【技术实现步骤摘要】
基于热泵的水采集系统及其使用方法
[0001]本美国非临时专利申请要求2021年8月23日提交的美国临时专利申请第63/236,173号的权益,所述申请以引用的方式并入本文中。
[0002]本公开总体上涉及水采集,并且更具体地涉及用于从周围空气采集水的系统、设备和方法,其在水采集循环中提供降低的能量成本和改进的效率。还公开了被配置为对空气进行除湿或加湿的水采集系统、设备和水采集方法。
技术介绍
[0003]通常,利用吸附剂从空气采集水的过程包含水采集循环,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、从吸附剂解吸附水蒸气以及将解吸附的水蒸气冷凝成液态水。举例来说,在吸附阶段期间,潮湿环境空气可被吹过解吸附(活化)的吸附剂床。水分子可通过吸附剂床的多孔内部扩散且由吸附剂吸附。当吸附剂床被水完全饱和时可以完成吸附阶段。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附阶段。当吸附剂床的水变得不饱和时完成解吸附阶段。在冷凝阶段期间,可将在解吸附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、解吸附和冷凝的重复循环,基于吸附剂的水采集可提供从空气产生水的方法。
[0004]一般来说,存在两种加热方法以从饱和的吸附剂床释放水蒸气: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送;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。解吸附通常需要大量能量,包括与解吸附能 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大气水采集系统,其特征在于,其包含:热泵,其具有热侧热交换器和冷侧热交换器;吸附单元,其包含吸附剂模块,所述吸附剂模块含有一种或多种吸附剂,所述吸附单元与所述热泵物理上分离放置;解吸附室,其连接到或定位成极为接近于所述热泵的所述热侧热交换器,所述解吸附室配置成在平均解吸附温度下操作;传送机构,其配置成:(i)将被水至少部分饱和的所述吸附剂模块从所述吸附单元传送到所述解吸附室中,及(ii)将从所述解吸附室中至少部分地解吸附所述水的所述吸附剂模块传送回到所述吸附单元;以及冷凝室,其包围或定位成极为接近于所述热泵的所述冷侧热交换器,其中所述冷凝室配置成在平均冷凝温度下操作。2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,其进一步包含:水收集罐,其连接到所述冷凝室,所述水收集罐被配置为收集从所述冷凝室冷凝的水;水泵,其连接到所述水收集罐,被配置为接收来自所述水收集罐的所述水;排水管,其连接到所述水收集罐;喷雾器,其连接到所述水泵并且定位成接近于室内出口;旁路单元,其定位成接近于所述吸附单元,被配置为从室外入口或室内入口传送空气;吸附风扇,其定位成接近于所述吸附单元和所述旁路单元,以将空气从所述室外入口或所述室内入口传送到所述吸附单元和所述旁路单元中;室内/室外入口风门,其被配置为控制空气从所述室外入口或所述室内入口进入所述吸附单元和所述旁路单元的流动;吸附风门,其被配置为将一部分气流引导到所述吸附单元中并且将一部分气流引导到所述旁路单元中;以及室内/室外出口风门,其被配置为控制空气从所述吸附单元和所述旁路单元流出进入室外出口或室内出口的流动,所述系统适于在以下各者之间切换操作:对从所述室外入口到所述室内出口的所述空气进行除湿的第一模式、对从室外入口到室内出口的空气进行加湿的第二模式、对从所述室内入口再循环到所述室内出口的空气进行除湿的第三模式、以及对从所述室内入口再循环到所述室内出口的空气进行加湿的第四模式。3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,其中在所述第一模式中:所述室内/室外入口风门关闭所述室内入口并打开所述室外入口,以将空气从所述室外入口传送到所述吸附单元和所述旁路单元中;所述吸附风门控制进入所述吸附单元的所述部分气流和进入所述旁路单元的所述部分气流;所述室内/室外出口风门关闭所述室外出口并打开所述室内出口以将来自所述吸附单元的除湿空气传送通过所述室内出口;所述传送机构将至少部分被水饱和的所述吸附剂模块从所述吸附单元传送到所述解吸附室中,其中水从所述吸附剂模块中所含的所述一种或多种吸附剂中解吸附,其中从所述一种或多种吸附剂中解吸附的所述水在所述冷凝室中冷凝;
在所述冷凝室中冷凝的所述水在所述水收集罐中收集,其中在所述水收集罐中收集的所述水的至少一部分被传送到排水管;且所述水泵保持关闭状态。4.根据权利要求2或3所述的系统,其特征在于,其中在所述第二模式中:所述室内/室外入口风门关闭室内入口并打开所述室外入口以将空气从所述室外入口传送到所述吸附单元和所述旁路单元中;所述吸附风门关闭所述旁路单元并打开所述吸附单元;所述室内/室外出口风门部分地打开所述室外出口和所述室内出口,以将来自所述吸附的除湿空气通过所述室内出口和通过所述室外出口传送;所述传送机构将至少部分被水饱和的所述吸附剂模块从所述吸附单元传送到所述解吸附室中,其中水从所述吸附剂模块中所含的所述一种或多种吸附剂中解吸附,其中从所述一种或多种吸附剂中解吸附的所述水在所述冷凝室中冷凝;以及在所述冷凝室中冷凝的所述水在所述水收集罐中收集,其中在所述水收集罐中收集的所述水的至少一部分被传送到排水管;所述水收集罐中的所述水的至少一部分通过所述水泵传送到所述喷雾器以加湿通过所述室内出口传送的空气,所述排水管保持关闭状态。5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统,其特征在于,其中在所述第三模式中:所述室内/室外入口风门关闭所述室外入口并打开所述室内入口以将空气从所述室内入口传送到所述吸附单元和所述旁路单元中;所述吸附风门控制进入所述吸附单元的所述部分气流和进入所述旁路单元的所述部分气流;所述室内/室外出口风门关闭所述室外出口并打开所述室内出口,以将来自所述吸附单元的除湿空气通过所述室内出口传送;所述传送机构将至少部分被水饱和的所述吸附剂模块从所述吸附单元传送到所述解吸附室中,其中水从所述吸附剂模块中所含的所述一种或多种吸附剂中解吸附,其中从所述一种或多种吸附剂中解吸附的所述水在所述冷凝室中冷凝;在所述冷凝室中冷凝的所述水在所述水收集罐中收集,其中在所述水收集罐中收集的所述水的至少一部分被传送到排水管;且所述水泵保持关闭状态。6.根据权利要求2至5中任一项所述的系统,其特征在于,其中在所述第四模式中,所述系统以第一配置操作并且随后所述系统以第二配置操作,其中所述系统在第一配置中:所述室内/室外入口风门关闭所述室内入口并打开所述室外入口,以将空气传送到所述吸附单元和所述旁路单元中;所述吸附风门关闭所述旁路单元并打开所述吸附单元;所述室内/室外出口风门关闭所述室内出口并打开所述室外出口以将来自所述吸附单元的空气通过所述室外出口传送;所述传送机构将至少部分被水饱和的所述吸附剂模块从所述吸附单元传送到所述解吸附室中,其中水从所述吸附剂模块中所含的所述一种或多种吸附剂中解吸附,其中从所述一种或多种吸附剂中解吸附的所述水在所述冷凝室中冷凝;
在所述冷凝室中冷凝的所述水收集在所述水收集罐中,所述水泵保持关闭状态,并且其中所述系统在所述第二配置中:所述室内/室外入口风门关闭所述室外入口并打开所述室内入口,以允许空气传送到所述吸收剂单元和所述旁路单元中;所述吸附风门关闭所述吸附单元并打开所述旁路单元;所述室内/室外出口风门关闭所述室外出口并打开所述室内出口以将来自所述旁路单元的空气通过所述室内出口传送;所述水收集罐中的所述水的至少一部分通过所述水泵传送到所述喷雾器以加湿通过所述室内出口传送的空气,所述排水管保持关闭状态。7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统,其特征在于,其中所述系统在所述平均解吸附温度和所述平均冷凝温度下操作所述系统以(i)实现用所述一种或多种吸附剂产生的每升水的最低能量,及(ii)保持足够高的解吸附温度以维持目标解吸附速率。8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统,其特征在于,其进一步包含至少一个再循环风扇,其配置成:(i)将热量从所述热侧热交换器传送到所述解吸附室中的所述吸附剂模块,及(ii)驱动水从所述吸附剂模块解吸附,以实现在所述解吸...
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