Способ конденсации пара из газа и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу конденсации паров, получения воды из окружающего атмосферного воздуха, очистки газов от жидких аэрозолей. Способ конденсации пара из газа включает пропускание газа, содержащего пар, через поле коронного разряда. При этом на конденсируемый газ после пропускания его через поле коронного разряда в камере электростатической зарядки воздействуют переменным электрическим полем в камере коагуляции и осуществляют конденсацию пара в объеме межэлектродного пространства камеры коагуляции, состоящей из цилиндрического заземленного корпуса и подключенного к источнику переменного напряжения соосно расположенного цилиндрического электрода. Устройство конденсации пара из газа содержит камеру электростатической зарядки, состоящую из заземленного корпуса в виде цилиндрической втулки и размещенного в нем коронирующего электрода. С камерой зарядки последовательно соединена камера коагуляции, состоящая из цилиндрического заземленного корпуса и подключенного к источнику переменного напряжения соосно расположенного цилиндрического электрода, разделенных изолирующими газопроницаемыми перегородками. Воздействие на заряженные частицы переменного электрического поля приводит к взаимному столкновению заряженных капелек воды, т.е. к их коагуляции и, в итоге, к росту размера капель жидкости, что обеспечивает возможность эффективного удаления жидких капель из газа. Рост капелек жидкости происходит в объеме газа, а не на ограничивающих поверхностях, что приводит к увеличению эффективности осаждения и позволяет избежать внешнего охлаждения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу конденсации паров, получения воды из окружающего атмосферного воздуха, очистки газов от жидких аэрозолей.

Известен способ и устройство для извлечения воды из атмосферного воздуха [1]. Способ заключается в том, что формируют поток воздуха, содержащего водяные пары, охлаждают его до температуры ниже точки росы, конденсируют водяные пары в воду, а обезвоженный воздух выбрасывают в атмосферу.

Известное устройство содержит корпус, в котором установлена холодильная машина и средство транспортирования потока воздуха. Нижняя часть корпуса сообщена со сборником конденсата.

При прокачивании потока атмосферного воздуха, содержащего пары воды, происходит их конденсация на охлаждающем элементе холодильной машины и одновременное охлаждение потока воздуха, который выбрасывается в атмосферу.

Недостатком данного изобретения является низкая экономичность использования холодопроизводительности холодильной машины, так как только незначительная ее часть используется для конденсации паров воды, особенно при малой влажности воздуха. При этом большая часть холодопроизводительности расходуется на охлаждение обезвоженного воздуха, который выбрасывается в атмосферу. Использование холодильного агрегата, приводит к существенному увеличению потребляемой мощности и удорожанию устройства.

Известен способ получения воды из воздуха [2]. Способ заключается в том, что формируют поток воздуха, содержащего пары воды, искусственно охлаждают поток воздуха, конденсируют пары воды, и получаемую воду-конденсат подают в емкость для сбора воды. В этом способе используется свойство пара конденсироваться при температуре ниже точки росы.

Недостатком этого способа является необходимость использования дополнительного внешнего охлаждения, что приводит к увеличению потребляемой мощности и удорожанию устройства реализации.

Известно устройство для получения пресной воды [3], содержащее теплообменную поверхность, на которой конденсируется влага из наружного атмосферного воздуха и выпавший конденсат собирается в сосуде для сбора конденсата. Устройство содержит генератор энергии ветра для приведения в действие циркуляционной установки, отводящей тепло. Циркуляционная установка, отводящая тепло, имеет теплообменник, расположенный на определенном расстоянии ниже поверхности воды для использования холода глубинных слоев воды.

Недостатком этого устройства является использование генератора энергии, что усложняет конструкцию установки, снижает надежность работы, затрудняет обслуживание. Применение замкнутой системы циркулирования охлаждающей воды и расположение теплообменника в пределах глубины погружения плавучей конструкции снижает эффективность конденсации паров из воздуха и не позволяет обеспечить высокую производительность работы установки.

За прототип способа конденсации пара из газа выбран способ для конденсации паров парогазовых смесей под действием электрического поля [4], заключающийся в том, что парогазовую смесь пропускают последовательно через поле коронного разряда, через постоянное электрическое поле, а затем осаждают пар на охлаждаемых стенках, которые служат электродами постоянного поля. В описанном способе электрическое поле используется для создания помимо сил инерции также силы притяжения частиц пара к поверхностям охлаждаемых стенок, что увеличивает степень улавливания частиц пара и, таким образом, эффективность осаждения.

За прототип устройства конденсации пара из газа выбрано устройство, реализующее способ для конденсации паров парогазовых смесей [4] под действием электрического поля, содержащее камеру, в которой расположены положительно заряженный электрод и система нейтральных, охлаждаемых контрэлектродов в виде труб или пластин для осуществления теплообмена.

Недостатком описанных способа и устройства являются низкая эффективность осаждения, использование принудительного охлаждения осадительных поверхностей, сложность конструкции, что приводит к увеличению потребляемой мощности и удорожанию устройства.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение эффективности осаждения аэрозолей за счет использования электростатической зарядки частиц пара и воздействия на заряженные частицы переменного электрического поля, а также упрощение конструкции и уменьшение стоимости установки осаждения, снижение потребляемой мощности во время работы.

Сущность заявленного изобретения способа конденсации пара из газа заключается в том, что принудительно формируют поток газа, содержащего пары жидкости, который поступает в камеру электрической зарядки, где центры конденсации пара жидкости, представляющие собой кластеры молекул, всегда присутствующие в паре, заряжаются в поле коронного разряда. За счет использования электростатической зарядки центров конденсации пара, присутствующих в очищаемом газе, до определенной величины заряда, происходит существенное замедление испарения жидкости с их поверхности и происходит их рост в результате процессов конденсации на них пара, за счет чего достигается стабилизация образующихся малых капелек жидкости, даже в ненасыщенном паре. Затем поток направляется в камеру конденсации, в которой малые капельки жидкости попадают в переменное электрическое поле и под действием электрического поля коагулируют и осаждаются. Воздействие на заряженные частицы переменного электрического поля приводит к взаимному столкновению заряженных капелек воды, т.е. к их коагуляции и, в итоге, к росту размера капель жидкости, что обеспечивает возможность эффективного удаления жидких капель из газа. Рост капелек жидкости, таким образом, происходит в объеме газа, а не на ограничивающих поверхностях, что приводит к увеличению эффективности осаждения и позволяет избежать внешнего охлаждения.

На чертеже показано графическое изображение заявленного устройства осуществления способа конденсации пара из газа. Стрелками показано направление потока газа.

Заявленное устройство содержит камеру электрической зарядки частиц пара 1, состоящую из заземленного корпуса 2 в виде цилиндрической втулки, в котором расположен коронирующий электрод 3, подключенный к источнику высокого напряжения (не показан), камеру коагуляции и роста жидких капель 4, состоящую из цилиндрического заземленного корпуса 5 и цилиндрического электрода 6, разделенных изолирующими газопроницаемыми перегородками 7 и 8, выходной заглушки 9 с отверстиями для выпуска газа и слива жидкости. Электрод 6 подключен к источнику напряжения.

Предлагаемое устройство работает следующим способом.

Газ принудительно пропускают последовательно через камеру электрической зарядки частиц пара 1, газопроницаемую перегородку 7, камеру коагуляции и роста жидких капель 4, газопроницаемую перегородку 8 и выпускают через выходную заглушку 9. На электрод 3 подают постоянное положительное напряжение коронного разряда, корпус 2 заземлен. На электрод 6 подают переменное напряжение, корпус 5 заземлен. Частицы пара, содержащиеся в пропускаемом через заявленное устройство газе, заряжаются в камере 1 от электрода 3. После этого, попадая в камеру коагуляции 4 под действием поля между электродом 6 и корпусом 5, частицы пара коагулируют и растут, в результате чего пар конденсируется и собирается через сток в выходной заглушке 9. Отработанный газ может впоследствии быть направлен на повторное использование в заявленном устройстве.

Заявленное устройство ориентировано своей осью вертикально, так что газ проходит сверху вниз.

Заявленное устройство отличается отсутствием внешнего охлаждения, простотой конструкции, малой потребляемой мощностью во время работы.

Источники информации.

1. Патент США №5203989, кл. Е 03 В 3/28, 1987.

2. Патент РФ №2081256, кл. Е 03 В 3/28, 1997.

3. Заявка Германии №3319975, кл. Е 03 В 3/28, 1984.

4. Заявка Германии №4118733, кл. B 01 D 5/00.

1. Способ конденсации пара из газа, включающий пропускание газа, содержащего пар, через поле коронного разряда, отличающийся тем, что на конденсируемый газ после пропускания его через поле коронного разряда в камере электростатической зарядки воздействуют переменным электрическим полем в камере коагуляции и осуществляют конденсацию пара в объеме межэлектродного пространства камеры коагуляции, состоящей из цилиндрического заземленного корпуса и подключенного к источнику переменного напряжения соосно расположенного цилиндрического электрода.

2. Устройство конденсации пара из газа, содержащее камеру электростатической зарядки с коронирующим электродом, отверстия для впуска и выпуска газа и слива жидкости, отличающееся тем, что с камерой зарядки, состоящей из заземленного корпуса в виде цилиндрической втулки и размещенного в нем коронирующего электрода, последовательно соединена камера коагуляции, состоящая из цилиндрического, заземленного корпусами, подключенного к источнику переменного напряжения соосно расположенного цилиндрического электрода, разделенных изолирующими газопроницаемыми перегородками.