JPS63295872A - 流体竜巻発生機構とその利用法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、人工的に流体竜巻を発生させる機構と、その
機構によって発生した流体竜巻の利用方法に関するもの
である。

従来の技術 最近、人工竜巻を発生させて有毒カスや粉塵を排出する
方法が開発されてきた。例えば、横長のＦＪＦ気フード
の中で渦流をつくり、中央部で吸引させて竜巻を起させ
る方法であるが、これは排気フードの中で発生した竜巻
であり、横長の嘔均した吸引風速を得るものであり、ま
た、バーナーの燃焼に用いられる吹出ノズルに回転を′
ノーえ屯巻上に吹出す装置もあるか、これはいわゆる吹
き出し竜巻機構であり、本願発明の人工竜巻機構とは何
らの関係もなく、また利用方法も全く異るものである。

そこで１本願出願人が長年研究を重ね、自由空間部に人
工竜巻を発生させることのできる機構を開発し、その発
明を特許出願（特願昭６１−１０６：１８４）により開
示した。この発明は、吸引口を設けた遮蔽板間に数本の
エアー吹出パイプを配設し、この各エアー吹出パイプ間
に連続してできるエアーカーテン内の空間に循環流（旋
回気流）を形成させ、かつこの循環流（旋回気流）の中
心部から空気を吸引させて人工竜巻を発生させる機構で
ある。すなわち、この発明の原理は、エアーカーテンに
よって循環流（旋回気流）を形成し・空気の分子に遠心
力を与えると共に、中心部か吸引されることによって中
心部に負圧が生じて細長い負圧コア一部が形成され、空
気の分子に求心力を与え、求心力と遠心力とかバランス
する範囲で循環流（旋回気流）が渦流（スパーｒラル・
フロー）となって循環流（旋回気流）の中心部に収束さ
れながら吸引方向に向けて人工的に竜巻を発生させるも
のである。

なお、本発明により発生する人工竜巻の流体特性は、次
のとおりである。

ａ、吸込み指向性を有していること（吸引口に向う流速
は吸引口から離れても変化しない）、 ｂ、竜巻状に中心部へ収束されかつ流速が加速されるこ
と、 Ｃ１負圧コア一部か循環流の中心部に形成されかつ吸引
口に向けて平均的に伸びること、ｄ、遠心力と求心力の
バランスがとれる範囲で、低速域から高速域まで自在の
竜巻が形成されること、 ｅ１色巻の中心部には吸引口から遠く離れても強力な回
転ポデンシャルが存在すること、などである。

史に、この発明の効果は、自由空間における吸込みの指
向性を有する上方向、横方向および傾斜方向又は屈折し
た形状に於ても人工竜巻を発生させること、パイプ内部
に吸込みの指向性を有する上方向、横方向、傾斜方向お
よび屈折した形状に於ても人工竜巻を発生させること、
また水中内に吸込みの指向性を有する人工竜谷を発生さ
せることによて、それぞれの流体特性を応用して広範囲
の用途に利用できるようにしたものである。

発明が解決しよとする問題点 本発明は、本願出願人の開発した上記の如き人工竜巻発
生機構を流体の人工竜巻発生機構に応用できるように改
良したものであり、ここに本発明が解決しようとする問
題点がある。すなわち、■気体と同様に水、オイル等の
流体物でも人工的にａ　ｈを発生させるようにすること
、■パイプ内に流体物を連続的に流入させると共に１１
６環させることによってパイプ内に旋回流を発生させる
ようにすること１．■パイプ内における流体物の旋回流
によってパイプ内に流体竜巻を発生させて回転羽根を回
転させるようにすること、（３）回転羽根の回転によっ
て回転軸に回転動力を伝達させるようにすること、など
に本発明が解決しようとする問題点がある。

問題点を解決１−るための手段 本発明は、上記の如き問題点を解決するために開発した
ものであって、側面から流体物を流入させる流入口を成
形し、かつ一端面の中央部に流体物を吸引させる吸引口
を設けた筒体から成り、該筒体の流入口から流体物を流
入させかつ吸引口から吸引させ、筒体の内壁面に沿って
接線方向かつ長手方向に連続させて流体物の旋回流を発
生させて、人工的に流体竜巻を発生させることを特徴と
する流体竜巻発生機構であり史にｕｌ線状若しくは屈曲
形状に成形した筒体の側面に流体物の流入口を形成し、
かつ一端面の中央部に流体物の吸引口を設け、他端には
軸端に固Ｒシた回転羽根を取付けて成る流体”ｕ＋１発
生バ、ｆブと、前記流入口に連通して流体物循環パイプ
とを設け、該流体物循環パイプの一端にポンプ又は送風
機を介して流体物吸引口に連通して成り、該流体面を発
生パイプ内に流体物の旋回流を発生させ、かつ流体竜巻
発生パイプの一端の中心部から吸引させることにより流
体竜巻を発生させて回転羽根を回転させて回転１袖に回
転動力を伝達させる流体竜巻の利用方法にすることによ
って、従来不可能、困難とされていた問題点をすべて解
決することができる。すなわち、■パイプ内に流体物を
流入させ一端から吸引することによりパイプ内に流体竜
巻を人工的に発生させることができるようにしたこと、
■パイプの内壁の接線方向かつ長手方向に流体物を流入
させてパイプ内に連続的な旋回流を起させるようにして
流体のコア一部を形成させるようにしたこと、■このコ
ア一部に形成された部分に人工的な流体竜巻を発生させ
て回転羽根を回転させるようにしたこと、■このように
して発生した流体竜巻には強力な回転ポテンシャルがあ
るので、回転羽根が高速回転できるようにしたこと、■
更に、パイプ内に流入される流体物をポンプ又は送風機
によって循環させることによって、同−流体物により回
転羽根が回転できるようにしたこと、■回転羽根の回転
により回動軸に回転動力が伝達できるようにしたこと、
■この回転動力の伝達機構によって自動車等の駆動にも
応用することができるようにしたこと、などに本発明の
問題点を解決するための手段かある。

作　　　用 本発明の作用は原則的には本願出願人が開発したエアー
の人工竜巻発生機構と同じである。

すなわち、旋回流を構成する流体物の分子は回転するこ
とによって遠心力が学えられ、又旋回流の中心部から吸
引することによる負圧域は、連続する旋回流の中心に沿
って平均的な負圧コア一部が形成され、かつ遠心力と負
圧コア一部による求心力がバランスする位置で安定して
、旋回流は渦流（スパイラルフロー）となり中心コア一
部に収束しながら吸引孔に向う連続的な人工竜巻が発生
することになる。

このようにして、発生された人工竜巻の主たる流体特性
は、■吸引口に向う流速は吸引口から離れた位置でも殆
ど変らない。■渦流の遠心力と吸引による負圧コア一部
による求心力がバランスする限り非常な低速域（０，５
ｍ／ｓ程度）から高速域（２０ｍ／ｓｅｃ趙）まで安定
的な人工竜巻が発生する。■人工竜巻は渦流の中心部に
沿って発生１−るので連続する渦流発生機構の形状を変
えることにより縦竜巻、横竜巻、斜め竜巻、曲り竜巻な
ど、自在な人工竜巻を形成させることができる、■渦流
は中心部に収束された速度を急速に加速される、■人工
竜巻の中心コア一部の回転ポテンシャルは吸引口から離
れても強烈に存在する、などである。

実施例 以下、本図に従って本発明の一実施例について説明する
。

第１図は、本発明の流体竜巻発生機構を示したちのであ
り、３種類の機構原理を表したものである。

ａ図は本発明機構における第１の原理機構であり、ａｌ
および３２図に示しであるように左右側面の長手方向に
流入口２と、一端面の中央部に吸引口３とを成形した本
管ｌから成っている。流入「１２は、空気、水、オイル
等の流体物（図示せず）を本管１内に流入する長孔であ
り、流体物が木管１の壁面の接線方向かつ長手方向に流
入されるように成形しである。なお、本実施例では流入
口２を長孔に成形しであるが、間隙を置いて成形しても
よい。吸引口３は、流入口２から流入された流体物を吸
引口に向けて吸引させるためである。次に、この木管１
によって流体ａ　Ａを発生させる方法について説明する
。まず吸引口３から流体物を吸引（ポンプなどを用いて
吸引する）させると、流体物は本管１の内壁面の接線方
向でしかも長手方向に形成された流入口２から流入され
ることになる。そう１−れば、流入口２はパイプ内壁の
接線方向に設けられているため、流入された流体は、本
管１内に旋回流体Ｃを形成する。この旋回流体Ｃより吸
引口３に向う長手方向にコア一部Ｂが形成さね、その周
囲に流体宅巻Ａが形成されることになる。この人工的に
形成された流体竜８Ａは、流体物が渦流されて形成され
ているので中心部に収束されしかも加速されたうず巻状
となる。このような状態で形成された流体竜巻Ａは強力
な回転ポテンシャルを起させることができる。

ｂ図は本発明機構における第２の原理機構であり、ｂ１
図およびｂ２図に示すように木管１の一側面にポンプ５
付の補助管４が一体成形されている。補助管４と本管１
との接合部分には流体物の流入口２か成形されている。

更に補助管４の上方部にはポンプ５が取付けてあり、補
助管４内の流体物か流入口２から本管１内に流入できる
ようになっている。つまり、木管１と流体物を噴出する
補助管４とを一体成形することによって、本管１内に常
時流体物を流入させることができるようになっている。

この補助管４からの流体物の噴出作用と、本管１の吸引
口３の吸引作用とによって、ａ図と同様の流体竜巻Ａを
発生させることができる。なお、本実施例では補助管４
は１個であるか、必要に応じて何個でも設けることも可
能である。

０図は本発明機構における第３の原理機構であり、０１
図および０２図に示すようにｂ図に示した補助管４のポ
ンプ５と本管１の吸引１］３とが連通されている。この
ポンプ５を介して補助管４内の流体物は本管１内と常時
循環されることになる。このように、本管１内と補助管
４内との流体物が循環されることによって、常に同一１
同一・の流体物によって本管１内に流体ａ　ｊ’５ｔＡ
を発生させることができる。なお本実施例は１個の補助
管４を示したものであるが、必要に応じて（Ｏ１個でも
配設させることも可能となる。

第２図は、本発明機構の原理を示したものである。第１
図に示した本発明の原理機構によれば、本図に示すよう
な循環流Ｃが形成されることになる。この循環流Ｃの中
心部からの吸引によって中心に沿ってコア一部Ｂが形成
され吸引Ｌ１に向けて長く伸びる。このコア一部Ｂが旋
回する流体物の分子に求心力を与え、循環流は渦流（ス
パイラル・フロー）となり中心部に収束しなから加速さ
れてコア一部Ｂの周囲に流体竜巻を発生させることにな
る。

第３図から第６図までは、本発明による流体ａ　Ｏの利
用性を示したものであり、第３図はその１１体的な実施
例を表わしたものである。本図からも明らかのように、
本実施例は第１図のＣに示した原理機構を具体的な装置
にしたものであり、１１は流体電在発生パイプ、１４は
液体物循環パイプである。この両パイプ１１．１４は流
入［１１２を成形して一体成型されており、更に一端部
はポンプ収は送風機）１５を介して両パイプ１１．１４
は連通されている。また、流体竜巻発生パイプ１１の他
端には、回転軸１７に固定されている回転羽根１１１か
内設されている。なお、１３は流体物吸引口であり、１
８はヘアリングである。このように、構成されることに
よって、オイル等の流体物（図示せず）Ｉま常時両パイ
プ１１．１４に循環さ担ると同時に、流体７ｉｕ！発生
パイプｌｌ内に流体物の人王屯蓚を９．圭させることが
できる。つまり、ｂ図に示すように流体物は、流体竜巻
発生パイプ１１内で渦流状態となり、第１図に示したよ
うな旋回流体Ｃとコア一部Ｂが形成されて流体竜巻Ａを
発生させることができる。この流体竜巻Ａの発生により
０図に示すように回転羽根１６が回転することになる。

これは、航述したように流体物の渦流が中心部に収束さ
れると共に加速され、かつ強力な回転ポテンシャルか存
在すると言う流体物の人工竜巻の特性によるものである
。この回転羽根１６の回転により回転軸１７が回転され
ることになるので、この回転動力を種々の動力源として
利用することができる。なお、本図では、液体物循環パ
イプ１４は１個であるが、第４図ａに示１−ように２個
以上配設してもよく、また必要に応じてｂ図および０図
に示すうよに外枠パイプ１ｇを配設してもよい。更に第
５図に示すように流体物循環パイプ１４と流体音す発生
パイプとを分離させ、回転羽根の近くの流入りより流入
させて、流体物を循環する方法でも同一効果が得られる
。次に、第３図に示した実施例の具体的な利用性を第６
図により講明する。第６図は、自動車の駆動機構を示し
たものであり、ａ図は従来機構、ｂ図は本発明機構をそ
わぞわ表わしたものである。従来の駆動ｉｇ　（ａ　図
）は、エンジン２０、オイルクラッチ２１（又はディス
ククラッチ）、トランスミッション２２、ユニバーサル
ジヨイント２３、プロペラシャフト２４、デファレンシ
ャルギヤー２５等から成る構造により、市軸２６を回転
させ駆動輪２７を回転させている。すなわち、従来の自
動車は、エンジン２０から発生した回転動力をオイルク
ラッチ２１（又はディスククラッチ）を通してトランス
ミッションｚ２に連結し、更にユニバーサルジヨイント
２３、プロペラシャフト２４、デファレンシャルギヤー
２５を介して車軸２６に伝達させて駆動輪２７を駆動し
ている。この場合、オイルクラッチ２１は密封されてい
るオイルを回転させて動力を伝達させているが、人工竜
巻を利用していないため、エンジン側の回転羽根とトラ
ンスミッション側の回転羽根を非常に近接させることが
必要となる。したかて、エンジン２０側の回転羽根と駆
動輪２７側の回転羽根の間隙が大きくなればなる程、回
転動力の伝達効率は悪くなり使用に耐えることができな
い。このために、オイルクラッチ２１から駆動輪２７ま
での動力伝達が機械的な構造となり種々の問題点が生じ
ることになる。この問題点を解決するのには１本発明か
ら成る回転動力の伝達機構を用いれば可能となる。すな
わち、ｂ図に示すようにエンジンによってオイルポンプ
を回転させ従来のオイルクラッチ２１の部分にオイルＱ
　Ｏ発生パイプ２９を連結するだけで、エンジン２０の
回転動力を駆動輪２７へ簡弔容易に伝達させることかで
きる。つまり、オイル竜巻発生パイプ２９内にオイル竜
巻が発生し、このオイル竜巻（図示せず）の中心に強い
回転ポテンシャｌしが起る。がつ、オイルなど粘性の大
きい流体は高速旋回させることにより中心部に剛性が生
ずることは既に知られるところであり、人工竜巻の中心
部が鋼鉄性の棒状のように形成されて高速回転される。

この棒状回転によって遠くに離れている駆動輪２７に強
い回転動力を伝達することができる。また、従来のよう
にユニバーサルジヨイント２３やデファレンシャルギア
−２５によっ°Ｃ回転軸の方向を変える必要がなく自在
に回転軸方向を変えることができるので、駆動輪２７に
直接連動させることができる。また、オイル竜巻の停止
（オイルポンプを空運転させる）と運転操作とをするだ
けで、クラッチ機能を持たせることもでき、しかもオイ
ル循環速度を変化させるだけで回転数を自在にコントロ
ールすることもできる。本実施例では自動車の場合を示
したが、これ以外の回転動力の伝達にも応用することが
できる。例えば、ギヤー、シャフト、リンクロッド等は
機械的な伝達手段によっているが、本発明から成るオイ
ル竜巻の回転動力の伝達機構を用いれば、伝達の自在性
（フレキシビリディ）の効用は大きく経済性にも富む回
転動力の伝達機構を提供することがてきる。

第７図は、本発明の実験例を示したものであり、第３図
に示したような機構により実験したものである。この実
験例は、空気によって行った実験である。

火荻盗】 本管３１（電在発生パイプ）　　内径２０ｃｍ補助管３
４（循環パイプ）　　内径８ｃｔｓ各パイプ重直高さ８
５０ｃｍ、水平長さＭ　５０ｃｍ、屈曲Ｒ３０ｃｍ 噴出口３２　　　口中４ｍｍ 吸引パイプ３３　　　直径６ｃａ＋ ポンプ３５　　　通常の送風機 回転羽根３６　　　直径１７ｃｍ、羽根８枚ベアリング
３１３　　　通常のベアリング回転計３７　　　通常の
回転計 犬哀鯖」 噴出流速４．７ｍ／ｓｅｃ　、循環風量１．４ｍ３７ｍ
で回転羽根の回転数８：１６ｒｐｍを得た。

’ＸＪＩ−Ｌａ レイノズル数を合わせれば流体の力学的相似則が成立し
、空気で僅か１．軸３／ｍでａ３［ｉｒｐｍを得たこと
は、オーｒルなと粘性の高い流体物を用いれば回転数と
共に回転トルクの伝達も可能であり充分な回転動力の伝
達機能が得られることが判明される。

発明の効果 本発明は以上のように構成されているので、空気、水、
オイル等の流体物でも簡単な機構でもって簡単８紡に流
体Ｉ７ｉ、巻を発生させることができ史に人二［的に発
生させた流体竜巻の特性を利用して自動車等の回転動力
の伝達機構に応用させることができ、しかも機構そのも
のが簡単であるから流体竜巻を発生させる装置も簡単と
なる、などの具体的な効果からして従来不可能、困難と
されていた流体竜巻による回転動力の伝達機能と、その
機構を応用した装置を各機械的な装置に利用することが
できる流体竜巻発生機構とその利用法と言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は５本発明の流体竜巻発生機構の原理機構を示し
た説明概要図、 第２図は、第１図に示した原理機構の原理を示した説明
図。 第３図は、本発明機構の具体的な実施例を示した斜視［
ネ１と一部拡大断面図、 第４図は、第３図に示した他の実施例の一部拡大断面図
、 第５１閑は、第３図に示した他の実施例を示した斜視図
、 第６図は、第３図に示した実施例の具体的な応用例を示
した概要説明図、 第７図は、本発明機構の実験例を示した斜視図と一部拡
大断面図。 １．３１・・・・・・木管　　２．１２．３２・・・・
・・流入口３．１３・・・・−吸引口　４．３４・・・
・・・補助管５．１５．３５・−・・・ポンプ １１・・・・−流体竜巻発生機構ブ ３３・・・・−流体物吸引パイプ １４・・・・−流体物循環パイプ １６．３６・・・−・回転羽根 １７・・・・−回転軸 １８．３Ｂ・・・・・・ベアリング １９・・・・・・外枠パイプ ２０・・・・・・エンジン ２１・・・・・・オイルクラッチ ２２・・・・・・トランスミッション ２３・・・・・・ユニバーサルジヨイント２１・・・・
・・プロペラシャフト ２５・・・・・・デ「ファレンシャルギャー２６・・・
−・・市軸　　　　　　２７・・・・・・駆動輪２８・
−・・・・オイルポンプ ２９・・・・・・オイル電在発生パイプ３７・・・・・
・回転５１ Ａ・−・−・・流体竜巻　　　　Ｂ・・・・・・負圧コ
ア一部Ｃ・・・・・−旋回流体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、側面から流体物を流入させる流入口を成形しかつ一
   端面の中央部に流体物を吸引させる吸引口を設けた筒体
   から成り、該筒体の流入口から流体物を流入させかつ吸
   引口から吸引させ、筒体の内壁面に沿って接線方向かつ
   長手方向に連続させて流体物の旋回流を発生させて、人
   工的に流体竜巻を発生させることを特徴とする流体竜巻
   発生機構。 ２、直線状若しくは屈曲形状に成形した筒体の側面に流
   体物の流入口を形成し、かつ一端面の中央部に流体物の
   吸引口を設け、他端には軸端に固着した回転羽根を取付
   けて成る流体竜巻発生パイプと、前記流入口に連通して
   流体物循環パイプとを設け、該流体物循環パイプの一端
   にポンプ又は送風機を介して流体物吸引口に連通して成
   り、該流体竜巻発生パイプ内に流体物の旋回流を発生さ
   せ、かつ該流体竜巻発生パイプの一端から吸引させるこ
   とにより流体竜巻を発生させて回転羽根を回転させ回転
   軸に回転動力を伝達させることを特徴とする流体竜巻の
   利用方法。