JP4120939B2 - 浸水センサ、潜水機及び浸水検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、浸水センサ、潜水機及び浸水検知方法に関し、特に、船舶に搭載された浸水センサ及びそれを用いた浸水検知方法、それらを適用した潜水機に関する。

動力源として燃料電池を搭載した潜水機が知られている。そのような潜水機として、基本的な構成機器を個別に耐圧容器（殻）に格納し、内部に海水を導入することにより、内部と外部とを同圧にして、耐圧容器（殻）の大きさを小さくして、全体として小型、軽量化した潜水機が知られている。例えば、特開平１０−１８１６８５号公報には、燃料電池搭載型深海潜水調査船運用システムの技術が開示されている。この技術の燃料電池搭載型深海潜水調査船運用システムは、深海潜水調査船と同調査船の支援母船とからなる。上記深海潜水調査船は、推進装置と、固体高分子型燃料電池と、高圧水素ガスボンベおよび高圧酸素ガスボンベと、生成水タンクと、上記燃料電池の制御装置とを備える。推進装置は、電力の供給を受け作動する。固体高分子型燃料電池は、同推進装置へ電力を供給する。高圧水素ガスボンベおよび高圧酸素ガスボンベは、同燃料電池へ水素ガスおよび酸素ガスをそれぞれ供給する。生成水タンクは、上記燃料電池における生成水を導いて船内に貯蔵する。上記支援母船は、上記の高圧水素ガスボンベおよび高圧酸素ガスボンベにそれぞれ補給するための水素ガスおよび酸素ガスを発生する水分解装置を備える。

特開２００２−１８７５９５号公報には、潜水機用水素発生装置の技術が開示されている。この技術の潜水機用水素発生装置は、潜水機の動力源に用いる燃料電池等の水素供給発生装置のうち、金属水素化物に水素発生促進剤と接触させて水素を発生させる。金属水素化物若しくは水素発生促進剤の少なくとも一方が液状態にある。その液状態が貯留されている容器が機内に配置されている。そして、機外の水圧にほぼ均圧させている。

このような潜水機では、例えば特開平１０−１８１６８５号公報の場合、高圧水素ガスボンベの含まれる耐圧容器（殻）と固体高分子型燃料電池の含まれる耐圧容器（殻）との間は、海水に晒された配管を介して行われる。潜水機の航行する海中は深度が高まるに連れて高圧となるため、所定の深度以上では、配管の中を通る燃料ガスの圧力よりも海水の圧力の方が高くなる。その場合、配管の継ぎ目部分などから配管内に海水が浸入する可能性が出てくる。海水が浸入した場合、配管のバルブを閉止し、高圧水素ガスボンベや固体高分子型燃料電池を保護する必要がある。また、燃料ガスは可燃性のため、通常の浸水センサでは着火源になる可能性がある。

配管への浸水を容易に検知することが可能な技術が望まれる。可燃性ガスの配管において、容易且つ安全に浸水を検知することが可能な技術が求められる。誤り無く浸水の検知をすることが可能な技術が求められる。

関連する技術として、浮き（フロート）を用いて液面を検知する技術が知られている。例えば、特開平７−４９２５５号公報、特開平７−６３５９５号公報には、タンク液面測定装置の技術が開示されている。この技術のタンク液面測定装置は、磁歪線の一端に送信コイルが測定領域に受信コイルが設けられたコイルユニットを、下端が封止されたパイプ内に収容し、上端をモールディングにより密封すると共に、パイプの上端に回路基板を収容する耐圧防爆構造のヘッド部を気密的に取り付け、更にパイプに磁石を有し、且つ全体の比重が油よりも小さく設定された第１のフロートと、磁石を有し、且つ全体の比重が水よりも小さく、油よりも大きく設定された第２のフローとを遊嵌してなる。この装置は、液面を示すフロートの位置を、フロート内の磁石により発生する磁歪線上の磁歪と磁歪線に出力されるパルスとの相互作用から計測している。

特開平１０−１８１６８５号公報 特開２００２−１８７５９５号公報 特開平７−４９２５５号公報 特開平７−６３５９５号公報

従って、本発明の目的は、潜水機における海水中に晒された配管への浸水を容易に検知することが可能な浸水センサ及びそれを用いた浸水検知方法、それらを適用した潜水機を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、潜水機における海水中に晒された可燃性ガスの配管において、容易且つ安全に浸水を検知することが可能な浸水センサ及びそれを用いた浸水検知方法、それらを適用した潜水機を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、潜水機における海水中に晒された配管への浸水を誤り無く正確に検知することが可能な浸水センサ及びそれを用いた浸水検知方法、それらを適用した潜水機を提供することにある。

以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

従って、上記課題を解決するために、本発明の浸水センサは、浸水用配管（３９）と、浮き（３６）と、第１コイル（３５ｂ）と、第２コイル（３５ａ）と、制御部（４０）とを具備する。浸水用配管（３９）は、第１部分と第２部分とを有し、第１部分を潜水機（１）内の配管（２２、２３）に連通し、第２部分を閉塞し、鉛直方向の成分を有する方向に延びる。浮き（３６）は、浸水用配管（３９）内に移動可能に配置され、磁石（３８）を含む。第１コイル（３５ｂ、３５ｄ）は、浸水用配管（３９）の管路を囲み、その第２部分から離れた位置に設けられている。第２コイル（３５ａ、３５ｃ）は、浸水用配管（３９）のその管路を囲み、第１コイル（３５ｂ、３５ｄ）よりもその第１部分に近い位置に設けられている。制御部（４０）は、配管（２２）に浸水が発生して浸水用配管（３９）内に溜まる海水に浮き（３６）が浮くとき、浮き（３６）が第１コイル（３５ｂ、３５ｄ）の内側を通過する際に発生する第１電流（ｉ１）と第２コイル（３５ａ、３５ｃ）の内側を通過する際に発生する第２電流（ｉ２）とに基づいて、その浸水を検知する。
本発明により、配管（２２、２３）への海水の流入に伴って、浸水用配管（３９）に海水が溜まり、その水位も上昇することになる。その際、浸水用配管（３９）の第２部分にあった磁石（３８）が水位の上昇と共に第１コイル（３５ｂ、３５ｄ）及び第２コイル（３５ａ、３５ｃ）の内側を通過するので、浸水により第１電流（ｉ１）と第２電流（ｉ２）を発生させることができる。すなわち、第１電流（ｉ１）と第２電流（ｉ２）とを検知することで、容易に海水の流入を検知することが可能となる。加えて、二つのコイル（３５ｂ、３５ａ／３５ｄ、３５ｃ）で検知するので、検知を誤り無く正確に行うことができる。ここで、管路は、配管の内壁に囲まれた領域であり、ガスや海水のような流体が流れる流路である。第１部分及び第２部分は、例えば、それぞれ浸水用配管（３９）の一方及び他方の端部に例示される。

上記の浸水センサにおいて、制御部（４０）は、第１電流（ｉ１）の波形と第２電流（ｉ２）の波形との重ね合わせを示す第１波形と、所定の第２波形との比較に基づいて、その浸水を検知する。
本発明では、浸水のときの波形を予め所定の第２波形として記憶し、それとの比較により浸水を検知することで、検知の精度をあげることができる。

上記の浸水センサにおいて、潜水機（１）は、配管（２２、２３）の一部又は全部を海水に晒している。
配管（２２、２３）が海水に晒されている場合、海水の浸水の可能性がある。そのような潜水機（１）、例えば、基本的な構成機器を個別に耐熱容器（殻）に格納し内部に海水を導入することにより内部と外部とを同圧にしているような潜水機（１）は、本発明を用いることがより好ましい。

上記の浸水センサにおいて、配管（２２）は、可燃性ガス用の配管である。第１コイル（３５ｂ、３５ｄ）及び第２コイル（３５ａ、３５ｃ）は、非磁性の絶縁体に埋め込まれている。
本発明において、コイルが絶縁体に埋め込まれることで、コイルが配管（２２）中の可燃性ガスの着火源になる可能性を無くすことができる。また、可燃性ガスの配管（２２）を監視することで、中毒や火災、爆発等の可燃性ガスによる事故が発生する可能性を著しく低下させることができる。

上記の浸水センサにおいて、配管（２２）は、可燃性ガス用の配管である。浸水用配管（３９）は、少なくとも第１コイル（３５ｄ）及び第２コイル（３５ｃ）の近傍が非磁性の材料である。第１コイル（３５ｄ）及び第２コイル（３５ｃ）は、浸水用配管（３９）の外側に設けられている。
本発明において、コイルが浸水用配管（３９）の外側に設けられていることで、コイルが配管（２２）中の可燃性ガスの着火源になる可能性を無くすことができる。また、可燃性ガスの配管（２２）を監視することで、中毒や火災、爆発等の可燃性ガスによる事故が発生する可能性を著しく低下させることができる。

上記の浸水センサにおいて、その可燃性ガスは、潜水機（１）に搭載された燃料電池（１３）の燃料ガスである。
燃料電池（１３）を搭載する潜水機（１）は、可燃性ガスを搭載する必要のあるので、そのような潜水機（１）は、本発明を用いることがより好ましい。

上記の浸水センサにおいて、制御部（４０）は、その浸水を検知したとき、配管（２２）への可燃性ガスの供給に用いるバルブ（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を閉止する。
本発明において、浸水を検知して可燃性ガスの供給を停止するので、可燃性ガスによる事故の可能性を著しく低下させることができる。

上記課題を解決するために、本発明の潜水機（１）は、燃料電池（１３）と、燃料供給部（１１）と、バルブ（１１ａ）と、配管（２２）と、浸水センサ（３１ａ〜３１ｃ）とを具備する。燃料供給部（１１）は、燃料電池（１３）用の燃料を含む。バルブ（１１ａ）は、燃料供給部（１１）に設けられている。配管（２２）は、バルブ（１１ａ）を介して燃料供給部（１１）と燃料電池（１３）とをつなぐ。浸水センサ（３１ａ〜３１ｃ）は、配管（２２）の途中に設けられ、配管（２２）への浸水を検知し、上記のいずれか一項に記載されている。

上記課題を解決するために、本発明の浸水検知方法は、（ａ）及び（ｂ）ステップを具備する。（ａ）ステップは、磁石（３８）を含む浮き（３６）が第１コイル（３５ｂ、３５ｄ）の内側を通過する際に発生する第１電流（ｉ１）と、浮き（３６）が第２コイル（３５ａ、３５ｃ）の内側を通過する際に発生する第２電流（ｉ２）とを検知する。ここで、浮き（３６）は、浸水用配管（３９）内に移動可能に配置されている。浸水用配管（３９）は、第１部分と第２部分とを有し、第１部分を潜水機（１）内の配管（２２）に連通し、第２部分を閉塞し、鉛直方向の成分を有する方向に延びている。第１コイル（３５ｂ、３５ｄ）は、浸水用配管（３９）の管路を囲み、第２部分から離れた位置に設けられている。第２コイル（３５ａ、３５ｃ）は、浸水用配管（３９）のその管路を囲み、第１コイル（３５ｂ、３５ｄ）よりもその第１部分に近い位置に設けられている。（ｂ）第１電流（ｉ１）と第２電流（ｉ２）とに基づいて、配管（２２）における浸水の発生を検知する。
第１部分及び第２部分は、例えば、それぞれ浸水用配管（３９）の一方及び他方の端部に例示される。

上記の浸水検知方法において、（ｃ）その浸水を検知したとき、配管（２２）への可燃性ガスの供給に用いるバルブ（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を閉止するステップを更に具備する。

上記の浸水検知方法において、（ｂ）ステップは、（ｂ１）第１電流（ｉ１）の波形と第２電流（ｉ２）の波形と重ね合わせを示す第１波形と、所定の第２波形との比較に基づいて、その浸水を検出するステップを備える。

本発明により、潜水機における海水中に晒された配管への浸水を容易に検知することができる。また、潜水機における海水中に晒された可燃性ガスの配管については、容易且つ安全に浸水を検知することができる。加えて、それらの検知を誤り無く行うことができる。

以下、本発明の浸水センサ及び浸水検知方法、それらを適用した潜水機の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。本実施の形態では、潜水機について説明するが、他の船舶についても本発明の浸水センサ及び浸水検知方法を適用可能である。

先ず、本発明の潜水機の実施の形態について説明する。この潜水機は、本発明の浸水センサ及び浸水検知方法を適用している。図１は、本発明の潜水機の実施の形態における構成を示す図である。潜水機１は、操縦室２、前探ソナー５、送受信機６、電気式推進装置７、投光器８、覗き窓９、固体高分子型燃料電池システム１０、配電部１７を具備する。

耐圧容器（殻）の操縦室２の操縦者（自動運転の場合には、運転制御装置）は、投光器８で前方を照らしつつ、前探ソナー５や覗き窓９からの視界を参照しながら潜水機１を操縦する。配電部１７を介して固体高分子型燃料電池システム１０の電力を電気式推進装置７へ供給することで潜水機１は航行する。潜水機１は、送受信機６で外部（例示：洋上の母船）と連絡可能である。

固体高分子型燃料電池システム１０は、燃料供給部１１、酸化剤供給部１２、固体高分子型燃料電池本体１３、燃料電池制御装置１４、生成水タンク１５を備える。それらは、それぞれ耐圧容器（殻）に収められている。各構成間は、バルブを介した流体用の配管や配線用の配管で接続されている（本図において図示せず）。

潜水機１における固体高分子型燃料電池システム１０や操縦室２を含む主な構成は、耐圧容器（殻）に収められているもの以外は、配管やバルブ、浸水センサ（後述）を除くと、潜水機１の周囲の海水と同圧になっている。すなわち、通常の潜水機は、最外殻を構成する一つの耐圧容器（殻）の内部に所定の圧力（例示：大気圧）で主な構成が収められているが、本潜水機１は、主な構成をそれぞれ独立の耐圧容器（殻）に収めている。そして、潜水機１におけるそれ以外の領域には海水の浸入（出入り）可能な状況になり、内部と外部とが同圧になっている。そのため、最外殻を耐圧容器（殻）にする必要が無いので、強度を強くする必要はなくなり、厚みを薄く出来る。それにより、潜水機１を軽量化することができる。加えて、個々の耐圧容器（殻）の大きさを小さくすることが出来る。すなわち、耐圧容器（殻）の数は増えるが、それらは小型、軽量であるため、全てを一つの耐圧容器（殻）に収める場合に比較して、潜水機１を全体として小型、軽量とすることができる。

固体高分子型燃料電池システム１０について更に説明する。
図２は、本発明の潜水機の実施の形態における固体高分子型燃料電池システムの構成を示す図である。固体高分子型燃料電池システム１０は、詳細には、燃料供給部１１、圧力調整弁１１ａ〜１１ｃ、浸水センサ３１ａ〜３１ｃ、３２ａ〜３２ｃ、燃料加湿器１９、冷却水タンク２０、放熱器２１、燃料配管２２−１〜２２−３、冷却水配管２４−１〜２４−３、送液ポンプ２８、酸化剤供給部１２、圧力調整弁１２ａ〜１２ｃ、酸化剤加湿器１８、生成水タンク１５、酸化剤配管２３−１〜２３−３、生成水配管２５、固体高分子型燃料電池本体１３、燃料電池制御装置１４、制御部４０を備える。

固体高分子型燃料電池本体１３は、電解質膜１３ａと、電解質膜１３ａの一方の側に設けられたアノード１３ｂと、他方の側に設けられたカソード１３ｃとを含む。燃料電池制御装置１４は、固体高分子型燃料電池システム１０の動作を制御する。

燃料供給部１１は、水素のような燃料ガスを固体高分子型燃料電池本体１３のアノード１３ｂへ供給する。燃料供給部１１は、高圧水素ガスボンベや水素吸蔵合金を用いた水素供給システム、液状水素タンクに例示される。燃料加湿器１９は、供給される燃料ガスに所定の量の水蒸気を添加し、固体高分子型燃料電池本体１３（のアノード１３ｂ）へ向けて供給する。

燃料配管２２−１は燃料供給部１１と燃料加湿器１９とを接続し、燃料配管２２−２は燃料加湿器１９と固体高分子型燃料電池本体１３（のアノード１３ｂ）とを接続し、燃料配管２２−３は固体高分子型燃料電池本体１３（のアノード１３ｂ）と燃料配管２２−１とを接続する。

圧力調整弁１１ａは、燃料配管２２−１の途中に設けられ、燃料供給部１１から供給される燃料ガスの出入りの制御、及び燃料ガスの圧力の調整を行う。圧力調整弁１１ｂは、燃料配管２２−２の途中に設けられ、燃料加湿器１９から供給される燃料ガスの出入りの制御、及び燃料ガスの圧力の調整を行う。圧力調整弁１１ｃは、燃料配管２２−３の途中に設けられ、固体高分子型燃料電池本体１３から排出される燃料ガスの出入りの制御、及び燃料ガスの圧力の調整を行う。これらは、制御部４０に制御される。圧力調整弁１１ｂ及び１１ｃは、緊急遮断弁でも良い。

浸水センサ３１ａは、燃料配管２２−１の途中において圧力調整弁１１ａよりも燃料加湿器１９側に設けられ、燃料配管２２−１における浸水を検知する。浸水センサ３１ｂは、燃料配管２２−２の途中において圧力調整弁１１ｂよりも燃料加湿器１９側に設けられ、燃料配管２２−２における浸水を検知する。浸水センサ３１ｃは、燃料配管２２−３の途中において固体高分子型燃料電池本体１３に対して圧力調整弁１１ｃよりも離れて設けられ、燃料配管２２−３における浸水を検知する。各センサは、検知結果を制御部４０に供給する。

酸化剤供給部１２は、酸素のような酸化剤ガスを、固体高分子型燃料電池本体１３のカソード１３ｃへ供給する。酸化剤供給部１２は、高圧酸素ガスボンベに例示される。酸化剤加湿器１８は、供給される酸化剤ガスに所定の量の水蒸気を添加し、固体高分子型燃料電池本体１３（のカソード１３ｃ）へ向けて出力する。

酸化剤配管２３−１は酸化剤供給部１２と酸化剤加湿器１８とを接続し、酸化剤配管２３−２は酸化剤加湿器１８と固体高分子型燃料電池本体１３（のカソード１３ｃ）とを接続し、酸化剤配管２３−３は固体高分子型燃料電池本体１３（のカソード１３ｃ）と酸化剤配管２３−１とを接続する。

生成水タンク１５は、固体高分子型燃料電池本体１３（のカソード１３ｃ）で生成する生成水を貯蔵する。生成水配管２５は、固体高分子型燃料電池本体１３（のカソード１３ｃ）と生成水タンク１５とを接続する。

圧力調整弁１２ａは、酸化剤配管２３−１の途中に設けられ、酸化剤供給部１２から供給される酸化剤ガスの出入りの制御、及び酸化剤ガスの圧力の調整を行う。圧力調整弁１２ｂは、酸化剤配管２３−２の途中に設けられ、酸化剤加湿器１８から供給される酸化剤ガスの出入りの制御、及び酸化剤ガスの圧力の調整を行う。圧力調整弁１２ｃは、酸化剤配管２３−３の途中に設けられ、固体高分子型燃料電池本体１３から排出される酸化剤ガスの出入りの制御、及び酸化剤ガスの圧力の調整を行う。これらは、制御部４０に制御される。圧力調整弁１２ｂ及び１２ｃは、緊急遮断弁でも良い。

浸水センサ３２ａは、酸化剤配管２３−１の途中において圧力調整弁１２ａよりも酸化剤加湿器１８側に設けられ、酸化剤配管２３−１における浸水を検知する。浸水センサ３２ｂは、酸化剤配管２３−２の途中において圧力調整弁１２ｂよりも酸化剤加湿器１８側に設けられ、酸化剤配管２３−２における浸水を検知する。浸水センサ３２ｃは、酸化剤配管２３−３の途中において固体高分子型燃料電池本体１３に対して圧力調整弁１２ｃよりも離れて設けられ、酸化剤配管２３−３における浸水を検知する。各センサは、検知結果を制御部４０に出力する。

冷却水タンク２０は、固体高分子型燃料電池本体１３を冷却する冷却水を貯蔵する。送液ポンプ２８は、冷却水配管２４−１の途中に設けられ、冷却水を固体高分子型燃料電池本体１３と放熱器２１と冷却水タンク２０との間で循環させる。放熱器２１は、循環する冷却水の熱を冷却する。冷却用の媒体として海水を用いれば、冷却媒体に関わる機器を搭載する必要が無く、省スペース、軽量化に役立つ。放熱器２１は、熱交換器として、他の機器の熱源として用いても良い。その場合エネルギー効率が向上する。

冷却水配管２４−１は冷却水タンク２０と固体高分子型燃料電池本体１３とを接続し、冷却水配管２４−２は固体高分子型燃料電池本体１３と放熱器２１とを接続し、冷却水配管２４−３は、放熱器２１と冷却水タンク２０とを接続する。

制御部４０は、燃料配管２２−１〜２２−３、酸化剤配管２３−１〜２３−３のいずれかに浸水が発生し、対応する浸水センサ３１ａ〜３１ｃ、浸水センサ３２ａ〜３２ｃからの異常を示す電流を受信して、圧力調整弁１１ａ〜１１ｃ、圧力調整弁１２ａ〜１２ｃを閉止する。それと共に、燃料電池制御装置１４にその旨を通知する。燃料電池制御装置１４は、固体高分子型燃料電池本体１３の運転を停止する。それにより、固体高分子型燃料電池本体１３を海水から保護することが出来る。加えて、燃料ガスによる事故の発生を未然に防止することができる。制御部４０は、燃料電池制御装置１４と一体でも良い。その場合、装置の構成が簡略化し、スペースも少なくて済む。

浸水センサ３１ａ〜３１ｃ、３２ａ〜３２ｃについて更に説明する。浸水センサ３１ａ〜３１ｃ、３２ａ〜３２ｃは、全て同じ構造をしているので、ここでは、浸水センサ３１ａについて説明する。
図３Ａは、本発明の浸水センサの実施の形態の構成を示す図である。浸水センサ３１ａは、第１コイル３５ｂ、第２コイル３５ａ、フロート３６、浸水用配管３９を備える。

浸水用配管３９は、一端を燃料配管２２−１に連通し、他端を閉塞している。鉛直方向の成分を有する方向に延びる。燃料配管２２−１から海水５０が浸入したとき、内部に溜まるようにするためである。材質は、非磁性であることことが好ましい。フロート３６の動きに影響しないようにするためである。又は内壁を非磁性の材料で覆っていてもよい。なお、海水５０が浸入した際、フロート３６が燃料配管２２−１へ入り込まないように、浸水用配管３９と燃料配管２２−１との接続部分に海水５０が容易に透過可能な網状の蓋をしても良い。あるいは、フロート３６の大きさを燃料配管２２−１の直径以上にしても良い。

フロート３６は、浸水用配管３９内に移動可能に配置される。海水５０の密度よりも低く、少なくともその一部が海水面に浮くように設計される。すなわち、浸水がない場合には、浸水用配管３９の底部（閉塞された他端）に静置された状態にある。そして、図に示すように、浸水により海水５０が溜まってくると、海水５０の水位の上昇と共にその位置が上昇する。フロート３６は、永久磁石３８と、浮力部３７とを含む。浮力部３７は、永久磁石３８を海水に浮くことができるようにするものであり、その比重が海水よりも小さい。燃料配管２２−１〜２２−３で用いる場合、燃料ガスに対して劣化しない材質を用いることが好ましい。酸化剤配管２３−１〜２３−３で用いる場合、酸化剤ガスに対して劣化しない材質を用いることが好ましい。このような材料としては、フッ素系樹脂が例示される。永久磁石３８は、フロート３６が海水５０の水位の上昇により第１コイルｂ及び第２コイルａの中を通過するとき、第１コイルｂ及び第２コイルａに誘導電流を発生させる。燃料配管で用いる場合、燃料ガスに対して劣化しない材質を用いることが好ましい。

図６は、フロートの他の例を示す構成図である。フロート３６は、ここに示すこまのような形状を有していても良い。この場合、海水５０の浸入による浸水用配３９管内の水位の上昇に対して敏感に動くことができる。なお、図中符番３７ａは浮力部，３８ａは永久磁石を示す。

図３Ａを参照して、第１コイル３５ｂは、浸水用配管３９の海水５０が流れ込む流路（管路）を囲むように設けられている。ここでは、浸水用配管３９の内壁に沿って設けられている。そして、浸水用配管３９の底部（他端）から離れ、燃料配管２２−１との接合部に近い位置に設けられている。底部（他端）から離れることで、潜水機１の動きや機内の振動でフロート３６が動いても、浸水と誤って検知しないようにすることができる。その内部をフロート３６の永久磁石３８が通過した場合、誘導電流（第１電流ｉ１）が発生する。その第１電流ｉ１は制御部４０に出力される。第１コイル３５ｂは、非磁性の絶縁体に埋め込まれている。第１電流ｉ１が流れても、第１コイル３５ｂが燃料配管２２−１中の可燃性ガスの着火源になる可能性を無くすことができる。

第２コイル３５ａは、浸水用配管３９の海水５０が流れ込む流路（管路）を囲み、第１コイル３５ｂよりも燃料配管２２−１との接合部に近い位置に設けられている。ここでは、浸水用配管３９の内壁に沿って設けられている。その内部をフロート３６の永久磁石３８が通過した場合、誘導電流（第２電流ｉ２）が発生する。その電流第２電流ｉ２は制御部４０に出力される。第２コイル３５ａは、非磁性の絶縁体に埋め込まれている。第２電流ｉ２が流れても、第２コイル３５ａが燃料配管２２−１中の可燃性ガスの着火源になる可能性を無くすことができる。

制御部４０は、燃料配管２２−１に浸水が発生して浸水用配管３９内に溜まる海水５０にフロート３６が浮くとき、フロート３６が第１コイル３５ｂの内側を通過する際に発生する第１電流ｉ１と第２コイル３５ａの内側を通過する際に発生する第２電流ｉ２とに基づいて、その浸水を検知する。

浸水センサの原理について説明する。図４は、浸水センサの原理を示す図である。浸水により永久磁石３８が第１コイル３５ｂの内部を通過したとき、第１コイル３５ｂに第１電流ｉ１が流れる。第１電流ｉ１の時間変化を示す波形は、右側の真中のグラフのようになる。一方、浸水が更に進み永久磁石３８が第２コイル３５ａの内部を通過したとき、第２コイル３５ａに第２電流ｉ２が流れる。第２電流ｉ２の時間変化を示す波形は、右側の上のグラフのようになる。
制御部４０は、これらの電流の時間変化を示す波形をそれぞれ受信する。そして、第１電流ｉ１の波形と第２電流ｉ２の波形とを重ね合わせる。そのとき、重ね合わせた電流ｉ０の波形は、右側の下のグラフのようになる。制御部４０は、この波形と、制御部４０に予め格納された波形とを比較し、両者が等しいと判定した場合、浸水が発生したと判定する。ただし、浸水による海水５０の流入速度により、波形の振幅や周波数が異なるので、それらを考慮した比較を行う。
なお、２つのコイルにこのような電流の時間変化が発生したことで、浸水が発生したと判定してもよい。

第１コイル３５ａ、第２コイル３５ｂは、浸水用配管３９の外側に設けられていてもよい。それを示したのが図３Ｂである。
図３Ｂは、本発明の浸水センサの実施の形態の変形例の構成を示す図である。浸水センサ３１ａは、第１コイル３５ｃ、第２コイル３５ｄ、フロート３６、浸水用配管３９を備える。
この場合、図３Ａの場合と比較して、第１コイル３５ｃ及び第２コイル３５ｄが、浸水用配管３９の外側に設けられている。浸水用配管３９は、少なくとも第１コイル３５ｄ及び第２コイル３５ｃの近傍が非磁性の材料で製造されている。各コイルを浸水用配管３９の外側に設けることで、燃料配管２２−１中の可燃性ガスである燃料ガスと各コイルとの隔離がより確実になる。それにより、各コイルが可燃性ガスの着火源になる可能性を無くすことができる。

本発明により、燃料配管２２−１〜２２−３、酸化剤配管２３−１〜２３−３への海水５０の流入に伴って、浸水用配管３９に海水が溜まり、その水位も上昇することになる。その際、浸水用配管３９の他端にあった永久磁石３８が水位の上昇と共に第１コイル３５ｂ及び第２コイル３５ａの内側を通過するので、浸水により第１電流ｉ１と第２電流ｉ２を発生させることができる。それらの第１電流ｉ１と第２電流ｉ２とを検知することで、容易に海水５０の流入を検知することが可能となる。加えて、二つのコイル３５ｂ、３５ａで検知するので、検知を誤り無く正確に行うことができる。
あるいは、本発明により、第１電流ｉ１の波形と第２電流ｉ２の波形とを重ね合わせた電流ｉ０の波形で海水５０の流入を評価するため、ノイズ等の原因により浸水以外で発生する電流を、誤って浸水と評価すること無く、浸水検知を正確に行うことができる。

次に、本発明の浸水センサの実施の形態における動作（浸水検知方法の実施の形態）について図３、図４および図５を参照して説明する。ただし、図５は、本発明の浸水センサの実施の形態における動作を示すフローチャートである。

浸水が発生し、浸水用配管３９に海水５０が入り始めると、その水位が上昇する。それに伴い、フロート３６が浸水用配管３９内を上昇し始める。そして、その水位が第１コイル３５ｂの近傍に達すると、フロート３６の永久磁石３８により、第１コイル３５ｂ内に第１電流ｉ１が発生する。制御部４０は、その電流を受信している。その水位が第１コイル３５ｂを通過した時点で、図４右側真中のグラフのような第１電流ｉ１の波形が制御部４０に記憶される。
その水位が更に上昇し、第２コイル３５ａの近傍に達すると、フロート３６の永久磁石３８により、第２コイル３５ａ内に第２電流ｉ２が発生する。制御部４０は、その電流を受信している。その水位が第２コイル３５ａを通過した時点で、図４右側上のグラフのような第２電流ｉ２の波形が制御部４０に記憶される（ステップＳ１）。

制御部４０は、第１電流ｉ１の波形と第２電流ｉ２の波形とを比較する。ここでは、両者を重ね合わせた電流ｉ０の波形を求める。そして、その波形と、予め制御部４０に格納された波形（基準波形）とを比較する（ステップＳ２）。ただし、浸水による海水５０の流入速度により、波形の振幅や周波数が異なるので、それらを考慮した比較を行う。例えば、所定の範囲での時間軸の圧縮、伸張、振幅の圧縮、伸張である。

制御部４０は、電流ｉ０の波形と、予め制御部４０に格納された波形（基準波形）とを比較し、両者が一致していないと判定した場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ１へ戻る。両者が一致していると判定した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、制御部４０は、圧力調整弁１１ａ〜１１ｃ、圧力調整弁１２ａ〜１２ｃを閉止するための信号を圧力調整弁１１ａ〜１１ｃ、圧力調整弁１２ａ〜１２ｃへ出力し、それらを閉止させる（ステップＳ４）。同時に、浸水を示す信号（浸水信号）を燃料電池制御装置１４及び操縦室２へ出力する（ステップＳ５）。燃料電池制御装置１４は、固体高分子型燃料電池本体１３の運転を停止する。操縦室２の操縦者（自動運転の場合には、運転制御装置）は、電力源の切替等の所定の処理を行う。

ただし、ステップＳ１のあと、直ちに浸水と判定してステップＳ４へ進んでも良い。その場合、浸水の検知の精度を向上させるために、コイルの数を更に増やし、３つ以上にしても良い。

本潜水機１のような、主な構成をそれぞれ独立の耐圧容器（殻）に収め、それ以外の部分には海水５０の浸入（出入り）が可能で、内部と外部とが同圧になり、配管が海水に露出している場合、配管に海水５０が流入する可能性がある。しかし、本発明において、浸水により第１コイル３５ｂ及び第２コイル３５ａにそれぞれ流れる第１電流ｉ１と第２電流ｉ２を検知することで、浸水を誤り無く正確にいち早く検知することができる。そして、固体高分子型燃料電池本体１３の運転を停止し、圧力調整弁１１ａ〜１１ｃ、１２ａ〜１２ｃを閉止するので、浸水による影響を最小限に抑えることが可能となる。

図１は、本発明の潜水機の実施の形態における構成を示す図である。 図２は、本発明の潜水機の実施の形態における固体高分子型燃料電池システムの構成を示す図である。 図３Ａは、本発明の浸水センサの実施の形態の構成を示す図である。 図３Ｂは、本発明の浸水センサの実施の形態の変形例の構成を示す図である。 図４は、浸水センサの原理を示す図である。 図５は、本発明の浸水センサの実施の形態における動作を示すフローチャートである。 図６は、フロートの他の例を示す構成図である。

符号の説明

１ 潜水機
２ 操縦室
５ 前探ソナー
６ 送受信機
７ 電気式推進装置
８ 投光器
９ 覗き窓
１０ 固体高分子型燃料電池システム
１１ 燃料供給部
１１ａ〜１１ｃ 圧力調整弁
１２ 酸化剤供給部
１２ａ〜１２ｃ 圧力調整弁
１３ 固体高分子型燃料電池本体
１３ａ 電解質膜
１３ｂ アノード
１３ｃ カソード
１４ 燃料電池制御装置
１５ 生成水タンク
１７ 配電部
１８ 酸化剤加湿器
１９ 燃料加湿器
２０ 冷却水タンク
２２−１〜２２−３ 燃料配管
２４−１〜２４−３ 冷却水配管
２３−１〜２３−３ 酸化剤配管
２５ 生成水配管
２８ 送液ポンプ
３１ａ〜３１ｃ、３２ａ〜３２ｃ 浸水センサ
３５ コイル
３５ａ、３５ｃ 第２コイル
３５ｂ、３５ｄ 第１コイル
３６ フロート
３７ 浮力部
３８ 永久磁石
３９ 浸水用配管
４０ 制御部

Claims (9)

1. 第１部分と第２部分とを有し、前記第１部分を潜水機内の配管に連通し、前記第２部分を閉塞し、鉛直方向の成分を有する方向に延びる浸水用配管と、
   前記浸水用配管内に移動可能に配置され、磁石を含む浮きと、
   前記浸水用配管の管路を囲み、前記第２部分から離れた位置に設けられた第１コイルと、
   前記浸水用配管の前記管路を囲み、前記第１コイルよりも前記第１部分に近い位置に設けられた第２コイルと、
   前記配管に浸水が発生して前記浸水用配管内に溜まる海水に前記浮きが浮くとき、前記浮きが前記第１コイルの内側を通過する際に発生する第１電流と前記第２コイルの内側を通過する際に発生する第２電流とに基づいて、前記浸水を検知する制御部と
   を具備し、
   前記制御部は、前記第１電流の波形と前記第２電流の波形との重ね合わせを示す第１波形と所定の第２波形との比較に基づいて、前記浸水を検知する
   浸水センサ。
2. 請求項１に記載の浸水センサにおいて、
   前記潜水機は、前記配管の一部又は全部を海水に晒している
   浸水センサ。
3. 請求項１又は２に記載の浸水センサにおいて、
   前記配管は、可燃性ガス用の配管であり、
   前記第１コイル及び前記第２コイルは、非磁性の絶縁体に埋め込まれている
   浸水センサ。
4. 請求項１又は２に記載の浸水センサにおいて、
   前記配管は、可燃性ガス用の配管であり、
   前記浸水用配管は、少なくとも前記第１コイル及び前記第２コイルの近傍が非磁性の材料であり、
   前記第１コイル及び前記第２コイルは、前記浸水用配管の外側に設けられている
   浸水センサ。
5. 請求項３又は４に記載の浸水センサにおいて、
   前記可燃性ガスは、前記潜水機に搭載された燃料電池の燃料ガスである
   浸水センサ。
6. 請求項３乃至５のいずれか一項に記載の浸水センサにおいて、
   前記制御部は、前記浸水を検知したとき、前記配管への可燃性ガスの供給に用いるバルブを閉止する
   浸水センサ。
7. 燃料電池と、
   前記燃料電池用の燃料を含む燃料供給部と、
   前記燃料供給部に設けられたバルブと、
   前記バルブを介して前記燃料供給部と前記燃料電池とをつなぐ配管と、
   前記配管の途中に設けられ、前記配管への浸水を検知する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の浸水センサと
   を具備する
   潜水機。
8. （ａ）磁石を含む浮きが第１コイルの内側を通過する際に発生する第１電流と、前記浮きが第２コイルの内側を通過する際に発生する第２電流とを検知するステップと、
   ここで、前記浮きは、浸水用配管内に移動可能に配置され、
   前記浸水用配管は、第１部分と第２部分とを有し、前記第１部分を潜水機内の配管に連通し、前記第２部分を閉塞し、鉛直方向の成分を有する方向に延び、
   前記第１コイルは、前記浸水用配管の管路を囲み、前記第２部分から離れた位置に設けられ、
   前記第２コイルは、前記浸水用配管の前記管路を囲み、前記第１コイルよりも前記第１部分に近い位置に設けられ、
   （ｂ）前記第１電流と前記第２電流とに基づいて、前記配管における浸水の発生を検知するステップと
   を具備し、
   前記（ｂ）ステップは、
   （ｂ１）前記第１電流の波形と前記第２電流の波形との重ね合わせを示す第１波形と所定の第２波形との比較に基づいて、前記浸水を検出するステップを備える
   浸水検知方法。
9. 請求項８に記載の浸水検知方法において、
   （ｃ）前記浸水を検知したとき、前記配管への可燃性ガスの供給に用いるバルブを閉止するステップを更に具備する
   浸水検知方法。

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