阅读说明：本技术 一种基于水汽相变的自流式空气除尘装置及方法 (Gravity flow type air dust removal device and method based on water vapor phase change ) 是由 代安稳 张军 尹杰 于 2021-01-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及空气除尘技术领域领域,具体涉及一种基于水汽相变的自流式空气除尘装置,包括竖向放置的水汽相变管,所述水汽相变管包括上出风口和下进风口；沿所述水汽相变管内管壁设有由高温水体形成的均匀下流的水壁；所述水壁上方设有丝网除雾器。本发明设备简单,运行成本低,将自然对流与水汽相变技术耦合,空气流动动力来自于壁面高温热水与低温空气温差所产生的自然对流,不需要额外的能量输入,大幅度降低的空气处理过程中的能源消耗。可用于大规模的处理室外空气中的PM2.5颗粒物,可结合高层建筑如写字楼楼宇作为落水管进行安装,也可构建独立系统单独使用。(The invention relates to the technical field of air dust removal, in particular to a gravity flow type air dust removal device based on water vapor phase change, which comprises a water vapor phase change pipe which is vertically arranged, wherein the water vapor phase change pipe comprises an upper air outlet and a lower air inlet; a water wall which is formed by high-temperature water and flows down uniformly is arranged along the inner pipe wall of the water vapor phase change pipe; and a wire mesh demister is arranged above the water wall. The invention has simple equipment and low operation cost, couples the natural convection with the water vapor phase change technology, and the air flow power comes from the natural convection generated by the temperature difference between the high-temperature hot water and the low-temperature air on the wall surface, thereby not needing additional energy input and greatly reducing the energy consumption in the air treatment process. The device can be used for large-scale treatment of PM2.5 particulate matters in outdoor air, can be installed as a downpipe by combining high-rise buildings such as office buildings, and can also be independently used by constructing an independent system.)

一种基于水汽相变的自流式空气除尘装置及方法

技术领域

本发明属于空气除尘技术领域，具体涉及一种基于水汽相变重力驱动的空气除尘装置及方法。

背景技术

近年来，雾霾天气的持续存在受到世界范围的广泛关注，PM2.5作为雾霾的重要成分，对其控制也成为各方学者研究的焦点。从源头上降低PM2.5排放是最有效的控制方式，但由于排放源多，排放过程和规模差异大，分布分散，有些处于移动状态，因此要从源头控制PM2.5的排放投入的资金大、见效时间长，并且在一定程度上会减缓经济的发展。

另一种方式是对存在于大气中的PM2.5进行控制，已有多种技术在应用中，主要包括过滤除尘技术、静电除尘技术、负离子净化技术和湿式除尘技术。

如公开日为20200807，公开(公告)号为：CN111495097A专利名称为：一种水汽相变耦合梯度磁场的除尘预处理装置中，包括空气压缩机、气溶胶发生器、核化室、恒温热水循环系统、与核化室底部相连的低温恒温进气系统和套在核化室外侧沿轴向布置的永磁环组；耦合了水汽相变和梯度磁场两种细颗粒物的聚并方式，对于湿度较高，含金属元素较多的含尘气体，细颗粒物在核化室中既受到过饱和场的作用进行异质核化凝结长大，又受到梯度磁场的作用，进行磁聚并，因此能够显著的提高预处理效率，提升细颗粒物的长大效果。

但这些技术由于空气流动需依靠外力，如风机带动，此过程能量消耗较大、运行成本高；同时，繁多的设备也使得现有装置无法大规模应用，导致现有利用水汽相变的除尘装置只能应用于大规模工厂处理。

但是，针对户外大规模日常除尘、除雾霾，现有设备复杂的机械结构及繁多设备无法适用于现有需求。

因此，要对空气中存在的PM2.5进行大规模且低能耗的处理，需要寻求新的解决途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种能耗低，适用于室外除霾的基于水汽相变的自流式空气除尘装置。

本发明的技术方案：本发明所述的基于水汽相变的自流式空气除尘装置，包括竖向放置的水汽相变管，所述水汽相变管包括上出风口和下进风口；沿所述水汽相变管内管壁设有由高温水体形成的均匀下流的水壁；所述水壁上方设有丝网除雾器。

进一步的，所述丝网除雾器上端设有用于清洗所述丝网除雾器的冲洗水系统；所述冲洗水系统通过冷水对所述丝网除雾器进行冲洗。

进一步的，沿所述水汽相变管管壁切线方向设有均布有进水口；所述进水口呈聚拢状环绕所述管壁。

进一步的，所述丝网除雾器包括峰点和谷点；所述峰点处于所述下进风口的中心轴线上。

进一步的，所述水汽相变管为透明的亲水性材料。

本发明还包括一种基于水汽相变的自流式空气除尘方法，包括竖向放置水汽相变管，以高温水体在水汽相变管内壁形成均匀下降的水壁，使得热水与水汽相变管内的含尘空气进行换热，形成过饱和环境，使得水汽相变管内的含尘空气温度升高，密度减小，在重力驱动的条件下，密度较小的空气会向上流动，从而使管道内形成负压将管外的空气吸入管内，使得空气在没有外力的情况下流通起来；

在过饱和环境的条件下，水壁挥发的蒸汽在含尘空气中的细颗粒物的表面凝结，形成含有细颗粒的含尘液滴，含尘液滴随空气上升并在丝网除雾器中被捕集并脱除，完成对空气除尘。

进一步的，使用冷水对丝网除雾器冲刷，降低水汽相变管中的温度水平，从而增大管道中的过饱和度。

有益效果：

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明设备简单，运行成本低，占地面积小，无需过多设备辅助，可适用于室外大规模安装应用；本装置将自然对流与水汽相变技术耦合，空气流动动力来自于壁面高温热水与低温空气温差所产生的自然对流，不需要额外的能量输入，大幅度降低的空气处理过程中的能源消耗。可用于大规模的处理室外空气中的PM2.5颗粒物，可结合高层建筑如写字楼楼宇作为落水管进行安装，也可构建独立系统单独使用。

(2)设有聚拢状环绕管壁的进水口，在进水后，聚拢状环绕管壁的进水口喷出的水流收尾相连，形成环形绕壁水流，冲击水汽相变管内壁形成水幕并均匀下落的同时，在与管壁的碰撞中，更容易产生蒸气，利于蒸汽在空气中细颗粒物的表面凝结。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明中近水口的分布示意图。

具体实施方式

为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1-2所示，本发明提出的基于水汽相变重力驱动的空气除尘装置，该装置包括水汽相变管1，水汽相变管1底部设有含尘空气入口1，含尘空气入口1一段伸出水汽相变管1低端，另一端伸入水汽相变管1且高度高于水汽相变管1底部，顶部设有空气出口2，含尘空气入口1与空气出口2的中心轴线与水汽相变管1的中心轴线重合；

水汽相变管1中上部侧壁设有一组热水进口4，热水进口4包含多个进水口，且每个进水口沿管壁切线方向，进水口一端与管壁平齐，另一端伸出管道接热水供应装置。从热水进口4流出的热水8沿管壁流下；

水汽相变管1下端设有污水出口3，污水出口3一端与管道侧壁平齐，另一端伸出管外可通过净水系统返回热水供应装置；水汽相变管1内，热水进口上部设有丝网除雾器5，丝网除雾器5上端设有冲洗水系统6，丝网除雾器5与冲洗水系统6的横截面积与水汽相变管1的横截面积相等；水汽相变管1管壳9为透明材料，太阳光7可透过管壳9对管道内辐射换热。

其中，沿水汽相变管1管壁切线方向设有均布有进水口4；如图2所示，进水口4呈聚拢状环绕管壁，进水口4-1处水流沿管壁切线方向射入，由于初始速度大，水流会在喷向进水口4-6的过程中逐步沿管壁下滑，其中初始端少，末端大；此时进水口4-1的初始端水流，由进水口4-2的末端水流填补，形成闭环，进水口4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6首尾衔接；因此，设有聚拢状环绕管壁的进水口，在进水后，聚拢状环绕管壁的进水口喷出的水流首尾相连，形成环形绕壁水流，冲击水汽相变管内壁形成水幕并均匀下落的同时，在与管壁的碰撞中，更容易产生蒸气，利于蒸汽在空气中细颗粒物的表面凝结。

本发明提出的一种基于水汽相变自流式空气除尘装置的工作原理如下：

将高温热水从热水入口4输入水汽相变管道内壁面，使高温热水能够在管道内壁上形成水壁8。由于热水与水汽相变管1内的含尘空气进行换热，使得管道内的空气温度升高，密度减小，在重力驱动的条件下，密度较小的空气会向上流动，从而使管道内形成负压将管外的空气吸入管内，使得空气在没有外力的情况下流通起来；

由水汽相变管1内的低温湿空气与壁面高温热水传热传质形成过饱和环境，同时太阳光7透过透明管壳对管道壁面的热水进行加热，加强热水的蒸发，增强过饱和环境的同时也促进了空气的流通。经过温差与太阳辐射的共同作用，在不加入外力的情况下，空气能够以较大的流量通过管道。

在过饱和环境的条件下，蒸汽在空气中细颗粒物的表面凝结，形成含有细颗粒的含尘液滴，含尘液滴随空气上升并在丝网除雾器5中被捕集并脱除。

其中，冲洗水系统使用冷水对丝网除雾器5中的颗粒进行冲洗，在清洁丝网除雾器5的同时，使用冷水可降低管道中的温度水平，从而增大管道中的过饱和度；

丝网除雾器5设置为波浪形，丝网除雾器5包括峰点51和谷点52；峰点51处于下进风口12的中心轴线上。

一方面，W型设置的丝网除雾器，增加了含尘空气与丝网除雾器的接触面积，能够更加有效的进行过滤；另一方面，减少进风口处的正上方的接触面积，延长进风口处直升气体与丝网除雾器的接触时间；现有除尘装置为保证出风效果，上出风口和下进风口处于同一轴线，导致进风主要从除雾器中心部分流出，边缘部分过滤少；本装置可防止进风口处的正上方流量过大，除尘压力大、影响除尘效果的同时，可使脱除下的液滴在水的表面张力的作用下沿丝网除雾器边缘流下，既不会影响壁面热水流动，同时冲洗下来的污水又能流入到脱除塔的底部通过污水出口3排出，而不会对空气进口1产生影响。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。