用于以最小能耗进行除湿和大气水提取的方法和系统技术方案

用于管理HVAC系统内的湿度的方法、系统和装置，其包括纳米结构的干燥剂多孔材料，该纳米结构的干燥剂多孔材料被配置成在第一气压下从进口流吸收水，并在承受第二气压时从该材料释放水，其中第二气压低于第一气压，且被设置于特定的位置内，以便允许湿空气在该材料上通过并允许水吸附到材料上。当与真空泵耦合时，可以从材料和系统中收集和释放水，从而以比现有工艺低得多的成本使材料再生以供将来使用和从气流中除去水。使用和从气流中除去水。使用和从气流中除去水。

【技术实现步骤摘要】
用于以最小能耗进行除湿和大气水提取的方法和系统
[0001]联邦资助的研究与开发
[0002]本公开是在美国能源部授予的合同DE
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AC0576RL01830下利用政府支持做出的。政府拥有本专利技术的某些权利。

技术介绍

[0003]当前，建筑物空气中的湿度控制主要是通过在HVAC系统中蒸发器盘管上的冷凝而被动地进行。水的冷凝产生大量的潜热，这增加HVAC系统的冷却负荷，因此，根据当地环境，总能耗增加30％或更多。目前，市售的除湿机对于在住宅市场中的使用来说太大且昂贵，除在需要进行湿度管理的地方外，很少用于商业建筑。这些系统中没有一个提供用于管理CO2或其他气体(例如挥发性有机化合物(VOC))的选项，随着建筑物围护结构越来越紧密，这些正变得越来越成问题。本公开提供了示例和系统，其提供了克服这些问题的前进路径，并提供了现有技术中未发现的优点。
[0004]本公开的附加优点和新颖特征将在下文中阐述，并且将从本文阐述的描述和说明中显而易见。因此，本公开的以下描述应被视为是对本公开的例示说明，而不是以任何方式进行限制。

技术实现思路

[0005]以下描述提供了用于管理HVAC系统内的湿度的方法、系统和装置的示例，并且尤其是以比当前可用的明显更好和更具成本效益的方式进行管理。在一个应用中，描述了一种用于HVAC系统的湿度管理系统，其中该系统包括纳米结构的干燥剂多孔材料，其被配置成在第一气压下从进口流吸收水，并在承受第二气压时从该材料释放水，其中第二气压低于第一气压。优选地，纳米多孔材料被设置于诸如干燥剂床的结构化材料内，但在某些应用中还设想到包括具有以杆、翅片上的涂层或其他结构形式的构造的3D布置结构的其他构造。许多这些结构可以与其他特征，例如密封的热管互连或不连接。真空泵优选地被连接至该系统，并且适于向纳米结构的多孔材料提供吸力，该吸力足以降低气压并从纳米结构的多孔材料中除去水，从而使吸收材料再生。
[0006]在一些实施例中，纳米结构的多孔材料可以是MOF、沸石、介孔氧化硅、共价有机骨架材料；多孔有机聚合物；和多孔碳。在一组实施例中，该材料是MOF，更具体地说是MOF 303、MOF 801或MOF 841，其中MOF 303或MOF 801在某些情况下显示出最佳性能。
[0007]在某些情况下，热量被用于增强该装置中材料的性能。热量可以通过在操作上连接的热管或其他装置传递给这些材料，这些其他装置将被加热的材料从系统的较热部分带到与干燥剂相连或干燥剂所附属的床或结构。在一种布置结构中，热管在操作上被连接到一组翅片，翅片上附着有干燥剂材料。然后，在翅片上通过的空气中的水接触材料并被吸收。在空气通道路径内设置成对或成组的干燥剂材料容纳床或其他结构，允许包含水的空气与干燥剂材料之间的接触，因为在移动通过结构时，空气持续地干燥。这可以允许连串地干燥并提高效率。此外，如果结构被适当定位，则可以打开和关闭这些结构的通道，以允许
一些通道允许一个区段进行除湿操作，同时将真空施加到另一区段，并将水从系统中除去，并且使吸收剂再生。
[0008]在使用中，描述了一种用于从环境空气中干燥水的方法。在该方法中，使含水的空气流在纳米结构的多孔材料上通过，该纳米结构的多孔材料被配置成在第一气压下从进口流吸收水，并在承受第二气压时从该材料释放水，其中第二气压低于第二气压。这样将水收集到纳米结构的多孔材料上，以及降低环境气压以从纳米结构的多孔材料释放水，并使纳米结构的多孔材料再生以用于附加的水捕获。可以通过真空泵来提供环境压力的降低。纳米结构的多孔材料可以被包封在至少两个在操作上分离的床中，其中一个床被定位成从空气流捕获水，而另一个床被定位成释放所捕获的水。如果需要，可以在第一床和第二床之间的工作流体连接中设置传热材料，使得从一个过程释放出的热量被传递，以辅助另一个过程。在某些情况下，该传热材料可以被包含在导管或热管中。这种布置结构的结果是通过减少HVAC系统的能量需求而允许更具成本效益的加热和冷却。
[0009]前述概要的目的是使美国专利商标局和广大公众，尤其是不熟悉专利或法律术语或用语的本领域的科学家、工程师和从业人员，通过粗略的检查，能够快速地确定本申请技术公开的本质和实质。概要既无意于限定本申请的公开，其由权利要求来衡量，也无意于以任何方式限制本公开的范围。
[0010]本文中描述了本公开的各种优点和新颖特征，并且根据以下详细描述，对于本领域技术人员而言，其将变得更加明显。在前面和下面的描述中，通过例示说明被设想到的用于执行本公开的最佳模式，申请人仅示出和描述了本公开的优选实施例。将会认识到，在不脱离本公开的情况下，本公开能够在各个方面进行修改。因此，以下阐述的优选实施例的附图和描述应被认为本质上是例示说明性的，而不是限制性的。
附图说明
[0011]图1示出了本说明书中描述的本专利技术的实施例的一个示例的详细示意图。
[0012]图2示出了与根据建筑物回风中的湿度水平而消除的HVAC压缩机上的负荷相比，用于使本申请的干燥剂床系统再生的功率量的比较。
[0013]图3示出了基于各种相对湿度(9RH)范围的工作能力的各种示例性候选吸水材料的示例。
[0014]图4示出了在25℃下的三个示例性MOF(303、841和801)的吸水性能。
[0015]图5示出了针对两种风扇效率的等温AWE系统的体积能量消耗。
[0016]图6示出了某些选定的纳米多孔材料的体积吸水量。
[0017]图7示出了通过UIO
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66中的SO3H官能化增强的吸水能力的结果。
[0018]图8示出了本专利技术的另一个实施例，其中干燥剂被涂覆在由石墨烯制成的翅片上或其他轻质但导热的支撑件上。
[0019]图9示出了本专利技术的第二示意性示例的示例。
具体实施方式
[0020]以下描述包括本公开的一个示例。从该描述将清楚的是，本公开不限于这些示出的实施例，而是本公开还包括对其所做的各种修改及实施例。因此，本说明书应被认为是说
明性的而不是限制性的。尽管本公开易于进行各种修改和替代性构造，但是应当理解，无意将本公开限制于所公开的具体形式，而是相反，本公开涵盖了落入本公开的精神和范围内的所有修改、替代性构造和等同方案。
[0021]在一组描述中，描述了一种用于通过建筑物的HVAC系统管理湿度的新型干燥剂系统，其中将具有超高水能力的新型纳米结构多孔材料集成到干燥剂床中并热耦合至热管。然后使建筑物的空气在这些床上通过以除去水，但是，这些先进的吸收剂不像商用除湿机那样利用热量进行干燥剂再生，而是利用简单的真空泵在室温下轻松除去吸收的水。因此，该系统消除了来自在HVAC系统蒸发器盘管上的冷凝的额外的潜热冷却负荷。所获得的能量节省不仅可以补偿操作真空泵所需的能量，而且设备占地面积和资本成本为当今商业干燥剂除湿系统的一半。系统设计还可以支持在干燥剂床中包括附加的吸收剂材料，以允许控制CO2含量或从建筑物空气中去除VOC。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于HVAC系统的湿度管理系统，包括：纳米结构的干燥剂多孔材料，其被配置成在第一气压下从进口流中吸收水，并在承受第二气压时从所述材料中释放水，其中所述第二气压低于所述第一气压。2.根据权利要求1所述的湿度管理系统，其中，所述纳米结构的干燥剂多孔材料被设置于至少一个干燥剂床内。3.根据权利要求1或2所述的湿度管理系统，其中，所述湿度管理系统还包括真空泵，所述真空泵适于向所述纳米结构的干燥剂多孔材料提供吸力，所述吸力足以降低所述气压并从所述纳米结构的干燥剂多孔材料除去水。4.根据权利要求1
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3中的任一项所述的湿度管理系统，其中，所述纳米结构的干燥剂多孔材料选自由以下各项组成的组：MOF、沸石、介孔氧化硅、共价有机骨架材料；多孔有机聚合物；和多孔碳。5.根据权利要求4所述的湿度管理系统，其中，所述纳米结构的干燥剂多孔材料是MOF材料。6.根据权利要求5所述的湿度管理系统，其中，所述纳米结构的干燥剂多孔材料包括：选自由MOF 303、MOF 801或MOF 841组成的组的MOF。7.根据权利要求6所述的湿度管理系统，其中，所述纳米结构的干燥剂多孔材料包括MOF 303或MOF 801。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的湿度管理系统，其中，所述湿度管理系统还包括用于将热量传递至所述纳米结构的干燥剂多孔材料的热传递系统。9.根据权利要求8所述的湿度管理系统，其中，所述热传递系统包括热管，所述热管在操作上被配置成将热量传递至所述纳米结构的干燥剂多孔材料。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的湿度管理系统，其中，所述纳米结构的干燥剂多孔材料体现在翅片上的涂层内。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的湿度管理系统，其中，所述湿度管理系...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：巴特尔纪念研究院，
类型：发明
国别省市：