CN101535727A - 通用除湿工艺及设备 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

通用除湿工艺及设备
申请人根据美国35 U.S.C.§119(e)特此要求2006年8月14日提交的美国专利申请号11/503,712的优先权利益，其公开内容在这里通过引用被并入。
技术领域
本发明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。
背景技术
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技术)或基于干燥剂基底捕获技术(desiccant substrate capturetechnology)(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，以在将它引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，将被引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，但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小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。
发明内容
本发明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。
根据本发明的方面，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。
根据本发明的另一方面，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。
在本发明的工艺和设备中，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，例如甘油或乙二醇。这里流体可维持在低的水浓度，以便最大化渗透通量。一般的膜对甘油的渗透性比对水的渗透性小大约1000倍。然而，可能出现某个相反的传输。
在一些情况下，灭菌成分(biocidal component)可结合为通过膜的最大通量而选择的溶质来添加到渗透流体。灭菌成分选择成阻止表面上的微生物生长或生物堵塞(biofouling)，而微生物生长或生物堵塞自然地出现在含水环境中并最终阻塞膜或小孔。可能存在于渗透流体中作为离子种类的灭菌或抑菌添加剂(bacteristatic additive)的例子包括银和铜。除了这些简单的离子抗菌剂以外，还可使用小浓度的较大的分子例如季铵类或gluteraldehyde。Gluteraldehyde是腐蚀性比大多数其它化学制品低且不损坏塑料的杀菌剂和消毒剂的例子。漂白(例如次氯酸)例如是抗菌剂，但加速腐蚀且不是对渗透流体的优选的添加剂。
可用几种不同的方法维持渗透流体的高溶质浓度，包括：1)额外的水可能被蒸发或以另外的方式从流体移除；2)可在适当的时间或时间间隔补充溶质；和/或3)当渗透流体中水的浓度超过使水被溶质完全饱和所需的量时，可提供具有额外的溶质(未溶解)的流体。其它技术或技术的组合也可用于维持高溶质浓度。
然而，除湿设备优选地包括用于重新产生渗透流体以维持渗透流体中的高溶质浓度，并因而在该设备的操作期间维持穿过渗透层的高的水浓度梯度的装置。重新产生装置可例如包括可操作来从渗透流体中连续或按需要蒸发额外的水的设备。
本发明的主要益处之一是可独立于温度而控制进入的空气的湿度。水可从进入的潮湿气流冷凝，利用渗透壁从气流快速和有效地移除水蒸汽而不需要移除显热(即，可在环境温度时从气流移除湿气)的能力。通过维持穿过膜的水浓度梯度来使被冷凝在渗透膜中的水移动到渗透流体中。通过使渗透流体内的水有足够低的浓度(即，高的溶质浓度或易混合的流体)来产生并维持穿过渗透膜的水浓度梯度。如果从空气移除的水蒸汽被排到排出区而不与被处理的空气接触，则接着可通过任何适当的方式使现在被除湿的气流冷却到任何期望的温度，例如通过使用标准空气调节循环。因此，进入的气流通过单独地控制其湿度和温度而变得更舒适。
本发明提供的另一优点是可使用比使用现有技术方法所需要的少的能量来使气流除湿。例如，本发明的重新蒸发功率要求低于例如通过重新加热干燥剂床层来从系统移除水的情况。这是因为渗透流体用作对被捕获的水蒸汽的潜能缓冲液(latent energy buffer)(即，当水蒸汽冷凝时释放的冷凝热被渗透流体缓冲)。虽然使用能源来帮助额外的水(例如通过分离或重新蒸发)从渗透流体中移除可能是必要或期望的，该工艺与例如DS循环的类似步骤比较可能相对简单和能量有效，在DS循环中，干燥剂床层通常离线并被加热。
本发明的工艺和设备具有很少的移动部分和长时间的除湿能力的额外优点。即使必须最终移除积聚的排出水且必须消耗能量，设备的操作可在延长的时期内继续，而没有这样的水移除。可容许的原因是水不需要以与它产生时相同的速率或相同的时间被分离或重新蒸发。如果水被引导到外面，或较低湿度的废物流存在的地方，或优选地废热源存在的地方(例如空气调节系统的冷凝器或压缩器)，则水可逐渐蒸发，而系统不用做额外的工作。
本发明的又一优点是提供了用于使气流除湿的方法和装置，其可用于异常的轮廓，例如空气处理设备的管，汽车、卡车和轮船的面板，以及房间和办公室建筑物的壁，高空电线检修工(hiker)和手术室中医师的衣服，以及在潮湿环境中睡觉的人的床单。膜可被模制成待除湿的体积的边界的轮廓，渗透溶液容纳在与其相邻的空间中。本渗透壁还能够配置在刚硬或柔性室内，其中壁被折叠或以另外的方式布置成提供明显大于例如穿过室延伸的平面壁的相当大的表面积。作为结果，通过渗透壁的总通量明显增大。
根据下面提供的本发明的详细描述和附图，本发明的方法和设备的这些和其它目的、特征和优点将变得明显。下面描述的方法和设备构成下面的发明的优选实施方式，且因此不构成本发明的所有方面，在考虑这里大体上公开的发明之后本领域技术人员将或可能明白这些方面。
附图简述
图1是结合了本发明的实施方式的特征的空气调节系统的示意图。
图2是结合了本发明的实施方式的特征的空气调节系统的示意图。
图3是根据本发明的教导构造的设备的示意性分解图。
实施本发明的最佳模式
图1和2示意性描绘了用于调节封闭的空间102内的气体(例如空气)的空气调节系统100。系统100包括除湿设备104(由虚线内的部件表示)和冷却设备106。除湿设备包括除湿器108和蒸发器110。在本实施方式中，蒸发器包括辅助加热器112。除湿器108示意性地示为分成气流室116和渗透流体室118的外壳114。室118容纳渗透流体，其为具有溶解在其中的溶质的水。室116、118由包括渗透膜126的半透性渗透壁120分开，如下所述。
在提供半透性渗透壁和渗透流体的特性和特征以及它们之间的相互关系的更详细的描述之前，首先大致理解合并了它们的空气调节系统100的总的操作是有益的。
系统100一般操作如下：风扇128或其它适当的气流发生器将箭头130所表示的潮湿外部空气抽到进口管132中，且将其吹入并通过气流室116。管132内的阀134可引导除湿器周围的该空气中的全部、一些或没有一部分空气通过旁路管136，取决于除湿要求。在此示意图中，根据来自传感器135的信号来控制阀134，该传感器135测量气流在离开除湿器108时的湿度。
当空气穿过室116时，空气中的水蒸汽冷凝成渗透膜126的小孔内的液体形式。水随后穿过渗透膜126行进，进入室118内的渗透流体。现在为湿度较低的空气离开气流室116而穿过管139，并被引导到可为任何期望的类型的冷却设备106中。如果必要或需要，冷却设备106使空气冷却，并通过管141将其排到被调节的封闭的空间102中，如箭头137所示。被冷却和除湿的空气的部分可通过除湿器和冷却设备重新循环，例如通过经由管138将其一部分返回到进口管132，以与进入的外部空气130混合。阀140或类似物控制重新循环的空气的量，并可响应于参数的任何数字，例如外部空气130和空间102内空气的其中之一或二者的湿度和/或温度。虽然没有在图1中示出，但如果不需要除湿，空间102内被调节的空气也可只通过冷却设备重新循环。
进一步关于系统100的操作，渗透溶液通过管142离开室118，穿过蒸发器110，并通过管144返回到室118。如上所述，蒸发器110是用于重新产生渗透流体的装置的例子，且本发明不限于用于蒸发器110。在蒸发器110中，渗透流体内的水以被选择成维持室118中渗透流体内的期望水浓度的速率蒸发到大气中。如图1所示，辅助加热器112和管142内的泵146可用于影响蒸发的速率。它们的操作由来自传感器148的信号控制，传感器148监控室118内的渗透流体的水浓度。使蒸发器110中的水蒸发所需的辅助热可为来自冷却设备106的废热，但在图1中没有示出此热传输。
用于维持渗透流体中的适当水浓度的可选方法是将来自室118的渗透流体引导到暴露给外部空气的大表面积溢流盘中。具有适当的水浓度的新鲜渗透流体按需要被抽到室中。
半透性渗透壁120一般包括提供对渗透膜126的支持的大孔结构149。大孔结构149可包括与渗透膜126相同的材料、不同的材料或其某种组合。大孔结构149可布置在渗透膜126的一侧或两侧上，或与渗透膜126结合。大孔结构149一般是多孔的，具有允许水蒸汽进入渗透膜126的第一侧和/或允许渗透流体进入渗透膜126的第二侧的小穴、小孔或类似物，取决于所使用的特定的大孔结构149及其相对于渗透膜126的位置。图1为了例证的目的示意性示出在渗透膜126的第二侧上的大孔结构。
渗透膜126是亲水膜，其具有一般在大约五(5)纳米和一百(100)纳米之间的范围内的厚度。膜126越薄，通过膜126并进入渗透流体的水通量就越大，因为穿过渗透膜126的通量与渗透膜126的厚度成反比。由于在渗透膜126两端被渗透流体施加的吉布斯自由能量推力，渗透膜126的小孔形态允许水通过渗透膜126并进入渗透流体室118的传输。这是因为被冷凝在渗透膜126的小孔中的水是纯液体状态的水，且渗透流体被选择成具有高的溶质浓度。渗透流体对被冷凝的纯水施加一种渗透“压力”。渗透压力的量值用范特霍夫方程描述，而渗透压力梯度与该量值成正比并与渗透膜126的厚度成反比。
渗透膜126的优选小孔尺寸依赖于在渗透流体中使用的溶质的性质。如上所述，小孔不应大到使得水合溶质分子可穿过其或进入并阻塞小孔。大约10到20埃(10-20)的小孔直径(即，膜内表面之间的分开距离)对用于大部分渗透流体是可接受的。如果盐溶液用作渗透流体，则大约5到10埃(5-10)的小孔直径是优选的。通过渗透膜126的水通量是膜渗透性和渗透膜126两端水浓度差的函数。通量等于渗透性、横截面积和渗透膜126两端水浓度差的积。渗透性与膜126的厚度成反比。
本发明的渗透膜126优选地由合成材料制成，包括但不限于合成聚合物。乙酸纤维素和聚酰胺是可接受的合成聚合物的例子。
除湿器108，且更具体地渗透壁120、气流室116和渗透流体室118可呈现各种不同的配置。如图1示意性示出的，渗透壁120可布置在分离气流室116和渗透流体室118的箱式外壳内。在图2中示意性示出的可选布置包括圆柱体管121形式的渗透壁120的阵列，其中潮湿的空气130在管121周围以及管121之间流动，且渗透流体流经管121。可选地，潮湿的空气可流经管121，而渗透流体可布置在管外部。进一步可选的布置包括柔性平面渗透壁、折叠成增加在气流室116和渗透流体室118之间延伸的渗透壁的表面积的配置(例如，非随机布置如波纹管和波纹，或随机折叠的束状布置)的柔性渗透壁。例如图1所示的实施方式包括具有特定的表面积的平面渗透壁。通过利用具有折叠的配置的渗透壁而不是所示平面配置，可在图1的实施方式中提供额外的渗透壁表面积。折叠配置的增加的表面积可允许在给定的一段时间内通过渗透壁的较大的流。如上所述，这样的柔性布置在诸如高空电线检修工和手术室中医师的衣服以及在潮湿环境中睡觉的人的床单的应用中可提供相当大的效用。在仍然进一步的可选布置中，渗透壁120可模制成待除湿的体积的边界的轮廓，渗透流体容纳在与其相邻的空间中。
具有如下溶质分子的渗透流体是可接受的渗透流体的例子：1)在脱水和/或水合状态中不透过渗透膜126；2)在水中具有高溶解性；以及3)不恶化渗透膜126。渗透流体可为离子溶液或非离子溶液。也可使用非水溶液。渗透流体的例子是锂和镁盐溶液以及磷酸盐溶液，但还可使用其它盐。两种非水渗透流体溶液的离子是甘油和乙二醇。
在前述说明中，方法被描述为用于维持穿过渗透膜126的高的水浓度梯度，该方法包括蒸发额外的水或将新鲜渗透流体添加到渗透流体室118。在进一步的实施方式中，渗透流体有意地包括超过饱和限制的溶质。因此，溶质晶体最初存在于渗透流体中。当水穿过渗透膜126并进入渗透流体时，由于额外的水的存在，更多的溶质将溶解；且因此溶液中溶质的浓度将保持在最高水平，即，饱和。最后，当所有未溶解的溶质晶体溶解且更多的水进入渗透流体时，溶质的浓度将逐渐降低，且渗透推力将降低，从而减小通过渗透膜126传输的水的量。此时，水必须被除去，且渗透溶液重新凝缩。
可用于形成渗透膜126的市场上可买得到的材料的例子包括“聚酰胺ROAK膜(Polyamide ROAK Membrane)”和“薄膜NF HL膜(Thin FilmNF HL Membrane)”，这两者都由GE Osmonics制造，并由通过反向渗透净化含盐水的美国华盛顿州Kent的Sterlitech Corporation出售。可用于形成渗透膜126的其它市场上可买得到的材料包括由通过正向渗透净化水的美国俄勒冈州Albany的Hydration Technologies，Inc.出售的“X-Pack”和“Expedition”。
现在参考图3，其示出本发明的除湿工艺，100ml导管200的内部体积201填充有包括氯化锂的饱和水溶液的渗透溶液。多个不同的渗透壁120单独地布置在导管的顶部唇缘203和室204之间，每个渗透壁120直径大约为5厘米(5cm)，室204对顶部唇缘203的顶部上的空气敞开。从导管200延伸的管205用于测量导管200的水增加的速率。在大约70％和90％之间的相对湿度的潮湿空气被吹到导管200的顶部上，且管205中的液体水平的变化被测量为每个壁120的时间的函数。渗透流体使用磁混合器在导管200的底部与进入的水混合。结果在下面的表中示出：
 
渗透膜 水通量(升/平方米-小时)
聚酰胺RO AK 0.28
薄膜NF HL 0.30
X-Pack 0.60
Expedition 0.80
从这些实验中很明显，毛细冷凝出现在每个半透性渗透壁120中的小孔尺寸的区域中，而水很可能经由跨过壁120的厚度形成的水桥(waterbridge)穿过渗透壁120的厚度。每个渗透壁120通过不允许渗透流体在潮湿空气的方向上的相当多的渗透而维持高的水浓度梯度，从而导致水通过渗透壁120被推动并进入渗透流体。可以认为，不同的渗透壁120由于其不同的厚度和渗透性而展示不同的水通量。这些特征将影响连接穿过壁120行进并进入渗透流体的液体的水桥，且因而影响水通量率。
虽然已经参考本发明的示例性实施方式描述和示出了本发明，但本领域的技术人员应理解，可进行前述和各种其它变化、省略和增加，而不偏离本发明的实质和范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于使气流除湿的工艺，包括步骤：
提供具有随机布置的小孔、第一侧和第二侧的半透性亲水渗透膜，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膜形成的室中，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。
2.如权利要求1所述的工艺，其中所述渗透膜的所述小孔穿过所述渗透膜的厚度随机地布置，所述厚度在所述第一侧和第二侧之间延伸，且所述膜内的小孔的随机布置允许被冷凝在所述膜内的水在所述除湿工艺期间在从所述第一侧到所述第二侧的方向上行进。
3.如权利要求2所述的工艺，其中所述渗透膜的所述厚度在大约5纳米和100纳米之间。
4.如权利要求1所述的工艺，其中所述半透性膜是柔性的。
5.如权利要求4所述的工艺，其中所述半透性膜包括折叠配置。
6.如权利要求5所述的工艺，其中所述折叠配置包括多个波纹。
7.如权利要求1所述的工艺，其中所述半透性膜形成多个管，其中所述渗透流体放置在所述管的内部。
8.如权利要求1所述的工艺，其中所述半透性膜形成多个管，其中所述渗透流体放置在所述管的外部。
9.如权利要求1所述的工艺，进一步包括重新产生所述渗透流体来维持所述渗透流体中的高的溶质浓度的步骤。
10.如权利要求9所述的工艺，其中重新产生所述渗透流体的所述步骤包括从所述渗透流体蒸发额外的水的步骤。
11.如权利要求9所述的工艺，其中重新产生所述渗透流体的所述步骤包括将溶质添加到所述渗透流体的步骤。
12.如权利要求1所述的工艺，其中所述渗透流体包括超过所述渗透流体内溶质的饱和限制的溶质。
13.一种用于使气流除湿的设备，包括：
至少一个半透性亲水渗透膜，其具有随机布置的小孔，所述小孔中的一部分小到足以允许毛细冷凝，所述渗透膜具有第一侧和第二侧；
至少一个气流室，其部分地由所述渗透膜形成，所述气流能够通过所述至少一个气流室流动，其中所述渗透膜的所述第一侧被设置成以便暴露给所述气流室内的所述气流；以及
至少一个渗透流体室，其部分地由所述渗透膜形成，其中所述渗透膜的所述第二侧被设置成以便暴露给所述渗透流体室内的渗透流体。
14.如权利要求13所述的设备，进一步包括配置在所述渗透流体室中并与渗透膜的所述第二侧接触的渗透流体。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述渗透流体包括超过所述渗透流体内溶质的饱和限制的溶质。
16.如权利要求13所述的设备，其中所述至少一个渗透壁具有折叠配置。
17.如权利要求13所述的设备，其中所述渗透膜的所述小孔穿过所述渗透膜的厚度随机地布置，所述厚度在所述第一侧和第二侧之间延伸，且所述膜内的小孔的随机布置允许被冷凝在所述膜内的水在除湿期间在从所述第一侧到所述第二侧的方向上行进。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述渗透膜的所述厚度在大约5纳米和100纳米之间。
19.如权利要求13所述的设备，其中所述半透性渗透膜是柔性的。
20.如权利要求13所述的设备，进一步包括渗透流体再生器。
21.一种用于使气流除湿的工艺，包括步骤：
提供具有多个小孔的半透性亲水渗透膜，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所述半透性渗透膜形成的室中；
利用所述渗透膜来阻止渗透流体穿过所述半透性壁；
通过所述渗透膜内的毛细冷凝从所述气流移除水蒸气；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。
22.一种用于除湿的设备，包括：
至少一个半透性亲水渗透膜，其具有小到足以允许毛细冷凝的一部分小孔；
至少一个气流室，其部分地由所述渗透膜形成；
至少一个渗透流体室，其部分地由所述渗透膜形成；以及
渗透流体，其配置在所述渗透流体室内，所述渗透流体具有溶质浓度，所述溶质浓度大到足以产生穿过所述渗透膜的水浓度梯度，所述水浓度梯度大到足以产生通过所述渗透膜的水的通量；
其中所述渗透膜可操作来将实质上所有的所述渗透流体保持在所述渗透流体室内，并使配置在所述气流室内的气体中所包含的水蒸汽冷凝。
23.如权利要求1所述的工艺，其中所述渗透膜的所述随机布置的小孔穿过所述渗透膜的厚度随机地布置，所述厚度在所述第一侧和第二侧之间延伸，且所述膜内的小孔的随机布置允许被冷凝在所述膜内的水在除湿工艺期间在所述第一侧和所述第二侧之间沿着通过所述随机布置的小孔延伸的路径行进。
24.如权利要求13所述的设备，其中所述渗透膜的所述随机布置的小孔穿过所述渗透膜的厚度随机地布置，所述厚度在所述第一侧和第二侧之间延伸，且所述膜内的小孔的随机布置允许被冷凝在所述膜内的水在除湿工艺期间在所述第一侧和所述第二侧之间沿着通过所述随机布置的小孔延伸的路径行进。

Claims (22)

1.一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。
2.如权利要求1所述的工艺，其中渗透层设置有在所述第一侧和第二侧之间延伸的厚度，且所述厚度使得水桥在所述除湿工艺期间在从所述第一侧到所述第二侧的方向上延伸。
3.如权利要求2所述的工艺，其中所述渗透层的所述厚度在大约5纳米和100纳米之间。
4.如权利要求1所述的工艺，其中所述半透性壁是柔性的。
5.如权利要求4所述的工艺，其中所述半透性壁包括折叠配置。
6.如权利要求5所述的工艺，其中所述折叠配置包括多个波纹。
7.如权利要求1所述的工艺，其中所述半透性壁形成多个管，其中所述渗透流体配置在所述管的内部。
8.如权利要求1所述的工艺，其中所述半透性壁形成多个管，其中所述渗透流体配置在所述管的外部。
9.如权利要求1所述的工艺，进一步包括重新产生所述渗透流体来维持所述渗透流体中的高的溶质浓度的步骤。
10.如权利要求9所述的工艺，其中重新产生所述渗透流体的所述步骤包括从所述渗透流体蒸发额外的水的步骤。
11.如权利要求9所述的工艺，其中重新产生所述渗透流体的所述步骤包括将溶质添加到所述渗透流体的步骤。
12.如权利要求1所述的工艺，其中所述渗透流体包括超过所述渗透流体内溶质的饱和限制的溶质。
13.一种用于除湿的设备，包括：
至少一个半透性渗透壁，其具有渗透膜，所述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；
至少一个气流室，其部分地由所述渗透壁形成，其中每个渗透膜的所述第一侧被暴露给所述气流室；以及
至少一个渗透流体室，其部分地由所述渗透壁形成，其中每个渗透膜的所述第二侧被暴露给所述渗透流体室。
14.如权利要求13所述的设备，进一步包括配置在至少一个渗透流体室中并与渗透膜层的所述第二侧接触的渗透流体。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述渗透流体包括超过所述渗透流体内溶质的饱和限制的溶质。
16.如权利要求13所述的设备，其中所述至少一个渗透壁具有折叠配置。
17.如权利要求13所述的设备，其中渗透层设置有在所述第一侧和第二侧之间延伸的厚度，且所述厚度使得水桥在除湿工艺期间在从所述第一侧到所述第二侧的方向上延伸。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述渗透层的所述厚度在大约5纳米和100纳米之间。
19.如权利要求13所述的设备，其中所述半透性渗透壁是柔性的。
20.如权利要求13所述的设备，进一步包括渗透流体再生器。
21.一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，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所述半透性壁形成的室中；
利用所述渗透膜来阻止渗透流体穿过所述半透性壁；
通过所述渗透膜内的毛细冷凝从所述气流移除水蒸气；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。
22.一种用于除湿的设备，包括：
至少一个半透性渗透壁，其具有渗透膜，所述渗透膜具有小到足以允许毛细冷凝的一部分小孔；
至少一个气流室，其部分地由所述渗透壁形成；
至少一个渗透流体室，其部分地由所述渗透壁形成；以及
渗透流体，其配置在所述渗透流体室内，所述渗透流体具有溶质浓度，所述溶质浓度大到足以产生穿过所述渗透膜的水浓度梯度，所述水浓度梯度大到足以产生通过所述渗透膜的水的通量；
其中所述渗透膜可操作来将实质上所有的所述渗透流体保持在所述渗透流体室内，并使配置在所述气流室内的气体中所包含的水蒸汽冷凝。
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