(57)【要約】【課題】従来の流れの可視化で用いるような、トレーサ粒子を不要とし、より精度良く気体の流れを観察できる、流れの可視化解析装置及び方法を提供することを目的としている。【解決手段】内部に気体が貫流可能な流路と、流路の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成された透光窓６と、を有する可視化対象物に対し、異なる色を有する第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路に流入させ、第１及び第２の気体で形成される縞パターンを、可視化対象物の外部から観察することを特徴としている。可視化対象物の外部から、可視化対象物内部の流路を交互に流れる第１及び第２の気体の流れを、可視化することができる。可視化対象物の流路を流れる気体の流れを、精度良く、定性的に解析することが可能となる【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に気体が貫流可能な流路と、流路の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成された透光窓と、を有する可視化対象物と、
異なる色を有する第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路に流入させる気体切替制御弁と、
気体切替制御弁に、第１及び第２の気体を供給する第１及び第２の気体供給手段と、
を備え、
第１及び第２の気体で形成される縞パターンを、可視化対象物の外部から観察可能であることを特徴とする流れの可視化解析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流れの可視化解析装置であって、
第１及び第２の気体は、識色ミストの含有量が異なる気体であり、
第１及び第２の気体の光学特性により、縞パターンを形成することを特徴とする流れの可視化解析装置。
【請求項３】
内部に気体が貫流可能な流路と、流路の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成され、かつ接触する気体の性質に応じて光学特性が変化する視認層が流路側表面に設けられた透光窓と、を有する可視化対象物と、
異なる性質を有する第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路に流入させる気体切替制御弁と、
気体切替制御弁に、第１及び第２の気体を供給する第１及び第２の気体供給手段と、
を備え、
透光窓に沿って流れる第１及び第２の気体との接触により光学特性が変化する、視認層に形成される縞パターンを、可視化対象物の外部から観察可能であることを特徴とする流れの可視化解析装置。
【請求項４】
請求項３に記載の流れの可視化解析装置であって、
第１及び第２の気体は、それぞれ酸素含有量が異なる気体であり、
視認層は、酸素消光性色素を含み、
視認層に向けて、酸素消光性色素の励起波長の光を照射する励起照明をさらに備え、
視認層に接触する気体の酸素含有量に応じて、励起された酸素消光性色素の発する蛍光強度が変化することにより、視認層に縞パターンが形成されることを特徴とする流れの可視化解析装置。
【請求項５】
請求項３に記載の流れの可視化解析装置であって、
第１及び第２の気体は、それぞれ温度が異なる気体であり、
視認層は、温度消光性色素を含み、
視認層に向けて、温度消光性色素の励起波長の光を照射する励起照明をさらに備え、
視認層に接触する気体の温度に応じて、励起された温度消光性色素の発する蛍光強度が変化することにより、視認層に縞パターンが形成されることを特徴とする流れの可視化解析装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の流れの可視化解析装置であって、
透光窓を、可視化対象物の外部から撮像するカメラを備え、
透光窓から光学特性の変化として観察される、縞パターン画像を得ることを特徴とする流れの可視化解析装置。
【請求項７】
請求項３〜５に記載の流れの可視化解析装置であって、
透光窓の視認層を、可視化対象物の外部から撮像するカメラを備え、
視認層に光学特性の変化として形成される、縞パターン画像を得ることを特徴とする流れの可視化解析装置。
【請求項８】
請求項４又は５に記載の流れの可視化解析装置であって、
透光窓の視認層を、可視化対象物の外部から撮像するカメラと、
視認層とカメラの間に設置され、励起された色素が発する蛍光を透過する光学フィルタと、
をさらに備え、
視認層に蛍光強度分布として形成される、縞パターン画像を得ることを特徴とする流れの可視化解析装置。
【請求項９】
内部に気体が貫流可能な流路と、流路の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成された透光窓と、を有する可視化対象物の、流路を流れる気体を可視化する、流れの可視化解析方法であって、
異なる色を有する第１及び第２の気体を、それぞれ供給する第１及び第２の気体供給工程と、
気体供給工程から供給された第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路に流入させる気体切替制御工程と、
を含み、
第１及び第２の気体で形成される縞パターンを、可視化対象物の外部から観察することを特徴とする流れの可視化解析方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の流れの可視化解析方法であって、
第１及び第２の気体は、それぞれ識色ミストの含有量が異なる気体であり、
第１及び第２の気体の光学特性により、縞パターンを形成することを特徴とする流れの可視化解析方法。
【請求項１１】
内部に気体が貫流可能な流路と、流路の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成され、かつ接触する気体の性質に応じて光学特性が変化する視認層が流路側表面に設けられた透光窓と、を有する可視化対象物の、透光窓に沿って流れる気体を可視化する、流れの可視化解析方法であって、
異なる性質を有する第１及び第２の気体を、それぞれ供給する第１及び第２の気体供給工程と、
気体供給工程により供給された第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路に流入させる気体切替制御工程と、
を含み、
透光窓に沿って流れる第１及び第２の気体との接触により光学特性が変化する、視認層に形成される縞パターンを、可視化対象物の外部から観察することを特徴とする流れの可視化解析方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の流れの可視化解析方法であって、
第１及び第２の気体は、それぞれ酸素含有量が異なる気体であり、
視認層は、酸素消光性色素を含み、
励起波長の光を照射することにより、酸素消光性色素を励起する色素励起工程をさらに有し、
視認層に接触する気体の酸素含有量に応じて、励起された酸素消光性色素の発する蛍光強度が変化することにより、視認層に縞パターンを形成することを特徴とする流れの可視化解析方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の流れの可視化解析方法であって、
第１及び第２の気体は、それぞれ温度が異なる気体であり、
視認層は、温度消光性色素を含み、
励起波長の光を照射することにより、酸素消光性色素を励起する色素励起工程をさらに有し、
視認層に接触する気体の温度に応じて、励起された温度消光性色素の発する蛍光強度が変化することにより、視認層に縞パターンを形成することを特徴とする流れの可視化解析方法。
【請求項１４】
請求項９又は１０に記載の流れの可視化解析方法であって、
透光窓を、可視化対象物の外部から撮像する撮像工程を有し、
透光窓から光学特性の変化として観察される、縞パターン画像を得ることを特徴とする流れの可視化解析方法。
【請求項１５】
請求項１１〜１３に記載の流れの可視化解析方法であって、
透光窓の視認層を、可視化対象物の外部から撮像する撮像工程を有し、
視認層に光学特性の変化として形成される、縞パターン画像を得ることを特徴とする流れの可視化解析方法。
【請求項１６】
請求項１２又は１３に記載の流れの可視化解析方法であって、
透光窓の視認層が発する光の中から、励起された色素が発する蛍光を選択的に透過させる濾光工程と、
濾光工程を透過した蛍光を、可視化対象物の外部から撮像する撮像工程と、
を有し、
視認層に蛍光強度分布として形成される、縞パターン画像を得ることを特徴とする流れの可視化解析方法。
【請求項１７】
請求項１４〜１６に記載の流れの可視化解析方法であって、
撮像された縞パターン画像から、各画素の光学特性を算出する光学特性算出工程と、
算出された各画素の光学特性から、所定の範囲の光学特性を有する画素が帯状に連結した等光学特性領域を抽出する等光学特性抽出工程と、
抽出された等光学特性領域を細線化し、タイムラインを求める細線化工程と、
を有し、
縞パターン画像から、第１及び第２の気体にそれぞれ対応するタイムラインで構成される、タイムライン画像を得ることを特徴とする流れの可視化解析方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の流れの可視化解析方法であって、
蛍光強度分布として撮像された縞パターン画像から、各画素の輝度値を算出する輝度値算出工程と、
算出された各画素の輝度値から、各画素の酸素濃度を算出する酸素濃度値算出工程と、
算出された各画素の酸素濃度値から、所定の範囲の酸素濃度値を有する画素が帯状に連結した等濃度領域を抽出する等濃度領域抽出工程と、
抽出された等濃度領域を細線化し、タイムラインを求める細線化工程と、
を有し、
縞パターン画像から、第１及び第２の気体にそれぞれ対応するタイムラインで構成される、タイムライン画像を得ることを特徴とする流れの可視化解析方法。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の流れの可視化解析方法であって、
タイムライン上の各画素において、隣り合うタイムライン上の画素の中から最短距離となる画素を探索する、最短距離画素探索工程と、
探索された画素までの距離と方向から、速度ベクトルを算出する速度算出工程と、
を有し、
タイムライン画像が有する各タイムラインにおいて、速度ベクトルを算出することを特徴とする流れの可視化解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、燃料電池内の気体通路やエンジンの吸排気管内における、流れの可視化解析装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
年々厳しくなる燃費・排気等の法規規制への対応や、商品性として要求される原動機の高効率・高出力化に対応するため、例えば、燃料電池の固体高分子膜に空気を供給するマイクロチャネルや、エンジンの吸気・排気マニホールドといった流体部品の形状の最適化が必要とされている。よって現在では、これら部品の内部流路の流れを解析することがますます重要となっている。自動車の設計・開発及び計算機シミュレーションの精度向上のため、可視化部品や部品模型を用いて、多種多様な流れの可視化解析実験が行われている。
【０００３】
このような部品内部の流れを可視化する方法には、可視化対象物の流路内の流体の流れに、トレーサ粒子を混入することにより、流れを可視化する方法がある。加えて、可視化対象物の外部から、このトレーサ粒子の流れる画像を、時刻を変えてカメラで撮影し、撮影された画像の処理を行い、トレーサ粒子の移動距離を求めることで、流体の速度ベクトルを求めている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の流れの可視化方法においては、可視化対象物の流路に対し、一定の粒径や重量を有するトレーサ粒子を注入する必要がある。トレーサ粒子を流路内の流れに注入すると、流量や圧力の変動を生じ、流路内に形成される流れ場（流体の速度と密度の場）を乱す原因となる場合があった。
【０００５】
また、トレーサ粒子には、必ず質量があるため、流路内の気体の流れに対して十分に追従することが困難であった。
【０００６】
さらに、トレーサ粒子を流路内に混入させると、流路内でトレーサ粒子が、その質量により降沈することがある。降沈したトレーサ粒子が、流路内を付着すると、流路内の気体の流れを乱す一因となった。
【０００７】
そこで本発明は、内部に気体が貫流可能な流路と、流路の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成された透光窓とを有する可視化対象物の、流路を流れる気体を可視化する、流れの可視化解析装置及び方法であって、従来の流れの可視化で用いるようなトレーサ粒子を不要とし、より精度良く気体の流れを観察できる、流れの可視化解析装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の流れの可視化解析装置は、内部に気体が貫流可能な流路と、流路の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成された透光窓と、を有する可視化対象物の流路を流れる気体を可視化する、流れの可視化解析装置及び方法であって、異なる色を有する第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路に流入させる気体切替制御弁と、気体切替制御弁に、第１及び第２の気体を供給する第１及び第２の気体供給手段と、を備え、第１及び第２の気体で形成される縞パターンを、可視化対象物の外部から観察可能であることを特徴とする。
【０００９】
例えば、第１及び第２の気体は、識色ミストの含有量が異なる気体であり、第１及び第２の気体の光学特性により、縞パターンを形成することも好適である。
【００１０】
また、本発明の流れの可視化解析装置の別の態様では、内部に気体が貫流可能な流路と、流路の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成され、かつ接触する気体の性質に応じて光学特性が変化する視認層が流路側表面に設けられた透光窓と、を有する可視化対象物と、異なる性質を有する第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路に流入させる気体切替制御弁と、気体切替制御弁に、第１及び第２の気体を供給する第１及び第２の気体供給手段と、を備え、透光窓に沿って流れる第１及び第２の気体との接触により光学特性が変化する、視認層に形成される縞パターンを、可視化対象物の外部から観察可能であることを特徴とする。
【００１１】
ここで、第１及び第２の気体は、それぞれ酸素含有量が異なる気体であり、視認層は、酸素消光性色素を含み、視認層に向けて、酸素消光性色素の励起波長の光を照射する励起照明をさらに備え、視認層に接触する気体の酸素含有量に応じて、励起された酸素消光性色素の発する蛍光強度が変化することにより、視認層に縞パターンが形成されることが好ましい。
【００１２】
また、第１及び第２の気体は、それぞれ温度が異なる気体であり、視認層は、温度消光性色素を含み、視認層に向けて、温度消光性色素の励起波長の光を照射する励起照明をさらに備え、視認層に接触する気体の温度に応じて、励起された温度消光性色素の発する蛍光強度が変化することにより、視認層に縞パターンが形成されることも好適である。
【００１３】
さらに、透光窓を、可視化対象物の外部から撮像するカメラを備え、透光窓から光学特性の変化として観察される、縞パターン画像を得ることも好適である。
【００１４】
また、透光窓の視認層を、可視化対象物の外部から撮像するカメラを備え、視認層に光学特性の変化として形成される、縞パターン画像を得ることも好ましい。
【００１５】
ここで、視認層とカメラの間に設置され、励起された色素が発する蛍光を透過する光学フィルタと、をさらに備え、視認層に蛍光強度分布として形成される、縞パターン画像を得ることも好適である。
【００１６】
また、上記目的を達成するため、本発明の流れの可視化解析方法は、内部に気体が貫流可能な流路と、流路の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成された透光窓と、を有する可視化対象物の、流路を流れる気体を可視化する、流れの可視化解析方法であって、異なる色を有する第１及び第２の気体を、それぞれ供給する第１及び第２の気体供給工程と、気体供給工程から供給された第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路に流入させる気体切替制御工程と、を含み、第１及び第２の気体で形成される縞パターンを、可視化対象物の外部から観察することを特徴とする。
【００１７】
例えば、第１及び第２の気体は、それぞれ識色ミストの含有量が異なる気体であり、第１及び第２の気体の光学特性により、縞パターンを形成することも好適である。
【００１８】
また、本発明の流れの可視化解析方法の別の態様では、内部に気体が貫流可能な流路と、流路の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成され、かつ接触する気体の性質に応じて光学特性が変化する視認層が流路側表面に設けられた透光窓と、を有する可視化対象物の、透光窓に沿って流れる気体を可視化する、流れの可視化解析方法であって、異なる性質を有する第１及び第２の気体を、それぞれ供給する第１及び第２の気体供給工程と、気体供給工程により供給された第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路に流入させる気体切替制御工程と、を含み、透光窓に沿って流れる第１及び第２の気体との接触により光学特性が変化する、視認層に形成される縞パターンを、可視化対象物の外部から観察することを特徴とする。
【００１９】
ここで、第１及び第２の気体は、それぞれ酸素含有量が異なる気体であり、視認層は、酸素消光性色素を含み、励起波長の光を照射することにより、酸素消光性色素を励起する色素励起工程をさらに有し、視認層に接触する気体の酸素含有量に応じて、励起された酸素消光性色素の発する蛍光強度が変化することにより、視認層に縞パターンを形成することが好ましい。
【００２０】
また、第１及び第２の気体は、それぞれ温度が異なる気体であり、視認層は、温度消光性色素を含み、励起波長の光を照射することにより、酸素消光性色素を励起する色素励起工程をさらに有し、視認層に接触する気体の温度に応じて、励起された温度消光性色素の発する蛍光強度が変化することにより、視認層に縞パターンを形成することも好適である。
【００２１】
さらに、透光窓を、可視化対象物の外部から撮像する撮像工程を有し、透光窓から光学特性の変化として観察される、縞パターン画像を得ることも好適である。
【００２２】
また、透光窓の視認層を、可視化対象物の外部から撮像する撮像工程を有し、視認層に光学特性の変化として形成される、縞パターン画像を得ることも好適である。
【００２３】
ここで、透光窓の視認層が発する光の中から、励起された色素が発する蛍光を選択的に透過させる濾光工程と、濾光工程を透過した蛍光を、可視化対象物の外部から撮像する撮像工程と、を有し、視認層に蛍光強度分布として形成される、縞パターン画像を得ることも好ましい。
【００２４】
さらに、撮像された縞パターン画像から、各画素の光学特性を算出する光学特性算出工程と、算出された各画素の光学特性から、所定の範囲の光学特性を有する画素が帯状に連結した等光学特性領域を抽出する等光学特性抽出工程と、抽出された等光学特性領域を細線化し、タイムラインを求める細線化工程と、を有し、縞パターン画像から、第１及び第２の気体にそれぞれ対応するタイムラインで構成される、タイムライン画像を得ることも好適である。
【００２５】
また、蛍光強度分布として撮像された縞パターン画像から、各画素の輝度値を算出する輝度値算出工程と、算出された各画素の輝度値から、各画素の酸素濃度を算出する酸素濃度値算出工程と、算出された各画素の酸素濃度値から、所定の範囲の酸素濃度値を有する画素が帯状に連結した等濃度領域を抽出する等濃度領域抽出工程と、抽出された等濃度領域を細線化し、タイムラインを求める細線化工程と、を有し、縞パターン画像から、第１及び第２の気体にそれぞれ対応するタイムラインで構成される、タイムライン画像を得ることも好適である。
【００２６】
ここで、タイムライン上の各画素において、隣り合うタイムライン上の画素の中から最短距離となる画素を探索する、最短距離画素探索工程と、探索された画素までの距離と方向から、速度ベクトルを算出する速度算出工程と、を有し、タイムライン画像が有する各タイムラインにおいて、速度ベクトルを算出することも好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により、可視化対象物内部の流路の流れる第１及び第２の気体の流れを、可視化対象物の外部から光学的に観察することができ、流路を流れる気体の流れを、精度良く、定性的に解析することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に好適な第１〜第３の実施形態について図面を参照し説明する。
【００２９】
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態の可視化解析装置の概略図であり、図２は、本実施形態の可視化対象物であるマイクロチャネル可視化部品の側面図であり、図３は、図２の可視化部品のＡ−Ａ断面図である。
【００３０】
第１実施形態の可視化解析装置は、内部に気体が貫流可能な流路４と、流路４の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成された透光窓６と、を有する可視化対象物と、異なる色を有する第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路４に流入させる気体切替制御弁２４と、気体切替制御弁２４に第１及び第２の気体を供給する第１及び第２の気体供給手段、から構成されており、それぞれの構成の詳細について、以下に説明する。
【００３１】
まず、本実施形態における可視化対象物の詳細について図２及び図３を用いて説明する。本実施形態において、可視化対象物は、燃料電池の固体高分子膜に空気を供給する部品であるマイクロチャネルに対し、透光窓６として、その側面を透明なガラス窓（図示せず）で構成したマイクロチャネル可視化部品１０である。このマイクロチャネル可視化部品１０は、その内部に気体が貫流可能な流路４を有しており、側面に設けられた透光窓６（ガラス窓）を介して、外部から流路４を光学的に観察可能となっている。
【００３２】
なお、本実施形態においては、透光窓６をガラス窓としたが、これに限定されるものではない。可視化対象物の外部から、可視化対象物内部にある流路４を光学的に観察可能であれば、他の材質でも良く、例えば、透明なアクリル窓であっても良い。
【００３３】
図２に、マイクロチャネル可視化部品の側面図を示しその詳細を説明する。なお、マイクロチャネル内の気体の流れ方向を矢印Ｆで示す。
【００３４】
マイクロチャネル可視化部品１０（以下、可視化部品と記す）は、直管部１２と間隙部１４、通路部１６、仕切り部１８から構成されている。直管部１２の一端には、ガス入口２０が設けられ、外部の配管と接続されて気体が流入可能に設けられている。直管部１２は、略直方体形状を有する間隙部１４に接続されており、流入した気体は間隙部１４で拡散可能となっている。間隙部１４の下流方向（図中、矢印Ｆの方向）には、気体の流れを分割する複数の仕切り部１８が設けられており、この仕切り部１８により形成される複数の通路部１６に気体が流入されるよう構成されている。通路部の下流方向には、それぞれガス出口２２が設けられている。直管部１２のガス入口２０から流入した気体は、マイクロチャネル可視化部品を貫流し、通路部１６に設けられたガス出口２２から流出するよう構成されている。マイクロチャネル可視化部品１０の流路４は、直管部１２、間隙部１４、及び複数の通路部１６から構成されている。
【００３５】
なお、本実施形態において、可視化対象物は、上述のようなマイクロチャネル可視化部品１０で構成されたが、これに限定されるものではない。可視化対象物は、本実施形態の可視化解析装置における、観察対象となる物体であり、物体の内部に流路４を有し、この流路４を気体が貫流可能であり、かつ物体の外部から内部の流路４が光学的に観察可能に構成された窓を有していれば、どのような物体でも良い。
【００３６】
本実施形態のように可視化対象となる部品そのものに、内部流路４を観察可能に透明の窓を設置したものや、部品そのものを用いなくとも、部品と略同一形状を有する透明な樹脂模型等を可視化対象物としても良い。例えば、自動車用エンジンの排気マニホールドを、透明な樹脂模型で再現した物も可視化対象物とすることができる。
【００３７】
さらに、部品や、部品を模した模型でなくとも、直方体の透明ケースの内部に、自動車の模型を設置したような物体でも良い。可視化対象物の内部に継続的に気体を流すことで、流れ場（流体の速度の場）を形成するものであれば良い。
【００３８】
次に、本実施形態における気体切替制御弁について、図１を用いて説明する。本実施形態において、気体切替制御弁２４は、第１及び第２の電磁弁２６，２８と、これら２つの電磁弁の切替えを制御する弁制御装置３０から構成されている。第１及び第２の電磁弁２６，２８は、弁制御装置３０と電気的に接続されており、弁制御装置３０は、電磁弁２６，２８の開弁及び閉弁駆動を制御するよう構成されている。電磁弁２６，２８は、配管３２を介して、可視化対象物の流路４である、マイクロチャネル可視化部品のガス入口２０に接続される。
【００３９】
なお、本実施形態において、気体切替制御弁２４は、交互に駆動される２つの電磁弁と弁制御装置から構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、２つの配管の合流部に１つのフラッパバルブを設け、それを駆動制御するような構成としても良い。
【００４０】
次に、第１実施形態における第１及び第２の気体供給手段について説明する。第１実施形態において、これらの気体供給手段は、エアコンプレッサ４０、流量制御装置４２、ミスト注入装置４４、等から構成されている。
【００４１】
エアコンプレッサ４０は、配管３３を介して流量制御装置４２に接続されている。流量制御装置４２には、配管３４が接続されており、途中で２つの配管３５、３６に分岐される。配管３５は、第１の電磁弁２６の上流に設けられたミスト注入装置４４に接続されており、ミスト注入装置４４と第１の電磁弁２６は、配管３６で接続されている（図１に示す経路Ａ）。一方、配管３６は第２の電磁弁２８に直接、接続されている（図１に示す経路Ｂ）。
【００４２】
第１実施形態において、第１の気体供給手段は、経路Ａを通り、識色ミストを含有する空気を気体切替制御弁２４に供給する手段であり、ミスト注入装置４４を含む。一方、第２の気体供給手段は、経路Ｂを通り、空気を直接に気体切替制御弁２４に供給する手段であり、ミスト注入装置４４は含まないものとした。これにより、第１気体供給手段はミストを含有し白色を有する気体を、第２気体供給手段はミストを含有しない透明な気体を、それぞれ気体切替制御弁２４に供給することが可能となる。
【００４３】
なお、第１実施形態において、第１の気体は識色ミストを含有する空気とし、第２の気体は識色ミストを含まない透明な空気としたが、外部から第１及び第２の気体を識別可能に識色ミストの含有量が異なっていれば、これに限定されるものではない。第１実施形態において、第２の気体である、識色ミストを含まない透明な空気は、識別ミストの含有量が０である気体といえる。
【００４４】
また、第１実施形態において、第１及び第２の気体供給手段は、エアコンプレッサ４０及び流量制御装置４２を兼用しているが、それぞれ別個に、エアコンプレッサと、流量制御装置を有する構成としても良い。
【００４５】
可視化部品１０の外部には、可視化部品１０の側面を構成する透光窓６を通して、可視化部品１０の内部の流路４を撮影できるように、カメラ４６が設置されている。ここで、透光窓６に向けて白色光を照射する照明４８が設けられており、オイルミストを含有する空気（第１の気体）と、ミストを含有しない透明な空気（第２の気体）とを、明瞭に観察可能にしている。
【００４６】
次に、第１実施形態における、可視化解析装置の動作と可視化解析方法について、図１を用いて説明する。
【００４７】
エアコンプレッサ４０は、周囲の空気を吸入・圧縮し、配管３３を介して流量制御装置４２に、十分な量の空気を圧送する。流量制御装置４２にて、可視化部品１０の流路４を流れる空気が、所望の流量となるよう調整する。流量を調整された空気は、配管３４で２つの経路に分岐され、一方は、第１の電磁弁２６の上流に設けられたミスト注入装置４４に流入し、他方は第２の電磁弁に直接流入する。
【００４８】
ミスト注入装置４４に送られた空気には、この装置内でオイルミストが混入される。ここで、オイルミストとは、噴霧粒径５〜１０μｍの微小な液体の微粒子である。これを混入した空気は、白い煙状の気体となり、通常の空気と異なる色の気体として識別することができる。ミスト注入装置４４でオイルミストを含んだ白色を有する空気（第１の気体）は、第１の電磁弁２６に供給される。一方、オイルミストを含まない空気（第２の気体）は、直接、第２の電磁弁２８に供給される。
【００４９】
第１及び第２の電磁弁２６，２８は、交互に開弁と閉弁を繰り返すように、弁制御装置３０でパルス状に開閉弁を制御される。すなわち、図１０に示すように、第１の電磁弁２６が開弁しているときは、第２の電磁弁２８は閉弁し、第２の電磁弁２８が開弁しているときは、第１の電磁弁２６が閉弁するように、電磁弁２６、２８は駆動される。
【００５０】
このように電磁弁２６，２８を駆動することにより、オイルミストを含んだ白色の空気と、ミストを含まない透明の空気が、交互に、一定の時間間隔で切替わって配管３２を流れ、可視化部品１０のガス入口２０に流入する。
【００５１】
可視化部品１０の流路４を構成する、直管部１２、間隙部１４、及び複数の通路部１６において、可視化部品１０に流入した、オイルミストを含んだ白色の空気と、ミストを含まない透明な空気は、図４に示すような縞パターンを形成する。図４に示す縞パターンにおいて、明るい色の部分は、オイルミストを含んだ白色の空気を、暗い色の部分は、ミストを含まない透明な空気の存在を示している。
【００５２】
このような流路４に２つの気体で形成される縞パターンの間隔により、流路４を流れる気体の、流速分布や、流れ方向を定性的に把握することができる。可視化部品１０の流路４に、白色の気体と透明の気体が、交互に、一定の時間間隔で切替わって流れるため、図４に示すように、直管部１２のように、隣り合う縞パターン間の距離が比較的長い部位５２は、気体の流速が速いことを、間隙部１４のように、隣り合う縞パターン間の距離が比較的短い部位５４は、気体の流速が遅いことを示している。
【００５３】
可視化部品１０の外部に設置されたカメラ４６は、可視化部品１０の側面を構成する透光窓６を通して、可視化部品１０の内部の流路４を撮影する。カメラは、可視化部品の流路４に、ミストを含有する白色の空気と透明な空気により形成される縞パターンを撮影し、図４に示すような縞パターン画像を得る。この縞パターン画像に対し画像処理を行うことで、流路４を流れる気体の挙動を定量的に解析することが可能となる。
【００５４】
次に、第１実施形態において、カメラにより撮像された縞パターン画像から、流速分布を算出する工程について説明する。
【００５５】
まず、縞パターン画像から、各画素の光学特性（例えば、輝度、彩度、色相といった色特性）の算出を行う。次に、算出された各画素の光学特性から、所定の範囲の光学特性を有し、かつ画素が帯状に連結した領域（以下、等光学特性領域と記す）を抽出する。抽出された複数の等光学特性領域に対し、従来周知の細線化処理を行うことで、画素１個分の線幅を有する、タイムライン５０を得ることができる（図５）。ここで、タイムライン５０とは、配管３２から可視化部品１０のガス入口２０に同時に流入した同一（第１又は第２）の気体が存在することを示している。第１実施形態においては、ミストを含有する白色の空気と、透明な空気との、それぞれの気体に対応するタイムライン５０を求めることができる。このようにして、撮像された縞パターン画像から、図５に示すような複数のタイムライン５０を有するタイムライン画像を得ることができる。
【００５６】
次に、得られたタイムライン画像の中から、図６に示すように、一つのタイムライン５６を選択し、そのタイムライン５６上の画素５７について、流れ方向（図６中矢印Ｆに示す）に隣り合うタイムライン５８上の画素の中から最短距離となる画素５９を探索する。これにより、画素５７から、画素５９へのベクトル６０が求められる。
【００５７】
このベクトル６０の方向が、画素５７における詳細な流れ方向であり、ベクトル６０の長さ、すなわち画素５７と画素５９の画素間距離が流速を表す。
【００５８】
ここで、可視化部品１０の透光窓６の流路４側に、実際の寸法を目盛りで示した基準スケールを挿入し、カメラで撮像することで、縞パターン画像及びタイムライン画像の画素間距離を、実際の距離に換算することができる。これにより、可視化部品１０の透光窓６の流路４側の気体の、画素５７の位置における、速度ベクトルを算出することができる。
【００５９】
以上に説明した速度ベクトル算出を、タイムライン５６上の各画素について行い、更に、他のタイムライン上の各画素についても同様に行うことで、タイムライン画像から、流路４内の気体の各点における速度ベクトルの分布、すなわち流速分布を求めることができる。
【００６０】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態の可視化解析装置の概略図である。第２実施形態の可視化解析装置は、内部に気体が貫流可能な流路４と、流路４の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成され、かつ接触する気体の性質に応じて光学特性が変化する視認層８が流路４側表面に設けられた透光窓６と、を有する可視化対象物と、異なる性質を有する第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路４に流入させる気体切替制御弁２４と、気体切替制御弁２４に、第１及び第２の気体を供給する第１及び第２の気体供給手段から構成されている。
【００６１】
第２実施形態の可視化解析装置は可視化対象物の透光窓６の流路４側表面に、接触する気体の性質に応じて光学特性が変化する視認層が設けられており、第１及び第２の気体が接触することにより、視認層に縞パターンが形成される。この点で、第１実施形態の可視化解析装置とは、大きく異なる。以下に、第２実施形態における構成の詳細について説明する。なお、第１実施形態の可視化解析装置と共通の構成には、同一の符号が付されている。
【００６２】
まず、第２実施形態における可視化対象物の詳細について説明する。第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、可視化対象物は、その側面を透明な透光窓６（ガラス窓）で構成したマイクロチャネル可視化部品１０である。この透光窓６の流路４側には、接触する気体の性質に応じて光学特性が変化する視認層８が設けられている。この可視化部品１０は、その内部に気体が貫流可能な流路４を有しており、側面の透光窓６に設けられた視認層８を、外部から光学的に観察可能となっている。
【００６３】
なお、マイクロチャネル可視化部品１０の視認層８以外については、図２に示す、第１実施形態のものと同一である。可視化対象物は、透光窓６の流路４側表面に、接触する気体の性質に応じて光学特性が変化する視認層８が設けられてさえいれば、どのような物体でも良い。部品や、部品の模型だけでなく、可視化対象物の内部の流路に継続的に気体を流すことで、流れ場（流体の速度の場）を形成するものであれば良い。
【００６４】
第２実施形態において、可視化部品１０の透光窓６の流路４側表面には、酸素消光性色素を含む塗料が層状に塗布され、視認層８を形成している。酸素消光性色素は、接触する気体の酸素濃度（酸素含有量）に応じて、色素が発する蛍光強度が変化する特性がある。酸素消光性色素に接触する気体の酸素濃度が高い場合、色素が発する蛍光が弱く、気体の酸素濃度が低い場合、色素が発する蛍光が強い。この酸素消光性色素に接触する気体の酸素濃度に応じて、色素が発する蛍光強度が変化する仕組みについて、以下に説明する。
【００６５】
酸素消光性色素には、例えば、ポルフィリンやルテニウム錯体といった有機色素がある。これらの色素は、色素特有の励起波長の光を吸収する性質を有している。このような色素の分子が、外部からもたらされる色素特有の励起波長の光を吸収することにより、基底状態（分子のエネルギー準位が最も低い状態）から、励起状態（分子のエネルギー状態が比較的高い状態）に遷移する。そして、色素の分子は、この不安定な励起状態を維持することができず、決まった波長の蛍光を発することで、分子が有するエネルギーを放出して、元の基底状態に戻ろうとする。
【００６６】
しかし、励起状態にある酸素消光性色素の分子に、酸素分子が接触すると、励起状態にある色素分子から、接触した酸素分子にエネルギーが移動する。この結果、色素分子に接触した酸素分子のエネルギー準位が上がり、一方、酸素消光性色素の分子は、蛍光を発することなく、エネルギー準位が低い状態に遷移する。
【００６７】
したがって、酸素消光性色素に接触する気体の酸素濃度が高い、すなわち酸素含有量が多い場合、色素全体として発する蛍光強度は弱くなり、色素に接触する気体の酸素濃度が低い、すなわち酸素含有量が少ない場合、色素全体として発する蛍光強度は強くなる。
【００６８】
なお、第２実施形態においては、視認層８に上述の酸素消光色素を含む構成としたが、これに限定されるものではない。接触する気体の性質に応じて、視認層８の光学特性が変化するものであれば、他の物質で構成されても良い。また、第２実施形態においては、酸素消光性色素を含む塗料を透光窓６に塗布する構成としたが、酸素消光性色素を含むシートを、透光窓６の流路４側表面に貼り付ける構成としても良い。
【００６９】
次に、第２実施形態における気体切替制御弁２４については、第１実施形態と同様に、第１及び第２の電磁弁２６，２８と、これら２つの電磁弁を制御する弁制御装置３０から構成されており、説明の詳細については、これを省略する。
【００７０】
次に、第２実施形態における第１及び第２の気体供給手段について説明する。第２実施形態において、これらの気体供給手段は、窒素ボンベ６２、エアコンプレッサ４０、流量制御装置６４、６６等から構成されている。
【００７１】
窒素ボンベ６２は、配管３７を介して流量制御装置６４に接続されている。流量制御装置６４は、配管３８を介して、第１の電磁弁２６に接続されている（図７に示す経路Ａ）。一方、エアコンプレッサ４０は、配管３３を介して流量制御装置４２に接続されている。流量制御装置４２は、配管３９を介して、第２の電磁弁２８に接続されている（図７に示す経路Ｂ）。
【００７２】
第２実施形態において、第１の気体供給手段は、図７に示す経路Ａを通り、窒素ガスを気体切替制御弁２４に供給する手段であり、一方、第２の気体供給手段は、図７に示す経路Ｂを通り、空気を気体切替制御弁２４に供給する手段である。これにより、第１気体供給手段は酸素を含有しない気体を、第２気体供給手段は酸素を含有する気体を、それぞれ気体切替制御弁２４に供給することが可能となる。
【００７３】
なお、第２実施形態において、第１の気体は酸素を窒素ガスとし、第２の気体は酸素を含有する空気としたが、外部から第１及び第２の気体を識別可能に酸素の含有量が異なっていれば、これに限定されるものではない。第２実施形態において、第１の気体である、酸素を含有しない窒素ガスは、酸素の含有量が０である気体といえる。
【００７４】
可視化部品１０の外部に、可視化部品１０の側面を構成する透光窓６を通して、この窓の流路４側表面に設けられた視認層８を撮影できるように、カメラ４６が設置されている。ここで、視認層８に向けて、酸素消光性色素の励起波長の光を照射する励起照明７０が設けられており、励起された酸素消光性色素が発する蛍光をカメラ４６が撮像することを可能にしている。
【００７５】
次に、第２実施形態における、可視化解析装置の動作と可視化解析方法について、図７を用いて説明する。
【００７６】
窒素ボンベ６２には圧縮された窒素ガスが充填されており、流量制御装置６４に十分な量の窒素ガスを圧送する。流量制御装置６４にて流量を調整された後、窒素ガスは第１の電磁弁２６に流入する（図７に示す経路Ａ）。これと同様に、エアコンプレッサ４０は、周囲の空気を吸入・圧縮し、配管３３を介して流量制御装置４２に空気を圧送する。流量制御装置４２にて、流量を調整された後、空気は、第２の電磁弁に流入する（図７に示す経路Ａ）。
【００７７】
第２実施形態においても、第１及び第２の電磁弁２６，２８は、交互に開弁と閉弁を繰り返すように、弁制御装置でパルス状に開閉弁を制御される。このように電磁弁２６，２８を駆動することにより、酸素を含有しない窒素ガスと、酸素を含有する空気が、交互に、一定の時間間隔で切替わって配管３２を流れ、可視化部品１０のガス入口２０に流入する。
【００７８】
可視化部品１０に交互に流入した窒素ガスと空気は、流路４を構成する直管部１２、間隙部１４、及び複数の通路部１６の側面に設けられた透光窓６の視認層８に含まれる酸素消光性色素に、それぞれ接触する。なお、酸素消光性色素は、可視化部品１０の外部に設けられた、励起照明７０から照射された励起波長の光を吸収し、励起状態となっている。
【００７９】
そして、視認層８において、酸素を全く含有しない窒素ガスが接触している部位は強い蛍光を発し、酸素を十分に含有する空気が接触している部位は、ほとんど蛍光を発しないこととなる。実際には、窒素ガスと空気が混合されて視認層８に含まれる酸素消光性色素に接触する部位もあるため、比較的弱い蛍光を発する部位も生じる。
【００８０】
以上のようにして、視認層８に接触する気体の酸素含有量に応じて、励起された酸素消光性色素の発する蛍光強度が変化する。これにより、色素の発する蛍光強度の分布として、視認層８に、第１実施形態と同様に図４に示すような縞パターンが形成される。図４に示す縞パターンにおいて、第２実施形態では、明るい色の部分は酸素を含有しない窒素ガスを、暗い色の部分は、酸素を含有する空気の存在を示している。
【００８１】
このような流路４に２つの気体で形成される縞パターンの間隔により、流路４を流れる気体の、流速分布や、流れ方向を定性的に把握することができる。可視化部品１０の流路４に、窒素ガスと空気が、交互に、一定の時間間隔で切替わって流れるため、図４に示すように、直管部１２のように、隣り合う縞パターン間の距離が比較的長い部位５２は、気体の流速が速いことを、間隙部１４のように、隣り合う縞パターン間の距離が比較的短い部位５４は、気体の流速が遅いことを示している。
【００８２】
可視化部品１０の外部に設置されたカメラ４６は、励起された酸素消光性色素が発する蛍光を選択的に透過させる光学フィルタ６８を通して、可視化部品１０の透光窓の視認層８を撮影する。視認層８に、接触する気体の酸素含有量に応じて、蛍光強度分布として形成される縞パターンをカメラ４６が撮影することで、図４に示すような縞パターン画像を得られる。この縞パターン画像に対し画像処理を行うことで、流路４を流れる気体の挙動を定量的に解析することが可能となる。
【００８３】
次に、第２実施形態において、カメラにより撮像された縞パターン画像から、流速分布を算出する工程について、説明する。図９は、第２実施形態において、縞パターン画像から流速分布を求めるフローチャートである。
【００８４】
まず、カメラから、画像処理装置に、測定された縞パターン画像が入力される（Ｓ１０）。この縞パターン画像から、各画素における輝度値を算出する（Ｓ１２）。
【００８５】
ここで、予め、可視化部品１０に空気のみを充填したときの画像（空気置換画像）と、可視化部品１０に窒素ガスのみを充填した画像（窒素ガス置換画像）を撮像し、それぞれの画像について、輝度値を算出しておく。これにより、窒素ガス、すなわち酸素濃度が０％の気体が視認層８に接触するときの輝度値と、空気すなわち酸素濃度が約２１％の気体が、視認層８に接触するときの輝度値が算出されている。
【００８６】
なお、本実施形態では、縞パターン画像の各画素において、輝度値を算出し、この値を元に画像処理を行う構成としたが、これに限定されるものではない。明度や、色相や、その他の光学特性を用いて、画像処理を行う構成としても良い。
【００８７】
これら空気置換画像の輝度値と、窒素ガス置換画像の輝度値に基づき、縞パターン画像の各画素における酸素濃度値が算出される（Ｓ１４）。
【００８８】
次に、Ｓ１４で算出された縞パターン画像の各画素における酸素濃度値から、所定の範囲の酸素濃度値を有し、かつ画素が帯状に連結した領域である等濃度領域を抽出する（Ｓ１６）。
【００８９】
なお、この工程において、酸素濃度０％の領域、すなわち窒素ガスの存在を示す領域と、酸素濃度２１％の領域、すなわち空気の存在を示す領域を抽出する。これらの濃度設定で、画素が帯状に連結した領域を抽出できない場合は、抽出する領域の濃度設定を変更する。例えば、酸素濃度３〜５％の領域と、酸素濃度１８〜２０％の領域に、抽出する領域を再設定する。
【００９０】
Ｓ１６で抽出された各等濃度領域に対し、従来周知の細線化処理を行うことで、画素１個分の線幅を有するタイムラインを求める（Ｓ１８）。
【００９１】
ここで、Ｓ１８で求められたタイムラインについて説明する。１本のタイムラインは、同じ時点において可視化対象物の流路４に流入した気体が、時間経過とともに流路４の下流方向に進行した結果、流路４のタイムラインに示される位置に存在していることを示している。可視化部品のガス入口２０に流入した気体は、流路４内を下流方向に進行しながら、流路４の形状に応じて、その気体の分布が変形していく。例えば、流路内の比較的流速の速い領域を流れる気体は、より下流方向に進行し、比較的遅い領域を流れる気体は、より上流方向に位置している。
【００９２】
このような、流路４の形状に応じた気体分布の変形を、縞パターンを細線化したタイムラインとして表現することで、より明瞭な形で、気体の流れを可視化している。
【００９３】
ここで、本実施形態においては、気体切替制御弁２４の駆動制御により、第１及び第２の気体が、一定の時間間隔おいて交互に、可視化部品１０のガス入口２０に流入する。つまり、可視化部品１０のガス入口２０においては、一定の時間間隔をおいて、タイムラインが発生することが観察されることとなる。
【００９４】
したがって、タイムライン画像が有する複数のタイムラインは、流路内に形成される流れ場の時間変化を表現することができる。
【００９５】
Ｓ１８で得られたタイムライン画像から、タイムライン上の画素における速度ベクトルを算出する場合は、隣リ合うタイムライン間での流れ方向、すなわち、２つのタイムラインのうち、どちらが上流側かを判定する必要がある（Ｓ２０）。図５のタイムライン画像は、複数の線（タイムライン）の情報しか含んでおらず、この１枚の静止画像の情報からは、隣り合うタイムライン間での流れ方向、すなわち上流側のタイムラインと、下流側のタイムラインを判断することができない。例えば、図５に示す、タイムライン４９と、タイムライン５０では、どちらが上流側であるか決定することができない。
【００９６】
しかし、本実施形態の流れの可視化解析装置は、可視化対象物の内部に気体が貫流可能な流路を有することを特徴としており、可視化部品１０は、ガス入口２０とガス出口２２を有している。これらの位置情報を、画像処理の際に付与することにより、上流側のタイムラインと、下流側のタイムラインを決定することができる。図５に示す場合、２つのタイムライン４９、及びタイムライン５０のうち、ガス入口２０に近い側のタイムライン４９が上流側であり、ガス出口２２に近い側のタイムライン５０が下流側と判断することができる（Ｓ２０）。
【００９７】
なお、可視化対象物の形状が複雑で、上述のようなガス入口及び出口の位置情報だけでは、上流側タイムラインと、下流側タイムラインを判定することができない場合がある。このような場合は、可視化解析を行う解析者が、ガス入口及び出口の情報から自動的な判定が難しいと考える領域を分割し、その分割した領域においては、手動で、タイムラインの上流側／下流側の判定することができる。以上のようにして、タイムライン画像における流れ方向を判定する（Ｓ２０）
【００９８】
次に、得られたタイムライン画像の中から、図６に示すように、一つのタイムライン５６を選択し、そのタイムライン５６上の画素５７について、Ｓ２０で求められた流れ方向（図６中、矢印Ｆに示す）に隣り合うタイムライン５８上の画素の中から最短距離となる画素を探索する（Ｓ２２）。
【００９９】
Ｓ２２において画素５９が探索され、画素５７を始点とし、画素５９を終点とするベクトル６０が求められる（Ｓ２４）。本実施形態においては、このベクトル６０の方向を、気体の流れ方向と判定する。このベクトル６０は、タイムライン５６上の画素５７における詳細な流れ方向であり、ベクトル６０の長さ、すなわち画素５７と画素５９の画素間距離が、気体の流速を算出する基となる。
【０１００】
そしてＳ２４で得られたベクトルを、実際に流路４を流れる気体の速度ベクトルに換算する（Ｓ２４）。まず、可視化部品１０の透光窓６の流路４側に、実際の寸法を目盛りで示した基準スケールを挿入し、カメラ４６で撮像することで、縞パターン画像及びタイムライン画像の画素間距離を、実際の流路内の（透光窓に沿った部位）の距離に換算する。これに、画素５７に対応する可視化対象物の流路内の位置で、第１及び第２の気体が切り替わる時間を考慮することで、可視化部品１０の透光窓６の流路４側の気体の、画素５７の位置における、気体の速度ベクトルに換算することができる。
【０１０１】
以上に説明した速度ベクトル算出を、タイムライン５６上の各画素について行い、更に、他のタイムライン上の各画素についても同様に行うことで、タイムライン画像から、流路４内の気体の各点における速度ベクトルの分布、すなわち流路４に形成される流れ場の流速分布を求めることができる。
【０１０２】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態について説明する。図８は、第３実施形態の可視化解析装置の概略図である。以下に、第３実施形態における構成について説明する。
【０１０３】
第３実施形態の可視化解析装置は、可視化対象物の透光窓の流路４側表面に、接触する気体の性質に応じて光学特性が変化する視認層８が設けられている点は、第２実施形態と同様である。
【０１０４】
しかし、第３実施形態においては、視認層８と可視化部品１０の流路４の間に、第１及び第２の気体と視認層８を直接に接触させることなく、気体が有する熱を視認層８に伝導するフィルムが設けられており、このフィルムに第１及び第２の気体が接触し、気体の有する熱が視認層８に含まれる色素に伝導することにより、視認層８に縞パターンが形成される。この点において、第２実施形態の可視化解析装置とは大きく異なる。以下に、第３実施形態における構成の、第２実施形態との相違について詳細を説明する。なお、第１及び第２実施形態の可視化解析装置と共通の構成には、同一の符号が付されている。
【０１０５】
第３実施形態において、可視化部品１０の透光窓６の流路４側表面には、温度消光性色素を含む塗料が層状に塗布され、視認層８を形成している。温度消光性色素は、接触する気体の温度に応じて、色素が発する蛍光強度が変化する特性がある。温度消光性色素に接触する気体の温度が高い場合、色素が発する蛍光が弱く、気体の温度が低い場合、色素が発する蛍光が強い。この温度消光性色素に接触する気体の温度に応じて、色素が発する蛍光強度が変化する。この点で、第２実施形態の可視化解析装置とは異なる。
【０１０６】
温度消光性色素が、ポルフィリンやルテニウム錯体といった有機色素である点も、第２実施形態で使用される酸素消光性色素と同様である。これらの温度消光性色素に接触する気体の温度が高い場合、温度消光性色素全体として発する蛍光強度は弱くなり、温度消光性色素に接触する気体の温度が低い場合、色素全体として発する蛍光強度は強くなる。
【０１０７】
次に、第３実施形態における気体切替制御弁２４については、第１及び第２実施形態と同様に、第１及び第２の電磁弁２６，２８と、これら２つの電磁弁を制御する弁制御装置３０から構成されており、説明の詳細については、これを省略する。
【０１０８】
第３実施形態における第１及び第２の気体供給手段について説明する。第３実施形態において、これらの気体供給手段は、エアコンプレッサ４０、７２、流量制御装置６４、７４、加熱器７６から構成されている。
【０１０９】
エアコンプレッサ７２は、配管７７を介して流量制御装置６４に接続されている。流量制御装置６４は、配管７８を介して、加熱器７６に接続されている。加熱器７６からは、配管７９を介して、第１の電磁弁２６に接続されている（図８に示す経路Ａ）。一方、エアコンプレッサ４０は、第２実施形態と同様に、配管３３を介して流量制御装置４２に接続されている。流量制御装置４２は、配管３９を介して、第２の電磁弁２８に接続されている（図７に示す経路Ｂ）。
【０１１０】
第３実施形態において、第１の気体供給手段は、図８に示す経路Ａを通り、高温の空気を気体切替制御弁２４に供給する手段であり、一方、第２の気体供給手段は、図８に示す経路Ｂを通り、常温の空気を気体切替制御弁２４に供給する手段である。これにより、第１気体供給手段は高温の気体を、第２気体供給手段は低温の気体を、それぞれ気体切替制御弁２４に供給することが可能となる。
【０１１１】
なお、第３実施形態において、第１の気体は８０℃の空気とし、第２の気体は常温の空気としたが、外部から第１及び第２の気体を識別可能に気体の温度が異なっていれば、これに限定されるものではない。
【０１１２】
可視化部品１０の外部に、可視化部品１０の側面を構成する透光窓６を通して、この窓の流路４側表面に設けられた視認層８を撮影できるように、カメラ４６が設置されている。ここで、視認層８に向けて、温度消光性色素の励起波長の光を照射する励起照明７０が設けられており、励起された温度消光性色素が発する蛍光をカメラ４６が撮像することを可能にしている。
【０１１３】
次に、第３実施形態における、可視化解析装置の動作と可視化解析方法について、図８を用いて説明する。
【０１１４】
エアコンプレッサ７２は、周囲の空気を吸入・圧縮し、配管３３を介して流量制御装置６４に、十分な量の常温の空気を圧送する。流量制御装置６４にて、可視化部品１０の流路４を流れる空気が、所望の流量となるよう調整する。流量を調整された常温の空気は、配管７８を介して、加熱器７６に送られる。加熱器７６にて、常温の空気は、８０℃まで加熱される。加熱された空気は、配管７９を経て、第１の電磁弁２６に流入する（図８に示す経路Ａ）。
【０１１５】
一方、エアコンプレッサ４０は、周囲の空気を吸入・圧縮し、配管３３を介して流量制御装置６４に空気を圧送する。流量制御装置６４にて、流量を調整された後、空気は、第２の電磁弁２８に流入する（図７に示す経路Ｂ）。
【０１１６】
第３実施形態においても、第１及び第２の電磁弁２６，２８は、交互に開弁と閉弁を繰り返すように、弁制御装置でパルス状に開閉弁を制御される。このように電磁弁２６，２８を駆動することにより、高温（８０℃）の空気と、常温の空気が、交互に、一定の時間間隔で切替わって配管３２を流れ、可視化部品１０のガス入口２０に流入する。
【０１１７】
第３実施形態において、可視化部品１０に交互に流入した温度の異なる空気は、流路４を構成する直管部１２、間隙部１４、及び複数の通路部１６の側面に設けられた透光窓６の視認層８に含まれる温度消光性色素に、それぞれ接触する。なお、温度消光性色素は、可視化部品１０の外部に設けられた、励起照明７０から照射された励起波長の光を吸収し、励起状態となっている。
【０１１８】
そして、視認層８において、常温の空気が接触している部位は強い蛍光を発し、高温の空気が接触している部位は、蛍光を発しないこととなる。実際には、高温の空気と、常温の空気が混合されて、視認層８に含まれる温度消光性色素に接触する部位もあるため、比較的弱い蛍光を発する部位も生じる。
【０１１９】
以上のようにして、視認層８に接触する気体の温度に応じて、励起された温度消光性色素の発する蛍光強度が変化する。これにより、色素の発する蛍光強度の分布として、視認層８に、第１及び第２実施形態と同様に図４に示すような縞パターンが形成される。図４に示す縞パターンにおいて、第３実施形態では、明るい色の部分は常温の空気を、暗い色の部分は、常温若しくは低温の空気の存在を示している。
【０１２０】
このような流路４に２つの気体で形成される縞パターンの間隔により、流路４を流れる気体の、流速分布や、流れ方向を定性的に把握することができる。
【０１２１】
第２実施形態と同様に、可視化部品１０の外部に設置されたカメラ４６は、励起された温度消光性色素が発する蛍光を選択的に透過させる光学フィルタ６８を通して、可視化部品１０の透光窓の視認層８を撮影する。視認層８に、接触する気体の温度に応じて、蛍光強度分布として形成される縞パターンをカメラが撮影することで、図４に示すような縞パターン画像を得られる。この縞パターン画像に対し画像処理を行うことで、流路４を流れる気体の挙動を定量的に解析することが可能となる。
【０１２２】
次に、第３実施形態において、カメラにより撮像された縞パターン画像から、流速分布を算出する工程については、第２実施形態とほぼ同様であり、説明を省略する。第２実施形態において、縞パターン画像の輝度値から酸素濃度を算出するのに対し、第３実施形態においては、輝度値から温度を算出する点が異なる。等温度の領域を抽出し、細線化処理を行うことで、タイムライン画像を得ることができる。これにより、第３実施形態においても、縞パターン画像から、気体の流速分布を求めることができる。
【０１２３】
以上に説明した第１〜第３実施形態の構成とその作用に基づく効果について、以下に説明する。
【０１２４】
第１実施形態の可視化解析装置及び方法は、内部に気体が貫流可能な流路と、流路の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成された透光窓と、を有する可視化対象物に対し、異なる色を有する第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路に流入させ、第１及び第２の気体で形成される縞パターンを、可視化対象物の外部から観察することを特徴としている。
【０１２５】
これにより、可視化対象物の外部から、可視化対象物内部の流路を交互に流れる第１及び第２の気体の流れを、可視化することができる。この結果、可視化対象物の流路を流れる気体の流れを、精度良く、定性的に解析することが可能となる。
【０１２６】
ここで、第１実施形態の可視化解析装置及び方法は、第１及び第２の気体が、識色ミストの含有量が異なる気体であり、第１及び第２の気体の光学特性により、縞パターンを形成することを特徴としている。
【０１２７】
したがって、ミストの含有量が異なる２種類の気体を準備するだけで、気体の流れを可視化することができる。
【０１２８】
また、第２及び第３実施形態の可視化解析装置及び方法は、内部に気体が貫流可能な流路と、流路の一部ないし全体を外部から光学的に観察可能に構成され、かつ接触する気体の性質に応じて光学特性が変化する視認層が流路側表面に設けられた透光窓と、を有する可視化対象物に対し、異なる性質を有する第１及び第２の気体を、交互に切替えて可視化対象物の流路に流入させ、透光窓に沿って流れる第１及び第２の気体との接触により光学特性が変化する、視認層に形成される縞パターンを、可視化対象物の外部から観察することを特徴としている。
【０１２９】
これにより、可視化対象物の外部から、可視化対象物の透光窓に沿って、交互に流れる第１及び第２の気体の流れを、可視化することができる。この結果、可視化対象物の透光窓に沿って流れる気体の流れを、精度良く、定性的に解析することが可能となる。
【０１３０】
ここで、第２実施形態の可視化解析装置及び方法は、第１及び第２の気体が、それぞれ酸素含有量が異なる気体であり、視認層は、酸素消光性色素を含み、視認層に向けて、酸素消光性色素の励起波長の光を照射し、視認層に接触する気体の酸素含有量に応じて、励起された酸素消光性色素の発する蛍光強度が変化することにより、視認層に縞パターンが形成されることを特徴としている。
【０１３１】
これにより、酸素の含有量、すなわち酸素濃度が異なる２種類の気体を、交互に可視化対象物に流入させるだけで、蛍光強度分布の形で、より明瞭に、気体の流れを可視化することができる。
【０１３２】
また、第３実施形態の可視化解析装置及び方法は、第１及び第２の気体が、それぞれ温度が異なる気体であり、視認層は、温度消光性色素を含み、視認層に向けて、温度消光性色素の励起波長の光を照射し、視認層に接触する気体の温度に応じて、励起された温度消光性色素の発する蛍光強度が変化することにより、視認層に縞パターンが形成されることを特徴としている。
【０１３３】
これにより、温度が異なる２種類の気体を、交互に可視化対象物に流入させるだけで、蛍光強度分布の形で、より明瞭に、気体の流れを可視化することができる。この結果、温度のみが異なる、一種類の気体を使用するだけで、気体の流れを可視化することができる。
【０１３４】
また、第１実施形態の可視化解析装置及び方法は、透光窓を、可視化対象物の外部から撮像し、透光窓から光学特性の変化として観察される、縞パターン画像を得ることを特徴としている。
【０１３５】
これにより、透光窓から観察される気体の流れを、光学特性（例えば、色相、彩度、輝度）の変化として解析することが可能となる。
【０１３６】
また、第２及び第３実施形態の可視化解析装置及び方法は、透光窓の視認層を、可視化対象物の外部から撮像し、視認層に光学特性の変化として形成される、縞パターン画像を得ることを特徴としている。
【０１３７】
これにより、視認層に可視化された気体の流れを、光学特性（例えば、色相、彩度、輝度）の変化として解析することが可能となる。
【０１３８】
ここで、第２及び第３実施形態の可視化解析装置及び方法は、視認層が発する光の中から、色素が発する蛍光を選択的に透過させて、透過した蛍光を撮像することで、視認層に蛍光強度分布として形成される、縞パターン画像を得ることを特徴としている。
【０１３９】
これにより、視認層に可視化された気体の流れを、蛍光強度（輝度）の変化として解析することが可能となる。
【０１４０】
また、第１〜第３の実施形態の可視化解析方法は、撮像された縞パターン画像から、各画素の光学特性を算出する工程と、算出された各画素の光学特性から所定の範囲の光学特性を有する画素が帯状に連結した領域を抽出する工程と、抽出された領域を細線化しタイムラインを求める工程を有しており、縞パターン画像から、第１及び第２の気体にそれぞれ対応するタイムラインで構成されるタイムライン画像を得ることを特徴としている。
【０１４１】
したがって、第１及び第２の気体の存在をタイムラインの形で表すことにより、より明瞭に、可視化対象物の流路を流れる気体の流れを解析することができる。
【０１４２】
また、第２及び第３実施形態の可視化解析方法は、蛍光強度分布として撮像された縞パターン画像から、各画素の輝度値を算出する工程と、算出された各画素の輝度値から、各画素の酸素濃度を算出する工程と、算出された各画素の酸素濃度値から、所定の範囲の酸素濃度値を有する画素が帯状に連結した領域を抽出する工程と、抽出された等濃度領域を細線化し、タイムラインを求める細線化工程と、を有しており、縞パターン画像から、第１及び第２の気体にそれぞれ対応するタイムラインで構成される、タイムライン画像を得ることを特徴としている。
【０１４３】
したがって、特定の波長を有する蛍光強度から輝度値を算出してタイムラインを求めるため、より精度良く、可視化対象物の流路を流れる気体の流れを解析することができる。
【０１４４】
また、第１〜第３実施形態の可視化解析方法は、タイムライン上の画素において、隣り合うタイムライン上の画素の中から最短距離となる画素を探索する、最短距離画素探索工程と、探索された画素までの距離と方向から、速度ベクトルを算出する速度算出工程と、を有し、タイムライン画像が有する各タイムラインにおいて、速度ベクトルを算出することを特徴としている。
【０１４５】
タイムライン画像内の各タイムラインについて、速度ベクトル求めることにより、可視化対象物の流路を流れる気体の流速分布を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】第１実施形態の可視化解析装置の概略図である。
【図２】本実施形態におけるマイクロチャネル可視化部品の側面図である。
【図３】図２に示すマイクロチャネル可視化部品のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本実施形態の可視化部品に形成された縞パターン画像を示す図である。
【図５】本実施形態の可視化部品に形成されたタイムライン画像を示す図である。
【図６】本実施形態において、隣リ合うタイムライン上の画素の中から最短距離となる画素を探索する図である。
【図７】第２実施形態の可視化解析装置の概略図である。
【図８】第３実施形態の可視化解析装置の概略図である。
【図９】第２実施形態において、縞パターン画像から流速分布を求めるフローチャートである。
【図１０】本実施形態の第１の電磁弁と第２の電磁弁の駆動を示す図である。
【符号の説明】
【０１４７】
４  流路、６  透光窓、８  視認層、１０  マイクロチャネル可視化部品、２０  ガス入口、２２  ガス出口、２４  気体切替制御弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006071382.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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