JP2014508634A - 大気から水を回収するための風力の使用 - Google Patents

Abstract

本発明は、大気中から水を回収するための環境的にクリーンな方法および装置を提供する。この方法は、回転性を獲得し収束−発散ノズルを通過する気流の熱力学上の特性を変えることによる。この装置は、高湿度の気流にさらされる水凝集装置である。この建設的な解決策には移動性部材が無く、流入してくる気流はこの装置における内部移動性要素である。この装置は直列配置された角状チューブと固定された翼様詳細構造のセットを含む。角状チューブは、気流が流入して翼様詳細構造のセットに当たった際にこの気流を高速且つ冷却された排出気流へ変化させ、この時気流は加速され渦を描くようになる。この気流の内側の静圧と温度が低下する。静圧の低下および温度の低下によって水蒸気から水−エアロゾルへの凝集が誘発される。
【選択図】図９ｄ

Description

本発明は、一般に環境的にクリーンな技術に関し、特に、高湿度の大気から水を回収する方法に関する。

ほとんどの地域において、水資源は実際に使用される場所から離れた所にある。このような場合、空気から水を回収することができれば、離れた場所から現場の貯蔵施設へ水を輸送する必要が無いため、実質的な優位点となり得る。さらに、水を継続的に取り出す場合には、現場での水の保管の必要性が大きく減少する。また、持ち運び可能な水資源が少ないか、ほとんど無い地域において大気から水を回収することへの需要が存在する。例えば、大規模な山火事の消火活動を行う際、消火活動が行われる現場に大量の水を飛行機で供給するためには多額の費用がかかってしまう。このような場合に実質的な降雨を引き起こすことが出来ることが非常に望ましい。

別の重要な用途は、パラボラトラフの形態では、例えば、プレート集束全てのプレートの総面積ができるだけ大きいであることを特徴と太陽熱エネルギー回収のための生態学的にクリーンな方法である。一方、合焦プレートほこりからクリーンであることが好ましい。一方、通常は、システムは、それによって太陽エネルギーの収集効率を低下させる、天然塵埃が常にプレートを覆うオープンスペースに大きな面積を占めている。プレートを洗浄する問題は、蒸留水で洗浄を反復によって解決されるかもしれません。
時には、水で飽和した空気の影響は、植物育成インキュベーターで、例えばとして、望ましくない、ここで不要な空気飽和で所望の高い空気温度をもたらす。

蒸気状態にある水のユビキタス性を鑑みると、空気から水を効率的に取り出す技術を開発できれば、実質的には空気を急冷することが可能ないかなる場所においても継続的な水の供給を確立することが可能である。そのような技術を手に入れることができれば、きれいで物流的に優位な方法で農業、工業及び町の人々に水と環境状態の制御を提供することができる。

例えば、Stephen Tongueによる米国特許7,251,945"Water-from-air system using desiccant wheel and exhaust"には、大気のループから水を回収するために乾燥ホィールを用いる水製造ユニットにおいて、大気のループの一部分が排気を用いて加熱されることが開示されている。この排気は、例えばこの乾燥ホィールを再生させる装置から送られるものである。この特許に開示される方法は、エネルギーの消費を伴い、ここに提案されている装置には移動性部材が含まれる。
大気から水を回収する別の方法がSpletzerの米国特許6,360,549"Method and apparatus for extracting water from air"、米国特許6,453,684"Method and apparatus for extracting water from air"、及び米国特許6,511,525"Method and apparatus for extracting water from air using a desiccant"に開示されている。この方法は４つの工程：（１）大気中の水を乾燥剤に吸着させ、（２）水を含んだ乾燥剤を大気から分離し、（３）乾燥剤からチャンバー内へ水を水蒸気として脱着させ、（４）チャンバーから乾燥剤を取り出し、チャンバー内の水蒸気を圧縮して液体の凝縮物を得る、として記載されている。これらの特許に記載された方法は、エネルギーの消費を前提とし、提案されている装置は移動性部材を含む。
前述のアプローチはいずれも、エネルギーの消費を必要とし、また移動性部材を含む機構も必要であるため、システムについてある程度のメンテナンスが要求される。したがって、水の回収工程の信頼性が得られず、またコストが高くなる。さらに、燃料又は電気のエネルギー消費が必要であることから、これらの従来技術は環境的にクリーンとは言えない。

さらに、Ritcheyによる米国特許7,343,754"Device for collecting atmospheric water"には異なる方法及び装置が開示されている。この方法は、大気中と地表における温度差に基づく高湿度の大気の対流を利用するものである。しかしながら、このような速度の遅い対流は工業的に十分な量の水を産出することが出来ない。
Smithらによる米国特許US Patent 6,960,243"Production of drinking water from air"には、吸着を利用した方法及び装置が開示されている。この吸着プロセスは、加熱のためのエネルギー消費を低減させるために改良されている。しかしながら、吸着による方法も、少量の水を産出することを目的とするものである。

眼鏡を曇らせてきれいにするために人は大きく口を開けて暖かく湿度の高い空気を吐き出すが、他方において閉じた唇の小さな穴から空気を吐き出しても効率的に眼鏡を曇らせることが出来ない。

図１の先行技術は、飛行機の翼１０の標準的な外形の概略図である。翼１０の外形が非対象であることの結果として飛行機の翼１０には揚力効果が生じることが知られている。対向する気流１２は翼１０の非対称な外形の周囲を流れ、いわゆるコアンダ効果により粘性を有する周囲の空気を引き寄せる。翼１０の軸１１は上側及び下側の流れを分けるものとして規定される。翼１０の軸１１及び対向する気流１２はいわゆる「迎え角」１３を構成する。第一に、揚力が迎え角１３により規定され、気流の方向を変える。第二に、迎え角１３がゼロに等しい場合、理想的な流線型を有する翼１０により、上側の気流１４及び下側の気流１５が翼１０の背後で合流する。

上側の気流１４及び下側の気流１５は、翼１０の周りを流れ、その断面積に変化が生じて連続性の原理「ρＳｖ＝Const」により気流が加速される（ここで、ρは気流の密度、ｖは気流の速度、そしてＳは気流の断面積である）。結果として、上側の気流１４は下側の気流１５と比較して、より長い経路をたどり、より速く流れる。ベルヌーイの定理にしたがって、上側の気流１４から翼１０に加わるいわゆる静圧は、下側の気流１５から加わる静圧より低くなる。上側の気流１４及び下側の気流１５が翼１０の周りを層状に流れる場合には、静圧の差はΔＰ＝Ｃρｖ2／２（ここで、ΔＰは静圧の差であり、迎え角１３がゼロに等しい場合における揚力を規定し、Ｃは翼１０の非対称性外形により定まる定数であり、ρは空気の密度であり、そしてｖは気流の翼１０に対する相対速度である）として規定される。実際には、乱気流や空気渦があるが、ここには示していない。全般的な気流、乱気流及び空気渦により静圧に分布が生じ、具体的には、局所的な静圧の減少及び局所的な気流の拡張が生じる。

翼１０の周囲を流れる空気の一部分について着目し、理想気体において成立するクラペイロン−メンデレエフの法則：ＰＶ／Ｔ＝ｎＲ（ここで、ｎは検討の対象としている空気の一部分に含まれるモル量であり、Ｐは気体の静圧であり、Ｖはこの一部分の空気の体積であり、Ｔは空気の絶対温度であり、そしてＲは気体定数である）を考慮すると、翼１０の周囲を流れる空気の一部についての気体パラメータが変化する理由が少なくとも二つ存在する。一つは、比較的速度の遅い気流において、この気流を非圧縮性の気体とみなすことができ、等積過程におけるゲイリュサックの法則を適用すれば、次式のように静圧Ｐは絶対温度Ｔにより定まる：ΔＰ／Ｐ＝ΔＴ／Ｔ。すなわち、静圧の減少は、それに対応する絶対温度の低下ΔＴを伴う。

二つ目は、より速度の速い気流がゼロではない迎え角１３に当たると、この気流が圧縮性−拡張性を有する場合には、翼１０の周囲を流れる気流はこの一部分の空気を体積膨張させる際に仕事Ｗを果たすが、この体積膨張は実質的に断熱プロセス下においてなされる。断熱プロセスの結果、この一部の空気についての内部熱エネルギーが変化し、これに伴って静圧が低下して温度も低下する。断熱プロセスにおいて翼１０の周囲を流れる気流により行われる仕事Ｗは、次のように規定される：Ｗ＝ｎＣｖΔＴα（ここで、Ｃｖは等積プロセスにおける熱容量であり、そしてΔＴαは断熱過程における検討対象とした一部の空気の温度低下である）。断熱過程における温度低下の値：ΔＴα＝Ｔ_２−Ｔ_１は次式：Ｔ_２／Ｔ_１＝（Ｐ_２／Ｐ_１）^{（γ−１）γ}（ここで、Ｐ_１及びＰ_２はそれぞれ断熱プロセスの前後における空気の静圧であり、γは気体の分子構造に依存する断熱パラメータであり、γ＝７／５という値は自然界の空気において妥当な近似である）により静圧の低下と連動している。

前述のプロセスの双方（つまり、等積プロセス及び断熱膨張プロセス）は、特に水の凝縮の引き金として作用する。さらに、気流が翼の周囲をマッハ数（つまり、音速）と同等又はこれ以上の速度で流れると、衝撃音の発生というよく知られた現象が起こる。衝撃波は翼の振動により生じるものではなく、気流の内部エネルギーの消費により生じるものであり、大気の温度は急激に低下する。これにより、水蒸気から水−エアロゾルへの凝縮プロセスが誘発される。例えば、図１ａに示されるように、相当な量の水蒸気が水−エアロゾル１７へ凝集し、そして雪のミクロ断片１８へ変化する。これは、高速航空機１６の翼の背後で見られる現象である。

図１ｂには、先行技術が示され、ドラバルノズルとしても知られる収束−発散ノズル１００の略図、及び気体１０１に関する二つのパラメータ（速度１５０及び静圧１６０）の分布をノズル１００の長さ方向に沿って示すグラフが示されている。標準的なロケットノズルは、くびれ１４１（「喉」として知られる）へ導かれるシリンダー１４０としてモデル化することができ、この喉は徐々に広がる「排気ベル」１４２へと導かれ、開口端へ至る。高速であり且つ圧縮性−拡張性である高温気体１０１が喉１４１を通過し、ここで速度の上昇１５１及び静圧の降下１６１が起こる。高温気体１０１は喉１４１を抜け、徐々に広がる排気ベル１４２に入る。気体は急速に膨張し、この膨張により速度の上昇１５２が起こる一方、静圧の下降１６２が続く。ノズルの長さ方向に沿った気体の絶対温度の分布（図示せず）は、静圧の分布１６０と類似している。

図２の表は、先行技術における地表の気象条件と大気中の水分量を数値で示すものである。表中の各セル２２は、上段及び下段の二つの数値を含む。上段の数値は「絶対湿度」（ｇ／ｍ^３）、つまり１ｍ^３の大気中に何グラムの水蒸気が含まれているかを示している。下段の数値は、大気のいわゆる「露点」温度（℃）を示している。例えば、大気の温度が３５℃であり、相対湿度が７０％である場合には、絶対湿度は２７．７ｇ／ｍ^３であり、露点温度は２８℃である。

図２ａは、先行技術において、微流２４が立方体２１（各辺の寸法全てが１ｍである）の空間を通過する様子の概略である。例えば、微風の速度がｖ＝５ｍ／秒として与えられたとすると、記載された湿度条件を考慮した場合、毎秒（２７．７×５＝１３８．５）グラムの水蒸気が立方体２１の空間内を通過することとなる。これは、１時間におよそ１／２トンの水蒸気が立方体２１の空間内を通過することを意味する。

図３ａは、先行技術である、Ranque-Hilsch vortex tubeとして良く知られた「渦菅」の概略図である。これは、圧縮された気体３１０を高温の気流３１１及び低温の気流３１２とに分離する機械装置３００であり、移動性部材はない。圧縮された気体３１０は、接線方向の角度を有して渦チャンバ３１３内へ導入され、高い回転率を有するように加速される。チューブ３１５の端に円錐ノズル３１４が配置されているため、回転された気体３１６のうち外側部分のみが垂直断面を有する開口３１７から流出することができる。結果として、気体のこの部分３１１は加熱されていることが見いだされる。残りの気体３１６は、外側の渦内にある直径の小さくなった内側の渦を成し、別の開口３１８から排気される。結果として、気体のこの部分３１２は冷却されていることが見いだされる。

図３ｂは、例示的な先行技術を簡略化して示した図であり、大気中で竜巻が発生する機構の概略図である。伝播面において同一の速度を有する高粘度の気流３２及び３３が、約１８０℃の角度で衝突すると、高粘度の気流３２及び３３の接触部位において摩擦が生じ、気流３２及び３３のフロント面速度に新たな分布が生じる（矢印３４及び３５を用いて概略が示される）。再分布した速度は気流のフロント面の方向を変え、この部分の気流が角度を有して流れるようになる（円を描く矢印３６により示される）。また、二つの気流３２及び３３は、コアンダ効果により互いの気流を引き込む。さらに、気流３２及び３３の新たな流れが、同じ場所において循環する渦を新たに作り出す。このような推進型のループにより高い回転率を有する竜巻が局所的に形成され、外側で回転している気流部分は、加速されることでベルヌーイの定理及びコアンダ効果にしたがってさらに新たに大気を引き込む。ここで、相対的な真空領域が大気の回転中心に潜在的に存在している。回転する大気の部分は、同時に水平方向にも移動することが可能であり、よってこの大気の部分は垂直方向にらせん状に移動する。竜巻は必ずしも視認できるものではないが、しかし、高速の気流及び高速回転により生じた非常に低い圧力は、通常大気中の水蒸気を凝集させ、視認可能な凝集じょうごを形成する。

したがって、高速で回転する大気が蒸気分子を水−エアロゾルへの凝集を誘発するという現象が観察される。水の凝集のための露点の条件が整わない状況であっても、竜巻の周囲の直近においては凝集が起こり得る。水の凝集を誘発するメカニズムが少なくとも二つ存在する。一つのメカニズムは、回転する大気には内部に圧力分布が生じ、内側の圧力は低く、外側の圧力は高くなるという事実から説明される。高速回転する竜巻に捕らえられた大気は、サイクロンにより対流として加速され、断熱状態で減圧される。加速及び断熱の双方により静圧が低下する。静圧の低下には、その部分の大気の温度低下が伴う。大気が冷却されると、水蒸気からエアロゾルへの凝集を引き起こされる。水の凝集を誘発する別のメカニズムは、高速で回転する大気の内部において、移動する高湿度の大気による摩擦が生じ、水蒸気分子のイオン化という現象が起こることによる。イオン化された分子は、凝集する極性水分子の核となり、視認容易なエアロゾルが形成される。

したがって、本技術分野において、空気から水を制御可能に取り出すための効率的で環境的にクリーンなメカニズムを提供できるシステムが必要とされている。歴史的に、船を推進させるため及び水のくみ上げ若しくは穀物の脱穀用の機械エネルギーへの変換のために風力エネルギーが直接的に用いられてきた。今日における風力の主要な用途は、電気の産出である。したがって、本技術分野において自然界の風力を活用して空気から水を効率的に取り出す方法を提供するシステムが必要とされている。

したがって、本発明の主な目的は、大気から水を回収するための既存の装置の限界を克服することであり、大気から水を回収するための改善された方法及び装置を提供することである。
より確実に水を回収できる方法及び装置を提供することも、本発明の目的である。
さらに、環境的にクリーンな態様で水を回収する方法及び装置を提供することも、本発明の目的である。ここで、高湿度の大気からの水の回収は、自然界の気流により動力を得るエンジン（装置）により達成されるものである。
また、移動性部材を有さず、より強力で建設的な解決策を実現するための方法及び装置を提供することも、本発明の目的である。ここで、この装置において移動する要素は、入ってくる気流のみである。
対象物の周囲を流れ、これを冷却する気流を産出するために、自然界の気流を動力とする方法及び装置を提供することも、本発明の目的である。
航空機の飛行特性を向上させる方法及び装置を提供することも、本発明の目的である。

よってここに、本発明の重要な特性の概略が示され、これに続く詳細な説明により本発明をより深く理解するのに役立つであろう。本発明の追加的な詳細や利点は詳細な説明において提供され、その一部は記載内容から認識されるか、又は本発明の実施により認識されるであろう。
本発明にかかる前述及びその他の特性及び利点の全ては、以降において図面を伴って、又は図面を伴わずに記載される好ましい実施形態を通じて理解されるであろう。

本発明を理解し、どのように実施されるのかを理解するために、以降において図面の参照を伴って好ましい実施形態が記載されるが、これらは例示的なものである。ここで、

図１は、従来技術における飛行機の翼の外形の概略図である。 図１ａは、先行技術における、高速航空機の翼の背後において見られる凝集による水−エアロゾルの発生と昇華による雪のミクロ断片の発生の概略図である。 図１ｂは、先行技術における、収束−発散ノズルの概略図及びノズルの長さ方向についての気体速度及び静圧の分布を示すグラフである。 図２は、先行技術における、気象条件と大気中に含まれる水蒸気の量とを示す表である。 図２ａは、先行技術において、微流が立方体内の空間を通過する様子を示す概略図である。 図３ａは、先行技術における、Ranque-Hilsch vortex tubeの概略図である。 図３ｂは、例示的な先行技術における、大気中での竜巻の発生現象を示す概略図である。 図４は、水エアロゾルの一般的なパッシブキャッチャの概略図である。 図５は、水エアロゾルのパッシブキャッチャの概略図であり、植物育成インキュベータ内に設置され、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図６は、環境的にクリーンな水エアロゾルのパッシブキャッチャの概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図７ａは、環境的にクリーンな水凝集装置の概略図であり、翼様の構成要素のセットを有し、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図７ｂは、環境的にクリーンな水凝集装置の概略図であり、くさび状の構成要素のセットを有し、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図７ｃは、環境的にクリーンな水凝集装置の概略図であり、翼様の構成要素のセットを有し、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図８は、一般的な外形を有する角（つの）状チューブ（horn-tube）（収束ノズル）及び水凝集装置の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図８ａは、改良された外形を有する角状チューブの概略図であり、方向を変えるダクトを有し、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図８ｂは、改良された外形を有する角状チューブの概略図であり、カバー及び方向を変えるダクトを有し、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図８ｃは、改良された外形を有する角状チューブの概略図であり、気流を回転させ且つ収束させ、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図８ｄは、改良された外形を有する角状チューブが外側を流れる気流の一部分を回転させ、角状チューブ内を流れる気流の一部分を収束させている様子を示す概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図８ｅは、改良された外形を有する角状チューブの概略図であり、翼様の詳細構造を有する鱗様の断片が施された外形を有し、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図８ｆは、先端が細くなる角状チューブの概略図であり、コイル状に巻かれた翼により構成され、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図８ｇは、直列構造の円錐台を示す概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図９は、水の凝集装置としての直列構造の角状チューブの構成を示す概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図９ａは、直列構造の鱗様の角状チューブの概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図９ｂは、対向する気流のフロント面を広く覆う、直列構造の翼様の詳細構造の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図９ｃは、直列構造の角状チューブと水凝集装置の構成を示す概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図９ｄは、一直線上に直列構造の収束型のベル及び細い喉を有する水凝集装置の上面概略図であり、二つの円柱状チャンバを有し、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図１０は、飛行中の高速航空機の翼の後ろに見られる十分に凝集した水−エアロゾル及び昇華した雪のミクロ断片の概略図であり、水を吸着する埃を放出するところを示しており、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図１１は、飛行機とこれに取り付けられた直列構造の角状チューブ及び水凝集装置による凝集で雨を降らせる方法を示す概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図１２は、対向する気流の方向を変えて元の気流の向きとは垂直方向に配置された水凝集装置を駆動させるための建設的な解決策の上面概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図１３は、太陽光のエネルギーを回収する例示的なシステムの概略図であり、収束板は洗浄のための構成を有しており、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図１４ａは、収束ノズルを有するヘリコプターの概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図１４ｂは、収束ノズル及び翼様の板を有するヘリコプターの概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図１５ａは、直列構造の収束ノズルを有するヘリコプターの概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図１５ｂは、直列構造の収束ノズルを有するヘリコプターの概略図であり、角度を変えることができ、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。

発明の詳細な説明

本発明にかかる方法及び装置の原理及び操作は、図面及びこれに伴う説明を参照することにより理解されるであろう。ここで、図面は説明の目的のためにのみ提供されるものであって、本発明を限定するものではない。

図4は、水のエアロゾルの些細な受動キャッチャー40の概略図である。キャッチャー40は、自然に結露の蓄積のための41のプレートを持っています。 41プレートは長さ45、幅46を有し、間隔42で離隔されている。受動キャッチャー40の高さの合計は47です。プレート41との間の自由空間間隔42しかしキャッチャー40がオープンスペースに配置され、湿気のある風の強い空気43十字架。気象条件は、湿度の高い風の強い空気43は露の滴は、プレート41の表面に発生する水のエアロゾルを含むようです。場合空気温度が"露点"温度を下回ったときに発生します。

例えば、従来技術の図に戻っ。図2は、太陽の光線を浴びオープンスペースの空気温度は、相対湿度である場合、通常、夏の条件を考慮して、人は絶対湿度がに等しく、露点温度が見つかっ。通常の夏の夜の湿度と絶対湿度に対応して以下の空気の自然冷却を考慮すると、人は水のエアロゾルへの水の凝縮の望ましい自然なプロセスを期待することができます。海から、例えば、夕方の風があること、加えて、考えてみましょう。 、と考え受動キャッチャースペースを横断、そして、水エアロゾルの推定フラックス、されていますまた、湿った空気の新鮮な部分と、キャッチャー40の与えられた典型的な次元をもたらす速度通常の気象潮風を、考えてみましょう。
（Ｈ_１−Ｈ_２）Ｌｗｈｖ／Ｌ＝（２７．７−１８．４）×５＝４６．５ｇ／ｓｅｃ

通常、夏の夜の風が時間継続することを考慮して、水の推定1日可能性があるを生産。キャッチャー40は、しかし、凝縮水、エアロゾルのに十分効果的な捕捉を提供するように構成されていない。キャッチャー40を残して部分的に乾燥空気フラックス44は、離れて気体状態のままで水捕捉されないエアロゾル、および水の蒸気を、取る。

図5有する、植物成長インキュベータ52の概略図である内蔵の変性パッシブ水エアロゾルキャッチャー50は、本発明の一実施形態に従って構成されたプレート51と、プロファイリング含む。に通常、植物成長インキュベーター空気温暖化や地盤の水まきが永久にサポートされているクローズドコンサバトリー、です。時にはそれは、水蒸気による大気の不要な飽和状態にもたらす。蒸気によって温め、飽和している空気の一部が自然に上昇する。上昇気流は、2つの原因があります。まず、前述のKlapeiron-メンデレーエフの法則によると、暖かい気体空気は、それによって独自の部分的な密度が減少し、それにより軽量化などの上昇になって、拡張にかかりやすいです。水 - 蒸気により飽和した空気はより乾燥した空気の平均分子よりも軽く、水の分子、その蒸気の上昇を有することから、第二の原因となる。それは、より低い温度を有するプロファイリング板51によって冷却されるこのように、水で飽和した空気を温め、天然には、最大指向性である。冷却された空気は、水エアロゾルに変換され、水の蒸気を、失い、露の滴は、プロファイリングプレート51の表面に発生する。露の滴は、水コレクタ53にトリクルダウン。冷却し、乾燥された空気が下降する。空気の循環は、短い矢印54で概略的に示されている。

図6は、本発明の一実施形態に従って構成された生態学的にクリーンな受動キャッチャー自然に凝縮されたエアロゾル60の概略図である。生態学的にクリーンな受動キャッチャー60は、水のエアロゾルをもたらし、対向湿った風63に露出している。生態学的にクリーンな受動キャッチャー60は、プレート61をプロファイリングしています。入ってくる湿気の風63水が凝縮負け、に沿ってプロファイルプレート61を実行し、これは、水コレクタ62にしたたる露の滴に変わります。部分的に乾燥空気フラックス64は、生態学的にクリーンな受動キャッチャー60を出て、離れて気体状態のままで水の蒸気を、取る。

図７ａは、固定された翼様の外形を有する詳細構造７６を備えた水凝集装置７５の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。流入してくる高湿度の気流７３は、装置７５内の移動性要素とみなされる。流入してくる高湿度の気流７３は、翼様の外形を有する詳細構造７６に沿って流れる。固定された翼様の詳細構造７６は、翼様の効果を発揮し、気体の一部分を加速させ、渦やつむじを生じさせることにより所望の水蒸気から水−エアロゾルへの凝集を誘発する。エアロゾルは翼様の外形を有する詳細構造７６の表面に集まり、露滴を形成する。部分的に乾燥した気流７４は、水凝集装置７５から離れていく。
水の凝集誘発に関する上述の内容より、翼様の外形を有する詳細構造７６の配置、形状及び方向性を最適化することによってより効率的に水の凝集と回収を行うことができることが理解される。自然界における風の速度はかなり遅いため、上記のような水の凝集誘発は比較的弱いものである。

図７ｂは、固定されたくさび様の外形を有する詳細構造７８を備えた水凝集装置７７の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。流入してくる高湿度の気流７３は、装置７５内の移動性要素とみなされる。流入してくる高湿度の気流７３は、くさび様の外形を有する詳細構造７８に沿って流れる。固定されたくさび様の詳細構造７８は、このくさび様の詳細構造の幅の広い部分において気体の一部分を加速させ、渦やつむじを生じさせることにより所望の水蒸気から水−エアロゾルへの凝集を誘発する効果を発揮する。エアロゾルは波型の外形を有する詳細構造のセットの表面に集まり、露滴を形成する。自然界における風による渦やつむじの形成を用いる水の凝集誘発は、かなり弱いため、僅かに乾燥された流出気流７４は、実質的に高湿度のままである。

図７ｃは、流入してくる高湿度の気流７３にさらされる水凝集装置７０の上面概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。水凝集装置７０は、固定された翼様の外形を有する詳細構造７１を含み、この構造は流入してくる気流に作用して渦や高速回転するつむじ７２の形成をもたらす。さらに、新たに流入する高湿度の気流７３は、同じ場所に回転するつむじを新たに形成する。流入する高湿度の気流７３が層状であると仮定すると、このような推進型のループは渦を強くし、結果として高速回転するつむじ７２が形成される。つむじ７２の内部には圧力分布があり、内側の圧力は低く、外側の圧力は高い。高速回転するつむじ７２のいずれかに捕捉された気流は、このつむじにより加速され減圧される。気体の一部分について断熱状態で減圧されると、この一部分の温度が気体の法則にしたがって下がる。気体が冷却されると、所望の水蒸気から水−エアロゾルへの凝集が促進される。

水の凝縮のための追加のトリガが存在する。すぐに旋回空気は、本質的に、移動する空気分子との間の摩擦を伴って湿った空気分子のイオン化を引き起こす。イオン化された分子は、エアロゾルに水極性分子の凝縮のための拠点となります。エアロゾルは、それによって露の滴を形成し、湾曲したプロファイル翼様細部71の表面上に収集します。図のブロック62を参照すると似ています水コレクタに結露トリクルの滴。 6、しかし、ここでは図示していない。また、渦72は空気部分を失う。前進空気部分は、乾燥空気束74残す水の凝縮装置70を構成している。従って、図40の受動キャッチャーとは対照的である。図4は、自然に結露を有する、水の凝縮装置70の詳細は、水の凝縮を引き起こす。トリガするための作業が進入風の力を犠牲にして行われる。湾曲プロファイリング翼様細部71の配置及び形状は、より効率的な水の凝縮のために最適化されてもよい。

図８は、一般的な外形を有する角状チューブ収束ノズル８０の概略図であり、このノズルは流入してくる気流に沿うように水凝集装置８１へ向けて配置されており、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。水凝集装置８１の詳細はここには図示していない。具体的には、前述の図７ａにおける水凝集装置７５、図７ｂにおける水凝集装置７７又は図７ｃにおける水凝集装置７０と同様のものであってもよい。

角状チューブ８０の外形は、好ましくはコサイン関数の曲線に類似し且つ開口端（流入口８２０及び流出口８３０）において異なる直径８２及び８３を有するような外形８８を有する。高湿度の気流８４が、大きな直径８２を有する角状チューブノズル８０の流入口８２０から入り、小さな直径８３を有する細い喉状の流出口８３０から出てくる。開口端８２０及び８３０との間にあるコサイン様の外形８８及び十分な長さ８９によって、気流は層状の流れになる。

小さな直径８３は、ベルヌーイの定理を適用する際に気体の粘度に伴う現象を無視できる程度の大きさがある。連続性の原理により、小さな直径８３を有する喉状の流出口８３０を通過する地点８５における気流の速度は、大きな直径８２を有する流入口８２０近傍の地点８６における気流の速度より速くなる。このため、非圧縮性の気体であると仮定すると、気流の速度は断面積に反比例する。例えば、流入口８２０の直径８２が流出口８３０の直径８３の３倍である場合には、流出口の地点８５における気流の速度は、流入口の地点８６における気流の速度の３^２＝９倍となる。したがって、一般的な外形を有する角状チューブ８０は、水凝集装置８１へ導入するのに適した高速の排出気流８７を提供する。角状チューブノズル８０そのものが水凝集装置としての役割を果たしてもよい。

ベルヌーイの定理によれば、気流の加速された部分において静圧Ｐが減少する。仮想的な理想気体におけるクラペイロン−メンデレエフの法則によれば、特に非圧縮性の気体として近似される低速の気流、すなわち等積プロセスについてはゲイリュサックの法則が成り立ち、Ｐ/Ｔ＝Ｃｏｎｓｔ（ここで、Ｐは静圧でありＴは気体部分の絶対温度である）である。これは、理想気体の法則を適用すると、静圧Ｐが減少すればこれに対応して気体部分の絶対温度Ｔが下がることを意味している。低下した温度Ｔにより所望の水の凝縮が引き起こされ得る。発熱性の水の凝縮工程は、非平衡性プロセスであり、凝縮された水とこの周囲が暖められる。このため、この部分の空気が依然として高湿度であっても、加速された気流の部分の温度がその露点より低くない状態となる。ここで、空気の湿度が低くなるにつれて露点自体も低くなる。

図８を参照した記載に基づき、冷却された排出気流８７を角状チューブノズル８０の外側に配置されている他の物体の周囲に当ててこれを冷却するために用いることができることが当業者にとって自明であろう。しかしながら、流入してくる風を収束させて加速させるために、大きな流入口８２０を有する角状チューブノズル８０を用いることが常に現実的であるとは限らない。幅広く（例えば、流入口８２０の直径８２が３０ｍであり、喉状の流出口８３０の直径８３が１ｍである）、且つ実質的に強風に耐えうるような角状チューブノズル８０を構築することは容易ではなく、また経済的でもない。

図8aは、図を参照して説明挙げ収束ノズル80と同様の変性プロファイリングホーン管801を、示す模式図である。本発明の一実施形態に係る8に構築した。修正されたプロファイルホーン管801は、現在の狭い喉830、外風の流れに垂直に配向の直径83に等しい直径を有するコンセント831に狭い喉を通して830内側の空気流871以下をリダイレクトした、ダクト832によって供給され887方向。従って、対流加速空気流871は、垂直方向と空気流872と交差する外側の風の流れ887として出口にリダイレクトされる。外側の風の流れ887は、コアンダ効果に係る空気流872を出る吸う、これはさらに、空気流871ホーン管801内部の速度を増大させるのに役立つ。これによりリダイレクトされた外来る空気流872は、より高速出力空気流87よりも図を参照して説明。8。

図8bは、本発明の一実施形態に従って構成された他の変形ホーン管805の概略図である。変性ホーン管805は再び図を参照すると、内壁88の形状コサイン状を説明したが、ノズル80の収束と同様である。 8が、今翼様カバー周り885過去狭い喉アウトレット830流れる外側空気流888リダイレクト、外側非対称翼様カバー885によって供給される。リダイレクトされた外側の空気流888コアンダ効果に応じて出る空気の流れ876を吸う。形状88コサインのような収束内壁によって対流、及びコアンダ効果吸引によって、ように、空気の流れ876を終了すると、速くして上述したポイント87で空気の流れを終了より：このように、空気流876は、2つのメカニズムによって加速され、図。8。

図８ｃは、更に改良された外形を有する角状チューブ８０２の概略図であり、気流を収束させ且つ回転させるものであり、本発明の例示的な実施形態に基づくものである。図８を参照して示した収束ノズル８０と比較して、更に改良された角状チューブ８０２は流線型の板保持機構８２５に固定された板８２１を有している。この固定された板８２１により流入してくる気流８４の流れの方向が変化し、角度８２３を有するようにする。この傾斜された気流に、角状チューブ８０２のコイル状の壁による回転モーメントが組み入れられ、らせん状に前進する。らせん状の動きは、らせんカーブ８６１により図示されている。

この回転させる技術は、固定された板８２１の後ろに別の固定された板８２２を配置することで連続させることができる。板８２２による傾斜角８２４は、板８２１による傾斜角８２３より大きい。よって、このような固定板を連続して配置することにより、コイル間の比較的短い軌跡を通過させることでらせん状の動きを有する気流を作り出すことが可能となる。らせん状の軌跡によって層状のらせん気流が作り出されるため、改良された外形を有する角状チューブの収束セグメント８８の長さ８９０を、図８を参照して説明した長さ８９と比較して短くすることができる。ここにおいても、流入口８２０は直径８２を有する。

改良された外形を有する角状チューブ８０２の収束セグメント８８が図８を参照して説明した収束ノズル８０と同じであるならば、非圧縮性気体を仮定すると、連続性の式にしたがい、改良された外形を有する角状チューブ８０２の収束セグメントにおける気体のらせん状の動きが有する前進速度は、図８を参照して説明した収束ノズル８０へ向かって流れる気流の速度と同じになる。

付加された回転の動きは二通りの加速をもたらす（速度方向を変える求心性の加速、及び同じ前進速度を保ちつつ速度の絶対値を増大させる対流加速）。改良された外形を有する角状チューブ８０２の喉８３０から出て、水凝集装置８１へ導入される気流８７３は、加速された対流としての二つの要素（前進と回転）の双方を有する。組み合わされた対流の加速は、対流する気体が有する位置エネルギーの消費により行われるものであり、よってベルヌーイの定理に基づきこの気体の静圧の低下を伴い、ゲイリュサックの法則に基づき温度の下降を伴うこととなる。さらに、断熱過程における回転には、放射方向での静圧の再分布が伴い、回転軸近傍の静圧は局所的に低くなる。このため、回転軸近傍の気体は断熱的に冷却される。温度の低下により水の凝集が誘発される。

図８ｃを参照した説明から、所望の回転特性を得るために、ガイド板８２１及び８２２並びに流線型の板保持機構８２５についてあらゆる建設的な解決策を講じることができることが当業者にとって自明であろう。

図８ｃを参照した説明から、冷却された板保持機構８２５にさらに熱導体（図示せず）を設けたものを用いて、改良された外形を有する角状チューブ８０２の外側に配置された物体を冷却することができることが当業者にとって自明であろう。

図8dは、概略図である修飾は、本発明の一実施形態によれば、風が外側を流れる内を流れる風の一部を収束の回転部分を有する、ホーン管806をプロファイリング。自明なプロファイリングホーン管収束ノズルとは対照的に、図80を参照して上述した。図8に示すように、修正されたプロファイリングホーン管806が外部に配置された固定翼のような動翼882が設けられている。翼様ブレード882は、その前進運動コサインライクプロファイル輪郭88と整列して収束され、風の外側部分を、リダイレクト。再び、ホーンチューブ806は、長さ89を持っています。

風84を対向し、ホーン・チューブ806の外に流れるから出る風の部分の結果として軌道は運動のコンポーネントを回転し、収束、前方の螺旋曲線862、である。スロート出口830の背後の外側風部の回転成分が循環矢印866によって概略的に示されている。空気866を回転すると、回転の中心が低い静圧を持っています。喉アウトレット830背後にこの減少静圧は吸うアウト対流により出る流れ874を加速し、空気の内側部分を加速させた。結果として、ストリーム874を出ると、より高速な図を参照して上述されたストリーム87を出るよりも長い。8。

図８ｅは、改良された外形を有する別の角状チューブ８０３の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づくものである。この角状チューブ８０３は、完全なコサイン様外形８８を有するが、翼様の詳細構造８８３を含むうろこ状の断片を組み入れている。これにより翼様の詳細構造８８３の間から改良された角状チューブ８０３の内部空間へ追加的な気流８６３が入る。

この現象は、対向する気流のフロント面８４を２乗して増大させる効果を有していると考えられ、対向する気流のフロント面８４のうち加速される有効面積が大きな直径８２を有する広い流入口８２０の断面積より大きくなるという効果をもたらす。対向する気流８４の一部分に追加的な気流８６３が加わり、内部において加速され、連続性の式にしたがって細い喉８３０の直径８３を通過する排出気流８７０の速度が増すことになる。したがって、排出気流８７０の速度は、図８を参照して説明した排出気流８７の速度より速くなる。

図８ｆは、コイル状に巻かれた翼８８４の直列構造体８０４(a cascade 804 of coiled-up wings 884)の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づくものである。このような構造にすると、対向する気流８４のうち大部分を収束させることができ、高速で排出される細い気流８７５が得られる。なお、対向する気流のフロント面における有効面積は、コイル状に巻かれた翼８８４直列構造体８０４の広い流入口８２０の円状断面積より広くなっている。

図８ｇは、水凝集装置として機能する、直列構造の円錐台８０７を示す概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。直列構造の円錐台８０７の全てが、同一の直径８２を有する流入口８２７を有し、後続の円錐台８０７の流出口の断面積は、その前にある円錐台８０７の流出口の断面積より小さくなっている。このため、最後の円錐台の流出口８３７が最小の直径８３を有している。このような構造とすることにより、対向する気流８４のうち大部分を収束させることができ、高速で排出される細い気流８７８が得られる。なお、対向する気流のフロント面における有効面積は、直列構造の円錐台８０７のうち最初の流入口８２７の断面積より広くなっている。加速されることで冷却された流出気流８７８は、凝集された水滴８９９を産出する。

図９は、直列構造の角状チューブ（流入口９３０を有する９０、流入口９３１を有する９１、及び流入口９３２を有する９２）の概略図である。この直列構造体が対向する高湿度の気流９５にさらされると、本発明の例示的な実施形態に基づいて水凝集装置として機能する。角状チューブ９０は、流入口９３０及び流出口９４０のそれぞれの開口端において実質的に異なる直径９３及び９４を有する。高湿度の気流９５は、大きな直径を有する流入口９３０から角状チューブ９０に入り、小さな直径９４を有する喉状流出口９４０から出てくる。

例えば、細い喉状流出口９４０の直径９４が流入口９３０の直径９３の３分の１である場合には、連続性の式にしたがって、喉状の流出口９４０近傍における流出気流９６の速度は、流入口９３０近傍の気流９５の速度の３^２＝９倍速い。また、高湿度の気流９５の一部分は角状チューブ９０の周囲を流れ、外側気流９７を形成する。

さらに、細い喉状流出口９４０から排出される内側気流９６と外側気流９７の両方が、直列構造の角状チューブ９１に導入される。角状チューブ９１は内側気流９６と外側気流９７の双方を生成気流９８へと変換し、角状チューブ９１の細い喉状流出口から排出させる。生成気流９８の速度は、気流９６のおよそ２倍である。次の角状チューブ９２は、さらに気流９５の外側部分９７０を取り入れてさらに強化された気流９９を産出する。気流９９の断面積は角状チューブ９２の細い喉状流出口の断面積と同じであり、気流９９の速度は気流９６の速度のおよそ３倍である。

このように、たくさんの角状チューブを直列構造にすることにより、高湿度の気流を大量に収束させて極めて高速で且つ細い気流を得ることができる。この極めて高速な気流が音速に達すると、衝撃波が発せられる。衝撃波の発生は、気体の内部エネルギーの消費による現象であり、気体温度の急激な低下をもたらし、蒸気から水エアロゾルへの大量凝集を引き起こす。

図９を参照した上記の説明から、角状チューブにあらゆる改良をすることが可能であることが当業者にとって自明であろう。例えば、直列構造の改良角状チューブ８０６（図８ｄ）を用いると、内側と外側の気流の両方を回転させることにより改良された収束システム（図示せず）を構成することができる。

図９ａは、直列構造の鱗様の角状チューブ９００、９０１、９０２の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。上述の図９のような途切れの無い外形を有する角状チューブ９０、９１、９２と比較して、角状チューブ９００、９０１、９０２は、鱗様の外形を有し、翼様の詳細構造９０４を含んでいる。このような構造にすることで、対向する気流９０５のフロント面を広く収束させ、細く且つ高速の排出気流９０９を得ることができる。

図９ｂは、対向する気流のフロント面を広く覆う、直列構造の翼様の詳細構造９１１およびこれらを反転して並べられた直列構造の翼様の詳細構造９１２の配置９１０の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。具体的には、個々の翼様詳細構造９２１が直列構造の翼様詳細構造９１１を構成し、個々の翼様詳細構造９２２が反転させ直列構造の翼様詳細構造９１２を構成している。いわゆる揚力（ベクトル９３１および９３２で図示されている）は、対向する気流９５０の流動部分９４１および９４２から、翼様詳細構造９２１および９２２のそれぞれに対して作用する。ニュートンの第三法則にしたがって、向き合う翼様詳細構造９２１および９２２のそれぞれは、気流のうち対応する部分９４１および９４２に対して互いに反対方向に作用する。

このようにして、向き合って配置される例示的な翼様詳細構造９２１および９２２、ならびに一般に９１１および９１２は、対向する気流９５０に作用し、気流のフロント面は収束され、細くて速度の速い外気流９９０となる。本発明の例示的な実施形態によれば、向かい合う翼様詳細構造９１１および９１２の集合体は、高湿度の気流を加速させて水凝集装置として機能する。向かい合う翼様詳細構造９１１および９１２は、コイル状に巻かれた翼により実現できることが当業者にとって自明であろう。

図９ｃは、図９を参照して説明した、直列構造の角状チューブ９０、９１、９２の後に配置された水凝集装置８１の概略図であり、本発明の例示的な実施形態によるものである。この場合、高速気流９９は高効率を有する水凝集装置８１を実現する。本構成を実現可能とするためには、直列構造の各チューブの大きさが水凝集装置８１の大きさに相応していることが重要である。
図９ｃを参照してなされる以降の説明から、自然界の風力により駆動され様々な目的を果たすエンジンを変更することができ、水凝集装置８１以外の装置を配置してもよいことが当業者にとって自明であろう。例えば、本発明の例示的な実施形態によれば、発電を目的としたいわゆる風力タービンを、直列構造の角状チューブの後に配置してもよい。

図9dには鐘951、952を収束し、953、直列接続され、インラインであって、水の凝縮装置950の概略平面図であり、2で供給される狭いスロート956は、チャンバ955円筒状に閉じられ、発散ベル954。インラインは狭い喉956に達し、鐘951、952、及び953集中と対向風を加速を収束直列接続。高速空気流は、周りの丸みを帯びたブレード957吸引から空気と正のフィードバックループ内にチャンバー955に空気部分を吹いて、チャンバー955内に短い矢印で模式的に示した渦を、高速回転させ、恒久的にさわやかで結果が流れる。作成された渦は、内圧は、前記下側および外側の圧力が高くなっている、本来の圧力分布を有している。空気断熱部の減圧は、温度を低下さを伴っている。渦の中心付近の空気冷却がエアロゾルに水蒸気の所望結露を刺激する。水キャッチャー渦の回転中心に958があります。また、露は、ブレード957の表面に発生する。

図10は非常に凝縮水エアロゾル-107の概略図であり、高速航空機106の翼の背後に観察されるマイクロフレーク・オブ・雪108、昇華。航空機106はホコリ109を吸着、水を排出します。水は109原因水エアロゾル107と昇華マイクロフレーク・オブ・雪108集約に雨が低下し、落下の雪/または大きなフレークでホコリを吸着。空気から水を採取するためのこの典型的な贅沢な手法は、森林火災を消火するのに便利になるかもしれません。

航空機106によって実行される作業は、主に空気が渦巻くと渦を生成するためのものですので、比較的軽い高速航空機106は、実質的に少ない燃料を非常に重い飛行機を必要とし使用して多くの水を供給するために前述の方法とは対照的にではなく、重い貯水池を持ち上げるための。また、この場合、高速機106は、例示的なケースのための最も高い優先順位とすることができる高速動作のために設計されている。それにもかかわらず、それは森林火災を消火するための高速な航空機106を使用するように快適ではありません。

高速航空機１０６の使用とは対照的に、図１１は、より低速度の航空機１１０の概略図であり、図９ｃを参照して説明した装置に似た構造である取り付け型の構造１１１を有しており、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。このような集合体は、森林火災の消火活動のために大気中から雨１１２を有効に引き出すために用いることができる。

再び図。回トポロジーで、9Cは、できるだけ多くの200としてホーンチューブの長いインライン直列の望ましい方向を制限することができる。例えば、唯一の海の海岸線はホーンチューブや海、風の方向のインライン直列のために自由である場合には、図に示す構成実質的に垂直な海岸線にある。 9cは、垂直に対向風にさらされて、効率的に動作しません。
図12についての建設的な解決策120の概略平面図であり、インライン直列接続されたホーン字管124をプロファイルし、建設に類似している水の凝縮装置81は、図1を参照して上述した。図9cが、図である。 12配向は、本発明の一実施形態によれば、サイド風121の方向に対して垂直である。定常プロファイル翼様ブレード122はコアンダ効果によると、サイドの風121をリダイレクトするために追加されます。空気フラックス123は、実質ホーンチューブ124を直列接続で、線の方向と一致するようにリダイレクトされます。建設的な解決策120はホーンチューブ124をプロファイリング直列接続インラインのいずれかに沿って、または垂直風向に対して効率的に動作します。

図13は、本発明の一実施形態に従って構成された集光板130は、洗浄サブシステム133に供給される太陽熱エネルギーを回収するための例示的なシステム、の概略図である。プレート焦点130は太陽131にさらされている長い放物面鏡、として構成されている。太陽光を集光板130で反射して集光板130を含む放物面鏡の焦点の軸に沿って配置されたデュワー管132に集中している。伝熱流体、好ましくは油は、濃縮された太陽光を吸収するデュワー管132を介して実行されます。通常、プレート集束130は、非常に大きな面積を占める。

サブシステム133を洗浄、原則として、図面を用いて説明した構成と同様である。 9cは。サブシステム133のクリーニングはホーンチューブ134の非常に長いカスケードを含む。例えば、プレート130を焦点近傍に配置された200ホーンチューブ134（ここでは唯一の3ホーンチューブ134が示されています）、があるかもしれません。ホーン字管134の非常に長いカスケードは、図4を参照して上述したように風135対向車の広いフロント面を吸引する。9と9cは。

洗浄サブシステム133は、現在出力突き合わせ端に潅水137を有するホース136が供給される水の凝縮装置81を備える。その水の凝縮装置81を提供する超高速で空気の収束狭いフラックス138でホーンチューブ134の結果、非常に長いカスケードは、効率的に動作します。空気から凝縮蒸留水を、水の凝縮装置81から発する空気流量に起因するホース136を介して集光板130に伝達される。実行中の蒸留水139は天然の埃から130のプレートを焦点の表面をきれいにします。

図１４ａは、大きな角状チューブの形状、広い上側流入口、細い喉および広がった下側流出口を有した収束−発散ノズル１４４が取り付けられたヘリコプター１４３の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。このような集合体により、ヘリコプター１４３のプロペラ１５５で引き込まれた気流１４５が収束される。収束−発散ノズル１４４により気体の一部分が引き込まれ、コアンダ効果によってノズル１４４の外へ排出され、よってヘリコプター１４３の下側へ吹かれる気流１５８の量が増大する。収束−発散ノズル１４４の流出口から排出される、収束された下向きの気流１４６は、もともとの引き込まれた気流１４５と比較して速度は加速され、静圧は低下し、温度は降下している。これは、よく研究された圧縮性−膨張性気体の対流動作によるものであり、先行技術として図１ｂを参照してロケットノズル１００において説明した通りである。冷却された気流１４６は、水蒸気から雨粒１４７への凝集を誘発することができる。このような集合体は、例えば森林火災の消火活動のために大気中から雨粒１４７を有効に引き出すために用いることができる。

図１４ｂは、気流１４５の一部分１４９の方向を変えるための固定された翼様板１４８をさらに備えた収束−発散ノズル１４４が取り付けられたヘリコプター１４３の概略図である。なお、気流１４９は、ヘリコプター１４３のプロペラ１５５により引き込まれ、収束−発散ノズル１４４の外側を流れているものである。流れの方向が変えられた気流部分１４９は、コアンダ効果によって回転性の動作を獲得する。ここで、回転性の動作は、円を描く矢印１５３により図示されている。加速された下向きの気流１４６は、回転性の気流１４９により吸い出され、よってさらに加速される。これにより形成された小さな竜巻が、水蒸気から雨粒１４７への凝集を誘発する。内側に板を配置することで（図示せず）、収束−発散ノズル１４４の外側を流れる気流の一部分を回転させ、小さな竜巻の有用な特性を向上させることができることが当業者にとって自明であろう。

図１５ａは、直列構造の比較的小さな収束−発散ノズル１５４が取り付けられたヘリコプター１４３の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。図１４ａを参照して説明された、かさ高く扱いにくい収束−発散ノズル１４４と比較して、直列構造の収束−発散ノズル１５４は実質的にコンパクトであり、より強力な気流収束効果を発揮することができ、よってより有効に水蒸気から雨粒１４７への凝集を誘発することができる。

１４４（図１４ａ）又は１５４（図１５ａ）の気流収束システムを取り付けられたヘリコプター１４３を含むこれらの集合体には、揚力効果に対するマイナスの要因とプラスの要因がある。揚力効果に対するマイナスの要因は、重量の増大、障害、表面摩擦であり、揚力効果に対するプラスの要因は、気流の加速およびヘリコプター１４３の下側へ向けて吹かれる気流１５８の増大である。
直列構造の小さな収束−発散ノズル１５４を取り付けることによる揚力効果に対するマイナスの要因は、収束−発散ノズル１４４（図１４ａ）を取り付けることによる揚力効果に対するマイナスの要因より小さい。これは、重量を比較的軽くすることができ、障害および表面摩擦を低減できるからである。

同時に、直列構造の小さな収束−発散ノズル１５４を取り付けることによる揚力効果に対するプラスの要因は、収束−発散ノズル１４４（図１４ａ）を取り付けることによる揚力効果に対するプラスの要因より大きい。これは、ノズル１５４により、下向きの気流のフロント面をより広く収束させることが可能だからである。気流の加速により与えられる１４４（図１４ａ）又は１５４（図１５ａ）の収束システムの揚力効果に対するプラスの要因は、力学的な見地からも、エネルギー保存則の見地からも説明することができる。力学的な見地によれば、下向きの気流は連続性の式にしたがって加速され、よってニュートンの第三法則によって揚力効果を後押しする。エネルギー保存則の見地によれば、ベルヌーイの定理および気体の法則にしたがって、下向きの気流について特定の量の冷却気流が有する内部一エネルギーが追加的な運動エネルギーに変換される。下向きの気流の追加的な運動エネルギーが、揚力効果に対するプラスの要因となる。

図１５ｂは、様々に傾けられるように自由度を付与された、直列構造の収束−発散ノズル１５６が取り付けられたヘリコプター１４３の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。このような自由度が付与されることにより、下向きの気流１５７および１５８を、垂直方向から変更させることができるようになり、ヘリコプター１４３の動作性が向上する。

以降にその概略が示される例示的な実施形態は、本発明の原理を図示する目的のみに与えられるものであり、以降に示される請求項の範囲を不必要に狭く解釈し、これを排他的に規定するものではない。当業者が、請求項の思想及びこの範囲を逸脱することなくここに教示される実施形態について様々な変更、組み換え又は修正をすることができることが予測される。

Claims (30)

1. 湿度の高い風にさらされ、少なくとも5翼状ブレードを備えた水エアロゾルの生態学的にクリーンな受動キャッチャー、式中は湿度の高い風が水エアロゾルの新鮮な部分を持って来ると述べ、前記少なくとも5翼状ブレードが自由に等間隔に配置されていると述べた少なくとも2cmの、前記翼状ブレードは対向車が湿度の高い風が受動キャッチャーを言わ入り、翼状ブレード言っ周りに流れ、前記ように湿度の高い風向言っ対向に従って配向していると述べ、水エアロゾルが自然に集まると述べたの表面に露の滴は、翼状のブレードと述べた。
2. 水・蒸気をもたらす湿度の高い風にさらされているプロファイルの詳細のセットを備えた生態学的にきれいな水の凝縮装置であり、ここでは詳細には、それによってによると静圧の減少を伴って空気部分を、到着の対流加速を提供し、湿気のある風に言った上で行動すると述べたベルヌーイの原理とは、固有の原因内側ガス静圧の低下を有する空気渦巻く部と渦を到着前記前記静圧の低下がガス状態の法律に従って温度低下と結合しており;
   そのようなことは、温度低下は、水蒸気水エアロゾルと露の滴に前記結露をオフトリガーと言って、露の滴が、プロファイリングの詳細言った表面上に集めるという。
3. 請求項2に記載の生態学的にきれいな水の凝縮装置において、前記プロファイリング詳細翼状とくさび状のプロファイルのうち少なくとも一つを持っていると述べた。
4. 請求項2に記載の生態学的にきれいな水の凝縮装置を少なくとも1つは、プロファイリングの詳細が流れの少なくとも一つの固定刃力部は湿気の多い風が取得し、前記のよう取り付けられた少なくとも1つの固定ブレードを有する少なくとも一つの固定刃グリップを備える回転や螺旋軌道で進みます。
5. 水 - 蒸気をもたらす湿った風にさらさ生態学的にきれいな水の凝縮装置は、水の凝縮装置は、プロファイリングホーン管とプロファイリング細部のセットを含み;
   前記プロファイルホーンチューブは、少なくとも1％の断面積が異なる、2オープン突合せ端を有することを特徴とする、前記ホーンチューブプロファイル多湿風ホーンチューブプロファイル前記大きなバットエンドに入ると述べた指向のようなものであると述べたより小さいへ進む突き合わせ端、およびプロファイリングホーン管力が湿った風断面積が縮小するため、速度の増加に前記の絞りの断面を有し、その上昇し前記反比例する低減断面前記連続方程式に従って断面積が、そして、ベルヌーイの原理によると、加速された湿った風のガス静圧の低下と流出加速が生じ、前記静圧の低下に応じて温度低下と結合されるガス州法;
   さらに、流出、プロファイルの詳細のセットだ際に来アンド打撃冷却高速フラックスを表して言うと、前記冷却高速フラックスがプロファイリング詳細が言ったに沿って、ここを実行するプロファイルの詳細は、高速フラックス冷却言いに作用前記、それによって対流原因加速度、渦巻く、エア部の渦、前記対流加速空気部、渦巻くと渦を前記固有の内側の静圧が低下していて、前記静圧の低下がガス状態の法律に従ってさらに温度低下と結合される。
   そのようなことは、温度低下は、水蒸気水エアロゾルと露の滴に言って、露の滴が、プロファイルの詳細前記表面上に集める前記結露をオフトリガと述べた。
6. 請求項5に記載の生態学的にきれいな水の凝縮装置において、前記プロファイリング詳細翼状とくさび状のプロファイルのうち少なくとも一つを持っていると述べた。
7. 請求項5において、前記ホーンチューブは、前記内の少なくとも1つは、プロファイリング詳細が配置されている前記の生態学的にきれいな水の凝縮装置。
8. 請求項5に記載の生態学的にきれいな水の凝縮装置において、前記ホーン管は、少なくとも1つの固定翼のような翼、その結果を含み、前記プロファイリング
   流れるの少なくとも一つの定常翼状ブレード力部は湿度の高い風が回転を取得し、螺旋軌道上で続行すると述べたと語った。
9. 請求項5に記載の生態学的にきれいな水の凝縮器、前記ホーンチューブはさらに翼状スケールの詳細を含む少なくとも1つのうろこ状の断片を含むプロファイルによると、翼のようなスケールの詳細は、追加の部分は湿度の高い風が、隣接する要素間入ると述べたことを提供すると述べたのは、ホーン管前記内部空間に翼状スケール詳細と述べた。
10. 水蒸気を運ぶ高湿度の気流にさらされる、環境的にクリーンな気流収束装置であって、前記気流収束装置は、少なくとも二つの直列配置された角（つの）状チューブ(horn-tube)を含み、
    前記角状チューブはそれぞれ二つの開口端を有し、当該二つの開口端の断面積は少なくとも０．５パーセントの違いがあり、
    前記少なくとも二つの直列配置された角状チューブは、前記高湿度の気流が流れる方向と、大きい断面積を有する開口端から小さな断面積を有する開口端へ向かう方向とが実質的に同一になるように配置され、
    前記高湿度の気流は、前記少なくとも二つの角状チューブの一つ目のチューブの周囲を流れる第一気流を含み、
    前記角状チューブのそれぞれはその前にある対向気流を、前記少なくとも二つの直列配置された角状チューブのうち次のチューブの周囲を流れる対向気流に変換し、
    各角状チューブについて、前記対向気流の一部分が内側部分として規定され、当該内側部分は、前記角状チューブの前記大きな断面積を有する開口端から流入し、
    各角状チューブについて、前記対向気流の一部分が外側部分として規定され、当該外側部分は、前記角状チューブの外側周囲を流れ、
    前記内側部分は、前記角状チューブの前記小さな断面積を有する開口端へと進み、前記角状チューブの断面積が狭まっていくことにより前記内側部分の気流の断面積も小さくなり、連続性の式にしたがって当該気流の速度が上昇し、当該速度の上昇は前記気流の断面積の減少に反比例し、よって内部において高速な流出気流が作り出され、
    前記外側部分は前記角状チューブの外側の外形に沿って前記角状チューブの前記小さな断面積を有する開口端へと進み、前記高湿度の気流について外側の流出気流が作り出され、コアンダ吸引効果によって前記高湿度の気流のうち前記角状チューブの外側近傍にある気流が新たに引き込まれて新たに気流が追加された流出気流が作り出され、
    前記三つの気流：前記内側の高速流出気流、前記外側の流出気流、および新たな流出気流が、一緒になって次の対向気流を作り出し、
    前記二つの気流：前記内側の高速流出気流および前記外側の流出気流が、次の対向気流の内側部分を作り出し、
    前記新たな流出気流が、次の対向気流の外側部分を作り出し、
    前記少なくとも二つの直列配置された角状チューブのうち最後のチューブから流出する、最後の前記対向気流の内側部分は、高速の流出気流を含み、
    前記高湿度の気流の前記第一の対向気流は、連続性の式によって前記高速の流出気流に変換され、
    ベルヌーイの法則にしたがい、前記高速の流出気流の静圧は前記第一の対向気流の静圧と比較して低減され、
    気体の法則にしたがい、前記静圧の低下は温度の低下を伴うために前記高速の流出気流の温度は前記第一の対向気流の温度と比較して低下し、
    前記高湿度の気流は少なくとも二つの直列配置された角状チューブの周囲を流れ、冷却された高速の流出気流へと変換され、
    前記冷却された高速の流出気流における温度の低下が、前記水蒸気から水−エアロゾルおよび露滴への凝集を誘発し、前記露滴は前記気流収束装置の内側表面に凝集する、
    気流収束装置。
11. 請求項１０の環境的にクリーンな気流収束装置であって、
    流線型の翼様の平面が、非対象な流線型の外形を有する平面構成として規定され、
    前記少なくとも二つの角状チューブは側壁を有し、当該側壁は前記流線型の翼様の平面がらせん状に巻かれることにより形成され、
    前記らせん状に巻かれた構造は、前記対向する高湿度の気流の流れる方向に沿ったコイル軸を中心に少なくとも一周巻かれていて、
    前記少なくとも一周巻かれた構造は、円状、楕円状、らせん状、およびアルキメデスのスクリュー状のうちのいずれか一つである、
    気流収束装置。
12. 請求項１０の環境的にクリーンな気流収束装置であって、
    前記角状チューブのうちの少なくとも一つは、翼様の鱗状微細構造を含む鱗状断片を少なくとも一つ更に有し、
    前記翼様の鱗状微細構造は、前記高湿度の気流の一部分を追加的に前記翼様の鱗状微細構造の間から前記角状チューブのうちの少なくとも一つの内部空間へ流入させる、
    気流収束装置。
13. 請求項１０の環境的にクリーンな気流収束装置であって、
    前記角状チューブのうちの少なくとも一つは、さらに少なくとも一つの固定された翼様の板を含み、
    前記少なくとも一つの固定された翼様の板は、前記高湿度の気流の一部分を回転させてらせん状の軌道を描くように進行させる、
    気流収束装置。
14. 請求項１０の環境的にクリーンな気流収束装置であって、
    前記気流収束装置は、航空機に取り付けられ、
    前記気流は、前記航空機の周辺を流れる気流として規定される、
    気流収束装置。
15. 請求項１０の環境的にクリーンな気流収束装置であって、
    前記気流収束装置は、ヘリコプターに取り付けられ、
    前記気流は、前記ヘリコプターのプロペラにより生じる気流として規定される、
    気流収束装置。
16. 水蒸気を運ぶ高湿度の気流にさらされる、環境的にクリーンな水凝集装置であって、
    前記水凝集装置は、請求項１０の気流収束装置および微細構造のセットを含み、当該微細構造は、翼様外形およびくさび様外形のうち少なくとも一つを有し、
    前記高湿度の気流は、前記気流収束装置の周囲を流れる対向する気流を含み、当該対向する気流の断面積は前記気流収束装置の断面積より大きく、当該対向する気流の断面積の大きさは前記気流収束装置の断面積に対して少なくとも１％大きく、
    前記気流収束装置は、前記対向する気流をコアンダ効果により引き込み、連続性の式にしたがって高速の流出気流を作り出し、よって
    ベルヌーイの法則にしたがい、前記高速の流出気流の静圧は前記第一の対向気流の静圧と比較して低減され、
    気体の法則にしたがい、前記静圧の低下は温度の低下を伴うために前記高速の流出気流の温度は前記第一の対向気流の温度と比較して低下し、
    前記温度の低下が、前記水蒸気から水−エアロゾルおよび露滴への凝集を誘発し、
    前記冷却された高速の流出気流が前記微細構造のセットに至りこれに衝突し、
    前記微細構造のセットが前記冷却された高速の流出気流に作用し、気流の一部分を加速させ、渦やつむじを生じさせ、
    前記加速され、渦やつむじを生じさせられた気流の一部分はその静圧が低下し、
    気体に法則にしたがって前記静圧の低下にはさらなる温度低下が伴い、
    前記温度低下が、前記水蒸気から水−エアロゾルおよび露滴への凝集を誘発し、前記露滴は前記微細構造の表面に凝集する、
    水凝集装置。
17. 水・蒸気をもたらす湿度の高い風にさらされて生態学的にきれいな水の凝縮器であって、水の凝縮器は言った：
    順次ホーンチューブプロファイルに配置された少なくとも2つのカスケード、およびプロファイルの詳細のセット;
    前記プロファイルホーンチューブは0.5％で、少なくとも、断面積の異なる2オープン尻を終了していると述べたそれぞれ;
    前記少なくとも2つは順次ホーンチューブから方向が大きな断面のバットエンドは小さい断面バットエンドが実質多湿の風を前記方向と同じであると述べたと言われるように配向されているプロファイルに配置され前記各;
    前記湿った風が少なくとも2つのそれぞれの前、プロファイルホーン管は、前記次の周りを流れる対向空気流が前記次回に以前対向空気流を変換し、前記前記ホーンチューブプロファイリング前記の第一の周りに流れる第1の空気流を含み、前記少なくとも二つの連続的に配置はホーンチューブをプロファイル;
    前記内側部分が、それぞれについて定義された対向空気流を前記の部分としてプロファイリングホーン管と言って、内側部分が入る前記関連付けられたホーン管プロファイリング前記のより大きな断面の突合せ端前記前記外側部分が定義されてそれぞれ、空気の流れを対向前記部分としてホーンチューブプロファイルと言って、外側の部分が関連するが、ホーンチューブプロファイル前記外側の周りを流れと;
    前記内側部分に進み、プロファイルホーンチューブ、プロファイリングホーン管力が低減するために内側の部分が流れ断面積を前記と、によると言ったのように狭小断面が言った中で小さい断面バットエンドを前記連続方程式は、の速度を高めるために、ストリームは言った、言った増加前記反比例すると述べたの減少面積ストリーム断面、それによってより速くインナーアウト流れるストリームを形成する工程;
    前記外側部分に進むに前記多湿、風の流れの前記外側の外流動部を形成することにより、角管をプロファイリング前記外側プロファイルと整列ホーン管をプロファイリングし、によると言ったのより小さい断面バットエンドコアンダ吸引効果によりさらに新鮮な外に流れるストリームを形成し、前方の湿度の高い風を前記新鮮外側隣接空気部分を描画;
    インナー速く言っアウト： - ：木・ストリームは、このようなことを二つのストリームを言っ一緒に次を形成する空気流を対向し、前記内側の速い外に流れるストリームを言い、外外に流れるストリームと言って、新鮮な外の流れるストリームを言った;次の内側部分は、以前は、内側部分を言って、新鮮な流出、次はの外側部分は、次の対向空気流を前記形成言っより効果的に高速であることを特徴とする流れと外側流出フォーム次対向空気流を前記次の内側部分と述べ、
    前記最後の内側部分は、少なくとも2つを順次ホーンチューブプロファイリング配置され、高速の流出空気流量を含み、前記の最後から外向きに流れ、空気流を対向工程;
    これにより、第1急速外に流れる空気流束が前記内に湿った風が外に流れる空気流量が静圧に対して相対的に低減される高速の前記の静圧を有し、連続の式に従って変換されるの空気流を対向前記第一の対向空気が前記ベルヌーイの原理と高速で流動する空気流束は静圧の低下と結合されるように、第1の空気流を対向前記の温度に相対的に低下させる前記の温度に応じてストリームは、気体状態の法則に従って温度の低下と;
    それによって湿度の高い風が周りに流れて前記のカスケード少なくとも二つ順次ホーンチューブプロファイル配置さに変換され、高速の外を流れる空気の流れを冷却工程と、とに基づい外を流れる空気流束が来る・アンド・ヒット高速冷却と述べ、このようなセットだプロファイルの詳細の;
    前記空気部分と空気部分渦巻くと渦の対流加速を引き起こす外を流れる空気流束速い冷却言っ上のプロファイルの詳細の行為の設定によると、前記加速空気部分と空気部分渦巻くと渦が内在する内部ガス静圧の低下を持っていると述べた。前記静圧の低下がガス州法に従って、さらに温度低下と結合しており;
    温度低下は、水蒸気水エアロゾルに言ったの凝縮をオフにトリガし、露のように低下し、そのようには露の滴が言ったプロファイルの詳細の表面上に収集し、前記。
18. 請求項１７記載の生態学的にきれいな水の凝縮装置において、前記プロファイリング詳細翼状とくさび状のプロファイルのうち少なくとも一つを持っていると述べた。
19. 請求項１７において、前記少なくとも一つのプロファイリング詳細は、空気渦を作る円形状の輪郭を有する前記の生態学的にきれいな水の凝縮装置。
20. 請求項17記載の生態学的にきれいな水の凝縮装置において、前記ホーン字管は、少なくとも1つの固定翼のようなブレードを含むプロファイリングの少なくとも1つに流れるの少なくとも一つの固定翼のような翼力部をへ湿った風を前記よると、そのような回転を取得し、螺旋軌道に進行する。
21. ホーン字管プロファイリング前記の少なくとも1つが、少なくとも1つのうろこ状の断片が翼状のスケールの詳細を含んでいることを特徴とする請求項17に記載の生態学的にきれいな水の凝縮装置は、スケール詳細を湿った風が間に入る前記の追加部分を提供し、前記そのように前記の内部空間に翼状のスケール詳細の少なくとも一方はホーンチューブをプロファイリング前記述べた。
22. 請求項17記載の生態学的にきれいな水の凝縮装置は、前記水の凝縮装置は、航空機に取り付けられ、前記前記風は、空気流が吹くと周囲を流れるように定義される前記航空機は述べた。
23. さらに発散断片を有する少なくとも一つのプロファイリングホーン管を含む請求項17記載の生態学的にきれいな水の凝縮装置。
24. 湿った風にさらさ風濃縮装置は、風の濃縮装置は、少なくとも2つの対向する翼状の詳細を含み;
    から作用する揚力を定義すると、合理化された翼に風を流すことを特徴とする請求は、少なくとも2つの反対の翼のような詳細が配置されていると述べたように風の行為を流れるそれぞれに力を持ち上げては、少なくとも二つの対向翼などの詳細、請求項の前記よるとリフティング力がそれによって言っ離れてお互いから少なくとも二つの対向翼などの詳細を押して、反対方向に向けられていると述べた。
25. 湿った風を対向に露出風濃縮装置;
    合理化された翼は、空間構成、前記非対称な流線型の輪郭を有する輪郭に作用する、より長い輪郭の前記下側と持ち上げ力よりも前記の上方を特徴と合理化翼として定義されるから、空気流が、方向付けされる上向き;
    前記風力濃縮装置は、少なくとも一つのコイルアップ合理化された翼前記含み、前記コイルが湿った風を対向前記方向に沿って実質的に方向付けコイル軸を中心に少なくとも一つのターンを有することを特徴とし、巻取りアップそれは低い前記ようなものである前記の側は、合理化された翼は、コイル軸述べになって、そしてここに湿度の高い風を対向合理翼収束コイル軸言っコイルアップと言われていると述べた。
26. 請求項25に記載の風力濃縮装置において、前記コイルは、少なくとも、円状、楕円状、螺旋状ラインの一つであり、アルキメデスの螺旋プロファイルを有する。
27. ヘリコプターに取り付けられたプロペラにより送風下方に空気流にさらされる空気流集中装置は、ヘリコプターを特徴において、前記ストリームの濃縮装置は、前記少なくとも一つの角管プロファイリング、前記つのオープン突合せ端部を有する、ホーン管プロファイリング前記：入口と出口、及び断面積を変化させた収束ノズルの形状を有し、前記プロファイリングのスロートを含み
    ホーン管は、最小断面積を有するホーン前記チューブの断片として定義される。
    請求スロート最小限の断面積が5上の少なくともパーセントの入口を前記の断面積とは異なる前記
    と少なくとも1つのプロファイルホーンチューブは対向下向きの空気の流れがホーンチューブプロファイル、前記プロファイルホーン管軍前記断面を収束前記内のコンセントを前記入口と進み入り、言った指向のようなものであると述べた下向きの空気は言ったに低減することは、前記流れ断面積、連続の式に従って削減されたストリーム断面積を前記反比例して流速を前記増加し、ガスでベルヌーイの原理に従って下方に空気を加速し、前記の静圧を低下させる、前記気体静圧の低下がガス州法に従って、温度低下と結合しており;温度低下は、水蒸気水エアロゾルと雨液滴に言ったの凝縮をオフトリガと述べた。
28. 請求項１０の環境的にクリーンな気流収束装置であって、
    前記気流収束装置は、少なくとも一つのベンチレーターをさらに備え、
    前記気流は、前記ベンチレーターにより生じる気流として規定される、
    気流収束装置。
29. 請求項１０の環境的にクリーンな気流収束装置であって、
    発散した部位を有する角状チューブを少なくとも一つ更に含む、
    気流収束装置。
30. 請求項１０の環境的にクリーンな気流収束装置であって、
    温度の低下した前記高速の流出気流が、前記気流収束装置の外側に配置されている物体の周囲を流れ、これを冷却するために用いられる、
    気流収束装置。