JP5071715B2 - 竜巻現象発生装置及びその偏向システムと噴射流形状 - Google Patents

Description

本発明は、渦発生の困難な長方形の容器（水槽又は部屋）において竜巻現象を発生させる技術に関する。

従来の竜巻発生技術で、まず、気体中における竜巻発生法として、例えば四角い部屋の下方の四隅に設けた吹出口から空気を吹き出して回転気流を形成させ、この回転気流を天井中央に設けた穴から吸引して竜巻を発生させる方法（例えば、特許公開２００１−１０８２６６）、あるいは、パイプの側面に多数の空気吹出穴を直線状に設け、このパイプを正方形の四隅に直立させパイプの側面から空気を吹き出させて回転気流を形成させ、この回転気流を装置の天井中央に設けた吸引口から吸引して竜巻を発生させる方法（例えば、特許公開平８−２８５３４０）などがあり、また、液体中における渦発生法としては、透明な円筒形の容器の底部から液体を噴出させて回転水流を形成させ、その回転水流が容器の中心を上昇するようにして竜巻状の渦を発生させる方法（例えば、特許公開平９−１３１９９９）、あるいは、円筒形の透明な容器の底部にプロペラを設け、その回転によって竜巻状の渦を発生させる方法（例えば、実用新案公開平６−３６６９３）などがある。

以上に述べた従来の竜巻発生技術において、気体中の竜巻発生技術は局所排気技術としては優れているものの、長方形の容器内で竜巻を発生させることは困難であり、また、液体中の竜巻状の渦発生技術は容器が円筒形で単純な竜巻状の渦しか得られず、いずれの技術も竜巻現象の観察鑑賞用としては不十分である。

竜巻現象の観察鑑賞用には容器の横方向の空間が広いほうが理想的であり、したがって、長方形の容器において自然的で多彩な竜巻現象を発生できる竜巻現象発生装置の提供を本発明は目的とする。

本発明は、容器上層中央から左右へ二つの変形扇状の噴射流をつくることで容器下層に回転流を発生させて竜巻現象を発生させる仕組みにして上記課題の解決を図った。

まず、上記課題の解決を図る竜巻現象発生装置の基本構造は、周縁部に分流板を下向きに取り付けたプレートの上面中央に駆動装置を倒立状態で取り付け、前記プレートの軸穴を通って下方へ突き出た前記駆動装置の回転軸の先端部にプロペラを取り付けてなる。

次に、上記構造による竜巻現象発生の仕組みは、上記構造体を容器の上層中央にプロペラを下にして据え付けてプロペラを回転させると下方の流体が吸引されプレートによって整流されて遠心方向へ流れるが、その流れは分流板によって左右二つの方向へ偏向されて変形扇状の噴射流が生じて容器下層に回転流が生じて竜巻が発生する

次に各構成についてであるが、まず、駆動装置の役割はプロペラを回転させることにあり、したがって、モーターの回転を直接又は減速してプロペラを回転させる機構とする。

プレートの役割は、プロペラ噴射流を水平方向へ整流することにあり、その形状は円形又は楕円形又は多角形を用い、材質は容器内の照明と景観の点で透明なものがよい。

プレートの使用状態については、液体中で竜巻を発生させる場合はプレートが液面に接する状態又は水没状態で使用し、軸穴にはＯリングのよなシール部材を装着する。

プレートと分流板の構成部分はプロペラを収納する構造にしてもよく、この場合は中央に吸引口を設けたドーナツ盤状のカバーを分流板の下端等を利用して取り付ける。

分流板の役割はプロペラで発生した噴射流を左右二つの方向へ偏向して変形扇状の噴射流をつくることで容器下層に回転流を発生させることにあり、その設置場所はプレート裏面の二箇所以上に対向状態で設け、材質は景観の点で透明なものがよい。

分流板の設置位置は図３で示すようにプロペラが左回転（第一象限、第二象限、第三象限、第四象限の順で回転する）の場合は、長方形容器８の平面図の中心をプロペラ回転中心として横方向にＸ軸線、縦方向にＹ軸線を描いて四等分したときにできる第一象限（四等分のうちの右上の０度〜９０度）及び第３象限（四等分のうちの左下の１８０度〜２７０度）の領域にそれぞれ一枚以上の分流板を設置し、プロペラが右回転の場合は第二象限及び第四象限の領域にそれぞれ一枚以上の分流板を設置する。

次に、プロペラの役割は下方の流体の吸引及びプロペラ噴射流を作り出すことにあり、したがって、プロペラのタイプは遠心式又は軸流式のいずれでもよく、遠心式タイプはブレードタイプ又はインペラタイプとし、ブレードタイプの羽根にはパイプ状、板状、棒状その他の様々な形で有効で、羽根数は二枚以上とし、羽根材質は透明なものがよい。

次に容器（水槽又は部屋）についてであるが、水槽の場合は容器は透明な材質とし、更に竜巻の姿を鮮明にするために容器の底や背景となる壁の色を青色系や黒色系等で着色したり、あるいは竜巻現象の臨場感を高めるために容器の底に航空写真、背景となる壁に風景写真等を用いる。

次に、竜巻の可視化は、液体中での竜巻の可視化に固形物を用いる場合は、適度な沈殿性のある、おが屑やプラスチックの粉末や顆粒等を用い、気体中での竜巻の可視化に固形物を用いる場合は、白、青、赤、土や砂の色に着色した紙や発泡スチロールのような軽量な素材の箔、粒、球、あるいはピンポン球のような中空のボール状のものを用いる。

次に、液体中又は気体中において竜巻の神秘性を高めるために暗室を用いる場合は、ライトアップやレーザー光線で様々に着色する。

上記のような解決手段で構成した結果、従来技術では竜巻の発生が困難だった長方形の容器であっても変化に富んだ多彩な竜巻現象の発生が可能となり、竜巻現象の観察や鑑賞に高い効果が得られるようになった。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の代表的形態を図１、図２及び図５に基づいて説明する。

図１は、竜巻現象発生装置の実施例の概略斜視図で、その構造は基盤２の上面に減速機構を備えた駆動装置１を倒立状態で取り付け、該基盤２の裏面から下方へ突き出た四本の支柱３の先端にプレート４を取り付け、前記基盤２及び前記プレート４の軸穴を通って下方へ突き出た前記駆動装置１の回転軸６の先端部にプロペラ７ａを取り付け、更に前記プレート４の周縁部には可変式の分流板５ａを下向きに二箇所取り付けた構成でなる。

図２は、一般的な長方形の水槽を容器にして図１の竜巻現象発生装置を設置した実施例の概略正面図で、水を入れた容器８の蓋の部分に基盤２を橋渡して乗せ、プレート４を水面９より少し水没させた状態を示したものである。以下にその構成内容を説明する。

まず、基盤２は竜巻現象発生装置を容器８へ設置するためと駆動装置１及び支柱３を取り付けるためで、その材質は容器内の照明の点から透明なものを用いる。

支柱３は、駆動装置１を水面から離して防水するためとプレート４を水面９又は水中まで下げるためで、この実施例では円柱を四本使用し、材質は透明なものを用いる。

可変式の分流板５ａはプレート４の周縁部の二箇所に対向した状態で取り付けているが、この実施例においては二箇所の分流板を板等で連結していて、取付位置を同時に調整できるようにし、材質は透明なものを用いる。

プレート４は基盤２の裏面から下方へ突き出た四本の支柱３の先端にネジ止めして取り付け、そのプレート４の材質は容器内の照明と景観の点から透明ものを用いる。

プロペラ７ａは図５で示すように、その構造は羽根付根の近傍に吸引口１０と羽根先端部に噴射口１１を設け、更に前記噴射口１１の形状は前半分をカットして半円形の翼型を採用しており、ステンレスパイプを加工したものである。

理科教育、竜巻研究、鑑賞用等

竜巻現象発生装置の実施例の概略斜視図。 竜巻現象発生装置を容器に設置した実施例の概略正面図。 容器形状及びプロペラ回転方向に対する分流板設置位置の関係図。 竜巻現象発生装置の構造の異なる実施例の概略正面図。 遠心式のパイプ状プロペラの実施例の概略斜視図。 軸流式プロペラの実施例の概略斜視図。 遠心式の板状プロペラの実施例の概略斜視図。

符号の説明

１ 駆動装置
２ 基盤
３ 支柱
４ プレート
５ａ 分流板（可変式）、 ５ｂ 分流板（固定式）
６ 回転軸
７ａ 遠心式プロペラ、 ７ｂ 軸流式プロペラ、 ７ｃ 遠心式プロペラ
８ 容器
９ 水面
１０ 吸引口
１１ 噴射口

Claims (3)

1. 長方形の水槽又は部屋を容器として用い、該容器の上層中央に設置した竜巻現象発生装置は容器内の全体に流れを起こして竜巻現象を発生させるが、前記容器を横長に置いて正面から観察したとき、該竜巻現象発生装置は下部底面から下方の流体を吸引すると同時に下部側面の左側と右側からそれぞれ水平方向へ流体を噴射し、該噴射の状態を上面から観察したとき、左右二つの方向へそれぞれ変形扇状に噴射し、該変形扇状の噴射によって前記容器の下層中央に回転流を発生させることを特徴とする竜巻現象発生装置。
2. 請求項１記載の竜巻現象発生装置の下部の構成は、水平に固定された円形又は楕円形又は多角形で軸穴を備えたプレートがあり、前記軸穴を通って下方へ突き出た回転軸の先端部に前記プレートの直径よりも短い遠心式又は軸流式のプロペラを取り付け、更に前記プレートの周縁部の対向する場所にぶら下げた状態で固定式又は可変式の分流板を前記回転軸へ面を向けて設けてなり、このとき前記プロペラが左回転の場合の前記分流板の設置位置は、長方形の前記容器を上から見た平面図の中心を前記プロペラの回転中心として横方向にＸ軸線、縦方向にＹ軸線を描いて四等分したときの右上の０度〜９０度の第一象限及び左下の１８０度〜２７０度の第三象限の領域、又は前記プロペラが右回転の場合は第二象限及び第四象限の領域にそれぞれ一枚以上の前記分流板を設けたことを特徴とする請求項１記載の竜巻現象発生装置。
3. 遠心式プロペラの羽根にパイプを用い、該プロペラの付根近傍の上下前後のいずれかに吸引口（１０）を設け、羽根先端部に噴射口（１１）を設けて羽根内部を遠心方向へ流体が流れるようにし、前記噴射口（１１）の形状は前半分をカットして半円形の翼型としたことを特徴とする請求項２記載の竜巻現象発生装置の遠心式プロペラ。

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