CN101542220B - 多用途隔热的饮用水生产设备和方法 - Google Patents

Abstract

通过采用蒸气压缩制冷系统将水蒸气转化为可饮用水的设备和方法，其包括设置于空气通道管内的第一制冷元件和第二制冷元件，空气通道管提供了由风扇或类似装置驱动的空气循环路径。循环的空气被制冷至低于露点的温度，以从空气中收集水。收集的水储存于主要的储存容器内，并且向该容器内注入臭氧，以消灭细菌和污染物。还原的水的至少一部分被传输至第二储存容器内，在该容器内水由来自相同压缩机内的制冷剂进一步冷却。

Description

多用途隔热的饮用水生产设备和方法

本申请要求2006年5月15日提交的60/800358号美国临时申请的优先权，该申请在此以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及这样一种改进的设备，其用于将大气中的水蒸气或者汽化为空气的不可饮用的水的水蒸气转化为饮用水，尤其用于通过在温度保持于或低于给定环境条件露点的一个或多个表面上形成冷凝的水蒸气而获得饮用质量的水。

背景技术

水蒸汽在其上冷凝的表面通过在封闭的流体路径中循环制冷剂介质的装置保持在低于露点的温度。所述装置包括制冷剂蒸发设备(从而提供通过气流的制冷)和制冷剂冷凝设备。制冷剂冷凝设备用于在适当区域提供热量至所述气流，从而提高空气携带水蒸气的能力(即增加湿度)。

发明人为Poindexter的5,301,516号美国专利和发明人为Reidy的5,106,512号、5,149,446号美国专利各公开了一种饮用水收集装置，其包括用于将冷却盘管保持在低于露点温度的致冷装置，以形成冷凝水。其它现有技术包括发明人为Le Bleu和Forsbergr的5,669,221号美国专利，其中收集的水或者市政的水被重复地简单过滤，直到达到所要的饮用质量。其它的将水蒸气转化为液体饮用水的例子存在于公用领域的发明人为Merritt的6,343,479号美国专利中，并且已公开的发明人为Merritt的20050262854号美国专利申请(现在为7,121,101号美国专利)也公开了由空气得到水的有利技术。

其它的许多上述现有技术限制在进行空气到水的转换的范围，从而表现出不合符需要的缺点。典型地，现有技术表现出缺乏这样的能力：即，在保持于低于露点温度的表面附近把数量与大气中实际存在的水蒸气总量接近的水蒸气有效地转换成水。本文公开的新型水生产系统和方法还能够执行多种功能，如水的净化、脱盐和蒸馏，以及将潮湿的空气转换为水的作业。与用于执行这些功能的传统技术相比，本文公开的系统和方法提供的多种功能显著提高效率，因而克服了现有技术中的缺点，并为解决现存的世界性水质量问题提供了历经探索后才获得的技术方案。

发明内容

本发明的一个目的是，提供一种为饮用目的而从大气中冷凝和收集水的新颖装置和方法。本发明的另一个目的是，提供一种对还不适于人饮用的水进行净化从而提供安全的水供饮用的装置。本发明的还一个目的是，提供一种在较低的环境温度下蒸馏普通水、从而显著地降低正常地完成该任务的能量消耗的装置和方法。这些和其它的目的是利用复杂的制冷技术完成的，包括例如多个蒸发器、绝热冷却技术、重新加热以及新型解冻机构，所有这些工作都在管道的空气通道内完成。这些技术使得该设备能够捕获较大量的水，达到在各种条件和情况下每单元体积空气内的可能的最大量的水分。根据是否将该设备作为简单的空气到水的转换装置、水蒸馏装置或者脱盐装置的决定，可按照本发明的某些方面启动与各单独的操作相关的控制。

按照本发明的一个方面，用于对水进行低温蒸馏的方法和装置如下。风扇使得空气通过形成为连续循环路径的空气通道管。空气管或者通道优选地与外界环境温度条件隔绝。水被以细雾的形式导入循环空气，这具有称为绝热冷却的立即效果。在该实施例中，绝热过程是蒸发冷却。随着水蒸气被吸入空气，能量由可感热转化蒸发的潜伏热。相应地，空气的温度下降，它的绝对湿度上升，然而总体的内能保持不变。然后装满水蒸气的空气被风扇驱动，并通过保持于低于露点温度的所述第一气流制冷元件的至少一个表面。第一制冷元件使得空气中的水蒸气中的一部分转化为液体水。当空气通过第一制冷元件时，被冷却至达到百分之百的相对湿度。然后空气流通过第二气流制冷元件，所述第二制冷元件在所述水的凝固点的温度或者低于所述水的凝固点的温度下工作，因此空气流中很大比例的残留水在第二制冷元件上被捕获。当空气流通过第二制冷元件后，又为百分之百的相对湿度，然而温度却低得多。然后空气流通过空气流加热元件，在该处空气的温度急剧上升，同时导致相对湿度显著下降。优选地空气又通过隔热的管道空气通道回到风扇后面的区域，风扇又使得空气再次循环。在空气流以例如逆时针方向在封闭的通道内通过的同时，制冷剂以相反的方向通过相应的制冷元件的回路，并在各个元件上控制和制冷剂相关的操作条件，以达到理想的温度和压力条件。

与用于完成该任务的传统技术相比，这种隔热冷却、第一制冷元件和第二制冷元件以及空气重新加热的布置使得能捕获可能的最大量的水。并且，大大减少了完成该任务所使用的能量，因而效率更高。可在管子的通道内设置可调节的节气闸，以控制空气进入所述封闭循环和从所述封闭循环排出。空气进入所述封闭循环和从所述封闭循环排出由设备的具体功能、周围条件(如温度和相对湿度)以及制冷剂循环机构内的压力决定。制冷剂循环机构内的压力控制冷却和加热装置的温度。在上述操作中，节气闸通常是关闭的，从而将空气环路与外界环境条件隔离。在冷却的表面形成的水被收集，并经过杀菌灯(例如紫外线辐射灯)，或者向收集的水中注入臭氧，以消灭细菌或者其它有害污染物。这些水还被活性碳或者其它适合的介质过滤，以生产可饮用的水。

由较透明的塑料模制而成的具有特定轮廓的冷凝物收集碟和主要的水储存容器的一体结合，尤其适用于储存饮用水，并且其还与主要的空气冷却装置中的第一或主要的蒸发器相关联。

辅助的水储存装置，包括由与主要的空气冷却装置相同的压缩机供应制冷剂的辅助冷却(蒸发)盘管，用来使得收集于主要容器中的至少一部分水被进一步冷却，以供人饮用；同时，在压缩机进口侧的气体温度被降低，压缩机上的负载被减小，从而通过将在回到单个压缩机之前的、由辅助蒸发器盘管还原的制冷剂和由主蒸发器盘管还原的制冷剂结合，而改善压缩机的操作。

下面将参照附图进一步描述本文描述的一个或多个独创性的特征的前述方面和其它方面。

附图说明

图1是由空气至水的还原系统的一种实施例的示意图，其示出了各工作元件及其相对位置；

图2是水的标准湿度计算图，其中由字母标出了状态点，其示出了与图1所示系统的详细描述有关的选定信息；

图3是系统实施例中尤其与控制第一和第二冷却部件的温度的元件相关的部分的示意图；

图4是系统的另一种实施例的示意图，其示出了空气冷却的非过热元件；

图5是在某些方面与2002年2月5日授权公告的、发明人为Merritt的6,343,479号美国专利描述的系统类似的系统，其还采用了该发明的某些特征；

图6是由一体的、等高化的冷凝物收集碟或者盘与尤其适用于本文描述的系统的主要贮水池或储存容器构成的改进的集成结合体的立体图；

图7是盘和贮水池的结合体的俯视图，其示出了盘。

图8是盘和贮水池的结合体的仰视图；

图9是按照本发明的某些方面的与水的收集、还有冷却和分配相关的优选的管道装置的一部分的示意图，其带有局部剖视；

图9A是按照本发明的某些方面的与水的收集、还有冷却和分配相关的另一种的管道装置的一部分的示意图，其带有局部剖视；

图10是用于图9A所示系统的特定管道构件零件的清单；

图11是按照本发明的某些方面的水冷却和还原系统的改进方案；

图12是按照图6-8、9和图11的系统的局部前视图；

图12A是按照图6-8、9A、图10和图11修改方案的系统的局部前视图；

图13是图12所示系统的俯视图；

图14是与本文描述的系统的主要蒸发器盘管一起使用的绝热垫的立体图；

图15a、15b和15c是图14所示的绝热垫的俯视图、仰视图和剖视图(后者沿线A-A剖视而得)；

图16是按照本发明的系统的整体视图，其具有第一管道装置；

图17是按照本发明的第二系统的整体视图，其具有第二管道装置。

具体实施方式

参见图1，空气-水还原系统的主要元件优选地定位于完全封闭的循环空气通道管11内。在优选的实施例中，管道11与周围大气环境隔绝。包括水蒸气(湿度)或者注入有湿气(见下面所述)的连续空气流在运动装置12例如由电动机驱动的风扇的作用下，在封闭的循环空气通道管11中以如图中所示的逆时针方向循环。序列制冷元件14、15、16从风扇12起往下游方向以上升的数字次序定位于导管11内。这些制冷元件包括第一空气流制冷元件14(如具有外表面的第一制冷剂蒸发器)、第二空气流制冷元件15(如具有外表面的第二制冷剂蒸发器)以及空气流加热元件16(在优选实施例中，其为制冷系统的冷凝器)。制冷系统分别还包括压缩机20、第一调节装置21、第二调节装置41、第三调节装置22。制冷剂由压缩机20供应至上述多个加热、冷却和控制元件。制冷剂介质的状态被可控制地改变，以便沿所述循环提供需要的温度/压力参数。设置吸入压力调节器23，其与调节装置22协同工作，以使得第一制冷元件14在选定的压力下工作。该选定的压力对应于低于通过制冷元件14的表面被推进的空气的露点的温度。通过制冷元件14的表面推进的空气中的水蒸气的至少一部分冷凝成液体，从而使得通过的空气冷却(温度下降)而湿度增加到100％。冷凝的液体水收集于盘24中，并被输送至储存容器25。通过控制第一调节装置21，使得第二制冷元件15在对应于低于由第一制冷元件14排出的空气的露点的温度的压力工作。优选地，第二制冷元件15在水的凝固点的温度下或低于水的凝固点的温度下工作，从而使得空气中残留的水(水蒸气)基本全部或者大百分比地在第二制冷元件15处被捕获(capture)。

参见图3，调节装置21、41以及调节装置22被示出为毛细管。控制这类调节装置包括确定管子长度与管子直径的正确比例。采用这种尺寸技术，可达到极精确的压力和温度关系。也可采用其它的调节装置代替。第二制冷元件15的优选操作温度是低于水的凝固点的温度。事实上，对第二制冷元件15而言，不需要将温度降至华氏0°。应当理解，第一制冷元件14和第二制冷元件15可结合于单个物理结构中，从而构成多个温度制冷蒸发元件，并减少零件的数量。节气闸(damper)18优选地定位于加热元件16和风扇12之间。当节气闸18打开时，其构成进口30和出口31。在该设备执行某些任务时(如简单的大气至水的转换)，进口30和出口31是有用的。

现参见图1和2，下面描述按照本发明一个方面的操作参数和条件的具体例子。如图2中所示，在状态点A，流入第一制冷元件14上游的管子11内的空气的干球温度计温度是80℉且相对湿度(RH)为60％时、每磅干燥空气将有0.0132磅的水。同样采用图2，可以确定，13.9立方英尺的空气相当于一磅空气。通过每分钟使三百立方英尺(CFM)的空气在空气通道管11中循环，使得每分钟有21.5磅的空气移动通过第一制冷元件14的表面。包含于该数量的空气中的水蒸气的量是每分钟0.0132×21.5＝0.28磅或者接近1/3磅，这些水蒸气将通过第一制冷元件14。这种状态下的露点是64.9℉。通过调节吸入压力调节器23，在第一制冷元件14中的循环的制冷剂被设置为比如在40℉工作。因此可以实际地预期会导致温度降低25度，而当空气通过第一制冷元件14时，会被冷却至例如55℉的温度。

在这些空气中的每分钟0.28磅的水蒸气中的至少一部分将冷凝成第一制冷元件14表面上的液体水。这部分水可通过从进入管子11中的水的量(前面已经计算了，为0.0132磅/磅空气)中减去而算出。在空气被冷却至如所述空气离开蒸发器14时是饱和的或者相对湿度为99.9％的状态点B处所示的温度下时还含的水量为0.0132磅/磅空气。该计算结果表明只有0.004磅水量/磅空气被捕获，将该数字乘以每分钟21.5磅的空气意味着在每分钟可用的水0.28磅中每分钟仅有0.086磅的水被捕获。这些饱和的空气从露点温度为55℉的状态点B，被继续推进至通过第二制冷元件15的表面，第二制冷元件15被控制为在0℉(低于水的凝固点)下工作。随着装满湿气的空气接触，湿气在第二制冷元件15的表面冷冻，而空气被冷却至20℉。这由图2的湿度计算图表中的状态点C表示，从中可以看出在该点每磅空气中水的量仅仅是0.0021磅。与前述计算结果相似的新计算结果表明被捕获的水的量是0.011磅/磅空气，接近第一制冷元件14上游的空气所含水量的全部。随着第二制冷元件15开始积累冰块，从而限制了空气通过封闭的环路11的流动，降低了吸入线路23的温度。该温度的降低将被温度检测开关40检测到，温度检测开关40闭合并给阀19通电然后阀19打开而允许液体制冷剂通过(平行连接的)第二调节装置41。该连接具有增加第二制冷元件15内的压力的立即效果。因此，出现温度的立即增加，而位于第二制冷元件15上的冰开始融化。这种解冻的方法优于制冷领域中公知的热气解冻法，因为它利用更少的移动零件，并保证制冷元件的表面温度总是保持在低于进入的饱和空气的55℉的露点。随着冰的融化，第二制冷元件15的温度开始接近第一制冷元件14的温度。这时，检测到温度升高的温度检测开关40打开，从而给阀19断电。制冷剂再次仅仅允许在调节装置21流动通过，实质上降低了第二制冷元件15的温度。由熔化的冰所产生的水收集于排水盘24中，并被导向于储存容器25中。冷却的空气通过管子11连续流动，并被导向穿过加热元件16的表面，在该表面空气的温度升高到90℉。当节气闸18为特定任务完全打开时，该空气在口31排出，从而阻止加热的空气通过管子11返回到空气运动装置12。

参见图1和3，其描绘了另一种在低温下蒸馏水的技术。在该操作中，节气闸18被完全关闭，从而构成一个完全封闭的空气环路11。随着风扇12驱使空气沿整个所述闭合空气通道移动，水以细烟或雾的形式通过空气导入装置13(例如，喷雾嘴等)被导入空气流。该水不需要自然可饮用，其可为不好喝的水或者盐水。可更换的微粒过滤器13a保证没有外界物质进入引导装置13。当该水被以细雾的形式导入循环空气时，有一个立即效果，称为绝热冷却。术语绝热是指状态的改变而没有热量的损失或增加。在本实施例中，绝热过程是指蒸发冷却。当空气通过水表面时，可发生蒸发冷却。即使当温度远远低于沸点时，位于表面的水分子也会从通过的空气中吸收足够的能量，以变相为气体，并变为水蒸气。随着水蒸气被吸入空气，能量被从可检测到的热量转换为蒸发潜伏的热量。因此，空气的温度下降，而它的绝对湿度上升，同时整体的热量保持不变。因此，当喷水与空气流接触时，发生绝热冷却。空气流的温度下降，而绝对湿度上升。水截送装置17定位于水引导装置13和第一制冷元件14之间，其确保没有水滴超过该点。如果气流在与水接触之前，其温度为90℉，则温度降低20度也是很正常的。因此，气流的新的状态是70℉、并且接近完全饱和。这意味着该状态的露点是70°。如在之前的实施例中一样，也会发生相同的现象。即，装满水蒸气的空气由风扇12驱动，并通过维持在低于露点的温度的第一制冷元件14的至少一个表面。第一制冷元件14使得空气中水蒸气的一部分转换为液体水。当空气通过第一制冷元件14时，空气被冷却至达到百分之百的相对湿度。这是空气通过制冷剂蒸发器后的通常状态。此时，空气中包含未被第一制冷元件14捕获的所有湿气。然后空气流通过第二制冷元件15的表面。第二制冷元件15在低于水的凝固点的温度下工作，因而空气流中基本上所有的残留水都被第二制冷元件15捕获。随着空气流经过所述第二制冷元件15，其又为百分之百的相对湿度，然而温度却低得多。然后空气流过加热元件16，在此空气的温度急剧升高，同时导致相对湿度的显著下降。然后空气通过隔热的封闭的管子空气通道11返回到风扇12，风扇12使得空气再次经过整个循环，包括注射或导入水的步骤。与用于这种任务的传统技术相比，绝热冷却、第一制冷元件、第二制冷元件以及空气再加热的布置使得捕获可能的最大量的水。并且，完成该任务所使用的能量显著下降，从而在捕获大量水的同时，效率也更高。通过借助加热元件16使离开第二制冷元件15的空气的温度由20℉上升至90℉，从而产生相对湿度为7.5％、对水有很大的吸附力的极为干燥的空气的新的状态。由于节气闸18完全关闭，因而空气继续循环，再次连续重复循环地执行下述方法，直到收集到需要的量的水：使空气潮湿、绝热冷却它、使绝热冷却的空气流经多个温度蒸发器从而使其明显地干燥，然后提高空气流的温度，产生相对湿度非常低的空气流。水储存于容器25中，并经过过滤和消毒。在非常热和干燥的气候中，可将节气闸调节为在该操作过程中打开一定程度，从而使得制冷元件内的状态得到缓和。

参见图4，其示出了本发明的另一种实施例。其中，示出了用于预冷却或减温由压缩机20供应的制冷剂的装置。总体而言，图4中示出的装置基本上与图1示出的相同，除了以下特征外：由在封闭的空气通道环11外部设置的另一个风扇20b供应的空气，被供应穿过冷凝器部分20a，以提供空气冷却的减温器。该减温器对循环的制冷剂产生与上述的3,643,479号美国专利所示出的水冷减温器类似的效果。

具体而言，在图4中，蒸气压缩机20与冷却减温器20a流体连通。制冷剂被使得从压缩机20流出并流入减温器20a。在减温器20a中，由第二空气运动装置(例如风扇)20b供应的空气去除制冷剂的过热。第二空气运动装置(例如风扇)20b位于封闭的空气环11的外部。已经发现，优选地采用速度可控制的风扇20b，以进一步控制冷凝器16的温度，从而更精确地控制空气通道管11内的空气的温度。对风扇20b开关时间的控制可类似地用于控制导管11内空气的温度。然后减温的制冷剂流进冷凝器16，在冷凝器16中剩余的热量由在封闭环11内流动的、通过冷凝器16的空气移除。这使得制冷剂被完全冷凝为液体形式。如前所述，液体的制冷剂分别通过调节装置41、21、22进入蒸发器15和14的被控制的温度/压力区域，以收集和移除由水插入装置13供应的、在封闭环11内的循环空气中的水。

因此，可以看出图4在很多方面与图1类似，因而在两个图中采用相同的附图标记来标记相同或类似的部分。

参见图5，没有采用图4中的冷却减温器结构20a、20b，而采用前述的6,343,479号美国专利示出的水冷减温器20a′提供了类似的功能。6,343,479号美国专利描述了用于减温器的冷却水的流动和重新获取(recovery)，这些内容以引用方式并入本文。在图5的结构中，只示出了单个蒸发器元件14。然而，应当认识到，也正如前文所述的，事实上蒸发器元件14可为蒸发器元件14和15、以及结合图1描述的相关控制设备的组合。此外，在减温器20a′内循环的冷却剂水可通往水导入装置13，以在封闭的循环11中提供期望的水蒸气。此外，所有的包括于图4中的空气冷却的减温器元件可结合至图5的系统中，比如通过把元件20a和20a′从压缩机20开始串联于制冷剂路径中。在这种方式中，根据需要的操作条件，可使减温器中合适的一个工作，而另一个不工作。

参见图6-8，图中示出了主要的贮水池或容器25，该容器由塑料材料如透明的聚碳酸脂塑料模制为单一的结构。贮水池25被形成为有助于水的收集和将水保持为可饮用的状态，以及有助于保养贮水池25自身和有助于贮水池25和相关的水处理元件的装配和拆卸。主要的贮水池25包括位于其顶面的一体的冷凝物收集盘或碟24，冷凝物收集盘或碟24的尺寸适合于装配在与水收集系统中的蒸发器盘管(如冷凝元件14、15或它们的等同物)邻近的下面，正如后面将更详细地描述的。收集碟24具有直立的、围绕成开口的收集空间的边缘26和从边缘26沿各个方面向中心的水收集口28倾斜的向下倾斜的底面27。这种结构使得收集于碟24中的冷凝水滴入由贮水池25下部的2/3围成的大体矩形盒状的储存空间内(通常为6-8加仑)。碟24和收集口28的尺寸适于预期的冷凝物收集最大速率。沿着基本水平的局部凸台或搁架29具有适于连接的适当的孔32、33、34(例如，水出口、再循环的水入口，或者下面将会出现的臭氧气体入口)和水位传感器装置(参见下述)。凸台或搁架29一体成形于收集碟24邻近且水平位置比收集碟24更低。搁架29沿贮水池25的长度在前壁36和后壁之间延伸，如图6所示。通过在整个系统的空气入口进行传统的空气过滤，使得整体的空气通道保持没有微粒物质，从而使得水收集口28可保持打开。

贮水池25的前壁36内具有可关闭的通道开口35，以允许必要时清洁贮水池25的内部和提供用于在贮水池25内安装必要的装置如水位传感飘浮物或者管道等(参见下述)的通道。选择通道开口35的位置和尺寸时参考贮水池25和将安装于贮水池25内的装置的尺寸，以使得其可装配和拆卸。水密螺帽闭合件74(参见图16和17)与通道开口35配合。由于聚碳酸酯塑料材料强度高、易于制造和清洁及其与保持储存水的饮用性相容，因此选择其作为材料。

参见图9，图中示出了与消毒、处理和分配收集的水相关的一部分管道结构。已将贮水池25的一部分切除，以便于更好地理解部件的布置。除了主要的贮水池25外，在图9中，该系统还具有第一辅助的水贮存分配池37(热)和第二辅助的水贮存分配池38(冷)。收集于主要的贮水池25中的水通过固定于贮水池25中的水收集出口孔32内的获取水管78，依次供应到管子61和58，然后到达水泵43进口端。水泵43的出口端60借助垂直设置的、无支撑、防摆动的导管环85与配件86连接。所述环设置成当泵43启动时由突然的水流导致的振动波听不见、也不会传输至该结构而是由环85吸收。由泵43提供的水借助适当的食物级的管道和配件结构结合至微粒过滤器(例如活性碳过滤器)。优选地该过滤器包括易更换的市售滤筒，例如可装在该装置顶部附近方便地支撑的过滤基座42′中的滤筒。

收集的水在通过过滤组件42′后，可根据需要通过分路器(“T”)或阀66到达第一水贮存分配池3和第二水贮存分配池38。在方便的位置设有适当的第一和第二分配喷嘴或龙头44、45，以供使用者从分配池37、38中一个中取水。分配池38(如下面将描述的)具有额外的制冷元件，以提供较冷的水供饮用，而分配池37被设置为通过适当的附加元件(如加热器，如果需要的话)提供不同温度的水(比如热水)。

为了确保人们饮用还原的水的安全性，图9所示的结构具有一种特别有利的水处理装置的结构，其形成臭氧净化系统。为实现该目的，采用电晕放电类的臭氧产生器75，如由班纽克(Beyok)公司生产的市售臭氧产生器Model FM300S。臭氧产生器75位于该装置内可获得周围空气的位置。正如从图9至12中所能看出的，适当的管子76(如不锈钢管子)从臭氧产生器75连接至固定到储水池通道开口33内的配件77。相互隔开的第一多孔渗水的臭氧扩散石81和第二多孔渗水的臭氧分配石82在贮水池25内分别支撑于中空管状支撑臂83的各端。各管状支撑臂83连接至向下延伸的供应管84。供应管84固定于配件77上。元件77、83、84的组合向各扩散石81、82供应臭氧。获取水管78具有设置于邻近扩散石81、82中的一个的更低的开口端，以获取臭氧水。只要将泵43接通电源，以将收集的水从贮水池25中抽出至第一辅助贮水池37和/或第二辅助贮水池38，则臭氧产生器75也被启动，臭氧产生器75将周围空气形成臭氧。即，普通的氧气分子(O₂)被臭氧产生器75转化为臭氧(O₃)。该臭氧通过管道76、配件77、供应管84和管状(空心)支撑臂83，到达扩散石81、82中的每一个。通过这种方式，臭氧被引入获取管线76，以对管线进行消毒，确保被分配的水是安全的。当该系统不用于分配水时(例如晚上)，臭氧产生器75也可周期性(每隔15分钟)地被启动。通过这种方式，在任何时候都能保证水的纯净。在臭氧被供应时，贮水池25的水中各扩散石81、82的附近出现臭氧的气泡，并且在收集的水中连续地形成两列上升的这种气泡。扩散石81、82间隔足够的距离，以有助于注入的净化臭氧基本上分散至贮水池25的全部水中。通过将获取水管78放置于与其中一个扩散石邻近，能保证从贮水池25中抽出的水被新产生的臭氧消毒。应当理解，可借助对本领域技术人员而言公知的可用的可编程微控制器和合适的温度、时间和湿度传感器容易地实现该装置以上述方式的循环、以及这些参数的控制(如风扇的速度和/或负载循环)，以提高在不同的温度和/或湿度条件下的冷凝物收集。在这方面，参考上面图2示出的这些参数以及它们之间的关系是有帮助的。

臭氧产生器75也可根据系统中其它的参数而被适当地打开或关掉。例如，提供水位传感器组件用于检测贮水池25中两个极端的水位。水位传感器组件包括高水位浮动开关48和低水位浮动开关49，其安装于贮水池25的孔34内，并向下延伸至贮水池25内。低水位浮动开关49可连接至例如臭氧产生器75的电源电路，以使得只有当贮水池25内的水位升到足以注入并吸收臭氧的高度时，才打开臭氧产生器75。相应地，高水位浮动开关48可连接至制冷压缩机20、泵43(以及其它设备)的电源电路，使得当贮水池25内的水位位于可接受的上限时，停止生产水，从而防止溢出和资源的浪费。

在图9A示出的另一种水处理结构中(其中类似的部分以与图9相同的附图标记标出)，在水出口线路61与至紫外灯39的进口之间设置截止阀64。紫外灯39代替臭氧产生器75，用于消灭循环的水中的细菌。由紫外灯装置39流出的水通过特殊的过滤器42以及在本装置中的泵43。在泵43的输出端和第一贮水池37及第二贮水池38之间设置有分流器66。如图所示地提供控制电磁铁46，以根据水位情况和系统的要求，调节从第二贮水池38至主贮水池25或者至冷水龙头45的水流。

参见图11、12和12A，其中示出了冷水贮水池38的改进结构。在图11中，箭头指示了制冷剂从压缩机20流出，通过冷凝旋管16，然后通过蒸发器(空气冷却)盘管14，再回到压缩机20的流动方向。按照本发明的一个方面，设置有呈毛细管或调节装置50形式的第二平行的制冷剂分支线路，以将在冷凝器16的输出端可获得的液体制冷剂的一部分转移至与蒸发器盘管14并联连接的第二蒸发器盘管15′。在优选的结构中，第二蒸发器盘管15′靠近冷水贮水池38的周围缠绕，从而使贮水池38内积累的水冷却至比室温更低的温度(例如，在10℃—20℃之间或者适合人饮用的范围内)。第二蒸发器盘管15′的另一个目的是提供更冷的返回辅助气流至压缩机20，从而使得压缩机20在比没有第二蒸发器盘管15′时更低的温度下工作。为实现该目的，由调节装置50供应的液体制冷剂在第二蒸发器盘管15′的下端67(如图11、12、12A所示)进入第二蒸发器盘管15′，并且在通过第二蒸发器盘管15′时被转化为蒸气，同时将贮水池38内的水冷却。在第二蒸发器盘管15′的上端，来自第二蒸发器盘管15′的较冷的蒸气与来自主蒸发器14的制冷剂吸收管线79内的较高能量的蒸气结合。结合的蒸气回到压缩机20的吸入端80，从而使得压缩机20在较低的温度下工作。通过这种方式，单个压缩机20可用于既通过冷凝而从经过的空气流中捕获水，又使收集的水的至少一部分冷却至仍然较低的温度(例如，在10℃—20℃之间或者适合人饮用的范围内)。

应当注意，毛细管50(参见图12A)(较长的小直径管)在制冷系统中从该装置的上端部分内的蒸发器盘管14连接至第二蒸发器盘管15′的下端67。在图12所示的结构中，优选地毛细管50被固定成与包括第二蒸发器盘管15′的管道表面为紧密的热传输关系，以便第二蒸发器盘管15′的低温使毛细管50内的制冷剂进行预冷却或者辅助冷却。已经发现，这样做是有利的：通过例如将各圈相互焊接(参见图12和图12A)，而使蒸发器盘管15′的相邻的各个圈相互紧密热接触。通过这种方式，热量被传输至蒸发器盘管15′的一个接一个的各个圈内的沸腾制冷剂，这样使得在蒸发器盘管15′的整个长度上制冷剂更均匀地沸腾。

参见图13，其为图12示出的装置的通常结构的俯视图。正如制冷系统的惯用结构，蒸发器盘管14包括弯曲的一排管道，该管道具有由大体U形的端部和/或发夹状物70连接在一起的大体平行的直线部分69。沿管道的直线部分69部分具有多个鳍状物71，以增加蒸发器管道14的有效面的面积。然而，尽管发夹状物/端部70是冷表面区域，冷表面区域的面积达到七或八个工作管道的直线部分69的面积，但它们设置于空气流的外部而不参与使得空气还原成水。已经发现，通过将发夹状物/端部70隔热，蒸发器盘管14的其余部分可提供比未将发夹状物/端部70隔热的系统更多的冷却以及从空气收集更多的水。为实现该目的，如图14和15a—15c所示的隔热材料72的块(例如，适当的模制塑料如聚苯乙烯泡沫塑料(styrafoam)或其隔热材料)具有适当的、根据蒸发器盘管14内的发夹状物/端部70的位置配置的模制槽73。隔热块72是自支撑式的，其被放置于发夹状物/端部70的上部，在该处这些端部从蒸发器盘管14的大体矩形形状开始延伸。图中未示出隔热块72如何安装，但如图所示，隔热块72具有平坦的外表面73，同时隔热块72还覆盖该装置内的盘管端部70，从而将它们与周围的空气相隔绝。

参见图16，其示出了部分地装配的系统，该系统体现了一个或多个新特征的不同方面。尤其是，示出了这样一种空气通道管11的几何结构：具有大体矩形横截面的下部区域(进口)和大体圆柱形横截面的上部区域(出口)。

参见图17，其示出了第二种部分地装配的系统，该系统体现了本发明的不同方面。总体而言，图16和图17是类似的，但在图17中，空气通道管11′的下端部分具有较小的、大体矩形的横截面，而上部具有较大的矩形横截面。此外，图16和17中还均示出了用于控制如上所述的工作顺序的典型可编程微控制器。其它合适的结构对本领域技术人员而言是显而易见的。

将空气转换为水以及低温水蒸馏和脱盐的主要任务都被很好地包含于上述独创性的结合的能力中。

因此，尽管本文利用多个特征和这些特征的结合示出和描述了本发明的一个或多个优选实施例，但应当理解，本发明可用本文具体示出和描述之外的其它方式实施，并且在这些实施例中，可改变某些具体的结构和零部件的布置而没有脱离本发明的原则。

Claims (18)

1.从空气中提取饮用水的设备，包括：

空气通道管；

空气运动装置，设置于所述空气通道管内，用于收集周围空气并使所述空气沿预定的方向通过所述空气通道管循环，从而在所述空气通道管内形成空气流；

第一制冷元件，具有设于所述空气通道管内的表面区域，所述第一制冷元件在所述空气流露点的温度或者低于所述空气流露点的温度下工作，从而使得当所述空气流从所述第一制冷元件的所述表面区域上通过时，在所述第一制冷元件的所述表面区域上形成可收集的液体水；

主要的水收集容器，其至少与所述第一制冷元件连接，以收集所述可收集的液体水；

所述第一制冷元件和制冷剂压缩机包含于封闭的回路制冷剂循环中，在该循环中，所述第一制冷元件是第一蒸发器，所述回路还包括所述制冷剂的冷凝器，并且还包括：

第二制冷元件，其包括第二蒸发器和第二水储存容器，所述第二水储存容器连接成用于接收来自所述主要的水收集容器中的至少一部分收集的液态水，所述第一制冷元件和所述第二制冷元件由所述压缩机供应制冷剂，所述第一制冷元件用于从空气中收集液体水，而所述第二制冷元件用于进一步冷却所述收集的液体水。

2.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述第二制冷元件还包含调节装置，所述调节装置连接于所述第一制冷元件和所述冷凝器之间，从而使离开所述冷凝器上的制冷剂被蒸发，以冷却所述第二制冷元件，并且从而进一步冷却所述收集到的液体水至适合人饮用的温度。

3.根据权利要求2所述的设备，其中：

所述第二制冷元件包括盘管，所述盘管被设置为与所述第二水储存容器热接触，以冷却所述收集到的液体水。

4.根据权利要求3所述的设备，其中：

所述调节装置供应制冷剂至所述第二制冷元件的所述盘管，并且所述调节装置热传递地与所述第二制冷元件接触。

5.根据权利要求4所述的设备，其中：

所述调节装置和所述盘管相互连接，且所述调节装置和所述盘管的结合与所述第一制冷元件并联连接，以使所述制冷剂返回所述压缩机。

6.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述主要的水收集容器包括围成大体矩形储存空间的、单一的模制塑料容器；

形成所述容器的至少一部分的顶部的一体的冷凝物收集碟，所述冷凝物收集碟具有竖直的边缘和从所述边缘到中心水收集口的向下倾斜底面；

水平的凸台，具有多个用于水处理和水处置装置插入的孔；以及

位于其一端的可密封的通道开口，用于提供至所述空间内部的通道，从而允许插入和组装所述水处理和水处置装置，以及清洁所述空间和从所述空间内将液体排空。

7.根据权利要求6所述的设备，其中：

所述容器由透明的聚碳酸酯塑料模制而成。

8.根据权利要求6所述的设备，其中：

所述水处理装置包括安装于一个所述孔内的臭氧供应管；

一对隔开的臭氧分配器与所述臭氧供应管连接，并延伸至所述空间内；以及

臭氧扩散器与各所述臭氧分配器连接，以供应臭氧至收集于所述空间内的水中。

9.根据权利要求8所述的设备，其中：

所述水处理装置可通过所述可密封的通道开口插入所述空间内。

10.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述空气运动装置包括根据周围空气的温度和湿度改变所述空气通道管内的空气流动的装置。

11.根据权利要求10所述的设备，其中：

所述空气运动装置会响应控制器，以根据周围空气的温度和湿度改变所述空气通道管内的空气流动。

12.根据权利要求1所述的设备，其中：

收集于所述主要的水收集容器内的所述可收集的液体水被保持于第一温度；以及

收集于所述第二水储存容器内的所述可收集的液体水被保持于第二温度。

13.一种从空气中提取饮用水的设备，包括：空气通道管；空气运动装置，设置于所述空气通道管内，用于收集周围空气并使所述空气沿预定的方向通过所述空气通道管循环；第一制冷元件，具有设于所述空气通道管内的表面区域，所述第一制冷元件在所述空气流露点的温度或者低于所述空气流露点的温度下工作，从而使得当所述空气流从所述第一制冷元件的所述表面上通过时，在所述第一制冷元件的所述表面区域上形成可收集的液体水；

主要的水收集容器，包括：

围成大体方形储存空间用来收集水的单一的模制塑料容器；

一体的冷凝物收集碟，形成所述容器的至少一部分的顶部，并具有竖直的边缘和从所述边缘到中心水收集口的向下倾斜底面；

用于水处理和水处置装置插入的至少一个孔；以及

位于其一端的可密封的通道开口，用于提供至所述空间内部的通道，从而允许插入和组装所述水处理和水处置装置，以及清洁所述空间和从所述空间内将液体排空。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述水处理装置包括安装于至少一个孔内的臭氧供应管，所述设备还包含：

一对隔开的臭氧分配器与所述臭氧供应管连接，并延伸至所述主要的水收集容器内；

其中，臭氧扩散器连接至各所述臭氧分配器，以供应臭氧至收集于所述空间内的水中。

15.一种从空气中提取饮用水的方法，包括：

使空气以预定的方向沿流动路径循环，从而形成沿所述流动路径的空气流；

沿所流动路径提供至少一个具有制冷表面的第一制冷元件，使所述第一制冷元件在所述空气流露点的温度或者低于所述空气流露点的温度下工作，从而使得当所述空气流从所述制冷表面上通过时，在所述制冷表面上形成可收集的液体水；

将所述可收集的液体水收集于主要的水收集容器中，所述主要的水收集容器至少与所述第一制冷元件相连；

将所述第一制冷元件和制冷剂压缩机包含于封闭的回路制冷剂循环中，在该循环中，所述第一制冷元件是第一蒸发器，所述回路还包括所述制冷剂的冷凝器；

将所述收集的水的至少一部分从所述主要的水收集容器转移至第二水储存容器；以及

将所述第二水储存容器用进一步包括第二蒸发器的第二制冷元件冷却，所述第一制冷元件和第二制冷元件由所述压缩机供应制冷剂，以分别从空气中收集液体水和进一步冷却所述收集的液体水。

16.一种从空气中提取饮用水的设备，包括：

空气通道管；

空气运动装置，设置于所述空气通道管内，用于收集周围空气并使所述空气沿预定的方向通过所述空气通道管循环，从而在所述空气通道管内形成空气流；

第一制冷元件，具有设于所述空气通道管内的表面区域，所述第一制冷元件在所述空气流露点的温度或者低于所述空气流露点的温度下工作，从而使得当所述空气流从所述第一制冷元件的所述表面上通过时，在所述第一制冷元件的所述表面区域上形成可收集的液体水；

主要的水收集容器，其至少与所述第一制冷元件连接以收集所述可收集的液体水，所述主要的水收集容器包括：

围成储存空间的单一容器；

用于水处理和水处置装置插入的多个孔；以及

位于其一端的可密封的通道开口，用于提供至所述空间内部的通道，从而允许插入和组装所述水处理和水处置装置，以及清洁所述空间和从所述空间内将液体排空；

所述水处理装置包括：

安装于多个孔之一个的孔内的臭氧供应管；

一对隔开的臭氧分配器与所述臭氧供应管连接，并延伸至所述空间内；和

臭氧扩散器，其与各所述臭氧分配器连接，以供应臭氧至收集于所述空间内的水中，以及

用于在所述主要的水收集容器中提取所述收集的液态水的获取水管，所述获取水管放置为与至少一个所述臭氧扩散器邻近。

17.一种从空气中提取饮用水的设备，包括：

空气通道管；

空气运动装置，设置于所述空气通道管内，用于收集周围空气并使所述空气沿预定的方向通过所述空气通道管循环，从而在所述空气通道管内形成空气流；

第一制冷元件，具有设于所述空气通道管内的表面区域，所述第一制冷元件在所述空气流露点的温度或者低于所述空气流露点的温度下工作，从而使得当所述空气流从所述第一制冷元件的所述表面上通过时，在所述第一制冷元件的所述表面区域上形成可收集的液体水，所述第一制冷元件包括多个通过发夹状物和端部连接在一起的延伸的弯曲盘管，所述发夹状物和端部具有在所述空气流外的表面区域，所述发夹状物和端部被隔热材料包围；

所述第一制冷元件和制冷剂压缩机包含于封闭的回路制冷剂循环中，在该循环中，所述第一制冷元件是第一蒸发器，所述回路还包括所述制冷剂的冷凝器；

主要的水收集容器，其至少与所述第一制冷元件连接，以收集所述可收集的液体水。

18.根据权利要求17所述的设备，其中：

所述隔热材料包括模制隔热材料，所述模制隔热材料具有平行、基本平坦的第一和第二表面和在所述表面中里面的那个表面内的多个模制槽，所述模制槽用来与所述盘管的所述发夹状物和端部匹配，以便使所述发夹状物和端部与周围的空气相隔绝。

Images