[发明专利]利用湿度波动来冷却、加热及稳定湿度

说明书

本发明的装置及方法适于控制在一些限定体积内，如房屋中的一个房间，的空气的温度及湿度。所述装置由一定量的吸湿性材料及用于使空气经过或通过所述材料的部件组成。直接的温度及湿度控制发生在空气被调节(通过吸附加热进行加热及干燥或通过吸收冷却进行冷却及加湿)并且被送入所述房间内时；间接控制也是可能的，通过影响墙壁的温度(所述吸附材料可能占据所述墙壁内的通道或空隙，然后所述墙壁被加热/冷却，因此通过传导间接地加热/冷却所述房间内的空气)。一风扇或送风机将使空气按照一所需路径(例如：从房子外面、经过/穿过吸附材料，然后进入房子内，或以相反的方向)被强制导入。第二个风扇及多个阀允许更复杂的操作。

相关申请

本申请是于2018年2月26日申请的美国专利申请62635263“使用湿度波动进行冷却、加热及稳定湿度”的连续案。

技术领域

本发明涉及温度及湿度控制的领域。

背景技术

当水从一材料蒸发时，所述水吸收潜能(latent energy)及结合能，并且冷却周围环境，当一材料吸收水时，所述材料释放潜能及结合能，并且加热所述周围环境。

本发明的目的是通过使用众所周知的蒸发冷却及吸收/吸附加热机制，利用及储存湿度条件来为冷却、加热及湿度平衡提供动力。

发明内容

吸湿性材料(hygroscopic material)中吸附(或吸收)的水的化学势是每分子水的摩尔吉布斯自由能的变化，mu＝dU/dN。水在空气中也具有化学势。当吸湿性材料干燥且空气潮湿时，水在材料中的化学势比在空气中的化学势低，水会倾向于被材料吸附，将能量差(材料中水的化学势与空气中水的化学势之差)以热的形式释放出来。当材料潮湿而空气干燥时，情况则相反。吸湿性材料中水的化学势会随着吸水量的变化而变化。

本发明的装置及方法适于控制在一些限定体积内，如房屋中的一个房间，的空气的温度及湿度。最基本的系统包括一定量的吸附材料以及用于使空气经过或通过所述材料的多个部件。这种空气可能来自于被冷却的所述体积的外部或内部，所述空气同样地也可能随后被传递到外部或内部。直接的温度及湿度控制发生在空气被调节并且被送入所述房间内时；间接控制也是可能的，通过影响墙壁的温度(所述吸附材料可能占据所述墙壁内的通道或空隙，然后所述墙壁被加热/冷却，因此通过传导间接地加热/冷却所述房间内的空气)。一风扇或送风机将使空气按照一所需路径(例如：从房子外面、经过/穿过吸附材料，然后进入房子内，或以相反的方向)被强制导入。第二个风扇及多个阀允许更复杂的操作，下文将详细描述所述更复杂的操作。

操作所述系统的基本方法涉及在所述吸附材料及一空气源之间的热及质量交换。一个特别简单的实施例使用一恒定的气流造成缓冲效果，稳定空气温度及湿度的波动。每日、季节性及年度的温度及湿度波动都可能发生缓冲。例如，在白天，室外温度升高，相对湿度下降。来自室外的一恒定气流通过吸附材料，然后进入房间内，在白天(室外湿度低时)期间会使吸附材料干燥，并使空气湿润，使空气冷却，从而使房间内的空气比房间外的空气更凉爽。在晚上，当室外温度下降，湿度水平上升，已干燥的吸附材料会吸收外界潮湿空气中的水分，并加热所述空气。通过这种方式，温度及湿度都得到缓冲，使(温度及湿度的)峰值变平坦，并且减少任何动力加热(powered heating)或冷却系统必须使用的时间。多种更先进的方法是在特定的时间操作所述系统，以便冷却、加热、除湿、加湿及再生所述吸湿性材料以供进一步使用，并且可能考虑到对未来室外温度、湿度条件的预测，以及这些条件的理想范围。这些操作是在环境湿度条件及吸湿性材料的饱和度允许的范围内进行的。

许多实施例利用空气与吸附剂或吸湿性材料之间的热及质量交换。所述热交换过程可以直接或间接地使用传导、辐射、自由对流或强制对流的方法。