船舶用太陽(yáng)能取水管性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究

趙惠忠 吳天浩 王朝陽(yáng) 李倩文 張敏

摘要：為提供一種船用淡水問(wèn)題的潛在解決方案，本實(shí)驗(yàn)利用13X、3A和5A型等3種不同沸石分子篩吸附劑吸附空氣中的水蒸氣，并利用太陽(yáng)能獲取液態(tài)淡水供船舶使用。通過(guò)對(duì)制作的太陽(yáng)能取水管（solar watering tube，SWT）性能測(cè)試可得出以下結(jié)論：在全日輻射量為20.1 MJ/m2和16.7 MJ/m2時(shí)，13X、3A和5A型吸附劑吸附床溫度最高分別為178.2 ℃、180.1 ℃和217.7 ℃，均達(dá)到脫附溫度要求。在自然對(duì)流風(fēng)冷式冷凝器中，13X、3A和5A型SWT最高冷凝溫度分別為27.8 ℃、33.2 ℃和31.9 ℃，均滿足冷凝要求;3種吸附劑制備的SWT利用太陽(yáng)能吸附法可分別從空氣中取淡水57.8 g、39.2 g和44.0 g，有潛在的解決船用淡水的前景。

關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)能取水管（SWT）; 分子篩吸附劑; 全日輻射量; 取水量

中圖分類(lèi)號(hào)： U664.5+9;TK519 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Experimental study of performance test for solar watering

tube used in ships

ZHAO Huizhong1， WU Tianhao1， WANG Zhaoyang1， LI Qianwen1， ZHANG Min2

（1. Merchant Marine College， Shanghai Maritime University， Shanghai 201306， China;

2. College of Food Sciences and Technology， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306， China）

Abstract： In order to provide a potential solution to the problem of ship fresh water， this experiment uses three different zeolite adsorbents， 13X， 3A and 5A， to absorb water vapor in the air， and uses solar energy to obtain liquid fresh water for ship use. These following conclusions can be drawn by testing the performance of the solar watering tube （SWT）： under the conditions of the full-day radiation being 20.1 MJ/m2 and 16.7 MJ/m2， the maximum temperatures of the adsorption beds of 13X， 3A and 5A adsorbents are 178.2 ℃， 180.1 ℃ and 217.7 ℃， respectively， which meet the desorption temperature requirements. In the natural convection air-cooled condenser， the highest condensation temperatures of 13X， 3A and 5A SWTs are 27.8 ℃， 33.2 ℃ and 31.9 ℃， respectively， which meet the condensation requirements; fresh water 57.8 g， 39.2 g and 44.0 g can be obtained from air by SWTs with three different adsorbents， which has the potential to solve the problem of ship fresh water.

Key words： solar watering tube （SWT）; zeolite adsorbent; full-day radiation; water-obtained quantity

0 引 言

船舶在航行過(guò)程中，通常無(wú)法由自然界直接獲得淡水，因此船舶的淡水獲取是船舶航行需要解決的非常重要的問(wèn)題之一。船舶取水方式目前主要有以下幾種：利用船舶余熱取水、利用太陽(yáng)能蒸餾取水、利用滲透膜進(jìn)行海水淡化取水。許紅[1]在蒸餾海水技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種適用于中小型船舶的海水淡化裝置，利用柴油機(jī)余熱蒸發(fā)海水并使其冷凝，獲得淡水蒸發(fā)器和冷凝器的有效傳熱面積分別為2.42 m2和0.566 m2;鄭青榕等[2]利用船舶余熱驅(qū)動(dòng)以硅膠為吸附劑的吸附式取水系統(tǒng)，得出在典型航線上大氣的平均相對(duì)濕度均大于70%，船舶的晃動(dòng)和振動(dòng)不影響硅膠及其與氯化鈣的復(fù)合吸附劑吸附性能的結(jié)論;裴曉斌[3]設(shè)計(jì)了船舶低溫單效蒸餾海水裝置，計(jì)算得出當(dāng)蒸發(fā)器換熱面積為1.52 m2，冷凝器換熱面積為3.252 m2時(shí)，取水率為0.76，單位淡水能耗為1 568 kJ/kg;王亮軍[4]將傳統(tǒng)蒸發(fā)淡水裝置改良為多效蒸發(fā)淡水裝置，每消耗1 kg加熱蒸汽可取1.75 kg淡水（單效蒸發(fā)裝置只能取淡水0.92 kg）。目前，太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)取得了相應(yīng)的進(jìn)展：DELGADO-TORRES等[5]以太陽(yáng)能為驅(qū)動(dòng)力，利用反滲透法對(duì)海水進(jìn)行淡化處理;MOHAMMADI等[6]提出了新的太陽(yáng)能混合CSP海水淡化技術(shù)，以降低經(jīng)濟(jì)成本和提高取水效率;季建剛等[7]提出了太陽(yáng)能吸附式取水法，具體分析了該方法的工作原理和吸附熱力循環(huán);侴喬力等[8-10]提出了一種改進(jìn)的太陽(yáng)能吸附式空氣取水器，這種空氣取水器有集熱效率高、吸附速率快等優(yōu)點(diǎn);苑昭闊等[11]以碘鎢燈模擬太陽(yáng)輻射，研究了在不同輻射強(qiáng)度下在以13X型沸石分子篩為吸附劑的兩次取水循環(huán)中的取水量和脫水量;喬力等[12]提出制冷結(jié)露取水并與吸附取水法進(jìn)行對(duì)比，分析了兩種取水過(guò)程的熱力性能、取水率，得出制冷結(jié)露取水法取水量遠(yuǎn)少于吸附取水法的結(jié)論。

目前，國(guó)內(nèi)外已發(fā)展出不同的空氣取水方式，如：劉金亞等[13]利用新制備的4種復(fù)合吸附劑在太陽(yáng)能吸附式空氣取水裝置中進(jìn)行取水量研究，結(jié)果表明ACF-LiCl的吸附和解吸性能最好（解吸6 h，每1 kg吸附劑取水0.412 kg）;張?jiān)苿P[14]利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體制冷箱，在夜晚平均相對(duì)濕度為65%環(huán)境中，在額定功率為100 W的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下，從晚上8：00到次日早晨8：00制冷箱可以獲得1 572 g冷凝水;劉建勛[15]采用表面冷卻式取水技術(shù)，利用離心變頻風(fēng)機(jī)將濕空氣鼓入蒸發(fā)器，濕空氣會(huì)在蒸發(fā)器中結(jié)露成為液態(tài)水，研究結(jié)果表明蒸發(fā)器出風(fēng)口相對(duì)濕度平均值為95%，9月為取水量最大的月份，每天的夜晚取水性能好，夏季最佳取水時(shí)間段為晚上8：00到次日早晨8：00;趙惠忠等[16]利用船舶余熱研制冷管并將其應(yīng)用于吸附制冷裝置中，通過(guò)該方法可制得冷量，再進(jìn)一步獲得淡水;FESSEHAYE 等[17]研究了霧氣取水法，將收集的霧氣冷凝后獲得淡水資源，對(duì)于進(jìn)入的霧，集熱器效率大約為20%;HAMED[18]研究了利用干燥劑吸收大氣中水蒸氣，然后通過(guò)加熱和冷凝水蒸氣將干燥劑與水分離獲得淡水，結(jié)果表明循環(huán)效率值、生成單位質(zhì)量的水蒸氣所需的強(qiáng)溶液質(zhì)量等在很大程度上取決于工作干燥劑的濃度，改變強(qiáng)溶液濃度可以得到大于90%的循環(huán)效率值，當(dāng)強(qiáng)溶液與弱溶液濃度相差不大時(shí)循環(huán)效率值急劇下降。

基于上述研究，本文利用3種不同吸附劑制備了太陽(yáng)能取水管（solar watering tube，SWT），并研究SWT取水量與室外太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度和溫濕度等各參數(shù)之間的關(guān)系，以期為船舶航行提供生活淡水。

1 實(shí)驗(yàn)原理

SWT[19]是基于熱力學(xué)循環(huán)基本理論而設(shè)計(jì)的一種新型太陽(yáng)能取水裝置。該系統(tǒng)運(yùn)行理論遵循熱力學(xué)基本定律，熱力循環(huán)見(jiàn)圖1。

圖1中：Pe為冷凝溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力，Pa為水蒸氣分壓力，m1和m2均為吸附量;A→B過(guò)程是等容升壓過(guò)程，管內(nèi)壓力由Pa升高至Pe，將水管進(jìn)氣口和出氣口封閉，此時(shí)管內(nèi)壓力、溫度迅速升高;B→C過(guò)程是等壓升溫過(guò)程（白天吸附劑脫附過(guò)程），管內(nèi)壓力在理想情況下視為等壓，由于受到太陽(yáng)光光照影響管內(nèi)溫度升高;C→D過(guò)程是等容降壓過(guò)程，管內(nèi)壓力由Pe降低至Pa，將進(jìn)氣口和出氣口開(kāi)啟，此時(shí)管內(nèi)壓力、溫度均迅速下降;D→A過(guò)程是等壓降溫過(guò)程（夜晚吸附過(guò)程），此過(guò)程視為等壓過(guò)程，水蒸發(fā)造成管內(nèi)溫度降低。

SWT基于開(kāi)式吸附原理，主要分為夜間吸附和白天脫附兩個(gè)基本過(guò)程：夜間吸附過(guò)程主要是在夜晚將SWT進(jìn)氣口和出氣口開(kāi)啟并置于室外，利用強(qiáng)制對(duì)流加速氣流流動(dòng)，從而強(qiáng)化吸附劑吸附過(guò)程，另外吸附劑吸附也會(huì)產(chǎn)生吸附熱，管一端有吸附劑、另一端留有空隙，則其兩端就會(huì)產(chǎn)生溫度差，從而使兩端產(chǎn)生壓力差，進(jìn)而使空氣在壓力差作用下流動(dòng)。若吸附劑吸附前、后的總質(zhì)量分別為m3和m4，則Δm=m4-m3為吸附劑吸附量。白天脫附過(guò)程主要是在陽(yáng)光充沛條件下，將SWT進(jìn)氣口和出氣口封閉，置于陽(yáng)光下脫附。太陽(yáng)輻射會(huì)造成管內(nèi)溫度的不同，進(jìn)而影響取水量。吸附劑在高溫下會(huì)解吸出水蒸氣，水蒸氣經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)冷凝為液態(tài)水，液態(tài)水采用集水器收集。

2 SWT取水實(shí)驗(yàn)

SWT性能測(cè)試系統(tǒng)主要由SWT、安捷倫數(shù)據(jù)采集儀、若干T型熱電偶等組成。系統(tǒng)裝置原理見(jiàn)圖2。系統(tǒng)裝置照片見(jiàn)圖3。

SWT主要由不銹鋼管、玻璃套管、不銹鋼濾網(wǎng)、吸附劑、空氣進(jìn)口和空氣出口組成。SWT結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

在SWT中，不銹鋼管一端開(kāi)口，不銹鋼管外表面的涂層用于強(qiáng)化吸收太陽(yáng)輻射能。不銹鋼管內(nèi)放置直徑為30 mm的不銹鋼濾網(wǎng)，不銹鋼管外則是真空玻璃套管。不銹鋼濾網(wǎng)中裝有吸附劑，在夜晚吸附時(shí)，將濾網(wǎng)置于室外，同時(shí)開(kāi)啟風(fēng)扇以強(qiáng)化吸附效果。在白天將濾網(wǎng)置于玻璃套管中，同時(shí)利用輻射儀記錄太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化。該SWT在脫附過(guò)程中需將空氣進(jìn)口封閉，空氣出口直接連接冷凝器和集水器。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間脫附后，觀察集水器液位變化，即可得到取水量。利用T型熱電偶將吸附/脫附過(guò)程溫度變化記錄在數(shù)據(jù)采集儀中。

本實(shí)驗(yàn)主要在室外進(jìn)行，在相同環(huán)境溫濕度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度條件下，分別在夜晚和白天利用安捷倫數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前先將活化后的13X、3A、5A型沸石分子篩吸附劑分別裝填進(jìn)3個(gè)SWT中，夜晚將取水管置于室外并開(kāi)啟其空氣進(jìn)口、空氣出口。在吸附之前利用電子天平稱出吸附劑初始質(zhì)量為m3。為較準(zhǔn)確地測(cè)量吸附劑吸附時(shí)溫度的變化，在SWT壁面正中布置T型熱電偶溫度探頭，在管內(nèi)中芯處也布置一個(gè)T型溫度探頭，記錄時(shí)間間隔定為30 min，并將吸附時(shí)間定為31 h，利用安捷倫數(shù)據(jù)采集儀記錄吸附床溫度變化和環(huán)境溫度、濕度變化。

吸附劑溫度測(cè)試裝置是利用T型熱電偶測(cè)量吸附床壁表面溫度變化的。吸附劑產(chǎn)生的吸附熱會(huì)使其溫度升高，從而導(dǎo)致其周?chē)諝猱a(chǎn)生對(duì)流換熱，因此吸附床壁面溫度會(huì)低于實(shí)際溫度。另外，熱電偶溫度探頭在與吸附床壁面接觸時(shí)也會(huì)由于熱對(duì)流和熱輻射而產(chǎn)生測(cè)量誤差。為減小測(cè)量誤差，本實(shí)驗(yàn)對(duì)SWT中芯處吸附床溫度變化也進(jìn)行了測(cè)量，由于熱量集聚中芯溫度比實(shí)際吸附床吸附溫度高。若將溫度近似視為線性分布，則吸附床實(shí)際吸附溫度應(yīng)該為吸附床壁面溫度與中芯溫度的算術(shù)平均值。脫附溫度應(yīng)記錄為吸附床壁面溫度或中芯溫度，吸附床壁面溫度因太陽(yáng)輻射的緣故而較高，而中芯溫度因熱量集聚與吸附床外壁面溫度相差不大。

在研究太陽(yáng)輻射能對(duì)吸附劑脫附過(guò)程的影響時(shí)，在白天光照充足條件下，將利用3種吸附劑制備的SWT進(jìn)氣口封閉、出氣口接冷凝器，通過(guò)TBQ-2型太陽(yáng)能輻射儀記錄當(dāng)天的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化，同時(shí)記錄3種吸附劑脫附溫度變化。

太陽(yáng)輻射能會(huì)影響冷凝器溫度分布。為得知冷凝器溫度分布，在冷凝器上、中、下3個(gè)位置布置T型熱電偶溫度探頭。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

3.1 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度

太陽(yáng)輻射能對(duì)吸附劑脫附過(guò)程影響較大。SWT會(huì)將吸收的太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使管內(nèi)溫度升高。當(dāng)管內(nèi)溫度達(dá)到吸附劑脫附溫度時(shí)，吸附劑開(kāi)始快速解吸出水蒸氣，SWT內(nèi)溫度和壓力均會(huì)升高。水蒸氣在壓力差作用下被導(dǎo)入冷凝器中，向周?chē)h(huán)境散熱冷凝為液態(tài)水，液態(tài)水被收集到集水器。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大小可直接影響吸附劑脫附時(shí)的溫度，影響水蒸氣的產(chǎn)量，循環(huán)取水量也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。采用TBQ-2型太陽(yáng)能輻射儀記錄白天太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化，見(jiàn)圖5。

表1為兩次循環(huán)實(shí)驗(yàn)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和全日輻射量。從表1可以得出，在晴和多云的天氣條件下最大太陽(yáng)輻射強(qiáng)度分別為1 021 W/m2和905 W/m2，全日輻射量分別為20.1 MJ/m2和16.7 MJ/m2。因此，太陽(yáng)輻射影響吸附劑脫附的主要表現(xiàn)為：在相同脫附時(shí)間內(nèi)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度越大，吸附劑脫附越充分。

3.2 吸附床溫度

雖然吸附劑吸附溫度與環(huán)境溫度有著一致的變化趨勢(shì)，但由于吸附劑在吸附時(shí)會(huì)有吸附熱產(chǎn)生，所以吸附床溫度會(huì)高于環(huán)境溫度。為較準(zhǔn)確地得出吸附床溫度變化趨勢(shì)，采用吸附床壁面與中芯的平均溫度表征整個(gè)吸附床的溫度。吸附過(guò)程吸附床溫度變化見(jiàn)圖6。

兩次循環(huán)實(shí)驗(yàn)吸附過(guò)程吸附床溫度見(jiàn)表2。比較表2中3種吸附劑吸附過(guò)程中吸附床溫度可得出：5A型沸石分子篩吸附溫度較高，說(shuō)明該吸附劑吸附速率較其他的大;環(huán)境溫度對(duì)5A型沸石分子篩吸附劑吸附影響較為明顯。環(huán)境濕度也影響吸附劑吸附速率，環(huán)境濕度越大吸附劑吸附速率越大，但當(dāng)環(huán)境濕度過(guò)低時(shí)影響吸附劑吸附的主要因素為環(huán)境溫度。表3為兩次實(shí)驗(yàn)中環(huán)境溫度和濕度最大值和最小值。比較表2和3可得出，由于環(huán)境溫度會(huì)影響吸附床溫度，并影響吸附劑活性和吸附速率，從而會(huì)影響平衡吸附量和吸附率。本文中的3種不同吸附劑受環(huán)境溫度影響程度不同，各自的平衡吸附量和吸附率也不同。在吸附過(guò)程中，吸附熱會(huì)造成吸附床溫度升高，而環(huán)境溫度的高低也會(huì)影響吸附床的傳熱過(guò)程。在夜間，吸附床與環(huán)境的換熱方式主要為熱對(duì)流，擾動(dòng)吸附床周?chē)諝鈺?huì)強(qiáng)化吸附劑與空氣之間的傳質(zhì)傳熱過(guò)程。吸附床溫度與環(huán)境溫度相差過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致吸附床熱量的散失或增加從而使其溫度降低或升高，進(jìn)而影響吸附劑活性。環(huán)境濕度對(duì)吸附劑吸附過(guò)程也有影響，由于吸附劑會(huì)吸附空氣中的水蒸氣，環(huán)境濕度不同則會(huì)導(dǎo)致吸附劑吸附量的不同。在吸附時(shí)間段內(nèi)，如果吸附劑未到達(dá)吸附飽和，則在同一種吸附速率下空氣濕度越小吸附劑吸附量越小，如果環(huán)境濕度過(guò)大則空氣中水蒸氣可能會(huì)在吸附劑表面凝結(jié)，影響吸附劑吸附。在脫附過(guò)程中，循環(huán)一次所得取水量也會(huì)受吸附過(guò)程環(huán)境濕度的影響。

將脫附時(shí)間定為9 h，脫附前測(cè)得3種吸附劑質(zhì)量m2分別為874.5 g、842.9 g、846.6 g，則可算出13X、3A、5A型沸石分子篩吸附劑平衡吸附量分別為0.25 g/g、0.2 g/g、0.21 g/g。由于在室溫和相同環(huán)境濕度下13X、3A、5A型吸附劑開(kāi)式平衡吸附量一般分別為0.2 g/g、0.23 g/g、0.24 g/g，與3種吸附劑平衡吸附量較為相近，所以該SWT的吸附可近似看作開(kāi)式吸附。

脫附過(guò)程吸附床溫度變化見(jiàn)圖7。從圖7可看出：吸附床溫度隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度增加而升高;5A型吸附劑脫附溫度最高，3A型吸附劑脫附溫度最低。

表4為兩次循環(huán)實(shí)驗(yàn)脫附過(guò)程吸附床溫度。從表4可看出：在太陽(yáng)光照強(qiáng)烈條件下，當(dāng)冷凝器溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，脫附溫度可視為脫附開(kāi)始溫度;當(dāng)冷凝器溫度等于環(huán)境溫度時(shí)，脫附溫度可視為脫附結(jié)束溫度。由于T型熱電偶溫度探頭在SWT內(nèi)布置的位置原因，當(dāng)溫度探頭置于SWT正面時(shí)脫附溫度會(huì)較高，而位于背面時(shí)脫附溫度會(huì)較低。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度越大，吸附床所能達(dá)到的脫附溫度最高值越高，脫附溫度也會(huì)越高。

綜上所述：在吸附劑吸附過(guò)程中，相對(duì)濕度越大吸附越充分，且吸附床溫度高于環(huán)境溫度;在脫附過(guò)程中，3種吸附劑均能達(dá)到脫附溫度并開(kāi)始脫附。因此，在太陽(yáng)能取水管中可進(jìn)行脫附冷凝并獲得淡水。

3.3 冷凝器溫度變化

該冷凝器冷凝方式為自然對(duì)流風(fēng)冷式，為得知冷凝器溫度分布，可在其上、中、下3個(gè)位置布置T型熱電偶溫度探頭。在脫附過(guò)程中，由于吸附劑脫附出水蒸氣，所以冷凝器平均溫度稍高于環(huán)境溫度。為比較得出兩次循環(huán)實(shí)驗(yàn)中冷凝器溫度的變化，采用3個(gè)位置的平均溫度表征每個(gè)冷凝器溫度。在圖8中，“13X冷凝器1”和“13X冷凝器2”分別表示第一次循環(huán)和第二次循環(huán)中13X型吸附劑冷凝器平均溫度，其他以此類(lèi)推。

從圖8可看出：在脫附過(guò)程開(kāi)始階段，3種吸附劑脫附溫度較高，脫附速率較快;隨著脫附過(guò)程的進(jìn)行，脫附溫度逐漸降低，脫附速率逐漸下降，3種吸附劑脫附溫度趨于環(huán)境溫度，最終達(dá)到環(huán)境溫度。冷凝器溫度會(huì)受太陽(yáng)光照影響：在太陽(yáng)光照強(qiáng)烈的條件下，其溫度變化趨勢(shì)與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化一致，而當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較低時(shí)，其溫度分布主要由吸附劑脫附過(guò)程決定。因此，考慮脫附水蒸氣的影響，冷凝器溫度應(yīng)是由上往下逐漸降低，且溫度要稍高于環(huán)境溫度。另外，可通過(guò)測(cè)量冷凝器平均溫度變化得知該吸附劑脫附速率，這是由于吸附劑脫附速率越大，相同時(shí)間內(nèi)脫附的水蒸氣量越大，水蒸氣放出的冷凝熱越多，會(huì)使得該冷凝器平均壁面溫度越高（由此可知3A型沸石分子篩脫附速率最大，而13X型沸石分子篩脫附速率最?。?。然而，每種吸附劑有其特定的脫附溫度，當(dāng)溫度未達(dá)到脫附溫度時(shí)，脫附進(jìn)程比較緩慢，吸附劑脫附出的水蒸氣會(huì)在管內(nèi)高溫高壓驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入冷凝器，并在冷凝器中迅速冷凝為液態(tài)水。在水蒸氣冷凝過(guò)程中，不同太陽(yáng)輻射強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致脫附水蒸氣量不同，因此水蒸氣在冷凝器中冷凝為液態(tài)水的溫度會(huì)不同。

綜上所述，冷凝溫度高于環(huán)境溫度，因?yàn)槔淠绞綖樽匀粚?duì)流風(fēng)冷式冷凝，所以冷凝溫度變化趨勢(shì)與環(huán)境溫度變化趨勢(shì)一致。

3.4 取水量

在太陽(yáng)能吸附取水法中，進(jìn)行兩次循環(huán)實(shí)驗(yàn)，每次循環(huán)實(shí)驗(yàn)取水量見(jiàn)表5。從表5可看出，以兩次實(shí)驗(yàn)平均耗散水量作為此SWT的耗散水量，裝有13X、3A、5A型沸石分子篩吸附劑的SWT平均耗散水量分別為4.1 g、5.5 g、3.9 g。從以上數(shù)據(jù)可看出，循環(huán)水量與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度有關(guān)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度越大，SWT所能達(dá)到的脫附溫度越高，取水量越大。這是由于該吸附劑吸附主要為化學(xué)吸附，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度越大，吸附劑中水分子動(dòng)能和勢(shì)能會(huì)越大，越能夠克服吸附劑吸附勢(shì)而從分子篩中逸走，從而增加吸附劑的活化能。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度越大，SWT中吸附劑所能達(dá)到的脫附溫度越高，越接近該種吸附劑脫附開(kāi)始溫度，則吸附劑解吸越充分，得到的液態(tài)水量也越多。

綜上所述：取水量與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度有關(guān)，在其他條件相同的條件下，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度越大，吸附劑取水量越大;相比于其他兩種吸附劑，13X型吸附劑平均取水量最大。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)制作的太陽(yáng)能取水管（SWT）進(jìn)行兩次循環(huán)取水實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)SWT經(jīng)過(guò)夜間吸附和白天脫附可以獲得淡水，有潛在的為船舶提供淡水的應(yīng)用前景，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出以下結(jié)論：

（1）在太陽(yáng)輻射強(qiáng)度最大值分別為1 021 W/m2和905 W/m2，全日輻射量為20.1 MJ/m2和16.7 MJ/m2的條件下，13X、3A、5A型沸石分子篩吸附劑分別在最高溫度178.2 ℃、180.1 ℃和217.7 ℃下脫附解吸出水蒸氣，5A型沸石分子篩吸附劑的平均脫附溫度最高，3A型沸石分子篩吸附劑的最低。

（2）在環(huán)境溫度下，在自然對(duì)流風(fēng)冷式冷凝器中水蒸氣冷凝為液態(tài)淡水的溫度變化趨勢(shì)與環(huán)境溫度變化一致，裝有13X、3A、5A型沸石分子篩吸附劑的SWT最高冷凝溫度分別為27.8 ℃、33.2 ℃、31.9 ℃，3種SWT冷凝溫度均滿足冷凝要求，其中裝有3A型沸石分子篩吸附劑的SWT平均冷凝溫度最高，裝有5A型沸石分子篩吸附劑的SWT的平均冷凝溫度比裝有13X型沸石分子篩吸附劑的SWT的略高。

（3）在兩次循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，雖然SWT冷凝溫度與環(huán)境溫度變化趨勢(shì)一致，但冷凝溫度高于環(huán)境溫度。單支裝有13X、3A、5A型沸石分子篩吸附劑的SWT取水量分別為57.8 g、39.2 g、44.0 g。

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（編輯 賈裙平）

收稿日期： 2019- 06- 11 修回日期： 2019- 11- 15

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金（50976073，31371526）;上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目（13ZZ121）

作者簡(jiǎn)介： 趙惠忠（1968—），男，河南鄭州人，副教授，碩導(dǎo)，博士，研究方向?yàn)樘?yáng)能空氣取水技術(shù)，（E-mail）hzzhao@shmtu.edu.cn