CN117083437A - 从空气中产生水的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种从包含水蒸汽的工艺气体中产生液态水的产水系统。在多种实施例中，所述产水系统包括太阳能热单元、冷凝器和控制器，该控制器被配置成在加载操作模式与释放操作模式之间操作所述产水系统以产生液态水。本文公开了一种从工艺气体中产生水的方法。在多种实施例中，所述方法包括使工艺气体流入太阳能热单元；从加载操作模式转换到释放操作模式；在释放操作模式期间使再生流体流入太阳能热单元和冷凝器；以及从再生流体中冷凝水蒸汽以产生液态水。

Description

从空气中产生水的系统和方法

对相关申请的引用

本申请要求于2021年1月19日提交的名称为“从空气中产生水的系统和方法”的第63/139,216号美国临时专利申请、于2021年4月2日提交的名称为“从空气中产生水的吸湿性系统和方法”的第63/170,366号美国临时专利申请和于2021年11月2日提交的名称为“从空气中产生水的系统和方法”的第63/274,753号美国临时专利申请的优先权和权益，这些专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及从气体产生液态水的系统和方法。具体而言，本公开涉及一种通过吸湿性部件从环境空气中产生液态水的系统和方法。

背景技术

通过从环境空气或大气中提取水蒸汽来产生液态水可能存在各种挑战。某些挑战包括与以低成本和高可靠性最大限度地提高产水率和/或效率相关的挑战。需要用于从大气中产生液态水并且在某些情况下通过紧凑的模块化装置来产生液态水的改进系统和方法，所述装置除了易于制造和部署之外，还被配置成具有高效率、高现场适用性和维护性。

此外，某些挑战与采用吸湿剂或吸湿性材料吸收水和释放水蒸汽以产生液态水的方法相关。来自空气系统的水可以包含固体或液体吸湿剂。采用液体吸湿剂的系统通常采用喷洒液体吸湿剂雾的方法来改善与气体的相互作用和从气体中吸收水。但是，这种方法可能需要大量的能量和额外的分离过程来分离水和废气。由于各种考虑，包括有限的表面积和有限的质量比吸水潜力，使用固体吸湿剂的系统对于水的生产来说效率较低。需要一种以高效和/或可部署的形式利用吸湿性系统高效且持续地产水的改进系统和方法。

发明内容

本文公开了一种产水系统。在多种实施例中，所述从工艺气体(例如空气)产生水的系统包括太阳能热单元，该太阳能热单元被配置成在加载操作模式期间从空气中吸收热能和捕获水蒸汽，并且在释放操作模式期间将热量和水蒸汽传递给在再生流动路径中流动的工作气体。所述产水系统还包括冷凝器，该冷凝器被配置成在释放操作模式期间冷凝来自工作气体的水蒸汽以产生液态水。此外，所述产水系统包括控制器，该控制器被配置成在加载操作模式与释放操作模式之间操作产水系统。

本文公开了一种使用产水系统从工艺气体产生水的方法。在多种实施例中，所述方法包括：在加载操作模式期间，使工艺气体(例如空气)流到太阳能热单元的工艺入口，流过太阳能热单元的工艺流动路径，并流到太阳能热单元的工艺出口；其中所述太阳能热单元在工艺气体流过时从工艺气体中捕获水蒸汽。所述方法还包括从加载操作模式转换到释放操作模式；在释放操作模式期间，至少部分地密封太阳能热单元的工艺入口和工艺出口；以及，在释放操作模式期间，使工作气体流至太阳能热单元的再生入口，流过太阳能热单元的再生流动路径，并流至太阳能热单元的再生出口；其中所述工作气体在流过太阳能热单元时积聚来自太阳能热单元的热量和水蒸汽。所述方法还包括在释放操作模式期间使工作气体从太阳能热单元的再生出口流过太阳能热单元和冷凝器；以及通过冷凝器冷凝来自工作气体的水蒸汽以产生液态水。

附图说明

以下附图是示例性的而不是限制性的。为了简洁和清楚起见，给定结构的每个特征不一定总是在出现该结构的每个图中被标出。相同的附图标记不一定表示相同的结构。相反，相同的附图标记可以用来表示相似的特征或具有相似功能的特征，这些特征也可能由不同的附图标记表示。附图中的视图是按比例绘制的(除非另有说明)，这意味着，至少对于视图中的实施例来说，所描绘的元件的尺寸相对于彼此是精确的。

图1示出了一个实施例的产水系统；

图2A示出了一个实施例的太阳能热单元的俯视透视图；

图2B示出了一个实施例的太阳能热单元的横截面侧视图；

图2C示出了一个实施例的太阳能热单元的分解图；

图3A示出了一个实施例的太阳能热单元中的工艺流动路径的横截面图；

图3B示出了一个实施例的太阳能热单元中的工艺流动路径的横截面图的放大部分；

图3C示出了一个实施例的太阳能热单元中的工艺流动路径的横截面图的放大部分；

图3D示出了一个实施例的太阳能热单元中的工艺流动路径的横截面图的放大部分；

图4A示出了一个实施例的太阳能热单元中的再生流动路径的横截面图；

图4B示出了一个实施例的太阳能热单元中的再生流动路径的放大部分的横截面图；

图4C示出了一个实施例的太阳能热单元中的再生流动路径的放大部分的横截面图；

图4D示出了一个实施例的太阳能热单元中的再生流动路径的放大部分的横截面图；

图5示出了一个实施例的产水系统在吸收或加载操作循环期间的框图，该系统包括工艺流动路径；

图6A示出了一个实施例的产水系统在释放或卸载操作循环期间的框图，该系统包括再生流动路径；

图6B示出了一个实施例的产水系统在释放或卸载操作循环期间的框图，该系统包括再生流动路径；

图6C示出了一个实施例的产水系统在释放或卸载操作循环期间的框图，该系统包括再生流动路径；

图7A示出了一个实施例的太阳能热单元中的工艺流动路径的横截面图；

图7B示出了一个实施例的太阳能热单元中的再生流动路径的横截面图；

图8A示出了一个实施例的太阳能热单元中的工艺流动路径的横截面图；

图8B示出了一个实施例的太阳能热单元中的再生流动路径的横截面图；

图9A示出了一个实施例的太阳能热单元中的工艺流动路径的横截面图；

图9B示出了一个实施例的太阳能热单元中的再生流动路径的横截面图；

图10A示出了一个实施例的太阳能热单元中的工艺流动路径的横截面图；

图10B示出了一个实施例的太阳能热单元中的再生流动路径的横截面图；

图11示出了一个实施例的用于产水系统的吸湿性复合材料的等温线图；

图12示出了一个实施例的用于增加吸湿性复合材料的盐含量的水加载限值的等值线图；

图13A示出了一个实施例的下部壳体组件的俯视透视图；

图13B示出了一个实施例的下部壳体组件的侧视透视图；

图14A示出了一个实施例的集成交换器和冷凝器单元的俯视透视图；

图14B示出了一个实施例的包括散热器的集成交换器和冷凝器单元的仰视透视图；

图14C示出了一个实施例的包括散热片的散热器的横截面图；

图15A示出了一个实施例的集成交换器和冷凝器单元的横截面透视图；

图15B示出了一个实施例的集成交换器和冷凝器单元的横截面侧视图；

图16A示出了一个实施例的阀门单元的横截面侧视图；

图16B示出了一个实施例的阀门单元的俯视图；

图16C示出了一个实施例的阀门单元的透视侧视横截面图；

图16D是一个实施例的阀门单元的侧视横截面图；

图17示出了一个实施例的下部壳体组件的部件的展开图；

图18示出了一个实施例的产水系统的框图，该系统包括具有可选的流动旁路的工艺流动路径；

图19示出了一个实施例的产水系统的框图，该系统包括可选的再循环或旁路再生流动路径；

图20示出了一个实施例的包括带有冷却流体导管的冷凝器的下部组件在释放或卸载操作循环期间的框图；

图21示出了一个实施例的在释放或卸载操作循环期间的冷却流体分配网络的一部分的示意图；

图22A示出了一个实施例的包括管-翅片构造的水平冷却导管的冷凝器的一部分；

图22B示出了一个实施例的包括竖直盘管构造的冷凝器的一部分；

图23示出了一个实施例的产水系统在释放或卸载操作循环期间的框图，该系统包括穿过冷凝器的再生流动路径；

图24示出了一个实施例的产水系统在释放或卸载操作循环期间的框图，该系统包括穿过包含雾化单元的冷凝器的再生流动路径；

图25A示出了一个实施例的包括雾化单元的冷凝器的俯视侧透视图；

图25B示出了一个实施例的雾化喷嘴；

图26示出了一个实施例的操作产水系统的方法；

图27示出了一个实施例的操作产水系统的方法；

图28示出了一个实施例的操作产水系统的方法；

图29示出了一个实施例的操作产水系统的方法；

图30示出了一个实施例的操作产水系统的方法；

图31示出了一个实施例的操作产水系统的方法；

图32A示出了一个实施例的在产水系统的运行期间用于加载和卸载操作循环的吸湿性复合材料或复合材料组件中的平衡的水的曲线图；

图32B示出了一个实施例的在产水系统的运行期间用于加载和卸载操作循环的吸湿性复合材料或复合材料组件中的平衡的水的曲线图；

图33示出了一个实施例的操作产水系统的方法；

图34示出了一个实施例的操作产水系统的方法；

为了示图的简洁和清楚起见，附图示出了一般的构造方式，并且可能省略了公知特征和技术的说明和细节，以避免不必要地使本发明变得模糊。此外，附图中的元件不一定是按比例绘制的。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被夸大了，以便更好地理解本发明的实施例。相同的附图标记在不同的附图中表示相同的元件。

具体实施方式

本文中的多种实施例的详细说明是参照附图进行的，这些附图以示意性方式示出了多种实施例。虽然对多种实施例的说明足够详细，能使本领域技术人员实施本公开，但是应理解，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，还能够实现其它实施例，并且能够做出逻辑、化学和机械变化。

因此，在此给出的详细说明仅是出于示例性目的，而不是限制性的。例如，在任何方法或过程说明中叙述的步骤可按任何顺序执行，并且不必受限于所给出的顺序。此外，对单数的任何引用包括多个实施例，并且对不止一个部件或步骤的任何引用可包括单个实施例或步骤。而且，对附接、固定、连接等的任何引用可包括永久的、可移除的、临时的、部分的、完全的和/或任何其它可能的附接方案。在所有附图中，表面阴影线可以用来表示不同的部分，但不一定表示相同或不同的材料。

本公开包括例如用于水处理和存储的系统和方法的实施例。术语“联接”被定义为连接，虽然不一定是直接连接，也不一定是机械地连接。术语“一”和“一个”被定义为一个或更多个，除非本公开另行明确要求。术语“基本上”被定义为在很大程度上但不一定完全是所规定的项目(并且包括所规定的项目；例如，基本上90度包括90度，基本上平行包括平行)，正如本领域普通技术人员所理解。在任何公开的实施例中，术语“基本上”、“近似”和“大约”可以用“在规定的数值的某个[百分比]之内”代替，其中该百分比包括0.1、1、5和10％。此外，以某种方式配置的装置或系统是至少以该方式配置的，但是也可以以除了具体说明的方式之外的其它方式配置。

术语“包括”(以及其任何语法变化形式)、“具有”(以及其任何语法变化形式)、“包含”(以及其任何语法变化形式)和“含有”(以及其任何语法变化形式)是开放式联接动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或更多个元件的装置拥有所述的一个或更多个元件，但不限于仅拥有这些元件。同样，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或更多个操作或步骤的方法拥有所述的一个或更多个操作或步骤，但不限于仅拥有这些操作或步骤。

任何设备、系统和方法的任何实施例可以由任何所说明的步骤、元件和/或特征组成或基本上由这些步骤、元件和/或特征组成，而不是包括/包含/含有/具有这些步骤、元件和/或特征。因此，在任何权利要求中，术语“由......组成”或“基本上由......组成”可以代替上面列举的任何开放式联接动词，以改变使用所述开放式联接动词限定的给定权利要求的范围。即使没有说明或示出，一个实施例的一个或多个特征也可以应用于其它实施例或实施方案，除非本公开或实施例的性质明确禁止如此。

如将在下文中详细说明的，本公开说明了用于从工艺气体(例如环境空气)中高效地产生水的多种系统和方法。所述从环境空气中产生水的系统和方法能够提供多种优点，包括无需外部动力的高效率的产水、简单的部署、快速的现场安装、以及高度的现场适用性和维护性。通过下面的公开内容，自我驱动且高效的产水系统及其操作方法将变得明显。此外，通过下面的公开内容，紧凑、小巧和/或模块化的从大气中产生液态水的装置以及它们的操作方法将变得明显。此外，所述从环境空气中产生水的系统和方法能够提供多种优点，包括使用耐用的吸湿性材料、复合材料和/或组件高效且持续地产生液态水。本公开的系统可以将吸湿性材料、复合材料和/或组件设计方法与操作控制方法相结合，以实现长期运行稳定性和高效率，以从空气中产生液态水。此外，所述从环境空气中产生水的系统和方法能够提供多种优点，包括使用高效的冷凝器组件和操作方法产生大量液态水和实现高生产率，而不需要外部动力，这将通过下面的公开内容变得明显。

图1示出了从含有水蒸汽的工艺气体中产生液态水的产水系统100，该产水系统100可以是模块化的和/或可现场维护的。在多种实施例中，所述工艺气体包括大气压下的环境空气。系统100包括被配置成在下部壳体组件130上方吸收太阳能(例如来自白天的太阳辐照)的太阳能热单元110。下部壳体组件130可以包括冷凝器144，并且，在一些实施例中，包括紧凑的集成交换器和冷凝器单元140，这将在下面更详细地说明。为了便于说明，将结合上部太阳能热单元以及包括冷凝器的下部组件说明本公开的产水组件，所述上部太阳能热单元可以包括上部壳体(例如111)，所述下部组件可以包括下部壳体(例如132、134)。但是，应理解，其它配置也是可能的，例如，一个或更多个太阳能热单元可以经由任何所需数量的导管联接至冷凝器和/或全热交换器，该冷凝器和/或全热交换器可以不是物理地位于相关联的太阳能热单元下方或下部壳体或下部壳体组件内。在一些实施方案中，为了便于制造、运输和/或安装，优选制造包括与包含冷凝器的下部壳体组件分开的上部壳体的太阳能热单元。例如，可以独立地制造一个或更多个太阳能热单元，然后在包装或安装时将其与冷凝器组件或下部壳体组件联接或结合。

系统100可以通过安装组件安装或装配在地面或屋顶上。在一些实施例中，产水系统100可以安装在被配置成跟踪太阳的运动的跟踪组件(例如单轴太阳能跟踪器、多轴太阳能跟踪器等)上，以最大限度地增加向太阳能热单元输入的热能。在其它实施方案中，安装组件102可以被配置成使系统100处于固定的倾斜形态，即，相对于地面或屋顶成一个小角度，例如，对于在北半球的安装，可以朝向南方天空，或者，对于在南半球的安装，可以朝向北方天空。在本文中使用的描述性术语“前方”、“后方”、“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”、“之上”、“之下”等用来帮助理解本发明，而不具有限制意义。此外，在本文中可以使用北、南、东和西的方向，这假设安装地点在北半球，但是，对于在南半球的安装，可以使用相反的方向，这不会脱离本公开的精神和范围。

如图1所示，支撑组件102包括多个竖直支柱104，这些支柱将多个水平梁106支撑在高于地面的高度。水平梁106可以沿着大致水平的轴线延伸，或者例如沿着东西轴线延伸。在所示的实例中，位于大致北侧的竖直支柱104的高度大于位于大致南侧的竖直支柱的高度。这样，系统100的前表面(即，太阳能热单元110的前表面)以固定的倾斜角度朝向南方。下部壳体组件130的北侧边缘被支撑在水平梁106上方，以便于接近位于系统100的大致北、东、西三侧的面板，从而实现可现场维护性，这将在下面更详细地说明。

在多种实施例中，太阳能热单元包括位于顶盖层下方的一个或更多个间质层，用于收集太阳辐射。在一个实例中，所述一个或更多个间质层可以包括包含一块或更多块用于将太阳辐射转化为电能的光伏(PV)面板以及一个或更多个玻璃覆层(例如透明层、玻璃层)或它们的组合的组件。本公开的太阳能热单元通过将来自阳光的能量传递给流经太阳能热单元的再生流体、吸热流体或工作流体而将太阳辐照转化为热能。在一些实施例中，所述太阳能热单元被至少部分地配置成将太阳辐照转化为电能和热能的太阳能光伏单元。在至少一些实例中，本公开的太阳能热单元可以被配置成使得温度梯度沿着太阳能热单元的深度在吸热流体沿着太阳能热单元内的再生流动路径流动的方向上增加。这可能导致热量基本上被从系统的一个或更多个上层(例如与环境空气接触的玻璃覆层)提取和/或导出，从而使这些层保持较冷。太阳能热单元的再生流动路径可以被配置成导引再生流体或工作气体从玻璃覆层、从布置在玻璃覆层下方并与玻璃覆层隔开的一个或更多个间质层或从它们的组合收集热量。

图2A示出了太阳能热单元110的俯视透视图，图2B示出了太阳能热单元110的侧视横截面图，图2C示出了太阳能热单元110的分解图。太阳能热单元110包括壳体111(例如隔热保护外壳)和顶盖或顶部外表面，该顶盖或顶部外表面包括玻璃覆层112(例如一个或更多个玻璃层)和位于玻璃覆层112下方的光伏(PV)面板114。在多种实施例中，所述太阳能热单元包括一个或更多个间质层，例如顶面、顶盖层或玻璃覆层下方的间质层116。如图所示，玻璃覆层112包括位于以间质层116为中心的PV面板114上方的顶部玻璃覆层(例如玻璃面板)和中间玻璃覆层(例如玻璃面板)。但是，在其它实施例中，在太阳能热单元的顶层和/或中间玻璃覆层中可以包含一块或更多块PV面板114，并且可以将这些PV面板114布置在替代位置(例如沿着太阳能热单元的一个或更多个侧面或边缘)。太阳能热单元110的顶面或顶盖层、玻璃覆层和/或间质层可以包含允许太阳辐射进入太阳能热单元110的内部(例如穿过玻璃覆层112和间质层116)的透明材料(例如玻璃)。

可以将太阳能热单元110的内部容积设计或配置成通过使用任何所需的静态或主动装置(例如静压箱、导流器、分流器、分离器、挡板、整流器、隔板和/或歧管)来平衡、导引和分配流过其中的气体。例如，可以配置静压箱117a、分离器117b和隔板117c，以限定太阳能热单元110在加载和/或卸载操作循环中的工艺和工作流体流动路径。

在多种实施例中，所述工艺气体流动路径的一些或所有部分可以被配置成相对于太阳能热单元中的再生流动路径的部分具有更大尺寸。例如，所述工艺流动路径的一个尺寸(例如高度)可以大于或等于太阳能热单元中的再生流动路径的另一个尺寸(例如高度)的四倍。在这个非限制性实例中，平行板之间的液流相对于顶部和底部液流板之间的高度是立方的。在这样的实施例中，工艺流动路径的更大尺寸的高度可以允许更高的流量，同时使得工艺流动路径与再生流动路径相交的风险最小，例如在加载操作模式或循环期间。

在一些实施例中，间质层(例如116)能够促进与玻璃覆层(例如112)和/或光伏(PV)面板(例如114)的液流相互作用，从而导致工作气体的热量提取增加。在多种实施例中，间质层可以由相同的材料或不同的材料制成。除了产生热能之外，本公开的太阳能热单元的一些实例也能够产生电能。在这样的实例中，电能可以由包含一个或更多个光伏电池的光伏(PV)模块或面板(例如114)产生，所述一个或更多个光伏电池可以位于太阳能热单元110的顶盖层或顶面处。进入太阳能热单元110的上部的吸热流体或工作气体可以从所述一块或更多块光伏(PV)面板(例如114)收集热量。由于光伏电池在被冷却时更高效地运行，因此从所述一块或更多块光伏(PV)面板收集热量的工作流体能够保持或提高所述一块或更多块光伏(PV)面板的效率，并且增加由工作流体吸收的热量。图2A-2C所示的太阳能热单元110包括三层：顶盖层(例如玻璃)、中间玻璃间质层和间质层(例如玻璃层和太阳能电池的组合)，但是，也可以采用其它数量、配置和组成的太阳能热单元的上层，这不会脱离本公开的精神和范围。例如，在一些实施例中，太阳能热单元可以包括顶盖层和单个间质层，工作流体可以被导引到它们之间以吸收热量。

在图2A-C的实例中，所述太阳能热单元包括位于玻璃覆层112和间质层116下方并与之隔开的分段或独立的光吸收材料部分或层118a、118b。在许多实施例中，所述吸收部分或层118a和118b可以包括多孔吸湿性材料、主体或组件或由多孔吸湿性材料、主体或组件形成，所述多孔吸湿性材料、主体或组件被配置成从流过其中的工艺气体(例如大气压下的环境空气)中捕获或吸收水蒸汽，例如在加载操作模式或循环期间。此外，再生或工作流体可以在流过所述一个或更多个多孔吸湿层、主体或组件时积聚热量和水蒸汽，例如在再生或释放操作模式或循环期间。在多种实施例中，所述太阳能热单元包括吸收层(例如多孔吸湿性材料、主体或组件)与顶盖层、顶面或玻璃层之间的一个或更多个间质层。在释放操作模式或循环期间，工作流体能够流过在吸收层(例如一个或更多个多孔吸湿层)之前沿着所述一个或更多个间质层流动，以从所述一个或更多个间质层收集热量，并从所述一个或更多个吸收层收集水蒸汽。

在许多实施例中，所述吸收部分或层(例如118)包括多孔吸湿层、材料、复合材料、主体或组件或由多孔吸湿层、材料、复合材料、主体或组件形成，所述多孔吸湿层、材料、复合材料、主体或组件被配置成捕获和释放水蒸汽，并且可以具有将在下文中更详细地说明的多种组成和结构。为了便于说明，将使用以下术语来描述太阳能热单元内的吸湿性或水蒸汽吸附/解吸部分或层，除非另有说明。

术语“吸湿性介质”或“吸湿性材料”在本文中用于描述参与水的吸收/吸附和解吸的功能性材料。

术语“支撑介质”或“支撑基质”在本文中用于描述具有调整的或规定的孔隙分布以支撑潮解性盐或吸湿性材料的支撑结构，该支撑结构例如使得在吸湿性材料获得水并转变为液态时，由液体和孔壁的相互作用产生的毛细作用力基本上将液体保留在孔隙结构中。

术语“吸湿性复合材料”或“复合材料”在本文中用于描述支撑介质和吸湿性介质的组合。吸湿性介质被支撑在由支撑介质的内部孔隙结构和外部表面几何形状所限定的表面之中和之上。

术语“吸湿性复合材料组件”或“复合材料组件”在本文中用于描述为了将“吸湿性复合材料”保持在满足系统的物理标准(包括结构特性、压降、流动路径和热学特性)的功能部分中而产生的组件、形式或结构。复合材料组件可以是被保持在框架内的复合材料的松散封装结构，或者它本身可以是包含复合材料、粘合剂和/或形成刚性自我支撑复合材料的结构部件的复合结构。

在许多实施例中，太阳能热单元110是包含位于壳体111内的一种或更多种吸湿性材料、复合材料、复合材料组件、主体和/或层的热力除湿单元或热力吸湿单元。所述吸湿性材料可以被配置成例如在加载操作模式或循环期间从工艺气体中捕获水蒸汽，并在释放操作模式或循环期间将捕获的水蒸汽释放到再生流体或“工作”流体中。在多种实施例中，所述吸湿性材料可以被配置成一个或更多个多孔吸湿性主体或层，例如包括支撑基质的吸湿性复合材料。在本文中使用的表征术语“多孔”或“多孔性”可以描述与太阳能热单元或热力吸湿单元内的吸湿性材料的溢流型或平板型实施方式相反的流通型实施方式。虽然可以采用溢流型或平板型实施方式而不会脱离本发明的范围，但是优选使边界层保持较小且具有高度的渗透性，例如像能够在多孔流通型主体中提供的构造那样。还可以将多孔吸湿性材料、复合材料、复合材料组件或层配置成吸收热能(例如辐射太阳热能)并将捕获的水蒸汽释放到工作或再生流体中，例如在释放操作模式或循环期间。在一个实例中，可以在流量分配器(例如图2B的部分118a和118b)内布置吸湿性材料和/或复合材料，例如但不限于网格结构、顶部和底部刚性多孔板、内波纹流体通道和/或编织和纤维网，以维持背压并分配流量。如在下文将更详细地说明的，还可以将吸湿性复合材料配置成复合材料组件，使得其结构为系统提供结构特性、压降、流动路径和/或热学特性。

在一些实施例中，可以将多孔吸湿性材料设置为一个或更多个分层结构、吸湿性颗粒或珠粒的填充床、或基本上连续或整体的结构。此外，多孔吸湿性材料可以包括一种或更多种光吸收或光激活的吸湿性材料。在一个实例中，可以通过粘合剂使吸湿性颗粒聚集或分散在大表面积的基体或支撑介质中。可以选择吸湿性材料和/或支撑介质(如果存在)，以最大限度地减少太阳辐射的反射并改善热能的吸收和传导。例如，吸湿性材料和/或支撑介质(如果存在)可以是深色或黑色的。在一些实施例中，可以将吸湿性材料混合、结合和/或嵌入到材料或结构中，以高效地吸收和/或传递热量。例如，可以将所述吸湿性材料分散在导热率大于50W/mK的金属结构周围。在其它实施例中，所述吸湿性材料是被容纳在热力吸湿单元内的自我支撑结构。在一个实例中，设置在所述太阳能热单元内的多孔吸湿性材料被选择为吸收水蒸汽达到其自身质量的50-300％。

所述系统的吸湿性材料、复合材料、吸附介质或吸湿剂可以包括处于任何期望的形态的任何所需介质(例如使得吸湿性材料、吸湿剂或吸附介质能够吸附和解吸水蒸汽)。下文中的对吸湿性材料和吸附介质的说明仅是示例性的。在一些实施例中，所述吸湿性材料能够在第一温度、相对湿度和/或压力下吸附，在第二温度、相对湿度和/或压力下解吸。所述吸湿性材料可以以液体、固体和/或它们的组合的形式提供。所述吸湿性材料可以作为浸渍有吸湿性材料的多孔固体提供。例如，所述吸湿性材料可以包括一种或更多种选自由以下材料所组成的组的材料：二氧化硅、硅胶、氧化铝、氧化铝凝胶、蒙脱石粘土、沸石、分子筛、金属-有机骨架、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、碳、丙三醇、乙二醇、亲水聚合物、多元醇、聚丙烯纤维、纤维素纤维、它们的衍生物以及它们的组合。在一些实施例中，可以选择和/或配置所述吸湿性材料，以避免吸附某些分子(例如在被人类食用时可能有毒的分子)。在本文中使用的术语“吸附”指吸收、吸附或它们的组合。

在多种实施例中，可以针对具有两个或更多个流体流动路径的分流和/或分隔操作设计来配置太阳能热单元110的内部层和部件，或者将太阳能热单元110的内部层和部件配置成这样的设计。本公开的太阳能热单元可以具有分隔流动架构，其中一个或更多个分离器和/或导流元件限定至少部分地分开或不同的流动路径，例如工艺流动路径和再生流动路径。此外，本公开的太阳能热单元可以具有分裂或分隔流动架构，其中一个或更多个分离器和/或导流元件沿着工艺流动路径或再生流动路径进行分流，例如以减少通过产水系统的压降。如图2B-2C所示，太阳能热单元110包括沿着太阳能热单元110的保护外壳111的后平面120布置的工艺入口122和工艺出口124，所述工艺入口122用于在加载操作模式期间输入工艺气体(例如环境空气)，所述工艺出口124用于输出工艺气体(例如环境空气)。此外，太阳能热单元110包括沿着太阳能热单元110的后平面120布置的再生入口126和再生出口128，所述再生入口126用于在释放操作模式期间输入再生流体或“工作”气体，所述再生出口128用于输出再生流体或工作气体。

如下文中所更详细地说明的，用于从工艺气体(例如环境空气)产生液态水的多种系统包括太阳能热单元，该太阳能热单元包括一个或更多个吸湿主体、层或组件。吸湿主体、层或组件被配置成在加载循环期间从在穿过吸湿主体、层或组件的工艺流动路径中流动的工艺气体中捕获水蒸汽。此外，所述吸湿主体、层或组件被配置成在卸载或释放循环期间吸收热能(例如通过辐射太阳辐照、热传导和/或再生气体对流)，并将水蒸汽释放到在穿过所述吸湿主体、层或组件的再生流动路径中流动的再生或工作流体中。用于从工艺气体产生液态水的多种系统还包括用于冷凝水蒸汽的冷凝器，以从流过太阳能热单元之后在再生流动路径中流动的再生或工作流体产生液态水。

图3A-D和图4A-D示出了太阳能热单元110(例如太阳能吸湿单元)，该太阳能热单元110包括包含两个流体流动路径的流动架构，其中液流被连续导引通过不同的分开或分隔的光吸收部分(例如吸湿性复合材料组件118a和118b)。具体而言，图3B、3C和3D示出了图3A所示的工艺流动路径(由虚线表示)的横截面图的放大部分。图4B、4C和4D示出了图4A所示的再生流动路径的横截面图的放大部分。

图3A-D示出了工艺流动路径(由虚线表示)，其中工艺气体(例如环境空气)经由工艺入口122流入太阳能热单元110，流过太阳能热单元110的内部，并经由工艺出口124排出，例如在加载操作模式或循环期间。所述工艺流动路径可以首先导引工艺气体通过吸湿性材料(例如通过复合材料组件118b，沿着间质层116下方的中间流动段流动，然后通过吸湿性复合材料组件118a和118b)。在加载模式或循环期间，吸湿性复合材料组件118a和118b可以在工艺气体流过时加载、吸收或捕获来自工艺气体的水蒸汽。

图4A-D示出了再生流动路径(由虚线表示)，其中在释放操作模式或循环期间，再生流体或工作气体经由再生入口126流入太阳能热单元110，流过太阳能热单元110的内部，并经由再生出口128离开。如图所示，多个分离器或导流元件117限定再生流动路径(图4A-D的虚线)，该再生流动路径首先将再生或工作气体导引至太阳能热单元的顶部段或上部(例如在间质层116的中间玻璃覆层112与PV板114之间)以收集热量，然后通过吸湿层或复合材料组件118a和118b以收集额外的热量和/或水蒸汽。这可以导致热量被基本上从系统的上层(例如玻璃覆层112)被提取或导出，从而使这些层保持较冷。相比之下，常规的太阳能热单元往往有非常热的外表面。在一些实施例中，一个或更多个加热元件可以结合到玻璃覆层112和/或间质层116中，并且例如可以由系统控制器基于环境条件(例如如果太阳照度或辐照低于预定阈值)、系统操作条件(例如如果再生流体温度或系统含水量低于预定阈值)等激活。所述太阳能热单元的构造还能够导致来自太阳辐照的热量被导引并保留在该单元的绝大多数隔热区域中，从而减少该单元的辐射损失。此外，再生流体能够从PV面板114的顶面收集热量，然后从PV面板114的底面收集热量，如图4C所示。由于光伏电池在被冷却时更高效地运行，因此从PV面板114收集热量的再生流体可以保持或提高PV面板114的效率，并且增加由再生流体吸收的热量。可以修改PV面板的前侧和/或后侧，以促进与面板的流动相互作用，从而增强面板的冷却。此外，考虑到面板上的温度梯度，可以配置面板的电池布局和布线，以最大限度地提高面板性能。

本公开的产水系统能够在水吸收或加载模式与水释放或卸载模式之间运行，例如按照昼夜循环来进行(即，在夜间为加载模式而在白天为释放模式)，以高效地利用太阳能来产生水，而不需要外部动力。可以通过被动操作或主动操作来促进加载模式与释放模式之间的转换，例如通过关闭和打开与外部环境空气连通的太阳能热单元110的工艺端口122和124来进行。在释放模式期间，工作气体在太阳能热单元110与下部壳体组件130之间的闭环再生流动路径中流动。太阳能热单元110可以具有各种流动结构特征(例如转弯、弯曲或阻挡)，这些特征能够提高玻璃覆层、PV面板(如果存在)的传热系数、以及多孔吸湿性吸收器或层的传热和传质系数。但是，系统的导流特征和层也可能产生阻碍工作流体在再生流动路径中的所需流动的背压阻力或反作用力。可以在再生模式期间以高效的方式密封工艺端口122和124，以保持工作流体的闭环再生路径。

如图4A-D所示，工作流体在再生流动路径(由虚线箭头表示)中从入口126流到太阳能热单元110的上部(例如在中间玻璃覆层112与间质层116之间)以收集热量，然后经由挡板、导流器或静态分离器被导引到下层(例如分段或多孔吸收层118a和118b)以收集热量，并且，在包括吸湿性材料、复合材料或复合材料组件的实施例中，在经由出口110离开太阳能热单元110之前收集水蒸汽。通过这种方式，工作流体高效地从太阳能热单元110的上部输送吸收的太阳热，并在大致自上而下的流动路径中穿过吸湿部分118、118b输送吸收的热量，在该流动路径中，从太阳能热单元110的顶部吸收的太阳热被向下传递至所述部分118a、118b中的吸湿性材料。

在图2B-C、图3A-D和图4A-D所示的实例中，再生入口126、再生出口128、工艺入口122和工艺出口124位于太阳能热单元110的后平面120处，与下部壳体组件130接口并被配置成联接至下部壳体组件130。此外，这些端口基本上沿着太阳能热单元110的后平面120的水平或后中心线对准，这对于紧凑且可现场维护的产水系统100可能是优选的，但是能够实现紧凑或小巧形状的其它配置也是可能的。

太阳能热单元110示出了多个挡板、导流器或导流元件117，以限定太阳能热单元110中的用于加载和释放操作的工艺和工作流体流动路径。可以采用各种流动方式，包括吸湿性材料的流通型吸湿主体实施方式、溢流型或平板型实施方式、以及它们的组合或衍生形式。此外，可以相对于导流装置、结构或分配器以各种方式配置吸湿性材料，例如但不限于网格结构、刚性多孔板、内波纹流体通道和/或编织和纤维网，以维持背压并分配液流。

在太阳能热单元包含吸湿性材料(例如在118a、118b处)的实施例中，分流或分段架构能够改善太阳能热单元中的工作流体与吸湿性材料之间的相互作用或水转移，同时还允许流过顶部玻璃覆层以实现余热利用。此外，可以将太阳能热单元的流动架构配置成通过细分区域(例如118a、118b)的连续暴露来改善工艺流体与吸湿性材料的相互作用。图3A-D和4A-D所示的导流元件117限定两个流体流动路径(即，工艺和再生流动路径)，但是，可以采用任何期望数量和构造的分离器或其它导流结构或装置来改善高工艺或再生气体流量条件下的工艺或再生气体与吸湿性材料的相互作用。例如，可以提供太阳能热单元或热力吸湿单元的各种配置，以使通过吸湿性吸收器的工艺气体的流量优选保持大于50立方英尺/分钟(CFM)/平方米、大于100CFM/平方米、大于200CFM/平方米、大于300CFM/平方米或大于400CFM/平方米。此外，可以根据加载(即，吸水)和再生(即，释水)操作的有利流动路径将太阳能热单元中的吸湿性材料、复合材料或复合材料组件布置在分流器、分配器、分段层或段的周围和/或之内，从而最大限度地改善水的产生或生产。

在图2B所示的实例中，再生入口126、再生出口128、工艺入口122和工艺出口124位于太阳能热单元110的后平面120处，与下部壳体组件130接口并被配置成耦合至下部壳体组件130。此外，这些端口基本上沿着太阳能热单元110的后平面120的水平或后中心线对准，这对于紧凑且可现场维护的产水系统100来说是优选的。

在图2B-C所示的实例中，设有四个端口(即，端口122、124、126、128)来导引流体通过工艺流动路径和再生流动路径，但是其它实施例可以采用不同数量或配置的端口，例如与任何期望的阀控或流体路由装置配套，以管理流入和流出太阳能热单元的液流。为了最大限度地减少复杂性、维护、泄漏和/或成本，在太阳能热单元中还可以采用更少或简化的风扇、风机、致动器和其它流体路由装置。

太阳能热单元110包括多个导流元件117，以限定太阳能热单元110中的用于吸收或加载操作以及卸载和/或释放操作的工艺和工作流体流动路径。可以采用各种流动方式，包括吸湿性材料的流通型吸湿主体或层实施方式、溢流型或平板型实施方式、以及它们的组合或衍生形式。此外，可以相对于导流装置、结构或分配器以各种方式配置吸湿性材料、复合材料和/或复合材料组件，例如但不限于网格结构、刚性多孔板、内波纹流体通道和/或编织和纤维网，以维持背压并分配液流。下面将更详细地说明吸湿性吸收器配置的多种实例。

图5示出了包括太阳能热单元110和下部壳体组件130的产水系统100在吸收或加载操作循环期间的框图。如图5所示，工艺流动路径(由虚线表示)可以通过风扇组件160将环境空气引入阀门单元150。来自系统100外部的工艺气体(例如环境空气)例如可以通过风扇组件160输送到系统100中。在多种实施例中，可以提供一个或更多个过滤器，以在向阀门单元(例如150)或太阳能热单元(例如110)输入之前过滤工艺气体(例如从环境空气中去除灰尘等污染物)。例如，可以包括多孔过滤层(例如阀门单元150a的入口处的过滤层151)，作为阀门单元150和/或风扇组件160的一部分。在加载操作模式期间，环境空气可以进入工艺入口122(例如经由如图16A和16B所示的处于放气状态的可充气阀门构件156a、或者经由如图16C和16D所示的阀门构件156’，该阀门构件156’被定位或致动，以便为环境空气通过阀门单元150a提供开放和/或环形的通道)。在进入工艺入口122时，工艺气体可以被沿着工艺流动路径(例如由图5中的虚线指示的工艺流动路径)输送通过太阳能热单元110。当在出口124处离开太阳能热单元110时，工艺气体被导入阀门单元150(例如经由阀门单元150b，经由阀门入口154，其中处于放气状态的可充气阀门构件156b或被重新定位或致动的阀门构件156’为工艺气体通过阀门单元150b提供开放和/或环形的通道)，并且例如经由风扇组件160的另一个通道或另一个系统排气口离开系统100。

图5示出了包括可充气阀门单元或部件150a和150b的阀门单元150，但是，可以单独地或组合地使用任何期望数量或类型的阀门来管理通过工艺入口122和工艺出口124的液流，例如以在再生或卸载循环期间被动地或主动地封闭。此外，系统100可以包括用于流动旁路和/或替代流体通道配置以及提供系统级或全面进入防护模式的一个或更多个阀门或机构，其中下部壳体组件130和/或太阳能热单元110被从外部环境部分地或完全地密封，例如响应于恶劣气象事件预报而密封。所述系统可以包括在任何数量的机构下操作的阀门，包括但不限于可充气阀门、虹膜阀、蝶形阀、提动阀、致动阀、被动或主动的导流或限流阀门构件和/或类似装置。

图6A示出了包括太阳能热单元110和下部组件130的产水系统100在卸载或释放操作循环期间的框图。如图6A所示，再生流动路径(以虚线表示)可以是基本上闭环的，并且可以包括穿过系统100的多个流动段，包括：太阳能热单元110内的再生流动路径段(例如如图4A-D和图6A所示)；从太阳能热单元110到冷凝器144之前的全热或能量交换器142的再生流动路径段(例如由图6A中的向下虚线箭头指示)；冷凝器144内的再生流动路径段(例如由图6A的冷凝器144中的虚线箭头指示)；以及从冷凝器144经由能量交换器142到太阳能热单元110的再生流动路径段(例如由图6A中的向上虚线箭头指示)。在卸载或再生操作模式期间，冷凝器144可以包括被配置成输出由冷凝器144冷凝的液态水的液态水生产出口180。

系统100可以包括一个或更多个风机或风扇(例如可移除的风扇筒147)，以提高或调节工作流体在穿过太阳能热单元110和下部组件130的闭环再生流动路径中的流速。在卸载或释放循环期间，工作流体可以在流过太阳能热单元110时积聚热量和水蒸汽，并且在流过下部组件130时高效地释放积聚的水蒸汽。

在一些实施例中，全热或能量交换器142和冷凝器144可以是集成的整体形成的，从而至少一些结构部件是一起形成或模制的(例如在同一个制造和/或组装操作期间)，以形成集成交换器和冷凝器单元(例如140)。在交换器和冷凝器部件的至少一部分是整体形成的实施例中，能够提供一个或更多个益处和优点。例如，集成结构能够提供小巧或紧凑的系统。在一些布置形式中，交换器部件与冷凝器部件的集成能够减小下部壳体组件的总厚度(例如通过位于冷凝器部件的一部分中的内凹的旋转吸湿轮交换器部件)。此外，集成组件很容易提供通向可能需要现场维修、更换或维护的下部壳体组件的部件的通路。此外，这种集成配置有助于减少下部壳体组件的部分或部件的数量，并且简化制造、维护、复杂性和/或与制造和使用下部壳体组件相关的其它方面。但是，替代实施方案可以不包括交换器部件，例如被部署为联接至太阳能热单元的冷凝器。

能量交换器142可以是被动式显热传递单元或部件(例如板式换热器、交叉流式换热器、壳管式换热器、套管式换热器等换热器)、被动式潜热传递单元或部件(例如蒸汽输送膜)、被动式全热(即，显热和潜热)传递单元或部件(例如旋转吸湿轮)、或主动式热传递单元或部件(制冷单元、蒸汽压缩循环单元)。在一些实施方案中，热能(即，显热)和湿气(即，潜热)能量都被能量交换器142交换。在其它实施方案中，仅交换显热，例如使用常规换热器。显热可以经由能量交换器142以一个或更多个再生流动路径段之间的温差的形式传递。潜热可以经由能量交换器142以不同再生流动路径段之间的湿度差的形式传递。在一些实施方案中，能量交换器142可以包括多个子单元或子部件，例如独立的换热子单元或子部件和湿气交换子单元或子部件。

在多个实施例中，交换器部件或能量交换器142可以被配置成在闭环再生流动路径中在冷凝器144之前离开太阳能热单元(例如经由128)的工作气体与在输入到太阳能热单元110(例如经由126)之前离开冷凝器144的工作气体之间传递能量(例如显能、潜热或它们的组合)。能量交换器142可以被配置成使得在太阳能热单元110中吸收水蒸汽之后的工作流体与在冷凝器144中发生水冷凝之后的工作流体之间发生能量转移。例如，能量交换器142可以被配置成将热量从离开太阳能热单元110的工作流体(例如经由128)传递至离开冷凝器144的工作流体，使得工作流体的温度在进入冷凝器144之前降低和/或工作流体的温度在进入太阳能热单元110之前升高。作为另一个实例，能量交换器l42可以被配置成将来自离开冷凝器144的工作流体的水蒸汽转移至离开太阳能热单元110的工作流体(例如经由128)，使得水蒸汽被保持在下部组件130内或者被导向下部组件130，而不是被向太阳能热单元110输送或者返回到太阳能热单元110。

在多种实施例中，交换器部件、全热交换器或能量交换器(例如142)可操作地联接在太阳能热单元(例如110)与冷凝器(例如144)之间，从而在太阳能热单元与冷凝器单元之间流动的工作流体之间传递能量。在多种实施例中，在卸载循环期间，交换器部件在从太阳能热单元输出的工作流体与从冷凝器输出的工作流体之间传递全热、热量和/或湿气。例如，交换器部件可以将潜热或湿气从太阳能热单元之前的冷凝器输出的工作流体传递至冷凝器之前的太阳能热单元输出的工作流体。作为另一个实例，交换器部件可以将来自从冷凝器之前的太阳能热单元输出的工作流体的显热传递给从太阳能热单元之前的冷凝器输出的工作流体。

在多种实施例中，交换器部件经由主动全热交换机构(例如旋转吸湿单元)传递全热。在交换器部件包括旋转吸湿单元的实施例中，可以选择太阳能热单元中的吸湿性材料，使其具有比旋转吸湿单元的吸湿性材料更高的吸水能力。或者或另外，可以选择太阳能热单元中的吸湿性材料，使其具有比旋转吸湿单元中的吸湿性材料更低的水吸附和/或解吸速率。例如，太阳能热单元中的吸湿性材料可以包含潮解性盐，所述盐能够提供比旋转吸湿单元的基于氧化物、粘土或分子筛的吸湿性材料更高的吸水能力。作为另一个实例，旋转吸湿单元中的吸湿性材料可以包含基于氧化物、粘土或分子筛的材料，该材料能够提供比太阳能热单元中的吸湿性材料中的潮解性盐更高的水吸收/解吸速率。作为另一个实例，可以选择旋转吸湿单元的吸湿性材料，使其具有比太阳能热单元中的吸湿性材料更低的密度。

在一些实施例中，下部壳体组件包括用于接收来自冷凝器144的产出的液态水的水箱或储水器，并且包括分配出口(例如出口180)，该分配出口例如沿着下部壳体组件的南面板布置(为了清楚起见，未示出储水器和分配出口)。在一些实施例中，冷凝器144包括用于储存由系统产生的液态水的至少一部分的下部储水器。分配的水可以类似于“矿泉水”，即，含有添加的矿物质的净化水。在多种实施例中，系统100包括附加的外围部件，以便于实现自给自足、紧凑和/或独立的部署，包括但不限于机载能量产生和/或能量存储系统、水处理或矿化单元和/或类似装置。

系统100包括控制器170，该控制器170被配置成控制系统100以维持从太阳能热单元110到冷凝器144(或者，在一些实施例中，到集成交换器和冷凝器单元140)的水蒸汽的净通量，从而最大限度地增加液态水的生产。控制器170能够通过优化或调节交换器部件142的交换速率(例如旋转吸湿器的旋转速率、旋转吸湿器或被动全热交换机构的全热或热量传递速率)、工作或再生流体路径中的工作或再生流体的流速(例如经由可移除的风扇筒147)或它们的组合来最大限度地增加冷凝器144处的液态水的生产。所述控制系统能够基于当前或预测的环境条件(例如太阳辐照或太阳照度、环境温度、环境湿度)、当前或预测的系统属性(例如工作流体温度、工作流体湿度、系统的吸湿性材料的含水量、电池(例如电池166)的充电状态)来动态地最大限度地增加昼夜循环中的液态水的生产。所述控制系统可以使用一组传感器(包括但不限于温度传感器、湿度传感器、电流传感器、霍尔效应传感器、风速计和/或压力计)、机载的确定性和/或机器学习算法、关于水蒸汽的热动力学特性的信息、关于吸湿性材料的特性的信息、关于产生的液态水量的信息、关于由热力吸湿单元存留的水蒸汽量的信息、和/或能够在控制器中综合的其它因素来改善、最大限度地增加和/或优化冷凝器处的产水。

可以采用各种方法，通过将在加载模式期间由太阳能热单元110中的吸湿性材料捕获的水蒸汽朝着工作流体在再生或释放模式期间的蒸汽压饱和状态驱动来控制或最大限度地增加系统100的产水。例如，能量交换器142的能量交换速率可以基于环境太阳辐照通量或照度、环境温度、环境相对湿度、工作流体的温度和/或相对湿度(在系统中的任何相应节点)、太阳能热单元110中的吸湿性材料的含水量、经过的时间、电池(例如电池166)中累积的电荷、用户输入等而变化。控制器170可以基于以下各项中的一个或更多个来操作系统100：用户选择、从一个或更多个传感器接收的数据、预报条件、程序控制和/或任何其它期望的依据。控制器170可以与用于感测数据信息的外围装置(包括传感器)、用于存储数据信息的数据收集部件和/或用于传递与系统操作相关的数据信息的通信部件相关联。可以测量控制器170的输入，因为它们在由一个或更多个传感器捕获的数据中被指示。在一个实例中，控制器170可以基于存储在控制器上的参数查找表来设置工艺气体流速、工作流体流动或循环速率、全热交换速率(例如旋转吸湿器的旋转速率)、加载和释放时间之间的转换。在另一个实例中，控制器可以自我调节工艺气体流速、能量交换速率、加载/释放转换时间，并且监控产水信号，以努力自学或学习最佳设定点。

可以将控制器170编程或配置成基于一个或更多个输入的测量来改善、最大限度地增加或优化液态水生产(例如控制器170可以基于当前或预期的环境和系统条件来改善液态水生产)，所述输入包括但不限于外部条件，例如环境空气温度、环境压力、环境空气相对湿度、太阳辐照、太阳照度、太阳辐照通量、天气预报、一天中的时间等。此外，可以将控制器170编程或配置成基于与系统操作参数相关的输入来改善液态水生产，所述系统操作参数例如是工作流体温度、工作流体压力、工作流体相对湿度、工作流体水蒸汽分压、冷凝器排出温度、液态水生产速率、液态水产量、液态水使用速率、液态水质量、阀门密封压力等。

在加载模式或循环期间，可以通过与风扇162a有线或无线通信的控制器170来改变进入太阳能热单元110的工艺气体(例如环境空气)的流速，以在加载模式期间调节工艺气体的流速。在释放模式期间，可以通过与风扇147有线或无线通信的控制器170基于环境太阳照度、环境温度、环境相对湿度、工作流体的温度、工作流体的相对湿度、太阳能热单元110的吸湿性材料中的含水量、经过的时间或它们的组合来改变工作流体的流速。例如，所述控制器可以根据操作模式激活风扇组件160的部件，包括在加载模式期间通过风扇162a使环境空气流向第一阀门单元150a、以及在释放操作模式期间通过风扇162b-c使环境空气流过能量交换器142和/或冷凝器144的散热部分。此外，在释放模式期间，控制器170可以激活风扇162b-c以使环境空气流过能量交换器142和/或冷凝器144的散热部分。

在释放模式期间，可以通过与能量交换器142有线或无线通信的控制器170基于输入变量改变能量交换器142处的能量交换速率，所述输入变量基于环境太阳照度、环境温度、环境相对湿度、工作流体的温度、工作流体的相对湿度、太阳能热单元110的吸湿性材料中的含水量、经过的时间或它们的组合。在能量交换器142是旋转吸湿轮的一个特定实施方案中，可以通过改变旋转吸湿轮的旋转速率来改变能量交换速率。

系统100可以包括远程单元(例如发射器、接收器、应答器、转换器、中继器、收发器等)，以通过有线和/或无线接口向和/或从系统100(例如经由控制器170)传送操作参数和/或数据。在一个实例中，无线通信可以符合标准化的通信协议，例如GSM、以较低速率运行的SMS部件(例如每隔几分钟运行一次)的协议、以及可以是根据地理区域规定的协议等。

系统100可以包括可以被配置成提供关于系统操作的信息的指示器(例如灯，例如LED)。例如，在一些实施例中，可以将指示灯配置成提供关于系统正在运行、太阳能或能量可用、推荐的维护、或者部件已经失效和/或正在失效等信息(例如直观地向用户提供)。任何期望的信息(包括在上文中参照指示器说明的信息)都可以通过通信网络传输(例如单独传输和/或与任何指示器的操作一起传输)。

在多种实施方案中，系统100可以包括一个或更多个能量产生或能量存储系统(例如光伏面板、电池等)或与它们相关联。例如，系统100可以包括用于在有阳光期间存储能量(例如通过PV面板114a、114b)以及在无阳光期间利用的电池系统(例如166)。可以采用用于辅助部件或其它部件的任何期望的能源，包括但不限于太阳能、辅助交流/直流电源等。

在太阳能热单元包括多孔吸湿性材料、复合材料或组件(例如在118a、118b处)的实施方案中，系统流动架构与特定配置、结构、孔隙率和材料相结合能够改善太阳能热单元中的工作流体与吸湿性材料、复合材料和/或复合材料组件之间的相互作用或水转移。

图1-6示出了产水系统和相关部件的一些实施方案。图3-6示出了在太阳能热单元和串联流动架构中包括两个吸湿层或吸湿主体的产水系统，其中工艺气体或再生气体流过一个吸湿主体之后再流过另一个吸湿主体，但是也可以提供其它数量的采用替代配置和/或流动架构的独立或不同的吸湿主体。下面将更详细地说明吸湿主体或层结构的配置和流动架构的多种实例。在许多实施例中，选择吸湿性材料、复合材料和/或复合材料组件的组成、配置和流动架构，以改善工艺或工作气体与吸湿性材料之间的相互作用和/或水转移，从而在加载循环期间从冷环境空气中最大限度地吸收水，而不会发生渗漏、膨胀或其它稳定性或降解损失，并且在卸载期间从太阳能热单元的上部向吸湿层或主体总体地从上到下传递热量。

此外，本公开的产水系统的效率可以基于环境条件(太阳辐照、环境相对湿度和/或类似条件)和系统状态(例如系统吸湿性材料的含水量、热质量或可用的太阳热能)而变化。因此，可能希望通过系统控制器动态地操作产水系统及其部件，例如在日间再生操作过程中动态操作，以改善再生循环过程中的产水。在多种实施例中，经过吸湿性材料、复合材料或组件的工艺和/或再生流体流动路径和/或流速可以基于系统操作状态(例如用户设定点、以编程方式设定的相对于其它产水系统的产水目标等)、系统操作条件的变化(例如系统含水量、系统功率状态、系统热量或功率可用性、系统配置等)和/或环境变化(例如季节、一天中的时间、天气、太阳辐射等)而变化，以改善产水特性，例如提高产水效率或产量，平衡或减少系统内的压降，平衡水的吸收和释放操作等。

在一个示例性实例中，图6B和图6C示出了系统100’的框图，该系统100’具有至少一些与图6A所示的系统100的部件或特征类似的部件或特征。系统100’包括太阳能热单元110’中的两个多孔吸湿性吸收器118a’和118b’以及能量交换器142’，该能量交换器142’包括吸湿层或吸湿主体142a’，该吸湿层或吸湿主体142a’被配置成在向冷凝器144’输入的再生流动路径段与从冷凝器144’输出的再生流动路径段之间转换(例如作为部分吸湿轮或转子的一部分旋转)。控制器170’能够操作系统100’，使得在再生循环的第一部分期间(例如当系统太阳热能很低和/或从冷凝器输出的再生流体的湿度很低时)，再生流体在离开冷凝器144’时绕过吸湿主体142a’，如图6B所示。在图6C所示的再生循环的第二部分期间(例如当系统太阳热能很高和/或从冷凝器输出的再生流体湿度很高时)，控制器170’能够操作系统100’，使得再生流体在离开冷凝器144’时流过吸湿主体142a’，以在流入太阳能热单元110’之前捕获水。图6B-C的示例性实例示出了可移动的吸湿主体142a’，但是，在其它实施例中，所述再生流体路径可以被配置成在运行期间交替或转换，以绕过至少一部分固定吸湿性材料、复合材料或主体，例如通过风扇、阀门和/或反向流动来实现。在多种实施例中，可以将再生流体的流动配置成基于变化的系统操作状态、操作条件和/或环境变化在操作期间交替或转换。

在能量交换器部件包括旋转吸湿单元的实施例中，可以选择太阳能热单元中的吸湿性材料，使其具有比旋转吸湿单元的吸湿性材料更高的吸水能力。或者或另外，可以选择太阳能热单元中的吸湿性材料，使其具有比旋转吸湿单元中的吸湿性材料更低的水吸附和/或解吸速率。例如，太阳能热单元中的吸湿性材料可以包含潮解性盐，所述盐能够提供比旋转吸湿单元的基于氧化物、粘土或分子筛的吸湿性材料更高的吸水能力。作为另一个实例，旋转吸湿单元中的吸湿性材料可以包含基于氧化物、粘土或分子筛的材料，该材料能够提供比太阳能热单元中的吸湿性材料中的潮解性盐更高的水吸收/解吸速率。作为另一个实例，可以选择旋转吸湿单元的吸湿性材料，使其具有比太阳能热单元中的吸湿性材料更低的密度。

在多种实施例中，太阳能热单元被设计成使得从太阳能热单元的顶部吸收的热量的至少一部分包括太阳能热。在多种实施例中，太阳能热单元还包括光伏面板，并且从太阳能热单元的顶部吸收的至少一部分热量包括由光伏面板产生的热量。下面将说明吸湿构造和流动架构的另一些示例性实例。除了在下文中另有说明之外，用于指代图7-10中的部件的数字标记类似于那些用于指代上面的图1-6中的部件或特征的数字标记，不同之处是索引增大了100。

图7A示出了包括单个或主吸湿层或主体218的太阳能热单元210中的工艺流动路径(由虚线箭头指示)的横截面图，而图7B示出了再生流动路径(由虚线箭头指示)的横截面图。如图7A所示，包含水蒸汽的工艺流体在入口222处进入太阳能热单元210，并流过吸湿层218，从而在其中沉积水。如图7B所示，工作流体首先流到太阳能热单元210的上部以收集热量(即，在玻璃覆层212与间质层216之间)，然后被导引通过吸湿层218，随后在228处流出。

由于本公开的太阳能热单元的效率和功率使用可能受到流过太阳能热单元的工作流体的流动和通过包括该单元内的多孔吸湿层、主体或组件的流体路径的压降的影响，因此可能希望最大限度地减少通过多孔吸湿组件的压降，并减少以期望的流速泵送工艺、工作和/或再生气体通过系统所需的功率量。

在多种实施例中，所述流体可以在多个流动路径之间分流，以平衡所述单元上的压降，并且与仅具有单个流动路径相比减少压降。例如，图8A示出了太阳能热单元310中的工艺流动路径(由虚线箭头指示)的横截面图，而图8B示出了再生流动路径(由虚线箭头指示)的横截面图，该太阳能热单元310包括以分流架构操作的独立或分开的吸湿性复合材料组件318a和318b，从而工艺和再生气体被在第一吸湿性复合材料组件318a与第二吸湿性复合材料组件318b之间划分。

作为另一个实例，图9A示出了通过两个分隔的、不同的或分开的吸湿性复合材料组件418a和418b的串联工艺流动路径的透视横截面图，图9B示出了再生流动路径的透视横截面图，该再生流动路径包括最初在玻璃覆层412与间质PV板414之间然后通过两个吸湿性复合材料组件418a和418b的交叉流动路径。如图9B所示，工作流体首先(沿着虚线箭头所示的路径)流到上部以收集热量，然后反向流向由分离器417限定的下部分段部分，以从吸湿性复合材料组件418a和418b收集水和热量。通过这种方式，工作流体可以高效地从太阳能热单元410的上层输送吸收的太阳能热，以在卸载循环期间最大限度地增加从吸湿性材料吸收的水(图9B)，并且在加载循环期间改善工艺气体与吸湿主体418a和418b的相互作用(图9A)。

在多种实施例中，太阳能热单元410的吸湿性复合材料组件配置和流动架构被配置成通过使细分区域(例如418a、418b)连续暴露于相同的工艺流体流动速率来改善工艺流体与吸湿性材料的相互作用，从而增加加载时间期间的工艺流体的流量。如图9A所示，包含水蒸汽的工艺流体进入太阳能热单元410，并在分离器417下方(沿着虚线所示的路径)流过下部分段部分或层418a、418b，从而在吸湿层418a和418b中沉积水。图9A-B示出了单个分离器，但是，可以提供任何期望数量和配置的流体入口、流体出口、分离器或其它导流装置、结构或设备，以改善高工艺气体流量条件下工艺气体与吸湿性材料的相互作用。

在一个实施例中，可以提供太阳能热单元中的一个或更多个吸湿层、主体或组件的多种配置，以使工艺气体流量优选保持大于50立方英尺/分钟(CFM)/平方米、大于100CFM/平方米、大于200CFM/平方米、大于300CFM/平方米或大于400CFM/平方米，并使压降小于0.5英寸水柱、小于0.3英寸水柱、小于0.2英寸水柱、小于0.15英寸水柱或小于0.1英寸水柱。此外，可以根据有利于加载(即，吸收水)和/或再生(即，释放水)操作的流动路径将太阳能热单元中的吸湿主体或层配置在分流器、分配器、分段的层或段的周围和/或内部，以增加产水量。在一个实施例中，所述太阳能热单元包括具有孔隙结构的吸湿性复合材料组件，以在大于200CFM/平方米的气流流量下使通过吸湿性复合材料的气体的压降保持小于0.2英寸水柱。

图9B所示的太阳能热单元410示出了被相对于工艺流体路径近似垂直地(即，以大约90度角)引入太阳能热单元的工作流体路径，并且示出了用于使工作流体保持期望的自上而下的流动的单个分离器417，但是可以提供任何期望的配置(例如间隔、布置、相对角度等)和/或任何数量的流体入口、流体出口、分离器或其它导流装置、结构或设备，以限定太阳能热单元中的用于加载和/或释放操作的工艺和工作流体流动路径。此外，可以采用各种流动方式，包括流通型吸湿主体实施方式、溢流型或平板型实施方式、以及它们的组合或衍生方式。此外，可以相对于导流装置、结构或分配器以各种方式配置吸湿性材料，例如但不限于网格结构、刚性多孔板、内波纹流体通道和/或编织和纤维网，以维持背压并分配液流。

在多种实施例中，太阳能热单元被设计成使得从太阳能热单元的顶部吸收的热量的至少一部分包括太阳能热。在多种实施例中，太阳能热单元还包括光伏面板，并且从太阳能热单元的顶部吸收的至少一部分热量包括由光伏面板产生的热量。

所述吸湿性复合材料组件可以作为自我支撑结构提供，以至少部分地提供太阳能热单元的结构元件和机械强度。作为一个示例性实例，图10A示出了模块化太阳能热单元510中的工艺流动路径(由虚线箭头指示)的横截面图，图10B示出了模块化太阳能热单元510中的再生流动路径(由虚线箭头指示)的横截面图，所述模块化太阳能热单元510包括邻近光伏(PV)层或面板514和间质层516(例如透明玻璃面板)的后表面设置的吸湿性复合材料组件518。在一些实施方案中，PV面板514可以跨越整个吸湿性复合材料组件518。如图10A所示，在加载操作循环期间，包含水蒸汽的工艺气体进入太阳能热单元510，并流过吸湿性复合材料组件518，以在其中沉积水。如图10B所示，工作流体首先流到太阳能热单元510的上部以收集热量(即，在玻璃覆层512与PV面板514的前表面之间)，然后被导引通过布置在PV面板514的后表面处的吸湿性复合材料组件518。在一个实施例中，吸湿性复合材料层或组件518可以被配置成完全或至少部分地与PV面板514的后表面物理接触。在一个实施例中，吸湿性材料、复合材料或复合材料组件可以设置在PV面板和/或间质玻璃覆层的背面或后表面上，以构成传热网络，其中PV面板和/或间质层上的太阳辐射作为热量被传导到吸湿性吸收器基体(例如518)中，以高效地将水蒸汽蒸发到在再生流动路径中流动的再生气体中。在这种方法中，PV面板和/或间质玻璃表面可以在卸载或水释放操作期间被蒸发冷却。在多种实施例中，可以控制吸湿性材料、复合材料或组件的特性(例如吸湿性盐含量、孔隙率等)和/或操作设定点(例如再生气体流过太阳能热单元的速率)，以提高产水系统的效率。

所述吸湿性材料、复合材料和/或复合材料组件能够承受产水系统的加载和卸载循环之间的高温(例如120-150℃)循环。本公开的耐用的产水系统能够提供超过数千个循环的连续水捕获/释放循环，例如，超过20年寿命的连续的昼夜循环可以代表超过7000个夜间加载和白天释放水的昼夜循环。这样，可以将吸湿性材料、复合材料和复合材料组件配置成具有长期循环稳定性，而不会损失机械稳定性或吸附能力。此外，在连续吸附/解吸循环中，所述吸湿性材料或部件可以保持在固相和/或使液相完全保留在复合材料组件中。此外，可以选择和配置所述吸湿性复合材料组件的成分或组分，使其与吸湿性复合材料组件的其它组分或工艺或再生气体(例如氧气)的成分保持化学稳定。

所述吸湿性复合材料组件还被配置成具有低密度、高吸水能力和开放的孔隙结构，而没有封闭的喉道，并且具有微米至毫米级的孔径，以便于吸附。所述吸湿性材料、复合材料和复合材料组件的吸附动力学特性可以平衡昼夜的水蒸汽加载循环，而不会损害总储水容量。可以配置吸湿性材料、复合材料或组件的吸附能力，以在全球平均夜间大气条件下保持高储水能力。此外，可以针对太阳辐照量和暴露时间的全球平均值来选择吸湿性材料、复合材料或组件的解吸动力学特性(例如6千瓦时/平方米，1千瓦/平方米峰值太阳辐射，持续8小时峰值日照时间)。在一个实例中，吸湿性材料、复合材料或组件被选择为吸收水蒸汽达到其自身质量的30-300％。

在一些实施例中，可以将吸湿性复合材料、组件或主体设置为一个或更多个层状结构、包含吸湿成分、颗粒或珠粒的填充床、或基本上连续或整体的多孔复合材料结构。此外，复合材料组件本身不一定必须是传统意义上的复合材料，而是可以作为具有支撑框架的松散填充结构或填充床组件来提供。此外，多孔吸湿主体或层可以包含一种或更多种光吸收或光激活材料。在一个实例中，吸湿性复合材料可以包含通过粘合剂聚集和/或分散在大表面积的基体、支撑介质或基质中的吸湿颗粒。可以选择吸湿性材料、支撑基质、复合材料和/或组件，以最大限度地减少太阳辐射的反射并改善热能的吸收和传导。例如，吸湿性材料、支撑基质、复合材料和/或组件可以是深色或黑色的。在一些实施例中，可以将吸湿性材料、支撑基质、复合材料和/或组件与材料或结构混合、结合和/或嵌入到材料或结构中，以高效地吸收和/或传递热量。例如，可以将吸湿性材料或复合材料分散在导热率大于50W/mK的金属结构周围。在其它实施例中，所述吸湿性复合材料是被容纳在太阳能热单元内的自我支撑结构。

本系统的吸湿性复合材料和复合材料组件可以包含多种不同配置的各种组分或成分(例如使得吸湿性复合材料能够连续吸附和解吸水蒸汽)。下文中的对吸湿性复合材料和复合材料组件的说明是示例性的。在一些实施方案中，吸湿性复合材料组件能够在第一温度、相对湿度和/或压力下吸附，在第二温度、相对湿度和/或压力下解吸。所述吸湿性复合材料组件的部件可以以液体、固体和/或它们的组合的形式提供。所述吸湿性复合材料可以作为浸渍有吸湿性材料的多孔基质提供。例如，所述吸湿性材料可以包括一种或更多种选自由以下材料所组成的组的材料：二氧化硅、硅胶、氧化铝、氧化铝凝胶、蒙脱石粘土、沸石、分子筛、金属-有机骨架、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、离子液体、碳、甘油、乙二醇、亲水聚合物、多元醇、聚丙烯纤维、纤维素纤维、它们的衍生物以及它们的组合。在一些实施例中，所述吸湿性复合材料包括金属有机框架(MOF)，例如UiO-66(锆)、CAU-1(铝)、MIL-101(铬)、MIL-101(铝)、MIL-53(铝)、MIL-53(铬)、富马酸铝、它们的衍生物或它们的组合。

在一些实施例中，可以选择和/或配置所述吸湿性材料，以避免吸附某些分子(例如在被人类食用时可能有毒的分子)。在本文中使用的术语“吸附”指吸收、吸附或它们的组合。

在多种实施例中，所述吸湿性材料、复合材料和/或组件可以包含与保持或支撑基质结合的液体或潮解性组分，其比例由在高相对湿度环境空气条件下(例如>40％ RH、>60％ RH、>80％ RH)昼夜加载循环后的最大吸水量决定。在多种实施方案中，所述吸湿性复合材料包括吸湿性盐，例如潮解性盐。本公开的吸湿性盐可以选自由碳酸钾、氯化钙、氯化钠、氯化锂、碳酸钠、氯化镁、硫酸镁、溴化钾、硫酸钠、它们的衍生物或它们的组合所组成的组。在一些实施例中，潮解性盐的组合可以分散在支撑基质上。例如，氯化钙和氯化钠的组合可以分散在支撑基质上，氯化钙在低相对湿度下作为蒸汽吸收储存剂，氯化钠在中等相对湿度下作为蒸汽差压缓冲剂。在一些实施例中，所述吸湿性复合材料包括分散在支撑基质上的吸湿性盐。例如，所述吸湿性复合材料可以包含在数量上大于第一吸湿性复合材料的总重量的10％且小于50％的吸湿性盐或潮解性盐。分散在基质上的吸湿性或潮解性盐的量可以基于其对于昼夜水蒸汽加载/卸载循环的吸附/解吸动力学特性来选择，以促进产水并避免渗漏、膨胀或其它稳定性损失和/或改善系统的产水。优选降低或最大限度地减少吸湿性复合材料和吸湿组件的重量，由此可以将吸湿性材料或盐含量增加到由渗漏、膨胀或其它稳定性问题和/或产水设定的上限。当吸湿性复合材料吸收足够量的水从而开始形成水溶液时，会出现渗漏、膨胀或不稳定的情况或状态，并且会不可逆地驱使吸湿性材料从孔隙中迁移或保持支撑基质的表面特征。此外，渗漏、膨胀或不稳定的条件或状态会增加吸湿性复合材料或复合材料组件的压降，并呈现产水系统的降级或故障模式。如将在下文中更详细地说明的，可以设定在渗漏、膨胀或其它不稳定性开始之前的运转或循环安全限值，以避免系统降级或故障和/或提高产水的效率。在一些优选的实施例中，所述吸湿性复合材料可以包含在数量上大于吸湿性复合材料的总重量的20％且小于30％重量、或大于24％且小于28％的吸湿性盐，使得吸湿性复合材料或主体在全球平均昼夜大气条件下保持高储水和释放能力。

出于说明的目的，在本文中说明了用于产水系统的高效运行的多种控制方法，这些控制方法涉及利用具有渗漏潜力的吸湿性盐或其它吸湿性材料，包括在渗漏条件(即，含水量的上限或极限)和低蒸汽压条件(即，含水量的下限或极限)之间的系统循环。但是，也可以为具有相同或类似的下限或极限和/或上限的任何材料体系采用类似的控制方法。此外，根据所采用的特定材料，可能存在另外或替代的水吸收和/或释放循环限制。例如，在产水系统中使用的某些材料可能具有与过量水加载条件下的膨胀相关的上限，这种过量水加载会导致产水系统中的过度压降。作为另一个实例，在产水系统中使用的某些材料在大量水加载条件下可能具有稳定性问题，例如金属有机框架在较高的含水量条件下可能膨胀，这可能降低产水系统的循环稳定性。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以修改在本文中说明的材料设计和控制方法，从而可以实现具有操作、逻辑、化学和机械变化的另外的实施例。

在一个实施例中，吸湿性复合材料中的较高盐含量能够支持吸附更大量的水，但是，在较低的总水加载和/或工艺气体相对湿度条件下，较高的盐含量也可能引发渗漏、膨胀或不稳定状况。此外，在吸收的水与吸湿性盐的比例较低的情况下，吸湿性复合材料能够更强地结合水，因而在卸载循环期间需要更多的能量来解吸“低级”或更强地结合的水。换句话说，吸湿性复合材料在较高含水量时(例如在卸载循环开始时)的水蒸汽压力可能需要较少的能量来解吸(即，具有较低的结合能)，而吸湿性复合材料在较低含水量时(例如接近卸载循环结束时)的水蒸汽压力可能需要较多的能量来解吸(即，具有较高的结合能)。

作为一个实例，图11示出了在产水系统中使用的一组吸湿性复合材料在25℃下的等温线图。该等温线图示出了第一类吸湿性复合材料(A.1在低重量％的盐的条件下，A.2在中等重量％的盐的条件下，A.3在高重量％的盐的条件下)；第二类吸湿性复合材料(B.1在低重量％盐的条件下，B.2在中等重量％的盐的条件下，B.3在高重量％的盐的条件下)；第三类吸湿性复合材料(C.1低重量％的盐的条件下，C.2在中等重量％的盐的条件下，C.3在高重量％的盐的条件下)；以及第四类吸湿性复合材料(D.1在低重量％的盐的条件下、D.2在中等重量％的盐的条件下、D.3在高重量％的盐的条件下)的质量％吸水量(m/m0)随着盐含量的增加的变化。如图所示，对于所有类型的吸湿性复合材料，盐含量的增加会增加水吸收或加载量，但是，吸湿性复合材料类型的选择有助于产水系统在期望的产水条件(例如全球平均环境相对湿度)范围内运行。

在多种实施例中，优选能够避免或最大限度地防止达到“低级”水状态，在这种状态中，吸湿性复合材料或复合材料组件中的水的热力学状态处于较低的平衡相对湿度，因为在吸湿性复合材料中的平衡含水量或水蒸汽压力较低的状态下运行可能需要更多的能量来提取吸湿性复合材料或复合材料组件中的残余或剩余的水。一种最大限度地减少从吸湿性复合材料中提取水所需的能量的方法是增加吸湿性复合材料的盐含量，但是这会增加导致渗漏、膨胀或不稳定状态的驱动力。但是，所述产水系统可以操作，使得太阳能热单元中的吸湿性复合材料的一种或更多种特性(例如潮解性盐的质量％、孔隙率、盐类型等)可以用于确定系统操作设定点(例如设置卸载循环期间的残余水限值或卸载下限，设置加载循环期间的渗漏阈值限值、膨胀阈值限值、不稳定性限值或加载上限等)。如将在下文中更详细地说明的，本公开的系统可以将吸湿性复合材料和/或复合材料组件设计方法与操作控制方法相结合，以避免渗漏，最大限度地减少低蒸汽压下的运行(即，最大限度地减少解吸水所需的能量)，从而提高生产液态水的系统效率。

为了说明选定的吸湿性复合材料的渗漏或不稳定条件的变化以及相关的控制方法，图12示出了增加吸湿性复合材料的盐成分时的渗漏阈值、故障限值或水加载限值(千克吸水量/千克基质)的等值线图。对于每种盐成分水平(从1提高到5)，观察到渗漏时的％相对湿度(％RH)(对于15℃时的部分等值线)被显示在等值线图的上部。轮廓阴影被外推，以示出吸湿性复合材料组件中的等效总水载荷。等效水加载限值是在产水系统运行期间应当避免的渗漏故障限值。因此，被示为平衡相对湿度限值(作为示例，在这个实例中是在15℃时)的渗漏阈值可用于设定运转控制设定点，例如，如果达到平衡相对湿度限值，那么系统控制器可以停止吸湿性复合材料的水加载。

如图12的曲线图所示，在发生渗漏、膨胀或变得不稳定之前，随着盐含量的增加，吸湿性复合材料能够储存的水的总量减少。这可能至少部分地是由于附加的盐没有分散到支撑基质的内部而是积聚在基质的外表面上导致的，这意味着捕获的水可能没有被夹带在吸湿性复合材料中，导致在较低的含水量条件下发生渗漏。或者或另外，这可能至少部分地是由于吸湿性材料的结构框架的膨胀导致的，这使得捕获的水不会被包封在吸湿性复合材料中，从而在较低的含水量条件下发生膨胀。在一个实施例中，优选使用具有中等范围的盐组成的吸湿性复合材料来操作产水系统，以避免达到渗漏、膨胀或其它不稳定的状态，同时保持高水平的产水。此外，如果盐含量过高，那么可能会有效率损失，因为吸湿性复合材料中的盐与夹带的水的比例越高，在卸载循环期间需要释放的能量就越多，即，为了高效地利用来自太阳能热单元的热能，优选在水与盐含量的比例较高的条件下进行卸载循环。

在多种实施例中，所述吸湿性复合材料包含分散在基质上的吸湿性盐或材料。所述基质可以捕获地夹带吸湿性盐，使得基质在其孔隙结构中留存或封装吸湿性盐，以促进稳定的加载/卸载循环。可以选择基质和潮解性盐在其上的分散体来调节渗漏、膨胀或不稳定状态，其中湿气以液滴的形式积聚在吸湿性复合材料的表面上。所述产水系统可以操作，使得吸湿性复合材料和/或复合材料组件的一种或更多种特性(例如潮解性盐与基质的比例)可以用于确定系统操作设定点，例如加载循环操作设定点，以避免渗漏、膨胀或不稳定的条件或状态。

所述吸湿性复合材料可以包含具有大表面积、低密度和分级和/或开孔结构的支撑基质。例如，可以将吸湿性材料、复合材料、支撑介质和/或支撑基质选择为具有大于300平方米/克的表面积。此外，吸湿性复合材料和/或支撑基质可以具有分级多孔的孔隙结构(例如微孔、中孔和微孔)，孔的范围从大约<2纳米至大约50微米，最大为毫米级。在一个实施例中，所述支撑介质或基质为颗粒形式，并且颗粒的平均粒径可以在大约2毫米至大约10毫米的范围内。本文所述的吸湿性复合材料的基质的非限制性实例包括珍珠岩、膨胀蛭石、膨胀粘土、层状硅酸盐粘土、碳纤维、活性炭、石墨、膨胀石墨、多孔二氧化硅、多孔氧化铝、它们的衍生物以及它们的组合。

在一个实施例中，所述吸湿性复合材料可以包含分级结构的孔隙基质，其中大部分大孔用作有效的输送路径。作为一个实例，所述吸湿性复合材料可以包含活性炭，该活性炭被选择作为易潮解性盐复合材料基质，该基质能够最大限度地减少吸湿性复合材料的重量，同时最大限度地增加吸湿性复合材料的吸水量和动力学速率。活性炭的微观结构特征有很大差异，这取决于它们的前体类型。应选择特定的活性炭结构，以在复合材料中实现高水蒸汽传质速率和高吸附动力学速率，并且易于用吸湿性盐溶液浸渍基材。

在一个实施例中，所述吸湿性复合材料组件可以包含聚合物粘合剂，所述聚合物粘合剂的量大于第一吸湿性复合材料的重量的1％且小于25％，或者优选大于第一吸湿性复合材料的重量的5％且小于55％。例如，所述聚合物粘合剂可以是具有高于200℃的熔化温度的热塑性聚合物。在其它实施例中，所述吸湿性复合材料组件包含热固性聚合物。本公开的吸湿性复合材料组件可以包含选自由聚环氧化物、聚酰胺、聚烯烃、聚酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯卤化物、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氨酯、聚砜以及它们的衍生物或组合所组成的组的聚合物。

可以在所述吸湿性复合材料组件中包含的热塑性树脂的其它例子包括聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)；聚烯烃，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚丁烯；苯乙烯树脂；聚甲醛(POM)；聚酰胺(PA)；聚碳酸酯(PC)；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚氯乙烯(PVC)；聚苯硫醚(PPS)；聚苯醚(PPE)；改性PPE；聚酰亚胺(PI)；聚酰胺酰亚胺(PAI)；聚醚酰亚胺(PEI)；聚砜(PSU)；聚醚砜；聚酮(PK)；聚醚酮(PEK)；聚醚醚酮(PEEK)；聚醚酮酮(PEKK)；聚芳酯；聚醚腈(PEN)；酚醛树脂；苯氧树脂；氟化树脂，例如聚四氟乙烯；热塑性弹性体，例如聚苯乙烯型、聚烯烃型、聚氨酯型、聚酯型、聚酰胺型、聚丁二烯型、聚异戊二烯型和氟型；它们的共聚物；它们的改性物；以及它们的组合。此外，可以向上述热塑性树脂中添加其它弹性体或橡胶来提高它们的机械强度。

在一个实施例中，吸湿性复合材料组件具有机械稳定性，使得它能够自我支撑。例如，吸湿性复合材料组件可以作为纤维增强复合材料提供，包括碳纤维、玻璃纤维、编织纤维或它们的组合。例如，所述吸湿性复合材料组件可以具有大于50兆帕、100兆帕或200兆帕的拉伸强度。

在一个实施例中，吸湿性复合材料组件包括互连的开放多孔结构，该结构具有至少5％的孔隙率、或者在5-30％范围内的开放孔隙率。在一个非限制性实例中，所述吸湿性复合材料组件具有孔径范围为大约1毫米至5毫米的孔隙结构，以使气体通量保持大于50CFM/平方米、大于100CFM/平方米、大于200CFM/平方米、大于300CFM/平方米或大于400CFM/平方米，使压降小于大约0.5英寸水柱、0.3英寸水柱、0.2英寸水柱、0.15英寸水柱或0.1英寸水柱。在一个优选实施例中，所述复合材料组件具有在大于大约200CFM/平方米的气体流量时使通过吸湿性复合材料的气体流量的压降保持小于大约0.2英寸水柱的孔隙结构。

在所述产水系统所经历的条件下，吸湿性复合材料组件优选在化学、结构、热学和湿度方面是稳定的，以在连续的加载和卸载循环中保持吸水和释水能力。作为一个非限制性实例，在60％ RH和25℃的大气条件下，所述吸湿性复合材料组件具有大于0.3克水/克吸湿性复合材料的平衡吸水能力。作为另一个非限制性实例，在60％ RH、25℃大气条件和60立方厘米/分钟的工艺气体流量条件下，所述吸湿性复合材料组件以大于每分钟0.1克水/克吸湿性复合材料的速率吸水。

可以使用各种方法来生产或加工本公开的吸湿性复合材料，包括但不限于简单混合、喷涂、干混、共混、浸渍、初湿法、类似的衍生方法以及它们的组合。

在所述吸湿性复合材料组件包含热固性树脂或热塑性树脂的实施例中，热塑性树脂可以是优选的，因为除了能提高冲击强度之外，还可以通过诸如压制成型和注射成型等模制工艺有效地制造模制组件。

本公开的碳纤维增强树脂组合物或模制复合材料可以用模制工艺来模制，例如注射成型(例如注射压缩成型、气体辅助注射成型和嵌件成型)、吹制成型、旋转成型、挤出成型、压制成型、传递成型(例如RTM成型、RIM成型和SCRIMP成型)、纤维缠绕成型、高压釜成型和手糊成型。在多种实施例中，优选的模制工艺是具有高生产率的注射成型。

从可模制性、可经济制造性、机械特性和耐热性方面来说，可以使用至少一种选自由聚酰胺树脂、苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯醚树脂、聚酯树脂、聚苯硫醚树脂、聚烯烃树脂、液晶树脂、酚醛树脂所组成的组的热塑性树脂。至少一种选自由聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、苯乙烯树脂和聚酯树脂所组成的组的热塑性树脂是优选的。如果使用熔化温度等于或高于200℃的树脂，那么所述吸湿性复合材料组件可以具有高机械加工循环稳定性。

在多种实施例中，系统(例如100)包括联接至包含冷凝器(例如144)的液态水生产组件的太阳能热单元(例如110)。作为一个示例性实例，图13A示出了系统100的下部壳体组件130的俯视透视图，而图13B示出了其侧视透视图。如图13A-B所示，下部壳体组件130包括壳体132内的小巧或集成交换器和冷凝器单元140。集成交换器和冷凝器单元140包括被配置成联接至太阳能热单元110的再生出口128的冷凝器和/或交换器入口148以及被配置成联接至太阳能热单元110的再生入口126的冷凝器和/或交换器出口146。下部壳体组件130还包括第一阀门单元150a和第二阀门单元150b，所述第一阀门单元150a包括被配置成联接至太阳能热单元110的工艺入口122的出口152，所述第二阀门单元150b包括被配置成联接至太阳能热单元110的工艺出口124的入口154。如将在下文中更详细地说明的，阀门单元150a和150b可以被配置成在再生模式期间以高效的方式密封工艺端口122和124，以保持工作流体的闭环再生路径。

图13A仅示出了两个阀门单元150a和150b，但是，任何期望数量或类型的阀门可以单独或组合地用于密封出口152和入口154。例如，阀门单元150a和150b之外的附加阀门能够允许附加流动旁路和/或流体通道配置，并且提供系统级或总体的进入防护模式，在该模式中，下部壳体组件130和/或太阳能热单元110例如响应于用户输入、预定的程序、控制设定点、内部或外部条件、天气事件预报等而被部分地或完全密封。在一些实施例中，所述系统可以包括通过对可充气构件充气来密封通道或者定位或致动阀门构件以密封通道的阀门单元，这将在下面的一些实例中说明。但是，在其它实施例中，可以不采用可充气阀门单元，并且可以使用在不同机构下操作的其它阀门。例如，可以使用虹膜阀、蝶形阀、提动阀、致动阀、被动或主动的导流或限制构件和/或类似装置。

图14A示出了小巧或集成交换器和冷凝器单元140的俯视透视图，图15A和图15B示出了集成交换器和冷凝器单元140的横截面图。在多种实施例中，集成交换器和冷凝器单元140可以包括集成或整体形成的能量交换器子单元或部件142和冷凝器子单元或部件144，从而一些结构部件例如在同一个制造和/或组装操作期间一起形成或模制的。集成交换器和冷凝器单元可以形成为集成或组合的结构，例如通过挤制、模制、铸造或其它期望的制造方法来形成。在一个实例中，全热交换器、能量交换器或交换器部件(例如142)和冷凝器或冷凝器部件(例如144)的结构部分(例如外部集成壳体141)可以由相同的材料和/或在相同的过程中形成。例如，使用可以单种模制工艺(例如注射成型、压缩成型、热成型等)和/或其它制造工艺来生产作为整体件的外壳的至少一部分(例如141)。在另一个实施例中，交换器部件(例如143)的预成型顶盖壳体被引入到制造或组装过程中，并且被永久地或可移除地固定到冷凝器部件(例如144)的下部壳体部分上(例如使用压力机、另一种模制设备、粘合剂、螺钉、铆钉、卡扣连接、其它紧固件、压入配合、摩擦配合或干涉配合连接和/或类似方法)。

在交换器和冷凝器部件的至少一部分是整体形成的实施例中，能够提供一个或更多个益处和优点。例如，集成结构能够提供小巧或紧凑的系统。在一些布置形式中，交换器部件与冷凝器部件的集成能够减小下部壳体组件的总厚度(例如通过位于冷凝器部件的一部分中的内凹的旋转吸湿轮)。此外，集成组件很容易提供通向可能需要现场维修、更换或维护的下部壳体组件的部件的通路。此外，这种集成配置有助于减少下部壳体组件的部分或部件的数量，并且简化制造、维护、复杂性和/或与制造和使用下部壳体组件相关的其它方面。但是，在其它实施例中，系统100可以包括与能量或全热交换器(如果存在)分开地形成的冷凝器组件。

在多个实施例中，集成交换器和冷凝器单元140可以被配置成在闭环再生流动路径中在输入(例如经由入口148)到集成交换器和冷凝器单元140的工作气体与从集成交换器和冷凝器单元140输出(例如经由出口146)的工作气流之间传递能量(例如显能、潜能或它们的组合)。集成交换器和冷凝器单元140可以被配置成使得交换器部件142处的能量传递发生在太阳能热单元110中的工作流体对水蒸汽的吸收与冷凝器或冷凝器部件144中的工作流体对水的冷凝之间。作为一个实例，全热或能量交换器142可以被配置成将热量从进入交换器入口148的工作流体传递至离开交换器出口146的工作流体，使得在进入冷凝器部件144之前工作流体的温度降低。作为另一个实例，全热或能量交换器142可以被配置成将水蒸汽从离开交换器出口146的工作流体转移至进入交换器入口148的工作流体，使得水蒸汽被保留在集成交换器和冷凝器单元140内，而不是被通过太阳能热单元110输送回来。

图6A示出了包括太阳能热单元110和下部壳体组件130的产水系统100的框图，例如在再生操作模式期间。组装好的系统100在运转时被配置成使得太阳能热单元110和下部壳体组件130固定地联接在一起。在图15A-B和图6A中，再生流动路径(以虚线表示)可以是基本上闭环的，并且可以包括通过系统100的多个流动段，包括：太阳能热单元110内的再生流动路径段(例如如图4A-D所示)；从太阳能热单元110到集成交换器和冷凝器单元140的再生流动路径段(例如在图6A中由向下的虚线箭头指示)，即，通过冷凝器144之前的交换器部件142；冷凝器144内的再生流动路径段(例如由图15A-B中的虚线表示)；以及从冷凝器144经由交换器部件142到太阳能热单元110的再生流动路径段(例如由图6A中的向上虚线箭头指示)。在再生操作模式期间，冷凝器144可以包括被配置成输出由冷凝器144冷凝的液态水的液态水生产出口180。系统100可以包括一个或更多个风机或风扇(例如可移除的风扇筒147)，以提高或调节工作流体在穿过太阳能热单元110以及集成交换器和冷凝器单元140的闭环再生流动路径中的流速。在释放操作模式期间，工作流体可以在流过太阳能热单元110时积聚热量和水蒸汽，并且在流过集成交换器和冷凝器单元140时高效地释放积聚的水蒸汽。循环器、风机或风扇(例如可移除的风扇筒147)可以位于集成交换器和冷凝器单元140的一部分中，并且被配置成在释放模式期间调节工作气体的流速。此外，所述一个或更多个可移除的风扇筒可以被配置成容易接近以进行可逆的更换，例如通过下部壳体组件130的入口面板或侧面板进行。包括可移除的风扇筒对于提高系统100的可维护性可能是优选的。

如图6A所示，交换器部件142可操作地联接在太阳能热单元110与冷凝器144之间。此外，再生入口126和再生出口128朝向太阳能热单元110的后平面120的第一侧布置，位于冷凝器144、全热交换器142(如果存在)(或者，在一些实施例中是集成交换器和冷凝器单元140的再生入口148和再生出口146)上方并与之对准。交换器部件142可以在进入和离开交换器部件142的工作流体路径(在图6A中由向上和向下的虚线箭头表示的两个再生路径流动段)中的工作流体之间交换显能(即，热量)和/或潜能(即，水分)。换句话说，交换器部件142可以在从太阳能热单元110输出的工作流体与输入到太阳能热单元110的工作流体之间传递能量(例如潜热和/或显热)和/或水蒸汽。此外，交换器部件142可以在从冷凝器144输出的工作流体与输入到冷凝器144的工作流体之间传递能量。

交换器部件142能够回收显能和/或潜能，以通过系统100高效地生产液态水。例如，交换器部件142可以将热量从具有较高温度值的再生流动路径段传递至具有较低温度值的再生流动路径段(例如，进入交换器入口148的工作流体比离开交换器出口146的工作流体具有更高的温度)。作为另一个实例，交换器部件142可以将水蒸汽从具有较高水蒸汽压力的再生流动路径段转移到具有较低水蒸汽压力的再生流动路径段(例如，离开交换器出口146的工作流体具有比进入交换器入口148的工作流体更大的水蒸汽压力)。

交换器部件142可以是被动显热传递单元或部件(例如交换器)、被动潜热传递单元或部件(例如蒸汽输送膜)、被动全热(即，显热和潜热)传递单元或部件(例如旋转吸湿轮)、或者主动热传递单元或部件(制冷单元、蒸汽压缩循环单元)。在一些实施方案中，热能(即，显热)和湿气能量(即，潜能)都被全热交换器142交换。在其它实施方案中，仅交换显热，例如使用常规换热器。显热可以经由交换器部件142以一个或更多个再生流动路径段之间的温差的形式传递。潜热可以经由交换器部件142以不同再生流动路径段之间的湿度差的形式传递。在一些实施方案中，交换器部件142可以包括多个子单元，例如独立的热交换子单元和湿气交换子单元。

在多种实施例中，集成交换器和冷凝器单元可以包括被配置成从多个再生流动路径段传递湿气、热量或它们的组合的一个或更多个旋转吸湿轮。尤其是，集成交换器和冷凝器单元的交换器部件包括被配置成在经由交换器入口(例如148)的工作流体输入与经由交换器出口(例如146)的工作流体输出之间传递能量的旋转吸湿轮。如图15A-B所示，全热交换器l42包括在再生流动路径段之间(即，在经由交换器入口148输入的工作流体与经由交换器出口146输出的工作流体之间)旋转的吸湿轮。该吸湿轮可以包括在能够在吸附区与解吸区之间移动的圆盘上的吸湿性材料或吸湿剂。在吸附区中，吸湿剂可以从第一再生流动路径段中的工作流体(例如经由交换器出口146输出的工作气体)中吸收水蒸汽。在解吸区中，第二再生流动路径段中的工作流体(例如经由交换器出口146的输出)可以向吸湿轮的解吸区中的吸湿剂释放水蒸汽。在所述系统包括包含旋转吸湿轮的能量交换器或部件的实施例中，可以通过改变旋转吸湿轮的旋转速率来改变能量交换速率。

在一些实施例中，太阳能热单元110可以包含吸湿性材料(例如在118a和118b处)，并且全热交换器142是吸湿轮，它们都可以包含相同的吸湿性材料。在其它实施例中，基于系统的每个相应单元或区域的预期或预定操作范围，吸湿性材料是不同的(例如，太阳能热单元110中的吸湿性材料不同于全热交换器142的吸湿轮的吸湿性材料)。例如，太阳能热单元110的吸湿性材料和全热交换器142的旋转吸湿器可以基于水吸收质量百分比、水吸收和释放速率或动力学特性(在一些情况下作为暴露湿度和温度的函数)、作为空气流速的函数的水吸收和释放速率等具有不同的特点。在一个非限制性实例中，太阳能热单元110中的吸湿性材料比全热交换器142的旋转吸湿器中的吸湿性材料具有更高的吸水能力。在另一个非限制性实例中，全热交换器142的旋转吸湿器中的吸湿性材料比太阳能热单元110中的吸湿性材料具有更高的吸水或释水速率或更快的动力学行为。在一个非限制性实例中，太阳能热单元中的吸湿性吸收剂可以具有较慢的动力学特性，但是在较大的RH摆动范围(从干到湿)中具有较大的水蒸汽容量，而交换器吸湿性材料可以被调整为在较高的RH范围中以较快的动力学工作，具有较低的总质量吸收率。

冷凝器144可以被配置成在工作流体路径中接收工作流体，并从接收的流体产生液态水(例如通过在再生流动路径中冷凝工作气体中的水蒸汽)。本公开的冷凝器可以包含任何期望的材料，并且可以被布置成任何期望的配置(例如用于高效地将工作流体中的水蒸汽冷凝成液态水)。例如，适当的冷凝器结构可以包含聚合物、金属和/或类似材料。冷凝器部件或子单元可以包括盘管、翅片、板、曲折通道和/或类似部件，以改善流过其中的工作气体的散热并改善液态水的产生。

在一些实施例中，冷凝器(例如144)和/或能量交换器142(如果存在)可以包括位于冷凝器壳体(和/或交换器壳体，如果存在)的一个或更多个表面处的散热器。在一个实例中，所述散热器可以包括多个散热表面或散热片。此外，所述产水系统可以包括布置在任何期望的位置的任何数量的风机或风扇，这些风机或风扇能够与控制器通信，并且被配置成在运行期间使环境空气流过冷凝器和/或系统的其它部件，例如包括所述多个散热表面。作为一个示例性实例，图14B示出了冷凝器144’的仰视透视图，该冷凝器144’包括散热器145a’，该散热器145a’具有布置在冷凝器壳体的后表面处的多个向外延伸的散热片。图14C示出了包括多个从基部延伸的散热片的散热器145a’的横截面图。本公开的散热器可以包含与相关的冷凝器相似或不同的材料。在一个实例中，冷凝器壳体可以由聚合材料形成，并联接至金属散热器(例如带翅片的铝、铜、钢和/或类似材料的散热器)，以在高效散热的同时保持所生产的水的水质。

在图14A的非限制性实例中，冷凝器单元壳体145的表面包括散热表面特征，所述散热表面特征包括蛤壳式构造的重复的脊或肋，以提供用于热传递和冷凝的大表面积，同时具有最小压降。图14B的非限制性实例示出了沿着冷凝器壳体(例如聚合物冷凝器主体)的下表面布置的散热器(例如金属散热器)，以改善从冷凝器的散热。但是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以采用各种构造的和由各种导热材料形成的其它表面特征和/或散热结构，以通过脊、肋、突起、翅片、散热片和/或类似部件来改善散热，并且在许多实施例中与冷却风扇结合来改善散热，以获得最大的传热表面积和实现冷凝器的冷凝收集。

请再次转到图13A-B，下部壳体组件130包括第一阀门单元150a，该第一阀门单元150a位于冷凝器144的壳体上方，并被配置成联接至太阳能热单元110的工艺入口122。此外，第二阀门单元150b位于冷凝器144的壳体上方，并被配置成联接至太阳能热单元110的工艺出口124。第一阀门单元150a包括被配置成与工艺入口122接口并联接至工艺入口122的出口152，第二阀门单元150b包括被配置成与工艺出口124接口并联接至工艺出口124的入口154。第一阀门单元150和第二阀门单元150b朝向下部壳体组件130的顶面的一侧布置，与再生入口148和再生出口148相对，以提供使得下部壳体组件中部件更易接近的紧凑系统100，这将在下面更详细地论述。虽然图13A-B的实例仅示出了两个阀门，但是在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在太阳能热单元与下部壳体组件之间的每个接口处设置任何期望数量的阀门。

每个阀门单元(例如阀门单元150a和150b)可以被配置成为太阳能热单元(例如110)的相应端口(例如工艺入口122和工艺出口124)提供低压密封(例如小于2英寸水柱或小于500帕的压力)，例如在再生操作模式期间，在该模式中，工作气体在闭环再生流动路径中流过太阳能热单元(例如110)、能量交换器(例如142)和冷凝器(例如144)。在图16A和16B所示的一个实例中，每个阀门单元150a和150b可以包括位于阀壳158a和158b内的可充气阀门构件156a和156b。图16A示出了阀门单元150a和150b的侧视横截面图，而图16B示出了其俯视图。可充气阀门构件156a和156b可以被配置成充气(例如通过联接至泵送装置的连接管)，以限制工艺气体(例如环境空气)通过由内部构件或壁157a和157b限定的通道的流动，从而形成密封，例如在释放操作模式期间。

如图16A-B所示，可充气阀门构件156a和156b可以具有环形构造，并且由弹性材料形成，该弹性材料在充气时膨胀，以在阀壳158a和158b的环形通道159a和159b中形成密封，例如在释放操作模式期间。但是，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，其它的可致动、可压缩和/或可充气阀门构造和形状也是可能的。

在加载操作模式期间，一个或更多个阀门构件(例如156a和156b)可以处于放气状态，以提供开放的环形通道(例如159a和159b)，从而允许工艺气体(例如环境空气)从中通过。作为一个示例性实例，在图16A和图5中用虚线示出了工艺流动路径，其中示出了固定地联接在一起的太阳能热单元110和下部壳体组件130。

在图16A和图5中，工艺流动路径(在图10A和图5中以虚线表示)可以通过风扇组件160将环境空气引入阀门单元150b。来自系统100外部的工艺气体例如可以通过风扇组件160输送到系统100中。在多种实施例中，可以提供一个或更多个过滤器，以在输入到阀门单元或太阳能热单元100之前过滤工艺气体(例如从环境空气中去除灰尘等污染物)。例如，可以包含多孔过滤层作为阀门单元的一部分，例如布置在阀门单元150a的入口处的过滤层151。在加载操作模式期间，可充气阀门构件156a处于放气状态，从而为环境空气提供开放的环形通道，以允许通过阀门单元150a并经由阀门出口152进入太阳能热单元110的工艺入口122。在进入工艺入口122时，工艺气体可以被沿着工艺流动路径(例如由图3中的虚线指示的工艺流动路径)输送通过太阳能热单元110。在离开太阳能热单元110时，工艺气体被通过阀门入口154引入阀门单元150b。处于放气状态的可充气阀门构件156b为工艺气体提供开放的环形通道，以通过阀门单元150b并离开系统100，例如经由风扇组件160的另一个通道或不同的系统排气位置。

在图16C和16D中示出了用于产水系统的阀门的另一个实例，其中阀门单元150’包括位于阀壳158’内的可移动或可致动的阀门构件156’(例如提动阀)。图16C示出了包括阀门构件156’的阀门单元150’的透视横截面图，其中该阀门构件156’处于打开状态。图16D示出了包括的阀门构件156’的阀门单元150’的侧视横截面图，其中该阀门构件156’处于打开状态(左)和关闭或密封状态(右)。

在系统运行或循环期间，可以将一个或更多个阀门构件(例如阀门构件156’)置于打开状态，以提供打开的通道(例如通道159’)，使工艺和/或再生气体能够通过。此外，阀门构件156’可以被配置成定位或移动(例如通过中心轴线线性致动器156a’)，以限制工艺和/或再生气体通过由内部构件或壁157’限定的通道159’的流动(如虚线所示)，从而形成密封，如图16D的右侧所示。本公开的阀门构件(例如阀门构件1565)可以包括一个或更多个用于改善密封的元件或特征，例如聚合物部件或环、可压缩的唇缘或在两个表面之间密封的其它表面特征，例如可以包括在图16C-D中示出的可压缩的环156O’。

请再次转向图13A-B，风扇组件160沿着下部壳体组件130的检修面板或侧面板(例如朝东的一侧)布置。风扇组件可以包括多个独立的风扇或风机，可以将这些风扇或风机一起或单独地激活，例如在不同的操作模式中。在一个实例中，可以在加载操作模式期间激活中央风扇162a，以将环境空气输送到阀门单元150a中。在另一个实例中，可以借助于风扇162b和162c通过环境气流冷却冷凝器144，风扇162b和162c可以输送空气，使其通过集成交换器和冷凝器单元140的表面(例如包括散热表面特征的冷凝器壳体145)，例如在再生模式期间。在一些实施例中，可以在壳体132中布置一个或更多个可移除的导流元件，以将输入的环境空气从侧向风扇组件160引向集成交换器和冷凝器单元140的一部分。例如，可以沿着另一块检修面板或侧面板(例如北侧面板134N)布置由泡沫或类似材料制成的类似于阻流器的可移除的导流元件164a和164b，并且将它们配置成能够可逆地移除，例如在下部壳体组件130内的部件的维护或维修操作期间。此外，沿着检修面板或侧面板布置风扇组件160可能是优选的，以便于紧凑系统100的现场维护。

如图17中的下部壳体组件的放大图所示，下部壳体组件130的部件可以被布置和配置成便于通过壳体132的侧面板或检修面板134进行维修和维护。例如，可以从下部壳体组件130的北侧面板134N、东侧面板134E和西侧面板134W接近常常需要更换或维修的部件。作为另一个实例，可以分别沿着东侧面板和西侧面板布置用于从冷凝器144或从用于存储从冷凝器144产生的液态水的储水器(例如位于181处的储水器)分配液态水的电池166和分配泵168。可以将壳体132的侧面板或检修面板134设置为实心连续面板(例如134N、134S)或者包括用于冷却或排气的可透气部分(例如134W)。此外，可以将部件内置到侧面板或检修面板中或使其它直接面向侧面板或检修面板，例如将风扇组件配置成侧面板或检修面板134E的面向外的部件。

本文中所述的产水系统能够提高可现场维护性的水平，从而内部部件的故障不需要拆卸整个产水系统来进行修理或更换。除了使用可移除的元件或部件(例如阻流器、可移除的风扇筒)之外，所述产水系统还能改善对可能因相对于侧面板或检修面板的内部配置而容易发生故障的部件(例如下部壳体组件内部的紧凑的集成交换器和冷凝器单元)的访问。因此，所述产水系统提供了很高水平的可维护性和稳健的设计，从而即使在较恶劣或变化很剧烈的操作条件下也能提供可靠性。

本公开的产水系统的效率和功率使用可能取决于环境条件(太阳辐照、环境相对湿度和/或类似条件)，希望能动态地操作所述产水系统及其部件，以调节向系统风扇、泵、交换器、冷凝器等输入的功率量。

在多种实施例中，工艺和/或再生流体流动路径可以基于期望的系统操作状态(例如用户设定点、以编程方式设定的相对于其它产水系统的产水目标等)、系统操作条件的变化(例如产水速率或量、系统功率状态、功率可用性、系统配置等)和/或环境变化(例如季节、一天中的时间、天气、太阳辐射等)而变化，以改善产水特性，例如提高产水效率，平衡或减少系统内的压降，平衡吸收水和释放水的操作的效率等。

作为一个实例，图18示出了包括具有流动旁路(由流动段B’、B”表示)的工艺流动路径(由虚线表示)的产水系统的框图。如图18所示，系统100可以在工艺旁路模式中运行，在该模式中，工艺气体被导引通过一些或全部再生或工作流体流动路径。在第一个实例中，环境空气可以被从工艺入口122导引并通过再生入口126，以经过太阳能热单元110的外表面，例如通过下部壳体组件130中的再生流动路径的一部分，如流动路径段B’所示。在一些实施方案中，工艺气体可以流过交换器部件142(如果存在)和/或冷凝器144的至少一部分。工艺气体可以通过再生入口126重新进入太阳能热单元110，穿过顶部玻璃覆层，并通过工艺出口124离开太阳能热单元110。在工艺旁路模式中，可以激活再生风扇(例如下部组件130的风扇147)以将工艺气体输送到再生流动路径的至少一部分中(例如阀门单元150a和150b可以处于未密封或打开状态)。作为另一个例子，系统100可以在旁路模式中运行，在该模式中，工艺气体(例如环境空气)被从工艺入口122导引，经过导流器(例如挡板117’)中的一个或更多个开口，如流动路径段B”所示。在一个操作实例中，如果环境相对湿度大于离开太阳能热单元(例如在再生出口128处)的再生流体的湿度，那么直接从环境空气中产生水可能是优选的(而不是通过先前加载模式的太阳能热单元中的吸湿性材料)。

作为在图19的框图中说明的另一个实例，产水系统可以包括一个或更多个再循环或旁路再生流动路径，其中至少一部分再生气体在流过太阳能热单元110的整个再生流动路径之前被重新导引或再循环通过冷凝器144(和/或能量交换器142，如果存在的话)。在一个实施方案中，至少一部分再生流体在经由入口126流入太阳能热单元110之前可以被导引在冷凝器144中再循环，例如如可选的流动段R’或R”所示。在所述系统包括全热交换器(例如142)的实施方案中，至少一部分再生流体可以在全热交换器142之前被导引回到冷凝器，如可选的流动路径段R’所示，和/或在流过全热交换器142之后被导引回到冷凝器，如可选的流动段R”所示。在一些实施方案中，至少一部分再生流体可以经由太阳能热单元110中的再循环流体流动路径的局部段被导引回到冷凝器144，例如如可选的流动段R”’所示。

各种配置和导流元件是可能的。在一个示例性实例中，挡板(例如117’)可以包括开口或狭槽，以允许至少一部分再循环流体向下部组件130回流，更具体地说，向冷凝器144回流。挡板117’中的开口或狭槽可以是静态的或动态的。例如，挡板117’可以被配置成具有狭槽的静态竖直杆，并且循环风扇可以驱动一部分再生流体流过所述狭槽，例如使得在提高循环风扇的功率时会增加向冷凝器回流的再生流体部分。风扇和流动元件(例如挡板、多孔吸收器等)的特定位置和配置可以迫使或驱动再生流体回收或再循环回到冷凝器(例如，来自吸收器118b的背压或流动阻力可以迫使再生流体流向冷凝器，而不是向上流过太阳能热单元)。此外，可以调节由系统风扇导引的流动循环的速率，以改变返回冷凝器的再生流体的再循环流速和/或流量。作为另一个实例，可以操作一个或更多个系统风扇或循环器，以在再生流体流动路径的不同部分施加或驱动不同的再生流体流速。例如，流过太阳能热单元的再生流体的流速可以低于流过冷凝器的再生流体的流速。

在一些实施例中，通过在冷凝器的出口与来自太阳能热单元的新水分流量混合，再生流体中的水分或水蒸汽可以被回收或再循环回到冷凝器。作为一个示例性实例，通过冷凝器的再生流体的流速可以设定在大约100CFM。在冷凝器的出口处，大约50％或50CFM可以被导引回到冷凝器，而剩余的50CFM继续流到太阳能热单元。系统控制器例如可以基于环境条件和/或系统条件(例如再生流体温度、再生流体湿度、水产量等)修改冷凝器与太阳能热单元之间的再生流量的比例。作为一个示例性实例，控制器可以确定从冷凝器输出的再生流体是否高于预定的湿度阈值，并且，作为响应，增加或转移进入冷凝器的再生流体的流量，以避免或“不利于”再生流体在太阳能热单元中的吸水。作为另一个实例，控制器能够确定从冷凝器输出的再生流体是否低于预定的湿度阈值，并且，作为响应，增加通过太阳能热单元的流量和/或减少或阻止再循环再生流回到冷凝器中，以便能够将更多的水吸收到太阳能热单元中的再生流体中，从而将更多的水分循环出系统，同时减少通过冷凝器的再生流量以增加冷凝器中的湿度。

在一些实施方案中，所述系统可以包括主动或被动分流器(例如192)，该分流器其被配置成将从冷凝器单元输出的再生流体的至少一部分导引回到冷凝器单元的再生流体输入中，以在再生流体流入太阳能热单元之前回收或再循环再生流体。在一个实例中，分流器192可以包括T形阀、门、挡板或其它可操作以选择性地或自动地在多个状态(例如打开、部分打开、关闭等)之间移动、摆动或交替的流动元件，以允许至少一部分再生流体从冷凝器的出口流到冷凝器144的入口，而不是流入太阳能热单元110。分流器可以由从控制器170发送的信号编程地、自动地或选择性地控制(例如在打开、部分打开和关闭位置之间)。在一些实施例中，一个或更多个分流器(例如192)可以按增量打开，以允许更多或更少的再生流体返回(例如经由回流导管)到冷凝器144中。通过控制再生流体返回或再循环到冷凝器144的时间和数量，所述系统能够控制来自水蒸汽的更大量的水冷凝物，这些水冷凝物通常将会输送到太阳能热单元用于附加的加热和/或吸水，从而使得所述产水系统能够处理再生流体中增加的水量或绝对湿度，并由此增加水产量，而不需要增加额外的热量或从太阳能热单元向再生流体中转移水、吸水和/或更大的运行功率需求。

将再生流体从冷凝器的出口再循环到入口的操作可以瞬间地、周期性地和/或在一段时间或周期内(例如一天)增加由所述系统产生的水的总量或水的生产率。例如，当在再生流体流动路径中流动的再生流体的绝对湿度和/或再生流体的温度可能最高时，所述系统能够通过在卸载循环的初始或中间部分(例如早晨或中午)将再生流体再循环到冷凝器(例如通过激活分流器192)而操作。当在再生流体流动路径中流动的再生流体的绝对湿度降低时，例如在循环过程中当大部分水已经被释放和冷凝之后，在接近卸载循环结束时(例如在下午的晚些时候)，所述系统能够减少或结束再生流体向冷凝器中的再循环(例如通过停用分流器192)。

例如，再循环分流器可以将超过10％或20％的再生流体流量导引回冷凝器。在另一个实例中，再循环分流器可以将大约20-80％的再生流体流量导引回冷凝器。在一些实施例中，所述系统可以最初时将较大量(例如50-100％)的再生流体流量导引回冷凝器，然后在卸载循环的过程中在稍后的预定时间和/或在达到阈值系统操作状态(例如再生流体的湿度、功率可用性等)之后减少再循环再生流体流量(例如0-50％)。或者，所述系统可将有限量(例如0-50％)的再生流体流量导引回冷凝器，然后在卸载循环的过程中在预定的时间和/或在达到阈值系统操作状态(例如再生流体的湿度、功率可用性等)之后增加再循环再生流体流量(例如50-100％)。此外，在一些实施方案中，再循环分流器能够在卸载循环过程中改变再循环至冷凝器的再循环流体部分，例如基于变化的环境条件(例如太阳照度)或系统操作状态(例如系统含水量和/或功率可用性)来进行。在另一个实例中，在卸载循环的预定时间内或在整个卸载持续时间内，分流器可以将大约40-60％或大约50％的再生流体流量导引回冷凝器。

在一些实施例中，控制器(例如170)能够确定是否和/或何时应该将至少一部分再生流体导引或转移回冷凝器单元(例如144)，例如基于再生流体的湿度阈值的改变或达到、一天中的时间等来确定。此外，控制器(例如170)能够确定应导引或转移回(例如经由分流器192)冷凝器单元(例如144)的再生流体的再循环部分、数量或流速。控制器(例如170)能够激活或促动分流器(例如192)，以在再生流体流过太阳能热单元(例如110)之前将确定的再生流体部分导引回冷凝器(例如144)。在多种实施方案中，控制器可以被配置成基于再生流体的温度、再生流体的相对湿度、再生流体的绝对湿度、再生流体的压力、太阳辐照、太阳照度、环境温度、环境湿度、产水速率、产水量、一天中的时间、经过的时间、预定的时间表、系统含水量、系统功率状态或它们的组合来确定是否、何时以及在何种程度上将再生流体的再循环部分转移回冷凝器。例如，控制器能够估计或确定在再生流体路径中流动的再生流体的绝对湿度或温度高于预定阈值(例如通过传感器，通过基于产水量等进行的计算或估算)。响应于确定再生流体的绝对湿度或温度高于预定阈值，控制器可以促动分流器(例如192)，以将再生流体的至少一部分(例如50％)导引回冷凝器。

除了替代流动路径、散热特征、排热方法和/或主动或被动的导流元件之外，还可以包括附加部件来提高产水效率，例如提高冷凝器从再生流动路径产水的效率。例如，在系统处于高系统含水量状态时，这可能是有利的，这能使得系统的吸湿性材料和/或再生流体富含水(例如高绝对湿度、高平衡湿度或吸湿性材料的平衡含水量)，以平衡水释放相对于水吸收的效率。在一些操作条件或系统状态下，水凝结会限制产水，而不是限制水的吸收或其它系统功能。在这种状态下，可能优选的是提高或改善系统的水冷凝效率，例如通过向冷凝器和/或全热交换器(如果存在)提供额外的动力来实现。

在一些实施例中，风冷式冷凝器(例如由塑料和/或金属材料形成)能够从再生流动路径的再生流体中冷凝出水，并且，在一些实施例中，系统(例如通过机载PV或电池)为一个或更多个风机或风扇(例如风扇组件160)提供动力，以使环境空气流过冷凝器，从而提高热传递、冷凝器效率并由此提高水产量。在这样的实施方案中，环境空气冷却(通过冷凝器壳体的热传递)流过冷凝器的热再生流体，以提取水，并将多余的热量排放到外部环境中。

在其它实施例中，冷凝器可以通过冷凝器内部和/或外部的液态水或冷却剂流来冷却。冷却剂或水冷式冷凝器可以被配置为常规的管翅式、壳管式、板式或类似的交换器，在这样的交换器中，散热器、冷却塔和/或其它外部冷却源冷却在冷凝器中流动的再生流体。管翅式热交换冷凝器可以由高导热材料制成，例如铜和铝。在这样的实施方案中，再生流体和冷却水不直接相互接触，而是在针对紧密接触以高效传热设计的交换器或冷凝器内的独立通道中流动。冷却剂或冷却水可以在导管或管道上方和/或内部流动，以从再生流体中吸收热量，从而将再生流体的流动温度降低到再生流体的露点以下，由此在冷凝器的再生流体侧冷凝水。

虽然本公开的环境空气冷却冷凝器具有简单的设计且易于制造，但是低传热性能会限制系统的产水量。因此，一些系统可以包括具有改善的传热性能的冷凝器单元，以提高水生产率。例如，本公开的系统可以包括液体冷却剂或水冷冷凝器，例如以交叉流动热交换配置提供。这种冷凝器可以包括金属(例如铜、铝)导管、管道和/或散热表面(例如翅片)，以比风冷冷凝器和/或由聚合材料形成的冷凝器更高效地冷却再生流体，从而提高水产量。

在多种实施例中，本公开的产水系统包括被配置成通过来自再生流体的水蒸汽冷凝来实现高产水效率的冷凝器或冷凝器组件。除了在下文中另有说明之外，用于指代图20-25中的部件的数字标记可以类似于那些用于指代上面的图1-10和13-19中的部件或特征的数字标记，不同之处是索引增大了100的一个倍数。

图20示出了包括冷却流体分配网络的冷凝器644的框图，该冷却流体分配网络被配置成导引在冷却流体路径中流动的冷却流体(例如水或水基溶液等冷却流体)通过在冷凝器644的再生流体流动路径(由虚线指示)中延伸的冷却导管、管道或盘管683。在释放或卸载操作循环期间，冷凝器组件644可以将在再生流体路径中流动的再生流体冷却到露点以下以从中冷凝水蒸汽，并将液态水收集在储水器681中。因此，再生流体在流过冷凝器644的再生流体流动室684时将热量传递给在冷却导管682中流动的冷却流体，该冷凝器644被配置成允许来自再生流体的冷凝物向下流到产出水储存器681。冷却流体可以经由一个或更多个被配置成将冷却流体泵送通过冷却流体分配网络的泵送装置(例如泵686)被导引通过冷却导管682。在一些实施例中，所述系统可以包括被配置成经由热辐射、对流、相变和/或传导将冷却流体收集的热量排出到系统外部的散热单元688。在运行时，热量可以由流经冷却导管回路的冷却流体从流经冷凝器的再生流体中收集，然后通过散热单元688释放到周围环境中。本发明的散热单元可以通过具有或不具有增加传热表面积的散热表面(例如散热翅片)的导管循环冷却流体，所述散热表面可以暴露于周围环境和/或系统的较冷部分，并且可以以任何期望的配置提供。此外，在一些实施方案中，一个或更多个风机或风扇(例如689)可以主动地使环境空气流过散热单元688，例如通过经由散热器风扇689对冷却流体主动冷却来实现。可以使用各种冷却流体，包括但不限于由系统产生的液态水、水基冷却剂溶液、乙二醇溶液、有机油、矿物油、制冷剂或它们的组合。

图21示出了例如设置在再生流体流动室684内的冷却流体分配网络的一部分，其中多个冷却导管682a-n垂直于多个翅片683a-n布置，这些翅片683a-n平行于冷凝器组件(例如644)的再生流体流动室(例如684)内的再生流体的流动方向(由虚线表示)延伸。在运行期间，冷却导管中的流体处于低于再生流体露点温度的温度，使得再生流体中的水蒸汽在交叉流热交换器的再生流体流动侧冷凝。虽然图21示出了冷却导管682a-n位于垂直于再生流体流动方向(虚线所示)的平面内的交叉流热交换实施方案，但是其他配置也是可能的。此外，流过导管682a-n的冷却流体可以不像为了简单起见所示出那样是单向的，相反，冷却流体可以在流体分配网络上来回交替行进，例如沿着一个或更多个冷却流体导管缠绕、转弯或盘绕地进行。

在多种实施例中，本公开的冷凝器冷却流体分配网络可以包括被布置到再生流体流动室内的一个或更多个冷却回路中的一个或更多个金属材料的(例如铝、铜、铁、它们的合金)翅片式冷却导管，每个冷却回路包括用于将冷却流体输入冷却回路的入口和用于从冷却回路输出冷却流体的出口。

作为另一个实例，图22A示出了包括管翅式构造的冷凝器的一部分，例如冷凝器644。如图所示，冷却流体经由入口682’进入导管网络682，流过包括导管682的冷却流体分配网络，然后经由出口682”离开。可以将导管682设置为通过多个散热翅片683(例如铝或铝合金翅片等金属翅片)隔开的交替成排导管的迂回盘管。在所示的非限制性实例中，入口682’可以在两层导管(例如上层铜管和下层铜管)之间分流冷却流体，并且在出口682’处重新汇合，例如以最大限度地减少压降和/或泵送冷却流体所需的功。

为了简单起见，图20所示的示例性实施例示出了包括穿过冷凝器组件644的再生流体流动室684的单个转弯或反转的再生流体流动路径(由虚线表示)。在图22A中示出的另一个示例性实施例示出了包括三个转弯或反转的再生流体流动路径(由虚线表示)，该路径例如经由冷凝器644中的三个导流元件或挡板转向。但是，许多其它配置也是可能的。优选再生流体和/或冷却流体流过冷凝器组件644的再生流体流动室684中的曲折、交替和/或大表面积的特征，例如通过多个转圈、转弯、盘管、曲折的通道、壁、挡板和/或大表面积的特征，以最大限度地加强水蒸汽冷凝。

作为另一个示例性实例，图22B示出了具有竖直盘管结构的冷凝器的一部分。如图所示，再生流体经由风扇647向上流过冷凝器组件644’，使得再生流体流动路径(由虚线表示)的至少一部分经过被冷却流体分配网络包围的再生流体流动室684’的中心部分。如图所示，冷却流体经由入口682’进入导管网络682，流过冷却流体分配网络，并经由出口682”离开。导管682可以被设置为如图所示的竖向隔开的成排导管的迂回盘管，当然，其它配置也是可能的。在一些实施例中，优选为了系统的运转将较大或“过大”的冷却导管与较小、低功率或“过小”的风扇相结合，以通过用于循环再生流体的风扇降低或最大限度地减少功耗。例如，为了减少再生流体在系统中循环的能耗，在小型或紧凑系统中设置的“过大”冷却导管的材料成本是可以接受的。但是，在其它实施例中，例如在较大的系统中，优选将较小或“过小”的冷却导管与较大或“过大”的风扇结合使用以降低材料成本，和/或在系统操作条件允许风扇功耗较高的情况下这样做。

本公开的冷凝器和冷凝器组件可以包含任何期望的材料，并且可以被布置成任何期望的配置，以最大限度地增加来自再生流体的水蒸汽，同时保持高水质或纯度。适当的冷凝器结构可以由各种类型的聚合物、金属以及它们的组合形成。此外，本公开的冷凝器可以包括盘管、环路、翅片、板、曲折通道、大表面积和/或类似特征，以改善流过其中的再生气体的散热，从而改善从空气中产生水。

作为另一个示例性实例，图23示出了包括在释放或卸载操作循环期间穿过太阳能热单元610和冷凝器644的再生流动路径(由虚线表示)的产水系统600的框图。如图所示，再生流体流过再生流体流动室684，该再生流体流动室684被分成由分离器、表面、壁或挡板685限定的多个平行或交替的流动段或通道，所述分离器、表面、壁或挡板685被布置成例如在释放操作模式期间加强来自流过闭环再生流动路径中的冷凝器644的再生流体流动室684的再生流体的水的冷凝。

除了系统内的散热特征、传热特征、曲折的流动路径、排热方法和主动或被动的导流元件之外，本公开还提供了多种控制方法，以通过从工作流体或再生流体中收集的水的冷凝来最大限度地增加水产量。当周围环境条件和系统状态在运行过程中变化时，这可能是特别有利的。在不同的操作条件和系统状态下，不同的系统功能会限制或抑制水的产生。因此，系统控制器(例如170)能够响应于用户输入、编程、内部或外部条件的变化或预测来改变系统操作设定点以增加水产量，例如通过向风扇、循环器、泵和/或类似部件提供额外的功率来进行。

在一个实例中，系统控制器(例如670)能够确定是否和/或何时将冷却流体导引通过冷凝器组件(例如644)，例如基于或响应于再生流体的温度或湿度、一天中的时间、产水量、太阳辐照或照度等的变化或阈值。此外，控制器例如能够确定冷却流体流速或向泵(例如686)和/或冷却风扇(例如689)施加的功率输入水平。控制器可以启动泵和/或风扇，以导引冷却流体按确定的冷却流体流速流过或通过冷凝器的冷却导管。

在多种实施方案中，控制器可以被配置成基于再生流体的温度、再生流体的相对湿度、再生流体的绝对湿度、再生流体的压力、太阳辐照、太阳照度、环境温度、环境湿度、产水速率、产水量、一天中的时间、经过的时间、预定的时间表、系统含水量、系统功率状态或它们的组合确定是否、何时和/或在何种程度上冷却冷凝器，例如通过泵送冷却流体和/或冷却气流来冷却。

在一个实例中，控制器能够确定太阳辐照、系统含水量(例如再生流体的绝对湿度、吸湿性材料的平衡水等)或在再生流体流动路径中流动的再生流体的温度是否高于预定阈值(例如通过传感器、通过基于捕获或产生的水量进行的计算或估算等)。响应于确定太阳辐照、系统含水量或再生流体温度高于预定阈值，控制器可以启动泵(例如686)和/或风扇(例如689)以使冷却流体流过或通过冷凝器。

作为另一个实例，控制器能够确定系统功率可用性或者系统功率状态是否高于预定阈值，例如系统电池充电状态(SOC)是否高于预定阈值、PV功率是否高于预定阈值、预测的太阳辐照是否高于预定阈值等。响应于确定系统功率状态高于预定阈值，控制器可以启动泵(例如686)和/或风扇(例如689)，以使冷却流体流过或通过冷凝器。

本公开提供了多种操作方法来驱动来自再生流体的水蒸汽的冷凝，从而在一系列环境条件下最大限度地增加系统的水产量。作为另一个实例，图24示出了包括穿过太阳能热单元710和包含雾化组件的冷凝器744的再生流动路径(由虚线表示)的产水系统700的框图。雾化单元794可以被配置成在再生流体流过冷凝器744时将液体(例如液态水)喷射到冷凝器744的再生流体流动路径的至少一部分中。在一些实施方案中，雾化单元794可以将液态水(例如由系统产生的水)喷射到再生流体中。在与再生流体接触或混合时，再生流体能够被冷却，从而来自再生流体的水冷凝物被收集，例如通过向下流到液态水储水器781来收集。在一些实施例中，泵送装置(例如泵786)可以使液态水例如从储水器781流向雾化单元794。在一些实施方案中，可以在雾化或喷射之前冷却雾化流体或液态水，例如通过由单元789指示的散热单元和/或风扇组件来进行。

在本公开中，可以采用各种类型和配置的雾化单元或喷雾装置。例如，本公开的雾化单元可以包括一个或更多个喷雾、薄雾或雾化喷嘴、机械板式雾化器、机械盘式雾化器、穿孔板式混合器、波纹板式混合器和/或类似装置。喷雾型雾化单元可以包括联接至水泵的喷雾嘴，所述水泵被配置成使水(例如来自储水器781的水)循环。进入冷凝器室的再生流体与来自喷嘴的冷却喷淋水接触，导致喷淋水与再生流体之间的热传递，使得再生流体中的水蒸汽被冷却到露点以下。优选所述雾化单元被配置成喷射较冷的水和/或较小尺寸的液滴，以提高传热效率。

雾化单元可以以紧凑、小巧和/或模块化的形式或构造与冷凝器或冷凝器组件集成。图25A和图25B示出了包括雾化喷嘴的雾化冷凝器的一个实例。图25A示出了雾化冷凝器844的俯视侧透视图，图25B示出了雾化喷嘴895的放大图。冷凝器844包括雾化单元894、泵886和散热单元888，所述雾化单元894包括沿着冷凝器的再生流体入口布置的四个喷嘴，所述泵886被配置成导引水通过喷嘴895，所述散热单元888带有冷却风扇889。雾化冷凝器844可以运行以使液态水通过一个或更多个雾化导管887流入雾化单元894的喷嘴895。如图所示，在被雾化或喷射到进入冷凝器或冷凝器内的再生流体中之前，液态水可以通过散热单元和/或风扇889冷却。

在多种实施例中，系统控制器(例如170)可以响应于用户输入、编程和/或内部或外部条件的变化或预测来设置或调整系统操作设定点，以增加水产量，例如通过向雾化装置、风扇、循环器、泵和/或类似装置提供额外的功率来实现。例如，系统控制器例如可以被配置成在卸载循环期间启动雾化单元，从而以确定的雾化速率雾化冷凝器中的液态水。此外，控制器可以基于再生流体的温度、再生流体的相对湿度、再生流体的绝对湿度、再生流体的压力、太阳辐照、太阳照度、环境温度、环境湿度、产水速率、产水量、一天中的时间、经过的时间、预定的时间表、系统功率状态或它们的其组合来确定或调节雾化速率或雾化特性，例如液滴尺寸，这例如可以通过调节泵886和/或冷却系统888/889的功率来进行。

作为一个示例性实例，控制器(例如170)能够确定在再生流体路径中流动的再生流体的温度、绝对湿度和/或相对湿度是否高于预定阈值。响应于确定再生流体的湿度高于预定阈值，启动雾化单元以雾化冷凝器中的液态水。作为另一个示例性实例，控制器(例如170)可以被配置成确定系统功率状态(例如电池SOC、PV可用性等)是否高于预定阈值。响应于确定系统功率状态高于预定阈值，启动或调节雾化单元以雾化冷凝器中的液态水，提高流向雾化喷嘴895的液态水的流速(例如通过增加泵886的功率)，以减小再生流体流动路径中的液体喷雾的平均液滴尺寸。

可以采用各种方法，通过将在加载模式期间由吸湿性材料捕获的水蒸汽向再生、释放或卸载循环期间再生流体中的蒸汽压饱和状态驱动来控制或最大限度地改善从空气中产生水。控制器可以在多个操作模式之间操作所述产水系统，所述操作模式包括加载模式，在该模式中，太阳能热单元在工艺气体在工艺流动路径中流过太阳能热单元时从工艺气体中捕获水蒸汽。在释放模式期间，再生流体在再生流体路径中流动，以在流经太阳能热单元时积聚热量和水蒸汽，然后流入冷凝器中，以释放或产生液态水。在再生、释放或卸载循环期间，控制器可以在多个释放模式之间操作系统及其部件。例如，控制器可以基于环境条件和/或系统条件在多种模式之间操作冷凝器。在一个实例中，控制器可以设定或调节系统以再生流体再循环模式运行，在该模式中，从冷凝器输出的再生流体的至少一部分通过冷凝器的再生流体流动路径再循环回来。

作为另一个实例，控制器能够以省电模式操作冷凝器，在该模式中，冷凝器不消耗电能，例如在PV功率和/或电池功率受限时。或者，所述系统可以以产水增强模式运行，在该模式中，系统的电能被导向冷凝器和/或全热交换器(如果存在)或被冷凝器和/或全热交换器消耗。在冷凝器增强模式中，控制器能够以空气冷却模式操作产水系统，在该模式中，所述系统将功率导向一个或更多个冷却风扇，以使空气流过冷凝器的散热表面，从而将热量排放到周围环境中。或者或另外，控制器能够以流体冷却模式操作冷凝器，在该模式中，冷却流体在冷却流体路径中被导引通过在冷凝器的再生流体流动路径中延伸的一个或更多个冷却导管。或者或另外，控制器能够以雾化模式操作冷凝器，在该模式中，液态水喷射到冷凝器的再生流体路径中，使得水在与喷射的水接触时从再生流体中冷凝。

在多种实施例中，控制器(例如170)被配置成例如根据昼夜循环在加载模式与释放模式之间操作产水系统。在释放模式期间，控制器可以被配置成驱动一个或更多个阀门以密封一个或更多个通道(例如通过向可充气阀门构件156a和156b供应填充气体来对可充气阀门构件156a和156b充气，例如经由连接至所述可充气构件和泵送装置的一个或更多个流体输送端口进行)。在释放操作模式期间，在被驱动或充气时，所述阀门构件(例如阀门构件156’、156a和156b)在阀壳(例如阀壳158’、158a和158b)的内部通道中形成密封。至少一个与阀门单元(例如阀门单元150’、150a-b)连通的致动或泵送装置以及与控制器170连通的致动机构(例如机电装置、螺线管装置、线性致动器)可以在释放模式期间激活致动或泵送装置。控制器170可以通过致动机构激活致动或泵送装置，以将阀门构件(例如阀门构件156’、156a-b)重新定位、移动或充气到预定的密封位置或填充压力。此外，控制器能够调节阀门构件(例如阀门构件156’、156a-b)中的密封能力、力或压力，以在释放模式期间保持密封。用于可充气密封构件的示例性预定填充压力阈值可以在5至30psi的范围内。

在多种实施例中，控制器170被配置成在释放模式期间通过第一或第二阀门单元150a-b的占空比来确定它们的操作条件。响应于确定第一阀门单元150a或第二阀门单元150b的操作条件低于预定阈值(例如激活风扇以保持密封的时间大于预定阈值)，控制器可以传达维护或错误指示。

控制器170能够在多个操作模式之间操作产水系统，例如在昼夜循环过程中或响应于环境条件来操作。控制器能够以加载操作模式操作系统，在该模式中，当工艺气体在工艺流动路径中从工艺入口通过太阳能热单元流到工艺出口时，太阳能热单元从工艺气体中捕获水蒸汽。此外，控制器能够以再生或释放模式操作系统，在该模式中，工作流体(例如空气)在再生流动路径中从再生入口通过太阳能热单元流到再生出口时积聚热量和水蒸汽。当工作气体输入到集成交换器和冷凝器单元140时，能量可以在再生流动路径段之间交换，并且液态水可以通过从工作气体中冷凝液态水来产生。

另外的操作模式可以包括吹扫模式，在该模式中，工艺气体在旁路流动路径中流过再生流动路径的至少一部分，例如如结合图17所述。此外，控制器170能够以进入防护模式操作系统100，在该模式中，工艺入口和工艺出口处于关闭状态，例如响应于用户命令、测量或预测的环境条件等。此外，控制器170能够将系统100设置为省电模式或不活跃模式，在该模式中，系统100不消耗电力，例如，响应于用户命令、测量或预测的环境条件等设置成该模式。

本公开还提供了操作用于从空气中产生液态水的系统的方法或过程。请参考图26，其中示出了本公开的实施例的操作产水系统的方法的流程图1000。

在操作1002处，工艺气体(例如环境空气)流过可以包含多孔吸湿性材料的太阳能热单元，例如在加载操作模式或循环期间(例如在夜间)。在操作1002处，工艺气体通过太阳能热单元的工艺流动路径(例如如图3所示)流到联接至太阳能热单元110的工艺入口122的第一阀门单元150a，并且流到联接至太阳能热单元110的工艺出口124的第二阀门单元150b。在操作1002处，太阳能热单元中的多孔吸湿性材料可以从工艺气体中捕获水蒸汽。在操作1002处，在加载操作模式期间，阀门单元的阀门构件可以处于打开状态(例如放气状态)。

在操作1004处，所述方法包括从加载模式转换到再生或释放模式(例如在白天或早晨)。在一个实例中，所述方法包括监测环境条件(例如太阳照度、相对湿度、温度)和/或产水系统中的实际或估计水量(例如热吸湿单元中的吸湿性材料的加载等效相对湿度)，并且基于监测或估计的数据从加载模式转换到释放模式。在操作1004处，所述方法可以包括致动或定位阀门构件(例如致动线性致动器，对阀门单元的可充气阀构件充气)，以密封由阀壳的内壁限定的通道。

如流程图1000所示，所述方法包括在操作1006处使工作气体沿着再生流动路径流动，包括通过太阳能热单元。在操作1006处，工作流体可以在流过太阳能热单元时从太阳能热单元积聚热量和水蒸汽。操作1006还可以包括在太阳能热单元中的一个或更多个下部吸湿层或主体之前将工作气体导引至太阳能热单元的上部内部。

在操作1008处，所述方法可以包括通过集成交换器和冷凝器单元将从太阳能热单元输出的工作气体的热量传递至向太阳能热单元输入的工作气体。此外，在操作1008处，所述方法可以包括经由集成交换器和冷凝器单元将来自向太阳能热单元输入的工作气体的水蒸汽转移至从太阳能热单元输出的工作流体。

在操作1008处，再生流动路径段之间的能量交换速率可以基于以下各项中的一项或更多项而变化：用户选择、从一个或更多个传感器接收的数据(例如与一个或更多个环境条件相关的数据、与工作流体的含水量相关的数据、热吸湿单元中的含水量等)、预测条件、程序控制、算法和/或任何其它期望的依据。在一个实例中，所述方法包括连续监测环境条件(例如太阳照度、相对湿度、温度)和/或工作流体或热吸湿单元中的实际或估计水量，并且基于监测或估计的数据操作。

在操作1010处，所述方法包括通过集成交换器和冷凝器单元从工作气体中冷凝水蒸汽。根据一个实施例，操作1008和1010可以在集成交换器和冷凝器单元中同时发生。

在操作1012处，所述方法还包括从再生或释放操作模式转换到吸收或加载模式。操作1012可以包括激活工艺风扇(例如162a)并致动或定位一个或更多个阀门(例如对阀门单元的可充气阀门构件放气)，以提供用于工艺气体从中流过的开放通道。

在操作1014处，所述过程可以重复或循环。加载模式与释放模式之间的转换可以基于以下各项中的一项或更多项：用户选择、从一个或更多个传感器接收的数据(例如与一个或更多个环境条件相关的数据、与工作流体的含水量相关的数据、热吸湿单元中的含水量等)、预测条件、程序控制、算法和/或任何其它期望的依据。在一个实例中，所述方法包括连续监测环境条件(例如太阳照度、相对湿度、温度)和/或工作流体或热吸湿单元中的实际或估计水量，并且基于监测或估计的数据从加载时间转换到释放时间。在多种实施方案中，所述方法可以包括确定在夜间或加载时间内热单元中的吸湿剂吸收的水的质量是否大于与夜间相对湿度(例如面板处的平均相对湿度)相关的预定质量。

所述控制系统可以基于周围环境条件(例如太阳辐照、太阳照度、温度、相对湿度)结合系统运行特性或状态(例如太阳能热单元中的含水量、电池充电状态(SOC)等)动态且高效地产生液态水。例如，可以确定和动态调整(例如根据昼夜循环)系统100的运行范围和/或设定点，以高效地将来自吸湿性材料(例如在太阳能热单元110中)的水蒸汽驱动至工作流体中的蒸气压饱和状态，并在冷凝器处冷凝。

作为一个示例性实例，图27示出了用于针对工作流体的流动速率确定操作设定点的方法流程图1100(例如在经过太阳能热单元110、集成交换器和冷凝器单元140的闭环再生流动路径中)。在步骤1102处，控制器170可以接收一个或更多个环境输入条件(例如太阳辐照、太阳照度、温度、相对湿度)和一个或更多个系统操作状态(例如太阳能热单元中的吸湿性材料的含水量、电池SOC)。在步骤1104处，控制器170可以基于接收的环境输入条件和系统操作状态确定控制系数或参数，例如通过查找表或控制算法(例如确定性算法、机器学习算法、神经网络经验模型、参数目标搜索等)来确定。在步骤1106处，控制器170可以校准或确定物理目标操作设定点(例如工作流体流速、旋转吸湿器旋转速率等)，以基于控制系数确定一个或更多个系统特定的或单元操作设定点(例如风扇功率、旋转电动机电压等)。在步骤1108处，系统100可以执行所确定的操作设定点，以在卸载循环期间使工作气体流过太阳能热单元。

在多种实施例中，所述方法可以包括基于系统可用的能量(当前的和/或预测的)来确定高效生产水的操作设定点。例如，控制系统可以确定是否有最小量的能量可用(例如来自在白天卸载循环期间充电的机载电池)来支持加载循环(例如在夜间给工艺风扇供电以使工艺空气流过太阳能热单元中的吸湿性材料)，并且，若得到肯定的确定结果，则初始化和/或保持加载操作，直到电量低于预定阈值。

作为一个示例性但非限制性的实例，图28示出了用于在基于环境条件和系统状态将水蒸汽加载到吸湿性材料(例如在太阳能热单元中)期间提高系统效率的方法流程图1200。在步骤1202处，控制器170可以接收一个或更多个环境输入条件(例如太阳辐照或照度、太阳辐照或照度的预测、温度、时间上的预测温度、相对湿度、时间上的预测相对湿度等)和系统功率状态(例如机载电池SOC)。在步骤1204处，控制器170可以基于接收到的环境输入条件和系统功率状态来确定一个或更多个控制系数。在步骤1206处，控制器170可以基于接收到的环境输入条件和系统操作状态根据数学公式或控制算法来确定可变功率放电设定点(例如作为时间的函数的电池电流放电速率)。在步骤1208处，控制器170能够以可变的功率放电速率设定点放电，例如电池能够以作为时间的函数而变化的放电电流设定点放电，从而在步骤1210处为工艺风扇提供动力，以使工艺空气流过太阳能热单元中的吸湿性材料。

作为另一个非限制性实例，图29示出了基于预测的加载/卸载循环功率需求、环境条件和/或系统状态在卸载循环期间以改进的产水效率操作系统(即，从吸湿性材料中释放水，例如在太阳能热单元中)的方法流程图1300。在步骤1302处，控制器170可以接收一个或更多个环境输入条件(例如一天中的时间、当前或预测的太阳辐照或照度)和/或系统状态条件(例如系统功率状态、车载电池SOC等)。在步骤1304处，控制器170可以确定可用的PV功率(例如PV功率最大功率点跟踪(MPPT))和吸湿性材料卸载操作目标(例如最小再生流体流速、最小全热交换器功率等)。

在步骤1306处，控制器170可以确定用于卸载(即，释放水)循环和加载(即，吸收水)循环的高效功率管理设定点或功率分配设定点。在一个实例中，控制器170可以确定目标电池充电速率和/或边界(例如充电电流、SOC目标、充电结束时间、SOC极限等)，以在主动卸载循环与用于未来的加载循环的能量存储之间导引可用功率。作为一个示例性实例，控制器170可以确定测量的电池充电电流是否小于预定阈值，并且，如果是，则控制器可以确定(例如通过算法)降低提供给一个或更多个主动卸载单元的功率(例如降低冷凝器冷却风扇速度)，从而转移更多的PV功率来对车载电池充电(例如用于将来的加载循环)。作为另一个示例性实例，控制器170可以确定测量的电池充电电流是否大于预定阈值，如果是，控制器170可以确定(例如通过算法)增加一个或更多个主动供电的卸载单元的功率(例如冷凝器冷却风扇速度等)，从而将更多的PV功率转移到主动卸载循环。

在步骤1308处，控制器170可以确定操作设定点(例如电池充电速率)以实施所确定的功率管理分配设定点(例如增加能量存储并减少提供给卸载功能的功率，或者减少能量存储并增加提供给卸载功能的功率)。在步骤1312处，控制器170可以执行操作设定点(例如以确定的电池充电速率对车载电池充电)。

本公开还提供了一种以改进的测量或感测环境和系统条件的方式操作从空气中产生水的系统的方法，以便于利用最少和/或低成本的辅助部件在昼夜循环中动态生产液态水(例如通过在多功能感测方式中使用机载部件的组合来避免额外的传感器)。作为一个非限制性实例，图30示出了本公开的一个实施例的采用机载太阳照度确定来操作产水系统的方法的流程图1400。在步骤1402处，控制器170可以执行电流扫描(或电压扫描)，同时测量得到的电压(或电流)。在步骤1404处，控制器170可以基于步骤1402的输出确定PV或太阳能电池功率。在步骤1406处，控制器170例如可以在太阳能热单元中的吸湿性材料的卸载期间经由工作流体接收太阳能热单元中或太阳能热单元处的感测温度。在步骤1408处，控制器170可以根据所确定的太阳能电池功率和温度测量值(与太阳能热单元相关)来确定太阳照度。在步骤1410处，控制器可以基于所确定的太阳照度来调整或确定一个或更多个系统操作范围和/或设定点，以高效地驱动来自吸湿性材料(例如在太阳能热单元110中)的水蒸汽。例如，控制器170可以基于所确定的照度来调节交换器部件142的交换速率(例如旋转吸湿器的旋转速率、旋转吸湿器或被动全热交换机构的全热或热传递速率)、工作流体路径中的工作流体的流速(例如经由风扇147)或它们的组合。

虽然在许多实施例中所述再生流动路径是经过太阳能热单元、冷凝器和能量或全热交换器(如果存在)的闭环路径，例如作为集成交换器和冷凝器单元的一部分，但是一些实施例可以在释放循环期间(例如在预定的环境条件下)将向再生流动路径中供应环境空气。在一种这样的方法中，可以通过与控制器连通的传感器来测量环境空气的比湿度或相对湿度。控制器可以确定环境空气的比湿度或相对湿度是否低于预定阈值，例如低于进入太阳能热单元(例如在入口126处)的工作气体的比湿度或相对湿度。如果环境空气的比湿度或相对湿度被确定为低于预定阈值，那么系统可以将少量“更干燥”的环境空气输入再生流动路径中，使得工作气体与输入的环境空气的混合物流过太阳能热单元的再生流动路径。

在多种实施例中，本公开的产水系统包括能够在多个操作模式之间(例如在昼夜循环过程中和/或响应于环境条件)操作产水系统的控制器(例如170)。所述控制器能够以加载操作模式或循环操作所述系统，在该模式中，太阳能热单元在工艺气体(例如环境空气)在穿过太阳能热单元的工艺流动路径中流动时从工艺气体中捕获水蒸汽。此外，所述控制器能够以再生或卸载操作模式或循环操作所述系统，在该模式中，工作流体(例如空气)在穿过太阳能热单元的再生流动路径中流动时积聚热量和水蒸汽。当工作气体被从太阳能热单元输出时，来自工作流体的水蒸汽可以被冷凝器冷凝，以形成液态水。在多种实施例中，能量可以在再生流动路径段之间交换，例如通过全热交换器交换。

本公开还提供了操作用于从空气中产生液态水的系统的方法或过程，所述系统包含吸湿性材料复合物或复合材料组件。请参考图31，其中示出了本公开的实施例的操作产水系统的方法的流程图1500。

在操作1502处，系统控制器可以接收太阳能热单元中的吸湿性复合材料和/或组件的吸湿性复合材料特性。例如，所述吸湿性复合材料特性可以包括吸湿性材料的类型、吸湿性盐含量、吸湿性复合材料的孔隙率、复合材料组件的孔隙率、吸湿性复合材料的渗漏阈值、吸湿性复合材料的膨胀阈值、吸湿性复合材料的不稳定性阈值、或它们的组合。在一个实施例中，所述吸湿性复合材料特性是在加载/卸载循环过程中不变的常数或静态参数或一组系数。

在操作1504处，系统控制器可以从太阳能热单元的先前卸载循环接收或确定操作参数。例如，控制器可以接收或确定冷凝器在先前卸载循环中产生的水量或总体积、先前卸载循环期间的环境条件、先前卸载循环中的太阳能或太阳辐射量、系统功率状态、系统电池充电状态、或它们的组合。

在操作1506处，系统控制器可以基于从操作1502接收的吸湿性复合材料特性和从操作1504处的先前卸载循环接收或确定的操作参数来确定加载操作设定点。例如，所述控制器可以确定与吸湿性复合材料或复合材料组件的最大吸水极限、渗漏阈值、膨胀阈值、不稳定性阈值、太阳能热单元的最大或最小环境相对湿度输入、太阳能热单元的最大或最小相对湿度输出、系统功率状态或可用性、系统电池充电状态、工艺气体的流速、加载循环持续时间、加载循环开始时间、加载循环结束时间以及它们的组合相关的加载循环设定点。在一些实施例中，操作1506包括基于在先前的卸载循环期间接收的太阳辐射来确定系统的功率状态或可用性。

在多种实施例中，操作1506可以包括基于从先前的卸载循环接收的操作参数和接收到的吸湿性复合材料和/或组件的特性来确定吸湿性复合材料和/或组件的初始加载含水量、平衡含水量、水蒸汽压力或等效相对湿度的操作。例如，控制器可以从先前的卸载循环确定吸湿性复合材料组件的平衡含水量或相对湿度。平衡含水量可以反映卸载循环结束时的最终含水量和/或残留在吸湿性复合材料组件中的残余水或滞留水。平衡含水量也可以被认为是在随后的加载循环开始时的初始含水量或平衡含水量。

在多种实施例中，优选在加载/卸载循环期间在复合材料组件中保持较高的残余含水量(即，保持复合材料组件中的未被提取以产生液态水的残余含水量)。这能够避免或最大限度地阻止吸湿性复合材料达到“低级”水状态或低水蒸汽压状态，在这种状态中，需要更多的能量来提取吸湿性复合材料中的残余水或剩余水。作为一个示例性实例，吸湿性复合材料的低水蒸汽压状态可能与吸收的水与吸湿性材料、吸湿性盐含量或开放吸水点位的比例相关。在吸收的水与吸湿性盐的比例较低时，吸湿性复合材料更紧地保持或结合水，因此需要更多的能量来解吸。换句话说，在吸收的水与吸湿性盐的比例较低时，吸湿性复合材料具有较高的水蒸汽压差。较高的盐含量能够支持较大量的能够以较低的能量提取和/或可以具有较低的水蒸汽压差的水，但是，具有较高盐含量的吸湿性复合材料在较低的总水载荷下(例如复合材料组件中的水的总体积或质量)会达到渗漏、膨胀或不稳定的状态。因此，本公开的控制方法可以包括确定吸湿性复合材料或组件的渗漏、膨胀或不稳定性阈值的操作，以保持高水平的产水，同时避免渗漏、膨胀或其它不稳定性。

在操作1510处，在加载循环期间，在确定的加载操作设定点，工艺气体在工艺流动路径中流经吸湿性复合材料组件。在操作1010处，吸湿性复合材料组件在工艺气体流过时从工艺气体中吸收或捕获水蒸汽。

在操作1520处，所述方法包括从加载循环转换到卸载循环。在一个实例中，所述方法包括监测环境条件(例如太阳照度、相对湿度、温度)和/或产水系统中的实际或估计水量(例如太阳能热单元中的吸湿性复合材料组件的加载等效相对湿度、平衡含水量或当前含水量)，并且基于监测或估计的数据从加载模式转换到释放模式。

如流程图1500所示，在操作1522处，所述方法包括在卸载循环期间使工作气体在再生流动路径中流过吸湿性复合材料组件。在操作1522处，工作流体可以在流过吸湿性复合材料组件时从吸湿性复合材料组件积聚热量和水蒸汽。操作1022还可以包括在太阳能热单元中的吸湿性复合材料组件之前将工作气体导引至太阳能热单元的上部或上层。

在一些实施例中，在操作1522处，所述方法可以包括在向太阳能热单元输入之前通过能量交换器将从太阳能热单元输出的工作气体(即，在冷凝器之前)的热量传递至从冷凝器输出的工作气体。此外，在操作1522处，所述方法可以包括经由能量交换器(例如旋转吸湿器)将在太阳能热单元之前从冷凝器输出的工作气体的水蒸汽转移至在冷凝器之前从太阳能热单元输出的工作气体。

在操作1522处，可以基于以下各项中的一项或更多项改变再生流动路径段(例如从太阳能热单元到冷凝器的流动段和从冷凝器到太阳能热单元的流动段)之间的能量交换速率：用户选择、从一个或更多个传感器接收的数据(例如与一个或更多个环境条件相关的数据、与工作流体的含水量相关的数据、太阳能热单元中的含水量、工作流体温度等)、预测条件、程序控制、算法和/或任何其它期望的依据。在一个实例中，所述方法包括连续监测环境条件(例如太阳照度、相对湿度、温度)和/或工作流体或热吸湿单元中的实际或估计水量，并且基于监测或估计的数据操作。

在操作1530处，所述方法可以包括在卸载循环期间从再生流动路径中的工作流体中冷凝水蒸汽以产生液态水的操作。根据一个实施例，操作1522和1530可以在卸载循环期间同时发生。

在操作1540处，所述方法可以重复或循环。加载循环与卸载循环之间的转换可以基于以下各项中的一项或更多项：用户选择、从一个或更多个传感器接收的数据(例如与一个或更多个环境条件相关的数据、与工作流体的含水量相关的数据、太阳能热单元中的含水量等)、预测条件、程序控制、算法和/或任何其它期望的依据。在一个实例中，所述方法包括连续监测环境条件(例如太阳照度、相对湿度、温度)和/或工作流体或热吸湿单元中的实际或估计水量，并且基于监测或估计的数据从加载时间转换到释放时间。在多种实施方案中，所述方法可以包括确定在夜间或加载时间内热单元中的吸湿剂吸收的水的质量是否大于与夜间相对湿度(例如面板处的平均相对湿度)相关的预定质量。

所述控制系统可以基于周围环境条件(例如太阳辐照、太阳照度、温度、相对湿度)结合系统运行特性或状态(例如太阳能热单元中的含水量、电池充电状态(SOC)等)动态且高效地产生液态水。例如，可以确定和动态调整(例如根据昼夜循环)系统100的运行范围和/或设定点，以高效地将来自吸湿性材料(例如在太阳能热单元110中)的水蒸汽驱动至工作流体中的蒸气压饱和状态，并在冷凝器处冷凝。

作为一个示例性实例，图32A示出了在包含低吸湿性盐含量(例如小于22重量％)的吸湿性复合材料组件的产水系统的运行期间在初始或调试加载循环、卸载循环和后续的加载循环中吸湿性复合材料组件中的平衡含水量的曲线图。为了对比，图32B示出了在包含较高吸湿性盐含量(例如大于25重量％)的吸湿性复合材料组件的产水系统的运行期间在初始或调试加载循环、卸载循环和后续的加载循环中吸湿性复合材料组件中的平衡含水量的曲线图。

在图32B的第一个加载循环期间，吸湿性复合材料组件比图32A的吸湿性复合材料组件在第一个加载循环期间平衡更大量的水(假设加载期间的工艺气体的条件是等同的)。这样，在随后的卸载循环开始时，图32B的吸湿性复合材料的初始水平衡状态高于图32A的吸湿性复合材料的初始水平衡状态。

在图32A的第一个卸载循环期间，吸湿性复合材料组件与图32B的吸湿性复合材料组件相比在加载循环期间释放更少的水蒸汽，从而系统产生更少的液态水。卸载循环过程中的产水可以是吸湿性复合材料中存在的水量以及吸湿性复合材料中的水平衡状态的函数。进行这种区分很重要，因为吸湿性复合材料中的水平衡状态可能与从吸湿性复合材料中提取水所需的能量有关。在许多实施例中，优选在吸湿性复合材料中的水平衡状态更有利于以较低的能量成本提取水的状况下操作产水系统，从而实现更高效的产水。

在图32A中，在随后的加载循环开始时，吸湿性复合材料组件中的起始平衡含水量低于图32B的吸湿性复合材料组件的起始平衡含水量。此外，在图32B的吸湿性复合材料中存在明显更多的剩余水或残留水。此外，图32B的吸湿性复合材料平衡水，以达到比图32A的吸湿性复合材料更高的相对湿度。在多种实施例中，优选在加载/卸载循环期间在复合材料组件中保持较高的残余含水量(即，保持复合材料组件中的未被提取以产生液态水的残余含水量)。这能够减少或最大限度地避免在低水蒸汽压力状态下的运行，在这种状态中，需要更多的能量来提取吸湿性复合材料中的残余水或剩余水。但是，在这样的实施例中，在较高平衡含水量条件下的运行或循环可能导致渗漏、膨胀或其它与水吸收相关的不稳定性。

在一个实施例中，操作本公开的产水系统的方法能够允许在高水蒸汽压力状态下连续循环，同时避免渗漏、膨胀或其它劣化或失效，以高效地产生水。如图32B的实例所示，可以为加载循环操作确定渗漏、膨胀或不稳定性控制限值或预定的渗漏、膨胀或不稳定性阈值，使得一旦吸湿性复合材料中的平衡水或现有含水量达到渗漏、膨胀或不稳定性阈值，系统就停止在吸湿性复合材料中加载更多的水。在一个实施例中，所述预定的渗漏、膨胀或不稳定性阈值可以基于吸湿性复合材料的特性，例如吸湿性材料含量、孔隙率或它们的组合。

作为另一个实例，图33示出了操作包括吸湿性材料、复合材料或复合材料组件的产水系统的方法。除了在下文中另有说明之外，用于指代图33中的操作的数字标记类似于那些用于指代上面的图31中的操作的数字标记，不同之处是索引增大了100。

如图33所示，在操作1602处，产水系统控制器可以接收太阳能热单元中的吸湿性复合材料和/或组件的吸湿性复合材料特性。在操作1604处，系统控制器可以从太阳能热单元的先前卸载循环接收或确定操作参数。例如，控制器可以接收或确定冷凝器在先前卸载循环中产生的水量或总体积、先前卸载循环期间的环境条件、先前卸载循环中的太阳能或太阳辐射量、系统功率状态、系统电池充电状态、或它们的组合。在一些实施例中，在操作1604处，所述方法可以包括在先前卸载循环结束时确定吸湿性复合材料组件的平衡含水量或相对湿度。

在操作1606处，系统控制器可以基于从操作1602接收的吸湿性复合材料特性和从操作1604处的先前卸载循环接收或确定的操作参数来确定加载操作设定点。例如，控制器可以确定与渗漏、膨胀或不稳定性阈值(例如吸湿性复合材料组件中的最大平衡水量)和/或系统的功率状态(例如电池SOC、前一天接收的太阳照度等)相关的加载循环设定点。在一个实施例中，操作1606可以包括基于接收到的系统功率状态确定加载操作设定点。在一些实施例中，所述方法包括测量环境太阳照度、多云条件或天气事件，并且响应于测量的环境太阳照度、多云条件或天气事件确定加载操作设定点。在一些实施例中，操作1606可以包括预测环境太阳照度、多云条件或天气事件；以及响应于预测的环境太阳照度、多云条件或天气事件确定加载操作设定点。在多种实施例中，所述方法可以包括接收环境条件和/或系统操作状态；以及基于接收到的环境条件和/或系统功率状态确定加载循环期间的功率释放设定点。

在操作1610处，在加载循环期间，在确定的加载操作设定点，工艺气体可以在工艺流动路径中流经吸湿性复合材料组件。在操作1610处，吸湿性复合材料组件在工艺气体流过时从工艺气体中吸收或捕获水蒸汽。

在操作1612处，所述方法可以包括测量或确定太阳能热单元外部的环境条件的操作。在一个实例中，操作1612包括在加载循环期间测量太阳能热单元的相对湿度输入(例如环境空气的相对湿度)和/或太阳能热单元的相对湿度输出。

在操作1614处，所述方法可以包括随着加载循环的进行确定吸湿性复合材料组件的平衡含水量的操作。在一个实施例中，操作1614包括基于测量的周围环境条件确定吸湿性复合材料组件的平衡含水量，例如在卸载循环期间向太阳能热单元输入的比湿度或相对湿度与从太阳能热单元输出的比湿度或相对湿度之间的差异。

在操作1616处，所述方法可以包括确定吸湿性复合材料组件的等效相对湿度、平衡含水量或当前含水量是否高于预定的渗漏、膨胀或不稳定性阈值的操作。如果吸湿性复合材料组件的等效相对湿度、平衡含水量或当前含水量高于预定的渗漏、膨胀或不稳定性阈值，则在操作1616处，系统可以停止工艺气体通过吸湿性复合材料组件的流动。在一些实施例中，所述方法可以包括在加载循环结束时确定吸湿性复合材料组件的最终平衡含水量。此外，一些实施例可以包括确定卸载操作设定点，以设定后续加载循环的初始含水量或残余含水量。在一个实例中，所述方法包括基于测量的或预测的太阳照度来确定卸载操作设定点。作为另一个实例，所述方法可以包括确定向太阳能热单元输入的比湿度与从太阳能热单元输出的比湿度之间的差值的累积量是否高于预定阈值。如果向太阳能热单元输入的比湿度与从太阳能热单元输出的比湿度之间的差值高于预定阈值，那么在操作1616处，系统可以停止工艺气体通过吸湿性复合材料组件的流动。

在一个实施例中，操作1616可以包括测量吸湿性复合材料组件的电导率的操作。吸湿性复合材料组件的平衡含水量可以从测得的电导率确定，例如，电导率的增加可以被校准为平衡含水量的增加。作为另一个实例，操作1616可以包括测量吸湿性复合材料组件的重量，并且基于测量的重量确定吸湿性复合材料组件的平衡含水量，例如，重量的增加可以被校准为平衡含水量的增加。作为另一个实例，操作1616可以包括测量液滴在吸湿性复合材料组件下方的形成；以及基于测量的液态水滴确定吸湿性复合材料组件的平衡含水量和/或渗漏、膨胀或不稳定状态。

在操作1620处，所述方法可以包括从加载循环转换到卸载循环。在一个实例中，所述方法包括监测环境条件(例如太阳照度、相对湿度、温度)和/或产水系统中的实际或估计水量(例如太阳能热单元中的吸湿性复合材料组件的加载等效相对湿度)，并且基于监测或估计的数据从加载模式转换到释放模式。在多种实施例中，所述方法可以包括接收环境条件和/或系统操作状态；以及基于接收到的环境条件和/或系统功率状态确定卸载循环期间的功率释放设定点。

如流程图1600所示，在操作1622处，所述方法可以包括在卸载循环期间使工作气体在再生流动路径中流过吸湿性复合材料组件。在操作1622处，工作流体可以在流过吸湿性复合材料组件时从吸湿性复合材料组件积聚热量和水蒸汽。操作1622还可以包括在太阳能热单元中的吸湿性复合材料组件之前将工作气体导引至太阳能热单元的上部或上层。

在操作1630处，所述方法可以包括在卸载循环期间从再生流动路径中的工作流体中冷凝水蒸汽以产生液态水的操作。根据一个实施例，操作1622和1630可以在卸载循环期间同时发生。

在一个实施例中，操作本公开的产水系统的方法能够允许在高水蒸汽压力系统状态下连续循环，同时保持高冷凝器效率以进行产水，例如响应于变化的系统操作状态和/或环境条件来进行。作为一个实例，图34示出了操作包括冷凝器的产水系统的方法。除了在下文中另有说明之外，用于指代图34中的操作的数字标记可以类似于那些用于指代上面的图26中的某些操作的数字标记，不同之处是索引增大了100的一个倍数。

图34示出了操作包括冷凝器的产水系统的方法的流程图1700。在操作1702处，工艺气体(例如环境空气)在加载操作模式或循环期间(例如在夜间)流过可以包含吸湿性材料、复合材料或组件的太阳能热单元。在操作1702处，吸湿性材料、复合材料或组件从工艺气体中捕获水蒸汽。

在操作1704处，所述方法包括从加载模式转换到再生或释放模式(例如在白天或早晨)。在一个实例中，所述方法包括监测环境条件(例如太阳照度、相对湿度、温度)和/或系统条件或状态，例如实际系统温度和/或系统状态，例如产水系统中的估计水量(例如系统中的吸湿性材料的加载等效相对湿度)。所述方法包括基于监测或估计的信息从加载模式转换到释放模式的操作。例如，如果太阳照度、环境温度、系统温度和/或系统中加载的水高于预定阈值，那么控制器可以将系统从加载模式转换，并且可以立即或经过一段延迟之后将系统置于卸载或释放模式。

如流程图1700所示，在操作1706处，所述方法还包括以释放模式操作系统，包括使再生气体沿着再生流动路径流动，包括流过太阳能热单元和冷凝器。在操作1706处，再生流体可以在流过太阳能热单元时从太阳能热单元积聚热量和水蒸汽。

在操作1709处，所述方法可以包括由控制器确定系统的操作设定点。在这个实例中，控制器可以基于以下各项中的一项或更多项确定冷凝器的操作设定点：再生流体的温度、再生流体的相对湿度、再生流体的绝对湿度、再生流体的压力、流过冷凝器的冷却流体的温度、流过冷凝器的冷却流体的压力、太阳辐照、太阳照度、环境温度、环境湿度、产水速率、产水量、一天中的时间、经过的时间、预定时间表、系统功率状态或它们的组合。例如，如果在前一时间段产生的水量低于期望的阈值，那么控制器可以向冷凝器提供额外的功率(例如提高与冷凝器相关联的冷却风扇或泵的功率)。作为另一个实例，如果再生流体的温度或绝对湿度高于预定阈值，那么控制器可以向冷凝器提供额外的功率和/或增加返回冷凝器的再生流体的再循环部分。

在一些实施方案中，操作1709可以包括接收环境条件和系统操作状态，例如系统功率状态(例如PV发电、电池SOC和/或类似状态)。此外，所述方法可以包括基于接收到的环境条件和/或系统功率状态确定冷凝器的功耗设定点的操作。在一些实施方案中，操作1709可以包括以一种或更多种操作模式操作系统，包括：1)空气冷却模式，其包括通过风扇使环境空气流过冷凝器的散热表面，以从冷凝器排出热量；2)再生流体再循环模式在该模式中，从冷凝器输出的再生流体的至少一部分通过冷凝器的再生流体流动路径再循环回来；3)流体冷却模式，在该模式中，冷却流体在冷却流体路径中被导引通过在冷凝器的再生流体流动路径中延伸的一个或更多个冷却导管；以及4)雾化模式，在该模式中，液态水喷射到冷凝器的再生流体路径中，使得水在与喷射的水接触时从再生流体中冷凝。此外，操作1709可以包括调节每个模式的设定点或操作状态，例如调节返回冷凝器的再生流体的再循环部分和/或调节与冷凝器相关联的风扇或泵的功率输入。

在操作1710处，所述方法包括通过冷凝器从再生气体中冷凝水蒸汽。根据一个实施例，操作1709和1710可以同时发生。此外，操作1709和1710可以按重复或连续的方式发生，使得冷凝器和/或系统作为一个整体的操作设定点或状态被连续地调节，以最大限度地增加系统的产水量。

在操作1712处，所述方法还包括从再生或释放操作模式转换到吸收或加载模式。在一个实例中，所述方法包括监测环境条件(例如太阳照度、相对湿度、温度)和/或系统条件或状态，例如实际系统温度和/或系统状态，例如产水系统中的估计水量(例如系统中的吸湿性材料的加载等效相对湿度)。所述方法包括基于监测或估计的信息从释放模式转换到加载模式的操作。例如，如果太阳照度、环境温度、系统温度和/或系统中加载的水低于预定阈值，那么控制器可以将系统从释放模式转换，并且可以立即或经过一段延迟之后将系统置于加载或吸水模式。

在操作1714处，所述过程可以重复或循环。加载模式与释放模式之间的转换可以基于以下各项中的一项或更多项：用户选择、预定的时间表、从一个或更多个传感器接收的数据(例如与一个或更多个环境条件相关的数据、与再生流体含水量、系统的吸湿性材料中的含水量相关的数据等)、预测条件、程序控制、算法和/或任何其它期望的依据。在一个实例中，所述方法包括连续监测环境条件(例如太阳照度、相对湿度、温度)和/或工作流体或热吸湿单元中的实际或估计水量，并且基于监测或估计的数据从加载时间转换到释放时间。作为另一个实例，所述方法可以包括确定在前一个循环中由太阳能热单元中的吸湿性材料吸收的水的质量和/或由冷凝器产生的水量是否大于与夜间相对湿度(例如面板处的平均相对湿度)和/或白天太阳辐照相关的预定量。响应于确定吸水量和/或产水量小于预定量，系统可以在随后的循环中调整其操作设定点和/或发出检修或维护请求。

以上说明和实例提供了对示例性实施例的结构和使用的完整说明。虽然在上文中以一定程度的特殊性或者参照一个或更多个单独的实施例说明了某些实施例，但是本领域技术人员能够对所公开的实施例做出多种变化，而不会脱离本发明的范围。因此，方法和系统的各种示例性实施例并非旨在限于所公开的特定形式。相反，它们包括落入权利要求的范围内的所有修改和替代，并且，所示的实施例之外的实施例可以包括所示的实施例的一些或全部特征。例如，可以省略元件或将其组合成整体结构，和/或可以对连接进行替代。此外，在适当的情况下，上述任何实例的方面可以与所说明的任何其它实例的方面相结合，以形成具有可比的或不同的特性和/或功能并解决相同或不同的问题的其它实例。类似地，应理解，上述益处和优点可以涉及一个实施例，也可以涉及多个实施例。

此外，可以为具有与渗漏可能性、膨胀可能性、低蒸汽压条件、膨胀、吸水压降、机械不稳定性、化学不稳定性、循环稳定性或它们的组合相关的操作下限和/或上限的产水装置中使用的任何材料系统采用材料选择和控制方法。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以修改在本文中说明的材料设计和控制方法，从而可以实现具有操作、逻辑、化学和/或机械变化的另外的实施例。权利要求并非旨在包括也不应被解释为包括装置加功能或步骤加功能的限制，除非这种限制在给定的权利要求中分别使用短语“装置”或“步骤”明确陈述。如本文中所用的术语“大约”或“基本上”意图涵盖微小的偏差，而不是限定精确的值。

Claims (20)

1.一种用于从工艺气体中产生液态水的系统，包括：

被配置成吸收热能的太阳能热单元，该太阳能热单元包括与再生入口、再生出口、工艺入口和工艺出口相对的顶盖；

所述太阳能热单元被配置成在加载操作模式期间从在从工艺入口经过太阳能热单元至工艺出口的工艺流动路径中流动的工艺气体中捕获水蒸汽；

所述太阳能热单元还被配置成在释放操作模式期间将热量和水蒸汽传递给在从再生入口通过太阳能热单元至再生出口的再生流动路径中流动的工作气体；

下部壳体组件，其包括：

冷凝器，被配置成在释放操作模式期间冷凝来自在再生流体路径中通过冷凝器流动的工作气体的水蒸汽以产生液态水；以及

被配置成在加载操作模式和释放操作模式之间操作所述系统的控制器；

其中，在释放操作模式期间，再生流体在闭环再生流动路径中流过太阳能热单元和冷凝器。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述下部壳体组件还包括：

包括全热交换器和冷凝器的集成交换器和冷凝器；所述集成交换器和冷凝器包括联接至太阳能热单元的再生出口的交换器入口和联接至太阳能热单元的再生入口的交换器出口；

其中所述集成交换器和冷凝器被配置成在从太阳能热单元输出的工作气体与输入到太阳能热单元的工作气体之间传递显能、潜能或它们的组合；并且从工作气体中冷凝水蒸汽。

3.如权利要求1所述的系统，其中该系统还包括：

联接至太阳能热单元的工艺入口的第一阀门单元和联接至太阳能热单元的工艺出口的第二阀门单元；

其中所述第一阀门单元和所述第二阀门单元被配置成在释放操作模式期间限制工艺气体向太阳能热单元中的流动；

其中所述控制器与所述下部壳体组件以及所述第一阀门单元和所述第二阀门单元连通；并且

其中所述控制器被配置成通过密封工艺入口和工艺出口在太阳能热单元和下部壳体组件之间形成闭环再生流动路径从而在加载模式与释放模式之间操作所述产水系统。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述第一阀门单元和所述第二阀门单元分别包括位于阀壳内的可充气阀门构件；并且其中所述可充气阀门构件被配置成通过在释放操作模式期间充气时形成密封来限制工艺气体通过由阀壳的内壁限定的通道的流动。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述再生入口、所述再生出口、所述工艺入口和所述工艺出口分别位于以下位置中的至少一个处：

在与下部壳体组件接口的太阳能热单元的后平面上；并且

沿着太阳能热单元的后平面的后中心线基本上对准。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述太阳能热单元是包括一个或更多个多孔吸湿层的热吸湿单元，

其中所述一个或更多个多孔吸湿层被配置成在加载操作模式期间从流过其中的工艺气体中捕获水蒸汽；并且

其中所述工作流体在释放操作模式期间在流过所述一个或更多个多孔吸湿层时积聚热量和水蒸汽。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述太阳能热单元还包括位于所述一个或更多个多孔吸湿层与所述顶盖之间的一个或更多个间质层，所述一个或更多个间质层包括光伏面板、玻璃覆层或它们的组合；并且

其中所述工作流体在所述一个或更多个多孔吸湿层之前沿着所述一个或更多个间质层流动，以从所述一个或更多个间质层收集热量，并从所述一个或更多个多孔吸湿层收集热量和水蒸汽。

8.如权利要求6所述的系统，其中所述太阳能热单元包括分隔流动架构，所述分隔流动架构包括限定工艺流动路径和再生流动路径的多个分离器。

9.如权利要求6所述的系统，其中，在加载模式期间，所述工艺流动路径导引工艺气体首先通过所述一个或更多个多孔吸湿层，而在释放模式期间，所述再生流动路径导引工作气体首先到达太阳能热单元的上部以收集热量，然后通过所述一个或更多个多孔吸湿层。

10.如权利要求1所述的系统，还包括在释放模式期间导引工艺气体通过再生流动路径的至少一部分的旁路通道。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括以下部件中的至少一种：

可移除的阻流器，其被布置在侧向风扇组件与冷凝器之间，并且被配置成经由下部壳体组件的侧向面板被可逆地移除；以及

可移除的风扇筒，其被配置成在释放模式期间调节工作气体的流速；

所述可移除的风扇筒被配置成通过下部壳体组件的侧面板被可逆地移除。

12.如权利要求6所述的系统，其中所述控制器在多个操作模式之间操作所述产水系统，所述操作模式包括：

加载模式，在该模式中，所述热吸湿单元在工艺气体在工艺流动路径中从工艺入口通过太阳能热单元流到工艺出口时从工艺气体中捕获水蒸汽；

释放模式，在该模式中，所述工作流体在再生流动路径中从再生入口通过太阳能热单元流到再生出口时积聚热量和水蒸汽；

吹扫模式，在该模式中，所述工艺气体在旁路流动路径中流过再生流动路径的至少一部分；

进入防护模式，在该模式中，所述工艺入口和所述工艺出口处于关闭状态；以及

省电模式，在该模式中，所述系统不消耗电力。

13.一种操作用于从空气中产生液态水的系统的方法，包括：

在加载操作模式期间，使工艺气体流到太阳能热单元的工艺入口，流过太阳能热单元的工艺流动路径，并流到太阳能热单元的工艺出口；

其中所述太阳能热单元在工艺气体从中流过时从工艺气体中捕获水蒸汽；

从加载操作模式转换到释放操作模式；

在释放操作模式期间密封太阳能热单元的工艺入口和工艺出口；

在释放操作模式期间，使工作气体流至太阳能热单元的再生入口，流过太阳能热单元的再生流动路径，并流至太阳能热单元的再生出口；其中所述工作气体在流过太阳能热单元时积聚来自太阳能热单元的热量和水蒸汽；

在释放操作模式期间，使工作气体从太阳能热单元的再生出口流过闭环再生流动路径中的太阳能热单元和冷凝器；以及

通过冷凝器冷凝来自工作气体的水蒸汽以产生液态水。

14.如权利要求13所述的方法，其中，使工作气体从太阳能热单元的再生出口流过太阳能热单元和冷凝器还包括：

使工作气体从太阳能热单元的再生出口流到包括冷凝器的集成交换器和冷凝器的入口，流过集成交换器和冷凝器，并流到联接至太阳能热单元的再生入口的集成交换器和冷凝器的出口；

经由集成交换器和冷凝器将从太阳能热单元输出的工作气体的热量传递给向太阳能热单元输入的工作气体；

经由集成交换器和冷凝器将向太阳能热单元输入的工作气体的水蒸汽转移给从太阳能热单元输出的工作流体；以及

通过使环境空气流过集成交换器和冷凝器的散热表面从集成交换器和冷凝器消除热量。

15.如权利要求13所述的方法，其中使工艺气体向工艺入口流动包括使工艺气体向联接至工艺入口的第一阀门单元流动；

使工艺气体向工艺出口流动包括使工艺气体向联接至工艺出口的第二阀门单元流动；并且

密封工艺入口和工艺出口包括在释放操作模式期间激活第一阀门单元和第二阀门单元，以密封太阳能热单元的工艺入口和工艺出口。

16.如权利要求13所述的方法，其中该方法还包括基于确定的太阳照度来确定操作设定点，所述确定的太阳照度基于机载太阳能电池的功率和太阳能热单元处的温度测量值。

17.如权利要求13所述的方法，其中该方法还包括接收环境条件和系统操作状态；以及确定以下各项中的至少一项：

基于所接收的环境条件和系统功率状态的功率释放设定点；以及

基于所接收的环境条件和系统功率状态的功率管理设定点。

18.如权利要求13所述的方法，其中该方法还包括：

确定环境空气的比湿度或相对湿度；

确定环境空气的比湿度或相对湿度是否低于预定阈值；以及

如果环境空气的比湿度或相对湿度低于预定阈值，那么将环境空气输入到再生流动路径，使得工作气体和输入的环境空气的混合物流过太阳能热单元的再生流动路径。

19.如权利要求18所述的方法，其中确定环境空气的比湿度或相对湿度包括测量环境空气的当前比湿度或相对湿度。

20.如权利要求18所述的方法，其中确定环境空气的比湿度或相对湿度包括预测环境空气的未来比湿度或相对湿度。