JP2022506481A - 蒸気の凝縮 - Google Patents

Abstract

エアロゾル凝縮システムが提供される。エアロゾル凝縮システムは、ソース電極であって、ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続されている、ソース電極と、空気流に含まれるエアロゾルをシンク電極に収集するためのシンク電極を含む凝縮器と、エアロゾルを凝縮器に導くように構成されたダクトと、を含む。ソース電極およびシンク電極は、ダクト内に電界を生成する。

Description

開示の内容

〔関連出願の相互参照〕
本出願は、２０１８年１１月２日に出願された米国仮特許出願第６２／７５４，６７３号、２０１８年１２月１４日に出願された同第６２／７７９，８４７号、および２０１９年９月２０日に出願された同第６２／９０３，５９６号からの優先権の利益を主張するものであり、これらの開示内容は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。

〔技術分野〕
本主題は、一般に、蒸気の凝縮、例えば、水蒸気凝縮システムに関する。

〔背景〕
水の捕集（Scavenging）は、世界の多くの地域における水不足問題に対する持続可能な解決策となり得る。淡水化は、液体、特に水を浄化する一形態であり、塩水から塩および他のミネラルをある程度除去するプロセスを指す。淡水化によって、塩水は、人間の消費、灌漑、または他の用途に適した淡水に変換され得る。比較的高いエネルギー消費により、海水淡水化のコストは、一般的に代替案（例えば、河川または地下水からの淡水、水のリサイクル、水の保全など）よりも高いが、代替案が常に利用できるわけではない。逆浸透は水を浄化するもう１つのプロセスである。しかしながら、逆浸透は高価な膜および高い圧力を使用し、かなりのエネルギーを必要とする。

〔概要〕
本開示の一態様は、エアロゾル凝縮システムを提供する。システムは、ソース電極であって、ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続されている、ソース電極と、空気流に含まれるエアロゾルを収集するためのシンク電極（sink electrode）を含む凝縮器と、エアロゾルを凝縮器に導くように構成されたダクトと、を含むことができる。ソース電極およびシンク電極は、ダクト内に電界を生成することができる。

以下の特徴のうちの１つ以上は、任意の実行可能な組み合わせで含めることができる。例えば、ソース電極はソースメッシュを含むことができ、ソースメッシュはワイヤの第１のネットワークを含むことができる。例えば、ソースメッシュは、０．５ｍｍ～５ｍｍのワイヤ直径を含むことができ、ソースメッシュの開口部の特徴的な寸法は、１ｍｍ～１５ｍｍとすることができる。ソースメッシュは、ステンレス鋼、ニッケル、導電性ポリマー、または導電性シリコーンを含むことができる。ソースメッシュは、それぞれがワイヤのネットワークを含む複数の層を含むことができる。シンク電極は、凝縮メッシュを含むことができ、凝縮メッシュは、ワイヤの第２のネットワークを含む。シンク電極は、少なくとも重力によって沈殿する液滴を形成するために、凝縮メッシュ上でエアロゾルを凝縮することができる。

凝縮器は、第１の相対湿度を有する空気流を受容するように構成された入口と、第１の相対湿度より低い第２の相対湿度を有する空気流を排出するように構成された出口と、液滴を収集するように構成されたリザーバと、を含むことができる。凝縮メッシュは、０．５ｍｍ～５ｍｍのワイヤ直径を含むことができ、凝縮メッシュの開口部の特徴的な寸法は、１ｍｍ～１５ｍｍとすることができる。凝縮メッシュは、ステンレス鋼、ニッケル、導電性ポリマー、または導電性シリコーンを含むことができる。凝縮メッシュは、それぞれがワイヤのネットワークを含む複数の層を含むことができる。

電源は、２０Ｖ～１０ｋＶの電圧を生成する直流（ＤＣ）電源を含むことができる。シンク電極は、電気的に接地されるか、またはシンク電極に反対の電荷を与える反対の電源に接続されることができる。

このシステムは、エアロゾルを含む空気流を、ソース電極を通してダクトに沿って凝縮器まで駆動するように構成された送風機を含むことができる。また、ダクトの断面積を空気流の流れ方向に沿って大きくすることができ、シンク電極を空気流の流れ方向に向かって突出する凸状形状に配置してもよい。

別の態様では、エアロゾルを凝縮する方法は、ソース電極とシンク電極との間に電界を印加することであって、ソース電極が、ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続される、ことと、空気流に含まれるエアロゾルをシンク電極において液滴に凝縮することと、凝縮された液滴を収集することと、を含むことができる。この方法は、送風機でダクトに沿って空気流を吹き付けることも含むことができる。電界は、２０Ｖ～１０ｋＶの電圧を生成する直流（ＤＣ）電源で印加することができる。シンク電極は、電気的に接地されるか、またはシンク電極に反対の電荷を与える反対の電源に接続されることができる。

さらに別の態様では、エアロゾル凝縮システムは、ソース電極であって、ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続されている、ソース電極と、空気流に含まれるエアロゾルを収集するためのシンク電極を含む凝縮器と、を含むことができる。ソース電極およびシンク電極は、電界を生成することができ、シンク電極は、少なくとも重力によって沈殿する液滴を形成するために、凝縮器メッシュ上でエアロゾルを凝縮することができる。

以下の特徴のうちの１つ以上は、任意の実行可能な組み合わせで含めることができる。例えば、凝縮器は、第１の相対湿度を有する空気流を受容するように構成された入口と、第１の相対湿度より低い第２の相対湿度を有する空気流を排出するように構成された出口と、液滴を収集するように構成されたリザーバと、を含むことができる。システムは、固体粒子を捕捉するために凝縮器の下流に配置された静電集塵器（ＥＳＰ）を含むことができる。システムは、凝縮器の上流または凝縮器の下流に配置された風力タービンを含むことができる。風力タービンは、電源に供給され得る電力を生成するように構成され得る。システムは、エアロゾルを凝縮器に導くように構成されたダクトを含むことができ、ダクトは、収束部分、発散部分、またはその両方を含むことができる。

さらに別の態様では、湿度を制御する方法は、ソース電極とシンク電極との間に電界を印加することであって、ソース電極が、ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続される、ことと、シンク電極によって空気流の湿度を制御することと、を含むことができる。空気流の湿度を制御することは、空気流の湿度が予め設定された目標湿度未満である場合に、シンク電極において水を供給することを含み得る。水は、貯水器から供給されてもよい。空気流の湿度を制御することは、空気流の湿度が予め設定された目標湿度よりも高い場合に、シンク電極において水を凝縮し、凝縮された水を収集することを含むこともできる。凝縮された水は、貯水器内に収集され得る。空気流の湿度を制御することは、ソース電極に印加される電圧を調節することを含み得る。空気流の湿度を制御することは、湿度センサを用いて空気流の湿度を測定することと、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを用いて空気流の測定された湿度に基づいて制御信号を生成することと、ソース電極に印加される電圧を調節するために制御信号を出力することと、を含むこともできる。

さらに別の態様では、非一時的コンピュータ可読媒体が、プロセッサまたはコントローラによって実行されるプログラム命令を含むことができ、コンピュータ可読媒体は、プログラム命令を格納するように構成されたメモリと、プログラム命令を実行するように構成されたプロセッサと、を含むことができる。プログラム命令は、実行されると、湿度センサから空気流の湿度値を受信し、受信された空気流の湿度値に基づいて制御信号を生成し、湿度制御システムのソース電極に対して、制御信号に対応する電圧を出力させることができる。

さらに別の態様では、冷却塔を監視および制御する方法が、冷却塔から排出される冷却流の第１の温度を測定することと、冷却塔に入る高温流の第２の温度を測定することと、第１の温度と第２の温度との温度差を計算することと、この温度差が第１の温度と第２の温度との所定の目標温度差に対応するように冷却流の第１の流量を調節することと、を含むことができる。

以下の特徴のうちの１つ以上は、任意の実行可能な組み合わせで含めることができる。例えば、本方法は、冷却流に補給流を加えることを含み得る。補給流と冷却流との混合比は、第１の温度と第２の温度との温度差に基づいて決定することができる。本方法は、冷却空気の流量を調節するためにファンの回転速度を調節することを含むことができる。この方法は、冷却流の酸度を測定することと、補給流の混合比を調節することによって酸度を調節することと、を含むことができる。

さらに別の態様では、冷却塔を監視および制御するためのシステムが、冷却塔から排出される冷却流の第１の温度を測定するための第１の温度センサと、冷却塔に入る高温流の第２の温度を測定するための第２の温度センサと、冷却流の第１の流量を調節するための第１の弁と、高温流の第２の流量を調節するための第２の弁と、プログラム命令を格納するように構成されたメモリと、プログラム命令を実行するように構成されたプロセッサと、を含むことができる。プログラム命令は、実行されると、第１の温度センサおよび第２の温度センサからデータを収集し、第１の温度と第２の温度との温度差が所定の目標温度差に対応するように第１の弁または第２の弁を調節するように、プロセッサを構成し得る。

以下の特徴のうちの１つ以上は、任意の実行可能な組み合わせで含めることができる。例えば、プロセッサは、ファン速度を調節するように構成されてもよい。プロセッサは、第１の温度と第２の温度との温度差が目標温度差に対応するように、補給流と冷却流との混合比を調節するように構成されてもよい。プロセッサは、冷却流の酸度を所定の目標酸度に対応させるように、補給流と冷却流との混合比を調節するように構成することができる。システムはまた、冷却流の酸度を測定するための酸度センサを含んでもよい。

本明細書に記載される主題の１つ以上の変形例の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載される。本明細書に記載される主題の他の特徴および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかであろう。

本開示の例示的な実施形態による蒸気を凝縮するためのシステムの概略図である。 本開示の例示的な実施形態による、冷却塔内のエアロゾルを凝縮するためのシステムの概略図である。 本開示の例示的な実施形態によるソースメッシュおよび凝縮メッシュを示す。 本開示の例示的な実施形態によるエアロゾルを凝縮するためのシステムにおいて使用される凝縮器の概略図である。 本開示の例示的な実施形態によるエアロゾルを凝縮する方法のフローチャートである。 本開示の別の例示的な実施形態によるエアロゾルを凝縮する方法のフローチャートである。 本開示の例示的な実施形態による湿度制御のためのシステムの概略図である。 本開示の別の例示的な実施形態による湿度制御のためのシステムの概略図である。 本開示の例示的な実施形態によるソース電極およびシンク電極の配置を示す。 本開示の別の例示的な実施形態によるソース電極およびシンク電極の配置を示す。 本開示の例示的な実施形態による、冷却塔内のエアロゾルを凝縮するためのシステムの概略図である。 本開示の例示的な実施形態による、収束－発散部分と、収束－発散部分内に配置された風力タービンと、を有するダクトの概略図である。 本開示の例示的な実施形態による、収束部分と、収束部分内に配置された風力タービンと、を有するダクトの概略図である。 本開示の例示的な実施形態による、発散－収束部分と、発散－収束部分内に配置された風力タービンと、を有するダクトの概略図である。 本開示の例示的な実施形態による冷却塔監視システム（ＣＴＭＳ）の概略図である。 本開示の例示的な実施形態によるＣＴＭＳの要素を列挙したものである。 本開示の例示的な実施形態によるＣＴＭＳのセンサおよび制御要素を示す。

〔詳細説明〕
本主題は、ソース電極とシンク電極との間に電界を印加して電界に沿ってエアロゾルを駆動することによって、大気エアロゾル、例えば水滴を凝縮および収集するための安全でエネルギー効率の良いテクノロジーを提供することができる。高電圧電源でエアロゾルをイオン化することなく、電界を生成してエアロゾルを駆動することにより、いくつかの従来のアプローチと比較して、より安全で、より高い効率を有し、不純物を少なくして水を生成するようにシステムを実施することができる。例示的な用途は、タービン冷却塔および燃焼煙突を含む。既存のインフラストラクチャは、本主題を使用して後付けおよび統合され得る。

周囲空気から水滴または蒸気を捕集する技術は、ワイヤメッシュの形態の収集器を含むことができ、凝縮は、液滴捕獲のための収集器メッシュ上への水滴または蒸気の慣性衝突に依存する。これらの技術は、液滴がワイヤメッシュと衝突することが必要とされ得るので、空気力学的抗力によって制限され得る。

蒸気の凝縮および収集に対する以前のアプローチに関連する問題は、電気力を利用することによって解決され得る。周囲空気中の水蒸気は帯電され、印加された電界によって収集器に向けられ得る。水蒸気が帯電されると、反対の電荷を帯びた収集器に引き寄せられ得る。そのため、帯電した水蒸気が高い確率で収集器メッシュの表面に衝突し得る。衝突すると、液滴はメッシュに付着し、入ってくる他の液滴と凝集するにつれて成長することができる。それらが収集器メッシュ上で十分に大きくかつ重く成長すると、液滴は重力によって沈殿し得、沈殿する液滴はリザーバ内に収集され得る。

主に水を含む大気エアロゾルを捕集するためのいくつかの異なる手段があり得る。いくつかの従来のアプローチでは、コロナ放電を使用して、空間電荷を水蒸気に導入して、入ってくる液滴に正味電荷を与えることができる。コロナ放電は、高電圧発生器に接続された鋭い金属針を使用して生成することができる。典型的には、安定したコロナ放電を生成する電圧は、－１０ｋＶ～－２４ｋＶの範囲である。

しかし、コロナ放電を使用して周囲の水蒸気に電荷を与えると、問題が生じ得る。例えば、コロナ放電は周囲空気をイオン化し、オゾン（Ｏ_３）および一酸化窒素（ＮＯ）などのガスを生成することができる。一酸化窒素は、光化学反応を通じて、さらに酸化されて、二酸化窒素（ＮＯ_２）、続いて硝酸（ＨＮＯ_３）を生成し得る。これらのガスおよび液体は有毒で、腐食性があり、環境に有害である。水蒸気凝縮システムがコロナ放電システムと共に作られる場合、収集器で収集したものは腐食性で有毒な酸であるため、収集された液体は、有用な目的で使用されることが望まれる場合にはさらなる処理を必要とする。さらに、コロナ放電システムは、水蒸気凝縮システムのために実施される場合、それに伴う高い電圧のために危険となり得、大量のエネルギーを浪費し得、かつ／または、高電圧放電のために隣接する電子機器に干渉する可能性がある。さらに、コロナ放電システムは、システムが高い表面積を有するデブリ（例えば、塵粒子）および／または遊離物（loose articles）によって囲まれている場合、爆発の懸念をもたらす。

いくつかの実施形態では、電界を所定の空間内に印加して、大気エアロゾルを誘導し、収集することができる。大気エアロゾルを捕集するために電界を使用するシステムでは、システムは高電圧発生器を必要としない場合があり、したがって、周囲空気はイオン化されない場合がある。空気の絶縁破壊電圧は、約３ｋＶ／ｍｍで比較的高いので、実質的な電界を所定の空間内に印加して、エアロゾルが凝固および収集され得る特定の場所（例えば、シンク電極）にエアロゾルを駆動することができる。その結果、有毒で腐食性のガスおよび液体は生成されない。このシステムは、コロナ放電システムよりも安全になるように実施され得、エネルギー利用効率が良く、さらに不純物の少ない水を生成し、収集した水が（例えば、さらなる処理または浄化なしで）直接利用されることを可能にする。このシステムは水分子の極性特性に依存しているので、このシステムは極性エアロゾル（例えば、水）を非極性エアロゾル（例えば、塵）から識別し、それによって不純物の少ない凝縮された水を生成することができる。

図１は、本開示の例示的な実施形態による蒸気を凝縮するためのシステム１００の概略図である。図１を参照すると、蒸気を凝縮するためのシステム１００は、ソース電極１１０と、凝縮器１２０と、ダクト１４０と、を含むことができる。

ソース電極１１０は、ソース電極１１０に電圧を印加することができる電源１３０に電気的に接続することができる。ソース電極１１０は、ダクト１４０内に電界を印加して、入ってくる空気流に含まれる大気エアロゾルを駆動することができる。ソース電極１１０は、ソースメッシュを含むことができる。ソースメッシュの一例を図３に示す。図３を参照すると、ソースメッシュは、複数の層１１１、１１２および１１３を含むことができる。

複数の層１１１、１１２および１１３はそれぞれ、複数の開口部を有し得る。複数の層１１１、１１２および１１３のそれぞれに形成された各開口部１１４は、用途、流量要件、印加電圧などに応じて、１ｍｍ～１５ｍｍの特徴的な寸法を有することができる。いくつかの実施形態では、各開口部１１４の特徴的な寸法は、複数の開口部間で同一であってもよく、異なっていてもよい。さらに、複数の層１１１、１１２および１１３の開口部１１４は、互いに整列されていてもよく、または、千鳥状であってもよい。ソース電極１１０のソースメッシュは、導電性材料で作られ得る。ソースメッシュに使用できる材料の例としては、ステンレス鋼、ニッケル、導電性ポリマー、および導電性シリコーンが挙げられる。さらに、ソースメッシュは、水蒸気の取り込みを防止するために、疎水性材料で作られ、かつ／またはコーティングされてもよい。また、ソース電極１１０は、用途および使用環境に応じて、液体またはガスで実現されてもよい。

ソースメッシュは、ワイヤのネットワークを含み得る。ワイヤのネットワークは、織り交ぜられるかまたは織り合わせられた複数のワイヤを含むことができる。ソースメッシュの各層は、実質的に規則的な間隔で所定のパターンで延びる、織り交ぜられるかまたは織り合わせられた複数のワイヤを含むことができる。ソースメッシュのこの例示的な実施形態において、開口部１１４の特徴的な寸法は、パターンの規則的な間隔によって規定され得る。代替的または追加的に、ソースメッシュは、ランダムに織られたワイヤを含むように形成されてもよい。この例示的な実施形態では、開口部１１４の特徴的な寸法は、ある特定の閾値伝達効率を超えて濾過されることなく通過し得る粒子の最大直径によって規定され得る。例えば、開口部１１４の特徴的な寸法は、１ｍｍの粒子のうち、ある特定のパーセンテージを超えるものがソースメッシュを通って伝達され得る場合、１ｍｍと称され得る。閾値伝達効率は９０％に設定してもよいが、本開示はこれに限定されるものではない。ソースメッシュを形成するワイヤは、用途、流量要件、印加電圧などに応じて、０．５ｍｍ～５ｍｍの直径を有することができる。水平ワイヤおよび垂直ワイヤを含むワイヤメッシュの例を説明したが、本開示はこれに限定されない。ソースメッシュは、単に水平ワイヤまたは垂直ワイヤのみからなることができる。

水蒸気は、凝縮器１２０に引き付けられ、凝縮器１２０において収集される。図４に示すように、凝縮器１２０は、入口１２１、出口１２２、およびリザーバ１２３を含むことができる。動作中、入口１２１は、第１の相対湿度値を有する、入ってくる空気流を受容することができる。出口１２２は、第２の相対湿度値を有する、出て行く空気流を排出することができる。水蒸気の正味の凝縮を達成するために、第２の相対湿度は、第１の相対湿度より低くてよい。凝縮器１２０における凝縮された水は、リザーバ１２３内に収集され得る。本明細書で使用される場合、相対湿度値は、所与の温度における水の飽和蒸気圧に対する水蒸気の分圧の比率を指す。

凝縮器１２０は、シンク電極１２５を含むことができる。シンク電極１２５は、電気的に接地されてもよく、かつ／またはソース電極１１０に与えられる電荷と反対の電荷を与える電源１３０に接続されてもよい。図１は、共通の電源１３０がソース電極１１０およびシンク電極１２５の両方に電荷を供給する例示的な実施形態を示しているが、本開示はこれに限定されない。ソース電極１１０およびシンク電極１２５は、別々の電源に接続されてもよい。

シンク電極１２５は、凝縮メッシュを含むことができる。図３に示すように、凝縮メッシュは、水蒸気が凝縮メッシュの表面に付着し、凝縮メッシュの表面上で凝縮することを可能にするのに十分な表面積を提供するために、複数の層１２６、１２７および１２８を含むことができる。動作中、凝縮された水蒸気は、凝縮メッシュの表面上で他の凝縮された水蒸気と凝集して水滴を形成することができ、この水滴は、大きくかつ重く成長するまで、互いにさらに凝集することができる。これらが十分に大きく、かつ重くなると、水滴は、重力により沈殿し得る。リザーバ１２３は、沈殿する水滴を収集するためにシンク電極１２５の下に配置され得る。

凝縮メッシュでは、図３に示すように、複数の層１２６、１２７および１２８はそれぞれ、複数の開口部を有し得る。各開口部１２９は、用途、流量要件、中和効率などに応じて、１ｍｍ～１５ｍｍの特徴的な寸法を有することができる。各開口部１２９の特徴的な寸法は、複数の開口部間で同一であってもよいし、異なっていてもよい。複数の層１２６、１２７および１２８の開口部１２９は、互いと整列されてもよく、または、エアロゾルがソースメッシュの表面と衝突する機会を増加させるために千鳥状になってもよい。シンク電極１２５の凝縮メッシュは、導電性材料で作られ得る。凝縮メッシュに使用される材料の例は、ステンレス鋼、ニッケル、導電性ポリマー、および導電性シリコーンを含み得る。さらに、凝縮メッシュは、メッシュ表面上での水蒸気の凝縮をより容易に促進するために、親水性材料で作られ、かつ／またはコーティングされてもよい。シンク電極１２５はまた、用途および使用環境に応じて、液体またはガスで実現されてもよい。

ソースメッシュと同様に、凝縮メッシュはワイヤのネットワークを含むことができる。ワイヤのネットワークは、織り交ぜられるかまたは織り合わせられた複数のワイヤを含むことができる。凝縮メッシュの各層は、実質的に規則的な間隔で所定のパターンで延びる、織り交ぜられるかまたは織り合わせられた複数のワイヤを含むことができる。凝縮メッシュのこの例示的な実施形態において、開口部１２９の特徴的な寸法は、パターンの規則的な間隔によって規定され得る。あるいは、凝縮メッシュは、ランダムに織られたワイヤとして形成されてもよい。この例示的な実施形態では、開口部１２９の特徴的な寸法は、ある特定の閾値伝達効率を超えて濾過されることなく通過し得る粒子の最大直径によって規定され得る。例えば、開口部１２９の特徴的な寸法は、１ｍｍの粒子のうち、ある特定のパーセンテージを超えるものが凝縮メッシュを通って伝達され得る場合、１ｍｍと称され得る。閾値伝達効率は９０％であってもよいが、本開示はこれに限定されるものではない。凝縮メッシュを形成するワイヤは、用途、流量要件、印加電圧などに応じて、０．５ｍｍ～５ｍｍの直径を有することができる。水平ワイヤおよび垂直ワイヤを含むワイヤメッシュの例を説明したが、本開示はこれに限定されない。凝縮メッシュは、単に水平ワイヤまたは垂直ワイヤのみからなることができる。

一般に、ソースメッシュおよび凝縮メッシュは、より微細に分散された電界を提供するために、最小の特徴的な寸法を有することが望ましい。ただし、システムを通る十分な空気の流れを確保するために、メッシュにわたる圧力低下を、特定の値以内にすることが必要となり得る。したがって、圧力低下要件によって、メッシュの特徴的な寸法の下限が決定される場合がある。

上述のように、電源１３０は、ソース電極１１０、シンク電極１２５、またはその両方に電気的に接続され得る。いくつかの実施形態において、電源１３０は、２０Ｖ～１０ｋＶの定格電圧を有する直流（ＤＣ）電源として実施されてもよい。例えば、印加電圧は７ｋＶであってもよい。電力または電圧は、システムのサイズ、システムの処理能力などに基づいて決定され得る。いくつかの実施形態において、電源１３０は、２０Ｖ～９ｋＶ；２０Ｖ～８ｋＶ；２０Ｖ～７ｋＶ；２０Ｖ～６ｋＶ；２０Ｖ～５ｋＶ；２０Ｖ～４ｋＶ；２０Ｖ～３ｋＶ；２０Ｖ～２ｋＶ；２０Ｖ～１ｋＶ；１ｋＶ～９ｋＶ；２ｋＶ～８ｋＶ；３ｋＶ～７ｋＶ；または４ｋＶ～６ｋＶの定格電圧を有する直流（ＤＣ）電源として実施されてもよい。

図１に示すように、ダクト１４０は、水蒸気をソース電極１１０側からシンク電極１２５側に向かって案内して導くことができる。いくつかの実施形態では、帯電した蒸気がダクト１４０の表面に引き付けられることは望ましくない。この問題に対処するために、ダクト１４０の表面を導電性にすることができる。ダクト１４０の表面が導電性である場合、帯電したいくつかの粒子は、最初にダクト１４０の表面によって取り込まれ得、水蒸気と同じ電荷でダクト１４０の表面全体を帯電させることができる。いったんダクト１４０の表面が水蒸気と同じ電荷で帯電されると、その後に到着する他の帯電した蒸気は、ダクト１４０の表面からはね返され得、それによって、帯電した蒸気が、ダクト１４０の表面に奪われることなく、高い伝達効率でダクト１４０を通って伝達されることを可能にする。

したがって、ダクト１４０は導電性材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、ダクト１４０は、プラスチックなどの電気絶縁材料を含む（例えば、そのような材料で作られる）ことができ、その内側表面は、導電性材料でコーティングまたは塗装されてもよい。用途に応じて、ダクト１４０は、ソース電極１１０と凝縮器１２０を別々の場所に配置するための長い流路を含むことができる。このような場合、ダクト１４０は、可撓性のプラスチック材料またはポリマー材料を含んでもよく、その内側表面は、導電性材料でコーティングされ得る。

一方、用途によっては、全体的な蒸気除去効率を高めるために、帯電した水蒸気がダクト１４０の表面に付着することが望ましい場合がある。このような場合、ダクト１４０は電気絶縁材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、ダクト１４０は、導電性材料を含む（例えば、導電性材料で作られる）ことができ、その内側表面は、プラスチックまたはセラミック材料のような電気絶縁材料でコーティングまたは塗装され得る。いくつかの実施形態では、ダクト１４０は、ダクト１４０の表面上で凝縮された水滴が流れ、近位端部または遠位端部のいずれかで収集されることを可能にするために、近位端部から遠位端部に向かって所定の角度で傾斜して設置されてもよい。

ダクト１４０が導電性材料を含む場合、ソース電極１１０およびシンク電極１２５に近い特定の部分は、電極とダクト１４０との間の放電を防止するために電気絶縁材料を含むことができる。さらに、ダクト１４０は、１つ以上の整流装置を含むこともできる。

空気流は、ダクト１４０を通してソース電極１１０側からシンク電極１２５側に向かって押し進められ（例えば、駆動され）得る。ダクト１４０を通して空気流を吹き付け、案内するために、システム１００は送風機１５０を含むことができる。送風機１５０は、電動ファン、エダクターポンプなどとして実施することができる。システム１００は、エアロゾル監視装置（不図示）、例えば、エレクトロメータベースの粒子計数器、凝縮粒子計数器（ＣＰＣ）、走査型移動度粒径測定器（ＳＭＰＳ）などをさらに含み得る。システム１００は、ソース電極１１０とシンク電極１２５との間を流れる電流を監視することもできる。

図５Ａおよび図５Ｂは、本開示の例示的な実施形態によるエアロゾルを凝縮するための方法のプロセスフローチャートを示す。図５Ａを参照すると、本方法は、電界を印加するステップＳ１１０と、エアロゾルを凝縮するステップＳ１２０と、凝縮された液滴を収集するステップＳ１３０と、を含むことができる。電界を印加するステップＳ１１０は、ソース電極１１０によって実行することができ、ソース電極は、ソース電極１１０に電圧を供給することができる電源１３０に電気的に接続され得る。エアロゾルを凝縮するステップＳ１２０は、シンク電極１２５によって実行されてもよく、シンク電極は、電気的に接地されるか、またはソース電極に与えられる電荷と反対の電荷を与える電源１３０に接続されてもよい。ソース電極１１０およびシンク電極１２５は、共通の電源１３０に接続されていてもよいし、別々の電源に接続されていてもよい。凝縮された液滴を収集するステップＳ１３０は、凝縮器１２０およびリザーバ１２３によって行うことができる。

図５Ｂを参照すると、方法は、電界を印加するステップＳ２１０、エアロゾルを凝縮するステップＳ２２０、および凝縮された液滴を収集するステップＳ２３０に加えて、送風機１５０によって送風するステップＳ２０５を含むことができる。いくつかの実施形態において、電界を印加するステップＳ１１０およびＳ２１０は、２０Ｖ～１０ｋＶの定格電圧を生成する直流（ＤＣ）電源を用いて実行されてもよい。

図２は、本開示の例示的な実施形態による、冷却塔内の水を凝縮するためのシステムの概略図である。システム３００を適用することができる冷却塔は、スチームタービン排気装置の冷却塔を含むことができる。図２を参照すると、システム３００は、ダクト３４０内に配置されたソース電極３１０および凝縮器３２０を含むことができる。

ソース電極３１０は、ソース電極３１０に電圧を供給することができる電源３３０に電気的に接続され得る。したがって、ソース電極３１０は、ダクト３４０内に電界を生成することができる。ソース電極３１０は、ソースメッシュを含むことができる。

水蒸気は、凝縮器３２０に引き付けられ、凝縮器３２０において収集され得る。凝縮器３２０は、図４に示す例示的な実施形態と実質的に同様に実施することができる。例えば、凝縮器３２０は、シンク電極３２５を含むことができる。シンク電極３２５は、電気的に接地されてもよく、かつ／またはソース電極３１０に与えられる電荷と反対の電荷を与える電源３３０に接続されてもよい。ソース電極３１０およびシンク電極３２５は、共通の電源３３０に接続されていてもよいし、別々の電源に接続されていてもよい。シンク電極３２５は、凝縮メッシュをさらに含んでもよい。

凝縮メッシュは、水蒸気をその表面に付着させ、凝縮メッシュの表面上で凝縮させることができる。動作中、凝縮された水蒸気は、凝縮メッシュの表面上で他の凝縮された水蒸気と凝集して水滴を形成し得る。この水滴は、大きくかつ重く成長するまで、互いにさらに凝集することができる。これらが十分に大きく、かつ重くなると、水滴は、重力により沈殿し得る。リザーバが、沈殿する水滴を収集するためにシンク電極３２５の下に配置されてもよい。

図２に示すように、ダクト３４０は、水蒸気をソース電極３１０側からシンク電極３２５側に向かって案内して導く。一般に、スチームタービン冷却塔は、強制または自然にドラフトされる排気流を既に含んでいる。したがって、システム３００は、例えば電力を生成するために、排気流の残りのエンタルピーを捕集して利用することができる。スチームタービン排気装置から電力を抽出する例は、凝縮器３２０の下流に風力タービン３５０を含むことである。排気流から捕集される電力は、システム３００の動作のために電源３３０に直接供給されてもよく、あるいは、後で使用されるようにバッテリ（不図示）に格納されてもよい。冷却塔の排気中の廃エンタルピーを捕集することによってその場で電気を発生させ、現地で電気を使用すると、システム３００の全体的な効率を向上させることができる。本開示の例示的な実施形態では、風力タービン３５０は、凝縮器３２０の下流に配置されてもよいが、本開示は、そのような構成に限定されない。風力タービン３５０はまた、凝縮器３２０の上流に配置されてもよい。

図９Ａは、風力タービンが凝縮器の上流に配置される例示的な実施形態を示す。図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、冷却塔９１０からの排気流は、ダクト９２０によって凝縮器９３０に向かって案内され得る。ダクト９２０は、収束－発散部分９２５を含むことができる。風力タービン９４０は、ダクト９２０内部の収束－発散部分９２５に配置することができる。排気流の残りのエンタルピーは、風力タービン９４０を動作させて電力を生成することができ、生成された電力は、凝縮器９３０を動作させるために使用することができる。収束－発散部分は、排気流を加速させて、風力タービン９４０による排気流中の運動エネルギーのより効果的な捕集を促進することができる。さらに、排気流からエネルギーを抽出することによって、排気流の温度を低下させることができ、それによって、排気流中の水蒸気を凝縮器９３０内により容易に凝縮させることができる。

いくつかの実施形態では、図９Ｃに示すように、ダクト９２０は、発散部分のない収束部分９２５’を含むことができる。例えば、冷却塔の直径は約９．１４４ｍ（約３０フィート）とすることができ、ダクトは、風力タービンおよび凝縮器の前に直径を約１．５２４ｍ（約５フィート）まで徐々に減少させることができる。この構成は、排気流を加速させて、風力タービン９４０がより大きな電力出力を生成することを可能にし、かつ／または凝縮器システムの全体のサイズをより小さくすることを可能にすることができる。風力タービンからの理論上の最大電力出力は、一般に、ブレードディスクの面積および風速の三乗に比例するので、収束部分９２５’または収束－発散部分９２５は、風速を増加させることによって風力タービン９４０の電力出力を増加させることができる。

いくつかの実施形態では、ダクト９２０は、図９Ｄに示すように、発散－収束部分９２５”を含むことができる。この構成では、排気流は、発散－収束部分９２５”において減速することができ、より大きな直径の風力タービン９４０をダクト内に設置することができる。より大きな直径を有する風力タービン９４０をより遅い速度で回転させることができ、これにより、騒音、摩擦損失、システム摩耗などを低減することができる。いくつかの実施形態では、複数の風力タービンをダクト内に配置することができる。

このシステムは燃焼排気装置にも適用できる。燃焼排気装置は、例えば石炭火力発電所および天然ガス発電所のような燃焼ベースの発電所と、例えばディーゼルエンジンおよびガソリンエンジンのような内燃機関と、を含むことができる。典型的な燃焼排気装置では、不揮発性粒子（例えば、固相すす粒子）と凝縮性ガス（例えば、水蒸気）が燃焼生成物として存在する。不揮発性エアロゾルおよび揮発性エアロゾルの両方を高効率で除去するために、このシステムを静電集塵器（ＥＳＰ）の上流に配置して、排気流がＥＳＰに入る前に水を捕集することができる。ＥＳＰに先立って燃焼排気から水および他の凝縮性物質を除去することによって、水または他の酸性液体による腐食からＥＳＰを保護することができる。燃焼排気装置の実施形態において、システムは、例えば、高効率粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルタまたはサイクロン型粒子除去器のようなフィルタの上流に配置することもできる。さらに、燃焼排気からの廃熱を再利用するために、システムの上流に配置された熱交換器を用いてシステムを実施することができる。

本開示の別の態様は、湿度制御のためのシステムを提供する。図６は、本開示の例示的な実施形態による湿度制御のためのシステムを示す。図６を参照すると、システム５００は、ダクト５４０内に配置されたソース電極５１０および湿度コントローラ５２０を含むことができる。ソース電極５１０は、ソース電極５１０に電圧を印加することができる電源５３０に電気的に接続することができる。ソース電極５１０は、ダクト５４０内に電界を生成することができる。ソース電極５１０はソースメッシュをさらに含むことができる。

水蒸気は、電界によって湿度コントローラ５２０に引き付けられ得る。湿度コントローラ５２０は、シンク電極５２５を含んでもよく、シンク電極５２５は、電気的に接地されてもよく、かつ／またはソース電極５１０に与えられる電荷と反対の電荷を与える電源５３０に接続されてもよい。ソース電極５１０およびシンク電極５２５は、共通の電源５３０に接続されていてもよいし、別々の電源に接続されていてもよい。シンク電極５２５は、加湿メッシュを含むことができる。

加湿メッシュは水で湿らせることができる。動作中、水蒸気は、シンク電極５２５の加湿メッシュに引き付けられ得る。加湿メッシュの表面では、加湿メッシュに供給された液体水が、引き付けられた蒸気に移送されて加湿メッシュの表面から離れることができる。このプロセスを通して、システム５００を通過する空気流の相対湿度を増加させることができる。システム５００は、液体水を湿度コントローラ５２０に供給するための貯水器５５０を含むことができる。いくつかの実施形態では、液体水は、重力を介して貯水器５５０から湿度コントローラ５２０に供給され得る。重力により液体水を供給するために、貯水器５５０を湿度コントローラ５２０よりも高い位置に配置することができる。いくつかの実施形態では、液体水は、ポンプ５６０によって貯水器５５０から湿度コントローラ５２０に供給され得る。

図７は、本開示の別の例示的な実施形態による湿度制御のためのシステムを示す。図７を参照すると、システム７００は、ダクト７４０内に配置されたソース電極７１０および湿度コントローラ７２０を含むことができる。湿度制御のためのシステム７００は、一定の湿度が要求される様々な環境で実施することができる。ソース電極７１０は、ソース電極７１０に電圧を印加することができる電源７３０に電気的に接続することができる。したがって、ソース電極７１０は、ダクト７４０内に電界を生成することができる。ソース電極７１０はソースメッシュをさらに含むことができる。

水蒸気は、電界によって湿度コントローラ７２０に引き付けられ得る。湿度コントローラ７２０は、シンク電極７２５をさらに含むことができる。シンク電極７２５は、電気的に接地されてもよく、かつ／またはソース電極７１０に与えられる電荷と反対の電荷を与える電源７３０に接続されてもよい。ソース電極７１０およびシンク電極７２５は、共通の電源７３０に接続されていてもよいし、別々の電源に接続されていてもよい。シンク電極７２５は、湿度制御メッシュをさらに含むことができる。

動作中、水蒸気は、シンク電極７２５の湿度制御メッシュに引き付けられ得る。湿度制御メッシュの表面上では、湿度制御メッシュ上に存在する液体水は、引き付けられた蒸気に移送され、湿度制御メッシュの表面を離れることができる。あるいは、引き付けられた水蒸気が湿度制御メッシュの表面に付着してもよい。湿度制御メッシュの表面に付着するよりも、湿度制御メッシュの表面を離れる水の方が多い場合、システム７００を通過した後の空気流の相対湿度を増加させることができる。逆に、湿度制御メッシュの表面を離れるよりも、湿度制御メッシュの表面に付着する水が多い場合、空気流の相対湿度が低下し得る。このプロセスを通して、空気流の相対湿度を特定のレベルに制御することができる。

システム７００は、システム７００を通過する空気流の相対湿度を予め設定された目標湿度に維持するように動作することができる。予め設定された目標湿度は、印加される電圧を調節することによって調節することができる。システム７００は、湿度制御メッシュからの凝縮された水を貯蔵するため、および／または湿度コントローラ７２０に液体水を供給するための貯水器７５０を含むことができる。液体水は、ポンプ７６０によって貯水器７５０から湿度コントローラ７２０に供給され得る。湿度をより正確に制御するために、システム７００は、湿度センサ、温度センサ、制御信号を生成して電源７３０の電圧に出力する比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを含むフィードバック制御システムをさらに含んでもよい。

図８Ａおよび図８Ｂは、本開示の例示的な実施形態による、電界を生成するためのソース電極およびシンク電極の配置を比較する。図８Ａおよび図８Ｂにおいて、ダクトは、空気の流れを妨げる（例えば、減速させる）ための発散ダクトであってよい。発散ダクトは、圧力を増加させ、水の凝縮を促進し得る。図８Ａは、空気の流れの下流方向に向かって凸状に構成されたシンク電極の例であり、図８Ｂは、空気の流れの下流方向に向かって凹状に構成されたシンク電極の例である。シンク電極が空気の流れの下流方向に向かって凸状となるように構成される場合、より滑らかに変化する電界が生成され得ることが分かる。さらに、印加電圧は、図８Ａ（凸状構成）のほうが、図８Ｂ（凹状構成）よりも一桁大きい。したがって、シンク電極が空気の流れの下流方向に向かって凸状となるように構成されている場合には、より効果的に水蒸気をシンク電極に向けることができる。しかしながら、上記構成は一例にすぎず、電極は、動作要件に基づいて特定の構成の電界が形成され得るように構成することができる。

本明細書に記載される主題は、多くの技術的利点を提供する。例えば、本主題を使用して、周囲空気はイオン化されなくてもよく、それによって、オゾン（Ｏ_３）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ_２）、および硝酸（ＨＮＯ_３）などのガスの生成を制限または防止する。これらの毒性で腐食性があり環境的に危険な化合物に対処するために、収集された液体のさらなる処理加工または処理を、最小限にするか、または省略することができる。さらに、本主題は、いくつかの従来のシステムと比較して、より低い電圧を利用することができるので、本主題は、より安全となり得、大量のエネルギーを浪費することがなく、隣接する電子機器に干渉することがない。さらに、いくつかの従来のアプローチとは異なり、本主題は、システムが高い表面積を有するデブリ（例えば、塵粒子）および／または浮遊物によって囲まれている場合に、爆発の懸念をもたらさない。

本開示の別の態様は、冷却塔システムを監視および制御するシステムおよび方法を提供する。冷却塔は、水流（高温流）を低温流（冷却流）に冷却することを通じて、熱を放散させる熱交換システムである。工業用冷却塔は典型的には、発電所、石油精製装置、石油化学プラント、天然ガス処理プラント、食品加工プラント、半導体プラント、セメント製造プラントで使用される。本開示の例示的な実施形態による冷却塔監視システム（ＣＴＭＳ）は、冷却塔の様々なパラメータを測定および分析し、測定されたパラメータと冷却塔の仕様パラメータとの比較に基づいて、冷却塔の性能の詳細な監視を提供することができる。本開示のＣＴＭＳは、全体的な冷却効率を改善し、冷却水の酸度を制御することによってシステムの寿命を延長し、冷却塔からの汚染物質の放出を低減するために、冷却塔の動作を監視および制御するための単一パッケージソリューションを提供することができる。本開示のＣＴＭＳは、新しい冷却塔が建設されるときに設置されてもよく、または既存の冷却塔に最小限の変更を加えて既存の冷却塔に後付けされてもよい。

湿式冷却塔（または開回路冷却塔）では、空気が比較的乾燥していれば、温水を周囲空気乾球温度よりも低い温度に冷却することができる。周囲空気が水の流れを通り過ぎて引き寄せられると、水のほんの一部が蒸発し、水のその部分を蒸発させるのに必要なエネルギーが残りの水塊から得られるため、その温度が低下する。蒸発は、飽和空気状態をもたらし、冷却塔によって処理される水の温度を、周囲乾球温度よりも低い湿球温度に近い値まで低下させ、その差は、周囲空気の初期湿度によって決定される。

図１０は、本開示の例示的な実施形態によるＣＴＭＳの概略図を示す。図１０を参照すると、温水流１０２０が、冷却塔１０１０に供給され得る。温水は、スプレーヘッド１０２１によって噴霧することができる。ファン１０１１は、水を冷却するための新鮮な空気の上昇気流を提供する。冷却塔１０１０内で冷却された水は、冷却水流１０３０を通して戻すことができる。図１１は、本開示の例示的な実施形態によるＣＴＭＳの様々な要素を列挙している。ハードウェア要素およびソフトウェア要素があってよく、ハードウェア要素は、センサ、処理ユニット、および通信コンポーネントを含み得る。

以下、ＣＴＭＳのセンサおよびコントローラ要素について説明する。本開示の例示的な実施形態によるＣＴＭＳは、冷却塔の健全性を監視するための一組のセンサを含むことができる。一組のセンサは、温度センサ、湿度センサ、水位センサ、タコメーター、電圧センサ、電流センサ、圧力センサ、風速計、水流計などを含むことができる。ＣＴＭＳはプロセッサをさらに含むことができる。有線および／または無線通信システムをＣＴＭＳに含めることもできる。

温度センサは、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、例えばＰｔ－１００、または熱電対を含むことができる。温度センサから温度データを読み取るために、冷接点補償熱電対リーダを使用することができる。例えば、Ｋ－ＭＡＸ６６７５は、Ｋ型熱電対の信号から温度データを提供することができる。温度センサは、ＳＨＴ－２０のような湿度センサと組み合わせられるか、またはパッケージされてもよい。ＨＣ－ＳＲ０４などの超音波式センサを、水位センサとして用いることができる。冷却塔システムのファンの回転速度（ｒｐｍ）を測定するために、タコメーターを使用することができる。接触式および非接触式を含む様々なタイプのタコメーターを使用することができる。ＣＴＭＳを既存の冷却塔に後付けする場合、非接触式タコメーターは接触式タコメーターよりも便利になり得る。したがって、赤外線ベースのタコメーターを使用することができる。冷却塔システムの電力消費を測定するために、電圧計および／または電流計をＣＴＭＳのセンサ一式に含めることができる。ＢＭＰ－１８０などの気圧センサを圧力センサとして使用して冷却塔システム内の圧力を測定することができる。

センサからのデータを収集し、センサデータを処理し、ＣＴＭＳを動作させるための制御信号を生成するために、プロセッサまたはマイクロコントローラをＣＴＭＳに含めることができる。ＣＴＭＳは、センサデータおよび／または制御パラメータを表示し、ユーザインターフェースを提供するための表示装置を含むことができる。さらに、ＣＴＭＳは、モノのインターネット（ＩｏＴ）プラットフォームを介してセンサの一部または全部と無線通信することができる。センサデータおよび／または制御パラメータは、表示され、計算され、ソフトウェアインターフェースを介して入力され得る。ソフトウェアインターフェースは、ネイティブ・ソフトウェア・パッケージとして、またはＭａｔｌａｂもしくはＬａｂｖｉｅｗなどの市販の制御ソフトウェアを使用して実装することができる。ソフトウェアインターフェースは、冷却塔の性能を最適化するアルゴリズムに基づいて制御パラメータを決定することができる。センサ測定データから制御パラメータを決定する際に、パラメータ不確定性解析を使用することができる。

動作中、図１２に示すように、ＣＴＭＳは、冷却流１１１０の第１の温度と、高温流１１２０の第２の温度とを測定することができ、第１の温度と第２の温度との温度差を計算することができる。第１の温度センサ１１１１は、第１の温度を測定することができ、第２の温度センサ１１２１は、第２の温度を測定することができる。続いて、ＣＴＭＳは、冷却流１１１０の第１の流量および／または高温流１１２０の第２の流量を調節して、冷却流１１１０と高温流１１２０との温度差が第１の温度と第２の温度との目標温度差に対応するようにしてもよい。冷却流１１１０および高温流１１２０の流量を調節するために、第１の弁１１１２および第２の弁１１２２をそれぞれ使用することができる。第１の弁１１１２および第２の弁１１２２は、玉形弁として構成することができる。自動化操作およびコンピュータ制御の場合、玉形弁は、ソレノイドアクチュエータを装着され、コントローラによって動作され得る。

冷却流の第１の温度を調節するために、ＣＴＭＳは補給流１１３０を冷却流１１１０に加えることができる。補給流１１３０と冷却流１１１０との混合比は、第１の温度と第２の温度との温度差に基づいて決定することができる。本明細書では、補給流１１３０とは、蒸発して冷却塔から離れる水を補給するための水の供給を指し、補給流１１３０は、任意の淡水源から供給されてよい。第３の温度センサ１１３１が、補給流１１３０の温度データを提供することができ、第３の弁１１３２が、補給流１１３０の流量を調節することができる。ＣＴＭＳをより正確に制御するために、第４の温度センサ１１３６を熱交換器１１４０の下流に含めることができる。図１２において、第２の温度センサ１１２１および第４の温度センサ１１３６はいずれも、熱交換器１１４０の下流に配置されたところが示されている。ただし、温度センサの位置はこれに限定されるものではなく、第２の温度センサ１１２１および第４の温度センサ１１３６の一方または両方を熱交換器１１４０の上流に配置してもよい。同様に、第２の弁１１２２を熱交換器１１４０の上流に配置してもよい。いくつかの実施形態では、熱交換器１１４０を省略することができる。

さらに、冷却流温度を調節するために、冷却塔のファン１１５０の回転速度を監視し、調節することができる。ファン１１５０の回転速度を測定するために、タコメーター１１９０、例えば赤外線ベースのタコメーターを使用することができる。ファン速度の変化は、冷却空気の流量を調節し、それによって冷却流１１１０の第１の温度を調節することができる。加えて、入ってくる空気の相対湿度を湿度センサ１１８０で測定することができる。

炭酸カルシウムなどのミネラルの蓄積により、冷却塔の冷却水流がアルカリ性になり得る。いくつかの実施形態では、冷却水の酸度／アルカリ度（ｐＨ）は、ｐＨメータ１１６０を用いて監視および制御することができる。冷却水の酸度（またはアルカリ度）は、冷却塔システムの全体的な性能、寿命、および／または環境影響に作用する重要な要因である。したがって、ＣＴＭＳは、冷却流１１１０の酸度を測定し、補給流１１３０と冷却流１１１０との混合比を制御することによって酸度を調節することができる。ｐＨ測定に加えて、水の硬度もＣＴＭＳによって測定および制御することができる。いくつかの実施形態では、ＣＴＭＳはまた、水位センサ１１７０を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、上述したもののような風力タービンをファン１１５０の下流に追加することができる。風力タービンは、冷却塔を離れる排気流の一部のエンタルピーを抽出し、これを電力に変換することができる。捕集された電力は、ＣＴＭＳシステムに回復され、それによってシステムの全体的な電力効率を高めることができる。

上記の説明および特許請求の範囲では、「以下のうちの少なくとも１つ」または「以下のうちの１つ以上」などの語句に、要素または特徴の連結的なリストが続く場合がある。「および／または」という用語も、２つ以上の要素または特徴のリスト中に出現し得る。そのような語句は、それが使用される文脈によって暗黙的にまたは明示的に否定されない限り、列挙された要素もしくは特徴のいずれかを個々に、または列挙された要素もしくは特徴のいずれかを、その他の列挙された要素もしくは特徴のいずれかと組み合わせたもの、を意味することを意図している。例えば、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」、「ＡおよびＢのうちの１つ以上」、「Ａおよび／またはＢ」という語句はそれぞれ、「Ａ単独、Ｂ単独、またはＡとＢの併用」を意味することを意図している。同様の解釈は、３つ以上の項目を含むリストについても意図されている。例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの１つ以上」、「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」という語句はそれぞれ、「Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡとＢの併用、ＡとＣの併用、ＢとＣの併用、またはＡとＢとＣの併用」を意味することが意図されている。さらに、上記および特許請求の範囲における「～に基づく」という用語の使用は、列挙されていない特徴または要素も許容されるように、「～に少なくとも部分的に基づく」ことを意味することが意図されている。

本明細書に記載する主題は、所望の構成に応じて、システム、器具、方法、および／または物品において具現化することができる。前述の説明に記載された実施形態は、本明細書に記載された主題と一致するすべての実施形態を表すものではない。それよりも、それらは、記載された主題に関連する態様と一致するいくつかの例にすぎない。いくつかの変形例を上記で詳細に説明したが、他の修正または追加も可能である。特に、本明細書に記載するものに加えて、さらなる特徴および／または変形を提供することができる。例えば、上述の実施形態は、開示された特徴の様々な組み合わせおよび部分的な組み合わせ、ならびに／または上記に開示された、いくつかのさらなる特徴の組み合わせおよび部分的な組み合わせに向けられ得る。さらに、添付の図面に描かれ、かつ／または本明細書に記載された論理フローは、望ましい結果を達成するために、必ずしも示された特定の順序または順番を必要としない。他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内であり得る。

〔実施の態様〕
（１） システムであって、
ソース電極であって、前記ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続されている、ソース電極と、
空気流に含まれるエアロゾルを収集するためのシンク電極を含む凝縮器と、
前記エアロゾルを前記凝縮器に導くように構成されたダクトと、
を含み、
前記ソース電極および前記シンク電極は、前記ダクト内に電界を生成するように構成されている、システム。
（２） 前記ソース電極はソースメッシュを含み、前記ソースメッシュはワイヤの第１のネットワークを含む、実施態様１に記載のシステム。
（３） 前記ソースメッシュは、０．５ｍｍ～５ｍｍのワイヤ直径を含む、実施態様２に記載のシステム。
（４） 前記ソースメッシュの開口部の特徴的な寸法は、１ｍｍ～１５ｍｍである、実施態様２に記載のシステム。
（５） 前記ソースメッシュは、ステンレス鋼、ニッケル、導電性ポリマー、または導電性シリコーンを含む、実施態様２に記載のシステム。

（６） 前記ソースメッシュは、それぞれがワイヤのネットワークを含む複数の層を含む、実施態様２に記載のシステム。
（７） 前記シンク電極は、凝縮メッシュを含み、前記凝縮メッシュは、ワイヤの第２のネットワークを含む、実施態様１に記載のシステム。
（８） 前記シンク電極は、少なくとも重力によって沈殿する液滴を形成するために、前記凝縮メッシュ上で前記エアロゾルを凝縮するように構成されている、実施態様７に記載のシステム。
（９） 前記凝縮器は、
第１の相対湿度を有する空気流を受容するように構成された入口と、
前記第１の相対湿度より低い第２の相対湿度を有する空気流を排出するように構成された出口と、
前記液滴を収集するように構成されたリザーバと、
を含む、実施態様８に記載のシステム。
（１０） 前記凝縮メッシュは、０．５ｍｍ～５ｍｍのワイヤ直径を含む、実施態様７に記載のシステム。

（１１） 前記凝縮メッシュの開口部の特徴的な寸法は、１ｍｍ～１５ｍｍである、実施態様７に記載のシステム。
（１２） 前記凝縮メッシュは、ステンレス鋼、ニッケル、導電性ポリマー、または導電性シリコーンを含む、実施態様７に記載のシステム。
（１３） 前記凝縮メッシュは、それぞれがワイヤのネットワークを含む複数の層を含む、実施態様７に記載のシステム。
（１４） 前記電源は、直流（ＤＣ）電源を含む、実施態様１に記載のシステム。
（１５） 前記電源は、２０Ｖ～１０ｋＶの電圧を生成する直流（ＤＣ）電源を含む、実施態様１に記載のシステム。

（１６） 前記シンク電極は、電気的に接地されている、実施態様１に記載のシステム。
（１７） 前記シンク電極は、前記シンク電極に反対の電荷を与える反対の電源に接続されている、実施態様１に記載のシステム。
（１８） 前記エアロゾルを含む前記空気流を、前記ソース電極を通して前記ダクトに沿って前記凝縮器まで駆動するように構成された送風機をさらに含む、実施態様１に記載のシステム。
（１９） 前記ダクトの断面積は、前記空気流の流れ方向に沿って大きくなる、実施態様１に記載のシステム。
（２０） 前記シンク電極は、前記空気流の前記流れ方向に向かって突出する凸状形状を含む、実施態様１９に記載のシステム。

（２１） 方法であって、
ソース電極とシンク電極との間に電界を印加することであって、前記ソース電極が、前記ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続される、ことと、
空気流に含まれるエアロゾルを前記シンク電極において液滴に凝縮することと、
凝縮した前記液滴を収集することと、
を含む、方法。
（２２） 送風機でダクトに沿って前記空気流を吹き付けることをさらに含む、実施態様２１に記載の方法。
（２３） 前記電界の印加は、２０Ｖ～１０ｋＶの電圧を生成する直流（ＤＣ）電源を用いて行われる、実施態様２１に記載の方法。
（２４） 前記シンク電極は、電気的に接地される、実施態様２１に記載の方法。
（２５） 前記シンク電極は、前記シンク電極に反対の電荷を与える反対の電源に接続される、実施態様２１に記載の方法。

（２６） システムであって、
ソース電極であって、前記ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続されている、ソース電極と、
空気流に含まれるエアロゾルを収集するためのシンク電極を含む凝縮器と、
を含み、
前記ソース電極および前記シンク電極は、電界を生成する、システム。
（２７） 前記シンク電極は、少なくとも重力によって沈殿する液滴を形成するために、前記エアロゾルを凝縮するように構成された凝縮メッシュを含む、実施態様２６に記載のシステム。
（２８） 前記凝縮器は、
第１の相対湿度を有する空気流を受容するように構成された入口と、
前記第１の相対湿度より低い第２の相対湿度を有する空気流を排出するように構成された出口と、
前記液滴を収集するように構成されたリザーバと、
を含む、実施態様２７に記載のシステム。
（２９） 固体粒子を捕捉するために前記凝縮器の下流に配置された静電集塵器（ＥＳＰ）をさらに含む、実施態様２６に記載のシステム。
（３０） 前記凝縮器の上流または前記凝縮器の下流に配置された風力タービンをさらに含む、実施態様２６に記載のシステム。

（３１） 前記風力タービンは、電力を生成するように構成されている、実施態様３０に記載のシステム。
（３２） 前記風力タービンによって生成された前記電力は、前記電源に供給される、実施態様３１に記載のシステム。
（３３） 前記エアロゾルを前記凝縮器に導くように構成されたダクトをさらに含む、実施態様２６に記載のシステム。
（３４） 前記ダクトは、収束部分、発散部分、またはその両方を含む、実施態様３３に記載のシステム。
（３５） 方法であって、
ソース電極とシンク電極との間に電界を印加することであって、前記ソース電極が、前記ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続される、ことと、
前記シンク電極によって空気流の湿度を制御することと、
を含む、方法。

（３６） 前記空気流の前記湿度を制御することは、前記空気流の前記湿度が予め設定された目標湿度未満であると決定することに応答して、前記シンク電極において水を供給することを含む、実施態様３５に記載の方法。
（３７） 前記水は、貯水器から供給される、実施態様３６に記載の方法。
（３８） 前記空気流の前記湿度を制御することは、前記空気流の前記湿度が予め設定された目標湿度よりも高いと決定することに応答して、前記空気流に含まれるエアロゾルを前記シンク電極において水に凝縮し、凝縮された前記水を収集することを含む、実施態様３５に記載の方法。
（３９） 前記凝縮された水は、貯水器内に収集される、実施態様３８に記載の方法。
（４０） 前記空気流の前記湿度を制御することは、前記ソース電極に印加される前記電圧を調節することを含む、実施態様３５に記載の方法。

（４１） 前記空気流の前記湿度を制御することは、湿度センサを用いて前記空気流の前記湿度を測定することと、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを用いて前記空気流の測定された前記湿度に基づいて制御信号を生成することと、前記ソース電極に印加される前記電圧を調節するために前記制御信号を出力することと、を含む、実施態様４０に記載の方法。
（４２） システムであって、
プログラム命令を格納するように構成されたメモリと、
前記プログラム命令を実行するように構成されたプロセッサであって、前記プログラム命令は、実行されると、
湿度センサから空気流の湿度値を受信することと、
受信された前記空気流の前記湿度値に基づいて制御信号を生成することと、
湿度制御システムのソース電極に対して、前記制御信号に対応する電圧を出力させることと、
を含む動作を実行するように前記プロセッサを構成する、システム。
（４３） 方法であって、
冷却塔から排出される冷却流の第１の温度を測定することと、
前記冷却塔に入る高温流の第２の温度を測定することと、
前記第１の温度と前記第２の温度との温度差を計算することと、
前記温度差が前記第１の温度と前記第２の温度との所定の目標温度差に対応するように前記冷却流の第１の流量を調節することと、
を含む、方法。
（４４） 前記冷却流に補給流を加えることをさらに含み、
前記補給流と前記冷却流との混合比は、前記第１の温度と前記第２の温度との前記温度差に基づいて決定される、実施態様４３に記載の方法。
（４５） 冷却空気の流量を調節するためにファンの回転速度を調節することをさらに含む、実施態様４３に記載の方法。

（４６） 前記冷却流の酸度を測定することと、
前記補給流の前記混合比を調節することによって前記酸度を調節することと、
をさらに含む、実施態様４４に記載の方法。
（４７） システムであって、
冷却塔から排出される冷却流の第１の温度を測定するための第１の温度センサと、
前記冷却塔に入る高温流の第２の温度を測定するための第２の温度センサと、
前記冷却流の第１の流量を調節するための第１の弁と、
前記高温流の第２の流量を調節するための第２の弁と、
プログラム命令を格納するように構成されたメモリと、
前記プログラム命令を実行するように構成されたプロセッサと、
を含み、
前記プログラム命令は、実行されると、
前記第１の温度センサおよび前記第２の温度センサからデータを収集し、
前記第１の温度と前記第２の温度との温度差が所定の目標温度差に対応するように前記第１の弁または前記第２の弁を調節する、
ように前記プロセッサを構成する、システム。
（４８） 前記プロセッサは、ファン速度を調節するようにさらに構成されている、実施態様４７に記載のシステム。
（４９） 前記プロセッサは、前記第１の温度と前記第２の温度との前記温度差が前記目標温度差に対応するように、補給流と前記冷却流との混合比を調節するようにさらに構成されている、実施態様４７に記載のシステム。
（５０） 前記冷却流の酸度を測定するための酸度センサをさらに含む、実施態様４７に記載のシステム。

（５１） 前記プロセッサは、前記冷却流の前記酸度を所定の目標酸度に対応させるように、補給流と前記冷却流との混合比を調節するようにさらに構成されている、実施態様５０に記載のシステム。
（５２） 本明細書に記載および／または例示される器具、システム、物品、および技術。

Claims (52)

1. システムであって、
   ソース電極であって、前記ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続されている、ソース電極と、
   空気流に含まれるエアロゾルを収集するためのシンク電極を含む凝縮器と、
   前記エアロゾルを前記凝縮器に導くように構成されたダクトと、
   を含み、
   前記ソース電極および前記シンク電極は、前記ダクト内に電界を生成するように構成されている、システム。
2. 前記ソース電極はソースメッシュを含み、前記ソースメッシュはワイヤの第１のネットワークを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ソースメッシュは、０．５ｍｍ～５ｍｍのワイヤ直径を含む、請求項２に記載のシステム。
4. 前記ソースメッシュの開口部の特徴的な寸法は、１ｍｍ～１５ｍｍである、請求項２に記載のシステム。
5. 前記ソースメッシュは、ステンレス鋼、ニッケル、導電性ポリマー、または導電性シリコーンを含む、請求項２に記載のシステム。
6. 前記ソースメッシュは、それぞれがワイヤのネットワークを含む複数の層を含む、請求項２に記載のシステム。
7. 前記シンク電極は、凝縮メッシュを含み、前記凝縮メッシュは、ワイヤの第２のネットワークを含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記シンク電極は、少なくとも重力によって沈殿する液滴を形成するために、前記凝縮メッシュ上で前記エアロゾルを凝縮するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
9. 前記凝縮器は、
   第１の相対湿度を有する空気流を受容するように構成された入口と、
   前記第１の相対湿度より低い第２の相対湿度を有する空気流を排出するように構成された出口と、
   前記液滴を収集するように構成されたリザーバと、
   を含む、請求項８に記載のシステム。
10. 前記凝縮メッシュは、０．５ｍｍ～５ｍｍのワイヤ直径を含む、請求項７に記載のシステム。
11. 前記凝縮メッシュの開口部の特徴的な寸法は、１ｍｍ～１５ｍｍである、請求項７に記載のシステム。
12. 前記凝縮メッシュは、ステンレス鋼、ニッケル、導電性ポリマー、または導電性シリコーンを含む、請求項７に記載のシステム。
13. 前記凝縮メッシュは、それぞれがワイヤのネットワークを含む複数の層を含む、請求項７に記載のシステム。
14. 前記電源は、直流（ＤＣ）電源を含む、請求項１に記載のシステム。
15. 前記電源は、２０Ｖ～１０ｋＶの電圧を生成する直流（ＤＣ）電源を含む、請求項１に記載のシステム。
16. 前記シンク電極は、電気的に接地されている、請求項１に記載のシステム。
17. 前記シンク電極は、前記シンク電極に反対の電荷を与える反対の電源に接続されている、請求項１に記載のシステム。
18. 前記エアロゾルを含む前記空気流を、前記ソース電極を通して前記ダクトに沿って前記凝縮器まで駆動するように構成された送風機をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
19. 前記ダクトの断面積は、前記空気流の流れ方向に沿って大きくなる、請求項１に記載のシステム。
20. 前記シンク電極は、前記空気流の前記流れ方向に向かって突出する凸状形状を含む、請求項１９に記載のシステム。
21. 方法であって、
    ソース電極とシンク電極との間に電界を印加することであって、前記ソース電極が、前記ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続される、ことと、
    空気流に含まれるエアロゾルを前記シンク電極において液滴に凝縮することと、
    凝縮した前記液滴を収集することと、
    を含む、方法。
22. 送風機でダクトに沿って前記空気流を吹き付けることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記電界の印加は、２０Ｖ～１０ｋＶの電圧を生成する直流（ＤＣ）電源を用いて行われる、請求項２１に記載の方法。
24. 前記シンク電極は、電気的に接地される、請求項２１に記載の方法。
25. 前記シンク電極は、前記シンク電極に反対の電荷を与える反対の電源に接続される、請求項２１に記載の方法。
26. システムであって、
    ソース電極であって、前記ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続されている、ソース電極と、
    空気流に含まれるエアロゾルを収集するためのシンク電極を含む凝縮器と、
    を含み、
    前記ソース電極および前記シンク電極は、電界を生成する、システム。
27. 前記シンク電極は、少なくとも重力によって沈殿する液滴を形成するために、前記エアロゾルを凝縮するように構成された凝縮メッシュを含む、請求項２６に記載のシステム。
28. 前記凝縮器は、
    第１の相対湿度を有する空気流を受容するように構成された入口と、
    前記第１の相対湿度より低い第２の相対湿度を有する空気流を排出するように構成された出口と、
    前記液滴を収集するように構成されたリザーバと、
    を含む、請求項２７に記載のシステム。
29. 固体粒子を捕捉するために前記凝縮器の下流に配置された静電集塵器（ＥＳＰ）をさらに含む、請求項２６に記載のシステム。
30. 前記凝縮器の上流または前記凝縮器の下流に配置された風力タービンをさらに含む、請求項２６に記載のシステム。
31. 前記風力タービンは、電力を生成するように構成されている、請求項３０に記載のシステム。
32. 前記風力タービンによって生成された前記電力は、前記電源に供給される、請求項３１に記載のシステム。
33. 前記エアロゾルを前記凝縮器に導くように構成されたダクトをさらに含む、請求項２６に記載のシステム。
34. 前記ダクトは、収束部分、発散部分、またはその両方を含む、請求項３３に記載のシステム。
35. 方法であって、
    ソース電極とシンク電極との間に電界を印加することであって、前記ソース電極が、前記ソース電極に電圧を印加する電源に電気的に接続される、ことと、
    前記シンク電極によって空気流の湿度を制御することと、
    を含む、方法。
36. 前記空気流の前記湿度を制御することは、前記空気流の前記湿度が予め設定された目標湿度未満であると決定することに応答して、前記シンク電極において水を供給することを含む、請求項３５に記載の方法。
37. 前記水は、貯水器から供給される、請求項３６に記載の方法。
38. 前記空気流の前記湿度を制御することは、前記空気流の前記湿度が予め設定された目標湿度よりも高いと決定することに応答して、前記空気流に含まれるエアロゾルを前記シンク電極において水に凝縮し、凝縮された前記水を収集することを含む、請求項３５に記載の方法。
39. 前記凝縮された水は、貯水器内に収集される、請求項３８に記載の方法。
40. 前記空気流の前記湿度を制御することは、前記ソース電極に印加される前記電圧を調節することを含む、請求項３５に記載の方法。
41. 前記空気流の前記湿度を制御することは、湿度センサを用いて前記空気流の前記湿度を測定することと、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを用いて前記空気流の測定された前記湿度に基づいて制御信号を生成することと、前記ソース電極に印加される前記電圧を調節するために前記制御信号を出力することと、を含む、請求項４０に記載の方法。
42. システムであって、
    プログラム命令を格納するように構成されたメモリと、
    前記プログラム命令を実行するように構成されたプロセッサであって、前記プログラム命令は、実行されると、
    湿度センサから空気流の湿度値を受信することと、
    受信された前記空気流の前記湿度値に基づいて制御信号を生成することと、
    湿度制御システムのソース電極に対して、前記制御信号に対応する電圧を出力させることと、
    を含む動作を実行するように前記プロセッサを構成する、システム。
43. 方法であって、
    冷却塔から排出される冷却流の第１の温度を測定することと、
    前記冷却塔に入る高温流の第２の温度を測定することと、
    前記第１の温度と前記第２の温度との温度差を計算することと、
    前記温度差が前記第１の温度と前記第２の温度との所定の目標温度差に対応するように前記冷却流の第１の流量を調節することと、
    を含む、方法。
44. 前記冷却流に補給流を加えることをさらに含み、
    前記補給流と前記冷却流との混合比は、前記第１の温度と前記第２の温度との前記温度差に基づいて決定される、請求項４３に記載の方法。
45. 冷却空気の流量を調節するためにファンの回転速度を調節することをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
46. 前記冷却流の酸度を測定することと、
    前記補給流の前記混合比を調節することによって前記酸度を調節することと、
    をさらに含む、請求項４４に記載の方法。
47. システムであって、
    冷却塔から排出される冷却流の第１の温度を測定するための第１の温度センサと、
    前記冷却塔に入る高温流の第２の温度を測定するための第２の温度センサと、
    前記冷却流の第１の流量を調節するための第１の弁と、
    前記高温流の第２の流量を調節するための第２の弁と、
    プログラム命令を格納するように構成されたメモリと、
    前記プログラム命令を実行するように構成されたプロセッサと、
    を含み、
    前記プログラム命令は、実行されると、
    前記第１の温度センサおよび前記第２の温度センサからデータを収集し、
    前記第１の温度と前記第２の温度との温度差が所定の目標温度差に対応するように前記第１の弁または前記第２の弁を調節する、
    ように前記プロセッサを構成する、システム。
48. 前記プロセッサは、ファン速度を調節するようにさらに構成されている、請求項４７に記載のシステム。
49. 前記プロセッサは、前記第１の温度と前記第２の温度との前記温度差が前記目標温度差に対応するように、補給流と前記冷却流との混合比を調節するようにさらに構成されている、請求項４７に記載のシステム。
50. 前記冷却流の酸度を測定するための酸度センサをさらに含む、請求項４７に記載のシステム。
51. 前記プロセッサは、前記冷却流の前記酸度を所定の目標酸度に対応させるように、補給流と前記冷却流との混合比を調節するようにさらに構成されている、請求項５０に記載のシステム。
52. 本明細書に記載および／または例示される器具、システム、物品、および技術。

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