CN108348926A - 用于收集物类的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

总体上提供了涉及从气流收集物类的系统和方法。本文中描述的系统和方法可以允许以相对高的收集效率收集诸如流体(例如，水)的物类。这样的系统和方法可用于各种应用，包括例如雾收集。在一些实施方式中，该系统和方法增强从空气雾的水收集以产生可用的水。有利地，本文中描述的方法在一些情况下可以将离子并入气流中，使得存在于气流中的物类遵循电场线和/或被吸引至接地(或带电)的收集器。有利地，本文描述的系统和方法可以抑制自然条件(例如，风的速度和方向)的不利影响。

Description

用于收集物类的系统和方法
相关申请
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2015年9月28日提交的标题为“Enhanced FogCollection with Corona Discharge”的美国临时专利申请序列第62/233,499号的优先权，出于所有目的通过引用将其全部并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及用于从气流收集物类例如在电场的影响下从气流收集液体的系统和方法。
背景技术
尽管获得洁净水被视为一项人权，但根据世界水理事会的统计，全球仍有超过11亿人无法获得安全饮用水，而且这一数字预计会增加，因为水资源日益受到污染并且由于全球变暖而稀缺。水短缺可能在发生水短缺的地区造成严重的经济和社会问题。向这些地区提供洁净水的一个有前景的解决方案是雾采集。雾是一种接触地面的云，由直径范围为1μm至40μm、典型直径为10μm的微小液滴组成。雾采集尤其适合于不可能进行雨水采集并且水运输相当昂贵的偏远干旱地区。其也可以用于当前可获得水但不可再生的地下水被大量使用的地区。从雾收集水可以减轻地下水储量的消耗。如果在这些地区定期发生浓雾，那么雾收集可能是满足当地居民对水的需求的经济上可行的解决方案。容易形成大雾的区域通常靠近海洋，雾云在水面上形成，然后通过风力转移，但也有气候条件可以形成浓雾的一些内陆地区。
雾收集器已在17个国家成功实施，通常向贫穷社区提供水，即使在一些发达国家(如西班牙)也已实施。所使用的技术简单且可持续，所提供的水可用于各种应用：除了用于人类和动物的饮用水之外，所收集的水可用于清洁、作物灌溉和造林。
虽然雾采集系统已经被设计达几个世纪，但是即使在过去几十年具有改进，其效率仍然非常低，对于实际使用的系统通常为约2％。因此，需要改进的组合物和方法。
发明内容
提供了用于从气流中收集物类的方法和物体以及与其相关的相关部件和方法。在一些情况下，本发明的主题涉及相关产品、对特定问题的替选解决方案、和/或一个或更多个系统和/或物体的多个不同用途。
在一个方面，提供了用于收集存在于气流中的物类的方法。在一些实施方式中，该方法包括在气流中建立相对于收集器电偏置的多个带电物类，以及以大于或等于10％的收集效率在收集器处收集带电物类。
在一些实施方式中，该方法包括布置至少第一电极和第二电极，以向气流的至少一部分施加电场，由此将物类朝向第二电极推进并且将物类的至少一部分与气流分离，其中，第一电极和第二电极之间的最小距离在2cm和50cm之间。
在一些实施方式中，该方法包括在气流内布置第一电极和邻近第一电极的第二电极；向第一电极施加电势，使得存在于气流中的流体的至少一部分沉积在第二电极上；以及收集流体。在一些实施方式中，第一电极和第二电极之间的最小距离在2cm和50cm之间。
在一些实施方式中，该方法包括在气流内布置第一电极和邻近第一电极的第二电极；向第一电极施加电势，使得存在于气流中的流体的至少一部分沉积在第二电极上；以及以大于或等于每创建场时施加的kWh的能量1升的能量效率收集流体。
另一方面，提供了系统。在一些实施方式中，该系统包括：第一电极和第二电极，其被配置成邻近第一电极定位；与至少第一电极电连通的电源；以及收集器。在一些实施方式中，该系统被配置成以大于或等于每创建场时施加的kWh的能量1升的能量效率收集存在于气流内的物类。在某些实施方式中，该系统被配置成以大于或等于10％的收集效率收集存在于气流内的物类。
在某些实施方式中，物类包括水。
在某些实施方式中，第二电极包括网。在某些实施方式中，第二电极包括平行丝。在某些实施方式中，第一电极包括针。在某些实施方式中，针的平均曲率半径大于或等于10微米。
在某些实施方式中，第二电极位于第一电极的下游。在某些实施方式中，第二电极位于第一电极的上游。在某些实施方式中，第一电极保持在负电势。在某些实施方式中，第一电极保持在正电势。在某些实施方式中，第二电极接地。在某些实施方式中，第二电极保持在负电势。在某些实施方式中，第二电极保持在正电势。在某些实施方式中，水在第二电极的面向第一电极的表面上被收集。在某些实施方式中，水在第二电极的不面向第一电极的表面上被收集。
在某些实施方式中，第一电极和第二电极之间的电势差大于或等于2kV并且小于或等于100kV。在某些实施方式中，向第一电极施加电势包括对空气流的至少一部分进行电离。在某些实施方式中，该方法包括将空气流暴露于臭氧。在某些实施方式中，该方法包括将电势施加至第一电极使得产生臭氧。在某些实施方式中，由第一电极产生电晕放电。在某些实施方式中，电晕放电对所收集的流体的至少一部分进行净化。
在某些实施方式中，该方法或系统包括第三电极。在某些实施方式中，第三电极位于第二电极的下游。在某些实施方式中，第三电极能够使物类带电。
在某些实施方式中，用于使物类带电的电极或部件不对用于收集物类的电场有贡献。在某些实施方式中，用于使物类带电的电极或部件对用于收集物类的电场有贡献。在某些实施方式中，使用孔板和接地电极的组合使物类带电。
在某些实施方式中，使用离子液体的泰勒锥来产生空间电荷。在某些实施方式中，使用电喷射挥发性液体来产生空间电荷。
当结合附图考虑时，根据本发明的各种非限制性实施方式的以下详细描述，本发明的其他优点和新颖特征将变得明显。在本说明书和通过引用并入的文件包括矛盾和/或不一致的公开内容的情况下，应以本说明书为准。如果通过引用并入的两个或更多个文件包括相对于彼此矛盾和/或不一致的公开内容，则以具有较晚生效日期的文件为准。
附图说明
将参照附图以示例的方式描述本发明的非限制性实施方式，附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。在附图中，所示的每个相同或几乎相同的部件通常由单个附图标记表示。为了清楚起见，并非在每个附图中都对每个部件进行标注，并且本发明的每个实施方式的每个部件也不是都示出，其中对于本领域的普通技术人员理解本发明并不是必须的图示没有被示出。在附图中：
图1A示出了根据一些实施方式的向包括物类的气流施加电场的方法的示意图；
图1B示出了根据某些实施方式的在施加的电场的影响下带电物类的轨迹的示意图；
图2A示出了通过位于收集器上游的电荷生成器使物类带电的方法的示例性示意图；
图2B示出了根据某些实施方式的通过位于收集器下游的电荷生成器使物类带电的方法的示意图；
图2C示出了根据某些实施方式的通过不位于收集器的上游也不位于收集器的下游的电荷生成器使物类带电的方法的示意图；
图3示出了根据某些实施方式的使用不对施加的电场有贡献的发射器来使物类带电的方法的示意图；
图4A示出了根据一组实施方式的网的示意图；
图4B示出了根据一些实施方式的网的示意图；
图5A示出了根据某些实施方式的在没有施加的电场的情况下的流线和颗粒轨迹的示意图以及颗粒轨迹的照片；
图5B示出了根据某些实施方式的存在施加的电场的情况下的流线和颗粒轨迹的示意图以及颗粒轨迹的照片；
图6示出了根据一些实施方式的发射器电极和收集器的示意图；
图7示出了根据某些实施方式的发射器电极和收集器的示意图；
图8示出了根据一些实施方式的发射器电极和收集器的示意图；
图9示出了根据某些实施方式的以作为以kV为单位施加的电压的函数的L/(天·m2)为单位的雾收集速率曲线图；
图10示出了根据一些实施方式的作为所选网的Ke的函数的沉积效率；
图11A示出了根据一些实施方式的在具有施加的电场及不具有施加的电场的情况下的不同时间处的网的照片；
图11B示出了根据一些实施方式的示出通过转向收集的液滴的网的背面的照片；
图11C示出了根据某些实施方式的通过使有效收集区域加倍来增强收集的示意图；
图12A示出了根据一些实施方式的简化的实验装置和液滴轨迹的示意图；
图12B示出了电场中的物类的加速的示例性示意图；
图12C示出了根据某些实施方式的作为V2的函数的增加的速度的曲线图；
图12D示出了根据某些实施方式的带电物类的收集的示意图；
图12E示出了根据某些实施方式的对于不同风速的作为V2的函数的无量纲收集区域的曲线图；
图13示出了根据一组实施方式的无量纲收集区域与电数的相关性；
图14A示出了根据一些实施方式的双线系统中的液滴轨迹的示意图；
图14B示出了根据某些实施方式的物类轨迹的照片；
图14C示出根据某些实施方式的针对不同丝距的作为Ke的函数的的曲线图；
图15A示出了根据某些实施方式的在雾暴露之后在不同时间间隔处的网的照片；
图15B示出了根据一些实施方式的针对不同网的作为Ke的函数的收集的水的质量的曲线图；
图15C示出了根据某些实施方式的针对不同网的作为Ke的函数的沉积效率的曲线图；
图16A示出了针对五个不同电压的作为风速的倒数的函数的无量纲收集区域的曲线图；以及
图16B示出了针对三种不同丝距的作为Ke的函数的两条丝的无量纲收集区域的曲线图。
具体实施方式
总体上提供了与从气流收集物类有关的系统和方法。本文中描述的系统和方法可允许以相对高的收集效率收集诸如流体(例如，水)的物类。这样的系统和方法可以用于各种应用，包括例如雾收集。在一些实施方式中，上述系统和方法增强从空气雾的水收集以产生可用的水。传统的雾收集系统可能受到收集器上游流体动力学流线的扭曲的限制，阻止存在于气流中的物类中的一些到达收集器，降低收集系统的收集速率和/或收集效率。有利地，本文中描述的方法在一些情况下可以将离子结合至气流中，使得存在于气流中的物类遵循电场线和/或被吸引至接地(或带电)的收集器。例如，可以使用电晕放电来使物类带电，使得电场克服由流体动力学流线产生的力，得到与传统收集系统相比提高的收集效率，同时，在一些情况下，使用相对低的功耗。在一些实施方式中，在发射器(例如，电极)和接地收集器(例如，网)之间建立离子放电。不希望受理论束缚，额外的带电体的力通常改变带电物类的轨迹，使得其朝向网引导并且流线扭曲变得不太重要。有利地，本文中描述的系统和方法可以抑制自然条件例如风的速度和方向的不利影响。在一些实施方式中，可以使用收集器的两个或更多个表面(例如，侧面)来捕获气流中的物类。在某些实施方式中，本文中所述的系统和方法可以对所收集的物类进行消毒。例如，在一些情况下，在电场的生成期间产生臭氧，使得臭氧在收集期间对收集物类进行消毒。该系统可以通过例如增加发射器和/或收集器的数量来控制规模。
在示例性实施方式中，可以在气流中建立多个带电物类，所述多个带电物类相对于收集器电偏置，使得带电物类在收集器处被收集。在另一示例性实施方式中，可以布置至少一个电极以将电场施加至气流的至少一部分，使得多个物类被朝向收集器(例如，第二电极)推进和/或与流分离。
如图1A所示，在一些实施方式中，气流110可以包括多个物类(例如流体液滴)120。在一些实施方式中，多个物类可以带电。在一些这样的实施方式中，多个物类120可以被朝向收集器130推进。例如，在一些情况下，多个物类可以带电，使得多个物类相对于收集器被电偏置。在一些实施方式中，可以在收集器130处收集多个物类。
在一些实施方式中，多个物类可以不带电并根据气流的流体动力学流线(例如，图1A中的流线115)流动。然而，在某些实施方式中，多个物类可以带电，使得多个物类不根据气流的流体动力学流线流动。例如，在一些实施方式中，可以将电场施加至气流的至少一部分。在一些这样的实施方式中，可以将多个物类朝向收集器(例如电极)推进和/或与气流分离。
在一些实施方式中，多个物类可以以大于或等于10％的收集效率在收集器上被收集。本领域技术人员基于本文中所述的影响效率的各种技术和布置的说明和描述的教导将能够在没有过度实验的情况下使用本文中所述的布置(例如，网，电极，液滴生成等)中的任何布置构建具有大于或等于10％的收集效率的系统。也就是说，本发明的重要方面是引起大于或等于10％的收集效率的一系列参数的开发以及影响效率的各种因素的开发，使得一个或更多个因素可以与本文中描述的用于产生带电物类(例如，带电液滴)及收集物类的其他技术中的一种或更多种技术结合使用，以实现本文中描述的收集效率。
如本文中所使用的，系统的收集效率被定义为收集器收集物类的速率与物类流过收集器的速率的比率，以百分比表示。在一些实施方式中，效率可以大于或等于5％、大于或等于10％、大于或等于15％、大于或等于25％、大于或等于50％、大于或等于75％、大于或等于90％、或大于或等于100％。在某些实施方式中，效率可以小于或等于150％、小于或等于90％、小于或等于75％、小于或等于15％或小于或等于10％。上述范围的组合也是可以的(例如，大于或等于10％且小于或等于150％)。其他范围也是可以的。
用于收集物类的某些方法能够收集相对大量的物类，同时消耗相对低的功率量。这样的系统可以被认为是节能的。如本文中所使用的，能量效率是指以升计的收集的物类与用于收集物类的能量的量的比率。在一些实施方式中，能量效率可以小于或等于20000L/kWh、小于或等于175500L/kWh、小于或等于15000L/kWh、小于或等于12500L/kWh、小于或等于10000L/kWh、小于或等于7500L/kWh、5000L/kWh、小于或等于4750L/kWh、小于或等于4500L/kWh、小于或等于4250L/kWh、小于或等于4000L/kWh、小于或等于3750L/kWh、小于或等于3500L/kWh、小于或等于3250L/kWh、小于或等于3000L/kWh、小于或等于2750L/kWh、小于或等于2500L/kWh、小于或等于2250L/kWh、小于或等于2000L/kWh、小于或等于1750L/kWh、小于或等于1500L/kWh、小于或等于1250L/kWh、小于或等于1000L/kWh、小于或等于750L/kWh、小于或等于500L/kWh、小于或等于250L/kWh、小于或等于100L/kWh、小于或等于75L/kWh、小于或等于50L/kWh、或者小于或等于20L/kWh。在某些实施方式中，能量效率可以大于或等于1L/kWh、大于或等于20L/kWh、大于或等于50L/kWh、大于或等于75L/kWh、大于或等于100L/kWh、大于或等于250L/kWh、大于或等于500L/kWh、大于或等于750L/kWh、大于或等于1000L/kWh、大于或等于1250L/kWh、大于或等于1500L/kWh、大于或等于1750L/kWh、大于或等于2000L/kWh、大于或等于2250L/kWh、大于或等于2500L/kWh、大于或等于2750L/kWh、大于或等于3000L/kWh、大于或等于3250L/kWh、大于或等于3500L/kWh、大于或等于3750L/kWh、大于或等于4000L/kWh、大于或等于4250L/kWh、大于或等于4500L/kWh、大于或等于4750L/kWh、大于或等于5000L/kWh、大于或等于7500L/kWh、大于或等于10000L/kWh、大于或等于12500L/kWh、大于或等于15000L/kWh、或者大于或等于17500L/kWh。上述范围的组合也是可以的(例如，小于或等于5000L/kWh并且大于或等于1L/kWh，小于或等于5000L/kWh并且大于或等于20L/kWh，或者小于或等于20000L/kWh并且大于或等于1L/kWh)。其他范围也是可以的。
在一些实施方式中，物类可以以相对高的速率收集。根据一些实施方式，收集可以以如下速率进行：大于或等于1L/(天·m2)、大于或等于2.5L/(天·m2)、大于或等于5L/(天·m2)、大于或等于10L/(天·m2)、大于或等于25L/(天·m2)、大于或等于50L/(天·m2)、大于或等于到100L/(天·m2)、大于或等于250L/(天·m2)或大于或等于500L/(天·m2)。根据一些实施方式，收集可以以如下速率进行：小于或等于1000L/(天·m2)、小于或等于500L/(天·m2)、小于或等于250L/(天·m2)、小于或等于100L/(天·m2)、小于或等于50L/(天·m2)、小于或等于25L/(天·m2)、小于或等于到10L/(天·m2)、小于或等于5L/(天·m2)或小于或等于2.5L/(天·m2)。上述范围的组合也是可以的(例如，大于或等于1L/(天·m2)并且小于或等于1000L/(天·m2))。其他范围也是可以的。
物类的收集速率可以通过本领域技术人员已知的任何合适的技术来测量。用于测量物类收集速率的一种技术是将收集装置暴露于包含物类的均匀气流中，并且在收集装置收集物类时称重并记录收集装置的质量。如果物类的密度是已知的(或通过实验确定的)，则可以通过将收集装置上的质量累积的速率除以物类的密度来计算收集速率。
如上所述，本发明的重要方面是影响效率的各种因素的开发，使得一个或更多个因素可以与本文中所述的用于产生带电液滴并对其进行收集的其他技术中的一个或更多个技术组合使用以实现该效率。下面进一步详细描述用于产生和收集带电液滴的示例性方法和收集系统。
在一些实施方式中，该方法可以包括从气流中移除物类。图1B描绘了用于从气流中移除物类的一种方法。例如，如图1B所示，在一些实施方式中，气流110包括多个物类120。电场100可以施加至气流110的至少一部分，使得多个物类120被朝向收集器130(例如电极)推进。在一些实施方式中，在没有电场的情况下，多个物类120可以遵循流线115流动(例如，至位置120A)。在某些实施方式中，在存在电场的情况下，与没有电场时的流动相比，多个物类120的流动可能受到电场100的影响(例如，至位置120B)。在一些实施方式中，电场100将多个物类120朝向收集器130推进和/或在收集器130上收集(例如，收集器130上的收集的物类125)，而在没有电场100的情况下，多个物类120的至少一部分将不会被朝向收集器130推进和/或在收集器130上收集。在某些实施方式中，可以使多个物类带电。在一些情况下，可以将离子添加至气流(例如，通过电晕放电)，使得多个物类被朝向收集器推进。在一些情况下，存在于气流中的多个物类在所施加的电场和气流两者所产生的力的影响下移动(例如，流动)。基于本说明书的教导，本领域普通技术人员将理解，尽管图1B描绘了均匀的电场，但是也可以使用其他电场来引导物类的流动(包括但不限于场的大小和/或方向在空间上和/或时间上变化的电场)。
在图1B中，物类120已经通过电场朝向收集器130(例如，电极)推进，使得物类120接触收集器。在包含要至少部分地分离的物类的多个颗粒的气流中，颗粒的至少一部分可以被电场推进以接触收集器。收集器可以包括任何合适的配置。在一些实施方式中，收集器是多孔基板(例如，包括多个穿孔/开口的板、网、无纺纤维织物)。在一些实施方式中，收集器包括网(例如，导电网)。在某些实施方式中，收集器包括多个丝(例如，多个基本上平行的丝)。在一些情况下，收集器可以包括具有穿过其厚度的多个开口的板。其他收集器也是可以的。
如上所述，在某些实施方式中，可以使用电极来从气流中移除带电物类的至少一部分。一些实施方式可以包括用于产生空间电荷的装置和用于收集带电物类的电极二者。用于产生空间电荷的装置和收集器可以以相对于彼此及相对于气流任何合适的方式定位。例如，在一些实施方式中，如图2A所示，用于使气流带电的电荷生成器225(例如，第一电极)位于用于收集存在于气流内的多个物类的收集器230(例如，第二电极)的上游。在一些实施方式中，第一电极邻近第二电极定位。在某些实施方式中，如图2B所示，生成器225可位于收集器230的下游。在一些实施方式中，如图2C所示，生成器225可以既不位于收集器230的上游也不位于收集器230的下游。电荷生成器相对于收集器的其他布置也是可以的。另外，虽然图2A至图2C各自示出了通过电荷生成器的带负电物类的生成，但是电荷生成器生成带正电物类的实施方式也应被理解为被本发明所涵盖。
在至少包括电荷生成器(即，电荷生成器)和收集电极(即，收集器)的实施方式中，电荷生成器与收集电极之间的最小距离可以是任何合适的值。在一些实施方式中，电荷生成器和收集电极可以相对靠近在一起。例如，电荷生成器与收集电极之间的最小距离可以小于或等于50cm、小于或等于40cm、小于或等于25cm、小于或等于20cm、小于或等于15cm、小于或等于10cm、小于或等于5cm、或小于或等于4cm。根据一些实施方式，电荷生成器和收集电极之间的最小距离可以大于或等于2cm、大于或等于4cm、大于或等于5cm、大于或等于10cm、大于或等于15cm、大于或等于20cm、大于或等于25cm或大于或等于40cm。上述范围的组合也是可以的(例如，小于或等于50cm并且大于或等于2cm，或者小于或等于15cm并且大于或等于4cm)。其他范围也是可以的。
在一些实施方式中，多个带电物类可以由多于一个的收集器收集。例如，可以有两个、三个或更多个收集器。不希望受到理论的限制，认为附加的收集器的存在可以提高收集效率和/或能量效率。在一些实施方式中，收集器可以相继定位在彼此的下游。
在某些实施方式中，位于下游的收集器(例如，电极)可以具有比位于上游的电极相对更大的电势绝对值(例如，第一电极可以具有+5V的电势并且第二电极可以具有+10V的电势，或者第一电极可以具有-5V的电势并且第二电极可以具有-10V的电势等)。这可以使带电物类在通过该系统时受到朝着收集器的增加水平的力。例如，第二收集器可以收集未被第一电极收集的带电物类的一部分，和/或第三收集器收集未被第一电极和第二电极收集的带电物类的一部分等。
根据一些实施方式，物类可以通过多于一个电荷生成器带电。物类可以通过两个、三个或更多个电荷生成器(例如，电极)带电。每个电荷生成器可以独立地定位在收集器的任何部分的上游或下游。在一些实施方式中，第一电荷生成器可以位于所有收集器的上游，并且第二电荷生成器可以位于至少第一收集器的下游。在该配置中，第一电荷生成器可以在物类流过任何收集器之前使物类的至少一部分带电，并且第二电荷生成器可以使未被至少第一收集器捕获的物类的至少一部分带电。不希望受理论束缚，通过这种设计收集物类的机制可以允许未通过第一电荷生成器带电的物类通过第二电荷生成器带电并且随后被收集。
在某些实施方式中，电荷生成器包括至少一个电极。电极可保持在发生电晕放电并产生空间电荷的电势。电晕放电可以导致空气流的至少一部分离子化。由于电晕放电而存在的空间电荷可以使物类带电。在一些这样的实施方式中，第一电极(例如，其通过产生电晕放电使物类带电)与第二电极(例如，其收集物类)之间的电势差可以引起电场的形成，该电场将带电物类朝向第二电极引导。
在示例性实施方式中，电荷生成器包括两个或更多个电极，三个或更多个电极或四个或更多个电极。例如，在一些实施方式中，电荷生成器可以包括位于第二电极下游的第三电极。在一些情况下，第三电极能够使物类带电。
在一些实施方式中，电荷生成器不对用于收集带电物类的电场有贡献。例如，物类可以通过不是电极的装置带电，或者可以通过一起不会在带电区域外部产生可感知电场的电极的组合带电。这种物体的一个非限制性示例是一起构成电荷生成器的发射器和接地电极对。在通过发射器和接地电极之后，物类可以带电并且然后可以朝着具有相反电荷的电极(即，收集器)被吸引。如图3中示意性所示，气流300包括多个物类320。在一些实施方式中，发射器340和接地电极350用于产生带电物类(但总体上不在接地电极的外部产生电场)。在一些实施方式中，接地电极可以是多孔板(例如，如图3所示)，但是也可以设想其他几何形状。在一些情况下，收集器330可以被保持带有与物类上产生的电荷相反的电荷，以便其可以吸引和收集物类(例如，如图3所示，该物类可以通过发射器带负电并且收集器330可以保持带有正电；然而，也可以考虑吸引至带负电的电极的带正电的物类)。
在某些实施方式中，电荷生成器可以包括带电流体。例如，可以将电势施加至离子液体以产生泰勒锥。包含物类的气流可以流过泰勒锥，使得其中的电荷的至少一部分被转移至物类。在一些实施方式中，可以从泰勒锥的表面(例如，尖端)喷射离子并且在泰勒锥的表面周围形成空间电荷。在某些实施方式中，包含物类的气流可以流经产生的空间电荷，使得其中的电荷的至少一部分被转移至物类。
在一些实施方式中，电荷生成器可以包括电喷射电离。可以电喷射挥发性液体。在一些实施方式中，具有净电荷的液滴从电荷生成器喷射。在一些这样的实施方式中，喷射的液滴的至少一部分蒸发，留下自由离子，从而产生空间电荷。包含物类的气流可以流经产生的空间电荷，使得其中的电荷的至少一部分被转移至物类。
如上所述，本文中所述的本发明的系统和方法可以以相对高的收集效率和/或高能量效率提供带电物类的收集。物类可以以任何合适的方式收集。如本文中所使用的，收集是指物类在限定位置处的累积，使得其可以随后被移除。在一些实施方式中，物类的收集可以包括使用收集器。在一些实施方式中，物类可以在收集器的上游表面上至少部分地被收集。在一些实施方式中，物类可以在收集器的下游表面上至少部分地被收集。在某些实施方式中，物类可以在收集器的与电荷产生机构面对的表面上至少部分地被收集。在某些实施方式中，物类可以在收集器的不与电荷产生机构面对的表面上至少部分地被收集。收集器可以是处于如下电势的任何合适的材料，该电势使得电极将与物类相互作用以使物类被吸引至电极。将在下面更全面地讨论收集器的特征(例如，其设计)。
根据某些实施方式，收集物类还可以包括将物类从收集器的收集物类的部分引导至收集器的不同部分。这可以例如借助于任何合适的装置来实现，装置的非限制性示例包括沟槽、排水管、储存容器等。在一些实施方式中，收集物类还可以包括从收集器中移除物类。例如，收集器上的槽可以使所收集的物类流入储存容器、排水管等。
如上所述，在某些实施方式中，收集物类包括使用第一电极和第二电极之间的电场将物类吸引至第二电极。在某些实施方式中，第一电极可以带正电并且第二电极可以带负电或者可以被接地。在一些实施方式中，第一电极可以带负电并且第二电极可以带正电或可以接地。在某些实施方式中，第一电极带负电可能是有利的。不希望受理论束缚，带负电的第一电极能够产生包含臭氧的电晕放电，从而使空气流暴露于臭氧。使物类带电和产生臭氧二者是有益的，因为臭氧能够杀死至少一些微生物。因此，产生臭氧的第一电极能够至少部分地对物类进行消毒和/或净化。
在一些实施方式中，一个或更多个电极保持在具有相对低的绝对值的电势。可以使用任何合适的装置(例如，电源)来将一个或更多个电极保持在目标值。在一些实施方式中，可以将电源设置成与一个或更多个电极(例如，至少第一电极)电连通。
电源可以是发电机、电池等。在某些实施方式中，电极中的一个或更多个电极保持在如下电势：其绝对值小于或等于100kV、小于或等于75kV、小于或等于50kV、小于或等于30kV、小于或等于25kV、小于或等于20kV、小于或等于15kV、小于或等于10kV或小于或等于5kV。在某些实施方式中，电极中的一个或更多个保持在如下电势：其绝对值大于或等于2kV、大于或等于5kV、大于或等于10kV、大于或等于15kV、大于或等于20kV、大于或等于25kV、大于或等于30kV、大于或等于50kV或大于或等于75kV。上述范围的组合也是可以的(例如，大于或等于2kV并且小于或等于100kV，或者大于或等于5kV并且小于或等于30kV)。其他范围也是可以的。还应该理解的是，上述值是指绝对值(例如，保持在绝对值为2kV的电势的电极可以保持在+2kV的电势或可以保持在-2kV的电势)。
根据某些实施方式，用作发射器的电极与用作收集器的电极之间的电势差的绝对值相对较低。在一些实施方式中，用作发射器的电极与用作收集器的电极之间的电势差的绝对值小于或等于100kV、小于或等于75kV、小于或等于50kV、小于或等于30kV、小于或等于25kV、小于或等于20kV、小于或等于15kV、小于或等于10kV或小于或等于5kV。在某些实施方式中，用作发射器的电极和用作收集器的电极之间的电势差的绝对值大于或等于2kV、大于或等于5kV、大于或等于10kV、大于或等于15kV、大于或等于20kV、大于或等于25kV、大于或等于30kV、大于或等于50kV或大于或等于75kV。
上述范围的组合也是可以的(例如，大于或等于2kV并且小于或等于100kV，或者大于或等于5kV并且小于或等于30kV)。其他范围也是可以的。还应该理解，上述值是指绝对值(例如，2kV的电势差的绝对值可以是+2kV的电势差或可以是-2kV的电势差)。
在一些实施方式中，多个带电物类相对于收集器电偏置。术语电偏置通常是指具有使得存在吸引力(例如，对收集器)的电势。例如，带电物类在其处于使其被吸引至收集器的电势时可以相对于收集器电偏置。电偏置的绝对值通常指的是相对于彼此偏置的两个物体之间的电势差的绝对值。在一些实施方式中，多个带电物类与收集器之间的电偏置的绝对值大于或等于2kV、大于或等于5kV、大于或等于10kV、大于或等于15kV、大于或等于20kV、大于或等于25kV、大于或等于30kV、大于或等于50kV或大于或等于75kV。在一些实施方式中，多个带电物类与收集器之间的电偏置的绝对值小于或等于100kV、小于或等于75kV、小于或等于50kV、小于或等于30kV、小于或等于25kV、小于或等于20kV、小于或等于15kV、小于或等于10kV或小于或等于5kV。上述范围的组合也是可以的(例如，大于或等于2kV并且小于或等于100kV，或者大于或等于5kV并且小于或等于30kV)。其他范围也是可以的。还应该理解的是，上述值是指绝对值(例如，2kV的电偏置的绝对值可以是+2kV的电偏置或者可以是-2kV的电偏置)。
在某些实施方式中，用于收集物类的装置可以在消耗相对低的功率量(收集器的单位表面积)的情况下操作。在一些实施方式中，该装置可以以如下功率操作：该功率小于或等于5000W/m2、小于或等于4000W/m2、3000W/m2、2000W/m2、1000W/m2、小于或等于750W/m2、小于或等于500W/m2、小于或等于200W/m2、小于或等于150W/m2、小于或等于100W/m2、小于或等于75W/m2、小于或等于50W/m2、小于或等于25W/m2、小于或等于20W/m2、小于或等于15W/m2、小于或等于10W/m2、小于或等于5W/m2、小于或等于2.5W/m2、小于或等于1W/m2、小于或等于0.5W/m2或小于或等于0.25W/m2。在一些实施方式中，该装置可以以如下功率操作：该功率大于或等于0.1W/m2、大于或等于0.25W/m2、大于或等于0.5W/m2、大于或等于1W/m2、大于或等于2.5W/m2、大于或等于5W/m2、大于或等于10W/m2、大于或等于15W/m2、大于或等于20W/m2、大于或等于25W/m2、大于或等于50W/m2、大于或等于75W/m2、大于或等于100W/m2、大于或等于150W/m2、大于或等于200W/m2、大于或等于500W/m2、大于或等于750W/m2、大于或等于1000W/m2、大于或等于2000W/m2、大于或等于3000W/m2、或者大于或等于4000W/m2。上述范围的组合也是可以的(例如，小于或等于200W/m2且大于或等于0.1W/m2，小于或等于1W/m2并且大于或等于50W/m2或者小于或者等于5000W/m2并且大于或者等于1W/m2)。其他范围也是可以的。在示例性实施方式中，该装置可以以小于或等于200W/m2且大于或等于0.1W/m2的功率操作。
在一些实施方式中，第一电极(例如，能够至少部分地使存在于气流中的物类带电的电荷生成器)可以包括针和/或包括具有相对高曲率半径的表面的材料。不希望受理论束缚，相对高的曲率半径对于产生电晕放电可能是有用的，因为其可以引起较大的电势梯度。在某些实施方式中，第一电极可以包括具有如下曲率半径的表面：该曲率半径大于或等于2微米、大于或等于5微米、大于或等于10微米、大于或等于15微米、大于或等于20微米、大于或等于50微米、大于或等于100微米、大于或等于250微米、大于或等于500微米、大于或等于1mm或大于或等于2.5mm。在某些实施方式中，第一电极可以包括具有如下曲率半径的表面：该曲率半径小于或等于5mm、小于或等于2.5mm、小于或等于1mm、小于或等于500微米、小于或等于250微米、小于或等于100微米、小于或等于50微米、小于或等于20微米、小于或等于15微米或小于或等于10微米、小于或等于5微米的表面。上述范围的组合也是可以的(例如，大于或等于2微米并且小于或等于250微米，或者大于或等于100微米并且小于或等于5mm)。其他范围也是可以的。
在某些实施方式中，该系统可以包括两个或更多个电荷生成器。例如，在一些实施方式中，第一电极包括多个针(例如，电荷生成器)。例如，第一电极可以包括针阵列。针(或其他电荷生成器)之间的间距与从针到第二电极的距离之比可以是任何合适的值。在一些实施方式中，针之间的间距与从针到第二电极的距离的比率可以大于或等于0.25、大于或等于0.5、大于或等于1、大于或等于2.5、大于或等于5、或者大于或等于10。在一些实施方式中，针之间的间距与从针到第二电极的距离之比可以小于或等于15、小于或等于10、小于或等于5、小于或等于2.5、小于或等于1或小于或等于0.5。上述范围的组合也是可以的(例如，大于或等于0.25并且小于或等于15，或者大于或等于0.5并且小于或等于5)。其他范围也是可以的。在一些实施方式中，电荷生成器之间的间距被选择成使得不发生击穿和/或电弧放电。
在一些实施方式中，一个或更多个电极可以包括网。例如，在一些实施方式中，电荷生成器包括网。在一些实施方式中，一个或更多个第二电极(即，收集器)可以包括网。下面将更全面地描述网的合适特征，并且应该理解的是，这些特征可以存在于第一电极和第二电极中的任一者中、第一电极和第二电极二者中或者既不存在于第一电极也不存在于第二电极。
如图4A所示，网460可以包括多个丝470和开口480。应该注意的是，尽管网460被描绘为方形网，但也可以设想其他网格(例如，三角形，矩形，六边形，非周期性等)。在一些实施方式中，网可以仅包括基本平行的丝(例如，如图4B中所示的包括丝470的网462)。
网中的开口可以具有任何合适的平均最小截面尺寸。在一些实施方式中，开口可以具有大于或等于10微米、大于或等于20微米、大于或等于50微米、大于或等于100微米、大于或等于200微米、大于或等于500微米、大于或等于1mm、大于或等于2mm、大于或等于5mm、大于或等于10mm、大于或等于到25mm、大于或等于50mm、或大于或等于75mm的平均最小截面尺寸。在一些实施方式中，开口可以具有小于或等于100mm、小于或等于75mm、小于或等于50mm、小于或等于25mm、小于或等于10mm、小于或等于5mm、小于或等于2mm、小于或等于1mm、小于或等于500微米、小于或等于200微米、小于或等于100微米、小于或等于50微米、或小于或等于20微米的平均最小截面尺寸。上述范围的组合也是可以的(例如，大于或等于10微米并且小于或等于1mm、大于或等于100微米并且小于或等于5mm、大于或等于500微米且小于或等于2mm、大于或等于1mm且小于或等于25mm、或者大于或等于2mm且小于或等于100mm)。其他范围也是可以的。
在一些实施方式中，开口的平均最小截面尺寸可以被设计成使得平均最小截面尺寸由下式限定：
其中D*是开口的平均最小截面尺寸，Rc是丝的平均截面尺寸，Ke是由下式定义的电力和粘滞力的比率：
其中：
Rp是雾颗粒的半径，
ε0是自由空间的介电常数，
V是发射器和电极之间的电压差，
ηg是空气的粘度，
D是发射器和收集器之间的距离，并且
U0是风速。
丝的平均截面尺寸可以是任何合适的值。在一些实施方式中，丝的平均截面尺寸大于或等于0.5mm、大于或等于10微米、大于或等于20微米、大于或等于50微米、大于或等于100微米、大于或等于200微米、大于或等于500微米、大于或等于1mm、大于或等于2mm、大于或等于5mm、大于或等于10mm、大于或等于25mm、大于或等于50mm、或大于或等于75mm。在一些实施方式中，丝的平均截面尺寸小于或等于100mm、小于或等于75mm、小于或等于50mm、小于或等于25mm、小于或等于10mm、小于或等于5mm、小于或等于2mm、小于或等于1mm、小于或等于500微米、小于或等于200微米、小于或等于100微米、小于或等于50微米、或小于或等于20微米。上述范围的组合也是可以的(例如，大于或等于10微米并且小于或等于1mm、大于或等于100微米且小于或等于5mm、大于或等于500微米且小于或等于2mm、大于或等于1mm且小于或等于25mm、或大于或等于0.5mm且小于或等于100mm)。其他范围也是可以的。
在一些实施方式中，系统可以被设计成使得收集效率由下式限定：
其中SC是收集器的丝占据的面积除以收集器的总面积的分数。
在某些实施方式中，开口占据多孔基板(例如，网)的相对高的面积分数。如本文所使用的，通过测量由开口占据的总表面积除以包括开口的多孔基板的最大表面积来确定面积分数(以百分比表示)。根据一些实施方式，开口占据网的面积分数大于或等于20％、大于或等于30％、大于或等于40％、大于或等于50％、大于或等于60％、大于或等于70％、大于或等于80％、大于或等于90％、大于或等于95％、大于或等于98％、大于或等于99％或大于或等于99.5％。根据一些实施方式，开口占据网的面积分数小于或等于99.9％、小于或等于99.5％、小于或等于99％、小于或等于98％、小于或等于95％、小于或等于90％、小于80％、小于70％、小于60％、小于50％、小于40％或小于30％。上述范围的组合也是可以的(例如，大于或等于20％且小于或等于50％、大于或等于40％且小于或等于70％、大于或等于60％且小于或等于90％、或者大于或等于80％并且小于或等于99.9％)。其他范围也是可以的。
在某些实施方式中，与第一电极(即，发射器)和第二电极(即，收集)有关的上述参数(例如，电极电压，开口直径等)中的一个或更多个参数可以在收集物类期间动态变化。例如，上述参数中的一个或更多个参数可以响应于变化的环境条件而变化，使得收集效率和/或能量效率最大化。在一些实施方式中，可以将传感器结合到收集装置中，其能够感测气流中的物类浓度、湿度、风向、风力大小等。然后，一个或更多个电极和/或丝可以被移动，或者施加至一个或更多个电极的电势可以被修改。
要收集的物类可以包含任何合适的化合物。在某些实施方式中，要收集的物类可以包含液体。在一些实施方式中，要收集的物类可以包含水(例如，以液体形式、固体形式和/或气体形式)。水可以是基本纯净的水，和/或其可以包含存在于水中的一种或多种溶解物类。根据一些实施方式，要收集的物类可以包括雾。在某些实施方式中，要收集的物类可以包含有机化合物。
在某些实施方式中，物类可以包括液滴。液滴可以具有任何合适的平均直径。在一些实施方式中，物类可以包括具有如下平均直径的液滴：该平均直径大于或等于100nm、大于或等于250nm、大于或等于500nm、大于或等于1微米、大于或等于2微米、大于或等于5微米、大于或等于10微米、大于或等于15微米、大于或等于20微米、大于或等于25微米、大于或等于30微米、大于或等于35微米、大于或等于40微米、大于或等于50微米、大于或等于100微米、大于或等于250微米或大于或等于500微米。在某些实施方式中，物类可以包括具有如下平均直径的液滴：该平均直径小于或等于1mm、小于或等于500微米、小于或等于250微米、小于或等于100微米、小于或等于50微米、小于或等于40微米、小于或等于35微米、小于或等于30微米、小于或等于25微米、小于或等于20微米、小于或等于15微米、小于或等于10微米、小于或等于5微米、小于或等于2微米、小于或等于1微米、小于或等于500nm或小于或等于250nm。上述范围的组合也是可以的(例如，大于或等于100nm并且小于或等于1微米、大于或等于250nm并且小于或等于10微米、大于或等于1微米且小于或等于40微米、大于或等于1微米且小于或等于100微米、大于或等于10微米且小于或等于500微米、或大于或等于250微米且小于或等于1mm)。其他范围也是可以的。
气流可以包含任何合适的气体物类。在某些实施方式中，气态物类可以包含空气。其他气态物类也是可以的。基于本说明书的教导，本领域技术人员将能够选择包含要收集的物类的合适气流和气态物类。
在示例性实施方式中，该系统包括第一电极和被配置成邻近第一电极定位的第二电极、与至少第一电极电连通的电源、以及收集器。在一些实施方式中，该系统被配置成以大于或等于每创建场时施加的KWh的能量1升的能量效率和/或大于或等于10％的收集效率收集流体
在另一示例性实施方式中，可以通过在气流中建立相对于收集器电偏置的多个带电物类并收集带电物类来收集存在于气流中的物类。在一些实施方式中，带电物类以大于或等于10％的收集效率在收集器处被收集。
在又一示例性实施方式中，至少第一电极和第二电极可以布置成向气流的至少一部分施加电场，由此将包含在气流中的物类朝向第二电极推进。在一些实施方式中，物类的至少一部分可以从气流中分离。在某些实施方式中，第一电极和第二电极之间的距离在2cm和50cm之间。
在另一示例性实施方式中，可以通过如下方式来收集存在于气流中的物类：在气流内布置第一电极和邻近第一电极的第二电极，向第一电极施加电势以使得存在于气流中的流体的至少一部分沉积在第二电极上，以及收集流体。在一些实施方式中，第一电极和第二电极之间的距离在2cm和50cm之间。在某些实施方式中，物类以大于或等于每创建场时施加的kWh的能量1升的能量效率收集。
出于所有目的通过引用将于2015年9月28日提交的标题为“Enhanced FogCollection with Corona Discharge”的美国临时专利申请序列第62/233,499号全部并入本文。
示例
雾收集器最常见的设计是由框保持的垂直于带雾的风放置的大型编织网。风将雾吹入网丝。在撞击在丝上时，液滴会粘至网，与其他进入的液滴聚集变得较大，当其达到一定的尺寸时，其会通过重力流入水槽并最终被运送到收集罐。使用网代替板，因为大的不可渗透的障碍物会导致进入的流线的偏离，并因此导致将雾滴拖曳离开板，而网通过让空气通过其开口而导致流的小得多的改变。实际使用的网由聚乙烯或聚丙烯制成。其收集速率在很大程度上因地点而异，但实际系统的典型值范围为1L/m2/天至10L/m2/天。收集器的收集效率可以通过计算水槽中的水收集速率与具有与网相同面积的无扰流管中的水流速度之间的比率来测量。许多原因可以解释为什么效率不能达到100％。首先，例如，撞击网丝的液滴的仅一部分可以被捕获。剩下的流通过网的开口并且从未被捕获。然后，在撞击丝的液滴中，有些可能会在丝上弹起并且离开，或者被捕获，然后在由于重力而滴落之前被风重新夹带。另一问题是尚未流出的收集的液滴可能部分堵塞网，并形成使进入的流线偏离的大的不透水区域。网的特征可以在于丝开口和阴影系数，阴影系数是丝的投影面积(表面积)除以网的总面积。通过调整这两个参数，可以在最小化流线偏差和最大化液滴的冲击丝的分数之间找到平衡，以获得最大效率。
雾收集器最常见的设计是由框保持的垂直于带雾的风放置的大型编织网。风将雾吹入网丝。雾是接触地面的云，由直径范围为1μm至40μm、典型直径为10μm的微小液滴组成。在冲击丝时，液滴粘至网，与其他进入的液滴聚集变得更大，当其达到临界尺寸时，其通过重力流入水槽并最终被运送到收集罐。使用网代替板，因为大的不可渗透的障碍物会导致进入的流线的偏离，并因此导致将雾滴拖曳离开板，而网通过让空气通过其开口而导致流的小得多的改变。尽管如此，这些网效率通常很低，约为1％至2％。
几种机制限制这种收集器的效率。收集器周围流线的偏差是其中之一，并构成系统的“空气动力学效率”。尺寸为L的收集器可以使其周围尺寸为L的区域中的流偏离，由此减少朝向收集器引导的雾颗粒的数量。朝向网丝引导的颗粒的实际数量除以远离收集器朝向收集器引导的颗粒的总数目是空气动力学效率，并且该效率取决于网的阴影系数(SC)，其是由网丝占据的投影面积(表面积)的分数。高SC可能导致板状情况，其中流线大大偏离，而小SC可能导致小的效率，因为大部分液滴可能穿过网。已经表明，约55％的SC得到最大的空气动力学效率。
对效率的另一限制是滴落速率。如果网上的捕获的液滴不能通过重力容易地滴落而是留在网上，则其可以通过两种机制来降低效率。网开口可以被水堵塞，使得网局部用作板。在这些液滴被收集之前，也可能发生由风拖曳引起的液滴的重新夹带。最近，提高滴落速率受到了很大关注，研究人员已经开始研究雾采集动物和植物以获得灵感，并开发了改善滴落速率的涂料。已经报道了显著的改善。然而，这些网的整体效率仍然很低，约为10％，这表明主要的局限性并不是滴落速率。
雾收集过程中的一个重要瓶颈是由沉积效率捕获的网的单独丝周围的液滴的偏差，所述沉积效率是被收集的朝向丝的液滴的分数。经过圆柱体的流已被广泛研究。远离圆柱体，空气流线是平行的，并且雾颗粒的轨迹紧随其后。如图5A中示意性示出的，靠近圆柱体——特征尺寸为圆柱体的半径Rc的区域中，流线开始偏离并绕过圆柱体。在该区域中，雾颗粒经受两个力：其惯性和空气所施加的拖曳力，其结果可能取决于这些力的比率。该比率是斯托克斯数，也可以看作颗粒的时标与流的时标之比。对于低斯托克斯数，颗粒轨迹可以非常紧密地跟随流线，并且几乎没有液滴将被收集。在图5A的照片中呈现如下示例：其示出St＝0.05时圆柱体周围的雾轨迹，其中流分离。对于高斯托克斯，拖曳力可能不影响轨迹，并且面向圆柱体的液滴可以继续其平行水平运动并与圆柱体碰撞。已经为沉积效率建立了经验公式：然而，在实践中，需要非常细的网(其难以制作)以具有较大斯托克斯数，并且较低的沉积效率可能显著限制雾收集速率。
在一些情况下，为了在因为雾降低能见度并增加事故风险而可能有危险的道路和机场减雾，已提出静电技术。这些设计通常旨在从雾中清除相对较大的区域，从而在大距离(在某些设计中高达500m)上显著扭曲的雾轨迹。
其他现有方法使用高电压针和接地板，并且由于水分子是极性的，其与电场一致并移向最高场的区域即液滴聚集和生长的针。随着水分子变大，其也通过传导从针获取电荷。在特定点处，静电斥力克服粘附力，并且液滴离开针并在电场的作用下朝着收集器转移。然而，这种方法的一个示例性缺点是，使液滴带电需要与可快速被水覆盖的针接触。这可能限制系统的性能和收集速率，和/或可能需要大量的针，这是耗能的。
相对地，在本文中描述的实施方式中，电场引起雾轨迹上的相对轻微的偏转，使得液滴撞击收集网而不是在丝之间穿过，得到例如提高的收集效率(例如，大于或等于10％的收集效率)。此外，本文中描述的方法和系统不旨在移除并除去雾，而是将其收集并原位消毒以例如产生可用于饮用和灌溉的水。
本文中描述了一种在最小功耗的情况下得到增强的雾收集的新的方法。在一个示例中，系统由两个电极组成：第一电极——发射器电极——是针或针阵列，针是具有小曲率半径的导体，维持在高电压(数量级：5kV至25kV)。第二电极是收集器，其靠近第一电极放置并且包括在接地的导电网或板中。收集器垂直于输送雾滴的风，并且高电压针沿在风的方向放置在收集器紧前或紧后。第一电极处的高电压使在第一电极附近发生电晕放电。生成空间电荷云并朝向液滴加速。空间电荷附着在水滴上，液滴带有与发射器电极相同的正负号。然后这些带电液滴在两个电极之间的电场的影响下被吸引至接地的收集器。这个额外的力将雾滴驱动至收集器。当液滴到达网/平板时，其被捕获，并且一旦几个液滴凝聚并变得足够大以通过重力滴落，液滴就会落下并收集在水槽中，水槽将其输送至储存罐。
远离收集器，雾滴跟随空气流线。当风接近收集器时，在没有电场的情况下，流线偏转以避开障碍物。如果收集器是不透水板，雾滴会大大偏转并夹带大量液滴。如果收集器是网，流线可以穿过开口，并且雾滴在网丝周围稍微偏转。但是，由于水滴比空气具有更多的惯性，所以水滴比空气偏转得更慢，并且水滴可以撞击网状纤维。当液滴由于电晕放电而带电时，收集器吸引它们并且它们的轨迹被修改并且引导成朝向收集器的表面。现在可以收集许多已经偏转并通过网的液滴，原因是吸引电力可以克服由空气施加的拖曳力。图5A和图5B示出了静电力可以克服流体动力学力并将液滴朝向收集器吸引的机制。雾滴的轨迹被修改并且不再是流体动力学流线。
在图5B中示意性地示出一种方法。颗粒最初是电中性的，并且介电电泳力不足以影响颗粒的轨迹。因此，使用电晕放电将净电荷注入液滴中，然后使用电场将液滴引导成朝向收集器。在发射器电极处施加高电压产生电场，其线从发射器至接地收集器。该电场不影响空气流线，而是仅对带电的雾滴起作用。图5B中示出了具有高电压的情况，其中，电力比空气拖曳力大得多，这使得雾滴跟随场线并最终位于收集丝的两侧。从示出在存在强电场的情况下的颗粒轨迹的图5B中的照片可以看出，颗粒在整个丝上被收集，并且一些最初未导向丝的颗粒仍被捕获。直观地说，这表明以前被定义为被收集的朝向丝引导的液滴的分数的沉积效率可以变得高于一。
当使用网时，该系统经常出现的另一现象称为“转向”。当液滴利用电晕放电带电时，它们被吸引至收集器表面。然而，并非所有液滴都被捕获。由于风的惯性，静电力可能不足以改变一些液滴的轨迹并使其进入网丝。这些液滴穿过开口并开始远离网移动。然而，这些液滴仍然带电，并且其仍然被吸引至接地网。由于这种吸引力，部分液滴可能转向并返回而被网的背面捕获。这种转向现象非常有助于提高收集效率，原因是转向允许通过使用网的背表面使得使用的表面加倍，并且转向提供第二次机会来捕获当到达网时放走的液滴。这导致沉积效率通常高于100％：可以从比收集器的投影面积(表面积)大——其代表传统收集器中的100％效率情况(这从未达到：在传统收集器中实际效率要低得多)——的面积收集液滴。
如本文中所示，在实验和理论上，这种系统的沉积效率随着的无量纲数Ke——电数——线性变化。
Rp是雾颗粒的半径
ε0是自由空间的介电常数
V是发射器和电极之间的电压差
ηg是空气的粘度
d是发射器和收集器之间的距离
Rc是网丝的半径
U0是风速
这种相关性允许预测应该施加的电压以具有一定的效率，并且可以在实践中进行调整以补偿例如风速变化的影响。
另外，通过分析该系统的相图，确定最佳操作区域，其可以由2个参数来描述：
首先，相对附加速度U*，其表示由电场的加速引起的颗粒的附加速度与风速的比率。
最佳操作对应于U*<1。对于U*>1，系统达到电压饱和。可达到的收集速率的这种限制主要来自如下事实：随着电压的增加，吸引颗粒的电力更大，但颗粒也移动得更快，这使得电力吸引颗粒的时间更少。
另一重要参数是网线之间的间距D，它由无量纲数D*捕获。
当丝之间的距离太小时，它们之间的所有液滴被收集，并且增加电压将是无效的，因为没有更多的雾被收集。
当使用电晕放电收集雾时，应该将效率降低到D*以下，同时确保U*<1。
放电电极在收集网前
在该实施方式中，高电压针放置在网眼之前(图6)。带雾的风到达发生电晕放电的针附近。带电离子附着在雾滴上，并液滴被引导至收集器。大部分收集的液滴在网的正面被捕获。然而，如果液滴穿过网，其仍然经受由其镜像电荷引起的电场且经受转向效应。因此这些液滴中的一部分仍然可以在网的背面被收集。
放电电极在收集网后
在该实施方式中(图7)，高电压针放置在网后。雾滴在没有经受任何带电化的情况下到达网。其收集速度与没有电场时相同。然后未被收集并且穿过网的开口的部分遇到放电电极。使液滴带电，并且存在由针和收集器之间的电势差引起的电场，该电场比镜像电荷场高得多并且将液滴驱动至收集器。当电场足够高时，该力克服液滴的惯性。液滴改变方向并返回至网，其在背面被收集。在此，与在先前的实施方式中相比，转向现象更重要，并且由于在网的两侧出现显著的收集，所以与传统系统相比，有效收集表面加倍。
作为收集器的垂直平行丝
在该实施方式中(图8)，收集网的水平丝被去除。先前的分析在仅具有相同间距的垂直丝的情况下仍然有效，垂直丝应具有与网相同的效率。该实施方式将所需材料的成本降低了一半。此外，其促进液滴更快速地滴落。当液滴足够大以通过重力开始滴落时，水平丝可以起到固定位置的作用，并将液滴保持在水平丝和垂直丝之间的接合处，有效地减缓滴落。垂直丝更快滴落意味着丝可能很快再次变干，并准备收集新的液滴。这可以增加收集速率。
在有电场及没有电场的情况下的收集速率
在有电晕放电及没有电晕放电的情况下实验测量收集速率。使用放电电极放置在收集网之前的第一实施方式，并测量在一定时间量之后收集的水的质量。收集表面放置在距放电电极3.5cm的距离处。进行两组实验，一组实验具有移动的空气(速度0.8m/s)，另一组实验具有停滞的雾。结果在图9中示出。在雾正在移动的情况下，如图9(对数标度)所示，网上的雾收集速率(0.002英寸开口、41％阴影系数、不锈钢)增加了两个数量级，从类似于当前应用中所记录的网的1L/天/m2至对于11.2kV的放电电压的107L/天/m2。
图10示出了针对不同网和不同电压的作为电数Ke(大致与V2成比例)的函数的沉积效率数据。从附图中可以看出，效率随着Ke线性增加。该附图还示出沉积效率可以远高于100％，在某些情况下达到200％以上的值。
“转向现象”的可视化以及对收集速率的影响
也可以直接可视化地观察通过电晕放电在收集上的增强。在图11A至图11C中示出了在具有电场或不具有电场的情况下暴露于雾之后不同时间处的收集网的快照。可以观察到，一旦电场开启，网上的收集的液滴数量急剧增加。在电晕放电情况下暴露一秒钟后，网上的液滴比没有放电情况下20秒后的液滴多得多。在图11B中，可以在存在在网背面收集的液滴的一些点中观察到转向。这增强了收集速率，因为可用于收集的区域随着转向而加倍，如图7C中示意性所示。
在单个圆柱形丝上的收集
在图12A中示出在本研究中使用的典型设置。具有高曲率的尖锐电极被放置在距收集器(半径为Rc的水平圆柱形丝)d的距离处。d比Rc大得多，Rc比雾颗粒的半径Rp大得多。收集器电接地(V＝0)，而高电压V被施加至放电电极。当V高于临界值时，发生电晕放电并且空气被电离。当电极周围的电场足够高以形成等离子体区域时，发生电晕放电：空气中的电子被加速并且具有足够的能量以在与空气原子碰撞时对空气原子进行电离。连锁反应始于每次碰撞产生额外的电子和离子。碰撞后，电子和离子被电场拉向相反的方向，防止复合。在距电极一定距离处，电场不能再给电子提供足够的能量来维持反应。在这个区域，逃逸的离子在空气中自由地朝向对面的电极行进，并可能附着在与其碰撞的雾颗粒上。然后颗粒获得与V相同正负号的净电荷q。
由于d比Rc大得多，除了发射器和收集器周围的小区域之外，电场线在中心区域基本上是平行和水平的。在下面的所有假设中，电场不会因雾的存在而中断，并且颗粒间的相互作用被忽略。然后可以将电场的大小估计为
在中心区域，雾颗粒经历加速阶段，其机制在图12B中呈现。颗粒以与携带其的风相同的速度U0进入该区域。因此，颗粒没有被施加拖曳力。然而，由于颗粒从电晕放电获得净电荷并且处于电场中，所以电力作用于颗粒。颗粒被加速并且颗粒的速度变得比U0高，从而产生了拖曳力。当拖曳力变成等于电力时，达到最终速度Uf并且颗粒不再被加速。
这个阶段的力平衡可以写成
其中是颗粒的速度，ηg是空气粘度，是空气速度。
为了确定颗粒是否会在加速阶段达到其最终速度，计算颗粒加速时间标度，该标度由下式给出
在这种情况下，τ颗粒比从发射器至收集器的颗粒行进时间小1至2个数量级。因此，颗粒将达到其最终速度，这由拖曳力和电力之间的平衡给出。
6πηgRp(Uf-U0)＝qE
不希望受理论束缚，在弱电力的情况下，最终速度将接近初始速度，而在高电力的情况下，最终速度将独立于初始速度并直接与电力成比例。
图12C示出作为V2的函数的附加速度Uf-U0的实验测量值。该曲线图的阴影区域对应于没有发生电荷注入的情况V<V电晕。出现的唯一电力是介电电泳，其大小可近似为在这种情况下，该力比典型的拖曳力小约6个数量级。因此，在电晕放电开始之前没有附加速度。在曲线图的第二个区域，发生带电，并且附加速度通常与V2成正比。对该比例的解释可以是电场与V成正比，并且颗粒上的电荷也与V成比例，这使得电力qE随V2增长。
为了估计颗粒电荷和电力，使用电场的连续性方程。与周围介质空气相比，水是导体。电荷位于雾颗粒表面，并且每单位面积的表面电荷可以估算为σ＝∈0E。
当离子附着到液滴上时，液滴可以获得电荷，但液滴不会因空气(绝缘体)失去电荷，因此液滴的最终电荷可以通过液滴在其轨迹中遇到的电场的最大值来确定。然后可以估算表面电荷为更精确的计算给出
从而
在中心区域的电力是
并且附加速度是
图12C中的线性内插的斜率为0.006。考虑到测量参数的不确定性，使用上述公式Uf-U0＝0.008V2，这与实验值相匹配。
在此，是表示由于电场引起的附加速度与风速之间的比率的无量纲数。
在加速阶段之后，雾液滴最终接近收集器线区域，收集器线区域的大小为Rc的量级。在该区域中，如图12D所示，流线和电场线二者开始偏离平行的水平配置。虽然流线绕过圆柱体，但场线朝向该导电的收集器弯曲并最终与其垂直。电场大小在此标度为在该区域，颗粒仍然经受拖曳力和电力。随着距圆柱体的距离增加，电场变弱，而颗粒由于更远而需要更大的力以被收集。因此，对于所施加的特定强度的电压，可以存在高于其颗粒将不被收集的距离。然后将收集区域A定义为在圆柱体上收集的进入颗粒的流的投影面积(表面积)。假设圆柱体具有无限深度并且以二维进行计算。因此，面积A将具有一定长度的维度。考虑沉积效率的定义其中A0是圆柱体的投影面积(表面积)，等于2Rc。
通过对圆柱体周围的区域进行成像来实验测量不同电压和风速下的收集面积。对于不同的U0值，图12E呈现作为V2函数的无量纲面积A/A0。观察到，对于相对较低的电压或较高的风速(图12E中的曲线图的区域II)，A/A0随着V2而增加，这可以再次通过驱动电力随着V2变化来解释。也注意到A/A0随风速减小，并且实际随着1/U0变化，对于相对较低的电压或较高的风速亦如此。这可以通过以下事实来证明：当U0增加时，电力在经过收集圆柱体时用于吸引液滴的时间较少。最后，可以看出，对于低风速和高电压(图12E中的区域IV)，A/A0开始平稳，这意味着在某个点之后，增加电压无助于收集更多的液滴。曲线图中的区域III是从线性特性至平稳的转变。
图16A示出了针对五个不同电压的作为风速的倒数的函数的无量纲收集面积。图16B示出了针对三种不同丝距的作为Ke的函数的两条丝的无量纲收集面积(闭合形状表示Ain并且开放形状表示Aout)。Aout通常具有接近单个丝的斜率的线性特性。
为了使这些观察合理化，圆柱体周围的运动方程再次被写成。
通过将所有距离除以Rc并将速度除以Uf来进行无量纲化
Ke是电力和粘滞力的比率，并且在本文中称为电数。除了这些无量纲数之外，方程的所有项都是1阶。在圆柱体E周围标定为V/Rc，并且可以使用先前获得的q和Uf的表达式。
此外，在低斯托克斯极限下，对应于相对较大的丝，方程进一步简化为
然后电数应该支配问题的物理性，特别是无量纲收集面积：
在图13中，将A/A0绘制为Ke的函数，并且可以看到，不同电压和风速的先前数据坍缩成一条线性主曲线。这种线性行为可以预计，因为Ke表示引起收集的驱动力的相对幅度。比例常数是通过实验确定的(在此为0.26)，并且可以针对任何问题参数的值预测这种系统的效率。
对Ke的这种相关性解释了之前观察到的行为。对于低U*(低电压或高风速)，分母中包含V2的项可以忽略不计，并且Ke随着V2变化。这就是为什么在这种情况下(图12E的区域II)，无量纲面积随着V2线性增加。然而，对于高U*，U0在分母中变得可以忽略，并且Ke倾向于作为平稳区域的常数这可以称为电压饱和。对可达到的收集速率的这种限制主要来自这样的事实：随着电压的增加，吸引颗粒的电力越大，但颗粒也移动得更快，这使得电力吸引颗粒的时间更少。最终，在高电压下，这两种效应相互平衡，并且收集不再增强。图12E中的垂直虚线表示对于两个最低风速的U*＝0.5。这个值给出了初始速度开始被增加的电子速度克服时的近似值，或者等同地，当朝向电压饱和的过渡开始时的近似值。
预期类似行为可以适用于不同的几何形状，例如最终关注的几何形状的网，其中仅比例常数随几何形状而变化。
在两个平行的圆柱体丝上的收集
为了扩展如上所述针对单个圆柱体丝开发的模型，对两条平行圆柱体丝的系统上的雾收集进行研究。假设当丝彼此远离时，其表现为两条单个丝。然而，当丝足够接近时，丝可能开始对其之间的相同液滴进行竞争，从而限制了收集，如图14A中示意性所示。因此，丝之间的距离D通过无量纲数被并入模型中。还分别在系统内部和外部定义了说明所收集的进入颗粒的流的投影面积(表面积)的两个收集面积Ain和Aout。
图14B是示出在D足够小从而丝之间的液滴的大部分被收集的情况下两个圆柱体和液滴轨迹的照片。发生这种情况(小的D)时，简单的几何分析表明Ain达到等于的饱和值，或者以无量纲项其中在此A0等于Rc，因为仅考虑圆柱体的一半。这个限制被称为间距饱和。
假设和随着单丝增长的法则，直到达到间距饱和，此时Ain将平稳，而Aout仍将遵循单丝法则。知道当时发生饱和，可以使用单线法则(其中c是比例常数)来预测在哪个电数(或等同地，电压)处间距饱和开始或者针对某个电数来预测发生间距饱和的临界距离D*sat。
针对不同的Ke和D*通过实验测量Ain和Aout。Ain的结果在图14C中记录。据观察，对于低的D*的值，随着Ke增加并且在1处平稳。在平稳之前，随着Ke线性增加，其中斜率等于单丝情况下测得的斜率。曲线图的代表的阴影区域是达不到的，原因是导致饱和的有限数量的液滴的竞争。垂直点线表示对于前一模型中D*＝1.7和D*＝4.2的情况下的期望饱和度Ke，并且可以看出，对于相应的曲线，在这些线之外观察到平稳。
对于D*＝11，在此没有观察到间距饱和，并且预期在更高的Ke下发生。然而，由于电压饱和，无法达到如此高的Ke，在一些情况下，这可能是限制因素。
网上的收集
在对两条平行丝的行为合理化之后，对所关注的最终系统——网——上的宏观收集进行研究。通过垂直于带雾的风的方向放置5cm×5cm网和在网下方放置培养皿进行类似的实验，并在一定时间后测量所收集的水的质量。
在施加电晕放电时收集的差异立即肉眼可见。如图15A所示，当施加高电压时，网在几秒钟内被水覆盖，而当没有电场时，网在暴露于雾中几分钟后几乎没有湿润。
使用了五种不同的网。所有网具有相同的丝半径，但丝之间的间距D从网1至网5增加。阴影系数SC或丝的投影的相对表面因此减小。
图15B示出了对于不同的电数Ke，暴露五分钟后收集的水的质量。对于五个网质量m随着Ke线性增加，不过比例常数因网而异。注意，具有最高收集的网不是具有最高丝密度的网；网2有更少的丝，但仍收集更多的水。最后，网1和网2在高Ke处开始平稳，这是由于间距饱和。图15B中的垂直点线示出了来自三个第一网的两个平行丝模型的预测的间距饱和极限，最后两个超出了该曲线图的范围。该模型在这里并不完全有效，因为几何形状是不同的，有平行和垂直的丝，但其可以提供间距饱和开始的良好近似。
计算作为收集质量与朝向网引导的水的总质量的比率的收集过程的效率η。如前所述，η＝ηaηdη其他。
是前面分析中关注的效率。假设可以忽略η其他，或者其效果在所有网上都是相似的。空气动力学效率先前已经被研究过，并且由给出，其中SC是阴影系数。
然后可以计算沉积效率其值作为Ke的函数在图15C中绘出，并且可以看到，数据围绕线性曲线坍缩，这表明用于单个丝和双丝的模型适用于网。
由于几何形状不同，但也由于在此忽略的其他效率低下的因素，比例常数与单丝情况不同，因为真正绘制的是ηd.η其他。与单丝情况相比，这些其他低效率还可以解释围绕线性曲线的结果的相对高的分散性。
ηd.η其他达到2以上的值，这意味着ηd远高于1。因此，这些ηd的高值可以补偿其他低效率，并为收集系统带来非常高的整体效率。
在设计这种主动收集网时，几何形状和工作电压应被选择成保持低于电压饱和度和间距饱和度，以使收集最大化而不消耗任何不必要的能量。
结论
已经证明，通过使用电晕放电来打破传统的空气动力学限制，可以显著提高网上的雾收集效率。由于电力克服了流体动力学的力，颗粒被加速并朝向收集器引导。已经表明，该问题由四个无量纲数St、Ke、U*和D*控制。沉积效率ηd取决于前两个无量纲数，特别地，已经表明，在St低的情况下，ηd与Ke成比例。U*和D*预测两个重要的限制，即电压饱和和间距饱和。因此，它们应当用作主动收集网的设计参数，以在饱和度以下运行，并全面优化每能量消耗所产生的水。这种方法可以与其他方法结合使用，例如收集器的表面处理，以稍微提高效率。这个实验完全是在低斯托克斯体系下进行的，而高斯托克斯体系可能是科学上关注的未来工作的对象，低斯托克斯体系在实践中更受关注，因为在此惯性力的最小化是有利的，并且制造具有大的丝的网比制造更精细的网容易。这些结果可用于在干旱地区设计高效的雾收集器，并收集水用于饮用、灌溉和植树造林。也可以设计除雾系统以提高道路和机场的可视性。
实验设置和程序
将样品放置成远离从其中产生均匀的雾流的两个同心圆柱体(6.3cm，5cm的内径)的出口4cm(垂直于轴)。雾包含在使用传送高达0.1L/小时的体积速率的超声波加湿器(Air-O-Swiss AOS 7146)产生的半径3.5μm的空气悬浮水滴堆中。雾通过小孔直接进入小的圆柱体。在较大圆柱体的入口处，放置速度可调的风扇(Thermaltake移动风扇II外置USB冷却风扇)，以产生将雾气朝收集区域对流的气流。在风扇后放置蜂窝式流量矫直机(SaxonComputers 120mm蜂窝式气流矫直机)，以确保风速在圆柱体区域内均匀，从而再现实际的雾状况。用风速计(Testo 405Hot Wire热式风速计)测量出口速度，并在15％的间隔内在空间上是均匀的。通过在圆柱体内放置尖锐的金属针产生电晕放电，针的尖端与小圆柱体的出口重合。该针连接至提供0kV至-25kV的电压的高电压生成器(Spellman SL600)。观察到电晕放电开始于约-7.6kV的电压。在所有的实验中，收集器接地，将其电压设置在0V。所有实验均在环境温度和湿度条件下进行。
丝和网
在单丝和双丝实验中，使用长度为4cm，直径为1.88mm的不锈钢制圆柱形针作为收集器。
使用5cm的网进行收集测试。它们是从McMaster-Carr(耐腐蚀型304不锈钢丝布)购买的，其个别特征总结在表1中。
表1.网(收集器)的特征
尽管本文已经描述和说明了本发明的几个实施方式，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行功能和/或获得结果和/或本文中描述的优点中的一个或更多个的各种其他装置和/或结构，并且这些变化和/或修改中的每个被认为是在本发明的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和配置都是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于特定应用或使用本发明的教导的应用。本领域技术人员将认识到，或仅使用常规实验就能够确定本文所述的本发明的具体实施方式的许多等同内容。因此，应该理解的是，前述实施方式仅以示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同内容的范围内，本发明可以以与具体描述和要求保护的方式不同的方式实施。本发明针对在本文中描述的每个单独的特征、系统、物体、材料、套件和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、物体、材料、套件和/或方法不相互不一致，则两个或更多个这种特征、系统、物体、材料、套件和/或方法的任何组合都包括在本发明的范围。
如本文所定义和使用的所有定义应理解为以词典定义、通过引用并入的文件中的定义和/或所定义术语的普通含义为准。
除非有明确的相反指示，否则本文在说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一(a)”和“一个(an)”应理解为意指“至少一个”。
如本文在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应理解为意指如此结合的元件的“一个或两个”，即在一些情况下联合存在并且在其他情况下分开地存在的元件。用“和/或”列出的多个元件应该以相同的方式解释，即如此连接的元件中的“一个或更多个”。除了由“和/或”子句具体标识的元件之外，可以可选地存在其他元件，不管与具体标识的元件相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，当与开放式语言(例如“包括”)结合使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施方式中可以仅指代A(可选地包括除B之外的元件)；在另一实施方式中，仅指代B(可选地包括除A之外的元件)；在又一实施方式中，指代A和B二者(可选地包括其他元件)；等。
如在本说明书和权利要求书中所使用的，“或”应被理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。例如，当将列表中的项分开时，“或”或“和/或”应被解释为包含性的，即包含至少一个，但也包括多于一个的数量或列表的元件，以及可选的其他未列出项。仅明确指出相反的术语，例如“仅…之一”或“恰好…之一”，或者当在权利要求中使用时，“由...组成”将指包含元件的数量或列表中的恰好一个元件。一般而言，在此使用的术语“或”在排他性术语例如“任一”、“之一”、“仅之一”、或“正好之一”之前时应当仅被解释为指示排他性替选(即“一个或另一，但不是二者”)，。当在权利要求中使用时，“基本上由...组成”应具有其在专利法领域中使用的普通含义。
如本文中在说明书和权利要求书中所使用的，关于一个或更多个元件的列表的短语“至少一个”应该理解为是指选自元件列表中的元件的任何一个或更多个的至少一个元件，但不一定包括在元件列表内具体列出的每个和每一个元件中的至少之一，并且不排除元件列表中元件的任何组合。除了在短语“至少一个”所指的元件列表内具体标识的元件之外，该定义还允许元件可以可选地存在，不管与具体标识的那些元件相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少之一”(或者等同地，“A或B中的至少之一”，或者等同地“A和/或B中的至少之一”)在一个实施方式中可以指代至少一个，可选地包括多于一个，A，不存在B(并且可选地包括除了B之外的元件)；在另一实施方式中，指代至少一个，可选地包括多于一个，B，不存在A(并且可选地包括除了A之外的元件)；在又一实施方式中，指代至少一个，可选地包括多于一个，A，和至少一个，可选地包括多于一个，B(并且可选地包括其他元件)；等。
还应该理解的是，除非明确另有所指，否则在本文所要求保护的包括多于一个步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不一定限于叙述该方法的步骤或动作的顺序。
在以上权利要求书以及说明书中，所有连接词(例如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保留”、“由...组成”等)应被理解为是开放式的，即意味着包括但不限于。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所述，仅连接词“由......组成”和“基本上由...组成”应分别是封闭式或半封闭式连接词。
除非另有定义或指明，否则本文所使用的涉及例如一个或更多个物体、结构、力、场、流、方向/轨迹和/或其子组件之间的形状、取向、对齐和/或几何关系，和/或其组合和/或以上未列出的适于由这样的术语表征的任何其他有形或无形元件的任何术语应理解为不要求绝对符合此类术语的数学定义，而应理解为在可能的范围内指示符合这种术语的数学定义的特征，如本领域技术人员将理解的那样与本主题最密切相关。与形状、取向和/或几何关系相关的这些术语的示例包括但不限于描述如下的术语：形状-例如，圆形、正方形、圆形/圆形、矩形/矩形、三角形/三角形、圆柱形/圆柱体、椭圆/椭圆、(n)多边形/(n)多边形等；角度取向-例如垂直、正交、平行、垂直、水平、共线等；轮廓和/或轨迹-例如平面/平面、共面、半球形、半半球形、线/线性、双曲线、抛物线、平坦、弯曲、直线、弧形、正弦曲线、切线/切线等。方向-例如，北、南、东、西等；表面和/或块体材料特性和/或空间/时间分辨率和/或分布-例如平滑、反射、透明、清澈、不透明、刚性、不可渗透、均匀(均)、惰性、不可湿润、不溶、稳定、和/或不变、恒定、同质等；以及对于相关领域的技术人员来说明显的许多其他内容。作为一个示例，本文中将被描述为“正方形”的制造物体不需要这种物体具有完全平面或线性并且以恰好90度的角度相交的面或侧面(事实上，这样的物体只能作为数学抽象存在)，而是如同本领域技术人员将会理解的那样，这种物品的形状应该被解释为近似于数学上定义的“正方形”，达到对于所叙述的制造技术通常可实现和达到的程度。作为另一示例，在本文中将被描述为“对准”的两个或更多个制造的物品不需要这样的物品具有完全对齐的面或侧面(事实上，这样的物品只能作为数学抽象而存在)，而是应该将这些物体的排列解释为如数学上所定义的近似“对准”，达到如所属领域的技术人员将理解或如具体描述的那样可实现和达到的程度。

Claims (33)

1.一种收集存在于气流中的物类的方法，包括：
在所述气流中建立相对于收集器电偏置的多个带电物类；以及
以大于或等于10％的收集效率在所述收集器处收集所述带电物类。
2.一种收集存在于气流中的物类的方法，包括：
布置至少第一电极和第二电极，以向所述气流的至少一部分施加电场，由此将所述物类朝向所述第二电极推进并将所述物类的至少一部分与所述气流分离，
其中，所述第一电极和所述第二电极之间的最小距离在2cm和50cm之间。
3.一种收集存在于气流中的物类的方法，包括：
在所述气流内布置第一电极和邻近所述第一电极的第二电极；
向所述第一电极施加电势，使得存在于所述气流中的流体的至少一部分沉积在所述第二电极上；以及
收集所述流体，
其中，所述第一电极和所述第二电极之间的最小距离在2cm和50cm之间。
4.一种收集存在于气流中的物类的方法，包括：
在所述气流内布置第一电极和邻近所述第一电极的第二电极；
向所述第一电极施加电势，使得存在于所述气流中的流体的至少一部分沉积在所述第二电极上；以及
以大于或等于1升每kWh的能量效率收集所述流体，所述kWh是创建场时施加的能量。
5.一种收集系统，包括：
第一个电极；和
第二电极，被配置成邻近所述第一电极定位；
与至少所述第一电极电连通的电源；以及
收集器，
其中，所述系统被配置成以大于或等于1升每kWh的能量效率收集存在于气流中的物类，所述kWh是创建场时施加的能量。
6.根据任一前述权利要求所述的方法或流体收集系统，其中，所述物类包括水。
7.根据任一前述权利要求所述的方法或流体收集系统，其中，所述第二电极包括网。
8.根据任一前述权利要求所述的方法或流体收集系统，其中，所述第二电极包括平行丝。
9.根据任一前述权利要求所述的方法或流体收集系统，其中，所述第一电极包括针。
10.根据任一前述权利要求所述的方法或流体收集系统，其中，所述针的平均曲率半径大于或等于10微米。
11.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，所述第二电极位于所述第一电极的下游。
12.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，所述第二电极位于所述第一电极的上游。
13.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，所述第一电极保持在负电势。
14.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，所述第一电极保持在正电势。
15.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，所述第二电极接地。
16.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，所述第二电极保持在负电势。
17.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，所述第二电极保持在正电势。
18.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，水被收集在所述第二电极的面向所述第一电极的表面上。
19.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，水被收集在所述第二电极的不面向所述第一电极的表面上。
20.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，所述第一电极和所述第二电极之间的电势差大于等于2kV且小于等于100kV。
21.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，向所述第一电极施加电势包括对所述空气流的至少一部分进行电离。
22.根据任一前述权利要求所述的方法，包括将所述空气流暴露于臭氧。
23.根据任一前述权利要求所述的方法，包括向所述第一电极施加电势使得产生臭氧。
24.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，由所述第一电极产生电晕放电。
25.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述电晕放电对所收集的流体的至少一部分进行净化。
26.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，还包括第三电极。
27.根据权利要求26所述的方法或收集系统，其中，所述第三电极位于所述第二电极的下游。
28.根据权利要求26至27中任一项所述的方法或收集系统，其中，所述第三电极能够使所述物类带电。
29.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，用于使所述物类带电的电极或部件不对用于收集所述物类的电场有贡献。
30.根据权利要求1至28中任一项所述的方法或收集系统，其中，用于使所述物类带电的电极或部件对用于收集所述物类的电场有贡献。
31.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，使用孔板和接地电极的组合来使所述物类带电。
32.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，使用离子液体的泰勒锥来产生空间电荷。
33.根据任一前述权利要求所述的方法或收集系统，其中，使用电喷射挥发性液体来产生空间电荷。
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