从空气产生饮用水的方法和系统与流程

本发明总体上涉及用于产生水的方法和系统。具体地，本发明涉及用干燥剂从空气提取水的方法和系统。

背景技术：

1、在世界各地，任何种类的液态水的存在都无法被保证。然而，人们总是可以在空气中发现大量的水蒸气。即使在高温且低湿的气候中，空气中也有丰富的水分。其原因是更高的温度增加了水蒸气的饱和压力(即，保持更多水的能力增加了)。

2、从气体提取液体(如从空气提取水)是熟知的，并且通常涉及通过将含有液体蒸气的气体的温度降低到露点温度以下来执行其凝结条件，从而导致蒸气冷凝并且因此从载气释放液体。虽然该方法非常可用，但要使该方法与从常规配水管道取水的替代水源竞争，存在一些困难。

3、该方法存在的主要挑战之一是，在干燥的地理区域，这些方法的性能和产水量急剧下降。这是由于环境空气中的露点温度和含水量较低。此外，在一些区域，露点温度低于水的冰点，这使得使用常规的基于空气调节从空气产水的系统来产生水是非常不切实际的。因此，产生可饮用的水变得越来越困难和昂贵。高的能源成本和可用系统的高成本常使这种解决方案不经济。给定量的提取水的能源成本是决定选择哪种解决方案的重要因素。

4、需要用于从空气产生水的节能且有成本效益的系统和方法。在低相对湿度的区域中特别需要这类系统和方法。

5、通过以下对本发明的优选实施方案的描述，本发明的其他目的、优点和应用将变得清楚。

技术实现思路

1、本发明的实施方案提供了一种用于产生水的方法。所述方法包括第一操作阶段和第二操作阶段。在所述第一操作阶段：使第一气流流动通过干燥剂以将水分从所述气流吸附在所述干燥剂中并且获得水饱和的干燥剂。在所述第一操作阶段之后的所述第二操作阶段：a)使热的干燥空气流动通过所述水饱和的干燥剂以将水从所述水饱和的干燥剂解吸到所述热的干燥空气中，从而获得加湿的热空气；b)将所述加湿的热空气引导到第一热交换器以将热量从所述加湿的热空气转移到冷的干燥空气的流，从而获得加湿的冷空气；c)将所述加湿的冷空气引入第二热交换器，所述第二热交换器被配置为将多余的热量从所述加湿的冷空气移除到外部环境，以使所述加湿的冷空气进一步冷却至其露点，从而获得水和冷的干燥空气；以及d)将所述冷的干燥空气引导到所述第一热交换器以将热量从所述加湿的热空气转移到所述冷的干燥空气，并且加热所述冷的干燥空气以获得温的干燥空气。可以将所述温的干燥空气在加热器中加热，以产生用于流动通过所述水饱和的干燥剂的所述热的干燥空气。在所述第二操作阶段期间，所述热的干燥空气、所述加湿的热空气、所述加湿的冷空气、所述温的干燥空气和所述冷的干燥空气的流可以在闭环通路中流动。在实施方案中，所述方法可以不断重复。

2、在实施方案中，所述第一操作阶段和/或所述第二操作阶段中的所述干燥剂可以是固体干燥剂。在另外的实施方案中，所述水饱和的干燥剂可以位于流化床反应器中。在另外的实施方案中，所述水饱和的干燥剂可以位于干燥剂轮中。所述加热器可以是非电加热器。在具体例子中，所述加热器可以是太阳能加热器或废热回收装置。

3、根据实施方案，所述方法可以包括在所述第二操作阶段之前的第一过渡阶段并且包括在所述第一过渡阶段期间使空气通过所述水饱和的干燥剂和所述加热器循环。所述第一过渡阶段中产生的过度的压力可以减小。所述方法可以进一步包括在所述第一操作阶段之前的第二过渡阶段，其中所述第二过渡阶段中产生的压力减小可以通过使外部空气流动到所述闭环通路中来至少部分地消除。

4、本发明的实施方案提供了一种用于从空气提取水的方法。所述方法可以包括：a)使热的干燥空气流动通过水饱和的干燥剂，以将水从所述干燥剂解吸到所述热的干燥空气中并且因此获得加湿的热空气；b)将所述加湿的热空气引导到第一热交换器以冷却所述加湿的热空气，从而获得加湿的冷空气；c)将所述加湿的冷空气引入第二热交换器，其中将多余的热量从所述加湿的冷空气移除到外部环境，以进一步冷却所述加湿的冷空气，从而产生水和冷的干燥空气；以及d)将所述冷的干燥空气引导到所述第一热交换器，使得热量可以通过所述第一热交换器从所述加湿加热的空气转移到所述冷的干燥空气，以加热所述冷的干燥空气，从而获得温的干燥空气。在流动通过所述水饱和的干燥剂之前，可以将所述温的干燥空气在加热器中加热，以产生所述热的干燥空气。在所述第二操作阶段期间，所述热的干燥空气、所述加湿的热空气、所述加湿的冷空气、所述温的干燥空气和所述冷的干燥空气的流可以在闭环通路中流动。

5、在实施方案中，所述第一操作阶段和/或所述第二操作阶段中的所述干燥剂可以是固体干燥剂。在另外的实施方案中，所述水饱和的干燥剂可以位于流化床反应器中。在另外的实施方案中，所述水饱和的干燥剂可以位于干燥剂轮中。所述加热器可以是非电加热器。在具体例子中，所述加热器可以是太阳能加热器或废热回收装置。根据实施方案，在步骤a)的所述流动之前，空气可以通过所述水饱和的干燥剂和所述加热器循环。在步骤a)的所述流动之前可产生的过度的压力可以减小。

6、本发明的实施方案提供了一种用于从空气产生水的方法。根据所述方法，在第一操作阶段期间在第一反应器组件中，a)通过使第一气流与干燥剂接触，将水分从所述空气吸附到所述干燥剂中。在第二反应器组件中，b)使热的干燥空气流动通过所述第二水饱和的干燥剂，以将水从所述第二干燥剂解吸到所述热空气中并且因此获得加湿的热空气；c)将所述加湿的热空气引导到第一热交换器，以获得加湿的冷空气；d)将所述加湿的冷空气引入第二热交换器，所述第二热交换器被配置为将多余的热量从所述加湿的冷空气移除到所述组件的外部，以使所述加湿的冷空气进一步冷却至其露点，从而产生水和冷的干燥空气；以及e)将所述冷的干燥空气引导到所述第一热交换器，使得热量可以通过所述第一热交换器从所述加湿加热的空气转移到所述冷的干燥空气，以便将所述冷的干燥空气加热成温的干燥空气。在流动通过所述水饱和的干燥剂之前，可以将所述温的干燥空气在加热器中加热，以产生所述热的干燥空气。其中在步骤b)至e)中的所述空气可以在闭环中流动。

7、所述方法可以进一步包括第二操作阶段，在所述第二操作阶段期间在所述第一反应器组件中，f)使热的干燥空气流动通过所述第一水饱和的干燥剂，以使水能够从所述第一干燥剂解吸到所述热空气中并且因此获得加湿的热空气；g)将所述加湿的热空气引导到第一热交换器以使所述空气冷却为加湿的冷空气；h)将所述加湿的冷空气引入第二热交换器，所述第二热交换器被配置为将多余的热量从所述加湿的冷空气移除到所述组件的外部，以使所述加湿的冷空气进一步冷却至其露点，从而产生水和冷的干燥空气；以及i)将所述冷的干燥空气引导到所述第一热交换器，以将热量通过所述第一热交换器从所述加湿加热的空气转移到所述冷的干燥空气，以加热所述冷的干燥空气，从而获得温的干燥空气。在流动通过所述水饱和的干燥剂之前，可以将所述温的干燥空气在加热器中加热，以产生所述热的干燥空气，在步骤f)至i)中的所述空气可以在闭环中流动。在所述第二反应器组件中，j)通过使第一气流与所述第二干燥剂接触，用水使所述第二干燥剂饱和。在实施方案中，所述第一反应器组件和/或所述第二反应器组件可以包括至少一个流化床。在另外的实施方案中，所述第一反应器组件和/或所述第二反应器组件可以包括至少一个干燥剂轮。根据实施方案，在所述第一反应器组件和/或所述第二反应器组件中的所述干燥剂可以是固体干燥剂。所述加热器可以是非电加热器。在具体例子中，所述加热器可以是太阳能加热器或废热回收装置。根据实施方案，在步骤b)或f)的所述流动之前，空气可以通过所述水饱和的干燥剂和所述加热器循环。在步骤b)或f)之前产生的过度的压力可以减小。在步骤a)或步骤j)之前产生的压力减小可以通过使外部空气流动到所述闭环通路中来至少部分地消除。

8、本发明的实施方案提供了一种用于产生水的装置，所述装置包括：呈闭环的用于热的干燥空气、加湿的热空气、加湿的冷空气和冷的干燥空气的流动路径；干燥剂，所述干燥剂适于从外部气流吸附水分以产生水饱和的干燥剂；反应器，所述反应器(i)用于使所述热的干燥空气流动通过所述第一水饱和的干燥剂以将水从所述干燥剂解吸到所述热的干燥空气中，从而获得所述加湿的热空气，或(ii)用于使所述外部气流流动通过所述干燥剂，以获得所述水饱和的干燥剂；第一热交换器，所述第一热交换器用于将热量从所述加湿的热空气转移到所述冷的干燥空气，以获得加湿的冷空气和温的干燥空气；第二热交换器，所述第二热交换器适于允许热量散发到环境，以使所述加湿的冷空气冷却至其露点，从而获得水和冷的干燥空气；以及加热器，所述加热器用于产生流动通过所述水饱和的干燥剂的所述热的干燥空气。在实施方案中，所述装置可以包括多个反应器，其中在至少一个反应器中水从所述干燥剂解吸并且其中在至少一个反应器中水分被所述干燥剂吸附。所述两个反应器可以互换地工作，并且随着所述干燥剂变得饱和或干燥而改变它们的功能。所述干燥剂可以是固体干燥剂。在实施方案中，装置可以包括至少一个流化床。在另外的实施方案中，所述装置可以包括至少一个干燥剂轮。所述加热器可以是非电加热器。在具体例子中，所述加热器可以是太阳能加热器或废热回收装置。可以进一步提供一种用于允许闭环空气通路的体积膨胀或收缩的限制器。

9、通过对本发明的实施方案的以下描述连同下文的附图，对本发明的完全理解将是清楚。