【手続補正書】
【提出日】令和2年12月4日(2020.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に搭載されて液体を前記液体よりも上方に高さを有した空間を残して収納する平面視した形状が円環状の液体収納手段と、前記液体に旋回流を発生させる旋回流発生手段と、前記旋回流発生手段を制御する旋回流制御手段とを備え、前記旋回流を制御することにより前記構造物の揺動を低減することを特徴とする旋回流を利用した減揺装置。
【請求項２】
前記旋回流制御手段が、前記旋回流の速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の旋回流を利用した減揺装置。
【請求項３】
前記液体の供給と回収を行なう液体供給・回収手段を備え、前記液体供給・回収手段で前記液体収納手段の中に収納した前記液体の量を増減することにより前記空間の前記高さを調節することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の旋回流を利用した減揺装置。
【請求項４】
前記旋回流発生手段が、前記液体供給・回収手段を兼ねたことを特徴とする請求項３に記載の旋回流を利用した減揺装置。
【請求項５】
前記液体収納手段に天板と、前記天板を昇降させる昇降手段を備え、前記昇降手段による前記天板の昇降により前記空間の前記高さを調節することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の旋回流を利用した減揺装置。
【請求項６】
前記空間の前記高さをｈｃ、前記液体収納手段の底面から前記液体の液面までの高さをｈｗとした場合に、（ｈｃ+ｈｗ）／ｈｗを１を超え１．６以下に設定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の旋回流を利用した減揺装置。
【請求項７】
前記構造物の揺動を検出する揺動検出手段を備え、前記揺動検出手段で検出した前記構造物の揺動の大小に応じて前記旋回流を制御することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の旋回流を利用した減揺装置。
【請求項８】
前記旋回流制御手段が、前記旋回流が前記液体収納手段の上面、又は前記天板と接触する寸法を所定の範囲になるように前記旋回流を制御することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の旋回流を利用した減揺装置。
【請求項９】
前記液体収納手段の底部の外側部分が曲面を成すことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の旋回流を利用した減揺装置。
【請求項１０】
前記構造物が船舶、又は水に浮かぶ浮体であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の旋回流を利用した減揺装置。
【請求項１１】
構造物に搭載された平面視した形状が円環状の液体収納手段に液体を前記液体よりも上方に高さを有した空間を残して収納し、前記液体に旋回流を発生させ、前記旋回流を制御することにより、前記構造物の揺動を低減することを特徴とする旋回流を利用した減揺方法。
【請求項１２】
前記旋回流の速度を制御することを特徴とする請求項１１に記載の旋回流を利用した減揺方法。
【請求項１３】
前記液体収納手段の中に収納した前記液体の量を増減することにより前記空間の前記高さを調節することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の旋回流を利用した減揺方法。
【請求項１４】
前記液体収納手段に備えた天板の昇降により前記空間の前記高さを調節することを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の旋回流を利用した減揺方法。
【請求項１５】
前記空間の前記高さをｈｃ、前記液体収納手段の底面から前記液体の液面までの高さをｈｗとした場合に、（ｈｃ+ｈｗ）／ｈｗを１を超え１．６以下に設定することを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の旋回流を利用した減揺方法。
【請求項１６】
前記旋回流が前記液体収納手段の上面、又は前記天板と接触する寸法を所定の範囲になるように前記旋回流を制御することを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の旋回流を利用した減揺方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】旋回流を利用した減揺装置、及び旋回流を利用した減揺方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶や浮体等といった構造物の揺動を低減する減揺装置及び減揺方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶や浮体等といった構造物の揺れを低減する装置として、アンチローリングタンク（ＡＲＴ）に代表される流体式減揺装置が用いられている。アンチローリングタンクは、構造物に搭載されたタンク内を液体が移動することによって構造物の揺れを減少させることができる。
【０００３】
また、特許文献１には、高速で回転するジャイロと、このジャイロを支持するジンバル等を備え、船艇・船舶、スキー用ゴンドラ、又はロープウェイ等の回転揺れを抑制する回転揺れ制振装置が開示されている。
また、特許文献２には、流体が循環する流路が形成された筐体と、流体に流れを発生させるべく電圧が印加される電極部等を備え、３軸の角速度を測定する流体レートジャイロが開示されている。
また、特許文献３には、流体ジャイロにおいて、印加された電界の変化に応じて見かけの粘性が変化する流体を中空状の円環部に循環可能に封入しておき、許容量以上の外力が検知された場合には、流体に電界を印加することでその復元力を変更する方法が開示されている。
また、特許文献４には、高速回転時にジャイロスコープとしての特性を呈するローターと、ローターと歯車を介して接続されている２本のシャフトと、シャフトを制動するブレーキ手段と、バラストタンク等を備え、乗物の姿勢を安定させるジャイロ式スタビライザーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２７２５８５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４９７６５号公報
【特許文献３】特開２００１−３３２５４号公報
【特許文献４】特公昭４８−４０２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来式のアンチローリングタンクに代表される流体式減揺装置は、構造物の揺れに対し受動的に作用することから、構造物の固有振動数等の動揺特性が変化する場合に減揺効果が著しく低下するという課題がある。また、従来の流体式減揺装置は、横揺れ（Roll）又は縦揺れ（Pitch）の一方向の揺れに対応するのみであり、L/B（L:長さ、B:幅）が小さくなるような作業船や浮体式洋上プラント等の減揺対策としては不十分である。
【０００６】
また、特許文献１に記載された回転揺れ制震装置や、特許文献４に記載されたジャイロ式スタビライザーのように、ジャイロを用いた機械的な減揺装置は、構成及び制御が複雑となり、耐久性やコスト面等において課題がある。また構造上、船舶や浮体等の大型構造物への適用が困難である。
また、特許文献２に記載された流体レートジャイロは、３軸の角速度を計測するものであり、減揺装置に関するものではない。
また、特許文献３に記載された流体ジャイロは、複数の電極板や特殊な流体を封入する容器を取り付け、電圧を印加することで復元力の変更を図るもので、構成が複雑になってしまう。
【０００７】
そこで本発明は、船舶や浮体等といった構造物の揺動を低減する減揺効果を能動的に制御可能とし、また、構造物の固有振動数に依存せず幅広い周波数域での減揺を可能とする、旋回流を利用した減揺装置、及び旋回流を利用した減揺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】
【０００８】
請求項１記載に対応した旋回流を利用した減揺装置においては、構造物に搭載されて液体を液体よりも上方に高さを有した空間を残して収納する平面視した形状が円環状の液体収納手段と、液体に旋回流を発生させる旋回流発生手段と、旋回流発生手段を制御する旋回流制御手段とを備え、旋回流を制御することにより構造物の揺動を低減することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、旋回流の遠心力等から生じる流体力を利用して能動的に減揺効果を制御できる。また、旋回流を制御することにより構造物の固有振動数に依存せずに幅広い周波数域での減揺が可能となる。
【０００９】
請求項２記載の本発明は、旋回流制御手段が、旋回流の速度を制御することを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、旋回流の速度を制御することにより減揺効果を調整することができる。
【００１０】
請求項３記載の本発明は、液体の供給と回収を行なう液体供給・回収手段を備え、液体供給・回収手段で液体収納手段の中に収納した液体の量を増減することにより空間の高さを調節することを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、液体の量を増減することにより減揺効果を簡便に調整することができる。
【００１１】
請求項４記載の本発明は、旋回流発生手段が、液体供給・回収手段を兼ねたことを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、液体供給・回収手段をより少ない機器で構成できるため、設置場所及びコスト等を低減することができる。
【００１２】
請求項５記載の本発明は、液体収納手段に天板と、天板を昇降させる昇降手段を備え、昇降手段による天板の昇降により空間の高さを調節することを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、液位又は旋回流の流速を変更した場合に、空間の高さを最適な高さに修正しやすくなる。また、液体が天板と接触する寸法を変更して減揺効果を調整することができる。
【００１３】
請求項６記載の本発明は、空間の高さをｈｃ、液体収納手段の底面から液体の液面までの高さをｈｗとした場合に、（ｈｃ+ｈｗ）／ｈｗを１を超え１．６以下に設定することを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、旋回流を液体収納手段の上面又は天板に接触させやすくなり、より高い減揺効果を得ることができる。
【００１４】
請求項７記載の本発明は、構造物の揺動を検出する揺動検出手段を備え、揺動検出手段で検出した構造物の揺動の大小に応じて旋回流を制御することを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、構造物の揺動の大小に応じて減揺効果をより適切に調整することができる。
【００１５】
請求項８記載の本発明は、旋回流制御手段が、旋回流が液体収納手段の上面、又は天板と接触する寸法を所定の範囲になるように旋回流を制御することを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、より高い減揺効果を得ることができる。
【００１６】
請求項９記載の本発明は、液体収納手段の底部の外側部分が曲面を成すことを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、旋回流発生時における液体の液位又は隆起量を大きくすることができる。
【００１７】
請求項１０記載の本発明は、構造物が船舶、又は水に浮かぶ浮体であることを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、旋回流の遠心力等から生じる流体力を利用して船舶又は浮体の揺動を低減することができる。また、船舶又は浮体の固有振動数に依存せずに波浪等に対応して幅広い周波数域での減揺が可能となる。
【００１８】
請求項１１記載に対応した旋回流を利用した減揺方法においては、構造物に搭載された平面視した形状が円環状の液体収納手段に液体を液体よりも上方に高さを有した空間を残して収納し、液体に旋回流を発生させ、旋回流を制御することにより、構造物の揺動を低減することを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、旋回流の遠心力等から生じる流体力を利用して減揺効果を能動的に制御できる。また、旋回流を制御することにより構造物の固有振動数に依存せずに幅広い周波数域での減揺が可能となる。
【００１９】
請求項１２記載の本発明は、旋回流の速度を制御することを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、旋回流の速度を制御することにより減揺効果を調整することができる。
【００２０】
請求項１３記載の本発明は、液体収納手段の中に収納した液体の量を増減することにより空間の高さを調節することを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、液体の量を増減することにより減揺効果を簡便に調整することができる。
【００２１】
請求項１４記載の本発明は、液体収納手段に備えた天板の昇降により空間の高さを調節することを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、液位又は旋回流の流速を変更した場合に、空間の高さを最適な高さに修正しやすくなる。また、液体が天板と接触する寸法を変更して減揺効果を調整することができる。
【００２２】
請求項１５記載の本発明は、空間の高さをｈｃ、液体収納手段の底面から液体の液面までの高さをｈｗとした場合に、（ｈｃ+ｈｗ）／ｈｗを１を超え１．６以下に設定することを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、旋回流を液体収納手段の上面又は天板に接触させやすくなり、より高い減揺効果を得ることができる。
【００２３】
請求項１６記載の本発明は、旋回流が液体収納手段の上面、又は天板と接触する寸法を所定の範囲になるように旋回流を制御することを特徴とする。
請求項１６に記載の本発明によれば、より高い減揺効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の旋回流を利用した減揺装置によれば、旋回流の遠心力等から生じる流体力を利用して減揺効果を能動的に制御できる。また、旋回流を制御することにより構造物の固有振動数に依存せずに幅広い周波数域での減揺が可能となる。
【００２５】
また、旋回流制御手段が、旋回流の速度を制御する場合には、旋回流の速度を制御することにより減揺効果を調整することができる。
【００２６】
また、液体の供給と回収を行なう液体供給・回収手段を備え、液体供給・回収手段で液体収納手段の中に収納した液体の量を増減することにより空間の高さを調節する場合には、液体の量を増減することにより減揺効果を簡便に調整することができる。
【００２７】
また、旋回流発生手段が、液体供給・回収手段を兼ねた場合には、液体供給・回収手段をより少ない機器で構成できるため、設置場所及びコスト等を低減することができる。
【００２８】
また、液体収納手段に天板と、天板を昇降させる昇降手段を備え、昇降手段による天板の昇降により空間の高さを調節する場合には、液位又は旋回流の流速を変更した場合に、空間の高さを最適な高さに修正しやすくなる。また、液体が天板と接触する寸法を変更して減揺効果を調整することができる。
【００２９】
また、空間の高さをｈｃ、液体収納手段の底面から液体の液面までの高さをｈｗとした場合に、（ｈｃ+ｈｗ）／ｈｗを１を超え１．６以下に設定する場合には、旋回流を液体収納手段の上面又は天板に接触させやすくなり、より高い減揺効果を得ることができる。
【００３０】
また、構造物の揺動を検出する揺動検出手段を備え、揺動検出手段で検出した構造物の揺動の大小に応じて旋回流を制御する場合には、構造物の揺動の大小に応じて減揺効果をより適切に調整することができる。
【００３１】
また、旋回流制御手段が、旋回流が液体収納手段の上面、又は天板と接触する寸法を所定の範囲になるように旋回流を制御する場合には、より高い減揺効果を得ることができる。
【００３２】
また、液体収納手段の底部の外側部分が曲面を成す場合には、旋回流発生時における液体の液位又は隆起量を大きくすることができる。
【００３３】
また、構造物が船舶、又は水に浮かぶ浮体である場合には、旋回流の遠心力等から生じる流体力を利用して船舶又は浮体の揺動を低減することができる。また、船舶又は浮体の固有振動数に依存せずに波浪等に対応して幅広い周波数域での減揺が可能となる。
【００３４】
本発明の旋回流を利用した減揺方法によれば、旋回流の遠心力等から生じる流体力を利用して減揺効果を能動的に制御できる。また、旋回流を制御することにより構造物の固有振動数に依存せずに幅広い周波数域での減揺が可能となる。
【００３５】
また、旋回流の速度を制御する場合には、旋回流の速度を制御することにより減揺効果を調整することができる。
【００３６】
また、液体収納手段の中に収納した液体の量を増減することにより空間の高さを調節する場合には、液体の量を増減することにより減揺効果を簡便に調整することができる。
【００３７】
また、液体収納手段に備えた天板の昇降により空間の高さを調節する場合には、液位又は旋回流の流速を変更した場合に、空間の高さを最適な高さに修正しやすくなる。また、液体が天板と接触する寸法を変更して減揺効果を調整することができる。
【００３８】
また、空間の高さをｈｃ、液体収納手段の底面から液体の液面までの高さをｈｗとした場合に、（ｈｃ+ｈｗ）／ｈｗを１を超え１．６以下に設定する場合には、旋回流を液体収納手段の上面又は天板に接触させやすくなり、より高い減揺効果を得ることができる。
【００３９】
また、旋回流が液体収納手段の上面、又は天板と接触する寸法を所定の範囲になるように旋回流を制御する場合には、より高い減揺効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態による減揺装置を構造物に搭載した状態を示す図
【図２】同減揺装置の構成を示す図
【図３】同減揺装置による減揺効果の説明図
【図４】本発明の他の実施形態による減揺装置の構成を示す図
【図５】本発明の更に他の実施形態による減揺装置における液体収納手段の中央断面図
【図６】構造物への搭載例を示す図
【図７】構造物への搭載例を示す図
【図８】検証に用いた模型の外観写図
【図９】検証に用いた液体収納手段の中央断面図
【図１０】流速と減衰比の関係図
【図１１】流速と減衰比の関係図
【図１２】検証に用いた液体収納手段の中央断面図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、本発明の実施形態による旋回流を利用した減揺装置、及び旋回流を利用した減揺方法について説明する。
【００４２】
図１は、本実施形態による減揺装置を構造物に搭載した状態を示す図であり、上段が上面図、下段が側面図である。
図１において構造物２は船舶である。減揺装置１は、船舶（構造物２）の船首甲板上と船尾甲板上に一台ずつ搭載されている。
減揺装置１は、平面視した形状が楕円形の円環状に形成されたタンク（液体収納手段１０）を備える。液体収納手段１０は、波風等による構造物２の横揺れを抑制するために長軸方向を船幅方向として設置されている。液体収納手段１０内には、水等の液体２０が収納される。なお、液体収納手段１０は、タンクの代わりにホース又はチューブを用いて構成することもできる。
【００４３】
図２は、本実施形態による減揺装置の構成を示す図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は上面図、図２（ｃ）は側面図、図２（ｄ）は循環ポンプ停止時における図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｅ）は循環ポンプ作動時における図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
減揺装置１は、液体収納手段１０の他、液体２０に旋回流を発生させる旋回流発生手段３０と、旋回流発生手段３０を制御する旋回流制御手段４０と、液体２０の供給と回収を行なう液体供給・回収手段５０と、構造物２の揺動を検出する揺動検出手段６０を備える。
【００４４】
図２（ｂ）に示すように、液体収納手段１０は、曲管部１０Ａと直管部１０Ｂからなる楕円形の円環状に形成されている。また、図２（ａ）に示すように、液体収納手段１０の底部の外側部分は曲面を成している。
図２（ｄ）に示すように、液体収納手段１０内に収納されている液体２０の液位は、液体収納手段１０が水平な状態にあり、かつ液体２０に旋回流が発生していない状態において、液面よりも上方に空間Ｘが残るように調整されている。
なお、空間Ｘとは、液面よりも上方に生じる空間であって、液面の上昇を実質的に妨げるものが存在しない空間のことをいう。よって、図２に示す液体収納手段１０においては、液面から液体収納手段１０の内部の上面１１までが、空間Ｘとなる。
【００４５】
旋回流発生手段３０は、循環ポンプ３１と、吸入管３２と、注入管３３とを有する。
循環ポンプ３１は、液体収納手段１０によって取り囲まれた楕円形の孔部１０Ｃに配置されている。循環ポンプ３１の吸入口には吸入管３２の後端が接続され、循環ポンプ３１の吐出口には注入管３３の後端が接続されている。
吸入管３２は、第一吸入管３２Ａと第二吸入管３２Ｂからなる。第一吸入管３２Ａの先端は、一方の直管部１０Ｂの外周側に接続されている。第二吸入管３２Ｂの先端は、他方の直管部１０Ｂの外周側に接続されている。
注入管３３は、第一注入管３３Ａと第二注入管３３Ｂからなる。第一注入管３３Ａの先端は、一方の直管部１０Ｂの内周側に接続されている。第二注入管３３Ｂの先端は、他方の直管部１０Ｂの内周側に接続されている。また、第一注入管３３Ａ及び第二注入管３３Ｂのそれぞれの先端は、循環ポンプ３１から送出される液体２０を、液体収納手段１０に生じる旋回流の流れ方向に沿って噴出するように構成されている。
このように構成された旋回流発生手段３０は、循環ポンプ３１により液体収納手段１０内の液体２０を循環させることによって、液体収納手段１０内に旋回流を発生させることができる。
なお、電圧を印加することによって流れが生じる液体を液体収納手段に収納する場合は、電圧を印加する電極も旋回流発生手段の構成部材となる。
【００４６】
旋回流制御手段４０は、旋回流発生手段３０を制御することにより、旋回流を制御する。例えば、循環ポンプ３１の運転を開始させることで旋回流を発生させ、循環ポンプ３１の運転を停止させることで旋回流を消失させることができる。
図２（ｂ）は、循環ポンプ３１が運転中の状態を示している。循環ポンプ３１の運転が開始されると、液体収納手段１０に収納されている液体２０は、吸入管３２を介して循環ポンプ３１に吸い込まれ、注入管３３を介して液体収納手段１０へ吐出される。
上述のように、注入管３３から吐出される液体２０は旋回流の流れ方向に沿って噴出されるため、液体収納手段１０に収容されている液体２０に流れが生じ、やがて旋回流となる。なお、図２（ｂ）において、実線矢印は循環する液体２０の流れ方向を示し、点線矢印は液体収納手段１０内の液体２０の旋回流の流れ方向を示している。
【００４７】
旋回流が発生すると、液体収納手段１０内の液体２０の旋回流の流れ方向が変化する際に遠心力が生じ、図２（ｅ）に示すように、液体収納手段１０に収納された液体２０の外周側の液位が上昇し内周側の液位が低下して高低差が生じた状態になる。この遠心力（慣性力）等から生じる流体力を利用して構造物２の揺動を低減するように能動的に制御することができる。また、旋回流を制御することにより構造物２の固有振動数に依存せずに幅広い周波数域での減揺が可能となる。
また、本実施形態においては、液体収納手段１０の底部の外側部分が曲面を成していることにより、旋回流発生時における液体２０の液位又は隆起量を大きくすることができる。
なお、仮に吸入管３２の先端が液体収納手段１０の内周側に接続されていると、旋回流が発生した際に、液体２０の内周側の液位が低下することによって吸入管３２の先端が露出して循環ポンプ３１が吸込不良を起こす可能性がある。よって、吸入管３２の先端は、旋回流発生時に液体２０の液位が上昇する外周側に接続することが好ましい。
また、図２（ｂ）に示すように、直管部１０Ｂのうちの上流側に吸入管３２の先端を接続し、曲管部１０Ａのうちの上流側に注入管３３の先端を接続すると、旋回流をより発生させやすくなる。
【００４８】
また、旋回流制御手段４０は、循環ポンプ３１の吸入口の開口率を調整することにより液体収納手段１０に注入する液体２０の量を増減させて、旋回流の速度を制御することができる。旋回流の速度を制御することによって、減揺装置１による減揺効果を調整することができる。
また、旋回流制御手段４０は、センサ等の揺動検出手段６０で検出した構造物２の揺動の大小に応じて旋回流を制御する。これにより、構造物２の揺動の大小に応じて減揺装置１による減揺効果をより適切に調整することができる。なお、揺動検出手段６０は、構造物２に直接設けてもよいし、減揺装置１に設けてもよく、凡そ構造物２の揺動が検出できる場所であれば設置場所を問わない。
【００４９】
液体供給・回収手段５０は、液体２０を移送する可逆ポンプ（図示略）を備えている。また、液体２０を貯留する貯留タンク（図示略）をさらに備えていてもよい。
液体供給・回収手段５０は、液体２０を液体収納手段１０に供給することによって液体収納手段１０に収納されている液体２０の量（液位）を増やすことができる。また、液体収納手段１０に収納されている液体２０を回収することによって液体収納手段１０に収納されている液体２０の量を減らすことができる。このように液体収納手段１０に収納されている液体２０の量を増減させることにより、空間Ｘの高さｈｃを調節することができる。これにより、減揺装置１による減揺効果を簡便に調整することができる。
なお、図２に示す液体収納手段１０においては、液体２０の液面から上面１１までの高さが、空間Ｘの高さｈｃとなる。液体２０の液位（液体収納手段１０の底面１２から液面までの高さ）をｈｗとしたとき、（ｈｃ＋ｈｗ）／ｈｗを１を超え１．６以下に設定することで、旋回流を上面１１に接触させやすくなり、より高い減揺効果を得ることができる。
また、液体収納手段１０が水平な状態において、旋回流が上面１１に接触する寸法を所定の範囲になるように旋回流を制御することで、より高い減揺効果を得ることができる。
また、液体供給・回収手段５０は、旋回流発生手段３０が兼ねてもよい。例えば、循環ポンプ３１を介して液体２０の供給又は回収を行う構成とすれば、可逆ポンプ等を省略することができるため、設置場所やコストを低減することができる。
【００５０】
図３は、減揺効果の説明図である。
図３において、減揺装置１の液体収納手段１０は、支持台３を介して構造物２に固定されている。
図３（ａ）は、構造物２が水平な状態を示している。構造物２が水平のときは液体収納手段１０も水平である。液体収納手段１０内に高速の旋回流を発生させると、旋回流の遠心力によって液体２０が半径方向に押し出されるため、外周側の液体２０の液位が上昇し、内周側の液体２０の液位が下降する。なお、図３の点線矢印は旋回流の回転方向を示す。
図３（ｂ）は、構造物２に波風等による揺動が生じて構造物２が傾いた状態を示している。構造物２が傾いたときは液体収納手段１０にも傾きが生じ、液体収納手段１０内の液体２０が低い方に偏り、低い方の液体２０の量が多くなる。そして、旋回流の遠心力によって液体２０が半径方向に押し出される際に、傾斜した液体収納手段１０の上面１１、及び底面１２を押し戻すように作用する流体力が低い方により大きく生じることにより、減揺効果を得ることができる。図３（ｂ）では、減揺効果として作用する力の向きと大きさを実線矢印で示している。
図２又は図３に示すような、液体収納手段１０内の流路の高さが固定された減揺装置１は、比較的大型の構造物２へも適用しやすい。構造物２に適用する際は、液体収納手段１０の外観形状及び流路形状、液体２０の液位、並びに循環ポンプ３１の出力等を予め設計しておく。
【００５１】
減揺装置１による減揺効果の調整は、例えば、構造物２の揺動が小さい場合は、液体２０を液体収納手段１０に満載近く（ｈｃ≒０）まで入れて、旋回流を発生させないか、又は低速の旋回流を発生させるように制御し、構造物２の揺動が大きい場合は、（ｈｃ＋ｈｗ）／ｈｗが１を超え１．６以下となるように液位ｈｗを調整するとともに、高速の旋回流を発生させるように制御することで行う。
【００５２】
なお、液体収納手段は、図２又は図３に示すような平面視した形状が楕円形の円環状以外に、平面視した形状が真円形の円環状や、平面視した形状が角丸形の円環状など、液路の方向が緩やかに変化する円環形状を選択できる。
図４は、本発明の他の実施形態による減揺装置の構成を示す図であり、平面視した形状が真円形の円環状の液体収納手段を備えている。なお、上記した実施形態と同一機能部材については対応する符号を付して説明を省略する。
真円形の円環状に形成された液体収納手段１１０の内周側には、３本の注入管１３３のそれぞれの先端が等間隔で接続され、外周側には、２本の吸入管１３２のそれぞれの先端が１８０度離して接続されている。なお、図４において、実線矢印は循環する液体２００の流れ方向を示し、点線矢印は液体収納手段１１０内の液体１２０の旋回流の流れ方向を示している。
【００５３】
また、液体収納手段は、図２又は図３に示すような流路の高さが固定された構成ではなく、流路の高さが可変の構成とすることもできる。
図５は、本発明の更に他の実施形態による減揺装置における液体収納手段の中央断面図である。なお、上記した実施形態と同一機能部材については対応する符号を付して説明を省略する。また、図５において、点線矢印は液体収納手段２１０に収納された液体２２０に生じた旋回流の流れ方向を示している。
液体収納手段２１０内には、収納された液体２２０の液面よりも上方に天板２７０が備えられている。天板２７０は、昇降手段２８０によって液体収納手段２１０内を上下に移動及び固定可能に構成されているため、液体２０の液位や旋回流の流速を変更した場合でも、空間Ｘの高さを最適な高さに調整しやすくなる。また、液体２０が天板２７０と接触する寸法（幅）を調整することができる。このように、液体収納手段２１０内の流路の高さが可変の減揺装置２０１は、流路の高さが固定された減揺装置よりも減揺効果を調整しやすいため、比較的小型の構造物へも適用しやすい。
なお、昇降手段２８０は、ラック＆ピニオン式や巻取り式、油圧式等、任意の手段で構成される。
液体収納手段２１０内に収納されている液体２２０の液位は、液体収納手段２１０が水平な状態にあり、かつ液体２２０に旋回流が発生していない状態において、液面よりも上方に空間Ｘが残るように調整されている。なお、上述のように空間Ｘとは、液面よりも上方に生じる空間であって、液面の上昇を実質的に妨げるものが存在しない空間のことをいう。よって、図５に示す液体収納手段２１０においては、液面から液体収納手段２１０の上面２１１までではなく、液面から天板２７０までが空間Ｘとなる。
【００５４】
天板２７０の外側面２７１と、液体収納手段２１０の外周内面２１３との間には、所定の隙間Ｃを設けている。また、天板２７０の内側面２７２と、液体収納手段２１０の内周内面２１４との間には、所定の隙間Ｄを設けている。
天板２７０の側面と液体収納手段２１０の内面との間に隙間が無いと、液面から天板２７０までの間隔が小さい場合、旋回流を発生させたときに、外周側の液体２２０の隆起が天板２７０によって阻害されるため、外周側と内周側に十分な高低差が生じない。
しかし、本実施形態のように天板２７０の側面と液体収納手段２１０の内面との間に隙間にＣ、Ｄを設けると、液面から天板２７０までの間隔が小さい場合であっても、液体２は隙間Ｃを通って天板２７０の上面に乗り上げることができるため、液体２２０に外周側と内周側とで十分な高低差をつけることができる。なお、天板２７０の上面に乗り上げた液体２２０は、隙間Ｄを通って天板２７０から流れ落ちるため、旋回流の流れに戻すことができる。
ここで、隙間Ｃは極力狭くすることで天板２７０の下面と液体２０との接触面積を増やすことができるため、液体収納手段２１０の流路の幅をＢとすると、隙間Ｃの幅は、０．１Ｂ以内とすることが好ましく、０．０３Ｂ以内とすることがより好ましい。
一方、隙間Ｄは天板２７０の上面に乗り上げた液体２２０を天板２７０よりも下方に戻す役割を担うため、隙間Ｄは隙間Ｃよりも広くする。隙間Ｄの幅は、０．４Ｂ以内とすることが好ましく、０．２Ｂ以内とすることがより好ましい。
なお、液体収納手段１０としてタンクの代わりにホース又はチューブを用いて構成した場合には、外力を用いてホース又はチューブを押圧し、空間の形状を変形させ、空間の高さや上面と接触する寸法を変えることも可能である。この場合、必要に応じて、液体２０の量を変更してもよい。
【００５５】
図１〜図５を用いて説明した減揺装置は船舶の他、水に浮かぶ浮体等の構造物にも搭載可能である。図６及び図７に他の構造物への搭載例を示す。なお、図６（ａ）〜（ｃ）及び図７（ａ）（ｂ）の各図において、上段は上面図、下段は側面図である。
図６（ａ）は、構造物が作業船３０２であり、作業船３０２の船殻内部に平面視した形状が真円形の円環状に形成された液体収納手段３１０を備える減揺装置３０１を搭載した例を示す図である。液体収納手段３１０を船長方向及び船幅方向に亘って配置することで、横揺れと縦揺れの２方向の揺れに対し、同時に減揺効果を得ることができる。また、液体収納手段３１０は、バラストタンクとしての役割も兼ねており、収納する液体３２０として海水を用いることができる。なお、作業船３０２の甲板上に搭載スペースが有る場合は、楕円形や小判形の円環状の減揺装置を搭載してもよい。
図６（ｂ）は、構造物がバージ又は艀と呼ばれる船舶４０２であり、船舶４０２の船殻内部に平面視した形状が角丸四角形の円環状に形成された液体収納手段４１０を備える減揺装置４０１を搭載した例を示す図である。液体収納手段４１０を船長方向及び船幅方向に亘って配置することで、横揺れと縦揺れの２方向の揺れに対し、同時に減揺効果を得ることができる。また、液体収納手段４１０は、バラストタンクとしての役割も兼ねており、収納する液体４２０として海水を用いることができる。なお、船舶４０２の甲板上に搭載スペースが有る場合は、楕円形や小判形の円環状に形成された減揺装置を搭載してもよい。
図６（ｃ）は、構造物がバージ又は艀と呼ばれる船舶５０２であり、船舶５０２の船首甲板上及び船尾甲板上に平面視した形状が楕円形の円環状に形成された液体収納手段５１０を備える減揺装置５０１を搭載した例を示す図である。液体収納手段５１０の長軸方向を船幅方向として設置することで、横揺れに対する減揺効果を得ることができる。
図７（ａ）は、構造物がセミサブマーシブル（セミサブ）と呼ばれる浮体６０２であり、浮体６０２の甲板内と甲板下に平面視した形状が真円形の円環状に形成された液体収納手段６１０を備える減揺装置６０１を搭載した例を示す図である。液体収納手段６１０を浮体の長さ方向及び幅方向に亘って配置することで、横揺れと縦揺れの２方向の揺れに対し、同時に減揺効果を得ることができる。
図７（ｂ）は、構造物が風車を備えた洋上発電装置７０２であり、洋上発電装置７０２のブレードを支持する支持体の下方に設けられた浮体の上部に平面視した形状が真円形の円環状に形成された液体収納手段７１０を備える減揺装置７０１を搭載した例を示す図である。なお、図７（ｂ）の左図はセミサブ型、右図はスパー型である。
なお、図示は省略するが、本発明による減揺装置は、構造物がスキー場等で用いられるゴンドラやリフト等の場合にも適用可能である。
【００５６】
次に、減揺装置による減揺効果の検証結果について説明する。
図８は、検証に用いた模型の外観図である。
図８（ａ）は、円環状タンクを模した液体収納手段８１０を備える減揺装置８０１の斜視図である。但し、液体収納手段８１０の上方は開放している。吸入管８３２及び注入管８３３は、それぞれ１本としている。吸入管８３２の先端は液体収納手段８１０の底面に接続され、そこから１８０度離れた位置の液体収納手段８１０の底面から注入管８３３が立ち上げられている。注入管８３３の先端にはエルボ管継手が取り付けられ、噴射口が旋回流の流れ方向と同方向に向けられている。また、液体収納手段８１０の中央部分には循環ポンプ８３１が設けられている。
図８（ｂ）に示すように、減揺装置８０１は、構造物に相当する振動発生手段８０２に搭載されている。
図８（ｃ）は、液体収納手段８１０に液体８２０を収納した状態を示す斜視図である。液体８２０の上方には、流路形状に合わせて円盤状に形成された天板８７０が配置されている。
【００５７】
図９は、検証に用いた液体収納手段の中央断面図である。
液体収納手段８１０の断面は矩形となっており、液体８２０の液面よりも上方であって液体収納手段８１０の上面８１１よりも下方に配置された天板８７０は、昇降手段（図示略）によって昇降可能である。天板８７０を上昇又は下降させることにより、空間Ｘの高さｈｃを調節することができる。なお、空間Ｘの高さｈｃは、液体８２０の液面から天板８７０までの高さである。
検証においては、液体収納手段８１０内に収納された液体８２０の液位及び流速、並びに流路断面形状の違いによる減衰比の変化を計測した。液体８２０は、水道水とした。
【００５８】
検証においては、循環ポンプ８３１の吸入口の開口率を、１００％（＃０）、４５％（＃１）、３０％（＃２）とすることで液体８２０に生じる旋回流の流速を変更し、各設定液位（ｈｗ＝５０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍ、１２５ｍｍ）における減衰比を計測した。なお、循環ポンプ８３１の吸入口の開口率が大きいほど旋回流の流速が速い。
計測の際は、液体収納手段８１０の上面８１１と天板８７０は設置せず、液体８２０よりも上方は開放された状態とした。図１０は、計測結果に基づく流速と減衰比の関係図である。図１０中「△」は液位ｈｗ＝５０ｍｍの結果を示し、図１０中「○」は液位ｈｗ＝７５ｍｍの結果を示し、図１０中「□」は液位ｈｗ＝１００ｍｍの結果を示し、図１０中「×」は液位ｈｗ＝１２５ｍｍの結果を示している。また、縦軸は減衰比ζ、横軸は流速（cm/s）である。
どの液位ｈｗにおいても、旋回流の流速が上昇するに伴い減衰比ζが高くなる傾向であることが分かる。
従って、本発明の減揺装置は、液体収納手段内に発生させる旋回流の流速を高速にすることで、より大きな減揺効果が得られる。
【００５９】
次に、液位ｈｗ＝７５ｍｍ、１００ｍｍを対象として、底面８１２から天板８７０までの高さｈｌと液位ｈｗの比ｈｌ／ｈｗを１．０以上１．５以下の間で順次変更し、循環ポンプ８３１の吸入口の開口率を１００％（＃０）、４５％（＃１）、３０％（＃２）と変えて旋回流の流速を調整した際の減衰比を計測した。
図１１は、計測結果に基づく流速と減衰比の関係図である。図１１において、縦軸は減衰比ζ、横軸は高さｈｌと液位ｈｗの比ｈｌ／ｈｗである。
また、図１２は、検証に用いた液体収納手段の中央断面図であり、図１２（ａ）は旋回流が発生していない状態、図１２（ｂ）は旋回流が発生した状態を示している。
【００６０】
図１１（ａ）は液位ｈｗ＝７５ｍｍの結果であり、「●」は開口率が１００％（＃０）のときの結果を示し、「薄墨を付した○」は開口率が４５％（＃１）のときの結果を示し、「斜線を付した○」は開口率が３０％（＃２）のときの結果を示し、「○」は液体８２０に流れが生じていないときの結果を示している。
図１１（ｂ）は液位ｈｗ＝１００ｍｍの結果であり、「■」は開口率が１００％（＃０）のときの結果を示し、「薄墨を付した□」は開口率が４５％（＃１）のときの結果を示し、「斜線を付した□」は開口率が３０％（＃２）のときの結果を示し、「□」は液体８２０に流れが生じていないときの結果を示している。
図１１から、液体８２０よりも上方に天板８７０を設けた場合にも、旋回流の流速が速いほど減衰比ζが高くなる傾向であることが分かる。また、減衰比ζは、底面８１２から天板８７０までの高さｈｌと液位ｈｗの比ｈｌ／ｈｗが１．０を超え１．１以下のときに高く、ｈｌ／ｈｗが１．２以上になると低下する傾向がみられた。このことから、天板８７０と液面の距離が離れている場合には、旋回流を発生させても液体８２０と天板８７０が接触しづらく、減揺効果が薄れることが分かる。よって、（ｈｃ＋ｈｗ）／ｈｗは、減衰効果が得られる１．０を超え１．６以下に設定することが好ましく、１．０を超え１．２未満に設定することがより好ましく、１．０を超え１．１以下に設定することが最も好ましい。
このように、旋回流の流速が高速の場合は、空間Ｘの高さｈｃ＝ｈｌ−ｈｗを小さく設定することで良好な減揺効果を得られるが、空間Ｘの高さｈｃの値は、旋回流によって隆起した液面が水平状態の液体収納手段８１０の天板８７０と接触する寸法（幅ｂ）が所定の範囲になるように設定することで、減揺効果をより高めることができる。幅ｂの所定の範囲は、液体収納手段８１０の流路の幅Ｂに対して、１／８Ｂ以上１／２Ｂ以下であることが好ましい。
【００６１】
なお、液体収納手段８１０に収容された液体８２０の量が少なく、旋回流が速い場合は、流れが乱れて綺麗な旋回流にならない場合がある。流れが乱れると自励振動が発生し、減衰振動が収束しなくなったり増幅したりする。このような場合には、天板８７０と液面との距離（空間Ｘの高さｈｃ）を小さく設定し、液体収納手段８１０が水平な状態であっても旋回流が常に天板８７０と接している状態とすることで、整流効果が働き、自励振動を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、船舶、浮体、又は洋上風力発電装置などをはじめ、ゴンドラやリフトといった構造物に生じる揺動を効果的に低減し、構造物の安全航行又は稼働率向上に寄与することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  減揺装置
２  構造物
１０  液体収納手段
１１  上面
１２  底面
２０  液体
３０  旋回流発生手段
４０  旋回流制御手段
５０  液体供給・回収手段
６０  揺動検出手段
２７０  天板
２８０  昇降手段
Ｘ  空間