專利名稱：用于從氣體中吸收水的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用于從氣體中提取水或用于凈化水的裝置和方法，以及該裝置的用途。
背景技術(shù)：
獲得清潔的水對(duì)于人類和動(dòng)物來說是至關(guān)重要的，且隨著人口的增長(zhǎng)、人們生活方式的改變以及灌溉用水的增長(zhǎng)，目前在世界的大部分地區(qū)水是ー種短缺的日用品。淡水的主要來源是地下水、河流和湖泊。這里指的水不含鹽，且僅需通過低能量需 求的處理去除污垢和細(xì)菌被浄化以能夠用作飲用水或者能夠在農(nóng)業(yè)中使用。難以更深入地探測(cè)地下水以及缺乏其它可利用的天然淡水儲(chǔ)備的國(guó)家必須從海洋中獲取淡水。在海水可被人類用作飲用水或者被用于農(nóng)業(yè)灌溉之前，首先必須利用需求能量的脫鹽處理對(duì)海水進(jìn)行脫鹽。如今，能源基于礦物燃料，該礦物燃料會(huì)以污染的形式破壞環(huán)境，并加劇全球變暖。另外，該脫鹽處理產(chǎn)生對(duì)動(dòng)、植物都有劇毒的高鹽度的剩余產(chǎn)品。ー種避免獲得淡水的所述缺點(diǎn)的可選的方式是利用從空氣中得到的水。如今已有多種已知且可利用的技術(shù)來從空氣中凝結(jié)水。這些技術(shù)通?；谀芙Y(jié)合空氣中的水分的吸濕性材料。隨后，通過在多個(gè)循環(huán)中的加熱和冷卻，水可以以液體的形式從吸濕性材料中保留下來。在這些處理中，對(duì)空氣分別進(jìn)行的加熱和冷卻需要相對(duì)大的能量。因此對(duì)于從海水中大量生產(chǎn)淡水來說，這并不是有競(jìng)爭(zhēng)カ的選擇?，F(xiàn)有技術(shù)包含多種不同的從空氣中提取水的方法。DE102006038983涉及ー種使用具有吸濕性鹽的流體吸附劑的方法以及ー種壓カ產(chǎn)生單元。CN101100866和RU2230858都描述了需要多個(gè)冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)，而W09907951涉及ー種具有將蒸汽排出至冷凝器的真空泵的系統(tǒng)。US2，138，689涉及ー種通過在夜間將木材暴露于空氣中而從大氣中獲取水的方法。木材隨后被放置于封閉的空間中，在該空間中空氣和木材由太陽加熱。該加熱后的空氣中充滿水分，且該空氣流過通道至冷凝器，然后液化的水被收集。該空氣返回至封閉的空間以獲取更多的水分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及ー種用于產(chǎn)生水和浄化水的裝置和方法以及該裝置的用途。本發(fā)明相當(dāng)大地降低了從空氣中凝結(jié)水的處理所需的能量的量。本發(fā)明利用空氣的熱力學(xué)特性，例如利用空氣的在不同的壓カ下在密封的容器中將水保持為氣相的能力。由于該處理需要的從空氣中凝結(jié)水的能量基本上比目前的方法少，因此每單位生產(chǎn)的水需要的能量減少。當(dāng)容器打開時(shí)，吸濕性材料暴露于連續(xù)或不連續(xù)的氣流，從而與被該材料吸收的水分保持接觸。吸濕性材料可吸收的水的量依賴于例如材料特性、溫度和氣體的相對(duì)濕度。本發(fā)明的ー個(gè)方面是ー種用于從氣體中提取水的裝置，其包括具有至少ー個(gè)能密封的開ロ的容器、至少ー個(gè)蓋、能量傳送裝置和至少ー種吸濕性材料，其中所述容器由導(dǎo)熱材料制成。
在另ー個(gè)實(shí)施方式中，所述容器的壁完全地或部分地由吸濕性材料制成或覆蓋。在另ー實(shí)施方式中，風(fēng)扇或泵推動(dòng)氣體流入容器中。另ー實(shí)施方式包括能量傳送裝置，能量傳送裝置使用微波爐原理或者使用來自于經(jīng)過電阻金屬絲的電流的熱 或者太陽能。另ー實(shí)施方式包括一種用于密封蓋的控制機(jī)構(gòu)。控制機(jī)構(gòu)響應(yīng)吸濕性材料中被吸收的水的量，并與能量傳送裝置連接。在另ー實(shí)施方式中，所述蓋是止回閥，其能夠由氣流打開，例如通過風(fēng)扇或泵或風(fēng)促迸，并當(dāng)氣流停止時(shí)關(guān)閉。本發(fā)明的第二個(gè)方面涉及將上述裝置用于供水、灌溉、產(chǎn)生水、室內(nèi)氣候設(shè)施、空氣調(diào)節(jié)或者除濕。本發(fā)明的第三方面涉及ー種從氣體中提取水的方法，所述方法使用包括至少ー個(gè)開ロ的容器、至少ー種吸濕性材料、至少ー個(gè)能量傳送裝置以及至少ー個(gè)蓋，所述方法包括將包含水的氣體提供至所述容器；將水吸收至所述吸濕性材料上或吸收至所述吸濕性材料中；利用所述蓋密封所述容器；加熱所述吸濕性材料，直至所述容器中的所述氣體充滿氣相水；繼續(xù)加熱，直至所述吸濕性材料中保持的被吸收的水在不先蒸發(fā)的情況下液化。在另ー個(gè)實(shí)施方式中，通過風(fēng)扇或泵或風(fēng)促進(jìn)所述氣體的提供。在另ー個(gè)實(shí)施方式中，密封的容器中的壓カ被降低。在另ー個(gè)實(shí)施方式中，氣體以連續(xù)的或不連續(xù)的方式被冷卻，以保持氣體和被吸收于吸濕性材料的水之間的溫差。可使用冷卻裝置主動(dòng)地完成冷卻或者通過制成容器的導(dǎo)熱材料被動(dòng)地完成冷卻。在另ー個(gè)實(shí)施方式中，容器由非絕熱的材料和/或?qū)岵牧现瞥?，在另ー個(gè)實(shí)施方式中，容器的壁完全地或者部分地由吸濕性材料制成或者覆蓋。在一個(gè)實(shí)施方式中，容器的壁和底部可以被構(gòu)造為使得被液化的水合并為較大的水滴然后被收集以促進(jìn)排水。在一個(gè)實(shí)施方式中，可通過機(jī)構(gòu)控制蓋的操作。該機(jī)構(gòu)優(yōu)選地也連接于吸濕性材料，從而判斷何時(shí)應(yīng)該打開或者關(guān)閉蓋。


圖I根據(jù)本發(fā)明的容器的截面，其中容器是打開的；圖2根據(jù)本發(fā)明的容器的截面，其中容器是關(guān)閉的，且蒸汽被產(chǎn)生，并且吸收的水被液化；圖3根據(jù)本發(fā)明的容器的截面，容器包括排水元件和控制機(jī)構(gòu)；圖4根據(jù)本發(fā)明的容器的截面，其中容器包括止回閥和風(fēng)扇或泵；圖5根據(jù)本發(fā)明的容器的截面，其中容器包括泵；圖6吸濕性材料的截面。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明中的術(shù)語“蓋”應(yīng)該解釋為ー種覆蓋、閉合、關(guān)閉和/或密封開ロ的裝置。該術(shù)語還包括例如為止回閥的閥。在本申請(qǐng)中，術(shù)語“吸附”和“吸附的”包括各種形式的吸附。在本申請(qǐng)中，術(shù)語“容器”不限幾何形狀或尺寸，且其包括但不限于例如筒、管、盒、箱和碗等術(shù)語。在本申請(qǐng)中，術(shù)語“與…連接”和“連接干”指的是物理的和光學(xué)的或數(shù)字的連接。本發(fā)明基于限制在容器中的吸濕性材料從周圍的氣體吸收水，氣體優(yōu)選為空氣，且優(yōu)選地吸收至飽和點(diǎn)。因此，在允許吸濕性材料吸收水之后，使用蓋或任何合適的遮蔽物密封容器，井隨后加熱吸濕性材料。密封應(yīng)該當(dāng)在加熱期間密封的容器中的氣體的體積不膨脹時(shí)進(jìn)行。生產(chǎn)過程由氣體中的水以及吸濕性材料中吸收的水之間的蒸汽的壓差驅(qū)動(dòng)。從吸濕性材料向周圍釋放的水量由以下公式進(jìn)行描述
dm/dt=CA Δ P=CA (P1 (T1) -P2 (T2))其中C是材料常數(shù)，A是氣體與吸濕性材料之間的接觸面，P是蒸汽壓力。當(dāng)氣體飽和時(shí)，即當(dāng)100%的相対濕度吋，吸濕性材料中吸收的水的蒸汽壓カ還可以更高。較高的蒸汽壓カ以及氣體的飽和使得被吸收的水液化。由于本發(fā)明代替蒸發(fā)被吸收的水僅需要打破水和吸濕性材料之間的結(jié)合的能量，因此本發(fā)明降低了所需的能量。這是由于蒸發(fā)不僅需要打破被吸收的水和吸濕性材料之間的結(jié)合的能量還需要蒸發(fā)水的能量。因此與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明并不依賴于空氣的內(nèi)循環(huán)或者冷卻系統(tǒng)起作用。本發(fā)明中使用非絕熱或者導(dǎo)熱材料使得不必須使用冷卻系統(tǒng)。在對(duì)吸濕性材料加熱的過程中，吸收在該材料上或中的水將蒸發(fā)。當(dāng)周圍的氣體充滿水分時(shí)，繼續(xù)加熱將導(dǎo)致一些被吸收的水由被吸收的水變?yōu)樽杂傻囊簯B(tài)水，如圖2所示。另外，通過具有導(dǎo)熱材料(或非絕熱材料)制成的壁，該被蒸發(fā)的水可凝結(jié)在壁上，改變了平衡，利于更多的水從吸濕性材料中被蒸發(fā)。容器的壁可由但不僅限于金屬或者合金制成。在本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施方式中，裝置包括泵以在容器被密封時(shí)降低容器中的壓力。泵可替代能量傳送裝置或者加熱裝置或者可以是能量傳送裝置或者加熱裝置的補(bǔ)充。當(dāng)蓋被密封在容器上時(shí)，泵可以降低密封容器中的壓カ以改變?nèi)萜髦械臍怏w與吸濕性材料之間的蒸汽壓カ平衡。水隨后冷凝且能被容易地收集。可使用泵或任何其他適合的部件降低密封容器中的壓力。如果裝置還包括能量傳送裝置，則可在加熱吸濕性材料之前、加熱過程中或者之后降低壓力。能量傳送裝置還可包括微波產(chǎn)生器或者耐熱裝置或者太陽能吸收單元。如果容器周圍的溫度低，則容器以及氣體的溫度將也低，并且容器中的氣體將不能保持那么多的水，并替代地將在飽和時(shí)導(dǎo)致較低的蒸汽壓力。吸濕性材料中的高的溫度對(duì)于產(chǎn)生較高的蒸汽壓カ是優(yōu)選的。另外，氣體的溫度越低，該處理進(jìn)行得越快，并且可以產(chǎn)生越多的水。施加于吸濕性材料中被吸附的水的能量可以是上述的熱的形式，也可以是微波或者超聲波或者兩者結(jié)合的形式。微波或者超聲波傳送裝置可以被配置在吸濕性材料附近，或者配置在容器的側(cè)壁上，或者配置在蓋上。優(yōu)選地在吸濕性材料和氣體之間具有盡可能大的接觸面。因此材料可以是薄片、層狀、起皺、細(xì)粒、顆?；蛘咂浣Y(jié)合的形式的多孔形式或具有多孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明包括具有至少ー個(gè)開ロ 2的容器I，開ロ 2可用蓋3或者以其它任何適合的方式密封。蓋例如可以是止回閥。至少ー種吸濕性材料4被設(shè)置在容器內(nèi)部和/或蓋中。包括蓋的容器可以由不透明材料制成；而用于觀察的小窗可以被配置在蓋中，或者配置在容器的壁中。吸濕性材料可以由相同材料或者多種吸濕性材料的混合物制成。能量傳送裝置5用于加熱密封的容器內(nèi)部的吸濕性材料。該裝置5還可用作冷卻裝置，但在這里稱為能量傳送裝置?？梢允褂秒娏Α⑷剂想姵?、太陽能或者其它任何適合的方式操作能量傳送裝置且熱可以通過電力、微波(例如通過微波爐原理)或者通過太陽能提供。能量傳送裝置還可連接于蓋控制機(jī)構(gòu)7以優(yōu)化當(dāng)蓋應(yīng)該被打開和關(guān)閉時(shí)以及當(dāng)能量傳送步驟應(yīng)該被啟動(dòng)時(shí)的處理。另外，容器優(yōu)選地以密封的容器內(nèi)部的氣體體積在能量傳送期間大致保持不變的方式構(gòu)造。這可通過在關(guān)閉或使用止回閥作為蓋之后將蓋固定或者鎖定來實(shí)現(xiàn)。換句話說，控制機(jī)構(gòu)7優(yōu)選地控制蓋3以及能量傳送裝置5。當(dāng)使用風(fēng)扇或者泵時(shí)， 控制機(jī)構(gòu)可以以適當(dāng)?shù)姆绞竭B接于風(fēng)扇或泵以控制所述風(fēng)扇或泵，如圖4所示。優(yōu)選地，當(dāng)吸濕性材料充滿水吋，蓋應(yīng)被關(guān)閉和密封。另外，控制機(jī)構(gòu)優(yōu)選地連接于能量傳送裝置和吸濕性材料以控制能量傳送和冷卻。該連接可以是但不局限于物理的連接和/或各種傳感器的形式。傳感器可以用于控制吸濕性材料中的溫度以優(yōu)化能量傳送的開始和結(jié)束，也可以用于控制材料中的溫度以關(guān)于被吸附的水的量、周圍的溫度等調(diào)節(jié)材料中的溫度。吸濕性材料中的傳感器優(yōu)選地感應(yīng)溫度或吸濕程度。當(dāng)達(dá)到了預(yù)設(shè)的程度時(shí)，控制機(jī)構(gòu)致動(dòng)蓋的關(guān)閉或打開，并致動(dòng)能量傳送或冷卻。當(dāng)使用風(fēng)扇或泵8時(shí)，風(fēng)扇或泵的致動(dòng)和停止優(yōu)選地通過控制機(jī)構(gòu)控制。例如，當(dāng)吸濕性材料中達(dá)到一定的吸濕程度時(shí)，風(fēng)扇啟動(dòng)。如圖4所示，這還可以在蓋是止回閥且風(fēng)扇/泵的致動(dòng)和停止打開和關(guān)閉該止回閥時(shí)使用。如圖3所示，容器的壁和底部應(yīng)優(yōu)選地以收集液化的水的方式構(gòu)造。這可通過在容器的壁中或者沿著容器的壁具有槽、溝、通道或類似構(gòu)造實(shí)現(xiàn)，這些槽、溝、通道或類似構(gòu)造還可以沿著容器的底板向收集點(diǎn)連續(xù)。這些槽、溝或通道可由吸濕性材料制成。底板可以以來自壁和來自吸濕性材料的所有水都被收集的方式構(gòu)造。如圖3所示，這可通過使底部向ー個(gè)或多個(gè)點(diǎn)傾斜而實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，容器具有排水元件6，該排水元件6可以是但不限于分接頭、活栓或出ロ。圖5示出配置了減壓裝置12的本發(fā)明。減壓裝置12例如可以是泵。泵的入口位置可被配置在容器的底部、容器的壁中或者蓋中。還可以有ー個(gè)以上的泵或ー個(gè)以上的入ロ，例如ー個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)泵或入ロ，優(yōu)選地配置于容器中的不同位置。在一個(gè)實(shí)施方式中，風(fēng)扇或泵8和減壓裝置12是相同的。吸濕性材料優(yōu)選地被設(shè)置在容器中和/或設(shè)置在蓋中。該材料可沿著容器的壁設(shè)置和/或優(yōu)選地與壁分離。優(yōu)選地，容器由導(dǎo)熱和/或非絕熱材料制成。另外，包括蓋的容器優(yōu)選地以氣體與吸濕性材料之間的溫度差盡可能地大的方式構(gòu)造。吸濕性材料可被配置于框架10中，且能量傳送裝置可被部分地配置于吸濕性材料中，這里吸濕性材料由黒點(diǎn)4表示。能量傳送裝置9的配置于吸濕性材料中的端部可具有圖6中所示的不同的形狀。在圖6a中，端部為Y或者叉形，而在圖6b中，端部9為大致平坦的矩形面，在圖6c中該端部包括多條金屬絲。相比于使整個(gè)容器被加熱或者例如僅使吸濕性材料的一端被加熱，通過將端部9設(shè)置于吸濕性材料中，加熱更加有效且分布更加均勻。在圖6d中，配置小的金屬顆?；?qū)犷w粒11以保持熱和/或?qū)⑹┘拥哪芰炕蛘邿醾鲗?dǎo)至吸濕性材料。吸濕性材料可包括分子篩、活性碳、沸石、硅膠、氯化鋰、氯化鈣、硝酸鈉、木材、硫酸鹽或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何適合的材料或其結(jié)合。 本發(fā)明的目的在于從氣體中提取水，優(yōu)選地從空氣中提取水以生產(chǎn)水或?qū)⑺畯臍怏w中去除。后者例如可用作但不限于室內(nèi)環(huán)境的除濕或者在空調(diào)裝置中使用。
權(quán)利要求
1.ー種用于從氣體中提取水的裝置，其包括具有至少ー個(gè)能密封的開ロ的容器、至少ー個(gè)蓋、能量傳送裝置和至少ー種吸濕性材料，其中所述容器由導(dǎo)熱材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述能量的形式為熱、微波或者超聲波。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述能量傳送裝置是加熱裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述用于從氣體中提取水的裝置還包括泵，所述泵配置為當(dāng)所述容器被密封時(shí)，用于降低所述容器中的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述容器的壁全部地或者部分地由吸濕性材料制成或者覆蓋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述吸濕性材料包括分子篩、活性碳、沸石、硅膠、氯化鋰、氯化鈣、硝酸鈉、木材、硫酸鹽或任何能夠吸水/水分的合適的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，風(fēng)扇或泵促進(jìn)氣體流入所述容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I和4-7中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述能量傳送裝置包括微波產(chǎn)生器或者耐熱裝置或者太陽能吸收單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述用于從氣體中提取水的裝置還包括用于打開和密封所述蓋的控制機(jī)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述用于從氣體中提取水的裝置包括排水元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述控制機(jī)構(gòu)連接于所述吸濕性材料和/或連接于所述能量傳送裝置。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述容器的壁包括槽、溝、通道或類似構(gòu)造。
13.權(quán)利要求1-12中的任一項(xiàng)所述的裝置的用途，其用于供水和產(chǎn)生水。
14.權(quán)利要求1-12中的任一項(xiàng)所述的裝置的用途，其用于室內(nèi)氣候設(shè)施、空氣調(diào)節(jié)或者空氣除濕。
15.一種從氣體中提取水的方法，所述方法使用包括至少ー個(gè)開ロ的容器、至少ー種吸濕性材料、至少ー個(gè)能量傳送裝置以及至少ー個(gè)蓋，所述方法包括 將包含水的氣體提供至所述容器； 將水吸收至所述吸濕性材料上或吸收至所述吸濕性材料中； 利用所述蓋密封所述容器； 加熱所述吸濕性材料，直至所述容器中的所述氣體充滿氣相水； 繼續(xù)加熱，直至所述吸濕性材料中保持的被吸收的水在不先蒸發(fā)的情況下液化。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，通過風(fēng)扇或泵或風(fēng)促進(jìn)所述氣體的提供。
17.根據(jù)權(quán)利要求15和16中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，密封的所述容器中的壓カ被降低。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述容器由導(dǎo)熱材料制成。
19.根據(jù)權(quán)利要求15-18中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述容器的壁全部地或部分地由吸濕性材料制成或由吸濕性材料覆蓋。
20.根據(jù)權(quán)利要求15-19中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用控制機(jī)構(gòu)控制所述蓋。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述控制機(jī)構(gòu)連接于所述吸濕性材料以判斷何時(shí)應(yīng)打開或關(guān)閉所述蓋。
22.根據(jù)權(quán)利要求20和21中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述控制機(jī)構(gòu)連接于所述能量傳送裝置以控制能量傳送處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從氣體中吸收水的裝置，所述裝置包括具有至少一個(gè)可密封的開口的容器、至少一個(gè)蓋、能量傳送裝置和至少一種吸濕性材料，其中所述容器由導(dǎo)熱材料制成。本發(fā)明還涉及一種方法和所述裝置的用途。
文檔編號(hào)F24F3/14GK102686300SQ201080052467
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者F·愛德斯卓姆, J·瓦姆斯塔德 申請(qǐng)人:瑞典空水綠控股公司