島礁與內(nèi)陸干旱地區(qū)淡水資源短缺,且居民住所分散無法集中供水�；谔柲茯�(qū)動(dòng)的吸附式空氣取水有效地提供了分布式供水的解決方案。該技術(shù)在夜間用吸濕劑捕獲空氣中的水蒸氣,繼而在太陽能驅(qū)動(dòng)下解吸再生吸濕劑,從吸濕劑中釋放出水蒸氣并通過冷凝收集液態(tài)水。相比于工作在露點(diǎn)為15℃以上濕潤地區(qū)的電驅(qū)動(dòng)冷凝式取水技術(shù),太陽能驅(qū)動(dòng)的吸附式取水技術(shù)通過吸附解吸循環(huán)提高循環(huán)空氣的露點(diǎn),在露點(diǎn)低于5℃的干旱地區(qū)實(shí)現(xiàn)高效率捕獲淡水,且無需額外電耗。然而現(xiàn)有的吸附式取水機(jī)組因循環(huán)設(shè)計(jì)粗糙、吸附劑低效、吸附床傳熱傳質(zhì)能力差,機(jī)組結(jié)構(gòu)不合理等原因,無法在較少能耗及較短循環(huán)時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大量取水。針對(duì)這些問題,本文提出一種新型半開吸附式空氣取水循環(huán),在夜間開式吸附、在白天閉式解吸,各個(gè)工作組件分別獨(dú)立,實(shí)現(xiàn)在60℃解吸溫度(熱空氣溫度在70℃)高效取水。基于該循環(huán),本文開發(fā)了一種高效的固化活性碳纖維合氯化鋰(ASLI)復(fù)合吸附劑,并基于這種吸附劑,設(shè)計(jì)了具有出色傳熱傳質(zhì)能力的吸附床。為了驗(yàn)證材料及系統(tǒng)的高效性,設(shè)計(jì)了一套10kg取水量的系統(tǒng),完成了電加熱工況及太陽能空氣集熱器的潮濕工況實(shí)驗(yàn);針對(duì)吸附空氣取水的規(guī)模化以及普適性規(guī)律研究的需求,作者構(gòu)建了一套新型的熱空氣驅(qū)動(dòng)的分離式吸附空氣取水系統(tǒng),該系統(tǒng)集儲(chǔ)能于一體,典型上海夏季氣候條件下日產(chǎn)水量可以達(dá)到50kg。構(gòu)建了空氣取水濕空氣狀態(tài)的變化準(zhǔn)則,并通過干燥工況以及潮濕工況的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證�；谌虿煌牡赜虻膶�(shí)際工況,衡量了這套取水系統(tǒng)在世界典型地區(qū)氣候下的取水潛能,為裝置的規(guī)模化實(shí)用推廣提供理論依據(jù)。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)針對(duì)間歇吸附式空氣取水系統(tǒng),構(gòu)建了一套高效的半開式空氣取水循環(huán),構(gòu)建了吸附空氣取水系統(tǒng)普適的熱力學(xué)描述理論框架H-RH-T圖,分析了濕空氣狀態(tài)變化的內(nèi)在原理。通過對(duì)循環(huán)圖取水面積分析可得,在循環(huán)空氣質(zhì)量流量不變的前提下,在吸附工況下提升吸附床入口空氣的絕對(duì)含濕量,或者是在解吸情況下降低吸附床入口的絕對(duì)含濕量或者是提升解吸溫度,都增加取水量。將吸附床、冷凝器、加熱器、以及動(dòng)力輔助設(shè)備獨(dú)立開來,使得各個(gè)部件相互耦合并高效工作。(2)開發(fā)了以活性炭為基質(zhì)的復(fù)合吸附劑,對(duì)比常見的粗孔硅膠、膨脹硫化石墨基質(zhì),研究復(fù)合LiCl和CaCl_2兩種吸濕性鹽后的性能。從微觀性能、平衡吸附性能及脫附性能等方面分析上述復(fù)合吸附劑,發(fā)現(xiàn)浸漬鹽溶液后,復(fù)合吸附劑的BET比表面積,孔容孔徑都有一定程度的下降,而吸附性能卻得到了增強(qiáng)。ASLI有著最佳的吸附和脫附性能,可在15-25℃環(huán)境中完成吸附,在65℃-70℃溫度下完成解吸。ASLI鹽濃度在30%時(shí)既能保證吸附量又能在目標(biāo)吸附時(shí)長內(nèi)避免溢液問題�；赑olanyi理論進(jìn)行了ASLI材料平衡吸附方程的擬合,為機(jī)組的拓展研究建立理論基礎(chǔ)。(3)基于新開發(fā)的ASLI高效復(fù)合吸附劑,研制出具有高傳熱傳質(zhì)能力的蜂窩狀吸附床結(jié)構(gòu)。單層床體結(jié)構(gòu)為0.4×0.4×0.2 m~3,用CFX模擬空氣流動(dòng)過程,以驗(yàn)證其流道的低流阻,在流速為2m/s下,單層流動(dòng)阻力模擬值為8.8 Pa,用壓差變送器實(shí)測值為1 mm水柱,即9.8 Pa。優(yōu)化流道單元尺寸以后,制備出相應(yīng)的吸附床整體,搭建10kg小型機(jī)組,在高濕度工況下及不同電加熱器驅(qū)動(dòng)的溫度下,對(duì)其吸附和脫附性能進(jìn)行研究,驗(yàn)證了吸附劑在整套系統(tǒng)中運(yùn)行的可行性。將系統(tǒng)連接到實(shí)際的太陽能空氣集熱器中進(jìn)行實(shí)況實(shí)驗(yàn),以測試在太陽能驅(qū)動(dòng)下機(jī)組的取水性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,解吸溫度一定,吸附工況入口相對(duì)濕度越高,取水量越多;吸附工況一定,再生溫度越高,取水量越多。(4)針對(duì)吸附空氣取水規(guī)模化應(yīng)用的實(shí)際需求,研制了一臺(tái)日產(chǎn)水50kg的集儲(chǔ)能于一體的智能化空氣取水機(jī)組。在干燥的沙漠工況以及濕潤的海島工況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并得到了機(jī)組的固有效率,并結(jié)合材料與機(jī)組的固有性能對(duì)世界范圍內(nèi)典型工況進(jìn)行模擬,得到其取水潛能,結(jié)合世界各典型地區(qū)的太陽能輻射強(qiáng)度,計(jì)算出所需太陽能空氣集熱器面積,為機(jī)組在各地的實(shí)用推廣提供理論指導(dǎo)依據(jù)。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TV213.9;TB332;O647.33
【部分圖文】：

第一章 緒論的工業(yè)生產(chǎn)過程中已有廣泛應(yīng)用。圖 1-1 將現(xiàn)有的空氣取水技術(shù)做了詳細(xì)的分類。第一類是使用表面冷卻技術(shù)將水蒸氣從濕空氣中冷凝，根據(jù)冷凝方式的不同，又可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式冷凝；第二類采用膜分離法，通過電解或者加壓的方式提取淡水[11]；第三類吸附/吸收技術(shù)提取水蒸氣，加熱解吸后獲得淡水。下文將詳細(xì)介紹各種空氣取水的典型系統(tǒng)。

如圖1-2 所示，在壓縮機(jī)的工作下液態(tài)制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，將引入的空氣冷卻至露點(diǎn)，析出冷凝水，繼而用冷卻后的空氣帶走冷凝器的熱量，將獲得的水過濾并儲(chǔ)存[16]。目前世界上近 90%的空氣取水產(chǎn)品，采用的都是壓縮式制冷，從家用飲水、軍隊(duì)急救至地區(qū)供水灌溉都有覆蓋。法國公司 Eolewater 公司研制了可移動(dòng)式軍用空氣取水器，外尺寸為

圖 1-3 采用水蒸氣選擇膜的空氣取水器系統(tǒng)圖ic representation of the membrane unit and the permeate si harvesting unit, working with water vapor selective memb隔污染物或病原體，獲得潔凈的冷凝水直接飲法水蒸氣膜為例，其材料一般為 Pebax [51]或 > 4000)[52]。在空氣取水領(lǐng)域應(yīng)用膜分離技術(shù)，氣溫濕度變化而引起的進(jìn)氣水蒸氣分壓變化對(duì)多數(shù)水蒸氣分離膜應(yīng)用仍處于研究和開發(fā)階段取水器的原理是采用吸濕性吸附/吸收劑將空氣料內(nèi)，經(jīng)過一定時(shí)間以后，再將吸附/吸收劑
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 何余生,李忠,奚紅霞,郭建光,夏啟斌;氣固吸附等溫線的研究進(jìn)展[J];離子交換與吸附;2004年04期

2 王如竹,汪前彬;吸附制冷工作對(duì)的吸附機(jī)理及其吸附率方程的改進(jìn)[J];太陽能學(xué)報(bào);1999年03期

本文編號(hào)：2881436