CN114210460A - 基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置，属于环境保护技术领域，该装置包括：放电电极电极在负直流电压下发生电晕放电以使雾滴荷电；网状地电极，与放电电极间隔平行设置以与阵列电极之间形成第一空间电场；在第一空间电场的作用下对荷电雾滴进行一次收集；收集网阵列在远离放电电极一侧与网状地电极平行设置，其中的多个收集网在正直流电势梯度电压的作用下与阵列电极形成多个具有电势梯度的第二空间电场，在多个第二空间电场的作用下对未被一次收集的雾滴进行多次加速，使其达到收集网阵列并凝结成液滴；本申请能够在多个第二空间电场的作用下将未被一次收集的雾滴凝结成液滴，从而提升雾集水的收集效率。

Description

基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，更具体地，涉及一种基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置。

背景技术

雾是小液滴悬浮在大气中而形成的一种自然现象。雾滴的存在不仅会降低空气质量，而且会大幅度降低人类活动的能见度。然而，雾滴也是一种有效的水资源，除雾集水可以有效的提高空气质量和能见度，并且能够缓解多雾少雨地区的干旱问题。目前常用的静电除雾装置主要有双电极除雾装置、带有多层地电极的静电除雾装置。

传统的双电极静电除雾装置是由高压电极与地电极组成的，雾气进入电场被荷电，在电场力的作用下凝结在地电极上。但雾气只能在电场作用下实现一次收集，大部分雾气还是会通过电极装置未被截留。

带有多层地电极的静电除雾装置是在高压电极下使雾滴荷电，在多层地电极上实现多次收集。但该装置除第一层地电极靠电场力收集雾滴外，其余地电极均只能靠液滴与地电极的静电吸引力收集雾滴，收集效率低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置和方法，其目的在于，在正直流电势梯度电压的作用下利用收集网阵列中的多个收集网与阵列电极形成多个具有电势梯度的第二空间电场，在多个所述第二空间电场的作用下将未被一次收集的雾滴凝结成液滴；由此解决传统静电除雾集水装置收集效率低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置，包括：

放电电极1，用于在负直流电压下发生电晕放电，以使雾滴荷电；

网状地电极2，与放电电极1间隔第一预设距离平行设置，网状地电极2与放电电极1之间形成第一空间电场；在所述第一空间电场的作用下使荷电的雾滴凝结成液滴，从而进行一次收集；

收集网阵列3，在远离放电电极1一侧与网状地电极2间隔第二预设距离平行设置，收集网阵列3中的多个收集网在正直流电势梯度电压的作用下与放电电极1形成多个具有电势梯度的第二空间电场，在多个所述第二空间电场的作用下对未被一次收集的雾滴进行多次加速，使其达到收集网阵列3并凝结成液滴。

在其中一个实施例中，所述电晕放电除雾集水装置还包括：

电阻阵列6，与收集网阵列3并联，用于在正直流电势梯度电压的作用下，多个所述收集网与放电电极1形成具有电势梯度的第二空间电场；其中，各个所述收集网之间存在电场。

在其中一个实施例中，所述正直流电势梯度电压的幅值为40kV～100kV，电阻阵列6的每个电阻的阻值为100MΩ及以上；

根据气流风速将每两层所述收集网的电场强度调节为1kV/cm～30kV/cm，以使收集网阵列3对雾滴的电场力远大于拖曳力。

在其中一个实施例中，放电电极1为阵列式刀片电极，所述刀片电极的刀刃竖直排列，各个所述刀片电极的刀刃间隔设定值。

在其中一个实施例中，所述刀片电极的刀刃为圆弧；所述刀片电极的一侧开有腰孔，用于缓解热胀冷缩造成的寿命影响；所述刀片电极的另一侧开有圆孔，用于固定刀片电极。

在其中一个实施例中，网状地电极2上设有多个相邻的菱形网孔。

在其中一个实施例中，所述电晕放电除雾集水装置还包括：

气流通道4，设有进气口和出气口；放电电极1、网状地电极2和收集网阵列3均设置在所述进气口和所述出气口之间，用于对网状地电极2和收集网阵列3收集的滴液进行导流；

储水箱5，设置于气流通道4底部，用于容纳导流后的液滴。

在其中一个实施例中，气流通道4上设有收集坡度；所述收集坡度上覆盖有疏水涂层，所述收集坡度的倾斜角度大于预设角度。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水方法，包括：

S1：在放电电极1上施加负直流电压令其发生电晕放电，以使雾滴荷电；

S2：在第一空间电场的作用下使荷电的雾滴凝结成液滴，收集的液滴在重力作用下经气流通道4导流至储水箱5；所述第一空间电场由间隔第一预设距离平行设置的放电电极1和网状地电极2形成；

S3：在多个具有电势梯度的第二空间电场的作用下对未被一次收集的雾滴进行多次加速，使其达到收集网阵列3并凝结，凝结的液滴在重力作用下经气流通道4导流至储水箱5；

其中，所述第二空间电场由收集网阵列3中的多个收集网在正直流电势梯度电压的作用下与放电电极1形成的；其中，收集网阵列3在远离放电电极1一侧与网状地电极2间隔第二预设距离平行设置。

在其中一个实施例中，所述电晕放电除雾集水方法还包括：

根据气流风速将每两层所述收集网的电场强度调节为1kV/cm～30kV/cm，以使收集网阵列3对雾滴的电场力远大于拖曳力。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的电晕放电除雾集水装置带有电场梯度的收集网阵列，可以使未被收集的荷电雾滴进一步收集，强化收集网的收集雾滴的能力；携雾气流从电压电极进入电场区域并被荷电，荷电后的雾滴在电场作用下向地电极驱动，实现一次收集；未被一次收集的雾滴进入带有电势梯度的收集网阵列，雾滴可以继续在电场力的作用下克服曳力继续收集，电场力远大于荷电液滴与网电极的静电力，因此收集能力大幅强化；另外，由于收集网阵列具有电场梯度，在相同收集效率的情况下，所使用的收集网层数将大幅度减少，提高经济效益。

(2)本发明提供的带有电场梯度的电晕放电装置不仅可以应用于收集雾水领域，同时可以消除空气中的雾霾和病菌，达到净化空气的作用。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的电晕放电除雾集水装置中阵列电极的示意图；

图3是本发明一实施例提供的电晕放电除雾集水装置中网状地电极的示意图；

图4是本发明一实施例提供的电晕放电除雾集水装置中收集网阵列的示意图；

图5是本发明一实施例提供的电晕放电除雾集水装置中电阻阵列及支架的示意图；

图6是本发明一实施例提供的电晕放电除雾集水方法的原理图；

图7是本发明又一实施例提供的电晕放电除雾集水方法的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明提供了一种基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置，包括：

放电电极1，用于在14kV以上负直流电压下发生电晕放电，以使雾滴荷电；

网状地电极2，与放电电极1间隔第一预设距离平行设置，网状地电极2与阵列电极1之间形成第一空间电场；在第一空间电场的作用下使荷电的雾滴凝结成液滴，从而进行一次收集；

收集网阵列3，在远离放电电极1一侧与网状地电极2间隔第二预设距离平行设置，收集网阵列3中的多个收集网在正直流电势梯度电压的作用下与放电电极1形成多个具有电势梯度的第二空间电场，在多个第二空间电场的作用下对未被一次收集的雾滴进行多次加速，使其达到收集网阵列3并凝结成液滴。

在其中一个实施例中，电晕放电除雾集水装置还包括：

气流通道4，设有进气口和出气口；放电电极1、网状地电极2和收集网阵列3均设置在进气口和出气口之间，用于对网状地电极2和收集网阵列3收集的滴液进行导流；

储水箱5，设置于气流通道4底部，用于容纳导流后的液滴。

具体的，本发明提供了一种带有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置及方法，包括：放电电极1、网状地电极2、收集网阵列3、带有收集坡度的气流通道4、储水箱5、电阻阵列6及支架、负直流高压电源7、正直流电势梯度电源8。带有收集坡的气流通道4为绝缘玻璃板，带有集水坡度。沿气流通道设有放电电极1、网状地电极2、收集网阵列3，且放电电极1和地电极2、收集网阵列3间隔预设距离平行放置。阵列电极1为阵列式刀片电极。放电电极1与负直流高压电源7相连。网状地电极2可靠接地。收集网阵列3与电阻阵列6并联。储水箱5在收集网阵列3下方。气流通道4用于固定放电电极1、网状地电极2以及收集网阵列3。负直流高压电源7用于放电电极1与网状地电极2之间形成施加电压后，发生电晕放电。气流在电晕放电的作用下，雾滴被荷电，并在电场作用下凝结在网状地电极2上，实现一次收集。正直流电势梯度电源8连接电阻阵列6，调节收集网阵列3的电场梯度，控制未被一次收集的雾滴所受的电场力。收集网阵列3用于产生电场梯度，提高负极性液滴撞击收集网的概率，提高收集效率。

基本工作原理为：携带雾滴的气流通过雾气入口进入带有收集坡度的气流通道4，携雾气流到达放电电极1，放电电极1与网状地电极2在负直流高压电源7的作用下发生电晕放电，雾滴被荷电，部分小雾滴在电场作用下被截留在网状地电极2上。收集网阵列3与电阻阵列6并联，与正直流电势梯度电源8接通后，产生电场梯度。未被一次收集的荷电小雾滴进入收集网阵列3，曳力克服电场力，被收集在收集网上，在网上凝结的大液滴在重力作用下到达气流通道4底部的收集坡，液滴在疏水层的驱动下被收集至储水箱5。

在其中一个实施例中，电晕放电除雾集水装置还包括：

电阻阵列6，与收集网阵列3并联，用于在正直流电势梯度电压的作用下，多个收集网与放电电极1形成具有电势梯度的多个第二空间电场；其中，各个收集网之间存在电场。

在其中一个实施例中，正直流电势梯度电压的幅值为40kV～100kV，电阻阵列6的阻值为100MΩ以上；根据外界气流风速将每两层收集网的电场强度调节为1kV/cm～30kV/cm，以使收集网阵列3对雾滴的电场力远大于拖曳力。

具体的，收集网阵列3中收集网间距为2～4cm。阵列电极电阻阵列6的阻值为100MΩ以上，电阻间设置有引出线。阵列电极正直流电势梯度电源8的电压为20kV～100kV，使收集网阵列的电场为1kV/cm～30kV/cm。

在其中一个实施例中，放电电极1为阵列式刀片电极，刀片电极的刀刃竖直排列，各个刀片电极的刀刃间隔设定值。

在其中一个实施例中，刀片电极的刀刃为圆弧，圆弧刀刃的放电点均匀；刀片电极的一侧开有腰孔，用于缓解热胀冷缩造成的寿命影响；刀片电极的另一侧开有圆孔，用于固定刀片电极。

具体的，放电电极1为阵列式刀片电极，刀刃为0.05～0.2mm的圆弧，阵列电极为阵列式刀片电极，刀刃为0.05～0.2mm的圆弧，刀片一侧开腰孔，腰孔的尺寸为长10-15mm，宽5～10mm，另一侧开直径5～10mm的圆孔，预设距离为2～4cm。

如图2所示，放电电极1由阵列式刀片组成，刀刃之间的距离为4cm，刀刃为圆弧，半径为0.1mm，刀刃由阶梯L型电木块和尼龙螺钉固定在电极框上。

在其中一个实施例中，网状地电极2上设有多个相邻的菱形网孔。

具体的，阵列电极网状地电极2为菱形网孔，网线宽1～2mm，网孔长对角线6～12mm，短对角线4～8mm，此结构不易被液滴堵塞。由于圆形的开通率较低；方形和三角形存在横边，液滴下降率低。

如图3所示，网状地电极2为菱形网孔，网线宽2mm，网孔长对角线12mm，短对角线8mm。

如图4所示，收集网阵列是由10层板网组成，每两层收集网之间的间距为2cm，平行放置。

如图5所示，电阻阵列安装在绝缘支架上，电阻串联，电阻的阻值100MΩ以上。

在其中一个实施例中，气流通道4上设有收集坡度；收集坡度上覆盖有疏水涂层，收集坡度的倾斜角度大于预设角度。

具体的，阵列电极带有收集坡的气流通道4底部带有30～90°的收集坡。阵列电极带有收集坡的气流通道4的材质为绝缘玻璃。

如图6所示，带有收集坡的气流通道，坡度位于通道底部，倾斜角30°，收集坡上覆盖有疏水层。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水方法，包括：

S1：在放电电极1上施加负直流电压令其发生电晕放电，以使雾滴荷电；

S2：在第一空间电场的作用下使荷电的雾滴凝结成液滴，收集的液滴在重力作用下经气流通道4导流至储水箱5；第一空间电场由间隔第一预设距离平行设置的放电电极1和网状地电极2形成；

S3：在多个具有电势梯度的第二空间电场的作用下对未被一次收集的雾滴进行多次加速，使其达到收集网阵列3并凝结，凝结的液滴在重力作用下经气流通道4导流至储水箱5；

其中，第二空间电场由收集网阵列3中的多个收集网在正直流电势梯度电压的作用下与放电电极1形成的；其中，收集网阵列3在远离阵列电极1一侧与网状地电极2间隔第二预设距离平行设置。

在阵列电极1上施加负直流高压令其发生电晕放电，使雾气在网状地电极2上实现一次收集。微米级液滴的荷电量为：

雾滴进入电场的荷电的时间为10^-3s，因此可认为雾滴已进入第一空间电场就达到了饱和荷电量。此时雾滴的电量表达式为：

其中d_p、ε₀、E₀分别为雾滴半径、真空介电常数和荷电电场。第一空间电场的电场力的表达式为：F_e＝E_pq，E_p为收集电场。根据斯托克斯定律，雾滴所受的曳力为：F_d＝3πμd_pu₀；μ、u₀分别为空气粘滞系数，雾滴运动速度。

收集雾滴需要电场力克服曳力，电场力与曳力的比值为：

将变量带入上式，可知收集网的电场需要达到1kV/cm以上才可以远大于克服曳力，实现雾滴的收集。因此，在电阻阵列6上施加正直流高压令其在电阻间产生电势梯度，根据气流风速，调节每两层收集网阵列的电场强度在1kV/cm～30kV/cm。未被一次收集进入收集网阵列实现多次电场收集，在收集网上凝结成大液滴，液滴在重力作用下落在覆盖有疏水层的坡度上，液滴沿斜坡流向储水箱。

具体的，在放电电极1连接负直流高压电源7，施加负极性电压令其发生电晕放电，使雾气在网状地电极2上实现一次收集。在电阻阵列6连接正直流高压电势梯度电源8，令其在电阻间产生电势梯度，根据气流风速，调节每两层收集网阵列的电场强度在1kV/cm～30kV/cm，收集网的电势从左至右依次升高。未被一次收集进入收集网阵列3实现多次电场收集，在收集网上凝结成大液滴，液滴在重力作用下落在覆盖有疏水层的坡度上，液滴沿斜坡流向储水箱5。放电电极1的刀刃距离网状地电极的预设距离为2～4cm。

如图7所示，接通负直流高压电源7，网状地电极2可靠接地，使放电电极1发生电晕放电。接通正直流电势梯度电源8与电阻阵列6，电阻阵列6与收集网阵列3并联，使收集网阵列3产生电场梯度，调节正直流电势梯度电源8的电压可调节雾滴在此处的电场力，影响收集效率。携雾气流从带有收集坡的气流通道4的入口进入放电电极1与网状地电极2形成的电场区域，在电晕放电的作用下，雾滴被荷电，网状地电极2进行一次收集。未被收集的荷电雾滴，进入收集网阵列，在电场梯度的作用下，实现多次收集，提高收集效率，所收集的雾滴形成大液滴，落在收集坡上，液滴在收集坡上的疏水层作用下，流向储水箱8。

综上所述，本发明提供的带有电场梯度的收集网阵列3，可以使未被收集的荷电雾滴进一步收集，强化收集网的收集雾滴的能力。携雾气流从放电电极1进入电场区域并被荷电，荷电后的雾滴在电场作用下向网状地电极2驱动，实现一次收集。未被一次收集的雾滴进入带有电场梯度的收集网阵列3，雾滴可以继续在电场力的作用下克服曳力继续收集，电场力远大于荷电液滴与网电极的静电力，因此收集能力大幅强化。收集网阵列3在电场梯度的作用下，在相同收集效率的情况下，所使用的收集网层数将大幅度减少，提高经济效益。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置，其特征在于，包括：

放电电极(1)，用于在负直流电压下发生电晕放电，以使雾滴荷电；

网状地电极(2)，与放电电极(1)间隔第一预设距离平行设置，网状地电极(2)与阵列电极(1)之间形成第一空间电场；在所述第一空间电场的作用下使荷电的雾滴凝结成液滴，从而进行一次收集；

收集网阵列(3)，在远离放电电极(1)一侧与网状地电极(2)间隔第二预设距离平行设置，收集网阵列(3)中的多个收集网在正直流电势梯度电压的作用下与放电电极(1)形成多个具有电势梯度的第二空间电场，在多个所述第二空间电场的作用下对未被一次收集的雾滴进行多次加速，使其达到收集网阵列(3)并凝结成液滴。

2.如权利要求1所述的基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置，其特征在于，所述电晕放电除雾集水装置还包括：

电阻阵列(6)，与收集网阵列(3)并联，用于在正直流电势梯度电压的作用下，多个所述收集网与放电电极(1)形成具有电势梯度的第二空间电场；其中，各个所述收集网之间存在电场。

3.如权利要求2所述的基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置，其特征在于，所述正直流电势梯度电压的幅值为40kV～100kV，电阻阵列(6)中每个电阻的阻值为100MΩ以上；

根据气流风速将每两层所述收集网的电场强度调节为1kV/cm～30kV/cm，以使收集网阵列(3)对雾滴的电场力远大于拖曳力。

4.如权利要求1所述的基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置，其特征在于，放电电极(1)为阵列式刀片电极，所述刀片电极的刀刃竖直排列，各个所述刀片电极的刀刃间隔设定值。

5.如权利要求4所述的基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置，其特征在于，所述刀片电极的刀刃为圆弧；所述刀片电极的一侧开有腰孔，用于缓解热胀冷缩造成的寿命影响；所述刀片电极的另一侧开有圆孔，用于固定刀片电极。

6.如权利要求1所述的基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置，其特征在于，网状地电极(2)上设有多个相邻的菱形网孔。

7.如权利要求1-6任一项所述的基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置，其特征在于，还包括：

气流通道(4)，设有进气口和出气口；放电电极(1)、网状地电极(2)和收集网阵列(3)均设置在所述进气口和所述出气口之间，用于对网状地电极(2)和收集网阵列(3)收集的滴液进行导流；

储水箱(5)，设置于气流通道(4)底部，用于容纳导流后的液滴。

8.如权利要求7所述的基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水装置，其特征在于，气流通道(4)上设有收集坡度；所述收集坡度上覆盖有疏水涂层，所述收集坡度的倾斜角度大于预设角度。

9.一种基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水方法，其特征在于，包括：

S1：在放电电极(1)上施加负直流电压令其发生电晕放电，以使雾滴荷电；

S2：在第一空间电场的作用下使荷电的雾滴凝结成液滴，收集的液滴在重力作用下经气流通道(4)导流至储水箱(5)；所述第一空间电场由间隔第一预设距离平行设置的放电电极(1)和网状地电极(2)形成；

S3：在多个具有电势梯度的第二空间电场的作用下对未被一次收集的雾滴进行多次加速，使其达到收集网阵列(3)并凝结，凝结的液滴在重力作用下经气流通道(4)导流至储水箱(5)；

其中，所述第二空间电场由收集网阵列(3)中的多个收集网在正直流电势梯度电压的作用下与放电电极(1)形成的；其中，收集网阵列(3)在远离放电电极(1)一侧与网状地电极(2)间隔第二预设距离平行设置。

10.如权利要求9所述的基于具有电场梯度的收集网阵列的电晕放电除雾集水方法，其特征在于，还包括：

根据气流风速将每两层所述收集网的电场强度调节为1kV/cm～30kV/cm，以使收集网阵列(3)对雾滴的电场力远大于拖曳力。

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