特開 2024-122022 浮体構造物の揺動抑制装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024122022

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】浮体構造物の揺動抑制装置

(51)【国際特許分類】

   B63B 39/08 20060101AFI20240902BHJP

   B63B 35/44 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

B63B39/08

B63B35/44 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023029321

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000116574

【氏名又は名称】愛三工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000394

【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤井 康輝

(57)【要約】

【課題】船体を含む浮体構造物において、水上における波浪に伴う浮体構造物の揺れを、揺れの中心として水平面上で互いに直交する２軸における各軸回りの揺れの成分に分解し、各軸回りの揺れに対する復元偶力を発生することにより、浮体構造物の全方向の揺れを抑制する。
【解決手段】海面Ｗの波浪による浮体構造物たる水槽１０の揺れを検出するものであり、水槽１０の揺れの中心として水平面上で互いに直交する２軸Ｘ、Ｙにおける軸回りの揺れを、水槽１０の２軸Ｘ、Ｙにおける各軸回りの水平面に対する変位量として検出する２軸Ｘ、Ｙ上の傾斜センサ２１～２４と、傾斜センサ２１～２４により検出された各変位量をゼロとするように２軸Ｘ、Ｙにおける各軸回りに復元偶力を発生する噴射装置３１～３４と、を備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水上の波浪による浮体構造物の揺れを検出するものであり、前記浮体構造物の揺れの中心として水平面上で互いに直交する２軸における軸回りの揺れを、前記浮体構造物の前記２軸における各軸回りの水平面に対する変位量として検出する前記２軸上の傾斜センサと、
該傾斜センサにより検出された各変位量をゼロとするように前記２軸における各軸回りに復元偶力を発生する偶力発生手段と、
を備える浮体構造物の揺動抑制装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記偶力発生手段は、前記２軸の各軸を挟んで等距離で対向する各位置で、水面に対して垂直方向の上方又は下方に向けて流体を噴射する噴射装置を含んで構成され、該噴射装置による流体の噴射に伴い前記浮体構造物が受ける反力を復元偶力とする
浮体構造物の揺動抑制装置。

【請求項3】

請求項１において、
前記偶力発生手段は、前記２軸の各軸を挟んで等距離で対向する各位置で、前記各軸に直交する方向の磁界を発生させる磁石と、前記磁界の方向に直交し、且つ前記各軸に平行な方向の電流を流すことによりローレンツ力を受ける導体と、を含んで構成されるローレンツ力発生装置であり、このローレンツ力を復元偶力とする
浮体構造物の揺動抑制装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれかにおいて、
前記浮体構造物は、
浮体として水面に浮かべられた容器状の水槽と、
該水槽内に基底として層を成して収容された水分を含む砕屑物と、
を備える人工干潟である
浮体構造物の揺動抑制装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示の技術は、浮体構造物の揺動抑制装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、船体の両舷側に張り出した一対の支持棒の先端にジェットノズルを設け、船体の揺れを抑制するようにジェットノズルから海中に空気、水などを噴射する発明が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開平３－１５２９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の発明は、船体のローリングを抑制するもので、船体のピッチングを抑制することはできない。

【0005】

本明細書が開示する技術の課題は、船体を含む浮体構造物において、水上における波浪に伴う浮体構造物の揺れを、揺れの中心として水平面上で互いに直交する２軸における各軸回りの揺れの成分に分解し、各軸回りの揺れに対する復元偶力を発生することにより、浮体構造物の全方向の揺れを抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために本明細書に開示の浮体構造物の揺動抑制装置は、次の手段をとる。

【0007】

第１の手段は、水上の波浪による浮体構造物の揺れを検出するものであり、前記浮体構造物の揺れの中心として水平面上で互いに直交する２軸における軸回りの揺れを、前記浮体構造物の前記２軸における各軸回りの水平面に対する変位量として検出する前記２軸上の傾斜センサと、該傾斜センサにより検出された各変位量をゼロとするように前記２軸における各軸回りに復元偶力を発生する偶力発生手段と、を備える。

【0008】

上記第１の手段によれば、浮体構造物の揺れを、浮体構造物の揺れの中心として水平面上で互いに直交する２軸における各軸回りの変位量として傾斜センサにより検出し、その各揺れに対する復元偶力を偶力発生手段により発生する。そのため、浮体構造物の全方向の揺れを抑制することができる。

【0009】

第２の手段は、上述した第１の手段において、前記偶力発生手段は、前記２軸の各軸を挟んで等距離で対向する各位置で、水面に対して垂直方向の上方又は下方に向けて流体を噴射する噴射装置を含んで構成され、該噴射装置による流体の噴射に伴い前記浮体構造物が受ける反力を復元偶力とする。

【0010】

上記第２の手段によれば、噴射装置の噴射により浮体構造物の揺れに対する復元偶力を発生する。そのため、浮体構造物の浮力を調整して復元偶力を発生するものに比べて、短周期の揺れに対しても応答よく復元偶力を発生して浮体構造物の揺れを抑制することができる。また、浮体構造物の浮力を調整して復元偶力を発生するために、バラストタンク内のバラスト液をポンプ等により移動させる構成や、浮体構造物上の重錘の位置を移動させる構成に比べて、装置の小型化、軽量化を図ることができる。

【0011】

第３の手段は、上述した第１の手段において、前記偶力発生手段は、前記２軸の各軸を挟んで等距離で対向する各位置で、前記各軸に直交する方向の磁界を発生させる磁石と、前記磁界の方向に直交し、且つ前記各軸に平行な方向の電流を流すことによりローレンツ力を受ける導体と、を含んで構成されるローレンツ力発生装置であり、このローレンツ力を復元偶力とする。

【0012】

上記第３の手段によれば、浮体構造物の揺れに対する復元偶力をローレンツ力により発生する。そのため、上記第２の手段と同様の作用、効果を得ることができる。

【0013】

第４の手段は、上述した第１～第３の手段のいずれかにおいて、前記浮体構造物は、浮体として水面に浮かべられた容器状の水槽と、該水槽内に基底として層を成して収容された水分を含む砕屑物と、を備える人工干潟である。

【0014】

第４の手段によれば、人工干潟を構成する水槽の揺れを抑制できるため、水槽内の水相のスロッシュ（波打ち）による人工干潟の水分の漏洩や、基底である砕屑物の形状の乱れを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態の平面概念図であり、浮体構造物に設置された傾斜センサの検出状態の一例を示す。

【図2】図１と同様の平面概念図であり、浮体構造物に設置された噴射装置の作動状態の一例を示す。

【図3】図１と同様の平面概念図であり、浮体構造物に設置された傾斜センサの別の検出状態を示す。

【図4】図１と同様の平面概念図であり、浮体構造物に設置された噴射装置の別の作動状態を示す。

【図5】第１実施形態における浮体構造物の側断面概要図である。

【図6】第１実施形態の作動状態を示す。

【図7】第１実施形態における人工干潟の側断面概要図である。

【図8】第２実施形態における浮体構造物の側断面概要図である。

【図9】第２実施形態の作動状態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜第１実施形態の概要＞
図１～４は第１実施形態の概要を機能的に示す。図１、３のように、水上に浮かべられた浮体構造物１０の揺れの中心として水平面上で互いに直交する２軸Ｘ、Ｙの上には、傾斜センサ２１～２４が設けられている。上記２軸のうちのＸ軸上には、Ｙ軸を挟んで等距離で対向する位置に傾斜センサ２１、２３が設けられている。また、上記２軸のうちのＹ軸上には、Ｘ軸を挟んで等距離で対向する位置に傾斜センサ２２、２４が設けられている。各傾斜センサ２１～２４は、各設置位置における浮体構造物１０の水平面に対する変位量を検出する。図１は、傾斜センサ２１が変位量：４を、傾斜センサ２３が変位量：－４を検出し、傾斜センサ２２、２４が共に変位量：０を検出した状態を検出例として示している。また、図３は、傾斜センサ２１が変位量：３を、傾斜センサ２３が変位量：－３を検出し、傾斜センサ２２が変位量：１を、傾斜センサ２４が変位量：－１を検出した状態を別の検出例として示している。

【0017】

図２、４のように、水上に浮かべられた浮体構造物１０の揺れの中心として水平面上で互いに直交する２軸Ｘ、Ｙの上には、偶力発生手段３０を成す噴射装置３１～３４が設けられている。上記２軸のうちのＸ軸上には、Ｙ軸を挟んで等距離で対向する位置に噴射装置３１、３３が設けられている。また、上記２軸のうちのＹ軸上には、Ｘ軸を挟んで等距離で対向する位置に噴射装置３２、３４が設けられている。従って、各噴射装置３１～３４は、各傾斜センサ２１～２４にそれぞれ対応する位置に設けられている。各噴射装置３１～３４は、水平面に対して垂直方向の上方又は下方に向けて水、空気等の流体を噴射する。噴射装置３１～３４が垂直方向の上方又は下方に流体を噴射すると、浮体構造物１０は、各噴射装置３１～３４の設置位置に噴射に伴う反力を受ける。その反力により浮体構造物１０は、その揺れを抑制する復元偶力を発生する。

【0018】

図２は、各傾斜センサ２１～２４が図１のように検出した変位量を受けて、噴射装置３１、３３が各傾斜センサ２１、２３の設置位置における浮体構造物１０の変位量に対抗するように流体を噴射した状態を示す。噴射装置３１は、図２にＪ１で示すように紙面手前方向に向けて変位量：４に対抗する勢いで流体を噴射する。また、噴射装置３３は、図２にＪ２で示すように紙面奥方向に向けて変位量：－４に対抗する勢いで流体を噴射する。噴射装置３１、３３の流体の噴射に伴い浮体構造物１０が受ける反力は、Ｙ軸回りの浮体構造物１０の変位量を打ち消す復元偶力を発生する。一方、図１で示すように傾斜センサ２２、２４が検出する変位量は共にゼロのため、図２のように噴射装置３２、３４は、流体を噴射せず、浮体構造物１０にはＸ軸回りに復元偶力は発生されない。

【0019】

図４は、各傾斜センサ２１～２４が図３のように検出した変位量を受けて、噴射装置３１～３４が各傾斜センサ２１～２４の設置位置における浮体構造物１０の変位量に対抗するように流体を噴射した状態を示す。噴射装置３１は、図４にＪ５で示すように紙面手前方向に向けて変位量：３に対抗する勢いで流体を噴射する。また、噴射装置３３は、図４にＪ６で示すように紙面奥方向に向けて変位量：－３に対抗する勢いで流体を噴射する。噴射装置３２は、図４にＪ７で示すように紙面手前方向に向けて変位量：１に対抗する勢いで流体を噴射する。また、噴射装置３４は、図４にＪ８で示すように紙面奥方向に向けて変位量：－１に対抗する勢いで流体を噴射する。

【0020】

これら噴射装置３１～３４の流体の噴射に伴い浮体構造物１０が受ける反力は、Ｙ軸から時計回りに角度θだけ移動したＹ１軸回りの浮体構造物１０の変位量に対抗する復元偶力を発生する。即ち、各噴射装置３１～３４が噴射する流体は、図４のように水平面上のＸ軸の位置から時計回りに角度θだけ移動したＸ１軸上の位置で、Ｊ３で示すように紙面手前方向に向けて流体を噴射し、且つＪ４で示すように紙面奥方向に向けて流体を噴射したのと同等となる。水平面上のＹ軸の位置から時計回りに角度θだけ移動したＹ１軸上の位置では、流体を噴射しないのと同等となる。

【0021】

第１実施形態によれば、浮体構造物１０のあらゆる方向の揺れを水平面上の揺れの中心としての２軸の各軸回りの揺れとして検出し、その揺れに対抗する勢いで流体を噴射して浮体構造物１０に反力を発生する。そのため、２軸上の傾斜センサ２１～２４及び噴射装置３１～３４により浮体構造物１０に対するあらゆる方向の揺れに対して復元偶力を発生して揺れを抑制することができる。

【0022】

＜第１実施形態の構成＞
図５は、上記第１実施形態の具体例を示す。浮体構造物１０は円形容器状の水槽であり、円形の外周面には傾斜センサ２１～２４が設けられている。各傾斜センサ２１～２４は、図１と同様に揺れの中心として水平面上で互いに直交する２軸Ｘ、Ｙ上に設けられている。図５では各傾斜センサ２１～２４のうち傾斜センサ２１、２３のみが示されている。上記２軸Ｘ、Ｙ上には、各傾斜センサ２１～２４に対応して噴射装置３１～３４を成すエアタンク３１Ａ～３４Ａが設けられている。各エアタンク３１Ａ～３４Ａは、水槽１０の外周堤部内に設けられている。各エアタンク３１Ａ～３４Ａは、垂直方向の上方及び下方に向けて流体としての空気を噴射する噴射通路３１Ｄ～３４Ｄを備える。各噴射通路３１Ｄ～３４Ｄの途中には、それぞれ開閉弁３１Ｂ～３４Ｂ、３１Ｃ～３４Ｃが設けられている。各エアタンク３１Ａ～３４Ａは、エアホース３９Ｂを介してエアポンプ３９Ａが接続されている。

【0023】

各エアタンク３１Ａ～３４Ａは、エアポンプ３９Ａにより供給された空気を貯え、復元偶力を発生するために開閉弁３１Ｂ～３４Ｂ、又は開閉弁３１Ｃ～３４Ｃが開放されると、上方又は下方の噴射通路３１Ｄ～３４Ｄから空気を噴射する。エアタンク３１Ａ～３４Ａ、開閉弁３１Ｂ～３４Ｂ、３１Ｃ～３４Ｃ、噴射通路３１Ｄ～３４Ｄ、エアポンプ３９Ａ、エアホース３９Ｂは、偶力発生手段３０を成している。図５では噴射装置３１～３４のうち噴射装置３１、３３のみが示されている。また、図５では、開閉弁３１Ｂ～３４Ｂ、３１Ｃ～３４Ｃ、噴射通路３１Ｄ～３４Ｄのうち、開閉弁３１Ｂ、３３Ｂ、３１Ｃ、３３Ｃ、噴射通路３１Ｄ、３３Ｄのみが示されている。

【0024】

＜第１実施形態の作用、効果＞
図６は、水槽１０が海面Ｗの波浪により揺れた状態を示す。図６の状態は、水槽１０には波浪によりＹ軸回りにＭ１で示すモーメントが働いて、傾斜センサ２１が上方へ変位し、傾斜センサ２３が下方へ変位して、水槽１０がＹ軸を揺れの中心として傾斜している。傾斜センサ２１、２３は、その変位量を検出して、図示しない制御回路は、エアポンプ３９Ａを作動させると共に、開閉弁３１Ｂ、３３Ｃを開放して上側の噴射通路３１Ｄ、下側の噴射通路３３Ｄから傾斜センサ２１、２３が検出した変位量に応じた量の空気をＪ９、Ｊ１０のように噴射する。その結果、水槽１０には、Ｙ軸回りにＭ２で示すモーメントを生じる復元偶力が発生し、水槽１０の揺れは抑制される。

【0025】

このように復元偶力は、噴射装置３１～３４からの空気の噴射により発生されるため、海面Ｗの波浪による水槽１０の揺れに対して応答良く復元偶力を発生させて揺れを抑制することができる。しかも、復元偶力は、エアタンク３１Ａ～３４Ａからの空気の噴射によって発生されるため、偶力発生手段３０は、浮力の調整により偶力を発生するものに比べて小型、軽量に構成することができる。

【0026】

＜人工干潟の構成＞
図７は上記水槽１０の具体例を示す。この場合、水槽１０は人工干潟とされており、水槽１０である容器内には、基底としての砕屑物１１が水１２と共に収容されている。砕屑物１１は、礫岩１１Ａ、砂１１Ｂ、湿泥１１Ｃを含み、それらが層を成している。層構成は、下層から上層に向けて礫岩１１Ａ、砂１１Ｂ、湿泥１１Ｃの順とされている。水１２は最上層とされている。水槽１０の外周堤部上の対向位置には給水ポンプ１３Ａ及び排水ポンプ１４Ａが設けられている。給水ポンプ１３Ａの吸込口には、給水管１３Ｃの一端が連通され、給水管１３Ｃの他端はフィルタ１３Ｅを介して海水中に浸水されている。給水管１３Ｃの途中で、給水ポンプ１３Ａの吸込口の近傍には、遮断弁１３Ｂが設けられている。また、給水ポンプ１３Ａの吐出口には、給水管１３Ｄの一端が連通され、給水管１３Ｄの他端は礫岩１１Ａの層の中に埋設されている。そのため、遮断弁１３Ｂが開放された状態で給水ポンプ１３Ａが作動されると、図７に矢印で示すように、フィルタ１３Ｅを通して吸い込まれた海水が、その中の塵等を濾過されて礫岩１１Ａの層内に供給される。

【0027】

排水ポンプ１４Ａの吸込口には、排水管１４Ｃの一端が連通され、排水管１４Ｃの他端は水槽１０内の水１２の層内に浸水されている。また、排水ポンプ１４Ａの吐出口には、排水管１４Ｄの一端が連通され、排水管１４Ｄの他端は遮断弁１４Ｂを介して水槽１０の容器外に開放されている。そのため、遮断弁１４Ｂが開放された状態で排水ポンプ１４Ａが作動されると、図７に矢印で示すように、水槽１０内の水１２が水槽１０の容器外に放出される。

【0028】

給水ポンプ１３Ａ及び排水ポンプ１４Ａを遮断弁１３Ｂ、１４Ｂと共に適宜作動させることにより、水槽１０内の海水を循環させて水槽１０内で育成する水棲生物の生育環境を良好に維持することができる。なお、遮断弁１３Ｂ、１４Ｂは、給水ポンプ１３Ａ及び排水ポンプ１４Ａを作動停止したとき、遮断弁１３Ｂ、１４Ｂを遮断状態として、給水管１３Ｃ、１３Ｄ、及び排水管１４Ｃ、１４Ｄ内で海水が上記各矢印の方向とは逆方向に逆流しないようにしている。

【0029】

人工干潟としての水槽１０が海面Ｗの波浪により揺れ、揺れが大きい場合、水槽１０内の水１２が水槽１０から溢れる恐れがある。また、揺れの程度によっては、基底である砕屑物１１の形状が乱れる恐れがある。上記第１実施形態のように水槽１０に傾斜センサ２１～２４及び偶力発生手段３０を備えた揺動抑制装置を設けることにより、それらの恐れを抑制することができる。

【0030】

＜第２実施形態＞
図８は第２実施形態を示す。第２実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、復元偶力を発生する偶力発生手段３０としてローレンツ力発生装置３５～３８を用いた点である。その他の構成は、第２実施形態においても第１実施形態と同一であり、同一部分についての再度の説明は省略する。

【0031】

図８のように、第２実施形態では、揺れの中心として水平面上で互いに直交する２軸Ｘ、Ｙ上には、各傾斜センサ２１～２４に対応してローレンツ力発生装置３５～３８がそれぞれ設けられている。各ローレンツ力発生装置３５～３８は、Ｘ軸又はＹ軸上で、直交するＹ軸又はＸ軸を挟んで等距離で対向する位置に設けられ、Ｙ軸又はＸ軸に直交する方向の磁界を発生する電磁石３５Ａ～３８Ａを備える。また、電磁石３５Ａ～３８Ａの磁界の方向に直交し、且つＹ軸又はＸ軸に平行な方向の電流を流すことにより、ローレンツ力を受ける導体３５Ｂ～３８Ｂを備える。電磁石３５Ａ～３８Ａは、導線３９Ｄを介して常時電源３９Ｃに接続されて常時磁界を発生させている。一方、導体３５Ｂ～３８Ｂは、傾斜センサ２１～２４によって検出される水槽１０のＸ軸回り、及びＹ軸回りの変位量に応じて方向及び大きさを変えて電流が通流される。導体３５Ｂ～３８Ｂに通流される電流の制御は、図示しない制御回路により行われる。図８では、各傾斜センサ２１～２４のうちＸ軸上に配置された傾斜センサ２１、２３のみ、また、ローレンツ力発生装置３５～３８のうちＸ軸上に配置されたローレンツ力発生装置３５、３７のみが示されている。なお、電磁石３５Ａ～３８Ａは、磁界を発生する磁石であればよく、永久磁石により構成することもできる。

【0032】

図９は、水槽１０が海面Ｗの波浪により揺れた状態を示す。図９の状態は、水槽１０には波浪によりＹ軸回りにＭ１で示すモーメントが働いて、傾斜センサ２１が上方へ変位し、傾斜センサ２３が下方へ変位して、水槽１０が傾斜している。傾斜センサ２１、２３は、その変位量を検出して、図示しない制御回路は、導体３５Ｂ、３７ＢにＹ軸に平行で図９にて紙面奥方向に向かう電流を通流させる。その結果、水槽１０のローレンツ力発生装置３５の設置位置にはＦ１で示す垂直方向下方のローレンツ力が発生し、水槽１０のローレンツ力発生装置３７の設置位置にはＦ２で示す垂直方向上方のローレンツ力が発生する。そのため、水槽１０にはＹ軸回りにＭ２で示すモーメントを生じる復元偶力が発生し、水槽１０の揺れは抑制される。

【0033】

このように復元偶力は、ローレンツ力発生装置３５～３８の導体３５Ｂ～３８Ｂが受けるローレンツ力により発生されるため、海面Ｗの波浪による水槽１０の揺れに対して応答良く復元偶力を発生させて揺れを抑制することができる。しかも、復元偶力は、電磁石３５Ａ～３８Ａと導体３５Ｂ～３８Ｂとを組み合わせたローレンツ力発生装置３５～３８によって発生されるため、偶力発生手段３０は、浮力の調整により偶力を発生するものに比べて小型、軽量に構成することができる。

【0034】

＜その他の実施形態＞
以上、本明細書に開示の技術を特定の実施形態について説明したが、その他各種の形態で実施可能なものである。例えば、上記各実施形態では、傾斜センサをＸ、Ｙ両軸上に１組（２個）ずつ、合計４個設けたが、各軸に１個ずつとしてもよい。また、上記各実施形態では、偶力発生手段として噴射装置及びローレンツ力発生装置の例を示したが、その他の偶力発生手段を用いてもよい。また、上記各実施形態では、浮体構造物として人工干潟の例を示したが、その他の浮体構造物に適用してもよい。

【符号の説明】

【0035】

１０ 水槽（浮体構造物）
１１ 砕屑物
１１Ａ 礫岩
１１Ｂ 砂
１１Ｃ 湿泥
１２ 水
１３Ａ 給水ポンプ
１３Ｂ 遮断弁
１３Ｃ、１３Ｄ 給水管
１３Ｅ フィルタ
１４Ａ 排水ポンプ
１４Ｂ 遮断弁
１４Ｃ、１４Ｄ 排水管
２１～２４ 傾斜センサ
３０ 偶力発生手段
３１～３４ 噴射装置
３１Ａ、３３Ａ エアタンク
３１Ｂ、３１Ｃ、３３Ｂ、３３Ｃ 開閉弁
３１Ｄ、３３Ｄ 噴射通路
３９Ａ エアポンプ
３９Ｂ エアホース
３５～３８ ローレンツ力発生装置
３５Ａ～３８Ａ 電磁石（磁石）
３５Ｂ～３８Ｂ 導体
３９Ｃ 電源
３９Ｄ 導線
Ｗ 海面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】