特許 7095056 自律型水中航走体及び自律型水中航走体用注排水システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-24

(45)【発行日】2022-07-04

(54)【発明の名称】自律型水中航走体及び自律型水中航走体用注排水システム

(51)【国際特許分類】

   B63G 8/22 20060101AFI20220627BHJP

   B63C 11/00 20060101ALI20220627BHJP

【ＦＩ】

B63G8/22

B63C11/00 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020190022

(22)【出願日】2020-11-16

(65)【公開番号】P2022079068

(43)【公開日】2022-05-26

【審査請求日】2020-11-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】豊浦 隆弘

(72)【発明者】

【氏名】藤本 高志

(72)【発明者】

【氏名】後藤 浩輝

【審査官】福田 信成

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０７７２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１３５８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０３０６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５７８００２６（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｇ ８／２２

Ｂ６３Ｃ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の容積を有する内部空間に気体部と体積可変な液体部とが形成されたタンクを搭載した自律型水中航走体に適用され、前記液体部への液体の注水と前記液体部からの前記液体の排水とを制御する注排水システムであって、
ポンプ吸入口及びポンプ吐出口を有する往復ポンプと、
前記往復ポンプを通過する前記液体の流れが常に前記ポンプ吸入口から前記ポンプ吐出口への一方向となるように、前記液体の取水口から前記液体部に開口した液体部出入口への注水流路及び前記液体部出入口から前記液体の放水口への排水流路を形成する注排水配管と、
前記注排水配管を流れる前記液体の流路を切り替える流路切替部とを、備え、
前記注排水配管は、前記液体部出入口と前記ポンプ吸入口とを接続し排水弁が設けられた一次側排水路、前記ポンプ吐出口と前記放水口とを接続し排水元弁が設けられた二次側排水路、前記取水口と前記ポンプ吸入口とを接続し注水元弁が設けられた一次側注水路、及び、前記ポンプ吐出口と前記液体部出入口とを接続し注水弁が設けられた二次側注水路を有し、
前記流路切替部は、注水時に前記注水弁及び前記注水元弁を開放するとともに前記排水弁及び前記排水元弁を閉止し、排水時に前記排水弁及び前記排水元弁を開放するとともに前記注水弁及び前記注水元弁を閉止する、
自律型水中航走体用注排水システム。

【請求項2】

所定の容積を有する内部空間に気体部と体積可変な液体部とが形成されたタンクを搭載した自律型水中航走体に適用され、前記液体部への液体の注水と前記液体部からの前記液体の排水とを制御する注排水システムであって、
ポンプ吸入口及びポンプ吐出口を有する往復ポンプと、
前記往復ポンプを通過する前記液体の流れが常に前記ポンプ吸入口から前記ポンプ吐出口への一方向となるように、前記液体の取水口から前記液体部に開口した液体部出入口への注水流路及び前記液体部出入口から前記液体の放水口への排水流路を形成する注排水配管と、
前記注排水配管を流れる前記液体の流路を切り替える流路切替部とを、備え、
前記注排水配管は、前記ポンプ吐出口から前記ポンプ吸入口までの間に第１接続路、注水弁、第２接続路、排水弁、及び第３接続路がこの順に連設されてなるループと、前記第１接続路と前記放水口とを接続し排水元弁が設けられた排出ラインと、前記第２接続路と前記液体部出入口とを接続する注排水ラインと、前記第３接続路と前記取水口とを接続し注水元弁が設けられた注水ラインとを有し、
前記流路切替部は、注水時に前記注水弁及び前記注水元弁を開放するとともに前記排水弁及び前記排水元弁を閉止し、排水時に前記排水弁及び前記排水元弁を開放するとともに前記注水弁及び前記注水元弁を閉止する、
自律型水中航走体用注排水システム。

【請求項3】

前記注排水配管は、前記液体部出入口と前記液体の給排水口とを前記往復ポンプを介さずに直接的に接続する給排水流路と、前記給排水流路に設けられた開閉弁とを有し、
前記流路切替部は、前記内部空間の圧力が深度圧より小さい場合の注水時に前記注水流路及び前記排水流路が遮断された状態で前記開閉弁を開放し、前記内部空間の圧力が深度圧より大きい場合の排水時に前記注水流路及び前記排水流路が遮断された状態で前記開閉弁を開放する、
請求項１又は２に記載の自律型水中航走体用注排水システム。

【請求項4】

前記開閉弁は通電が遮断されると開放されるように構成されている、
請求項３に記載の自律型水中航走体用注排水システム。

【請求項5】

前記注排水配管は、前記液体部出入口と前記液体の給排水口とを前記往復ポンプを介さずに直接的に接続する給排水流路と、前記給排水流路に設けられた開閉弁とを有し、
前記開閉弁は通電時に閉止され、通電が遮断されると開放されるように構成されている、
請求項１又は２に記載の自律型水中航走体用注排水システム。

【請求項6】

機体と、
前記機体に搭載され、所定の容積を有する内部空間に気体部と体積可変な液体部とが形成されたタンクと、
前記液体部への液体の注水と前記液体部からの前記液体の排水とを制御する、請求項１～５のいずれか一項に記載の自律型水中航走体用注排水システムとを備える、
自律型水中航走体。

【請求項7】

前記機体が水平姿勢にあるときに、前記タンクは鉛直方向への高さが水平方向の幅よりも大きく、前記タンクの底部又は前記タンクの側面下部に前記液体部出入口が位置する、
請求項６に記載の自律型水中航走体。

【請求項8】

前記タンクが、前記内部空間に収容されて前記液体部を形成するブラダを有する、
請求項６又は７に記載の自律型水中航走体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自律型水中航走体用注排水システム及びそれを備える自律型水中航走体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自律型潜水機(ＡＵＶ:Autonomous Underwater Vehicle)や無人水中航走体（ＵＵＶ：Unmanned Undersea Vehicle）と称される自律型水中航走体による海洋の無人探査が行われている。今後は自律型水中航走体の更なる長期的な運用が想定されている。自律型水中航走体の長期的な運用にあたっては、自律型水中航走体が収集した情報を遠隔地へ送信したり、自律型水中航走体が遠隔地からの指令を受信したりするために、自律型水中航走体は定期的に水面付近まで浮上する必要がある。

【0003】

従来の自律型水中航走体は、潜航中に浮上用バラストを搭載しておき、浮上時には浮上用バラストを投棄することにより浮力で海面まで浮上する。このようなタイプの従来の自律型水中航走体では、沈降・潜航・浮上を繰り返すことはできない。沈降・潜航・浮上を繰り返すためには、バラストを可逆的に増減可能であることが必要である。

【0004】

特許文献１では、水中浮遊式の水中機器において水中における位置（深度）を維持するために、浮量の増減を繰り返す動作を継続的に実施することが可能な浮量調整装置が提案されている。

【0005】

特許文献１の浮量調整装置は、所定の体積を有する内部空間を形成すると共に、内部空間において気体が充填された気体室を含むタンク部と、内部空間に収容されて、内部空間において気体室とは隔てられた液体室を形成する袋部と、液体室への液体の注水と液体室からの液体の排水とを制御する制御部と、を備える。制御部はポンプ及びバルブを有し、これらを通じて海水を液体室へ注入したり排水したりすることにより、水中機器の浮量を調整する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１９－７７２５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１では、一つのポンプが注水方向と排水方向との双方向へ送液を行うように図示されている。しかし、自律型水中航走体が深海まで沈降する際に、気体室の気体を高圧縮するために高圧の液体を液体室へ送り込む必要があり、ロータリポンプなどの双方向ポンプでは圧送能力が不十分となる可能性がある。

【0008】

本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、沈降・潜航・浮上を繰り返すためにバラストを可逆的に増減可能な自律型水中航走体用注排水システム及びそれを備える自律型水中航走体であって、深海の潜航に好適なものを提案することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様に係る自律型水中航走体用注排水システムは、
所定の容積を有する内部空間に気体部と体積可変な液体部とが形成されたタンクを搭載した自律型水中航走体に適用され、前記液体部への液体の注水と前記液体部からの前記液体の排水とを制御する注排水システムであって、
ポンプ吸入口及びポンプ吐出口を有する往復ポンプと、
前記往復ポンプを通過する前記液体の流れが常に前記ポンプ吸入口から前記ポンプ吐出口への一方向となるように、前記液体の取水口から前記液体部に開口した液体部出入口への注水流路及び前記液体部出入口から前記液体の放水口への排水流路を形成する注排水配管と、
前記注排水配管を流れる前記液体の流路を切り替える流路切替部とを、備え、
前記注排水配管は、前記液体部出入口と前記ポンプ吸入口とを接続し排水弁が設けられた一次側排水路、前記ポンプ吐出口と前記放水口とを接続し排水元弁が設けられた二次側排水路、前記取水口と前記ポンプ吸入口とを接続し注水元弁が設けられた一次側注水路、及び、前記ポンプ吐出口と前記液体部出入口とを接続し注水弁が設けられた二次側注水路を有し、
前記流路切替部は、注水時に前記注水弁及び前記注水元弁を開放するとともに前記排水弁及び前記排水元弁を閉止し、排水時に前記排水弁及び前記排水元弁を開放するとともに前記注水弁及び前記注水元弁を閉止することを特徴としている。
また、本開示の別の一態様に係る自律型水中航走体用注排水システムは、
所定の容積を有する内部空間に気体部と体積可変な液体部とが形成されたタンクを搭載した自律型水中航走体に適用され、前記液体部への液体の注水と前記液体部からの前記液体の排水とを制御する注排水システムであって、
ポンプ吸入口及びポンプ吐出口を有する往復ポンプと、
前記往復ポンプを通過する前記液体の流れが常に前記ポンプ吸入口から前記ポンプ吐出口への一方向となるように、前記液体の取水口から前記液体部に開口した液体部出入口への注水流路及び前記液体部出入口から前記液体の放水口への排水流路を形成する注排水配管と、
前記注排水配管を流れる前記液体の流路を切り替える流路切替部とを、備え、
前記注排水配管は、前記ポンプ吐出口から前記ポンプ吸入口までの間に第１接続路、注水弁、第２接続路、排水弁、及び第３接続路がこの順に連設されてなるループと、前記第１接続路と前記放水口とを接続し排水元弁が設けられた排出ラインと、前記第２接続路と前記液体部出入口とを接続する注排水ラインと、前記第３接続路と前記取水口とを接続し注水元弁が設けられた注水ラインとを有し、
前記流路切替部は、注水時に前記注水弁及び前記注水元弁を開放するとともに前記排水弁及び前記排水元弁を閉止し、排水時に前記排水弁及び前記排水元弁を開放するとともに前記注水弁及び前記注水元弁を閉止することを特徴としている。

【0010】

また、本発明の一態様に係る自律型水中航走体は、機体と、前記機体に搭載され、所定の容積を有する内部空間に気体部と体積可変な液体部とが形成されたタンクと、前記液体部への液体の注水と前記液体部からの前記液体の排水とを制御する前記自律型水中航走体用注排水システムとを備えることを特徴としている。

【0011】

上記構成の自律型水中航走体用注排水システム及びそれを備える自律型水中航走体では、内容物を含むタンクが可逆的に増減可能なバラストとして機能する。タンクの液体部へ注水することにより、内容物を含むタンクの質量（即ち、バラスト）が増加し、タンクを搭載した自律型水中航走体に作用する重力を増加させることができる。また、液体部から排水することにより、内容物を含むタンクの質量が減少し、タンクを搭載した自律型水中航走体に作用する重力を減少させることができる。このようにして自律型水中航走体に作用する重力を増加させることより自律型水中航走体を沈降させ、自律型水中航走体に作用する重力を減少させることにより自律型水中航走体を浮上させることができる。内容物を含むタンクの質量を可逆的に増減させることができるので、自律型水中航走体は沈降・潜航・浮上を繰り返すことが可能である。

【0012】

そして、上記構成の自律型水中航走体用注排水システム及びそれを備える自律型水中航走体によれば、往復ポンプ（例えば、プランジャポンプやピストンポンプ）では通過する液体の流れが常にポンプ吸入口からポンプ吐出口への一方向となることから、回転ポンプと比較して高圧の液体を液体部へ圧送できる。これにより、自律型水中航走体が深海へ沈降して潜航する際に、気体部の気体を高圧縮するために高圧の液体を液体部へ送り込むことが可能であり、上記構成の自律型水中航走体用注排水システムは深海を潜航する自律型水中航走体に好適である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、沈降・潜航・浮上を繰り返すためにバラストを可逆的に増減可能な自律型水中航走体用注排水システム及びそれを備える自律型水中航走体であって、深海の潜航に好適なものを提案することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る自律型水中航走体の概略構成を示す図である。

【図2】図２は、自律型水中航走体のバラスト装置の構成を示す図である。

【図3】図３は、変形例１に係るタンクを備える自律型水中航走体のバラスト装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る自律型水中航走体（以下、単に「水中航走体１」と称する）の概略構成を示す図である。図１では、水中航走体１の一部を透過して内部が示されている。

【0016】

図１に例示される水中航走体１は、無人による自律航行が可能であって、海洋や湖沼などの水中を潜航しながら情報収集を行うためのものである。水中航走体１は、機体１１と、機体１１を推進させる動力装置１２と、バラスト装置１０と、情報収集するためのセンサ１３と、収集した情報を伝送したり航走に必要な指令を受信したりするための通信装置１４とを備える。バラスト装置１０、センサ１３、及び通信装置１４は機体１１に収容されている。

【0017】

バラスト装置１０は、水中航走体１が浮上や沈降を行ったり、潜航中の位置や姿勢を制御したりするために、バラストを増減させることによって水中航走体１に作用する重力を調整する。水中航走体１に作用する浮力と、水中航走体１に作用する重力とがバランスしている中正浮力の状態から、水中航走体１に作用する重力が増えると水中航走体１が沈降し、水中航走体１に作用する重力が減ると水中航走体１が浮上する。

【0018】

図２は、バラスト装置１０の概略構成を示す図である。バラスト装置１０は、所定の容積を有する内部空間２ａを形成するタンク２と、タンク２への注排水システム５とを備える。タンク２の内部空間２ａには、気体部３と、体積可変な液体部４とが形成されている。注排水システム５は、液体部４への液体の注水と液体部４からの液体の排水とを制御する。バラスト装置１０では、タンク２へ注排水して気体部３の容積と液体部４の容積との比率を変更することにより、内容物を含めたタンク２の質量を調整することができる。内容物を含めたタンク２は可逆的に増減可能なバラストとして機能する。

【0019】

タンク２には、水中航走体１の機体１１が水平姿勢にある状態で、タンク２の底部に位置する液体部出入口２１が設けられている。液体部出入口２１は、液体部４に開口しており、液体部４への液体の出入口となる。但し、水中航走体１が一定の深度で潜航するときの水中航走体１の機体１１の姿勢を「水平姿勢」とする。本実施形態に係るタンク２は、水中航走体１の機体１１が水平姿勢にある状態で、底部と頂部とを繋ぐ上下方向の高さが、上下方向と略直交する水平方向の幅よりも大きい。

【0020】

タンク２には、圧力検出器２２と、圧力スイッチ２３と、差圧センサ２４とが設けられている。圧力検出器２２は、タンク２の内部空間２ａの圧力を検出する。圧力スイッチ２３は、圧力検出器２２で検出された圧力が所定の閾値となると、タンク２への注水を強制的に停止させるように注排水システム５へ停止信号を出力する。差圧センサ２４は、気体部３と液体部４との圧力差を検出する。気体部３と液体部４との圧力差と、液体部４の液体密度及び気体部３の気体密度とに基づいて、液体部４の液量を演算により求めることができる。

【0021】

注排水システム５は、注排水配管７と、注排水配管７で液体を圧送する往復ポンプ６と、注排水配管７を流れる液体の流路を切り替える流路切替部９とを備える。

【0022】

往復ポンプ６は、ポンプ吸入口６１及びポンプ吐出口６２を有するポンプ本体と、モータと、モータによって往復駆動されるピストン又はプランジャとを備える（つまり、往復ポンプ６はピストンポンプ又はプランジャポンプである）。往復ポンプ６は、ポンプ吸入口６１から液体を吸い込んで、吸い込んだ液体をポンプ吐出口６２から吐出する。

【0023】

注排水配管７には、液体の取水口７１から液体部出入口２１へ液体を送る注水流路Ｆ１、及び、液体部出入口２１から液体の放水口７２へ液体を送る排水流路Ｆ２が形成されている。注排水配管７は、一つの往復ポンプ６が注水流路Ｆ１と排水流路Ｆ２の双方において液体を圧送し、往復ポンプ６を通過する液体の流れが常にポンプ吸入口６１からポンプ吐出口６２への一方向となるように構成されている。

【0024】

具体的には、注排水配管７は、往復ポンプ６を含むループ８０と、ループ８０に接続された排出ライン８５、注排水ライン８６、及び、注水ライン８７を有する。

【0025】

ループ８０は、ポンプ吐出口６２からポンプ吸入口６１までの間に、第１接続路８１、注水弁７４、第２接続路８２、排水弁７５、及び第３接続路８３がこの順で連設されてなる環状流路である。注水弁７４及び排水弁７５は、ノーマルクローズの電磁開閉弁である。第１接続路８１には、安全弁７７が設けられている。第３接続路８３にはフィルタ７０が設けられている。

【0026】

第１接続路８１には、方向制御弁７６が設けられている。方向制御弁７６は、往復ポンプ６を通過する液体の流れが常にポンプ吸入口６１からポンプ吐出口６２への一方向となるように液体の流れの向きを制御する。本実施形態において、方向制御弁７６として圧力バランス弁が採用されている。この圧力バランス弁は、弁の入口ポートの圧力（即ち、往復ポンプ６の吐出側の圧力）をパイロット圧とし、弁の入口ポートから出口ポートへ向かう一方向の流れは自由に流れさせ、逆方向の流れはパイロット圧と対応する背圧（流量制限）を与えることにより、液体の流れの向きを制御する。但し、圧力バランス弁は、往復ポンプ６の吐出圧が深度圧よりも大きいときに作動し、往復ポンプ６の吐出圧が深度圧以下では作動しない（閉止）するように構成されている。

【0027】

排出ライン８５は、第１接続路８１と放水口７２とを接続している。排出ライン８５は、第１接続路８１において、方向制御弁７６と注水弁７４との間に接続されることが望ましい。排出ライン８５には、排水元弁７９が設けられている。排水元弁７９は、ノーマルクローズの電磁開閉弁である。排出ライン８５では、排水元弁７９の開放時に放水口７２へ向かう排水方向へ液体が流れる。

【0028】

注水ライン８７は、第３接続路８３と取水口７１とを接続している。注水ライン８７には、注水元弁７８が設けられている。注水元弁７８は、ノーマルクローズの電磁開閉弁である。注水ライン８７では、注水元弁７８の開放時に取水口７１から第３接続路８３へ向かう注水方向へ液体が流れる。

【0029】

注排水ライン８６は、第２接続路８２と液体部出入口２１とを接続している。注排水ライン８６では、注水方向と排水方向との双方向に液体が流れる。

【0030】

上記構成の注排水配管７には、取水口７１とポンプ吸入口６１とを接続し注水元弁７８が設けられた一次側注水路Ｗ１、往復ポンプ６内、及び、ポンプ吐出口６２と液体部出入口２１とを接続し注水弁７４が設けられた二次側注水路Ｗ２からなる注水流路Ｆ１が形成されている。また、上記構成の注排水配管７には、液体部出入口２１とポンプ吸入口６１とを接続し排水弁７５が設けられた一次側排水路Ｗ３、往復ポンプ６内、及び、ポンプ吐出口６２と放水口７２とを接続し排水元弁７９が設けられた二次側排水路Ｗ４からなる排水流路Ｆ２が形成されている。

【0031】

注排水配管７には、更に、液体部出入口２１と液体の給排水口７３とを往復ポンプ６を介さずに直接的に接続する給排水流路Ｆ３が形成されている。本実施形態では、注排水ライン８６に給排水路８９が接続されており、給排水路８９に均圧弁８８が設けられている。均圧弁８８は、通電時に閉止され、通電が遮断されると開放される（即ち、ノーマルオープン）の電磁開閉弁である。均圧弁８８の開放時に、タンク２の内部空間２ａの圧力（以下、タンク内圧）が深度圧よりも大きい場合には、液体部４の液体が給排水流路Ｆ３を通じて給排水口７３から流出する。また、均圧弁８８の開放時に、タンク内圧が深度圧よりも小さい場合には、給排水口７３から給排水流路Ｆ３を通じて液体部４へ液体が流入する。

【0032】

流路切替部９は、注排水配管７に設けられた注水弁７４、排水弁７５、注水元弁７８、排水元弁７９、及び均圧弁８８を動作させて、注排水配管７を流れる液体の流路を切り替える。流路切替部９は、プロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどのメモリ、及び、Ｉ／Ｏ部を備える（いずれも図示略）。流路切替部９には、Ｉ／Ｏ部を介して各弁の駆動部や往復ポンプ６が接続されている。流路切替部９は、集中制御を行う単独のプロセッサを備えてもよいし、分散制御を行う複数のプロセッサを備えてもよい。メモリや記憶手段には、プロセッサが実行する基本プログラムやアプリケーションプログラム等が格納されている。アプリケーションプログラムは、プロセッサに各機能部の処理を行わせるように構成されている。プロセッサがプログラムを読み出して実行することによって、流路切替部９としての機能を実現する。

【0033】

ここで、バラスト装置１０の動作方法について説明する。

【0034】

水中航走体１の沈降時には、タンク２へ注水することにより、内容物を含むタンク２の質量を増やして、水中航走体１に作用する重力を増加させる。注水時に深度圧がタンク内圧よりも大きい場合には、給排水流路Ｆ３を用いて注水が行われる。流路切替部９は、給排水流路Ｆ３を用いる注水時には、均圧弁８８を開放するとともに、注水弁７４、注水元弁７８、排水弁７５、及び排水元弁７９を閉止する。これにより、給排水口７３から取り入れた液体が給排水流路Ｆ３及び液体部出入口２１を通じて液体部４内へ流入する。

【0035】

注水時に深度圧がタンク内圧以下の場合には、注水流路Ｆ１を用いて注水が行われる。流路切替部９は、注水流路Ｆ１を用いる注水時に、注水弁７４及び注水元弁７８を開放するとともに均圧弁８８、排水弁７５及び排水元弁７９を閉止する。これにより、注排水配管７は、注水流路Ｆ１を液体が流通可能であり、排水流路Ｆ２及び給排水流路Ｆ３を液体が流通不可能な状態となる。注水流路Ｆ１において往復ポンプ６が稼働すると、取水口７１から取り入れた液体は一次側注水路Ｗ１を通じて往復ポンプ６へ流入し、往復ポンプ６から吐出された液体は二次側注水路Ｗ２及び液体部出入口２１を通じて液体部４内へ圧送される。

【0036】

また、水中航走体１の浮上時には、タンク２から排水して、内容物を含むタンク２の質量を減らすことにより、水中航走体１に作用する重力を減少させる。排水時に深度圧がタンク内圧よりも小さい場合には、給排水流路Ｆ３を用いて排水が行われる。流路切替部９は、給排水流路Ｆ３を用いる排水時には、均圧弁８８を開放するとともに、注水弁７４、注水元弁７８、排水弁７５、及び排水元弁７９を閉止する。これにより、液体部４の液体が液体部出入口２１及び給排水流路Ｆ３を通じて給排水口７３から外部へ放出される。

【0037】

排水時に深度圧がタンク内圧以上である場合には、排水流路Ｆ２を用いて排水が行われる。流路切替部９は、排水流路Ｆ２を用いる排水時に、排水弁７５及び排水元弁７９を開放するとともに均圧弁８８、注水弁７４及び注水元弁７８を閉止する。これにより、注排水配管７は、排水流路Ｆ２を液体が流通可能であり、注水流路Ｆ１及び給排水流路Ｆ３を液体が流通不可能な状態となる。排水流路Ｆ２において往復ポンプ６が稼働すると、液体部４の液体は液体部出入口２１及び一次側排水路Ｗ３を通じて往復ポンプ６へ流入し、往復ポンプ６から吐出された液体は二次側排水路Ｗ４を通じて放水口７２から外部へ放出される。

【0038】

以上に説明したように、本実施形態の水中航走体１は、機体１１と、機体１１に搭載され、所定の容積を有する内部空間２ａに気体部３と体積可変な液体部４とが形成されたタンク２と、液体部４への液体の注水と液体部４からの液体の排水とを制御する注排水システム５（自律型水中航走体用注排水システム）とを備える。

【0039】

本実施形態の注排水システム５は、ポンプ吸入口６１及びポンプ吐出口６２を有する往復ポンプ６と、往復ポンプ６を通過する液体の流れが常にポンプ吸入口６１からポンプ吐出口６２への一方向となるように、液体の取水口７１から液体部４に開口した液体部出入口２１への注水流路Ｆ１及び液体部出入口２１から液体の放水口７２への排水流路Ｆ２を形成する注排水配管７と、注排水配管７を流れる液体の流路を切り替える流路切替部９とを備える。

【0040】

上記構成の注排水システム５及びそれを備える水中航走体１によれば、液体部４へ注水することにより、内容物を含めたタンク２の質量が増加し、タンク２を搭載した水中航走体１に作用する重力を増加させることができる。また、液体部４から排水することにより、内容物を含めたタンク２の質量が減少し、タンク２を搭載した水中航走体１に作用する重力を減少させることができる。このようにして水中航走体１に作用する重力を増加させることより水中航走体１を沈降させ、水中航走体１に作用する重力を減少させることにより水中航走体１を浮上させることができる。内容物を含むタンク２の質量は可逆的に増減できるので、水中航走体１は沈降・潜航・浮上を繰り返すことが可能である。

【0041】

タンク２は、沈降時と浮上時に限定されず、潜航時の水中航走体１の浮量の調整にも利用することができる。例えば、海水密度の変化に起因して浮量が増大した場合に、浮量を減少させるために内容物を含むタンク２の質量を増加させることができる。また、例えば、深度圧や海水温度の低下による水中航走体１の収縮に起因して浮量が減少した場合に、浮量を増加させるために内容物を含むタンク２の質量を減少させることができる。

【0042】

そして、上記構成の注排水システム５及びそれを備える水中航走体１によれば、往復ポンプ６（例えば、プランジャポンプやピストンポンプ）を通過する液体の流れが常にポンプ吸入口６１からポンプ吐出口６２への一方向となることから、回転ポンプが採用される場合と比較して高圧の液体を液体部４へ圧送できる。これにより、水中航走体１が深海へ沈降して潜航する際に、気体部３の気体を高圧縮するために高圧の液体を液体部４へ送り込むことが可能である。よって、本実施形態に係る注排水システム５及びそれを備える自律型水中航走体１は深海を潜航するに好適である。

【0043】

タンク２に高圧の液体が注入されるときに、気体部３の気体は断熱圧縮されて発熱するが、タンク２内の注入される液体により気体が自然冷却されることから、タンクの冷却設備は不要である。

【0044】

上記実施形態に係る注排水システム５において、注排水配管７は、液体部出入口２１とポンプ吸入口６１とを接続し排水弁７５が設けられた一次側排水路Ｗ３、ポンプ吐出口６２と放水口７２とを接続し排水元弁７９が設けられた二次側排水路Ｗ４、取水口７１とポンプ吸入口６１とを接続し注水元弁７８が設けられた一次側注水路Ｗ１、及び、ポンプ吐出口６２と液体部出入口２１とを接続し注水弁７４が設けられた二次側注水路Ｗ２を有する。そして、流路切替部９は、注水時に注水弁７４及び注水元弁７８を開放するとともに排水弁７５及び排水元弁７９を閉止し、排水時に排水弁７５及び排水元弁７９を開放するとともに注水弁７４及び注水元弁７８を閉止するようにこれらの弁を動作させるように構成されている。

【0045】

更に詳細には、上記実施形態に係る注排水システム５において、注排水配管７は、ポンプ吐出口６２からポンプ吸入口６１までの間に第１接続路８１、注水弁７４、第２接続路８２、排水弁７５、及び第３接続路８３がこの順序で連設されてなるループ８０と、第１接続路８１と放水口７２とを接続し排水元弁７９が設けられた排出ライン８５と、第２接続路８２と液体部出入口２１とを接続する注排水ライン８６と、第３接続路８３と取水口７１とを接続し注水元弁７８が設けられた注水ライン８７とを有する。そして、流路切替部９は、注水時に注水弁７４及び注水元弁７８を開放するとともに排水弁７５及び排水元弁７９を閉止し、排水時に排水弁７５及び排水元弁７９を開放するとともに注水弁７４及び注水元弁７８を閉止するようにこれらの弁を動作させるように構成されている。

【0046】

このようにして、１つの往復ポンプ６を用いて注水流路Ｆ１及び排水流路Ｆ２の双方において液体を圧送可能であり、且つ、往復ポンプ６を通過する液体の流れが常にポンプ吸入口６１からポンプ吐出口６２への一方向となる注排水配管７を構成することができる。

【0047】

また、上記実施形態に係る注排水システム５において、注排水配管７は、液体部出入口２１と液体の給排水口７３とを往復ポンプ６を介さずに直接的に接続する給排水流路Ｆ３と、給排水流路Ｆ３に設けられた均圧弁８８（開閉弁）とを有する。そして、流路切替部９は、タンク２の内部空間２ａの圧力が深度圧より小さい場合の注水時に注水流路Ｆ１及び排水流路Ｆ２が遮断された状態で均圧弁８８を開放し、内部空間２ａの圧力が深度圧より大きい場合の排水時に注水流路Ｆ１及び排水流路Ｆ２が遮断された状態で均圧弁８８を開放するように構成されている。

【0048】

このような給排水流路Ｆ３が設けられることによって、タンク内圧が深度圧より大きいときに、これらの差を利用して液体部４から排水することができる。また、タンク内圧が深度圧より小さいときに、これらの差を利用して液体部４へ注水することができる。このように往復ポンプ６を稼働させずに注排水を行うことにより、省エネルギーを実現できる。

【0049】

上記実施形態に係る注排水システム５において、上記の均圧弁８８（開閉弁）は通電が遮断されると開放されるように構成されている。即ち、均圧弁８８はノーマルオープンの開閉弁である。

【0050】

これにより、何らかの原因により水中航走体１が電源を喪失した場合に、液体部出入口２１と給排水口７３とが給排水流路Ｆ３を通じて連通された状態となる。ここで、気体部３の圧縮された気体の圧力によって液体部４の液体が外部へ排水されることにより、内容物を含むタンク２の質量が減少し、水中航走体１を強制的に浮上させることができる。このようにして、水中航走体１が深海で電源を喪失しても、水中航走体１は深海をさまようことなく自動的に浮上するので、水中航走体１の紛失を回避することができる。

【0051】

また、上記実施形態に係る水中航走体１では、水中航走体１が水平姿勢にあるときに、タンク２は鉛直方向への高さが水平方向の幅よりも大きく、且つ、タンク２の底部に液体部出入口２１が位置する。なお、液体部出入口２１は、タンク２の側面下部に設けられていてもよい。

【0052】

このように、水中航走体１が動揺したり姿勢が傾斜したりしても、タンク２の液体部出入口２１が常に液体部４の液面より低くなるようにタンク２の形状が工夫されている。これにより、水中航走体１が動揺したり姿勢が傾斜したりしても、液体部出入口２１から気体部３の気体が漏れることを防止できる。

【0053】

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。上記の構成は、例えば、以下のように変更することができる。

【0054】

例えば、上記実施形態に係る水中航走体１は深海での探査を目的とするものであるが、水中航走体１の目的はこれに限定されない。水中航走体１は、目的に応じた機器を搭載することができる。

【0055】

また、上記実施形態に係る水中航走体１では、タンク２が水中航走体１の機体１１の進行方向前後中央部に配置されているが、タンク２が機体１１の進行方向の前方と後方とにそれぞれ配置されていてもよい。

【0056】

また、上記実施形態に係る水中航走体１では、タンク２の気体部３と液体部４との間が仕切られていないため、縦長形状のタンク２が採用されたうえ底部（又は、側面下部）に液体部出入口２１が設けられている。但し、次に示すように、タンク２に気体部３と液体部４とを仕切る部材が設けられていてもよい。

【0057】

例えば、図３に示すように、タンク２は内部空間２ａに収容されて液体部４を形成するブラダ５５を有していてもよい。この場合、ブラダ５５によって液体部出入口２１が液面下となるようにタンク２内の液体の移動が制限されることから、タンク２は必ずしも縦長形状である必要はない。

【符号の説明】

【0058】

１ ：水中航走体
２ ：タンク
２ａ ：内部空間
３ ：気体部
４ ：液体部
５ ：注排水システム
６ ：往復ポンプ
７ ：注排水配管
９ ：流路切替部
１０ ：バラスト装置
２１ ：液体部出入口
５４ ：仕切り部材
５５ ：ブラダ
６１ ：ポンプ吸入口
６２ ：ポンプ吐出口
７１ ：取水口
７２ ：放水口
７３ ：給排水口
７４ ：注水弁
７５ ：排水弁
７８ ：注水元弁
７９ ：排水元弁
８０ ：ループ
８１ ：第１接続路
８２ ：第２接続路
８３ ：第３接続路
８５ ：排出ライン
８６ ：注排水ライン
８７ ：注水ライン
８８ ：均圧弁（開閉弁）
Ｆ１ ：注水流路
Ｆ２ ：排水流路
Ｆ３ ：給排水流路
Ｗ１ ：一次側注水路
Ｗ２ ：二次側注水路
Ｗ３ ：一次側排水路
Ｗ４ ：二次側排水路

【図1】

【図2】

【図3】