JPS63117777A - 流れ制御装置 - 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】 本発明は概略的に流れ制御に関し、より詳細にはタンク
内の水のような流体の流れを制御して流体の流れとその
中の遊泳者等の物体との間にある範囲の相対的速度を設
定し、また物体が地面に対してほぼ静ｔＶｂでいるよう
にするだめの新規な手法及び装置に関する。本発明の具
体化により遊泳者にとって自分のペースで遊泳の全ての
楽しみと練習とが得られるようにするための］ンパクト
な環境が与えられる。かくして本発明は遊泳者よりわず
かに良く幅の広い構造で無限の長さの遊泳プールの環境
を与え、また従来の静止した水の１１眼な遊泳プールで
は得られない形の線間を可能にする乙のと言えよう。

従来の技術にｄ３いて噴出水に向かって上流側に遊泳者
が泳げるように噴射により流れを生ビしめる浴場や浴槽
を与えることが知られている。これらの従来の構造での
困難な点は噴射が側方及び上下方向の力を遊泳者にかけ
る乱流を牛ビしめることが多く流れの縦方向に向かって
泳ぐのを困難にすることでおる。これらの従来の装置の
例としてカリフ４ルニア州ハンチングトン・ビーチのカ
ーブス・ゾラスヂックスで市販している噴射遊泳場（ｓ
ｗｉｍ−ｊｅｔ　５ｐａ）、アイオワ州マスケーチンの
ウィーブマン・インダストリー・インコーホレーテッド
で市販している遊泳場モデルＡＰ−３ｌ−３１３（ｍｏ
ｄｅｌ八Ｐ−８へ−３Ｌ３５ｗ１ｍ　５ｐａ）がおる。

クラス２７２のサブクラス７１及び７２とクラス４のサ
ブクラス４８８．４９１．５０９を検索すると米国特許
第５２０．３４２号、第１，２８５，２５９号、第１，
３３１，２７０号、第１，６３０，７９７号、第１，７
９６，２９１号、第１　、９９２　。

８９１゛号、第２．０３５．８３５号、第３．５３４．
４１３号が得られる。

米国特許第２，０３５，８３５ごうはタンク内の制限さ
れた流路を開示しているが、この特許は流路の長さ方向
に対して実際に横方向の水駆動手段を示すものではなく
、それゆえ開示されている構造では望ましくない乱れが
生ずるであろう。ざらにこの特許は遊泳路内に消失して
所望の流れの形成に寄与せずに乱流により空気と騒音と
を生ぜしめろ水頭を発生させる傾向にある直線状の端壁
を示している。

米国特許第１．２８５．２５９号及び第１．３３１．２
７０号は表面の動きのためにだけ用いられ幅方向の速度
勾配が微小である流路の長さ方向の流れを形成すること
のない水掻中を開示している。

流れ制御のための改善された手法及び装置を提供するこ
とが本発明の主要な目的で必る。

本発明によれば、水等の流体を収容するタンク手段が備
えられている。タンク手段は流体をそれぞれ反対方向の
上下の流れの方向に向けるためのタンク手段内の上下の
概略平行な流路をなす手段を含む。上側の流路の高さは
下側の流路の高さよりかなり大きいのが好ましい。上側
の流路の上部での流れが上側の流路のほぼ全幅にわたっ
て速度勾配が微小となるようにして流体を反対方向の上
下の方向に上下の流路内で流れるように駆動するため、
好ましくはタンク手段の一端に駆動手段が備えられる。

この駆動手段は流体の流れを生ぜしめるように回転する
タンク手段の一端における羽根付のロータからなるのが
好ましい。本発明の特定の形とじで羽根付のロータがタ
ンク手段の高さよりわずかに小さい直径のタンク手段は
ぼ全幅にわたって延びる３ないし６枚の羽根を含むもの
がある。タンク手段の他方の端部にはタンク手段の幅に
わたってほぼ一様な速度で流体を排出するための上側流
路の上部における概略矩形の出口を有する屈曲した流路
が形成されるのが好ましい。上側流路の端部において溜
り波の強さを制御し遊泳者が泳動時に羽根に当たらない
ようにするための仕切り板手段が備えられるのが好まし
い。羽根何口−りは回転速度をほばＯから最大値まで制
御して遊泳者が流れの速度をＯから最大値までのいかな
る値にも設定できるようにす回転数が電子的制される誘
導モータによって駆動されるのが好ましい。

本発明の他の多くの特徴、目的、作用効果等は添附の図
面と併せて以下の説明から明らかとなろう。

ここで図面のうら特に第１及び２図を参照すると、本発
明の実施例のそれぞれ側面図及び透視図が示されている
。典型的には２．γ−３．６ｍ　（９−１２フイート）
で遊泳者にりわずかに長くまた１、５−２．１　ｍ（５
−７フイート）と遊泳者の指先間の最大の幅よりわずか
に幅の広いタンク１１は水が満たされている。

タンク１１はベクトルＶ、で示されるように水が１７７
？方に進む下側の流路１２と、水が速度ベクトル。

で示されるように後方に流れる上側の流路１３とをなす
、図示のように屈曲しタンクの幅方向にわたる多数のプ
ラスチック装（ポリプロピレン、ポリカーボネート〉の
パネルを含む。屈曲した流路の上側部分には矩形の仕切
り板間口１４が形成されでおり、これを通じて水が上側
流路１３に排出されてタンク１１の１一部におけるタン
クの幅（Ｊねｔ、一つＴＣＪぼ一様な速度の流れを牛ぜ
しめる。

羽根付のロータ１５はタンク１１の後部で回転自在に支
持され、第１図に示されるように反時計方向に回転して
仕切り板１７を通じて水を引込み水を下側流路１２の後
部におけるテーパ状の入口２１内に押込む。羽根付の［
コータ１５は後部の半円形断面において遮壁１８により
閉じて仕切られており前部の大半にわたって仕切り板１
７により開いて仕切られている。かくして羽根付ロータ
１５の回転により図示のような流れが生ずる。

本発明の特定の実施例において、従来のウオーム・ギア
減速機構２０のような歯車減速伝動機構を介して５　Ｈ
Ｐの三相誘導モータにより駆動される、ロータ軸の回り
に等角度間隔とした羽根付ロータの１５の６枚の羽根が
備えられている。曲型的には１１６０ｒｐｍのモータ１
９で軸支持された１５：１の歯車減速機Ｍ４２０を介し
て羽根付ロータ１５が駆動される。

この上−タは付勢回転数によりＯから７７ｒｐｍまで羽
根付ロータが回転できるように制御された回転数で三相
の動力を与える電子的インバータにより付勢される。

この動力源は！ＩＯ型的には市販のグラハム・インバー
タ（Ｇｒａｈａｍ　１ｎｖｅｒｔｅｒ）であり、その回
転数は遊泳者への電気的ショックの危険性を最少にする
２４ボルトのａ−Ｃ供給部により付勢されるポテンシオ
メータによって制御される 第３図を参照すると、羽根１５Ａの平面図が示されてい
る。

本発明の特定の実施例において、２２０ポル１〜の三相
エネルギーで付勢されたときに公称１１６０ｐｐｍの５
　ＨＰのレロイ・ソマーズ・パワー・ブロック（Ｌｅｒ
ｏｙ−３ｏｍｅｒｓ　Ｐｏｗｅｒ　Ｂｌｏｃｋ）の誘導
モータで１．８：１の減速率のベルト駆動機構とＯから
６４　ｒｐｍまで制御可能な羽根付モータ１５の主軸に
チェーン連結部を介して連結された出力軸を有する１０
：１のボストン（１３ｏｓｔｏｎ）つｔ−ム・ギア減速
ｍ構の入力軸の駆動歯車とを介して羽根付ロータ１５を
駆動している。最大３５アンペアで２２０ボルトの単相
によって付勢されるグラハム・インバータで各極毎に最
大１５アンペアの電流のＯから１２０ＨＺまで制御可能
な回転数で誘導モータに三相の出力電力が与えられる。

あるいは他の駆動手段を備えてもよい。

例えば羽根付ロータ１５は６枚の羽根を有するこの特定
の実施例の場合にりＭ型的にはＯから６４　ｐｐｍのよ
うな、所望の電流を得るのに十分な回転速度で羽根付ロ
ータを駆動するのに十分なエネルギーを供給するポンプ
から適当な連結部を介して情に供給される駆動水で軸に
連結された噴出水によって駆動されてもにい。この噴出
水は羽根の面に垂直な羽根の先端の位置となろう。仕切
り板１８は回転する羽根から水への有効な動力の伝達を
最適にするようにその間に摩隙を生ぜしめることなく実
際上できるだけ羽根の端部に近接しているのが好ましい
。羽根の間の角度は羽根付ロータ１５の軸を通る垂直平
面と、この軸及び下側流路１２の上部の延長部を通る平
面と、羽根付ロータ１５の前側でこれに接する平面とに
よって定められる角度に一致するのが好ましい。テーパ
上の入口２１は上向きの成分を有する羽根付ロータ１５
の周縁の外側を流れる排出流体の形の流体が下側の流路
１２内に面方に案内されるようにするものである。

外側のタンクはステンレス鋼で形成されるのが好ましく
、また仕切り板及び流路分！１１部はポリプロピレン・
プラスチックで形成されるのが好ましい。他の材料を用
いてもよい。

例えばタンクは地中でも地上でもよくコンクリートある
いはビニールでライニングした木材または金属で形成し
てもよい。本発明はプールの２つの壁及びプラスチック
または他の材料で形成された壁を用いた浅い端部での隅
部のような従来のプールの小さい部分に配置されよう。

地中のタンクまたはプールに配置されたとぎに水榛巾を
駆動するだめの動力源は噴出水であるのが好ましい。

従来のプールのフィルター、塩素処理あるいは他の浄化
の手法及び装置が水を清浄で細菌のないように維持する
ために用いられよう。水を加熱するためにヒート・ポン
プあるいはガスないしオイル・ヒータのような従来の加
熱装置が用いられよう。

構造を説明したので、作動の原理及び望ましい前述の構
造に対する若干の変形を論するのが適当でおろう。

本発明の好ましい実施例は仕切り板と羽根との間の摩耗
の問題をなくすように作動間隙を有する横方向の羽根ポ
ンプを含み、ロータ軸がタンクの幅の大きさにほぼ平行
になっている。羽根付ロータはタンクの深さに大体等し
い直径である。

羽根付ロータは羽根によって相互に分離された扇形室を
なすように中心の軸ないしロータ軸を取囲む筒の回りに
等角度に配設された羽根が形成されるけれども、羽根を
ロータ軸に取付りるクランプに接近できるように間隙を
有するクランプで羽根をロータ軸に取付けるのがより実
際的である。

この間隙を通るロータ軸の回りの水の移動は、羽根の縁
部におけるロータの外径が軸の直径よりずっと大きく、
典型的には外径１１６．８Ｃｍ（４６インチ）軸の直径
６．０３ｃｍ　（２，３７５インチ）程磨であるので、
比較的少量である。遊泳タンクの後端はほぼその全体の
深さにわたって半円形の閉じた仕切り板を有する横方向
の羽根ポンプを有している。ロータ及び仕切り板は空気
の発生やそれを伴うにうな騒のある攪はん乱れを防止す
るため水中に完全に没入している。川等の遊泳場では騒
音及び乱れを最少にするのが望ましい。

羽根付のロータは回転する際に羽根室と仕切り板との間
の、タンクの幅にほぼ等しいその全長にわたって、プラ
スチックの副次的底部とタンクの底部との間に形成され
た下側流路１２内に水を押込む。羽根付ロータは水を接
線方向に直接下側流路１２内に、あるいは好ましくは図
示のようなテーパ状の中間領域内に排出する。中間領域
は必ずしも必要ではないが、これがない場合にタンクの
上側ないし遊泳部分の流れに対して上方に押出される水
か中間領域に捕捉され下側流路に向けられるので床部の
上方の水の乱れを減少させようとするものでおる。副次
的な底部ないし中間領域の底側縁部は下側流路での流れ
の制御地点として羽根に近接しているのが好ましい。

下側流路１２は典型的には２２．９−２５．／Ｉｃｍ　
（９−１０インチ）の深さであり、これを構造的な強度
を増大ざぜる平行な矩形の流路に分割する縦方向の隔壁
を含むようにしてもよい。この長い平行な流路はさらに
比較的低い圧力でタンクの前端ないし移送端において大
量にポンプから出てゆく流体を移送する際に横方向の羽
根付ポンプと協動するように流れ矯正部あるいは乱れ減
衰部として作用するであろう。かくして入口で上部の羽
根付ポンプに案内された流体は閉じた下側流路１２低い
圧力で移送され、ここで流体は次第に１８０°逆方向に
押されて、典型的には下側流路の深さより１２．７−２
０．３ｃｍ（５−８インチ）高い出口を通じてタンクの
１１行側上部での速度の減小が生ずる。あるいは出口は
下側流路の深さと同じ高さとして流体をより小さい深さ
にわたるより大きな速度でタンクの上部に移送するよう
にすることができよう。

典型的には３−６ノツトあるいはそれ以上のかなり大き
い速度の水が幅方向に微小な速度勾配で騒音あるいは乱
れがほとんどなくほぼ一様に全幅にわたってタンクの上
部の遊泳箇所内に押込まれる。この流れは上部から下方
に典型的には３８．１−４５、７ｃｍ（１５−１８イン
チ）にわたっている。聞いた流路内で後方に移動する水
は典型的には遊泳タンクの１２２ｃｍ（４８インチ）の
より深い聞いた流路内に合流する過程で垂直方向に数ノ
ッ１〜の速１■１ｒ″ｉ失が必るが、羽根ポンプがタン
クの後端に達する水を連続的に引込むのでこれによって
流れが定常状態に維持される。

下側流路１２における比較的大きい水の速度は流路に接
近ぜずにこれを永久的に閉じておくように自然に清浄な
状態に維持する傾向におる。下側流路の限られた深さは
おる程度のタンクの深さを損することなく連続的な流れ
を可能にする。

遊泳者にさらに挑戦と楽しみとを与えるように波作用を
生ぜしめるのが望ましい。これは出口の上部におけるタ
ンクの全幅にわたって障壁板を流れの中に数インチ人込
むように配置することによってなされよう。このとき排
出する水は急に下方にまた障壁の下側に押されてすぐに
調整可能な高さの小波の形で表面に上昇するであろう。

この効果は聞いた流路への水の移送でなされる自然的な
表面の攪はんから生ずる典型的には２ノツトあるいはそ
れ以上の大きい速度によって障壁板がなくても生じ得る
。

可変速度の誘導モータを用いると、必要な電力が羽根の
速度とともに増加するので、かなりエネルギーの節約に
なる。誘導モータは特定の流量で必要になるレベルでだ
け動力を伝え引出す。

次の表は入力電流、モータ電流、速度ダイアル設定値、
流量の間の関係を示している。

入力　　　モータ　　速度ダイア　流量−■迩　　−一
屯論　−上段定値　工区呈上上２　　　　４．５　　　
　２０　　　　　０３　　　　８．５　　　　３０　　
　　　　．５８４　　　　９．７５　　　４０　　　　
　　．９３６　　　　１０．５　　　　５０　　　　　
１．１２８　　　　１１．５　　　　６０　　　　　１
．２５１１　　　　１３．５　　　　７０　　　　　１
．５５１９．５　　　１５　　　　　８０　　　　　１
．８第４及び５図を参照すると、羽根つきロータが噴射
によって駆動される本発明の実施例の概略的側面図及び
部分的上面図が示されている。羽根付ロータ１５は密封
されたマニホルド及び軸受１５Ｃによって囲まれた固定
された中空の軸１５Ｂに装着されている。ポンプ３１は
１５八等の羽根の端部において１５Ｅのようなノズルに
連結された１５０等の半径方向の管にマニホルド１５Ｃ
を介して連通ずる通口が形成された中空の軸１５Ｂに管
３２を通じて水等の、圧力のかかった流体を供給する。

第５図は中空の軸１５Ｂの端部に供給するための分岐管
３２Ａ及び３２Ｂを有するＵ字形管路内に分岐する管３
２を通る供給軸１５Ｂの概略的な部分的上面図である。

タンクからの水等の流体はタンクの埋設を簡単にするた
め上方から、おるいは中空の帖１５８の両端または一端
から流入して固定された中空軸に１本または２木の大き
い管により移送されよう。流体は羽根付ロータ１５とと
もに回転し軸に対して密封されたマニホルド１５Ｃに中
空軸１５８の通口を通じて移送される。この密封はある
程度漏れることがあるが、これはタンクの水であるので
関係ない。

車輪マニホルドが軸受として作用し、また１５Ｄ等のＰ
ＶＣ管により周縁で１５Ａのような羽根に装着された１
５Ｅ等のノズルに連結されるようにしてもよい。

本発明はレクリエーション及び訓練の目的だけでなく、
治療のためにも用いられよう。医師あるいは施療者は台
上に立ってタンクの外側の地点からタンク内に部分的に
没入しているときに容易に患者を観察し助力を与えられ
よう。

患者は施療者によって制御された速度の流れと反対方向
に単に体を動かすことになろう。さらに患者は比較的わ
ずかな労力を与える程度の比較的小さい速度の流れの中
に没入している際に筋肉及び骨格への荷巾を増大さぼる
ように歩いたりおるいは流れを通じて流体抵抗の変化す
る物体を押すことができる。さらに流れる水は高度の筋
肉治療のだめに望ましい程度に加温したり塩分を加えた
りすることができ、これは全て患者に取付けられる浮動
装置によりさらに増大し得る浮力効果のために体が非常
に小さい荷重を受けている際に行われる。

流れの速度は羽根付ロータの速度を調節することによっ
て制御されるのが好ましいが、入口と出口との間の流路
の有効断面積を変化さけることによって速度を調節して
もよい。例えば羽根が制御可能な侵入度でこの流路内に
入込むようにしてもよい。角度調節可能なよろい戸式羽
根を特に出口に挿入してもよい。流れ中に流れ障害を選
択的に付与するための他の手段を用いてもよい。

これまでにいくつかの寸法の例を示した。仕切り板１７
と出口１４との間の遊泳流路の長さは典型的にはほぼ３
．６ｍ（１２フイート）である。前部の屈曲した中間部
分の外壁の曲率は典型的には６０．３３　Ｃｍ（２３，
７５インチ）の半径、内壁の曲率は半径がほぼ２９．２
ｃｍ　（１１，５インチ）であってほぼ１８０°の環状
通路を有する半円形のシリンダをなしている。

ここに説明した特定の実施例は例示として挙げたにすぎ
ない。当業者には多くの変形がなされよう。例えば駆動
手段はタンクの前方か後方のいずれか、あるいはその間
に幅方向に、出口が幅方向にわたって間隔を有するよう
にしてポンプの列を含みタンクの上部での流れにおいて
タンクの幅方向の速度勾配をはぼＯに維持するようにで
きよう。

他の多くの変形が当業者に想起されよう。当業者は発明
の思想を逸脱せずにここに説明した特定の実施例からの
変形及び改変を行うというような多くの利用をなし得る
ことが明らかでおる。従って本発明はここに説明した手
法及び装置の有する各々の新規な特徴とそれらの特徴の
新規な組合わせとを包含するように構成されＪ：う。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の流れ制御装置の側面図である
。 第２図は本発明の実施例の流れ制御装置の透視図である
。 第３図は羽根付ロータの羽根の例の平面図でおる。 第４図は噴射によって駆動される本発明の実施例の流れ
制御装置の概略的な側面図である。 第５図は第４図の装置の部分的上面図でおる。 １１・・・タンク １２・・・下側流路 １３・・・上側流路 １５・・・ロータ ３１・・・ポンプ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体を収容するためのタンク手段と、 該タンク内で上側及び下側の流路を形成して流体が上側
   及び下側で反対の方向に流れられるようにするための上
   記タンク内の流路形成手段と、上記タンク手段の上側に
   おけるタンク手段のほぼ全幅にわたつてほぼ一様な速度
   で流体を上記上側及び下側の流路内で推進するための駆
   動手段とからなることを特徴とする流れ制御装置。 ２、上記駆動手段が上記タンク手段の一端に回転自在に
   支持されたロータの回りに角度をおいた羽根を有する羽
   根付ロータからなり、 該ロータの軸が上記タンク手段の幅の大きさにほぼ平行
   である ようにした特許請求の範囲１に記載の流れ制御装置。 ３、上記上側及び下側の流路を相互に連結し上側でほぼ
   矩形の開口を有する屈曲した長形の断面を有する中間流
   路をなす手段 をさらに有する特許請求の範囲２に記載の流れ制御装置
   。 ４、上記羽根付ロータ手段の外側部分を取囲みこれと協
   動して囲い手段と上記羽根の外側縁部との間に作動間隙
   を有する羽根ポンプを形成するほぼ半円形の断面の囲い
   手段をさらに有するようにした特許請求の範囲２に記載
   の流れ制御装置。 ５、上記羽根付のロータからの排出流体を受けてこれを
   上記下側の流路の方向に向けるための上記下側の流路か
   ら羽根付のロータに向かって上方の角度を有する入口変
   向手段 をさらに有する特許請求の範囲２に記載の流れ制御装置
   。 ６、上記羽根付ロータからの排出流体を受けてこてこれ
   を上記下側の流路の方向に向けるための上記下側の流路
   から羽根付ロータに向かって上方の角度を有する入口変
   向手段 をさらに有する特許請求の範囲４に記載の流れ制御装置
   。 ７、上記流路形成手段が人の身長よりわずかに大きい長
   さと人の拡げた両手の指先から指先の間隔よりわずかに
   大きい幅とを有する泳動流路をなす特許請求の範囲１に
   記載の流れ制御装置。 ８、上記駆動手段がさらに 上記羽根付ロータに機械的に連結された誘導モータと、 入力エネルギーを制御された周波数のＡ−Ｃエネルギー
   に変換するためのインバータ手段と、上記制御された周
   波数のエネルギーを上記誘導モータに連結して上記羽根
   付ロータの回転速度を制御するための手段 とを含む特許請求の範囲２に記載の流れ制御装置。 ９、上記羽根の長さが上記タンク手段の幅にほぼ一致す
   るようにした特許請求の範囲２に記載の流れ制御装置。 １０、上記羽根付のロータ手段の外側部分を取囲みこれ
   と協動して上記囲い手段と上記羽根との間に作動間隙を
   有する羽根型ポンプを形成するほぼ半円形断面の囲い手
   段をさらに有し、 上記羽根付ロータの直径が上記タンク手段の深さよりわ
   ずかに小さくなる ようにした特許請求の範囲９に記載の流れ制御装置。 １１、上記羽根付ロータからの排出流体を受けてこれを
   上記下側の流路の方向に向けるための上記下側の流路か
   ら羽根付のロータに向かって上方の角度を有する入口変
   向手段をさらに有する特許請求の範囲１０に記載の流れ
   制御装置。 １２、上記上側の流路と下側の流路とを相互に連結し上
   側でほぼ矩形の開口を有する屈曲した縦方向の断面を有
   する中間流路をなす手段をさらに有し、上記矩形の開口
   の高さが上記下側の流路の深さより大きくなるようにし
   た特許請求の範囲９に記載の流れ制御装置。 １３、上記駆動手段が 圧力をかけて流体を供給するためポンプ手段と、上記羽
   根の外側周縁に接する方向に圧力をかけて流体を放出す
   るためのノズル手段を含む上記羽根と、 上記ポンプ手段からの圧力のかかった流体を上記ノズル
   手段に連結して上記羽根付ロータを回転させるための手
   段 とをさらに有する特許請求の範囲２に記載の流れ制御装
   置。