[实用新型]大气集水系统

说明书

本文中提供集水系统，以及制造和使用这类系统的方法，通过使用减小所述系统的总能量成本且改进集水循环效率的设计从周围空气捕获水。所述系统和方法使用吸附剂材料，例如金属‑有机构架，以从所述空气吸附水。所述系统和方法以水蒸气形式解吸此水，且将所述水蒸气冷凝成液态水并收集。所述液态水适合用作饮用水。

技术领域

本公开实用新型大体上涉及集水，且更确切地说，涉及一种集水器，及制造集水器的方法和使用集水器的方法，用于从周围空气收集水。

背景技术

通常，利用吸附剂从空气收集水的过程包含集水循环，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、从吸附剂解吸水蒸气和将解吸的水蒸气冷凝成液态水。举例来说，在吸附阶段期间，可跨越解吸(活化) 的吸附剂床吹塑潮湿环境空气。水分子可通过吸附剂床的多孔内部扩散且由吸附剂吸附。当吸附剂床用水完全饱和时完成吸附阶段。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阶段。当吸附剂床的水变得不饱和时完成解吸阶段。在冷凝阶段期间，可将在解吸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、解吸和冷凝的重复循环，基于吸附剂的集水可提供从空气产生水的方法。

一般来说，存在两种加热方法以从饱和的吸附剂床释放水：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递；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。解吸通常需要大量能量，包括与解吸能量有关的潜热部分以将与吸附剂相关联的水变成水蒸气，及与加热吸附剂床支撑结构、吸附剂床或吸附剂中的一或多个有关的显能部分。潜在地，解吸所耗费的能量可在冷凝阶段期间回收，且接着再引入到系统中用于解吸。一般来说，电阻加热并不对解吸所耗费的能量提供回收。

本领域中所希望的是用于从周围空气收集水的商业上可行的集水系统，与常规集水系统相比，所述集水系统减小能量成本和/或改进集水循环期间的水生产效率。

实用新型内容

本文中提供热泵集水系统，其可减小集水循环中的总能量成本和/或改进集水循环期间的水生产效率。

本实用新型的实施例的广义目标可为提供一种大气集水系统，其包含以下中的一或多个：热泵系统、吸附单元、解吸室、传送机构和冷凝室。在特定实施例中，热泵系统可包含以下中之一或多个：压缩器、膨胀阀和热交换器，其中热交换器具有热侧(通常为“冷凝器”)和冷侧(通常为“蒸发器”)。在特定实施例中，吸附单元包含至少一个吸附剂模块，其中至少吸附剂模块含有一或多个吸附剂，且吸附单元可但不一定与热泵系统物理上分离。在一些实施例中，解吸室可连接到或定位成极为接近于热交换器的热侧，且可配置成在平均解吸温度下操作。在特定实施例中，传送机构可配置成(i)将用水至少部分饱和的吸附剂模块从吸附单元传送到解吸室中，及(ii)将在解吸室中至少部分地解吸的吸附剂模块传送回到吸附单元。在特定实施例中，冷凝室可包围或定位成极为接近于热交换器的冷侧，且可配置成在平均冷凝温度下操作。在前述的特定变化形式中，集水系统可配置成在所述系统的平均解吸温度和平均冷凝温度下操作以(i)实现用一或多个吸附剂产生的每升水的最低能量，及(ii)保持足够高的解吸温度以维持目标解吸速率，及其组合。