(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体（２５５）を輸送し、そして流体（２５５）の流れ（１１４）の速度を増加させるための自己調整式圧力パイプ（１１０）であって、前記自己調整式圧力パイプ（１１０）の内部の圧力を低下または増加させることによって流体（２５５）の量または流体（２５５）の粘度に応答するように構成され、前記圧力パイプは、軸方向に位置する中央通路（１３２２）を形成する円筒状の内側壁（２１０）を有し、前記中央通路（１３２２）は、前記中央通路を通過する流体の流れ（１１４）に対し上流部分（１１６）と下流部分（１１８）を有し、前記自己調整式圧力パイプ（１１０）は、
前記パイプ内に配置され、そして第１端部および第２端部（１２２）を有する、実質的に一定な幅の、第１の複数の離間されたアーチ形羽根（１２０）を有し、
前記第１端部は、前記自己調整式圧力パイプ（１１０）の前記内側壁に固定的に取り付けられ、そして前記第２端部（１２２）は、自由端部であり、且つ前記第１端部から内側に離間され、
前記アーチ形羽根（１２０）は、前記内側壁（２１０）から内側に突出し、そして第１の渦巻き状螺旋部に形成され、前記アーチ形羽根（１２０）の曲率は、前記内側壁の曲率と実質的に同じであり、前記アーチ形羽根（１２０）は、渦の接線成分を流体の流れ（２５２，１１４）に与えるように構成され、それにより低圧の孔（２５６，２５６ａ，２５６ｂ）を有する渦が前記中央通路（１３２２）の中心に形成され、それによって、前記中央通路（１３２２）を通る流体の流れ（１１４）を妨げる又は制限する成分がないことを前提として、流体（２５５）が中央通路（１３２２）の孔（２５６，２５６ａ，２５６ｂ）を通って前記上流部分（１１６）から前記下流部分（１１８）に移動するときの流体の流れ（２５２，１１４）の軸方向速度を増加させ、
前記低圧の孔（２５６，２５６ａ，２５６ｂ）は、前記中央通路（１３２２）を流れる流体（２５５）の量または流体の粘度に応答して拡張または収縮する能力を有し、それにより、自己調整式圧力パイプ（１１０）内の圧力が低下または増加し、
ここにおいて前記自己調整式圧力パイプ（１１０）は、前記第１の複数の離間されたアーチ形羽根の下流（１１８）のパイプ内に配置され、前記第１の複数の離間されたアーチ形羽根（１２０）に実質的に類似した構成の、実質的に一定な幅の第２の複数の離間されたアーチ形羽根（１２０）をさらに有し、
前記第２の複数の離間されたアーチ形羽根（１２０）は、低圧の孔を有する渦が中央通路（１３２２）の中心で続くように、渦の接線成分を流体の流れに与えるように構成され、それによって、流体が前記中央通路（１３２２）の孔を通って上流部分（１１６）から下流部分（１１８）に移動するときの流体の流れの軸方向速度が増加する、
ことを特徴とする自己調整式圧力パイプ。
【請求項２】
ｎが、前記第１の複数の離間されたアーチ形羽根（１２０）の第１の数であり、前記第１の渦巻き状螺旋部に形成された前記第１の複数の離間されたアーチ形羽根（１２０）の前記第２端部（１２２）は、前記第２端部が互いから実質的に３６０度／ｎの位置にある構成で、前記第１の渦巻き状螺旋部の上流端部（１１６）に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の自己調整式圧力パイプ（１１０）。
【請求項３】
前記ｎが偶数であることを特徴とする、請求項２に記載の自己調整式圧力パイプ（１１０）。
【請求項４】
前記ｎが、４、６、８、１０、１２、および１４から成る群から選択されることを特徴とする、請求項３に記載の自己調整式圧力パイプ。
【請求項５】
前記第２の複数の離間されたアーチ形羽根（１２０）が、第１端部および第２端部（１２２）を有し、前記第１端部が、自己調整式圧力パイプ（１１０）の内側壁（２１０）に固定的に取り付けられ、そして前記第２端部（１２２）が、自由端部であり且つ前記第１端部から内側に離間され、
前記アーチ形羽根（１２０）が、前記内側壁（２１０）から内側に突出して、第２の渦巻き状螺旋部に形成され、前記第２の複数の離間されたアーチ形羽根（１２０）の曲率は、前記内側壁（２１０）の曲率と実質的に同じであり、
ここにおいて前記第２の渦巻き状螺旋部の上流端部（１１６）にある前記第２の複数の離間されたアーチ形羽根（１２０）の第２端部（１２２）は、前記第１の渦巻き状螺旋部の上流端部（１１６）にある前記第１の複数の離間されたアーチ形羽根（１２０）の第２端部（１２２）と一列に並ばない、
ことを特徴とする、請求項１に記載の自己調整式圧力パイプ（１１０）。
【請求項６】
前記流体（２５５）が、気体、液体、および気体と液体の二相混合物から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の自己調整式圧力パイプ（１１０）。
【請求項７】
前記第１の複数の離間されたアーチ形羽根（１２０）が、くぼみが付けられた前記円筒状の内側壁（２１０）の一部分内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の自己調整式圧力パイプ（１１０）。
【請求項８】
前記第２の複数の離間されたアーチ形羽根（１２０）が、有孔材料（２１２）からなる前記円筒状の内側壁（２１０）の一部分内に配置され、前記有孔材料（２１２）の外側表面が、中実の外部壁（１１２，７１２）に少なくとも部分的に覆われていることを特徴とする、請求項１に記載の自己調整式圧力パイプ（１１０）。
【請求項９】
前記円筒状の内側壁（２１０）の一部分が、少なくとも二層の有孔材料（２１２）からなり、前記少なくとも二層の有孔材料（２１２）における有孔材料（２１２）が、三角形の孔（８１２ａ，８１２ｂ）を有し、前記少なくとも二層の有孔材料（２１２，７１０ａ，７１０ｂ）の一層における三角形の孔（８１２ａ，８１２ｂ）が、前記少なくとも二層の有孔材料（２１２）の第２層における三角形の孔（８１２ａ，８１２ｂ）と実質的にアライメントされない、ことを特徴とする、請求項８に記載の自己調整式圧力パイプ（１１０）。
【請求項１０】
前記中央通路（１３２２）の前記出口（５２２，６１０）がフランジ形（６１０）であることを特徴とする、請求項５に記載の自己調整式圧力パイプ（１１０）。
【請求項１１】
流体（２５５）を輸送する方法であって、前記方法は、
流体（２５５）の流れ（１１４）の速度を増加させるための、及び自己調整式圧力パイプ（１３００，１１０）の内部の圧力を低下または増加させることによって流体（２５５）の量または流体（２５５）の粘度に応答するように構成される、自己調整式圧力パイプ（１３００，１１０）を提供するステップを有し、
前記自己調整式圧力パイプは、請求項１に記載のパイプである、
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記流体（２５５）が油であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年９月２１日出願の、米国仮特許出願第６１／７０４，２０６の利益を主張し、その教示は、その全体が引用によって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
パイプラインシステムによって、例えば、原油、精製油、天然ガス、水を含む多くの様々なタイプの流体を、遠くまで輸送することができる。数千マイルの油およびガソリンのパイプラインが、米国を縦横に通っており（ｃｒｉｓｓｃｒｏｓｓ）、油井を、港に、精油所に、および主要な配給所につなげている。
【０００３】
パイプ壁に対する摩擦は、パイプラインを通って流れる液体の速度を遅らせ、それ故、液体の圧力を上昇させるために、ポンプ場が必要とされる。この摩擦のレベルを低下させ且つパイプラインを通る油などの液体の流れを早めるシステムおよび方法に対するよく認識された必要性が存在する。
【０００４】
環境に関連して、水域を汚染する油漏れを洗浄するための改善されたシステムおよび方法も必要とされている。別の環境的問題は、水力発電および蒸気タービン両方の効率を上げる必要性があるということである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、とりわけ、以下を単独でまたは組み合わせて含む。本発明の一実施形態は、流体の流れの速度を増加させるための自己調整式圧力パイプであって、その自己調整式圧力パイプの内部の圧力を低下または増加させることによって流体の量または流体粘度に応答するように構成され、その圧力パイプは、軸方向に位置する中央通路を形成する円筒状の内側壁を有し、中央通路は、中央通路を通過する流体の流れに対し上流部分と下流部分を有し、自己調整式圧力パイプは、パイプ内に配置され、そして第１端部および第２端部を有する、実質的に一定な幅の、第１の複数の離間されたアーチ形羽根を有し、第１端部は、自己調整式圧力パイプの内側壁に固定的に取り付けられ、そして第２端部は、自由端部であり、且つ第１端部から内側に離間され、アーチ形羽根は、内側壁から内側に突出し、そして第１の渦巻き状の螺旋部に形成され、アーチ形羽根の曲率は、内側壁の曲率と実質的に同じであり、アーチ形羽根は、渦の接線成分を流体の流れに与えるように構成され、それにより低圧の孔を有する渦が中央通路の中心に形成され、それによって、中央通路を通る流体の流れを妨げる又は制限する成分がないことを前提として、流体が中央通路の孔を通って上流部分から下流部分に移動するときの流体の流れの軸方向速度を増加させ、
低圧の孔は、中央通路を流れる流体の量または流体の粘度に応答して拡張または収縮する能力を有し、それにより、自己調整式圧力パイプ内の圧力が低下または増加する、ことを特徴とする自己調整式圧力パイプ、である。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、流体を輸送する方法であって、その方法は、
流体の流れの速度を増加させるための、及び内部の圧力を低下または増加させることによって流体の量または流体粘度に応答するように構成された、自己調整式圧力パイプを提供するステップを有し、その自己調整式圧力パイプは、軸方向に配置された中央通路を形成する円筒状の内側壁を有し、その中央通路は、中央通路を通過する流体の流れに対し上流部分および下流部分を有し、自己調整式圧力パイプは、パイプ内に配置され、そして第１端部および第２端部を有する、実質的に一定な幅の、第１の複数の離間されたアーチ形羽根を有し、
第１端部は、自己調整式圧力パイプの内側壁に固定的に取り付けられ、そして第２端部は、自由端部であり、且つ第１端部から内側に離間され、アーチ形羽根は、内側壁から内側に突出し、そして第１の渦巻き状の螺旋部に形成され、アーチ形羽根の曲率は、内側壁の曲率と実質的に同じであり、アーチ形羽根は、渦の接線成分を流体の流れに与えるように構成され、それにより低圧の孔を有する渦が中央通路の中心に形成され、それによって、中央通路を通る流体の流れを妨げる又は制限する成分がないことを前提として、流体が中央通路の孔を通って上流部分から下流部分に移動するときの流体の流れの軸方向速度を増加させ、低圧の孔は、中央通路を流れる流体の量または流体の粘度に応答して拡張または収縮する能力を有し、それにより、自己調整式圧力パイプ内の圧力が低下または増加し；その方法はさらに、 流体を中央通路の上流部分へと加える又は注入するステップと；および 流体が中央通路を通って流れるのを可能にし、中央通路の中心に低圧の孔を有する渦を形成し、それによって、流体が中央通路の孔を通って上流部分から下流部分に移動するときに流体の流れの軸方向速度を増加させ、それにより、流体の軸方向速度を増加させ且つ流体を自己調整式圧力パイプを通過して輸送するステップと；を有することを特徴とする方法、である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の前述の及び他の目的、特徴および利点は、同様の参照符号が異なる図の全体にわたる同一の部分を指す、添付の図面で例証されるように、以下の本発明の例示の実施形態のより具体的な記載から明白となる。図面は、必ずしも実寸法が反映されておらず、代わりに、本発明の原理を例証することに重点が置かれている。
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態による内部アーチ形羽根を有するパイプの一部分の斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態によるパイプの一部分の断面図であり、４つの自由（ｆｒｅｅ）羽根端部を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施形態によるパイプの断面図の略図であり、４つの自由羽根縁部の各々を示し、羽根の上の流体の移動の方向を示す矢印を伴う。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ｂで示される羽根の上の流体の運動による、図２Ｂで示されるパイプの中心における流体質量（ｆｌｕｉｄ ｍａｓｓ）に対する螺旋運動の誘導の略図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の実施形態による中央孔の自己調整圧力効果の略図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明の実施形態による、図２Ｂで示されるパイプおよび流体移動の略図であり、各羽根の一方の側におけるより高い流体の濃度を表わす点を追加した図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、本発明の実施形態による、図２Ｂおよび２Ｅで示されるパイプおよび流体移動の略図であり、中央孔において示される回転する流体質量を追加した図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態による、内部に羽根が付けられた部分がある距離離されて連なる一連のパイプを示す側面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施形態による羽根が付けられたパイプ中の流体の流れの静圧シミュレーションを示す図であり、羽根の背面側の低圧を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施形態による羽根が付けられたパイプ中の流体の流れの流動速度ベクトルを示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａで示されるパイプの一部分の拡大図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施形態による、内部アーチ形羽根を有するパイプを囲む、蒸気のジャケットを有しているパイプの一部分の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａで示されるパイプの一一部分の断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ｂで描写されるパイプのより大きな一部分の断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施形態による、フランジ形出口を有するパイプの側面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａで描写されるパイプの側面図であり、油と水の分離プロセスにおけるその使用を示す。
【図７】図７は、本発明の実施形態による、固体材料で少なくとも一部分的に覆われた２つの有孔材料を含む壁の一部分を有している、羽根付パイプを示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の実施形態による、図７に描写される羽根付パイプの部分的な構造を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａで示されるパイプの一部分の拡大図である。
【図９】図９は、４本の異なるパイプ中の気体状流体の流速に対する相対圧力のグラフであり、ここで各パイプは、本発明の実施形態による２つの部分を有している。
【図１０】図１０は、発電機のタービンに向かう水の流れを加速するため、本発明の実施形態によるパイプを使用する方法を概略的に表わす図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態による、水を加熱して蒸気に変えるための熱源上に吊るされた複数のアーチ形羽根付パイプ、および蒸気をタービンに導くアーチ形羽根付パイプの使用方法を示す略図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の実施形態による、内部にアーチ形羽根付部分を有するロケットの略図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、複数のブースターを有するロケットの略図であり、ここでロケットおよびブースターの両方は、内部にアーチ形羽根付部分を有する。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態による精製および粒子分離のための、アーチ形羽根と有孔壁部分を有しているループ式の管状システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の好ましい実施形態が以下に続く。本発明の特定の実施形態が、本発明を限定するものとしてではなく、例示によって示されることが理解されるだろう。最初に、本発明は、最も広範囲な全体の態様において記載されており、より詳細な記載が続く。本発明の構造および方法の特徴および他の詳細は、請求項でさらに指摘されるだろう。
【００１０】
用語「約」は、本明細書で使用されるように、例えば、現実世界の測定または操作の手順を介して；これらの手順における故意でない誤差を介して；組成物または試薬の製造者、ソースまたは純度の違いを介して；などによって生じ得る数量の変化を指す。典型的に、用語「約」は、本明細書で使用されたように、記載された値の１／１０多い又は少ない値または値の範囲、例えば±１０％を意味する。例えば、約３０％の濃度値は、２７％から３３％の間の濃度を意味し得る。用語「約」はまた、先行技術によって実施された既知の値を包含しない限り、当業者によって同等であると認識されるであろう変化を指す。用語「約」から始まる各々の値または値の範囲はまた記載された値または値の範囲の実施形態を包含するように意図される。用語「約」によって修飾されても、またはされなくても、請求項で指定される数値は、指定された値と同等の値、例えば、生じ得るそのような値の数値の変動を含むが、しかし当業者によって同等であると認識されるだろう。
【００１１】
本明細書の記載および請求項の全体にわたって、用語「からなる（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」およびそれらの変化形は、「限定されないが〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」を意味し、他の部分、添加物、成分、整数または工程を除外するようには意図されない（およびそれらを除外しない）。本明細書の記載および請求項の全体にわたって、文脈がそうでないことを必要としない限り、単数形は複数形を包含する。特に、不定冠詞が使用される場合、文脈がそうでないことを必要としない限り、本明細書は、単数および複数を予期するもの（ｃｏｎｔｅｍｐｌａｔｉｎｇ）として理解されるべきである。
【００１２】
本発明の特定の態様、実施形態または例とともに記載される、特徴、整数、および特性は、本発明と矛盾しない限り、本明細書に記載される他の態様、実施形態または例に適用可能であると理解されるべきである。（付随の請求項および要約書を含む）本明細書で開示された特徴のすべて、及び／又は開示された任意の方法またはプロセスのステップのすべては、このような特徴及び／又はステップの少なくとも幾つかが相いれない組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせられ得る。本発明は、任意の前述の実施形態の詳細に制限されない。本発明は、（付随の請求項および要約書を含む）本明細書で開示された特徴の任意の新規の１つ、または任意の新しい組み合わせ、あるいは開示された任意の方法またはプロセスのステップの任意の新規の１つ、または任意の新しい組み合わせにまで及ぶ。
【００１３】
本発明は、粒子分離のために、及び／又は混合物中で非混和性液を分離するために、特に非常に遠距離にわたる、パイプまたはチューブを通る流体の軸方向速度を増加させるための装置および方法に関する。開示された主題の発明者は、パイプを通る流体の軸方向速度を増加させるためのシステムを見つけるために多くの研究を立案した。多くの螺旋状羽根システムが、試験に選択され、各システムは、パイプを通る流体の流れを制限または妨害する成分を有していなかった。これらから、本明細書に開示された特定のシステムは、予期しない、著しい速度の増加をもたらし、発明者が知る限りでは、以前に使用されたことはない。
【００１４】
本明細書には、気体、液体、および気体と液体の二相混合物から選択される流体などの流体の摩擦を減少させ、そして流体の軸方向速度を増加させ、それによりパイプを通る流体の輸送を加速するために使用され得る、羽根が付けられた又はフィンが付けられたパイプシステムが開示される。例えば、開示されるシステムは、パイプライン中の油の輸送を加速するために使用され得る。羽根が付けられたシステムの実施形態はまた、油と水のような液体混合物の非混和性成分、または異なる比重の流体を分離するために使用され得る。システムの別の実施形態においては、該システムは、粒子分離システムまたは精製システムとして使用され得る。
【００１５】
開示されたパイプシステムは、水の流速を増加させるために使用され得る。例えば、羽根付システムの実施形態は、水力タービンへの水流の速度を増加させることによって、水力発電またはマイクロ水力発電で使用され得る。マイクロ水力発電は、典型的に、水の下方への自然な流れのみを使用して、最大１００キロワットの電気を生成し、電気を一軒家または小さなコミュニティーに供給することができるか、または電力ネットワークに接続することができる、小規模電力システムである。別の実施形態では、開示されたシステムは、ロケット、ミサイル、またはジェットにおいて推力を増加させるために使用され得る。
【００１６】
本発明の一実施形態は、チャネル、チューブまたはパイプを通る流体の流れの軸方向速度を増加させるための、自己調整式圧力パイプである。本明細書で使用される圧力パイプに関する用語「自己調整の」は、パイプ中の羽根が、自己調整式圧力パイプ内の圧力を低下または増加させることによって、パイプ中の中央通路を通る、流体の量、流体の粘性に対応するように構成されることを意味する。本発明の一実施形態では、自己調整式圧力パイプは、軸方向に配置された中央通路を形成する円筒状の内側壁を有し、該中央通路は、該中央通路を流れる流体に対し上流部分および下流部分を有する。
開示されたパイプは、そのパイプ内に配置され、そして第１端部および第２端部を有する、実質的に一定な幅の、第１の複数の離間されたアーチ形羽根を有し、その第１端部は、自己調整式圧力パイプの内側壁に固定的に取り付けられ、そして第２端部は、自由端部であり、且つ第１端部から内側に離間され、
アーチ形羽根は、内側壁から内側に突出し、そして第１の渦巻き状の螺旋部に形成され、アーチ形羽根の曲率は、内側壁の曲率と実質的に同じであり、アーチ形羽根は、渦の接線成分を流体の流れに与えるように構成され、それにより低圧の孔を有する渦が中央通路の中心に形成される。中央通路内の大量の流体がその低圧の孔に急激に流入し、それによって、流体が中央通路の孔を通って前記上流部分から前記下流部分に移動するときの流体の流れの軸方向速度を増加させる。有利なことに、中央通路を通る流体の流れを妨げる又は制限する成分がない。
【００１７】
好ましい実施形態では、中央通路の上流部分は入口を含み、中央通路の下流部分は出口を含み、そして中央通路を通る流体の流れは実質的に入口から出口までである。自己調整式圧力パイプの１実施形態は、気体、液体、および気体と液体の二相混合物、固体粒子を含む懸濁液、およびそれらの組み合わせから選択される流体の速度を増加させるために使用され得る。
【００１８】
一般的に、開示されるパイプ内の圧力は、流体が通路に入り、そして羽根にぶつかる時に中央通路において形成される渦内の低圧の孔のサイズを形成する（ｅｆｆｅｃｔｉｎｇ）ことによって調整される。羽根の高さ、羽根の曲率、羽根の数および配置、およびパイプの直径はすべて、渦内に形成される中央の高速の孔のサイズ、直径、または体積を制御または決定するために、パイプを構築する際に予め選択される。
【００１９】
羽根の高さに関して、中央孔が自己調節することができる、中央の高速の孔の最大直径は、中心に最も近い螺旋状の羽根の第１端部の高さである。羽根の高さは、圧力および速度を増加または低下させるために予め選択される。パイプのより長い距離にわたって、羽根の高さは、螺旋状のスピン値とともに増大され得、パイプの直径は、内部の圧力および速度の平衡を維持するために調節され得る。
【００２０】
所望の用途に依存して、システム内の羽根の数は、圧力の増加または中央孔の速度の増加を可能にするために増加され得る。
【００２１】
開示されたシステムの羽根が、円筒状パイプの内側壁の曲率と同じ曲率を有するため、本明細書で使用される用語「螺旋（ｈｅｌｉｘ）」は、仮想シリンダー上にある螺旋または螺旋状の羽根の一部分を指す。本明細書で使用される用語「曲率」は、それに接する平面から曲面までの、曲面の偏移の率を指す。本明細書で使用される用語「より緩い螺旋（ｌｏｏｓｅｒ ｈｅｌｉｘ）」、「より緩い螺旋の値（ｌｏｏｓｅｒ ｈｅｌｉｃａｌ ｖａｌｕｅ）」、および「より低い螺旋の値（ｌｏｗｅｒ ｈｅｌｉｃａｌ ｖａｌｕｅ）」は同意語であり、羽根の低下した曲率または弧度を指す。「より締まった螺旋（ｔｉｇｈｔｅｒ ｈｅｌｉｘ）」は、より高い曲率を有する羽根を指す。システム内の螺旋の値を緩めるか又は低下させることによって、向心力が大幅に縮小されるか失われるまで、速度が増加する。螺旋の値を締めることによって、最大圧力が達成されるまで向心力が増大し、その後、増大した向心力は、背圧または流れの遅延を引き起こし得る。流体がパイプを通って移動するにつれて螺旋の値を締めることは、螺旋の締め付けがより多くの物質を中央孔へ押しやるため、羽根の高さを増大させる効果と同様の効果を有し得る。螺旋の値の締め付はまた、パイプの直径を縮小する効果と同様の効果を有し得る。
【００２２】
すべての他の上述される選択肢が使い尽くされると、速度および圧力を維持するために最後にできることは、パイプの直径を縮小することである。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態は、有孔壁、または低摩擦の、滑りやすい表面の壁からなるパイプの一部に固定的に取り付けられた中実のチューブまたはパイプを含む。有孔壁のパイプは、中実ケーシングまたは外側中実パイプによって少なくとも部分的に覆われる。有孔壁のパイプまたは低摩擦の壁は、パイプの内側壁の曲率と同じ曲率を有し、そして内側パイプの中心を通る流体の流れを増加させるように配された、少なくとも一連の湾曲した羽根または螺旋状の羽根を含む。別の実施形態では、パイプを通る流体の流れを増加させるために、任意のタイプのパイプ壁が螺旋状羽根を備え付け得る。
【００２４】
ここで図面を参照すると、図１は、本発明の実施形態による、内部アーチ形羽根１２０および外部ケーシング１１２を有する、自己調整式圧力パイプ１１０の一部分の斜視図１００である。アーチ形羽根１２０は、自己調整式圧力パイプ１１０を通る流体の流れを編成し、通路の中心において流体に対し螺旋運動を誘発する。矢印１１４は、上流端部１１６から下流端部１１８へのパイプを通る流体の流れの方向を示す。図２Ａは、開示される自己調整式圧力パイプ１１０の一部分の断面図２００であり、内側円筒状中実パイプ壁２１０および内側円筒状有孔パイプ壁２１２を示す。４つのアーチ形の羽根１２０は、パイプ１１０内に配置され、各々の羽根１２０は、内側有孔パイプ壁２１２に固定して取付けられた第１端部を有する（取付具は不図示）。図２Ａは、本発明の実施形態による、自由（ａｓ ｆｒｅｅ）かついわゆる１８０°の位置にある４つのアーチ形羽根１２０の各々の第２端部１２２を示し、これは、それぞれ２つの羽根１２０の自由端部１２２が、互いから１８０°の位置にあることを意味している。
【００２５】
本発明の一実施形態は、自己調整式圧力パイプであり、ここでｎは、第１の複数の離間されたアーチ形羽根の第１の数であり、第１渦巻き状螺旋部へと形成されたその第１の複数の離間されたアーチ形羽根の第２端部は、第２端部が互いから略３６０度／ｎの位置にある構成において、第１の渦巻き状螺旋部の上流端部に位置付けられている。一実施形態では、ｎは偶数である。別の実施形態では、ｎは、４、６、８、１０、１２、および１４から選択される。より短いパイプに有用であり得る一実施形態では、単一の羽根が実質的にパイプの全長を移動する。別の実施形態では、複数の羽根のセットが、パイプの全長に沿って分布される。
【００２６】
自己調整式圧力パイプの別の実施形態は、実質的に一定の幅の、第１および第２の複数の離間されたアーチ形羽根を含み、ここで第２の複数のアーチ形羽根は、第１の複数の離間されたアーチ形羽根の下流のパイプ内に、第１の複数の離間されたアーチ形羽根に実質的に類似した構成で配置される。
【００２７】
別の実施形態では、自己調整式圧力パイプは、パイプ内に配置された、実質的に一定の幅の、第１および第２の複数の離間されたアーチ形羽根を含み、ここで、第２の複数の離間されたアーチ形羽根は、第１の複数の離間されたアーチ形羽根の下流に配置される。第１および第２の複数の離間されたアーチ形羽根の両方は、第１端部および第２端部を有し、第１端部は、自己調整式圧力パイプの内側壁に固定的に取付けられ、そして第２端部は固定されず且つ第１端部から内側に配置され、アーチ形羽根は、内側壁から内側に突出して渦巻き状の螺旋部を形成し、離間されたアーチ形羽根の曲率は、内側壁の曲率と実質的に同じであり、そして渦の接線成分を流体の流れに分与するように構成され、それによって、低圧の孔を有する渦が中央通路の中心に継続し、それにより、中央通路を通る流体の流れを妨げる又は制限する成分がないことを条件として、流体が中央通路の孔を通って上流部分から下流部分に移動するときの流体の流れの軸方向速度を増加させ、該低圧の孔は、中央通路を流れる流体の量または流体の粘度に応じて拡張または収縮する能力を有し、それによって、自己調整式圧力パイプ内の圧力を低下または増加させる。本実施形態では、第２の渦巻き状螺旋部の上流端部にある第２の複数の離間されたアーチ形羽根の第２端部は、第１の渦巻き状の螺旋部の上流端部にある第１の複数の離間されたアーチ形羽根の第２端部と一列に並ばない。
【００２８】
開示されたデバイスが使用されているときに、多くの事象が同時に生じる。図２Ｂ−図２Ｆは、自己調整式圧力パイプ１１０の断面概略図２５０ｂ−２５０ｆであり、それは、自己調整式圧力パイプ１１０の中心において流体質量２５５に対し螺旋運動の誘導を結果的にもたらす基本的な事象の順序を示す。図２Ｂは、本発明の実施形態によるパイプ１１０の断面図であり、流体２５５がパイプ１１０を通って流れるときの、羽根１２０の上の流体２５５の移動の方向を示す矢印２５２を伴う４つの自由羽根端部１２２の各々を示す図である。
【００２９】
図２Ｃは、図２Ｂで示される羽根１２０の上の流体の流れに対する渦の接線成分の結果としての、自己調整式圧力パイプ１１０の中央通路において矢印２５４によって示される方向に回転する渦の低圧の中央孔２５６の形成を示す図である。簡易化のために、図２Ｂで示されるような羽根１２０の上の流体２５５の「フリッピング作用（ｆｌｉｐｐｉｎｇ ａｃｔｉｏｎ）」または急速な運動は、その作用は継続するが図２Ｃでは描写されないが、中央通路における流体２５５に螺旋運動を誘発する。
【００３０】
図２Ｄは、中央孔２５６ａ、２５６ｂが自己調節することができる方法を示す図である。流体２５５の軸方向速度が増加するにつれ、中央孔は拡張して、高速度の中央孔２５６ｂが形成される。軸方向速度が減少するにつれ、低速度の中央孔２５６ａによって示されるように、中央孔は相対的により小さくなり、最終的に消滅するであろう。中央孔２５６ａ、２５６ｂは、中央通路にとどまり、対向する羽根の間の領域においてのみ拡張し、そしてパイプ１１０の内側壁と直接接触しないように設計されているため、エネルギーの摩擦損失がほとんどない。
【００３１】
図２Ｅは、図２Ｂで示されるパイプ１１０および流体移動を示し、各羽根の一方の側においてより高い流体の濃度を表わす点、および各羽根１２０の反対側のより低い濃度の流体または低圧領域２５７の表示を追加した図である。羽根１２０の両側の圧力の違いのために、流体２５５ａは、高圧側から低圧側２５７まで羽根１２０の頂部を乗り越えて移動して、中央の流体質量２５５に対する渦運動を誘発し、そして中央の流体質量２５５の水平方向速度を増加させる。自己調整する中央孔２５６は、拡張および収縮して、多くの異なる流速を処理する（ｐｒｏｃｅｓｓ）ことができる。図２Ｆは、図２Ｂおよび図２Ｃで示される流体運動の２つの方向の組み合わせを示す。
【００３２】
図３Ａは、事前設定された距離だけ離された、二連の内部羽根付部分１２１、１２３を示す、開示されるパイプ１１０の側面図３００である。図３Ｂは、開示される羽根付パイプ１１０の一部分における流体の流れの静圧シミュレーション３５０を表わし、それはパイプ１１０中の圧力差を示し、流体が開示される自己調整式圧力パイプ１１０を通って矢印３１４によって示される方向に流れるときの、羽根１２０（図示せず）の後ろ側の低圧領域２５７および羽根の上流側の高圧領域３５７を含む。
【００３３】
図４Ａは、開示される羽根付パイプ中の流体の流れの速度ベクトルの表示４００である。図４Ｂは、図４Ａで示されるパイプの一部分４５０の拡大図である。計算流体力学（ＣＦＤ）モデリングは、システムの断面（図示せず）の中央内の速度の大きな増加、およびアーチ形羽根の表面に沿った圧力差を示す。シミュレーションは、低圧領域４５６および高圧領域４５８を示す。ＣＦＤシミュレーションは、実験の結果と良く相関している。より重い又はより密度の高い流体が、パイプ１１０の側壁に放り出され、そして所望の場合システムは分離システムとして構成され得る。一連のアーチ形羽根を通って移動すると、流体の渦巻きまたはサイクロン効果４５４に注意が必要である。
【００３４】
（油または天然ガスのパイプラインおよびポンプ設備）
流体の流れの速度を増大させるための開示された自己調整式圧力パイプは、一実施形態において、より多くの流体物質、例えば、油、天然ガス、水、または空気を、商業的に利用可能な方法によって達成される時間よりも短い時間で移送するために使用され得る。開示されたパイプシステムの効率は、潅漑用水を汲み出す又は洪水から水を排出するために使用される場合、現存するシステムの効率よりも高い。これは、開示された自己調整式圧力パイプが、現存するシステムによって達成される流速と比較して、流速を増加させるからである。
【００３５】
強力な（ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒｅｄ）ポンプは、最初に、油または他の流体をパイプに押し込み、そしてポンプ場がシステムの全長にわたって必要とされ得る。流体がパイプを下って移動すると、パイプの羽根付部分は、速く移動する流体をパイプの中心に押し込む。羽根は、低圧を作り出すことによって航空機翼のように作用する。しかし、揚力をもたらす代わりに、羽根は、羽根の裏側の低圧領域または部分的な空隙を形成することにより油の速度を増加させ、そのことが油を急激に流入させて空隙を充填させ、そして水平速度を増加させる。
【００３６】
内パイプ壁を覆う（ｌｉｎｉｎｇ）、非常に滑らかで（ｓｕｐｅｒ−ｓｌｉｃｋ）、低摩擦な、くぼみが付けられた（ｄｉｍｐｌｅｄ）または有孔の材料の使用は、水平方向速度の摩擦損失を減少させる。上に説明されるように、一旦十分な速度がもたらされると、羽根の上の流体のスピン運動は、羽根の下の空隙を充填するため油が連続的になだれ込むことにより、パイプの中心に高速の渦を形成する。その作用こそ、中央孔を回転させるものである。システムは、パイプの全長にわたって羽根を付けられ得るか、または分離を持ち得る、即ち、開示された羽根が付けられたパイプシステムの全長と共に点在する羽根のないパイプの一部分を有し得る。開示されたシステムはまた、油のライザーパイプに使用され得る。
【００３７】
数万マイルの油およびガソリンのパイプラインが米国を縦横に通っており、油田、港、精油所、および主要な配給所につながっている。開示されたシステムは、特に開示されたアーチ形羽根の複数のセットを含むことによって、流体を遠くまで輸送する使用に有効である。開示されたシステムの考えられる使用の例は、Ｐｒｕｄｈｏｅ Ｂａｙの近くの油井からアラスカ州を越えてＶａｌｄｅｚまで８００マイルに及ぶ、Ｔｒａｎｓ−Ａｌａｓｋａ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｓｙｓｔｅｍである。Ｐｒｕｄｈｏｅ Ｂａｙは冬に凍結するが、Ｖａｌｄｅｚの港は、一年を通して不凍である。井戸からの油は、パイプラインを下ってＶａｌｄｅｚの港に流され、ここで油は、別の港へと油を移動する大型タンカーに積み込まれ、その別の港で油は精油所に運ぶ別のパイプラインへと降ろされる。パイプラインの鋼壁は、潜在的に、華氏約マイナス６０度と等しい、摂氏約マイナス５０度もの冷たさになり得る。
【００３８】
２つのシステムが存在し、１つは冷たい条件用およびもう１つはより暖かい条件用のシステムである。一般的に、低温で使用するために設計されたシステムは、蒸気チャンバーを有し、且つ内側の羽根付パイプを囲む外側パイプを使用する。一実施形態では、羽根は、例えば、蒸気チャンバー領域への距離のおよそ３分の２（２／３）まで伸長する。熱は、蒸気領域で羽根によって捕獲又は吸収され、内側パイプ中の油に送達される。多くの用途において流体の流れに対して熱を増加させることは、粘度を低下させることにより、そして高速の孔の速度を増加させることにより、流体の流れの速度を増加させる。
【００３９】
流体がパイプラインを通って移動するときの速度の摩擦損失を減少させるために、油または他の流体の温度を上げるべく使用され得る本発明の実施形態が、図５Ａ−図５Ｃで示される。図５Ａは、図５Ｂおよび５Ｃで示される内部アーチ形羽根１２０を有するパイプ１１０を囲む蒸気ジャケット５１０を有するパイプ１１０の一部分、の外観図５００を示す。蒸気は、矢印５２０の方向でジャケット５１０の入口５２１に入り、矢印５２４で示される方向でジャケット５１０の外側壁の下のチャンバーを通って出口５２２に移動し、その出口では蒸気が矢印５２６の方向に排出する。蒸気からの凝縮水は、再度加熱されて蒸気を形成でき、その蒸気は入口５２１に再び入ることができる。
【００４０】
図５Ｂは、図５Ａに示される開示されたパイプ１１０の一部分の断面図５５０である。図５Ｃは、図５Ｂで描写されるパイプ１１０のより大きな一部分５７０を示す。図５Ｂおよび図５Ｃで描写される実施形態は、パイプ１１０の壁を加熱するために、羽根１２０の一部分５３０を蒸気チャンバー５１２の中へと拡張する。固体熱（Ｓｏｌｉｄ ｈｅａｔ）が、羽根１２０によって捕らえられ、油または他の流体の流れに移される。そのように油または他の流体の温度を増加させることによって、流速が増加される。
【００４１】
第２のシステムは、熱帯またはより暖かい領域で使用するためのものである。暖かい条件のシステムは、油を輸送する内側の、羽根付パイプ１１０を含む。これらの羽根１２０は、パイプ１１０の外側壁を貫通して伸長し、太陽からの放射熱を捕らえる。熱帯地域では、地上のパイプラインは、蒸気チャンバーを必要とせず、代わりに、羽根１２０の一部分５３０は、日光から放射熱を捕らえるために空中に伸長してもよい。
【００４２】
（分離および精製工程）
我々は、開示されたシステムの実施形態が、分離システムとして使用され得ることを発見した。なぜなら、混合流体が開示された羽根付パイプに注入されると、向心力が、混合流体のより重い成分をパイプの壁に押しやり、より軽い重量又は最も精製された物質成分を中央に残す。開示されたパイプの中心にある高速の孔が、軸方向の流体の流れよりも速く回転するため、より重い成分が、パイプの側壁へと投げ出される又は回転して外側に出される。側壁が有孔の領域においては、有孔壁に投げ出された成分は、図７および図１３に示されるように回収することができる。
【００４３】
少なくとも３つのシステムが存在する。最初に、流出油除去作業で使用される、開示される油と水の分離システムの実施形態が、例えば、図６Ａおよび図６Ｂに示される。図６Ａは、パイプ１１０内の中央通路のフレア形に広がる出口端部６１０またはフランジ形出口６１０、および開示される内部アーチ形羽根１２０を有する、開示されるパイプ１１０の側面図６００を示す。油水混合液が流入する方向は、矢印６２１によって示される。本発明の実施形態によると、油水混合液が内部の羽根１２０上を移動するにつれ、より密な／重い成分、水、が向心力によって内部のパイプ壁へと回転して外側に出され、油またはより軽い材料がパイプ１１０の中心に押しやられる。フレア形の出口端部６１０の効果は、図６Ｂのシステム６１４としての使用で示される。水６１２は、傘状のパターンでフランジ形出口６１０から回転して外に出され（ここで水は再び捕らえられ得る）、そして中央孔にある、密度の低い成分、油６１４、は、その前進経路を継続して進み、ここで油は、捕獲システム６２０によって捕らえられ、そしてさらに処理され得る。
【００４４】
水分離システムとして、ゴールは、油水混合液の成分を分離するのに必要なねじれ流または回転を生成するために十分な、開示されたアーチ形羽根の１組の回転および長さを有し、それにより油水混合液がシステムの端部に達するときに、油から水を分離するために簡単なフランジが使用され得ることである。
パイプ１１０は、本明細書で「くぼみが付けられた面」、または高度に滑らかな（ｈｉｇｈ−ｓｌｉｃｋ）、滑りやすい又は低摩擦の表面としても言及される、くぼみ（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｓ）を有する円筒状の内部壁を有し得る。
【００４５】
この概念の一実施形態は、水および油の両方を回収する高流量のポンプ設備を有することを含む。より大きなポンプに対し約１０フィートから約１５フィート、およびより小さなポンプに対し約５フィートから約６フィートの距離下流に開示されたシステムが設置される。その効果は、下流に位置するポンプ設備が、自然流速の増加を有することによって補助されることであり、自然な流れは、ポンプ設備から作業負荷の一部を除去し、エネルギー効率をよくする。本システムは、元来、流出油の除去に使用するために設計された。
【００４６】
液体、気体または固体の少なくとも１つを含む流体の成分を分離するための、気体、液体、および粒子の分離システム７００の別の実施形態が、図７に描写される。システム７００は、少なくとも１つの羽根付部分を有するパイプ１１０を含み、ここで各々の羽根１２０の第１端部は、有孔材料７１０ａ及び／又は７１０ｂを含む円筒状の内側壁に固定的に取り付けられている。有孔材料７１０ａ、７１０ｂの外側表面は、中実の外部壁またはスリーブ７１２に少なくとも部分的に覆われている。一実施形態では、少なくとも二層の有孔材料７１０ａおよび７１０ｂがあり、ここで各孔は三角形であり、一層における三角形の孔は、もう一層における孔と実質的にアライメントされないように方向付けられる。例えば、図７に示される実施形態でのように、一層の三角形の孔は、もう一層における孔から約９０度ずらされる（ｏｆｆｓｅｔ）又は回転されるように位置付けられ得る。
【００４７】
図７に示されたように、流体が、開示された自己調整式圧力パイプ１１０を通るときに、向心力によって分離される液体または粒子を回収するために、１つ以上の液体または粒子の回収パイプ７１４が中実のスリーブ７１２を通って挿入され得る。回収パイプ７１４は、回収容器７１６に流体により接続される。少なくとも１本の気体回収パイプ７１８は、気体を回収するために中実のスリーブ７１２を貫通している。分離システム７００は、異なる比重を有する成分の回収を最適化するように設計または構成され得る。壁へと回転され、回収された成分の量は、特定の用途に対する最良の螺旋の値を決定することによって制御され得る。螺旋の値及び／又は羽根１２０の高さを緩めるか又は締めることによって、最良の流体の流れのために試験する必要があるかもしれない。流れの中の高密度物質は、有孔壁を含む拡張領域へと回転されて出され、その後、そこで上に記載されるように捕らえられ、さらに処理され得る。
【００４８】
上述の設計は、天然ガスおよび燃料の精製から粒子分離のシステムにまで及ぶ用途に有効であろう。開示された自己調整式圧力パイプによる、実質的に一定な幅の、１つを超える複数の離間されたアーチ形羽根を有し、各々の複数の羽根は、別の複数の羽根とは離間される、長いチューブまたはパイプを使用することによって単純に精製し続けることが出来る。本発明の一実施形態による長い粒子分離チューブは、直線のチューブであり、別の実施形態では、大きな円形チューブまたは閉ループのシステムであり、ここで速度、圧力、および温度は、より容易に継続してモニタリングまたは制御され得る。閉ループシステムの一実施形態は、図１３で描写される。
【００４９】
図１３に示されるループシステムは、図１３において、開示された自己調整圧力チューブがループへと形成される以外は、図７に示される分離システム７００に類似している。図１３は、本発明の一実施形態による、求心力による精製および粒子分離のためのループチューブシステム１３００を描写する。ループチューブシステム１３００は、流体の流れの速度を増加させるためのループ状自己調整圧力チューブまたはループ状自己調整圧力パイプを有し、そして、ループ状自己調整圧力チューブまたはパイプ内の圧力を低下または増大させることによって流体の量または流体の粘度に応答するように構成されている。本明細書で使用される用語「ループ状自己調整圧力チューブ」、「ループ状自己調整圧力パイプ」、および「開示されたループ状圧力パイプ」は、同意語である。開示されたループ状圧力パイプ１３００は、円筒状内側壁１３１０および円筒状外側壁１３１２を有し、それは軸方向に配置される中央通路１３２２を形成し、中央通路１３２２は中央通路１３２２を通る流体の流れのための上流部分１３２２ａおよび下流部分１３２２ｂを有している。開示されたループ状圧力パイプ１３００は、中央通路１３２２内に配置され、そして第１端部および第２端部を有する、実質的に一定な幅の、第１の複数の離間されたアーチ形羽根１２０を有し、
その第１端部は、開示された自己調整式圧力パイプ１３００の内側壁１３１０に固定的に取り付けられ、そしてその第２端部は、自由端部であり、且つ第１端部から内側に離間され、
アーチ形羽根１２０は、内側壁１３１０から内側に突出し、そして第１の渦巻き状の螺旋部に形成され、アーチ形羽根１２０の曲率は、円筒状内側壁１３１０の曲率と実質的に同じであり、アーチ形羽根１２０は、渦の接線成分を流体の流れに与えるように構成され、それにより低圧の孔を有する渦が中央通路１３２２の中心に形成され、それによって、中央通路１３２２を通る流体の流れを妨げる又は制限する成分がないことを前提として、流体が中央通路１３２２の孔を通って上流部分１３２２ａから下流部分１３２２ｂに移動するときの流体の流れの軸方向速度を増加させ、
低圧の孔は、中央通路１３２２を流れる流体の量または流体の粘度に応答して拡張または収縮する能力を有し、それにより、自己調整式圧力パイプ１３００内の圧力が低下または増加する。
【００５０】
開示されたループ状圧力パイプ１３００中の各々の複数の離間されたアーチ形の羽根１２０は、「一組のアーチ形羽根」として本明細書に記載される。典型的に、開示されたループ状の圧力パイプ１３００は、ループ状パイプ１３００中で互いに対して離間した、複数の一組のアーチ形羽根１２０を含む。開示されたループ状圧力パイプ１３００は、中央通路１３２２に対する入口１３２０を有し、該入口１３２０は、典型的に、分離速度を最適化するために、入口１３２０に注入される流体の初速を増加させるための外部動力源１３３０に接続される。アーチ形の羽根１２０の組の内の少なくとも１つの組の羽根１２０は、有孔の内側壁１３１０ａで囲まれた中央通路１３２２の一部分内に配置される。外側壁１３１２ｂは有孔である。羽根１２０の第１端部は、有孔の内側壁１３１０ａに固定的に取り付けられている。有孔の外側壁１３１０ｂは、中実の外部壁またはスリーブ１３１３に少なくとも部分的に覆われている。
【００５１】
図１３に示されるように、１つ以上の液体または粒子の回収パイプ１３１４は、流体が開示されたループ状圧力パイプ１３００を通るときに、向心力によって分離される液体または粒子を回収するために、中実のスリーブ１３１３を通過して挿入され得る。回収パイプ１３１４は、回収容器１３１６に流体により接続されている。回収パイプ１３１４は、ターボ駆動であってもよい。求心力による精製および粒子分離のためのループ状チューブシステム１３００は、抽出を促進し、そして生成物をさらに精製するため、流体が再循環することを許容する。
【００５２】
図８Ａは、本発明の実施形態による、図７に描写されたパイプに類似した羽根付自己調整式圧力パイプ８００の部分的な構造の段階を示す。中実のパイプ１１０の２つの部分が、例えば、圧入または溶接によって、中実のパイプ１１０の直径より短い直径の有孔パイプ８１０、または中実のパイプ１１０の直径より長い直径の有孔パイプ８１６、の両端部に接続される。別の実施形態では、２本の中実のパイプ１１０は、一緒に溶接され得る。さらに別の実施形態（図示せず）では、中実のリングが、パイプの２つの部分を一緒に連結させるために使用され得る。図８Ｂは、図８Ａで示されるパイプの一部分の拡大図である。孔８１２ａは、有孔パイプ８１０の軸方向を指す、三角形の開口部として示されるが、開口部は、例えば、円形などの任意の形状であり得る。有孔パイプ８１０は、多層の有孔材料からなることができる。図８Ａおよび図８Ｂで示される実施形態では、有孔パイプ８１６は、有孔パイプ８１０の２つの部分の上方に第２層を形成する。示される実施形態では、有孔パイプ８１６は、三角形の開口部８１２ａの方向から約９０度傾いて上を指し示す、三角形の開口部８１２ｂを有する。
【００５３】
開示された自己調整式圧力パイプ１１０の構造に適した材料の限定しない例は、ステンレススチールの中実または有孔パイプおよび成型された高分子材料を含む。開示されたパイプをスチールから構築する例は、スチールパイプの壁に離間された螺旋状の切り込み（ｃｕｔｓ）を作ること、パイプの内側壁面をさらすようにパイプをねじること、および、その後、各々の羽根の第１端部を内側パイプ壁に溶接することを含む。
【００５４】
（２つの羽根付部分を有するパイプ中における、流速の関数としての圧力）
図９は、４本の異なるパイプ１１０中の気体状流体の流速の関数としての相対的圧力のグラフであり、ここで各パイプは、図９においてそれぞれ、「Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤ」とラベル付けされている。各々の開示されたパイプ１１０は、３インチの内径を有している２つの部分、および同じ螺旋の値の４つのアーチ形羽根を有する。本明細書で使用される「同じ螺旋の値」は、同じ高さ、ひねり、および長さを有することを意味する。図２Ａで示されるように、各々のパイプの第１部分は、長さが２４インチであり、第１部分の上流端部にある第１の渦巻状螺旋部の第２自由端部１２２は、互いから実質的に９０度の位置にある。これは、１対の羽根の各々が互いから１８０度の位置にあるため、「１８０位置（１８０ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）」と呼ばれる。
【００５５】
第２部分は、第１部分の下流にあり、その４つのアーチ形羽根は、第１の渦巻状螺旋部から離間された第２の渦巻き状の螺旋部にある。ＡおよびＣとラベル付けされたパイプ１１０では、第２の渦巻き状の螺旋部の上流端部での第２の渦巻状螺旋部の第２自由端部は、１８０位置で、第１の渦巻き状の螺旋部の第２端部と一列に並んでいる。パイプＡの第２部分は、長さが２０インチであり、パイプのＣ第２部分は、長さが２４インチである。
【００５６】
パイプＢおよびＤの第２部分は、それぞれ、第１の渦巻状螺旋部の第２端部と一列に並んでいないが、むしろ第１の渦巻き状の螺旋部の位置から１３５度回転された、第２の渦巻き状の螺旋部の上流端部に第２の渦巻き状の螺旋部の第２自由端部を有する。パイプＢおよびＤ中の第２部分の長さは、それぞれ、２０インチおよび２４インチである。そのゴールは、流速（ＭＰＨ）を増加させながら、圧力を比較的低く維持することである。
【００５７】
本発明の一実施形態では、第１の組のアーチ形の羽根は、１８０位置を有し、第２の組のアーチ形の羽根は、第１の組のアーチ形の羽根の配置から１３５度ひねられている。
【００５８】
（マイクロ電力発電および水力発電）
水力タービンへの水流の速度を増加させることによる、水力発電またはマイクロ水力発電における開示されたアーチ形羽根付システムの実施形態の使用が、一般に上に記載された。図１０は、発電機１０１０のタービン１０１２に対する水の流れを加速するための、本発明の実施形態によるパイプ１１０ａの、および選択肢として１１０ｂのシステム１０００を示す。図１０は、ダム１０１４によって包含された貯水池１０１６ａを示す。例えば、重力を使用して、タービン１０１２より上方の湖または貯水池１０１６ａからの水は、矢印１０２０の方向に、アーチ形羽根１２０を有する開示されたパイプ１１０ａを通ってタービン１０１２へと流れ下り得る。羽根は、水の流れを再編成し（ｒｅｏｒｇａｎｉｚｅ）、それによって、タービン１０１２によって捕らえられる流れの速度および運動エネルギーを増加される。本発明の一実施形態では、すべての内側パイプ（図１０には示されず）は、有孔であり、有孔内側パイプと同じ曲率のアーチ形羽根１２０を有している。アーチ形の羽根１２０は、上に記載されるように、一端が内側有孔パイプに取付けられている。パイプ１１０ａ、１１０ｂの中央通路を通る水の流れを実質的に妨げる又は制限する成分はない。例えば、複数の部分がそれぞれ、パイプ１１０ａ、１１０ｂの長さおよび直径に依存して、４乃至８のアーチ形羽根１２０を含んでいる。一実施形態では、可変的なノーズファンネル（ｎｏｓｅ ｆｕｎｎｅｌ）（図示せず）が、水の流れを制御するために、タービン１０１２に最も近いパイプ１１０ａの端部に取付けられる。
【００５９】
本発明の一実施形態において、水はタービン１０１２を回転させた後に、アーチ形羽根１２０を有するパイプ１１０ｂを通って、容器、湖、川、または貯水池１０１６ｂに流される。開示されたアーチ形羽根付パイプはまた、消火ホース、ガーデンホース、ホバークラフト、およびジェットボートにも使用され得る。
【００６０】
（蒸気タービン）
燃料油、石炭、または木材からの熱などの強力な輻射エネルギーまたはフラッシュ熱（ｆｌａｓｈ ｈｅａｔ）は、しばしば、蒸気タービンで発電のために使用するための初期の又は主要な加熱の熱源である。現在利用可能なシステムの使用においては、熱の伝送のために大量の熱が失われるため、それがこれらのシステムを非効率的にしている。本発明の一実施形態は、流体の流れを増大させるための開示されたアーチ形羽根を有し、そして羽根付パイプ内の流体移動が妨げられたり妨害されたりすることのない、開示されるパイプのシステムであり、該システムは、蒸気タービンによるエネルギー転換の効率を増加させるために使用される。最初に、開示されたパイプのシステムは、最初のフラッシュ熱から液体の水への熱の流れを増大させるために使用され得る。その後、水が蒸気に変換されると、開示されたパイプのシステムは、タービン上に衝突する蒸気の速度を増加させるために、蒸気タービンの前に置かれ得る。
【００６１】
図１１は、蒸気タービン１１３０の効率を増大させることができるシステム１１００を示す。図１１は、フラッシュ熱源１１２０を燃料の燃焼として示し、該フラッシュ熱源１１２０は、垂直に配置されるパイプ１１０ｂのアレイの下に配置され、そしてパイプ１１０ｂは、開示されるアーチ形羽根１２０を有し、且つ煙突１１０ｂとして作用する。現在利用可能なシステムと比較して、煙突１１０ｂは、フラッシュ熱源１１２０から増大した量の熱を捕らえることができ、炭素ベースの燃料を燃やすことによって生成される、すすの量を減少させることができる。このエネルギー転換効率の増大は、煙突１１０ｂが、フラッシュ熱源１１２０から離れて、煙突１１０ｂまで登る熱気の流れを増加させることで、より多くの空気が燃焼チャンバー１１１８に入ることを可能にするという事実に一部起因する。開示されたシステムは、最大限の熱を液体の水１１２６に集中させることに部分的に起因してフラッシュ燃焼をより生産的にするため、熱損失を最小限にする。一実施形態では、中実の熱ロッドの格子（図示せず）が、煙突１１０ｂと組み合わせて使用され得る。パイプまたは煙突１１０ｂは、容器１１２２中の液体の水１１２６への煙突１１０ｂを通過する熱い空気の流れを増大させ、ここで液体の水１１２６は、蒸気１１２８に変換される。図１１は、液体の水１１２６および蒸気１１２８を保持する円錐形の容器１１２２を有する一実施形態を示す。蒸気１１２８は、容器１１２２の頂部にあるチューブ１１０ａを通って容器を出る。一実施形態では、チューブ１１０ａはまた、蒸気１１２８が蒸気タービン１１３０に移動するときに容器１１２２を出る蒸気の速度を増加させる、開示される羽根付パイプである。また、タービン１１３０への蒸気の流速を増大させることによって、主要な熱源として使用される所定量の炭素ベースの燃料から、より多くの発電量がもたらされる。
【００６２】
（ロケット、ジェット、ミサイル）
開示されたアーチ形羽根付パイプのシステムは、ロケット、ジェット、およびミサイルにおいて推力を増加させるために使用され得る。図１２Ａは、内部パイプ１１０ａ、１１０ｂを有するロケットまたはミサイル１２００ａを示し、各パイプは、本発明の実施形態によるアーチ形羽根１２０を有する。抗回転フィン１２１０は、安定化のために従来から使用されてきた。図１２Ｂは、ロケットまたはミサイル１２００ａのようなアーチ形羽根を有する少なくとも１本の内部パイプを有するロケット１２００ｂを示す。さらに、ロケット１２００ｂは、内部アーチ形羽根をまた有する、複数のブースターロケット１２２０を有する。内部アーチ形羽根は、図１２Ａまたは図１２Ｂでは示されていない。
【００６３】
典型的に、図１２Ａのパイプ１１０ｂで示されるように、開示された羽根付パイプの配置は、ロケットの底部にある。一実施形態では、羽根付パイプ１１０ｂは、主要ロケット本体の出口を越えて外に拡張することができる。ほとんどのロケットは、内部空間が限定されているため、開示されたシステムは、典型的に、ロケットの底部に置かれ得る。
【００６４】
開示された推力システムは、ロケットにさらなる推力を加えることによって、より重い有効荷重（ｈｅａｖｉｅｒ ｐａｙｌｏａｄ）またはより速い速度をもたらすことができるが、外部の安定羽根１２１０を使用しない単一の推力システムのスピン作用は、飛行中の不安定性を引き起こすだろう。ロケットまたはミサイルのシステムにおいて、偶数番号の（ｅｖｅｎｌｙ ｎｕｍｂｅｒｅｄ）推力システムが、開示された推力システムにより作り出されたスピン作用を自己補正することができることにも注意されたい。偶数番号の（ｅｖｅｎ−ｎｕｍｂｅｒｅｄ）推力システムによって、１本の推力パイプの内部の螺旋状の羽根は、安定飛行のための自己補正のため、第２推力パイプの内部の螺旋状の羽根とは反対の方向に螺旋運動をすることができる。
【００６５】
（同等物）
本発明は、その好ましい実施形態に言及して具体的に示され記載されているが、添付の請求項によって包含された本発明の範囲から逸脱せずに、形態および詳細の様々な変化がその中でなされ得ることが当業者によって理解されるだろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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