一种基于光谱调制的大气取水系统及工作方法技术方案

一种基于光谱调制的大气取水系统及工作方法，该系统由湿态吸水颗粒塔、淡水脱附室、颗粒泵、干态吸水颗粒储存室以及太阳能聚光器组成；本发明专利技术利用颗粒对太阳能光谱调制作用，将太阳能光谱调节至水辐射性能良好的近红外波段，实现利用太阳能驱动的大气取水过程。采用核壳结构的光谱调制颗粒，利用磁性实现光谱调制颗粒与吸水颗粒的自动分离。选取光谱调制颗粒在传送带上不同分布密度应对不同太阳辐照，保证水的脱附过程。保证水的脱附过程。保证水的脱附过程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光谱调制的大气取水系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及大气取水
，具体涉及一种基于光谱调制的大气取水系统及工作方法。

技术介绍

[0002]地球有70％面积为水覆盖，但淡水资源却极其有限。根据有关数据显示，全球的水资源储存总量大约为1386000000km3，而淡水资源仅占其中的3％。目前，对于人类较为容易利用的淡水资源包括河流水、淡水湖泊水以及浅层地下水，仅占世界淡水资源的0.3％，相当于全球总储水量的0.007％。大气中的水作为生物圈水循环的重要组成部分，储藏着大量的水蒸气。在太阳的辐照作用下，海面蒸发的水汽被气流输送到大陆内部，伴随着海拔不断地升高，聚云成雨。雨水汇聚于江河又再次流向海洋。
[0003]大气淡水是一个巨大的可再生的水库，其含量之广足以满足每一个人类的需求。面对淡水资源短缺的问题，从大气中捕获水技术获得了人们广泛的关注。现有大气取水技术普遍存在产水量小、产水周期长等缺点，难以实现满足使用要求。

技术实现思路

[0004]考虑到现有大气取水技术产水量小、产水周期长等局限性，本专利技术的目的在于提供一种基于光谱调制的大气取水系统及工作方法，是利用太阳能光谱调制技术实现吸水颗粒中水的快速蒸发脱附过程，获取可直接使用的淡水。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种基于光谱调制的大气取水系统，该系统由湿态吸水颗粒塔1、淡水脱附室2、颗粒泵3、干态吸水颗粒储存室4以及太阳能聚光器5组成。
[0007]所述湿态吸水颗粒塔1包括吸水颗粒集水平台、湿态吸水颗粒存储室、控制阀门及相关管路组成；所述吸水颗粒集水平台与水平方向成30
°
倾角倾斜布置在上部，吸水颗粒集水平台顶部与干态吸水颗粒储存室4干态颗粒出口管路相连接，吸水颗粒集水平台底部设置颗粒入口控制阀门；所述湿态吸水颗粒存储室位于吸水颗粒集水平台下方并密切连接，湿态吸水颗粒存储室底部设置湿态颗粒出口管路及阀门；
[0008]所述淡水脱附室2主体为水平放置的封闭三棱柱体，两个侧面分为向光侧壁面和背光侧壁面，底面为产品回收面，内部为脱附空间；其向光侧壁面为辐射受热面，分为上下两部分，上部对光不透明且设置接口与湿态颗粒出口管路连接，下部采用透明材料作为太阳能接收窗口；背光侧壁面为辐射冷却面，负责冷凝水蒸气；产品回收面设有两个出口，靠近背光侧壁面为淡水出口，连接集水箱，集水箱底部设置淡水出口，靠近向光侧壁面方向，在传送带颗粒掉落侧设置吸水颗粒回收口并通过带有颗粒输送泵的管路与干态吸水颗粒储存室4颗粒进口相连；脱附空间是湿态吸水颗粒进行淡水脱附的场所，设有两个上下布置的面对太阳能接收窗口的颗粒传送带，负责输送湿态吸水颗粒以及光谱调制颗粒，两个传送带运行方向相反；
[0009]所述干态吸水颗粒储存室4的颗粒进口通过管路与淡水脱附室2的吸水颗粒回收口相连接，吸水颗粒出口通过管路与湿态吸水颗粒塔1的吸水颗粒集水平台相连；干态吸水颗粒储存室4顶部设置吸水颗粒补充口用于吸水颗粒的补充；
[0010]所述太阳能聚光器5将聚光投射方向对向淡水脱附室2太阳能接收窗口。
[0011]一种基于光谱调制的大气取水系统及方法，具体包括以下步骤：
[0012]步骤1：夜间取水
[0013]干态吸水颗粒储存室4释放干态吸水颗粒至湿态吸水颗粒塔1的吸水颗粒集水平台，吸附由吸水颗粒集水平台冷凝的水后，颗粒入口控制阀门打开，将湿态吸水颗粒送入湿态吸水颗粒存储室进行暂存；
[0014]步骤2：太阳能驱动的淡水蒸发
[0015]湿态吸水颗粒塔1的颗粒出口阀门打开，释放湿态吸水颗粒进入淡水脱附室2，湿态吸水颗粒下落过程中吸收太阳能辐射，温度升高，在靠近上层颗粒传送带时，湿态吸水颗粒中的水吸收光谱调制颗粒所发出的近红外热辐射，温度再次升高，开始向环境蒸发，离开吸水颗粒；吸水颗粒落到上层颗粒传送带上，经传送继续向下落再次经历上述过程，温度继续升高，落到下层颗粒传送带上，湿态吸水颗粒完成淡水脱附，转换为干态吸水颗粒；蒸发的水蒸气运动到背光侧壁面遇冷凝结，沿壁面下落至淡水脱附室2的集水箱；
[0016]步骤3：吸水颗粒回收
[0017]干态吸水颗粒经下层颗粒传送带传送落入吸水颗粒回收口并通过颗粒泵3送回干态吸水颗粒储存室4。
[0018]所述颗粒吸水塔1的吸水颗粒集水平台表面辐射特性为面向大气窗口波段发射率＞0.98，非大气窗口波段吸收率小于0.1。
[0019]所述颗粒吸水塔1的控制阀门采用时间脉冲控制开合状态，进而释放湿态吸水颗粒进入湿态吸水颗粒存储室。
[0020]所述淡水脱附室2向光侧壁面太阳能接收窗口采用透光率＞0.95的玻璃材料。
[0021]所述淡水脱附室2背光侧壁面表面涂有辐射散热涂层，厚度范围为0.1mm
‑
0.5mm，涂层表面的热辐射发射率＞0.95，反射率>0.9。
[0022]所述淡水脱附室2的颗粒传送带底层传送链采用表面镀膜抗氧化的铁。上层颗粒传送带的上表面向远离吸水颗粒回收口方向转动，下层颗粒传送带的上表面向靠近吸水颗粒回收口方向转动，下层颗粒传送带依靠磁性密切吸引光谱调制颗粒保证其始终紧贴下层颗粒传送带不脱落。
[0023]所述淡水脱附室2内部的光谱调制颗粒为核壳结构，粒径为0.1
‑
1000μm，分布密度范围0
‑
1，内核为钕铁硼，壳侧为Dy
3+
、Yb
3+
、Li8Bi2(MoO4)7掺杂浓度为(0.01
‑
0.1)％：(0.005
‑
0.03)％：1的纳米涂层；光谱调制颗粒将太阳能可见光谱调节至近红外波段(900
–
1200nm)，该波段下水的辐射吸收性能较好。
[0024]所述淡水脱附室2内部的吸水颗粒采用吸水树脂制备，粒径范围为1
‑
10mm。
[0025]和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点：
[0026]本专利技术利用颗粒对太阳能光谱调制作用，将太阳能光谱调节至水辐射性能良好的近红外波段，实现利用太阳能驱动的大气取水过程。采用核壳结构的光谱调制颗粒，利用磁性实现光谱调制颗粒与吸水颗粒的自动分离。选取光谱调制颗粒在传送带上不同分布密度
应对不同太阳辐照，保证水的脱附过程。
附图说明
[0027]图1为本专利技术基于光谱调制的大气取水系统示意图。
[0028]图2为光谱调制颗粒示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
[0030]如图1所示，一种基于光谱调制的大气取水系统，该系统由湿态吸水颗粒塔1、淡水脱附室2、颗粒泵3、干态吸水颗粒储存室4以及太阳能聚光器5组成。
[0031]所述湿态吸水颗粒塔1包括吸水颗粒集水平台、湿态吸水颗粒存储室、控制阀门及相关管路组成；所述吸水颗粒集水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光谱调制的大气取水系统，其特征在于：该系统由湿态吸水颗粒塔(1)、淡水脱附室(2)、颗粒泵(3)、干态吸水颗粒储存室(4)以及太阳能聚光器(5)组成；所述湿态吸水颗粒塔(1)包括吸水颗粒集水平台、湿态吸水颗粒存储室、控制阀门及相关管路组成；所述吸水颗粒集水平台与水平方向成30
°
倾角倾斜布置在上部，吸水颗粒集水平台顶部与干态吸水颗粒储存室(4)干态颗粒出口管路相连接，吸水颗粒集水平台底部设置颗粒入口控制阀门；所述湿态吸水颗粒存储室位于吸水颗粒集水平台下方并密切连接，湿态吸水颗粒存储室底部设置湿态颗粒出口管路及阀门；所述淡水脱附室(2)主体为水平放置的封闭三棱柱体，两个侧面分为向光侧壁面和背光侧壁面，底面为产品回收面，内部为脱附空间；其向光侧壁面为辐射受热面，分为上下两部分，上部对光不透明且设置接口与湿态颗粒出口管路连接，下部采用透明材料作为太阳能接收窗口；背光侧壁面为辐射冷却面，负责冷凝水蒸气；产品回收面设有两个出口，靠近背光侧壁面为淡水出口，连接集水箱，集水箱底部设置淡水出口，靠近向光侧壁面方向，在传送带颗粒掉落侧设置吸水颗粒回收口并通过带有颗粒输送泵的管路与干态吸水颗粒储存室(4)颗粒进口相连；脱附空间是湿态吸水颗粒进行淡水脱附的场所，设有两个上下布置的面对太阳能接收窗口的颗粒传送带，负责输送吸水颗粒以及光谱调制颗粒，两个传送带运行方向相反；所述干态吸水颗粒储存室(4)的颗粒进口通过管路与淡水脱附室(2)的吸水颗粒回收口相连接，吸水颗粒出口通过管路与湿态吸水颗粒塔(1)的吸水颗粒集水平台相连；干态吸水颗粒储存室(4)顶部设置吸水颗粒补充口用于吸水颗粒的补充；所述太阳能聚光器(5)将聚光投射方向对向淡水脱附室(2)太阳能接收窗口。2.根据权利要求1所述的一种基于光谱调制的大气取水系统，其特征在于：所述湿态吸水颗粒塔(1)的吸水颗粒集水平台表面辐射特性为面向大气窗口波段发射率＞0.98，非大气窗口波段吸收率小于0.1。3.根据权利要求1所述的一种基于光谱调制的大气取水系统，其特征在于：所述湿态吸水颗粒塔(1)的控制阀门采用时间脉冲控制开合状态，进而释放湿态吸水颗粒进入湿态吸水颗粒存储室。4.根据权利要求1所述的一种基于光谱调制的大气取水系统，其特征在于：所述淡水脱附室(2)向光侧壁面太阳能接收窗口采用透光率＞0.95的玻璃材料。5.根据权利要求1所述的一种基于光谱调制的大气取水系统，其特征在于：所述淡水脱附室(2)背光侧壁面表面涂有辐射散热...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂茂萍，张丹，杨越，袁洋，王一笑，郑巨淦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：