[发明专利]用于管理流体中水含量的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年3月25日提交的美国临时申请序列号60/665,304的权益，其在这里通过引用并入此处。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及用于控制流体中，特别是诸如空气的流体中水含量的系统和方法。

2.背景技术

通常，使用冷凝系统来从空气或其它气态流体中收集水。示例性的冷凝系统提供了冷却到某一温度的表面，该温度等于或低于进入空气的露点。正如本领域中公知的，冷却露点处或露点之下的空气会引起来自空气的水蒸汽冷凝，并且会引起空气的绝对湿度降低。一定体积的空气的湿度基本上决定了可引入该空气或可从该空气去除的水量。

现有的水生成和去除系统使用传统的冷凝系统从进入气流中收集水蒸气，该冷凝系统将进入空气的温度降低到等于或低于空气露点的温度。因此，由这样的系统产生的水的数量取决于周围空气的湿度。然而，空气的湿度和温度从一个地区到另一个地区变化，在热带和亚热带地区空气热且潮湿，而在世界的其它部分空气较冷、不大潮湿。空气的温度和水蒸气含量也在全年随着地区中季节性气候的变化而变化。因此，根据世界的地区和根据每年的时间，例如可能希望增湿或减湿以使环境变得更舒适。

除了增加舒适性以外，空气中水量的管理对工业应用也可能是重要的。而且，可能希望从空气中去除水，以使水可被利用，例如用于饮用，或用于期望有新鲜水的其它应用。不管管理空气中水量的原因是什么，有时传统的水管理系统具有不希望有的限制。例如，当空气的露点低时，特别是当它低于水的凝固点时，使用传统系统去除水可能是很难或不可能的。此外，提供冷却以从空气中提取出水的传统系统还可能产生不被利用的热，并因此作为浪费的能量丧失。然而即使热被利用，它通常也太少而不能提供很多利益，因为在一些系统中热的主要来源是用于冷却循环的压缩机。

因此，存在对用于管理流体中水含量的系统和方法的需要，该系统和方法即使当露点低时也可从流体中提取水，并可利用来自热源的废热。

发明内容

本发明提供了一种即使当露点低时也能用于从流体中去除水的系统和方法。

本发明还提供了利用来自引擎的废热来从流体中去除水的系统和方法，该引擎可用于在冷却循环中驱动压缩机，并可用于提供动力输出，以例如运转车辆或发电机。

本发明可用于用任何干燥剂装置来从空气中收集水，同时利用来自引擎的废热。该引擎可为用于给车辆如军用车辆提供动力的类型的引擎。在这样的情况下，本发明可为包含在车辆内的可移动系统，并可用于提供环境管理以及水产生能力。除了用于车辆，引擎还可用于运转其它装置或机器，例如发电机。除了运转车辆、发电机或其它系统外，引擎还可用于给压缩机提供动力。这样的压缩机可安装到或以其他方式机械地连接到引擎。可选地，引擎可驱动用于提供电来运转压缩机的发电机。压缩机又可用作制冷循环的一部分，该制冷循环可用于向本发明的水管理系统的一个或更多部分提供冷却。

本发明还可提供用于从空气中提取水或用于使空气减湿的系统。该系统包括收集干燥剂室，其中固体干燥剂或干燥剂溶液被暴露以与第一空气流物理接触，且其中产生了稀释的干燥剂。还提供了被暴露给来自引擎的废热的干燥剂再生室。干燥剂在第二室中被加热，并被暴露以与第二空气流物理接触。作为暴露给第二空气流的可选方法，第二室可为密封的再生室，水从该室排出。压缩机安装在引擎上，且一个或更多蒸发器用于制冷循环。蒸发器或若干蒸发器可位于收集室中或位于再生室和收集室二者中。蒸发器可用于向收集室中的液体和/或固体干燥剂材料提供冷却。可选地，蒸发器或若干蒸发器可用于向离开再生室的空气提供冷却，这能有助于水从空气的提取。当然，蒸发器或若干蒸发器可用于向离开收集室的空气提供冷却，从而向已经干燥的空气提供额外的冷却。

本发明还提供用于将周围空气输送到其中有适当的干燥剂材料的第一室中的系统和方法。干燥剂从与干燥剂接触的空气吸收或吸附湿气。在一个实施方式中，通过抽吸空气经过其中散布有干燥剂的接触表面如海绵、介质、冷却旋管或冷却塔来使空气接触干燥剂。干燥剂和/或第一室可被冷却以使水能更有效地从空气中转移到干燥剂中。干燥剂从空气中吸收或吸附水，从而当水经历相变并从空气中冷凝出来时传递来自空气的潜热。因为干燥剂和/或第一室被冷却了，所以显热冷却(sensible cooling)，即，不以状态的改变为基础的冷却也提供给了空气。产生的干燥、冷却的空气被从第一室中抽出。