CN114173906B - 包含具有高湿气容量的抗污染物且非腐蚀性的干燥剂复合物的设备 - Google Patents

包含具有高湿气容量的抗污染物且非腐蚀性的干燥剂复合物的设备 Download PDF

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Abstract

一种装置，其在某些污染物的存在下保持高湿气容量。装置可以包括基材和干燥剂。装置可以与外壳相关地进行构造，使得装置从外壳中吸收和解吸湿气。

Description

包含具有高湿气容量的抗污染物且非腐蚀性的干燥剂复合物 的设备
技术领域
本公开涉及一种装置，其在某些污染物的存在下保持高湿气容量。
背景技术
许多物品容易因湿气过多而损坏。例如，电气和电子物品可能会因为湿气过多而损坏或改变。类似地，经历热循环的封闭组件(如外罩中含有的组件)容易受到与湿气相关的问题的影响。容易受到不希望的湿气影响的外壳的示例包括例如汽车前灯单元、太阳能逆变器、封闭外罩中含有的电子设备、以及外壳内热源的开/关循环导致湿气积聚的其他系统。
管理外壳中湿气的一种方法是在外壳内放置干燥试剂或干燥剂。然而，外壳内的污染物会影响干燥剂的性能并导致外壳内的腐蚀。因此，需要一种干燥剂性能改进且腐蚀减少的设备。
发明内容
涵盖的实施方式是由权利要求书而非该发明内容所限定。该发明内容是各个方面的高度综述，并介绍了下面详细说明部分中进一步描述的一些概念。该概述并不旨在鉴定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在单独使用以确定所要求保护的主题的范围。应通过参考整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及各权利要求来理解主题。
在一些实施方式中，本公开涉及一种设备，其包含：外壳；其中，外壳的内部体积内有一种或多种污染物和水蒸气；装置；其中，装置至少部分地位于外壳内或位于外壳外并与外壳足够接近，以允许湿气在装置与外壳的内部体积之间移动，以吸收外壳的内部体积内的水蒸气；其中，装置包含：负载有干燥剂的基材；其中，基材包含至少一种聚合物材料；其中，50-90重量％的基材负载有干燥剂；其中，干燥剂包含：氯化钙盐；其中，20重量％-70重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐；其中，干燥剂的水蒸气容量在经历多达384个吸附/解吸循环之后不会减少超过17％。
在一些实施方式中，本公开涉及一种方法，其包括以下步骤：(a)获得装置，其包含：负载有干燥剂的基材；其中，基材包含至少一种聚合物材料；其中，50-90重量％的基材负载有干燥剂；其中，干燥剂包含：氯化钙盐；其中，20重量％-70重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐；(b)将装置至少部分地放置在外壳的内部体积内或放置在外壳外并与外壳足够接近，以允许湿气在装置与外壳之间移动；其中，外壳包含内部体积内的一种或多种污染物和水蒸气；(c)从外壳的内部体积向装置内吸收湿气；(d)从装置中解吸湿气，以完成吸收/解吸循环；并重复步骤(c)-(d)；其中，装置的水蒸气容量在经历多达384个吸收/解吸循环之后不会减少超过17％。
在一些实施方式中，装置完全位于外壳内。
在一些实施方式中，装置部分地位于外壳内。
在一些实施方式中，外壳包含足够量的水蒸气，以提供15％-60％的相对湿度。
在一些实施方式中，装置与外壳接触。
在一些实施方式中，装置与外壳的外表面相连。
在一些实施方式中，装置与外壳流体连通。
在一些实施方式中，干燥剂的吸收/解吸由装置与热源之间的温度梯度驱动。
在一些实施方式中，干燥剂的吸收/解吸由外壳与装置之间的湿气梯度驱动。
在一些实施方式中，负载有干燥剂的基材的水蒸气容量在经历多达384个吸收/解吸循环之后不会减少超过17％。
在一些实施方式中，20重量％-65重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。
在一些实施方式中，70重量％-80重量％的基材负载有干燥剂。
在一些实施方式中，外壳包含至少一种可腐蚀金属。
在一些实施方式中，至少一种可腐蚀金属包含不锈钢、铜、或铝中的一种或多种。
在一些实施方式中，不锈钢为304不锈钢。
在一些实施方式中，铜为C122铜。
在一些实施方式中，铝为6061铝。
在一些实施方式中，承载材料的孔体积为0.2-2.10cm3/g。
在一些实施方式中，承载材料的孔体积为0.42-1.90cm3/g。
在一些实施方式中，承载材料的表面积为273-1534cm3/g。
在一些实施方式中，承载材料包含金属氧化物。
在一些实施方式中，金属氧化物包含氧化铝或二氧化硅中的一种或多种。
在一些实施方式中，承载材料包含活性炭。
在一些实施方式中，承载材料包含金属有机框架。
在一些实施方式中，金属有机框架为UiO-66。
在一些实施方式中，基材为带的形式。
在一些实施方式中，所述带为切割带。
在一些实施方式中，基材为管的形式。
在一些实施方式中，基材为碟的形式。
在一些实施方式中，存在至少一种附加聚合物材料。
在一些实施方式中，所述至少一种附加聚合物材料包含位于基材至少一侧上的至少一种聚合物膜。
在一些实施方式中，所述至少一种聚合物材料包含含氟聚合物。
在一些实施方式中，所述至少一种聚合物材料包含膨胀的含氟聚合物。
在一些实施方式中，膨胀的含氟聚合物为膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)。
在一些实施方式中，至少一种聚合物材料包含聚(乙烯-共四氟乙烯)(ETFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚对二甲苯(PPX)、聚乳酸、及其任意组合或共混物。
在一些实施方式中，一种或多种污染物包含以下的一种或多种：一种或多种硅氧烷、一种或多种脂肪醇、一种或多种芳醇、一种或多种含氮化合物、或一种或多种其他有机化合物。
在一些实施方式中，一种或多种硅氧烷包含以下的一种或多种：六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、十四甲基环七硅氧烷、六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、或十二甲基五硅氧烷。
在一些实施方式中，一种或多种脂肪醇包含以下的一种或多种：2-乙基己醇或十二烷醇。
在一些实施方式中，一种或多种芳醇包含以下的一种或多种：苯甲醇或2,4-二叔丁基苯酚。
在一些实施方式中，一种或多种含氮化合物包含N-甲基-2-吡咯烷酮、二丁胺、二丁基甲酰胺、或己内酰胺中的一种或多种。
在一些实施方式中，一种或多种其他有机化合物包含以下的一种或多种：甲苯、二甲苯、苯、异丙苯、三甲苯、四甲苯、萘、己内酰胺、1-羟基环己基苯基酮、苯乙酮、苯甲醛、庚醛、己醛、八氢-4,7-甲醇-1H-茚、二丙二醇、二甘醇、二乙酰苯、己二酸丁二醇酯、二苯砜、碳酸丙烯酯、或十四烷。
在一些实施方式中，每个吸收/解吸循环为热循环，其间干燥剂在-20℃至150℃的温度范围内反复加热和冷却。
在一些实施方式中，每个吸收/解吸循环为湿气循环，其间干燥剂暴露于相对湿度为20％-95％的空气中，以在干燥剂与空气之间产生湿气梯度。
在一些实施方式中，相较于仅有单种聚合物材料的装置而言，至少一种附加聚合物材料使干燥剂颗粒由装置到外壳内的转移降低50％-97％。
附图说明
此处通过示例方式对本发明的一些实施方式进行描述，附图中：现在详细参考附图，要强调的是，所示实施方式是示例性的，并且用于对本公开实施方式进行说明性论述的目的。就此而言，结合附图的描述，如何实施本公开的实施方式对于本领域技术人员而言是显而易见的。
图1所示为本公开的示例性设备的透视图。
图2所示为本公开的示例性设备的透视图，其为解吸结构下的湿气泵形态。
图3所示为本公开的示例性设备的透视图，其为吸收结构下的湿气泵形态。
图4所示为本公开的示例性设备的透视图，其为解吸结构下具有差动阀的湿气泵形态。
图5所示为本公开的示例性设备的透视图，其为吸收结构下具有差动阀的湿气泵形态。
图6所示为各种干燥剂在25℃下的水蒸气吸收。
图7所示为热再生其间从各种干燥剂中解吸的湿气百分比。
图8所示为各种干燥剂在20％的相对湿度下的水蒸气吸收。
图9所示为各种干燥剂在60％的相对湿度下的水蒸气吸收。
图10-12所示为暴露于污染物之前和之后的干燥剂的水蒸气吸收。
图13所示为多孔原纤化聚合物带的示意图。
图14所示为在各侧上由膨胀的PTFE或离聚物膜承载的多孔原纤化聚合物带的示意图。
图15所示为暴露于63重量％的无膜的CaCl2/SiO2 PTFE带(从左到右：304不锈钢、铜122、铝6061)后的测试样品。
图16所示为暴露于63重量％的具有膨胀的PTFE膜的CaCl2/SiO2 PTFE带(从左到右：304不锈钢、铜122、铝6061)后的测试样品。
图17所示为63重量％的CaCl2/SiO2 PTFE带在80％负载下的水蒸气吸附等温线。
图18所示为硅胶PTFE带在80％负载下的水蒸气吸附等温线。
图19所示为膨润土PTFE带在80％负载下的水蒸气吸附等温线。
图20所示为膨润土PTFE带的水蒸气吸附等温线(80％负载)。
具体实施方式
在已经公开的那些益处和改进中，根据结合附图进行的以下描述，本公开的其他目的和优点将变得显而易见。本文公开了本公开的具体实施方式；但是，应当理解，所公开的实施方式仅是可以以各种形式体现的本公开的示例。另外，关于本公开的各种实施方式给出的各实施例旨在是说明性的而非限制性的。
在整个说明书和权利要求书中，除非上下文另外明确指出，否则以下术语具有本文明确关联的含义。尽管这里使用的短语“一个实施方式中”、“一种实施方式中”和“一些实施方式中”可以指相同的实施方式，但不一定是指相同的实施方式。此外，本文使用的短语“另一个/种实施方式中”和“一些其他实施方式中”虽然可以指不同的实施方式，但是不一定是指代不同的实施方式。本公开的所有实施方式旨在是可组合的，而不脱离本公开的范围或精神。
如本文所使用的，术语“基于”不是排他的，并且允许基于未描述的其他因素，除非上下文另外明确指出。另外，在整个说明书中，“一个”、“一种”和“该”的含义包括复数指代。“中”的含义包括“中”和“上”。
本文引用的所有现有专利、出版物和测试方法都通过引用全文纳入本文。
如本文所使用的，术语“冷却的”或“冷却”是指主动冷却、被动冷却、或其组合。“被动冷却”是指通过移除热源来冷却对象并通过将对象暴露于温度低于对象温度的环境来冷却对象。“主动冷却”是指除“被动冷却”之外的任何类型的冷却。“主动冷却”机制的示例包括但不限于：风扇或制冷剂。
如本文所使用的，“流体”是指液体或气体。
如本文所使用的，“相对湿度”是指“存在于一定体积空气中的水蒸气量，其以相同温度下相同体积空气饱和所需量的百分比表示”。
本公开的某些实施方式涉及一种装置，其具有外壳。
在一些实施方式中，该设备可以包含外罩，其包含具有加热器的第一室、进入第一室的至少一个吸附端口、以及位于外罩内并在吸附位置和解吸位置之间转换的阀组件。在一些实施方式中，本文描述的装置位于加热室内。
在一些实施方式中，设备和装置并入以下的至少一种中：湿气泵组件或加热泵组件。在一些实施方式中，湿气泵组件和/或加热泵组件包括外罩和位于外罩内的阀组件。在一些实施方式中，阀组件在吸附位置与解吸位置之间转换。在一些实施方式中，外罩包含具有加热器的第一室、进入第一室的至少一个吸附端口。在一些实施方式中，装置与所述至少一种吸附端口接近地设置。在一些实施方式中，外罩包含冷凝室和从冷凝室引出的排出端口。在一些实施方式中，吸附位置将加热室与冷凝室之间的解吸端口密封，并且使吸附端口开放至加热室内以将水蒸气输送到加热室内。在一些实施方式中，解吸位置将吸附端口密封，并且使加热室与冷凝室之间的解吸端口开放以将水蒸气输送出加热室。
在一些实施方式中，设备包含用于保持热循环的电子装置的外罩；外罩中的入口；以及插入外罩入口的保护口。在一些实施方式中，保护装置包含刚体，其中有允许气流通过的端口。在一些实施方式中，电子装置可以是太阳能逆变器。
在一些实施方式中，本公开的设备可以采用外壳组件的形态，如图1所示。特别地，图1的示例性实施方式描绘了外壳组件100的透视图，其包括界定外壳并将外部环境104与内部环境106分离的罩子102。在一些实施方式中，罩子形成气密密封、防潮密封、防水密封中的至少一种，使得外部环境104与内部气氛106之间的唯一空气通道是通过入口108。如本文所使用的，术语“外部”和“内部”用于描述相对于罩子102的空间，其例如在罩子的相反侧上。如图1所示，保护口120可以插入到入口108中。气流可以通过保护口120，这可以平衡罩子102内的压力。保护口120可以具有刚体和端口。在一些实施方式中，保护口120包含装置，其包含负载有本文所描述的含氯化钙干燥剂的基材。虽然图1中未示出，但是罩子可以包含热循环的电子装置，例如太阳能逆变器。对于汽车应用，这可以包括用于前灯的灯泡。热循环导致湿气110在内部气氛106中积聚。湿气110的存在会减少罩子内的热源或其他组件、特别是电气或电子组件的可用寿命。此外，由于尾气或外部污染，内部气氛106还可能包含一种或多种污染物，例如硅氧烷112和/或有机物114。
在图2和3所示的示例性实施方式中，有一个湿气泵形态的设备的剖视透视图。湿气泵200可以具有泵外罩210(以部分剖视图示出)、包含负载有本文所描述的含氯化钙干燥剂的基材的装置(以部分剖视图示出)、加热器214、可以用作散热装置的散热器216(以部分剖视图示出)、以及阀组件218(以部分剖视图示出)，其通过转换来选择性地将水蒸气输送进以及输送出泵外罩210界定的室220、222、224中的一个或多个。湿气泵200可以操作以从内部气氛206中除去湿气(进入湿气泵200的湿气)并使湿气回到外部环境204(离开湿气泵200)。当不加热时，装置212通常从空气中吸附水蒸气。如图2所示，湿气泵200为吸附位置。图3所示为解吸位置的湿气泵。如图所示，湿气泵200具有带圆柱形部分的旋转对称形状，不过可以设想各种形状。
此外，如图2和3所示，泵外罩210还具有吸附端口240、解吸端口242和排出端口244。吸附端口240提供将水蒸气输送到加热室220内的区域，解吸端口242提供将水蒸气输送出加热室220并输送进冷凝室222的区域。如图所示，解吸端口242位于加热室220与冷凝室222之间，并且通常对应于泵外罩210的直径颈缩的区域，不过可以设想各种结构。如将更详细描述的，室220、222、224通常由阀和/或过滤器(如膜)结构选择性地或连续地分开。加热器214将热量引导至散热器216，以加热干燥剂212。操作中，对加热器214选择性供电以产生热量。虽然一部分热量可能通过空气(如通过对流)或其他组件消散，但是通常产生的热量的大部分被吸附到散热器216中。散热器216中的至少一部分热量被吸附(如通过传导)到装置212中。例如，对装置212中吸附的水蒸气进行加热并使其从装置212中释放到加热室220中的空气中。当加热器214未通电且装置212被充分冷却时，装置212从空气中吸附水蒸气。
阀组件218包括致动器260，其使得阀组件218相对于外罩210在第一位置与第二位置之间转换。在一个实施方式中，当加热器214将热传递到加热室220时，致动器260和装置212通过散热器216被加热。作为回应，致动器260膨胀，装置212将湿气解吸到加热室220中。当加热器214不向加热室220传递热量时，致动器260和装置212冷却下来。作为回应，致动器260收缩，装置212从加热室220的空气中吸附水蒸气。在其他实施方式中，致动器可以是响应温度的热机械致动器，例如相变材料。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。
湿气泵200的多个实施方式包括一个或多个膜。覆盖排出端口250的膜252防止固体碎屑进入或离开湿气泵200，例如防止从装置212释放或除尘的颗粒离开泵外罩210并进入外部环境204。膜252还防止颗粒(如灰尘)从外部环境204中进入。任选的膜254可以用于覆盖入口端口，以防止从装置212释放或除尘的颗粒离开泵外罩210并进入内部环境206。
一个或多个膜252、254的另一个目的是允许空气和水蒸气输送通过所述一个或多个膜252、254。一个或多个膜252、254的另一个目的是防止液体水输送通过所述一个或多个膜252、254。一个或多个膜252、254的另一个目的是阻止油在膜上积聚。在一些实施方式中，取决于所选择的一种或多种目的，一个或多个膜不透固体碎屑，可透空气，可透蒸气(如可透水蒸气)，不透水，并且疏油。如图所示，膜252覆盖排出端口250。此外，如图所示，任选的膜254覆盖进入端口256并位于泵外罩210与内部环境206之间，以防止从装置212释放的颗粒进入内部环境206。在一些实施方式中，膜250粘附在泵外罩210上。合适的膜材料的示例包括ePTFE膜，例如美国专利第6,210,014、6,709,493和8,968,063号中描述的那些，其内容通过引用全部纳入本文。
在图3所示的解吸位置中，致动器260是膨胀的，或处于膨胀位置。在转换到解吸位置时，阀组件218密封吸附端口240并打开解吸端口242。特别地，包括垫圈246的吸附端口盖244与泵外罩210接触，以将吸附端口240密封。在加热循环期间和/或其之后的所需时间段中，阀组件218位于解吸位置，热量被传递至加热室220，特别是传递至致动器260和装置212。与通过加热器214传递的热量响应，致动器260膨胀，装置212开始将湿气释放到空气中。如图所示，在解吸或吸附位置，加热器214相对于泵外罩210保持在泵外罩210的冷凝室222外部的固定位置。
水蒸气例如通过扩散自由地从加热室220输送到冷凝室210中。但是，根据图2和3所示的操作，当湿气泵200在解吸位置时，由于吸附端口盖244的密封，水蒸气通常无法输送到碎屑室224或内部气氛206中。因此，来自加热室220的水蒸气也通常无法从任选的膜254输送出来。冷凝室222中的加热的水蒸气通过膜252排出或开始在冷凝室222中的一个或多个表面上冷凝。
在一个实施方式中，具有冷凝室222的湿气泵200增加湿气从装置212中的解吸。这可以允许装置212除去更多湿气。
本公开的多个实施方式有利于在阀组件位置与加热装置212之间进行适当定时，以喷出湿气。以替代性或组合的方式呈现的有利于适当定时的结构的非限制性示例包括：将致动器260的蜡熔融温度设置为低于装置212的解吸温度，使加热器214更接近致动器260并在散热器216上与装置212更远，设置散热器216的横截面积瞬态热通量相较于到装置212更有利于到致动器260，以及选择散热器216的材料特性以有利于在装置212之前到达致动器260的高热传导率。此外，在一些实施方式中，任选地使用微控制器来直接控制加热器温度和持续时间和/或电子(如螺线管)的操作而不是相变致动器(未示出)。
在一些情况下，在选定量的时间之后，热量不再传递至加热室220，阀组件218将解吸端口240密封以开始蒸发循环。在湿气泵200保持在吸附位置时，冷凝室222中的液体水可以自由地继续蒸发，保持在冷凝室222中的水蒸气可以在一段时间内自由地继续输送出冷凝室。由于解吸端口盖248对解吸端口242的密封，该湿气通常无法从冷凝室222中重新进入加热室220。解吸端口盖248还具有垫圈材料249，用于在处于吸附位置时密封解吸端口242。虽然未示出，但是吸附端口盖244和解吸端口盖248可以通过一个或多个连接器连接，使得盖随着致动器260的移动而移动。装置212能通过吸附端口240自由地开始吸附进入加热室220的湿气。鉴于特定应用和湿气泵的特性，受益于本公开的本领域技术人员将能够选择适当的加热、解吸和吸附时间。
如图2和3所示，吸附端口和解吸端口的阀面积大致相同。在一个实施方式中，可能有利的是，使用加热的湿气泵，其中吸附端口的阀面积大于解吸端口的阀面积，从而产生阀面积差。这种阀面积差可以有利地增加捕获湿气的速率，而无需增加尺寸。在一个实施方式中，吸附端口和解吸端口各自分别限定吸附区域和解吸区域，吸附区域大于解吸区域，以提供不同的阀面积。吸附端口包含外罩中平行排列的多个开口，每个开口垂直于阀组件的行进方向布置。因此，吸附端口包括外罩中的多个开口，其限定吸附区域。每个开口在阀组件的行进方向上的宽度大约等于解吸端口的宽度。阀组件包含：具有多个开口的阀组件，当阀组件处于吸附位置时，这些开口布置成与吸附端口的开口对齐；布置在开口之间的多个阻塞区域，其布置成与吸附端口的开口对齐，当阀门组件处于解吸位置时，其阻塞吸附端口的开口。解吸端口的宽度与多个吸附开口中每个开口的宽度大致相同。多个吸附开口中每个开口的宽度优选小于或等于阀组件的相应阻塞区域的对应宽度。
吸附端口可以包含外罩壁中的至少一个开口，其与装置接近并基本平行于装置。例如，外罩可以在其中含有空隙，一个或多个开口可以平行于装置的表面并从装置横跨空隙。在外罩为圆柱形桶的情况下，干燥剂也可以基本为圆柱形并位于外罩内部并通过空隙与外罩分离。在一些实施方式中，外罩壁至少部分地围绕装置并被移除一段距离，即允许在外罩壁与装置之间通过气流的距离。在一些实施方式中，阀组件包括位于外罩内部并滑动安装在外罩内的阀组件，该阀组件可以操作以在吸附位置下覆盖解吸端口，并且可以操作以在解吸位置下覆盖至少一个吸附端口。
对于具有不同的阀面积的实施方式，还可以存在第二室，其称为冷凝室，其界定于解吸端口与排出端口之间。排出端口可以具有覆盖排出端口的膜。膜可以是水蒸气可透过且液体水不可透过的。阀组件可以在吸附位置与解吸位置之间转换，在吸附位置下，阀组件用解吸端口盖将加热室与冷凝室之间的解吸端口密封并将吸附端口打开至加热室中以将水蒸气输送进加热室中，在解吸位置下，阀组件用吸附端口盖将吸附端口密封并打开加热室与冷凝室之间的解吸端口以将水蒸气输送出加热室。
图4所示为设备的另一个示例性实施方式的剖视侧视图，其为处于解吸结构下的湿气泵300的形态，其具有不同的阀面积。图5所示为处于吸收结构下的湿气泵300。湿气泵300包括外罩310，其含有阀组件318。阀组件318包括与外罩310邻近布置的阻塞构件以及用于以机械方式将阻塞构件连接到致动器360的任何合适的连接器。外罩310的内部有室320，其含有与散热器316邻近的装置312，其与加热器314热连接。这使得散热器316与加热器314和装置312均接触。加热器314、散热器316、装置312和阀组件318的组件通过致动器360相对于外罩310的第一端334的内表面332偏置；并且通过弹簧362相对于外罩的第二端336偏置。致动器360可以操作以在外罩310内移动阀组件318。如图所示，致动器360在致动时移动加热器314、散热器316、装置312和阀组件318的整个组件；但是实际上，致动器可以与湿气泵300的少数内部组件机械耦合，如仅与阀组件318机械耦合。
外罩310界定一个或多个用于容纳或输送湿气的室。如图4和5所示，外罩310界定室320。在操作中，水蒸气通过吸附端口340选择性传输至室320内，之后通过解吸端口342从室320出来，打开状如图2所示，关闭状如图3所示。在某些实施方式中，室320为圆柱形，装置312布置在散热器316的外表面上并向外朝向室320，并且朝向外罩310的内壁。室320形成围绕装置312的空隙，并提供湿气在装置312与室330中的空气之间的传递。从解吸端口342从室330输送出来的蒸气通常通过解吸开口350畅通无阻地通到外部环境304。在某些实施方式中，小百分比的蒸气可以冷凝在开口350内部的表面上，其悬垂在解吸端口342上以防止或减轻外来物体和外部湿气的侵入。通常，“解吸端口”是指阀组件318通过转换来阻塞室320与外部环境304之间的气流的区域。解吸端口342可以通过附加体积的空气(如开口350)与外部环境304分离；或者可以直接连接到外部环境。在任选的实施方式中，膜可以覆盖开口350。
外罩310通常形成圆柱形形状，其具有一种或多种直径。外罩310任选地包括一个或多个开口(未示出)用于容纳导电体(未示出)。导电体允许电能传输至外罩310内部，例如传输至加热器314。在某些实施方式中，阀组件318和外罩318均可以是圆柱形，阀组件嵌套在外罩内。
如上文所述，加热器314将热量引导至散热器316，以加热装置312。加热器314任选地通过与其耦合操作的导电体供电，所述导电体通过外罩310的一个或多个开口设置。
在操作中，湿气泵300构造成在吸附结构和解吸结构之间转换。图4和5所示为解吸结构，其中阀组件318位于解吸位置，使得吸附端口340被阀组件318阻塞，并且解吸端口342在阀组件与外罩310的第一端332之间打开。该解吸位置将内部气氛306与室320之间的气流阻塞，同时允许室320与外部304之间通过气流。当加热器314主动加热散热器316和装置312时，湿气泵300通常处于解吸结构，使得装置312中所含的湿气被蒸发掉，并且允许其通过解吸端口342离开湿气泵300。
湿气泵300可以通过致动器360保持在解吸结构，其压靠在外罩310的第一端334的内表面332上。在多个实施方式中，致动器360为对温度响应的热机械致动器。在一些实施方式中，致动器360包括相变材料，如相变驱动物。如本文所使用的，相变材料对温度响应而膨胀或收缩，使得例如相变材料对加热响应而膨胀并对冷却响应而收缩。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。致动器360与阀组件318机械连接，使得当致动器膨胀和收缩时，阀组件可以在吸附和解吸位置之间移动。
湿气泵300可以在解吸结构下保持预定时间段，即足以从干燥剂中除去湿气的解吸或再生时间段。解吸或再生时间段是一个比较快的过程。装置312的主动加热从装置中除去湿气，使装置再生，并且室320的加热引起强对流气流，其有助于将湿气相对快速地传递出湿气泵300。由于热驱动对流，解吸端口342可以具有相对小的面积，而不会削弱湿气泵300排出湿气的能力。在某些实施方式中，可以通过将干燥剂加热到高于或等于95℃的解吸温度来实现解吸或再生。在一个实施方式中，干燥剂构件在高于硅氧烷和/或有机物在大气种的沸点的温度下解吸湿气。解吸温度可以是95℃-150℃，如105℃-150℃或110℃-135℃。
在装置充分再生后，通常在10-30分钟之后，任何进一步的加热都是能量和热量的浪费。此外，由于阀组件318处于解吸结构时会阻断受保护的罩子302的内部气氛306与室320之间的路径，所以在解吸(再生)期间没有湿气减少功能。因此，与吸附时间段相比，可以将室320加热相对较短的时间。
图4所示为处于解吸结构下的湿气泵300的侧面透视(外部)图。如图所示，阀组件318降低至解吸位置，打开解吸端口342，其可以通过解吸开口350看见。吸附端口340被阀组件318封闭。
在一个实施方式中，吸附端口340与解吸端口342相比可以具有不同的阀面积。吸附和解吸端口的面积的不对称性可以在湿气泵300处于吸附结构下的吸附期间提供更快速的湿气吸附。解吸端口在解吸期间排出湿气的有效性不受较小面积的影响。如图8-9所示，吸附端口340包括围绕外罩310周向布置的多个开口。因此，吸附区域可以由构成吸附端口340的所有开口的开口区域总和来界定。例如，吸附区域可以通过以下内容来界定，即包含吸附端口340的每个开口的高度、周长(可以根据外罩310的半径370来定义)和开口的排数来定义，其包含吸附端口，减去任何阻碍开口的外罩承载结构。相反，解吸区域根据解吸端口342来界定，在这种情况下，解吸区域可以根据解吸端口的高度和外罩310的周长来界定。一般而言，吸附端口340的每个开口的高度大约等于或略小于解吸端口342的高度。因此，一般而言，湿气泵的吸附面积将以约等于或略小于包含吸附端口340的平行开口排数的因子超过解吸面积。在某些实施方式中，包含吸附端口340的平行开口排垂直于阀组件318的行进方向延伸，并且在阀组件的行进方向上相互偏移。在一个实施方式中，吸附面积可以是800-1000mm2，700-1000mm2，600-1000mm2，500-1000mm2，或500-1200mm2。
在另一个实施方式中，阀组件318可以具有可变的尺寸(如吸附端口处的阶梯状尺寸小于或大于解吸部分处的阀组件的尺寸)。例如，在一些实施方式中，湿气泵300可以具有吸附端口处大致圆柱形的外罩310和解吸端口处大致圆柱形的外罩，但是在吸附和解吸端口之间，外罩的阶梯状半径可以不同。在这种结构下，阀组件318也可以具有阶梯状半径并嵌套在外罩310内。
在图2和3所示的结构以及类似的结构中，吸附面积可以通过增加包含吸附端口340的开口的排数来增加。因此，吸附端口340的每排开口的高度和周长不会限制吸附面积，因为可以提供附加的开口排。相反，采用单个吸附端口的湿气泵必须提供足够的吸附阀行程以提供足够的吸附面积；或者必须提供更大半径的吸附阀。因此，图2和图3中所示的结构可以提供足够的吸附面积以及比传统湿气泵更小的行程，并且在占地面积更小的装置中。举例来说，在一些实施方式中，可以在半径为20mm或更小、如25mm或更小、或30mm或更小的湿气泵中提供足够的吸附效率。在某些实施方式中，可以在吸附端口340中提供三排或更多排开口，每排开口的单独高度可以是3mm或更小、例如3.5mm或更小，或4.0mm或更小。在某些实施方式中，吸附端口340的高度可以逐行变化，而在其他实施方式中，每排吸附端口340具有相同的高度。解吸端口342的高度可以是3mm或更小，如3.5mm或更小，4.0mm或更小，或5.0mm或更小。由于排数，吸附端口340的总高度提供了与解吸端口342面积相比不同的阀面积。吸附端口的总高度大于解吸端口的高度，如至少两倍大或至少三倍大。在一些实施方式中，可以在吸附端口340中提供大于三排开口，这取决于应用并取决于允许湿气泵300穿透罩子302内部的深度。例如，在需要低吸附率的应用中，吸附端口340可以包含两排或三排开口。在需要更高吸附率的应用中，吸附端口340可以包含三排或更多排开口。在某些实施方式中，解吸端口342的高度可以等于阀组件318能够移动的距离(即阀行程)。构成吸附端口340的单个窗口的高度也可以等于或小于阀行程。在一些实施方式中，吸附端口的窗口可以略窄于阀行程的距离，以确保吸附端口关闭时空气不能在吸附端口处绕过阀组件。
吸附端口340的结构还可以通过为气流和/或湿气从内部气氛306扩散以遇到装置312提供缩短的路径来影响吸附过程的效率。在某些实施方式中，如图2和图3所示，吸附端口340包含多排开口，其围绕并包围装置312的至少一部分并跨越室320的一个区域。在这种布置和类似的布置中，来自内部气氛306的空气可以容易地通过围绕外罩310的圆周的许多点处的吸附端口340，并且容易地遇到装置31而不必穿过室320。这种布置与在一侧或末端具有单个吸附端口的湿气泵形成对比，在那种情况下，进入湿气泵的空气将首先遇到仅一小部分干燥剂。
装置312、加热器314和散热器316显示为位于或保持在室320中。装置31暴露于室320的空气中的湿气。在其他实施方式(未示出)中，装置312、加热器314和散热器316可以部分位于室320中。在其他实施方式(未示出)中，加热器314可以位于室320外部，散热器316位于或部分位于室320中。上述实施方式主要涉及基本圆柱形的湿气泵300，但是应理解，本文所述的原理可以参照阀组件318能够滑动定位在外罩310内的任何其他合适的形状来应用。在多个替代性实施方式中，外罩310和相关阀组件318可以具有椭圆形剖面、矩形剖面、或任何其他合适的剖面。如上文所述，多个替代性实施方式也可以采用阶梯式剖面区域。
图2和3所示的实施方式可以在没有第二室(如冷凝室)的情况下操作，当湿气泵300处于解吸结构时，空气可以直接从室320流入外部环境306。在其他实施方式中，可以包括冷凝室。如上文所述，当使用冷凝室时，可以存在排出端口和覆盖排出端口的膜。排出端口提供了用于将水蒸气从冷凝室输送出来的开口，例如输送到外部环境中。排出端口可以操作来防止某些物质(如碎屑、液体水、油、和/或其他物质)侵入湿气泵。水蒸气在解吸过程中聚集在冷凝室中并从排出端口离开冷凝室。在某些实施方式中，至少一部分水蒸气在输送出冷凝室之前在冷凝室内沉淀。例如，在解吸端口关闭(即在吸附结构中)时，冷凝的液体水会随着时间的推移蒸发到冷凝室的空气中，之后通过排出端口或从排放部分(未示出)排出。在某些实施方式中，构成排出端口的一个或多个膜可以是水蒸气可透但碎屑和液体水不透的，从而防止来自外部环境的碎屑或液体水侵入到湿气泵中。也可以存在覆盖吸附端口的一个或多个膜(未示出)，如用于防止从干燥剂中释放出来的颗粒进入内部环境。
美国专利第10,156,372号和WIPO公开第WO/2019010433号中更详细地描述了本公开范围内的设备的其他非限制性示例，其通过引用全文纳入本文。
在一些实施方式中，外壳的内部体积内可以有一种或多种污染物和水蒸气。在一些实施方式中，一种或多种污染物包含以下的一种或多种：一种或多种硅氧烷、一种或多种脂肪醇、一种或多种芳醇、一种或多种含氮化合物、或一种或多种其他有机化合物。
在一些实施方式中，一种或多种污染物包含以下的一种或多种：一种或多种硅氧烷、一种或多种脂肪醇、一种或多种芳醇、一种或多种含氮化合物、或一种或多种其他有机化合物。
在一些实施方式中，一种或多种硅氧烷包含以下的一种或多种：六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、十四甲基环七硅氧烷、六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、或十二甲基五硅氧烷。
在一些实施方式中，一种或多种脂肪醇包含以下的一种或多种：2-乙基己醇或十二烷醇。
在一些实施方式中，一种或多种芳醇包含以下的一种或多种：苯甲醇或2,4-二叔丁基苯酚。
在一些实施方式中，一种或多种含氮化合物包含N-甲基-2-吡咯烷酮、二丁胺、二丁基甲酰胺、或己内酰胺中的一种或多种。
在一些实施方式中，一种或多种其他有机化合物包含以下的一种或多种：甲苯、二甲苯、苯、异丙苯、三甲苯、四甲苯、萘、己内酰胺、1-羟基环己基苯基酮、苯乙酮、苯甲醛、庚醛、己醛、八氢-4,7-甲醇-1H-茚、二丙二醇、二甘醇、二乙酰苯、己二酸丁二醇酯、二苯砜、碳酸丙烯酯、或十四烷。
在一些实施方式中，外壳包含足够量的水蒸气，以提供15％-60％的相对湿度。在一些实施方式中，外壳包含足够量的水蒸气，以提供20％-55％的相对湿度、25％-50％的相对湿度。在一些实施方式中，外壳包含足够量的水蒸气，以提供30％-45％的相对湿度。在一些实施方式中，外壳包含足够量的水蒸气，以提供35％-40％的相对湿度。
在一些实施方式中，装置可以至少部分位于外壳内。在一些实施方式中，装置可以完全在外壳内。在一些实施方式中，装置可以部分在外壳内。替代地，在一些实施方式中，装置可以位于外壳外部但与外壳足够接近，以允许湿气在装置与外壳的内部体积之间移动，从而吸收外壳的内部体积内的水蒸气。在一些实施方式中，装置与外壳接触。在一些实施方式中，装置与外壳的外表面相连。
在一些实施方式中，外壳包含至少一种可腐蚀金属。在一些实施方式中，可腐蚀金属包含不锈钢、铜、或铝中的一种或多种。在一些实施方式中，不锈钢为304不锈钢。在一些实施方式中，铜为C122铜。在一些实施方式中，铝为6061铝。
在一些实施方式中，装置与外壳流体连通，从而允许湿气在装置与外壳之间移动。在一些实施方式中，存在导管，其允许湿气在装置与外壳之间输送。该导管可以采用管、管道、阀、或本领域技术人员已知的任何其他合适导管的形态。如本文所述，导管的长度应当与装置与外壳之间的距离相对应。
在一些实施方式中，装置包含负载有干燥剂的基材。在一些实施方式中，50-90重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，55-85重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，60-80重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，65-75重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，65-70重量％的基材负载有干燥剂。
在一些实施方式中，50-85重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，50-80重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，50-75重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，装置包含负载有干燥剂的基材。在一些实施方式中，50-70重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，50-65重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，50-60重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，50-55重量％的基材负载有干燥剂。
在一些实施方式中，55-90重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，60-90重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，65-90重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，70-90重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，80-90重量％的基材负载有干燥剂。在一些实施方式中，85-90重量％的基材负载有干燥剂。
在一些实施方式中，基材包含至少一种聚合物材料。在一些实施方式中，至少一种聚合物材料包含含氟聚合物。在一些实施方式中，至少一种聚合物材料包含膨胀的含氟聚合物。
在一些实施方式中，基材的至少一种聚合物材料包含聚四氟乙烯(PTFE)。
在一些实施方式中，基材的至少一种聚合物材料包含膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)。
在一些实施方式中，基材的厚度可以是0.1-15mm。在一些实施方式中，基材的厚度可以是0.2-10mm。在一些实施方式中，基材的厚度可以是0.4-5mm。在一些实施方式中，基材的厚度可以是0.75-2.5mm。在一些实施方式中，基材的厚度可以是1.5-2mm。
在一些实施方式中，至少一种聚合物材料包含聚(乙烯-共四氟乙烯)(ETFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚对二甲苯(PPX)、聚乳酸、及其任意组合或共混物。
在一些实施方式中，基材为带的形式。在一些实施方式中，带为切割带。在一些实施方式中，基材为管的形式。在一些实施方式中，基材为碟的形式。
在一些实施方式中，基材包含至少一种附加聚合物材料。在一些实施方式中，至少一种附加聚合物材料包含位于基材至少一侧上的至少一种聚合物膜。在一些实施方式中，至少一种附加聚合物材料包含位于基材多侧上的多个聚合物膜。
在一些实施方式中，相较于仅有单种聚合物材料的装置而言，至少一种附加聚合物材料使干燥剂颗粒由装置到外壳内的转移降低50％-97％。在一些实施方式中，相较于仅有单种聚合物材料的装置而言，至少一种附加聚合物材料使干燥剂颗粒由装置到外壳内的转移降低60％-87％。在一些实施方式中，相较于仅有单种聚合物材料的装置而言，至少一种附加聚合物材料使干燥剂颗粒由装置到外壳内的转移降低70％-77％。
在一些实施方式中，至少一种附加聚合物材料用作屏障，以防止干燥剂颗粒进入外壳内。在外壳包含至少一种可腐蚀金属的实施方式中，防止干燥剂颗粒进入外壳内可以减少腐蚀。在一些实施方式中，在装置中包括至少一种附加聚合物材料可以将至少一种可腐蚀金属的腐蚀减少至相较于仅包含单种聚合物材料的装置少20％-86％。在一些实施方式中，在装置中包括至少一种附加聚合物材料可以将至少一种可腐蚀金属的腐蚀减少至相较于仅包含单种聚合物材料的装置少40％-72％。在一些实施方式中，在装置中包括至少一种附加聚合物材料可以将至少一种可腐蚀金属的腐蚀减少至相较于仅包含单种聚合物材料的装置少42％-60％。
在一些实施方式中，干燥剂包含氯化钙盐和部分浸渍有氯化钙盐的承载材料。在一些实施方式中，20重量％-70重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，25重量％-65重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。
在一些实施方式中，30重量％-60重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，35重量％-55重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，40重量％-50重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。
在一些实施方式中，20重量％-65重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。
在一些实施方式中，20重量％-60重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，20重量％-55重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，20重量％-50重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，20重量％-45重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，20重量％-40重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，20重量％-35重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，20重量％-30重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。
在一些实施方式中，25重量％-70重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，30重量％-70重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，35重量％-70重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，40重量％-70重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，45重量％-70重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，50重量％-70重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，60重量％-70重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。在一些实施方式中，65重量％-70重量％的承载材料浸渍有氯化钙盐。
在一些实施方式中，承载材料的孔体积为0.2-2.1cm3/g。在一些实施方式中，承载材料的孔体积为0.4-1.9cm3/g。在一些实施方式中，承载材料的孔体积为0.6-1.7cm3/g。在一些实施方式中，承载材料的孔体积为0.8-1.5cm3/g。在一些实施方式中，承载材料的孔体积为1.0-1.3cm3/g。在一些实施方式中，承载材料的孔体积为1.1-1.2cm3/g。
在一些实施方式中，承载材料的表面积为273-1534cm3/g。在一些实施方式中，承载材料的表面积为573-1334cm3/g。在一些实施方式中，承载材料的表面积为773-1134cm3/g。在一些实施方式中，承载材料的表面积为873-1034cm3/g。
在一些实施方式中，承载材料包含金属氧化物。在一些实施方式中，金属氧化物包含氧化铝或二氧化硅中的一种或多种。在一些实施方式中，承载材料包含活性炭。在一些实施方式中，承载材料包含金属有机框架。在一些实施方式中，金属有机框架为UiO-66。
出乎意料地发现，当至少部分布置在含本文所述的一种或多种污染物的外壳内或附近(即以本文所述的距离布置)时，本文所述的装置表现出改进的水蒸气容量。即，在一些实施方式中，提供足够量的干燥剂或基材中的至少一种，其赋予装置的水蒸气容量在经历多达384个吸附/解吸循环之后不会下降超过17％。在一些实施方式中，提供足够量的干燥剂或基材中的至少一种，其赋予装置的水蒸气容量在经历多达192个吸附/解吸循环之后不会下降超过9％。在一些实施方式中，提供足够量的干燥剂或基材中的至少一种，其赋予装置的水蒸气容量在经历多达96个吸附/解吸循环之后不会下降超过5％。在一些实施方式中，提供足够量的干燥剂或基材中的至少一种，其赋予装置的水蒸气容量在经历多达48个吸附/解吸循环之后不会下降超过2％。在一些实施方式中，提供足够量的干燥剂或基材中的至少一种，其赋予装置的水蒸气容量在经历多达24个吸附/解吸循环之后不会下降超过1％。在一些实施方式中，提供足够量的干燥剂或基材中的至少一种，其赋予装置的水蒸气容量在经历多达12个吸附/解吸循环之后不会下降超过0.5％。在一些实施方式中，提供足够量的干燥剂或基材中的至少一种，其赋予装置的水蒸气容量在经历多达6个吸附/解吸循环之后不会下降超过0.25％。
在一些实施方式中，干燥剂或基材中的一者或两者的吸收/解吸由装置与热源之间的温度梯度驱动。在一些实施方式中，干燥剂或基材中的一者或两者的吸收/解吸由装置与热源之间的温度梯度驱动。在一些实施方式中，热源采用加热器的形态。在一些实施方式中，加热器为美国专利第10,156,372号和WIPO公开第WO/2019010433号中所描述的正导热系数(PTC)加热器。在一些实施方式中，干燥剂的吸收/解吸由外壳与装置之间的湿气梯度驱动。
在一些实施方式中，每个吸收/解吸循环为热循环。一些实施方式中，每个热循环包含在-20℃至150℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在-20℃至125℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在-20℃至100℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在-20℃至75℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在-20℃至50℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在-20℃至25℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在-20℃至0℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。
一些实施方式中，每个热循环包含在0℃至150℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在25℃至150℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在50℃至150℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在75℃至150℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在100℃至150℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在125℃至150℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。
一些实施方式中，每个热循环包含在25℃至125℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在50℃至100℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。一些实施方式中，每个热循环包含在75℃至100℃的温度范围内将干燥剂反复加热和冷却。
在一些实施方式中，每个吸收/解吸循环为湿气循环。本文所述的湿气循环可以(但不是必需)由任何本文所述的湿气泵来实施。
在一些实施方式中，每个吸收/解吸循环为湿气循环，其间干燥剂暴露于特定相对湿度的空气中，以在干燥剂与空气之间产生湿气梯度。
在一些实施方式中，空气的相对湿度为20％-95％。在一些实施方式中，空气的相对湿度为20％-75％。在一些实施方式中，空气的相对湿度为20％-50％。在一些实施方式中，空气的相对湿度为20％-25％。
在一些实施方式中，空气的相对湿度为25％-95％。在一些实施方式中，空气的相对湿度为50％-95％。在一些实施方式中，空气的相对湿度为75％-95％。在一些实施方式中，空气的相对湿度为90％-95％。
在一些实施方式中，空气的相对湿度为20％-95％。在一些实施方式中，空气的相对湿度为25％-75％。在一些实施方式中，空气的相对湿度为40％-60％。在一些实施方式中，空气的相对湿度为50％-55％。
实施例
实施例1：干燥剂的质地特性
使用氮物理吸附来测量各种干燥剂的质地特性，其通过使用QuantachromeAutosorb iQ仪器在77K下进行。在分析之前，125℃下将样品在真空中脱气4小时。结果如表1所示。由于排除氮分子，无法获得3A分子筛的表面积和孔体积。二氧化硅SY290具有1.86cm3/g的高孔体积，而硅胶具有741m2/g的最高表面积。
表1.各种干燥剂的质地特性
实施例2：氯化钙在二氧化硅载体中的湿浸渍
通过混合1g二氧化硅SY290和0.55g氯化钙来进行湿浸渍。在称重之前，将盐在烘箱中在150℃下干燥2小时。之后，向混合物中加入少量水(<4cm3)并搅拌均匀。将浆料在烘箱中在110℃下干燥数小时以获得干燥样品。发现具有高孔体积(>1.50cm3/g)的二氧化硅载体能够容纳高载量的CaCl2(>50重量％)。
实施例3：水蒸气吸收的吸附等温线
使用Quantachrome Vstar仪器在25℃下测量干燥剂的水蒸气吸收。在吸附水蒸气之前，125℃下将样品在真空中脱气4小时。图6所示为55重量％的CaCl2/SiO2、硅胶、膨润土和3A分子筛的吸附等温线。在高于15％的相对湿度下，与其他干燥剂相比，二氧化硅承载的氯化钙干燥剂具有更高的吸附率。
表1：各种干燥剂在25℃下的水蒸气吸收(mmol/g)
实施例4：干燥剂的热再生
干燥剂可以通过在加热的湿气泵(HMP)装置中进行加热来再生，而解吸的水蒸气量可以作为温度的函数被测量。最初，粉末干燥剂暴露在环境水蒸气中几个小时。之后，使用热重分析仪(TA仪器TGA 5500)，将样品以10℃/分钟的升温速率加热至125℃并保持4小时。图7所示为从干燥剂中解吸的湿气百分比作为温度的函数。
硅胶在120℃时失去其大部分湿气，而膨润土和55重量％的CaCl2/SiO2失去了大约80％的吸收的水蒸气。但是，3A分子筛仅失去其湿气的40％，其余部分在温度保持在125℃下4小时后解吸。结果表明，再生二氧化硅承载的氯化钙干燥剂所需的热能与膨润土相当。
实施例5.干燥剂的水蒸气吸附动力学
为了确定水蒸气的吸附动力学，使用动态蒸气吸收(DVS)仪器。样品最初在125℃下在真空中脱气4小时，之后冷却至25℃。之后，将样品暴露于相对湿度为20％或60％的水蒸气中。当差异质量下降到小于0.05时，停止水蒸气的吸收。
图8和图9所示分别为20％和60％的相对湿度下干燥剂对水蒸气的吸收。二氧化硅承载的氯化钙干燥剂能够在与硅胶相同的时间内达到满容量。此外，在这些条件下，CaCl2干燥剂的吸收率明显高于硅胶和膨润土。
实施例6.污染物对CaCl2/SiO2的水蒸气吸收的影响
HMP装置的目标环境中存在的污染物会降低干燥剂对水蒸气的吸收。太阳能逆变器中发现的两种主要污染物为八甲基环四硅氧烷(D4)和苯甲醇(BA)。为了测试污染物对水蒸气吸收的影响，将新鲜干燥剂分别暴露于D4和BA，并使用实施例3中的步骤测量水蒸气吸收。暴露在封闭的干燥剂箱中进行。将新鲜干燥剂和液体D4或BA(20mL)的小瓶放入干燥剂箱中，在烘箱中在40℃至125℃之间热循环20次。结果示于图10。
CaCl2/SiO2在暴露于污染物后仅显示出吸收量的少量下降，但是与硅胶、膨润土和3A分子筛相比仍然明显更高。
表2：暴露于污染物之前和之后的干燥剂的水蒸气吸收(mmol/g)
实施例7.污染物对承载的CaCl2干燥剂的水蒸气吸收的影响
CaCl2的浸渍可以扩展到其他多孔载体，例如金属有机框架(UiO-66)、活性炭(SA20)和金属氧化物(氧化铝)。浸渍方法类似于实施例2，但是由于这些载体更低的孔体积，盐含量减少(20重量％的CaCl2/UiO-66，30重量％的CaCl2/SA20，20重量％的CaCl2/Al2O3)。
另外还使用与实施例6相同的方法研究了污染物对这些干燥剂吸收水蒸气的影响，结果如图11所示。一般而言，含氯化钙干燥剂与其各自的载体相比表现出更高的水蒸气吸收量和更强的抗污染物能力。
图12所示为图10与图11的结果的组合，其总体上表明，与本文所述的各种其他干燥剂(受承载或不受承载)相比，含氯化钙干燥剂显示出更高的水蒸气吸收量和更高的抗污染物能力。
表3：暴露于污染物之前和之后的各种承载的氯化钙干燥剂的水蒸气吸收(mmol/ g)
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实施例8：无承载的CaCl2/SiO2和PTFE复合物带的制造
将大约150g二氧化硅承载的氯化钙和37.5g聚四氟乙烯(PTFE)均匀混合，以获得80％CaCl2/SiO2干燥剂和20％PTFE的组合物。
图13所示的多孔原纤化聚合物带是通过以例如授予Mitchell等人的美国公开第2005/0057888号中一般教导的方式将混合物共混而形成的。除了使用二氧化硅承载的氯化钙以外，其他干燥剂(例如硅胶、膨润土和3A分子筛)也可以用作聚合物带中的填料。
实施例9：承载的CaCl2/SiO2和PTFE复合物带的制造
使用与实施例8相同的步骤。但是，包含膨胀的PTFE(ePTFE)或膨胀的硫聚四氟乙烯(离聚物)的薄多孔膜可以用作承载膜，并且该工艺生产的带在带的两侧都具有薄膜，如图14所示。除了二氧化硅承载的氯化钙以外，其他干燥剂(例如硅胶、膨润土和3A分子筛)也可以用作聚合物带中的填料。
实施例10：金属腐蚀速率的测量
三种类型的金属试样(304不锈钢、铝6061和铜122)用于测试含氯化钙干燥剂所引起的腐蚀。每个金属试样约为1平方英寸和1/8英寸厚。使用600号砂纸对表面进行抛光。在60-80％的相对湿度和35℃下，将测试试样暴露于各种样品(粉末、有承载膜和无承载膜的带)3小时，之后在125℃的对流烘箱中暴露1小时。在5天中，循环总共重复10次。在测试前后分别测量测试试样的质量，以计算腐蚀速率，并拍摄腐蚀点的照片。
表4：测试试样的腐蚀速率(mm每年)
304不锈钢和铜122在空白实验的水蒸气的存在下均有较小程度的腐蚀。在暴露于粉末形态的氯化钙干燥剂后，三个测试试样的腐蚀速率增加了，这种增加在铝和铜中都是显着的。但是，在测试试样暴露于PTFE带形态的CaCl2/SiO2干燥剂之后，腐蚀速率降低至低水平(不锈钢和铜)或零(铝)。
图15和图16所示分别为暴露于无ePTFE膜和有ePTFE膜的63重量％的CaCl2/SiO2PTFE带之后测试试样的照片，样品含有最高的盐载量。尽管暴露于63重量％的CaCl2/SiO2无膜PTFE带之后腐蚀速率较低，但是在304不锈钢和铜122试样上均观察到点蚀(图15)。相比之下，在暴露于63重量％的具有ePTFE膜的CaCl2/SiO2 PTFE带的样品上没有观察到这种局部腐蚀(图16)，表明这些多孔膜的存在可以通过防止金属与干燥剂之间的直接接触来减小腐蚀速率。
实施例11：干燥剂的外壳循环测试
为了确定多次循环后污染物对干燥剂的影响，在35-155℃下在外壳中对填充有干燥剂的PTFE带进行热循环。外壳具有20％的受控相对湿度并含有15mL八甲基环四硅氧烷(D4)和15mL苯甲醇(BA)。将干燥剂加热至155℃并保持15分钟，之后使用两个风扇在外壳内循环空气将其冷却至35℃并保持90分钟。该循环重复多次，每192个循环后移除一个带以用于水蒸气吸附分析。
图17、图18和图19所示为新鲜和使用过的样品的水蒸气吸附等温线。63重量％的CaCl2/SiO2 PTFE带的水蒸气吸收在384个循环后仅显示出很小的下降，但是硅胶和膨润土PTFE带均显示出容量的大幅下降。这表明CaCl2/SiO2 PTFE干燥剂带在多次循环后仍然具有很强的抗污染物能力。图20所示为带在20％RH下的水蒸气吸收，用于进行比较。
表5：循环测试之前和之后填充有干燥剂的PTFE带(80％负载)的水蒸气吸收 (mmol/g)
尽管已经描述了本公开的几个实施方式，但是应当理解，这些实施方式仅是说明性的而不是限制性的，并且许多修改对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。例如，本文所讨论的所有尺寸仅作为示例提供，并且意图是说明性的而非限制性的。

Claims (15)

1.一种设备，其包含：
外壳；
其中，外壳的内部体积内有一种或多种污染物和水蒸气；
装置；
其中，所述装置至少部分位于外壳内或位于外壳外并与外壳足够接近，以允许湿气在装置与外壳的内部体积之间移动，以吸收外壳的内部体积内的水蒸气；
其中，所述装置包含：
负载有干燥剂的基材；
其中，基材包含至少一种聚合物材料；
其中，50-90重量%的基材负载有干燥剂；
其中，干燥剂包含：
氯化钙盐；和
承载材料，所述承载材料包含二氧化硅；
其中，20重量%-70重量%的承载材料浸渍有氯化钙盐；
其中，承载材料的表面积为273-282m2/g；
其中，在外壳内存在所述一种或多种污染物和水蒸气的情况下，干燥剂的水蒸气容量在经历多达384个吸附/解吸循环之后不会减少超过17%。
2.如权利要求1所述的设备，其中，20重量%-65重量%的承载材料浸渍有氯化钙盐。
3.如权利要求1所述的设备，其中，70重量%-80重量%的基材负载有干燥剂。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述外壳包含不锈钢、铜或铝中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的设备，其中，承载材料的孔体积为0.2-2.10cm3/g。
6.如权利要求1所述的设备，其中，承载材料的孔体积为0.42-1.90cm3/g。
7.如权利要求1所述的设备，其中，基材为带、管或碟的形式。
8.如权利要求1所述的设备，其进一步包含至少一种附加聚合物材料，所述至少一种附加聚合物材料是至少一种聚合物膜，其位于基材至少一侧上。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述至少一种附加聚合物材料包含含氟聚合物或膨胀的含氟聚合物。
10.如权利要求9所述的设备，其中，膨胀的含氟聚合物为膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)。
11.如权利要求8所述的设备，其中，所述至少一种附加聚合物材料包含聚(乙烯-共四氟乙烯)(ETFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚对二甲苯(PPX)、聚乳酸及其任意组合或共混物。
12.如权利要求1所述的设备，其中，一种或多种污染物包含以下的一种或多种：一种或多种硅氧烷、一种或多种脂肪醇、一种或多种芳醇、一种或多种含氮化合物或一种或多种其他有机化合物；
一种或多种硅氧烷包含以下的一种或多种：六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、十四甲基环七硅氧烷、六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷或十二甲基五硅氧烷；
一种或多种脂肪醇包含以下的一种或多种：2-乙基己醇或十二烷醇；
一种或多种芳醇包含以下的一种或多种：苯甲醇或2,4-二叔丁基苯酚；
一种或多种含氮化合物包含N-甲基-2-吡咯烷酮、二丁胺、二丁基甲酰胺或己内酰胺中的一种或多种；
一种或多种其他有机化合物包含以下的一种或多种：甲苯、二甲苯、苯、异丙苯、三甲苯、四甲苯、萘、己内酰胺、1-羟基环己基苯基酮、苯乙酮、苯甲醛、庚醛、己醛、八氢-4,7-甲醇-1H-茚、二丙二醇、二甘醇、二乙酰苯、己二酸丁二醇酯、二苯砜、碳酸丙烯酯或十四烷。
13.如权利要求1所述的设备，其中，每个吸收/解吸循环为湿气循环，其间干燥剂暴露于相对湿度为20%-95%的空气中，以在干燥剂与空气之间产生湿气梯度。
14.如权利要求8所述的设备，其中，相较于仅有单种聚合物材料的装置而言，至少一种附加聚合物材料使干燥剂颗粒由装置到外壳内的转移降低50%-97%。
15.一种方法，其包括以下步骤：
a) 获得装置，其包含：
负载有干燥剂的基材；
其中，基材包含至少一种聚合物材料；
其中，50-90重量%的基材负载有干燥剂；
其中，干燥剂包含：
氯化钙盐；和
承载材料，所述承载材料包含二氧化硅；
其中，承载材料的表面积为273-282m2/g；
其中，20重量%-70重量%的承载材料浸渍有氯化钙盐；
b) 将装置至少部分地放置于外壳的内部体积内或放置于外壳外并与外壳足够接近，以允许湿气在装置与外壳之间移动；
其中，外壳包含内部体积内的一种或多种污染物和水蒸气；
c) 从外壳的内部体积向装置内吸收湿气；
d) 从装置中解吸湿气，以完成吸收/解吸循环；
e) 重复步骤c)-d)，
其中，在外壳内存在所述一种或多种污染物和水蒸气的情况下，装置的水蒸气容量在经历多达384个吸收/解吸循环之后不会减少超过17%。
CN201980098898.1A 2019-05-28 2019-05-28 包含具有高湿气容量的抗污染物且非腐蚀性的干燥剂复合物的设备 Active CN114173906B (zh)

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