係留して浮消波堤として用いることもできる。又、翼
１５の先端部には前後方向へ延びる細長い浮力室を取り
付けて、該浮力室の上部が水面上に出るようにすること
もできる。

【００１６】次に、本発明者等が行った実験結果につい
て説明する。

【００１７】翼１５による波エネルギー吸収効率の向上
効果に関する模型実験の結果を図７と図８に示す。

【００１８】図７は翼無しの場合に比較して２種類の大
きさの翼を付けた場合の特性を示す。実験は翼１５の張
り出し長さを海洋構造物本体１の幅寸法と等しくした場
合と海洋構造物本体１の幅寸法の１／４の長さとした場
合について実施したが、図中、●印で示す翼無しの場合
に比較して、前者では□印で示す如く２０％程度、後者
でも△印で示す如く１０％程度の波エネルギー吸収効率
の増加が見られた。波エネルギー吸収効率は翼長が大き
い程大きくなるが、一方で翼の受ける力も増加して浮体
連結部の必要強度も大きくなるので、翼長は現実的には
海洋構造物本体１の幅程度が最大と言える。なお、同実
験模型では翼の前後方向の幅を海洋構造物本体１の前後
方向の長さＬの１／４とし、その取付け位置を海洋構造
物本体１の中央部としたものである。翼の幅を海洋構造
物本体の長さの１／４としたのは、海洋構造物本体の長
さにほぼ等しい波長λの波を受けるときに海洋構造物本
体の波エネルギー吸収効率が最大となること、一方、浮
消波堤で一般的に見られるように波長の１／４程度の幅
とすることで波エネルギー吸収による消波効果を最も大
きくできることによっている。

【００１９】図８は翼１５の取付位置を変えた場合の特
性変化を示す。図９（イ）（ロ）（ハ）に示す如く、海
洋構造物本体１の前側、中央部、後側の３種類の位置に
翼を取り付けて、それぞれについて波エネルギー吸収効
率を実験計測し、比較した。その結果、図８に示す如
く、翼１５を海洋構造物本体１の中央部に取り付けた場
合（△印）が、前側に取り付けた場合（□印）及び後側
に取り付けた場合（◇印）に比して波エネルギー吸収効
率を最も大きくできることがわかった。なお、同実験で
は、翼１５の幅を海洋構造物本体の長さＬの１／４、翼
１５の張り出し長さを海洋構造物本体１の幅寸法と同じ
とした条件で行った。

【００２０】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の波力利用機能
を備えた海洋構造物によれば、海洋構造物本体の前端部
に空気室を有し、該空気室の前端面に海水流出入用の開
口部を設けると共に空気室にエネルギー変換装置を備え
た動力室を付属させ、空気室内に流入出する海水により
該空気室内の水位が変動することに伴い空気室内の空気
が動力室に吹き込まれて電気エネルギー等に変換できる
ようにしてある構成において、海洋構造物本体の左右両
側部の水中となる位置に、翼を設けた構成としてあるの
で、次の如き優れた効果を奏し得る。 (i) 左右の翼により海洋構造物の波浪中運動を減少させ
ることにより空気室位置での波との相対運動を増加させ
ることができるので、空気室内の水位の変動が大きくな
って波エネルギー吸収効率を向上させることができ、こ
れに伴い同じ量の波エネルギーを吸収し他のエネルギー
へ変換する場合、翼のないものに比して空気室を小さく
することができる。 (ii) (i)により波エネルギー吸収効率を向上できること
から、海洋構造物後方の静穏度を増すことができる。 (iii) 海洋構造物の側方を通過しようとする入射波を左
右の翼上で砕波、回折、反射して、海洋構造物後方に作
られる静穏海域の幅を広くすることができる。 (iv)波エネルギー吸収効率の向上により空気室の大きさ
を小さくでき、且つ静穏海域の幅を翼により広くできる
ことから、機能を変えずに海洋構造物の重量を軽減でき
るため、建造費を下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波力利用機能を備えた海洋構造物の一
例を示す概略側面図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図１の正面図である。

【図４】従来の波力利用機能を備えた海洋構造物の一例
を示す概略側面図である。

【図５】図４の平面図である。

【図６】図４の正面図である。

【図７】翼の大きさを変えたときの特性変化を示すグラ
フである。

【図８】翼の取付位置を変えたときの特性変化を示すグ
ラフである。

【図９】実験模型を示す図で、（イ）は翼を前側に取り
付けた場合の斜視図、（ロ）は翼を中央部に取り付けた
場合の斜視図、（ハ）は翼を後側に取り付けた場合の斜
視図である。

【符号の説明】

１ 海洋構造物本体 ２ 浮力室 ３ 空気室 ４ 開口部 ５ 空気孔 ６ 動力室 ７ エネルギー変換装置 ９ 波 １０ 補強板 １２ 浮力室 １３ 係留索 １４ 静穏海域 １５ 翼

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 仁士 神奈川県横須賀市夏島町２−15 海洋科学 技術センター内 (72)発明者 堀田 平 神奈川県横須賀市夏島町２−15 海洋科学 技術センター内 (72)発明者 横澤 均 神奈川県横須賀市夏島町２−15 海洋科学 技術センター内 (72)発明者 薄葉 茂美 東京都江東区豊洲二丁目１番１号 石川島 播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者 安田 哲也 東京都江東区豊洲二丁目１番１号 石川島 播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者 武藤 博 東京都江東区豊洲二丁目１番１号 石川島 播磨重工業株式会社東京第一工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浮力室を有する海洋構造物本体の前端部
   に空気室を有し、該空気室の前面下部に海水流出入用の
   開口部を設けると共に、該空気室の上側に波エネルギー
   を電力等に変換する波エネルギー変換装置を備えた海洋
   構造物において、上記海洋構造物本体の左右両側部の水
   中位置に、所要の形状、大きさを有する翼を張り出して
   設けたことを特徴とする波力利用機能を備えた海洋構造
   物。