CN1752358A - 从大量大气中获得水的方法以及从大气中获得水的装置 - Google Patents

Abstract

一种从大量的大气中获得水的方法，该方法包括下面的阶段。产生空气流，并且使其通过用于初步冷却的热交换部件的次级回路进行循环，初步冷却可以开始水从气态到液态的状态变化或者也可以不开始；使经初步冷却的空气流进行进一步冷却，其能够使温度至少降低到露点以下，以便开始从气态到液态的变化，或者如果状态变化在初步冷却期间已经开始的话，则继续该过程；收集经冷凝和/或冻结的水；使干燥的冷空气流通过该换热器的初级回路再循环，以便将残余的冷量用于初步冷却。

Description

从大量大气中获得水的方法 以及从大气中获得水的装置

技术领域

本发明涉及一种从大量大气中获得水的方法以及通过冷凝大量空气中的湿气而获得水的装置。

背景技术

所有自然界的空气团都是潮湿的，即，它们包含一定量的水蒸气。

可以通过将那些水从空气的气体以及其它组分中分离出来而回收。

本发明提供的方法包括这样的分离，即通过从气态变化到液态或固态来分离，同时空气中的其余气体仍保持它们的气体状态。

因此，本发明的目的是保护一种方法，该方法用于引起水的冷凝并将其从空气团中分离出来。

本发明的目的还包括用于本方法的特定改进，尤其是如果最终的冷却是通过基于压缩机、蒸发器和冷凝器的常规冷却机进行的，并且，还包括用于实施本方法而提出的装置。

发明内容

本发明涉及的方法是从大量的湿空气中获得水的理想方法。任何大气团都适合于此用途。

根据本发明，本方法包括以下阶段(步骤)：

-由空气团产生气流，并且使它通过至少一个热交换部件进行循环。产生这样的气流的目的是对待干燥空气团进行“处置(level)”或处理(manage)。水通过冷凝被分离，这需要进行冷却。空气流通过热交换器的循环是一种初步冷却形式，其降低了将在稍后的阶段发生的最终冷却所需的能量，和/或甚至可以使水从空气流中开始冷凝。

-接着将经初步(预)冷却的空气流进行最终冷却，“最终冷却”能够使温度至少低于露点，但优选的是，取决于水的饱和度而高于0℃，从而防止水变成固态，使水更容易被收集。

-收集被分离出的水。

-使排出的冷干燥空气气流通过热交换器再循环，利用残余的冷量(cold)来初步冷却引入的空气流，由此提高效能，并且同时确保排出的空气流的温度更高，并确保其和引入的空气流之间的温度差更小。这降低了最终冷却所需的能量，并且减少了排出的空气流对环境的影响。

可以将以下改进增加到本方法中：

-可选在空气流第二次进入热交换器之前进行初步冷却。初步冷却减少了随后的冷却所需的能量。它可以利用常规的冷却机或者优选利用自然方法进行，如使用热交换器以利用排出空气与来自附近的水流或类似物的引入空气之间的温度差。来自经人工冷却的水(如来自医院的水冷却机)的残余冷量也可以用于其它的用途。

-同样地，在通过常规冷却机(该常规冷却机利用压缩机-冷凝器-蒸发器)进行最终冷却的那些情形中，最终冷却是通过蒸发器进行的，并且离开气-气热交换器的经干燥的空气流将通过冷却机的冷凝器进行循环，从而利用残余的冷量来协同进行该装置冷却气体的冷凝，从而减少了本方法所需的能量的量。如果由外界引入的空气流的温度过高，则在热环境中，内部空气流在离开气-气换热器之后和引入冷凝器之前，将与外界空气混合用以冷却在冷凝器中产生的热，其等于来自蒸发器(接受引入的空气流)的热量加上被压缩机消耗并由冷却空气携带的热量的总和。

为了实施本方法，提供了一种装置，该装置包括：带有框架的总设备(sweeping device)，用于接收和排出潮湿空气流的设备，该潮湿空气流是通过一个或多个涡轮或内部风扇的运行产生的。

在该总设备内部还有一套冷却设备，尽管它也可以是利用较低温度的其它介质如流体(空气流、来自机器的冷水流等)的换热器，但理想的情况是包括压缩机、蒸发器和冷凝器的常规冷却设备。

该冷却设备必需能够使引入的空气流的温度持续降低至露点以下，以便引起将要收集到容器(vat)内的水的冷凝和凝结。可以设计冷却设备使冷却能够进行，但理想的情况是使温度不降到0℃以下，这是由于0℃以下水会冻结，从而使其更难以收集。

为了提高效能，该总设备装配有气-气换热器，经冷却和干燥的空气连同引入的空气流一起通过该换热器循环，从而来自于排出的空气流的部分冷量被用于初步冷却引入空气，由此提高了效率。

冷却设备被沿着引入空气流处于气-气换热器的两条回路之间的路径设置。如果使用常规的冷却设备，则将蒸发器设置于气流处于换热器的两条回路之间的循环路径内，从而进行空气团的最终冷却以及水的冷凝，同时将冷凝器设置于该换热器的第二条路径的出口处，在该出口处经脱水的空气被释放，以便利用残余的冷量来促进冷却气体的冷凝，并且更进一步提高本方法的效率。在这种情况下，可以将第二空气入口安装在该气流回收装置的出口处并且在该空气移入冷凝器之前，以便如果引入空气的温度过高，则在热环境中，第二空气入口将协同消除在冷凝器中产生的热量，其等于蒸发器从引入的空气流吸收的热量加上被该压缩机消耗的能量。

附图说明

图1示出了本发明的方法的示意图。

图2和图3示出了具有改进的本发明的方法的示意图。

图4和图5示出了本发明的装置的两种变化形式。

具体实施方式

本发明涉及的方法包括以下阶段(步骤)：

由可从中提取湿气(水分)的气团产生空气流。该空气流可以人工产生或者可以利用空气的自然通风。

-使空气流1流过换热器3的次级回路2，以进行初步冷却。

-使空气流1进行第二轮冷却，直到温度降低至至少为露点，以引起水蒸气的冷凝，如果该过程在初始冷却期间已经开始，则继续该过程。冷却是通过包括任何适当的装置(已知的冷却系统)的热机4进行的。

-在收集器5中收集冷凝物。

-使经过冷却和干燥的排出空气流6通过换热器3的初级部分7再循环，在次级回路2中进行在第二阶段所述的引入空气流1的初步冷却，从而减少了用于最终冷却的热机4所用的能量。并且还提高了排出气流8的温度，从而减小了排出气流和引入气流1之间的温度差，由于引入气流取自环境中，很显然这对环境的影响会更小。

如图2所示，该热机可以包括热交换器15，或如图3所示，包括基于压缩机、蒸发器和冷凝器的常规冷却机。

一些可应用于上述方法的改进包括：

-使本方法中的引入空气流1借助于外部手段(装置)进行初步冷却，该外部手段(装置)可以是，例如，自然水流13或者借助换热器14或借助外部冷却机进行人工冷却的水(图2和图3)。

-如果所使用的常规冷却机是基于压缩机9、蒸发器4a及冷凝器10的，则排出的空气流8通过该冷凝器进行循环。该气流与在冷却气体的冷凝中产生的温度相比较仍然较冷，它能够协同消除冷凝热，因而提高了本方法的能效(图3)。

在这种情况下，当来自外界的引入空气的温度过高时，如来自非常热的环境中，则排出空气流8可以与来自外界的足够的引入空气流11相混合，使得增加的气流能够消除在冷凝器10中产生的热量，其等于由在蒸发器中的冷却气从引入空气带走的热量加上相当于由压缩机消耗的能量的卡路里。将最终的排出空气流12排放到外界。

对于用于实施本发明所涉及的方法的装置，其示意在图4和图5中，该装置包括装配有用于引入空气的入口17的总设备16，该引入的空气首先通过内部气-气换热器(在本发明的这个用于初步冷却的非限制性实例中，为交叉气流回收装置18)进行循环，并且随后被送到内部蒸发单元4a中，该内部蒸发单元是常规冷却系统的一部分，使得温度下降至露点以下，从而使包含在空气中的湿气(水分)变成液态。适当地设计冷却设备以防止温度降至0℃以下，在该温度点水会变成固态。

当离开蒸发器时，空气流通过交叉气流回收装置18的次级回路进行循环，利用部分冷量来初步冷却引入的空气团。

该装置还装配有附着于冷却设备的冷凝单元19，以便将来自干燥的排出空气气流的残余冷量用于提高该装置的这部分的效率，从而提高排出空气的温度，并由此在将其排出到外界时使其对环境的影响最小。

该装置还装配有产生气流的涡轮或涡轮组20，其与排出空气出口21相邻。

如果引入的空气的温度过高，则经干燥的空气流可能不足以消除在冷凝器中产生的热量，其等于来自进入蒸发器的空气的热量以及对应于压缩机所消耗的部分能量的总和。在这种情况下，该装置装配有中间的外部空气入口22，其位于气流回收装置的次级回路的出口与冷却设备的冷凝单元之间。这种通过冷凝器循环的空气流的增加消除了由该压缩机产生的多余的热量。

该冷却设备还装配有压缩机9。

为了更进一步提高该装置的效率，引入的空气流可以利用外部手段(装置)14进行另外的初步冷却，如外部冷却设备、利用来自附近水流的温度的外部换热器、水冷却机或类似物。

为了收集冷凝物，该装置装配有位于冷凝发生部分之下的容器，其进而与出口管5连接。

同样，本发明的实施例的一种变化形式示于图5中，常规冷却设备可以由单个的气-水换热器23代替，该气-水换热器可以借助于水的较低温度来冷却空气，水可以来源于医院的水冷却机、自然水流、或其它任何来源。

一般而言，任何能够足以降低空气流的温度的介质或设备均可以用于冷却。

本发明的性质已经得到了充分的描述，并且实际实施它的方式也已经被充分描述，应当注意的是可以对以上所给出的描述和在附图中的示例进行变化、修改和等同替换，而上述变化、修改和等同替换均涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (18)

1.从大量的大气中获得水的方法，其特征在于，包括以下阶段：由大量空气产生空气流，并且使所述空气流通过热交换部件的次级回路循环，用于进行初步冷却，在所述初步冷却期间，水从气态到液态的变化可以开始或者也可以不开始；使所述经初步冷却的空气流最终冷却到温度至少降至露点的程度，以引起水蒸气的状态变化，或者如果所述状态变化在初步冷却期间已经开始，则继续此过程；收集冷凝物和/或冻结的水；使干燥的冷空气流通过所述换热器的初级回路再循环，以便将残余的冷量用于初步冷却。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将自然气流用于空气流的生成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将人工方法用于空气流的生成。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引入的空气流在被输送到所述换热器的次级回路之前可选进行另外的初步冷却。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述另外的初步冷却是利用冷却机进行的。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述另外的初步冷却是利用水流和换热器进行的。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，如果所述最终冷却是由包括压缩机、蒸发器和冷凝器的常规冷却机内的蒸发器引起的，则离开所述换热器的初级回路的排出空气流将会对冷凝器产生影响，利用残余的冷量来消除在其内产生的热量，该热量等于来自所述引入的空气流的热量加上相当于由所述压缩机消耗的能量的卡路里值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述引入的空气的温度过高，则另外的空气流在离开所述换热器的初级回路之后并对所述冷凝器产生影响之前，将被加入到循环的空气流中，协同消除在所述冷凝器内产生的热量。

9.一种用于通过冷凝大量空气中的湿气来获得水的装置，其特征在于，所述装置包括具有主入口和出口的总设备，在所述主入口和出口之间建立有被施压的空气流；所述装置包括：冷却设备，适当设计所述冷却设备，以使所述空气流的温度降低至露点以下，从而冷凝所述空气中的湿气；至少一气-气换热器，以使用离开所述冷却设备的经脱水的空气流的残余冷量来初步冷却所述引入的空气流；以及至少一涡轮或风扇，用以产生通过所述各个入口-出口的引入-排出的气流；所述装置还装配有收集器或容器，用于收集冷凝物。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述冷却设备包括压缩机、蒸发单元和冷凝单元，所述蒸发单元用作所述冷却设备的冷却部件，所述蒸发单元被设置于由交叉气流回收装置的两条回路之间的气流所限定的环路之内，以便将所述空气的温度降至露点以下，同时，在与中间入口连接之后，将所述冷凝单元设置于经冷却和脱水的空气流从所述气流回收装置的次级回路排出的出口处，以便利用所述残余冷量来消除所述冷凝器中的热量，从而提高所述装置的总效率。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，如果所述引入的空气的温度过高，则所述装置还装配有外界空气的中间入口，所述入口位于所述气-气换热器的次级回路上的所述出口处，并在进入所述冷凝器之前与所述循环气流相连，以便额外的气流能够协同消除在所述冷凝器中产生的热量，该热量等于来自所述蒸发器的引入空气流的热量加上相当于所述压缩机消耗的能量。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述涡轮或风扇与所述出口相邻设置，所述经冷却和脱水的空气通过所述出口被从所述装置中排出。

13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置装配有用于所述引入的空气的另外的初步冷却部件。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述另外的初步冷却部件包括常规的冷却设备。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述初步冷却部件包括换热器，所述换热器利用来自自然水流和/或来自由冷却设备冷却的水流的冷量。

16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述气-气换热器包括交叉气流回收装置。

17.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述冷却设备包括气-气换热器，所述气-气换热器具有两条回路：要从中提取湿气的空气通过一条回路流动，而冷的水流通过另一条回路流动。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述低温水流来自医院的冷却机。

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