Development of a Buoyancy Engine for Underwater Gliders using a Small Axial Piston Pump

摘要

海洋の水温や２酸化炭素濃度変動は、地球環境変動を左右する大きな要因である。地球温暖化の本質を理解し 長期的見通しを得るためには、深海を含めた海洋の環境変動を長期的に観測することが重要である。 現在、深海までの海洋環境観測は、プロファイリングフロートやブイシステム、観測船などによって行われている。特に、アルゴフロートは現在約3600台が全世界に展開され、水深2,000m までの水温・塩分などの観測を行ない、準リアルタイムで全世界に配信している。海洋研究開発機構でも、水深4,000m までの観測が可能なプロファイリングフロート ‘Deep NINJA’ 1) を開発した。 また、近年水中グライダー2)が新しい観測プラットフォームとして注目されるようになってきた。この水中グライダーはプロファイリングフロートと同様に浮力エンジンを用いて、沈降と浮上を繰り返す。同時に、翼に生じる揚力を利用して海中を滑走しながら、長時間に渡って観測を行う。現在使われている水中グライダーは空中重量が約50kg と軽量であるが、大西洋横断も可能である3)。海洋研究開発機構でも、一定海域において数年間に渡って観測が可能なバーチャルモアリング用水中グライダーの開発を進めている。 プロファイリングフロートと水中グライダーでは浮力エンジンを用いて、耐圧容器外のブラダ内の油を出し入れして体積を変えることにより浮力調整を行ない、下降と浮上を行っている。エネルギー効率が高く、アルゴフロートでは4?5年の観測を行っている。これまで、海洋研究開発機構では、Deep NINJA 用にピストンポンプ式の浮力エンジンを開発し、利用している。 今回筆者らは、市販の小型アキシャルピストンポンプを使った新しい浮力エンジンを試作し基礎的な実験を行い、8MPa以下の圧力で良好に動作することを確認した。この浮力エンジンは、水中グライダーへの利用を想定したものである。従来のピストン式浮力エンジンと比較して、速度は一桁以上向上し、寸法、重量も半分程度となった。本講演では、まず、本浮力エンジンを搭載するバーチャルモアリング用水中グライダーの概要を紹介し、その後新型浮力エンジンの構成と基礎的実験結果について報告する。