JP7072963B2 - 着床式洋上架台、洋上風力発電装置及び洋上風況観測装置 - Google Patents

Description

本発明は、洋上に設置される風力発電機や洋上で風況などの気象データの計測を行う風況観測機を支持する基台となる着床式洋上架台と、この着床式洋上架台に風力発電機を設けた洋上風力発電装置、及び風況観測機を設けた洋上風況観測装置に関する。

近年の石油資源の枯渇に伴い、太陽エネルギーに代表される再生可能エネルギーが注目されている。しかしながら、太陽光発電は、天気による変動が大きく、また、夜間には発電できないため、これに代わる再生可能エネルギーとして風力発電が注目されている。風力発電は、民家近くでは低周波騒音などの問題が指摘されているため、これを回避するため、洋上に風力発電設備を設置することに注目されている。洋上風力発電機を設置するには、洋上に発電機を設置するための架台（プラットフォーム）が必要となる。また、洋上風力発電機を設置するに際して、その設置環境の選定や発電能力試算のため、予め設置候補の洋上にて風向、風量、風速などの風況観測を行う必要がある。

しかしながら、洋上に設置する洋上架台は、台風や強風、波浪の影響を受けるため、これらに耐えて安定的に設置することが容易でない。特に、強固に海底に固定するには施工が複雑で高コストとなる。また一方で、強固に海底に固定すると、却って強い抵抗力を受けることとなるため、さらに高い剛性が求められる。

特開２０１７－１６１３９２号公報 特許３９５１６３１号公報

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、着床式とすることで安定した発電や風況計測を実現しながら、洋上において安価に設置可能な着床式洋上架台、洋上風況観測装置及び洋上風力発電装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の実施形態に係る着床式洋上架台は、風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に風力発電機又は風況観測機が設置される支柱部と、海底に設置されて、支柱部の下端部が連結されるベース部とを備えている。支柱部は、中空状の浮体部を備えると共に、下端部には、支柱部を沈降させる重り部を備えており、浮体部に働く浮力の浮心を、重り部の重心よりも上方に配置して、支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしており、さらに、支柱部の下端部は、支柱部の揺動を許容する連結構造を介してベース部と連結している。

上記構成によると、浮体部と重り部により鉛直姿勢に保持される支柱部の下端部を、揺動を許容する連結構造を介して、海底に設置されたベース部に連結するので、着床式として安定した発電や風況計測を実現しながら、台風や強風、波浪に対して優れた耐性を実現して、長期間にわたって安定的に設置できる。

本発明の第１の実施形態に係る着床式洋上架台は、連結構造が、支柱部の下端面に形成された下方開口で内面を湾曲面状とするソケット凹部と、ベース部の上面から突出して、先端部を球面状とする丸頭凸部とを備え、ソケット凹部に案内される丸頭凸部をソケット凹部の内側面に面接触させて、支柱部をベース部に対して、平面視３６０度方向への揺動を許容している。

上記構成によると、支柱部の下端面に形成されたソケット凹部に、ベース部の上面から突出する丸頭凸部を案内して、丸頭凸部の先端面をソケット凹部の内周面に面接触させる連結構造とするので、支柱部をベース部に対して、平面視３６０度方向への揺動を許容しながら安定して支持できる。とくに、この連結構造は、支柱部の下端面に設けた下方開口のソケット凹部に、ベース部の上面から突出する丸頭凸部を案内するので、ソケット凹部と丸頭凸部の接触部に対して海水中の泥や異物が堆積するのを皆無にして、ソケット凹部と丸頭凸部との接触状態を良好な状態に保持できる。このため、長期間にわたって支柱部をベース部に対して安定して揺動できる。

本発明の第１の実施形態に係る着床式洋上架台は、連結構造が、ソケット凹部の内側に、海水よりも比重が小さい潤滑剤を充填している。さらに、ソケット凹部と丸頭凸部との接触領域に、潤滑剤を流入させるための流入溝を備えている。流入溝は、底面視においてソケット凹部の中心を起点として放射状に延びる複数の放射状溝と、複数の同心円状のリング状溝を備えて、放射状溝とリング状溝とを互いに交差させると共に、隣接する放射状溝の間には、複数のリング状溝を連結するサブ放射状溝を備えている。

上記構成によると、支柱部の下端面に設けた下方開口のソケット凹部の内側に充填される潤滑剤により、ソケット凹部と丸頭凸部との接触抵抗を潤滑剤で低減させて、支柱部をベース部に対して安定して揺動できる。とくに、海中において、下方開口のソケット凹部の内側に、海水よりも比重が小さい潤滑剤を充填するので、この潤滑剤はソケット凹部から流出することなく、長期間にわたってソケット凹部の内側に残存してソケット凹部と丸頭凸部との接触抵抗を低減できる。また、経時的に潤滑剤が減少しても、簡単に補充することができ、良好な接触状態を維持できる。また、上記構成によると、ソケット凹部と丸頭凸部との接触領域に設けた流入溝に潤滑剤を流入させて、ソケット凹部と丸頭凸部との接触面における接触抵抗を低減して滑らかに摺動できる。

本発明の第２の実施形態に係る着床式洋上架台は、風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に風力発電機又は風況観測機が設置される支柱部と、海底に設置されて、支柱部の下端部が連結されるベース部とを備えている。支柱部は、中空状の浮体部を備えると共に、下端部には、支柱部を沈降させる重り部を備えており、浮体部に働く浮力の浮心を、重り部の重心よりも上方に配置して、支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしてなり、さらに、支柱部の下端部は、支柱部の揺動を許容する連結構造を介してベース部と連結している。連結構造は、支柱部の下端面に形成された下方開口で内面を湾曲面状とするソケット凹部と、ベース部の上面から突出して、先端部を球面状とする丸頭凸部とを備え、丸頭凸部は、上端面の曲率半径（Ｒ２）をソケット凹部の内面の曲率半径（Ｒ１）と等しくし、あるいは小さくして、ソケット凹部と対向する上端面を前記ソケット凹部の内面に接触させると共に、外周部の曲率半径（Ｒ３）を上端面の曲率半径（Ｒ２）よりも小さくしており、さらに、丸頭凸部は、ソケット凹部との接触面である上端面の面積を支柱部の横断面の面積と等しくし、あるいは大きくしてなり、ソケット凹部に案内される丸頭凸部をソケット凹部の内側面に面接触させて、支柱部をベース部に対して、平面視３６０度方向への揺動を許容している。

本発明の他の実施形態に係る着床式洋上架台は、さらに、連結構造が、支柱部の下端部とベース部とを連結する複数の連結索体を備えている。上記構成によると、ベース部に対して支柱部が揺動するのを許容しながら、支柱部が水平面内で回転するのを防止できると共に、支柱部のソケット凹部がベース部の丸頭凸部から脱落するのを防止できる。

本発明の第３の実施形態に係る着床式洋上架台は、風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に風力発電機又は風況観測機が設置される支柱部と、海底に設置されて、支柱部の下端部が連結されるベース部とを備えている。支柱部は、中空状の浮体部を備えると共に、下端部には、支柱部を沈降させる重り部を備えており、浮体部に働く浮力の浮心を、重り部の重心よりも上方に配置して、支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしており、さらに、支柱部の下端部は、支柱部の揺動を許容する連結構造を介してベース部と連結している。連結構造が、支柱部の下端から下方に突出する柱状ないし錐状の連結凸部と、ベース部の上面に形成されて、連結凸部が挿入される上方開口の挿入部と、挿入部と連結凸部の間に介在されるゴム状弾性体とを備えている。

上記構成によると、支柱部に設けた連結凸部をベース部に設けた挿入部に挿入することで支柱部とベース部とを定位置に連結しながら、支柱部と挿入部の間にゴム状弾性体を介在させることで、連結凸部と挿入部との位置ずれをゴム状弾性体で吸収して、支柱部の揺動を許容できる。

本発明の第３の実施形態に係る着床式洋上架台は、ゴム状弾性体が、連結凸部を挿通可能な筒状であって、一端にフランジ部を一体的に備えており、フランジ部を、支柱部の下面と、ベース部の上面との間に介在させている。

上記構成によると、ゴム状弾性体を、連結凸部を挿通可能な筒状として、連結凸部と挿入部との間に筒部を介在させながら、上端縁に設けたフランジ部を、支柱部の下面とベース部の上面との間に介在されることで、支柱部をベース部に対して、より安定的に揺動できる。

本発明の他の実施形態に係る着床式洋上架台は、支柱部が下端面の中央部に連結凸部を備えると共に、ベース部が上面の中央部に挿入部を備えており、支柱部の下端面の外周部とベース部の上面との間に、複数の弾性体を介在させている。

上記構成によると、支柱部の下端面の中央部に設けた連結凸部を、ベース部の上面の中央部に設けた挿入部にゴム状弾性体を介して配置しながら、支柱部の下端面の外周部とベース部の上面との間に、複数の弾性体を介在させることにより、底面積の広い支柱部であっても、ベース部に対して安定的に揺動を許容できる。

本発明の第４の実施形態に係る着床式洋上架台は、風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に風力発電機又は風況観測機が設置される支柱部と、海底に設置されて、支柱部の下端部が連結されるベース部とを備えている。支柱部は、中空状の浮体部を備えると共に、下端部には、支柱部を沈降させる重り部を備えており、浮体部に働く浮力の浮心を、重り部の重心よりも上方に配置して、支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしており、さらに、支柱部の下端部は、支柱部の揺動を許容する連結構造を介してベース部と連結している。連結構造が、支柱部の下端面に形成された下方開口の凹部と、ベース部の上面から突出して凹部に案内される凸部と、凹部と凸部の間に配置される揺動機構とを備えている。揺動機構は、支柱部の下端面に形成された凹部に嵌合されるカップ部と、ベース部の上面から突出する凸部を被覆するキャップ部と、カップ部の内面とキャップ部の外面との間に配置された複数の弾性体とを備えており、複数の弾性体を介してカップ部とキャップ部とを相対的に移動させて、支柱部をベース部に対して、平面視３６０度方向への揺動を許容している。

上記構成によれば、支柱部の下端面に設けた下方開口の凹部と、ベース部の上面から突出する凸部とを揺動機構で連結しており、この揺動機構が、凹部に嵌合されるカップ部と、凸部を被覆するキャップ部と、これらの間に配置される複数の弾性体とを備えているので、ベース部に対して複数の弾性体を介して連結される支柱部の揺動を許容できる。とくに、この連結構造は、支柱部の下端面に設けた下方開口の凹部に嵌合するカップ部に、ベース部の上面から突出する凸部を被覆するキャップ部を案内する状態で、カップ部とキャップ部の間に複数の弾性体を配置するので、弾性体が配置されるカップ部とキャップ部の間に、海水中の泥や異物が侵入するのを有効に防止して、長期間にわたって支柱部をベース部に対して安定して揺動できる。

本発明の他の実施形態に係る着床式洋上架台は、揺動機構が、カップ部の内面とキャップ部の外面との間に隙間を設けており、この隙間を空気層としている。

以上の構成によれば、カップ部の内面とキャップ部の外面との間に隙間を設けており、この隙間を空気層として海水の浸水を阻止しているので、カップ部とキャップ部の間の隙間に配置される複数の弾性体が海水に接触するのを防止して、弾性体の経時的な劣化を有効に防止できる。

本発明の他の実施形態に係る着床式洋上架台は、揺動機構が、カップ部の内面とキャップ部の外面との間に隙間を設けており、この隙間に、比重が海水よりも小さい潤滑剤を充填している。

以上の構成によれば、カップ部の内面とキャップ部の外面との間に形成される隙間に、比重が海水よりも小さい潤滑剤を充填するので、隙間に配置される弾性体を潤滑剤で保護して、経時的な劣化を有効に防止できる。とくに、下方開口のカップ部の内側であって、このカップ部に案内されるキャップ部との間の形成される隙間に、比重が海水よりも小さい潤滑剤を充填するので、この潤滑剤はカップ部から流出することなく、長期間にわたっってカップ部とキャップ部の隙間に残存して弾性体を保護できる。また、経時的に潤滑剤が減少しても、簡単に補充することができる。

本発明の他の実施形態に係る着床式洋上架台は、複数の弾性体を、ゴムまたはバネとしている。

本発明の他の実施形態に係る着床式洋上架台は、連結構造が、支柱部の下端部を第一の方向に揺動させる揺動軸となる第一揺動軸と、第一揺動軸と交差して配置されて、支柱部の下端部を第一の方向と交差する第二の方向に揺動させる揺動軸となる第二揺動軸とを備えており、支柱部をベース部に対して、平面視３６０度方向へ揺動を許容している。

上記構成によると、連結構造が、互いに交差する第一揺動軸と第二用同軸とを介して支柱部の揺動を許容するので、支柱部をベース部に対して、平面視３６０度方向への揺動を許容できる。

本発明の他の実施形態に係る着床式洋上架台は、ベース部が、海底に固定される土台部と、土台部に第二揺動軸を介して第二の方向に揺動自在に連結された揺動体とを備えており、支柱部は、揺動体に、第一揺動軸を介して第一の方向に揺動自在に連結されており、第一揺動軸と第二揺動軸とを互いに直交する方向に配置している。

本発明の他の実施形態に係る着床式洋上架台は、支柱部が、海面下に配置される一部を他の部分よりも外径を大きくして太筒部を設けており、この太筒部を中空状として浮体部の一部としている。

本発明の他の実施形態に係る着床式洋上架台は、さらに、支柱部に脱着自在に連結される、筒状で中空のサブ浮体部を備えており、サブ浮体部を、中心に挿通される支柱部に沿って海面下に配置している。

本発明の他の実施形態に係る洋上風力発電装置は、上記のいずれかの着床式洋上架台を備える洋上風力発電装置であって、着床式洋上架台と、支柱部の上端に設置された風力発電機とを備えている。

本発明の他の実施形態に係る洋上風力発電装置は、風力発電機が、ダウンウインド型の風車を備えている。

上記構成によると、風力発電機がダウンウインド型の風車を備えているので、支柱部が風下側に揺動する状態においても、発電効率を低下させることなく安定して発電できる。

本発明の他の実施形態に係る洋上風況観測装置は、上記のいずれかの着床式洋上架台を備える洋上風況観測装置であって、着床式洋上架台と、支柱部の上端に設置された風況観測機とを備えており、支柱部が上端部にプラットホーム部を備え、プラットホーム部に風況観測機を設けている。

本発明の一実施形態に係る洋上風力発電装置を示す模式断面図である。 本発明の一実施形態に係る洋上風況観測装置を示す模式断面図である。 図１に示す洋上風力発電装置の着床式洋上架台の浮体部の拡大断面図である。 サブ浮体部の一例を示す拡大断面図である。 連結構造の一例を示す分解断面図である。 図５に示す連結構造の一部拡大断面図である。 連結構造の他の一例を示す一部拡大断面図である。 図７に示すソケット凹部の底面図である。 連結構造の他の一例を示す拡大断面図である。 連結構造の他の一例を示す拡大断面図である。 連結構造の他の一例を示す分解断面図である。 図１１に示す連結構造の拡大断面図である。 連結構造の他の一例を示す拡大断面図である。 連結構造の他の一例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部品を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

本発明の着床式洋上架台は、風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台である。この着床式洋上架台は、主として、水深を２０ｍ～１００ｍとする海洋において、風力発電機や風況観測機を洋上に設置するために使用される。ただ、本発明の着床式洋上架台は、海洋上のみならず、所定の水深を有する湖の湖底に着床させて水面上に風力発電機や風況観測機を配置する架台として使用することもできる。したがって、本明細書において、洋上とは、海洋上だけでなく、湖上も含む広い意味で使用する。

（着床式洋上架台９）
図１は、着床式洋上架台９の上に風力発電機３０を設置した洋上風力発電装置１００の一例を示し、図２は、着床式洋上架台９の上に風況観測機３５を設置した洋上風況観測装置２００の一例を示している。これらの図に示す着床式洋上架台９は、下端を海底９０に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に風力発電機３０又は風況観測機３５が設置される支柱部１と、海底９０に設置されて、支柱部１の下端部が連結されるベース部２とを備えている。

（支柱部１）
図１及び図２に示す支柱部１は、上下方向に延長された柱状であって、下端部を海底９０に配置して上端を海面上に突出させる鉛直姿勢で海中に配置している。海底９０から海面上に向かって上下方向に伸びる支柱部１を鉛直姿勢で配置するために、支柱部１は、下端部に支柱部１を沈降させる重り部３を設けて重心Ｇを低くすると共に、上部の内部を中空状として浮体部４を設けて、この浮体部４の浮心Ｆを重心Ｇよりも高い位置に配置している。これにより、上下方向に配置される支柱部１を鉛直姿勢に保持できるようにしている。

支柱部１は、下端が海底９０に配置されると共に、上端が洋上に突出する全長を有している。海底９０から海洋上に延長して配置される支柱部１は、鉛直姿勢で配置されており、海中に配置される本体部１Ａの下端部を海底９０に設置されるベース部２に連結し、海面上に突出する突出部１Ｂの上端に風力発電機３０又は風況観測機３５を設置している。支柱部１は、上端を海面から５ｍ～１０ｍ突出させる姿勢で配置している。したがって、支柱部１の全長は、設置場所の水深よりも５ｍ～１０ｍ長くなるようにしている。例えば、水深を５０ｍとする海域に設置される着床式洋上架台９においては、支柱部１の全長を５５ｍ～６０ｍとして、上端部を海面上に５ｍ～１０ｍ突出させる。

図１及び図２に示す支柱部１は、図３に示すように所定の外径を有する円筒状の鋼管１０で形成されている。円筒状の鋼管１０で形成される支柱部１は、複数本の鋼管１０を連結して所定の長さに形成される。図１及び図２に示す支柱部１は、長さを１０ｍ～数十ｍとする鋼管１０を複数本連結して、所定の全長としている。図３に示す各々の鋼管１０は、端縁に沿って外側に突出するフランジ部１１を設けており、対向するフランジ部１１同士を連結具１２を介して連結することで、複数の鋼管１０を直線状に連結して所定の全長としている。ただ、使用する鋼管１０の長さや連結する本数は、種々に設計変更することができる。このように、支柱部１を複数の鋼管１０で形成する構造は、既成の鋼管を使用することで、製造コストを低減しながら、簡単かつ容易に製造できる特長がある。

（浮体部４）
支柱部１は、安定した姿勢で配置するために、少なくとも一部を中空とする浮体部４を備えている。円筒状の鋼管１０で構成される支柱部１は、海中に配置される本体部分において、内部を中空とする領域を設けて浮体部４を形成している。浮体部４は、内部を中空状とすることで、浮力に対する重量を少なくして、実質的に浮力を大きくしている。

複数の鋼管で形成される支柱部１は、鋼管の内部全体を一つの空間として、浮体部を構成することもできるが、好ましくは、内部に隔壁１３を設けて、浮体部４を形成する中空部１４を複数の領域に分割する。図３に示す浮体部４は、複数の隔壁１３を設けて、中空部１４を複数の区画室１４Ａに区画している。図３に示す支柱部１は、互いに連結される鋼管１０同士の間に挟着プレート１３Ａを介在させて、この挟着プレート１３Ａを隔壁１３としている。鋼管１０同士の間に配置される挟着プレート１３Ａは、鋼管１０の端縁に設けたフランジ部１１に沿う外形を有しており、対向するフランジ部１１同士の間に密着状態で挟着されて、隣接する鋼管１０同士の内部を区画している。この挟着プレート１３Ａは、鋼管１０のフランジ部１１との間にパッキンを介在させることで、各々の区画室１４Ａを水密構造に閉塞できる。

さらに、図３に示す支柱部１は、鋼管１０の中間部分において、鋼管１０の内部領域を分割する分割プレート１３Ｂを設けて隔壁１３としている。図に示す分割プレート１３Ｂは、鋼管１０の内形に沿う外形を有しており、外周面を鋼管１０の内周面に密着させる状態で固定されて、鋼管１０の内部を複数の区画室１４Ａに分割している。

以上のように、支柱部１の内部に形成される中空部１４を、隔壁１３によって複数の区画室１４Ａに分割する構造は、浮体部４の内部に浸水することがあっても隔壁１３によって浸水領域の拡大を抑制できると共に、浮体部４の内部を隔壁１３で複数に区画することで、浮体部４にはたらく浮力の中心（以後、浮心Ｆと呼ぶ）の位置を安定させて、支柱部１を鉛直姿勢に保持できる。

ここで、海水中の物体にはたらく浮力Ｐは、海水中に浸かっている物体の体積に、海水の比重を乗じたものとなる。すなわち、浮力Ｐの大きさは、海水中の物体の体積に比例する。このため、浮体部４は、支柱部１の外径を大きくすることで、より大きな浮力Ｐが得られることになる。したがって、支柱部１は、架台に要求される浮力Ｐを考慮して最適な外径に調整される。支柱部１の外径は、支柱部１の上に設置する機器や、着床式洋上架台９を設置する海域の水深によっても変更される。例えば、図１に示すように、重量の大きな風力発電機３０を支持する支柱部１は、外径を大きくすることで浮力を大きくすることができる。図１に示すように、水深４０ｍ～１００ｍの海域に設置されて、上端に風力発電機３０を設置する着床式洋上架台９においては、支柱部１の外径を５ｍ～１２ｍ、好ましくは７～１０ｍとすることができる。また、図２に示すように、水深２０ｍ～５０ｍの海域に設置されて、上端に風況観測機３５を配置する着床式洋上架台９においては、支柱部１の外径を１ｍ～４ｍとすることができる。

さらに、図１及び図２に示す支柱部１は、海面下に配置される一部を他の部分よりも外径を大きくして太筒部１Ｃを設けており、この太筒部１Ｃの内部を中空状として浮体部４の一部を構成している。このように、本体部１Ａよりも外径の大きな太筒部１Ｃを設けることで浮体部４に働く浮力Ｐをさらに大きくすることができる。また、この太筒部１Ｃを有する支柱部１は、海面近くにおいて表面積の大きな太筒部１Ｃを備えることで、支柱部１が下端部を支点として揺動する際に、支柱部１の上部に作用する水の抵抗を大きくして、揺動を抑制する効果もある。このような太筒部１Ｃは、例えば、その外径を、本体部１の外径の１．５～２倍の大きさとすることで、この領域に作用する浮力の大きさを２～４倍に大きくできる。

（サブ浮体部４０）
さらに、支柱部１は、図４に示すように、支柱部１に脱着自在に連結されるサブ浮体部４０を備えることもできる。図に示すサブ浮体部４０は、全体を筒状としており、内部を中空状として海中において浮力が生じるようにしている。図に示すサブ浮体部４０は、支柱部１を内側に挿通できるように中心孔４１を開口しており、この中心孔４１に支柱部１を挿通する状態で、支柱部１に沿って上下に移動できるようにしている。このサブ浮体部４０は、図１の太筒部１Ｃと同様に、海面下に配置されるように支柱部１に固定することで、支柱部に働く浮力を大きくできる。図に示すサブ浮体部４０は、固定部材４２を介して支柱部１の本体部１Ａに固定できるようにしている。

このサブ浮体部４０は、例えば、支柱部１の上に設置される風力発電機３０の荷重に応じて使用することで、支柱部１が支持する荷重を調整できる。言い換えると、支柱部１の上に設置される風力発電機３０の重量によって、大きさの異なるサブ浮体部４０を選択的に使用することで、支柱部１に作用する浮力の大きさを調整できる。さらに、サブ浮体部４０は、内部にバラスト水４４を充填し、このバラスト水４４をポンプ４３等を使用して出し入れすることで、浮力の大きさを調整することもできる。着床式洋上架台９は、例えば、サブ浮体部４０を備える支柱部１を海中に設置する際には、サブ浮体部４０にバラスト水４４を充填しておき、定位置に設置された支柱部１の上端に風力発電機３０を設置する際には、サブ浮体部４０の内部のバラスト水４４を排水して浮力を発生させて、風力発電機３０を支持する浮力を大きくすることができる。このように、バラスト水４４を出し入れ自在とするサブ浮体部４０を備える着床式洋上架台９は、支柱部１に作用する浮力を調整しながら、洋上風力発電装置１００の設置作業を能率よくできる。

以上の支柱部１は、下端部を自重で海中に沈降させて海底９０に設けたベース部２に連結させた状態で、支柱部１を安定して鉛直姿勢に保持するために、浮体部４にはたらく浮力の浮心Ｆが、下端部に設けた重り部３の重心Ｇよりも上方に位置するように構成される。すなわち、上下に延長される支柱部１は、浮体部４に上向きに作用する浮力Ｐの浮心Ｆを上方に配置し、重り部３に下向きに作用する重力Ｗの重心Ｇが下方に位置する低重心とすることで鉛直姿勢に保持される。

（重り部３）
さらに、図１及び図２に示す支柱部１は、下端部に、支柱部１を沈降させる重り部を備えている。重り部３は、支柱部１の下端部を中実として形成することにより、支柱部１における重心Ｇを下方に配置することができる。図３に示す支柱部１は、下端部において、鋼管１０の内部にコンクリート１５を充填すると共に、下端部には支柱部１の本体部１Ａよりも外径の大きなコンクリートケーソン１６を設けることで、重量の大きな重り部３を形成して低重心を実現している。図５のコンクリートケーソン１６は、鋼管１０の下端部をインサート成形しており、鋼管１０の下端部に充填されるコンクリート１５とコンクリートケーソン１６とを一体的に連結している。

この構造によると、支柱部１の下端部に形成される重り部３の重量を大きくして、支柱部１の重心Ｇを下方に配置して、支柱部１をより安定して鉛直姿勢に保持できる。ただ、重り部３は、必ずしも支柱部１の本体部１Ａよりも大きな外径とする必要はなく、支柱部１と等しい外径とすることもできる。さらに、図示しないが、支柱部は、下端部に支柱部と別部材からなる錘を連結して重り部３を構成することもできる。以上の支柱部１は、下端部に充填するコンクリート１５、及び下端部に形成されるコンクリートケーソン１６により形成される重り部３をシンカーとしてスムーズに海底に沈降できる。

（ベース部２）
ベース部２は、海底９０に設置されて、支柱部１の下端部が連結される。図５に示すベース部２は、コンクリートケーソン２１としている。コンクリートケーソン２１は、全体を所定の形状に形成した鉄筋コンクリート製で、図に示すように、海底９０に水平姿勢で設置している。鉄筋コンクリートは、比重が約２．４ｔ／ｍ^３であって、簡単かつ安価に製造できると共に、耐久性にも優れているので、ベース部２として海底に設置されるケーソンの材料として最適である。

コンクリートケーソン２１で構成されるベース部２は、平面視を多角形状または円形状とするブロック状であって、底面を広くすることで海底面に対して安定して設置できるようにしている。ブロック状のベース部２は、中央部を外周部よりも厚く形成して、支柱部１を支持する台座部２２とすると共に、海底９０に対する設置面積が大きくなるように、外周部２３を広く形成している。ベース部２は、例えば、外径を２０ｍ～３０ｍとしている。図のベース部２は、外周部を貫通するパイル部材２４を介して海底９０に固定されている。コンクリートケーソン２１からなるベース部２は、例えば、台座部２２の厚さを数ｍ、外周部２３の厚さを数十ｃｍ～数ｍとしている。図のベース部２は、外周部を貫通する複数本のパイルを海底に打ち込んで、ベース部を海底に固定している。

以上のように、着床式洋上架台９は、ベース部２をコンクリート製とすることで、寿命を長くすることができる。このため、支柱部１とベース部２とを着脱自在とすることで、コンクリート製のベース部２の耐久年数を長くして繰り返し使用しながら、寿命の短い金属製の支柱部１や風力発電機３０のみを交換することで、ベース部２を有効に利用しながらコストを低減できる。

以上の着床式洋上架台９は、海底９０から海面上にかけて配置される支柱部１の下端部が、海底９０に設置されるベース部２に連結されて自立姿勢で配置されるが、この支柱部１は、海面近くの上端部や上端に設置される風力発電機３０が台風等により強風や波浪を受けることで鉛直姿勢から傾斜することがある。このとき、支柱部１の下端とベース部２が強固に固定されていると、傾斜する支柱部１から受ける負荷によりベース部２との連結部分に大きな応力が作用して連結部が損傷を受けるおそれがある。このような問題点を解決するために、本発明の着床式洋上架台９は、支柱部１の下端部を、支柱部１の揺動を許容する連結構造５を介して支柱部１の下端部をベース部２に連結している。以下、支柱部とベース部２の連結構造５について詳述する。

（連結構造５）
図５と図６に示す連結構造５は、支柱部１の下端面に形成された下方開口で内面を湾曲面状とするソケット凹部５１と、ベース部２の上面から突出するように形成されて、先端部を球面状とする丸頭凸部５２とを備えている。ソケット凹部５１は、支柱部１の下端面に形成された下方開口の凹部で、図に示す支柱部１は、下端部にコンクリートケーソン１６からなる重り部３を備えており、この重り部３の下端面を中央凹となる形状に形成してソケット凹部５１を設けている。ソケット凹部５１は、ベース部２に形成される丸頭凸部５２の先端に形成された球状面と面接触するように、内面を湾曲面状としている。このソケット凹部５１は、その中央部分を、好ましくは丸頭凸部５２の先端面の曲率半径Ｒ２よりも、やや大きな曲率半径Ｒ１の湾曲面状としており、この湾曲面よりも下方をテーパー面あるいは回転放物面形状としている。これにより、ソケット凹部５１の内面を丸頭凸部５２の先端面に沿って面接触状態で移動させて、支柱部１を揺動できるようにしている。

以上の連結構造５は、ソケット凹部５１に案内される丸頭凸部５２をソケット凹部５１の内側面に面接触させながら、ソケット凹部５１の内面と丸頭凸部５２の表面との接触位置を変えることで、支柱部１をベース部２に対して自由に揺動できる。とくに、この連結構造によると、支柱部１をベース部２に対して平面視３６０度方向への揺動を許容することができる。

さらに、この連結構造５は、支柱部１の下端面に設けた下方開口のソケット凹部５１に、ベース部２の上面から突出する丸頭凸部５２を案内するので、ソケット凹部５１と丸頭凸部５２の接触部に対して海水中の泥や異物が堆積するのを皆無にできる。ソケット凹部５１が下方開口となっているからである。このため、ソケット凹部５１と丸頭凸部５２の接触部を長期間にわたってクリーンな状態に保持でき、良好な接触状態を維持できる。

さらに、図６に示す連結構造５は、ソケット凹部５１の内側に、海水よりも比重が小さい潤滑剤５３を充填している。このような潤滑剤５３として、液体の潤滑油や半固体のグリース等が使用できる。このように、下方開口のソケット凹部５１に充填される潤滑剤５３は、海水よりも比重が小さいので、ソケット凹部５１から海水中に流出することなく、ソケット凹部５１に残存する状態に保持される。したがって、長期間にわたってソケット凹部５１と丸頭凸部５２との摩擦抵抗を低減しながら良好な接触状態を保持できる。とくに、図６に示すようにソケット凹部５１の曲率半径Ｒ１を丸頭凸部５２の曲率半径Ｒ２よりも大きくすることで、面接触する領域の近傍には、曲率半径の差により隣接隙間５４が形成されるので、この隣接隙間５４に流入する潤滑剤により、ソケット凹部５１の内面と丸頭凸部５２の外面との接触位置が移動する際に、接触面同士の間に潤滑剤５３が介在されることで摩擦を低減して滑らかな接触を実現できる。このため、ソケット凹部５１と丸頭凸部５２の接触部の劣化を有効に防止しながら長期間にわたって良好な接触状態を維持できる。

さらに、ソケット凹部５１は、図６の鎖線で示すように、丸頭凸部５２との接触領域に流入溝５５を設けて、この流入溝５５に潤滑剤５３を流入させることもできる。この構造も、ソケット凹部５１の内面と丸頭凸部５２の外面との間に潤滑剤５３を効果的に流入させて、滑らかな接触を実現できる。流入溝は、丸頭凸部の表面に設けてもよい。

さらに、支柱部１の下端に形成されたソケット凹部５１と、ベース部２に形成された丸頭凸部５２とで構成される連結構造５は、図７に示す構造とすることもできる。図７に示す連結構造５は、丸頭凸部５２の上端面５２ａとソケット凹部５１の内面とをより広い面積で接触させる構造としている。図７に示すソケット凹部５１は、内面形状を半球状としている。丸頭凸部５２は、上端面５２ａの形状をソケット凹部５１の内面に沿う曲面形状としている。丸頭凸部５２は、上端面５２ａの曲率半径Ｒ２をソケット凹部５１の内面の曲率半径Ｒ１と等しくし、あるいはやや小さくしている。これにより、丸頭凸部５２の上端面５２Ａとソケット凹部５１の内面とをより広い面積で面接触させた状態で支持するようにしている。また、図に示す丸頭凸部５２は、ソケット凹部５１と対向する上端面５２ａをソケット凹部５１の内面に接触させる構造としながら、外周部５２ｂの曲率半径Ｒ３を上端面５２ａの曲率半径Ｒ２よりも小さくすることで、丸頭凸部５２の上端面５２ａに対してソケット凹部５１の内面をスムーズに摺動できるようにしている。

以上の連結構造５によると、支柱部１の荷重を支持する面積を広くして丸頭凸部５２とソケット凹部５１との接触部に局部的に大きな荷重がかかるのを抑制できる特長がある。とくに、図７に示す丸頭凸部５２は、ソケット凹部５１との接触面である上端面５２ａの面積を支柱部１の本体部１Ａの横断面の面積とほぼ等しくし、あるいはやや大きくしており、支柱部１をより安定して支持できるようにしている。ただ、丸頭凸部５２は、ソケット凹部５１と接触する上端面５２ａの面積を支柱部１の本体部１Ａの横断面の面積より小さくしてもよい。

さらに、図７に示す連結構造５も、ソケット凹部５１の内側に、海水よりも比重が小さい潤滑剤５３を充填している。図の連結構造５は、丸頭凸部５２とソケット凹部５１との接触面積を広くしているので、ソケット凹部５１の内側に充填される潤滑剤５３を接触面全体に供給するために、丸頭凸部５２とソケット凹部５１との接触領域に流入溝５５を設けている。図８に示す支柱部１は、ソケット凹部５１の内面に、互いに交差する複数の流入溝５５を形成している。図の流入溝５５は、底面視においてソケット凹部５１の中心を起点として放射状に延びる複数の放射状溝５５ａと、複数の同心円状のリング状溝５５ｂを設けており、放射状溝５５ａとリング状溝５５ｂとを互いに交差させている。さらに、隣接する放射状溝５５ａの間には、複数のリング状溝を連結するサブ放射状溝５５ｃを設けている。この流入溝５５は、複数の溝を互いに交差させる形状とすることで、効率よく接触面全体に潤滑剤５３を供給できる。流入溝５５は、溝幅を数ｍｍ～数ｃｍとし、深さを数ｍｍ～数ｃｍとすることができる。このように、丸頭凸部５２とソケット凹部５１との接触領域に流入溝５５を設ける構造は、ソケット凹部５１と丸頭凸部５２との接触面全体に潤滑剤５３を効果的に供給して、滑らかな接触を実現できる。

以上の形状の流入溝５５は、放射状溝５５ａやサブ放射状溝５５ｃに流入する潤滑剤５３をリング状溝５５ｂに流動させることで、ソケット凹部５１と丸頭凸部５２との接触面全体に潤滑剤５３を効果的に供給できる特徴がある。ただ、流入溝は、以上の形状に限定せず、例えば、マトリクス状に交差する形状やハニカム形状とし、あるいは接触面の中心から放射状に延びる形状とし、あるいはまた、接触面の中心から蜘蛛の巣状に広がる形状とすることができる。また、図の流入溝５５は、ソケット凹部５１の内面に設けているが、流入溝は丸頭凸部５２の表面に設けることも、ソケット凹部５１の内面と丸頭凸部５２の表面の両方に設けることもできる。

さらに、図７に示す連結機構５は、支柱部１の下端部とベース部２とを複数の連結索体８０を介して連結している。支柱部１は、例えば、下端部から放射状に延びる複数の連結索体８０を介してベース部２に連結される。支柱部１は、下端部の外周面から突出する複数の連結部８１を、外周円に沿って等間隔で設けている。ベース部２は、台座部２２から突出する複数の固定部８２を、支柱部１の下端部に設けた複数の連結部８１に対向して等間隔で設けている。支柱部１から放射状に配置される複数の索体５は、３～１６本、好ましくは４～８本として、支柱部１を確実にベース部２の定位置に保持できる。以上の連結機構５は、ベース部２に対して支柱部１が揺動するのを許容しながら、支柱部１が水平面内で回転するのを防止でき、また、支柱部１のソケット凹部５１がベース部２の丸頭凸部５２から脱落するのを防止できる。特に、地震や津波等の災害時においても、支柱部１を定位置に保持することができる。

連結索体８０には、ワイヤー等の線材、あるいは鎖やチェーン等が使用できる。これらの連結索体８０は、支柱部１の揺動は許容するが、支柱部１のソケット凹部５１がベース部２の丸頭凸部５２から脱落するのを防止できる長さと強度としている。図に示す連結索体８０は、一端を支柱部１の下端部に連結して、他端をベース部２に連結しているが、連結索体の他端は、アンカー等の固定部材を介して海底に固定することもできる。

（他の連結構造）
さらに、連結構造５は、図９と図１０に示す構造とすることもできる。これらの図に示す連結構造５は、支柱部１の下端から下方に突出する柱状の連結凸部５６と、ベース部２の上面に形成されて、連結凸部５６が挿入される上方開口の挿入部５７と、挿入部５７と連結凸部５６の間に介在されるゴム状弾性体５８とを備えている。図９に示す支柱部１は、下端部にコンクリートケーソン１６を設けて重り部３を形成すると共に、下端から下方に突出する連結凸部５６を設けている。図に示す連結凸部５６は、円筒状の鋼管５６Ａであって、支柱部１を構成する円筒状の鋼管１０よりも外径を小さくしている。重り部３は、支柱部１を形成する鋼管１０の内部に充填するコンクリート１５を鋼管５６Ａにも充填して連結凸部５６を成形している。連結凸部５６は、図９と図１０に示すように、ベース部２の上面に形成された挿入部５７に挿入されて、支柱部１の下端がベース部２に連結される。図に示すベース部２は、台座部２２の中央部に貫通孔を設けて挿入部５７としている。ただ、挿入部は、上方開口の凹部とすることもできる。

図９と図１０に示すゴム状弾性体５８は、連結凸部５６を挿通可能な筒状としている。筒状のゴム状弾性体５８は、連結凸部５６と挿入部５７との間に介在されて、連結凸部５６と挿入部５７との相対的な移動を抑制して連結凸部５６と挿入部５７の両方を保護している。さらに、図に示すゴム状弾性体５８は、筒状の本体部５８Ａの一端に、外周方向の突出するフランジ部５８Ｂを一体的に設けており、フランジ部５８Ｂを、支柱部１の下面と、ベース部２の上面との間に介在させている。以上の形状のゴム状弾性体５８は、弾性を有するゴムを所定の厚さを有する筒状に成形して筒部５８Ａを形成すると共に、一端にフランジ部５８Ｂが一体的に成形して形成される。以上のゴム状弾性体５８は、全体を筒状として、連結凸部５６と挿入部５７の間に筒部５８Ａを介在させながら、一端に設けたフランジ部５８Ｂを、支柱部１の下面とベース部２の上面との間に介在させることで、支柱部１をベース部２に対して、より安定的に揺動できる。

ここで、図２に示す着床式洋上架台９は、図１０に示す構造で、ゴム状弾性体５８を介して、支柱部１とベース部２とを連結している。この連結構造５は、連結凸部５６を軸として、ベース部２の挿入部５７に支柱部１を連結しながら、ゴム状弾性体５８の弾性により、簡単な構造で支柱部１の揺動を許容できる。

また、図９に示す連結構造５は、下端部の外径が大きい支柱部１を支持する構造の一例を示している。図に示す連結構造５は、支柱部１が下端面の中央部に連結凸部５６を備えると共に、ベース部２が台座部２２の上面の中央部に挿入部５７を備えている。さらに、図９の連結構造５は、支柱部１の下端面の外周部とベース部２の上面との間に、複数の弾性体５９を介在している。図に示す弾性体５９は、コイルバネとしている。ただ、弾性体にはゴムも使用できる。この連結構造５は、外形の大きな支柱部１の下面の中央部を連結凸部５６と挿入部５７を介して位置決めしながら連結して、筒状のゴム状弾性体５８で連結凸部５６と挿入部５７とを保護すると共に、支柱部１の下端面の外周部とベース部２の上面との間に配置される複数の弾性体９により、耐荷重を大きくしながら、支柱部１の揺動を許容できる。とくに、底面積の広い支柱部１であっても、ベース部２に対して安定的に揺動を許容できる。

図９の連結凸部５６は、鋼管５６Ａを使用することで円柱状とするが、連結凸部は、多角柱状とすることも、先端に向かって次第に細くなる円錐状、角錐状、円錐台状、角錐台状とすることもできる。また、これらの形状の連結凸部が挿入される筒状のゴム状弾性体や挿入部も、連結凸部の外形に沿う形状とすることができる。

（他の連結構造）
さらに、図１１～図１３に示す連結構造５は、支柱部１の下端面に形成された下方開口の凹部６１と、ベース部２の上面から突出する形状に形成されて凹部６１に案内される凸部６２と、凹部６１と凸部６２の間に配置される揺動機構６０とを備えている。図に示す支柱部１は、下端部にコンクリートケーソン１６からなる重り部３を備えており、この重り部３の下端面の中央部を柱状に窪ませて凹部６１を設けている。ベース部２は、台座部２２の中央部を柱状に突出させて凸部６２を設けている。図に示す支柱部１とベース部２は、凹部６１と凸部６２の形状を円柱状としている。ただ、凹部６１と凸部６２は、多角柱状とすることもできる。

揺動機構６０は、支柱部１の下端面に形成された凹部６１に嵌合されるカップ部６３と、ベース部２の上面から突出する凸部６２を被覆するキャップ部６４と、カップ部６３の内面とキャップ部６４の外面との間に配置された複数の弾性体６５とを備えている。揺動機構６０は、カップ部６３の外形を、支柱部１の下端面に形成された凹部６１に嵌合される形状と大きさとしている。また、揺動機構６０は、キャップ部６３の内形を、ベース部２に形成された凸部６２を嵌入できる形状と大きさとしている。これらのカップ部６３とキャップ部６４は、好ましくは金属板を加工して形成される。

さらに、揺動機構６０は、カップ部６３の内面とキャップ部６４の外面との間に所定の間隔の隙間６６を設けており、この隙間６６に複数の弾性体６５を配置してカップ部６３の内面とキャップ部の外面とを弾性体６５を介して連結している。図に示すカップ部６３とキャップ部６４は、外形を円柱状としている。この揺動機構６０は、カップ部６３の底面とキャップ部６４の天面との間の隙間６６に、垂直方向の荷重を吸収する複数の弾性体６５を等間隔で配置して、支柱部１の垂直荷重を支持する構造としている。また、カップ部６３の内周面とキャップ部６４の外周面との間の隙間６６には、水平方向の荷重を吸収する複数の弾性体６５を、平面視において放射状に等間隔で設けている。図に示す弾性体６５はコイルバネとしている。この揺動機構６０は、複数の弾性体６５を介してカップ部６３とキャップ部６４とを相対的に移動させて、支柱部１をベース部２に対して、平面視３６０度方向への揺動を許容している。

この形状の揺動機構６０は、支柱部１の下端部に配置されるカップ部６３を下方開口の姿勢で配置するので、カップ部６３とキャップ部６４の間に形成される隙間６６を海水が浸入しない空間とすることができる。このため、この空間を空気層とすることで、この隙間に配置される弾性体が海水に接触するのを防止して劣化や腐食を有効に防止できる。図１１に示す揺動機構６０は、カップ部６３とキャップ部６４の間に形成される隙間６６に、海水よりも比重が小さい潤滑剤６７を充填している。この潤滑剤６７には、前述の潤滑油やグリースが使用できる。このように、隙間６６に充填される潤滑剤６７は、海水中に流出することがなく長期間にわたって、弾性体６５を被覆して腐食や劣化から保護できる。とくに、弾性体６５を弾性金属からなるコイルバネとする構造においては、金属の腐食や劣化を有効に防止して長期間にわたって弾性力を保持できる特徴が実現できる。

図１１に示す連結構造５は、凹部６１と凸部６２の外形を円柱状とし、これらの間に配置される揺動機構６０のカップ部６３及びキャップ部６４の外形も円柱状としている。図１３に示す連結構造５は、凹部６１と凸部６２の外形を円錐台形状とし、これらの間に配置される揺動機構６０のカップ部６３とキャップ部６４の外形も円錐台形状としている。この揺動機構６０は、カップ部６３の底面とキャップ部６４の天面との間の隙間６６に、垂直方向の荷重を吸収する複数の弾性体６５を等間隔で配置して、支柱部１の垂直荷重を支持する構造としている。また、キャップ部６４は、外周面を裾広がりのテーパー面とすると共に、カップ部６３の内周面を下方に向かって次第に広くなるテーパー面として、対向するテーパー面に配置される弾性体６５の押圧方向をテーパー面の法線方向としている。このため、横方向に揺動する支柱部１から受ける力に対して、弾性体６５の弾性力を効果的に作用させて傾斜方向の荷重を効果的に吸収できる。

図１３に示す揺動機構６０は、複数の弾性体６５をゴム状弾性体としている。さらに、図１３に示す揺動機構６０は、カップ部６３とキャップ部６４の間に形成される隙間６６を空気層６８としている。これにより、この隙間６６への海水の侵入を防止して、海水による弾性体６５の経時的な劣化を有効に防止している。

（他の連結構造５）
さらに、図１４に示す連結構造５は、支柱部１の下端部を第一の方向（図において矢印Ａで表示）に揺動させる揺動軸７０となる第一揺動軸７１と、第一揺動軸７１と交差して配置されて、支柱部１の下端部を第一の方向と交差する第二の方向（図において矢印Ａで表示）に揺動させる揺動軸７０となる第二揺動軸７２とを備えている。この連結構造５は、互いに交差する二つの揺動軸７０を介して支柱部１をベース部２に連結することで、支柱部１をベース部２に対して、平面視３６０度方向への揺動を許容できるようにしている。

図１４に示すベース部２は、海底９０に固定される土台部２５と、この土台部２５に第二揺動軸７２を介して第二の方向に揺動自在に連結された揺動体２６とを備えている。支柱部１は、揺動体２６に、第一揺動軸７１を介して第一の方向に揺動自在に連結されている。図の支柱部１は、下端部の側面から直径方向に突出する第一揺動軸７１を備えており、この第一揺動軸７１を第一軸受け７３を介して揺動体２６に回動自在に連結している。また、揺動体７０は、第一揺動軸７１と交差する方向に突出する第二揺動軸７２を備えており、この第二揺動軸７２を第二軸受け７４を介して土台部２５に回動自在に連結している。図に示す連結構造５は、第一揺動軸７１と第二揺動軸７２とを、水平姿勢であって互いに直交する方向に配置しており、支柱部１を土台部２５に対してスムーズに３６０度方向へ揺動可能としている。

図１４に示す連結構造５は、第一揺動軸７１と第二揺動軸７２を支柱部１の外側に配置する構造としている。この構造は、第一揺動軸７１と第二揺動軸７２とを簡単かつ容易に所定の位置に連結できる。ただ、連結機構は、図示しないが、支柱部の下面に下方開口の凹部を設けて、この凹部の内部において、第一揺動軸と第二揺動軸を介してベース部に連結することもできる。この構造は、とくに、外径が大きな支柱部を二つの揺動軸を介してベース部に連結する場合に適している。また、支柱部の下面に設けた下方開口の凹部の内側に第一揺動軸と第二揺動軸を配置できるので、第一揺動軸と第二揺動軸とが海水に接触しない構造として、揺動軸や軸受けの劣化を抑制することもできる。

（索体１７）
さらに、図１及び図２に示す着床式洋上架台９は、支柱部１を海底９０に固定するための複数の索体１７を備えている。索体１７は、ワイヤー等の線材、あるいは鎖やチェーン等であって、支柱部１が台風等の影響で強風や荒波を受けた際に、支柱部１を安定して保持できる強度を有している。複数の索体１７は、支柱部１の中間部から放射状に張設されて海底９０に固定されている。索体１７は、その一端が、支柱部１の中間部であって、海中に配置される本体部１Ａに設けた連結部１８に固定されると共に、他端がアンカー１９を介して海底９０に固定されている。索体１７は、支柱部１とアンカー１９との間において、所定の引張り力を受けるように、その長さとアンカーによる固定位置が決定されて所定のテンションとなるように張設される。支柱部１から放射状に配置される複数の索体５は、好ましくは３～６本として、架台を安定して保持できる。

以上の着床式洋上架台９は、図１に示すように、支柱部１の上端に風力発電機３０が設置される状態で洋上風力発電装置１００として使用され、図２に示すように、支柱部１の上端に風況観測機３５が設置される状態で洋上風況観測装置２００として使用される。

（風力発電機３０）
風力発電機３０は、図１に示すように、風力を受けて回転する風車３１と、回転する風車３１の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機３２と、発電機３２を収納しているナセル３３と、ナセル３３を所定の高さに配置するためのタワー３４とを備えている。風車３１は、複数のブレード３１Ａを備えており、中心に設けたハブ３１Ｂに複数のブレード３１Ａを等間隔で固定している。風力発電機３０は、タワー３４の基部が支柱部１の上端に固定されて、着床式洋上架台９の上に設置される。図に示す洋上風力発電装置１００は、タワー３４の基部であって、支柱部１の上端の外周に沿って作業用のプラットホーム部３６を設けている。

図１に示す風力発電機３０は、ダウンウインド型の風車３１としている。さらに、この風力発電機３０は、タワー３４の上端に対してナセル３３を所定の角度で固定することにより、支柱部１から延長されたタワー３４が風下側に揺動する状態において、風車３１の回転軸が水平方向となるようにしている。この風力発電機３０は、ダウンウインドの進行方向において、タワー３４の軸と直交する水平面に対して、風車３１の回転軸が所定の仰角となるように配置している。この洋上風力発電装置１００は、風力発電機３０の風車３１をダウンウインド型として風車３１の回転軸を所定の仰角で配置するので、支柱部１が風下側に揺動する状態においても、発電効率を低下させることなく安定して発電できる。

（風況観測機３５）
図２に示す着床式洋上架台９は、上端部が洋上に突出するように配置された支柱部１の上端にプラットホーム部３６を水平姿勢で設けており、このプラットホーム部３６に風況観測機３５を設置している。風力発電用の風況を観測する各種風況観測機３５は、図２に示すように、風向計、風量計、風力計等である。これらの風況観測機３５は、観測地点における風向き、風量、風速を検出して風況を観測する。とくに、現状では浮体式の風況観測装置で測定された風況データは、正式な風況データとして扱われないようになっている。したがって、このような着床式洋上架台９を使用することで信頼性のある風況測定が実現できる。

さらに、着床式洋上架台９は、風力発電機３０や風況観測機３５に加えて、各種監視装置や各種観測装置を設置することもできる。このような装置として、例えば、バードレーダーや監視カメラ、気象観測用の気象レーダ等が挙げられる。

本発明の着床式洋上架台は、洋上風力発電機や洋上で風況などの気象データの計測を行う風況観測機を支持する架台として好適に使用できる。

１００…洋上風力発電装置
２００…洋上風況観測装置
１…支柱部
１Ａ…本体部
１Ｂ…突出部
１Ｃ…太筒部
２…ベース部
３…重り部
４…浮体部
５…連結構造
９…着床式洋上架台
１０…鋼管
１１…フランジ部
１２…連結具
１３…隔壁
１３Ａ…挟着プレート
１３Ｂ…分割プレート
１４…中空部
１４Ａ…区画室
１５…コンクリート
１６…コンクリートケーソン
１７…索体
１８…連結部
１９…アンカー
２１…コンクリートケーソン
２２…台座部
２３…外周部
２４…パイル部材
２５…土台部
２６…揺動体
３０…風力発電機
３１…風車
３１Ａ…ブレード
３１Ｂ…ハブ
３２…発電機
３３…ナセル
３４…タワー
３５…風況観測機
３６…プラットホーム部
４０…サブ浮体部
４１…中心孔
４２…固定部材
４３…ポンプ
４４…バラスト水
５１…ソケット凹部
５２…丸頭凸部
５２ａ…上端面
５２ｂ…外周部
５３…潤滑剤
５４…隣接隙間
５５…流入溝
５５ａ…放射状溝
５５ｂ…リング状溝
５５ｃ…サブ放射状溝
５６…連結凸部
５６Ａ…鋼管
５７…挿入部
５８…ゴム状弾性体
５８Ａ…筒部
５８Ｂ…フランジ部
５９…弾性体
６０…揺動機構
６１…凹部
６２…凸部
６３…カップ部
６４…キャップ部
６５…弾性体
６６…隙間
６７…潤滑剤
６８…空気層
７０…揺動軸
７１…第一揺動軸
７２…第二揺動軸
７３…第一軸受け
７４…第二軸受け
８０…連結索体
８１…連結部
８２…固定部
９０…海底

Claims (5)

1. 風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、
   下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に前記風力発電機又は前記風況観測機が設置される支柱部と、
   海底に設置されて、前記支柱部の下端部が連結されるベース部と、
   を備え、
   前記支柱部は、
   中空状の浮体部を備えると共に、下端部には該支柱部を沈降させる重り部を備えており、
   前記浮体部に働く浮力の浮心を、前記重り部の重心よりも上方に配置して、該支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしてなり、さらに、
   前記支柱部の下端部は、該支柱部の揺動を許容する連結構造を介して前記ベース部と連結されてなり、
   前記連結構造が、
   前記支柱部の下端面に形成された下方開口で内面を湾曲面状とするソケット凹部と、
   前記ベース部の上面から突出して、先端部を球面状とする丸頭凸部とを備え、
   前記ソケット凹部の内側に、海水よりも比重が小さい潤滑剤を充填してなり、
   さらに、前記ソケット凹部と前記丸頭凸部との接触領域に、前記潤滑剤を流入させるための流入溝を備えており、
   前記支柱部は、前記ソケット凹部の内面に、互いに交差する複数の前記流入溝を備えており、
   前記流入溝は、底面視において前記ソケット凹部の中心を起点として放射状に延びる複数の放射状溝と、複数の同心円状のリング状溝を備えて、前記放射状溝と前記リング状溝とを互いに交差させると共に、隣接する前記放射状溝の間には、複数の前記リング状溝を連結するサブ放射状溝を備えており、
   前記ソケット凹部に案内される前記丸頭凸部を該ソケット凹部の内側面に面接触させて、前記支柱部を前記ベース部に対して、平面視３６０度方向への揺動を許容することを特徴とする着床式洋上架台。
2. 風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、
   下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に前記風力発電機又は前記風況観測機が設置される支柱部と、
   海底に設置されて、前記支柱部の下端部が連結されるベース部と、
   を備え、
   前記支柱部は、
   中空状の浮体部を備えると共に、下端部には該支柱部を沈降させる重り部を備えており、
   前記浮体部に働く浮力の浮心を、前記重り部の重心よりも上方に配置して、該支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしてなり、さらに、
   前記支柱部の下端部は、該支柱部の揺動を許容する連結構造を介して前記ベース部と連結されてなり、
   前記連結構造が、
   前記支柱部の下端面に形成された下方開口で内面を湾曲面状とするソケット凹部と、
   前記ベース部の上面から突出して、先端部を球面状とする丸頭凸部とを備え、
   前記丸頭凸部は、上端面の曲率半径（Ｒ２）を前記ソケット凹部の内面の曲率半径（Ｒ１）と等しくし、あるいは小さくして、前記ソケット凹部と対向する前記上端面を前記ソケット凹部の内面に接触させると共に、外周部の曲率半径（Ｒ３）を前記上端面の曲率半径（Ｒ２）よりも小さくしており、
   さらに、前記丸頭凸部は、前記ソケット凹部との接触面である前記上端面の面積を前記支柱部の横断面の面積と等しくし、あるいは大きくしてなり、
   前記ソケット凹部に案内される前記丸頭凸部を該ソケット凹部の内側面に面接触させて、前記支柱部を前記ベース部に対して、平面視３６０度方向への揺動を許容することを特徴とする着床式洋上架台。
3. 請求項１または２に記載の着床式洋上架台であって、さらに、
   前記連結構造が、
   前記支柱部の下端部と前記ベース部とを連結する複数の連結索体を備えることを特徴とする着床式洋上架台。
4. 風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を洋上に設置するための架台であって、
   下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に前記風力発電機又は前記風況観測機が設置される支柱部と、
   海底に設置されて、前記支柱部の下端部が連結されるベース部と、
   を備え、
   前記支柱部は、
   中空状の浮体部を備えると共に、下端部には該支柱部を沈降させる重り部を備えており、
   前記浮体部に働く浮力の浮心を、前記重り部の重心よりも上方に配置して、該支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしてなり、さらに、
   前記支柱部の下端部は、該支柱部の揺動を許容する連結構造を介して前記ベース部と連結されてなり、
   前記連結構造が
   前記支柱部の下端から下方に突出する柱状ないし錐状の連結凸部と、
   前記ベース部の上面に形成されて、前記連結凸部が挿入される上方開口の挿入部と、
   前記挿入部と前記連結凸部の間に介在されるゴム状弾性体とを備え、
   前記ゴム状弾性体は、前記連結凸部を挿通可能な筒状であって、一端にフランジ部を一体的に設けており、
   前記フランジ部が、前記支柱部の下面と、前記ベース部の上面との間に介在されてなる着床式洋上架台。
5. 風力発電を行う風力発電機又は風力発電用の風況データの計測を行う風況観測機を
   洋上に設置するための架台であって、
   下端を海底に配置して、上端を洋上に突出させるように上下方向に延長されて、上端に前記風力発電機又は前記風況観測機が設置される支柱部と、
   海底に設置されて、前記支柱部の下端部が連結されるベース部と、
   を備え、
   前記支柱部は、
   中空状の浮体部を備えると共に、下端部には該支柱部を沈降させる重り部を備えており、
   前記浮体部に働く浮力の浮心を、前記重り部の重心よりも上方に配置して、該支柱部を鉛直姿勢に保持するようにしてなり、さらに、
   前記支柱部の下端部は、該支柱部の揺動を許容する連結構造を介して前記ベース部と連結されてなり、
   前記連結構造が、
   前記支柱部の下端面に形成された下方開口の凹部と、
   前記ベース部の上面から突出して前記凹部に案内される凸部と、
   前記凹部と前記凸部の間に配置される揺動機構とを備えており、
   前記揺動機構は、
   前記支柱部の下端面に形成された前記凹部に嵌合されるカップ部と、
   前記ベース部の上面から突出する前記凸部を被覆するキャップ部と、
   前記カップ部の内面と前記キャップ部の外面との間に配置された複数の弾性体とを備えており、
   前記複数の弾性体を介して前記カップ部と前記キャップ部とを相対的に移動させて、前記支柱部を前記ベース部に対して、平面視３６０度方向への揺動を許容することを特徴とする着床式洋上架台。

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