大气集水系统技术方案

本文中提供集水系统，以及制造和使用这类系统的方法，通过使用减小所述系统的总能量成本且改进集水循环效率的设计从周围空气捕获水。所述系统和方法使用吸附剂材料，例如金属

【技术实现步骤摘要】
大气集水系统


[0001]本公开技术大体上涉及集水，且更确切地说，涉及一种集水器，及制造集水器的方法和使用集水器的方法，用于从周围空气收集水。

技术介绍

[0002]通常，利用吸附剂从空气收集水的过程包含集水循环，其包括三个能量密集型阶段：将水蒸气从空气吸附到吸附剂、从吸附剂解吸水蒸气和将解吸的水蒸气冷凝成液态水。举例来说，在吸附阶段期间，可跨越解吸(活化) 的吸附剂床吹塑潮湿环境空气。水分子可通过吸附剂床的多孔内部扩散且由吸附剂吸附。当吸附剂床用水完全饱和时完成吸附阶段。在吸附阶段之后，可通过直接或间接加热吸附剂床以释放水蒸气来起始解吸阶段。当吸附剂床的水变得不饱和时完成解吸阶段。在冷凝阶段期间，可将在解吸阶段期间产生的水蒸气引导到冷凝室，其中水蒸气冷却且冷凝成液态水。通过吸附、解吸和冷凝的重复循环，基于吸附剂的集水可提供从空气产生水的方法。
[0003]一般来说，存在两种加热方法以从饱和的吸附剂床释放水：第一，直接加热，其涉及从热源直接向吸附剂床支撑结构、吸附剂床或吸附剂的表面的热传递；及第二，间接加热，其涉及加热吸附剂床支撑结构、吸附剂床或吸附剂周围的空气。可利用电阻加热实现直接加热和间接加热。解吸通常需要大量能量，包括与解吸能量有关的潜热部分以将与吸附剂相关联的水变成水蒸气，及与加热吸附剂床支撑结构、吸附剂床或吸附剂中的一或多个有关的显能部分。潜在地，解吸所耗费的能量可在冷凝阶段期间回收，且接着再引入到系统中用于解吸。一般来说，电阻加热并不对解吸所耗费的能量提供回收。
[0004]本领域中所希望的是用于从周围空气收集水的商业上可行的集水系统，与常规集水系统相比，所述集水系统减小能量成本和/或改进集水循环期间的水生产效率。

技术实现思路

[0005]本文中提供热泵集水系统，其可减小集水循环中的总能量成本和/或改进集水循环期间的水生产效率。
[0006]本技术的实施例的广义目标可为提供一种大气集水系统，其包含以下中的一或多个：热泵系统、吸附单元、解吸室、传送机构和冷凝室。在特定实施例中，热泵系统可包含以下中之一或多个：压缩器、膨胀阀和热交换器，其中热交换器具有热侧(通常为“冷凝器”)和冷侧(通常为“蒸发器”)。在特定实施例中，吸附单元包含至少一个吸附剂模块，其中至少吸附剂模块含有一或多个吸附剂，且吸附单元可但不一定与热泵系统物理上分离。在一些实施例中，解吸室可连接到或定位成极为接近于热交换器的热侧，且可配置成在平均解吸温度下操作。在特定实施例中，传送机构可配置成(i)将用水至少部分饱和的吸附剂模块从吸附单元传送到解吸室中，及(ii)将在解吸室中至少部分地解吸的吸附剂模块传送回到吸附单元。在特定实施例中，冷凝室可包围或定位成极为接近于热交换器的冷侧，且可配置成在平均冷凝温度下操作。在前述的特定变化形式中，集水系统可配置成在所述系统的
平均解吸温度和平均冷凝温度下操作以(i)实现用一或多个吸附剂产生的每升水的最低能量，及(ii)保持足够高的解吸温度以维持目标解吸速率，及其组合。
[0007]本技术的另一广泛目标可为一种从周围空气收集水的方法，包括使用本文中所描述的大气集水系统中的任一个或组合。在特定实施例中，方法包含：a)将周围空气抽吸到定位于吸附单元中的至少一个吸附剂模块中，其中至少一个吸附剂模块从周围空气吸附水；b)一旦至少一个吸附剂模块至少部分饱和或饱和到目标水位和/或吸附速率，便将至少一个吸附剂模块传送到解吸室，其可使用传送机构实现以将吸附剂模块从吸附单元移动到解吸室；c)通过定位于解吸室中的至少一个吸附剂模块将空气或空气/水混合物吹过热泵的热侧以促进水解吸；d)将热水蒸气从解吸室传送到热泵的冷侧，其可与解吸室协调以实现目标水浓度；e)任选地重复步骤c)和d)，直到解吸室中的至少一个吸附剂模块耗尽所吸附水；及f)在解吸之后从解吸室传送至少一个吸附剂模块，其可使用传送机构协调以将吸附剂模块从解吸室移动到吸附单元。在前述的特定变化形式中，所述方法可在集水系统的平均解吸温度或平均冷凝温度或其组合下执行以(i)实现用一或多个吸附剂产生的每升水的最低能量，及(ii)保持足够高的解吸温度以维持目标解吸速率，及其组合。
附图说明
[0008]可参考结合包括在说明书中的随附图式进行的以下描述最好地理解本申请案。
[0009]图1描绘示范性热泵集水系统的示意图。
[0010]图2A描绘包括配置成将完全饱和MOF模块连续地移动到解吸/冷凝单元的解吸室中用于解吸的旋转圆盘传送带的示范性热泵集水系统。
[0011]图2B描绘包括配置成在吸附架与解吸室之间切换MOF模块的多轴机械臂的另一示范性热泵集水系统。
[0012]图3描绘解吸室中“冷凝器”热侧热交换器与MOF模块之间的热耦合的示范性示意图。
[0013]图4描绘水蒸气冷凝和液态水收集的示范性示意图。
[0014]图5描绘示范性热泵集水系统的部分，其中测量循环空气的温度、湿度和速度值。
具体实施方式
[0015]以下描述阐述热泵集水系统(1)、制造热泵集水系统(也称为“系统”) 的方法和使用热泵集水系统的方法的说明性实例。然而，应认识到，由所述描述提供的热泵集水系统(1)的实例并不意图限制所述描述的广度或范围，而是实际上提供对于本领域的普通技术人员足以进行和使用本技术的完整广度和范围的实例。
[0016]现主要参考图1到图5，提供一种基于吸附剂的集水系统(1)，其包括热泵(2)以有效地回收冷凝能量且将其用于解吸。在某些方面，提供一种使用本文中所描述的基于吸附剂的集水系统(1)中的任一个的方法。在一些实施例中，系统(1)包括吸附单元(3)，例如吸附架，其固持含有至少一种吸附剂材料(5)的一或多个吸附剂模块(4)。空气(6)可流过一或多个吸附剂模块(4)，导致通过其中的吸附剂材料(5)从周围空气(6)吸附水(7)。系统(1)包括传送机构(8)，其在特定实施例中可为圆盘传送带 (8a)(如图2A的实例中所展示)或可为机械臂(8b)(如图2B的实例中所展示)。一旦吸附剂模块(4)中的一或多个达到目标水平和/
或目标吸附速率，传送机构(8)便可将含有所吸附水的一或多个吸附剂模块(4)从吸附单元(3)移动到系统(1)的解吸室(9)。在一些实施例中，解吸室(9) 包括通过一或多个吸附剂模块(4)将空气或空气/水混合物(11)吹过热泵 (2)的热侧(12)以促进解吸的再循环风扇(10)。一旦在解吸室(9)中实现目标水浓度，在特定实施例中，系统(1)便可打开存在于解吸室(9)中的解吸
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冷凝器再循环风扇(13)以将热水蒸气(14)从解吸室(9)传送到热泵(2)的包围在冷凝室(16)中或定位成较接近于冷凝室(16)的冷侧 (15)。在一些变化形式中，系统(1)的最佳平均解吸温度和/或平均冷凝温度可配置成实现用吸附剂材料(5)产生的每升水(7)的最低能量，且可保持足够高的解吸温度以维持目标解吸速率。在吸附剂模块(4)耗尽之后，传送机构(8)可从解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大气集水系统，其包含：热泵，其包括压缩器、膨胀阀和热交换器，所述热交换器具有热侧和冷侧；吸附单元，其包含至少一个吸附剂模块，所述至少一个吸附剂模块含有一或多个吸附剂，所述吸附单元与所述热泵物理上分离；解吸室，其连接到或定位成极为接近于所述热交换器的所述热侧，所述解吸室配置成在平均解吸温度下操作；传送机构，其配置成：(i)将用水至少部分饱和的吸附剂模块从所述吸附单元传送到所述解吸室中，及(ii)将在所述解吸室中至少部分地解吸的所述吸附剂模块传送回到所述吸附单元；冷凝室，其包围或定位成极为接近于所述热交换器的所述冷侧，所述冷凝室配置成在平均冷凝温度下操作，所述系统配置成在所述平均解吸温度和所述平均冷凝温度下操作以(i)实现用所述一或多个吸附剂产生的每升水的最低能量，及(ii)保持足够高的解吸温度以维持目标解吸速率。2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含与所述解吸室相关联的至少一个再循环风扇以：(i)将热量从热交换器的所述热侧传送到安置于所述解吸室中的所述吸附剂模块，及(ii)驱动解吸，在所述解吸室中产生较高浓度的水蒸气。3.根据权利要求1或2所述的系统，其进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：水收集公司，
类型：新型
国别省市：