JPH0454896B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、煙突ならびに建造物から排出される
ガスが拡散する状況を模型を用いて定量的に試験
する装置に関する。

近年産業の発展に伴つて、発電所や化学工場等
から排出される、排ガスによる大気汚染を防止す
ることが焦眉の問題となつてきた。このような大
気汚染対策を確立するためには、これらの汚染排
ガスによる大気および地表面の拡散状況を定性的
に把握し、立地条件、規模等に応じてもつとも有
効で経済的な煙突の接置地点、高さおよび排ガス
の排出速度等を決定するデータを得る必要があ
る。

このようなデータを求める手段として、計算に
よる手段、実地試験による手段および模型試験に
よる手段がある。

計算による手段としては、サツトン（Sutton）
の理論式、坂上の式、英国気象局の経験式が発表
されているが、いずれも地形の影響は考慮されて
いない。また、最近これらの式に地形影響をコン
ピユータを用いた数値解析で求めている例がある
が、何れも実験による検証が必要である。

実地試験による手段は、実物煙突が建設された
後でなければ試験もできないし、地形の複雑な広
い地域において試験を行なうことは費用、労力と
もに莫大なものとなる。しかも、煙突高さ、風向
等を自由に選ぶことは困難であり、また一地点に
おける資料しか得られない。

上述のような計算による手段や実地試験による
手段に対して、風洞を用いた模型試験による手段
では、地形の影響が考慮され、煙突高さ、風向等
を自由に選ぶことができ、多地点における資料を
得ることができるうえに、かかる費用、労力とも
に少なくてすむのである。

模型試験としては、風洞内で煙突模型からガス
を排出させ、そのガスの地形模型上における拡散
状況を肉眼観察することが従来行なわれている。

しかしながら、実地気流条件下で拡散したガス
の濃度範囲は広範囲におよび、従来の模型試験装
置ではこのような広範囲におよび濃度の測定は精
度よく実施できないという問題点がある。

本発明は、このような問題点の解決をはかろう
とするもので、実地気流条件下での広範囲におよ
び濃度の測定を精度よく実施できるようにした、
煙拡散模型試験装置を提供することを目的とす
る。

このため本発明の煙拡散模型試験装置は、風洞
内に配置された地形模型と、上記風洞内にトレー
サガスを吐出するトレーサガス吐出手段と、上記
風洞内に開口する複数のサンプリング管と、同サ
ンプリング管に接続されたサンプリングガス吸引
手段とをそなえ、上記複数のサンプリング管のそ
れぞれを通じて上記風洞内から取出された各サン
プリングガス中に含まれる上記トレーサガスの量
を測定するための複数のトレーサガス量検出器
と、上記複数のサンプリング管のそれぞれにおけ
るサンプリングガス取出し量を測定するためのサ
ンプリングガス量検出器とが設けられるととも
に、上記トレーサガス量検出器からの出力信号が
所定値以上に達した場合に、対応するサンプリン
グ管を通じてのサンプリングガスの吸引を停止し
同サンプリングガスの吸引量を検知するための制
御手段が設けられたことを特徴としている。

以下、図面により本発明の実施例について説明
すると、第１〜４図は本発明の第１実施例として
の煙拡散模型試験装置を示すもので、第１図はそ
の斜視図、第２図はその地形模型回転機構を示す
側面図、第３図はそのトレーサガス濃度測定機構
を示す斜視図、第４図は計測点のトレーサガス濃
度特性を示すグラフであり、第５図は本発明の第
２実施例としての煙拡散模型試験装置を示す斜視
図である。

本発明の第１実施例では、第１図に示すよう
に、ガラス等の透視可能な壁および天井で囲まれ
た風洞（測定室）１内において、耐水性・耐薬品
性塗料で下地処理された煙突模型２、家屋模型３
および地形模型４が、風洞床面７に配設された台
盤５上面に設置されている。

また、風洞１の風上側端部には風洞１内に風を
送る送風機（フアン）１５が、風の乱れ等の実地
気流条件を再現するための気流制御材１６，１７
を介して配設されており、気流制御材１６は風洞
１内の流路横断面内に棒または板を格子状に配置
して構成され、気流制御材１７は風洞床面７上に
板状部材を気流と直交するように水平に配置して
構成される。

一方、風洞１外に設けられるトレーサガス吐出
手段Ａは、あらかじめ所定のガス濃度に調整混合
されたトレーサガスを貯蔵するトレーサガスボン
ベ１８と、トレーサガスボンベ１８から流出する
トレーサガスの流量を計測するトレーサガス流量
計１９と、煙突模型２とトレーサガスボンベ１８
とを接続するトレーサガス通路２０と、トレーサ
ガスボンベ１８からのトレーサガス量を調整する
流量調整弁２１とにより構成されており、このト
レーサガス吐出手段Ａにより煙突模型２からトレ
ーサガスが適当流量で吐出されるようになつてい
る。

なお、第１図中の符号２３は地形模型４上に開
口された複数のガスサンプリング孔を示す。

第１，２図に示すように、台盤５は回転駆動用
ベアリング６を介して風洞床面７上に配置される
とともに、台盤５下部には回転軸８が取付けら
れ、この回転軸８下端に取付けられるプーリー１
０と、駆動源（モータ）１１の回転軸に取付けら
れるプーリー９とを伝動ベルト１４で接続するこ
とによつて、台盤５は駆動源１１により回転軸８
周りに回転駆動される。なお、駆動源１１として
は、パルスモータ、リニアモータ等が用いられ
る。

また、実地風向変動のデータ（もしくは計算に
よつて得たデータ）を記録したデータレコーダ、
デイスク、紙テープ等の記録装置１２が増幅・変
換装置１３を介して駆動源１１に接続されてお
り、この増幅・変換装置１３は、記録装置１２か
らの出力信号に基づきその増幅あるいは時間軸変
換、周波数変換等を行なつた後、適当に変換した
信号を駆動源１１に入力して、駆動源１１を作動
させる。

第３図に示すように、トレーサガス量検出器Ｂ
は、トレーサガス吸収液層２４と、このトレーサ
ガス吸収液層２４に差込まれた細管２５および２
６とにより構成され、細管２５はトレーサガス吸
収液層２４内のトレーサガス吸収液２７に浸され
る一方、細管２６は浸されていない。

そして、風洞１内に開口するガスサンプリング
孔２３は、サンプリング管２８により細管２５に
連通されて、トレーサガス量検出器Ｂに接続され
るとともに、トレーサガス量検出器Ｂは、その細
管２６に連通される管２９によりサンプリング量
検出器Ｃにおける細管３０に接続されている。

サンプリング量検出器Ｃは、細管３０，３０ａ
〜３０ｆと、これらの細管３０，３０ａ〜３０ｆ
の相互間に介装される各々異なつた径およびあら
かじめ定められた容積を持つガス吸引筒３１〜３
６とにより構成されており、これらのガス吸引筒
３１〜３６は上下方向に配設され各々細管３０，
３０ａ〜３０ｆで連通される。そして、サンプリ
ングガス量検出器Ｃ内には細管３０の位置まで水
が満たされている。

なお、トレーサガス量検出器Ｂおよびサンプリ
ングガス量検出器Ｃは、複数のガスサンプリング
孔２３のそれぞれのついてそなえられる。

サンプリング吸引手段Ｄは、電磁弁４２を介し
て細管３０ｆに連通されるヘツダー３７と、配管
３８ｂを介してヘツダー３７に接続される吸引ポ
ンプ３８ａとにより構成される。

一方、細管３０ａ〜３０ｆのそれぞれには水位
検出端３９ａ〜３９ｆが取付けられ、これらの水
位検出端３９ａ〜３９ｆはそれぞれ変換器４０ａ
〜４０ｆに接続されており、水位検出端３９ａ〜
３９ｆおよび変換器４０ａ〜４０ｆによりサンプ
リングガス量検出器Ｃ内の水位が検出される。

また、トレーサガス吸収液層２４内のトレーサ
ガス吸収液２７に濃度検出端４１が取付けられ、
この濃度検出端４１が信号ケーブル５７を介して
変換器４３に接続されて、濃度検出端４１および
変換器４３によりトレーサガス吸収液２７に溶解
したトレーサガスの濃度が検出される。

さらに、濃度検出端４１の変換器４３、水位検
出端３９ａ〜３９ｆの変換器４０ａ〜４０ｆ、電
磁弁４２および吸引ポンプ３８ａは、それぞれ信
号ケーブル４６，４７，４８および４９を介して
制御用データ集録装置４４に接続されるととも
に、演算および制御用計算機４５が信号ケーブル
５０を介してデータ集録装置４４に接続され、こ
れらの電磁弁４２、データ集録装置４４および計
算機４５等により、トレーサガス量検出器Ｂから
の出力信号が所定値以上に達した場合に、対応す
るサンプリング管２８を通じてのサンプリングガ
スの吸引すなわちサンプリングガス吸引手段Ｄを
停止する制御手段が構成されている。

なお、第４図は計測点のトレーサガス濃度特性
を示すグラフで、縦軸に吸収液濃度、横軸にサン
プリングガス吸引量をとつてあり、図中の符号Ｋ
は濃度計測不可領域、Ｌは濃度計測可能領域、Ｍ
は濃度飽和領域を示す。また、図中の実線Ｆは任
意の計測点のトレーサガス濃度特性を示すととも
に、符号Ｇ１〜Ｇ７は本実施例で設定できるサン
プリングガス吸引量、Ｇ０はＦの特性を持つ計測
点での計測可能領域Ｌに達するサンプリングガス
吸引量を示している。

つまり、サンプリングガス吸引手段Ｄは、トレ
ーサガス量検出器Ｂにおいて計測されるトレーサ
ガス吸収液２７の濃度が計測可能領域Ｌに達する
と同時に、上述した制御手段により電磁弁４２を
閉鎖させて停止されるようになつている。

上述のごとく構成された本発明の煙拡散模型試
験装置において、ガスが拡散する状況の模型試験
を行なう際には、まず、記録装置１２から出力さ
れる風向データを変換機１３により時間軸変換お
よび周波数変換を行ない駆動源（モータ）１１に
入力することによつて、煙突模型２、家屋模型３
および地形模型４を配設される台盤５が所定の角
速度で回転駆動される。

なお、この回転駆動は、駆動源１１の回転駆動
力をプーリー９、ベルト１４、プーリー１０を介
して台盤５の回転軸８へ伝えることにより行なわ
れる。

次に、トレーサガスの流量調整弁２１を開き、
トレーサガス流量計１９を監視しながら流量調整
弁２１を所定の流量に調整する。これにより、ト
レーサガスとしての試験用アンモニア混合ガス
は、トレーサガスボンベ１８から通路２０を経て
煙突模型２より風洞１内に吐出される。

そして、風洞１内に気流制御材１６，１７を配
置し、送風機（フアン）１５を所定の回転数で回
転させることにより、風洞１内へ送風する。

このようにして、所定の実地気流条件（風速、
風速分布、乱れ等）となるように、送風機１５を
回転させ、気流制御材１６，１４の組合せを決
め、且つ台盤５を回動させることによつて、時々
刻々地形により変化する実地気流が地形模型４上
に再現され、煙突模型２から排出されるトレーサ
ガスは実地の場合と同様に拡散される。

次いで、拡散されたトレーサガスの地形模型４
上における分布は、一定時間後には定常状態にな
る。しかる後、電磁弁４２を開状態として吸引ポ
ンプ３８ａを作動させると、前記サンプリングガ
ス量検出器Ｃ内の水が徐々に下方へ排出される。
この結果、サンプリングガス量検出器Ｃ最上部の
細管３０にあつた水位が、ガス吸引筒３１、細管
３０ａと徐々に下方へ移動する。これに伴い、検
出器Ｃ内の圧力が低下し、管２９を介して検出器
Ｃと連通しているトレーサガス吸収液層２４内の
圧力が低下し、サンプリング管２８を通してガス
サンプリング孔２３から風洞１内のトレーサガス
が吸引されて検出器Ｃ内に入る。この場合、サン
プリングガス吸引量の設定は細管３０ａ〜３０ｆ
の水位まで任意に選ぶことができ、そのときのサ
ンプリングガス吸引量は水位より上に位置するガ
ス吸引筒３１〜３６の累積容量と等しい。

このようなサンプリングガス吸引過程におい
て、トレーサガス吸収液２７の濃度は時間の経過
すなわちサンプリングガス吸引量の増大に伴つて
高くなり、濃度検出端４１による濃度信号は時々
刻々と計算機４５へ入力され、この濃度が計算機
４５により計測可能領域Ｌに達したか否かを判断
される。もし達していなければ連続して吸引が行
なわれるが、達していれば電磁弁４２を閉鎖する
ことによつてそのときの水位が位置する部材の至
近下部の細管（３０ａ〜３０ｆ）で吸引は停止す
る。この制御は、濃度計測可能領域Ｌに達した時
点から、最初に水位検出端（３９ａ〜３９ｆ）か
らの信号を拾つた段階で行なわれる。

例えば、サンプリングガス量検出器Ｃのガス吸
引筒３３内に水位があるときに計測可能領域Ｌに
達した場合、水位がさらに細管３０ｃの部分まで
下がり水位検出端３９ｃおよびその変換器４０ｃ
が信号を発生した時点で電磁弁４２が閉状態とな
り、その計測点におけるサンプリングガスの吸引
は停止する。この状態を第４図で示せば、Ｇ０は
ガス吸引筒３３の途中までの累積吸引量（部材３
０，３１，３０ａ，３２の全部および３３の途中
までの容積の合計）、Ｇ３はガス吸引筒３２まで
の累積吸引量（部材３０，３１，３０ａ，３２の
容積の合計）、Ｇ４はガス吸引筒３３までの累積
吸引量（部材３０，３１，３０ａ，３２，３３の
容積の合計）であり、Ｇ４にて吸引は停止する。

このように、各計測点別にその計測点における
トレーサガス濃度に適したサンプリングガス吸引
量が設定できる。すなわち、高濃度域にある計測
点では上部の細管３０ａで吸引動作は停止する
が、低濃度域にある計測点では最下部の細管３０
ｆまで吸引動作が続けられる。

そして、細管３０ｆの部分まで水位が下がつた
場合、水位検出端３９ｆおよび変換器４０ｆから
信号が発生され、この時点で吸引ポンプ３８ａが
停止して吸引動作は全て終了する。なお、各計測
点で吸引量が異なるので、計測データは各計測点
での吸引量で無次元化して相対比較を行なう。

すなわち第４図においてＦ，F′，F″は任意の
計測点のトレーサガス濃度特性を示すものである
が、このような計測データを第４図の横軸である
吸引量で無次元化して比較を行なうということ
は、それぞれ直線Ｆ，F′，F″の勾配で比較する
ことを意味する。

直線F′は勾配が大であり、これは計測点がトレ
ーサガスの高濃度域にあることを示し、逆に直線
F″は勾配が小であるから、計測点がトレーサガ
スの低濃度域にあることを示している。

このとき第４図から明らかなように、F′の特性
を有する計測点では吸収液濃度が計測可能領域Ｌ
に達するまでのサンプリングガス吸引量は小さ
く、Ｇ１の吸引量で計測可能である。

一方、F″の特性を有する計測点では、吸収液
濃度が計測可能領域Ｌに達するまでのサンプリン
グガス吸引量は大きくなり、Ｇ７までの吸引量が
計測に必要となる。

このようにして、トレーサガス量検出器からの
出力信号が計測可能領域Ｌに入り始める所定値Ｈ
以上に達した場合に、その出力信号に対応するサ
ンプリングガスの吸引が停止されて、同サンプリ
ングガスの吸引量が検知されるのであり、これに
より当該計測点でのトレーサガス濃度特性Ｆが、
他の計測点でのトレーサガス濃度特性F′，F″と
適切に比較されるのである。

この実施例によれば、模型試験において、風向
変動が大きな実地の気流特性を再現できるととも
に、煙突等から排出されたガスの拡散領域（濃度
状況）を計測する際に、各計測点でその濃度に応
じて精度よく計測できる量だけのサンプリングガ
スが吸引されるため、計測する濃度範囲が極めて
広いようなガスの拡散領域についても、安価に、
スピーデイに且つ精度よくガスの拡散領域を計測
することができる。

つぎに、第５図により本発明の第２実施例とし
ての煙拡散模型試験装置について説明する。な
お、第５図中において第１実施例と同じ符号はほ
ぼ同様の部分を示している。

本発明の第２実施例では、送風機１５（第１図
参照）と風洞１の風上側端部開口との間に整流格
子５１および縮流部５２が介装され、この縮流部
５２の上下壁には開口部５３が数か所形成され
る。

一方、風洞１内の気流制御材１６と１７との間
に多数の角形の筒で構成された整流装置５４が配
置されるとともに、同様の整流装置５５が風洞１
の風下側端部開口に配設されている。また、整流
装置５５の風下側には風洞排気筒５６が配設され
る。

なお、整流格子５１の風上側には、図示されな
い導風部（拡がり管）を介して送風機１５が配設
されている。

上述のごとく構成された本発明の第２実施例に
よつても、第１実施例と同様の作用効果を得るこ
とができる。

さらに、第２実施例では、縮小模型を用いての
微風速による風洞実験において生じる、次のよう
な問題点も解決される。

すなわち、もし図示しない導風部の上下方向に
温度差がある場合（例えば導風部が直射日光を受
けたり、地面に接したり、地面近くに位置したり
して、下方は冷たく上方は暖かいというアンバラ
ンスが生じている場合、上下方向に対流が生じ、
このため風洞（測定室）１に流れ込む風に１つま
たは数個の旋回流が生じたり上下で風速のアンバ
ランスが生じたりするという微風速の風洞実験に
おいては無視できない問題が生じるが、この第２
実施例では、整流格子５１を通つた気流のうち、
上層部のより温度が高い気流と下層部のより温度
が低い気流とは縮流部５２の上下壁に設けられた
開口部５３から風洞１外へ流出するので、上下の
温度差が解消され、上記のような問題は生じな
い。

さらに、上下方向の偏流や旋回流が若干残る場
合でも、風洞１の風上側端部および風下側端部に
設けられた相当長い角形の筒で構成された整流装
置５４および５５によつて、上下方向・水平方向
ともに流れが規制され、風洞１内の流れが整流さ
れるのである。

なお、実地気流における所定の乱れを再現する
ため、第１実施例と同様に気流制御材１６，１７
も使用される。

また、風洞１出口部の整流装置５５には、風洞
排気筒５６の方から二次流や外風の影響を防止す
る作用もある。

以上詳述したように、本発明の煙拡散模型試験
装置によれば、風洞内に配置された地形模型と、
上記風洞内にトレーサガスを吐出するトレーサガ
ス吐出手段と、上記風洞内に開口する複数のサン
プリング管と、同サンプリング管に接続されたサ
ンプリングガス吸引手段とをそなえ、上記複数の
サンプリング管のそれぞれを通じて上記風洞内か
ら取出された各サンプリングガス中に含まれる上
記トレーサガスの量を測定するための複数のトレ
ーサガス量検出器と、上記複数のサンプリング管
のそれぞれにおけるサンプリングガス取出し量を
測定するためのサンプリングガス量検出器とが設
けられるとともに、上記トレーサガス量検出器か
らの出力信号が所定値以上に達した場合に、対応
するサンプリング管を通じてのサンプリングガス
の吸引を停止し同サンプリングガスの吸引量を検
知するための制御手段が設けられるという簡素な
構成により、風洞による模試験において、実地気
流条件下で広い濃度範囲におよぶ拡散ガス濃度の
測定が精度よく且つ効率よく実施される利点があ
る。

さらに本発明によれば、低風速での風洞試験に
おいても風洞気流を一定の状態に制限することも
でき、試験精度を大幅に向上させる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の第１実施例としての煙拡
散模型試験装置を示すもので、第１図はその斜視
図、第２図はその地形模型回転機構を示す側面
図、第３図はそのトレーサガス濃度測定機構を示
す斜視図、第４図は計測点のトレーサガス濃度特
性を示すグラフであり、第５図は本発明の第２実
施例としての煙拡散模型試験装置を示す斜視図で
ある。 １…風洞（測定室）、２…煙突模型、３…家屋
模型、４…地形模型、５…台盤、６…回転駆動用
ベアリング、７…風洞床面、８…回転軸、９，１
０…プーリー、１１…駆動源（モータ）、１２…
記録装置、１３…増幅・変換装置、１４…伝動ベ
ルト、１５…送風機（フアン）、１６，１７…気
流制御材、１８…トレーサガスボンベ、１９…ト
レーサガス流量計、２０…トレーサガス通路、２
１…流量調整弁、２３…ガスサンプリング孔、２
４…トレーサガス吸収液層、２５，２６…細管、
２７…トレーサガス吸収液、２８…サンプリング
管、２９…管、３０，３０ａ〜３０ｆ…細管、３
１〜３６…ガス吸引筒、３７…ヘツダー、３８ａ
…吸引ポンプ、３８ｂ…配管、３９ａ〜３９ｆ…
水位検出端、４０ａ〜４０ｆ…変換器、４１…濃
度検出端、４２…電磁弁、４３…変換器、４４…
制御用データ集録装置、４５…演算および制御用
計算機、４６〜５０…信号ケーブル、５１…整流
格子、５２…縮流部、５３…開口部、５４，５５
…整流装置、５６…風洞排気筒、５７…信号ケー
ブル、Ａ…トレーサガス吐出手段、Ｂ…トレーサ
ガス量検出器、Ｃ…サンプリングガス量検出器、
Ｄ…サンプリングガス吸引手段、Ｆ…任意の計測
点のトレーサガス濃度特性、Ｇ０〜Ｇ７…サンプ
リングガス吸引量、Ｋ…濃度計測不可領域、Ｌ…
濃度計測可能領域、Ｍ…濃度飽和領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 風洞内に配置された地形模型と、上記風洞内
   にトレーサガスを吐出するトレーサガス吐出手段
   と、上記風洞内に開口する複数のサンプリング管
   と、同サンプリング管に接続されたサンプリング
   ガス吸引手段とをそなえ、上記複数のサンプリン
   グ管のそれぞれを通じて上記風洞内から取出され
   た各サンプリングガス中に含まれる上記トレーサ
   ガスの量を測定するための複数のトレーサガス量
   検出器と、上記複数のサンプリング管のそれぞれ
   におけるサンプリングガス取出し量を測定するた
   めのサンプリングガス量検出器とが設けられると
   ともに、上記トレーサガス量検出器からの出力信
   号が所定値以上に達した場合に、対応するサンプ
   リング管を通じてのサンプリングガスの吸引を停
   止し同サンプリングガスの吸引量を検知するため
   の制御手段が設けられたことを特徴とする、煙拡
   散模型試験装置。