(57)【要約】ガス流からの種の収集に関連するシステムおよび方法が、概して、提供される。本明細書に説明されるシステムおよび方法は、比較的高い収集効率で流体（例えば、水）等の種の収集を可能にし得る。そのようなシステムおよび方法は、例えば、霧収集を含む、種々の用途で有用であり得る。いくつかの実施形態では、本システムおよび方法は、使用可能な水を産生するように大気中の霧からの水収集を増進する。有利なこととして、本明細書に説明される方法は、ある場合には、ガス流中に存在する種が、電場線を辿る、および／または接地（または帯電）コレクタに引き付けられるように、ガス流の中にイオンを組み込み得る。有利なこととして、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、風の速度および方向等の自然条件の悪影響を抑制し得る。
2018532581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項６】
前記種は、水を備える、前記請求項のいずれかに記載の方法または流体収集システム。
【請求項７】
前記第２の電極は、メッシュを備える、前記請求項のいずれかに記載の方法または流体収集システム。
【請求項８】
前記第２の電極は、平行ワイヤを備える、前記請求項のいずれかに記載の方法または流体収集システム。
【請求項９】
前記第１の電極は、針を備える、前記請求項のいずれかに記載の方法または流体収集システム。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法または流体収集システム。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項１３】
前記第１の電極は、負電位で保持される、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項１４】
前記第１の電極は、正電位で保持される、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項１５】
前記第２の電極は、接地される、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項１６】
前記第２の電極は、負電位で保持される、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項１７】
前記第２の電極は、正電位で保持される、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項２２】
前記空気流をオゾンに暴露するステップを含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
第３の電極をさらに備える、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項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、請求項２６に記載の方法または収集システム。
【請求項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、請求項２６−２７のいずれか１項に記載の方法または収集システム。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項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、請求項１−２８のいずれか１項に記載の方法または収集システム。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【請求項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、前記請求項のいずれかに記載の方法または収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
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。
【０００２】
本発明は、概して、電場の影響下のガス流からの液体の収集等のガス流からの種の収集のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
清浄水へのアクセスは、人権と見なされるが、世界水会議によると、世界中に安全な飲料水へのアクセスが欠如している１１億を超える人々が依然として存在し、地球温暖化に起因して、水資源がますます汚染されて不足するため、この数は、増加することが予期される。水不足は、それが起こる地域で深刻な経済および社会的問題を引き起こし得る。清浄水をそのような地域へ提供するための１つの有望な解決策は、霧収穫である。霧は、１０μｍの典型的直径を伴う１〜４０μｍに及ぶ直径の小さな液滴から成る、地面に接触する雲である。霧収穫は、雨水収穫が不可能であり、水の輸送が法外に高価である、遠隔の干ばつを受けやすい地域で特に適切である。これはまた、水が現在利用可能であるが、再生不能な地下水が大量に使用される、地域でも有用であり得る。霧から水を収集することは、次いで、地下水貯蔵量の枯渇を軽減することができる。濃い霧がそのような地域で定期的に発生する場合には、霧収集は、地元住民の水の必要性を満たすための経済的に実行可能な解決策であり得る。大規模霧形成を受けやすい地域は、通常、霧雲が水上に形成し、次いで、風によって運ばれる、海に近いが、気候条件が、濃い霧が形成することを可能にする、いくつかの内陸地域もある。
【０００４】
霧コレクタは、スペイン等のいくつかの先進国でも実装されているものの、概して、水を貧しい地域社会に提供するために、１７カ国で実装が成功している。使用される技術は、単純かつ持続可能であり、提供される水は、種々の用途で使用され得る。人間および動物用の飲料水に加えて、収集された水は、清掃、農業水利、および植林に使用されてもよい。
【０００５】
霧収穫システムは、何世紀にもわたって設計されてきたが、過去数十年間の改良があっても、それらの効率は、劇的に低いままであり、概して、システムの約２％が実践で使用されている。故に、改良された組成および方法が必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ガス流からの種の収集のための方法および物品、および関連構成要素およびそれと関連付けられる方法が、提供される。本発明の主題は、ある場合には、相互関連生成物、特定の問題に対する代替解決策、および／または１つまたはそれを上回るシステムおよび／または物品の複数の異なる使用を伴う。
【０００７】
一側面では、ガス流中に存在する種を収集する方法が、提供される。いくつかの実施形態では、本方法は、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、コレクタにおいて荷電種を収集するステップとを含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、本方法は、電場を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、第２の電極に向かって種を押勢し、ガス流から種の少なくとも一部を隔離するステップを含み、第１の電極と第２の電極との間の最小距離は、２ｃｍ〜５０ｃｍである。
【０００９】
いくつかの実施形態では、本方法は、ガス流内で、第１の電極および第１の電極に近接する第２の電極を配列するステップと、ガス流中に存在する流体の少なくとも一部が第２の電極上に堆積するように、電位を第１の電極に印加するステップと、流体を収集するステップとを含む。いくつかの実施形態では、第１の電極と第２の電極との間の最小距離は、２ｃｍ〜５０ｃｍである。
【００１０】
いくつかの実施形態では、本方法は、ガス流内で、第１の電極および第１の電極に近接する第２の電極を配列するステップと、ガス流中に存在する流体の少なくとも一部が第２の電極上に堆積するように、電位を第１の電極に印加するステップと、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流体を収集するステップとを含む。
【００１１】
別の側面では、システムが、提供される。いくつかの実施形態では、本システムは、第１の電極と、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、少なくとも第１の電極と電気連通する電源と、コレクタとを備える。いくつかの実施形態では、本システムは、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。ある実施形態では、本システムは、１０％を上回るまたはそれと等しい収集効率で、ガス流内に存在する種を収集するように構成される。
【００１２】
ある実施形態では、種は、水を備える。
【００１３】
ある実施形態では、第２の電極は、メッシュを備える。ある実施形態では、第２の電極は、平行ワイヤを備える。ある実施形態では、第１の電極は、針を備える。ある実施形態では、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。
【００１４】
ある実施形態では、第２の電極は、第１の電極の下流に位置付けられる。ある実施形態では、第２の電極は、第１の電極の上流に位置付けられる。ある実施形態では、第１の電極は、負電位で保持される。ある実施形態では、第１の電極は、正電位で保持される。ある実施形態では、第２の電極は、接地される。ある実施形態では、第２の電極は、負電位で保持される。ある実施形態では、第２の電極は、正電位で保持される。ある実施形態では、水は、第１の電極に対面する第２の電極の表面上で収集される。ある実施形態では、水は、第１の電極に対面しない第２の電極の表面上で収集される。
【００１５】
ある実施形態では、第１の電極と第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。ある実施形態では、電位を第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。ある実施形態では、本方法は、空気流をオゾンに暴露するステップを含む。ある実施形態では、本方法は、オゾンが発生させられるように、電位を第１の電極に印加するステップを含む。ある実施形態では、コロナ放電が、第１の電極によって発生させられる。ある実施形態では、コロナ放電は、収集される流体の少なくとも一部を精製する。
【００１６】
ある実施形態では、本方法またはシステムは、第３の電極を備える。ある実施形態では、第３の電極は、第２の電極の下流に位置付けられる。ある実施形態では、第３の電極は、種を帯電させることが可能である。
【００１７】
ある実施形態では、種を帯電させるために使用される電極または構成要素は、種を収集するために使用される電場に寄与しない。ある実施形態では、種を帯電させるために使用される電極または構成要素は、種を収集するために使用される電場に寄与する。ある実施形態では、多孔板および接地電極の組み合わせが、種を帯電させるために使用される。
【００１８】
ある実施形態では、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。ある実施形態では、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。
【００１９】
本発明の他の利点および新規特徴が、付随の図と併せて考慮されると、本発明の種々の非限定的実施形態の以下の発明を実施するための形態から明白となるであろう。本明細書および参照することによって組み込まれる文書が、矛盾および／または非一貫した開示を含む場合、本明細書が、優先するものとする。参照することによって組み込まれる２つまたはそれを上回る文書が、相互に対して矛盾および／または非一貫した開示を含む場合、より最新の発効日を有する文書が、優先するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明の非限定的実施形態が、概略的であり、一定の縮尺で描かれることを意図していない、付随の図を参照して、一例として説明される。図中、図示される各同じまたは略同じ構成要素は、典型的には、単一数字で表される。明確性の目的のため、当業者が本発明を理解することを可能にするために例証が必要ではない場合、全構成要素が全図において標識されるわけでもなく、また、本発明の各実施形態の全構成要素が示されるわけでもない。
【図１Ａ】図１Ａは、いくつかの実施形態による、種を備えるガス流に電場を印加する方法の概略図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ある実施形態による、印加された電場の影響下の荷電種の軌道の概略図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、種がコレクタの上流に位置付けられる電荷発生器によって帯電させられる、方法の例示的概略図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ある実施形態による、種がコレクタの下流に位置付けられる電荷発生器によって帯電させられる、方法の概略図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、ある実施形態による、種がコレクタの上流にも下流にも位置付けられない電荷発生器によって帯電させられる、方法の概略図を示す。
【図３】図３は、ある実施形態による、印加された電場に寄与しないエミッタが種を帯電させるために使用される、方法の概略図を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、実施形態の１つのセットによる、メッシュの概略図を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、いくつかの実施形態による、メッシュの概略図を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、ある実施形態による、流線および粒子軌道の概略図と、印加された電場がない場合の粒子軌道の写真とを示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ある実施形態による、流線および粒子軌道の概略図と、印加された電場の存在下の粒子軌道の写真とを示す。
【図６】図６は、いくつかの実施形態による、エミッタ電極およびコレクタの概略描写を示す。
【図７】図７は、ある実施形態による、エミッタ電極およびコレクタの概略描写を示す。
【図８】図８は、いくつかの実施形態による、エミッタ電極およびコレクタの概略描写を示す。
【図９】図９は、ある実施形態による、ｋＶ単位の印加された電圧の関数としてＬ／（日・ｍ２）単位の霧の収集率のプロットを示す。
【図１０】図１０は、いくつかの実施形態による、選択されたメッシュのＫｅの関数として堆積効率を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、いくつかの実施形態による、印加された電場を伴う、および伴わない、異なる時間におけるメッシュの写真を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、いくつかの実施形態による、転換によって収集された液滴を示すメッシュの裏面の写真を示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、ある実施形態による、有効収集面積を倍にすることによる、収集増進の概略図を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、いくつかの実施形態による、簡略化された実験設定および液滴軌道の概略図を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、電場内の種の加速の例示的概略図を示す。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、ある実施形態による、Ｖ２の関数として追加された速度のプロットを示す。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、ある実施形態による、荷電種の収集の概略図を示す。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは、ある実施形態による、異なる風速のＶ２の関数として無次元収集面積のプロットを示す。
【図１３】図１３は、実施形態の１つのセットによる、電気的数字への無次元収集面積の依存性を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは、いくつかの実施形態による、２本ワイヤシステムにおける液滴軌道の概略図を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、ある実施形態による、種の軌道の写真を示す。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、ある実施形態による、異なるワイヤ距離のＫｅの関数として
【化１】
2018532581.tif 000003
のプロットを示す。
【図１５Ａ】図１５Ａは、ある実施形態による、霧暴露後の異なる時間間隔におけるメッシュの写真を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、いくつかの実施形態による、異なるメッシュのＫｅの関数として収集された水の質量のプロットを示す。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、ある実施形態による、異なるメッシュのＫｅの関数として堆積効率のプロットを示す。
【図１６Ａ】図１６Ａは、５つの異なる電圧の風速の逆数の関数として無次元収集面積のプロットを示す。
【００２１】
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、３つの異なるワイヤ距離のＫｅの関数として２本のワイヤのための無次元収集面積のプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ガス流からの種の収集に関連するシステムおよび方法が、概して、提供される。本明細書に説明されるシステムおよび方法は、比較的高い収集効率で流体（例えば、水）等の種の収集を可能にし得る。そのようなシステムおよび方法は、例えば、霧収集を含む、種々の用途で有用であり得る。いくつかの実施形態では、本システムおよび方法は、使用可能な水を産生するように大気中の霧からの水収集を増進する。従来の霧収集システムは、コレクタの上流の流体力学的流線の歪みによって制限され、ガス流中に存在する種のうちのいくつかがコレクタに到達することを妨げ、収集システムの収集率および／または収集効率を低減させ得る。有利なこととして、本明細書に説明される方法は、ある場合には、ガス流中に存在する種が、電場線を辿る、および／または接地（または帯電）コレクタに引き付けられるように、ガス流の中にイオンを組み込んでもよい。例えば、電場が流体力学的流線によって発生させられる力を克服し、従来の収集システムと比較して増加した収集効率をもたらす一方で、ある場合には、比較的低い電力消費量を使用するように、コロナ放電が、種を帯電させるために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、イオン放電が、エミッタ（例えば、電極）と接地コレクタ（例えば、メッシュ）との間に確立される。理論によって拘束されることを所望するわけではないが、付加的電気体力は、概して、それがメッシュに向かって指向され、流線歪みがあまり重要ではなくなるように、荷電種の軌道を変化させる。有利なこととして、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、風の速度および方向等の自然条件の悪影響を抑制し得る。いくつかの実施形態では、コレクタの２つまたはそれを上回る表面（例えば、側面）が、ガス流から種を捕捉するために使用されてもよい。ある実施形態では、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、収集される種を消毒してもよい。例えば、ある場合には、オゾンが収集中に収集種を消毒するように、オゾンが電場の発生中に発生させられる。本システムは、例えば、エミッタおよび／またはコレクタの数を増加させることによって拡張されてもよい。
【００２３】
例示的実施形態では、複数の荷電種が、ガス流中で確立されてもよく、複数の荷電種は、荷電種がコレクタにおいて収集されるように、コレクタに対して電気的にバイアスされる。別の例示的実施形態では、複数の種が、コレクタ（例えば、第２の電極）に向かって押勢され、および／または流れから隔離されるように、少なくとも１つの電極が、電場をガス流の少なくとも一部に印加するように配列されてもよい。
【００２４】
図１Ａに図示されるように、いくつかの実施形態では、ガス流１１０は、複数の種（例えば、流体液滴）１２０を備えてもよい。いくつかの実施形態では、複数の種が帯電させられてもよい。いくつかのそのような実施形態では、複数の種１２０は、コレクタ１３０に向かって押勢されてもよい。例えば、ある場合には、複数の種は、それらがコレクタに対して電気的にバイアスされるように帯電させられてもよい。いくつかの実施形態では、複数の種は、コレクタ１３０において収集されてもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、複数の種は、帯電させられてガス流の流体力学的流線（例えば、図１Ａの流線１１５）に従って流動することのない場合がある。しかしながら、ある実施形態では、複数の種は、複数の種がガス流の流体力学的流線に従って流動しないように帯電させられてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、電場が、ガス流の少なくとも一部に印加されてもよい。いくつかのそのような実施形態では、複数の種は、コレクタ（例えば、電極）に向かって押勢され、および／またはガス流から隔離されてもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態では、複数の種は、１０％を上回るまたはそれと等しい収集効率でコレクタ上に収集されてもよい。当業者は、効率に影響を及ぼすための本明細書に説明される種々の技法および配列の仕様および説明の教示に基づいて、過度の実験を伴わずに、本明細書に説明される配列（例えば、メッシュ、電極、液滴発生等）のうちのいずれかを使用して、１０％を上回るまたはそれと等しい収集効率を有するシステムを構築することができるであろう。すなわち、本発明の有意な側面は、１０％を上回るまたはそれと等しい収集効率につながる一連のパラメータの開発、および本明細書に説明される収集効率を達成するように、荷電種（例えば、荷電液滴）を発生させ、種を収集するための本明細書に説明される他の技法のうちの１つまたはそれを上回るものと組み合わせて、１つまたはそれを上回るものが使用されることができるように、効率に影響を及ぼす種々の要因の開発である。
【００２７】
本明細書で使用されるようなシステムの収集効率は、パーセンテージとして表される、種がコレクタを通って流動する割合に対する、種がコレクタによって収集される割合の比として定義される。いくつかの実施形態では、効率は、５％上回るまたはそれと等しく、１０％を上回るまたはそれと等しく、１５％を上回るまたはそれと等しく、２５％を上回るまたはそれと等しく、５０％を上回るまたはそれと等しく、７５％を上回るまたはそれと等しく、９０％を上回るまたはそれと等しく、または１００％を上回るまたはそれと等しくあり得る。ある実施形態では、効率は、１５０％未満またはそれと等しく、９０％未満またはそれと等しく、７５％未満またはそれと等しく、１５％未満またはそれと等しく、または１０％未満またはそれと等しくあり得る。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、１０％を上回るまたはそれと等しく、かつ１５０％未満またはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。
【００２８】
種の収集のためのある方法は、比較的少量の電力を消費しながら、比較的大量の種を収集することが可能であり得る。そのようなシステムは、エネルギー効率的と見なされてもよい。本明細書で使用されるように、エネルギー効率は、種を収集するために使用されるエネルギーの量に対するリットル単位の収集される種の比を指す。いくつかの実施形態では、エネルギー効率は、２０，０００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、１７５，５００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、１５，０００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、１２，５００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、１０，０００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、７，５００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、５，０００Ｌ／ｋＷｈ、４，７５０Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、４，５００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、４，２５０Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、４，０００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、３，７５０Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、３，５００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、３，２５０Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、３，０００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、２，７５０Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、２，５００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、２，２５０Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、２，０００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、１，７５０Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、１，５００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、１，２５０Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、１，０００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、７５０Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、５００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、２５０Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、１００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、７５Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、５０Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、または２０Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しくあり得る。ある実施形態では、エネルギー効率は、１Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、２０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、５０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、７５Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、１００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、２５０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、５００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、７５０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、１，０００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、１，２５０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、１，５００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、１，７５０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、２，０００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、２，２５０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、２，５００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、２，７５０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、３，０００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、３，２５０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、３，５００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、３，７５０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、４，０００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、４，２５０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、４，５００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、４，７５０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、５，０００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、７，５００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、１０，０００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、１２，５００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、１５，０００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しく、または１７，５００Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しくあり得る。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、５，０００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、かつ１Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しい、５，０００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、かつ２０Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しい、または２０，０００Ｌ／ｋＷｈ未満またはそれと等しく、かつ１Ｌ／ｋＷｈを上回るまたはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。
【００２９】
いくつかの実施形態では、種は、比較的高い割合で収集されてもよい。いくつかの実施形態によると、収集は、１Ｌ／（日・ｍ２）を上回るまたはそれと等しい、２．５Ｌ／（日・ｍ２）を上回るまたはそれと等しい、５Ｌ／（日・ｍ２）を上回るまたはそれと等しい、１０Ｌ／（日・ｍ２）を上回るまたはそれと等しい、２５Ｌ／（日・ｍ２）を上回るまたはそれと等しい、５０Ｌ／（日・ｍ２）を上回るまたはそれと等しい、１００Ｌ／（日・ｍ２）を上回るまたはそれと等しい、２５０Ｌ／（日・ｍ２）を上回るまたはそれと等しい、または５００Ｌ／（日・ｍ２）を上回るまたはそれと等しい割合で起こってもよい。いくつかの実施形態によると、収集は、１，０００Ｌ／（日・ｍ２）未満またはそれと等しい、５００Ｌ／（日・ｍ２）未満またはそれと等しい、２５０Ｌ／（日・ｍ２）未満またはそれと等しい、１００Ｌ／（日・ｍ２）未満またはそれと等しい、５０Ｌ／（日・ｍ２）未満またはそれと等しい、２５Ｌ／（日・ｍ２）未満またはそれと等しい、１０Ｌ／（日・ｍ２）未満またはそれと等しい、５Ｌ／（日・ｍ２）未満またはそれと等しい、または２．５Ｌ／（日・ｍ２）未満またはそれと等しい割合で起こってもよい。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、１Ｌ／（日・ｍ２）を上回るまたはそれと等しく、かつ１０００Ｌ／（日・ｍ２）未満またはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。
【００３０】
種の収集率は、当業者に公知である任意の好適な技法によって測定されてもよい。種の収集率を測定するための１つの技法は、種を備える一様なガス流に収集装置を暴露し、種を収集するにつれて、収集装置の重量を量り、質量を記録することである。種の密度が把握される（または実験的に判定される）場合、収集率は、塊が収集装置上に蓄積する割合を種の密度で除算することによって、計算されることができる。
【００３１】
上記で説明されるように、本発明の有意な側面は、本効率を達成するように、荷電液滴を発生させ、それらを収集するための本明細書に説明される他の技法のうちの１つまたはそれを上回るものと組み合わせて、１つまたはそれを上回るものが使用されることができるように、効率に影響を及ぼす種々の要因の開発である。荷電液滴を発生させて収集するための例示的方法および収集システムが、以下でさらに詳細に説明される。
【００３２】
いくつかの実施形態では、本方法は、ガス流から種を除去するステップを含んでもよい。図１Ｂは、ガス流から種を除去するための１つの方法を描写する。例えば、図１Ｂに図示されるように、いくつかの実施形態では、ガス流１１０は、複数の種１２０を備える。電場１００は、複数の種１２０がコレクタ１３０（例えば、電極）に向かって押勢されるように、ガス流１１０の少なくとも一部に印加されてもよい。いくつかの実施形態では、電場がない場合、複数の種１２０は、（例えば、位置１２０Ａまで）流線１１５を辿って流動してもよい。ある実施形態では、電場の存在下で、複数の種１２０の流動は、電場がない場合の流動と比較して、（例えば、位置１２０Ｂまで）電場１００による影響を受けてもよい。いくつかの実施形態では、電場１００が、コレクタ１３０（例えば、コレクタ１３０上の収集される種１２５）に向かって複数の種１２０を押勢する、および／またはその上で収集する一方で、電場１００がない場合、複数の種１２０の少なくとも一部は、コレクタ１３０に向かって押勢されない、および／またはその上で収集されないであろう。ある実施形態では、複数の種が、帯電させられてもよい。ある場合には、複数の種がコレクタに向かって押勢されるように、イオンが、（例えば、コロナ放電を介して）ガス流に追加されてもよい。ある場合には、ガス流中に存在する複数の種は、印加された電場およびガス流の両方によって発生させられる力の影響下で移動される（例えば、流動される）。当業者は、本明細書の教示に基づいて、図１Ｂが一様な電場を描写するが、他の電場もまた、種の流動（電場の規模および／または方向が空間的および／または時間的に変動する、電場を含むが、それに限定されない）を指向するために使用され得ることを理解するであろう。
【００３３】
図１Ｂでは、種１２０は、コレクタに接触するように、電場によってコレクタ１３０（例えば、電極）に向かって押勢されている。少なくとも部分的に隔離される種の複数の粒子を備える、ガス流では、粒子の少なくとも一部が、コレクタに接触するように電場によって押勢されてもよい。コレクタは、任意の好適な構成を備えてもよい。いくつかの実施形態では、コレクタは、多孔質基板（例えば、複数の穿孔／開口部を備える板、メッシュ、不織繊維ウェブ）である。いくつかの実施形態では、コレクタは、メッシュ（例えば、伝導性メッシュ）を備える。ある実施形態では、コレクタは、複数のワイヤ（例えば、複数の実質的に平行なワイヤ）を備える。ある場合には、コレクタは、その厚さを通過する複数の開口部を備える、板を備えてもよい。他のコレクタも、可能である。
【００３４】
上記で説明されるように、ある実施形態では、電極が、ガス流から荷電種の少なくとも一部を除去するために使用されてもよい。いくつかの実施形態は、空間電荷を発生させるための手段と、荷電種を収集する電極との両方を備えてもよい。空間電荷を発生させるための手段およびコレクタは、相互に対して、およびガス流に対して、任意の好適な様式で位置付けられてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、図２Ａに示されるように、ガス流を帯電させるために使用される電荷発生器２２５（例えば、第１の電極）は、ガス流内に存在する複数の種を収集するために使用されるコレクタ２３０（例えば、第２の電極）の上流に位置付けられる。いくつかの実施形態では、第１の電極は、第２の電極に近接して位置付けられる。ある実施形態では、図２Ｂに示されるように、発生器２２５は、コレクタ２３０の下流に位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、図２Ｃに示されるように、発生器２２５は、コレクタ２３０の上流にも下流にも位置付けられなくてもよい。コレクタに対する電荷発生器の他の配列も、可能である。加えて、図２Ａ−Ｃはそれぞれ、電荷発生器による負荷電種の発生を示すが、電荷発生器が正荷電種を発生させる実施形態もまた、本発明によって包含されると理解されるべきである。
【００３５】
少なくとも電荷発生器（すなわち、電荷発生器）と、収集電極（すなわち、コレクタ）とを備える、実施形態では、電荷発生器と収集電極との間の最小距離は、任意の好適な値であってもよい。いくつかの実施形態では、電荷発生器および収集電極は、ともに比較的近くあり得る。例えば、電荷発生器と収集電極との間の最小距離は、５０ｃｍ未満またはそれと等しく、４０ｃｍ未満またはそれと等しく、２５ｃｍ未満またはそれと等しく、２０ｃｍ未満またはそれと等しく、１５ｃｍ未満またはそれと等しく、１０ｃｍ未満またはそれと等しく、５ｃｍ未満またはそれと等しく、または４ｃｍ未満またはそれと等しくあり得る。いくつかの実施形態によると、電荷発生器と収集電極との間の最小距離は、２ｃｍを上回るまたはそれと等しく、４ｃｍを上回るまたはそれと等しく、５ｃｍを上回るまたはそれと等しく、１０ｃｍを上回るまたはそれと等しく、１５ｃｍを上回るまたはそれと等しく、２０ｃｍを上回るまたはそれと等しく、２５ｃｍを上回るまたはそれと等しく、または４０ｃｍを上回るまたはそれと等しくあり得る。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、５０ｃｍ未満またはそれと等しく、かつ２ｃｍを上回るまたはそれと等しい、または１５ｃｍ未満またはそれと等しく、かつ４ｃｍを上回るまたはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。
【００３６】
いくつかの実施形態では、複数の荷電種が、１つより多くのコレクタによって収集されてもよい。例えば、２つ、３つ、またはそれを上回るコレクタがあってもよい。理論によって拘束されることを所望するわけではないが、付加的コレクタの存在が、収集効率および／またはエネルギー効率を改良し得ることが考えられる。いくつかの実施形態では、コレクタは、連続して相互の下流に位置付けられてもよい。
【００３７】
ある実施形態では、下流に位置付けられるコレクタ（例えば、電極）は、上流に位置付けられる電極よりも比較的大きい電位の絶対値を有してもよい（例えば、第１の電極は、＋５Ｖの電位を有してもよく、第２の電極は、＋１０Ｖの電位を有してもよい、または第１の電極は、−５Ｖの電位を有してもよく、第２の電極は、−１０Ｖの電位を有してもよい等）。これは、荷電種が、本システムを通って流動するにつれて、コレクタに向かって増加するレベルの力を受けることを可能にし得る。例えば、第２のコレクタが、第１の電極によって収集されない荷電種の一部を収集すること、および／または第３のコレクタが、第１および第２の電極によって収集されない荷電種の一部を収集すること等も可能であり得る。
【００３８】
いくつかの実施形態によると、種は、１つを上回る電荷発生器によって帯電させられてもよい。種は、２つ、３つ、またはそれを上回る電荷発生器（例えば、電極）によって帯電させられてもよい。各電荷発生器は、コレクタの任意の部分の上流または下流のいずれかに独立して位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、第１の電荷発生器が、全てのコレクタの上流に位置付けられてもよく、第２の電荷発生器が、少なくとも第１のコレクタの下流に位置付けられてもよい。本構成では、第１の電荷発生器は、種が任意のコレクタを通って流動する前に、種の少なくとも一部を帯電させてもよく、第２の電荷発生器は、少なくとも第１のコレクタによって捕捉されていない種の少なくとも一部を帯電させてもよい。理論によって拘束されることを所望するわけではないが、本設計を伴う種の収集のための機構は、第１の電荷発生器によって帯電させられていない種が、第２の電荷発生器によって帯電させられ、続いて、収集されることを可能にし得る。
【００３９】
ある実施形態では、電荷発生器は、少なくとも１つの電極を備える。電極は、コロナ放電が起こり、空間電荷が発生させられるような電位で保持されてもよい。コロナ放電は、空気流の少なくとも一部のイオン化を引き起こし得る。コロナ放電に起因して存在する空間電荷は、種を帯電した状態にさせてもよい。いくつかのそのような実施形態では、第１の電極（例えば、コロナ放電を発生させることによって種を帯電させる）と第２の電極（例えば、種を収集する）との間の電位の差は、第２の電極に向かって荷電種を指向する電場の形成をもたらし得る。
【００４０】
例示的実施形態では、電荷発生器は、２つまたはそれを上回る電極、３つまたはそれを上回る電極、または４つまたはそれを上回る電極を備える。例えば、いくつかの実施形態では、電荷発生器は、第２の電極の下流に位置付けられる第３の電極を備えてもよい。ある場合には、第３の電極は、種を帯電させることが可能である。
【００４１】
いくつかの実施形態では、電荷発生器は、荷電種を収集するために使用される電場に寄与しない。例えば、種は、電極ではないデバイスによって帯電させられてもよい、または帯電領域の外側でかなりの電場をともに発生させない電極の組み合わせによって帯電させられてもよい。そのような物品の１つの非限定的実施例は、ともに電荷発生器を構成する、一対のエミッタおよび接地電極である。エミッタおよび接地電極を通過した後、種は、帯電させられてもよく、次いで、反対電荷の電極（すなわち、コレクタ）に向かって引き付けられることができる。図３に概略的に描写されるように、ガス流３００は、複数の種３２０を備える。いくつかの実施形態では、エミッタ３４０および接地電極３５０は、荷電種を発生させるために使用される（しかし、全体的には接地電極の外側に電場を発生させない）。いくつかの実施形態では、接地電極は、（例えば、図３で描写されるような）多孔板であってもよいが、他の幾何学的形状も想定される。コレクタ３３０は、ある場合には、種を引き付けて収集し得るように、種の上で発生させられる電荷と反対の電荷で保持されることができる（例えば、図３に示されるように、種は、エミッタによって負に帯電させられことができ、コレクタ３３０は、正電荷で保持されることができるが、しかしながら、負荷電電極に引き付けられる正荷電種も、考慮される）。
【００４２】
ある実施形態では、電荷発生器は、荷電流体を備えてもよい。例えば、テイラーコーンが発生させられるように、電位がイオン液体に印加されてもよい。種を備えるガス流は、その中の電荷の少なくとも一部が種に移送されるように、テイラーコーンを通って流動してもよい。いくつかの実施形態では、イオンが、テイラーコーンの表面（例えば、先端）から放出され、テイラーコーンの表面の周囲に空間電荷を形成してもよい。ある実施形態では、種を備えるガス流は、その中の電荷の少なくとも一部が種に移送されるように、発生させられた空間電荷を通って流動してもよい。
【００４３】
いくつかの実施形態では、電荷発生器は、エレクトロスプレーイオン化を備えてもよい。揮発性液体が、エレクトロスプレーされてもよい。いくつかの実施形態では、正味電荷を有する液滴が、電荷発生器からスプレーされる。いくつかのそのような実施形態では、スプレーされた液滴の少なくとも一部は、空間電荷が作成されるように、遊離イオンを残して蒸発する。種を備えるガス流は、その中の電荷の少なくとも一部が種に移送されるように、発生させられた空間電荷を通って流動してもよい。
【００４４】
上記で説明されるように、本明細書に説明される発明のシステムおよび方法は、比較的高い収集効率および／または高いエネルギー効率における荷電種の収集を提供してもよい。種は、任意の好適な様式で収集されてもよい。本明細書で使用されるように、収集は、それが後に除去されることができるように、定義された場所での種の蓄積を指す。いくつかの実施形態では、種の収集は、コレクタの使用を含んでもよい。いくつかの実施形態では、種は、コレクタの上流表面上に少なくとも部分的に収集されてもよい。いくつかの実施形態では、種は、コレクタの下流表面上に少なくとも部分的に収集されてもよい。ある実施形態では、種は、電荷発生機構に対面するコレクタの表面上に少なくとも部分的に収集されてもよい。ある実施形態では、種は、電荷発生機構に対面しないコレクタの表面上に少なくとも部分的に収集されてもよい。コレクタは、種が電極に引き付けられるように種と相互作用するような電位にある、任意の好適な材料であってもよい。その設計等のコレクタの特徴が、以下でさらに議論されるであろう。
【００４５】
ある実施形態によると、種を収集することはさらに、それがコレクタの異なる部分に収集される、コレクタの一部から種を指向するステップを含んでもよい。これは、例えば、任意の好適なデバイスの助けを借りて達成されてもよく、その非限定的実施例は、溝、ドレイン、貯蔵コンテナ等を含む。いくつかの実施形態では、種を収集するステップはさらに、コレクタから種を除去するステップを含んでもよい。例えば、コレクタ上の溝は、収集された種を貯蔵コンテナ、ドレインパイプ、または同等物に流動させてもよい。
【００４６】
上記で説明されるように、ある実施形態では、種を収集するステップは、種を第２の電極に引き付けるために第１の電極と第２の電極との間の電場を使用するステップを含む。ある実施形態では、第１の電極は、正に帯電させられてもよく、第２の電極は、負に帯電させられてもよい、または接地されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の電極は、負に帯電させられてもよく、第２の電極は、正に帯電させられてもよい、または接地されてもよい。ある実施形態では、第１の電極が負に帯電させられることが有利であり得る。理論によって拘束されることを所望するわけではないが、負に帯電した第１の電極は、オゾンを備えるコロナ放電を発生させ、したがって、空気流をオゾンに暴露することが可能であり得る。オゾンが少なくともいくつかの微生物を死滅させることが可能であり得るため、種を帯電させること、およびオゾンを発生させることの両方が有益であり得る。故に、オゾンを発生させる第１の電極は、少なくとも部分的に種を消毒および／または精製することが可能であり得る。
【００４７】
いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る電極は、比較的低い絶対値を有する電位で保持される。任意の好適な手段が、電源等の標的値で１つまたはそれを上回る電極を保持するために利用されてもよい。いくつかの実施形態では、電源が、１つまたはそれを上回る電極（例えば、少なくとも第１の電極）と電気連通して設置されてもよい。
【００４８】
電源は、発電機、バッテリ等であってもよい。ある実施形態では、電極のうちの１つまたはそれを上回るものは、１００ｋＶ未満またはそれと等しい、７５ｋＶ未満またはそれと等しい、５０ｋＶ未満またはそれと等しい、３０ｋＶ未満またはそれと等しい、２５ｋＶ未満またはそれと等しい、２０ｋＶ未満またはそれと等しい、１５ｋＶ未満またはそれと等しい、１０ｋＶ未満またはそれと等しい、または５ｋＶ未満またはそれと等しい絶対値を伴う電位で保持される。ある実施形態では、電極のうちの１つまたはそれを上回るものは、２ｋＶを上回るまたはそれと等しい、５ｋＶを上回るまたはそれと等しい、１０ｋＶを上回るまたはそれと等しい、１５ｋＶを上回るまたはそれと等しい、２０ｋＶを上回るまたはそれと等しい、２５ｋＶを上回るまたはそれと等しい、３０ｋＶを上回るまたはそれと等しい、５０ｋＶを上回るまたはそれと等しい、または７５ｋＶを上回るまたはそれと等しい絶対値を伴う電位で保持される。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、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、または５ｋＶを上回るまたはそれと等しく、かつ３０ｋＶ未満またはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。上記の値が絶対値を指すことも理解されたい（例えば、２ｋＶの絶対値を伴う電位で保持される電極は、＋２ｋＶの電位で保持されてもよい、または−２ｋＶの電位で保持されてもよい）。
【００４９】
ある実施形態によると、エミッタとしての役割を果たす電極とコレクタとしての役割を果たす電極との間の電位の差の絶対値は、比較的低い。いくつかの実施形態では、エミッタとしての役割を果たす電極とコレクタとしての役割を果たす電極との間の電位の差の絶対値は、１００ｋＶ未満またはそれと等しい、７５ｋＶ未満またはそれと等しい、５０ｋＶ未満またはそれと等しい、３０ｋＶ未満またはそれと等しい、２５ｋＶ未満またはそれと等しい、２０ｋＶ未満またはそれと等しい、１５ｋＶ未満またはそれと等しい、１０ｋＶ未満またはそれと等しい、または５ｋＶ未満またはそれと等しい。ある実施形態では、エミッタとしての役割を果たす電極とコレクタとしての役割を果たす電極との間の電位の差の絶対値は、２ｋＶを上回るまたはそれと等しい、５ｋＶを上回るまたはそれと等しい、１０ｋＶを上回るまたはそれと等しい、１５ｋＶを上回るまたはそれと等しい、２０ｋＶを上回るまたはそれと等しい、２５ｋＶを上回るまたはそれと等しい、３０ｋＶを上回るまたはそれと等しい、５０ｋＶを上回るまたはそれと等しい、または７５ｋＶを上回るまたはそれと等しい。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、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、または５ｋＶを上回るまたはそれと等しく、かつ３０ｋＶ未満またはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。上記の値が、絶対値を指すことも理解されたい（例えば、２ｋＶの電位の差の絶対値は、＋２ｋＶの電位の差であってもよい、または−２ｋＶの電位の差であってもよい）。
【００５０】
いくつかの実施形態では、複数の荷電種は、コレクタに対して電気的にバイアスされる。「〜に対して電気的にバイアスされる」という語句は、概して、（例えば、コレクタ）への引力があるように、電位を有することを指す。例えば、荷電種は、コレクタに引き付けられるような電位にあるときに、コレクタに対して電気的にバイアスされてもよい。電気的バイアスの絶対値は、概して、相互に対してバイアスされる２つの物品の間の電位の差の絶対値を指す。いくつかの実施形態では、複数の荷電種とコレクタとの間の電気的バイアスの絶対値は、２ｋＶを上回るまたはそれと等しい、５ｋＶを上回るまたはそれと等しい、１０ｋＶを上回るまたはそれと等しい、１５ｋＶを上回るまたはそれと等しい、２０ｋＶを上回るまたはそれと等しい、２５ｋＶを上回るまたはそれと等しい、３０ｋＶを上回るまたはそれと等しい、５０ｋＶを上回るまたはそれと等しい、または７５ｋＶを上回るまたはそれと等しい。いくつかの実施形態では、複数の荷電種とコレクタとの間の電気的バイアスの絶対値は、１００ｋＶ未満またはそれと等しい、７５ｋＶ未満またはそれと等しい、５０ｋＶ未満またはそれと等しい、３０ｋＶ未満またはそれと等しい、２５ｋＶ未満またはそれと等しい、２０ｋＶ未満またはそれと等しい、１５ｋＶ未満またはそれと等しい、１０ｋＶ未満またはそれと等しい、または５ｋＶ未満またはそれと等しい。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、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、または５ｋＶを上回るまたはそれと等しく、かつ３０ｋＶ未満またはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。上記の値が絶対値を指すことも、理解されたい（例えば、２ｋＶの電気的バイアスの絶対値は、＋２ｋＶの電気的バイアスであってもよい、または−２ｋＶの電気的バイアスであってもよい）。
【００５１】
ある実施形態では、種を収集するための装置は、（コレクタの表面積につき）比較的低い量の電力を消費しながら動作されてもよい。いくつかの実施形態では、本装置は、５，０００Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、４０００Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、３，０００Ｗ／ｍ２、２，０００Ｗ／ｍ２、１，０００Ｗ／ｍ２、７５０Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、５００Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、２００Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、１５０Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、１００Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、７５Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、５０Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、２５Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、２０Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、１５Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、１０Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、５Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、２．５Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、１Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、０．５Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい、または０．２５Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しい電力で動作されてもよい。いくつかの実施形態では、本装置は、０．１Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、０．２５Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、０．５Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、１Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、２．５Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、５Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、１０Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、１５Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、２０Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、２５Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、５０Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、７５Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、１００Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、１５０Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、２００Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、５００Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、７５０Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、１，０００Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、２，０００Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、３，０００Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、または４，０００Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい電力で動作されてもよい。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、２００Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しく、かつ０．１Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、１Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しく、かつ５０Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい、または５，０００Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しく、かつ１Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。例示的実施形態では、本装置は、２００Ｗ／ｍ２未満またはそれと等しく、かつ０．１Ｗ／ｍ２を上回るまたはそれと等しい電力で動作されてもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態では、第１の電極（例えば、ガス流内に存在する種を少なくとも部分的に帯電させることが可能である電荷発生器）は、比較的高い曲率半径を伴う表面を備える、針および／または材料を備えてもよい。理論によって拘束されることを所望するわけではないが、比較的高い曲率半径は、大きい電位勾配をもたらし得るため、コロナ放電を発生させるために有用であり得る。ある実施形態では、第１の電極は、２ミクロンを上回るまたはそれと等しい、５ミクロンを上回るまたはそれと等しい、１０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、１５ミクロンを上回るまたはそれと等しい、２０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、５０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、１００ミクロンを上回るまたはそれと等しい、２５０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、５００ミクロンを上回るまたはそれと等しい、１ｍｍを上回るまたはそれと等しい、または２．５ｍｍを上回るまたはそれと等しい曲率半径を伴う表面を備えてもよい。ある実施形態では、第１の電極は、５ｍｍ未満またはそれと等しい、２．５ｍｍ未満またはそれと等しい、１ｍｍ未満またはそれと等しい、５００ミクロン未満またはそれと等しい、２５０ミクロン未満またはそれと等しい、１００ミクロン未満またはそれと等しい、５０ミクロン未満またはそれと等しい、２０ミクロン未満またはそれと等しい、１５ミクロン未満またはそれと等しい、または１０ミクロン未満またはそれと等しい、５ミクロン未満またはそれと等しい曲率半径を伴う表面を備えてもよい。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、２ミクロンを上回るまたはそれと等しく、かつ２５０ミクロン未満またはそれと等しい、または１００ミクロンを上回るまたはそれと等しく、５ｍｍ未満またはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。
【００５３】
ある実施形態では、本システムは、２つまたはそれを上回る電荷発生器を備えてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第１の電極は、複数の針（例えば、電荷発生器）を備える。例えば、第１の電極は、針のアレイを備えてもよい。針から第２の電極までの距離に対する針（また他の電荷発生器）の間の間隔の比は、任意の好適な値であってもよい。いくつかの実施形態では、針から第２の電極までの距離に対する針の間の間隔の比は、０．２５を上回るまたはそれと等しく、０．５を上回るまたはそれと等しく、１を上回るまたはそれと等しく、２．５を上回るまたはそれと等しく、５を上回るまたはそれと等しく、または１０を上回るまたはそれと等しくあり得る。いくつかの実施形態では、針から第２の電極までの距離に対する針の間の間隔の比は、１５未満またはそれと等しく、１０未満またはそれと等しく、５未満またはそれと等しく、２．５未満またはそれと等しく、１未満またはそれと等しく、または０．５未満またはそれと等しくあり得る。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、０．２５を上回るまたはそれと等しく、かつ１５ミクロン未満またはそれと等しい、または０．５ミクロンを上回るまたはそれと等しく、かつ５未満またはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。いくつかの実施形態では、電荷発生器の間の間隔は、絶縁破壊および／またはアーク放電が起こらないように選択される。
【００５４】
いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る電極は、メッシュを備えてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、電荷発生器は、メッシュを備える。いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回る第２の電極（すなわち、コレクタ）は、メッシュを備えてもよい。メッシュの好適な特徴は、以下でさらに十分に説明され、これらの特徴が、第１および第２の電極の両方の中に存在し得るか、またはいずれにも存在し得ないかのいずれかであることを理解されたい。
【００５５】
図４Ａに示されるように、メッシュ４６０は、複数のワイヤ４７０および開口部４８０を備えてもよい。メッシュ４６０は、四角いメッシュとして描写されているが、他のメッシュ格子も考慮される（例えば、三角形、長方形、六角形、非周期的等）ことに留意されたい。いくつかの実施形態では、メッシュは、実質的に平行なワイヤ（例えば、ワイヤ４７０を備える、図４Ｂに示されるようなメッシュ４６２）のみを備えてもよい。
【００５６】
メッシュ内の開口部は、任意の好適な平均最小断面寸法を有してもよい。いくつかの実施形態では、開口部は、１０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、２０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、５０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、１００ミクロンを上回るまたはそれと等しい、２００ミクロンを上回るまたはそれと等しい、５００ミクロンを上回るまたはそれと等しい、１ｍｍを上回るまたはそれと等しい、２ｍｍを上回るまたはそれと等しい、５ｍｍを上回るまたはそれと等しい、１０ｍｍを上回るまたはそれと等しい、２５ｍｍを上回るまたはそれと等しい、５０ｍｍを上回るまたはそれと等しい、または７５ｍｍを上回るまたはそれと等しい平均最小断面寸法を有してもよい。いくつかの実施形態では、開口部は、１００ｍｍ未満またはそれと等しい、７５ｍｍ未満またはそれと等しい、５０ｍｍ未満またはそれと等しい、２５ｍｍ未満またはそれと等しい、１０ｍｍ未満またはそれと等しい、５ｍｍ未満またはそれと等しい、２ｍｍ未満またはそれと等しい、１ｍｍ未満またはそれと等しい、５００ミクロン未満またはそれと等しい、２００ミクロン未満またはそれと等しい、１００ミクロン未満またはそれと等しい、５０ミクロン未満またはそれと等しい、または２０ミクロン未満またはそれと等しい平均最小断面寸法を有してもよい。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、１０ミクロンを上回るまたはそれと等しく、かつ１ｍｍ未満またはそれと等しい、１００ミクロンを上回るまたはそれと等しく、かつ５ｍｍ未満またはそれと等しい、５００ミクロンを上回るまたはそれと等しく、かつ２ｍｍ未満またはそれと等しい、１ｍｍを上回るまたはそれと等しく、かつ２５ｍｍ未満またはそれと等しい、または２ｍｍを上回るまたはそれと等しく、かつ１００ｍｍ未満またはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。
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。
【数１】
2018532581.tif 000004
【００５７】
式中、Ｄ＊は、開口部の平均最小断面寸法であり、Ｒｃは、ワイヤの平均断面寸法であり、Ｋｅは、以下によって定義される電力および粘性力の比である。
【数２】
2018532581.tif 000005
式中、
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。
【００５８】
Ｕ０は、風速である。
【００５９】
ワイヤの平均断面寸法は、任意の好適な値であってもよい。いくつかの実施形態では、ワイヤの平均断面寸法は、０．５ｍｍを上回るまたはそれと等しい、１０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、２０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、５０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、１００ミクロンを上回るまたはそれと等しい、２００ミクロンを上回るまたはそれと等しい、５００ミクロンを上回るまたはそれと等しい、１ｍｍを上回るまたはそれと等しい、２ｍｍを上回るまたはそれと等しい、５ｍｍを上回るまたはそれと等しい、１０ｍｍを上回るまたはそれと等しい、２５ｍｍを上回るまたはそれと等しい、５０ｍｍを上回るまたはそれと等しい、または７５ｍｍを上回るまたはそれと等しい。いくつかの実施形態では、ワイヤの平均断面寸法は、１００ｍｍ未満またはそれと等しい、７５ｍｍ未満またはそれと等しい、５０ｍｍ未満またはそれと等しい、２５ｍｍ未満またはそれと等しい、１０ｍｍ未満またはそれと等しい、５ｍｍ未満またはそれと等しい、２ｍｍ未満またはそれと等しい、１ｍｍ未満またはそれと等しい、５００ミクロン未満またはそれと等しい、２００ミクロン未満またはそれと等しい、１００ミクロン未満またはそれと等しい、５０ミクロン未満またはそれと等しい、または２０ミクロン未満またはそれと等しい。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、１０ミクロンを上回るまたはそれと等しく、かつ１ｍｍ未満またはそれと等しい、１００ミクロンを上回るまたはそれと等しく、かつ５ｍｍ未満またはそれと等しい、５００ミクロンを上回るまたはそれと等しく、かつ２ｍｍ未満またはそれと等しい、１ｍｍを上回るまたはそれと等しく、かつ２５ｍｍ未満またはそれと等しい、または０．５ｍｍを上回るまたはそれと等しく、かつ１００ｍｍ未満またはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。
【００６０】
いくつかの実施形態では、本システムは、収集効率が以下によって定義されるように設計されてもよい。
【数３】
2018532581.tif 000006
【００６１】
式中、ＳＣは、コレクタの全面積によって除算される、コレクタのワイヤによって占有される面積の割合である。
【００６２】
ある実施形態では、開口部は、多孔質基板（例えば、メッシュ）の比較的高い面積割合を占有する。本明細書で使用されるように、面積割合は、パーセンテージとして表される、開口部を含む多孔質基板の最大表面積によって除算される、開口部によって占有される全表面積を測定することによって判定される。いくつかの実施形態によると、開口部は、２０％を上回るまたはそれと等しい、３０％を上回るまたはそれと等しい、４０％を上回るまたはそれと等しい、５０％を上回るまたはそれと等しい、６０％を上回るまたはそれと等しい、７０％を上回るまたはそれと等しい、８０％を上回るまたはそれと等しい、９０％を上回るまたはそれと等しい、９５％を上回るまたはそれと等しい、９８％を上回るまたはそれと等しい、９９％を上回るまたはそれと等しい、または９９．５％を上回るまたはそれと等しいメッシュの面積割合を占有する。いくつかの実施形態によると、開口部は、９９．９％未満またはそれと等しい、９９．５％未満またはそれと等しい、９９％未満またはそれと等しい、９８％未満またはそれと等しい、９５％未満またはそれと等しい、９０％未満またはそれと等しい、８０％未満、７０％未満、６０％未満、５０％未満、４０％未満、または３０％未満のメッシュの面積割合を占有する。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、２０％を上回るまたはそれと等しく、かつ５０％未満またはそれと等しい、４０％を上回るまたはそれと等しく、かつ７０％未満またはそれと等しい、６０％を上回るまたはそれと等しく、かつ９０％未満またはそれと等しい、または８０％を上回るまたはそれと等しく、かつ９９．９％未満またはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。
【００６３】
ある実施形態では、第１（すなわち、エミッタ）および第２の（すなわち、収集）電極に関して上記で説明されるパラメータ（例えば、電極電圧、開口部直径等）のうちの１つまたはそれを上回るものは、種の収集中に動的に変動されてもよい。例えば、上記で説明されるパラメータのうちの１つまたはそれを上回るものは、収集効率および／またはエネルギー効率が最大限にされるように環境条件を変化させることに応答して、変動されてもよい。いくつかの実施形態では、センサが、ガス流中の種の濃度、湿度、風向、風の規模等を感知することが可能である収集デバイスに組み込まれてもよい。次いで、１つまたはそれを上回る電極および／またはワイヤは、移動されてもよい、または１つまたはそれを上回る電極に印加される電位は、修正されてもよい。
【００６４】
収集される種は、任意の好適な化合物を備えてもよい。ある実施形態では、収集される種は、液体を備えてもよい。いくつかの実施形態では、収集される種は、（例えば、液体、固体、および／または気体形態の）水を備えてもよい。水は、実質的に純水であってもよい、および／または水内に存在する１つまたはそれを上回る溶解種を備えてもよい。いくつかの実施形態によると、収集される種は、霧を備えてもよい。ある実施形態では、収集される種は、有機化合物を備えてもよい。
【００６５】
ある実施形態では、種は、液滴を備えてもよい。液滴は、任意の好適な平均直径を備えてもよい。いくつかの実施形態では、種は、１００ｎｍを上回るまたはそれと等しい、２５０ｎｍを上回るまたはそれと等しい、５００ｎｍを上回るまたはそれと等しい、１ミクロンを上回るまたはそれと等しい、２ミクロンを上回るまたはそれと等しい、５ミクロンを上回るまたはそれと等しい、１０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、１５ミクロンを上回るまたはそれと等しい、２０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、２５ミクロンを上回るまたはそれと等しい、３０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、３５ミクロンを上回るまたはそれと等しい、４０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、５０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、１００ミクロンを上回るまたはそれと等しい、２５０ミクロンを上回るまたはそれと等しい、または５００ミクロンを上回るまたはそれと等しい平均直径を伴う液滴を備えてもよい。ある実施形態では、種は、１ｍｍ未満またはそれと等しい、５００ミクロン未満またはそれと等しい、２５０ミクロン未満またはそれと等しい、１００ミクロン未満またはそれと等しい、５０ミクロン未満またはそれと等しい、４０ミクロン未満またはそれと等しい、３５ミクロン未満またはそれと等しい、３０ミクロン未満またはそれと等しい、２５ミクロン未満またはそれと等しい、２０ミクロン未満またはそれと等しい、１５ミクロン未満またはそれと等しい、１０ミクロン未満またはそれと等しい、５ミクロン未満またはそれと等しい、２ミクロン未満またはそれと等しい、１ミクロン未満またはそれと等しい、５００ｎｍ未満またはそれと等しい、または２５０ｎｍ未満またはそれと等しい平均直径を伴う液滴を備えてもよい。上記で参照された範囲の組み合わせも、可能である（例えば、１００ｎｍを上回るまたはそれと等しく、かつ１ミクロン未満またはそれと等しい、２５０ｎｍを上回るまたはそれと等しく、かつ１０ミクロン未満またはそれと等しい、１ミクロンを上回るまたはそれと等しく、かつ４０ミクロン未満またはそれと等しい、１ミクロンを上回るまたはそれと等しく、かつ１００ミクロン未満またはそれと等しい、１０ミクロンを上回るまたはそれと等しく、かつ５００ミクロン未満またはそれと等しい、または２５０ミクロンを上回るまたはそれと等しく、かつ１ｍｍ未満またはそれと等しい）。他の範囲も、可能である。
【００６６】
ガス流は、任意の好適な気体種を備えてもよい。ある実施形態では、気体種は、空気を備えてもよい。他の気体種も、可能である。当業者は、本明細書の教示に基づいて収集される種を備える、好適なガス流および気体種を選択することが可能であろう。
【００６７】
例示的実施形態では、本システムは、第１の電極と、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、少なくとも第１の電極と電気連通する電源と、コレクタとを備える。いくつかの実施形態では、本システムは、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、および／または１０％を上回るまたはそれと等しい収集効率で、流体を収集するように構成される。
【００６８】
別の例示的実施形態では、ガス流中に存在する種は、コレクタに対して電気的にバイアスされる、複数の荷電種をガス流中で確立し、荷電種を収集することによって、収集されてもよい。いくつかの実施形態では、荷電種は、１０％を上回るまたはそれと等しい収集効率で、コレクタにおいて収集される。
【００６９】
さらに別の例示的実施形態では、少なくとも第１および第２の電極は、電場をガス流の少なくとも一部に印加するよう配列され、それによって、第２の電極に向かってガス流とともに含有される種を押勢してもよい。いくつかの実施形態では、種の少なくとも一部が、ガス流から隔離されてもよい。ある実施形態では、第１の電極と第２の電極との間の距離は、２ｃｍ〜５０ｃｍである。
【００７０】
別の例示的実施形態では、ガス流中に存在する種は、ガス流内で、第１の電極および第１の電極に近接する第２の電極を配列し、ガス流中に存在する流体の少なくとも一部が第２の電極上に堆積するように、電位を第１の電極に印加し、流体を収集することによって、収集されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の電極と第２の電極との間の距離は、２ｃｍ〜５０ｃｍである。ある実施形態では、種は、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収集される。
【００７１】
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６２／２３３，４９９号は、あらゆる目的のために参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
【実施例】
【００７２】
霧コレクタのための最も一般的な設計は、フレームによって保持される、霧を含む風と垂直に立つ大型織物メッシュである。風は、メッシュワイヤに霧を吹き込む。ワイヤへの衝突に応じて、液滴は、メッシュに粘着し、他の流入液滴と合体してより大きくなり、あるサイズに達するときに、重力によって溝の中へ飛散され、最終的に収集タンクに運搬される。大型の不透過性障害物が、流入流線の偏差につながり、その結果として、板からの霧滴の引き離しにつながり得る一方で、メッシュが、その開口部に空気を通過させることによって流動のはるかに小さい変化を引き起こすため、メッシュが板の代わりに使用される。実践で使用されるメッシュは、ポリエチレンまたはポリプロピレンで作製される。それらの収集率は、大部分が場所によって変動するが、実際のシステムにおける典型的値は、１〜１０Ｌ／ｍ２／日に及ぶ。コレクタの収集効率は、溝の中の水収集の速度とメッシュと同一の面積を伴う非摂動流管の中で流動する水の速度との間の比を計算することによって、測定されることができる。多くの理由が、効率が１００％になり得ない理由を説明し得る。第１に、例えば、メッシュワイヤに衝突する液滴の一部のみが、捕捉されることができる。残りの流動は、メッシュの開口部を通過し、決して捕捉されない。次いで、ワイヤに衝突する液滴の間で、いくつかは、ワイヤ上で跳ね返って消える、または捕捉され、次いで、重力に起因して飛散する前に風によって再捕捉されることができる。別の問題は、まだ飛散していなかった、収集された液滴が、メッシュ開口部を部分的に詰まらせ、流入流線を逸脱する広い不透過性面積を形成し得ることである。メッシュは、ワイヤ開口部、およびメッシュの全面積によって除算されるワイヤの投影面積（表面積）である陰影係数によって特徴付けられることができる。これら２つのパラメータを同調させることによって、平衡が、流線偏差を最小限にすることと、最大効率を有するようにワイヤに影響を及ぼす液滴の割合を最大限にすることとの間で見出されることができる。
【００７３】
霧コレクタのための最も一般的な設計は、フレームによって保持される、霧を含む風と垂直に立つ大型織物メッシュである。風は、メッシュワイヤに霧を吹き込む。霧は、１０μｍの典型的直径を伴う１〜４０μｍに及ぶ直径の小さな液滴から成る、地面に接触する雲である。ワイヤへの衝突に応じて、液滴は、メッシュに粘着し、他の流入液滴と合体してより大きくなり、臨界サイズに達するときに、重力によって溝の中へ飛散され、最終的に収集タンクに運搬される。大型の不透過性障害物が、流入流線の偏差につながり、その結果として、板からの霧滴の引き離しにつながり得る一方で、メッシュが、その開口部に空気を通過させることによって流動のはるかに小さい変化を引き起こすため、メッシュが板の代わりに使用される。それでもなお、これらのメッシュは、典型的には、約１〜２％の非常に低い効率を有する。
【００７４】
いくつかの機構は、そのようなコレクタの効率を制限する。コレクタの周囲の流線の逸脱は、それらのうちの１つであり、システムの「空気力学的効率」を構成する。サイズＬのコレクタは、その周囲のサイズＬの領域中で流動を逸脱させ、それによって、それに向かって指向される霧粒子の数を減少させ得る。そこから遠いコレクタに向かって指向された粒子の総数によって除算される、メッシュワイヤに向かって指向された粒子の実際の数は、空気力学的効率であり、本効率は、メッシュワイヤによって占有される投影面積（表面積）の割合である、メッシュの陰影係数（ＳＣ）に依存する。高いＳＣは、流線が大いに逸脱される、板様状況につながり得る一方で、小さいＳＣは、液滴の殆どがメッシュ開口部を通過し得るため、低い効率につながり得る。約５５％のＳＣが最大空気力学的効率につながることが示されている。
【００７５】
効率への別の制限は、飛散率である。メッシュ上の捕捉された液滴が、重力によって容易に飛散されることができず、メッシュ上に留まる場合、それらは、２つの機構によって効率を減少させ得る。メッシュ開口部は、メッシュを局所的に板として作用させる水によって詰まり得る。空気抵抗に起因する液滴の再飛散もまた、これらの液滴が収集される前に起こり得る。飛散率を改良することは、近年、有意な注目を集めており、研究者らは、感化のために霧収穫動物および植物を研究し、飛散率を改良するコーティングを開発している。有意な改良も、報告されている。しかしながら、これらのメッシュの全体的効率は、約１０％の低いままであり、主要な制限が飛散率ではないことを示唆している。
【００７６】
霧収集プロセスにおける有意な障害は、収集されるワイヤに向かって指向された液滴の割合である、堆積効率によって捕捉される、メッシュの個々のワイヤの周囲の液滴の逸脱である。シリンダを過ぎた流動が、広範囲に研究されている。シリンダから遠くでは、空気流線は、平行であり、霧粒子の軌道は、それらを密接に辿る。シリンダの近くでは、シリンダＲｃの半径の特徴的サイズの領域中で、流線は、図５Ａに概略的に示されるように、逸脱し、シリンダの周囲を進み始める。本領域中で、霧粒子は、２つの力、すなわち、空気によって及ぼされるそれらの慣性および牽引力を受け、それらの結末は、これらの力の比に依存し得る。本比は、流動の時間尺度に対する粒子の時間尺度の比と見なされることもできる、ストークス数である。
【化２】
2018532581.tif 000007
である。低いストークス数に関して、粒子軌道は、非常に密接に流線を辿り得、いくつかの液滴が収集されるであろう。実施例が、流動分離とともに、Ｓｔ＝０．０５のシリンダの周囲の霧軌道を示す、図５Ａの写真で提示される。高いストークス数に関して、牽引力は、軌道に影響を及ぼさない場合があり、シリンダに対面する液滴は、それらの平行水平移動を継続し、シリンダと衝突し得る。実験公式が、堆積効率について確立されている。
【化３】
2018532581.tif 000008
である。しかしながら、実践では、作製することが困難である、非常に細かいメッシュが、大きいストークス数を有するために必要とされ、低い堆積効率は、霧収集率を有意に制限し得る。
【００７７】
ある場合には、静電気が、可視性を低減させ、事故の危険性を増進するため危険であり得る、道路および空港における霧除去の目的のために提案されている。これらの設計は、概して、比較的広い面積から霧を取り除き、したがって、大きい距離（設計のうちのいくつかでは最大５００ｍ）にわたって霧軌道を有意に歪曲させることを目指す。
【００７８】
他の従来技術の方法は、高電圧針および接地板を使用し、水分子が極性であるため、それらは、電場と整合し、最高電場の領域、すなわち、液滴が合体して成長する針に向かって移動する。それらがより大きくなると、伝導によって針から電荷も獲得する。ある時点で、静電反発力は、接着力を克服し、液滴は、針から離れ、電場の影響下でコレクタに向かって輸送される。しかしながら、本方法の１つの例示的不利点は、液滴が、急速に水で被覆され得る、針との接触を要求することである。これは、システムの性能および収集率を制限し得、および／または多数の針を要求し得、エネルギーを消費する。
【００７９】
対照的に、本明細書に説明される実施形態では、電場は、霧軌道の比較的わずかな偏向を引き起こし、ワイヤの間の通過ではなく、液滴が収集メッシュに衝打することを可能にし、例えば、増加した収集効率（例えば、１０％を上回るまたはそれと等しい収集効率）をもたらす。加えて、本明細書に説明される方法およびシステムは、霧を除去して一掃することではなく、それを収集し、原位置でそれを消毒して、例えば、飲用および灌漑のために使用可能である水を産生することを意図している。
【００８０】
最小限の電力消費量を伴う増進した霧収集につながる新規の方法が、本明細書に説明される。一実施例では、本システムは、２つの電極から成る。第１のもの、すなわち、エミッタ電極は、針または針のアレイであり、針は、高い電圧（大きさのオーダー：５−２５ｋＶ）で維持される、小さい曲率半径を伴う伝導性物体である。第２の電極は、コレクタであり、これは、第１のものの近くに設置され、接地伝導性メッシュまたは板から成る。コレクタは、霧滴を輸送する風と垂直であり、高電圧針は、風の方向へコレクタの直前または直後のいずれかに設置される。第１の電極における高い電圧は、その近傍でコロナ放電を起こらせる。空間電荷の雲が、発生させられ、液滴に向かって加速させられる。それらは、水滴に付着し、液滴は、エミッタ電極と同一の符号を伴って帯電した状態になる。これらの荷電液滴は、次いで、２つの電極の間の電場の影響下で接地コレクタに引き付けられる。本付加的力は、霧滴をコレクタに駆動する。液滴は、メッシュ／板に到着するときに捕捉され、いくつかの液滴が合体し、重力によって飛散されるために十分に大きくなるとすぐに、それらは、落下し、それらを貯蔵タンクに輸送する溝の中に収集される。
【００８１】
コレクタから遠くで、霧滴は、空気流線を辿る。風がコレクタに接近すると、電場がない場合、流線は、障害物を回避するように偏向する。コレクタが不透過性板である場合、それらは、大いに偏向し、大量の液滴を同伴する。コレクタがメッシュである場合、流線は、開口部を通過することができ、メッシュワイヤの周囲でわずかに偏向する。しかし、水滴が空気よりも多くの慣性を有する場合、それらは、空気よりもゆっくりと偏向され、メッシュ繊維に衝打することができる。液滴がコロナ放電に起因して帯電させられるとき、コレクタは、それらを引き付け、それらの軌道は、修正され、コレクタの表面に向かって配向される。電気引力が空気によって及ぼされる牽引力を克服することができるため、偏向されてメッシュ開口部を通過させられているであろう、多くの液滴は、ここで収集されることができる。図５Ａおよび図５Ｂは、静電力が流体力学的力を克服し、コレクタに向かって液滴を引き付け得る、機構を示す。霧滴の軌道は、修正され、もはや流体力学的流線ではなくなる。
【００８２】
１つのアプローチが、図５Ｂに概略的に示されている。粒子は、最初に電気的に中性であり、誘電泳動力は、それらの軌道に影響を及ぼすために十分ではない。したがって、コロナ放電が、液滴に正味電荷を注入するために使用され、次いで、液滴は、電場を使用してコレクタに向かって指向される。エミッタ電極における高い電圧の印加は、その線がエミッタから接地コレクタに進む、電場を生成する。本電場は、空気流線に影響を及ぼさないが、荷電霧滴のみに作用する。電気力が空気牽引力よりもはるかに大きく、それが霧滴に力線を辿らせ、収集ワイヤの両側で終端させる、高い電圧を伴う事例が、図５Ｂに示されている。強い電場の存在下の粒子の軌道を示す、図５Ｂの写真で見られ得るように、粒子が、ワイヤの全体にわたって収集され、最初にワイヤに向かって指向されなかった、いくつかの粒子が、依然として捕捉される。直観的に、これは、収集されるワイヤに向かって指向された液滴の割合として前もって定義された堆積効率が、１よりも高くなり得ることを示唆する。
【００８３】
メッシュが使用されるときに、多くの場合、本システムで起こる別の現象は、「転換」と称される。液滴がコロナ放電により帯電させられるとき、それらは、コレクタ表面に引き付けられる。しかしながら、それらの全てが捕捉されるわけではない。風の慣性に起因して、静電力は、いくつかの液滴の軌道を修正し、それらをメッシュワイヤまで進ませるために十分ではない場合がある。これらの液滴は、開口部を通過し、メッシュから離れて移動し始める。しかしながら、これらの液滴は、依然として帯電させられ、依然として接地メッシュに引き付けられる。本引力に起因して、液滴の一部は、メッシュの裏面によって捕捉されるように、向きを変えて戻り得る。本転換現象は、メッシュの裏面も使用することによって、使用される表面を倍にすることを可能にするため、収集効率を増進することに有意に寄与し、メッシュに到着したときに離された液滴を捕らえる第２の機会を提供する。これは、多くの場合、１００％よりも高い堆積効率につながる。液滴は、従来のコレクタでは１００％効率事例（これには決して達することがなく、実際の効率は、従来のコレクタでははるかに低い）を表す、コレクタの投影面積（表面積）よりも広い面積から収集されることができる。
【００８４】
本明細書に示されるように、実験的および理論的に、そのようなシステムの堆積効率は、電気的数字である、１つの無次元数Ｋｅとともに直線的に変動する。
【数４】
2018532581.tif 000009
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り、
Ｒｃは、メッシュワイヤの半径であり、
Ｕ０は、風速である。
【００８５】
本依存性は、ある効率を有するように印加されるべきであり、実践では、例えば、風速の変化の効果を補償するように調節されることができる、電圧を予測することを可能にする。加えて、本システムの位相図を分析することによって、２つのパラメータによって説明されることができる、最適な動作の領域が識別された。
【００８６】
第１に、電場による加速および風速に起因する、粒子の追加速度の比を表す、相対的追加速度Ｕ＊がある。
【数５】
2018532581.tif 000010
【００８７】
最適動作は、Ｕ＊＜１のためのものである。Ｕ＊＞１に関して、本システムは、電圧飽和に達する。到達可能な収集率の本制限は、本質的に、電圧が増加されると、粒子を引き付ける、より高い電気力があるが、粒子はまた、より速く移動しており、電気力がそれらを引き付けるための少ない時間を残すという事実に由来する。
【００８８】
別の重要なパラメータは、無次元数Ｄ＊によって捕捉される、メッシュワイヤの間の間隔Ｄである。
【数６】
2018532581.tif 000011
【００８９】
ワイヤの間の距離が小さすぎるとき、それらの間の全ての液滴が収集され、電圧を増加させることは、収集する霧がそれ以上ないため、非効果的であろう。
【００９０】
霧を収集するためにコロナ放電を使用するとき、Ｕ＊＜１であることを確認しながら、Ｄ＊をちょうど下回る効率を目指すべきである。
（収集メッシュの前の放電電極）
【００９１】
本実施形態では、高電圧針が、メッシュの前に設置される（図６）。霧を含む風は、コロナ放電が起こっている針の近傍に到達する。荷電イオンは、霧滴に付着し、液滴は、コレクタに指向される。殆どの収集された液滴は、メッシュの前側で捕捉される。しかしながら、液滴がメッシュを通過するとき、それらは、それらの影像電荷によって引き起こされる電場、および転換効果を依然として受ける。したがって、これらの液滴の一部は、依然としてメッシュの裏側で収集されることができる。
（収集メッシュの後の放電電極）
【００９２】
本実施形態（図７）では、高電圧針が、メッシュの後に設置される。霧滴は、いかなる帯電も受けることなく、メッシュに到達する。それらは、電場を伴わずに収集されたであろう場合と同一の速度で収集される。収集されず、メッシュの開口部を通過する部分は、次いで、放電電極に遭遇する。液滴は、帯電させられ、針とコレクタとの間の電位差によって引き起こされ、影像電場よりもはるかに高く、液滴をコレクタに駆動する、電場がある。電場が十分に高いとき、本力は、液滴の慣性を克服する。液滴は、方向を変化させ、メッシュに戻り、裏側で収集される。転換現象は、ここでは前の実施形態よりも重要であり、有意な収集がメッシュの両側で起こるため、有効収集表面は、従来のシステムと比較して倍にされる。
（コレクタとしての垂直平行ワイヤ）
【００９３】
本実施形態（図８）では、収集メッシュの水平ワイヤは、排除される。前の分析は、同一の間隔を伴う垂直ワイヤのみを用いて有効なままであり、垂直ワイヤは、メッシュと同一の効率を有するべきである。本実施形態は、必要とされる材料の費用を半分に削減する。また、これは、液滴のより速い飛散を助長する。液滴が重力によって飛散し始めるために十分に大きいとき、水平ワイヤは、ピン留め部位として作用し、水平ワイヤと垂直ワイヤとの間の接合部で液滴を保持し、効果的に飛散を減速し得る。垂直ワイヤを用いたより速い飛散は、ワイヤが再び迅速に乾燥し、新しい液滴を収集する準備ができ得ることを含意する。これは、収集率を増加させ得る。
（電場の有無別収集率）
【００９４】
収集率は、コロナ放電の有無別に実験的に測定された。放電電極が収集メッシュの前に設置される、第１の実施形態が使用されており、ある時間量後に収集された水の質量が測定されている。収集表面は、放電電極から３．５ｃｍの距離に設置された。一方は、移動する空気（速度０．８ｍ／秒）を用いて、他方は、停滞霧を用いた、２組の実験が行われた。結果は、図９に示されている。図９（対数尺度）に示される、霧が移動している場合、メッシュ（０．００２インチ開口部、４１％陰影係数、ステンレス鋼）上の霧の収集率は、現在の用途で報告されるものに類似する、１ｍ２のメッシュにつき１日あたり１リットルから、１１．２ｋＶの放電電圧のための１０７Ｌ／日／ｍ２に及び、２桁だけ増進された。
【００９５】
図１０は、異なるメッシュおよび異なる電圧の電気的数字Ｋｅ（Ｖ２にほぼ比例する）の関数として堆積効率データを示す。本図で見られ得るように、効率は、Ｋｅとともに直線的に増加する。本図はまた、堆積効率が十分に１００％を上回り、ある場合には、２００％を上回る値に達し得ることも示す。
（「転換現象」および収集率への影響の可視化）
【００９６】
コロナ放電を伴う収集の増進もまた、視覚的に直接観察されることができる。電場の有無別の霧への暴露後の異なる時間における収集メッシュのスナップショットが、図１１Ａ−Ｃに示されている。電場がオンにされるとすぐに、メッシュ上の収集された液滴の数が劇的に増加することが観察されることができる。放電を伴わない２０秒後よりも、コロナ放電を伴う１秒の暴露後に、メッシュ上にはるかに多くの液滴がある。図１１Ｂでは、転換は、メッシュの裏側に収集される液滴がある、いくつかのスポットで観察されることができる。これは、図７Ｃに概略的に示されるように、収集のために利用可能な面積が転換により倍にされるため、収集率を増進する。
（単一の円筒ワイヤ上の収集）
【００９７】
本研究で使用される典型的設定が、図１２Ａに示されている。高い曲率を伴う鋭利な電極が、半径Ｒｃの水平円筒ワイヤである、コレクタから距離ｄに設置される。ｄは、霧粒子の半径Ｒｐよりもはるかに大きい、Ｒｃよりもはるかに大きい。コレクタは、高い電圧Ｖが放電電極に印加されている間に、電気的に接地される（Ｖ＝０）。Ｖが臨界値を上回るとき、コロナ放電が起こり、空気がイオン化される。コロナ放電は、電極の周囲の電場が、プラズマ領域を形成するために十分に高いときに起こり、空気中の電子が加速させられ、それらと衝突するときに大気原子をイオン化するために十分なエネルギーを有する。連鎖反応が、付加的電子およびイオンを生成する全衝突から開始する。衝突後、電子およびイオンは、電場によって反対方向に引動され、再結合を防止する。電極からのある距離で、電場は、反応を持続させるために十分なエネルギーを電子にそれ以上与えることができない。本領域中で、逃散したイオンは、反対電極に向かって空気中で自由に進行し、潜在的に、それが衝突する霧粒子に付着する。粒子は、次いで、Ｖと同一の符号の正味電荷ｑを獲得する。
【００９８】
ｄが、エミッタおよびコレクタの周囲の小さい領域を別としてＲｃよりもはるかに大きいため、電力線は、本質的に、中心領域中で平行かつ水平である。以下の全てにおいて、電場が霧の存在によって妨害されず、粒子間相互作用が無視されると仮定される。電場の規模は、次いで、
【化４】
2018532581.tif 000012
として推定されることができる。
【００９９】
中心領域中で、霧粒子は、その機構が図１２Ｂで提示される、加速段階を受ける。粒子は、それらを運搬する風と同一の速度Ｕ０で領域に進入する。したがって、いかなる牽引力も、それらに及ぼされない。しかしながら、それらがコロナ放電から正味電荷を獲得し、電場内にあるため、電気力がそれらに作用する。粒子は、加速させられ、それらの速度は、Ｕ０よりも高くなり、牽引力を生じさせる。牽引力が電気力に等しくなるとき、終端速度Ｕｆに達し、粒子は、それ以上加速されない。
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。
【数７】
2018532581.tif 000013
【０１００】
式中、
【化５】
2018532581.tif 000014
は、粒子の速度であり、ηｇは、空気粘度であり、
【化６】
2018532581.tif 000015
は、空気速度である。
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。
【数８】
2018532581.tif 000016
【０１０１】
この場合、τｐａｒｔｉｃｌｅは、エミッタからコレクタまでの粒子進行時間よりも１〜２桁小さい。したがって、粒子は、引力と電気力との間の平衡によって求められる、それらの終端速度に達するべきである。
【数９】
2018532581.tif 000017
【０１０２】
理論によって拘束されることを所望するわけではないが、弱い電気力の場合、終端速度が、初期速度に近くなるであろう一方で、高い電気力の場合、終端速度は、初期速度から独立し、電気力に正比例するであろう。
【０１０３】
図１２Ｃは、Ｖ２の関数として追加速度Ｕｆ−Ｕ０の実験的尺度を示す。グラフの影付き領域は、電荷注入が起こらない事例Ｖ＜Ｖｃｏｒｏｎａに対応する。そこで発生する唯一の電気力は、その規模が
【化７】
2018532581.tif 000018
によって概算され得る、誘電泳動である。この場合、本力は、典型的牽引力よりも約６桁小さい。したがって、コロナ放電の開始の前に追加速度がない。グラフの第２の領域中で、帯電が起こり、追加速度は、概して、Ｖ２に比例する。本比例の解説は、電場がＶに比例し、粒子上の電荷もＶに比例し、電気力ｑＥをＶ２として成長させることであり得る。
【０１０４】
粒子電荷および電気力を推定するために、電場の連続方程式が使用される。水は、周辺媒体である空気と比較した導体である。電荷は、霧粒子の表面に局在し、単位面積あたりの表面電荷は、σ＝ε０Ｅとして推定されることができる。
【０１０５】
液滴は、イオンがそれらに付着するときに電荷を獲得することができるが、液滴の最終電荷が、その軌道内で遭遇する電場の最大値によって判定され得るように、空気（絶縁体）に電荷を失うことができない。表面電荷は、次いで、
【化８】
2018532581.tif 000019
として推定されることができる。
より精密な計算は、
【化９】
2018532581.tif 000020
を生じる。
したがって、
【数１０】
2018532581.tif 000021
であり、中心領域中の電気力は、
【数１１】
2018532581.tif 000022
であり、追加速度は、
【数１２】
2018532581.tif 000023
である。
【０１０６】
図１２Ｃの線形補間は、０．００６の傾斜を有する。上記の式を使用して、
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。
【０１０７】
ここでは、
【化１０】
2018532581.tif 000024
であり、電場に起因する追加速度と風速との間の比を表す無次元数である。
【０１０８】
加速段階後に、霧滴は、最終的に、そのサイズが約Ｒｃであるコレクタワイヤ領域に接近する。本領域中で、図１２Ｄに示されるように、流線および電力線は両方とも、平行水平構成から逸脱し始める。流線が、シリンダの周囲を進む一方で、力線は、本伝導性コレクタに向かって屈曲し、最終的にはそれと垂直になる。電場規模は、ここでは
【化１１】
2018532581.tif 000025
として拡大縮小する。本領域中で、粒子は、依然として牽引力および電気力を受ける。シリンダまでの距離が増加するにつれて、電場がより弱い一方で、粒子は、それらがより遠くにあるため、収集されるためにより高い力を要求する。したがって、印加された電圧のある強度に関して、その上方で粒子が収集されないであろう、距離があり得る。収集面積Ａが、次いで、シリンダ上で収集される流入粒子の流動の投影面積（表面積）として定義される。シリンダが無限深度を有し、計算が２次元で行われると仮定される。したがって、面積Ａは、長さの寸法を有するであろう。堆積効率の定義を考慮すると、正確には、
【化１２】
2018532581.tif 000026
であり、式中、Ａ０は、２Ｒｃに等しいシリンダの投影面積（表面積）である。
【０１０９】
異なる電圧および風速のための収集面積は、シリンダの周囲の領域を撮像することによって、実験的に測定された。図１２Ｅは、Ｕ０の異なる値に関してＶ２の関数として無次元面積Ａ／Ａ０を提示する。比較的低い電圧または高い風速（図１２Ｅのプロットの領域ＩＩ）に関して、Ａ／Ａ０は、Ｖ２とともに増加し、これは、駆動電気力がＶ２として拡大縮小するという事実によって、再び解説され得ることが観察される。また、再度、比較的低い電圧または高い風速に関して、Ａ／Ａ０が風速とともに増加し、実際に１／Ｕ０として拡大縮小することも留意される。これは、Ｕ０が増加するときに、液滴が収集シリンダを通り過ぎるにつれて、電気力がそれらを引き付けるためにより少ない時間を有するという事実によって正当化されることができる。最終的に、低い風速および高い電圧（図１２Ｅの領域ＩＶ）に関して、Ａ／Ａ０が安定状態に達し始め、ある時点後に、電圧を上昇させることが、より多くの液滴を収集することにもはや役立たなくなることを意味することが分かる。グラフの領域ＩＩＩは、線形挙動から安定状態までの遷移である。
【０１１０】
図１６Ａは、５つの異なる電圧の風速の逆数の関数として無次元収集面積を示す。図１６Ｂは、３つの異なるワイヤ距離のＫｅの関数として２本のワイヤのための無次元収集面積を示す（閉鎖形状は、Ａｉｎを表し、開放形状は、Ａｏｕｔを表す）。Ａｏｕｔは、概して、単一のワイヤのものに近い傾斜を伴う線形挙動を有する。
【０１１１】
これらの観察を合理化するために、シリンダの周囲の移動の方程式が、もう一度書かれる。
【数１３】
2018532581.tif 000027
方程式は、全ての距離をＲｃで除算し、速度をＵｆで除算することによって無次元化される。
【数１４−１】
2018532581.tif 000028
【数１４−２】
2018532581.tif 000029
【０１１２】
Ｋｅは、電気力および粘性力の比であり、ここでは電気的数字と呼ばれる。これらの無次元数とは別に、方程式の全ての項は、１次である。シリンダの周囲で、Ｅは、Ｖ／Ｒｃとして拡大縮小し、前もって取得されたｑおよびＵｆの式が、使用されることができる。
【０１１３】
【数１５】
2018532581.tif 000030
また、比較的大きいワイヤに対応する低いストークス限界では、方程式は、さらに簡略化される。
【数１６】
2018532581.tif 000031
電気的数字は、次いで、問題の物理学、具体的には、無次元収集面積を統制する。
【数１７】
2018532581.tif 000032
【０１１４】
図１３では、Ａ／Ａ０は、Ｋｅの関数としてプロットされ、異なる電圧および風速の前のデータは、線形マスタ曲線に分解することが分かる。本線形挙動は、Ｋｅが収集を引き起こす駆動力の相対振幅を表すため、予期される。比例定数が、実験的に判定され（ここでは０．２６）、問題パラメータの任意の値のためのそのようなシステムの効率を予測することを可能にする。
【０１１５】
Ｋｅへの本依存性は、以前に観察された挙動を解説する。低いＵ＊（低い電圧または高い風速）に関して、分母の中にＶ２を含有する項は、ごくわずかであり、Ｋｅは、Ｖ２として拡大縮小する。それは、無次元面積が本体制ではＶ２とともに直線的に増加する（図１２Ｅの領域ＩＩ）理由である。しかしながら、高いＵ＊に関して、Ｕ０は、分母の中でごくわずかになり、Ｋｅは、安定状態領域である、定数
【化１３】
2018532581.tif 000033
に向かう傾向がある。これは、電圧飽和と呼ばれ得る。到達可能な収集率の本制限は、本質的に、電圧が増加されると、粒子を引き付ける、より高い電気力があるが、粒子はまた、より速く移動しており、電気力がそれらを引き付けるための少ない時間を残すという事実に由来する。最終的に、高い電圧で、これら２つの効果が相互の平衡を保ち、収集は、それ以上増進されることができない。図１２Ｅの垂直点線は、２つの最低風速に関してＵ＊＝０．５を表す。本値は、初期速度が追加電気速度によって克服され始めるとき、または同等に、電圧飽和に向かった遷移が始まるときの近似値を生じる。
【０１１６】
比例定数のみが幾何学形状とともに変化する、ここでは最終的に着目幾何学形状であるメッシュ等の異なる幾何学形状を保持することが、類似挙動であることが予期される。
（２つの平行円筒ワイヤ上の収集）
【０１１７】
単一円筒ワイヤについて上記で説明されるように開発されるモデルを拡張するために、２つの平行円筒ワイヤのシステム上の霧収集が調査される。ワイヤが相互から遠いとき、それらが２つの単一ワイヤとして挙動すると仮定される。しかしながら、それらが十分に近いとき、図１４Ａに概略的に示されるように、それらの間の同一の液滴に対して競合し始め、それによって、収集を制限し得る。ワイヤの間の距離Ｄは、したがって、無次元数
【化１４】
2018532581.tif 000034
を通してモデルに組み込まれる。それぞれ、システムの内側および外側部分の中で、収集された流入粒子の流動の投影面積（表面積）を考慮して、２つの収集面積ＡｉｎおよびＡｏｕｔも定義される。
【０１１８】
図１４Ｂは、ワイヤの間の液滴の殆どが収集されるように、Ｄが十分に小さい場合における、２つのシリンダおよび液滴軌道を示す、写真である。これが起こる（小さいＤ）とき、単純な幾何分析は、Ａｉｎが、
【化１５】
2018532581.tif 000035
、または無次元項では
【化１６】
2018532581.tif 000036
に等しい、飽和値に達し、シリンダの半分のみが考慮されているため、Ａ０が、ここではＲｃに等しいことを示す。本制限は、間隔飽和と称される。
【０１１９】
【化１７】
2018532581.tif 000037
は、間隔飽和に達するまで単一ワイヤ法則により増大し、その時点で、Ａｉｎが、安定状態になるであろう一方で、Ａｏｕｔは、依然として単一ワイヤ法則に従うであろうと仮定された。
【化１８】
2018532581.tif 000038
であるときに飽和が起こることを把握して、単一ワイヤ法則（
【化１９】
2018532581.tif 000039
、式中、ｃは、比例定数である）は、間隔飽和が始まる電気的数字（または同等に電圧）
【化２０】
2018532581.tif 000040
を予測するため、またはある電気的数字に関して、間隔飽和が起こる臨界距離
【化２１】
2018532581.tif 000041
を予測するために、使用されることができる。
【０１２０】
ＡｉｎおよびＡｏｕｔが、異なるＫｅおよびＤ＊について実験的に計算された。Ａｉｎの結果は、図１４Ｃで報告されている。
【化２２】
2018532581.tif 000042
がＫｅとともに増加し、Ｄ＊の低い値に関して、１で安定状態になることが観察される。安定状態の前に、
【化２３】
2018532581.tif 000043
は、単一ワイヤの事例で測定されたものに等しい傾斜を伴って、Ｋｅとともに直線的に増加する。
【化２４】
2018532581.tif 000044
を表す、グラフの影付きゾーンは、飽和につながる有限数の液滴に対する競合により、アクセス不可能である。垂直点線は、前のモデルからのＤ＊＝１．７およびＤ＊＝４．２の事例のための予期される飽和Ｋｅを表し、安定状態が、対応する曲線に関して、これらの線を越えて観察されることが分かり得る。
【０１２１】
Ｄ＊＝１１に関して、間隔飽和は、ここでは観察されず、はるかに高いＫｅで起こることが予期される。しかしながら、ある場合には、ここでは限定因子であり得る、電圧飽和により、そのような高いＫｅに達することができない。
（メッシュ上の収集）
【０１２２】
２つの平行ワイヤの挙動を合理化し、最終的な着目システム（すなわち、メッシュ）の巨視的収集が研究された。類似実験が、霧を含む風向と垂直に５ｃｍ×５ｃｍメッシュを設置し、メッシュの下にペトリ皿を設置し、ある時間量後に収集された水の質量を測定することによって行われた。
【０１２３】
コロナ放電が印加されるときの収集の差異は、即時に肉眼に可視となる。図１５Ａに示されるように、メッシュは、高い電圧が印加されるときに、数秒以内に水で被覆されるが、電場がないときに、霧への暴露の数分後に少し湿潤している。
【０１２４】
５つの異なるメッシュが、使用された。全てが同一のワイヤ半径を有したが、ワイヤの間の間隔Ｄは、メッシュ１からメッシュ５まで増加された。陰影係数ＳＣ、またはワイヤの投影相対表面が、したがって、減少された。
【０１２５】
図１５Ｂは、異なる電気的数字Ｋｅに関して暴露の５分後の収集された水の質量を示す。質量ｍは、５つのメッシュのＫｅとともに直線的に増加するが、比例定数は、メッシュによって変動する。最高収集を伴うメッシュは、最高ワイヤ密度を伴うものではなく、メッシュ２は、より少ないワイヤを有するが、依然としてより多くの水を収集することに留意されたい。最終的に、メッシュ１および２は、間隔飽和に起因する、高いＫｅで安定状態に達し始める。図１５Ｂの垂直鎖線は、３つの最初のメッシュのための２本平行ワイヤモデルからの予測間隔飽和限界を示し、最後の２つは、グラフの範囲外である。そのモデルは、幾何学形状が平行および垂直ワイヤを伴って異なるため、正確には有効ではないが、間隔飽和の開始の良好な近似値を提供することができる。
【０１２６】
収集された質量およびメッシュに向かって指向される水の総質量の比としての収集プロセスの効率ηが、計算される。前述のように、η＝ηａηｄηｏｔｈｅｒである。
【０１２７】
【化２５】
2018532581.tif 000045
は、前の分析で焦点を当てられた効率である。ηｏｔｈｅｒを無視することが可能である、またはその効果が全てのメッシュ上で類似するであろうと仮定された。空気力学的効率が、以前に研究されており、ＳＣが陰影係数である、
【化２６】
2018532581.tif 000046
によって求められる。
【０１２８】
堆積効率
【化２７】
2018532581.tif 000047
が、次いで、計算されることができる。その値は、Ｋｅの関数として図１５Ｃでプロットされ、データが線形曲線の周囲で分散し、単一および二重ワイヤのためのモデルがメッシュを保持することを示すことが分かり得る。
【０１２９】
比例定数は、異なる幾何学形状によるだけでなく、実際にプロットされているものがηｄ．ηｏｔｈｅｒであるため、ここでは無視された他の非効率性の効果にもより、単一ワイヤ事例とは異なる。これらの他の非効率性はまた、単一ワイヤ事例と比較して、線形曲線の周囲の結果の比較的高い分散を解説し得る。
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。
【０１３０】
そのような能動収集メッシュを設計するとき、幾何学形状および動作電圧は、いかなる不必要なエネルギーも費やすことなく収集を最大限にするために、電圧飽和および間隔飽和を下回ったままであるよう選定されるべきである。
（結語）
【０１３１】
コロナ放電を使用して、従来の空気力学的制限を破ることによって、メッシュ上の霧収集の効率を劇的に増進することが可能であることが実証されている。粒子は、電気力が流体力学的力を克服するにつれて、加速させられ、コレクタに向かって指向される。問題は、４つの無次元数Ｓｔ、Ｋｅ、Ｕ＊、およびＤ＊によって統制されることが示されている。堆積効率ηｄは、最初の２つの数字に依存し、具体的には、低いＳｔの場合、ηｄは、Ｋｅに比例することが示されている。Ｕ＊およびＤ＊は、電圧および間隔飽和である、２つの重要な制限を予測する。それらは、したがって、飽和をちょうど下回って動作し、費やされるエネルギーにつき産生される水を十分に最適化するために、能動収集メッシュのための設計パラメータとしての役割を果たすべきである。本方法は、効率をわずかに増進するために、コレクタの表面処理等の他のものと組み合わせられてもよい。本実験は、排他的に低ストークス体制で行われており、高ストークス体制が、科学的に興味深い将来の研究の目的であり得る一方で、慣性力を最小限にすることがここでは有利であり、大型ワイヤを伴うメッシュを製造することが、より細いものを作製するよりも容易であるため、低ストークス体制が、実践でははるかに興味深い。これらの結果は、干ばつを受けやすい地域で効率的な霧収穫機を設計し、飲用、灌漑、および植林のための水を収集するために、使用されることができる。道路および空港上の可視性を増加させる霧除去システムもまた、設計されてもよい。
（実験設定および手順）
【０１３２】
サンプルが、軸と垂直に、一様な霧流が生じている２つの同心シリンダ（６．３ｃｍ、５ｃｍ内径）の出口から４ｃｍ離して設置された。半径３．５μｍの空気懸濁水滴の雲から成る霧が、最大０．１Ｌ／時間の体積速度を送達する超音波加湿器（Ａｉｒ−Ｏ−Ｓｗｉｓｓ  ＡＯＳ  ７１４６）を使用して、発生させられた。霧が、オリフィスを通して小さい方のシリンダの中へ直接発生させられた。大きい方のシリンダの入口において、速度調整可能ファン（Ｔｈｅｒｍａｌｔａｋｅ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｆａｎ  ＩＩ外部ＵＳＢ冷却ファン）が、収集面積に向かって霧を対流によって移動させるであろう、空気流を生成するように設置された。ハニカム整流器（Ｓａｘｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ  １２０ｍｍハニカム空気整流器）が、風速がシリンダの面積を通して一様であり、したがって、実際の霧条件を再現することを確実にするように、ファンの後に設置された。出口速度が、風速計（Ｔｅｓｔｏ  ４０５熱線熱式風速計）を用いて測定され、１５％間隔内で空間的に一様であった。シリンダの内側に鋭利な金属針を設置し、その先端が小さい方のシリンダの出口に一致することによって、コロナ放電が生成された。針は、０〜−２５ｋＶの電圧を送達する高電圧発生器（Ｓｐｅｌｌｍａｎ  ＳＬ６００）に接続された。コロナ放電は、約−７．６ｋＶの電圧で開始することが観察された。全ての実験で、コレクタは、地面に接続され、その電圧を０Ｖに設定した。全ての実験は、周囲温度および湿度条件で行われた。
（ワイヤおよびメッシュ）
【０１３３】
単一および２本ワイヤ実験では、長さ４ｃｍおよび直径１．８８ｍｍのステンレス鋼で作製された円筒針が、コレクタとして使用された。
【０１３４】
５ｃｍ平方のメッシュが、収集試験に使用された。それらは、ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒから購入され（耐食型３０４ステンレス鋼ワイヤクロス）、それらの個々の特性は、表１に要約されている。
【表１】
2018532581.tif 000048
【０１３５】
本発明のいくつかの実施形態が、本明細書に説明および図示されているが、当業者は、本機能を果たす、および／または結果および／または明細書に説明される利点のうちの１つまたはそれを上回るものを取得するための種々の他の手段および／または構造を容易に想定し、そのような変形例および／または修正はそれぞれ、本発明の範囲内であると見なされる。より一般的には、当業者は、本明細書に説明される全てのパラメータ、寸法、材料、および構成は、例示的となるように意図されており、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、本発明の教示が使用される、１つまたは複数の具体的用途に依存するであろうことを容易に理解するであろう。当業者は、日常的にすぎない実験を使用して、本明細書に説明される本発明の具体的実施形態の多くの均等物を認識するであろう、または確認することができるであろう。したがって、前述の実施形態は、一例のみとして提示され、添付の請求項およびその均等物の範囲内で、具体的に説明および請求される以外の方法で本発明が実践され得ることを理解されたい。本発明は、本明細書に説明される、各個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法を対象とする。加えて、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法が相互に矛盾していなければ、２つまたはそれを上回るそのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法の任意の組み合わせが、本発明の範囲内に含まれる。
【０１３６】
全ての定義は、本明細書で定義されて使用されるように、辞書の定義、参照することによって組み込まれた文書中の定義、および／または定義された用語の通常の意味に優先すると理解されたい。
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。
【０１３７】
本明細書および本請求項で使用されるような「および／または」という語句は、そのように結合される要素、すなわち、ある場合では接合的に存在し、他の場合では離接的に存在する要素の「いずれか一方または両方」を意味すると理解されたい。「および／または」とともに列挙される複数の要素は、同一の様式で解釈されるべきであり、すなわち、要素のうちの「１つまたはそれを上回る」ものが、そのように結合される。他の要素が、随意に、「および／または」という節によって具体的に識別される要素と関係するか、無関係であるかにかかわらず、具体的に識別されるこれらの要素以外に存在してもよい。したがって、非限定的実施例として、「Ａおよび／またはＢ」の言及は、「〜を備える」等の非制約的用語と併せて使用されるときに、一実施形態では、Ａのみ（随意に、Ｂ以外の要素を含む）を指し、別の実施形態では、Ｂのみ（随意に、Ａ以外の要素を含む）を指し、さらに別の実施形態では、ＡおよびＢの両方（随意に、他の要素を含む）等を指すことができる。
【０１３８】
本明細書および本請求項で使用されるように、「または」は、上記で定義されるような「および／または」と同一の意味を有すると理解されたい。例えば、一覧中のアイテムを分離するときに、「または」または「および／または」は、包括的であるとして解釈されるものとし、すなわち、少なくとも１つを含むが、また、いくつかの要素または要素の一覧のうちの１つを上回るものと、随意に、付加的な列挙されていないアイテムとを含む。「〜のうちの１つのみ」または「〜のうちの正確に１つ」、または請求項で使用されるときに「〜から成る」等の明確にそれとは反対に示される用語のみが、いくつかの要素または要素の一覧のうちの正確に１つの包含を指すであろう。一般に、本明細書で使用されるような「または」という用語は、「いずれか」、「〜のうちの１つ」、「〜のうちの１つのみ」、または「〜のうちの正確に１つ」等の排他性の用語が先行するとき、排他的代替物を示すもの（すなわち、「一方または他方であるが、両方ではない」）としてのみ解釈されるものとする。「本質的に〜から成る」は、請求項で使用されるとき、特許法の分野で使用されるようなその通常の意味を有するものとする。
【０１３９】
本明細書および本請求項で使用されるように、１つまたはそれを上回る要素の一覧を参照した「少なくとも１つ」という語句は、要素の一覧中の要素のうちのいずれか１つまたはそれを上回るものから選択される、少なくとも１つの要素を意味するが、要素の一覧内で具体的に列挙される、あらゆる要素のうちの少なくとも１つを必ずしも含むとは限らず、要素の一覧中の要素の任意の組み合わせを除外しないことを理解されたい。本定義はまた、「少なくとも１つ」という語句が指す要素の一覧内で具体的に識別される要素と関係するか、無関係であるかにかかわらず、具体的に識別されるこれらの要素以外の要素が、随意に存在し得ることも可能にする。したがって、非限定的実施例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（または同等に、「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」、または同等に、「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、Ｂが存在しない、随意に１つを上回るものを含む、少なくとも１つのＡ（随意に、Ｂ以外の要素を含む）を指し、別の実施形態では、Ａが存在しない、随意に１つを上回るものを含む、少なくとも１つのＢ（随意に、Ａ以外の要素を含む）を指し、さらに別の実施形態では、随意に１つを上回るものを含む、少なくとも１つのＡ、および、随意に１つを上回るものを含む、少なくとも１つのＢ（随意に、他の要素を含む）等を指すことができる。
【０１４０】
また、明確にそれとは反対に示されない限り、１つを上回るステップまたは作用を含む、本明細書で請求される任意の方法では、方法のステップまたは作用の順序は、必ずしも方法のステップまたは作用が記載される順序に限定されないことを理解されたい。
【０１４１】
請求項および上記の明細書では、「〜を備える」、「〜を含む」、「〜を担持する」、「〜を有する」、「〜を含有する」、「〜を伴う」、「〜を保持する」、「〜から成る」および同等物等の全ての移行句は、非制約的である、すなわち、「〜を含むがそれらに限定されない」を意味すると理解されたい。「〜から成る」および「本質的に〜から成る」という移行句のみが、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｏｆｆｉｃｅ  Ｍａｎｕａｌ  ｏｆ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，  Ｓｅｃｔｉｏｎ  ２１１１．０３に記載されているように、それぞれ、制約的または半制約的な移行句であるものとする。
【０１４２】
例えば、１つまたはそれを上回る物品、構造、力、電場、流動、方向／軌道、および／またはそれらの従属構成要素、および／またはそれらの組み合わせ、および／またはそのような用語による特性化に従う上記に記載されていない任意の他の有形または無形要素の形状、配向、整合、および／またはその間の幾何学的関係に関連する、本明細書で使用されるような任意の用語は、別様に定義または指示されない限り、そのような用語の数学的定義への絶対的適合を要求しないと理解されるものであるが、むしろ、そのように特徴付けられる主題に最も密接に関連する当業者によって理解されるように、そのような主題にとって可能な程度に、そのような用語の数学的定義への適合を示すと理解されるものである。形状、配向、および／または幾何学的関係に関連するそのような用語の実施例は、丸い、正方形、円形の／円、長方形の／長方形、三角形の／三角形、円筒形の／円筒、楕円形の／楕円、（ｎ）多角形の／（ｎ）多角形等の形状、鉛直、直交、平行、垂直、水平、同一線上等の角度配向、平面／平面的、同一平面上、半球形、半球、線／線形、双曲線、放物線、平坦、曲線状、直線状、弓状、正弦、正接／接線等の輪郭および／または軌道、北、南、東、西等の方向、平滑、反射性、透過性、透明、不透明、剛性、不透過性、一様な（一様に）、不活性、非湿潤性、不溶性、定常、不変、一定、均質等の表面および／またはバルク材料性質および／または空間／時間分解能および／または分布、および当業者に明白であろう多くの他のものを記述する用語を含むが、それらに限定されない。一実施例として、「正方形」であるものとして本明細書に説明されるであろう、加工された物品は、そのような物品が、完全に平面的または線形であり、正確に９０度の角度で交差する面または辺を有することを要求しない（実際に、そのような物品は、数学的概念のみとして存在し得る）であろうが、むしろ、そのような物品の形状は、当業者によって理解されるように、または具体的に説明されるように、記載された加工技法のために典型的に達成可能であり、かつ達成される程度に、数学的に定義されるような「正方形」に近似するものとして解釈されるべきである。別の実施例として、「整合される」ものとして本明細書に説明されるであろう、２つまたはそれを上回る加工された物品は、そのような物品が完全に整合される面または辺を有することを要求しない（実際に、そのような物品は、数学的概念のみとして存在し得る）であろうが、むしろ、そのような物品の配列は、当業者によって理解されるように、または具体的に説明されるように、記載された加工技法のために典型的に達成可能であり、かつ達成される程度に、数学的に定義されるような「整合される」に近似するものとして解釈されるべきである。
【図１Ａ】
2018532581.tif 000049
【図１Ｂ】
2018532581.tif 000050
【図２Ａ】
2018532581.tif 000051
【図２Ｂ】
2018532581.tif 000052
【図２Ｃ】
2018532581.tif 000053
【図３】
2018532581.tif 000054
【図４Ａ】
2018532581.tif 000055
【図４Ｂ】
2018532581.tif 000056
【図５Ａ】
2018532581.tif 000057
【図５Ｂ】
2018532581.tif 000058
【図６】
2018532581.tif 000059
【図７】
2018532581.tif 000060
【図８】
2018532581.tif 000061
【図９】
2018532581.tif 000062
【図１０】
2018532581.tif 000063
【図１１Ａ】
2018532581.tif 000064
【図１１Ｂ】
2018532581.tif 000065
【図１１Ｃ】
2018532581.tif 000066
【図１２Ａ】
2018532581.tif 000067
【図１２Ｂ】
2018532581.tif 000068
【図１２Ｃ】
2018532581.tif 000069
【図１２Ｄ】
2018532581.tif 000070
【図１２Ｅ】
2018532581.tif 000071
【図１３】
2018532581.tif 000072
【図１４Ａ】
2018532581.tif 000073
【図１４Ｂ】
2018532581.tif 000074
【図１４Ｃ】
2018532581.tif 000075
【図１５Ａ】
2018532581.tif 000076
【図１５Ｂ】
2018532581.tif 000077
【図１５Ｃ】
2018532581.tif 000078
【図１６Ａ】
2018532581.tif 000079
【図１６Ｂ】
2018532581.tif 000080
【国際調査報告】
2018532581.tif 000081
2018532581.tif 000082