专利名称：用大气水分制水的太阳能制水器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及冷凝大气中的水分提供水源、特别涉及一种用大气水分 制水的太阳能制水器。
背景技术：
气候类型的改变和全球污染的增加意味着缺水是一个重大问题。因此全 世界各种组织和各国政府都在设计种种节水和生产饮用水的方法和设备。
许多现有制水方法的问题之一是需要向饮用水生产设备供电。公知的使 用反渗透技术的水脱盐厂的情况更是如此。这些方法有两个缺点，即产生包 括温室气体在内的污染和运行成本高。
过去15—20年中，人们提出用太阳能发电的无污染太阳能塔式电站作 为矿物燃料电站和核电站的一种替代方案。太阳能塔式电站一般包括一由一 加热围场环绕的中央塔结构，该加热围场使用辐射太阳能加热空气。该加热
围场通向该塔的底部。流入加热围场的空气由太阳能加热，塔的高度选择成
在加热围场中加热的空气与塔顶大气之间的温度差足以在塔内生成上升气 流，使得热空气返回大气中。控制该上升气流驱动一个或多个风力涡轮机， 从而发电。视加热围场和塔的尺寸和可得太阳能的强度的不同，可用这类太
阳能塔式电站产生200MW或200MW以上的电力。
发明内容
在本发明第一方面中，提供一种用大气水分制水的制水器，包括 一接受大气中的空气、用太阳能加热、从而对空气进行加热的加热围场;一把加热围场中的空气返回大气中的烟道，该烟道在相对加热围场足够 高的高度上通向大气而在烟道中生成上升气流；
由从加热围场经烟道返回大气的空气驱动的至少一个风力涡轮机；以及 至少一个包括至少一个冷凝表面的水收集装置和一把冷凝表面冷却到 空气露点或空气露点以下，使得空气中水分凝结在冷凝表面上以便收集的制 冷系统，该制冷系统包括一压縮制冷蒸汽的压縮机和一把压縮的制冷蒸汽冷 凝成液态制冷剂的冷凝器，该风力涡轮机驱动该压縮机。
一般地，随着空气经烟道返回大气，该冷凝表面与在加热围场中加热的 空气接触，从而热空气中的水分冷凝。或者，冷凝表面也可与来自大气的其 他空气而非在加热围场中加热的空气接触，从而其他空气中的水分冷凝。
此外， 一般地，风力涡轮机与压縮机连接而驱动压縮机。最好是，风力 涡轮机包括一连接风力涡轮机的输出轴与压縮机的齿轮箱。但是也可使用任 何其它合适连接来机械连接风力涡轮机与压縮机。在另一实施例中，风力涡 轮机与一发电机连接，从而用电力驱动压缩机。
最好是，该水收集装置还包括收集从空气中水分凝结到冷凝表面上的水 的水收集件。 一般地，该水收集件靠重力收集冷凝表面上的水。最好是，该 水收集件包括一接收冷凝表面的水的水槽。
最好是，该制冷系统还包括一把液态制冷剂蒸发成制冷蒸汽而对冷凝表 面进行冷却的蒸发器。更好是，该冷凝表面为该蒸发器的一个表面。
在一特别优选实施例中，该冷凝器与从冷凝表面流来的、冷却该冷凝器 的空气接触，以便把压縮的制冷蒸汽冷凝成液态制冷剂。
最好是，该用大气水分制水的制水器还包括控制与冷凝表面接触的流入 空气的流率以提高空气中水分在冷凝表面上的冷凝效率的空气流率控制装 置。
最好是，该空气流率控制装置包括至少一个可调空气进口，使得流到冷 凝器的空气分流而与冷凝表面接触，从而可相对与冷凝表面接触的空气的流 率调节与冷凝器接触的空气的流率。这可提高流向冷凝器、冷却冷凝器以冷凝压縮的制冷蒸汽的气流而不提高流向冷凝表面的空气的流率、从而不利于 空气中的水在冷凝表面上的凝结。
最好是，该加热围场包括多个环绕该塔、通向烟道底部的径向加热室， 每一加热室有一个或多个供大气中的空气流入的空气进口 。
一般地，该风力涡轮机或各风力涡轮机位于加热围场的烟道所在中央 区。这些风力涡轮机一般包括可围绕一涡轮机转动轴线转动的叶片。该涡轮 机转动轴线可垂直、水平或倾斜成一斜角。在一个或多个实施例中， 一风力 涡轮机可位于烟道的较低区域中。或者，该用大气水分制水的制水器也可包 括多个相间距地分布在一以加热围场中央区为圆心的圆周上的径向伸展风 力涡轮机。在一特别优选实施例中，各风力涡轮机由一对应加热室中的气流 驱动。
该烟道可包括一竖井、管子、烟囱、塔或其它结构，在加热围场中加热 的空气可经烟道返回大气。该烟道可垂直，也可从加热围场斜向向上伸展。 在一特别优选实施例中，该烟道包括一塔。
在一优选实施例中，该至少一个水收集装置在加热围场中位于这样一个
位置上，在该位置上，返回大气中的空气的平均速度在使用中为2.0m/s— 3.5m/s。
在另一实施例中，该至少一个水收集装置在加热围场中位于这样一个位 置上，在该位置上，返回大气中的空气的平均温度在使用中大致等于加热围 场周边处的空气的环境温度或比该环境温度最多高5°C。
该风力涡轮机可用一从该涡轮机伸展到该压縮机的转轴与该压縮机机 械连接。或者，该风力涡轮机可用一由该风力涡轮机驱动的发电机与压缩机 电连接，发电机生成的电力用导线从风力涡轮机传给压縮机。在另一实施例 中，制冷系统位于风力涡轮机旁，从而使用中风力涡轮机驱动制冷系统，生 成的冷气沿至少一个绝热管从制冷系统传到冷凝表面。
在本说明书中提到的所有出版物都作为参考材料包括在此。对包括在本 说明书中的文献、法令、材料、装置、项目的任何讨论只是为了提供本发明的背景材料。这不得看成认可任何或所有这些材料构成现有技术的一部分或 为在本申请的优先权日前别处已有的本发明相关领域中的常识。
在整个本说明书中，"包括" 一词可以被理解为指一部件或部件组、但 不排除其他的部件或部件组，除非本发明的上下文有明确相反的指示。
为更清楚理解本发明，下面结合附图用若干优选实施例说明本发明例示 性优选形式。
图1为本发明一用大气水分制水的制水器的侧视示意图； 图2为图1用大气水分制水的制水器的俯视示意图； 图3为图1用大气水分制水的制水器的局部剖视示意图； 图4为本发明另一用大气水分制水的制水器的局部剖视示意图； 图5为本发明又一用大气水分制水的制水器的局部剖视示意图； 图6为本发明一实施例的水收集装置的制冷系统的示意图； 图7为沿图6中B-B 线的侧视示意图； 图8为本发明另一水收集装置的示意图； 图9为本发明一实施例的另一风力涡轮机的侧视示意图； 图10为装在图9风力涡轮机中的水收集装置的示意图； 图11为图6制冷系统的运行示意图； 图12为图6水收集装置的制冷系统的运行示意图； 图13为用大气水分制水的制水器另一实施例的侧视示意图； 图14为图13所示实施例的俯视示意图，为示出加热室内部而省略加热 围场的天蓬；以及
图15示出空气平均流速与距加热围场周边距离之间的关系。
具体实施例方式
图1所示用大气水分制水的制水器2包括一位于中央的塔状烟道4和周围一收集入射太阳能加热进入其周边8的空气的加热围场6。由于加热围场 6中的空气的加热，随着空气从加热围场6从塔的开口端返回大气塔4中生 成上升气流。塔的底部周围有一内装多个风力涡轮机的底部结构10。热空气 从加热围场6流入塔中时受控制而转动风力涡轮机。如下所述，每一风力涡 轮机有一对应水收集装置，该水收集装置包括一把冷凝表面冷却到空气露点 或以下的制冷系统，从而把空气中水分凝结在水收集装置的冷凝表面上后加 以收集。该制冷系统包括一压縮制冷蒸汽以冷却冷凝表面、由风力涡轮机驱 动的压縮机。图2示出用大气水分制水的制水器2的俯视图。
如图3所示，塔4的底边周围有钢筋混凝土扶墙且受钢筋混凝土地基14 的支撑。塔本身用钢板制成。加热围场6有一用内部支撑壁撑起的天蓬16。 天蓬可用适合于太阳能射入加热围场内部的任何材料制成。为提高围场的保 热性，支撑天蓬的内壁可衬以波纹状镀锌金属板。因此加热围场用作一加热 空气的"温室"，在塔4中生成上升气流驱动风力涡轮机。
在图3所示实施例中，加热围场6分成从塔的底边16周围向外成扇形 散开的加热室18。每一加热室18中有一风力涡轮机20,该加热室的一端与 塔4连通，其在加热围场6周边8处的相反开口与大气连通。这些加热室用 来把由入射太阳能加热的空气经各管导片22区引导到各风力涡轮机。为尽 量减小由空气流过涡轮机叶片造成的紊流，各加热室18还有一扩散区24， 扩散区的横截面面积随着从风力涡轮机到塔的底部的距离的增加而增加。为 减小阻力和紊流，钢筋混凝土扶墙12中有一把热空气从各加热室传入塔4 中的弧形出气通道26。
加热室18中有帮助空气加热的加热床，它们可在太阳能输入低时或夜 间没有阳光时运行。加热床一般包括沿各加热室长度相间距的多个加热器。 加热器可为电加热器或燃气加热器，在加热室和/或塔中的温度传感器检测到 空气温度降低时由一中央监控系统自动运行。也可用远程控制闸板局部或整 个关闭各加热室的空气进口和对应出气通道26，使得空气在进入塔4前加热 到所需温度。这样，可控制从加热室流入塔中的气流而在塔中维持上升气流，提高用大气水分制水的制水器2的效率。即，在太阳能输入较低时，可控制 选定加热室18中的气流使得其风力涡轮机运行的同时关闭其它加热室，使 得空气达到足够温度，从而在大多数气候条件和可得太阳能下都能用大气制 水。如图4所示，在风力涡轮机布置在塔较低喉部区域内时特别需要控制塔 中的上升气流。
具有上述类型加热围场和上述从中央塔径向向外的各加热室的一太阳 能塔式电站例如参见美国专利申请No.lO/341,559。该专利也例示出加热围场 的结构详情，其全部内容作为参考材料包括在此。在某些实施例中，塔4可 包括一收縮区，风力涡轮机布置在该收縮区中。塔中的该收縮区起文丘利作 用，从而塔中向上气流在该收縮区中加速。这种布置例如参见国际专利申请 NoJPCT/CA01/00885。如国际专利申请No.PCT/CA01/00885所述，塔可用一 个多个辐条状加固结构加固，每一加固结构包括张紧在塔的一外部加压圈与 塔的横向横截面中一内部固定集线器之间的线缆辐条。但是，应该指出，也 可使用任何公知的合适太阳能塔和加热围场。
一般地，用大气水分制水的制水器2的塔的高度选择成生成的上升气 流足以驱动该水获取器的风力涡轮机20。该塔一般高至少200m，更好高 400m或500m，最好高800m或1000m或1000m以上。塔的直径通常至少 为50m、 75m或100m或100m以上。塔的直径最好为130m或130m以上。
加热围场6的天蓬面积至少为1000公顷，更好至少为2000公顷，最好 至少为4000公顷。加热西场的天蓬16例如可用玻璃、聚碳酸酯片、塑料薄 膜或它们的组合制成。加热围场一般呈圆形，其直径至少为1000m，更好至 少为2000m或3000m，最好直径为3500m。
在图4所示实施例中，风力涡轮机20的输出轴28在塔4内如标号30 所示可转动地支撑成使得风力涡轮机的叶片32装在塔的喉部，从周围加热 围场6流入塔4中的空气如箭头所示推动叶片转动。在某些实施例中风力涡 轮机还包括一壳体36，该壳体中装有水收集装置的制冷系统冷凝从加热围场 6经空气进口 38流入壳体后经空气出口 40流到塔中的空气中的水分。不是单个位于中央的风力涡轮机，图5所示用大气水分制水的制水器的 实施例包括多个由来自对应加热室18的热空气驱动的风力涡轮机。尽管图5 只示出两个风力涡轮机，但这类用大气水分制水的制水器通常有多个等距分 布在塔底部圆周上的风力涡轮机受从各加热室流入塔中的热空气气流的驱 动。每一风力涡轮机的壳体36中装有一上述用来冷凝空气中水分的制冷系 统。在一特别优选实施例中，塔的周围分布有36个风力涡轮机，每一加热 室一个风力涡轮机。
下面结合图6至12说明热空气中水分的冷凝。首先参见图6， 一风力涡 轮机20的壳体36中的水收集装置的制冷系统包括一蒸发器42、 一冷凝器 44和一压縮机46。可以看到，压縮机由齿轮箱48与风力涡轮机的输出轴28 连接。但是，本领域普通技术人员不难看出，可使用任何合适连接把输出轴 28的转动动能传给压縮机46。例如，可使用包括流体静力连接的液压连接 而不是齿轮箱。
蒸发器42有多个相间距翅片，来自加热围场的空气流过这些翅片，这 些翅片用作冷凝表面，制冷系统把冷凝表面冷却到空气露点或空气露点以 下，从而空气中水分冷凝在冷凝表面上。
为提高运行效率，壳体36内部隔成若干室，使得流入壳体的空气受气 流控制装置的引导。确切说，从加热围场6经空气进口38流入壳体36的热 空气流入进气室50后经装有压縮机46的压縮机室54流到蒸发器42。从进 气室50到压縮机室54的气流受用作气流控制装置的进气阀52阀门的调节。 空气从压縮机室54流到蒸发器42与其冷凝表面接触后流到装有冷凝器44 的冷凝器室56。空气与蒸发器的冷凝表面接触时，空气中的热量被吸收，水 冷凝在冷凝表面上后在重力作用下流入用作水收集装置的一漏斗58后流入 包括一水箱的水槽。然后用泵把水箱中的水抽到外部水池。
冷空气然后从蒸发器42流至ll冷凝器44与之接触，从冷凝器吸收热量。 这转而冷却冷凝器中的制冷蒸汽，把制冷蒸汽冷凝成液态制冷剂。然后干热 空气从冷凝器流出风力涡轮机的壳体36后流入该用大气水分制水的制水器的塔4中。气流控制装置的一铰接分流阀门60调节从进气室50流入冷凝器 室56的气流，这在下文说明。
壳体36中的气流因此主要有两个作用，即提供冷凝到蒸发器冷凝表面 上的水分的水源以及冷却冷凝器44以把制冷系统的制冷蒸汽冷凝成液态制 冷剂，液体制冷剂然后膨胀而冷却蒸发器。压縮机室中的气流还用来冷却压 縮机46及其与风力涡轮机的输出轴的连接。
风力涡轮机20的转动一般要求风速至少为约6—7m/s。生成高效冷凝空 气中水分和冷却制冷系统各部件的气流要求风力涡轮机的壳体36中的风速 至少为约2.0m/s。因此每当从加热围场6流入塔4中的热空气气流生成足以 转动风力涡轮机的风时就能有效冷凝空气中的水分。但是，流过蒸发器42 的气流应限制在约3.5m/s、最好是约2.5m/s上以使空气与蒸发器冷凝表面充 分接触而凝结水分。因此， 一般用进气阀54和分流阀门60把壳体中的气流 限制在这一速度上。如图11所示，空气一般经一过滤器62过滤后才流到蒸 发器°
在有些实施例中，不是用风力涡轮机输出轴28的转动驱动压縮机46， 而是用风力涡轮机输出轴转动一交流发电机66，该发电机生成的电力驱动压 縮机46。
图9示出可使用在本发明用大气水分制水的制水器中的另一风力涡轮 机。该风力涡轮机包括其上有轮叶的一转子64而不是图6风力涡轮机那样 的叶片。该风力涡轮机与图6风力涡轮机的另一不同之处是流入风力涡轮机 的壳体中的气流很少受转子64的转动的影响，而主要受从加热围场6流入 塔4中的自然气流的影响。对照之下，空气从图6所示风力涡轮机流出后导 入该风力涡轮机的空气进口 38，因此更湍急。图10示出图9风力涡轮机的 壳体中的气流。
该制冷系统可为单压、也可为双压系统，向蒸发器提供次冷却液态制冷 剂，制^^剂在蒸发器中蒸发而冷却蒸发器冷凝表面，从而冷凝空气中水分。 生成的热制冷蒸汽从蒸发器42被抽到冷凝器44如上所述冷凝成液态制冷剂。为提高热效率，如图11所示，用从蒸发器收集的凝结冷水经一热交换
器72吸收从压缩的液态制冷剂中的热量。
确切说，如图11所示，热制冷蒸汽经抽吸回路68从蒸发器42的较低 处抽到压縮机46。抽吸回路68收集、保留可能从蒸发器流来的任何液态制 冷剂，从而防止液态制冷剂流入压缩机而造成压缩机损坏。制冷蒸汽在压縮 机中压縮、从而加热后经高热气体回路70流到冷凝器44顶部。高热气体回 路70收集从冷凝器返流到压縮机46的任何液态制冷剂。
从蒸发器流到冷凝器44的空气冷却冷凝器中的高压高热制冷蒸汽，使 得制冷蒸汽冷凝。然后热交换器72中的冷凝水冷却冷凝的液态制冷剂。冷 却的液态制冷剂然后从冷凝器44底部排入容器74后流过一过滤器76而除 去液态制冷剂中的杂质和水汽。制冷剂然后从过滤器76流经导管78，导管 中有一玻璃窗80，从而可察看液态制冷剂中是否含有水汽或气泡。
导管78然后把冷却的干燥液态制冷剂传送到一恒温膨胀阀82。液态制 冷剂流过该阀时压力下降。所得含有一些闪蒸气体的低压冷液态制冷剂从膨 胀阀82送入蒸发器42，在蒸发器中，液态制冷剂蒸发成制冷蒸汽，从蒸发 器的冷凝表面吸热。冷却的冷凝表面转而吸收与冷凝表面接触的气流中的热 量而冷却空气，使得空气中的水分凝结在冷凝表面上。
如上所述，为高效运行，气流控制装置调节空气流率，使得单位体积的 流过蒸发器42的空气的水分凝结最佳并使流到冷凝器的空气足以从冷凝器 吸热而实现制冷蒸汽在冷凝器中的凝结。可以看出，可用该制冷系统冷却蒸 发器冷凝表面而冷凝水不结冰。
对于任何给定气候条件对应有一比湿度，单位为每千克空气水分克数。 例如，每千克空气4.5-6g水分的比湿度与rC-6.5'C的干球温度相关。使用 中，用水收集装置冷凝流入风力涡轮机的壳体36中的空气中的水分，使得 从蒸发器流到冷凝器的空气的比湿度减小到与一选定基准干球温度相关的 比湿度。该选定干球温度一般在上述温度范围内，通常为约3.5'C —约5.5°C， 最好为约5'C或不到5'C。然后参见图12，用一温度传感器84测量从蒸发器42流到冷凝器44的 空气的千球温度。用自动运行控制系统86比较该温度与在该控制模件中手 动设定的选定基准干球温度。如果温度传感器84测得的干球温度提高到设 定的干球温度以上，该运行控制系统操纵致动器88，使得进气阀54局部关 闭，从而减小流过蒸发器42的气流。这转而降低流出蒸发器的空气的干球 温度。
流出蒸发器的空气流率降低时，蒸发器的可用来冷却冷凝器44的冷空 气数量也减小。这造成冷凝器中制冷蒸汽压力上升到制冷系统固定制冷能力 的最佳压力之上。冷凝器中制冷蒸汽的压力由一压力传感器卯测量。压力 传感器测得的压力提高时，运行控制系统86操纵致动器92打开。这在保持 流向蒸发器的空气的流率的同时增加流到冷凝器的空气的流率。流到冷凝器 的流率增加的空气从冷凝器吸热，使得冷凝器中制冷蒸汽的压力减小到冷凝 压縮的制冷蒸汽的最佳压力。
运行控制系统86不断监控离开蒸发器42的空气的干球温度，该温度和 冷凝器44中制冷蒸汽的压力分别用温度传感器84和压力传感器90测量。 如温度传感器84测得的干球温度下降到设定的基准干球温度以下，该运行 控制系统86增加流过蒸发器的空气的流速和减小经分流阀门60绕过蒸发器 的气流。
定期重复该监控而确保该装置的效率最佳、从而空气中水分的最大凝 结。这类定时电路是公知的。可根据不同纬度和气候条件调节在控制器86 中设定的基准干球温度。运行控制系统可包括一监控各水收集装置的运行的 中央电脑控制系统或监控与至少一个风力涡轮机相联的水收集装置的运行 的各控制模件。
用漂浮开关或其它合适水面传感装置监控从蒸发器冷凝表面收集在水 箱中的水的高度。合适的这类装置例如参见作为参考材料包括在此的国际专 利申请No PCT/AU2004/001754。水箱中的水很多时，可从水箱抽到外部用 作水池的水坝或更大水箱中，然后抽到消费者处。尽管如各附图所示通常用从加热围场6流到塔的热空气冷凝水，但在其 它实施例中，也可用导管把加热围场外部不在加热围场内加热的空气传给与 风力涡轮机相联的水收集装置。同样，从水收集装置流出的空气可经回流导 管返回大气或压入塔中返回大气。在这类实施例中，空气可用布置在风力涡 轮机的壳体内的风扇或布置在壳体内与风力涡轮机连接或受风力涡轮机驱 动的转子或加热围场中的气流吸入进气导管。在图13和14所示实施例中，水收集装置94远离风力涡轮机。确切说， 在水收集装置94在加热围场6内所在位置上，返回大气的空气的平均速度 在使用中为约2.0m/s-3.5m/s。与此对照，风力涡轮机20—般位于最大平均 风速、从而其功率输出最大的位置上。加热围场内由塔4的抽风作用造成的 平均风速曲线一般从周边8处最小值递增到塔4处的最大值。图15示出这 一平均风速曲线。从该图可看出，该优选实施例中的水收集装置94所在位 置离周边8的径向距离为加热围场6总半径的约11%—21%，从而确保水收 集装置94受到的平均风速在约2.0m/s-3.5m/s的最佳范围内。但其它实施例 的平均风速曲线可与图15所示不同。因此，应根据不同实施例的平均风速 曲线确定水收集装置94的最佳位置。如要尽量减小把空气冷却到露点或露点以下所需的制冷效果量， 一般最 好尽量降低入射到冷凝表面上的空气的温度。因此，在某些实施例(未示出) 中，根据这点设定水收集装置在加热围场内的位置。典型的空气温度曲线一 般从加热围场周边处或附近最低空气温度递增到塔4处或附近最高空气温 度。因此可得出，如要降低入射空气温度最好把水收集装置设置在加热围场 周边处。这样可确保入射到冷凝表面上的空气的平均温度比在加热围场周边 处流入的空气的环境温度高不了 15"C或10'C、最好高不了 5'C或大致等于该 环境温度。以上两段落所述实施例要求风力涡轮机20与水收集装置94的冷凝表面 必须分开。在图13和14所示实施例中，风力涡轮机20用从各风力涡轮机 20伸展到与对应水收集装置相联的对应制冷系统98的转轴96与其水收集装置94机械连接。在另一实施例中，风力涡轮机也可用一由风力涡轮机驱动 的发电机与水收集装置的压縮机电连接，发电机的电力用导线从风力涡轮机 传给压縮机。在又一实施例中，制冷系统装在风力涡轮机旁，从而使用中制 冷系统受风力涡轮机驱动生成的冷气沿从制冷系统伸出的绝热管子传到冷 凝表面。
本发明用大气水分制水的太阳能制水器的优选形式因此具有若干优点
中的至少一个优点，这些优点包括 一把太阳能用作制水动力源；
一离开水收集装置的空气较之流入加热围场的空气湿度降低，因此有
助于减轻加热室和塔内的腐蚀问题；
一避免与烧煤或其它燃料的电站有关的空气污染； 一大量生产饮用水解决水荒。
本领域普通技术人员可在本发明精神或范围内对各实施例所示本发明 作出这种改动和/或修正。因此所示实施例是优选的而非限制性的。例如，烟 道不是各附图所示一直立塔而是依山坡度而立的一排热管，该管子沿其长度 以一定间隔用固定件支撑在山上，管子用支架与固定件连接。该管子也可用 可透过至少部分太阳能的材料制成或者比方说其对着太阳的一边透明，从而 入射太阳能进一步加热管子内向上流动的空气。应该指出，加热围场6也可 位于山边上或倾斜地面上而使入射太阳能最佳地照射在加热围场天蓬16上。 或者，天蓬也可有若干斜面，每一斜面的位置设置成使得加热围场在白天不 同时间接受太阳能照射的面积最大。例如，天蓬东面可倾斜成正对早晨升起 的太阳，而天蓬西面的倾斜方向相反而正对落日。
权利要求
1. 一种用大气水分制水的制水器，包括一接受大气中的空气、用太阳能加热、从而对空气进行加热的加热围场；一把加热围场中的空气返回大气中的烟道，该烟道在相对加热围场足够高的高度上通向大气而在烟道中生成上升气流；由从加热围场经烟道返回大气的空气驱动的至少一个风力涡轮机；以及至少一个包括至少一个冷凝表面的水收集装置和一把冷凝表面冷却到空气露点或空气露点以下，使得空气中水分凝结在冷凝表面上以便收集的制冷系统，该制冷系统包括一压缩制冷蒸汽的压缩机和一把压缩的制冷蒸汽冷凝成液态制冷剂的冷凝器，该风力涡轮机驱动该压缩机。
2、 按权利要求1所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于，随着 空气经烟道返回大气，该冷凝表面与在加热围场中加热的空气接触，从而热 空气中的水分冷凝。
3、 按权利要求1所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于，冷凝 表面与来自大气的其他空气而非在加热围场中加热的空气接触，从而其他空 气中的水分冷凝。
4、 按上述任一权利要求所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 风力涡轮机与压縮机连接而驱动压縮机。.
5、 按权利要求4所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 一齿 轮箱将一风力涡轮机的输出轴与压縮机连接。
6、 按权利要求1—4中任一权利要求所述的用大气水分制水的制水器， 其特征在于，风力涡轮机与一发电机连接，该发电机生成的电力驱动压縮机。
7、 按上述任一权利要求所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 该水收集装置还包括收集从空气中水分凝结到冷凝表面上的水的水收集件 和从该水收集件接受水的水槽。
8. 按上述任一权利要求所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 该制冷系统还包括一把液态制冷剂蒸发成制冷蒸汽而对冷凝表面进行冷却 的蒸发器；该冷凝表面为该蒸发器的一个表面。
9. 按权利要求8所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于，该冷 凝器与从冷凝表面流来的、冷却该冷凝器的空气接触，以便把压缩的制冷蒸 汽冷凝成液态制冷剂。
10. 按上述任一权利要求所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 该用大气水分制水的制水器还包括一控制与冷凝表面接触的流入空气的流 率的空气流率控制装置。
11. 按权利要求10所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于，该 空气流率控制装置包括至少一个可调空气进口 ，使得流到冷凝器的空气分流 而与冷凝表面接触，从而可相对与冷凝表面接触的空气的流率调节与冷凝器 接触的空气的流率。
12. 按上述任一权利要求所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 该加热围场包括多个环绕该塔、通向烟道底部的径向加热室，每一加热室有 一个或多个供大气中的空气流入的空气进口 。
13. 按权利要求12所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于，该 风力涡轮机或各风力涡轮机位于加热围场的烟道所在中央区。
14. 按上述任一权利要求所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 该至少一个风力涡轮机位于烟道的较低区域。
15. 按上述任一权利要求所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 包括多个相间距地分布在以加热围场中央为圆心的圆周上的径向伸展风力 涡轮机。
16. 按权利要求12和15所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 各风力涡轮机受来自对应加热室的气流的驱动。
17. 按上述任一权利要求所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 该烟道大致垂直。
18、 按上述任一权利要求所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 该烟道从加热围场与水平成一斜角地向上伸展。
19、 按上述任一权利要求所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 该至少一个水收集装置在加热围场中位于这样一个位置上，在该位置上，返 回大气中的空气的平均速度在使用中为2.0m/s—3.5m/s。
20、 按权利要求1一18中任一权利要求所述的用大气水分制水的制水器， 其特征在于，该至少一个水收集装置在加热围场中位于这样一个位置上，在 该位置上，返回大气中的空气的平均温度在使用中大致等于加热围场周边处 的空气的环境温度或比该环境温度最多高5°C。
21、 按权利要求19或20所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 该风力涡轮机用一从该涡轮机伸展到该压縮机的转轴与该压缩机机械连接。
22、 按权利要求19或20所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 该风力涡轮机用一 由该风力涡轮机驱动的发电机与压縮机电连接，发电机生 成的电力用导线从水力涡轮机传给压縮机。
23、 按权利要求19或20所述的用大气水分制水的制水器，其特征在于， 制冷系统位于风力涡轮机旁，从而使用中风力涡轮机驱动制冷系统，生成的 冷气沿至少一个绝热管从制冷系统传到冷凝表面。
全文摘要
图1所示用大气水分制水的制水器(2)包括一位于中央的塔状烟道4和周围一收集入射太阳能加热进入其周边(8)的空气的加热围场(6)。由于加热围场(6)中的空气的加热，随着空气从加热围场(6)从塔的开口端返回大气塔(4)中生成上升气流。塔的底部周围有一内装多个风力涡轮机的底部结构(10)。热空气从加热围场(6)流入塔中时受控制而转动风力涡轮机。每一风力涡轮机(20)有一对应水收集装置(94)，该水收集装置包括一把冷凝表面冷却到空气露点或以下的制冷系统，从而把空气中水分凝结在水收集装置的冷凝表面上后加以收集。该制冷系统包括一压缩制冷蒸汽以冷却冷凝表面、由风力涡轮机(20)驱动的压缩机(46)。
文档编号C02F1/14GK101304950SQ200680041006
公开日2008年11月12日 申请日期2006年9月1日 优先权日2005年9月1日
发明者D·琼斯, G·柯林斯 申请人:水力塔Pty有限公司