[发明专利]利用热链接吸着剂床的水回收

说明书

背景技术

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。

发明内容

一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、吸着剂、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。

具体实施方式