| 【発明の名称】 |
流れを可視化する方法及び装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】田 村 雅 之
【氏名】鳥 海 良 一
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| 【要約】 |
【課題】流れの可視化技術において、測定場の温度に依存した適用の限界を打破して、広い温度条件において適用を可能せしめる様な流れを可視化する方法及び装置の提供。
【解決手段】トレーサ（ＧＬ）を測定場に供給し、シート状に整形されたレーザー光（ＬＳ）を照射し、トレーサがレーザ光を照射されてレーザ誘起蛍光を発した状態を観察し、レーザを照射するに際して、トレーサ（ＧＬ）が所望のエネルギー凖位でレーザ誘起蛍光を発せしめる様にレーザー光（ＬＳ、ＬＯ）の波長を選択して発振する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 トレーサを測定場に供給するトレーサ供給工程と、シート状に整形されたレーザー光を照射するレーザ照射工程と、トレーサがレーザ光を照射されてレーザ誘起蛍光を発した状態を観察する工程とを含み、前記レーザ照射工程では、トレーサが所望のエネルギー凖位でレーザ誘起蛍光を発せしめる様にレーザー光の波長を選択して発振することを特徴とする流れを可視化する方法。
【請求項２】 シート状に整形されたレーザ光を照射するレーザ照射機構と、トレーサを測定場に供給するトレーサ供給機構とを有し、前記レーザ照射機構は、トレーサが所望のエネルギー凖位でレーザ誘起蛍光を発せしめる様にレーザー光の波長を選択して発振する様に構成されていることを特徴とする流れを可視化する装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種流れを可視化して、その挙動等を観察、研究するための流れを可視化する方法及び装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】流れを可視化する従来の技術が、図３で示されている。図３において、レーザ１からパルス状に射出されたレーザー光ＬＯは、レンズ群２においてシート状に整形されて、測定場３に入射される。この測定場３には、一酸化窒素（ＮＯ）のボンベ６に接続されたチューブ４の一端４Ｅが位置しており、チューブ４にＯＮ−ＯＦＦ弁として作用する電磁弁５が介装されている。
【０００３】「燃焼の科学と技術」（１９９６年）第１１６−１１７巻（Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（１９９６） Ｖｏｌｓ．１１６−１１７）の第５４１頁から第５６６頁に発表の論文「燃焼システムの設計及び最適化のためのレーザを用いた非接触診断ツール（Ｎｅｗ Ｎｏｎｉｎｔｒｕｓｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ Ｔｏｏｌｓ ｆｏｒ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｌｙ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」（Ａ．Ｌｕｃｚａｋ、 Ｖ．Ｂｅｕｓｈａｕｓｅｎ、 Ｓ．Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇ、 Ｍ．Ｋｎａｐｐ、 Ｈ．Ｓｃｈｌｕｅｔｅｒ、 Ｐ．Ａｎｄｒｅｓｅｎ、 Ｍ．Ｍａｌｏｂａｂｉｃ、 Ａ．Ｓｃｈｍｉｄｔ）において記載されている様に、一酸化窒素は、レーザー光が照射されるとレーザ誘起蛍光を発し（紫外発光）、そのレーザ誘起蛍光は紫外域に感度を有するカメラでとらえる事により、視認可能である。従って、可視化して観察するべき流れに一酸化窒素を混入してレーザー光を照射すれば、レーザ誘起蛍光によってトレーサとして作用し、それをカメラ７により撮影すれば、流れの可視化が実現するのである。そして、一酸化窒素をトレーサとして有効にレーザ誘起蛍光を発生せしめるため、電磁弁５のＯＮ−ＯＦＦのタイミングは、レーザ１から射出或いは照射されるパルスレーザの射出（照射）タイミングに同期するように制御されている。
【０００４】この様な流れの可視化は、流れ場の観察或いは測定一般について非常に有効であり、特に、燃焼場の観察、測定については非常に有効な技術である。
【０００５】ここで、従来技術においては、レーザー１としては、ＫｒＦエキシマレーザを光源とするのが一般的であった。そのため、例えば一酸化窒素をトレーサとして用いた場合には、振動エネルギー状態が比較的高いもの（ｖ〃＝２）について、レーザ誘起蛍光を発する。
【０００６】しかし、室温或いは常温程度の比較的低温な測定場３においては、一酸化炭素の振動エネルギーは低いものが大半である。そのため、レーザ誘起蛍光による信号の強度が著しく低下し、流れの可視化が殆ど不可能となってしまうという問題が存在する。
【０００７】そして、室温或いは常温程度の比較的低温な測定場３においては流れの可視化が殆ど不可能となってしまうことから、図３を参照して示す従来技術は、実質的には、火炎の内部の様な高温領域における流れの可視化のみが適用可能であり、測定或いは観察に適用される範囲が非常に限られてしまう（室温或いは常温程度の測定場では流れの可視化が事実上不可能）という問題も有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したような従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、流れの可視化技術において、測定場の温度に依存した適用の限界を打破して、広い温度条件において適用を可能せしめる様な流れを可視化する方法及び装置の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の流れを可視化する方法は、トレーサを測定場に供給するトレーサ供給工程と、シート状に整形されたレーザー光を照射するレーザ照射工程と、トレーサがレーザ光を照射されてレーザ誘起蛍光を発した状態を観察する工程とを含み、前記レーザ照射工程では、トレーサが所望のエネルギー凖位でレーザ誘起蛍光を発せしめる様にレーザー光の波長を選択して発振することを特徴としている。また本発明の流れを可視化する装置は、シート状に整形されたレーザ光を照射するレーザ照射機構と、トレーサを測定場に供給するトレーサ供給機構とを有し、前記レーザ照射機構は、トレーサが所望のエネルギー凖位でレーザ誘起蛍光を発せしめる様にレーザー光の波長を選択して発振する様に構成されていることを特徴としている。
【００１０】本発明の実施に際して、トレーサとしては、例えば一酸化窒素が好ましい。
【００１１】また、トレーサが所望のエネルギー凖位でレーザ誘起蛍光を発せしめる様にレーザー光の波長を選択して発振する様に構成されている前記レーザ照射機構としては、レーザとして色素レーザを使用するシステムか、或いは、オプティカルパラメトリック発振機（ＯＰＯ）を有するＯＰＯシステムを採用することが好ましい。
【００１２】かかる構成を有する本発明によれば、前記レーザ照射機構は、トレーサが所望のエネルギー凖位でレーザ誘起蛍光を発せしめる様にレーザー光の波長を選択して発振する様に構成されているので、レーザにおいては、「励起」と「波長選択して発振」という作用が行われる。そして「波長選択して発振」に際して、測定場の温度に合わせて、最適な一酸化窒素の振動エネルギー準位を選択する事が出来る。例えば、２２６ｎｍ付近の振動エネルギー準位が比較的低い数値にかかる遷移を用いれば、火炎中等の高温領域に限定されることなく、室温或いは常温程度の比較的低温の測定場についても、可視化が可能となる。
【００１３】その結果、室温或いは常温程度の比較的低温の測定場について一酸化窒素をトレーサとして用いたとしても、一酸化窒素は低いエネルギー凖位においてレーザ誘起蛍光を発せしめる。
【００１４】この様に本発明によれば、従来技術ではレーザ誘起蛍光を発しない様な低温環境測定場においても、適用可能となるのである。換言すれば、測定場の温度に依存して適用可能か否かが判断されていた一酸化窒素のレーザ誘起蛍光による流れの可視化技術の適用範囲を飛躍的に拡大することが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施形態に付いて説明する。図１は本発明の第１実施形態にかかる流れを可視化する装置を示している。図１において、全体を符号１０で示す本発明の第１実施形態にかかる流れを可視化する装置は、パルス状にレーザー光ＬＯを射出するレーザ１１と、レーザ１１から射出されたレーザー光ＬＯをシート状のパルスレーザー光に整形するためのレンズ群１２とを備えており、レンズ群１２によりシート状に整形されたレーザー光ＬＳは測定場１３に入射される。
【００１６】また前記装置１０は、トレーサである一酸化窒素（ＮＯ）のボンベ１６を有しており、ボンベ１６はチューブ１４（トレーサを測定場に供給するトレーサ供給通路）と接続している。このチューブ１４は、その先端が測定場１３に位置しており、該先端とボンベ１６との間の領域にＯＮ−ＯＦＦ弁として作用する電磁弁１５が介装されている。ここで、レーザ１１、レンズ群１２は、「シート状に整形されたレーザ光を照射するレーザ照射機構」を構成し、チューブ１４、電磁弁１５、一酸化窒素ボンベ１６は「トレーサを測定場に供給するトレーサ供給機構」を構成する。
【００１７】一酸化窒素は、前述した通りレーザ誘起蛍光を発して所謂トレーサととして作用する。また、電磁弁１５のＯＮ−ＯＦＦのタイミングは、レーザ１１から射出或いは照射されるパルスレーザの射出（照射）タイミングに同期するように制御される。なお、符号１７は、シート状レーザー光ＬＳが照射されて、トレーサである一酸化窒素（符号ＧＬ）が誘起蛍光を発行した状態を記録するためのカメラ（紫外域に感度を有するカメラ）を示している。また符号ｔは、可視化して観測するべき流体の流線を示している。
【００１８】ここまでの構成は従来技術と概略同様であるが、図１の実施形態においては、レーザー光ＬＯを射出（照射）するためのレーザ１１が、色素レーザ或いはオプティカルパラメトリック発振機（以下、「ＯＰＯ」と略記する）を有するＯＰＯシステムとして構成されている。
【００１９】そして、レーザ１１を色素レーザ或いはＯＰＯシステムとした事により、レーザ１１においては、「励起」と「波長選択して発振」という作用が行われ、測定場１３の温度に合わせて、最適な一酸化窒素の振動エネルギー準位を使用する事が出来る。例えば、２２６ｎｍ付近の振動エネルギー準位が比較的低い数値にかかる遷移を用いれば、火炎中等の高温領域に限定されることなく、室温或いは常温程度の比較的低温の測定場についても、可視化が可能となる。そのため、流れ場における観察、測定が極めて良好に行われるのである。
【００２０】そして、シート状のレーザー光ＬＳが照射されると、レーザー光ＬＳの波長は、レーザ１１によって一酸化窒素が低いエネルギー凖位でレーザ誘起蛍光を発する様な波長（例えば２２６ｎｍ）に選択されているので、測定場１３が常温であっても一酸化窒素はレーザ誘起蛍光を発する。それをカメラ１７（観察工程を行う観察手段）で撮影すれば、流れの可視化が行われる。
【００２１】図２は本発明の第２実施形態を示している。この第２実施形態は図１の第１実施形態と概略同一であるが、チューブ１４の先端（測定場側の先端）に、多孔質部材或いは比較的目が細かい金属製網の様な「圧力損失が高く以って流速を減速せしめる構造」２０が取り付けられている。
【００２２】電磁弁１５が「開（或いはＯＮ）」状態となった時にチューブ１４の先端から測定場１３内へ一酸化窒素が噴出しようとするが、ボンベ１６内の圧力により付加されたヘッドは、「圧力損失が高く以って流速を減速せしめる構造」２０を通過する際に圧力損失により相殺されて、消失する。
【００２３】そのため、（圧力損失が高く以って流速を減速せしめる構造２０を通過して）測定場１３内に供給された一酸化窒素（図２において、符号ＧＬで示す）は、それ自体は殆ど流速を有していない。そのため、可視化して測定するべき流れ（図２において、符号ｔで示す流線を持つ流れ）が、一酸化窒素ＧＬの流れにより撹乱される事が無く、流れの可視化が正確且つ良好に行われる。
【００２４】なお、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制限する趣旨のものではない事を付記する。
【００２５】
【発明の効果】本発明の作用効果を以下に列挙する。
【００２６】（１） 可視化して測定するべき流れが、測定場の温度に依存すること無く、確実に可視化される。
（２） 常温或いは室温の比較的低温の測定場であっても、一酸化窒素がレーザ誘起蛍光を発し、流れの可視化が好適に行われる。
（３） 従来の流れの可視化装置に対して、大幅な改造を施す必要が無いので、導入コストが極めて低く抑えられる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２２０２６２
【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年８月５日（１９９８．８．５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７１６９６
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 敏忠 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−５５７８０（Ｐ２０００−５５７８０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月２５日（２０００．２．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２２１９６４ |
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