[发明专利]用于以最小能耗进行除湿和大气水提取的方法和系统

说明书

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。

联邦资助的研究与开发

本公开是在美国能源部授予的合同DE-AC0576RL01830下利用政府支持做出的。政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

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。

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。

发明内容

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。

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MOF303、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。

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。