專利名稱：從大量大氣中獲得水的方法以及從大氣中獲得水的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從大量大氣中獲得水的方法以及通過冷凝大量空氣中的濕氣而獲得水的裝置。
背景技術(shù)：
所有自然界的空氣團(tuán)都是潮濕的，即，它們包含一定量的水蒸氣。
可以通過將那些水從空氣的氣體以及其它組分中分離出來而回收。
本發(fā)明提供的方法包括這樣的分離，即通過從氣態(tài)變化到液態(tài)或固態(tài)來分離，同時(shí)空氣中的其余氣體仍保持它們的氣體狀態(tài)。
因此，本發(fā)明的目的是保護(hù)一種方法，該方法用于引起水的冷凝并將其從空氣團(tuán)中分離出來。
本發(fā)明的目的還包括用于本方法的特定改進(jìn)，尤其是如果最終的冷卻是通過基于壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和冷凝器的常規(guī)冷卻機(jī)進(jìn)行的，并且，還包括用于實(shí)施本方法而提出的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及的方法是從大量的濕空氣中獲得水的理想方法。任何大氣團(tuán)都適合于此用途。
根據(jù)本發(fā)明，本方法包括以下階段(步驟)-由空氣團(tuán)產(chǎn)生氣流，并且使它通過至少一個(gè)熱交換部件進(jìn)行循環(huán)。產(chǎn)生這樣的氣流的目的是對(duì)待干燥空氣團(tuán)進(jìn)行“處置(level)”或處理(manage)。水通過冷凝被分離，這需要進(jìn)行冷卻?？諝饬魍ㄟ^熱交換器的循環(huán)是一種初步冷卻形式，其降低了將在稍后的階段發(fā)生的最終冷卻所需的能量，和/或甚至可以使水從空氣流中開始冷凝。
-接著將經(jīng)初步(預(yù))冷卻的空氣流進(jìn)行最終冷卻，“最終冷卻”能夠使溫度至少低于露點(diǎn)，但優(yōu)選的是，取決于水的飽和度而高于0℃，從而防止水變成固態(tài)，使水更容易被收集。
-收集被分離出的水。
-使排出的冷干燥空氣氣流通過熱交換器再循環(huán)，利用殘余的冷量(cold)來初步冷卻引入的空氣流，由此提高效能，并且同時(shí)確保排出的空氣流的溫度更高，并確保其和引入的空氣流之間的溫度差更小。這降低了最終冷卻所需的能量，并且減少了排出的空氣流對(duì)環(huán)境的影響。
可以將以下改進(jìn)增加到本方法中
-可選在空氣流第二次進(jìn)入熱交換器之前進(jìn)行初步冷卻。初步冷卻減少了隨后的冷卻所需的能量。它可以利用常規(guī)的冷卻機(jī)或者優(yōu)選利用自然方法進(jìn)行，如使用熱交換器以利用排出空氣與來自附近的水流或類似物的引入空氣之間的溫度差。來自經(jīng)人工冷卻的水(如來自醫(yī)院的水冷卻機(jī))的殘余冷量也可以用于其它的用途。
-同樣地，在通過常規(guī)冷卻機(jī)(該常規(guī)冷卻機(jī)利用壓縮機(jī)-冷凝器-蒸發(fā)器)進(jìn)行最終冷卻的那些情形中，最終冷卻是通過蒸發(fā)器進(jìn)行的，并且離開氣-氣熱交換器的經(jīng)干燥的空氣流將通過冷卻機(jī)的冷凝器進(jìn)行循環(huán)，從而利用殘余的冷量來協(xié)同進(jìn)行該裝置冷卻氣體的冷凝，從而減少了本方法所需的能量的量。如果由外界引入的空氣流的溫度過高，則在熱環(huán)境中，內(nèi)部空氣流在離開氣-氣換熱器之后和引入冷凝器之前，將與外界空氣混合用以冷卻在冷凝器中產(chǎn)生的熱，其等于來自蒸發(fā)器(接受引入的空氣流)的熱量加上被壓縮機(jī)消耗并由冷卻空氣攜帶的熱量的總和。
為了實(shí)施本方法，提供了一種裝置，該裝置包括帶有框架的總設(shè)備(sweeping device)，用于接收和排出潮濕空氣流的設(shè)備，該潮濕空氣流是通過一個(gè)或多個(gè)渦輪或內(nèi)部風(fēng)扇的運(yùn)行產(chǎn)生的。
在該總設(shè)備內(nèi)部還有一套冷卻設(shè)備，盡管它也可以是利用較低溫度的其它介質(zhì)如流體(空氣流、來自機(jī)器的冷水流等)的換熱器，但理想的情況是包括壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和冷凝器的常規(guī)冷卻設(shè)備。
該冷卻設(shè)備必需能夠使引入的空氣流的溫度持續(xù)降低至露點(diǎn)以下，以便引起將要收集到容器(vat)內(nèi)的水的冷凝和凝結(jié)?？梢栽O(shè)計(jì)冷卻設(shè)備使冷卻能夠進(jìn)行，但理想的情況是使溫度不降到0℃以下，這是由于0℃以下水會(huì)凍結(jié)，從而使其更難以收集。
為了提高效能，該總設(shè)備裝配有氣-氣換熱器，經(jīng)冷卻和干燥的空氣連同引入的空氣流一起通過該換熱器循環(huán)，從而來自于排出的空氣流的部分冷量被用于初步冷卻引入空氣，由此提高了效率。
冷卻設(shè)備被沿著引入空氣流處于氣-氣換熱器的兩條回路之間的路徑設(shè)置。如果使用常規(guī)的冷卻設(shè)備，則將蒸發(fā)器設(shè)置于氣流處于換熱器的兩條回路之間的循環(huán)路徑內(nèi)，從而進(jìn)行空氣團(tuán)的最終冷卻以及水的冷凝，同時(shí)將冷凝器設(shè)置于該換熱器的第二條路徑的出口處，在該出口處經(jīng)脫水的空氣被釋放，以便利用殘余的冷量來促進(jìn)冷卻氣體的冷凝，并且更進(jìn)一步提高本方法的效率。在這種情況下，可以將第二空氣入口安裝在該氣流回收裝置的出口處并且在該空氣移入冷凝器之前，以便如果引入空氣的溫度過高，則在熱環(huán)境中，第二空氣入口將協(xié)同消除在冷凝器中產(chǎn)生的熱量，其等于蒸發(fā)器從引入的空氣流吸收的熱量加上被該壓縮機(jī)消耗的能量。


圖1示出了本發(fā)明的方法的示意圖。
圖2和圖3示出了具有改進(jìn)的本發(fā)明的方法的示意圖。
圖4和圖5示出了本發(fā)明的裝置的兩種變化形式。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及的方法包括以下階段(步驟)由可從中提取濕氣(水分)的氣團(tuán)產(chǎn)生空氣流。該空氣流可以人工產(chǎn)生或者可以利用空氣的自然通風(fēng)。
-使空氣流1流過換熱器3的次級(jí)回路2，以進(jìn)行初步冷卻。
-使空氣流1進(jìn)行第二輪冷卻，直到溫度降低至至少為露點(diǎn)，以引起水蒸氣的冷凝，如果該過程在初始冷卻期間已經(jīng)開始，則繼續(xù)該過程。冷卻是通過包括任何適當(dāng)?shù)难b置(已知的冷卻系統(tǒng))的熱機(jī)4進(jìn)行的。
-在收集器5中收集冷凝物。
-使經(jīng)過冷卻和干燥的排出空氣流6通過換熱器3的初級(jí)部分7再循環(huán)，在次級(jí)回路2中進(jìn)行在第二階段所述的引入空氣流1的初步冷卻，從而減少了用于最終冷卻的熱機(jī)4所用的能量。并且還提高了排出氣流8的溫度，從而減小了排出氣流和引入氣流1之間的溫度差，由于引入氣流取自環(huán)境中，很顯然這對(duì)環(huán)境的影響會(huì)更小。
如圖2所示，該熱機(jī)可以包括熱交換器15，或如圖3所示，包括基于壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和冷凝器的常規(guī)冷卻機(jī)。
一些可應(yīng)用于上述方法的改進(jìn)包括
-使本方法中的引入空氣流1借助于外部手段(裝置)進(jìn)行初步冷卻，該外部手段(裝置)可以是，例如，自然水流13或者借助換熱器14或借助外部冷卻機(jī)進(jìn)行人工冷卻的水(圖2和圖3)。
-如果所使用的常規(guī)冷卻機(jī)是基于壓縮機(jī)9、蒸發(fā)器4a及冷凝器10的，則排出的空氣流8通過該冷凝器進(jìn)行循環(huán)。該氣流與在冷卻氣體的冷凝中產(chǎn)生的溫度相比較仍然較冷，它能夠協(xié)同消除冷凝熱，因而提高了本方法的能效(圖3)。
在這種情況下，當(dāng)來自外界的引入空氣的溫度過高時(shí)，如來自非常熱的環(huán)境中，則排出空氣流8可以與來自外界的足夠的引入空氣流11相混合，使得增加的氣流能夠消除在冷凝器10中產(chǎn)生的熱量，其等于由在蒸發(fā)器中的冷卻氣從引入空氣帶走的熱量加上相當(dāng)于由壓縮機(jī)消耗的能量的卡路里。將最終的排出空氣流12排放到外界。
對(duì)于用于實(shí)施本發(fā)明所涉及的方法的裝置，其示意在圖4和圖5中，該裝置包括裝配有用于引入空氣的入口17的總設(shè)備16，該引入的空氣首先通過內(nèi)部氣-氣換熱器(在本發(fā)明的這個(gè)用于初步冷卻的非限制性實(shí)例中，為交叉氣流回收裝置18)進(jìn)行循環(huán)，并且隨后被送到內(nèi)部蒸發(fā)單元4a中，該內(nèi)部蒸發(fā)單元是常規(guī)冷卻系統(tǒng)的一部分，使得溫度下降至露點(diǎn)以下，從而使包含在空氣中的濕氣(水分)變成液態(tài)。適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)冷卻設(shè)備以防止溫度降至0℃以下，在該溫度點(diǎn)水會(huì)變成固態(tài)。
當(dāng)離開蒸發(fā)器時(shí)，空氣流通過交叉氣流回收裝置18的次級(jí)回路進(jìn)行循環(huán)，利用部分冷量來初步冷卻引入的空氣團(tuán)。
該裝置還裝配有附著于冷卻設(shè)備的冷凝單元19，以便將來自干燥的排出空氣氣流的殘余冷量用于提高該裝置的這部分的效率，從而提高排出空氣的溫度，并由此在將其排出到外界時(shí)使其對(duì)環(huán)境的影響最小。
該裝置還裝配有產(chǎn)生氣流的渦輪或渦輪組20，其與排出空氣出口21相鄰。
如果引入的空氣的溫度過高，則經(jīng)干燥的空氣流可能不足以消除在冷凝器中產(chǎn)生的熱量，其等于來自進(jìn)入蒸發(fā)器的空氣的熱量以及對(duì)應(yīng)于壓縮機(jī)所消耗的部分能量的總和。在這種情況下，該裝置裝配有中間的外部空氣入口22，其位于氣流回收裝置的次級(jí)回路的出口與冷卻設(shè)備的冷凝單元之間。這種通過冷凝器循環(huán)的空氣流的增加消除了由該壓縮機(jī)產(chǎn)生的多余的熱量。
該冷卻設(shè)備還裝配有壓縮機(jī)9。
為了更進(jìn)一步提高該裝置的效率，引入的空氣流可以利用外部手段(裝置)14進(jìn)行另外的初步冷卻，如外部冷卻設(shè)備、利用來自附近水流的溫度的外部換熱器、水冷卻機(jī)或類似物。
為了收集冷凝物，該裝置裝配有位于冷凝發(fā)生部分之下的容器，其進(jìn)而與出口管5連接。
同樣，本發(fā)明的實(shí)施例的一種變化形式示于圖5中，常規(guī)冷卻設(shè)備可以由單個(gè)的氣-水換熱器23代替，該氣-水換熱器可以借助于水的較低溫度來冷卻空氣，水可以來源于醫(yī)院的水冷卻機(jī)、自然水流、或其它任何來源。
一般而言，任何能夠足以降低空氣流的溫度的介質(zhì)或設(shè)備均可以用于冷卻。
本發(fā)明的性質(zhì)已經(jīng)得到了充分的描述，并且實(shí)際實(shí)施它的方式也已經(jīng)被充分描述，應(yīng)當(dāng)注意的是可以對(duì)以上所給出的描述和在附圖中的示例進(jìn)行變化、修改和等同替換，而上述變化、修改和等同替換均涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.從大量的大氣中獲得水的方法，其特征在于，包括以下階段由大量空氣產(chǎn)生空氣流，并且使所述空氣流通過熱交換部件的次級(jí)回路循環(huán)，用于進(jìn)行初步冷卻，在所述初步冷卻期間，水從氣態(tài)到液態(tài)的變化可以開始或者也可以不開始；使所述經(jīng)初步冷卻的空氣流最終冷卻到溫度至少降至露點(diǎn)的程度，以引起水蒸氣的狀態(tài)變化，或者如果所述狀態(tài)變化在初步冷卻期間已經(jīng)開始，則繼續(xù)此過程；收集冷凝物和/或凍結(jié)的水；使干燥的冷空氣流通過所述換熱器的初級(jí)回路再循環(huán)，以便將殘余的冷量用于初步冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將自然氣流用于空氣流的生成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將人工方法用于空氣流的生成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述引入的空氣流在被輸送到所述換熱器的次級(jí)回路之前可選進(jìn)行另外的初步冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述另外的初步冷卻是利用冷卻機(jī)進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述另外的初步冷卻是利用水流和換熱器進(jìn)行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，如果所述最終冷卻是由包括壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和冷凝器的常規(guī)冷卻機(jī)內(nèi)的蒸發(fā)器引起的，則離開所述換熱器的初級(jí)回路的排出空氣流將會(huì)對(duì)冷凝器產(chǎn)生影響，利用殘余的冷量來消除在其內(nèi)產(chǎn)生的熱量，該熱量等于來自所述引入的空氣流的熱量加上相當(dāng)于由所述壓縮機(jī)消耗的能量的卡路里值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述引入的空氣的溫度過高，則另外的空氣流在離開所述換熱器的初級(jí)回路之后并對(duì)所述冷凝器產(chǎn)生影響之前，將被加入到循環(huán)的空氣流中，協(xié)同消除在所述冷凝器內(nèi)產(chǎn)生的熱量。
9.一種用于通過冷凝大量空氣中的濕氣來獲得水的裝置，其特征在于，所述裝置包括具有主入口和出口的總設(shè)備，在所述主入口和出口之間建立有被施壓的空氣流；所述裝置包括冷卻設(shè)備，適當(dāng)設(shè)計(jì)所述冷卻設(shè)備，以使所述空氣流的溫度降低至露點(diǎn)以下，從而冷凝所述空氣中的濕氣；至少一氣-氣換熱器，以使用離開所述冷卻設(shè)備的經(jīng)脫水的空氣流的殘余冷量來初步冷卻所述引入的空氣流；以及至少一渦輪或風(fēng)扇，用以產(chǎn)生通過所述各個(gè)入口-出口的引入-排出的氣流；所述裝置還裝配有收集器或容器，用于收集冷凝物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述冷卻設(shè)備包括壓縮機(jī)、蒸發(fā)單元和冷凝單元，所述蒸發(fā)單元用作所述冷卻設(shè)備的冷卻部件，所述蒸發(fā)單元被設(shè)置于由交叉氣流回收裝置的兩條回路之間的氣流所限定的環(huán)路之內(nèi)，以便將所述空氣的溫度降至露點(diǎn)以下，同時(shí)，在與中間入口連接之后，將所述冷凝單元設(shè)置于經(jīng)冷卻和脫水的空氣流從所述氣流回收裝置的次級(jí)回路排出的出口處，以便利用所述殘余冷量來消除所述冷凝器中的熱量，從而提高所述裝置的總效率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，如果所述引入的空氣的溫度過高，則所述裝置還裝配有外界空氣的中間入口，所述入口位于所述氣-氣換熱器的次級(jí)回路上的所述出口處，并在進(jìn)入所述冷凝器之前與所述循環(huán)氣流相連，以便額外的氣流能夠協(xié)同消除在所述冷凝器中產(chǎn)生的熱量，該熱量等于來自所述蒸發(fā)器的引入空氣流的熱量加上相當(dāng)于所述壓縮機(jī)消耗的能量。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述渦輪或風(fēng)扇與所述出口相鄰設(shè)置，所述經(jīng)冷卻和脫水的空氣通過所述出口被從所述裝置中排出。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述裝置裝配有用于所述引入的空氣的另外的初步冷卻部件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述另外的初步冷卻部件包括常規(guī)的冷卻設(shè)備。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述初步冷卻部件包括換熱器，所述換熱器利用來自自然水流和/或來自由冷卻設(shè)備冷卻的水流的冷量。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述氣-氣換熱器包括交叉氣流回收裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述冷卻設(shè)備包括氣-氣換熱器，所述氣-氣換熱器具有兩條回路要從中提取濕氣的空氣通過一條回路流動(dòng)，而冷的水流通過另一條回路流動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述低溫水流來自醫(yī)院的冷卻機(jī)。
全文摘要
一種從大量的大氣中獲得水的方法，該方法包括下面的階段。產(chǎn)生空氣流，并且使其通過用于初步冷卻的熱交換部件的次級(jí)回路進(jìn)行循環(huán)，初步冷卻可以開始水從氣態(tài)到液態(tài)的狀態(tài)變化或者也可以不開始；使經(jīng)初步冷卻的空氣流進(jìn)行進(jìn)一步冷卻，其能夠使溫度至少降低到露點(diǎn)以下，以便開始從氣態(tài)到液態(tài)的變化，或者如果狀態(tài)變化在初步冷卻期間已經(jīng)開始的話，則繼續(xù)該過程；收集經(jīng)冷凝和/或凍結(jié)的水；使干燥的冷空氣流通過該換熱器的初級(jí)回路再循環(huán)，以便將殘余的冷量用于初步冷卻。
文檔編號(hào)E03B3/00GK1752358SQ200510105379
公開日2006年3月29日 申請日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者亞歷山大·葉爾馬科夫 申請人:亞歷山大·葉爾馬科夫