(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直軸を中心に回転する水平な回転アームの先端部に試験体を設置し、回転アームの回転により試験体へ重力の数倍の遠心力を作用させて試験体に生ずる挙動を観察する遠心載荷装置において、
前記回転アームにおける前記鉛直軸の近傍位置に冷媒循環用ポンプと冷媒槽が設置され、回転アームの先端部に設置した試験体の熱交換器と前記冷媒槽の熱交換器及び前記冷媒循環用ポンプとが冷媒用配管によって一連の閉回路に接続されていること、
上記鉛直軸に設けたロータリージョイントを介して前記冷媒循環用ポンプとこれを駆動する外部の動力源手段とが接続され、同じく鉛直軸に設けたスリップリングを介して信号線、制御線が外部の制御手段及び記録、表示手段と接続されていることを特徴とする、試験体の冷却が可能な遠心載荷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉛直軸を中心に回転する水平な回転アームの先端部に実物の縮尺模型である試験体を設置し、回転アームの回転により試験体へ重力の数倍の遠心力を作用させて試験体に生ずる挙動を観察し又は再現する遠心載荷装置の技術分野に属し、特には試験体の冷却を可能にした遠心載荷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図２に示すような遠心載荷装置が、例えば１／Ｎの縮尺模型（試験体）にＮ倍の遠心力を作用させて実物の土構造に生ずる挙動を再現し観察する装置として実用に供されている。因みに、この遠心載荷装置の構成は、上下の２箇所を軸受２、３で回転自在に支持された鉛直軸１が、モータ４によって回転される。鉛直軸１の中間部に回転アーム５が水平に取り付けられ、この回転アーム５の先端部に試験体（模型）６が設置され、遠心力による載荷試験が行われる。
【０００３】
最近、この遠心載荷装置により氷荷重が作用する場合の海洋構造物の挙動に関する実験、或いは凍結融解を生ずる土構造物の挙動に関する実験が進められようとしている。そうした実験を行う場合、遠心載荷装置には試験体を冷却する手段として冷媒供給システムが必要である。
そこで従来、図３に例示したように、試験体の冷却を可能にするべく改造した遠心載荷装置も考案されている。
【０００４】
即ち、装置外の地上に液体窒素タンク７を用意し、この液体窒素タンク７から導いた液体窒素供給配管８は、鉛直軸１のロータリ−ジョイント９を介して同鉛直軸１と接続する。鉛直軸１の中空部内に配管を下向きに設け、回転アーム５の部位から液体窒素配管８として引出し、これをアーム先端部の試験体６と接続する。遠心載荷装置の操作室１０において、遠心載荷装置の運転を遠隔制御すると共に液体窒素の供給を自動弁１１を介して制御する。
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
図３に例示したように、必要に応じて、既存の遠心載荷装置に試験体を冷却する手段としての冷媒供給システムが用意される場合には、大幅な改造を余儀なくされる。
即ち、危険物である液体窒素の貯蔵タンク７を地上などに新設する必要があり、その設置スペースを確保できなければ、実施が不可能である。
【０００６】
また、液体窒素は−２００°Ｃ程度の超低温物質であるから、これを供給する配管が設置される鉛直軸１についても、運転上の支障がない程度に断熱処理の対策を厳重に施す必要がある。計測データラインやその関連部品の低温下での材質変化、耐用寿命の確保にも配慮する必要があり、結局、既存する遠心載荷装置の大幅な改造は不可避である。
【０００７】
従って、本発明の目的は、既存する遠心載荷装置についてさしたる改造を必要とすることなく、試験体の冷却を可能にすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係る試験体の冷却が可能な遠心載荷装置は、
鉛直軸を中心に回転する水平な回転アームの先端部に試験体を設置し、回転アームの回転により試験体へ重力の数倍の遠心力を作用させて試験体に生ずる挙動を観察する遠心載荷装置において、
前記回転アームにおける前記鉛直軸の近傍位置に冷媒循環用ポンプと冷媒槽が設置され、回転アームの先端部に設置した試験体の熱交換器と前記冷媒槽の熱交換器及び前記冷媒循環用ポンプとが冷媒用配管によって一連の閉回路に接続されていること、
上記鉛直軸に設けたロータリージョイントを介して前記冷媒循環用ポンプとこれを駆動する外部の動力源手段とが接続され、同じく鉛直軸に設けたスリップリングを介して信号線、制御線が外部の制御手段及び記録、表示手段と接続されていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施形態】
図１に、請求項１記載の発明に係る、試験体の冷却が可能な遠心載荷装置震装置の実施形態を概念的に示した。同図１には、図２に示した遠心載荷装置の構成を前提として、その鉛直軸１の部分と、回転アームの先端部に設置された試験体（模型）６の部分、及び装置外の地上部分とにそれぞれ分けて配置される各構成要素とこれらの有機的な繋がり態様を示している。
【００１０】
冷却手段の中心的要素である冷媒槽１２と、冷媒循環用ポンプ１３は、回転アーム上の鉛直軸１の近傍位置に設置される。冷媒槽１２の中には、冷熱源１４としてメタノールにドライアイスを混合したもの（−５０℃〜−７０℃）が収納され、熱交換コイル１５が内蔵されている。冷媒循環用ポンプ１３は電気又は空気圧を動力源として駆動されるものである。図示例の場合は、空気圧を動力源とするため、地上に用意したコンプレッサ１６、アフタークーラー１７、ヒートレスドライヤー１８、エアーフィルター１９、エアーレギュレーター２０等から成る動力源手段から導いた空気配管２１を、鉛直軸１に設けたロータリージョイント２２を介して前記回転アーム上の冷媒循環用ポンプ１３と接続し、これを駆動する構成とされている。従って、この空気配管２１の系統に特別な断熱処理は無用である。
【００１１】
試験体６は、図示例の場合には、試験しようとする土構造物の模型２４を容器２３の中に収めると共に、その中心部に熱交換器２５が設置されている。熱交換器２５は、容器の中に不凍液と共に熱交換コイル２６を内蔵した構成であり、この熱交換コイル２６と前記冷媒槽１２の熱交換コイル１５とが冷媒用配管２８により閉回路に接続されている。そして、冷媒用配管２８の途中に前記冷媒循環用ポンプ１３が直列に接続されている。
【００１２】
従って、冷媒循環用ポンプ１３の運転により冷媒が冷媒用配管２８を通じて移送され、冷媒槽１２の冷熱が試験体６の熱交換器２５へ運ばれ、試験体６の冷却が行われる。その際、冷媒用配管２８が閉回路になっているから、冷媒に作用する遠心力は流れの連続性によって相殺され、冷媒循環用ポンプ１３は遠心力作用を無視したに等しい小さい出力で運転できる。
【００１３】
一方、試験体６の温度を検出するために取り付けた温度センサー３０の計測信号を導く信号線３１、及び試験体６の冷却目標温度と温度センサー３０が計測した実温度との差を演算して冷却温度を調節する手段として冷媒循環用ポンプ１３へ至る空気配管２１の途中に設置した電磁切換弁３２、及び冷媒用配管２８の途中に設置した電磁切換弁３３を通じて自動制御する温度調節器３４の制御線３５は、それぞれ鉛直軸１に設置した電気用スリップリング３６を介して地上の制御手段（制御盤など）、及び記録、表示手段（パソコンなど）と接続される。
【００１４】
従って、鉛直軸１にロータリジョイント２２、電気用スリップリング３６を設置する以外に、既存の遠心載荷装置の構造を改造する必要はさしてない。
【００１５】
【本発明が奏する効果】
本発明に係る試験体の冷却が可能な遠心載荷装置は、既存する遠心載荷装置の簡単な改変により試験体を冷却する目的が達成され、同遠心載荷装置による種々な実験、試験を可能にして、各種構造物の安全性の評価、実証に寄与するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る試験体の冷却が可能な遠心載荷装置の構成を概念的に示した線図である。
【図２】既存の遠心載荷装置を示した断面図である。
【図３】従来の試験体の冷却が可能な遠心載荷装置を示した部分図である。
【符号の説明】
１      鉛直軸
５      回転アーム
６      試験体
１３    冷媒循環用ポンプ
１２    冷媒槽
２５    熱交換器
１５    熱交換コイル
２８    冷媒用配管
２２    ロータリージョイント
２１    空気配管
３６    電気用スリップリング
３１    信号線
３５    制御線
【図１】
0003790917.tif 000002
【図２】
0003790917.tif 000003
【図３】
0003790917.tif 000004