本發(fā)明涉及一種蝸旋式除霧除濕裝置，特別是涉及到利用一種蝸旋式結(jié)構(gòu)離心去除氣流中的細小液滴，同時冷凝去除水蒸氣的發(fā)明（去除細小液滴也稱除霧，去除水蒸氣也稱除濕）。

背景技術(shù)：

工業(yè)領(lǐng)域懸浮液滴的分離是許多化工工藝過程中的一個重要問題，在精餾、吸收、解吸、增（減）濕等氣（汽）液傳質(zhì)、傳熱單元操作中，無論是采用填料塔還是板式塔，都是通過兩相的密切接觸和分離以促進相間組分的傳遞，達到液體或氣體的提純等目的。在這些過程離開填料層或塔板的氣相中，必夾帶一定數(shù)量、大小不等的液滴或液沫；在隨后的冷卻、冷凝過程中，還會形成懸浮于氣相的微小粒子；當(dāng)所處理的物系比較復(fù)雜時，組分間的氣相化學(xué)反應(yīng)亦可能生成更小的顆粒。通常，必須將被氣流所夾帶的液滴分離出去，也稱氣液分離（簡稱除霧）。

目前除霧的方法很多，較為常用的除霧裝置有慣性式、折流板式、旋流板式、旋風(fēng)式、重力沉降式、電分離式、纖維絲網(wǎng)式除霧裝置等。各種除霧裝置的操作原理不盡相同，分別適用于不同的粒徑范圍。

１．慣性式除霧裝置，比較常見慣性式除霧裝置是依靠改變氣流的速度與方向，使被攜帶的密度較大的液滴由于慣性作用附著在裝置壁上集結(jié)后，靠重力流回。慣性式除霧裝置主要是依靠慣性碰撞和直接攔截機理達到氣液分離的。這種除霧裝置由于結(jié)構(gòu)簡單、處理量大，因此它在除霧裝置的發(fā)展初期被廣泛的采用。但是由于它本身的結(jié)構(gòu)所致，慣性式除霧裝置所能分離的液滴直徑比較大，不適合一些要求很高的場合。

２．折流板式除霧裝置，折流板式除霧裝置屬于慣性式除霧裝置，它是利用液滴與固體表面碰撞而將霧沫凝聚并捕集的，通過許多并聯(lián)的曲折通道，液滴在曲折通道的垂直壁面以及設(shè)在曲折處的陷阱中集結(jié)后，順壁下流，得以分離出來。由于液滴與壁面的碰撞機會多，分離效率較高，而氣流的壓降較小。

３．旋流板式除霧裝置，旋流板式除霧裝置是一種典型的基于離心分離原理的氣液分離器，旋流板由許多按一定仰角傾斜的葉片放置一圈，當(dāng)氣體穿過葉片間隙時就成為旋轉(zhuǎn)氣流，氣流中夾帶的液滴在慣性的作用下以一定的仰角射出而被甩向外側(cè)，匯集流到溢流槽內(nèi)，從而達到氣液分離的目的。

４．旋風(fēng)式除霧裝置主要利用離心分離的原理進行除霧，含有液滴的氣體在一定速度下以切向進入旋風(fēng)分離裝置依靠離心力的作用將液滴甩向筒壁，這時氣液發(fā)生分離，氣流沿頂部中心開口流出，而液滴則受頂部擋水板的作用返回。這種形式的除霧裝置用于除霧效率較高，處理量大，因而應(yīng)用較廣。但阻力降往往較大，且需要占用一定的空間，設(shè)備費用也較高。

５．重力沉降除霧裝置在氣體流道上設(shè)置膨大部分，氣體流速降低后，霧滴在重力作用下沉降去除。重力沉降除霧裝置構(gòu)造簡單可靠，但體積巨大，且只能用于去除大尺度霧滴。

６．電分離裝置在氣體流道兩側(cè)設(shè)置高壓靜電電極，形成電場，氣體從電場中流過，帶有電荷的液滴受電場作用，被電極分離。電分離裝置效率較高，可以去除小尺度液滴，但對液滴的介電常數(shù)有一定要求。此外，民用場合，高壓電具備一定危險。

７．纖維絲網(wǎng)式除霧裝置采用纖維在一定厚度的空間內(nèi)形成多重大孔徑濾網(wǎng)構(gòu)造，單重濾網(wǎng)對液滴捕獲效率較低，多重構(gòu)造理論上可以獲得任意高去除率。實際上典型的纖維絲網(wǎng)分離裝置厚度一般在100mm以上，對細小液滴的去除率一般大于99.7%，壓力損失一般在200—1000pa范圍。對于細小液滴含量較高的氣體，纖維絲網(wǎng)分離裝置阻力通常有所增加。如果液滴不潔凈，長期使用后，纖維絲網(wǎng)也存在堵塞或結(jié)垢的風(fēng)險。

以上除霧技術(shù)對于充分去除直徑5微米以下細小液滴需縮小流道間距或孔徑、增加分離捕獲單元、增加流速，這樣同時阻力增加、雷諾數(shù)減小，雷諾數(shù)小于2300時形成層流夾帶，反而加大了去除難度。

一般霧量大的氣流濕度飽和，以上技術(shù)均不適合去除濕。濕度，一般在氣象學(xué)中指的是空氣濕度，它是空氣中水蒸氣的含量?？諝庵幸簯B(tài)或固態(tài)的水不算在濕度中。不含水蒸氣的空氣被稱為干空氣。空氣的干濕程度，表示含有的水蒸氣多少的物理量，稱為濕度。目前的除濕方法很多，較為常用的除濕裝置有冷卻除濕機、轉(zhuǎn)輪除濕機、溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)、電滲透除濕機等，一般民用除濕機是將相對濕度控制在人體感覺舒適的范圍內(nèi)。

1、冷卻除濕機，一般型除濕機是指空氣經(jīng)過蒸發(fā)器冷卻除濕，由再熱器加熱升溫，降低相對濕度。冷卻除濕機在低溫（18℃以下）環(huán)境條件使用，都會結(jié)霜或結(jié)冰，需要進行除霜或除冰。

2、轉(zhuǎn)輪除濕機，轉(zhuǎn)輪除濕機的主體結(jié)構(gòu)為一不斷轉(zhuǎn)動的蜂窩狀干燥轉(zhuǎn)輪。干燥轉(zhuǎn)輪是除濕機中吸附水分的關(guān)鍵部件，它是由特殊復(fù)合耐熱材料制成的波紋狀介質(zhì)所構(gòu)成。波紋狀介質(zhì)中載有吸濕劑。這種設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，而且可以為濕空氣與吸濕介質(zhì)提供充分接觸的巨大表面積。從而大大提高了除濕機的除濕效率。

3、溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)，溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)是基于以除濕溶液為吸濕劑調(diào)節(jié)空氣濕度，以水為制冷劑調(diào)節(jié)空氣溫度的主動除濕空氣處理技術(shù)而開發(fā)的可以提供全新風(fēng)運行工況的新型空調(diào)產(chǎn)品；其核心是利用除濕劑物理特性，通過創(chuàng)新的溶液除濕與再生的方法，實現(xiàn)在露點溫度之上高效除濕。系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)完全在常壓開式氣氛中進行。具有制造簡單，運轉(zhuǎn)可靠，節(jié)能高效等技術(shù)特點。

4、電滲透除濕機，電滲透除濕機能量來自于電磁脈沖生成器，是一個由微處理器控制的電子器件在一個環(huán)形線圈的幫助下產(chǎn)生一個約50赫茲脈沖磁場。磁場作用于墻體內(nèi)帶極性的水分子，使水分子重新排列并逐漸向下遷移到土壤中。

以上除濕技術(shù)均用特殊材料或裝置，材料需要再生、裝置需要耗電和增設(shè)動點控制以及受到一些負(fù)面作用的局限，對除濕效果有一定的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積緊湊、重量小、壓降低、效率高、處理量大、使用范圍廣，可同時除霧除濕的裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：本裝置由一定數(shù)量的蝸旋式結(jié)構(gòu)單元陣列式并聯(lián)組成，蝸旋式結(jié)構(gòu)單元由開孔頂蓋(23)、底板(24)、外切蝸旋臂(6)、內(nèi)置蝸旋臂(5)、蝸旋筒(7)組成；蝸旋式結(jié)構(gòu)單元的并聯(lián)方式有單層圓周陣列、外圍進風(fēng)多層圓周陣列(44)、外圍進風(fēng)多層圓周階梯陣列(29)、中心進風(fēng)多層圓周階梯陣列(60)、單層線性陳列、多層線性陣列(32)、多層線性階梯陣列(37)，也可多個陣列并聯(lián)；外切蝸旋臂垂直連接于開孔頂蓋和底板之間，外切蝸旋臂內(nèi)壁1(9)、外切蝸旋臂內(nèi)壁2(10)、外切蝸旋臂內(nèi)壁3(11)在底板上投影弧線所在曲線為黃金螺線（本發(fā)明附圖中黃金螺線皆為繞原點逆時針旋轉(zhuǎn)），長度不短于m（m≥2,m取正整數(shù)，附圖示例中m=3）條90°圓弧（四分之一圓周?。┯赏庀騼?nèi)順次連接而成的弧線，兩相鄰圓弧半徑比1:0.618，總旋轉(zhuǎn)角度不小于180°，外切蝸旋臂內(nèi)壁繞黃金螺線原點(8)逆時針旋轉(zhuǎn)360°/n(n取斐波那契數(shù)列中一項，且n≥3)所得位置為內(nèi)置蝸旋臂外壁1(14)、內(nèi)置蝸旋臂外壁2(15)、內(nèi)置蝸旋臂外壁3(16)位置，外切蝸旋臂內(nèi)壁與內(nèi)置蝸旋臂外壁圍成蝸旋形曲面通道，曲面通道上下面由開孔頂蓋和底板封閉；外切蝸旋臂內(nèi)壁外切于蝸旋筒內(nèi)壁1（12），內(nèi)置蝸旋臂外壁與蝸旋筒內(nèi)壁2（13）相交，相切線和相交線為蝸旋筒立面開口邊線；蝸旋筒內(nèi)壁1（12）在底板投影為180°圓弧線，其半徑為外切蝸旋臂內(nèi)壁3（11）在底板投影的半徑的0.618倍；蝸旋筒內(nèi)壁2（13）在底板投影的圓弧線與蝸旋筒內(nèi)壁1（12）在底板投影圓弧線內(nèi)切相連，與內(nèi)置蝸旋臂外壁3（16）在底板投影相交；蝸旋筒垂直連接于開孔頂蓋和底板之間，頂蓋開孔（25）于蝸旋筒上口，開孔半徑等于蝸旋筒內(nèi)壁2（13）半徑，蝸旋筒下口由底板封閉。蝸旋形曲面通道寬側(cè)外口為蝸旋式結(jié)構(gòu)單元氣流入口，頂蓋開孔為蝸旋式結(jié)構(gòu)單元氣流出口，氣流出口截面積不小于氣流入口截面積；多個蝸旋式結(jié)構(gòu)單元組成并聯(lián)陣列，形成統(tǒng)一的氣流流入方向和流出方向；并聯(lián)陣列水平安裝于氣流通道中，氣流流出方向統(tǒng)一向上，氣流流入方向因蝸旋式結(jié)構(gòu)單元氣流入口排列不同而異，蝸旋式結(jié)構(gòu)單元氣流入口指向中心排列的陣列，陣列中心形成通道外口為氣流流入方向；蝸旋式結(jié)構(gòu)單元氣流入口指向中心反方向排列的陣列，則陣列周圍為氣流流入方向；蝸旋式結(jié)構(gòu)單元氣流入口統(tǒng)一指向一側(cè)的陣列，則所指一側(cè)為氣流流入方向。

并聯(lián)陣列水平安裝于氣流通道中，入口、出口對應(yīng)相應(yīng)的氣流方向；富含細小液滴和水蒸氣的氣流通過并聯(lián)陣列，在每個蝸旋式結(jié)構(gòu)單元中渦旋前進；蝸旋形曲面通道過流斷面由外向內(nèi)漸進縮窄，氣流流速增加，壓強減?。凰椒较蛏衔佇吻嫱ǖ纼杀诰鶠橄嗤狞S金螺線，黃金螺線有自我相似的特性，設(shè)氣流為理想流體，水平面上沿黃金螺線圍繞通過原點的垂線做變速運動，線速度增加，運動方向圍繞通過原點的垂線不斷改變，則曲面通道內(nèi)氣流的水平流線也均為黃金螺線，單個氣體分子的水平跡線與水平流線重合，過流斷面水平線漸縮且自我相似；將氣體分子水平受力情況拆分，每轉(zhuǎn)90°的螺線弧線均為四分之一圓周弧，圓心固定，在這段螺線弧線上運動的氣體分子受法向分力作用繞圓心做變速圓周運動，法向分力為指向原點垂線運動力的分力，法向分力即向心力，方向指向圓心，該向心力只改變線速度的方向，不改變線速度的大小，而指向原點垂線運動力的另一個切向分力，與線速度同向，該切向分力不改變線速度方向，只使線速度沿切線方向增加，則氣體分子各方向的阻力平衡，氣體沿曲面通道做變速圓周運動順利通過；假設(shè)理想氣體為空氣，細小液滴以細小水珠為主（以下簡稱水珠，因水珠體積小表面曲率大，表面張力大，可視為球體），水珠在水平面上與每轉(zhuǎn)90°的螺線弧線（流線）上的空氣阻力平衡，水珠均可沿螺線弧線（流線）隨空氣分子同步運動并順暢通過該段曲面通道，水珠法向受到空氣阻力指向每轉(zhuǎn)90°的螺線弧線圓心為向心力，水珠受向心力作用做變速圓周運動，

則向心力f向=mv²/r,空氣阻力f空=(1/2)cρ空氣sv²,

f向=f空，mv²/r=(1/2)cρ空氣sv²,

m為水珠質(zhì)量，r為水珠變速圓周運動半徑，c為空氣阻力系數(shù)，球體的空氣阻力系數(shù)為0.5，s為迎風(fēng)面積即水珠大圓面積，v為線速度，線速度相同，

則m/r=(1/2)cρ空氣s，

r=m/((1/2)cρ空氣s)；……①

因m=ρ水v球,

則m/s=ρ水v球/s=(4/3)πr³ρ水/(πr²)=(4/3)rρ水；……②

②代入①中

r=m/((1/2)cρ空氣s)，

r=m/s×1/((1/2)cρ空氣)=(4/3)rρ水/((1/2)cρ空氣)，

因c=0.5，

則r=(16/3)rρ水/ρ空氣

所以：曲面通道中，水珠受法向向心力做變速圓周運動半徑r與切向線速度大小無關(guān)，與水珠半徑r成正比，與水的密度成正比，與空氣密度成反比；相同尺度水珠做變速圓周運動半徑相同，固定尺度水珠運動半徑為定值。

假設(shè)兩水平放置圓周曲面通道半徑r1＜r，出口寬度極小且相等，固定尺度水珠剛好可通過r曲面通道，因伯努利方程：p+(1/2)ρv²+ρgh=c（c為常量），等高流動時p+(1/2)ρv²=c（c為常量），則理想空氣中，設(shè)兩曲面通道兩端壓力差c不變，至壓強相同點壓強差(1/2)ρ空氣v²=c﹣p不變，則此點線速度v的大小相同，水珠在該點受到壓力差（即空氣阻力）(1/2)c阻力系數(shù)ρ空氣sv²=（c﹣p）sc阻力系數(shù)，而f向=mv²/r；當(dāng)r1＜r，水珠在曲面通道壓強差相同點受到壓力差（即空氣阻力）為(1/2)c阻力系數(shù)ρ空氣sv²是定值，而該點f向1＞f向（mv²/r1＞mv²/r），即r1曲面通道中水珠做圓周運動通過所需向心力f向1大于空氣阻力，空氣阻力是定值無法增加，水珠無法通過r1曲面通道。

假設(shè)兩水平放置圓周曲面通道半徑r2＞r，出口寬度極小且相等，固定尺度水珠剛好可通過r曲面通道，因伯努利方程：p+(1/2)ρv²+ρgh=c（c為常量），等高流動時p+(1/2)ρv²=c（c為常量），則理想空氣中，設(shè)兩曲面通道兩端壓力差c不變，壓強相同點壓強差(1/2)ρ空氣v²=c﹣p不變，則此點線速度v的大小相同，水珠在該點受到壓力差（即空氣阻力）(1/2)c阻力系數(shù)ρ空氣sv²=（c﹣p）sc阻力系數(shù)，而f向=mv²/r；當(dāng)r2＞r，水珠在曲面通道壓強差相同點受到壓力差（即空氣阻力）為(1/2)c阻力系數(shù)ρ空氣sv²是定值，而該點f向1＜f向（mv²/r2＜mv²/r），即r1曲面通道中水珠做圓周運動通過所需向心力f向1小于空氣阻力，空氣阻力是定值無法減小，水珠無法通過r1曲面通道。

理想空氣中，在兩端壓強差相同而半徑不同的圓周曲面通道中，細小水珠做的等高變速圓周運動，通道中壓強差相同點的線速度大小相同，f空氣阻力為定值，圓周運動半徑r=(16/3)rρ水/ρ空氣，水珠的半徑為定值r則其運動半徑為定值r；當(dāng)圓周曲面通道半徑大于r時，水珠做法向向心運動，運動半徑趨向于r；圓周曲面通道半徑小于r時，水珠做法向離心運動，運動半徑趨向于r。

同理可得：

r液=(16/3)r液ρ液/ρ氣

蝸旋式結(jié)構(gòu)單元曲面通道中，細小液滴受法向向心力做變速圓周運動半徑r液與切向線速度大小無關(guān)，與細小液滴半徑r液成正比，與細小液滴的密度成正比，與氣體密度成反比；相同尺度細小液滴做變速圓周運動半徑相同，固定尺度細小液滴運動半徑為定值。

理想氣體中，在兩端壓強差相同而半徑不同的圓周曲面通道中，細小液滴做的等高變速圓周運動，通道中壓強差相同點的線速度大小相同，f氣體阻力為定值，變速圓周運動半徑r液=(16/3)r液ρ液/ρ氣，細小液滴的半徑為定值r液則其運動半徑為定值r液；當(dāng)圓周曲面通道半徑大于r液時，細小液滴做法向向心運動，運動半徑趨向于r，則大于半徑r液的變速圓周運動結(jié)構(gòu)半徑可叫做向心半徑；圓周曲面通道半徑小于r液時，細小液滴做法向離心運動，運動半徑趨向于r，則小于半徑r液的變速圓周運動結(jié)構(gòu)半徑可叫做離心半徑；而r液可稱作變速圓周運動平衡半徑。自原點或圓心引兩條水平射線經(jīng)過內(nèi)置蝸旋臂外壁和外切蝸旋臂內(nèi)壁，形成的外切蝸旋臂內(nèi)壁弧長大于內(nèi)置蝸旋臂外壁弧長，因流道內(nèi)總能量為定值（依據(jù)伯努利效應(yīng)），氣流在靠近外切蝸旋臂內(nèi)壁弧附近的速度快于內(nèi)置蝸旋臂外壁弧附近速度，產(chǎn)生法向向外的壓力差，增大了離心方向速度，因此實施中選用離心半徑做圓周曲面通道的結(jié)構(gòu)半徑更有利。

本發(fā)明設(shè)計的蝸旋式結(jié)構(gòu)曲面通道，兩垂直內(nèi)壁投影采用同原點等長黃金螺線弧線，兩內(nèi)壁所在曲線經(jīng)原點有一定夾角，夾角為360°/n（n取斐波那契數(shù)列中一項，且n≥3），因斐波那契數(shù)列為黃金分割數(shù)列，相鄰項比值接近0.618，外切蝸旋臂內(nèi)壁在底板投影的黃金螺線弧外起點半徑r起點被內(nèi)置蝸旋臂外壁在底板投影的黃金螺線弧n次(n為所取斐波那契數(shù)列n的項次，且n≥1，n=3時n=1，n=5時n=2，n=8時n=3……)黃金分割，其凈寬度l（26）=0.618ⁿr起點（n=1，分割點為內(nèi)置蝸旋臂外壁在底板投影的黃金螺線弧內(nèi)端點到半徑r起點的投影；n＞1，分割點在內(nèi)置蝸旋臂外壁在底板投影的黃金螺線弧上與半徑r起點相交）；該處為蝸旋式結(jié)構(gòu)曲面通道的氣流入口，變速圓周運動半徑小于r起點的細小水珠做法向向心運動可以通過半徑r起點曲面通道，變速圓周運動半徑小于0.618r起點的細小水珠做法向向心運動并因入口處的湍流氣流擾動也可進入。

因黃金螺線的特性：自外向內(nèi)，每轉(zhuǎn)90°的螺線弧線均為四分之一圓周弧，兩相鄰四分之一圓周弧弧長比1:0.618，半徑比1:0.618，兩弧線連接點對應(yīng)圓心共在一條法線上，氣流經(jīng)過連接點流線曲率變大至原來的1.618倍(1/0.618=1.618)，小圓周弧上的所需向心力是大圓周弧上的1.618倍，設(shè)大圓周弧半徑為r小圓周弧半徑為r’，r’=0.618r則f向小圓周弧=mv²/r’=1.618mv²/r=1.618f向大圓周弧，此點在大圓周弧上保持變速圓周運動的細小水珠線速度大小不變，則空氣阻力不變f空=(1/2)c阻力系數(shù)ρ空氣sv²，f空＜1.618f向大圓周弧而無法改變向心力方向，無法使向心力的方向從大圓周弧所在圓心指向小圓周弧所在圓心，細小水珠沿原流線被離心分離到外切蝸旋臂內(nèi)壁匯集成水膜；設(shè)在大圓周弧上保持變速圓周運動的細小水珠半徑為r，根據(jù)以上證明公式，半徑大于r的細小水珠在大圓周弧上離心分離，半徑等于r的細小水珠經(jīng)過流線上的兩弧連接點后被離心分離；半徑小于r而大于0.618r的細小水珠因變速圓周運動的流線半徑在r和0.618r之間而部分被壓至內(nèi)置蝸旋臂外壁、部分進入小圓周弧通道，在小圓周弧與下一級圓周弧連接點處離心分離或在小圓周弧與蝸旋筒內(nèi)壁連接點處離心分離；變速圓周運動半徑小于0.618r的細小水珠半徑小于0.618r，其運動180°直徑為1.236r小于兩相鄰螺線弧線的半徑之和1.618r（大圓周弧半徑+小圓周弧半徑），水平法向上做向心運動，被壓到內(nèi)置蝸旋臂外壁匯集成水膜。以上情況也可以用公式r=(16/3)rρ水/ρ空氣簡化理解，r/r=(16/3)ρ水/ρ空氣，ρ水和ρ空氣不變，r隨r正比例變化，減小r只能是原有尺度的細小液滴無法改變原狀態(tài)，被分離出場，剩下更小尺度的細小液滴繼續(xù)參加運動，再次減小r則再次分離對應(yīng)r的細小水珠。

本裝置運行中外切蝸旋臂內(nèi)壁、內(nèi)置蝸旋臂外壁、蝸旋筒內(nèi)壁富集的水膜或液膜受重力下流至底板，在底板匯集后沿氣流反方向從氣流入口底部流出。

實踐中氣流情況要復(fù)雜一些，曲面通道內(nèi)存在氣液傳質(zhì)、溫度變化、不同尺度的液滴存在蒸發(fā)、冷凝、碰撞、形狀變化，通常氣流含有較高的濕度甚至超飽和濕度，根據(jù)查理定律：p=p0(1+t/273)、伯努利方程：p+(1/2)ρv²=c（c為常量）和文丘里效應(yīng)：過流斷面與流體速度成反比，則蝸旋式結(jié)構(gòu)單元流道漸縮過程中氣流壓強減小、速度增加、溫度降低，水蒸氣冷凝放熱，熱量被降溫后的氣流吸收并帶走，完成熱交換功能，使蝸旋式結(jié)構(gòu)單元整體溫度降低，增加水蒸氣的冷凝液滴，增大細小液滴尺度，進而增強離心分離效果。因此，本裝置具有一定的除濕功能，加裝儲液桶、超聲造霧器或壓力造霧裝置或液體噴霧裝置、循環(huán)泵、循環(huán)裝置可加強除濕效果，使被本裝置收集的水或液體霧化后作為工作霧再進入裝置內(nèi)的蝸旋式結(jié)構(gòu)單元，蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的霧量增加、濕度進一步飽和，水蒸氣冷凝成霧，工作霧、冷凝新增霧和氣流中的細小液滴混合并共同被離心分離，冷凝分離后熱量被氣流帶走，裝置內(nèi)部有水或液體流經(jīng)的部分結(jié)構(gòu)溫度會降低，連續(xù)循環(huán)工作一段時間，水或液體的溫度及裝置內(nèi)部溫度可以連續(xù)降低，導(dǎo)致冷凝除濕效果進一步增強；因查理定律p=p0(1+t/273)、伯努利方程p+(1/2)ρv²=c（c為常量），則p0(1+t/273)=c-(1/2)ρv²，p0=101325pa為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，ρ=1.293kg/m3，當(dāng)p0=c時，t=﹣(273/2)ρv²/p0；蝸旋式結(jié)構(gòu)曲面通道水平放置，曲面通道高度h固定，氣流等高流動，黃金螺線自我相似，外切蝸旋臂內(nèi)壁1外起點的過流斷面隨曲面通道兩壁每旋轉(zhuǎn)90°凈寬度l1按黃金分割比例縮小為lm=0.618^ml1，因速度v與過流斷面面積l×h成反比，高度h為定值，則v2²﹣v1²=(v1/0.618^m)²﹣v1²=1.618^2mv1²﹣v1²，那么溫差t2-t1=﹣(273/2)ρ（1.618^2mv1²﹣v1²）/p0，m為轉(zhuǎn)過90°的次數(shù)，也是外切蝸旋臂內(nèi)壁在底板投影黃金螺線弧線的條數(shù)，當(dāng)m=3時，t2-t1=﹣(273/2)·1.293（1.618⁶v1²﹣v1²）/101325=﹣0.0295v1²℃（負(fù)數(shù)代表溫度降低，風(fēng)速越快溫差越大），若用流量100m3/h的離心風(fēng)機驅(qū)動氣流，蝸旋式結(jié)構(gòu)單元入口風(fēng)速為2m/s，空氣的比熱為1030j/(kg·℃），同時用水循環(huán)造霧，水的比熱為4200j/(kg·℃），則每小時每公斤水可降低的溫度=空氣密度×風(fēng)量×空氣比熱/水比熱×溫差==1.293×100×1030/4200×0.0295×2²=﹣3.74℃；當(dāng)m=1時，t2-t1=﹣0.0046v1²℃，每小時每公斤水可降低的溫度=﹣0.58℃；當(dāng)m=2時，t2-t1=﹣0.0119v1²℃，每小時每公斤水可降低的溫度=﹣1.51℃。增加外切蝸旋臂的黃金螺線弧線條數(shù)可以明顯增加降溫效果，提高除濕效率，在一定空間內(nèi)長時間運行產(chǎn)生的累加除濕效果更好，更適合濕量有限的民用場所。

雷諾數(shù)物理上表示慣性力和粘性力量級的比，屬于切向量，本發(fā)明涉及的技術(shù)方案是通過改變水平流場的結(jié)構(gòu)來改變目標(biāo)流體的運動方向，從而實現(xiàn)氣液分離，屬于改變法向量，法向量和切向量垂直，對于本裝置氣流中的細小液滴，氣流阻力無法維持半徑小于平衡半徑的變速圓周運動，法向受力方向改變，改變法向力方向時法向速度為零，不受慣性力和粘性力影響，所以不考慮雷諾數(shù)；而目標(biāo)流體受法向力改變方向后遠離圓心，雖然離心方向上面向氣體分子，但離心方向是個放射空間，它有上下底，但兩側(cè)沒有邊界和特征長度，所以無法計算雷諾數(shù)；另外自原點或圓心引兩條水平射線經(jīng)過內(nèi)置蝸旋臂外壁和外切蝸旋臂內(nèi)壁，形成的外切蝸旋臂內(nèi)壁弧長大于內(nèi)置蝸旋臂外壁弧長，因流道內(nèi)總能量為定值（依據(jù)伯努利效應(yīng)），氣流在靠近外切蝸旋臂內(nèi)壁弧附近的速度快于內(nèi)置蝸旋臂外壁弧附近速度，產(chǎn)生法向向外的壓力差，增大了離心方向速度，因此，不考慮雷諾數(shù)。

本裝置運行一段時間，蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁兩側(cè)都會富集水膜或液膜，水膜或液膜靠重力流至底板，匯集一定液面高度后反向流出氣流入口，液面高度因液體不同而異，考慮這個液面高度會影響氣流進入量，可以按此高度增加蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁高度，同時保持實際氣流入口、進口出氣流量均衡。

黃金螺線的旋轉(zhuǎn)方向為地球北半球繞原點逆時針旋轉(zhuǎn)（左旋），南半球繞原點順時針方向旋轉(zhuǎn)（右旋），主要是為了減小科里奧利力的影響。若不考慮科里奧利力，左右旋都可以。

本裝置制作時，先按公式r液=(16/3)r液ρ液/ρ氣對應(yīng)主要組分的細小液滴半徑、密度和氣體密度計算出外切蝸旋臂內(nèi)壁1的平衡半徑，實體制作半徑（離心半徑）小于平衡半徑，以增強除霧除濕效果；增加外切蝸旋臂內(nèi)壁長度即黃金螺線弧線條數(shù)m，可以成倍增強除霧除濕效果；減小外切蝸旋臂內(nèi)壁繞黃金螺線原點逆時針旋轉(zhuǎn)角度360°/n，即增加n(n取斐波那契數(shù)列中一項，且n≥3)也是減小過流斷面寬度，可以增強除霧除濕效果。蝸旋式結(jié)構(gòu)單元的并聯(lián)形狀取決于在氣流通道中方便放置的形式，并聯(lián)數(shù)量為氣流通道截面積除以單個蝸旋式結(jié)構(gòu)單元的進風(fēng)口截面積或出風(fēng)口截面積，并聯(lián)設(shè)計時注意避免進風(fēng)口和出風(fēng)口互相遮擋。

本發(fā)明的有益效果是，提高去除效率，特別是充分去除直徑5微米以下的細小液滴，兼有除濕功能，結(jié)構(gòu)小巧，使用簡單，制造與運行成本低廉的產(chǎn)品。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明具體實施方式一的蝸旋式結(jié)構(gòu)單元三視圖、剖面圖、透視圖。

圖1中5.內(nèi)置蝸旋臂，6.外切蝸旋臂，7.蝸旋筒，17.正視圖，18.俯視圖，19.側(cè)視圖，20.a-a剖面圖，21.天點透視圖，22.地點透視圖，23.開孔頂蓋，24.底板，25.開孔頂蓋孔。

圖2是本發(fā)明具體實施方式一的蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁透視圖、蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁側(cè)視圖、蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁正視圖、蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁俯視圖。

圖2中1.蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁透視圖，2.蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁側(cè)視圖，3.蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁正視圖，4.蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁俯視圖5.內(nèi)置蝸旋臂，6.外切蝸旋臂，7.蝸旋筒，8.原點，9.外切蝸旋臂內(nèi)壁1，10.外切蝸旋臂內(nèi)壁2，11.外切蝸旋臂內(nèi)壁3，12.蝸旋筒內(nèi)壁1，13.蝸旋筒內(nèi)壁2，14.內(nèi)置蝸旋臂外壁1，15.內(nèi)置蝸旋臂外壁2，16.內(nèi)置蝸旋臂外壁3。

圖3是本發(fā)明具體實施方式一的蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁透視圖放大圖。

圖3中9.外切蝸旋臂內(nèi)壁1，10.外切蝸旋臂內(nèi)壁2，11.外切蝸旋臂內(nèi)壁3，12.蝸旋筒內(nèi)壁1，13.蝸旋筒內(nèi)壁2，14.內(nèi)置蝸旋臂外壁1，15.內(nèi)置蝸旋臂外壁2，16.內(nèi)置蝸旋臂外壁3，p6—q6.外切蝸旋臂內(nèi)壁1黃金螺線弧線，q6—t6.外切蝸旋臂內(nèi)壁2黃金螺線弧線，t6—u6.外切蝸旋臂內(nèi)壁3黃金螺線弧線，u6—v6.蝸旋筒內(nèi)壁1弧線，v6—u5.蝸旋筒內(nèi)壁2弧線，p5—q5.內(nèi)置蝸旋臂外壁1黃金螺線弧線，q5—t5.內(nèi)置蝸旋臂外壁2黃金螺線弧線，t5—u5.內(nèi)置蝸旋臂外壁2黃金螺線弧線。

圖4是本發(fā)明具體實施方式一的蝸旋式結(jié)構(gòu)單元流場內(nèi)流線和細小水珠受力分析圖。

圖4中8.原點，9.外切蝸旋臂內(nèi)壁1，10.外切蝸旋臂內(nèi)壁2，11.外切蝸旋臂內(nèi)壁3，12.蝸旋筒內(nèi)壁1，13.蝸旋筒內(nèi)壁2，14.內(nèi)置蝸旋臂外壁1，15.內(nèi)置蝸旋臂外壁2，16.內(nèi)置蝸旋臂外壁3，b.內(nèi)置蝸旋臂外壁1圓心，c.外切蝸旋臂內(nèi)壁1圓心，c50.流線50第一級螺線圓心，e50.流線50第二級螺線圓心，46.流場內(nèi)流線,47.流場內(nèi)流線,48.流場內(nèi)流線,49.流場內(nèi)流線,50.流場內(nèi)流線51.流場內(nèi)流線52.流場內(nèi)流線53.流場內(nèi)流線54.流場內(nèi)流線55.流場內(nèi)流線，k9.外切蝸旋臂內(nèi)壁1細小水珠1，l9.外切蝸旋臂內(nèi)壁1細小水珠2，k14.內(nèi)置蝸旋臂外壁1細小水珠1，l14.內(nèi)置蝸旋臂外壁1細小水珠2，k50.流線50上細小水珠1，l50.流線50上細小水珠2，m50.流線50上細小水珠3，n50.流線50上細小水珠4，z.水珠著壁點。

圖5是本發(fā)明具體實施方式一的蝸旋式結(jié)構(gòu)單元流場內(nèi)不同半徑流線示意圖。

圖5中5.內(nèi)置蝸旋臂，6.外切蝸旋臂，7.蝸旋筒，8.原點，9.外切蝸旋臂內(nèi)壁1及其半徑，15.內(nèi)置蝸旋臂外壁2及其半徑，62.半徑8.7㎜流線，63.半徑7.52㎜流線。

圖6是本發(fā)明具體實施方式一的蝸旋式結(jié)構(gòu)單元水平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6中5.內(nèi)置蝸旋臂，6.外切蝸旋臂，7.蝸旋筒，8.原點，9.外切蝸旋臂內(nèi)壁1半徑，10.外切蝸旋臂內(nèi)壁2半徑，11.外切蝸旋臂內(nèi)壁3半徑，12.蝸旋筒內(nèi)壁1半徑，13.蝸旋筒內(nèi)壁2半徑，14.內(nèi)置蝸旋臂外壁1半徑，15.內(nèi)置蝸旋臂外壁2半徑，16.內(nèi)置蝸旋臂外壁3半徑，b.內(nèi)置蝸旋臂外壁1圓心，c.外切蝸旋臂內(nèi)壁1圓心，d.內(nèi)置蝸旋臂外壁2圓心，e.外切蝸旋臂內(nèi)壁2圓心，f.內(nèi)置蝸旋臂外壁3圓心，g.外切蝸旋臂內(nèi)壁3圓心，h.蝸旋筒內(nèi)壁2圓心，j.蝸旋筒內(nèi)壁1圓心。

圖7是本發(fā)明具體實施方式一的蝸旋式結(jié)構(gòu)立壁剖面和開孔頂蓋剖面投影示意圖。

圖7中12.蝸旋筒內(nèi)壁1半徑，13.蝸旋筒內(nèi)壁2半徑，25.開孔頂蓋開孔直徑，26.外切蝸旋臂內(nèi)壁起點至內(nèi)置蝸旋臂外壁凈寬度l。

圖8是本發(fā)明的蝸旋式結(jié)構(gòu)外圍進風(fēng)多層圓周階梯陣列示意圖。

圖8中27.外圍進風(fēng)多層圓周階梯陣列側(cè)視圖，28.外圍進風(fēng)多層圓周階梯陣列俯視圖，29.外圍進風(fēng)多層圓周階梯陣列正視圖，30.外圍進風(fēng)多層圓周階梯陣列a’—a’剖視圖，56.外圍進風(fēng)多層圓周階梯陣列透視圖。

圖9是本發(fā)明的蝸旋式結(jié)構(gòu)多層線性陣列示意圖。

圖9中31.多層線性陣列側(cè)視圖，32.多層線性陣列正視圖，33.多層線性陣列俯視圖，34.多層線性陣列天點透視圖，35.多層線性陣列地點透視圖。

圖10是本發(fā)明的蝸旋式結(jié)構(gòu)多層線性階梯陣列示意圖。

圖10中36.多層線性階梯陣列側(cè)視圖，37.多層線性階梯陣列正視圖，38.多層線性階梯陣列俯視圖，39.多層線性階梯陣列地點透視圖，40.多層線性階梯陣列天點透視圖。

圖11是本發(fā)明的蝸旋式結(jié)構(gòu)外圍進風(fēng)多層圓周陣列示意圖。

圖11中41.外圍進風(fēng)多層圓周陣列側(cè)視圖，42.外圍進風(fēng)多層圓周陣列地點透視圖，43.外圍進風(fēng)多層圓周陣列天點透視圖，44.外圍進風(fēng)多層圓周陣列正視圖，45.外圍進風(fēng)多層圓周陣列俯視圖。

圖12是本發(fā)明具體實施方式一的蝸旋式結(jié)構(gòu)中心進風(fēng)多層圓周階梯陣列示意圖。

圖12中5.內(nèi)置蝸旋臂，6.外切蝸旋臂，7.蝸旋筒，23.開孔頂蓋，24.底板，25.開孔頂蓋孔，57.中心進風(fēng)多層圓周階梯陣列透視圖，58.中心進風(fēng)多層圓周階梯陣列側(cè)視圖，59.中心進風(fēng)多層圓周階梯陣列俯視圖，60.中心進風(fēng)多層圓周階梯陣列正視圖，61.中心進風(fēng)多層圓周階梯陣列a’’—a’’剖面圖。

具體實施方式

具體實施方式一

去除空氣氣流中的霧，主要組分直徑5微米的細小水珠，濕度飽和，氣流初速度2米/秒，大氣壓強為101325pa，蝸旋臂夾角45°=360°/nn=8，斐波那契數(shù)列n的項次n=3，黃金螺線弧線的條數(shù)m=3，細小水珠半徑r=2.5μm，ρ空氣=1.293kg/m³,ρ水=1000kg/m³,

則r=(16/3)rρ水/ρ空氣，r=10.31mm，

本裝置制作半徑取r制=10mm，r制＜r為離心半徑。

如圖12.中心進風(fēng)多層圓周階梯陣列a’’—a’’剖面圖（61）中，蝸旋式結(jié)構(gòu)單元水平氣流入口向內(nèi)圓周排列，氣流從陣列底部中心口向上流入，向四周均衡分流進入各蝸旋式結(jié)構(gòu)單元，在內(nèi)置蝸旋臂（5）和外切蝸旋臂（6）之間，氣流開始加速，速度增加，壓強減小，溫度降低，沿流道氣流方向不斷改變，細小水珠不斷被分離出來，在蝸旋臂兩壁富集成膜，分離后的氣體經(jīng)蝸旋筒（7）旋轉(zhuǎn)向上由開孔頂蓋（23）開孔（25）流出；蝸旋臂兩壁富集的水因重力下流至底板（24），沿陣列底部中心口流出；正視圖（60）和側(cè)視圖（58）中，開孔頂蓋（23）陣列，底板（24）陣列，開孔頂蓋開孔（25）陣列。

如圖1.a-a剖面圖（20）中，外切蝸旋臂（6）和內(nèi)置蝸旋臂（5）同原點排列，夾角45°圍成蝸旋形曲面通道，外切蝸旋臂（6）外切于蝸旋筒（7），內(nèi)置蝸旋臂（5）與蝸旋筒（7）相交，相切線和相交線為蝸旋筒立面開口，氣流切向進入蝸旋筒（7）；天點透視圖（21）中，曲面通道上下面由開孔頂蓋（25）和底板（25）封閉。

如圖2.蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁俯視圖（4）中，外切蝸旋臂（6）和內(nèi)置蝸旋臂（5）同原點（8）排列，夾角45°圍成蝸旋形曲面通道；蝸旋式結(jié)構(gòu)單元內(nèi)壁透視圖（1）中，外切蝸旋臂內(nèi)壁1（9）、外切蝸旋臂內(nèi)壁2（10）、外切蝸旋臂內(nèi)壁3（11）組成外切蝸旋臂（6）的內(nèi)壁，蝸旋筒內(nèi)壁1（12）、蝸旋筒內(nèi)壁2（13）組成蝸旋筒（7）的內(nèi)壁，內(nèi)置蝸旋臂外壁1（14）、內(nèi)置蝸旋臂外壁2（15）、內(nèi)置蝸旋臂外壁3（16）組成內(nèi)置蝸旋臂外壁。

如圖2.p6—q6.外切蝸旋臂內(nèi)壁1黃金螺線弧線，q6—t6.外切蝸旋臂內(nèi)壁2黃金螺線弧線，t6—u6.外切蝸旋臂內(nèi)壁3黃金螺線弧線，u6—v6.蝸旋筒內(nèi)壁1弧線，v6—u5.蝸旋筒內(nèi)壁2弧線，p5—q5.內(nèi)置蝸旋臂外壁1黃金螺線弧線，q5—t5.內(nèi)置蝸旋臂外壁2黃金螺線弧線，t5—u5.內(nèi)置蝸旋臂外壁2黃金螺線弧線；外切蝸旋臂內(nèi)壁黃金螺線弧線連接點p6、q6、t6；內(nèi)置蝸旋臂外壁黃金螺線弧線連接點p5、q5、t5；蝸旋筒內(nèi)壁弧線連接點v6；內(nèi)置蝸旋臂外壁黃金螺線弧線與蝸旋筒內(nèi)壁弧線連接點u5；外切蝸旋臂內(nèi)壁黃金螺線弧線與蝸旋筒內(nèi)壁弧線連接點u6。

如圖4.流速平衡后，流線50上細小水珠1（k50）流至（l50）位置，再流至（m50）位置，圓心始終是(c50)，是變速圓周運動，再由（m50）位置流向（n50）位置時，圓心遷移到（e50）位置，兩弧半徑比1:0.618，圓心(c50)與（e50）共在一條法線上，流線曲率變大為原來的1.618倍，所需向心力增大0.618倍，而原平衡的空氣阻力未變，細小水珠無法增大運動曲率而從轉(zhuǎn)彎的氣流中離心分離，沿原流線前進，最后細小水珠運動到水珠著壁點（z）附近附著在外切蝸旋臂內(nèi)壁上，運行中相同尺度的細小水珠匯集于（z）附近。

如圖5.外切蝸旋臂內(nèi)壁1（9）的半徑r10mm，內(nèi)置蝸旋臂外壁2（15）的半徑r’6.18mm，外切蝸旋臂內(nèi)壁（6）和內(nèi)置蝸旋臂外壁（5）之間可容納流線范圍示例，半徑8.7㎜流線（62）和半徑7.52㎜流線（63）不能通過。

如圖6.蝸旋結(jié)構(gòu)各弧線半徑和圓心位置。

如圖7.開孔頂蓋（25）與蝸旋筒內(nèi)壁2（13）是投影同心圓，開孔頂蓋（25）開孔半徑小于蝸旋筒內(nèi)壁1（12）半徑可延長外切蝸旋臂內(nèi)壁分離區(qū)域至蝸旋筒內(nèi)壁，加強分離效果，外切蝸旋臂內(nèi)壁起點至內(nèi)置蝸旋臂外壁凈寬度l（26）=0.618³r制=2.36㎜。