JP5829694B2 - 大気から水を回収するための風力の使用 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (10)
- 水蒸気を運ぶ高湿度の気流にさらされる、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、当該少なくとも二つの角状チューブは、当該高湿度の気流が流れる方向において第一乃至最後の順に配置され、それぞれの角状チューブ前に流れる気流がそれぞれ第一乃至最後の角状チューブに対応する気流として規定され、
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、層状の気流を与える形状を有しており、
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、
前記高湿度の気流は第一の角状チューブに対応する気流を含み、
前記角状チューブのそれぞれは、当該角状チューブに対応する気流を、次の角状チューブに対応する気流へ変換し、
各角状チューブについて、前記角状チューブに対応する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、前記角状チューブに対応する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、連続性の原理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、一緒になって次の角状チューブに対応する気流を作り出し、
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、次の角状チューブに対応する気流の内側部分を作り出し、
前記新たな流出気流が、次の角状チューブに対応する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角状チューブから流出する、最後の角状チューブに対応する気流の内側部分は、高速の流出気流を含み、
第一の角状チューブに対応する気流の一部は、連続性の原理によって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角状チューブに対応する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角状チューブに対応する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する、
気流収束装置。 - 請求項1の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。 - 請求項1の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。 - 請求項1の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。 - 請求項1の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。 - 請求項1の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。 - 請求項1の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。 - 請求項1の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。 - 水蒸気を運ぶ高湿度の気流にさらされる、水凝集装置であって、
前記水凝集装置は、請求項1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気流を含み、当該気流収束装置の周囲を流れ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、当該気流収束装置の周囲を流れ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、前記気流収束装置の周囲を流れる気流をコアンダ効果により引き込み、連続性の原理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気流収束装置の周囲を流れる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気流収束装置の周囲を流れる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。 - 発電装置であって、
請求項1記載の気流収束装置と、
前記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)の後に配置された風力タービン、とを備える、発電装置。
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