水回收系统和方法_3

文档序号:8491524阅读:来源:国知局
水蒸气。在冷凝器28内还展示了环境空气冷却管线32。在提取循环期间,环境空气被用作使已进入冷却盘管30中的较暖的潮湿空气流冷凝的冷却源。提供了水收集容器34以用于通过将冷凝器28与容器34互连的水管线36来收集冷凝水。还可以使用秤38来监测所提取的水的量。连同秤18 —起,秤38提供了用于监测水回收的多个控制输入。
[0054]热交换器组件16包括热源40。图1的示意图中的热源40被示出为太阳能收集器或光伏电池;然而,该热源可以是许多其他的热源,例如电加热器或燃气加热器、或可获得的废热来源。例如,该热源可以包括来自工业过程的废热、或从车辆的排气歧管或发动机捕获的废热。闭环加热管线44被用于使一定量的加热流体再循环。如所示出的,该加热管线44横穿该腔室并且紧邻该干燥剂堆叠体14。加热流体42可以是常规的加热流体,例如水或乙二醇。加热流体容器45被提供用于储存该加热流体。流体泵70被用于使加热流体42再循环穿过该加热管线44。尽管图1展示该热源40和容器45是与该腔室内的热交换器组件16的其他部件分开的,但应当理解的是,该热交换器组件16能以多种不同的构型被容纳以适应该装置所用于的具体应用。
[0055]控制器84可以被用于提供对该装置的运行的自动控制。控制器84可以采取容纳了多个控制输入和输出以及带有集成软件或固件的处理器的多种已知工业控制器的形式。关于输入,可以通过多个温度感测装置46如热电偶或RTD来监测该装置。在图1中,遍布该装置在多个不同的位置处示出了多个温度传感器。在该热交换器组件内,也示出了多个温度感测装置46,包括位于该热交换器内的、以及位于该加热管线内在进入和离开该热源40处的多个传感器。在该干燥剂堆叠体14以及冷凝器28内也展示了多个温度传感器。
[0056]除了温度控制之外,图1还展示了液体流量传感器48,用于测量穿过该加热管线44的加热流体42的流动速率。还可以将空气流量传感器49引入该排气管线24内以监测穿过该腔室的空气的流动速率。进一步地,还可以将多个相对湿度传感器50引入该装置内以测量该空气流的相对湿度。如图1中所示,多个相对湿度传感器50可以和多个温度传感器46 —起共同定位在排气管线24处、冷凝器返回管线73处、以及可能希望监测相对湿度的其他选定位置处。
[0057]关于控制穿过该装置的空气流,可以使用多个风扇来精确地控制空气流。再次参见图1,这些风扇可以包括与空气进入管线20相连通的进气风扇52、与排气管线24相连通的排气风扇56、将空气沿冷凝器入口管线26引入到冷凝器28中的冷凝器风扇68、使空气经由该再循环管线72再循环穿过该腔室的再循环风扇64、以及将环境空气引入到冷凝器28中的环境空气冷却风扇69。还通过多个气闸或阀门来实现对穿过该装置的空气流的控制。在此参见图1,这组阀门可以包括安装在该空气进入管线20中的空气进入阀门54、安装在该空气排出管线24中的排气阀门58、安装在该冷凝器入口管线26中的冷凝器入口阀门62、以及安装在冷凝器返回管线73中的再循环阀门66。
[0058]现在参见图2至图4,展示了根据优选实施例的干燥剂托盘74。托盘74包括多个侧壁90和一个底座96。这些侧壁90中的一个或多个侧壁可以包括接纳用于使堆叠的托盘74之间的连接稳定的多个杆或榫钉(未示出)的多个杆接纳通道94。至少一对相对的侧壁90可以包括用于安装密封衬垫75 (参见图8)的内部凸缘92。优选地,在各个堆叠的托盘74之间放置有密封衬垫以便由此限制穿过该腔室的空气流损失。底座96装有一定量的液体干燥剂溶液110 (图4)。底座96包括多个底座侧壁98,这些侧壁98中的一个多个侧壁可以包括多个空气流循环槽缝或开口 100。如所示出的,这些开口 100是布置在底座侧壁98的上部处、在液体干燥剂溶液110的液体管线112上方、并且在这些侧壁90的顶边缘下方。图2至图4还展示了干燥剂介质盒82,如在图3中最佳示出的,该干燥剂介质盒被放置在干燥剂托盘74内。介质盒82被示出为装配在底座侧壁98的界限内的矩形元件。介质盒82包括介质框架102,该介质框架将携带了处于手风琴式折叠构型的介质材料120。该介质框架102还可以包括一个或多个框架面板104,该一个或多个框架面板可以用于通过防止空气穿动通过这些面板104而引导空气流穿过该腔室。在图2中旨在显示,该介质框架102的两个端壁包括介质框架面板104,而该介质框架102的相对的侧壁保持是开放的,由此允许空气流水平地穿过介质盒82。为了使框架102的这些开放侧稳定,该框架可以进一步包括多个隔网支撑件106,这些隔网支撑件包括如图所示出的多个金属丝元件。
[0059]参见图4,介质材料120被展示为薄的片板的形式,该片板被保持在手风琴式折叠构型中以便由此将该介质材料对穿过该腔室的空气的暴露表面积最大化。如所示出的,干燥剂溶液110填充了底座96的一部分,并且介质材料120的下端被浸没在该流体溶液110中。如所提及的,可接受的介质材料的一个实例可以包括PVA泡沫薄片板,即容易芯吸该干燥剂溶液110的吸收性泡沫。为了将该介质材料维持在该手风琴式折叠构型中而在这些材料折痕之间具有均匀的空隙或空间,可以使用内部金属丝支撑件122以使该介质材料稳定。当介质材料120吸收或芯吸该干燥剂溶液110时,该材料用于使该干燥剂溶液均匀地分布在受限空间内的大的表面积中。相应地,介质材料120和干燥剂溶液110提供了用于从经过的空气流中有效去除水蒸气的一种吸湿性特征。如图4中所示,介质材料120优选地被定向成与空气的流动为平行关系,由此使得空气能够穿过该介质材料的这些折痕之间的空隙。以这种取向,该空气流与该介质材料的暴露表面维持显著的接触。随着空气继续流动穿过介质盒82,被截留在该介质材料中的水蒸气的量增大。所截留的水蒸气的量有可能超过该介质材料的液体持有容量,从而致使干燥剂溶液滴落到干燥剂流体110的池中。如下文进一步讨论的,在该介质材料达到饱和之前开始提取循环是有利的。
[0060]可以调整该介质材料的厚度、以及该介质材料在其折痕之间的空隙大小方面的配置,以符合具体用途的所希望的水回收需求。在材料折痕之间具有较大空隙的较厚材料片板允许空气流更好地穿过该腔室,由此减少了跨过该腔室的空气流压力降。然而,这种介质材料构型限制了可以从该空气流中去除的水蒸气的量。减小该介质材料的折痕之间的空隙的大小和增大该介质材料的宽度提高了从空气流中去除水的能力,但缺点是跨过该腔室的压力降增大,因此要求更大的风扇能力来使空气移到穿过该腔室。因此考虑到了调整该介质材料的具体构型以实现满足该装置的具体用途的需求的水回收,而跨过该装置没有可能超过这些风扇的能力的过度空气压力降。
[0061 ] 干燥剂溶液110被放置在每个托盘74中。这可以在该装置开始运行时手动地完成。随着该装置继续运行,可能需要补充该干燥剂溶液。例如,该干燥剂介质的吸收了干燥剂溶液的一些部分可能变得干燥且结晶,由此在不清洁和重新浸泡该干燥剂介质的情况下阻碍了该干燥剂化学品的再活化。代替手动更换干燥剂溶液110,还考虑到了可以自动地补充干燥剂溶液110。干燥剂溶液贮存器(未示出)和水贮存器(未示出)可以具有与这些托盘74中的每一个或选定的几个托盘相连的流体输送管线。每个托盘还包括液位传感器(未示出)和/或用于感测该化学干燥剂的浓度的干燥剂浓度传感器(未示出)。化学浓度传感器是测量溶液的电势的装置,并且电势的变化对应于该溶液中化学品的浓度的已知变化。基于来自这些传感器的输入,安装在这些流体输送管线中的补充阀门(未示出)可以被选择性地打开以释放指定量的水和/或干燥剂溶液,从而补充这些托盘中的干燥剂溶液。在许多情况下,为了使该干燥剂溶液处于最佳干燥剂浓度,可能只需要将水加回到该干燥剂溶液中。
[0062]现在参见图5和图6,展示出了该热交换器组件16的、存在于干燥剂堆叠体14下方的多个部件。如所示出的,该组件包括壳体76,该壳体包括多个侧壁130和一个底壁或底座128。壳体76的一侧包括管路歧管132,该管路歧管具有多个开口以接纳相应的管路区段134。从底座128向上延伸了多个挡板140,这些挡板用于支撑加热分布元件78。如所示出的,该加热分布元件78也是手风琴式折叠的元件,该手风琴式折叠元件装配在这些侧壁130之间并且被布置在加热管线44上方。该加热管线44被配置成蜿蜒的路径,以便由此将热量更均勾地传递到该热量分布元件78。如图6中所示,加热管线44穿过这些侧壁130中一个侧壁、并且与热源40和容器45 (图1)相连通。任选地,可以将金属丝支撑元件136布置在壳体76中以便将该加热元件78维持在其手风琴式折叠构型中。该热量分布元件78可以由铝或其他类型的耐腐蚀导体制成。该壳体76还可以包括与这些干燥剂托盘74的通道98对齐的多个杆接纳通道138,以接纳帮助将该干燥剂堆叠体和热交换器组件保持在稳定的竖直取向中的多个稳定杆(未示出)。
[0063]参见图7,示出了干燥剂托盘74相对于热交换器壳体76的的安排。如所示出的,该干燥剂托盘74的底座或底部部分被定位成紧邻该热量分布元件78的上表面。这种取向可以允许将热量最有效地传递给上覆的托盘74。图7还展示了可供空气进入该装置中的空间,在该空间中空气首先穿过该热量分布元件78的相邻区段之间的空隙。该空气流然后被引导向上、穿过该托盘的底座侧壁98中的这些开口 100。接下来,迫使空气水平地穿过介质材料120中的空隙并且基本上与该介质材料120的取向平行。空气接着向上进入下一个干燥剂托盘74中。空气流穿过此下一个干燥剂托盘的路径是由该托盘的底座侧壁98中的开口 100的取向决定的。
[0064]参见图8,关于干燥剂堆叠体14、热交换器16以及包括多个风扇、阀门、输送管线和连接器的这组空气输送元件的构造细节,展示了装置10的优选实施例。更确切地讲,图8展示了位于单一热交换器组件16上方、被安排成彼此上下竖直堆叠的多个干燥剂托盘74的干燥剂堆叠体14。出于展示的目的,最上面的托盘74被移除以示出被放置在堆叠的托盘之间的密封衬垫75。还示出了堆叠体排气歧管80,来自该腔室的空气流在该堆叠体排气管线中经由多条管线24返回到大气中。如这个实施例中所示,代替单一排气管线24,存在一对排气管线24,它们被安排成一组四条相邻管线中的一对外部输送管线。图8的实施例旨在展示,这些输送元件中的一些输送元件可以双倍提供以实现对该装置的更好的空气流控制。相应地,除了使这些排气管线24以及相关联的风扇和阀门为双倍之外,图8还展示出双倍的冷凝器入口管线26、再循环管线72、返回管线73以及用于这些管线的阀门和风扇。图8还示出了在需要额外的力从冷凝器28中去除空气的情况下使用的、与每条返回管线73相关联的任选风扇75。在如这个图中所示出的该装置的具体安装需要双管线构型的情况下,还可能是有利的是在这些管线与该冷凝器之间的接合处引入多个空气分布歧管,以便简化这些管线与该冷凝器之间的连接。相应地,图8还示出了对应的歧管81和83。在图8中,冷凝器28仅是以示意性的形式示出的,并且应当理解这些管线26和73的自由远端与冷凝器盘管30的入口和出口互连。如果采用歧管81和83,则这些歧管对应地与冷凝器盘管30的入口和出口相连通。由于图8中的视角,不
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