JP2004524504A - 空気調整装置 - Google Patents
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Abstract
第１の位置(18)に液状乾燥剤(20)を供給し、前記第１の位置の液状乾燥剤から水分を除去して第１の空気のソース(22,24)へ移し、第２の位置(18')に液状乾燥剤(20')を供給し、前記第２の位置(18')の液状乾燥剤は前記第１の位置(18)の液状乾燥剤と液体連絡されており、前記第２の位置の液状乾燥剤によって前記第２の空気のソース(22', 24')から水分を吸収し、拡散及び重力のみによって、前記第１の位置(18)から前記第２の位置(18')へ水分を移動させる、除湿方法。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状乾燥剤を用いて空気を調整するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
除湿システムへの液状乾燥剤の使用は、ヒートポンプを利用するものと利用しないものの両方が既知である。
【０００３】
一般に、液状乾燥剤システムは、比較的含水量の少ない液状乾燥剤と空気を接触させる除湿セクションと、比較的含水量の高い液状乾燥剤を外気に接触させる再生セクションと、を有する。除湿セクションでは水分が空気から除去されて液状乾燥剤に吸収される。再生セクションでは、水分は、完遂量の高い液状乾燥剤から外気に移動する。除湿セクションから再生セクションに少なくとも水分を移動させる手段が一般には使用される。先行技術の多くにおいては、この移動は、含水量の高い液状乾燥剤を除湿セクションから再生セクションに移動させる、少なくとも１つのポンプによって行われる。一般に、液状乾燥剤はまた、再生セクションから除湿セクションに移動し、含水量の高い乾燥剤が反対方向に移動することによる乾燥剤の欠損を補う。このことは一般に必須のものであり、定常状態では、両サイドでの乾燥剤の量及び濃度は一定である。
【０００４】
本出願人によるPCT特許公開WO 00/55546及び本願と同時出願のPCT出願「DEHUMIDIFIER/AIR-CONDITIONING SYSTEM」の開示内容はここに参照として含まれ、これらには1つ又はそれ以上の様々な長所を有する様々な除湿システムが゛記載されている。ヒートポンプが熱を除湿セクションから再生セクションに汲み上げるために使用されている。これによって、調整された空気は除湿されると共に冷却される。幾つかの実施形態では、(再生及び除湿セクション内にあるこれらのものに追加する)追加のラジエータが、ヒートポンプに用いられ、ヒートポンプ内の冷媒から更に熱を奪う。このラジエータは、外気を再生セクションに導入する入口に配置可能であり、それによって追加のラジエータによって空気がプレヒート(preheat)される。このプレヒートによってシステムの効率は向上する。代替的又は追加的には、追加のラジエータは、調整済み空気を加熱するため、除湿セクションの出口に配置可能である。それ故に、このシステムにおいては、調整済み空気は除湿されると共に加熱される。記述された幾つかの実施形態では、冷却／除湿機能と加熱／除湿機能との間でシステムを切り換える手段が提供される。追加的には、幾つかの実施形態では、システムを加熱／加湿システムに変更する手段が提供される。
【０００５】
これらの出願で開示された幾つかの実施形態では、除湿及び再生セクションの各々が、貯蔵器を伴い、そこから液状乾燥剤が取り出されて除湿又は再生プロセスの夫々に使用される。プロセス終了後、乾燥剤は同一の貯蔵器にそれぞれ戻る。開示された幾つかの実施形態では、１つの(又は複数の)小さな孔が２つの貯蔵器を連絡している。これらの実施形態では、除湿装置の貯蔵器から再生装置の貯蔵器に水分のみが通過するように、孔がデザインされている。定常状態では、孔を介した貯蔵器間の乾燥剤イオンの正味の移動は無い。さらに、液体の移動が孔のみを介し、貯蔵器間での液体の移動のためのポンプを使用しないような、このようなシステムが可能となる。
【０００６】
一般に、先行技術においては、貯蔵器から、そこから液体が再生又は除湿チャンバに滴下又は噴霧されるようなより高い位置へ、液体を組み上げるためにポンプが使用される。空気を除湿及び再生チャンバに導入する為に、ファンが一般的に使用される。
【０００７】
WO 00/55546および同時出願の出願について上に記載された特徴の幾つかは、以前WO 99/26025、WO 99/26062、およびこれらの米国対応出願である09/554,397および09/554,398に記述されている。これらの公開の全ての開示内容は、参照としてここに含まれる。
【発明の要旨】
【０００８】
上記説明したように、先行技術によるシステムは、貯蔵器から除湿又は再生チャンバへ液体を汲み上げる本譜を備える。
【０００９】
本発明の幾つかの実施形態の一側面によれば、ポンプを使用しない移動が提供される。
【００１０】
本発明の一側面によれば、除湿される空気から水分が除去される場所から、水分が周辺空気(外気)へ移動する場所への、水分の移動は、ほとんど拡散及び重力のみによる。
【００１１】
本発明の実施形態では、濃度勾配の影響下で、拡散による過度の水分が、水分が除去される位置(除湿セクション)から乾燥剤の濃度が前記位置内でのものよりも高くなる第１の貯蔵器に、移動する。この濃度差は、調整される空気から水分を吸収することによって発生する。
【００１２】
水分は、次いで再生装置内の第２の貯蔵器に、例えば水イオンの正味流れのみが発生し、乾燥剤イオンの正味流れが発生しないようにデザインされたホールを介して、移動する。第１の貯蔵器内の液体体積の増加によって、第１から第２の貯蔵器への低濃度の乾燥剤の流れが発生する。しかしながら、第２の貯蔵器内の乾燥剤の濃度は第１の貯蔵器内のものよりも高いので、乾燥剤イオンの逆方向の流れが発生し、乾燥剤イオンの正味流れはほぼゼロとなる。第２の貯蔵器は、水分の蒸発を促進するために加熱され、この加熱された液体は、この水分が「外部の」空気に移動するような第２の位置で更に濃縮される。この濃縮によって第２の貯蔵器から第２の位置への水分の更なる拡散が発生する。
【００１３】
前述のように、液状乾燥剤は、水分を低濃度の乾燥剤のある領域から高濃度の乾燥剤(両位置と両貯蔵器の間)に移動させるための媒介の役割をするウィッキング(wickig)システムによって、第１及び第２の位置に維持される。
【００１４】
本発明の一側面によれば、吸い上げ動作は、貯蔵器から除湿／再生プロセスで使用する空気と接触する場所に液状乾燥剤を移動させる為に使用される。また、ウィッキング材料は、液状乾燥剤の濃度勾配に応じた、拡散による、上方向及び下方向の水分の移動を許容する。幾つかの実施形態では、吸い上げ動作はシート材料によって成され、そこを通って調整される空気または周辺空気が通過する。他の実施形態では、空気は材料の表面に沿って流れる。本発明の幾つかの実施形態では、ウィッキング材料は、熱伝導体上に設けられ、貯蔵器とウィッキング材料間で効率的に熱の移動を行う。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態では、除湿セクションから再生セクションに熱を移動するために、ヒートポンプが使用される。特に、ヒートポンプは、２つのセクション内の貯蔵器それぞれの内に熱交換器を備える。
【００１６】
本発明の他の実施形態では、ヒートポンプが不要となり、再生装置内の液体は外部の熱源によって加熱される。これはヒートポンプを使用する場合よりも効率が低いので、例えば寒冷地で用いられるようないくつかの実施形態では、全体的な空気の加熱量は問題となるものではなく、効率の低下は許容範囲内であり、このようなシステムのコストは低くなる。いくつかのケースでは、様々なソースからの廃熱を利用することによって、コストをさらに掛けることなく、再生に使用される熱が得られ、全体の効率が高くなる。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態では、加熱され乾燥した空気は、周辺空気との熱交換によって冷却され、周辺空気の温度より幾分高い程度の温度であるが、湿度はそれよりも充分に低い空気が供給される。この空気が当業者にとって既知の方法による蒸発冷却によって冷却されると、空気の温度を周辺空気の温度よりも低くすることが可能となり、選択的にはより低い温度となる。除湿、熱交換および蒸発冷却に基づく冷却は当業者にとって既知であるが、本発明の例示的な実施形態によるシステムを使用すると、このようなシステムはポンプが不要であり空気を移動させるファンは１つで良いので、「無償の」冷却が可能であり、これは特に廃熱の利用が可能であるときに有用である。
【００１８】
本発明の幾つかの実施形態では、上記参照の公開および出願に起債されたような、孔を用いて貯蔵器間で水分を移動させる方法が使用される。このようなシステムは、液状乾燥剤を汲み出す必要はない。乾燥剤の多くは腐食性であるので、これは明らかな長所である。
【００１９】
再生及び／または除湿セクションでは、ポンプによるリフティング(lifting)よりもむしろ、ウィッキングの使用がほとんど全ての液状乾燥剤除湿システムに適用可能であり、これは上記参照の従来技術記載のシステムに留まらない。それ故に、本発明の例示的な実施形態によれば、
液状乾燥剤が含まれる貯蔵器と、
それによってチャンバが定まり、空気入口及び空気出口を備えたハウジングと、
前記貯蔵器と前記チャンバとの間で液状乾燥剤またはその成分を吸い上げ、前記入口を介して前記チャンバに入る空気が前記チャンバを離れる前に前記貯蔵器から前記チャンバに運ばれる液状乾燥剤に接触するようにするウィッキング材料を有する、ウィッキング構造と、
を有する、空気調整システム用の水分移動要素が提供される。
【００２０】
本発明の実施形態では、前記ウィッキング材料は、その一端が前記貯蔵器の液状乾燥剤内にある少なくとも１枚の前記ウィッキング材料のシートであって、少なくとも前記ウィッキング材料の一部はチャンバ内にあるものを有する。
【００２１】
選択的には、前記ウィッキング構造は、前記貯蔵器内の液状乾燥剤及び前記チャンバ内のウィッキング材料と接触する熱伝導構造を有する。選択的には、前記熱伝導構造は、空気をブロックする。選択的には、前記熱伝導構造は、熱伝導金属(heat conducting metal)を有する。
【００２２】
選択的には、前記熱伝導構造は、空気が通過可能な孔を伴って形成されている。選択的には、前記熱伝導構造は、熱伝導金属を有する。
【００２３】
本発明の例示的な実施形態では、前記ウィッキング構造は、前記チャンバを通過する空気が前記ウィッキング材料に沿って進むような方向を向いている。代替的には、前記ウィッキング構造は、前記チャンバを通過する空気が前記ウィッキング材料を通り抜けるような方向を向いている。
【００２４】
本発明の実施形態では、前記貯蔵器と前記チャンバとの間での液状乾燥剤の移動にポンプを使用しない。選択的には、貯蔵器とチャンバとの間での液状乾燥剤またはその成分の移動は、吸い上げまたは拡散のみによって成される。
【００２５】
さらに、本発明の実施形態によれば、
除湿セクション及び再生セクションであって、この少なくとも一方が上に定義された本発明の水分移動要素を有する、
空気調整システムが提供される。
【００２６】
選択的には、前記除湿及び再生セクションの双方が、ここに定義されたような本発明による水分移送要素を有する。
【００２７】
本発明の実施形態では、前記除湿及び再生セクション内の液状乾燥剤貯蔵器は、少なくとも１つの孔によって連絡され、前記孔は、定常状態では貯蔵器間で移動する乾燥剤イオンの正味量が発生しないような寸法である。選択的には、液状乾燥剤またはその成分の貯蔵器間での移動は、前記少なくとも１つの孔のみを介して行われる。
【００２８】
選択的には、前記除湿セクションと再生セクションとの間での液状乾燥剤の移動にポンプを使用しない。
【００２９】
選択的には、液状乾燥剤またはその成分の移動は、拡散または重力による流れのみである。
【００３０】
選択的には、前記システムは、前記再生装置内で液状乾燥剤を加熱するヒータを備える。選択的には、前記システムは、前記除湿セクションの液状乾燥剤から前記再生セクションの液状乾燥剤へ熱を移動させるヒートポンプを備え、前記ヒータは前記ヒータのコンデンサである。
【００３１】
さらに、本発明の実施形態によれば、
第１の位置に液状乾燥剤を供給し、
前記第１の位置の液状乾燥剤から水分を除去して第１の空気のソースへ移し、
第２の位置に液状乾燥剤を供給し、前記第２の位置の液状乾燥剤は前記第１の位置の液状乾燥剤と液体連絡(fluid communication)されており、
前記第２の位置の液状乾燥剤によって前記第２の空気のソースから水分を吸収し、
拡散及び重力のみによって、前記第１の位置から前記第２の位置へ水分を移動させる、
空気調整方法が提供される。
【００３２】
選択的には、前記方法は、前記第１の位置で液状乾燥剤を加熱することを含む。選択的には、前記第１の位置は液状乾燥剤の再生装置の中にあり、前記第２の位置は除湿装置の中にあり、前記方法はヒートポンプを介して除湿装置から再生装置へ熱を移動させることを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の例示的な、非限定の実施形態は、ここに付属の図面を参照する、以下の記述内に記載されている。図面においては、1つ以上の図面に現れる同一及び類似の構造、要素、或いは部位は、それが現れる図中では概して同一又は類似の符号が与えられる。図中にある、コンポーネントの寸法及び特徴は、主としてプレゼンテーションの利便性及び明確性の為に選択され、縮尺通りの寸法である必要は無い。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態による、例示的な除湿装置１０を描写したものである。 前述のように、本発明の一側面による吸い上げの使用は、液晶乾燥剤を使用するほぼ全ての除湿システムに適用可能である。図面を簡素なものとするため、単純な除湿システムが、本発明のこの側面を記述するために用いられる。しかしながら、前述のように、ここに記述された原理は、様々な異なる液状乾燥剤、除湿システムにも使用可能である。
【００３５】
除湿装置１０は、１２および再生セクション１４を有する。
【００３６】
除湿セクション１２は、その中に乾燥剤２０が貯蔵される貯蔵器１８を有する。この乾燥剤は乾燥剤の塩と結合している水であってもよく、また、当業者にとって既知の他のあらゆる液状乾燥剤であってもよい。除湿セクション１２は、除湿される空気が導入される入口２２と除湿済み空気の出口２４を備えたハウジング１３を有する。一般的に、空気はファンによってこの開口へ移動する。図の便宜上、入口２２はハウジングの底部に図示されており、出口２４はその上部に図示されている。しかしながら、一般には、この流れは横方向であるので、入口と出口はハウジングの側面中央に配置されてもよい。
【００３７】
吸い上げ式除湿構造２６が、ハウジング１３内に保持されている。本実施形態においては、ウィッキング(wicking)材料の一続きのシート２８がバリヤ３０と一体となっている。シート２８の下端は、液状乾燥剤の中にあり、液状乾燥剤はシート２８に吸い上げられてこれを湿らせている。シート２８は、入口２２に入った空気がシートを通過してそれに含まれる液状乾燥剤と相互作用するように、入口２２と出口２４の間の流れに対する部分的なバリヤを形成している、という点は理解されるべきである。シート２８を通過する空気の影響によってそれが動くのを防止するために、錘またはブラケットのような手段が用意されてもよい。
【００３８】
再生セクション１４は除湿セクション１２と類似の方式で構成されている。参照を平易にするため、類似の要素は、除湿セクション１２の対応する要素を記述するために使用された参照番号に対応する符号を用いて参照される。それ故に、再生セクション１４は、液状乾燥剤２０’が保持されている貯蔵器１８’を有する。この乾燥剤は、濃度と温度が異なるという点を除き、貯蔵器１８の乾燥剤２０と基本的には同じタイプのものである。再生セクション１４は、再生部から水分を除去する周囲空気が導入される入口２２’を備えたハウジング１３’を有する。周囲空気に水分が吸収された後、この空気は除湿された空気のために出口２４’から出る。一般に、空気はファンによってこの開口に移動する。
【００３９】
吸い上げ式除湿構造２６’が、ハウジング１３’内に保持されている。本実施形態においては、ウィッキング材料の一続きのシート２８がバリヤ３０’と一体となっている。シート２８の下端は、液状乾燥剤２０’の中にあり、液状乾燥剤はシート２８’に吸い上げられてこれを湿らせている。シート２８’は、入口２２’に入った空気がシートを通過してそれに含まれる液状乾燥剤と相互作用するように、入口２２’と出口２４’の間の流れに対する部分的なバリヤを形成している、という点は理解されるべきである。シート２８’を通過する空気の影響によってそれが動くのを防止するために、錘またはブラケットのような手段が用意されてもよい。
【００４０】
その中に形成された孔３４を備えたバリヤ３２が、貯蔵器１８と１８’を分断している。出願人による上記参照された公開および出願に記述されているように、小孔の寸法が適切であれば、定常状態では貯蔵器１８と１８’の間でのイオンの正味流れはない。２つの貯蔵器間では水イオンの正味流れのみが起こる。
【００４１】
動作時は、液状乾燥剤２０と２０’間に濃度差が生じる。この結果、除湿セクション１２内の濃度の高い乾燥剤２０は、調整される空気から水分を吸収し、また、周辺空気は乾燥剤２０’から水分を除去する。必要な濃度差を得るため、３６として概略的に示されるヒータが、液状乾燥剤２０’を加熱する。この高温の液状乾燥剤は、シート２８’を通過した空気と接触すると、水分と熱を放出する。次いで、シート内の液状乾燥剤と貯蔵器１８’との間に濃度差が生じる。この濃度差によって、貯蔵器からシートへの水イオンの正味流れが起こる。シート内の液状乾燥剤はまた、水分の蒸発によって冷却される。
【００４２】
この水分の流れによって、貯蔵器１８’内の乾燥剤の濃度は上昇し、量は減少する。液状乾燥剤の水位は下降して、孔３４を介する貯蔵器１８から貯蔵器１８’への液状乾燥剤の流れを均等にするような高さとなる。この流れは水分と乾燥剤イオンの双方である。加えて、貯蔵器１８’内の乾燥剤イオンの濃度が高くなると、貯蔵器１８’から貯蔵器１８への乾燥剤の拡散が起こる。定常状態での正味の効果は、２つの貯蔵器の間で正味流れがおきない状態である。しかしながら、定常状態では、貯蔵器１８内の乾燥剤イオンの濃度は貯蔵器１８’内のものよりも低くなる。
【００４３】
液状乾燥剤は、シート２８’による吸い上げと同じ方法で、シート２８によって吸い上げれる。しかしながら、貯蔵器１８内の液状乾燥剤の温度は貯蔵器１８’内のものよりも低いので、除湿セクション１２内の乾燥剤は、調節される空気から水分を吸収する。除湿プロセスにおいては、液状乾燥剤もまた加熱され(て空気を加熱す)る。定常状態では、シートから貯蔵器に降りる水分の正味流れが発生する。
【００４４】
簡潔に説明すると、定常状態になると、水分が「室内の」空気から除湿セクション１２のシート２８の乾燥剤に吸収される。拡散(およびおそらくは重力による何らかの拡張)によって、この水分はシート内を下方に移動し、貯蔵器１８に至る。貯蔵器１８から水分は、重力によって再び移動し、拡散による何らかの拡張が起こり、貯蔵器１８’に至る。貯蔵器１８’から、水分は(拡散によって)再生セクションのシート２８’に上る。外部の空気によって、液状乾燥剤から水分が除去される。
【００４５】
一例ではあるが、本発明を限定するものではない実施形態では、シート２８の上端での液状乾燥剤の濃度は２０％であり、貯蔵器１８内での濃度は２５％であり、貯蔵器１８’内での濃度は３０％であり、シート２８’内での濃度は３５％である。
【００４６】
ウィッキング材料のシートの熱伝導性は高くなく、また水による熱のキャリア(carrier)は、シート内の乾燥剤を所望の温度にするのには不十分であるので、それぞれの貯蔵器とシートの液状乾燥剤の間での熱伝導性が向上する。これを実施する方法の一つは、そこにシートが取り付けられる穴開きの金属サポート(support)を用いることである。このサポートは、熱伝導とシートの物理的なサポートの両方を提供するものである。熱伝導性の向上のため、シートの下端もまた、貯蔵器内の液状乾燥剤の中に配置されるべきである。代替的には、長いワイヤによって保持された多数のスレッド(thread)状のウィック(wick)が使用されてもよい。更に代替的には、図３を参照して以下に記述された構造が使用される。
【００４７】
図２は、本発明の他の実施形態による、代替の除湿システム１０’を示したものである。除湿システム１０’は、図１の除湿装置１０と、除湿システム１０’が一般に参照符号１６で示されるヒートポンプを備えている、という点で異なっている。ヒートポンプの効果以外のものは、下に(および上記の公開及び出願)記載されているように、除湿装置１０’の除湿セクション１２および再生セクション１４の操作は、除湿装置１０(図１)の対応するセクションの操作と類似である。ヒートポンプ１６はコンプレッサ３８、貯蔵器１８’内の液状乾燥剤２０’内に配置されたコンデンサ４０、貯蔵器１８内の液状乾燥剤２０内に配置されたエバポレータ(evaporator)４２、およびコンデンサとエバポレータの間の拡張弁４４と、を備えている。ヒートポンプ１６は、熱を乾燥剤２０から乾燥剤２０’へ移動させることにより、２つの所望の効果、すなわち除湿プロセス中に生成された熱の除去と液状乾燥剤２０’からの水分の除去を助ける乾燥剤の加熱、を与えるものである。加えて、追加の熱交換記４６(第２のコンデンサ)が好適には提供され、コンデンサ４０で熱が除去された後、ヒートポンプ１６内の冷媒からさらに熱を除去する。選択的には、入口２２’に入る空気もまた、コンプレッサ３８からの熱交換によって加熱される。記述されたように、このシステムは調整される空気の除湿と冷却を行う。
【００４８】
代替的には、調整される空気を加熱するため、出口２４に追加の熱交換記を設置することができる。このシステムは調整される空気の除湿と冷却を行う。
【００４９】
代替的又は追加的には、水分を凝縮するための、(第２のコンデンサ４６の使用と類似の手法で)第２のエバポレータが再生装置の空気出口に設置され、高温且つ高湿の空気が漏出しない。このプロセスは脱塩プロセスとしても使用可能であり、収集される排気から水分が除去される。
【００５０】
代替的には、除湿システムは2つの追加の熱交換器及び、これらを切り換えて除湿済みの調整された空気を加熱する又は冷却するスイッチアレンジメント(switching arrangement)を備える。この実施形態は、上記参照の同時出願のＰＣＴ出願の図４Ｃに示された実施形態と併存する。これは、異なる種類の除湿システムに本発明をどのようにすれば適用できるのかを示している。
【００５１】
上記のように、液状乾燥剤は、再生プロセスによって冷却され(即ち一部の水分の蒸発によって液状乾燥剤が冷却される)、除湿プロセスによって加熱される(水分の凝縮によって乾燥剤は加熱される)。この加熱と冷却は、ヒートポンプ１６の動作及び(加熱については)ヒータ３６(図１)によって相殺する。しかしながら、最も効率的な操作のため、コンデンサ／エバポレータ／加熱要素間の熱インピーダンス(thermal impedance)は、可能な限り低くするべきである。
【００５２】
図３は、本発明の実施形態によるウィッキングシステム５０の実施形態の断面図を示したものであり、この構造を上から見下ろしたものである。ウィッキングシステムは、複数の熱伝導(例えば金属)プレート５２を有し、選択的には波形のシートの形を取る。シートの少なくとも１面、選択的には両面は、ウィッキング材料５４で覆われており、これは木綿繊維又はフェルトまたは合成材料または液状乾燥剤を吸い上げられる他のあらゆる材料のいずれかが可能である。プレート５２は、選択的にはスペース５６によって僅かに間隔を置いて配置されている。金属プレートの下端は、選択的にコンデンサ／エバポレータ／加熱要素(図１及び２)のそれぞれと一体化しており、ウィッキング材料によって吸い上げられた乾燥剤と要素との間での熱伝導が起こる。上端では、プレート間のスペースは(例えば図１及び２のバリヤ３０によって)蓋をされ、スペース５６内を空気が矢印58で示されるように波に沿って移動するようにウィッキングシステム５０は配向されている。波(又は類似の構造)が、空気の路長を増やし、またその表面が乾燥剤と接触する。しかしながら、プレート５２は、フラットであってもよい。プレートの間隔は空気抵抗や除湿性の演算によって求められてもよく、或いは最適の価を実験から求めてもよい。
【００５３】
代替的には、プレート５２は孔を伴って形成されてもよく、またウィッキング材料で覆われていてもよく、空気が孔を通過する。この実施形態では、プレートは図１及び２のシート２８と類似に配向され、空気が孔を通過する。チャンバ内でウィッキング材料をサポートし、ウィッキング材料の形状を決める為の他の構造又は形状は、当業者の想起するところである。
【００５４】
ウィッキング材料のサポートは選択的には、例えば金属であり、これは液体中の熱交換器からウィッキング材料の液体又は空気への優れた熱の移動を与えるものである。異なる材料が顕熱／潜熱比を異なるものとするために使用される。このユニットは十分な顕熱液体及びサポートによって除去されるような幾つかのケースでの空気調整装置を置き換えることができる。このユニットは、脱塩に使用可能であり、熱は太陽又は他のあらゆる無料の熱源から供給され、外気によって冷却が行われる。
【００５５】
図４は、本発明の実施形態による、システム６０(をブロック図で)示したものであり、図５は、空気調和及び/または図１の除湿装置１０に基づく除湿システムのフローチャート２００を示したものである。周辺空気は除湿装置１０に入り、除湿され、加熱された空気(１０２)として吐出される。吐出された空気は選択的には加熱されて高温となり、システムの効率を向上させ、空気が処理される回数を減少させる。加熱され、除湿された空気は、次いで熱交換器６２内で外部の空気と熱交換を行うことによって冷却され(１０３)、より低温の除湿空気が得られる。冷却され除湿された空気は、調整済空気ほど低温ではないが、熱交換器の構造によっては、再生器内で使用される外気の温度に比較的近づけることができる。特に、加熱され除湿された空気と再生器に入る空気の間で熱交換が行われる場合は、必要なヒータ３６(図１)からの熱の量を減らすことができる。代替的又は追加的には、加熱され除湿された空気から熱交換器内の水に熱を移動することができる。より低温の除湿された空気は、次いで(例えば当業者にとって既知の方法で、蒸発クーラ６４内でそれを水と接触させることによって)蒸発冷却され(１０４)、その結果、最初のプレース(place)で除湿装置に入る空気よりもエンタルピの低い空気が得られる。この低エンタルピによって、空気は冷却されるのでもなく、或いは空気は冷却と除湿が行われるのでもなく、空気は除湿されるのみであることが分かる。
【００５６】
図４には単一のサイクルが示されているが、所望の温度／湿度を提供するため、サイクルは(調整済み空気の全部又は一部を利用して)繰り返し(１０５)可能である。最終的には、調整済みの空気はシステムから吐出される(１０６)。(例えば産業施設で使用されているように)廃熱が利用可能であれば、貯蔵器１８’の乾燥剤２０’を加熱するためにこの熱を使用可能である、という点は留意されるべきである。それ故に、加熱／除湿システムは、空気を移動させるファンを用いるものよりも、コストがほとんどかからない。
【００５７】
本発明は、特定の非限定の実施形態の状況について記述したものである。しかしながら、本発明による、請求項によって定義されたような、空気調整と除湿装置の他のコンビネーションもまた、当業者の想起するところである。例えば、ここに定義された原理は、当業者にとって既知の他の多数の除湿システムと同様、上記参照の出願及び公開に記載されたタイプの除湿装置に適用可能である。追加的には、多くの特徴が例示的な実施形態に示されているが、これらの特徴の幾つかは、それが所望のものであったとしても必須のものではない。
【００５８】
特に、上記開示内に示された実施形態は吸い上げ手段を備え、液状乾燥剤を双方の貯蔵器から除湿及び再生チャンバの夫々に移動させているが、本発明は、貯蔵器の一方の為に、当業者にとって既知の乾燥剤をチャンバに汲み出すポンプシステムを備えていてもよい。
【００５９】
請求項内で使用される「有する」「備える」或いは「具備する」という用語またはこれらの同根語は、「含むがそれに限定されるものではない」という意味である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、除湿システムを概略的に示したものである。
【図２】本発明の例示的な実施形態による、代替の除湿システムを概略的に示したものである。
【図３】図１及び２の実施形態に有用な、本発明の実施形態による、ウィッキングシステムを概略的に示したものである。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、図１の実施形態が利用されているところの冷却システムを概略的に示したものである。
【図５】本発明の実施形態による、冷却システムの同素のフロー図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 除湿装置
１０’ 除湿システム
１２ 除湿セクション
１３ ハウジング
１３’ ハウジング
１４ 再生セクション
１６ ヒートポンプ
１８ 貯蔵器
１８’ 貯蔵器
２０ 乾燥剤
２０’ 乾燥剤
２２ 入口
２２’ 入口
２４ 出口
２４’ 出口
２６ 除湿構造
２６’ 除湿構造
２８ シート
２８’ シート
３０ バリヤ
３０’ バリヤ
３２ バリヤ
３４ 孔
３６ ヒータ
３８ コンプレッサ
４０ コンデンサ
４２ エバポレータ
４４ 拡張弁
４６ 第２のコンデンサ
５０ ウィッキングシステム
５２ プレート
５４ ウィッキング材料
５６ スペース
６０ システム
６２ 熱交換器
６４ 蒸発クーラ
【０００１】
本発明は、液状乾燥剤を用いて空気を調整するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
除湿システムへの液状乾燥剤の使用は、ヒートポンプを利用するものと利用しないものの両方が既知である。
【０００３】
一般に、液状乾燥剤システムは、比較的含水量の少ない液状乾燥剤と空気を接触させる除湿セクションと、比較的含水量の高い液状乾燥剤を外気に接触させる再生セクションと、を有する。除湿セクションでは水分が空気から除去されて液状乾燥剤に吸収される。再生セクションでは、水分は、完遂量の高い液状乾燥剤から外気に移動する。除湿セクションから再生セクションに少なくとも水分を移動させる手段が一般には使用される。先行技術の多くにおいては、この移動は、含水量の高い液状乾燥剤を除湿セクションから再生セクションに移動させる、少なくとも１つのポンプによって行われる。一般に、液状乾燥剤はまた、再生セクションから除湿セクションに移動し、含水量の高い乾燥剤が反対方向に移動することによる乾燥剤の欠損を補う。このことは一般に必須のものであり、定常状態では、両サイドでの乾燥剤の量及び濃度は一定である。
【０００４】
本出願人によるPCT特許公開WO 00/55546及び本願と同時出願のPCT出願「DEHUMIDIFIER/AIR-CONDITIONING SYSTEM」の開示内容はここに参照として含まれ、これらには1つ又はそれ以上の様々な長所を有する様々な除湿システムが゛記載されている。ヒートポンプが熱を除湿セクションから再生セクションに汲み上げるために使用されている。これによって、調整された空気は除湿されると共に冷却される。幾つかの実施形態では、(再生及び除湿セクション内にあるこれらのものに追加する)追加のラジエータが、ヒートポンプに用いられ、ヒートポンプ内の冷媒から更に熱を奪う。このラジエータは、外気を再生セクションに導入する入口に配置可能であり、それによって追加のラジエータによって空気がプレヒート(preheat)される。このプレヒートによってシステムの効率は向上する。代替的又は追加的には、追加のラジエータは、調整済み空気を加熱するため、除湿セクションの出口に配置可能である。それ故に、このシステムにおいては、調整済み空気は除湿されると共に加熱される。記述された幾つかの実施形態では、冷却／除湿機能と加熱／除湿機能との間でシステムを切り換える手段が提供される。追加的には、幾つかの実施形態では、システムを加熱／加湿システムに変更する手段が提供される。
【０００５】
これらの出願で開示された幾つかの実施形態では、除湿及び再生セクションの各々が、貯蔵器を伴い、そこから液状乾燥剤が取り出されて除湿又は再生プロセスの夫々に使用される。プロセス終了後、乾燥剤は同一の貯蔵器にそれぞれ戻る。開示された幾つかの実施形態では、１つの(又は複数の)小さな孔が２つの貯蔵器を連絡している。これらの実施形態では、除湿装置の貯蔵器から再生装置の貯蔵器に水分のみが通過するように、孔がデザインされている。定常状態では、孔を介した貯蔵器間の乾燥剤イオンの正味の移動は無い。さらに、液体の移動が孔のみを介し、貯蔵器間での液体の移動のためのポンプを使用しないような、このようなシステムが可能となる。
【０００６】
一般に、先行技術においては、貯蔵器から、そこから液体が再生又は除湿チャンバに滴下又は噴霧されるようなより高い位置へ、液体を組み上げるためにポンプが使用される。空気を除湿及び再生チャンバに導入する為に、ファンが一般的に使用される。
【０００７】
WO 00/55546および同時出願の出願について上に記載された特徴の幾つかは、以前WO 99/26025、WO 99/26062、およびこれらの米国対応出願である09/554,397および09/554,398に記述されている。これらの公開の全ての開示内容は、参照としてここに含まれる。
【発明の要旨】
【０００８】
上記説明したように、先行技術によるシステムは、貯蔵器から除湿又は再生チャンバへ液体を汲み上げる本譜を備える。
【０００９】
本発明の幾つかの実施形態の一側面によれば、ポンプを使用しない移動が提供される。
【００１０】
本発明の一側面によれば、除湿される空気から水分が除去される場所から、水分が周辺空気(外気)へ移動する場所への、水分の移動は、ほとんど拡散及び重力のみによる。
【００１１】
本発明の実施形態では、濃度勾配の影響下で、拡散による過度の水分が、水分が除去される位置(除湿セクション)から乾燥剤の濃度が前記位置内でのものよりも高くなる第１の貯蔵器に、移動する。この濃度差は、調整される空気から水分を吸収することによって発生する。
【００１２】
水分は、次いで再生装置内の第２の貯蔵器に、例えば水イオンの正味流れのみが発生し、乾燥剤イオンの正味流れが発生しないようにデザインされたホールを介して、移動する。第１の貯蔵器内の液体体積の増加によって、第１から第２の貯蔵器への低濃度の乾燥剤の流れが発生する。しかしながら、第２の貯蔵器内の乾燥剤の濃度は第１の貯蔵器内のものよりも高いので、乾燥剤イオンの逆方向の流れが発生し、乾燥剤イオンの正味流れはほぼゼロとなる。第２の貯蔵器は、水分の蒸発を促進するために加熱され、この加熱された液体は、この水分が「外部の」空気に移動するような第２の位置で更に濃縮される。この濃縮によって第２の貯蔵器から第２の位置への水分の更なる拡散が発生する。
【００１３】
前述のように、液状乾燥剤は、水分を低濃度の乾燥剤のある領域から高濃度の乾燥剤(両位置と両貯蔵器の間)に移動させるための媒介の役割をするウィッキング(wickig)システムによって、第１及び第２の位置に維持される。
【００１４】
本発明の一側面によれば、吸い上げ動作は、貯蔵器から除湿／再生プロセスで使用する空気と接触する場所に液状乾燥剤を移動させる為に使用される。また、ウィッキング材料は、液状乾燥剤の濃度勾配に応じた、拡散による、上方向及び下方向の水分の移動を許容する。幾つかの実施形態では、吸い上げ動作はシート材料によって成され、そこを通って調整される空気または周辺空気が通過する。他の実施形態では、空気は材料の表面に沿って流れる。本発明の幾つかの実施形態では、ウィッキング材料は、熱伝導体上に設けられ、貯蔵器とウィッキング材料間で効率的に熱の移動を行う。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態では、除湿セクションから再生セクションに熱を移動するために、ヒートポンプが使用される。特に、ヒートポンプは、２つのセクション内の貯蔵器それぞれの内に熱交換器を備える。
【００１６】
本発明の他の実施形態では、ヒートポンプが不要となり、再生装置内の液体は外部の熱源によって加熱される。これはヒートポンプを使用する場合よりも効率が低いので、例えば寒冷地で用いられるようないくつかの実施形態では、全体的な空気の加熱量は問題となるものではなく、効率の低下は許容範囲内であり、このようなシステムのコストは低くなる。いくつかのケースでは、様々なソースからの廃熱を利用することによって、コストをさらに掛けることなく、再生に使用される熱が得られ、全体の効率が高くなる。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態では、加熱され乾燥した空気は、周辺空気との熱交換によって冷却され、周辺空気の温度より幾分高い程度の温度であるが、湿度はそれよりも充分に低い空気が供給される。この空気が当業者にとって既知の方法による蒸発冷却によって冷却されると、空気の温度を周辺空気の温度よりも低くすることが可能となり、選択的にはより低い温度となる。除湿、熱交換および蒸発冷却に基づく冷却は当業者にとって既知であるが、本発明の例示的な実施形態によるシステムを使用すると、このようなシステムはポンプが不要であり空気を移動させるファンは１つで良いので、「無償の」冷却が可能であり、これは特に廃熱の利用が可能であるときに有用である。
【００１８】
本発明の幾つかの実施形態では、上記参照の公開および出願に起債されたような、孔を用いて貯蔵器間で水分を移動させる方法が使用される。このようなシステムは、液状乾燥剤を汲み出す必要はない。乾燥剤の多くは腐食性であるので、これは明らかな長所である。
【００１９】
再生及び／または除湿セクションでは、ポンプによるリフティング(lifting)よりもむしろ、ウィッキングの使用がほとんど全ての液状乾燥剤除湿システムに適用可能であり、これは上記参照の従来技術記載のシステムに留まらない。それ故に、本発明の例示的な実施形態によれば、
液状乾燥剤が含まれる貯蔵器と、
それによってチャンバが定まり、空気入口及び空気出口を備えたハウジングと、
前記貯蔵器と前記チャンバとの間で液状乾燥剤またはその成分を吸い上げ、前記入口を介して前記チャンバに入る空気が前記チャンバを離れる前に前記貯蔵器から前記チャンバに運ばれる液状乾燥剤に接触するようにするウィッキング材料を有する、ウィッキング構造と、
を有する、空気調整システム用の水分移動要素が提供される。
【００２０】
本発明の実施形態では、前記ウィッキング材料は、その一端が前記貯蔵器の液状乾燥剤内にある少なくとも１枚の前記ウィッキング材料のシートであって、少なくとも前記ウィッキング材料の一部はチャンバ内にあるものを有する。
【００２１】
選択的には、前記ウィッキング構造は、前記貯蔵器内の液状乾燥剤及び前記チャンバ内のウィッキング材料と接触する熱伝導構造を有する。選択的には、前記熱伝導構造は、空気をブロックする。選択的には、前記熱伝導構造は、熱伝導金属(heat conducting metal)を有する。
【００２２】
選択的には、前記熱伝導構造は、空気が通過可能な孔を伴って形成されている。選択的には、前記熱伝導構造は、熱伝導金属を有する。
【００２３】
本発明の例示的な実施形態では、前記ウィッキング構造は、前記チャンバを通過する空気が前記ウィッキング材料に沿って進むような方向を向いている。代替的には、前記ウィッキング構造は、前記チャンバを通過する空気が前記ウィッキング材料を通り抜けるような方向を向いている。
【００２４】
本発明の実施形態では、前記貯蔵器と前記チャンバとの間での液状乾燥剤の移動にポンプを使用しない。選択的には、貯蔵器とチャンバとの間での液状乾燥剤またはその成分の移動は、吸い上げまたは拡散のみによって成される。
【００２５】
さらに、本発明の実施形態によれば、
除湿セクション及び再生セクションであって、この少なくとも一方が上に定義された本発明の水分移動要素を有する、
空気調整システムが提供される。
【００２６】
選択的には、前記除湿及び再生セクションの双方が、ここに定義されたような本発明による水分移送要素を有する。
【００２７】
本発明の実施形態では、前記除湿及び再生セクション内の液状乾燥剤貯蔵器は、少なくとも１つの孔によって連絡され、前記孔は、定常状態では貯蔵器間で移動する乾燥剤イオンの正味量が発生しないような寸法である。選択的には、液状乾燥剤またはその成分の貯蔵器間での移動は、前記少なくとも１つの孔のみを介して行われる。
【００２８】
選択的には、前記除湿セクションと再生セクションとの間での液状乾燥剤の移動にポンプを使用しない。
【００２９】
選択的には、液状乾燥剤またはその成分の移動は、拡散または重力による流れのみである。
【００３０】
選択的には、前記システムは、前記再生装置内で液状乾燥剤を加熱するヒータを備える。選択的には、前記システムは、前記除湿セクションの液状乾燥剤から前記再生セクションの液状乾燥剤へ熱を移動させるヒートポンプを備え、前記ヒータは前記ヒータのコンデンサである。
【００３１】
さらに、本発明の実施形態によれば、
第１の位置に液状乾燥剤を供給し、
前記第１の位置の液状乾燥剤から水分を除去して第１の空気のソースへ移し、
第２の位置に液状乾燥剤を供給し、前記第２の位置の液状乾燥剤は前記第１の位置の液状乾燥剤と液体連絡(fluid communication)されており、
前記第２の位置の液状乾燥剤によって前記第２の空気のソースから水分を吸収し、
拡散及び重力のみによって、前記第１の位置から前記第２の位置へ水分を移動させる、
空気調整方法が提供される。
【００３２】
選択的には、前記方法は、前記第１の位置で液状乾燥剤を加熱することを含む。選択的には、前記第１の位置は液状乾燥剤の再生装置の中にあり、前記第２の位置は除湿装置の中にあり、前記方法はヒートポンプを介して除湿装置から再生装置へ熱を移動させることを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の例示的な、非限定の実施形態は、ここに付属の図面を参照する、以下の記述内に記載されている。図面においては、1つ以上の図面に現れる同一及び類似の構造、要素、或いは部位は、それが現れる図中では概して同一又は類似の符号が与えられる。図中にある、コンポーネントの寸法及び特徴は、主としてプレゼンテーションの利便性及び明確性の為に選択され、縮尺通りの寸法である必要は無い。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態による、例示的な除湿装置１０を描写したものである。 前述のように、本発明の一側面による吸い上げの使用は、液晶乾燥剤を使用するほぼ全ての除湿システムに適用可能である。図面を簡素なものとするため、単純な除湿システムが、本発明のこの側面を記述するために用いられる。しかしながら、前述のように、ここに記述された原理は、様々な異なる液状乾燥剤、除湿システムにも使用可能である。
【００３５】
除湿装置１０は、１２および再生セクション１４を有する。
【００３６】
除湿セクション１２は、その中に乾燥剤２０が貯蔵される貯蔵器１８を有する。この乾燥剤は乾燥剤の塩と結合している水であってもよく、また、当業者にとって既知の他のあらゆる液状乾燥剤であってもよい。除湿セクション１２は、除湿される空気が導入される入口２２と除湿済み空気の出口２４を備えたハウジング１３を有する。一般的に、空気はファンによってこの開口へ移動する。図の便宜上、入口２２はハウジングの底部に図示されており、出口２４はその上部に図示されている。しかしながら、一般には、この流れは横方向であるので、入口と出口はハウジングの側面中央に配置されてもよい。
【００３７】
吸い上げ式除湿構造２６が、ハウジング１３内に保持されている。本実施形態においては、ウィッキング(wicking)材料の一続きのシート２８がバリヤ３０と一体となっている。シート２８の下端は、液状乾燥剤の中にあり、液状乾燥剤はシート２８に吸い上げられてこれを湿らせている。シート２８は、入口２２に入った空気がシートを通過してそれに含まれる液状乾燥剤と相互作用するように、入口２２と出口２４の間の流れに対する部分的なバリヤを形成している、という点は理解されるべきである。シート２８を通過する空気の影響によってそれが動くのを防止するために、錘またはブラケットのような手段が用意されてもよい。
【００３８】
再生セクション１４は除湿セクション１２と類似の方式で構成されている。参照を平易にするため、類似の要素は、除湿セクション１２の対応する要素を記述するために使用された参照番号に対応する符号を用いて参照される。それ故に、再生セクション１４は、液状乾燥剤２０’が保持されている貯蔵器１８’を有する。この乾燥剤は、濃度と温度が異なるという点を除き、貯蔵器１８の乾燥剤２０と基本的には同じタイプのものである。再生セクション１４は、再生部から水分を除去する周囲空気が導入される入口２２’を備えたハウジング１３’を有する。周囲空気に水分が吸収された後、この空気は除湿された空気のために出口２４’から出る。一般に、空気はファンによってこの開口に移動する。
【００３９】
吸い上げ式除湿構造２６’が、ハウジング１３’内に保持されている。本実施形態においては、ウィッキング材料の一続きのシート２８がバリヤ３０’と一体となっている。シート２８の下端は、液状乾燥剤２０’の中にあり、液状乾燥剤はシート２８’に吸い上げられてこれを湿らせている。シート２８’は、入口２２’に入った空気がシートを通過してそれに含まれる液状乾燥剤と相互作用するように、入口２２’と出口２４’の間の流れに対する部分的なバリヤを形成している、という点は理解されるべきである。シート２８’を通過する空気の影響によってそれが動くのを防止するために、錘またはブラケットのような手段が用意されてもよい。
【００４０】
その中に形成された孔３４を備えたバリヤ３２が、貯蔵器１８と１８’を分断している。出願人による上記参照された公開および出願に記述されているように、小孔の寸法が適切であれば、定常状態では貯蔵器１８と１８’の間でのイオンの正味流れはない。２つの貯蔵器間では水イオンの正味流れのみが起こる。
【００４１】
動作時は、液状乾燥剤２０と２０’間に濃度差が生じる。この結果、除湿セクション１２内の濃度の高い乾燥剤２０は、調整される空気から水分を吸収し、また、周辺空気は乾燥剤２０’から水分を除去する。必要な濃度差を得るため、３６として概略的に示されるヒータが、液状乾燥剤２０’を加熱する。この高温の液状乾燥剤は、シート２８’を通過した空気と接触すると、水分と熱を放出する。次いで、シート内の液状乾燥剤と貯蔵器１８’との間に濃度差が生じる。この濃度差によって、貯蔵器からシートへの水イオンの正味流れが起こる。シート内の液状乾燥剤はまた、水分の蒸発によって冷却される。
【００４２】
この水分の流れによって、貯蔵器１８’内の乾燥剤の濃度は上昇し、量は減少する。液状乾燥剤の水位は下降して、孔３４を介する貯蔵器１８から貯蔵器１８’への液状乾燥剤の流れを均等にするような高さとなる。この流れは水分と乾燥剤イオンの双方である。加えて、貯蔵器１８’内の乾燥剤イオンの濃度が高くなると、貯蔵器１８’から貯蔵器１８への乾燥剤の拡散が起こる。定常状態での正味の効果は、２つの貯蔵器の間で正味流れがおきない状態である。しかしながら、定常状態では、貯蔵器１８内の乾燥剤イオンの濃度は貯蔵器１８’内のものよりも低くなる。
【００４３】
液状乾燥剤は、シート２８’による吸い上げと同じ方法で、シート２８によって吸い上げれる。しかしながら、貯蔵器１８内の液状乾燥剤の温度は貯蔵器１８’内のものよりも低いので、除湿セクション１２内の乾燥剤は、調節される空気から水分を吸収する。除湿プロセスにおいては、液状乾燥剤もまた加熱され(て空気を加熱す)る。定常状態では、シートから貯蔵器に降りる水分の正味流れが発生する。
【００４４】
簡潔に説明すると、定常状態になると、水分が「室内の」空気から除湿セクション１２のシート２８の乾燥剤に吸収される。拡散(およびおそらくは重力による何らかの拡張)によって、この水分はシート内を下方に移動し、貯蔵器１８に至る。貯蔵器１８から水分は、重力によって再び移動し、拡散による何らかの拡張が起こり、貯蔵器１８’に至る。貯蔵器１８’から、水分は(拡散によって)再生セクションのシート２８’に上る。外部の空気によって、液状乾燥剤から水分が除去される。
【００４５】
一例ではあるが、本発明を限定するものではない実施形態では、シート２８の上端での液状乾燥剤の濃度は２０％であり、貯蔵器１８内での濃度は２５％であり、貯蔵器１８’内での濃度は３０％であり、シート２８’内での濃度は３５％である。
【００４６】
ウィッキング材料のシートの熱伝導性は高くなく、また水による熱のキャリア(carrier)は、シート内の乾燥剤を所望の温度にするのには不十分であるので、それぞれの貯蔵器とシートの液状乾燥剤の間での熱伝導性が向上する。これを実施する方法の一つは、そこにシートが取り付けられる穴開きの金属サポート(support)を用いることである。このサポートは、熱伝導とシートの物理的なサポートの両方を提供するものである。熱伝導性の向上のため、シートの下端もまた、貯蔵器内の液状乾燥剤の中に配置されるべきである。代替的には、長いワイヤによって保持された多数のスレッド(thread)状のウィック(wick)が使用されてもよい。更に代替的には、図３を参照して以下に記述された構造が使用される。
【００４７】
図２は、本発明の他の実施形態による、代替の除湿システム１０’を示したものである。除湿システム１０’は、図１の除湿装置１０と、除湿システム１０’が一般に参照符号１６で示されるヒートポンプを備えている、という点で異なっている。ヒートポンプの効果以外のものは、下に(および上記の公開及び出願)記載されているように、除湿装置１０’の除湿セクション１２および再生セクション１４の操作は、除湿装置１０(図１)の対応するセクションの操作と類似である。ヒートポンプ１６はコンプレッサ３８、貯蔵器１８’内の液状乾燥剤２０’内に配置されたコンデンサ４０、貯蔵器１８内の液状乾燥剤２０内に配置されたエバポレータ(evaporator)４２、およびコンデンサとエバポレータの間の拡張弁４４と、を備えている。ヒートポンプ１６は、熱を乾燥剤２０から乾燥剤２０’へ移動させることにより、２つの所望の効果、すなわち除湿プロセス中に生成された熱の除去と液状乾燥剤２０’からの水分の除去を助ける乾燥剤の加熱、を与えるものである。加えて、追加の熱交換記４６(第２のコンデンサ)が好適には提供され、コンデンサ４０で熱が除去された後、ヒートポンプ１６内の冷媒からさらに熱を除去する。選択的には、入口２２’に入る空気もまた、コンプレッサ３８からの熱交換によって加熱される。記述されたように、このシステムは調整される空気の除湿と冷却を行う。
【００４８】
代替的には、調整される空気を加熱するため、出口２４に追加の熱交換記を設置することができる。このシステムは調整される空気の除湿と冷却を行う。
【００４９】
代替的又は追加的には、水分を凝縮するための、(第２のコンデンサ４６の使用と類似の手法で)第２のエバポレータが再生装置の空気出口に設置され、高温且つ高湿の空気が漏出しない。このプロセスは脱塩プロセスとしても使用可能であり、収集される排気から水分が除去される。
【００５０】
代替的には、除湿システムは2つの追加の熱交換器及び、これらを切り換えて除湿済みの調整された空気を加熱する又は冷却するスイッチアレンジメント(switching arrangement)を備える。この実施形態は、上記参照の同時出願のＰＣＴ出願の図４Ｃに示された実施形態と併存する。これは、異なる種類の除湿システムに本発明をどのようにすれば適用できるのかを示している。
【００５１】
上記のように、液状乾燥剤は、再生プロセスによって冷却され(即ち一部の水分の蒸発によって液状乾燥剤が冷却される)、除湿プロセスによって加熱される(水分の凝縮によって乾燥剤は加熱される)。この加熱と冷却は、ヒートポンプ１６の動作及び(加熱については)ヒータ３６(図１)によって相殺する。しかしながら、最も効率的な操作のため、コンデンサ／エバポレータ／加熱要素間の熱インピーダンス(thermal impedance)は、可能な限り低くするべきである。
【００５２】
図３は、本発明の実施形態によるウィッキングシステム５０の実施形態の断面図を示したものであり、この構造を上から見下ろしたものである。ウィッキングシステムは、複数の熱伝導(例えば金属)プレート５２を有し、選択的には波形のシートの形を取る。シートの少なくとも１面、選択的には両面は、ウィッキング材料５４で覆われており、これは木綿繊維又はフェルトまたは合成材料または液状乾燥剤を吸い上げられる他のあらゆる材料のいずれかが可能である。プレート５２は、選択的にはスペース５６によって僅かに間隔を置いて配置されている。金属プレートの下端は、選択的にコンデンサ／エバポレータ／加熱要素(図１及び２)のそれぞれと一体化しており、ウィッキング材料によって吸い上げられた乾燥剤と要素との間での熱伝導が起こる。上端では、プレート間のスペースは(例えば図１及び２のバリヤ３０によって)蓋をされ、スペース５６内を空気が矢印58で示されるように波に沿って移動するようにウィッキングシステム５０は配向されている。波(又は類似の構造)が、空気の路長を増やし、またその表面が乾燥剤と接触する。しかしながら、プレート５２は、フラットであってもよい。プレートの間隔は空気抵抗や除湿性の演算によって求められてもよく、或いは最適の価を実験から求めてもよい。
【００５３】
代替的には、プレート５２は孔を伴って形成されてもよく、またウィッキング材料で覆われていてもよく、空気が孔を通過する。この実施形態では、プレートは図１及び２のシート２８と類似に配向され、空気が孔を通過する。チャンバ内でウィッキング材料をサポートし、ウィッキング材料の形状を決める為の他の構造又は形状は、当業者の想起するところである。
【００５４】
ウィッキング材料のサポートは選択的には、例えば金属であり、これは液体中の熱交換器からウィッキング材料の液体又は空気への優れた熱の移動を与えるものである。異なる材料が顕熱／潜熱比を異なるものとするために使用される。このユニットは十分な顕熱液体及びサポートによって除去されるような幾つかのケースでの空気調整装置を置き換えることができる。このユニットは、脱塩に使用可能であり、熱は太陽又は他のあらゆる無料の熱源から供給され、外気によって冷却が行われる。
【００５５】
図４は、本発明の実施形態による、システム６０(をブロック図で)示したものであり、図５は、空気調和及び/または図１の除湿装置１０に基づく除湿システムのフローチャート２００を示したものである。周辺空気は除湿装置１０に入り、除湿され、加熱された空気(１０２)として吐出される。吐出された空気は選択的には加熱されて高温となり、システムの効率を向上させ、空気が処理される回数を減少させる。加熱され、除湿された空気は、次いで熱交換器６２内で外部の空気と熱交換を行うことによって冷却され(１０３)、より低温の除湿空気が得られる。冷却され除湿された空気は、調整済空気ほど低温ではないが、熱交換器の構造によっては、再生器内で使用される外気の温度に比較的近づけることができる。特に、加熱され除湿された空気と再生器に入る空気の間で熱交換が行われる場合は、必要なヒータ３６(図１)からの熱の量を減らすことができる。代替的又は追加的には、加熱され除湿された空気から熱交換器内の水に熱を移動することができる。より低温の除湿された空気は、次いで(例えば当業者にとって既知の方法で、蒸発クーラ６４内でそれを水と接触させることによって)蒸発冷却され(１０４)、その結果、最初のプレース(place)で除湿装置に入る空気よりもエンタルピの低い空気が得られる。この低エンタルピによって、空気は冷却されるのでもなく、或いは空気は冷却と除湿が行われるのでもなく、空気は除湿されるのみであることが分かる。
【００５６】
図４には単一のサイクルが示されているが、所望の温度／湿度を提供するため、サイクルは(調整済み空気の全部又は一部を利用して)繰り返し(１０５)可能である。最終的には、調整済みの空気はシステムから吐出される(１０６)。(例えば産業施設で使用されているように)廃熱が利用可能であれば、貯蔵器１８’の乾燥剤２０’を加熱するためにこの熱を使用可能である、という点は留意されるべきである。それ故に、加熱／除湿システムは、空気を移動させるファンを用いるものよりも、コストがほとんどかからない。
【００５７】
本発明は、特定の非限定の実施形態の状況について記述したものである。しかしながら、本発明による、請求項によって定義されたような、空気調整と除湿装置の他のコンビネーションもまた、当業者の想起するところである。例えば、ここに定義された原理は、当業者にとって既知の他の多数の除湿システムと同様、上記参照の出願及び公開に記載されたタイプの除湿装置に適用可能である。追加的には、多くの特徴が例示的な実施形態に示されているが、これらの特徴の幾つかは、それが所望のものであったとしても必須のものではない。
【００５８】
特に、上記開示内に示された実施形態は吸い上げ手段を備え、液状乾燥剤を双方の貯蔵器から除湿及び再生チャンバの夫々に移動させているが、本発明は、貯蔵器の一方の為に、当業者にとって既知の乾燥剤をチャンバに汲み出すポンプシステムを備えていてもよい。
【００５９】
請求項内で使用される「有する」「備える」或いは「具備する」という用語またはこれらの同根語は、「含むがそれに限定されるものではない」という意味である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、除湿システムを概略的に示したものである。
【図２】本発明の例示的な実施形態による、代替の除湿システムを概略的に示したものである。
【図３】図１及び２の実施形態に有用な、本発明の実施形態による、ウィッキングシステムを概略的に示したものである。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、図１の実施形態が利用されているところの冷却システムを概略的に示したものである。
【図５】本発明の実施形態による、冷却システムの同素のフロー図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 除湿装置
１０’ 除湿システム
１２ 除湿セクション
１３ ハウジング
１３’ ハウジング
１４ 再生セクション
１６ ヒートポンプ
１８ 貯蔵器
１８’ 貯蔵器
２０ 乾燥剤
２０’ 乾燥剤
２２ 入口
２２’ 入口
２４ 出口
２４’ 出口
２６ 除湿構造
２６’ 除湿構造
２８ シート
２８’ シート
３０ バリヤ
３０’ バリヤ
３２ バリヤ
３４ 孔
３６ ヒータ
３８ コンプレッサ
４０ コンデンサ
４２ エバポレータ
４４ 拡張弁
４６ 第２のコンデンサ
５０ ウィッキングシステム
５２ プレート
５４ ウィッキング材料
５６ スペース
６０ システム
６２ 熱交換器
６４ 蒸発クーラ
Claims (22)
- 液状乾燥剤が含まれる貯蔵器と、
それによってチャンバが定まり、空気入口及び空気出口を備えたハウジングと、
前記貯蔵器と前記チャンバとの間で液状乾燥剤またはその成分を吸い上げ、前記入口を介して前記チャンバに入る空気が前記チャンバを離れる前に前記貯蔵器から前記チャンバに運ばれる液状乾燥剤に接触するようにするウィッキング(wicking)材料を有する、ウィッキング構造と、
を有する、空気調整システム用の水分移動要素。 - 前記ウィッキング材料は、その一端が前記貯蔵器の液状乾燥剤内にある少なくとも１枚の前記ウィッキング材料のシートであって、少なくとも前記ウィッキング材料の一部はチャンバ内にあるものを有することを特徴とする、請求項１に記載の要素。
- 前記ウィッキング構造は、前記貯蔵器内の液状乾燥剤及び前記チャンバ内のウィッキング材料と接触する熱伝導構造を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の要素。
- 前記熱伝導構造は、空気をブロックすることを特徴とする、請求項３に記載の要素。
- 前記熱伝導構造は、熱伝導金属(heat conducting metal)を有することを特徴とする、請求項４に記載の要素。
- 前記熱伝導構造は、空気が通過可能な孔を伴って形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の要素。
- 前記熱伝導構造は、熱伝導金属を有することを特徴とする、請求項６に記載の要素。
- 前記ウィッキング構造は、前記チャンバを通過する空気が前記ウィッキング材料に沿って進むような方向を向いていることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の要素。
- 前記ウィッキング構造は、前記チャンバを通過する空気が前記ウィッキング材料を通り抜けるような方向を向いていることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の要素。
- 前記貯蔵器と前記チャンバとの間での液状乾燥剤の移動にポンプを使用しないことを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の要素。
- 貯蔵器とチャンバとの間での液状乾燥剤またはその成分の移動は、吸い上げまたは拡散のみによって成されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の要素。
- 除湿セクション及び再生セクションであって、この少なくとも一方が請求項１から１１のいずれかに記載の要素を有する、空気調整システム。
- 前記除湿及び再生セクションの双方が、請求項１から１１のいずれかに記載の要素を有することを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
- 前記除湿及び再生セクション内の液状乾燥剤貯蔵器は、少なくとも１つの孔によって連絡され、前記孔は、定常状態では貯蔵器間で移動する乾燥剤イオンの正味量が発生しないような寸法であることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のシステム。
- 液状乾燥剤またはその成分の貯蔵器間での移動は、前記少なくとも１つの孔のみを介して行われることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のシステム。
- 前記除湿セクションと再生セクションとの間での液状乾燥剤の移動にポンプを使用しないことを特徴とする、請求項１２から１５のいずれかに記載のシステム。
- 液状乾燥剤またはその成分の移動は、拡散または重力による流れのみであることを特徴とする、請求項１２から１５のいずれかに記載のシステム。
- 前記再生装置内で液状乾燥剤を加熱するヒータを備えることを特徴とする、請求項１２から１７のいずれかに記載のシステム。
- 前記除湿セクションの液状乾燥剤から前記再生セクションの液状乾燥剤へ熱を移動させるヒートポンプを備え、前記ヒータは前記ヒートポンプのコンデンサであることを特徴とする、請求項１８に記載のシステム。
- 第１の位置に液状乾燥剤を供給し、
前記第１の位置の液状乾燥剤から水分を除去して第１の空気のソースへ移し、
第２の位置に液状乾燥剤を供給し、前記第２の位置の液状乾燥剤は前記第１の位置の液状乾燥剤と液体連絡(fluid communication)されており、
前記第２の位置の液状乾燥剤によって前記第２の空気のソースから水分を吸収し、
拡散及び重力のみによって、前記第１の位置から前記第２の位置へ水分を移動させる、
除湿方法。 - 前記第１の位置で液状乾燥剤を加熱することを含むことを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
- 前記第１の位置は液状乾燥剤の再生装置の中にあり、前記第２の位置は除湿装置の中にあり、前記方法はヒートポンプを介して除湿装置から再生装置へ熱を移動させることを含むことを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
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