使用隔離殼體的水吸附的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種從氣體吸附水的裝置以及從氣體吸附水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 存在許多從氣體提取水的方法，但是許多方法效率低并且需要大量能量。
[0003] 熱栗在用于傳輸熱時(shí)是有效率的。栗可以傳輸?shù)哪芰颗c可以傳輸?shù)哪芰康目偭恐?間的比被稱為性能系數(shù)（Coefficient of Performance,即C0P)。該COP因子取決于諸如 溫度和使用何種冷卻介質(zhì)等的大量參數(shù)。當(dāng)熱栗從一個(gè)位置向另一位置傳輸熱時(shí)，在熱栗 中形成冷表面和熱表面。該熱表面可以用于加熱，而冷表面可以用于冷卻。
[0004] 還可以使用冷表面來從空氣冷凝蒸發(fā)的水。從Im3空氣可以冷凝的水的量取決于 其初始溫度和在空氣中蒸氣的量，并且取決于空氣被冷卻的溫度大小。
[0005] 由于被冷凝的水在0°C結(jié)冰，因此這種冷凝來自空氣的蒸氣的方法具有缺點(diǎn)。這導(dǎo) 致了在冷面/冷側(cè)（cold side)上形成冰并且導(dǎo)致不能傳送冷凝后的水。由于空氣具有小 于〇°C的露點(diǎn)，因此為了使蒸氣冷凝則需要將空氣冷卻到0°C以下。當(dāng)然，當(dāng)熱栗可以用于 從空氣冷凝水時(shí)，這成為限制?，F(xiàn)今，一種解決該問題的方法是有規(guī)律地停止熱栗，加熱冷 表面來去除已形成的冰。然而，這同時(shí)消耗了時(shí)間和能量。
[0006] 用于提取蒸氣的另一方法是使用吸濕材料來吸附水。通過使用吸濕材料，空氣中 的蒸氣可以被吸附且存儲(chǔ)在該材料中。能夠存儲(chǔ)在該吸濕材料中水的量取決于材料的在不 同濕度下的吸附能力。在吸濕材料被加熱的情況下，該材料的蒸氣壓力增大。在吸濕材料 中的蒸氣壓力變得高于周圍的蒸氣壓力的情況下，所吸附的水被蒸發(fā)。采用這種方式，可以 使吸濕材料再生并且再利用。通過下式來說明每秒可以吸附/釋放的水的量。
[0008] 其中P是每秒吸附/釋放的水的量、k是材料常數(shù)、A是吸濕材料的面積、Pni是吸濕 材料的蒸氣壓力且匕是空氣中的蒸氣壓力。
[0009] 為了使被吸附的水離開吸濕材料，需要使水蒸發(fā)，為此需要蒸發(fā)能量。該能量以熱 的形式被消耗并實(shí)現(xiàn)冷卻。這冷卻了吸濕材料，導(dǎo)致在水蒸發(fā)的情況下吸濕材料中具有較 低的蒸氣壓力。然后，為了保持材料熱，需要添加更多的熱。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)具有諸如形成冰及由于蒸發(fā)而導(dǎo)致吸濕材料被冷卻等的一些缺 陷?？朔@些問題將得到更有效率的方法來控制空氣濕度和冷凝水蒸氣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于提供一種克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷的裝置。
[0012] 在第一方面，本發(fā)明涉及一種水吸附裝置，其包括：
[0013] 隔熱殼體，所述隔熱殼體具有能夠密封的入口和能夠密封的出口；
[0014] 容器，所述容器在所述殼體內(nèi)、將所述殼體分隔成第一室和第二室，所述容器具有 至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口，其中，所述容器的入口與所述殼體的能夠密封的入口連通 且所述容器的出口與所述殼體的能夠密封的出口連通，由此氣體能夠從所述第一室流入所 述容器并且從所述容器離開以進(jìn)入所述第二室；
[0015] 水吸附材料，所述水吸附材料被收納在所述容器內(nèi)；
[0016] 由此，所述裝置被構(gòu)造成允許氣體從所述殼體的能夠密封的入口通過所述容器流 動(dòng)到所述殼體的能夠密封的出口，在經(jīng)過所述容器時(shí)所述氣體與所述容器中的所述水吸附 材料接觸，
[0017] 其中，所述殼體具有至少一個(gè)冷凝面，其中所述冷凝面被配置于所述殼體中以使 氣體中的水蒸氣冷凝；
[0018] 所述裝置還包括加熱裝置，所述加熱裝置配置于所述冷凝面和所述容器之間的空 間，和/或所述加熱裝置與所述水吸附材料和/或所述容器熱接觸；
[0019] 其中，所述裝置還包括熱栗，所述熱栗被構(gòu)造成加熱所述水吸附材料且被構(gòu)造成 冷卻所述冷凝面。
[0020] 在第二方面，本發(fā)明涉及一種從氣體吸附水的方法，所述方法包括：
[0021] a.提供根據(jù)本發(fā)明的裝置；
[0022] b.使氣流與所述水吸附材料接觸；
[0023] c.使所述水吸附材料從氣體吸附水蒸氣或水；
[0024] d.密封所述殼體；
[0025] e.加熱所述水吸附材料，直到所述殼體的內(nèi)表面與所述容器之間的空間具有大于 〇攝氏度的露點(diǎn)；
[0026] f.繼續(xù)加熱所述水吸附材料；
[0027] g.使水蒸氣在所述冷凝面上冷凝；
[0028] h.收集冷凝后的水；以及
[0029] i.解除對(duì)所述殼體的密封。
[0030] 以下的實(shí)施方式適用于本發(fā)明的以上兩方面。
【附圖說明】
[0031] 圖Ia和圖Ib是根據(jù)本發(fā)明的裝置的實(shí)施方式的截面。
[0032] 圖2是示出了殼體內(nèi)的對(duì)流的截面圖。
[0033] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的裝置的一實(shí)施方式的截面。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 在本申請(qǐng)中，可互換地使用詞匯"水吸附（聚積）材料"和"吸濕材料"。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的裝置被設(shè)計(jì)成用于從氣體、例如從空氣吸附水。本裝置可以被一體 化到另一裝置中或者可以是單獨(dú)的裝置。
[0036] 現(xiàn)在參照?qǐng)DIa和圖lb。根據(jù)本發(fā)明的水吸附裝置10包括隔離殼體（insulated housing) 20，該隔離殼體20具有可密封入口 22和可密封出口 24,其中所述入口和出口兩者 都是可以利用任意適當(dāng)?shù)氖侄芜M(jìn)行密封的，以關(guān)閉且密封所述入口和出口。該殼體具有將 該殼體分隔成第一室27a和第二室27b的容器26。該容器具有至少一個(gè)入口 28和至少一 個(gè)出口 30,該至少一個(gè)入口 28和至少一個(gè)出口 30分別與殼體的可密封入口 22和可密封出 口 24連通。該容器優(yōu)選地是隔熱的且優(yōu)選地由不銹鋼制成。該容器包括水吸附材料32,該 水吸附材料可以是例如分子篩、活性炭、沸石、硅膠、LiCl、CaCl、NaNO 3、木材、硫酸鹽或者本 領(lǐng)域人員已知的任意適當(dāng)?shù)牟牧匣蛩鼈兊慕M合。該水吸附材料的形狀可以是顆粒、粉末或 立方體（solid)。殼體和容器的入口和出口可以被配置成使得氣體33可以從殼體的可密封 入口 22流入第一室27a中、并且經(jīng)由容器的入口 28流入容器26中，使得氣體與水吸附材 料32接觸。然后，氣體將通過出口 30離開容器26、并且進(jìn)入第二室27b、然后通過殼體20 的可密封出口 24離開。圖1中的虛線箭頭表示氣流。殼體的冷凝面42配置在殼體中以使 氣體中的蒸氣冷凝。面42可以被定為成至少部分地面對(duì)容器的入口和/或出口、或者被定 為成與容器的入口和/或出口垂直。在一實(shí)施方式中，面42在壁36和容器26之間形成了 空間37。加熱裝置34配置在該空間37中（圖la)和/或與水吸附材料32和/或容器26 熱接觸（圖Ib)。面42可以被配置成在氣流的方向上與容器的出口 30相對(duì)和/或與容器 的入口 28相對(duì)。容器可以采用網(wǎng)、籠或多孔面的形式且可以由例如金屬或合金制成、例如 由鋁制成。該裝置還包括熱栗43,該熱栗43被構(gòu)造成加熱吸濕材料32并且被構(gòu)造成在殼 體20內(nèi)提供冷凝面42,其中所述面允許水在該面上冷凝。面42具有足夠低的溫度，以便氣 流中的蒸氣在所述面上冷凝。熱栗43可以被限定成包括用于冷卻/加熱介質(zhì)的循環(huán)系統(tǒng) 45。該系統(tǒng)45順序包括冷凝面42、壓縮機(jī)44、加熱器47和膨脹箱（expansion tank) 46， 其中所有部件都經(jīng)由適當(dāng)?shù)墓芫€連接并且被配置成使得冷卻/加熱介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)。加熱器 47可以被配置在空間37中和/或與水吸附材料32和/或容器26熱接觸。
[0037] 冷凝面42可以配置在空間37中（圖Ia和圖Ib)或者可以配置在內(nèi)表面38上或 配置成內(nèi)表面38 (圖2和圖3)。壓縮機(jī)44和膨脹箱46可以均配置在隔離殼體內(nèi)或配置在 隔離殼體外。應(yīng)該優(yōu)選地對(duì)管線進(jìn)行隔離（絕熱）以便使能量損失最小化。
[0038] 當(dāng)熱栗43開始發(fā)熱而該熱可以經(jīng)由加熱器47傳遞給水吸附材料的情況下，可以 關(guān)閉加熱裝置34或者加熱裝置34至少不用必須全效運(yùn)轉(zhuǎn)，由此節(jié)約了能量?？梢允褂秒?力、燃料電池、太陽能或采用任意其它適當(dāng)?shù)姆绞絹聿倏v加熱裝置34,并且可以經(jīng)由電力、 微波（例如經(jīng)由微波爐原理）或者經(jīng)由太陽能供給熱。
[0039] 還可以使該加熱裝置34連接到密封控制機(jī)構(gòu)，以使可密封入口和可密封出口的 打開和關(guān)閉過程及水吸附材料開始加熱的程序最優(yōu)化。此外，優(yōu)選地采用如下方式構(gòu)造殼 體：在被密封的容器內(nèi)的氣體體積在對(duì)水吸附材料進(jìn)行加熱期間保持大致恒定。這可以通 過在關(guān)閉之后固定或鎖定密封件或者使用止回閥作為密封件來實(shí)現(xiàn)。
[0040] 本發(fā)明基于如下實(shí)際情況：在容器中容納的水吸附材料從周圍的氣體、優(yōu)選空氣 吸附水、并且在吸附到一定程度之后可能還進(jìn)行吸附，例如吸附到飽和點(diǎn)。因而，在已經(jīng)使 水吸附材料吸附水之后，使用蓋或任意適當(dāng)?shù)纳w子來密封殼體，然后使用加熱裝置加熱水 吸附材料，再