CN109843413B - 具有差动阀面积的加热的湿气泵 - Google Patents

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Abstract

包括湿气泵的系统，用于从内部环境去除水分到外部环境。湿气泵包括限定腔室的壳体，具有加热器、热扩散器和干燥剂，干燥剂用于当加热器关闭时选择性地吸附加热腔室中的水蒸气，并且当加热器打开时将水蒸气去吸附到加热腔室中。阀组件也由壳体维持为在吸附位置与去吸附位置之间可转变。吸附位置允许水蒸气被从内部环境运输到加热腔室中。去吸附位置允许水蒸气被从加热腔室中运输，以供运输进入外部环境。吸附口和去吸附口可具有非对称的吸附和去吸附面积。

Description

具有差动阀面积的加热的湿气泵
优先权声明
本专利申请要求于2016年10月7日提交的，名为“具有差动阀面积的加热的湿气泵(Heated Moisture Pump Having A Differential Valve Area)”的美国临时申请第62/405,475号，其全部内容以参见的方式纳入本文。
技术领域
总地来说，本申请涉及减少外壳中的湿气。更具体地，本申请用于减少外壳中湿气的、具有加热器的湿气泵。
背景技术
过度湿气会损害许多物品。如本文所使用的，术语“湿气”旨在指从外界大气中扩散或凝结的、呈液体形式或蒸汽形式水。比如，电气产品和电子产品可由于过度的湿气而损坏或改变。类似地，经受热循环的封闭部件(例如容纳在壳体中的那些部件)容易受到湿气相关问题的影响。容易受到不期望的湿气影响的外壳的示例包括例如汽车前照灯单元、容纳在封闭壳体中的电子器件以及外壳内的加热源的开启/关闭循环导致湿气积聚的其它系统。
从此类外壳去除湿气的一种手段是提供更大的气流穿过或通过外壳。然而，当部件位于封闭外壳中时，难以提供足够的气流，而诸如增加通气开口尺寸的更传统的减少湿气的方法可以加剧诸如外壳污染的之类问题。
管理外壳中的湿气的另一种手段是在外壳内放置除湿剂或干燥剂。当术语“干燥剂”或“除湿剂”在本文使用时，它们旨在指从空气中吸附水蒸气并从而能够减少封闭容器内空气中的湿气的任何材料。然而，干燥剂吸附湿气的能力有限，并需要“再生”或去除吸附的湿气以继续用作去除外壳内空气中的湿气的装置。
管理外壳中的湿气的另一种手段是借助湿气泵，在湿气泵中，在吸附周期期间将空气从封闭空间传输到加热腔室中的干燥剂，并且在去吸附(解吸附)周期期间空气被蒸发到外部环境。然而，现有的湿气泵在湿气能被从封闭空间捕获而不需要求助于越来越大的装置所处的速率方面受到限制。
发明内容
一些方面涉及用于从环境去除湿气的系统、方法和设备。例如，一些实施例涉及具有用于非对称吸附和去吸附的端口的差动阀面积的湿气泵以及相关的使用和制造方法。
一些实施例涉及一种装置，其包括限定包含加热器的第一腔室的壳体，具有进入腔室中的至少一个吸附口和在腔室中靠近(一个或多个)吸附口定位的干燥剂。第一腔室可称为加热器腔室。加热器被保持在加热腔室中，并且构造为对加热腔室进行加热。阀组件位于壳体中，并且可在吸附位置与去吸附位置之间转变，在吸附位置中，阀组件打开通入加热腔室中的(一个或多个)吸附口以将水蒸气传输到加热腔室中，在去吸附位置中，阀组件密封(一个或多个)吸附口并打开形成在壳体的一部分与阀组件之间的去吸附口，用于将水蒸气传输到加热腔室之外。
在一些实施例中，吸附口和去吸附口各自分别限定吸附面积和去吸附面积，并且吸附面积大于去吸附面积以提供差异化阀面积。在某些实施例中，(一个或多个)吸附口包括以平行的组排列在壳体中的多个开口，每个开口布置为垂直于阀组件的行进(行程)方向。因此，吸附口包括在壳体中的多个开口以限定吸附面积。每个开口具有沿阀组件的行进方向的宽度，其大致等于去吸附口的宽度。阀组件包括其中具有多个开口和多个阻塞区的阀组件，该多个开口布置为当阀组件处于吸附位置中时与吸附口开口对准，该多个阻塞区布置在各开口之间，所述多个阻塞区设置为当阀组件处于去吸附位置中时与吸附口开口对准并且阻塞吸附口开口。去吸附口具有的宽度大致等于多个吸附开口的每个开口的宽度。多个吸附开口中的每个开口的宽度优选地小于或等于阀组件的相应的阻塞区的对应的宽度。
在一些实施例中，吸附口可包括在壳体的壁中的至少一个开口，其靠近并且基本平行于干燥剂。例如，壳体可包含在其中的空穴，并且(一个或多个)开口可定位为平行于干燥剂的表面并且与干燥剂隔开空穴。在壳体是圆柱形桶的情况下，干燥剂也可以是基本上圆柱形的，并且定位在壳体内且与壳体通过空穴隔开。在一些实施例中，壳体的壁至少部分地围绕干燥剂，并且远离干燥剂一距离，即，该距离允许在壳体的壁与干燥剂之间的空气流动。在一些实施例中，阀组件包括在壳体之内并且滑动地安装在壳体内的阀组件，阀组件可操作成在吸附位置中覆盖去吸附口，并且可操作成在去吸附位置中覆盖至少一个吸附口。
一些实施例可包括被称为凝结腔室的第二腔室，该第二腔室被限定在去吸附口与通气口之间，具有覆盖通气口的膜。该膜可以是水蒸气可透并且不透液态水的。阀组件可在吸附位置和去吸附位置之间转变，在该吸附位置中，阀组件用去吸附口盖来密封位于加热腔室和凝结腔室之间的去吸附口并且打开通入加热腔室的吸附口，以将水蒸气传输到加热腔室中，在该去吸附位置中，阀组件用吸附口盖来密封吸附口并且打开位于加热腔室和凝结腔室之间的去吸附口，以将水蒸气传输到加热腔室之外。
还有其它实施例涉及装置，该装置包括限定加热腔室和凝结腔室的壳体；覆盖通气口的膜；位于加热腔室中的干燥剂；被维持在加热腔室中并且被构造成对加热腔室进行加热的加热器；以及由壳体维持的阀组件，该阀组件包括位于加热腔室中的口覆盖框架。壳体具有通入加热腔室的吸附口、在加热腔室和凝结腔室之间的去吸附口、以及离开凝结腔室的通气口。该膜是水蒸气可透并且不透液态水的。该阀组件可在吸附位置和去吸附位置之间转变，在吸附位置中，阀组件用口覆盖框架来密封位于加热腔室和凝结腔室之间的去吸附口并且打开通入加热腔室的吸附口，以将水蒸气传输到加热腔室中，在去吸附位置中，阀组件用口覆盖框架来密封吸附口并且打开位于加热腔室和凝结腔室之间的去吸附口，以将水蒸气传输出加热腔室。
虽然公开了多个实施例，但是从以下示出和描述本发明的说明性实施例的详细描述，本发明的还有其它实施例对于本领域技术人员而言将变得明了。因此，附图和详细描述在本质上被认为是说明性的而不是限制性的。
附图说明
图1是根据一些实施例的包括湿气泵的系统的立体图。
图2A是根据一些实施例、处于去吸附构造中的湿气泵的第一示例的剖切侧视图。
图2B是图2A所示的湿气泵的侧视图。
图3A是图2A-图2B所示的湿气泵处于吸附构造中的剖切侧视图。
图3B是图3A所示的湿气泵的侧视图。
图4是根据一些实施例、处于去吸附构造中的湿气泵的第二示例的剖切侧视图。
图5是图4所示的湿气泵处于吸附构造中的剖切侧视图。
图6是示出处于去吸附构造中的图2-图3所示的湿气泵的运行的剖切侧视图。
图7A是示出处于去吸附构造中的图4-图5所示的湿气泵的去吸附运行的第一部分的剖切侧视图。
图7B是示出处于去吸附构造中的图4-图5所示的湿气泵的去吸附运行的第二部分的剖切侧视图。
图8是示出根据一些实施例、处于去吸附构造中的湿气泵的第三示例的运行的剖切侧视图。
图9和图10是根据一些实施例的、与没有差动阀面积的湿气泵相比较的、具有差动阀面积的湿气泵测试数据的示意图示。
具体实施方式
图1是包括外壳壳体12的系统10的立体图，外壳壳体12限定外壳(封壳)并且将外部环境14与内部环境16隔开。如本文所使用的，“外部”和“内部”是用于描述相对于外壳壳体12的空间，空间例如在外壳壳体的相对侧上。如图1所示，系统10还包括由外壳壳体12维持并且与外部环境14和内部环境16连通的湿气泵20。
在一些实施例中，诸如灯泡的加热源(未示出)位于内部环境16中。系统10用于诸如前照灯(头灯)的汽车应用场合，其中加热源循环根据汽车应用场合的要求开启和关闭。用于湿气泵20的其它潜在应用包括各种电子外壳。在一个示例中，电子外壳具有用作循环的加热源的电子部件。无论是前照灯还是其它加热源，加热源的循环都会导致湿气18(例如，空气或水蒸气中的湿气)积聚在系统10的内部环境16中。湿气的存在会减少加热源或其它部件的有用生命周期，特别是暴露于系统10的内部环境16的电气部件或电子部件。
如所示的，湿气泵20邻近外壳壳体12定位并且暴露于外部环境14和内部环境16。湿气泵20引导湿气18离开内部环境16到外部环境14。如所示的，尽管可以考虑各种形状，但是湿气泵20具有旋转对称的形状，带有圆柱形的部分。
壳体22可选地与外壳壳体12形成气密密封、防潮密封和防水密封中的至少一种。在一些实施例中，湿气泵20将湿气18从内部环境16引导进入壳体22内部的一个或多个腔室，并且将湿气18从一个或多个腔室引导到外部环境14。以这种方式，湿气泵20便于从内部环境16去除湿气18，以延长暴露于系统10的内部环境16的加热源或其它部件的有效生命周期。
图2A是根据一些实施例的、处于去吸附构造种的湿气泵20的剖切侧视图。在此描述的所有部件以部分剖视图示出。湿气泵20包括包含阀组件24的壳体22。阀组件24包括设置为与壳体22相邻的阻塞构件和任何合适的连杆，连杆用于将阻塞构件连接到致动件34。在壳体22内是包含有与热扩散器28相邻的干燥剂30的腔室32，热扩散器28与加热器26热连接。这使得热扩散器28与加热器26和干燥剂30两者接触。加热器26、热扩散器28、干燥剂30和阀组件24的组件由致动件34偏置抵靠壳体40的第一端46的内表面36；并且由弹簧38偏置为抵靠壳体的第二端48。致动件34可操作成使阀组件24在壳体22内移动。如所示的，致动件34在它致动时使加热器26、热扩散器28、干燥剂30和阀组件24的整个组件移动；但是实际上，致动件可以是仅与湿气泵20很少的内部部件机械联接、例如仅与阀组件24联接。
壳体22限定用于容纳或运输湿气的一个或多个腔室。如图2A和图2B所示，壳体22可限定腔室32。运行中，水蒸气被选择性地运输到腔室32内(例如，通过示出为闭合的一个或多个吸附口42)并且又通过示出为开启的去吸附口44被运输出腔室32。在某些实施例中，腔室32是圆柱形的，并且干燥剂30设置在热扩散器28的面向外朝向腔室、且朝向壳体22的内壁的外表面上。腔室32形成一空穴，该空穴围绕干燥剂30，并且提供在干燥剂30与腔室中的空气之间的湿气传输。从腔室32中从去吸附口44运输走的蒸汽一般不受阻地经由去吸附开口52通到外部环境14。在某些实施例中，较少百分比的蒸汽可能在开口52内的表面上凝结，该开口从去吸附口44伸出，以阻止或减缓异物和外部湿气的侵入。一般地，“去吸附口”是指这样的区域，其中，阀组件24转变成阻塞腔室32与外部环境14之间的空气流。去吸附口44可以通过附加的空气体积(例如开口52)而与外部环境14隔开；或可直接接触外部环境。
壳体22大致形成为具有一个或多个直径的圆柱形。壳体22可选地包括一个或多个开口(未示出)，用于容纳电导体(未示出)。该电导体允许将电能传递到壳体22的内部，诸如到加热器26。在一些实施例中，阀组件24和壳体22可两者均呈圆柱的形式，其中阀组件24嵌入在壳体内。
根据一些实施例，湿气泵20包括干燥剂30(以部分剖切示出)、加热器26和热扩散器28(以部分剖切示出)。湿气泵20一般运行成从进入湿气泵20的空气中除去湿气，并且将湿气返还给离开湿气泵20的空气。干燥剂30构造为通常在不加热时从腔室32中的空气中吸附水蒸气。干燥剂形式的非限制性示例包括但不限于：胶粘到稀松布上的珠状物、固体片剂(例如，具有吸附剂加粘合剂)、布(例如针织、机织或无纺布)、干燥剂材料加聚四氟乙烯(PTFE)(例如硅胶填充的PTFE)或柔性干燥剂层，例如含有干燥剂材料的柔性PTFE。虽然不限于任何特定的形状，但是干燥剂30示出为形成为圆柱形状。
在所示实施例中，加热器26将热量引导到热扩散器28用于加热干燥剂30。加热器26可选地通过可操作地耦接于其的电导体供电，该电导体定位为通过壳体22的一个或多个开口。加热器26的非限制性示例是正热系数(PTC)加热器。在一些实施例中，PTC加热器是自调整的。如图所示，热扩散器28邻近加热器26定位以接收由加热器产生的热量。如图所示，热扩散器28与加热器26导电接触以与其热耦接，尽管其它热传输模式(例如辐射)是可接受的。加热器26也可固定到热扩散器28。如所示的，加热器26定位为与热扩散器28相邻并且与致动件34相邻。如所示的，热扩散器28大致圆柱形的部分与干燥剂30导电接触。在一些实施例中，热扩散器28例如通过连接器/连接件(未示出)与干燥剂30机械连接。在一些其它实施例中，干燥剂30可粘附于热扩散器28，或可配装在热扩散器周围、例如围绕热扩散器伸展或形成。加热器26可由交流电或直流电供电。在许多应用场合中，直流电是容易获得作为加热器26的电源的。加热器26可选择为在应用中利用可获得的电压。选择加热器以可获得的电压工作可减少总体系统成本。在某些实施例中，对于较宽的阵列应用，包括但不限于汽车、计算机系统、照明和电子外壳，直流电压可以是从2V到80V，例如从2V到24V或从10V到16V。
加热器26可选择性地供电以生热。尽管热量的一部分会通过空气(例如经由对流)或其它部件耗散，但是总的来说所产生的热量的大部分被吸收到热扩散器28中。热扩散器28中的热量的至少一部分被吸收(例如经由传导)到干燥剂30中。例如，当热泵20处于去吸附构造中时，被吸附在干燥剂30中的水蒸气被加热，并且从干燥剂30被释放到腔室32中。当加热器26未被供电(即，处于吸附构造中)并且干燥剂30被充分冷却时，干燥剂30吸附空气中的水蒸气。
在运行中，湿气泵20可在吸附构造与去吸附构造之间转变。图2A和图2B示出去吸附构造，在去吸附构造中，阀组件24定位在去吸附位置中，使得吸附口42(这里示出为多个吸附开口)被阀组件24阻塞，并且去吸附口44在壳体22的第一端46与阀组件24之间打开(敞开)。该去吸附位置阻塞(阻挡)内部16与腔室32之间的空气流动，而同时允许腔室32与外部14之间的空气流动。当加热器26主动地加热热扩散器28和干燥剂30时，湿气泵20一般处于去吸附构造中，使得包含在干燥剂30中的湿气被从干燥剂中蒸发，并且被允许通过去吸附口44离开湿气泵20。
湿气泵20可由致动件34保持处于去吸附构造中，致动件34压抵于壳体22的第一端46的内表面36。在各个实施例中，致动件36是响应于温度的热机械致动件。在一些实施例中，致动件36包括相变材料，例如相变驱动器。当在本文中使用时，相变材料响应于温度膨胀或收缩，使得例如相变材料响应于被加热而膨胀，并且响应于冷却而收缩。相变材料的非限制性示例包括蜡(例如石蜡)、双金属元件和镍钛诺。致动件36与阀组件24机械连接，使得当致动件膨胀和收缩时，阀组件可在吸附位置与去吸附位置之间移动。
湿气泵20可被保持在去吸附构造中一段预先确定的时间段，即足以从干燥剂除去湿气的去吸附或再生时间段。去吸附或再生时间段是相对快的过程。对干燥剂30的主动加热从干燥剂移除水分，再生干燥剂和对腔室32的加热导致强烈的对流空气流，对流空气流有助于将湿气相对快地运出湿气泵20。由于热驱动的对流，去吸附口44可具有相对小的面积，而不损害湿气泵20排出湿气的能力。在某些实施例中，去吸附或再生可通过将干燥剂加热到高于或等于95℃的去吸附温度来实现。在一些实施例中，去吸附温度的范围可在从约110℃到约135℃；或从约105℃到约150℃。
一旦干燥剂被充分地再生，典型地是在10-30分钟之后，任何进一步的时间加热是浪费能源和热量的。此外，由于阀组件24设置为在处于去吸附构造时阻止受保护的外壳的内部16与腔室32之间的进入，在去吸附(再生)段期间不存在湿气减少。因此，期望相较于吸附时间段，对腔室32加热相对短的时间。
图2B从侧视立体(外部)视图示出处于去吸附构造中的图2A所示的湿气泵20。如所示的，阀组件24降低到去吸附位置，打开去吸附口44，去吸附口44可通过去吸附开口52看到。吸附口42由阀组件24关闭。
图3A是图2A所示的湿气泵20的剖切侧视图，示出为处于吸附构造中。吸附构造与去吸附构造的区别在于：阀组件24定位在壳体22内的吸附位置中，使得吸附口42(这里示出为多个吸附开口)不受阻，而去吸附口44是关闭的。湿气泵20可由例如弹簧38保持在吸附构造中，弹簧被偏置成抵抗致动件34。当致动件34收回时(例如，对于相变驱动器，是当致动件冷却并且收缩时)，弹簧38导致阀组件24移动到吸附位置中。当加热器26不将热量传递到腔室32时，致动件34和干燥剂30冷却。响应地，致动件34收缩，并且干燥剂30吸附腔室32的空气中的水蒸气。在运行中，湿气泵20的打开的吸附口42提供内部16与腔室32之间的空气的传输，使得干燥剂30吸收从内部16传输的湿气。
与去吸附或再生或时间段不同，从外壳吸附湿气到设备中可能花费更长的时间。当湿气泵20不受加热时，可获得的用于驱动对流的温差更小，所以从内部16到腔室32的湿气扩散可能常常是从受保护的外壳的内部通过吸附口42并且进入干燥剂30的主要运送方法。在湿气扩散运送中，待保护的外壳与靠近干燥剂的HMP内部之间的空气浓度中的湿气差通常是相对小的，从而使湿气运送变慢。在吸附时间段期间，因为扩散是比对流更慢的运送方法，吸附口42的累积面积对于从内部16到腔室32中的湿气运动会是限制性能因素，在腔室32中湿气能由干燥剂30吸附。如果存在由腔室32与内部16之间的温度差引起的对流性流、即那些由光源引起的对流性流，则这也是如此的。
在各实施例中，吸附口42可具有与去吸附口44不同的差动阀面积。吸附口与非吸附口的面积的非对称性可提供在吸附阶段期间对湿气更快速的吸附，在该吸附阶段期间湿气泵20处于吸附构造中。在去吸附阶段期间，在对湿气进行通气时去吸附口的有效性不受具有更小的面积的影响。如图2-图3示出的，吸附口42包括周向围绕壳体22设置的多个开口。因此，吸附面积可由构成吸附口42的所有开口的总的开口面积来定义。例如，吸附面积可在以下方面定义：包括吸附口42的各个开口的高度、周长(其可就壳体22的半径50进行定义)以及包括吸附口的开口的列数，阻塞开口的壳体的更少的任何其支承结构。相反，去吸附面积就去吸附口44(参见图2A)而言进行定义，在该情况下，去吸附面积可就去吸附口的高度和壳体22的周长进行定义。总地来说，吸附口42的各个开口的高度将大致等于或略小于去吸附口44的高度。因此，总的来说，湿气泵的吸附面积将超出去吸附面积一个因子，该因子大约等于或略小于包括吸附口42的开口的平行各列的列数。在某些实施例中，包括吸附口42的开口的各平行列垂直于阀组件24的行进方向延伸，并且沿阀组件的行进方向彼此偏移。在一些具体实施例中，吸附面积可以在约800至1000mm2之间，在700至1000mm2之间，在600至1000mm2之间，在500至1000mm2之间或在500至1200mm2之间。
在替代实施例中，阀组件24可以是可变尺寸的(例如，在吸附口处的阶梯式尺寸小于或大于在去吸附部分处的阀组件的尺寸)。例如，在一些实施例中，湿气泵20可在吸附口42处具有基本上圆柱形的壳体22和在去吸附口44处具有大致圆柱形的壳体，但是在吸附口与去吸附口之间具有不同的壳体的阶梯式半径。在该构造下，阀组件24也可具有阶梯式半径，并且可构造为嵌套在壳体22内。
图3B从侧视立体(外部)视图示出处于吸附构造中的图3A所示的湿气泵20。如所示的，阀组件24升高到吸附位置，打开吸附口42并且关闭去吸附口44。干燥剂30可通过吸附口42看见。
在图2-图3所示的构造中并且在类似的构造中，可通过增大包括吸附口42的开口的列数来增大吸附面积。因此，吸附口42的各列开口的高度和周长不会限制吸附面积，因为可提供有附加的开口列。相反，采用单个吸附口的湿气泵必须提供吸附阀足够的行进(行程)，以提供足够的吸附面积；或者必须提供吸附阀的更大的半径。因此，图2-图3所示的构造能以比常规的湿气泵更小的行进(行程)并且在具有更小覆盖区域的设备中提供足够的的吸附面积。举例来说，在一些实施例中，可以在具有20mm或更少、例如25mm或更少或30mm或更少的半径的湿气泵中提供充分的吸附效率。在某些实施例中，可在吸附口42中设有三列或更多列开口，每一个开口可具有3mm或更少、例如3.5mm或更少或4.0mm或更少的单独高度。在某些实施例中，吸附口42的高度可每列不同，而在其它实施例中，每一列中的吸附口42具有相同的高度。吸附口的高度可以是3mm或更少、例如3.5mm或更少、4.0mm或更少或5.0mm或更少。由于列数，吸附口42的总高度相较于去吸附口44的面积提供了差动阀面积。吸附口的总高度大于去吸附口的总高度，例如至少两倍大或至少三倍大。在一些实施例中，根据应用场合并且根据湿气泵20被允许穿透到内部16中的深度，可在吸附口42中设置超过三列开口。例如，在要求低吸附速率的应用场合中，吸附口42可包括两列或三列开口。在要求较大的吸附速率的应用场合中，吸附口42可包括三列或更多列开口。在某些实施例中，去吸附口44的高度可以等于阀组件24被允许行进的距离(即，阀行程)。构成吸附口42的单个窗口的高度也可等于或小于阀行程。在一些实施例中，吸附口的窗口可略窄于阀行程的距离，以便确保当吸附口关闭时，空气不能在吸附口24处在阀组件周围穿过。
吸附口42的构造也可这样影响吸附过程的效率：通过提供缩短的路径，该路径用于空气流动和/或在内部16中的湿气扩散以遇到干燥剂30。在某些实施例中并且如图2-图3所示，吸附口42包括多列开口，该多列开口围绕在腔室32的一区域上的干燥剂30的至少一部分定位并且包围该至少一部分的干燥剂。在该布置和类似的布置中，来自内部16的空气能在壳体22的周缘周围的许多点处容易地穿过吸附口42，并且容易地遇到干燥剂30而不必横过腔室32。该布置与具有在一侧或一端处具有单一吸附口的湿气泵不同，在具有单一吸附口的湿气泵的情况下，进入湿气泵的空气会首先仅遇到干燥剂的一小部分。
干燥剂30、加热器26和热扩散器28示出为处于或被维持在腔室32中。干燥剂30暴露于腔室32的空气中的湿气。在其它实施例中(未示出)，干燥剂30、加热器26和热扩散器28中的一个或多个可以部分地定位在腔室32中。在还有其它实施例中(未示出)，加热器26可定位在腔室32外，并且热扩散器28定位在或部分地定位在腔室32中。上述实施例主要参照了基本圆柱形的湿气泵20，然而，将会理解的是，本文所描述的远离可参照任何其它合适的形状来应用，其中，阀组件24可滑动地定位在壳体22内。在各种替代实施例中，壳体22和相关联的阀组件24可具有椭圆形横截面、矩形横截面或任何其它合适的横截面。如上所述，各种替代实施例也可采用阶梯式横截面面积。
图2-图3中示出的各实施例可没有第二腔室、例如凝结腔室地运行，并且当湿气泵20处于去吸附构造中时，空气可直接从腔室32流入外部环境14。在其它实施例中，可包括凝结腔室。
图4-图5是具有凝结腔室158的湿气泵120的剖切侧视图。图4示出处于去吸附构造中的湿气泵120，而图5示出处于吸附构造中的湿气泵120。湿气泵120具有与湿气泵20类似的部件，它们通过添加数字“1”到共同的附图标记来标示(例如，图2-图3所示的壳体22类似于图4-图5所示的壳体122)。湿气泵120的各方面能以与上述湿气泵20类似的方式运行，例如，当由致动件134作用时，阀组件124能在去吸附位置与吸附位置之间移动。湿气泵120可在与图1中示出的系统10相似的系统中代替湿气泵20运行。
图4-图5所示的湿气泵120包括限定凝结腔室158的通气开口154。在运行中，当阀组件124处于去吸附位置中时(如图4所示)，去吸附口144打开，并且含有湿气的空气能通过去吸附口逸出腔室132。含有湿气的空气能进一步通过凝结腔室158并且随后通过限定通气口154的膜而排出湿气泵120。当阀组件124处于吸附位置中时(如图5所示)，去吸附口144关闭，从而将凝结腔室158与腔室132隔离。因此，在吸附位置中，凝结腔室158通过通气口154仅与外部环境14流体连通。当阀组件124处于吸附位置中时，含有湿气的空气能从内部环境16循环到腔室132中，在腔室132中干燥剂130能从其吸附湿气；并且已经包含在凝结室132中的湿气能通过通气口154流出。
通气口154提供用于水蒸气运输出凝结腔室158并且到例如系统10的外部环境14(图1)的开口。在去吸附期间，水蒸气在凝结腔室158中积聚，并且离开通气口154从凝结腔室158中出来。在一些实施例中，在被运输到凝结腔室158外之前，至少一部分水蒸气在凝结腔室中沉积(凝结)。例如，在去吸附口144关闭(即，处于吸附构造中)时，凝结的液态水能随着时间蒸发到凝结腔室158的空气中，并且随后通过通气口154或排出排放部分(未示出)。在某些实施例中，构成通气口154的一个或多个膜可以是水蒸气可透但对碎屑和液态水不可透的，从而阻止碎屑或液态水从外部环境14侵入到湿气泵120中。一个或多个膜也可存在为覆盖吸附口142(未示出)，例如用于阻止从干燥剂30释放的颗粒进入内部环境。
在湿气泵120中使用的膜可包括一个或多个膜或多层膜，其构造为用于各个目的。该一个或多个膜的一个目的是阻止固体碎屑进入或离开湿气泵120，从而避免颗粒(例如，灰尘)从外部环境14(图1)进入湿气泵中。该一个或多个膜的另一目的是允许空气和水蒸气被通过其中运输。该一个或多个膜的还有一个目的是阻止液态水被运输通过其中。该一个或多个膜还有另一目的是阻止油在膜上积聚。在一些实施例中，一个或多个膜是响应于所选择的一个或多个目的而固体碎屑不可透、空气可透、蒸汽可透(例如，水蒸汽可透)、水不可透且疏油的。合适的膜材料的示例包括ePTFE膜，诸如在美国专利第6,210,014号、第6,709,493号和第8,968,063号中所描述的那些。
空气和蒸汽可透、液体不可透的膜常常特征在于它们阻止液体穿过它们的能力。进水压力(WEP)是对这样的膜的常用的表现指标。WEP通过将水放置为与膜的一侧接触来确定。水的压力逐渐增大，直到水进入膜，并且开始离开相对侧为止。水开始离开相对侧时所处的压力被称为进水压力。在某些实施例中，可使用具有至少0.03巴(bar)(0.5磅/平方英寸，psi)的WEP的膜，例如，具有至少0.2巴(3磅/平方英寸)的WEP或具有至少0.35巴(5磅/平方英寸)的WEP。
图6示出根据各实施例处于去吸附构造中的图2-图3所示的湿气泵20的运行的各方面。如所示的，当阀组件24处于去吸附位置中时，干燥剂30例如经由热扩散器28加热，导致干燥剂释放水蒸气60。水蒸气60被通过去吸附口44和去吸附开口52离开湿气泵20的对流性流动62夹带。
图7A示出根据实施例处于去吸附构造中的图4-图5所示的湿气泵120的运行的各方面。如所示的，当阀组件124处于去吸附构造中时，干燥剂130被加热，导致干燥剂释放水蒸气60。水蒸气60中的一些通过打开的去吸附口144、凝结腔室158和通气口154被夹带并且被传输到湿气泵120之外。水蒸气60中的一些也可在一般比腔室132更凉(更冷)的凝结腔室158内凝结，这可能形成凝结物64。通气口154可操作成阻止一些物质、例如碎屑、液态水、油和/或其它物质侵入湿气泵120中。
图7B示出图4-图5所示的湿气泵120的运行的其它方面。接着图7A中示出的去吸附周期之后，湿气泵120可通过停止加热干燥剂130并且关闭去吸附口144来回复到吸附构造。当处于吸附构造中时，在凝结物64蒸发进入凝结腔室158并且随后穿过包括通气口154的一个或多个膜扩散时，湿气泵120可继续排出湿气。
图8示出根据一些实施例、处于去吸附构造中的湿气泵220的第三示例的运行的各方面。湿气泵220包含与湿气泵20和120的元件类似的元件，它们通过在相应的附图标记的百位中替换‘2’来标记(例如，壳体222类似于壳体22或122)。去吸附口244可允许空气直接从腔室232中离开，而不穿过介于中间的去吸附开口(例如，去吸附开口52，图2-图3和图6)或穿过凝结腔室和通气口(例如，凝结腔室158和通气口154，图4-图5和图7)。如所示的，阀组件224处于去吸附位置中，使得去吸附口244是打开的。阀组件能转变到吸附位置224’，在该位置中，去吸附口244是关闭的。在一些实施例中，去吸附口244可包括类似于上述膜中的任何膜的膜。
本文中所描述的干燥剂、例如干燥剂30(图2A-图2B)可包括柔性干燥剂层，其提供了若干优点。柔性干燥剂层允许对热扩散器(例如，热扩散器28)的可顺应性，这能加强热传递。例如，柔性干燥剂30可顺应于图2A中示出的湿气泵20中的热扩散器28的外表面。柔性干燥剂形式可承受挠曲，使得干燥剂可制造为平坦表面，并且通过使干燥剂挠曲来安装以便在壳体22内或围绕热扩散器28安置。在某些实施例中，柔性干燥剂材料可以能够顺应于具有小于三毫米、例如小于一毫米或小于0.5毫米的半径的曲率，而不产生微粒。挠曲耐久性可以在简单的芯轴滚动测试中测得，在该测试中，柔性干燥剂形式沿X方向和Y方向两个方向以小半径滚动到芯轴上，而没有可见的表面破裂或颗粒产生。例如，合适的柔性干燥剂、例如包含硅胶的柔性聚四氟乙烯(PTFE)基质经受沿X和Y两个方向、以0.16英寸/秒(in/sec)的速率经受具有0.125英寸半径芯轴的芯轴测试，而没有视觉上的表面破裂或在1.5X或2X(倍)放大率下用光学显微镜观察到的颗粒产生。柔性干燥剂形式的非限制性示例包括但不限于干燥剂材料加聚四氟乙烯(PTFE)(例如，硅胶填充的PTFE。)在某些实施例中，干燥剂层可包括含氟聚合物和其金属氧化物或其凝胶。在某些其它实施例中，干燥剂层可包括硅胶填充的PTFE。在一些实施例中，干燥剂层可包括以下中的一个或多个：胶粘到稀松布(scrim，麻布)上的珠状物、固体片剂、布、织造物、非织造物或柔性聚四氟乙烯层
柔性干燥剂层可以通过使干燥剂层挠曲而与具有各种内部尺寸的加热腔室组装在一起。柔性干燥剂层也可设置为提供表面积与体积之比，其能通过在加热腔室中缠绕干燥剂而强化对水蒸气的吸附。
在某些实施例中，非柔性的干燥剂形式可能被避免，支持柔性形式。柔性和非柔性干燥剂形式两者可具有基本上均匀的厚度。在某些实施例中，干燥剂层可具有小于0.5mm的厚度变化，或者在一些情形中小于0.25mm。在某些实施例中，除了硅胶之外的干燥剂材料可结合PTFE或类似的膜基底或基质使用，例如通过用干燥剂材料嵌入或浸渍膜基底或基质，使得膜基底或基质捕获干燥剂材料，并且组织干燥剂尘埃或碎屑从膜基质逸出。
在一个设有柔性干燥剂层的实施例中，干燥剂材料可以是足够强的以避免颗粒被释放。这阻止了干燥剂材料的损失，由此增加使用寿命。此外，更少颗粒的释放减少了对碎屑腔室或用于从内部环境去除颗粒的其它装置的需要。柔性干燥剂层也可通过提供干燥剂层中更大的干燥剂浓度而提高腔室中的干燥剂的填充效率。在柔性干燥剂中的高干燥剂装载允许了更小的(即，更薄的)柔性干燥剂层，以实现用于干燥外壳的有效总干燥剂装载。例如，在一些实施例中，柔性干燥剂层的填充效率可以是高于50质量％(即，比起50％或更少的柔性基底或基质，干的干燥剂层的质量可以是50％或更多的干燥剂)。在一些情形中，干燥剂层中的干燥剂的填充效率可以是超过90质量％。在至少一个实施例中，湿气泵可对于具有6L至14L体积的外壳的受保护体积的外壳使用3-4克干燥剂材料，该外壳应由湿气泵保护。3-4克干燥剂材料可设置在具有约2mm厚度和约3414mm2的外侧面表面积的干燥剂层中。在一些实施例中，超过4克的干燥剂材料可以被包括在干燥剂层中。
在某些实施例中，柔性干燥剂层26可包括高温(HT)干燥剂，其能够承受超过95℃、例如超过105℃或超过150℃的温度。一般来说，承受高温意味着HT干燥剂能在高温下保持其干燥剂特性和结构特性(即，保持结构上稳定或在其自身重量的作用下立住)。柔性干燥剂可以也是HT干燥剂。总的来说，HT干燥剂可再生出它们在被重复加热时吸附蒸汽的能力。热量驱使湿气从干燥剂离开，由此在更短的时间段内恢复其吸附能力。一些HT干燥剂可在5分钟或更少时间内被加热到95℃时去吸附至少15％的它们的22℃/50％RH平衡湿量；或在5分钟或更少时间内被加热到101℃时去吸附至少25％的它们的22℃/50％平衡湿量。将会理解的是，使干燥剂层再生的具体时间可能取决于干燥剂厚度、具体温度、环境湿度、加热的效率及其它因素。在一些实施例中，干燥剂可在20分钟以内在95℃的去吸附温度下去吸附至少40％的处于22℃/50％RH平衡湿量的被捕获的湿气。在一些其它的实施例中，干燥剂可在20分钟以内在95℃的去吸附温度下去吸附至少60％的处于22℃/50％RH平衡湿量的被捕获的湿气。为了快速去吸附，干燥剂(例如，HT干燥剂)可被加热到105℃或更高的温度。对于在105℃范围中及更高的温度，干燥剂和任何与干燥剂相关联的结构性材料应在这样较高的温度下较长时间段地、例如高达3小时地抵抗熔融和变形。能在105℃上操作的具体的干燥剂和结构性材料包括浸渍有硅胶干燥剂材料的柔性PTFE。在一些实施例中，干燥剂通过能承受高达约150℃的温度的环氧树脂粘合剂层固定到热扩散器(例如，干燥剂30和热扩散器28)。在一些实施例中，热量泵可构造为在高于150℃的温度下运行。在这样的情况下，干燥剂、包括包含硅胶浸渍PTFE的干燥剂可耐受超过175℃或200℃的温度，HT干燥剂可通过耐受超过150℃的温度的附连装置而与热扩散器附连，附连装置包括但不限于耐高温粘合剂和机械装置。例如，在一些实施例中，HT干燥剂可通过围绕干燥剂和热扩散器而不阻塞到干燥剂的空气流动的耐高温的网眼织品(mesh,网眼状物)、网(net,网状物)或笼架与热扩散器附连。这样的网眼织品、网或笼架可由高温聚合物、金属或其它合适的材料形成。
示例
考虑到以下非限制性示例将更好地理解本发明。
具有非对称的吸附/去吸附面积的实施例的测试数据
图9是曲线示意图，示出根据实施例的、具有吸附口面积相对于去吸附口面积非对称比率的湿气泵相较于具有类似尺寸但不具有非对称性的湿气泵的测试数据。湿气泵被放置在环境腔室中，并且各自固附到模型外壳(具有大约13L体积的灯泡固定件)。依据环境露点(DP)测量和记录了外部环境的湿度，而依据相应的外壳的露点测量了模型外壳的湿度。本发明的(非对称的)和比照的(对称的)湿气泵经受在6-小时间隔下的重复的30分钟去吸附周期，对于期间的其余时间的吸附周期隔开。相较于对称湿气泵，非对称湿气泵快速地从其相应的外壳吸附湿气，如通过非对称湿气泵比对称湿气泵实现了低得多的露点所示的那样。实际上，非对称湿气泵在约8-10个周期内实现大约-2.0℃的低露点值，而对称湿气泵在约35个周期之后实现在其运行极限附近的类似的结果。非对称湿气泵看起来实现具有比对称湿气泵能实现的那些露点低得多的露点的运行极限，例如，在约35个周期之后小于-8.0℃。
图10是曲线示意图，示出图9的数据并附加有常规、直线型(in-line)湿气泵，其具有在一端处的吸附口和在相对端处的去吸附口、以及大直径的吸附口，其具有约1000mm的吸附口总面积。大直径设备以与上文参照图9所描述的对称和非对称湿气泵相同的方式在环境腔室内与模型外壳附连。大直径设备延伸进入模型外壳中约23.5mm，且具有约61mm的直径。相较而言，在该测试中进行比较的非对称湿气泵突出进入其相应的模型外科中40mm，并且具有仅约44.4mm的小得多的直径和约850mm2的总吸附面积。数据示出，非对称湿气泵能够在对外壳除湿时以小得多的设备尺寸实现与大得多的传统湿气泵相当的性能。
在不偏离本发明的范围的情况下，可对所讨论的示例性实施例进行各种修改和添加。尽管以上所讨论的实施例涉及特定的特征，但是本发明的范围也包括具有特征的不同组合的实施例和不包括所有的上述特征的实施例。例如，关于每个湿气泵20、200、400所描述的改型也可应用于本文中描述的任何湿气泵实施例。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
a)壳体，包括：
i)具有加热器的第一腔室，
ii)进入所述第一腔室的至少一个吸附口，以及
iii)布置为靠近所述至少一个吸附口的干燥剂；
b)阀组件，所述阀组件位于所述壳体内，并且能在吸附位置与去吸附位置之间转变，在所述吸附位置中，所述至少一个吸附口是打开的，而当在所述去吸附位置中时，去吸附口在所述阀组件与所述壳体之间形成，以及
c)热扩散器，所述热扩散器布置在所述第一腔室中并且与所述加热器和所述干燥剂接触，
其中，所述热扩散器定位在所述壳体内，并且与所述壳体的内壁间隔开，并且所述干燥剂顺应于所述热扩散器的外表面，并且与所述壳体的所述内壁间隔开；
其中，所述至少一个吸附口限定吸附面积，而所述去吸附口限定去吸附面积，并且所述吸附面积大于所述去吸附面积。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：
所述至少一个吸附口包括在所述壳体中的多个开口，用于限定吸附面积。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，
所述干燥剂包括柔性材料，其能够顺应于具有小于三毫米的半径的曲率，而不产生微粒。
4.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述干燥剂包括具有基本均匀的厚度的材料。
5.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一腔室的所述内壁是圆柱形的。
6.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，
所述至少一个吸附口包括在所述壳体中以平行的开口组来排列的多个开口，每个开口设置为垂直于所述阀组件的行进方向，从而当所述阀组件在所述吸附位置与所述去吸附位置之间循环时，所述吸附口的每个开口被所述阀组件阻塞或不被其阻塞，
所述多个开口中的每个开口在所述去吸附位置中被阻塞，而在所述吸附位置中不被阻塞。
7.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，
所述壳体是圆柱形的，并且在至少一个吸附口处具有小于或等于25mm的外半径，并且
所述吸附面积是至少850mm2。
8.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述吸附面积是所述去吸附面积的至少两倍。
9.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，
所述阀组件包括阻塞构件，所述阻塞构件具有对应于所述壳体中的多个吸附开口的多个阻塞构件吸附开口以及布置在阀组件吸附开口之间的多个阻塞区，并且
所述多个吸附开口中的每个吸附开口的第一宽度小于或等于对应的所述阻塞区的第二宽度，从而当所述阀组件处于所述去吸附位置中时，所述吸附开口中的每个开口被所述吸附构件的对应的阻塞区所阻塞。
10.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，干燥剂层具有50质量％至90质量％的填充效率。
11.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，干燥剂层包括含氟聚合物及金属氧化物或其凝胶。
12.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，干燥剂层承受至少95℃的温度，而不在其自身重量的作用下变形。
13.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述加热器构造为将所述干燥剂加热到大于或等于95℃的去吸附温度。
14.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，干燥剂层具有在芯轴滚动测试中测量的挠曲耐久性，其中，所述干燥剂能沿X和Y方向、以0.16英寸/秒的速率滚动到处于0.125英寸或更小的半径的芯轴上，而没有可见的表面破裂，并且不产生在1.5X到2X的放大率下在光学显微镜下可以观察到的颗粒。
15.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，还包括由在所述去吸附口与外部环境和所述第一腔室外部之间的通气口限定的凝结腔室，所述通气口包括蒸汽可透的膜。
16.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在外部相对湿度为50％且外部温度为22℃时，所述干燥剂在20分钟内在95℃的去吸附温度下对至少40％的捕获的湿气进行去吸附。
17.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述加热器与交流电源连接。
18.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述阀组件包括致动件，所述致动件构造为使所述阀组件相对于所述壳体移动，所述致动件是热致动的，从而当所述加热器供应热量时，所述致动件使所述阀组件移动到所述去吸附位置。
19.一种设备，包括：
a)壳体，包括：
i)具有加热器的第一腔室，
ii)进入所述第一腔室的至少一个吸附口，以及
iii)布置为靠近所述至少一个吸附口的干燥剂；
b)阀组件，所述阀组件位于所述壳体内，并且能在吸附位置与去吸附位置之间转变，在所述吸附位置中所述至少一个吸附口是打开的，而当在所述去吸附位置中时，去吸附口在所述阀组件与所述壳体之间形成；以及
c)热扩散器，所述热扩散器布置在所述第一腔室中并且与所述加热器和所述干燥剂接触，
其中，所述热扩散器定位在所述壳体内，并且与所述壳体的内壁间隔开，并且所述干燥剂顺应于所述热扩散器的外表面，并且与所述壳体的所述内壁间隔开；
其中，所述至少一个吸附口限定吸附面积，而所述去吸附口限定去吸附面积，并且所述吸附面积大于所述去吸附面积；以及
所述至少一个吸附口包括在所述壳体的壁中的至少一个开口，所述壁靠近并且基本平行于所述干燥剂。
20.一种设备，包括：
a)壳体，包括：
i)具有加热器的第一腔室，
ii)进入所述第一腔室的至少一个吸附口，以及
iii)布置为靠近所述至少一个吸附口的干燥剂；以及
b)阀组件，所述阀组件位于所述壳体内，并且能在吸附位置与去吸附位置之间转变，在所述吸附位置中所述至少一个吸附口是打开的，而当在所述去吸附位置中时，去吸附口在所述阀组件与所述壳体之间形成，其中，
所述干燥剂在所述吸附位置中和在所述去吸附位置中均设置在所述第一腔室内，
所述壳体的壁至少部分地围绕所述干燥剂，并且远离所述干燥剂，以及
所述至少一个吸附口在所述壳体的壁上包括面向所述干燥剂的多个开口；以及
c)热扩散器，所述热扩散器布置在所述第一腔室中并且与所述加热器和所述干燥剂接触，
其中，所述热扩散器定位在所述壳体内，并且与所述壳体的内壁间隔开，并且所述干燥剂顺应于所述热扩散器的外表面，并且与所述壳体的所述内壁间隔开。
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