CN101133290A - 从环境空气中冷凝水的单循环设备 - Google Patents

Abstract

在本发明的一方面，提供了一种从环境空气中冷凝水的方法，所述方法包括：提供用于同环境空气接触的至少一个冷凝表面；加热制冷剂和流体的溶液，以从所述溶液中驱动气态制冷剂；冷却气态制冷剂来使气态制冷剂冷凝成液体制冷剂，以及收集液体制冷剂；从液体制冷剂中蒸发制冷剂使得热量在所述制冷剂和所述冷凝表面之间交换，所述冷凝表面因此被冷却到环境空气中的水的露点、或者低于环境空气中的水的露点；和令冷却了的冷凝表面同环境空气接触来实现将水从环境空气中冷凝在所述冷凝表面上。在本发明的另一方面，提供了一种从环境空气中冷凝水的设备，所述设备包括：加热装置，所述加热装置用于加热制冷剂和流体的溶液，以驱使制冷剂从所述溶液中蒸发从而产生气态制冷剂；冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述气态制冷剂，使得所述气态制冷剂冷凝成液体制冷剂；和蒸发器，所述蒸发器具有用于接触环境空气的至少一个冷凝表面，并被设置用于收集所述液体制冷剂，以及随后从所述液体制冷剂中蒸发气态制冷剂；其中所述冷凝表面被设置成用于在从所述液体制冷剂中蒸发制冷剂时通过制冷剂和冷凝表面之间的热交换而被冷却到环境空气中的水的露点或者低于环境空气中的水的露点，并从而实现将水从环境空气中冷凝到所述冷凝表面上。

Description

从环境空气中冷凝水的单循环设备

技术领域

本发明广义上涉及一种从环境空气中冷凝水并且将水收集以便使用的方法和设备。至少一种形式的设备提供一种产生用于消耗或者其他目的的饮用水的装置，并在饮用水供应有限的地区有具体应用。本发明也涉及一种在设备的工作循环期间提供加热和/或冷却的方法和设备。

背景技术

在世界的许多地方，获得饮用淡水源是受到限制的，许多人被迫将通常被认为不适合用于日常需要的水用于日常需要。事实上很多水源遭受污染或者被弄脏，为了能够安全地使用水，必须把水煮沸或者通过某些其他方法来处理水。

尽管在航行期间游艇和航船携带它们自己的水源，但由于除了降雨以外无法获得淡水源，因此经常有必要限制对可用水的日常使用。同样地，矿业公司、公路和铁路维修队还有例如在偏僻地区工作的军事单位、以及岛屿休假地都需要淡水。

当然，除了用于维持生命以外，水还有成千上万的用处。这些用处其中包括了洗涤以及在工业过程中的使用。在水供应受到限制的地区或地方，需要获得正常的淡水供应。虽然供应可以通过雨水补充，但降水会是变化的和不充足的。此外，定期把淡水运输到偏僻地区的费用会很昂贵。

发明内容

在本发明的第一方面，提供了一种从环境空气中冷凝水的方法，该方法包括：

提供用于同环境空气接触的至少一个冷凝表面；

加热制冷剂和流体的溶液，以从所述溶液中驱动气态制冷剂；

冷却气态制冷剂来使气态制冷剂冷凝成液体制冷剂，以及收集液体制冷剂；

从液体制冷剂中蒸发制冷剂使得热量在所述制冷剂和所述冷凝表面之间交换，所述冷凝表面因此被冷却到环境空气中的水的露点、或者低于环境空气中的水的露点；和

令冷却了的冷凝表面同环境空气接触来实现将水从环境空气中冷凝在所述冷凝表面上。

所述加热溶液的步骤优选包括太阳能。所述加热步骤优选包括直接的太阳能。然而，所述加热溶液的步骤可以包括来自任何合适能源的热量。例如，加热步骤可以包括来自制冷或空调单元的冷凝器的排热。优选响应制冷剂和流体的溶液的温度以及容纳所述溶液的容器内的压力来控制所述加热制冷剂和流体的溶液的步骤。如果根据制冷剂和流体的溶液的温度以及所述容器内的压力，溶液中的氨浓度按重量计算小于或者等于大约39.5％，则优选至少部分降低所述加热制冷剂和流体的溶液的步骤。

典型地，该方法进一步包括步骤：将从液体制冷剂中蒸发的制冷剂返回到所述流体以便重复加热和蒸发步骤。相关领域技术人员把加热和相应的蒸发步骤通常描述为加热和蒸发工作循环。因此将贯穿说明书使用这一术语。该方法优选进一步包括步骤：吸走返回的制冷剂同所述流体接触所产生的任何热量以促进从所述液体制冷剂进一步蒸发的制冷剂返回到所述流体。从流体中吸走的热量可以耗散到大气中，或者用于加热或其他用途。例如，该热量可以被用作过程或者设备的能量输入。

将蒸发了的制冷剂返回到制冷剂和流体溶液的步骤优选进一步包括步骤：控制气态制冷剂到所述制冷剂和流体的溶液的流量。通过控制这一流量，制冷剂的蒸发率得到控制。气态制冷剂到制冷剂和流体溶液的返回率也得到控制，从而控制加热制冷剂和流体溶液时气态制冷剂的产生。

所述控制气态制冷剂到所述制冷剂和流体的溶液的流量的步骤优选包括：将环境空气的露点与环境空气在其跟冷凝表面接触之后的温度相比较的步骤。所述环境空气的露点优选通过感测水从环境空气中冷凝到冷凝表面上时的温度来确定。所述感测和比较温度的步骤优选包括测量对应温度的步骤。

冷却气态制冷剂以收集液体制冷剂的步骤优选包括蒸馏气体的步骤，该气体包括气态制冷剂和从流体中蒸发的气体。这一步骤还优选包括从气体中吸热的步骤。从气体中吸热的步骤优选包括引导已经与冷却了的冷凝表面接触过的环境空气来冷却气态制冷剂的步骤。

本发明第一方面的方法优选还包括收集冷凝在冷凝表面之上的水的步骤。

在本发明的第二方面中，提供一种加热方法，包括：

加热制冷剂和流体的溶液，以从所述溶液驱动气态制冷剂；

冷却所述气态制冷剂，使得所述气态制冷剂冷凝为液体制冷剂，并收集所述液体制冷剂；

从所述液体制冷剂中蒸发制冷剂并使从所述液体制冷剂蒸发的制冷剂返回到所述流体，以在所述制冷剂跟所述流体接触时产生热量；和

利用所述热量来加热。

本发明的第二方面的方法优选进一步包括步骤：将所述制冷剂跟所述流体接触所产生的热量从所述流体吸走，来促进被进一步蒸发的制冷剂返回到所述流体中。

优选地，将利用制冷剂同流体接触所产生的热量来驱动从环境空气中收集水的设备。例如，该设备可以是本发明的设备。

在本发明的第三方面，提供一种冷却方法，包括：

提供用于接触环境空气的至少一个冷却表面；

加热制冷剂和流体的溶液，以从所述溶液中驱动气态制冷剂；

冷却所述气态制冷剂，来使所述气态制冷剂冷凝成液体制冷剂，并收集所述液体制冷剂；

从所述液体制冷剂中蒸发制冷剂，使得热量在制冷剂和所述冷却表面之间交换，所述冷却表面因此被冷却。

令所述冷却表面同环境空气接触来冷却所述环境空气；和

将冷却了的环境空气用于冷却。

本发明第3方面的方法优选包括将蒸发了的制冷剂返回流体的步骤。

在本发明的第4方面中，提供一种从环境空气中冷凝水的设备，所述设备包括：

加热装置，所述加热装置用于加热制冷剂和流体的溶液，以驱使制冷剂从所述溶液中蒸发从而产生气态制冷剂；

冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述气态制冷剂，使得所述气态制冷剂冷凝成液体制冷剂；和

蒸发器，所述蒸发器具有用于接触环境空气的至少一个冷凝表面，并被设置用于收集所述液体制冷剂，以及随后从所述液体制冷剂中蒸发气态制冷剂；其中

所述冷凝表面被设置成用于在从所述液体制冷剂中蒸发制冷剂时通过制冷剂和冷凝表面之间的热交换而被冷却到环境空气中的水的露点或者低于环境空气中的水的露点，并从而实现将水从环境空气中冷凝到所述冷凝表面上。

优选地，所述加热装置包括用于收集热的集热器。集热器优选被设置成收集太阳能。集热器优选被设置成直接把收集的太阳能传给制冷剂和流体的溶液。然而，集热器可被设置成收集来自任何合适能源的热量，包括从制冷或者空调单元的冷凝器排放的热量。

优选所述加热装置还包括换热器，所述换热器被设置成从所述集热器向所述制冷剂和流体的溶液传热。所述换热器优选包括与所述集热器处于流体连通的金属外套。所述连通流体优选为矿物油。如果所述连通流体上升到预定温度以上，则所述加热装置优选被设置成在所述集热器和所述换热器之间至少部分地限制所述连通流体。

所述加热装置优选被设置成响应所述制冷剂和流体的溶液的温度以及容纳所述溶液的容器内的压力、来控制对所述制冷剂和流体的溶液的加热。如果根据所述制冷剂和流体的溶液的温度以及所述容器内的压力、溶液中氨的浓度按重量计算小于或者等于大约39.5％，则所述加热装置优选被设置成至少部分地降低对所述制冷剂和流体的溶液的加热。

优选所述冷却装置包括耗热件，所述耗热件用于从所述气态制冷剂耗散热量，以实现所述气态制冷剂的冷凝。所述冷却装置优选包括蒸馏装置，所述蒸馏装置用于从气体中蒸馏气态制冷剂，其中所述气体包括气态制冷剂和从所述流体中蒸发的气体。所述蒸馏装置优选被设置成冷凝从所述流体中蒸发的气体。所述蒸馏装置优选包括提升导管。所述蒸馏装置优选还包括冷却翅片。

所述冷却装置还优选包括吸热装置，所述吸热装置被设置成从气态制冷剂吸收热量。所述吸热装置优选被设置成在蒸馏装置蒸馏之后吸收热量。所述吸热装置优选包括水套。

优选将从环境空气中冷凝水的设备设置成将环境空气吸过冷凝表面。从环境空气中冷凝水的设备优选包括风扇。

从环境空气中冷凝水的设备优选包括制冷剂蒸汽返回装置，所述制冷剂蒸汽返回装置用于将被所述蒸发器蒸发的制冷剂蒸汽返回到所述制冷剂和流体的溶液。所述制冷剂蒸汽返回装置优选包括所述蒸发器的端口，以便所述气态制冷剂返回到所述制冷剂和流体的溶液。所述制冷剂蒸汽返回装置优选包括用于控制制冷剂蒸汽流量的制冷剂蒸汽流量控制装置。所述制冷剂蒸汽流量控制装置优选被设置成通过比较环境空气的露点与环境空气在其跟冷凝表面接触后的温度来控制制冷剂蒸汽的流量。所述制冷剂蒸汽流量控制装置优选被设置成通过测量水从环境空气中冷凝到所述冷凝表面上时的温度来确定露点。所述制冷剂蒸汽流量控制装置优选还被设置成测量环境空气在其跟所述冷凝表面接触后的温度以将该温度与所述露点作比较。

所述制冷剂蒸汽返回装置优选还包括扩散器，所述扩散器用于将制冷剂蒸汽扩散到所述制冷剂和流体的溶液中。

从环境空气中冷凝水的设备优选还包括吸热装置，所述吸热装置用于在制冷剂蒸汽通过所述制冷剂蒸汽返回装置返回到所述制冷剂和流体的溶液后从所述制冷剂和流体的溶液中吸热。所述吸热装置优选还被设置成储存热量以加热所述制冷剂和流体的溶液。所述吸热装置优选被设置成在可用的太阳能减少的时候利用存储的热量来加热所述制冷剂和流体的溶液。

所述吸热装置优选包括用于朝着制冷剂和流体的溶液、集热器或者换热器引导环境空气的装置。

本发明第四方面的设备优选也包括集水装置，所述集水装置被设置用来收集冷凝在所述冷凝表面上的水。

在本发明的第5方面中，提供一种加热设备，包括：

加热装置，所述加热装置用于加热制冷剂和流体的溶液，以驱使制冷剂从流体中蒸发来产生气态制冷剂；

冷却装置，所述冷却装置用于冷却气态制冷剂，使得所述气态制冷剂冷凝为液体制冷剂；

蒸发器，所述蒸发器被设置用于收集所述液体制冷剂，随后从所述液体制冷剂中蒸发气态制冷剂，将所述气态制冷剂返回到所述流体，所述气态制冷剂在跟所述流体接触时产生热量；和

吸热装置，所述吸热装置用于在所述气态制冷剂同所述流体接触后从所述流体吸热以便用于加热。

本发明的第6方面中，提供一种冷却设备，包括：

加热装置，所述加热装置用于加热制冷剂和流体的溶液，以驱使制冷剂从流体中蒸发来产生气态制冷剂；

冷却装置，所述冷却装置用于冷却气态制冷剂，使得所述气态制冷剂冷凝为液体制冷剂；

蒸发器，所述蒸发器具有用于同环境空气接触的至少一个冷却表面，并被设置用于收集液体制冷剂和随后从所述液体制冷剂中蒸发制冷剂，所述冷凝表面被设置成在从所述液体制冷剂中蒸发制冷剂时通过制冷剂和所述冷凝表面之间的热交换而被冷却；和

引导装置，所述引导装置用于引导环境空气与冷却了的冷却表面接触，以便进行冷却。

从环境空气中冷凝水提供了一种给缺乏或者难以获得淡水的遥远或者偏僻地区补充淡水或者储存水源的方法，并可以减少这些地方对将水运送到这些地方的依赖或者需求。同样，在必需携带水源的地方，例如在航行期间在航船上或者船只上，从环境空气中冷凝水提供了旅行期间可选择的水源，这样允许更少地依赖于储存水。实际上，通过能够从环境空气中冷凝水，可以减少携带水的储存。此外，从空气中冷凝水能够在某种程度上确保水质，因此在对现有水源的水质有质疑或已知可用水已遭污染或被弄脏、或不适于用水意图的地区提供了水源。

本发明包括的设备在操作期间所产生的热量或冷空气不会被浪费，这些热量和冷空气可以用作独立加热或冷却系统，或者被用来补充其它加热或者冷却系统。因此，本发明的实施例可以在许多实际情况中得到应用。

从下面结合附图对本发明优选实施例的描述中，本发明的特征和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是用于从环境空气中冷凝水的、结合本发明使用的设备的前视图；

图2是图1设备的侧视图；

图3是图1设备的示意图；

图4是图1设备中的蒸发器的视图；

图5是图1设备中的冷凝器的局部纵剖视图；

图6是穿过图5冷凝器的B-B取得的剖视图；

图7是图1设备的控制系统的示意图；

图8和图9是图1设备的热跟踪系统(heat tracking system)的示意性俯视图和端视图；

图10是通过本发明实现的设备的示意图；

图11和12是本发明另外的实施例的示意图；

图13是本发明又一不同实施例的示意图；

图14是图13的实施例的回水系统的示意图；以及

图15是本发明又一不同实施例的示意图。

具体实施方式

本发明实施例、例如图10-15公开的那些例子的水冷凝器设备所产生的热可以用来驱动例如图1-9所示的设备。

图1的设备2包括蒸发器4，蒸发器4容纳异丁烷(R600a)制冷剂，以便在使用中把蒸发器冷却至或低于环境空气中的水的露点，其中所述环境空气流动通过蒸发器。简要地说，通过令如氨之类的系统气体进入蒸发器的顶部空间来实现蒸发器的冷却，其中所述系统气体对于制冷剂而言基本上是惰性的。这降低了顶部空间内气态制冷剂的分压力(partialpressure)，因此导致了制冷剂进一步从液体制冷剂中蒸发。在顶部空间内的、包括系统气体和气态制冷剂的合成气态混合物从蒸发器经过，并且气体与制冷剂被分离。分离了的气态制冷剂被冷凝，气体和冷凝了的液体制冷剂在持续的循环中再循环回到蒸发器4中。

图2更清楚地显示：因为蒸发器和冷凝器之间的压差，来自蒸发器的气态混合物移动到冷凝器6。气体与制冷剂蒸汽的分离发生在冷凝器中并通过使气态混合物中的气体同送入到冷凝器中的液体吸收剂接触来实现。气体被液体吸收剂吸收以形成溶液，在气体返回到蒸发器以前，溶液从冷凝器移动到将气体与溶液分离的分离容器。从溶液中分离的液体吸收剂通过泵系统再循环到冷凝器，以进一步将气体从自蒸发器进入冷凝器的气态混合物中分离，其中泵系统用附图标记8和10一般表示。

更具体地说，如图3所示，蒸发器4包括具有下室14的罩体12，下室14同蒸发器的顶部空间16通过多个隔开的管状管18流体连通。除了蒸发器的顶部空间16以外，蒸发器4填充有液体异丁烷制冷剂28。跨越蒸发器设置了几排管18。管之间的空间20为环境空气在冷却翅片22上流过蒸发器提供了通道。每个翅片22的上侧22a和下侧22b为来自环境空气的水的冷凝提供了冷凝表面。如图4所示，蒸发器、且从而翅片22相对于水平面成45°角设置，以使冷凝了的水从翅片流下并落到安放蒸发器和冷凝器的壳体24的倾斜表面上，该倾斜表面将水引导到出流龙头(outflow spigot)26以便收集。

在该情况下，系统气体30为氨气，它从入口起泡通过液体制冷剂，所述入口呈扩散器(diffuser)32的形式，被设置在蒸发器的下室14内。氨气向上穿过管18进入顶部空间，在顶部空间同已经从下面的液体制冷剂中蒸发的制冷剂蒸汽混合。氨气进入到顶部空间引起制冷剂蒸汽的分压力下降。这在蒸发器中导致制冷剂进一步从液体制冷剂中蒸发。结果，液体制冷剂从冷却翅片22吸收热，冷却翅片22进而冷却流过翅片上的环境空气。

在蒸发器的顶部空间16中设置有出口34，气态混合物通过出口34穿过供给管36流到冷凝器6。供给管36通过入口40通向冷凝器的上部区域38。在冷凝器的底部区域43内，冷凝器6部分填充有溶液(bath)，其具有位于溶液层42上面的液体制冷剂层28，其中溶液层42由水和溶解的氨气组成。混合器单元44通过固定在冷凝器壁上的双轴万向支架(dual axisgimbal)46悬置在冷凝器的上部区域内。如果设备2所处的地面不是水平的，万向支架确保混合器单元基本上保持在直立的位置。

限定在混合器单元上端内的池(well)48接受来自另一入口52的液体吸收剂50，其中入口52设置在冷凝器的上部区域38内。液体吸收剂包括水，所述水所含的溶解氨气浓度充分低于冷凝器底部区域内的溶液42。液体吸收剂50在落入浴液中的液体制冷剂层28以前，从池的边沿54溢出并流下混合器单元的外周表面56。

随着液体吸收剂在重力的作用下流下混合器单元的外周表面，它同从蒸发器进入冷凝器的气态混合物接触并从气态混合物吸收氨。如图5所示，混合器单元设置有多个隔开的环向脊58，这些环向脊58绕着混合器单元形成呈环形的环。随着液体吸收剂经过每个环，这些环在液体吸收剂流下混合器单元的过程中产生紊流。这促进了液体吸收剂和来自蒸发器的气态混合物中的氨气的混合，因此促进了氨气被吸收到液体吸收剂中。图6显示了混合器单元穿过B-B取得的剖视图。如所见，液体吸收剂通过入口52的孔60落入池48的中心。

液体吸收剂和溶解的氨气具有比液体制冷剂更高的密度，因而从液体制冷剂的层(pool)沉降到冷凝器底部区域43内的溶液42中。

溶液42从冷凝器流过供给管62并通过入口66进入分离容器64。储存容器64部分填充有液体吸收剂和溶解氨气组成的较稀溶液(weakersolution)，并具有内部的顶部空间68，内部顶部空间68填充有来自溶液的蒸汽，更具体的说也就是氨气和水蒸汽。使用中，加热分离容器来迫使从冷凝器进入的、溶液中的大部分氨气蒸发进入分离容器的内部顶部空间68。

在储存容器中设置有出口70，较稀溶液41通过出口70穿过供给管74流到泵系统的加热容器72。加热容器72被加热到足够的温度、通常是较稀溶液的沸点，来迫使较稀溶液向上通过管子76进入收集容器78。随着加热溶液向上经过管子76，水蒸汽和氨气从溶液中蒸发，形成气袋(airpocket)，随着溶液流到收集容器78，气袋被向上驱动通过管子。因此，与进入储存容器的溶液42和从储存容器流到加热容器的较稀溶液两者相比，进入收集容器的溶液其溶解氨气的浓度较低。

溶液在进入收集容器以后从收集容器78被再循环到冷凝器6作为液体吸收剂50，以便从自蒸发器4的顶部空间16流到冷凝器6内的气态混合物中进一步吸收氨气。

具体地说，如图4所示，离开管子76的液体吸收剂汇集在收集容器78中并往下回到回收管子80，以便与从冷凝器进入储存容器的溶液进行热交换，其中回收管子80以与入口66处于热交换关系的状态穿过分离容器64内的溶液42。回收管子80将液体吸收剂从储存容器引导到冷凝器的入口52。

供给管82把从提升管子76进入收集容器的氨气和水蒸汽供给到共用的供给管84，共用供给管84在一端处通过出口86通向分离容器的顶部空间68。共用供给管84的相反一端通向布置在蒸发器4中的扩散器32。共用供给管84具有倾斜段88，以便捕集从水蒸汽冷凝在共用供给管内的水，并引导冷凝了的水返回到储存容器，其中上述水蒸汽与来自收集容器78和分离容器64的氨气一起进入。

同时如图4所示，共用供给管84穿过换热器90，共用供给管84包括将气态混合物从蒸发器4的顶部空间16输送到冷凝器6的一段供给管。另一供给管92将冷凝了的制冷剂28从冷凝器回收到蒸发器4的下室14，该另一供给管92也穿过换热器90并在与共用供给管84的热交换关系下从换热器90延续到蒸发器4的下室14。将理解，换热器90促进了换热器中的气态混合物与供给管92中的制冷剂和共用供给管94中的氨气之间的热交换。同样的，共用供给管84和供给管92在从换热器90到蒸发器4之间的并排设置允许供给管92内的制冷剂和共用供给管中的氨气之间进行热交换。

如上所述，蒸发器4和冷凝器6安放在壳体24内。图7最好地图示出：壳体24在一端处具有主进气口96，并在出口端100处设置有风扇98以便通过主进气口把环境空气从大气吸入壳体。环境空气流过蒸发器与翅片22接触，引起水从空气冷凝在蒸发器的翅片22上，然后继续流过壳体经过冷凝器6。随着冷却了的空气在冷凝器的罩体94上经过，从罩体吸走了热。冷凝器上部区域内的气态制冷剂和下面的液体制冷剂也因而被冷却。

为了本发明的设备有效地操作，调节通过壳体24的环境空气的流量来优化每单位体积的、流过蒸发器的环境空气的水的冷凝，同时在冷凝器上保持充足气流以便从冷凝器向环境空气进行热传递从而冷凝冷凝器中的气态制冷剂。

具体而言，风扇98最初以最大的速度操作来实现通过壳体24的最大气流，并且，风扇的速度逐渐减小。通过传感器102确定进入蒸发器的环境空气的露点。传感器被设置成使得：随着进入蒸发器的环境空气被冷却翅片22冷却，传感器逐渐被环境空气冷却。当由环境空气在传感器102上形成凝露时，传感器被短路从而指示环境空气的露点。这一温度在控制模块106中同温度传感器104所测量的、离开蒸发器的空气的干球温度作比较。如果温度传感器104测得的温度高于由传感器102确定的、环境空气中的水的露点，则由控制模块106发出指令，使风扇速度进一步逐渐降低，从而降低环境空气通过蒸发器的流量。

一旦达到了环境空气在蒸发器4上的最佳流量，通过另一温度传感器112测量冷凝器6中冷凝了的制冷剂28的温度并在控制模块106中将其同由压力传感器114测得的、冷凝器上部区域38内的总压力作比较。由于冷凝器上部区域内的压力随着环境条件而变化，故在冷凝器内存在这样的温度和压力条件，其适合于冷凝器上部区域内制冷剂蒸汽的最佳冷凝。

在控制模块106中比较通过温度传感器112和压力传感器114测得的温度和压力，并且控制模块确定是否已经达到气态制冷剂冷凝的最佳条件。如果控制模块确定冷凝器内的温度对于制冷剂的冷凝来说太高，则控制模块发出指令，使风扇98的速度逐渐增大。这就增大了从蒸发器流到冷凝器的、冷却了的环境空气的流量，使得环境空气从冷凝器的罩体进一步带走热，并导致冷凝器内的温度从而被逐渐降低。继续增大风扇的速度，直到冷凝器中已经达到气态制冷剂发生冷凝的温度。

在通常为1至2分钟的短时间延迟之后，再一次通过温度传感器102和104测量进入蒸发器的环境空气的露点和离开蒸发器的环境空气的干球温度，并在控制模块中比较这些温度。如果温度传感器104所测得的温度已上升到水的露点以上，则通过由控制模块操作的致动器110将进气口打开至至少有限的程度，其中所述进气口包括设置在壳体24下部区域内的铰接旁通风门108。

旁通风门108的打开允许没有冷却的环境空气通过该另一进气口流进壳体并经过冷凝器。这将环境空气通过蒸发器的流量降低到将环境空气冷却到环境空气中水的露点所需的流量，同时保持或者增大环境空气经过冷凝器的流量。

控制模块106继续监测由温度传感器102和104测得的、通过壳体的环境空气的气流温度以及由压力传感器114和温度传感器112测得的、冷凝器中液体制冷剂的温度和冷凝器上部区域内的总压力，并按照水持续从环境空气中冷凝在冷却翅片22上以及制冷剂蒸汽在冷凝器6中冷凝的需要，响应变化的环境条件、调节风门108的位置和风扇98的速度。

以规则的间隔重复监测循环以确保设备的最佳效率，并从而确保来自环境空气的最大水产出。启动监测循环操作的定时电路也位于控制模块内。这样的控制电路在本领域内完全是公知的。

为了加热加热容器72和分离容器64，设备2设置有呈矩形形状的、伸长的抛物面反射器(没有示出)。反射器被布置用来接受从太阳照射在设备2上的热，并把热反射到加热容器72和储存容器64上。为了实现最高效率，分离容器和加热容器被设置在抛物面反射器的焦点处。反射器被进一步布置用于在白天期间跟踪太阳的运动，具体而言，也就是在使用中随着太阳相对于设备的运动，由跟踪机构116将反射器从基本上面朝东的对齐方式驱动至面朝西的对齐方式。

如图8和9所示，跟踪机构包括在其上安装了反射器(没有示出)的平衡件(balance)116。平衡件并入了枢转安装在支架(stand)118上的框架。框架由容纳氟里昂的中空侧箱120以及相对的端构件122组成。侧箱的内部通过中空管子124的通道连接在一起。遮蔽面板(shade panel)126沿着每一个侧箱设置以便从后面遮蔽相应的侧箱。每一个遮蔽面板前侧上的反射表面128在面对太阳时将入射的太阳能热反射到相应的侧箱上。

将侧箱120设置成使得：在使用中，侧箱中的第一侧箱暴露在太阳下的程度比侧箱中的第二侧箱大。随着第一侧箱被太阳加热，箱内的压力升高，从而在侧箱之间产生了压差，氟里昂逐渐通过管子124从第一侧箱流到另一侧箱。随着氟里昂流进第二侧箱，第二侧箱的重量变得比第一侧箱重，导致平衡件的框架绕着支架枢转并导致反射器与太阳运动基本同步地沿向西方向运动。

在白天时段的末尾，当太阳的热量减少的时候，侧箱120之间的压差变小，氟里昂流过连接侧箱的中空管子124的方向逆转。氟里昂返回到第一侧箱导致第一侧箱的重量增加，并导致平衡件的框架在相反方向上绕支架逐渐枢转，并因此导致反射器逐渐返回到其初始的日出位置。设置减震器130来抑制因风而导致的反射器颤振，其中减震器130在一端处连接到框架，在相对端处连接至支架。

将理解，可以使用除氨气和异丁烷以外的气体和液体制冷剂。例如，可以采用的气体和液体制冷剂的其他组合包括：氨气和丙烷、氯化氢气体和丙烯、氨气和戊烷、氯化氢气体和异丁烷、以及甲胺气体和异丁烷。可提供这样的实施例，该实施例中没有将环境空气抽吸通过蒸发器和/或经过冷凝器的风扇。在这种情况下，可以通过流过壳体的热对流来实现环境空气的流动，其中上述热对流是由于蒸发器温度和外部环境空气温度之间的温差而导致的。

通过本发明实现的设备132如图10所示。该设备包括加热装置，该加热装置呈加热箱134的形式，加热箱134部分填充有水和溶解氨组成的溶液136。通过设置在加热箱内的换热器138来加热溶液。换热器包括金属外套，其通过供给导管142和返回导管144与集热器140流体连通。集热器140位于加热箱134外部较低的位置，以便被由太阳照射到集热器上的入射太阳能热所加热。换热器138和集热器140填充有矿物油，当加热集热器时，在热虹吸作用(thermo-siphon effect)下，矿物油通过供给导管142和返回导管144在换热器和集热器之间循环。可不用矿物油而用植物油或者例如水来从集热器140向换热器138传递热量。

三通恒温阀146设置在供给导管142中，以便在换热器中的油温升高到预定水平的情况下，将循环油经由旁通导管148引导到返回导管144，从而有效绕开集热器。膨胀箱150限定通向旁通导管148的压力室，设置膨胀箱150以备随着油温升高、油膨胀进入压力室。如果超过了换热器138和集热器140所限定的、传热系统中的压力上限，旁通导管148中也设置了安全压力阀152来释放压力。集热器140包括具有大表面积的金属箱，以便最大化从入射太阳能热到油的热传递。

在白天时段期间，随着换热器138通过来自集热器140的循环油被加热，热量被传递给加热箱134中的水和溶液136。随着溶液的温度升高，氨从溶液中蒸发，产生的气态氨伴随着来自于加热箱中溶液的水蒸汽流进P捕集器(P-trap)153的入口，并沿提升导管154上升。多个金属冷却翅片156设置在提升导管的上端区域上并从气态氨和水蒸汽耗散热量，导致水蒸汽冷凝成水，而所述水沿提升导管往回向下流入加热箱134。该冷却效果不足以将气态氨冷凝，气态氨继续沿提升导管154上升到向下倾斜的导管捕集器158。

呈耗热件(heat sink)160形式的冷却装置绕着导管捕集器158的上端设置，该冷却装置包括水套162，水套162设置有隔开的冷却翅片164。随着气态氨流下导管捕集器，热量从氨传递给耗热件并耗散到大气中，导致气态氨冷凝成液体，该液体流下导管捕集器进入蒸发器166，在蒸发器166处被收集和储存。手动调节阀168布置在导管捕集器158内，并保持在完全打开的位置以方便液体氨通过并进入蒸发器166。为使同气态氨一起冷凝的水从蒸发器返回到加热箱，还设置了水清洗导管(water purgeconduit)167。

与蒸发器罩体传热接触的、隔开的冷却翅片170设置在蒸发器166周围并且提供与环境空气接触的冷凝表面172。设置风扇174来抽吸通过挡板(baffle)(没有示出)在冷却翅片冷凝表面上的环境空气，以最大化水从空气到翅片上的冷凝。

在设备132工作循环的第一阶段期间，大部分溶解氨从加热箱内的水中蒸发并且作为氨液体被收集到蒸发器中。在白天时段的末尾或者从太阳输入的热量低的时间期间工作循环的第二阶段开始时，氨从蒸发器内的氨液体中蒸发并通过导管捕集器158流回到加热箱134中。随着氨从氨液体中蒸发，热量从冷却翅片被吸到蒸发器166内，使得冷却翅片因此被冷却。因此，氨充当制冷剂来实现冷却翅片的冷却。

当液体制冷剂收集在蒸发器中的时候，风扇174保持关闭。在设备工作循环的第二阶段开始时，关闭调节阀168并操作风扇来引导环境空气同冷却翅片接触。然后逐渐把调节阀打开到预定的上限来确保从液体制冷剂中蒸发的气态氨通过导管捕集器受控地回流到加热箱中。调节阀的打开也增大了液体制冷剂的蒸发率，直到冷却翅片的温度降低至达到或者低于环境空气中的水的露点但高于其冰点。在露点温度处，在环境空气与翅片接触时，环境空气中的水蒸汽在冷却翅片的冷凝表面172上冷凝。冷却翅片170以倾斜角设置，使得冷凝了的水流下冷却翅片170进入集水器180，在集水器180处，冷凝了的水漏到储存箱(未显示)以便储存和后续使用。

将会理解，调节阀可以按需要进一步打开或者关闭来控制液体氨的蒸发率，从而将冷却翅片的温度控制成达到或者低于露点。可以不手动操作调节阀来实现水从环境空气中到冷却翅片上的冷凝，而可以用自动控制的电磁阀来代替上述阀，且如图1-4所示设备中那样监测水的冷凝。具体而言，进入蒸发器的环境空气其露点可以通过传感器来确定，该传感器被布置成随着环境空气被冷却翅片170冷却该传感器逐渐被环境空气冷却。当凝露在传感器上形成时，传感器被短路从而指示环境空气的露点。将这一温度同通过温度传感器测得的、离开蒸发器的空气的干球温度作比较。如果温度传感器测得的温度高于所确定的露点，则逐渐降低风扇的速度从而降低通过蒸发器的空气流量，直到离开蒸发器的环境空气的温度处于露点。

如果温度传感器感测到离开蒸发器的环境空气的温度已经降到所确定的露点温度以下，则调节阀响应指令信号操作，使得通过阀的气态氨流下降且液体制冷剂的蒸发率从而被降低。

以规则间隔继续监测进入蒸发器的环境空气的露点温度和离开蒸发器的环境空气的温度，并按需要调节风扇的速度和/或操作调节阀以改变氨从液体制冷剂的蒸发率，从而将离开蒸发器的环境空气的温度保持在或者低于空气的露点，以优化水在冷却翅片上的冷凝。

气态氨流经提升导管中的P捕集器153，并通过扩散器178进入加热箱134，扩散器178与加热箱的底面相邻设置。扩散器设置有跨越其表面的多个孔，以便在氨从扩散器起泡进入加热箱内耗尽了氨的水时提供相对均匀的氨分配。当进入加热箱134中的氨与水接触时，随着氨的溶解，发生产生热量的发热过程。随着氨从扩散器178进入加热箱所产生的搅动有助于将产生的热在箱内所有水中散开。

如图10所示，设备132进一步设置有吸热器182来从加热箱收回热量，上述热量随着来自蒸发器166的气态氨蒸汽再次进入加热箱134而产生，其中吸热器182设置在加热箱134内。吸热器182是设备的传热系统的一部分，该传热系统进一步包括设置在加热箱134外部的热库(heatbank)184。吸热器182和热库184分别由填充有矿物油的箱组成，这些箱通过供给和返回导管186和188而互相流体连通。随着吸热器182被加热，热量通过其中容纳的油传递到热库184，并被用来在夜间或可用的太阳能热量低的时段期间加热图1-4中所示的水冷凝设备2的加热容器72和储存容器64。

在将冷却了的油返回到热库184以便通过返回导管188再循环回到吸热器182以前，从热库184到储存容器64和加热容器72的热传递通过传热导管(没有示出)来实现，该传热导管缠绕在储存容器64和加热容器72的周围以便实现到这些部件的热传递。通过利用气态氨从蒸发器166返回到加热箱134所产生的热量来加热储存容器64和加热容器72，通过本发明实现的设备可在日落后被用来进一步驱动图1-4的设备制水。

可选地或者此外，来自热库184的热量也可被用于其它有用的工作或者加热用途。例如，在产生的暖空气从管道被排入房间或者其他空间以前，热库184可以位于管道中以便在空气被风扇抽吸或者迫使经过热库时加热空气。同样，离开蒸发器166的冷却翅片170的、冷却了的空气可以用于冷却用途。例如，可以通过单独的管道把冷却了的空气引导到通向住宅房间的通风口。该通风口与在制水循环的第二阶段期间在日落后用来将热量从热库导入房间内的通风口可以是同一个。将理解，设备本身将位于住宅的外部。

本发明进一步的实施例190如图11所示。这一实施例与图10所示的实施例不同之处在于：在工作循环的第一阶段期间，风扇174吹送环境空气越过蒸发器166的冷却翅片170，该空气然后被引导到整流冷却翅片(rectifier cooling fins)191。环境空气从整流翅片吸走热量，引起导管捕集器158中的气态氨冷凝。环境空气还从尚未在导管捕集器158中冷凝的、流进蒸发器的气态氨中吸走热量，导致剩余的气态氨冷凝并收集在蒸发器中。这一实施例中的蒸发器166因此既充当了用于气态氨冷凝的冷凝器，同时还用来在工作循环的第二阶段期间，方便气态氨从液体氨的蒸发以便返回到加热箱。

在工作循环的第二阶段期间，风扇继续操作，使得环境空气流动与冷却翅片170的冷凝表面172接触以使来自空气的水在翅片上冷凝。然而，在这一实施例中，流自冷却翅片的、冷却了的空气被选择性的重新引导到换热器140和冷却箱192。冷却箱通过入口管194和歧管(manifold)196与加热箱134处于流体连通。设置在冷却箱周围的冷却翅片198方便了热量从流体耗散，其中流体通过入口管194进入冷却箱。在通过加热箱中的流体和冷却箱中的流体之间的温差实现的热虹吸作用下，较冷的流体然后通过歧管196从冷却箱再循环回到加热箱。

利用来自蒸发器166的、冷却了的空气来冷却换热器140进一步从本实施例的传热系统的吸热器138吸热，使得加热箱中的流体被进一步冷却。从冷却箱中的流体吸热增强了流体对气态氨的吸收率，其中气态氨从扩散器178进入加热箱。所产生的、气态氨返回流体中的效率的提高减少了完成工作循环所花的时间。

在这一实施例中，水清洗导管167还将蒸发器中的水引导到加热箱134，其中所述水已经在导管捕集器158中同气态氨一起冷凝。

本发明的另一进一步的实施例200如图12所示。在该设备中，提供了电磁操作控制阀202，电磁操作控制阀202在设备工作循环的第一阶段期间打开以允许氨流到蒸发器166。控制阀202在工作循环的第二阶段关闭，通过安置在导管捕集器158中的节流阀204来控制气态氨返回到加热箱134的流量。节流阀并入了流体膨胀恒温器(fluid expansion thermostat)206，以便感测蒸发器166的冷却翅片170的温度并响应温度的变化实现节流阀的打开或者关闭，以便调节液体氨的蒸发并从而调节来自环境空气中的水的冷凝。

对于任何给定的主导大气状况，存在以每千克空气中的水蒸汽克数测量的具体湿度值。例如，每千克空气中4.5至6克水分之间的具体湿度与1℃至6.5℃之间的干球温度相关。在使用中，操作设备使得流自冷却翅片的环境空气的具体湿度降低到与具体的选定干球温度或者通过恒温器监测到的温度范围相关的具体湿度。典型地，将选择或者设定恒温器来将离开冷却翅片的空气的温度保持在从大约3.5℃到大约5.5℃的范围内，并通常保持在大约5℃的温度处。

也就是说，如果离开蒸发器166的冷却翅片的空气的温度从用于冷凝来自环境空气的水的预定最佳水平下降，则恒温器实现节流阀的关闭，从而减缓气态氨通过节流阀的流量。这进而降低了气态氨的蒸发率，结果升高了冷却翅片的温度。如果离开冷却翅片的空气的温度从最佳水平上升，则恒温器206实现节流阀的打开，从而增大了气态氨到加热箱的流量，这进而增大了蒸发器166中液体氨的蒸发率。冷却翅片的温度从而下降。因此，恒温器实现了对水冷凝的自动调节。

本发明又一进一步的实施例如图13所示。在这个实施例中，冷却翅片208设置在导管捕集器158下端的周围，导管捕集器158容放在管道210中以便将被吸过冷却翅片的空气引导到冷却箱192或者用“A”表示的通风口，该通风口在下面进一步描述。

在工作循环第一阶段的开始，加热箱134容纳水溶液136，水溶液136包括按重量计算占49.5％的氨(10.92kg蒸馏水中有10.68kg的氨)。氨蒸汽和少量的水蒸汽存在于系统的其余部分中。在该氨浓度下的总系统压力由水和氨蒸汽压力之和确定，其根据表1所示的温度而变化。加热箱中溶液的温度通过温度传感器(没有示出)来测量，同时加热箱中的压力通过压力传感器218得到再保证。

表1：系统压力

温度		压力
				℃	磅/平方英寸(绝对压力)(psia)	磅／平方英寸(表压)(psig)	千帕(表压)(KPag)
20	39	25	172
				24	45	31	214
28	50	36	248
				32	58	44	303
36	66	52	359
				40	74	60	414

同图10-12所示实施例的情况一样，给加热箱加热，从加热箱中的氨溶液136驱动气态氨。例如，可通过电热元件、太阳能热或者废热来提供热量，其中上述太阳能热像图8和图9所示的相关实施例中那样、反射自适当取向的太阳光反射器，上述废热来自废料源(waste source)，例如来自锅炉的热水，该热水通过以与加热箱传热接触的方式设置的导管被引导到加热箱，以便实现废热到氨溶液的传热。从热源通过导管到加热箱的传热可以通过前面所描述的“热虹吸作用”来实现。

关闭风门(damper)212，从而将吸入管道210的环境空气引导到通风口A。持续工作循环的第一阶段，直到加热箱中氨的起始浓度(按重量计算为49.5％)降到39.5％的浓度。在该阶段期间系统的压力一温度关系如表2和3所示。

表2系统压力(氨浓度＝49.5％(按重量计算))

加热温度		压力
				℃	磅/平方英寸(绝对压力)(psia)	磅/平方英寸(表压)(psig)	千帕(表压)(KPag)
70	170	156	1076

75	195	181	1249
				80	220	206	1421
85	245	231	1594
				90	270	256	1766
95	300	286	1973

表3系统压力(氨浓度39.5％(按重量计算))

加热温度		压力
				℃	磅/平方英寸(绝对压力)(psia)	磅/平方英寸(表压)(psig)	千帕(表压)(KPag)
70	118	104	718
				75	130	116	800
80	140	126	869
				85	160	146	1007
90	180	166	1145
				95	200	186	1283
100	225	211	1456
				105	255	241	1663
110	280	266	1835

气态氨伴随着来自加热箱中溶液的水蒸汽沿提升导管154向上移动。多个金属冷却翅片156设置在提升导管的上端区域上，并从气态氨和水蒸汽耗散热量，从而导致大部分水蒸汽冷凝成水，这些水沿提升导管向下流回加热箱134中。冷却不足以冷凝气态氨，由于所产生的压差，气态氨继续沿提升导管154上升通过单向控制阀207(见图13)到达向下倾斜的导管捕集器158。被吸过冷却翅片208的环境空气将热量从气态氨吸走，导致氨蒸汽冷凝并在重力作用下排到蒸发器中，其中冷却翅片208在导管捕集器的下端上。气态氨冷凝时的压力取决于环境空气的主导温度。如上所述，不是所有从加热箱中的溶液136蒸发的水蒸汽都在提升导管154中冷凝，有一些继续并同气态氨一起冷凝。

在工作循环的第一阶段期间，关闭电磁阀，从而阻止气态氨流回到加热箱。当加热箱中溶液内的氨浓度降到了由加热箱内的测得溶液温度和压力确定的39.5％的重量百分比时，暂停加热箱的加热，并操作风门212，从而将通过风扇174吸到管道内的环境空气引导至冷却箱192的冷却翅片191。当利用太阳光反射器或者废热源来加热加热箱时，可以通过将太阳光反射器重新定向为远离加热箱、或者通过电磁阀且电磁阀的操作重新引导来自废热源的热水远离加热箱来暂停加热箱的加热。同样，为了在氨从蒸发器166返回后重新开始新工作循环开始的加热箱的加热，可以把太阳光反射器重新定向到加热箱上，或者操作电磁阀使得热水被引导至加热箱。

通过流过冷却箱翅片191的环境空气来实现加热箱的冷却方便了加热箱内的流体通过歧管196在加热箱134和冷却箱192之间沿箭头方向再循环。当再循环流体的温度基本上已经达到环境温度时，电磁阀打开。蒸发器和加热箱之间的氨的分压力差导致蒸发器166中收集的、约12％重量百分比的液体氨快速蒸发。由于该“闪蒸气体”的产生，蒸发器和导管捕集器下端周围的冷却翅片208被迅速冷却到接近0℃。

温度控制蒸发器压力调节(EPR)阀216感测从蒸发器经过的气态氨的温度，并按需要打开和关闭以调节蒸发器和加热箱之间的压力差，从而确保冷却翅片208的温度不降到低于0℃，其中来自环境空气的水在冷却翅片208上冷凝。

单向控制阀207确保气态氨不会绕开EPR阀216。在工作循环的第二阶段的开始，跨EPR阀216的压力差是27psig(186kPag)，在循环的该阶段完成时该压力差降到4psig(27kPag)。

当加热箱内流体中的氨浓度基本上已经回到通过加热箱内的测得流体温度和压力所指示的、最初的起始浓度时，电磁阀214关闭，工作循环立即重新开始。

冷凝了的水从冷却翅片208落下并收集在集水器209中。

在工作循环的第二阶段期间、从提升导管154流进加热箱顶部的气态氨被加热箱中流体的上部区域吸收。通过从流体上部区域被吸走的热量来促进对气态氨的持续吸收，上述热量的吸走通过流体在加热箱和冷却箱之间的再循环来实现。

因为在工作循环的第一阶段期间从加热箱到蒸发器的水和氨损失，在工作循环的这一阶段完成时加热箱中的流体质量比工作循环开始时要小。然而，由于加热箱中流体温度的升高，加热箱内流体的体积增加，且液面上升了量“h”。

如图14中进一步所示，蒸发器166并入了回水系统220，以便将蒸发器中积累的水通过回水管线222返回到加热箱。回水系统包括并入了浮球224的浮阀，浮球224设置在通向蒸发器内部的储存圆柱226中。浮球224通常位于回水管线222的开口端228上，从而密封回水管线。

压力平衡管线(pressure equalizing line)230把浮球224以上的储存圆柱上部区域连接至浮球以下的储存圆柱下部区域。水密度大于同温度下的液体氨密度，因此水下沉到储存圆柱的底部。浮球的密度使其不会浮在液体氨中但会浮在水中。

当储存圆柱226中蓄积了充足的水时，浮球224从回水管线的端部上升，从而允许水流进回水管线，直到储存圆柱中的水位下降致使浮球返回到它密封回水管线的端部的正常位置，阻止液体氨从蒸发器逸出。在工作循环的第二阶段期间，蒸发器和加热箱之间的压力差驱使水通过回水管线到达提升导管154，水从提升导管154处排回到加热箱中。在工作循环的第一阶段期间，设置在回水管线222内的单向阀232阻止水流回到水储存圆柱226中。

本发明又一进一步的实施例如图15所示。在这个实施例中，冷却翅片208设置在导管捕集器158的下端周围，导管捕集器158容放在管道210中，以便将被吸过冷却翅片的空气引导到用“A”表示的通风口，该通风口在下面进一步描述。

在工作循环第一阶段的开始，加热箱134容纳水溶液136，水溶液136包括按重量计算占49.5％的氨(10.92kg蒸馏水中有10.68kg的氨)。氨蒸汽和少量的水蒸汽存在于系统的其余部分中。在该氨浓度下的总系统压力由水和氨蒸汽压力之和确定，其根据表1所示的温度而变化。加热箱中溶液的温度通过温度传感器(没有示出)来测量，同时加热箱中的压力通过压力传感器218来测量。

表1：系统压力

温度

压力

℃	磅/平方英寸(绝对压力)(psia)	磅/平方英寸(表压)(psig)	千帕(表压)(Kpag)
				20	39	25	172
24	45	31	214
				28	50	36	248
32	58	44	303
				36	66	52	359
40	74	60	414

同图10-12所示实施例的情况一样，给加热箱加热，从加热箱中的氨溶液136驱动气态氨。例如，可通过电热元件、太阳能热或者废热来提供热量，其中上述太阳能热像图8和图9所示的相关实施例中那样、反射自适当取向的太阳光反射器，上述废热来自废料源，例如来自锅炉的热水，该热水通过以与加热箱传热接触的方式设置的导管被引导到加热箱，以便实现废热到氨溶液的传热。可替代地，也可以通过围绕冷却箱192的金属外套250来提供热，金属外套250通过供给导管142和返回导管144与集热器140流体连通。集热器140位于加热箱134外部较低的位置，以便通过从太阳照射在集热器上的入射太阳能热来加热。金属外套250和集热器140填充了矿物油，矿物油在集热器加热时在热虹吸作用下，在金属外套和集热器之间通过供给和返回导管142、144循环。可以不使用矿物油，而使用植物油或者例如水来将热量从集热器140传到金属外套250。通过导管从热源到金属外套的传热和从冷却箱到加热箱的传热可以通过前面所描述的“热虹吸”作用来实现。

当不再需要传热或者不能获得太阳能热的时候，在供给导管142中设置电磁阀251来停止集热器和金属外套之间的“热虹吸”传热。

持续工作循环的第一阶段，直到加热箱中氨的起始浓度(按重量计算为49.5％)降到39.5％的浓度。在该阶段期间，系统的压力-温度关系如表2和3所示。

表2系统压力(氨浓度＝49.5％(按重量计算))

加热温度		压力
				℃	磅/平方英寸(绝对压力)(psia)	磅/平方英寸(表压)(psig)	千帕(表压)(KPag)

70	170	156	1076
				75	195	181	1249
80	220	206	1421
				85	245	231	1594
90	270	256	1766
				95	300	286	1973

表3系统压力(氨浓度39.5％(按重量计算))

加热温度		压力
				℃	磅/平方英寸(绝对压力)(psia)	磅/平方英寸(表压)(psig)	千帕(表压)(Kpag)
70	118	104	718
				75	130	116	800
80	140	126	869
				85	160	146	1007
90	180	166	1145
				95	200	186	1283
100	225	211	1456
				105	255	241	1663
110	280	266	1835

气态氨伴随着来自加热箱中溶液的水蒸汽沿提升导管154向上移动。多个金属冷却翅片156设置在提升导管的上端区域上，并从气态氨和水蒸汽耗散热量，从而导致大部分水蒸汽冷凝成水，这些水沿提升导管向下流回加热箱134中。冷却效果不足以冷凝气态氨，由于所产生的压差，气态氨继续沿提升导管154上升通过单向控制阀207到达向下倾斜的导管捕集器158。被吸过冷却翅片208的环境空气将热量从气态氨吸走，导致水蒸汽冷凝并在重力作用下排到蒸发器中，其中冷却翅片208在导管捕集器的下端上。气态氨冷凝时的压力取决于环境空气的主导温度。如上所述，不是所有从加热箱中的溶液136蒸发的水蒸汽都在提升导管154中冷凝，有一些继续并同气态氨一起冷凝。

在工作循环的第一阶段期间，关闭电磁阀216，从而阻止气态氨流回到加热箱。当加热箱中溶液内的氨浓度降到了由加热箱内的测得溶液温度和压力确定的39.5％的重量百分比时，暂停加热箱的加热。当利用太阳光反射器或者废热源来加热加热箱时，可以通过将太阳光反射器重新定向为远离加热箱、或者通过电磁阀且电磁阀重新引导来自废热源的热水远离加热箱来暂停加热箱的加热。为了在氨从蒸发器166返回后重新开始新工作循环开始的加热箱的加热，可以把太阳光反射器重新定向到加热箱上，或者操作电磁阀使得热水被引导至加热箱。

金属外套250与如图1-4所示的水冷凝器设备2的加热容器72与储存容器64的外部通过供给导管254和返回导管253处于流体连通。冷凝设备2位于金属外套250的外部较高的位置。电磁阀252设置在供给导管254中。当工作循环的第一阶段暂停，电磁阀252打开并允许金属外套250中的热油在“热虹吸”作用下上升通过供给导管254并到达冷凝设备2的加热容器72和储存容器64。随着加热容器72和储存容器64从热油吸收热量，冷却了的油通过返回导管253返回到金属外套250。金属外套中冷却了的油实现对冷却箱192的冷却，这方便了加热箱134和冷却箱中的流体通过歧管196再循环。

当再循环流体的温度已经基本上达到环境温度时，电磁阀216打开且电磁阀252关闭。蒸发器和加热箱之间的氨的分压力差导致在蒸发器166中收集的、大约12％重量百分比的液态氨快速蒸发。由于该“闪蒸气体”的产生，蒸发器和导管捕集器下端周围的冷却翅片208被迅速冷却到接近0℃。

温度控制蒸发器压力调节(EPR)阀216感测从蒸发器经过的气态氨的温度，并按需要打开和关闭以调节蒸发器和加热箱之间的压力差，从而确保冷却翅片208的温度不降到低于0℃，其中来自环境空气的水在冷却翅片208上冷凝。

单向控制阀207确保气态氨不会绕开EPR阀216。在工作循环的第二阶段的开始，跨EPR阀216的压力差是27psig(186kPag)，在循环的该阶段完成时该压力差降到4psig(27kPag)。

当加热箱内流体中的氨浓度基本上已经回到通过加热箱内的测得流体温度和压力所指示的、最初的起始浓度时，电磁阀214关闭，工作循环立即重新开始。

冷凝了的水从冷却翅片208落下并收集在集水器209中。

在工作循环的第二阶段期间、从提升导管154流进加热箱顶部的气态氨被加热箱中流体的上部区域吸收。通过从流体上部区域被吸走的热量来促进对气态氨的持续吸收，上述热量的吸走通过流体在加热箱和冷却箱之间的再循环来实现。

因为在工作循环的第一阶段期间从加热箱到蒸发器的水和氨损失，在工作循环的这一阶段完成时加热箱中的流体质量比工作循环开始时要小。然而，由于加热箱中流体温度的升高，加热箱内流体的体积增加，且液面上升了量“h”。

如图15的进一步所示，蒸发器166并入了回水系统220，以便将蒸发器中积累的水通过回水管线222返回到加热箱。回水系统包括并入了浮球224的浮阀，浮球224设置在通向蒸发器内部的储存圆柱226中。浮球224通常位于回水管线222的开口端228上，从而密封回水管线。

压力平衡管线(pressure equalizing line)230把浮球224以上的储存圆柱上部区域连接至浮球以下的储存圆柱下部区域。水密度大于同温度下的液体氨密度，因此水下沉到储存圆柱的底部。浮球的密度使其不会浮在液体氨中但会浮在水中。

当储存圆柱226中蓄积了充足的水时，浮球224从回水管线的端部上升。在该上升位置，浮球224允许水流进回水管线，直到储存圆柱中的水位下降致使浮球返回到它的正常位置并密封回水管线的端部，以阻止液体氨从蒸发器逸出。在工作循环的第二阶段期间，蒸发器和加热箱之间的压力差驱使水通过回水管线到达提升导管154，水从提升导管154处排回到加热箱中。在工作循环的第一阶段期间，设置在回水管线222内的单向阀232阻止水流回到水储存圆柱226中。

同图10-12所示实施例的情况一样，图13、14和15所示的设备也可以用于冷却或者加热的用途。同样，图10-12所示的实施例可以像图13、14和15的实施例中那样设置有水系统。

也可以利用如图8和9所示的抛物面反射器及热跟踪机构装置，或者通过利用来自外部热源的热量，例如锅炉、发动机热水或者由制冷或者空调单元的冷凝器在这些设备(device)操作期间产生的排热，来实现在工作循环的第一阶段期间、图10和11所示的本发明设备的集热器的加热。如上所述，也可以通过传统的铜管(copper tubing)将热水或例如空气从外部热源引导到集热器来实现到集热器的传热，其中传统的铜管以传热接触的方式缠绕在集热器周围，铜管不与集热器接触的区域被加了隔热套(lag)以限制热量损失。可选地，集热器和/或加热箱134的加热可以通过由干线电力或者其它外部电源供电的电热元件来实现。在这样的实施例中，可以不提供集热器，在该情况下，通常也不提供换热器138和集热器140。

也可以通过外部电源来提供电力，以便驱动图1所示设备的电部件以及本发明实施例的电部件的操作，例如风扇(98，174)、电磁控制阀214、251和252以及控制电路。然而，优选地，被设置成接受太阳能并包括光生伏打电池阵列的太阳能电池板将被设置用来产生充足的能量，以满足设备的总能量需求。在该情况下中，还将提供一个或者多个可再充电电池和关联的再充电电路，所述再充电电路利用太阳能电池板产生的电能给所述一个或多个电池再充电。这样的再充电系统在本领域中是公知的。

此外，可以不利用风扇来吹送或者抽吸环境空气越过冷却翅片170以降低外部空气温度。

而且，蒸发器166和导管捕集器158还分别有翅片208，可提供这样的本发明实施例，其中环境空气的流动可以通过流过容放该设备的壳体的热对流来实现，该热对流是因为蒸发器166和导管捕集器158之间的温差而导致的，并且，在通过本发明实现的设备中不一定要采用氨作为制冷剂，可以利用在与加热箱内流体接触时产生热量且在设备工作循环的条件下能够被冷凝成液体的、任何其它合适的气体。同样，尽管优选将水用作加热箱中的流体以便吸收气态氨，但可以利用与所选制冷剂兼容的任何其它合适的流体。

除了从环境空气中收集水用于饮用或者其它目的以外，本发明的设备可被用作除湿器，以便给需要最小化空气水含量的料仓或者其它内部空间除湿。同样，设备可以用于从例如用来引导如油或者石油之类的憎水流体的管的内部这样的地方除水。在这样的应用中，空气在紧接着通过设备提取水返回到料仓或者管以前可从料仓或者管中被吸走。当料仓(例如麦仓)将被除湿时，可在空气接触设备的冷却翅片以前，先将空气过滤以从空气中除尘。

因此，虽然此前已经参考若干优选实施例对本发明进行了描述，本领域技术人员将认识到可以在不脱离本发明的精髓或范围的情况下进行许多变化和修改。因此，所述的当前实施例在所有方面而言应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (42)

1.一种从环境空气中冷凝水的方法，所述方法包括步骤：

提供用于同环境空气接触的至少一个冷凝表面；

加热制冷剂和流体的溶液，以从所述溶液中驱动气态制冷剂；

冷却气态制冷剂来使气态制冷剂冷凝成液体制冷剂，以及收集液体制冷剂；

从液体制冷剂中蒸发制冷剂使得热量在所述制冷剂和所述冷凝表面之间交换，所述冷凝表面因此被冷却到环境空气中的水的露点、或者低于环境空气中的水的露点；和

令冷却了的冷凝表面同环境空气接触来实现将水从环境空气中冷凝在所述冷凝表面上。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述加热溶液的步骤包括太阳能。

3.如权利要求1或者权利要求2所述的方法，其中，响应制冷剂和流体的溶液的温度以及容纳所述溶液的容器内的压力来控制所述加热制冷剂和流体溶液的步骤。

4.如权利要求3所述的方法，其中，如果根据制冷剂和流体溶液的温度以及所述容器内的压力，溶液中的氨浓度按重量计算小于或者等于大约39.5％，则至少部分降低所述加热制冷剂和流体溶液的步骤。

5.如前面的权利要求中任意一项所述的方法，进一步包括步骤：将从液体制冷剂中蒸发的制冷剂返回到所述流体以便重复加热和蒸发步骤。

6.如权利要求5所述的方法，进一步包括步骤：吸走返回的制冷剂同所述流体接触所产生的任何热量以促进从所述液体制冷剂进一步蒸发的制冷剂返回到所述流体。

7.如权利要求5或者权利要求6所述的方法，进一步包括步骤：控制气态制冷剂到所述制冷剂和流体溶液的流量。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述控制气态制冷剂到所述制冷剂和流体的溶液的流量的步骤包括：将环境空气的露点与环境空气在其跟冷凝表面接触之后的温度相比较的步骤。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述环境空气的露点通过感测水从环境空气中冷凝到冷凝表面上时的温度来确定。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述感测和比较温度的步骤包括测量对应温度的步骤。

11.如前面的权利要求中任意一项所述的方法，进一步包括收集冷凝在冷凝表面上的水的步骤。

12.一种加热方法，包括步骤：

加热制冷剂和流体的溶液，以从所述溶液驱动气态制冷剂；

冷却所述气态制冷剂，使得所述气态制冷剂冷凝为液体制冷剂，并收集所述液体制冷剂；

从所述液体制冷剂中蒸发制冷剂并使从所述液体制冷剂蒸发的制冷剂返回到所述流体，以在所述制冷剂跟所述流体接触时产生热量；和

利用所述热量来加热。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括步骤：将所述制冷剂跟所述流体接触所产生的热量从所述流体吸走，来促进被进一步蒸发的制冷剂返回到所述流体中。

14.一种冷却方法，包括步骤：

提供用于接触环境空气的至少一个冷却表面；

加热制冷剂和流体的溶液，以从所述溶液中驱动气态制冷剂；

冷却所述气态制冷剂，来使所述气态制冷剂冷凝成液体制冷剂，并收集所述液体制冷剂；

从所述液体制冷剂中蒸发制冷剂，使得热量在制冷剂和所述冷却表面之间交换，所述冷却表面因此被冷却；

令所述冷却表面同环境空气接触来冷却所述环境空气；和

将冷却了的环境空气用于冷却。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括将蒸发了的制冷剂返回流体的步骤。

16.一种从环境空气中冷凝水的设备，所述设备包括：

加热装置，所述加热装置用于加热制冷剂和流体的溶液，以驱使制冷剂从所述溶液中蒸发从而产生气态制冷剂；

冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述气态制冷剂，使得所述气态制冷剂冷凝成液体制冷剂；和

蒸发器，所述蒸发器具有用于接触环境空气的至少一个冷凝表面，并被设置用于收集所述液体制冷剂，以及随后从所述液体制冷剂中蒸发气态制冷剂；其中

所述冷凝表面被设置成用于在从所述液体制冷剂中蒸发制冷剂时通过制冷剂和冷凝表面之间的热交换而被冷却到环境空气中的水的露点或者低于环境空气中的水的露点，并从而实现将水从环境空气中冷凝到所述冷凝表面上。

17.如权利要求16所述的设备，其中，所述加热装置包括用于收集热的集热器。

18.如权利要求17所述的设备，其中，所述集热器被设置成收集太阳能。

19.如权利要求17或者权利要求18所述的设备，其中，所述加热装置包括换热器，所述换热器被设置成从所述集热器向所述制冷剂和流体的溶液传热。

20.如权利要求19所述的设备，其中，所述换热器包括与所述集热器处于流体连通的金属外套。

21.如权利要求20所述的设备，其中，所述连通流体优选为矿物油。

22.如权利要求20和21中任何一项所述的设备，其中，如果所述连通流体上升到预定温度以上，则所述加热装置被设置成至少部分地限制所述连通流体在所述集热器和所述换热器之间的流动。

23.如权利要求16-22中的任意一项所述的设备，其中，所述加热装置被设置成响应所述制冷剂和流体的溶液的温度以及容纳所述溶液的容器内的压力、来控制对所述制冷剂和流体的溶液的加热。

24.如权利要求23所述的设备，其中，如果根据所述制冷剂和流体的溶液的温度以及所述容器内的压力、溶液中氨的浓度按重量计算小于或者等于大约39.5％，则所述加热装置被设置成至少部分地降低对所述制冷剂和流体的溶液的加热。

25.如权利要求16-24中的任意一项所述的设备，其中，所述冷却装置包括耗热件，所述耗热件用于从所述气态制冷剂耗散热量，以实现所述气态制冷剂的冷凝。

26.如权利要求25所述的设备，其中，所述冷却装置包括蒸馏装置，所述蒸馏装置用于从气体中蒸馏气态制冷剂，其中所述气体包括气态制冷剂和从所述流体中蒸发的气体。

27.如权利要求26所述的设备，其中，所述蒸馏装置被设置成冷凝从所述流体中蒸发的气体。

28.如权利要求27所述的设备，其中，所述蒸馏装置包括提升导管。

29.如权利要求28所述的设备，其中，所述蒸馏装置还包括冷却翅片。

30.如权利要求16-29中的任意一项所述的设备，进一步包括制冷剂蒸汽返回装置，所述制冷剂蒸汽返回装置用于将被所述蒸发器蒸发的制冷剂蒸汽返回到所述制冷剂和流体的溶液。

31.如权利要求30所述的设备，其中，所述制冷剂蒸汽返回装置包括所述蒸发器的端口，以便所述气态制冷剂返回到所述制冷剂和流体的溶液。

32.如权利要求30或者31所述的设备，其中，所述制冷剂蒸汽返回装置包括用于控制制冷剂蒸汽流量的制冷剂蒸汽流量控制装置。

33.如权利要求32所述的设备，其中，所述制冷剂蒸汽流量控制装置被设置成通过比较环境空气的露点与环境空气在其跟冷凝表面接触后的温度来控制制冷剂蒸汽的流量。

34.如权利要求33所述的设备，其中，所述制冷剂蒸汽流量控制装置被设置成通过测量水从环境空气中冷凝到所述冷凝表面上时的温度来确定露点。

35.如权利要求33或34所述的设备，其中，所述制冷剂蒸汽流量控制装置被设置成测量环境空气在其跟所述冷凝表面接触后的温度以将该温度与所述露点作比较。

36.如权利要求16-35中任意一项所述的设备，进一步包括扩散器，所述扩散器用于将制冷剂蒸汽扩散到所述制冷剂和流体的溶液中。

37.如权利要求16-36中任意一项所述的设备，进一步包括吸热装置，所述吸热装置用于在制冷剂蒸汽通过所述制冷剂蒸汽返回装置返回到所述制冷剂和流体的溶液后从所述制冷剂和流体的溶液中吸热。

38.如权利要求37所述的设备，其中，所述吸热装置被设置成储存热量以加热所述制冷剂和流体的溶液。

39.如权利要求38所述的设备，其中，所述吸热装置优选被设置成在可用的太阳能减少的时候利用存储的热量来加热所述制冷剂和流体的溶液。

40.如权利要求16-39中任意一项所述的设备，进一步包括集水装置，所述集水装置被设置用来收集冷凝在所述冷凝表面上的水。

41.一种加热设备，包括：

加热装置，所述加热装置用于加热制冷剂和流体的溶液，以驱使制冷剂从流体中蒸发来产生气态制冷剂；

冷却装置，所述冷却装置用于冷却气态制冷剂，使得所述气态制冷剂冷凝为液体制冷剂；

蒸发器，所述蒸发器被设置用于收集所述液体制冷剂，随后从所述液体制冷剂中蒸发气态制冷剂，将所述气态制冷剂返回到所述流体，所述气态制冷剂在跟所述流体接触时产生热量；和

吸热装置，所述吸热装置用于在所述气态制冷剂同所述流体接触后从所述流体吸热以便用于加热。

42.一种冷却设备，包括：

加热装置，所述加热装置用于加热制冷剂和流体的溶液，以驱使制冷剂从流体中蒸发来产生气态制冷剂；

冷却装置，所述冷却装置用于冷却气态制冷剂，使得所述气态制冷剂冷凝为液体制冷剂；

蒸发器，所述蒸发器具有用于同环境空气接触的至少一个冷却表面，并被设置用于收集液体制冷剂和随后从所述液体制冷剂中蒸发制冷剂，所述冷凝表面被设置成通过从所述液体制冷剂中蒸发制冷剂时制冷剂和所述冷凝表面之间的热交换而被冷却；和

引导装置，所述引导装置用于引导环境空气与冷却了的冷却表面接触，以便进行冷却。

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