吸收水蒸气的装置 【技术领域】
本发明涉及一种吸收水蒸气的装置。特别是，不排除其他情况，本发明涉及一种用于在狭小或有限的空间内进行空气除湿的容器，以及相关的方法。
背景技术
湿气或空气中的水蒸气通常是不受欢迎的，因为它妨碍了例如食品、化妆品、药品、日用品和衣服等易潮材料的储存，或者它会对易潮设备的操作产生负面作用。这一问题在那些湿度水平特别高的地区尤其严重，例如那些具有湿热气候的国家。
因此常常需要为空气除湿。空气除湿的传统方法包括使用机械冷冻设备和吸水物质，例如硅胶。
通常，使用冷冻设备的方法包括将空气冷却至低于其露点的预定温度，这样水将会从空气中冷凝出来，并可将水排走。然后，再将空气加热到较高的预定温度。包含吸水物质的技术包括持续操作系统，这样，可在第一循环中用吸水剂将水吸收，然后在第二循环中通过加热使水从所述吸水剂中解吸附。
相应地，这些技术具有各种缺陷，原因是它们通常需要庞大且笨重的设备，例如压缩机、风扇和加热器，这些设备通过管道网相互连接，以此从空气中持续不断地吸收水蒸气。通常，这些系统不适合在狭小或有限的空间中使用。此外，与所述系统相关的成本也阻碍了它们在家庭环境中的使用。
为了试图克服上述系统在狭小或有限空间中使用时地相关缺陷，已经开发出替代技术，其中包括使空气与吸收材料接触的技术。特别是，已将小型的便携装置用于有限或狭小空间特别是家庭环境中的空气除湿，该便携装置包括装有吸收材料的容器。
尽管这些装置可以使用如硅胶这样的吸收剂，然而通常硅胶最多仅能吸收相对于其重量的30％的水，因此有必要使用具有更高的吸收水蒸气能力的吸水剂来延长装置的寿命及提高装置的效率。已将可吸收4～5倍于其自重的水的吸湿性易潮解试剂如氯化钙适当地用在这些装置中。吸收了水蒸气后，易潮解试剂溶解而形成盐溶液。
尽管这些装置对解决在狭小空间内特别是在家庭环境中与吸收水蒸气相关的问题能够起到作用，但是，还需要更有效率地吸收水蒸气。
【发明内容】
本发明旨在实现高效的吸收水蒸气的方法，特别是，在狭小的空间内尤其是在家庭环境下从空气中吸收水蒸气。
根据本发明的第一个方面，其提供了一种从周围空气中吸收水蒸气的容器，该容器具有：开口，所述开口使水蒸气得以进入容器；多孔的搁板，所述搁板位于容器底部的上方，并在该搁板上放有用于吸收水蒸气的吸水剂；通气道，所述通气道使空气得以流入容器中位于搁板底部的区域，其中，该搁板具有非平坦的表面，在该表面上放有所述的吸水剂。
使用在其非平坦表面上放置了吸水剂的搁板，与使用放置相同量的吸水剂的平坦表面的搁板相比，前者增加了吸水剂暴露在水蒸气中的有效表面积。相应地，在相同时间内，本发明所述容器中的吸水剂与装配有平坦搁板的对比容器中的等量吸水剂相比，具有更高的吸收水蒸气的效率。此外，由于与平坦搁板相比，液体更容易从搁板上的吸水剂处滴落，因此这样的构造可以让使用者很快观察到该装置已经开始正确运转。
所述吸水剂优选是可在吸收水蒸气后形成液体的易潮解试剂。优选的易潮解试剂包括氯化钙和氯化镁，因为它们不仅表现出令人满意的吸水能力，而且相对来说不具有腐蚀性，这使它们适用于那些可能放在家庭环境中使用的装置。这并不排除其他易潮解盐的使用，例如打算在其他环境如工业环境下使用时。
一种优选的吸水剂为单独使用的氯化钙。另一种为氯化镁。特别优选的是氯化钙，含量最高达到总量的20重量％，余量包含另一种吸水剂，优选为氯化镁。
适宜的是，当上述易潮解试剂在本发明所述容器中使用时，所述搁板的非平坦表面在易潮解试剂溶解的情况下可以促进从剩余的易潮解试剂中良好的排出液体。这可以防止剩余的易潮解试剂被液体阻挡层覆盖，从而提高易潮解试剂的吸水容量或吸水效率。
上述的吸水剂可以适当地包含选自粘合剂或增稠剂的其他成分，如淀粉、病虫害防治剂、香料、吸味剂(例如沸石)、抗菌剂以及它们的组合。优选的情况下，当吸水剂含有易潮解试剂时，应含有抗菌剂以防止由易潮解试剂溶解所形成的液体中出现微生物。
优选的情况下，所述非平坦表面延展于整个搁板之上。
优选的情况下，所述搁板在容器的侧壁或器壁之间除通气道之外的区域充分地延展，该通气道允许空气在搁板上方与下方区域之间流动。该通气道可以方便地位于所述搁板的周边，处于所述搁板与容器壁之间。优选的情况下，通气道至少部分地由与吸水剂接触的壁部构成。当通气道位于薄板的周边时，该通气道位于所述壁部和容器壁之间。当通气道不在薄板的周边时，所述壁部完全确定了该通气道的轮廓，并且在使用中由吸水剂所环绕。无论使用哪一种变型，所述壁部都优选是打孔的，以使通气道中的水蒸气可以穿过所述壁部从该通气道流至吸水剂；或者可以流入搁板下面的区域。与吸水剂接触的所述壁部区域优选是非平坦的，这种用于搁板的优选外形也适用于通气道的壁部这一区域。
有两个通气道是合适的，优选将两个通气道彼此相对设置。
根据本发明的一种优选实施方案，所述搁板的非平坦表面具有多个突起构件，其延展于一部分或全部搁板之上。优选的情况下，其具有重复的延展于整个搁板之上的突起分布。
优选的情况下，该非平坦表面具有从搁板表面处延伸的多个突起(我们认为所述突起包含了沟槽、波纹以及单个突出物或“泡疤”状突起)。所述多个突起可从搁板表面向上和/或向下延伸，优选所述多个突起均从搁板表面向同一方向延展。最优选所述多个突起均从搁板表面向上延伸。合适的突起形状是圆锥形或部分球形(part-spherical)。优选的情况下，每个突起都是与其下面的凹处相关的。这样，搁板就适宜地是一个塑料模制体。
优选的情况下，该非平坦表面包含位于连续突起之间的平坦表面区域。换言之，搁板的部分或全部表面具有由平坦表面区域分隔开的相邻的突起。
另一种情况是，该非平坦表面包含多个突起，其中，连续突起是直接彼此相邻的。换言之，搁板的部分或全部表面具有密集组合的相邻突起，这些突起未被平坦表面区域分隔开。
优选的情况下，搁板表面规则地排列有多个突起。更优选的情况是，搁板表面的多个突起以成排的形式沿该搁板的纵向和/或横向正常延展。
应当理解的是，将两个连续突起顶端之间的距离定义为这两个突起的间距。适宜的是，部分或整个搁板表面上的连续突起之间的间距可以有所不同。优选的情况下，部分或整个搁板表面上的连续突起之间的间距是恒定的。更优选的情况下，整个搁板表面上的连续突起之间的间距是恒定的。
适宜的是，所述突起可以是球形、圆锥形、截头圆锥形、圆柱形或棱柱形。这些形状易于制造。但是在原则上也可以采用其他形状，包括凹槽(undercut)。优选的情况是，所有突起具有相同的形状。更优选的是，所有突起均为圆锥形(包括截头圆锥形)。
优选的情况下，本发明所用的搁板的表面积比相应的平坦表面搁板的表面积增加至少10％，优选的情况下增加至少20％，最优选的情况下增加至少40％。
该搁板上有开孔，并有一个或多个开孔延伸贯穿搁板。搁板上的开孔与上述通气道是不同的，其目的是让水从该搁板上的吸水剂处滴落。
优选的情况下，当有开孔存在时，有一个或多个开孔延伸贯穿搁板和贯穿所述多个突起中的一个或多个突起。
所述开孔可以是任何形状任何尺寸的，只要其形状和尺寸能让液体顺利通过并能使吸水物质保持在搁板上即可。合适的形状包括圆形、方形和狭缝状。
通常，以上限定的开孔的最小宽度为0.1mm到2mm。
优选将容器开口用半透膜覆盖，以允许水蒸气进入容器并防止液体从容器中流出。合适的半透膜对本领域技术人员来说是众所周知的，例如购自WL Gore and Associates Inc.的聚四氟乙烯(PTFE)膜，或市售的商标为TYVEK的聚烯烃薄膜，或者是聚氨酯薄膜。该半透膜不仅仅让本发明的容器令人满意地工作，而且可以防止液体从容器中溢出，该液体是在使用易潮解试剂时由吸水剂溶解形成的。
优选的情况下，所述半透膜固定地横跨容器的入口而将其紧闭，以防止使用者进入容器内部而与吸水剂接触，从而提高容器的安全程度。
本发明所使用的半透膜优选为如下类型：其提供的水分转移率至少为1000g/m2膜/天，优选至少为5000g/m2膜/天，最优选至少为10000g水/m2膜/天。
适宜的是，容器的入口具有一个可拆卸的液封(fluid tight seal)，以使吸水剂在储存过程中不会劣化。适宜的是，使所述液封延伸而横跨所述半透膜。
根据另一个优选实施方案，本发明所述容器还具有一种指示设备，该指示装置提供了容器工作状态的指示。适宜的是，该指示设备可以对吸水剂吸收液体作出响应。
本发明的容器中的指示设备的作用包括指示该容器正在令人满意地工作，并以此来维持容器所放置的环境处于可以接受的湿度水平。适宜的是，该指示设备指示出该容器的使用寿命已经结束或将要结束。因此，在容器使用寿命结束时，通过更换容器，可以维持容器所处的环境的湿度在所需要的水平。这不仅仅可以避免在容器使用寿命结束之前就更换容器所带来的不必要的支出增加，而且可以避免因为在容器使用寿命结束后才更换容器所导致的特定区域内湿度不合要求的增大。
优选所述的指示设备与吸水剂相互隔离。
这里所称的“隔离”是指该指示设备是与吸水剂分开的实体。换句话说，该指示设备既没有覆盖也没有浸渍吸水剂。
适宜的是，与吸水剂隔离的指示设备特别是可以对由易潮解试剂溶解所产生的液体作出响应的指示设备，可以指示出吸水剂所产生的液体的量。所采用的方案为当液体达到预定液面时，指示设备开始工作。优选该指示设备位于容器中所述搁板的上方区域。
依据本发明的一种可能的实施方案，该指示设备提供了吸水剂所吸收的水蒸气的量的连续指示。适宜的是，这可以提供表明容器的工作令人满意的指示，例如通过评定容器所处环境的含湿量是否维持在可接受的水平来给出这一指示。
作为选择，或可进一步增加的是，该指示设备可以提供指示以表明该容器已达到其使用寿命的终点而需要进行更换和/或该容器即将达到其使用寿命的终点因而很快需要进行更换。
优选该指示设备提供可视的和/或可听的信号来指示容器的状态。
通常，可以对该指示设备进行布置和/或校准，以便使它能够提供关于吸水剂所吸收的水蒸气的量的连续指示，和/或使它指示出该装置已经到达或优选即将到达其使用寿命终点的时刻。适宜的是，无论该指示设备在何处对由吸收了水蒸气后的吸水剂溶解所形成的液体作出响应，所述的布置和/或校准都可以通过以下方式完成，即，由放置在容器中的特定量的具体易潮解试剂吸收特定量的水蒸气之后，通过测定特定容器中所产生的液体的液面和位置来完成所述的布置和/或校准。因此，可对该容器中的指示设备进行布置使其对容器中特定的一个或多个液面进行响应，所述液面与已知量的易潮解试剂所吸收的特定量的水蒸气相对应。
根据本发明的优选实施方案，所述指示设备包含染色剂。
所述染色剂优选是可与易潮解试剂溶解所形成的液体混溶的染料，以便提供吸水剂所吸收的水蒸气的量的瞬时可视信号。
优选将该染料配制成遇到由易潮解试剂溶解所形成的液体即可溶解的制剂。例如，该染料可以是胶囊形式、片剂形式或者装入液体可溶的囊或小袋中。
优选将该染料放置在容器的内部，只有当特定量的盐溶液已经在容器内溶解时该染料才与液体混合。适宜的是，将该染料在容器中按如下方式布置：当容器达到或即将达到其使用寿命的终点时，使该染料与液体接触。
优选将上述染料附在容器的内壁或者放置在容器内的平台上。无论在哪种情况下，均优选将该染料固定在容器中搁板上方的区域，最好是固定于该区域的上半部。染料位于容器中心区域例如位于用搁板支撑的平台上时，其优点是可以减少因倾斜所导致的错误信号。
由上可知，当指示设备中含有染色剂时，该指示设备就可以产生代表本发明装置的状态的可视信号，如容器已经达到或即将达到它的使用寿命的终点。此外，如果染色剂是一种易于与液体混溶的染料，则当该染料与液体混合时可提供几乎瞬时的信号。
根据本发明进一步优选的实施方案，所述指示设备包括多个以彼此电连接的形式布置的电极以及信号装置，由此，在由易潮解吸水剂吸收水蒸气而形成盐溶液时，产生启动信号装置的电势，从而提供表明吸水剂所吸收的水蒸气的量的指示。
适宜的是，如上文所描述的易潮解试剂的溶解产生一种电解液，该电解液包括水溶性盐的水溶液，例如水性的氯化钙和/或氯化镁溶液。所述多个电极与电解液相接触构成了一个电化学电池，并且在各电极之间产生了电势，该电势可以让电流通过所述信号装置并为其提供电力。
所述多个电极可以采用任何常规的形式，并且可以由用于电化学电池的任何常规的材料来构成。所述电极可以包括一对具有所需的电化学特性的棒状元件。作为选择，所述电极中的一个或更多的电极可以构成容器的内表面。正如本领域技术人员所熟知的，电极之间具有明显不同的电负性是必须的，其目的是为了产生电势从而构成电化学电池。电极可以由例如锌、铜、碳或铝构成。所述容器还可以包括常规的抗去极化和/或抗电镀试剂，这些试剂分别可以阻止电化学电池发生去极化和/或阻止电极发生电镀。
适宜的是，可将所述的多个电极按如下方式设置：使电极与由易潮解试剂的溶解形成的电解液之间的接触仅仅在特定量的易潮解试剂已经溶解后才发生，例如，在达到或近似达到本发明的装置的使用寿命的终点时发生接触。
与多个电极之间电连接的信号装置可以产生一个声音信号，例如警报。作为替代或额外的选择，该信号装置可以包括可视的信号方式，例如灯、一组灯或发光二极管(LED)显示器。特别优选将一组不同颜色的灯或发光二极管显示器用于提供吸水剂所吸收的水蒸气的量随时间推移的连续指示。例如，可以使用一系列的绿色、琥珀色和红色的灯：绿灯点亮表明该装置的运行令人满意而不需要更换；琥珀色的灯点亮表明虽然该装置的运行令人满意但是即将达到其使用寿命的终点，因而很快就会需要用新品更换；红灯点亮表明该装置已经达到其使用寿命的终点而需要立即用新品更换。
提供带有电池辅助的指示设备是有利的；在某些实施方案中，仅用所述的电化学电势不足以为所使用的电路或信号装置提供电力。
优选所述容器进一步包括一个出口，该出口带有可再次密封的液封，以允许液体从容器中排出和/或允许向容器中添加吸水剂。这使得本发明的容器可以很方便的重复使用，因此降低了使用新品替换报废装置时所需要的花费。
适宜的是，使本发明的容器形成所需的尺寸，以便在狭小空间中使用，特别是家庭环境中的狭小空间，例如抽屉、柜子、衣柜、食柜、包装箱、电冰箱、冷冻器、冷冻贮存箱、旅行房车、汽车、汽车后备箱或小船。适宜的是，本发明的容器高5～30cm，长10～50cm，宽5～30cm。通常该装置含有50～1000g吸水剂，优选为100～500g吸水剂。
适宜的是，该容器为刚性的或柔性的。更优选该容器为刚性的。
优选该容器包括搁板和通气道在内均由塑料材料例如聚烯烃通过本领域技术人员熟知的技术形成，例如注射模塑法、吹塑法和真空成形法。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了从空气中除去水蒸气的方法，该方法包括提供一个上述的容器并将该容器放在潮湿的空气中。优选将该容器放在狭小的空间里。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了上述搁板的用途，其用于增加上述吸水剂的有效外部表面积，以增强其对水蒸气的接触。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了上述搁板的用途，其用于增加上述吸水剂吸收水蒸气的能力。
【附图说明】
现在，将结合附图由以下非限制性的实施例来解释本发明，其中：
图1为本发明的容器的透视图；
图2为本发明可选的容器中搁板的透视图；
图3为另一种搁板的透视图；
图4为本发明可选的容器的透视图，该容器包括染料作为指示剂；和
图5为本发明可选的容器的透视图，该容器包括电化学电池作为指示器。
【具体实施方式】
图1中显示了一个半透明的高密度聚乙烯(HDPE)材料的刚性塑料容器2。在图1中，实线表示自由视野中的特征，虚线表示透过半透明高密度聚乙烯模糊可见的特征。
图1的容器2由注射模塑法形成，其具有菱形或带平行边的椭圆形底部4和侧壁6，该侧壁6从底部4向上延伸，在其上部末端形成开口8。侧壁6的上部末端终止于环形边缘10，该边缘10环绕开口8进行延伸。一个由TYVEK材料(商标，高密度聚乙烯材料，杜邦公司出品)构成的半透膜(未示出)热密封于边缘10，由此，该半透膜延伸跨越并覆盖了开口8。容器2的内部包括由半透明高密度聚乙烯形成的塑料搁板14，该塑料搁板14由支撑件16支撑，该支撑件16为模铸在侧壁内表面上的竖直肋状凸缘。搁板14上有多个高3cm的直立圆锥形突起18，其从搁板向上延伸。这些突起物的特性在图2和图3中得到最清晰的展示，图中显示了一些相似的搁板。许多直径1mm的圆孔(未示出)贯穿搁板14，同时贯穿了多个圆锥形突起18和突起之间的平坦面。该搁板负载有氯化钙吸水剂(未示出)，所述吸水剂覆盖在圆锥形突起18上。在容器2的侧壁6相对的两端具有通气道或排气孔26。每一个通气道均由搁板向上延伸直至接近容器顶部，并具有与器壁隔开的表面28。表面28与器壁之间隔开一段距离。通气道表面28与搁板同时成型。各表面28均为排孔状的，其具有一组由表面顶部向底部延伸的平行狭缝。当吸水剂位于搁板上面时，空气可以到达容器中搁板下面的区域，并从那里到达吸水剂的下表面。为此，通过开口8进入容器的空气可以通过所述狭缝，因为所述狭缝的顶部区域没有被吸水剂所覆盖。这样空气就可以进入通气道而向下流动。当空气穿过搁板的区域时不受阻碍；在整个通路上通气道都是畅通的。
在本实施方案中，各通气道的表面28都具有略呈月牙形的横截面，以便与容器壁的形状相匹配，但是不与圆锥形突起或任何其他实质性突起分布形成在一起。但是这在其他实施方案中是可以的，这是一种虽然少见却能进一步增加吸水剂本体的有效外部表面积的方式。
图1中所示的容器的操作非常简便。购买之后，使用者要取下一个不透气的塑料盖子(未示出)。这一盖子是在制造过程中提供的，目的是为了在开始使用之前，保持吸水物质处于充分干燥的状态。开口保持用膜盖住的状态。使用者将容器放在需要降低湿度的空气空间中的水平面上。无论水蒸气何时与吸水剂本体相接触，水分子均将被吸收。水分子可以在吸水物质本体暴露的上表面、在吸水剂的下表面以及穿过通气道被吸收。后两种可能性的发生是因为空气可以通过通气道流到容器中搁板下面的区域。通过提供特殊形状的搁板极大地增加了对水蒸气的吸收。搁板的拓扑结构不仅增加了吸水剂本体的有效表面积，而且促进了氯化钙水溶液的自由排出。
图2为与图1类似的搁板的透视图。主要的区别为它是椭圆形的，并不是与通气道的表面28同时成型的。通气道(未示出)作为容器壁的一部分整体成型。椭圆形搁板14具有上表面29和下表面30。上表面29排列有3cm高的直立圆锥形突起18。圆锥形突起18基底部的半径为1cm，高3cm，连续突起之间的间距为2cm。所述突起18成排排列，其排列方式与搁板14纵轴垂直；连续突起18被搁板14的上表面29的平坦区域32隔开。大量圆形小开孔(未示出)贯穿搁板14和多个圆锥形突起18。
图3是类似于图2的布置的透视图，但其中搁板为矩形。
图4显示了图1的装置，但该装置进一步包括了一种作为指示装置的染料，其相应部分标注了相同的参考数字。在图4中，一种食用色素染料(例如，可以从英国利兹市Clariant购买到的商标为SANDOLAN的一种食用色素染料，或任何一种食用色素染料)可以保存在一个水溶性的小袋40里(例如，使用一种基于PVOH(聚乙烯醇)、淀粉、糖或者凝胶的物质)，该小袋具有珠状或钮扣状的外观。该小袋粘在容器2中侧壁6的预定位置上，该位置位于容器内的搁板上方，与容器废弃后应该更换时液体所形成的平面相一致。
如上所述，随着易潮解试剂吸收水蒸气，氯化钙水溶液从剩余易潮解试剂上滴落到容器2的底部4。随着更多的易潮解试剂吸收水蒸气并溶解，氯化钙水溶液的平面在容器2内不断上升。不久容器2中的氯化钙水溶液会达到与水溶性小袋40相同的水平面。氯化钙水溶液将小袋40溶解，装在其中的染料则溶解在氯化钙水溶液中，因此提供了瞬时可视指示，表明装置已经达到或即将达到其使用寿命的终点。
图5给出了图4所示装置的一个替代性实施方案，相同的特征用相同的参考数字来标记。在图5的装置中，锌电极棒50和铜电极棒52从预定的水平面延伸并穿过搁板14达到容器2的底部4，所述的水平面与容器所吸收的水蒸气的数量达到最大值时所形成的液面相一致。电极50，52之间彼此分开并通过导线60，62和一个小型开关电路64与红色、琥珀色和绿色的发光二极管54，56，58以电连接的方式连接。当被点亮后，发光二极管54，56，58分别独立地发出绿光、琥珀光和红光。
在使用中，水穿过半透膜12与易潮解试剂相接触，吸收了水蒸气后，易潮解试剂形成了含有氯化钙水溶液的电解液。氯化钙水溶液从易潮解试剂中流出经由搁板14上的开孔22及一小部分通过通气道26进入容器2的底部4，并在底部4与两个电极50，52相接触。两个电极间产生了电势，经由导线60，62和产生绿光的绿灯54在电极50，52之间形成电流，绿灯亮表示装置工作令人满意而不需要更换。包括两个电极50，52、灯54，56，58和导线60，62的电路电阻是这样的，即氯化钙电解液中的离子浓度随着易潮解试剂的进一步溶解而增加。当电解液中的离子强度达到表明容器的使用寿命将要结束的某一个值时，琥珀色灯56点亮而绿灯熄灭。当电解质的强度达到峰值，表明装置所吸收的水蒸气的数量已经达到最大值，此时红灯点亮而琥珀色灯熄灭，从而表明容器已经达到使用寿命的终点因而需要更换。
在一个替代性的实施方案中，并不是依照电解液的离子强度来进行判断，而是简单的依据电路来判断，该电路可“识别”接连浸没在电解质中的电极；可以想象，首先为“绿色电极”，然后为“琥珀色电极”，最后为“红色电极”。