JP2007033314A - 風洞試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガス発生源から吐出される試料ガスを所望の温度（例えば、−１６２℃）にまで冷却することができるとともに、実際のLNGの漏洩と同じガスの挙動を再現することができる風洞試験装置を提供すること。
【解決手段】 測定胴７の床面７ａ上に配置されたガス発生源１０から吐出される試料ガスＧの拡散試験を行う風洞試験装置１であって、前記ガス発生源１０から吐出される試料ガスＧを、予め極低温の液体２５中に漬け込まれた配管２３ａ内を通過させることにより、所望の温度まで冷却しておく冷却手段１７が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、（拡散）風洞試験、特に、LNG（液化天然ガス）タンクやLNG船等を対象とした模型実験で、LNGの漏洩に伴うメタンガスの拡散状態を模擬し、同模型周辺の濃度分布等を測定する風洞試験装置に関するものである。

特開平８−３０４２２３号公報（図１参照） LNGの漏洩に伴うメタンガスの拡散状態を模擬し、同模型周辺の濃度分布等を測定する風洞試験装置としては、試料ガスの元となる、濃度計測用のトレーサガスと比重調整用の常温で密度の重いガスを混合器内で混合させた後、常温で密度の重い試料ガスとしてガス供給箱（ガス発生源）から吐出（放出）されるものが知られている。

上記特許文献に開示された風洞試験装置では、常温で密度の重い試料ガスとして放出するため、放出源の近傍では実際のＬＮＧが漏洩した場合と同様の挙動（密度が重いため地面を這うように拡散する）を再現できる。しかしながら、放出源から遠方では、実際のＬＮＧは周辺大気や地面からの入熱によって密度が軽くなり（例えば０．５７）、ガスが上昇しながら拡散していく現象が見られるが、上記特許文献の風洞試験装置では常温で密度の重いガスを放出するため、試料ガスが周辺空気よりも軽くなることはなく、実際のガスの拡散現象を精度良く再現できなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ガス発生源から吐出される試料ガスを所望の温度（例えば、−１６２℃）にまで冷却することができるとともに、実際のLNGの漏洩と同じガスの挙動を再現することができる風洞試験装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による風洞試験装置は、測定胴の床面上に配置されたガス発生源から吐出される試料ガスの拡散試験を行う風洞試験装置であって、前記ガス発生源から吐出される試料ガスを、予め極低温の液体中に漬け込まれた配管内を通過させることにより、所望の温度まで冷却しておく冷却手段が設けられていることを特徴とする。
このような風洞試験装置によれば、極低温の液体（例えば、液体窒素）中に漬け込まれた配管内を試料ガスが通過していくように構成されており、これにより、例えば、１５℃で対空気比重が０．５７となるように調整された試料ガスが、所望の温度（例えば、−１６２℃）と所望の対空気比重（例えば、１．４８）になるように冷却されることとなる。
そして、ガス発生源から吐出される試料ガスは、模型の周辺では対空気比重が大きい（例えば、１．４８）ために地面を這うように拡散していき、風下遠方では周辺大気からの入熱によって温度が上昇し、対空気比重が小さく（例えば、０．５７）なって、上昇しながら拡散していくようになる。
すなわち、実際のLNGの漏洩と同じガスの挙動が再現され、実験精度が向上されることとなる。

また、前記冷却手段と前記ガス発生源との間に、前記冷却手段と同様の構成を有する第２の冷却手段が設けられているとさらに好適である。
このような風洞試験装置によれば、ガス発生源から吐出される試料ガスの温度が所望の温度（例えば、−１６２℃）よりも高い場合には、試料ガスが冷却手段に続いて再度第２の冷却手段により、所望の温度（例えば、−１６２℃）まで冷却されることとなる。そして、ガス発生源から吐出される試料ガスの温度が所望の温度（例えば、−１６２℃）になると、試料ガスは冷却手段のみを通過して、ガス発生源から吐出されることとなる。
これにより、ガス発生源から吐出される試料ガスの温度を略所望の温度（例えば、−１６２℃）に維持される（保たれる）こととなり、精度の高い（拡散）試験結果が安定的に得られることとなる。

さらに、前記冷却手段を収容する排気ボックスが設けられているとさらに好適である。
このような風洞試験装置によれば、極低温の液体が蒸発気化して発生したガスは、排気ボックス内に溜められるか、例えば、ダクトおよび排気ファン等を介して作業場所から離れた安全な場所に排気されることとなり、作業者が作業場所周辺において酸欠状態に陥る危険性を完全に回避することができて、作業者の安全性を確保することができる。

さらにまた、前記冷却手段の極低温の液体中に漬け込まれた配管に、複数のフィンが設けられているとさらに好適である。
このような風洞試験装置によれば、冷却手段の極低温の液体中に漬け込まれた配管の伝熱面積が大幅に増加することとなり、冷却手段の極低温の液体中に漬け込まれた配管の長さを短くすることができる。

本発明によれば、ガス発生源から吐出される試料ガスを所望の温度（例えば、−１６２℃）にまで冷却することができるとともに、実際のLNGの漏洩と同じガスの挙動を再現することができるという効果を奏する。

以下、本発明による風洞試験装置の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図５に示すように、本実施形態に係る風洞試験装置１は、送風機２と、拡散胴３と、整流格子４と、縮流胴５と、整流板６と、測定胴７と、吐出口８とを主たる要素として構成されたものである。
送風機２によって作り出された気流９は、拡散胴３、整流格子４、縮流胴５、および整流板６によって整った風となり、測定胴７に入り所定の試験（実験）が行われた後、吐出口８より外部に放出されるようになっている。
また、測定胴７の床面７ａ上には、空気よりも重い試料ガスＧを吐出するガス発生源１０と、模型（例えば、ＬＮＧ貯蔵施設の模型とそれを取り囲む防波堤の模型等）１１とが配置されており、これらガス発生源１０および模型１１の下流側には、ガス回収手段１２が設けられている（図１，図３，および図４参照）。

ガス発生源１０には、図１に示すようなガス生成手段１３により作り出された試料ガスＧが供給されるようになっている。このガス生成手段１３は、第１のガスボンベ１４と、第２のガスボンベ１５と、混合器１６と、ガス冷却器（冷却手段）１７と、液体窒素供給手段１８とを主たる要素として構成されたものである。
第１のガスボンベ１４の中には、（濃度計測用の）トレーサガス（例えば、ヘリウム等）が充填されており、第２のガスボンベ１５の中には、比重調整用ガス（例えば、窒素等）が充填されている。
第１のガスボンベ１４と混合器１６とは、配管１９およびバルブ２０を介して接続されており、第２のガスボンベ１５と混合器１６とは、配管２１およびバルブ２２を介して接続されている。

混合器１６では、試料ガスＧ（すなわち、第１のガスボンベ１４から送られてきたトレーサガスと、第２のガスボンベ１５から送られてきた比重調整用ガスとの混合気）の比重が、常温状態のメタンガスの比重と略同じになるように（例えば、１５℃で対空気比重が０．５７となるように）トレーサガスと比重調整用ガスとの混合（ミキシング）が行われるようになっている。
混合器１６とガス発生源１０とは、配管２３および流量計２４を介して接続されている。配管２３の途中には螺旋部２３ａが設けられており、この螺旋部２３ａは、ガス冷却器１７内に溜められた液体窒素２５中に完全に漬かるように配置されている。これにより、螺旋部２３ａ内を通過する試料ガスＧは、所望の温度（例えば、−１６２℃）まで冷却される。
ガス冷却器１７とガス発生源１０との間に位置する配管２３、およびガス発生源１０の底部は、断熱材２６により覆われている。これにより、ガス冷却器１７を通過した試料ガスＧの温度が、ガス発生源１０から吐出（放出）される前に上昇してしまわないように、すなわち、試料ガスＧが、所望の温度（例えば、−１６２℃）を保ったままガス発生源１０から吐出（放出）されるようになっている。

液体窒素供給手段１８は、液体窒素貯蔵タンク２７と、配管２８，２９とを主たる要素として構成されたものである。
液体窒素貯蔵タンク２７の中には、液体窒素２５が溜められるようになっており、この液体窒素２５は、図示しない液体窒素供給源から適宜必要に応じて補充されるようになっている。
第２のガスボンベ１５とバルブ２２との間に位置する配管２１と、液体窒素貯蔵タンク２７の空間部とは、配管２８およびバルブ３０を介して接続されており、液体窒素貯蔵タンク２７とガス冷却器１７とは、配管２９を介して接続されている。
また、ガス冷却器１７内への液体窒素２５の補充は、バルブ３０が開かれて、第２のガスボンベ１５から送られてきた比重調整用ガス（例えば、窒素等）のガス圧により液体窒素貯蔵タンク２７内に溜められた液体窒素２５の液面が押し下げられ、その押し下げられた分の液体窒素２５が、配管２９を介してガス冷却器１７内に送り込まれることにより行われる。

ガス回収手段１２は、トラバース装置３１と、ガスサンプリング管３２と、ガスサンプリング装置３３と、濃度計測器３４とを主たる要素として構成されたものである。
トラバース装置３１は、測定胴７内においてガスサンプリング管３２を所望の位置に移動させることができるように構成されたものである。
ガスサンプリング管３２は、測定胴７内を流れる気体の一部を回収するものであり、トラバース装置３１に吊り下げられるようにして取り付けられている。また、このガスサンプリング管３２により回収された気体はガスサンプリング装置３３に送られるようになっている。
ガスサンプリング装置３３には、濃度計測器（例えば、ヘリウム濃度を計測するもの）３４が接続されており、回収された気体中のトレーサガスの濃度が計測されるようになっている。
なお、図１中の符号３５は、ガス発生源１０から吐出される試料ガスＧの温度を計測するための温度センサである。

本実施形態による風洞試験装置１によれば、液体窒素２５中に漬け込まれた配管２３の螺旋部２３ａ内を試料ガスＧが通過していくように構成されているので、例えば、１５℃で対空気比重が０．５７となるように調整された試料ガスＧを所望の温度（例えば、−１６２℃）と所望の対空気比重（例えば、１．４８）となるまで冷却することができる。
これにより、ガス発生源１０から吐出される試料ガスＧは、模型１１の周辺では対空気比重が大きい（例えば、１．４８）ために地面を這うように拡散していき、風下遠方では周辺大気からの入熱によって温度が上昇し、対空気比重が小さく（例えば、０．５７）なって、上昇しながら拡散していくようになる。
すなわち、実際のLNGの漏洩と同じガスの挙動を再現することができて、実験精度を向上させることができる。

また、上述した実施形態において、図２に示すようなフィン（例えば、円形のフィン）２３ｂが、配管２３の螺旋部２３ａに複数枚設けられているとさらに好適である。
これにより、螺旋部２３ａの伝熱面積が大幅に増加することとなるので、螺旋部２３ａを形成する配管２３の長さを短くすることができるとともに、螺旋部２３ａを収容するガス冷却器１７の小型化を図ることができる。そして、ガス冷却器１７を小型化することにより、ガス冷却器１７内に溜められている液体窒素２５の液面面積を減少させることができるので、液体窒素の蒸発量を低減させることができて、風洞試験装置１のランニングコストを低減させることができる。

本発明による風洞試験装置の第２実施形態を、図３を用いて説明する。
本実施形態における風洞試験装置４１は、第２のガス冷却器（第２の冷却手段）４２を備えているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

第２のガス冷却器４２は、前述したガス冷却器１７と同様の構成を有するものであり、その内部には、液体窒素２５が溜められている。また、この液体窒素２５は、ガス冷却器１７と同様、図示しない液体窒素供給手段により補充されるようになっている。
第２のガス冷却器４２内に溜められた液体窒素２５中には、配管２３の第２の螺旋部２３ｃが完全に漬かるように配置されている。第２の螺旋部２３ｃは、バイパス管２３ｄ，２３ｅを介して、ガス発生源１０の近傍上流側に位置する配管２３から分岐し、その分岐点から若干下流側で再び配管２３に合流するように配管２３に接続されている。バイパス管２３ｄ、バイパス管２３ｅ、およびこれらバイパス管２３ｄとバイパス管２３ｅとの間に位置する配管２３にはそれぞれ、バルブ４３，４４，４５が設けられている。

また、これらバルブ４３，４４，４５および温度センサ３５は、バイパス制御装置４６に接続されており、温度センサ３５からの信号を受け取ったバイパス制御装置４６からの信号により、バルブ４３，４４，４５の開度が適宜必要に応じて開閉されるようになっている。すなわち、ガス発生源１０から吐出される試料ガスＧの温度が、周辺環境温度の変化によって所望の温度（例えば、−１６２℃）よりも高くなった場合には、バルブ４５が閉じられ、バルブ４３，４４が開かれることにより試料ガスＧがガス冷却器１７に続いて再度第２のガス冷却器４２により、所望の温度（例えば、−１６２℃）まで冷却されるようになっている。
なお、バイパス管２３ｄ，２３ｅはそれぞれ、断熱材２６により覆われている。

本実施形態による風洞試験装置４１によれば、ガス発生源１０から吐出される試料ガスＧの温度を略所望の温度（例えば、−１６２℃）に維持する（保つ）ことができるので、前述した第１実施形態のものよりもより精度の高い（拡散）試験結果を安定的に得ることができる。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明による風洞試験装置の第３実施形態を、図４を用いて説明する。
本実施形態における風洞試験装置５１は、ガス冷却器１７を収容する排気ボックス５２が設けられているとともに、ガス冷却器１７内の液体窒素２５の液面を一定に保つガス流量制御装置５３が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

排気ボックス５２の天井面には、排気ダクト５４が接続されている。また、この排気ダクト５４には、排気ファン５５が接続されており、排気ボックス５２内で蒸発気化した窒素ガスが安全な場所に確実に排気されるようになっている。
また、ガス冷却器１７には、液体窒素２５の液面を検知する液面センサ５６が取り付けられているとともに、この液面センサ５６はガス流量制御装置５３に接続されており、液面センサ５６により得られたデータは、ガス流量制御装置５３に出力されるようになっている。ガス流量制御装置５３は、バルブ３０とも接続されており、液体窒素２５の液面が所定値よりも低下した場合には、バルブ３０が開放されて液体窒素２５の補充が行われ、所定値よりも上昇した場合には、バルブ３０が閉鎖されるようになっている。

本実施形態による風洞試験装置５１によれば、排気ボックス５２内にガス冷却器１７が収容され、ガス冷却器１７内から蒸発気化した窒素ガスは、ダクト５４および排気ファン５５を介して作業場所から離れた安全な場所に排気されるようになっているので、作業者が作業場所周辺において酸欠状態に陥る危険性を完全に回避することができて、作業者の安全性を確保することができる。
また、ガス冷却器１７内の液体窒素２５が蒸発気化して、その液面が低下しても、ガス流量制御装置５３により液体窒素供給手段１８が自動的に作動させられるようになっているので、ガス冷却器１７内の液体窒素２５の液面を略一定に維持する（保つ）ことができて、ガス発生源１０から吐出される試料ガスＧを常に効率良く冷却することができる。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、ヘリウムの代わりに、アンモニアやメタン等をトレーサガスとして使用することもできる。
また、上述した実施形態では、試料ガスＧを冷却するものとして液体窒素２５を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、液体窒素２５と同様に、試料ガスＧを所望の温度（例えば、−１６２℃）まで冷却することができるものであれば、いかなるものであっても良い。

本発明による風洞試験装置の第１実施形態を示す図であって、測定胴の要部概略構成図である。 本発明による風洞試験装置の他の実施形態を示す要部拡大斜視図である。 本発明による風洞試験装置の第２実施形態を示す図であって、測定胴の要部概略構成図である。 本発明による風洞試験装置の第３実施形態を示す図であって、測定胴の要部概略構成図である。 図１に示す測定胴を具備した風洞試験装置の概略全体構成図である。

符号の説明

１ 風洞試験装置
７ 測定胴
７ａ 床面
１０ ガス発生源
１７ ガス冷却器（冷却手段）
２３ａ 螺旋部（配管）
２３ｃ 螺旋部（配管）
２５ 液体窒素
４１ 風洞試験装置
４２ 第２のガス冷却器（第２の冷却手段）
５１ 風洞試験装置
５２ 排気ボックス
Ｇ 試料ガス

Claims (4)

1. 測定胴の床面上に配置されたガス発生源から吐出される試料ガスの拡散試験を行う風洞試験装置であって、
   前記ガス発生源から吐出される試料ガスを、予め極低温の液体中に漬け込まれた配管内を通過させることにより、所望の温度まで冷却しておく冷却手段が設けられていることを特徴とする風洞試験装置。
2. 前記冷却手段と前記ガス発生源との間に、前記冷却手段と同様の構成を有する第２の冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の風洞試験装置。
3. 前記冷却手段を収容する排気ボックスが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の風洞試験装置。
4. 前記冷却手段の極低温の液体中に漬け込まれた配管に、複数のフィンが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の風洞試験装置。

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