从气态混合物中获得水和潜能的方法和装置

摘要

一种通过绝热减压受控体积的大气空气以将其压力和温度降低至所包括的水蒸气的饱和点之下，从而使水蒸气改变状态成非气态水并释放与状态的改变有关的减压空气的热能来获得潜能和水的装置。随后，该装置提取非气态水，而将所释放的热能留在减压空气中。接着，该装置再压缩减压空气，这将会具有所得到的高于最初吸入的空气的温度的温度，且由此具有高于最初吸入的空气的热能的热能，以及获得再压缩空气和其增大的热能。在吸入大气空气之前，该装置还可以湿润和加热大气空气以略微提高所获得的热能的量。

权利要求

1.一种操作机械且热力密闭系统以从大气空气中获得潜能和水的方法，所述方法的期望的多个循环中的一个包括以下步骤：(a)将机械受控体积的大气空气吸入到可密闭的隔热室中；

(b)将强有力的湍流引入所述受控体积的大气空气，并在所述隔热室中在第一方向上移动至少一个活塞以绝热减压受控体积的大气空气，以将所述隔热室内的温度和压力降低至一点，在所述点：(1)压力等于所述隔热室内的水蒸气的饱和蒸气压，(2)水蒸气开始改变状态成非气态水，(3)绝热减压继续降低压力、温度和饱和蒸气压，从而使水蒸气持续相变成非气态水，以及(4)水蒸气的相变继续将潜能释放入所述隔热室内的空气中；

(c)从所述隔热室中提取因水蒸气到非气态水的状态变化而产生的非气态水，并在与所述隔热室内的减压空气的压力相同的压力下将其留存在分开的、隔离的贮水器中，以使释放潜能的过程是几乎不可逆的；

(d)在相反的第二方向上移动所述活塞，以绝热再压缩所述隔热室内的先前被减压的空气，使得由于已经吸收了由水蒸气释放的潜能，所以再压缩空气具有比吸入的空气在被减压之前高得多的温度和更大量的热能，这是由于如果非气态水没有被从所述隔热室中提取出来，那么再压缩空气将会留存将非气态水的状态变回成蒸气所要求的热能；以及(e)从所述隔热室中提取再压缩空气，将所述再压缩空气导入外部热能获得设备，并从所述再压缩空气中获得更大量的热能。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤(f)：从所述隔热室中获得在步骤(c)中提取的非气态水。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括在步骤(a)之前的另外的步骤，所述另外的步骤包括：在吸入大气空气之前，预热所述受控体积的大气空气。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括在步骤(a)之前的另外的步骤，所述另外的步骤包括：在吸入大气空气之前，充分预湿所述受控体积的大气空气，以确保饱和的绝热减压。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括在步骤(a)之前的另外的步骤，所述另外的步骤包括：在吸入大气空气之前，充分预热和预湿所述受控体积的大气空气，以确保饱和的绝热减压。

6.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中，当再压缩空气的所测定的压力达到初始受控体积的空气的所测定的压力时，终止再压缩被减压的空气。

7.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中，当再压缩空气的受控体积达到初始受控体积的空气的体积时，终止再压缩被减压的空气。

8.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中，当再压缩空气的压力和体积都处于由沿着再压缩空气的压力达到空气的初始压力的压力的点与再压缩空气的体积达到初始受控体积的空气的体积的点之间的不饱和绝热线的点所表示的状态时，终止再压缩被减压的空气。

9.一种潜能和水获得装置，包括：

至少一个隔热室，其具有可控体积；

至少一个减压再压缩机构，其用于增加和减少吸入到所述至少一个隔热室中的受控体积的包含水蒸气的空气的体积，以分别降低和升高所述至少一个隔热室内的压力和温度；

隔热的内部贮水器，其与所述至少一个隔热室分开，但与所述至少一个隔热室相通，所述隔热的内部贮水器用于在与所述至少一个隔热室内的压力相同的压力下，暂时地留存受控体积的空气的减压过程中，因水蒸气的状态变化而产生的非气态水；以及能量获得设备，其用于从再压缩的受控体积的空气中获得因状态变化而产生的热能。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述至少一个隔热室包括具有密闭端的中空的汽缸，且在所述汽缸内可滑动地设置有活塞，所述至少一个隔热室具有界定在所述汽缸内且在所述密闭端和所述活塞之间的可控体积，且其中所述减压再压缩机构包括所述至少一个隔热室、所述活塞、驱动器和连接在所述活塞与所述驱动器之间的活塞杆，所述驱动器使所述活塞杆和所述活塞背离所述密闭端和朝向所述密闭端来平移，以分别减压和再压缩所述至少一个隔热室内的空气。

11.如权利要求9所述的装置，其中，所述至少一个隔热室包括中空的汽缸，所述至少一个隔热室在一端是密闭的，而在相对端具有柔性隔膜，所述至少一个隔热室具有界定在所述汽缸内且在所述密闭端和所述柔性隔膜之间的可控体积，且其中所述减压再压缩机构包括所述至少一个隔热室、所述柔性隔膜、驱动器和连接在所述柔性隔膜与所述驱动器之间的隔膜杆，所述驱动器使所述隔膜杆背离所述密闭端和朝向所述密闭端来平移，并且使所述柔性隔膜背离所述密闭端和朝向所述密闭端来弯曲，以分别减压和再压缩所述至少一个隔热室内的空气。

12.如权利要求10所述的装置，进一步包括：

外部空气吸入设备，其用于允许受控体积的含有水蒸气的大气空气进入所述至少一个隔热室中；

至少一个隔热的非气态水提取阀，其用于从所述至少一个隔热室中提取因减压过程中水蒸气的状态变化而产生的非气态水；

非气态水获得阀，其用于获得留存在所述内部贮水器中的非气态水；

外部贮水器，其用于接收并留存从所述内部贮水器中获得的非气态水；

至少一个隔热的空气获得阀，其用于终止所述至少一个隔热室中的再压缩和从所述至少一个隔热室中获得再压缩空气；以及装置控制器，其用于控制所述外部空气吸入设备、所述驱动器、所述至少一个隔热的非气态水提取阀、所述非气态水获得阀和所述至少一个隔热的空气获得阀的操作。

13.如权利要求12所述的装置，其中，所述外部贮水器设置在比所述内部贮水器的高度低的高度处，且其中所述装置进一步包括流体涡轮机驱动的发电机，所述流体涡轮机驱动的发电机邻近所述外部贮水器设置，以获得与在重力作用下，从所述内部贮水器至所述外部贮水器的水流有关的能量。

14.如权利要求12所述的装置，其中，所述外部空气吸入设备是外部空气吸入阀，且其中所述装置进一步包括空气预热设备和空气预湿设备，所述外部空气吸入阀能够将待吸入的空气沿着四条路线中的一条引至所述至少一个隔热室，第一路线是直接引入到所述至少一个隔热室中，第二路线是穿过所述预热设备，然后再进入到所述至少一个隔热室中，第三路线是穿过所述预湿设备，然后再进入到所述至少一个隔热室中，而第四路线是穿过所述预热设备和所述预湿设备，然后再进入到所述至少一个隔热室中。

15.如权利要求12所述的装置，其中，所述活塞杆是中空的，且所述装置进一步包括：

水滴去除滤器，其包括支撑至少一个滤器元件的滤器架，所述滤器可滑动地设置在所述至少一个隔热室内，以允许所述滤器与所述至少一个隔热室内的空气之间的相对移动，从而促使将所述至少一个隔热室内的水滴集中并聚集在所述滤器元件上；以及水滴去除设备杆，其具有第一端和第二端，所述第一端连接至所述驱动器，且所述第二端连接至所述滤器架，所述水滴去除设备杆同轴地且可滑动地延伸穿过中空的所述活塞杆，所述驱动器轴向移动所述水滴去除设备杆，且因而在所述至少一个隔热室内轴向移动所述滤器架，所述滤器架的移动独立于所述活塞的移动。

16.如权利要求15所述的装置，其中，所述滤器元件包括滤器纤维。

17.如权利要求15所述的装置，进一步包括弹性环，所述弹性环安装在所述滤器架的外周周围，以将所述至少一个隔热室的内表面上的水擦至所述至少一个隔热的非气态水提取阀，用于随后的提取。

18.如权利要求12所述的装置，其中，所述活塞杆是中空的，且所述装置进一步包括：

水滴去除扇，其包括扇架，所述扇架中心地且可旋转地支撑围绕旋转轴的轮轴，所述扇沿着所述旋转轴可滑动地设置在所述至少一个隔热室内；

至少一个扇叶，其从所述轮轴径向延伸，所述轮轴是可旋转的以使所述至少一个扇叶绕所述轮轴的所述旋转轴旋转，以集中并聚集水滴，并形成促使水滴运动的空气湍流，并伴有水滴彼此之间的碰撞和水滴与所述至少一个隔热室的内表面的碰撞；以及水滴去除设备杆，其具有第一端和第二端，所述第一端连接至所述驱动器，且所述第二端连接至所述轮轴，所述水滴去除设备杆同轴地、可滑动地且可旋转地延伸穿过中空的所述活塞杆，所述驱动器轴向移动并旋转所述水滴去除设备杆，且因而在所述至少一个隔热室内轴向移动所述扇架，并旋转所述轮轴，所述扇架的移动和所述轮轴的移动独立于所述活塞的移动。

19.如权利要求18所述的装置，其中，所述至少一个扇叶包括径向延伸的一系列叶片段，每一个叶片段具有突然不同于相邻的叶片段的斜度的斜度，用于在所述至少一个隔热室内形成强有力的空气湍流。

20.如权利要求18所述的装置，进一步包括弹性环，所述弹性环安装在所述扇架的外周周围，以将所述至少一个隔热室的内表面上的水擦至所述至少一个隔热的非气态水提取阀，用于随后的提取。

21.如权利要求12所述的装置，其中，所述内部贮水器的上部部分的构型是包括线性倾斜的构型和凹状倾斜的构型的组的其中一种。

22.如权利要求12所述的装置，进一步包括压力传感器，所述压力传感器用于将表示所述至少一个隔热室内的压力的信号发送至所述装置控制器。

23.如权利要求12所述的装置，其中，所述能量获得设备包括驱动发电机的风涡轮机。

24.如权利要求12所述的装置，其中，所述能量获得设备包括热发动机。

25.如权利要求24所述的装置，其中，所述热发动机包括斯特令发动机。

26.如权利要求12所述的装置，其中，所述能量获得设备包括热电发电机，用于直接产生与所获得的空气的温度与大气空气的温度之间的差成比例的电能。

27.如权利要求12所述的装置，其中，所述能量获得设备包括含有工作材料的热能贮存器，所述工作材料响应于从所获得的空气转移至所述工作材料的热能而改变状态。

28.如权利要求27所述的装置，其中，所述工作材料包括石蜡。

29.一种潜能和水获得装置，包括：

第一隔热室，其包括第一可控体积，且具有纵轴；

第二隔热室，其包括第二可控体积，且具有相对于所述第一隔热室的所述纵轴同线设置的纵轴；

外部空气吸入阀，其用于吸入含有水蒸气的大气空气，以便随后进入所述第一隔热室和所述第二隔热室中；

第一隔热的内部空气吸入阀，其用于允许可控体积的吸入大气空气进入所述第一隔热室中；

减压再压缩机构，其用于增大所述第一隔热室内的受控体积，以降低所述第一隔热室内的潮湿空气的压力和温度，使得所包括的水蒸气达到饱和点，开始改变状态，并开始释放潜热，随后，所述减压再压缩机构继续降低压力和温度以及饱和混合比，由此继续改变水蒸气的状态至非气态水，所述减压再压缩机构随后减小所述第一隔热室内的受控体积，以升高所述第一隔热室内的再压缩空气的压力和温度；

第一隔热的非气态水提取阀，其用于从所述第一隔热室中提取因减压过程中所述第一隔热室内的水的状态变化而产生的非气态水，以使释放潜能的过程几乎不可逆；

第一隔热的贮水器，其用于在所述装置内且在与所述第一隔热室内的减压空气的压力相同的压力下，暂时地留存从所述第一隔热室提取的非气态水；

第一隔热的空气获得阀，其用于终止再压缩，并从所述第一隔热室获得再压缩空气；

第二隔热的内部空气吸入阀，其用于允许可控体积的吸入大气空气进入到所述第二隔热室中，所述减压再压缩机构增大所述第二隔热室内的受控体积，以降低所述第二隔热室内的潮湿空气的压力和温度，使得所包括的水蒸气达到饱和点，开始改变状态，并开始释放潜热，随后，所述减压再压缩机构继续降低压力和温度以及饱和混合比，由此继续改变水蒸气的状态至非气态水，所述减压再压缩机构随后减小所述第二隔热室内的受控体积，以升高所述第二隔热室内的再压缩空气的压力和温度，而所述第一隔热室内的可控体积被增大以降低所述第二隔热室内的潮湿空气的压力和温度，使得所包括的水蒸气达到饱和点，改变状态并释放潜热；

第二隔热的非气态水提取阀，其用于从所述第二隔热室中提取因减压过程中所述第二隔热室内的水的状态变化而产生的非气态水，以使释放潜能的过程几乎不可逆；

第二隔热的贮水器，其用于在所述装置内且在与所述第二隔热室内的减压空气的压力相同的压力下，暂时地留存从所述第二隔热室提取的非气态水；

第二隔热的空气获得阀，其用于终止再压缩，并从所述第二隔热室中获得再压缩空气；

能量获得设备，其用于获得从所述第一隔热室和所述第二隔热室中获得的热能；

第一隔热的非气态水获得阀，其用于获得留存在所述第一隔热的贮水器中的水；

第二隔热的非气态水获得阀，其用于获得留存在所述第二隔热的贮水器中的水；以及装置控制器，其用于控制空气吸入设备、所述第一隔热的内部空气吸入阀和所述第二隔热的内部空气吸入阀、所述减压再压缩机构、所述第一隔热的非气态水提取阀和所述第二隔热的非气态水提取阀、所述第一隔热的空气获得阀和所述第二隔热的空气获得阀，以及所述第一隔热的非气态水获得阀和所述第二隔热的非气态水获得阀的操作，使得所述第一隔热室的减压与所述第二隔热室的再压缩重合，且所述第一隔热室的再压缩与所述第二隔热室的减压重合。

30.如权利要求29所述的装置，其中，所述第一隔热室和所述第二隔热室包括每一个端都被密闭的中空的汽缸，且在所述汽缸内可滑动地设置有活塞，所述活塞将所述汽缸分成所述第一隔热室和所述第二隔热室，在每一个密闭端与所述活塞之间，可控体积界定在每一个室内，且其中所述减压再压缩机构包括所述第一隔热室和所述第二隔热室、所述活塞、驱动器和连接在所述活塞与所述驱动器之间的活塞杆，所述活塞杆用于在交替地相反的方向上平移所述活塞，以减压所述第一隔热室内的空气，而压缩所述第二隔热室内的空气，然后再压缩所述第一隔热室内的空气，而减压所述第二隔热室内的空气。

说明书

从气态混合物中获得水和潜能的方法和装置

发明领域

[0001] 本发明涉及用于从大气空气(atmospheric air)中获得潜能和非气态水(nonvaporous water)的方法。

背景技术

[0002] 从环境中获得能量已经受到越来越多的关注。发展最成熟的方法集中在风能、太阳能和重力影响下的水流的能量。也已经制定了许多策略来从大气空气中获得潜能。这些策略中的一些依赖于加入的水蒸气和垂直降低的大气空气压以促进空气向上的运动。压差迫使这种在密闭的垂直导管内的空气上升穿过驱动发电机的风涡轮机以提取能量。在另一种策略中，导管底部的空气被加温；并且温暖的水蒸气被加入。假设蒸气在空气在密闭导管内上升时冷凝，则这使空气升温并增强向上的运动。除去了导管上部区域的冷凝水。其他策略得到了类似的结果，但是都依赖于将液态水蒸发到空气中，因而冷却空气且促进空气向下运动，而不是向上运动。该工艺寻找到有用的应用，如清洁来自无能量获得利益的工业烟囱的污染物。另一种策略使液态水泵送至高的高度，且在此高度被喷射到环境空气中以通过蒸发来冷却空气。在从高到低的高度延伸的导管内进行蒸发空气的冷却，且通过风涡轮机提取所得到的向下的空气的动力能，从而驱动发电机。

[0003] 另外的其他策略并不依赖于压力高度差，但公开了用于从由锅炉提供的水蒸气中获得能量的机械装置。至少一种其他策略使用了产生蒸汽的闪蒸器和产生能量的蒸汽驱动的涡轮式发电机，且另一种策略依赖于通过液化空气本身，而不是仅仅液化水蒸气来获得能量的复杂的机械装置。

[0004] 许多策略都公开了从密闭体积内包含的气水混合物中去除冷凝的液态水。一种策略公开了用于使用连接到金属板的倒置圆锥的冷凝表面来控制冷凝物形成液滴的装置。另一种策略公开了用于收集被高速空气吹离冷却旋管的水的装置，从而改善了由使用在低流速水收集系统中的旋管进行的这种收集。又一种策略公开了使用直接靠风供给动力的带电气溶胶源。该装置包括大面积的电极筛，其将带电的水滴发射到风流中，作为风电换能器。再一种策略公开了用于从等温压缩至饱和态的空气中获得水的装置，将空气等温压缩至饱和态需要从此方法中去除能量以维持等温压缩的装置。

[0005] 发明概述

[0006] 相比之下，本发明的方法将受控量的大气空气绝热减压至存在的水蒸气达到饱和态时所处的压力，而无需与外部环境进行能量交换。

[0007] 本发明的一个目的是提供一种用于从大气空气的水蒸气中获得潜能和非气态水，即液态水或固态水的方法。在实现前述目的时，用于获得潜能的方法包括使受控量的大气空气减压，使得空气的温度降低至水蒸气达到饱和时的点；以及通过冷凝，且可能通过凝华来改变水蒸气的状态，并释放潜能。随后将由水蒸气的状态变化产生的非气态水提取至内部贮水器，该贮水器与受控量的空气分开，但处于相同的压力下，因而使获得潜热的过程是几乎不可逆的。接着，再压缩被减压的空气，使得再压缩空气因已经吸收了由水蒸气释放的潜热，所以其温度比被减压前高很多。然后，获得再压缩空气的潜能和非气态水。

[0008] 本发明的另一个目的是提供一种根据前一段描述的方法起作用的装置。该装置包括隔热室，其内界定有一可控体积；且该装置进一步包括可控的入口或空气吸入阀，用于允许大气空气进入室。设置了用于绝热增大室的可控体积的隔热减压机构，以降低室内的潮湿空气的温度，使得潮湿空气中的水蒸气达到饱和点，改变状态并释放潜热。设置了非气态水提取阀，以提取因室内的水蒸气的状态变化而产生的非气态水。在受控体积的空气已经被再压缩至期望的释放状态之后，将所提取的水留存在内部贮水器中，用于获得。设置了再压缩机构来减少室的可控体积以升高空气的温度；而且还设置了空气获得阀(air harvesting valve)以释放再压缩空气，使得能够获得与潜热吸收和所得到的升高的温度有关的热能。还设置了非气态水获得阀，以获得留存在内部贮水器中的非气态水。

[0009] 本发明提供一种用于从大气空气中获得潜能和水的方法，所述方法的期望的多个循环中的一个包括以下步骤：

[0010] (a)将受控体积的大气空气吸入到隔热室中；

[0011] (b)绝热减压受控体积的大气空气，以将所述隔热室内的温度和压力降低至一点，在该点：(1)压力等于所述隔热室内的水蒸气的饱和蒸气压，(2)水蒸气开始改变状态成非气态水，(3)绝热减压继续降低压力、温度和饱和蒸气压，从而使水蒸气持续相变成非气态水，以及(4)水蒸气的相变继续将潜能释放入所述隔热室内的空气中；

[0012] (c)从所述隔热室中提取因水蒸气到非气态水的状态变化而产生的非气态水，并在与所述隔热室内的减压空气的压力相同的压力下将其留存在分开的贮水器中，以使释放潜能的过程是几乎不可逆的；

[0013] (d)绝热再压缩所述隔热室内的先前被减压的空气，使得由于已经吸收了由水蒸气释放的潜能，所以再压缩空气具有比吸入的空气在被减压之前高得多的温度和更大量的热能，这是由于如果非气态水没有被从所述隔热室中提取出来，那么再压缩空气将会留存将非气态水的状态变回成蒸气所要求的热能；

[0014] (e)从装置中获得再压缩空气；以及

[0015] (f)从所获得的空气中获得热能。

[0016] 本发明的方法还可包括步骤(g)：从装置中获得在步骤(c)中提取的非气态水。

[0017] 本发明的方法还可包括在步骤(a)之前的另外的步骤，该另外的步骤可包括：在吸入大气空气之前，预热受控体积的大气空气。

[0018] 本发明的方法还可包括在步骤(a)之前的另外的步骤，该另外的步骤可包括：在吸入大气空气之前，预湿受控体积的大气空气。

[0019] 本发明的方法还可包括在步骤(a)之前的另外的步骤，该另外的步骤可包括：在吸入大气空气之前，预热和预湿受控体积的大气空气。

[0020] 在步骤(d)中，当再压缩空气的压力量达到初始受控体积的空气的压力量时，可终止再压缩被减压的空气。

[0021] 在步骤(d)中，当再压缩空气的体积量达到初始受控体积的空气的体积量时，可终止再压缩被减压的空气。

[0022] 在步骤(d)中，当再压缩空气的压力量和体积量都处于在沿着再压缩空气的压力量达到初始受控体积的空气的压力量的点与再压缩空气的体积量达到初始受控体积的空气的体积量的点之间的不饱和绝热线的点所表示的状态时，可终止再压缩被减压的空气。

[0023] 本发明还提供一种潜能和水获得装置，包括：

[0024] 至少一个隔热室，其具有可控体积；

[0025] 至少一个减压再压缩机构，其用于增加和减少吸入到所述至少一个隔热室中的受控体积的包含水蒸气的空气的体积，以分别降低和升高所述至少一个隔热室内的压力和温度；

[0026] 隔热的内部贮水器，其与所述至少一个隔热室分开，但与所述至少一个隔热室相通，所述隔热的内部贮水器用于在与所述至少一个隔热室内的压力相同的压力下，暂时地留存受控体积的空气的减压过程中，因水蒸气的状态变化而产生的非气态水；以及[0027] 能量获得设备，其用于从再压缩的受控体积的空气中获得因状态变化而产生的热能。

[0028] 本发明的装置中，至少一个隔热室可包括具有密闭端的中空的汽缸，且在汽缸内可滑动地设置有活塞，至少一个隔热室可具有界定在汽缸内且在密闭端和活塞之间的可控体积，且其中减压再压缩机构可包括至少一个隔热室、活塞、驱动器和连接在活塞与驱动器之间的活塞杆，驱动器可使活塞杆和活塞背离密闭端和朝向密闭端来平移，以分别减压和再压缩至少一个隔热室内的空气。

[0029] 至少一个隔热室可包括中空的汽缸，至少一个隔热室在一端可以是密闭的，而在相对端可以具有柔性隔膜，至少一个隔热室可具有界定在汽缸内且在密闭端和柔性隔膜之间的可控体积，且其中减压再压缩机构可包括至少一个隔热室、柔性隔膜、驱动器和连接在柔性隔膜与驱动器之间的隔膜杆，驱动器可以使隔膜杆背离密闭端和朝向密闭端来平移，并且可以使隔膜背离密闭端和朝向密闭端来弯曲，以分别减压和再压缩至少一个隔热室内的空气。

[0030] 本发明的装置还可包括：

[0031] 外部空气吸入设备，其可用于允许受控体积的含有水蒸气的大气空气进入至少一个隔热室中；

[0032] 至少一个隔热的非气态水提取阀，其可用于从至少一个隔热室中提取因减压过程中水蒸气的状态变化而产生的非气态水；

[0033] 非气态水获得阀，其可用于获得留存在内部贮水器中的非气态水；

[0034] 外部贮水器，其可用于接收并留存从内部贮水器中获得的非气态水；

[0035] 至少一个隔热的空气获得阀，其可用于终止至少一个隔热室中的再压缩和从至少一个隔热室中获得再压缩空气；以及

[0036] 装置控制器，其可用于控制外部空气吸入设备、驱动器、至少一个隔热的非气态水提取阀、非气态水获得阀和至少一个隔热的空气获得阀的操作。外部贮水器可设置在比内部贮水器的高度低的高度处，且其中装置还可包括流体涡轮机驱动的发电机，流体涡轮机驱动的发电机可邻近外部贮水器设置，以获得与在重力作用下，从内部贮水器至外部贮水器的水流有关的能量。

[0037] 外部空气吸入设备可以是外部空气吸入阀，且其中装置还可包括空气预热设备和空气预湿设备，外部空气吸入阀能够将待吸入的空气沿着四条路线中的一条引至至少一个隔热室，第一路线是直接引入到至少一个隔热室中，第二路线是穿过预热设备，然后再进入到至少一个隔热室中，第三路线是穿过预湿设备，然后再进入到至少一个隔热室中，而第四路线是穿过预热设备和预湿设备，然后再进入到至少一个隔热室中。

[0038] 活塞杆可以是中空的，且本发明的装置还可包括：

[0039] 水滴去除滤器，其可包括支撑至少一个滤器元件的滤器架，滤器可以可滑动地设置在至少一个隔热室内，以允许滤器与至少一个隔热室内的空气之间的相对移动，从而促使将至少一个隔热室内的水滴集中并聚集在滤器元件上；以及

[0040] 水滴去除设备杆，其可具有第一端和第二端，第一端可连接至驱动器，且第二端可连接至滤器架，水滴去除设备杆可同轴地且可滑动地延伸穿过中空的活塞杆，驱动器轴向移动水滴去除设备杆，且因而在至少一个隔热室内轴向移动滤器架，滤器架的移动独立于活塞的移动。水滴去除滤器元件可包括滤器纤维。

[0041] 本发明的装置还可包括弹性环，弹性环可安装在滤器架的外周周围，以将至少一个隔热室的内表面上的水擦至至少一个隔热的非气态水提取阀，用于随后的提取。

[0042] 活塞杆是中空的，且本发明的装置还可包括：

[0043] 水滴去除扇，其可包括扇架，扇架可中心地且可旋转地支撑围绕旋转轴的轮轴，扇可沿着旋转轴可滑动地设置在至少一个隔热室内；

[0044] 至少一个扇叶，其可从轮轴径向延伸，轮轴可以是可旋转的以使至少一个扇叶可绕轮轴的旋转轴旋转，以集中并聚集水滴，并形成促使水滴运动的空气湍流，并伴有水滴彼此之间的碰撞和水滴与至少一个隔热室的内表面的碰撞；以及

[0045] 水滴去除设备杆，其可具有第一端和第二端，第一端可连接至驱动器，且第二端可连接至轮轴，水滴去除设备杆可同轴地、可滑动地且可旋转地延伸穿过中空的活塞杆，驱动器可轴向移动并旋转水滴去除设备杆，且因而在至少一个隔热室内轴向移动扇架，并旋转轮轴，扇架的移动和轮轴的移动可独立于活塞的移动。至少一个扇叶可包括径向延伸的一系列叶片段，每一个叶片段可具有突然不同于相邻的叶片段的斜度的斜度，用于在至少一个隔热室内形成强有力的空气湍流。

[0046] 本发明的装置还可包括弹性环，弹性环可安装在滤器架的外周周围，以将至少一个隔热室的内表面上的水擦至至少一个隔热的非气态水提取阀，用于随后的提取。

[0047] 内部贮水器的上部部分的构型是包括线性倾斜的构型和凹状倾斜的构型的组的其中一种。

[0048] 本发明的装置还可包括压力传感器，压力传感器可用于将表示至少一个隔热室内的压力的信号发送至装置控制器。

[0049] 能量获得设备可包括驱动发电机的风涡轮机。

[0050] 能量获得设备可包括热发动机。

[0051] 热发动机可包括斯特令发动机。

[0052] 能量获得设备可包括热电发电机，可用于直接产生与所获得的空气的温度与大气空气的温度之间的差成比例的电能。

[0053] 能量获得设备可包括含有工作材料的热能贮存器，工作材料可响应于从所获得的空气转移至工作材料的热能而改变状态。工作材料可包括石蜡。

[0054] 本发明还提供另一种潜能和水获得装置，包括：

[0055] 第一隔热室，其包括第一可控体积，且具有纵轴；

[0056] 第二隔热室，其包括第二可控体积，且具有相对于所述第一隔热室的所述纵轴同线设置的纵轴；

[0057] 外部空气吸入阀，其用于吸入含有水蒸气的大气空气，以便随后进入所述第一隔热室和所述第二隔热室中；

[0058] 第一隔热的内部空气吸入阀，其用于允许可控体积的吸入大气空气进入所述第一隔热室中；

[0059] 减压再压缩机构，其用于增大所述第一隔热室内的受控体积，以降低所述第一隔热室内的潮湿空气的压力和温度，使得所包括的水蒸气达到饱和点，开始改变状态，并开始释放潜热，随后，所述减压再压缩机构继续降低压力和温度以及饱和混合比，由此继续改变水蒸气的状态至非气态水，所述减压再压缩机构随后减小所述第一隔热室内的受控体积，以升高所述第一隔热室内的再压缩空气的压力和温度；

[0060] 第一隔热的非气态水提取阀，其用于从所述第一隔热室中提取因减压过程中所述第一隔热室内的水的状态变化而产生的非气态水，以使释放潜能的过程几乎不可逆；

[0061] 第一隔热的贮水器，其用于在所述装置内且在与所述第一隔热室内的减压空气的压力相同的压力下，暂时地留存从所述第一隔热室提取的非气态水；

[0062] 第一隔热的空气获得阀，其用于终止再压缩，并从所述第一隔热室获得再压缩空气；

[0063] 第二隔热的内部空气吸入阀，其用于允许可控体积的吸入大气空气进入到所述第二隔热室中，所述减压再压缩机构增大所述第二隔热室内的受控体积，以降低所述第二隔热室内的潮湿空气的压力和温度，使得所包括的水蒸气达到饱和点，开始改变状态，并开始释放潜热，随后，所述减压再压缩机构继续降低压力和温度以及饱和混合比，由此继续改变水蒸气的状态至非气态水，所述减压再压缩机构随后减小所述第二隔热室内的受控体积，以升高所述第二隔热室内的再压缩空气的压力和温度，而所述第一隔热室内的可控体积被增大以降低所述第二隔热室内的潮湿空气的压力和温度，使得所包括的水蒸气达到饱和点，改变状态并释放潜热；

[0064] 第二隔热的非气态水提取阀，其用于从所述第二隔热室中提取因减压过程中所述第二隔热室内的水的状态变化而产生的非气态水，以使释放潜能的过程几乎不可逆；

[0065] 第二隔热的贮水器，其用于在所述装置内且在与所述第二隔热室内的减压空气的压力相同的压力下，暂时地留存从所述第二隔热室提取的非气态水；

[0066] 第二隔热的空气获得阀，其用于终止再压缩，并从所述第二隔热室中获得再压缩空气；

[0067] 能量获得设备，其用于获得从所述第一隔热室和所述第二隔热室中获得的热能；

[0068] 第一隔热的非气态水获得阀，其用于获得留存在所述第一贮水器中的水；

[0069] 第二隔热的非气态水获得阀，其用于获得留存在所述第二贮水器中的水；以及[0070] 装置控制器，其用于控制空气吸入设备、所述第一隔热的内部空气吸入阀和所述第二隔热的内部空气吸入阀、所述减压再压缩机构、所述第一隔热的非气态水提取阀和所述第二隔热的非气态水提取阀、所述第一隔热的空气获得阀和所述第二隔热的空气获得阀，以及所述第一隔热的非气态水获得阀和所述第二隔热的非气态水获得阀的操作，使得所述第一隔热室的减压与所述第二隔热室的再压缩重合，且所述第一隔热室的再压缩与所述第二隔热室的减压重合。

[0071] 本发明的另一种装置中，第一隔热室和第二隔热室可包括每一个端都被密闭的中空的汽缸，且在汽缸内可以可滑动地设置有活塞，活塞可将汽缸分成第一隔热室和第二隔热室，在每一个密闭端与活塞之间，可控体积可界定在每一个室内，且其中减压再压缩机构可包括第一隔热室和第二隔热室、活塞、驱动器和连接在活塞与驱动器之间的活塞杆，活塞杆可用于在交替地相反的方向上平移活塞，以减压第一隔热室内的空气，而压缩第二隔热室内的空气，然后再压缩第一隔热室内的空气，而减压第二隔热室内的空气。

[0072] 在由前面的段落描述的本发明的方法和装置中，以绝热方式进行减压和再压缩。本发明所属领域的技术人员将会理解，在实际的应用中，采用的术语“绝热”意指几乎是绝热的。

[0073] 附图简述

[0074] 图1是表示特定体积的大气空气的示例性尺寸的模型的透视图；

[0075] 图2是阐释了可能通过获得来自图1的特定体积的大气空气中的潜能来实现的功率的图；

[0076] 图3是阐释了可能通过获得由与图1阐释的大气空气相同体积的大气空气碰撞的太阳能转化的能量来实现的可比拟功率的图；

[0077] 图4是阐释了可能通过获得来自图1的以不同速度移动的相同体积的大气空气中的动力能来实现的可比拟功率的图；

[0078] 图5是阐释了物质的固态、液态和气态随热力学状态变量变化的三维表示的透视图；

[0079] 图6是从气态混合物中获得潜能和非气态水的工艺的逻辑流程图；

[0080] 图7是用于减压和再压缩气体的示例性的汽缸活塞机构的局部剖视的和局部截面的侧视图；

[0081] 图8是类似于图7的装置的局部剖视的和局部截面的侧视图，但提供了双相工艺；

[0082] 图9是用于减压和再压缩气体的具有柔性隔膜的示例性的密闭室的清晰透视图；

[0083] 图10是水滴去除滤器(water droplet removal filter)的前视图；

[0084] 图11是图10的水滴去除滤器的侧视图；

[0085] 图12是水滴去除扇的前视图；

[0086] 图13是图12的水滴去除扇的侧视图；

[0087] 图14是阐释了在绝热减压大气空气、去除非气态水以及随后的绝热再压缩空气的过程中的温度与压力的关系的图，绝热再压缩空气之后，空气包含冷凝的潜热；

[0088] 图15是阐释了饱和空气的混合比随温度和压力变化的图；

[0089] 图16是阐释了潮湿空气处理过程中的温度对压力的热力学关系的图，该处理包括吸入、减压、冷凝、水提取、再压缩和获得；

[0090] 图17是阐释了由图16所示的处理过程中的体积对压力的热力学关系的图；

[0091] 图18是阐释了利用了由图16和17所示过程中的大气空气的潜能获得量、所要求的减压功和可收回的再压缩功的图；

[0092] 图19是阐释了预热和预湿由图16所示工艺中的吸入空气的效果的图；

[0093] 图20是阐释了在图19所示的处理过程中，最初的体积和最终的体积对压力的热力学关系的图；以及

[0094] 图21是类似于图18的图，且阐释了利用了由图19和20所示过程中的大气空气的潜能获得量、所要求的减压功和可收回的再压缩功的图。优选实施方案的详细描述[0095] 本发明提供了一种用于获得因存在于大气空气中的水蒸气的状态发生变化而产生的潜能和非气态水，即液态水和/或固态水的方法和装置。应注意，在说明书中，术语“大气空气”期望指自然的、周围的空气，其包含作为其其中一种组成的水蒸气。还应注意的是，术语“提取”指在本发明的装置内，减压过程后，将非气态水移至内部贮水器，且术语“获得”指当在每个完整的处理循环后被分离出装置时，除去和处置所提取的非气态水、空气和能量。如本文所使用的，术语“热能”指物质的原子和分子随机运动的潜能和动能。“热力自由能”表示物理系统中能够转化为做功的总能量。

[0096] 水汽化的潜热在100摄氏度下的540卡路里每克到0摄氏度下的600卡路里每克之间变化。在液态水的汽化过程中，液态水吸收潜热，而在水蒸气的冷凝过程中，水蒸气释放潜热。升华的潜热在100摄氏度下的600卡路里每克到0摄氏度下的680卡路里每克之间变化。当冰直接变为水蒸气(升华)时，冰吸收潜热，而当水蒸气直接变为冰(凝华)时，水蒸气释放潜热。

[0097] 长1000米、宽1000米且厚100米的示例性气团1000有1,000,000(106)平方米8
的面积和100,000,000(10)立方米的总体积暴露于太阳。图1显示了代表这种气团的示例性尺寸的模型。在物理学语言中，术语“功率”专门指每单位时间内转移的能量。该术语在本文中用于此意思。例如，每单位时间从潮湿空气中获得(转移)的能量可以合适地称为“潜在功率(latentpower)”。图2是阐释了可能通过获得来自特定体积的具有这些尺寸的大气空气中的水蒸气中的潜能来实现的潜在功率的图。如图1所示，这种潜在功率(potential power)(每单位时间转移的能量)已经被用于在周围空气的压力下和在所示的温度范围和相对湿度范围内来计算特定体积的空气内的所有水蒸气的冷凝。与50％的相对湿度和100％的相对湿度时的水蒸气冷凝有关的潜在功率显示出在约1000兆瓦特到所示的超过名义温度范围的接近1千万兆瓦特的值之间变化。

[0098] 图3是阐释了可能通过获得由与图1阐释的大气空气相同体积的大气空气碰撞的太阳能(太阳的辐射能)转化的能量来实现的可比拟功率的图。如图所示，在最佳的大气空气条件和方位下，贡献的功率可以接近1000兆瓦特。太阳能显示出从多云条件下的约70兆瓦特变化到水平表面时的超过100兆瓦特。如果覆盖此整个区域的收集设备被定位成直接面对太阳辐射，那么甚至可以提取更多的太阳能；然而，图2所示的潜在功率的最小值可以与收集器产生的最佳太阳功率相比拟，所有的收集器被定位成在地面上与太阳光线垂直。

[0099] 图4是阐释了可能通过获得来自以不同速度移动的相同体积的大气空气中的动力能来实现的可比拟功率的图。如图所示，贡献的功率可以大于1000兆瓦特。显示了风速仅为1米每秒(2.24mph)时的潜在功率的值，这与图4的动力学功率(kinetic power)图中的最低速度相对应。如图所示，潮湿气团的潜在功率是其潜在的动力学功率的100至1000倍。

[0100] 在三种类型的环境能量的比较中，图2、3和4显示了可能通过获得来自大气空气的水蒸气中的潜能来实现的相当大量的功率，这是明显的。在冻结温度和仅50％的相对湿度下，水蒸气的潜能超过了太阳辐射能的平均的气候利用率；其甚至可以与在获得太阳能的最佳条件下获得的太阳能不相上下。此冰冷的、50％相对湿度的条件下的水蒸气的潜能也超过了现代风能获得技术所采用的风速范围外的风的动能。在世界上具有更高大气空气温度和相对湿度的地方，可从水蒸气中获得的潜能远大于可从太阳能和动能来源中获得的潜能。

[0101] 图5类似于许多物理教科书上的图，其是阐释了物质的固态、液态和气态随热力学状态变量，即温度、压力和体积变化的三维模型。装置中常用的冷凝蒸气的方法和固化液体的方法是等压冷却和等温压缩；且这些用特定的工艺箭头标示。在这些新近的工艺中，获得了期望的状态改变的物质，但是因这些物质改变状态而由分子释放的能量并没有保留在受控体积的空气中，且对于受控体积的空气来说，这些能量必须以系统化的方式被除去和丢弃，以遵循特定的等压或等温处理。相比之下，本发明的工艺使受控体积的潮湿空气减压，直到所包含的水蒸气达到饱和状态。该方法无需与外部环境进行能量交换即可实施，且被描述为绝热减压。正如发明概述中所述陈述的，本发明所属领域的技术人员应该理解，在实际应用中，所采用的术语“绝热的”意指几乎是绝热的。

[0102] 本工艺在图5中表示为“绝热”减压，这与该图所示的“等压”冷却和“等温”压缩的冷凝途径相反。本发明的工艺详细说明了绝热减压工艺，其中当水蒸气改变状态时由其释放的能量并没有被除去和丢弃，而是保留在受控体积的减压空气中。在再压缩工艺之后，相继获得状态改变的水和由状态改变释放的能量来作为本发明工艺的产物。图6的逻辑流程图连同图7、8和9阐释了获得潜能和非气态水的优选工艺；且在描述了由图7、8和9阐释的3个优选实施方案以及描述了由图10到13阐释的工艺支撑元件(process-supporting element)之后，将会详细描述该工艺。

[0103] 图7是未按比例绘制的示意图，其象征性地表示本发明装置的优选实施方案的各元件，该装置通常由参考数字10标示。装置10是一个热力密闭系统，其包括隔离结构12以防止热能的丧失。应该注意，为了简化，隔离结构12示意性地显示为包围了包含装置部件的组合的空间。本发明所属领域的技术人员应该理解，隔离能够可选择地被有效设置到装置10的需要绝缘的单个部件周围。

[0104] 鉴于图7、8和9所示实施方案的基本功能的相似性，因此将最详细地描述图7所示的实施方案。装置10包括中空的汽缸14，其内可滑动地设置了通过活塞杆18连接到驱动器20的活塞16，驱动器20在由双端箭头19标示的相对的向右和向左的方向上平移活塞杆18和活塞16。驱动器20可以包括任何适当数目的由水力、气力、凸轮、齿条和小齿轮、滚珠螺杆、带或链机构或者线性或旋转电动机驱动的众所周知的设备(未显示)。驱动器20还包括位置传感器(未显示)，用于标示驱动元件的位置。汽缸14具有密闭端22。通常由参考数字24标示的室被界定为位于汽缸14内，且处于密闭端22和活塞16之间。室24、活塞16、活塞杆18和驱动器20包含通常由参考数字25标示的减压再压缩机械装置。如同室24，通常由参考数字26标示的可控体积被界定为位于汽缸14内，且处于密闭端22和活塞
16之间。该体积通过调整活塞16的位置来控制。应该理解，中空的汽缸14并不一定限制为圆形或者在一些应用中甚至是对称的截面。

[0105] 室24经由隔热的空气吸入导管50连通大气空气；通过可控入口(controllable inlet)，诸如空气吸入设备或者阀52来控制空气流经导管50并进入室24。本发明所属领域的技术人员将会理解，界定阀是控制流体流动的设备。阀包括适用于开口的盖、塞和覆盖物，通过阀的诸如摆动、上升和下降、滑动、转动或类似运动的运动，他们打开和闭合开口以允许或防止诸如流体通过。现代的阀不仅可以控制流动，而且还可以控制压力、速度、体积和通过管道、水槽、斜道或类似通道的液体、气体、浆体甚至是干物质的方向。阀可以打开和关闭、控制、调节和隔离；阀尺寸的范围可以是直径从几分之一英寸到大约30英尺；并且阀的复杂度可以显著变化。

[0106] 图7显示了通常由参考数字51标示的象征性表示的空气预处理系统，其包括空气吸入阀52、空气预热设备53和空气预湿设备55。空气吸入阀52显示为是能够将进入的大气空气直接输送到室24中的一个多功能阀。可选择地，空气吸入阀52也可以在将进入的大气空气输送到室24中之前，将其输送通过空气预热设备53，通过空气预湿设备55或通过这两个设备53和55。本发明所属领域的技术人员将会理解，分离的阀(未显示)也可以用于这样将大气空气输送到室24中。三种可选择方案中的每一种都导致可利用的外部能量被加入到吸入前的周围大气空气的潜能中。可利用的外部能量来源的示例包括太阳辐射、热发动机歧管、通过工厂的热烟气、从电厂排出的蒸汽以及类似来源。

[0107] 装置控制器54由图7显示为具有由圈起的数字1到6表示的象征性的终端，其与设备10的类似表示的终端相通。如图所示，空气吸入阀52通过每一个由圈起的数字1表示的终端间的连接件(connection)而连接至装置控制器54并受其控制。驱动器20通过每一个由圈起的数字2表示的终端间的连接件在装置控制器54的控制下对活塞16定位。

[0108] 非气态水提取阀56通过每一个由圈起的数字3表示的终端间的连接件在装置控制器54的控制下从室24提取非气态水。在获得非气态水来用于外部使用之前，隔离的内部贮水器58经由隔热导管60接收非气态水并将其保留在装置10内。重点要注意的是，提取水并使水必须置于内部贮水器58中使得释放潜热的过程是几乎不可逆的，内部贮水器58中的水与室24中的受控体积的空气26分开，但是处于相同的压力下。

[0109] 如图7所示，为了使蒸发量最少，倾斜设置内部贮水器58，使得保留的水的上表面积比受控体积的空气中的所有水滴的总面积要小。与图7所示的线性倾斜不同，也可以基于同样的原因将内部贮水器58设置成如图8所示的凹状构型。室24和内部贮水器58之间的导管60的尺寸也尽可能得小，以使位于室24外的空气的体积最小并使蒸发量最少。而且，基于同样的原因，使非气态水提取阀56的操作也与外部空气吸入阀52的操作协调一致。另外，控制非气态水提取阀56，以将内部贮水器58和导管60中的非气态水维持在可能的最大高度，以使内部贮水器58和导管60内包含的空气量最少，且室24内不包含空气，在室24内，非气态水被通常由参考数字71表示的一般性表示的水移除设备除去。存在最少量的水留置在导管或阀中的可能性，在随后的减压过程中可以蒸发这些水，这支持了前述术语“几乎不可逆的”中的词汇“几乎”的使用。

[0110] 汽缸14的室24具有通常由参考数字46标示的排放通道(其以夸大的比例被显示)以接收室24内的非气态水，并将其引导至非气态水提取阀56。活塞杆18具有细长的中空管结构。水滴去除设备驱动器杆73同轴地且可滑动地延伸穿过活塞杆18，并被可操作地连接在水滴去除设备71和驱动器20之间。驱动器20以向右和向左的方向平移水滴去除设备杆73和水滴去除设备71，此平移独立于活塞杆18和活塞16，以将冷凝并聚集在水滴去除设备71上以及室24的内表面上的水转移至排放通道46，用于随后的提取。

[0111] 非气态水获得阀62从内部贮水器58经由隔热导管63至装置10的外部贮水器64来获得非气态水。非气态水获得阀62经由每一个由圈起的数字4表示的终端间的连接件而受到装置控制器54的控制。如果装置10位于适合的地形，那么另外地或可选择地，低水位(low-level)的外部贮水器65可以位于比内部贮水器58低的高度。诸如水涡轮机驱动的发电机66的能量获得设备可以邻近低水位的外部贮水器58设置，以在重力作用下从内部贮水器58到低水位的外部贮水器65的水流中来获得能量。图7也阐释了这种可选择的配置，可选择的水流路径由虚线标示。

[0112] 空气获得阀67从室24经由隔热导管68至隔热的装置10外部的热能获得设备70来获得温暖的再压缩空气。空气获得阀67经由每一个由圈起的数字5表示的终端间的连接件而受到装置控制器54的控制。压力传感器27安装在室24内以测定室24内的压力，并经由每一个由圈起的数字6表示的终端间的连接件将表示压力的信号发送至装置控制器54。应该注意，可以由标示位置的数据估算室压力，驱动器20将活塞16设置在该位置处。

[0113] 图8是未按比例绘制的示意图，其象征性地表示了通常由参考数字110标示的本发明的另一个优选实施方案的装置。与图7所示的装置10类似，装置110是密闭的系统，其包括隔离结构112以防止热能的丧失。如图7所示，且基于同样的原因，隔离结构112示意性地显示为包围了包含装置部件的组合的空间。

[0114] 装置110与图7所示的汽缸活塞装置10类似，但是包括共用的汽缸114、通常由参考数字124标示的第一室和通常由参考数字128标示的第二室。第一室124和第二室128具有共线的纵轴。汽缸114具有第一密闭端122和第二密闭端123。由可滑动地设置在汽缸114内的共用的活塞116以反相方式(oppositely phased manner)来操作这两个室。第一室124被界定为位于汽缸114内且在第一密闭端122和活塞116之间，而第二室128被界定为位于第二密闭端123和活塞116之间。通过活塞杆118将活塞116连接至驱动器
120，驱动器120按三个双端箭头119中的中间长度的箭头所标示的向右的和向左的方向来平移活塞杆118和活塞116。如图7的描述中提到的，驱动器120可以包括任何适当数目的由水力、气力、凸轮、齿条和小齿轮、滚珠螺杆、带或链机构或者线性或旋转电动机驱动的众所周知的设备(未显示)。驱动器120还包括位置传感器(未显示)，用于标示驱动元件的位置。

[0115] 类似于图7的阐释，图8显示了通常由参考数字151标示的象征性表示的空气预处理系统，其包括空气吸入设备或阀152、空气预热设备153和空气预湿设备155。空气吸入阀152显示为是能够将进入的大气空气直接输送到室124和128中的一个多功能阀，其控制大气空气通过隔热空气吸入导管150来进入。可选择地，空气吸入阀152也可以在将进入的大气空气输送到室124和128中之前，将其输送通过空气预热设备153，通过空气预湿设备155或通过这两个设备153和155。同样，正如前面图7的描述中提到的，本发明所属领域的技术人员将会理解，分离的阀(未显示)也可以用于这样将大气空气输送到室124和128中。而且，三种可选择方案中的每一种都导致可利用的外部能量被加入到吸入前的周围大气空气的潜能中。

[0116] 装置控制器154由图8显示为具有由圈起的数字1到12表示的象征性终端，其与设备110的类似表示的终端相通。如图所示，空气吸入阀152通过每一个由圈起的数字1表示的终端间的连接件而连接至装置控制器154并受其控制。驱动器120通过每一个由圈起的数字2表示的终端间的连接件而在装置控制器154的控制下对活塞116定位。

[0117] 室124和128、活塞116、活塞杆118和驱动器120包括通常由参考数字125标示的减压再压缩机构。通常由参考数字126和130标示的可控体积分别被界定为在室124内位于汽缸114内且在密闭端122和活塞116之间，而在室128内位于汽缸114内且在密闭端123和活塞116之间。可控体积126和130通过调整活塞116的位置来控制。分别在室124和128内的减压和再压缩循环呈180度的相位差。当一个室内的空气被减压时，另一个室内的空气被再压缩。与图7所示装置的情形一样，应该理解，中空的汽缸114并不一定限制为圆形或者在一些应用中甚至是对称的截面。

[0118] 第一内部空气吸入阀169和第二内部空气吸入阀179经由分别由圈起的数字7和9表示的终端间的连接件而处在装置控制器154的控制下，对从隔热导管150至第一室124和第二室128的空气的吸入进行控制。第一非气态水提取阀156和第二非气态水提取阀180经由分别由圈起的数字3和11表示的终端间的连接件而处在装置控制器154的控制下，从第一室124和第二室128经由隔热导管160和161至内部贮水器158和187来提取非气态水。

[0119] 如图8所示，为了使蒸发量最少，以凹状设置内部贮水器158和187，使得保留的水的上表面积比受控空气中的所有水滴的总面积要小。如图7所示，也可以基于同样的原因来倾斜设置内部贮水器158和187。位于室124和128之间的导管160和161的尺寸以及内部贮水器158和187也分别尽可能得小，以使蒸发量最少；且基于同样的原因，使非气态水提取阀156和180的操作也与外部空气吸入阀152的操作协调一致。另外，分别控制第一非气态水提取阀156和第二非气态水提取阀180，以将内部贮水器158和187以及导管160和161中的非气态水维持在可能的最大高度。这使得内部贮水器158和187以及导管
160和161内包含的空气量最少，且在室124和128内不包含空气，在室124和128内，非气态水被通常分别由参考数字171和181标示的第一水去除设备和第二水去除设备除去。

[0120] 汽缸114的第一室124和第二室128具有通常分别由参考数字146和148标示的第一排放通道和第二排放通道(其以夸大的比例被显示)，以分别从第一室124和第二室128接收非气态水，并将其分别引导至第一非气态水提取阀156和第二非气态水提取阀180。活塞杆118具有细长的中空管结构。第一水滴去除设备驱动器杆173同轴地且可滑动地延伸穿过活塞杆118，并被可操作地连接在第一水滴去除设备171和驱动器120之间。
第二水滴去除设备驱动器杆175也具有细长的中空管结构。活塞杆118同轴地且可滑动地延伸穿过中空的第二水滴去除设备驱动器杆175，并被可操作地连接在第二水滴去除设备
181和驱动器120之间。驱动器120按由三个双端箭头119中的最短的和最长的箭头分别标示的相反的向右和向左的方向来平移第一水滴去除设备杆173和第二水滴去除设备杆
175，且因此来平移第一水滴去除设备171和第二水滴去除设备181。第一水滴去除设备171和第二水滴去除设备181分别独立于活塞116，且彼此独立地将冷凝和聚集在水滴去除设备71上以及第一室124和第二室128的内表面上的水转移至第一排放通道146和第二排放通道148，用于随后的提取。

[0121] 非气态水获得阀162和168通过每一个由圈起的数字4和12表示的终端间的连接件而处在装置控制器154的控制下，从内部贮水器158和187经由隔热导管163和189至外部贮水器164来获得非气态水。如果装置110位于适合的地形，那么另外地或者可选择地，低水位的外部贮水器165可以位于比内部贮水器158低的高度。诸如水涡轮机驱动的发电机166的能量获得设备可以邻近低水位的外部贮水器165设置，以在重力作用下获得源于从第一和第二内部贮水器158和187到低水位的外部贮水器165的水流的能量。图8也阐释了这种可选择的配置，可选择的水流路径由虚线标示。

[0122] 第一空气获得阀167和第二空气获得阀177通过分别由圈起的数字5和8表示的终端间的连接件而处在装置控制器154的控制下，从第一室124和第二室128经由隔热导管168至热能获得设备170来获得空气。第一压力计量器127和第二压力计量器129经由分别由圈起的数字6和10表示的终端间的连接件将表示室124和128中的压力的信号发送至装置控制器154。应该注意，可以由标示位置的数据估算室压力，驱动器120将活塞116设置在该位置处。

[0123] 可以通过使用许多装置和方法来完成减压和再压缩。例如，作为图7所示的汽缸活塞机构的可选择的优选实施方案，未按比例绘制的图9显示了通常由参考数字224标示的密闭室的清晰透视图，其具有密闭端222和位于室224相反端的柔性隔膜(flexible diaphragm)232。通常由参考数字226标示的可控体积被界定为位于室224内且在密闭端222和柔性隔膜232之间。可控体积226由柔性隔膜232的位置来控制，而柔性隔膜232通过隔膜杆218连接至驱动器220，驱动器220如双箭头219所标示的向右和向左的方向来驱动隔膜杆218。虽然室224显示为圆形的汽缸状，但是其可以是任何固定的构型。虽然并没有显示在代表性的图9中，但是与图7所示的室24一样，室224也具有空气预处理系统、空气获得阀、水提取阀和水去除设备。柔性隔膜232基本上实现了与图7所示的活塞16相同的功能。阀和水去除设备的操作也如同前述的图7所示的类似元件。

[0124] 在图8所示的装置110的情形中，其中共用的活塞116和一对相反设置并操作的室124和128用于进行彼此有180度相位差的减压和再压缩操作，图8所示的可选择的优选实施方案(未显示)可以使用与一对相反设置并操作的室224一样的柔性隔膜232(如图9所示)来进行类似的彼此有180度相位差的减压和再压缩操作。虽然未显示，但是与图8所示的第二室128一样，额外的室也具有空气吸入阀、空气获得阀、水提取阀和水去除设备。共用的柔性隔膜232基本上实现了与图8所示的共用的活塞116相同的功能。阀和水去除设备的操作也如同前述的图8所示的类似元件。

[0125] 应该注意，其他可选择的实施方案可以替换图7到图9中所示的那些实施方案。一个示例(未显示)是结合了类似于图7和图8所示的那些的多个隔热室和可操作的支撑元件。分开的纵向轴中的每个都穿过至少一个室，并将从共用的中央驱动器径向延伸。

[0126] 如图10和11所示，图7所示的普通水滴去除设备71(以及图8所示的设备171和181)中的一种，即通常由参考数字72标示的水滴去除滤器被设置在室24(或者图8所示的室124和128)内，使得滤器72和受控空气之间有相对运动。类似于使用滤器纤维(filter fiber)提取水的是这样一种熟悉的经历，当呼出的空气通过滑雪面具或围巾的纤维之间时，来自呼出的空气中的水蒸气冷凝在这些纤维上面。在本设备中，水滴收集并聚集在滤器
72的纤维78上。在重力的作用下，所得到的液态水下降并向下汇聚到室24(或者图8所示的室124和128)的下部部分，且在装置控制器54的控制下，通过水提取阀56(或图8所示的水提取阀156和180)被提取。虽然滤器72被显示和描述为具有纤维78，但是应该理解，滤器72也可以具有能够将水滴冷凝并聚集在他们的表面上的许多其他滤器元件中的任意一种。

[0127] 如前述图7所示，且如前所述，装置10的活塞杆18在中央位置连接至活塞16；驱动器20以双端箭头19所标示的向右或向左的方向平移活塞杆18和活塞16以分别减压和再压缩室24(或者如图8所示的室124和128)内的受控空气。图10和图11分别显示了水滴去除滤器72的前视图和侧视图，其包括支撑滤器纤维78的滤器架74。水滴去除设备驱动器杆73在中央位置连接至滤器架74，且驱动器20沿着如双端箭头83所标示的向右或向左的方向平移水滴去除设备驱动器杆73和滤器架74。滤器架74可以独立于活塞16被平移，只要活塞16的位置允许滤器架74有足够的空间进行平移，以在水滴去除滤器72和受控空气之间产生相对的运动。

[0128] 滤器架74被构建成可滑动地安置在室24内，且弹性环76被安装在滤器架74的外周周围。水滴去除滤器72将冷凝并聚集在滤器72上的水转移到汽缸14的排放通道中，而弹性环76擦去冷凝并聚集在室24的内表面上的水到汽缸14的排放通道中，这都用于随后的提取。因为滤器架74可以独立于活塞16移动，所以活塞16可以保持静止不动，直到期望百分数的水滴已经被水滴去除滤器72从受控空气中除去并转移至汽缸14的密闭端22。对期望的水滴去除百分数的规定是基于每单位时间的能量和水提取的最佳的总生产率，这与减压和水移除过程中的每一次机械循环所耗费的时间和做的功有关。这意味着期望的百分数基于期望的操作参数和现有的天气条件进行变化。

[0129] 图12和图13分别阐释了图7所示的普通水滴去除设备71(以及图8所示的设备171和181)中的另一种，即通常由参考数字82标示的水滴去除扇。图12和图13分别显示了水滴去除扇82的前视图和侧视图，其包括扇架84。轮轴88处于中心位置且可旋转地被扇架84支撑，且至少一个扇叶90从轮轴88径向延伸，图12显示了4个扇叶。水滴去除设备杆73在中央位置连接至轮轴88。驱动器20沿着如双端箭头83所标示的向右和向左的方向轴向移动水滴去除设备杆73和轮轴88，且驱动器20还可以按环形箭头85所标示的来旋转水滴去除设备杆73。轮轴88可以独立于活塞16旋转并轴向移动，只要活塞16的位置允许轮轴88有足够的空间进行移动。

[0130] 扇82在空气中产生湍流，推动水滴互相碰撞并冷凝、撞击和聚集，并且可能迫使一些水蒸气沉积在室24(或者如图8所示的室124和128)的内表面上。常规的推进器叶片的斜度(pitch)通常随离开叶片旋转轴的距离而平稳降低，因此这种叶片将会产生相对平稳的空气和水滴流动。然而，注意到扇82的叶片90的斜度经历了许多突然的转变而引发了强有力的湍流，这造成水滴碰撞叶片90、彼此碰撞和碰撞室24(或者如图8所示的室124和128)的内表面，并且聚集并下降到室24(或者如图8所示的室124和128)的下部的内表面。

[0131] 扇架84被构建成可滑动地安置在室24(或者如图8所示的室124和128)内，且弹性环86被安装在扇架84的外周周围。扇架84将冷凝并聚集在扇82上的水转移到汽缸14(或者如图8所示的汽缸114)的排放通道46(或者如图8所示的排放通道146和148)中，而弹性环86擦去冷凝并聚集在室24(或者如图8所示的室124和128)的内表面上的水到汽缸14(或者如图8所示的汽缸114)的排放通道46(或者如图8所示的排放通道146和148)中，这都用于随后的提取。与滤器72一样，因为扇的轮轴88可以独立于活塞16(或者如图8所示的116)移动，所以活塞16(或者如图8所示的116)可以保持静止不动，直到期望百分数的水滴已经被水滴去除扇82从受控空气中除去并转移到汽缸14(或者如图8所示的汽缸114)的排放通道46(或者图8所示的排放通道146和148)中而用于随后的提取。虽然已经将图10和图11所示的水滴去除滤器72以及图12和图13所示的扇82描述成它们会与图7和图8所示的装置一起使用，但是应该理解，他们也同样可以类似地用在图
9所示的装置中。

[0132] 如前所述，图6的逻辑流程图阐释了本发明的用于从气态混合物中获得潜能和非气态水的优选工艺。为了简便，除了另外标示，工艺步骤将主要关于图7所示的机构来进行描述，该机构在功能上代表了其他实施方案。如图所示，在第一工艺步骤中，特定量的大气空气被吸入到装置10的可控体积26中。这由打开空气吸入阀52和在驱动器20的驱使下使汽缸14内的活塞16向右移动来启动。两种行为均由装置控制器54控制，当特定量的空气已经被吸入室24时，装置控制器54也关闭空气吸入阀52。

[0133] 在三个前述可选择方案的第一个中，使用在装置10外部收集的可利用的能量对预吸入的大气空气进行加热，例如，如图1所阐释的，以增加热力工艺所吸入的热能。在三个前述可选择方案的第二个中，使用在装置10外部收集的可利用的能量将汽化的水引入到预吸入的大气空气中。在三个前述可选择方案的第三个中，预吸入的大气空气是温暖的，且汽化的水也被引入到其中。

[0134] 在第二工艺步骤中，在将吸入的空气吸入到装置10内的可控体积26中之后，受控地减压吸入的空气，使得其具有更大的体积以及因此而来的更低的密度。进行减压，使得在减压空气与外部环境之间进行很少的能量交换或无能量交换；也就是说，几乎绝热地进行减压。当进行绝热减压时，水蒸气的分压降低至饱和蒸气压，此时，水蒸气冷凝成液态，一部分水蒸气也可能凝华成固态。因此减压空气包括作为组分的水蒸气、液态水和可能的固态水的混合物。水状态的改变伴随着潜能的释放，该潜能被加入到减压空气的总内能中。图14是表示在绝热减压大气空气、去除非气态水以及之后的绝热再压缩空气(其随后包含冷凝的潜热)的过程中，温度与压力的关系的图。图15是表示饱和空气的混和比随温度和压力变化的图。

[0135] 在第三工艺步骤中，在减压过程中和/或在最大减压点时，提取了减压空气中的大于0且小于1的非气态水的部分。在此过程的此点处，在获得部分液态水和任何固态水而用于外部使用之前，将它们留存在如图7所示的装置10内的分开的内部贮水器58中。因为当提取水时，从系统中提取非气态水的内能，所以该过程是稍微非绝热的，但是去除的非气态水的内能比待处理的空气的内能小。该过程包括压力或温度无显著的变化，因此表现为发生在重合的点4和5(标示了对受控空气进行减压的最低压力和标示了分别在图16和图19中的在所有非气态水都被去除后的受控空气的条件)。

[0136] 在第四工艺步骤中，在提取少部分非气态水并将其置于内部贮水器之后，将留存的减压空气绝热再压缩至空气被最初吸入时的压力。当再压缩空气的压力到达初始的受控体积的空气的压力时，可以终止再压缩。当再压缩空气的体积到达初始的受控体积的空气的体积时，也可以终止再压缩。在后一种情形中，基于热力学原因，最终的压力将高于初始吸入压力。另外，当再压缩空气的压力和体积处于沿着再压缩空气的压力到达初始的受控体积的空气的压力时的点和再压缩空气的体积到达初始的受控体积的空气的体积时的点之间的不饱和绝热线的任何状态时，可以终止再压缩。事实上，作为一实际问题，当再压缩空气的压力和体积通过打开空气获得阀67而处于沿着不饱和再压缩绝热线的任何状态时，可以终止再压缩。

[0137] 在第五工艺步骤中，在描述的最终热力学条件下，从包含图7的可控体积26的室24中获得再压缩空气。随后，通过导管68将再压缩空气引至外部热能获得设备70以获得增大的再压缩空气内能。再压缩空气的最终条件是温度超过初始大气空气的温度，且可能压力也超过初始大气空气的压力。当期望的且合适的时候，可以保留获得的空气的热能以备后用。例如，热力学自由能可以用于改变工作材料的状态，当工作材料被允许变回到其初始状态时，储存的能量被释放。常用于该工艺的工作材料是石蜡。

[0138] 可选择地，可以通过一种或多种方法立即获得所获得的空气的热能，这些方法对所获得的空气的温度和压力与大气空气的温度和压力之间的差起作用。获得增大的内能和由压差产生的能可以通过采用若干方法中的任一种来实现。获得的空气和大气空气之间的热能差和压差可以用于驱动热力学泵和发动机。通过使用诸如热电偶、硅上的热电薄膜以及类似物的热电发电机，获得的空气与外部大气空气之间的温差可以用于将热能转化为电能。通过使用诸如斯特令发动机的热发动机，温差也可以用于将热能转化为机械能。通过使用诸如垂直定位的风涡轮机驱动的发电机66的传送设备(convection device)，获得的空气与大气空气之间的温差和压差也可以用于将热能转化为电能。

[0139] 第六工艺步骤可以在第五工艺步骤之前、之后或与其同时进行，在第六工艺步骤中，图7所示的非气态水获得阀62被打开，释放了从初始吸入的大气空气中提取并保留在装置10的内部贮水器58中的非气态水。在环境条件以及处于或接近内部贮水器58的高度时，释放的非气态水通过导管63并进入外部贮水器64。可选择地，且当期望的和合适的时候，非气态水可以被释放至斜槽或导管中，其在重力作用下将水引导至更低的高度，以有利于获得因非气态水相对高的初始位置而拥有的势能。如图7所示，当下降的水在到达外部的低水位的贮水器65之前被引导穿过涡轮发电机66时，可以获得势能。所获得的势能可以加入到通过获得潜能而得到的能量中。值得注意的是，进行所需要的从减压空气中提取非气态水的第三工艺步骤也可以通过利用状态的潜在变化而不是利用化学处理从大气空气中获得水来提供可饮用的水。

[0140] 由于非气态水的提取，所以空气中非气态水的总残留量比减压工艺过程中被冷凝和可能的凝华的水蒸气的总量要少得多。因此，将残留的非气态水转变回水蒸气所涉及的增加的内能部分同样比减压过程中增加的总内能少得多。因而，再压缩空气的内能明显高于初始吸入的空气的内能。根据终止再压缩的条件下的操作规定，再压缩空气的压力也明显高于初始吸入空气的压力。

[0141] 前述的物理过程和其选项可以分类为通过强制的冷凝或者结晶获得潮湿空气的潜能，由此将水蒸气分子因其冷凝和可能的凝华而释放的能量的一部分加入到受控空气的内部热能中。根据热力学第一定律，加入到气体系统中的能量以增加的系统内能和系统做的功的总和来计算。通过单位质量的气体系统的能量和功可以方便地描述前述内容。每单位质量的气体系统的内能的变化可以分为2部分：每单位质量气体的并未改变状态(即不冷凝或凝华)的部分的能量变化；和每单位质量气体的通过冷凝成液态和可能凝华成固态而改变状态的部分的能量变化。

[0142] 内能变化的这两种促成作用(contribution)中的第一种可以方便地表示为等容时空气的质量比热容与气态混合物经历热力学过程时的温度变化的乘积。内能变化的第二种促成作用可以表示为冷凝的气体组分的冷凝潜热，或如果合适的话，表示为升华潜热与每单位质量的气体系统的被冷凝的组分的质量的乘积。每单位质量的由气体系统所做的功表示为气态混合物的压力与每单位质量的体积变化的乘积。所有这些量都指的是正在进行的过程。在微分方程的形式中，此过程可以依据热力学第一定律表示为：dq＝cdT+Ldm+pda[0143] 其中，dq是每单位质量的空气加入到系统中的能，c是等容时空气的质量比热容，dT是温度变化，L是冷凝潜热，当合适时(冷凝的和可能的凝华的每单位质量的蒸气的能)，dm是每单位质量的空气中改变状态的水蒸气的质量变化，p是气体的压力，而da是每单位质量的空气的空气体积的变化。每单位质量的干空气的水蒸气的质量通常称为混合比，且每单位质量的干空气的体积通常称为比容，其是空气密度的倒数。

[0144] 所有按照表示热力学第一定律的等式的微分变化都指的是指定的过程。由前述内容指定的过程是绝热过程。对理想的绝热过程来说，定义dq＝0。图14阐释了理想的绝热过程的过程。图14的温度刻度是均匀间隔的。压力刻度是不均匀间隔的，且校正压力，使得并不涉及水蒸气组分的状态变化的不饱和绝热过程是斜直线。吸入的空气由1000毫巴的压力、85°F的温度和75％的相对湿度的点表示。吸入的空气中的水蒸气的实际量是饱和所需量的75％。最大水蒸气浓度在图15中被确定为饱和混合比，正如前面提到的，饱和混合比定义为每单位质量的干空气的所有剩余组分所包含的水蒸气的最大量的比。气块的实际混合比对空气在相同温度和压力下的饱和混合比的比(乘上100％)被称为相对湿度。饱和混合比已知是空气的温度和压力的函数。图15中的水蒸气线显示了此饱和混合比函数的选定值的集合。

[0145] 减压过程的第一阶段指定为不饱和绝热减压。这由从吸入的空气态朝降低的压力和降低的温度延伸的直线路径显示在图14中。当此不饱和绝热过程进行时，未出现冷凝，因而dm＝0。然而，保持为蒸气态的水蒸气的最大量受到饱和混合比的限制，且因此由压力和温度指定。图14中与温度和压力相关且表示不饱和绝热过程的线或绝热线的正斜率比图15中表示水蒸气饱和混合比的低，即没那么陡。当绝热减压空气时，表示不饱和绝热过程的线与饱和混合比的线相交，如图16所示，因为它们都朝较低值的温度和压力延伸。这阐释了：当不饱和绝热减压降低了压力和温度时，在减压过程中，仍能够保持呈蒸气态的水的量迅速减少，直至减少至所包含的水蒸气的精确量。也就是说，实际的混合比等于饱和混合比的递减值，在饱和混合比时，相对湿度达到100％。当减压过程继续通过饱和点时，水蒸气以基本上使被减压的空气的实际混合比维持在饱和混合比的递减值的速率冷凝成液态水。

[0146] 在表示热力学第一定律的等式中，由术语L dm指代冷凝的潜能。图14专门追踪了绝热减压过程中的压力和温度，根据图14，状态改变的潜能保持在绝热变化的系统内，并被加入到处理过的空气混合物的内能，由此适当地改变了温度-压力关系。当水蒸气冷凝成液态水时，在减压过程中释放的大量的潜能加入到受控的空气混合物的内能中。按照热力学第一定律的等式，这导致了正量的L dm转移至增大量的c dT。潜热的此种添加由图14阐释为明显背离温度的减压变化，从而产生了较小的相对于压力的温度冷却速率。为了使误解发生机率降至最低，将饱和后的绝热减压在下文中称为饱和绝热过程，以区分于初始的不饱和绝热过程。饱和绝热减压继续至图14中由过程曲线上的表示最低压力的点标示的指定端点。在此端点，所表示的受控体积的空气是包括液态水滴和可能的冰晶体的气态混合物。

[0147] 大气空气中所包括的最大量的水蒸气是通常小于3％或4％的小的百分数。此陈述由图15中所表示的数据支持，这显示了根据每单位质量的空气的未冷凝组分的最大水蒸气质量的饱和水蒸气混合比。图15中所示的数据表示空气压力的范围在从400毫巴延伸到超过1000毫巴的区域内，1000毫巴是表示地球表面的大气空气的值。正如该图所阐释的，水蒸气容量的变化与空气温度和压力非常相关。对给定的压力值来说，温度越高，则水蒸气容量越大。例如，在1000mb的压力下，温度从30°F升高到90°F使水蒸气容量增大了约10倍。图15中显示的饱和混合比的最大值是每公斤干空气40克水蒸气。对每立方米1公斤数量级的周围空气密度来说，此水蒸气质量的最大量仅表示约4％的空气质量。与相同质量的蒸气态的水的内能相比，留存在系统内的液态水滴的内能的量也是相当小的。因而，在第三工艺步骤中，若去除了大多数或全部液态水滴，由此去除那些水滴的内能时，那么水去除是非绝热过程步骤。然而，由于与气态的空气混合物的内能相比，冷凝的水滴的内能非常小，所以就整个气态混合物和液滴而言，从空气混合物中去除水可以被认为是几乎绝热的。对少量液态水的内能损失来说，这意味着与前述热力学第一定律的等式右边的能项相比，每单位质量的空气加入到系统中的能(dq)的确切值是很小的。

[0148] 通过许多方法中的任一种都可以实现水的提取。一种方法是在减压过程中，例如图7所显示的，只允许已经冷凝在室24的内表面上的水在重力作用向下汇集在室24的下部部分内，且在装置控制器54的控制下经由水提取阀56被提取。更有效的方法包括使用前述的水滴去除设备71(或图8所示的171和181)。

[0149] 在从减压空气中提取了所有的或大多数液态水滴后，将空气绝热再压缩至其初始的压力和温度。图14阐释了从接近400毫巴的最低压力点向上并向右至接近1000毫巴的过程端点的再压缩。此再压缩过程阐释了所有的液态水和固体水已经被去除的情形。在此情形中，绝热再压缩沿着不饱和绝热过程曲线，因为空气的水蒸气含量在再压缩开始后立即变得不饱和。这是因为冷凝已经显著降低了空气中实际的水蒸气含量，且再压缩增大了受控空气的温度和压力，使得由饱和混合比测得的最大的水蒸气含量系统性地超过了再压缩过程中的实际混合比。因此，相对湿度系统性地小于100％，且再压缩是不饱和绝热。再压缩过程保持不饱和且绝热，直到再压缩结束。图14显示了减压、非气态水去除和再压缩过程使再压缩空气的最终温度显著高于初始的吸入空气的温度。根据热力学第一定律，所有冷凝的潜能已经被保留在系统内并被转化成再压缩空气的内能，这由空气温度的升高得以证明。如前所述，如果任何液态水滴保留在热力学系统内，那么开始绝热再压缩将会造成水滴的蒸发。这将涉及再压缩空气的一些内能转化成蒸发的潜能。就图14而言，此再压缩过程的最初阶段将会沿着指定了减压的相同的饱和绝热过程向回进行，但是只进行到所有的液态水滴或冰晶被蒸发。这之后，此过程将作为不饱和绝热再压缩继续进行。在此情形下，不饱和绝热过程曲线将略微在图14所实际显示的曲线的右边。这将导致比前述情况下稍微冷一些的温度，但仍旧远高于吸入温度。注意到，此过程选项并没有由图14明确显示。

[0150] 通过将本发明的实施方案中的任意一种与外部环境热隔离来满足所描述的绝热过程。装置10内包含的气态混合物与装置10的外部环境之间的非绝热热交换dq通常与内部温度与外部温度之间的差成比例。如图14所示，与燃烧发动机和类似装置相伴的温度差不同，这种与本发明相伴的温度差将会是几十开氏温度，而不是数百或数千开氏温度。因而，使用现有的隔热技术可以提供维持绝热的热力学处理的隔热。

[0151] 图16量化地阐释了处理潮湿空气的过程中的温度对压力的热力学关系，处理包括吸入、减压、冷凝、水提取、再压缩和获得。吸入了具有50°F温度、1000毫巴的压力和75％的相对湿度的大气空气。在此初始温度和压力下，如图15和16所示，饱和混合比是每公斤干空气约7.8克的水。因此，实际的混合比将是每公斤干空气(0.75)(7.8)＝5.85克水。因为空气刚开始是不饱和的，所以减压沿着不饱和绝热线进行，直到空气达到饱和混合比等于此实际的混合比值时的温度和压力。在饱和绝热过程之后，继续减压，直到达到400毫巴的压力。然后，提取水滴，且随后不饱和绝热再压缩至1000毫巴压力使空气达到最终约77°F温度。

[0152] 图17是阐释了由图16所示的处理过程中的体积对压力的热力学关系的图。图17所示的图的水平轴表示待处理的空气的实际的瞬间体积V对初始吸入空气的体积V0的比。此初始体积V0等于由图7所示的室24的截面积乘以当空气吸入阀52开始关闭时活塞16和汽缸14的密闭端22之间的距离。附图16和17的图中的点1和点2代表过程的空气吸入部分。该部分不涉及温度或压力的变化。在这些重合点，V和V0是相等的；且因此体积比是1.0。在这些重合点开始减压，且此比增大，直到在体积比刚好高于2.0的重合点4和
5处结束减压。点3表示减压过程中，所包括的水蒸气开始进行冷凝，以及可能的凝华时的点。应该注意，因为空气吸入阀52是可控的，所以初始吸入空气的量V0可以被设定到由图
7所示的实施方案中的室24的最大体积的任何期望的分数。

[0153] 随着减压继续进行，即当活塞16更远离密闭端22移动时，瞬间的空气体积V增大至大于初始体积V0的值。由图17和20所示的水平刻度的每一个的变化表示膨胀或收缩的空气体积对初始体积V0的比。因此，该图显示了V/V0比从1.0的值继续增大至由实施方案确定的一些最大值。就图7、8和9所示的实施方案而言，存在对空气能够膨胀的程度的限制。对于由图7所示实施方案的限制通过活塞冲程的长度来规定。对于由图9所示实施方案的限制是可以由柔性隔膜232的向右运动所形成的最大体积。由图16和17所表示的过程被设计成具有最终的减压体积V，其稍微高于初始吸入空气体积V0的两倍。

[0154] 图19是阐释了对由图16所示过程的吸入空气进行预热和预湿的效果的图，图20是阐释了由图19所示处理的过程中的体积对压力的热力学关系的图。图20的水平轴与图17的相同，且此过程被类似地设计成减压受控空气以使最终的减压体积略高于吸入体积的两倍。在使用可利用的外部能量方面，三个可选择方案对第一工艺步骤的影响是增大了空气吸入前的水蒸气混合比。对预吸入的大气空气进行预热和/或预湿的效果由图19阐释，其中图16所示的预吸入的大气空气的温度升高了正好10°F，且水蒸气含量到达此更高温度下的饱和。如图15所示，60°F的温度、1000毫巴的压力和100％的湿度下的混合比的值略微大于每公斤干空气11克的水，比前述实施例中，在50°F下每公斤干空气7.8克水增加了约每公斤干空气3.2克水。

[0155] 在如图16所示的第三工艺步骤中，在描述第二工艺步骤中所指定的不饱和绝热减压从表示活塞16的点2和3(由图7所示)开始在驱动器20的推动下在汽缸14内向右运动。正如图16的点3所示的，潮湿空气混合物的压力和温度达到各值，使得所包括的水蒸气达到饱和点，开始冷凝成液体，以及可能还凝华以形成固体。

[0156] 当减压继续进行时，冷凝继续进行；且冷凝的潜热继续被加入到空气混合物的内能中。如图16所示，内能的增加降低了几乎绝热的膨胀和减压过程中的空气温度的降低速率。因此，空气温度随由图16表示的在点2和3之间进行减压的变化速率明显不同于表示在点3和4之间的变化速率。

[0157] 如前面关于第一工艺步骤的三种选择方案所讨论的，如果可利用的能用于预热和/或预湿大气空气，那么吸入的空气将会具有非常不同的热力学特性。在由图19介绍和表示的实施例中，吸入的空气具有60°F的温度，而不是50°F的温度。而且，预湿被认为将吸入的空气的相对湿度增大至100％。图19和20的预热和预湿的吸入空气的这些改变的值由点1(标示当打开空气吸入阀52时，预吸入的环境条件)和点2(标示关闭空气吸入阀时，吸入的空气的条件)表示。

[0158] 虽然大气空气的一些其他气体组分在减压过程中也可以达到饱和(如由第三工艺步骤所说明的)，这通常是可能的，但是压力的实际值在图16中从1000毫巴降低至刚400毫巴基本上限制了通常的大气空气组分饱和成正好一种，即水蒸气的数目。

[0159] 在由活塞16的到达所指定的减压过程结束之前(如图7所示)，在其最右边的行程的尽头，大气空气的初始水蒸气的一部分已经冷凝成液态水。因为由图16中的点4表示的温度低于水的凝固温度，所以一部分冷凝水可能凝固成一些冰的晶态，由此释放另外的凝固潜能，该潜能加入到减压空气的内能中。

[0160] 重要的是，预湿意指吸入的空气被饱和，使得表示吸入条件的点2和表示饱和的点3在图19和20中重合。与由图16表示的吸入大气空气的实施例相比，这是明显不同的，在图16的实施例中，空气从点2至点3进行不饱和绝热减压，且之后，沿着点3至点4的饱和绝热线。由图16的点4表示的温度是约-47°F，而由图19表示的预热和预湿空气的由点4表示的温度仅仅是约-15°F。在完全减压时的这些温度之间的差阐释了由于通过图19所示的可利用的外能来预热和预湿吸入空气而实现了另外的潜能。在由7所示的汽缸活塞机构中，当活塞16在装置控制器54控制下从空气吸入阀52闭合瞬间时的其位置移动至其最极端位置时，由规定的吸入空气的体积变化来进行减压过程。此体积变化与由图17和20所示的实施例相同，且结果是得到了由图16和19中的点4的位置表示的最低压力的差。

[0161] 如图16、17、19和20所示，从点5至点6(点6标示受控空气在被再压缩至环境空气的压力之后的最终状态)分别继续进行受控量空气的绝热再压缩。如图17所示，在驱动器20的推动下，通过向左朝汽缸14的密闭端22移动活塞16来实现再压缩。在再压缩过程中，受控空气的少部分内能可以用于熔化任何冰晶体，并再蒸发第三工艺步骤中未从空气中有效去除的任何水滴。如果是这种情形的话，绝热再压缩的第一部分将表示为分别在图16、17、19和20的点4和3之间的逆运动，直到剩余的冰晶体和水滴被完全转化成水蒸气。这之后，绝热再压缩将会表示为沿着几乎平行于从点5到点6的过程路线的直线路线前行。

[0162] 正如图16、17、19和20所示，从减压空气中去除相当一部分水滴和冰晶体提供了绝热再压缩过程，此过程将空气回到其初始压力和明显高于其被吸入时的温度。相当大的温差是由于已经被加入到再压缩空气的内能中的冷凝潜能和凝固潜能。

[0163] 注意到，当打开空气获得阀67时，沿着绝热再压缩曲线的点6的位置随图7的汽缸14内的活塞16的位置变化。例如，在图17中表示再压缩过程之后的室24内的体积的点6与表示初始吸入空气的体积的点1的位置不相同。相反，点6处于标示略微更大体积的位置处。如果延迟到再压缩过程将再压缩空气返回到其初始体积之后再打开空气获得阀67，那么最终的温度和压力都将高于在图16中由点6表示的温度和压力。这将会表示相对于环境的温度和压力的更大的热差和正压差。图19和20阐释的再压缩过程被规定为当再压缩空气到达空气吸入压力且装置控制器54打开空气获得阀67时结束。在由图19和20的点6表示的条件下，且期望随后的空气减压再压缩处理循环时，通过打开空气获得阀67来获得再压缩空气。随后可以保留所获得的空气的热能来用于稍后使用，如改变另一种材料的状态，或可以通过使用诸如前述的设备将其转化成电能和/或机械能来立即使用此热能。

[0164] 图16(不饱和大气空气)和图19(由可利用的外部能源预热并预湿的大气空气)的实施例中的再压缩空气的最终的热力学条件(点6)的每一个明显不同于吸入条件。而且，如前所示，图19中的实施例的最终热力学条件明显不同于图16中的相应端点。图16的点6处的最终空气温度是约77°F，而点6处的已经通过图19中的可利用的外能被预热和预湿的大气空气的最终空气温度是约114°F。此最终的过程温度高于空气的最初的大气空气温度约64°F，且高于由16表示的未预热或预湿的最终再压缩空气约37°F。由于预湿，甚至被盐化的或以其他方式造成不纯的水以及由于预热，所以所获得的适于饮用的水的量以及所获得的潜能的量都显著增大。如前所述，所获得的水从每公斤干空气5.8克增大至11克。

[0165] 基于示例性的被处理空气的内能的热力学定义所做的分析显示出，在过程结束时，每一个实施例中的空气都具有比其吸入时更大量的热力学自由能。这样的分析还清楚地证明了预先使用可利用的外能可以显著提高由所述过程产生的最终的再压缩空气温度。为了全面观察总的可利用的外能，已经为图16、17、19和20所示的实施例计算了提取的潜能、所要求的减压功和回复的再压缩功。这些值容易地解释用于图7、8和9中的示例性实施方案，其中所要求的减压功牵拉活塞16或116或牵拉柔性隔膜232分别离开它们各自的密闭端22、122或222。再压缩功是由减压空气的压力与环境空气的较高压力之间的差供给到活塞或隔膜上的可回复的功(recoverable work)。

[0166] 图18阐释了在1000mb、50°F和75％相对湿度下的吸入空气的过程结果。图21阐释了1000mb下，使用可利用的外能和湿源被预热至60°F的较高温度和预湿到100％的较高相对湿度下的类似体积的吸入空气的过程结果。过程曲线详细追踪了该过程，且最终的结果由端点表示。用于从处理的空气中获得潜能的不同的曲线显示在图18和21中，当回到空气获得位置时，出现了强制进行减压过程所要求的功和作为再压缩的可回复的功。曲线追踪了这些量的累积值，且每一个曲线上的端点显示了最终值。在两个图中，可以看出随着减压过程的进行，越来越难以获得潜能。图18显示出所获得的潜能明显低于进行所要求的减压功所要求的能量水平。然而，当预热和预湿空气时，即使预热和预湿相对少量的空气时(由图21所示)，潜能都显著增大且所要求的减压功略微减少，因而显著提高了提取的潜能对所供给的净功的比。

[0167] 这些结果不应该被解释为违背了热力学定律，且它们不应该被认为支持了任何类型的“永恒运动”装置。没有“产生”额外的能。潜能、与系统状态有关的内能都已经存在于水中且仅转化成热力学自由能、物理系统内的能，通过改变水的状态，该物理系统内的能可以被转化成做功。

[0168] 通过此过程获得潜能可以被认为类似于驾驶帆船。帆船从周围的风中提取的能量明显超过了船员操作舵柄所要求的功。从自然的、环境中存在的能、潮湿空气中提取的潜能超过了必须供给减压用的功与再压缩过程中回复的功之间的差。依靠大自然，而不是依靠此能量处理装置10的操作者来提供所获得的净能。

[0169] 虽然已经详细阐释并描述了用于实施本发明的最佳方式，但是并不期望已经阐释并描述了本发明所有可能的形式。相反，说明书中使用的词汇是描述性的词汇，而不是限制性的词汇；且应该理解，本发明所属领域的技术人员可以进行各种变化而并不背离由所附的权利要求界定的本发明的主旨和范围。