CN112955242A - 冷凝蒸汽 - Google Patents

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Abstract

提供了一种气溶胶冷凝系统。该气溶胶冷凝系统包括：电连接到向源电极施加电压的电源的源电极；包括沉电极以将包含在空气流中的气溶胶收集到沉电极的冷凝器；以及被配置为将气溶胶引导到冷凝器的管道。该源电极和该沉电极在该管道内产生电场。

Description

冷凝蒸汽
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年11月2日提交的美国临时申请号62/754,673、2018年12月14日提交的美国临时申请号62/779,847以及2019年9月20日提交的美国临时申请号62/903,596的利益，它们的公开内容通过引用整体明确地并入本文。
技术领域
当前主题总体上涉及冷凝蒸汽，例如水蒸气冷凝系统。
背景技术
水的清除可以是世界上许多地区的缺水问题的可持续解决方案。脱盐是净化液体(特别是水)的一种形式，并且是指从盐水中除去一定量的盐和其他矿物质的过程。通过脱盐，盐水可以转化为适于人类消费、灌溉或其他用途的淡水。由于相对高的能量消耗，海水脱盐的成本通常高于替代物(例如，来自河流或地下水的淡水、水再循环、水节约等)，但替代物并不总是可用的。反渗透是另一种净化水的方法。然而，反渗透使用昂贵的膜和高压，这需要大量的能量。
发明内容
本公开的一个方面提供了一种气溶胶冷凝系统。该系统可以包括电连接到向源电极施加电压的电源的源电极、包括用于收集包含在空气流中的气溶胶的沉电极的冷凝器、以及被配置为将气溶胶引导到冷凝器的管道。源电极和沉电极可以在管道内产生电场。
可以以任何可行的组合包括以下特征中的一个或多个。例如，源电极可以包括源网，并且源网可以包括第一线网。例如，源网可以包括0.5mm与5mm之间的线直径，并且源网的开口的特征尺寸可以在1mm与15mm之间。源网可以包括不锈钢、镍、导电聚合物或导电硅树脂。源网可包含多个层，所述多个层中的每一个包括线网。所述沉电极可以包括冷凝网，所述冷凝网包括第二线网。沉电极可以在冷凝网上冷凝气溶胶以形成液滴，该液滴至少通过重力沉淀。
冷凝器可以包括被配置成接收具有第一相对湿度的空气流的入口、被配置成排出具有低于第一相对湿度的第二相对湿度的空气流的出口、以及被配置成收集液滴的贮存器。冷凝网可以包括0.5mm与5mm之间的线直径，并且冷凝网的开口的特征尺寸可以在1mm与15mm之间。冷凝网可以包括不锈钢、镍、导电聚合物或导电硅树脂。冷凝网可以包括多个层，每个层包括线网。
电源可以包括产生20V和10kV之间的电压的直流(DC)电源。沉电极可以电接地或连接到向沉电极赋予相反电荷的相反电源。
该系统可以包括鼓风机，该鼓风机被配置为驱动包含气溶胶的空气流通过源电极并沿着管道到达冷凝器。所述管道的横截面积可以沿着所述空气流的流动方向增加，并且所述沉电极可以布置成朝向所述空气流的流动方向凸起的凸形形状。
在另一方面，冷凝气溶胶的方法可以包括：在源电极和沉电极之间施加电场，源电极电连接到向源电极施加电压的电源；在沉电极处将包含在空气流中的气溶胶冷凝成液滴；以及收集冷凝的液滴。该方法还可以包括用鼓风机沿着管道吹送空气流。可以用产生20V和10kV之间的电压的直流(DC)电源施加电场。沉电极可以电接地或连接到向沉电极赋予相反电荷的相反电源。
在又一方面，气溶胶冷凝系统可以包括源电极和冷凝器，所述源电极电连接到向源电极施加电压的电源，所述冷凝器包括沉电极以收集包含在空气流中的气溶胶。源电极和沉电极可以产生电场，并且沉电极可以在冷凝器网上冷凝气溶胶以形成液滴，该液滴至少通过重力沉淀。
可以以任何可行的组合包括以下特征中的一个或多个。例如，冷凝器可以包括被配置为接收具有第一相对湿度的空气流的入口、被配置为排出具有低于第一相对湿度的第二相对湿度的空气流的出口、以及被配置为收集液滴的贮存器。该系统可以包括设置在冷凝器下游以捕获固体颗粒的静电除尘器(ESP)。该系统可以包括设置在冷凝器上游或冷凝器下游的风力涡轮机。风力涡轮机可以被配置为产生电力，该电力可以被供应给电源。所述系统可以包括构造成将气溶胶引导到冷凝器的管道，并且所述管道可以包括收缩部分、扩张部分或两者。
在又一方面，控制湿度的方法可以包括：在源电极和沉电极之间施加电场，源电极电连接到向源电极施加电压的电源；以及通过沉电极控制空气流的湿度。控制空气流的湿度可以包括当空气流的湿度小于预设目标湿度时在沉电极处供应水。水可以从储水器供应。控制空气流的湿度还可以包括：当空气流的湿度大于预设目标湿度时，在沉电极处冷凝水并收集冷凝的水。冷凝水可以收集在储水器中。控制空气流的湿度可以包括调节施加到源电极的电压。控制空气流的湿度还可以包括：用湿度传感器测量空气流的湿度；用比例-积分-微分(PID)控制器基于所测量的空气流的湿度生成控制信号；以及输出控制信号以调节施加到源电极的电压。
在又一方面中，一种非暂时性计算机可读介质可以包含由处理器或控制器执行的程序指令，且所述计算机可读介质可以包含经配置以存储程序指令的存储器及经配置以执行所述程序指令的处理器。程序指令在被执行时可以从湿度传感器接收空气流的湿度值，基于所接收的空气流的湿度值生成控制信号，并且使得将对应于控制信号的电压输出到湿度控制系统的源电极。
在又一方面，监测和控制冷却塔的方法可以包括：测量从冷却塔排出的冷却流的第一温度：测量进入冷却塔的热流的第二温度：计算第一温度和第二温度之间的温度差：以及调节冷却流的第一流速以允许温度差对应于第一温度和第二温度之间的预定目标温度差。
可以以任何可行的组合包括以下特征中的一个或多个。例如，该方法可以包括将补充流添加到冷却流中。可以基于第一温度和第二温度之间的温度差来确定补充流和冷却流的混合比例。该方法可以包括调节风扇的旋转速度来调节冷却空气的流速。该方法可以包括测量冷却流的酸度，并通过调节补充流的混合比例来调节酸度。
在又一方面，用于监测和控制冷却塔的系统可以包括：用于测量从冷却塔排出的冷却流的第一温度的第一温度传感器；用于测量进入冷却塔的热流的第二温度的第二温度传感器；用于调节冷却流的第一流速的第一阀；用于调节热流的第二流速的第二阀；被配置为存储程序指令的存储器；以及被配置为执行程序指令的处理器。程序指令在被执行时可以将处理器配置为从第一温度传感器和第二温度传感器收集数据，并且调节第一阀或第二阀以允许第一温度和第二温度之间的温度差对应于预定的目标温度差。
可以以任何可行的组合包括以下特征中的一个或多个。例如，处理器可以被配置为调节风扇速度。处理器可以被配置为调节补充流和冷却流的混合比例，以允许第一温度和第二温度之间的温度差对应于目标温度差。处理器可以配置成调节补充流和冷却流的混合比例，以允许冷却流的酸度对应于预定的目标酸度。该系统还可以包括酸度传感器以测量冷却流的酸度。
在附图和下面的描述中阐述了本文描述的主题的一个或多个变型的细节。本文描述的主题的其他特征和优点将从说明书和附图以及权利要求书中显而易见。
附图说明
图1是根据本公开的示例性实施例的用于冷凝蒸气的系统的示意图；
图2是根据本公开的示例性实施例的用于在冷却塔中冷凝气溶胶的系统的示意图；
图3示出了根据本公开的示例性实施例的源网和冷凝网；
图4是根据本公开的示例性实施例的在用于冷凝气溶胶的系统中使用的冷凝器的示意图；
图5A是根据本公开的示例性实施例的用于冷凝气溶胶的方法的流程图；
图5B是根据本公开的另一示例性实施例的用于冷凝气溶胶的方法的流程图；
图6是根据本公开的示例性实施例的用于湿度控制的系统的示意图；
图7是根据本公开的另一示例性实施例的用于湿度控制的系统的示意图；
图8A示出了根据本公开的示例性实施例的源电极和沉电极的布置；
图8B示出了根据本公开的另一示例性实施例的源电极和沉电极的布置；
图9A是根据本公开的示例性实施例的用于在冷却塔中冷凝气溶胶的系统的示意图；
图9B是根据本公开的示例性实施例的具有收缩-扩张部分和设置在收缩-扩张部分内的风力涡轮机的管道的示意图；
图9C是根据本公开的示例性实施例的具有收缩部分和设置在收缩部分内的风力涡轮机的管道的示意图；
图9D是根据本公开的示例性实施例的具有扩张-收缩部分和设置在扩张-收缩部分内的风力涡轮机的管道的示意图；
图10是根据本公开的示例性实施例的冷却塔监测系统(CTMS)的示意图；
图11列出了根据本公开的示例性实施例的CTMS的元件；以及
图12示出了根据本公开的示例性实施例的CTMS的传感器和控制元件。
具体实施方式
当前主题可以提供一种安全且节能的技术，以通过在源电极和沉电极之间施加电场以沿着电场驱动气溶胶来冷凝和收集环境气溶胶，例如水滴。通过产生电场并驱动气溶胶，而不用高压电源电离气溶胶，与一些常规方法相比，该系统可以被更安全地实施，且具有更高的效率，并且产生具有更少杂质的水。示例性应用包括涡轮冷却塔和燃烧烟囱。可以使用当前主题来改装和集成现存的基础设施。
从环境空气中清除水滴或蒸汽的技术可以包括丝网形式的收集器，并且冷凝依赖于水滴或蒸汽在收集器网上的惯性碰撞来捕获液滴。这些技术可能受到空气动力学阻力的限制，因为可能需要液滴与丝网碰撞。
与蒸汽冷凝和收集的先前方法相关联的问题可以通过利用电力来解决。环境空气中的水蒸气可以带电并且通过施加的电场被引导朝向收集器。当水蒸气带电时，它可以被吸引到带相反电荷的收集器。因此，带电水蒸气可能以增加的概率与收集器网的表面碰撞。在冲击时，液滴可以粘附到网并随着它们与其他进入的液滴凝结而生长。当它们在收集器网上生长得足够大和重时，液滴可能由于重力而沉淀，并且沉淀的液滴可以被收集在储存器中。
可能存在许多不同的手段来清除主要含有水的环境气溶胶。在一些常规方法中，电晕放电可用于将空间电荷引入水蒸气中以向进入的液滴赋予净电荷。电晕放电可以通过使用连接到高压发生器的尖锐金属针来产生。通常，产生稳定电晕放电的电压范围为-10kV至-24kV。
然而，使用电晕放电将电荷赋予环境水蒸气可能存在问题。例如，电晕放电使周围空气电离，并且可以产生诸如臭氧(O3)和一氧化氮(NO)的气体。一氧化氮可以通过光化学反应进一步被氧化以形成二氧化氮(NO2)和随后的硝酸(HNO3)。这些气体和液体是有毒的、腐蚀的和环境有害的。如果水蒸气冷凝系统与电晕放电系统一起制成，则在收集器处收集的是腐蚀的和有毒的酸，因此，如果希望将收集的液体用于有用的目的，则需要进一步处理。此外，电晕放电系统在被实施用于水蒸气冷凝系统时，由于与其相关联的高电压而可能是危险的，可能浪费大量能量，和/或由于高电压放电而可能干扰相邻的电子仪器。此外，当系统被具有高表面积的碎屑(例如灰尘颗粒)和/或松散物品包围时，电晕放电系统会引起爆炸问题。
在一些实施方式中，可以在预定空间内施加电场以引导和收集环境气溶胶。在使用电场清除环境气溶胶的系统中，系统可能不需要高压发生器，因此周围空气可能不会被电离。由于空气的介电击穿电压相对较高，约为3kV/mm，因此可以在预定空间内施加相当大的电场以将气溶胶驱动到气溶胶可以被凝结和收集的特定位置(例如，沉电极)。因此，不产生有毒和腐蚀的气体和液体。该系统可以比电晕放电系统更安全地实施，具有更好的能量利用效率，并且此外，产生具有更少杂质的水以允许收集的水被直接使用(例如，无需进一步处理或净化)。由于该系统依赖于水分子的极性性质，因此该系统可以将极性气溶胶(例如，水)与非极性气溶胶(例如，灰尘)区分开，从而产生具有较少杂质的冷凝水。
图1是根据本公开的示例性实施例的用于冷凝蒸气的系统100的示意图。参考图1，用于冷凝蒸汽的系统100可以包括源电极110、冷凝器120和管道140。
源电极110可以电连接到电源130，电源130可以向源电极110施加电压。源电极110可以在管道140内施加电场以驱动包含在进入的空气流中的环境气溶胶。源电极110可以包括源网。图3中示出了源网的示例。参考图3，源网可以包括多个层111、112和113。
多个层111、112和113中每一个可以具有多个开口。根据应用、流速要求、施加的电压等，形成在多个层111、112和113中每一个中的每个开口114可以具有1mm至15mm之间的特征尺寸。在一些实施方式中，每个开口114的特征尺寸在多个开口之间可以是相同的，或者可以是不同的。此外，多个层111、112和113的开口114可以彼此对准或者可以交错。源电极110的源网可以由导电材料制成。可以用于源网的材料的示例包括不锈钢、镍、导电聚合物和导电硅树脂。此外，源网可以由疏水性材料制成和/或涂覆有疏水性材料，以防止吸收水蒸气。根据应用和使用环境，源电极110也可以用液体或气体来实现。
源网可以包括线网。线网可以包括多个交织或编织的线。源网的每一层可以包括多个交织或编织的线，所述多个交织或编织的线以预定图案按照基本上规则的间隔布线。在源网的该示例性实施方式中，开口114的特征尺寸可以由图案的规则间隔限定。替代地或另外地，源网可以形成为包括随机编织的线。在该示例性实施方式中，开口114的特征尺寸可以由颗粒的最大直径限定，在超过一定的阈值传输效率的情况下该颗粒可以通过而不会被过滤。例如，如果超过一定百分比的1mm颗粒可以通过源网传输，则可以说开口114的特征尺寸是1mm。阈值传输效率可以被设置为90％，但是本公开不限于此。取决于应用、流速要求、施加的电压等，形成源网的线可以具有0.5mm与5mm之间的直径。尽管已经描述了包括水平线和垂直线的线网的示例，但是本公开不限于此。源网可以仅由水平线或垂直线组成。
水蒸气可以被吸引到冷凝器120并在冷凝器120处被收集。如图4所示，冷凝器120可以包括入口121、出口122和贮存器123。在操作中，入口121可以接收具有第一相对湿度值的进入空气流。出口122可以排出具有第二相对湿度值的输出空气流。为了实现水蒸气的净冷凝，第二相对湿度可以低于第一相对湿度。冷凝器120处的冷凝水可以收集在贮存器123中。如本文所用，相对湿度值是指在给定温度下水蒸气的分压与水的饱和蒸气压的比率。
冷凝器120可以包括沉电极125。沉电极125可以电接地和/或可以连接到电源130，电源130赋予沉电极125与赋予源电极110的电荷相反的电荷。尽管图1示出了共同电源130向源电极110和沉电极125两者供应电荷的示例性实施例，但是本公开不限于此。源电极110和沉电极125可以连接到分开的电源。
沉电极125可以包括冷凝网。如图3所示，冷凝网可以包括多个层126、127和128，以提供足够的表面积允许水蒸气粘附到冷凝网的表面并在冷凝网的表面上冷凝。在操作中，冷凝的水蒸气可以与冷凝网的表面上的其他冷凝的水蒸气凝结以形成水滴，并且水滴可以彼此进一步凝结，直到它们变得大而重。当它们变得足够大和重时，水滴可以通过重力沉淀。贮存器123可以设置在沉电极125下方以收集沉淀的水滴。
在冷凝网中，如图3所示，多个层126、127和128中的每一个可以具有多个开口。根据应用、流速要求、中和效率等，每个开口129可以具有1mm至15mm之间的特征尺寸。每个开口129的特征尺寸在多个开口中可以是相同的，或者可以是不同的。多个层126、127和128的开口129可以彼此对准或者可以交错以增加气溶胶与源网的表面碰撞的机会。沉电极125的冷凝网可以由导电材料制成。在冷凝网中使用的材料的示例可以包括不锈钢、镍、导电聚合物和导电硅树脂。此外，冷凝网可以由亲水材料制成和/或涂覆有亲水材料，以便于水蒸气更容易地在网表面上冷凝。取决于应用和使用环境，沉电极125还可以用液体或气体来实现。
类似于源网，冷凝网可以包括线网。线网可以包括多个交织或编织的线。冷凝网的每一层可以包括以预定图案按照基本规则的间隔布线的多个交织或编织的线。在冷凝网的该示例性实施方式中，开口129的特征尺寸可以由图案的规则间隔限定。或者，冷凝网可以形成为随机编织的线。在该示例性实施方式中，开口129的特征尺寸可以由颗粒的最大直径限定，在超过一定的阈值传输效率的情况下该颗粒可以通过而不会被过滤。例如，如果超过一定百分比的1mm颗粒可以通过冷凝网传输，则可以说开口129的特征尺寸为1mm。阈值传输效率可以被设置为90％，但是本公开不限于此。取决于应用、流速要求、施加的电压等，形成冷凝网的线可以具有0.5mm与5mm之间的直径。尽管已经描述了包括水平线和垂直线的线网的示例，但是本公开不限于此。冷凝网可以仅由水平线或垂直线组成。
通常可能期望源网和冷凝网具有最小特征尺寸以提供更精细分布的电场。然而，跨网的压降可能需要在特定值内，以确保足够的气流通过系统。因此，压降要求可以规定网的特征尺寸的下限。
如上所述，电源130可以电连接到源电极110、沉电极125或两者。在一些实施例中，电源130可以实现为额定电压在20V和10kV之间的直流(DC)电源。例如，所施加的电压可以是7kV。可以基于系统的尺寸、系统的处理能力等来确定电功率或电压。在一些实施例中，电源130可以实现为额定电压在20V和9kV；20V和8kV；20V和7kV；20V和6kV；20V和5kV；20V和4kV；20V和3kV；20V和2kV；20V和1kV；1kV和9kV；2kV和8kV；3kV和7kV；或4kV和6kV之间的直流(DC)电源。
如图1所示，管道140可以将水蒸气从源电极110侧朝向沉电极125侧指引和引导。在一些实施例中，如果带电蒸汽被吸引到管道140的表面，则可能是不期望的。为了解决这个问题，管道140的表面可以被制成导电的。如果管道140的表面是导电的，则带电的几个颗粒可以最初被管道140的表面吸收占用，从而可以用与水蒸气相同的电荷给管道140的整个表面充电。一旦管道140的表面充有与水蒸气相同的电荷，随后到达的其他带电蒸汽就可以被管道140的表面排斥，从而允许带电蒸汽以高传输效率传输通过管道140而不会损失到管道140的表面上。
因此，管道140可以包括导电材料。在一些实施方式中，管道140可以包括诸如塑料的电绝缘材料(例如，管道140由诸如塑料的电绝缘材料制成)，并且其内表面可以涂覆或涂布有导电材料。根据应用，管道140可以包括长流动路径，以将源电极110和冷凝器120设置在分开的位置处。在这种情况下，管道140可以包括柔性塑料或聚合物材料，并且其内表面可以涂覆有导电材料。
另一方面，在一些应用中，可能希望带电的水蒸气粘附到管道140的表面以增加总的蒸汽去除效率。在这种情况下，管道140可以包括电绝缘材料。在一些实施方式中，管道140可以包括导电材料(例如，由导电材料制成)，并且其内表面可以涂覆或涂布有电绝缘材料，诸如塑料或陶瓷材料。在一些实施方式中，管道140可以从近端朝向远端以预定角度倾斜安装，以允许已经冷凝在管道140的表面上的水滴在近端或远端处流动并被收集。
当管道140包括导电材料时，源电极110和沉电极125附近的特定部分可以包括电绝缘材料，以防止电极和管道140之间的放电。此外，管道140还可以包括一个或多个流动矫直器。
可以迫使(例如，驱动)空气流从源电极110侧朝向沉电极125侧通过管道140。为了吹送和引导空气流通过管道140，系统100可以包括鼓风机150。鼓风机150可以实现为电风扇、喷射泵等。系统100还可以包括气溶胶监测设备(未示出)，例如，基于静电计的颗粒计数器、冷凝颗粒计数器(CPC)、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪(SMPS)等。系统100还可以监测在源电极110和沉电极125之间流动的电流。
图5A和图5B示出了根据本公开的示例性实施例的用于冷凝气溶胶的方法的过程流程图。参照图5A，该方法可以包括施加电场S110、冷凝气溶胶S120以及收集冷凝液滴S130的步骤。施加电场S110的步骤可以由源电极110执行，源电极110可以电连接到电源130，电源130可以向源电极110供应电压。冷凝气溶胶S120的步骤可以由沉电极125执行，沉电极125可以电接地或连接到电源130，电源130赋予沉电极125与赋予源电极的电荷相反的电荷。源电极110和沉电极125可以连接到共同电源130，或者可以连接到分开的电源。收集冷凝液滴S130的步骤可以由冷凝器120和贮存器123执行。
参照图5B，除了施加电场S210、冷凝气溶胶S220和收集冷凝液滴S230的步骤之外，该方法还可以包括通过鼓风机150吹气S205的步骤。在一些实施例中，施加电场S110和S210的步骤可以用产生20V和10kV之间的额定电压的直流(DC)电源来执行。
图2是根据本公开的示例性实施例的用于在冷却塔中冷凝水的系统的示意图。可以应用系统300的冷却塔可以包括蒸汽涡轮机排气的冷却塔。参考图2，系统300可以包括设置在管道340内的源电极310和冷凝器320。
源电极310可以电连接到电源330，电源330可以向源电极310供应电压。这样，源电极310可以在管道340内产生电场。源电极310可以包括源网。
水蒸气可以被吸引到冷凝器320并在冷凝器320处被收集。冷凝器320可以以基本上类似于图4中所示的示例性实现方式来实现。例如，冷凝器320可以包括沉电极325。沉电极325可以电接地，和/或可以连接到电源330，电源330赋予沉淀剂325与施加到源电极310的电荷相反的电荷。源电极310和沉电极325可以连接到共同电源330，或者可以连接到分开的电源。沉电极325还可以包括冷凝网。
冷凝网可以允许水蒸气粘附到其表面并在冷凝网的表面上冷凝。在操作中，冷凝的水蒸气可以与冷凝网的表面上的其他冷凝的水蒸气凝结以形成水滴。水滴可以彼此进一步凝结，直到它们变得大而重。当它们变得足够大和重时，水滴可能由于重力而沉淀。贮存器可以设置在沉电极325下方以收集沉淀的水滴。
如图2所示，管道340可以从源电极310侧朝向沉电极325侧指引和引导水蒸气。通常，蒸汽涡轮机冷却塔已经包括强制或自然抽吸的排气流。因此，系统300可以清除并利用排气流的剩余焓，例如以产生电力。从蒸汽涡轮机排气提取电力的示例是在冷凝器320的下游包括风力涡轮机350。从排气流中清除出的电力可以直接供应到电源330以用于系统300的操作，或者可替代地，可以存储在电池(未示出)中以供稍后使用。通过清除冷却塔排气中的废物焓并在原地使用电力来原地发电可以提高系统300的整体效率。在本公开的示例性实施例中，风力涡轮机350可以设置在冷凝器320的下游，但是本公开不限于这种构造。风力涡轮机350也可以设置在冷凝器320的上游。
图9A示出了风力涡轮机设置在冷凝器上游的示例性实施方式。参考图9A和9B，来自冷却塔910的排气流可以由管道920朝向冷凝器930被引导。管道920可以包括收缩-扩张部分925。风力涡轮机940可以在收缩-扩张部分925处设置在管道920内。排气流的剩余焓可以操作风力涡轮机940以产生电力，并且所产生的电力可以用于操作冷凝器930。收缩-扩张部分可以使排气流加速，以便于风力涡轮机940更有效地清除排气流中的动能。此外，从排气流中提取能量可以降低排气流的温度，从而允许排气流中的水蒸气在冷凝器930中更容易地冷凝。
在一些实施方式中，如图9C所示，管道920可以包括没有扩张部分的收缩部分925'。例如，冷却塔的直径可以是约30英尺，并且管道可以在风力涡轮机和冷凝器之前将直径逐渐减小到约5英尺。这种配置可以加速排气流，以允许风力涡轮机940产生更大的功率输出和/或允许冷凝器系统的整体尺寸更小。由于来自风力涡轮机的最大理论功率输出通常与叶片盘的面积和风速的立方成比例，因此收缩部分925'或收缩-扩张部分925可以通过增加风速来增加风力涡轮机940的功率输出。
在一些实施方式中，管道920可以包括扩张-收缩部分925”，如图9D所示。在该构造中，排气流可以在扩张-收缩部分925”处减速，并且具有更大直径的风力涡轮机940可以安装在管道内。具有较大直径的风力涡轮机940可以以较慢的速度旋转，这样可以降低噪声、摩擦损失、系统磨损等。在一些实施方式中，多个风力涡轮机可以设置在管道内。
该系统还可以应用于燃烧排气。燃烧排气可以包括基于燃烧的发电站，例如燃煤发电站和天然气发电站，以及内燃机，例如柴油发动机和汽油发动机。在典型的燃烧排气中，非挥发性颗粒(例如，固相烟灰颗粒)和可冷凝气体(例如，水蒸气)作为燃烧产物存在。为了高效地去除非挥发性和挥发性气溶胶，系统可以设置在静电除尘器(ESP)的上游，以在排气流进入ESP之前清除水。在ESP之前从燃烧排气中除去水和其他可冷凝物质可以保护ESP免受水或其他酸性液体的腐蚀。在燃烧排气实施方式中，该系统还可以设置在过滤器(例如高效特定空气(HEPA)过滤器或旋风型颗粒去除器)的上游。此外，该系统可以用设置在系统上游的热交换器来实施，以再循环来自燃烧排气的废热。
本公开的另一方面提供了一种用于湿度控制的系统。图6示出了根据本公开的示例性实施例的用于湿度控制的系统。参考图6，系统500可以包括设置在管道540内的源电极510和湿度控制器520。源电极510可以电连接到电源530，电源530可以向源电极510施加电压。源电极510可以在管道540内产生电场。源电极510还可以包括源网。
水蒸气可以由于电场而被吸引到湿度控制器520。湿度控制器520可以包括沉电极525，并且沉电极525可以电接地，和/或可以连接到电源530，电源530赋予沉电极525与赋予源电极510的电荷相反的电荷。源电极510及沉电极525可连接到共同电源530或可以连接到分开的电源。沉电极525可以包含加湿网。
加湿网可以用水润湿。在操作中，水蒸气可以被吸引到沉电极525的加湿网。在加湿网的表面上，供应到加湿网的液态水可以被转移到被吸引的蒸汽并离开加湿网的表面。通过该过程，可以增加通过系统500的空气流的相对湿度。系统500可以包括储水器550，以将液态水供应到湿度控制器520。在一些实施方式中，液态水可以经由重力从储水器550供应到湿度控制器520。为了通过重力供应液态水，储水器550可以设置在高于湿度控制器520的位置处。在一些实施方式中，液态水可以通过泵560从储水器550供应到湿度控制器520。
图7示出了根据本公开的另一示例性实施例的用于湿度控制的系统。参考图7，系统700可以包括设置在管道740内的源电极710和湿度控制器720。用于湿度控制的系统700可以在需要恒定湿度的各种环境中实现。源电极710可以电连接到电源730，电源730可以向源电极710施加电压。这样，源电极710可以在管道740内产生电场。源电极710还可以包括源网。
由于电场，水蒸气可以被吸引到湿度控制器720。湿度控制器720还可以包括沉电极725。沉电极725可以电接地，和/或可以连接到电源730，电源730赋予沉电极725与赋予源电极710的电荷相反的电荷。源电极710和沉电极725可以连接到共同电源730，或者可以连接到分开的电源。沉电极725还可以包括湿度控制网。
在操作中，水蒸气可以被吸引到沉电极725的湿度控制网。在湿度控制网的表面上，存在于湿度控制网上的液态水可以被转移到被吸引的蒸汽并离开湿度控制网的表面。可替代地，所吸引的水蒸气可以粘附到湿度控制网的表面。当离开湿度控制网的表面的水比粘附到湿度控制网的表面的水更多时，可以增加通过系统700之后的空气流的相对湿度。相反，当粘附到湿度控制网的表面的水比离开湿度控制网的表面的水更多时，可以降低空气流的相对湿度。通过该过程，可以将空气流的相对湿度控制到特定水平。
可以操作系统700以将通过系统700的空气流的相对湿度保持在预设目标湿度。可以通过调节施加的电压来调节预设目标湿度。系统700可以包括储水器750，以存储来自湿度控制网的冷凝水和/或将液态水供应到湿度控制器720。液态水可以通过泵760从储水器750供应到湿度控制器720。为了更精确地控制湿度，系统700还可以包括反馈控制系统，该反馈控制系统包括湿度传感器、温度传感器以及用于生成控制信号并将控制信号输出到电源730的电压的比例-积分-微分(PID)控制器。
图8A和8B比较了根据本公开的示例性实施例的生成电场的源电极和沉电极的布置。在图8A和8B中，管道可以是用于阻止(例如，减慢)气流的扩张管道。扩张管道可以引起压力增加并促进水的冷凝。图8A是被配置为朝向空气流的下游方向凸起的沉电极的示例，而图8B是被配置为朝向空气流的下游方向凹入的沉电极的示例。可以看出，当沉电极被配置为朝向空气流的下游方向凸起时，可以产生更平滑变化的电场。此外，所施加的电压在图8A(凸起配置)中比在图8B(凹入配置)中高一个数量级。因此，当沉电极被配置为朝向空气流的下游方向凸起时，可以更有效地朝向沉电极引导水蒸气。然而，前述配置仅仅是示例，并且电极可以被配置为使得可以基于操作要求形成具有特定配置的电场。
本文描述的主题提供了许多技术优点。例如，使用当前主题，周围空气可以不被电离，从而限制或防止诸如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和硝酸(HNO3)的气体的产生。可以最小化或省略对收集的液体的进一步加工或处理以解决这些有毒的、腐蚀的和环境危险的化合物。另外，因为与一些常规系统相比，当前主题可以利用更低的电压，所以当前主题可以更安全，可以不浪费大量能量，并且可以不干扰相邻的电子仪器。此外，与一些常规方法不同，当系统被具有高表面积的碎屑(例如，灰尘颗粒)和/或松散物品包围时，当前主题不会引起爆炸的担忧。
本公开的另一方面提供了一种监测和控制冷却塔系统的系统和方法。冷却塔是通过将水流(热流)冷却成较低温度的流(冷却流)来散热的热交换系统。工业冷却塔通常用于发电厂、炼油厂、石化厂、天然气加工厂、食品加工厂、半导体厂和水泥制造厂。根据本公开的示例性实施例的冷却塔监测系统(CTMS)可以测量和分析冷却塔的各种参数，并且基于所测量的参数与冷却塔的规格参数的比较来提供对冷却塔的性能的详细监测。本公开的CTMS可以提供单包解决方案来监测和控制冷却塔操作，以提高整体冷却效率，通过控制冷却水的酸度来增加系统的寿命，并减少冷却塔的污染物排放。本公开的CTMS可以在建造新的冷却塔时安装，或者可以在对现有冷却塔进行最小改造的情况下改装到现有冷却塔。
在湿式冷却塔(或开路冷却塔)中，如果空气相对干燥，则热水可以被冷却到低于环境空气干球温度的温度。当环境空气被抽吸通过水流时，一小部分水蒸发，并且蒸发该部分水所需的能量从剩余的大量水中获取，从而降低其温度。蒸发导致饱和的空气条件，将由冷却塔处理的水的温度降低到接近湿球温度的值，该湿球温度低于环境干球温度，并且该差值由环境空气的初始湿度来确定。
图10示出了根据本公开的示例性实施例的CTMS的示意图。参考图10，热水流1020可以供应到冷却塔1010。热水可以通过喷头1021向下喷射。风扇1011提供新鲜空气的上升气流以冷却水。已经在冷却塔1010内冷却的水可以通过冷却的水流1030返回。图11列出了根据本公开的示例性实施例的CTMS的各种元件。可以存在硬件元件和软件元件，并且硬件元件可以包括传感器、处理单元和通信组件。
在下文中，将描述CTMS的传感器和控制器元件。根据本公开的示例性实施例的CTMS可以包括一套传感器以监测冷却塔的健康状况。该套传感器可以包括温度传感器、湿度传感器、水位传感器、转速计、电压传感器、电流传感器、压力传感器、风速计、水流量计等。CTMS还可以包括处理器。有线和/或无线通信系统也可以包括在CTMS中。
温度传感器可以包括电阻温度检测器(RTD)，例如Pt-100，或热电偶。为了从温度传感器读取温度数据，可以使用冷结补偿热电偶读取器。例如，K-MAX6675可以提供来自K型热电偶的信号的温度数据。温度传感器可以与诸如SHT-20的湿度传感器组合或封装。可以使用诸如HC-SR04的超声波型传感器作为水位传感器。为了测量冷却塔系统的风扇的旋转速度(rpm)，可以使用转速计。可以使用各种类型的转速计，包括接触型和非接触型。当CTMS被改装到现有的冷却塔时，非接触式转速计可以提供优于接触式转速计的便利性。因此，可以使用基于红外的转速计。为了测量冷却塔系统的功耗，电压表和/或电流表可以包括在CTMS的传感器套件中。诸如BMP-180的气压传感器可以用作压力传感器以测量冷却塔系统内的压力。
为了从传感器收集数据、处理传感器数据并生成控制信号以操作CTMS，可以在CTMS中包括处理器或微控制器。CTMS可以包括显示装置，以显示传感器数据和/或控制参数并提供用户界面。此外，CTMS可以通过物联网(IoT)平台与一些或所有传感器无线通信。可以通过软件界面显示、计算和输入传感器数据和/或控制参数。软件接口可以被实现为本地软件包或使用诸如Matlab或Labview的商业控制软件。软件接口可以基于算法来确定控制参数以优化冷却塔的性能。在从传感器测量数据确定控制参数时，可以使用参数不确定性分析。
在操作中，如图12所示，CTMS可以测量冷却流1110的第一温度和热流1120的第二温度，并且可以计算第一温度和第二温度之间的温度差。第一温度传感器1111可以测量第一温度，并且第二温度传感器1121可以测量第二温度。随后，CTMS可以调节冷却流1110的第一流速和/或热流1120的第二流速，以允许冷却流1110和热流1120之间的温度差对应于第一温度和第二温度之间的目标温度差。为了调节冷却流1110和热流1120的流速，可以分别使用第一阀1112和第二阀1122。第一阀1112和第二阀1122可以被配置为球形阀。对于自动操作和计算机化控制，球心阀可以装配有螺线管致动器并由控制器操作。
为了调节冷却流的第一温度，CTMS可以将补充流1130添加到冷却流1110中。补充流1130和冷却流1110的混合比例可以基于第一温度和第二温度之间的温度差来确定。在本文中，补充流1130是指用于补充蒸发并离开冷却塔的水的水供应，并且补充流1130可以从任何新鲜水源供应。第三温度传感器1131可以提供补充流1130的温度数据，并且第三阀1132可以调节补充流1130的流速。为了更准确地控制CTMS，可以在热交换器1140的下游处包括第四温度传感器1136。在图12中，第二温度传感器1121和第四温度传感器1136都被示出为设置在热交换器1140的下游。然而，温度传感器的位置不限于此，并且第二温度传感器1121和第四温度传感器1136中的一个或两个可以设置在热交换器1140的上游。类似地，第二阀1122可以设置在热交换器1140的上游。在一些实施方式中，可以省略热交换器1140。
此外，为了调节冷却流温度，可以监测和调节冷却塔的风扇1150的旋转速度。为了测量风扇1150的旋转速度，可以使用转速计1190，例如基于红外的转速计。风扇速度的变化可以调节冷却空气的流速，从而调节冷却流1110的第一温度。另外，可以用湿度传感器1180测量进入空气的相对湿度。
由于矿物质积聚，例如碳酸钙，冷却塔的冷却水流可能变成碱性。在一些实施方式中，可以使用pH计1160监测和控制冷却水的酸度/碱度(pH)。冷却水的酸度(或碱度)是影响冷却塔系统的整体性能、寿命和/或环境影响的重要因素。因此，CTMS可以测量冷却流1110的酸度，并通过控制补充流1130和冷却流1110的混合比例来调节酸度。除了pH测量之外，还可以通过CTMS测量和控制水的硬度。在一些实施方案中，CTMS还可包含水位传感器1170。
在一些实施例中，可以在风扇1150的下游添加风力涡轮机，例如上述风力涡轮机。风力涡轮机可以提取离开冷却塔的排气流的一些焓，并将其转换为电力。所清除的电力可以被回收到CTMS系统，从而提高系统的总功率效率。
在以上描述和权利要求书中，可以出现诸如“……中的至少一个”或“……中的一个或多个”的短语，其后是元件或特征的联合列表。术语“和/或”也可以出现在两个或更多个元件或特征的列表中。除非另外隐含地或明确地与其使用的上下文相矛盾，否则这样的短语旨在表示单独列出的元件或特征中的任一个，或者所述元件或特征中的任一个与其他所述元件或特征中的任一个的组合。例如，短语“A和B中的至少一个”、“A和B中的一个或多个”以及“A和/或B”各自旨在表示“单独的A、单独的B或A和B一起”。类似的解释也旨在用于包括三个或更多个项目的列表。例如，短语“A、B和C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”和“A、B和/或C”各自旨在表示“单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起或A和B和C一起”。
取决于所期望的配置，本文描述的主题可以体现在系统、装置、方法和/或制品中。在前面的描述中阐述的实施方式不表示与本文描述的主题一致的所有实施方式。相反，它们仅仅是与所描述的主题相关的方面一致的一些示例。尽管上面已经详细描述了一些变型，但是其他修改或添加也是可能的。特别地，除了本文阐述的那些之外，还可以提供另外的特征和/或变型。例如，上述实施方式可以涉及所公开的特征的各种组合和子组合和/或上面公开的若干其他特征的组合和子组合。另外，附图中描绘和/或本文描述的逻辑流程不一定需要所示的特定顺序或相继顺序来实现期望的结果。其他实施方式可以在所附权利要求的范围内。

Claims (52)

1.一种系统，包括：
源电极，所述源电极电连接到电源，所述电源向所述源电极施加电压；
冷凝器，所述冷凝器包括沉电极以收集包含在空气流中的气溶胶；以及
管道，所述管道构造成将所述气溶胶引导至所述冷凝器，
其中，所述源电极和所述沉电极被配置为在所述管道内产生电场。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述源电极包括源网，所述源网包括第一线网。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述源网包括0.5mm与5mm之间的线直径。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述源网的开口的特征尺寸在1mm和15mm之间。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述源网包括不锈钢、镍、导电聚合物或导电硅树脂。
6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述源网包括多个层，所述多个层中的每一个包括线网。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述沉电极包含冷凝网，所述冷凝网包括第二线网。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述沉电极被配置成使所述气溶胶在所述冷凝网上冷凝以形成液滴，所述液滴至少通过重力沉淀。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述冷凝器包括：
入口，所述入口被配置成接收具有第一相对湿度的空气流；
出口，所述出口被配置成排出具有低于所述第一相对湿度的第二相对湿度的空气流；以及
贮存器，所述贮存器被配置成收集所述液滴。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述冷凝网包括0.5mm与5mm之间的线直径。
11.根据权利要求7所述的系统，其中、所述冷凝网的开口的特征尺寸在1mm与15mm之间。
12.根据权利要求7所述的系统，其中，所述冷凝网包括不锈钢、镍、导电聚合物或导电硅树脂。
13.根据权利要求7所述的系统，其中，所述冷凝网包括多个层，所述多个层中的每一个包括线网。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电源包括直流(DC)电源。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电源包括产生20V和10kV之间的电压的直流(DC)电源。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述沉电极电接地。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述沉电极连接到相反的电源，所述相反的电源向所述沉电极赋予相反的电荷。
18.根据权利要求1所述的系统，还包括：
鼓风机，所述鼓风机被配置为驱动包含所述气溶胶的所述空气流通过所述源电极并沿着所述管道到达所述冷凝器。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述管道的横截面积沿着所述空气流的流动方向增加。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述沉电极包括朝向所述空气流的流动方向凸起的凸形形状。
21.一种方法，包括：
在源电极和沉电极之间施加电场，所述源电极电连接到电源，所述电源向所述源电极施加电压；
在所述沉电极处将包含在空气流中的气溶胶冷凝成液滴；以及
收集所述冷凝的液滴。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：用鼓风机沿管道吹送所述空气流。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述施加所述电场是用产生20V与10kV之间的电压的直流(DC)电源执行的。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述沉电极电接地。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述沉电极连接到相反的电源，所述相反的电源向所述沉电极赋予相反的电荷。
26.一种系统，包括：
源电极，所述源电极电连接到电源，所述电源向所述源电极施加电压；以及
冷凝器，所述冷凝器包括沉电极以收集包含在空气流中的气溶胶；
其中，所述源电极和所述沉电极产生电场。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述沉电极包括冷凝网，所述冷凝网被配置为冷凝所述气溶胶以形成液滴，所述液滴至少通过重力沉淀。
28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述冷凝器包括：
入口，所述入口被配置成接收具有第一相对湿度的空气流；
出口，所述出口被配置成排出具有低于所述第一相对湿度的第二相对湿度的空气流；以及
贮存器，所述储存器被配置成收集所述液滴。
29.根据权利要求26所述的系统，还包括：
静电除尘器(ESP)，所述静电除尘器(ESP)设置在所述冷凝器的下游以捕获固体颗粒。
30.根据权利要求26所述的系统，还包括：
风力涡轮机，所述风力涡轮机设置在所述冷凝器的上游处或所述冷凝器的下游处。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述风力涡轮机被配置为产生电力。
32.根据权利要求31所述的系统，其中，由所述风力涡轮机产生的电力被供应给所述电源。
33.根据权利要求26所述的系统，还包括：
管道，所述管道构造成将所述气溶胶引导至所述冷凝器。
34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述管道包括收缩部分、扩张部分或两者。
35.一种方法，包括：
在源电极和沉电极之间施加电场，所述源电极电连接到电源，所述电源向所述源电极施加电压；以及
通过所述沉电极控制空气流的湿度。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，控制所述空气流的湿度包括：响应于确定所述空气流的湿度小于预设目标湿度，在所述沉电极处供应水。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述水由储水器供应。
38.根据权利要求35所述的方法，其中，控制所述空气流的湿度包括：响应于确定所述空气流的湿度大于预设目标湿度，在所述沉电极处将包含在所述空气流中的气溶胶冷凝成水，并且收集冷凝的水。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述冷凝水被收集在储水器中。
40.根据权利要求35所述的方法，其中，控制所述空气流的湿度包括：调节施加到所述源电极的电压。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，控制所述空气流的湿度包括：利用湿度传感器测量所述空气流的湿度；利用比例-积分-微分(PID)控制器基于所测量的所述空气流的湿度生成控制信号；以及输出所述控制信号以调节施加到所述源电极的电压。
42.一种系统，包括：
存储器，其被配置为存储程序指令；以及
处理器，其被配置为执行所述程序指令，所述程序指令在被执行时将所述处理器配置为执行操作，所述操作包括：
从湿度传感器接收空气流的湿度值；
基于所接收的所述空气流的湿度值生成控制信号；以及
使得将对应于所述控制信号的电压输出到湿度控制系统的源电极。
43.一种方法，包括：
测量从冷却塔排出的冷却流的第一温度；
测量进入冷却塔的热流的第二温度；
计算所述第一温度与所述第二温度之间的温度差；以及
调节所述冷却流的第一流速，以允许所述温度差对应于所述第一温度和所述第二温度之间的预定目标温度差。
44.根据权利要求43的方法，还包括：
将补充流添加到所述冷却流中，
其中，基于所述第一温度和所述第二温度之间的温度差来确定所述补充流和所述冷却流的混合比例。
45.根据权利要求43的方法，还包括：
调节风扇的旋转速度以调节冷却空气的流速。
46.根据权利要求44的方法，还包括：
测量所述冷却流的酸度；以及
通过调节所述补充流的混合比例来调节所述酸度。
47.一种系统，包括：
第一温度传感器，所述第一温度传感器用于测量从冷却塔排出的冷却流的第一温度；
第二温度传感器，所述第二温度传感器用于测量进入所述冷却塔的热流的第二温度；
第一阀，所述第一阀用于调节所述冷却流的第一流速；
第二阀，所述第二阀用于调节所述热流的第二流速；
存储器，所述存储器被配置为存储程序指令；以及
处理器，所述处理器被配置为执行所述程序指令，所述程序指令在被执行时将所述处理器配置为：
从所述第一温度传感器和所述第二温度传感器收集数据；以及
调节所述第一阀或所述第二阀以允许所述第一温度与所述第二温度之间的温度差对应于预定目标温度差。
48.根据权利要求47所述的系统，其中，所述处理器还被配置为调节风扇速度。
49.根据权利要求47所述的系统，其中，所述处理器还被配置为调节补充流和所述冷却流的混合比例，以允许所述第一温度和所述第二温度之间的温度差对应于所述目标温度差。
50.根据权利要求47所述的系统，还包括：
酸度传感器，所述酸度传感器用于测量所述冷却流的酸度。
51.根据权利要求50所述的系统，其中，所述处理器还被配置为调节补充流和所述冷却流的混合比例，以允许所述冷却流的酸度对应于预定目标酸度。
52.本文描述和/或示出的装置、系统、制品和技术。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4007658A1 (en) 2019-08-01 2022-06-08 Infinite Cooling Inc. Systems and methods for collecting fluid from a gas stream
WO2022147295A1 (en) * 2020-12-30 2022-07-07 Breakthrough Technologies, LLC System and methods for condensing vapor product
CN114345098B (zh) * 2022-01-10 2023-10-20 浙江大学嘉兴研究院 一种co2捕集吸收剂分解抑制及高效减污的方法及系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1202065A (en) * 1966-10-03 1970-08-12 Alvin Melville Marks Apparatus and method for removing solid particles and/or other impurities from a gas
CN1356524A (zh) * 2001-11-29 2002-07-03 侯铁信 降低蒸发水水耗的方法及其装置
US20050097901A1 (en) * 2003-11-12 2005-05-12 Ekotek International Inc. Apparatus and method for producing water from air
CN1654128A (zh) * 2004-02-08 2005-08-17 陶显芳 环保电子油烟机及烟尘电子吸收器
CN101806488A (zh) * 2010-03-16 2010-08-18 上海建科建筑节能技术有限公司 节能型冷却塔供冷系统及其供冷方法
US20100313761A1 (en) * 2008-02-20 2010-12-16 Toshio Tanaka Dust collector
CN202942963U (zh) * 2012-12-04 2013-05-22 武汉科技大学 湿式振弦双极静电凝并除尘器
CN108105945A (zh) * 2018-01-25 2018-06-01 广州迈普再生医学科技有限公司 一种生物3d打印机封闭环境的湿度控制系统及其工作方法
CN108314196A (zh) * 2018-02-08 2018-07-24 河北利源环保科技有限公司 利用炉烟对循环冷却水进行防垢处理的系统及方法
CN108348926A (zh) * 2015-09-28 2018-07-31 麻省理工学院 用于收集物类的系统和方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2778443A (en) * 1954-04-05 1957-01-22 Boeing Co Electrostatic precipitator and air conditioning system incorporating the same
US4273146A (en) * 1979-01-05 1981-06-16 Phillips Petroleum Company Cooling tower operation with automated pH control and blowdown
US6264111B1 (en) * 1993-06-16 2001-07-24 Siemens Building Technologies, Inc. Proportional-integral-derivative controller having adaptive control capability
US5598971A (en) * 1995-08-17 1997-02-04 Bevles Company, Inc. Humidity control system
US6878192B2 (en) * 2002-12-09 2005-04-12 Ohio University Electrostatic sieving precipitator
US20090146425A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-11 Paul Widisky System and apparatus for the generation of electical power
KR20170062544A (ko) * 2010-05-27 2017-06-07 존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니 냉각탑을 채용한 냉각장치를 위한 써모싸이폰 냉각기
CN107073391B (zh) * 2014-10-03 2020-01-07 三菱电机株式会社 调湿装置
WO2017143255A1 (en) * 2016-02-19 2017-08-24 Washington University Systems and methods for gas cleaning using electrostatic precipitation and photoionization

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1202065A (en) * 1966-10-03 1970-08-12 Alvin Melville Marks Apparatus and method for removing solid particles and/or other impurities from a gas
CN1356524A (zh) * 2001-11-29 2002-07-03 侯铁信 降低蒸发水水耗的方法及其装置
US20050097901A1 (en) * 2003-11-12 2005-05-12 Ekotek International Inc. Apparatus and method for producing water from air
CN1654128A (zh) * 2004-02-08 2005-08-17 陶显芳 环保电子油烟机及烟尘电子吸收器
US20100313761A1 (en) * 2008-02-20 2010-12-16 Toshio Tanaka Dust collector
CN101806488A (zh) * 2010-03-16 2010-08-18 上海建科建筑节能技术有限公司 节能型冷却塔供冷系统及其供冷方法
CN202942963U (zh) * 2012-12-04 2013-05-22 武汉科技大学 湿式振弦双极静电凝并除尘器
CN108348926A (zh) * 2015-09-28 2018-07-31 麻省理工学院 用于收集物类的系统和方法
CN108105945A (zh) * 2018-01-25 2018-06-01 广州迈普再生医学科技有限公司 一种生物3d打印机封闭环境的湿度控制系统及其工作方法
CN108314196A (zh) * 2018-02-08 2018-07-24 河北利源环保科技有限公司 利用炉烟对循环冷却水进行防垢处理的系统及方法

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