JP2020165640A

JP2020165640A - Tornado generation device

Info

Publication number: JP2020165640A
Application number: JP2020053041A
Authority: JP
Inventors: 洋平森西; Yohei Morinishi; 真司玉野; Shinji Tamano; 格山田; Toru Yamada; 大池田; Masaru Ikeda
Original assignee: Nagoya Institute of Technology NUC
Current assignee: Nagoya Institute of Technology NUC
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2020-10-08

Abstract

To artificially generate a tornado that lasts more stably than before.SOLUTION: A tornado generation device comprises: guide members (41, 42) having, on one side, a guide surface (40) on which a suction port (41) is formed; a fin (43) that allows fluid on the one side of the guide members (41, 42) to flow along the guide surface (40) away from the suction port (41c) by rotating around the suction port (41) on the one side of the guide members (41, 42); and a suction duct (41a) that generates a tornado on the one side of the guide members (41, 42) by suctioning the fluid on the one side of the guide members (41, 42) through the suction port (41c).SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、竜巻発生装置に関するものである。 The present invention relates to a tornado generator.

従来、人工的に竜巻を発生させる装置として、特許文献１に記載のような換気装置が知られている。特許文献１に記載の換気装置は、吸引力を得るための遠心排気筒と、遠心排気筒の下部に連設される円筒とを有する。 Conventionally, as a device for artificially generating a tornado, a ventilation device as described in Patent Document 1 is known. The ventilation device described in Patent Document 1 has a centrifugal exhaust stack for obtaining suction force and a cylinder connected to the lower portion of the centrifugal exhaust stack.

遠心排気筒および円筒がモータ軸を中心に回転すると、遠心排気筒内の空気が円周方向へ排出され、遠心排気筒の底板の中心部に形成された開放部より円筒内の空気が遠心排気筒内に吸引される。このとき、円筒内に設けられた板状羽根の回転により、円筒内の空気に回転が与えられる。この結果、円筒の内部及びその下部の空気に渦が形成される。この渦流は下方に引き伸ばされて渦管を形成する力学的な煙突効果で人工竜巻が発生する。 When the centrifugal exhaust stack and the cylinder rotate around the motor shaft, the air in the centrifugal exhaust stack is discharged in the circumferential direction, and the air in the cylinder is centrifugally discharged from the open portion formed in the center of the bottom plate of the centrifugal exhaust stack. It is sucked into the cylinder. At this time, the rotation of the plate-shaped blades provided in the cylinder gives rotation to the air in the cylinder. As a result, a vortex is formed in the air inside the cylinder and below it. This vortex flow is stretched downward to form an artificial tornado due to the mechanical chimney effect that forms a vortex tube.

特開平５−２９６５１１号公報JP-A-5-296511 国際公開第２０１７／２２１９７６号公報International Publication No. 2017/22 1976 特開２００８−３６５７９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-36579 特開平８−２８０６２１号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-280621

しかし、本願の発明者の検討によれば、特許文献１に記載の装置は、回転する円筒内の粗さを用いて円筒内に旋回流を生成しているに過ぎず、このような装置は、本願発明者の実験によれば、持続しない弱い竜巻しか発生させることができない。 However, according to the study of the inventor of the present application, the device described in Patent Document 1 merely generates a swirling flow in the cylinder by using the roughness in the rotating cylinder, and such a device is used. According to the experiments of the inventor of the present application, only a weak tornado that does not last can be generated.

本発明は上記点に鑑み、従来よりも安定的に持続する竜巻を人工的に発生させることを目的とする。 In view of the above points, it is an object of the present invention to artificially generate a tornado that lasts more stably than before.

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、吸引口（４１ｃ）が形成されたガイド面（４０）を一方側に有するガイド部材（４１、４２）と、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側において前記吸引口（４１）の周りを回転することで、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側にある流体を前記ガイド面（４０）に沿って前記吸引口（４１ｃ）から遠ざかるように流すフィン（４３）と、前記吸引口（４１ｃ）を通して、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側にある流体を吸引することで、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側に竜巻を発生させる吸引ダクト（４１ａ）と、を備えた竜巻発生装置である。 The invention according to claim 1 for achieving the above object is a guide member (41, 42) having a guide surface (40) on which a suction port (41c) is formed on one side, and the guide member (41, By rotating around the suction port (41) on the one side of the 42), the fluid on the one side of the guide members (41, 42) is brought along the guide surface (40). The guide member (41, 42) is sucked by sucking the fluid on one side of the guide member (41, 42) through the fin (43) flowing away from the guide member (41c) and the suction port (41c). This is a tornado generator provided with a suction duct (41a) for generating a torrent on one side of the above.

このように、ガイド部材の一方側にある流体が、フィンの回転によって、ガイド面に沿って吸引口から遠ざかるように流される。このとき、エントレインメントが発生する。すなわち、吸引口から遠ざかった分の空気を補うように、ガイド面に近付く流れが発生する。その結果、流体が回転系の流体力学におけるテイラー・プラウドマンの定理に概ね従った流体の流れ場、すなわち、当該回転軸方向に概ね一様な、すなわち概ね２次元的な、流れ場が形成される。この流れ場が、竜巻の発生、発達、安定化を促進する。 In this way, the fluid on one side of the guide member is flowed along the guide surface so as to move away from the suction port by the rotation of the fins. At this time, entrainment occurs. That is, a flow that approaches the guide surface is generated so as to supplement the amount of air that has moved away from the suction port. As a result, a fluid flow field is formed in which the fluid generally follows Taylor-Proudman's theorem in the fluid dynamics of a rotating system, that is, a flow field that is generally uniform in the direction of the rotation axis, that is, generally two-dimensional. The fluid. This flow field promotes the development, development and stabilization of tornadoes.

また、請求項２に記載の発明は、前記ガイド部材（４１、４２）が前記フィン（４３）と同じ向きに回転することを特徴とする。このように、ガイド部材がフィンと同じ向きに回転することで、ガイド面に沿って吸引口から遠ざかるように流される流れが強くなる。したがって、エントレインメントがより強化される。その結果、竜巻の安定性が向上する。 The invention according to claim 2 is characterized in that the guide members (41, 42) rotate in the same direction as the fins (43). By rotating the guide member in the same direction as the fins in this way, the flow of the guide member flowing away from the suction port along the guide surface becomes stronger. Therefore, the entrainment is further strengthened. As a result, the stability of the tornado is improved.

また、請求項３に記載の発明は、前記ガイド部材の重心の位置は、前記ガイド部材（４１、４２）の回転軸（Ｓ）にあることを特徴とする。このようになっていることで、ガイド部材の回転時におけるガイド部材の重心の移動量が低減される。したがって、竜巻発生装置の安定的な作動が実現し、ひいては、ガイド部材の回転数を高くすることができる。 The invention according to claim 3 is characterized in that the position of the center of gravity of the guide member is on the rotation axis (S) of the guide member (41, 42). By doing so, the amount of movement of the center of gravity of the guide member during rotation of the guide member is reduced. Therefore, stable operation of the tornado generator can be realized, and by extension, the rotation speed of the guide member can be increased.

また、請求項４に記載の発明は、前記ガイド部材（４１、４２）の回転数は、２００ｒｐｍより大きいことを特徴とする。このような高速な回転により、竜巻が更に安定化する。 The invention according to claim 4 is characterized in that the rotation speed of the guide members (41, 42) is larger than 200 rpm. Such high-speed rotation further stabilizes the tornado.

また、請求項５に記載の発明は、前記フィン（４３）の長手方向は、前記ガイド面（４０）に沿って前記吸引口（４１ｃ）から遠ざかる方向に伸びることを特徴とする。このようにすることで、ガイド部材の一方側にある流体をガイド面に沿って吸引口から遠ざかるように流す効果が高まる。 The invention according to claim 5 is characterized in that the longitudinal direction of the fin (43) extends along the guide surface (40) in a direction away from the suction port (41c). By doing so, the effect of flowing the fluid on one side of the guide member along the guide surface so as to move away from the suction port is enhanced.

また、請求項６に記載の発明は、前記竜巻は、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側において、前記吸引ダクト（４１ａ）によって吸い込まれる流体の流れの下流側から上流側に発達していくことを特徴とする。これにより、安定的に発達する竜巻が実現する。 Further, in the invention according to claim 6, the tornado develops from the downstream side to the upstream side of the flow of the fluid sucked by the suction duct (41a) on the one side of the guide members (41, 42). It is characterized by going. As a result, a tornado that develops stably is realized.

また、請求項７に記載の発明は、前記竜巻は、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側において、前記吸引ダクト（４１ａ）によって吸い込まれる流体の流れの上流側の端部から流体を吸引することを特徴とする。これにより、安定的に発達する竜巻が実現する。 The invention according to claim 7 is that the tornado draws fluid from the upstream end of the flow of fluid sucked by the suction duct (41a) on one side of the guide members (41, 42). It is characterized by suction. As a result, a tornado that develops stably is realized.

また、請求項８に記載の発明は、前記ガイド面（４０）の面積は、前記吸引口（４１ｃ）の流路断面積の２５倍以上であることを特徴とする。このようにすることで、エントレインメントの効果を高くして、竜巻を更に安定化させることができる。 The invention according to claim 8 is characterized in that the area of the guide surface (40) is 25 times or more the cross-sectional area of the flow path of the suction port (41c). By doing so, the effect of entrainment can be enhanced and the tornado can be further stabilized.

また、請求項９に記載の発明は、前記吸引口から吸い込まれる流体から力を受けて回転するファンブレード（４５）を更に備え、前記フィンは、前記ファンブレードの回転によって発生する力を受けて回転することを特徴とする。 The invention according to claim 9 further includes a fan blade (45) that rotates by receiving a force from a fluid sucked from the suction port, and the fin receives a force generated by the rotation of the fan blade. It is characterized by rotating.

このように、吸引する流体から受けた力を利用してフィンを回転させるファンブレードを設けることで、竜巻を発生させるための流体の吸引そのものに加えて、フィンの回転も、流体の吸引によって発生させることができる。 In this way, by providing a fan blade that rotates the fins using the force received from the suctioned fluid, in addition to the suction of the fluid itself for generating the tornado, the rotation of the fins is also generated by the suction of the fluid. Can be made to.

また、請求項１０に記載の発明は、吸引口（４１）が形成されたガイド面（４０）を一方側に有すると共に、回転することで前記一方側にある流体を前記ガイド面（４０）で引き摺って前記ガイド面（４０）に沿って前記吸引口（４１ｃ）から遠ざかるように流すガイド部材（４１、４２）と、前記吸引口（４１ｃ）を通して、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側にある流体を吸引することで、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側に竜巻を発生させる吸引ダクト（４１ａ）と、を備えた竜巻発生装置である。 Further, the invention according to claim 10 has a guide surface (40) on which a suction port (41) is formed on one side, and a fluid on the one side is brought to the guide surface (40) by rotating. A guide member (41, 42) that is dragged and flows along the guide surface (40) so as to move away from the suction port (41c), and one of the guide members (41, 42) through the suction port (41c). It is a tornado generator provided with a suction duct (41a) for generating a tornado on one side of the guide members (41, 42) by sucking a fluid on the side.

このように、ガイド部材の一方側にある流体が、ガイド面に引き摺られてガイド面に沿って吸引口から遠ざかるように流される。このとき、エントレインメントが発生する。すなわち、吸引口から遠ざかった分の空気を補うように、ガイド面に近付く流れが発生する。その結果、流体が回転系の流体力学におけるテイラー・プラウドマンの定理に概ね従った流体の流れ場、すなわち、当該回転軸方向に概ね一様な、すなわち概ね２次元的な、流れ場が形成される。この流れ場が、竜巻の発生、発達、安定化を促進する。 In this way, the fluid on one side of the guide member is dragged by the guide surface and flows along the guide surface so as to move away from the suction port. At this time, entrainment occurs. That is, a flow that approaches the guide surface is generated so as to supplement the amount of air that has moved away from the suction port. As a result, a fluid flow field is formed in which the fluid generally follows Taylor-Proudman's theorem in the fluid dynamics of a rotating system, that is, a flow field that is generally uniform in the direction of the rotation axis, that is, generally two-dimensional. The fluid. This flow field promotes the development, development and stabilization of tornadoes.

また、請求項１１に記載の発明は、前記吸引口から吸い込まれる流体から力を受けて回転するファンブレード（４５）を更に備え、前記ガイド部材は、前記ファンブレードの回転によって発生する力を受けて回転することを特徴とする。 The invention according to claim 11 further includes a fan blade (45) that rotates by receiving a force from a fluid sucked from the suction port, and the guide member receives a force generated by the rotation of the fan blade. It is characterized by rotating.

このように、吸引する流体から受けた力を利用してガイド部材を回転させるファンブレードを設けることで、竜巻を発生させるための流体の吸引そのものに加えて、ガイド部材の回転も、流体の吸引によって発生させることができる。 In this way, by providing the fan blade that rotates the guide member using the force received from the suctioned fluid, in addition to the suction of the fluid itself for generating the tornado, the rotation of the guide member also sucks the fluid. Can be generated by.

また、請求項１２に記載の発明は、前記ガイド（４０）面の前記一方側に地衡流が発生することを特徴とする。このような地衡流の存在により、竜巻の発生、発達、安定化が促進される。 The invention according to claim 12 is characterized in that a geostrophic current is generated on one side of the guide (40) surface. The existence of such geostrophic currents promotes the development, development and stabilization of tornadoes.

また、請求項１３に記載の発明は、前記吸引ダクトは、前記ガイド部材（４１、４２）の回転軸（Ｓ）を中心として回転し、または、前記回転軸に対して偏心して回転することを特徴とする。 The invention according to claim 13 states that the suction duct rotates about the rotation axis (S) of the guide members (41, 42) or rotates eccentrically with respect to the rotation axis. It is a feature.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference reference numerals in parentheses attached to each component or the like indicate an example of the correspondence between the component or the like and the specific component or the like described in the embodiment described later.

竜巻発生システム１の構成図である。It is a block diagram of the tornado generation system 1. 駆動部および回転部の正面図である。It is a front view of a drive part and a rotating part. 回転軸を含み回転軸に平行な断面で駆動部および回転部を切った断面図である。It is sectional drawing which cut the drive part and the rotating part in the cross section which includes the rotating shaft and is parallel to the rotating shaft. 回転部の斜視図である。It is a perspective view of a rotating part. 回転部の底面図である。It is a bottom view of a rotating part. 回転部の回転によって発生する竜巻等を示す図である。It is a figure which shows the tornado which is generated by the rotation of a rotating part. 第２実施形態における回転部の回転によって発生する竜巻等を示す図である。It is a figure which shows the tornado and the like generated by the rotation of the rotating part in 2nd Embodiment. 第３実施形態における回転部の底面図である。It is a bottom view of the rotating part in 3rd Embodiment. 第４実施形態における回転部の底面図である。It is a bottom view of the rotating part in 4th Embodiment. 第５実施形態における回転部の底面図である。It is a bottom view of the rotating part in 5th Embodiment. 第６実施形態における回転部の底面図である。It is a bottom view of the rotating part in 6th Embodiment. 第７実施形態における回転部の底面図である。It is a bottom view of the rotating part in 7th Embodiment. 第８実施形態における回転部の底面図である。It is a bottom view of the rotating part in 8th Embodiment. 第９実施形態における回転部の底面図である。It is a bottom view of the rotating part in 9th Embodiment. 第１０実施形態において回転軸を含み回転軸に平行な断面で駆動部および回転部を切った断面図である。It is sectional drawing which cut the drive part and the rotating part in the cross section parallel to the rotating shaft including the rotating shaft in tenth embodiment. 第１１実施形態において回転軸を含み回転軸に平行な断面で駆動部および回転部を切った断面図である。It is sectional drawing which cut the drive part and the rotating part in the cross section parallel to the rotating shaft including the rotating shaft in eleventh embodiment. 実験例の条件を示す表１である。Table 1 shows the conditions of the experimental example. 実験例の条件を示す表２である。Table 2 shows the conditions of the experimental example. 実験例の条件を示す表３である。Table 3 shows the conditions of the experimental example. 実験例の条件を示す表４である。Table 4 shows the conditions of the experimental example. ケース１−１における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 1-1. ケース１−２における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 1-2. ケース１−３における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 1-3. ケース１−４における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 1-4. ケース１−５における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 1-5. ケース１−６における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 1-6. ケース１−７における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 1-7. ケース１−８における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 1-8. ケース２−１における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 2-1. ケース２−２における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 2-2. ケース２−３における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 2-3. ケース２−３における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 2-3. ケース２−４における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 2-4. ケース２−５における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 2-5. ケース２−６における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 2-6. ケース３−１における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 3-1. ケース３−２における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 3-2. ケース３−３における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 3-3. ケース３−４における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 3-4. ケース３−５における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 3-5. ケース３−６における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 3-6. ケース３−７における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 3-7. ケース３−８における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 3-8. ケース３−９における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 3-9. ケース３−１０における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 3-10. ケース３−１１における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 3-11. ケース４−１における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 4-1. ケース４−２における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 4-2. ケース４−３における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 4-3. ケース４−４における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 4-4. ケース４−５における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in case 4-5. タフトの正面図である。It is a front view of Taft. タフトをガイド面近くに配置している状態の写真である。This is a photograph of the Taft placed near the guide surface. 図５３の状態におけるタフトの糸の姿勢を示す図である。It is a figure which shows the posture of the thread of a tuft in the state of FIG. 53. タフトをガイド面と床面から等距離の位置に配置している状態の写真である。This is a photograph of the Taft placed equidistant from the guide surface and the floor surface. 図５５の状態におけるタフトの糸の姿勢を示す図である。It is a figure which shows the posture of the thread of a tuft in the state of FIG. 55. タフトを床面近くに配置している状態の写真である。This is a photograph of the Taft placed near the floor. 図５７の状態におけるタフトの糸の姿勢を示す図である。It is a figure which shows the posture of the thread of a tuft in the state of FIG. 57. Ｎ＝１５０ｒｐｍ、フィンなしの場合の速度分布を示す図である。It is a figure which shows the velocity distribution when N = 150 rpm, and there is no fin. Ｎ＝１５０ｒｐｍ、フィンありの場合の速度分布を示す図である。It is a figure which shows the velocity distribution in the case of N = 150 rpm, with fins. Ｎ＝２００ｒｐｍ、フィンなしの場合の速度分布を示す図である。It is a figure which shows the velocity distribution when N = 200 rpm, and there is no fin. Ｎ＝２００ｒｐｍ、フィンありの場合の速度分布を示す図である。It is a figure which shows the velocity distribution in the case of N = 200 rpm, with fins. Ｎ＝２５０ｒｐｍ、フィンなしの場合の速度分布を示す図である。It is a figure which shows the velocity distribution when N = 250 rpm, and there is no fin. Ｎ＝２５０ｒｐｍ、フィンありの場合の速度分布を示す図である。It is a figure which shows the velocity distribution in the case of N = 250 rpm, with fins. Ｎ＝３００ｒｐｍ、フィンなしの場合の速度分布を示す図である。It is a figure which shows the velocity distribution when N = 300 rpm, and there is no fin. Ｎ＝３００ｒｐｍ、フィンありの場合の速度分布を示す図である。It is a figure which shows the velocity distribution in the case of N = 300 rpm, with fins. スワール数Ｓ_Ｄおよびスケール比Ｈ／ｄに対するＶθｍａｘ／Ｖａｘの依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the dependence of Vθmax / Vax with respect to the swirl number _SD and the scale ratio H / d. 回転部の回転によって発生する竜巻等を示す図である。It is a figure which shows the tornado which is generated by the rotation of a rotating part. 第１１実施形態における駆動部、回転部の斜視図である。It is a perspective view of the drive part and the rotating part in eleventh embodiment. 回転軸Ｓを含む断面で駆動部、回転部を切った断面図である。It is sectional drawing which cut the drive part and the rotating part in the cross section including the rotating shaft S. 回転部の平面図である。It is a top view of a rotating part. 回転部の斜視図である。It is a perspective view of a rotating part. 第１１実施形態における空気流れを示す写真である。It is a photograph which shows the air flow in eleventh embodiment. 第１１実施形態における実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result in 11th Embodiment.

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る竜巻発生システム１は、吸引装置１１、遠心分離機１２、配管１３、エアフロメータ１４、および竜巻発生装置１５を有している。 (First Embodiment)
Hereinafter, the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the tornado generation system 1 according to the present embodiment includes a suction device 11, a centrifuge 12, a pipe 13, an air flow meter 14, and a tornado generator 15.

吸引装置１１は、遠心分離機１２を介して流体である空気を吸入する装置である。遠心分離機１２は、吸入した空気中の粉塵を空気から分離する装置である。遠心分離機１２における空気の排出側端が吸引装置１１に接続され、空気の吸入側端部が配管１３に接続される。配管１３は、空気を通す流路を形成する管であり、その一端が遠心分離機１２に接続され、他端が竜巻発生装置１５に接続される。エアフロメータ１４は、配管１３を流れる空気の流量を測定および表示する装置である。 The suction device 11 is a device that sucks air as a fluid through the centrifuge 12. The centrifuge 12 is a device that separates dust in the sucked air from the air. The air discharge side end of the centrifuge 12 is connected to the suction device 11, and the air suction side end is connected to the pipe 13. The pipe 13 is a pipe that forms a flow path through which air passes, one end of which is connected to the centrifuge 12 and the other end of which is connected to the tornado generator 15. The air flow meter 14 is a device that measures and displays the flow rate of air flowing through the pipe 13.

竜巻発生装置１５は、フレーム５１、固定ダクト５２、駆動部５３、回転部５４を有している。フレーム５１は、地上に設置されて台座として機能する。固定ダクト５２は、空気を通す流路を形成する管であり、フレーム５１に固定されている。固定ダクト５２の一端は、配管１３の竜巻発生装置１５側端部に接続されている。固定ダクト５２の他端は、駆動部５３に接続されている。 The tornado generator 15 has a frame 51, a fixed duct 52, a drive unit 53, and a rotating unit 54. The frame 51 is installed on the ground and functions as a pedestal. The fixing duct 52 is a pipe forming a flow path through which air passes, and is fixed to the frame 51. One end of the fixed duct 52 is connected to the end of the pipe 13 on the tornado generator 15 side. The other end of the fixed duct 52 is connected to the drive unit 53.

図２、図３に示すように、駆動部５３は、ボディ３１、ステー３２、円筒歯車３３、ベアリング３４を有している。ボディ３１は、フレーム５１に固定されると共に、内部に空気の流路３１ａが形成される部材である。この流路３１ａは、一端において固定ダクト５２の駆動部５３側端内の流路に連通し、他端は、円筒歯車３３内の流路に連通する。ステー３２は、ボディ３１の下側端に固定される略円筒形状の部材である。 As shown in FIGS. 2 and 3, the drive unit 53 includes a body 31, a stay 32, a cylindrical gear 33, and a bearing 34. The body 31 is a member that is fixed to the frame 51 and has an air flow path 31a formed therein. One end of the flow path 31a communicates with the flow path in the drive unit 53 side end of the fixed duct 52, and the other end communicates with the flow path in the cylindrical gear 33. The stay 32 is a substantially cylindrical member fixed to the lower end of the body 31.

円筒歯車３３は、ボディ３１とステー３２の間に配置される、円筒形状の部材である。円筒歯車３３は、外周に外歯が形成されていることで、歯車として機能する。この外歯は、伝達歯車３６と噛み合う。また、円筒歯車３３の内部は、空気の流路３３ａとなる。流路３３ａの一端は、ボディ３１の流路３１ａに連通し、他端はダクト部材４１に連通する。 The cylindrical gear 33 is a cylindrical member arranged between the body 31 and the stay 32. The cylindrical gear 33 functions as a gear because the outer teeth are formed on the outer circumference. The external teeth mesh with the transmission gear 36. Further, the inside of the cylindrical gear 33 is an air flow path 33a. One end of the flow path 33a communicates with the flow path 31a of the body 31, and the other end communicates with the duct member 41.

ベアリング３４は、ボールベアリングである。ベアリング３４は、ステー３２のボディ３１側端に保持されると共に、円筒歯車３３をステー３２に対して回転可能に支持する。 The bearing 34 is a ball bearing. The bearing 34 is held at the end of the stay 32 on the body 31 side, and rotatably supports the cylindrical gear 33 with respect to the stay 32.

モータ３５は、ボディ３１に固定されて、不図示の電源より電力供給を受けて、その出力軸から回転力を出力する電気モータである。モータ３５の出力軸は、伝達歯車３６の回転中心に固定されている。 The motor 35 is an electric motor that is fixed to the body 31, receives electric power from a power source (not shown), and outputs a rotational force from the output shaft thereof. The output shaft of the motor 35 is fixed to the center of rotation of the transmission gear 36.

伝達歯車３６は、外歯を有する平歯車である。伝達歯車３６の外歯は、円筒歯車３３の外歯と噛み合う。伝達歯車３６は、モータ３５の出力軸から回転力が伝達されることで回転し、円筒歯車３３との噛み合いを介して当該回転力を円筒歯車３３に伝達する。これにより、モータ３５が発生した回転力により、円筒歯車３３がその中心軸を回転軸Ｓとして回転する。 The transmission gear 36 is a spur gear having external teeth. The external teeth of the transmission gear 36 mesh with the external teeth of the cylindrical gear 33. The transmission gear 36 rotates by transmitting a rotational force from the output shaft of the motor 35, and transmits the rotational force to the cylindrical gear 33 through meshing with the cylindrical gear 33. As a result, the cylindrical gear 33 rotates with its central axis as the rotation axis S due to the rotational force generated by the motor 35.

回転部５４は、ダクト部材４１、カバー部材４２、および複数枚のフィン４３を有している。ダクト部材４１は、吸引ダクト４１ａおよび内側円盤部４１ｂを有し、全体として一体に形成されている。 The rotating portion 54 has a duct member 41, a cover member 42, and a plurality of fins 43. The duct member 41 has a suction duct 41a and an inner disk portion 41b, and is integrally formed as a whole.

吸引ダクト４１ａは、回転軸Ｓを中心軸として回転軸Ｓ方向に真っ直ぐ伸びる直管である。吸引ダクト４１ａの一端側（すなわち上端側）には、円筒歯車３３の下端が圧入固定されている。したがって、吸引ダクト４１ａは、円筒歯車３３と一体に回転する。それと共に、円筒歯車３３内の流路３３ａと吸引ダクト４１ａ内の流路４１０とが連通する。吸引ダクト４１ａの他端側（すなわち下端側）には、内側円盤部４１ｂが接続されている。 The suction duct 41a is a straight pipe extending straight in the direction of the rotation axis S with the rotation axis S as the central axis. The lower end of the cylindrical gear 33 is press-fitted and fixed to one end side (that is, the upper end side) of the suction duct 41a. Therefore, the suction duct 41a rotates integrally with the cylindrical gear 33. At the same time, the flow path 33a in the cylindrical gear 33 and the flow path 410 in the suction duct 41a communicate with each other. An inner disk portion 41b is connected to the other end side (that is, the lower end side) of the suction duct 41a.

内側円盤部４１ｂは、中心に円形の吸引口４１ｃが形成された円盤形状の板である。吸引ダクト４１ａの下端部は、内側円盤部４１ｂの吸引口４１ｃを囲む部分の上側面に接続されている。したがって、吸引ダクト４１ａ内の流路４１０は吸引口４１ｃに連通する。 The inner disk portion 41b is a disk-shaped plate having a circular suction port 41c formed in the center. The lower end of the suction duct 41a is connected to the upper side surface of the inner disk portion 41b surrounding the suction port 41c. Therefore, the flow path 410 in the suction duct 41a communicates with the suction port 41c.

カバー部材４２は、内側円盤部４１ｂに固定される板部材であり、内側円盤部４１ｂを上から覆っている。カバー部材４２は、固定部４２ａおよび外側円盤部４２ｂを有している。固定部４２ａは、中心部には穴が空けられた部材である。この穴には、吸引ダクト４１ａが挿通されている。固定部４２ａは、内側円盤部４１ｂに対して回転軸Ｓ方向に重なっており、内側円盤部４１ｂの上側の面に、例えばボルトにより、固定されている。 The cover member 42 is a plate member fixed to the inner disk portion 41b, and covers the inner disk portion 41b from above. The cover member 42 has a fixing portion 42a and an outer disk portion 42b. The fixing portion 42a is a member having a hole in the central portion. A suction duct 41a is inserted through this hole. The fixing portion 42a overlaps the inner disk portion 41b in the rotation axis S direction, and is fixed to the upper surface of the inner disk portion 41b by, for example, a bolt.

外側円盤部４２ｂは、固定部４２ａと一体に形成された板部材であり、その内周端は内側円盤部４１ｂの外周端と、全周において接触している。また、外側円盤部４２ｂの外周端は、円形となっている。 The outer disk portion 42b is a plate member integrally formed with the fixing portion 42a, and its inner peripheral end is in contact with the outer peripheral end of the inner disk portion 41b on the entire circumference. Further, the outer peripheral end of the outer disk portion 42b is circular.

内側円盤部４１ｂの一方側（すなわち下側）の面４１１と、外側円盤部４２ｂの当該一方側の面４２１とは、段差なく滑らかかつ面一に、回転軸Ｓに対して垂直に交差するように形成されている。つまり、面４１１、４１２は、１つの平らな円形の底面であるガイド面４０を形成する。ダクト部材４１とカバー部材４２とが、全体としてガイド部材に対応する。 The surface 411 on one side (that is, the lower side) of the inner disk portion 41b and the surface 421 on the one side of the outer disk portion 42b are smoothly and flush with each other so as to intersect perpendicular to the rotation axis S. Is formed in. That is, the surfaces 411 and 412 form a guide surface 40, which is one flat circular bottom surface. The duct member 41 and the cover member 42 correspond to the guide member as a whole.

ガイド面４０の半径は、吸引口４１ｃの半径の５倍以上かつ１０倍以下となっていてもよい。すなわち、ガイド面４０の面積は、吸引口４１ｃの流路断面積の２５倍以上かつ１００倍以下となっていてもよい。また、ガイド面４０の半径は、吸引口４１ｃの半径の１０倍より大きくてもよい。すなわち、ガイド面４０の面積は吸引口４１ｃの流路断面積の１００倍より大きくてもよい。このようにすることで、エントレインメントの効果を高くして、竜巻を更に安定化させることができる。 The radius of the guide surface 40 may be 5 times or more and 10 times or less the radius of the suction port 41c. That is, the area of the guide surface 40 may be 25 times or more and 100 times or less the cross-sectional area of the flow path of the suction port 41c. Further, the radius of the guide surface 40 may be larger than 10 times the radius of the suction port 41c. That is, the area of the guide surface 40 may be larger than 100 times the cross-sectional area of the flow path of the suction port 41c. By doing so, the effect of entrainment can be enhanced and the tornado can be further stabilized.

複数枚のフィン４３の各々は、図２、図３、図４、図５に示すように、ガイド面４０に対して直角に交差する細長い板である。このようにすることで、ガイド面４０の下側にある流体をガイド面４０に沿って吸引口４１ｃから遠ざかるように流す効果が高まる。複数枚のフィン４３の枚数は６であるが、６以外であってもよい。 Each of the plurality of fins 43 is an elongated plate that intersects the guide surface 40 at right angles, as shown in FIGS. 2, 3, 4, and 5. By doing so, the effect of flowing the fluid under the guide surface 40 along the guide surface 40 so as to move away from the suction port 41c is enhanced. The number of the plurality of fins 43 is 6, but it may be other than 6.

各フィン４３は、面４１１と面４２１の両方に対して固定される。また、各フィンは、面４１１と面４２１に対して回転軸Ｓの方向に重なっている。また、各フィン４３は、ガイド面４０に沿って、回転軸Ｓから遠ざかる方向に真っ直ぐ伸びている。より具体的には、複数枚のフィン４３は、回転軸Ｓを中心として放射状に配置されている。すなわち、各フィン４３の長手方向は、回転軸Ｓを中心とする径方向に伸びている。このようにすることで、ガイド面４０の下方側にある流体をガイド面４０に沿って吸引口４１ｃから遠ざかるように流す効果が高まる。また、各フィン４３の長手方向の長さは、ガイド面４０の外縁の半径の１／２より長い。 Each fin 43 is fixed to both the surface 411 and the surface 421. Further, each fin overlaps the surface 411 and the surface 421 in the direction of the rotation axis S. Further, each fin 43 extends straight along the guide surface 40 in a direction away from the rotation axis S. More specifically, the plurality of fins 43 are arranged radially around the rotation axis S. That is, the longitudinal direction of each fin 43 extends in the radial direction about the rotation axis S. By doing so, the effect of flowing the fluid below the guide surface 40 along the guide surface 40 so as to move away from the suction port 41c is enhanced. Further, the length of each fin 43 in the longitudinal direction is longer than 1/2 of the radius of the outer edge of the guide surface 40.

このような構成により、円筒歯車３３、吸引ダクト４１ａ、内側円盤部４１ｂ、固定部４２ａ、外側円盤部４２ｂ、および複数枚のフィン４３は、伝達歯車３６を介してモータ３５の回転力が伝達されることで、回転軸Ｓを中心として一体に剛体回転する。 With such a configuration, the rotational force of the motor 35 is transmitted to the cylindrical gear 33, the suction duct 41a, the inner disk portion 41b, the fixing portion 42a, the outer disk portion 42b, and the plurality of fins 43 via the transmission gear 36. As a result, the rigid body rotates integrally around the rotation axis S.

また、上記のような構成の竜巻発生システム１において、内側円盤部４１ｂに形成された吸引口４１ｃ、吸引ダクト４１ａ内の流路４１０、円筒歯車３３内の流路３３ａ、ボディ３１内の流路３１ａが、この順に互いに連通する。そして、流路３１ａは、固定ダクト５２内の流路、配管１３内の流路、遠心分離機１２内の流路にも連通する。 Further, in the tornado generation system 1 having the above configuration, the suction port 41c formed in the inner disk portion 41b, the flow path 410 in the suction duct 41a, the flow path 33a in the cylindrical gear 33, and the flow path in the body 31. The 31a communicate with each other in this order. The flow path 31a also communicates with the flow path in the fixed duct 52, the flow path in the pipe 13, and the flow path in the centrifuge 12.

次に、上記のような構成の竜巻発生システム１の作動について、図６、図６８を用いて説明する。竜巻発生システム１の使用時には、モータ３５および吸引装置１１が始動する。これにより、上述の通り、円筒歯車３３、吸引ダクト４１ａ、内側円盤部４１ｂ、固定部４２ａ、外側円盤部４２ｂ、および複数枚のフィン４３が、回転軸Ｓを中心として一体に同期して同じ方向に角速度ωで回転する。それと共に、吸引口４１ｃから空気が流量Ｑで吸い込まれる。 Next, the operation of the tornado generation system 1 having the above configuration will be described with reference to FIGS. 6 and 68. When the tornado generation system 1 is used, the motor 35 and the suction device 11 are started. As a result, as described above, the cylindrical gear 33, the suction duct 41a, the inner disk portion 41b, the fixing portion 42a, the outer disk portion 42b, and the plurality of fins 43 are integrally synchronized with the rotation axis S in the same direction. It rotates at an angular velocity of ω. At the same time, air is sucked from the suction port 41c at the flow rate Q.

これにより、ガイド面４０上において、境界層９１が、回転軸Ｓから遠ざかる方向に発達していく。より具体的には、回転軸Ｓを中心とする半径ｒ方向に円盤境界層流れが発達する。この境界層９１は、ガイド面４０の回転に引き摺られることで吸引口４１ｃの周りを旋回しながら、ガイド面４０に沿ってガイドされて吸引口４１ｃから遠ざかるように流れる空気流６１の層である。図６８においては、境界層における空気の流速の半径ｒ方向成分Ｖｒのｚ方向位置に対する依存性を表すグラフ９２が、複数の半径ｒの位置において示されている。ここで、ｚ方向は、回転軸Ｓに平行な方向である。 As a result, the boundary layer 91 develops on the guide surface 40 in a direction away from the rotation axis S. More specifically, the disk boundary layer flow develops in the radius r direction centered on the rotation axis S. The boundary layer 91 is a layer of an air flow 61 that is guided along the guide surface 40 and flows away from the suction port 41c while swirling around the suction port 41c by being dragged by the rotation of the guide surface 40. .. In FIG. 68, a graph 92 showing the dependence of the radial component Vr of the air flow velocity in the boundary layer on the z-direction position is shown at the positions of the plurality of radii r. Here, the z direction is a direction parallel to the rotation axis S.

境界層９１の発達と同時に、ガイド面４０と同じ方向に回転する複数枚のフィン４３の作用により、吸引口４１ｃの周りを回転しながら吸引口４１ｃから遠ざかるように空気が流される。すなわち、ガイド面４０付近の境界層９１がより大きく発達する。 Simultaneously with the development of the boundary layer 91, the action of the plurality of fins 43 rotating in the same direction as the guide surface 40 causes air to flow so as to move away from the suction port 41c while rotating around the suction port 41c. That is, the boundary layer 91 near the guide surface 40 develops larger.

この結果、境界層において空気が回転軸Ｓを中心とする径方向外側に、かつ回転軸Ｓに交差する方向（例えば垂直な方向）に、排出される。これにより、ガイド面４０の外縁から更に径方向外側まで、空気が排出される。 As a result, air is discharged in the boundary layer radially outward about the rotation axis S and in a direction intersecting the rotation axis S (for example, in a direction perpendicular to the rotation axis S). As a result, air is discharged from the outer edge of the guide surface 40 to the outer side in the radial direction.

このとき、エントレインメントが発生する。すなわち、図６、図６８に示すように、排出された分の空気を補うように、境界層の下方の空間において、ガイド面４０に近付いて、ガイド面４０の中心部に流れ込む緩い上昇流６２が発生する。この上昇流６２の流速のｚ方向成分は、Ｖｅである。 At this time, entrainment occurs. That is, as shown in FIGS. 6 and 68, a gentle ascending flow 62 that approaches the guide surface 40 and flows into the center of the guide surface 40 in the space below the boundary layer so as to supplement the discharged air. Occurs. The z-direction component of the flow velocity of the ascending stream 62 is Ve.

このような上昇流６２があることに加え、ガイド面４０および複数枚のフィン４３が回転していることで、ガイド面４０の下方の空間が、回転系の流体力学に支配されるようになる。具体的には、テイラー・プラウドマンの定理に概ね従った空気の流れ場、すなわち、回転軸Ｓ方向に概ね一様な、すなわち概ね２次元的な、流れ場が形成される。 In addition to the presence of such an ascending current 62, the rotation of the guide surface 40 and the plurality of fins 43 causes the space below the guide surface 40 to be dominated by the fluid dynamics of the rotating system. .. Specifically, an air flow field generally according to Taylor Proudmann's theorem, that is, a flow field that is substantially uniform in the rotation axis S direction, that is, is approximately two-dimensional is formed.

この流れ場においては、図６８に示すように、空気流の周方向成分Ｖθは、回転軸Ｓからある程度の半径までの領域である中心部において、半径ｒに比例して増大する。すなわち、剛体回転的に振る舞う。そして、この中心部のエントレインメント速度が下方まで伝達する。 In this flow field, as shown in FIG. 68, the circumferential component Vθ of the air flow increases in proportion to the radius r in the central portion, which is a region from the rotation axis S to a certain radius. That is, it behaves like a rigid body. Then, the entrainment speed at the center is transmitted downward.

換言すれば、地衡流に相当する流れ場、すなわち、圧力勾配と回転座標系におけるコリオリ力とが釣り合った流れ場が、ガイド面４０の下側、より具体的にはガイド面４０から床面６６の間に、発生する。この回転座標系は、回転部５４に固定されて回転する座標系である。 In other words, the flow field corresponding to the geostrophic current, that is, the flow field in which the pressure gradient and the Coriolis force in the rotating coordinate system are balanced, is below the guide surface 40, more specifically, from the guide surface 40 to the floor surface. Occurs during 66. This rotating coordinate system is a coordinate system that is fixed to the rotating portion 54 and rotates.

また、吸引装置１１が作動することにより、ガイド面４０の下側の空気が、矢印６３のように吸引口４１ｃに吸い込まれる。そして、吸い込まれた空気は、矢印６４に示すように、吸引口４１ｃから、吸引ダクト４１ａ、円筒歯車３３、流路３１ａ、固定ダクト５２、配管１３、遠心分離機１２を通って、吸引装置１１に吸い込まれる。 Further, when the suction device 11 is operated, the air under the guide surface 40 is sucked into the suction port 41c as shown by the arrow 63. Then, as shown by the arrow 64, the sucked air passes through the suction duct 41a, the cylindrical gear 33, the flow path 31a, the fixed duct 52, the pipe 13, and the centrifuge 12 from the suction port 41c, and the suction device 11 Is sucked into.

上述のように、テイラー・プラウドマンの定理に概ね従った流れ場が存在する状況において、さらにこのような吸い込みによる流れが存在することで、上昇流６２が強化される。その結果、図６に示すように、強い竜巻６５が発生し、発達し、安定して持続する。このように、テイラー・プラウドマンの定理に概ね従った流れ場が、竜巻６５の発生、発達、安定化を促進する。具体的には、地衡流に相当する流れ場があるので、竜巻６５の形状が、回転軸Ｓ方向にあまり変化しない。すなわち、吸引口４１ｃから遠い場所において竜巻６５が拡散して弱まってしまうことを抑制できる。 As described above, in the situation where there is a flow field generally according to Taylor Proudman's theorem, the presence of such a suction flow further strengthens the ascending flow 62. As a result, as shown in FIG. 6, a strong tornado 65 is generated, developed, and stably persists. Thus, a flow field that largely follows Taylor Proudman's theorem promotes the development, development, and stabilization of tornado 65. Specifically, since there is a flow field corresponding to the geostrophic current, the shape of the tornado 65 does not change much in the rotation axis S direction. That is, it is possible to prevent the tornado 65 from diffusing and weakening at a place far from the suction port 41c.

なお、竜巻６５は、吸引ダクト４１ａによって吸い込まれる空気の流れの下流側から上流側に発達していく。より具体的には吸引口４１ｃまたはその近傍から、吸引口４１ｃに対して空気の流れの上流側に向けて、竜巻６５が発達していく。また、回転部５４の回転数と竜巻６５の渦の回転数とは、ほぼ同じになる。 The tornado 65 develops from the downstream side to the upstream side of the air flow sucked by the suction duct 41a. More specifically, the tornado 65 develops from the suction port 41c or its vicinity toward the upstream side of the air flow with respect to the suction port 41c. Further, the rotation speed of the rotating portion 54 and the rotation speed of the vortex of the tornado 65 are substantially the same.

この際、竜巻６５は、吸引ダクトによって吸い込まれる流体の流れの上流側の端部（すなわち先端部）から主に空気を吸引し、その側面からはあまり吸引しない。よって、竜巻発生装置１５は、指向性のある吸引を行える。この指向性のある吸引は、空中に存在する気体および浮遊物を効率的に吸引する遠隔吸引を、可能にする。また、この指向性のある吸引は、図６のように、床面６６に置かれた物体も吸引する。床面６６に竜巻６５が到達するからである。 At this time, the tornado 65 mainly sucks air from the upstream end (that is, the tip) of the flow of the fluid sucked by the suction duct, and does not suck much from the side surface thereof. Therefore, the tornado generator 15 can perform directional suction. This directional suction enables remote suction, which efficiently sucks gases and suspended matter present in the air. In addition, this directional suction also sucks an object placed on the floor surface 66 as shown in FIG. This is because the tornado 65 reaches the floor surface 66.

また、回転部５４の回転中心である回転軸Ｓは、吸引口４１ｃを貫く。このようになっていることで、回転部５４の回転時における回転部５４の重心の移動量が低減される。すなわち、回転部５４のぶれが抑制される。したがって、竜巻発生装置１５の安定的な作動が実現し、ひいては、回転部５４の回転数を高くすることができる。 Further, the rotation shaft S, which is the rotation center of the rotation portion 54, penetrates the suction port 41c. By doing so, the amount of movement of the center of gravity of the rotating portion 54 during rotation of the rotating portion 54 is reduced. That is, the shake of the rotating portion 54 is suppressed. Therefore, stable operation of the tornado generator 15 can be realized, and by extension, the rotation speed of the rotating portion 54 can be increased.

より詳しくは、吸引ダクト４１ａの中心軸と回転軸Ｓとが一致する。また、吸引ダクト４１ａの重心、内側円盤部４１ｂの重心、カバー部材４２の重心のいずれもが、回転軸Ｓと一致する。また、回転部５４全体の重心も、回転軸Ｓと一致する。これにより、回転部５４のぶれの抑制効果が高まる。したがって、回転部５４の回転数をより高くすることができる。 More specifically, the central axis of the suction duct 41a and the rotation axis S coincide with each other. Further, the center of gravity of the suction duct 41a, the center of gravity of the inner disk portion 41b, and the center of gravity of the cover member 42 all coincide with the rotation axis S. Further, the center of gravity of the entire rotating portion 54 also coincides with the rotating shaft S. As a result, the effect of suppressing the shake of the rotating portion 54 is enhanced. Therefore, the rotation speed of the rotating portion 54 can be increased.

また、各フィン４３の長手方向の長さがガイド面４０の外縁の半径の１／２より長い。したがって、空気を吸引口４１ｃから遠ざかる方向に送る効果が高い。また、ガイド面４０の半径は、吸引口４１ｃの半径の５倍以上となっている。これにより、エントレインメントの効果を高くして、竜巻を更に安定化させることができる。また、また、ガイド面４０の半径は、吸引口４１ｃの半径の１０倍以下であれば、ある程度コンパクトに竜巻発生システム１を作成することができる。 Further, the length of each fin 43 in the longitudinal direction is longer than 1/2 of the radius of the outer edge of the guide surface 40. Therefore, the effect of sending air in the direction away from the suction port 41c is high. Further, the radius of the guide surface 40 is 5 times or more the radius of the suction port 41c. As a result, the effect of entrainment can be enhanced and the tornado can be further stabilized. Further, if the radius of the guide surface 40 is 10 times or less the radius of the suction port 41c, the tornado generation system 1 can be made compact to some extent.

（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の竜巻発生システム１に対して、複数枚のフィン４３のすべてを除去したものである。それ以外の構成は、第１実施形態と同様である。 (Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described. In the present embodiment, all of the plurality of fins 43 are removed from the tornado generation system 1 of the first embodiment. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

本実施形態の竜巻発生システム１の作動は、以下の通りである。竜巻発生システム１の使用時には、モータ３５および吸引装置１１が始動する。これにより、上述の通り、円筒歯車３３、吸引ダクト４１ａ、内側円盤部４１ｂ、固定部４２ａ、外側円盤部４２ｂが、回転軸Ｓを中心として一体に剛体回転する。 The operation of the tornado generation system 1 of the present embodiment is as follows. When the tornado generation system 1 is used, the motor 35 and the suction device 11 are started. As a result, as described above, the cylindrical gear 33, the suction duct 41a, the inner disk portion 41b, the fixing portion 42a, and the outer disk portion 42b are integrally rigidly rotated around the rotation axis S.

これにより、ガイド面４０上において、境界層が回転軸Ｓから遠ざかる方向に発達していく。この境界層は、ガイド面４０の回転に引き摺られることで吸引口４１ｃの周りを旋回しながら、ガイド面４０に沿ってガイドされて吸引口４１ｃから遠ざかるように流れる空気流６１の層である。 As a result, the boundary layer develops on the guide surface 40 in the direction away from the rotation axis S. This boundary layer is a layer of an air flow 61 that is guided along the guide surface 40 and flows away from the suction port 41c while swirling around the suction port 41c by being dragged by the rotation of the guide surface 40.

この結果、境界層において空気が回転軸Ｓを中心とする径方向外側に排出される。このとき、エントレインメントが発生する。すなわち、図７に示すように、排出された分の空気を補うように、境界層の下方の空間において、ガイド面４０に近付いて、ガイド面４０の中心部に流れ込む緩い上昇流６２が発生する。 As a result, air is discharged radially outward about the rotation axis S in the boundary layer. At this time, entrainment occurs. That is, as shown in FIG. 7, a gentle ascending flow 62 that approaches the guide surface 40 and flows into the center of the guide surface 40 is generated in the space below the boundary layer so as to supplement the discharged air. ..

このような上昇流６２があることに加え、ガイド面４０が回転していることで、ガイド面４０の下方の空間が、回転系の流体力学に支配されるようになる。具体的には、テイラー・プラウドマンの定理に概ね従った空気の流れ場、すなわち、回転軸Ｓ方向に概ね一様な、すなわち概ね２次元的な、流れ場が形成される。 In addition to the presence of such an ascending current 62, the rotation of the guide surface 40 causes the space below the guide surface 40 to be dominated by the fluid dynamics of the rotating system. Specifically, an air flow field generally according to Taylor Proudmann's theorem, that is, a flow field that is substantially uniform in the rotation axis S direction, that is, is approximately two-dimensional is formed.

また、吸引装置１１が作動することにより、ガイド面４０の下側の空気が、矢印６３のように吸引口４１ｃに吸い込まれる。そして、吸い込まれた空気は、矢印６４に示すように、フレーム５１ｃから、吸引ダクト４１ａ、円筒歯車３３、流路３１ａ、固定ダクト５２、配管１３、遠心分離機１２を通って、吸引装置１１に吸い込まれる。 Further, when the suction device 11 is operated, the air under the guide surface 40 is sucked into the suction port 41c as shown by the arrow 63. Then, as shown by the arrow 64, the sucked air passes from the frame 51c through the suction duct 41a, the cylindrical gear 33, the flow path 31a, the fixed duct 52, the pipe 13, and the centrifuge 12 to the suction device 11. Be sucked in.

上述のように、テイラー・プラウドマンの定理に概ね従った流れ場が存在する状況において、さらにこのような吸い込みによる流れが存在することで、上昇流６２が強化される。その結果、図７に示すように、強い竜巻６５が発生し、発達し、安定して持続する。このように、テイラー・プラウドマンの定理に概ね従った流れ場が、竜巻６５の発生、発達、安定化を促進する。換言すれば、地衡流に相当する流れが発生する。 As described above, in the situation where there is a flow field generally according to Taylor Proudman's theorem, the presence of such a suction flow further strengthens the ascending flow 62. As a result, as shown in FIG. 7, a strong tornado 65 is generated, developed, and stably persists. Thus, a flow field that largely follows Taylor Proudman's theorem promotes the development, development, and stabilization of tornado 65. In other words, a flow equivalent to the geostrophic current occurs.

この際、竜巻６５は、吸引ダクトによって吸い込まれる流体の流れの上流側の端部（すなわち先端部）から主に空気を吸引し、その側面からはあまり吸引しない。よって、竜巻発生装置１５は、指向性のある吸引を行える。この指向性のある吸引は、空中に存在する気体および浮遊物を効率的に吸引する遠隔吸引を、可能にする。また、この指向性のある吸引は、図７のように、床面６６に置かれた物体も吸引する。床面６６に竜巻６５が到達するからである。その他、第１実施形態と同等の構成からは、第１実施形態と同等の効果がもたらされる。 At this time, the tornado 65 mainly sucks air from the upstream end (that is, the tip) of the flow of the fluid sucked by the suction duct, and does not suck much from the side surface thereof. Therefore, the tornado generator 15 can perform directional suction. This directional suction enables remote suction, which efficiently sucks gases and suspended matter present in the air. In addition, this directional suction also sucks an object placed on the floor surface 66 as shown in FIG. This is because the tornado 65 reaches the floor surface 66. In addition, from the configuration equivalent to that of the first embodiment, the same effect as that of the first embodiment is brought about.

（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、複数枚のフィン４３の長さが変更されたものである。具体的には、図８に示すように、各フィン４３の長手方向の長さがガイド面４０の外縁の半径の１／２より短い。 (Third Embodiment)
Next, the third embodiment will be described. In this embodiment, the lengths of the plurality of fins 43 are changed from those in the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 8, the length of each fin 43 in the longitudinal direction is shorter than 1/2 of the radius of the outer edge of the guide surface 40.

また、各複数枚のフィン４３の長手方向における回転軸Ｓ側の端部から回転軸Ｓまでの最短距離と、当該端部からガイド面４０の外縁までの最短距離を比較すると、前者の方が短い。すなわち、複数枚のフィン４３は、ガイド面４０の内周側に偏って配置されている。その他の複数枚のフィン４３の構成は、第１実施形態と同じである。 Further, comparing the shortest distance from the end of each of the plurality of fins 43 on the rotation axis S side to the rotation axis S in the longitudinal direction and the shortest distance from the end to the outer edge of the guide surface 40, the former is short. That is, the plurality of fins 43 are unevenly arranged on the inner peripheral side of the guide surface 40. The configuration of the other plurality of fins 43 is the same as that of the first embodiment.

このようになっていても、第１実施形態と同様の原理により、竜巻が安定して発生する。その他、第１実施形態と同等の構成からは、第１実施形態と同等の効果がもたらされる。 Even in this case, a tornado is stably generated by the same principle as in the first embodiment. In addition, from the configuration equivalent to that of the first embodiment, the same effect as that of the first embodiment is brought about.

（第４実施形態）
次に第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、複数枚のフィン４３の長さが変更されたものである。具体的には、図９に示すように、各フィン４３の長手方向の長さがガイド面４０の外縁の半径の１／２より短い。 (Fourth Embodiment)
Next, the fourth embodiment will be described. In this embodiment, the lengths of the plurality of fins 43 are changed from those in the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 9, the length of each fin 43 in the longitudinal direction is shorter than 1/2 of the radius of the outer edge of the guide surface 40.

また、各複数枚のフィン４３の長手方向における回転軸Ｓ側の端部から回転軸Ｓまでの最短距離と、当該端部からガイド面４０の外縁までの最短距離を比較すると、後者の方が短い。すなわち、複数枚のフィン４３は、ガイド面４０の外周側に偏って配置されている。その他の複数枚のフィン４３の構成は、第１実施形態と同じである。 Further, when comparing the shortest distance from the end on the rotation axis S side to the rotation axis S in the longitudinal direction of each of the plurality of fins 43 and the shortest distance from the end to the outer edge of the guide surface 40, the latter is better. short. That is, the plurality of fins 43 are unevenly arranged on the outer peripheral side of the guide surface 40. The configuration of the other plurality of fins 43 is the same as that of the first embodiment.

このようになっていても、第１実施形態と同様の原理により、竜巻が安定して発生する。なお、第３実施形態と比較した場合、本実施形態の方が、ガイド面４０に沿って流れる空気を外周側に排出する効果が高いので、竜巻の安定により高く寄与する。その他、第１実施形態と同等の構成からは、第１実施形態と同等の効果がもたらされる。 Even in this case, a tornado is stably generated by the same principle as in the first embodiment. As compared with the third embodiment, the present embodiment has a higher effect of discharging the air flowing along the guide surface 40 to the outer peripheral side, and thus contributes more to the stability of the tornado. In addition, from the configuration equivalent to that of the first embodiment, the same effect as that of the first embodiment is brought about.

（第５実施形態）
次に第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、複数枚のフィン４３の長手方向の延伸方向が変更されたものである。具体的には、図１０に示すように、各フィン４３の長手方向は、それが回転軸Ｓに垂直な面に投影された場合、回転軸Ｓを中心とする径方向に対して所定角度αだけ傾いて、真っ直ぐ伸びている。 (Fifth Embodiment)
Next, the fifth embodiment will be described. In this embodiment, the stretching directions of the plurality of fins 43 in the longitudinal direction are changed from those in the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 10, the longitudinal direction of each fin 43 is a predetermined angle α with respect to the radial direction centered on the rotation axis S when it is projected on a plane perpendicular to the rotation axis S. It just leans and stretches straight.

所定角度αは、回転部５４の回転方向Ｒを正方向とすると、０°より小さく−９０°よりも大きい角度である。例えば、図１０においては、当該所定角度αは−１５°である。その他の複数枚のフィン４３の構成は、第１実施形態と同じである。 The predetermined angle α is an angle smaller than 0 ° and larger than −90 °, where the rotation direction R of the rotating portion 54 is the positive direction. For example, in FIG. 10, the predetermined angle α is −15 °. The configuration of the other plurality of fins 43 is the same as that of the first embodiment.

（第６実施形態）
次に第６実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、複数枚のフィン４３の長手方向の延伸方向が変更されたものである。具体的には、図１１に示すように、各フィン４３の長手方向は、それが回転軸Ｓに垂直な面に投影された場合、回転軸Ｓを中心とする径方向に対して所定角度βだけ傾いて、真っ直ぐ伸びている。 (Sixth Embodiment)
Next, the sixth embodiment will be described. In this embodiment, the stretching directions of the plurality of fins 43 in the longitudinal direction are changed from those in the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 11, the longitudinal direction of each fin 43 is a predetermined angle β with respect to the radial direction centered on the rotation axis S when it is projected on a plane perpendicular to the rotation axis S. It just leans and stretches straight.

所定角度βは、回転部５４の回転方向Ｒを正方向とすると、０°より大きく９０°よりも小さい角度である。例えば、図１１においては、当該所定角度βは１５°である。その他の複数枚のフィン４３の構成は、第１実施形態と同じである。 The predetermined angle β is an angle larger than 0 ° and smaller than 90 °, where the rotation direction R of the rotating portion 54 is the positive direction. For example, in FIG. 11, the predetermined angle β is 15 °. The configuration of the other plurality of fins 43 is the same as that of the first embodiment.

（第７実施形態）
次に第７実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、複数枚のフィン４３の長手方向の延伸方向が変更されたものである。具体的には、図１２に示すように、各フィン４３の長手方向は、それが回転軸Ｓに垂直な面に投影された場合、回転軸Ｓを中心とする径方向に対する角度θが、回転軸Ｓから遠ざかるにつれて変化する。 (7th Embodiment)
Next, the seventh embodiment will be described. In this embodiment, the stretching directions of the plurality of fins 43 in the longitudinal direction are changed from those in the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 12, in the longitudinal direction of each fin 43, when it is projected on a plane perpendicular to the rotation axis S, the angle θ with respect to the radial direction about the rotation axis S rotates. It changes as it moves away from the axis S.

具体的には、回転部５４の回転方向Ｒを正方向とすると、角度θは、０°より小さく−９０°よりも大きい範囲で、回転軸Ｓから遠ざかるにつれて、減少する。その他の複数枚のフィン４３の構成は、第１実施形態と同じである。 Specifically, assuming that the rotation direction R of the rotating portion 54 is the positive direction, the angle θ decreases in a range smaller than 0 ° and larger than −90 ° as the distance from the rotation axis S increases. The configuration of the other plurality of fins 43 is the same as that of the first embodiment.

（第８実施形態）
次に第８実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、複数枚のフィン４３の長手方向の延伸方向が変更されたものである。具体的には、図１３に示すように、各フィン４３の長手方向は、それが回転軸Ｓに垂直な面に投影された場合、回転軸Ｓを中心とする径方向に対する角度φが、回転軸Ｓから遠ざかるにつれて変化する。 (8th Embodiment)
Next, the eighth embodiment will be described. In this embodiment, the stretching directions of the plurality of fins 43 in the longitudinal direction are changed from those in the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 13, in the longitudinal direction of each fin 43, when it is projected on a plane perpendicular to the rotation axis S, the angle φ with respect to the radial direction about the rotation axis S rotates. It changes as it moves away from the axis S.

具体的には、回転部５４の回転方向Ｒを正方向とすると、角度θは、０°より大きく９０°よりも小さい範囲で、回転軸Ｓから遠ざかるにつれて、増大する。その他の複数枚のフィン４３の構成は、第１実施形態と同じである。 Specifically, assuming that the rotation direction R of the rotating portion 54 is the positive direction, the angle θ increases in a range larger than 0 ° and smaller than 90 ° as the distance from the rotation axis S increases. The configuration of the other plurality of fins 43 is the same as that of the first embodiment.

（第９実施形態）
次に第９実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、複数枚のフィン４３の形状が変更されたものである。具体的には、図１４に示すように、各フィン４３は、回転軸Ｓ方向に伸びる略円柱の形状を有する。その他の複数枚のフィン４３の構成は、第１実施形態と同じである。このようになっていても、第１実施形態と同様の原理により、竜巻が安定して発生する。その他、第１実施形態と同等の構成からは、第１実施形態と同等の効果がもたらされる。 (9th Embodiment)
Next, the ninth embodiment will be described. In this embodiment, the shapes of the plurality of fins 43 are changed from those in the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 14, each fin 43 has a substantially cylindrical shape extending in the rotation axis S direction. The configuration of the other plurality of fins 43 is the same as that of the first embodiment. Even in this case, a tornado is stably generated by the same principle as in the first embodiment. In addition, from the configuration equivalent to that of the first embodiment, the same effect as that of the first embodiment is brought about.

（第１０実施形態）
次に第１０実施形態について、図１５を用いて説明する。本実施形態は、第１〜第９実施形態の各々に対して、カバー部材４２の構成が変更されたものである。具体的には、カバー部材４２は、第１〜第９実施形態の固定部４２ａ、外側円盤部４２ｂに加え、スカート部材４２ｃを有している。 (10th Embodiment)
Next, the tenth embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the configuration of the cover member 42 is changed for each of the first to ninth embodiments. Specifically, the cover member 42 has a skirt member 42c in addition to the fixing portion 42a and the outer disk portion 42b of the first to ninth embodiments.

スカート部材４２ｃは、外側円盤部４２ｂの外縁に固定される。円環形状の部材である。スカート部材４２ｃの底面４２ｄは、回転軸Ｓを中心とする全周において、ガイド面４０と滑らかに接続する。当該下側の底面４２ｄを回転軸Ｓに垂直な断面で切って得られた切断線の回転軸Ｓ方向の位置は、回転軸Ｓから遠ざかるほど下方にずれている。また、この切断線の接線は、回転軸Ｓから遠ざかるほど、回転軸Ｓと成す鋭角の角度が小さくなっていく。また、底面４２ｄの外縁における切断線の接線は、回転軸Ｓと平行であってもよい。 The skirt member 42c is fixed to the outer edge of the outer disk portion 42b. It is a ring-shaped member. The bottom surface 42d of the skirt member 42c is smoothly connected to the guide surface 40 on the entire circumference centered on the rotation axis S. The position of the cutting line obtained by cutting the lower bottom surface 42d with a cross section perpendicular to the rotation axis S in the rotation axis S direction is shifted downward as the distance from the rotation axis S increases. Further, as the tangent line of this cutting line moves away from the rotation axis S, the angle of the acute angle formed with the rotation axis S becomes smaller. Further, the tangent line of the cutting line at the outer edge of the bottom surface 42d may be parallel to the rotation axis S.

また、底面４２ｄの外縁における切断線の接線は、下方に行くほど回転軸Ｓから遠ざかるようになっていてもよい。つまり、底面４２ｄの外縁は、下方に対して開くような形状になっていてもよい。 Further, the tangent line of the cutting line at the outer edge of the bottom surface 42d may be moved away from the rotation axis S as it goes downward. That is, the outer edge of the bottom surface 42d may be shaped so as to open downward.

このスカート部材４２ｃは、外側円盤部４２ｂと一体的に同期して同じ方向に回転する。底面４２ｄは、回転軸Ｓに関して軸対称である。 The skirt member 42c rotates integrally with the outer disk portion 42b in the same direction. The bottom surface 42d is axisymmetric with respect to the rotation axis S.

以下、本実施形態の竜巻発生システム１の作動について、第１〜第９実施形態との違いの部分を中心に説明する。第１〜第９実施形態と同様、モータ３５および吸引装置１１が始動すると、スカート部材４２ｃを含む回転部５４全体および円筒歯車３３が、回転軸Ｓを中心として一体に同期して同じ方向に回転する。 Hereinafter, the operation of the tornado generation system 1 of the present embodiment will be described focusing on the differences from the first to ninth embodiments. Similar to the first to ninth embodiments, when the motor 35 and the suction device 11 are started, the entire rotating portion 54 including the skirt member 42c and the cylindrical gear 33 rotate integrally and synchronously in the same direction around the rotating shaft S. To do.

これにより、回転するガイド面４０の引き摺り作用および（あれば）回転する複数枚のフィン４３の作用によって、第１〜第９実施形態と同等の空気流６１から成る境界層が生成される。ただし、本実施形態では、空気流６１は、ガイド面４０の外縁を超えてスカート部材４２ｃの底面４２ｄに至ると、底面４２ｄの形状に沿って下方に向きを変え、そのまま下方に排出される。 As a result, a boundary layer composed of an air flow 61 equivalent to that of the first to ninth embodiments is generated by the dragging action of the rotating guide surface 40 and the action of the plurality of rotating fins 43 (if any). However, in the present embodiment, when the air flow 61 exceeds the outer edge of the guide surface 40 and reaches the bottom surface 42d of the skirt member 42c, the air flow 61 turns downward along the shape of the bottom surface 42d and is discharged downward as it is.

このようになっていても、空気流６１が排出されるので、第１〜第９実施形態と同様、ガイド面４０上において、当該境界層が、回転軸Ｓから遠ざかる方向に発達していく。したがって、これに起因してエントレインメントが発生し、更に、テイラー・プラウドマンの定理に概ね従った空気の流れ場、すなわち、回転軸Ｓ方向に概ね一様な、すなわち概ね２次元的な、流れ場が形成される。そして、そのような状況において、空気が吸引口４１ｃから吸引ダクト４１ａに吸い込まれることで、強い竜巻６５が発生し、発達し、安定して持続する。これは、第１〜第９実施形態と同様である。その他、第１〜第９実施形態と同等の構成からは、当該実施形態と同等の効果がもたらされる。 Even in this case, since the air flow 61 is discharged, the boundary layer develops on the guide surface 40 in the direction away from the rotation axis S, as in the first to ninth embodiments. Therefore, entrainment occurs due to this, and further, an air flow field generally according to Taylor Proudman's theorem, that is, a flow that is generally uniform in the rotation axis S direction, that is, generally two-dimensional. A field is formed. Then, in such a situation, when air is sucked into the suction duct 41a from the suction port 41c, a strong tornado 65 is generated, developed, and stably maintained. This is the same as the first to ninth embodiments. In addition, from the configuration equivalent to the first to ninth embodiments, the same effect as that of the embodiment is brought about.

なお、吸引口４１ｃから底面４２ｄの外縁までの回転軸Ｓに沿った位置の差（すなわち高低差）は、ガイド面４０の半径よりも小さい。したがって、後述する空気流６１が回転軸Ｓを中心とする径方向外側に排出され易いので、エントレインメントが発生する。 The difference in position (that is, height difference) along the rotation axis S from the suction port 41c to the outer edge of the bottom surface 42d is smaller than the radius of the guide surface 40. Therefore, the air flow 61, which will be described later, is likely to be discharged to the outside in the radial direction about the rotation axis S, so that entrainment occurs.

（第１１実施形態）
次に第１１実施形態について、図１６を用いて説明する。本実施形態は、第１〜第１０実施形態の各々に対して、吸引ダクト４１ａの形状が変更されている。具体的には、吸引ダクト４１ａが直管形状となっておらず、曲がっている。 (11th Embodiment)
Next, the eleventh embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the shape of the suction duct 41a is changed for each of the first to tenth embodiments. Specifically, the suction duct 41a does not have a straight tube shape but is bent.

その結果、吸引ダクト４１ａの円筒歯車３３側部分の中心軸は回転軸Ｓと一致するが、吸引ダクト４１ａのカバー部材４２側部分の中心軸Ｓｘは、円筒歯車３３側部分の中心軸は回転軸Ｓに対してずれている。したがって、吸引口４１ｃの中心も、回転軸Ｓに対してずれている。つまり、吸引ダクト４１ａおよび吸引口４１ｃが、回転軸Ｓに対して偏心している。その他の構成は、第１〜第１０実施形態と同様である。なお、回転軸Ｓは中心軸Ｓｘと平行であってもよいし、平行でなくてもよい。 As a result, the central axis of the cylindrical gear 33 side portion of the suction duct 41a coincides with the rotating shaft S, but the central axis Sx of the cover member 42 side portion of the suction duct 41a is the rotating shaft of the cylindrical gear 33 side portion. It is deviated from S. Therefore, the center of the suction port 41c is also deviated from the rotation axis S. That is, the suction duct 41a and the suction port 41c are eccentric with respect to the rotation axis S. Other configurations are the same as those of the first to tenth embodiments. The rotation axis S may or may not be parallel to the central axis Sx.

なお、図１６では複数枚のフィン４３が表されているが、本実施形態が第２実施形態に対する変更である場合は、回転部５４は複数枚のフィン４３を有さない。また、図１６ではスカート部材が表されていないが、本実施形態が第１０実施形態に対する変更である場合は、カバー部材４２はスカート部材４２ｃを有している。 Although a plurality of fins 43 are shown in FIG. 16, when the present embodiment is a modification of the second embodiment, the rotating portion 54 does not have the plurality of fins 43. Further, although the skirt member is not shown in FIG. 16, when the present embodiment is a change from the tenth embodiment, the cover member 42 has the skirt member 42c.

以下、本実施形態の竜巻発生システム１の作動について、第１〜第１０実施形態との違いの部分を中心に説明する。第１〜第１０実施形態と同様、モータ３５および吸引装置１１が始動すると、スカート部材４２ｃを含む回転部５４全体および円筒歯車３３が、回転軸Ｓを中心として一体に同期して同じ方向に回転する。これにより、回転するガイド面４０の引き摺り作用および（あれば）回転する複数枚のフィン４３の作用によって、第１〜第１０実施形態と同等の空気流６１から成る境界層が生成される。そして、ガイド面４０上において、当該境界層が、回転軸Ｓから遠ざかる方向に発達していく。したがって、これに起因してエントレインメントが発生し、更に、テイラー・プラウドマンの定理に概ね従った空気の流れ場、すなわち、回転軸Ｓ方向に概ね一様な、すなわち概ね２次元的な、流れ場が形成される。そして、そのような状況において、空気が吸引口４１ｃから吸引ダクト４１ａに吸い込まれることで、強い竜巻６５が発生し、発達し、安定して持続する。これは、第１〜第１０実施形態と同様である。 Hereinafter, the operation of the tornado generation system 1 of the present embodiment will be described focusing on the differences from the first to tenth embodiments. Similar to the first to tenth embodiments, when the motor 35 and the suction device 11 are started, the entire rotating portion 54 including the skirt member 42c and the cylindrical gear 33 rotate integrally in the same direction around the rotating shaft S in the same direction. To do. As a result, a boundary layer composed of an air flow 61 equivalent to that of the first to tenth embodiments is generated by the dragging action of the rotating guide surface 40 and the action of the plurality of rotating fins 43 (if any). Then, on the guide surface 40, the boundary layer develops in a direction away from the rotation axis S. Therefore, entrainment occurs due to this, and further, an air flow field generally according to Taylor Proudman's theorem, that is, a flow that is generally uniform in the rotation axis S direction, that is, generally two-dimensional. A field is formed. Then, in such a situation, when air is sucked into the suction duct 41a from the suction port 41c, a strong tornado 65 is generated, developed, and stably maintained. This is the same as the first to tenth embodiments.

それに加え、本実施形態では、吸引口４１ｃの中心が回転軸Ｓからずれているので、回転部５４が回転することにより、吸引口４１ｃが回転軸Ｓ周りに公転する。より具体的には、吸引口４１ｃの中心が、回転軸Ｓを中心に円運動する。吸引口４１ｃの公転半径は、吸引口４１ｃの水力直径の１／２より短くてもよいし、長くてもよい。 In addition, in the present embodiment, since the center of the suction port 41c is deviated from the rotation axis S, the suction port 41c revolves around the rotation axis S as the rotating portion 54 rotates. More specifically, the center of the suction port 41c makes a circular motion about the rotation axis S. The revolution radius of the suction port 41c may be shorter or longer than 1/2 of the hydraulic diameter of the suction port 41c.

吸引口４１ｃの公転半径が吸引口４１ｃの水力直径の１／２より長い場合、吸引口４１ｃのうち最も回転軸Ｓに近い部分の公転による軌跡の内側の静圧が、大気圧に比べて低くなる。これにより、当該軌跡の外側にある竜巻６５が、当該軌跡の内側に引っ張られる。その結果、竜巻６５が更に安定して長時間持続することができる。 When the revolution radius of the suction port 41c is longer than 1/2 of the hydraulic diameter of the suction port 41c, the static pressure inside the locus due to the revolution of the part of the suction port 41c closest to the rotation axis S is lower than the atmospheric pressure. Become. As a result, the tornado 65 on the outside of the locus is pulled inside the locus. As a result, the tornado 65 can be more stable and last for a long time.

逆に、吸引口４１ｃの公転半径が吸引口４１ｃの水力直径の１／２より短い場合、回転軸Ｓの近傍領域（具体的には、吸引口４１ｃの中心の軌跡よりも内側の領域）の静圧が大気圧に比べて低くなる。これにより、当該軌跡の外側にある竜巻６５が、当該近傍領域に引っ張られる。その結果、竜巻６５が従来よりも安定して長時間持続することができる。 On the contrary, when the revolving radius of the suction port 41c is shorter than 1/2 of the hydraulic diameter of the suction port 41c, the region near the rotation axis S (specifically, the region inside the locus of the center of the suction port 41c). The static pressure is lower than the atmospheric pressure. As a result, the tornado 65 outside the locus is pulled into the vicinity region. As a result, the tornado 65 can be more stable and last for a longer time than before.

以上の通り、吸引口４１ｃの公転運動により、竜巻６５の安定度が増し、竜巻６５の吸引力が向上する。その他、第１〜第１０実施形態と同等の構成からは、当該実施形態と同等の効果がもたらされる。 As described above, the revolving motion of the suction port 41c increases the stability of the tornado 65 and improves the suction force of the tornado 65. In addition, from the configuration equivalent to the first to tenth embodiments, the same effect as that of the embodiment is brought about.

（実験例）
以下に、上記実施形態に対応する竜巻発生装置１５の実験結果を複数挙げる。図１７、図１８、図１９、図２０は、実験結果を列挙した表である。図１７が表１を、図１８が表２を、図１９が表３を、図２０が表４に対応する。 (Experimental example)
Below, a plurality of experimental results of the tornado generator 15 corresponding to the above embodiment are listed. 17, FIG. 18, FIG. 19, and FIG. 20 are tables listing the experimental results. FIG. 17 corresponds to Table 1, FIG. 18 corresponds to Table 2, FIG. 19 corresponds to Table 3, and FIG. 20 corresponds to Table 4.

これらの表において、Ｄ［ｍｍ］はガイド面４０の直径を示し、ｄ［ｍｍ］は吸引口４１ｃの直径を示す（図３参照）。また、Ｎ［ｒｐｍ］は回転部５４の回転数を示す。また、Ｈ［ｍｍ］は領域高さを示す（図２参照）。領域高さとは、回転軸Ｓに沿った床面６６から吸引口４１ｃまでの高さである。 In these tables, D [mm] indicates the diameter of the guide surface 40, and d [mm] indicates the diameter of the suction port 41c (see FIG. 3). Further, N [rpm] indicates the rotation speed of the rotating portion 54. Further, H [mm] indicates the area height (see FIG. 2). The region height is the height from the floor surface 66 along the rotation axis S to the suction port 41c.

また、Ｒ［ｍｍ］は、吸引口４１ｃの公転半径を示す。吸引口４１ｃの中心軸が回転軸Ｓと一致する場合、すなわち、吸引口４１ｃが公転しない場合は、Ｒはゼロとなる。Ｑ［ｍ^３／ｈ］は吸引口４１ｃから吸い込まれる空気の流量、すなわち吸引流量を示す。吸引流量Ｑは、エアフロメータ１４で計測される。フィン数は、複数枚のフィン４３の数を示す。フィン配置は、複数枚のフィン４３の形状および配置が該当する図面番号を示す。フィンサイズは、複数枚のフィン４３の各々の高さ×縦長さ×厚さを示している。高さは、対象のフィンの回転軸Ｓ方向の長さである。縦長さは、対象のフィンの長手方向の長さである。厚さは、対象のフィンの厚み方向の長さである。なお、表１〜表４のいずれにおいても、スカート部材４２ｃは設けられていない。 Further, R [mm] indicates the revolution radius of the suction port 41c. When the central axis of the suction port 41c coincides with the rotation axis S, that is, when the suction port 41c does not revolve, R becomes zero. Q [m ³ / h] indicates the flow rate of air sucked from the suction port 41c, that is, the suction flow rate. The suction flow rate Q is measured by the air flow meter 14. The number of fins indicates the number of a plurality of fins 43. The fin arrangement indicates a drawing number to which the shape and arrangement of the plurality of fins 43 correspond. The fin size indicates the height × vertical length × thickness of each of the plurality of fins 43. The height is the length of the target fin in the rotation axis S direction. The vertical length is the length of the target fin in the longitudinal direction. The thickness is the length of the target fin in the thickness direction. In any of Tables 1 to 4, the skirt member 42c is not provided.

まず、表１の例について説明する。ケース１−１〜１−８において、回転部５４および観察領域６７（図１参照）における空気の流れを撮影したものが、それぞれ、図２１〜図２８である。観察領域６７は、および回転部５４のガイド面４０側の空間である。空気の流れを可視化するために、ドライアイスミストが観察領域６７中に散布されている。 First, the examples in Table 1 will be described. In Cases 1-1 to 1-8, the air flow in the rotating portion 54 and the observation area 67 (see FIG. 1) is photographed, which are shown in FIGS. 21 to 28, respectively. The observation area 67 is a space on the guide surface 40 side of the rotating portion 54. Dry ice mist is sprayed throughout the observation area 67 to visualize the air flow.

表１のすべてのケースにおいて、ｄ＝３２ｍｍであり、Ｒ＝０ｍｍである。また、ケース１−３〜ケース１−８では、フィンのサイズは１９×１２５×２［ｍｍ^３］であり、フィン配置は、図５に該当する。 In all cases of Table 1, d = 32 mm and R = 0 mm. Further, in Cases 1-3 to 1-8, the fin size is 19 × 125 × 2 [mm ³ ], and the fin arrangement corresponds to FIG.

表１のケース１−１、１−３、１−５、１−７は、比較例である。これらのケースでは、吸引流量Ｑがゼロとなっている。すなわち、これらのケースでは、吸引口４１ｃから空気が吸引されない。吸引なしで回転部５４が回転のみを行う条件では、図２１、図２３、図２５、図２７に示すように、フィンの有無にかかわらず、芯のある竜巻は発生しない。 Cases 1-1, 1-3, 1-5, and 1-7 in Table 1 are comparative examples. In these cases, the suction flow rate Q is zero. That is, in these cases, air is not sucked from the suction port 41c. Under the condition that the rotating portion 54 only rotates without suction, a tornado with a core does not occur regardless of the presence or absence of fins, as shown in FIGS. 21, 23, 25, and 27.

一方、ケース１−２、１−４、１−６、１−８では、図２２、図２４、図２６、図２８に示すように、芯のある安定した竜巻が安定的に発生する。表１の実験結果より、吸引の重要性が確認できる。なお、芯とは、床面６６に到達した強い竜巻６５が床面６６上に漂うドライアイスミストを直接吸引する事によって竜巻６５の２次元的渦構造が可視化されたものである。 On the other hand, in Cases 1-2, 1-4, 1-6, and 1-8, as shown in FIGS. 22, 24, 26, and 28, a stable tornado with a core is stably generated. From the experimental results in Table 1, the importance of suction can be confirmed. The core is a visualization of the two-dimensional vortex structure of the tornado 65 by the strong tornado 65 reaching the floor surface 66 directly sucking the dry ice mist floating on the floor surface 66.

次に、表２の例について説明する。ケース２−１〜２−６において、表１の実験と同じ形態で回転部５４および観察領域６７（図１参照）における空気の流れを撮影したものが、図２９〜図３５である。図２９はケース２−１に対応し、図３０はケース２−２に対応し、図３１、図３２はケース２−３に対応し、図３３はケース２−４に対応し、図３４はケース２−５に対応し、図３５はケース２−６に対応する。 Next, the examples in Table 2 will be described. In Cases 2-1 to 2-6, the air flow in the rotating portion 54 and the observation area 67 (see FIG. 1) is photographed in the same manner as in the experiment in Table 1, and FIGS. 29 to 35 are taken. 29 corresponds to case 2-1, FIG. 30 corresponds to case 2-2, FIGS. 31 and 32 correspond to case 2-3, FIG. 33 corresponds to case 2-4, and FIG. 34 shows. Corresponds to Case 2-5, and FIG. 35 corresponds to Case 2-6.

表２のすべてのケースにおいて、ｄ＝３２ｍｍであり、Ｒ＝０ｍｍである。また、ケース１−３〜ケース１−８では、フィンのサイズは１９×１２５×２［ｍｍ^３］であり、フィン配置は、図５に該当する。 In all cases of Table 2, d = 32 mm and R = 0 mm. Further, in Cases 1-3 to 1-8, the fin size is 19 × 125 × 2 [mm ³ ], and the fin arrangement corresponds to FIG.

表２では、領域高さＨがケース間で異なっている。領域高さＨが大きくなるほど、竜巻が床面６６に到達し難くなる。実際、ケース２−１〜２−４で芯のある安定した竜巻が発生し、ケース２−５、２−６で芯のある竜巻が発生しない。 In Table 2, the region height H differs between the cases. The larger the region height H, the more difficult it is for the tornado to reach the floor surface 66. In fact, cases 2-1 to 2-4 produce a stable tornado with a core, and cases 2-5 and 2-6 do not generate a tornado with a core.

次に、表３の例について説明する。ケース３−１〜３−１１において、表１の実験と同じ形態で回転部５４および観察領域６７（図１参照）における空気の流れを撮影したものが、それぞれ、図３６〜図４６である。表３のすべてのケースにおいて、ｄ＝３２ｍｍであり、Ｒ＝０ｍｍである。 Next, the examples in Table 3 will be described. In Cases 3-1 to 3-11, the air flows in the rotating portion 54 and the observation area 67 (see FIG. 1) are photographed in the same manner as in the experiment in Table 1, respectively, FIGS. 36 to 46. In all cases of Table 3, d = 32 mm and R = 0 mm.

ケース３−３、３−４、３−６のように、回転軸Ｓから放射状に直線的な複数枚のフィン４３が配置された場合、複数枚のフィン４３の各々の縦長さが長いほど竜巻が発生し易く安定し易い。ただし、これらのケースのいずれにおいても、竜巻が発生し易く安定的である。 When a plurality of fins 43 radially linear from the rotation axis S are arranged as in cases 3-3, 3-4, and 3-6, the longer each of the plurality of fins 43 is, the more the tornado is. Is easy to occur and stable. However, in any of these cases, tornadoes are likely to occur and are stable.

また、ケース３−４とケース３−５とを相互に比較すると、フィンの位置に関する特性がわかる。すなわち、複数枚のフィン４３を回転軸Ｓの近くに（すなわち内周側に）配置するよりも、回転軸Ｓから遠ざけて（すなわち外周側に）配置した方が、竜巻が発生し易く安定し易いことがわかる。ただし、これらのケースのいずれにおいても、竜巻が発生し易く安定的である。 Further, by comparing Case 3-4 and Case 3-5 with each other, the characteristics regarding the position of the fins can be found. That is, tornadoes are more likely to occur and are more stable when the plurality of fins 43 are arranged away from the rotation axis S (that is, on the outer peripheral side) than when they are arranged near the rotation axis S (that is, on the inner peripheral side). It turns out to be easy. However, in any of these cases, tornadoes are likely to occur and are stable.

また、ケース３−６、３−７、３−８を相互に比較すると、複数枚のフィン４３がそれぞれ直線的に伸びている場合、それが回転軸Ｓを中心とする径方向に対して成す鋭角の違いは、竜巻発生のし易さおよび安定性に大きな影響を与えないことがわかる。これらのケースのいずれにおいても、竜巻が発生し易く安定的である。 Further, comparing cases 3-6, 3-7, and 3-8 with each other, when a plurality of fins 43 extend linearly, they form in the radial direction centered on the rotation axis S. It can be seen that the difference in acute angles does not significantly affect the ease and stability of tornadoes. In any of these cases, tornadoes are likely to occur and are stable.

また、ケース３−６〜３−１１を相互に比較すると、ケース３−９〜３−１１のような長手方向に曲がった形状のフィンよりも、長手方向に真っ直ぐ伸びる形状のフィンの方が、竜巻の発生容易化および安定化に大きく寄与することがわかる。ただし、これらのケースのいずれにおいても、竜巻が発生し易く安定的である。 Further, when the cases 3-6 to 3-11 are compared with each other, the fins having a shape extending straight in the longitudinal direction are more suitable than the fins having a shape bent in the longitudinal direction as in cases 3-9 to 3-11. It can be seen that it greatly contributes to the facilitation and stabilization of tornadoes. However, in any of these cases, tornadoes are likely to occur and are stable.

次に、表４の例について説明する。ケース４−１〜４−５において、表１の実験と同じ形態で回転部５４および観察領域６７（図１参照）における空気の流れを撮影したものが、それぞれ、図４７〜図５１である。表３のすべてのケースにおいて、ｄ＝３２ｍｍであり、Ｒ＝０ｍｍであり、フィンのサイズは１９×４８×２［ｍｍ^３］であり、フィン配置は、図５に該当する。 Next, the examples in Table 4 will be described. In Cases 4-1 to 4-5, the air flows in the rotating portion 54 and the observation area 67 (see FIG. 1) are photographed in the same manner as in the experiment in Table 1, respectively, FIGS. 47 to 51. In all cases of Table 3, d = 32 mm, R = 0 mm, the fin size is 19 × 48 × 2 [mm ³ ], and the fin arrangement corresponds to FIG.

表４の各ケースでは、ガイド面４０の直径Ｄが表１、表２、表３のケースよりも小さい。具体的には、表１、表２、表３においては、Ｄ／ｄが１０から９．４の範囲に入っているが、表４においては、Ｄ／ｄが５である。なお、ケース４−５は比較例である。 In each case of Table 4, the diameter D of the guide surface 40 is smaller than that of the cases of Tables 1, 2, and 3. Specifically, in Tables 1, 2 and 3, D / d is in the range of 10 to 9.4, but in Table 4, D / d is 5. Case 4-5 is a comparative example.

全般的に、回転数Ｎが大きくなるほど竜巻が発生し易くなり、吸引流量Ｑが小さくなるほど竜巻が発生し易くなり、領域高さＨが小さくなるほど竜巻が発生し易くなる。 In general, the larger the rotation speed N, the easier it is for a tornado to occur, the smaller the suction flow rate Q, the easier it is for a tornado to occur, and the smaller the region height H, the easier it is for a tornado to occur.

ケース４−１においても、安定した竜巻は発生しない。なお、ケース４−１については、他の条件（回転数Ｎ、吸引流量Ｑ、領域高さＨ等）は同じでＤ／ｄを１０程度に増やした場合には、安定した竜巻が発生する。 Even in Case 4-1 a stable tornado does not occur. In case 4-1 the other conditions (rotation speed N, suction flow rate Q, region height H, etc.) are the same, and when D / d is increased to about 10, a stable tornado is generated.

これは、ガイド面４０を小さくした場合は、ガイド面４０を大きくした場合に比べて、ガイド面４０の下側の空気に旋回が与えられにくいからと考えられる。ただし、ケース４−２のように、吸引流量Ｑを小さくすることで吸引口４１ｃの下方における上昇流の流速Ｖ１に対する旋回流の流速Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１を適切な値に上げれば、安定した竜巻が発生する。ケース４−３では、吸引流量Ｑが少なくなり過ぎて竜巻が発生していない。 It is considered that this is because when the guide surface 40 is made smaller, it is less likely that the air under the guide surface 40 is swirled as compared with the case where the guide surface 40 is made larger. However, as in Case 4-2, if the ratio V2 / V1 of the swirling flow velocity V2 to the ascending flow velocity V1 below the suction port 41c is raised to an appropriate value by reducing the suction flow rate Q, it becomes stable. A tornado occurs. In case 4-3, the suction flow rate Q is too small and no tornado is generated.

また、ケース４−４では、ケース４−１〜４−３に比べて領域高さＨが２倍になっている。このように、領域高さＨを上げるほど、ガイド面４０および複数枚のフィン４３によって与えられる旋回流が地上面に到達するのが困難になることが分かる。ただし、ケース４−５では、吸引流量Ｑがゼロであるにもかかわらず、エントレイメントによる上昇流と旋回流がバランスし、芯のある竜巻が発生している。なお、ケース４−５以外で芯のある竜巻が発生する例では、竜巻発生装置１５は集塵機として利用可能である。しかし、ケース４−５は、吸引流量Ｑがゼロであるので、集塵機としては使用できない。 Further, in case 4-4, the region height H is doubled as compared with cases 4-1 to 4-3. As described above, it can be seen that as the region height H is increased, it becomes more difficult for the swirling flow provided by the guide surface 40 and the plurality of fins 43 to reach the ground surface. However, in Case 4-5, although the suction flow rate Q is zero, the ascending flow and the swirling flow due to the entrainment are balanced, and a tornado with a core is generated. In the case where a tornado with a core is generated other than the case 4-5, the tornado generator 15 can be used as a dust collector. However, Case 4-5 cannot be used as a dust collector because the suction flow rate Q is zero.

なお、上記表１〜３の例では、回転数Ｎは１００ｒｐｍ以上３６０ｒｐｍ以下となっている。しかし、上記ケース１−２、１−８、２−１〜２−６、３−１、３−５、３−９では、回転数Ｎが２００ｒｐｍ以上となっている。ダクト部材４１とカバー部材４２から成るガイド部材の重心の位置が回転軸Ｓにあり、回転部５４の重心の位置が回転軸Ｓにあることで、回転部５４の回転時におけるガイド部材および回転部５４の重心の移動量が低減される。すなわち、回転部５４の回転時における竜巻発生装置１５の振動が抑制される。したがって、竜巻発生装置１５の安定的な作動が実現し、ひいては、回転部５４の回転数Ｎを、このように高くすることができる。 In the examples of Tables 1 to 3 above, the rotation speed N is 100 rpm or more and 360 rpm or less. However, in the above cases 1-2, 1-8, 2-1 to 2-6, 3-1 and 3-5, 3-9, the rotation speed N is 200 rpm or more. Since the position of the center of gravity of the guide member including the duct member 41 and the cover member 42 is on the rotation axis S and the position of the center of gravity of the rotation portion 54 is on the rotation axis S, the guide member and the rotation portion during rotation of the rotation portion 54 The amount of movement of the center of gravity of 54 is reduced. That is, the vibration of the tornado generator 15 during the rotation of the rotating portion 54 is suppressed. Therefore, stable operation of the tornado generator 15 is realized, and by extension, the rotation speed N of the rotating portion 54 can be increased in this way.

なお、重心の位置が回転軸Ｓにあるというのは、当該重心と回転軸Ｓが完全に一致しているだけでなく、実質的に重心の位置が回転軸Ｓにあるとみなせる範囲内で、当該重心の位置が回転軸Ｓから僅かにずれていることも含む概念である。実質的に重心の位置が回転軸Ｓにあるとみなせる範囲としては、当該重心の位置が回転軸Ｓまでの距離が吸引口４１ｃの水力直径の１／１０以下の範囲であってもよい。 The fact that the position of the center of gravity is on the rotation axis S means that not only the center of gravity and the rotation axis S are completely coincident with each other, but also that the position of the center of gravity is substantially located on the rotation axis S. It is a concept including that the position of the center of gravity is slightly deviated from the rotation axis S. As a range in which the position of the center of gravity can be considered to be substantially on the rotation axis S, the distance from the position of the center of gravity to the rotation axis S may be a range of 1/10 or less of the hydraulic diameter of the suction port 41c.

ここで、ケース２−２において、ガイド面４０の近傍に発生する境界層の流れを可視化するために、図５２に示すような、棒７１の先端に全長４０ｍｍの糸７２の一端が取り付けられたタフトが用いられた。 Here, in Case 2-2, in order to visualize the flow of the boundary layer generated in the vicinity of the guide surface 40, one end of a thread 72 having a total length of 40 mm was attached to the tip of the rod 71 as shown in FIG. Taft was used.

ケース２−２において、図５３のように、ガイド面４０の僅か下方かつガイド面４０の外縁の僅か外側にタフトが配置された状態で竜巻発生システム１を作動させた。すると、図５４に示すように、糸は回転軸Ｓを中心とする径方向外側に付勢されて姿勢を変える。これにより、ガイド面４０の表面で発生した境界層を形成する空気の流れ６１（図６、図７参照）が、ガイド面４０から回転軸Ｓの径方向外側に排出されていることがわかる。 In Case 2-2, as shown in FIG. 53, the tornado generation system 1 was operated with the tufts arranged slightly below the guide surface 40 and slightly outside the outer edge of the guide surface 40. Then, as shown in FIG. 54, the thread is urged outward in the radial direction about the rotation axis S to change its posture. As a result, it can be seen that the air flow 61 (see FIGS. 6 and 7) that forms the boundary layer generated on the surface of the guide surface 40 is discharged from the guide surface 40 to the outside in the radial direction of the rotation axis S.

また、ケース２−２において、図５５のように、ガイド面４０と床面６６との中間位置かつガイド面４０の外縁の僅か外側にタフトが配置された状態で竜巻発生システム１を作動させた。すると、図５６に示すように、糸は回転軸Ｓを中心とする周方向に付勢されて姿勢を変える。これにより、ガイド面４０からも床面６６からも離れた箇所では、回転軸Ｓを中心とする径方向の空気の流入も流出も少ないことがわかる。 Further, in Case 2-2, as shown in FIG. 55, the tornado generation system 1 was operated in a state where the tuft was arranged at an intermediate position between the guide surface 40 and the floor surface 66 and slightly outside the outer edge of the guide surface 40. .. Then, as shown in FIG. 56, the thread is urged in the circumferential direction about the rotation axis S to change its posture. As a result, it can be seen that there is little inflow and outflow of air in the radial direction centered on the rotation axis S at a location away from the guide surface 40 and the floor surface 66.

また、ケース２−２において、図５７のように、床面６６に接してかつガイド面４０の外縁の僅か外側にタフトが配置された状態で竜巻発生システム１を作動させた。すると、図５８に示すように、糸は回転軸Ｓを中心とする径方向内側に付勢されて姿勢を変える。これにより、床面６６付近で回転軸Ｓを中心とする径方向内側に流れ込む空気流が発生していることがわかる。 Further, in Case 2-2, as shown in FIG. 57, the tornado generation system 1 was operated in a state where the tuft was arranged in contact with the floor surface 66 and slightly outside the outer edge of the guide surface 40. Then, as shown in FIG. 58, the thread is urged inward in the radial direction about the rotation axis S to change its posture. As a result, it can be seen that an air flow flowing inward in the radial direction centered on the rotation axis S is generated near the floor surface 66.

次に、図５９〜図６６に、複数枚のフィン４３がある場合とない場合との比較のための実験結果を示す。これらの例では、ｄ＝３２ｍｍ、Ｄ＝３２０ｍｍ、Ｒ＝０ｍｍ、Ｈ＝１６０ｍｍという条件で実験が行われている。 Next, FIGS. 59 to 66 show experimental results for comparison between the case where the plurality of fins 43 are present and the case where the plurality of fins 43 are not present. In these examples, experiments are conducted under the conditions of d = 32 mm, D = 320 mm, R = 0 mm, and H = 160 mm.

図５９、図６０が、Ｎ＝１５０ｒｐｍの実験結果で、図６１、図６２が、Ｎ＝２００ｒｐｍの実験結果で、図６３、図６４が、Ｎ＝２５０ｒｐｍの実験結果で、図６５、図６６が、Ｎ＝３００ｒｐｍの実験結果を示す。 59 and 60 are the experimental results of N = 150 rpm, FIGS. 61 and 62 are the experimental results of N = 200 rpm, and FIGS. 63 and 64 are the experimental results of N = 250 rpm, and FIGS. 65 and 66. However, the experimental result of N = 300 rpm is shown.

また、図５９、図６１、図６３、図６５では、フィンが無い竜巻発生装置１５が用いられている。また、図６０、図６２、図６４、図６６では、６枚の複数枚のフィン４３を有する竜巻発生装置１５が用いられている。 Further, in FIGS. 59, 61, 63, and 65, a tornado generator 15 without fins is used. Further, in FIGS. 60, 62, 64, and 66, a tornado generator 15 having six plurality of fins 43 is used.

これら図５９〜図６６は、観察領域６７における空気の速度の絶対値を濃度で表している。横軸が、回転軸Ｓの位置をゼロとする径方向の位置ｙを表している。縦軸は、ガイド面４０の位置をゼロとする回転軸Ｓ方向の位置ｘを表している。各図中の線は、空気の速度の方向を表している。 These FIGS. 59 to 66 represent the absolute value of the air velocity in the observation region 67 in terms of concentration. The horizontal axis represents the radial position y where the position of the rotation axis S is zero. The vertical axis represents the position x in the rotation axis S direction in which the position of the guide surface 40 is zero. The lines in each figure represent the direction of air velocity.

これらの図からわかるように、同じ条件でも、複数枚のフィン４３がある例が、ない例に比べ、速度の強い竜巻部分の太さが大きく、かつ竜巻部分の速度も大きい。つまり、複数枚のフィン４３がある例が、ない例に比べ、より強く安定的な竜巻が発生している。 As can be seen from these figures, even under the same conditions, the case where the plurality of fins 43 are present has a larger thickness of the tornado portion having a higher speed and a higher speed than the example without the fins 43. That is, in the case where the plurality of fins 43 are present, a stronger and more stable tornado is generated than in the case where there is no fin 43.

次に、図６７に、無次元パラメータであるスワール数Ｓ_Ｄおよびスケール比Ｈ／ｄに対するＶθｍａｘ／Ｖａｘの依存性について示す。Ｖθｍａｘ／Ｖａｘが大きいほど、竜巻発生システム１による竜巻生成および維持の性能が高い。 Next, FIG. 67 shows the dependence of Vθmax / Vax on the dimensionless parameters S / _D and the scale ratio H / d. The larger Vθmax / Vax, the higher the performance of tornado generation and maintenance by the tornado generation system 1.

Ｈは上述の通り領域高さであり、ｄは上述の通り吸引口４１ｃの直径である。Ｖθｍａｘは、吸引口４１ｃから吸引流量Ｑで空気が吸い込まれると共に回転部５４が角速度ωで回転するときの、空気の速度の周方向成分の最大値である。ここで、周方向成分とは、回転部５４の回転軸の周りの周方向成分をいう。また、最大値は、観察領域６７全体における最大値をいう。また、Ｖａｘは、吸引口４１ｃにおける空気の平均流速である。また、スワール数Ｓ_Ｄは、Ｓ_Ｄ＝ω×Ｄ^２／（４×Ｖａｘ×ｄ）で定義される量であって、旋回流の強さを表す無次元数である。Ｄは上述の通りガイド面４０の直径である。なお、図６７に示した実験では、別の無次元数であるレイノルズ数Ｒｅは、３．０×１０^４以上５．２×１０^４以下の範囲となっている。 H is the region height as described above, and d is the diameter of the suction port 41c as described above. Vθmax is the maximum value of the circumferential component of the air velocity when air is sucked from the suction port 41c at the suction flow rate Q and the rotating portion 54 rotates at the angular velocity ω. Here, the circumferential component means a circumferential component around the rotation axis of the rotating portion 54. The maximum value means the maximum value in the entire observation area 67. Vax is the average flow velocity of air at the suction port 41c. Further, the swirl number S _D is a quantity defined by S _D = ω × D ² / (4 × Vax × d), and is a dimensionless number representing the strength of the swirling flow. D is the diameter of the guide surface 40 as described above. In the experiment shown in Figure 67, the Reynolds number Re is another dimensionless number is in a 3.0 × 10 ⁴ or more 5.2 × 10 ⁴ or less.

図６７に示すように、横軸をスワール数Ｓ_Ｄ、縦軸をＶθｍａｘ／Ｖａｘとするグラフ上において、スケール比Ｈ／ｄ毎に異なる曲線上に実験結果がプロットされる。このグラフにおいては、スワール数Ｓ_Ｄがある値になるまでは、スワール数Ｓ_Ｄの増加と共にＶθｍａｘ／Ｖａｘが増加し、スワール数Ｓ_Ｄが当該値より大きくなると、スワール数Ｓ_Ｄの増加と共にＶθｍａｘ／Ｖａｘが減少する。このグラフにより、スワール数Ｓ_Ｄとスケール比Ｈ／ｄのみで、旋回流の代表速度を評価可能である。これにより、竜巻発生性能が高くなるようなスワール数Ｓ_Ｄの範囲がわかる。 As shown in FIG. 67, the experimental results are plotted on different curves for each scale ratio H / d on a graph in which the horizontal axis is the swirl number _SD and the vertical axis is Vθmax / Vax. In this graph, Until a certain value swirl number _{S D,} increases Vθmax / Vax with increasing swirl number _{S D,} the swirl number _{S D} is larger than the value, with increasing swirl number _{S D} Vshitamax / Vax decreases. From this graph, the representative velocity of the swirling flow can be evaluated only by the swirl number _SD and the scale ratio H / d. From this, the range of the swirl number _SD that enhances the tornado generation performance can be known.

（第１２実施形態）
次に第１２実施形態について、図６９〜図７４を用いて説明する。本実施形態の竜巻発生システム１は、第１実施形態の竜巻発生システム１に対して、駆動部５３および回転部５４の構成を変更したものである。 (12th Embodiment)
Next, the twelfth embodiment will be described with reference to FIGS. 69 to 74. The tornado generation system 1 of the present embodiment is a modification of the tornado generation system 1 of the first embodiment in that the configurations of the drive unit 53 and the rotating unit 54 are changed.

駆動部５３は、図６９、図７０、図７１、図７２に示すように、通風部３０、ベアリング３７、および４つの固定部３８を有する。なお、本実施形態の駆動部５３は、電動モータも伝達歯車も有していない。 The drive unit 53 has a ventilation unit 30, a bearing 37, and four fixing portions 38, as shown in FIGS. 69, 70, 71, and 72. The drive unit 53 of the present embodiment does not have an electric motor or a transmission gear.

回転部５４は、ダクト部材４１と、複数枚のフィン４３と、ガイド部材である円板４４と、複数枚のファンブレード４５と、リング４６と、を有している。複数枚のファンブレード４５とリング４６が、１つの軸流ファンを構成する。 The rotating portion 54 includes a duct member 41, a plurality of fins 43, a disk 44 which is a guide member, a plurality of fan blades 45, and a ring 46. A plurality of fan blades 45 and a ring 46 form one axial fan.

まず駆動部５３の構成要素について説明する。通風部３０は、筒形状の部材であり、一端が固定ダクト５２に連通し、他端がダクト部材４１に連通している。固定部３８の各々は、通風部３０と一体に形成され、フレーム５１に対してボルト締結等によって固定される。この固定によって、通風部３０の位置が固定的に決まる。 First, the components of the drive unit 53 will be described. The ventilation portion 30 is a tubular member, one end communicating with the fixed duct 52 and the other end communicating with the duct member 41. Each of the fixing portions 38 is formed integrally with the ventilation portion 30, and is fixed to the frame 51 by fastening bolts or the like. By this fixing, the position of the ventilation portion 30 is fixedly determined.

このように構成された駆動部５３は、吸引装置１１の吸引力によって吸引口４１ｃから通風部３０に空気を吸い込んで複数枚のファンブレード４５に当該空気を当てることで、回転部５４を駆動する。 The drive unit 53 configured in this way drives the rotating unit 54 by sucking air from the suction port 41c into the ventilation unit 30 by the suction force of the suction device 11 and applying the air to the plurality of fan blades 45. ..

ベアリング３７は、ボールベアリングである。ベアリング３７は、通風部３０の他端（すなわち回転部５４側の端部）の内周に保持されると共に、ダクト部材４１を駆動部５３に対して回転可能に支持する。 The bearing 37 is a ball bearing. The bearing 37 is held on the inner circumference of the other end of the ventilation portion 30 (that is, the end portion on the rotating portion 54 side), and rotatably supports the duct member 41 with respect to the driving portion 53.

次に回転部５４の構成要素について説明する。ダクト部材４１は、通風部３０のダクト部材４１側端部と同軸の筒形状の部材である。円板４４は、中央部に円形の吸引口４１ｃが形成された円形の板である。円板４４の通風部３０とは反対側の面が、ガイド面４０となる。吸引口４１ｃは、ガイド面４０の表裏に貫通している。ダクト部材４１と円板４４は一体に形成されており、ダクト部材４１は吸引口４１ｃに連通している。 Next, the components of the rotating portion 54 will be described. The duct member 41 is a tubular member coaxial with the end of the ventilation portion 30 on the duct member 41 side. The disk 44 is a circular plate having a circular suction port 41c formed in the center thereof. The surface of the disk 44 opposite to the ventilation portion 30 is the guide surface 40. The suction port 41c penetrates the front and back surfaces of the guide surface 40. The duct member 41 and the disk 44 are integrally formed, and the duct member 41 communicates with the suction port 41c.

複数枚のフィン４３は、円板４４のガイド面４０に固定されている。複数枚のフィン４３の形状およびガイド面４０への取り付け形態は、第１実施形態と同じである。なお、複数枚のフィン４３については、第３〜第１４実施形態のものを採用してもよい。 The plurality of fins 43 are fixed to the guide surface 40 of the disk 44. The shape of the plurality of fins 43 and the mounting mode on the guide surface 40 are the same as those in the first embodiment. As for the plurality of fins 43, those of the third to fourteenth embodiments may be adopted.

複数枚のファンブレード４５は、ダクト部材４１の内部において互いに周方向位置をずらして配置された板形状の部材である。各ファンブレード４５は放射状に伸びて外周端でダクト部材４１の内周壁に固定的に接続されている。また、各ファンブレード４５の内終端はリング４６に固定的に接続されている。 The plurality of fan blades 45 are plate-shaped members arranged inside the duct member 41 so as to be displaced from each other in the circumferential direction. Each fan blade 45 extends radially and is fixedly connected to the inner peripheral wall of the duct member 41 at the outer peripheral end. Further, the inner end of each fan blade 45 is fixedly connected to the ring 46.

各ファンブレード４５は、吸引口４１ｃから通風部３０に流れる空気を受けると、回転部５４の回転軸Ｓを中心とする同じ周方向（例えば、図７１における反時計回り方向）に回転するよう、取り付け角度が設定されている。リング４６は、中央部分に、回転軸Ｓの一方側から他方側に貫通した孔が形成されている。この孔を空気が通ることができる。 When each fan blade 45 receives air flowing from the suction port 41c to the ventilation portion 30, it rotates in the same circumferential direction (for example, counterclockwise direction in FIG. 71) about the rotation axis S of the rotating portion 54. The mounting angle is set. The ring 46 is formed with a hole penetrating from one side to the other side of the rotation shaft S in the central portion. Air can pass through this hole.

次に、上記のような構成の竜巻発生システム１の作動について説明する。竜巻発生システム１の使用時には、吸引装置１１が始動する。これにより、ガイド面４０の駆動部５３とは反対側の空間の空気が、吸引口４１ｃ、ダクト部材４１、通風部３０、固定ダクト５２、配管１３、遠心分離機１２を通って、吸引装置１１に吸い込まれる。 Next, the operation of the tornado generation system 1 having the above configuration will be described. When the tornado generation system 1 is used, the suction device 11 is started. As a result, the air in the space opposite to the drive unit 53 of the guide surface 40 passes through the suction port 41c, the duct member 41, the ventilation unit 30, the fixed duct 52, the pipe 13, and the centrifuge 12, and the suction device 11 Is sucked into.

このとき、ダクト部材４１内にある複数枚のファンブレード４５は、ダクト部材４１を通る空気から力を受けて、回転軸Ｓの周りを同じ周方向に回転する。これにより、回転部５４全体が一体的に回転する。より具体的には、回転部５４のうちダクト部材４１、複数枚のフィン４３、円板４４、リング４６は、複数枚のファンブレード４５の回転によって発生する力を受けて、複数枚のファンブレード４５と同期して、回転軸Ｓを中心として回転する。吸引装置１１が空気を吸い込んで回転部５４が回転することによって竜巻が発生するメカニズムは、第１実施形態と同じである。 At this time, the plurality of fan blades 45 in the duct member 41 receive a force from the air passing through the duct member 41 and rotate around the rotation axis S in the same circumferential direction. As a result, the entire rotating portion 54 rotates integrally. More specifically, among the rotating portions 54, the duct member 41, the plurality of fins 43, the disc 44, and the ring 46 receive the force generated by the rotation of the plurality of fan blades 45, and the plurality of fan blades In synchronization with 45, it rotates about the rotation axis S. The mechanism by which the suction device 11 sucks air and the rotating portion 54 rotates to generate a tornado is the same as that of the first embodiment.

図７３に、本実施形態の１つの実験における回転部５４および観察領域における空気の流れを撮影した写真を示す。この写真における実験条件は、複数枚のフィン４３の回転数Ｎ＝１７００ｒｐｍ、領域高さＨ＝２００ｍｍ、吸引口４１ｃの直径ｄ＝３２ｍｍ、円板４４の直径Ｄ＝１００ｍｍ、設定吸込流量Ｑ＝１００ｍ^３／ｈ、実吸込流量Ｑ_Ｒ＝８０ｍ^３／ｈである。図７３に示されている通り、渦芯を確認可能な、発達した竜巻状旋回流が発生している。 FIG. 73 shows a photograph of the air flow in the rotating portion 54 and the observation region in one experiment of the present embodiment. The experimental conditions in this photograph are the rotation speed N = 1700 rpm of the plurality of fins 43, the region height H = 200 mm, the diameter d of the suction port 41c = 32 mm, the diameter D of the disk 44 = 100 mm, and the set suction flow rate Q = 100 m. ³ / h, is a real suction flow rate _Q R = ^80m 3 / h. As shown in FIG. 73, a developed tornado swirling flow is generated in which the vortex core can be confirmed.

なお、設定吸引流量Ｑとは、吸引装置１１で設定した目標の流量であるが、空気流で回転部５４を回転させることによる圧力損失によって、実際に配管１３を流れる実吸込流量Ｑ_Ｒは、設定吸引流量Ｑよりも２０％程度低下した。 The setting and the suction flow rate Q is the flow rate of the target set by the suction device 11, the pressure loss due to rotating the rotary unit 54 in the air flow, the actual suction flow rate Q _R through the actual pipe 13, It was about 20% lower than the set suction flow rate Q.

本実施形態について行った複数の実験結果を、図７４に示す。図７４の横軸は実吸込流量Ｑ_Ｒであり、縦軸は回転数Ｎである。この実験において、領域高さＨ、吸引口４１ｃの直径ｄ、円板４４の直径Ｄは、図７３の実験と同じである。図７４からわかるように、実吸込流量Ｑ_Ｒの増加に伴って、回転数Ｎが増加する。これは、吸引される空気から力を受けて複数のファンブレード４５が回転するからである。 The results of a plurality of experiments performed on this embodiment are shown in FIG. 74. The horizontal axis of FIG. 74 is a real suction flow rate Q _R, and the vertical axis represents the rotational speed N. In this experiment, the region height H, the diameter d of the suction port 41c, and the diameter D of the disk 44 are the same as in the experiment of FIG. 73. As it can be seen from Figure 74, with an increase of the actual suction flow rate Q _R, the rotational speed N increases. This is because the plurality of fan blades 45 rotate by receiving a force from the sucked air.

このように、吸引する空気から受けた力を利用して複数枚のフィン４３を回転させるファンブレード４５を設けることで、竜巻を発生させるための空気の吸引そのものに加えて、複数枚のフィン４３の回転も、流体の吸引によって発生させることができる。すなわち、竜巻発生システム１が自励回転円盤機構を有する。 In this way, by providing the fan blade 45 that rotates the plurality of fins 43 by utilizing the force received from the sucked air, in addition to the air suction itself for generating the tornado, the plurality of fins 43 The rotation of the tornado can also be generated by suction of the fluid. That is, the tornado generation system 1 has a self-excited rotating disk mechanism.

そして、本実施形態では、回転部５４を駆動する電動モータが廃されているため、駆動部５３の体格および重量を低減することができる。また、電動モータの出力で回転部５４を回転させる場合に比べ、高い回転数Ｎを得ることができる。 Further, in the present embodiment, since the electric motor for driving the rotating unit 54 is abolished, the physique and weight of the driving unit 53 can be reduced. Further, a higher rotation speed N can be obtained as compared with the case where the rotating portion 54 is rotated by the output of the electric motor.

なお、第１実施形態に対する第２実施形態のような変更が、本実施形態に対して適用されてもよい。すなわち、本実施形態において、すべての複数枚のフィン４３が廃されてもよい。その場合、吸引する空気から受けた力を利用して円板４４を回転させるファンブレード４５を設けられていることで、竜巻を発生させるための空気の吸引そのものに加えて、円板４４の回転も、流体の吸引によって発生させることができる。 It should be noted that changes such as those of the second embodiment to the first embodiment may be applied to the present embodiment. That is, in the present embodiment, all the plurality of fins 43 may be eliminated. In that case, by providing the fan blade 45 that rotates the disk 44 by utilizing the force received from the sucked air, in addition to the suction of air itself for generating the tornado, the rotation of the disk 44 Can also be generated by suction of fluid.

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記実施形態において、センサから車両の外部環境情報（例えば車外の湿度）を取得することが記載されている場合、そのセンサを廃し、車両の外部のサーバまたはクラウドからその外部環境情報を受信することも可能である。あるいは、そのセンサを廃し、車両の外部のサーバまたはクラウドからその外部環境情報に関連する関連情報を取得し、取得した関連情報からその外部環境情報を推定することも可能である。特に、ある量について複数個の値が例示されている場合、特に別記した場合および原理的に明らかに不可能な場合を除き、それら複数個の値の間の値を採用することも可能である。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。また、本発明は、上記各実施形態に対する以下のような変形例および均等範囲の変形例も許容される。なお、以下の変形例は、それぞれ独立に、上記実施形態に適用および不適用を選択できる。すなわち、以下の変形例のうち任意の組み合わせを、上記実施形態に適用することができる。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified. Further, the above-described embodiments are not unrelated to each other, and can be appropriately combined unless the combination is clearly impossible. Further, in each of the above embodiments, the elements constituting the embodiment are not necessarily essential except when it is clearly stated that they are essential and when it is clearly considered to be essential in principle. Further, in each of the above-described embodiments, when numerical values such as the number, numerical values, amounts, and ranges of the constituent elements of the embodiment are mentioned, when it is clearly stated that they are particularly essential, and when the number is clearly limited in principle. It is not limited to the specific number except when it is done. Further, in the above embodiment, when it is described that the external environment information of the vehicle (for example, the humidity outside the vehicle) is acquired from the sensor, the sensor is abolished and the external environment information is received from the server or the cloud outside the vehicle. It is also possible to do. Alternatively, it is possible to abolish the sensor, acquire related information related to the external environment information from a server or cloud outside the vehicle, and estimate the external environment information from the acquired related information. In particular, when a plurality of values are exemplified for a certain quantity, it is also possible to adopt a value between the plurality of values unless otherwise specified or when it is clearly impossible in principle. .. Further, in each of the above embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of a component or the like, the shape, etc., unless otherwise specified or limited in principle to a specific shape, positional relationship, etc. It is not limited to the positional relationship. In addition, the present invention also allows the following modifications and equivalent range modifications for each of the above embodiments. In addition, the following modified examples can be independently selected to be applied or not applied to the above embodiment. That is, any combination of the following modifications can be applied to the above embodiment.

（変形例１）
上記実施形態の竜巻発生装置１５は、実験用途に用いられるが、竜巻発生装置１５の用途は、このようなものに限られない。例えば、竜巻発生装置１５は、掃除機として用いられてもよい。この場合、竜巻発生装置１５は、吸引口４１ｃから概ね回転軸Ｓに沿って伸びる竜巻の先端にあるゴミや埃を、竜巻の気流によって吸い取って吸引口４１ｃおよび吸引ダクト４１ａまで吸引する。この場合、竜巻発生装置１５と吸引装置１１とは一体に形成され、ユーザが持ち運び可能となっていてもよい。 (Modification example 1)
The tornado generator 15 of the above embodiment is used for experimental purposes, but the tornado generator 15 is not limited to such a device. For example, the tornado generator 15 may be used as a vacuum cleaner. In this case, the tornado generator 15 sucks dust and dirt at the tip of the tornado extending substantially along the rotation axis S from the suction port 41c by the air flow of the tornado and sucks it to the suction port 41c and the suction duct 41a. In this case, the tornado generator 15 and the suction device 11 may be integrally formed so that the user can carry them around.

また例えば、竜巻発生装置１５は、換気装置として用いられてもよい。この場合、竜巻発生装置１５は、吸引口４１ｃから概ね回転軸Ｓに沿って伸びる竜巻の先端にある部分に限定された空気を、竜巻の気流によって吸い取って吸引口４１ｃおよび吸引ダクト４１ａまで吸引する。つまり、この換気装置は、局所的な換気装置である。 Further, for example, the tornado generator 15 may be used as a ventilation device. In this case, the tornado generator 15 sucks the air limited to the portion at the tip of the tornado extending substantially along the rotation axis S from the suction port 41c by the air flow of the tornado and sucks it to the suction port 41c and the suction duct 41a. .. That is, this ventilator is a local ventilator.

（変形例２）
上記実施形態では、内側円盤部４１ｂ、外側円盤部４２ｂは回転している。しかし、必ずしもこのようになっておらずともよい。例えば、吸引ダクト４１ａと内側円盤部４１ｂとは別体に形成され、内側円盤部４１ｂ、カバー部材４２は回転しなくてもよい。その場合は、複数枚のフィン４３は吸引ダクト４１ａに固定される。この場合、吸引ダクト４１ａと共に複数枚のフィン４３が回転するだけでも、安定的に竜巻が発生する。 (Modification 2)
In the above embodiment, the inner disk portion 41b and the outer disk portion 42b are rotating. However, this does not necessarily have to be the case. For example, the suction duct 41a and the inner disk portion 41b are formed separately, and the inner disk portion 41b and the cover member 42 do not have to rotate. In that case, the plurality of fins 43 are fixed to the suction duct 41a. In this case, a tornado is stably generated even if the plurality of fins 43 rotate together with the suction duct 41a.

具体的には、ガイド面４０の下方側にある空気が、複数枚のフィン４３の回転によって、ガイド面４０に沿って吸引口４１ｃから遠ざかるように流される。このとき、エントレインメントが発生する。すなわち、吸引口４１ｃから遠ざかった分の空気を補うように、ガイド面４０に近付く流れが発生する。その結果、空気が回転系の流体力学におけるテイラー・プラウドマンの定理に概ね従った流体の流れ場、すなわち、当該回転軸Ｓに概ね一様な、すなわち概ね２次元的な、流れ場が形成される。この流れ場が、竜巻の発生、発達、安定化を促進する。 Specifically, the air on the lower side of the guide surface 40 is flowed along the guide surface 40 so as to move away from the suction port 41c by the rotation of the plurality of fins 43. At this time, entrainment occurs. That is, a flow approaching the guide surface 40 is generated so as to supplement the amount of air away from the suction port 41c. As a result, a fluid flow field in which air generally follows Taylor Proudman's theorem in the fluid dynamics of a rotating system, that is, a flow field that is generally uniform, that is, generally two-dimensional, is formed on the rotation axis S. To. This flow field promotes the development, development and stabilization of tornadoes.

（変形例３）
なお、上記実施形態において、表２を用いて、領域高さＨの影響について説明しているが、表２の実験結果は、竜巻発生装置１５の構成要素として床面６６が必須であることを意味しているわけではない。例えば、床面６６を有していないとしても、竜巻発生装置１５が持ち運び可能であれば、ユーザが竜巻発生装置１５の吸引口４１ｃを目的の壁に必要な距離まで近づければ、安定した竜巻が発生し得る。 (Modification 3)
In the above embodiment, the influence of the region height H is described using Table 2, but the experimental results in Table 2 indicate that the floor surface 66 is indispensable as a component of the tornado generator 15. It doesn't mean. For example, even if the floor surface 66 is not provided, if the tornado generator 15 is portable, a stable tornado can be obtained by bringing the suction port 41c of the tornado generator 15 close to the target wall to a required distance. Can occur.

（変形例４）
上記実施形態では、ガイド面４０は円形であるが、必ずしも円形でなくてもよい。例えば、楕円形であってもよいし、四角形であってもよい。 (Modification example 4)
In the above embodiment, the guide surface 40 is circular, but it does not necessarily have to be circular. For example, it may be oval or quadrangular.

（変形例５）
上記実施形態では、ガイド面４０は平面であるが、必ずしも平面でなくてもよい。例えば、ガイド面４０は滑らかに湾曲していてもよい。 (Modification 5)
In the above embodiment, the guide surface 40 is a flat surface, but it does not necessarily have to be a flat surface. For example, the guide surface 40 may be smoothly curved.

（変形例６）
上記実施形態において、吸引ダクト４１ａはガイド面４０よりも下方側に短く突出していてもよい。 (Modification 6)
In the above embodiment, the suction duct 41a may project shortly downward from the guide surface 40.

（変形例７）
竜巻発生装置１５は、竜巻が吸引口４１ｃの下方に発生するように配置されているが、竜巻が吸引口４１ｃの上方または横方向に発生するように配置されていてもよい。 (Modification 7)
The tornado generator 15 is arranged so that the tornado is generated below the suction port 41c, but the tornado may be arranged so as to be generated above or laterally to the suction port 41c.

（変形例８）
上記実施形態では、竜巻発生装置１５は空気の竜巻を発生させているが、空気以外の流体の竜巻を発生させてもよい。例えば、空気以外の気体の竜巻を発生させてもよいし、水等の液体の竜巻を発生させてもよい。 (Modification 8)
In the above embodiment, the tornado generator 15 generates a tornado of air, but a tornado of a fluid other than air may be generated. For example, a tornado of a gas other than air may be generated, or a tornado of a liquid such as water may be generated.

（変形例９）
上記実施形態では、フィンの数は３枚、６枚が例示されているが、フィンの数は１枚でもよいし、２枚でもよいし、７枚以上であってもよい。 (Modification 9)
In the above embodiment, the number of fins is exemplified by 3 or 6, but the number of fins may be 1, 2, or 7 or more.

（変形例１０）
竜巻発生装置１５は、ゼロより大きい吸引流量Ｑで竜巻を発生させるモードと、上述のケース４−５のように吸引流量Ｑをゼロとして竜巻を発生させるモードとを切り替えることが可能であってもよい。 (Modification example 10)
Even if the tornado generator 15 can switch between a mode in which a tornado is generated with a suction flow rate Q larger than zero and a mode in which the suction flow rate Q is set to zero as in case 4-5 described above, a tornado is generated. Good.

１…竜巻発生システム、１１…吸引装置、１２…遠心分離機、１３…配管、１４…エアフロメータ、１５…竜巻発生装置、３１…ボディ、３２…ステー、３３…円筒歯車、３４…ベアリング、３５…モータ、３６…伝達歯車、４０…ガイド面、４１…ダクト部材、４１ａ…吸引ダクト、４１ｂ…内側円盤部、４１ｃ…吸引口、４２…カバー部材、４２ａ…固定部、４２ｂ…外側円盤部、４２ｃ…スカート部材、４３…フィン、５１…フレーム、５２…固定ダクト、５３…駆動部、５４…回転部、６５…竜巻、６６…床面 1 ... tornado generator, 11 ... suction device, 12 ... centrifuge, 13 ... piping, 14 ... air flow meter, 15 ... tornado generator, 31 ... body, 32 ... stay, 33 ... cylindrical gear, 34 ... bearing, 35 ... Motor, 36 ... Transmission gear, 40 ... Guide surface, 41 ... Duct member, 41a ... Suction duct, 41b ... Inner disk part, 41c ... Suction port, 42 ... Cover member, 42a ... Fixed part, 42b ... Outer disk part, 42c ... skirt member, 43 ... fins, 51 ... frame, 52 ... fixed duct, 53 ... drive unit, 54 ... rotating part, 65 ... tornado, 66 ... floor surface

Claims

吸引口（４１ｃ）が形成されたガイド面（４０）を一方側に有するガイド部材（４１、４２）と、
前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側において前記吸引口（４１）の周りを回転することで、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側にある流体を前記ガイド面（４０）に沿って前記吸引口（４１ｃ）から遠ざかるように流すフィン（４３）と、
前記吸引口（４１ｃ）を通して、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側にある流体を吸引することで、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側に竜巻を発生させる吸引ダクト（４１ａ）と、を備えた竜巻発生装置。 Guide members (41, 42) having a guide surface (40) on one side on which a suction port (41c) is formed, and
By rotating around the suction port (41) on the one side of the guide member (41, 42), the fluid on the one side of the guide member (41, 42) is brought to the guide surface (40). A fin (43) flowing along the suction port (41c) so as to move away from the suction port (41c).
A suction duct (41a) that generates a tornado on the one side of the guide member (41, 42) by sucking the fluid on the one side of the guide member (41, 42) through the suction port (41c). ), And a tornado generator.

前記ガイド部材（４１、４２）が前記フィン（４３）と同じ向きに回転することを特徴とする請求項１に記載の竜巻発生装置。 The tornado generator according to claim 1, wherein the guide members (41, 42) rotate in the same direction as the fins (43).

前記ガイド部材の重心の位置は、前記ガイド部材（４１、４２）の回転軸（Ｓ）にあることを特徴とする請求項１または２に記載の竜巻発生装置。 The tornado generator according to claim 1 or 2, wherein the position of the center of gravity of the guide member is on the rotation axis (S) of the guide member (41, 42).

前記ガイド部材（４１、４２）の回転数は、２００ｒｐｍより大きいことを特徴とする請求項３に記載の竜巻発生装置。 The tornado generator according to claim 3, wherein the rotation speed of the guide members (41, 42) is larger than 200 rpm.

前記フィン（４３）の長手方向は、前記ガイド面（４０）に沿って前記吸引口（４１ｃ）から遠ざかる方向に伸びることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の竜巻発生装置。 The tornado generation according to any one of claims 1 to 4, wherein the longitudinal direction of the fin (43) extends along the guide surface (40) in a direction away from the suction port (41c). apparatus.

前記竜巻は、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側において、前記吸引ダクト（４１ａ）によって吸い込まれる流体の流れの下流側から上流側に発達していくことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の竜巻発生装置。 A tornado is characterized in that the tornado develops from the downstream side to the upstream side of the flow of the fluid sucked by the suction duct (41a) on the one side of the guide members (41, 42). 5. The tornado generator according to any one of 5.

前記竜巻は、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側において、前記吸引ダクト（４１ａ）によって吸い込まれる流体の流れの上流側の端部から流体を吸引することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の竜巻発生装置。 The tornado is characterized in that the tornado sucks the fluid from the upstream end of the flow of the fluid sucked by the suction duct (41a) on the one side of the guide members (41, 42). The tornado generator according to any one of 6.

前記ガイド面（４０）の面積は、前記吸引口（４１ｃ）の流路断面積の２５倍以上であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の竜巻発生装置。 The tornado generator according to any one of claims 1 to 7, wherein the area of the guide surface (40) is 25 times or more the cross-sectional area of the flow path of the suction port (41c).

前記吸引口から吸い込まれる流体から力を受けて回転するファンブレード（４５）を備え、
前記フィンは、前記ファンブレードの回転によって発生する力を受けて回転することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の竜巻発生装置。 A fan blade (45) that rotates by receiving a force from a fluid sucked from the suction port is provided.
The tornado generator according to any one of claims 1 to 8, wherein the fin rotates in response to a force generated by the rotation of the fan blade.

吸引口（４１）が形成されたガイド面（４０）を一方側に有すると共に、回転することで前記一方側にある流体を前記ガイド面（４０）で引き摺って前記ガイド面（４０）に沿って前記吸引口（４１ｃ）から遠ざかるように流すガイド部材（４１、４２）と、
前記吸引口（４１ｃ）を通して、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側にある流体を吸引することで、前記ガイド部材（４１、４２）の前記一方側に竜巻を発生させる吸引ダクト（４１ａ）と、を備えた竜巻発生装置。 It has a guide surface (40) on which a suction port (41) is formed on one side, and by rotating, the fluid on the one side is dragged by the guide surface (40) along the guide surface (40). Guide members (41, 42) that flow away from the suction port (41c),
A suction duct (41a) that generates a tornado on the one side of the guide member (41, 42) by sucking the fluid on the one side of the guide member (41, 42) through the suction port (41c). ), And a tornado generator.

前記吸引口から吸い込まれる流体から力を受けて回転するファンブレード（４５）を備え、
前記ガイド部材は、前記ファンブレードの回転によって発生する力を受けて回転することを特徴とする請求項１０に記載の竜巻発生装置。 A fan blade (45) that rotates by receiving a force from a fluid sucked from the suction port is provided.
The tornado generator according to claim 10, wherein the guide member rotates in response to a force generated by the rotation of the fan blade.

前記ガイド（４０）面の前記一方側に地衡流が発生することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の竜巻発生装置。 The tornado generator according to any one of claims 1 to 11, wherein a geostrophic current is generated on one side of the guide (40) surface.

前記吸引ダクトは、前記ガイド部材（４１、４２）の回転軸（Ｓ）を中心として回転し、または、前記回転軸に対して偏心して回転する、請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の竜巻発生装置。 The suction duct according to any one of claims 1 to 12, wherein the suction duct rotates about a rotation axis (S) of the guide members (41, 42) or rotates eccentrically with respect to the rotation axis. Tornado generator.