基于低温热量从空气中生产水的方法以及用于该方法的机器和系统技术方案

一种用于由空气中生产水的方法包括循环和连续地重复以下两个阶段：‑第一阶段a)，它包括以下步骤：a1)从外部吸入空气；a2)朝向焓换热器(EHX)传送所述空气，该焓换热器包含吸附剂材料(MAT_AD)，该吸附剂材料在内部积聚存在于所述空气中的水分；a3)输出干燥空气，以及‑第二阶段b)，它包括以下步骤：bl)通过低温热源向所述焓换热器(EHX)供给热量；b2)传送空气流通过所述焓换热器(EHX)，其中，与所述焓换热器(EHX)接触的所述空气被加热，同时收集包含在所述吸附剂材料(MAT_AD)中的水分；以及b3)使得所述经加热和加湿的空气流达到环境温度，以使得包含于其中的水分冷凝，从而获得水。

The method of producing water from air based on low temperature heat and the machines and systems used in this method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于低温热量从空气中生产水的方法以及用于该方法的机器和系统
本专利技术涉及通过主要利用低温热量来从大气中抽取水的技术。更详细地说，本专利技术通过主要利用低温热量(例如通过太阳能热系统来产生的热量)通过一种从大气中抽取水的高效和经济的方法来解决较低水资源的问题，该问题困扰世界上的很多国家。本专利技术提出了一种用于从大气中抽取水的方法，该方法基于创新的热力学循环。另外，本专利技术提出了一种用于执行所述循环的紧凑系统，该系统的尺寸设置成可以满足一家或一群人的饮用水和卫生用水的需求。这种循环需要使用极其经济的技术和能量资源，因此对于小规模的应用也很有利，例如用于在没有水资源的环境中向各个家庭或一群人供水。
技术介绍
有多个专利提出了通过使用基于消耗来自化石能源的电或热能的不同技术而从空气中抽取水的方法。生产率方面最有效的方法非常耗能，从而需要大量的电力或化石燃料。基于可再生能源开发的其它系统在它们从空气中抽取水的最大能力方面受到一些限制，同时有非常大的总体尺寸。因此还没有使用这些专利的技术应用。在这两种情况下，从空气中生产水的成本都很高，因此很难基于现有的方法来实施该技术，除了极少的情况或非常大的系统。用于从大气中生产水的技术主要基于两种方法：i)表面冷却；ii)通过干燥剂系统的蒸气冷凝。i)表面冷却。在前一种情况下，表面冷却至环境空气的露点以下，以便驱动表面自身的蒸气冷凝处理。露点取决于当地的气候条件，并通常低于12℃。气候越干燥，该值越低。该温度能够这样获得：(A)通过制冷循环，或(B)通过利用夜间辐射冷却。情况(A)的制冷机可以有多种类型：-机械蒸气压缩机，它的压缩机被供给电能。关于这种系统的可靠性和生产成本，该技术相当成熟，并广泛用于环境制冷和空调领域。向它供给的电力能够通过基于利用化石资源(石油、天然气、煤炭)的常规系统或者通过基于利用可再生资源(太阳能、风能、生物物质等)的替代系统来产生。在前一种情况下，存在关于通过消耗化石资源来进行水生产的环境和经济可持续性的问题。在后一种情况下，关于在可再生资源和蒸气压缩机之间连接的技术问题只能通过增加系统安装成本来解决，因此限制了它的应用领域。-吸收类型制冷机，它需要热量供给，用于再生在循环中使用的冷却流体。这种热量有通常大约90℃的最低供给温度。这种热量水平能够通过来自工业生产处理或常规动力产生系统的废热来提供。作为替代方式，低温太阳能热系统也能够使用，但是从效率的观点来看，所需的温度限制了它的可用性，因为需要较大的装置表面，从而导致较高的安装成本。从经济的观点来看，这个因素极大地影响了它们的应用。还应当指出，在很多情况下，吸收类型机器使用特别有侵蚀性(aggressive)和有毒的液体，这对于系统维护带来很多严重的问题。对于情况(B)，存在利用夜间辐射冷却的系统。这些是无源系统，还利用在白天和黑夜之间的热偏移。暴露于天空的表面具有在红外线范围内的辐射发射，从而导致热量由该表面流向天空。当该机构与具有较大夜间热偏移特征的气候相结合时，在裸露表面上的温度能够达到低于当地露点条件的温度。因此，水蒸气冷凝在该表面上，且水进行收集和累积。这样的系统没有能量消耗，但是需要较大的暴露表面来提供大量的水，ii)使用干燥剂系统。这些系统基于通过将露点值提高至环境温度来增加处理的空气的水分含量。这种系统的操作能够表示为两个阶段：·除湿阶段，其中，与环境空气接触的干燥剂物质捕获空气的水蒸气，并将除湿后的空气释放至环境中。水蒸气积聚至干燥剂中，直到达到饱和状态，在该状态下，蒸气传递机构中断。·再生阶段，其中，通过向饱和干燥剂材料施加热量，物质传递机构反向，水蒸气从干燥剂物质运动至环境空气中，从而增加了它的水分含量。在此阶段，当空气的露点足够高时，水蒸气将在环境温度下冷凝在表面上。存在多种干燥剂材料，它们可以是液体或固体。通常，这些材料在工业水平上用于对处理空气除湿或用于分离烃化合物。下面将列出多个已经发现和进行分析的专利文件，并进行简要说明和确定最重要的缺陷。-US3299651(1967)“用于提供空气调节和生产淡水的系统”，介绍了一种蒸气压缩机，该蒸气压缩机冷凝在蒸发器处预加湿的空气。在冷凝器处，它使用蒸发冷却技术用于微咸/非净化水。参考技术和热力学循环涉及热泵。环境露点条件通过表面冷却来达到。该系统基于电力消耗。-US3334026(1967)“通过暴露于来自污染水源的水蒸气而从升高至高湿度的空气中生产淡水”，介绍了从具有高水分含量的气流来生产淡水。大气首先加热，然后通过暴露于非净化水流而加湿。最后，空气冷却，以便冷凝其中包含的水。该系统需要不可饮用水源。它不适用于沙漠地区。-US3400515(1968)“从大气中生产水”，介绍了通过使用简单装置而直接从大气中生产水。在夜晚储存水汽的亲水性系统(MgSO4*7H2O)通过直接暴露在太阳辐射下而干燥。水冷凝在收集锥形体上。这是生产率低的无源系统。当尺寸设置成生产水平与参考水平相当时，该系统将非常庞大。-US7043934B2(2006)“用于从空气中收集水的装置”，介绍了一种与不同空调系统结合的、用于从空气中收集水的系统。处理系统是：a)蒸气压缩机，有或没有在蒸发器的上游和下游的热回收单元；具有用于空气运动的单风扇或双风扇，以及b)露天DEC系统，用于冷凝轮下游的再生空气。干燥剂轮的再生是等焓。与热泵相连的系统具有高能量消耗。-US8584480B1(2013)“可适应的水收集装置”，介绍了一种系统，其中，周围空气借助于吸收机而冷却至露点，来自柴油机的废热供给至该吸收机。该系统的尺寸设置成用于向美国军队的550名军人提供可饮用和卫生的水，并与840kW的柴油机连接。因此，该系统使用化石燃料。-US7121101B2(2006)“多用途绝热可饮用水生产装置和方法”，介绍了一种基于通过蒸气压缩机来达到露点条件的系统。该系统在降低温度下提供两级冷却，以便提高能够从空气流中抽取的水量。它使用电动热泵。-US4146372(1979)“用于从大气中回收水的方法和系统”，介绍了一种系统，其中，水通过吸附/吸收方法(基于硅胶)而从空气中回收，该吸附/吸收方法利用在白天和夜晚之间的温度差。太阳辐射用于加热空气以便再生材料。参考转变是等焓的。为了确保良好的可生产性，该系统占用相当大的安装表面和体积。-US4365979(1982)“水生产装置”，介绍了一种系统，其中，循环基于具有除湿转子的典型DEC系统。再生空气和吸附空气在转子的不同部分中平行地流动。参考转变是等焓的。再生温度较高。空气流的平行和同时操作涉及高吸附速率，从而导致负载损失的问题，因此导致相当大的功率消耗。-US5203989(1993)“可饮用的空气-水发生器”，介绍了一种嵌入系统，用于通过使用热泵而从空气中生产水，该热泵与过滤和可饮用系统集成在一起。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于由空气生产水的方法，包括循环和连续地重复以下两个阶段：/n-第一阶段a)，所述第一阶段包括以下步骤：/na1)从外部吸入空气；/na2)朝向焓换热器(EHX)传送所述空气，所述焓换热器包含吸附剂材料(MAT_AD)，所述吸附剂材料在内部积聚存在于所述空气中的水分；/na3)输出干燥空气，以及/n-第二阶段b)，所述第二阶段包括以下步骤：/nbl)通过低温热源向所述焓换热器(EHX)供给热量；/nb2)传送空气流通过所述焓换热器(EHX)，其中，与所述焓换热器(EHX)接触的所述空气被加热，同时收集包含在所述吸附剂材料(MAT_AD)中的水分；以及/nb3)使得被加热和加湿的所述空气流达到环境温度，以使得包含于其中的水分冷凝，从而获得水。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171024 IT 1020170001207881.一种用于由空气生产水的方法，包括循环和连续地重复以下两个阶段：
-第一阶段a)，所述第一阶段包括以下步骤：
a1)从外部吸入空气；
a2)朝向焓换热器(EHX)传送所述空气，所述焓换热器包含吸附剂材料(MAT_AD)，所述吸附剂材料在内部积聚存在于所述空气中的水分；
a3)输出干燥空气，以及
-第二阶段b)，所述第二阶段包括以下步骤：
bl)通过低温热源向所述焓换热器(EHX)供给热量；
b2)传送空气流通过所述焓换热器(EHX)，其中，与所述焓换热器(EHX)接触的所述空气被加热，同时收集包含在所述吸附剂材料(MAT_AD)中的水分；以及
b3)使得被加热和加湿的所述空气流达到环境温度，以使得包含于其中的水分冷凝，从而获得水。


2.根据权利要求1所述的方法，其中：第二阶段b)包括在所述步骤b2)和所述步骤b3)之间的、回收热量的中间步骤b2.1)。


3.根据权利要求2所述的方法，其中：回收热量的所述中间步骤b2.1)包括两个步骤：
r1)通过空气/空气交换器(HX_REC1)来回收热量；以及
r2)通过液体/空气交换器(HX_REC2)来回收热量。


4.根据权利要求3所述的方法，其中：回收热量的所述中间步骤b2.1)通过重复利用在各个步骤之后获得的空气而产生闭环循环，以便回收仍然包含在再循环空气中的水分。


5.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中：使用两个焓换热器(EHX1、EHX2)，这两个焓换热器并行和依次地在两个阶段a)和b)中工作，其中，在第一时间段中，第一焓换热器(E...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·M·金泰尔，M·西蒙尼特，G·弗莱卡斯特罗，
申请(专利权)人：都灵理工学院，
类型：发明
国别省市：意大利;IT