浮体の係留装置
【課題】浮体の鉛直軸回りの回転を抑制する係留装置を提供する。
【解決手段】浮体下部１０１の同一の深さにおける６箇所（円筒形の円周上）には、６本の係留索１１０の一端がそれぞれ接続されている。このうち、隣接する２本の係留索１１０の他端は、海底９５において同一のアンカー１２０によって固定されている。鉛直方向から見て、各係留索１１０は、浮体下部１０１の円周の接線方向となるように配置されている。一つのアンカー１２０に他端が接続された２本の係留索１１０を用いることによって特に容易に鉛直軸回りの回転を抑制することができる。浮体１００の回転方向によらず、釣り合い状態（標準状態）からの回転運動が生じた場合には、この回転運動に反発するトルクが、伸びた側の係留索１１０から発生する。
【解決手段】浮体下部１０１の同一の深さにおける６箇所（円筒形の円周上）には、６本の係留索１１０の一端がそれぞれ接続されている。このうち、隣接する２本の係留索１１０の他端は、海底９５において同一のアンカー１２０によって固定されている。鉛直方向から見て、各係留索１１０は、浮体下部１０１の円周の接線方向となるように配置されている。一つのアンカー１２０に他端が接続された２本の係留索１１０を用いることによって特に容易に鉛直軸回りの回転を抑制することができる。浮体１００の回転方向によらず、釣り合い状態（標準状態）からの回転運動が生じた場合には、この回転運動に反発するトルクが、伸びた側の係留索１１０から発生する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水上（海上）において浮体を係留させる係留装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
水上（海上）において、浮力をもつ浮体を係留させることが行われている。浮体は、航路における標識として船舶に利用されることもあり、その上に各種の設備が搭載されることにより標識以外の目的で使用されることもある。このため、浮体は、海の状況に関わらず常にその頂部が海上に突き出た形態とされる。こうした場合は、係留索の一端が浮体に接続され、この係留索の他端が海底で固定されることによって、浮体が係留される。この係留方式としては、例えば、（１）テンションリグ方式、（２）カテナリー係留方式、（３）緊張係留方式、の３種類の方式がある。
【０００３】
テンションリグ方式においては、水中に沈んだ浮体の浮力によって、常に係留索は伸び、張力がかかった状態とされる。特許文献１には、この一例を浮体橋脚に適用した構成が記載されている。図８は、この構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。ここで、係留索１１０は弾性力をもつ材料で構成される。各係留索１１０の一端は、浮体１５０側に接続される。各係留索１１０の他端は、海底９５においてアンカー１２０に係止される。アンカー１２０は、海底９５に打ち込まれることで固定されている。ただし、アンカー１２０を海底９５に打ち込まずに、その重量を大きくすることによって、実質的にアンカー１２０が海底９５において固定されたと同等の状態とすることにより、係留索１１０の他端が海底９５で固定された状況を実現することもできる。
【０００４】
この方式においては、合計１５本の係留索１１０を浮体１５０の端部と下部に接続して係留を行う。この場合には、浮体１５０は、矩形体部分１５１と円筒形部分１５２の組み合わせ形状となっており、係留索１１０の一端は、矩形体部分１５１の各角部と円筒形部分１５２の底面中心部に接続され、係留索１１０の他端は、海底９５に固定されたアンカー１２０に係止される。この際、各係留索１１０は、水中にある矩形体部分１５１と円筒形部分１５２の浮力によって引っ張られ、常に強い張力がかかった状態とされる。この構造によって、水深が深い場合においても、浮体橋脚の浮遊を強く抑制して係留させることができる。ただし、浮体１５０自身の動揺に対する抑制効果は低く、かつ係留索１１０には非常に強い張力が常時働くため、係留索１１０には高い強度と耐久性が要求される。
【０００５】
カテナリー方式は、これとは異なり、潮位の変動、波、潮流等による浮体の移動を許容する方式である。図９は、特許文献２に記載されたこの係留方式の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。この方式は、浮体１６０に風力発電装置を搭載して洋上風力発電を行うために用いられ、風力発電装置の動揺を低減するための構成が採用されている。ここでは、浮体１６０における浮体下部１６１にバラストウェイト１７０が接続され、浮体１６０の周囲３箇所にそれぞれ係留索１１０の一端が接続される。係留索１１０の他端は、図８と同様に海底に設けられたアンカー１２０に係止される。ここでは、係留索１１０には張力が働かない弛んだ状態とされる。浮体上部１６２の頂部には、風力発電装置本体２００が設置され、その頂部においてプロペラ２１０を回転させ、発電を行わせる。この構成においては、テンションリグ方式と比べて浮体１６０は浮遊しやすくなるものの、係留索１１０には高い強度は要求されない。また、特許文献２の浮体式洋上発電装置は、従来の浮体を用いた洋上風力発電装置に比べて、バランスウェイト１７０の作用によりその動揺は低減されるため、浮体上部１６２上に搭載された風力発電装置（風力発電装置本体２００）への悪影響を低減することが可能となる。洋上風力発電は、陸上風力発電と比べて、風速が高く安定しているという利点があるため、この構成によって高い発電効率を得ることが可能である。カテナリー方式は、こうした洋上風力発電に好ましい方式である。
【０００６】
なお、カテナリー方式においても、図８のテンションリグ方式と同様に、多数本の係留索を用いた構成が可能である。特許文献３には、この構成において、複数の係留索の他端（海底側）を、単一のアンカーに係止させた構成が記載されている。
【０００７】
緊張係留方式は、上記のテンションリグ方式とカテナリー方式の中間的な係留方式である。緊張係留方式の場合には、例えば、図８における係留索１１０の長さを、浮体が標準的な潮位で波が無視できる状態の海面で自由に浮かんだ状態（標準状態）において弱い張力がかかる程度とする。これにより、潮位の変動や波が発生した場合にのみ強い張力が働くため、テンションリグ方式と比べると、浮体の浮遊に対する自由度が大きい。このため、標準状態からの変動があった場合においてのみ強い張力が働くため、係留索にはそれほど高い強度は要求されず、カテナリー係留方式よりは動揺も少ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１５８０１４号公報
【特許文献２】特開２００２−１８８５５７号公報
【特許文献３】実開昭６３−１１７６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に記載されたように、浮体上に風力発電装置を搭載する場合には、その動揺を低減することは重要である。しかしながら、風力発電を安定に行うためには、発電に用いるプロペラの方向が常に風の方向を向くということも必要である。このためには、プロペラの向きを正確に制御する動作が必要であり、その支持基板となる浮体が鉛直軸回りに回転することを抑制することが必要である。
【００１０】
特許文献２、３に記載の技術においては、この回転運動を抑制する方向に力が加わる構成とはされていないため、この回転を抑制することは困難である。特許文献１に記載の技術においては、矩形体部分１５１の４つの角部に係留索１１０が接続されているために、これよりは回転運動に対する抵抗力がある。しかしながら、係留索１１０は、浮体１５０の中心から放射状の形態とされるため、係留索１１０の張力が鉛直軸回りの回転を抑制するトルクとして寄与する分はごくわずかである。すなわち、特許文献１の構成においても、浮体の回転を抑制する作用は極めて小さい。こうした状況は、浮体が特に回転しやすい形状である場合、例えば、円筒形状（スパー型）の場合には、特に顕著である。
【００１１】
従って、従来の係留装置においては、浮体の鉛直軸回りの回転を抑制することは困難であった。
【００１２】
本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明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】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の請求項１に係る浮体の係留装置は、略円筒形状の浮体を、一端が前記浮体に接続され他端が水中に設けられたアンカーに接続された複数の係留索を用いた緊張係留方式を用いて、前記略円筒形状の浮体の中心軸が略鉛直方向となるように係留する、浮体の係留装置であって、当該浮体の係留装置を水平面に投影した際に、前記略円筒形状における円の円周上の２点をそれぞれの一端として接続される２本の係留索からなる係留索対が用いられ、前記２本の係留索は、それぞれが前記円の略接線となる形状とされ、前記２点を結ぶ直線を境界とした２つの側において同一の側に延びる形態とされたことを特徴とする。
この発明においては、略円筒形状の浮体における円の接線となる形態で緊張状態とされた２本の係留索からなる係留索対が用いられる。この２本の係留索の張力によって、浮体の中心軸の回りの回転運動に対する反発トルクが自動的に得られる構成となる。
本発明の請求項２に係る浮体の係留装置は、浮体を、一端が間接的に前記浮体に接続され他端が水中に設けられたアンカーに接続された複数の係留索を用いた緊張係留方式を用いて、前記浮体の中心軸が略鉛直方向となるように係留する、浮体の係留装置であって、当該浮体の係留装置を水平面に投影した際に、前記浮体の中心から外側に向かって広がる形態で前記浮体に接続された対をなすアームと、前記浮体の中心をその中心とする円の前記アームにおける円周上の２点をそれぞれの一端として前記アームに接続される２本の係留索からなる係留索対が用いられ、前記２本の係留索は、それぞれが前記円の略接線となる形状とされ、前記２点を結ぶ直線を境界とした２つの側において同一の側に延びる形態とされたことを特徴とする。
この発明においては、係留索と浮体とが、アームを介して間接的に接続される。この際、浮体の中心をその中心とする円の接線となる形態に配置され緊張状態とされた２本の係留索からなる係留索対が用いられる。この２本の係留索の張力によって、浮体の鉛直軸の回りの回転運動に対する反発トルクが自動的に得られる構成となる。
本発明の請求項３に係る浮体の係留装置は、前記係留索対が３対以上用いられたことを特徴とする。
この発明においては、２本の係留索からなる係留索対が３対以上用いられる。
本発明の請求項４に係る浮体の係留装置において、前記係留索対における各係留索の他端は、同一のアンカーに接続されたことを特徴とする。
この発明においては、各係留索対における２本の係留索の他端は、共通のアンカーによって水底に固定される。従って、係留索対毎にアンカーが用いられる。
本発明の請求項５に係る浮体の係留装置において、前記係留索対における２本の係留索の一端は、側面視において、異なる高さに設定されたことを特徴とする。
この発明においては、各係留索対における２本の係留索の一端（係留索と浮体あるいはアームとの接続部）は、異なる高さとされる。
本発明の請求項６に係る浮体の係留装置は、複数の浮体を係留する、浮体の係留装置であって、隣接する浮体間において前記アンカーが共用されたことを特徴とする。
この発明においては、複数の浮体が係留される場合に、前記の構成で用いられたアンカーが、隣接する浮体間において共用される。
本発明の請求項７に係る浮体の係留装置は、前記浮体上に、風力発電装置が搭載されたことを特徴とする。
この発明においては、浮体上に風力発電装置が搭載され、洋上風力発電に使用される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の浮体の係留装置は以上のように構成されているので、略円筒形状の浮体の鉛直軸回りの回転を、円の略接線となる形態に配置された係留索により、有効に抑制することが可能となる。緊張係留方式で２本の係留索からなる係留索対を用いることにより、この抑制効果は顕著となる。また、係留索にはそれほど高い強度は要求されないため、係留装置を安価に提供することができる。
また、アームを用いれば、浮体の形状によらずこの回転抑制効果を更に高めることが可能である。
この際、係留索対を３対以上用いることによって、更に回転抑制効果を高く、かつ浮体の安定性を高めることが可能である。
また、係留索対における２本の係留索に対して共通するアンカーを使用する構成とすれば、上記の構成をアンカーの数を少なくして容易に実現することができる。
また、係留索対における２本の係留索の一端（浮体又はアームとの接続点）を異なる高さとすれば、例えば波浪や風等による浮体の中心軸の傾きを抑え、浮体の姿勢の安定化も図れる。
また、複数の浮体を係留する際に上記の構成を用いれば、隣接する浮体間でアンカーを共通化することができるため、アンカーの数を節約することができる。
また、浮体の回転が抑制されるため、浮体上に風力発電装置を搭載すれば、
支持基板となる浮体の鉛直軸回りの回転を抑制し、そのプロペラの向きの制御を正確に行うことが容易となる。このため、上記の構成は、洋上風力発電において特に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる浮体の係留装置の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。
【図２】第１の実施の形態における一つの係留索対の構成を示す図である。
【図３】従来の緊張係留方式の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態となる浮体の係留装置の構成を示す上面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態となる浮体の係留装置の構成を示す上面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態となる浮体の係留装置の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。
【図７】本発明の第５の実施の形態となる浮体の係留装置の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。
【図８】従来の浮体の係留装置の一例（テンションリグ方式）の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。
【図９】従来の浮体の係留装置の他の一例（カテナリー方式）の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態となる浮体の係留装置について説明する。この浮体は浮力をもち、海上（水上）に設けられ、複数の係留索の一端が接続される。複数の係留索の他端は、アンカーによって水底（海底）に固定される。この際、特に浮体の回転（鉛直軸回りの回転）が抑制される構成となる。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る浮体の係留装置の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。ここで、上面図（ａ）は、この浮体の係留装置を水平面上に投影した図となっている。図１において、浮体１００は、その中心軸が鉛直方向となるように設定された円筒形状（スパー型）であり、径の大きな浮体下部１０１と径の小さな浮体上部１０２とが同心とされて組み合わされて構成されている。浮体１００内部は密閉された空洞部となっているため、海中（海上）においては、浮力をもつ。標準状態（標準的な潮位でありかつ波浪の影響が無視できる状態）では、浮体下部１０１は海面９０よりも下側に位置し、少なくとも浮体上部１０２の頂部は海面９０よりも上側となるように設定されるが、海面９０における波や潮位の状況によって、これらと海面９０との位置関係は変動する。ただし、少なくとも浮体上部１０２の頂部は常に海面９０よりも上側となるように設定される。浮体１００には、複数の係留索１１０の一端が接続される。各係留索１１０の他端は、水中に設けられたアンカー１２０に接続されている。また、標準状態では各係留索１１０にかかる張力はほぼ零となるように設定される。このため、この係留は緊張係留方式の一種となる。この設定は、係留索１１０の長さ、アンカー１２０の固定位置等を調整することによって適宜行うことができる。係留索１１０は、係留索１１０を同数に設定した場合、テンションリグ方式よりは細く、カテナリー方式よりは太いものが選択される。このためテンションリグ方式に比べて、係留索１１０にかかるコストは安価なものとなる。
【００１８】
浮体１００の頂部には、風力発電装置本体２００が設置され、その頂部においてプロペラ２１０を回転させ、発電を行わせる。また、浮体下部１０１の下部には、浮体１００（プロペラ２１０）の姿勢を安定化させるために、バラストウェイト１７０が接続される。この際、風の向きは時間的に変化するため、プロペラ２１０をこの風の方向に向けることが必要であり、風力発電装置本体２００はこの制御を行う。この際に、その基体となっている浮体１００が鉛直方向を軸とした回転をした場合には、その制御を風の方向に追従させて行うことが困難となる。この浮体の係留装置においては、特にこの回転が抑制される。
【００１９】
浮体下部１０１の標準状態における同一の深さにおける６箇所（円筒形の円周上）には、６本の係留索１１０の一端がそれぞれ接続されている。このうち、隣接する２本の係留索１１０の他端は、海底９５において同一のアンカー１２０によって固定されている。アンカー１２０は、各係留索１１０の他端を海底９５に固定するために用いられ、海底９５に打ち込まれることによって固定されている。各アンカー１２０は、充分な重量をもつコンクリートや金属等で構成される。
【００２０】
ここで、図１（ａ）の上面図に示されるように、鉛直方向から見て、各係留索１１０は、浮体下部１０１の円周の接線方向となるように配置されている。図１に示されるように、一つのアンカー１２０に他端が接続された２本の係留索１１０を用いることによって特に容易に実現することができる。
【００２１】
ここで、右下のアンカー１２０に接続された２本の係留索１１０と浮体下部１０１（浮体１００）との関係を、図１（ａ）の上面図（水平面上の投影図）において示したのが図２である。２本の係留索１１０の一端は、それぞれ浮体下部１０１の円周上の点Ａ、Ｂに接続される。各係留索１１０は、点Ａ、Ｂにおける接線Ｌ１、Ｌ２の形態をなし配置されている。
【００２２】
この構成において、浮体下部１０１（浮体１００）においてその中心Ｃの回りの回転運動が生じた場合、この２本の係留索１１０のうちの一方が伸び、張力が働く。浮体下部１０１の半径をｒ、浮体下部１０１（浮体）の回転角度をΔθとした場合、下面図におけるこの伸びた側の係留索１１０の伸び量ΔＬは、（１）式で与えられる。
【００２３】
【数１】
【００２４】
フックの法則により、この場合に浮体下部１０１の接線方向における張力Ｔは、係留索１１０のばね係数をｋとすると（２）式で与えられ、この伸びにより発生するトルクＮは（３）式で与えられる。
【００２５】
【数２】
【数３】
【００２６】
ただし、図１の側面図（ｂ）に示されるように、実際には係留索１１０は海底３５から上側斜め方向に延びた形態とされる。このため、上記の構成における伸び量ΔＬ、張力の増加分Ｔは、この構成を水平面上に投影した場合の値である。
【００２７】
ここで、２本の係留索１１０の構成を図２の通りとすれば、浮体１００の回転方向によらず、釣り合い状態（標準状態）からの回転運動が生じた場合には、この回転運動に反発するトルクが、伸びた側の係留索１１０から発生する。縮んだ側の係留索１１０は緊張状態とはならないため、張力は零となり、これによるトルクも零となるため、浮体１００には、伸びた側の係留索１１０からのトルクＮのみが作用する。ここで、２本の係留索１１０からなる係留索対として作用させることにより、どちらの回転方向であっても、回転運動に反発するトルクを生じさせることができる。
【００２８】
従って、図２の構成においては、浮体１００に回転運動が生じた場合には、その回転運動に反発する逆向きのトルクが常に得られる。このため、この浮体下部１０１（浮体１００）の回転運動が抑制される。この構成は、浮体１００が円筒形状であるために特に容易に実現することができる。
【００２９】
なお、図１においては、各係留索１１０が図２における接線Ｌ１、Ｌ２の形態をなすように設定したが、各係留索１１０を図２におけるＬ３、Ｌ４（破線）の形態としても、同様の効果を奏することは明らかである。一方、各係留索１１０をそれぞれＬ１、Ｌ４の形態にした場合には上記の効果は図２中の左回りの回転に対してのみ有効であり右回りの回転に対しての束縛力が得られず、各係留索１１０を緊張状態とすることができない。各係留索１１０をそれぞれＬ２、Ｌ３の形態にした場合にはこの効果は図２中の右回りの回転に対してのみ有効であり、同様に各係留索１１０を緊張状態とすることができない。従って、この構成が有効であるのは、点Ａ、Ｂを結ぶ直線Ｍを境界とした２つの側において、２本の係留索１１０が同じ側に延びる場合においてのみである。すなわち、この構成をもつ２本の係留索１１０（係留索対）が用いられることによって、上記の効果を奏する。特に、係留索対における各係留索１１０が図２におけるＬ１、Ｌ２の形態をなすように設定すれば、これらの交差箇所にアンカー１２０を固定することにより、各係留索１１０の他端を単一のアンカー１２０に係止することができる。なお、浮体の回転を抑制するという目的のみに対しては、各係留索１１０は最少１対でも効果を出すことが可能である。また、浮体１００が厳密な円筒形状でなくとも、円筒形状に近い形状であれば同様の効果を奏することは明らかである。
【００３０】
図１においては、この係留索対が３対、円周上の３方向で用いられている。これにより、上記の効果を更に高めることができる。また、浮体１００は、水平面上の３方向から固定されるため、図８、９に記載の従来の係留方式と同様に、浮体１００の回転運動だけでなく、水平方向、垂直方向における移動も抑制することができる。これらの効果を高めるためには、より多くのアンカー１２０を浮体１００の周囲方向に設置し、これに応じてより多くの係留索１１０を同様に接続することが有効であることが明らかである。
【００３１】
これに対して、単純な従来の緊張係留方式における構成を、図１と同様に図３に示す。この場合には、３方向に放射状に延びた係留索１１０によって、浮体１００の水平方向の運動（浮遊）が抑制されることは明らかである。しかしながら、その上面図（図３（ａ））においては、浮体１００の回転方向（円周方向）と係留索１１０とのなす角度はほぼ垂直となるため、各係留索１１０の張力が浮体１００の回転運動に対して与える影響は極めて小さい。すなわち、図３の構成では、浮体の水平方向における移動は抑制されるが、その回転運動を抑制することは困難である。この点については、特許文献１〜３に記載の技術についても同様である。また、図３の従来の緊張係留方式においては、係留索１１０は３本であり、図１の第１の実施の形態においては６本を用いているが、安価な細い係留索を用いることができる。
【００３２】
従って、以上の構成により、支持基板となる浮体１００の鉛直軸回りの回転が抑制され、プロペラ２１０の向きを常に風の方向と一致させる制御を容易かつ精密に行うことが可能である。このため、風力発電装置本体２００において極めて効率的に発電を行うことが可能である。
【００３３】
また、前記の通り、標準状態では各係留索１１０には張力が働かず、これからのずれが生じた場合においてのみ張力が働く設定とされるため、この構成は緊張係留方式の一種である。従って、従来の緊張係留方式と同様に、カテナリー方式と比べて浮体１００の動揺も抑制される。このため、浮体１００の動揺が風力発電装置本体２００に与える悪影響も低減され、バラストウェイト１７０も小型のものを採用できる。
【００３４】
なお、上記の構成においては、浮体下部１０１を円筒形状とし、係留索１１０の延びる方向をその接線方向としたが、係留索１１０の張力によって浮体下部１０１の回転方向にトルクを加えることができる構成であれば、浮体の形状は任意である。両方向の回転に対して同様の抵抗力をもたせるためには、係留索対における各係留索と浮体との接続点が実質的に図２の構成となればよい。このためには、浮体の中心をその中心とする円の円周上となる２点に各係留索の一端が接続された構成とし、各係留索１１０がこの円の接線となるような構成とすればよい。各係留索の延びる方向も、厳密に接線方向とする必要はなく、回転運動に対する反発トルクが得られる限りにおいて、適宜設定できる。
【００３５】
また、浮体１００の水平方向の移動を抑制するためには、図３に示された従来の構成の係留索を用いることが有効であることは明らかである。従って、図１、２の構成に加え、図３に示されたような、浮体の中心から放射状となる形態の係留索も同時に用いることもできる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
異なる形態を用いて実質的に図１と同様の構成を実現することも可能である。図４は、第２の実施の形態の上面図である。ここで、側面図は第１の実施の形態とほぼ同様であるため、省略する。図１の例では、一つの係留索対（２本の係留索）に対して一つのアンカー１２０を用いたが、図４の例では、１本の係留索１１０に対して一つのアンカー１２０（１対の係留索対に対して二つのアンカー１２０）を用いている。この構成においても、係留索１１０と浮体１００の位置関係は図１と同様であるため、同様の効果を奏することは明らかである。この構成は、特に図２において２本の係留索１１０をＬ３、Ｌ４の形態とした場合に有効である。
【００３７】
この構成においては、係留索１１０の一端を浮体下部１０１（浮体１００）に接続する箇所の自由度が高くなる。図１の構成においては、浮体１００の標準位置とアンカー１２０の位置が決まった場合には、係留索１１０と浮体下部１０１の接続点の前記の円周上の位置は、係留索１１０が接線方向となるようにほぼ一義的に定まる。図４の構成においては、これとは逆に、この接続点の円周上の位置を設定してから各アンカー１２０の位置を決めることができる。すなわち、この接続点の位置とアンカー１２０の設置個所の設置の自由度が高くなる。
【００３８】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、浮体の回転運動に対する反発トルクを更に高めた構成である。図５（ａ）（ｂ）は、この構成の上面図であり、側面図は図１とほぼ同様となるため省略する。図５（ａ）は、浮体下部１０１が前記と同様の円筒形状（スパー型）である場合であり、図５（ｂ）は、浮体下部１０１が四角柱である場合である。
【００３９】
この構成においては、浮体下部１０１の表面に係留索１１０の一端を直接接続するのではなく、回転運動に対する反発トルクを高めるために、アーム１３０を介して接続している。各アーム１３０は、浮体下部１０１の中心から外側に向かって広がる形態とされ、ここでは、この中心から放射状とされる。このアーム１３０に接続される係留索１１０は、浮体１００の中心をその中心とする円のアーム１３０における円周上の２点をそれぞれの一端として接続されている。このため、各係留索対における係留索１１０の一端の構成は、図１、２と同様となる。これによって、（３）式におけるｒは、浮体下部１０１の半径とこのアーム１３０の長さの和となるため、反発トルクを大きくすることができる。
【００４０】
従って、浮体１００の回転運動を抑制するという効果は、第１の実施の形態と比べて更に大きくなる。また、係留索１１０が接続されるアンカー１３０の先端部が図２の構成となるように設定すればよいため、浮体１００の形状に関わらず図２の構成を容易に実現することができる。このため、浮体１００が円筒形状でない場合（図５（ｂ））には、この形態のアーム１３０を用いれば、図２と同様の構成を実現することができるため、特に好ましい。この際、係留索対毎に、図２における円の半径が異なる設定とすることも可能である。すなわち、全てのアーム１３０と係留索１１０との接続点を同一の円周上とする必要はない。各係留索対について図２の構成が成立していれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００４１】
また、第２の実施の形態と同様に、一つのアンカー１２０で２本の係留索１１０を固定する必要はなく、一つのアンカー１２０で１本の係留索１１０を固定する構成とすることも可能である。
【００４２】
なお、第１、第２の実施の形態における浮体下部１０１と係留索１１０との接続点と同様に、アーム１３０の取付箇所、長さは適宜設定が可能である。また、図１、２と実質的に同一の構成が実現できる限りにおいて、全ての係留索１１０に対してアーム１３０を用いる必要はなく、アーム１３０を介して一端を固定する係留索１１０と、浮体下部１０１に直接接続する係留索１１０を同時に用いることもできる。ただし、アーム１３０が長く、係留索１１０の一端と浮体１００の中心との間隔が長い方が回転運動の抑制効果は大きくなることは明らかである。
【００４３】
第１、第２の実施の形態のように、各係留索１１０の一端を浮体１００に直接接続することもできるが、このように間接的に接続することもできる。これにより、任意の形状の浮体に対して本発明を適用することができ、かつ回転に対する反発トルクを高めることができる。
【００４４】
（第４の実施の形態）
第３の実施の形態は、浮体下部１０１と係留索１１０の接続点の水平方向における位置をアーム１３０を用いて調整したものであるのに対し、第４の実施の形態においては、その鉛直方向における位置を調整することによって、浮体１００の運動を更に抑制する。図６は、この構成の上面図（ａ）、及び側面図（ｂ）である。
【００４５】
この構成においては、係留索対における２本の係留索１１０の一端と浮体下部１０１との接続点の鉛直方向における位置を異ならせている。この際、図６の上面図（ａ）に示されるように、水平方向の位置は、図１と同様であり、係留索１１０の延びる方向が浮体下部１０１の接線方向となる設定とされる。
【００４６】
このため、第１の実施の形態等と同様に、浮体１００の鉛直軸の回りの回転運動に対する反発トルクが係留索１１０によって得られ、浮体１００の回転運動が抑制される。
【００４７】
更に、２本の係留索１１０において、浮体下部１０１との接続点の鉛直方向における位置が異なる。このため、図１〜５の構成において浮体１００の鉛直軸の回りの回転に対して係留索１１０の張力が影響を及ぼすのと同様に、図６（ｂ）において矢印で示されるような鉛直面内の回転運動（鉛直線に対して垂直な方向の回りの回転運動）、特に図中に星印で示された浮体１００の中心（浮心）Ｋの回りの回転運動に対しても、各係留索１１０の張力が影響を及ぼす。すなわち、第１〜第３の実施の形態によって鉛直線の回りの回転運動に対する反発トルクが得られるのと同様に、鉛直面上における回転運動に対しても反発トルクが得られる。このため、浮体１００の回転運動を抑制し、波浪や風等による浮体１００の中心軸の傾きを抑え、かつその姿勢も安定化することができる。
【００４８】
なお、第４の実施の形態においても、アンカー１２０と係留索１１０を１対１の関係で設けること（第２の実施の形態）、アーム１３０を用いること（第３の実施の形態）は、前記と同様に行うことが可能であり、前記と同様の効果を得ることができることは明らかである。
【００４９】
（第５の実施の形態）
一般に、一つの場所においては複数の浮体が並べて用いられる場合が多い。第５の実施の形態は、浮体が複数配列して用いられる場合に対応する。図７は、この構成の上面図（ａ）、側面図（ｂ）であり、４つの浮体１００が配列されている。また、一つの浮体１００に対しては、４対の係留索対が４方向で用いられている。また、１対の係留索対に対しては一つのアンカー１２０が用いられている。
【００５０】
更に、図７の構成においては、隣接する浮体１００において、２個ずつのアンカー１２０が共用とされている。このため、浮体１００が４つ、係留索１１０が計３２本用いられているにも関わらず、アンカー１２０は１０個と少ない。すなわち、アンカー１２０の数を少なくすることができる。これにより、アンカー１２０を海底９５に固定する作業が容易となる。この際、全ての浮体１００に対して、前記と同様の効果が得られる。
【００５１】
なお、第１〜第５の実施の形態を適宜組み合わせた形態とする、あるいは、部分的に上記の技術を用いても同様の効果を奏することは明らかである。例えば、第５の実施の形態（図７）において一部の浮体１００に対する構成を第３の実施の形態（図３）や第４の実施の形態（図６）のようにしてもよい。
【００５２】
また、上記の例においては、アンカー１２０は海底９５中に打ち込まれて固定される構成としたが、実質的に上記の構成が実現できる限りにおいて、その固定方法は任意である。例えば、潮流等によって移動することのない充分に重いアンカー１２０を用いれば、実質的に固定されることとなり、これを海底９５上に載置するだけでも充分である。
【００５３】
また、上記の例では、海底９５が平坦であり、各アンカー１２０の深さが同一であるとしたが、海底９５が平坦でなく、各アンカー１２０の深さが異なった場合においても、同様の効果を奏することは明らかである。
【００５４】
また、上記の例では、浮体１００上に風力発電装置を搭載した場合について説明したが、その方向の制御が重要である機器を浮体１００上に搭載する場合には、本発明は同様に有効であることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
上記の浮体の係留装置は、上記の通り、海上の浮体を係留させる際に有効に用いられる。しかしながら、浮体係留させる際にその回転運動を抑制することが要求される場合においては、海上に限らず、湖沼や河川においても有効に用いられることは明らかである。
【符号の説明】
【００５６】
９０ 海面
９５ 海底
１００、１５０、１６０ 浮体
１０１、１５１、１６１ 浮体下部（浮体）
１０２、１５２、１６２ 浮体上部（浮体）
１１０ 係留索
１２０ アンカー
２００ 風力発電装置本体
２１０ プロペラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水上（海上）において浮体を係留させる係留装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
水上（海上）において、浮力をもつ浮体を係留させることが行われている。浮体は、航路における標識として船舶に利用されることもあり、その上に各種の設備が搭載されることにより標識以外の目的で使用されることもある。このため、浮体は、海の状況に関わらず常にその頂部が海上に突き出た形態とされる。こうした場合は、係留索の一端が浮体に接続され、この係留索の他端が海底で固定されることによって、浮体が係留される。この係留方式としては、例えば、（１）テンションリグ方式、（２）カテナリー係留方式、（３）緊張係留方式、の３種類の方式がある。
【０００３】
テンションリグ方式においては、水中に沈んだ浮体の浮力によって、常に係留索は伸び、張力がかかった状態とされる。特許文献１には、この一例を浮体橋脚に適用した構成が記載されている。図８は、この構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。ここで、係留索１１０は弾性力をもつ材料で構成される。各係留索１１０の一端は、浮体１５０側に接続される。各係留索１１０の他端は、海底９５においてアンカー１２０に係止される。アンカー１２０は、海底９５に打ち込まれることで固定されている。ただし、アンカー１２０を海底９５に打ち込まずに、その重量を大きくすることによって、実質的にアンカー１２０が海底９５において固定されたと同等の状態とすることにより、係留索１１０の他端が海底９５で固定された状況を実現することもできる。
【０００４】
この方式においては、合計１５本の係留索１１０を浮体１５０の端部と下部に接続して係留を行う。この場合には、浮体１５０は、矩形体部分１５１と円筒形部分１５２の組み合わせ形状となっており、係留索１１０の一端は、矩形体部分１５１の各角部と円筒形部分１５２の底面中心部に接続され、係留索１１０の他端は、海底９５に固定されたアンカー１２０に係止される。この際、各係留索１１０は、水中にある矩形体部分１５１と円筒形部分１５２の浮力によって引っ張られ、常に強い張力がかかった状態とされる。この構造によって、水深が深い場合においても、浮体橋脚の浮遊を強く抑制して係留させることができる。ただし、浮体１５０自身の動揺に対する抑制効果は低く、かつ係留索１１０には非常に強い張力が常時働くため、係留索１１０には高い強度と耐久性が要求される。
【０００５】
カテナリー方式は、これとは異なり、潮位の変動、波、潮流等による浮体の移動を許容する方式である。図９は、特許文献２に記載されたこの係留方式の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。この方式は、浮体１６０に風力発電装置を搭載して洋上風力発電を行うために用いられ、風力発電装置の動揺を低減するための構成が採用されている。ここでは、浮体１６０における浮体下部１６１にバラストウェイト１７０が接続され、浮体１６０の周囲３箇所にそれぞれ係留索１１０の一端が接続される。係留索１１０の他端は、図８と同様に海底に設けられたアンカー１２０に係止される。ここでは、係留索１１０には張力が働かない弛んだ状態とされる。浮体上部１６２の頂部には、風力発電装置本体２００が設置され、その頂部においてプロペラ２１０を回転させ、発電を行わせる。この構成においては、テンションリグ方式と比べて浮体１６０は浮遊しやすくなるものの、係留索１１０には高い強度は要求されない。また、特許文献２の浮体式洋上発電装置は、従来の浮体を用いた洋上風力発電装置に比べて、バランスウェイト１７０の作用によりその動揺は低減されるため、浮体上部１６２上に搭載された風力発電装置（風力発電装置本体２００）への悪影響を低減することが可能となる。洋上風力発電は、陸上風力発電と比べて、風速が高く安定しているという利点があるため、この構成によって高い発電効率を得ることが可能である。カテナリー方式は、こうした洋上風力発電に好ましい方式である。
【０００６】
なお、カテナリー方式においても、図８のテンションリグ方式と同様に、多数本の係留索を用いた構成が可能である。特許文献３には、この構成において、複数の係留索の他端（海底側）を、単一のアンカーに係止させた構成が記載されている。
【０００７】
緊張係留方式は、上記のテンションリグ方式とカテナリー方式の中間的な係留方式である。緊張係留方式の場合には、例えば、図８における係留索１１０の長さを、浮体が標準的な潮位で波が無視できる状態の海面で自由に浮かんだ状態（標準状態）において弱い張力がかかる程度とする。これにより、潮位の変動や波が発生した場合にのみ強い張力が働くため、テンションリグ方式と比べると、浮体の浮遊に対する自由度が大きい。このため、標準状態からの変動があった場合においてのみ強い張力が働くため、係留索にはそれほど高い強度は要求されず、カテナリー係留方式よりは動揺も少ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１５８０１４号公報
【特許文献２】特開２００２−１８８５５７号公報
【特許文献３】実開昭６３−１１７６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に記載されたように、浮体上に風力発電装置を搭載する場合には、その動揺を低減することは重要である。しかしながら、風力発電を安定に行うためには、発電に用いるプロペラの方向が常に風の方向を向くということも必要である。このためには、プロペラの向きを正確に制御する動作が必要であり、その支持基板となる浮体が鉛直軸回りに回転することを抑制することが必要である。
【００１０】
特許文献２、３に記載の技術においては、この回転運動を抑制する方向に力が加わる構成とはされていないため、この回転を抑制することは困難である。特許文献１に記載の技術においては、矩形体部分１５１の４つの角部に係留索１１０が接続されているために、これよりは回転運動に対する抵抗力がある。しかしながら、係留索１１０は、浮体１５０の中心から放射状の形態とされるため、係留索１１０の張力が鉛直軸回りの回転を抑制するトルクとして寄与する分はごくわずかである。すなわち、特許文献１の構成においても、浮体の回転を抑制する作用は極めて小さい。こうした状況は、浮体が特に回転しやすい形状である場合、例えば、円筒形状（スパー型）の場合には、特に顕著である。
【００１１】
従って、従来の係留装置においては、浮体の鉛直軸回りの回転を抑制することは困難であった。
【００１２】
本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明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】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の請求項１に係る浮体の係留装置は、略円筒形状の浮体を、一端が前記浮体に接続され他端が水中に設けられたアンカーに接続された複数の係留索を用いた緊張係留方式を用いて、前記略円筒形状の浮体の中心軸が略鉛直方向となるように係留する、浮体の係留装置であって、当該浮体の係留装置を水平面に投影した際に、前記略円筒形状における円の円周上の２点をそれぞれの一端として接続される２本の係留索からなる係留索対が用いられ、前記２本の係留索は、それぞれが前記円の略接線となる形状とされ、前記２点を結ぶ直線を境界とした２つの側において同一の側に延びる形態とされたことを特徴とする。
この発明においては、略円筒形状の浮体における円の接線となる形態で緊張状態とされた２本の係留索からなる係留索対が用いられる。この２本の係留索の張力によって、浮体の中心軸の回りの回転運動に対する反発トルクが自動的に得られる構成となる。
本発明の請求項２に係る浮体の係留装置は、浮体を、一端が間接的に前記浮体に接続され他端が水中に設けられたアンカーに接続された複数の係留索を用いた緊張係留方式を用いて、前記浮体の中心軸が略鉛直方向となるように係留する、浮体の係留装置であって、当該浮体の係留装置を水平面に投影した際に、前記浮体の中心から外側に向かって広がる形態で前記浮体に接続された対をなすアームと、前記浮体の中心をその中心とする円の前記アームにおける円周上の２点をそれぞれの一端として前記アームに接続される２本の係留索からなる係留索対が用いられ、前記２本の係留索は、それぞれが前記円の略接線となる形状とされ、前記２点を結ぶ直線を境界とした２つの側において同一の側に延びる形態とされたことを特徴とする。
この発明においては、係留索と浮体とが、アームを介して間接的に接続される。この際、浮体の中心をその中心とする円の接線となる形態に配置され緊張状態とされた２本の係留索からなる係留索対が用いられる。この２本の係留索の張力によって、浮体の鉛直軸の回りの回転運動に対する反発トルクが自動的に得られる構成となる。
本発明の請求項３に係る浮体の係留装置は、前記係留索対が３対以上用いられたことを特徴とする。
この発明においては、２本の係留索からなる係留索対が３対以上用いられる。
本発明の請求項４に係る浮体の係留装置において、前記係留索対における各係留索の他端は、同一のアンカーに接続されたことを特徴とする。
この発明においては、各係留索対における２本の係留索の他端は、共通のアンカーによって水底に固定される。従って、係留索対毎にアンカーが用いられる。
本発明の請求項５に係る浮体の係留装置において、前記係留索対における２本の係留索の一端は、側面視において、異なる高さに設定されたことを特徴とする。
この発明においては、各係留索対における２本の係留索の一端（係留索と浮体あるいはアームとの接続部）は、異なる高さとされる。
本発明の請求項６に係る浮体の係留装置は、複数の浮体を係留する、浮体の係留装置であって、隣接する浮体間において前記アンカーが共用されたことを特徴とする。
この発明においては、複数の浮体が係留される場合に、前記の構成で用いられたアンカーが、隣接する浮体間において共用される。
本発明の請求項７に係る浮体の係留装置は、前記浮体上に、風力発電装置が搭載されたことを特徴とする。
この発明においては、浮体上に風力発電装置が搭載され、洋上風力発電に使用される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の浮体の係留装置は以上のように構成されているので、略円筒形状の浮体の鉛直軸回りの回転を、円の略接線となる形態に配置された係留索により、有効に抑制することが可能となる。緊張係留方式で２本の係留索からなる係留索対を用いることにより、この抑制効果は顕著となる。また、係留索にはそれほど高い強度は要求されないため、係留装置を安価に提供することができる。
また、アームを用いれば、浮体の形状によらずこの回転抑制効果を更に高めることが可能である。
この際、係留索対を３対以上用いることによって、更に回転抑制効果を高く、かつ浮体の安定性を高めることが可能である。
また、係留索対における２本の係留索に対して共通するアンカーを使用する構成とすれば、上記の構成をアンカーの数を少なくして容易に実現することができる。
また、係留索対における２本の係留索の一端（浮体又はアームとの接続点）を異なる高さとすれば、例えば波浪や風等による浮体の中心軸の傾きを抑え、浮体の姿勢の安定化も図れる。
また、複数の浮体を係留する際に上記の構成を用いれば、隣接する浮体間でアンカーを共通化することができるため、アンカーの数を節約することができる。
また、浮体の回転が抑制されるため、浮体上に風力発電装置を搭載すれば、
支持基板となる浮体の鉛直軸回りの回転を抑制し、そのプロペラの向きの制御を正確に行うことが容易となる。このため、上記の構成は、洋上風力発電において特に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる浮体の係留装置の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。
【図２】第１の実施の形態における一つの係留索対の構成を示す図である。
【図３】従来の緊張係留方式の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態となる浮体の係留装置の構成を示す上面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態となる浮体の係留装置の構成を示す上面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態となる浮体の係留装置の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。
【図７】本発明の第５の実施の形態となる浮体の係留装置の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。
【図８】従来の浮体の係留装置の一例（テンションリグ方式）の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。
【図９】従来の浮体の係留装置の他の一例（カテナリー方式）の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態となる浮体の係留装置について説明する。この浮体は浮力をもち、海上（水上）に設けられ、複数の係留索の一端が接続される。複数の係留索の他端は、アンカーによって水底（海底）に固定される。この際、特に浮体の回転（鉛直軸回りの回転）が抑制される構成となる。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る浮体の係留装置の構成を示す上面図（ａ）、側面図（ｂ）である。ここで、上面図（ａ）は、この浮体の係留装置を水平面上に投影した図となっている。図１において、浮体１００は、その中心軸が鉛直方向となるように設定された円筒形状（スパー型）であり、径の大きな浮体下部１０１と径の小さな浮体上部１０２とが同心とされて組み合わされて構成されている。浮体１００内部は密閉された空洞部となっているため、海中（海上）においては、浮力をもつ。標準状態（標準的な潮位でありかつ波浪の影響が無視できる状態）では、浮体下部１０１は海面９０よりも下側に位置し、少なくとも浮体上部１０２の頂部は海面９０よりも上側となるように設定されるが、海面９０における波や潮位の状況によって、これらと海面９０との位置関係は変動する。ただし、少なくとも浮体上部１０２の頂部は常に海面９０よりも上側となるように設定される。浮体１００には、複数の係留索１１０の一端が接続される。各係留索１１０の他端は、水中に設けられたアンカー１２０に接続されている。また、標準状態では各係留索１１０にかかる張力はほぼ零となるように設定される。このため、この係留は緊張係留方式の一種となる。この設定は、係留索１１０の長さ、アンカー１２０の固定位置等を調整することによって適宜行うことができる。係留索１１０は、係留索１１０を同数に設定した場合、テンションリグ方式よりは細く、カテナリー方式よりは太いものが選択される。このためテンションリグ方式に比べて、係留索１１０にかかるコストは安価なものとなる。
【００１８】
浮体１００の頂部には、風力発電装置本体２００が設置され、その頂部においてプロペラ２１０を回転させ、発電を行わせる。また、浮体下部１０１の下部には、浮体１００（プロペラ２１０）の姿勢を安定化させるために、バラストウェイト１７０が接続される。この際、風の向きは時間的に変化するため、プロペラ２１０をこの風の方向に向けることが必要であり、風力発電装置本体２００はこの制御を行う。この際に、その基体となっている浮体１００が鉛直方向を軸とした回転をした場合には、その制御を風の方向に追従させて行うことが困難となる。この浮体の係留装置においては、特にこの回転が抑制される。
【００１９】
浮体下部１０１の標準状態における同一の深さにおける６箇所（円筒形の円周上）には、６本の係留索１１０の一端がそれぞれ接続されている。このうち、隣接する２本の係留索１１０の他端は、海底９５において同一のアンカー１２０によって固定されている。アンカー１２０は、各係留索１１０の他端を海底９５に固定するために用いられ、海底９５に打ち込まれることによって固定されている。各アンカー１２０は、充分な重量をもつコンクリートや金属等で構成される。
【００２０】
ここで、図１（ａ）の上面図に示されるように、鉛直方向から見て、各係留索１１０は、浮体下部１０１の円周の接線方向となるように配置されている。図１に示されるように、一つのアンカー１２０に他端が接続された２本の係留索１１０を用いることによって特に容易に実現することができる。
【００２１】
ここで、右下のアンカー１２０に接続された２本の係留索１１０と浮体下部１０１（浮体１００）との関係を、図１（ａ）の上面図（水平面上の投影図）において示したのが図２である。２本の係留索１１０の一端は、それぞれ浮体下部１０１の円周上の点Ａ、Ｂに接続される。各係留索１１０は、点Ａ、Ｂにおける接線Ｌ１、Ｌ２の形態をなし配置されている。
【００２２】
この構成において、浮体下部１０１（浮体１００）においてその中心Ｃの回りの回転運動が生じた場合、この２本の係留索１１０のうちの一方が伸び、張力が働く。浮体下部１０１の半径をｒ、浮体下部１０１（浮体）の回転角度をΔθとした場合、下面図におけるこの伸びた側の係留索１１０の伸び量ΔＬは、（１）式で与えられる。
【００２３】
【数１】
【００２４】
フックの法則により、この場合に浮体下部１０１の接線方向における張力Ｔは、係留索１１０のばね係数をｋとすると（２）式で与えられ、この伸びにより発生するトルクＮは（３）式で与えられる。
【００２５】
【数２】
【数３】
【００２６】
ただし、図１の側面図（ｂ）に示されるように、実際には係留索１１０は海底３５から上側斜め方向に延びた形態とされる。このため、上記の構成における伸び量ΔＬ、張力の増加分Ｔは、この構成を水平面上に投影した場合の値である。
【００２７】
ここで、２本の係留索１１０の構成を図２の通りとすれば、浮体１００の回転方向によらず、釣り合い状態（標準状態）からの回転運動が生じた場合には、この回転運動に反発するトルクが、伸びた側の係留索１１０から発生する。縮んだ側の係留索１１０は緊張状態とはならないため、張力は零となり、これによるトルクも零となるため、浮体１００には、伸びた側の係留索１１０からのトルクＮのみが作用する。ここで、２本の係留索１１０からなる係留索対として作用させることにより、どちらの回転方向であっても、回転運動に反発するトルクを生じさせることができる。
【００２８】
従って、図２の構成においては、浮体１００に回転運動が生じた場合には、その回転運動に反発する逆向きのトルクが常に得られる。このため、この浮体下部１０１（浮体１００）の回転運動が抑制される。この構成は、浮体１００が円筒形状であるために特に容易に実現することができる。
【００２９】
なお、図１においては、各係留索１１０が図２における接線Ｌ１、Ｌ２の形態をなすように設定したが、各係留索１１０を図２におけるＬ３、Ｌ４（破線）の形態としても、同様の効果を奏することは明らかである。一方、各係留索１１０をそれぞれＬ１、Ｌ４の形態にした場合には上記の効果は図２中の左回りの回転に対してのみ有効であり右回りの回転に対しての束縛力が得られず、各係留索１１０を緊張状態とすることができない。各係留索１１０をそれぞれＬ２、Ｌ３の形態にした場合にはこの効果は図２中の右回りの回転に対してのみ有効であり、同様に各係留索１１０を緊張状態とすることができない。従って、この構成が有効であるのは、点Ａ、Ｂを結ぶ直線Ｍを境界とした２つの側において、２本の係留索１１０が同じ側に延びる場合においてのみである。すなわち、この構成をもつ２本の係留索１１０（係留索対）が用いられることによって、上記の効果を奏する。特に、係留索対における各係留索１１０が図２におけるＬ１、Ｌ２の形態をなすように設定すれば、これらの交差箇所にアンカー１２０を固定することにより、各係留索１１０の他端を単一のアンカー１２０に係止することができる。なお、浮体の回転を抑制するという目的のみに対しては、各係留索１１０は最少１対でも効果を出すことが可能である。また、浮体１００が厳密な円筒形状でなくとも、円筒形状に近い形状であれば同様の効果を奏することは明らかである。
【００３０】
図１においては、この係留索対が３対、円周上の３方向で用いられている。これにより、上記の効果を更に高めることができる。また、浮体１００は、水平面上の３方向から固定されるため、図８、９に記載の従来の係留方式と同様に、浮体１００の回転運動だけでなく、水平方向、垂直方向における移動も抑制することができる。これらの効果を高めるためには、より多くのアンカー１２０を浮体１００の周囲方向に設置し、これに応じてより多くの係留索１１０を同様に接続することが有効であることが明らかである。
【００３１】
これに対して、単純な従来の緊張係留方式における構成を、図１と同様に図３に示す。この場合には、３方向に放射状に延びた係留索１１０によって、浮体１００の水平方向の運動（浮遊）が抑制されることは明らかである。しかしながら、その上面図（図３（ａ））においては、浮体１００の回転方向（円周方向）と係留索１１０とのなす角度はほぼ垂直となるため、各係留索１１０の張力が浮体１００の回転運動に対して与える影響は極めて小さい。すなわち、図３の構成では、浮体の水平方向における移動は抑制されるが、その回転運動を抑制することは困難である。この点については、特許文献１〜３に記載の技術についても同様である。また、図３の従来の緊張係留方式においては、係留索１１０は３本であり、図１の第１の実施の形態においては６本を用いているが、安価な細い係留索を用いることができる。
【００３２】
従って、以上の構成により、支持基板となる浮体１００の鉛直軸回りの回転が抑制され、プロペラ２１０の向きを常に風の方向と一致させる制御を容易かつ精密に行うことが可能である。このため、風力発電装置本体２００において極めて効率的に発電を行うことが可能である。
【００３３】
また、前記の通り、標準状態では各係留索１１０には張力が働かず、これからのずれが生じた場合においてのみ張力が働く設定とされるため、この構成は緊張係留方式の一種である。従って、従来の緊張係留方式と同様に、カテナリー方式と比べて浮体１００の動揺も抑制される。このため、浮体１００の動揺が風力発電装置本体２００に与える悪影響も低減され、バラストウェイト１７０も小型のものを採用できる。
【００３４】
なお、上記の構成においては、浮体下部１０１を円筒形状とし、係留索１１０の延びる方向をその接線方向としたが、係留索１１０の張力によって浮体下部１０１の回転方向にトルクを加えることができる構成であれば、浮体の形状は任意である。両方向の回転に対して同様の抵抗力をもたせるためには、係留索対における各係留索と浮体との接続点が実質的に図２の構成となればよい。このためには、浮体の中心をその中心とする円の円周上となる２点に各係留索の一端が接続された構成とし、各係留索１１０がこの円の接線となるような構成とすればよい。各係留索の延びる方向も、厳密に接線方向とする必要はなく、回転運動に対する反発トルクが得られる限りにおいて、適宜設定できる。
【００３５】
また、浮体１００の水平方向の移動を抑制するためには、図３に示された従来の構成の係留索を用いることが有効であることは明らかである。従って、図１、２の構成に加え、図３に示されたような、浮体の中心から放射状となる形態の係留索も同時に用いることもできる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
異なる形態を用いて実質的に図１と同様の構成を実現することも可能である。図４は、第２の実施の形態の上面図である。ここで、側面図は第１の実施の形態とほぼ同様であるため、省略する。図１の例では、一つの係留索対（２本の係留索）に対して一つのアンカー１２０を用いたが、図４の例では、１本の係留索１１０に対して一つのアンカー１２０（１対の係留索対に対して二つのアンカー１２０）を用いている。この構成においても、係留索１１０と浮体１００の位置関係は図１と同様であるため、同様の効果を奏することは明らかである。この構成は、特に図２において２本の係留索１１０をＬ３、Ｌ４の形態とした場合に有効である。
【００３７】
この構成においては、係留索１１０の一端を浮体下部１０１（浮体１００）に接続する箇所の自由度が高くなる。図１の構成においては、浮体１００の標準位置とアンカー１２０の位置が決まった場合には、係留索１１０と浮体下部１０１の接続点の前記の円周上の位置は、係留索１１０が接線方向となるようにほぼ一義的に定まる。図４の構成においては、これとは逆に、この接続点の円周上の位置を設定してから各アンカー１２０の位置を決めることができる。すなわち、この接続点の位置とアンカー１２０の設置個所の設置の自由度が高くなる。
【００３８】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、浮体の回転運動に対する反発トルクを更に高めた構成である。図５（ａ）（ｂ）は、この構成の上面図であり、側面図は図１とほぼ同様となるため省略する。図５（ａ）は、浮体下部１０１が前記と同様の円筒形状（スパー型）である場合であり、図５（ｂ）は、浮体下部１０１が四角柱である場合である。
【００３９】
この構成においては、浮体下部１０１の表面に係留索１１０の一端を直接接続するのではなく、回転運動に対する反発トルクを高めるために、アーム１３０を介して接続している。各アーム１３０は、浮体下部１０１の中心から外側に向かって広がる形態とされ、ここでは、この中心から放射状とされる。このアーム１３０に接続される係留索１１０は、浮体１００の中心をその中心とする円のアーム１３０における円周上の２点をそれぞれの一端として接続されている。このため、各係留索対における係留索１１０の一端の構成は、図１、２と同様となる。これによって、（３）式におけるｒは、浮体下部１０１の半径とこのアーム１３０の長さの和となるため、反発トルクを大きくすることができる。
【００４０】
従って、浮体１００の回転運動を抑制するという効果は、第１の実施の形態と比べて更に大きくなる。また、係留索１１０が接続されるアンカー１３０の先端部が図２の構成となるように設定すればよいため、浮体１００の形状に関わらず図２の構成を容易に実現することができる。このため、浮体１００が円筒形状でない場合（図５（ｂ））には、この形態のアーム１３０を用いれば、図２と同様の構成を実現することができるため、特に好ましい。この際、係留索対毎に、図２における円の半径が異なる設定とすることも可能である。すなわち、全てのアーム１３０と係留索１１０との接続点を同一の円周上とする必要はない。各係留索対について図２の構成が成立していれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００４１】
また、第２の実施の形態と同様に、一つのアンカー１２０で２本の係留索１１０を固定する必要はなく、一つのアンカー１２０で１本の係留索１１０を固定する構成とすることも可能である。
【００４２】
なお、第１、第２の実施の形態における浮体下部１０１と係留索１１０との接続点と同様に、アーム１３０の取付箇所、長さは適宜設定が可能である。また、図１、２と実質的に同一の構成が実現できる限りにおいて、全ての係留索１１０に対してアーム１３０を用いる必要はなく、アーム１３０を介して一端を固定する係留索１１０と、浮体下部１０１に直接接続する係留索１１０を同時に用いることもできる。ただし、アーム１３０が長く、係留索１１０の一端と浮体１００の中心との間隔が長い方が回転運動の抑制効果は大きくなることは明らかである。
【００４３】
第１、第２の実施の形態のように、各係留索１１０の一端を浮体１００に直接接続することもできるが、このように間接的に接続することもできる。これにより、任意の形状の浮体に対して本発明を適用することができ、かつ回転に対する反発トルクを高めることができる。
【００４４】
（第４の実施の形態）
第３の実施の形態は、浮体下部１０１と係留索１１０の接続点の水平方向における位置をアーム１３０を用いて調整したものであるのに対し、第４の実施の形態においては、その鉛直方向における位置を調整することによって、浮体１００の運動を更に抑制する。図６は、この構成の上面図（ａ）、及び側面図（ｂ）である。
【００４５】
この構成においては、係留索対における２本の係留索１１０の一端と浮体下部１０１との接続点の鉛直方向における位置を異ならせている。この際、図６の上面図（ａ）に示されるように、水平方向の位置は、図１と同様であり、係留索１１０の延びる方向が浮体下部１０１の接線方向となる設定とされる。
【００４６】
このため、第１の実施の形態等と同様に、浮体１００の鉛直軸の回りの回転運動に対する反発トルクが係留索１１０によって得られ、浮体１００の回転運動が抑制される。
【００４７】
更に、２本の係留索１１０において、浮体下部１０１との接続点の鉛直方向における位置が異なる。このため、図１〜５の構成において浮体１００の鉛直軸の回りの回転に対して係留索１１０の張力が影響を及ぼすのと同様に、図６（ｂ）において矢印で示されるような鉛直面内の回転運動（鉛直線に対して垂直な方向の回りの回転運動）、特に図中に星印で示された浮体１００の中心（浮心）Ｋの回りの回転運動に対しても、各係留索１１０の張力が影響を及ぼす。すなわち、第１〜第３の実施の形態によって鉛直線の回りの回転運動に対する反発トルクが得られるのと同様に、鉛直面上における回転運動に対しても反発トルクが得られる。このため、浮体１００の回転運動を抑制し、波浪や風等による浮体１００の中心軸の傾きを抑え、かつその姿勢も安定化することができる。
【００４８】
なお、第４の実施の形態においても、アンカー１２０と係留索１１０を１対１の関係で設けること（第２の実施の形態）、アーム１３０を用いること（第３の実施の形態）は、前記と同様に行うことが可能であり、前記と同様の効果を得ることができることは明らかである。
【００４９】
（第５の実施の形態）
一般に、一つの場所においては複数の浮体が並べて用いられる場合が多い。第５の実施の形態は、浮体が複数配列して用いられる場合に対応する。図７は、この構成の上面図（ａ）、側面図（ｂ）であり、４つの浮体１００が配列されている。また、一つの浮体１００に対しては、４対の係留索対が４方向で用いられている。また、１対の係留索対に対しては一つのアンカー１２０が用いられている。
【００５０】
更に、図７の構成においては、隣接する浮体１００において、２個ずつのアンカー１２０が共用とされている。このため、浮体１００が４つ、係留索１１０が計３２本用いられているにも関わらず、アンカー１２０は１０個と少ない。すなわち、アンカー１２０の数を少なくすることができる。これにより、アンカー１２０を海底９５に固定する作業が容易となる。この際、全ての浮体１００に対して、前記と同様の効果が得られる。
【００５１】
なお、第１〜第５の実施の形態を適宜組み合わせた形態とする、あるいは、部分的に上記の技術を用いても同様の効果を奏することは明らかである。例えば、第５の実施の形態（図７）において一部の浮体１００に対する構成を第３の実施の形態（図３）や第４の実施の形態（図６）のようにしてもよい。
【００５２】
また、上記の例においては、アンカー１２０は海底９５中に打ち込まれて固定される構成としたが、実質的に上記の構成が実現できる限りにおいて、その固定方法は任意である。例えば、潮流等によって移動することのない充分に重いアンカー１２０を用いれば、実質的に固定されることとなり、これを海底９５上に載置するだけでも充分である。
【００５３】
また、上記の例では、海底９５が平坦であり、各アンカー１２０の深さが同一であるとしたが、海底９５が平坦でなく、各アンカー１２０の深さが異なった場合においても、同様の効果を奏することは明らかである。
【００５４】
また、上記の例では、浮体１００上に風力発電装置を搭載した場合について説明したが、その方向の制御が重要である機器を浮体１００上に搭載する場合には、本発明は同様に有効であることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
上記の浮体の係留装置は、上記の通り、海上の浮体を係留させる際に有効に用いられる。しかしながら、浮体係留させる際にその回転運動を抑制することが要求される場合においては、海上に限らず、湖沼や河川においても有効に用いられることは明らかである。
【符号の説明】
【００５６】
９０ 海面
９５ 海底
１００、１５０、１６０ 浮体
１０１、１５１、１６１ 浮体下部（浮体）
１０２、１５２、１６２ 浮体上部（浮体）
１１０ 係留索
１２０ アンカー
２００ 風力発電装置本体
２１０ プロペラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形状の浮体を、一端が前記浮体に接続され他端が水中に設けられたアンカーに接続された複数の係留索を用いた緊張係留方式を用いて、前記略円筒形状の浮体の中心軸が略鉛直方向となるように係留する、浮体の係留装置であって、
当該浮体の係留装置を水平面に投影した際に、
前記略円筒形状における円の円周上の２点をそれぞれの一端として接続される２本の係留索からなる係留索対が用いられ、
前記２本の係留索は、それぞれが前記円の略接線となる形状とされ、前記２点を結ぶ直線を境界とした２つの側において同一の側に延びる形態とされたことを特徴とする、浮体の係留装置。
【請求項２】
浮体を、一端が間接的に前記浮体に接続され他端が水中に設けられたアンカーに接続された複数の係留索を用いた緊張係留方式を用いて、前記浮体の中心軸が略鉛直方向となるように係留する、浮体の係留装置であって、
当該浮体の係留装置を水平面に投影した際に、
前記浮体の中心から外側に向かって広がる形態で前記浮体に接続された対をなすアームと、
前記浮体の中心をその中心とする円の前記アームにおける円周上の２点をそれぞれの一端として前記アームに接続される２本の係留索からなる係留索対が用いられ、
前記２本の係留索は、それぞれが前記円の略接線となる形状とされ、前記２点を結ぶ直線を境界とした２つの側において同一の側に延びる形態とされたことを特徴とする、浮体の係留装置。
【請求項３】
前記係留索対が３対以上用いられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の、浮体の係留装置。
【請求項４】
前記係留索対における各係留索の他端は、同一のアンカーに接続されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の、浮体の係留装置。
【請求項５】
前記係留索対における２本の係留索の一端は、側面視において、異なる高さに設定されたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の、浮体の係留装置。
【請求項６】
複数の浮体を係留する、浮体の係留装置であって、
隣接する浮体間において前記アンカーが共用されたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の、浮体の係留装置。
【請求項７】
前記浮体上に、風力発電装置が搭載されたことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の、浮体の係留装置。
【請求項１】
略円筒形状の浮体を、一端が前記浮体に接続され他端が水中に設けられたアンカーに接続された複数の係留索を用いた緊張係留方式を用いて、前記略円筒形状の浮体の中心軸が略鉛直方向となるように係留する、浮体の係留装置であって、
当該浮体の係留装置を水平面に投影した際に、
前記略円筒形状における円の円周上の２点をそれぞれの一端として接続される２本の係留索からなる係留索対が用いられ、
前記２本の係留索は、それぞれが前記円の略接線となる形状とされ、前記２点を結ぶ直線を境界とした２つの側において同一の側に延びる形態とされたことを特徴とする、浮体の係留装置。
【請求項２】
浮体を、一端が間接的に前記浮体に接続され他端が水中に設けられたアンカーに接続された複数の係留索を用いた緊張係留方式を用いて、前記浮体の中心軸が略鉛直方向となるように係留する、浮体の係留装置であって、
当該浮体の係留装置を水平面に投影した際に、
前記浮体の中心から外側に向かって広がる形態で前記浮体に接続された対をなすアームと、
前記浮体の中心をその中心とする円の前記アームにおける円周上の２点をそれぞれの一端として前記アームに接続される２本の係留索からなる係留索対が用いられ、
前記２本の係留索は、それぞれが前記円の略接線となる形状とされ、前記２点を結ぶ直線を境界とした２つの側において同一の側に延びる形態とされたことを特徴とする、浮体の係留装置。
【請求項３】
前記係留索対が３対以上用いられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の、浮体の係留装置。
【請求項４】
前記係留索対における各係留索の他端は、同一のアンカーに接続されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の、浮体の係留装置。
【請求項５】
前記係留索対における２本の係留索の一端は、側面視において、異なる高さに設定されたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の、浮体の係留装置。
【請求項６】
複数の浮体を係留する、浮体の係留装置であって、
隣接する浮体間において前記アンカーが共用されたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の、浮体の係留装置。
【請求項７】
前記浮体上に、風力発電装置が搭載されたことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の、浮体の係留装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２４５８７９（Ｐ２０１１−２４５８７９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１７５３８（Ｐ２０１０−１１７５３８）
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（５０１２０４５２５）独立行政法人海上技術安全研究所 (185)
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（５０１２０４５２５）独立行政法人海上技術安全研究所 (185)
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