[發(fā)明專利]壓縮云室液化法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910191333.6
• 申請日: 2009-11-05
• 公開（公告）號: CN101725166A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張逸林
• 申請（專利權(quán)）人: 張逸林
• 主分類號: E03B3/28
• 分類號: E03B3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種高純度液化方法和裝置，尤其涉及一種將空氣中的水蒸氣液化并收集以制取蒸餾水供應(yīng)飲用的方法和裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的高純度液化方法和裝置，還有很多需要解決的問題。其中較為突出的問題之一是“液化純度、液化速度、液化比例、液化能耗、液化成本”五者之間的矛盾問題。尤其是現(xiàn)有的將空氣中的水蒸氣液化并收集以制取蒸餾水供應(yīng)飲用的方法和裝置——“空氣制水機(jī)”，由于相對比較普及的緣故，這些問題更經(jīng)常為人所詬病。其核心技術(shù)都只不過是在模仿“空壓機(jī)”或“冷氣機(jī)”——空氣被壓縮或冷卻時(shí)，其中的水蒸氣由“未飽和汽”變?yōu)椤斑^飽和汽”于是凝結(jié)出液態(tài)水。比如：美國Air?Water公司和Island?Sky公司現(xiàn)有的這類產(chǎn)品。

我的中學(xué)物理課本里，《氣體的液化》這篇，也只提到了“增大壓強(qiáng)”、“降低溫度”這兩點(diǎn)。但實(shí)際上：同樣的氣體，在被增壓或降溫到同樣程度時(shí)，還會(huì)因?yàn)楹芏嗥渌蛩氐牟煌鴮?dǎo)致液化純度、速度、比例、能耗和成本的大不相同。比如：“凝結(jié)核”、“接觸面”等。

大氣中的水蒸氣，想要形成云-變成雨-落下來，還必需經(jīng)過一系列復(fù)雜、漫長而曲折的微物理過程。簡單來說，其中至少包括：

1.凝結(jié)核化過程：1897年，C.T.R.Wilson在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，如果空氣中沒有塵埃，相對濕度要到800％以上，才會(huì)出現(xiàn)自發(fā)凝結(jié)現(xiàn)象。水汽分子的隨機(jī)碰撞偶爾會(huì)生成微小的初始云滴。它們因分子熱運(yùn)動(dòng)的起伏，而不斷生成和消失，消失速度隨溫度升高而增大。微小的初始云滴只有在相對濕度達(dá)百分之幾百的環(huán)境中才不致蒸發(fā)，但實(shí)際大氣中的水汽含量很少能夠超過飽和值的百分之一。所以，在沒有雜質(zhì)的純凈空氣中是難以直接形成云滴的。好在對流層中通常總是存在著各種懸浮顆粒。在有懸浮顆粒的大氣中，濕度達(dá)到90％就開始凝結(jié)了。這些顆粒可分為兩類：①含有可溶性鹽的氣溶膠微粒。它能吸收水汽成為鹽溶液滴，屬吸濕性核。如海鹽的飽和水溶液，只要相對濕度高于78％，就可以凝結(jié)長大；②親水性物質(zhì)的大顆粒。它不溶于水，但能吸附水汽，在其表面形成一層水膜，相當(dāng)于一個(gè)較大的純水滴。

2.凝結(jié)增長過程：空氣冷卻-水汽凝結(jié)時(shí)，云滴半徑的增長速度與云中水汽的過飽和度成正比，與云滴本身的大小成反比。于是，云滴凝結(jié)增長的速度越來越慢(在0.05％的過飽和條件下，一個(gè)由質(zhì)量為十億分之一克的食鹽生成的初始云滴，從半徑為0.75微米開始，增長到1微米要0.15秒、增長到10微米要30分鐘、增長到30微米要4小時(shí)以上)。雖然水汽在少數(shù)大吸濕核上凝結(jié)后，可產(chǎn)生較大的云滴，但要繼續(xù)增長到半徑100微米的毛毛雨，需要更長的時(shí)間。而積云本身的生命只有約一小時(shí)，在上述情況下不可能形成雨滴；在層狀云中，氣流上升的速度為幾厘米每秒，較大的云滴在不斷下落的過程中，還來不及長成雨滴，就越出云底而蒸發(fā)掉。所以，在實(shí)際大氣中，單靠水汽凝結(jié)是不能產(chǎn)生雨滴的。

3.碰并增長過程：云滴相互接近，發(fā)生碰撞并合而形成更大云滴的現(xiàn)象，稱為云滴碰并增長。受重力作用而下降的云滴，大的速度較快，可趕上小的而發(fā)生碰撞并合，這稱為重力碰并。大云滴半徑越大，碰并增長就越快。小云滴的碰并增長則主要靠氣流的湍流混合作用和電場的相互吸引作用。

汽中沒有塵埃且過飽和度不高時(shí)，只有離子才能擔(dān)當(dāng)凝結(jié)核的角色使過飽和汽凝結(jié)。C.T.R.Wilson根據(jù)這個(gè)原理，在J.Aitken用于研究云霧的云室——“記塵計(jì)”的基礎(chǔ)上發(fā)明了“膨脹云室”，為早期核物理的研究提供了一種直觀的工具，獲1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。“膨脹云室”的底部是可以上下移動(dòng)的活塞，在底部的黑絨布上灑適量酒精(或乙醚)，使云室內(nèi)充滿酒精的飽和蒸氣。然后活塞迅速下移，云室內(nèi)氣體由于迅速膨脹而降低溫度，于是酒精蒸氣達(dá)到“過飽和”。這時(shí)如果有射線粒子從中穿過，使沿途的氣體分子電離，則過飽和的酒精蒸氣就會(huì)以這些離子為核心凝結(jié)成一條霧跡，顯示出粒子的徑跡。

為了彌補(bǔ)“膨脹云室”靈敏時(shí)間短、循環(huán)周期長等不足，現(xiàn)代的物理學(xué)家們又發(fā)明了“擴(kuò)散云室”。其不同之處在于：“擴(kuò)散云室”不是利用絕熱膨脹來降低溫度形成過飽和汽；而是讓云室頂部和底部之間保持穩(wěn)定的高度差和溫度差，頂部高溫端的蒸氣在不斷向底部低溫端擴(kuò)散的過程中逐漸冷卻，在接近底部低溫端的區(qū)域形成過飽和汽。

發(fā)明內(nèi)容：

現(xiàn)有的高純度液化方法和裝置，特別是將空氣中的水蒸氣液化并收集以制取蒸餾水供應(yīng)飲用的方法和裝置，存在著以下問題：

1.液化手段單一：除了增壓或降溫幾乎就沒別的了。這是其它一系列問題的根源。