JPS5854113A - 波の反射型消波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は波の反射型消波装置に係り、比較的簡易な構成
により波の的確な消波ないし反射を行わせ、延いては波
浪の有するエネルギー′Ｉｒ工り効率的に回収する几め
忙利用し得る装置を得ようとするものである。

波を消波することに関しては従来からそれなりの提案が
なされているが、これら従来のものにおいては装置が大
型化し、しかも消波性能として好ましいものとならず、
構造が複雑で建造工数が嵩み工費が高額化するなどの不
利がある。即ち浮遊式で消波をなすものとしては動揺制
御式、バリヤ型、なぎさ型又は弾性材製のものなどがあ
るが、これら従来のもの＼消波性能は周期が５秒よりも
短い波の場合において透過係数ＣＧ＝透過波高／入射波
高）が０．５以下になる仁とを目安とした本のであって
、必然的に長い周期の波に対しては有効な消波をなすこ
とができず、又その構成が相当に大型となることが所期
の消波を図るために必要で、構造的にも複雑化し、嬉造
工数や工費も嵩まざるを得ない、然しそこのような波浪
に関しては近時における陸上資源の枯渇九伴い資源を海
洋に求めようとする気運が旺盛化し、海洋油田その他の
鉱物資料と共にこの波浪や潮流などのもっている海洋工
　。

ネルギーを採取利用することＫついて種々の研究、長女
がなされているが、波浪エネルギーの採用利用に当って
は、これを単純に利用するよりも適当な反射装置ＩＩｔ
を用いることにょつてより多くのエネルギーを回収する
ことが可能となることは明かであるに拘わらず、前記し
た従来の消波設備においては波を効率よく反射すること
に必ずしも考慮されておらず、さらに上記し友ような建
造工数、工費の故に反射装置として利用した場合に得ら
れるメリットが殆んど消失してしまい、その効果を適切
に求め得ない。

本発明は上配したような実情に鑑み検討を重ねて創案さ
れｔものであって、波浪の実感について仔細な研究と推
考をなしたる結果その波動現象としては電磁波や音波な
どと頗る相通ずるものがあり、従ってその工学的処理な
いし応用においてもそれらに共通するものがあるとの確
信が得られ、斯様な見地から波の消波ないし反射を適切
に達成し得る機構に関して実施的に各種のものを設計し
、検討を行った結果、比較的単純且つ小容積な浮体を用
いて的確な消波を図り、従って建造工数や工費の大幅な
縮減を図ることに成功しｔ、即ち本発明によるものの実
施態様を添附図面に示すものＫついて説明すると、＠１
図に示すものにおいては、平板状の浮体１を波面に対し
て直交状に設け、骸浮体１をアンカーブロックなどから
の係留索２によって係留するもので、その係留点３とし
てロールウェーブ・フリーＩインド（Ｒ（１１１Ｗａｖ
ｅ　−Ｆｒｅｅ　Ｐａ１ｎｔ　）又はその近傍を選ぶこ
とが実地的であるが、必ずしもこの係留点については特
定するものでない。

前記しｔような平板状浮体１を用いる第１図の場合にお
いて該浮体１としては比蔽的薄型の板状体を採用するこ
とができ、又適宜に中空部体の如きを用い得るものであ
って、このように単純な平板状の浮体１でも本発明の目
的を適切に達成し得るものであるが、場合によっては光
分な浮力保持、静的安定性の確保、補強目的などにおい
て中空状の内部と共に表面＆Ｃ若千の凹凸や屈曲が形成
されてもよい。本発明者等は前記８ｇ１図のものと共Ｋ
ｗ。

３［Ｃ示すような一般的な形状の浮体１ａを用いるよう
な場合についても上配し友ところと同じ関係を形成して
実地的検討を重ね九がそれらの何れの場合にも同様な効
果を得ることができ、％にこの第３図の場合には４秒以
上のような長い周期の波に対して有効であり友。第１図
の垂直平板状のものの場合には上下揺がなく、解析解く
よる計算が行えるので検討が単純となるメリットがある
としてもそのようなこと自体は本発明の本質に影響を来
すものでなく、第３図の場合忙おいても上下揺れの如き
を考慮して適切に実態を解明することができ、又これら
のものは調整範囲その他において第１図に示した垂直平
板状のものより有利な面が認められる。なおこれら第１
〜３図のものにおいてはその係留索２としてはチェーン
、ロープその他の条体が用いられ、又このような係留索
２中又は超係留索２と浮体１．１１若しくはアンカーと
の係留点の如きにおいて第２図又は後述する４４〜６図
にも示すように発条その他の弾性材又はエアーメンバー
のような弾性機構を用い、その弾性力（例えばげね定数
）を適切に選ぶことによシ透過波を零又はそれに近い状
態となすと共和反射波ｔ１００１１又はそれに近い状ｗ
Ｊ（例えば７０〜８０憾以上）となし得ることが実地的
ＫＮ認され、頗る有効である。

第４図と第５図およびｗｃＧ図にはこのような発条を用
いた本発明装置の若干例が示されている。即ち第４図と
第５図のものは浮体１ｃｋ対してその波の進行方向前ｖ
ｋに支柱Ｔ、７゜７．１を対として配設し、これらの支
柱゛７と浮体１ｃとの間に係留索２が夫々用いられるが
、該係留索２の支柱７に対する係留位置において夫々発
条８が配設されることにニジ上記したような復元係数を
得しめるようにさ九ている。これら第４．５図のものに
おいてはその支柱７を強固に固定することＪ／Ｃ＠点が
あるＪうな条件下にあっては＠６肉に示すＪうＫして実
施することができる。即ち各支柱１ａは何れもシンカー
６に対して枢着１０されたものとし、又各支柱７ａの前
後には別のアンカー索９を臨設し友もので、このように
するならば各支柱７ａは夫々枢着点１０を中心として前
後に傾動することができ、アンカー索９の作用と相俟っ
て支柱１ａの固定されない条件下においても打着しい作
用を得しめることができる。

本発明によるものが波浪エネルギー利用機構の一部とし
て採用される場合には一般的に発電機構その他の波力エ
ネルギー利用機構と併用され、エネルギー利用機構よシ
波の進行方向後方に設置さ九る。即ちこのよう和するこ
とによって本発明装置で反射された反射波のエネルギー
も前記利用機構に採用され、効率的である。

上記し次ような本発明によるものの作用について説明す
ると、第１図の場合との種浮体における反射ないし消波
性能は浮体１の左右揺と横揺によって発生する波、即ち
発散波と、浮体１が波浪中にあって入射波を乱すことに
よって発生する波、即ち攪乱波である。ところで、斯か
る浮体にはロールウェーブ・フリーＩインドが存在し、
このロールウェーブ・フリーＩインドの周りにおいて浮
体が横揺しても発散波が発生せず、従ってこのようなポ
イント又はその近傍で係留するならば、横揺れＫよる発
散波は実質的に存せず、左右揺によって発生する発散波
だけとなる。蓋し入射波振幅を１とし友場合の反射波振
幅ＡＲは次の（１）弐によって表わすことができる。

ＡＨ＝ＡＲｄ−１ＫＸ　Ｉｔ（Ｋ）　　　　・・パ（■
）但し上式において、 ＡＲｄ”浮体が固定しているときの反射波揚幅 Ｉ　Ｋ　Ｘ　ｓ　Ｈ１（Ｋ　）　：浮体が動いていると
きの発散波振幅で、ＩＫは、Ｗａマ・ Ｎ自ｍｂ＠ち Ｘ、は、ロールウェーブ・フリーポイ ントの左右揺余幅　　　゛ Ｈｌ　　は、コーチン（Ｋｏｃｈｉｎ　）関数（Ｋ）は
、２π／λ 又上記したＡＲｄおよびＨｌは次の（Ｉ）（１式のよう
に表わされる。

但し、これらの（１１（１１式において、■ｌ　ｓ　Ｋ
ｔ　、Ｌｌは、夫に８ｇ１種１′ｖＣ変形Ｂ・■・ｌ　
関数、第２ｆ１１の１次変形Ｂｅ５ｓ＠ｌ　　関数およ
び１次の５ｔｒｕマ・関数である。

又Ｈ８の−は累共投数ケ示す。

ところで反射性能ないし消波性能を良好圧するためには
透過波振幅（ＡＴ）を零状態となるように浮体１又は１
ａ、ｌｂが左右揺れしなけ几ばならないもので、このＡ
Ｔ中００条件が満たさルているときは自動的に次の（ｆ
ｆ１式の関係が満ｔされている。

ＡＲ＊　１　　　　　　　　・・・（ＩＴ）然してこの
Ａ　中０でＡＲ中１の関係を満足すゐロールウェーブ・
フリーＩインドのような係留索連結点の左右揺振幅Ｘ　
は、前述した（夏）式およびこれに準じた透過波振幅Ａ
７を表わす式、ＡＴ＝ＡＴｄ−ＩＫＸ、Ｈｌ（に〔但し
ＡＴｄは反射部体が固定しているときの透過波振幅、Ｉ
ＫＸ、Ｈｌ（Ｋｌは反射部体が動いているときの発散波
幾幅である〕より次の（■式のよう゛になる。

一方浮体１又はｌａ、ｌｂの左右揺振幅Ｘ１は次の（Ｖ
ｌ）式のように表わされる。

！ω２１ 但しρ：水の密度 ｇ：重力 動の周期） ｚｌ：次の（Ｘ）弐による 但し Ｍは、浮体質量、 Ｍ＆は、水の附加質量、 ｋは、係留系によるばねなどをも含む左右条方向の復元
係数、 従って優れた反射性能ないし消波性能を発揮させるため
には前記（Ｖ）式と（Ｖｌ）式を等電して次の（■）式
の関係を満たすように前記復元係数ｋを決定すればよい
ことになる。

１ＫＨ１１ＱＩＺ１ なお具体的には浮体が上下方向に動揺することによる波
の発生も予想されるが、本発明の１１１図のものの場合
、該浮体１としては比較的薄い平板状のもので充分であ
ることは明かであって、斯かる浮体１が上下方向に動揺
しても殆んど波を発生することがない、即ちこの第１図
のものでは浮体１の上下動揺はその反射性能ないし消波
性能に’４質的影響を来すことがないことになる。

第２図において示すような一般的な形状の浮体の場合に
は上下揺れと横揺れによる発散波の影響を考慮しなけ、
ｎばならない。即ち上下揺れと横揺れのコーチン関数を
夫々Ｈ°３、Ｈ，とすると、左右揺れ（１、上下揺れζ
寓、横揺れζ３は次式のように表わせる。

但し 上記したような（Ｘ）式において、 Ｌ：浮体長さ Ｂ：浮体幅 Ｗ：浮体重量 ：浮体排水量 ■：浮体横揺慣性モーメント 而：浮体重心から横メタセンターまでの距ｊ：浮体重心
から水面までの距離 に１：係留索による水平方向の復元係数に＠　：　　　
Ｉ　　　　上下　　！ ｋｇ：　　　Ｉ　　　　横揺　　ｌ である。

更にこ＼ではコチン関数Ｈ１とＨｓの間に、Ｈｓ　＝ｔ
ωＨ１ なる関係が九宣することを用いている。

然してこれらの動揺を用いて反射波ＡＲ１透過波Ａ７　
＠：表わすと、次の（′Ｍ）式のようになる。

弦でＡＲｄ、　　Ｔｄ　は浮体が固定しているときの反
射波と透過波であシ、コチン関数を用いて次の１式で表
わすことができる。

１友、コチン関数を振幅と位相に分けて、ＨＪ＝ｌＨｊ
　　ｌ　　ｅ　　”Ｊ　　　　　　　　　　　　　　（
ＸＩ）と表わせば前記（ＸＩ）式は次の（ＸＩＶ）式の
ようになる。

同様にインピーダンスｚｊを振幅と位相に分けて次の（
ＸＶ）式のように表わすことができる。

然して（［）式、（ＸＮ）式とともに前記（ＸＩ）式に
代入すると次の（ＸＩ）式を得る。

但し βｒ’＝Ａｒｇ（ｓｅｅβ重−β１−・ぐβ３−β”　
−ｓ　ｅ　ｅ”　７１１１　　＠ｌ　２Ａｍ　　）・・
・（Ｘｌ） 湿水域における断面構成が円筒形状の浮体の場合には、 ρωＭｌ　）１１　Ｚ＠ である。

又全反射の九めには、ＡＴ＝０であるカーら前記（ＸＶ
Ｉ）式より α１−α、＝β１′−β鴬＋−（２ｍ−１）　＝・ＯＮ
）という条件を得ることができ、このとき（ＸＶＩ）式
より明かに、 ＩＡＲ１＝１．０ となることが解る。

本発明によるものが実際に実施されるに当っては厳密に
１００４の全反射をなすことをｉ必要でなく、設計波に
対して ｌ　ＡＴｌ　＜Ｏ−５（Ｘｌ［） であれば実用的に光分である。即ちこのときＫは ＩＡＲ１≧０．８６６ となり、入射波エネルイーの７５４以上を有効に反射し
得ることとなる。前記（ＸＩ）式を満危すｔめＫは（Ｘ
ＶＩ）式より次の（ＸＸ）式を満足しなければならない
。

こ＼でαｌとα茸は左右揺れと上下揺れのコチン関数Ｈ
１とＨｌの位相であり、前記Ｘ璽式で定義され、これは
浮体の形状が定まると流体力学的に一意に定まる量であ
る。又β１′、β３は（Ｘｌ）式、（ＸＶ）式、（Ｘ）
式で定−され、浮体の形状、重心位置、横揺慣性モーメ
ント及び係留索による復元係数によって決まる量ある。

従って前記ＩＡＴｌ≦０．５とするためには上記（ＸＸ
）　　式を満足するようにβ１’　ｓβ３を決定すれば
よく、換言すれば前記（ＸＶ）式と（Ｘ）式の関係を用
いて浮体の重心位置、横揺れ慣性モーメントと係留索に
よる復元係数を決めルばよいことになる。

本発明によるものの具体的な実施態様について説明する
と、第３図に示すような水面下において円筒断面全形成
した浮体１ｂとして長さが３ｍ、幅０．６ｍで吃水深さ
が０．３ｍのものを用い、係留索２は浮力部体４までの
間を第３図に示すように略水平状態として水面下０．１
ｍの位置に対設し、前記発条８としては上記（ＸＸ）　
　式により透過波振幅を０．５以下にするためＫ　Ｏ，
３５ｔｏｎ／ｍのものを４本用いて定置したが、斯うし
て設定されたものの前記（Ｘ■）式における（α凰−α
ｍ）と（β電′−β富＋π／２）は第７図に示す通りで
あって、Ｋｄ）０．３５で上記（ＸＸ）　　式の関係が
満されることが［認された。又この状態に略対応する実
験結果は別に第８図に示す通りであり、その縦軸はＩＡ
、Ｉであシ、横軸ＫｄにおいてＫｄ　）０．３でＩ　Ａ
Ｔ　ｌ　＜　０．５となる。

なお上記し友ところは比較的小型の実験結果であるが実
際の装置として幅′ｆｒ１０　ｍとした場合は第９図に
示す通りである。即ちその横軸は波の周期（Ｔ　ｍ　）
であシ、縦軸は（透過波高／入射波高）であるが、波周
期が約９ｓｅｅ以下の全域においてその（透過波高／入
射波高）が略０．５以下となり、特に波周期４〜５ｓｅ
ｃおよび７．５〜８．２　ｓｅｅでは０．２以下となる
ことが知られ、頗る有効な消波作用をなすことが確認さ
れた。

なおこの第３図に示した浮体１ｄＫ代え第１図に示した
浮体１ｆ用いた場合においては平板状である該浮体１が
比較的幅狭いもので光分であり、しかも斯かる浮体１が
上下方向に動揺しても殆んど波を発生しないとと′は既
述の通りであって、その上下動揺はその消波性能ないし
反射性能に影響を来すことが殆んどない。

以上説明したような本発明によるときは波浪の的確な消
去ないし反射を因ることができ、しかもその構成は単に
浮体を係留索で係留ムこれに用いられる復元係数調整模
構としても前記係留索自体の水中における作用を利用し
、小型な浮上部体又は弾性材の如き何れに゛しても簡易
コンパクトなもので足シるので全体の構成も簡潔化され
、又それによって消去反射せしめられた波のエネルイー
回収を効率的に図らしめ得るなどの作用効果を有してお
り、工業的にその効果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様を示すものでありて、第１図は
本発明による装置の１例を示した説明図、第２図はその
係留点部分に発条を設けた場合の側面図、第３図はその
浮体部分＼ についての変形例を示した説明図、第４図は本発明装置
の別の実施態様を示した側面的説明図、第５図はその平
面的説明図、第６図はその更に別の実施態様を示した側
面的説明図、第７図は本発明による具体的な実施例につ
いての構成関係を示した゛図表１．ｊｌ！８図はその比
較的小型な実験結果を示したグラフ、ＩＫ９図はそのよ
り大型化された実地的設備についての実験結果を示した
図表である。 然してこれらの図面において％１％”及び１ｃは夫々浮
体、２は係留索、３は係留点、４は浮力部体、５はシン
カー、６はアンカー、１及び７ａは支柱、８はばねのよ
うな弾性材、９はアンカー索、１０は枢着点を夫々示す
ものである。 特許量１人　　別　　所　正　　利 代理人　弁理士　　白　　川　　−ｒグｊ箪　７１ 蟇　と　　１ １、σ　　　　　Ｋｄ　　　　　　　１．ｔｌ毫　／　
箸 ’　　　　　Ｔ（ｓｅｃ）　　　　　ｔ。 手続補正書、ζ目値） 昭和　　も６．１１石１８　日 特許庁長官島　１）春　樹　殿 １、事件の表示 昭和φ年譜　　　許願第１５１７０５号２、発明４名称 一錦時冶５啄ボ ３、補正をする者 事件との関係特　　　　　許出願人 名　称（氏名）　　号ｌノ／ｌ）７′Ｔ　止チリ４、代
理人 昭和　　　年　　　月　　　日　発送 補　　正　　の　　内　　容 １、本願明細書＋１：Ｉ第８頁１７行目「ｉＫは、」と
あるのを（Ｋは、」と訂正する０ ２、同９頁２行目ｒ　（Ｋ）ｆｉ、２π／λ」とあるの
を削除する◇ ３、同１０頁８朽目［ＡＴ＝ＡＴｄ−ｉＫＸ５）Ｔ、（
Ｋ）Ｊと６　ルノｅ　ｒ　ＡＴ　二ＡＴ　６　＋”　Ｘ
ｓ　Ｈｒ　ｎ　Ｊ　ト訂正Ｔる０ ４、同１２頁９朽目「第２図１こおいて」とあるのをｒ
第３図１こおいて」と訂正する０ ５、同頁１５行目の式を以下のよう４こ訂正する◇６、
同頁１７行目の式を以下のようｌこ訂正する□７、同１
３頁５朽目の式を以下のようｌこ訂正する◇８、同１４
頁６朽目「コチン関数」とあるのをｒコ（１） −チ／関数」と訂正する０ ９゜同１４頁７行目の式を以下のよ゛うＩこ訂正するＯ
ｒ　　Ｈｓ　＝’ｖ’Ｌ　　　Ｊ １０、同頁１２行目と１３行目の式を以下のようＩこ訂
正する〇 「Ａ□−ＡＦＬｄ’＋＋Ｋ（（ζ、十んζ、）Ｈ０十ζ
、Ｈ７）ＡＴ＝ＡＴｄ＋ＩＫ（−（ζ汁１−ζ、）Ｈ８
十ζｔＨＪＪ１１、同１６頁４行目の式を以下のようＩ
こ訂正する□１βＩ３ （Ｚ、、　二ｐｔｄｕｔＨ，Ｈ１Ｓｅｃβ８．ｅ　　　
　」１２、同１９頁２行目Ｆ第３図Ｉこｊとあるのをｆ
第４図１こ」と訂正する０ １３、同２２頁３行目「５はシンカー、６はアンカー、
」とあるのを（５はアンカー、６はシンカー、」と訂正
する□

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　適当な長さを有する浮体を水面に対して平行状に
   用い、該浮体における波の進行方向前後に夫々係留材を
   配設し、それら係留材において前記浮体く波の周期と一
   致するような左右揺の固有周期を与える調整機構を設け
   たことｆ％徴とする波の反射型消波装置。