framergy的科学家和工程师们提出了一种新的系统,可以让前方部署的士兵直接从空气中提取饮用水——即使是在干燥的沙漠中。
图1: framergy基于mofs的空间折纸设计,用于收集单位和小队级别的大气水
战士在没有食物的情况下能活三周,但在没有水的情况下只能活三天。随着军队向更加机动、灵活和自给自足的作战方向发展,减少水补给需求将产生更重要的战术影响。为了将作战人员从水供应链中解放出来,framergy正在使用其金属有机框架(MOF),其功能相当于难以置信的非膨胀干燥剂,可以释放温度远低于露点的水。
商用大气集水(AWH)系统使用蒸汽压缩制冷(VCR)将环境空气中的水冷却到露点温度以下,从而将其冷凝。对商业装置进行的研究表明,水分含量和露点温度同时降低,温度升高,集水产量显著下降。相对湿度(RH)低于50%时,露水收集系统变得不切实际。因此,由于工作气候的变化,基于VCR的收割机可能会经历高达92%的水收集率下降,而能耗增加五倍。
框架解决方案
framergy基于mof的策略通过使用具有等温线的材料,消除了AWH的限制,在狭窄的RH范围内,吸附剂的吸水率急剧增加,这使得吸附剂能够在欧洲杯足球竞彩最低温度增加的情况下获得最大的再生。MOFs还消除了降低冷凝器温度直至露点的需要。这消除了能量密集型的VCR冷却,因为通过使用MOFs,热解吸蒸汽可以在比环境温度稍低的温度下冷凝,通过使用被动散热片。
在操作条件下评估了几种MOF的吸水性能,包括其循环能力。所有这些候选者,包括MIL-125-NH2,在相对湿度低于40%时显示逐步增加,能够在干旱和潮湿气候下运行。在这些替代品中,MIL-100(Fe)显示了在干旱气候条件下低于30%相对湿度的逐步响应的最高吸水能力之一。水稳性材料,由framergy作为艾尔索布TMF100,很容易以合理的成本制造。
framergy一直致力于开发大气水收集技术,利用MOFs前所未有的循环吸水特性。这种自给自足、高效的收割机设计可以帮助救灾活动产生清洁、无微生物的水——这是野外生存、烹饪和卫生所非常需要的。为了有效地管理空间,framergy设计了一种基于空间折纸的收割机,它可以适应自然的日间温度变化,在较冷的夜晚打开来吸附水分,在较温暖的白天折叠起来释放水分。
图2: framergy的基于mofs的吸附和解吸循环收割机,展开和折叠表面
为了测试这一概念,太空折纸设计接触器被建造并放置在一个带有圆柱形腔室的手持式原型热电(TE)冷却器内。初步试验表明,当接触器处于折叠状态时,其温度可以迅速降低,并为下一个吸附循环做好准备。TE冷却器不需要制冷,帕尔贴产生的热量可通过散热器排出。循环试验期间拍摄的热图像表明,当冷凝室温度降至环境温度以下时,TE帕尔贴元件排出的热量使散热器散热片的温度高于环境温度。
热电冷却效果评估成功地证明,MOF室壁可以在室底仍然温暖的情况下有效冷却,这符合收割机的设计原则。这一发现特别有助于将来利用太阳能帮助吸附剂解吸步骤。将太阳光线集中在接触器底座上有助于实现白天的吸附和解吸步骤,从而增加每天收集的总水量。
结论
framergy团队向美国陆军和其他军事团队提出了这项技术。向偏远地区输送水给军队和士兵带来很大的风险。上面所示的个人水收集装置可帮助个别战士或小队单位避免因运送食物用水而造成的伤亡。