通用除湿工艺及设备制造技术

提供了用于使气流除湿的工艺和设备。该工艺包括步骤：ａ）提供具有渗透膜的半透性壁，该渗透膜具有多个小孔、第一侧和第二侧，这些小孔中的至少一部分可操作地依尺寸制造成允许毛细冷凝；ｂ）将渗透流体放置在部分地由半透性壁形成的室中，其中渗透膜的第二侧被暴露给渗透流体；ｃ）将渗透膜的第一侧暴露给待除湿的气流；以及ｄ）在除湿工艺期间维持穿过渗透膜的足够高的浓度梯度，以产生通过渗透膜的水的通量。该设备包括至少一个半透性渗透壁、部分地由渗透壁形成的至少一个气流室和部分地由渗透壁形成的至少一个渗透流体室。每个半透性渗透壁具有渗透膜，该渗透膜具有第一侧和第二侧。每个渗透膜的第一侧被暴露给气流室，而每个渗透膜的第二侧被暴露给渗透流体室。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于调节气流例如空气的工艺和设备，且特别涉及气流的 除湿。
技术介绍
气流例如空气的调节通常包括湿气的移除或添加以及温度的增加或 降低，以产生适合于其预期环境的气流。对于在温暖气候中的空气调节， 这一般包括将空气除湿并冷却到舒适的水平。目前的除湿技术通常基于传统的制冷剂蒸汽压缩循环(在下文中称为 DX #支术)或基于干燥剂基底捕获4支术(desiccant substrate capture technology)(在下文中称为DS技术)。DX技术要求将潮湿的供气例如房 间内的空气和/或外部空气冷却到水蒸汽凝点，在压缩方面有外部排热。这 通常要求供气被冷却到舒适的温度之下，且其后被重新加热或与较热的空 气混合，以在将它？ 1导到被除湿的空间中之前将其温度升高到可接受的水 平。在冷却高湿度空气时所消耗的能量的百分之二十到百分之三十五 (20-35%)用于从空气移除潜热(与水蒸汽冷凝相关的冷凝的热)。因此， 空气的冷却和除湿是耦合的。这使独立地控制舒适参数变得不可能，从总 系统观点看，使DX循环比允许独立控制显热和潜热的技术效率低。在外部空气具有高湿度和温度且内部空间的功能使用产生高的水蒸汽水平(例如拥挤的会议厅、训练室、学校建筑物等)的应用中，对于DX技术来说，将被S1入到内部空间的空气维持在恰当的湿度和温度以保持舒适可能是不可能的。被输送的空气是冷的，但是"闷热的"，因为移除额外的水的进一步的冷却将导致不舒适地冷的空气。在使用传统压缩循环的独立除湿中，排热与室内空气直接接触。作为结果，从湿度方面来看室内空气变得更舒适，j旦从温度参数考虑来看可能较不舒适(太热)。再次地，舒适参数是耦合的。DS系统通常应用在中央空气管道系统中。水蒸汽通过毛细冷凝被捕获在包含适当尺寸(一般小于100埃)的小孔的固相基底上，以引起毛细冷凝。捕获过程是有效和快速的。然而，水蒸汽从小孔的移除要求能量输入，在该移除中，内在的水蒸汽压力降低，与开尔文方程相一致。它还要求从高湿度气流移除基底并在增加重新蒸发能量之前将其放置在排出的水抑制流(exhaust water reject stream)中。可选地，基底可保持固定，且被处理的空气和排出流流动方向互换，如在平行床层、干燥剂干燥机系统中所完成的。在这些DS系统中，重新蒸发能量是在基底小孔材料中冷凝的潜热加上水蒸汽的吸收的热。重要地注意到，DS技术在稳态操作中要求该能量以等于或大于在干燥剂基底中的水的冷凝的潜热的速率增加。也就是说，水蒸汽排出功率输入必须超过冷凝功率的等价潜热。在水从干燥剂基底移除之后，基底必须被重新冷却到基底的水捕获温度范围。作为结果，随后的冷却系统(例如DX冷却系统)的一些显热必须用于处理DS基底，而不是用于冷却现在被除湿的空气。DS技术的优点是，可独立于随后的冷却步骤来调节外部空气和/或重新循环的空气中的湿度水平。缺点是要求相对于彼此移动基底和被处理的气流，以捕获和排出水蒸汽。这要求通过密封的系统或在平行床层DS系统中移动大基底，要求复杂的阀调节和阀循环以交替地越过干燥剂床层移动潮湿的气流和排出流。再次，在一般独立的非管道房间式除湿器中的应用很难，如果不是不可能。美国专利号6，539，731公开了利用从渗透流体分离潮湿空气的多孔壁的另一类型的除湿技术。多孔壁包括毛细冷凝器层和渗透层。毛细冷凝层由陶瓷材料形成，该陶瓷材料具有尺寸d、到足以允许空气内的水蒸汽冷凝成液体形式的小孔。从水浓度梯度产生的渗透推力通过毛细冷凝器层和邻近的渗透层传输被冷凝的水，并进入渗透流体中。渗透层实质上阻止所有的渗透流体进入毛细冷凝器。这种类型的设备在促进以超过1升/平方米-小时的通量的水传输中是有效的。然而在一些情况下，在潮湿环境中，在一段相对短的时间过后，毛细冷凝器的小孔结构可能变得不稳定并恶化。此外，毛细冷凝器一般由刚硬的材料制成，因此被限制到这些应用其中刚硬的主体是可接受的；即，刚硬的毛细冷凝器不能用在需要柔性设备的那些应用中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于从气流移除水的有效方法和设备，其中除湿的水平与气流在排出到被调节的空间中之前可能需要被最终冷却到的温度(为了舒适或其它目的)不相互依赖。根据本专利技术的方面，提供了用于使气流除湿的工艺，该工艺包括步骤a)提供具有渗透膜的半透性壁，该渗透膜具有多个小孔、第一侧和第二侧，这些小孔中的至少一部分可操作地依尺寸制造成允许毛细冷凝；b)将渗透流体^L置在部分地由半透性壁形成的室中，其中渗透膜的第二侧^皮暴露给渗透流体；c)将渗透膜的第一侧暴露给待除湿的气流；以及d)在除湿工艺期间，维持穿过渗透膜的足够高的水浓度梯度，以在从第一侧到第二侧的方向上产生通过渗透膜的水的通量。根据本专利技术的另一方面，提供了用于使气流除湿的设备。该设备包括至少一个半透性渗透壁、部分地由渗透壁形成的至少一个气流室和部分地由渗透壁形成的至少一个渗透流体室。每个半透性渗透壁具有渗透膜，该渗透膜具有小到足以允许毛细冷凝的一部分小孔、第一侧和第二侧。每个渗透膜的第 一侧被暴露给气流室，而每个渗透膜的第二侧被暴露给渗透流体室。在本专利技术的工艺和设备中，渗透流体室部分地由半透性壁的第二侧形成。在大多数情况下，气流室部分地由半透性壁的第一侧形成。气流室可以不是完整的外壳，且可例如呈现管的形式，气流可通过该管通过。气流(例如高湿度室外空气和/或重新循环的室内空气)被引进和穿过气流室，并在渗透膜的第一侧上通过。气流中的水蒸汽冷凝，且在从第一侧到第二侧的方向上穿过膜行进并进入渗透流体中。当水穿过膜行进时，它可能不唯一地在垂直于第一和第二侧的方向上行进。更确切地，通过渗透膜的路径可能包括横向部分以及垂直部分。然而，总的来说，水通过膜所采取的路径可被描述为在从第 一侧到第二侧的方向上行进。现在为较不潮湿的气流离开气流室，且如果需要，可能接着被分开的空气调节设备冷却。半透性渗透壁一般包括以渗透膜支持的大孔。 一般半透性渗透膜的厚度小于100纳米。膜包括穿过其厚度随机地布置、由渗透膜内的内表面配置形成的多个小孔。 一部分小孔由彼此足够接近地放置的表面形成，以允许毛细冷凝。我们的研究使我们认为在这些小孔内形成的液体与在相邻的小孔内形成的液体连接，共同形成液体的连续路径(在这里称为"液桥(liquid bridge )，，)。如我们认为或以另外的方式形成的这些"液桥，，穿过半透性膜的厚度延伸，并从而提供路径，水可通过该路径在从渗透膜的第一侧到第二侧的方向上共同行进。因为膜如此薄，所以穿过膜的水浓度梯度可能大。这可为潮湿空气和渗透流体之间的水传输提供大的推力。在一些实施方式中，渗透流体是溶解在水中的溶质，其中溶质具有高离子(例如盐)浓度，而渗透层是可透过水而不可透过溶液中的离子的膜。组成渗透流体的溶质和任何其它添加剂的选择由通过膜的传输特性确定。例如，溶质和渗透膜选择成使得水合溶质分子的尺寸大于渗透膜的小孔尺寸，以便阻止溶质通过渗透膜朝潮湿空气流动。溶质还选择成确保溶质的分子不沉积在半透性渗透膜的小孔中，从而阻塞小孔。为了保证冷凝的水从半透性膜流到渗透流体中，在渗透流体中维持高的溶质浓度，以保持穿过膜的高的水浓度梯度。在一些实施方式中，渗透流体是可在所有浓度处与水混合的流体，例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使气流除湿的工艺，包括步骤：　提供具有渗透膜的半透性壁，所述渗透膜具有多个小孔、第一侧和第二侧，所述小孔中的一部分小到足以允许毛细冷凝；　将渗透流体放置在部分地由半透性壁形成的室中，其中所述渗透膜的所述第二侧被暴露给所述 渗透流体；　将所述渗透膜的所述第一侧暴露给待除湿的所述气流；以及　在除湿工艺期间，维持穿过所述渗透膜的足够高的水浓度梯度，以产生通过所述渗透膜的水的通量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿瑟凯斯顿，杰克布莱克纳，
申请(专利权)人：纳诺坎普技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]