WO2023057801A1 PCT指定期内 大气水生成系统及方法
理赔 1. 一种大气水生成系统,包括至少一个大气水生成单元(AWGU-i、AWGU2),包括:至少两个连续的处理阶段(ABA/C;M1-M4;CA/VC),每个处理阶段包括吸附剂结构(AB ;CA)包括吸附材料,该吸附结构(AB;CA)连接到相邻的蒸汽室(VC)以允许蒸汽转移到那里; 加热阶段(HT;HM)以向吸附剂结构(AB;CA)提供热能; 冷却级(CL;CM)以在至少最后一个蒸汽室(VC)中引起水蒸汽冷凝; [0033] 和电路(C,V),以迫使潮湿环境空气循环通过吸附结构(AB;CA)并引起吸附结构(AB;CA)中的水吸附,其中至少一个大气水生成单元(AWGU1) ,AWGU2)被配置成在解吸模式下操作,其中加热阶段(HT;HM)被操作,使得由加热阶段(HT;HM)提供的热能导致吸附在吸附结构(AB;CA)中的水被 解吸成水蒸气,水蒸气转移到相邻的蒸气室 (VC),水蒸气在那里凝结成冷凝物。 2.根据权利要求1所述的大气水生成系统,其中,所述至少一个大气水生成单元(AWGU1、AWGU2)被配置为使得由前一处理阶段(ABA/C;ABA/C;)产生的水蒸气冷凝产生的潜热。 M1-M3;CA/VC)被转移到后续处理阶段(AB/VC;M2-M4;CA/VC)的吸附剂结构(AB;CA)以维持解吸。 3.根据权利要求1或2所述的大气水生成系统,其中,所述吸附结构包括含有所述吸附材料的吸附床(AB),所述吸附床(AB)通过透汽材料与相邻的蒸气室(VC)连接。 分隔壁(10)。 4.根据权利要求3所述的大气水生成系统,其特征在于,所述处理级(AB/VC)依次依次分布,其中前级处理级(AB/VC)的蒸汽室(VC)连接至 经由热交换器板(20)的后续处理阶段(AB/VC)的吸附剂床(AB)导致水蒸汽沿着热交换器板(20)的表面冷凝,并且其中热交换器板( 20)被构造成使得由水蒸气沿蒸汽室(VC)侧的热交换器板(20)的表面冷凝产生的潜热被传递到后续处理阶段(AB)的吸附剂床(AB) /VC)。 5.根据权利要求4所述的大气水生成系统,包括n个处理阶段(AB/VC)的序列,n是2至10之间的整数。 6.根据权利要求4或5所述的常压水生成系统,其中,所述加热级包括热交换器装置(HT),所述热交换器装置(HT)耦合到所述处理级(AB/VC)中的第一个的吸附剂床(AB)以供应热 向包含在其中的吸附材料提供能量,并且其中冷却级包括冷却装置(CL),其耦合到处理级(AB/VC)中的最后一个的蒸汽室(VC)以引起包含在其中的水蒸气的冷凝 . 7.根据权利要求4至6中任一项所述的大气制水系统,其特征在于,所述换热板(20)上设置有多个从所述换热板(20)延伸至内部的突出传热元件(200a、200b)。 前处理阶段 (AB/VC) 的蒸汽室 (VC) 和/或后处理阶段 (AB/VC) 的吸附床 (AB)。 8.根据权利要求7所述的大气制水系统,其特征在于,所述凸出传热元件(200a、200b)包括凸出的翅片、凸出的引脚或热管。 9.根据权利要求3至6中任一项所述的常压水生成系统,还包括一根或多根传热管(25),所述传热管延伸穿过至少一个吸附床(AB)以向包含在其中的吸附材料供应热能 . 10.根据权利要求9所述的大气水生成系统,其中,所述一个或多个传热管(25)被供给来自至少一个前级(AB/VC;HM,M1-M3)的水蒸汽。 一个大气水发生单元(AWGUi,AWGU2),并且其中每个传热管(25)被构造成使得由水蒸汽沿传热管(25)的内壁冷凝产生的潜热被传递到周围的吸附剂 床(AB)。 11. 4.根据权利要求3所述的大气水生成系统,其特征在于,所述至少一个大气水生成单元(AWGUi、AWGU2)包括依次分布的多个处理模块(M1-M4),每个处理模块(M1-M4) )包括置于多个相邻蒸汽室(VC)之间的多个吸附剂床(AB),其中每个处理模块(M1-M4)还包括一个或多个延伸穿过每个吸附剂的传热管(25) 床(AB)以向包含在其中的吸附剂材料提供热能,其中每个处理模块(M1-M4)的传热管(25)被供给来自前一模块(M)的蒸汽室(VC)的水蒸汽。 HM、M1-M3)大气水发生装置(AWGUi、AWGU2), 其中每个传热管(25)被构造成使得由水蒸汽沿着传热管(25)的内壁冷凝产生的潜热被传递到周围的吸附床(AB),并且其中蒸汽室(VC) )的每个处理模块(M1-M4)将水蒸气供给大气水生成单元(AWGU-i、AWGU2)的后续模块(M2-M4、CM)。 12.根据权利要求11所述的大气水生成系统,还包括位于所述多个处理模块(M1-M4)之前的加热模块(HM)和位于所述多个处理模块(M1)之后的冷凝模块(CM)。 -M4),其中加热模块(HM)包括置于多个相邻蒸汽室(VC)之间的多个吸附剂床(AB),其中第一个(M1)的传热管(25) 多个处理模块(M1-M4)被供给来自加热模块(HM)的蒸气室(VC)的水蒸气,并且其中冷凝器模块(CM)包括多个冷凝室(CC),它们是 供给来自多个处理模块(M1-M4)中的最后一个(M4)的蒸汽室(VC)的水蒸汽。 13.根据权利要求11或12所述的大气水生成系统,其中每个处理模块(M1-M4)包括插入在n+1个相邻蒸气室(VC)之间的一系列n个吸附床(AB),n是整数 介于 2 和 6 之间。 14.根据权利要求11至13中任一项所述的大气水生成系统,其中,所述至少一个大气水生成单元(AWGU1、AWGU2)包括m个处理模块(M1-M4)的序列,m为整数,包括 2 到 10 之间。 15.根据权利要求9至14中任一项所述的大气制水系统,其特征在于,每根传热管(25)上均设有排水口,用于排出其中凝结的冷凝水。 16.根据权利要求3至15中任一项所述的大气水生成系统,其特征在于,所述透汽隔离壁(10)由网状或穿孔箔结构组成。 17.如权利要求16所述的大气水生成系统,其特征在于,所述网状或穿孔箔结构由聚合物或金属制成。 18.根据权利要求1或2所述的大气水生成系统,其特征在于,所述吸附结构包括设置在相邻蒸汽室(30、300a、300b;40)传热结构(30、300a、300b;40)一侧的涂覆吸附层(CA)。 VC)。 19.根据权利要求18所述的大气水生成系统,其特征在于,所述处理级(CA/VC)依序依次分布,其中前一处理级(CA/VC)的蒸气室(VC)耦接至 经由传热结构(30、300a、300b;40)的后续处理阶段(CAA/C)的经涂覆的吸附剂层(CA)导致水蒸汽沿着传热结构(30、300)的表面凝结 ;40),并且其中传热结构(30、300a、300b;40)被构造成使得由水蒸汽沿着传热结构(30、300a、300b;40)的表面冷凝产生的潜热在 均热板 (VC) 侧被转移到后续处理阶段 (CA/VC) 的涂层吸附剂层 (CA)。 20.根据权利要求19所述的大气水生成系统,包括n个处理阶段(CA/VC)的序列,n是2至10之间的整数。 21. 21.根据权利要求19或20所述的大气水生成系统,其中所述加热级包括热交换器装置(HT),所述热交换器装置(HT)耦合到所述处理级(CA/)中的第一个的传热结构(30、300a、300b;40)。 VC)以向相关涂覆的吸附层(CA)的吸附材料提供热能,并且其中冷却级包括耦合到最后一个处理级(CA)的蒸汽室(VC)的冷却装置(CL) /VC)导致其中所含的水蒸汽凝结。 22.根据权利要求19至21中任一项所述的大气制水系统,其特征在于,所述传热结构(30、300a、300b)包括设置有多个突出的传热元件(300a、300b)的换热板(30)。 ) 从热交换器板 (30) 延伸到前一处理阶段 (CA/VC) 的蒸汽室 (VC) 和/或延伸到后续处理阶段 (CA/VC) 的蒸汽室 (VC),其中涂层 提供吸附层(CA)。 23.根据权利要求22所述的大气水生成系统,其特征在于,所述凸出传热元件(300a、300b)包括凸出的翅片、销或热管。 24.根据前述权利要求中任一项所述的大气水生成系统,其中部分或全部所述蒸汽室(VC)包括/包括排放口,用于排放其中冷凝的冷凝水。 25.根据前述权利要求中任一项所述的大气水生成系统,其中,所述吸附材料包括填充硅胶或沸石。 26.根据前述权利要求中任一项所述的大气水生成系统,其中,当所述至少一个大气水生成单元(AWGUi、AWGU2)以解吸模式运行时,所述加热级(HT;HM)运行,以 将吸附剂结构(AB;CA)加热到大约 80°C 至 90°C 或更高的温度。 27.根据前述权利要求中任一项所述的大气水生成系统,其中,所述至少一个大气水生成单元(AWGUi、AWGU2)还被配置为以吸附模式运行,其中运行所述加热级(HT;HM) 使得吸附结构(AB;CA)的加热停止或者使得加热阶段(HT;HM)用于冷却吸附结构(AB;CA)。 28.根据权利要求27所述的大气水生成系统,其中,当所述至少一个大气水生成单元(AWGUi,AWGU2)以吸附模式运行时,所述加热级(HT;HM)被运行,使得温度 吸附剂结构 (AB: CA) 不超过 30°C。 29.根据权利要求27或28所述的大气水生成系统,包括并排运行的第一和第二大气水生成单元(AWGUi,AWGU2),其中,所述第一大气水生成单元(AWGUi)被配置为在 在第一循环期间解吸模式,而第二大气水生成单元(AWGU2)被配置为在吸附模式下运行,并且其中第一大气水生成单元(AWGUi)被配置为在第二循环期间切换到吸附模式 循环,而 第二常压水发生单元(AWGU2)配置为切换到脱附模式。 30.根据前述权利要求中任一项所述的大气水生成系统,其中,所述至少一个大气水生成单元(AWGU-1、AWGU2)耦合到蓄热装置(TS)。 31. 6.根据前述权利要求中任一项所述的大气水生成系统,其中,所述至少一个大气水生成单元(AWGU1、AWGU2)耦合到源自太阳能或工业废热过程的热能源(TES)。 32.根据前述权利要求中任一项所述的常压水生成系统,还包括低压系统以在解吸期间将所述至少一个常压水生成单元(AWGU1、AWGU2)维持在部分真空条件下。 33.根据权利要求32所述的常压水生成系统,其中所述低压系统包括连接至一个或多个收集冷凝物的收集罐的真空泵,以降低吸附结构(AB;CA)和蒸汽室( VC)。 34.根据权利要求32或33所述的大气水生成系统,其中所述低压系统被配置为在解吸期间将所述吸附结构(AB;CA)和蒸汽室(VC)中的压力降低至5kPa或更小的压力 . 35.根据前述权利要求中任一项所述的大气水生成系统与太阳能收集系统结合的用途,其中由所述太阳能收集系统产生的热量被用作所述至少一种大气的热能源(TES) 水发生器(AWGU1,AWGU2)。 36.根据权利要求35所述的用途,其中所述太阳能收集系统是光伏(PV)系统。 37.根据权利要求36所述的用途,其中所述光伏(PV)系统是聚光光伏(CPV)系统。 38. 一种大气水生成方法,包括以下步骤: (a) 提供至少一个大气水生成单元(AWGUi、AWGU2),包括两个或多个连续的处理阶段(ABA/C;M1-M4;CA/VC),每个处理阶段包括包含吸附材料的吸附结构(AB;CA) ,其中吸附剂结构(AB;CA)耦合到相邻的蒸汽室(VC)以允许蒸汽转移到那里; (b) 迫使潮湿的环境空气循环通过吸附结构 (AB:CA) 以引起吸附结构 (AB;CA) 中的水吸附; (c) 向吸附结构(AB;CA)提供热能,使吸附在吸附结构(AB;CA)中的水解吸成水蒸气,水蒸气转移到相邻的蒸气室(VC); 和 (d) 将包含在蒸汽室中的水蒸汽冷凝成冷凝物。 39.根据权利要求38所述的大气水生成方法,其特征在于,将前级处理(ABA/C;M1-M3;CA/VC)产生的水蒸气凝结产生的潜热传递给吸附结构(AB; CA) 的后续处理阶段 (AB/VC; M2-M4; CA/VC) 以维持解吸。 40.根据权利要求38或39所述的大气水分生成方法,其特征在于,所述吸附结构包括吸附床(AB),其含有 吸附材料,该吸附床(AB)通过蒸汽可渗透的分隔壁(10)连接到相邻的蒸汽室(VC)。 41. 41.根据权利要求40所述的大气水生成方法,其特征在于,所述处理阶段(AB/VC)依次分布,其中前一处理阶段(ABA/C)的蒸汽室(VC)与所述吸附剂连接 经由热交换器板(20)的后续处理阶段(ABA/C)的床(AB),其中步骤(d)中的水蒸气的冷凝沿着热交换器板(20)的表面发生,并且其中潜伏 水蒸汽沿蒸汽室(VC)侧的热交换器板(20)的表面冷凝产生的热量被传递到后续处理阶段(ABA/C)的吸附剂床(AB)。 42.根据权利要求41所述的大气水产生方法,其中步骤(a)包括提供n个处理阶段(AB/VC)的序列,n是2至10之间的整数。 43.根据权利要求41或42所述的大气水产生方法,其中步骤(c)包括加热所述处理阶段(AB/VC)中的第一个的吸附剂床(AB)以向包含在其中的吸附剂材料提供热能 ,并且其中步骤(d)包括冷却最后一个处理阶段(AB/VC)的蒸汽室(VC)以引起包含在其中的水蒸汽的冷凝。 44. 根据权利要求41至43中任一项所述的大气水生成方法,其特征在于,所述换热板(20)上设置有多个从所述换热板(20)延伸至内部的突出传热元件(200a、200b)。 前处理的蒸汽室(VC) 30 阶段 (AB/VC) 和/或进入后续处理阶段 (AB/VC) 的吸附床 (AB)。 45.根据权利要求44所述的大气水生成方法,其特征在于,所述凸出传热元件(200a、200b)包括凸出的翅片、销或热管。 46.根据权利要求40至43中任一项所述的大气水产生方法,其中步骤(a)包括提供一根或多根延伸穿过至少一个吸附床(AB)的传热管(25),并且其中步骤( c)包括通过一根或多根传热管(25)向吸附剂床(AB)供应热能。 47.根据权利要求46所述的大气水生成方法,其中步骤(c)包括供给来自至少一个大气水生成单元(AWGU-i)的前级(AB/VC;HM,M1-M3)的水蒸气 ,AWGU2)到一个或多个传热管(25),其中由水蒸汽沿每个传热管(25)的内壁冷凝产生的潜热被传递到周围的吸附剂床(AB)。 48.根据权利要求40所述的大气水生成方法,其特征在于,步骤(a)包括提供多个依次分布的处理模块(M1-M4),每个处理模块(M1-M4)包括多个所述 吸附剂床 (AB) 置于多个相邻的蒸气室 (VC) 之间,其中步骤 (a) 还包括提供一个或多个传热管 (25),该传热管延伸穿过每个处理模块 ( M1-M4),其中步骤(c)包括通过供给来自a的水蒸气向每个处理模块(M1-M4)的吸附剂床(AB)供给热能 31 至少一个大气水发生单元(AWGU-i,AWGU2)的前模块(HM,M1-M3)到传热管(25),其中潜热由水蒸气沿每个热管的内壁冷凝产生 转移管(25)被转移到周围的吸附剂床(AB),并且其中步骤(c)还包括将来自每个处理模块(M1-M4)的蒸汽室(VC)的水蒸汽供给到后续模块(M2) -M4,CM)至少一个大气水生成单元(AWGU1,AWGU2)。 49.根据权利要求48所述的大气水生成方法,其特征在于,步骤(a)还包括提供位于所述多个处理模块(M1-M4)之前的加热模块(HM)和位于所述处理模块(M1-M4)之后的冷凝模块(CM)。 多个处理模块(M1-M4),其中加热模块(HM)包括置于多个相邻蒸气室(VC)之间的多个吸附剂床(AB),其中步骤(c)包括供给热传递 多个处理模块(M1-M4)中的第一个(M1)的管(25)具有来自加热模块(HM)的蒸气室(VC)的水蒸气,其中冷凝器模块(CM)包括 多个冷凝室(CC),并且其中步骤(d)包括向冷凝器模块(CM)的冷凝室(CC)供给来自多个冷凝器模块(M4)的最后一个(M4)的蒸汽室(VC)的水蒸气 处理模块 (M1 -M4)。 50.根据权利要求48或49所述的大气水生成方法,其中每个处理模块(M1-M4)包括插入在n+1个相邻蒸汽室(VC)之间的一系列n个吸附床(AB),n是整数 介于 2 和 6 之间。 32 51. 51.根据权利要求48-50任一项所述的大气水生成方法,其特征在于,步骤(a)包括提供一系列m个处理模块(M1-M4),m为2-10之间的整数。 52.根据权利要求46至51中任一项所述的大气水生成方法,其特征在于,步骤(d)包括将各传热管(25)内凝结的冷凝水通过排水口排出。 53.根据权利要求40至52中任一项所述的大气水生成方法,其特征在于,所述透汽隔离壁(10)由网状或穿孔箔结构构成。 54.如权利要求53所述的大气水生成方法,其特征在于,所述网状结构或穿孔箔结构由聚合物或金属制成。 55.根据权利要求38或39所述的大气水生成方法,其中,所述吸附结构包括设置在相邻蒸汽室(30、300a、300b;40)的传热结构(30、300a、300b;40)一侧的涂覆吸附层(CA)。 VC)。 56.根据权利要求55所述的大气水生成方法,其特征在于,所述处理阶段(CA/VC)依次依次分布,其中前一处理阶段(CA/VC)的蒸汽室(VC)连接至 经由传热结构(30、300a、300b;40)的后续处理阶段(CAA/C)的经涂覆的吸附剂层(CA),其中步骤(d)中的水蒸气的冷凝沿着热的表面发生 传热结构(30、300a、300b;40),其中水蒸汽沿传热结构(30、300a、300b;40)的表面在均热板(VC)侧的表面冷凝而产生的潜热被传递 到后续处理阶段 (CA/VC) 的涂层吸附剂层 (CA)。 33 57.根据权利要求56所述的大气水生成方法,其中步骤(a)包括提供一系列n个处理阶段(CA/VC),n是2至10之间的整数。 58.根据权利要求56或57所述的大气水产生方法,其中步骤(c)包括加热所述处理阶段(CA/VC)中的第一个的经涂覆的吸附层(CA)以向所述吸附材料提供热能, 并且其中步骤(d)包括冷却最后一个处理阶段(CAA/C)的蒸汽室(VC)以引起包含在其中的水蒸汽的冷凝。 59.根据权利要求56至58中任一项所述的大气水生成方法,其特征在于,所述传热结构(30、300a、300b)包括设置有多个突出的传热元件(300a、300b)的换热板(30)。 ) 从热交换器板 (30) 延伸到前一处理阶段 (CA/VC) 的蒸汽室 (VC) 和/或延伸到后续处理阶段 (CA/VC) 的蒸汽室 (VC),其中涂层 提供吸附层(CA)。 60.根据权利要求59所述的大气水生成方法,其特征在于,所述凸出传热元件(300a、300b)包括凸出的翅片、销或热管。 61. 61.根据权利要求38至60中任一项所述的大气水生成方法,其中,步骤(d)包括排放在部分或全部蒸汽室(VC)中凝结的冷凝水。 62.如权利要求38至61中任一项所述的大气水生成方法,其特征在于,所述吸附材料包括填充硅胶或沸石。 34 63.根据权利要求38至62中任一项所述的大气水产生方法,其中步骤(c)包括将所述吸附结构(AB;CA)加热至约80℃至90℃或更高的温度。 64.根据权利要求38至63中任一项所述的大气水生成方法,其中步骤(b)包括使所述吸附结构(AB;CA)的温度达到不超过30℃的温度。 65.根据权利要求38至64中任一项所述的大气水生成方法,包括并排运行第一和第二大气水生成单元(AWGUi,AWGU2),其中第一大气水生成单元(AWGUi)在第一期间运行 循环以在步骤(c)中引起水蒸气的解吸,同时操作第二常压水生成单元(AWGU2)以在步骤(b)中引起水的吸附,并且其中第一常压水生成单元(AWGUi)的操作是 在第二循环期间切换以在步骤(b)中引起水的吸附,而第二大气水发生单元(AWGU2)的操作在步骤(c)中切换以引起水蒸气的解吸。 66.根据权利要求38至65中任一项所述的大气水生成方法,包括将所述至少一个大气水生成单元(AWGUi、AWGU2)耦合到蓄热装置(TS)。 67.根据权利要求38至66中任一项所述的大气水生成方法,包括将所述至少一个大气水生成单元(AWGUi、AWGU2)耦合到源自太阳能或工业废热过程的热能源(TES) . 68.根据权利要求67所述的大气水产生方法,包括使用由太阳能收集系统产生的热量。 35 69.根据权利要求68所述的大气水生成方法,其中,所述太阳能收集系统是光伏(PV)系统。 70.根据权利要求69所述的大气水生成方法,其中,所述光伏(PV)系统是聚光光伏(CPV)系统。 71。 71.根据权利要求38至70中任一项所述的常压水生成方法,其特征在于,还包括在脱附过程中将所述至少一个常压水生成单元(AWGUi、AWGU2)保持在部分真空状态的步骤 72.根据权利要求71所述的大气水产生方法,其中通过使用连接到一个或多个收集罐的真空泵降低吸附结构(AB:CA)和蒸气室(VC)中的整体系统压力来维持部分真空条件 收集冷凝水。 73.根据权利要求71或72所述的大气水产生方法,其中在解吸过程中将吸附结构(AB;CA)和蒸汽室(VC)中的压力降低至5kPa或更小的压力。 36
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