特開 2024-168909 浮体構造物およびその施工方法

(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】P2024168909

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】浮体構造物およびその施工方法

(51)【国際特許分類】

   B63B 75/00 20200101AFI20241128BHJP

   B63B 35/00 20200101ALI20241128BHJP

   B63B 35/44 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

B63B75/00

B63B35/00 T

B63B35/44 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085956

(22)【出願日】2023-05-25

(71)【出願人】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 和雄

(57)【要約】

【課題】大型化によらずに、安定性と疲労耐久性を確保することができる浮体構造物およびその施工方法を提供する。
【解決手段】水上に浮かべて用いられる浮体構造物１０であって、内部に圧縮空気が封入された有蓋無底の筒状の浮体１２を有するようにする。圧縮空気の量または圧力によって前記浮体１２の浮沈を制御する浮沈制御手段２４を備えてもよい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水上に浮かべて用いられる浮体構造物であって、
内部に圧縮空気が封入された有蓋無底の筒状の浮体を有することを特徴とする浮体構造物。

【請求項2】

圧縮空気の量または圧力によって前記浮体の浮沈により喫水および姿勢を制御する浮沈制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の浮体構造物。

【請求項3】

水平方向に間隔をあけて複数配置され、鉛直方向に延びる前記浮体と、複数の前記浮体を水平方向に連結する連結部材とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の浮体構造物。

【請求項4】

請求項１または２に記載の浮体構造物を施工する方法であって、
上下端が開口した筒状の下側躯体を構築するステップと、前記下側躯体の内部または上部に仮蓋を設置して、前記仮蓋の下側に圧気室を形成するステップと、前記圧気室を形成した前記下側躯体を水上に浮かべた後、前記下側躯体の上端に連続して上側躯体を構築するステップと、前記上側躯体を構築した後、前記仮蓋を撤去するとともに、前記上側躯体の上端に本蓋を設置して前記浮体の躯体を構築するステップと、前記躯体の内部に圧縮空気を送り込むステップとを有することを特徴とする浮体構造物の施工方法。

【請求項5】

前記圧気室に圧縮空気を送り込み、この圧縮空気による上向きの力で前記下側躯体の上部を水上に出しながら前記上側躯体を構築することを特徴とする請求項４に記載の浮体構造物の施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、洋上風力発電施設などに用いる浮体構造物およびその施工方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、再生可能エネルギーの中核をなす洋上風力発電施設が注目されている（例えば、特許文献１を参照）。水深が深い海域では風車を浮かべて発電する「浮体式」の構造が有利となることが多く、これをコンクリート製とすることで工事費を安価にできるメリットがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０２２－５２４３４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、コンクリート製の浮体は自重が重く、また浮体は風と波を受けて複雑に動揺することから、浮体構造物の安定性や構造的な疲労が問題となる。また、このような問題を解決するため、浮体構造物を平面的に大型化したり（例えば、パージ型）、重心を下げて喫水を大きくする（例えば、スパー型・セミサブ型）などによる効果の実証試験も行われている。しかし、大型化によって、工事費が安価となるメリットが失われてしまう。このため、大型化によらずに、安定性と疲労耐久性を確保することができる浮体構造物が求められていた。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大型化によらずに、安定性と疲労耐久性を確保することができる浮体構造物およびその施工方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る浮体構造物は、水上に浮かべて用いられる浮体構造物であって、内部に圧縮空気が封入された有蓋無底の筒状の浮体を有することを特徴とする。

【0007】

また、本発明に係る他の浮体構造物は、上述した発明において、圧縮空気の量または圧力によって前記浮体の浮沈により喫水および姿勢を制御する浮沈制御手段を備えることを特徴とする。

【0008】

また、本発明に係る他の浮体構造物は、上述した発明において、水平方向に間隔をあけて複数配置され、鉛直方向に延びる前記浮体と、複数の前記浮体を水平方向に連結する連結部材とを備えることを特徴とする。

【0009】

また、本発明に係る浮体構造物の施工方法は、上述した浮体構造物を施工する方法であって、上下端が開口した筒状の下側躯体を構築するステップと、前記下側躯体の内部または上部に仮蓋を設置して、前記仮蓋の下側に圧気室を形成するステップと、前記圧気室を形成した前記下側躯体を水上に浮かべた後、前記下側躯体の上端に連続して上側躯体を構築するステップと、前記上側躯体を構築した後、前記仮蓋を撤去するとともに、前記上側躯体の上端に本蓋を設置して前記浮体の躯体を構築するステップと、前記躯体の内部に圧縮空気を送り込むステップとを有することを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る他の浮体構造物の施工方法は、上述した発明において、前記圧気室に圧縮空気を送り込み、この圧縮空気による上向きの力で前記下側躯体の上部を水上に出しながら前記上側躯体を構築することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る浮体構造物によれば、水上に浮かべて用いられる浮体構造物であって、内部に圧縮空気が封入された有蓋無底の筒状の浮体を有するので、大型化によらずに、安定性と疲労耐久性を確保することができるという効果を奏する。

【0012】

また、本発明に係る他の浮体構造物によれば、圧縮空気の量または圧力によって前記浮体の浮沈により喫水および姿勢を制御する浮沈制御手段を備えるので、浮体の安定性を容易に確保することができるという効果を奏する。

【0013】

また、本発明に係る他の浮体構造物によれば、水平方向に間隔をあけて複数配置され、鉛直方向に延びる前記浮体と、複数の前記浮体を水平方向に連結する連結部材とを備えるので、浮体の下側を潜水させるセミサブ型の浮体構造物を提供することができるという効果を奏する。

【0014】

また、本発明に係る浮体構造物の施工方法によれば、上述した浮体構造物を施工する方法であって、上下端が開口した筒状の下側躯体を構築するステップと、前記下側躯体の内部または上部に仮蓋を設置して、前記仮蓋の下側に圧気室を形成するステップと、前記圧気室を形成した前記下側躯体を水上に浮かべた後、前記下側躯体の上端に連続して上側躯体を構築するステップと、前記上側躯体を構築した後、前記仮蓋を撤去するとともに、前記上側躯体の上端に本蓋を設置して前記浮体の躯体を構築するステップと、前記躯体の内部に圧縮空気を送り込むステップとを有するので、大型化によらずに、安定性と疲労耐久性を確保する浮体構造物を効率的に施工することができるという効果を奏する。

【0015】

また、本発明に係る他の浮体構造物の施工方法によれば、前記圧気室に圧縮空気を送り込み、この圧縮空気による上向きの力で前記下側躯体の上部を水上に出しながら前記上側躯体を構築するので、下側躯体の乾舷を調整しながら上側躯体を構築することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明に係る浮体構造物の実施の形態を示す側断面図である。

【図2】図２は、本発明に係る浮体構造物の実施の形態を示す平面図である。

【図3】図３は、本発明に係る浮体構造物の施工方法の実施の形態を示す概略フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明に係る浮体構造物およびその施工方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0018】

図１および図２に示すように、本発明の実施の形態に係る浮体構造物１０は、水面ＷＬ上に浮かべて用いられるセミサブ型（半潜水型）の浮体構造物である。この浮体構造物１０は、平面視で正三角形状の頂点の位置に配置された３つの浮体１２と、浮体１２同士を連結する連結部材１４とを有する。なお、浮体１２は３つに限るものではなく、４つ以上でもよい。浮体１２を４つ以上配置する場合には、平面視で正多角形状の頂点の位置に配置することが望ましい。

【0019】

浮体１２は、内部に圧縮空気が封入された有蓋無底の円筒状のものである。この浮体１２は、鉛直方向に延びる円筒状の躯体１６と、その上端に設置された円盤状の蓋体１８とからなる。蓋体１８は、躯体１６から鍔状に水平に張り出している。躯体１６の下部は、下に行くにしたがって躯体１６の厚さが大きくなる円錐台形状の円錐台形部２０と、円錐台形部２０の下側から躯体１６の下端に向けて躯体１６の厚さが一定の円筒形部２２を有している。このように躯体１６の下部を増厚し、躯体１６の重心を下げることで、浮体１２の安定性を向上することができる。

【0020】

躯体１６および蓋体１８は、コンクリート製であるが、浮体としての機能を発揮できるものであれば他の材質で構成してもよい。例えば、鉄筋コンクリート製でもよい。なお、本実施の形態では、浮体１２の高さＨとして３０～４０ｍ程度を想定しているが、本発明はこれに限るものではない。

【0021】

蓋体１８の上には、コンプレッサー２４が設置される。コンプレッサー２４は、取り込んだ外気を圧縮して圧縮空気を生成するものである。コンプレッサー２４と躯体１６の内部の天井は、蓋体１８を貫通して配置された送気管２６で連通している。なお、送気管２６は、これに限るものではなく、躯体１６の内部に圧縮空気を供給可能であればいかなる場所に設けてもよい。送気管２６には、図示しない圧力調整器と流量調整バルブが設けられている。圧力調整器は、コンプレッサー２４から送られる圧縮空気の圧力を調整するものであり、流量調整バルブは、圧縮空気の流量を調整するものである。コンプレッサー２４、送気管２６は、圧縮空気の量または圧力によって浮体１２の浮沈により喫水および姿勢を制御する浮沈制御手段である。コンプレッサー２４で生成した圧縮空気は、送気管２６を介して所定の圧力および流量で躯体１６の内部に供給可能である。

【0022】

なお、躯体１６の内部の天井と外部（蓋体１８の上）は、図示しない排気管で連通している。排気管には、排気量を調整するバルブが設けられている。躯体１６の内部の空気は、排気管を介して外部に排気可能である。排気管は、蓋体１８を貫通して設けてもよい。

【0023】

連結部材１４は、３つの浮体１２を水平方向に連結するトラス梁状の部材であり、上弦材２８と、下弦材３０と、斜材３２とを有する。連結部材１４は、平面視で正三角形の各辺の位置に配置される。各連結部材１４の端部は、各浮体１２の上下方向略中央の躯体１６の表面に固定される。連結部材１４は、コンクリート製であるが、浮体１２同士を安定して連結できるものであれば他の材質で構成してもよい。例えば、鉄筋コンクリート製でもよい。

【0024】

上記構成の動作および作用について説明する。
浮体１２の重量と浮体１２に働く浮力が釣り合っている状態において、コンプレッサー２４で浮体１２の内部に圧縮空気を送り込むと、浮体１２の喫水が浅くなり、浮体１２の浮き上がり量が増す。一方、浮体１２の内部の空気を排気すると、浮体１２の喫水が深くなり、浮体１２の沈み込み量が増す。浮体１２の浮き上がり量、沈み込み量は、圧縮空気の供給量、圧力、排気量を調整することで制御可能である。このように、圧縮空気のみで各浮体１２の浮沈を制御することにより、波浪の揺れに対する浮体１２の安定性を容易に確保することができる。また、浮体１２の疲労軽減を図ることができる。

【0025】

また、自重の大きなコンクリート製の浮体１２を有蓋無底の円筒状の躯体１６で構成し、躯体１６の底部に設ける底盤を不要とすることで、重量を軽くすることができる。３つの浮体１２のそれぞれで圧縮空気の圧力、充填量のバランスを調整することで、浮体構造物１０全体として、波浪の揺れに対する安定性を確保することができる。したがって、躯体の大型化によらずに、浮体構造物の安定性と疲労耐久性を確保することができる。各浮体１２の躯体１６の下部の直径を上部の直径よりも大きくして躯体１６の重心を下げるようにすれば、安定性がさらに向上する。

【0026】

上記の浮体構造物１０を洋上風力発電施設の浮体基礎として用いる場合には、図１のように、浮体１２の１つのみに風車タワーＴを設置することが考えられる。この場合、１つ浮体１２に風車タワーＴ分の荷重が作用することになり、浮体構造物１０が一方側に傾くおそれがある。そこで、各コンプレッサー２４を介して３つの浮体１２のそれぞれの圧縮空気の圧力、充填量を調整することで浮体構造物１０に働く浮力のバランスを調整し、波浪による揺れに対して安定性を確保することが望ましい。

【0027】

この場合、浮体構造物１０に傾斜計を設置して、３つの浮体１２の相対的な高低差を常時計測してもよい。そして、計測した高低差に応じて各コンプレッサー２４の動作を制御することによって、浮体構造物１０に働く浮力のバランスを自動的に調整してもよい。

【0028】

上記の実施の形態においては、水平方向に間隔をあけて配置された３つの浮体１２で浮体構造物１０を構成する場合を例にとり説明したが、本発明の浮体構造物はこれに限るものではなく、１つの浮体１２のみで構成してもよいし、２つ以上の浮体１２を連結部材１４で連結して構成してもよい。

【0029】

次に、本実施の形態の施工方法について、図３を参照しながら説明する。
図３（１）に示すように、まず、基地港の岸壁３４で躯体１６の下部（下側躯体）を製作する。岸壁３４の安定性や地耐力の確保が困難な場合は台船上で製作してもよい。また、躯体１６の内部に圧気室用の仮蓋３６を設置してもよい。

【0030】

次に、図３（２）に示すように、製作した躯体１６を起重機船またはフローティングドック３８で進水させる。

【0031】

次に、図３（３）に示すように、水面ＷＬに浮かべた躯体１６を水深の大きな岸壁へ曳航し、座礁しない高さまで躯体１６の上部（上側躯体）を製作する。躯体１６の上部は、躯体１６の下部の上端に連続する態様で製作する。このとき、躯体１６の内部に仮蓋３６を設置してその下側に圧気室４０を形成し、躯体１６の水没を防止しながら、躯体１６の上部を製作する。なお、圧気室４０に外部から圧縮空気を送り込み、圧縮空気による上向きの力で躯体１６の上部を水面ＷＬ上に出しながら上部ロットを構築してもよい。また、送り込む圧縮空気の量や圧力により、躯体１６の喫水と乾舷を調整してもよい。

【0032】

次に、図３（４）に示すように、起重機船４２で静穏な沖合いへ躯体１６を曳航し、沖合いの洋上で浮遊しながら躯体１６のさらに上部（上側躯体）を構築する。このとき、躯体１６の内部の上部に仮蓋３６を新設し、上下の仮蓋３６間に圧縮空気を封入してもよい。また、圧縮空気の量や圧力により躯体１６の喫水と乾舷を調整しながら、躯体１６の上部を構築してもよい。その後、構築した躯体１６の上端に蓋体１８（本蓋）を設置した後、蓋体１８上にコンプレッサー２４を設置する。

【0033】

次に、図３（５）に示すように、仮蓋３６を撤去し、コンプレッサー２４により躯体１６の内部に圧縮空気を送り込んで浮体１２を製作する。なお、仮蓋３６は、蓋体１８の設置前に撤去してもよい。３つの浮体１２の製作完了後、これらを連結部材１４で連結して係留する。このようにすれば、大型化によらずに、安定性と疲労耐久性を確保する浮体構造物１０を効率的に施工することができる。

【0034】

以上説明したように、本発明に係る浮体構造物によれば、水上に浮かべて用いられる浮体構造物であって、内部に圧縮空気が封入された有蓋無底の筒状の浮体を有するので、大型化によらずに、安定性と疲労耐久性を確保することができる。

【0035】

また、本発明に係る他の浮体構造物によれば、圧縮空気の量または圧力によって前記浮体の浮沈により喫水および姿勢を制御する浮沈制御手段を備えるので、浮体の安定性を容易に確保することができる。

【0036】

また、本発明に係る他の浮体構造物によれば、水平方向に間隔をあけて複数配置され、鉛直方向に延びる前記浮体と、複数の前記浮体を水平方向に連結する連結部材とを備えるので、浮体の下側を潜水させるセミサブ型の浮体構造物を提供することができる。

【0037】

また、本発明に係る浮体構造物の施工方法によれば、上述した浮体構造物を施工する方法であって、上下端が開口した筒状の下側躯体を構築するステップと、前記下側躯体の内部または上部に仮蓋を設置して、前記仮蓋の下側に圧気室を形成するステップと、前記圧気室を形成した前記下側躯体を水上に浮かべた後、前記下側躯体の上端に連続して上側躯体を構築するステップと、前記上側躯体を構築した後、前記仮蓋を撤去するとともに、前記上側躯体の上端に本蓋を設置して前記浮体の躯体を構築するステップと、前記躯体の内部に圧縮空気を送り込むステップとを有するので、大型化によらずに、安定性と疲労耐久性を確保する浮体構造物を効率的に施工することができる。

【0038】

また、本発明に係る他の浮体構造物の施工方法によれば、前記圧気室に圧縮空気を送り込み、この圧縮空気による上向きの力で前記下側躯体の上部を水上に出しながら前記上側躯体を構築するので、下側躯体の乾舷を調整しながら上側躯体を構築することができる。

【0039】

なお、２０１５年９月の国連サミットにおいて採択された１７の国際目標として「持続可能な開発目標（Sustainable Development Goals：ＳＤＧｓ）」がある。本実施の形態に係る浮体構造物およびその施工方法は、このＳＤＧｓの１７の目標のうち、例えば「７．エネルギーをみんなに。そしてクリーンに」の目標などの達成に貢献し得る。

【産業上の利用可能性】

【0040】

以上のように、本発明に係る浮体構造物およびその施工方法は、洋上風力発電施設などの浮体構造物に有用であり、特に、大型化によらずに、安定性と疲労耐久性を確保するのに適している。

【符号の説明】

【0041】

１０ 浮体構造物
１２ 浮体
１４ 連結部材
１６ 躯体（上側躯体、下側躯体）
１８ 蓋体（本蓋）
２０ 円錐台形部
２２ 円筒形部
２４ コンプレッサー（浮沈制御手段）
２６ 送気管（浮沈制御手段）
２８ 上弦材
３０ 下弦材
３２ 斜材
３４ 岸壁
３６ 仮蓋
３８ フローティングドック
４０ 圧気室
４２ 起重機船
Ｔ 風車タワー
ＷＬ 水面

【図1】

【図2】

【図3】