[发明专利]温度和相对湿度控制器

说明书

提供控制系统，其提供对温度和相对湿度的热力学解耦控制，和/或减少或防止结霜或移除先前形成的霜。本文中的所述控制系统能够作为包含热交换器的采暖、通风、空调和制冷系统的部件而被包含。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年1月12日提交的第62/445,434号美国临时申请的权益，其以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于例如结合HVAC系统以热力学解耦方式控制和维护温度和相对湿度的控制系统。

背景技术

用于采暖、通风和空调(heating,ventilation,and air conditioning，HVAC)系统的电流控制器以恒温方式受控且基于热力学平衡而操作。这些恒温器通过物理定律在其耦合到相对湿度时控制温度。这些恒温器允许用户设定期望区域温度，且如果温度下降得远低于此设定点，那么房间将被加热。替代地，如果温度上升远高于此设定点，那么房间将被冷却。主要通过借助于在HVAC单元内发生的冷凝过程移除湿气来控制空气的冷却。在某些内部环境和气候中，湿度与此恒温温度控制的热力学耦合是有问题的。举例来说，当在沙漠环境中冷却干燥空气时，将还移除湿气，从而使空气进一步干燥并产生不舒适的生活环境。常常在此状况下，将添加至单独的硬件(加湿器)以解决此问题。例如服务器和电子组装区域等一些特殊应用可极大地受益于控制相对湿度的能力，这是因为在室内空气冷却时出现的干燥环境中，静电放电要常见得多。

可运用蒸发冷却器执行用于温度控制的额外方法。在这些系统中，将湿气添加到低湿度空气。沿着恒定焓线以绝热方式冷却空气。所得空气具有提高的湿度和降低的干球温度。

除了恒温(主)控制器以外，现代采暖、通风、空调和制冷(heating,ventilation,air conditioning,and refrigeration，HVAC-R)系统还可包含用于确定例如结霜等低效操作条件的传感器。此外，用途、天气、空间和时间数据可用以管理HVAC-R系统的操作条件，包含除霜周期的操作工作周期和操作。一些现代HVAC-R系统还通过可变制冷剂流使交换器的热负荷变化。

涂布有疏水材料的HVAC-R系统致使水在表面上成珠。当通过风扇跨越冷却表面推动空气时，还跨越表面牵引液滴并进入收集盘。不可避免地，这些液滴中的一些将夹带到空气流中并再蒸发，从而导致空气流的温度降低以及湿度增加。对于典型的无涂层系统、亲水涂层系统和疏水涂层系统，此液滴再蒸发可忽略不计。

制冷系统需要定期对蒸发器盘管进行除霜，这导致能耗增加、设备停机时间增加、设备成本增加以及待冷却产品的温度提高。对于鼓风冷却和冷冻系统，这通常要求系统在冷却周期的中间停止以对冷却盘管进行除霜。这会降低处理量并导致冷却/冷冻产品的质量降低。

需要用于控制温度和湿度和用于冷却材料的改良型方法和系统。

发明内容

提供控制系统和所述控制系统的使用方法，以例如在房间或环境中独立地控制温度和相对湿度(例如，提供温度与相对湿度的热力学解耦控制)，和/或例如作为HVAC或HVAC-R系统的部件，例如在例如热交换器等装置中减少或防止结霜或移除先前形成的霜。

在一个方面中，提供一种控制系统，其提供例如采暖、通风、空调和制冷(HVAC-R)系统，例如包括热交换器的HVAC-R系统，等系统中的相对湿度和温度的热力学解耦控制。在一个实施例中，所述HVAC-R系统包含热交换器，且独立(热力学解耦)控制包含使穿过所述热交换器的空气速度变化。在一些实施例中，独立(热力学解耦)控制至少部分地包含所述HVAC-R系统的至少一个表面上——例如热交换器的空气穿越的至少一个表面上——的弹跳液滴冷凝。在一些实施例中，在纳米结构组合物或层上发生所述弹跳液滴冷凝。在一个实施例中，在例如鳍状结构等结构上的纳米结构组合物或层上发生所述弹跳液滴冷凝，所述鳍状结构例如是包括或由铝或铝合金组成的鳍状结构。