CN103877834B

CN103877834B - 除湿系统

Info

Publication number: CN103877834B
Application number: CN201310273412.8A
Authority: CN
Inventors: 戴清智; 王允欣; 李宜珊; 林泽胜
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: US20140174295A1; US9815020B2; CN103877834A

Abstract

本发明公开一种除湿系统，其包括气体导引装置以及中空吸附纤维模块。气体导引装置用以带动气体；中空吸附纤维模块包括至少一中空吸附纤维，且用以在气体通过中空吸附纤维时，吸附气体中的水分。中空吸附纤维包括具有第一端和第二端的管状主体以及配置于管状主体中且自第一端延伸至第二端的通道。

Description

除湿系统

技术领域

本发明涉及一种气体吸附系统，且特别是涉及一种除湿系统。

背景技术

除湿技术一般可分为压缩式（compression）、冷冻式（refrigerati-on）、液态吸附式（liquid sorption）、固态吸附式（solid sorption）和薄膜分离式（membrane separation）等数种技术；其中以冷冻式与固态吸附式最为常见。在能源危机冲击下，以沸石进行固态吸湿的方式因为最为节能省电而受到研究者的注目。然而，沸石吸附材料的吸附量，和气体自其脱附所需的能源与时间一直是待突破的议题。此外，沸石造粒（pelletize）的过程中所加入的粘着剂（binder），会大幅减少沸石的吸附能力，并降低吸附与脱附的速率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种除湿系统，具有良好的除湿能力。

为达上述目的，本发明提供一种除湿系统，包括气体导引装置以及中空吸附纤维模块。气体导引装置是用以带动气体；中空吸附纤维模块包括至少一中空吸附纤维，用以在气体通过中空吸附纤维时，吸附气体中的水分。中空吸附纤维包括具有第一端和第二端的管状主体以及配置于管状主体中且自第一端延伸至第二端的通道。

在本发明的一实施例中，中空吸附纤维模块包括由多个中空吸附纤维所组成的管状中空吸附纤维管束。

在本发明的一实施例中，通道包括曲折或内螺旋通道。

在本发明的一实施例中，中空吸附纤维包括高分子材料以及吸附材料。

在本发明的一实施例中，高分子材料包括聚醚砜（polyethersulfone，PESF）、聚苯砜（polyphenylsulfone，PPSU）或聚酰亚胺（Polyimide，PI）。

在本发明的一实施例中，吸附材料包括A型沸石、X型沸石、Y型沸石、硅胶、碳分子筛、高硅分子筛、活性碳或两种以上前述吸附材料的组合。

在本发明的一实施例中，中空吸附纤维更包括导电材料。

在本发明的一实施例中，中空吸附纤维是至少包括第一层与第二层的两层或多层结构。

在本发明的一实施例中，中空吸附纤维的第一层与第二层含有不同的吸附材料。

在本发明的一实施例中，中空吸附纤维的第一层包括吸附材料，第二层包括导电材料。

在本发明的一实施例中，第一层在第二层之内。

在本发明的一实施例中，第一层在第二层之外。

在本发明的一实施例中，导电材料包括活性碳、石墨、碳黑、金属粉末、金属氧化物或两种以上前述导电材料的组合。

在本发明的一实施例中，导电材料具有正电阻温度系数（positivetemperature coefficient of resistance，PTC）。

在本发明的一实施例中，除湿系统更包括电源，用以使电流流过中空吸附纤维。

在本发明的一实施例中，除湿系统更包括加热装置，用以使吸附至中空吸附纤维的水分脱附。

在本发明的一实施例中，除湿系统更包括致冷装置，用以使自中空吸附纤维脱附的水气冷凝（condense）成液态水。

在本发明的一实施例中，除湿系统更包括湿度感应装置，用以感测环境湿度。

在本发明的一实施例中，前述气体导引装置为第一气体导引装置，其用以使气体通过所述中空吸附纤维模块。前述除湿系统更包括第一湿度感应装置、壳体（housing）、致冷装置、集水盒、第二湿度感应装置以及温度感测装置。第一湿度感应装置配置于第一气体导引装置上，用以感测经过第一气体导引装置的气体的湿度。壳体具有第一开口与第二开口；中空吸附纤维配置于壳体中；第一气体导引装置邻近第一开口配置，且气体经由第一开口和第二开口进入或离开壳体。致冷装置配置于壳体中，用以使自中空吸附纤维脱附的水气冷凝成液态水。集水盒配置于壳体中，用以储存液态水。第二湿度感应装置配置于壳体中，且位于中空吸附纤维的下游处，用以感测通过或即将通过中空吸附纤维的气体的湿度。温度感测装置配置于中空吸附纤维上，用以感测中空吸附纤维的温度。

在本发明的一实施例中，除湿系统更包括第二气体导引装置，邻近所述第二开口配置，用以使气体经由第二开口进入或离开壳体。

基于上述，本发明提供一种除湿系统，包括中空吸附纤维与气体导引装置。中空吸附纤维为一种多孔结构。相比较于现有的吸附材料，这种独特的中空吸附纤维的吸附能力更强。如果在中空吸附纤维中添加具有PTC特性的导电材料，则中空吸附纤维还可以作为对气体提供热能的热源以及过热保护装置。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的中空吸附纤维的一种实施例的侧视图；

图2是本发明的中空吸附纤维的一种实施例的剖视图；

图3是纺丝头的一种实例的剖视图；

图4是本发明的除湿系统的一种实施例的示意图；

图5A至图5F是本发明的除湿系统的数种非限制性实施例的示意图；

图6是水气吸附实验的实验设备配置图；

图7是笔直状以及螺旋状的中空吸附纤维在常压、气体流量1L/min进行吸附实验所得的吸附曲线图；

图8是传统颗粒状、笔直状以及螺旋状的中空吸附纤维在常压、气体流量为5L/min进行吸附实验所得的吸附曲线图；

图9是笔直状以及螺旋状的中空吸附纤维在压力2.5bar、流量1L/min进行吸附实验所得的吸附曲线图；

图10是传统颗粒状、笔直状以及螺旋状的中空吸附纤维在压力2.5bar、流量5L/min进行吸附实验所得的吸附曲线图；

图11A是笔直通道的中空吸附纤维分别在常压及压力2.5bar的条件下，以气体流量1L/min进行吸附实验所得的吸附曲线图；

图11B是螺旋通道的中空吸附纤维分别在常压及压力2.5bar的条件下，以气体流量1L/min进行的吸附实验所得的吸附曲线图。

符号说明

10、20、30：中空吸附纤维

12：管状主体

14：曲折通道

12a：第一端

12b：第二端

22：第一层

24：第二层

40、204、304、404、504、604、704：中空吸附纤维模块

50、202、208、302、402、502、602、702：气体导引装置

60：中心针头

70：第一喷嘴

80：第二喷嘴

100、200、300、400、500、600、700：除湿系统

201、601：管材

203、205、207、305、505、605、705：空气

206、218、306、318、406、418、506、518、606、618、706、718：湿度感应装置

210、310、410、510、610：电源

212、312、412、512、612、712：致冷装置

214、314、414、514、614、714：集水盒

216、316、416、516、616：温度感应装置

303、403、503、603、703：空气

313：冷凝区

315：路径

617：抽气泵浦

719：加热装置

具体实施方式

在本说明书中，由“一数值至另一数值”表示的范围，即使在没有具体公开此范围中的其他数值时，仍然涵盖此范围中的任意数值以及由此范围中的任意数值界定出的较小范围。例如，“1cm至100cm”的长度范围，在说明书没有特别公开1cm至100cm之间的其他数值时，仍然涵盖“2cm至58cm”的长度范围。

本发明提供一种除湿系统，包括气体导引装置以及中空吸附纤维。气体导引装置可以输送气体；气体导引装置可以是风扇（例如一般常见的直流风扇、库克里弯刀风扇或涡轮风扇，其流量可选择范围为2-3000L/min，风扇电压为5-24V_DC）等。环境中的气体经由气体导引装置的驱动，可以通过中空吸附纤维的中空部分。中空吸附纤维含有吸附材料，在气体通过中空吸附纤维时，可以吸附气体中的水分。

以下将列举实施例与实验例，具体说明中空吸附纤维的结构与制作方法。然而，本发明的中空吸附纤维不以下文所述者为限。关于本发明的中空吸附纤维的其他实施例，可以参考2008年3月14日于世界知识产权局（WIPO）提申，名称为“REGENERABLE ADSORPTION UNIT”的PCT专利申请案（公开号WO2008/110820A1）、2012年12月19日于美国专利局提申，名称为“HOLLOW FIBERS HAVING WINDING CHANNEL”的专利申请案（申请号13/719945）以及2012年12月20日于美国专利商标局（USPTO）提申，名称为“HOLLOW FIBER ADSORBENT AIR DEHUMIDIFIER”的临时专利申请案（申请号61/740,441）。前述三案的公开内容以引用方式全文并入本说明书，得作为解读与修改本说明书的依据。

图1绘示本发明的中空吸附纤维的一种实施例的侧视图。为了清楚表示中空吸附纤维的结构，图1进一步以虚线绘示位于中空吸附纤维内部的曲折通道。

如图1所示，在本实施例中，中空吸附纤维10包括管状主体12与曲折通道14。管状主体12具有第一端12a以及第二端12b；曲折通道14配置在管状主体12中，自第一端12a延伸至第二端12b。管状主体12可以具有多孔结构，因此，气体在通过曲折通道14时，可以吸附至管状主体12。在一实施例中，曲折通道14可以是螺旋形（spiral）通道，但是本发明并不以此为限，在其他实施例中，曲折通道14也可以是锯齿（zigzag）形或其他种类的曲线形（curved）通道。或者，中空吸附纤维也可以由管状主体与笔直（straight）通道（未绘示）组成。如果通道呈曲线形，气体穿过中空吸附纤维时会经过较长的路径，吸附及分离的效果会更好。

在本实施例中，曲折通道14的直径介于0.05mm至9.95mm之间，例如0.1mm至5mm、0.5mm至2mm、0.2mm至0.6mm、1mm至3mm。管状主体12的长度可以是曲折通道14的长度的10%至90%，例如20%至60%、20%至40%、10%至80%、20%至70%。管状主体12的壁厚度可以在0.05mm至9.95mm之间，例如0.5mm至4mm、0.5mm至2mm、0.1mm至9mm、0.2mm至8mm、1mm至4mm、1mm至5mm。管状主体12的外径可以在0.1mm至10mm之间，例如1mm至5mm、1mm至3mm、3mm至8mm、2mm至4mm、0.2mm至2.5mm、0.3mm至6mm、0.5mm至3mm。管状主体12的有效表面孔隙率（effective surface porosity，即表面孔隙率与孔的长度的比，ε/L_p）可以在100至10000之间，例如200至8000、400至6000。管状主体12的孔径可以在1nm至50μm之间，例如0.1μm至10μm、1nm至100nm、10nm至50μm。管状主体12的表面积体积比（surface-area-to-volume ratio）可以在10m²/m³至20000m²/m³之间，例如10m²/m³至10000m²/m³、200m²/m³至6000m²/m³、1000m²/m³至4000m²/m³、100m²/m³至5000m²/m³、250m²/m³至3000m²/m³、500m²/m³至8000m²/m³。

在本实施例中，中空吸附纤维10包括高分子材料以及吸附材料。高分子材料可以作为粘结剂，其在中空吸附纤维10中占的比例可以在5wt%至90wt%之间。高分子材料的选择至少需考虑以下因素：1)中空吸附纤维10所需的机械性质（柔软性）；2)中空吸附纤维10所需的耐热性；以及3)高分子材料与吸附材料之间的相容性。高分子材料例如是聚砜（PSF，polysulfone）、聚醚砜（polyethersulfone，PESF）、聚苯砜（polyphenylsulfone，PPSU）、聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）、乙酸纤维素（celluloseacetate，CA）、聚酰亚胺（polyimide，PI）或两种以上前述化合物的混合物。

在本实施例中，吸附材料在中空吸附纤维10中占的比例可以在80wt%至95wt%之间。吸附材料可以呈粉末型态，且例如是A型沸石（例如3A、4A或5A）、X型沸石（10X）、Y型沸石（13X）、硅胶（silica gel）、碳分子筛（carbon molecular sieve）、高硅分子筛（high silica molecular sieve）、活性碳（activated carbon）或两种以上前述吸附材料的组合。

在本实施例中，中空吸附纤维10还可以含有导电材料。一般来说，使气体自吸附材料上脱附的方法，是对吸附材料（及吸附于其上的气体）加热，使气体具有更高的能量，从而得以克服吸附材料对气体的吸引力。如果中空吸附纤维10含有导电材料，就可以通过焦耳加热（joule heating）的方式（亦即，使电流流过中空吸附纤维10），对中空吸附纤维10进行加热。由此，可以省略额外的加热装置，简化系统，降低成本。导电材料可以呈粉末型态，例如是活性碳、石墨、碳黑（carbon black）、金属粉末、金属氧化物（例如氧化铜或BaTiO3）或两种以上前述导电材料的组合。此外，导电材料可以是具有正电阻温度系数（positive temperature coefficient of resistance，PTC）的材料，更具体地说，导电材料的电阻可以在温度升高到某个程度时剧烈上升，从而达到断电保护的效果。

图2是本发明的中空吸附纤维的一种实施例的剖视图，图2所绘示的剖面与中空吸附纤维的轴向垂直。在图2中，中空吸附纤维20是包括第一层22与第二层24的双层结构。然而，本发明并不以此为限，在其他实施例中，中空吸附纤维20可以是单层结构，也可以是超过两层的多层结构。

如图2所示，中空吸附纤维20包括第一层22与第二层24。在图2中，将第一层22绘示为内层，第二层24绘示为外层；然而，以下对第一层22与第二层24的描述并不限于这种配置，也就是说，在其他双层结构的实施例中，第一层22可以是外层，而第二层24可以是内层。

第一层22与第二层24可以含有相同或不同的材料。具体地说，第一层22与第二层24可以各自包含相同或不同的高分子材料、吸附材料或导电材料。在此，各种材料的选择可以参考针对图1所描述的内容。如果第一层22与第二层24含有的材料相同，则其孔隙率或孔径必须不同，从而得以区分为两层不同的结构。在一实施例中，第一层22与第二层24可以含有不同的吸附材料，由此使中空吸附纤维20成为多功能的吸附纤维。例如，通过适当的材料选择，第一层22可以吸附水气，而第二层24可以吸附二氧化碳或者用来除臭。此外，两层或两层以上的多层结构，还具有调整中空吸附纤维的机械性质的效果。举例来说，可以在内层配置较多的吸附材料，促进中空吸附纤维的吸附效果，同时，在外层配置较多的高分子材料，确保中空吸附纤维的机械性质。

在一实施例中，第一层22可以含有吸附材料，而不含有导电材料；第二层24含有导电材料。此时，第二层24又称为导电中空纤维，可以用来加热（通过焦耳加热）中空吸附纤维20。在这种实施方式中，第一层22与第二层24所需的耐热性不同，因此，可以各自包含不同的高分子材料，例如第一层22可含有PESF或PPSU，而第二层24可含有PI且同时含有PESF或PPSU。在另一实施例中，第二层24除了含有导电材料以外，也可以额外含有吸附材料（其量例如10wt%），以增进中空吸附纤维20的吸附能力。在图2中，导电中空纤维为在中空吸附纤维20的外层，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，导电中空纤维也可以是中空吸附纤维的内层。

接着将举例说明中空吸附纤维的制作方法。虽然下文是以双层纤维为例，然而，纺丝技术领域中具有通常知识者，根据以下的说明，无须过度实验，即可以制作出前文所述的任一纤维（包括单层纤维与多层纤维）。

1.〈制备纺丝原液（spinning dope）〉

1)制备高分子溶液

选取高分子材料（例如约100g），置入1L的玻璃瓶中。高分子材料可为PSF、PESF、PPSU、CA、PVDF或PI。加入N-甲基-2-吡咯烷酮（N-methyl-2-pyrrolidone，NMP）、二甲基乙酰氨（dimethyl acetamide，DMAC）、二甲基甲酰胺（dimethyl formamide，DMF）或其他有机溶剂（例如约400ml至500ml）。将高分子/有机溶剂混合物置于滚筒式搅拌器（转速例如50rpm至100rpm），搅拌约24小时，直到高分子完全溶解。

2-1)制备吸附纤维的纺丝原液

将高分子/有机溶剂澄清液置于高速搅拌器（转速例如1000rpm至3000rpm），并缓慢加入重量为高分子材料的4倍至7倍（例如500g至700g）的粉体吸附材料（例如3A、4A、5A、13X或硅胶），搅拌6小时至12小时。

2-2)制备导电纤维的纺丝原液

将高分子/有机溶剂澄清液置于高速搅拌器（转速例如1000rpm至3000rpm），并缓慢加入重量为高分子材料的4倍至7倍（例如500g至700g）的粉体导电材料（例如碳分子筛、活性碳、碳黑、石墨或金属氧化物），搅拌6小时至12小时。

3)将步骤2-1或2-2制得的混合物置于滚筒式搅拌器（转速例如50rpm至100rpm），脱泡（degas）24小时至48小时。

2.〈纺丝过程〉

1)提供纺丝头（spinneret），其具有中心针头（tube）及环绕中心针头的第一喷嘴（orifice）与第二喷嘴；其中，中心针头的斜角（bevel angle）为0度至90度。图3是纺丝头的一种实例的剖视图，其中，中心针头、第一喷嘴与第二喷嘴分别以元件符号60、70与80标示。在图3中，中心针头60的斜角为45度，通过这种纺丝头制作的中空纤维将会具有内螺旋通道。

2)通过气体施加压力（例如是4至6bar氮气），使芯液（bore fluid，例如水、丙酮或乙醇）自中心针头流出（流速例如是4ml/min至10ml/min），第一纺丝原液自第一喷嘴流出，第二纺丝原液自第二喷嘴流出。如果要制作具有笔直通道的中空纤维，则将中心针头的斜角维持为0度；如果要制作具有内螺旋通道的中空纤维，则将中心针头的斜角维持为大于0度，同时启动纺丝头上的带动马达（转速例如是60rpm至120rpm），使中心针头开始自旋，以形成具有内螺旋结构的中空纤维前驱物。

3)在凝结槽（凝结液例如为水）中使中空纤维前驱物凝结，以获得中空纤维。

4)在凝结槽中静置中空纤维24小时至48小时，使之完全成形。

5)将中空纤维自凝结槽中取出，令其自然晾干。

表1为样品1与2的中空吸附纤维的配方。

表1

表1中，样品1是具有双层结构的中空吸附纤维，其中内层与外层都是由吸附材料和高分子组成。样品2同样是具有双层结构的中空吸附纤维，其内层是由吸附材料和高分子材料组成，外层是由导电材料和高分子材料组成，且外层的导电材料也可以具有吸附能力（例如，导电材料为活性碳）。当然，本发明并不限于表1公开的各种材料。事实上，几乎所有现有的粉末类吸附材料都可以通过前述的方法制成中空吸附纤维。

图4是本发明的除湿系统的一种实施例的示意图。如图4所示，完成中空吸附纤维的制作以后，取多支中空吸附纤维30，以现有的固定手段将其固定为一束，即完成中空吸附纤维模块40。在中空吸附纤维模块40的一端处设置气体导引装置50（例如，抽气风扇），即构成除湿系统100的原型。气体通过中空吸附纤维30时，其吸附量与气体流速有关，流速愈大，吸附量愈低；因此，调整气体导引装置50的气体运输量（例如，如果气体导引装置50是风扇，则调整其转速或功率），可以调节除湿系统的除湿力。

在一实施例中，除湿系统100的总功率约100watts左右（含风扇功率0.48-5watts、导电纤维或PTC加热装置约60watts。如使用致冷器，其功率约30watts。且除湿系统100运作时，加热及致冷装置的启动时间只占吸附时间的1/3～1/2，故总耗电功率远低于100watts。同时，除湿系统100运作时只有风扇会产生噪音，其噪音值远小于25dBA。反观目前市面除湿轮机种，一般耗电在200-600watts之间，甚至大于600watts，主要是因为除湿轮的加热脱附系统是连续运作，且加热装置功率占总功率1/2以上，且除湿轮使用高扭力风扇（噪音值约大于39dBA，功率即占50-60watts以上），所以除湿系统100的功率远低于目前的除湿轮系统。

本发明的除湿系统除了中空吸附纤维与气体导引装置之外，还可以包括其他元件。以下将参照附图，列举一些可能的实施方式。

图5A至图5F是本发明的除湿系统的数种非限制性实施例的示意图。为了描述的简易起见，本文将使用诸如「上」、「下」、「左」、「右」以及类似的空间相对术语，以描述图中的一个元件相对于另一元件的关系。应理解的是，除了图中所绘的定向之外，所述空间相对术语意欲涵盖使用时或操作时装置的不同定向。举例而言，若翻转图中的装置，则描述为在其他元件「下」的元件将定向于其他元件「上」。因此，例示性术语「下」可涵盖「上」以及「下」两种定向。装置可按照其他方式定向，且本文使用的空间相对术语应相应地解释。

请参照图5A，除湿系统200包括气体导引装置202以及中空吸附纤维模块204。中空吸附纤维模块204置于壳体中。本发明的壳体没有特别限制，只要能够容纳中空吸附纤维模块204和以下所述的各种附加装置即可。在本实施例中，壳体可为管材201，而管材201可以是玻璃、塑胶或金属等管材。图5A至5F中，中空吸附纤维模块以简化的方式（方块与直线）呈现；应该理解的是，中空吸附纤维模块可以包括至少一支中空吸附纤维（例如100支），且其整体组态可以与图4所绘示者相似。

在本实施例中，中空吸附纤维含有导电材料，而除湿系统200还可以包括电源210，用以使电流流过中空吸附纤维。例如，可以将电源210以导线连接至中空吸附纤维模块204的两端。通电以后，中空吸附纤维本身因电流流过而加热，使吸附于中空吸附纤维的水气脱附。在其他实施例中，如果中空吸附纤维不含有导电材料，也可以额外在除湿系统中设置加热装置，以达到使水气脱附的目的。

在本实施例中，除湿系统200还包括湿度感应装置（humidity sensor）206、湿度感应装置218与致冷装置212。湿度感应装置206与湿度感应装置218是用以感测环境湿度，例如，湿度感应装置206可以感测经过气体导引装置202的气体的湿度，而湿度感应装置218可以感测管材201内部的环境湿度（其例如等于通过中空吸附纤维模块204的气体的湿度）。致冷装置212例如是以热电材料制成的致冷片（cooler），可以让从中空吸附纤维脱附的水气冷凝成液态水。此外，除湿系统200还可以包括控制单元（未绘示）；控制单元与除湿系统200的各个单元连接，根据环境湿度，协调气体导引装置202、电源210（或加热装置）与致冷装置212的运作，以最佳化除湿效果。

在湿度感应装置206侦测到室内湿度过高时，除湿系统200的除湿功能启动。环境中的空气203受中空吸附纤维模块204上方的气体导引装置202驱动，通过管材201顶部的开口，进入中空吸附纤维模块204，由中空吸附纤维吸附其水分后，通过中空吸附纤维模块204下方的气体导引装置208，使干燥的空气205通过管材201底部的开口导入室内。

在湿度感应装置206侦测到室内湿度降低，或湿度感应装置218侦测到中空吸附纤维的吸附量饱和以后，电源210启动，使电流流过中空吸附纤维（在本实施例中，中空吸附纤维含有导电材料）。电源210例如是110V的交流电压源。水气受热而自中空吸附纤维脱附。水气可以在经过致冷装置212（例如热交换网或致冷片）时冷凝，或者受冷空气207的作用而冷凝。冷凝水由集水盒214收集。此外，通过温度感应装置216（例如热电偶），可设定中空吸附纤维的最高温度，例如是150℃，以避免系统过热。

请参照图5B，除湿系统300包括气体导引装置302、中空吸附纤维模块304、湿度感应装置306、湿度感应装置318、电源310、致冷装置312、冷凝区313、集水盒314以及温度感应装置316。除了冷凝区313以外，其他元件可与图5A的对应元件相同。

在湿度感应装置306侦测到室内湿度过高时，除湿系统300的除湿功能启动。环境中的空气303受气体导引装置302驱动，由左方进入中空吸附纤维模块304。中空吸附纤维吸附空气303中的水分后，从中空吸附纤维模块304的右方排出干燥空气305。

在湿度感应装置306侦测到室内湿度降低，或湿度感应装置318侦测到中空吸附纤维的吸附量饱和以后，电源310启动，使电流流过中空吸附纤维。水气受热而自中空吸附纤维脱附。热水气进入冷凝区313。此时致冷装置312启动，使水气冷凝，并由集水盒314收集液态水。致冷装置312产生的废热可以提供给中空吸附纤维模块304，进一步促使水气脱附。脱附过程期间，从中空吸附纤维模块304右方排出的热气可以经由额外设计的管道，沿着路径315，回到冷凝区313，再对中空吸附纤维模块304进行加热。在此期间，通过温度感应装置316，可设定中空吸附纤维的最高温度，例如是150℃，避免系统过热。

请参照图5C，除湿系统400包括气体导引装置402、中空吸附纤维模块404、湿度感应装置406、湿度感应装置418、电源410、致冷装置412、集水盒414以及温度感应装置416。

在湿度感应装置406侦测到室内湿度过高时，除湿系统400的除湿功能启动。环境中的空气403受气体导引装置402驱动，由右方进入中空吸附纤维模块404，由中空吸附纤维吸附其水分后，从中空吸附纤维模块404的左方排出。

在湿度感应装置406侦测到室内湿度降低，或湿度感应装置418侦测到中空吸附纤维的吸附量饱和以后，电源410启动，使电流流过中空吸附纤维。水气受热而自中空吸附纤维脱附，在经过致冷装置412时冷凝。冷凝水由集水盒414收集。通过温度感应装置416，可以中空吸附纤维的最高温度，例如是150℃，避免系统过热。

请参照图5D，除湿系统500包括气体导引装置502、中空吸附纤维模块504、湿度感应装置506、湿度感应装置518、电源510、致冷装置512、集水盒514以及温度感应装置516。

在湿度感应装置506侦测到室内湿度过高时，除湿系统500的除湿功能启动。环境中的空气503受气体导引装置502驱动，由上方进入中空吸附纤维模块504。中空吸附纤维吸附其水分后，从中空吸附纤维模块504的下方左右两侧的出口排出干燥空气505。

在湿度感应装置506侦测到室内湿度降低，或湿度感应装置518侦测到中空吸附纤维的吸附量饱和以后，电源510启动，使电流流过中空吸附纤维。水气受热而自中空吸附纤维脱附。水气可以在经过致冷装置512时冷凝。冷凝水由集水盒514收集。通过温度感应装置516，将中空吸附纤维的最高温度设定为150℃，避免系统过热。

请参照图5E，除湿系统600包括气体导引装置602、中空吸附纤维模块604、湿度感应装置606、湿度感应装置618、电源610、致冷装置612、集水盒614、温度感应装置616以及抽气泵浦617。

在湿度感应装置606侦测到室内湿度过高时，除湿系统600的除湿功能启动。环境中的空气603受气体导引装置602驱动，从管材601底部的开口进入中空吸附纤维模块604。中空吸附纤维吸附其水分后，从管材601顶部的开口排出干燥空气605。

在湿度感应装置606侦测到室内湿度降低，或湿度感应装置618侦测到中空吸附纤维的吸附量饱和以后，电源610启动，使电流流过中空吸附纤维。同时，启动抽气泵浦617并关闭气体导引装置602。此时，气体沿着与除湿过程期间的运动方向相反的方向运动（由上而下）。水气受热而自中空吸附纤维脱附。水气可以在经过致冷装置612时冷凝。冷凝水由集水盒614收集。通过温度感应装置616，可以设定中空吸附纤维的最高温度，例如是150℃，避免系统过热。

请参照图5F，除湿系统700包括气体导引装置702、中空吸附纤维模块704、湿度感应装置706、湿度感应装置718、致冷装置712、集水盒714以及加热装置719。

在湿度感应装置706侦测到室内湿度过高时，除湿系统700的除湿功能启动。环境中的空气703受气体导引装置702驱动，由上方进入中空吸附纤维模块704，由中空吸附纤维吸附其水分后，从中空吸附纤维模块704的下方出口排出干燥空气705。

在湿度感应装置706侦测到室内湿度降低，或湿度感应装置718侦测到中空吸附纤维的吸附量饱和以后，加热装置719启动。加热装置719例如是可以自动控温在200℃的PTC加热装置。水气受热而自中空吸附纤维脱附，在经过致冷装置712时冷凝。冷凝水由集水盒714收集。

以上，根据本发明的概念而说明了多种实施例。在此，应指出，本发明并不限于前述实施例。在以上各个实施例中所述的各个构成要素，必要且适当时，可以互相组合或改变彼此之间的空间配置关系而构成新的实施方式。例如，图5F的加热装置719可以和图5A的除湿系统200结合，形成一种新的除湿系统。此结构以及其它可能的结构均落于本发明的范畴之内。

〈实验〉

以下将以实验例说明本发明的效果。虽然描述了以下实验，但是在不逾越本发明范畴的情况下，可适当地改变所用材料、其用量及比率、处理细节以及处理流程等等。因此，不应由下文所述的实验对本发明作出限制性解释。

图6是水气吸附实验的实验设备配置图。在水气吸附实验中，选用氮气（N₂）作为携带水气通过反应腔体的气体。反应腔体内为吸附材料（现有吸附材料或中空吸附纤维模块）。利用气体质量流量控制计（mass flow controller,MFC）将氮气的流量分别调控为1L/min以及5L/min。反应压力可以通过反应器后端的微调阀（pressure gauge）来控制。将氮气通入含水的气体缓冲瓶中，使流出气体的相对湿度为100%RH（露点20℃）。待条件稳定后，即可进行吸附实验。通过反应器的气体经由TEKHNE TK-100DewpointTransmitter侦测分析，可即时量测露点的变化，由此得知吸附材料的水气吸附能力。

实验选用的分子筛为UOP（Universal Oil Products）公司的13X商品，吸附材料的形式分别为传统颗粒（13X-pellet）以及中空吸附纤维；中空吸附纤维又可依据其通道型态的差异，分为笔直（13X-straight）与螺旋状（13X-spiral）。

图7是笔直状以及螺旋状的中空吸附纤维在常压、气体流量1L/min进行吸附实验所得的吸附曲线图。由图7可知，内螺旋中空吸附纤维的吸附时间（adsorption time）较长，这是因为内螺旋型态的通道可以增加反应路径，延长水气与吸附材料的接触时间，使得吸附材料在重量、压力与气体流量相同的情况之下，可以吸附更多水气，增加除湿能力。

图8为传统颗粒状、笔直状以及螺旋状的中空吸附纤维在常压、气体流量为5L/min进行吸附实验所得的吸附曲线。不论中空吸附纤维的通道为笔直或螺旋状，其吸附效果皆优于传统颗粒形式，这样的结果是由于中空吸附纤维的内层为多孔性结构，而孔洞的形状为类珊瑚（coral-like）结构或树枝状（dendrite）结构，由内延伸至外；当气体通过时，此结构提供了通道，使得气体分子快速并有效地被吸附。

图9是笔直状以及螺旋状的中空吸附纤维在压力2.5bar、流量1L/min进行吸附实验所得的曲线。由图9可以看出，内螺旋中空吸附纤维的吸附时间较长，瞬间吸附能力也优于笔直通道的中空吸附纤维。两者的失效（breakthrough）时间相差约5小时。

图10是传统颗粒状、笔直状以及螺旋状的中空吸附纤维在压力2.5bar、流量5L/min进行吸附实验所得的吸附曲线。可以看出，内螺旋中空吸附纤维依旧展现较佳的吸附能力，失效时间比笔直通道的中空吸附纤维高出约1小时。而13X颗粒吸附材料的吸附效果仍然不彰，露点最低值仅约-45℃，明显高于中空吸附纤维可达到的最低露点。

图11A与图11B分别是笔直通道与螺旋通道的中空吸附纤维，在同样流速（1L/min）下，于不同的反应压力条件（常压、2.5bar）的吸附结果。和常压下的实验结果相比，当压力为2.5bar时，露点温度最低皆可达到-60℃以下，且吸附时间也拉长至将近30个小时。这显示，随着压力的增加，水气的吸附量也增加了，这是因为高压导致气体分子更能扩散至中空吸附纤维内部，因此，有更多的吸附位置可以被有效利用。

综上所述，本发明提供一种除湿系统，包括中空吸附纤维与气体导引装置。中空吸附纤维为一种多孔结构，且包括高含量的吸附材料以及可作为粘结剂的高分子材料。相较于现有的吸附材料，这种独特的中空吸附纤维的吸附速度更快，吸附时间更久，又具有质量轻、体积小等应用上的优势。如果在中空吸附纤维中添加具有PTC特性的导电材料，则中空吸附纤维本身可以通过施予电压而作为热源，供给气体脱附所需的热能，且导电材料的PTC特性将使中空吸附纤维具有断电保护功能，确保使用时的安全性。

虽然已结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种除湿系统，包括：

气体导引装置，用以带动气体；以及

中空吸附纤维模块，包括至少一中空吸附纤维，用以在所述气体通过所述中空吸附纤维模块的所述中空吸附纤维时，吸附所述气体中的水分，其中所述中空吸附纤维是至少包括第一层与第二层的两层或多层结构，其中所述中空吸附纤维包括高分子材料以及吸附材料，所述中空吸附纤维包括：

管状主体，具有第一端以及第二端；以及

通道，配置于所述管状主体中，且自所述第一端延伸至所述第二端，其中所述通道包括曲折或内螺旋通道。

2.如权利要求1所述的除湿系统，其中所述中空吸附纤维模块包括由多个中空吸附纤维所组成的管状中空吸附纤维管束。

3.如权利要求1所述的除湿系统，其中所述高分子材料包括聚醚砜、聚苯砜或聚酰亚胺。

4.如权利要求1所述的除湿系统，其中所述吸附材料包括A型沸石、X型沸石、Y型沸石、硅胶、碳分子筛、高硅分子筛、活性碳或两种以上前述吸附材料的组合。

5.如权利要求1所述的除湿系统，其中所述中空吸附纤维还包括导电材料。

6.如权利要求1所述的除湿系统，其中所述第一层与所述第二层含有不同的吸附材料。

7.如权利要求1所述的除湿系统，其中所述第一层包括吸附材料，所述第二层包括导电材料。

8.如权利要求7所述的除湿系统，其中所述第一层在所述第二层之内。

9.如权利要求7所述的除湿系统，其中所述第一层在所述第二层之外。

10.如权利要求5所述的除湿系统，其中所述导电材料包括活性碳、石墨、碳黑、金属粉末、金属氧化物或两种以上前述导电材料的组合。

11.如权利要求5所述的除湿系统，其中所述导电材料具有正电阻温度系数。

12.如权利要求11所述的除湿系统，还包括电源，用以使电流流过所述中空吸附纤维。

13.如权利要求1所述的除湿系统，还包括致冷装置，用以使自所述中空吸附纤维脱附的水气冷凝成液态水。

14.如权利要求1所述的除湿系统，还包括湿度感应装置，用以感测环境湿度。

15.如权利要求1所述的除湿系统，其中所述气体导引装置为第一气体导引装置，用以使气体通过所述中空吸附纤维模块；

所述除湿系统还包括：

第一湿度感应装置，配置于所述第一气体导引装置上，用以感测经过所述第一气体导引装置的气体的湿度；

壳体，具有第一开口与第二开口，所述中空吸附纤维模块配置于所述壳体中，所述第一气体导引装置邻近所述第一开口配置，且气体经由所述第一开口和所述第二开口进入或离开所述壳体；

致冷装置，配置于所述壳体中，用以使自所述中空吸附纤维脱附的水气冷凝成液态水；

集水盒，配置于所述壳体中，用以储存所述液态水；

第二湿度感应装置，配置于所述壳体中，且位于所述中空吸附纤维模块的下游处，用以感测通过或即将通过所述中空吸附纤维模块的气体的湿度；以及

温度感测装置，配置于所述中空吸附纤维模块上，用以感测所述中空吸附纤维模块的温度。

16.如权利要求15所述的除湿系统，还包括第二气体导引装置，邻近所述第二开口配置，用以使气体经由所述第二开口进入或离开所述壳体。

17.如权利要求15所述的除湿系统，还包括电源，用以使电流流过所述中空吸附纤维。

18.如权利要求15所述的除湿系统，还包括加热装置，用以使吸附至所述中空吸附纤维的水分脱附。