JP2008506917A - 除湿用装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】除湿用装置並びに方法
【解決手段】乾燥剤／空気熱交換器（１２）を含んだ液体乾燥剤再生器装置（２）が提供される。熱交換器（１２）は第一乾燥剤入口（３４）と乾燥剤貯蔵槽（１６）とを具備する。貯蔵槽（１６）は第一乾燥剤出口（３２）と、第二乾燥剤出口（８）と、第二乾燥剤入口（６）とを具備する。第一乾燥剤入口（３４）と第一乾燥剤出口（３２）とは熱源（２２）に接続され、第二乾燥剤入口（６）は貯蔵槽（１６）の希釈された乾燥剤を案内し、第二乾燥剤出口（８）は貯蔵槽（１６）から濃縮した乾燥剤を案内する。第二乾燥剤入口（６）と乾燥剤出口（８）とは、貯蔵槽に流入する希釈された乾燥剤へ熱を供給する乾燥剤／乾燥剤熱交換器（１０）に接続される。除湿方法もまた提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は除湿用の装置と方法、特に、包囲体中の空気を除湿する液体乾燥剤再生器（ＬＤＲ）と、除湿方法とに関する。

米国特許第６，２６６，９７５号は、蒸気圧縮器を基準にした乾燥剤（ブライン）再生器を開示している。有効な蒸気は湿気の多い状態で一様に弱まるから、再生は乾燥剤を濃縮物として維持する。米国特許第６，４６３，７５０号は包囲体内の空気を除湿する装置を開示しており、これは、外部から熱交換器へ導入された低温の新鮮な空気を加熱して、蒸気の凝縮により包囲体内の空気を除湿する空気／ブライン熱交換器を含んでいる。
米国特許第６，２６６，９７５号 米国特許第６，４６３，７５０号

上述した除湿装置とは違い、本発明は水溶液から水を除去する再生器を基準とする。こうした発生器には低品位の廃熱を活用することができる。

従って本発明の広義の目的は、除湿のための再生装置及び方法と、乾燥剤から液体を除去することによる、液体乾燥剤を基準とした方法であって、乾燥剤を包囲体内で空気と接触する前に加熱して除湿する方法とを提供することにある。

本発明によれば、したがって第一乾燥剤入口と乾燥剤貯蔵槽とを具えた乾燥剤／空気熱交換器を具備する液体乾燥剤再生器装置が提供される。前記貯蔵槽は第一乾燥剤出口と、第二乾燥剤出口と、第二乾燥剤入口とを具え、前記第一乾燥剤入口と前記第一乾燥剤出口とが、前記乾燥剤に熱を加える手段に接続でき、前記第二乾燥剤入口が前記貯蔵槽に希釈された乾燥剤を案内し、前記第二乾燥剤出口が前記貯蔵槽から濃縮した乾燥剤を案内し、前記第二乾燥剤入口と前記乾燥剤出口とが、前記貯蔵槽へ流入する希釈された乾燥剤に熱を加える乾燥剤／乾燥剤熱交換器に接続される。

本発明はさらに以下のステップを含む除湿方法を提供する：すなわち、第一乾燥剤入口と乾燥剤貯蔵槽とを具えた乾燥剤／空気熱交換器を設けるステップであって、前記貯蔵槽が第一乾燥剤出口と、第二乾燥剤出口と、第二乾燥剤入口とを具え、前記第一乾燥剤入口と前記乾燥剤出口とが、前記乾燥剤に熱を加える手段に接続でき、前記第二乾燥剤入口が希釈された乾燥剤を循環させ、前記第二乾燥剤出口が前記貯蔵槽に乾燥剤を案内し、かつ、前記貯蔵槽に流入する希釈された乾燥剤に熱を加える乾燥剤／乾燥剤熱交換器へ接続される、ステップと、乾燥剤からの水の蒸発レートより高いレートで濃縮した乾燥剤を推進するステップ。

本発明をより完全に理解するために、今度は以下の例示的図面を参照しながら幾つかの好ましい実施形態について説明する。

図面について詳しく説明すると、図示した詳細は本発明の好ましい実施形態のもっぱら例示のためにまた例示的議論のためにあり、本発明の原理と概念態様とについて最も有用でかつ容易に理解される説明と思われるものを提供するために提示されることを強調しておく。これに関連して、本発明の構造的細目を示すどんな試みも、本発明の基本的理解に必要である以上の詳細さではなされておらず、図面と併せた説明が、本発明の幾つかの形態を実用にどう具現化できるかを当業者に明らかにしよう。

図１は本発明による除湿用再生装置２を示している。この装置は、希釈された液体乾燥剤例えばブラインを受け取る入口６と、濃縮した乾燥剤を退出させる出口８とを具えた液体乾燥剤再生器４を含んでいる。入口６も出口８も熱交換器１０を通過する。その言及するところを本願に引用して援用した、例えば上記米国特許第６，２６６，９７５号及び６，４６３，７５０号からもともと知られるように、再生器４は空気／乾燥剤熱交換器１２と、ドリップチャンバー１４と、乾燥剤貯蔵槽１６と、空気をドリップチャンバー１４へ導入する送風器または扇風器１８とから構成される。ドリップチャンバー１４には随意に空気加熱器２０を設けて、空気をドリップチャンバーに導入する前にそれを加熱してもよい。

さらに、蒸気発生器２４から熱を受け取る乾燥剤加熱器２２をも設ける。発生器２４はタービン２６から気体を得、タービン２６は気体圧縮器２８から燃焼室３０を介して気体を受け取る。加熱器２２は導管３２を介して乾燥剤貯蔵槽１６に、さらに導管３６を介して乾燥剤入口３４に接続される。気体圧縮器２８は、ポンプ４１を介して瞬間蒸発器４０と流体連通した空気冷却器３８を出る空気により給気される。瞬間蒸発器４０は随意に蒸気圧縮器４２を介して蒸気乾燥剤凝縮器４４と大気蒸発器４６とに接続される。再生器４と蒸発器４６との乾燥剤貯蔵槽１６は、熱交換器１０を通過する導管４８、５０を介して流体連通する。流体推進ポンプ５２、５４、５６もさらに設けられる。

乾燥剤再生器４は、入口６を介して再生器４に流入する希釈された乾燥剤を、出口８を介して再生器４から放出する濃縮した乾燥剤と交換する。濃縮した乾燥剤の温度は希釈された乾燥剤の温度と比して高く、再生器４から蒸気凝縮器４４へ熱を導入する。この熱は、蒸気溜めとして機能する希釈された乾燥剤の温度を上げる。高い温度は乾燥剤の蒸気圧を上げ、蒸気溜めとしてのその効果を弱める。再生器との乾燥剤の交換が少なすぎると、再生器内の乾燥剤の濃度が高くなりすぎ、蒸気圧は低くなりすぎる。換言すると、蒸気圧は再生器内の空気の蒸気圧より低くなる。こうした状況は再生プロセスを停止させる。さらに、低い交換レートにより乾燥剤の濃度が高くなった結果、液体は結晶化してその機能を停止しかねない。

液体乾燥剤は、同じ温度での水の蒸気圧と比して蒸気圧が低いことを特徴とする。同じ温度での水圧に対する乾燥剤の蒸気圧のレートを「アクティビティ」αと定義する。よって、例えば、Ｓ＝２５％の濃度での乾燥剤ＬｉＣｌは、同じ温度での水の蒸気圧の半分の蒸気圧を特徴とするから、α＝５０％のアクティビティを持つ。Ｓ＝４０％だと、アクティビティα＝２５％である。

Ｓ_１を溶液中の乾燥剤の希釈濃度（ｋｇ塩／ｋｇ溶液）とし、Ｓ_２を再生器での乾燥剤の濃度としよう（Ｓ_２>Ｓ_１）。Ｍ_１を再生器への質量流量、Ｍ_２を再生器からの乾燥剤の放出とし、Ｅを再生器の乾燥剤から除去した蒸気の質量とすれば、乾燥剤（塩）の質量収支は、
Ｍ_１Ｓ_１＝Ｍ_２Ｓ_２ （１）
を要求し、
全体の質量の流れの収支は：
Ｍ_１＝Ｍ_２＋Ｅ （２）
となる。
等式２にＳ_１を掛け、等式１を当てはめると、
Ｍ_２（Ｓ_２−Ｓ_１）＝ＥＳ_１、すなわち
Ｍ_２＝ＥＳ_１／（Ｓ_２−Ｓ_１） （３）
を得る。
Ｍ１を求めると：
Ｍ_１＝ＥＳ_２／（Ｓ_２−Ｓ_１） （４）
を得る。
（図２及び４の実施形態だけに関係する）。

安定な状態にするために、Ｅは蒸気が乾燥剤で凝縮されるレートに等しくすべきである。Ｃ＝Ｅ＝、例えば、多くの温室内部の状態の特徴である相対湿度８５％、温度１８℃で１０ｋｇ／ｈｒ。蒸気含量はＷ＝１１ｇ蒸気／ｋｇ空気である。

温室を望ましい気候に保つために、除湿器で温室内の蒸気荷重を除去することが必要である。例えば、与えられた包囲体の中で、蒸気荷重を１０ｋｇ／ｈｒ、すなわち２．７８ｇ／ｓとする。

３つの除湿モードが認められる：
１）乾燥剤のエンタルピーと温度とは、ユニットに導入される設計空気のエンタルピーと比して大きい。乾燥剤のエンタルピーは乾燥剤界面での空気のエンタルピーとして定義する。
２）乾燥剤のエンタルピーは、空気乾燥剤直接接触型蒸気凝縮器に導入された空気のエンタルピーと同じである（エンタルピーの不変交換）。
３）乾燥剤のエンタルピーは空気のエンタルピーより小さい。

上記の場合（１）、（２）で効果を上げるには、乾燥剤のアクティビティαは、包囲体での要求される相対湿度と比して小さくすべきである：αα<ＲＨ（相対湿度）。実際、ＲＨとαの差は２０％を超えるべきである。そうでないと、どのキログラムの空気も１グラム未満の蒸気しか除去せず、蒸気荷重を除去するために大きな空気の流れと大きな装置とが必要になる。これは費用がかかり力も消費する。したがって、ＤＲＨ＝８５％の温室に取り付けられた除湿器に関しては、希釈された乾燥剤のアクティビティはαα<６５％にすべきである。塩化リチウムについては、Ｓ_１>２０％。ＣａＣｌ乾燥剤を用いる同じアクティビティのためには、Ｓ_１>２５％。

再生器４で乾燥剤の蒸気圧は、空気冷却器３８と瞬間蒸発器４０とで具現する空気乾燥剤熱交換器に導入された空気の蒸気圧と比して高くすべきである。乾燥剤の温度は熱源の性質により決まる。よって、再生器４では、５８（図１）の煙突の温度は６０℃、乾燥剤の温度は５０℃とする。空気の温度が３０℃で、ＲＨ＝７０％の場合、蒸気圧は３０ｍｂである。蒸発させるためには、Ｓ_２<４０％のＬｉＣｌ乾燥剤について、乾燥剤のアクティビティは２５％超とすべきである。低いアクティビティで高い濃度だと、乾燥剤はこの温度では蒸発せず、再生器は機能しない。

図２を参照すれば、１段階再生器の熱再生装置２が示してある。図示した再生器４は乾燥剤蒸発器６０と、水蒸気凝縮器６２と、水冷却器／空気加熱器６４と、乾燥剤除湿器６６とから構成されている。乾燥剤除湿器６６と蒸発器６０との貯蔵槽１６は、乾燥剤対乾燥剤熱交換器６８を介して流体連通する。さらに循環ポンプ７０、７２、及び、水蒸気凝縮器６２の貯蔵槽１６から水を放出する水の出口７４も設けられる。乾燥剤蒸発器６０は乾燥剤入口導管３６と乾燥剤出口導管３８とを介して、加熱器７８により給熱される乾燥剤熱交換器７６に接続される。循環ポンプ８０も設けられ、熱交換器７６を介して乾燥剤を推進する。

同様の２段階再生器は図３に示してある。図から分かるように、第２段階にはさらに、蒸気圧縮器８６を介して乾燥剤蒸気凝縮器８４と流体連通する瞬間蒸発器８２が含まれる。蒸気凝縮器８４は随意に熱交換器８８を介して乾燥剤蒸発器６０の貯蔵槽１６と相互結合される。凝縮器８４と蒸発器６０との間の流体循環はポンプ９０を使って実行され、ポンプ９０はさらに乾燥剤除湿器６６に対する流体の出入りを推進する。熱交換器７６は、燃料バーナー９４により加熱される乾燥剤ボイラー９２と流体連通する。熱交換器９６もまた設けられる。熱交換器７６は乾燥剤ボイラー９２からの蒸気を利用して蒸発器６０中の乾燥剤を加熱する。

熱と蒸気は水蒸気凝縮器６２により回収される。水は空気加熱器６４を使って包囲体へ熱を伝達する。凝縮器６２に進入する水の温度は通常、包囲体の温度より１０℃前後高く、それは１８℃の温室に対して例えば２８℃かそれ以上である。水は凝縮器６２でおよそ１０℃加熱され、こうして水温は２８―３８℃の間で変化する。３８℃の水の蒸気圧は７６ｍｂである。２８℃では、水蒸気圧は３８ｍｂである。蒸発器６０の乾燥剤を蒸発させるには、乾燥剤の蒸気圧は凝縮器６２での水の蒸気圧を凌駕しなければならない。

再生器中の乾燥剤は、温水加熱器７８（図２）またはボイラー９２（図３）により例えば７５℃の温度に加熱される。この温度では、乾燥剤のアクティビティは２５％より大きくすべきであり、そして例えばＬｉＣｌの塩分はＳ_２<４０％にすべきである。実際、このアクティビティでのＣａＣｌブラインのために液体は結晶化する。

Ｓ_１>２０％、Ｓ_２<４０％、例えばＳ_１＝２２％、Ｓ_２＝３８％を、また１０ｋｇ／ｈｒの蒸気荷重を、等式４に適用する：Ｍ_１＝１０＊Ｓ_２／（Ｓ_２−Ｓ_１）。

よって、Ｍ_１＝１０＊３８（３８−２２）＝２．３７５＊１０＝２３．７５ｋｇ／ｈｒ。

再生器への乾燥剤の質量流についての実際の制限は：Ｍ_１＝Ｅ°Ｓ_２／（Ｓ_２−Ｓ_１）である。殆ど全ての応用に対して、再生器での濃度はＳ_２<２Ｓ_１、したがってＭ_１>２Ｅである。

再生器への流入が２Ｅを超えないと、乾燥剤は結晶化する。ＬｉＢｒのような最も活発な乾燥剤は、再生器内部で材料の劣化をもたらす高温でしか働かない。

本発明の再生器の効率を上げるために、希釈された乾燥剤と濃縮した乾燥剤の流れの中間に熱交換器６８（図２）、８８（図３）を設ける。

本発明の別の実施形態は図４に示してある。乾燥剤再生器９８と、再生器に随意に結合される空気−水凝縮器１００とが示してある。さらに、再生器９８と凝縮器１００とに流体連通する熱交換器１０２、１０４も示してある。加熱器１０６は再生器９８の入口１０８と出口１１０とに接続されて、再生器内の乾燥剤を加熱する。加熱された乾燥剤はポンプ１１２により所定のレートで循環される。

乾燥剤の質量流量が除湿した水の質量より大きい場合、例えば蒸発した水の質量の少なくとも２倍であれば良好な結果を得ることが判定された。さらに、乾燥剤蒸発器への空気質量の流れは乾燥剤の蒸発の１０倍を超えるべきであり、そして再生器中の乾燥剤の循環質量の流量は、乾燥剤の蒸発レートの少なくとも１０倍多くすべきである。

さらに、留意すべきは、再生器に流入する希釈された乾燥剤と再生器から流出する濃縮した乾燥剤との関係が、装置に配置されて乾燥剤を再生器へと推進する循環ポンプにより調整できることである。また、乾燥剤／空気熱交換器を有効にするために、熱交換器に用いられた充填物質内部の空気のレイノルズ数を２０００より小さくすべきである。

当業者には明らかなように、本発明は先に説明した実施形態の細目に限定されず、また本発明はその精神または本質的属性から逸脱することなく、他の特定の形態により具現することができる。本発明の実施形態はしたがって全ての点で説明のためであって限定するためではない。本発明の範囲は、上記の説明ではなく添付クレームにより示され、クレームの等価物の趣旨と範囲とに入る全ての変更はしたがってその中に包含されるものとする。

本発明の除湿用再生装置の略断面図である。 本発明の除湿用再生装置の別の実施形態の略断面図である。 図２の実施形態の２段階装置の略断面図である。 本発明の除湿用再生装置のさらなる実施形態の略断面図である。

符号の説明

２ 再生装置
４ 液体乾燥剤再生器
６、３４ 乾燥剤入口
８、３２ 乾燥剤出口
３６、４８、５０ 導管
１０ 乾燥剤／乾燥剤熱交換器
１２ 空気／乾燥剤熱交換器
１４ ドリップチャンバ
１６ 乾燥剤貯蔵槽
１８ 送風器
２０ 空気加熱器
２２ 乾燥剤加熱器
２４ 蒸気発生器
２６ タービン
２８ 気体圧縮器
３０ 燃焼室
３８ 空気冷却器
４０ 瞬間蒸発器
４１、５２、５４、５６ ポンプ
４２ 蒸気圧縮器
４４ 蒸気乾燥剤凝縮器
４６ 大気蒸発器
５８ 煙突の温度

Claims (20)

1. 第一乾燥剤入口と乾燥剤貯蔵槽とを有した乾燥剤／空気熱交換器を具備する液体乾燥剤再生器装置において、
   前記貯蔵槽は第一乾燥剤出口と、第二乾燥剤出口と、第二乾燥剤入口とを有し、
   前記第一乾燥剤入口と前記第一乾燥剤出口とは、前記乾燥剤に熱を供給する手段に接続され、
   前記第二乾燥剤入口は前記貯蔵槽に希釈された乾燥剤を案内し、前記第二乾燥剤出口は前記貯蔵槽から濃縮した乾燥剤を案内し、前記第二乾燥剤入口と前記乾燥剤出口とが、前記貯蔵槽へ流入する希釈された乾燥剤に熱を供給する乾燥剤／乾燥剤熱交換器に接続される、ことを特徴とする再生器装置。
2. 請求項１に記載の装置において、熱を供給する前記手段は燃焼プロセスからの排気を含むことを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置において、熱を供給する前記手段は蒸気凝縮器と加熱器とを含むことを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置において、前記加熱器はボイラーであることを特徴とする装置。
5. 請求項４に記載の装置において、前記ボイラーは燃料バーナーまたは蒸気により加熱されることを特徴とする装置。
6. 請求項５に記載の装置において、乾燥剤から発生する蒸気は、乾燥剤蒸発器の乾燥剤を加熱することに向けられていることを特徴とする装置。
7. 請求項２に記載の装置において、前記排気ガスは、燃焼室を介して気体圧縮器と流体連通するガスタービンから得られることを特徴とする装置。
8. 請求項７に記載の装置において、前記気体圧縮器は空気冷却器から空気を受け取ることを特徴とする装置。
9. 請求項１に記載の装置において、前記再生器に流入する希釈された乾燥剤と前記再生器から流出する濃縮した乾燥剤との間の流量を、調整可能に循環させるポンプ手段をさらに含むことを特徴とする装置。
10. 請求項１に記載の装置において、前記乾燥剤／乾燥剤熱交換器は希釈された乾燥剤の貯蔵槽に接続されることを特徴とする装置。
11. 請求項１に記載の装置において、再生器中の乾燥剤の質量レートは凝縮した水の体積の少なくとも２倍であることを特徴とする装置。
12. 除湿方法において、
    第一乾燥剤入口と乾燥剤貯蔵槽とを有した乾燥剤／空気熱交換器を設けるステップであって、前記貯蔵槽は第一乾燥剤出口と、第二乾燥剤出口と、第二乾燥剤入口とを具え、前記第一乾燥剤入口と前記第一乾燥剤出口とが前記乾燥剤へ熱を供給する手段に接続され、前記第二乾燥剤入口が前記貯蔵槽へ希釈された乾燥剤を案内し、前記第二乾燥剤出口が前記貯蔵槽から濃縮した乾燥剤を案内し、前記第二乾燥剤入口と前記乾燥剤出口とが、前記貯蔵槽へ流入する希釈された乾燥剤へ熱を供給する乾燥剤／乾燥剤熱交換器に接続される、ステップと、
    乾燥剤からの水の蒸発レートより高いレートで濃縮した乾燥剤を推進するステップと、を含むことを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、前記再生器中の質量流量を、水の蒸発レートより少なくとも１０倍多くなるように調整するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
14. 請求項１２に記載の方法において、前記方法は乾燥剤／空気蒸発器への空気質量の流れを、乾燥剤の蒸発レートの少なくとも１０倍凌駕するように調整するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、前記乾燥剤／乾燥剤熱交換器から退出する空気は熱と蒸気とを水蒸気凝縮器へ伝達し、前記熱がさらに空気／水熱交換器を介して凝縮器から空気包囲体へ伝達され、前記水蒸気凝縮器から退出する凝縮した水は前記乾燥剤／空気熱交換器へ戻り、これにより乾燥剤／空気蒸発器と前記水蒸気凝縮器との間に空気の輪が閉成されることを特徴とする方法。
16. 請求項１２に記載の方法において、前記再生器は乾燥剤蒸気凝縮器で凝縮した水を除去し、凝縮した蒸気は蒸気圧縮器を通過して瞬間蒸発器へ至ることを特徴とする方法。
17. 請求項１２に記載の方法において、前記再生器は空気／乾燥剤除湿器から水を除去することを特徴とする方法。
18. 請求項１２に記載の方法において、前記再生器への希釈された乾燥剤の流れと前記再生器からの濃縮した乾燥剤の流れとの間の熱交換関係を確立するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
19. 請求項１２に記載の方法において、再生器内の前記乾燥剤を蒸発レートの１０倍を超える質量流量で循環させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
20. 請求項１２に記載の方法において、乾燥剤／空気熱交換器は２０００より小さいレイノルズ数で作動することを特徴とする方法。

Images