JPH076573B2 - 流体竜巻利用の回転動力伝達装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体物、特に高粘度の流体物中に人工的に発
生させた流体竜巻の回転動力伝達装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

最近、人工竜巻を発生させて有毒ガスや粉塵を排出する
方法が開発されてきた。例えば、横長の排気フードの中
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、横長の平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与え竜
巻上に吹出す装置もあるが、これはいわゆる吹き出し竜
巻機構であり、本願発明の流体竜巻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、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（特開昭62−261842号公報）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、中心部が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ー部が形成され、空気の
分子に求心力を与え、求心力と遠心力とがバランスする
範囲で循環流（旋回気流）が渦流（スパイラル・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、この本願出願人による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、 c.負圧コアー部が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、 e.竜巻の中心部には吸引口から遠く離れても強力な回転
ポテンシャルが存在すること、 などである。

更に、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巻を発生さ
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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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課題が
ある。すなわち、気体と同様に水、オイル等の流体物
でも人工的に竜巻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循環させるこ
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、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、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
うとする課題がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の如き課題を解決するために開発したも
のであって、筒体内に流体物を常時同一回転方向となる
ように流入させる１以上の流入口を前記筒体の側壁に設
け、かつ前記筒体の一端面の中央部に流体物を吸引させ
る吸引口を設け、前記筒体の他端部内に回転軸を固着し
た回転羽根を取り付けてなる流体竜巻発生パイプと、 前記１以上の流入口に連通する流体物循環パイプと、 該流体物循環パイプと前記流体竜巻発生パイプの吸込口
との間に設けた流体物移移送機とからなり、 該流体物移送機を作動させて前記１以上の流入口から流
体物を前記流体竜巻発生パイプ内に流入させて旋回流を
発生させると共に前記吸引口から流体物を吸引させるこ
とにより、前記流体竜巻発生パイプ内に流体竜巻を発生
させて、前記回転羽根を回転させ前記回転軸に前記流体
物移送機の回転動力を伝達させることによって、従来不
可能、困難とされていた課題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物の負圧コ
アー部を形成させるようにしたこと、この負圧コアー
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、送風機など
の流体物移送機によって循環させることによって、同一
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転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、
などに本発明の課題を解決するための手段がある。

〔作用〕

本発明の作用は原則的には本願出願人が開発してすでに
出願している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
って遠心力が与えられ、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
均的な負圧コアー部が形成され、かつ旋回流の遠心力と
負圧コアー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）となり負圧コア
ー部に収束しながら吸引口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に主たる流体特性
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。旋回流の遠心力と吸引による負圧コアー
部による求心力がバランスする限り非常な低速域（0.5m
/s程度）から高速域（20m/sec超）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
す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、人工竜巻の中心の
負圧コアー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、本発明で利用する流体竜巻発生機構を示した
ものであり、３種類の機構原理を表したものである。

ａ図は本発明で利用する流体竜巻発生機構における第１
の原理機構であり、a1およびa2図に示してあるように左
右側壁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（筒体）１から成っている。流入
口２は、空気、水、オイル等の特に粘度に高い流体物
（図示せず）を本管１内に流入する長孔であり、流体物
が本管１の側壁面の接線方向かつ長手方向に流入される
ように成形してある。なお、本実施例では流入口２を長
孔に成形してあるが、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、この本管１によって
流体竜巻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（ポンプなど流体物移送機を用い
て吸引する）させると、流体物は本管１の内側壁面の接
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。そうすれば、流入口２は内側壁面の
接線方向に設けられているため、流入された流体物は、
本管１内に旋回流Ｃを形成する。この旋回流Ｃより吸引
口３に向う長手方向に負圧コアー部Ｂが形成され、その
周囲に流体竜巻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巻Ａ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渦巻状
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図は本発明で利用する流体竜巻発生機構における第２
の原理機構であり、b1図およびb2図に示すように本管１
の側壁にポンプ（流体物移送機）５付の補助管（流体物
循環パイプ）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が成形されてい
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内の流体物が流入口２から本管１内に流入
できるようになっている。つまり、本管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個であるが、必要に応じて何個でも設けるこ
とも可能である。

ｃ図は本発明で利用する流体竜巻発生機構における第３
の原理機構であり、c1図およびc2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の吸引口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、常に同量同一の流体物によって本管１内に流体竜
巻Ａ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、必要に応じて何個でも
配設させることも可能となる。

第２図は、本発明で利用する流体竜巻発生機構の原理を
示したものである。第１図に示した本発明で利用する原
理機構によれば、本図に示すような循環する旋回流Ｃが
形成されることになる。この旋回流Ｃの中心部からの吸
引によって中心に沿って負圧コアー部Ｂが形成され吸引
口に向けて長く伸びる。この負圧コアー部Ｂが旋回する
流体物の分子に求心力を与え、旋回流は渦流（スパイラ
ル・フロー）となり中心部に収束しながら加速されて負
圧コアー部Ｂの周囲に流体竜巻Ａを発生させることにな
る。

第３図から第６図までは、本発明による流体竜巻利用の
回転動力伝達装置を示したものであり、第３図はその具
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図に示した原理機構を
具体的な装置にしたものであり、11は流体竜巻発生パイ
プ、14は流体物循環パイプである。この両パイプ11、14
は流入口12を成形して一体成型されており、更に一端部
はポンプ又は送風機（流体物移送機）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16が
内設されている。なお、13は吸引口であり、18はベアリ
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）は常時両パイプ11、14に循
環されると同時に、流体竜巻発生パイプ11内に流体物の
人工竜巻を発生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Ｃと負圧コアー部
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Ｃ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、前述したように流体
物の渦流が中心部に収束されると共に加速され、かつ強
力な回転ポテンンシャルが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、流体物循環パイプ14は１個であるが、第４図
ａに示すように２個以上配設してもよく、また必要に応
じてｂ図およびｃ図に示すように外枠パイプ19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
と流体竜巻発生パイプ11とを分離させ、回転羽根の近く
の流入口より流入させて、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
的な回転動力伝達装置を第６図により説明する。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図は本発明の流体竜巻利用の回転動力伝達装置
をそれぞれ表わしたものである。従来の駆動機構（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、ユニバーサルジョ
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、車軸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22に連結
し、更にユニバーサルジョイント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。したがって、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、本発明から成る回転動力を伝達することができる流
体竜巻利用の回転動力伝達装置を用いれば可能となる。
すなわち、第６図のｂ図に示すようにエンジジン20によ
ってオイルポンプ（流体物移送機）28を回転させ従来の
オイルクラッチ21の部分にオイル竜巻発生パイプ（流体
竜巻発生パイプ）29を連結するだけで、エンジン20の回
転動力を駆動輪（回転軸）27へ簡単容易に伝達させるこ
とができる。つまり、オイル竜巻発生パイプ29内にオイ
ル竜巻（流体竜巻）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ルが起る。かつ、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ョイント23やデファレ
ンシャルギアー25によって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、本発明を利用し
た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（フレキシビリティ）の効用は大きく経済性にも
富む回転動力伝達装置を提供することができる。

第７図は、本発明の実験例を示したものであり、第３図
に示したような装置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。

実験構造 本管31（流体竜巻発生パイプ） 内径20cm 補助管34（流体物循環パイプ） 内径8cm 各パイプ垂直高さH50cm、水平長さM50cm、屈曲R30cm 噴出口（流入口）32 口巾4mm 吸引パイプ（吸込口）33 直径6cm ポンプ（流体物移送機）35 通常の送風機 回転羽根36 直径17cm、羽根８枚 ベアリング38 通常のベアリング 回転計37 通常の回転計 実験結果 噴出流速4.7m/sec、循環風量1.4m3/mで回転羽根の回転
数836rpmを得た。

実験結論 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1.4m3/mで836rpmを得たことは、オイル
など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、
オイル等のうち、特に粘性の高い流体物でも簡単な機構
でもって簡単容易に流体竜巻を発生させることができ、
更に人工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る。
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利用の回転動力伝達装
置と言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明で利用する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、本発明の流体竜巻利用の回転動力伝達装置の
具体的な実施例を示した斜視図と一部拡大断面図、 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５図は、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、本発明の流体竜巻利用の回転動力伝達装置の
実験例を示した斜視図と一部拡大断面図。 １、31……本管（筒体） ２、12、32……流入口 ３、13……吸引口、４、34……補助管 ５、15、35……ポンプ又は送風機 11……流体竜巻発生パイプ 33……吸引パイプ（吸込口） 14……流体物循環パイプ 16、36……回転羽根 17……回転軸 18、38……ベアリング 19……外枠パイプ（流体物循環パイプ） 20……エンジン 21……オイルクラッチ 22……トランスミッション 23……ユニバーサルジョイント 24……プロペラシャフト 25……ディファレンシャルギヤー 26……車軸 27……駆動輪（回転軸） K28……オイルポンプ 29……オイル竜巻発生パイプ 37……回転計 Ａ……流体竜巻、Ｂ……負圧コアー部 Ｃ……旋回流

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒体内に流体物を常時同一回転方向となる
   ように流入させる１以上の流入口を前記筒体の側壁に設
   け、かつ前記筒体の一端面の中央部に流体物を吸引させ
   る吸引口を設け、前記筒体の他端部内に回転軸に固着し
   た回転羽根を取り付けてなる流体竜巻発生パイプと、 前記１以上の流入口に連通する流体物循環パイプと、 該流体物循環パイプと前記流体竜巻発生パイプの吸込口
   との間に設けた流体物移送機とからなり、 該流体物移送機を作動させて前記１以上の流入口から流
   体物を前記流体竜巻発生パイプ内に流入させて旋回流を
   発生させると共に前記吸込口から流体物を吸引させるこ
   とにより、前記流体竜巻発生パイプ内に流体竜巻を発生
   させて、前記回転羽根を回転させ前記回転軸に前記流体
   物移送機の回転動力を伝達させることを特徴とする流体
   竜巻利用の回転動力伝達装置。