JP7348668B2 - 気体流体の試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、気体流体の試験方法に関する。

風洞実験などにおいて、気体の流れは実験の対象物に力学的影響を与える。例えば実験の対象物に、揚力を生じさせたり、空気抵抗を生み出したりする。しかし、気体の流れは目に見えない。したがって、この力学的影響を解析するために気体の流れを可視化することが望まれる。気体の流れの可視化を目的として、気体流体に導入され、流体の流れを可視化するトレーサーとして機能する物質が開発されてきた。

従来技術

本出願人らは、流体の動き／運動を可視化する固体の蛍光粒子と、さらに流体が存在する場において、流体の動き／運動を可視化し検査するための検査装置および、蛍光粒子を用いて流体が存在する場において、流体の動き／運動を可視化し検査する検査方法を既に提案している（特許文献１参照）。
特許文献１によれば、この蛍光粒子は流体に投入され流体に追随して動く。この蛍光粒子は、紫外線が照射されることにより可視光を放出するので、放出された可視光を観測することで、流体の流れの精細な可視化が可能である。照射光が可視光の場合、粒子以外の物体が可視光を強く反射して物体と流体の境界において画像がぼやける現象（ハレーション）が発生し観測を困難にすることが問題となる。特許文献１では、紫外線を照射することによって、ハレーションの問題を解決している。
しかし特許文献１に開示された蛍光粒子は固体であるため、流体が液体の場合、流体の流れに浮遊することはできるが、流体が気体の場合、長時間にわたって浮遊することができない。気体中では強い気流の流れが無いと浮遊できず、浮遊してもすぐに落下してしまうという問題がある。

特許６７１３５９８号公報

本発明者らは、液状蛍光組成物をジエチル－ヘキシル－セバシン酸エステル（ＤＥＨＳ）などの液体と混合し、混合した液体を微粒子化することにより、ハレーションを生じさせることなく気体流体の流れを可視化することができ、気体流体において、すぐに落下することなく、長時間にわたって浮遊を維持する霧を生成できる方法を完成し、この発明に至った。
本発明の目的は、ハレーションを生じさせることなく気体流体の流れを可視化することができ、気体流体において、すぐに落下することなく、長時間にわたって浮遊を維持する霧を生成できる方法を提供することである。

請求項１による発明は、気体流体の試験方法であって、液状蛍光組成物を液体に混合する工程と、前記混合された液体を加圧処理して微粒子化する工程と、前記工程で得られた微粒子を気体流体に導入する工程と、前記微粒子を含む気体流体に紫外線を照射する工程とを、含むことを特徴とする気体流体の試験方法に関する。

請求項２による発明は、前記液体がジエチル－ヘキシル－セバシン酸エステル（ＤＥＨＳ）であることを特徴とする請求項１に記載の気体流体の試験方法に関する。

請求項３による発明は、前記液状蛍光組成物が下記の化１で示される液状蛍光組成物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の体流体の試験方法に関する。

請求項４による発明は、前記液状蛍光組成物および下記の化２～化８で示される蛍光物質のいずれか１種がシクロヘキサノンに溶解された液体蛍光組成物であることを特徴とする請求項１又２に記載の気体流体の試験方法に関する。

本発明の請求項１に係る発明によれば、気体流体の試験方法は、液状蛍光組成物を液体に混合する工程と、前記混合された液体を加圧処理して微粒子化する工程と、前記工程で得られた微粒子を気体流体に導入する工程と、前記微粒子を含む気体流体に紫外線を照射する工程とを、含んでいるので、微粒子化された粒子（微粒子）は、すぐに落下することなく長時間にわたって浮遊する霧を形成し気体流体の流れに追随することができる。この微粒子から形成された霧に紫外線を照射することにより霧は可視光を発光することができるので、発光した可視光を観察することで気体流体の流れを測定することが可能である。この霧には可視光を照射することが無いのでハレーションにより観測が困難となる現象を回避できる。

本発明の請求項２係る発明によれば、請求項１の気体流体の試験方法において液体はジエチル－ヘキシル－セバシン酸エステル（ＤＥＨＳ）であるので、濃度の濃い霧を発生させることができる。

本発明の請求項３に係る発明によれば、請求項１又は２に記載気体流体の試験方法において、蛍光組成物は化１で示される液体であることから、この液状蛍光組成物から生成された微粒子は、気体流体においてすぐに落下することなく長時間にわたって浮遊する霧を形成することができる。この液状蛍光組成物から生成された微粒子および、この微粒子から形成された霧は、紫外線が照射されることにより可視光を発光することができる。

本発明の請求項４に係る発明によれば、請求項１又は２に記載気体流体の試験方法において、前記液状蛍光組成物および前述の化２～化８で示される蛍光物質のいずれか１種がシクロヘキサノンに溶解された液体蛍光組成物である。化２～化８で示される蛍光物質は固体であるが、シクロヘキサノンに溶解されることで、液体の蛍光組成物が生成されるので、この液体蛍光組成物から生成された微粒子は、気体流体において長時間にわたって浮遊する霧を形成することができる。この液状蛍光組成物から生成された微粒子および、この微粒子から形成された霧は、紫外線が照射されることにより可視光を発光することができる。

本発明に係る液状蛍光組成物を用いた気体流体の試験方法の説明図である。 図１の要部の照明下での写真である。 図１の要部の暗視下での写真である。 図２について作図した説明図である。 図３について作図した説明図である。

以下、本発明に係る液状蛍光組成物を用いた気体流体の試験方法について、実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。

［実施の形態１］
＜液状蛍光組成物を用いた気体流体の試験方法＞
図１は、本発明に係る液状蛍光組成物を用いた気体流体の試験方法の説明図である。

参照符号（１）はアトマイザー、（２）は窒素ガスボンベ、（３）は窒素ガスボンベ（２）よりアトマイザー（１）に窒素ガスを導入するチューブ、（４）はアトマイザー（１）より気体の霧を噴出するホースをそれぞれ示す。参照符号（５）は、本試験方法に用いる微粒子を生成する液体が充填されたカセット、（６）は懐中電灯型のＵＶ－ＬＥＤライト、（７）はＵＶ－ＬＥＤレーザー、（８）はＵＶ－ＬＥＤ照射器を、それぞれ示す。参照符号（１０）はアトマイザー（１）よりホース（４）を介して噴出された霧状のガスを示す。
本実施形態によれば、アトマイザー（１）で微粒子を生成する液体より発生した微粒子は、アトマイザー（１）内で窒素ガスに導入されて霧状のガス（１０）を生成する。霧状のガス（１０）自体は、目に見えないのであるが、この霧状のガス（１０）にＵＶ－ＬＥＤライト（６）またはＵＶ－ＬＥＤ照射器（８）を用いて霧状のガス（１０）に紫外線を照射するか、或いはＵＶ－ＬＥＤレーザーを用いて、霧状のガス（１０）にレーザー光を照射すると、霧状のガス（１０）が例えば赤色に発光する。

照射光が可視光の場合、粒子以外の物体が可視光を強く反射してぼやける現象（ハレーション）が発生し観測を困難にする。実施の形態１において霧状のガスは紫外線により照射される。霧状のガス（粒子）以外のものも紫外線により照射され反射光を生じさせるが、反射紫外線は不可視であるのでハレーションが発生することはない。
本実施形態によれば、ＵＶ－ＬＥＤレーザー（７）を、シート状または３次元的に霧状のガス（１０）が存在する場に亘って発散させることにより、気体流体全体または調べたい局所における気体流体の流れの可視化することができる。

アトマイザー（１）のカセット（５）には微粒子を生成する液体が入れられている。当該微粒子を生成する液体は、ジエチル－ヘキシル－セバシン酸エステル（以下、単に「ＤＥＨＳ」と言う）と液状蛍光組成物の混合物であってよい。
液状蛍光組成物とＤＥＨＳは通常３：７の割合で混合されるが、微粒子からより高い蛍光発光強度を得たい場合には、ＤＥＨＳに対する液状蛍光組成物の割合を高めてもよい。

気体の流れは、撮影装置によって記録されてもよい。撮影装置を用いることで、流体の流れを可視化した動画を撮影することが可能である。撮影する動画の録画速度（１秒間あたりの撮影コマ数）を変更することで流体の流れをより精細に可視化し検査することができる。

本実施の形態の変形例においては、それぞれ異なる色で発光する２種類の液状蛍光組成物を用い、別々のアトマイザー（１）で霧状のガスを発生させて、これら２つの霧状のガスが混合する点に紫外線を照射することで２種類の霧状のガスが混合する様子を可視化することができる。

尚、実施の形態１で使用された液状蛍光組成物は、前記液状蛍光組成物がシクロヘキサノンに溶解された液体蛍光組成物であってよく、さらに、前述の化２のもの、前述の化３のもの、前述の化４のもの、前述の化５のもの、前述の化６のもの、前述の化７のものまたは、前述の化８のものがシクロヘキサノンに溶解された液体蛍光組成物であってもよい。
＜蛍光組成物＞
１，液状蛍光組成物

人間の可視光の波長の下限値は、３６０ｎｍ～４００ｎｍといわれ個人差がある。したがって、可視光と紫外線の境界・定義は複数存在する。本明細書において「紫外線」とはＪＩＳＢ７０７９および、ＩＳＯ２０４７３に基づいて、波長３８０ｎｍ以下の光線をいい、また可視光とは３８０ｎｍより長い波長を有する光線をいう。

液状蛍光組成物は、化９で示される。
化９で示される液状蛍光組成物は、ユーロピウム錯体であり、（トリス（４，４，４－トリフルオロ－１－（２－チエニル）－１，３－ブタンジオナト－Ｏ，Ｏ’－）ビス（トリオクチルホスフィンオキシド－Ｏ－）ユウロピウム）で示される化合物である。紫外線を照射することにより、６１３ｎｍのピークを持つ赤色の可視光を発光する。

２．シクロヘキサノンに蛍光物質が溶解された液体蛍光組成物

化９で示される液状蛍光組成物は、シクロヘキサノンに溶解することにより液体蛍光組成物を生成することができる。

化１０で示される蛍光物質はユーロピウム錯体であり、（トリス（１，１，１，５，５，５－ヘキサフルオロ－２，４－ペンタンジオナト－Ｏ，Ｏ’－）ビス（トリフェニルホスフィンオキシド－Ｏ－）ユウロピウム）で示される化合物である。紫外線を照射することにより、６１３ｎｍのピークを持つ赤色の可視光を発光する。

化１０で示される蛍光組成物は、固体であるが、シクロヘキサノンに溶解させることにより液体蛍光組成物を生成することができる。

化１１で示される蛍光組成物は、ユーロピウム錯体であり、（トリス（４，４，４－トリフルオロ－１－（２－チエニル）－１，３－ブタンジオナト－Ｏ，Ｏ’－）ビス（トリフェニルホスフィンオキシド－Ｏ－）ユウロピウム）で示される化合物である。紫外線を照射することにより、６１３ｎｍのピークを持つ赤色の可視光を発光する。
化１１で示される蛍光組成物は、固体であるが、シクロヘキサノンに溶解させることにより液体蛍光組成物を生成することができる。

化１２で示される蛍光組成物は、ユーロピウム錯体であり、（トリス（１，３－ジフェニル－１，３－プロパンジオナト）（１，１０－フェナントロリン）ユウロピウム（ＩＩＩ））で示される化合物である。紫外線を照射することにより、６１３ｎｍのピークを持つ赤色の可視光を発光する。
化１２で示される蛍光組成物は、固体であるが、シクロヘキサノンに溶解させることにより液体蛍光組成物を生成することができる。

化１３で示される蛍光組成物は、ナフタレン化合物であり、（１，４－ビス（２－ベンゾオキサゾリル）ナフタレン）で示される化合物である。紫外線を照射することにより、４６０ｎｍのピークを持つ青色の可視光を発光する。
化１３で示される蛍光組成物は、固体であるが、シクロヘキサノンに溶解させることにより液体蛍光組成物を生成することができる。

化１４で示される蛍光組成物は、テルビウム錯体であり、（トリス（１，１，１，５，５，５－ヘキサフルオロ－２，４－ペンタンジオナト－Ｏ，Ｏ’－）ビス（トリフェニルホスフィンオキシド－Ｏ－）テルビウム）で示される化合物である。紫外線を照射することにより、５４２ｎｍのピークを持つ緑色の可視光を発光する。
化１４で示される蛍光組成物は、固体であるが、シクロヘキサノンに溶解させることにより液体蛍光組成物を生成することができる。

化１５で示される蛍光組成物は、テルビウム錯体であり、（［ヘキサデカキス（ヘキシルサリチレート）オクタヒドロキシル］ジオキソノナテルビウムトリエチルアミン塩）で示される化合物である。紫外線を照射することにより、５４２ｎｍのピークを持つ緑色の可視光を発光する。
化１５で示される蛍光組成物は、固体であるが、シクロヘキサノンに溶解させることにより液体蛍光組成物を生成することができる。

化１６で示される蛍光組成物は、キノリン化合物であり、（２－（３－オキソイソインドリン－１－イリデン）メチルキノリン）で示される化合物である。紫外線を照射することにより、緑色の可視光を発光する。
化１６で示される蛍光組成物は、固体であるが、シクロヘキサノンに溶解させることにより液体蛍光組成物を生成することができる。

以下、本発明に係る液状蛍光組成物を用いた気体流体の試験方法の実施例を示す。しかし本発明は、下記の実施例に示される態様に限定して理解されるべきではない。

（実施例１）
前述の実施形態１で述べたとおり、図１の装置構成を組み、アトマイザー（１）より霧状のガスを発生させた。本実施例に使用した液状蛍光組成物はセントラルテクノ株式会社のＲＡＭである。アトマイザー（１）として、ラ・ビジョン・ゲーエムベーハー（ＬＡＶＩＳＩＯＮ ＧｍｂＨ）のシーディングジェネレータを使用した。ＵＶ－ＬＥＤライト（６）は、セントラルテクノ株式会社の商品名ルミシスライト製品番号ＹＤＫ２００を使用した。ＵＶ－ＬＥＤ照射器（８）は、商品名ルミシスＵＶ－照射器（製造番号ＣＥＴ２００８０５－Ｕ３６５）であり、ＵＶ－ＬＥＤレーザー（７）はセントラルテクノ株式会社の商品名ルミシスＵＶレーザー（製品番号ＣＥＴ１９０９０４－７３７５）であった。窒素ガスボンベ（２）からアトマイザー（１）へ「導入される窒素ガスの圧力は０．２～１．６ＭＰａで調整した。

実験の結果得られた画像を図２～図５に示す。図２は霧が発生する部分の構成を示す写真であり、図４は図２を作図したものである。照明を点灯して機器の配置が明瞭にわかるようにした。右側に霧を噴射するホース（４）が設けられている。
図３は霧を可視化した様子を示す写真であり、図５は図３を作図したものである。照明を消して、霧が自発光する様子が明瞭にわかるようにした。ホースから噴射された微粒子から形成された霧が、赤色に発光している様子が見られる。霧はすぐに落下することなく、長時間（３～５分）にわたって浮遊を維持した。
可視化のために紫外線を照射しており、紫外線は不可視であるので、ハレーションの発生は見られなかった。

本発明は、液状蛍光組成物をジエチル－ヘキシル－セバシン酸エステル（ＤＥＨＳ）などの液体と混合し、混合した液体を微粒子化することにより、ハレーションを生じさせることなく気体流体の流れを可視化することができ、気体流体において、すぐに落下することなく、長時間にわたって浮遊を維持することができる霧を生成できる方法を提供する。

１ アトマイザー
２ 窒素ガスボンベ
３ 窒素を導入するチューブ
４ ホース
５ 液状組成物が充填されたカセット
６ 懐中電灯型のＵＶ－ＬＥＤライト
７ ＵＶ－ＬＥＤレーザー
８ ＵＶ－ＬＥＤ照射器
１０ 霧状のガス

Claims (2)

1. 気体流体の試験方法であって、
   液状蛍光組成物を液体に混合する工程と、
   前記混合された液体を加圧処理して微粒子化する工程と、
   前記工程で得られた微粒子を気体流体に導入する工程と、
   前記微粒子を含む気体流体に紫外線を照射する工程とを、含み
   前記液状蛍光組成物が下記の化１で示される液状蛍光組成物がシクロヘキサノンに溶解された液状蛍光組成物であるか、下記の化２～化８で示される蛍光物質のいずれか１種がシクロヘキサノンに溶解された液状蛍光組成物であり、
   前記液体がジエチル－ヘキシル－セバシン酸エステル（ＤＥＨＳ）であることを特徴とする気体流体の試験方法。
   

   

   

   

   

   

   

   

   
2. 異なる色で発光する２種類の前記液状蛍光組成物が個別に混合されている２種類の前記混合された液体を個別に加圧処理して微粒子化する工程と、
   前記工程で得られた２種類の微粒子を２種類の個別の気体流体に導入する工程と、
   前記微粒子を含む２種類の気体流体に紫外線を照射する工程とを、
   含むことを特徴とする請求項１に記載の気体流体の試験方法。