JP2012525954A - Desiccant unit control system and method - Google Patents
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Abstract
本発明は、アクティブ型乾燥剤式除湿器を制御する方法であって、a.プロセス区域を通る空気流を、除湿量を制御するために調節するステップと;b.再活性化区域を通る空気流を、プロセス空気流の調節の関数として調節するステップと;c.乾燥剤ホイールの回転速度を、プロセス空気流の調節の関数として調節するステップと;を含む、アクティブ型乾燥剤式除湿器を制御する方法を提供する。本発明はまた、前記方法のためのシステムを提供する。 The present invention provides a method for controlling an active desiccant dehumidifier comprising: a. Adjusting the air flow through the process zone to control the amount of dehumidification; b. Adjusting the air flow through the reactivation zone as a function of adjusting the process air flow; c. Adjusting the rotational speed of the desiccant wheel as a function of adjusting the process air flow; and a method of controlling an active desiccant dehumidifier. The present invention also provides a system for the method.
Description
本発明は大まかに言えば、加熱( Heating )、通気( Ventilating )、及び空調(Air-Conditioning )すなわちHVACシステム及び方法、そして乾燥プロセスシステム及び方法に関し、より具体的には、熱的に活性化される乾燥剤ホイールを組み入れた空調又は除湿又は乾燥システムに関する。本発明はまた、乾燥剤ホイールを使用したこのようなシステムの使用中に消費されるエネルギーの改善された保存/低減方法を提供する。 The present invention generally relates to heating, ventilating, and air-conditioning or HVAC systems and methods, and more particularly, to dry process systems and methods, and more particularly to thermal activation. Relates to an air conditioning or dehumidification or drying system that incorporates a desiccant wheel. The present invention also provides an improved method for storing / reducing energy consumed during use of such a system using a desiccant wheel.
乾燥剤ホイール及びエネルギー回収ホイールは、HVACにおいて又はプロセス空気を空調するために、使用される2つのタイプのホイールである。乾燥剤ホイールは、1つの空気流から別の空気流へ湿分を移動するのに使用される。乾燥剤ホイールは、2つの特徴的なタイプ、すなわち「アクティブ(能動)型」乾燥剤ホイールと、「パッシブ(受動)型」乾燥剤ホイールがある。 Desiccant wheels and energy recovery wheels are two types of wheels that are used in HVAC or for air conditioning process air. The desiccant wheel is used to transfer moisture from one air stream to another. There are two characteristic types of desiccant wheels: an “active” desiccant wheel and a “passive” desiccant wheel.
「アクティブ型」乾燥剤ホイールは、ホイールの一部を再活性化/再生するために、空気流のうちの1つを加熱するのに外部熱源を使用する。「アクティブ型」乾燥剤ホイールは一般には、多量の湿分除去を必要とする工業用途に使用されているが、しかし、商業的なHVAC用途にもますます使用されるようになってきている。このような「アクティブ型」乾燥剤ホイール及びシステムの例は、いくつかの特許明細書、例えば米国特許第6,311,511号、同第5,551,245号、同第5,816,065号明細書に開示されている。 An “active” desiccant wheel uses an external heat source to heat one of the air streams to reactivate / regenerate a portion of the wheel. “Active” desiccant wheels are commonly used in industrial applications that require large amounts of moisture removal, but are also increasingly used in commercial HVAC applications. Examples of such “active” desiccant wheels and systems are described in several patent specifications such as US Pat. Nos. 6,311,511, 5,551,245, 5,816,065. It is disclosed in the specification.
「パッシブ型」乾燥剤ホイールは、外部熱源を使用することはなく、2つ又は3つ以上の空気流の相対湿度差に依存することにより、空気流間で湿分を移動させる。「パッシブ型」乾燥剤ホイールシステム及び使用の例は、米国特許第6,237,354号及び同第6,199,388号明細書に開示されている。 A “passive” desiccant wheel does not use an external heat source and moves moisture between air streams by relying on the relative humidity difference of two or more air streams. Examples of “passive” desiccant wheel systems and uses are disclosed in US Pat. Nos. 6,237,354 and 6,199,388.
熱的に活性化される乾燥剤ホイールシステムは、ホイールを再活性化又は再生するために相当の熱エネルギー(蒸気、電気、ガスなど)を使用するので、種々の制御方法を用いて再活性化エネルギーの使用を最小化し、且つ/又は、付加的な構成部分の使用を最小化する目的で、様々な方法が過去に採用されてきた。プロセス空気から再活性化流入空気へ熱エネルギーを移動するため、又は再活性化空気の出口から再活性化空気の入口へ熱を移動するための方法、例えば熱回収装置は、過度のコスト追加を招いた。 Thermally activated desiccant wheel systems use a considerable amount of thermal energy (steam, electricity, gas, etc.) to reactivate or regenerate the wheel, so it can be reactivated using various control methods Various methods have been employed in the past with the aim of minimizing the use of energy and / or minimizing the use of additional components. Methods for transferring heat energy from process air to reactivated inlet air or transferring heat from a reactivated air outlet to a reactivated air inlet, such as a heat recovery device, add excessive cost. invited.
除湿は空気から湿分を除去するプロセスである。いくつかの周知の空気除湿方法がある。しかしながら、一般に用いられる2つの方法は、冷却及び乾燥剤( desiccant )を利用するものである。冷却を利用する除湿の場合、冷却コイル上で湿分を凝縮させ、これにより、冷却コイルを通過した空気流から湿分を除去する。乾燥剤を使用した除湿の場合、採用されるプロセスは、吸収又は吸着のうちの一方である。吸収の場合には、液体又は固体乾燥剤、典型的にはハロゲン化物塩又はハロゲン化物溶液が使用される。吸着の場合には、固体乾燥剤、例えばシリカゲル、活性アルミナ、分子篩などが使用される。 Dehumidification is the process of removing moisture from the air. There are several well-known air dehumidification methods. However, two commonly used methods are those that utilize cooling and desiccants. In the case of dehumidification utilizing cooling, moisture is condensed on the cooling coil, thereby removing the moisture from the air flow that has passed through the cooling coil. In the case of dehumidification using a desiccant, the process employed is one of absorption or adsorption. In the case of absorption, liquid or solid desiccants, typically halide salts or halide solutions are used. In the case of adsorption, a solid desiccant such as silica gel, activated alumina, molecular sieve or the like is used.
乾燥剤に基づく除湿器システムは、多塔式の循環タイプ、又は連続回転タイプである。乾燥させようとする空気は、一般にプロセス空気と呼ばれ、そして乾燥剤を再生させるために使用される空気は、再生空気又は再活性化空気と呼ばれる。 The desiccant system based on the desiccant is a multi-column circulation type or a continuous rotation type. The air to be dried is commonly referred to as process air, and the air used to regenerate the desiccant is referred to as regeneration air or reactivation air.
冷却に基づく除湿システムは、実際には、除去することができる湿分が制限される。なぜならば、氷点下で露点湿度を達成するために、冷却コイル上に霜が形成され、これがシステムをより複雑にし、しばしば再加熱を必要とするからである。 Cooling-based dehumidification systems actually limit the moisture that can be removed. This is because in order to achieve dew point humidity below freezing, frost forms on the cooling coil, which makes the system more complex and often requires reheating.
他方において、乾燥剤式除湿器システムは、空気の露点とは無関係に働き、従って、多くの産業用途に必要な極めて低い露点湿度を達成することができる。周知の一般的な使用例は薬品製造のための医薬分野、及び食品加工分野である。これらの分野は、冷却だけによって技術的又は経済的に達成できるものよりも低い相対湿度又は露点湿度を必要とする。 On the other hand, desiccant dehumidifier systems work independently of the air dew point and can therefore achieve the extremely low dew point humidity required for many industrial applications. Well-known common uses are in the pharmaceutical field for the production of pharmaceuticals and in the food processing field. These fields require lower relative or dew point humidity than can be achieved technically or economically by cooling alone.
冷却ユニット及び乾燥剤ユニットの両方を使用するハイブリッド・システムも一般に用いられ、エネルギー使用量を低減し、除湿システム全体のシンプルで信頼性の高い作動を可能にするのを助けている。 Hybrid systems that use both a cooling unit and a desiccant unit are also commonly used to help reduce energy usage and enable simple and reliable operation of the entire dehumidification system.
冷却式除湿ユニットと比較して、乾燥剤式除湿器は通常、主に乾燥剤の再生又は再活性化のために、より多くの熱エネルギーを使用する。従って、長年にわたって、乾燥剤式除湿器システムの能力及びエネルギーを制御するための乾燥剤式設備の物理的形態上及び制御上の戦略において、エネルギー使用量を最小限にするためのいくつかの開発が行われてきた。 Compared to refrigerated dehumidification units, desiccant dehumidifiers typically use more thermal energy, primarily for regeneration or reactivation of the desiccant. Thus, over the years, several developments to minimize energy usage in the physical form and control strategy of desiccant equipment to control the capacity and energy of desiccant dehumidifier systems Has been done.
大気圧で空気を除湿/乾燥させるための乾燥剤式除湿器ユニットは、大まかに言えば今日では回転型である。この場合、乾燥剤は回転ベッド(又はホイール)内に含有される。ホイール、典型的には2つの区画(又は区域)(一方はプロセスのため、他方は再生のため)は、連続又は間欠的に動く。プロセス区域では、除湿しようとする空気(一般にプロセス空気と呼ばれる)は、ホイールを通過させられ、乾燥剤と接触することにより乾燥させられる。再生区域では、空気が一般に大気から導入され、再活性化空気の温度を上昇させる熱源を通過させられ、次いで、ホイールを加熱して水を駆逐する再活性化区域又は再生区域とも呼ばれる、ホイールの残りの部分を通過させられる。典型的には、プロセス区域は総ベッド/ホイール面積の50〜80%であるが、これよりも大きい又は小さくてもよく、残りは再活性化区域である。 A desiccant dehumidifier unit for dehumidifying / drying air at atmospheric pressure is generally rotary today. In this case, the desiccant is contained in a rotating bed (or wheel). The wheels, typically two compartments (or zones), one for the process and the other for regeneration, move continuously or intermittently. In the process area, the air to be dehumidified (commonly referred to as process air) is passed through the wheel and dried by contact with the desiccant. In the regeneration zone, air is generally introduced from the atmosphere, passed through a heat source that raises the temperature of the reactivated air, and then also called a reactivation zone or regeneration zone that heats the wheel and drives out water. You can pass the rest. Typically, the process area is 50-80% of the total bed / wheel area, but may be larger or smaller, with the remainder being the reactivation area.
多くの場合、プロセス区域と再生区域との間に別の区域が加えられ、これはパージ区域と呼ばれる。パージ区域を第3の空気流(一般にパージ空気)が通され、これは再生空気の一部として使用される。パージ区域の組み込みは、何らかの残留熱を、これがプロセス区域に入る前に回転ホイールから回収するのを助け、これにより再生のための全所要エネルギーを低減し、またホイールによって除去される全湿分量を改善する。 In many cases, another zone is added between the process zone and the regeneration zone, which is called the purge zone. A third air stream (generally purge air) is passed through the purge zone and is used as part of the regeneration air. The incorporation of the purge zone helps to recover any residual heat from the rotating wheel before it enters the process zone, thereby reducing the total energy required for regeneration and reducing the total amount of moisture removed by the wheel. Improve.
典型的な乾燥剤式除湿器ユニットの場合、プロセス空気流量及び再活性化流量は一般に固定的であり、手動又は自動ダンパ( damper ;戸)によって設定又は調節される。 For a typical desiccant dehumidifier unit, the process air flow and reactivation flow are generally fixed and set or adjusted by manual or automatic dampers (doors).
所与の空間内で湿度を制御するための典型的な除湿器システムの設計において、空間温度を制御するのに必要な空気流は、空間湿度を制御するのに必要とされる除湿空気量よりも多いことがしばしばある。このような場合には、プロセス空気の一部が典型的には除湿器ユニットの周りに迂回させられ、次いで、除湿器ユニットを出る空気と合体させられ、次いで、合体させられた空気は冷却(又は加熱)され、次いで制御空間に供給される。 In the design of a typical dehumidifier system for controlling humidity within a given space, the air flow required to control the space temperature is greater than the amount of dehumidified air required to control the space humidity. Often there are many. In such cases, a portion of the process air is typically diverted around the dehumidifier unit and then combined with the air exiting the dehumidifier unit, and the combined air is then cooled ( Or heated) and then fed into the control space.
乾燥剤式除湿器システムは本来、再生のための大量の熱エネルギーを使用するので、システムによって使用される熱の量を低減する方法及び手段を見いだす努力が為されている。 Since desiccant dehumidifier systems inherently use a large amount of heat energy for regeneration, efforts have been made to find methods and means for reducing the amount of heat used by the system.
用いられる1つの典型的なよく知られたシステム及び方法は、再生空気が再活性化区域に入る前に、再生空気の加熱された温度を制御することである。 One typical well-known system and method used is to control the heated temperature of the regeneration air before it enters the reactivation zone.
別のよく知られた方法は、再活性化区域を出る空気温度を制御することによって、再生熱導入量を制御することである。 Another well-known method is to control the amount of regenerative heat introduced by controlling the air temperature exiting the reactivation zone.
相対湿度及び露点の制御のタイプ及び量いかんでは、空間又は空気の条件が満たされたら、制御戦略は除湿器のスタート/ストップを採用することができる。同様に代わりに自動ダンパを使用して、除湿器ユニットを迂回する空気量を連続的に変化させることにより、作動及び設計の要件を満たすこともできる。 Depending on the type and amount of relative humidity and dew point control, the control strategy can employ dehumidifier start / stop once the space or air conditions are met. Similarly, automatic dampers can be used instead to meet operating and design requirements by continuously changing the amount of air that bypasses the dehumidifier unit.
プロセス区域及び再活性化区域の面積と、ホイール回転速度と、2つの区域を通るプロセス空気流及び再活性化空気流の相対的な流量及び速度との相関関係が、この10年間に日本、インド、及び米国で文書化されており、その結果、除湿器ユニットにおける乾燥剤ホイールの設計、選択、及び組み入れのために有限の形式で通常使用されるロバスト数学モデリング・ツールがもたらされた。このようなツールは、デザイン及び構築の段階で除湿システムを最適化するために通常用いられている。 Correlation between process area and reactivation area area, wheel rotation speed and relative flow rate and speed of process air flow and reactivation air flow through the two areas has been And, in the United States, resulted in a robust mathematical modeling tool that is typically used in a finite form for the design, selection, and incorporation of desiccant wheels in a dehumidifier unit. Such tools are commonly used to optimize the dehumidification system at the design and construction stage.
数学モデルの1つのこのような研究及び開発は、文書“ Modeling of Rotary Desiccant Wheels ”( Harshe, Utikar, Ranade及びPahwa, 2005年)に詳細に記載されている。 One such study and development of a mathematical model is described in detail in the document “Modeling of Rotary Desiccant Wheels” (Harshe, Utikar, Ranade and Pahwa, 2005).
回転乾燥剤式除湿器ユニットの場合、このような数学モデリング・ツールを使用して再活性化区域の特定のパーセンテージ、並びにプロセス流量及び再活性化流量、及び所与のベッド回転速度を選択することにより、設計及び構築の段階における設備性能を最適化することができる。このような事例において、部分負荷及び瞬時に変化する湿分負荷のもとで上記制御戦力を用いることにより、除湿器能力が制御される。これらの戦略のうちのいくつかは、例えば Bry Air の設計マニュアル並びに Munter の設計マニュアルに十分に文書化されている。 For rotary desiccant dehumidifier units, use such mathematical modeling tools to select a specific percentage of the reactivation area, as well as process and reactivation flow, and a given bed rotation speed Thus, the facility performance at the design and construction stage can be optimized. In such a case, the dehumidifier capacity is controlled by using the control force under partial load and instantaneously changing moisture load. Some of these strategies are well documented, for example in the Bry Air design manual as well as the Munter design manual.
このような除湿器システムの作動中、伝統的な周知の除湿器能力制御方法を用いると、再生エネルギー使用量の低減は限られたものになる。 During the operation of such a dehumidifier system, the use of traditional well-known dehumidifier capacity control methods limits the reduction in renewable energy usage.
上記のもののすべては、瞬時湿分負荷の変化が生じた場合に望ましい、又はかなり釣り合いのとれた、最大限のエネルギー低減を達成することはない。 All of the above do not achieve the maximum or energy reduction that is desirable or fairly balanced in the event of instantaneous moisture load changes.
再生エネルギーを軽減し、且つ/又は乾燥剤ホイール速度を調節する一方、除湿器能力を最適化するために実施される従来技術のいくつかの例を下記に挙げる。 Below are some examples of prior art implemented to reduce regenerative energy and / or adjust desiccant wheel speed while optimizing dehumidifier capacity.
米国特許第4,546,442号明細書には、圧縮空気又は他の圧縮ガスを除湿するために一般に使用される固定ベッド型の、多ベッド乾燥剤式エアドライヤのための、マイクロコンピュータに基づいてプログラミング可能な制御システムが教示されている。制御システムは、乾燥剤中の湿分レベルをモニタリングして再生サイクルが必要かどうかを見極めるため、そしてまた再生ベッドの完全減圧及び再加熱をモニタリングするため、そしてまた弁の故障を分析して指示するために使用される。この発明の用途は、圧縮空気システムに限定される。 US Pat. No. 4,546,442 is based on a microcomputer for a fixed bed, multi-bed desiccant air dryer commonly used to dehumidify compressed air or other compressed gases. A programmable control system is taught. The control system monitors the moisture level in the desiccant to determine if a regeneration cycle is necessary, and also monitors the complete decompression and reheating of the regeneration bed, and also analyzes and indicates valve failure. Used to do. The application of this invention is limited to compressed air systems.
米国特許第4,729,774号明細書には、除湿器性能を改善するために再活性化区域内の空気の温度をプロフィール分析することが教示されている。 U.S. Pat. No. 4,729,774 teaches profile analysis of the temperature of air in the reactivation zone to improve dehumidifier performance.
米国特許第4,926,618号明細書には、制御可能な再活性化空気再循環手段と、可変ホイール速度手段とを有する乾燥剤ユニットが教示されている。プロセス空気湿度は、ホイール速度、再活性化空気再循環速度、及び再活性化熱導入量を調節する主コントローラによって制御される。ホイールを通るプロセス空気流量及び再活性化空気流量は固定されており、再活性化空気ヒータは、ホイールを出る一定の再活性化空気温度を維持するように制御される。 U.S. Pat. No. 4,926,618 teaches a desiccant unit having controllable reactivated air recirculation means and variable wheel speed means. Process air humidity is controlled by a main controller that adjusts wheel speed, reactivation air recirculation speed, and reactivation heat introduction. The process air flow and reactivation air flow through the wheel are fixed and the reactivation air heater is controlled to maintain a constant reactivation air temperature exiting the wheel.
米国特許第5,148,374号明細書には、計算質量移動速度比と、長いシステム時定数に影響されないシステム有効性の尺度とを最適化することによって、マルチホイール吸着剤質量エネルギー移動系をリアルタイム・コンピュータ制御するシステム及び方法が教示されている。この方法は、ホイール入口温度、及びホイール出口温度などの群から選択された所定のパラメータ集合を所定のインターバルで検知することにより、流体流温度の制御を含む制御手段群のうちの所定の1つに制御信号を送ることに依存する。この制御方法の目的は、デバイスの不安定な作動、そしてその結果としての被制御変数のばらつきを招くことのない、急速な負荷変化に対する、制御された装置の応答を改善することである。 US Pat. No. 5,148,374 describes a multi-wheel adsorbent mass energy transfer system by optimizing a calculated mass transfer rate ratio and a measure of system effectiveness that is not affected by long system time constants. Systems and methods for real-time computer control are taught. The method detects a predetermined parameter set selected from a group such as a wheel inlet temperature and a wheel outlet temperature at a predetermined interval, thereby detecting a predetermined one of a group of control means including control of a fluid flow temperature. Depends on sending a control signal to The purpose of this control method is to improve the response of the controlled device to rapid load changes without causing unstable operation of the device and the resulting variation in controlled variables.
米国特許第5,688,305号明細書において教示されている、乾燥剤式除湿システムの再生制御装置及び方法の場合、一定の再活性化排気温度を維持するために再活性化空気流が制御され、そして再活性化空気流入温度は固定値で制御される。再活性化における乾燥剤の残留時間はまた、再活性化空気流量に対して反比例するように制御される。この文書の目的は、部分負荷条件下での乾燥剤の過剰生成を低減し、ひいては乾燥剤式除湿器の作動効率を改善することである。引用したこの出願は、ビンを通る顆粒状材料流がバッチ式に又は可変速度で発生したときに、除湿された再循環空気流を使用して、ビン又はホッパ内の顆粒状材料を乾燥させるためのものである。 In the case of the regeneration control apparatus and method for a desiccant dehumidification system taught in US Pat. No. 5,688,305, the reactivation air flow is controlled to maintain a constant reactivation exhaust temperature. And the reactivation air inlet temperature is controlled at a fixed value. The desiccant residence time in reactivation is also controlled to be inversely proportional to the reactivation air flow. The purpose of this document is to reduce the desiccant overproduction under partial load conditions and thus improve the operating efficiency of the desiccant dehumidifier. This cited application uses a dehumidified recirculating air flow to dry granular material in a bottle or hopper when the granular material flow through the bottle occurs batchwise or at a variable rate. belongs to.
米国特許第6,199,388号明細書において教示されている、制御空間の温度及び湿度レベルを制御するシステム及び方法は主に、別名エネルギー回収ホイールとしても知られるエンタルピーホイールと、冷却コイルと、再活性化のために外部の熱又はエネルギーの導入を採用しない「パッシブ」乾燥剤除湿ホイールとの組み合わせに適用される。上記明細書にはさらに、制御空間内の感知可能な潜在的な負荷に応答した回転速度の変化を通して、「パッシブ型」乾燥剤ホイールの性能を変化させる手段が教示されている。乾燥剤ホイール速度の制御が論じられており、その意図は、除湿プロセスのエネルギー効率を最適化することではなく、「パッシブ型」・ホイールの除湿能力を制御することである。上記明細書は、除湿ホイールの能力を制御するためにプロセス空気面及びバイパス・ダンパを使用することを教示してはいない。供給(プロセス)及び排出(再活性化)空気流の両方が、すべての負荷条件を通して、一定の値で維持される。 A system and method for controlling temperature and humidity levels in a control space, as taught in US Pat. No. 6,199,388, mainly includes an enthalpy wheel, also known as an energy recovery wheel, a cooling coil, Applies to combinations with “passive” desiccant dehumidification wheels that do not employ external heat or energy introduction for reactivation. The above specification further teaches means for changing the performance of a “passive” desiccant wheel through changes in rotational speed in response to a perceivable potential load in the control space. Control of the desiccant wheel speed has been discussed, and the intent is not to optimize the energy efficiency of the dehumidification process, but to control the dehumidification capacity of the “passive” wheel. The above specification does not teach the use of process air surfaces and bypass dampers to control the capacity of the dehumidifying wheel. Both supply (process) and exhaust (reactivation) airflow are maintained at a constant value throughout all load conditions.
米国特許第6,355,091号明細書には、空調された空間に外部の換気空気を供給するためのユニット式の換気・除湿システムが教示されている。このユニットは、より多量の除湿を達成するためには低速で、そしてより多量の熱回収を達成するためには高速で回転させられる。乾燥剤ホイールの上流側の排出空気の空間に熱を加えることにより、その除湿性能を改善し、そして冬期作動中の霜形成を防止することができる。供給空気流量及び排出空気流量の両方は固定されており、バイパス・ダンパーは使用されず、またロータ速度の調節は、作動モードを選択するためのものであって、効率改善のためではない。 US Pat. No. 6,355,091 teaches a unitary ventilation and dehumidification system for supplying external ventilation air to an air-conditioned space. This unit is rotated at a low speed to achieve a greater amount of dehumidification and at a higher speed to achieve a greater amount of heat recovery. By applying heat to the exhaust air space upstream of the desiccant wheel, its dehumidification performance can be improved and frost formation during winter operation can be prevented. Both the supply air flow rate and the exhaust air flow rate are fixed, no bypass damper is used, and the rotor speed adjustment is for selecting the operating mode, not for efficiency improvement.
米国特許第6,767,390号明細書には、圧縮空気及び圧縮ガスにおいて適用するための多ベッド固定ベッド型乾燥剤式乾燥機の性能を制御し、そして要求露点のガスを供給するための再生サイクル及びパージ・サイクルを最適化するための方法が教示されている。企図する用途分野は、機器内で使用するための圧縮空気である。 US Pat. No. 6,767,390 for controlling the performance of a multi-bed fixed bed desiccant dryer for application in compressed air and compressed gas and for supplying the required dew point gas Methods are taught to optimize regeneration and purge cycles. A contemplated field of application is compressed air for use in equipment.
米国特許第7,017,356号明細書には、パッシブ型除湿装置内に乾燥剤ホイールを含む快適空調された空間を冷却・除湿するためのHVACシステムに関して教示されている。この装置において、ホイールの速度は空気流量とともに変化し、ホイールは、空調された空間内への湿った空気の殺到を防止するために、起動中少なくとも所定の時間にわたって作動される。この特許明細書はまた、受動的に感知可能な回収装置及び冷却コイルを使用して、空調された空間から戻された空気と混ざる前に外部空気を前空調することを教示する。 U.S. Pat. No. 7,017,356 teaches an HVAC system for cooling and dehumidifying a comfortably conditioned space containing a desiccant wheel in a passive dehumidifier. In this device, the speed of the wheel varies with the air flow rate, and the wheel is operated for at least a predetermined time during start-up to prevent inundation of moist air into the conditioned space. This patent also teaches the use of passively sensitive recovery devices and cooling coils to pre-condition external air before mixing with air returned from the conditioned space.
米国特許第7,101,414号明細書には、伝統的なプロセス・ゾーン及び再生ゾーンに加えて、複数のゾーンを通して回転させられる材料を含む吸着ベッドシステムを使用して、プロセス流体流のための吸着剤濃度を低減する方法が教示されている。この方法では、プロセス流及び再生流以外の、独立した再循環流体流の1つ以上の対を使用して、プロセス流と再生流とを互いに隔離する。隔離の目的は、プロセス・ゾーンと再活性化ゾーンとの間の空気の相互漏れ、吸着ベッド内への吸着質の浸透、又は吸着ベッド上の凝縮又は霜の形成を防止することであり得る。 U.S. Pat. No. 7,101,414 uses an adsorbent bed system that includes material rotated through multiple zones in addition to traditional process and regeneration zones for process fluid flow. A method of reducing the concentration of adsorbent is taught. In this method, one or more pairs of independent recirculating fluid streams other than the process stream and the regeneration stream are used to isolate the process stream and the regeneration stream from each other. The purpose of sequestration may be to prevent mutual leakage of air between the process zone and the reactivation zone, penetration of adsorbate into the adsorption bed, or condensation or frost formation on the adsorption bed.
米国特許第7,338,548号には、乾燥剤式除湿器からのプロセス空気流中の湿度及び温度を空調する装置及び制御方法を用いることが教示されている。ここでは、プロセス排出空気の一部を利用して、空気−空気熱交換器を使用することにより再生空気を予熱する。上記発明の利用分野は、構造の乾燥及び水損傷の改善にある。 US Pat. No. 7,338,548 teaches the use of an apparatus and control method for air conditioning the humidity and temperature in the process air stream from a desiccant dehumidifier. Here, a part of the process exhaust air is used to preheat the regeneration air by using an air-air heat exchanger. The field of use of the invention is in the improvement of structure drying and water damage.
米国特許第7,389,646号明細書は、先行のものの分割出願であり、同じ発明者による同第7,017,356号明細書と類似している。これも、快適空調された空間を冷却・除湿するように意図されており、パッシブ型乾燥剤ホイールを含むHVACシステムを教示している。ホイール速度は空気流量ととともに変化し、そしてホイールが起動時に少なくとも所定の時間にわたって作動されることに依存し、また、ホイールの上流側に熱回収システムを採用することにより、空気を除湿するシステム能力を高める。 U.S. Pat. No. 7,389,646 is an earlier divisional application and is similar to U.S. Pat. No. 7,017,356 by the same inventor. It is also intended to cool and dehumidify a comfortably conditioned space and teaches an HVAC system that includes a passive desiccant wheel. The wheel speed varies with the air flow rate and depends on the wheel being operated for at least a predetermined time at start-up, and the system's ability to dehumidify air by employing a heat recovery system upstream of the wheel To increase.
ほとんどの従来技術の制御戦略は、再活性化エネルギーの使用量を制限して低減するのに部分的にしか成功しておらず、部分負荷条件下での低減された湿分負荷とは釣り合いがとれない。 Most prior art control strategies have only been partially successful in limiting and reducing the amount of reactivation energy used, which is commensurate with the reduced moisture load under partial load conditions. Can not be removes.
また、乾燥剤ホイール及びシステムを使用して適用している間、新鮮空気の処理が必要な場合にはこの空気中の瞬時湿分負荷は通常かなり変化し、そして湿分が制御されるべき空間内部の内部潜在負荷は、屋外の温度及び湿度の変化、及び製品及び収容人員の負荷に基づいて制御されなければならない。 Also, during application using the desiccant wheel and system, the instantaneous moisture load in this air usually varies considerably when fresh air treatment is required, and the space in which moisture is to be controlled. Internal internal potential loads must be controlled based on outdoor temperature and humidity changes, and product and containment load.
再活性エネルギーの使用量を大幅に低減し、そして動的/瞬時湿分負荷の変化に対して応答するだけでなく、これと同時にこのような湿分負荷変化中に、ホイールにおけるエネルギー使用量を最適化することをも可能にする制御方法が、必要な関連構成部分とともに必要である。 Not only does it significantly reduce the use of reactivation energy and respond to changes in dynamic / instantaneous moisture load, but at the same time reduce the energy usage at the wheel during such moisture load changes. There is a need for a control method that can also be optimized, together with the necessary relevant components.
本発明の全般的な目標及び目的は、熱活性化型乾燥剤式除湿システムの現行の作動において使用される累積エネルギー量を顕著に低減することである。エネルギー低減は一般に、周囲空気中の湿分変化及び/又は制御空間内の湿分負荷、及び/又はプロセス流の湿分変化に応答して、乾燥剤ユニットによって消費されるエネルギーを調節することによって達成される。このような瞬時の湿分変化、及び結果として生じる湿分負荷は、除湿システムの能力を制御することの必要性を求める。 The general goal and objective of the present invention is to significantly reduce the amount of accumulated energy used in the current operation of a heat activated desiccant dehumidification system. Energy reduction is generally by adjusting the energy consumed by the desiccant unit in response to moisture changes in the ambient air and / or moisture loads in the control space and / or moisture changes in the process stream. Achieved. Such instantaneous moisture changes, and the resulting moisture load, demands the need to control the capacity of the dehumidification system.
瞬時湿分負荷がコンスタントに変動して変化するのに伴って、この除湿能力制御は主に、ホイールのプロセス区域を通る空気流を制御することにより達成され、除湿器内の最適/最小エネルギー使用量は、再活性化区域を通る空気流を制御し、そして再活性化空気温度を一定に保つ一方、同時にそして比例的に、最適なエネルギー効率が達成されるように、ホイールの回転速度を調節することによって達成される。 As the instantaneous moisture load fluctuates and changes constantly, this dehumidification capability control is achieved primarily by controlling the air flow through the wheel process area and the optimal / minimum energy usage within the dehumidifier. The amount controls the air flow through the reactivation zone and keeps the reactivation air temperature constant, while simultaneously and proportionally adjusting the wheel rotation speed to achieve optimal energy efficiency Is achieved by doing
除湿器システムの能力を制御するための確立された方法はあるものの、本発明は新規の方法を提供して、以前より知られている方法と比較して部分負荷時におけるエネルギー使用量を大幅に低減する。 Although there are established methods for controlling the capacity of a dehumidifier system, the present invention provides a new method that significantly reduces energy usage at part loads compared to previously known methods. To reduce.
本発明の目的は、下記a)〜f)を含む、除湿能力を制御するシステム及び方法によって達成される。
a) ロータのプロセス区域を通る空気流を制御し、一定の再活性化流入温度を制御し、そして再活性化空気をプロセス空気流の関数として制御し、そしてまたロータ速度をプロセス空気流の関数として制御すること。そして制御関数は、瞬時プロセス空気流と設計プロセス空気流との比に基づいており、制御関数はすべて指数関数であり、その指数は0.5〜2.0の範囲の任意の数値であり、制御される各変数に関する指数は必ずしも等しくない。
b) ロータのプロセス区域を通る空気流を制御し、そして例えば再活性化熱源として一定の圧力の蒸気を使用し、再活性化空気加熱コイル上で二位置蒸気弁を使用することにより、一定の再活性化熱源温度を制御し、そして再活性化空気をプロセス空気流の関数として制御し、そしてまた、ロータ速度をプロセス空気流の関数として制御すること。そして制御関数は、瞬時プロセス空気流と設計プロセス空気流との比に基づいており、制御関数はすべて指数関数であり、その指数は0.5〜2.0の範囲の任意の数値であり、制御される各変数に関する指数は必ずしも等しくない。
c) プロセス区域を通る一定の空気流を維持しながら、ロータの再活性化区域を通る空気流を制御し、そして一定の再活性化流入温度を制御し、そしてまたロータ速度を再活性化空気流の関数として制御すること。そして制御関数は、瞬時再活性化空気流と設計プロセス空気流との比に基づいており、制御関数はすべて指数関数であり、その指数は0.5〜2.0の範囲の任意の数値である。
d) プロセス区域を通る一定の空気流を維持しながら、ロータの再活性化区域を通る空気流を制御し、そして例えば再活性化熱源として一定の圧力の蒸気を使用し、再活性化空気加熱コイル上で二位置蒸気弁を使用することにより、一定の再活性化熱源温度を制御し、そしてまたロータ速度を再活性化空気流の関数として制御すること。そして制御関数は、瞬時プロセス空気流と設計プロセス空気流との比に基づいており、制御関数は指数関数であり、その指数は0.5〜2.0の範囲の任意の数値である。
e) ロータのプロセス区域を通る空気流を制御し、そして一定の再活性化排出温度を制御し、そして再活性化空気をプロセス空気流の関数として制御し、そしてまた、ロータ速度をプロセス空気流の関数として制御すること。そして制御関数は、瞬時プロセス空気流と設計プロセス空気流との比に基づいており、制御関数はすべて指数関数であり、その指数は0.5〜2.0の範囲の任意の数値であり、制御される各変数に関する指数は必ずしも等しくない。
f) プロセス区域を通る一定の空気流を維持しながら、ロータの再活性化区域を通る空気流を制御し、そして一定の再活性化排出温度を制御し、そしてまたロータ速度を再活性化空気流の関数として制御すること。そして制御関数は、瞬時再活性化空気流と設計再活性化空気流との比に基づいており、制御関数は指数関数であり、その指数は0.5〜2.0の範囲の任意の数値である。
The objects of the present invention are achieved by a system and method for controlling the dehumidifying capacity, including the following a) to f).
a) controlling the air flow through the process area of the rotor, controlling a constant reactivation inflow temperature, controlling the reactivation air as a function of the process air flow, and also the rotor speed as a function of the process air flow To control as. And the control function is based on the ratio of the instantaneous process air flow and the design process air flow, all the control functions are exponential functions, the exponents being any numerical value in the range of 0.5-2.0, The index for each variable being controlled is not necessarily equal.
b) by controlling the air flow through the process area of the rotor and using a two-position steam valve on the reactivated air heating coil, for example using constant pressure steam as a reactivation heat source Controlling the reactivation heat source temperature and controlling the reactivation air as a function of the process air flow and also controlling the rotor speed as a function of the process air flow. And the control function is based on the ratio of the instantaneous process air flow and the design process air flow, all the control functions are exponential functions, the exponents being any numerical value in the range of 0.5-2.0, The index for each variable being controlled is not necessarily equal.
c) controlling the air flow through the reactivation zone of the rotor and controlling the constant reactivation inflow temperature, while also maintaining a constant air flow through the process zone, and also controlling the rotor speed to the reactivated air Control as a function of flow. And the control function is based on the ratio of the instantaneous reactivation air flow and the design process air flow, all the control functions are exponential functions, and the exponents are arbitrary numerical values in the range of 0.5 to 2.0. is there.
d) Controlling the air flow through the reactivation zone of the rotor while maintaining a constant air flow through the process zone, and using, for example, constant pressure steam as a reactivation heat source, Controlling a constant reactivation heat source temperature by using a two position steam valve on the coil, and also controlling the rotor speed as a function of the reactivation air flow. The control function is based on the ratio of the instantaneous process air flow to the design process air flow, the control function is an exponential function, and the exponent is an arbitrary numerical value in the range of 0.5 to 2.0.
e) controlling the air flow through the process area of the rotor and controlling a constant reactivation discharge temperature and controlling the reactivation air as a function of the process air flow and also controlling the rotor speed to the process air flow Control as a function of. And the control function is based on the ratio of the instantaneous process air flow and the design process air flow, all the control functions are exponential functions, the exponents being any numerical value in the range of 0.5-2.0, The index for each variable being controlled is not necessarily equal.
f) Controlling the air flow through the reactivation zone of the rotor and controlling the constant reactivation discharge temperature, while also maintaining a constant air flow through the process zone, and also reactivating the rotor speed Control as a function of flow. The control function is based on the ratio between the instantaneous reactivation air flow and the design reactivation air flow, the control function is an exponential function, and the exponent is an arbitrary numerical value in the range of 0.5 to 2.0. It is.
本発明の別の目的は、上記4つの制御シナリオに従って除湿能力を制御するシステム及び方法を提供し、そしてこれに加えて、再活性化区域とプロセス区域との間に連続して配置されるようにパージ区域を組み入れて、プロセス区域及びパージ区域を同時に空気流が通るようにし、そして再活性化空気流の関数としてパージ空気流を制御し、制御関数は、瞬時再活性化空気流と設計再活性化空気流との比に基づいており、制御関数はすべて指数関数であり、その指数は0.5〜2.0の範囲の任意の数値である。 Another object of the present invention is to provide a system and method for controlling the dehumidification capacity according to the above four control scenarios, and in addition, to be placed continuously between the reactivation zone and the process zone. Incorporating a purge zone into the process zone and the purge zone at the same time, and controlling the purge air flow as a function of the reactivation air flow, the control function includes the instantaneous reactivation air flow and the design reactivation. Based on the ratio to the activated air flow, the control functions are all exponential functions, which are arbitrary numerical values in the range of 0.5 to 2.0.
本発明の別の目的は、上記4つの制御シナリオに従って除湿能力を制御するシステム及び方法を提供し、そしてこれに加えて、プロセス区域と再活性化区域との間に配置されるように少なくとも一対のパージ区域を組み入れ、そしてそれぞれの区域が、米国特許第7,101,414号明細書に従ってこれらを通る空気を再循環させる手段を有するようにし(その改善策は、ロータ速度の関数としてパージ空気の再循環速度を制御することである)、そして関数は、瞬時ロータ速度と設計ロータ速度との比に基づいており、そして関数は指数関数であり、その指数は0.5〜2.0の範囲の任意の数値である。 Another object of the present invention is to provide a system and method for controlling the dehumidification capacity according to the above four control scenarios, and in addition, at least a pair to be disposed between the process zone and the reactivation zone. And each section has means for recirculating air therethrough according to U.S. Pat. No. 7,101,414 (an improvement is the purging air as a function of rotor speed). And the function is based on the ratio of the instantaneous rotor speed to the design rotor speed, and the function is an exponential function, the index being between 0.5 and 2.0 Any numerical value in the range.
上記実施態様の場合、任意の所与の除湿システム用途に合わせて設計をさらに最適化するために、再活性化区域のサイズが製作時又はフィールド内の設置後に容易に調節されるのを可能にするように、基礎キャビネット及びプレナムの設計構成要件を提供するというさらなる目的がある。設計条件における最低の再活性化エネルギー使用量、及び/又は最低プロセス排出湿度を可能にするプロセス区域及び再活性化区域の相対的なサイズを選択することにより、最適化が達成される。 In the case of the above embodiments, the size of the reactivation area can be easily adjusted at the time of manufacture or after installation in the field to further optimize the design for any given dehumidification system application. As such, there is a further objective of providing design requirements for the base cabinet and plenum. Optimization is achieved by selecting a minimum reactivation energy usage at design conditions and / or a relative size of the process area and reactivation area that allows for the lowest process exhaust humidity.
本発明の上記目的のうちの1つ又は2つ以上が、変動する部分負荷条件下又はプロセス流条件下で乾燥剤・ロータの動的挙動を十分に利用するように、「アクティブ型」乾燥剤・ロータを採用する熱活性化型除湿システムを提供することである。 An “active” desiccant so that one or more of the above objects of the present invention fully utilize the dynamic behavior of the desiccant-rotor under varying partial load conditions or process flow conditions • To provide a heat activated dehumidification system employing a rotor.
従って本発明は、閉鎖空間又はプロセス・ビン( bin )又は乾燥ビンに供給された空気を除湿するための装置であって、ハウジングと、内部空間と、回転可能な乾燥剤ホイールと、熱源と、少なくとも1つのバイパス・ダンパとを含み;
(a) ハウジングは内部空間を画定し;
(b) 内部空間は、供給空気流を含有するための供給部分と、再生空気流を含有するための再生部分とに、分離器によって分離されており、供給部分は、供給空気を受容するための入口と、閉鎖空間に空気を供給するための出口とを備えており、再生部分は、再生空気を受容するための入口と、再生空気を排出するための出口とを備えており;
(c) 回転可能な乾燥剤ホイールは、ホイールの一部が供給部分内に延びて、ホイールの一部が再生部分内に延びるように配置されており、ホイールは、供給空気流を除湿するために、供給空気流及び再生空気流を通って回転可能であり;
(d) 熱源は、再生空気流により回転するのに伴って乾燥剤ホイールを再生するために、再生空気流を加熱するように設けられており;そして
(f) 少なくとも1つのバイパス・ダンパは、乾燥剤ホイールを選択的に迂回させることにより、乾燥剤ホイールを通る供給空気量を制御するために、供給部分の入口と出口との間に設けられている;
装置を提供する。
Accordingly, the present invention is an apparatus for dehumidifying air supplied to a closed space or a process bin (bin) or a drying bin, comprising a housing, an interior space, a rotatable desiccant wheel, a heat source, Including at least one bypass damper;
(A) the housing defines an internal space;
(B) The internal space is separated by a separator into a supply part for containing the supply air stream and a regeneration part for containing the regeneration air stream, the supply part for receiving the supply air And an outlet for supplying air to the enclosed space, the regeneration portion having an inlet for receiving the regeneration air and an outlet for discharging the regeneration air;
(C) The rotatable desiccant wheel is arranged such that part of the wheel extends into the supply part and part of the wheel extends into the regeneration part, the wheel dehumidifies the supply air flow And rotatable through the supply air stream and the regeneration air stream;
(D) a heat source is provided to heat the regeneration air stream to regenerate the desiccant wheel as it is rotated by the regeneration air stream; and (f) at least one bypass damper comprises: Provided between the inlet and outlet of the supply section to control the amount of supply air through the desiccant wheel by selectively bypassing the desiccant wheel;
Providing equipment.
1実施態様の場合、装置は、従来型のHVACユニット、又はハイブリッド式空調・除湿装置であってよい。 In one embodiment, the device may be a conventional HVAC unit or a hybrid air conditioning and dehumidifying device.
別の実施態様の場合、再生部分は、再生空気流を動かすためにファンを備えている。 In another embodiment, the regeneration portion is equipped with a fan to move the regeneration air flow.
別の実施態様の場合、再生空気の一部の再循環を可能にするために、ダクト及び制御手段が設けられている。 In another embodiment, ducts and control means are provided to allow recirculation of a portion of the regeneration air.
好ましい実施態様の場合、再生部分を通る空気流の調節を可能にするためにダンパ及び/又は速度調節手段が設けられている。 In the preferred embodiment, dampers and / or speed adjusting means are provided to allow adjustment of the air flow through the regeneration section.
別の実施態様の場合、供給部分は、供給空気流を動かすためのファンを備えており、供給空気流中に冷却コイルが配置されており、回転可能な乾燥剤ホイールは冷却コイルの下流側に配置されている。 In another embodiment, the supply portion comprises a fan for moving the supply air flow, a cooling coil is disposed in the supply air flow, and the rotatable desiccant wheel is downstream of the cooling coil. Has been placed.
別の実施態様の場合、供給空気流から除去される湿分量を制御するように、且つ/又は供給空気流に転移される熱の量を最小限にするように、乾燥剤ホイールの回転速度を変化させるために速度調節メカニズムが設けられている。 In another embodiment, the rotational speed of the desiccant wheel is controlled to control the amount of moisture removed from the supply air stream and / or to minimize the amount of heat transferred to the supply air stream. A speed regulation mechanism is provided to vary.
さらなる実施態様の場合、熱源は直接燃焼ガスバーナである。 In a further embodiment, the heat source is a direct combustion gas burner.
さらなる実施態様の場合、熱源は抵抗ヒータ内で使用される電気である。 In a further embodiment, the heat source is electricity used in a resistance heater.
さらなる実施態様の場合、熱源は一定温度源、例えば蒸気又は温水である。 In a further embodiment, the heat source is a constant temperature source, such as steam or hot water.
さらなる実施態様の場合、熱源は、冷却凝縮装置からの回収熱又は別のプロセスからの回収熱の源である。 In a further embodiment, the heat source is a source of recovered heat from a cooling condenser or recovered process from another process.
さらなる実施態様の場合、熱源は、連続して使用される、上記熱源のうちの2つ又は3つ以上の組み合わせである。 In a further embodiment, the heat source is a combination of two or more of the heat sources used in succession.
好ましい実施態様の場合、再生空気流の温度を調節するために熱源のために熱調節手段が提供される。 In a preferred embodiment, a heat adjustment means is provided for the heat source to adjust the temperature of the regeneration air stream.
本発明の別の実施態様の場合、乾燥剤ホイールを通過する供給空気量を調節するために、バイパス・ダンパのために、調節手段が提供される。 In another embodiment of the invention, adjustment means are provided for the bypass damper to adjust the amount of supply air that passes through the desiccant wheel.
別の実施態様の場合、空調システムによって処理された要求空気流の一部を処理するように、乾燥剤ホイールが寸法設定されている。 In another embodiment, the desiccant wheel is sized to process a portion of the required air flow that has been processed by the air conditioning system.
別の実施態様の場合、供給空気が除湿器を通過した後、そしてこれが空調された空間に供給される前に、供給空気を冷却且つ/又は加熱するための手段が提供される。 In another embodiment, means are provided for cooling and / or heating the supply air after it has passed through the dehumidifier and before it is supplied to the conditioned space.
別の実施態様の場合、システムは、凝縮器を収容する区画を含み、装置は、凝縮器によって再生流入空気を予熱するのを可能にするために、凝縮器収容ハウジングに再生流入空気を接続するダクト又は開口を備えている。 In another embodiment, the system includes a compartment that houses the condenser, and the device connects the regenerative inflow air to the condenser housing housing to allow the regeneration inflow air to be preheated by the condenser. A duct or opening is provided.
本発明はまた、空調された空間又はプロセス・ビン又は乾燥ビンの温度及び湿度を制御する方法であって、
(a) 空調された空間と連通する空調システムを用意するステップ;
(b) 内部空間を画定するアクティブ型乾燥剤ホイールシステムと;
内部空間であり、内部空間は、供給空気流を収容するための供給部分と、再生空気流を収容含有するための再生部分とに、分離器によって分離されており、供給部分は、閉鎖空間又は空調システムからの供給空気を受容するための入口と、空調システム又は閉鎖空間に空気を供給するための出口とを備えており、再生部分は、再生空気を受容するための入口と、再生空気を排出するための出口とを備えている内部空間と;
回転可能な乾燥剤ホイールであり、ホイールの一部が供給部分内に延び、ホイールの一部が再生部分内に延びるようにし、ホイールは、供給空気流を除湿するために、供給空気流及び再生空気流により回転可能である乾燥剤ホイールと;
熱源であり、再生空気流により回転するのに伴って乾燥剤ホイールを再生するために、再生空気流を加熱する熱源と;
乾燥剤ホイールを選択的に迂回させることにより、乾燥剤ホイールを通る供給空気量を制御するために、供給部分の入口と出口との間に、少なくとも1つのバイパス・ダンパと;
を用意するステップ;
(c) アクティブ型乾燥剤ホイールシステムを空調システムに接続するステップ;
(d) 供給空気流が空調システムを通過するようにすることにより、供給空気流を冷却及び/又は加熱するステップ;
(e) 供給空気流及び再生空気流によりホイールを回転させながら、供給空気流がアクティブ型乾燥剤ホイールシステムを通過するようにすることによって、供給空気流を除湿し、これにより空気流間の湿分及び/又は熱を交換するステップ;そして
(f) 空調システムから、空調された空間へ空気を供給するステップ;
を含む、方法を提供する。
The present invention is also a method for controlling the temperature and humidity of an air conditioned space or process bin or drying bin comprising:
(A) providing an air conditioning system in communication with the air conditioned space;
(B) an active desiccant wheel system defining an interior space;
An internal space, the internal space being separated by a separator into a supply part for containing the supply air stream and a regeneration part for containing and containing the regeneration air stream, the supply part being a closed space or An inlet for receiving supply air from the air conditioning system and an outlet for supplying air to the air conditioning system or the enclosed space are provided, and the regeneration portion includes an inlet for receiving the regeneration air, and the regeneration air. An internal space provided with an outlet for discharging;
A rotatable desiccant wheel, with a portion of the wheel extending into the supply portion and a portion of the wheel extending into the regeneration portion, the wheel supplying and regenerating the supply air flow to dehumidify the supply air flow A desiccant wheel that is rotatable by air flow;
A heat source that heats the regeneration air stream to regenerate the desiccant wheel as it is rotated by the regeneration air stream;
At least one bypass damper between the inlet and outlet of the supply section to control the amount of supply air through the desiccant wheel by selectively bypassing the desiccant wheel;
Preparing steps;
(C) connecting the active desiccant wheel system to the air conditioning system;
(D) cooling and / or heating the supply air stream by allowing the supply air stream to pass through the air conditioning system;
(E) Dehumidify the supply air flow by allowing the supply air flow to pass through the active desiccant wheel system while rotating the wheel with the supply air flow and the regenerative air flow, thereby reducing the humidity between the air flows. Exchanging minutes and / or heat; and (f) supplying air from the air conditioning system to the conditioned space;
Providing a method.
本発明のこれらの、そしてその他の実施態様及び利点が、下記説明及び添付の図面からより十分に明らかになる。 These and other embodiments and advantages of the present invention will become more fully apparent from the following description and the accompanying drawings.
本発明は、本発明の或る特定の実施態様を示す添付の図面を参照しながら以下に説明する。本発明の思想及び思想を逸脱することなしに、変更及び改変を加えることが可能である。 The present invention is described below with reference to the accompanying drawings, which illustrate certain specific embodiments of the invention. Changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
図1(a)は、典型的な乾燥剤式除湿器のフローチャートである。前述のように、典型的な回転乾燥剤ベッド/ホイール1がプロセス区域2と、再生又は再活性化区域3とを有している。このような乾燥剤ベッド/ホイール1を組み入れた除湿器は、プロセス流6、並びに再生流8を有する。再生流は、ベッド3の再生部分に入る前に熱源10を通過することにより温度が上昇する。回転ベッドの再活性化区域3を出た再生空気は、一般に再活性化ブロワ5と呼ばれるブロワ5によって排出される(9)。乾燥剤ベッド/ホイール1は、ベッド駆動装置4によって、再活性化区画及びプロセス区画を通って回転させられる。
FIG. 1A is a flowchart of a typical desiccant dehumidifier. As mentioned above, a typical rotary desiccant bed / wheel 1 has a
図1(b)は、ホイール1の典型的な区域分割を示している。プロセス区域2は典型的なユニットの場合、そのように示すように総ベッド面積の75%であり、そして実際には一般に50〜80%であってよいが、しかしさらに小さい又は大きいように設計することもできる。乾燥剤ベッドの残りの面積は、再活性化区域3として示されており、これは20〜50%であってよいが、しかしさらに小さい又は大きいように設計することもできる。
FIG. 1 (b) shows a typical area division of the wheel 1.
図2(a)は、パージ区域11と呼ばれる別の区域が加えられている状態を示している。パージ区域は一般に総ベッド面積の5〜40%であり、残りは、プロセス領域2と再活性化領域3とに分割される。ベッドが再活性化区域3からプロセス区域2へ回転したときに、ベッドはまだ高温である。特にシリカゲルタイプの場合、ベッドの高温部分はクールダウンしたときに機能し始める(すなわち湿分の除去)ことがよく知られている。従って、或る特定のベッド部分は、まだ高温の間は除湿機能を発揮する上で実質的に不活性である。ベッドのこのセグメント又は部分はしばしば区切られ、パージ区域11として形成される。空気12はこの区域11を通過させられる。ここではベッドは高温であり、空気13は再活性化区域3を通過する前に予熱される。これにより、必要な再活性化エネルギー導入量を低減するとともに、そのベッド部分をこれがプロセス・ゾーン2に入る前に冷却する。これにより、プロセス区域2を通した除湿性能は改善される。加えて、プロセス空気に与えられる熱は少なくなる。なぜならばベッドがプロセス区域に入るときには、より低温であるからである。
FIG. 2A shows a state where another area called a
図2(b)は、乾燥剤ベッド/ホイール1を別の角度から見て示している。ここでは種々の区域が示されている。これらの区域面積は典型的なものが示されているが、上述のように様々に変化することができる。 FIG. 2 (b) shows the desiccant bed / wheel 1 viewed from another angle. Here, various areas are shown. These area areas are shown to be typical, but can vary as described above.
図3(a)は、回転乾燥剤ベッド/ホイール1のシステムの別のフローチャートを示している。ここでは1対の区域(11a,12)が加えられている。このような形態において、別個のファン15によって、所与の空気流量がこれらの区分を通って閉ループを成して循環するようにすることが典型的である。再循環空気流は、プロセス空気流と再活性化空気流との間のバッファとして作用して、プロセス空気流と再活性化空気流との間の空気漏れ又は湿分拡散を捕捉し、こうしてシステム性能を改善する。いくつかの事例では、再循環された空気流は、図2に示されたパージ区域と同様に、区域間に熱を転移してもよく、システム性能をさらに改善する。なお、すべての図面に記載された再循環ループを成す空気流は、いずれの方向に向いていてもよく、最も有利な方向は特定の用途の詳細に依存する。図3(b)は、乾燥剤ベッド/ホイール1を別の角度から見て示している。ここでは種々の区域が示されている。これらの区域面積は典型的なものが示されているが、上で明確に説明したように様々に変化することができる。 FIG. 3 (a) shows another flowchart of the rotary desiccant bed / wheel 1 system. Here, a pair of zones (11a, 12) is added. In such a configuration, a separate fan 15 typically causes a given air flow to circulate through these sections in a closed loop. The recirculated air stream acts as a buffer between the process air stream and the reactivated air stream to capture air leaks or moisture diffusion between the process air stream and the reactivated air stream, thus Improve performance. In some cases, the recirculated air flow may transfer heat between zones, similar to the purge zones shown in FIG. 2, further improving system performance. It should be noted that the air flow forming the recirculation loop described in all drawings may be in any direction, the most advantageous direction depending on the details of the particular application. FIG. 3 (b) shows the desiccant bed / wheel 1 viewed from another angle. Here, various areas are shown. These area areas are shown to be typical, but can vary as clearly described above.
図4(a)は、回転乾燥剤ベッド/ホイール1のフローチャートであり、ここでは2つ以上のパージ区域11a,12,17,18が加えられている。このような形態の場合、別個のファン15,21によって、所与の空気流量13,19がこれらの区分を通って閉ループを成して循環するようにすることが典型的である。
FIG. 4 (a) is a flowchart of the rotary desiccant bed / wheel 1 where two or
図4(b)は、乾燥剤ベッド/ホイール1を別の角度から見て示している。ここでは種々の区域が示されている。これらの区域面積は典型的なものが示されているが、上で明確に説明したように様々に変化することができる。 FIG. 4 (b) shows the desiccant bed / wheel 1 viewed from another angle. Here, various areas are shown. These area areas are shown to be typical, but can vary as clearly described above.
図5(a)(b)は、空間27を制御するための典型的で伝統的な除湿器システムを示している。このシステムにおいて、例えば除湿されるべき空間に対する冷却の必要性は、全供給空気26のうちの所定の量が冷却ユニット又は冷却コイル24に引き取られ、そして制御空間に供給されることを必要とする。空間の除湿の必要性を満たすために乾燥剤ホイールを通されることが必要となる量よりも多くの空気流量が、空間の冷却の必要性を満たすために必要となることがある。このことを達成するために、空気の一部を除湿器に通し、残りを迂回させる(25)ことにより、冷却コイルを通過する総供給空気流を形成し、そしてこれを部屋に供給するのが一般的である。空間の換気/加圧の要件を満たすために、新鮮空気31を供給することがしばしば必要である。新鮮空気は一般に除湿器の入口に導入され、制御空間からの戻り空気28と合体させられる。新鮮空気を戻り空気と合体させる前に、図示のように空気加熱/冷却手段22及び23を使用して、新鮮空気を加熱/冷却することが有利な場合がある。この典型的なフローチャート/概略図において、空気の制御流に対してダンパ( damper ;戸)が使用されている。新鮮空気流はダンパ35によって制御される。バイパス・ダンパ32は、乾燥剤式除湿器ユニットを迂回させることを必要とする流れを制御するために使用される。供給空気流全体は、通常は供給空気流の後に配置されたダンパ33によって制御される。これらのダンパのそれぞれは、アクチュエータ及び適切な制御装置を使用して手動又は自動で調節することができる。
FIGS. 5 (a) and 5 (b) show a typical traditional dehumidifier system for controlling the
再生流もまた、一般に再活性化ファン5の後に配置されたダンパによって制御される。再生熱導入源10は、電気、蒸気、ガス又はオイルバーナー、熱流体、例えば温水、冷却凝縮器の熱、別のプロセスからの回収熱、又は用途のために必要とされる温度まで再活性化空気を加熱することができるこれらの任意の組み合わせであってよい。再活性化熱エネルギー導入は、サーモスタット30によって調節される。サーモスタットは一般に乾燥剤ベッドの前に配置されている。このサーモスタット36は、図5bに示されているように、再活性化「アウト」区分内の乾燥剤ベッドの後に配置されていてよい。いくつかの事例では、この代替的な配置は、乾燥剤・ロータの前に温度自動調節器を配置する場合と比較して、年間再活性化熱使用量を低減することになる。
The regenerative flow is also generally controlled by a damper placed after the reactivation fan 5. The
上述の除湿器システム及び再活性化熱導入制御方法の両方において、現在一般に用いられている制御戦略は、所与の空間、又はプロセス空気、又は供給空気の相対湿度又は湿分レベルが「満たされていること」を検知し、そして湿度が満たされると、再活性化空気流、ベッド回転、及び再活性化熱導入を停止する。これは「オン・オフ」制御と一般に呼ばれる。一般に固定温度熱源、例えば蒸気又は温水とともに用いられる別の周知の方法の場合、再活性化空気流を調節することにより、ユニットの除湿能力を調整する。 In both the dehumidifier system and the reactivation heat introduction control method described above, the control strategy currently in common use is that the relative humidity or moisture level of a given space, or process air, or supply air is “filled”. When the humidity is satisfied, the reactivation air flow, the bed rotation, and the reactivation heat introduction are stopped. This is commonly referred to as “on / off” control. In the case of another well-known method, generally used with fixed temperature heat sources such as steam or hot water, the unit's dehumidification capacity is adjusted by adjusting the reactivated air flow.
図6(a)は、乾燥用途のために使用される典型的な除湿器システムを示している。このシステムでは、除湿された空気7は、乾燥ビン37内の材料の要件に応じて加熱源22を通して加熱される。生成物からの湿分を運ぶ戻り空気28を、冷却コイル23を通過させ、そして乾燥剤ホイール/ベッド1を通過させることにより、湿分を吸着する。
FIG. 6 (a) shows a typical dehumidifier system used for drying applications. In this system, the dehumidified air 7 is heated through a
再生空気流8は、再活性化ブロワ5によって提供される。熱源10は、ユニットの具体的な設計に基づいて温度を上昇させるために使用される。再活性化流入温度はサーモスタットを介して制御される。
The regeneration air stream 8 is provided by a reactivation blower 5. The
図6(b)は、乾燥剤ベッド/ホイールを別の角度から見た状態で示している。プロセス区域2は典型的なユニットの場合、そのように示すように総ベッド面積の75%であり、そして実際には一般に50〜80%であってよいが、しかしさらに小さい又は大きいように設計することもできる。乾燥剤ベッドの残りの面積は、再活性化区域3として示されており、これは20〜50%であってよいが、しかしさらに小さい又は大きいように設計することもできる。
FIG. 6 (b) shows the desiccant bed / wheel viewed from a different angle.
図7(a)は、乾燥用途のための典型的な除湿システムを示している。これは、パージ区域11が加えられていること以外は、図6(a)(b)において説明したシステムと同様である。このパージ区域は総ベッド面積の5〜40%であってよい。パージ区域を使用する目的はすでに前に説明した。
FIG. 7 (a) shows a typical dehumidification system for drying applications. This is similar to the system described in FIGS. 6 (a) and 6 (b) except that a
図7(b)は、乾燥剤ベッド/ホイール1を別の角度から見て示している。ここでは種々の区域が示されている。これらの区域面積は典型的なものが示されているが、上述のように様々に変化することができる。 FIG. 7 (b) shows the desiccant bed / wheel 1 viewed from another angle. Here, various areas are shown. These area areas are shown to be typical, but can vary as described above.
図8(a)は、典型的な空間除湿システムを示している。このシステムにおいて、「内部」バイパス39が、フェイス・バイパス・ダンパ40を通してプロセス空気流6と相互接続されている。設計空間27内で測定された湿度に基づいて、そして瞬時負荷及び変化する負荷とともに、フェイス・バイパス・ダンパ40は、ホイールを通過する空気流量を調節する一方、残りを迂回させる。スペース設計の必要性のために新鮮空気31を供給することが必要なときには、新鮮空気は一般に、除湿器の入口で導入され、そして設計空間27から戻った空気28と合体させられる。用途に応じて、新鮮空気をこれが戻り空気と混ざる前に、加熱又は冷却することが有利な場合がある。
FIG. 8 (a) shows a typical spatial dehumidification system. In this system, an “internal”
除湿器38の出口から出た空気は、冷却コイル24及びフィルタ44,45を通過する前に、戻り空気28と混合させ、そして供給空気26として設計空間27に供給することができる。
The air exiting from the outlet of the
再活性化空気流8は熱源10を通過し、熱源は、ユニットの具体的な設計に応じて空気温度を上昇させる。サーモスタット30は、温度を設定点に関して制御する。再活性化空気流を制御するために、再活性化ブロワ5は速度が連続可変であり、目的に応じて好適な設計を有している。最適な性能を得るために、ロータ速度も連続可変速度のベッド駆動装置4によって変化させられる。
The reactivated air stream 8 passes through a
図8(b)は、典型的な空間除湿システムの例を概略的に示している。これは、パージ区域11が乾燥剤ベッド/ホイール内に加えられていること以外は、図8(a)の例と同様である。このパージ区域は総ベッド面積の5〜40%であってよい。残りはプロセス領域2と再活性化領域3とで分割される。空気12はこの区域11を通過させられる。ここではベッドは高温であり、これにより空気13は再活性化区域3を通過する前に予熱される。これにより、必要な再活性化エネルギー導入量を低減するとともに、そのベッド部分をこれがプロセス・ゾーン2に入る前に冷却する。これにより、プロセス区域2を通した除湿性能は改善される。加えて、プロセス空気に与えられる熱は少なくなる。なぜならばベッドがプロセス区域に入るときには、より低温であるからである。
FIG. 8B schematically shows an example of a typical spatial dehumidification system. This is similar to the example of FIG. 8 (a) except that a
除湿器38の出口から出た空気は、冷却コイル24及びフィルタ44,45を通過する前に、戻り空気28と混合させ、そして供給空気26として設計空間27に供給することができる。
The air exiting from the outlet of the
再活性化空気流8は熱源10を通過し、熱源は、ユニットの具体的な設計に応じて空気温度を上昇させる。サーモスタット30は、温度を設定点に関して制御する。再活性化空気流を制御するために、再活性化ブロワ5は速度が連続可変であり、目的に応じて好適な設計を有している。最適な性能を得るために、ロータ速度も連続可変速度のベッド駆動装置4によって変化させられる。
The reactivated air stream 8 passes through a
図8(c)は、典型的な空間除湿システムの例を概略的に示している。これは、パージ区域11a,12が乾燥剤ベッド/ホイール内に設けられていること以外は、図8(a)の例と同様である。このような形態の場合、別個のファン15を使用して、区域11a,12内の空気を閉ループを成して循環させることが典型的である。再活性化区域に続くホイール区分12内から出た熱を、符号13で示された空気流によって取り上げ、先に送ることにより、プロセス区域に続く区域11a内でホイールを「予熱」することができる。
FIG. 8 (c) schematically shows an example of a typical spatial dehumidification system. This is similar to the example of FIG. 8 (a) except that the
除湿器から出た混合空気38は、戻り空気28と混合させ、次いで、設計空間27を冷却するために必要に応じて、供給空気26を冷却するための冷却コイル24を通過させることができる。
The
再活性化流入空気8はフィルタ42を通過し、そしてこの空気の温度は、ユニットの具体的な設計に基づいて熱源10を通して高められる。温度は、サーモスタット30によって制御され、一定に保たれる。再活性化空気流を連続的に変化させるために、再活性化ブロワ5は、速度が連続可変であり、目的に応じて好適な設計を有している。最適な性能を得るために、ロータ速度も連続可変速度のベッド駆動装置4によって変化させられる。
The reactivated inflow air 8 passes through the
図8(d)は、典型的な空間除湿システムの例を概略的に示している。これは、1対以上のパージ区域17,18が加えられていること以外は、図8(c)の例と同様である。このような形態の場合、2つの別個のファン15,21を使用して、所与量の空気13,19を2つの閉ループを成すように2つの区域を通して循環させることが典型的である。前述のように、閉ループのそれぞれにおける空気流は、どの方向が最も有利であるかに応じていずれの方向であってもよい。
FIG. 8D schematically shows an example of a typical spatial dehumidification system. This is the same as the example of FIG. 8C except that one or more pairs of
除湿器から出た混合空気38は、戻り空気28と混合させ、次いで、設計空間27を冷却するために、供給空気26を冷却するための冷却コイル24を通過させることができる。再活性化流入空気8はフィルタ42を通過し、そしてこの空気の温度は、ユニットの具体的な設計に基づいて熱源10を通して高められる。温度は、サーモスタット30によって制御され、一定に保たれる。再活性化空気流を連続的に変化させるために、再活性化ブロワ5は、速度が連続可変であり、目的に応じて好適な設計を有している。最適な性能を得るために、ロータ速度も連続可変速度のベッド駆動装置4によって変化させられる。
The
図8(e)は、典型的な空間除湿システムの例を概略的に示している。これは医薬製造区域の一例である。これに対応して、75°F(167°C)においてRH(相対湿度)が15%及び30%の設計条件が部屋27のために選択されている。この例において計算された総供給空気量26は4000cfm(114m3/min)である。空間冷却のニーズ及び湿分除去を満足させるために、600cfm(17m3/min)を戻り空気28として取り出す。必要とされる新鮮空気31(600cfm=17m3/min)は、冷却コイル23を通過させられ、そして戻り空気28と混合させられる。フェイス・バイパス・ダンパ40はバイパス/乾燥剤ホイールを通る空気流を制御する。戻り空気28(2800cfm=80m3/min)をプロセス・アウト空気7と混合させることにより、要求供給空気流26を提供する。次いで総空気量が冷却コイル24を通過するようにすることにより、要求室温を提供する。
FIG. 8 (e) schematically shows an example of a typical spatial dehumidification system. This is an example of a pharmaceutical manufacturing area. Correspondingly, design conditions of 15% and 30% RH (relative humidity) at 75 ° F. (167 ° C.) have been selected for
図9は、プロセス乾燥/除湿システムのフローチャートを示している。湿分負荷を低減するために周囲空気31が冷却コイル23を通過するようにし、この空気を冷却する。バイパス・ダンパ32は乾燥剤ホイールを通過するべき空気流を調節し、そして残りを迂回させる。混合空気38(プロセス・アウト7及びバイパス空気39)は、加熱源24/冷却源22を通過させられ、そして供給空気26の要件に応じて加減される。
FIG. 9 shows a flowchart of the process drying / dehumidification system. In order to reduce the moisture load, the ambient air 31 is passed through the cooling
再生流8もまた、一般に再生ブロワ5の後ろに配置されたダンパ34によって制御される。再生熱導入源10は、電気、蒸気、又はガスバーナであってよく、又はユニットの具体的な設計に基づいて温度を上昇させることができる種々様々な熱源から形成されていてもよい。この温度はサーモスタット30によって制御される。
The regenerative flow 8 is also controlled by a
図10(a)は生成物乾燥システム及び方法を示している。このようなシステムの場合、乾燥ビン37内で必要とされる条件に基づいて、所要の乾燥温度を提供するために、混合空気(プロセス・アウト7及びバイパス空気39)38はプロセス熱導入源22を通過させられる。戻り空気28は、冷却コイル23を通して冷却され、そしてロータのプロセス区域2及びパージ区域11を通して吹き付けられる。フェイス及びバイパス・ダンパ40を使用して、除湿器を迂回するのに必要な流量を制限する。パージ区域を出た空気を再循環させ、冷却コイルの上流側の戻り空気と混合させる。このことは、除湿器が乾燥した空気を供給するのを可能にする。このパージ区域は概ね総ベッド面積の5〜40%であってよい。残りはプロセス領域2と再活性化領域3とで分割される。再活性化流入温度はサーモスタット30を通して制御される。図10(b)は、乾燥剤ベッド/ホイール1を別の角度から見て示している。ここでは種々の区域が示されている。これらの区域面積は典型的なものが示されているが、区域の分割は種々様々であってよい。
FIG. 10 (a) shows the product drying system and method. In such a system, the mixed air (process out 7 and bypass air 39) 38 is supplied to the
図11(a)は、種々異なる制御オプションを用いた場合の年間後冷却所要量を比較している。 FIG. 11 (a) compares the annual aftercooling requirements with different control options.
図12は、種々のHVAC要素オプションを示すフロー概略図である。それぞれの要素は、用途の性能要件に基づいて含まれることも含まれないこともある。冷却コイル59/加熱源60/除湿器57を通過させられるべき全供給空気量は、空調しようとする空間の要件に基づく。新鮮空気31と混合させるための要求状態をもたらすために、戻り空気28は冷却コイル54又は加熱コイル53を通過してよい。所要温度が高められる必要があり、熱源22を介して加熱することが求められる場合には、新鮮空気31が熱回収ユニット50を通過してよい。それが有利であるならば、冷却コイル23を使用して新鮮空気を冷却してよい。混合空気は、要件に基づいて加熱源55及び冷却源56を通過し、次いでフェイス・バイパス・ダンパ40を通過する。フェイス・バイパス・ダンパ40は、乾燥剤ホイールを通過して除湿されることを必要とする流れを制御する。排出空気は熱回収ユニット52を介して、ブロワ23を通って外部に出る。再生空気は熱回収ユニット49を通過し、次いで熱源を通ることにより、ユニットの具体的な設計通りに温度を高める。再活性化区域3から出る再活性化空気流は、熱回収区域48を通過し、そして再生ブロワ5を通過する。熱回収ユニットの使用は負荷を軽減する。サーモスタット30は、熱源の後ろの再活性化流入部の温度を制御し、或いは、乾燥剤ホイールを出る再活性化空気温度を制御するように配置されていてもよい。
FIG. 12 is a flow schematic diagram showing various HVAC element options. Each element may or may not be included based on the performance requirements of the application. The total amount of supply air to be passed through the cooling coil 59 /
前述のように、本発明は、アクティブ型乾燥剤ホイールを有する乾燥剤式除湿器の能力を制御する方法及びシステムに関する。湿分負荷が瞬時に変化するので、除湿ユニット及びシステムの能力を制御する必要がある。再活性化エネルギー使用量を低減するいくつかの現在周知の制御方法が実施されてはいるものの、本発明は、従来周知の方法と比較して再活性化エネルギー使用量をさらに大幅に低減する新規の方法を提供する。 As mentioned above, the present invention relates to a method and system for controlling the capacity of a desiccant dehumidifier having an active desiccant wheel. Since the moisture load changes instantaneously, the capacity of the dehumidifying unit and system needs to be controlled. Although several currently known control methods for reducing reactivation energy usage have been implemented, the present invention is a novel that significantly reduces reactivation energy usage compared to previously known methods. Provide a way.
本発明の場合、基礎的なアプローチは、総プロセス流からの、乾燥剤ホイールを迂回することになる空気量を連続的に変化させる手段を連続的に提供することである。乾燥剤ユニットを通るプロセス流を低減することは、大まかに言えば、瞬時湿分負荷の変化を追跡して行われる。乾燥剤ホイールを通るプロセス流が低減されると、全再生流をホイールの再活性化区域に通し続ける必要はもはやない。再生流が何らかの定義された相関関係を成して相応に低減されると、再生エネルギー使用量がかなり低減される。本発明の場合、制御関数を通して、プロセス区域を通る連続的に変化するプロセス流量に基づいて、連続的に低減又は増大するように再生流量を形成することができる。技術の変化に伴い、再活性化空気流の連続的な変化を今や可能にするいくつかの周知の方法に基づいて、可変速度駆動装置を使用することは今日では経済的であり、当たり前のことである。 In the case of the present invention, the basic approach is to provide continuously a means of continuously changing the amount of air from the total process stream that will bypass the desiccant wheel. Reducing the process flow through the desiccant unit is generally done by tracking changes in the instantaneous moisture load. As the process flow through the desiccant wheel is reduced, it is no longer necessary to keep the entire regenerative flow through the wheel reactivation zone. If the regenerative stream is correspondingly reduced with some defined correlation, the regenerative energy usage is significantly reduced. In the case of the present invention, the regeneration flow can be configured to continuously decrease or increase through a control function based on a continuously changing process flow through the process zone. As technology changes, it is now economical and natural to use variable speed drives based on several well-known methods that now allow continuous changes in the reactivated air flow. It is.
同様に本発明の基礎を成すのは、やはり相関制御関数を通して、ホイールの回転速度を連続速度変動させるような技術を用いることである。この制御関数の開発において、数学モデリング・ツール「 DRI Cal 」、又は任意のその他の同様のツール、例えば「 Procal 」の知識を利用する。これら双方は、乾燥剤ユニット/ホイールの形状寸法(ジオメトリ)及び流れを選択するために世界中で現在使用されている同様のツールである。 Similarly, the basis of the present invention is to use a technique that continuously varies the rotational speed of the wheel through the correlation control function. In developing this control function, the knowledge of the mathematical modeling tool “DRI Cal” or any other similar tool, such as “Procal”, is utilized. Both of these are similar tools currently used worldwide to select the desiccant unit / wheel geometry and flow.
除湿器のプロセス変数を連続的に制御する本発明を開発するとともに、エネルギー使用量を、いくつかの周知の実施済みの方法と比較した。本発明を開発するために、先ず、除湿用途の設計に典型的な物理的な事実及び仮定を用いて試料プロジェクトを選択した。このために、70°F(156°C)、30% RHを設計条件として選択した。より良好な一連のエネルギー節減可能性を得るために、やはり同じ医薬用途において、70°F(156°C)において15%というより低いRH設計を選択した。米国南西部に典型的な天候条件のために、ノースカロライナ州ゼブロン( zebulon, NC )市を選択した。しかし湿度がより高い気候に対する効果を実証するために、インド国ムンバイ( Mumbai )市を典型的なものとして選択した。試料プロジェクト/設計からフローチャートを作成して調製した。プロジェクト設計のより詳細な負荷プロフィールを提供するために今日利用可能でありそして利用されている所与の時間天候データを用いて、周辺天候ビンを、平均同時乾球温度及び発生頻度(時間/年)とともに、10 grains/lb.(1.43g/kg)空気ずつ増やしながら作成した。これにより、いくつかの瞬時負荷「ビン」の計算を可能にすることにより、それぞれの制御方法による総エネルギー使用量を推定するためにシンプルなシミュレーションを実施できるようにした。下記表1は、両都市、米国ノースカロライナ州ゼブロン、及びインド国ムンバイに関して作成された時間ビン・データを示している。
この方法を用いると、再活性化エネルギー使用量分析は、下記で考察され定義される3つの制御方法すべてに対して、2つ又は3つの設計点に基づいて設計データを適用する場合と比べてより明確になる。
a) 制御オプション1−固定的な再活性化空気流、固定的な再活性化流入温度、固定的なロータ速度、可変のプロセス流;
b) 制御オプション2−固定的な再活性化空気流、固定的な再活性化排出温度、固定的なロータ速度、可変のプロセス流(これは本発明の目的において、ベースライン制御オプションとして考えられる);
c) 制御オプション3−固定的な再活性化流入温度、可変の再活性化空気流、可変のロータ速度、ホイールを通過する(残りはホイールを迂回する)可変のプロセス流。
Using this method, the reactivation energy usage analysis is compared to applying design data based on two or three design points for all three control methods discussed and defined below. Become clearer.
a) Control option 1-fixed reactivation air flow, fixed reactivation inflow temperature, fixed rotor speed, variable process flow;
b) Control option 2-fixed reactivation air flow, fixed reactivation discharge temperature, fixed rotor speed, variable process flow (this is considered as a baseline control option for the purposes of the present invention) );
c) Control Option 3-Fixed reactivation inflow temperature, variable reactivation air flow, variable rotor speed, variable process flow through the wheel (the rest bypassing the wheel).
年間ビン・データ、及び上述の3つの制御方法/オプション(オプション3は本発明に基づいている)に基づいて、すべての3つのオプションに関するエネルギー使用量(サーム/年)をチャートにして比較した。比較を下記表2,3,4,5及び6に示す。後冷却に用いられるエネルギー量も表5及び6に示す。これらの表は、再生エネルギー使用量の低減に加えて、全冷却エネルギー使用量もかなり低減されることを明示している。
Based on the annual bin data and the three control methods / options described above (
ここで図11(b)を参照すると、このグラフは、制御オプション1,2及び3の再活性化熱消費量(サーム/年)の比較を示している。事例研究は、ゼブロン及びムンバイの15%〜30%のRH条件に関して考察されたものである。制御オプション2(ベースライン制御オプション)の事例では、15% RH設計のゼブロンにおいて、再活性化熱消費量が11071サーム/年であることが観察される。制御オプション1が選択されると、消費量は13059サーム/年まで上昇する。しかし制御オプション3が選択されると、消費量は5747サーム/年まで大幅に減少する。表2,3及び4は、ムンバイ及びゼブロンの15%及び30%設計RHに対する、制御オプション1,2及び3の消費エネルギーに関する完全データを示している。表5は、30%RH設計に対する制御オプション1,2及び3におけるエネルギー消費量の要約であり、表6は、15%RH設計に対する制御オプション1,2及び3におけるエネルギー消費量の要約である。
最初は制御オプション3に関する本発明のエネルギー消費量分析を、制御オプション2のベースラインに対してベンチマークしたが、制御オプション1を用いた、一般に現在用いられている別の除湿器能力制御方法を用いて分析を完結することが有用であるとさらに考えた。
Initially, the energy consumption analysis of the present invention for
従って、本発明による結果としてのエネルギー低減率%を、表7ではベースラインとして制御オプション2を用いて、そして表8ではベースラインとして制御オプション1を用いて、すべての3つのオプション間で比較した。
Thus, the resulting% energy reduction according to the present invention was compared between all three options using
ここで図11(c)を参照すると、このグラフは、種々異なる制御オプションを用いた再生熱の削減パーセンテージを示している。図示のように、制御オプション3を用いることにより、削減パーセンテージは47%もの高さになることが可能である。しかし制御オプション1が別のベースラインとして選択されると、削減パーセンテージはさらに高くなる。このことは、制御オプション1と3との比較となる。表7は、制御オプション1,2及び3の間の詳細なエネルギー消費量の比較を示している。
前述のことから、本発明は、除湿器能力制御の新規のシステム及び方法を提供し、周知の技術及び方法と比較して顕著なエネルギー節減を可能にすることが明らかである。 From the foregoing, it is clear that the present invention provides a novel system and method of dehumidifier capacity control and allows significant energy savings compared to known techniques and methods.
本発明のシステムはいくつかの他の利点、例えば、再活性化区域のサイズを総乾燥剤ロータ・フェイス面積の12%〜45%の範囲から選択し、そしてキャビネット設計に変更を施すことなしに製作中に設定することができるような基礎キャビネット及びプレナム( plenum;強制換気)の設計の利点を内蔵する。加えて、所望の場合には、基礎キャビネット及びプレナムの設計は、手工具を使用して、元の設計値の66%〜150%の範囲内のいずれかの値に手によって現場で調節することにより、変更された性能要件に適合することができる。システムが同時空気流を有するパージ区域とともに使用されると、基礎キャビネット及びプレナムの設計は、ロータ・フェイス面積の2%〜25%の範囲内のパージ区域・サイズが、主要の設計変更を行うことなしに加えられるのを可能にする。 The system of the present invention has several other advantages, for example, the size of the reactivation area is selected from the range of 12% to 45% of the total desiccant rotor face area, and without modification to the cabinet design Built-in advantages of basic cabinet and plenum (forced ventilation) designs that can be set during production. In addition, if desired, the foundation cabinet and plenum design can be manually adjusted in the field using hand tools to any value within the range of 66% to 150% of the original design value. Can meet the changed performance requirements. When the system is used with a purge area with simultaneous air flow, the design of the base cabinet and plenum is that the purge area size in the range of 2% to 25% of the rotor face area will make a major design change. Allows to be added without.
本発明を具体的な実施態様を参照しながら説明してきたが、当業者には明らかなように、本発明の思想及び範囲を逸脱することなしに、種々の変更を加えることができる。例えば、本明細書中に示した数多くの詳細、例えばアクティブ型乾燥剤・モジュール及びハイブリッド・システムの現在好ましい実施態様の形態及び作動に関連した詳細は、本発明の理解を容易にするために提供したのであって、本発明の範囲を限定するために提供したのではない。従って、本発明の実施態様の開示内容は、本発明の範囲を例示するために意図されたものであって、本発明の範囲を限定しようとするものではない。 Although the present invention has been described with reference to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. For example, numerous details presented herein, such as details relating to the form and operation of presently preferred embodiments of active desiccant modules and hybrid systems, are provided to facilitate understanding of the present invention. Rather, it is not provided to limit the scope of the invention. Accordingly, the disclosure of embodiments of the invention is intended to illustrate the scope of the invention and is not intended to limit the scope of the invention.
Claims (57)
a. プロセス区域を通る空気流を、除湿量を制御するために調節するステップと、
b. 再活性化区域を通る空気流を、プロセス空気流の調節の関数として調節するステップと、
c. 乾燥剤ホイールの回転速度を、プロセス空気流の調節の関数として調節するするステップと、
を含む、アクティブ型乾燥剤式除湿器を制御する方法。 A method for controlling an active desiccant dehumidifier comprising:
a. Adjusting the air flow through the process area to control the amount of dehumidification;
b. Adjusting the air flow through the reactivation zone as a function of adjusting the process air flow;
c. Adjusting the rotational speed of the desiccant wheel as a function of adjusting the process air flow;
A method of controlling an active desiccant dehumidifier comprising:
a. プロセス区域を通る空気流を、除湿量を制御するために調節するステップと、
b. 再活性化区域を通る空気流を、プロセス空気流の調節の関数として調節するステップと、
を含む、アクティブ型乾燥剤式除湿器を制御する方法。 A method for controlling an active desiccant dehumidifier comprising:
a. Adjusting the air flow through the process area to control the amount of dehumidification;
b. Adjusting the air flow through the reactivation zone as a function of adjusting the process air flow;
A method of controlling an active desiccant dehumidifier comprising:
該制御の目的が、部分負荷状態での作動効率を改善することであり、該方法は、
a. プロセス区域を通る空気流を、除湿量を制御するために調節するステップと、
b. 再活性化区域を通る空気流を、プロセス空気流の調節の関数として調節するステップと、
c. 乾燥剤ホイールの回転速度を、プロセス空気流の調節の関数として調節するステップと、
を含む、アクティブ型乾燥剤式除湿器を制御する方法。 At least a desiccant wheel having a process zone with air flow means, a reactivation zone having air flow means, and means for rotating the desiccant wheel through the process zone and the reactivation zone; A method of controlling an active desiccant dehumidifier comprising a housing comprising reactivated air heating means,
The purpose of the control is to improve operating efficiency in partial load conditions, the method comprising:
a. Adjusting the air flow through the process area to control the amount of dehumidification;
b. Adjusting the air flow through the reactivation zone as a function of adjusting the process air flow;
c. Adjusting the rotational speed of the desiccant wheel as a function of adjusting the process air flow;
A method of controlling an active desiccant dehumidifier comprising:
a. 再活性化区域を通る空気流を、除湿量を制御するために、プロセス区域を通る一定の空気流を維持しつつ調節するステップと、
b. 乾燥剤ホイールの回転速度を、再活性化空気流の調節の関数として調節するステップと、
を含む、アクティブ型乾燥剤式除湿器を制御する方法。 A method for controlling an active desiccant dehumidifier comprising:
a. Adjusting the air flow through the reactivation zone while maintaining a constant air flow through the process zone to control the amount of dehumidification;
b. Adjusting the rotational speed of the desiccant wheel as a function of adjusting the reactivation air flow;
A method of controlling an active desiccant dehumidifier comprising:
該制御の目的が、部分負荷状態での作動効率を改善することであり、該方法は、
a. 除湿量を制御するために、プロセス区域を通る一定の空気流を維持しつつ、再活性化区域を通る空気流を調節するステップと、
b. 再活性化空気流の調節の関数として、乾燥剤ホイールの回転速度を調節するステップと、
を含む、アクティブ型乾燥剤式除湿器を制御する方法。 At least a desiccant wheel having a process zone with air flow means, a reactivation zone having air flow means, and means for rotating the desiccant wheel through the process zone and the reactivation zone; A method of controlling an active desiccant dehumidifier comprising a housing comprising reactivated air heating means,
The purpose of the control is to improve operating efficiency in partial load conditions, the method comprising:
a. Adjusting the air flow through the reactivation zone while maintaining a constant air flow through the process zone to control the amount of dehumidification;
b. Adjusting the rotational speed of the desiccant wheel as a function of adjusting the reactivation air flow;
A method of controlling an active desiccant dehumidifier comprising:
該制御システムの論理構成が、
a. プロセス区域を通る空気流を、除湿量を制御するために調節するステップと、
b. 再活性化区域を通る空気流を、プロセス空気流の調節の関数として調節するステップと、
c. 乾燥剤ホイールの回転速度を、プロセス空気流の調節の関数として調節するステップと、
を含む、アクティブ型乾燥剤式除湿器システム。 At least a desiccant wheel having a process zone with air flow means, a reactivation zone having air flow means, and means for rotating the desiccant wheel through the process zone and the reactivation zone; A method of controlling an active desiccant dehumidifier comprising a housing comprising a reactivated air heating means and a control system intended to improve the operating efficiency of the dehumidifier in a partial load condition,
The logical configuration of the control system is
a. Adjusting the air flow through the process area to control the amount of dehumidification;
b. Adjusting the air flow through the reactivation zone as a function of adjusting the process air flow;
c. Adjusting the rotational speed of the desiccant wheel as a function of adjusting the process air flow;
An active desiccant dehumidifier system.
該制御システムの論理構成が、
a. プロセス区域を通る空気流を、除湿量を制御するために調節するステップと、
b. 再活性化区域を通る空気流を、プロセス空気流の調節の関数として調節するステップと、
を含む、アクティブ型乾燥剤式除湿器システム。 At least a desiccant wheel having a process zone with air flow means, a reactivation zone having air flow means, and means for rotating the desiccant wheel through the process zone and the reactivation zone; A method of controlling an active desiccant dehumidifier comprising a housing comprising a reactivated air heating means and a control system intended to improve the operating efficiency of the dehumidifier in a partial load condition,
The logical configuration of the control system is
a. Adjusting the air flow through the process area to control the amount of dehumidification;
b. Adjusting the air flow through the reactivation zone as a function of adjusting the process air flow;
An active desiccant dehumidifier system.
該制御システムの論理構成が、
a. 再活性化区域を通る空気流を、除湿量を制御するために調節するステップと、
b. 乾燥剤ホイールの回転速度を、再活性化空気流の調節の関数として調節するステップと、
を含む、アクティブ型乾燥剤式除湿器システム。 At least a desiccant wheel having a process zone with air flow means, a reactivation zone having air flow means, and means for rotating the desiccant wheel through the process zone and the reactivation zone; A method of controlling an active desiccant dehumidifier comprising a housing comprising a reactivated air heating means and a control system intended to improve the operating efficiency of the dehumidifier in a partial load condition,
The logical configuration of the control system is
a. Adjusting the air flow through the reactivation zone to control the amount of dehumidification;
b. Adjusting the rotational speed of the desiccant wheel as a function of adjusting the reactivation air flow;
An active desiccant dehumidifier system.
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