(57)【要約】【課題】モータを防水処理する必要がなく、波の精度を向上させることができる、造波装置を提供する。【解決手段】貯水槽２１及び水路２２を有する水槽２と、水槽２を貯水槽２１と水路２２とに区分する仕切板３と、貯水槽２１から水路２２に向かって水流を発生させて波を発生させる水流発生手段４と、を有し、水流発生手段４は、一端が仕切板３に形成された開口部３１に接続され他端が貯水槽２１の底部に向かって開放するように貯水槽２１内に配置された管路４１と、貯水槽２１の外部に配置された駆動モータ４２と、管路４１の他端側の内部に回転面が下向きとなるように配置されたプロペラ４３と、管路４１の上部を貫通し駆動モータ４２とプロペラ４３とを連結する駆動軸４４と、を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水槽及び水路を有する水槽と、該水槽を前記貯水槽と前記水路とに区分する仕切板と、前記貯水槽から前記水路に向かって水流を発生させて波を発生させる水流発生手段と、を有する造波装置において、
前記水流発生手段は、
一端が前記仕切板に形成された開口部に接続され他端が前記貯水槽の底部に向かって開放するように前記貯水槽内に配置された管路と、
前記貯水槽の外部に配置された駆動モータと、
前記管路の前記他端側の内部に回転面が下向きとなるように配置されたプロペラと、
前記管路の上部を貫通し前記駆動モータと前記プロペラとを連結する駆動軸と、
を有することを特徴とする造波装置。
【請求項２】
前記回転面は、水平面と平行になるように配置されている、又は、水平面に対して０〜４５度の範囲内で傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載の造波装置。
【請求項３】
前記駆動モータは、前記貯水槽の上部に掛け渡された支持部材に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の造波装置。
【請求項４】
前記管路は、前記一端側に形成された可撓部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の造波装置。
【請求項５】
前記水流発生手段は、前記仕切板の幅方向に複数配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の造波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工的に波を発生させる造波装置に関し、特に、長周期波を発生可能な造波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
津波等の長周期波に対する浮体構造物や陸上構造物等の安定性や地形に与える影響等を検討するために、フラップ式、ダムブレイク式、フロート式、空気圧式、水流式等の実験装置が既に開発されている。例えば、フラップ式実験装置は、板を前後に移動させて波を発生させる装置であり、ダムブレイク式実験装置は、溜めた水を放流することによって波を発生させる装置であり、フロート式実験装置は、フロートを上下に振動させて波を発生させる装置であり、空気圧式実験装置は、水面に負荷する空気圧を変動させて波を発生させる装置であり、水流式実験装置は、水槽内で水流を発生させることにより波を発生させる装置である。
【０００３】
ここで、特許文献１に記載された津波実験装置は、水流式実験装置に関するものであり、水が満たされた水槽と、該水槽を貯水槽と実験槽とに分けるように前記水槽内に設けられる仕切板と、該仕切板に設けられ前記水槽内に津波を起こすポンプと、を備え、前記ポンプを作動させて前記貯水層内の水を前記実験槽に移送する水流を発生させることにより、前記実験槽内で津波を発生させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３２６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載された津波実験装置では、ポンプの回転数を制御することにより、長周期かつ正弦波の波を生成することができるものの、ポンプを駆動させるモータを水中に配置する必要があることから、モータの防水処理を施さなければならず、構造が複雑になってしまうという問題があった。また、モータを無防水化するために、モータを水面上に配置した場合には、ポンプに動力を伝達するために軸継ぎをしなければならず、構造が複雑になってしまうという問題があった。
【０００６】
また、波を発生させる方向の上流側（すなわち、貯水層側）にモータや駆動軸を配置しなければならず、ポンプが水を吸入する際の邪魔になってしまい、水流が安定せず波の精度が劣化してしまうという問題があった。さらに、プロペラの駆動軸が水平方向に配置されていることから、プロペラの上下方向で水圧が異なり、ポンプから均一な圧力の水流を発生させることができず、波の精度が劣化してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、モータを防水処理する必要がなく、波の精度を向上させることができる、造波装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、貯水槽及び水路を有する水槽と、該水槽を前記貯水槽と前記水路とに区分する仕切板と、前記貯水槽から前記水路に向かって水流を発生させて波を発生させる水流発生手段と、を有する造波装置において、前記水流発生手段は、一端が前記仕切板に形成された開口部に接続され他端が前記貯水槽の底部に向かって開放するように前記貯水槽内に配置された管路と、前記貯水槽の外部に配置された駆動モータと、前記管路の前記他端側の内部に回転面が下向きとなるように配置されたプロペラと、前記管路の上部を貫通し前記駆動モータと前記プロペラとを連結する駆動軸と、を有することを特徴とする造波装置が提供される。
【０００９】
前記回転面は、水平面と平行になるように配置されていてもよいし、水平面に対して０〜４５度の範囲内で傾斜していてもよい。また、前記駆動モータは、前記貯水槽の上部に掛け渡された支持部材に接続されていてもよい。また、前記管路は、前記一端側に形成された可撓部を有していてもよい。また、前記水流発生手段は、前記仕切板の幅方向に複数配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
上述した本発明の造波装置によれば、プロペラの回転数を制御することにより、長周期かつ正弦波の波を生成することができるとともに、駆動モータを貯水槽の外部に配置することができ、駆動モータを防水処理する必要がなく、構造の複雑化を抑制することができる。また、プロペラの上部に駆動モータを配置した場合には、駆動軸を軸継ぎすることなくプロペラに駆動軸を連結することができ、構造の複雑化を抑制することができる。
【００１１】
また、管路内に配置されたプロペラに対し、上部から駆動軸を接続したことにより、貯水槽から水路に向かって水流を発生させる際に、プロペラの上流側に障害物がなく、管路に吸入する水流を安定させることができ、波の精度を向上させることができる。
【００１２】
さらに、プロペラの回転面を下向きとなるように配置することにより、プロペラの各翼にかかる水圧を略均一にすることができ、略均一な圧力の水流を発生させることができ、波の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る造波装置を示す全体構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、を示している。
【図２】図１に示した水流発生手段の拡大断面図であり、（ａ）は吸引時、（ｂ）は水流発生時、を示している。
【図３】図１に示した管路の変形例を示す拡大断面図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、を示している。
【図４】本発明の第二実施形態に係る造波装置の水流発生手段を示す拡大断面図であり、（ａ）はプロペラの位置又は姿勢調整時、（ｂ）は水流の高さ調整時、を示している。
【図５】本発明の第三実施形態に係る造波装置の水流発生手段を示す拡大断面図であり、（ａ）は第一例、（ｂ）は第二例、を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図１〜図５を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る造波装置を示す全体構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、を示している。図２は、図１に示した水流発生手段の拡大断面図であり、（ａ）は吸引時、（ｂ）は水流発生時、を示している。
【００１５】
本発明の第一実施形態に係る造波装置１は、貯水槽２１及び水路２２を有する水槽２と、水槽２を貯水槽２１と水路２２とに区分する仕切板３と、貯水槽２１から水路２２に向かって水流を発生させて波を発生させる水流発生手段４と、を有し、水流発生手段４は、一端が仕切板３に形成された開口部３１に接続され他端が貯水槽２１の底部に向かって開放するように貯水槽２１内に配置された管路４１と、貯水槽２１の外部に配置された駆動モータ４２と、管路４１の他端側の内部に回転面が下向きとなるように配置されたプロペラ４３と、管路４１の上部を貫通し駆動モータ４２とプロペラ４３とを連結する駆動軸４４と、を有している。
【００１６】
水槽２は、上部が開放された直方体形状を有しており、仕切板３によって貯水槽２１と水路２２とに区分されている。貯水槽２１及び水路２２には、波を発生させるのに必要な水が注がれている。貯水槽２１は、水流を発生させる水を蓄える部分であり、水路２２に比して短い長さを有する。水路２２は、波を発生させる部分であり、津波等の長周期波を発生させることができるだけの十分な長さを有している。貯水槽２１及び水路２２の長さの比率は、発生させる波の大きさ、必要な波の周期数、目的の波を発生させるのに必要な水流等の条件によって設定される。なお、図１（ａ）及び（ｂ）では、水路２２の一部を省略した状態を図示している。
【００１７】
また、水路２２の貯水槽２１と反対側の端部には、陸地、岸壁、港湾設備等を模擬した模型２３が配置される。模型２３は、実験の用途に応じて適宜変更されるものであり、例えば、浮体構造物（船舶を含む）、地上設備であるタンクやビル等の建造物、防波堤や風力発電設備等を有していてもよい。
【００１８】
仕切板３は、水槽２の幅方向に渡って配置される板材であり、水槽２を貯水槽２１と水路２２とに区分する。仕切板３は、不透水性を有し、貯水槽２１及び水路２２からの水圧に耐えられるように構成される。また、水槽２と仕切板３との接点はシールしておくことが好ましい。また、仕切板３は、貯水槽２１又は水路２２から水が溢流しない程度の高さを有する。なお、仕切板３は、平板に限定されるものではなく、湾曲していてもよいし、段差を有していてもよい。
【００１９】
また、仕切板３は、貯水槽２１から水路２２に向かって水を供給する管路４１を接続するための開口部３１を有している。開口部３１は、没水する高さに形成されるとともに、貯水槽２１から水路２２に向かって発生させる水流の本数と同じ数だけ水槽２の幅方向に複数形成される。なお、開口部３１は、発生させる波の特性に応じて、同じ高さに形成されていてもよいし、異なる高さに形成されていてもよい。
【００２０】
水流発生手段４は、貯水槽２１から水路２２に向かって水流を発生させて、水路２２内で目的の波を発生させる手段である。水流発生手段４は、駆動モータ４２、プロペラ４３及び駆動軸４４により構成されるポンプを有し、水流を整流する管路４１を有している。また、駆動モータ４２は、図示しない制御装置に接続されており、回転数及び駆動時間を制御することができるように構成されている。駆動モータ４２を制御することによって、プロペラ４３の回転数及び駆動時間を制御し、目的の長周期かつ正弦波の波を発生させることができる。
【００２１】
管路４１は、図１（ｂ）及び図２に示したように、例えば、約９０度の開き角度を有するエルボ管によって構成される。管路４１は、プロペラ４３から吸入した水を水路２２に噴き出す部品であることから、圧損を低減するために滑らかに湾曲していることが好ましい。なお、管路４１の開き角度は、例えば、４５度〜９０度の範囲内で調整され、好ましくは９０度に設定される。
【００２２】
管路４１の一端は、仕切板３の開口部３１に貯水槽２１側から接続されており、仕切板３との接点はシールされている。また、図示しないが、管路４１と仕切板３との接続部の外周には、管路４１を安定させるための補強材が接続されていてもよい。管路４１は、仕切板３に対して垂直な方向に水を噴き出すように、すなわち、水路２２の長さ方向に水流を発生させるように接続される。ただし、発生させる波の特性に応じて、管路４１は、水路２２の長さ方向の上方又は下方に向かって水流を発生させるように接続されてもよい。
【００２３】
管路４１の他端は、自由端になっており、貯水槽２１の底部２１ａに向かって開放されている。具体的には、管路４１は、約９０度の開き角度を有するエルボ管によって構成されていることから、管路４１の他端は下方に向いた状態に配置されており、貯水槽２１の底部２１ａと正対するように配置されている。
【００２４】
また、図２（ｂ）に示したように、管路４１の他端は、貯水槽２１の底部２１ａと一定の間隔Ｄを有する位置に配置される。この間隔Ｄは、管路４１が貯水槽２１内の水を吸入して水路２２内に噴出する流路を形成することから、水流発生時に水を効率よく吸い込むことができるように設定される。
【００２５】
ここで、図３は、図１に示した管路の変形例を示す拡大断面図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、を示している。図３（ａ）に示した第一変形例は、管路４１の一端側（仕切板３との接続部側）に直線部４１ａを形成したものである。かかる直線部４１ａを管路４１に形成することにより、水路２２に向かって発生させる水流を十分に整流させることができる。
【００２６】
また、図３（ｂ）に示した第二変形例は、管路４１の他端側に拡径部４１ｂを形成したものである。拡径部４１ｂは外方に向かって径を徐々に大きくしたラッパ形状を有している。かかる拡径部４１ｂを管路４１の先端部に接続することにより、貯水槽２１内の水を吸い込みやすくすることができる。
【００２７】
また、管路４１の他端側には、プロペラ４３が下向きとなるように配置されている。例えば、プロペラ４３は、回転面が水平面と平行になるように配置される。このように、プロペラ４３の回転面を下向きに配置することにより、プロペラ４３の各翼が略同じ水深に配置されることから、プロペラ４３の各翼にかかる水圧を略均一にすることができ、略均一な圧力の水流を発生させることができ、波の精度を向上させることができる。なお、プロペラ４３の回転面は、常に水平である必要はなく、プロペラ４３の水深、発生させる波の条件等によって、例えば、水平面に対して０度〜４５度の範囲内で傾斜させるようにしてもよい。すなわち、「プロペラ４３が下向き」とは、プロペラ４３の回転面が水平面に対して０〜４５度の範囲内で傾斜している場合を含む意味である。
【００２８】
プロペラ４３には、動力を伝達する駆動軸４４が上方から連結されている。具体的には、駆動軸４４は、駆動モータ４２から鉛直方向に延設されており、管路４１の上部を貫通して管路４１内に挿通され、プロペラ４３に接続されている。管路４１の貫通部には、図２に示したように、シール部材４４ａが配置されている。なお、駆動軸４４は、詳細な図は省略するが、例えば、駆動モータ４２とプロペラ４３との間に配置された外筒と、外筒の内部に回転可能に挿通されたシャフトと、により構成される。
【００２９】
駆動モータ４２は、プロペラ４３の上方に配置されており、軸継ぎされていない駆動軸４４に直結されている。また、駆動モータ４２は、図１（ａ）及び（ｂ）に示したように、貯水槽２１の上部に掛け渡された支持部材４５に接続されており、貯水槽２１の水面から離隔した位置に配置されている。このように、駆動モータ４２を貯水槽２１の外部に配置することにより、駆動モータ４２を防水処理する必要がない。また、プロペラ４３の上部に駆動モータ４２を配置したことにより、駆動軸４４を軸継ぎする必要がない。したがって、水流発生手段４の構造の複雑化を抑制することができる。
【００３０】
なお、駆動モータ４２からプロペラ４３への動力伝達構造は、図示したものに限定されず、プロペラ４３の上部に駆動モータ４２を配置できないような場合には、軸継ぎをして駆動軸４４を連結するようにしてもよい。
【００３１】
支持部材４５は、例えば、型鋼によって構成されたＩ字状又はコ字状の構造物であり、水槽２の縁部上に載置又は固定されている。支持部材４５は、水槽２の長さ方向の縁部上面に配置されたレール２４上を移動することができるように構成されていてもよい。支持部材４５の移動手段については、図示しないが、自走式であってもよいし、牽引式であってもよい。なお、支持部材４５は、水槽２の外側に配置された柱部材に接続されていてもよいし、建屋の天井部に接続されていてもよい。
【００３２】
上述した水流発生手段４（管路４１、駆動モータ４２、プロペラ４３及び駆動軸４４）は、図１（ａ）に示したように、仕切板３の幅方向に複数配置される。このように、水槽２の幅方向に複数の水流発生手段４を配置することにより、水槽２の幅方向における水流の圧力のバラツキを抑制することができ、実験に必要な一定の幅を有する波を効果的に発生させることができる。なお、ここでは、四つの水流発生手段４を均等な間隔で配置した場合を図示しているが、かかる構成に限定されるものではなく、水槽２の幅の大きさ、ポンプの容量等の条件に応じて、三つ以下にしてもよいし、五つ以上にしてもよい。
【００３３】
上述した水流発生手段４により、貯水槽２１から水路２２に向かって水流を発生させるには、まず、図２（ａ）に示したように、プロペラ４３を回転させて、水路２２内の水を貯水槽２１内に引き込む。その後、図２（ｂ）に示したように、プロペラ４３を反転させて、貯水槽２１内の水を水路２２に向かって噴き出す。このとき、プロペラ４３の回転数及び駆動時間を制御することにより、図１（ｂ）に一点鎖線で示したように、任意の長周期かつ正弦波の波を発生させることができる。
【００３４】
また、実験終了後、再びプロペラ４３を反転させて、水路２２に供給した水を貯水槽２１に回収するようにしてもよい。なお、予め、貯水槽２１に目的の波を発生させるのに十分な水量の水が蓄えられている場合には、図２（ａ）に示した吸引工程を省略するようにしてもよい。
【００３５】
次に、本発明の第二実施形態に係る造波装置１について、図４を参照しつつ説明する。ここで、図４は、本発明の第二実施形態に係る造波装置の水流発生手段を示す拡大断面図であり、（ａ）はプロペラの位置又は姿勢調整時、（ｂ）は水流の高さ調整時、を示している。なお、上述した第一実施形態に係る造波装置１と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。
【００３６】
図４（ａ）及び（ｂ）に示した第二実施形態に係る造波装置１は、管路４１が一端側に形成された可撓部４１ｃを有するものである。可撓部４１ｃは、例えば、蛇腹によって構成されるが、かかる構成に限定されるものではなく、管路４１よりも低剛性の配管やゴム等の弾性体によって構成するようにしてもよい。管路４１に可撓部４１ｃを形成することによって、容易に、プロペラ４３の位置や姿勢を調整したり、水流の高さを調整したりすることができる。
【００３７】
図４（ａ）に示したように、水路２２に発生される水流の中心線Ｌの高さをＨとすれば、水流の高さＨを保持したまま、すなわち、管路４１の一端を仕切板３に接続したまま、プロペラ４３の位置や姿勢を調整することができる。図示したように、水槽２の長さ方向をＸ軸、幅方向をＹ軸、深さ方向をＺ軸とすれば、プロペラ４３をＺ軸方向に移動させることによりプロペラ４３と貯水槽２１の底部２１ａとの間隔Ｄを調整することができ、プロペラ４３をＸ軸方向に移動させることによりプロペラ４３と仕切板３との距離Ｓを調整することができ、プロペラ４３をＹ軸中心に回動させることにより駆動軸４４と貯水槽２１の底部２１ａとのＸ軸方向の傾斜角度θを調整することができる。
【００３８】
また、図示しないが、プロペラ４３をＸ軸中心に回動させることにより駆動軸４４と貯水槽２１の底部２１ａとのＹ軸方向の傾斜角度を調整することができ、プロペラ４３をＹ軸方向に移動させることによりプロペラ４３と貯水槽２１の壁面との距離や隣接するプロペラ４３の間隔を調整することができる。
【００３９】
したがって、水流発生手段４の設置時において、仕切板３の開口部３１に管路４１を接続した状態で水流発生手段４の位置ずれを修正することができ、適切な位置に水流発生手段４を設置することができる。また、発生させる波の条件に応じて、プロペラ４３の位置や姿勢を調整することができ、目的の波に適した構成の水流発生手段４を容易に設置することができる。
【００４０】
なお、上述したように、プロペラ４３の位置や姿勢を調整したい場合には、例えば、駆動モータ４２を支持部材４５に対して昇降可能、回動可能又は左右移動可能に接続しておけばよい。また、プロペラ４３をＸ軸方向に移動させる場合には、支持部材４５を水槽２上で移動させるようにしてもよい。
【００４１】
また、図４（ｂ）に示したように、プロペラ４３と貯水槽２１の底部２１ａとの間隔Ｄを保持したまま、すなわち、プロペラ４３の位置及び姿勢を固定したまま、開口部３１の高さが異なる仕切板３に交換することにより、水流の高さＨを調整することができる。したがって、発生させる波の条件に応じて、水流の高さＨを容易に変更することができ、目的の波に適した構成の水流発生手段４を容易に設置することができる。
【００４２】
次に、本発明の第三実施形態に係る造波装置１について、図５を参照しつつ説明する。ここで、図５は、本発明の第三実施形態に係る造波装置の水流発生手段を示す拡大断面図であり、（ａ）は第一例、（ｂ）は第二例、を示している。なお、上述した第一実施形態に係る造波装置１と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。
【００４３】
図５（ａ）及び（ｂ）に示した第三実施形態は、プロペラ４３の回転面を水平面に対して０〜４５度の範囲内で傾斜させたものである。なお、プロペラ４３の回転面を傾斜させる方向は、図５（ａ）及び（ｂ）に示した方向に限定されるものではなく、任意の方向に傾斜させることができる。
【００４４】
図５（ａ）に示した第三実施形態の第一例に係る造波装置１は、プロペラ４３の駆動軸４４をＸＺ平面内で水路２２側に角度φだけ傾斜させて、プロペラ４３の回転面を傾斜させたものである。このとき、駆動軸４４と仕切板３とが干渉することとなるため、駆動軸４４はシール部材４４ｂを介して仕切板３を貫通させるようにする。
【００４５】
かかる構成によれば、管路４１の他端の開口面を、プロペラ４３の回転面と略平行となるように角度φだけ傾斜させることができ、貯水槽２１内の水を吸い込みやすくすることができる。また、駆動軸４４を仕切板３に貫通させることにより、水流発生手段４の重量の一部を仕切板３で支持することができ、水流発生手段４を支持する支持部材４５の簡素化や軽量化を図ることもできる。なお、本実施形態において、管路４１は、第一実施形態で使用したものと同じものを使用するようにしてもよい。
【００４６】
図５（ｂ）に示した第三実施形態の第二例に係る造波装置１は、プロペラ４３の駆動軸４４をＹＺ平面内で水槽２の幅方向に角度φ′だけ傾斜させて、プロペラ４３の回転面を傾斜させたものである。ここでは、図の右側に傾斜させた場合を図示しているが、左側に傾斜させるようにしてもよいし、右側に傾斜させたものと左側に傾斜させたものとを混在させるようにしてもよい。
【００４７】
かかる構成によれば、管路４１内において、駆動軸４４が片側に寄った位置に配置されることから、管路４１の中央部の空間を開放することができ、水流と駆動軸４４との干渉を低減することができる。なお、管路４１の他端の開口面は、プロペラ４３の回転面と略平行となるように角度φ′だけ傾斜させるようにしてもよい。
【００４８】
本発明は上述した実施形態に限定されず、第二実施形態における管路４１に第一実施形態における第一変形例や第二変形例を適用してもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４９】
１  造波装置
２  水槽
３  仕切板
４  水流発生手段
２１  貯水槽
２１ａ  底部
２２  水路
３１  開口部
４１  管路
４１ｃ  可撓部
４２  駆動モータ
４３  プロペラ
４４  駆動軸
４５  支持部材
【図１】
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【図２】
2014041082.tif 000004
【図３】
2014041082.tif 000005
【図４】
2014041082.tif 000006
【図５】
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