本发明专利技术涉及利用热链接吸着剂床的水回收，具体地，一种水回收系统包括吸着床、解吸床、热泵和控制器。所述吸着床接收第一流体流并从所述第一流体流中吸收和/或吸附水。所述解吸床与所述吸着床对准并热连接到所述吸着床，且接收第二流体流并将水解吸到所述第二流体流。所述热泵置于所述吸着床与所述解吸床之间并将热从所述吸着床传递到所述解吸床。所述控制器给所述热泵分配功率以保持所述解吸床的出口附近的区域的温度大于与所述解吸床的出口附近的区域对准的所述吸着床的区域。一种用于从流体流中回收水的方法包括导引流体流穿过所述水回收系统。
【技术实现步骤摘要】
利用热链接吸着剂床的水回收
技术介绍
水回收是航天器环境和一些其他密闭空气环境中的重要工艺。对于像去除二氧化碳这样的某些基本的航天器工艺来说，干燥的空气流是期望或必需的。一些二氧化碳去除系统(分子筛)不能容许进入的流体流中的湿气。其他的(胺吸着剂)不期望地损失掉流体流中的湿气含量。例如，在短期航天器任务中，水分回收可能并不是关键的而且胺吸着剂能够充分地起作用。但是，在更长的任务中，可能有必要回收水分使其能够再用。在这些情况中，通常在二氧化碳去除之前进行水回收。在当前实践中，从工艺空气进行的水回收利用了干燥剂介质，所述干燥剂介质被循环地加载(loaded)和卸载(unloaded),所述加载通过从潮湿的工艺流中去除水来进行，而所述卸载通过加热以解吸所吸附的水并使其返回干燥的排出工艺流中来进行。常规的水回收系统需要大量的热能和/或大件设备。由于水的高汽化热，当从工艺空气流中去除水蒸气时会释放大量的热，所述热必须从吸附干燥剂床去除以保持有利于有效吸附性能的温度。相反地，必须增加大量的热能，以在排出工艺空气流回到舱室之前提供将水蒸气从解吸干燥剂床释放到排出工艺空气流的汽化热。这种热输入的需要与将解吸干燥剂加热到升高的温度(高于吸附床温度)的需要相结合以有效驱除所吸附的水蒸气。在常规系统中，离开解吸床和进入解吸床的热传输通常由工艺空气流提供。这在空气和干燥剂材料中需要大的温度变化，因为空气流的比热与其所携水蒸气的汽化热相比较小。通过使用再生式工艺空气热交换器可以减少供能需求，但将解吸床排出空气流提高到大大高于排出吸附干燥剂床的空气温度的需求限制了其使用。尽管这些热交换器能够提供能耗及设计整合优势，但是它们显著影响整个系统的压降、质量和成本。通过更快速地循环更小的干燥剂床，系统质量可被减少，但这增加了支持这些床的热摆动(thermal swing)的能量需求，增长了空气加热器和热交换器的大小以及系统功率输入。所以，当前的水去除系统固有地尺寸大并且需要大量能量来操作。
技术实现思路
—种水回收系统包括吸着床(sorbing bed)、解吸床、热泵和控制器。所述吸着床包括入口、吸着剂和出口。所述吸着床接收第一流体流并从所述第一流体流中吸着水。所述解吸床包括入口、吸着剂和出口，与所述吸着床对准并热连接到所述吸着床，且接收第二流体流并将水解吸到所述第二流体流。所述热泵置于所述吸着床与所述解吸床之间并将热从所述吸着床传递到所述解吸床。所述控制器给所述热泵分配功率以保持所述解吸床的出口附近的区域的温度大于与所述解吸床的出口附近的区域对准的所述吸着床的区域。一种从流体流回收水的方法包括导引第一流体流穿过第一吸着剂床使得所述第一流体流内的水被所述第一吸着剂床内的第一吸着剂所吸着。所述方法还包括用所述第一吸着剂床中的水的吸着所产生的热来加热第二吸着剂床。所述第二吸着剂床定位成邻近所述第一吸着剂床并与所述第一吸着剂床热链接。所述第二吸着剂床包括流体流入口、吸着齐U、流体流出口和等于所述入口与所述出口之间距离的床长度。所述方法还包括给位于所述第一吸着剂床与所述第二吸着剂床之间的热泵供能以主动地加热所述第二吸着剂床并冷却所述第一吸着剂床。所述方法还包括导引第二流体流穿过所述第二吸着剂床使得当所述第二吸着剂床被加热时，水被从位于所述第二吸着剂床内的第二吸着剂解吸并被所述第二流体流从所述第二吸着剂床去除。所述方法还包括保持所述第二吸着剂床的区域的温度高于与所述第二吸着剂床的区域相邻的区域处所述第一吸着剂床的温度。所述第二吸着剂床的被加热区域从所述流体流出口延伸到所述第二吸着剂床的床长度的约10%和约100%之间的长度。附图说明图1示出水回收系统。图2示出将吸着床和解吸床对换的图1的水回收系统。图3示出具有热泵的水回收系统，所述热泵延伸吸着床与解吸床的长度。图4示出吸着床与解吸床的流体流在相反方向上流动的水回收系统。图5示出不同水回收系统的能量需求的图表。具体实施例方式本专利技术提供一种紧凑的、低功率的水回收系统以及从流体流中回收水的方法。所述水回收系统使用热链接吸着剂床，其中，吸着床处由水吸收所产生的热被传递到解吸床以用于水解吸。使用最少的额外能量在吸着床出口附近冷却吸着床并在解吸床出口附近加热解吸床。冷却吸着床的后段及加热解吸床的后段优化了排出的流体流。比起单独使用被动式热传递时，离开吸着床的流体流更干燥而离开解吸床的流体流含有更多水。此水回收系统使得能够使用小的床尺寸，由于吸着床和解吸床的温度之间的差异总是小，其可以在不引起明显功率损失的情况下频繁循环于吸着与解吸之间。根据这里所描述的水回收系统和方法，工艺流包括任何流体流。工艺流通常包括在密闭环境内循环的流体流，所述密闭环境包括但不限于航天器、潜艇及航空器环境。示例性的工艺流包括在航天器和航空器内的工艺空气流，例如舱内空气。这些工艺流含有水蒸气，所述水蒸气能够从流中去除并能重新引入同一流或其他流中以回收并再使用所去除的水蒸气。图1示出水回收系统10的一个实施例。水回收系统10包括第一吸着剂组件12A、第二吸着剂组件12B、热泵14和控制器16。第一吸着剂组件12和第二吸着剂组件12B对准并热链接。也就是说，第一吸着剂组件12A与第二吸着剂组件12B彼此接近并配置成使得一个吸着剂组件所产生的热能够传递给另一个。图1示出第一吸着剂组件12A和第二吸着剂组件12B并列使得第一吸着剂组件12A的每个区段都对准第二吸着剂组件12B的对应区段。热链允许来自吸着剂组件一个区段的热传递到另一吸着剂组件的对应区段。所述热链可构造成使得热传递可被动地和/或主动地发生。第一吸着剂组件12A包括通道18A与20A及床22A。根据流体流的方向，通道18A允许流体流进入或排出第一吸着剂组件12A。如图1中所示，通道18A是入口。一旦流体流已经通过通道18A进入第一吸着剂组件12A，流体流就穿过床22A。床22A含有吸着剂材料32。流体流穿过床22A到达通道20A。根据流体流的方向，通道20A允许流体流进入或排出第一吸着剂组件12A。如图1中所示，通道20A是出口。图1中所示的床22A包含三个床区段。虽然床22A是连续的，但为了更好的说明本专利技术，将描述不同的床区段。床区段24A位于入口通道18A附近的区域内，床区段28A位于出口通道20A附近的区域内而床区段26A位于床区段24A与28A之间。在通道18A是第一吸着剂组件12A的入口的情况下，流体流一般从床区段24A行进到床区段26A再到床区段28A并在通道20A处排出第一吸着剂组件12A。以下更详细地描述第一吸着剂组件12A的吸着和解吸操作。床22A中存在的吸着剂材料32既能够从流体流中吸着(吸收和/或吸附)水，又能将水解吸到流体流中。吸着剂材料32从含有水蒸气的流体流中吸收或吸附水。当水被吸着剂材料32吸收或吸附时产生热。通过使用足够的热能，吸着剂材料32将会解吸水使其能由流体流去除。合适的吸着剂材料32不吸收或吸附显著量的二氧化碳。在示范实施例中，吸着剂材料32是水特定的(water-specific)。也就是说,吸着剂材料32仅吸收或吸附水。合适的吸着剂材料32包括硅胶、沸石分子筛、阴阳离子交换介质、用一种或多种吸湿盐浸溃的陶瓷或聚合物基材及其组合。所述陶瓷本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种水回收系统，包括：吸着床，所述吸着床用于接收第一流体流并从所述第一流体流吸着水，所述吸着床包括：???????入口；???????吸着剂；和???????出口；解吸床，所述解吸床与所述吸着床对准并热连接到所述吸着床，用于接收第二流体流且将水解吸到所述第二流体流，所述解吸床包括：???????入口；???????吸着剂；和???????出口；热泵，所述热泵位于所述吸着床与所述解吸床之间，用于将热从所述吸着床传递到所述解吸床；以及控制器，所述控制器用于向所述热泵分配功率，以保持所述解吸床的出口附近的区域的温度大于与所述解吸床的出口附近的区域对准的所述吸着床的区域。
【技术特征摘要】
1.一种水回收系统,包括: 吸着床，所述吸着床用于接收第一流体流并从所述第一流体流吸着水，所述吸着床包括: 入口 ； 吸着剂；和 出口 ； 解吸床，所述解吸床与所述吸着床对准并热连接到所述吸着床，用于接收第二流体流且将水解吸到所述第二流体流，所述解吸床包括: 入口 ； 吸着剂；和 出口 ； 热泵，所述热泵位于所述吸着床与所述解吸床之间，用于将热从所述吸着床传递到所述解吸床；以及 控制器，所述控制器用于向所述热泵分配功率，以保持所述解吸床的出口附近的区域的温度大于与所述解吸床的出口附近的区域对准的所述吸着床的区域。2.如权利要求1所述的水回收系统，其中，所述吸着床和解吸床的所述吸着剂选自硅胶、沸石分子筛、阴阳离子交换介质、用一种或多种吸湿盐浸溃的陶瓷或聚合物基材及其组合组成的组。3.如权利要求2所述的水回收系统，其中，所述一种或多种吸湿盐选自碳酸铯、氟化铯、氯化钙、溴化锂及其组合组成的组。4.如权利要求1所述的水回收系统，其中，所述热泵包括热电设备。5.如权利要求4所述的水回收系统，还包括: 用于向所述热电设备和所述控制器供能的功率源。6.如权利要求4所述的水回收系统，其中，所述吸着和解吸床各自具有从所述入口到所述出口测量的大致相等的床长度，并且其中，所述热电设备的长度在大约所述床长度的10%和所述床长度的100%之间。7.如权利要求6所述的水回收系统，其中，所述热电设备的长度在所述床长度的约25%和所述床长度的约50%之间。8.如权利要求1所述的水回收系统,还包括: 第二热泵，所述第二热泵位于所述吸着床和所述解吸床之间，用于在所述吸着床和所述解吸床之间传递热， 其中，所述控制器控制所述第二热泵。9.如权利要求1所述的水回收系统，其中，所述第二热泵包括热电设备。10.如权利要求1所述的水回收系统，其中，所述解吸床的出口附近的所述区域的温度和与所述解吸床的出口附近的所述区域对准的所述吸着床的区域的温度之间的差异在约2°C和约50°C之间。11.如权利要求1所述的水回收系统，其中，所述解吸床的出口附近的所述区域的温度和与所述解吸床的...
【专利技术属性】
技术研发人员：EW霍奇森，WG小帕佩尔，
申请(专利权)人：哈米尔顿森德斯特兰德空间系统国际有限公司，
类型：发明
国别省市：
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