(57)【要約】【課題】モデル内壁にトレーサが付着することが無く、また、トレーサが系外へ漏出して拡散する様な事態を防止することが出来る様なトレーサ発生装置の提供の提供。【解決手段】開閉自在の蓋体（１ａ）を設けたケーシング（１）と、該ケーシング（１）内部に設けられた線香載置手段（例えば、内部に灰が充填されていて、線香を容易に立たせることが出来る仏壇用の線香立２等）と、前記ケーシング（１）内へ連行用空気（Ａ）を供給する空気供給ライン（３）と、トレーサが流入するべきモデル（Ｍ）に連通しており且つその内部を空気（Ａ）及びトレーサ（線香の煙Ｓ）の混合物（ＡＳ）が流過する流出ライン（４）と、当該連行用空気（Ａ）及びトレーサ（Ｓ）の質量流量を制御する流量制御手段（例えば、空気供給ライン３に介装された質量流量コントローラ５及び流出ライン４に介装された質量流量計６との組み合わせ）とを有し、前記蓋体（１ａ）は閉鎖時には気密状態を維持する様に構成されていることを特徴としている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉自在の蓋体を設けたケーシングと、該ケーシング内部に設けられた線香載置手段と、前記ケーシング内へ連行用空気を供給する空気供給ラインと、トレーサが流入するべきモデルに連通しており且つその内部を空気及びトレーサの混合物が流過する流出ラインと、当該連行用空気及びトレーサの質量流量を制御する流量制御手段とを有し、前記蓋体は閉鎖時には気密状態を維持する様に構成されていることを特徴とするトレーサ発生装置。
【請求項２】
前記ケーシングには冷却及び撹拌用のファンが設けられている請求項１のトレーサ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の挙動を解析する実験に際して、流体の流れを観察するための目印としてなるもの、トレーサ、を発生させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、流体の各種挙動を観察するに際しては、レーザー光線を使用するケースが多様化している。ここで、レーザー光線を用いた流体実験においても、トレーサの使用が必要とされる場合が多い。
【０００３】
係るレーザー光線を用いた流体の挙動解析を行う技術としては、一般には、Ｌ．Ｌ．Ｓ．（Ｌａｓｅｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｈｅｅｔ）法による流体を可視化することによる濃度計測、Ｌ．Ｄ．Ｖ．（Ｌａｓｅｒ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）法による流体の速度計測、Ｐ．Ｉ．Ｖ．（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）等、肉眼では判別のつかない流体の状況を非接触によって計測する技術が知られている。特にＬ．Ｌ．Ｓ．法やＬ．Ｄ．Ｖ．法では二次元の画像情報が一度に得ることが出来、非常に高効率でしかも内部の流れを乱さない計測方法と考えられている。
【０００４】
次に、図４〜図８を参照して、その様なレーザー光線を用いた流体の挙動解析を行う従来の実験装置を説明する。
【０００５】
図４の実験装置は、直方体の下方の面が欠落するように開口した箱状体、所謂「モデル」Ｍの下方から線香の煙を直接モデル内に導入するものである。
モデルＭの対向する二つの側面にはその側面の同一位置に被測定流体の流入する流入口小孔Ｈｉと、反対の側面に被測定流体が排出される排出口Ｈｏとが設けられている。そして、モデルＭの下方にはトレーサである、線香立て２に立てられた線香の煙Ｓがモデルの下方の開口Ｍｏ部からモデル内に導入されている。
【０００６】
ここで、図４の実験装置では、トレーサとして線香の煙を使用しているが、線香の煙をトレーサとして使用している例は、現在では、比較的少ない。
線香の煙は取り扱いが困難であり、「モデル」から排出した線香の煙が、実験装置の系外に漏れ出してしまう可能性がある。その結果、精密な機器（レーザー発生器や解析用のパソコン等）が置かれている場においては、線香の煙が付着することは故障の原因となる恐れがあるからである。
【０００７】
そのため、現在では、線香の煙に代えて、取り扱いが容易な中空球（直径１０μｍ〜３０μｍ程度の、例えばプラスチック製の中空球や、オイルスモークを使う事例が増加している。
【０００８】
ここで、図４の実験装置において、流体の挙動を観察する空間であるモデルＭは、その外部から内部空間を観察することが出来る様に、アクリル板で構成されている。
【０００９】
一方、プラスチック中空球は、帯電性が強いので、アクリル板のモデル内壁面に付着してしまう。付着したままでは、外部から観察できなくなり、実験結果が求まらなくなってしまう。そのため、実験の度毎に、モデル内壁面から付着した中空球を除去してやらなければならない。その結果、実験が非効率的となってしまう、という問題がある。
【００１０】
オイルスモークも同様な問題を有している。すなわち、オイルスモークを構成するオイルの粒子はモデル内壁面に付着し易く、オイルがモデル内壁面に付着すると、乱反射を起こす。その結果、モデルの外部から照射されるレーザー光線が乱反射を起こして、不都合（例えば、レーザーシートを用いるべき場合に、レーザー光線がシート状に綺麗に広がらない等）が発生する。
従って、オイルスモークを使用する場合においても、やはり実験の度毎の清掃が必要であり、実験の効率向上を妨げる重大な要因となっている。
【００１１】
なお、線香の煙は、モデルの内壁に付着して悪さをすることが無い。
【００１２】
図５で示す従来の実験装置では、モデルＭ内に線香の煙Ｓを充満させて、モデルＭ側面に設けた図示しないスピーカでモデルＭを振動させ、モデル内部に脈動を発生させ、その状態でＬ．Ｄ．Ｖ．法を行う例を示している。尚、図中符号Ｆはレーザー光の照射手段である。
しかし、この方法ではトレーサＳをモデルＭ外に排出する場合における系外への漏出・拡散という問題を解消することは出来ない。
【００１３】
図６は、線香の煙をトレーサとして使用する場合のその他の従来技術を示している。より詳細には、トレーサを発生するための従来技術における機構を示している。
図６の機構では、先ずバッファＢ内に線香の煙Ｓを充填させ、次にバッファＢ内にエアを供給Ａｉして、エアと煙との混合体をバッファより排出Ａｏしている。すなわち、バッファＢから排出Ａｏされたエアと煙との混合体が、図６では図示しない観察装置（実験装置）で使用されるのである。
しかし、バッファとしてタンクを用意し、線香の煙を導入し、完全に充満したところで流体を流し、トレーサ混入体としてレーザー計測に使用するものだが、流量にも縁るがバッファ用タンクを置くスペース、一度バッファ内の煙を使い果たした時点で最初から線香の煙を立て直す、という繰返しは時間的にも極めて非効率である。
【００１４】
図７で示す従来技術は、線香の煙を送風機Ｗで発生させた送風と共に流入口Ｈｉから混入させ、流れ場Ｎ全体に空気と線香の煙の混合気を行き渡らせる様にした例である。
しかし、この技術においては比較的大中規模のモデル実験に使用される場合が多く、線香の煙Ｓを充分装置（モデル）Ｍ内部に行き渡せることは困難である。よってこのような場合は線香の煙の拡散よりもオイルスモーク等をトレーサとして使用するのが妥当であると思われる。
【００１５】
図８で示す従来技術は、Ｈｅ−Ａｉｒ（ヘリウムガス−空気）置換の可視化に対する応用例であり、ヘリウムガスＨｅにタルクパウダを、Ａｉｒに線香の煙を擬似的に用い、両者を遮っていた仕切り板ＥをＹ方向に除去した瞬間から置換が始まり、可視化実験が行われるものである。
図８では、実験装置外部に線香の煙が拡散してしまう恐れは少ないが、線香の煙を流体の挙動を表示するトレーサとして用いるものではない。従って、線香の煙をトレーサとした場合における上述した問題、すなわちトレーサをモデル外に排出する場合における系外への漏出・拡散という問題、を解消することは出来ない。
【００１６】
その他の従来技術としては、例えば特開昭６０−１７０７３７号公報においても、煙をトレーサとして用いる試験装置が開示されている。
しかし、係る技術は上述した問題点を解消するものではない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、モデル内壁にトレーサが付着することが無く、また、トレーサが系外へ漏出して拡散する様な事態を防止することが出来る様なトレーサ発生装置の提供を目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のトレーサ発生装置は、開閉自在の蓋体（１ａ）を設けたケーシング（１）と、該ケーシング（１）内部に設けられた線香載置手段（例えば、内部に灰が充填されていて、線香を容易に立たせることが出来る仏壇用の線香立２等）と、前記ケーシング（１）内へ連行用空気（Ａ）を供給する空気供給ライン（３）と、トレーサが流入するべきモデル（Ｍ）に連通しており且つその内部を空気（Ａ）及びトレーサ（線香の煙Ｓ）の混合物（ＡＳ）が流過する流出ライン（４）と、当該連行用空気（Ａ）及びトレーサ（Ｓ）の質量流量を制御する流量制御手段（例えば、空気供給ライン３に介装された質量流量コントローラ５及び流出ライン４に介装された質量流量計６との組み合わせ）とを有し、前記蓋体（１ａ）は閉鎖時には気密状態を維持する様に構成されていることを特徴としている（請求項１）。
ここで、「トレーサ」なる文言は、流体の進行軌跡を表示する粒子（煙も含む）として用いられている。
【００１９】
係る構成を具備する本発明によれば、ケーシング（１）内部の線香載置手段（例えば、仏壇用の線香立２等）に線香を載置して、流量制御手段（５、６）で流量を正確に調整しつつ、空気供給ライン（３）から連行用のエアを供給して、流出ライン（４）を介して線香の煙（Ｓ）及び連行用エアの混合物（ＡＳ）をモデル（Ｍ）に供給する。
ここで、本発明ではトレーサとして線香の煙を用いるため、上述の中空球やオイルスモークを用いた場合とは異なり、トレーサがモデル内壁に付着してしまうことが無い。
また、トレーサである線香の煙（Ｓ）が発生するケーシング（１）は、蓋に（１ａ）より気密状態が維持されるので、トレーサ（Ｓ）が系外に漏出して拡散することも防止される。
【００２０】
そして、流量制御手段（５）で連行用エア（Ａ）の流量を正確に調整する結果、トレーサ（Ｓ）の量が厳格に制御され、トレーサの量が多過ぎて撮影が出来ないと言う事態や、少な過ぎて流体の挙動が充分に観察できなくなる、という不都合が防止される。さらに、煙（Ｓ）を連行する空気（Ａ）の量が多過ぎて、煙が薄くなって見えなくなり、トレーサとして機能しなくなる、という事態も防止される。
【００２１】
それに加えて、図６で示す様な従来のバッファ（或いはタンクＢ）を用いた場合とは異なり、トレーサである線香の煙（Ｓ）は連続的に長時間安定的に発生するので、トレーサを使い果たしてしまう事態も生じ難い。
【００２２】
本発明の実施に際して、前記ケーシング（１）には冷却及び撹拌用のファン（７）が設けられているのが好ましい（請求項２）。
ここで、当該冷却及び撹拌用ファン（７）としては、例えば、コンピュータのＣＰＵ冷却用のファン（１００ｍｍ四方程度のもの）を用いることが出来る。
【００２３】
上述した様に、ケーシング（１）内部で線香を（例えば、束で）燃やすため（但し、要求されるトレーサの量によっては、１０本程度燃やすことも可能）、ケーシング内の温度（内部空間の気温）が上昇する。しかし、上述した様な冷却及び撹拌用のファン（７）を設ければ、気温が必要以上に上昇した場合には、当該ファンを用いて、ケーシング内を冷却することが出来る。
また、ケーシング内に連行用空気を新たに流入しない場合において、前記ファンを駆動することにより、ケーシング内部の空気を動かすと共に、若干量の外気を導入することが出来る。その結果、トレーサ発生源である線香の燃焼に必要な酸素が供給され、線香が消えてしまう事態が防止される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
図１において、全体を符号Ｇで示すトレーサ発生装置（ジェネレータ）は、上方に開閉自在の蓋１ａを設けたケーシング１と、空気Ａをケーシング１に供給する空気供給ライン３と、空気Ａ及びトレーサＳの混合物ＡＳが流過するトレーサ流過ライン４とを有している。
ここで、空気供給ライン３によってケーシング１内に空気を供給するのは、後述のトレーサ（線香の煙）Ｓと空気とを混合されることにより、トレーサＳに運動性を与え、測定を容易にするためである。
【００２６】
前記ケーシング１の対向する２つの側面１ｂ、１ｃの上方に各２個ずつ冷却及び撹拌用のファン７が設けられている。そのファン７の設けられた一方（図示の右）の側面１ｂの下部には空気供給ラインを接続する供給口Ｈｉが設けられ、他方の側面１ｃの下部には空気Ａ及びトレーサＳの混合物ＡＳが流過するトレーサ流出ライン４を接続する排出口Ｈｏが設けられている。
【００２７】
前記蓋１ａは、例えばケーシングの４つの側面の上端部に当接する部分に、例えば図示しないゴムのシール部材が貼って有り、そのシール部材によってケーシング内部の気体が外部に漏れないように気密に構成されている。
なお、シール部材は４つの側面の上端側に設けてもよい。
【００２８】
また、ケーシング１の床面１ｄの中央には、線香立て２が載置してあり、その線香立てには図示しない線香が束ねて立てられている。その線香に着火するとともに上方の前記蓋１ａが閉じられる。
ケーシング１内はやがて煙（トレーサ）Ｓと供給される空気Ａによって充満し、更に空気を供給することにより、ケーシング１内のトレーサＳと空気Ａの混合気（ＡＳ）は前記トレーサ流過ライン４に排出される。
【００２９】
また、ケーシング１は上述したように気密に構成されており、蓋１ａを閉めて可視化実験を行うと、次に線香を交換するまで約２０分間は略一定に煙を発生し続けさせることが可能である。
【００３０】
なお、ケーシング１内で線香を束で燃やすため、温度上昇が生じる。ケーシング１内の温度が所定値を超すと、前記冷却、撹拌用ファン７が作動してケーシング１内を冷やすように構成されている。そのファン７は１００ｍｍ四方程度の大きさのパソコン用の冷却ファンが使用される。また、空気がケーシング１に供給されない場合にも、ファン７によってケーシング内部の空気を動かして、若干量の外気を導入しているため酸素不足にはならない。
【００３１】
ここで、トレーサの量は、厳格に制御されるべきものであり、トレーサの量が多過ぎると、撮影が出来なくなる。また、少な過ぎても、挙動を調べるのに不充分である。
そのため、空気供給ライン３からトレーサ発生装置（ケーシング）１に流入する空気の流量を、質量流量コントローラ（Ｍ．Ｆ．Ｃ．）５で正確に調整していると共に、トレーサ発生装置（ケーシング）１から排出される、煙及び（煙を連行した）空気の流量を流出ライン４に介装した質量流量計（Ｍ．Ｆ．Ｍ．）６で正確に計測している。
Ｍ．Ｆ．Ｍ．の計測結果と、Ｍ．Ｆ．Ｃ．により制御される空気の質量流量との差分を求めることにより、トレーサである煙の量が正確に制御されるのである。
【００３２】
次に図２を参照して、  図１のトレーサ発生装置を用いた流体の挙動を解析する実験装置（或いは観察装置）の１例を説明する。
【００３３】
モデルＭの下端には、詳細には示していないが、ビーズ玉及びメッシュによる整流装置８が設けられている。
【００３４】
その整粒装置８には、流量制御弁９を介装し測定用空気を供給するエア供給ラインＬａが接続されている。そのエア供給ラインＬａにおける前記整流装置８と流量制御弁９との間の領域には、流量計１０が介装されており、モデルＭに流入する空気の量を正確に測定している。
【００３５】
またモデルＭの一側面Ｍａの縦方向中央より下の領域には、図１で説明したトレーサ流過ライン４が接続されるトレーサ供給孔Ｍｉが設けられている。
【００３６】
また、そのトレーサ供給孔Ｍｉが設けられた側面Ｍａと例えば反対の側面Ｍｂの遠方側にはレーザービーム照射手段１２が配置されている。
その照射手段１２は、照射手段の先端に設けられた円筒形レンズ１４によって、本来線光源であるレーザー光線がモデルＭの図示しない垂直軸を含み、少なくとも前記トレーサ供給口Ｍｉからモデル上端までをカバーする挟角θのシート状の光の幕「レーザーライトシート」１６を発生するように構成されている。
【００３７】
拡散したレーザー光線が照射される側面Ｍｂと直交する側面Ｍｃに相対する場所には、例えば高速度ビデオカメラ１８が設置してあり、その高速度ビデオカメラ１８は前記レーザーライトシート１６による散乱光を捕らえモデル１内の被測定流体の運動を撮影するように構成されている。
なお、モデルＭの上面には図示しない排気口が設けてあり、モデルＭ内の気体を排出出来るように構成されている。
【００３８】
次に図３を参照して、図１のトレーサ発生装置Ｇを用いた実験（観察）装置の他の例を説明する。
【００３９】
例えば、図３は鉛直方向に設置されたガス管内の空気を天然ガスに置換する様子を確認する為の実験装置である。
【００４０】
図３では、ガス配管レイアウトを模したモデルＭｇを作成し、そのモデルＭｇ内の分岐部下流領域Ｌｎに、図２で説明したと同様のレーザーライトシート１６をレーザー照射手段１２によって照射してエア抜きの様子を観察するようにしている。
【００４１】
前記モデルＭｇの上流の管路Ｌの分岐点Ｂに、管路Ｌを介してトレーサ発生手段Ｇが接続される。ここで、符号Ｖｇ１〜Ｖｇ３は管路Ｌ中に介装された流量制御弁あるいは開閉弁を示し、符号Ｐは実験後に迅速に気体を排除するために開放されるプラグを示している。
【００４２】
前記トレーサ発生手段Ｇの上流側には都市ガス（１３Ａ）の模擬ガスとしてヘリウムＨｅと空気Ａｉｒの混合圧縮気体（安定したヘリウムガスＨｅとエアＡｉｒとを混合して都市ガス１３Ａの比重と同じ比重にしてある）が充填された高圧ボンベＴ、及び小型エア圧縮機が用意され、夫々開閉弁Ｖ１、Ｖ２の操作によって前記混合圧縮気体とエアが合流点Ｄで更に混合され、管路Ｌによって前記トレーサ発生手段Ｇに供給されるように構成されている。
【００４３】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
例えば、本発明のトレーサ発生装置は、図２、図３で示す実験装置以外についても、適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
（１）  トレーサとして線香の煙を用いているため、  中空球やオイルスモークを用いた場合とは異なり、トレーサがモデル内壁に付着してしまうことが無い。
（２）  トレーサである線香の煙が発生するケーシングは、蓋により気密状態が維持されるので、トレーサが系外に漏出して拡散することも防止出来る。
（３）  流量制御手段で連行用エアの流量を正確に調整する結果、トレーサの量が厳格に制御され、トレーサの量が多過ぎて撮影が出来ないと言う事態や、少な過ぎて流体の挙動が充分に観察できなくなる、という不都合が防止され、さらに、煙を連行する空気の量が多過ぎて、煙が薄くなって見えなくなり、トレーサとして機能しなくなる、という事態も防止される。
（４）  従来のバッファを用いた場合とは異なり、トレーサである線香の煙は連続的に発生するので、トレーサを使い果たしてしまう事態も生じ難い。
（５）  ケーシングに設けたファンにより、ケーシング内は所定の温度以上にはならない。
（６）  ファンを駆動することにより、ケーシング内部の空気を攪拌すると共に、若干量の外気を導入することが出来、その結果、一定量のトレーサが供給されると共に、トレーサ発生源である線香の燃焼に必要な酸素が供給され、線香が消えてしまう事態が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のトレーサ発生装置の斜視図。
【図２】図１のトレーサ発生装置を用いた実験装置の１例を示す構成図。
【図３】図１のトレーサ発生装置を用いた実験装置の他の例を示す構成図。
【図４】従来技術における実験装置の１例を示す斜視図。
【図５】従来技術における実験装置でスピーカでモデルを振動させる装置の上面図。
【図６】従来技術における実験装置でバッファを用いた例の斜視図。
【図７】従来技術における実験装置で送風機でモデル内に線香の煙を送り込む例の斜視図。
【図８】従来技術における実験装置で「Ｈｅ−Ａｉｒ」置換の可視化を行う実験装置の斜視図。
【符号の説明】
１・・・ケーシング
２・・・線香立て
３・・・空気供給ライン
４・・・トレーサとエアの混合物流過ライン
５・・・質量流量コントローラ
６・・・質量流量計
７・・・攪拌＆冷却用ファン
８・・・整粒装置
９・・・流量制御弁
１０・・・流量計
１２・・・レーザービーム照射手段
１４・・・円筒形レンズ
１６・・・レーザーライトシート
Ｇ・・・トレーサ発生装置
Ｍ・・・モデル
【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】
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