CN104813107B - 水回收系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在此披露了用于从环境空气流中回收水的系统和方法。通过水的去除还实现了对该空气流的除湿。该系统的装置包括具有一组托盘的腔室，这些托盘各自持有对应数量的液体干燥剂。泡沫介质吸收该干燥剂以增大该干燥剂对空气流的暴露表面。多个风扇和阀门被用于控制穿过该装置的空气流。充气循环使空气循环穿过该装置以从该空气流中去除水蒸气。随后的提取循环通过与该腔室相连通的冷凝器来去除该液体干燥剂中收集的水。在该提取循环中整体式热交换器对该腔室添加热量。控制器被用于整合和管理所有的系统功能和输入变量以实现针对水收集的高的运行能量使用效率。

Description

水回收系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2012年6月4日提交的、名称为“水回收系统和方法[WATER RECOVERY SYSTEM AND METHOD]”的美国临时申请序列号61/655,316的权益和优先权，该申请出于所有目的通过引用以其全文结合于此。
技术领域
本发明涉及从环境空气中回收水的水回收系统和方法。更具体地讲，本发明涉及使用干燥剂溶液从空气中提取水并且然后将水与该干燥剂分离的设备/装置和方法。可以对回收的水进行处理以获得饮用水。该系统和方法的副产品是可以用于调节人造结构内的内部空气空间的、经除湿的空气流。
背景技术
在全世界许多地方饮用水常常是难以获得的。在干旱气候下简单地说存在水短缺，并且如果水是可获得的，在没有广泛水处理资源的情况下可能难以使该水变成饮用水。甚至在潮湿的气候下，由于缺乏处理设备,饮用水也可能是短缺的。不幸的事件,如某个国家内的战争或一般政治冲突,经常导致正常情况下具有提供饮用水的能力的基础设施减少。
存在许多已知的解决方案用于通过从环境空气中去除水蒸气而获得饮用水。一种已知的方法包括使空气流经过一个冷却表面以使水蒸气冷凝。这种技术在例如采暖、通风和空气调节机组(HVAC)中是众所周知的。然而，在这种类型的系统中，冷凝水通常被视为废物并且被丢弃。
对于从空气中提取水而言,利用固体和液体干燥剂也是已知的。在闭环过程中，使环境空气穿过包含了浸泡有干燥剂的介质的腔室。当空气与该介质相接触地前行时，空气流中的水分通过吸收到该干燥剂上而被去除。然后对该干燥剂介质施加热量以使捕获的水分汽化。水蒸气从该腔室被输送走并且然后进行冷凝和收集。因此，该干燥剂被重新浓缩并且可以在下一次水回收工作中被再使用。
水回收系统包括使用固体和液体干燥剂二者。在液体干燥剂系统中，一个目标是提高这些干燥剂对空气流的暴露表面积，以使水蒸气去除率最大化。实现此目标的一种方法是将该液体干燥剂以雾的形式喷射到该介质上。然而，喷雾装置增添了该系统的复杂性和成本。使用固体形式的干燥剂的系统可以提供更紧凑的构造。然而，固体干燥剂具有相对小的暴露表面积，由此限制了从经过的空气流中去除水蒸气的能力。
披露了使用液体干燥剂从空气流中回收水的参考文件的一个实例是美国专利申请公开号2011/0232485。该参考文件提供了由多孔聚乙烯醇(PVA)泡沫或浸泡在吸湿性干燥剂(如氯化钙(CaCl2))的溶液中的非织造纤维片板形成的复合干燥剂材料。该干燥剂被保持在该纤维材料的、尺寸范围为从50微米至1000微米的孔隙中。在多腔室系统中该纤维材料是按以堆叠方式安排的多个片板提供的。在吸收阶段，大气空气或周围空气流动穿过该腔室。水蒸气通过与干燥剂接触而被去除并且被保持在该纤维材料中。在水回收阶段，以热量的形式对该腔室添加能量以便通过蒸发将该干燥剂中的水释放。多个风扇使空气循环穿过该腔室并最终进入冷凝区域内的水回收腔室中。水在该冷凝区域中被回收，并且离开该腔室的干燥的或贫水的空气流可以被用于调节人造结构。如在该参考文件中还列出，当湿度条件和干燥剂堆叠体的剩余容量有利于有效的充气操作以从环境空气中去除水时，可以使用控制系统来运行该水回收系统内的多个风扇。当低等级热能的可获得性和该干燥剂的饱和度有利于从该干燥剂中去除水时，即，当对于有效的冷凝操作而言该腔室中的湿气程度相对于可获得的冷源的温度是足够高时，该控制系统还可以启动再生循环。美国专利申请公开号2011/0232485出于所有目的通过引用以其全文结合于此。
披露了从环境空气中回收水的方法和装置的专利参考文件的另一个实例是美国专利号6,156,102。确切地讲，该参考文件披露了通过使用液体干燥剂从空气中引出水、处理该液体干燥剂以产生水、并且使该干燥剂再生以供随后使用来从空气中分离水。在一个优选的实施例中，所披露的方法包括：提供包含初始浓度的溶质的吸湿性溶液；使该吸湿性溶液与含水的环境空气相接触以获得种具有的溶质溶度小于该初始浓度的富含水的吸湿性溶液以及贫水空气流；将该富含水的吸湿性溶液与该贫水空气流分离；将该贫水空气流释放到大气中；并且对该富含水的吸湿性溶液进行处理以获得水并且将该吸湿性溶液返回到其原始状态以供再使用。美国专利号6,156,102出于所有目的通过引用以其全文结合于此。
如在美国专利号6,156,102中描述的，液体干燥剂的有效性可以在其“干燥效率”和“干燥能力”两个方面来表示。干燥效率是暴露给吸湿性溶液的总水量与去除的水量相比的比率。干燥能力是单位质量的干燥剂可以从空气中提取的水的量。吸湿性溶液的干燥效率和干燥能力部分地取决于空气中的水蒸气的压力以及溶质的浓度。一般而言，具有高溶质浓度并且因此溶质中具有低的水蒸气分压的吸湿性溶液更迅速地从具有较高水蒸气分压的空气中吸收水。相应地，该吸湿性溶液具有相对较高的初始干燥效率。当在水回收过程中继续吸收水时，该溶液中的水蒸气分压增大并且水吸收速率减慢。最终，该吸湿性溶液和空气可以达到平衡，并且该吸湿性溶液将不再吸收更多的水。在针对该吸湿性溶液的干燥剂再生过程中，必须将该吸湿性溶液中收集的水去除。美国专利号6,156,102出于所有目的通过引用以其全文结合于此。
虽然现有技术可能足够用于其既定目的，但仍然需要利用模块化构造以提供对于从环境空气流中有效回收水的参数加以控制的整体能力的一种水回收系统和方法。还需要提供针对特定应用或情形可容易进行适配以使水回收最大化的构造。还需要提供以下水回收系统和方法，其中可以使用预先确立的逻辑基于已知的环境因素并且考虑有待生产的必需水量来控制水回收装置。仍进一步需要提供要求最小量的能量进行运行并且对于有利于接受多种形式的废热进行运行的装置和方法。还需要提供可靠的、操作简单的、并且对于日常运行而言要求最少干预的水回收装置和方法。还需要提供容易运输、部署和投入运行的水回收装置和方法。还需要提供以下水回收装置，其中自动地实现对液体干燥剂溶液的浓度的监测以便一旦该液体干燥剂溶液达到其水饱和极限时就及时且有效地回收水。在干燥剂溶液的再生阶段，优选的是该干燥剂的浓度不会变得太高，否则会导致该液体干燥剂的结晶或固化，从而导致该装置的效率降低，直到可以用水使该干燥剂化学品回到其最佳浓度。
发明内容
本发明包括用于从环境空气流回收水的系统和方法。另外，本发明通过水的去除实现了对该空气流的除湿。该装置的特征为一组或一叠托盘，其中每个托盘中盛有一定量的液体干燥剂。泡沫介质吸收或芯吸该干燥剂以增大该干燥剂与穿过封闭腔室的空气流之间的暴露表面积，该腔室容纳这些干燥剂托盘。可以使用多个风扇和气闸或阀门来控制穿过该腔室的空气流。
该装置的运行包括两个循环。第一循环是充气循环，在该循环中使环境空气流穿过该腔室、跨过该干燥剂堆叠体、并且返回到环境中。该干燥剂使得该空气流中的水蒸气被摄取并保持在装有该干燥剂的泡沫介质材料中。在优选实施例中，该干燥剂是浸渍到该泡沫介质中的CaCl2与水的液体溶液。该泡沫介质可以包括PVA薄片板，该片板是以手风琴式折叠方式安排的以增大该片板暴露给空气流的表面积。一旦该干燥剂介质已经从该空气流中吸收了足够量的水，则启动提取循环以从该干燥剂溶液中回收水。在这个循环中，将该腔室与环境空气隔离，并且对该该腔室添加能量以便使该干燥剂溶液中的水汽化。除了热能之外，还可以降低该腔室的内部压力，以使水汽化所要求的蒸发温度降低。例如，可以使用风扇来去除该腔室内的一定量的空气，并且然后可以密封该腔室以维持这种较低压力状态。一个或多个风扇使空气在该腔室内循环跨过该干燥剂介质以增大蒸发速率。当该腔室的内部温度超过了相对于外部环境条件而言的露点温度时，激活冷凝回路以使腔室内部空气中的水蒸气冷凝。该提取循环还可以被称作再生循环，在该循环中从该干燥剂溶液中去除水使得该干燥剂再生，从而将该干燥剂置于供再使用的条件下，在该条件下该干燥剂的浓度返回至最佳百分比。
热能可以通过基于水或乙二醇的热交换器被添加加到该腔室。存在可以使用的若干种可能的热能来源，尤其包括太阳能收集器、光伏电池、来自附近工业源的废热、电加热器以及燃气加热器。
冷凝水被捕获并且可以被进一步处理以制作饮用水。例如，回收的水可以被过滤、暴露于紫外线光源中、进行矿化、氯化、或者可以按其他方式进行处理以使得此水是饮用安全的。
使用控制器来整合和管理所有的系统功能和输入变量以实现针对水输出的高的运行能量使用效率。该控制器使用传感器输入来估算该系统中的水量、所使用的功率、所储存的功率、以及相关的外部和内部环境条件，如温度、压力、湿度、阳光/黑暗。在该提取循环的过程中，该控制器被用于控制添加到该腔室的热能并且还控制冷凝速率，因此维持从前一个充气循环中回收水的连续操作。该控制器可以利用传感器输入和结合了多种算法的软件以使运行效率最大化。例如，这些算法可以综合这些输入以便按照使来自热量输送系统和来自风扇以及其他内部元件的能量使用最小化的方式来控制被添加到该腔室的热能。在该充气循环期间，可以使用类似的输入和算法来控制风扇和其他内部部件的功率消耗并且确保最大化的水摄取。
对于这两个系统循环而言，这些算法可以针对已知的地理区域和已知的包含关于平均温度、湿度、以及阳光/黑暗条件的历史数据的日期来限定最佳的运行条件。从这些算法中可以建立基线运行序列、并且接着用当时的实际环境条件对其进行修改。该控制器接收在运行过程中衡量该装置的温度、湿度以及压力的多个输入。因此，该控制器通过控制如风扇、气闸以及添加到该装置的热能等输出来操纵输出，以便有效地运行该装置。在提取循环或再生循环过程中，该控制器监测从该腔室去除的水的量，以确保不去除出太多的水，否则可能导致高的干燥剂浓度以及该干燥剂的结晶。
在另一个控制方面，本发明可以包括以下系统，在该系统中一个或多个装置可以与通信网络内的多个远程计算装置通信。这些远程计算装置可以用于辅助对这个(这些)装置的控制并且收集来自这些装置的数据或者发送更新后的命令以用于装置运行。相应地，每个控制器都可以进一步包括无线发射和接收能力。就此而言，因此，本发明的系统还可以包括多个装置，这些装置各自具有无线通信能力。
在另一个控制方面，本发明可以包括“基于位置的”能力，其中使用全球定位系统(GPS)、磁力计或其他基于位置的子系统来识别所安装的系统的位置和取向。这些信息可以用于进一步利用关于地理和/或天气条件的数据，以实现更好的系统效率。例如，也可以使用关于阳光的取向和持续时间、主风的方向等等的知识来分别获得更好的太阳能提取效率和最小化的风扇功率需求。
在本发明的另一个特征中，该装置具有模块化的构造，在该构造中这些干燥剂托盘可以被安排成希望的构型。进一步地，该模块化的构造利用了允许实现该装置的容易组装和拆卸的、尺寸均匀的管路和联接器/凸缘。进一步地，这些风扇和气闸也可以具有均匀的构造，因此允许部件之间的可互换性以便于组装/拆卸。
在本发明的又一个特征中，该模块化的构造允许对于给该装置添加热能具有多种不同的选择。每个干燥剂托盘都可以被配置成连接到加热组件上。在优选实施例中，该加热组件可以包括紧邻多个热量分布鳍片放置的加热线圈。该加热组件本身可以被配置为可堆叠的托盘单元。
在本发明的又一个特征中，穿过该装置的腔室的空气流可以在动力学方面进行配置以优化所希望的水提取。例如，每个干燥剂托盘都可以在这些托盘的一侧或多个侧上包括多个空气流开口，这些空气流开口控制穿过该腔室的空气流的方向。在一个实例中，该空气流可以采用迂回的路径穿过该腔室，其中单一的或串行式的路径穿过每个干燥剂托盘。在另一个实例中，该空气流可以采用并行流动模式穿过该腔室，其中可以存在多条路径可供空气流穿过该腔室。相应地，穿过该腔室的空气流可以被配置成最好地匹配风扇的、使最佳流量的空气移动穿过该装置的能力。
在本发明的又一个特征中，当离开该装置时产生的干燥空气流可以用于多种应用，例如提供湿度受控制的空气流以便调节建筑物或其他人造结构内的空气空间。特别是在热的潮湿气候下，所产生的干燥空气流可以大大地改善可居住空间内的工作和生活条件。
尽管披露了将氯化钙用作优选的化学吸湿性干燥剂，但应当理解的是，存在许多其他的可以使用的吸湿性干燥剂。例如，溴化锂、氯化镁和氯化锂被认为是有效的吸湿性干燥剂。然而，氯化钙的一个优点是，它是无毒的化学品、并且因此使用起来是安全的。
在本发明的一个方面，可以考虑用于从环境空气中回收水的系统。在本发明的另一个方面，可以考虑用于从环境空气中回收水的、具有手动控制选项、自动控制选项或者它们的组合的设备。在本发明的另一个方面，可以考虑出于为人造结构的内部空间提供经调节空气的目的而对环境空气除湿的系统。
在本发明的另一个方面，可以包括该系统与装置的多种不同的子组合。这些子组合可以包括(1)干燥剂堆叠体，(2)干燥剂堆叠体与热交换器，(3)干燥剂堆叠体和冷凝器，(4)干燥剂堆叠体、热交换器和冷凝器，以及(5)干燥剂堆叠体、热交换器、冷凝器、进一步与控制器的组合。这些子组合各自具有实用性。
本发明的其他方面包括：用于干燥剂盒的构造；用于对穿过水回收装置的腔室的空气流进行选择性控制的方法；用于水回收装置的、利用了易于组装的部件的模块化构造；用于控制水回收设备的充气循环的、包括使用算法来优化运行的方法；用于控制水回收设备的提取循环的、包括使用算法来优化运行的方法；运行水回收装置的、包括使用算法来使能量使用最小化的方法；运行水回收装置的、包括使用算法来提供水回收装置的均匀且连续的运行的方法；以及用于控制水回收装置的运行的、结合了包括各种传感器、秤以及流量计在内的控制输入的方法。
本发明的还另外的方面包括：利用多个能量源来对提取循环提供动力的水回收装置；确定在水回收装置中使用的液体干燥剂溶液的最佳配方的方法；用于包含液体干燥剂溶液的制剂配方的一种干燥剂介质的构造；包括多个可配置的干燥剂介质盒(desiccantmedia cartridge)的水回收装置；用于对在水回收装置中使用的液体干燥剂溶液进行选择性的和动态的控制的方法；水回收装置，该水回收装置包括有效隔离穿过该装置的空气流并且在该装置的腔室内提供最佳的温度和压力条件的隔离部件和密封部件；以及在考虑了与水回收装置所安装的地理位置相对应的相关地理数据的情况下确定该装置的最佳初始干燥剂配方的方法。
考虑到本发明的上述特征和方面，因此可以考虑以下水回收装置，该水回收装置包括：(i)包括腔室的干燥剂堆叠体，该腔室中限定了空气流路径，该堆叠体包括多个干燥剂托盘，每个托盘包括干燥剂介质盒和一定量的液体干燥剂，该液体干燥剂被放置在该托盘内并且被该介质盒的介质材料所吸收；(ii)冷凝器，该冷凝器与该干燥剂堆叠体相连通；(iii)热交换器，该热交换器与该干燥剂堆叠体相连通以用于对该干燥剂堆叠体提供热量；以及(iv)其中该水回收装置在充气循环中允许以使环境空气循环穿过该腔室从而通过该液体干燥剂来去除水蒸气并且以将水蒸气保留在该腔室中，该装置进一步在提取循环中允许以去除该腔室内保留的水蒸气，该冷凝器提供冷却源以使该水蒸气冷凝并且由此产生一定量的冷凝水。
本发明还可以被认为是水回收装置，该水回收装置包括：(i)包括腔室的干燥剂堆叠体，该腔室中限定了空气流路径，该堆叠体包括多个干燥剂托盘，每个托盘包括干燥剂介质盒和一定量的液体干燥剂，该液体干燥剂被放置在该托盘内并且被该介质盒的介质材料吸收；(ii)冷凝器，该冷凝器与该干燥剂堆叠体相连通；(iii)热交换器，该热交换器与该干燥剂堆叠体相连通以用于对该干燥剂堆叠体提供热量；(iv)控制器，该控制器被结合在该装置中以用于控制该装置的功能以包括该充气循环和该提取循环；(v)作为该控制器的输入的多个传感器；(vi)作为该控制器的输出的多个阀门和风扇，这些阀门和风扇被定位在该装置的多个空气运输管线内；以及(vii)其中该水回收装置在该充气循环中允许以使环境空气循环穿过该腔室从而通过与该液体干燥剂的接触而从该水中去除水蒸气并且将该水蒸气保留在该腔室中，该装置进一步在该提取循环中允许以去除该腔室内保留的水蒸气，该冷凝器提供冷却源以使该水蒸气冷凝并且由此产生一定量的冷凝水。
本发明还可以被认为是水回收系统，该水回收系统包括：(a)水回收装置，该水回收装置包括：(1)包括腔室的干燥剂堆叠体，该腔室中限定了空气流路径，该堆叠体包括多个干燥剂托盘，每个托盘包括干燥剂介质盒和一定量的液体干燥剂，该液体干燥剂被放置在该托盘内并且被该介质盒的介质材料所吸收；(2)冷凝器，该冷凝器与该干燥剂堆叠体相连通；(3)热交换器，该热交换器与该干燥剂堆叠体相连通以用于对该干燥剂堆叠体提供热量；其中该水回收装置在充气循环中允许以使环境空气循环穿过该腔室从而通过该液体干燥剂来去除水蒸气并且以将水蒸气保留在该腔室中，该装置进一步在提取循环中允许以去除该腔室内保留的水蒸气，该冷凝器提供冷却源以使该水蒸气冷凝并且由此产生一定量的冷凝水；(b)包括控制器的控制系统，该控制器相同被结合在该水回收装置中以用于控制该装置的功能以包括该充气循环和该提取循环，该控制系统进一步包括作为该控制器的输入的多个传感器以及作为该控制器的输出的多个阀门和风扇，这些阀门和风扇被定位在该水回收装置的多个空气运输管线内；以及(c)通信节点，该通信节点与该水回收装置联通而使得该水回收装置能够在通信系统中进行通信。
以上内容是本披露的简化概述，以提供对本发明的某些方面的理解。本概述既不是本披露及其各个方面、实施例、和/或构型的广泛的也不是穷尽的综述。既不意图指明本披露的关键或至关重要的要素也不意图勾勒本披露的范围，而是以简化的形式将本披露的所选概念作为对下文提出的更详细描述的介绍来呈现。将认识到，本披露的其他的方面、实施例、和/或构型可以单独或组合地利用以上阐述的或以下详细描述的特征中的一个或多个。因此，本披露的其他特征和优点将通过阅读以下结合附图进行的详细说明而变得清楚。
附图说明
图1是本发明的一个优选实施例的装置的示意图；
图2是干燥剂托盘和干燥剂介质盒的分解透视图：
图3是该干燥剂托盘的另一个透视图，其中该干燥剂介质盒被安装在该托盘内；
图4是图2的干燥剂托盘的竖直截面，示出了该干燥剂介质盒的安排和该托盘内的一定量的干燥剂溶液的细节；
图5是热交换器组件的分解透视图；
图6是图5的组装后的热交换器组件的透视图；
图7是安装在热交换器组件上的干燥剂托盘的竖直截面，展示了该热交换器的多个热量分布元件与该干燥剂托盘之间的关系；
图8是优选实施例的装置的局部透视图：
图9是包括多个竖直堆叠的干燥剂托盘的干燥剂堆叠体、位于这些干燥剂托盘下方的热交换器组件、以及用于引导排出空气离开该干燥剂堆叠体的堆叠体排气歧管的优选实施例的透视图。
图10是图9的竖直截面，展示了这些干燥剂托盘与该热交换器组件之间的关系；
图11是干燥剂堆叠体、以及穿过该腔室的空气流路径的构型(在此称作并行式流动路径)的示意图；
图12是干燥剂堆叠体和穿过腔室的空气流路径的另一种构型(在此称作串行式流动路径)的另一个示意图；
图13是该装置的包括风扇与气闸/阀门组合的部件的分解透视图；
图14是图13的这些部件的组装后的透视图；
图15是可以结合对该装置的控制来使用的控制器的部件的示意图；并且
图16是通信系统的示意图，该通信系统包括在一个通信网络内运行的带有多个整体控制器的多个装置，在该通信网络中这些装置中的一个或全部可以与该网络的其他通信节点进行通信，以便包括数据和命令的下载和上传。
具体实施方式
参见图1，此示意图是出于展示该系统的装置的主要功能部件的目的而示出的。确切地讲，装置10包括壳体12，该壳体中限定了用于接纳空气流以从该空气流中去除水蒸气的内部空间或腔室。更确切地讲，该腔室被限定为包括干燥剂堆叠体14，该干燥剂堆叠体包括多个干燥剂托盘74(参见图2)，这些干燥剂托盘各自装有干燥剂介质材料。
如以下将参照图2至图4的描述进一步阐述的，每个托盘74具有一定量的液体干燥剂溶液，该液体干燥剂溶液被放置成与对该溶液进行芯吸或吸收的干燥剂介质材料相接触。该装置10进一步包括用于给该腔室提供热量的一个或多个热交换器组件16。秤18被用于监测在充气循环期间从该空气流中收集的水蒸气的质量、以及在提取循环期间从该液体干燥剂溶液中去除的水蒸气的质量。
环境空气或周围空气进入管线20为环境空气进入该腔室区域中提供了进入点。进入该腔室的环境空气沿着流动路径22穿过热交换器组件16和干燥剂堆叠体14。在图1的示意图中，该流动路径22展示了蜿蜒的或迂回的路径，以下将参照图11和图12中示出的可配置流动路径来更详细地说明该流动路径。排气管线24将已经行进穿过了该腔室的空气流返回到大气。可替代地，排气管线24可以与人造结构(未示出)的管道系统相连通以便向该结构提供经调节的空气流。
取决于该装置当时运行所处的具体循环，穿过该腔室的空气流可以采取若干路径中的一条路径。在充气循环的情况下，空气流通过排气管线24被排出到大气或人造结构中。在提取循环期间，该腔室内的空气通过将该腔室与冷凝器28互连的冷凝器入口管线26离开该腔室。而且在提取循环期间,如也下文所讨论的,在该腔室内的空气到达希望的饱和状态以准备冷凝之前,空气经由再循环管线72被再循环穿过该腔室。
图1还示意性地展示了冷却盘管30，该冷却盘管用于冷凝潮湿的空气流以从该空气流中提取水蒸气。在冷凝器28内还展示了环境空气冷却管线32。在提取循环期间，环境空气被用作使已进入冷却盘管30中的较暖的潮湿空气流冷凝的冷却源。提供了水收集容器34以用于通过将冷凝器28与容器34互连的水管线36来收集冷凝水。还可以使用秤38来监测所提取的水的量。连同秤18一起，秤38提供了用于监测水回收的多个控制输入。
热交换器组件16包括热源40。图1的示意图中的热源40被示出为太阳能收集器或光伏电池；然而，该热源可以是许多其他的热源，例如电加热器或燃气加热器、或可获得的废热来源。例如，该热源可以包括来自工业过程的废热、或从车辆的排气歧管或发动机捕获的废热。闭环加热管线44被用于使一定量的加热流体再循环。如所示出的，该加热管线44横穿该腔室并且紧邻该干燥剂堆叠体14。加热流体42可以是常规的加热流体，例如水或乙二醇。加热流体容器45被提供用于储存该加热流体。流体泵70被用于使加热流体42再循环穿过该加热管线44。尽管图1展示该热源40和容器45是与该腔室内的热交换器组件16的其他部件分开的，但应当理解的是，该热交换器组件16能以多种不同的构型被容纳以适应该装置所用于的具体应用。
控制器84可以被用于提供对该装置的运行的自动控制。控制器84可以采取容纳了多个控制输入和输出以及带有集成软件或固件的处理器的多种已知工业控制器的形式。关于输入，可以通过多个温度感测装置46如热电偶或RTD来监测该装置。在图1中，遍布该装置在多个不同的位置处示出了多个温度传感器。在该热交换器组件内，也示出了多个温度感测装置46，包括位于该热交换器内的、以及位于该加热管线内在进入和离开该热源40处的多个传感器。在该干燥剂堆叠体14以及冷凝器28内也展示了多个温度传感器。
除了温度控制之外，图1还展示了液体流量传感器48，用于测量穿过该加热管线44的加热流体42的流动速率。还可以将空气流量传感器49引入该排气管线24内以监测穿过该腔室的空气的流动速率。进一步地，还可以将多个相对湿度传感器50引入该装置内以测量该空气流的相对湿度。如图1中所示，多个相对湿度传感器50可以和多个温度传感器46一起共同定位在排气管线24处、冷凝器返回管线73处、以及可能希望监测相对湿度的其他选定位置处。
关于控制穿过该装置的空气流，可以使用多个风扇来精确地控制空气流。再次参见图1，这些风扇可以包括与空气进入管线20相连通的进气风扇52、与排气管线24相连通的排气风扇56、将空气沿冷凝器入口管线26引入到冷凝器28中的冷凝器风扇68、使空气经由该再循环管线72再循环穿过该腔室的再循环风扇64、以及将环境空气引入到冷凝器28中的环境空气冷却风扇69。还通过多个气闸或阀门来实现对穿过该装置的空气流的控制。在此参见图1，这组阀门可以包括安装在该空气进入管线20中的空气进入阀门54、安装在该空气排出管线24中的排气阀门58、安装在该冷凝器入口管线26中的冷凝器入口阀门62、以及安装在冷凝器返回管线73中的再循环阀门66。
现在参见图2至图4，展示了根据优选实施例的干燥剂托盘74。托盘74包括多个侧壁90和一个底座96。这些侧壁90中的一个或多个侧壁可以包括接纳用于使堆叠的托盘74之间的连接稳定的多个杆或榫钉(未示出)的多个杆接纳通道94。至少一对相对的侧壁90可以包括用于安装密封衬垫75(参见图8)的内部凸缘92。优选地，在各个堆叠的托盘74之间放置有密封衬垫以便由此限制穿过该腔室的空气流损失。底座96装有一定量的液体干燥剂溶液110(图4)。底座96包括多个底座侧壁98，这些侧壁98中的一个多个侧壁可以包括多个空气流循环槽缝或开口100。如所示出的，这些开口100是布置在底座侧壁98的上部处、在液体干燥剂溶液110的液体管线112上方、并且在这些侧壁90的顶边缘下方。图2至图4还展示了干燥剂介质盒82，如在图3中最佳示出的，该干燥剂介质盒被放置在干燥剂托盘74内。介质盒82被示出为装配在底座侧壁98的界限内的矩形元件。介质盒82包括介质框架102，该介质框架将携带了处于手风琴式折叠构型的介质材料120。该介质框架102还可以包括一个或多个框架面板104，该一个或多个框架面板可以用于通过防止空气穿动通过这些面板104而引导空气流穿过该腔室。在图2中旨在显示，该介质框架102的两个端壁包括介质框架面板104，而该介质框架102的相对的侧壁保持是开放的，由此允许空气流水平地穿过介质盒82。为了使框架102的这些开放侧稳定，该框架可以进一步包括多个隔网支撑件106，这些隔网支撑件包括如图所示出的多个金属丝元件。
参见图4，介质材料120被展示为薄的片板的形式，该片板被保持在手风琴式折叠构型中以便由此将该介质材料对穿过该腔室的空气的暴露表面积最大化。如所示出的，干燥剂溶液110填充了底座96的一部分，并且介质材料120的下端被浸没在该流体溶液110中。如所提及的，可接受的介质材料的一个实例可以包括PVA泡沫薄片板，即容易芯吸该干燥剂溶液110的吸收性泡沫。为了将该介质材料维持在该手风琴式折叠构型中而在这些材料折痕之间具有均匀的空隙或空间，可以使用内部金属丝支撑件122以使该介质材料稳定。当介质材料120吸收或芯吸该干燥剂溶液110时，该材料用于使该干燥剂溶液均匀地分布在受限空间内的大的表面积中。相应地，介质材料120和干燥剂溶液110提供了用于从经过的空气流中有效去除水蒸气的一种吸湿性特征。如图4中所示，介质材料120优选地被定向成与空气的流动为平行关系，由此使得空气能够穿过该介质材料的这些折痕之间的空隙。以这种取向，该空气流与该介质材料的暴露表面维持显著的接触。随着空气继续流动穿过介质盒82，被截留在该介质材料中的水蒸气的量增大。所截留的水蒸气的量有可能超过该介质材料的液体持有容量，从而致使干燥剂溶液滴落到干燥剂流体110的池中。如下文进一步讨论的，在该介质材料达到饱和之前开始提取循环是有利的。
可以调整该介质材料的厚度、以及该介质材料在其折痕之间的空隙大小方面的配置，以符合具体用途的所希望的水回收需求。在材料折痕之间具有较大空隙的较厚材料片板允许空气流更好地穿过该腔室，由此减少了跨过该腔室的空气流压力降。然而，这种介质材料构型限制了可以从该空气流中去除的水蒸气的量。减小该介质材料的折痕之间的空隙的大小和增大该介质材料的宽度提高了从空气流中去除水的能力，但缺点是跨过该腔室的压力降增大，因此要求更大的风扇能力来使空气移到穿过该腔室。因此考虑到了调整该介质材料的具体构型以实现满足该装置的具体用途的需求的水回收，而跨过该装置没有可能超过这些风扇的能力的过度空气压力降。
干燥剂溶液110被放置在每个托盘74中。这可以在该装置开始运行时手动地完成。随着该装置继续运行，可能需要补充该干燥剂溶液。例如，该干燥剂介质的吸收了干燥剂溶液的一些部分可能变得干燥且结晶，由此在不清洁和重新浸泡该干燥剂介质的情况下阻碍了该干燥剂化学品的再活化。代替手动更换干燥剂溶液110，还考虑到了可以自动地补充干燥剂溶液110。干燥剂溶液贮存器(未示出)和水贮存器(未示出)可以具有与这些托盘74中的每一个或选定的几个托盘相连的流体输送管线。每个托盘还包括液位传感器(未示出)和/或用于感测该化学干燥剂的浓度的干燥剂浓度传感器(未示出)。化学浓度传感器是测量溶液的电势的装置，并且电势的变化对应于该溶液中化学品的浓度的已知变化。基于来自这些传感器的输入，安装在这些流体输送管线中的补充阀门(未示出)可以被选择性地打开以释放指定量的水和/或干燥剂溶液，从而补充这些托盘中的干燥剂溶液。在许多情况下，为了使该干燥剂溶液处于最佳干燥剂浓度，可能只需要将水加回到该干燥剂溶液中。
现在参见图5和图6，展示出了该热交换器组件16的、存在于干燥剂堆叠体14下方的多个部件。如所示出的，该组件包括壳体76，该壳体包括多个侧壁130和一个底壁或底座128。壳体76的一侧包括管路歧管132，该管路歧管具有多个开口以接纳相应的管路区段134。从底座128向上延伸了多个挡板140，这些挡板用于支撑加热分布元件78。如所示出的，该加热分布元件78也是手风琴式折叠的元件，该手风琴式折叠元件装配在这些侧壁130之间并且被布置在加热管线44上方。该加热管线44被配置成蜿蜒的路径，以便由此将热量更均匀地传递到该热量分布元件78。如图6中所示，加热管线44穿过这些侧壁130中一个侧壁、并且与热源40和容器45(图1)相连通。任选地，可以将金属丝支撑元件136布置在壳体76中以便将该加热元件78维持在其手风琴式折叠构型中。该热量分布元件78可以由铝或其他类型的耐腐蚀导体制成。该壳体76还可以包括与这些干燥剂托盘74的通道98对齐的多个杆接纳通道138，以接纳帮助将该干燥剂堆叠体和热交换器组件保持在稳定的竖直取向中的多个稳定杆(未示出)。
参见图7，示出了干燥剂托盘74相对于热交换器壳体76的的安排。如所示出的，该干燥剂托盘74的底座或底部部分被定位成紧邻该热量分布元件78的上表面。这种取向可以允许将热量最有效地传递给上覆的托盘74。图7还展示了可供空气进入该装置中的空间，在该空间中空气首先穿过该热量分布元件78的相邻区段之间的空隙。该空气流然后被引导向上、穿过该托盘的底座侧壁98中的这些开口100。接下来，迫使空气水平地穿过介质材料120中的空隙并且基本上与该介质材料120的取向平行。空气接着向上进入下一个干燥剂托盘74中。空气流穿过此下一个干燥剂托盘的路径是由该托盘的底座侧壁98中的开口100的取向决定的。
参见图8，关于干燥剂堆叠体14、热交换器16以及包括多个风扇、阀门、输送管线和连接器的这组空气输送元件的构造细节，展示了装置10的优选实施例。更确切地讲，图8展示了位于单一热交换器组件16上方、被安排成彼此上下竖直堆叠的多个干燥剂托盘74的干燥剂堆叠体14。出于展示的目的，最上面的托盘74被移除以示出被放置在堆叠的托盘之间的密封衬垫75。还示出了堆叠体排气歧管80，来自该腔室的空气流在该堆叠体排气管线中经由多条管线24返回到大气中。如这个实施例中所示，代替单一排气管线24，存在一对排气管线24，它们被安排成一组四条相邻管线中的一对外部输送管线。图8的实施例旨在展示，这些输送元件中的一些输送元件可以双倍提供以实现对该装置的更好的空气流控制。相应地，除了使这些排气管线24以及相关联的风扇和阀门为双倍之外，图8还展示出双倍的冷凝器入口管线26、再循环管线72、返回管线73以及用于这些管线的阀门和风扇。图8还示出了在需要额外的力从冷凝器28中去除空气的情况下使用的、与每条返回管线73相关联的任选风扇175。在如这个图中所示出的该装置的具体安装需要双管线构型的情况下，还可能是有利的是在这些管线与该冷凝器之间的接合处引入多个空气分布歧管，以便简化这些管线与该冷凝器之间的连接。相应地，图8还示出了对应的歧管81和83。在图8中，冷凝器28仅是以示意性的形式示出的，并且应当理解这些管线26和73的自由远端与冷凝器盘管30的入口和出口互连。如果采用歧管81和83，则这些歧管对应地与冷凝器盘管30的入口和出口相连通。由于图8中的视角，不能看到另一条入口管线20和多个相关联的输送元件，但图8还旨在表现，还可以存在双倍的这些元件。图8没有展示如图1所示的冷凝器的所有其他部件，但也应当理解该冷凝器包括这些其他元件。另外，还考虑到了冷凝器28可以具有多于一个的冷凝器盘管30。因此，如果使用了如图8中所示的双管线构型，还可以考虑每个管线对26和73都可以连接到分开的盘管30上。
就该装置的模块化构造而言，显然这些干燥剂托盘74能够以节约空间的安排被方便地堆叠在彼此顶上。另外，这些不同的风扇和阀门的位置可以方便地邻近于该干燥剂堆叠体定位以维持相对小的装置轮廓。用于输送空气流的这些管线可以是多个均匀的管路区段，并且这些管路区段可以通过摩擦配合而彼此相连。因此，没必要在各个管路区段之间提供密封衬垫。如下文将参照图13和图14更详细讨论的，本发明的模块化构造进一步允许在这些管路区段与这些不同的阀门和风扇之间进行摩擦配合式附接。
参见图9，展示了处于与图8中所示相同的安排的干燥剂堆叠体14，但是移除了这些不同的管路区段、阀门以及风扇。参见图10，这个竖直截面清楚地展示了这些干燥剂托盘在放置成竖直构型时的紧凑且有序的安排。尽管图9和图10展示了竖直的干燥剂堆叠体安排；但还考虑到了，干燥剂堆叠体可以包括竖直延伸和水平延伸的干燥剂托盘的多种组合。相应地，关于水平延伸的干燥剂托盘组，每个干燥剂托盘都还可以包括管路歧管132以代替实心侧壁90和98，从而使得水平相邻的托盘74能够通过将这些托盘以其相应歧管132互连的管路区段而彼此相连通。因此，人们可能了解该装置在针对具体用途调整其形状和尺寸方面的高度可配置性。对于具有更大水回收要求的装置的用途而言，可以更大数目的托盘来提高水回收，或者具有更少水回收要求的装置的用途可以决定使用较小数目的托盘。为了维持在充气循环期间穿过该装置的空气流以及维持在提取循环期间穿过该装置的空气流这两个目的，可以将必需数目的空气输送管线、风扇以及阀门添加到干燥剂堆叠体上以确保穿过该装置的适当空气流。
参见图11和图12，在本发明的又一个方面，考虑到了使用者可以动态地配置空气穿过该装置的流动路径，以便针对该装置的既定用途使效率最大化。在图11的实例中，用这些方向箭头展示了并行式流动路径，其中每个托盘74都具有带开口100的相对的底座侧壁98，因此允许空气流以竖直方式向上穿过该腔室并且还水平地穿过这些介质盒82。唯一被封堵的没有开口100的侧壁是位于热交换器组件16上方的实心侧壁180。这个侧壁180确保了例如在提取循环期间出于加热空气的目的使空气最先穿过该热交换器。如图11中所示，空气可以水平地行进穿过第一下部介质盒、或位于第二托盘或下一个更高托盘74中的介质盒。
在图12的实例中，这些方向箭头示出了穿过该装置的腔室提供的迂回的或串行式流动路径。相应地，这些堆叠的干燥剂托盘74的交替的和相对的侧壁包括不带开口100的实心侧壁180。人们可以认识到本发明的动态的且模块化的构造的优点，其中这些托盘不仅可以被放置成竖直安排与水平安排的多种不同组合，而且每个托盘还可以被配置成具有实心侧壁180或带开口100的侧壁98，以便建立穿过该腔室的所希望的空气流路径，并且由此针对该装置的既定用途使空气流最大化。
现在参见图13和图14，提供了用于阀门或气闸与风扇的组合的示例性构造。如所示出的，在图1的示意图中，穿过该装置的空气流控制包括多个不同的风扇与气闸对。相应地，图13和图14旨在展示根据本发明的模块化构造的优点可以如何构造这些不同的风扇与气闸对。示出了风扇组件150，包括被布置在一对风扇凸缘156之间的风扇壳体158。风扇160被布置在风扇壳体158内、并且包括一个特征性的风扇毂和多个风扇叶片。阀门组件152与该风扇组件相连。单一连接凸缘162可以被放置在该阀门组件与风扇组件之间。阀门组件152的构造可以包括两个半部，被示出为上半部164和下半部166。活瓣或阀门元件168具有安装销170，该安装销被接纳在上半部164的多个销开口174中。可以使用多个销锁172来紧固该安装销170的多个末端。还如图13中所示，相邻的管路区段或导管区段154可以也经由单一连接凸缘162被紧固到该风扇上。类似地，阀门组件152的相反末端可以通过单一连接凸缘162被连接到相邻管路区段154上。这些管路区段154可以简单地以摩擦方式被接纳在这些相邻的凸缘162内。这些半部164和166可以还通过如经由多个凸缘延伸部176实现的摩擦配合、或者通过可以限制连接部之间的显著空气流损失的某些其他连接装置而被紧固到这些凸缘164上。还示出了，风扇150可以例如通过螺钉与螺母的组合而紧固到其对接凸缘162上。图13和图14旨在展示以下示例性构造，其中多个风扇与阀门对可以与管路区段成直线地彼此相连，该构造是简单、可靠、且可重复的而不需要特殊的工具或设备。因此，该装置的功能相异的风扇和阀门对在被安装到该装置中时可以通过简单的组装方法进行组装。
为了控制该装置，可以使用整体控制器84(图1)。对于生产希望的水量，虽然手动控制也是可能的，但使用控制器具有多个优点，包括减少繁重的使用者工作以及对该装置的更及时且精确的控制。控制器84可以是已知的工业控制器，例如可编程逻辑控制器(PLC)。
参见图15，这个图旨在将控制器84表示为具有已知功能性的计算装置200。更确切地讲，图15展示了计算装置200的一个实施例，该计算装置包括可以经由总线255电联接的多个硬件元件。这些硬件元件可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)205；一个或多个输入装置210(例如，鼠标、键盘等)；以及一个或多个输出装置215(例如，显示装置、打印机等)。计算装置200还可以包括一个或多个存储装置220。举例来讲，存储装置220可以是磁盘驱动器、光存储装置、固态存储装置例如随机存取存储器(“RAM”)和/或只读存储器(“ROM”)，这些可以是可编程的、迅速可更新的等。控制器200还可以包括一个或多个输入/输出模块201。这些输入/输出模块可以被内置在该控制器中、或者可以是插入该控制器中的一个或多个外部输入/输出模块。对于PLC而言，它们中的大多数装配有广阔的输入/输出模块容量，其中可以容纳宽范围的输入和输出。进一步地，因为PLC典型地被制作用于苛刻的运行条件，在本发明的装置中使用PLC作为控制器可以是优选的选择。
另外，计算装置200可以包括计算机可读存储介质阅读器225；通信系统230(例如，调制解调器、网卡(无线或有线的)、红外通信装置等)；以及工作存储器240，该工作存储器可以包括RAM和ROM装置。任选地，计算装置200可以包括处理加速单元235，该处理加速单元可以包括DSP、专用处理器和/或类似物。该计算机可读存储介质阅读器225可以进一步连接至计算机可读存储介质上，从而一起(并且任选地，与一个或多个存储装置220相组合)综合性地表示远程、本地、固定、和/或可移除的存储装置加上用于临时和/或更永久地包含计算机可读信息的存储介质。该通信系统230可以允许与数据网络和/或网络内的另一台计算装置交换数据，如下文将参照图16进一步解释的。
该计算装置还可以包括被示出为位于工作存储器240内的多个软件元件，包括操作系统245和/或其他代码250，例如实施用于运行该装置的程序或代码的程序代码。该计算装置200还可以采用GPS接收器260以获得基于位置的能力。GPS接收器260可以用于进一步利用关于地理和/或气候条件的数据以提高装置的运行效率。例如，该GPS接收器可以用于下载关于阳光的取向和持续时间以及主风方向的数据。这些数据可以用于更新或改进算法以获得更好的太阳能提取效率并且使风扇功率需求最小化。该计算装置200可以另外包括无线电收发器265，该无线电收发器使得该装置能够具有无线通信能力。取决于该装置安装之处的地理限制，可以采用特定的无线电通信协议，从而使得该装置能够与无线通信网络维持无线通信。
还可以使用该计算装置的替代性部件和/或可以用硬件、软件(包括便携式软件，如小应用程序)、或两者来实现具体元件。进一步地，可以采用与其他计算装置(如网络输入/输出装置)的连接。
虽然该装置是在使用计算装置200的情况下进行描述的，但还考虑到了该装置也可以由一个或多个微控制器来控制。微控制器是集成芯片，包括中央处理单元(CPU)、存储器元件(例如RAM或ROM)、一组输入/输出端口以及多个定时器。然而，因为有限的处理器能力，微控制器典型地被设计成仅执行有限数目的任务，并且因此在监控大量输入并产生大量命令输出的能力方面是有限的。尽管如此，由于该装置的相对少的输入和输出，微处理器与通信元件(例如具有无线能力的收发器)的组合仍是提供对该装置的控制的可行解决方案。
该计算装置或该一个或多个微控制器还可以被引入通信网络中，如图16中所示。图16旨在展示由参考数字200表示的计算装置或一个或多个微处理器。进一步地，图16旨在展示可以与在此披露的装置和方法结合使用的示例性通信系统300。该系统300可以包括一个或多个远程通用计算机305和310，这些计算机通过通信网络310与一个或多个装置10通信，每个装置带有其自己的整体控制器/一个或多个微处理器200。举例来讲，这些通用计算机可以是运行不同版本微软公司的视窗(WindowsTM)和/或苹果公司的麦金托什(MacintoshTM)操作系统的个人计算机和/或膝上计算机和/或运行各种可商购的UNIXTM或类似UNIX的操作系统中的任何一种操作系统的工作站计算机。这些远程计算机305和310还可以具有各种应用程序中的任何一种，例如包括数据库客户端和/或服务器应用程序、以及网络浏览器应用程序。可替代地，这些用户计算机305和310可以是其他电子装置，例如能够通过网络320进行通信和/或显示网页或其他类型的电子文件并对其进行导航的支持互联网的移动电话、和/或个人数字助理。尽管该示例性系统300被示出为具有两个远程计算机，但可以支持任何数量的远程计算机。
该网络320可以是本领域的技术人员所熟悉的、可以使用各种可商购协议(包括但不限于TCP/IP、SNA、IPX、AppleTalk等)支持数据通信的任何类型的网络。仅举例来讲，网络320可以是局域网(“LAN”)，如以太网、令牌环网和/或类似网络；广域网；虚拟网，包括但不限于虚拟专用网络(“VPN”)；因特网；内联网；外联网；公用交换电话网(“PSTN”)；红外网络；无线网(例如，在IEEE 802.11协议组、本领域内公知的蓝牙TM协议、和/或任何其他无线协议下操作的网络)；和/或这些和/或其他网络的任何组合。
该系统300还可以包括一个或多个服务器计算机325。服务器325可以是网络服务器，该网络服务器可以用于处理来自用户计算机305和310对网页或其他电子文件的请求。该网络服务器可以运行一种操作系统，包括以上讨论的那些中的任一种、以及任何可商购的服务器操作系统。该网络服务器325还可以运行各种服务器应用程序，包括HTTP服务器、FTP服务器、CGI服务器、数据库服务器、Java服务器等。在某些实例中，该网络服务器325可以公布可用作一种或多种网络服务的操作。
该系统300还可以包括数据库335。数据库335可以位于各个位置。举例来讲，数据库335可以位于这些计算机305、310中的一个或多个计算机的本地(和/或位于其中)的存储介质上、或者位于这些装置10的控制器/微处理器200中的一者或多者的本地存储介质上。可替代地，数据库335可以远离任何的或所有的计算机或控制器、并且与这些计算机和控制器中的一者或多者通信(例如，通过网络320)。数据库335可以位于本领域的技术人员熟悉的存储区域网络(“SAN”)中。类似地，用于执行属于这些计算机和/或控制器/微处理器的功能的任何必要文件可以在远程或本地存储于对应的计算机或控制器上。数据库335可以是关系型数据库，如被适配成用于响应于SQL格式的命令而存储、更新、和检索数据的甲骨文10iTM数据库。
还如图16中所示，这些控制器/微处理器200各自与系统300的其他部件通过网络320进行通信。尽管这些控制器/微处理器200可以具有独立运行和控制它们的对应装置10的能力，但当这些控制器被结合在通信系统300内时可获得本发明的额外特征。例如，如果装置从一个位置移动到另一个位置，则该控制器可以接收更新后的算法，这些更新后的算法提供了与这些装置可以运行的特定环境更紧密匹配的编程特征。另外，软件或其他命令更新可以被下载到这些控制器/微处理器中，从而消除了对手动软件更新的需要。另外，可以从这些控制器/微处理器上传信息。该信息可以被用作历史运行数据以改善软件编程或对这些装置的控制的其他方面。由于这些装置可以在远程或严峻的条件下运行，这些控制器通过通信网络进行通信的能力可以提供其他益处。例如，如果控制器遇到故障或遭遇功能能力的降低，将有可能绕过通常由该控制器/微控制器通过经由这些远程计算机中的一者或多者发送的命令所提供的对该装置的控制。在一个或多个位置内多个装置同时起作用的情况下，服务器325的计算能力可以有利地提供对这些装置的额外的或补充的控制。另外，数据库335在对这些装置编译运行数据方面可以是有用的，以便改善可能与这些装置的运行相关联的算法和软件命令的集合。本领域技术人员可以认识到将装置10结合到通信系统300中的其他优点。
根据本发明的方法，装置从进入的环境空气中去除水蒸气。离开该装置的排出空气流因此是干燥的或贫水的空气流。从概念上讲，该装置的运行可以被分为两个主要循环，即充气循环和提取循环。在该充气循环中，环境空气流穿过该腔室、跨过干燥剂堆叠体、并且回到周围环境。该干燥剂吸收空气流中的水蒸气。该干燥剂优选地以含水的液体溶液使用。该干燥剂溶液通过干燥剂介质被分布在该腔室中，该干燥剂介质包括多个介质片板，优选是配置在该干燥剂堆叠体的每个托盘中所布置的介质盒内的折叠式介质片板。
根据本发明，充气循环包括吸收水蒸气、以及控制从该空气流中去除的水蒸气的量，以使得该干燥剂溶液不会变成是水过饱和的。在干旱气候下，当由于环境空气温度的相应下降而相对湿度上升时，在夜间运行该充气循环可能是有利的。通过一个或多个风扇使受控制的空气流穿过该装置的腔室。如以上在展示出的优选实施例中阐述的，一个或多个风扇可以被定位在该腔室的入口处，而一个或多个风扇被定位在该腔室的出口处。多个空气流量传感器连同多个温度和湿度传感器一起监测该腔室的状态。获得穿过该腔室的最佳空气流以匹配所希望的要回收的水量。如果回收要求是相对较少量的水，那么与在相同的运行时间量内必须达到的较大水回收要求相比，使较小体积的空气穿过该腔室。对于该充气循环而言，一旦该干燥剂介质已经吸收了必需量的水，就开始提取循环。首先，通过关闭与周围环境连通的所有阀门或气闸来将该腔室与环境空气流隔离。对该腔室添加热能。这可以通过使用具有许多可能的动力源的热交换器来实现。热能被添加到使得在该腔室中发生水的汽化的预定点。在这个点处，该腔室内的潮湿空气可以被循环穿过冷凝器。优选地，该冷凝器不要求单独的动力源用于冷却。而是，优选是在该腔室内的内部温度超过相对于外部环境温度而言的露点温度时开始冷凝。相应地，用于该冷凝器的冷却“源”简单来讲是环境空气，并且使环境空气流穿过该冷凝器以实现对该潮湿的腔室空气的冷凝。该冷凝器具有典型地是由冷却盘管限定的通路，其中该盘管的冷却器温度致使该水蒸气冷凝。冷凝在该冷凝盘管的表面上的水滴被收集在与该冷凝盘管相连通的容器中。在该提取循环的这个冷凝阶段的过程中，持续一段时间继续对该腔室添加热量以蒸发该腔室中截获的所希望的量的水。相应地，在该腔室内发生空气的再循环，其中提供了从该冷凝器返回到该腔室的返回管线。除了给该腔室添加热量之外，可以通过降低该腔室内的压力而更容易地实现水的汽化温度。例如，可以对该腔室内的空气抽成部分真空，并且在冷凝阶段可以将该腔室内的剩余量的空气进行加热和再循环。
进一步根据本发明的方法，考虑到了对于每个托盘内的每个溶液贮存器而言都维持最佳的干燥剂溶液比率。在每个托盘中可以采用多个液位传感器连同多个化学浓度传感器以监测液位和干燥剂浓度。根据需要，干燥剂溶液可以被更换和/或可以自动对每个托盘添加水，如从与每个托盘相连通的供应贮存器供应。
进一步根据本发明的方法，在充气循环产生的干燥的空气流可以用于调节人造结构的内部空气空间。相应地，管道系统可以被连接到该排出空气流从而将排出空气流与该内部空气空间互连。
还根据本发明的方法，该装置的模块化的构造允许容易地改变该装置的水回收能力。因此，考虑到了通过改变所使用的托盘的数目、改变这些介质盒的暴露表面积和/或改变空气穿过该腔室的流动路径可以优化水回收能力。如所讨论的，穿过该腔室的串行式流动路径或穿过该腔室的并行式流动路径改变了空气流在该腔室内的停留时间。这些不同的流动路径还导致了该干燥剂介质与空气流的接触较多或较少，这进而改变了该干燥剂吸收水的速率。另外，还可以调节穿过该装置的腔室的空气的流动速率以满足希望的水回收要求。总体上，与较小流动速率相比，穿过该腔室的空气的流动速率较大应该得到更大量的回收水。
还根据本发明的方法，考虑到了对控制器/微处理器使用动态编程以优化装置运行。在该控制器/微处理器编程内，可以使用基于多个已知环境因素来建立基线或初始运行参数的多种算法。这些环境因素包括每日的温度数据、阳光数据、湿度数据、风数据以及潜在的破坏情景数据。每个因素都可能最终影响该装置的运行。关于温度和湿度数据，这些数据将部分地决定运行该装置的这些循环的最佳时间。这些日光数据还帮助限定在平均温度条件期间何时将最迅速地发生温度和湿度的变化。风数据可以用于确保该装置被定向在适当的方向上，以使得可以提供穿过该装置的恒定空气流量而不受不利风条件的过度影响。潜在的破坏情景涉及该装置所在的具体位置、以及人为或环境事件会破坏或损毁该装置的机会。通过相比不同的地理位置来对每个因素进行评估，装置的初始设定和运行被简化并且在最初被优化。当特定的装置投入运行时，对环境条件以及该装置的运行能力的持续监测可以用来改变这些初始运行算法以便然后建立最佳的运行参数。因为可以在严峻的或难以行进的位置中采用多个装置，还有利的是将这些装置结合在通信网路内，其中也可以远程地控制这些装置的运行。例如，考虑到装置已经被破坏、或者具有一个或多个不能正常工作的部件。在这种情景中，可以从远程计算装置发出命令以改变当前的运行算法，以补偿这些部件的破坏。一个特定实例可以涉及具有有限的功能的部件，例如风扇或阀门，并且因此该运行算法可以被修改以改变这些元件的运行，以便满足所希望的水回收目标。
还根据本发明的方法，有可能通过评估夜间时间来简单地确定运行充气循环的最佳时间。例如，该控制器可以使用多个光传感器和一个日历钟来启动和终止充气循环，这种控制方法的结论是夜间时间是运行该充气循环的最佳时间。
进一步根据本发明的方法，考虑到了可以对回收的水进一步处理以确保该水是可饮用的。例如，可以采取多项额外的水处理措施以使该水可饮用。这样的措施可以包括过滤、暴露于紫外线、矿化、氯化和/或进一步的化学处理。
进一步根据本发明的方法，考虑到了代替单一热交换器，干燥剂堆叠体可以利用由单一动力源提供动力的多个热交换组件。相应地，干燥剂堆叠体内的多个选定托盘可以被布置在一个或多个热交换组件之间，其中每个组件具有加热管线、热量分配元件以及多个传感器。这些组件可以各自具有它们自己的壳体，或者这些托盘可以被修改以结合有这些热交换组件，其中单一的壳体可以用于干燥剂托盘与热交换组件的组合。
虽然在此已经详细描述了多个说明性实施例，但是应当理解，这些概念能以其他方式来不同地实施和使用，并且所附权利要求书旨在被解释为包含这样的变化，除非受到现有技术的限制。

Claims (15)

1.一种水回收装置，包括：
包括腔室的干燥剂堆叠体，该腔室中限定了空气流路径，该堆叠体包括多个干燥剂托盘，每个托盘包括干燥剂介质盒和一定量的液体干燥剂，该液体干燥剂被放置在该托盘内并且被该介质盒的介质材料吸收；
冷凝器，该冷凝器与该干燥剂堆叠体相连通；
热交换器，该热交换器与该干燥剂堆叠体相连通以用于对该干燥剂堆叠体提供热量；并且
其中该水回收装置在充气循环中用以使环境空气循环穿过该腔室从而通过该液体干燥剂来去除水蒸气并且将水蒸气保留在该腔室中，该装置进一步在提取循环中用以去除该腔室内保留的水蒸气，该冷凝器提供冷却源以使该水蒸气冷凝并且由此产生一定量的冷凝水。
2.如权利要求1所述的水回收装置，进一步包括：
控制器，该控制器被结合在该装置中以用于控制该装置的功能以包括该充气循环和该提取循环，该装置进一步包括作为该控制器的输入的多个传感器以及作为该控制器的输出的多个阀门和风扇，这些阀门和风扇被定位在该装置的多个空气运输管线内，
其中，该多个传感器包括多个温度传感器和多个湿度传感器；并且
该多个阀门和风扇包括进气风扇和进气阀门、排气风扇和排气阀门、用于将空气从该腔室输送到该冷凝器的冷凝器风扇和冷凝器阀门、以及用于使空气从该冷凝器循环回到该腔室的再循环风扇和再循环阀，所述进气和排气风扇和阀门与该腔室相连通。
3.如权利要求1所述的水回收装置，其中：
该热交换器包括其中携带有加热流体的加热管线、用于加热该加热管线内的流体的热源、以及用于使该加热流体再循环穿过该加热管线的泵；并且
该热源包括以下各项中的至少一项：太阳能收集器、光伏电池、电加热器、燃气加热器、以及从废热来源收集的热量。
4.如权利要求1所述的水回收装置，其中：
该冷凝器包括冷却盘管和与该冷却盘管相连通的环境空气冷却管线，该冷却盘管用于冷却从该腔室接收的空气并且使该空气中的水蒸气冷凝，该水蒸气被收集在该冷却盘管的内部表面上，该环境空气冷却管线接收环境空气流并使之穿过该环境空气冷却管线以冷却该冷却盘管、并且由此致使该水蒸气冷凝；
每个干燥剂托盘包括多个侧壁和一个底座，该液体干燥剂被放置在该底座中，并且该介质盒被部分地浸没在该液体干燥剂中；
该介质盒包括被配置成手风琴式折叠安排的且被放置在介质框架内的介质材料，该介质框架进一步包括至少一个介质框架面板和至少一个介质框架隔网、以及用于使该介质材料维持在其手风琴式折叠安排中的内部介质金属丝支撑件；
该介质盒包括被放置成具有多个折痕并且在这些折痕之间具有多个空隙的构型的介质材料，该介质材料被定向成使得流动穿过该腔室的空气流基本上平行于该介质材料的这些折痕流动；
该热交换器被放置在该干燥剂堆叠体的下方，并且流动穿过该装置的空气流首先流动穿过该热交换器并且接着穿过该腔室；并且
该热交换器包括多个热交换器，并且这些热交换器被放置在所述干燥剂堆叠体的干燥剂托盘之间。
5.如权利要求1所述的水回收装置，进一步包括：
进气歧管，该进气歧管用于将空气流引导至该腔室中；以及
排气歧管，该排气歧管用于引导该空气流离开该腔室，
其中，循环穿过该腔室的环境空气是采取定向流动路径穿过该腔室的空气流，该定向流动路径包括以下各项中的至少一项：串行式流动路径、并行式流动路径、或它们的组合；
每个托盘具有多个侧壁和一个底座，该底座中包含一定量的该液体干燥剂，这些侧壁或该底座中的至少一者具有形成于其中的多个空气循环槽缝，以使得该环境空气能够循环穿过这些槽缝；并且
该多个干燥剂托盘包括竖直地彼此上下堆叠的多个托盘，并且该环境空气能够流动穿过所述堆叠的托盘中的每一个托盘。
6.如权利要求2所述的水回收装置，其中：
该多个干燥剂托盘包括竖直地彼此上下堆叠、水平地彼此相邻堆叠、或者以它们的组合方式堆叠的多个托盘，并且该环境空气能够流动穿过所述这些托盘中的每一个托盘；并且
所述控制器是可编程逻辑控制器或微处理器。
7.一种水回收装置，包括：
包括腔室的干燥剂堆叠体，该腔室中限定了空气流路径，该堆叠体包括多个干燥剂托盘，每个托盘包括干燥剂介质盒和一定量的液体干燥剂，该液体干燥剂被放置在该托盘内并且被该介质盒的介质材料吸收；
冷凝器，该冷凝器与该干燥剂堆叠体相连通；
热交换器，该热交换器与该干燥剂堆叠体相连通以用于对该干燥剂堆叠体提供热量；
控制器，该控制器被结合在该装置中以用于控制该装置的功能以包括该充气循环和该提取循环；
作为该控制器的输入的多个传感器；
作为该控制器的输出的多个阀门和风扇，这些阀门和风扇被定位在该装置的多个空气运输管线内；并且
其中该水回收装置在该充气循环中用以使环境空气循环穿过该腔室从而通过与该液体干燥剂的接触而从该水中去除水蒸气并且将该水蒸气保留在该腔室中，该装置进一步在该提取循环中用以去除该腔室内保留的水蒸气，该冷凝器提供冷却源以使该水蒸气冷凝并且由此产生一定量的冷凝水。
8.如权利要求7所述的水回收装置，其中：
该热交换器包括其中携带有加热流体的加热管线、用于加热该加热管线内的流体的热源、以及用于使该加热流体再循环穿过该加热管线的泵；
该热源包括以下各项中的至少一项：太阳能收集器、光伏电池、电加热器、燃气加热器、以及从废热来源收集的热量；
该冷凝器包括冷却盘管和与该冷却盘管相连通的环境空气冷却管线，该冷却盘管用于冷却从该腔室接收的空气并且使该空气中的水蒸气冷凝，该水蒸气被收集在该冷却盘管的内部表面上，该环境空气冷却管线接收环境空气流并使之穿过该环境空气冷却管线以冷却该冷却盘管、并且由此致使该水蒸气冷凝；
每个干燥剂托盘包括多个侧壁和一个底座，该液体干燥剂被放置在该底座中，并且该介质盒被部分地浸没在该液体干燥剂中；并且
该介质盒包括被配置成手风琴式折叠安排的且被放置在介质框架内的介质材料，
其中，该介质框架进一步包括至少一个介质框架面板和至少一个介质框架隔网、以及用于使该介质材料维持在其手风琴式折叠安排中的内部介质金属丝支撑件。
9.如权利要求7所述的水回收装置，其中：
该介质盒包括被放置成具有多个折痕并且在这些折痕之间具有多个空隙的构型的介质材料，该介质材料被定向成使得流动穿过该腔室的空气流基本上平行于该介质材料的这些折痕流动；
该热交换器被放置在该干燥剂堆叠体的下方，并且流动穿过该装置的空气流首先流动穿过该热交换器并且接着穿过该腔室；并且
该热交换器包括多个热交换器，并且这些热交换器被放置在所述干燥剂堆叠体的干燥剂托盘之间。
10.如权利要求7所述的水回收装置，进一步包括：
进气歧管，该进气歧管用于将空气流引导至该腔室中；以及
排气歧管，该排气歧管用于引导该空气流离开该腔室，
其中，循环穿过该腔室的环境空气是采取定向流动路径穿过该腔室的空气流，该定向流动路径包括以下各项中的至少一项：串行式流动路径、并行式流动路径、或它们的多种组合；
每个托盘具有多个侧壁和一个底座，该底座中包含一定量的该液体干燥剂，这些侧壁或该底座中的至少一者具有形成于其中的多个空气循环槽缝，以使得该环境空气能够循环穿过这些槽缝；并且
该多个干燥剂托盘包括竖直地彼此上下堆叠的多个托盘，并且该环境空气能够流动穿过所述堆叠的托盘中的每一个托盘。
11.如权利要求7所述的水回收装置，其中：
该多个干燥剂托盘包括竖直地彼此上下堆叠、水平地彼此相邻堆叠、或者以它们的组合方式堆叠的多个托盘，并且该环境空气能够流动穿过所述这些托盘中的每一个托盘。
12.一种水回收系统，包括：
(a)水回收装置，该水回收装置包括：
(1)包括腔室的干燥剂堆叠体，该腔室中限定了空气流路径，该堆叠体包括多个干燥剂托盘，每个托盘包括干燥剂介质盒和一定量的液体干燥剂，该液体干燥剂被放置在该托盘内并且被该介质盒的介质材料吸收；
(2)冷凝器，该冷凝器与该干燥剂堆叠体相连通；
(3)热交换器，该热交换器与该干燥剂堆叠体相连通以用于对该干燥剂堆叠体提供热量；并且
其中该水回收装置在充气循环中用以使环境空气循环穿过该腔室从而通过该液体干燥剂来去除水蒸气并且将水蒸气保留在该腔室中，该装置进一步在提取循环中用以去除该腔室内保留的水蒸气，该冷凝器提供冷却源以使该水蒸气冷凝并且由此产生一定量的冷凝水；
(b)控制器，该控制器被结合在该装置中以用于控制该装置的功能以包括该充气循环和该提取循环，该装置进一步包括作为该控制器的输入的多个传感器以及作为该控制器的输出的多个阀门和风扇，这些阀门和风扇被定位在该装置的多个空气运输管线内；
(c)所述水回收装置进一步包括通信节点，该通信节点被结合在通信系统中而使得该水回收装置能够在该通信系统中进行通信。
13.如权利要求12所述的水回收系统，其中：
所述通信节点包括使得所述装置能够接收卫星通信的GPS接收器；
所述通信节点包括使得所述装置能够在该通信系统的无线通信网络内进行通信的无线收发器；并且
该控制器进一步包括编程代码，该编程代码包括提供了使该水回收装置运行的多个指令的至少一个算法。
14.如权利要求12所述的水回收系统，其中：
该通信系统进一步包括与该水回收装置通信的至少一个远程计算机，该远程计算机具有相对于该控制器发送和接收指令的能力以用于维持和优化该水回收装置的运行的目的。
15.如权利要求14所述的水回收系统，其中：
该控制器进一步包括编程代码，该编程代码包括提供了使该水回收装置运行的多个指令的至少一个算法，并且所述至少一个远程计算机向该水回收装置发送更新后的编程代码以进一步优化该水回收装置的运行；并且
该通信系统进一步包括至少一个数据库，该至少一个数据库用于存储关于该水回收装置的历史运行数据、以及从在该通信系统内运行的其他水回收装置收集的历史运行数据的数据。
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