沈没防止用圧縮空気タンク

本発明は、圧縮空気、空気圧縮機とフロートスイッチなどによる水センサー(water sensor)、またはフロートスイッチのない水センサーとエアーポケットと炭素ナノチューブ、サーボモーターに関する。

空気圧縮機は、動力源を用いて、密閉した容器内の空気を圧縮してその圧力を高める機械である。動力源としては電動機、蒸気機関、内燃機関などが使用される。機関はピストンの往復運動による往復式や、回転子の回転による回転式、高速回転する羽根車の遠心力を用いる遠心回転式などがある。 圧縮空気は空気に圧力を加えて体積を縮小させて高圧にしたものである。高圧の空気が低圧になる時の力を用いて様々なことが行われるが、日常生活でも多く使用されている。例えば、地下鉄、鉱山の坑道、建築物の換気用に使用される。

このときに使用される空気圧力は、地下鉄、鉱山の坑道、建築物の換気用には圧力0.1kg/cm³、製鉄所の溶炉や鋳物工場のコークス燃焼用には0.5〜1kg/cm³、セメントや微粉炭などの粉体または穀粒の密閉管内への輸送用には0.5〜1kg/cm³、エアーハンマーやエアードリル、リベットハンマーなどには7kg/cm³、鉄道車両のブレーキ用やドアエンジンの作動用には7kg/cm³、ディーゼル機関の燃料噴射用には50kg/cm³程度が使用される。 この他に特殊なものとして、潜水艦の浮沈用には100〜150kg/cm³の圧縮空気が使用される。

圧縮空気を使用する原動機は引火するおそれがないので、爆発の危険性がある炭坑内や化学工場で使用される。原動機の形式には蒸気機関型、成形クランク回転式、成形シリンダー回転式、ギア型、回転可動羽根型などがある。 漏液センサーは、水を感知するセンサーであって、漏水有無を感知するセンサーである。 漏液センサーは、平常の際に底面に水がない場合の周波数と底面に水がある場合の周波数の変化を感知して感知信号を発生させるものである。

サーボモーターは、サーボ機構の操作部であって、制御信号によって負荷を駆動する装置である。 サーボモーターの動力源によって電気式(サーボ電動機)、エアー式(エアーサーボモーター)、油圧式(油圧モーター)などがあり、通常「サーボモーター」と言えば、サーボ電動機を指す場合が多い。 サーボ電動機は、素早い応答性と広い速度制御の範囲を有する制御用電動機であって、その電源によって直流サーボモーターと交流サーボモーターに分類される。交流サーボモーターの大部分は3相サーボモーターである。 これらは停止、始動、逆転などの動作を繰り返すので、放熱効果を良くするように、あるいは動作の変化が速くなるように設計上考慮されている。サーボモーターは制御信号に基づいて運転し、そのためには制御信号を受けてこれを増幅してサーボモーターを駆動する装置が必要であるが、これをサーボ増幅器と言う。

圧力計は、気体や液体の圧力を測定するための計器であって、用途別に気圧計、圧力差計、高圧計、真空計などの様々な種類があり、構造も多様である。 測定原理の観点から区分すると、例えば液柱などの物体の重さと平衡させて圧力を測定する液柱圧力計、圧力を受けた弾性体が撓む程度からその大きさを測定する弾性圧力計、および圧力によって変化するある種類の物理的性質を用いるものなどがある。 その中でも、液柱圧力計は、ガラス管に水・水銀・アルコールなどを入れたU字管圧力計がその代表的なものである。管の片端を測定しようとする圧力部に連結すると、管の両端にかかる圧力差とバランスを取るところまで液面が上下するが、この際に左右の管内にある液面の高低差から、両方の管にかかっている圧力の差を測定することができる。開管式と閉管式があるが、測定可能な圧力の範囲は広い。 水銀気圧計は、管がU字型ではないが、原理上ではこのような閉管式液柱圧力計である。工業方面では液面に浮標を浮かべ、それが移動することを機械で拡大してあるいは電気量に変換して示すものも使用される。 また、弾性圧力計は、工業用として比較的広く使用されるものであるが、金属などで作った受圧体に生じる変形を機械的に拡大して圧力を測定する。ブルドン管式圧力計、ダイヤフラム式圧力計、ベローズ式圧力計、空盒式圧力計(アネロイド気圧計もその一種)などがある。これらの圧力計は、一般的に取り扱いが簡便で測定範囲も広いが、受圧材料の弾性には多少のヒステリシスがあって変形が圧力に対して一定ではないという点、長時間圧力をかけておくと同じ圧力下で変形が増加するという点など、共通の欠点がある。

その他にも、真空計は、大気圧より低い圧力を測定するための圧力計であって、液柱圧力計や弾性圧力計の他に、特に高い真空度の測定にはマクラウドゲージ、ピラニゲージ、電離真空計などのように圧力の変化による気体の熱伝導度または電離度の変化を測定することを原理とする特殊圧力計が使用される。 分銅式圧力計は、分銅によって圧力を測定する高圧計の一種である。これは、ピストンを備えたシリンダー内に灯油などの油を引き入れてピストンの底面を押し上げる圧力と、ピストン及びその上に載せた分銅の重さを平衡させて測定する。このような分銅式圧力計は、液柱圧力計では測定することができない程度の高い圧力を測定するだけでなく、他の圧力計の目盛りの校正にも使用される。 この他にも、流体の大きい圧力を測定する高圧計には、圧縮圧力計、抵抗圧力計、ブルドン管などがある。

本発明は、旅客船などが沈没する場合に様々な原因になり得るが、かかる原因に対する根本的な代案を提供しようとすることを課題とする。

2014年4月16日に沈没したセウォル号の場合において、専門家とのインタビュー内容をまとめると、 「事故船舶に関してこれまで伝えられてきた話によると、左側から傾き始め、そして完全に転覆したということだが、なぜこのような大型船舶が転覆したのだろうか。 −三つの原因が考えられる。 一つ目は、隔壁が同時に破損して多くの空間が浸水する場合である。入手した図面をみたら、この船底側の空間は複数の水密隔壁によって区分されている。よって、一つの空間のみが浸水することによっては安定性を失わない。このため、事故は多数の隔壁が同時に破損して多くの空間が浸水することにより起こった可能性がある。 二つ目は、空間が上層への水の移動ができる通路を持つ場合である。もう一つの条件として、一部の空間は上層に水が移動することができる通路が存在し得る。今現在、図面でもいくつかの空間は階段で連結されている。かかる空間は損傷すると水が上方へ上がってくる可能性がある。 三つ目は、空間が隔壁によって区分されていない場合である。 上甲板に車両が搭載される空間がある。かかる空間はかなり広い空間であり、この空間は隔壁で区分されていない。 暗礁が船の側面にあたって側面に若干の損傷が発生した場合は、少しの損傷でもかなりの復元率を失う可能性がある。」旨のことである。 そこで、本発明は、上述した3つの場合に対する根本的な解決方案を提供することを目的とする。

一方、本発明は、船体転覆の際に待避する時間を確保することができる根本的な解決方案を提供することを目的とする。船体がまだ水中深くに入っていなかったときは、転覆しても空気が上方に集まりながら人の生存が可能な空間が確保できる。ところが、セウォル号において実際最も人命被害が大きかった原因は、船体の急激な傾きで人々が待避する時間がなかったことにある。 つまり、このような旅客船の場合は大部分が隔壁で区分されておらずに空間が広く広がっており、車両あるいは貨物を積載する空間も一つの空間に形成されているため、そこが浸水すると他の一般の商船よりもさらに早くバランスを失って傾き、転覆する問題を持っていた。

圧縮空気と空気圧縮機とフロートスイッチなどによる水センサー(water sensor)、またはフロートスイッチのない水センサーとエアーポケットと炭素ナノチューブ、サーボモーターなどを組み合わせて、船に水が満ちるようになった場合に水センサーが感知して圧縮空気タンクの圧縮空気を噴射し、噴射された圧縮空気はエアーポケットを満たすようになって、エアーポケット内の空気によって形成された浮力で船が沈没せずに浮遊する。 このような本発明は、沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、バルブが形成されている圧縮空気タンクと、前記圧縮空気タンクに付着し、前記バルブを開くと前記圧縮空気タンク内部の空気が噴射されて空気を満たすエアーポケットとを含み、前記エアーポケットを通じて、浸水する船室に浮力を提供して船舶の沈没を防止することを特徴とする。

また、本発明の一実施例に係る沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、前記圧縮空気タンクに設けられた圧力センサーと、前記圧力センサーによって一定の圧力以下になると作動するスイッチと、前記スイッチを通じた空気圧縮機の圧縮によって圧縮空気タンクの空気が圧縮されて一定の圧力で貯蔵されるようにするアクチュエーターと、前記圧力センサーで生成された電気信号を制御する制御部とを含み、前記制御部に入力された圧力センサーの圧力が一定の圧力以下になると、前記制御部で圧縮空気タンクの圧縮動作信号を電気信号として出力し、前記空気圧縮機によって圧縮空気タンクの空気が圧縮されて一定の圧力で貯蔵されることを特徴とする。

また、本発明の一実施例に係る沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、前記エアーポケットは自動車の内部に設置され、非常時に自動車に浮力を提供して自動車の沈没を防止することを特徴とする。

また、本発明の一実施例に係る沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、船が暗礁との衝突或いは浸水により沈没する状況になって船に水が満ち始めると、水が満ちることを感知する水センサー(water sensor)と、前記水センサーで水が満ちることを感知すると、オンになるスイッチと、前記スイッチによって作動して圧縮空気タンクのバルブを開放させてエアーポケットに空気を満たすようにするサーボモーターと、前記水センサーから水が満ちることを感知して発生した電気信号が入力される前記制御部と、前記制御部によるサーボモーターなどを介して開かれる圧縮空気タンクのバルブの動作機構であるアクチュエーター部とを含み、浸水する船室に浮力を提供して沈没を防止することを特徴とする。

また、本発明の一実施例に係る沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、船舶にフロートスイッチを設けて隔壁内部または船舶の2重底の燃料タンクや清水タンクや汚水を貯蔵するかん水だめなどを除外した空間がある部分において、水が満ちることを感知する水センサーと、水センサーによって通電すると、自動的にバラストタンクのバルブを動作させるサーボモーターなどを作動させるスイッチと、空気圧縮機によってバラストタンクの空気の圧縮が起こってから、隔壁で通じる門を閉鎖すると、或いは隔壁に通じる門を閉鎖した後で隔壁の外側に設けられたスイッチをつけると、或いは航海計器室に設けられたスイッチをつけると、サーボモーターなどが動作してバラストタンクのバルブを開き、圧縮された空気が噴射され、これによりバラストタンクに連結された伸縮的なエアーポケットが膨脹し、膨張したエアーポケットの体積だけ隔壁内部の流入した水を外部に押し出して排出させる排出部とが含まれることを特徴とする。

また、本発明の一実施例に係る沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、潜水艦の隔壁で形成された船室内部や水が正常に排水されない船体内殻と外殻との間の海水を正常の水準に排水しようとする場合に、隔壁で形成された船室内部に水が満ちることを感知すると、自動でバラストタンクのバルブを動作させるサーボモーターなどを作動させるフロートスイッチと、空気圧縮機によってバラストタンクの空気の圧縮が起こってから、隔壁で通じる門を閉鎖すると、或いは隔壁で通じる門を閉鎖した後で隔壁の外側に設けられたスイッチをつけると、或いは航海計器室などに設けられたスイッチをつけると、サーボモーターなどによって空気の噴射が可能なバラストタンクのバルブを開放させるスイッチと、圧縮された空気を噴射させるバラストタンクの空気噴射部と、バラストタンクに連結された伸縮的なエアーポケットが膨脹し、隔壁内部の流入した水を外部に押し出して排出させる排出部とが含まれることを特徴とする。

また、本発明の一実施例に係る沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、前記エアーポケットの外部には炭素ナノチューブで形成された外皮が設けられ、内部什器や品物によってエアーポケットが損傷することを防止することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の沈没防止用圧縮空気タンク。

また、本発明の一実施例に係る沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、水センサーで水が満ちることを感知すると、制御部が感知した信号を受信してリレーやモーターを動作させて空気圧縮機のスイッチがオフとなるようにして、圧縮空気タンクの圧力変化に対して空気圧縮機が作動しないようにするスイッチ部が含まれることを特徴とする。

また、本発明の一実施例に係る沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、前記圧縮空気タンクは、船舶の内部片側に固定枠が1個以上形成され、前記固定枠に固定される空気圧縮機固定部が含まれることを特徴とする。

また、本発明の一実施例に係る沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、前記エアーポケットの外部または炭素ナノチューブの外部には、非常時に掴んで移動することができるようにする網が含まれることを特徴とする。

また、本発明の一実施例に係る沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、非常時に電源が断絶された状態で水センサーが作動し、圧縮空気タンクのバルブを開放させるサーボモーターなどが作動することができるように電源を供給する充電器が内蔵されている非常電源供給部が含まれることを特徴とする。

また、本発明の一実施例に係る沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、圧縮空気タンクの代わりにエアーポケットと、アジ化ナトリウムカプセル、酸化鉄(Fe₂O₃)及び起爆装置が設けられ、水が自動車の室内に侵入するときに、フロートスイッチなどによる水センサー、またはフロートスイッチのない水センサーで水が満ちることを感知すると、スイッチがオンになり、電流が気体発生装置内の点火器を作動させ、瞬間的に高熱が発生し火花が出てアジ化ナトリウムカプセルを破裂させることにより酸化鉄と反応するようにして、アジ化ナトリウムがナトリウムと窒素に分解されて発生した窒素ガスがエアーポケットを満たして膨張することを特徴とする。

また、本発明の一実施例に係る沈没防止用圧縮空気タンクにおいて、請求項12に記載の方式と請求項1〜11のいずれか一項に記載の方式が互いに組み合わされることを特徴とする。

本発明の有利な効果は、隔壁が同時に破損して多くの空間が浸水する場合、空間が上層への水の移動が可能な通路を持つ場合、空間が隔壁で区分されていない場合、および待避する時間がない場合における根本的な解決方案を提供することができる。

本発明の斜視図

本発明が潜水艦に適用された実施例の断面図

本発明が船舶に適用された実施例の断面図

本発明を実施するための具体的な内容を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の斜視図である。平常時には圧縮空気タンクの圧力計によって一定の圧力以下になるとスイッチが作動し、空気圧縮機によって圧縮空気タンク内の空気が圧縮されて一定の圧力で貯蔵される。

船が暗礁に衝突するなどの理由により、船に水が満ち始めて沈没し始める状況になると、フロートスイッチによる水センサー、またはフロートスイッチのない水センサーで水が満ちることを感知すると、スイッチがオンになる。噴射位置の感知信号によってサーボモーターが作動して圧縮タンクのバルブが開かれ、圧縮タンク内部の空気が噴射され、噴射された空気はエアーポケットを満たす。よって、エアーポケットは、膨張して、浸水する船室に浮力を提供することにより、船舶の沈没を防止する。前記エアーポケットの外部には炭素ナノチューブなどで形成された外皮があるため、内部什器や品物などによってエアーポケットが損傷することを防止するように構成される。一方、水センサーで水が満ちることを感知すると、空気圧縮機のスイッチはオフになり、圧縮空気タンクの圧力変化に対して空気圧縮機が作動することができなくなり、エアーポケットの外部または炭素ナノチューブの外部には網が設けられ、非常時には網を掴んで移動することができる。

図2は本発明が潜水艦に適用された実施例の断面図である。潜水艦において、フロートスイッチなどを設け、隔壁で形成された船室内部または水が正常に排水しない船体内殻と外殻との間の海水を正常レベルに排水しようとする場合であって、隔壁で形成された船室内部は排出部として形成される。

すなわち、フロートスイッチによって、水が満ちることを感知すると、自動的に、または隔壁などで通じる門を閉鎖したり、隔壁などで通じる門を閉鎖した後でスイッチを作動させたり、航海計器室に設けられるスイッチを作動させたりすることによって、 サーボモーターが動作してバラストタンクのバルブを開き、これにより圧縮空気が噴射され、空気噴射部を介して、バラストタンクに連結された伸縮的なエアーポケットが膨脹して、隔壁の内部に流入した水を排出させる水排出部を形成するのである。

図3は本発明が船舶に適用された実施例の断面図である。船舶において、フロートスイッチなどを設けて、隔壁内部または船舶の区分される2重底の燃料タンクや清水タンク、汚水を貯蔵するかん水だめ(bilge well)を除外した空気がある部分に排出口を形成する。

すなわち、フロートスイッチによって、水が満ちることが感知されると、自動的に、または隔壁などで通じる門を閉鎖したり、隔壁などで通じる門を閉鎖した後でスイッチをさせたり、航海計器室などに設けられるスイッチを作動させたりすることによって、 サーボモーターが動作してバラストタンクのバルブを開き、これにより圧縮空気が噴射され、空気噴射部を介して、バラストタンクに連結された伸縮的なエアーポケットが膨脹して、隔壁の内部に流入した水を排出させる水排出部を形成するのである。

1 圧縮空気タンク 2 空気圧縮機 3 サーボモーターで動作するバルブ 5 エアーポケット 10 水センサー 11 網 15 固定枠 20 炭素ナノチューブ 21 隔壁 22 船舶 25 空気の流れ 30 内殻 31 潜水艦 32 水平舵 35 外殻 50 水の流れ