TW201932678A - 可運輸之模組化水蒸氣凝結裝置 - Google Patents

Abstract

一種用於自大氣水蒸氣凝結產生液態水之裝置包含：一可運輸殼體，其界定一第一進氣口、一第二進氣口及一出氣口；第一門及第二門，其可選擇性地操作以分別打開及關閉該第一進氣口及該第二進氣口；及至少一個水凝結單元，其在該殼體中位於該第一進氣口與該出氣口之間且位於該第二進氣口與該出氣口之間。該殼體經結構設計使得當該第一進氣口及該第二進氣口中之至少一者打開時使進入該至少一個打開進氣口之一氣流之至少一部分穿過該至少一個凝結單元且離開該出氣口。

Description

可運輸之模組化水蒸氣凝結裝置

本發明係關於藉由大氣水蒸氣凝結回收淡水之領域。更具體而言，其係關於一種水凝結裝置，該水凝結裝置係可運輸的且可裝設於離散模組中，藉此可將包括所要數目個模組之一可擴縮水回收站設置在一所要位置處。在某些實施例中，該位置可固定在陸地上，而在其他實施例中，該位置可係在一水體上之一漂浮平台(例如，一船舶)或一固定平台。

地球表面之大部分區域(數億人所生活之地方)遭受一淡水短缺。實際上，某些專家將乾淨淡水短缺視為單個最重要之環境問題。已提議此問題之諸多解決方案，但在當前技術之情況下未發現任一解決方案係大規模實際的或成本有效的。正在不斷地尋求其他方法。

可能未吸引應有之注意力之一個潛在淡水源係大氣水蒸氣。地球之大氣層據估計含有大致3 × 10¹⁵ 公升之水蒸氣，其經連續地補足且等效於地球之全部人口超過兩年半之需求。此外，大氣空氣保持水蒸氣之能力隨著溫度以指數方式增加。在較溫暖且較濕潤地理區域中，在地球表面附近之空氣每立方米可保持多於50克之水蒸氣。在本發明中回收甚至一小百分比之此蒸氣作為液態水將產生巨大益處。

廣而言之，根據本發明之一水蒸氣凝結裝置包括包含一殼體之一凝結模組，該凝結模組含有可操作以使低於其環境露點之含濕氣大氣空氣冷卻藉此將該空氣中之水蒸氣凝結成液態水之一凝結單元。該凝結單元包含一或多個凝結室，每一凝結室包括一預冷卻區段及一凝結區段。來自該凝結單元之經凝結水較佳地在由過濾及/或淨化器件處理之後經引導至一淡水收集器件。該殼體經結構設計而以一高效方式引導該大氣空氣穿過該凝結單元，以便最佳化凝結效應。該裝置進一步包含用於使經冷卻且經除濕空氣在該殼體內循環以將凝結器殼體內側之環境溫度維持在一所要範圍內之一機構。該殼體之大小在各種結構設計中可介於自小至非常大之範圍內。在一項實施例中，該殼體經結構設計且經定尺寸為一標準船上貨櫃，以便與常用貨櫃處置與運輸裝備相容。該殼體針對模組化總成有利地結構設計成一個多單元陣列，藉此可按比例增加該裝置以達成更大體積之淡水產生。

本申請案依據35 U.S.C. §119(e)主張2017年9月14日提出申請之第62/558,718號美國臨時申請案之權益，該美國臨時申請案之揭示內容之全文併入本文中。下文結合附圖陳述之詳細闡述意欲為對根據所揭示裝置及方法之態樣之水凝結模組、總成及組件之目前較佳實施例之一闡述，且其不意欲表示其中可構造或利用顯式地及隱式地闡述之組件、總成及方法之僅有形式。該說明結合所圖解說明實施例陳述用於構造及使用本發明組件、總成及方法之實施例之特徵及步驟。然而，應理解，相同或等效功能及結構可藉由亦意欲囊括於本發明之精神及範疇內之不同實施例來實現。如本文中別處所指示，相似元件編號意欲指示相似或類似元件或特徵。

圖1展示根據本發明之一項實施例之一水凝結裝置10或水產生模組。水凝結模組或裝置10包含一殼體20及位於殼體20內之一或多個凝結單元40，溫暖潮濕空氣將穿過一或多個凝結單元40以變冷至其環境露點或低於其環境露點，從而致使凝結出液態淡水。凝結液然後將經引導至儲存或過濾及/或處理裝置以用於裝瓶或其他類似用途。

殼體20可有利地經配置且經定尺寸以便與常見貨櫃處置與運輸裝備相容。舉例而言，殼體20可符合具有8英尺(2.4米)寬乘以8.5英尺(2.9米)高及20至40英尺(6.1至12.2米)長之外部尺寸以及7英尺8英吋(2.3米)寬、7英尺10英吋(2.4米)高及19英尺4英吋(5.9米)長之大致內部尺寸的標準海運貨櫃尺寸。殼體20可符合在國際裝運標準中利用之標準化二十英尺貨櫃當量(TEU)標準貨櫃大小。因此，根據此態樣，可在已經產生標準貨櫃之設施中之任一者中製造殼體20，藉此最小化製作、構造及處置成本同時最大化與現有全球埠基礎結構及運輸結構設計之相容性。如所展示，殼體20具有一矩形盒之形狀。然而，殼體20可採取其他形狀，諸如一圓柱體、一角錐體或一梯形盒(舉例而言)。

在所圖解說明之矩形實施例中，殼體20具有全部在一第一打開端22與一相對第二打開端24之間延伸之一頂部側、一底部側、一前側及一後側。第一打開端22可係一第一入口開口且第二打開端24可係一第二入口開口。在圖1中，移除殼體20之一頂部側及殼體20之一前側以更佳地圖解說明且闡述位於殼體20內側之組件。一門總成有利地設置於打開端22、24中之每一者處從而以可控制方式關閉第一打開端22及第二打開端24。

在某些實施例中，如所展示，每一門總成包括以可樞轉方式附接(如藉由鉸鏈)至殼體20之第一端22及第二端24之相對側之一對門21。門21可由致動器器件23遠端地或自動地操作以在一打開位置與一關閉位置之間轉變。該等致動器器件可包含液壓或氣動器件或等效物。如圖1中所展示，門21在處於打開位置中時允許溫暖潮濕大氣空氣透過第一打開端22及第二打開端24吸引至殼體20內側以便流動穿過複數個凝結單元40。凝結單元40使空氣變冷至其環境露點或低於其環境露點以在空氣中之水蒸氣穿過凝結單元40 (或凝結單元)時將空氣中之水蒸氣凝結成液態水凝結液。如下文所闡述，凝結單元40可配置成各種結構設計，包含垂直於進入殼體20之氣流或相對於進入殼體20之氣流以一銳角配置。使經冷卻空氣在殼體20中循環以維持殼體20中之一所要溫度，及/或其透過一出口或排放隧道26離開殼體20，如下文進一步詳細地闡釋。在關閉位置中，門21關閉殼體20之相對端，藉此覆蓋第一打開端22及第二打開端24以在未處於使用中時保護凝結單元40及殼體20內側之其他組件免受危險及環境狀況影響。儘管在殼體20之第一打開端22及第二打開端24中之每一者處展示兩個門21之一總成，但可替代地使用覆蓋且保護打開端22、24之一單個摺疊門、一捲簾門、一滑動門或其他構件。

殼體20可相對於風而定位以提供進入第一打開端22及第二打開端24中之至少一者且透過出口26離開之一溫暖潮濕氣流。如圖1中所展示，出口26位於中央且在第一端22與第二端24之間延伸穿過殼體20之相對側。因此，離開殼體20之經冷卻氣流垂直於殼體20內側之溫暖潮濕氣流。經冷卻空氣可在相反方向上流動離開殼體20或在一個方向上流動穿過形成出口26之一排放隧道。出口26係具有足以排放冷空氣(來自其之濕氣已經凝結)之一剖面面積之一開口。在一特定實例中，出口26可具有大約2.5米至3.0米之一直徑，其中一周界與殼體20之一頂部側及一底部側間隔開以維持殼體20之結構剛性。另一選擇係，出口26可係U形的，其中垂直側自殼體20之底部側延伸且一半柱形頂部部分與殼體20之頂部側間隔開。

在另一實施例中，第一開口22及第二開口24中之一者可用作進氣口，且另一者用作出氣口。凝結裝置10可經定位使得風可透過係入口之開口22、24中之任一者將溫暖潮濕空氣饋送至殼體20中，且經冷卻空氣可自開口22、24中之另一者及/或排放出口26流出。

當不存在風或穿過凝結單元40之溫暖潮濕空氣之氣流不充足時，藉由位於殼體20內且可操作以將溫暖潮濕空氣拉動至殼體20中且驅迫溫暖潮濕空氣穿過凝結單元40之一或多個通風器件(諸如風扇30)，可以機械方式增大來自風之自然氣流，或以機械方式形成一人為氣流。風扇30可在殼體20內側位於第一打開端22及第二打開端24中之一者或較佳地兩者處或其附近，且風扇30可由諸如(舉例而言)電池之一電源供應器(未展示)、供應至凝結裝置10之一外部電力、一車載發電機或由直接機械驅動(諸如由諸如風、波浪或內燃機之外部機械構件驅動之皮帶或滑輪)提供動力。藉由用風扇30將溫暖潮濕空氣拉動至殼體20中且驅迫空氣朝向凝結單元40，風扇30與凝結單元40之間的溫暖潮濕空氣經受壓縮，因此降低其攜載水蒸氣之能力。因此，風扇30可不僅藉由透過第一打開端22及第二打開端24吸入溫暖潮濕空氣而且藉由壓縮潮濕空氣來增加液態水凝結液之產率。在一項實施例中，穿過凝結單元40之空氣速度可係大約2.5 m/sec。可將第一打開端22及第二打開端24與凝結單元40之間的溫暖潮濕空氣理解為在凝結單元40上游，而可將已移動越過殼體中之凝結單元40且在第一打開端22及第二打開端24與出口26之間的空氣理解為在凝結單元40下游。

一過濾器41可視情況在風扇30上游設置於第一打開端22及第二打開端24處以阻止碎屑及其他大物件進入殼體20，而不約束潮濕氣流進入殼體20。在一項實例中，過濾器係恰好配置於第一打開端22及第二打開端24內側或第一打開端22及第二打開端24處使得碎屑可在其自重作用下自過濾器掉落之一密網狀篩。另一選擇係，過濾器及一選用二次過濾器(未展示)可設置於每一風扇30與毗鄰凝結單元40之間。亦可週期性地或在需要時反向操作風扇30以輔助清除來自過濾器之碎屑。

凝結單元40在殼體20內側位於第一打開端22及第二打開端24與出口26之間。在一項實施例中，凝結單元40位於風扇30與出口26之間。換言之，殼體20之出口26較佳地位於凝結單元40之間使得穿過凝結單元40之氣流可離開殼體20。

每一凝結單元40包括一預冷卻區段45及在預冷卻區段45下游之一凝結器區段50。亦即，凝結單元40之預冷卻區段45在潮濕空氣之氣流之路徑之間位於風扇30與凝結器區段50之間。每一預冷卻區段45可有利地包括經配置以在溫暖潮濕空氣進入凝結器區段50之前將一經冷卻水霧噴灑至傳入空氣流中以降低溫暖潮濕空氣之溫度之多個噴霧嘴(未展示)。用經冷卻水實質性地預冷卻傳入空氣流藉由如下方式而增強凝結區段50之效率：將氣溫降低且將相對濕度增加較佳地至100%或接近100%，藉此降低傳入空氣之濕氣攜載能力且增加凝結液產率。經冷卻水可係透過預冷卻區段45再循環且泵送之自凝結器區段50產生之凝結液之一部分。因此，預冷卻區段45可替代自殼體20之外側泵送之水而使用再循環經冷卻水。可將用新凝結之水及凝結液之未用部分重獲之經冷卻水收集且引導至在殼體20外側之一儲存系統(未展示)中。另一選擇係，一陸基裝置(未展示)可自諸如一罐或一貯器之一外部源(未展示)泵入冷卻水。

在一項實施例中，每一預冷卻區段45可包括在凝結器區段50之一周界旁邊結合在一起之一或多個管(例如，參見圖7)。孔或噴霧嘴(未展示)可沿著管間隔開且經引導以用於在傳入氣流進入凝結器區段50之前將霧化經冷卻水噴灑至傳入氣流中以降低傳入空氣之溫度及濕氣攜載能力。在另一實施例中，噴霧嘴可放置在殼體20之一頂部處，或其可毗鄰於凝結器區段50之進入口形成一環狀物。

凝結器區段50包括各自具有複數個凝結表面之複數個凝結器51。可藉由各種手段(個別地或以組合形式包含經修改冷凍、蒸發冷卻、太陽能加熱/冷凍及循環冷凍劑、經凝結水或冷深海水)提供用於凝結器51之冷卻。自在凝結表面上經過之潮濕空氣移除熱，使得空氣冷卻至低於其露點，藉此致使大氣水蒸氣凝結為凝結表面上之液態水且流動至用於收集之一特殊設計收集裝置中，如下文進一步論述。在一項實例中，進入裝置10之溫暖潮濕空氣之溫度可係大約30℃，且在穿過凝結器之後冷卻至大約10℃或更少而且離開出口26 (取決於凝結器結構設計及冷卻機制)。

凝結器51可採取各種結構設計，諸如鰭片、熱虹吸管、熱管或冷凍。一個例示性結構設計包含鰭片52 (參見圖6)及/或配管之一陣列作為凝結表面。凝結鰭片或配管配置成一垂直陣列以促進凝結液排出。在任一情形中，陣列中之凝結表面之間的間距及陣列之總體尺寸有利地經選擇以最小化因凝結液在毗鄰凝結表面之間累積而引起之「堵塞」(此阻礙氣流且因此減少凝結液形成)。

參考圖6，在一項實施例中，舉例而言，凝結器51包含凝結鰭片52之一陣列，其中凝結鰭片52之該陣列之高度H較佳地不超過大約65 cm至70 cm，且較佳地間隔開大約2.0 mm至2.5 mm。陣列之總體深度D (前後)較佳地不超過大約8 cm至9 cm以避免過多氣流阻力。在一個結構設計中，凝結器51之總體寬度W可有利地稍微多於殼體20之內側寬度之二分之一。此將允許數個凝結器51在殼體20內側交錯，如下文參考圖2詳細論述。

在一例示性實施例中，凝結鰭片52固定至一或多個水平冷卻配管或熱管53，如圖3及圖4中所展示，一冷卻劑流體(諸如一冷凍劑或冷水)循環穿過水平冷卻配管或熱管53。冷卻配管53較佳地由具有高熱導率之一金屬(諸如(舉例而言)銅)製成。冷卻配管53可藉由橫跨凝結器51之寬度來回迴圈而伸展穿過鰭片52多次。另一選擇係，冷卻配管53可係藉由一連接器58 (諸如一U形連接器58)連接在一起之直配管，連接器58恰好在凝結器51之一框架55之一側框架部分55b外側附接至兩個單獨冷卻配管53之一端。藉由每一U形連接器58彼此連接之配管53可彼此毗鄰或不毗鄰。因此，冷卻劑流體可循環穿過一個冷卻配管53，然後經由U形連接器58穿過另一冷卻配管53。兩個或兩個以上冷卻配管53因此可經由連接器58串聯連接以形成具有一入口端及一出口端之一單個蛇形配管。

參考圖2，一冷卻劑系統70包括將冷卻劑流體供應至凝結器51之一供應線路70a及在冷卻劑流體已循環穿過凝結器51之後使冷卻劑流體返回之一返回線路70b。供應線路70a連接至一供應配管75，供應配管75又直接或經由一二次配管(未展示)並聯連接至一或多個凝結器51之一或多個冷卻配管53之一或多個入口端，該二次配管較佳地具有介於供應配管75之內徑與一或多個冷卻配管53之內徑之間的一內徑。因此，供應線路70a能夠經由供應配管75將冷卻劑流體同時饋送至凝結器51之冷卻配管53。如圖2中所展示，四個凝結器51彼此上下地堆疊，但凝結器51之數目及配置可如針對每一應用適合地變化。凝結器配置可自幾乎垂直於氣流變化至銳角，從而形成一「之字形」或人字形陣列，如下文關於圖15及圖16進一步闡述。一人字形配置之實施例可增加凝結表面積且跨越凝結表面減小壓力差及氣流速度，藉此增加凝結水產生而且增加結構穩定性。

供應配管75可毗鄰凝結器51之堆疊垂直延伸，其中硬或撓性耦合件連接至凝結器51中之每一者之一或多個入口端。另一選擇係，供應配管75可藉由焊接固定至凝結器51中之每一者之冷卻配管53之一或多個入口端。供應配管75可具有與一單個冷卻配管53之一內部剖面大小或內徑相等或比一單個冷卻配管53之一內部剖面大小或內徑大之一內部剖面大小或內徑。

在凝結器51中之冷卻劑流體已自鰭片52吸走熱以自溫暖潮濕空氣凝結出水之後，較溫暖冷卻劑流體透過一返回配管76返回至冷卻劑系統70之返回線路70b，返回配管76直接或經由一二次配管(未展示)並聯連接至一或多個凝結器之一或多個冷卻配管53之一或多個出口端，該二次配管較佳地具有至少等於供應配管75之內徑之一內徑。因此，可同時自多個凝結器51移除返回冷卻劑流體。返回配管76可毗鄰凝結器51之堆疊垂直延伸，其中硬或撓性耦合件連接至凝結器51中之每一者之冷卻配管53之一或多個出口端。另一選擇係，返回配管76可藉由焊接固定至凝結器51中之每一者之一或多個出口端。返回配管76可具有與一單個冷卻配管53之內部剖面大小或內徑相等或比一單個冷卻配管53之內部剖面大小或內徑大之一較大內部剖面大小或內徑。返回配管76可毗鄰於供應配管75定位，但其有利地可與供應配管75間隔充分遠以阻止(或至少最少化)自返回配管76至供應配管75之熱傳遞。

凝結器51可係此項技術中已知之任何適合裝置。舉例而言，在某些實施例中，凝結器51或熱交換器可包含可有利地定向於氣流中且可結構設計為個別管狀管或另一選擇係結構設計為迴圈之熱虹吸管或熱管。熱管及熱虹吸管可定向於範圍為自垂直至水平及垂直與水平之間的所有角度之各種位置中。較佳地垂直地或幾乎垂直地定向之緊密間隔之鰭片可附接至熱管/熱虹吸管以增加冷卻及凝結面積。在一項實施例中，垂直定向之管狀或迴圈熱管或熱虹吸管包括直徑為大約3 mm至7 mm、具有一扁平或卵形剖面之管件，然而其他形狀係預期的，且可係直的，以一螺旋、扭曲或其他有利形狀形成的，其中間距為大約2.5 mm至3.0 mm，在偏移列中不超過大約550 mm高且一工作氣流區域之深度不超過大約20 cm。熱管之上部端嵌入於可有利地由若干種材料及結構設計組成之一適合散熱體(包含但不限於由一恆定空氣或水流冷卻之具有高熱導率之一帶鰭片金屬散熱體)中，或在另一結構設計中，將每一熱管或熱虹吸管之上部端插入於可係水或者其他液體或空氣之一冷卻劑流循環穿過之一貨櫃中。溫暖潮濕氣流將熱轉移至熱管或熱虹吸管，從而致使工作流體蒸發，蒸氣然後上升至熱管或熱虹吸管之上部部分，熱在熱管或熱虹吸管之上部部分處轉移至散熱體，從而致使工作流體凝結且沿著配管向下流動直至其再次蒸發為止。

在另一預期結構設計中，熱管或熱虹吸管可有利地結構設計為具有多個剖面、幾何形狀及結構設計中之任一者之一迴圈，其中迴圈之蒸發部分有利地放置於溫暖潮濕氣流中且凝結區段經結構設計以將熱耗散至如先前所闡述之一散熱體或通過之經冷卻空氣流中，其中迴圈之蒸發部分自垂直至水平而定向。在一個預期結構設計中，迴圈可在蒸發器區段處於一水平位置中之情況下經定向，迴圈之一個端有利地附接至如先前所闡述之一適合散熱體或插入於該適合散熱體中。可有利地採用垂直定向之冷卻鰭片從而以與上文所闡述之熱交換器相同之方式使冷卻及凝結面積增加許多。與管狀熱管或熱虹吸管相同，迴圈熱管或熱虹吸管透過一適合工作流體之恆定蒸發及凝結(此將熱轉移至工作流體以用於移除)自通過之空氣流移除熱。熱管或熱虹吸管內之工作流體可係若干種非腐蝕性液體中之任一者，包含但不限於以一適當壓力或真空含納以促進工作流體之必要蒸發及凝結之蒸餾水、一適合冷凍劑或一共沸液。一種非腐蝕性正共沸液係95%乙醇及5%水。

在一冷凍結構設計(未展示)中，經定向冷凍凝結盤管穿過垂直配置於氣流內之緊密間隔之鰭片或板。在某些實施例中，凝結盤管可係具有長直側及短曲線之細長橢圓形，其以一緊密間隔配置來配置及/或以經配置以促進凝結液之自然流到達收集裝置之額外冷卻鰭片或板來增大。冷凍盤管或板內之工作流體係一冷凍劑。

可在凝結表面上施加吸濕塗層以藉由更迅速地移除經凝結水之隔熱效應而促進水排出且增強水產生。管件及冷卻表面可由銅-鉍合金製成以提供最大熱係數及耐化學性。亦可使用銅、鋁、不銹鋼及其他高度導電材料。一非常吸濕耐蝕「類金剛石」碳可用作一塗層。類金剛石碳可減少摩擦且提供耐蝕性及耐磨性。

參考圖2、圖3、圖4及圖6，環繞凝結器51之一框架55可用作用於收集且引導凝結液之流之一收集裝置。為最小化腐蝕，框架55可由一適當耐蝕材料製成或塗佈有一適當耐蝕材料。每一凝結器51可充當所產生凝結液之一主要收集點。此外，框架55可提供凝結器51之容易裝設、維護、移除及替換。在若干項實施例中，框架55可包括共同形成一矩形框架55之一底部框架部分55a、一對側框架部分55b及一頂部框架部分55c。

凝結器51可包含一或多個水平收集通道54，每一水平收集通道54具有面朝上以在重力作用下將凝結液流自凝結器51之凝結器表面收集至收集通道中之一開口。側框架部分55b可形成一面朝外垂直通道。當抵靠殼體20之一壁放置時，彼此上下地堆疊之凝結器51中之每一者之側框架部分55b可共同形成沿著殼體20之側垂直伸展之一矩形收集通路或通道56。利用一之字形圖案配置之一替代結構設計可具有放置於凝結器之會聚端上以形成一類似收集通路之一適合端帽(未展示)，如下文關於圖11至圖16進一步闡述。頂部框架部分55c可形成一面朝上通道。底部框架部分55a 亦可形成一面朝上收集通道以透過複數個收集埠57 (如下文所闡述)將凝結液流引導至界定於經堆疊側框架部分55b與殼體20之壁之間的一收集通路56或導管中。頂部框架部分55c之通道可稍微寬於底部框架部分55a，使得當一個凝結器51堆疊在另一凝結器51頂部上時，一第一凝結器51之底部框架部分55a可嵌套在一第二凝結器51之頂部框架部分55c之通道內側以形成一個多凝結器陣列，如(舉例而言)圖2及圖6中所展示。底部框架部分55a之通道之側可相對於通道底部以92°至95°向外張開。此允許底部框架部分55a在堆疊凝結器時形成與頂部框架部分55c之一干涉配合。因此，底部框架部分55a可楔入頂部框架部分55c內側。

在每一框架55之一底部或端處之收集埠57將凝結液流自收集通道56引導至收集通路或導管中，凝結液透過該收集通路或導管流動(以重力方式或藉助於一幫浦，未展示)至一收集托盤(參見圖11，凝結液收集托盤92)，該收集托盤用於收集凝結液且經由埠及管路將凝結液引導至一或多個收集罐或貯器。收集埠57可經鑽孔或銑削穿過側框架部分55b以將凝結液流引導至收集通路或導管中。來自傳入氣流之空氣壓力可輔助使凝結液移動穿過收集埠57且進入收集通路或導管。

參考圖2，在某些實施例中，數個凝結器51可安裝在一起以形成彼此上下地堆疊之凝結器51之一組60。舉例而言，在一個特定例示性實施例中，凝結器之組60可係四個凝結器高之一堆疊，其中兩個組並排配置為與殼體20之第一打開端22及第二打開端24中之每一者間隔開。並非使兩個組60端對端或在一平面定向中鄰接，而是凝結器51之組60可經配置使得位於凝結器51之組60之一側上的凝結器51之前導側直接座落於位於凝結器51之另一側上的凝結器51之一毗鄰組60之尾隨側後面以在組60之製造及組裝方面提供彈性且在殼體20內側之組60之儲存、運送及操作期間提供彈性。組60可配置成一交錯配置。此允許垂直供應配管75及垂直返回配管接近於殼體之縱向中心平面而組裝。

凝結器51之組60之實施例可配置成一人字形配置，其中一凝結器組相對於一毗鄰凝結器組呈一斜角。以此方式，該人字形配置提供一手風琴類型配置，或類似於一咖啡過濾器中之皺褶之一配置。一人字形配置可增加凝結器之有效性。下文關於圖15及圖16闡述人字形配置之實施例之額外細節。

在凝結器區段50之各種配置中，凝結器組可安裝於收集盤或托盤上，該等收集盤或托盤可用於收集凝結液，將凝結液引導至收集通道中，支撐凝結器組，為管線及管路提供關鍵空間及出入口，且輔助控制氣流。

凝結器51之組60可安裝於軌條(未展示)上以達成對凝結器51之容易可接達性以進行維護、移除及替換。有利地，在某些實施例中，凝結器51之每一組60可位於距殼體20之一端大致60 cm且距排放隧道或出口26大約30 cm處。組60可藉由在殼體20之底部側或底板之內部及殼體20之前側及後側之內部上之托架或穩定軌條(未展示)以可移除方式固定至殼體20。托架亦可用於對準殼體20內側之組60。舉例而言，托架可係具有孔或狹槽以將托架扣接至殼體20之一內側底板之L形托架。托架然後可扣接至組60，或組60可夾持於兩個托架之間以將組緊固至殼體20之底板及前側/後側。

用於將冷卻流體供應至凝結器51且使經溫暖流體自凝結器51返回之上文所闡述之冷卻劑系統70可有利地包括剛性及撓性管路元件(例如，配管及導管)兩者。剛性管路元件(諸如金屬或PVC管)可靠近於殼體20之一中心線放置於殼體20內側以節省管線及管路成本，且保護冷卻劑系統免受損壞。剛性管路與撓性管路(包含管、軟管及速斷耦合件)之一組合可放置於殼體外側從而連接至在殼體20內側之剛性管路。幫浦(未展示)可設置於殼體20內側或外側以使進入殼體20之冷卻流體循環至凝結器51之組60，且然後往回離開殼體20。

用作一凝結液出口之一收集管線系統80 (參見圖5)亦可包括剛性及撓性管路元件以將凝結液遞送出殼體20且遞送至諸如一罐或貯器之一儲存單元(未展示)中。在某些實施例中，凝結液可在進入儲存罐或貯器之前經引導至一淨化裝置或器件(未展示)。剛性管路元件(例如， 金屬或PVC管)可設置於殼體20內側，且硬管路與撓性管路(包括管、軟管及速斷耦合件)之一組合可設置於殼體20外側。幫浦(未展示)可位於殼體20內側或外側以將離開殼體20之凝結液泵送至一水儲存設施或一用水系統或裝置。

用以操作凝結單元(幫浦、風扇30、預冷卻區段45、診斷裝備及其他裝備)之電力可由可再生能源(包含風、光伏達元件、海流及海洋熱能轉換)提供。另一選擇係，如上文所提及，可替代可再生能源或作為對可再生能源之補充而使用電池及/或發電機。

如依據上文將瞭解，本發明之裝置有利地結構設計為有助於裝設於如圖5中所展示之一個多模組陣列或組合中之一自足式水凝結模組。因此，複數個水凝結模組10可個別地或以一矩陣或陣列配置為垂直或並排堆疊於陸地上或一海洋船舶或平台上。當並排堆疊時，單獨模組之排放隧道26有利地彼此對準，如所展示。

如上所述，水凝結裝置10可單個地或以如圖5中所展示之一模組化陣列裝設於固持高達其TEU容量之一海洋船舶(其可係一習用貨櫃船)上。舉例而言，一常見巴拿馬極限型貨櫃船舶具有攜載2500至5000個貨櫃(其在典型條件下可能夠每天產生超過1.8千萬加侖之水凝結液)之一容量。

圖7圖解說明一例示性示意性剖視，其展示水凝結模組10之一部分視圖，該部分視圖展示在殼體20之打開端22、24中之每一者處之複數個風扇30a、30b、30c、30d。為了清晰，圖7不展示模組之凝結區段50或冷卻劑系統70組件，其在下文關於圖8至圖16而經展示及闡述。圖7展示安裝於在殼體20之每一端22、24處之一對樞轉風扇安裝面板300上之風扇30。在所圖解說明之實施例中，兩個風扇30固定至每一風扇安裝面板300，下文關於圖8A及圖8B進一步闡述每一風扇安裝面板300之一實施例。以此方式，可藉由移除附接至一單個風扇安裝面板300之一對風扇而非藉由同時移除在一端處之所有風扇或藉由移除在每一端處之一單個大風扇而進行維修。

樞轉風扇安裝面板300可各自藉助於一安裝條306以可旋轉方式附接至殼體20，如下文關於圖9進一步闡述。安裝條306可固定至殼體20，使得風扇安裝面板300可係可相對於殼體20旋轉的。另一選擇係，如下文關於圖9進一步闡述，安裝條306可以可旋轉方式安裝至殼體20。在此一情形中，安裝條306及風扇安裝面板300可係可相對於殼體20旋轉的。

如上文所論述，由致動器器件23操作之門21可在一打開位置與一關閉位置之間移動。在門21打開之情況下，氣流AF可自第一打開端22及第二打開端24中之一者或兩者進入殼體20朝向殼體20之中心。氣流AF之至少一部分然後可在已由如上文所闡述之凝結器區段50冷卻之後透過在殼體20之前側或後側上之至少一個出口26離開。

在致動器器件23之某些實施例中，諸如圖7中所展示，致動器器件23可必須橫越由樞轉風扇安裝面板300界定之一平面。為了最大化水凝結裝置10之效率且阻止經冷卻空氣朝向第一端22及第二端24洩漏出，風扇安裝面板300可各自具有一切口及一撓性密封件或套(未展示)以允許致動器器件23穿過同時維持風扇安裝面板300與殼體20之間的一密封。該撓性套可允許致動器器件23之充足移動以在門21之打開位置與關閉位置之間操作同時維持一相當氣密密封。

在特定情景中，在端22、24中之每一者處使用複數個相對小風扇30a、30b、30c、30d之實施例可係有利的。除可能降低初始構造成本(與較大風扇相比較)且在一風扇故障之事件中允許裝置之繼續操作以外，其他可能優點亦包含一較小功率動用啟動(與在殼體20之每一端處之一單一大風扇相比較)及經降低修理及維護成本。在某些實施例中，使用八個或更多個小或適度定大小之風扇(亦即，在殼體之每一端處之四個或更多個風扇)可允許針對每一風扇使用與(舉例而言)針對每一端處之一個或兩個大風扇之20馬力(hp)馬達相比較之1/4 hp電動馬達。另外，較小風扇可允許替代不太常見220伏特或440伏特三相電力而使用120伏特單相電力。然而，此不排除按120伏特單相電力使用大風扇(諸如具有圖1之實施例中所展示之風扇)之能力。

自一成本視角來看，較小風扇亦可係有利的。出於各種製造原因，較小風扇可比大風扇顯著便宜。在其中較小風扇便宜之情形中，使用小風扇可藉由降低購買及裝設水凝結裝置10之資本支出要求而提供經減少初始化成本。舉例而言，與針對一標準船上貨櫃尺寸之殼體具有兩個大風扇(在每一端處一個)之一實施例相比較，利用八個風扇(在每一端處四個)之一實施例可使風扇之成本降低90%。可預期在每一端處之四個或更多個風扇以便平衡氣流及成本要求。

使用較小風扇亦可提供風扇組件之較容易修理或替換。包含一整個風扇或風扇總成之替換部件可更容易尋找到且裝設。在一單個大風扇之情形中，可有必要使用諸如一堆高機之專門裝備來使整個風扇自殼體移動。相比之下，較小風扇之重量可係較輕的，使得其可由一吊機或起重機或甚至可能用手來移動。較小風扇亦可使將替換部件儲存在手頭以達成快速修理更容易。

另外，在某些實施例中，多速或變速馬達可用於複數個風扇 30a、30b、30c、30d。在具有變速馬達之情況下，可設定風扇速度以適應操作條件之改變。因此，可以相同速度操作或以不同速度獨立地操作該複數個風扇。與變速馬達一起使用較小風扇(與一大風扇相比較)可允許對操作條件之較快調整以及較小風扇之較快旋轉向上自旋及向下自旋時間。

另外，藉由將風扇30a、30b、30c、30d安裝至風扇安裝面板，可更容易地藉由使風扇安裝面板移動以接達殼體20內之其他組件而使風扇移動。風扇安裝面板及較小風扇之經減小重量亦可顯著降低運輸成本而且增加替換組件運輸之選項，尤其在遠端位置中。

在某些實施例中，風扇安裝面板可經定大小以各自僅固持一個風扇，在該情形中可針對在殼體之一端上之四個風扇存在四個空氣門。另一選擇係，樞軸可跨越殼體之頂部及底部安裝，使得風扇安裝面板經定向為一頂部面板及一底部面板，而非與垂直樞軸並排。

圖8A及圖8B圖解說明根據本發明之實施例之一風扇安裝面板300之一例示性實施例。風扇安裝面板300可包含經定大小且經塑形以使風扇安裝面板300與一風扇安裝托架304及一風扇30a、30b、30c、30d耦合之一開口302。在一例示性實施例中，樞轉風扇安裝面板可具有兩個開口302以容納兩個風扇30a、30b。風扇安裝面板300可由選自金屬、木材或複合材料之一適合材料製成以支撐風扇。舉例而言，風扇安裝面板300可實質上由鋼片製成。另一選擇係，風扇安裝面板300可包含由金屬、木材或混合材料製成之一框架結構及覆蓋該框架結構之一門皮。

圖8A及圖8B之風扇安裝面板300之尺寸可對應於殼體20之剖面之大致二分之一。以此方式，替代需要移除針對殼體20而定尺寸之一單個大風扇之總成之整個重量，可藉由移除一個別風扇安裝面板及其相關聯風扇而進行維修。藉由如此操作，組件之重量可小於必須同時移除四個或更多個風扇或一個大風扇。可進一步減小風扇安裝面板300之大小以減少用於移除及維修風扇之重量。舉例而言，圖8A及圖8B中所展示之風扇安裝面板300可進一步劃分成兩個樞轉面板，每一樞轉面板固持一個風扇。在此一實施例中，可存在四個面板(針對每一風扇具有一個面板)，每一面板對應於殼體20之剖面之大致四分之一。

在其中提供其他數目之複數個風扇之其他實施例中，可根據維修重量限制將風扇安裝面板300的大小設定成每風扇安裝面板300安裝一或多個風扇。藉由減小風扇安裝面板300及風扇之大小，可減小組件之重量使得不需要重型機械來進行維修。在具有較重組件之情況下，可有必要使用一堆高機或其他機器，然而可手動或用簡單機器自殼體20移除一較小總成。

圖8B圖解說明如關於圖8A所闡述之樞轉風扇安裝面板之一側視平面圖。在某些實施例中，風扇30a、30b可藉助於風扇安裝托架304安裝至風扇安裝面板300之一側。

圖9圖解說明用於將風扇安裝面板300以可樞轉方式安裝至殼體20之一安裝條306或鉸鏈之一實施例。安裝條306可包括對置的第一端區段及第二端區段308，其中之每一者經結構設計以將安裝條306固定至殼體。安裝條306可透過習用地已知組件在第一端區段及第二端區段308處安裝至殼體。舉例而言，殼體可具有經定大小且經塑形以接收且保持第一端區段及第二端區段308中之一者之一突出部。在某些實施例中，第一端區段及第二端區段308可包含用於(諸如)藉助於黏合劑或扣件配接且扣接至殼體之一凸緣安裝板(未展示)。

在某些實施例中，安裝條306可係一結實的整體形成之件。安裝條306可經定大小以裝配於殼體20中之一對應位置中。在其他實施例中，安裝條306可由至少兩個套筒伸縮桿區段製成。在具有至少兩個套筒伸縮桿區段之情況下，安裝條306可藉由延伸或縮短而容易地經調整以即使各種殼體20之間的存在尺寸公差亦裝設在一殼體20內。

安裝條306可具有至少一個樞轉部分310以將一風扇安裝面板300以可旋轉方式安裝至其。樞轉部分310可包含一習用門鉸鏈類型連接或其他習用地已知鉸接組件。在某些實施例中，樞轉部分310可包括具有比安裝條306之一第二部分大之一剖面直徑的安裝條306之一部分。風扇安裝面板300可在其邊緣中之一者附近具有經定大小且經塑形以接受安裝條306之一對應貫穿膛孔。在此一實施例中，風扇安裝面板300可在將安裝條306裝配至殼體20之前透過該貫穿膛孔接受安裝條306。此等實施例可允許風扇安裝面板300圍繞安裝條306且相對於殼體20旋轉。在圖9之例示性實施例中，安裝條306可具有用於與風扇安裝面板300耦合之三個樞轉部分310。

在某些實施例中，安裝條306可由2英吋(5 cm)外徑管件製成。樞轉部分310可係具有稍微大於2英吋(5 cm)之一內徑以在安裝條306周圍旋轉之管件。在某些實施例中，樞轉部分310可與風扇安裝面板300焊接在一起或成整體部分，使得風扇安裝面板可透過樞轉部分310以可旋轉方式安裝至安裝條306。

在某些實施例中，第一端區段及第二端區段308可包含具有經定大小以允許安裝條306圍繞第一端區段及第二端區段308 (其固定至殼體20)旋轉之一內徑的一部分。在此一實施例中，安裝條306可相對於風扇安裝面板300固定使得安裝條306及風扇安裝面板300兩者皆圍繞第一端區段及第二端區段308以及殼體20旋轉。

根據某些實施例，安裝條306可包含一保持組件(未展示)以阻止風扇安裝面板300沿著安裝條306之長度以滑動方式移動。該保持組件可結構設計為一夾具、掣子或夾子以維持風扇安裝面板300之位置從而在自殼體20移除一風扇安裝面板300之情況下阻止安裝條306之非期望移動。

圖10圖解說明用於將一風扇30a、30b、30c、30d安裝至一風扇安裝面板300之一風扇安裝托架304之一實施例。可有利地由一耐久金屬(諸如鋁或一耐蝕鋼合金)製成之風扇安裝托架304可經定大小且經塑形以與風扇安裝面板300中之一開口302裝配在一起。風扇安裝托架304亦可經定大小且經塑形以適應一風扇30a、30b、30c、30d之裝配。如此，風扇30a、30b、30c、30d之外徑可實質上小於風扇安裝面板300之開口302之一直徑。風扇安裝托架304可經定大小以與風扇安裝面板300及風扇30a、30b、30c、30d兩者配接。以此方式，風扇安裝托架304可經產生為針對風扇安裝面板300之任一給定直徑開口302容納不同大小風扇。此可在不需要修改風扇安裝面板300之情況下允許風扇之容易模組化及替換。

在實施例中，風扇安裝托架304可具有分別界定一外形狀及一內開口之一外邊緣及一內邊緣。在某些實施例中，該內開口可係為一非圓形形狀以便安裝具有非圓形外殼之風扇。風扇安裝托架304可藉由黏合劑及/或扣件附接至風扇30a、30b、30c、30d及風扇安裝面板300中之至少一者。

在某些實施例中，風扇安裝托架304可包括可有利地係為實質上相等弧形長度之複數個風扇安裝托架節段304a。在其他實施例中，風扇安裝托架304可包括不相等弧形長度之複數個風扇安裝托架節段304a。舉例而言，風扇安裝托架304可包括三個風扇安裝托架節段304a，其中該等節段中之一者係風扇之弧之大致二分之一，其中該等節段中之兩者各自係風扇之弧之大致四分之一。在此等實施例中，二分之一弧節段可裝設於最接近殼體之壁處，其中兩個較短節段毗鄰於另一風扇安裝面板裝設於邊緣上。此允許藉由如下方式移除且替換風扇：僅移除兩個短托架，從而大大簡化裝設及移除或維護。

在某些實施例中，風扇安裝托架304可具有不同於風扇安裝面板300之開口302之一外部形狀。舉例而言，風扇安裝托架304可由薄片金屬形成且具有一大體矩形形狀，其具有用於安裝兩個風扇之兩個開口而非僅一個開口。如此，風扇安裝托架304可在風扇安裝面板300之兩個開口302上延伸。此可藉由減少將兩個或兩個以上風扇安裝至風扇安裝面板300所需要之組件數目而簡化安裝程序。

在某些實施例中，風扇安裝托架304可具有一非圓形或非環形幾何形狀以與樞轉風扇安裝面板300之開口302對應。舉例而言，樞轉風扇安裝面板300之開口302可具有一矩形形狀，且風扇安裝托架304亦可由一對應矩形形狀界定以與開口302裝配在一起。

在某些實施例中，風扇安裝托架304可包括沿著一圓周對準之複數個扣件螺柱或穿孔以用於與風扇安裝面板300及風扇30a、30b、30c、30d中之一者配接。在其他實施例中，風扇安裝托架304可沿著一第一圓周或外形包括一扣件螺柱或穿孔配置以用於與風扇安裝面板300配接且沿著一第二圓周或外形包括一扣件螺柱或穿孔配置以用於與風扇配接，其中該第一外形與該第二外形彼此偏移。

圖11圖解說明圖7之水凝結裝置10之實施例，其在不具有上文所闡述之凝結區段50之情況下展示冷卻劑系統70、一下部空氣控制托盤90、一凝結液收集托盤92及一引水托盤94。下文關於圖12至圖14進一步闡述下部空氣控制托盤90、凝結液收集托盤92及引水托盤94。一般而言，可將下部空氣控制托盤90、凝結液收集托盤92及引水托盤94理解為一凝結物收集系統。該凝結物收集系統可經定大小且經塑形以覆蓋一凝結器區段50之一佔用面積，使得來自凝結器區段50之凝結物由凝結物收集系統收集。在例示性實施例中，下部空氣控制托盤90在殼體20內側固定至其底部內部表面(或殼體「底板」)。凝結液收集托盤92之一底部側可附接至下部空氣控制托盤90之一頂部側。凝結液收集托盤92可經定位以將凝結器區段裝配在凝結液收集托盤92上面，使得凝結液可由凝結液收集托盤92之一頂部側收集。

另外，如圖12至圖14中所展示，引水托盤94可附接至凝結液收集托盤92之底部側。凝結液收集托盤92可具有連接至引水托盤94之一貫穿孔或埠。該引水托盤可連接至用作一凝結液出口之收集管線系統80 (諸如圖5中所展示)，收集管線系統80亦可包括剛性及撓性管路元件以將凝結液遞送出殼體20且遞送至諸如一罐或貯器之一儲存單元中。在某些實施例中，凝結液可在進入儲存罐或貯器之前經引導至一淨化裝置或器件。剛性管路元件(例如，金屬或PVC管)可設置於殼體20內側，且硬管路與撓性管路(包括管、軟管及速斷耦合件)之一組合可設置於殼體20外側。幫浦可位於殼體20內側或外側以將離開殼體20之凝結液泵送至一水儲存設施或一用水系統或裝置。

而且，水凝結裝置10之冷卻劑系統70可包含一供應線路70a、一返回線路70b、一供應集管72及一返回集管74，如上文參考圖2所論述。供應集管72可將冷卻劑流體自一冷卻劑源供應至供應線路70a。供應集管72可分裂或分支成多個單獨連接以連接至多個供應線路70a。供應線路70a可連接至凝結器區段50，如圖15及圖16中更清晰地展示。供應集管72可具有比供應線路70a及凝結器區段50之冷卻配管53大之一直徑，以便能夠將充足冷卻劑流體供應至凝結器區段50。在冷卻劑流體已循環穿過凝結器區段50之後，藉助於返回線路70b將冷卻劑流體輸出至返回集管74。返回集管74可具有比返回線路70b及凝結器區段50之冷卻配管53大之一直徑，以便能夠提供足以抽空來自凝結器區段50之冷卻劑流體或使來自凝結器區段50之冷卻劑流體返回之流。

如圖11中所展示，供應集管72及返回集管74配置於殼體20之底板或底部側上，且其在一向上方向上朝向供應線路70a及返回線路70b分支。藉由使供應集管72及返回集管74配置於殼體20之底部側上，冷卻劑系統在斷電期間由於重力而具有冷卻劑之一自然排洩狀態。

在替代實施例中，供應集管72及返回集管74可跨越殼體20之一頂部側而配置或配置於一架空位置上。藉由懸掛供應集管72及返回集管74，升高位置可提供經增加保護以免受維護人員在維修水凝結裝置10時對供應集管72及返回集管74之意外損壞影響。架空位置可不太易於被維護人員接觸到而且不太易於發生因意外掉落維修裝備而產生之損壞。為了在斷電期間提供來自供應集管72及返回集管74之冷卻劑之排洩，可將用以控制冷卻劑流之至少一個閥(未展示)及一排洩連接提供至供應集管72及返回集管74。

此外，在冷卻劑系統70之實施例中，供應線路70a、返回線路70b、供應集管72及返回集管74中之至少一者可具有用以控制穿過冷卻劑系統之任一給定部分之冷卻劑流之至少一個閥(未展示)。以此方式，可將冷卻劑流切斷至凝結器區段50之特定部分。此可允許在不停止水凝結器裝置10之繼續操作之情況下隔離凝結器區段50之一有缺陷部分。另外，在某些實施例中，可將冷卻劑流切斷至供應線路70a、返回線路70b、供應集管72及返回集管74之特定部分，使得可隔離且替換或修理一有缺陷部分。

圖12至圖14圖解說明包括下部空氣控制托盤90、凝結液收集托盤92及引水托盤94之凝結物收集系統之側視、俯視及端視圖。圖12圖解說明一下部空氣控制托盤90之側視、俯視及端視平面圖。

在例示性實施例中，下部空氣控制托盤90固定在殼體20內側。下部空氣控制托盤90之一底部側可固定至殼體20之底部側。

在某些實施例中，下部空氣控制托盤90可具有與殼體20之內部之寬度實質上相等之一寬度。

下部空氣控制托盤可由包含金屬、木材或複合材料之一適合材料製成。在某些實施例中，下部空氣控制托盤90可由塗佈有耐蝕搪瓷或HDPE塗層之12規格不銹鋼或鍍鋅鋼片製成。在利用12規格不銹鋼或鍍鋅鋼片之某些實施例中，可藉由垂直於鋼片之一中央部分摺疊鋼片之至少兩個相對邊緣部分而形成下部空氣控制托盤90，藉此界定一支座或空腔。

凝結液收集托盤92之一底部側可附接至下部空氣控制托盤90之一頂部側。另外，如圖12至圖14中所展示，引水托盤94可附接至凝結液收集托盤92之底部側且可在由鋼片界定之空腔中。凝結液收集托盤92可具有連接至引水托盤94之一貫穿孔或埠。該引水托盤可連接至用作一凝結液出口之收集管線系統80 (諸如存在於圖5中)，收集管線系統80亦可包括剛性及撓性管路元件以將凝結液遞送出殼體20且遞送至諸如一罐或貯器之一儲存單元中。

儘管在自頂部平面圖觀看時例示性下部空氣控制托盤90之剖面形狀係矩形的，但下部空氣控制托盤90可係不同形狀以在凝結器區段50下面提供用以收集凝結物之一佔用面積。

如此，下部空氣控制托盤90可控制在凝結器區段50之一基底周圍之氣流。下部空氣控制托盤90亦可提供對凝結區段50、冷卻劑、管路及其他各種組件之經組合重量之結構支撐。下部空氣控制托盤90亦提供對於將所產生凝結自凝結器運輸至儲存器所必要之引水托盤94及管路充足之一空腔或空間。

圖13圖解說明一凝結液收集托盤92之側視、俯視及端視平面圖。凝結液收集托盤92之一底部側可附接至下部空氣控制托盤90之一頂部側。凝結液收集托盤92可經定位以將圖15及圖16之凝結器區段裝配在凝結液收集托盤92上面，使得凝結液可由凝結液收集托盤92之一頂部側收集。

凝結液收集托盤92可具有自頂部側至底部側之至少一個貫穿埠92p或貫穿孔。在某些實施例中，凝結液收集托盤92可在固定至下部空氣控制托盤90及殼體20時提供一非水平頂部側，使得凝結物將朝向貫穿埠92p流動。在某些實施例中，貫穿埠92p係一矩形狹縫。另一選擇係
，貫穿埠92p可係諸如一圓圈或圓圈系列之另一幾何形狀中之一者。另外，凝結液收集托盤92提供對凝結器區段50之額外支撐，且其可透過埠將所產生凝結液收集且引導至在凝結液收集托盤92下面之引水托盤94中。

圖14圖解說明可附接至凝結液收集托盤92之底部側之一引水托盤94之側視、俯視及端視平面圖。凝結液收集托盤92可具有連接至引水托盤94之一貫穿孔或埠。引水托盤94可連接至用作一凝結液出口之收集管線系統80 (諸如圖5中所展示)，收集管線系統80亦可包括剛性及撓性管路元件以將凝結液遞送出殼體20且遞送至諸如一罐或貯器之一儲存單元中。

引水托盤94可包括一通道部分94a及一管連接部分94b。引水托盤94之通道部分94a可經配置以捕獲且引導由凝結液收集托盤92及凝結液收集托盤92之貫穿埠92p收集之凝結液。通道部分94a基本上可係在端處閉合之一長形淺通道，其中通道部分94a與管連接部分94b流體連通以將凝結液自貫穿埠92p運送至管連接部分94b。

圖15及圖16圖解說明具有凝結器區段50之一之字形或「人字形」配置之水凝結裝置或模組10之一實施例。在圖15中，在不具有上文參考圖2及圖11所展示及闡述之冷卻劑系統70組件之情況下展示水凝結裝置10，而圖16包含冷卻劑系統組件。在包含凝結器區段50之一人字形配置之實施例中，一凝結器組相對於一毗鄰凝結器組呈一斜角。以此方式，該人字形配置提供一手風琴類型配置，或類似於一咖啡過濾器中之皺褶之一配置。一人字形配置可增加凝結器之有效性。與經配置以係平面的且垂直於氣流AF之一凝結器區段50相比較，在具有人字形配置之情況下，凝結器區段50之凝結表面積可增加超過200%。凝結表面積之增加可引起凝結液產生之一顯著增加，諸如(舉例而言) 150%至180%或更多之一增加。

另外，凝結器區段50之人字形配置允許使用較低功率風扇，且其亦可減少空氣摩擦。同時，之字形配置允許跨越凝結表面以較低速度增加空氣體積輸送量，藉此增加跨越凝結表面區域通過之可用濕氣及滯留時間。另外，由於凝結表面相對於氣流AF以一斜角配置，因此較少氣流能夠在不與凝結表面接觸之情況下通過凝結器陣列；相反地，氣流之一較高比例開始與凝結表面接觸。因此，人字形 配置提供比當凝結器區段50垂直於氣流AF配置時高之一效率，其中凝結表面固有地平行於氣流。

由於人字形配置而可能之較低空氣速度亦可減少關於「堵塞」或封堵帶鰭片熱交換器中之空氣通路之問題，此乃因凝結水沿著凝結器鰭片向下流動且在不被吹送至鰭片之後(下風)邊緣(凝結水在此處以較高空氣速度累積，從而由於水之邊緣效應及表面張力而形成可「堵塞」個別熱交換器或凝結器面板之下部部分之一脊形件)之情況下經排出。

另外，人字形配置亦更原諒凝結器區段50及殼體20之製造變化。由於人字形配置之手風琴類型特徵，因此可容易地更改凝結器區段50之間的角度以用於現場裝配以適應更寬或更窄貨櫃殼體、可能在其製作中出現之凝結器區段尺寸之變化及其他未預見到之變數。

而且，人字形配置可增加凝結器區段50之結構穩定性。與一平面壁相比較，人字形配置可增加整個凝結器區段50之結構穩定性，類似於形成為存在於紙板中之波紋之紙之經增加穩定性。在某些實施例中，人字形配置之各種部分可具有放置於凝結器區段50之逆風側上方之端帽(未展示)，藉此將波紋結構或三角形桁架連接在一起。此連接可引起顯著水平及垂直穩定性以及如在道路運輸中或在基於海洋之應用中之劇烈風暴事件期間可需要之切向力之一高耐性。

圖17圖解說明具有垂直「煙囪」式樣配置之一凝結裝置10'之另一實施例，其中透過一殼體20'將氣流自一頂部端20b引導至一底部端20a。在此配置中，溫暖潮濕空氣AF可流動至頂部端20b中。一凝結器區段50'可在殼體20'內側之一中間位置處。凝結器區段50'可更接近於殼體之頂部端20b而非底部端20a而配置。可在一工廠或電廠煙囪中使用此一實施例，或可將此一實施例理解為達成一較小佔用面積之一垂直定向之水凝結裝置。

凝結器區段50'可包括一或多個凝結器51'，每一凝結器51'具有複數個凝結表面。在某些實施例中，可將凝結器區段50'理解為上文諸如在圖2至圖6之實施例中所闡述之彼等凝結器區段。凝結器51'可採取各種結構設計，諸如鰭片、熱虹吸管、熱管或冷凍。

凝結器區段50'可配置為具有如上文所闡述之一矩形框架55之一或多個凝結器。由矩形框架界定之平面可經配置以垂直於煙囪中之氣流AF。另一選擇係，一或多個凝結器可配置成類似於上文關於圖15及圖16所闡述之配置之人字形配置。

一或多個風扇(未展示)之一配置可在殼體20'內側定位於頂部端20b與凝結器51'之間，以將空氣吸引至殼體20'中。另一選擇係，風扇配置可定位於凝結器51'下游以將空氣拉動穿過殼體20'。當冷空氣將相對於溫暖空氣下降時，煙囪 配置可輔助將氣流移動穿過殼體。

在某些實施例中，煙囪配置亦可包含在潮濕空氣之氣流之路徑之間位於頂部端20b與凝結器51'之間的一預冷卻區段。該預冷卻區段可在潮濕空氣之氣流之路徑之間位於頂部端20b與凝結器區段50'之間。該預冷卻區段可包括經配置以在溫暖潮濕空氣進入凝結器51'之前將一經冷卻水霧噴灑至傳入空氣流AF中以降低溫暖潮濕空氣之溫度之多個噴霧嘴。用經冷卻水實質性地預冷卻傳入空氣流藉由如下方式而增強凝結區段50之效率：使相對濕度增加較佳地至100%或接近100%，藉此降低傳入空氣之濕氣攜載能力且增加凝結液產率。經冷卻水可係使用一內部幫浦透過噴霧嘴泵送之自凝結器區段50'產生之凝結液之一部分。因此，預冷卻區段可替代自殼體20之外側泵送之水而使用再循環經冷卻水。

另一選擇係，煙囪配置可用於將流自一底部端20a引導至一頂部端20b，使得溫暖潮濕空氣進入底部端20a且在通過凝結器區段50'之後之冷空氣自頂部端20b流出。在實施例中，此可提供區域化空氣冷卻，此乃因冷空氣在其自頂部端20b離開之後朝向底部端20a在殼體20'周圍回落。在通過凝結器區段50'之後之冷空氣自頂部端20b流出亦可提供周圍空氣之預冷卻，藉此減少進入底部端20a之溫暖潮濕空氣、減少傳入空氣之濕氣攜載能力且增加凝結液產率。冷空氣自頂部端20b流出亦可為在煙囪附近之人提供區域化空氣冷卻。

本發明可進一步提供一種組裝一水凝結裝置之方法。一例示性方法可包含部署一水產生模組，該水產生模組包括界定一第一進氣口、一第二進氣口及一出氣口之一可運輸殼體。該水產生模組可包含可選擇性地操作以分別打開及關閉該第一進氣口及該第二進氣口之第一門及第二門以及在該殼體中位於該第一進氣口與該出氣口之間且位於該第二進氣口與該出氣口之間的至少一個水凝結單元。該殼體可經結構設計使得當該第一進氣口及該第二進氣口中之至少一者打開時，使進入該至少一個打開進氣口之一氣流之至少一部分穿過該至少一個凝結單元且離開該出氣口。該方法可包含定位該水產生模組使得將溫暖濕潤大氣空氣引入至該第一入口及該第二入口中之至少一者中。該方法可包含引導該大氣空氣穿過該至少一個凝結單元以透過凝結自該大氣空氣凝結出液態水。該方法可包含收集該經凝結液態水。該方法可包含使該大氣之至少一部分通過而離開該出氣口。

在所有所預期實施例中，冷卻及凝結表面可具有經感應以吸引水分子之一輕微負電荷，藉此增加水經吸引至凝結表面之親和力。一正電荷可在其進入裝置時經感應進入傳入溫暖潮濕空氣流中以進一步增強水經吸引至負電荷之自然趨勢。可有利地採用簡單絕緣來分開且維持相對電荷。此等電荷可藉由交流電(AC)直流電(DC)以可變方式感應或藉由氣流之自然移動以靜態方式感應。

儘管已在本文中具體闡述且圖解說明一水凝結裝置、其組件及相關方法之有限實施例，但熟習此項技術者將明瞭諸多修改及變化。此外，應理解且預期，可採用針對一個水凝結裝置實施例所具體論述之特徵以與另一水凝結裝置一起包含(倘若功能係相容的)。因此，將理解，除如本文中具體闡述以外，亦可體現根據所揭示器件及方法之原理構造之水凝結裝置、其組件及相關方法。亦在以下申請專利範圍中定義本發明。

10‧‧‧水凝結裝置/水凝結模組/凝結裝置/裝置/水凝結器裝置

10’‧‧‧凝結裝置

20‧‧‧殼體

20’‧‧‧殼體

20a‧‧‧底部端

20b‧‧‧頂部端

21‧‧‧門

22‧‧‧第一打開端/打開端/第一端/第一開口/開口/端

23‧‧‧致動器器件

24‧‧‧第二打開端/打開端/第二端/第二開口/開口/端

26‧‧‧出口/排放隧道/排放出口

30‧‧‧風扇

30a‧‧‧風扇

30b‧‧‧風扇

30c‧‧‧風扇

30d‧‧‧風扇

40‧‧‧凝結單元

41‧‧‧過濾器

45‧‧‧預冷卻區段

50‧‧‧凝結器區段/凝結區段

51‧‧‧凝結器/第一凝結器/第二凝結器

52‧‧‧鰭片/凝結鰭片

53‧‧‧冷卻配管/熱管/配管

54‧‧‧水平收集通道

55‧‧‧框架/矩形框架

55a‧‧‧底部框架部分

55b‧‧‧側框架部分

55c‧‧‧頂部框架部分

56‧‧‧矩形收集通路/通道/收集通路/收集通道

57‧‧‧收集埠

58‧‧‧連接器/U形連接器

60‧‧‧組

70‧‧‧冷卻劑系統

70a‧‧‧供應線路

70b‧‧‧返回線路

72‧‧‧供應集管

74‧‧‧返回集管

75‧‧‧供應配管

76‧‧‧返回配管

80‧‧‧收集管線系統

90‧‧‧下部空氣控制托盤

92‧‧‧凝結液收集托盤

92p‧‧‧貫穿埠

94‧‧‧引水托盤

94a‧‧‧通道部分

94b‧‧‧管連接部分

300‧‧‧樞轉風扇安裝面板/風扇安裝面板

302‧‧‧開口/給定直徑開口

304‧‧‧風扇安裝托架

304a‧‧‧風扇安裝托架節段

306‧‧‧安裝條

308‧‧‧第一端節段/第二端節段

310‧‧‧樞轉部分

D‧‧‧總體深度

H‧‧‧高度

W‧‧‧總體寬度

圖1展示根據本文中所揭示之裝置之一實施例之一水凝結模組之一剖視圖。

圖2展示可有利地在本發明之一實施例中使用之一例示性凝結單元之一詳細視圖。

圖3及圖4展示圖2之凝結單元之一部分之詳細視圖。

圖5展示一個多模組陣列中之數個凝結模組之一配置之一半圖解視圖。

圖6展示與一主要水收集機構一起彼此上下地堆疊之一組凝結單元之一詳細視圖。

圖7展示一例示性示意性剖視，其展示在殼體之端中之每一者處具有複數個風扇之水凝結模組之一實施例之一部分視圖。

圖8A及圖8B展示一風扇安裝面板之一實施例。

圖9展示用於將風扇安裝面板安裝至殼體之一安裝條或鉸鏈之一實施例。

圖10展示用於將一風扇安裝至一風扇安裝面板之一風扇安裝托架之一實施例。

圖11展示一示意性剖視，其展示包含冷卻劑系統之水凝結模組之一實施例之一部分視圖。

圖12展示一下部空氣控制托盤之側視、俯視及端視平面圖。

圖13展示一凝結液收集托盤之側視、俯視及端視平面圖。

圖14展示一引水托盤之側視、俯視及端視平面圖。

圖15展示在不具有冷卻劑系統之情況下具有凝結器區段之一之字形或「人字形」配置之水凝結裝置之一實施例。

圖16展示包含冷卻劑系統之圖15之水凝結裝置之實施例。

圖17展示具有一垂直「煙囪」式樣配置之一水蒸氣凝結裝置之一實施例。

Claims (16)

1. 一種用於自大氣水蒸氣凝結產生液態水之裝置，其包括： 一可運輸殼體，其界定一第一進氣口、一第二進氣口及一出氣口； 第一門及第二門，其可選擇性地操作以分別打開及關閉該第一進氣口及該第二進氣口；及 至少一個水凝結單元，其在該殼體中位於該第一進氣口與該出氣口之間且位於該第二進氣口與該出氣口之間； 其中該殼體經結構設計使得當該第一進氣口及該第二進氣口中之至少一者打開時，使進入該至少一個打開進氣口之一氣流之至少一部分穿過該至少一個凝結單元且離開該出氣口。
2. 如請求項1之裝置，其中該殼體經結構設計以將已穿過該至少一個凝結單元之該氣流之該部分中之至少某些氣流保持在其內。
3. 如請求項1之裝置，其進一步包括在該殼體中接近該第一進氣口之一第一風扇總成及在該殼體中接近該第二進氣口之一第二風扇總成。
4. 如請求項3之裝置，其中該第一風扇總成包含安裝於位於該第一門與該凝結單元之間的一第一風扇安裝面板上之至少一個風扇，且其中該第二風扇總成包含安裝於位於該第二門與該凝結單元之間的一第二風扇安裝面板上之至少一個風扇。
5. 如請求項4之裝置，其中該第一風扇安裝面板及該第二風扇安裝面板中之每一者以可樞轉方式附接至該殼體。
6. 如請求項1之裝置，其中該殼體具有對置之第一端及第二端，該第一端界定該第一進氣口，且該第二端界定該第二進氣口。
7. 如請求項6之裝置，其中該出氣口位於該殼體之該第一端與該第二端之間。
8. 如請求項7之裝置，其中該至少一個凝結單元包含在該殼體中位於該第一端與該出氣口之間的一第一凝結單元及在該殼體中位於該第二端與該出氣口之間的一第二凝結單元。
9. 如請求項1之裝置，其中該殼體經結構設計為一標準船可裝載貨櫃。
10. 如請求項1之裝置，其中該殼體係一第一殼體，且其中該裝置包括：一或多個額外殼體，該等額外殼體中之每一者經結構設計以相對於該第一殼體且相對於彼此而定位以便界定模組化殼體之一配置，該配置中之該等模組化殼體中之每一者界定第一進氣口及第二進氣口以及一出氣口，該配置中之該等模組化殼體中之每一者包含可選擇性地操作以分別關閉該第一進氣口及該第二進氣口之第一門及第二門；及至少一個凝結單元，其經定位以由進入該第一進氣口及該第二進氣口中之至少一者之一氣流之至少一部分接觸。
11. 一種自大氣水蒸氣產生液態水之方法，其包括： (a)部署一水產生模組，該水產生模組包括： 一可運輸殼體，其界定一第一進氣口、一第二進氣口及一出氣口； 第一門及第二門，其可選擇性地操作以分別打開及關閉該第一進氣口及該第二進氣口；及 至少一個水凝結單元，其在該殼體中位於該第一進氣口與該出氣口之間且位於該第二進氣口與該出氣口之間； 其中該殼體經結構設計使得當該第一進氣口及該第二進氣口中之至少一者係打開時使進入該至少一個打開進氣口之一氣流之至少一部分穿過該至少一個凝結單元且離開該出氣口； (b)定位該水產生模組使得將溫暖濕潤大氣空氣引入至該第一入口及該第二入口中之至少一者中； (c)引導該大氣空氣穿過該至少一個凝結單元以透過凝結自該大氣空氣凝結出液態水； (d)收集該經凝結液態水；及 (e)使該大氣空氣之至少一部分通過而離開該出氣口。
12. 如請求項11之方法，其中使該大氣空氣之至少一部分在穿過該至少一個凝結單元之後保持在該殼體中以降低該殼體中之環境溫度。
13. 如請求項11之方法，其中至少部分地由至少一個風扇執行該引導該大氣空氣穿過該至少一個凝結單元之步驟。
14. 如請求項11之方法，其中通過而離開該出氣口之氣流垂直於進入該至少一個打開進氣口之大氣空氣之該氣流。
15. 如請求項11之方法，其中該至少一個水凝結單元包括一凝結液收集托盤，其中來自該大氣空氣之該經凝結液態水由該凝結液收集托盤之一表面收集。
16. 一種用於在具有向大氣空氣敞開之一第一端及一對置第二端之一煙囪中自大氣水蒸氣凝結產生液態水之裝置，該裝置包括： 至少一個水凝結單元，其在該煙囪中位於該第一端與該第二端之間； 其中該至少一個水凝結單元經結構設計使得使自該第一端進入該煙囪之大氣空氣之一氣流之至少一部分穿過該至少一個凝結單元。