JP2023152136A - 人工降雨ノズル及び人工降雨発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術では再現できなかった霧雨から極少雨までの人工的な降雨を再現可能とする、人工降雨ノズル及び人工降雨発生装置を提供する。【解決手段】人工降雨ノズル１０は、ノズル本体２０と多孔性板３０とを備えている。ノズル本体２０は、可撓性部材で形成されるとともに水供給源に接続されるフレキシブルチューブ部２１とフレキシブルチューブ部２１の先端に設けられた先端開口部２２とを有し、水供給源から供給された水をフレキシブルチューブ部２１を通して先端開口部２２から噴出する際にフレキシブルチューブ部２１が自励振動をする。多孔性板３０は、多数の小孔３１を有する多孔性部材で形成されるとともに先端開口部２２に対向して配置され、先端開口部２２から噴出された水２６を小孔３１を通して細かい水滴３２に分割する。【選択図】図１

Description

本発明は、人工降雨ノズル及び人工降雨発生装置に係り、詳しくは、幅と奥行きと高さで規定した空間に、自然降雨に近似した降雨強度及びその強度に見合う雨滴粒径分布を再現可能な、人工降雨ノズル及び人工降雨発生装置に関する。

人工降雨ノズル及び人工降雨発生装置として、噴霧ノズルを用いた一般的なものの他に、本出願人による特許文献１、２が知られている。特許文献１、２の人工降雨ノズルは、水供給源に連結されている細管と、この細管に連結されて先端に噴出口を形成するフレキシブルチューブと、このフレキシブルチューブに固定されているガイドフィンとからなる。水供給源からの水はフレキシブルチューブの先端の噴出口から噴出する際にその水の勢いにより振動し、小雨状等の自然雨に近い水滴粒径の人工雨を降らすことができる。この水滴粒径は、細管の内径、供給水の量、圧力、及びフレキシブルチューブの長さを適宜設定することにより調整が可能である。また、ガイドフィンがあるためフレキシブルチューブの振れが制限され、フレキシブルチューブと近傍の部材との干渉が防止される。

また、人工降雨発生装置の用途の一つに、高齢者ドライバー向けや自動運転用などの運転支援システムの評価がある。運転支援システムには、車両の周囲の状況（例えば、人、他車、障害物、表示等の有無及び位置など）を把握するセンサが必須となる。そのセンサには、例えばステレオカメラや、ＬｉＤＡＲと呼ばれる３次元走査赤外線センサが用いられるが、雨や霧などの悪天候において物体の識別能力が低下するという問題がある。そのため、人工降雨発生装置によって雨や霧などの悪天候を再現し、その環境下で運転支援システムをテストするのである。そのような用途では、霧雨から極少雨まで（降雨強度が０．１～１［ｍｍ／ｈｒ］かつ平均降雨粒径が０．１～０．９［ｍｍ］）を再現可能であることが求められる。

特許第４７１１１１２号公報 特許第５８２７６６７号公報

しかしながら、従来技術には次のような課題があった。

フレキシブルチューブを用いた従来技術では、普通の降雨から豪雨（降雨強度が１０～３００［ｍｍ／ｈｒ］）かつ平均降雨粒径が１．０～４．０［ｍｍ］）を再現できるものの、各種センサの能力低下がみられる霧雨から極小雨まで（降雨強度が０．１～１０［ｍｍ／ｈｒ］かつ平均降雨粒径が０．１～０．９［ｍｍ］）を再現できなかった。

噴霧ノズルを用いた従来技術では、噴霧された平均水粒子径が０．００５～０．０５［ｍｍ］の微粒子であるため、霧雨や極小雨ではなく靄や霧の環境下での各種センサの評価となってしまう。これに加え、噴霧条件に高圧仕様の水ポンプが必要となるため、設備コストが極めて多大となる。

そこで、本発明の目的は、従来技術では再現できなかった霧雨から極少雨までの人工的な降雨を再現可能とする、人工降雨ノズル及び人工降雨発生装置を提供することにある。

本発明に係る人工降雨ノズルは、
人工的な降雨に用いられる人工降雨ノズルであって、
可撓性部材で形成されるとともに水供給源に接続されるフレキシブルチューブ部と前記フレキシブルチューブ部の先端に設けられた先端開口部とを有し、前記水供給源から供給された水を前記フレキシブルチューブ部を通して前記先端開口部から噴出する際に前記フレキシブルチューブ部が自励振動をするノズル本体と、
多数の小孔を有する多孔性部材で形成されるとともに前記先端開口部に対向して配置され、前記先端開口部から噴出された前記水を前記小孔を通して細かい水滴に分割する多孔性板と、
を備えた人工降雨ノズルである。

本発明に係る人工降雨発生装置は、
本発明に係る複数の人工降雨ノズルと、
前記人工降雨ノズルを取付ける複数の取付け部材と、
前記取付け部材を支持する支持機構と、
を備えた人工降雨発生装置である。

本発明に係る人工降雨ノズルによれば、ノズル本体において供給された水を自励振動するフレキシブルチューブ部に通して先端開口部から噴出し、先端開口部から噴出された水を多孔性板の小孔に通して更に細かい水滴に分割することにより、従来技術では再現できなかった霧雨から極少雨までの人工的な降雨を再現することができる。

本発明に係る人工降雨発生装置によれば、本発明に係る人工降雨ノズルを複数備えたので、より広範囲において霧雨から極少雨までの人工的な降雨を再現することができる。

実施形態１の人工降雨ノズルを示し、図１［Ａ］は平面図、図１［Ｂ］は側面図である。 図１の人工降雨ノズルを分解して示す平面図である。 図１におけるノズル本体を示し、図３［Ａ］は全体斜視図、図３［Ｂ］は先端開口部を拡大して示す部分斜視図である。 図１の人工降雨ノズルの変形例を示す部分平面図である。 実施形態２の人工降雨発生装置を示す正面図である。 実施形態３の人工降雨発生装置を示す正面図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。実施形態１は人工降雨ノズル、実施形態２は人工降雨発生装置の第一例、実施形態３は人工降雨発生装置の第二例である。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１の人工降雨ノズル１０を示し、図１［Ａ］は平面図、図１［Ｂ］は側面図である。図１［Ｂ］では、多孔性板３０の一部を拡大して小孔３１を示している。図２は、人工降雨ノズル１０を分解して示す平面図である。図３はノズル本体２０を示し、図３［Ａ］は全体斜視図、図３［Ｂ］は先端開口部２２を拡大して示す部分斜視図である。図４は、人工降雨ノズル１０の変形例を示す部分平面図である。以下、図１乃至図４に基づき説明する。

本実施形態１の人工降雨ノズル１０は、人工的な降雨に用いられるものであって、ノズル本体２０と多孔性板３０とを備えている。ノズル本体２０は、可撓性部材で形成されるとともに水供給源に接続されるフレキシブルチューブ部２１とフレキシブルチューブ部２１の先端に設けられた先端開口部２２とを有し、水供給源から供給された水をフレキシブルチューブ部２１を通して先端開口部２２から噴出する際にフレキシブルチューブ部２１が自励振動をする。多孔性板３０は、多数の小孔３１（図１［Ｂ］）を有する多孔性部材で形成されるとともに先端開口部２２に対向して配置され、先端開口部２２から噴出された水２６（図１［Ａ］）を小孔３１を通して細かい水滴３２（図１［Ａ］）に分割する。水２６は水滴３２よりも大きい水滴である。

ノズル本体２０はノズル側継手１１に接続され、水供給源としての給水配管１３は配管側継手１２に接続されている。そのため、ノズル側継手１１と配管側継手１２とが嵌合することにより、ノズル本体２０が給水配管１３に接続される。換言すると、ノズル本体２０は、水供給源である給水配管１３に対して、連結部材（例えばクイックソケット）である配管側継手１２及びノズル側継手１１を介して着脱自在に連結される。

多孔性板３０の両端は支持板１５の両端に固定され、支持板１５の中央にリング状装着具１６が設けられている。リング状装着具１６の内側にノズル本体２０を通すと、リング状装着具１６の内側がノズル側継手１１の外側と嵌合する。これにより、多孔性板３０がノズル本体２０に装着され、ノズル本体２０を多孔性板３０及び支持板１５で囲む形状となる。

次に、ノズル本体２０の構成について、主に図３に基づき詳しく説明する。

ノズル本体２０は、フレキシブルチューブ部２１及び先端開口部２２の他に、ガイドフィン部２３、細管挿入部２４及び細管部２５を有する。ノズル本体２０において、水を出す側を先端、水を入れる側を後端と呼ぶことにする。ノズル本体２０の後端から先端へ、細管部２５、細管挿入部２４、ガイドフィン部２３、フレキシブルチューブ部２１及び先端開口部２２が位置している。細管部２５の先端側には、細管部２５に接続される細管挿入部２４が設けられている。細管挿入部２４の先端側には、ガイドフィン部２３が設けられている。ガイドフィン部２３は、フレキシブルチューブ部２１の自励振動の運動方向を制御する薄板状のチューブ振動制御部として機能し、フレキシブルチューブ部２１の一部を内包した状態で細管挿入部２４から先端側に所定長さ突き出した形状で設けられている。ガイドフィン部２３の先端側にはフレキシブルチューブ部２１が設けられ、フレキシブルチューブ部２１の先端は先端開口部２２となっている。

細管部２５はノズル側継手１１に連結される部分である。フレキシブルチューブ部２１は、前述したように可撓性部材（例えばシリコンゴム）で形成されるとともに細管部２５に連結され、細管部２５内を流れる水を案内して外部に噴出する。なお、ノズル側継手１１及び細管部２５は、例えば合成樹脂製とされ、ノズル本体２０と一体的に形成してもよい。

フレキシブルチューブ部２１は、その内径寸法が例えば１［ｍｍ］、外径寸法が例えば２［ｍｍ］である。内径は、先端開口部２２から噴出される水２６の粒径を左右するので、要求される粒径分布で決められる。外径は、自励振動の状態を変え得るため、散水エリアに影響する。これらの性質は、フレキシブルチューブ部２１を構成する樹脂の比重や弾性等の物性によって調整される。

また、細管部２５及びフレキシブルチューブ部２１の内径寸法は１～２［ｍｍ］の範囲のものが採用されているが、要求される雨滴粒径分布や降雨強度を実現するために適宜の径のものが採用される。例えば、内径寸法が１［ｍｍ］以上のフレキシブルチューブ部を備えたノズル本体も何本か揃えておき、それらを使用目的に応じて適宜選択して用いることもできる。なお、内径寸法が小さいほど、先端開口部２２から噴出される水２６の粒径を小さくできる。

フレキシブルチューブ部２１の先端は、前述のように、フレキシブルチューブ部２１内を流れて来た水（液体）を噴出させるための先端開口部２２となっている。ここで、フレキシブルチューブ部２１の長さｔ（図３［Ａ］）を、ガイドフィン部２３の付け根から先端開口部２２までと定義する。例えば、内径が１［ｍｍ］かつ外径が２［ｍｍ］のフレキシブルチューブ部２１では、長さｔが３０［ｍｍ］のときに良好な自励振動を得ている。

ガイドフィン部２３は、図３［Ａ］に示すように、その平面形状が細長の五角形状に形成されている。また、ガイドフィン部２３の側面形状は、その後端において細管部２５の外径寸法と同じ厚さ寸法の肉厚部とされ、そこから先端側に伸びるに従って滑らかに薄くなり、フレキシブルチューブ部２１が突出する部分においてフレキシブルチューブ部２１の外径寸法とほぼ同じ厚さ寸法となり、全体としてくさび状に形成されている。

このように、ガイドフィン部２３は、フレキシブルチューブ部２１の軸方向に対して軸対称形に形成した薄型のくさび状であるので、くさびの厚み方向へ撓みやすい性質がある。このため、ガイドフィン部２３は、フレキシブルチューブ部２１の振動方向を概ね厚み方向での振動を促進するように働き、これにより、くさびの幅方向の振動を抑制するようになっている。なお、ガイドフィン部２３は、対称形に限らずねじれているものでもよいし、厚みや幅寸法が逆くさび状でもよく、フレキシブルチューブ部２１の振動方向を散水エリアの形状に合わせる向きに制御できる形状を与えられればよい。

以上のような細管挿入部２４、ガイドフィン部２３及びフレキシブルチューブ部２１をシリコンゴムで一体成形した場合は、ガイドフィン部２３がフレキシブルチューブ部２１を内包するのではなく、フレキシブルチューブ部２１の内径を有する流路を連続させて細管挿入部２４に通じて開口していればよい。なお、ノズル本体２０の材質は、シリコンゴムに限定されるものではなく、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ等各種ゴム材や、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン等各種合成樹脂材でもよい。要は、可撓性、つまり柔軟性を有するものであればよい。

次に、多孔性板３０の構成について、主に図１に基づき詳しく説明する。

本実施形態１おいて、多孔性部材は短冊状の金網であり、小孔３１は金網の目であり、多孔性板３０は短冊状の金網の短辺同士が接近するように金網を円筒状に曲げたものである。このとき、所望の降雨強度及び降雨粒径を満たす水滴３２になるように、小孔３１の大きさを適宜設定する。例えば、小孔３１が円形であれば直径、正方形であれば一辺の長さ、長方形であれば長辺及び短辺の長さを調整する。又は、多孔性部材の空間率（空隙率）や、自励振動によって動く先端開口部２２の各位置２２１から多孔性板３０までの距離Ｘ（図４）などを設定するようにしてもよい。一般に、小孔３１が小さいほど、空間率が小さいほど、又は、距離Ｘが短いほど、水滴３２は小さくなる。

多孔性板３０を平面視したときの形状は、円形や楕円形に限らず、三角形、正方形、長方形、多角形などとしてもよい。多孔性板３０は、先端開口部２２に対向して配置されたもの、例えば先端開口部２２から一定距離を隔てて設置されたものであればよく、ノズル本体２０を取り囲む形状でなくてもよいし、ノズル本体２０に装着されないものとしてもよい。多孔性部材は、金網に限らず、パンチングメタル、エキスパンドメタル、グレーチング、ワイヤーメッシュ、多孔質金属体、多孔質セラミックス、又は、ゴム若しくは合成樹脂等からなる多孔質体を用いてもよい。

また、図４に示すように、多孔性板３０は、自励振動によって動く先端開口部２２の各位置２２１から多孔性板３０までの距離Ｘが一定になるように、先端開口部２２に対向して配置してもよい。この場合、多孔性板３０と各位置２２１とは、平面視して同心円状になっている。

次に、人工降雨ノズル１０の作用及び効果について説明する。

（１）人工降雨ノズル１０によれば、ノズル本体２０において供給された水を自励振動するフレキシブルチューブ部２１に通して先端開口部２２から噴出し、先端開口部２２から噴出された水２６を多孔性板３０の小孔３１に通して更に細かい水滴３２に分割することにより、従来技術では再現できなかった霧雨から極少雨までの人工的な降雨を再現することができる。

ノズル本体２０において先端開口部２２から噴出された水２６（水滴）は、フレキシブルチューブ部２１が自励振動するため、広範囲に振り撒かれる。このとき、ノズル本体２０だけでも、供給される水の圧力及び流量を制御することにより、普通の降雨から豪雨までの再現は可能である。ただし、水２６の粒径が比較的大きいため、霧雨から極少雨までを再現するには、水２６を更に細かく砕く必要がある。そこで、先端開口部２２から噴出された水２６を、多孔性板３０の小孔３１に通して更に細かい水滴３２に分割することにより、霧雨から極少雨までを再現できるようになる。

（２）可撓性部材で形成されたフレキシブルチューブ部２１は、機械的剛性が低いので、極めて小さな運動エネルギを与えるだけで自励振動が発生する。そのため、人工降雨発生装置を構成する水ポンプを小型化でき、かつ供給する水も少量化できる。すなわち、装置コスト及び装置稼働コスト（電気・水道料金）をともに少なく抑えることができる。

（３）図４に示すように、自励振動によって動く先端開口部２２の各位置２２１から多孔性板３０までの距離Ｘが一定になるように、多孔性板３０を配置した場合は、先端開口部２２から多孔性板３０までの条件（例えば水２６の空気抵抗による減速など）が、自励振動によって動く各位置２２１のどこでもほぼ同じになる。そのため、より安定した粒径の水滴３２を散布することができる。

（４）多孔性部材が短冊状の金網であり、小孔３１が金網の目であるとき、短冊状の金網の短辺同士が接近するように金網を円筒状に曲げて多孔性板３０を形成する場合は、金網は入手しやすい部材であるうえに曲がりやすいので、容易に多孔性板３０を形成することができる。特に、図４に示すように、自励振動によって動く先端開口部２２の各位置２２１に対して、同心円状になる多孔性板３０の形状を容易に形成することができる。

＜実施形態２＞
図５は、実施形態２の人工降雨発生装置５０を示す正面図である。以下、図５に基づき説明する。ただし、図５において、実施形態１と同じ部分は同じ符号を付すか又は符号を省略することにより、重複説明を省略する。

本実施形態２の人工降雨発生装置５０は、複数の人工降雨ノズル１０と、人工降雨ノズル１０を取付ける取付け部材５１と、取付け部材５１を支持する支持機構としての支柱５２～５６と、を備えている。フレキシブルチューブ部２１が自励振動する方向５７は、図面に垂直である。なお、方向５７について、○内に×は紙面（画面）の手前から奥へ向かう方向を示し、○内に・は紙面（画面）の奥から手前に向かう方向を示す。

取付け部材５１は、例えば図１及び図２に示すノズル側継手１１及び配管側継手１２である。支柱５６は、例えば図１及び図２に示す給水配管１３である。支柱５２，５３は床や地面などに立設され、支柱５２，５３の上端に支柱５４が水平に架設され、支柱５４の下に支柱５５を介して支柱５６が水平に設けられている。支柱５２，５３の下部には安定のための脚部（図示せず）が設けられている。このように、支柱５２と支柱５３との間において、水平な支柱５６の下に取付け部材５１介して複数の人工降雨ノズル１０が吊り下げられている。

また、複数の取付け部材５１は、複数の先端開口部２２同士が干渉し合わない間隔をあけて、支柱５６に配置されている。複数の人工降雨ノズル１０の個数は、本実施形態２では四個であるが、もちろん何個でもよい。支持機構は、支柱５２～５６に限らず、他の支持部材で構成してもよい。

複数の人工降雨ノズル１０の各ノズル本体２０において供給された水は、自励振動するフレキシブルチューブ部２１を通って先端開口部２２から噴出される。先端開口部２２から噴出された水は、多孔性板３０の小孔を通って更に細かい水滴に分割される。人工降雨発生装置５０によれば、人工降雨ノズル１０を複数備えたので、より広範囲において霧雨から極少雨までの人工的な降雨を再現することができる。本実施形態２のその他の作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。

＜実施形態３＞
図６は、実施形態３の人工降雨発生装置５０を示す正面図である。以下、図６に基づき説明する。ただし、図６において、実施形態１、２と同じ部分は同じ符号を付すか又は符号を省略することにより、重複説明を省略する。

本実施形態３の人工降雨発生装置６０は、人工的な降雨に用いられるものであって、複数のノズル本体２０と、多孔性板６１と、ノズル本体２０を取付ける取付け部材５１と、取付け部材５１を支持する支持機構としての支柱５２～５６と、を備えている。

複数のノズル本体２０は、それぞれ、可撓性部材で形成されるとともに水供給源に接続されるフレキシブルチューブ部２１とフレキシブルチューブ部２１の先端に設けられた先端開口部２２とを有し、水供給源から供給された水をフレキシブルチューブ部２１を通して先端開口部２２から噴出する際にフレキシブルチューブ部２１が自励振動をする。多孔性板６１は、多数の小孔を有する多孔性部材で形成されるとともに複数の先端開口部２２に対向して配置され、それぞれの先端開口部２２から噴出された水を小孔を通して細かい水滴に分割する。

多孔性板６１は、一枚の平板状の金網からなり、支柱５２と支柱５３との間において複数のノズル本体２０の下に架設されている。複数のノズル本体２０において供給された水は、自励振動するフレキシブルチューブ部２１を通って先端開口部２２から噴出される。先端開口部２２から噴出された水は、多孔性板６１の小孔を通って更に細かい水滴に分割される。

実施形態２では、図５に示すように、複数のノズル本体２０と同じ個数の多孔性板３０が必要となる。一方、本実施形態３では、複数のノズル本体２０に対して一つの多孔性板６１だけでよい。したがって、人工降雨発生装置６０によれば、全体の構成を簡素化できるので、容易かつ低コストで製造することができる。本実施形態３のその他の作用及び効果は、実施形態１、２のそれらと同様である。

＜その他＞
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。

本発明に係る人工降雨ノズル及び人工降雨発生装置は、運転支援システムの評価のみならず、人工降雨を必要とするすべての場所、例えば、洗車、ハウス栽培、ビルの屋上の緑化部の散水、畑、空き地、グランド等に配置され、その場所における土煙や砂ぼこりを防止する際等に利用される。また、屋外で使用される種々の建造物の降雨に対する耐久性や耐水性等を確認するための検査（又はテスト）用や、表土の流失実験、建物や車両の防水試験、降り始めを検知する検知器の開発、防災や検出器開発や、水の気化潜熱を利用したヒートアイランド現象の対策用等として、利用される。

１０ 人工降雨ノズル
１１ ノズル側継手
１２ 配管側継手
１３ 給水配管
１５ 支持板
１６ リング状装着具
２０ ノズル本体
２１ フレキシブルチューブ部
２２ 先端開口部
２２１ 各位置
２３ ガイドフィン部
２４ 細管挿入部
２５ 細管部
２６ 水
３０ 多孔性板
３１ 小孔
３２ 水滴
５０ 人工降雨発生装置
５１ 取付け部材
５２，５３，５４，５５，５６ 支柱（支持機構）
５７ 方向（自励振動）
６０ 人工降雨発生装置
６１ 多孔性板

Claims (5)

1. 人工的な降雨に用いられる人工降雨ノズルであって、
   可撓性部材で形成されるとともに水供給源に接続されるフレキシブルチューブ部と前記フレキシブルチューブ部の先端に設けられた先端開口部とを有し、前記水供給源から供給された水を前記フレキシブルチューブ部を通して前記先端開口部から噴出する際に前記フレキシブルチューブ部が自励振動をするノズル本体と、
   多数の小孔を有する多孔性部材で形成されるとともに前記先端開口部に対向して配置され、前記先端開口部から噴出された前記水を前記小孔を通して細かい水滴に分割する多孔性板と、
   を備えた人工降雨ノズル。
2. 請求項１記載の人工降雨ノズルであって、
   前記多孔性板は、前記自励振動によって動く前記先端開口部の各位置から前記多孔性板までの距離が一定になるように、前記先端開口部に対向して配置された、
   人工降雨ノズル。
3. 請求項１又は２記載の人工降雨ノズルであって、
   前記多孔性部材は短冊状の金網であり、前記小孔は前記金網の目であり、
   前記多孔性板は、前記短冊状の金網の短辺同士が接近するように前記金網を円筒状に曲げたものである、
   人工降雨ノズル。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の複数の人工降雨ノズルと、
   前記人工降雨ノズルを取付ける取付け部材と、
   前記取付け部材を支持する支持機構と、
   を備えた人工降雨発生装置。
5. 可撓性部材で形成されるとともに水供給源に接続されるフレキシブルチューブ部と前記フレキシブルチューブ部の先端に設けられた先端開口部とを有し、前記水供給源から供給された水を前記フレキシブルチューブ部を通して前記先端開口部から噴出する際に前記フレキシブルチューブ部が自励振動をするノズル本体を複数備え、
   人工的な降雨に用いられる人工降雨発生装置であって、
   多数の小孔を有する多孔性部材で形成されるとともに複数の前記先端開口部に対向して配置され、前記先端開口部から噴出された前記水を前記小孔を通して細かい水滴に分割する多孔性板と、
   前記ノズル本体を取付ける取付け部材と、
   前記取付け部材を支持する支持機構と、
   を備えた人工降雨発生装置。

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