JP6888460B2

JP6888460B2 - 水中機器

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Publication number: JP6888460B2
Application number: JP2017145497A
Authority: JP
Inventors: 泰大石黒; 宏幸齊藤; 真之清水
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2037-07-27
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Description

本発明は、水中機器に関する。

水中機器に設けられたバラストタンクへの注排水を利用して、水中機器の浮力を制御する構成が検討されている（例えば、特許文献１）。

国際公開第２０１４／１６３１４１号

水中機器のバラストタンク内の水量は、従来は、バラストタンク内の気体の気圧及び温度等から算出することが一般的であった。しかしながら、バラストタンクへの注排水を繰り返すと、バラストタンク内の気体が徐々に外部に排出されるため、バラストタンク内の水量を正確に算出することが困難となる可能性がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、バラストタンク内の水量をより高い精度で算出することが可能な水中機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る水中機器は、内部の水の注排水が行われるバラストタンクと、前記バラストタンク内の気体の圧力に係る情報を取得する気圧取得部と、前記バラストタンク内の気体の温度に係る情報を取得する気体温度取得部と、前記バラストタンク内の水の水位に係る情報を取得する水位取得部と、前記気圧取得部において取得された前記気体の圧力に係る情報と、前記気体温度取得部において取得された前記気体の温度に係る情報と、前記バラストタンク内の水の体積を算出するための基準状態における前記バラストタンク内の気体の圧力、体積、及び温度に係る情報と、から前記バラストタンク内の水の体積を算出する第１の方法と、前記水位取得部において取得された前記水の水位に係る情報から前記バラストタンク内の水の体積を算出する第２の方法と、の２つの方法により前記バラストタンク内の水の体積を算出する水量算出部と、前記気圧取得部において取得された前記気体の圧力に係る情報と、前記気体温度取得部において取得された前記気体の温度に係る情報と、前記第１の方法及び前記第２の方法により算出された前記バラストタンク内の水の体積の算出結果と、を利用して、前記第１の方法で利用する前記基準状態における前記バラストタンク内の気体の圧力、体積、及び温度に係る情報を更新する基準更新部と、を有する。

上記の水中機器では、水量算出部において、２つの方法によりバラストタンク内の水の体積が算出される。第１の方法では、気圧取得部において取得された気体の圧力に係る情報と、気体温度取得部において取得された気体の温度に係る情報と、バラストタンク内の水の体積を算出するための基準状態におけるバラストタンク内の気体の圧力、体積、及び温度に係る情報と、からバラストタンク内の水の体積を算出される。また、第２の方法では、水位取得部において取得された水の水位に係る情報からバラストタンク内の水の体積が算出される。そして、基準更新部において、気圧取得部において取得された気体の圧力に係る情報と、気体温度取得部において取得された気体の温度に係る情報と、前記第１の方法及び前記第２の方法により算出されたバラストタンク内の水の体積の算出結果と、を利用して、第１の方法で利用する基準状態におけるバラストタンク内の気体の圧力、体積、及び温度に係る情報が更新される。このような構成を有することで、第１の方法による水の体積の算出に用いられる基準状態におけるバラストタンク内の気体の圧力、体積、及び、温度に係る情報を、気圧取得部及び気体温度取得部で取得された情報と、第２の方法により算出されたバラストタンク内の水の体積の算出結果と、を利用して更新することができる。したがって、例えばバラストタンクからの気体の排出等が生じていてバラストタンク内の気体が、基準状態で想定した気体の量（分子量）から異なった状態になっている場合に、この基準状態での気体の圧力、体積、及び、温度に係る情報を更新することができる。そのため、バラストタンク内の水量をより高い精度で算出することが可能となる。

ここで、前記基準更新部は、前記水量算出部において前記第１の方法により算出された前記バラストタンク内の水の体積の算出結果と、前記水量算出部において前記第２の方法により算出された前記バラストタンク内の水の体積の算出結果と、の差分が所定の閾値よりも大きくなった場合に、前記第１の方法で利用する前記基準状態における前記バラストタンク内の気体の圧力、体積、及び温度に係る情報を更新する態様とすることができる。

このように、第１の方法により算出されたバラストタンク内の水の体積の算出結果と、水量算出部において第２の方法により算出されたバラストタンク内の水の体積の算出結果と、の差分が所定の閾値よりも大きくなった場合に、基準状態での気体の圧力、体積、及び、温度に係る情報を更新する構成とすることで、例えば、バラストタンクからの気体の排出等が生じていない又は僅かである場合に、基準状態に係る情報を更新しない構成とすることができる。したがって、基準状態に係る情報の更新頻度等を適切に管理しながら、バラストタンク内の水量をより高い精度で算出することが可能となる。

また、前記基準更新部による更新後の前記基準状態における前記バラストタンク内の気体の体積を所定の閾値と比較することで、前記水中機器が正常状態であるかを評価する評価部をさらに有する態様とすることができる。

このように、評価部において更新後の基準状態におけるバラストタンク内の気体の体積を所定の閾値と比較することで、水中機器が正常状態であるかを評価する構成とすることで、バラストタンク内の気体の体積の減少等による水中機器の異常停止等が発生することを防ぐことができる。

本発明によれば、バラストタンク内の水量をより高い精度で算出することが可能な水中機器が提供される。

水中機器の概略構成図である。バラストタンク内の水及び気体の変化について説明する図である。水中機器によるバラストタンク内の水量のモニタリング及び基準状態に係る各値の更新の手順等を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一形態に係る水中機器の概略構成図である。図１に示すように水中機器１は、海中等の水中において浮遊する装置である。水中機器１は、水中で浮遊して何らかの動作を行う装置であり、例えば、水中での情報を収集する装置等として実現される。また、水中機器１は、自機の浮力を調整する機能を有し、浮力を調整することで、浮上／沈降を行う。

図１に示すように、水中機器１は、筐体２と、バラストタンク１０と、バラストタンク１０に対する注排水を行って浮力を制御する制御部２０と、を有する。バラストタンク１０及び制御部２０は、筐体２内に設けられる。

バラストタンク１０は、水中機器１の浮力調整用に設けられ、内部に水を貯留する機能を有するタンクである。バラストタンク１０内の水量が変化すると、水中機器１の重量が変化する。そのため、水中機器１が受ける浮力も変化する。したがって、バラストタンク１０内の水量の変化に伴って、水中機器１は浮上／沈降を行うことができる。このように、バラストタンク１０内には、水Ｗと気体Ａとが存在することになる。気体Ａとしては、例えば空気が挙げられる。

水中機器１は、バラストタンク１０内に、バラストタンク１０内の水圧を計測する圧力センサ１１（水位取得部）、バラストタンク１０内の気体の圧力を計測する圧力センサ１２（気圧取得部）、及び、バラストタンク１０内の気体の温度を計測する温度センサ１３（気体温度取得部）を有する。圧力センサ１１は、例えば、バラストタンク１０の底面に設けられて、上方に滞留する水Ｗ及び気体Ａの圧力の和を計測する機能を有する。また、圧力センサ１２は、例えば、バラストタンク１０上方の気体Ａが滞留する領域に設けられて、バラストタンク１０内の気体Ａの気圧を計測する機能を有する。また、温度センサ１３は、圧力センサ１２と同様に、例えば、バラストタンク１０上方の気体Ａが滞留する領域に設けられて、バラストタンク１０内の気体Ａの温度を計測する機能を有する。圧力センサ１１，１２及び温度センサ１３で計測された圧力又は温度に係る情報は、制御部２０に対して送られ、制御部２０におけるバラストタンク１０内の水量及び気体量の算出に用いられる。なお、本実施形態では、「水量」とは水の体積のことをいう。また、「気体量」は、気体の体積のことをいう。この場合の「体積」とは、バラストタンク１０内に存在する水又は気体の体積である。

また、水中機器１は、バラストタンク１０と筐体２に対する注排水を行うための配管１４及びポンプ１５を有し、制御部２０による制御によって、バラストタンク１０内の水の注排水を行う。すなわち、配管１４及びポンプ１５は、バラストタンク１０内の水の注排水を行う注排水部として機能する。

制御部２０は、バラストタンク１０内の水の注排水に係る制御を行う。制御部２０は、注排水に伴うバラストタンク１０内の水量の変化を把握して、水中機器１が受ける浮力を把握する。また、所望の浮力を得るための、バラストタンク１０内の水の注排水を制御する機能を有する。

制御部２０がバラストタンク１０内の水の注排水に係る制御を行う場合、制御部２０は、バラストタンク１０内の水量及び気体量を精度良く把握することが求められる。そこで、制御部２０は、水量算出部２１と、基準更新部２２と、評価部２３と、を有する。

水量算出部２１は、バラストタンク１０内の水量を算出する機能を有する。水量算出部２１は、２種類の方法によりバラストタンク１０内の水量を算出する。詳細は後述するが、第１の方法は、バラストタンク１０内の「基準状態」にある場合のバラストタンク１０内の気体Ａの体積、気圧及び温度と、水Ｗの体積とに基づいて、水量が変化した場合の気体Ａの気圧及び温度の変化後の値から変化後の気体Ａ及び水Ｗの量（体積）を算出する方法である。また、第２の方法は、バラストタンク１０内の水Ｗの量を、バラストタンク１０内の水Ｗの水圧からバラストタンク１０内の水Ｗの水位を求めて、水位に基づいて算出する方法である。第２の方法では、水圧から水位への変換に係る計算が水量算出部２１において行われる。したがって、水量算出部２１は、水位取得部としての機能も有する。

基準更新部２２は、上記の水量算出部２１において用いられる「基準状態」に係る情報を更新する機能を有する。バラストタンク１０内の水量を算出するための上述の２種類の方法のうち、第１の方法では、「基準状態」にある場合のバラストタンク１０内の水Ｗ及び気体Ａに関する情報が用いられる。基準更新部２２は、この第１の方法で用いられる「基準状態」での各パラメータが適切であるかを判断し、必要に応じてこれらを更新する機能を有する。

評価部２３は、水量算出部２１において算出された水量について、水中機器１が正常状態であるかを評価し、正常状態である場合には、アラーム等の警報を発出する。評価部２３における「正常状態であるか」の評価とは、バラストタンク１０内の水量がバラストタンク１０内の水の注排水が不可能な状況となっていないかに関する評価である。詳細は後述する。

上記の制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータとして実現することができる。

ここで、制御部２０の水量算出部２１における２種類の水量の算出方法について、説明する。

まず、第１の方法について説明する。第１の方法では、上述の通り、「基準状態」におけるバラストタンク１０内の水Ｗ及び気体Ａの圧力、体積及び温度に係る情報を予め保持しておき、この基準状態からの圧力及び温度の変化からバラストタンク１０内の水量を算出する。この第１の方法は、従来から水中機器のバラストタンク１０内の水量を算出する際に用いられている方法である。

図２に示すように、「基準状態」を想定する。図２に示す例では、基準状態においては、バラストタンク１０内の気体Ａの体積がＶ_ａ１であり、圧力がＰ_ａ１であり、温度がＴ_ａ１であるとする。また、基準状態においては、バラストタンク１０内の水Ｗの体積がＶ_ｗ１であり、圧力がＰ_ｗ１であり、温度がＴ_ｗ１であるとする。「基準状態」での上記の各値（Ｐ_ａ１，Ｖ_ａ１，Ｔ_ａ１，Ｐ_ａ１，Ｖ_ａ１，Ｔ_ａ１）は、予め準備されて、制御部２０の水量算出部２１において保持することができる。なお、バラストタンク１０の容積Ｖは、以下の数式（１）で表すことができる。
Ｖ＝Ｖ_ａ１＋Ｖ_ｗ１ … （１）

ここで、外部から水を注入することにより、水の体積がΔＶだけ変化したとする。このとき、バラストタンク１０内の気体Ａ及び水Ｗは、図２に示す変化後の状態に変化することになる。変化後の状態では、バラストタンク１０内の気体Ａの体積がＶ_ａ２であり、圧力がＰ_ａ２であり、温度がＴ_ａ２であるとする。また、バラストタンク１０内の水Ｗの体積がＶ_ｗ２であり、圧力がＰ_ｗ２であり、温度がＴ_ｗ２であるとする。

このとき、ボイル・シャルルの法則から、基準状態と変化後の状態との間での気体Ａについて、以下の数式（２）の関係が成り立つ。
Ｐ_ａ１Ｖ_ａ１／Ｔ_ａ１＝Ｐ_ａ２Ｖ_ａ２／Ｔ_ａ２ …（２）
そして、上記の数式（２）を変化させると、変化後の状態での気体Ａの体積Ｖ_ａ２は、以下の数式（３）により求めることができる。
Ｖ_ａ２＝Ｖ_ａ１・（Ｐ_ａ１／Ｐ_ａ２）・（Ｔ_ａ２／Ｔ_ａ１） …（３）
基準状態における気体Ａの体積Ｖ_ａ１、圧力Ｐ_ａ１、温度Ｔ_ａ１は、予め把握することができる。また、変化後の状態については、水中機器１における圧力センサ１２において圧力Ｐ_ａ２を計測することができる。また、温度センサ１３において温度Ｔ_ａ２を計測することができる。したがって、水中機器１では、変化後の状態における圧力Ｐ_ａ２、温度Ｔ_ａ２を計測することができるため、上記数式（３）に基づいて、変化後の状態の気体Ａの体積を算出することができる。したがって、変化後の状態での水Ｗの体積Ｖ_ｗ２は、以下の数式（４）により求めることができる。
Ｖ_ｗ２＝Ｖ−Ｖ_ａ２ …（４）

このように、第１の方法では、「基準状態」における圧力・体積・温度に係る値を利用して、水Ｗの体積が変化した場合に気体Ａに関してボイル・シャルルの法則が成り立つと仮定し、変化後の状態での気体Ａの体積を算出した上で、水Ｗの体積を算出している。この方法は、バラストタンク１０内の水Ｗの量が増えた場合でも減った場合でも問題なく用いられる。また、バラストタンク１０内の水Ｗの体積の算出を繰り返す場合には、予め保持している「基準状態」における圧力・体積・温度に係る値を利用して、同様の計算を繰り返すことで、水Ｗの体積の算出を行うことができる。また、第１の方法で用いられる圧力センサ１２により計測される圧力Ｐ_ａ２及び温度センサ１３により計測される温度Ｔ_ａ２は、測定誤差等が生じにくいパラメータであるため、この第１の方法による水Ｗの体積の算出結果は、基本的には精度が高くなると考えられる。したがって、従来の水中機器では、この第１の方法を用いて、バラストタンク１０内の水Ｗの体積を算出されている。

次に、第２の方法について説明する。第２の方法では、上述の通り、水中の圧力センサ１１と気中の圧力センサ１２とにおいて算出される圧力差（水頭圧）からバラストタンク１０中での水位を算出し、水位から水Ｗの体積を算出する。第２の方法では、基準状態での気体Ａ及び水Ｗの圧力・体積・温度に係る情報は用いない。

第１の方法と同様に第２の方法でも、バラストタンク１０内が図２に示す変化後の状態となっていることを想定している。すなわち、バラストタンク１０内の気体Ａの体積がＶ_ａ２であり、圧力がＰ_ａ２であり、温度がＴ_ａ２であるとする。また、バラストタンク１０内の水Ｗの体積がＶ_ｗ２であり、圧力（水頭圧）がＰ_ｗ２であり、温度がＴ_ｗ２であるとする。

第２の方法では、バラストタンク１０の底面の圧力センサ１１による圧力の計測結果をさらに用いる。圧力センサ１１は、水Ｗの水頭圧Ｐ_ｗ２と圧力Ｐ_ａ２との和の値を示す。したがって、圧力センサ１１の計測値をＰ１とすると、圧力センサ１２による計測値である圧力Ｐ_ａ２を用いて水Ｗの水頭圧Ｐ_ｗ２は以下の数式（５）により算出することができる。
Ｐ_ｗ２＝Ｐ１−Ｐ_ａ２ …（５）

水Ｗの水頭圧Ｐ_ｗ２が分かると、水頭圧Ｐ_ｗ２からバラストタンク１０内の水の水位Ｈ_ｗ２を算出することができる。圧力に対する水位の単位換算係数をαとすると、水位Ｈ_ｗ２は以下の数式（６）により算出することができる。
Ｈ_ｗ２＝α・Ｐｗ_２ …（６）
さらに、バラストタンク１０内の水Ｗの体積Ｖ_ｗ２は、水位に対応するので、換算係数をβとすると、体積Ｖ_ｗ２は以下の数式（７）により算出することができる。ここでは、第２の方法により求められた水Ｗの体積Ｖ_ｗ２については、体積Ｖ’_ｗ２とする。
Ｖ’_ｗ２＝β・Ｈ_ｗ２ …（７）

このように、第２の方法では、バラストタンク１０の底面等に設けられた水中での圧力計測を行う圧力センサ１１により計測された値と、気体Ａの圧力計測を行う圧力センサ１２により計測された値とを利用して、水Ｗの水位を算出して体積を算出している。この方法は、圧力センサ１１，１２により計測された値から水Ｗの体積を求めることができるため、簡単であるとはいえる。ただし、圧力センサ１１により計測される水中の圧力は、水位の影響を受けるものであり、水中機器１のように水中を浮遊する機器の場合にはその姿勢等の影響を受けやすい。すなわち、第２の方法により算出される水Ｗの体積は、水中機器１の姿勢等によっては、大きな誤差を含む可能性がある。したがって、従来の水中機器では、この第２の方法を用いてバラストタンク１０内の水Ｗの体積を算出することは行われていない。

水Ｗの体積の算出に係る２種類の方法を比較すると、第１の方法では、数式（４）により水Ｗの体積Ｖ_ｗ２が算出されるのに対して、第２の方法では、数式（７）により水Ｗの体積Ｖ_ｗ２（ここでは体積Ｖ’_ｗ２）が算出される。水中機器１のバラストタンク１０内の水Ｗの注排水が理論的に行われている場合には、体積Ｖ_ｗ２と体積Ｖ’_ｗ２とは、同じ値になるはずである。しかしながら、注排水を繰り返すことにより、算出結果に差が生じる場合がある。

水中機器１では、水中での動作を開始する最初の段階で、バラストタンク１０内に所定量の水Ｗと気体Ａとが収容された状態となっている。この最初の段階、または、何度かの注排水を行った後の所定の状態を、上記では「基準状態」としている。その後、水中機器１は配管１４及びポンプ１５を利用して注排水を行うことで、浮力を調整して浮上／沈降を行う。理論上は、水中機器１のバラストタンク１０と外部との間を移動するのは水のみであり、上記の数式（１）に示すようにボイル・シャルルの法則が成り立つはずである。

ただし、実際には、バラストタンク１０からの注排水（特に排水）を行う際に、バラストタンク１０内の気体Ａの一部が水と共に外部へ排出される場合がある。気体Ａの一部が外部に排出されてしまうと、排出前と排出後との間で当然ボイル・シャルルの法則に基づく数式（２）に示す関係は成り立たなくなる。しかしながら、第１の方法では、上記したようにボイル・シャルルの法則が成り立つことを前提として変化後の状態（水量が変化した後）での水の体積Ｖ_ｗ２を算出している。したがって、第１の方法により算出される水の体積Ｖ_ｗ２は正しい値ではなくなり誤差を含んでいる可能性がある。そして、バラストタンク１０からの注排水を繰り返すと、気体Ａの排出が進み、第１の方法により算出される水の体積Ｖ_ｗ２に含まれる誤差がさらに大きくなることが考えられる。

そこで、本実施形態に係る水中機器１では、水中の圧力センサ１１において計測される圧力からバラストタンク１０中での水位を算出し、水位から水Ｗの体積を算出する第２の方法からも水Ｗの体積を算出することを特徴とする。そして、水中機器１では、第１の方法により算出された結果と比較し、第１の方法による算出結果に含まれる誤差がどの程度であるかを求めることができる。第２の方法では、水Ｗの体積を算出する際に、「基準状態」での圧力・体積・温度に係る値を使用しないため、第２の方法により算出される水の体積Ｖ’_ｗ２は、変化後の状態でのバラストタンク１０内の水の状況を適切に反映したものと考えられる。したがって、第２の方法により算出される水の体積Ｖ’_ｗ２と、第１の方法により算出される水の体積Ｖ_ｗ２と、の差分は、気体Ａの排出等に伴って、基準状態での圧力・体積・温度に係る値が適切な値ではなくなっていることに由来する値であると考えることができる。

そして、水中機器１では、第１の方法により算出された水の体積と、第２の方法により算出された水の体積と、の差分が十分に大きくなったとき、すなわち、基準状態として用いた圧力・体積・温度に係る値が適切な値ではなくなっていると判断した場合には、「基準状態」として用いている圧力・体積・温度に係る値を新たな値に更新することを特徴としている。上述のように、気体Ａが排出されていると、第１の方法の水Ｗの体積の算出に用いた「基準状態」は、現在のバラストタンク１０内の水Ｗ及び気体Ａの状況とは異なる状態となっていると考えられる。そこで、水中機器１では、第２の方法により算出される水の体積Ｖ’_ｗ２と、第１の方法により算出される水の体積Ｖ_ｗ２と、の差分が大きくなった場合には、水Ｗの体積の算出に用いられた「基準状態」における圧力Ｐ_ａ１、体積Ｖ_ａ１、及び、温度Ｔ_ａ１は、適切ではない値（現状に沿ったものとは異なる値）になっていると考え、新たな「基準状態」を設定として、圧力Ｐ_ａ１、体積Ｖ_ａ１、及び、温度Ｔ_ａ１を再度定義（更新）する。基準更新部２２はこの基準状態の各値の更新が必要であるかを判断して、更新を行う機能を有する。

第１の方法での水Ｗの体積の算出結果と、第２の方法での水Ｗの体積の算出結果と、が所定の閾値よりも大きい場合には、以下の手順で、新たな基準状態として、気体Ａの圧力Ｐ_ａ１、体積Ｖ_ａ１、及び、温度Ｔ_ａ１を更新する。まず、気体Ａの圧力Ｐ_ａ１については、変化後の状態で圧力センサ１２により計測された圧力Ｐ_ａ２を新たな基準状態の気体Ａの圧力Ｐ’_ａ１とする。また、気体Ａの体積Ｖ_ａ１については、第２の方法により算出された水Ｗの体積Ｖ’_ｗ２とバラストタンクの容積Ｖとから算出する気体Ａの体積を新たな基準状態の気体Ａの体積Ｖ’_ａ１とする。さらに、気体Ａの温度Ｔ_ａ１については、変化後の状態で温度センサ１３により計測された温度Ｔ_ａ２を新たな基準状態の気体Ａの温度Ｔ’_ａ１とする。

上記の３つをまとめると、以下の数式（８）〜（１０）に示す通りとなる。更新後の基準状態に係る気体Ａに係る圧力、体積、温度を、それぞれＰ’_ａ１、Ｖ’_ａ１、Ｔ’_ａ１とすると、それぞれ以下に示すとおりとなる。
Ｐ’_ａ１＝Ｐ_ａ１ …（８）
Ｖ’_ａ１＝Ｖ−Ｖ’_ｗ２ …（９）
Ｔ’_ａ１＝Ｔ_ａ１ …（１０）

基準更新部２２により基準状態の各値が更新された場合には、更新後は、水量算出部２１において更新後の基準状態の各値を新たな基準状態の各値として保持し、これらの値を用いて水Ｗの体積の計算を行うことになる。

なお、基準更新部２２により基準状態の各値を更新するかどうかの判断は、例えば、変化後の状態で第２の方法により算出された水Ｗの体積Ｖ’_ｗ２と第１の方法により算出された水Ｗの体積Ｖ_ｗ２との差分（Ｖ’_ｗ２−Ｖ_ｗ２）が所定の閾値よりも大きくなっているか否かに基づく態様とすることができる。また、第２の方法での水Ｗの体積の算出結果は、上述のように、水中機器１の姿勢等による誤差を含みやすいため、第２の方法により算出された水Ｗの体積Ｖ’_ｗ２と第１の方法により算出された水Ｗの体積Ｖ_ｗ２との差分（Ｖ’_ｗ２−Ｖ_ｗ２）が所定の閾値よりも大きくなっている状態が所定回数続いたときには、基準状態の各値を更新する、等の態様としてもよい。

また、評価部２３は、上記のように、基準状態の各値を、現状に則して更新した際に、更新後の基準状態における気体Ａの体積が、閾値よりも減っている場合には、正常状態ではなく、バラストタンク１０内の水Ｗの注排水が適切に行われない異常状態であるとして、アラーム等を発出する。バラストタンク１０内の気体Ａが大量に抜けてしまうと、バラストタンク１０内の気体Ａの圧力が低くなり、負圧となる可能性がある。気体Ａの圧力が低くなると、ポンプ１５を駆動させてバラストタンク１０内の水を排出しようとしても、圧力が低くなった気体Ａが水Ｗの排出を妨げることが考えられる。このような状態になると、ポンプ１５等を利用した注排水が困難となり、バラストタンク１０を用いた浮力調整が困難となる。そこで、評価部２３では、気体Ａの体積が十分であるかを確認し、気体Ａの体積が小さくなっている（負圧となる可能性が考えられる）場合には、アラームを発出する構成とする。この場合、水中機器１が浮上／沈降に係る動作が不能となることを防ぐことができる。

上記の水中機器１によるバラストタンク１０内の水量のモニタリング及び基準状態に係る各値の更新の手順等について、図３を参照して説明する。

まず、制御部２０の水量算出部２１では、バラストタンク１０内の水の注排水を行った後には、２つの方法を用いて水Ｗの体積の算出を行う（Ｓ０１）。２つの方法による水Ｗの体積の算出方法は上述の通りである。制御部２０の水量算出部２１では、第１の方法による水Ｗの体積の算出を行うことで、バラストタンク１０内の水Ｗの水量の管理を行いながら、第２の方法による水Ｗの体積の算出を行うことで、第１の方法による水Ｗの体積の算出結果が適切であるかを確認するモニタリングを行う。なお、水量算出部２１による水量算出のタイミングは、例えば、制御部２０においてバラストタンク１０内の水の注排水を行った後所定の時間を経過したタイミング等とすることができる。

次に、制御部２０の基準更新部２２は、第１の方法による水Ｗの体積の算出結果と第２の方法による水Ｗの体積の算出結果とを比較して、算出結果の差分が閾値以上であるかに基づいて、基準状態の各値（基準値）の更新が必要であるかを判断する（Ｓ０２）。第１の方法による水Ｗの体積の算出結果と第２の方法による水Ｗの体積の算出結果との差分が閾値よりも小さい場合（Ｓ０２−ＮＯ）には、基準値の更新は行わない。一方、第１の方法による水Ｗの体積の算出結果と第２の方法による水Ｗの体積の算出結果との差分が閾値以上である場合（Ｓ０２−ＹＥＳ）には、バラストタンク１０内の気体Ａの量が基準状態から変化していると判断し、基準値の更新を行う（Ｓ０３）。上述のように、Ｐ’_ａ１、Ｖ’_ａ１、Ｔ’_ａ１を算出し、更新後の基準状態に関する各値として使用する。なお、算出結果の差分に基づいて基準状態の各値（基準値）の更新が必要であるかを判断する際の判断基準は適宜変更することができる。

次に、制御部２０の評価部２３では、更新後の基準状態における気体Ａの体積Ｖ’_ａ１が適切な状態から外れていないか（正常状態であるか）を評価する。具体的には、気体Ａの体積Ｖ’_ａ１が閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ０４）。気体Ａの体積Ｖ’_ａ１が閾値以上である場合（Ｓ０４−ＹＥＳ）には、バラストタンク１０内の気体Ａの量が適切であるとして、水量のモニタリング（Ｓ０１）を継続する。一方、バラストタンク１０内の気体Ａの量が閾値よりも少ない場合（Ｓ０４−ＮＯ）には、バラストタンク１０内の気体Ａの量に問題がある異常状態であると判断し、評価部２３においてアラーム発出（Ｓ０５）等の動作を行う。なお、この際に水中機器１の緊急停止等の動作を行ってもよい。なお、水中機器１が正常状態であるかを判断する際の判断基準は適宜変更することができる。

以上のように、本実施形態に係る水中機器１では、制御部２０の水量算出部２１において、２つの方法によりバラストタンク１０内の水の体積が算出される。まず、第１の方法では、気圧取得部となる圧力センサ１２において取得された気体Ａの圧力に係る情報と、気体温度取得部となる温度センサ１３において取得された気体Ａの温度に係る情報と、バラストタンク１０内の水Ｗの体積を算出するための基準状態におけるバラストタンク１０内の気体Ａの圧力、体積、及び温度に係る情報と、からバラストタンク内の水の体積を算出される。また、第２の方法では、水位取得部として機能する圧力センサ１１及び水量算出部２１において水Ｗの水位に係る情報が取得され、この情報からバラストタンク１０内の水の体積が算出される。そして、基準更新部２２において、圧力センサ１２において取得された気体Ａの圧力に係る情報と、温度センサ１３において取得された気体Ａの温度に係る情報と、前記第１の方法及び前記第２の方法により算出されたバラストタンク１０内の水Ｗの体積の算出結果と、を利用して、第１の方法で利用する基準状態におけるバラストタンク内の気体の圧力、体積、及び温度に係る情報（Ｐ_ａ１、Ｖ_ａ１、Ｔ_ａ１を）が更新（Ｐ’_ａ１、Ｖ’_ａ１、Ｔ’_ａ１に）される。このような構成を有することで、第１の方法による水の体積の算出に用いられる基準状態におけるバラストタンク１０内の気体Ａの圧力、体積、及び、温度に係る情報を、圧力センサ１２及び温度センサ１３で取得された情報と、第１の方法及び第２の方法により算出されたバラストタンク１０内の水Ｗの体積の算出結果と、を利用して更新することができる。したがって、例えばバラストタンク１０からの気体の排出等が生じていてバラストタンク内の気体が、基準状態で想定した気体の量（分子量）から異なった状態になっている場合に、この基準状態での気体の圧力、体積、及び、温度に係る情報を更新することができるため、バラストタンク１０内の水量をより高い精度で算出することが可能となる。

また、上記実施形態の水中機器１では、基準更新部２２において、第１の方法により算出されたバラストタンク１０内の水Ｗの体積の算出結果と、第２の方法により算出されたバラストタンク１０内の水Ｗの体積の算出結果と、の差分が所定の閾値よりも大きくなった場合に、基準状態での気体の圧力、体積、及び、温度に係る情報を更新する構成とされている。そのため、例えば、バラストタンク１０からの気体の排出等が生じていない又は僅かである場合には、基準状態に係る情報を更新しない構成とすることができるため、基準状態に係る情報の更新頻度等を適切に管理しながら、バラストタンク１０内の水量をより高い精度で算出することが可能となる。

また、上記実施形態の水中機器１では、評価部２３において更新後の基準状態におけるバラストタンク１０内の気体Ａの体積を所定の閾値と比較することで、水中機器１が正常状態であるかを評価する構成とされている。そのため、バラストタンク１０内の気体Ａの体積が減少による水中機器の異常停止等が発生することを防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。例えば、上記の水中機器１における筐体２、バラストタンク１０等の形状は適宜変更される。また、バラストタンク１０における注排水を行う配管１４及びポンプ１５の機構についても、適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、圧力センサ１１がバラストタンク１０の底面における水Ｗの圧力を計測し、この情報を利用して、制御部２０の水量算出部２１において水Ｗの水位を算出する場合について説明した。ただし、水量算出部２１における第２の方法での水量の算出には、少なくともバラストタンク１０内での水Ｗの水位が分かればよい。したがって、バラストタンク１０内の水位をフロート型の水位センサ等により直接計測することで、水位に係る情報を取得する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、評価部２３において水中機器１が正常状態であるかを判断する構成について説明したが、水中機器１は評価部２３における評価機能を備えていなくてもよい。

１水中機器
２筐体
１０バラストタンク
１１，１２圧力センサ
１３温度センサ
２０制御部
２１水量算出部
２２基準更新部
２３評価部

Claims

内部の水の注排水が行われるバラストタンクと、
前記バラストタンク内の気体の圧力に係る情報を取得する気圧取得部と、
前記バラストタンク内の気体の温度に係る情報を取得する気体温度取得部と、
前記バラストタンク内の水の水位に係る情報を取得する水位取得部と、
前記気圧取得部において取得された前記気体の圧力に係る情報と、前記気体温度取得部において取得された前記気体の温度に係る情報と、前記バラストタンク内の水の体積を算出するための基準状態における前記バラストタンク内の気体の圧力、体積、及び温度に係る情報と、から前記バラストタンク内の水の体積を算出する第１の方法と、前記水位取得部において取得された前記水の水位に係る情報から前記バラストタンク内の水の体積を算出する第２の方法と、の２つの方法により前記バラストタンク内の水の体積を算出する水量算出部と、
前記気圧取得部において取得された前記気体の圧力に係る情報と、前記気体温度取得部において取得された前記気体の温度に係る情報と、前記第１の方法及び前記第２の方法により算出された前記バラストタンク内の水の体積の算出結果と、を利用して、前記第１の方法で利用する前記基準状態における前記バラストタンク内の気体の圧力、体積、及び温度に係る情報を更新する基準更新部と、
を有する、水中機器。
前記基準更新部は、前記水量算出部において前記第１の方法により算出された前記バラストタンク内の水の体積の算出結果と、前記水量算出部において前記第２の方法により算出された前記バラストタンク内の水の体積の算出結果と、の差分が所定の閾値よりも大きくなった場合に、前記第１の方法で利用する前記基準状態における前記バラストタンク内の気体の圧力、体積、及び温度に係る情報を更新する、請求項１に記載の水中機器。
前記基準更新部による更新後の前記基準状態における前記バラストタンク内の気体の体積を所定の閾値と比較することで、前記水中機器が正常状態であるかを評価する評価部をさらに有する、請求項１又は２に記載の水中機器。