(57)【要約】【課題】使用済み核燃料プールに投入・設置されて水温その他の環境条件を測定し、その測定情報を外部のカメラに光送信する送信装置にあって、光送信を行う面が水面と平行になる姿勢が安定して維持されるようにする。【解決手段】測定および送信の機能を分離し、測定ユニットを着底する沈降体、送信ユニットを水中に浮かぶ浮体とし、両者を可撓性ケーブル状の接続ユニットで接続する。送信ユニットには接続ユニットを伴って浮上させる力が作用するとともに、接続ユニットによって測定ユニットに繋留された状態となるようにする。これにより、測定ユニットが傾いた状態で着底しても、その姿勢によらず、送信ユニットは光送信面を含んだ上面を水平にした姿勢を保つことができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液中に投入するための構造体であって、液底に着底する沈降体と、所定面が水平となるように液中で浮く浮体と、前記沈降体および前記浮体を接続し、少なくとも前記浮体に連結される部分が可撓性を有する接続体と、を備えたことを特徴とする構造体。
【請求項２】
前記沈降体、前記浮体および前記接続体の重量の絶対値をそれぞれＷ１、Ｗ２およびＷ３とし、前記液中に投入したときに作用する浮力の絶対値をそれぞれＦ１、Ｆ２およびＦ３とするとき、
Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＞Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３、Ｗ１＞Ｆ１、Ｗ２＜Ｆ２およびＷ２＋Ｗ３＜Ｆ２＋Ｆ３の関係が満たされていることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の構造体が適用されて液中に投入される送信装置であって、
前記沈降体をなし、着底位置における環境条件を測定する測定ユニットと、
前記浮体をなし、前記測定ユニットによって測定された環境条件を送信する送信面が前記所定面に配された送信ユニットと、
前記接続体をなし、前記測定ユニットと前記送信ユニットとの間で、前記環境条件を含む信号を伝送する配線を含んだ接続ユニットと、
を備えたことを特徴とする送信装置。
【請求項４】
前記測定ユニットは気室を有し、該気室には着底後に、または沈降の過程で徐々に、液体が導入されることを特徴とする請求項３に記載の送信装置。
【請求項５】
前記測定ユニットの高さ／幅の比が１未満であることを特徴とする請求項３または４に記載の送信装置。
【請求項６】
前記送信ユニットは、重心より上の部位にフィンを有することを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の送信装置。
【請求項７】
前記測定ユニットおよび前記送信ユニットは、鉛直方向下方に向かって膨出する形状の底面を有することを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の送信装置。
【請求項８】
使用済み核燃料プールに投入されることを特徴とする請求項３ないし７のいずれかに記載の送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液中投入用の構造体および該構造体を適用した送信装置に関し、例えば水中に投入され、水底に設置されて環境条件を測定し、その測定結果などを、水面外にある受信装置に送信する送信装置に適用して好適な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
送信装置の設置を要する環境として、例えば使用済み核燃料プール（以下、単に燃料プールという）がある。送信装置がその設置箇所における環境条件（水温，水圧，音響，放射線量など）を測定し、その測定結果などを燃料プールの水面外に配置された受信装置に送信することで、燃料プールの状態を看視することが可能となる。
【０００３】
本出願人は、特許文献１において、そのような送受信を行うのに好適な構成を提案している。これは、設置箇所における環境条件の測定データを２次元符号化データに変換し、送信装置の上面に配置された２次元ＬＥＤアレイに２次元コードに対応したパターンにて表示（発光）させ、これを燃料プール外に配置されたカメラで撮影するように構成されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−６６９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記提案に係る構成では、ＬＥＤアレイが出射する光の光軸が水面に対してなす角度（入射角）が適切な範囲であることが強く望ましい。入射角が適切な範囲にないと、気液界面で反射され、カメラで捉えられないからである。上記構成は、燃料プール内の環境が常態であれば問題なく作動し得る。しかし、破損によって瓦礫などが水底に存在していたり、浮遊する異物や濁りが生じたりしている燃料プールに適用する場合には、さらなる改良を施すことが要求される。すなわち、送信装置は所望位置に設置されるように燃料プール内に投入されて着底するが、その着底箇所が平坦でなく、瓦礫などが存在していた場合、送信装置の傾きが生じる。すると、ＬＥＤアレイから出射される光の気液界面に対する入射角が適切な範囲からずれてしまうことがある。また、入射角が適切な範囲であっても、燃料プールに濁りが生じていた場合、出射光の減衰によってカメラで捉えられなくなることも考えられる。
【０００６】
よって本発明は、着底箇所の状況によらず、簡単な構成で、送信装置が確実に測定情報などを送信できるようにすることを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのために、本発明は、液中に投入するための構造体であって、液底に着底する沈降体と、所定面が水平となるように液中で浮く浮体と、前記沈降体および前記浮体を接続し、少なくとも前記浮体に連結される部分が可撓性を有する接続体と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、上記構造体が適用されて液中に投入される送信装置であって、前記沈降体をなし、着底位置における環境条件を測定する測定ユニットと、前記浮体をなし、前記測定ユニットによって測定された環境条件を送信する送信面が前記所定面に配された送信ユニットと、前記接続体をなし、前記測定ユニットと前記送信ユニットとの間で、前記環境条件を含む信号を伝送する配線を含んだ接続ユニットと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、浮体（または送信ユニット）には可撓性の接続体（または接続ユニット）を伴って浮上する力が作用するとともに、接続体（または接続ユニット）によって着底している沈降体（または測定ユニット）に繋留された状態となるようにする。これにより、沈降体（または測定ユニット）が傾いた状態で着底しても、その姿勢によらず、浮体（または送信ユニット）は所定面（光情報の送信面）を水面に対して水平にした姿勢を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）および（ｂ）は、本発明に至る前に考案した送信装置の一例を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）および（ｂ）は、本発明に至る前に考案した送信装置の他の例を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）および（ｂ）は、本発明の液中投入用の構造体の基本構成を示す模式図である。
【図４】図４は、図３（ａ）および（ｂ）の基本構成を適用した送信装置の一実施形態を一部破断して示す模式的正面図である。
【図５】図５は、図４の送信装置を燃料プールに設置した状態を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）および（ｂ）は、図４の送信装置に付加できる注水構造の２例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。なお、以下では構造体ないしは送信装置が設置される環境として燃料プールを例示するが、これに限られるものではない。
【００１２】
（本発明に至る過程）
図１（ａ）に示すように、本発明者らは、ＬＥＤアレイなどの送信面を上面１ｔに有する送信装置１を、その重心Ｇより上の位置でジンバル機構（図では簡略化のために自由度１のジャイロとしている）３の支承部３ｂにより支承する構造の送信装置を考察した。ジンバル機構３は燃料プールに着底する支持台５上に一体に取り付けられている。支持台５が瓦礫６に乗り上げた状態で着底すると、同図（ｂ）に示すようにジンバル機構３は傾くが、送信装置１自体はジンバル軸３ａの周りに回動し、その姿勢は送信面が設けられた上面１ｔを水平に保った状態に維持される。また、支持台５の底面の寸法を適切に大きくしておけば、瓦礫６に乗り上げても、ジンバル機構３が過度に傾いたり、倒れが生じたりすることがない。
【００１３】
この構成を採用した場合、燃料プールが通常の状態であれば問題はないと考えられる。しかし本発明者らは、事故により燃料プール内が苛酷な環境となっている場合には、次のような問題が生じることを懸念した。すなわち、
・水中を浮遊する異物がジンバル機構３の支承部３ｂに付着すると、送信装置１の回動すなわち姿勢安定化の機能が働かなくなること、および
・送信装置１本体の重量や寸法が変更された場合、その都度ジンバル機構の設計・製作を行わなければならないこと、
などの問題である。
【００１４】
また、本発明者は、図２（ａ）に示すように、空気中での重量より水中での浮力が大となる（すなわち水中に投じたときに浮上する）ように送信装置１を構成し、その底部１ｂを、繋留索７を介して重量のある支持台５に繋留することに想到した。これによれば、同図（ｂ）のように支持台５が傾いた状態で着底しても、送信装置１自体は直立し、したがって送信面を含んだ上面１ｔを水平に維持することができる。
【００１５】
しかしながら、この構成では、送信装置１は底部１ｂが繋留索７によって拘束されているので、水中に水流が発生した場合、送信面のある上面１ｔの揺らぎが大きくなる。すると、上面１ｔの向きが安定しなくなり、受信装置への送信が途切れるなどの不都合の発生が懸念される。
【００１６】
以上の考察を経て、本発明者らは、送信装置の機能は環境条件の測定機能と測定結果の送信機能とに分けられ、測定の観点からは安定して着底していることが要求される一方、送信の観点からは送信面が水平に保持されていることが要求されることに着目した。そして、機能ごとに分離した構造を採用することが好ましいとの結論を得て、本発明に至ったのである。
【００１７】
（本発明の基本構成）
図３（ａ）および（ｂ）は本発明の基本構成および原理を説明するための説明図である。同図（ａ）に示すように、本発明に係る構造体は、沈降体１０（上述した支持台を含み得る）、浮体２０、およびそれらをつなぐ可撓性の接続体３０を有する。そして、後述のように、燃料プールに投入される送信装置用の構造体とする場合には、沈降体１０および浮体２０は、それぞれ、測定ユニットおよび送信ユニットに対応し、接続体３０は測定ユニットから送信ユニットに信号を伝送する可撓性ケーブルに対応する。
【００１８】
ここで、沈降体１０、浮体２０および接続体３０の空気中での重量の絶対値をそれぞれ、Ｗ１、Ｗ２およびＷ３とし、水中に投じたときに作用する浮力の絶対値をそれぞれＦ１、Ｆ２およびＦ３とする。そして、水中に投じたときに構造体の全体が沈降して行く条件は、
Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＞Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３
であり、沈降体１０が着底する条件および浮体２０が浮く条件は、
Ｗ１＞Ｆ１，  Ｗ２＜Ｆ２
である。浮体２０自体が浮くようになっていればその上面２０ｔを水平に保った状態となる。しかし送信面が配される上面２０ｔをなるべく燃料プールの水面に近づけることや、姿勢を安定化する上では、
Ｗ２＋Ｗ３＜Ｆ２＋Ｆ３
とすること、すなわち浮体２０が接続体３０を引っ張りながら浮いている状態とすることが好ましい。
【００１９】
これらの条件を満たすような設計を行うことで、水中に投じたとき、構造体の全体は沈降し、沈降体１０が着底する。一方、浮体２０には接続体３０を伴って浮上させる力が作用するが、接続体３０によって沈降体１０に繋留された状態となる。また、図３（ｂ）に示すように、沈降体１０が傾いた状態で着底しても、沈降体１０の姿勢によらず、浮体２０は送信面を含んだ上面２０ｔを水平にした姿勢を保つことができる。
【００２０】
上記の構造体は、図１（ａ）および（ｂ）に示したジンバル機構のような支承部を必要としないため、構造が簡単であり、また浮遊する異物による不具合が発生する懸念もないものである。また、浮力の調整の自由度が高いため、適用される送信装置などの仕様変更（寸法，形状，重量などの変更）にも大きな設計変更を伴わずに対応できる。さらに、沈降体１０と浮体２０とを別体の構造としたことで、図２（ａ）および（ｂ）に示したような一体構造に比して、水流の影響を受けにくいものとなる。
【００２１】
さらに、接続体３０を可撓性のあるものとすることには、次のような利点もある。すなわち、水流に起因して浮体２０が浮遊し、沈降体１０との相対位置の変化が生じても、これに追従して撓むことができることから、浮体２０の姿勢の安定が保たれることである。また、剛性のある接続体を採用した場合、沈降体１０および浮体２０の一方に水流などによる回転モーメントが加わると、他方の位置がずれたり、構造体全体の姿勢が崩れたりする恐れがあるが、可撓性の接続体３０を用いれば、そのような恐れが生じない。
【００２２】
（実施形態）
図４および図５を用い、上記した構造体を、燃料プールに投入される送信装置に適用した実施形態について説明する。本実施形態の送信装置は、沈降体である測定ユニット１００と、浮体である送信ユニット２００と、接続体である可撓性の接続ユニット３００と、を有する。それらの内部は気密性が保持され、収容している機器・配線類が確実に保護されるように構成されている。
【００２３】
かかる送信装置は、例えば図５に示すように、燃料プール４００に複数個が分散設置され、測定ユニット１００が設置箇所における環境条件として水温，水圧その他を測定する。一方、特許文献１に記載したように、送信ユニット２００が当該送信対象データを２次元符号化データに変換し、２次元配列されたＬＥＤアレイに２次元コードに対応したパターンにて発光表示する。燃料プール４００の水面外には、複数の送信装置を破線で示す視野に捉えるようにカメラ５００が設置され、燃料プール４００内を撮影することができる。そして、撮影された映像から、各送信装置のＬＥＤアレイの発光状態に基づき、燃料プール４００の環境条件を計測することができる。なお、図５においては、２台の送信装置および１台のカメラが示されているが、それらの台数は燃料プール４００の大きさ、送信装置を設置すべき範囲およびカメラの視野角に応じて適宜定め得るものである。
【００２４】
測定ユニット１００には、その着底箇所における燃料プールの水温を検出する温度センサ１１０、水圧を検出する圧力センサ１２０およびその他の所要のセンサと、検出信号の処理部１０１を含む機器などが配設される。測定ユニット１００にはまた、送信装置全体の電源となる電池（不図示）が収容され、それにより沈降体である測定ユニット１００の重量を確保することができる。なお、着底時の安定性を保つ上で、測定ユニット１００の高さおよび幅の比（縦横比）は、１未満であることが好ましい。
【００２５】
送信ユニット２００には、所定面すなわち水中に投入された状態で水面を向く上面に、２次元ＬＥＤアレイの送信面２０３が配置される。また、内部には、測定ユニット１００の処理部１０１から伝達されたデータを２次元コードに対応したパターンで表示されるようにＬＥＤアレイを駆動する駆動部２０１が収納されている。なお、浮力に影響しない範囲で、浮体である送信ユニット２００に測定機能の一部を担わせてもよい。また、送信ユニット２００には、姿勢安定化のためのフィンなどが重心位置よりも上に配設されていてもよい。
【００２６】
接続ユニット３００は、送信ユニット２００の浮遊に追従できる可撓性を有したフレキシブルチューブを本体としたケーブル状であり、内部には測定ユニット１００の処理部１０１と送信ユニット２００の駆動部２０１とを信号接続する配線３０１（電力供給ラインを含む）が延在している。なお、図４の各ユニット内に配される機器・配線類はあくまでも説明のための模式的なものであって、これら機器・配線類の実際の寸法、形状および配置箇所を示すものではない。
【００２７】
測定ユニット１００、送信ユニット２００および接続ユニット３００は、上記条件に従うものであれば適宜の形状・寸法を有するとすることができる。しかし本実施形態の測定ユニット１００および送信ユニット２００は、概ね円筒形状を呈し、鉛直方向下方に向かって凸曲面状に膨出する膨出部１００ｂおよび２００ｂを底面に有した形状となっている。
【００２８】
本実施形態の測定ユニット１００および送信ユニット２００の筐体は基本的に、それぞれの機能を果たす機器類を収容した中空体である。したがって、内容積に余裕を持った設計としておけば、機器の仕様変更に対応できるものとなる。その際、好ましい重量に足りなければ、錘などを収納して調整すればよい。
【００２９】
また、上記膨出部を設けることは、例えば底面を平坦にするよりも、水の抵抗の減少を抑えて沈降時の姿勢を安定させ、速やかに目的箇所に沈降させることができる点で有利である。さらに、測定ユニット１００の膨出部１００ｂは、着底時に空間が生じることで、瓦礫の存在などの影響を受けにくく、姿勢の安定化にも資するものとなる。
【００３０】
ケーブル状の接続ユニット３００の長さは、適宜選定が可能であり、例えば以下の条件を勘案することができる。例えば、想定される水深に対し、送信ユニット２００が水面上に浮上しない長さとすることが挙げられる。これは、水面上に浮上したときに送信ユニット２００の姿勢が崩れるものであれば、送信面２０３がカメラで捉えられなくなったことを利用して水位の低下を検知可能とする構成を実現できる。また、他の条件としては、図５に示したように、複数の送信装置が設置される場合を考慮して、水流などにより送信装置間でケーブルの絡みが生じないようにすることが挙げられる。
【００３１】
送信装置は、安定した姿勢を保ちながら、速やかに目的箇所に沈降してゆくことが好ましい。しかし沈降速度が過大であって、着底時に測定ユニット１００に好ましくない衝撃が加わることが予測される場合には、これを緩和する構成を付加することができる。その構成は、例えば、測定ユニットに図６（ａ）および（ｂ）に模式的に示すような気室１３０を設けておくことで見かけの重量（Ｗ１−Ｆ１）を減じるものとすることができる。そして、着底後に、あるいは沈降過程で徐々に、気室１３０に注水されるようにして見かけの重量を増大させれば、測定ユニットの設置状態を安定させることができる。このためには、図６（ａ）に示すように、圧力差に従って開放され、開放後には再閉塞不能となる弁体１３３を気室１３０の側壁に設けることができる。また、同図（ｂ）に示すように、気室１３０の上部に、沈降過程ないしは着底後に気室１３０内に徐々に水を導入する寸法の小孔を設けてもよい。さらに、これらのような構成に付随した気液交換が円滑に行われるように、抜気孔が設けられてもよい。なお、具体的に気室１３０を設ける部位としては、例えば測定ユニット１００の膨出部１００ｂとすることができる。
【００３２】
（その他）
なお、本発明は、以上説明した実施形態および随所で述べた変形例に限らず、種々の変更が可能である。例えば、上例では、接続体３０を全体的に可撓性のある部分として構成した。しかし浮体２０の浮心と、浮体２０と可撓性のある部分との接続点との距離が大きいほど送信ユニットの上面２０ｔが水平になる姿勢への復原力が増すことから、浮体２０に延在部分を設けて接続体と接続する構成、あるいは、接続体を剛性のある部分と可撓性のある部分とで構成し、剛性のある部分で浮体２０と連結される構成を採用してもよい。
【００３３】
また、燃料プールの水中に投入されて水底に設置される送信装置に本発明を適用した場合について説明した。しかし設置箇所を取り巻く「水」という用語は広義に解釈されるべきであり、海水、河川水、湖沼水および地下水などを含むものである。したがって本発明は広く、河川底、湖沼底、ダム底、海底およびなどに設置される構造体に適用できる。また、水以外の液体に投入されるものであってもよい。
【００３４】
さらに、送信装置を構成する測定ユニットは、水温、水圧および音響の測定を行う各種センサを含んだものに限られない。送信装置が設置される目的、測定すべき環境条件や提示すべき自己の状態などに応じて、適宜の機器を使用するものとすることができる。また、上例では光によって情報の送受信を行う構成について例示したが、その他、音波あるいは超音波などにより送受信を行うものであってもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０  沈降体
２０  浮体
２０ｔ  浮体の上面
３０  可撓性接続体
１００  測定ユニット
１００ｂ  膨出部
１３０  気室
２００  送信ユニット
２００ｂ  膨出部
２０３  送信面
３００  接続ユニット
４００  燃料プール
５００  カメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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