TWI817925B

TWI817925B - 用於水萃取控制之系統及方法及水產生之網路

Info

Publication number: TWI817925B
Application number: TW106116793A
Authority: TW
Inventors: 寇迪艾登福雷森; 葛蘭特哈里遜福雷森; 席斯羅賽爾; 強納森愛德華葛登伯格
Original assignee: 美商資源環球公司
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2023-10-11
Also published as: US20180043295A1; AU2017267967A1; WO2017201405A1; CN115228249A; SA521421214B1; US10632416B2; US20220274048A1; SA522431957B1; SA518400468B1; US20190336907A1; ZA201808579B; US10357739B2; AU2022204740B2; CN109641173A; CN115228249B; CN109641173B; TW201805052A; US20200269184A1; US11975289B2; US11266944B2

Abstract

本發明係關於一種控制器，其可控制用於自空氣萃取液態水之系統，該系統包含熱單元、主要乾燥劑轉輪及再生流體路徑。該控制器可包含複數個感測器、複數個馬達及耦接至該複數個感測器及該複數個馬達之微控制器。該微控制器可經組態以基於自該複數個感測器中之至少一者接收之至少一個信號而確定水萃取效率，且藉由回應於該所確定之水萃取效率調整該複數個馬達中之至少一者的速度而使該水萃取效率最大化。該水萃取效率可為藉由將該再生流體路徑內之再生流體流動速率乘以該主要乾燥劑轉輪之與相反於該熱單元連繫側的一側上之絕對空氣濕度而獲得之值。

Description

用於水萃取控制之系統及方法及水產生之網路

10:系統

14:乾燥劑單元

18:乾燥劑/吸附介質

22:吸附區域

26:過程空氣路徑

30:解吸附區域

34:再生流體路徑

38:乾燥劑單元之外殼

42:吹風機

46:循環器

50:控制器

54:熱單元

80:冷凝器

84:水收集單元

88:過濾器

92:容器

98:系統

102:可旋轉圓盤

106:乾燥劑之部分

110:圓盤之部分

114:致動器/馬達

118:太陽能單元/動力單元

122a:溫度感測器

122b:濕度感測器

122c:太陽日照感測器

122d:流動速率感測器

122e:水位準感測器

126:收發器

130:淨化氣流路徑

134:回收熱交換器

138:第二乾燥劑

142:步驟

146:步驟

150:步驟

154:步驟

158:步驟

162:步驟

166:步驟

170:步驟

1000:系統

1000A:系統

1000B:系統

1000C:系統

1000D:系統

1000E:系統

1026:過程空氣路徑

1034:再生流體路徑

1040:主要乾燥劑轉輪/主要轉輪/主要乾燥劑單元

1045:次要乾燥劑轉輪/次要轉輪/次要乾燥劑單元

1050:控制器

1054:熱單元

1080:冷凝器

1084:水收集單元/儲集器

1090:光伏電源

1305:微控制器

1310:馬達電力供應器

1315:乾燥劑轉輪馬達控制器電力供應器

1320:馬達/風扇脈寬調變輸出端

1325:馬達/風扇轉速計輸入端

1330:外部NTC熱敏電阻溫度輸入端

1335:機載溫度及濕度感測器

1340:機外溫度及濕度感測器

1345:水位準輸入端

1350:數位流量計輸入端

1355:紫外LED

1360:狀態LED

1365:無線電收發器

1370:硬體介面

1375:記憶體

1400:進行/不進行模式判定程序

1410:步驟

1420:步驟

1430:步驟

1440:步驟

1450:步驟

1460:步驟

1470:步驟

1480:步驟

1500:網路

1510:閘道器

1600:MPPT方法

1610:大功率風扇

1620:大功率風扇

A:燥劑之部分

B:燥劑之部分

C:燥劑之部分

D:燥劑之部分

E:燥劑之部分

F:燥劑之部分

K:第二乾燥劑之部分

L:第二乾燥劑之部分

圖1為根據本發明之實施例的用於自空氣產生液態水之系統的圖式。

圖2為根據本發明之實施例的用於自空氣產生液態水之系統的圖式。

圖3A為根據本發明之實施例的一天中環境條件(包括環境空氣相對濕度(「RH」)及溫度)之晝夜變化之曲線圖。

圖3B為根據本發明之實施例的一天中環境條件(包括太陽輻射(例如，太陽日照))之晝夜變化之曲線圖。

圖4為說明根據本發明之實施例的通過用於自空氣產生液態水之系統的流動路徑的圖式。

圖5A為根據本發明之實施例的控制器的圖式。

圖5B為根據本發明之實施例的控制程序的圖式。

圖6為根據本發明之實施例的效率曲線圖。

圖7為根據本發明之實施例的一系列效率曲線圖。

圖8為根據本發明之實施例的一系列水產生速率曲線圖。

圖9為根據本發明之實施例的一系列水產生速率曲線圖。

圖10為根據本發明之實施例的效率曲線圖。

圖11A及圖11B為說明根據本發明之實施例的擬合圖10中所說明之資料集合的二次回歸模型之係數之曲線圖。

圖12為根據本發明之實施例的用於自空氣產生液態水之系統的圖式。

圖13為根據本發明之實施例的控制器的圖式。

圖14為根據本發明之實施例的進行/不進行模式判定程序。

圖15為根據本發明之實施例的水產生系統之網路。

圖16為根據本發明之實施例的最大功率點追蹤方法之圖式。

相關申請案之交叉參考

本申請案以全文引用之方式主張標題為「Systems and Methods for Water Extraction Control」且於2016年5月20日申請之美國臨時申請案第62/339,649號之優先權。

本申請案以全文引用之方式合併標題為「Systems and Methods for Generating Liquid Water From Air」且於2015年4月10日申請之美國臨時申請案第62/145,995號。

本文中所描述之系統及方法大體上係關於用於自大氣空氣萃取水蒸氣的控制系統。首先，提供對藉由水萃取系統進行之水萃取的一般描述。隨後，在特定水產生系統實例之上下文中呈現特定控制系統實施例。

水萃取

現參看圖式，且更特定言之參看圖1，其中展示且由參考標號10表示用於自空氣產生液態水之實例系統。系統10可經組態以回應於晝夜變化而作用。舉例而言，如下文更詳細地描述，系統10可經組態以基於一或多個晝夜變化(例如，環境空氣溫度、環境空氣相對濕度、太陽日照及/或其類似者的變化)控制一或多個操作參數(例如，控制及/或受控變數)。

系統10可包含乾燥劑單元14。乾燥劑單元14可包含乾燥劑(例如，吸附介質)18，其中該乾燥劑18(例如，或其部分)可選擇性地(例如，及/或替代性地)在吸附區域22與解吸附區域30之間可移動，在該吸附區域中乾燥劑與過程空氣路徑(例如，過程氣流路徑)26流體連繫，在該解吸附區域中乾燥劑與(例如，閉環的)再生流體路徑(例如，再生流體通路)34流體連繫。在一些實施例中，吸附區域及解吸附區域可由乾燥劑單元之外殼(例如，38)界定。

乾燥劑單元14可以連續或非批方式操作，以使得乾燥劑單元14經組態以吸收水且基本上同時或同時解吸附水。舉例而言，系統10可經組態使得乾燥劑18之第一部分可安置於吸附區域22內(例如，使得該第一部分可自過程空氣路徑26中之過程空氣捕捉水)，其中乾燥劑之第二部分同時安置於解吸附區域內(例如，使得該第二部分可將水解吸附至再生流體路徑34中之再生流體中)。適於在當前系統之一些實施例中使用的再生流體可包括(但不限於)空氣(例如，包括任何適合量之水蒸氣)、超飽和或高相對濕度氣體(例如，90-100%相對濕度)、乙二醇、離子液體及/或類似者。

乾燥劑單元14可包含經組態以連續在過程空氣路徑26與再生流體路徑34之間交替出現的吸濕性材料(例如，乾燥劑或吸附介質18)。在一些實施例中，乾燥劑或吸附介質可能夠快速將水解吸附回成低相對濕度空氣(例如，以使乾燥劑再生)。因此，在一些實施例中，乾燥劑或吸附介質之效能可受在吸附狀態與解吸附狀態之間快速循環的能力影響。

乾燥劑18可包含呈任何適合之組態的任何適合之介質(例如，使得乾燥劑或吸附介質能夠吸附且解吸附水)。在一些實施例中，乾燥劑或吸附介質可能夠在第一溫度及/或壓力下吸附且在第二溫度及/或壓力下解吸附。適合之乾燥劑或吸附介質可包含液體、固體及/或其組合。在一些實施例中，乾燥劑或吸附介質可包含任何適合之浸漬有吸濕性材料的多孔固體。舉例而言，乾燥劑18可包含矽石、矽膠、氧化鋁、氧化鋁凝膠、高嶺土、沸石、分子篩、活性碳、金屬氧化物、鋰鹽、鈣鹽、鉀鹽、鈉鹽、鎂鹽、磷酸鹽、有機鹽、金屬鹽、丙三醇、乙二醇、親水性聚合物、多元醇、聚丙烯纖維、纖維素纖維、其衍生物及其組合。在一些實施例中，乾燥劑或吸附介質可經選擇及/或經組態以避免吸附某些分子(例如，在人類消耗時可為有毒的分子)。

在一些實施例中，乾燥劑粒子可封裝在淺床中以使與吸附區域22及解吸附區域30內之空氣或流體相互作用的表面積最大化。在一些實施例中，乾燥劑粒子可經由黏合劑聚結。在一些實施例中，可將乾燥劑粒子染黑(例如，以改良對熱輻射之吸收)。在一些實施例中，乾燥劑粒子可與熱輻射吸收材料混合及/或組合。

系統10可包括一或多個吹風機42及/或一或多個循環器46。舉例而言，在此實施例中，吹風機42安置於過程空氣路徑26中且經組態以調整空氣通過該過程空氣路徑之流動速率。在此實施例中，循環器46安置於再生流體路徑34中且經組態以調整流體通過該再生流體路徑之流動速率。在一些實施例中，吹風機42及/或循環器46可由控制器50控制(例如，控制吹風機42及/或循環器46之速度以使液態水生產最佳化)。在一些實施例中，吹風機42及/或循環器46可經組態以大體上維持分別通過過程空氣路徑26及/或再生流體路徑34之預定流動速率。

系統10可包含經組態以將熱能提供至再生流體路徑34中之流體(例如，使得乾燥劑18可再生)的熱單元54。在一些實施例中，熱單元54可為太陽能熱單元(例如，其經組態以將太陽日照轉換成熱能)。儘管本發明系統可包含任何適合的熱單元(太陽能抑或其他)，但藉助於實例提供熱單元54之以下描述。

熱單元54可包含經組態以允許日光進入熱單元之殼體58的透明層62(例如，透明材料薄片、透鏡及/或其類似者，其可包含玻璃、聚合物、多晶材料、其衍生物、其組合及/或其類似者)。在包含玻璃透明層62之實施例中，該玻璃可經組態以使透射率達到最大(例如，低鐵及/或不含鐵的材料及/或其他組合物、未經塗覆材料及/或其類似者)。透明層可包含多個層(例如，多窗格層，諸如雙窗格玻璃)。

熱單元54可包含經組態以自日光吸收熱能且將所吸收熱能之至少一部分提供至再生流體路徑中之流體的吸收器68(例如，吸收器68可包含熱可穿透材料)。吸收器可包含任何合適的材料，諸如，金屬(例如，鋁、銅、鋼)、熱穩定聚合物、或其他材料及/或其類似者。舉例而言，吸收器大體上可為平坦的、粗糙的、槽形或波紋狀。在一些實施例中，可將無光澤黑色塗層或選擇性薄膜塗覆至吸收器材料之表面。在一些實施例中，吸收器68可經組態以在無介入熱傳遞流體的情況下將熱能傳遞至再生流體路徑中之流體。在其他實施例中，流體(例如，液體、氣體及/或其類似者)可以熱方式安置於吸收器與再生流體路徑中之流體之間(例如，以充當在吸收器與再生流體路徑中之流體之間傳遞熱量的介質)。

熱單元54可包含絕熱體72，其經組態以使殼體58之至少一部分隔熱。以此方式，太陽日照可(例如，經由透明層62)進入熱單元54之殼體，且絕熱體72可使該殼體之一部分隔熱，以(例如)使熱能至熱單元外部之環境的損失降至最小。絕熱體可包含任何合適的材料(例如，能夠阻止熱能流動之材料)，諸如，包含氣體及/或液體之截獲凹穴的固體泡沫。在一些實施例中，絕熱體可經選擇及/或經組態用於高溫(例如，超過200℃之溫度)下的穩定性。

一或多個通道76可經安置與吸收器68熱連繫，使得吸收器可將所吸收熱能傳遞至一或多個通道內之流體(例如，再生流體、可流動熱載體介質及/或其類似者)。一或多個通道76可形成再生流體路徑34之部分(例如，一或多個通道76經組態以運送再生流體)。一或多個通道76可包含任何合適的結構，諸如，適合於流體在其間流動之管狀中空主體或複數個平板及/或其類似者。

系統10可包含經組態以經由再生流體路徑接收來自解吸附區域之流體且由所接收之流體產生液態水(例如，藉由使水蒸氣在再生流體路徑中之流體中冷凝)的冷凝器80。冷凝器可包含任何適合之材料且可具有任何適合之組態(例如，以使水蒸氣在再生流體中冷凝成液態水)。舉例而言，適合之冷凝器可包含聚合物、金屬及/或其類似者。冷凝器可經配置以包括線圈、翅片、平板、彎曲通道及/或其類似者。冷凝器80可經組態以將熱能自乾燥劑18之下游的再生流體路徑34中之流體傳遞至乾燥劑18之上游的過程空氣路徑26中之空氣(例如，使得過程空氣路徑26中之空氣可有助於冷凝器80之冷卻)。在一些實施例中，冷凝器80可藉由環境空氣冷卻。

系統10可包含經組態以接收藉由冷凝器80產生之液態水的水收集單元84。可藉助於重力將冷凝器產生之液態水提供至水收集單元84；然而，在其他實施例中，可(例如，藉由一或多個泵、任何其他適合之傳送機構及/或其類似者)輔助液態水自冷凝器至水收集單元之流動。

系統10可包含過濾器88(例如，過濾膜)，其可安置於冷凝器80與水收集單元84之間(例如，以減少雜質的量，該等雜質諸如可存在於由冷凝器80產生之液態水中的砂粒、細菌、纖維、含碳物種及/或其類似者)。

水收集單元84(例如，或其過濾器88)可包含紫外線(UV)光源(例如，以用於對由冷凝器80產生之水進行滅菌)。在一些實施例中，適合之光源可包含具有例如以下波長之發光二極體(LED)：小於400奈米(nm)之波長(例如，385nm、365nm及/或類似者)、小於300nm之波長(例如，265nm)及/或其類似者。

水收集單元84可包含一或多個水位準感測器(例如，122e)。此類水位準感測器可包含電導感測器(例如，開路及/或閉路電阻型電導感測器)，其可經由介於0.1毫西門子(msiemens)/公分之範圍內的電導率量測值來操作。

水收集單元84可包含經組態以容納用於引入至所產生液態水中之一或多種添加劑的容器92。此類添加劑可經組態以緩慢溶解至儲存於水收集單元中之液態水中。添加劑可包括(但不限於)礦物質、鹽類、其他化合物及/或其類似者。在一些實施例中，添加劑可賦予所產生液態水香味。舉例而言，添加劑可包括鉀鹽、鎂鹽、鈣鹽、氟鹽、碳酸鹽、鐵鹽、氯鹽、矽石、石灰石及/或其組合。

系統10可包含指示器(例如，燈，諸如LED)，其可經組態以提供關於系統操作之資訊。舉例而言，在一些實施例中，指示燈可經組態以提供以下資訊(例如，以視覺方式提供給使用者)：系統正在運行；太陽能(例如，來自動力單元118)可用；可能需要更換(例如，過程空氣路徑26內的)空氣過濾器；水收集單元(例如，84)滿了(例如，在一些實施例中，水收集單元含有20L液態水)；致動器(例如，致動器114、吹風機42、循環器46及/或其類似者)已出現故障及/或正發生故障；遠程信息處理錯誤(例如，如藉由收發器126操作所指示)已經發生及/或正在發生；及/或其類似者。如下所述，可經由通信網路(例如，單獨及/或外加任何指示器之操作)傳輸任何適合之資訊(包括上文參考指示器所描述之資訊)。

控制器(例如，處理器)50可控制乾燥劑18(或其部分)對過程空氣路徑26中之空氣及再生流體路徑34中之再生流體的暴露(例如，以增加及/或最佳化冷凝器80最終產生之液態水)，且此控制可隨晝夜循環(例如，回應於晝夜變化)而變化。環境條件中之此類變化(例如，至控制器50中之輸入)可包括(例如)環境空氣溫度、環境空氣相對濕度及太陽日照。控制器50之其他輸入可包括(例如)：由熱單元54產生之熱能的量、過程空氣路徑26中之空氣的相對濕度、再生流體路徑34中之流體的相對濕度、乾燥劑18與熱單元54之間的再生流體路徑中之流體的溫度、水產生之速率及/或其類似者。在包括淨化氣流路徑(例如，130)之實施例中，控制器50之輸入可包括淨化氣流路徑中之空氣的流動速率、溫度、相對濕度及/或其類似者。控制器50可經組態以藉由基於對此等輸入中之一或多者之量測來控制乾燥劑18在吸附區域與解吸附區域之間的移動速率、控制吹風機42及/或循環器46之速度及/或其類似者而使液態水產生最佳化(例如，以使得控制器50可基於當前環境及系統條件使液態水產生最佳化)。如下文更詳細地描述，由於控制器50之輸入在由一或多個感測器(例如，122)捕捉之資料中予以指示，因此可量測該等輸入。

特定控制器實施例及功能更詳細地描述於下文「控制系統及方法」章節中。在「水萃取」章節中論述控制器50以闡明一般而言控制器可如何整合至系統10中。然而，一般熟習此項技術者將顯而易見，額外及/或替代功能(例如，描述於「控制系統及方法」章節中之彼等功能)可藉由控制器50及/或各種水萃取系統實施例中之其他控制系統執行。

圖2為用於自空氣產生液態水之系統的實施例98之圖式。系統98可實質上類似於系統10，具有下文所描述之主要差異及/或添加物。另外，系統98可包含相對於系統10所描述之任何及/或全部特徵。

在系統98中，如同系統10，乾燥劑18(或其第一部分)可與過程空氣路徑26中之過程空氣處於流體連繫，而乾燥劑14(或其第二部分)同時與再生流體路徑34中之再生流體處於流體連繫，且因此乾燥劑單元14以連續且非批方式操作。在此實施例中，乾燥劑18之部分可以交替方式暴露於過程空氣路徑26中之空氣及再生流體路徑34中之流體。

系統98可包含可旋轉圓盤102(例如，其上安置有乾燥劑18)。乾燥劑18(或其部分)可經組態以當圓盤102旋轉時在吸附區域與解吸附區域之間移動。舉例而言，在圓盤102之所描繪定向中，乾燥劑之部分106與過程空氣路徑26連繫，且圓盤之部分110與再生流體路徑34連繫。系統98可包含經組態以使得圓盤102旋轉之致動器(例如，電子馬達)114。控制器50可經組態以至少藉由控制乾燥劑18(例如，圓盤102)在吸附區域與解吸附區域之間的(例如，經由致動器114之控制的)移動來使液態水產生最佳化。在其他實施例中，馬達114可使圓盤102以預定旋轉速率旋轉。

系統98可包含經組態以將電力提供至系統98之至少一部分(例如，吹風機42、循環器46、致動器114及/或其類似者)的太陽能單元118。太陽能單元118可經組態以將太陽日照轉換成電力(例如，太陽能單元118包含太陽能面板)。舉例而言，可將太陽能單元118提供為包含展現光伏打效應之半導電性材料的光伏打太陽能面板。在此等及類似實施例中，控制器50可經組態以回應於太陽日照之晝夜變化(例如，由太陽能單元118產生之電力的量)而控制系統98。

用於自空氣產生液態水之系統可在本質上模組化。舉例而言，系統可經組態使得各組件(例如，太陽能單元118、熱單元54、乾燥劑單元14、冷凝器80、水收集單元84及/或其類似者)可彼此分離、經運輸、與彼此組裝及/或再組裝(例如，以相同或不同組態)及/或其類似者。舉例而言，在一些實施例中，該系統可經組態以使得任一單個組件(例如，水收集單元84、乾燥劑單元14、太陽能單元118、熱單元54、冷凝器80及/或其類似者)之尺寸不大於六呎至八呎(例如，以有助於系統或其組件之運輸，例如在單個卡車車廂(諸如Toyota Hilux皮卡車之車廂)中運輸)(例如，每一組件具有小於或等於64平方呎(ft²)之佔據面積及/或每一組件可包含於小於或等於512立方呎(ft³)之立方體積內)。

控制器50可經組態以控制吹風機42、循環器46、致動器114及/或其類似者中之一或多者(例如，以使液態水產生最佳化，其中此控制可回應於(例如)環境溫度、環境空氣相對濕度、太陽日照及/或其類似者之晝夜變化)。舉例而言，控制器50可經組態以藉由考慮(例如)晝夜變化來控制吹風機42、循環器46、致動器114及/或其類似者而增加液態水產生之速率。此等變化可改變熱單元54產生之熱能的量、太陽能單元118提供之電力的位準、進入系統之過程空氣的濕度位準及/或其類似者。在一些實施例中，可即時量測環境條件或基於(例如)歷史平均值及/或其類似者預報環境條件。在控制器50接收即時量測值之實施例中，各種感測器(下文更詳細地描述)可(例如，連續地、週期性地、在控制器50請求時及/或其類似者)將指示環境條件之資料提供至控制器50。

控制器50可基於以下中之一或多者操作系統：使用者選擇、自一或多個感測器接收之資料、程式化控制及/或藉由任何其他適合之根據。舉例而言，控制器50可與用於感測資料資訊之周邊器件(包括感測器)、用於儲存資料資訊之資料收集組件及/或用於傳達與系統之操作相關的資料資訊之通信組件相關聯。

系統98可包含一或多個周邊器件，諸如感測器122(例如，溫度感測器122a、濕度感測器122b、太陽日照感測器122c、流動速率感測器122d、水位準感測器122e及/或其類似者)。在一些實施例中，一或多個感測器(例如，122)可提供指示以下各者之資料：環境空氣溫度、環境空氣相對濕度、太陽日照、過程空氣溫度、再生流體溫度、過程空氣相對濕度、再生流體相對濕度、過程空氣流動速率、再生流體流動速率、液態水產生速率、水使用比率及/或其類似者。

一或多個感測器122可遠離系統之其他組件定位且可經由有線及/或無線連接向系統之其他組件提供所捕捉之資料。舉例而言，城鎮、村莊、城市及/或其類似者可包括複數個當前系統，且複數個當前系統中之一者可向複數個當前系統中之另一者提供指示環境條件(例如，空氣溫度、空氣相對濕度、太陽日照位準及/或其類似者)的資料。以此方式，在一些實施例中，單一感測器122可由多個系統共用。在一些實施例中，藉由一或多個周邊器件(例如，一或多個感測器122)傳達至控制器(例如，50)之資料可儲存於資料記錄單元中。

系統98可包含遠程信息處理單元(例如，傳輸器、接收器、應答器、轉換器、中繼器、收發器及/或其類似者，有時在本文中被稱作「收發器126」)。舉例而言，收發器126可經組態以經由有線及/或無線介面(例如，其可符合標準化通信協定(諸如以相對低速率操作之(例如，每隔幾分鐘操作之)GSM、SMS組件)、可按地區指定之協定及/或其類似者)將資料傳達至系統(例如，控制器50)及/或自系統傳達資料。

收發器126可與伺服器及用於在伺服器與收發器(例如，且因此系統及/或其控制器50)之間傳達資訊的通信網路相關聯。可藉由系統之蜂巢範圍內之蜂巢塔促進雙向通信。在一些實施例中，資料庫(例如，其可遠離系統)可經組態以儲存經由通信網路自伺服器接收之資訊。

在具有遠程信息處理能力之實施例中，網路管理員或器件擁有者可向控制器50發送命令以更新或刪除查找表資料(如下描述)及/或控制演算法。以此方式，可(例如)在系統被盜或以其他方式丟失的情況下維持資料安全。

控制器50可經組態以至少基於環境條件之即時及/或預報變化來改變系統98之操作。舉例而言，控制器50可回應於環境條件之改變來控制乾燥劑18(例如，或其部分)對過程空氣及再生流體之暴露(例如，藉由改變圓盤102之旋轉速度，使得可增加或減少安置於圓盤上之乾燥劑18的一部分暴露於過程空氣路徑26中之過程空氣或再生流體路徑34中之再生流體的時間)。在一些實施例中，控制器50可經組態以改變吸附區域或解吸附區域之大小(例如，回應於晝夜變化)。

圖3A為一天中環境條件(包括環境空氣相對濕度(「RH」)及溫度)之晝夜變化的曲線圖。圖3B為一天中環境條件(包括太陽輻射(例如，太陽日照))之晝夜變化的曲線圖。在夜間時間期間，環境空氣相對濕度可相對較高，且環境溫度可相對較低。隨著太陽升起，太陽日照可增加(例如，到正午左右達到峰值)，此可使得環境空氣相對濕度減小且環境溫度升高。在白天期間的某一點處，環境空氣相對濕度可達到最小值，且在白天期間的某一點處，環境溫度可升高至最大值，且此等點通常可重合。最終，隨著太陽開始下落，環境空氣相對濕度可傾向於增大，且環境溫度可傾向於降低(例如，在夜間時間期間太陽日照接近其最小值)。

如所展示，在晝夜循環中之各點處，可存在環境條件之特定集合(例如，環境空氣相對濕度、環境溫度、太陽日照及/或其類似者)。該系統可經組態以考慮此等環境條件之變化而改變操作參數(例如，控制變數)，由此使晝夜循環之各點的系統效能(例如，液態水產生)最佳化。藉助於說明，在一天的較早時段中，太陽日照可相對受限。因此，在一些實施例中，儘管環境空氣相對濕度相對較高，該系統(例如，或其控制器50)亦可調整操作參數以考慮相對較低量之可用太陽熱能及/或可獲自太陽能單元之相對較低量的電力。舉例而言，在此等情形下，儘管可用過程空氣之環境空氣相對濕度處於相對較高位準，控制器亦可由於相對較低量之可用熱能及/或太陽能而使乾燥劑在吸附區域與解吸附區域之間移動得更緩慢。另一方面，當天晚些時候，儘管可用太陽熱能之量相對較大及/或可獲自太陽能單元之電力的量相對較大(例如，由於太陽日照的量相對較大)，控制器亦可調整操作參數以考慮相對較低量之環境空氣相對濕度。控制器可週期性地及/或連續地對操作參數進行此等調整。

圖4為說明通過用於自空氣產生液態水的當前系統之一些實施例之實例流動路徑的圖式。用於自空氣產生液態水的當前系統之實施例可包含任何合適的流動路徑(例如，過程空氣路徑及/或再生流體路徑)，包括(例如)下文所描述(例如，單獨及/或以組合形式)的僅藉助於實例提供之彼等流動路徑。

在一些實施例中，過程空氣路徑內之空氣可自外界環境進入系統，與乾燥劑18之部分A、B、C、E及F連繫(例如，使得乾燥劑或其部分可吸收來自過程空氣路徑中之空氣的水)，穿過冷凝器80(例如，其中過程空氣路徑中之空氣可藉由來自再生流體路徑中之流體的熱能加熱)，且排出至外界環境。在此等及類似實施例中，再生流體可穿過冷凝器80(例如，其中再生流體路徑中之流體可將熱能傳遞至過程空氣路徑中之空氣)，穿過熱單元54(例如，其中再生流體路徑中之流體可被加熱)，與乾燥劑18之部分D連繫(例如，使得乾燥劑或其部分可將水釋放至再生流體路徑中之流體)，且回流通過冷凝器(例如，使得冷凝器可自再生流體路徑中之流體產生液態水)。

在一些實施例中，當前系統可包括淨化氣流路徑130，其經組態以將熱能自乾燥劑18之下游的再生流體路徑中之再生流體傳遞至冷凝器之上游的再生流體路徑中之流體。舉例而言，在此等及類似實施例中，過程空氣可自外界環境進入系統，與乾燥劑18之部分A、B及F連繫，穿過冷凝器80，且排出至外界環境。在此等及類似實施例中，再生流體可穿過冷凝器80，穿過熱單元54，與乾燥劑18之部分D連繫，且回流通過冷凝器。在此等及類似實施例中，淨化氣流路徑130中之空氣可在乾燥劑18之部分E與該乾燥劑之部分D之間連繫(例如，以將熱量自乾燥劑之部分D傳遞至乾燥劑之部分E，該熱量可藉由再生流體路徑內自熱單元54流動之再生流體提供至乾燥劑之部分D)(例如，以在乾燥劑之部分E移動至解吸附區域中之前執行預加熱操作)。

一些實施例可包含回收熱交換器134，其經組態以將熱能自乾燥劑18之下游的再生流體路徑中之再生流體傳遞至冷凝器之上游的再生流體路徑中之流體。舉例而言，在此等及類似實施例中，過程空氣可自外界環境進入系統，與乾燥劑18之部分A、B、C、E及F連繫，穿過冷凝器80，且排出至外界環境。在此等及類似實施例中，再生流體可穿過冷凝器80，穿過熱交換器(例如，使得熱交換器可將熱能自乾燥劑之下游的再生流體路徑中之流體傳遞至冷凝器之上游的再生流體路徑中之流體)，穿過熱單元54，與乾燥劑之部分D連繫，回流通過熱交換器，且回流通過冷凝器。以此方式，可至少部分地回收原本可能經由冷凝器而損耗至環境之熱能以用於解吸附目的。

一些實施例可包含第二乾燥劑138(例如，其可安置於圓盤上，類似於上文針對乾燥劑18所描述)，該第二乾燥劑經組態以將水自冷凝器80之下游的再生流體路徑中之流體傳遞至該冷凝器之上游的再生流體路徑中之流體。舉例而言，在此等及類似實施例中，過程空氣可自外界環境進入系統，與乾燥劑18之部分A、B、C、E及F連繫，穿過冷凝器80，且排出至外界環境。在此等及類似實施例中，再生流體可穿過冷凝器80，與第二乾燥劑138之部分L連繫(例如，使得乾燥劑138可在再生流體路徑中之流體進入熱單元54之前捕獲再生流體路徑中之流體中的水)，穿過熱單元54，與乾燥劑之部分D連繫，與第二乾燥劑之部分K連繫(例如，使得乾燥劑138可在再生流體路徑中之流體進入冷凝器80之前將水釋放至再生流體路徑中之流體)，且回流通過冷凝器。

一些實施例可實現上文針對與第二乾燥劑138連繫的再生流體路徑所描述之功能性中之至少一些，而無需第二乾燥劑。舉例而言，在一些實施例中，過程空氣可自外界環境進入系統，與乾燥劑18之部分A、E及F連繫，穿過冷凝器80，且排出至外界環境。在此等及類似實施例中，再生流體可穿過冷凝器80，與乾燥劑18之部分C連繫，穿過熱單元54，與乾燥劑之部分D連繫，與乾燥劑之部分B連繫，且回流通過冷凝器。

在一些實施例中，過程空氣可自外界環境進入系統，與乾燥劑18之部分A、E及F連繫，穿過冷凝器80，且排出至外界環境。在此等及類似實施例中，再生流體可穿過冷凝器80，與乾燥劑18之部分C連繫，穿過熱單元54，與乾燥劑之部分D連繫，且回流通過冷凝器。此等實施例可實現具有回收熱交換器134或淨化氣流路徑130之實施例的益處中之至少一些。

在一些實施例中，過程空氣可自外界環境進入系統，與乾燥劑18之部分A、B、E及F連繫，穿過冷凝器80，且排出至外界環境。在此等及類似實施例中，再生流體可穿過冷凝器80，流動通過回收熱交換器134，與乾燥劑18之部分C連繫，穿過熱單元54，與乾燥劑之部分D連繫，回流通過回收熱交換器，且回流通過冷凝器。

在當前系統(例如，10、98及/或類似者)之一些實施例中，液態水之產生速率(H ₂ O _rate)可至少部分地表示為環境條件(例如，環境空氣溫度( T _amb)、環境空氣相對濕度( RH _amb)及太陽日照( Q _solar))以及系統操作參數(例如，控制變數)(例如，過程空氣流動速率( V _process)、再生流體流動速率( V _regen)及乾燥劑對過程空氣及再生流體之暴露時間(例如，對於安置於可旋轉圓盤上之乾燥劑而言，暴露時間可為可旋轉圓盤之旋轉速率( ω _disk)之函數))之函數(方程式1)。

H ₂O_rate=f(T _amb ,RH _amb ,Q _solar ,ω _disk ,V _process ,V _regen) (1)

當前系統之一些實施例之效率可以多種方式加以表示。以下實例僅藉助於說明而提供，且以下實例中之每一者可單獨使用或與其他表達式組合使用(無論下文是否明確地揭示)以描述當前系統之一些實施例之效率。舉例而言，效率可被定義為：

其中 η 表示效率，

表示水之汽化熱，

表示所產生液態水之質量，且 Q _total表示系統產生液態水之該質量所需的熱能。根據方程式2，可發現，100%之效率等同於產生1公克(g)液態水所需要的2260焦耳(J)之熱能。

在一些實施例中，效率可被定義為再生效率，或例如：

其中

表示存在於再生流體路徑中之水的總質量。如方程式3中所見，效率一般可隨著再生流體自冷凝器之離開溫度降低而改良。

在一些實施例中，可在有效性參數(例如，自濕度圖確定)方面定義效率。此類有效性參數可經定義為(例如)藉由乾燥劑吸附及/或解吸附之水的實際量與濕度圖中之理想等焓路徑的比率。為了說明，有效性參數可傾向於單位值(一)，具有較高凝膠運載能力、減小的圓盤旋轉速率、較低的圓盤熱容量及/或其類似者。

在一些實施例中，效率可經定義為除濕有效性，或例如：

其中

表示進入過程空氣路徑26之空氣中所存在的水之總重量，且

表示離開過程空氣路徑26的水之總質量。

如圖5A中所描繪，在一些實施例中，控制器50可基於環境條件(例如，其可藉由一或多個感測器122量測及/或在由一或多個感測器122所捕捉之資料中指示)中之一或多者控制系統操作參數以便使(例如)液態水產生最佳化。藉助於說明，在一些實施例中，對於對應於晝夜循環中之給定點的特定環境條件之每一組合(例如，0℃< T _amb<45℃；20%< RH _amb<90%；200瓦每平方公尺(W/m²)< Q _solar<1000W/m²)，控制器可使用系統(例如，10、98及/或其類似者)之模型來執行模擬以估計使液態水產生最大化及/或最佳化(例如，如方程式1中所定義)之最佳系統操作參數(例如，( ω _disk)_optimum、( V _process)_optimum及( V _regen)_optimum)，其中：(ω _disk)_optimum=f(T _amnb ,RH _amb ,Q _solar) (5)

(V _process)_optimum=f(T _amb ,RH _amb ,Q _solar) (6)

(V _regen)_optimum=f(T _amb ,RH _amb ,Q _solar) (7)

在一些實施例中，控制器50可採用併有設計變數(例如，圓盤102幾何結構(諸如厚度、半徑及/或其類似者)、熱單元54幾何結構及/或其類似者)之控制演算法，且在一些實施例中，此等設計變數可與環境條件(例如，環境空氣溫度、環境空氣相對濕度、太陽日照及/或其類似者)一起併入於控制演算法中。

如上文所描述，在一些實施例中，環境空氣溫度及環境空氣相對濕度可藉由一或多個感測器122直接量測。在一些實施例中，太陽日照可藉由量測熱單元54與乾燥劑18之間的再生流體路徑中之流體的溫度而間接(例如，且連續地)量測(例如，以再生流體通過再生流體路徑之已知且受控流動速率)。在一些實施例中，由各種感測器捕捉之資料可經傳輸至控制器(例如，該控制器可與儲存含有在模擬運作期間產生之資料之查找表的記憶體通信)，該控制器隨後確定最佳系統操作參數(例如，過程空氣流動速率、再生流體流動速率、圓盤旋轉速率及/或其類似者)。

在一些實施例中，可使用數值模擬器來創建用於該系統之最佳化操作參數之查找表。舉例而言，在此等實施例中，數值模擬器之每一次運行可採用設計規格(例如，圓盤動力學、圓盤大小、乾燥劑組態、太陽能收集器大小、冷凝器幾何結構及效能及/或其類似者)、瞬時及/或預報環境條件(例如，環境空氣溫度、環境空氣相對濕度、太陽日照之位準)及系統操作變數(例如，過程空氣流動速率、再生流體流動速率、乾燥劑對過程空氣及/或再生流體之暴露時間及/或其類似者)之單一集合來確定及/或估計該系統之最佳化效率及/或液態水產生速率(例如，該等最佳化值可在晝夜循環內變化)。

圖5B為適合用於當前系統之一些實施例中的基於模擬之控制的非限制性實例之流程圖。應注意，儘管在一些情況下可使用基於模擬之控制，但在下文「控制系統及方法」章節中論述其他控制方案及方法。如所展示，系統可在步驟142處用一或多個設計輸入、控制輸入及/或控制器變數初始化。在此實施例中，設計輸入可包括系統大小、圓盤材料及/或尺寸、乾燥劑材料及/或尺寸中之一或多者，控制輸入可包括環境空氣相對濕度(例如，或其範圍)、環境空氣溫度(例如，或其範圍)及太陽日照之位準(例如，或其範圍)，且控制器變數可包括過程空氣流動速率、再生流體流動速率、乾燥劑移動速率及/或其類似者。在一些實施例中，此實例之步驟中之一或多者可藉由控制器50執行。在一些實施例中，可忽略圖5B中所描繪之某些步驟。

在步驟146處，可模擬乾燥劑18之移動(例如，藉由模擬圓盤102之少量旋轉，諸如，1°至5°旋轉)。在此實施例中，在步驟150處，可使模擬過程空氣通過模擬冷凝器80上方。在所描繪實施例中，亦在步驟150處，可重新計算(例如，使用熱力學方程式)獲取模擬冷凝器內之熱能之後的過程空氣溫度及過程空氣相對濕度。在此實施例中，在步驟154處，可模擬與乾燥劑流體連繫之過程空氣，且可基於與乾燥劑之模擬相互作用重新計算過程空氣溫度及過程空氣相對濕度。

在步驟158處，可執行對穿過熱單元(例如，54)之再生流體之模擬，其中可重新計算(例如，再次使用熱力學方程式)再生流體溫度及再生流體相對濕度。在所描繪實施例中，在步驟162處，可模擬與乾燥劑連繫之再生流體，且該系統可確定在與乾燥劑進行模擬相互作用之後的再生流體溫度及再生流體相對濕度。在此實施例中，亦在步驟162處，該系統可確定乾燥劑(或其部分)之溫度及水含量。在一些實施例中，溫度感測器可比濕度感測器更快速地提供讀數。為了補償此影響，控制器50可藉由將溫度讀數傳遞通過信號濾波器(例如，實施於由控制器50執行之控制器50硬體或軟體或韌體中之一階低通數位濾波器)而使溫度感測器讀取回應時間變慢以匹配濕度感測器之回應時間，從而使該等讀數同步。在步驟166處，可模擬穿過冷凝器之再生流體，且可重新計算再生流體溫度及再生流體相對濕度。在一些實施例中，如在步驟162中，控制器50可藉由將溫度讀數傳遞通過信號濾波器(例如，實施於由控制器50執行之控制器50硬體或軟體或韌體中之一階低通數位濾波器)而使溫度感測器讀取回應時間變慢以匹配濕度感測器之回應時間，從而使該等讀數同步。在一些實施例中，亦可在步驟166處計算經冷凝之所產生水的量。在步驟170處，可評估用於執行步驟146至166中之至少一些的方程式之系統以判定是否已經達到穩態解。在此實施例中，若尚未達到穩態解，則可在步驟146處開始重複主迴路。

在所展示實施例中，一旦達到穩態解，控制器50即可設定過程空氣流動速率、再生流體流動速率及乾燥劑之移動速率(例如，在實際系統中，例如對應於用於執行圖5B之步驟的模擬系統)以使液態水產生及/或效率最佳化。以上步驟僅藉助於實例提供，如在一些實施例中，此等步驟之順序可改變。舉例而言，在另一實施例中，可存在兩個單獨的過程空氣路徑，使得在過程空氣路徑中之一者中，過程空氣穿過冷凝器80，且在過程空氣路徑中之另一者中，過程空氣穿過乾燥劑18，且可相應地修改以上步驟。

在一些實施例中，圖5B中描繪之模擬的每一次運行可產生資料查找表中作為設計輸入、控制輸入及/或控制變數之函數的單個資料點(例如，液態水產生速率及/或效率)。此數值模擬可重複許多次(例如，100至100,000次或更多次)以產生作為相關變數之函數的液態水產生速率及/或效率之查找表。此表可隨後由控制器50用以操作系統(例如，10、98及/或其類似者)，例如，藉由參考基於已知設計輸入及/或所量測控制輸入(例如，環境空氣溫度、環境空氣相對濕度、太陽日照之位準及/或其類似者)之最佳控制變數(例如，過程空氣流動速率、再生流體流動速率、乾燥劑移動速率及/或其類似者)。

藉助於實例，下表1提供用於當前系統之一實施例的最佳化操作條件(例如，控制變數)對設計輸入及控制輸入，該等當前系統包括其上安置有矽石乾燥劑之圓盤102。

為了說明控制器50可依賴於查找表來操作系統(例如，10、98及/或其類似者)之方式，提供一系列曲線圖，其中環境條件作為自變數，且效率或液態水產生速率及系統操作參數作為因變數(例如，且下文曲線圖中說明之值可包含於供控制器參考之查找表中)。

舉例而言，圖6為說明用於自空氣產生液態水之當前系統之一些實施例的效率之曲線圖，其處於90(cfm)之恆定過程空氣流動速率相對於環境空氣溫度(℃)(「T1」)、環境空氣相對濕度(「RH1」)及藉由熱單元提供之熱量(W)指示之太陽日照，使得該曲線圖上之每一點可表示晝夜循環中之一點處的系統效率。

圖7為說明用於自空氣產生液態水之當前系統之一些實施例的效率之一系列曲線圖(例如，最高效率表示為最暗灰色)，其處於恆定環境空氣相對濕度(「RH」)、90cfm之恆定過程空氣流動速率相對於環境晝夜變化(包括環境空氣溫度(℃)及藉由熱單元提供之熱量(W)所指示之太陽日照)，使得各曲線圖上之每一點可表示晝夜循環中之一點處的系統效率。

圖8為說明用於自空氣產生液態水之當前系統之一些實施例的以千克每小時(kg/hr)為單位之液態水產生速率的一系列曲線圖(例如，最高液態水產生速率表示為最暗灰色)，其處於恆定環境空氣相對濕度(「RH」)、90cfm之恆定過程空氣流動速率相對於環境晝夜變化(包括環境空氣溫度(℃)及藉由熱單元提供之熱量(W)指示的太陽日照)，使得各曲線圖上之每一點可表示晝夜循環中之一點處的系統液態水產生速率(例如，約旦安曼，7月中的一天，2：00 PM，RH為26%(約30%)，且熱量為700W(由面積1.5平方公尺(m²)、效率50%之太陽能熱單元產生)，此產生約0.30kg/hr之液態水產生速率)。

圖9為圖8之一系列曲線圖，包括表示給定的一天中之各時間的點。在該天期間產生的液態水之總量可藉由跨該系列曲線圖求積分而估算(例如，在此實例中，該天之上午時間中的液態水總量約2.5公升(L)，且24小時時段內之液態水總量約5L)。

在一些實施例中，控制器50可參考參數函數及/或藉此產生之表以根據用於系統之最佳的(例如，就液態水產生速率及/或效率而言最佳的)操作變數來操作。舉例而言，對於每一系統操作變數(例如，過程空氣流動速率、再生流體流動速率、乾燥劑對過程空氣及/或再生流體之暴露時間及/或其類似者)，可產生一參數函數，該參數函數提供使系統之效率及/或液態水產生速率最佳化之系統操作變數的值，且該參數函數可取決於設計規格(例如，圓盤動力學、圓盤大小、乾燥劑組態、太陽能收集器大小、冷凝器幾何結構及效能及/或其類似者)及/或變數環境條件(例如，環境空氣溫度、環境空氣相對濕度、太陽日照之位準)。

藉助於說明，下文提供兩個變數參數函數之實例推導。在此實例中，可執行模擬(例如，如上文關於圖5B所描述)，除系統操作變數外保持所有變數恆定(例如，在以下實例中，環境空氣溫度保持恆定，且再生流體流動速率可變化)。在後續步驟中，可重複模擬，改變模擬之間的常數(例如，在此實例中，環境空氣溫度)之值以便產生多個資料集。表2提供自此等模擬所獲得之實例效率資料(例如，表2中呈現七個資料集，表示在七個恆定環境空氣溫度值下執行的模擬)。

圖10中說明來自上表2之資料。在此實例中，可使用數學回歸對每一資料集進行建模。為了說明，可使用以下方程式使多項式(例如，二次)回歸擬合每一資料集： η = a ₁ V _regen ²+ b ₁ V _regen+ c ₁在 T _amb,1處 (8)

η = a ₂ V _regen ²+ b ₂ V _regen+ c ₂在 T _amb,2處 (9)

η = a _n V _regen ²+ b _n V _regen+ c _n在 T _amb,n處 (10)

其中a、b及c為每一n資料集之二次回歸之係數。可隨後用(例如，另一)數學回歸對此等係數進行建模。為了說明，在此實例中，可使用以下方程式使二次回歸擬合係數a、b及c之每一集合： a = d ₁ T _amb ²+ e ₁ T _amb+ f ₁ (11)

b = d ₂ T _amb ²+ e ₂ T _amb+ f ₂ (12)

c = d ₃ T _amb ²+ e ₃ T _amb+ f ₃ (13)

圖11A及圖11B提供此等係數對 T _amb之曲線圖。經由代入，可看出，作為 T _amb及 V _regen之函數的系統效率可隨後表達為： η =( d ₁ T _amb ²+ e ₁ T _amb+ f ₁) V _regen ²+( d ₂ T _amb ²+ e ₂ T _amb+ f ₂) V _regen+( d ₃ T _amb ²+ e ₃ T _amb+ f ₃) (14)

雖然方程式14以兩個變數(例如， V _regen及 T _amb)表示，但可執行與上文所描述相同的過程或實質上類似的過程來表達作為任何合適數目個變數之函數的效率(例如，及/或液態水產生速率及/或其類似者)(例如，藉由針對每一新增變數執行額外回歸)。

可藉由使方程式14(或類似方程式)關於每一操作變數(例如，在此實例中， V _regen)最大化來確定最大效率及/或最大液態水產生速率(例如，其可為系統之所要操作狀態)。藉助於說明，在所描繪實例中，使效率最大化之所要操作狀態可為方程式14關於給定(例如，或所量測) T _amb下之 V _regen的偏導數等於零之 V _regen值，或：

可在一系列環境條件內評估方程式15(或類似方程式)，該方程式可用於產生最佳操作變數(例如，在此實例中，用於一系列 T _amb之最佳 V _regen)之表。可隨後藉由數學回歸(例如，二次回歸)對此等表進行進一步建模。在此實例中，此可展示為： V _{regen,optimal}= gT _amb ²+ hT _amb+ i (16)

其中 V _{regen,optimal}表示給定溫度下之最佳再生流體流動速率。控制器 50可隨後參考以下中之任一者：最佳操作變數表、基於該最佳操作變數表之參數方程式(例如，方程式16)及/或其類似者。在一些實施例中，控制器50可執行以上步驟中之任一者及/或所有以產生該或該等參數方程式及/或表。在一些實施例中，控制器50可用此等參數方程式程式化，例如，在一些實施例中，該控制器可用以下方程式程式化：ω _disk,optimal=f(T _amb ,RH _amb ,T _regen)...........................(17)

V _{process,optimal}=f(T _amb ,RH _amb ,T _regen) (18)

V _{regen,optimal}= f ( T _amb ,RH _amb ,T _regen) (19)

其中 ω _disk,optimal、 V _{process,optimal}及 V _{regen,optimal}表示在環境空氣溫度、環境空氣相對濕度及再生流體溫度(例如，指示太陽日照之位準)之給定值下的最佳圓盤旋轉速率、過程空氣流動速率及再生流體流動速率操作變數。

控制系統及方法

圖12為根據本發明之實施例之用於自空氣產生液態水之系統1000的圖式。類似於上文所描述之系統10，系統1000可經組態以回應於晝夜變化而起作用。舉例而言，如下文更詳細地描述，系統1000可經組態以基於一或多個晝夜變化(例如，環境空氣溫度、環境空氣相對濕度、太陽日照及/或其類似者之變化)控制一或多個操作參數(例如，控制及/或受控變數)。

系統1000可包含主要乾燥劑單元1040及次要乾燥劑單元1045。各乾燥劑單元1040/1045可包含乾燥劑(例如，吸附介質)，其中乾燥劑(例如，或其部分)可選擇性地(例如，及/或交替地)在區域之間移動。主要乾燥劑單元1040中之乾燥劑可在吸附區域與解吸附區域之間移動，在該吸附區域中乾燥劑與過程空氣路徑(例如，過程氣流路徑)1026流體連繫，在該解吸附區域中乾燥劑與(例如，閉環的)再生流體路徑(例如，再生流體通路)1034流體連繫。次要乾燥劑單元1045中之乾燥劑可在再生流體路徑1034之不同部分之間移動。在一些實施例中，吸附區域及解吸附區域可由各乾燥劑單元1040/1045之外殼界定。各乾燥劑單元1040/1045可類似於上文系統10之彼等乾燥劑單元經組態(例如，材料、所使用之乾燥劑、配置及/或操作可如上文所描述)。

類似於系統10，系統1000可包括一或多個吹風機及/或一或多個循環器。舉例而言，吹風機可安置於過程空氣路徑1026中且可經組態以調整空氣通過該過程空氣路徑之流動速率。循環器可安置於再生流體路徑1034中且可經組態以調整流體通過該再生流體路徑之流動速率。在一些實施例中，吹風機及/或循環器可藉由控制器1050控制(例如，控制吹風機及/或循環器之速度以使液態水產生最佳化)。在一些實施例中，吹風機及/或循環器可經組態以大體上維持通過過程空氣路徑1026及/或再生流體路徑1034之預定流動速率。

系統1000可包含經組態以將熱能提供至再生流體路徑1034中之流體的熱單元1054(例如，使得可再生乾燥劑)。在一些實施例中，熱單元1054可為太陽能熱單元(例如，其經組態以將太陽日照轉換成熱能)。雖然當前系統可包含任何合適的熱單元(太陽能或其他)，但熱單元1054可類似於(例如)上文所描述之熱單元54。

系統1000可包含經組態以經由再生流體路徑接收來自解吸附區域之流體且由所接收之流體產生液態水(例如，藉由使水蒸氣在再生流體路徑中之流體中冷凝)的冷凝器1080。冷凝器1080可包含任何合適的材料且可具有任何合適的組態。舉例而言，冷凝器1080可類似於上文所描述之冷凝器80。

系統1000可包含經組態以接收藉由冷凝器1080產生之液態水的水收集單元1084。舉例而言，水收集單元1084可類似於上文所描述之水收集單元84。在一些實施例中，過濾器可定位於冷凝器1080與水收集單元1084之間(例如，以減少雜質的量，該等雜質諸如可存在於由冷凝器1080產生之液態水中的砂粒、細菌、纖維、含碳物種及/或其類似者)。水收集單元1084(例如，或其過濾器)可包含紫外線(UV)光源、一或多個水位準感測器及/或經組態以容納用於引入至所產生液態水中之一或多種添加劑的容器，諸如上文在系統10之上下文中所描述之彼等者。

系統1000可包含指示器(例如，燈，諸如LED)，其可經組態以提供關於系統操作之資訊。舉例而言，指示器可類似於如上文所描述之系統10中之彼等指示器經組態。

控制器(例如，處理器)1050可控制乾燥劑(或其部分)對過程空氣路徑1026中之空氣及再生流體路徑1034中之再生流體之暴露(例如，以增加及/或最佳化冷凝器1080最終產生之液態水)，且此控制可隨晝夜循環(例如，回應於晝夜變化)而變化。環境條件中之此類變化(例如，至控制器1050中之輸入)可包括(例如)環境空氣溫度、環境空氣相對濕度及太陽日照。控制器1050之其他輸入可包括(例如)：由熱單元1054產生之熱能的量、過程空氣路徑1026中之空氣的相對濕度、再生流體路徑1034中之流體的相對濕度、乾燥劑與熱單元1054之間的再生流體路徑中之流體的溫度、水產生之速率及/或其類似者。控制器1050可經組態以藉由基於對此等輸入中之一或多者之量測來控制乾燥劑在吸附區域與解吸附區域之間的移動速率、控制吹風機及/或循環器之速度及/或其類似者而使液態水產生最佳化(例如，以使得控制器1050可基於當前環境及系統條件使液態水產生最佳化)。控制器可藉由光伏電源(PV)1090供電。一般而言，控制器1050可執行類似「水萃取」章節中詳細描述之彼等功能的功能。

圖13為根據本發明之實施例之控制器1050的圖式。圖13之控制器1050為可經組態以執行本文中所描述功能之一個實例實施例，但一般熟習此項技術者將瞭解其他組態可為可能的。控制器1050可由PV 1090供電。控制器1050可包括微控制器1305，例如基於具有FPU之STM32F401-ARM Cortex-M4的微控制器。控制器1050可包括用於對馬達(諸如用於驅動乾燥劑轉輪及/或風扇之彼等馬達)供電之馬達電力供應器1310(例如，基於同步降壓拓樸)。控制器1050可包括用於對馬達控制器供電之乾燥劑轉輪馬達控制器電力供應器1315(例如，基於降壓拓樸)。控制器1050可包括用於控制及監測馬達及風扇之三個馬達/風扇脈寬調變(PWM)輸出端1320及五個馬達/風扇轉速計輸入端1325。控制器1050可包括三個外部NTC熱敏電阻溫度輸入端1330、一個機載溫度及濕度感測器1335、一個至機外溫度及濕度感測器1340之介面、一個水位準輸入端1345及一個用於接收感測器資料之數位流量計輸入端1350。控制器1050可包括用於3個紫外LED 1355之LED驅動器及用於控制LED的狀態LED 1360之三個驅動器。控制器1050可包括用於網路通信的GSM或其他無線電收發器1365之UART介面及USB或其他硬體介面1370(例如，以啟用與基於PC之服務工具的通信)控制器1050可包括串列EEPROM或其他記憶體1375。

舉例而言，控制器1050可經組態以經由藉由微控制器1305執行儲存於記憶體1375中之指令而控制系統1000之操作。控制器1050可經由控制轉輪馬達操作及速度、再生風扇操作及速度以及過程風扇操作及速度而控制系統1000操作。在其中感測器中之一或多者輸出類比信號之實施例中，微控制器1305可使用類比至數位轉換器來接收感測器輸出。舉例而言，可藉由輸出類比信號之感測器來感測PV電壓、PV電流、12V電壓(例如，來自一或多個電力供應器)、轉輪馬達電流、風扇電流及/或LED電流。其他感測器可輸出數位信號，且微控制器1305可直接讀取此類信號。舉例而言，可藉由輸出數位信號之感測器來感測濕度、溫度、水位準及水流量。控制器1050可控制系統1000以如下文所描述使水產生最佳化。另外，控制器1050可與系統10及98(例如，或其他水收集系統)一起使用，以控制此等系統以類似方式使彼等系統中之水產生最佳化。

在一些實施例中，感測器可不以類似速度遞送輸出。舉例而言，溫度感測器可比濕度感測器更快速地提供讀數。在一些實施例中，濕度感測器讀數可比溫度感測器讀數滯後18秒。為了補償此影響，控制器1050可包括信號濾波器(例如，實施於由控制器1050執行之控制器1050硬體或軟體或韌體中之一階低通數位濾波器)。舉例而言，對於具有6秒之時間常數(亦即，過濾後內容達到其步長值之63.2%所需之時間)的濾波器，該濾波器可具有0.026526Hz之截止頻率。溫度感測器讀數可穿過信號濾波器以使溫度感測器讀數回應時間變慢以匹配濕度感測器之回應時間。因此，溫度感測器讀數與濕度感測器讀數可在相對濕度未處於穩定狀態時同步。

在每轉數可存在兩個轉速計脈衝之條件下，控制器1050可藉由量測每一轉速計反饋信號之上升邊緣與上升邊緣之間的時間段且將所量測的時間段轉換成RPM來確定馬達及/或風扇速度。舉例而言，控制器1050可輸出每一馬達/風扇的具有標稱頻率100kHz之PWM信號。可藉由執行PID封閉迴路反饋速度控制來減小速度控制誤差。

可藉由控制器1050經由感測數位水流量計之輸出中的上升邊緣及下降邊緣來確定水流量(例如，其中每一邊緣表示5mL之水產生)。

狀態LED 1360可包括系統開啟(例如，綠色)LED、需要維護(例如，黃色)LED及/或一般故障(例如，紅色)LED。控制器1050可經由控制狀態LED 1360來傳達特定資料。舉例而言，每當系統通電時，控制器1050可使系統開啟LED以具有25%工作循環之1Hz速率閃爍，藉此指示正常操作。每當剩餘的水過濾器壽命降至低於5%時，控制器1050可啟動需要維護LED。控制器1050可以多種模式操作一般故障LED以指示不同故障。舉例而言，以下模式可用於一些實施例中：

1.再生風扇故障--1次閃爍後接5秒關閉時間

2.轉輪馬達故障--2次閃爍後接5秒關閉時間

3.過程風扇故障--3次閃爍後接5秒關閉時間

其中，舉例而言，一次閃爍可定義為0.25秒開啟後接0.25秒關閉。若多個故障條件在作用中，則控制器1050可控制一般故障LED經由主動模式連續閃爍。

控制器1050可以多種模式操作。舉例而言，在一些實施例中藉由預設，控制器1050可以運行模式操作，其中微控制器1305可執行自律任務，諸如自感測器獲得量測值、控制馬達及風扇、控制LED、使水流量最佳化、使水產生最佳化、啟用服務介面(例如，介面1370)，及/或收集及/或報告遠程信息處理資訊(例如，經由收發器1365)。

舉例而言，當控制器1050經由感測器資料確定儲集器1084中之水位準已達到臨限位準(例如，達到安裝最大水位準感測器之深度)時，控制器1050可以完全模式操作。在完全模式中，控制器1050可斷開馬達及風扇(例如，以使乾燥劑中之水分聚積及流體流動停止)，同時繼續操作服務介面及遠程信息處理特徵。

舉例而言，當控制器1050經由介面1370或收發器1365接收到停止命令時，控制器1050可以停止模式操作。在停止模式中，控制器1050可斷開馬達及風扇，同時繼續操作服務介面及遠程信息處理特徵。當控制器1050經由介面1370或收發器1365接收到開始命令時，控制器1050可轉換至運行模式。

舉例而言，當控制器1050經由介面1370接收到測試命令(例如，來自服務工具或耦接至介面1370之其他電腦)時，控制器1050可以測試模式操作。在測試模式中，控制器1050可將來自感測器之輸入值傳達到服務工具及/或自服務工具接受用於控制輸出之命令。當控制器1050經由介面1370接收到運行命令時或在經由介面1370未接收到命令一段時間(例如，5秒或某一其他時間段)之後，控制器1050可轉換至運行模式。

控制器1050可控制系統1000之組件以使水產生最佳化。舉例而言，當環境條件為無法產生水(或無法以所需效率位準產生水)之條件時，諸如在太陽能熱單元1054無法操作之夜晚，控制器1050可控制系統1000避免產生水。在此類時間，控制器1050可控制系統1000以「不進行(no-go)」模式操作。當可高效地產生水時，控制器1050可控制系統1000產生水(亦即，以「進行」模式操作)。

圖14為根據本發明之實施例之進行/不進行模式判定程序1400。在通電重設之後，控制器1050可以不進行模式操作(1410)。當在此模式中時，控制器1050可將轉輪馬達速度及再生風扇速度設定成處於或接近最小操作位準之速度(例如，供應最小操作電壓以使得其可在轉換成進行模式時快速加速)。舉例而言，控制器1050可將轉輪馬達速度設定成125RPM (假定齒輪比為3000：1，此可產生每秒0.25度之轉輪速度)，且控制器1050可將再生風扇設定成2000RPM之速度，例如，此可產生小於10CFM之空氣流動速率。

在一些實施例中，控制器1050可在不進行模式中將轉輪馬達及風扇完全斷電。在此等情況下，例如，控制器1050可監測PV功率以用公式表示太陽能熱單元1054吸收之太陽能的估計值。若PV 1090正接收太陽能且使用太陽能產生電力，則可基於由PV 1090產生之電力的量來估計太陽能熱單元1054吸收之太陽能。當PV功率達到指定臨限值時，轉輪馬達及風扇可在預期進入進行模式不久之後開啟。

當在不進行模式中時，控制器1050可根據方程式20(或類似方程式)計算隨環境相對濕度及熱側溫度變化之露點(1420)。環境相對濕度及熱側溫度可分別獲自置放於系統1000外側之濕度感測器及置放於熱單元1054與主要乾燥劑轉輪1040之間或置放在熱單元1054內的溫度感測器。如上文所提及，在一些實施例中，溫度感測器輸出可穿過濾波器以使溫度感測器輸出與濕度感測器輸出同步。

若所計算露點大於環境溫度加某一額外溫度(例如，10℃)，則控制器1050可轉換成進行模式。當在進行模式中時，控制器1050可藉由使VAP最大化而使水收集效率最大化，VAP可經定義為主要乾燥劑轉輪與次要乾燥劑轉輪之間的空氣之絕對濕度(經由方程式21或類似方程式估計或經由安置於主要乾燥劑轉輪1040與次要乾燥劑轉輪1045之間的再生流體路徑1034中之感測器直接觀測)乘以再生流體流量(方程式22或類似方程式)。

VAP =流量_Regen× AH ..........................................................................................(22)

當進入進行模式時，風扇及轉輪速度可經調整至初始值且隨後經修改以使VAP最大化。在一些實施例中，初始值可為預設值(例如，風扇速度設定成使得再生流體流量為約30CFM，乾燥劑轉輪速度設定成每秒0.25°旋轉)。在一些實施例中，可動態地建立初始值。舉例而言，初始值可係基於在系統1000處或自與系統1000通信之另一系統獲得之用於類似條件的先前所建立最佳值。初始值可由使用者規定(例如，經由網路或服務工具)。初始值可係基於根據上文在「水萃取」章節中描述之效率模型所進行之預測。初始值可係基於時間起點+ X(例如，其中X=1小時或可允許VAP被最大化之某一其他時間)處之前一天之值，該等值可儲存於記憶體1375中。

週期性地(例如，在某一時間量(諸如，在一個實例中為30秒)流逝之後)(1440)，控制器1050可擾動再生風扇速度(1450)以使VAP最大化。舉例而言，控制器1050可作出初始VAP判定且向上(更快)或向下(更慢)調整再生風扇速度。若向上調整風扇速度使得VAP增大，則控制器1050可在下一時間段再次向上調整風扇速度。若向上調整風扇速度使得VAP減小，則控制器1050可在下一時間段向下調整風扇速度。同樣地，若向下調整風扇速度使得VAP增大，則控制器1050可在下一時間段再次向下調整風扇速度。若向下調整風扇速度使得VAP減小，則控制器1050可在下一時間段向上調整風扇速度。

類似地，控制器1050可週期性地(例如，在某一時間量(諸如，在一個實例中為300秒)流逝之後)(1460)擾動乾燥劑轉輪速度(1470)以使VAP 最大化。在一些實施例中，控制器1050擾動乾燥劑轉輪速度之頻率可比擾動再生風扇速度之頻率更低(例如，每十次再生風扇速度擾動，一次乾燥劑轉輪速度擾動)。舉例而言，控制器1050可作出初始VAP判定且向上(更快)或向下(更慢)調整乾燥劑轉輪速度。若向上調整乾燥劑轉輪速度使得VAP增大，則控制器1050可在下一時間段再次向上調整乾燥劑轉輪速度。若向上調整乾燥劑轉輪速度使得VAP減小，則控制器1050可在下一時間段向下調整乾燥劑轉輪速度。同樣地，若向下調整乾燥劑轉輪速度使得VAP增大，則控制器1050可在下一時間段再次向下調整乾燥劑轉輪速度。若向下調整乾燥劑轉輪速度使得VAP減小，則控制器1050可在下一時間段向上調整乾燥劑轉輪速度。

當在進行模式中操作時，控制器1050可週期性地持續計算方程式20以追蹤露點與環境溫度之間的關係(1480)。若所計算露點降至低於環境溫度加某一額外溫度(例如，5℃)，則控制器1050可切換回至不進行模式，因為在此等條件下其可能不再有效或有可能產生水。

當VAP最大化時，對風扇速度及轉輪速度之干擾可傾向於使風扇速度及轉輪速度緊密地圍繞用於使VAP最大化之最佳設定振動。此等設定可藉由控制器1050觀測且與所觀測操作條件(例如，方程式20、環境濕度等)一起儲存於記憶體1375中。因此，所儲存之觀測結果可用於定義對如上文所提及之未來進行模式啟動之開始設定。當轉換成進行模式時，控制器1050可將當前條件與類似條件下之先前所觀測設定相比較且根據所儲存之設定來設定初始風扇速度值及轉輪速度值。

控制器1050可控制主要轉輪1040及次要轉輪1045以相同速度且同時操作。舉例而言，在一些實施例中，可使用與主要轉輪1040相同的控制信號來控制次要轉輪1045。然而，在其他實施例中，控制器1050可執行對次要轉輪1045之主動控制。可進行對次要轉輪1045之主動控制以進一步使水蒸氣自冷凝器1080出口至冷凝器1080入口之交換最佳化且進一步使熱量自冷凝器1080之入口側至出口側之傳遞最佳化。

可以多種方式管理對次要轉輪1045之主動控制。舉例而言，一或多個感測器可安裝於冷凝器1080之入口(亦即，次要轉輪1045之出口)處以監測相對濕度及溫度。在冷凝器1080之出口處的相對濕度可為100%之假定下，且在預期冷凝器效率、流動特性及其他設計變數可已知之條件下，可隱式地知曉冷凝器1080之出口處的溫度。為使此溫度最佳化，控制器1050可調變次要轉輪1045速度以使冷凝器1080之入口處的絕對濕度最大化。類似於圖14之1460至1480，控制器1050可等待一段時間流逝且擾動次要轉輪1405之速度。在改變速度之後，控制器1050可監測冷凝器1080之入口處的感測器以查看絕對濕度是否已經增大或減小。若絕對濕度已經增大，則在下一循環，控制器1050可在與上次相同之方向上擾動次要轉輪1405之速度。若絕對濕度已經減小，則在下一循環，控制器1050可在與上次相反之方向上擾動次要轉輪1405之速度。在另一實例中，可在冷凝器1080之入口處僅監測相對濕度，且經由相同擾動技術將其最大化。

應注意，在其中相對濕度及溫度感測器安置於冷凝器1080之入口處的實施例中，可以不同方式計算VAP。假定冷凝器1080輸出端處之相對濕度為100%，且經由溫度感測器量測冷凝器1080輸出端處之溫度，可得到以下方程式： VAP =( AH _{condenser_inlet}- AH _{condensor_outlet})×流量_Regen..........................................(23)

在一些實施例中，亦可在冷凝器1080之出口處監測相對濕度。有可能滿足進行條件且在冷凝器1080之出口查看到小於100%之相對濕度。此可指示系統100尚未通過冷凝器1080中之露點，從而表明系統100中某一點處之潛在問題(例如，控制誤差或洩漏)。

控制器1050亦可執行對PV 1090之最大功率點追蹤(MPPT)。舉例而言，控制器1050可藉由根據表2：MPPT真值表擾動過程風扇而追蹤MPPT。可觀測PV電壓及功率之變化作為風扇速度調整之結果，且可週期性地擾動風扇以使PV輸出最大化(應理解，PV輸出可必定受再生風扇及馬達速度影響，其可出於MPPT之目的而被假定為假設條件)。

圖16為根據本發明之實施例之MPPT方法1600的圖式。一天期間的主要電力負載可包括一組大功率風扇1610及1620(例如，再生風扇及過程風扇)。控制器1050可包括用於風扇1610及1620之封閉迴路速度控制器。控制器1050可使用來自各風扇1610及1620之各別轉速計反饋信號來量測風扇速度。控制器1050可使用各別PWM信號來設定各風扇1610及1620之風扇速度。控制器1050可藉由改變PWM工作循環來擾動風扇速度，且使用電壓量測值及電流感測器來觀測PV 1090傳遞之功率，由此產生MPPT。

使用收發器1365，系統1000可加入類似系統及其他裝置之網路。圖15為根據本發明之實施例的水產生系統1000之網路1500。個別系統1000A至1000E可能夠使用收發器1365彼此通信，該收發器可為(例如)GSM無線電或802.15.4無線電。每一控制器1305可包括用於建立將一或多個系統1000A至1000D連接至遠端閘道器1510之無線網狀網路1500的網路協定堆疊(例如，MyWy、6LoWPAN等)。此實例中展示五個系統1000A至1000E及一個閘道器1510，但任何數目個系統及/或閘道器可為可能的。在一些情況下，閘道器1510可整合至系統1000中之一或多者中。

在一些實施例中，系統1000可彼此通信，使得一個系統1000可將用於另一系統1000之通信轉遞至閘道器1510且自閘道器1510轉遞用於另一系統1000之通信(例如，如圖15中所展示，其中系統A及C與系統D通信，且系統B與系統C通信)及/或可直接與閘道器1510通信(例如，系統D及E)。閘道器1510可經由任何合適之網絡連接硬體(例如，蜂巢式資料數據機、有線或無線網際網路連接等)連接至另一網路(例如，網際網路)。因此，系統1000可經由網際網路藉由閘道器1510與遠端伺服器通信。

各系統1000可聚集遙測資料且經由網路1500將其報告至伺服器。舉例而言，控制器1050可週期性地(例如，每兩分鐘)組譯包括以下資料元素中之一些或全部的資料串流且在連接GSM無線電的情況下使用SMS或某一其他適合協定將其發送至經組態之電子郵件位址或發送至遠端閘道器1510：環境溫度、熱側溫度、環境相對濕度、外部相對濕度、PV電壓、PV電流、PV功率、轉輪馬達目標速度、轉輪馬達量測速度、再生風扇目標速度、再生風扇量測速度、過程風扇目標速度、過程風扇量測速度、VAP及/或所聚積的水量。控制器1050亦可經由網路1500接收命令，例如(但不限於)開始水產生、停止水產生、讀取組態、寫入組態及/或重啟。控制器1050亦可接受用於升級之記憶體程式化命令。在一些實施例中，控制器1050可利用AES-128加密或其他合適之安全性措施來傳遞記憶體程式化資料及CRC演算法，以確保記憶體程式化資料完整性。

雖然上文已描述各種實施例，但應理解，該等實施例以實例且非限制之方式呈現。熟習相關技術者將顯而易見，可在不脫離精神及範疇之情況下在本文中對形式及細節作出各種改變。事實上，在閱讀以上描述之後，熟習相關技術者將顯而易見實施替代實施例之方式。

另外，應理解，強調功能性及優勢之任何圖式僅出於舉例目的呈現。所揭示之方法及系統各自為足夠靈活的，且可經組態使得其可以除所展示之方式外的方式使用。

儘管術語「至少一個」可常常用於本說明書、申請專利範圍及圖式中，但術語「一(a/an)」、「該(等)(the/said)」等在本說明書、申請專利範圍及圖式中亦表示「至少一個」或「該至少一個」。

最後，申請者之意圖為僅包括表達語言「用於...之構件」或「用於...之步驟」的申請專利範圍根據35 U.S.C.112(f)加以解釋。未明確地包括片語「用於...之構件」或「用於...之步驟」的申請專利範圍不根據35 U.S.C.112(f)加以解釋。