CN107405560B - 用于从空气生成液态水的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开内容包括用于从大气中提取水蒸气的系统和方法，并且更具体地而非通过限制包括用于在一些实例中考虑日变化来优化从空气进行的液态水产生的系统和方法。该系统包括吸附区域和解吸区域、使干燥剂在吸附区域与解吸区域之间移动的致动器。液态水产生至少部分地基于环境空气温度、环境空气相对湿度和太阳日射水平中的一个或更多个的测量结果来优化。

Description

用于从空气生成液态水的系统和方法
背景技术
本申请要求于2014年11月20日提交的美国临时专利申请序列号62/082,335以及于2015年4月10日提交的美国临时专利申请序列号62/145,995的优先权的权益，其每个的全部内容在此通过引用合并到本文中。
1.技术领域
本发明一般地涉及从大气提取水蒸气，并且更具体地而非通过限制涉及用于在一些实例中考虑环境条件的日变化以优化的液态水产生速率从空气高效地生成液态水的系统和方法。
2.相关技术的描述
已经考虑了用于从大气湿度获得饮用水的很多设备和方法；然而，由于以下各种原因大多数概念都不具有吸引力，所述原因包括：需要外部电力、复杂性程度高、液态水产生速率低、效率很低(high inefficiency)、所产生的水中有杂质、系统成本高和/或需要大片土地。
各种系统和方法利用吸附介质从空气吸附水来生成可用水。一旦吸附介质或干燥剂充满水，则其通常必须通过温度或压力变动来再生。例如，几个系统使用干燥剂通过在白天期间以一种模式操作然后在夜间以第二种模式操作(例如，分批处理)从大气湿度产生水。例如，美国专利号3,400,515、4,146,372、4,219,341和4,285,702公开了通过在夜间吸附水而在白天解吸水(例如，通过太阳能)以及通过冷凝进行操作的系统，冷凝通常需要来自外部能源的能量。这样的系统的缺点可以包括：复杂性程度高、尺寸大、液态水产生速率低、效率很低、高电力操作要求等。此外，很多这样的系统需要复杂的且能量密集的部件(例如，压缩机、在制冷循环中使用的部件等)。以不同的白天模式和夜间模式操作的一些这样的系统会产生大量不纯净的水，这不符合人类消费的饮用水要求。
在美国专利号8,425,660、8,118,912和7,905,097中公开了从空气生成水的系统的示例，以及在美国专利号8,328,904和美国公开号2013/0160644中公开了除湿器的示例。
发明内容
本公开内容包括例如用于从空气生成液态水的系统和方法的实施方式。
本系统(例如，用于从空气生成液态水)的一些实施方式包括：壳体，其限定吸附区域和解吸区域；干燥剂(例如，能够选择性地在以下之间移动：吸附区域，在该吸附区域中干燥剂与处理空气流路径流体连通，使得干燥剂能够从处理空气流路径中的空气捕获水；解吸区域，在该解吸区域中干燥剂与再生流体路径流体连通，使得干燥剂能够将水释放至再生流体路径中的再生流体)；致动器，其被配置成使干燥剂在吸附区域与解吸区域之间移动；第一鼓风机，其被配置成调节通过处理空气流路径的空气的流量；循环器，其被配置成调节通过再生流体路径的再生流体的流量；热单元，其包括与再生流体路径流体连通的壳，并且被配置成向再生流体路径中的再生流体提供热能；冷凝器，其被配置成经由再生流体路径从解吸区域接收再生流体并从所接收的再生流体产生液态水；以及控制器，其被配置成至少部分地基于环境空气温度、环境空气相对湿度和太阳日射水平中的一个或更多个的测量结果来优化液态水产生。在一些实施方式中，控制器被配置成至少通过控制第一鼓风机的鼓风机速度和循环器的速度来优化液态水产生。
本系统(例如，用于从空气生成液态水)的一些实施方式包括：壳体，其限定吸附区域和解吸区域；干燥剂(例如，能够连续地且选择性地在以下之间移动：吸附区域，在该吸附区域中干燥剂与处理空气流路径流体连通，使得干燥剂能够从处理空气流路径中的空气捕获水；解吸区域，在该解吸区域中干燥剂与再生流体路径流体连通，使得干燥剂能够将水释放至再生流体路径中的再生流体)；致动器，其被配置成使干燥剂在吸附区域与解吸区域之间移动；热单元，其包括与再生流体路径流体连通的壳，并且被配置成向再生流体路径中的再生流体提供热能；冷凝器，其被配置成经由再生流体路径从解吸区域接收再生流体并从所接收的再生流体产生液态水；以及控制器，其被配置成至少部分地基于环境空气温度、环境空气相对湿度和太阳日射水平中的一个或更多个的测量结果来优化液态水产生。在一些实施方式中，控制器被配置成至少通过控制干燥剂在吸附区域与解吸区域之间的移动来优化液态水产生。
本系统(例如，用于从空气生成液态水)的一些实施方式包括：壳体，其限定吸附区域和解吸区域；干燥剂(例如，能够选择性地在以下之间移动：吸附区域，在该吸附区域中干燥剂与处理空气流路径流体连通，使得干燥剂能够从处理空气流路径中的空气捕获水；解吸区域，在该解吸区域中干燥剂与再生流体路径流体连通，使得干燥剂能够将水释放至再生流体路径中的再生流体)；致动器，其被配置成在吸附区域与解吸区域之间移动干燥剂；热单元，其包括与再生流体路径流体连通的壳，并且被配置成向再生流体路径中的再生流体提供热能；冷凝器，其被配置成经由再生流体路径从解吸区域接收再生流体并从所接收的再生流体产生液态水；以及控制器，其被配置成至少通过至少部分地基于包含在查找表中的干燥剂移动的最优速率控制吸附区域与解吸区域之间的干燥剂移动的速率来优化液态水产生，该查找表对应于环境空气温度、环境空气相对湿度和太阳日射水平中的两个或更多个的测量结果。
本系统的一些实施方式还包括：第一鼓风机，其被配置成调节通过处理空气流路径的空气的流量；以及循环器，其被配置成调节通过再生流体路径的再生流体的流量。在一些实施方式中，控制器被配置成至少通过控制第一鼓风机的鼓风机速度和循环器的速度来优化液态水产生。在一些实施方式中，控制器被配置成至少部分地基于环境空气温度、环境空气相对湿度和太阳日射水平中的一个或更多个的测量结果的日变化在日循环内优化液态水产生。在一些实施方式中，壳体被配置成使得吸附区域和解吸区域的尺寸是能够调节的。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成捕获表示环境空气温度的数据的温度传感器。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成捕获表示环境空气相对湿度的数据的湿度传感器。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成捕获表示太阳日射水平的数据的太阳日射传感器。在一些实施方式中，太阳日射传感器包括被配置成捕获表示热单元下游的再生流体路径中的再生流体的温度的数据的温度传感器。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成捕获表示处理空气流路径中的空气的温度的数据的温度传感器；其中，控制器被配置成至少部分地基于由该温度传感器捕获的数据来优化液态水产生。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成捕获表示处理空气流路径中的空气的相对湿度的数据的湿度传感器；其中，控制器被配置成至少部分地基于由该湿度传感器捕获的数据来优化液态水产生。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成捕获表示再生流体路径中的再生流体的相对湿度的数据的湿度传感器；其中，控制器被配置成至少部分地基于由该湿度传感器捕获的数据来优化液态水产生。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成捕获表示通过处理空气流路径的空气的流量的数据的流量传感器；其中，控制器被配置成至少部分地基于由该流量传感器捕获的数据来优化液态水产生。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成捕获表示通过再生流体路径的再生流体的流量的数据的流量传感器；其中，控制器被配置成至少部分地基于由该流量传感器捕获的数据来优化液态水产生。
在本系统的一些实施方式中，热单元被配置成吸收日光以将热能的至少一部分提供给再生流体路径中的再生流体。在一些实施方式中，热单元包括：透明层，其被配置成使得日光能够进入热单元的壳；吸收器，其被配置成从日光吸收热能并且将所吸收的热能的至少一部分提供给再生流体路径中的再生流体；以及绝热体，其被配置成使壳的至少一部分绝热。
在本系统的一些实施方式中，冷凝器被配置成将热能从干燥剂下游的再生流体路径中的再生流体传递至干燥剂上游的处理空气流路径中的空气。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成从冷凝器接收所产生的液态水的水收集单元。在一些实施方式中，水收集单元包括过滤器。在一些实施方式中，水收集单元包括紫外(UV)光源。在一些实施方式中，水收集单元包括被配置成容纳要引入至所产生的液态水的一种或更多种添加剂的容器。在一些实施方式中，水收集单元具有最大横向尺寸小于或等于8英尺(ft)的占用区域。在一些实施方式中，占用区域的面积小于或等于64平方英尺(ft2)。在一些实施方式中，水收集单元能够被容纳在小于或等于512立方英尺(ft3)的立方体积内。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成向所述系统提供电力的太阳能电力单元。在一些实施方式中，太阳能电力单元包括太阳能面板(solar panel)。在一些实施方式中，该系统被配置成在没有外部电力源的情况下进行操作。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成将热能从吸附区域的一部分传递至解吸区域的一部分的吹扫空气流路径。在一些实施方式中，控制器被配置成至少部分地基于吹扫空气流路径中的空气的温度来优化液态水产生。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成将热能从干燥剂下游的再生流体路径中的再生流体传递至干燥剂上游的再生流体路径中的再生流体的回收热交换器。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成将来自冷凝器下游的再生流体路径中的再生流体的水传递至冷凝器上游的再生流体路径中的再生流体的第二干燥剂。
在本系统的一些实施方式中，干燥剂被布置在盘上，干燥剂被配置成在该盘旋转时在吸附区域与解吸区域之间移动。
本系统的一些实施方式被配置成使得干燥剂的第一部分能够被布置在吸附区域内而干燥剂的第二部分同时被布置在解吸区域内。
在本系统的一些实施方式中，壳体、热单元和冷凝器中的每一个具有最大横向尺寸小于或等于8英尺(ft)的占用区域。
本系统的一些实施方式还包括：被配置成接收和发送与该系统的操作相关联的信息的收发器。
在本系统的一些实施方式中，再生流体路径包括闭合回路。
本方法(例如，用于从空气生成液态水)的一些实施方式包括：将干燥剂移动成与处理空气流路径流体连通，使得干燥剂从处理空气流路径中的空气捕获水；将再生流体路径中的再生流体传送通过热单元的壳以对再生流体路径中的再生流体进行加热；将干燥剂移动成与再生流体路径流体连通，使得干燥剂将水释放至再生流体路径中的再生流体；在冷凝器中经由再生流体路径从干燥剂接收再生流体以从所接收的再生流体产生液态水；以及使用控制器基于环境空气温度、环境空气相对湿度和太阳日射水平中的一个或更多个至少控制干燥剂的移动的速率来优化液态水产生。在一些实施方式，至少部分地通过控制器参照包含在查找表中的干燥剂移动的最优速率来执行控制，该查找表对应于环境空气温度、环境空气相对湿度和太阳日射水平中至少之一。在一些实施方式中，至少部分地通过控制器基于环境空气温度、环境空气相对湿度和太阳日射水平中至少之一确定由参数函数表示的干燥剂移动的最优速率来执行控制。
本方法的一些实施方式还包括通过以下生成查找表：以多个操作参数组中的每个操作参数组执行根据权利要求1至40中任一项所述的系统的模拟，每个操作参数组至少包括：环境空气温度、环境空气相对湿度和太阳日射水平；对于所述多个操作参数组中的每个操作参数组至少确定通过所述系统优化液态水产生的干燥剂移动的最优速率；以及将干燥剂移动的每个最优速率存储在查找表中。
在本方法的一些实施方式中，控制包括至少部分地基于热单元下游的再生流体路径中的再生流体的温度来优化液态水产生。
在本方法的一些实施方式中，控制包括至少部分地基于处理空气流路径中的空气的温度来优化液态水产生。
在本方法的一些实施方式中，控制包括至少部分地基于处理空气流路径中的空气的相对湿度来优化液态水产生。
在本方法的一些实施方式中，控制包括至少部分地基于再生流体路径中的再生流体的相对湿度来优化液态水产生。
在本方法的一些实施方式中，控制包括至少控制鼓风机的速度以调节通过处理空气流路径中的空气的流量来优化液态水产生。
在本方法的一些实施方式中，控制包括至少控制循环器的速度以调节通过再生流体路径中的再生流体的流量来优化液态水产生。
本方法的一些实施方式还包括：使用热单元吸收日光以对再生流体路径中的再生流体进行加热。
本方法的一些实施方式还包括：将处理空气流路径中的空气传送通过冷凝器以将热能从再生流体路径中的再生流体传递至处理空气流路径中的空气。
本方法的一些实施方式还包括：收集由冷凝器产生的液态水。
本方法的一些实施方式还包括：对由冷凝器产生的液态水进行过滤。
本方法的一些实施方式还包括：将添加剂溶解到由冷凝器产生的液态水中。
本方法的一些实施方式还包括：使用第二干燥剂将来自冷凝器下游的再生流体路径中的再生流体的水传递至冷凝器上游的再生流体路径中的再生流体。
在本方法的一些实施方式中，处理空气流路径中的空气的流量是再生流体路径中的再生流体的流量的至少5倍。
在本方法的一些实施方式中，干燥剂轮还可以用作焓轮(enthalpy wheel)，该焓轮被配置成将热量从再生流体的一个路径传递(以及在使用中传递)至另一路径。
如本公开内容中所使用的，术语“吸附(adsorption)”和“吸收(absorption)”等能够互换。虽然通常如下理解：吸收是容积(bulk)现象，而吸附是基于表面的现象，但是本公开内容的干燥剂和/或吸附介质可以通过吸附、吸收或其组合捕获水蒸气。
术语“耦接”被定义为连接，但是不一定是直接连接，也不一定是机械连接。除非本公开内容另外明确要求以外，否则单数形式的术语(“a”和“an”)被定义为一个或更多个。如本领域普通技术人员可以理解的，术语“基本上”被定义为很大程度上但不一定完全是所指定的那样(并且包括所指定的那样；例如，基本上90度包括90度，以及基本上平行包括平行)。在任何公开的实施方式中，术语“基本上”和“近似”可以用在所指定的“在[百分比]内”替代，其中，所述百分比包括0.1％、1％、5％和10％。
此外，以某种方式配置的设备或系统至少以这种方式被配置，但也能够以除了具体描述的方式之外的其他方式被配置。
术语“包括(comprise)”(以及任何形式的包括，例如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”)、“具有(have)”(以及任何形式的具有，例如“具有(has)”和“具有(having)”)、“包括(include)”(以及任何形式的包括，如“包括(includes)”和“包括(including)”)和“包含(contain)”(以及任何形式的包含，如“包含(contains)”和“包含(containing)”)是开放式连接动词。因此，“包括(comprise)”，“具有(has)”、“包括(include)”或“包含(contain)”一个或更多个元件的设备拥有这些一个或更多个元件，但不限于仅拥有这些元件。同样地，“包括(comprise)”、“具有(has)”、“包括(include)”或“包含(contain)”一个或更多个步骤的方法拥有这些一个或更多个步骤，但不限于仅拥有这些些一个或更多个步骤。
设备、系统和方法中的任一个的任何实施方式可以由所描述的步骤、元件和/或特征中的任一个组成或基本上由所描述的步骤、元件和/或特征中的任一个组成而非包括(comprise)/包括(include)/包含(contain)/具有(has)所描述的步骤、元件和/或特征中的任一个。因此，在任何权利要求中，为了从使用开放式连接动词另外限定的范围改变给定权利要求的范围，术语“由...组成”或“基本上由...组成”可以由上述任何开放式连接动词替代。
即使没有描述或示出，一个实施方式的一个特征或多个特征也可以应用于其他实施方式，除非本公开内容或实施方式的性质明确禁止。
下面将描述与上述实施方式以及其他实施方式相关联的一些细节。
附图说明
下面的附图通过示例而非限制示出。为了简洁和清晰，给定结构的每个特征并不总是标记在该结构出现的每幅图中。相同的附图标记不一定表示相同的结构。更确切地，相同的附图标记可以用于表示相似特征或具有相似功能的特征，也可以是不同的附图标记。附图中的视图按比例绘制(除非另有说明)，意味着至少对于视图中的实施方式而言所描绘的元件的尺寸相对于彼此是准确的。
图1是用于从空气生成液态水的本系统的实施方式的图。
图2是用于从空气生成液态水的本系统的实施方式的图。
图3A是一天中的环境条件包括环境空气相对湿度(“RH”)和温度的日变化的图。
图3B是一天中的环境条件包括太阳辐射(例如，太阳日射)的日变化的图。
图4是示出了贯穿用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的示例性流动路径的图。
图5A是适合于在用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式中使用的控制器的图，包括示例性环境输入和系统输入以及示例性受控变量。
图5B是能够由用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的控制器执行以实现稳态操作的示例性处理的图。
图6是示出了用于从水生成液态空气的本系统的一些实施方式在90立方英尺每分钟(cfm)的恒定处理空气流量下的效率相对于以摄氏度(℃)为单位的环境空气温度(“T1”)、环境空气相对湿度(“RH1”)和由热单元提供的以瓦特(W)为单位的热量表示的太阳日射的图，使得图上的每个点可以表示日循环中的一点下的系统效率。
图7是示出了用于从水生成液态空气的本系统的一些实施方式在恒定环境空气相对湿度(“RH”)下、在90cfm的恒定处理空气流量下的效率(例如，最高效率被表示为最暗灰色)相对于环境日变化包括环境空气温度(℃)和由热单元提供的热量(W)表示的太阳日射的一系列图，使得每个图上的每个点可以表示日循环中的一点下的系统效率。
图8是示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式在恒定环境空气相对湿度(“RH”)下、在90cfm的恒定处理空气流量下的以升每小时(L/hr)为单位的液态水产生速率(例如，最高液态水产生速率被表示为最暗灰色)相对于环境日变化包括环境空气温度(℃)和由热单元提供的热量(W)表示的太阳日射的一系列图，使得每个图上的每个点可以表示日循环中的一点下的系统液态水产生速率(例如，在约旦安曼，在7月的一天的下午2点，RH为26％(近似30％)，以及热量为700W(由面积为1.5平方米(m2)的太阳热单元以50％的效率生成)，这导致液态水产生速率近似为0.30L/hr)。
图9是图8的一系列图，包括表示给定一天中的各个时间的点。在一天中产生的液体水的总量可以通过在这一系列图之间进行合计来近似(例如，在该示例中，在一天的早晨几个小时近似为2.5升(L)以及在24小时时段中近似为5L)。
图10是示出了用于从空气生成液态水的本系统的一个实施方式在各个环境空气温度(℃)下的效率相对于再生流体流量(cfm)的图。
图11A和图11B是示出了适合于图10所示的数据组的二次回归模型的系数的图。
图12是示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的效率相对于再生流体流量(cfm)(“MFRi”)的多维分析的在一维上的图。
图13是示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的效率相对于以度每秒(°/s)为单位的干燥剂盘旋转速率的多维分析的在一维上的图。
图14A是示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的效率相对于由热单元提供的热量(W)表示的太阳日射的多维分析的在一维上的图。
图14B是示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的液态水产生速率(L/hr)相对于由热单元提供的热量(W)表示太阳日射的多维分析的在一维上的图。
图15是示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的效率相对于干燥剂盘旋转速率(°/s)和再生流体流量(cfm)的图。
图16是示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的液态水产生速率(L/hr)相对于以米(m)为单位的盘厚度、再生流体流量(cfm)和干燥剂盘旋转速率(°/s)的图。
图17A是用于从空气生成液态水的本系统的实施方式的俯视透视图。
图17B和图17C分别是图17A的系统的俯视图和仰视图。
具体实施方式
现在参照附图，并且更具体地参照图1，在图1中示出并且由附图标记10表示的是用于从空气生成液态水的本系统的第一实施方式。在所示的实施方式中，系统10被配置为响应于日变化而起作用。例如，如下面更详细地描述的那样，系统10被配置成基于一个或更多个日变化(例如，环境空气温度、环境空气相对湿度、太阳日射等的变化)来控制一个或更多个操作参数(例如，控制变量和/或受控变量)。
贯穿下面的描述，在图17A至图17C中提供了可以适合于在下面描述的一些系统(例如，10、98)中使用的示例性部件的说明性视图，图17A至图17C共同示出了本系统的实施方式174。图17A至图17C中所示的系统174的视图仅通过说明的方式提供，而不是以限制的方式提供。换句话说，图17A至图17C可以用于说明和/或提供对系统10和/或系统98的某些部件的附加描述，但不应用于限制系统10和/或系统98。
在该实施方式中，系统10包括干燥剂单元14。在所示的实施方式中，干燥剂单元14包括干燥剂(例如，吸附介质)18，其中干燥剂18(例如，或其一部分)可以在吸附区域22与解吸区域30之间选择性地(例如，和/或可替选地)移动，在吸附区域22中干燥剂与处理空气通路(例如，处理空气流路径)26流体连通，在解吸区域30中干燥剂与(例如，闭环)再生流体通路(例如，再生流体路径)34流体连通。在一些实施方式中，吸附区域和解吸区域可以由干燥剂单元的壳体(例如，38)来限定。
在所示的实施方式中，干燥剂单元14以连续或非分批的方式操作。如本公开内容中所使用的，术语“连续”或“非分批”可以用于指代被配置为基本上同时或同时吸收水和解吸水的干燥剂单元(例如，14)。另一方面，术语“非连续”或“分批”可以用于指代如下干燥剂单元：在该干燥剂单元中，水的吸收和水的解吸是本质上连续的操作(例如，使得可能需要水在干燥剂或存储介质中存储相当长的时间段以达到可行的液态水产生速率)。例如，在所示出的实施方式中，系统10被配置成使得干燥剂18的第一部分可以设置在吸附区域22内(例如，使得第一部分可以从处理空气通路26中的处理空气中捕获水)，并且干燥剂的第二部分同时设置在解吸区域内(例如，使得第二部分可以将水解吸到再生流体通路34中的再生流体中)。适合于在本系统的一些实施方式中使用的再生流体包括但不限于空气(例如，包括任何适量的水蒸气)、超饱和或高相对湿度的气体(例如，90％至100％的相对湿度)、二醇、离子液体等。
如上所述，在所示的实施方式中，干燥剂单元14可以包括被配置成在处理空气通路26和再生流体通路34之间连续交替的吸湿材料(例如，干燥剂或吸附介质18)。在一些实施方式中，可以期望干燥剂或吸附介质能够将水快速解吸回低相对湿度的空气中(例如，以使干燥剂再生)。因此，在一些实施方式中，干燥剂或吸附介质的性能可以通过快速循环通过吸收状态和解吸状态的能力来驱动。
本系统的干燥剂(例如，18)可以包括任何合适配置的任何合适的介质(例如，使得干燥剂或吸附介质能够吸附水和解吸水)。对干燥剂和吸附介质的以下描述仅通过示例的方式提供。在一些实施方式中，干燥剂或吸附介质能够在第一温度和/或第一压力下吸附并且在第二温度和/或第二压力下解吸。合适的干燥剂或吸附介质可以包括液体、固体和/或其组合。在一些实施方式中，干燥剂或吸附介质可以包括浸有吸湿材料的任何合适的多孔固体。例如，在所示的实施方式中，干燥剂18可以包括选自如下的一种或更多种材料：二氧化硅、硅凝胶、氧化铝、氧化铝凝胶、蒙脱石粘土、沸石、分子筛、活性炭、金属氧化物、锂盐、钙盐、钾盐、钠盐、镁盐、磷酸盐、有机盐、金属盐、甘油、二醇、亲水聚合物、多元醇、聚丙烯纤维、纤维素纤维、其衍生物及其组合。在一些实施方式中，干燥剂或吸附介质可以被选择和/或配置成避免吸附某些分子(例如，当被人消耗时可能是有毒的那些分子)。
在一些实施方式中，干燥剂颗粒可以填充在浅床中以使用于与吸附区域22和解吸区域30内的空气或流体相互作用的表面面积最大化。在一些实施方式中，干燥剂颗粒可以通过粘结剂附聚。在一些实施方式中，干燥剂颗粒可以染成黑色(例如，以改善热辐射的吸收)。在一些实施方式中，干燥剂颗粒可以与热辐射吸收材料混合和/或组合。
在所示出的实施方式中，系统10包括一个或更多个鼓风机(例如，42)和/或一个或更多个循环器(例如，46)。例如，在本实施方式中，鼓风机42设置在处理空气通路26中，并且被配置成调节通过处理空气通路的空气的流量。在该实施方式中，循环器46设置在再生流体通路34中，并且被配置成调节通过再生流体通路的流体的流量。在一些实施方式中，鼓风机42和/或循环器46可以由控制器50控制(例如，控制鼓风机42和/或循环器46的速度以优化液态水产生)。在一些实施方式中，鼓风机42和/或循环器46可以被配置成分别基本上保持通过处理空气通路26和/或再生流体通路34的预定流量。
在所示的实施方式中，系统10包括被配置成向再生流体通路34中的流体提供热能的热单元54(例如，使得干燥剂18可以再生)。在该实施方式中，热单元54是太阳能热单元(例如，被配置成将太阳日射转换成热能)。虽然本系统可以包括任何合适的热单元，无论是太阳能还是其他，但是通过示例的方式提供对热单元54的以下描述。
在所示的实施方式中，热单元54包括被配置成允许太阳光进入热单元的壳58的透明层62(例如，透明材料片、透镜等，无论包括玻璃、聚合物、多晶材料、其衍生物、其组合等)。在包括玻璃透明层62的实施方式中，玻璃可以被配置成使透射率最大化(例如，低铁和/或无铁材料、和/或其他组合物、未涂覆材料等)。本系统的透明层可以包括多个层(例如，多窗格层，例如双窗格玻璃)。
在该实施方式中，热单元54包括吸收器68，吸收器68被配置成吸收来自太阳光的热能并且将所吸收的热能的至少一部分提供给再生流体通路中的流体(例如，吸收器68包括热可渗透材料)。本公开内容的吸收器可以包括任何合适的材料，例如，金属(例如，铝、铜、钢)、热稳定聚合物或其他材料等。吸收器可以是大体上平坦的、粗糙的、有沟缝的或例如如图17A至图17B中所示出的波纹状的。在一些实施方式中，可以对吸收器材料的表面施加无光泽黑色涂层或选择性膜。在所示的实施方式中，吸收器68被配置成在没有中间热传递流体的情况下将热能传递到再生流体通路中的流体；然而，在其他实施方式中，流体(例如，液体、气体等)可以以热方式设置在吸收器和再生流体通路中的流体之间(例如，以用作在吸收器和再生流体通路中的流体之间传递热的介质)。
在所示出的实施方式中，热单元54包括被配置成使壳58的至少一部分绝热的绝热体72。以这种方式，太阳日射可以进入热单元54的壳(例如，通过透明层62)，并且绝热体72可以使壳的一部分绝热，例如，以使对热单元外部的环境的热能损失最小化。本系统的绝热体可以包括任何合适的材料(例如，能够阻止热能流动的材料)，例如，包括被捕获的一些气体和/或液体的固体泡沫。在一些实施方式中，绝热体被选择和/或配置用于在高温(例如，超过200℃的温度)下稳定。
在所示的实施方式中，可以将一个或更多个通道76设置成与吸收器68热连通，使得吸收器可以将所吸收的热能传递至在所述一个或更多个通道内的流体(例如，再生流体、可流动的热载体介质等)。在该实施方式中，一个或更多个通道76形成再生流体通路34的一部分(例如，一个或更多个通道76被配置成输送再生流体)。本系统的一个或更多个通道76可以包括任何合适的结构，例如，适于流体在其间流动的管状空心体或多个平板等。
在该实施方式中，系统10包括冷凝器80，冷凝器80被配置成经由再生流体通路从解吸区域接收流体，并且从所接收的流体(例如，通过将再生流体通路中的流体中的水蒸气冷凝)产生液态水。本公开内容的冷凝器可以包括任何合适的材料并且包括任何合适的配置(例如，以将再生流体中的水蒸气冷凝成液态水)。例如，合适的冷凝器可以包括聚合物、金属等。对于另外的示例，合适的冷凝器可以包括线圈、翅片、板、扭曲通道(如图17C的示例所示)等。在所示的实施方式中，冷凝器80被配置成将热能从干燥剂18下游的再生流体通路34中的流体传递到干燥剂18上游的处理空气通路26中的空气(例如，使得处理空气通路26中的空气可以促进冷凝器80的冷却)。在一些实施方式中，冷凝器80可以被环境空气冷却。
在所示出的实施方式中，系统10包括被配置成接收由冷凝器80产生的液态水的水收集单元84。在该实施方式中，由冷凝器产生的液态水通过重力提供给水收集单元84；然而，在另一实施方式中，液态水从冷凝器到水收集单元的流动可以(例如，通过一个或更多个泵、任何其他合适的输送机构等)被辅助。
在一些实施方式中，系统10包括过滤器88(例如，过滤膜)，过滤器88在一些实施方式中可以位于冷凝器80和水收集单元84之间(例如，以减少杂质的量，所述杂质例如可能存在于由冷凝器80产生的液态水中的沙子、细菌、纤维状物质、碳质物质等)。
在一些实施方式中，水收集单元84(例如，或其过滤器88)可以包括紫外(UV)光源(例如，用于对由冷凝器80产生的水进行消毒)。在一些实施方式中，合适的光源可以包括具有例如400纳米(nm)以下(例如，385nm、365nm等)的波长、300nm以下(例如，265nm)的波长等的发光二极管(LED)。
在一些实施方式中，水收集单元(例如，84)可以包括一个或更多个水位传感器(例如，122e)。这种水位传感器可以包括电导传感器(例如，开路和/或闭路电阻型电导传感器)，其可以通过在0.1毫西门子每厘米的范围内的水的电导率测量结果来操作。
在所示的实施方式中，水收集单元84包括被配置成接收用于引入至所产生的液态水的一种或更多种添加剂的容器92。这样的添加剂可以被配置成缓慢溶解在水收集单元中储存的液态水中。适于在本系统中使用的添加剂包括但不限于矿物、盐、其他化合物等。在一些实施方式中，添加剂可以对所产生的液态水赋予味道。为了说明，这些添加剂可以选自：钾盐、镁盐、钙盐、氟化物盐、碳酸盐、铁盐、氯化物盐、二氧化硅、石灰岩和/或其组合。
在一些实施方式中，本系统可以包括指示器(例如，灯，诸如LED)，其可以被配置成提供关于系统操作的信息。例如，在一些实施方式中，指示器灯可以被配置成提供如下信息(例如，视觉上例如向用户提供如下信息)：系统正在运行；太阳能电力(例如，来自电力单元118)可用；空气过滤器(例如，在处理空气通路26内)可能需要更换；水收集单元(例如，84)是满的(例如，在一些实施方式中，水收集单元包含20L的液态水)；致动器(例如，致动器114、鼓风机42、循环器46等)已经故障和/或正出故障；远程信息处理错误(例如，由收发器126操作所指示)已经发生和/或正在发生；等等。如将在下面描述的，可以通过通信网络(例如，单独地和/或除了任何指示器的操作之外)传送任何合适的信息(包括上面参考指示器所描述的信息)。
在该实施方式中，控制器(例如，处理器)50控制干燥剂18(或其一部分)向处理空气通路26中的空气和再生流体通路34中的再生流体暴露(例如，以增加和/或优化由冷凝器80最终产生的液态水)，并且这种控制可以在日循环下(例如，响应于日变化)而变化。环境条件中的这种变化(例如，至控制器50的输入)可以包括例如环境空气温度、环境空气相对湿度和太阳日射。至控制器50的其他输入可以包括例如由热单元54生成的热能的量、处理空气通路26中的空气的相对湿度、再生流体通路34中的流体的相对湿度、干燥剂18和热单元54之间的再生流体通路中的流体的温度、水产生速率等。在包括吹扫空气流路径(例如，130)的实施方式中，至控制器50的输入可以包括吹扫空气流路径中的空气的流量、温度、相对湿度等。在所示的实施方式中，控制器50被配置成通过基于一个或更多个这样的输入的测量结果控制吸附区域和解吸区域之间的干燥剂18移动的速率、控制鼓风机42和/或循环器46的速度等来优化液态水的产生(例如，使得控制器50可以基于当前环境和系统条件来优化液态水的产生)。如下面更详细地描述的，至控制器50的输入可以被测量，因为它们以由一个或更多个传感器(例如，122)捕获的数据来指示。
图2是用于从空气生成液态水的本系统的实施方式98的图。系统98可以基本上类似于系统10，具有下面描述的主要差异和/或添加。另外地，系统98可以包括关于系统10描述的任何和/或全部特征。
在系统98中，与系统10一样，干燥剂18(或其第一部分)可以与处理空气通路26中的处理空气流体连通，并且干燥剂14(或其第二部分)同时与再生流体通路34中的再生流体流体连通，并且因此，干燥剂单元14以连续和非分批方式操作。在该实施方式中，干燥剂18的部分各自均以交替方式暴露于处理空气通路26中的空气和再生流体通路34中的流体。
在所示的实施方式中，系统98包括可旋转盘102(例如，其上设置有干燥剂18)。在该实施方式中，干燥剂18(或其部分)被配置成在盘102旋转时在吸附区域和解吸区域之间移动。例如，在所示的实施方式中，在所示出的盘102的取向下，干燥剂的部分106与处理空气通路26连通，并且盘的部分110与再生流体通路34连通。在所示出的实施方式中，系统98包括被配置成引起盘102的旋转的致动器(例如，电动机)114。在该实施方式中，控制器50被配置成至少通过(例如，通过对致动器114的控制)控制干燥剂18(例如，盘102)在吸附区域和解吸区域之间的移动来优化液态水的产生；然而，在其他实施方式中，电动机114可以使盘102以预定的旋转速率旋转。
在所示的实施方式中，系统98包括被配置成向系统98的至少一部分(例如，鼓风机42、循环器46、致动器114等)提供电力的太阳能电力单元118。在该实施方式中，太阳能电力单元118被配置成将太阳日射转换成电力(例如，太阳能电力单元118包括太阳能面板)。例如，在所示出的实施方式中，太阳能电力单元118可以被设置为包括呈现出光伏效应的半导体材料的光伏太阳能面板。在这些和类似的实施方式中，控制器50可以被配置成响应于太阳日射的日变化(例如，由太阳能电力单元118生成的电力的量)来控制系统98。
在一些实施方式中，用于从空气生成液态水的本系统本质上可以是模块化的。例如，本系统可以被配置成使得每个部件(例如，太阳能电力单元118、热单元54、干燥剂单元14、冷凝器80、水收集单元84等)可以以相对简单的方式彼此分离、被运输、彼此组装和/或重新组装(例如，以相同或不同的配置)等(例如，本系统的一些实施方式及其部件本质上是模块化的)。例如，在一些实施方式中，该系统被配置成使得任何单个部件(例如，水收集单元84、干燥剂单元14、太阳能电力单元118、热单元54、冷凝器80等)的尺寸不大于6英尺至8英尺(例如，以便于系统或其部件例如在诸如丰田海拉克斯(Toyota Hilux)轻型货车箱的单个驾驶室货车箱中的运输)(例如，每个部件具有小于或等于64平方英尺(ft2)的占用面积，和/或每个部件可以被包含在小于或等于512立方英尺(ft3)的立方体积内)。
在所示的实施方式中，控制器50被配置成控制鼓风机42、循环器46、致动器114等中的一个或更多个(例如，以优化液态水的产生，其中这种控制可以响应于日变化，例如，环境温度、环境空气相对湿度、太阳日射等的变化)。例如，控制器50可以被配置成在考虑例如日变化的情况下通过控制鼓风机42、循环器46、致动器114等来提高液态水的产生速率。为了说明，这种变化可以改变由热单元54生成的热能的量、由太阳能电力单元118提供的电力水平、进入系统的处理空气中的湿度水平等。在一些实施方式中，可以实时地测量环境条件，或者可以基于例如历史平均值等来预测环境条件。在控制器50接收实时测量结果的实施方式中，各种传感器(下面更详细地描述)可以向控制器50(例如，在由控制器50请求等时，连续地、周期性地)提供指示环境条件的数据。
在该实施方式中，控制器50可以基于如下中的一个或更多个来操作系统：用户选择，从一个或更多个传感器接收的数据，编程控制，和/或通过任何其他合适的手段。在所示出的实施方式中，例如，控制器50可以与用于感测数据信息的外围设备(包括传感器)、用于存储数据信息的数据收集部件、和/或用于传送与系统的操作相关的数据信息的通信部件相关联。
在所示出的实施方式中，系统98包括一个或更多个外围设备，例如，传感器122(例如，温度传感器122a、湿度传感器122b、太阳日射传感器122c、流量传感器122d、水位传感器122e等)。在一些实施方式中，一个或更多个传感器(例如，122)可以提供指示环境空气温度、环境空气相对湿度、太阳日射、处理空气温度、再生流体温度、处理空气相对湿度、再生流体相对湿度、处理空气流量、再生流体流量、液态水产生速率、水使用速率等的数据。
在一些实施方式中，一个或更多个传感器122可以远离系统的其他部件定位，并且可以经由有线和/或无线连接将捕获的数据提供给系统的其他部件。例如，城镇、村庄、城市等可以包括多个本系统，并且所述多个本系统中的一个可以将指示周围环境条件(例如，空气温度、空气相对湿度、太阳日射水平等)的数据提供给所述多个本系统中的另一个。以这种方式，在一些实施方式中，单个传感器122可以被多个系统共享。在一些实施方式中，通过一个或更多个外围设备(例如，一个或更多个传感器122)传送到控制器(例如，50)的数据可以存储在数据记录单元中。
在所示的实施方式中，系统98包括远程信息处理单元(例如，发射器、接收器、应答器、转换器、中继器、收发器等，在本文中有时称为“收发器126”)。例如，在该实施方式中，收发器126被配置成经由有线和/或无线接口(例如，其可以符合标准化的通信协议，例如，以相对低的速率操作(例如，每隔几分钟操作)的GSM、SMS组件，可以在地理上被指定的协议等)向系统(例如，控制器50)传送数据和/或传送来自系统(例如，控制器50)的数据。
在一些实施方式中，收发器(例如，126)可以与服务器和通信网络相关联，所述通信网络用于在服务器和收发器(例如，因此系统和/或其控制器50)之间传送信息。作为说明，可以通过系统的蜂窝范围内的蜂窝塔来促进这种双向通信。在一些实施方式中，可以将数据库(例如，可以远离系统的数据库)配置成存储通过通信网络从服务器接收的信息。
在具有远程信息处理能力的实施方式中，网络管理员或设备拥有者可以向控制器(例如，50)发送命令以更新或删除查找表数据(下面描述)和/或控制算法。以这种方式，可以例如在系统被盗或以其他方式丢失的情况下保持数据安全性。
在所示的实施方式中，控制器50被配置成至少基于环境条件的实时和/或预测变化来改变系统98的操作。例如，控制器50可以响应于环境条件的变化来控制干燥剂18(例如，或其部分)向处理空气和再生流体的暴露(例如，通过改变盘102的旋转速度，使得设置在其上的干燥剂18的部分暴露于处理空气通路26中的处理空气或再生流体通路34中的再生流体的时间可以增加或减少)。在一些实施方式中，控制器(例如，50)可以被配置成改变吸附区域或解吸区域的尺寸(例如，响应于日变化)。
图3A是一天中的环境条件的日变化的图，包括环境空气相对湿度(“RH”)和温度。图3B是一天中的环境条件的日变化的图，包括太阳辐射(例如，太阳日射)。一般而言，并且如图所示，在夜间时间期间，环境空气相对湿度相对高，并且环境温度相对低。随着太阳升起，太阳日射通常增加(例如，中午附近达到峰值)，这会导致环境空气相对湿度降低和环境温度升高。在白天期间的某一时刻，环境空气相对湿度会达到最小，并且在白天期间的某一时刻，环境温度会增加到最大值，并且这些时刻通常可能一致。最后，随着太阳开始落下，环境空气相对湿度会趋于增加，并且环境温度会趋于降低(例如，随着在夜间时间期间太阳日射接近其最小值)。
如图所示，特定的一组环境条件(例如，环境空气相对湿度、环境温度、太阳日射等)可以在日循环中的每个时刻处存在。考虑到这些环境条件的变化，本系统的一些实施方式被配置成改变系统的操作参数(例如，控制变量)，从而对于日循环的每个时刻优化系统性能(例如，液态水产生)。作为说明，在白天的早期部分，太阳日射可能相对有限。因此，在一些实施方式中，系统(例如，或其控制器50)可以调整操作参数以解决相对低量的可用太阳能热能和/或可从太阳能电力单元获得的相对低量的电力，尽管环境空气相对湿度相对高。例如，在这些情况下，由于可用的相对低量的热能和/或太阳能电力，控制器可以使干燥剂在吸附区域和解吸区域之间更缓慢地移动，尽管可用的处理空气中的环境空气相对湿度水平相对高。另一方面，在白天的稍后时候，控制器可以调整操作参数以解决相对低量的环境空气相对湿度，尽管可用太阳能热能量相对高和/或可从太阳能电力单元获得的电力量相对高(例如，由于太阳日射量相对高)。本公开内容的控制器可以周期性地和/或连续地对操作参数进行这种调整。
图4是示出通过用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的示例性流动路径的图。用于从空气生成液态水的本系统的实施方式可以包括任何合适的流动路径(例如，处理空气通路和/或再生流体通路)，包括例如以下描述的那些(例如，无论是单独的和/或组合的)，其仅通过示例的方式提供。
在一些实施方式中，处理空气通路内的空气可以从外部环境进入系统，与干燥剂(例如，18)的部分A、B、C、E和F连通(例如，使得干燥剂或其部分可以从处理空气通路中的空气吸收水)，通过冷凝器(例如，80)(例如，其中处理空气通路中的空气可以被来自再生流体通路中的流体的热能加热)，并且被排放到外部环境。在这些和类似的实施方式中，再生流体可以通过冷凝器(例如，80)(例如，其中再生流体通路中的流体可以将热能传递到处理空气通路中的空气)，通过热单元(例如，54)(例如，其中再生流体通路中的流体可以被加热)，与干燥剂(例如18)的部分D连通(例如，使得干燥剂或其部分可以将水释放到再生流体通路中的流体)，并且流回通过冷凝器(例如，使得冷凝器可以从再生流体通路中的流体产生液态水)。
在一些实施方式中，本系统可以包括吹扫空气流路径130，吹扫空气流路径130被配置成将来自干燥剂(例如，18)下游的再生流体通路中的再生流体的热能传递到冷凝器上游的再生流体通路中的流体。例如，在这些和类似的实施方式中，处理空气可以从外部环境进入系统，与干燥剂(例如，18)的部分A、B和F连通，通过冷凝器(例如，80)，并且被排放到外部环境。在这些和类似的实施方式中，再生流体可以通过冷凝器(例如，80)，通过热单元(例如，54)，与干燥剂(例如，18)的部分D连通，并且流回通过冷凝器。在这些和类似的实施方式中，吹扫空气流路径130中的空气可以在干燥剂(例如，18)的部分E和干燥剂的部分D之间连通(例如，以传递来自干燥剂的部分D的热量，其可以通过再生流体通路内的再生流体从热单元(例如，54)流到干燥剂的部分E来被提供至干燥剂的部分D)(例如，以在干燥剂的部分E移动到解吸区域之前进行预加热操作)。
本系统的一些实施方式包括回收热交换器134，回收热交换器134被配置为将来自干燥剂(例如，18)下游的再生流体通路中的再生流体的热能传递到冷凝器上游的再生流体通路中的流体。例如，在这些和类似的实施方式中，处理空气可以从外部环境进入系统，与干燥剂(例如，18)的部分A、B、C、E和F连通，通过冷凝器(例如，80)，并且被排放到外部环境。在这些和类似的实施方式中，再生流体可以通过冷凝器(例如，80)，通过热交换器(例如，使得热交换器可以将来自干燥剂下游的再生流体通路中的流体的热能传递到冷凝器上游的再生流体通路中的流体)，通过热单元(例如，54)，与干燥剂的部分D连通，流回通过热交换器，并且流回通过冷凝器。以这种方式，否则可能通过冷凝器损失到环境的热能可以至少部分地被回收以用于解吸目的。
本系统的一些实施方式包括第二干燥剂138(例如，其可以设置在盘上，类似于对于干燥剂18的以上描述)，第二干燥剂138被配置成将来自冷凝器(例如，80)下游的再生流体通路中的流体的水传递到冷凝器上游的再生流体通路中的流体，并且还可以将热从再生流体的一个路径传递到另一个路径。例如，在这些和类似的实施方式中，处理空气可以从外部环境进入系统，与干燥剂(例如，18)的部分A、B、C、E和F连通，通过冷凝器(例如，80)，并且被排放到外部环境。在这些和类似的实施方式中，再生流体可以通过冷凝器(例如，80)，与第二干燥剂(例如，138)的部分L连通(例如，使得干燥剂138可以在再生流体通路中的流体进入热单元54之前捕获再生流体通路中的流体中的水)，通过热单元(例如，54)，与干燥剂的部分D连通，与第二干燥剂的部分K连通(例如，使得干燥剂138可以在再生流体通路中的流体进入冷凝器80之前将水释放到再生流体通路中的流体)，并且流回通过冷凝器。
一些实施方式可以在不需要第二干燥剂的情况下实现对于与第二干燥剂(例如，138)连通的再生流体通路的上述功能中的至少一些。例如，在一些实施方式中，处理空气可以从外部环境进入系统，与干燥剂(例如，18)的部分A、E和F连通，通过冷凝器(例如，80)，并且被排放到外部环境。在这些和类似的实施方式中，再生流体可以通过冷凝器(例如，80)，与干燥剂(例如，18)的部分C连通，通过热单元(例如，54)，与干燥剂的部分D连通，与干燥剂的部分B连通，并且流回通过冷凝器。
在一些实施方式中，处理空气可以从外部环境进入系统，与干燥剂(例如，18)的部分A、E和F连通，通过冷凝器(例如，80)，并且被排放到外部环境。在这些和类似的实施方式中，再生流体可以通过冷凝器(例如，80)，与干燥剂(例如，18)的部分C连通，通过热单元(例如，54)，与干燥剂的部分D连通，并且流回通过冷凝器。这样的实施方式可以实现具有回收热交换器(例如，134)或吹扫空气流路径(例如，130)的实施方式的至少一些益处。
在一些实施方式中，处理空气可以从外部环境进入系统，与干燥剂(例如，18)的部分A、B、E和F连通，通过冷凝器(例如，80)，并且被排放到外部环境。在这些和类似的实施方式中，再生流体可以通过冷凝器(例如，80)，流过回收热交换器(例如，134)，与干燥剂(例如，18)的部分C连通，通过热单元(例如，54)，与干燥剂的部分D连通，流回通过回收热交换器，并且流回通过冷凝器。
在本系统(例如，10、98等)的一些实施方式中，液态水的产生速率(H2Orate)可以至少部分地表示为环境条件(例如，环境空气温度(Tamb)、环境空气相对湿度(RHamb)和太阳日射(QsDlar))以及系统操作参数(例如，控制变量)(例如，处理空气流量(VprDcess)、再生流体流量(Vregen)、以及干燥剂向处理空气和再生流体的暴露时间(例如，对于设置在可旋转盘上的干燥剂，其可以是可旋转盘的旋转速率(ωdisk)的函数))的函数(等式1)。
H2Orate＝f(Tamb，RHamb，Qsolar，ωdisk，Vprocess，Vregen) (I)
本系统的一些实施方式的效率可以以各种方式表示。以下示例仅通过说明的方式提供，并且以下每个示例可以单独使用或与其他表示组合使用(无论下文是否明确公开)来描述本系统的一些实施方式的效率。例如，效率可以定义为：
Figure BDA0001354586710000211
其中η表示效率，
Figure BDA0001354586710000212
表示水的蒸发热量，
Figure BDA0001354586710000213
表示所产生的液态水的质量，以及Qtotal表示系统产生所述质量的液态水所需要的热能。从等式2可以看出，100％的效率等同于产生1克(g)的液态水需要2260焦耳(J)的热能。
在一些实施方式中，效率可以被定义为再生效率，或者例如：
Figure BDA0001354586710000221
其中
Figure BDA0001354586710000222
表示再生流体通路中存在的水的总质量。如等式3中所见，在来自冷凝器的再生流体的排出温度降低时，效率通常会提高。
在一些实施方式中，效率可以根据有效性参数来定义(例如，从焓湿图确定)。这样的有效性参数可以被定义为例如由干燥剂吸收和/或解吸的水的实际量与在焓湿图中的理想等焓路径的比率。为了说明，有效性参数可以趋向于单位值(1)、具有较高的凝胶承载能力、降低的盘旋转速率、较低的盘热容量等。
在一些实施方式中，效率可以被定义为除湿有效性，或者例如：
Figure BDA0001354586710000223
其中
Figure BDA0001354586710000224
表示存在于进入处理空气通路26中的空气中的水的总质量，并且
Figure BDA0001354586710000225
表示离开处理空气通路26的水的总质量。
如图5A所示，在一些实施方式中，控制器(例如，50)可以基于一个或更多个环境条件(例如，其可以通过一个或更多个传感器122来测量和/或由一个或更多个传感器122捕获的数据来指示)来控制系统操作参数，以便优化例如液态水的产生。作为说明，在一些实施方式中，对于与日循环中的给定时刻对应的特定环境条件的每个组合(例如，0℃＜Tamb＜45℃；20％＜RHamb＜90％；200瓦特每平方米(W/m2)＜Qsolar＜1000W/m2)，控制器可以使用系统(例如，10、98等)的模型来进行模拟以估计最大化和/或优化液态水的产生(例如，如等式1中定义)的最优系统操作参数(例如，(ωdisk)optimum，(Vprocess)optimum和(Vregen)optimum)，其中：
(ωdisk)optimum＝f(Tamb，RHamb，Qsolar) (5)
(Vprocess)optimum＝f(Tamb，RHamb，Qsolar) (6)
(Vregen)optimum＝f(Tamb，RHamb，Qsolar) (7)
在一些实施方式中，控制器(例如，50)可以采用并入设计变量(例如，盘102的几何形状(例如厚度，半径等)、热单元54的几何形状等)的控制算法，并且在一些实施方式中，这些设计变量可以与环境条件(例如，环境空气温度、环境空气相对湿度、太阳日射等)一起并入控制算法中。
如上所述，在一些实施方式中，环境空气温度和环境空气相对湿度可以用一个或更多个传感器(例如，122)直接测量。在一些实施方式中，太阳日射可以通过测量热单元(例如，54)和干燥剂(例如，18)之间的再生流体通路中的流体的温度(例如，在通过再生流体通路的再生流体的流量已知并且受控下)来间接地(例如，并且连续地)测量。在一些实施方式中，由各种传感器捕获的数据可以被传递到控制器(例如，其可以与存储包含在模拟运行期间生成的数据的查找表的存储器通信)，控制器然后确定最优系统操作参数(例如，处理空气流量、再生流体流量、盘旋转速率等)。
在一些实施方式中，可以使用数值模拟器来创建用于系统的经优化的操作参数的查找表。例如，在这些实施方式中，数值模拟器的每次运行可以采用单组设计规格(例如，盘动力学、盘尺寸、干燥剂配置、太阳能收集器尺寸、冷凝器几何形状和性能等)，即时和/或预测环境条件(例如，环境空气温度、环境空气相对湿度、太阳日射水平)和系统操作变量(例如，处理空气流量、再生流体流量、干燥剂向处理空气和/或再生流体的暴露时间等)以确定和/或估计系统的经优化的效率和/或液态水的产生速率(例如，哪些经优化的值可以在日循环上变化)。
图5B是适于在本系统的一些实施方式中使用的基于模拟的控制的非限制性示例的流程图。如图所示，系统可以在步骤142处利用一个或更多个设计输入、控制输入和/或控制器变量来初始化。在该实施方式中，设计输入可以包括系统尺寸、盘材料和/或尺寸、干燥剂材料和/或尺寸中的一个或更多个，控制输入可以包括环境空气相对湿度(例如，或其范围)、环境空气温度(例如，或其范围)、以及太阳日射水平(例如，或其范围)，并且控制器变量可以包括处理空气流量、再生流体流量、干燥剂移动速率等。在一些实施方式中，该示例的一个或更多个步骤可以由控制器(例如，50)来执行。在一些实施方式中，可以省略图5B中所示出的某些步骤。
在步骤146处，可以模拟干燥剂(例如，18)的移动(例如，通过模拟盘102较小量的旋转，例如从1度至5度)。在本实施方式中，在步骤150处，模拟的处理空气经过模拟的冷凝器(例如，80)。在所描绘的实施方式中，同样在步骤150处，可以(例如使用热力学等式)重新计算获得(pick up)模拟的冷凝器内的热能之后的处理空气温度和处理空气相对湿度。在本实施方式中，在步骤154处，可以模拟处理空气与干燥剂的流体连通，并且可以基于模拟的与干燥剂的交互重新计算处理空气温度和处理空气相对湿度。
在步骤158处，可以进行对经过热单元(例如，54)的再生流体的模拟，其中，可以(例如再次使用热力学等式)重新计算再生流体温度和再生流体相对湿度。在所描绘的实施方式中，在步骤162处，可以模拟再生流体与干燥剂的流体连通，并且系统可以确定模拟的与干燥剂的交互之后的再生流体温度和再生流体相对湿度。在本实施方式中，同样在步骤162处，系统可以确定干燥剂(或其一部分)的温度和含水量。在步骤166处，在所描绘的实施方式中，可以模拟经过冷凝器的再生流体，并且可以重新计算再生流体温度和再生流体相对湿度。在一些实施方式中，还可以在步骤166处计算所产生的冷凝水的量。在步骤170处，可以对用于执行步骤146至166中的至少一些步骤的方程组进行评估以确定是否已经达到稳态解。在本实施方式中，如果尚未达到稳态解，则可以重复在步骤146处开始的主循环。
一旦达到稳态解，在所示实施方式中，控制器(例如，50)可以设置处理空气流量、再生流体流量以及干燥剂的移动速率(例如，在例如与用于执行图5B的各个步骤的模拟系统对应的实际系统中)来优化液态水产生和/或效率。以上步骤仅以示例的方式提供，在一些实施方式中，这些步骤的次序可以改变。例如，在另一个实施方式中，可以存在两个分离的处理空气通路以使得：在处理空气通路中的一个处理空气通路中，处理空气经过冷凝器(例如，80)，而在处理空气通路中的另一个处理空气通路中，处理空气经过干燥剂(例如，18)，并且以上步骤可以被相应修改。
在一些实施方式中，图5B中描绘的模拟的每次运行根据设计输入、控制输入和/或控制变量产生数据查找表中的单个数据点(例如，液态水产生速率和/或效率)。这样的数字模拟可以多次重复(例如从100次至100,000次或更多次)，以根据相关变量产生液态水产生速率和/或效率的查找表。然后控制器(例如，50)可以使用这样的表来例如通过参考基于已知的设计输入和/或测量的控制输入(例如，环境空气温度、环境空气相对湿度、太阳日射水平等)的最优控制变量(例如，处理空气流量、再生流体流量、干燥剂移动速率等)来操作系统(例如，10、98等)。
下面的表1以示例的方式提供包括其上布置有二氧化硅干燥剂的盘(例如，102)的本系统的实施方式的优化操作条件(例如，控制变量)与设计输入和控制输入。
表1：用于从空气生成液态水的本系统的实施方式的说明性最优操作条件和设计规范
Figure BDA0001354586710000251
Figure BDA0001354586710000261
Figure BDA0001354586710000271
Figure BDA0001354586710000281
Figure BDA0001354586710000291
Figure BDA0001354586710000301
Figure BDA0001354586710000311
Figure BDA0001354586710000321
Figure BDA0001354586710000331
Figure BDA0001354586710000341
为了说明控制器(例如，50)可以如何依赖于查找表来操作系统(例如，10、98等)，以环境条件作为自变量并且以效率或液态水产生速率和系统操作参数作为因变量提供了一系列图(例如，以及下面的图中所示的值可以被包含在查找表中以供控制器参考)。
例如，图6是示出了用于从水生成液态空气的本系统的一些实施方式在90(cfm)的恒定处理空气流量下的效率相对于环境空气温度(℃)(“T1”)、环境空气相对湿度(“RH1”)、以及由热单元提供的热量(W)指示的太阳日射的图，使得图上的每个点可以表示日循环中的一点下的系统效率。
图7是示出了用于从水生成液态空气的本系统的一些实施方式在恒定环境空气相对湿度(“RH”)下并且在90cfm的恒定处理空气流量下的效率(例如，最高效率被表示为最暗灰色)相对于环境日变化包括环境空气温度(℃)和由热单元提供的热量(W)指示的太阳日射的一系列图，以使得每个图上的每个点可以表示日循环中的一点下的系统效率。
图8是示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式在恒定环境空气相对湿度(“RH”)下并且在90cfm的恒定处理空气流量下的以千克每小时(kg/hr)计的液态水产生速率(例如，最高液态水产生速率被表示为最暗灰色)相对于环境日变化包括环境空气温度(℃)以及由热单元提供的热量(W)指示的太阳日射的一系列图，以使得每个图上的每个点可以表示日循环中的一点处的系统液态水产生速率(例如，在约旦安曼，在七月的一天下午2:00，RH为26％(近似30％)，并且热量为700W(由面积为1.5平方米(m2)的太阳热单元以50％的效率生成)，这导致液态水产生速率近似为0.30kg/hr)。
图9是图8的一系列图，包括表示给定一天中的不同时间的点。在一天中产生的液态水的总量可以通过在这一系列图之间进行合计(integrate)来近似(例如，在本示例中，在一天中的早晨几个小时近似为2.5升(L)，以及在24个小时时段中近似为5L)。
在一些实施方式中，控制器(例如，50)可以参考参数函数(例如和/或由此生成的表)来根据系统的最优(例如，在液态水产生速率和/或效率方面)操作变量进行操作。例如，对于每个系统操作变量(例如，处理空气流量、再生流体流速、干燥剂对处理空气和/或再生流体的暴露时间等)，可以创建提供系统操作变量的值的参数函数，参数函数优化系统的效率和/或液态水产生速率，并且参数函数可以依赖于设计规范(例如，盘动力学、盘尺寸、干燥剂配置、太阳能集热器尺寸、冷凝器几何形状和性能等)和/或可变环境条件(例如，环境空气温度、环境空气相对湿度、太阳日射水平)。
下面以说明的方式提供了(例如，相对简单的双变量)参数函数的示例推导。在本示例中，可以在将除了系统操作变量以外的所有变量保持恒定(例如，在以下示例中，环境空气温度保持恒定，以及再生流体流量可以变化)的情况下进行(例如，如上面相对于图5B所描述的)模拟。在后续步骤中，可以重复模拟，在各模拟之间改变常量的值(例如，本示例中的环境空气温度)以便扩展多个数据组。表2提供了从这些模拟获得的示例性效率数据(例如，表2中表示了七(7)个数据组，其表示以七个恒定的环境空气温度的值进行的模拟)。
表2：用于从空气生成液态水的本系统的实施方式的示例性效率与再生流体流量数据
Figure BDA0001354586710000351
Figure BDA0001354586710000361
Figure BDA0001354586710000371
图10示出了来自上面的表2的数据。在本示例中，可以使用数学回归对每个数据组进行建模。为了说明起见，可以使用以下等式将多项式(例如二次)回归拟合至每个数据组：
η＝a1Vregen 2+b1Vregen+c1 在Tamb，1 (8)
η＝a2Vregen 2+b2Vregen+c2 在Tamb，2 (9)
η＝anVregen 2+bnVregen+cn 在Tamb，n (10)
其中，a、b和c是针对每个n数据组的二次回归的系数。然后可以使用(例如又一次)数学回归来对这些系数进行建模。为了说明，在本示例中，可以使用以下等式将二次回归拟合至系数a、b和c的每个集合：
a＝d1Tamb 2+e1Tamb+f1 (11)
b＝d2Tamb 2+e2Tamb+f2 (12)
c＝d3Tamb 2+e3Tamb+f3 (13)
图11A和图11B提供了这些系数相对于Tamb的图。通过代入，可以看出作为Tamb和Vregen的函数的系统效率然后可以表示为：
η＝(d1Tamb 2+e1Tamb+f1)Vregen 2+(d2Tamb 2+e2Tamb+f2)Vregen+(d3Tamb 2+e3Tamb+f3) (14)
尽管根据两个变量(例如，Vregen和Tamb)来表示等式14，但是可以执行与上述处理相同或近似相似的处理(例如，通过对每个添加的变量执行另外的回归)来将效率(例如，和/或液态水产生速率等)表示为任何合适数量的变量的函数。
可以通过针对每个操作变量(例如，本示例中为Vregen)使等式14(或类似等式)最大化来确定最大效率和/或最大液态水产生速率(例如，这些可能是系统的期望操作状态)。以说明的方式，在所描绘的示例中，使效率最大化的期望操作状态可以是在给定(例如，或测量的)Tamb处等式14相对于Vregen的偏导数等于零或满足以下等式的Vregen的值：
Figure BDA0001354586710000381
可以在环境条件的范围中对等式15(或类似的一个或更多个等式)求值，其可以用于产生最优操作变量的表(例如，在本示例中，对于Tamb的范围的最优Vregen)。然后可以通过数学回归(例如，二次回归)来对这样的表进一步建模。在本示例中，这可以示出为：
Vregen，optimal＝gTamb 2+hTamb+i (16)
其中，Vregen，optimal表示在给定温度下的最优再生流体流量。控制器(例如，50)然后可以参考以下中的任意项：最优操作变量的表、基于最优操作变量的表的参数等式(例如，等式16)等。在一些实施方式中，控制器(例如，50)可以执行以上步骤中的任意步骤和/或全部步骤以扩展这样的一个或更多个参数等式和/或表。在一些实施方式中，可以使用这样的参数等式对控制器(例如，50)进行编程，例如在一些实施方式中，可以使用以下等式来对控制器进行编程：
ωdisk，optimal＝f(Tamb，RHamb，Tregen).........................(17)
Vprocess，optimal＝f(Tamb，RHamb，Tregen) (18)
Vregen，optimal＝f(Tamb，RHamb，Tregen) (19)
其中，ωdisk，optimal、Vprocess，optimal及Vregen，optimal表示在环境空气温度、环境空气相对湿度以及再生流体温度(例如，指示太阳日射水平)的给定值处的最优盘旋转速率、处理空气流量以及再生流体流量这些操作变量。
示例性实施方式
从潮湿空气产生液态水的处理不同于空气除湿的处理。具体地，从潮湿空气产生液态水涉及实现实际的液态水产生速率，而非简单地对一定量的空气除湿。为了说明这两个处理之间的一些差异，表3将示例除湿器系统与用于从空气生成液态水的本系统的一个实施方式进行比较，其中每个系统在22℃的处理空气温度和40％的处理空气相对湿度的情况下工作。
表3：除湿器与用于从空气生成液态水的本系统的实施方式的比较
Figure BDA0001354586710000382
Figure BDA0001354586710000391
如表3所示，本公开内容的系统在从空气生成液态水方面效率高。本系统和本系统通过其工作的方法(例如，通过控制器50的控制)与除湿系统和/或除湿方法不同。例如，本系统的一些实施方式内的处理空气流量可以大于再生流体流量(例如，是再生流体流量的4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20倍或更多倍，例如至少五倍)。
此外，本系统的一些实施方式的处理空气流量高于除湿系统和除湿方法的可行处理空气流量。不受任何特定理论约束，总体来说，当处理充足量的潮湿空气(例如以便于以实际水产生速率产生液态水)时，本公开内容的一些系统可以更高效地起作用或者生成更多的液态水。此外，本系统的一些实施方式的再生流体流量低于除湿系统和除湿方法的可行再生流体流量。不受任何特定理论约束，总体来说，本系统的一些实施方式的最优处理空气流量可以高于除湿器(例如，其可以以排出的处理空气中相对较低的相对湿度为目标)的可行处理空气流量。例如，与除湿器相反，本系统中的一些系统即使在处理空气经过整个系统其相对湿度经历仅1％的减小的情况下也可以是高效的(例如，生成更多液态水)，这至少部分由于高的处理空气流量(例如，在一些实例中，是典型除湿器内的处理空气流量的100至1000倍)。
现在描述本发明的实施方式的非限制性示例。在所描述的示例中，厚度为5cm且直径为12cm的氧化铝干燥剂(例如，18)布置在可旋转盘(例如，102)上。在以下示例中，处理空气流量是90cfm，并且再生流体流量是6cfm。控制器可以使用这些参数操作系统，使得效率大于30％(例如，如根据图10至图14中描绘的多维度分析确定，其中多维度分析可以作为查找表被存储在与控制器通信的存储器中)。
图12是多维度分析在一个维度上的图，其示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的效率与再生流体流量(cfm)(“MFRi”)的关系。如所示，对于本实施方式，以6cfm的再生流体流量可以获得近似30％的效率。
图13是多维度分析在一个维度上的图，其示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的效率与干燥剂盘旋转速率(°/s)的关系。如所示，对于本实施方式，以大于1°/s的干燥剂盘旋转速率可以获得超过30％的效率。
图14A是多维度分析在一个维度上的图，其示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的效率与由热单元提供的热量(W)指示的太阳日射的关系。图14B是多维度分析在一个维度上的图，其示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的液态水产生速率(L/hr)与由热单元提供的热量(W)指示的太阳日射的关系。如所示，对于本实施方式，当由热单元提供的热量小于500W时可以获得超过30％的效率(图14A)。此外，如所示，对于本实施方式，当由热单元提供的热量为近似500W时确定液态水产生速率可以大于0.24L/hr(图14A)。
图15是示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的效率相对于干燥剂盘旋转速率(°/s)和再生流体流量(cfm)的图。如所示，对于本实施方式，对于1.5°/s与2.0°/s之间的干燥剂盘旋转速率和5cfm与7cfm之间的再生流体流量，可以获得超过30％的效率。
图16是示出了用于从空气生成液态水的本系统的一些实施方式的液态水产生速率(L/hr)相对于干燥剂厚度(m)、再生流体流量(cfm)以及干燥剂盘旋转速率(°/s)的图。如所示，对于本实施方式，对于大于5厘米(cm)的干燥剂厚度、在5cfm与7cfm之间的再生流体流量以及在1.5°/s与2.0°/s之间的干燥剂盘旋转速率，液态水产生速率可以大于0.2L/hr。
如果以固件和/或软件来实现，则上述功能可以被存储作为非暂态计算机可读介质上的一个或更多个指令或代码。示例包括编码有数据结构的非暂态计算机可读介质以及编码有计算机程序的非暂态计算机可读介质。非暂态计算机可读介质是物理计算机存储介质。物理存储介质可以是能够由计算机访问的任何可用介质。以示例且非限制性的方式，这样的非暂态计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置、或可以用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他物理介质。磁盘和光盘包括致密盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘和蓝光盘。通常，磁盘以磁方式重现数据，以及光盘以光学方式重现数据。以上的组合也被包括在非暂态计算机可读介质的范围内。此外，上述功能可以通过专用装置而非软件来实现，例如包括常规VLSI电路或门阵列的硬件电路、诸如逻辑芯片、晶体管或其他分立部件之类的现成的半导体，所有这些都是非暂态的。另外的示例包括诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑装置等的可编程硬件装置，所有这些都是非暂态的。又一些示例包括专用集成电路(ASIC)或超大规模集成(VLSI)电路。事实上，本领域普通技术人员可以利用任何数量的能够执行根据所描述的实施方式的逻辑操作的合适结构。
以上说明和示例提供对说明性实施方式的结构和使用的完整描述。尽管上文以一定程度的详尽或参照一个或更多个个体实施方式描述了特定实施方式，但是本领域技术人员可以在不偏离本发明的范围的情况下对所公开的实施方式作出许多改变。同样地，方法和系统的各种说明性实施方式并不旨在被限制于所公开的特定形式。反而，各种说明性实施方式包括落入权利要求书的范围内的所有修改和替代方案，并且除了所示的实施方式以外的实施方式可以包括所描绘的实施方式的一些或所有特征。例如，元素可以被省略或者可以被组合为单一结构，以及/或者连接可以被替换。此外，在合适的情况下，上述示例中的任意示例的方面可以与所描述的其他示例中的任意示例的方面进行组合以形成具有可相比的或不同的属性和/或功能并且解决相同或不同问题的又一些示例。类似地，要理解的是，上述益处和优势可以与一个实施方式相关或者可以与一些实施方式相关。
权利要求书并不旨在包括装置加功能或步骤加功能限制并且不应当被解释为包括装置加功能或步骤加功能限制，除非在给定的权利要求中分别使用短语“用于…的装置”或“用于…的步骤”明确记载这样的限制。

Claims (57)

1.一种用于从空气生成液态水的系统，所述系统包括：
壳体，所述壳体限定吸附区域和解吸区域；
干燥剂，所述干燥剂能够选择性地在以下之间移动：
吸附区域，在所述吸附区域中所述干燥剂与处理空气流路径流体连通，使得所述干燥剂能够从所述处理空气流路径中的空气捕获水；以及
解吸区域，在所述解吸区域中所述干燥剂与再生流体路径流体连通，使得所述干燥剂能够将水释放至所述再生流体路径中的再生流体；
致动器，被配置成使所述干燥剂在所述吸附区域与所述解吸区域之间移动；
第一鼓风机，被配置成调节通过所述处理空气流路径的空气的流量；循环器，被配置成调节通过所述再生流体路径的再生流体的流量；
热单元，所述热单元包括与所述再生流体路径流体连通的壳，并且所述热单元被配置成向所述再生流体路径中的再生流体提供热能；
冷凝器，被配置成经由所述再生流体路径从所述解吸区域接收再生流体并从自所述解吸区域接收的再生流体产生液态水；以及
控制器，被配置成至少通过至少部分地基于太阳日射水平控制所述干燥剂在所述吸附区域与所述解吸区域之间的移动来控制液态水产生速率。
2.一种用于从空气生成液态水的系统，所述系统包括：
壳体，所述壳体限定吸附区域和解吸区域；
干燥剂，所述干燥剂能够选择性地在以下之间移动：
吸附区域，在所述吸附区域中所述干燥剂与处理空气流路径流体连通，使得所述干燥剂能够从所述处理空气流路径中的空气捕获水；以及
解吸区域，在所述解吸区域中所述干燥剂与再生流体路径流体连通，使得所述干燥剂能够将水释放至所述再生流体路径中的再生流体；
致动器，被配置成使所述干燥剂在所述吸附区域与所述解吸区域之间移动；
第一鼓风机，被配置成调节通过所述处理空气流路径的空气的流量；循环器，被配置成调节通过所述再生流体路径的再生流体的流量；
热单元，所述热单元包括与所述再生流体路径流体连通的壳，并且所述热单元被配置成向所述再生流体路径中的再生流体提供热能；
冷凝器，被配置成经由所述再生流体路径从所述解吸区域接收再生流体并从自所述解吸区域接收的再生流体产生液态水；以及
控制器，所述控制器被配置成至少通过至少部分地基于太阳日射水平控制所述第一鼓风机的鼓风机速度来控制液态水产生速率。
3.一种用于从空气生成液态水的系统，所述系统包括：
壳体，所述壳体限定吸附区域和解吸区域；
干燥剂，所述干燥剂能够连续地且选择性地在以下之间移动：
吸附区域，在所述吸附区域中所述干燥剂与处理空气流路径流体连通，使得所述干燥剂能够从所述处理空气流路径中的空气捕获水；以及
解吸区域，在所述解吸区域中所述干燥剂与再生流体路径流体连通，使得所述干燥剂能够将水释放至所述再生流体路径中的再生流体；
致动器，被配置成使所述干燥剂在所述吸附区域与所述解吸区域之间移动；
热单元，所述热单元包括与所述再生流体路径流体连通的壳，并且所述热单元被配置成向所述再生流体路径中的再生流体提供热能；
冷凝器，被配置成经由所述再生流体路径从所述解吸区域接收再生流体并从自所述解吸区域接收的再生流体产生液态水；以及
控制器，被配置成至少通过至少部分地基于太阳日射水平控制所述干燥剂在所述吸附区域与所述解吸区域之间的移动来控制液态水产生速率。
4.一种用于从空气生成液态水的系统，所述系统包括：
壳体，所述壳体限定吸附区域和解吸区域；
干燥剂，所述干燥剂能够选择性地在以下之间移动：
吸附区域，在所述吸附区域中所述干燥剂与处理空气流路径流体连通，使得所述干燥剂能够从所述处理空气流路径中的空气捕获水；以及
解吸区域，在所述解吸区域中所述干燥剂与再生流体路径流体连通，使得所述干燥剂能够将水释放至所述再生流体路径中的再生流体；
致动器，被配置成使所述干燥剂在所述吸附区域与所述解吸区域之间移动；
第一鼓风机，被配置成调节通过所述处理空气流路径的空气的流量；循环器，被配置成调节通过所述再生流体路径的再生流体的流量；
热单元，所述热单元包括与所述再生流体路径流体连通的壳，并且所述热单元被配置成向所述再生流体路径中的再生流体提供热能；
冷凝器，被配置成经由所述再生流体路径从所述解吸区域接收再生流体并从自所述解吸区域接收的再生流体产生液态水；以及
控制器，所述控制器被配置成至少通过至少部分地基于太阳日射水平控制所述循环器的速度来控制液态水产生速率。
5.一种用于从空气生成液态水的系统，所述系统包括：
壳体，所述壳体限定吸附区域和解吸区域；
干燥剂，所述干燥剂能够选择性地在以下之间移动：
吸附区域，在所述吸附区域中所述干燥剂与处理空气流路径流体连通，使得所述干燥剂能够从所述处理空气流路径中的空气捕获水；以及
解吸区域，在所述解吸区域中所述干燥剂与再生流体路径流体连通，使得所述干燥剂能够将水释放至所述再生流体路径中的再生流体；
致动器，被配置成使所述干燥剂在所述吸附区域与所述解吸区域之间移动；
热单元，所述热单元包括与所述再生流体路径流体连通的壳，并且所述热单元被配置成向所述再生流体路径中的再生流体提供热能；
冷凝器，被配置成经由所述再生流体路径从所述解吸区域接收再生流体并从自所述解吸区域接收的再生流体产生液态水；以及
控制器，被配置成至少通过至少部分地基于包含在查找表中的干燥剂移动的速率控制所述吸附区域与所述解吸区域之间的干燥剂移动的速率来控制液态水产生速率，所述查找表对应于太阳日射水平以及环境空气温度或环境空气相对湿度中的一个或更多个的测量结果。
6.根据权利要求3或5所述的系统，包括第一鼓风机，被配置成调节通过所述处理空气流路径的空气的流量。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制器被配置成至少通过控制所述第一鼓风机的鼓风机速度或所述干燥剂通过所述致动器的移动中的至少一个来控制所述液态水产生速率。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述控制器被配置成至少部分地基于所述太阳日射水平中的日变化在日循环内控制所述液态水产生速率。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述壳体被配置成使得所述吸附区域和所述解吸区域的尺寸是能够调节的。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括被配置成捕获表示环境空气温度的数据的温度传感器。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括被配置成捕获表示环境空气相对湿度的数据的湿度传感器。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括被配置成捕获表示所述太阳日射水平的数据的太阳日射传感器。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述太阳日射传感器包括被配置成捕获表示所述热单元下游的所述再生流体路径中的再生流体的温度的数据的温度传感器。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括：
温度传感器，被配置成捕获表示所述处理空气流路径中的空气的温度的数据；
其中，所述控制器被配置成至少部分地基于由所述温度传感器捕获的数据来控制所述液态水产生速率。
15.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括：
湿度传感器，被配置成捕获表示所述处理空气流路径中的空气的相对湿度的数据；
其中，所述控制器被配置成至少部分地基于由所述湿度传感器捕获的数据来控制所述液态水产生速率。
16.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括：
湿度传感器，被配置成捕获表示所述再生流体路径中的再生流体的相对湿度的数据；
其中，所述控制器被配置成至少部分地基于由所述湿度传感器捕获的数据来控制所述液态水产生速率。
17.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括：
流量传感器，被配置成捕获表示通过所述处理空气流路径的空气的流量的数据；
其中，所述控制器被配置成至少部分地基于由所述流量传感器捕获的数据来控制所述液态水产生速率。
18.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括：
流量传感器，被配置成捕获表示通过所述再生流体路径的再生流体的流量的数据；
其中，所述控制器被配置成至少部分地基于由所述流量传感器捕获的数据来控制所述液态水产生速率。
19.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述热单元被配置成吸收日光以将热能的至少一部分提供给所述再生流体路径中的再生流体。
20.根据权利要求19的系统，其中，所述热单元包括：
透明层，被配置成使得日光能够进入所述热单元的所述壳；
吸收器，被配置成从日光吸收热能并且将从所述日光吸收的热能的至少一部分提供给所述再生流体路径中的再生流体；以及
绝热体，被配置成使所述壳的至少一部分绝热。
21.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述冷凝器被配置成将热能从所述干燥剂下游的所述再生流体路径中的再生流体传递至所述干燥剂上游的所述处理空气流路径中的空气。
22.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括被配置成接收从所述冷凝器产生的液态水的水收集单元。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述水收集单元包括过滤器。
24.根据权利要求22所述的系统，其中，所述水收集单元包括紫外光源。
25.根据权利要求22所述的系统，其中，所述水收集单元包括被配置成容纳要引入至从所述冷凝器产生的液态水的一种或更多种添加剂的容器。
26.根据权利要求22所述的系统，其中，所述水收集单元具有最大横向尺寸小于或等于8英尺的占用区域。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述占用区域的面积小于或等于64平方英尺。
28.根据权利要求26或27所述的系统，其中，所述水收集单元能够被容纳在小于或等于512立方英尺的立方体积内。
29.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括被配置成向所述系统提供电力的太阳能单元。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述太阳能电力单元包括太阳能面板。
31.根据权利要求29所述的系统，其中，所述系统被配置成在没有外部电力源的情况下进行操作。
32.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括被配置成将热能从所述吸附区域的一部分传递至所述解吸区域的一部分的吹扫空气流路径。
33.根据权利要求32所述的系统，其中，所述控制器被配置成至少部分地基于所述吹扫空气流路径中的空气的温度来控制所述液态水产生速率。
34.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括被配置成将热能从所述干燥剂下游的所述再生流体路径中的再生流体传递至所述干燥剂上游的所述再生流体路径中的再生流体的回收热交换器。
35.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括第二干燥剂，所述第二干燥剂被配置成下述中的至少一个：
将来自所述冷凝器下游的所述再生流体路径中的再生流体的水传递至所述冷凝器上游的所述再生流体路径中的再生流体；或
将热量从一个再生流体路径传递至另一路径。
36.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述干燥剂被布置在盘上，所述干燥剂被配置成在所述盘旋转时在所述吸附区域与所述解吸区域之间移动。
37.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述系统被配置成使得所述干燥剂的第一部分能够被布置在所述吸附区域内而所述干燥剂的第二部分同时被布置在所述解吸区域内。
38.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述壳体、所述热单元和所述冷凝器中的每一个具有最大横向尺寸小于或等于8英尺的占用区域。
39.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，包括被配置成接收和发送与所述系统的操作相关联的信息的收发器。
40.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述再生流体路径包括闭合回路。
41.一种从空气生成液态水的方法，所述方法包括：
将干燥剂移动成与处理空气流路径流体连通，使得所述干燥剂从所述处理空气流路径中的空气捕获水；
将再生流体路径中的再生流体传送通过热单元的壳以对所述再生流体路径中的再生流体进行加热；
将所述干燥剂移动成与所述再生流体路径流体连通，使得所述干燥剂将水释放至所述再生流体路径中的再生流体；
在冷凝器中经由所述再生流体路径从所述干燥剂接收再生流体以从在所述冷凝器中接收的再生流体产生液态水；以及
使用控制器至少部分地基于太阳日射水平至少控制所述干燥剂的移动的速率来控制液态水产生速率。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，至少部分地通过所述控制器参照包含在查找表中的所述干燥剂的移动的速率来执行所述控制，所述查找表对应于所述太阳日射水平。
43.根据权利要求41所述的方法，其中，至少部分地通过所述控制器至少部分地基于所述太阳日射水平确定由参数函数表示的所述干燥剂的移动的速率来执行所述控制。
44.根据权利要求42所述的方法，包括通过以下生成所述查找表：
以多个操作参数组中的每个操作参数组执行根据权利要求1至40中任一项所述的系统的模拟，所述多个操作参数组中的每个操作参数组包括所述太阳日射水平；
对于所述多个操作参数组中的每个操作参数组至少确定通过所述系统控制所述液态水产生速率的所述干燥剂的移动的相应速率；以及
将所述干燥剂的移动的相应速率中的每个相应速率存储在所述查找表中。
45.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，其中，所述控制包括至少部分地基于所述热单元下游的所述再生流体路径中的再生流体的温度来控制所述液态水产生速率。
46.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，其中，所述控制包括至少部分地基于所述处理空气流路径中的空气的温度来控制所述液态水产生速率。
47.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，其中，所述控制包括至少部分地基于所述处理空气流路径中的空气的相对湿度来控制所述液态水产生速率。
48.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，其中，所述控制包括至少部分地基于所述再生流体路径中的再生流体的相对湿度来控制所述液态水产生速率。
49.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，其中，所述控制包括至少控制鼓风机的速度以调节通过所述处理空气流路径的空气的流量。
50.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，其中，所述控制包括至少控制循环器的速度以调节通过所述再生流体路径的再生流体的流量。
51.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，包括使用所述热单元吸收日光以对所述再生流体路径中的再生流体进行加热。
52.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，包括将所述处理空气流路径中的空气传送通过所述冷凝器以将热能从所述再生流体路径中的再生流体传递至所述处理空气流路径中的空气。
53.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，包括收集从所述冷凝器产生的液态水。
54.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，包括对从所述冷凝器产生的液态水进行过滤。
55.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，包括将添加剂溶解到从所述冷凝器产生的液态水中。
56.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，包括使用第二干燥剂进行下述中的至少一个：
将来自所述冷凝器下游的所述再生流体路径中的再生流体的水传递至所述冷凝器上游的所述再生流体路径中的再生流体，或
将热量从一个再生流体路径传递至另一路径。
57.根据权利要求41至44中任一项所述的方法，其中，所述处理空气流路径中的空气的流量是所述再生流体路径中的再生流体的流量的至少5倍。
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