CN101821460A - 用于水发电和饮用目的的节能且环境友好型的可移动式大气除湿机 - Google Patents

用于水发电和饮用目的的节能且环境友好型的可移动式大气除湿机 Download PDF

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Abstract

一种利用大气中的水气生产冷凝水的大气除湿机空气处理单元，适用于水发电机和饮用的目的。一种利用冷凝单元的节能且环境友好型大气除湿机来由大气中的水气生产纯冷凝水的方法和设备包括：在温暖的气候条件下，已过滤和消毒的新鲜大气空气通过多个蒸发器冷凝旋管，以凝结大气空气中的水气。然后，冷凝水被收集在滴料盘中，并进入排放管线冷却器。为了降低能耗，冷空气通过蒸发冷凝旋管后，被传递给该空气处理单元的冷凝单元中的冷凝器。从压缩机出来的制冷排放管线插入冷凝水滴的排放管线冷却器中，以获得进一步的节能。在寒冷的气候条件下，已过滤和消毒的新鲜寒冷大气空气被传递给空气处理单元中冷凝单元的冷凝器。而后，新鲜的热空气被传递给多个蒸发冷凝旋管，以凝结大气空气中的水气。然后，冷凝水被收集在滴料盘中。从压缩机出来的制冷剂排放管线也插入冷凝水滴的排放管线冷凝器中。该系统加装有可选的环境友好型制冷剂，以进一步降低能耗。

Description

用于水发电和饮用目的的节能且环境友好型的可移动式大气除湿机
发明领域
本发明涉及水净化单元。
发明背景
全球水资源短缺是一种危机。世界上许多国家已经供水不足。在过去，人们寻找淡水资源便利的地点、河流或湖泊附近，以及地下水丰富或雨量充足地区的周围定居。每当水资源极其缺乏时，他们就继续迁徙去开发供水方便的新定居点。随着地球人口变得日益稠密，肥沃、水资源丰富的土地也变得日益拥挤，且最终人们不得不在水资源有限的地区定居。可用水资源的供应由于污染和污水已经减少。此外，气候形式的变化，使得一些地区的降雨量减低，并且，由于水资源枯竭，沙漠开始蔓延；居民没有办法，只能留下。水处理方法像使用化学试剂，如氯或其他卤素，然而，这种处理的副产品可能有毒，结果是进一步污染。对可能受污染城市供水的处理可能导致饮用这种水的健康问题。
现在，许多商用饮用水资源来自地下水。地下水可能被污染物如杀虫剂或化学废料污染。大规模地开采地下水可能会导致严重的问题，如地面水平降低和所需供水缺乏，或其他环境问题。人们已经提出空气除湿系统以及净化该系统生产的水以用于饮用目的的各种尝试。从空气除湿中生产饮用水，是一个非常有吸引力的选择。
在一项现有技术中，该单元最初还必须引以大约10公升水启动，该水可能是最初的污染物如挥发性有机化合物(VOC)的来源，通过紫外线辐射或粒状木炭均不能将其除去或分解。压缩机运行，以维持贮水池中冷设定点的温度，即，即使当装置没有主动地生产冷凝水时，压缩机也运行，以冷却残留在贮水池中的流体。
这也可能通过使用一个制冷系统实现，所述制冷系统包括压缩机、蒸发器、风扇冷凝器，和作为室内单元的水库系统、窗或壁挂式装置，或便携式或移动式室内/室外单元，并可与现有的空调系统和/或传统的冰箱集成，或安装在车上。该装置也可作为除湿机、空气净化器，或冷却或加热空气的热泵。在一些实施方式中，压缩机、冷凝器，和水分配器远离外壳。收集的水可通过二级蒸发器冷却，并由二级冷凝器或电热丝式加热器加热。二级冷凝器和二级蒸发器可能与二级压缩机连接，以隔离冷却水系统和冷凝的空气。这些单元往往被细菌或时常进入单元的昆虫或啮齿动物引起的其他污染物污染。
类似的现有技术，公开了从极其炎热和潮湿气候地区的环境空气中提取淡水的系统和方法，以供应淡水资源不便利地区大小人群的饮用水和淡水所需。已公开的紧凑型移动单元，可为旅游胜地、陆上和海上交通工具的乘客提供淡水和饮用水，在紧急情况下，也可用于水资源短缺地区。淡水及饮用水生产设备的设计和结构启发了商用除湿单元技术的改进。饮用水的制备，包括紫外线消毒、臭氧处理，和/或加氯；活性炭和离子交换过滤器；以及氟的添加，补充蓄水单元的空气/氧气，以及增味和健康规定的矿物质。对能源经济和独立供电的使用，生产的水可能是完全在重力的作用下流动或借助于小型夸张泵(small boasting pump)而流动。本发明提供了温水、热水、冷水，和/或冷的碳酸饮用水以及用于其它用途的淡水。
许多已用的系统存在关于排水定位的维护问题。
现有技术通常使用一个典型的制冷剂除冰系统，以防止其蒸发器在低冷凝水流量下冷冻，所述冷冻可能在冷的环境空气中发生。该单元通常使用大容量的制冷剂气体除湿机。压缩机的制冷剂气体冷却蒸发旋管，并且，当环境空气通过旋管传递时，水气凝结并滴落到下面的收集器上。长时间或以较低温度操作后，蒸发器往往会由于低冷凝水流量而冻结。有的通过切换到热气体旁路模式克服了这个问题。恒温器和/或恒湿器控制协助确定何时切换压缩机。当进入的空气温度过低时，水产量由于较低温度大大降低，开/关开始循环，直到压缩机最终停止。
因此，这需要有一种能够在包括天气炎热或天气寒冷的各种条件下运行的单元。这种设备应是可移动的，而且，从环境空气的湿气中提取的水应该可以饮用。
本发明的目的是提供一种能为空气的水气除湿，并且净化从湿气中提取水，使其可饮用以用于饮用目的的除湿机。
发明概述
在整个文件中，除非另有与此相反的说明，结构″包括(comprising)″，″由...组成(consisting of)″，以及类似用语，作为包容性解释，而非排他性解释。
根据本发明的第一方面所述，用于为大气空气或类似物除湿的方法包括步骤：
(a)引入大气空气，并使大气空气通过冷却装置，从而冷却大气空气；和
(b)同时，释放大气空气的热量，由此从其去除水气；
(c)将从大气空气或类似物中去除的水气传递至过滤系统；从而
(d)过滤和净化已去除的水气，其中，净化的水适用于水发电机或饮用的目的。
引入大气空气的步骤包括：传递大气空气，以使大气空气通过空气处理单元的管道。
传递大气空气的步骤包括：传递通过一系列空气预过滤器、中级过滤器(medium filter)和紫外线灯组。
冷却装置是蒸发器旋管。
引入大气空气的方向可以用鼓风机切换到相反方向，以使得在温暖的气候条件下，大气空气通过冷却装置后加热，而在凉爽的气候条件下，大气空气加热后通过冷却装置。
加热大气空气的步骤是由冷凝器来实现的。
冷却大气空气的步骤产生由大气空气中的水气形成的冷凝水，由此，冷凝水被收集在滴料盘中(drip pan)，并被转移至排放管线冷却器(discharge line cooler)，其中，冷凝水将通过冷凝单元的制冷剂排放管线。
冷凝水被泵入贮槽，所述方法进一步包括步骤：监测贮槽中的水位，并且，当水位达到贮槽的预定的较低水位时，引入大气空气，并使大气空气通过冷却装置。
大气空气的冷却是通过将蒸发器旋管与膨胀阀及冷凝单元连接来实现的。
该冷凝单元由压缩机、冷凝器、贮液器、液体管线观察镜和液体管线过滤器干燥器(liquid line filter dryer)组成。
在冷凝单元的制冷剂管线、蒸发器旋管和膨胀阀中使用的是环境友好型制冷剂。
冷却装置和冷凝器非常靠近，从而降低了该方法所需要的能耗。
制冷剂排放管线插入到排放管线冷却器中。
然后，冷凝器加热大气空气，或者，换言之，然后，来自空气处理单元的冷却装置的冷空气冷却冷凝器。
一种用于大气空气或类似物的除湿设备，包括：
外壳；
大气空气入口装置，其安装在外壳中；
冷却装置，其安装在外壳中；
空气预过滤器；中级过滤器；和紫外线灯组；
热交换装置，其安装在外壳中；
室，其与外壳相关；
该设备包括安装于外壳上的用于操作所述设备的面板，包括安装于外壳上的逆变器适配器。
一种用于水气或类似物的除湿的除湿机和水冷凝系统，包括：
a)除湿装置，其用于保持湿气或类似物；
b)湿气去除装置，其用于从大气中引入潮湿的环境空气，以用于从环境空气中去除湿气，从而形成干热空气；和
c)分配装置，其用于将上述干热空气分配至除湿机，从而为水气或类似物除湿，并由此从其去除水气；
包括步骤：在除湿后，从环境空气重新获得水气，并净化水气以形成冷凝水。
附图说明
图1是说明系统流程的示意图。
优选实施方式详述
所描述的是一种大气除湿机空气处理单元，用于由大气中的水气生产冷凝水，以适用于水发电机和饮用的目的。
一种利用冷凝单元的节能且环境友好型大气除湿机来由大气中的水气生产纯冷凝水的方法和设备，包括：
在温暖的气候条件下，已过滤和消毒的新鲜大气空气被传递通过多个蒸发冷凝旋管，以凝结大气空气中的水气。然后，冷凝水被收集在滴料盘上，并进入排放管线冷却器。为了降低能耗，冷空气在通过蒸发器冷凝旋管后，被传递给空气处理单元的冷凝单元的冷凝器。从压缩机出来的制冷剂排放管线插入冷凝水滴的排放管线冷凝器，以获得进一步的节能。
在凉爽的气候条件下，已过滤和消毒的冷的新鲜大气空气被传递给空气处理单元的冷凝单元的冷凝器。然后，新鲜的热空气被传递给多个蒸发器冷凝旋管，以冷凝大气空气中的水气。之后，冷凝水被收集在滴料盘上。从压缩机出来的制冷剂排放管线也插入冷凝水滴的排放管线冷凝器。
另外，该系统配备了可选的环境友好型制冷剂，以进一步降低功耗。
根据本发明的第一方面，用于大气空气或类似物的除湿方法包括步骤：
(a)引入大气空气，并使大气空气通过冷却装置，从而冷却大气空气；和
(b)从大气空气中去除水气；
(c)将从大气空气或类似物中去除的水气传递至过滤系统；
(d)过滤和净化已去除的水气，其中，净化的水适用于水发电机或饮用的目的。
现在参照附图中的图1，下面的描述将详细说明一种节能且环境友好型的饮用水生产除湿机。有两种操作方案，该单元在亚热带或热带的夏季和秋季都可以操作，此时引入空气的方向是通过蒸发器旋管后进入冷凝器；而在冬季和春季，引入空气的方向是通过冷凝器后进入蒸发器旋管。
在第一种操作方案中，在高温高压下，压缩机(16)通过排放管线(13)将制冷剂蒸气压入冷凝器(15)。排放管线(13)通过插入来自排放管线冷却器(14)中的蒸发器旋管(7)的从集料盘(8)中收集的滴落的冷的冷凝水而被冷却，因此它会节约能源。在冷凝器(15)中，制冷剂蒸气排放热量，使得制冷剂凝结。通过冷凝器(15)后，液态制冷剂将通过液体管线过滤器干燥器(11)和液体管线观察镜(12)传递给膨胀阀(6)。制冷剂在膨胀阀(6)中膨胀后，制冷剂的压力和温度大幅回落，并进入到蒸发器旋管(7)。在除湿机蒸发器旋管(7)中，液态制冷剂将吸收新鲜空气(4)的热，并且蒸发，这样它就冷却了包含水气的新鲜空气(4)，使得新鲜空气的水气凝结。通过蒸发器旋管(7)后，制冷剂蒸气将返回压缩机(16)。而室外的新鲜大气空气(4)将由鼓风机(9)吹回空气处理单元管道(1)，室外温暖的新鲜空气(4)将进入空气预过滤器(2)和中级过滤器(3)，以除去尘、灰尘和其他污染物。新鲜空气还通过紫外线灯(5)以消毒空气。而后，新鲜空气(4)被传递给除湿机蒸发器旋管(7)。在除湿机蒸发器旋管(7)中，新鲜空气(4)的水气将会凝结。凝结的水滴在滴料盘(8)上收集，然后将被传递到排放管线冷却器(14)，在此，其将冷却排放管线(13)。排放管线冷却器(14)中的冷的凝结水由冷凝水泵(17)泵入贮槽(23)中。贮槽中的水可由贮槽泵(18)抽出，用于任何应用，或仅仅打开阀门(25)通过重力输送。冷的新鲜空气在通过蒸发器旋管(7)后，流入冷凝器(15)，并冷却冷凝器(15)，以节省能源。通过冷凝器(15)后，废气通过紫外线灯(24)、中级过滤器(20)和预过滤器(19)后流入室外(21)。
控制温度是很重要的，以使得新鲜空气在露点冷却，并且水气也在这一点凝结。还需要控制制冷剂压力至最低和最高允许压力，以使得压缩机(16)保持在一个安全的条件下。油压控制也是必要的，以确保油始终存在于压缩机(16)中。如果空气预过滤器和中级过滤器脏而需要更换时，能够进行控制以标志这些过滤器必须更换也是必要的。
在冬季操作方案中，压缩机(16)在高温高压下通过排放管线(13)将制冷剂蒸气压入冷凝器(15)中。排放管线(13)通过插入来自排放管线冷却器(14)中的蒸发器旋管(7)的从滴料盘(8)收集的滴落的冷凝水而被冷却，因此它会节约能源。在冷凝器(15)中，制冷剂蒸气排放热量，使得制冷剂冷凝。通过冷凝器(15)后，液态制冷剂将通过液体管线过滤器干燥器(11)和液体管线观察镜(12)而传递给膨胀阀(6)。制冷剂在膨胀阀(6)中膨胀后，制冷剂的压力和温度大幅回落，并进入到蒸发器旋管(7)。在除湿机蒸发器旋管(7)中，液态制冷剂将吸收热的新鲜空气的热，并且蒸发，这样它就冷却了包含水气的热的新鲜空气(21)，使得新鲜空气的水气凝结。通过蒸发器旋管(7)后，制冷剂蒸气返回压缩机(16)。而室外的冷的新鲜大气空气(21)将由鼓风机(10)吹回空气处理单元管道(1)，室外的新鲜空气(21)将进入空气预过滤器(19)和中级过滤器(20)，以除去尘、灰尘和其他污染物。新鲜空气还通过紫外线灯(22)以消毒。而后冷的新鲜空气(21)被传递给冷凝器(15)加热，从而湿度增加。通过冷凝器(15)后，热的新鲜空气将流入除湿机蒸发器旋管(7)中。在除湿机蒸发器旋管(7)中，热的新鲜空气的水气凝结。冷凝水滴被收集到滴料盘(8)上，然后被传递给排放管线冷却器(14)，在此，其将冷却排放管线(13)。排放管线冷却器中的冷凝水被冷凝水泵(17)泵入贮槽(23)中。贮槽中的水可由贮槽泵(18)抽出，用于任何应用，或仅仅打开阀门(25)通过重力输送。通过蒸发器旋管(7)后，冷的新鲜空气通过紫外线灯(5)、中级过滤器(3)和预过滤器(2)后流入室外(4)。
本发明的水生产机的组成为：
空气处理单元(1)；用于冷凝水气的多个蒸发器旋管(7)；每个蒸发器旋管(7)的用于收集冷凝水的滴料盘(8)；其中，空气处理单元(1)连接到新鲜空气，在空气处理单元的入口(4)中安装有空气预过滤器(2)、中级过滤器(3)和紫外线灯(5)。
在空气处理单元(1)中安装有用于冷凝水气的多个蒸发器旋管(7)，并且，在空气处理单元的底部，在每个蒸发器旋管的下面安装有冷凝水的滴料盘(8)以及水管，其中，冷凝水由每个旋管产生，水管用于收集水，并且与排放管线冷却器(14)连接，并且然后供给到具有紫外线灯(24)的贮槽/储水槽(23)。然后空气通过冷凝器(15)、紫外线灯(22)、空气预过滤器(20)和中级过滤器(19)后流向室外(21)。
本发明的水生产机，使用盐水作为冷却介质和环境友好型制冷剂，以获得环境友好型物质的应用。所有构件，包括管道和饮用水流入的槽，均由食品级材料制成，优选为不锈钢。
一种节能除湿机的组成为：冷凝器(15)，其在通过蒸发器旋管(7)后被冷空气冷却；排放管线(13)，其插入由蒸发器旋管产生的冷凝水中；制冷剂，其将被低温冷却，然后流过贮液器、液体管线过滤器干燥器、液体管线观察镜，而后至膨胀阀(6)，经膨胀阀膨胀后，流向蒸发器旋管(7)，并返回压缩机(16)，再经压缩机压缩后，制冷剂流向冷凝器。由于对冷凝器冷却介质的处理，压缩机的运行减少，这将节省能源。
一种节能且环境友好型除湿机与制水装置的组合，其组成为：水产生机，其采用除湿机的蒸发器旋管；和冷却排放管线的蒸发器旋管(7)冷凝水；其中，冷却冷凝器(15)的制冷剂通过膨胀阀传递给除湿机蒸发器旋管(7)，以冷却空气，并冷凝空气中的水气。冷凝水滴落，并被收集在滴料盘(8)中，并且，经过排放管线冷却器(14)后循环到贮槽/储水槽(23)。
一种使用节能且环境友好型除湿机来由新鲜空气生产冷凝水的方法，包括以下步骤：
对于夏季和秋季的操作，新鲜空气(4)流过空气预过滤器(2)、中级过滤器(3)和紫外线灯(5)，然后被传递给多个蒸发器旋管(7)以冷凝水气，并且冷凝水被收集在滴料盘(8)中。通过将排放管线(13)插入排放管线冷却器(14)的冷凝水中，从而制冷剂在通过冷凝器后低温冷却，并且，在通过膨胀阀后，将冷却蒸发器旋管(7)中的空气，以凝结通过蒸发器旋管(7)的水气。冷空气流向冷凝器(15)，然后通过紫外线灯(22)、空气中级过滤器(20)和预过滤器(19)后流向室外。
而在冬季和春季的操作中，新鲜空气(21)流经空气预过滤器(19)、中级过滤器(20)和紫外线灯(22)，然后被传递给冷凝器(15)，以加热空气，增加空气湿度。然后，空气通过多个蒸发器旋管(7)以冷凝水气，并且，冷凝水被收集在滴料盘(8)中。通过将排放管线(13)插入排放管线冷却器(14)的冷凝水中，从而制冷剂在通过冷凝器后低温冷却，并且，在通过膨胀阀后，将冷却蒸发器旋管(7)中的空气，以凝结通过蒸发器旋管(7)的水气。冷空气通过紫外线灯(5)、空气中级过滤器(3)和预过滤器(2)后流向室外。
必要的传感器检测参数如下：排气压力、进气压力、排气温度、进气温度、室外空气温度和相对湿度、进入蒸发器旋管前空气温度和相对湿度、进入蒸发器旋管后空气温度和相对湿度、室内空气温度和相对湿度，等等。电子式传感器如下：电压、电频率、电机cos phi、电机转速、压缩机电流、冷凝器风扇电流、空气处理单元的风机电流、总电流、紫外线灯指示器、压缩机灯指示器、冷凝器风扇灯指示器、空气处理单元风机灯指示器、系统故障灯指示器等。
虽然已经公开了本发明的一个特定的实施方式，但任何对本领域技术人员明显的修改和变动，都被认为是在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种用于大气空气或类似物的除湿方法，包括步骤：
(a)引入大气空气，并使大气空气通过冷却装置，从而冷却大气空气；和
(b)同时，排放大气空气的热量，以从其去除水气；
(c)将从大气空气或类似物中去除的水气传递至过滤系统；从而
(d)过滤和净化已去除的水气，其中，净化的水适于水发电机或饮用的目的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，引入大气空气的步骤包括：传递大气空气，并使大气空气通过空气处理单元的管道。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括步骤：传递大气空气，并使大气空气通过一系列空气预过滤器、中级过滤器和紫外线灯组。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的方法，其中，所述冷却装置是蒸发器旋管。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，引入大气空气的方向能够使用鼓风机切换到相反方向，以使得在温暖的气候条件下，大气空气通过冷却装置后加热，而在凉爽的气候条件下，大气空气加热后通过冷却装置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，加热大气空气的步骤是由冷凝器来实现的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，冷却大气空气的步骤产生由大气空气中的水气形成的冷凝水，由此，冷凝水被收集在滴料盘中，并被转移至排放管线冷却器，其中，冷凝水将通过冷凝单元的制冷剂排放管线。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，冷凝水被泵入贮槽，所述方法还包括步骤：监测所述贮槽中的水位，并且当水位达到所述贮槽中的预定的较低水位时，引入大气空气，并使大气空气通过所述冷却装置。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其中，大气空气的冷却是通过连接蒸发器旋管与膨胀阀及冷凝单元来实现的。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，所述冷凝单元是由压缩机、冷凝器、贮液器、液体管线观察镜和液体管线过滤器干燥器组成的。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，在所述冷凝单元的制冷剂管线、蒸发器旋管和膨胀阀中使用的是环境友好型制冷剂。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的方法，其中，所述冷却装置和冷凝器非常靠近，从而降低了该方法所需的能耗。
13.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其中，所述制冷剂排放管线插入排放管线冷却器中。
14.根据权利要求2至12中任一项所述的方法，其中，大气空气由冷凝器加热，或者，换句话说，所述冷凝器由来自所述空气处理单元的冷却装置的冷空气冷却。
15.一种用于大气空气或类似物的除湿设备，包括：
外壳；
大气空气入口装置，其安装在所述外壳中；
冷却装置，其安装在所述外壳中；
空气预过滤器、中级过滤器和紫外线灯组；
热交换装置，其安装在所述外壳中；
室，其与所述外壳相关。
16.根据权利要求1所述的设备，包括安装于所述外壳上的用于操作所述设备的面板，包括安装于所述外壳上的逆变器适配器。
17.一种用于水气或类似物的除湿的除湿机和水冷凝系统，包括：
a)除湿机，其用于保持水气或类似物；
b)湿气去除装置，其用于从大气中引入潮湿的环境空气，以从大气空气中去除湿气，从而形成干热空气；和
c)分配装置，其用于将上述干热空气分配至所述除湿机，从而为水气或类似物除湿，并从其去除水气；
包括步骤：在除湿后，从环境空气重新获得水气，并净化水气以形成冷凝水。
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