專利名稱：凝水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及凝水器領(lǐng)域，尤其涉及優(yōu)化控制將周圍氣流冷卻到露點(diǎn)溫 度從而冷凝來(lái)自周圍空氣的水分以提供可飲用水的凝水器。
背景技術(shù)：
任何時(shí)候，地球大氣層含有三億兩千六百萬(wàn)立方英里的水，這當(dāng)中97%是 咸水，僅有3%是淡水。在3%的淡水中，70%冷凍在南極洲，其余30%中僅有 0.7%以液態(tài)存在。大氣空氣包含這0.7%中的0.16%，即4000立方英里水，這 是世界上所有河流中存在的水量的8倍。在這剩余的0.7%中，0.16%存在于大 氣中，0.8%存在于土壤水分中，1.4%存在于湖泊中，97.5%存在于地下水中。
無(wú)論人類活動(dòng)如何，大自然都會(huì)通過(guò)加速或放慢蒸發(fā)和冷凝的速率來(lái)保持 這個(gè)比率。這樣的蒸發(fā)和冷凝是為地球上所有生物再生健康水的方法。
此外，世界上的許多淡水資源受到污染。全世界總計(jì)有12億人缺少獲取 安全的飲用水的途徑，29億人沒(méi)有獲得適當(dāng)?shù)男l(wèi)生系統(tǒng)(世界衛(wèi)生組織)。因 而，每年約有三百四十萬(wàn)人，其中大多數(shù)是兒童，死于與水相關(guān)聯(lián)的疾病。根 據(jù)聯(lián)合國(guó)的信息，當(dāng)前，世界上有31個(gè)國(guó)家正面臨用水壓力，并有超過(guò)10億 人缺少獲得潔凈水的途徑。二分之一的人類缺乏基本的衛(wèi)生服務(wù)，并且每年有 2500萬(wàn)人死于水傳染性病原體。每8秒鐘就有一個(gè)兒童因飲用受污染的水而死 亡。而且，若沒(méi)有發(fā)生顯著的變化，不久將會(huì)有接近三分之二的世界人口生活 在淡水緊缺的情況下。
全球都需要具有成本效率且可擴(kuò)展的飲用水資源。當(dāng)前的技術(shù)需要很多能 源來(lái)有效運(yùn)轉(zhuǎn)，由處理水產(chǎn)生的最終費(fèi)用使得這些技術(shù)對(duì)大多數(shù)有需求的人來(lái) 說(shuō)是遙不可及的。諸如美國(guó)和沙特阿拉伯這類富裕國(guó)家所采用的淡化廠并不是 在任何地方都切實(shí)可行。在缺乏基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展中國(guó)家，無(wú)法有效地運(yùn)輸水， 使得具有高產(chǎn)量的大型工廠是不切實(shí)際的。需要有適應(yīng)個(gè)人、團(tuán)體和企業(yè)需求的小型可擴(kuò)展水提取裝置。本發(fā)明通過(guò) 提供"脫離電網(wǎng)"運(yùn)行以在任何有需求的地方制造干凈的純凈水的提取單元來(lái) 回應(yīng)這個(gè)需要。
本發(fā)明是一種從大氣空氣提取含水份的蒸氣用作淡水源的裝置。該裝置可 釆用太陽(yáng)能為主要能源，無(wú)需昂貴的燃料、水力或電池供電源。本發(fā)明提出的 水收集裝置提供了較現(xiàn)有裝置優(yōu)良的便利性，可以在世界上大多數(shù)區(qū)域進(jìn)行大 范圍的安裝。由于水收集裝置的優(yōu)選能源是太陽(yáng)能，裝置安裝的位置越靠近全 年有較多陽(yáng)光的赤道，則裝置可獲得的能量就越多。
本發(fā)明設(shè)計(jì)為可讓一個(gè)小型水冷卻器大小的單元僅僅通過(guò)收集來(lái)自潮濕 空氣的水氣，為家庭提供烹飪和飲用水。個(gè)人用戶、企業(yè)和團(tuán)體可通過(guò)采用本 裝置的技術(shù)來(lái)控制其自身的供水。對(duì)家用、商用、軍用方面的多種用途來(lái)說(shuō)也 是實(shí)用的，并且在任何時(shí)候任何地點(diǎn)提供了使用便利和極高品質(zhì)的潔凈水。這 些裝置的模塊化設(shè)計(jì)允許僅通過(guò)增加更多的模塊來(lái)增加容量。
除了家用外，基于相同基礎(chǔ)技術(shù)的較大單元適于需要較大量供水的其它應(yīng)
用。例如，裝置內(nèi)冷卻系統(tǒng)中12伏的壓縮機(jī)可被配有諸如蒸發(fā)器和冷凝器的 適當(dāng)大小的其它組件的較大的110伏壓縮機(jī)替換，并且在電力更易獲得的時(shí)候，
單元將能夠冷凝更大量的水。
該裝置的太陽(yáng)能凝水器技術(shù)可應(yīng)用于各種用途，從居住到娛樂(lè)，從商用、 農(nóng)用到軍用，以及在世界上極度缺水地區(qū)的救生。
本發(fā)明可用于獲取純凈的飲用水，用于烹飪或諸如清洗或洗浴的其它家務(wù) 用途。該系統(tǒng)也可在船上或度假區(qū)內(nèi)，或在露營(yíng)旅行、長(zhǎng)途旅行和未發(fā)展飲用 水運(yùn)送系統(tǒng)處使用。單元可用于為瓶裝水或諸如餐館、辦公室、學(xué)校、旅館、 航船、醫(yī)院和其它公共建筑的大型商用提供淡水。該系統(tǒng)也可用于田徑場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。
此外，裝置可用于增加采用微型或滴灌系統(tǒng)灌溉選定農(nóng)作物的供水。這些 系統(tǒng)在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間直接向植物的根莖運(yùn)送適量的水。并且本技術(shù)可用于瓶裝水 生產(chǎn)或幾乎其它任何需要水的應(yīng)用。
本發(fā)明提出的技術(shù)提供了終結(jié)許多災(zāi)難的契機(jī)。不安全的水引發(fā)的死亡和
悲劇是驚人的。根據(jù)聯(lián)合國(guó)兒童基金會(huì)(UNICEF)、世界衛(wèi)生組織(WHO)和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)發(fā)布的最新研究報(bào)告，每天有超過(guò)5000名兒童 死于使用細(xì)菌污染的水和食物。當(dāng)前，12億人口無(wú)法獲取安全的飲用水，并且這個(gè)數(shù)字正在不斷增加，預(yù) 計(jì)到2025年可能有23億人口 (或三分之一的地球人口 )無(wú)法獲取安全的水(來(lái) 自世界21世紀(jì)水資源委員會(huì)的世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))。這些處于危險(xiǎn)中 的兒童和他們的家人不只局限于不發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)村地區(qū)。據(jù)巴黎世界水展望理 事威廉 考斯古若弗(William Cosgrove)稱"發(fā)展中國(guó)家迅速發(fā)展的城市 中，數(shù)百萬(wàn)貧困的城區(qū)居民已處于無(wú)供水并缺乏衛(wèi)生設(shè)施的條件下。窮人經(jīng)常 被迫為未處理的水支付過(guò)高的價(jià)格，這些水中有許多是致命的。"根據(jù)本發(fā)明 的裝置可極大地緩解這個(gè)問(wèn)題。水需求的迅速增加，特別是工業(yè)和家庭的用水需求，正被人口增長(zhǎng)和社會(huì) 經(jīng)濟(jì)發(fā)展驅(qū)動(dòng)。如果這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)繼續(xù)下去的話，到2025年，工業(yè)部門消耗 的水會(huì)增加一倍(WMO)。城市人口的增長(zhǎng)將使家庭用水的需求增大，但規(guī)劃糟糕的水和衛(wèi)生服務(wù)將 使為數(shù)億人口提供的服務(wù)崩潰。許多家庭將仍不能連接上管道自來(lái)水。本發(fā)明針對(duì)許多世界供水問(wèn)題提供了可行和可負(fù)擔(dān)的解決方案。應(yīng)當(dāng)注意到，盡管許多現(xiàn)有技術(shù)以采用簡(jiǎn)單化和未受控制的方法，從空氣 中提取出可提取物為基礎(chǔ)，會(huì)提取出一些水，但幾乎不考慮效率。效率的缺乏 可以通過(guò)對(duì)從空氣提取水的方法中采用的不同類型的熱量的理解來(lái)解釋。用于將空氣溫度降低到露點(diǎn)之下的熱量是"比熱"。用于將空氣溫度升高 到露點(diǎn)之下的溫度是"潛熱"，其在冷凝過(guò)程中代表動(dòng)態(tài)變量。理想的冷凝過(guò) 程采用盡可能少的"潛熱"?？諝獾穆饵c(diǎn)是空氣中的水氣變飽和并且冷凝開(kāi)始時(shí)的溫度。參考起見(jiàn)，比熱是指將一克物質(zhì)的溫度提高一攝氏度所需的以卡路里測(cè)得 的熱量。潛熱是指在恒定的溫度和壓力下，物質(zhì)經(jīng)歷諸如由冰變?yōu)樗蛴伤優(yōu)?蒸汽的狀態(tài)改變所吸收或釋放的熱量。這也稱為轉(zhuǎn)換熱。在理想的冷凝過(guò)程中，如果將太多空氣抽取通過(guò)系統(tǒng)，則系統(tǒng)不足以將所 有空氣轉(zhuǎn)換到露點(diǎn)之下的溫度，因此造成了系統(tǒng)的性能不佳。如果所抽取通過(guò)裝置的空氣量不足，空氣溫度會(huì)降低到露點(diǎn)之下，但由于 移動(dòng)通過(guò)系統(tǒng)的空氣較少，相應(yīng)地只能從那些空氣中抽取較少水。而且當(dāng)移動(dòng) 通過(guò)系統(tǒng)的空氣太少時(shí)，會(huì)引發(fā)諸如凍結(jié)或過(guò)度使用"潛熱"中造成能源浪費(fèi) 的其它問(wèn)題。因此，根據(jù)許多變量可得到流經(jīng)系統(tǒng)的理想空氣量，并且該理想空氣量會(huì) 隨著其它變量的變化而變化。因此，有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)溫度和濕度 的變化做出反應(yīng)以確保最優(yōu)操作得以保持。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的凝水器是可采用各種輸入能量源來(lái)產(chǎn)生從大氣空氣提取可 飲用水的冷凝過(guò)程的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，凝水器是可便攜式的，并且制冷循環(huán)可由12伏壓縮機(jī) 驅(qū)動(dòng)，其允許為便攜式供水提供高效的冷凝過(guò)程。用于壓縮機(jī)的輸入能源可從 諸如風(fēng)力渦輪機(jī)、電池或光電板之類的許多來(lái)源獲得。此外，設(shè)計(jì)可配有變壓 器，以適用諸如110伏或220伏系統(tǒng)的其它電源(當(dāng)可獲得這樣的電源時(shí))， 或者裝置的尺寸或規(guī)模可以擴(kuò)大以直接適用此類電源。例如，裝置可采用110 伏壓縮機(jī)，并且簡(jiǎn)單地將裝置的其它組件按比例擴(kuò)大以適用較大的壓縮機(jī)。裝置不是采用諸如反滲透或碳過(guò)濾的現(xiàn)有系統(tǒng)來(lái)過(guò)濾水，而是過(guò)濾大氣空 氣，然后提供將空氣的溫度降低到氣流的露點(diǎn)之下的冷凝過(guò)程。然后空氣暴露 于將在其上冷凝的足夠大小的己冷卻表面區(qū)域，并且由于重力將水牽引至存儲(chǔ) 艙而獲取水。所揭示的發(fā)明通過(guò)過(guò)濾空氣而不是過(guò)濾水的方法，生成了高品質(zhì)的供水。 該裝置可配有一個(gè)篩網(wǎng)以阻擋較大的污染物。篩網(wǎng)的下游可以是一個(gè)預(yù)過(guò)濾 器。預(yù)過(guò)濾器可以是可拆卸的，以方便清潔。預(yù)過(guò)濾器的下游可以是諸如HEPA 過(guò)濾器的高質(zhì)量過(guò)濾器，以確保氣流是純凈的并且減少會(huì)降低由空氣過(guò)濾下游 冷凝過(guò)程所產(chǎn)生的水的水質(zhì)的污染物。根據(jù)本發(fā)明的裝置，不是采用諸如通常用于小型制冷系統(tǒng)的毛細(xì)管計(jì)量機(jī) 構(gòu)以將制冷流體送至制冷劑蒸發(fā)器，而是配有自動(dòng)吸入閥以使裝置能適應(yīng)由不 同環(huán)境生成的不同負(fù)載。本發(fā)明的一個(gè)目的是冷凝過(guò)程提供了對(duì)大氣、即周圍空氣的高效處理。因而空氣過(guò)濾下游的吸入氣流可通過(guò)傳送吸入氣流經(jīng)過(guò)空氣 -空氣熱交換器，而在進(jìn)入用于從吸入氣流冷凝出水分的制冷劑蒸發(fā)器之前被 預(yù)冷卻，，該空氣-空氣熱交換器本身被離開(kāi)蒸發(fā)器的已冷卻空氣所冷卻。即 進(jìn)入氣流在其進(jìn)入制冷劑蒸發(fā)器部分前，通過(guò)將其在熱交換器內(nèi)緊挨的附近傳 送至離開(kāi)制冷劑蒸發(fā)器的已冷卻空氣，而被冷卻。空氣-空氣熱交換器可被構(gòu)建為非常高效，達(dá)到80%的效率，并且因而在進(jìn)入氣流進(jìn)入制冷劑蒸發(fā)器之前 使其溫度向露點(diǎn)降低，減小了必須通過(guò)將空氣傳送經(jīng)過(guò)制冷劑蒸發(fā)器的已冷卻 表面來(lái)獲得露點(diǎn)溫度的溫差或溫度下降，因而對(duì)冷凝過(guò)程的效率具有顯著影 響，從而對(duì)裝置的效率也具有顯著影響。例如裝置因而可被優(yōu)化成增加氣流速 率，并仍可降低氣流溫度達(dá)到露點(diǎn)，或者裝置將能夠處理非常熱的流入溫度， 并仍然隨時(shí)間而減低合理的氣流量的露點(diǎn)溫度，以獲取可用量的水分。傳感器 提供溫度，諸如周圍溫度、入口溫度、制冷劑蒸發(fā)器入口溫度和制冷劑蒸發(fā)器 出口溫度、濕度、風(fēng)扇速度或其它氣流速率指示器來(lái)優(yōu)化和平衡那些變量，使 得獲取的水分量最大化。因而，本發(fā)明的實(shí)施例可包括改變通過(guò)系統(tǒng)的空氣流 量，使得裝置有規(guī)定量的空氣通過(guò)制冷劑蒸發(fā)器，而有不同流量的空氣流經(jīng)相 應(yīng)制冷回路的冷凝器，讓功能得以優(yōu)化。除了上述的優(yōu)點(diǎn)之外，凝水器可作進(jìn)一步的處理而增加其附加值。例如， 獲取的水可作進(jìn)一步處理以增加水的價(jià)值，這通過(guò)回添流失的或在水中僅存有 少量的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)，以向消費(fèi)者提供這些礦物質(zhì)的感知價(jià)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)方法 也可回添對(duì)人體有益的有機(jī)礦物質(zhì)至水中，而不是單純地回添人體可能無(wú)法恰 當(dāng)吸收的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)。有許多方法可以將礦物質(zhì)和微量元素加回至獲取的水中。例如，可在制冷 劑蒸發(fā)器底部的滴板和下游水存儲(chǔ)容器之間，設(shè)置配有使得其能被容易地進(jìn)入 的鉸鏈門的小隔艙，以使所有獲取的水通過(guò)這個(gè)腔室?？捎捎脩魧⑴鋫涞牡V物 球插入這個(gè)室中，使獲取的水沿礦物球下滴，致使球溶解因而將所需的元素添 加到所獲取的水中。用戶借此對(duì)所獲取水的再礦化進(jìn)行控制。額外的保健藥物， 諸如膠體銀、水氧添加劑、負(fù)離子化氫離子或其它增健品，也可添加到獲取的 水中?？傊鶕?jù)本發(fā)明的凝水器，其特征在一方面可包括至少兩個(gè)冷卻階段，或首先用空氣-空氣熱交換器冷卻流經(jīng)兩階段中的上游或稱第一階段的主氣流 或稱第一氣流，并且一旦主氣流在熱交換器內(nèi)被冷卻后，將第一階段的主氣流 輸送到制冷劑蒸發(fā)器內(nèi)，其中主氣流在制冷劑蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)一步冷卻到露點(diǎn)，從 而將主氣流內(nèi)的水分冷凝在制冷劑蒸發(fā)器的已冷卻表面上。主氣流在離開(kāi)第二 階段的制冷劑蒸發(fā)器時(shí)，進(jìn)入第一階段的空氣-空氣熱交換器以冷卻進(jìn)入的主 氣流，從而減小進(jìn)入第一階段的進(jìn)入主氣流的溫度和第二階段內(nèi)的主氣流的露 點(diǎn)溫度之間的溫差。在一個(gè)實(shí)施例中，可在第一和第二階段下游與主氣流混合 或組合(此處統(tǒng)一稱為被混合)的次氣流或稱輔助氣流，使進(jìn)入與第二階段的 制冷劑蒸發(fā)器相對(duì)應(yīng)的制冷回路中的制冷劑冷凝器的氣流量增加。因而如果主 氣流或稱第一氣流具有相應(yīng)的第一質(zhì)量流率，并且次氣流或稱輔助氣流具有相 應(yīng)的第二質(zhì)量流率，則進(jìn)入制冷劑冷凝器的組合氣流的質(zhì)量流率是第一質(zhì)量流 率和第二質(zhì)量流率的總和，其大于兩個(gè)冷卻階段中的第一質(zhì)量流率。只要主氣流在兩個(gè)階段之間成流體連通，兩個(gè)冷卻階段就可包含在一個(gè)或 單獨(dú)的殼體中。殼體包括第一進(jìn)氣口，用于讓主氣流進(jìn)入。第一進(jìn)氣口安裝于 空氣-空氣熱交換器?？諝?空氣熱交換器具有預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組，其在上游端與第一進(jìn)氣口配 合成流體連通。因而，第一進(jìn)氣口提供了吸入至預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組的主氣流。 空氣-空氣熱交換器還具有相對(duì)于預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組設(shè)置的后制冷導(dǎo)管組，用 以在預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組和后制冷空氣導(dǎo)管組之間進(jìn)行熱傳遞。第一制冷或稱冷卻單元(此后統(tǒng)一稱為制冷單元)，諸如制冷劑蒸發(fā)器， 與預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組配合，用于使主氣流從預(yù)制冷導(dǎo)管組的下游端流入第一制 冷單元的上游端。第一制冷單元包括第一己制冷的或稱已冷卻的(這里統(tǒng)一或 可選地被稱為已制冷的)表面，例如一個(gè)或多個(gè)已冷卻的板，當(dāng)主氣流從第一 制冷單元的上游端流向第一制冷單元的下游端時(shí)，其經(jīng)過(guò)這些己冷卻的板。己經(jīng)預(yù)冷卻的主氣流在第一制冷單元內(nèi)進(jìn)一步冷卻到主氣流的露點(diǎn)之下， 從而使主氣流中的水分開(kāi)始冷凝到已制冷的表面上，在重力的幫助下水分被收 集進(jìn)集水器，例如安裝在殼體之下或下部的滴板或滴盤。第一制冷單元的下游 端與后制冷空氣導(dǎo)管組的上游端相配合，以使主氣流進(jìn)入后制冷空氣導(dǎo)管組的上游端，例如從而進(jìn)入空氣-空氣熱交換器，以在主氣流進(jìn)入第一制冷單元前預(yù)冷卻主氣流。因?yàn)橛蔁峤粨Q器進(jìn)行預(yù)冷卻，可以最小功率要求收集冷凝物。 第二空氣-空氣熱交換器可進(jìn)一步增加系統(tǒng)性能。預(yù)制冷和后制冷空氣導(dǎo)管組 共同構(gòu)成第一冷卻階段，并且制冷劑蒸發(fā)器的板或多個(gè)板構(gòu)成第二冷卻階段。可設(shè)置空氣-水熱交換器以與空氣-空氣熱交換器配合，用于冷卻主氣流， 其中主氣流流經(jīng)空氣-水熱交換器，并且來(lái)自集水器的冷水分同時(shí)經(jīng)過(guò)空氣-水 熱交換器，使水分冷卻第一氣流?？諝?水熱交換器可以是在空氣-空氣熱交換 器沿主氣流的上游或下游。在一個(gè)實(shí)施例中，歧管或空氣室具有相對(duì)的上游端和下游端，其與后制冷 導(dǎo)管組的下游端成流體連通。即，空氣室的上游端與后制冷導(dǎo)管組的下游端配 合，使主氣流在空氣室的上游端流入空氣室。空氣室具有進(jìn)入空氣室的次進(jìn)氣 口或稱輔助進(jìn)氣口，其將輔助氣流與空氣室中的主氣流相混合，或添加與空氣 室中的主氣流平行的輔助氣流，從而提供了進(jìn)入冷凝器的組合質(zhì)量流率，以提 取制冷回路中的制冷劑的熱量來(lái)重新冷凝制冷劑，用于在壓力下運(yùn)送給第二冷 卻階段的制冷劑蒸發(fā)器，冷凝劑在制冷劑蒸發(fā)器和冷凝器之間被冷凝劑壓縮機(jī) (以下稱為壓縮機(jī))加壓。因而空氣室的下游端與制冷劑冷凝器配合成流體連 通。諸如風(fēng)扇或排風(fēng)機(jī)(以下統(tǒng)稱為風(fēng)扇)的氣流原推進(jìn)器促使主氣流通過(guò)兩 個(gè)冷卻階段。在其中主氣流和輔助氣流都指向制冷劑冷凝器的實(shí)施例(以下也 稱為組合氣流實(shí)施例)中，可采用單個(gè)氣流原推進(jìn)器，諸如制冷劑冷凝器上的 風(fēng)扇，或者，在僅有輔助氣流流經(jīng)制冷劑冷凝器的情況中，可提供用于主氣流 和輔助氣流的獨(dú)立氣流原推進(jìn)器。在組合氣流實(shí)施例中，諸如選擇性可致動(dòng)風(fēng)門之類的選擇性可致動(dòng)氣流計(jì) 量閥可安裝成與輔助進(jìn)氣口配合，用于選擇性地控制流入空氣室的輔助氣流的 量和流速。自動(dòng)致動(dòng)器可與計(jì)量閥配合，用于根據(jù)至少表示水分含量的至少一 個(gè)主氣流和/或輔助氣流中的環(huán)境條件(以下"和/或"統(tǒng)稱為由布爾算符表示的"或")，進(jìn)行計(jì)量閥在閥的開(kāi)啟和關(guān)閉位置之間的自動(dòng)致動(dòng)。作為一個(gè)例子，自動(dòng)致動(dòng)器可為溫敏雙金屬致動(dòng)器或由可編程邏輯控制器(PLC)控制的 致動(dòng)器；例如自動(dòng)致動(dòng)器可包括與至少一個(gè)傳感器配合的處理器以及至少一個(gè) 傳感器，傳感器用于感測(cè)至少一個(gè)環(huán)境條件并將與該至少一個(gè)環(huán)境條件相對(duì)應(yīng) 的環(huán)境數(shù)據(jù)從該至少一個(gè)傳感器通信傳達(dá)到處理器或稱PLC。所述至少一個(gè)環(huán)境條件可從由空氣溫度、濕度、大氣壓、空氣密度或空氣質(zhì)量流率組成的集合 中選取?？諝鉁囟葪l件可包括在主氣流進(jìn)氣口的周圍空氣的溫度以及進(jìn)入和離 開(kāi)第二冷卻階段的主氣流的溫度。處理器調(diào)節(jié)第一和/或第二氣流，例如調(diào)節(jié)在制冷單元內(nèi)的冷卻量，使得第 一制冷單元中的空氣溫度處于主氣流的露點(diǎn)或露點(diǎn)之下，但在冰點(diǎn)之上。處理器可基于由至少一個(gè)傳感器感測(cè)的至少一個(gè)環(huán)境條件計(jì)算出主氣流的露點(diǎn)。氣流推進(jìn)器是選擇性可控制的，并且處理器可調(diào)節(jié)主、輔助或組合氣流， 以使主氣流的氣溫下降到大大低于主氣流的露點(diǎn)的可能性最小化，從而使熱交 換器內(nèi)的冷凝最小化，以優(yōu)化或最大化制冷單元中的水分冷凝量。至少一個(gè)過(guò)濾器可安裝成與凝水器殼體配合。例如，至少一個(gè)諸如HEPA 過(guò)濾器的空氣過(guò)濾器可被安裝在第一氣流的流路中。可設(shè)置水過(guò)濾器用于過(guò)濾 集水器中的水?？諝膺^(guò)濾器可包括安裝在主氣流路徑或集水器附近，以便與其 配合的紫外線輻射燈。例如空氣過(guò)濾器和水過(guò)濾器可包括常見(jiàn)的紫外線輻射 燈，其安裝在主氣流路徑和集水器附近，便于與它們配合。按照從上游至下游的次序，第一制冷單元可鄰近熱交換器，熱交換器可鄰 近空氣室，空氣室可鄰近制冷劑冷凝器，并且制冷劑冷凝器可鄰近氣流推進(jìn)器。 這些部件可以互相交錯(cuò)成緊鄰的陣列。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)凝水器實(shí)施例的立體圖；圖2是圖1中沿2-2線的剖視圖；圖2a是圖2的一部分的放大圖；圖2b圖2中沿2b陽(yáng)2b線的剖視圖；圖3是圖1中沿3-3線的剖視圖；圖3a是圖3的一部分的放大圖；圖3b是圖3a的一部分的放大圖；圖3c是圖1的凝水器的歧管上游側(cè)內(nèi)部風(fēng)管的立體圖； 圖4是圖1中沿4-4線的剖視圖；圖5是在替代實(shí)施例中圖3的視圖，其中供給制冷劑冷凝器的氣流歧管隔開(kāi)在主氣流和輔助氣流之間；圖6是根據(jù)圖1的實(shí)施例的預(yù)冷卻和冷凝器循環(huán)和閉環(huán)制冷劑回路的示意圖；圖6a是圖6的示意圖，示出了空氣-空氣熱交換器下游的空氣-水熱交換器； 圖6b是圖6的示意圖，示出了空氣-空氣熱交換器上游的空氣-水熱交換器； 圖7是本發(fā)明替代實(shí)施例的右前側(cè)局部剖視立體圖，其中兩個(gè)單獨(dú)的風(fēng)扇 分別通過(guò)蒸發(fā)器和冷凝器來(lái)抽取主和輔助氣流；圖8是圖7的實(shí)施例的左前側(cè)局部剖視立體圖； 圖9是圖7的實(shí)施例的后側(cè)局部剖視立體圖； 圖10是圖7的實(shí)施例的后側(cè)局部剖視立體圖； 圖10a是圖10中沿10a-10a線的剖視圖;圖11是本發(fā)明另一替代實(shí)施例的局部剖視立體圖，其中主氣流傳送通過(guò) 空氣-水熱交換器；圖12是溫度和時(shí)間關(guān)系的曲線圖，示出了圖1裝置中的蒸發(fā)器溫度、已 處理空氣的溫度、相對(duì)濕度(RH) %、露點(diǎn)溫度和環(huán)境溫度的相關(guān)性； 圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的凝水器的控制系統(tǒng)的實(shí)施例的模塊圖； 圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的替代實(shí)施例的模塊圖； 圖15是根據(jù)本發(fā)明的凝水器中采用的傳感器的立體圖； 圖16是根據(jù)本發(fā)明替代實(shí)施例的前側(cè)立體圖；圖17是圖16中所示的實(shí)施例的前側(cè)立體圖，其中蓋子已經(jīng)被移除； 圖18是圖17中所示實(shí)施例的主視圖； 圖19是圖17中所示實(shí)施例的俯視圖；圖20是圖17中所示的實(shí)施例的一部分的立體圖，示出了冷凝器相對(duì)于冷 凝器風(fēng)扇和壓縮機(jī)的放置；圖21是根據(jù)圖17中所示的本發(fā)明實(shí)施例的蒸發(fā)器的立體圖；圖21a是圖21的一部分的放大圖；圖22是圖17中所示的實(shí)施例的一部分的立體圖；圖23是根據(jù)圖17的實(shí)施例的熱交換系統(tǒng)的立體圖；圖23a是圖23的一部分的放大圖；圖24是圖17所示的實(shí)施例的側(cè)視圖；圖25是圖17所示的實(shí)施例的局部剖視側(cè)視圖，示出了氣流。
具體實(shí)施方式
參照附圖，其中相似的標(biāo)號(hào)表示各視圖中相應(yīng)的部分，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，風(fēng)扇12抽取主氣流沿著上游流路A，通過(guò)上游制冷劑蒸發(fā)器14， 通過(guò)空氣-空氣熱交換器16，并且在替代實(shí)施例中還通過(guò)使用作為從蒸發(fā)器14 的冷凝物(以下將詳述)收集到的冷水的空氣-水熱交換器，與上游流路A的 進(jìn)氣口18配合，然后通過(guò)歧管20，在此其周圍的空氣作為輔助氣流以B方向 通過(guò)輔助進(jìn)氣口 22被抽取進(jìn)歧管20。主氣流在離開(kāi)熱交換器16時(shí)，以C方 向進(jìn)入歧管20。在圖3的實(shí)施例中，主氣流和輔助氣流在歧管20內(nèi)混合，然 后以D方向流動(dòng)通過(guò)下游制冷劑冷凝器24，最終流經(jīng)風(fēng)扇12，使得氣流以E 方向被排出并且是熱排出。主氣流在空氣-空氣熱交換器內(nèi)被預(yù)冷卻，以及在替代實(shí)施例中主氣流還 在空氣-水熱交換器內(nèi)被預(yù)冷卻。作為主氣流通過(guò)進(jìn)氣口 18所抽取進(jìn)的周圍空 氣中的濕氣在制冷劑蒸發(fā)器14中被冷凝。冷凝而成的水滴以F方向重力流至 收集板、盤或槽26，以便通過(guò)管口26a流出。作為輔助氣流以B方向進(jìn)入歧 管20的附加抽取的周圍空氣，為高效地操作冷凝器24提供了所需的較高的氣 流速率。在操作中，主氣流以A方向被抽取通過(guò)蒸發(fā)器14的上游進(jìn)氣口 18，并且 在中空的空氣-空氣熱交換器板30之間經(jīng)過(guò)。取決于本發(fā)明的實(shí)施例，空氣-水熱交換器90可與空氣-空氣熱交換器16配合，并且在熱交換器16中可有一 塊、兩塊、三塊或多塊板30。優(yōu)選地，板30是平行的，并且相隔開(kāi)放置以在 板之間形成流道，以及在最外側(cè)的板30a和熱交換器的殼體32的壁32a之間 形成流道。在蒸發(fā)器14中，通過(guò)蒸發(fā)流入冷卻旋管34a的制冷劑將板34制冷。 最佳地，板34被冷卻到這樣一個(gè)溫度，其將主氣流冷卻到恰好在諸如依照來(lái) 自圖12中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的所繪出的露點(diǎn)之下的溫度，使得主氣流中的水氣冷凝 在板和旋管的表面上，但不致使水氣結(jié)冰。例如，以H方向離開(kāi)蒸發(fā)器14的 主氣流，可被冷卻到華氏40度而進(jìn)入熱交換器16。一旦主氣流在板30之間經(jīng)過(guò)，并且在最外側(cè)板30a和殼體32的壁32a之 間經(jīng)過(guò)(共同地， 一般是預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組)，在I方向由端蓋歧管36并在 端蓋歧管36中將主氣流轉(zhuǎn)向180度，該端蓋歧管以板30的上端長(zhǎng)度延伸。板30本身以平行間隔排列的方式由平面端板38剛性支承并被支承于它們 之間。端板包括從其中通過(guò)的孔組38a?？讓?duì)準(zhǔn)穿過(guò)板的密封管30b的開(kāi)口端， 在圖3、 3a和3b中看得最清楚，使得一旦氣流以H方向通過(guò)上游側(cè)歧管40轉(zhuǎn) 向180度，氣流就以J方向通過(guò)孔38a，并且沿著導(dǎo)管30b的長(zhǎng)度(后制冷空 氣導(dǎo)管組)穿過(guò)，從而從相對(duì)端板38'中下游的相應(yīng)孔38a離開(kāi)。特別地，圖 3c示出的實(shí)施例中的側(cè)歧管40 (并不意欲局限于此)將H方向的氣流分隔成 Hl、 H2和H3三股氣流，以進(jìn)入相應(yīng)的導(dǎo)管30b，導(dǎo)管30b本身設(shè)置成一組垂 直地位于另一組頂端的三個(gè)組30b,、 30b2和30b3，如圖2中所示。隔柵40b將 氣流Hl、 H2和H3彼此分隔開(kāi)，并將這些氣流與密封導(dǎo)管30b的相應(yīng)組對(duì)齊， 因此氣流H1、 H2和H3對(duì)準(zhǔn)成分別流入導(dǎo)管組30b,、 30b2和30b3。隔柵40b 也與板34對(duì)準(zhǔn)，從而將流到氣流H1、 H2和H3中的饋入氣流部分地隔離，使 它們分別來(lái)自外側(cè)板34和外壁14a之間，外側(cè)板34和內(nèi)側(cè)板之間，以及內(nèi)側(cè) 板34和內(nèi)壁14b之間。如圖2b所示，下蓋40a密封了盤26的端部，并且將 從側(cè)歧管40收集的水分導(dǎo)入到盤26中。在K方向的空氣-空氣熱傳遞通過(guò)板 30的固體壁發(fā)生，使得導(dǎo)管30b內(nèi)的主氣流將板之間的主氣流冷卻。當(dāng)氣流離開(kāi)端板38'中的孔38a'時(shí)，氣流由下游側(cè)歧管42并在該下游側(cè)歧 管42內(nèi)以方向C再次轉(zhuǎn)向約180度，該下游側(cè)歧管42以端板38'的高度延伸。 側(cè)歧管42，通過(guò)引導(dǎo)到歧管20上游端的端口 44，將氣流引入歧管20。周圍空 氣進(jìn)氣口 22以B方向使周圍空氣流入歧管20，使得在一個(gè)組合氣流實(shí)施例中， 將來(lái)自熱交換器16的氣流與來(lái)自輔助進(jìn)氣口 22的周圍空氣混合。輔助氣流流 經(jīng)進(jìn)氣口 22的流速，可通過(guò)啟動(dòng)風(fēng)門22a進(jìn)行可選控制(如圖3中虛線繪出 的關(guān)閉位置和實(shí)線繪出的開(kāi)啟位置)。然后，混合的氣流以D方向被抽入制冷 劑冷凝器24，從而在通氣孔24a或旋管或類似物之間通過(guò)。 一旦制冷劑被壓縮 機(jī)46壓縮，冷凝器24將流入線路46a (如圖4中的虛線所示)的制冷劑冷凝。 組合氣流則進(jìn)入直列式風(fēng)扇12，并且以方向E從風(fēng)扇排出。大氣空氣以方向A通過(guò)篩網(wǎng)50，通過(guò)預(yù)過(guò)濾器52，然后通過(guò)諸如HEPA過(guò)濾器54的高品質(zhì)過(guò)濾器，進(jìn)入進(jìn)氣口 18。離開(kāi)冷凝器24的氣流可通過(guò)另一 過(guò)濾器56。過(guò)濾器56阻止污物進(jìn)入風(fēng)扇，因而也防止了污物進(jìn)入蒸發(fā)器14。 一旦主氣流已經(jīng)通過(guò)分別為熱交換器16和冷卻蒸發(fā)器14的兩階段冷卻處理， 該主氣流可能不足以冷卻到有助于制冷劑冷凝器24中的制冷劑冷卻。則主氣 流可從系統(tǒng)全部排出而不流經(jīng)冷凝器24,也不會(huì)顯著影響性能，或者若主氣流 有點(diǎn)冷，其可用來(lái)幫助冷卻冷凝器24。如果己經(jīng)通過(guò)蒸發(fā)器14和熱交換器16 的空氣在冷凝器24的上游排出，冷凝器24會(huì)抽取其自身的空氣流，其是直接 來(lái)自系統(tǒng)外的周圍空氣的輔助氣流。采用主氣流和輔助氣流兩種空氣流的優(yōu)點(diǎn) 在于，相對(duì)于蒸發(fā)器而言，讓通過(guò)冷凝器的氣流有顯著增加?？刂破?8，如以下所述的，可執(zhí)行多種任務(wù)，并且若將多個(gè)控制器構(gòu)建為 同一單元是不利或不可行的，則系統(tǒng)可能需要多個(gè)控制器。控制器48可被設(shè) 計(jì)成適應(yīng)各種動(dòng)力輸入，諸如會(huì)是單元直接與光電板連接的情形?？刂破?8 也可確保制冷系統(tǒng)壓力得到保持。諸如本設(shè)計(jì)中采用的制冷系統(tǒng)涉及吸氣壓(低壓側(cè))和排氣壓(高壓側(cè)) 兩種壓力。對(duì)于理想性能，低壓側(cè)或吸氣壓可約為30psi (磅/平方英寸)。 高壓側(cè)或排氣壓較難控制，對(duì)于理想性能，可在120psi至200psi范圍內(nèi)。采 用常規(guī)制冷控制的標(biāo)準(zhǔn)制冷系統(tǒng)，較易控制該高壓側(cè)壓力，并且無(wú)需很多關(guān)注。 諸如此類的系統(tǒng)，即在隨溫度和濕度都劇烈波動(dòng)而持續(xù)變化的負(fù)載下，壓力容 易變化并迅速超出理想范圍之外。這可對(duì)系統(tǒng)造成破壞，若排氣壓太高(超過(guò) 250psi)，則會(huì)給系統(tǒng)造成很大的困難，并且會(huì)給壓縮機(jī)內(nèi)的閥和電線的絕緣 性造成內(nèi)部破壞，并且甚至?xí)纬上灎钗?，也?huì)降低系統(tǒng)的總體效能。這些壓 力可通過(guò)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的壓力和制冷劑的流量進(jìn)行控制，而在一定程度上得到控 制?？赏ㄟ^(guò)對(duì)流經(jīng)冷凝器的空氣的量和溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)控制高壓側(cè)或排氣壓。 若排氣壓太低(在120psi之下)，則制冷系統(tǒng)變得受到拖累而低于其性能運(yùn)轉(zhuǎn)。 在此情況下，控制器被設(shè)計(jì)成將風(fēng)扇關(guān)閉，而使壓力升高。若壓力太高，則控 制器就將風(fēng)扇打開(kāi)，而使壓力降低。這是控制系統(tǒng)排氣壓的簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的方式。控制器48也可找到通過(guò)冷凝器的理想氣流速率，從而將排氣壓(也稱為 背壓)調(diào)節(jié)到可接受的范圍(理想的可為150psi)。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，風(fēng)扇被保 持在理想速度而不是關(guān)閉或開(kāi)啟，從而確保制冷系統(tǒng)具有適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)壓力和理想運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)控制器48可為凝水器的控制系統(tǒng)130的一部分，以管理通過(guò)一系列控制 元件的氣流，使得周圍空氣中的水氣能被冷凝到諸如收集板26的容置元件。 如圖13所示，控制系統(tǒng)包括空氣入口 100 (進(jìn)氣口22是一例，盡管凝水器 中可包括多個(gè)空氣入口)，這構(gòu)成了凝水器中的氣流的起點(diǎn)；水提取系統(tǒng)110， 其從氣流提取水氣(如前所述)；空氣排放系統(tǒng)120，其使從周圍空氣的水提 取最大化，并且在冷凝過(guò)程后移除空氣；以及水提取控制系統(tǒng)130，其基于多 個(gè)傳感器和空氣移動(dòng)裝置管理流經(jīng)凝水器的氣流?？刂葡到y(tǒng)130還包括多個(gè)傳感器，以及能夠從傳感器接收輸入并輸出信息 以控制氣流系統(tǒng)因而改變流速的微控制器/處理器(未示出)。水提取控制系統(tǒng) 130從凝水器的子系統(tǒng)(包括進(jìn)氣測(cè)量系統(tǒng)140、空氣移動(dòng)控制系統(tǒng)150和排 氣測(cè)量系統(tǒng)160)獲取信息，并且采用此信息來(lái)控制各子系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)130 也可包括顯示器170和用戶界面180，以及允許本地用戶控制凝水器的諸如按 鈕190、表盤之類的輸入設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)130也可包括用于與凝水器內(nèi)的控制 系統(tǒng)130或控制界面180進(jìn)行有線或無(wú)線通信的外部控制系統(tǒng)195。外部控制 系統(tǒng)195可以是，但不局限于本地或聯(lián)網(wǎng)的個(gè)人計(jì)算裝置，諸如系統(tǒng)控制器、 PLC、個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC's)或手持設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)130通過(guò)從位于凝水器中或周圍的至少一個(gè)或多個(gè)傳感器得到的輸入而獲得與系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)相關(guān)的信息。優(yōu)選地，至少一個(gè)傳感器位于凝水器的氣流系統(tǒng)內(nèi)，測(cè)量進(jìn)入進(jìn)氣口的氣流特性以提供與該氣流特性相關(guān)的輸入， 從而與一個(gè)向該控制系統(tǒng)提供與通過(guò)排氣系統(tǒng)排出凝水器的氣流特性有關(guān)的輸入的傳感器獲取的輸入相比較。對(duì)這些特征進(jìn)行測(cè)量，既使得水提取最大化， 又確定了包括空氣過(guò)濾器、空氣調(diào)節(jié)器和水調(diào)節(jié)器的其它系統(tǒng)組件的運(yùn)行的水 平和效率?？刂葡到y(tǒng)還包括機(jī)械和電氣組件。機(jī)械組件如控制系統(tǒng)的電氣或電子組件 指示地那樣控制氣流，將從空氣提取和機(jī)械組件內(nèi)收集的水氣冷凝?？刂葡到y(tǒng)測(cè)量進(jìn)入的或吸入的周圍氣流的特性，包括濕度和溫度，并采用相同的參數(shù)將這些特性與排出的氣流的特性相比較，以確定理想流速以使水提 取最大化?？刂葡到y(tǒng)也可測(cè)量吸入氣流和排出氣流之間的壓力變化，以確定交 換特性的效率，并進(jìn)一步確定系統(tǒng)組件是否需要保養(yǎng)。使用控制系統(tǒng)包括測(cè)量進(jìn)氣和排氣之間的濕度差，確定通過(guò)凝水器機(jī)械系 統(tǒng)的理想的空氣速度。理想的空氣速度是在機(jī)械(冷凝)系統(tǒng)中能生成最大量 的冷凝物，從而使水提取最大化的空氣速度。傳感器被用來(lái)測(cè)量氣流的溫度、壓力或濕度。優(yōu)選地，凝水器中至少有兩 個(gè)傳感器， 一個(gè)在進(jìn)氣口， 一個(gè)在排氣口?？刂葡到y(tǒng)也可包括在冷凝器室中的 或在過(guò)濾器室中的過(guò)濾器之間的傳感器。傳感器包括電路系統(tǒng)，以將其中的測(cè)量裝置轉(zhuǎn)化成可被傳輸(例如沿著電纜)到系統(tǒng)控制器/處理器48的信號(hào)。傳感器處的信號(hào)轉(zhuǎn)化通常包括電子設(shè)備，電子設(shè)備與單個(gè)傳感裝置的電氣特性起作用并生成可沿著有線接口電纜進(jìn)行通信的信號(hào)。通常這意味著將模擬特性轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。典型的傳感器如圖15 所示?？商峁┑膫鞲衅鞣N類包括濕度傳感器，其具有位于半導(dǎo)體基板和濕敏薄膜 上的檢測(cè)電極。濕度傳感器測(cè)量絕對(duì)濕度或相對(duì)濕度。進(jìn)氣的絕對(duì)或相對(duì)濕度 與排氣的相對(duì)或絕對(duì)濕度相比較，以使差值最大化，從而使水氣提取最大化。也可提供溫度傳感器，其具有位于基板上的檢測(cè)電極，其特性與變化的熱 條件作出反應(yīng)，并且可被電轉(zhuǎn)化或測(cè)量。采用溫度差與濕度差相結(jié)合(絕對(duì)或 相對(duì))，以確定水氣提取的理想?yún)?shù)。也可提供壓力傳感器，尤其是測(cè)量氣流進(jìn)氣和排氣之間的壓力差，并且部 分確定顆粒過(guò)濾更換系統(tǒng)的特性。實(shí)際應(yīng)用中，控制系統(tǒng)從正進(jìn)行與溫度、濕度和壓力相關(guān)的進(jìn)氣和排氣信 號(hào)測(cè)量的傳感器讀取輸入。此外，控制系統(tǒng)通過(guò)凝水器的機(jī)械系統(tǒng)對(duì)氣流速率 進(jìn)行控制。氣流速率可由進(jìn)氣和/或排氣電路能夠測(cè)量的任一或所有參數(shù)控制。進(jìn)氣傳感系統(tǒng)包括模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器，其對(duì)有源轉(zhuǎn)換器是被動(dòng)的，有源轉(zhuǎn)換 器的特性從被動(dòng)未補(bǔ)償?shù)暮驮紲y(cè)量參數(shù)轉(zhuǎn)換成可由諸如數(shù)字信號(hào)處理器或 微處理器或微控制器之類的控制裝置測(cè)量的數(shù)字信號(hào)。優(yōu)選地，信號(hào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括被動(dòng)傳感器、有源信號(hào)轉(zhuǎn)換器以及采用誤差信號(hào)來(lái)生成指示水氣存在的補(bǔ)償信號(hào)的誤差檢測(cè)電路；與傳感器相關(guān)聯(lián)的放大 器，用于從有源信號(hào)提取誤差信號(hào)以生成指示凝水器附近區(qū)域中水氣存在的補(bǔ) 償信號(hào)；輸出信號(hào)調(diào)節(jié)電路，用于從放大器接收補(bǔ)償信號(hào)并生成用于傳輸?shù)轿?處理器的已調(diào)節(jié)信號(hào)，微處理器指示控制器系統(tǒng)響應(yīng)從放大器到微處理器的已 調(diào)節(jié)信號(hào)的輸入和輸出差來(lái)控制凝水器中的可變氣流速率傳感器。這些輸入調(diào)節(jié)電路和測(cè)量裝置被用來(lái)確定濕度差和溫度差。然后控制氣流 速率，以使進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)之間的濕度差最大化。這個(gè)濕度差與溫度測(cè)量配合 使用，來(lái)使水氣提取最大化。在控制系統(tǒng)的控制下，用機(jī)械裝置控制氣流。氣流以由機(jī)械裝置導(dǎo)引的最 大速度或流速的百分比進(jìn)行測(cè)量通過(guò)凝水器的機(jī)械系統(tǒng)的最大速度或流速為 100%?？刂葡到y(tǒng)讀取輸入傳感器的已轉(zhuǎn)換信號(hào)，并將那些信號(hào)與排氣傳感器的已 轉(zhuǎn)換信號(hào)相比較。然后控制氣流以使那些傳感器之間的濕度差最大化。溫度被 測(cè)量并且被用以限制機(jī)械系統(tǒng)不至于將空氣冷卻到使得水氣在冷凝系統(tǒng)中結(jié) 冰。既進(jìn)行濕度測(cè)量又進(jìn)行溫度測(cè)量，讓控制系統(tǒng)計(jì)算出在決策矩陣中采用的、 用于控制氣流速率的露點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)也可在冷凝分布圖切換算法和控制參數(shù)之間切換。參數(shù)是那些輸 進(jìn)控制系統(tǒng)中的可測(cè)或可計(jì)算的輸入。已計(jì)算的參數(shù)可從可測(cè)傳感信號(hào)得出， 或從諸如時(shí)間之類的其它參數(shù)得出。時(shí)間被用作一個(gè)將來(lái)自傳感器的讀數(shù)過(guò)濾或平均的參數(shù)。這個(gè)均值或過(guò)濾 值可隨時(shí)間調(diào)整，以提供更長(zhǎng)或更短時(shí)間段的調(diào)整阻尼因子，該因子改變氣流 系統(tǒng)的控制速率?？苫诳烧{(diào)整的分布圖對(duì)氣流系統(tǒng)輸出控制進(jìn)行調(diào)整，該分 布圖可通過(guò)外部控制系統(tǒng)或用戶顯示器/切換界面，或以上兩者來(lái)調(diào)整。系統(tǒng)中采用了兩個(gè)主要的控制算法時(shí)變速率(time-rate-variable (TRV)) 算法和比例積分微分算法(PID) 。 PID控制系統(tǒng)是工業(yè)控制系統(tǒng)中的常見(jiàn)反 饋回路組件。在這個(gè)方法中，控制系統(tǒng)將從方法測(cè)得的值與設(shè)定點(diǎn)參照值相比 較。PID控制器可基于誤差信號(hào)中變化的歷史和速率來(lái)調(diào)整方法輸出。當(dāng)采用 控制系統(tǒng)以獲得設(shè)定點(diǎn)濕度或溫度差時(shí)，采用PID算法。這與時(shí)變速率系統(tǒng)不 同，當(dāng)控制系統(tǒng)使其濕度和/或溫度差值最大化時(shí)，采用時(shí)變速率系統(tǒng)。時(shí)變速率(TRV)系統(tǒng)包括PID控制理論的要素，然而在此例中，沒(méi)有已 知的設(shè)定點(diǎn)值。設(shè)定點(diǎn)不是預(yù)先設(shè)定的，而是在控制系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)態(tài)變化并根據(jù)空 氣的品質(zhì)而變化。此外，這個(gè)'設(shè)定點(diǎn)'被不斷優(yōu)化以基于濕度和溫度使水提 取得以最大化。若控制系統(tǒng)包括壓力傳感器，則這個(gè)傳感器被用來(lái)輔助主要控 制算法，因?yàn)橥ㄟ^(guò)系統(tǒng)的氣流速率可由于交換器室內(nèi)形成的壓力而減小。通過(guò)設(shè)置傳感系統(tǒng)的初始測(cè)量值T0來(lái)使用TRV。在T0處，流量控制系 統(tǒng)將被置為0或接近0的值。讀取傳感器的讀數(shù)以確定TO處的差值條件。然 后，流速控制被增至由機(jī)械流量致動(dòng)器決定的慢怠速。機(jī)械致動(dòng)器的流速通常 具有低怠速條件，使得若設(shè)置低于此點(diǎn)，就使流速?gòu)倪@個(gè)最小值降低為0。這 可不與控制值成比例。例如，12%的輸出控制速率可能不足以致使機(jī)械致動(dòng)器 移動(dòng)空氣，而13%就可使空氣移動(dòng)。在初始條件之后的某一時(shí)間T1處再次讀取傳感器，Tl由系統(tǒng)設(shè)定，但為 分布圖設(shè)定變量。在時(shí)間Tl處，控制器采用這些測(cè)得的參數(shù)來(lái)確定流速是否 應(yīng)當(dāng)增加。 一般而言，在初始條件后流速預(yù)計(jì)會(huì)有增長(zhǎng)。也預(yù)計(jì)濕度差會(huì)有一 些或沒(méi)有增長(zhǎng)，并且采用這個(gè)測(cè)量值作為進(jìn)一步控制流量系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在時(shí)間T1，速度增長(zhǎng)到接近、但小于由以下公式?jīng)Q定的最大值(100%)的速率新流速(％) = ( ( (100%-當(dāng)前流速)/2) +當(dāng)前流速)(％)公式l:流速控制增加調(diào)整一段時(shí)間后，在時(shí)間T2，與T1-T0成比例的值， 一組新的傳感器測(cè)量值 被用來(lái)將先前的濕度差與新的濕度差相比較，以確定這些差值是增大或減小。 控制系統(tǒng)的目標(biāo)是將濕度差增加到其最大值。最大值是這樣一個(gè)值若流速增加，則測(cè)得的濕度差會(huì)降低。若時(shí)間T2處的濕度差大于時(shí)間Tl處的濕度差，則控制系統(tǒng)根據(jù)以上所列 出的公式1來(lái)增加氣流，但是"當(dāng)前流速"是用來(lái)控制機(jī)械系統(tǒng)的上一次的流 速。這具有以遞減的步驟將流量增加到100%的作用，這些遞減步驟是在當(dāng)前 設(shè)定值和100%之間有效的取半。繼續(xù)進(jìn)行處理，直到最大值達(dá)到上述值。 一旦達(dá)到最大值，流速再次基于下列公式所示的先前測(cè)量值以小增量地減小新流速=((當(dāng)前流速-最終流速)/2-當(dāng)前流速)-K 其中K為常量，其確保至少有一個(gè)微分控制狀態(tài) 公式2:流速控制遞減調(diào)整公式2中的常量K使得算法在先前氣流速率和當(dāng)前氣流速率相同的情況 下，會(huì)將氣流速率逐步降低。這與增加公式(公式l)不同，因?yàn)樵跉饬魉俾?增加的情形中，只要在氣流速率最大值處的濕度差成為最大值，就可持續(xù)采用 100%的最大值。控制器識(shí)別進(jìn)入和排出的空氣的濕度，力求控制空氣量，并通過(guò)調(diào)整空氣 量(例如由風(fēng)扇進(jìn)行控制)直到進(jìn)入空氣(周圍空氣)和排出空氣的濕度之間 的差值最大化，來(lái)使凝水器的性能最大化。差值表示從周圍空氣中"獲取了最 大量的水"。該算法可被編程為風(fēng)扇的50%速度(其可由控制器調(diào)整)，但也可采用其它風(fēng)扇啟動(dòng)速度，并獲取傳感器的初始讀數(shù)。然后風(fēng)扇速度增加由上述算法決定的一定量(例如10%，也可由控制器調(diào)整)，隨后，接收到傳感器的輸出。若發(fā)現(xiàn)有改進(jìn)(在空氣入口和排氣口的濕度讀數(shù)之間的差值變大)，則風(fēng)扇速 度進(jìn)一步增加。若相對(duì)于上一次測(cè)量沒(méi)有值出現(xiàn)改進(jìn)，則控制器將會(huì)判定其正 在"錯(cuò)誤"的方向作變化，并且將減小風(fēng)扇速度直至記錄到有改進(jìn)。無(wú)論方向 (增加或減小)如何，風(fēng)扇速度都會(huì)變化直到傳感器中看不見(jiàn)任何變化。方向 將顛倒，以回到顯示出傳感器之間最大差額的上一個(gè)風(fēng)扇速度。該風(fēng)扇速度將 得以保持直到在一個(gè)傳感器中看到變化。此時(shí)，處理器將再次"搜尋"正確的 風(fēng)扇速度。優(yōu)選地，可以盡可能經(jīng)常性地進(jìn)行抽樣?？蛇x地，傳感器可比較溫度而不 是濕度。也可以不改變風(fēng)扇速度，而將空氣通道或入口開(kāi)啟或關(guān)閉。優(yōu)選地，內(nèi)部氣流應(yīng)到達(dá)其露點(diǎn)的系統(tǒng)內(nèi)的理想位置將會(huì)被確定。這個(gè)位 置可在熱交換器和蒸發(fā)器板(在第一次通過(guò)中)之間，但也可采用其它位置。 配有傳感器的控制器監(jiān)控環(huán)境條件并計(jì)算內(nèi)部的露點(diǎn)是多少。傳感器放置在如上所述的系統(tǒng)內(nèi)，允許控制器監(jiān)控傳感器，并從而確定關(guān)于露點(diǎn)的溫度。因而 若理想系統(tǒng)功能是創(chuàng)建臨近傳感器的露點(diǎn)，則控制器將持續(xù)減速或加速風(fēng)扇以 優(yōu)化系統(tǒng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，采用差壓壓力計(jì)以提供反饋給控制系統(tǒng)，輔助 其優(yōu)化氣流的功能。本系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成保持氣流恰好在露點(diǎn)以下，并隨著條件變 化持續(xù)跟蹤露點(diǎn)。如在圖12的測(cè)試數(shù)據(jù)組中所示，根據(jù)已處理空氣的溫度持 續(xù)追蹤露點(diǎn)以確保最優(yōu)操作。在如圖7-10和圖10a所示的替代實(shí)施例中，主氣流和輔助氣流是完全隔離 的。鑒于在先前所述的實(shí)施例中，主氣流在流經(jīng)空氣-空氣熱交換器后，其中 離開(kāi)制冷劑蒸發(fā)器的主氣流被降低的溫度被用來(lái)預(yù)冷卻進(jìn)入的主氣流而不是 被浪費(fèi)掉，并且主氣流流入歧管，在其中主氣流與輔助氣流相混合，以提供增 加的氣流量給制冷劑冷凝器，在這個(gè)實(shí)施例中，由獨(dú)立風(fēng)扇來(lái)控制主氣流，以 使通過(guò)熱交換器和制冷劑蒸發(fā)器這兩個(gè)冷卻階段的主氣流的控制精度得以提 高。因而，如圖所示，風(fēng)扇60在M方向經(jīng)由進(jìn)氣口 64抽取通過(guò)制冷劑冷凝 器62的輔助氣流。如前所述，制冷劑冷凝器在與制冷劑蒸發(fā)器相同的制冷回 路中，即在與第二冷卻階段相同的制冷回路中。如前所述，空氣-空氣熱交換 器提供了第一冷卻階段。因而如前所述，主氣流在進(jìn)入制冷劑蒸發(fā)器之前先進(jìn) 入熱交換器。特別地，已經(jīng)流經(jīng)如前所述的空氣過(guò)濾器(未示出)的主氣流， 通過(guò)低進(jìn)氣口 68以N方向進(jìn)入空氣-空氣熱交換器66。主氣流流經(jīng)橫穿熱交 換器寬度的中空導(dǎo)管66a，以P方向離開(kāi)導(dǎo)管66a，從而在端歧管70內(nèi)被轉(zhuǎn)向 180度。然后主氣流以Q方向在制冷劑蒸發(fā)器板72之間流動(dòng)，其中主氣流冷 卻到其露點(diǎn)之下但不結(jié)冰。因而主氣流在板72上冷凝出水分，并且通過(guò)管口 74集結(jié)在收集盤之類的器件上(未示出)。主氣流通過(guò)槽76離開(kāi)制冷劑蒸發(fā)器，并且以R方向在導(dǎo)管66a之間向下 流動(dòng)，從而以S方向通過(guò)槽78離開(kāi)熱交換器66。然后將主氣流抽取通過(guò)風(fēng)扇 殼體80和風(fēng)扇82，從而以T方向作為排氣離開(kāi)風(fēng)扇82。主氣流和輔助氣流是分開(kāi)的，從而需要各自獨(dú)立的風(fēng)扇，分別是風(fēng)扇82 和60，這樣提供的冷凝器62以較大容量運(yùn)行而不會(huì)對(duì)在第一和第二冷卻階段 一分別是熱交換器66和蒸發(fā)器板72 —之間冷卻平衡的優(yōu)化產(chǎn)生影響。因而低容量風(fēng)扇82可由處理器(未示出)控制以確定影響冷卻和冷凝的優(yōu)化的當(dāng)前 環(huán)境條件，例如通過(guò)改變提供給風(fēng)扇82的功率來(lái)對(duì)通過(guò)兩個(gè)冷卻階段的主氣 流的速度和質(zhì)量流率進(jìn)行控制。因而，可采用既不太高而影響水分的最大冷凝， 也不太低而將主氣流冷卻到遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于露點(diǎn)而浪費(fèi)能源的速度來(lái)抽取主氣流通 過(guò)冷卻階段。因而，通過(guò)監(jiān)控環(huán)境條件，如前所述的諸如濕度和溫度，可對(duì)風(fēng) 扇82的風(fēng)扇速度選擇性地進(jìn)行控制，以優(yōu)化冷凝結(jié)果，而無(wú)論周圍環(huán)境條件 如何。因而在非常潮濕的環(huán)境下，將驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇82以抽取較大質(zhì)量流率的主氣 流通過(guò)兩個(gè)冷卻階段，而在濕度較低的條件下，主氣流需要更多時(shí)間去優(yōu)化冷 凝，因而可采用較慢的風(fēng)扇速度來(lái)提供優(yōu)化的冷凝產(chǎn)物。在圖5的另一個(gè)實(shí)施例中，隔板100隔開(kāi)歧管20，使主氣流和次氣流不會(huì) 混合。例如，隔板100可將進(jìn)入制冷劑冷凝器24的進(jìn)氣分成兩半。否則，隔 板IOO可相對(duì)于進(jìn)入制冷劑冷凝器24的進(jìn)氣安裝成提供較多量的以D'方向流 經(jīng)冷凝器24的輔助氣流。分別流經(jīng)熱交換器和制冷劑蒸發(fā)器的兩個(gè)冷卻階段 的主氣流的空氣速度和質(zhì)量流率可，例如，通過(guò)選擇性地定位隔板IOO相對(duì)于 冷凝器24的位置來(lái)進(jìn)行控制，或者通過(guò)結(jié)合使用氣流風(fēng)門或其它可選擇控制 的氣流閥進(jìn)行控制。對(duì)周圍空氣的適當(dāng)處理為冷凝器單元提供了優(yōu)化操作。盡管現(xiàn)有的冷凝器 可簡(jiǎn)單地驅(qū)動(dòng)大量空氣通過(guò)冷卻系統(tǒng)(通常為無(wú)熱交換器的蒸發(fā)器)，但這些系統(tǒng)沒(méi)有提供像本發(fā)明提出的對(duì)功率效率進(jìn)行設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，本發(fā)明釆用以最少 的功率要求提取最大量的水的技術(shù)。這可以如下所示的多種方法實(shí)現(xiàn)。環(huán)境條件由系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且對(duì)系統(tǒng)中的恰當(dāng)點(diǎn)，諸如熱交換器和蒸發(fā) 器(第一次通過(guò))之間的相對(duì)于露點(diǎn)的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。若在此點(diǎn)處的空氣遠(yuǎn)遠(yuǎn) 高于露點(diǎn)，則抽取空氣通過(guò)這個(gè)單元區(qū)的風(fēng)扇會(huì)降低它的速度，因而使空氣流 動(dòng)放慢而允許在空氣到達(dá)蒸發(fā)器板之前有更多時(shí)間來(lái)冷卻。若此點(diǎn)處的空氣在 露點(diǎn)之下，則系統(tǒng)會(huì)增加風(fēng)扇速度并繼續(xù)優(yōu)化氣流。也可對(duì)整個(gè)裝置內(nèi)的其它 條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且控制器48可采用該信息以進(jìn)一步校準(zhǔn)裝置。離開(kāi)系統(tǒng)的 濕度量可被用作準(zhǔn)確地確定從空氣提取了多少水的方法，并且采用該信息，系 統(tǒng)可修改其設(shè)置以確保系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)性能。在圖6b、圖11和圖lla的替代實(shí)施例中，空氣-水熱交換器卯被沿主氣流安裝于空氣-空氣熱交換器的上游。集水器26中所收集的水由諸如導(dǎo)管26a 導(dǎo)入C水器90a，水可被收集于貯水器90a中以供最終使用。貯水器90a中的 水剛被冷凝并被蒸發(fā)器板回收，是冷的。因而，在主氣流進(jìn)入空氣-空氣熱交 換器之前，為了作如上所述的進(jìn)一步預(yù)冷卻，通過(guò)使導(dǎo)管卯b冷卻的水對(duì)以A' 方向流經(jīng)空氣導(dǎo)管90b的主氣流進(jìn)行冷卻。由于利用了收集到的水的低溫，這 進(jìn)一步改進(jìn)了冷凝器的效率。圖16至25中示出了根據(jù)本發(fā)明的凝水器的另一個(gè)實(shí)施例，其可被安裝在 墻壁之類上。如圖16所示，周圍空氣通過(guò)空氣格柵201被抽取到凝水器內(nèi)， 空氣格柵201中空氣流經(jīng)設(shè)計(jì)成凈化進(jìn)入空氣的進(jìn)氣過(guò)濾器。為了讓用戶便于 接觸到凝水器的內(nèi)部，在裝置的前面有檢修門(圖16中被去除)。該門覆蓋 了罩蓋202，該罩蓋固定有可更換的水過(guò)濾器殼體203、可更換的UV燈殼體 206和LCD顯示器204。可更換的水過(guò)濾器殼體203允許進(jìn)入以拆除和更換水 過(guò)濾器。LCD顯示器204向用戶提供與凝水器的狀態(tài)相關(guān)的信息。觸摸控制裝 置205允許用戶在由控制器機(jī)制提供的各種功能中進(jìn)行滾屏査詢選擇。如圖17所示，凝水器包括水過(guò)濾器207、 LCD顯示器204、 UV燈209、 冷凝器210和壓縮機(jī)211。熱交換系統(tǒng)212可包括允許空氣繞開(kāi)熱交換系統(tǒng)212 的旁路機(jī)構(gòu)213 (優(yōu)選地在較冷的氣候下)。凝水器也包括，如圖18所示的回 路控制器214和冷凝器風(fēng)扇215。冷凝器風(fēng)扇215可偏置成一個(gè)角度，以最小 化凝水器的尺寸。冷凝器210可被以相似角度放置，以減小凝水器所需的厚度。 如圖19所示，凝水器將干燥空氣從冷凝器210通過(guò)裝置一側(cè)上的格柵217排 出。如圖21和21a所示的蒸發(fā)器218，被設(shè)計(jì)成使水冷凝最大化，這對(duì)現(xiàn)有的 蒸發(fā)器技術(shù)提出了挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的蒸發(fā)器在各板/散熱片之間的間隔不足以讓水滴 自由落下而不會(huì)與相對(duì)的板/散熱片相接觸。蒸發(fā)器218在板244之間提供的間 隔240，足夠讓水滴落下而不與鄰近板244相接觸以及將其之間的空隙搭接。 優(yōu)選地，這個(gè)間隔為平均水滴寬度的110%至140% (例如125%)。這使得水 被從蒸發(fā)器218去除，并且有效地形成新的水滴，而且解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的多通道蒸發(fā)器傳送向上流動(dòng)通過(guò)蒸發(fā)器區(qū)域的空氣，氣流生成負(fù)氣壓，使得 板上尤其是在裝置的底部積存了水的問(wèn)題。這導(dǎo)致水橫跨多個(gè)冷卻板被收集和搭接，因而阻礙了生成水的效率。為了克服這個(gè)問(wèn)題，蒸發(fā)器218被分成三個(gè) 獨(dú)立的部分，這讓氣流僅僅向下通過(guò)有冷卻板的部分。例如，氣流向下通過(guò)蒸 發(fā)器218的第一部分219，然后向上通過(guò)不含有板的中間部分220，然后向下 通過(guò)具有板的第三部分221，從而允許空氣僅向下通過(guò)冷卻板，因而減輕其會(huì) 減小系統(tǒng)的效率并減少水的生成的負(fù)壓水瓶頸。可用來(lái)增大蒸發(fā)器218的效率的附加組件是用來(lái)將板244上的水震落的拍 打件或振動(dòng)件(未示出)。拍打件可以是附著于小電動(dòng)機(jī)的平衡配重塊，其可 定時(shí)以設(shè)定間隔時(shí)段振動(dòng)一小段時(shí)間；或者可以是纏繞在可移動(dòng)磁棒上的線 圈，借助由凝水器(例如，電容器中收集的)產(chǎn)生的短脈沖電流，磁棒會(huì)輕敲 蒸發(fā)器218，因而有助于將水從板244上抖落。如圖22所示，可拆卸蓋222覆蓋UV燈209。輸出水線223為水流出冷凝 器處。如果該設(shè)計(jì)要求裝置位于諸如臺(tái)面之類的平坦表面上，這條水線可從其 側(cè)邊而不是下面離開(kāi)裝置。此外，與裝置具有相似尺寸的水容置系統(tǒng)直接在裝 置下方，以收集生成的水并讓用戶方便地獲取。若這樣一個(gè)容置系統(tǒng)位于冷凝器下面，則冷凝器可從這個(gè)容置系統(tǒng)提取水 并使水循環(huán)通過(guò)冷凝器的過(guò)濾部件，從而即使水已被放置一段時(shí)間也可確保水 質(zhì)。這可按照設(shè)定間隔進(jìn)行一小段時(shí)間(例如20分鐘/天)。裝置的基底224a包括控制氣流并獲取水的構(gòu)件?；?24a位于熱交換器 212之下，其獲取熱交換器212可能生成的水。輸送管機(jī)構(gòu)224b在熱交換器 212之上，其生成通過(guò)裝置所需的各種組件的氣流。裝置可包括水泵225，以 將水移動(dòng)通過(guò)諸如水過(guò)濾器207之類的各種組件。圖23所示為使裝置的效率提高的熱交換系統(tǒng)。裝置用出去的廢氣流X預(yù) 冷卻以Y方向移動(dòng)的進(jìn)入氣流。熱交換器212能夠通過(guò)上前孔232繞開(kāi)熱交換 系統(tǒng)，如果在當(dāng)前的環(huán)境條件下對(duì)裝置是有利的話。在這個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)入氣 流Y和經(jīng)處理的出去氣流X分別經(jīng)由單獨(dú)的孔228和229向上移動(dòng)通過(guò)裝置， 使得氣流X和Y不互相接觸。進(jìn)入氣流Y通過(guò)熱交換器212前面板底部的空氣入口 228進(jìn)入裝置。離開(kāi) 蒸發(fā)器218的經(jīng)處理氣流X (其是干冷空氣)在其底部通過(guò)空氣入口 229進(jìn)入 熱交換器212，并向上移動(dòng)通過(guò)交換器212，和新進(jìn)入的空氣一樣，但是在裝置的隔開(kāi)通道中。這一已通過(guò)交換器212的進(jìn)入氣流然后通過(guò)后板頂部處的出 口 230離開(kāi)交換器212，并進(jìn)入讓氣流移動(dòng)到蒸發(fā)器218的輸送管。將要離開(kāi) 系統(tǒng)的流出氣流從交換器212的頂孔231離開(kāi)。如圖24所示，風(fēng)扇226抽取 空氣通過(guò)裝置?？?I7讓流出的經(jīng)處理氣流離開(kāi)裝置。如圖25所示， 一旦空氣通過(guò)進(jìn)氣過(guò)濾器，會(huì)有這樣的情況或者進(jìn)氣口 228抽取氣流Y通過(guò)熱交換器212，或通過(guò)進(jìn)氣口 232，氣流Z繞開(kāi)交換器212。 可采用任意數(shù)量的裝置來(lái)開(kāi)啟入口 228、 232中的一個(gè)，同時(shí)關(guān)閉另一個(gè)；例 如可采用滑動(dòng)門，其寬度和入口 228、 232之間的距離相等，其長(zhǎng)度足夠覆蓋 兩個(gè)入口中的一個(gè)。當(dāng)需要空氣通過(guò)交換器212時(shí)，門會(huì)滑動(dòng)以關(guān)閉進(jìn)氣口 232 并開(kāi)啟進(jìn)氣口 228。當(dāng)需要進(jìn)入氣流繞開(kāi)交換器212時(shí)，門會(huì)向下滑動(dòng)以蓋住 進(jìn)氣口 228并開(kāi)啟進(jìn)氣口 232。此外，也可需要門僅部分開(kāi)啟，使得一些進(jìn)入 氣流繞開(kāi)交換器212，同時(shí)另外一些空氣通過(guò)它。控制系統(tǒng)會(huì)確定這個(gè)實(shí)施例 的門的最優(yōu)位置?？蛇x地，裝置可具有水平滑動(dòng)門，其配有覆蓋進(jìn)氣口 228和232的可交疊 的葉片，其中當(dāng)進(jìn)氣口 232開(kāi)啟時(shí)，進(jìn)氣口 228會(huì)關(guān)閉。這可借助利用氣溫的 雙金屬條控制，來(lái)機(jī)械移動(dòng)門。一旦進(jìn)入的空氣通過(guò)交換器212，則其通過(guò)蒸發(fā)器218的頂部被抽取到裝 置的背部，其后氣流沿著蒸發(fā)器218部分的第一通道219移動(dòng)。水被收集在集 水盤和氣流通道227內(nèi)，然后氣流向上移動(dòng)通過(guò)蒸發(fā)器218的未受阻擋的中間 部分220，然后再次向下被引導(dǎo)入蒸發(fā)器218的第二翅片狀蒸發(fā)器通道221， 在此處水再次被收集到集水盤227中。一旦氣流離開(kāi)蒸發(fā)器218，氣流會(huì)變得又冷又干，并且將進(jìn)入熱交換器212 的底部229，在此處氣流被用來(lái)預(yù)冷卻進(jìn)入的氣流。經(jīng)處理的氣流在頂部離開(kāi) 熱交換器212，如氣流X所示。然后，氣流被導(dǎo)向通過(guò)風(fēng)扇226并從裝置排出。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，裝置的各種部件和組件可用二氧化鈦制成或設(shè) 有二氧化鈦涂層。采用這種材料來(lái)構(gòu)建裝置的各種部件，或采用這種材料在這 類部件上涂層，確保了這些部件保持潔凈、免遭污染，并且由裝置生成的供水 免遭不想要的污染。裝置的大多數(shù)內(nèi)部部件可由此類價(jià)廉豐富的材料制成。此 外，構(gòu)成存儲(chǔ)容器的所有材料或其內(nèi)襯可為二氧化鈦，以確保供水保持潔凈并免遭不必要的污染。二氧化鈦(也稱為Titania)可被用作抗微生物涂料，因?yàn)槎趸伒墓獯?化活性形成薄的材料涂層，在暴露于紫外線(UV)輻射時(shí)表現(xiàn)出自潔和殺菌 特性。這些特性使該材料在構(gòu)建凝水器系統(tǒng)中發(fā)揮了作用，它通過(guò)幫助保持空 氣和水源清潔并免遭污染，同時(shí)若表面受到刮擦或受到危及時(shí)，也有可自修復(fù) 的優(yōu)點(diǎn)。二氧化鈦是自然形成的鈦氧化物，化學(xué)分子式為Ti02。經(jīng)美國(guó)食品與藥物 管理局(FDA)的食品檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可，二氧化鈦被認(rèn)為是一種安全的物質(zhì)， 對(duì)人體無(wú)害。對(duì)光催化的科學(xué)研究證實(shí)了這種獨(dú)特且豐富的物質(zhì)是抗菌、抗病毒且殺真 菌的，這使得它是用于自潔表面的理想材料，并可被用于除臭、凈化空氣、水 處理和水凈化。因?yàn)槎趸伿前雽?dǎo)體且由光能化學(xué)活化，所以可將合適的光源添加在整 個(gè)裝置的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上以確?？諝夂退幢３譂崈舨⒉皇苡泻ξ镔|(zhì)的影響。整 個(gè)系統(tǒng)中可采用暴露于紫外線(UV)輻射的Ti02的一些最有利的地方是熱 交換器、蒸發(fā)器板和存儲(chǔ)容器，然而幾乎所有與空氣或水源接觸的表面都可由 二氧化鈦構(gòu)建。用于光源的一個(gè)關(guān)鍵性地方可在采用反射材料的熱交換器和蒸 發(fā)器板之間，以確保光輻射通過(guò)由Ti02制成或帶有Ti02涂層的裝置的所有這 兩個(gè)部分。因?yàn)榧兌趸佂繉颖容^光亮，所以這種物質(zhì)可被用作將水從蒸發(fā)器板運(yùn) 送到存儲(chǔ)容器的管子的內(nèi)襯，并且可成為UV凈化系統(tǒng)的一部分。這種材料具 有非常高的折射率，其光色散比鉆石高，因此，為了增強(qiáng)所需要的效果，圍繞 光源的旋管內(nèi)可封裝在反射材料中，以確保給光足夠的機(jī)會(huì)與材料的表面相接 觸，并產(chǎn)生所需的效果。在UV和二氧化鈦凈化系統(tǒng)被采用在某種存儲(chǔ)容器內(nèi)部的應(yīng)用中，可在反 射箱的底部設(shè)有開(kāi)口，使得光會(huì)逸出以在存儲(chǔ)容器內(nèi)提供同樣所需的效果。可 選地，假設(shè)對(duì)于各種應(yīng)用來(lái)說(shuō)，僅采用一個(gè)光源來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)用途并不可行，可 在存儲(chǔ)容器中采用另一獨(dú)立光源。可采用的其它材料也要具有裝置內(nèi)所需的屬性。這些可包括疏水性的涂層(憎水的)，以及已證實(shí)能抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)和遷移的各種抗微生物元素。這些 物質(zhì)可包括銀或其它減少細(xì)菌生長(zhǎng)的已知化合物，以及各種抗腐蝕材料。在優(yōu)選的實(shí)施例中，可通過(guò)罩上收集板，將合適的消毒液(諸如氯)注入 蒸發(fā)器和熱交換器(其是水密的)，并讓裝置在被排空前保持這個(gè)狀態(tài)一段時(shí) 間來(lái)清洗裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述說(shuō)明書(shū)，應(yīng)理解實(shí)行本發(fā)明時(shí)可作修改和更改而 不脫離本發(fā)明的精神或范圍。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)根據(jù)下列權(quán)利要求界定的 實(shí)質(zhì)來(lái)解釋。
權(quán)利要求
1.一種凝水器，該凝水器包括殼體，該殼體具有讓第一氣流進(jìn)入的第一進(jìn)氣口，所述第一進(jìn)氣口安裝在空氣-空氣熱交換器上，所述空氣-空氣熱交換器具有與所述第一進(jìn)氣口配合成流體連通的預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組；對(duì)于進(jìn)入所述預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組中的所述第一氣流，所述熱交換器具有相對(duì)于所述預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組設(shè)置的后制冷空氣導(dǎo)管組，用于在所述預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組和所述后制冷空氣導(dǎo)管組之間進(jìn)行熱傳遞，制冷單元，該制冷單元與所述預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組配合，以使所述第一氣流從所述預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組的下游端進(jìn)入所述制冷單元的上游端，其中所述制冷單元包括已制冷的表面，當(dāng)所述第一氣流從所述制冷單元的上游端流到所述制冷單元的下游端時(shí)所述第一氣流流過(guò)所述已制冷的表面，所述第一氣流在所述制冷單元內(nèi)被冷卻至所述第一氣流的露點(diǎn)之下，以將水分從所述第一氣流冷凝至所述已制冷的表面上，用于使該第一水分借助重力而被收集到安裝在所述制冷單元下方的集水器中，空氣-水熱交換器，該空氣-水熱交換器與所述空氣-空氣熱交換器配合，用于冷卻所述第一氣流，其中所述第一氣流流經(jīng)所述空氣-水熱交換器，并且來(lái)自所述集水器的所述第一水分同時(shí)流經(jīng)所述空氣-水熱交換器，使所述第一水分冷卻所述第一氣流，所述制冷單元的下游端與所述后制冷空氣導(dǎo)管組的上游端配合，以使所述第一氣流流入所述后制冷空氣導(dǎo)管組的上游端，所述第一氣流從所述后制冷空氣導(dǎo)管組的下游端排出，其中在所述后制冷空氣導(dǎo)管組中的所述第一氣流將所述預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組中的所述第一氣流預(yù)冷卻，控制裝置，該控制裝置用于控制所述預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組中的所述第一氣流的溫度，使得當(dāng)在所述預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組中時(shí)，該溫度保持在所述第一氣流的露點(diǎn)溫度之上，并且用于控制所述制冷單元中所述第一氣流的溫度，使得當(dāng)在所述制冷單元中時(shí)，該溫度降低到所述第一氣流的露點(diǎn)溫度之下但不凍結(jié)，氣流推進(jìn)器促使所述第一氣流進(jìn)入所述第一進(jìn)氣口，沿著所述預(yù)制冷空氣導(dǎo)管組流動(dòng)，通過(guò)所述制冷單元，并且沿著所述后制冷空氣導(dǎo)管組流動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括具有上游端和下游端的空氣室，所述空氣室的所述上游端與所述后制冷空氣導(dǎo)管組的所述下游端配 合，使得所述第一氣流在所述空氣室的所述上游端流入所述空氣室，所述空氣 室具有通往所述空氣室的輔助進(jìn)氣口，用于使周圍的第二氣流進(jìn)入所述空氣 室，所述空氣室的所述下游端與制冷回路中的制冷劑冷凝器配合成流體連通， 所述制冷回路包括從所述制冷劑冷凝器的下游端排出的所述第一和第二氣流， 其中所述氣流推進(jìn)器促使所述第一和第二氣流通過(guò)所述空氣室和所述制冷劑 冷凝器。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述制冷單元是制冷劑蒸發(fā)器。
4. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，還包括選擇性可致動(dòng)的氣流計(jì) 量閥，該計(jì)量閥安裝成與所述輔助進(jìn)氣口配合，用于對(duì)傳送進(jìn)入所述空氣室的 所述第二氣流的量和流速進(jìn)行選擇性地控制。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，還包括與所述計(jì)量閥配合的自 動(dòng)致動(dòng)器，用于根據(jù)表示所述第一氣流內(nèi)的水分含量的至少一個(gè)環(huán)境條件，進(jìn) 行所述計(jì)量閥在所述閥的開(kāi)啟和關(guān)閉位置之間的自動(dòng)致動(dòng)。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述自動(dòng)致動(dòng)器是雙金屬致動(dòng) 器，以及其中所述至少一個(gè)環(huán)境條件包括所述殼體外部的周圍空氣溫度。
7. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述自動(dòng)致動(dòng)器包括與至少一 個(gè)傳感器配合的處理器，所述至少一個(gè)傳感器用于感測(cè)所述至少一個(gè)環(huán)境條件 并將與所述至少一個(gè)環(huán)境條件相對(duì)應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)從所述至少一個(gè)傳感器傳達(dá) 到所述處理器。
8. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，還包括與至少一個(gè)傳感器配合 的處理器，所述至少一個(gè)傳感器用于感測(cè)所述至少一個(gè)環(huán)境條件并將與所述至 少一個(gè)環(huán)境條件相對(duì)應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)從所述至少一個(gè)傳感器傳達(dá)到所述處理器， 其中所述至少一個(gè)環(huán)境條件的至少一個(gè)環(huán)境條件是從周圍氣溫、所述第一氣流 的第一氣流溫度、濕度、大氣壓、空氣密度、氣流速度、空氣質(zhì)量流率、所述 已制冷的表面的溫度所組成的組中選取。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器對(duì)所述第 一氣流內(nèi)的或所述第一氣流附近的所述至少一個(gè)環(huán)境條件進(jìn)行感測(cè)。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述第一氣流溫度環(huán)境條件包括所述預(yù)制冷和后制冷空氣導(dǎo)管組中的氣溫。
11. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述第一氣流溫度環(huán)境條件 包括所述制冷單元中的氣溫。
12. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器感測(cè)所 述熱交換器中的所述至少一個(gè)環(huán)境條件，以及其中所述處理器調(diào)節(jié)所述第一制 冷單元中的所述第一氣流，使得所述制冷單元中的所述氣溫在所述第一氣流的 所述露點(diǎn)之下，但是在冰點(diǎn)之上。
13. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述處理器基于由所述至少 一個(gè)傳感器感測(cè)的所述至少一個(gè)環(huán)境條件，計(jì)算所述第一氣流的所述露點(diǎn)。
14. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述氣流推進(jìn)器是選擇性可控制的，并且其中所述處理器調(diào)節(jié)所述第一氣流，使得當(dāng)在所述熱交換器中時(shí)， 使所述第一氣流的所述氣溫降至最低到所述第一氣流的所述露點(diǎn)之下最小化， 以使所述熱交換器中的冷凝最小化。
15. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述氣流推進(jìn)器是在包含所 述第一氣流的流路中的至少一個(gè)風(fēng)扇。
16. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)風(fēng)扇包括所述 熱交換器下游的風(fēng)扇。
17. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，還包括在所述流路中的至少 一個(gè)空氣過(guò)濾器。
18. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，還包括用于過(guò)濾從所述制冷 單元獲取的水的水過(guò)濾器。
19. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)空氣過(guò)濾器包 括安裝在所述流路附近、以與所述流路配合的紫外線輻射燈。
20. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述水過(guò)濾器包括安裝在所 述集水器附近、以便于與所述集水器配合的紫外線輻射燈。
21. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)空氣過(guò)濾器和 所述水過(guò)濾器包括安裝在所述流路和集水器附近、以便于與所述流路和集水器 配合的普通紫外線輻射燈。
22. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述制冷單元包括具有至少一個(gè)板的板式冷凝器。
23. 如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)板是多個(gè)板。
24. 如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)板安裝成基本平行 間隔的陣列。
25. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，按照從上游至下游的順序， 所述制冷單元鄰近所述熱交換器，所述熱交換器鄰近所述空氣室，所述空氣室 鄰近所述制冷劑冷凝器，并且所述制冷劑冷凝器鄰近所述氣流推進(jìn)器。
26. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，所述制冷單元、所述熱交換 器、所述空氣室、所述制冷劑冷凝器和所述氣流推進(jìn)器部件互相交錯(cuò)成緊鄰的 陣列。
27. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一氣流具有相應(yīng)的第 一質(zhì)量流率，以及其中所述第二氣流具有相應(yīng)的第二質(zhì)量流率，以及其中所述 第一和第二氣流的組合氣流是相應(yīng)的第一和第二質(zhì)量流率的總和，因而所述組 合氣流的組合質(zhì)量流率大于所述第一質(zhì)量流率。
28. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述空氣-水熱交換器是在所 述空氣-空氣熱交換器沿著所述第一氣流的上游。
29. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述空氣-水熱交換器是在所 述空氣-空氣熱交換器沿著所述第一氣流的下游。
30. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，包括所述殼體、所述第一進(jìn) 氣口、所述空氣-空氣熱交換器、所述空氣導(dǎo)管組、所述制冷單元、所述集水 器、所述空氣-水熱交換器、水分導(dǎo)管或所述氣流推進(jìn)器在內(nèi)的各部件包括二 氧化鈦?zhàn)鳛榻M成成分。
31. 如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述二氧化鈦是至少在所述 部件內(nèi)表面上的涂層。
32. 如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，還包括安裝在所述殼體內(nèi)的 至少一個(gè)輻射源，以照射至少一個(gè)所述部件的內(nèi)表面。
33. 如權(quán)利要求32所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)輻射源是紫外 線輻射源。
34. 如權(quán)利要求32所述的裝置，其特征在于，所述輻射源安裝在所述熱交換器和所述蒸發(fā)器之間。
35. 如權(quán)利要求34所述的裝置，其特征在于，還包括安裝在所述輻射源附 近的反射器，以將輻射反射到所述熱交換器和所述蒸發(fā)器內(nèi)表面上。
36. —種凝水器，該凝水器包括 殼體；接收第一氣流的第一進(jìn)氣口； 接收所述第一氣流的熱交換器；接收第二氣流的第二進(jìn)氣口 ，所述第二氣流可在所述第一氣流流經(jīng)所述熱 交換器后與所述第一氣流相混合； 蒸發(fā)器； 冷凝器；以及 排氣口。
37. —種將水冷凝的方法，該方法包括 接收第一氣流進(jìn)入殼體內(nèi)的熱交換器； 使所述氣流通過(guò)所述熱交換器；接收可與所述第一氣流相混合的第二氣流，以生成混合的氣流； 使所述混合的氣流通過(guò)蒸發(fā)器； 使所述混合的氣流通過(guò)冷凝器； 從所述殼體排出所述混合的氣流。
38. —種控制凝水器的方法，該方法包括 測(cè)量來(lái)自第一入口的第一氣流的參數(shù)； 測(cè)量來(lái)自所述凝水器的排出氣流的所述參數(shù)； 將所述第一氣流的所述參數(shù)與所述排出氣流的所述參數(shù)相比較； 基于所述第一氣流的所述參數(shù)與所述排出氣流的所述參數(shù)的所述比較，調(diào)整所述凝水器的所述環(huán)境。
39. 如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)是濕度。
40. 如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)是溫度。
41. 一種用于凝水器的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 用于測(cè)量入口處氣流參數(shù)的第一傳感器；用于測(cè)量排氣出口處的所述氣流參數(shù)的第二傳感器；控制器，該控制器用于確定第一入口處的所述氣流參數(shù)和所述排氣出口處的所述氣流參數(shù)之間的差值；以及用于基于所述差值調(diào)整所述凝水器的所述環(huán)境的裝置。40. —種用于凝水器的蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器包括用于接收向下流動(dòng)的氣流的第一通道，所述第一通道包括多個(gè)冷卻板； 用于接收向上流動(dòng)的所述氣流的第二通道，所述第二通道不包括冷卻板；以及用于接收向下流動(dòng)的所述氣流的第三通道，所述第三通道包括多個(gè)第二冷 卻板。41. 如權(quán)利要求40所述的蒸發(fā)器，其特征在于，各所述冷卻板彼此相距一 定距離，使得所述距離大于一個(gè)水滴的寬度。
42. 一種蒸發(fā)水的方法，該方法包括以下步驟-傳送氣流向下通過(guò)具有多個(gè)冷卻板的通道； 傳送所述氣流向上通過(guò)第二通道，所述第二通道不包括冷卻板； 傳送所述氣流向下通過(guò)第三通道，所述第三通道包括多個(gè)冷卻板； 其中所述多個(gè)冷卻板中的各對(duì)板之間的距離大于一個(gè)水滴的寬度。
43. —種用于凝水器的熱交換器，該熱交換器包括在所述熱交換器前部的第一空氣入口，用于接收第一通道內(nèi)的進(jìn)入氣流； 在所述熱交換器側(cè)部的第二空氣入口，用于接收從蒸發(fā)器進(jìn)入鄰近所述第一通道的第二通道的第二氣流；以及用于使進(jìn)入的周圍空氣被傳送到所述第一空氣入口或旁路通道借此所述進(jìn)入的周圍空氣繞開(kāi)所述熱交換器的裝置。
44. —種清潔凝水器的方法，該方法包括 覆蓋所述冷凝器的集水板，將合適的消毒液注入所述冷凝器內(nèi)的水密蒸發(fā)器和水密熱交換器；讓所述凝水器放置一段時(shí)間；以及排空所述凝水器。
全文摘要
一種凝水器，包括風(fēng)扇，其抽取主氣流通過(guò)上游制冷劑蒸發(fā)器，通過(guò)空氣-空氣熱交換器，并且在一個(gè)實(shí)施例中也通過(guò)使用作為從蒸發(fā)器獲得的冷凝物而收集到的冷水的空氣-水熱交換器，流入蒸發(fā)器的氣流在進(jìn)入蒸發(fā)器前通過(guò)流經(jīng)空氣-空氣熱交換器和空氣-水熱交換器被預(yù)冷卻，在蒸發(fā)器中氣流被進(jìn)一步冷卻到露點(diǎn)之下，以將水分冷凝到蒸發(fā)器上便于借助重力收集水分。蒸發(fā)器被閉合制冷劑回路冷卻。用于閉合制冷劑回路的制冷劑冷凝器可采用抽取氣流通過(guò)蒸發(fā)器的風(fēng)扇或單獨(dú)的風(fēng)扇，它們抽取獨(dú)立于通過(guò)蒸發(fā)器的氣流的輔助氣流，使其通過(guò)歧管，借此輔助氣流和流經(jīng)蒸發(fā)器的氣流，或僅是輔助氣流，被導(dǎo)向通過(guò)冷凝器和相應(yīng)的風(fēng)扇。
文檔編號(hào)F25B41/00GK101278164SQ200680036443
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
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