用于去除水和气体的过滤系统以及系统和其使用方法与流程

本公开涉及一种具有例如用于从舱室去除水和/或气体的吸附剂材料的舱室过滤系统。本公开还涉及并入有此类过滤系统的其它系统以及其使用方法。

背景技术：

1、维持封闭空间内(例如车辆中的客舱中)的空气质量是重要但能量消耗高的过程。乘客消耗氧气并且产生大量二氧化碳(co2)和湿度。除非内部空气被引入舱的大量新鲜的外部空气代替，否则二氧化碳和湿度水平迅速增加。

2、用外部空气代替舱空气在加热、通风和空气调节(hvac)系统调节新鲜的外部空气所需的冷却和加热功率以及外部空气(例如，含有较高水平的污染物的高速公路上的空气)的质量方面具有挑战。空调为显著的能量消耗源(至多50％)，这特别消耗电动车辆的电池。

3、已经开发出二氧化碳吸附剂材料以将co2浓度降低到安全水平并且改进hvac系统的能量效率。具体地说，hvac系统利用co2洗涤器，所述洗涤器并入co2吸着剂以从再循环的内部空气中吸附co2，并且然后通过吹扫过程将co2释放到外部空气中。虽然这类系统在节能方面比传统hvac系统有所改进，但吸附剂材料未能满足工作容量和热老化稳定性的长期目标。

4、此外，已经开发出干燥剂系统以降低客舱中的湿度，从而减少窗户上的冷凝物。然而，干燥剂仅吸收有限量的水分。在低温和高湿度下，汽车中的典型通风系统可不能高效、有效和/或快速去除冷凝物。

技术实现思路

1、根据各种实施例，本文公开一种舱室过滤系统，所述舱室过滤系统包括：吸附剂材料，所述吸附剂材料被配置成从舱室去除气体或水中的至少一个；以及至少一个加热器，所述加热器被配置成将热能直接传输到吸附剂材料。

2、本文进一步描述过滤系统，所述过滤系统包括：水吸附剂材料；气体吸附剂材料；以及至少一个加热器，所述加热器被配置成将热能传输到水吸附剂材料或气体吸附剂材料中的至少一个。

3、在又另外的实施例中，本文描述一种系统，所述系统包括：客舱；用于维持客舱中的空气质量的供暖、通风和空调(hvac)系统；以及用于维持客舱内的湿度和二氧化碳水平的过滤系统，所述过滤系统根据各种实施例。

4、本文进一步描述电动汽车通风系统，所述电动汽车通风系统包括：客舱；用于维持客舱中的空气质量的供暖、通风和空调(hvac)系统；电池；以及用于维持客舱内的湿度和二氧化碳水平的过滤系统，所述过滤系统根据各种实施例。

5、本文根据另外实施例描述一种汽车通风系统，所述汽车通风系统包括：客舱；用于维持客舱中的空气质量的供暖、通风和空调(hvac)系统；以及用于维持客舱内的湿度和二氧化碳水平的过滤系统，所述过滤系统根据各种实施例。

6、根据各种实施例，本文进一步描述一种使用过滤系统的方法，所述方法包括：操作过滤系统的第一吸附管线，所述第一吸附管线包括：第一水吸附剂材料；以及第一气体吸附剂材料，其中所述第一吸附管线从周围空气去除水和气体；以及再生所述过滤系统的第二吸附管线，所述第二吸附管线包括：第二水吸附剂材料；以及第二气体吸附剂材料，其中所述第二吸附管线从第二水吸附剂材料和第二气体吸附剂材料解吸附水和气体。

技术特征：

1.一种舱室过滤系统，其包括：

2.根据权利要求1所述的舱室过滤系统，其中所述吸附剂材料包括气体吸附剂材料、水吸附剂材料或其混合物中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的舱室过滤系统，其中所述吸附剂材料包括气体吸附剂材料和水吸附剂材料。

4.根据权利要求3所述的舱室过滤系统，其中所述气体吸附剂材料在操作方向上在所述水吸附剂材料的下游。

5.根据权利要求1所述的舱室过滤系统，其中所述吸附剂材料包括多个单元。

6.根据权利要求5所述的舱室过滤系统，其中所述多个单元包括粉末、珠粒、挤出物、片剂、丸粒、附聚物、颗粒、成形体、压缩形状以及其组合中的至少一个。

7.根据权利要求5或6所述的舱室过滤系统，其中所述多个单元包括圆形、球形、球体、圆柱体、圆柱形、椭圆形、规则颗粒、不规则颗粒、星形、通心面、圆环、环形、螺旋形以及其组合中的至少一个的形状。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的舱室过滤系统，其中所述多个单元小于约10mm、小于约5.0mm、小于约3.0mm、小于约2.5mm、小于约2.0mm、小于约1.5mm、小于约1.0mm、小于约0.5mm、小于约0.1mm或小于约0.05mm。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的舱室过滤系统，其中所述多个单元包括约0.05mm至约6.0mm，或约0.1mm至约4mm，或约0.5mm至约2mm的平均大小。

10.根据权利要求1所述的舱室过滤系统，其中所述吸附剂材料包括硅铝酸盐材料，任选地硅铝酸盐凝胶。

11.根据任一前述权利要求所述的舱室过滤系统，其中所述吸附剂包括水吸附剂材料，所述水吸附剂材料包括高孔隙率和高表面积材料。

12.根据任一前述权利要求所述的舱室过滤系统，其中所述水吸附剂材料包括二氧化硅、氧化铝或金属有机骨架中的至少一个。

13.根据权利要求1所述的舱室过滤系统，其中所述吸附剂包括气体吸附剂材料，所述气体吸附剂材料包括浸渍到一个或多个高表面积衬底上的胺和氨基甲酸酯中的至少一种。

14.根据权利要求13所述的舱室过滤系统，其中所述氨基甲酸酯包括乙胺碳酸盐和碳酸二甲酯之间的反应的产物。

15.根据权利要求13所述的舱室过滤系统，其中所述高表面积衬底包括大于约0.8cc/g的孔隙体积。

16.根据权利要求13所述的舱室过滤系统，其中所述高表面积衬底包括大于约或大于约或大于约的平均孔径。

17.根据权利要求1所述的舱室过滤系统，其中所述吸附剂包括气体吸附剂材料，所述气体吸附剂材料包括陶瓷、聚合物、二氧化硅、氧化铝、胺、氨基甲酸酯、绿坡缕石、金属有机骨架(mof)、沸石、活性炭、离子交换树脂、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化锂、前述任一者的表面改性类似物，或其组合中的至少一个。

18.根据权利要求17所述的舱室过滤系统，其中所述聚合物包括聚苯乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯胺、具有氨基的聚山梨醇酯主链，或其组合。

19.根据权利要求1所述的舱室过滤系统，其中所述吸附剂材料包括气体吸附剂材料，所述气体吸附剂材料包括约35wt％至约55wt％的胺组分和约45wt％至约65wt％的二氧化硅组分，或约40wt％至约50wt％的胺组分和约50wt％至约60wt％的二氧化硅组分，以及约45wt％的胺组分和约55wt％的二氧化硅组分。

20.根据权利要求13至19中任一项所述的舱室过滤系统，其中所述气体吸附剂材料包括一种或多种粘合剂。

21.根据权利要求20所述的舱室过滤系统，其中所述一种或多种粘合剂包括有机粘合剂、苯乙烯丙烯酸聚合物、无机粘合剂或硅酸钠中的至少一种。

22.根据权利要求13至21中任一项所述的舱室过滤系统，其中所述气体吸附剂材料进一步包括原纤化聚合物纤维。

23.根据任一前述权利要求所述的舱室过滤系统，其中所述至少一个加热器包括微波谐振器。

24.根据任一前述权利要求所述的舱室过滤系统，其中所述热能是微波能。

25.根据任一前述权利要求所述的舱室过滤系统，其中所述热能具有约2400mhz至约2500mhz，或约900mhz至约915mhz的频率。

26.根据任一前述权利要求所述的舱室过滤系统，其中所述至少一个加热器被配置成直接将热能传输到所述吸附剂材料。

27.根据权利要求3或4所述的舱室过滤系统，其中所述水吸附剂材料与所述气体吸附剂材料的重量比是约1：10至约1:1，或约1:4至约1:1，或约1:4。

28.根据权利要求2至4、11和12中任一项所述的舱室过滤系统，其中所述水吸附剂材料以每乘客约0.25l至约7.5l，或每乘客至少约0.3l的量存在。

29.根据权利要求2至4和13至22中任一项所述的舱室过滤系统，其中所述气体吸附剂材料以每乘客约1.0l至约10.0l，或每乘客至少约1.2l的量存在。

30.根据任一前述权利要求所述的舱室过滤系统，其中所述吸附剂与舱室流体连通。

31.根据任一前述权利要求所述的舱室过滤系统，其中所述舱室在车辆、电动汽车、卡车、厢式车、飞机、直升机、火车或航天器中。

32.一种过滤系统，其包括：

33.根据权利要求32所述的过滤系统，其中所述气体吸附剂材料在操作方向上在所述水吸附剂材料的下游。

34.根据权利要求32所述的过滤系统，其中所述水吸附剂材料和所述气体吸附剂材料形成组合，任选地其中所述组合是混合物。

35.根据权利要求32所述的过滤系统，其进一步包括膜，其中所述水吸附剂材料或所述气体吸附剂材料中的至少一个覆盖所述膜的部分。

36.根据权利要求32所述的过滤系统，其中所述水吸附剂材料或所述气体吸附剂材料中的至少一个在非织造介质材料层上形成涂层。

37.根据权利要求36所述的过滤系统，其中所述层是波纹状的。

38.根据权利要求32至37中任一项所述的过滤系统，其中所述水吸附剂材料或所述气体吸附剂材料中的至少一个包括多个单元。

39.根据权利要求38所述的过滤系统，其中所述多个单元包括粉末、珠粒、挤出物、片剂、丸粒、附聚物、颗粒、成形体、压缩形状以及其组合中的至少一个。

40.根据权利要求38或39所述的过滤系统，其中所述多个单元包括圆形、球形、球体、圆柱体、圆柱形、椭圆形、规则颗粒、不规则颗粒、星形、通心面、圆环、环形、螺旋形以及其组合中的至少一个的形状。

41.根据权利要求38至40中任一项所述的过滤系统，其中所述多个单元小于约10mm、小于约5.0mm、小于约3.0mm、小于约2.5mm、小于约2.0mm、小于约1.5mm、小于约1.0mm、小于约0.5mm、小于约0.1mm或小于约0.05mm。

42.根据权利要求38至41中任一项所述的过滤系统，其中所述多个单元包括约0.05mm至约6.0mm，或约0.1mm至约4mm，或约0.5mm至约2mm的平均大小。

43.根据权利要求32至42中任一项所述的过滤系统，其中所述水吸附剂材料包括高孔隙率和高表面积材料。

44.根据权利要求32至43中任一项所述的过滤系统，其中所述水吸附剂材料包括二氧化硅、氧化铝或金属有机骨架中的至少一种。

45.根据权利要求32至44中任一项所述的过滤系统，其中所述气体吸附剂材料包括浸渍到一个或多个高表面积衬底上的胺和氨基甲酸酯中的至少一种。

46.根据权利要求45所述的过滤系统，其中所述氨基甲酸酯包括乙胺碳酸盐和碳酸二甲酯之间的反应的产物。

47.根据权利要求32至46中任一项所述的过滤系统，其中所述气体吸附剂材料包括陶瓷、聚合物、二氧化硅、氧化铝、胺、氨基甲酸酯、绿坡缕石、金属有机骨架(mof)、沸石、活性炭或前述任一者的表面改性类似物中的至少一个。

48.根据权利要求32至47中任一项所述的过滤系统，其中所述水吸附剂材料或气体吸附剂材料中的至少一个包括硅铝酸盐材料，任选地硅铝酸盐凝胶。

49.根据权利要求32至48中任一项所述的过滤系统，其中所述气体吸附剂材料包括聚合物，所述聚合物包括聚苯乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯胺、具有氨基的聚山梨醇酯主链，或其组合。

50.根据权利要求49所述的过滤系统，其中所述聚合物包括聚乙烯胺。

51.根据权利要求32至50中任一项所述的过滤系统，其中所述气体吸附剂材料包括约35wt％至约55wt％的胺组分和约45wt％至约65wt％的二氧化硅组分，或约40wt％至约50wt％的胺组分和约50wt％至约60wt％的二氧化硅组分，以及约45wt％的胺组分和约55wt％的二氧化硅组分。

52.根据权利要求45所述的过滤系统，其中所述高表面积衬底包括大于约0.8cc/g的孔隙体积。

53.根据权利要求45所述的过滤系统，其中所述高表面积衬底包括大于约或大于约或大于约的平均孔径。

54.根据权利要求32至53中任一项所述的过滤系统，其中所述气体吸附剂材料包括一种或多种粘合剂。

55.根据权利要求54所述的过滤系统，其中所述一种或多种粘合剂包括有机粘合剂、苯乙烯丙烯酸聚合物、无机粘合剂或硅酸钠中的至少一种。

56.根据权利要求32至55中任一项所述的过滤系统，其中所述气体吸附剂材料进一步包括原纤化聚合物纤维。

57.根据权利要求32至56中任一项所述的过滤系统，其中所述至少一个加热器包括微波谐振器。

58.根据权利要求32至57中任一项所述的过滤系统，其中所述热能是微波能。

59.根据权利要求32至58中任一项所述的过滤系统，其中所述热能具有约2400mhz至约2500mhz，或约900mhz至约915mhz的频率。

60.根据权利要求32至59中任一项所述的过滤系统，其中所述至少一个加热器被配置成将热能传输到所述水吸附剂材料或所述气体吸附剂材料中的至少一个。

61.根据权利要求32至60中任一项所述的过滤系统，其中所述水吸附剂材料与所述气体吸附剂材料的重量比是约1:10至约1:1，或约1:4至约1:1，或约1:4。

62.根据权利要求32至61中任一项所述的过滤系统，其中所述水吸附剂材料以每乘客约0.25l至约7.5l，或每乘客至少约0.3l的量存在。

63.根据权利要求32至62中任一项所述的过滤系统，其中所述气体吸附剂材料以每乘客约1.0l至约10.0l，或每乘客至少约1.2l的量存在。

64.根据权利要求32至63中任一项所述的过滤系统，其进一步包括两个吸附管线，每个吸附管线包括所述水吸附剂材料和所述气体吸附剂材料。

65.一种系统，其包括：

66.根据权利要求65所述的系统，其中所述客舱在车辆、电动汽车、卡车、厢式车、飞机、直升机、火车或航天器中。

67.一种电动汽车通风系统，其包括：

68.根据权利要求67所述的电动汽车通风系统，其中与没有过滤系统相比，所述过滤系统将所述电池的使用寿命增加约1％至约10％。

69.根据权利要求67或68所述的电动汽车通风系统，其中与没有过滤系统相比，所述过滤系统将所述hvac系统的功耗减小约1％至约10％。

70.一种汽车通风系统，其包括：

71.一种使用过滤系统的方法，其包括：

技术总结
公开舱室过滤系统的实施例，所述舱室过滤系统包含用于从舱室去除气体和/或水的吸附剂材料。所述过滤系统还包含至少一个加热器，所述加热器被配置成将热能(例如，微波能)传输到所述吸附剂材料。还公开使用此类过滤系统的方法。

技术研发人员：W·鲁廷格尔,M·T·比洛
受保护的技术使用者：巴斯夫公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13