JP3171337B1 - 地球温暖化モニタリング洋上プラットフォーム - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 海象の厳しい高緯度海域で定点観測を行って
地球温暖化物質をモニタリングできる洋上プラットフォ
ームがない。 【解決手段】 所定海域に設置して上部が海面から突出
する係留ブイと、洋上に浮かぶ浮体構造のプラットフォ
ームＰとを独立して設け、このプラットフォームＰと係
留ブイとを分離可能なように連結し、さらにプラットフ
ォームＰに波力発電システムを設け、この波力発電シス
テムの波力発電用空気室２をプラットフォーム本体１の
外殻を二重殻構造にして形成し、この空気室２内の波浪
エネルギーによって生じる空気流で発電する発電機を設
け、このプラットフォーム本体１の中央部から下方にコ
ラム１４を設けて下部に水平安定盤１５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、洋上で地球温暖
化に関する物質環境を定点観測するための洋上プラット
フォームに関するものである。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】近年、気
候変動等の予測に関する研究が進められており、地球温
暖化物質の循環に関する研究においては、地球温暖化物
質の海洋における循環を量的に把握することが重要であ
ると考えられている。しかし、現状では船舶による観測
にたよっており、長期的な時系列データの蓄積が不足し
ている。特に、物質循環が活発に行われている冬期荒天
の続く北部北太平洋海域での長期連続観測によるデータ
が欠落している。

【０００３】現状の船上観測では、海水試料の採水は人
手にたよっており、船上から採水器をクレーンで吊り降
ろして採水するか、１本のホースを巻き出し／巻き取り
して、その先端の位置を昇降させることによって色々な
深度の海水試料の採取が行われている。このホース採水
の場合、ポンプを船上におけば、ホース内の海水が負圧
となって溶存ガスが気泡となり抜けてしまうおそれがあ
る。

【０００４】この種の観測を係留ブイで定点観測しよう
とする一例として、特公昭６０−４０３７号公報に記載
された浮遊式海洋ステーションがある。しかし、この海
洋ステーションは、係留ブイが海面下にあり、係留外力
が作用した時の係留ラインに生じる張力によって海洋ス
テーションたる柱状ブイ本体に引き込み力が直接作用す
ることになり、喫水が大きく変化し、柱状ブイが没水す
るおそれがある。また、柱状ブイ本体と係留ブイの連結
が係留ロープであるため、両者が接触するおそれもあ
る。

【０００５】また、他の従来技術として、特公昭６３−
５２２３３号公報記載の波力発電ブイや、特開平６−２
８０７３３号公報記載の波力発電装置があるが、これら
の従来技術では、通常、ブイ本体が直接係留されている
ため、ブイの回収に当たっては、係留ラインも一緒に回
収される。このことは、本願発明のように長期間の試料
採取やデータ蓄積が行えるようにしようとする大型で、
且つ、深海域で長期係留する場合には、係留ラインの径
が太くなり、重量が重くなるため、観測期間中に何らか
の理由で係留ラインと共に回収するには、その再設置も
含めて多大な工費が必要となる。

【０００６】さらに、観測しようとしている物質循環は
海洋化学生物の分野であり、観測は分析装置で行われ
る。しかも、現有技術では無人自動化が困難な物質の観
測も必要とされ、これらは陸上の研究施設で分析を行う
ことから、海水試料の自動採取冷凍保存装置も搭載する
必要がある。このような観測（分析）装置や冷凍保存装
置を運転するには、長期間にわたり発電機能を有する給
電システムが必要となる。その上、このような装置を搭
載するには、必然的にプラットフォームの必要内部容積
を大きくしなければならないが、上述した従来技術では
困難である。

【０００７】そのため、このような課題がなく、海象の
厳しい高緯度海域で定点観測を行って地球温暖化物質を
モニタリングできる洋上プラットフォームの開発が切望
されている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、前記課題を解決
するために、本願発明は、所定海域に設置して上部が海
面から突出する係留ブイと、洋上に浮かぶ浮体構造のプ
ラットフォームとを独立して設け、該プラットフォーム
と係留ブイとを分離可能なように連結し、該プラットフ
ォームのプラットフォーム本体の中央部から下方にコラ
ムを設け、該コラムの下部に水平安定盤を設け、さら
に、該プラットフォームに波力発電システムを設け、該
波力発電システムに、プラットフォーム本体の外殻を二
重殻構造にして形成した波力発電用空気室と、該空気室
と海中とを連通する連通穴と、該空気室内の海水の波浪
エネルギーによって生じる空気流を回転エネルギに変換
して発電する波力発電機とを設け、該波力発電機をプラ
ットフォーム本体の上部中央に設けている。

【０００９】この水平安定板によって動揺を抑えなが
ら、浮体の外殻で形成した空気室に生じる空気流で波力
発電することができるので、自家発電しながら地球温暖
化物質の循環を長期にわたり無人自動で観測することが
できる。また、プラットフォームの点検を要する場合で
も、プラットフォームのみを係留ブイから分離して曳航
し、保守点検することができる。

【００１０】また、複数深度層から採水するように採水
深度毎に夫々専用のパイプを設け、それらを束ねて複合
構造の１本の採水ホースとし、該採水ホースをコラム下
端から垂下又は揚収可能に構成することにより、常に同
一深度層から安定した採水ができる。しかも、この採水
ホースをコラム下端から垂下・揚収可能に構成している
ので、プラットフォームの回収曳航が容易に行える。

【００１１】

【００１２】さらに、現有技術では無人自動観測が困難
な物質については、自動採取冷凍保存装置を設けて海水
試料を冷凍保存しておくことによって、後日、陸上の研
究施設で分析を行うことができる。この場合も、多大な
動力を必要とする冷凍保存装置の電力を波力発電によっ
て供給することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を
示す洋上プラットフォームの全体側面図であり、図２は
図１に示す洋上プラットフォームの要部を示す拡大縦断
面図、図３は同洋上プラットフォームの要部を示す拡大
横断面図である。図４は同洋上プラットフォームと係留
ブイの側面図であり、図５は同係留ブイ全体と洋上プラ
ットフォームの係留状態を示す側面図である。このプラ
ットフォームは、大水深海域で長期間係留され、定点観
測に供されるものである。係留系は、一点カテナリー係
留された係留ブイで、独立した系となっている。

【００１４】図１に示すように、プラットフォームＰに
は、浮体部を球形浮体構造としたプラットフォーム本体
１が設けられており、このプラットフォーム本体１は、
波浪エネルギーの吸収効率を高めるために球形に形成さ
れ、潮力を減少させると共に波力を減少させて、波浪動
揺が小さくなるようにしている。そして、球形の浮体外
周部を二重殻とし、その空間を空気室２（海面の上下運
動を空気流に変換する区画）とすることにより、空気室
２の容積を大きくしている。このプラットフォーム本体
１は、球形の中央部（最大径部）に喫水線Ｗが位置する
ような浮力となっている。さらに、このようにプラット
フォーム本体１の外周を二重殻構造としたことによって
海面付近での衝突に対する防護策としている。２ａは空
気室２と海中との連通孔である。なお、プラットフォー
ム本体１は、この実施形態では直径１２ｍで形成されて
いる。

【００１５】このプラットフォーム本体１の内部は、図
２に示すように、上下３層に区分けされている。上部ス
ペースＸには、波力発電機３と予備発電機であるディー
ゼル発電機４、並びに採水ホース５（後述する図４参
照）の格納ラック６が配置されている。このプラットフ
ォーム本体１内部と外部との出入り口もこのスペースに
設けてある。中間スペースＹは計測室として構成され、
観測装置７、海水試料冷凍保存装置８や他のコントロー
ル装置類が集中して配置されている。この中間スペース
Ｙの上下方向中央部が喫水面となっている。なお、この
中間スペースＹには、他に計測ガス容器９が設けられる
とともに、ユーティリティスペース１０も用意されてい
る。下部スペースＺは波力発電による電力を蓄える蓄電
池１１を設ける蓄電池室となっている。

【００１６】前記プラットフォームＰに設けられる電源
システムとしては、主発電機である波力発電機３を主動
力源とすると共に、予備発電機であるディーゼル発電機
を搭載し、共に２基を設けている。これにより、大気・
海水中の化学成分の自動測定装置７並びに海水試料冷凍
保存装置８等における消費電力を確保するようにしてい
る。

【００１７】この波力発電機３は、波力エネルギによっ
て上下動する空気室２内の海面によって生じる空気の流
れを、プラットフォーム本体１の上部中央に設けた送排
気管１３に集めてタービン１２（「ウエルズ・タービ
ン」と称されるタービンで、双方向流れでも同一方向に
回転するタービン）を駆動して回転エネルギに変換して
発電するものである。海面の穏やかな夏を除いて、秋か
ら春までの３シーズンはこの波力発電機３だけで電力を
供給できる能力を持たせている。これが波力発電システ
ムである。

【００１８】余剰電力は蓄電池１１に蓄えておき、波力
発電が不十分で発電機３からの電力が不足する時に、こ
の蓄電池１１から給電される。夏期等において波力発電
量が不足し、蓄電池１１の残容量が少なくなった時に
は、予備のディーゼル発電機４で電力を供給する。

【００１９】一方、プラットフォーム本体１の中央部か
ら下方に１本のコラム１４を設け、このコラム１４の下
端に水線面積に略同等の面積を有する水平安定盤１５を
設けている。この水平安定盤１５を設けることによっ
て、波浪によるプラットフォームＰの上下動揺を低減さ
せている。この水平安定盤１５は、海面下２４ｍに設け
られている。

【００２０】図６に示す線図は、この水平安定盤の有無
による波エネルギー吸収性能を示すものであり、水平安
定盤１５を設けた場合の実線ａは、水平安定盤１５を設
けない場合の破線ｂに比べ、広い波周期の間で波エネル
ギーの吸収性能が向上することが判る。このようにプラ
ットフォームＰの上下動揺を小さくすることにより、上
述した空気室２内における海面の上下運動を大きくし、
タービン１２を流れる空気量を多くすることによって波
力エネルギーの吸収効率を向上させている。

【００２１】このプラットフォームＰに設けられた採水
システムは、採水深度毎に夫々専用のパイプを設け、そ
れらを束ねた複合構造の１本の採水ホース５とし、海面
下３００ｍ、２００ｍ、１５０ｍ、１００ｍ、５０ｍの
５層の深度から採水している。また、海面下２０ｍ、１
０ｍ、５ｍの３層についてはプラットフォームから直接
採水している。従って、全８層の深度からの観測中に採
水ホース５を昇降させる必要はない。さらに、採水ポン
プ（図示略）も各深度毎に専用とし、コラム１４の内部
下端（海面下２０ｍ付近）に配置している。これにより
採水ホース５内の海水が負圧になるのを最小限にしてい
る。また、コラム１４内にポンプを配置しているので、
メンテナンスの必要がある時は、流れや波の影響を受け
ないコラム内での潜水作業で行える。この採水ホース５
は、上述したプラットフォームＰ内の格納ラック６に揚
収できるようになっており、設置状態の外洋において
も、採水ホースのメンテナンスをプラットフォームＰ内
で行うことができる。しかも、このようにプラットフォ
ームＰ内に採水ホース５を回収することにより、プラッ
トフォームＰの回航時において、沿岸域にてホース５の
海底接触による損傷を回避することができる。

【００２２】さらに、プラットフォーム本体１の中央部
から上方にマスト１６を配置し、このマスト１６の上端
に採気口１７を設けている。このマスト１６から大気試
料採取に当たって、海塩粒子の混入を避ける必要がある
ため、海面上３０ｍの高さに採気口１７が設けられてい
る。また、気象観測装置１８の位置も波の影響を受けな
い高所に配置している。このマスト１６をコラム１４内
に降下させることができるようにしているので、採気口
１７や気象観測装置１８等のメンテナンスを行う時に
は、プラットフォームＰの屋根上の足場で作業が行え
る。１６ａはマスト１６の支持索である。

【００２３】図４、図５には上述した洋上プラットフォ
ームと係留ブイとの関係が示されている。図４に示すよ
うに、上述したプラットフォームＰとは別に独立的に係
留ブイＢが設けられ、この係留ブイＢとプラットフォー
ムＰとは、曲げ剛性を有する線構造物１９（例えば、ゴ
ム被覆チェーン）によって連結されている。この線構造
物１９の中間にはコネクタ２０が設けられ、このコネク
タ２０の嵌脱機能によって係留ブイＢとプラットフォー
ムＰとが分離可能なように構成されている。

【００２４】このように、洋上プラットフォームＰを定
点保持するための係留方式を、係留系とプラットフォー
ムＰとを夫々独立的に設けて連結することにより、係留
ブイＢ等の係留系を現地に残し、プラットフォームＰの
みを回収することができるようにしている。

【００２５】本願発明では、係留ブイの余剰浮力を海底
上の係留ライン総重量（海底部の係留ラインとアンカー
(もしくはシンカー)の海中総重量）より大きくし、プラ
ットフォーム本体１に働く引き込み力を極力小さくして
いる。これによりプラットフォーム本体１が水没するこ
とを防止している。

【００２６】また、上記ゴム被覆チェーン１９で係留ブ
イＢとプラットフォームＰとを連結することによって両
者の接近を回避し、図５に示すように、プラットフォー
ムＰから水深３００ｍまで垂下されている採水ホース５
が係留ラインＬに絡むことを防止している。つまり、こ
のゴム被覆チェーン１９の曲げ剛性によって、係留ライ
ンＬの立ち上がり部と採水ホース５とが接近しない絡み
付き防止機能を発揮している。

【００２７】係留ラインの構成は、上端部（係留ブイ直
下）と下端部（海底上）をチェーン２１、その問を樹脂
被覆型ワイヤロープ２２（もしくは合成繊維ロープ）と
し、アンカーとしてダンフォースアンカー２３を用いて
いる。

【００２８】このように係留系を独立系として、プラッ
トフォームＰを表層係留ブイＢに係留（連結）する方式
としているので、プラットフォームＰは搭載システムに
不具合が発生して基地港でのメンテナンスを必要とする
場合でも、コネクタ２０から分離したプラットフォーム
Ｐのみを持ち帰って点検・整備することが容易にでき
る。このことは、一旦設置されると回収して再利用再設
置することが海洋工事の観点から非常に困難な係留系を
観測場所に残し、プラットフォームＰのみを持ち帰って
点検・整備後、現地海域へ曳航し係留系に連結する、と
いうような運用が可能であり、点検・整備に要する費用
を大幅に抑えることができる。

【００２９】以上のような大気・海水試料を採取して保
存することができるシステムを搭載した洋上プラットフ
ォームＰによって、地球温暖化物質の定点観測を無人で
長期間安定して行うことができる。

【００３０】

【発明の効果】本願発明は、以上説明したような形態で
実施され、以下に記載するような効果を奏する。

【００３１】大深度の荒天海域において、波力発電によ
って電力を自給しながら地球温暖化物質の循環を長期に
わたり定点観測することができるようになり、気候変動
等の解明や予測を行う研究に必要とされている重要なデ
ータの蓄積が可能となる。

【００３２】また、プラットフォームのみを係留ブイか
ら分離して保守点検することができるので、整備等に要
する費用の削減を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態を示す洋上プラットフォ
ームの全体側面図である。

【図２】図１に示す洋上プラットフォームの要部を示す
拡大縦断面図である。

【図３】図１に示す洋上プラットフォームの要部を示す
拡大横断面図である。

【図４】図１に示す洋上プラットフォームと係留ブイの
側面図である。

【図５】図１に示す係留ブイ全体と洋上プラットフォー
ムの係留状態を示す側面図である。

【図６】水平安定円盤の有無による波エネルギー吸収性
能を示す線図である。

【符号の説明】

１…プラットフォーム本体 ２…空気室 ３…波力発電機 ４…ディーゼル発電機 ５…採水ホース ６…格納ラック ７…観測装置 ８…海水試料冷凍保存装置 ９…計測ガス容器 １０…ユーティリティスペース １１…蓄電池 １２…タービン １３…送排気管 １４…コラム １５…水平安定盤 １６…マスト １７…採気口 １８…気象観測装置 １９…線構造物（ゴム被覆チェーン） ２０…コネクタ ２１…チェーン ２２…樹脂被覆型ワイヤロープ（もしくは合成繊維ロー
プ） ２３…ダンフォースアンカー Ｘ…上部スペース Ｙ…中間スペース Ｚ…下部スペース Ｂ…係留ブイ Ｌ…係留ライン Ｐ…洋上プラットフォーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日下部 正志 神奈川県横須賀市夏島町２番地15 海洋 科学技術センター内 (56)参考文献 特開 昭54−105630（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B63B 35/44

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定海域に設置して上部が海面から突出
   する係留ブイと、洋上に浮かぶ浮体構造のプラットフォ
   ームとを独立して設け、該プラットフォームと係留ブイ
   とを分離可能なように連結し、該プラットフォームのプ
   ラットフォーム本体の中央部から下方にコラムを設け、
   該コラムの下部に水平安定盤を設け、さらに、該プラッ
   トフォームに波力発電システムを設け、該波力発電シス
   テムに、プラットフォーム本体の外殻を二重殻構造にし
   て形成した波力発電用空気室と、該空気室と海中とを連
   通する連通穴と、該空気室内の海水の波浪エネルギーに
   よって生じる空気流を回転エネルギに変換して発電する
   波力発電機とを設け、該波力発電機をプラットフォーム
   本体の上部中央に設けた地球温暖化モニタリング洋上プ
   ラットフォーム。
2. 【請求項２】 複数深度層から採水するように採水深度
   毎に夫々専用のパイプを設け、それらを束ねて複合構造
   の１本の採水ホースとし、該採水ホースをコラム下端か
   ら垂下又は揚収可能に構成したことを特徴とする請求項
   １記載の地球温暖化モニタリング洋上プラットフォー
   ム。
3. 【請求項３】 採水した海水を冷凍保存する冷凍保存装
   置を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載
   の地球温暖化モニタリング洋上プラットフォーム。