JP7031868B2 - 種を収集するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
本願は、2015年9月28日に出願され、“Enhanced Fog Collection with Corona Discharge”と題された米国仮特許出願第62/233,449号に対する35 U.S.C.§119(e)のもとでの優先権を主張するものであり、該米国仮特許出願は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
ガス流中に存在する種を収集する方法であって、
コレクタに対して電気的にバイアスされる、複数の荷電種を前記ガス流中で確立するステップと、
10%を上回るまたはそれと等しい収集効率で、前記コレクタにおいて前記荷電種を収集するステップと
を含む、方法。
(項目2)
ガス流中に存在する種を収集する方法であって、
電場を前記ガス流の少なくとも一部に印加するよう、少なくとも第1および第2の電極を配列し、それによって、前記第2の電極に向かって前記種を押勢し、前記ガス流から前記種の少なくとも一部を隔離するステップ
を含み、
前記第1の電極と前記第2の電極との間の最小距離は、2cm~50cmである、
方法。
(項目3)
ガス流中に存在する種を収集する方法であって、
前記ガス流内で、第1の電極および前記第1の電極に近接する第2の電極を配列するステップと、
前記ガス流中に存在する前記流体の少なくとも一部が前記第2の電極上に堆積するように、電位を前記第1の電極に印加するステップと、
前記流体を収集するステップと
を含み、
前記第1の電極と前記第2の電極との間の最小距離は、2cm~50cmである、方法。
(項目4)
ガス流中に存在する種を収集する方法であって、
前記ガス流内で、第1の電極および前記第1の電極に近接する第2の電極を配列するステップと、
前記ガス流中に存在する前記流体の少なくとも一部が前記第2の電極上に堆積するように、電位を前記第1の電極に印加するステップと、
前記電場を生成する際に印加される1Whのエネルギーにつき1リットルを上回るまたはそれと等しいエネルギー効率で前記流体を収集するステップと
を含む、方法。
(項目5)
収集システムであって、
第1の電極と、
前記第1の電極に近接して位置付けられるように構成される、第2の電極と、
少なくとも前記第1の電極と電気連通する電源と、
コレクタと
を備え、
前記システムは、電場を生成する際に印加される1Whのエネルギーにつき1リットルを上回るまたはそれと等しいエネルギー効率で、ガス流内に存在する種を収集するように構成される、収集システム。
(項目6)
前記種は、水を備える、前記項目のいずれかに記載の方法または流体収集システム。
(項目7)
前記第2の電極は、メッシュを備える、前記項目のいずれかに記載の方法または流体収集システム。
(項目8)
前記第2の電極は、平行ワイヤを備える、前記項目のいずれかに記載の方法または流体収集システム。
(項目9)
前記第1の電極は、針を備える、前記項目のいずれかに記載の方法または流体収集システム。
(項目10)
前記針の平均曲率半径は、10ミクロンを上回るまたはそれと等しい、前記項目のいずれかに記載の方法または流体収集システム。
(項目11)
前記第2の電極は、前記第1の電極の下流に位置付けられる、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目12)
前記第2の電極は、前記第1の電極の上流に位置付けられる、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目13)
前記第1の電極は、負電位で保持される、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目14)
前記第1の電極は、正電位で保持される、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目15)
前記第2の電極は、接地される、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目16)
前記第2の電極は、負電位で保持される、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目17)
前記第2の電極は、正電位で保持される、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目18)
水は、前記第1の電極に対面する前記第2の電極の表面上で収集される、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目19)
水は、前記第1の電極に対面しない前記第2の電極の表面上で収集される、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目20)
前記第1の電極と前記第2の電極との間の電位の差は、2kVを上回るまたはそれと等しく、かつ100kV未満またはそれと等しい、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目21)
前記電位を前記第1の電極に印加するステップは、空気流の少なくとも一部をイオン化するステップを含む、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目22)
前記空気流をオゾンに暴露するステップを含む、前記項目のいずれかに記載の方法。
(項目23)
オゾンが発生させられるように、前記電位を前記第1の電極に印加するステップを含む、前記項目のいずれかに記載の方法。
(項目24)
コロナ放電が、前記第1の電極によって発生させられる、前記項目のいずれかに記載の方法。
(項目25)
前記コロナ放電は、収集される前記流体の少なくとも一部を精製する、前記項目のいずれかに記載の方法。
(項目26)
第3の電極をさらに備える、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目27)
前記第3の電極は、前記第2の電極の下流に位置付けられる、項目26に記載の方法または収集システム。
(項目28)
前記第3の電極は、前記種を帯電させることが可能である、項目26-27のいずれか1項に記載の方法または収集システム。
(項目29)
種を帯電させるために使用される前記電極または構成要素は、前記種を収集するために使用される前記電場に寄与しない、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目30)
種を帯電させるために使用される前記電極または構成要素は、前記種を収集するために使用される前記電場に寄与する、項目1-28のいずれか1項に記載の方法または収集システム。
(項目31)
多孔板および接地電極の組み合わせが、前記種を帯電させるために使用される、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目32)
イオン液体のテイラーコーンが、空間電荷を発生させるために使用される、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
(項目33)
揮発性液体をエレクトロスプレーすることが、空間電荷を発生させるために使用される、前記項目のいずれかに記載の方法または収集システム。
いくつかの実施形態では、開口部の平均最小断面寸法は、平均最小断面寸法が以下によって定義されるように設計されてもよい。
Rpは、霧粒子の半径であり、
ε0は、自由空間の誘電率であり、
Vは、エミッタと電極との間の電圧差であり、
ηgは、空気の粘度であり、
Dは、エミッタと電極との間の距離である。
ε0は、自由空間の誘電率であり、
Vは、エミッタと電極との間の電圧差であり、
ηgは、空気の粘度であり、
dは、エミッタと電極との間の距離であり、
Rcは、メッシュワイヤの半径であり、
U0は、風速である。
(収集メッシュの前の放電電極)
(収集メッシュの後の放電電極)
(コレクタとしての垂直平行ワイヤ)
(電場の有無別収集率)
(「転換現象」および収集率への影響の可視化)
(単一の円筒ワイヤ上の収集)
本段階での力の平衡は、以下のように書かれることができる。
粒子が加速段階中にその終端速度に達するであろうかどうかを判定するために、以下によって求められる、粒子加速時系列が計算される。
より精密な計算は、
したがって、
Uf-U0=0.008V2であり、これは、パラメータを測定する際の不確実性を考慮して、実験値に良好に合致する。
(2つの平行円筒ワイヤ上の収集)
(メッシュ上の収集)
ηd.ηotherは、2を超える値に達し、ηdが1よりもはるかに高いことを意味する。したがって、ηdのこれらの高い値は、他の非効率性を補償し、収集システムのための非常に高い全体的効率につながり得る。
(結語)
(実験設定および手順)
(ワイヤおよびメッシュ)
本明細書および本請求項で使用されるような「1つの(aおよびan)」という不定冠詞は、明確にそれとは反対に示されない限り、「少なくとも1つの」を意味すると理解されたい。
Claims (43)
- ガス流中に存在する水分を収集する方法であって、
第1の電極を用いて、第2の電極に対して電気的にバイアスされる複数の荷電水滴を前記ガス流中で確立することであって、前記第2の電極は、コレクタを備える、ことと、
前記複数の荷電水滴を前記第2の電極に向かって押勢することであって、前記複数の荷電水滴のうちの少なくとも一部が、前記コレクタの前面および後面を通過する、ことと、
前記複数の荷電水滴のうちの少なくとも前記一部が前記コレクタの前記前面および前記後面を通過した後に、前記複数の荷電水滴のうちの少なくとも前記一部を前記コレクタの前記後面に向かって押勢することと、
10%を上回るまたはそれと等しい収集効率で、前記コレクタにおいて前記荷電水滴を収集することにより、収集された水滴を形成することであって、前記収集効率は、前記コレクタと同一の面積を伴う非摂動流管中での水滴収集の割合と前記コレクタを通って流動する水滴の割合との比として定義される、ことと
を含む、方法。 - ガス流中に存在する水分を収集する方法であって、
電場を前記ガス流の少なくとも一部に印加するよう、少なくとも第1の電極と、コレクタを備える第2の電極とを配列し、それによって、前記コレクタの前面および後面に向かって水滴を押勢し、前記ガス流から前記水滴の少なくとも一部を隔離すること
を含み、
前記第1の電極と前記第2の電極との間の最小距離は、2cm~50cmである、方法。 - ガス流中に存在する水分を収集する方法であって、
前記ガス流内で、第1の電極および前記第1の電極に近接するコレクタを備える第2の電極を配列することと、
前記ガス流中に存在する水滴の少なくとも一部が前記コレクタの前面および後面上に堆積するように、電位を前記第1の電極に印加することと、
前記水滴をコレクタ上に収集することと、
前記水滴を、前記水滴が収集された前記コレクタの部分から前記コレクタの異なる部分に指向することと
を含み、
前記第1の電極と前記第2の電極との間の最小距離は、2cm~50cmである、方法。 - ガス流中に存在する水分を収集する方法であって、
前記ガス流内で、第1の電極および前記第1の電極に近接するコレクタを備える第2の電極を配列することと、
前記ガス流中に存在する水滴の少なくとも一部が前記コレクタの前面および後面上に堆積するように、電位を前記第1の電極に印加することと、
前記電位を印加する際に印加される1kWhのエネルギーにつき1リットルを上回るまたはそれと等しいエネルギー効率で前記水滴を収集することにより、収集された水滴を形成することと
を含む、方法。 - 水分を収集するための流体収集システムであって、
第1の電極と、
前面および後面を有するメッシュを備えるコレクタと、
前記第1の電極に近接して位置付けられるように構成される前記コレクタの少なくとも一部を備える第2の電極と、
少なくとも前記第1の電極と電気連通する電源と
を備え、
前記収集システムは、前記第2の電極を用いて電場を生成する際に印加される1kWhのエネルギーにつき1リットルを上回るまたはそれと等しいエネルギー効率で、前記メッシュの前記前面および前記後面上にガス流内に存在する水滴を収集するように構成される、流体収集システム。 - 前記第2の電極は、メッシュを備える、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の電極は、平行ワイヤを備える、請求項1~4、6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の電極は、針を備える、請求項1~4、6~7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記針の平均曲率半径は、10ミクロンを上回るまたはそれと等しい、請求項8に記載の方法。
- 前記第2の電極は、前記第1の電極の下流に位置付けられる、請求項1~4、6~9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の電極は、前記第1の電極の上流に位置付けられる、請求項1~4、6~10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の電極は、負電位で保持される、請求項1~4、6~11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の電極は、正電位で保持される、請求項1~4、6~12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の電極は、接地される、請求項1~4、6~13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の電極は、負電位で保持される、請求項1~4、6~14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の電極は、正電位で保持される、請求項1~4、6~15のいずれか一項に記載の方法。
- 水滴が前記第1の電極に対面する前記第2の電極の表面上で収集される、請求項1~4、6~16のいずれか一項に記載の方法。
- 水滴が前記第1の電極に対面しない前記第2の電極の表面上で収集される、請求項1~4、6~17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の電極と前記第2の電極との間の電位の差は、2kVを上回るまたはそれと等しく、かつ100kV未満またはそれと等しい、請求項1~4、6~18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記電位を前記第1の電極に印加することは、前記ガス流の少なくとも一部をイオン化することを含む、請求項1~4、6~19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ガス流をオゾンに暴露することを含む、請求項1~4、6~20のいずれか一項に記載の方法。
- オゾンが発生させられるように、前記電位を前記第1の電極に印加することを含む、請求項1~4、6~21のいずれか一項に記載の方法。
- コロナ放電が、前記第1の電極によって発生させられる、請求項1~4、6~22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記コロナ放電は、収集される前記水分の少なくとも一部を精製する、請求項1~4、6~23のいずれか一項に記載の方法。
- 第3の電極をさらに備える、請求項1~4、6~24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第3の電極は、前記第2の電極の下流に位置付けられる、請求項25に記載の方法。
- 前記第3の電極は、前記水滴を帯電させることが可能である、請求項25~26のいずれか1項に記載の方法。
- 水滴を帯電させるために使用される前記電極または構成要素は、前記水滴を収集するために使用される前記電場に寄与しない、請求項1~4、6~27のいずれか一項に記載の方法。
- 水滴を帯電させるために使用される前記電極または構成要素は、前記水滴を収集するために使用される前記電場に寄与する、請求項1~4、6~27のいずれか1項に記載の方法。
- 多孔板および接地電極の組み合わせが、前記水滴を帯電させるために使用される、請求項1~4、6~29のいずれか一項に記載の方法。
- イオン液体のテイラーコーンが、空間電荷を発生させるために使用される、請求項1~4、6~30のいずれか一項に記載の方法。
- 揮発性液体をエレクトロスプレーすることが、空間電荷を発生させるために使用される、請求項1~4、6~31のいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数の荷電水滴を前記ガス流中で確立することは、第1の電極を使用してコロナ放電を提供することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記コレクタは、前記第1の電極の下流に位置付けられ、前記コレクタは、前面および後面を備える、請求項1または請求項33に記載の方法。
- 前記収集するステップは、100%を上回るまたはそれと等しい堆積効率を含む、請求項1または33~34のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の電極は、前面および後面を有するメッシュを備える、請求項2~3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ガス流中に存在する前記水滴の少なくとも一部は、前記メッシュの前記前面および前記後面上に堆積する、請求項2~3または36のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法は、前記収集された水滴を、前記収集された水滴が収集された前記コレクタの部分から溝に指向することを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法は、前記収集された水滴を重力によって飛散させることを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法は、前記収集された水滴を合体させて、より大きな液滴にすることを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 溝をさらに備え、前記収集システムは、収集された水滴を前記溝に指向するように構成されている、請求項5に記載の収集システム。
- 前記収集システムは、収集された水滴を重力によって飛散させるように構成されている、請求項5に記載の収集システム。
- 前記水滴は、100%を上回るまたはそれと等しい堆積効率で堆積する、請求項3に記載の方法。
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