JP2013181869A - 造波装置及び造波方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】安価に任意波形の波を造波可能な、造波装置及び造波方法の提供。
【解決手段】水槽と、該水槽内の水と連通した気密空間を有するチャンバと、を少なくとも有し、前記気密空間を負圧状態にして前記水槽の水を前記チャンバ内に吸い上げ、前記負圧状態の解除により前記吸い上げた水を落下させて、水槽内に波を発生させる造波装置であって、前記チャンバに、前記負圧状態の解除に用いる給気弁を複数備えたことを特徴とする。前記給気弁の動作タイミングを個別に制御することによって任意波形の波を造波可能とする。
【選択図】図１
【解決手段】水槽と、該水槽内の水と連通した気密空間を有するチャンバと、を少なくとも有し、前記気密空間を負圧状態にして前記水槽の水を前記チャンバ内に吸い上げ、前記負圧状態の解除により前記吸い上げた水を落下させて、水槽内に波を発生させる造波装置であって、前記チャンバに、前記負圧状態の解除に用いる給気弁を複数備えたことを特徴とする。前記給気弁の動作タイミングを個別に制御することによって任意波形の波を造波可能とする。
【選択図】図１
Description
本願発明は、造波装置及び造波方法に関し、より詳細には、安価に任意波形の長周期波を造波可能な造波装置及び造波方法に関する。
水理実験において、津波のような長周期の波を造波する方法としては、ロングストロークのピストン式のものや、ポンプによるものがあるが、これらは装置が大規模となり、設置費用が高価である。
なお、比較的簡易に造波する装置としては、チャンバ内に水槽よりも高い位置まで水を貯め、これを吐き出すことによる造波装置が知られているが、造波する波の波形を任意に制御することが困難である。
なお、比較的簡易に造波する装置としては、チャンバ内に水槽よりも高い位置まで水を貯め、これを吐き出すことによる造波装置が知られているが、造波する波の波形を任意に制御することが困難である。
波形を任意制御する一例として、下記の特許文献１に記載の造波装置がある。
特許文献１に記載の造波装置では、チャンバ内に水位検出計を設け、チャンバ内の水位変動を検知しつつ、給気弁の開度を制御しながらチャンバ内に給気することによって、波の形状を整える方法が開示されている。
特許文献１に記載の造波装置では、チャンバ内に水位検出計を設け、チャンバ内の水位変動を検知しつつ、給気弁の開度を制御しながらチャンバ内に給気することによって、波の形状を整える方法が開示されている。
しかし、上記した従来技術では、以下に示す問題を有する。
（１）特許文献１の造波装置を実用に供するためには、一般的な水理実験スケールでみた場合、１秒以下の短時間で給気弁の開度を正確に制御可能な給気弁と制御部を設ける必要がある。しかし、一般に入手できる開度調整可能な吸排気弁には、このような短時間で制御可能なものはなく、既製品を使用できないため、造波装置の製作が非常に高価なものとなってしまう。
（１）特許文献１の造波装置を実用に供するためには、一般的な水理実験スケールでみた場合、１秒以下の短時間で給気弁の開度を正確に制御可能な給気弁と制御部を設ける必要がある。しかし、一般に入手できる開度調整可能な吸排気弁には、このような短時間で制御可能なものはなく、既製品を使用できないため、造波装置の製作が非常に高価なものとなってしまう。
すなわち、本願発明は、安価に任意波形の波を造波可能な造波装置及び造波方法の提供を目的の一つとするものである。
前記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、水槽と、該水槽内の水と連通した気密空間を有するチャンバと、を少なくとも有し、前記気密空間を負圧状態にして前記水槽の水を前記チャンバ内に吸い上げ、前記負圧状態の解除により前記吸い上げた水を落下させて、水槽内に波を発生させる造波装置であって、前記チャンバに、前記負圧状態の解除に用いる給気弁を複数備えたことを特徴とする、造波装置を提供するものである。
また、本願の第２発明は、前記給気弁に、流量制御弁を更に設けたことを特徴とするものである。
また、本願の第３発明は、前記第１発明に記載の造波装置を用いた造波方法であって、前記給気弁による給気タイミングをそれぞれ変えることによって、異なる波形の波を発生させることを特徴とする、造波方法を提供するものである。
また、本願の第４発明は、前記第２発明に記載の造波装置を用いた造波方法であって、前記給気弁による給気タイミングと、前記流量制御弁による流量の何れか或いは両方をそれぞれ変えることによって、異なる波形の波を発生させることを特徴とする、造波方法を提供するものである。
また、本願の第２発明は、前記給気弁に、流量制御弁を更に設けたことを特徴とするものである。
また、本願の第３発明は、前記第１発明に記載の造波装置を用いた造波方法であって、前記給気弁による給気タイミングをそれぞれ変えることによって、異なる波形の波を発生させることを特徴とする、造波方法を提供するものである。
また、本願の第４発明は、前記第２発明に記載の造波装置を用いた造波方法であって、前記給気弁による給気タイミングと、前記流量制御弁による流量の何れか或いは両方をそれぞれ変えることによって、異なる波形の波を発生させることを特徴とする、造波方法を提供するものである。
本願発明によれば、下記に示す効果のうち、少なくとも何れか一つを得ることができる。
（１）高価な給気弁を用いる必要がなく、既製品を用いた製作が可能であるため、安価に製作できる。
（２）複数の給気弁を利用することにより、任意の波形の造波が可能となる。
（３）流量調整弁の併用により、より自由度の高い造波が可能となる。
（１）高価な給気弁を用いる必要がなく、既製品を用いた製作が可能であるため、安価に製作できる。
（２）複数の給気弁を利用することにより、任意の波形の造波が可能となる。
（３）流量調整弁の併用により、より自由度の高い造波が可能となる。
各図面を参照しながら、本願発明の造波装置について説明する。
＜１＞全体構成
本願発明の造波装置の構成を図１に示す。
本願発明に係る造波装置は、水槽１と、水槽２に底部を没するように配置したチャンバ２と、前記チャンバ２に設ける吸引部３及び給気部４と、少なくとも前記給気部４の動作を制御可能な制御部５と、で構成することができる。
水槽１は、水理実験等に用いる一般的な実験水層であり、詳細な説明を省略する。
本願発明の造波装置の構成を図１に示す。
本願発明に係る造波装置は、水槽１と、水槽２に底部を没するように配置したチャンバ２と、前記チャンバ２に設ける吸引部３及び給気部４と、少なくとも前記給気部４の動作を制御可能な制御部５と、で構成することができる。
水槽１は、水理実験等に用いる一般的な実験水層であり、詳細な説明を省略する。
＜２＞チャンバ
チャンバ２は、チャンバ２内への水の吸引・吐出により、前記水槽１内で造波を行うための装置である。
チャンバ２の底部近傍には、前記水槽２の水中に没するように設けた開口２１を形成する。前記開口２１を介した水の流出入により、水槽１内で造波を行う。
チャンバ２の内部は、チャンバ２の外壁と水槽内の水面とで囲まれた気密空間２２となる。
チャンバ２は、チャンバ２内への水の吸引・吐出により、前記水槽１内で造波を行うための装置である。
チャンバ２の底部近傍には、前記水槽２の水中に没するように設けた開口２１を形成する。前記開口２１を介した水の流出入により、水槽１内で造波を行う。
チャンバ２の内部は、チャンバ２の外壁と水槽内の水面とで囲まれた気密空間２２となる。
＜３＞吸引部
吸引部３は、チャンバ２内の気密空間を負圧状態にして水槽１内の水をチャンバ２内に吸い込むための装置である。
吸引部３は、吸引路に設ける吸引弁３１及び吸引ポンプ３２でもって構成することができる。吸引ポンプ３２による吸引力を吸引弁３１の開放で伝えることにより、前記気密空間２２を負圧状態にする。チャンバ２において、吸引部３を設ける箇所は特に限定しない。
吸引部３は、チャンバ２内の気密空間を負圧状態にして水槽１内の水をチャンバ２内に吸い込むための装置である。
吸引部３は、吸引路に設ける吸引弁３１及び吸引ポンプ３２でもって構成することができる。吸引ポンプ３２による吸引力を吸引弁３１の開放で伝えることにより、前記気密空間２２を負圧状態にする。チャンバ２において、吸引部３を設ける箇所は特に限定しない。
＜４＞給気部
給気部４は、チャンバ２内の気密空間２２に給気して、チャンバ２内に引き込まれた水を吐き出すための装置である。
給気部４は、管路に設ける給気弁４１を複数設けることによって構築する。
給気弁４１には、短時間で開閉の有無を制御可能な可変式の給気弁が望ましく、例えば、電磁弁を利用することができる。
なお、給気弁４１を複数設け、それらの給気弁４１を個別制御することで、チャンバ２内の給気量を任意に制御することから、給気弁４１について開閉角度の設定を短い応答時間で制御可能な高価な部材を使用する必要は無い。
また、本発明において給気弁４１の数、配置箇所等は特に制限されない。
給気部４は、チャンバ２内の気密空間２２に給気して、チャンバ２内に引き込まれた水を吐き出すための装置である。
給気部４は、管路に設ける給気弁４１を複数設けることによって構築する。
給気弁４１には、短時間で開閉の有無を制御可能な可変式の給気弁が望ましく、例えば、電磁弁を利用することができる。
なお、給気弁４１を複数設け、それらの給気弁４１を個別制御することで、チャンバ２内の給気量を任意に制御することから、給気弁４１について開閉角度の設定を短い応答時間で制御可能な高価な部材を使用する必要は無い。
また、本発明において給気弁４１の数、配置箇所等は特に制限されない。
＜５＞制御部
制御部５は、少なくとも前記給気部４を制御するための装置である。
制御部５は、電子計算機などの情報処理装置を用いることができ、前記給気弁４の開閉の有無やタイミングを個別に電子制御可能に構成する。
なお、制御部５は、必要に応じて前記吸引部３も制御可能に構成してもよい。
制御部５は、少なくとも前記給気部４を制御するための装置である。
制御部５は、電子計算機などの情報処理装置を用いることができ、前記給気弁４の開閉の有無やタイミングを個別に電子制御可能に構成する。
なお、制御部５は、必要に応じて前記吸引部３も制御可能に構成してもよい。
＜６＞使用方法
次に、本願発明の造波装置の使用方法について説明する。
（１）吸引工程
まず、吸引弁３１を開き吸引ポンプ３２によりチャンバ２内の空気を吸引する。この時、給気弁４１は全て閉じておく。これによりチャンバ２内の圧力が低下し水位が上昇する。所定の高さまで水を吸引したら吸引弁３１を閉じる。
次に、本願発明の造波装置の使用方法について説明する。
（１）吸引工程
まず、吸引弁３１を開き吸引ポンプ３２によりチャンバ２内の空気を吸引する。この時、給気弁４１は全て閉じておく。これによりチャンバ２内の圧力が低下し水位が上昇する。所定の高さまで水を吸引したら吸引弁３１を閉じる。
（２）給気工程
チャンバ２内の水位が上昇した状態から、給気弁４１を開放することにより、チャンバ２内の水柱が落下し、開口２１より水が排出されることによって、水槽１内で造波を行う。
この時、各給気弁４１の解放タイミングを制御部５によって適宜変えることにより、造波波形を変更することができる。
チャンバ２内の水位が上昇した状態から、給気弁４１を開放することにより、チャンバ２内の水柱が落下し、開口２１より水が排出されることによって、水槽１内で造波を行う。
この時、各給気弁４１の解放タイミングを制御部５によって適宜変えることにより、造波波形を変更することができる。
＜７＞造波例
図２〜４に、本願発明の造波装置を用いた水理実験によって確認した結果を示す。これらは、給気弁４１を６つ設置したときの例である。
図２は、６つの給気弁４１を０．１秒おきに順に開放した場合、図３は、同様に０．３秒おきに順に開放した場合、図４は０．３秒おきに６つの給気弁４１を順に開放したのち、連続して０．３秒おきに給気弁４１を順に閉じた場合の、造波された波の時系列を示している。
図２〜４に、本願発明の造波装置を用いた水理実験によって確認した結果を示す。これらは、給気弁４１を６つ設置したときの例である。
図２は、６つの給気弁４１を０．１秒おきに順に開放した場合、図３は、同様に０．３秒おきに順に開放した場合、図４は０．３秒おきに６つの給気弁４１を順に開放したのち、連続して０．３秒おきに給気弁４１を順に閉じた場合の、造波された波の時系列を示している。
これらを比較すると、水位の上昇速度や下降速度がそれぞれ異なった造波が可能であることが示されている。
また、不連続で段階的な給気弁４１の開度変化にも関わらず、滑らかな波形の造波が可能であることが分かる。図２〜４は単純な造波例であるが、６つ程度の給気弁４１であっても、自由度の高い滑らかな波形の造波が可能であることが分かる。
また、不連続で段階的な給気弁４１の開度変化にも関わらず、滑らかな波形の造波が可能であることが分かる。図２〜４は単純な造波例であるが、６つ程度の給気弁４１であっても、自由度の高い滑らかな波形の造波が可能であることが分かる。
本願発明の造波装置の第２実施例について、図５を参照しながら説明する。
本願発明は、第１実施例より更に自由度の高い造波装置として、給気部４に流量調整弁４２を更に設けることができる。
この流量調整弁４２を、目的の波形を造波出来るように予め給気弁４１毎の流量を個別に調整しておくことにより、より目的の波形に近い波を造波することが可能となる。
本願発明は、第１実施例より更に自由度の高い造波装置として、給気部４に流量調整弁４２を更に設けることができる。
この流量調整弁４２を、目的の波形を造波出来るように予め給気弁４１毎の流量を個別に調整しておくことにより、より目的の波形に近い波を造波することが可能となる。
なお、造波に際し、制御部５による給気弁４１の開閉制御のタイミングや、流量調整弁４２の開度は、予め予備実験や数値計算により設定しておけばよい。
１ 水槽
２ チャンバ
２１ 開口
２２ 気密空間
３ 吸引部
３１ 吸引弁
３２ 吸引ポンプ
４ 給気部
４１ 給気弁
４２ 流量調整弁
５ 制御部
２ チャンバ
２１ 開口
２２ 気密空間
３ 吸引部
３１ 吸引弁
３２ 吸引ポンプ
４ 給気部
４１ 給気弁
４２ 流量調整弁
５ 制御部
Claims (4)
- 水槽と、該水槽内の水と連通した気密空間を有するチャンバと、を少なくとも有し、前記気密空間を負圧状態にして前記水槽の水を前記チャンバ内に吸い上げ、前記負圧状態の解除により前記吸い上げた水を落下させて、水槽内に波を発生させる造波装置であって、
前記チャンバに、前記負圧状態の解除に用いる給気弁を複数備えたことを特徴とする、造波装置。 - 前記給気弁に、流量制御弁を更に設けたことを特徴とする、請求項１に記載の造波装置。
- 請求項１に記載の造波装置を用いた造波方法であって、
前記給気弁による給気タイミングをそれぞれ変えることによって、異なる波形の波を発生させることを特徴とする、造波方法。 - 請求項２に記載の造波装置を用いた造波方法であって、
前記給気弁による給気タイミングと、前記流量制御弁による流量の何れか或いは両方をそれぞれ変えることによって、異なる波形の波を発生させることを特徴とする、造波方法。
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