JP2022503627A - 水安定化による低重力水捕捉装置 - Google Patents
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Abstract
Description
装置空気体積(ft3)/時間当たり空気体積(ft3/秒)=装置内の全ての空気が新しい空気に入れ替わる為の平均時間(秒)
We=(空気の動圧)/(水の毛細管圧)
We=(空気の運動エネルギ)/(水の界面エネルギ)
水の安定を達成する為には、ウェーバ数は、約8から約12の範囲であってよい。
Vair 2×D<~20×ft3/s2
内角α1、α2、α3が小さくなることも、細流1124を安定化しうる。内角α1、α2、α3が小さくなることは、水滴1122に毛細管力を引き起こしうる。毛細管力は、細流1124の安定を保ちうる。内角α1、α2、α3が小さくなることによって、リザーバ1126の方向のポテンシャルが減っていくことも可能であり、リザーバ1126には、水滴1122によって集水プール1128が形成される。
方法1300では、水を多く含んだ空気を半閉鎖環境に集めてよい(1302)。水を多く含んだ空気は、ファン及び/又は重力のような強制機能によって半閉鎖環境に強制的に入れられてよい。半閉鎖環境は低重力水分離器で構成されてよい。
Claims (34)
- 空気流から水滴を分離する装置であって、
細長管であって、
第1の端部と、
第2の端部と、
長手軸と、
内面と、
前記細長管の前記第1の端部にある入口開口部であって、前記長手軸に対して接線方向に前記空気流を受け入れるように配置された前記入口開口部と、
前記細長管の前記第2の端部にある出口開口部と、
を含む前記細長管と、
前記細長管の第2の端部に位置するリザーバと、
前記細長管内に位置するらせん構造であって、
上面と、
前記上面の反対側に配置された下面と、
外側エッジと、
前記細長管の長さ方向の可変ピッチであって、前記細長管の内壁と前記らせん構造の前記上面との間の内角が可変である前記可変ピッチと、
を含む前記らせん構造と、
を含む装置。 - 前記細長管の前記第2の端部に位置して、前記長手軸と同軸に配置された内部中空円筒を更に含み、前記内部中空円筒は第1の空気流路を定義し、前記リザーバは、少なくとも一部が、前記内部中空円筒の外面と前記細長管の前記内面との間で定義され、前記リザーバは第2の空気流路を定義する、請求項1に記載の装置。
- 前記リザーバは、前記細長管の外側に位置するリザーバチャンバを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記らせん構造は前記リザーバチャンバ内で終わる、請求項3に記載の装置。
- 前記らせん構造の表面及び前記細長管の内壁に集められた水滴を前記リザーバチャンバの底部に誘導する為に、前記リザーバ内に位置する複数のベーンを更に含む、請求項3に記載の装置。
- 前記リザーバチャンバの前記底部に形成された水出口開口部を更に含む、請求項5に記載の装置。
- 前記リザーバの前記底部に沿って前記複数のベーン及び前記らせん構造のそれぞれに形成された少なくとも1つのバイアを更に含み、隣接ベーン及び前記らせん構造にある前記バイアは互いにオフセットしている、請求項6に記載の装置。
- 前記リザーバチャンバは、第1の断面積を有する入口部と、前記第1の断面積より大きい第2の断面積を有する収集部と、を含む、請求項3に記載の装置。
- 前記リザーバチャンバの前記入口部は、前記細長管から接線方向に出ている流路を備える、請求項8に記載の装置。
- 前記第2の空気流路は空気流オリフィスを含み、前記空気流オリフィスは、前記第2の空気流路を通る空気流の体積を制御するようにサイズが決められる、請求項2に記載の装置。
- 前記第1及び第2の空気流路は、前記内部中空円筒の下流で一緒になってから、前記細長管の前記出口開口部を出ていく、請求項2に記載の装置。
- 前記内部中空円筒は、
入口開口部と、
出口開口部と、
外面と、
前記外面から半径方向外向きに広がるリップと、
を含む、請求項2に記載の装置。 - 前記細長管内で、前記細長管の前記内面から間隔を空けて前記内部中空円筒を支持するように構成された内部円筒支持物を更に含み、前記内部円筒支持物はらせん形状を有し、前記リザーバの面を定義する、請求項2に記載の装置。
- 前記細長管は、前記入口開口部を定義する入口構造と、前記出口開口部を定義する出口構造と、前記入口構造と前記出口構造との間を延びる中間セクションと、を含み、前記入口構造と前記中間セクションとの間の境界面、並びに前記出口構造と前記中間セクションとの間の境界面は、なだらかな起伏のある面を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記なだらかな起伏のある面は、球面ジョイントを定義する凹面及び凸面の少なくとも一方を含む、請求項14に記載の装置。
- 前記第2の空気流路は、前記細長管の外側に位置する戻り管を含み、前記戻り管は少なくとも第1及び第2の管セグメントを含み、前記第1及び第2の管セグメントはスリップジョイントで接続されている、請求項2に記載の装置。
- 前記第1及び第2の管セグメントの少なくとも一方がL字形である、請求項16に記載の装置。
- 前記リザーバ内に位置する前記複数のベーンのうちの少なくとも1つのベーンが、前記装置の前記長手軸に平行に、垂直方向に配置されている、請求項5に記載の装置。
- 空気流から水滴を分離する装置であって、
第1の端部と第2の端部と内面とを有する細長ハウジングと、
前記第1の端部に位置して、前記空気流を受け入れるように構成された入口開口部を定義する入口構造と、
前記第2の端部に位置して、出口開口部を定義する出口構造と、
前記細長ハウジングの前記第2の端部に位置して、水を集めるように構成されたリザーバと、
前記細長ハウジング内に位置するらせん構造と、
前記出口開口部と流体連通結合された第1の空気流路と、
前記第1の空気流路から離れていて、前記出口開口部と流体連通結合されている第2の空気流路であって、一部が前記リザーバによって定義される前記第2の空気流路と、
を含む装置。 - 前記リザーバはリザーバチャンバを含み、前記リザーバチャンバは前記細長管の外側に位置し、前記リザーバチャンバは前記第2の空気流路の一部を定義する、請求項1に記載の装置。
- 前記らせん構造は、
上面と、
前記ハウジングの長さ方向の可変ピッチであって、前記ハウジングの内壁と前記らせん構造の前記上面との間の内角が可変である前記可変ピッチと、
前記ハウジングの前記第1の端部にある初期らせんピッチであって、前記入口開口部に入る前記空気流に乱流を引き起こす前記初期らせんピッチと、
前記空気流中の水滴の、前記空気流からの分離を引き起こす中間らせんピッチと、
を含む、請求項19に記載の装置。 - 水捕捉装置を組み立てる方法であって、
水捕捉装置を用意するステップであって、前記水捕捉装置は、細長管と、前記細長管の第1の端部に位置して、水を多く含んだ空気流を前記水捕捉装置に受け入れるように構成された入口開口部を定義する入口構造と、前記細長管の第2の端部に位置して、出口開口部を定義する出口構造と、前記細長管の内部に位置するらせん構造と、前記細長管内の水を多く含んだ空気流から分離された水を集めるように構成されたリザーバと、を有する、前記用意するステップと、
第1のジョイントにおいて前記入口構造を前記細長管に固定し、第2のジョイントにおいて前記出口構造を前記細長管に固定するステップであって、前記第1及び第2のジョイントはそれぞれが少なくとも1つの、なだらかな起伏のある面を有する、前記固定するステップと、
を含む方法。 - 3D印刷を使用して前記細長管、前記入口構造、及び前記出口構造を成形するステップを更に含む、請求項22に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの、なだらかな起伏のある面は、球状面、半球状面、又は弧状面として形成されている、請求項22に記載の方法。
- 前記水捕捉装置は更に、前記出口開口部と流体連通結合された第1及び第2の空気流路を含み、前記第2の空気流路は少なくとも一部が第1及び第2の管セグメントによって定義され、前記方法は、前記第1の管セグメントと前記第2の管セグメントとをスリップジョイントで互いに固定するステップを含む、請求項22に記載の方法。
- 水捕捉装置は更に、前記リザーバ内に位置する少なくとも1つのベーンを含み、少なくとも1つのベーンを前記らせん構造と位置合わせする為に、前記第1及び第2の管セグメントが互いに対して且つ前記細長管に対して調節可能である、請求項25に記載の方法。
- 前記水捕捉装置は更に、前記出口開口部と流体連通結合された第1及び第2の空気流路を含み、前記第2の空気流路はオリフィスを含み、前記方法は、前記オリフィスのサイズを調節して、前記第2の空気流路を通る空気流量を制御するステップを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記第1及び第2のジョイントの成形は、部分的には、少なくとも1つの、なだらかな起伏のある面に未硬化樹脂を塗布し、その後、前記樹脂を硬化させることによって行われる、請求項22に記載の方法。
- 水を多く含んだ空気流から水を分離する方法であって、
前記水を多く含んだ空気流を水捕捉装置のらせん状チャネルに送達するステップであって、前記らせん状チャネルはその長さ方向に可変ピッチを有する、前記送達するステップと、
前記らせん状チャネル内で前記水を多く含んだ空気流から水を分離するステップと、
前記水をリザーバに集めるステップであって、前記リザーバは複数のベーンを含む、前記集めるステップと、
前記水を多く含んだ空気流を第1の空気流と第2の空気流とに分割するステップであって、前記第2の空気流は前記リザーバを通り抜ける、前記分割するステップと、
前記第2の空気流が前記リザーバを通り抜けた後に前記第1の空気流と前記第2の空気流とを一緒にするステップと、
前記一緒にした空気流を前記水捕捉装置から排出するステップと、
前記リザーバから前記水を取り出すステップと、
を含む方法。 - 前記水を多く含んだ空気流から水滴を分離することは、前記水を多く含んだ空気流を前記らせん状チャネルの1つ以上の面に接触させるステップを含み、前記方法は更に、前記分離された水滴を前記らせん状チャネルの前記1つ以上の面から前記リザーバに集めるステップを含む、請求項29に記載の方法。
- 前記第2の空気流を使用して前記リザーバ内の前記水を安定させるステップ
を更に含む、請求項29に記載の方法。 - 前記水捕捉装置は、前記らせん状チャネルの一部を定義するらせん構造を含み、前記らせん構造は前記リザーバ内まで連続的に延びる、請求項29に記載の方法。
- 前記水捕捉装置は、前記らせん状チャネルを収容する細長管を含み、前記リザーバの一部分が前記細長管の外側に延び、前記リザーバの前記一部分は、前記第2の空気流が前記細長管から接線角度で出る際に通る空気チャネルを定義する、請求項29に記載の方法。
- 前記水を多く含んだ空気流を前記らせん状チャネルに送達する前記ステップは、前記水を多く含んだ空気流を前記水捕捉装置の長手軸に対して接線角度で送達することを含む、請求項29に記載の方法。
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