(57)【要約】【課題】  簡易な構造で低コストの圧力補償装置及び水中送波器用圧力補償装置を提供する。【解決手段】  気体の充填される気体室６と気体室６の外部の液体との圧力のバランスを取るための圧力補償装置１であって、気体室６に接続され一部が液体に対して開放されているチャンバー２と、チャンバー２に取付けられた液面センサ３と、チャンバー２に気体を供給する気体供給器４と、気体供給器４からチャンバー２に供給される気体の量を調節する弁５とを備え、液面センサ３は、チャンバー２内の液面レベルが所定の位置より上昇したことを検出すると弁５を制御し、気体供給器４からチャンバー２内に気体を供給させ、気体室６内の圧力と液体の圧力のバランスを取るものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の充填される気体室と該気体室の外部の液体との圧力のバランスを取るための圧力補償装置であって、
前記気体室に接続され一部が前記液体に対して開放されているチャンバーと、該チャンバーに取付けられた液面センサと、前記チャンバーに気体を供給する気体供給器と、前記気体供給器からチャンバーに供給される気体の量を調節する弁とを備え、
前記液面センサは、前記チャンバー内の液面レベルが所定の位置より上昇したことを検出すると前記弁を制御し、前記気体供給器から前記チャンバー内に気体を供給させ、前記気体室内の圧力と前記液体の圧力のバランスを取ることを特徴とする圧力補償装置。
【請求項２】
前記気体室の圧力が下がったときは、前記チャンバーの前記液体に対して開放されている部分からチャンバー内の気体を自然放出することにより前記気体室内の圧力と前記液体の圧力のバランスを取ることを特徴とする請求項１記載の圧力補償装置。
【請求項３】
前記弁が電気的に駆動される電磁弁であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧力補償装置。
【請求項４】
水中送波器の気体室と該気体室の外部の液体との圧力のバランスを取るための水中送波器用圧力補償装置であって、
前記気体室に接続され一部が前記液体に対して開放されているチャンバーと、該チャンバーに取付けられた液面センサと、前記チャンバーに気体を供給する気体供給器と、前記気体供給器からチャンバーに供給される気体の量を調節する弁とを備え、
前記液面センサは、前記チャンバー内の液面レベルが所定の位置より上昇したことを検出すると前記弁を制御し、前記気体供給器から前記チャンバー内に気体を供給させ、前記気体室内の圧力と前記液体の圧力のバランスを取ることを特徴とする水中送波器用圧力補償装置。
【請求項５】
前記気体室の圧力が下がったときは、前記チャンバーの前記液体に対して開放されている部分からチャンバー内の気体を自然放出することにより前記気体室内の圧力と前記液体の圧力のバランスを取ることを特徴とする請求項４記載の水中送波器用圧力補償装置。
【請求項６】
前記弁が電気的に駆動される電磁弁であることを特徴とする請求項４又は５記載の水中送波器用圧力補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力補償装置及び水中送波器用圧力補償装置に関し、特に簡易な構造で低コストの圧力補償装置及び水中送波器用圧力補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から水中送波器によって海中に音波を伝搬させて、海洋の水温・流向等の立体構造を観測する海洋音響トモグラフィが行われている。この海洋音響トモグラフィでは広範囲の海洋観測を行うために、水中送波器として周波数が２００Ｈｚ程度の低周波音源（低周波送波器ともいう）を使用して、音波の吸収や散乱を低減するようにしていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
この低周波音源では、円柱状の低周波音源の外側に音波を放射する際に、この外側へ向かう音波の妨げとなる低周波音源の内側へ向かう音波を遮断するために、低周波音源の内側に空気層（空気室ともいう）を設ける場合がある。この空気層は例えば低周波音源を２０００ｍ程度の深海に沈めて使用する場合には大きい水圧がかかるため、空気層が水圧によって押し潰されて低周波音源全体が壊れてしまう場合があった。
【０００４】
このため、空気層の設けられた低周波音源を深海等で使用する場合には、空気層の圧力と外部の水圧のバランスを取るために低周波音源に圧力補償装置を設けることが多い。この圧力補償装置は、例えば空気層に接続されており、外部の水圧が上がった場合にはガス容器から空気層内にガスを供給して空気層の圧力を上げて、空気層の圧力と外部の水圧のバランスを取る。またこれとは逆に外部の水圧が下がった場合には、空気層内のガスを水中に放出して空気層内の圧力を下げて、空気層の圧力と外部の水圧のバランスを取るようになっている。
【０００５】
このような従来の圧力補償装置では、減圧弁が開くことにより空気層内にガスが供給されるようになっており、また保圧弁が開くことにより空気層内のガスを水中に放出するようになっている。この減圧弁及び保圧弁は、空気層内の圧力と外部の水圧の差によってバネが押されて開閉する構造となっており、開閉する差圧の大きさはバネの強さを調整することにより設定していた。
【非特許文献１】新家、外６名、「２００Ｈｚ低周波音源の開発」、海洋科学技術センター試験研究報告、海洋科学技術センター、１９９３年３月、第２９号、Ｐ．５３〜Ｐ．６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の圧力補償装置では（例えば、非特許文献１参照）、上記のように空気層の圧力と外部の水圧の差圧を減圧弁や保圧弁等の差圧弁により検知するようになっている。この場合、差圧はバネに加わる力として検知され、バネの反発力を上回る差圧が発生すると、その差圧によって減圧弁又は保圧弁が駆動するようになっている。
【０００７】
このとき、所定の差圧で確実に減圧弁及び保圧弁を駆動させるためには、減圧弁及び保圧弁の駆動部（バネ等）を極めて高精度に作成する必要があり、また非常に微妙な初期調整が必要となるため、圧力補償装置が高価になってしまうという問題点があった。
また、圧力補償装置を使用しているときに、減圧弁及び保圧弁の駆動部に塩分やゴミが付着すると、所定の差圧よりも大きい圧力がかからなければ減圧弁及び保圧弁が作動しなくなり、空気層が壊れてしまう可能性があった。さらに、減圧弁及び保圧弁の駆動部に塩分やゴミが付着するのを防止するために、頻繁に減圧弁及び保圧弁を分解掃除したり部品交換する等のメンテナンスが必要となり、保守費用がかさんでしまうという問題点もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る圧力補償装置は、気体の充填される気体室（非特許文献１の空気層に相当）と気体室の外部の液体との圧力のバランスを取るための圧力補償装置であって、気体室に接続され一部が液体に対して開放されているチャンバーと、チャンバーに取付けられた液面センサと、チャンバーに気体を供給する気体供給器と、気体供給器からチャンバーに供給される気体の量を調節する弁とを備え、液面センサは、チャンバー内の液面レベルが所定の位置より上昇したことを検出すると弁を制御し、気体供給器からチャンバー内に気体を供給させ、気体室内の圧力と液体の圧力のバランスを取るものである。
【発明の効果】
【０００９】
液面センサが、チャンバー内の液面レベルが所定の位置より上昇したかどうかをを検出し、液面レベルが所定の位置より上昇したときは弁を制御して、気体供給器からチャンバー内に気体を供給させるため、高精度な減圧弁や保圧弁を使用する必要がなく、簡易な構造で安価な圧力補償装置を得ることができる。また、本発明の圧力補償装置に使用する弁は、電気的に駆動する電磁弁でよいため、構造が単純になり動作の信頼性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る圧力補償装置の構造を示した縦断面模式図である。なお、図１には圧力補償装置のチャンバーが接続される気体室（非特許文献１の空気層に相当）も示されている。
圧力補償装置１は、チャンバー２、液面センサ３、気体供給器４、弁５等から構成されている。チャンバー２は、例えばチャンバー２の上方から水中送波器の気体室６に接続されており、チャンバー２内の上部に溜まった気体と気体室６内の気体が行き来できるようになっている。また、チャンバー２の下方の一部は圧力補償装置１の外部の液体に開放されており、例えば海中に圧力補償装置１及び気体室６が沈められて気体室６の外部の液体の圧力が上がった場合には、液体７がチャンバー２内に浸入するようになっている。
なお、チャンバー２と気体室６の接続部分及びチャンバー２の外部の液体に開放されている部分は、図１に示す位置と異なってもよい。
【００１１】
チャンバー２には液面センサ３が取付けられており、液面センサ３はチャンバー２内の液面レベル（液体７の液面の高さ）が所定の位置より上昇したかどうかを検出できるようになっている。なお、この液面センサ３はアナログ式のものでもデジタル式のものであってもよい。
また、チャンバー２にはパイプ等の接続部４ａを介して気体供給器４が接続されており、接続部４ａには弁５が設けられている。接続部４ａのチャンバー２に接続される位置は、上記の液面センサが検出する所定の液面レベルよりも高いところになっている。なお弁５は、電気的に駆動される電磁弁であり、液面センサ３により制御されるものとする。また気体供給器４は、例えば高圧ボンベを使用することができる。
【００１２】
ここで本実施形態１の圧力補償装置１の動作について説明する。圧力補償装置１及び気体室６の外部の液体（例えば、海水）の圧力が上がると、チャンバー２内の気体の圧力が上がり、チャンバー２内に浸入している液体７の液面レベルが上昇する。この液体７の液面レベルが所定の位置より上昇したことを液面センサ３が検出すると、液面センサ３は弁５を制御して開放し、気体供給器４から接続部４ａを介してチャンバー２内に気体を供給させる。これにより気体室６内及びチャンバー２内の気体の圧力と外部の液体の圧力のバランスを取る。なお、気体室６内の圧力と外部の液体のバランスを取る場合に、液体７の液面レベルを一定にするようにしてもよいし、液体７の液面レベルが一定の範囲内になるようにしてもよい。また液面センサ３による弁５の制御は、制御手段（図示せず）を介して行っても良い。
【００１３】
これとは逆に、圧力補償装置１及び気体室６の外部の液体の圧力が下がると、チャンバー２内の気体が膨張して液体７の液面レベルが下がる。このとき、チャンバー２の下部の外部の液体に開放された部分から余分な気体が自然に放出され、気体室６内及びチャンバー２内の気体の圧力と外部の液体の圧力のバランスが維持される。また液面センサ３は、液体７の液面レベルが所定の位置より低くなると、弁５を閉鎖する。
なお液面センサ３は、液面レベルが一定なるか又は一定の範囲内になるように、弁５を開閉するようにしてもよいが、例えば、液面レベルが所定の位置より上昇したことを検知したときに、一定時間だけ弁５を開放するように制御してもよい。このとき過剰に供給された気体は、チャンバー２の液体に開放された部分から放出されるので、気体室６内の圧力と外部の液体のバランスは保たれることとなる。また液面センサ３を、気体室６の上部及び下部の２カ所に設け、気体室６の下部に設けられた液面センサ３よりも液面レベルが下がった場合には弁５を閉鎖し、気体室６の上部に設けられた液面センサ３よりも液面レベルが上がった場合には弁５を開放するようにしてもよい。
【００１４】
本実施形態１では、液面センサ３が、チャンバー２内の液面レベルが所定の位置より上昇したかどうかをを検出し、液面レベルが所定の位置より上昇したときは弁５を制御して、気体供給器４からチャンバー２内に気体を供給させるため、高精度な減圧弁や保圧弁を使用する必要がなく、簡易な構造で安価な圧力補償装置を得ることができる。また、本実施形態１の圧力補償装置１に使用する弁５は、電気的に駆動する電磁弁でよいため、構造が単純になり動作の信頼性も向上する。
さらに、弁５の部分には海水等の液体が付着しないようになっているので、塩分やゴミによって弁５が動作不良を起こすおそれがなく、弁５の保守も容易となる。
また、チャンバー２の一部が外部の液体に開放されているため、例えば気体供給器４から過剰の気体が供給された場合でも余分な気体が液体中に放出されるのみであり、チャンバー２内の圧力が異常に上がるおそれがない。
【００１５】
本実施形態１では、例として海中で使用される水中送波器の気体室６（非特許文献１の空気層に相当）に圧力補償装置１を使用した場合を示しているが、本実施形態１の圧力補償装置１は他のものにも使用することができる。例えば、深海等に沈めて使用する装置や潜水艦等において、気体の充填された部屋とこの部屋の外部の水圧のバランスを取る必要がある場合や、液体中に測定機器を入れて測定を行う場合等に使用することができる。なおこれらの場合には、気体室に何らかの設備や装置が設置してあってもよい。
【００１６】
実施形態２．
図２は、本実施形態２に係る水中送波器用圧力補償装置を備えた水中送波器を示した要部断面模式図である。なお、本実施形態２に示す水中送波器用圧力補償装置は、実施形態１に示す圧力補償装置と同様の構造であり、図２では詳細を省略している。また図２に示す水中送波器は、上記のような低周波音源であってもよいが、必ずしも低周波音源でなくてもよい。
図２に示す水中送波器１０は円筒呼吸振動型と呼ばれるものであり、断面が矩形の円環状のものである。水中送波器１０の外枠は、糸巻用のボビンのような形状をしたハウジング１１と円筒状の外ブーツ１２からなっている。また水中送波器１０の内部には、円筒状の振動板１３とやはり円筒状の内ブーツ１４が設けられている。
【００１７】
また、外ブーツ１２と振動板１３の間の空間及び振動板１３と内ブーツ１４の間の空間には、音響油１５が充填されており、内ブーツ１４とハウジング１１の側壁１１ａとの間には気体室６が設けられている。
この水中送波器１０は、振動板１３が振動することにより水中送波器１０の外側（図２の矢印の方向）に音波を放射するようになっている。なおこの水中送波器は、上記のように主に海中で使用される。
水中送波器１０から音波を放射する際には、水中送波器１０の外側に向かう音波だけでなく、水中送波器１０の内側に向かう音波も発生するが、この内側に向かう音波は干渉等により外側に向かう音波の妨げとなる。このため、水中送波器１０の内側に気体室６を設けることにより、内側に向かう音波を遮断するようにしている。
【００１８】
しかし、例えば深海に水中送波器１０を沈めた場合には、大きい水圧がかかり気体室６が押し潰されて水中送波器１０全体が壊れてしまうことがある。このため、気体室６に水中送波器用圧力補償装置１を接続することで気体室６が押し潰されるのを防止している。
なお、本実施形態２に示す水中送波器用圧力補償装置は、実施形態１の図１に示す圧力補償装置と同様の構造であり、その効果も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係る圧力補償装置の構造を示した縦断面模式図である。
【図２】本実施形態２に係る水中送波器用圧力補償装置を備えた水中送波器を示した要部断面模式図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  圧力補償装置、２  チャンバー、３  液面センサ、４  気体供給器、４ａ  接続部、５  弁、６  気体室、７  液体、１０  水中送波器、１１  ハウジング、１１ａ  側壁、１２  外ブーツ、１３  振動板、１４  内ブーツ、１５  音響油。
【図１】
2005210152.tif 000003
【図２】
2005210152.tif 000004