[发明专利]多用途隔热的饮用水生产设备和方法

说明书

本申请要求2006年5月15日提交的60/800358号美国临时申请的优先权，该申请在此以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及这样一种改进的设备，其用于将大气中的水蒸气或者汽化为空气的不可饮用的水的水蒸气转化为饮用水，尤其用于通过在温度保持于或低于给定环境条件露点的一个或多个表面上形成冷凝的水蒸气而获得饮用质量的水。

背景技术

水蒸汽在其上冷凝的表面通过在封闭的流体路径中循环制冷剂介质的装置保持在低于露点的温度。所述装置包括制冷剂蒸发设备(从而提供通过气流的制冷)和制冷剂冷凝设备。制冷剂冷凝设备用于在适当区域提供热量至所述气流，从而提高空气携带水蒸气的能力(即增加湿度)。

发明人为Poindexter的5,301,516号美国专利和发明人为Reidy的5,106,512号、5,149,446号美国专利各公开了一种饮用水收集装置，其包括用于将冷却盘管保持在低于露点温度的致冷装置，以形成冷凝水。其它现有技术包括发明人为Le Bleu和Forsbergr的5,669,221号美国专利，其中收集的水或者市政的水被重复地简单过滤，直到达到所要的饮用质量。其它的将水蒸气转化为液体饮用水的例子存在于公用领域的发明人为Merritt的6,343,479号美国专利中，并且已公开的发明人为Merritt的20050262854号美国专利申请(现在为7,121,101号美国专利)也公开了由空气得到水的有利技术。

其它的许多上述现有技术限制在进行空气到水的转换的范围，从而表现出不合符需要的缺点。典型地，现有技术表现出缺乏这样的能力：即，在保持于低于露点温度的表面附近把数量与大气中实际存在的水蒸气总量接近的水蒸气有效地转换成水。本文公开的新型水生产系统和方法还能够执行多种功能，如水的净化、脱盐和蒸馏，以及将潮湿的空气转换为水的作业。与用于执行这些功能的传统技术相比，本文公开的系统和方法提供的多种功能显著提高效率，因而克服了现有技术中的缺点，并为解决现存的世界性水质量问题提供了历经探索后才获得的技术方案。

发明内容

本发明的一个目的是，提供一种为饮用目的而从大气中冷凝和收集水的新颖装置和方法。本发明的另一个目的是，提供一种对还不适于人饮用的水进行净化从而提供安全的水供饮用的装置。本发明的还一个目的是，提供一种在较低的环境温度下蒸馏普通水、从而显著地降低正常地完成该任务的能量消耗的装置和方法。这些和其它的目的是利用复杂的制冷技术完成的，包括例如多个蒸发器、绝热冷却技术、重新加热以及新型解冻机构，所有这些工作都在管道的空气通道内完成。这些技术使得该设备能够捕获较大量的水，达到在各种条件和情况下每单元体积空气内的可能的最大量的水分。根据是否将该设备作为简单的空气到水的转换装置、水蒸馏装置或者脱盐装置的决定，可按照本发明的某些方面启动与各单独的操作相关的控制。

按照本发明的一个方面，用于对水进行低温蒸馏的方法和装置如下。风扇使得空气通过形成为连续循环路径的空气通道管。空气管或者通道优选地与外界环境温度条件隔绝。水被以细雾的形式导入循环空气，这具有称为绝热冷却的立即效果。在该实施例中，绝热过程是蒸发冷却。随着水蒸气被吸入空气，能量由可感热转化蒸发的潜伏热。相应地，空气的温度下降，它的绝对湿度上升，然而总体的内能保持不变。然后装满水蒸气的空气被风扇驱动，并通过保持于低于露点温度的所述第一气流制冷元件的至少一个表面。第一制冷元件使得空气中的水蒸气中的一部分转化为液体水。当空气通过第一制冷元件时，被冷却至达到百分之百的相对湿度。然后空气流通过第二气流制冷元件，所述第二制冷元件在所述水的凝固点的温度或者低于所述水的凝固点的温度下工作，因此空气流中很大比例的残留水在第二制冷元件上被捕获。当空气流通过第二制冷元件后，又为百分之百的相对湿度，然而温度却低得多。然后空气流通过空气流加热元件，在该处空气的温度急剧上升，同时导致相对湿度显著下降。优选地空气又通过隔热的管道空气通道回到风扇后面的区域，风扇又使得空气再次循环。在空气流以例如逆时针方向在封闭的通道内通过的同时，制冷剂以相反的方向通过相应的制冷元件的回路，并在各个元件上控制和制冷剂相关的操作条件，以达到理想的温度和压力条件。