JP2021534341A - 水の収集及び輸送用ロッドとロッドの組立部品 - Google Patents

Abstract

水を集める又は水を輸送するためのロッドは、そのようなロッドが互いに隣接しているときに、そのロッドと他の同様の形状のロッドの間に毛細管空間ができるように構成されている。ロッドは、ロッドの１つの表面部分がロッドの別の表面部分よりもロッドの中心からの距離が大きい横断面形状を有する。ロッドは、組立品内に一緒に配置することも、目詰まりに強い効率的で大容量の水の収集及び／又は輸送システムを提供する組立品としてプレハブ式に作ることもできる。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、水の収集及び輸送装置及び方法に関する。特に、本発明は、毛細管による土壌からの粒子を含まない水を効率的に収集するため及び／又は粒子を含まない水を排出場所に輸送するために、ロッド間に空間を有する成形ロッドの組立品の使用に関する。

水を集めて分配するシステムは多くの異なる産業や分野で重要である。たとえば、スポーツ競技場やゴルフコースでは水を集めて湿った場所から移動させる排水システムが必要である。このような排水システムは、通常、目詰まりしやすい表面の下に配置された有孔パイプを利用する。
水資源はまた、世界中の様々な利益から益々圧力を受けている。伝統的に、灌漑システムは大きなポンプを利用して大量の水を噴霧し、地域を覆っている。この慣行は、望ましい場所や植物に選択的に給水しない、そのため、大量の水を浪費している。更に、蒸発による水の損失のかなりの割合が、このような現在の灌漑システムで発生し得る。農業分野において、特に乾燥地域では、限られた水の供給で最大の収量を得るために水の効率的な使用が強く望まれている。

水の様々な挙動が知られている。たとえば、地表水は流れによって移動することが知られている。水が低い点に流れて流れを止めるように流れは単に重力の結果である。流れは、川や小川などのように自然界で発生し、そして、溝、運河、塹壕などの人工構造物で発生する。流れる水は土壌粒子を取り除き、運び、それらは、流れが減少又は停止したときに沈降する。沈降速度は、粒子の重量と流れの速度によって制御される。流れと粒子沈降による蓄積は、構造の閉塞を引き起こし得る。
地下水と呼ばれる地表下の水は、毛細管現象によって土壌中を移動する。水は、主に毛細管の移動により、土壌粒子を除去及び運ぶ流れがないため、閉塞することなくあらゆる種類の土壌中に浸透する。

排水小石の有無にかかわらず、溝を掘削し、有孔パイプを設置することによる地下水の収集は、流れに関連する目詰まりの問題とともに、地表水の挙動を地表下に伝達するだけである。現在の地下水排水の解決は、自然の原則に反する解決を強制する試みであり、目詰まりの問題が予想される。更に、既知の問題は、より大きな排水小石の集合体によって作られた空所へかなりの土壌粒子が移動することである。時間経過とともに、空所は小さな粒子で満たされ、空所を通る流れを詰まらせ、水の動きは自然な状態、毛細管による移動に戻るであろう。

ろ過を除いて、排水方法の革新はほとんどなかった。しかし、予想通り、ろ過でさえ、それらが詰まる粒子によって詰まり、最終的には交換が必要になる。通常、ろ過は完全な再構築なくして変更できない。これは、元の構築よりも費用がかかることがよくある。
流れは表面の挙動であるので地下に流れの仕組みを設けると侵食が発生し、移動させられた粒子が構造内に蓄積するため、パイプとろ過材が詰まる。

流れを利用しない限定された排水システムが知られている。例えば、フーらの米国特許第５，９３４，８２８号は、毛細管によって水を集める組立品及び方法を開示している。組立品は、底面に複数の分離されたスロットとＶ字形の刻み目を備えた幅の広い排水ベルトからなる。構造物の上面は密閉されているため、水は、下面に沿って水路に接続されたスロットを介して内部水路に接近しなければならない。毛細管による水の移動は、土壌が沈降した状態では土壌粒子を運ぶことができないため、水路への水の垂直移動は、土壌粒子を水から分離する。収集スロットは下向きで、下から上昇する水を遮断する。これは、水の自然な動きと一致している。

広いベルト組立品は、土壌粒子のない水を効果的に集めることを促進したが、限界もあった。収集水路の大きさが小さいため、水の収集と排出及び排出場所への水の輸送の両方の容量が制限された。排水ベルトとパイプ組立品の準備にも多大な時間と労力が必要だった。スロットを収集パイプに切り込み、排水ベルトの自由端を密閉し（細かい土壌粒子が排水ベルト内の水路に侵入して遮断するのを防ぐため）、密閉機構を接触領域の周囲に設置する必要がある。更に、従来技術の排水ベルトは薄くて柔らかい。これは、適切な支持が必要であることを意味する。複雑な輪郭削りと締め固めが必要なことは、設置チームによって認識されないことが多く、このことは、設置後の過度の沈下、負の勾配及び性能の低下をもたらす。

他の排水製品も利用できる。そのような製品のいくつかは受動（パッシブ）毛細管製品として説明されており、グラスファイバー繊維、ステンレス鋼メッシュ及びジオテキスタイルの様々な層を含み得る。このような製品は毛細管によって水を集めて運ぶことができるが、土壌粒子を水から分離する準備はない。したがって、これらの製品は芯及び更にろ過材としてより適切に説明できる。システムは芯がより適切な用語である。石炭石油ランプなどの従来の芯と同様に作動するからである。ここでは、土壌粒子やその他の混入物質の影響を受けずに液体がきれいな環境で輸送する。

グラスファイバー、ステンレス鋼又はジオテキスタイルは、水との接触に耐える芯の材料としてのより良い選択かもしれないが、全体的な構造、機能及び性能は依然として芯である。時間の経過とともに、細かい土壌粒子が芯の細孔空間を埋めて塞ぎ、その性能を低下させる。間隙が土壌粒子で汚染されると、水の移動速度が低下し、最終的には、詰まった芯が周囲の土壌と同様に機能する。
タラパスキーの米国特許第９，４０４，２３２号は、間隔を空けたロッドの配列を使用する毛細管による水収集の方法を開示している。容量に関して非常に制限されている内部空洞を使用するのではなく、水は平行な部材の間の空間に集められる。間隔を空けたロッドの追加の層を組み合わせて、集水と輸送機能の両方で組立品の容量を大幅に増加させることができる。

平行間隔のロッドと間隔のあるロッドの層の原理はうまく機能するが、タラパスキーに開示されている組立品を大規模に製造することは、コストの観点から非現実的である。容器形状と通常のパイプ網との非互換性と相まって、間隔と結合方法の複雑な配列により、この組立品が製造され、かなりの程度まで使用される可能性は低い。
デスグエンスらの米国特許出願公開番号２０１２／０２３０７６７Ａ１は、モグラ暗渠のわずかな投与であるシステムを開示している。ただし、デスグエンス・システムは基本的に芯として機能し、最終的に土壌粒子を捕捉して目詰まりの問題を引き起こすろ過材を使用する。

米国特許第９４０４２３２号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０２３０７６７号明細書

したがって、本発明の目的は、有孔パイプ及び他の排水システムに関連する目詰まりの問題を克服する水の収集及び輸送システムを提供することである。
本発明の別の目的は、いずれも大容量であり製造が容易である水の収集及び輸送システムを提供することである。
本発明の別の目的は、組み立て及び設置が容易であり、様々な用途に使用することができる水の収集及び輸送システムを提供することである。
本発明の別の目的は、灌漑用途において蒸発による水の損失を回避する水の収集及び輸送システムを提供することである。

本発明の更に別の目的は、汚れた水源からきれいな水を得るための一次ろ過材として作動する水の収集及び輸送システムを提供することである。
これら及びその他の目的は、この用途全体を参照することでよりよく理解できる。以下に記載される本発明のすべての実施形態又は各特許請求の範囲によって規定される本発明によって、必ずしもすべての目的が満たされるわけではない。

［発明の簡単な説明］
本発明は、水の収集及び／又は輸送に使用されるロッドを含み、ロッドは、他の同様な形状のロッドとの間隔を維持するように構造されている。ロッドは、水の収集と輸送のために溝に配置するか、パイプに接続するか、プレハブ構成単位で束ねるか、又は毛細管現象による丸い形状に配置することができる。地下水は、そのようなロッドの組立品の底面から毛細管によって上向きに移動することができるため、収集及び輸送された水は土や破片（デブリ）を含まない。隣接するロッド間の間隔は、高い収集と排出容量を有するシステムをもたらす。

一観点では、本発明は、水を収集又は水を輸送するためのロッドを含み、ロッドがロッドの長さに沿って延びる断面形状を有する。断面形状が、中心、中心から第１の距離の第１の表面部分、及び中心から第２の距離の第２の表面部分を有する。第２の距離が前記第１の距離より大きい。
断面形状が前記中心から外向きに延びる一連の延長部を更に含み得る。
別の観点では、断面形状が星であり、星が６つのポイントを有し得る。

別の観点では、ロッドがウェブと２つのフランジを含む。１のフランジがウェブの第１の端部に接続され、他のフランジがウェブの第２の端部に接続される。２つのフランジが内側に湾曲していてもよい。
別の観点では、断面形状が十字形であり得る。
別の観点では、断面形状が四角形であり得る。四角形がロッドの長さに沿って異なる角度になるように、ロッドをねじることができる。
別の観点では、断面形状が楕円形である。

別の観点では、断面形状が、１つ又は複数の突起を有する円である。
別の観点では、水を収集又は水を輸送するためのロッドが、ロッドの長さに沿ってクリンプを有する。
更なる観点では、本発明は、水を収集又は水を輸送するための組立品を含む。組立品は一連のロッドで構成されている。各ロッドが、ロッドの長さに沿って延びる断面形状を有する。断面形状が、中心、中心から第１の距離の第１の表面部分、及び中心から第２の距離の第２の表面部分を有する。第２の距離は第１の距離より大きい。

組立品が、一連のロッドの上に配置された蓋と蓋の上に配置された埋め戻し部を更に含み得る。一連のロッド、蓋及び埋め戻し部が溝内に配置されている。
別の観点では、組立品が、スロットを有するパイプ及び一連のロッドの少なくとも上部を覆う蓋を更に含む。一連のロッドの少なくとも一部がパイプ内にスロットを通過する。
別の観点では、一連のロッドが、側面及びパイプの外側にある端部を有する。蓋が側面及び端部にわたって広がっている。

別の観点では、組立品が、メッシュ、及び前記メッシュと前記蓋の間に少なくとも１つの充填可能なセグメントを生成するように、蓋及びメッシュの少なくとも２つの長さに沿ってメッシュに接続された蓋を含む。一連のロッドが、少なくとも１つの充填可能なセグメント内にある。
別の観点では、組立品が一連のロッド上を覆う蓋を更に含み、組立品が円筒形である。

更なる観点では、組立品が蓋及び一連のロッドの周りに巻かれたフィラメントを更に含む。
別の観点では、一連のロッドの底部が覆われていない。
更なる観点では、蓋がジオテキスタイル蓋である。
更なる観点では、蓋が不浸透性の蓋である。
別の観点では、組立品が、一連のロッドの長さの周りを覆う蓋を更に含み、組立品が円筒形である。

更なる観点では、組立品が、標準的なパイプ継手を使用してパイプに接続可能である。
上記のものは、本発明のいくつかの観点のみを取り上げている。本発明の他の、時にはより特定の観点は、１つ又は複数の実施例に関して本発明を実施するための少なくとも１つの好ましい態様の以下の説明を参照することによって理解できるであろう。本発明を実施するための以下の観点は、本発明自体の定義ではなく、本発明の特徴を具体化する単なる例である。

１つ又は複数の例に関して本発明を実施するための少なくとも１つの形態を以下の図面を参照して説明する。
図１Ａは、本発明の一実施形態によるロッドの斜視図であり；図１Ｂは、図１Ａに示したロッド及び他の同様な形状のロッドを含むロッドの組立品の斜視図であり； 図２Ａは、図１に示したロッド及び他の同様な形状のロッドを含むロッドの組立品の断面図であり；図２Ｂは、線２Ｂ−２Ｂに沿って取られた、図１Ａに示したロッドの断面図であり； 図３Ａは、本発明の第２の実施形態によるロッドの斜視図であり；図３Ｂは、線３Ｂ−３Ｂに沿って取られた、図３Ａに示したロッドの断面図であり；図３Ｃは、円形の断面形状を有し、層状に配置されたロッドの組立品の部分断面図であり；図３Ｄは、円形の断面形状を有し、千鳥状の層に配置されたロッドの組立品の部分断面図であり；図３Ｅは、本発明の第２の実施形態による断面形状を有するロッドの組立品を示す部分断面図であり； 図４は、本発明の第３の実施形態によるロッドの斜視図であり； 図５は、本発明の第４の実施形態によるロッドの斜視図であり； 図６は、本発明の第５の実施形態によるロッドの斜視図であり；； 図７は、図６に示したロッド及び他の同様の形状のロッドを含むロッドの組立品の斜視図であり； 図８は、本発明の第６の実施形態によるロッドの斜視図であり； 図９は、図８に示したロッド及び他の同様の形状のロッドを含むロッドの組立品の斜視図であり； 図１０Ａは、本発明の第７の実施形態によるクリンプ・ロッドの斜視図であり；図１０Ｂは、図１０Ａに示したロッド及び他の同様の形状のロッドを含むクリンプ・ロッドの組立品の斜視図であり； 図１１は、溝内に配置されたロッドを示す概略図であり； 図１２は、ロッドの組立品を備えたパイプの斜視図であり； 図１３は、線１３−１３に沿って取られた、図１２に示したパイプ及びロッドの組立品の断面図であり； 図１４は、ロッドの製造された組立品の概略図であり； 図１５は、線１５−１５に沿って取られた、図１４に示したロッドの製造された組立品の断面図であり； 図１６Ａは、蓋を有し、フィラメントで結束されたロッドの別の組立品の斜視図であり；図１６Ｂは、線１６Ｂ−１６Ｂに沿って取られた、図１６Ａに示したロッドの組立品の断面図であり；図１６Ｃは、図１６Ａに示した実施形態による様々な長さの集水及び水輸送ロッドの４つの組立品に接続されたパイプを示し； 図１７Ａは、不浸透性の蓋を有するロッドの別の組立品の斜視図であり；図１７Ｂは、図１７Ａに示したロッドの組立品に接続されたパイプを示し；そして 図１８は、灌漑システムの概略図である。

［実施例の見地から発明を実施するための少なくとも１つの形態の詳細な説明］
発明者は、最も一般的な排水組立品の正確な模型、すなわち、排水小石に囲まれた有孔パイプをテストした。テストにより、期待と矛盾する結果が明らかになった。底に穴のある模型を使用して、水が有孔パイプに集められる代わりに、いつテスト組立品を通過したかを示した。テスト中、模型の底から安定した水蒸気が出ているにもかかわらず、パイプに水はなかった。排水パイプの実際の建設により、水が有意なレベルまでパイプに流入しないことが確認された。代わりに、水はパイプを囲む排水小石を通って流れる。結果は、水の流動挙動と一致している。

水は、流路が塞がれ、地下水位が上昇したときにのみ、有孔パイプに入ることができる。上昇する水によって圧力するので、水は穴を通ってパイプ内に入る。この観察された挙動は、排水収集の源が下からのものであり、集水組立品が上からの移動というよりむしろ、上昇する地下水面を遮断するように方向付けられるべきであることを実証する。
毛細管による集水により、穴のあるパイプやろ過材付きの有孔パイプを使用するシステムでは、固有の目詰まりの問題は生じない。２つの重要な要因は、粒子が上から水路に接近して詰まらせるのを防ぐために上部を覆わなければならないことと、毛細管によって水を水路に上昇させて土壌粒子を水から分離しなければならないことである。

芯として分類できる組立品から集水組立品を分離する要因は、組立品の上部へ少なくとも蓋を追加することである。蓋は、重力の影響下で水によって毛細管収集のために作られた空間に土壌粒子が徐々にろ過されたり、運ばれたりするのを防ぐ。水は毛細管によって組立品の下から入らなければならない。そして、毛細管によって上昇する水は土壌粒子を運ぶことができないため、きれいな水だけが組立品に入る。
蓋は硬い材料でよいが、ジオテキスタイルなどの柔軟な材料が有利であり得る。ジオテキスタイルはろ過材として作動するため、組立品に沿った場所から水が（細孔空間が粒子で詰まらせされ、固体蓋として作動するまで）入り得る。そして、組立品の柔軟性が向上し、多くの異なる用途への適応性が高まる。

（改善された間隔を備えた集水又は水輸送用ロッド）
水の収集及び輸送用に改良された組立品は、間隔を空ける目的のために別個の装置を必要とすることなく、高い比率の空間を保証する連続ロッドを含む。そのような組立品は、従来技術のロッド組立品と比較して、製造及び設置が著しく容易である。
図１Ａ、１Ｂ、２Ａ及び２Ｂは、ロッド１０が一般に星形である本発明の一実施形態を示す。図示されている星形ロッド１０は、中心１２と延長部１４を有する。ロッド１０には、６つの延長部１４が図示されているが、代替数の延長部が可能である。隣接する延長部１４の間の隙間１６は、水が毛細管作用によってロッドに沿って移動する空間を提供する。図１Ｂ及び図２Ａに示すように、隙間１６内の空間は、一緒に束ねられた一連の星形ロッド１０においてほとんど維持されている。

ここで図２Ｂを参照すると、ロッド１０は、中心１２から距離ｘにある第１の表面部分１８を（延長部１４の間に）有する。ロッド１０は、中心１２からより大きい距離ｙにある第２の表面部分１９も（１つの延長部１４上に）有する。
星形ロッド１０は、直径６ミリメートルであり得る。容量がより小さく、直径がより小さいロッド、結果として、直径６ミリメートルロッドの組立品よりも毛細管上昇が大きい、の組立品を使用できることが理解できるであろう。同様に、直径６ミリメートルのロッドの組立品よりも容量は大きいが毛細管上昇が小さい、直径の大きいロッドの組立品を使用し得る。更に、図２Ａに示すように、異なる直径を有するロッドからなる組立品が可能である。

発明者は、直径６ミリメートルの星形ロッドを使用して、互いに平行に整列し、束ねて、着色水に入れると、そのような星形ロッドは、ロッド組立品の中で約９ミリメートルの水上昇を示すことを発見した。フーらの米国特許第５，９３４，８２８号で実証された内部空洞法と比較して、星形組立品の収集及び排出容量は６００％以上大きい。ロッド組立品を通る水の輸送も６００％以上大きく、排出前の収集長をはるかに長くすることができる。

図３Ａ及び３Ｂは別のＩ字形ロッド１を示す。ロッド１は、ウェブ４と上部及び下部フランジ５を有する。フランジ５は、好ましくは内側に湾曲している。Ｉ字形ロッド１のウェブの中間には、ロッドの中心２から距離ｘである第１の表面部分８がある。１のフランジ５に位置する第２の表面部分９は、ロッドの中心２からより大きな距離ｙにある。

発明者は、図２Ｂに示す星形ロッド１０が、同じ又は類似の形状と大きさを有する他のロッドと一緒に組み立てられると、集水用ロッド間に多大な空間を有し、製造するために既存の円形ロッドよりはるかに少ない原材料を必要とする組立品を効果的に作り出すことを発見した。図３Ｂに示すＩ字形ロッド１についても同様である。
ロッド間の空間の違いは、図３Ｃ、３Ｄ及び３Ｅに示す例に見ることができる。図３Ｃは、空間７を有する層状の円形ロッド３を示し、図３Ｄは、空間１１を有する層状かつ千鳥状の円形ロッド３を示し、図３Ｅは、はるかに大きな空間６を有するＩ字形ロッド１の組立品を示す。Ｉ字形ロッド１の理想的な噛み合わせを想定すると、水の収集及び輸送用面積は、同じ直径の層状の円形ロッドと比較して３００％以上大きくなり得る。

タラパスキーの米国特許第９，４０４，２３２号に開示された円形のロッドも層状に（ロッドの一端を樹脂で固定するなどによって）固定され、通常は剛性の容器内に収容される。そのようにロッド間に適切な間隔を提供しながら、容器を組み立てることは、複雑であり、時間と費用がかかる。ロッドの大きさが異なると、新しい工具も必要になり、法外な費用がかかり得る。

対照的に、星形ロッド１０とＩ形ロッド１を含む本発明のロッドでは、密着が必要である。より大きな生産製品の組立期間中、従来技術ロッド間に空間を作るということなく、本発明における水の収集及び輸送用空間はロッドの一次製造中に形成される。隣接するロッドは互いに接触するため、製造プロセスで個別の間隔を開けた組立品又は間隔を開ける工程を持つ必要はない。ロッドの大きさや形状は形を変えることによって簡単に変えることもでき、ロッドを簡単に好きな長さに切ることができる。本発明のロッドはハウジングも必要とせず、高さと方向の不一致に容易に対応することができる。

集水用のより大きな空間（及び製造用のより少ない塊／材料）を有する組立品を作るロッド形状が好ましいが、空間が大きすぎるロッドの組立品は、毛細管上昇が減少し、その結果、ロッドの上層の利用率が低下する。上記の星形ロッド１０及びＩ形ロッド１に加えて、水を収集し輸送する容量用空間と高い毛細管上昇の要望間のバランスをとる他のロッド形状を使用し得ることが理解できるであろう。
図４は、中心２２と４つの延長部２４を有する別の十字形ロッド２０を示す。ロッド１０同様、第１の表面部分２８と中心２２の間の距離ｘは、第２の表面部分２９と中心２２の間の距離ｙより小さい。

図５は、四角形の断面を有する別のロッド３０を示す。ロッド３０はねじられているので、隣接するロッドの壁３１が互いに平らに位置することができない。換言すれば、ねじることは、それらがしっかりと束ねられている場合でも、隣接するロッド３０の間に水が移動する空間があることを保証する。ロッド３０は、距離ｘが距離ｙよりも小さい第１の表面部分３８（中心３２から距離ｘにある）及び第２の表面部分３９（中心３２から距離ｙにある）も有する。
図６は、オーバル形（又は楕円形）の断面を有する更に別のロッド４０を示す。ロッド４０は、好ましくはねじられており、また、（距離ｘ及びｙを使用して図示するように）表面部分４８よりも中心４２からの距離が大きい表面部分４９を有する。

組立品では、ロッド４０は様々な方向に配置することができる。楕円形及びねじれの結果として、ロッド４０間に間隙が存在し、図７に示すように水が移動する空間を提供する。
図８は、突起６５を備えたほぼ円形の断面形状を有する別のロッド６０を示す。ロッド６０は、突起６５がロッド６０の周りにらせん状の隆起した突条６７を形成するようにねじられている。図８に示すように。突起６５の最外表面部分６９からロッド６２の中心までの距離ｙは、表面部分６８からロッド６２の中心までの距離ｘよりも大きい。図９は、それぞれが隆起した螺旋突条６７を有するロッド６０の組立品を示す。このようなロッドの組立品は、一緒に束ねることがなくても間隔が開いている。それは、水の移動を制限する。

ロッド６０は複数の突起６５を有することができ、突起の形状及び大きさを変えることができることを理解されたい。
丸くない他のロッド形状をねじって、水を収集及び輸送をする水路を造ることができることも理解されたい。
クリンプ・ロッドを利用して、ロッド間にポケットや水路を造ることもできる。例えば、図１０Ａはクリンプ・ロッド７０を示し、図１０Ｂはクリンプ・ロッド７０の組立品７２を示す。圧接（クリンピング）の結果、隣接するロッド６０間に空間７６が形成され、水の収集及び輸送用空間ができる。

ロッドの形状、スタイル及び大きさの可能な選択肢は無限である。しかしながら、所望のロッドは、それ自体の同様のコピーと併せて、水が上昇し、毛細管によって保持され、そして、水の輸送用水路としても機能し得る空間及び水路網を作り出す連続形状のフラグメントであることが理解できる。本発明のロッドは、様々な方法で製造及び設置することができる。
独自の形状と大きさのロッドは、水平、垂直、様々な角度で一緒に作用すると、水を集めて輸送することができる空洞と水路網を作るが、水の自然な毛細管上昇のみに制限される。蓋の追加は、時間が経過しても詰まらない効果的な水管理装置を形成する。

発明者は、丸いロッド（すなわち、円形断面を有するロッド）の組立品をテストした。丸いロッドが束になり、組立品には水がほとんど浸透しなかった。同様の束は、四角形又は楕円形の断面を持つロッドなど、他の真っ直ぐな（ねじれていない）ロッド形状でも予測される。
非円形の断面を有するねじれたロッドの組立品では、空間及び水路が形成され、水が集まり、移動がする。しかしながら、ねじれたロッドの形状によっては、ロッド間の空間に対する塊の比率が好ましくなく、製造時に原材料を大量かつ不必要に消費することがある。このため、いくつかの長くて狭い延長部と、そのような延長部の間に大きな隙間がある形状を有するロッドが好ましい。図１Ａに示す星形ロッド１０及び図３Ａに示すＩ形ロッド１は、そのような所望の形状の例である。

毛細管チューブの直径が小さいほど、水の水路が小さく、毛細管の上昇が高くなる。これは土壌にも当てはまる。粒子の大きさが小さい土壌は、間隙空間が小さくなり、水が高く上がるであろうから、より大きな毛管縁を示す。この原理を適用して、排水網を特定の用途や条件に効果的に適合させることができる。ロッドとネットワークは、土壌の種類と用途に応じて大きさと形状を決めることができる。例えば、ロッドは、厚さが約０．５ミリメートルから０．７５ミリメートルの薄い壁を備えた６ミリメートルの輪郭を有することができる。
構成要素とネットワークの柔軟性は、排水に、受動ろ過として、そして地下灌漑として応用できる。以下は、本発明のロッドのいくつかの異なる組立品及び用途である。

（組立品Ａ−溝に配置されたロッド）
図１１は、溝内でのロッド８０の使用を示す（本明細書では組立品Ａと呼ぶ）。
組立品Ａは、２つの要素を含む：（ａ）水を毛細管収集するために成形され、平行にそして互いに隣接して配置されたロッド８０；及び（ｂ）ロッド８０上の土壌粒子を遮断する蓋８２。きれいな（土壌及びデブリのない）水のみが毛細管によってロッド８０を通って上昇するので、ロッド８０内及び間の隙間／水路は、土壌粒子がないままであり、したがって、詰まっていない状態が継続する。

ロッド８０は、傾斜した溝８４の底部に沿って排出点から、そして、条件として必要な厚さ（約１０〜２５ミリメートルの厚さ）で配置される。蓋８２は、ロッド上に緩く置かれる。蓋８２は、ジオテキスタイル、プラスチックシート又は他の任意の適切な材料であり得る。溝８４は埋め戻され、埋め戻し材料８６によって設置が強化される。溝８４の傾斜が最小であれば、設置は簡単であり、技能、時間、労力はほとんど必要ない。ロッド８０は、単に溝８４内に配置され、覆われ、次いで、溝が埋め戻される。

組立品Ａは、水の状態が厳しくなく、排出前に長時間の稼働が許容される用途に適している。溝の大きさとロッドの太さは、排水条件に合わせることができる。幅と深さの制御が容易で、溝掘り速度が非常に速いため、設置は、通常、溝掘り機で行う。典型的な設置は、農業排水、カジュアルなスポーツ競技場、公園エリアなどである。

一度設置すると、組立品が圧縮又は押しつぶされることによって性能が低下することはほとんどない。構造は全体を通して支持されており、構造自体は柔軟であり、ほとんどの形状に適合している。
植物の根によって排水に重大なリスクは生じない。侵入が生じたならば、ネットワークは単に障害物の周りに水を迂回させる。灌漑用途の場合、水への浸透と根の接近は優れた利点である。

土壌との親密さが性能を向上させるため、他の排水解決で通常必要とされる排水小石や他の構成要素は必要でない。代わりに、ロッド８０は、溝の底部で地上に配置される。
発明者は、図１Ａに示す星形ロッド１０を用いて組立品Ａをテストした。テストでは、組立品の長さは３５メートルだった。最初に、拡大した領域を各５メートル間隔としたことを除いて、通常の設置とまったく同じ溝を掘った。拡大した領域に水を適用して、移動速度を決定した。ロッドを敷設した後、溝を埋め戻して設置を完了した。

テストでは、移動速度は毎分１メートル、排出速度は毎分６．２リットルだった。後日、激しい集中豪雨が発生した。雨の直後に組立品を監視すると、成形ロッドの高性能と適度な距離での輸送容量を確認した以前のテストと同じ結果が得られた。発明者は、テスト領域を数週間観察し、排水の有意な改善に気づいた。また、放流水はとてもきれいだった。

（組立品Ｂ−スロットを有するパイプ）
図１２及び１３は、パイプ９２（本明細書では組立品Ｂと呼ぶ）を備えたロッド９０の使用を示す。
組立品Ｂは、スロット９４を通ってパイプ９２に排出する比較的短い長さの平行ロッド９０（７５〜２００ミリメートルの範囲）を利用する。しかし、土壌条件、傾斜及び予想降雨量によって、より長いロッド９０を使うことができる。ロッド９０は、蓋９６で上部に沿って覆われているが、（図１３に示すように）底面９８に沿って開いている。蓋９６は、ロッド９０の側面及び端部に渡って広げることもできる。底面９８に隣接する土壌中の水は、ロッド９０によって収集され、パイプ９２内に運ばれる。
収集組立品は、パイプ９２の全長に渡って延び得る。収集後、パイプ９２に排出されるまでの通過時間が非常に短いので、速い排水速度を生じる。

組立品Ｂは、速い排水速度が好ましい極端な水条件に適している。典型的な設置は、ゴルフバンカーや雨の収集用途である。
８０センチメートルの長さの短い組立品によって、毎分３０リットルの流量を得た。これは、収集用に水を供給する自然の土壌の容量（透水係数）よりもはるかに大きい。
排水組立品の容量が土壌の透水係数を超えるときにはいつでも、テストは組立品テストというより土壌テストになる。ただし、設置された組立品テストは、サンプルの実験室テストよりもはるかに優れた性能指標である。
テストのとき、発明者は、高い透水係数（いかなる天然の土壌よりも高い）を有する、篩分けされた、きれいな砂を使用したが、システムの制限因子は依然として土壌の透水係数だった。

発明者はまた、図１Ａに示す７０センチメートルの長さの星形ロッド１０を使用し、そして、図１０Ａに示す７０センチメートルの長さのクリンプ・ロッド７０を使用して、組立品Ｂをテストした。両者の結果はほぼ同じで、測定された排出速度は毎分約３０リットルだった。自然の土壌は収集場所でこの量の水を供給することができないため、結果は組立品の容量にのみ関連している。実際には、組立品Ｂは非常に効率的であったため、排水の制限因子は土壌の透水係数であろう。

（組立品Ｃ−プレハブユニット）
図１４及び１５は、分割されたプレハブユニット１０２（本明細書では組立品Ｃと呼ぶ）におけるロッド１００の使用を示す。
蓋１０４は、それらが一致するそれぞれ及びすべての位置１０８で底部メッシュ１０６と結合し、取り扱い中にロッド１００の集積と移動をなくす充填可能なセグメント１１０を形成する。
メッシュ１０６は、水のロッド１００への接近を制限しないで、組立品を結合する。

組立品Ｃは、用途と水の状態によって、１つのセグメント１１０から任意の実用的な数のセグメント１１０までの範囲の異なる形態をとることができる。
組立品Ｃは様々な方法で作動することができる；それは、垂直、水平又は斜めに設置された単一の構成単位とすることができ、又は、それは、水平、垂直又は斜めに設置されたパイプ網の収集組立品を構成することもできる。

１つ又は複数のセグメントの連続した長さの単一の構成単位を、排出場所で始まる傾斜した溝に配置することができるので、収集機構と輸送水路の両方として機能する。構成単位を配置するために組立品、工具又は技能は必要としない。この構成では、組立品は、プレハブであり、蓋が既に取り付けられていることを除いて、溝に配置されたロッドの組立品（上記組立品Ａ）と同じように機能する。埋め戻しにより設置が完了する。

プレハブであるため、組立品Ｃは任意の長さに切断して、簡単な補助器具を使用してパイプ網に直接取り付けることもできる。この場合、組立品Ｃの主な機能は、水をパイプ網に転送する収集機構である。転送場所の数は、以下に説明するパイプ網と同様に、水の状態と用途によって決まる。

多層構造により、組立品Ｃは柔軟であるが半剛性であり、曲げ破損や破損箇所に水が溜まる「Ｕ」接合部破損の影響を受けない。この構造は収集と輸送の容量も拡大するため、容量の増加は、容量に達するのに十分な水を供給する土壌の容量をはるかに上回り、構成単位数が少なくなり、コストが低くなる。
上記のように、設置は水平、垂直又は斜めにすることができる。例えば、組立品は、保持壁の後ろに垂直に設置して、壁の後ろの静水圧を排除することができる。土壌の状態と水の蓄積によっては、保持壁の後ろに１メートル間隔で配置された組立品が効果的な排水を行う場合がある。

組立品Ｃは、従来技術の排水ベルトの高性能化した代替品と考えることができる。組立品は、すべての用途に同様に設置できる。機能の原理も同様である。しかしながら、組立品Ｃは、そのような従来技術の排水ベルトの不十分な容量と不十分な輸送特性の問題に悩まされない。組立品Ｃの設置が容易で簡単なため、設置と技量上のエラーも回避できる。

（組立品Ｄ−水を集めるためにパイプ様構造に結束されたロッド（穿設用途と水抜き穴））
図１６Ａ及び１６Ｂは、パイプ様構造１２０（本明細書では組立品Ｄと呼ぶ）を示す。組立品Ｄは、図１６Ｃに示すようにパイプ網に配置することができる。
組立品Ｄは、丸い形状に配置された一連のロッド１２２からなる。蓋１２４は、一連のロッドの上部に適用され、ロッド１２２及び蓋１２４は、フィラメント１２６で巻き付けられる。フィラメント１２６は、一連のロッド１２２の全周に渡って延びるが、蓋１２４は、組立品Ｄの下側で、下部ロッドが直接地面と接触できるようにされる。

包装によって構成要素を目的の形状に結束する一方で、構成単位が柔軟性を維持できるようにする。異なる直径が標準のパイプの大きさと一致している場合がある。組立品Ｄの先端は、排出場所（自立又はパイプ網に挿入）として使用できるが、一方、粒子が組立品に入るのを防ぐために、自由端１２９は密封され（又はさもなければ塞がれ）ている。

連続した長さの単一の構成単位は、排出場所で始まる傾斜した溝に配置することができる。構成単位は収集機構と輸送水路の両方として機能する。設置において、組立品、工具又は技能は必要ない。組立品Ｄのパイプ様構造は、溝に配置された組立品Ａのロッド及び組立品Ｃのプレハブユニットと同じように機能する。
ここで図１６Ｃを参照すると、組立品Ｄは任意の長さに切断することができ、パイプ網で使用する収集機構として機能する。機能的には、これは組立品Ｃと同じである。パイプ様構造１２０を標準の継手１２８に直接挿入して、曲げの失敗や「Ｕ」接合部の問題を恐れることなく、ほとんどのパイプ網のパイプ１２７に接続することができる。上記のように、自由端１２９は、目詰まりにつながる可能性のある粒子の侵入を防ぐために密封され（又はさもなければ塞がれ）ている。

輸送用パイプと収集用組立品Ｄの組み合わせは、モジュラ形式の効率的な排水システムを表している。それは「一緒にパチンと鳴らし、上を覆う」システムである。準備、工具又は技能は必要としない。
組立品Ｄの専門分野は、他の方法が非現実的な穿設用途である。組立品Ｄは、斜面を脱水して地滑りを防ぐために水平に開けられた穴に直接、様々な長さで設置することができる。

組立品Ｄは、水の蓄積による静水圧を低減するために保持壁を通して設置することもできる。この種の用途で排水路を設置又は修理することを目的とする掘削は、非現実的であるか、費用がかかりすぎるか又は両方である。穿設用途が唯一の合理的な選択である。
保持壁の水抜き穴は標準的な仕事であるが、実際に穴から水が出るのを観察することはほとんどない。時間とともに、沈泥が水抜き穴を塞ぐ。組立品Ｄは、このような水抜き穴の性能を修復及び改善することができる。既存の水抜き穴を通して穴を開けると、組立品Ｄを適切な深さに挿入させることができ、排水機能が復元する。

異なる組立品は類似していて交換可能であるように思われるかもしれないが、これは必ずしも本当ではない。組立品Ｄは、低い給水用途において水平な構成に配置されたとき、組立品Ａ及び組立品Ｃほど効率的ではない。その理由は、組立品Ａ及び組立品Ｃの下向き（つまり、上昇する地下水面に面している）表面積がより大きく、土壌と接触しているためである。組立品はある程度交換可能であるが、１組立品は、様々な用途や様々な水条件で、他の組立品よりも設置が簡単であるか、性能が優れている場合がある。

（組立品Ｅ−水を分配するためにパイプ様構造に結束されたロッド（灌漑適用））
表面下の水に毛細管を使用する受動重力システムは、蒸発による水の損失と見境のない場所への水やりをほぼ完全に排除することができる。水の消費量を９０％削減することが非現実的ではない。
図１７Ａ及び１７Ｂは、灌漑へ適用して水を分配するために使用することができる別のパイプ様水構造１３０を示す。成形ロッド１３２は、円形に配置され、蓋１３４で完全に包まれている。パイプ様水分配構造１３０は、継手１３８を使用して給水ライン１３６に接続することができる。図１７Ｂに示すように、かなりの量の水１３９が、ロッド１３２の開放端でシステムから放出されている。

組立品Ｅは、供給パイプ１３６（図１８に示す）から毛細管によって水を土壌に輸送するために使用することができる１組立品である。組立品Ｅの包まれていない端は、供給パイプの継手に直接挿入することができる。構成単位は、標準のパイプの大きさと組み合わせて、条件と用途に一致する大きさになっている。水は、ロッド網によって形成された空洞と水路全体に、ジオテキスタイルを通して、毛細管現象によってすべての方向の土壌に分配される。
一般に、ジオテキスタイル蓋（又は別の浸透性蓋）を備えた組立品Ｅは、植栽が列になっている高床式用途への設置に適している。播種された領域の下に設置すると、根が下から水を探すようになり、根系が発達する。

収穫後、組立品を取り出して丸めて保管及び再利用することができる。
毛細管によって供給パイプから土壌に水を輸送する別の組立品は、ジオテキスタイル蓋の代わりに不浸透性蓋を利用する。一端は供給パイプ１３６に挿入され、他端は毛細管によってより濃縮された方法で土壌に水を分配させるために使用される。更に、ロッド網は、任意の距離で土壌に拡張することもできる。水の動きが勢いよく流す状態を作り出すので、目詰まりの問題はない。

図１７Ａに示すように、蓋１３４が非透過性蓋である組立品Ｅの使用は、より濃縮され、より大量の水が望まれる大きな植物及び樹木の根系への設置に適している。組立品は将来の根の成長のために調整することができるが、この用途は通常永続的である。根が成長することによってロッド網が多少移動することは、ロッド網に実質的な影響を与えない。
図１８は、水源１５０の高さが調整可能であり、供給パイプ１３６に所望量の水流を提供する受動重力システムの例を示す。代替的に、水源は任意の低圧給水でもよい。供給パイプ１３６は、剛性でも可撓性でもよく、埋設しても単に表面に置くこともでき、標準的な産業用継手と接続することもできる。

図１７Ａ及び１７Ｂに示すように、ロッド１３２を利用するパイプ様水分配構造１３０（組立品Ｅ）は、供給パイプシステムに接続され、水面下、根元領域１５６に直接設置される。水分配構造１３０は、植物の種類、用途及び水の条件によって変わる。これは、標準的な業界のパイプ継手を使用して、必要な方向にわずかに傾斜して設置される。水は表面下で直接根元領域１５６に分配される。水流はきれいな供給源から外向き（土壌ろ過用途の標準構成とは反対）に流れるため、目詰まりの問題はない。

受動毛細管灌漑システムの分配部分は、２つの主要な構成要素を含む：（ａ）ロッド網１３２；及び（ｂ）容器／包装１３４。異なる形状の容器、部分容器、包装及び容器の組み合わせを代用することができるが、基本的な構造と原理は変わらない。ロッドの形状と大きさ同様、考えられるすべての組み合わせを詳細に説明するのは現実的でない。他の可能な組み合わせに適用するものとして構造と原理を規定するのが好ましい。

（一次ろ過用途）
ロッドは、淡水化工場などの水を収集する産業におけるろ過用途としても使用することができる。多くの国で、水の瓶詰め会社は、産業用途の使用とともに、地下水を水源（井戸）として使用しており、地下水面は驚くべき速度で低下している。したがって、政府は多くの場所で地下水汲み上げを規制している。

解決策は、川から水を取り、それを土地の砂床にパイプでつなぎ、次に上記ロッド組立品でそれを集めることである。中央のパイプに供給する多くの分岐を使用して、川に直接組立品を配置することもできる。これは、コースの粒子やデブリをろ過するように機能する。
代替的に、川が沈砂池に水を供給し、水が砂床を通過し、そこで毛細管と重力が水を更にきれいにする。
堆積物のない水は、砂床でろ過された後、ロッド組立品を使用して収集することができ、そのような水は更に飲用に処理されるであろう。

（更なるテスト）
排水製品の性能は、本明細書で「オープンエリア」と呼ぶ収集に利用可能なエリアに依存する。有孔パイプシステムには、パイプ壁に切り込まれたスロットがある。スロットが大きすぎると、土壌粒子が有孔パイプシステムに侵入して蓄積し、目詰まりを引き起こすであろう。その結果生じた詰まった有孔パイプシステムは、通常、開口面積が表面積のわずか２〜３％であり得る。直径４インチのパイプでは、これは１メートルあたり約１５平方インチが水収集に利用できることを意味する。排水パイプが通常大口径である理由は、収集容量を高めるために表面積が必要なためである。砂でこの種の有孔パイプシステムをテストしたところ、４メートルのパイプ区分で毎分７．８リットルの排出速度しか得られなかった。

フーらの米国特許第５，９３４，８２８号に開示された排水ベルトなどの他の製品は、有孔パイプシステムよりも４倍以上大きい収集面積を有する。ただし、このような排水ベルトは、マイクロ水路の大きさが小さいために制限される。発明者が砂で行ったテストでは、１ベルトあたり毎分２リットルの排出速度しか得られなかった。したがって、このシステムでは、システムの容量を増やすことは、複数のベルトを一緒に追加することに依存している。

成形ロッドを利用する本発明は、大きな収集面積も有する。ロッドの様々な組立品の底全体が開いており、水を集めるために地面に露出している。収集方法と収集領域の大きさにおいて排水ベルトに類似しているが、本発明は、小さなマイクロ水路によって制限されない。代わりに、成形されたロッドの層間で水が上昇する可能性がある。更に、成形されたロッドは、収集された水にとって非常に有能な輸送機構である。組立品内の隣接するロッドは、収集と輸送の両機能で連携するため、性能は水路の大きさに制限されない。これらの要因が組み合わさって、高い収集性能、高い輸送及び排出性能を備え、目詰まりと妨害物に強い効率的な排水システムを提供する。

上記の説明では、実施例の見地から本発明を実施するための例示的な形態を説明した。ただし、特許請求の範囲はこれらの例によって制限されるべきではなく、全体として明細書と一致する最も広い解釈が与えらるべきである。したがって、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的とされるべきである。

Claims (16)

1. 水を収集又は水を輸送するためのロッドであって、
   前記ロッドが前記ロッドの長さに沿って延びる断面形状を有し、
   前記断面形状が、
   中心;
   前記中心から第１の距離の第１の表面部分；及び
   前記中心から第２の距離の第２の表面部分
   を含み、
   前記第２の距離が前記第１の距離より大きい。
2. 前記断面形状が前記中心から外向きに延びる一連の延長部を更に含む、請求項１記載のロッド。
3. 前記ロッドが：
   第１の端部及び第２の端部を有するウェブ；
   前記ウェブの前記第１の端部に接続された第１のフランジ；及び
   前記ウェブの前記第２の端部に接続された第２のフランジ
   を含む、請求項１記載のロッド
4. 前記第１のフランジ及び前記第２のフランジがいずれも内側に湾曲している、請求項３記載のロッド。
5. 前記ロッドの長さに沿ってクリンプを有する、水を収集し又は水を輸送するロッド。
6. 水を収集又は水を輸送するための組立品であって、
   前記組立品が一連のロッドを含み、前記各ロッドが、
   前記ロッドの長さに沿って延びる断面形状を有し、
   前記断面形状が：
   中心;
   前記中心から第１の距離の第１の表面部分；及び
   前記中心から第２の距離の第２の表面部分
   を含み、
   前記第２の距離が前記第１の距離より大きい。
7. 前記一連のロッド上に配置された蓋；及び
   前記蓋上に配置された埋め戻し部；
   を更に含み：
   前記一連のロッド、前記蓋及び前記埋め戻し部が溝内に配置されている、請求項６記載の組立品。
8. スロットを有するパイプ；及び
   前記一連のロッドの少なくとも上部を覆う蓋；
   を更に含み：
   前記一連のロッドの少なくとも一部が前記パイプ内に前記スロットを通過する、請求項６記載の組立品。
9. 前記一連のロッドが、
   側面;及び
   前記パイプの外側にある端部；
   を含み：
   前記蓋が前記側面及び前記端部に広がっている、請求項８記載の組立品。
10. メッシュ；及び
    前記メッシュと前記蓋の間に少なくとも１つの充填可能なセグメントを作るように、前記蓋及び前記メッシュの少なくとも２つの長さに沿って前記メッシュに接続された蓋；
    を更に含み：
    前記一連のロッドが前記少なくとも１つの充填可能なセグメント内にある、請求項６記載の組立品。
11. 前記一連のロッド上を覆う蓋を更に含み、前記組立品が円筒形である、請求項６記載の組立品。
12. 前記蓋及び前記一連のロッドの周りに巻かれたフィラメントを更に含む、請求項１１記載の組立品。
13. 一連のロッドの底部が覆われていない、請求項１１記載の組立品。
14. 前記蓋がジオテキスタイル蓋及び不浸透性蓋からなる群から選択される蓋である、請求項１１記載の組立品。
15. 前記一連のロッドの長さの周りを覆う蓋を更に含み、前記組立品が円筒形である、請求項６記載の組立品。
16. 前記組立品が標準的なパイプ継手を使用してパイプに接続可能である、請求項１０ないし１５のいずれか１項記載の組立品。

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