利用熱連結吸著劑床的水回收的製作方法

2023-05-22 05:57:11

專利名稱：利用熱連結吸著劑床的水回收的製作方法
利用熱連結吸著劑床的水回收
背景技術：
水回收是太空飛行器環境和一些其他密閉空氣環境中的重要工藝。對於像去除二氧化碳這樣的某些基本的太空飛行器工藝來說，乾燥的空氣流是期望或必需的。一些二氧化碳去除系統(分子篩)不能容許進入的流體流中的溼氣。其他的(胺吸著劑)不期望地損失掉流體流中的溼氣含量。例如，在短期太空飛行器任務中，水分回收可能並不是關鍵的而且胺吸著劑能夠充分地起作用。但是，在更長的任務中，可能有必要回收水分使其能夠再用。在這些情況中，通常在二氧化碳去除之前進行水回收。在當前實踐中，從工藝空氣進行的水回收利用了乾燥劑介質，所述乾燥劑介質被循環地加載(loaded)和卸載(unloaded),所述加載通過從潮溼的工藝流中去除水來進行，而所述卸載通過加熱以解吸所吸附的水並使其返回乾燥的排出工藝流中來進行。常規的水回收系統需要大量的熱能和/或大件設備。由於水的高汽化熱，當從工藝空氣流中去除水蒸氣時會釋放大量的熱，所述熱必須從吸附乾燥劑床去除以保持有利於有效吸附性能的溫度。相反地，必須增加大量的熱能，以在排出工藝空氣流回到艙室之前提供將水蒸氣從解吸乾燥劑床釋放到排出工藝空氣流的汽化熱。這種熱輸入的需要與將解吸乾燥劑加熱到升高的溫度(高於吸附床溫度)的需要相結合以有效驅除所吸附的水蒸氣。在常規系統中，離開解吸床和進入解吸床的熱傳輸通常由工藝空氣流提供。這在空氣和乾燥劑材料中需要大的溫度變化，因為空氣流的比熱與其所攜水蒸氣的汽化熱相比較小。通過使用再生式工藝空氣熱交換器可以減少供能需求，但將解吸床排出空氣流提高到大大高於排出吸附乾燥劑床的空氣溫度的需求限制了其使用。儘管這些熱交換器能夠提供能耗及設計整合優勢，但是它們顯著影響整個系統的壓降、質量和成本。通過更快速地循環更小的乾燥劑床，系統質量可被減少，但這增加了支持這些床的熱擺動(thermal swing)的能量需求，增長了空氣加熱器和熱交換器的大小以及系統功率輸入。所以，當前的水去除系統固有地尺寸大並且需要大量能量來操作。

發明內容
—種水回收系統包括吸著床(sorbing bed)、解吸床、熱泵和控制器。所述吸著床包括入口、吸著劑和出口。所述吸著床接收第一流體流並從所述第一流體流中吸著水。所述解吸床包括入口、吸著劑和出口，與所述吸著床對準並熱連接到所述吸著床，且接收第二流體流並將水解吸到所述第二流體流。所述熱泵置於所述吸著床與所述解吸床之間並將熱從所述吸著床傳遞到所述解吸床。所述控制器給所述熱泵分配功率以保持所述解吸床的出口附近的區域的溫度大於與所述解吸床的出口附近的區域對準的所述吸著床的區域。一種從流體流回收水的方法包括導引第一流體流穿過第一吸著劑床使得所述第一流體流內的水被所述第一吸著劑床內的第一吸著劑所吸著。所述方法還包括用所述第一吸著劑床中的水的吸著所產生的熱來加熱第二吸著劑床。所述第二吸著劑床定位成鄰近所述第一吸著劑床並與所述第一吸著劑床熱連結。所述第二吸著劑床包括流體流入口、吸著齊U、流體流出口和等於所述入口與所述出口之間距離的床長度。所述方法還包括給位於所述第一吸著劑床與所述第二吸著劑床之間的熱泵供能以主動地加熱所述第二吸著劑床並冷卻所述第一吸著劑床。所述方法還包括導引第二流體流穿過所述第二吸著劑床使得當所述第二吸著劑床被加熱時，水被從位於所述第二吸著劑床內的第二吸著劑解吸並被所述第二流體流從所述第二吸著劑床去除。所述方法還包括保持所述第二吸著劑床的區域的溫度高於與所述第二吸著劑床的區域相鄰的區域處所述第一吸著劑床的溫度。所述第二吸著劑床的被加熱區域從所述流體流出口延伸到所述第二吸著劑床的床長度的約10%和約100%之間的長度。


圖1示出水回收系統。圖2示出將吸著床和解吸床對換的圖1的水回收系統。圖3示出具有熱泵的水回收系統，所述熱泵延伸吸著床與解吸床的長度。圖4示出吸著床與解吸床的流體流在相反方向上流動的水回收系統。圖5示出不同水回收系統的能量需求的圖表。
具體實施例方式本發明提供一種緊湊的、低功率的水回收系統以及從流體流中回收水的方法。所述水回收系統使用熱連結吸著劑床，其中，吸著床處由水吸收所產生的熱被傳遞到解吸床以用於水解吸。使用最少的額外能量在吸著床出口附近冷卻吸著床並在解吸床出口附近加熱解吸床。冷卻吸著床的後段及加熱解吸床的後段優化了排出的流體流。比起單獨使用被動式熱傳遞時，離開吸著床的流體流更乾燥而離開解吸床的流體流含有更多水。此水回收系統使得能夠使用小的床尺寸，由於吸著床和解吸床的溫度之間的差異總是小，其可以在不引起明顯功率損失的情況下頻繁循環於吸著與解吸之間。根據這裡所描述的水回收系統和方法，工藝流包括任何流體流。工藝流通常包括在密閉環境內循環的流體流，所述密閉環境包括但不限於太空飛行器、潛艇及航空器環境。示例性的工藝流包括在太空飛行器和航空器內的工藝空氣流，例如艙內空氣。這些工藝流含有水蒸氣，所述水蒸氣能夠從流中去除並能重新引入同一流或其他流中以回收並再使用所去除的水蒸氣。圖1示出水回收系統10的一個實施例。水回收系統10包括第一吸著劑組件12A、第二吸著劑組件12B、熱泵14和控制器16。第一吸著劑組件12和第二吸著劑組件12B對準並熱連結。也就是說，第一吸著劑組件12A與第二吸著劑組件12B彼此接近並配置成使得一個吸著劑組件所產生的熱能夠傳遞給另一個。圖1示出第一吸著劑組件12A和第二吸著劑組件12B並列使得第一吸著劑組件12A的每個區段都對準第二吸著劑組件12B的對應區段。熱鏈允許來自吸著劑組件一個區段的熱傳遞到另一吸著劑組件的對應區段。所述熱鏈可構造成使得熱傳遞可被動地和/或主動地發生。第一吸著劑組件12A包括通道18A與20A及床22A。根據流體流的方向，通道18A允許流體流進入或排出第一吸著劑組件12A。如圖1中所示，通道18A是入口。一旦流體流已經通過通道18A進入第一吸著劑組件12A，流體流就穿過床22A。床22A含有吸著劑材料32。流體流穿過床22A到達通道20A。根據流體流的方向，通道20A允許流體流進入或排出第一吸著劑組件12A。如圖1中所示，通道20A是出口。圖1中所示的床22A包含三個床區段。雖然床22A是連續的，但為了更好的說明本發明，將描述不同的床區段。床區段24A位於入口通道18A附近的區域內，床區段28A位於出口通道20A附近的區域內而床區段26A位於床區段24A與28A之間。在通道18A是第一吸著劑組件12A的入口的情況下，流體流一般從床區段24A行進到床區段26A再到床區段28A並在通道20A處排出第一吸著劑組件12A。以下更詳細地描述第一吸著劑組件12A的吸著和解吸操作。床22A中存在的吸著劑材料32既能夠從流體流中吸著(吸收和/或吸附)水，又能將水解吸到流體流中。吸著劑材料32從含有水蒸氣的流體流中吸收或吸附水。當水被吸著劑材料32吸收或吸附時產生熱。通過使用足夠的熱能，吸著劑材料32將會解吸水使其能由流體流去除。合適的吸著劑材料32不吸收或吸附顯著量的二氧化碳。在示範實施例中，吸著劑材料32是水特定的(water-specific)。也就是說,吸著劑材料32僅吸收或吸附水。合適的吸著劑材料32包括矽膠、沸石分子篩、陰陽離子交換介質、用一種或多種吸溼鹽浸潰的陶瓷或聚合物基材及其組合。所述陶瓷或聚合物基材內浸潰的吸溼鹽的例子包括但不限於碳酸銫、氟化銫、氯化鈣及溴化鋰。在示範實施例中，吸著劑材料32的平均顆粒直徑的範圍在約350微米到約1400微米。第二吸著劑組件12B與第一吸著劑組件12A在結構上相似或相同。第二吸著劑組件12B包括通道18B和20B及床22B。類似通道18A，通道18B允許流體流根據流的方向進入或排出第二吸著劑組件12B。如圖1中所示，通道18B是入口。一旦流體流已經通過18B進入第二吸著劑組件12B，流體流就穿過床22B。床22B含有吸著劑材料32。流體流穿過床22B到達通道20B。通道20B允許流體流根據流的方向進入或排出第二吸著劑組件12B。如圖1中所示，通道20B是出口。圖1中所示的床22B包含三個床區段。雖然床22B是連續的，但為了更好的說明本發明，將描述不同的床區段。床區段24B位於入口通道18B附近的區域內，床區段28B位於出口通道20B附近的區域內而床區段26B位於床區段24B與28B之間。在通道18B是第二吸著劑組件12B的入口的情況下，流體流一般從床區段24B行進到床區段26B再到床區段28C並在通道20B處排出第二吸著劑組件12B。第一吸著劑組件12A的床22A和第二吸著劑組件12B的床22B對準且熱連結。例如，床區段24A與床區段24B對準並且熱能夠從一個床區段傳遞到另一床區段。也就是說，由於它們位置鄰近和熱鏈，熱能夠從床區段24A傳遞到床區段24B，反之亦然。床區段26A和26B以及床區段28A和28B類似地對準並熱連結，使得熱能夠從一個床上的區段傳遞到另一個床上的與其對準的區段。由於床22A與22B是連續的，熱傳遞並不嚴格地僅限於在對準的床區段之間傳遞。然而，一般來說，熱通常從床的一個區域傳遞到另一個床的鄰近區域。熱可以被動地(通過傳導)、主動地(通過熱泵)或即主動又被動地在對準的床區段之間傳遞。在圖1中，所示的熱泵14位於第一吸著劑組件12A的床區段28A與第二吸著劑組件12B的床區段28B之間的界面處。熱泵14構造成主動地加熱一個床區段並冷卻另一個。熱泵14可以構造成在床22k與22B之間傳遞熱或主動地加熱一個床而冷卻另一個。例如，熱泵14可以加熱床區段28A而冷卻床區段28B，反之亦然。不像被動式熱傳遞，熱泵14允許逆著熱梯度來傳遞熱能。在示範實施例中，熱泵14整合在水回收系統10內。在一個示範實施例內，熱泵14是熱電設備。熱電設備利用熱電效應，所述熱電效應描述的是溫度差到電壓的直接轉換，反之亦然。熱電設備在每側上具有不同溫度時產生電壓。反過來，當向熱電設備施加電壓時，其產生溫度差(即，一側被加熱而另一側被冷卻)。當熱泵14是熱電設備時，向所述熱電設備施加電壓以加熱一個床區段(例如，床區段28B)並冷卻另一個床區段(床區段28A)。雖然熱泵14可以採用熱電設備以外的其他形式，但將在熱泵14是熱電設備的情況下詳述水回收系統10。對於激活熱電設備14而言，功率源和控制器是必要的。在示範實施例中，直流功率從太空飛行器或航空器上已有的功率源被發送到熱電設備14。控制器16接收來自功率源的功率並將該功率分配到熱電設備14。控制器16基於一些因素確定在給定時間施加到熱電設備14的電壓，所述因素可包括水回收應用、床22A和22B的尺寸以及床22A和22B的溫度。例如，在水回收系統10的一個實施例中，溫度傳感器30A與30B分別測量床22A的溫度(Ta)以及床22B的溫度(TB)，並將所測得的溫度傳輸到控制器16。基於從溫度傳感器30A和/或30B接收的溫度，控制器16將所確定的電壓(V1)分配到熱電設備14。在水回收系統10包括第二熱電設備(熱泵34)的情況下，控制器16將所確定的電壓(V2)分配到熱電設備34。下面將更詳細地討論包含第二熱電設備34的水回收系統10的實施例。將'或％應用到熱電設備14與34允許加熱一個床並冷卻另一個床。按照圖1，水回收系統10被布置成使得來自流體流中的水在第一吸著劑組件12A中被吸著(吸收和/或吸附)並在第二吸著劑組件12B中被解吸。含有水蒸氣的流體流通過入口通道18A被傳送到第一吸著劑組件12A (吸著床)。所述流體流進入第一吸著劑組件12A並從床區段24A開始通過含有吸著劑材料32的床22A。流體流中存在的水被床區段24A內的吸著劑材料32吸著。吸著劑材料32吸著水是放熱的。因此，床區段24A中的吸著產生熱。該熱被動地傳遞到與床24A熱連結的床區段24B。流體流繼續穿過床22A到達床區段26A。此時，由於床區段24A中的吸著，流體流相比其進入時具有較少的水蒸氣。另外的水在床區段26A內被吸著劑材料32吸著並產生另外的熱。床區段26A內所吸著的水和所產生的熱的量通常少於床區段24A中所吸著的水和所產生的熱。床區段26A中的吸著所產生的熱被動地傳遞到與床區段26A熱連結的床區段26B。流體流繼續穿過床22A到達床區段28A。此時，流體流剩下有一些但很少的水蒸氣。更多的水在床區段28A中被吸著劑材料32吸著並產生另外的熱。床區段28A中所吸著的水和所產生的熱的量一般少於床區段26A中所吸著的水和所產生的熱。床區段28A中的吸著所產生的熱利用熱泵14主動地傳遞到床區段28B。在熱泵14是熱電設備的情況下，對熱泵14施加電壓以加熱床區段28B並冷卻床區段28A，逆著一個小的相反溫度梯度將由吸著產生的熱從床28A傳遞到床28B。因此，床區段24B與26B分別由床區段24A與26A被動地加熱，而床區段28B由來自床區段28A的吸附熱和加到熱泵14的電能一起加熱。比進入的流體流更乾燥的流體流通過出口通道20A排出第一吸著劑組件12A。在含有水蒸氣的流體流被引入第一吸著劑組件12A的同時，乾燥的流體流被引入第二吸著劑組件12B。所述乾燥的流體流通過入口通道18B被傳送到第二吸著劑組件12B(解吸床)。所述乾燥的流體流進入第二吸著劑組件12B並從床區段24B開始穿過具有吸著劑材料32的床22B，所述吸著劑材料32含有來自前次吸著循環的水。向床區段24B施熱，使得吸著劑材料32所含的水解吸出來並進入穿過床區段24B的流體流。在床區段24B中解吸水所需的熱由床區段24A內的水吸著所產生的熱來提供。該熱通過這些床區段之間的熱鏈傳遞。吸著劑材料32解吸水是吸熱的。流體流繼續穿過床22B到達床區段26B。床區段26B中的吸著劑材料32 —般比床區段24B中的含有更多的水。此時，由於床區段24B內的解吸，流體流含有比其進入時更多的水蒸氣。另外的水被床區段26B內的吸著劑材料32解吸。在床區段26B內解吸水所需的熱由床區段26A內的水吸著所產生的熱來提供。該熱通過這些床區段之間的熱鏈傳遞。床區段26B內所解吸水的量一般多於床區段24B內所解吸的水。流體流繼續通過床22B到達床區段28B。床區段28B內的吸著劑材料32 —般比床區段26B內的含有更多的水。更多的水在床區段28B內被吸著劑材料32解吸。床區段28B內解吸水所需要的熱由床區段28A內的水吸著所產生的以及由熱泵14所傳遞的熱來提供，允許床區段28B運轉在比床區段28A稍高的溫度下。熱泵14還將被供應來操作所述熱泵的電能作為熱添加到床區段28B。由於床區段28B內的吸著劑材料32 —般含有比床區段24B和26B內更多的水，為了解吸水也就需要更多的熱。床區段28B內解吸的水的量一般多於床區段26B內解吸的水。具有比進入的流體流更高溼度的流體流通過出口通道20B排出第二吸著劑組件12B。當第一吸著劑組件12A是吸著床而第二吸著劑組件12B是解吸床時，熱泵14構造成冷卻床區段28A並加熱床區段28B。通過冷卻床區段28A，經過第一吸著劑組件12A的流體流所能攜帶的水量減少。這增加了床區段28A中的水吸著並提供比未使用主動冷卻時更乾燥的排出流體流。通過加熱床區段28B，經過第二吸著劑組件12B的流體流所能攜帶的水量提高。這增加了床區段28B中的水解吸並提供比僅使用床區段28B的被動加熱時更潮溼的排出流體流。因此，在示範實施例中，出口附近的解吸床區域將會具有比出口附近的吸收床區域更高的溫度。在示範實施例中，床區段28B與床區段28A之間的溫度差異在約2°C與約50°C之間。在甚至更加示範的實施例中，床區段28B與床區段28A之間的溫度差異在約5°C與約30°C之間。通過對熱電設備(熱泵14)施加相對小的電壓，可分別使得來自吸收床和解吸床的排出流體流的乾燥度和潮溼度最大化，以提供高效的水回收系統。如上所述，夕卜部熱交換器的使用提高了回收系統的成本和重量。水回收系統10提供一種簡單且高效的系統，所述系統只需要最小的能量輸入而無須更重的熱交換系統。由於只需最少的能量用於主動式床加熱和冷卻並且吸著劑床之間的熱鏈允許被動地傳遞水吸著期間所產生的熱，第一與第二吸著劑組件12A與12B可以在吸著和解吸模式之間頻繁地循環。吸著與解吸床的切換之間的循環時間基於床22A與22B的尺寸以及水回收系統10的應用來確定。在示範實施例中，循環時間在約I分鐘與約60分鐘之間。圖2示出與圖1中所示相同但其中吸著床與解吸床對換的水回收系統10。現在，第一吸著劑組件12A是解吸床而第二吸著劑組件12B是吸著床。含有水蒸氣的流體流通過入口通道20B被引入床22B，穿過床22B並在出口通道18B處排出第二吸著劑組件12B。隨著床22B內的吸著劑材料32吸著水，吸著所產生的熱通過熱鏈被動地傳遞到床22A。另外，位於床區段24A與床區段24B之間界面處的第二熱泵(熱泵34)主動地加熱床區段24A並冷卻床區段24B。熱泵34以與熱泵14 一樣的方式起作用。在示範實施例中，熱泵34是熱電設備。在含有水蒸氣的流體流被引入第二吸著劑組件12B的同時，乾燥的流體流被引入第一吸著劑組件12A。所述乾燥的流體流通過入口通道18A引入到床22A，穿過床22A並在出口通道20A處排出第一吸著劑組件12A。床22A內的吸著劑材料32將水解吸到乾燥的流體流。為了容易地在吸著與解吸模式之間切換水回收系統10的床22k與22B，可採用三通閥 36A、36B、38A 和 38B。在圖1和圖2中示出的水回收系統10中，不在同一時間對熱泵14和34供能。只在第一吸著劑組件12A如關於圖1所述是吸著床時對熱泵14供能。熱泵14加熱床區段28B並冷卻床區段28A。只在第二吸著劑床12B如關於圖2所述是吸著床時對熱泵34供能。熱泵34加熱床區段24A並冷卻床區段24B。當未被供能時，熱泵14和34不幹擾床區段24A與24B以及床區段28A與28B之間的熱鏈並允許所述床之間的被動熱傳遞。由於熱泵14與34不需要大量功率來操作，吸著/解吸循環可被頻繁地改變(也即，對吸著床與解吸床進行切換)。在典型實施方式中，當第一吸著劑組件12A是吸著床時通過通道18A進入的流體流中的高百分比(例如90%)的水蒸氣能夠被傳遞到當第一吸著劑組件12A是解吸床時通過通道20A排出的最終流體流。圖1和圖2示出大略分為三份的床22A和22B (例如，每個都有相同面積的24A、26A和28A)。根據這些說明，每個床長度的約三分之二通過熱鏈參加被動熱傳遞，每個床長度的三分之一通過熱泵14或34參加主動熱傳遞。在示範實施例中，每個床的既參加被動熱傳遞又參加主動熱傳遞的長度(也即熱泵14和34的長度)在床的總長度的約10%和100%之間。也就是說，熱泵14和/或34延伸約10%床長度和整個床長度之間。在特別的示範實施例中，熱泵14和/或34延伸約25%床長度和約50%床長度之間。圖3示出熱泵14延伸床22A和22B全長的水回收系統10的一個實施例。在此實施例中，僅有一個熱泵14整合在水回收系統10內。在此情況下，熱泵14所汲取的功率多於之前所描述的水回收系統
10。此布置需要另外的功率，但提供更簡單的製造和壓降方面的優勢。圖1和圖2示出利用流體流的同方向流動的水回收系統10。水回收系統10的一些實施例採用反方向流動的布置。圖4示出流體流在相反方向上流動的水回收系統10的實施例。在此實施例中，第一吸著劑組件12A是吸著床而第二吸著劑組件12B是解吸床。發生如上面所描述的吸著、解吸和被動熱傳遞。在示範實施例內，熱泵14位於床22A與22B的「溼」端的界面處。如本 領域技術技術人員基於圖4所示的流動方向可知的，床區段24A與24B通常分別比床22A和22B的其他區段含有更多的水。將熱泵14設置在高含水量的床端處提供了最大的潛在解吸。在此布置中只需要單個熱泵。如上述的實施例中，熱泵14可延伸床長度的約10%與約100%之間。由於在此實施例中只出現一個熱泵14，兩個溫度傳感器(30A和30B)都設置在床22A和22B的溼端附近。控制器16將功率輸送給熱泵14以加熱解吸床並冷卻吸著床。圖5示出模擬的現有技術水回收系統以及模擬的根據圖4所示類型水回收系統10的「溼端」的代表性功率輸入。所述模擬為兩種水回收系統預前設定相等的氣流Γ25 CFM),溼度負載C55F入口露點)和溼度回收性能Γ90%)。操作每個水回收系統所需的功率輸入(y軸)與吸著和解吸模式之間的循環時間(X軸)相關。當循環時間增加時，一些水回收系統所需的功率減少，但吸著劑床組件的尺寸和質量相對於循環時間成比例上升。作為一種示出每個系統的相對功率輸入的方式，線40示出解吸解吸床所需的理想功率(也即，在解吸間隔期間所去除的水蒸氣的吸附熱，假設無損失且吸著劑床溫度無變化)。在示例的5分鐘循環時間內，隨解吸率的下降，解吸解吸床的溼端所需的功率(假設無損失)在約170瓦和約95瓦之間變化。線42表示當前技術狀態並示出使用熱傳遞流體為空氣的外部熱交換器來解吸解吸床所需的功率。使用外部空氣熱交換器解吸解吸床的溼端所需的功率約為600瓦。為了在解吸床的(溼)排出端實現所需的溫度，由於空氣的低熱容所導致的寄生損失以及需要將所述床的乾燥端處的吸著劑物質加熱到實質更高溫度，線42遠超過線40(也即需要更多功率)。反過來，線44表示圖4中所示水回收系統10的實施例且低於線40。使用水回收系統10的熱連結的床12A、12B以及熱泵14來解吸解吸床的溼端所需的功率在約40瓦和約50瓦之間。所以，圖5示出相比於現有技術系統，水回收系統10的功率需求得以降低。本發明提供一種從流體流中回收水的方法。該方法包括引導第一流體流穿過第一吸著劑床使得第一流體流中的水被第一吸著劑床中的第一吸著劑吸著。水被所述第一吸著劑從所述第一流體流中吸著產生熱。該方法還包括用所述第一吸著劑床中的水的吸著所產生的熱來加熱第二吸著劑床。第二吸著劑床定位成鄰近第一吸著劑床並與第一吸著劑床熱連結。第二吸著劑床具有流體流入口、流體流出口以及等於流體流入口與流體流出口之間距離的床長度。該方法還包括給位於第一吸著劑床和第二吸著劑床之間的熱泵供能以主動地加熱第二吸著劑床並冷卻第一吸著劑床。熱泵通常位於第二吸著劑床的出口附近。該方法還包括引導第二流體流穿過第二吸著劑床使得當第二吸著劑床被加熱時，水被從位於第二吸著劑床中的第二吸著劑解吸。所解吸的水由第二流體流從第二吸著劑床去除。該方法還包括將第二吸著劑床的一區域的溫度保持在高於第一吸著劑床在相鄰於第二吸著劑床的所述區域的區域處的溫度。被保持在比第一吸著劑床的相鄰區域更高溫度的第二吸著劑床的所述區域從第二吸著劑床的流體流出口延伸到從流體流出口的床長度的約10%到約100%之間的長度。儘管已參照示範實施例說明了本發明，本領域技術人員將會理解在不背離本發明範圍的情況下可做各種改變，並且各種元素可用等同物代替。另外，在不背離本發明的實質範圍的情況下，可根據本發明的教導做各種變型以適應具體的情況或材料。因此，所意圖的是，本發明不限於所公開的具體實施例，而是本發明將會包括落入所附權利要求範圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種水回收系統,包括: 吸著床，所述吸著床用於接收第一流體流並從所述第一流體流吸著水，所述吸著床包括: 入口 ； 吸著劑；和 出口 ； 解吸床，所述解吸床與所述吸著床對準並熱連接到所述吸著床，用於接收第二流體流且將水解吸到所述第二流體流，所述解吸床包括: 入口 ； 吸著劑；和 出口 ； 熱泵，所述熱泵位於所述吸著床與所述解吸床之間，用於將熱從所述吸著床傳遞到所述解吸床；以及 控制器，所述控制器用於向所述熱泵分配功率，以保持所述解吸床的出口附近的區域的溫度大於與所述解吸床的出口附近的區域對準的所述吸著床的區域。
2.如權利要求1所述的水回收系統，其中，所述吸著床和解吸床的所述吸著劑選自矽膠、沸石分子篩、陰陽離子交換介質、用一種或多種吸溼鹽浸潰的陶瓷或聚合物基材及其組合組成的組。
3.如權利要求2所述的水回收系統，其中，所述一種或多種吸溼鹽選自碳酸銫、氟化銫、氯化鈣、溴化鋰及其組合組成的組。
4.如權利要求1所述的水回收系統，其中，所述熱泵包括熱電設備。
5.如權利要求4所述的水回收系統，還包括: 用於向所述熱電設備和所述控制器供能的功率源。
6.如權利要求4所述的水回收系統，其中，所述吸著和解吸床各自具有從所述入口到所述出口測量的大致相等的床長度，並且其中，所述熱電設備的長度在大約所述床長度的10%和所述床長度的100%之間。
7.如權利要求6所述的水回收系統，其中，所述熱電設備的長度在所述床長度的約25%和所述床長度的約50%之間。
8.如權利要求1所述的水回收系統,還包括: 第二熱泵，所述第二熱泵位於所述吸著床和所述解吸床之間，用於在所述吸著床和所述解吸床之間傳遞熱， 其中，所述控制器控制所述第二熱泵。
9.如權利要求1所述的水回收系統，其中，所述第二熱泵包括熱電設備。
10.如權利要求1所述的水回收系統，其中，所述解吸床的出口附近的所述區域的溫度和與所述解吸床的出口附近的所述區域對準的所述吸著床的區域的溫度之間的差異在約2°C和約50°C之間。
11.如權利要求1所述的水回收系統，其中，所述解吸床的出口附近的所述區域的溫度和與所述解吸床的出口附近的所述區域對準的所述吸著床的區域的溫度之間的差異在約5°C和約30°C之間。
12.—種用於從流體流中回收水的方法，所述方法包括: 導引第一流體流穿過第一吸著劑床使得所述第一流體流中的水被所述第一吸著劑床內的第一吸著劑所吸著； 用所述第一吸著劑床中的水的吸著所產生的熱來加熱第二吸著劑床，所述第二吸著劑床定位成鄰近所述第一吸著劑床並與所述第一吸著劑床熱連結，所述第二吸著劑床具有流體流入口、流體流出口以及等於所述入口與所述出口之間距離的床長度； 給位於所述第一吸著劑床和第二吸著劑床之間的熱泵供能以主動地加熱所述第二吸著劑床並冷卻所述第一吸著劑床； 導引第二流體流穿過所述第二吸著劑床使得當所述第二吸著劑床被加熱時，水被從位於所述第二吸著劑床內的第二吸著劑解吸並被所述第二流體流從所述第二吸著劑床去除；以及 保持從所述流體流出口延伸所述床長度的約10%和約100%之間的長度的所述第二吸著劑床的區域的溫度大於所述第一吸著劑床在與所述第二吸著劑床的所述區域相鄰的區域處的溫度。
13.如權利要求12所述的方法，其中，所述第一和第二吸著劑選自矽膠、沸石分子篩、陰陽離子交換介質、用一種或多種吸溼鹽浸潰的陶瓷或聚合物基材及其組合組成的組。
14.如權利要求13所述的方法，其中，所述一種或多種吸溼鹽選自碳酸銫、氟化銫、氯化鈣、溴化鋰及其組合組成的組。
15.如權利要求1 2所述的方法，其中，所述熱泵包括熱電設備。
16.如權利要求15所述的方法，其中，所述熱電設備的長度在大約所述床長度的10%和所述床長度的100%之間。
17.如權利要求16所述的方法，其中，所述熱電設備的長度在所述床長度的約25%和所述床長度的約50%之間。
18.如權利要求12所述的方法，其中，所述第二吸著劑床的所述區域的溫度和所述第一吸著劑床在與所述第二吸著劑床的所述區域相鄰的區域處的溫度之間的差異在約2°C和約50°C之間。
19.如權利要求18所述的方法，其中，所述第二吸著劑床的所述區域的溫度和所述第一吸著劑床在與所述第二吸著劑床的所述區域相鄰的區域處的溫度之間的差異在約5°C和約30°C之間。
全文摘要
本發明涉及利用熱連結吸著劑床的水回收，具體地，一種水回收系統包括吸著床、解吸床、熱泵和控制器。所述吸著床接收第一流體流並從所述第一流體流中吸收和/或吸附水。所述解吸床與所述吸著床對準並熱連接到所述吸著床，且接收第二流體流並將水解吸到所述第二流體流。所述熱泵置於所述吸著床與所述解吸床之間並將熱從所述吸著床傳遞到所述解吸床。所述控制器給所述熱泵分配功率以保持所述解吸床的出口附近的區域的溫度大於與所述解吸床的出口附近的區域對準的所述吸著床的區域。一種用於從流體流中回收水的方法包括導引流體流穿過所述水回收系統。
文檔編號B01D53/26GK103157341SQ20111040832
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者E.W.霍奇森, W.G.小帕佩爾 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德空間系統國際有限公司