(57)【要約】【課題】浮体の波浪による動揺を抑制できる浮体動揺抑制装置、および波浪による動揺を抑制できる生簀を提供する。【解決手段】水面に浮かせて設置される浮体Ｐに取り付けられ、一端が水中に開口する水側開口端１１であり、他端が大気中に開口する大気側開口端１２である水柱管１０を備える。水柱管１０の内部の水柱Ｃの振動の固有周期が、浮体Ｐが設置される水面の有義波周期と略同一である。水側開口端１１から侵入した波浪が水柱管１０の内部の水柱Ｃを振動させることにより、波浪エネルギーが水柱Ｃの振動エネルギーに変換される。水柱Ｃの水面Ｓが振動することにより大気が振動し、水柱Ｃの振動エネルギーが大気の振動エネルギーに変換される。浮体Ｐに作用する波浪エネルギーが吸収され、浮体Ｐの波浪による動揺を抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面に浮かせて設置される浮体に取り付けられる浮体動揺抑制装置であって、
一端が水中に開口する水側開口端であり、他端が大気中に開口する大気側開口端である水柱管を備える
ことを特徴とする浮体動揺抑制装置。
【請求項２】
前記水柱管の内部の水柱の振動の固有周期が、前記浮体が設置される水面の有義波周期と略同一である
ことを特徴とする請求項１記載の浮体動揺抑制装置。
【請求項３】
内部の水柱の振動の固有周期が異なる複数の前記水柱管を備える
ことを特徴とする請求項１記載の浮体動揺抑制装置。
【請求項４】
前記水側開口端の開口高さが、前記浮体が設置される水面の有義波高の90%以上である
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の浮体動揺抑制装置。
【請求項５】
前記水柱管は、
前記水側開口端を有し、水平方向に伸びる第１水平管と、
該第１水平管と接続し、下垂する第１垂直管と、
該第１垂直管と接続し、水平方向に伸びる第２水平管と、
前記大気側開口端を有し、下垂して前記第２水平管と接続する第２垂直管と、からなる
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の浮体動揺抑制装置。
【請求項６】
前記浮体への付着物を低減できる
ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の浮体動揺抑制装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６記載の浮体動揺抑制装置が取り付けられた
ことを特徴とする生簀。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮体動揺抑制装置および生簀に関する。さらに詳しくは、海上に設置される生簀等の浮体が波浪により動揺することを抑制するための浮体動揺抑制装置、および波浪による動揺を抑制できる生簀に関する。
【背景技術】
【０００２】
水産資源生産力の向上のために、海上に設置された生簀に稚魚を投入し、所定の大きさまで育成した後、海域に放流することが行われている。しかし、大型船舶の航行や自然災害による異常波浪により、生簀が激しく動揺し、その動揺により稚魚が刺激されて死滅してしまうという問題がある。そこで、生簀の動揺を抑制する技術が求められている。
【０００３】
生簀の動揺を抑制する技術として、特許文献１に記載の生簀がある。
特許文献１の生簀は、網が取り付けられる枠体の剛性を高め、かつ枠体の断面積の30〜70%を水中に沈下させたものである。枠体の剛性を高めることで、枠体が波の波形に追従して曲がるということがないので、この曲がりによる動揺を抑制することができる。また、枠体の断面積の30〜70%を水中に沈下させることにより、枠体が静水面の高さに浮くため、より動揺を抑制することができる。
【０００４】
しかるに、特許文献１の生簀は、枠体の一辺の長さが波の波長よりも小さいと、枠体が波に乗った状態となり生簀が大きく動揺してしまうため、枠体の一辺の長さを波の波長よりも大きくする必要がある。そのため、生簀の寸法を自由に設定することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６‐７８６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、浮体の波浪による動揺を抑制できる浮体動揺抑制装置、および波浪による動揺を抑制できる生簀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】
【０００７】
第１発明の浮体動揺抑制装置は、水面に浮かせて設置される浮体に取り付けられる浮体動揺抑制装置であって、一端が水中に開口する水側開口端であり、他端が大気中に開口する大気側開口端である水柱管を備えることを特徴とする。
第２発明の浮体動揺抑制装置は、第１発明において、前記水柱管の内部の水柱の振動の固有周期が、前記浮体が設置される水面の有義波周期と略同一であることを特徴とする。
第３発明の浮体動揺抑制装置は、第１発明において、内部の水柱の振動の固有周期が異なる複数の前記水柱管を備えることを特徴とする。
第４発明の浮体動揺抑制装置は、第１、第２または第３発明において、前記水側開口端の開口高さが、前記浮体が設置される水面の有義波高の90%以上であることを特徴とする。
第５発明の浮体動揺抑制装置は、第１、第２、第３または第４発明において、前記水柱管は、前記水側開口端を有し、水平方向に伸びる第１水平管と、該第１水平管と接続し、下垂する第１垂直管と、該第１垂直管と接続し、水平方向に伸びる第２水平管と、前記大気側開口端を有し、下垂して前記第２水平管と接続する第２垂直管と、からなることを特徴とする。
第６発明の浮体動揺抑制装置は、第１、第２、第３、第４または第５発明において、前記浮体への付着物を低減できることを特徴とする。
第７発明の生簀は、第１、第２、第３、第４、第５または第６記載の浮体動揺抑制装置が取り付けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明によれば、水側開口端と大気側開口端とを有する水柱管を備えるので、水側開口端から侵入した波浪が水柱管の内部の水柱を振動させることにより、波浪エネルギーが水柱の振動エネルギーに変換される。さらに水柱の水面が振動することにより大気が振動し、水柱の振動エネルギーが大気の振動エネルギーに変換される。そのため、浮体に作用する波浪エネルギーが吸収され、浮体の波浪による動揺を抑制できる。
第２発明によれば、水柱の振動の固有周期が有義波周期と略同一であるので、水柱が激しく振動し、波浪エネルギーを大きく吸収することができる。そのため、波浪エネルギーの吸収効率が高くなる。
第３発明によれば、水柱の振動の固有周期が異なる複数の水柱管を備えるので、不規則波の持つ広い周波数帯の波浪エネルギーを吸収することができる。そのため、不規則波に対して浮体の動揺を抑制できる。
第４発明によれば、水側開口端の開口高さが有義波高の90%以上であれば、水側開口端から波が進入しやすく、効率よく波浪エネルギーを吸収できる。
第５発明によれば、水柱管は４つの管を接続して形成されるので、製造が容易である。また、水柱管は屈曲しているので、水柱の振動の固有周期を所望の周期に設定するために水柱管の長さを確保しつつ、浮体動揺抑制装置を小型化することができる。さらに、第１垂直管、第２水平管および第２垂直管で形成される凹部に、生簀の枠体を嵌め込むことができるので、生簀に取り付けやすく、取り付けた浮体動揺抑制装置が邪魔にならない。
第６発明によれば、浮体動揺抑制装置により水面付近の流れが制御され、水中に存在する付着物質が拡散されるので、浮体への付着物を低減できる。
第７発明によれば、浮体動揺抑制装置が取り付けられているので生簀の波浪による動揺を抑制できる。そのため、生簀に投入される稚魚の刺激を低減でき、稚魚の死滅を防止し、水産資源生産力を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る浮体動揺抑制装置の原理説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る浮体動揺抑制装置の側面図である。
【図３】同浮体動揺抑制装置の正面図である。
【図４】同浮体動揺抑制装置の平面図である。
【図５】図３におけるII-II線矢視断面図である。
【図６】同浮体動揺抑制装置が取り付けられた生簀の平面図である。
【図７】図６におけるVII-VII線矢視断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る浮体動揺抑制装置の側面図である。
【図９】水理模型実験の実施例１の結果を示すグラフである。
【図１０】水理模型実験の実施例２の結果を示すグラフである。
【図１１】実海域模型実験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（原理）
まず、本発明の原理について説明する。
図１に示すように、一端が水中に開口する水側開口端１１であり、他端が大気中に開口する大気側開口端１２である水柱管１０は、その内部に水柱Ｃを有している。
この水柱Ｃの振動の固有周期Tは数１で得られ、水柱Ｃの長さLによって決定される。
【数１】
2014132843.tif 000003
【００１１】
水柱管１０の内部に水側開口端１１から波が侵入すると、水柱Ｃを振動させ、波の波浪エネルギーが水柱Ｃの振動エネルギーに変換される。さらに水柱Ｃの水面Ｓが振動することにより大気が振動し、水柱Ｃの振動エネルギーが大気の振動エネルギーに変換される。そのため、波の波浪エネルギーが吸収され、波による動揺を抑制できる。
【００１２】
特に、侵入する波の周期T'が、水柱Ｃの振動の固有周期Tと同一である場合、水柱Ｃが激しく振動し、波浪エネルギーを大きく吸収することができる。そのため、波浪エネルギーの吸収効率が高くなり、波による動揺をより抑制できる。
【００１３】
逆に考えれば、水柱Ｃの振動の固有周期Tが波の周期T'と略同一になるように、水柱Ｃの長さLを決定すれば、波の波浪エネルギーを効率よく吸収でき、波による動揺を抑制できる。ここで、水柱Ｃの長さLは、水柱管１０の水中に沈下した部分の長さであるので、水柱管１０の長さを調整することにより、所望の周期の波の波浪エネルギーを吸収することができる。
【００１４】
（第１実施形態）
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図２、図３および図４に示すように、本発明の第１実施形態に係る浮体動揺抑制装置Ａは、一端が水中に開口する水側開口端１１であり、他端が大気中に開口する大気側開口端１２である水柱管１０を備えている。
【００１５】
水柱管１０は、水平方向に伸びる第１水平管１３と、その第１水平管１３と接続し下垂する第１垂直管１４と、その第１垂直管１４と接続し水平方向に伸びる第２水平管１５と、その第２水平管１５と接続し立設する第２垂直管１６とからなる、側面視略Ｊ字形の管である。また、水側開口端１１および大気側開口端１２は、同じ幅寸法を有する横長の長方形であり、水柱管１０は全長に渡って断面が長方形の管である。
このように、水柱管１０は、多数の平面から構成されており、板材を屈曲、接合して形成することができるので、製造が容易である。
【００１６】
また、図３，図４および図５に示すように、水側開口端１１および大気側開口端１２には、その長辺同士に掛け渡されたリブ１７が設けられている。このリブ１７により水側開口端１１および大気側開口端１２の強度が高められている。
なお、本実施形態においては、リブ１７は水側開口端１１および大気側開口端１２にのみ設けられているが、水柱管１０の内部にも設けてより強度を高めてもよい。また、十分な強度が得られれば、水側開口端１１および大気側開口端１２にリブ１７を設けなくてもよい。
【００１７】
上記の浮体動揺抑制装置Ａは、海上に浮かせて設置される生簀等の浮体に取り付けられ、その浮体が波浪により動揺することを抑制する。以下、浮体動揺抑制装置Ａを生簀Ｐに取り付ける場合について説明する。
【００１８】
図６および図７に示すように、浮体動揺抑制装置Ａを生簀Ｐに取り付ける場合には、水柱管１０の第１垂直管１４、第２水平管１５および第２垂直管１６で形成される凹部に、生簀Ｐの枠体５１とその下面に設けられた浮き５２が嵌め込まれる。また、浮体動揺抑制装置Ａを取り付けた場合に、生簀Ｐの浮き５２だけでは浮力が足りない場合には、水柱管１０の周囲にも浮き４０を設け、浮体動揺抑制装置Ａおよび生簀Ｐの枠体５１が海面上に浮くようにする。
【００１９】
以上のように、浮体動揺抑制装置Ａは生簀Ｐに取り付けやすい構造となっている。また、生簀Ｐの枠体５１は給餌等の作業をする場所であるが、浮体動揺抑制装置Ａによって枠体５１を狭くすることがないので、浮体動揺抑制装置Ａが作業の邪魔にならない。
【００２０】
図５に示すように、浮体動揺抑制装置Ａは、水側開口端１１が水中に開口し、大気側開口端１２が大気中に開口するように生簀Ｐに取り付けられる。そして、水柱管１０の内部に海水が侵入し、第２垂直管１６の内部に水面Ｓを有する水柱Ｃが形成される。
【００２１】
浮体動揺抑制装置Ａが取り付けられた生簀Ｐに対して波浪が迫ると、その波浪の一部が水側開口端１１から侵入し、水柱管１０の内部の水柱Ｃを振動させることにより、波浪エネルギーが水柱Ｃの振動エネルギーに変換される。さらに水柱Ｃの水面Ｓが振動することにより大気が振動し、水柱Ｃの振動エネルギーが大気の振動エネルギーに変換される。そのため、生簀Ｐに作用する波浪エネルギーが吸収され、生簀Ｐの波浪による動揺を抑制できる。これにより、生簀Ｐに投入される稚魚の刺激を低減でき、稚魚の死滅を防止し、水産資源生産力を向上できる。
【００２２】
また、浮体動揺抑制装置Ａにより水面付近の流れが制御され、水中に存在する付着物質が拡散されるので、生簀Ｐへの藻などの付着物を低減できる。
【００２３】
前述の通り、水柱Ｃの長さLは、水側開口端１１から水面Ｓまでの長さであり、この長さLにより水柱Ｃの振動の固有周期Tが決定される。
水柱管１０は、内部の水柱Ｃの振動の固有周期Tが、生簀Ｐが設置される海面の有義波周期T1/3と略同一となるように構成することが好ましい。より詳細には、水柱Ｃの振動の固有周期Tが有義波周期T1/3と略同一となるように水柱Ｃの長さLを決定し、その長さLの水柱Ｃが得られるように水柱管１０の長さを決定することが好ましい。
【００２４】
水柱Ｃの振動の固有周期Tを有義波周期T1/3と略同一とすれば、有義波によって水柱Ｃが激しく振動し、波浪エネルギーを大きく吸収することができる。
海上の波浪は不規則波であり広い周波数帯を有するが、有義波の波浪エネルギーを効率よく吸収することで、広い周波数帯を有する波浪エネルギーの吸収効率が全体として高くなる。
【００２５】
なお、水柱管１０は側面視J字形に屈曲しているので、水柱Ｃの振動の固有周期Tを所望の周期に設定するために水柱管１０の長さを確保しつつ、浮体動揺抑制装置Ａを小型化することができる。
【００２６】
また、水側開口端１１の開口高さｈは、生簀Ｐが設置される海面の有義波高H1/3の90%以上とすることが好ましい。
水側開口端１１の開口高さｈが有義波高H1/3の90%以上であれば、水側開口端１１から波が進入しやすく、効率よく波浪エネルギーを吸収できるからである。
【００２７】
また、水側開口端１１の上下位置は、波高の中間である静水面に対して、水側開口端１１の半分以上が水没していればよい。水側開口端１１の半分以上が水没していれば、水柱Ｃが確保され、波浪エネルギーを吸収できるからである。
このように、特許請求の範囲に記載の「水中に開口する水側開口端」とは、水側開口端の一部が水没している状態も含む概念である。
【００２８】
また、生簀Ｐに取り付ける浮体動揺抑制装置Ａの数や位置は任意に定めることができる。例えば、図６における枠体５１の上下位置にも浮体動揺抑制装置Ａを取り付けてもよい。また、円形の生簀の場合には、その周囲を囲むように浮体動揺抑制装置Ａを円形に配置してもよい。
ただし、浮体動揺抑制装置Ａは、その水側開口端１１を波の来る方向に向かって設けることが好ましい。このように設ければ、生簀Ｐに迫る波浪の波浪エネルギーを効率よく吸収することができるからである。
【００２９】
（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態に係る浮体動揺抑制装置Ｂについて説明する。
図８に示すように、浮体動揺抑制装置Ｂは、長さの異なる３つの水柱管１０、２０、３０を備えている。それぞれの水柱管１０、２０、３０の内部に有する水柱Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3は、その長さL1、L2、L3が異なっており、それゆえ固有周期T1、T2、T3が異なっている。
【００３０】
海等の波は不規則波であり広い周波数帯を有する。浮体動揺抑制装置Ｂは、内部の水柱Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3の振動の固有周期T1、T2、T3が異なる複数の水柱管１０、２０、３０を備えるので、広い周波数帯の波浪エネルギーを吸収することができる。これにより、不規則波に対しても生簀Ｐの動揺を抑制できる。
【００３１】
なお、本実施形態では、３つの水柱管１０、２０、３０の水側開口端１１、２１、３１を面一に設けたが、互いに段差を設けてもよい。また、本実施形態では、３つの水柱管１０、２０、３０を上下に積層するように設けたが、各水柱管１０、２０、３０の間に隙間が設けられるように構成してもよい。また、３つの水柱管１０、２０、３０を浮体動揺抑制装置Ｂの幅方向に連接して設けてもよい。以上のように構成すれば、各水柱管１０、２０、３０の長さを自在に設定することができるので、所望の３つの固有周期T1、T2、T3の水柱Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3を有する浮体動揺抑制装置Ｂを得ることができる。
【００３２】
（他の実施形態）
上記実施形態では、水柱管１０を側面視略Ｊ字形としたが、側面視Ｌ字形等種々の形状に構成することができる。また、水柱管１０は、角を有するように屈曲させる以外に、なめらかに湾曲させてもよい。さらに、水柱管１０の断面は長方形に限らず、円形等種々の形状を採用することができる。このように、所望の固有周期Tを有する水柱Ｃを得られれば、水柱管１０の形状は特に限定されない。
【００３３】
また、水側開口端１１の開口向きは、波が入ることのできる方向であれば、特に限定されない。ただし、水側開口端１１の近傍の水柱管１０（第１実施形態においては第１水平管１３）は、水平に設けた方が好ましい。このように構成することで、波が水側開口端１１に侵入しやすく、波浪エネルギーの吸収効率が高くなるからである。
【００３４】
上記実施形態では、浮体動揺抑制装置を生簀Ｐに取り付けたが、生簀Ｐ以外にも、水面に浮かせて設置される種々の浮体に取り付けられる。例えば、浮桟橋や、停泊中の船舶、等に浮体動揺抑制装置が取り付けられる。
【実施例】
【００３５】
つぎに、実施例により、その効果を説明する。
（水理模型実験）
まず、水理模型実験について説明する。
浮体動揺抑制装置の模型を用いて水理実験を行い、浮体動揺抑制装置の規則波中におけるエネルギー吸収特性の評価を行った。実験は、浮体動揺抑制装置の模型を生簀に取り付け、これに所定の周期の波を入射させて行った。入射波の振幅と、生簀の振幅を測定し、その測定結果から入射波のエネルギーEと浮体動揺抑制装置による吸収エネルギーPを算出した。そして、入射波のエネルギーEと吸収エネルギーPとからエネルギー吸収効率P/Eを算出した。また、エネルギー吸収効率の測定結果と理論計算との比較を行い、エネルギー吸収特性の評価を行った。
【００３６】
（実施例１）
上記第１実施形態に係る浮体動揺抑制装置Ａの構成を有する1/25スケールの浮体動揺抑制装置の模型を用いて水理実験を行った。この模型の水柱の長さLは38cmであり、振動の固有周期Tは1.24秒である。
図９に示すように、測定結果によれば、入射波の周期が1.0秒である場合に、エネルギー吸収効率が0.30であった。また、論理計算から、入射波の周期が1.24秒の場合の、エネルギー吸収効率は0.43であった。なお、測定結果と理論計算とがよく一致しているため、水理実験においても入射波の周期を固有周期Tと同じ1.24秒とした場合、エネルギー吸収効率が0.43程度となることが予測される。
【００３７】
（実施例２）
つぎに、第１実施形態に係る浮体動揺抑制装置Ａの構成を有する1/15スケールの浮体動揺抑制装置の模型を用いて水理実験を行った。この模型の水柱の長さLは60cmであり、振動の固有周期Tは1.55秒である。
図１０に示すように、測定結果によれば、入射波の周期が1.5秒である場合に、エネルギー吸収効率が0.93となり、入射波の波浪エネルギーのほぼ全てを吸収できることがわかる。また、測定結果と理論計算とがよく一致した。
【００３８】
（稚魚育成実験）
つぎに、稚魚育成実験について説明する。
タケノコメバルの稚魚を５０個体投入した生簀を２セット用意し、一方の生簀に第１実施形態に係る浮体動揺抑制装置Ａの構成を有する1/15スケールの浮体動揺抑制装置の模型を取り付けた。この２セットの生簀を用いて水理実験を行った。生簀への入射波の周期は、上記水理模型実験によって得られた図１０のグラフから、エネルギー吸収効率が0.7となる1.3秒に設定した。浮体動揺抑制装置を取り付けた生簀を実験区、浮体動揺抑制装置を取り付けていない生簀を対照区とし、それぞれ生簀に投入する前の稚魚の体重および体長を測定し、１５日後の稚魚の体重および体長を再度測定して肥満度減少率を算出した。算出した肥満度減少率を比較して、浮体動揺抑制装置の動揺抑制の有効性の評価を行った。
【００３９】
実験の結果、表１が得られた。
【表１】
2014132843.tif 000004
【００４０】
表１より、実験区の肥満度減少率は(1-30.2/31.6)×100=4.43%であり、対照区の肥満度減少率は(1-30.9/34.2)×100=9.65%であることがわかる。
実験区の肥満度減少率が対照区の肥満度減少率より低いことから、浮体動揺抑制装置を取り付けることにより、生簀の動揺を抑制でき、稚魚の刺激を低減できることがわかった。
【００４１】
（実海域模型実験）
つぎに、実海域模型実験について説明する。
浮体動揺抑制装置の不規則波中におけるエネルギー吸収特性の評価を行うため、第１実施形態に係る浮体動揺抑制装置Ａの構成を有する1/15スケールの浮体動揺抑制装置の模型を取り付けた生簀を実海域に設置した。生簀に入射する入射波の波高を観測し、入射波の有義波周期T1/3と有義波高H1/3を算出した。また、生簀内の波の波高を観測し、生簀内の波の有義波周期T'1/3と有義波高H'1/3を算出した。算出した有義波周期T1/3、T'1/3と有義波高H1/3、H'1/3とから、入射波および生簀内の波のエネルギースペクトルを算出した。そのエネルギースペクトルを比較して、実海域における浮体動揺抑制装置のエネルギー吸収特性を評価した。
【００４２】
実験の結果、入射波および生簀内の波の有義波周期および有義波高は表２に示すとおりとなった。
【表２】
2014132843.tif 000005
【００４３】
表２の結果より、入射波および生簀内の波のエネルギースペクトルは、図１１に示すようになる。
また、入射波のエネルギーEirrは0.253m2、生簀内の波のエネルギーPは0.071m2と算出される。
【００４４】
エネルギー吸収効率ηは、以下の数２で与えられる。
【数２】
2014132843.tif 000006
数２に実験結果を代入することにより、エネルギー吸収効率が72%であることがわかった。
稚魚の成育に支障のない動揺範囲となることが既往のデータから示されており、浮体動揺抑制装置の動揺抑制の有効性が確認された。
【符号の説明】
【００４５】
Ａ    浮体動揺抑制装置
Ｃ    水柱
１０  水柱管
１１  水側開口端
１２  大気側開口端
１３  第１水平管
１４  第１垂直管
１５  第２水平管
１６  第２垂直管
１７  リブ
Ｐ    生簀
【図１】
2014132843.tif 000007
【図２】
2014132843.tif 000008
【図３】
2014132843.tif 000009
【図４】
2014132843.tif 000010
【図５】
2014132843.tif 000011
【図６】
2014132843.tif 000012
【図７】
2014132843.tif 000013
【図８】
2014132843.tif 000014
【図９】
2014132843.tif 000015
【図１０】
2014132843.tif 000016
【図１１】
2014132843.tif 000017