特許 7592749 水中の音圧を減衰するためのデバイス及びそのようなデバイスの使用

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-22

(45)【発行日】2024-12-02

(54)【発明の名称】水中の音圧を減衰するためのデバイス及びそのようなデバイスの使用

(51)【国際特許分類】

   G10K 11/16 20060101AFI20241125BHJP

   H04R 1/44 20060101ALI20241125BHJP

【ＦＩ】

G10K11/16 110

H04R1/44 320

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022562756

(86)(22)【出願日】2021-04-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-11

(86)【国際出願番号】 EP2021060033

(87)【国際公開番号】W WO2021209638

(87)【国際公開日】2021-10-21

【審査請求日】2023-04-05

(31)【優先権主張番号】20170186.9

(32)【優先日】2020-04-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】522402139

【氏名又は名称】アルファ・ラヴァル・ロッテルダム・ベーフェー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】カプテイン，ピーター カール アントン

【審査官】堀 洋介

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００３／００３４１９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１３－５２９５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－０４１２００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２０６９２１４６８（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ１０Ｋ １１／１６

Ｈ０４Ｒ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中の音圧を減衰するように構成されたデバイス（３０）であって、前記デバイス（３０）は、少なくとも１つの泡発生ユニット（３２）と、前記泡発生ユニット（３２）に加圧した空気を供給するように構成された空気導管（３１）とを含み、前記泡発生ユニット（３２）は、一定の気流から１つ又は複数の脈動気流を発生するための流体発振器を含むデバイス（３０）において、
前記流体発振器は、調節可能な発振周波数を備えた流体発振器（１ｂ、１ｃ）であり、前記流体発振器（１ｂ、１ｃ）の発振周波数は、前記空気導管（３１）内の気圧と無関係に調節可能であり、
当該デバイス（３０）は、音捕捉手段（３８）及び制御ユニット（３７）をさらに含み、前記制御ユニット（３７）は、前記音捕捉手段（３８）から入力信号を受信し、前記発振周波数を制御するための制御信号を前記流体発振器（１ｂ、１ｃ）に送信するように構成され、前記制御ユニット（３７）は、前記入力信号を使用して前記制御信号を計算するように構成されていることを特徴とする、デバイス（３０）。

【請求項2】

前記制御ユニット（３７）は、前記入力信号から音の周波数の分布を計算するように配置され、前記制御ユニット（３７）は、前記音の周波数の分布から前記制御信号を計算するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス（３０）。

【請求項3】

前記デバイス（３０）は、前記流体発振器（１ｂ、１ｃ）の第１の型と前記流体発振器（１ａ、１ｂ、１ｃ）の第２の型とを含み、前記流体発振器（１ａ、１ｂ、１ｃ）の前記第１の型と前記流体発振器（１ｂ、１ｃ）の前記第２の型とは、それらが同じ圧力で空気を供給される場合に、異なる発振周波数で作動するように設計されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のデバイス（３０）。

【請求項4】

前記空気導管は可撓性のエアホース（３１）であり、当該デバイス（３０）は、前記エアホース（３１）の長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の前記泡発生ユニット（３２）を備えていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のデバイス（３０）。

【請求項5】

前記泡発生ユニット（３２）は、その頂端及びその底端が開いている泡出口チャネル（３６）を有する泡発生ユニット本体（３５）を含み、前記流体発振器（１ｂ、１ｃ）は、前記泡出口チャネル（３６）内に進出する空気出口を備えていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のデバイス（３０）。

【請求項6】

前記流体発振器（１ｂ、１ｃ）は、同じ発振周波数だが位相が波周期の半分だけずれて作動する、少なくとも２つの別個の空気出口（２、３）を備えていることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のデバイス（３０）。

【請求項7】

前記水中の音の音エネルギーを減衰するための請求項１～６のいずれか一項に記載のデバイス（３０）の使用であって、前記空気導管（３１）及び前記泡発生ユニット（３２）は、水中に置かれ、加圧した空気は前記空気導管（３１）に供給され、それによって気泡（４０）は前記泡発生ユニット（３２）によって発生される、使用。

【請求項8】

１つ又は複数のそのようなデバイスの１つ又は複数の前記空気導管（３１）は水中の音源を取り囲み、前記デバイス（３０）は、水中に置かれる少なくとも４つの泡発生ユニット（３２）を備えていることを特徴とする、請求項７に記載の使用。

【請求項9】

前記デバイス（３０）は、請求項１又は２に記載のデバイス（３０）であり、前記音捕捉手段（３８）は水中に置かれ、前記空気導管（３１）は、前記音捕捉手段（３８）と水中の音源（２９）との間に置かれていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の使用。

【請求項10】

前記制御ユニット（３７）は、前記音捕捉手段（３８）によって捕捉された音の周波数の分布に依存して、前記流体発振器（１ｂ、１ｃ）の前記発振周波数を制御することを特徴とする、請求項９に記載の使用。

【請求項11】

前記デバイス（３０）は、少なくとも２つの流体発振器（１ａ、１ｂ、１ｃ）を含み、それぞれは調節可能な発振周波数を有し、前記少なくとも２つの流体発振器（１ａ、１ｂ、１ｃ）は、同じ前記空気導管（３１）から空気を供給され、前記流体発振器（１ａ、１ｂ、１ｃ）の第１の流体発振器は、第１の発振周波数で作動するように制御され、前記流体発振器（１ａ、１ｂ、１ｃ）の第２の流体発振器は、第２の発振周波数で作動するように制御されることを特徴とする、請求項７～１０のいずれか一項に記載の使用。

【請求項12】

請求項７～１１のいずれか一項に記載の使用であって、どちらも請求項１～６のいずれか一項に記載の第１のデバイス（３０）及び第２のデバイス（３０）が使用され、前記第１のデバイス（３０）の前記空気導管（３１）は、水中の音源（２９）の包囲の少なくとも一部を形成し、前記第２のデバイス（３０）の前記空気導管（３１）は、前記第１のデバイス（３０）の前記空気導管（３１）の包囲の少なくとも一部を形成している、使用。

【請求項13】

前記第１のデバイス（３０）の前記泡発生ユニット（３２）は、前記第２のデバイス（３０）の前記泡発生ユニット（３２）と異なるサイズの気泡（４０）を発生することを特徴とする、請求項１２に記載の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中の音圧を減衰するため、換言すると水中の音の伝播を低減するためのデバイス、及びそのようなデバイスの使用に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば洋上風車のための杭打のような、洋上及び内水の重工業建設作業では、海洋生物を妨害し、又は危険でさえある可能性がある音を発生することが公知である。追加として、これらの音は、水を通して及び海底を通して長距離を進む可能性がある。

【0003】

このような重工業作業からもたらされる音の影響を低減する公知の方法は、音源の周りの気泡膜を利用することである。これらの泡は音響エネルギーを反射して吸収する。

【0004】

これを行うための公知のデバイスは、加圧した空気を穴に押し込んで通すだけで気泡を発生する。しかしこのようなデバイスは、非常に大量の加圧した空気を必要とし、通常音響エネルギーを効率的に反射して吸収するためには最適でないサイズの気泡を発生する。

【0005】

加えて、発生した泡は不安定で、局所の条件に依存して容易に合体し、及び／又は壊れる。また発生した泡サイズは、供給された空気の圧力及び温度の変化にも大きく影響を受ける。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、これらの問題を解決することを目指し、従って水中の音の伝播を低減するため、換言すると水中の音圧を減衰するためのデバイスを提供し、それによってデバイスは、少なくとも１つの泡発生ユニット及び泡発生ユニットに圧縮した空気を供給するための空気導管を含み、それによって泡発生ユニットは、一定の気流から１つ又は複数の、好ましくは２つの脈動気流を発生するための流体発振器を含む。

【0007】

このような発振器は、例えば「Taxonomic trees of fluidic oscillators．Tesar, Vaclav.(2017).EPJ Web of Conferences.143.02128.10.1051/epjconf/201714302128．」の図１に示されたような、周知の標準双安定型２ループの流体発振器、又は後に説明されるようなそのより複雑な変形であることが可能である。

【0008】

発振器からもたらされるそれぞれの空気パルスは、ある特定の量の空気を保持し、その量は発振器の入口圧力にわずかしか依存しないという事実に起因して、特定の比較的均一で一定のサイズの気泡は、容易に発生することができる。従って主に所望のサイズの気泡を発生する泡発生ユニットは、容易に構築することができる。

【0009】

これは、特定の周波数の音エネルギーの吸収及び反射と最適な泡サイズとの間に強い相互関係があるので有益である。

【0010】

吸収及び反射に最も効率的な特定の泡サイズがある、音響エネルギーのあらゆる周波数を考慮すると、本発明のデバイスは、それによって特定の水中の工業作業によって発生される公知の１つ又は複数の周波数又は周波数範囲の水中音を吸収して反射するために最適に設計することができる。

【0011】

その結果、本発明によるデバイスは、所望の泡サイズを発生することができ、音響エネルギーを吸収及び反射する際にデバイスの有効性を高めると同時に、これを達成するために必要な空気の量を低減する。

【0012】

中国特許第２０６９２１４６８号は、音波受信機、送風機、泡管、気密換気管、及び空気噴出板から構成される、音の伝播を遮断するための泡カーテンを使用するデバイスを開示しており、デバイスは、泡の数及び直径を調節する機能を実現するためにロータに関連付けられる。欧州特許第２５８５３６４号は、船舶の船体の抗力を低減するために泡を発生するための装置を開示しており、泡発生デバイスは、船体の外部表面に取り付けることができ、装置は、発生された泡の泡サイズを制御するための１つ又は複数のマイクロ流体デバイスを含む。

【課題を解決するための手段】

【0013】

好ましい実施形態では、流体発振器は、調節可能な発振周波数を備えた流体発振器であって、それによって流体発振器の発振周波数は、空気導管内の気圧及び泡発生ユニットの出口の圧力と無関係に調節可能である。

【0014】

利点は、１パルス当たりの空気の量、それによって泡サイズが、局所の条件及び特定の要件に依存して適合することができることである。

【0015】

好ましい実施形態では、デバイスは音捕捉手段及び制御ユニットを含み、それによって制御ユニットは、音捕捉手段から入力信号を受信し、発振周波数を制御するための制御信号を流体発振器に送信するように配置され、それによって制御ユニットは、入力信号を使用して制御信号を計算するように配置され、好ましくは、制御ユニットは、入力信号から音の周波数の分布を計算するように、例えばプログラムによって配置され、音の周波数の分布から制御信号を計算するように配置される。

【0016】

これにより、デバイスを使用時に、泡サイズの動的制御ができ、それによってデバイスは、発生した音が予期したものと異なり、又は経時的に変化した場合であっても、実際に存在する卓越音の周波数を吸収して反射するのに最適な泡を発生するために、デバイス自体が自動的に制御することができる。

【0017】

好ましくは、デバイスは、１つの空気導管当たり少なくとも４個、より好ましくは少なくとも１０個、より好ましくは少なくとも１５個の泡発生ユニットを含む。好ましくは、各泡発生ユニットは、別個の流体発振器を含み、好ましくは、各泡発生ユニットは、少なくとも８個の別個の流体発振器を含む。

【0018】

好ましい実施形態では、デバイスは、前記流体発振器の第１の型及び前記流体発振器の第２の型を含み、それによって前記流体発振器の第１の型及び前記流体発振器の第２の型は、それらが同じ圧力で空気を供給される場合に、異なる発振周波数で作動するように設計される。

【0019】

このように、流体発振器の第１の型及び第２の型は、例えば代替構成では、どちらも一般的な空気導管に連結することができるので、音響エネルギーの２つの周波数又は周波数範囲を吸収して反射することができる。

【0020】

流体発振器の前記第１の型及び発振器の前記第２の型は、同じ泡発生ユニット内に存在してもよく、又は異なる泡発生ユニット内に存在してもよい。

【0021】

好ましい実施形態では、空気導管は可撓性のエアホースであり、それによってデバイスは、エアホースの長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の前記泡発生ユニットを含む。好ましくは、１つ又は複数の流体発振器をそれぞれが含むことがある泡発生ユニットの数は、流体発振器の数が、空気導管の長さの１メートル当たり少なくとも１つ、より好ましくは空気導管の長さの１メートル当たり３つであるようにされる。

【0022】

これにより、音源を取り囲むホースと共にデバイスを海底に容易に設置することができる。

【0023】

好ましい実施形態では、泡発生ユニットは、その頂端及びその底端が開いている泡出口チャネルを有する泡発生ユニット本体を含み、それによって流体発振器は、泡出口チャネル内に進出する空気出口を含む。

【0024】

泡出口チャネルは、少なくとも流体発振器が泡出口チャネル内に進出する点の上で、通常垂直であり、又は主に垂直である。

【0025】

このような泡発生チャネル内では、泡は空気吸い上げポンプとして作用し、それによって水の上昇流が確立し、泡と混合する。水のこの上昇流は、泡が流体発振器の空気出口から効率的に取り除かれるので、これらの泡の合体が回避されることを確実にする。

【0026】

本発明は、水中の音の伝播を低減するための本発明によるデバイスの使用にも関し、それによって空気導管及び泡発生ユニットは水中に置かれ、それによって加圧した空気は空気導管に供給され、それによって気泡は泡発生ユニットによって発生される。

【0027】

好ましくは、空気導管は水中の音源を取り囲み、それによってデバイスは、水中に置かれる少なくとも４つの泡発生ユニットを含む。このように、音の伝播は、水中の音源から全方向に低減される。

【0028】

好ましくは、デバイスは、空気導管の長さの５メートル当たり少なくとも１つの泡発生ユニット、より好ましくは空気導管の長さの２メートル当たり少なくとも１つの泡発生ユニットを含む。

【0029】

本発明による使用の好ましい変形では、デバイスは、請求項３又は４に記載のデバイスであり、それによって音捕捉手段は水中に置かれ、それによって空気導管は、音捕捉手段と水中の音源との間に置かれ、それによって好ましくは、制御ユニットは、音捕捉手段によって捕捉された音の周波数の分布に依存して、流体発振器の発振周波数を制御する。

【0030】

このように、制御ユニットは、卓越音の周波数、又は別法により最も有害な若しくは妨害すると考えられる特定の音の周波数の音の伝播を確実に最大限低減するために、発振周波数の制御を介して泡サイズを制御することができる。

【0031】

本発明による使用の好ましい変形では、デバイスは、少なくとも２つの流体発振器を含み、それぞれは調節可能な発振周波数を有し、それによって少なくとも２つの流体発振器は、同じ空気導管から空気を供給され、それによって第１の前記流体発振器は、第１の発振周波数で作動するように制御され、それによって第２の前記流体発振器は、第２の発振周波数で作動するように制御される。

【0032】

このように、２つの異なる泡サイズを発生することができるので、水中の音源から発する音スペクトルの大きい方は、吸収又は反射されることが可能である。

【0033】

本発明による使用の好ましい変形では、どちらも本発明による第１のデバイス及び第２のデバイスが使用され、それによって第１のデバイスの空気導管は水中の音源を取り囲み、それによって第２のデバイスの空気導管は、第１のデバイスの空気導管を取り囲む。

【0034】

このように、第１のデバイスによって吸収又は反射されない音響エネルギーは、第２のデバイスによって吸収又は反射することができる。第１のデバイスの泡発生ユニットが、第２のデバイスの泡発生ユニットと異なるサイズ及びサイズ分布の泡を発生する場合、異なる周波数又は周波数範囲の音響エネルギーが、次いで２つのデバイスによって吸収されるので、これは尚良好に働く。

【0035】

本発明を例示するために、例示的実施形態は、以下の図を参照して下に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】本発明によるデバイスの第１の構成要素の第１の実施形態の斜視図を示す。

【図2】Ａ－Ａ線による図１の構成要素の断面を示す。

【図3】Ｂ－Ｂ線による図１及び２の構成要素の断面を示す。

【図4】第１の使用状態における第１の構成要素の第２の実施形態の、図２と類似の図における断面を示す。

【図5】第２の使用状態における図４の構成要素を示す。

【図6】第１の使用状態における第１の構成要素の第３の実施形態の、図２と類似の図における断面を示す。

【図7】第２の使用状態における図６の構成要素を示す。

【図8】作動状態における側面図の、本発明によるデバイスの概略図を示す。

【図9】図８のデバイスの概略上面図を示す。

【図10】図８及び９のデバイスの第２の構成要素のＣ－Ｃ線による断面を示す。

【発明を実施するための形態】

【0037】

図１－３の発振器１ａは、伝統的な流体発振器であり、その空気出口２、３は、それぞれの直径が１．７ｍｍの５０個の丸い穴を備えた穿孔板４を提供される。この流体発振器１ａは、更に第１の発振器と呼ばれる。

【0038】

第１の発振器１ａは、第１の空気入口５及び第１の空気入口５から引き離す空気入口チャネル６を含む。空気入口チャネル６は、広がって２つの空気出口チャネル、より詳細には第１の出口チャネル７及び第２の出口チャネル８に分岐し、第１の出口チャネル７及び第２の出口チャネル８は、２つの前述の空気出口２、３、より詳細には第１の空気出口２及び第２の空気出口３に至り、第１の空気出口２及び第２の空気出口３は、前記穿孔板４を提供される。

【0039】

２つの出口チャネル７、８は、凹状ノーズ１０を備えたスプリッタ９によって分離される。

【0040】

スプリッタ９及び空気入口チャネル６及び出口チャネル７、８は、制御信号を増幅するように配置された双安定流体増幅器を一緒に構成し、それによってこの場合、制御信号は、第１の制御ポート１１及び第２の制御ポート１２を介して流体増幅器に送り込まれる。

【0041】

空気出口２、３のそれぞれから、フィードバック・チャネル１３は、空気入口チャネル６が広がる点で制御ポートに戻される。

【0042】

第１の発振器１ａは、以下のように働く。第１の空気入口５において、及び空気入口チャネル６を通る一定の気流が確立される。この気流は、第１の出口チャネル７を通って、又は第２の出口チャネル８を通って流れるが、同時に両方を通らない。妨害されない場合、空気は、流体が湾曲した表面を辿る傾向を強めるコアンダ効果のために、このように流れ続ける。空気入口チャネル６から出口チャネル７、８のそれぞれへの移行部は、このような湾曲表面である。スプリッタ９の凹状ノーズ１０は、その特定の出口チャネル７、８を通る気流を更に安定させる誘導二次気流を生成する働きをする。

【0043】

この出口チャネル７、８を通って流れる空気のほとんどは、次いで対応する空気出口２、３から出る。しかしこの気流は、圧力パルスも発生し、圧力パルスは、対応するフィードバック・チャネル１３を介して対応する制御ポート１１、１２に送り戻され、気流を他方の出口チャネル７、８に切り替える。

【0044】

妨害されないままである場合、他方の出口チャネル７、８を通る安定した気流は、ここで確立される。しかし他方の空気出口２、３でも、圧力波は発生され、それは、フィードバック・チャネル１３を介して対応する制御ポート１１、１２に送り戻されるので、気流は他方の出口チャネル７、８に再度切り替わる。

【0045】

このように一連の圧力制御信号、換言すると圧力制御波は、気流が第１の出口チャネル７から第２の出口チャネル８に切り替わって戻るたびに、両方の制御ポート１１、１２で確立され、それによって出口チャネル７、８のそれぞれに１つずつの２つの脈動気流が発生し、それぞれは同じ発振周波数で位相が波周期の半分だけずれて脈動する。

【0046】

これらの一連の制御信号は、それによって流体増幅器によって増幅される。

【0047】

第１の発振器１ａの発振周波数は、第１の発振器１ａの厳密な設計に依存して多かれ少なかれ固定される。第１の空気入口５での空気圧の変化は、第１の発振器１ａを通る空気総流量を変化させ、発振周波数に比較的わずかに影響を与えるが、発振周波数は、空気流量と無関係に制御することはできない。

【0048】

第２の流体発振器１ｂは、更に第２の発振器と呼ばれ、図４及び５に示されたように、フィードバック・チャネル１３がなく、制御ポート１１、１２がないという点で、主として伝統的な発振器と異なる。その結果として、第２の発振器１ｂのハウジングの外面形状は、はるかに小さくすることができる。

【0049】

図４及び５に穿孔板４が示されていないのは、これは第１の発振器１ａとの違いを示すために重要ではないからであるが、第２の発振器１ｂの空気出口２、３は、このような穿孔板４を提供されることは容易に可能であり、通常はこのような穿孔板４を提供されることに留意されたい。

【0050】

制御信号を発生するために、第２の発振器１ｂは、その代わりに２つのピエゾ電動ベンダ・アクチュエータ１５を提供され、ピエゾ電動ベンダ・アクチュエータ１５は、空気入口チャネル６の長さ方向に延在し、第１の空気入口５付近でそれらの先端１７ａの１つに固定して取り付けられる。

【0051】

アクチュエータ１５は、それぞれが制御可能な周波数で電線を介して交流電圧源に接続される。電線は図に示されていないが、第２の発振器１ｂのハウジング内に提供されたワイヤチャネル１６を介して走る。

【0052】

アクチュエータ１５は、正電圧又は負電圧がアクチュエータ１５に掛けられるかに依存して、２方向に曲がることができる。これにより、アクチュエータ１５のフリー先端１７ｂが動くので、アクチュエータ１５は２つの作業位置を採用することができ、その一方は図４に示されており、その他方は図５に示されている。

【0053】

圧力が掛けられない場合に、アクチュエータ１５は、これらの２つの作業位置の間の中間の中立位置を採用することが明らかになろう。

【0054】

アクチュエータ１５をそれらの作業位置に収容するために、第２の発振器１ｂのハウジングは整合凹部１８を提供される。

【0055】

図４及び５に見られるように、アクチュエータ１５は、空気入口チャネル６の壁の少なくとも一部を構成する。

【0056】

第２の発振器１ｂは以下のように働く。

【0057】

第１の発振器１ａのように、アクチュエータ１５がそれらの中立位置にある状態で、第１の空気入口５において、及び空気入口チャネル６を通る一定の気流が確立される。空気入口チャネル６を通るこの気流は、それ自体が安定した流れパターンで第１の出口チャネル７又は第２の出口チャネル８内で確立し、次いで対応する空気出口２、３に向かって進む。

【0058】

第２の発振器１ｂを通る気流の振動は、アクチュエータ１５に交流電圧を掛けることによって誘導される。これらのアクチュエータ１５は、次いで２つの作業位置の間を交互に切り替える。一方向、例えば図４に示された作業位置から図５に示された作業位置へのアクチュエータ１５の動きにより、次いで気流を第１の出口チャネル７から第２の出口チャネル８に切り替え、従ってそのような切替のための第１の機械的制御信号を構成する。

【0059】

他方向、つまり図５に示された作業位置から図４に示された作業位置へのアクチュエータ１５の動きにより、気流を第２の出口チャネル８から第１の出口チャネル７に切り替え、従って気流の反対の切替のための第２の機械的制御信号を構成する。

【0060】

アクチュエータ１５の反復運動は、それによって気流が第１の出口チャネル７から第２の出口チャネル８に切り替わって戻るたびに、流体増幅器によって増幅される機械的エネルギー信号の制御波を発生し、それによって出口チャネル７、８のそれぞれに１つずつの２つの脈動気流が発生し、それぞれは同じ発振周波数で位相が波周期の半分だけずれて脈動する。

【0061】

アクチュエータ１５が、気流を第１の空気入口５から２つの出口チャネル７、８の一方に向かって方向付けるように、図４及び５から見えることがあるとしても、一旦気流が２つの出口チャネル７、８の一方に確立されると、アクチュエータ１５は、この気流を維持するためにもはや必要ではない。コアンダ効果に起因して、この気流は、アクチュエータ１５がないはずである場合でさえも安定を維持する。

【0062】

第２の発振器１ｂの信頼できる振動挙動を獲得するために、両方のアクチュエータ１５は、同じ周波数で作動するべきである。両方のアクチュエータ１５は、状況に応じて必ずしも厳密に同相で作動する必要はなく、一方の出口チャネル７、８の気流から他方の出口チャネル７、８の気流により速く又はより遅く切り替えることが必要であることがあり、一方のアクチュエータ１５を他方のアクチュエータ１５よりわずかに早く動かすことによって得られる。

【0063】

第２の発振器１ｂの発振周波数は、交流電圧の周波数と同じになることが明らかになろう。この発振周波数は、従って交流電圧の周波数を電子的に変えることによって容易に制御することができる。これは、第２の発振器１ｂを通る実際の気流と無関係に行うことができる。

【0064】

第３の流体発振器１ｃは、更に第３の発振器と呼ばれ、フィードバック・チャネルがないという点で、第１の発振器１ａと異なる。しかし第１の発振器１ａと同様に、空気入口チャネル６内に存在する２つの制御ポート１１、１２がある。第３の発振器１ｃのこの部分は、基本的に制御ポート１１、１２を備えた伝統的な双安定流体増幅器であり、個別に示されていない。

【0065】

第１の発振器１ａと違い、第３の発振器１ｃは、制御信号を発生するための、図６及び７に示された圧力波発生器１９を含む。この圧力波発生器１９は、第２の空気入口２０を含み、第２の空気入口２０は、分岐点２１で第１の制御チャネル２２と第２の制御チャネル２３に分かれる。

【0066】

第２の空気入口２０と比べて、分岐点２１の反対側には、空洞２４が存在する。この空洞２４では、単一のピエゾ電動ベンダ・アクチュエータ１５は、その先端１７ａの一方に固定して取り付けられる。アクチュエータ１５の他方のフリー先端１７ｂは、分岐点２１の中に延在し、ほぼ三角形の弁部材２５を提供される。

【0067】

第１の制御チャネル２２は、第１の制御ポート１１に連結され、第２の制御チャネル２３は、双安定流体増幅器の第２の制御ポート１２に連結される。

【0068】

アクチュエータ１５は、制御可能な周波数で電線を介して交流電圧源に接続される。電線は図に示されていないが、圧力波発生器１９のハウジング内に提供されたワイヤチャネル１６を介して走る。

【0069】

アクチュエータ１５は、正電圧又は負電圧がアクチュエータ１５に掛けられるかに依存して、２方向に曲がることができ、それによって２つの作業位置を採用することができ、その一方は図６に示されており、その他方は図７に示されている。圧力が掛けられない場合に、アクチュエータ１５は、これらの２つの作業位置の間の中間の中立位置を採用することが明らかになろう。

【0070】

第３の発振器１ｃは、以下のように働く。

【0071】

第１の発振器１ａと同様に、第１の空気入口５において、及び空気入口チャネル６を通る一定の気流が確立される。次に空気入口チャネル６を通るこの気流は、第１の発振器１ａと同様にそれ自体が確立して、コアンダ効果に起因して、安定した流れパターンで第１の出口チャネル７又は第２の出口チャネル８内に入り、次いで対応する空気出口２、３に向かって進む。

【0072】

圧力波発生器９の空気入口である第２の空気入口２０でも、一定の気流が確立される。この一定の気流は、空気入口チャネル６を通る気流よりはるかに小さく、空気入口チャネル６を通る気流の１０％未満である。この第２の気流は、制御ポート１１、１２に送り込まれる２つの制御圧力波信号を発生するために使用される。

【0073】

これを獲得するために、交流電圧がアクチュエータ１５に掛けられる。

【0074】

このアクチュエータ１５は、次いで２つの作業位置の間を交互に切り替える。一方向、例えば図６に示された作業位置から図７に示された作業位置へのアクチュエータ１５の動きにより、第２の制御チャネル２３が分岐点２１で遮断されるので、第２の空気入口２０からの気流は、第１の制御チャネル２２に独占的に流れ、それによって第１の制御チャネル２２内に圧力信号を生じる。

【0075】

反対方向、つまり図７に示された作業位置から図６に示された作業位置へのアクチュエータ１５の動きにより、第１の制御チャネル２２が分岐点２１で遮断されるので、第２の空気入口２０からの気流は、第２の制御チャネル２３に専有的に流れ、それによって第２の制御チャネル２３内に圧力信号を生じる。

【0076】

制御チャネル２２、２３は、必ずしも完全に遮断される必要がないことに留意されたい。空気の大部分、好ましくは少なくとも６７％が他方の制御チャネル２２、２３の中に流れるように、制御チャネル２２、２３の一部を遮断することは十分であるが、最適ではない。

【0077】

アクチュエータ１５の反復運動は、それによって第１の制御チャネル２２に１つ及び第２の制御チャネル２３に１つの、２つの圧力波制御信号を発生し、それによってこれらの圧力波は、位相が波周期の半分だけずれる。

【0078】

第１の制御チャネル２２は第１の制御ポート１１に連結され、第２の制御チャネル２３は第２の制御ポート１２に連結されるので、第１の制御チャネル２２内の圧力信号により、空気入口チャネル６内の気流が第２の出口チャネル８の中に流れ、そのため第２の空気出口３に向かう。同様に、第２の制御チャネル２３内の圧力信号により、第１の空気入口５チャネル内の気流が第１の出口チャネル７の中に流れ、そのため第１の空気出口２に向かう。

【0079】

このことは、気流が第１の出口チャネル７から第２の出口チャネル８に切り替わって戻るたびに、制御チャネル２２、２３内の圧力信号の制御波は、第３の発振器１ｃ内の流体増幅器によって増幅され、それによって出口チャネル７、８のそれぞれに１つずつの２つの脈動気流が発生し、それぞれは同じ発振周波数で位相が波周期の半分だけずれて脈動する。

【0080】

第３の発振器１ｃの発振周波数は、交流電圧の周波数と同じになることが明らかになろう。この発振周波数は、従って交流電圧の周波数を電子的に変えることによって容易に制御することができる。これは、第３の発振器１ｃを通る実際の気流と無関係に行うことができる。

【0081】

第１、第２、及び第３の発振器を使用する有利な方法は、水中の動物への建築作業の影響を制限することが望ましい、この音の音エネルギーを減衰することにより、水中の音の伝播を低減するために泡膜を発生する方法における。

【0082】

これは、図８－１０を参照して第２の発振器１ｂについて以下に記載される。第３の発振器１ｃも、適合させることなく、第２の発振器１ｂの代わりに使用することができることに留意されたい。第１の発振器１ａも、以下に記載されるように、いくつかの制限と共に使用することができることに留意されたい。図８及び９は概略図であり、同じ縮尺ではないことに留意されたい。

【0083】

これらの図では、水中の音源２９、例えば建築構造又はプラットフォームのための杭打などの洋上／内水の建設行為から生じる音エネルギーの減衰のため、換言すると水中の音の伝播を低減するためのデバイス３０が示されている。

【0084】

デバイス３０は、可撓性のエアホース３１を含み、泡発生ユニット３２はエアホース３１に連結される。エアホース３１は、加圧した空気源３３に連結される。

【0085】

泡発生ユニット３２は、水中の音源２９、例えば杭打行為の周りに半径約５０ｍの円内に配置される。

【0086】

泡発生ユニット３２は、約５０ｃｍｘ１００ｃｍの専有面積を有し、エアホース３１の両側に、１列の３４ａ、３４ｂ当たり８個の同一の発振器１ｂの、２つの平行な列３４ａ、３４ｂを含有する。

【0087】

泡発生ユニット３２の断面は、図１０に示されている。図に見られるように、各泡発生ユニット３２は、典型的にはゴムから作成された泡発生ユニット本体３５を含み、各発振器に対して、泡発生ユニット本体３５の基部付近から泡発生ユニット本体３５の頂部に走るチャネル３６が提供される。

【0088】

泡発生ユニット本体３５の内側に、第２の発振器１ｂの２つの列３４ａ、３４ｂが提供される。これらの発振器１ｂは、図１０に概略的に示されている。これらの発振器１ｂの第１の空気入口５、及び存在する場合に第２の空気入口２０は、エアホース３１に連結され、それによって発振器１ｂの空気出口２、３は、前記チャネル３６内に進出する。

【0089】

デバイスは、制御ユニット３７を更に含む。制御ユニット３７は、通常船上に装着される。船は図に示されていない。制御ユニット３７は、発振器のピエゾ電動アクチュエータ１５に連結され、ケーブルチャネル３８を介してこれらのアクチュエータ１５に交流電圧を供給するように配置される。

【0090】

デバイス３０は、制御ユニット３７から発振器の分離した列に交流電圧を掛けるための分離した連結部が存在するように設置されるので、異なる周波数を持つ交流電圧が、それぞれの列における発振器のピエゾ電動アクチュエータ１５に供給されることが可能である。

【0091】

デバイス３０は、ハイドロフォン３９を更に含み、ハイドロフォン３９は制御ユニット３７に連結され、エアホース３１によって形成された円の外側に位置付けられる。制御ユニット３７は、ハイドロフォン３９によって捕捉された音の周波数スペクトルを分析し、この音の周波数スペクトルにおける１つ又は複数の卓越周波数を決定するようにプログラムされる。

【0092】

音エネルギーを減衰するため、又は水中の音の伝播を低減するための方法におけるデバイス３０の使用は、以下の通りである。

【0093】

水中の音源２９、例えば杭打行為が行われている時に、加圧した空気はエアホース３１に供給され、ある特定の開始周波数を持つ交流電圧は、制御ユニット３７によって発振器１ｂに供給される。

【0094】

結果として、発振器１ｂは同じ周波数で振動し、空気出口２、３で空気パルスを発生する。それらの空気出口２、３では、この場合穿孔板４が提供されており、気泡４０は、それによってチャネル３６内に発生する。気泡４０は上昇し始め、エアポンプとして作用し、図１０の矢印Ａによって示されたように、チャネル３６内に上方の水流を確立する。この水流は、穿孔板４の穴で新しく形成される気泡４０を有効に取り除くので、一定の気泡４０のサイズの平衡状態が速やかに確立される。これらの気泡４０は、泡発生ユニット本体３５内のチャネル３６から放出されるので、これらのチャネル３６は、実質的に泡出口チャネル３６になる。

【0095】

多くの泡発生ユニット３２が存在するという事実に起因して、円形の気泡膜がそれによって形成される。この泡膜は、有効に音を反射して吸収するので、水中の音源２９に由来する音の長距離の影響は制限される。

【0096】

同時に、ハイドロフォン３９は、円の外側の水中の音の音スペクトルを捕捉するので、泡膜内の気泡４０によって吸収又は反射されない水中の音の音スペクトルを捕捉する。この音スペクトルは、高速フーリエ変換を用いて制御ユニット３７によって分析されるので、最高音圧を有する１つ又は複数の音の周波数を確立することができる。

【0097】

それに応じて、制御ユニット３７は、水中の音の伝播の最大低減を達成するために、発振器１ｂに供給された交流電圧の周波数、それによって発振器１ｂの発振周波数、それによって発生した気泡４０のサイズを積極的に適合させることができる。

【0098】

分離した制御可能な発振器１ｂの２つの列３４ａ、３４ｂは、同じ泡発生ユニット３２内に提供されるので、２つの卓越周波数又は周波数範囲は、効率的に吸収して反射することができることは特に好都合である。

【0099】

これにより、より高い発振周波数は気泡４０をより小さくし、それによってより小さい気泡４０は、より大きい気泡４０に比べて、より高い周波数の音を有効に吸収して反射する。

【0100】

第１の発振器１ａも泡発生ユニット３２に使用可能であることに留意されたい。気泡サイズは、次いで制御可能及び調節可能でなくなるが、それにもかかわらず、サイズ及び相互の距離が変わる標準の穴又はノズルから空気が押し出される時などに起きる、ランダム現象によって生成される気泡に比べると、このような泡発生ユニット３２から出る一定のサイズの気泡４０の一定の安定した流れを獲得する利点が存在する。

【0101】

第１の発振器１ａを有する泡発生ユニット３２は、まず、特定の水中の騒音を発生する行為から予期した音の周波数スペクトルに一致するサイズの気泡を発生するために、伝統的な泡発生ユニットより良好に設計することができる。次に、そのような気泡４０は、伝統的な泡発生ユニットに由来する気泡に比べて合体することが少なくなるので、気泡４０は、活性及び有効性を長く維持し、換言すると気泡４０が水中を通って上昇する際に垂直により長い距離にわたって維持する。

【0102】

明らかに２つ又はそれ以上であっても、このようなデバイス３０は、同じ源３３から加圧した空気を供給されるかどうかに関わらず、一緒に使用することができる。

【0103】

このような場合、第２のデバイス３０は、第１のデバイス３０の周りの円内に置かれる。

【0104】

その結果として、２つの同心の泡膜が形成される。

【0105】

水中の音源２９によって発生された第１の音、及びその音が第１の音の一部の吸収及び反射に由来する内部泡膜の外側の第２の音の周波数スペクトルは、最高音圧を有する異なる周波数を通常有するので、第２のデバイス３０の泡発生ユニット３２内の発振器１ｂは、第１のデバイス３０の泡発生ユニット３２内の発振器１ｂと異なる発振周波数で通常働き、それによって外部泡膜と異なる泡サイズを内部泡膜内に発生する。

【0106】

どちらのデバイス３０も、水中の音源に比べてそれぞれの泡膜の他方の側面上に置かれた別個のハイドロフォンを含むので、両方のデバイス３０の性能は、より大きい全体の性能に対して独立して最適化することができることに留意されたい。

【0107】

第１、第２、及び第３の発振器１ａ、１ｂ、１ｃの別の有益な用途は、例えば拡散による気－液若しくは液－液の物質移動などの物理的現象、又は気－液若しくは液－液の化学反応などの化学現象のいずれかを最適化するために、化学工業で最適で一定のサイズの気体又は液体の泡を発生することである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】