[发明专利]利用电化学电池的环境控制系统

说明书

一种与内部环境耦合的氧气和湿度控制装置来独立控制内部环境中氧气浓度和湿度水平的环境控制系统。一种氧气消耗装置可以是通过电化学方法与池内的氧气反应产生水的耗氧电解槽。干燥装置可以是g，除湿电解槽，干燥器，膜干燥器或冷凝器。控制器可以控制提供给耗氧电解槽的电压和/或电流的量以此来控制氧还原的速率，并且可以控制提供给除湿电解槽的电压和/或电流的量，并因此控制降低湿度的速率。氧水平可以通过测量耗氧电解槽的电压和极限电流来确定。内部环境可以是食物或工艺品箱。

相关应用的交叉参考

本申请要求以下优先权：于2015年11月23日提交的美国临时专利申请第62/258945号，于2016年2月26日提交的美国临时专利申请第60/300074号，于2016年6月22日提交的美国临时专利申请第62/353545号，于2016年8月10日提交的美国临时专利申请第62/373329号，于2016年9月8日提交的第62/385175号；全部通过引用结合于此。

背景技术

有许多类型的内部环境比如氧气和/或湿度水平是需要被控制的。例如，博物馆文物和文件通常存储在有环境控制的容器中以减少氧化，锈蚀等造成的降解。此外，农产品和其他消费品(包括冷藏物品)同样可能受益于在可控制环境容器内的储存。利用膜电极组件的电解槽在电解模式下可以增加湿度同时降低氧气或者降低湿度增加氧气。然而，对于贵重物品和大多数的农场品来说，我们希望同时降低氧气和湿度水平。我们需要一个节能的，耐用的，无噪声的和有效的环境控制系统。

发明内容

本发明是关于一种环境控制系统，其采用电化学电池来有效地控制内部环境的氧气和湿度。在一个实例中，内部环境中的氧气和湿度浓度同时降低。在另一个实例中，氧气和湿度浓度同时增加。示例性的环境控制系统利用与内部环境耦合的氧气和湿度控制装置来独立地控制氧气浓度和相对湿度。氧气控制装置可以是通过电化学与氧气反应产生水的耗氧电解槽。在另一个实例中，氧气控制装置作为氧气增加装置，其中氧气在与水反应形成氧气和质子的内部环境中产生。除湿装置可以是除湿电解槽，加湿电解槽，干燥器，隔膜和/或冷凝器。控制器可以控制提供给耗氧电解槽的电压和/或电流并因此控制氧还原的速率，并且可以控制提供给除湿电解槽的电压和/或电流的量，以达到控制湿度的减少速率。

在示例性实例中，包括耗氧电解槽在内的环境控制系统与内部环境耦合以减少内部环境中的氧浓度。耗氧电解槽包含离子传导材料，例如从阳极和阴极传输阳离子或质子的离聚物，其中阳极和阴极安装在离聚物的两侧。阴极与内部环境连通，电源与阳极和阴极同时连接以提供穿过阳极和阴极的电势来促发水的电解。水在阳极上反应生成氧气和质子，质子通过离子聚合物或阳离子传导材料转移到阴极，这些质子与阴极处的氧气反应生成水，由此来消耗阴极侧的氧气。如本文所述，我们可以采用新颖的系统在耗氧电解槽的阴极侧减少或者至少部分地控制内部环境内的湿度。

示例性的环境控制系统可以包括增氧电解槽，其中阳极与内部环境连通并且在阳极处的通过与水反应产生氧气。取决于在阳极和阴极之间的电势，氧气控制电解槽可以在耗氧或增氧模式下运行。

示例性的环境控制系统包括一个湿度控制装置，例如直接或间接降低内部环境的湿度水平的除湿装置。在一个示例性实例中，除湿装置是除湿电解槽，其将水从内部环境或调节室或调节室的湿度控制部分抽出。其他除湿装置包括隔膜，例如允许水分通过的膜，但基本上不透气因此可以防止氧气的流动。基本上不透气的膜不具有穿过膜厚度方向的气体流动，用来自Gurley精准仪器的4110N型号(Gurley Precision Instruments，Troy NY)测量得到的格力密度计时间为100秒或更长的。其他除湿装置包括干燥剂，冷凝器和上述除湿装置的任何组合。

示例性的环境控制系统包括加湿电解槽，其中电解槽的阴极与内部环境或与调节室的湿度控制部分连通。在一个实例中，增湿电解槽在调节室中产生水分，隔膜将该水分转移到氧控制室。