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蒸発冷却による効率的空気除湿及び液体回収のためのシステム及び方法
暖房、換気、及び空調（ＨＶＡＣ）システムは、多くの場合に、このようなシステムによって調整されている空気を除湿するために冷却装置に一体化された除湿システムを有する。冷却が温暖から高温の環境において必要とされる時に、冷却及び除湿されている空気は、通常約０．００９（乾燥空気のポンド当たりのＨ2Ｏのポンド数）よりも大きい重量絶対湿度を有することになる。これらの環境では、ＨＶＡＣシステムは、従来、空気の顕熱冷却及び潜熱エネルギ（すなわち、湿度）の除去に向けて冷媒圧縮器を使用している。空気は、典型的に約５５°Ｆまで冷却され、この温度では、空気が約１００％飽和される（すなわち、約１００％の相対湿度）までＨ2Ｏが空気から凝結される。５５°Ｆ温度は、５５°Ｆでの水蒸気飽和点である乾燥空気１ポンド当り約０．００９ポンドのＨ2Ｏまで重量絶対湿度を下げ、従って、約１００％の相対湿度が得られる。この空気が約７５°Ｆに暖まった時に、重量絶対湿度はほぼ同じままであり、相対湿度が約５０％に下がる。この従来の除湿方法は、空気を約５５°Ｆに冷却する必要があり、かつ通常は約３〜５の性能係数（ＣＯＰ）を達成することができる。
本発明の開示に適用範囲において整合するある一定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求する本発明の範囲を制限することを意図しておらず、むしろ、これらの実施形態は、本発明の可能な形態の概要を提供することのみを意図している。実際に、本発明は、以下に示す実施形態と類似か又は異なる場合がある様々な形態を包含することができる。
第１の実施形態において、空気流から水蒸気を除去するための除湿システムを提供する。システムは、膜によって分離された第１チャンネル及び第２のチャンネルを含む。膜は、膜の透過容積を通る水蒸気から第２のチャンネルへのＨ2Ｏの通過を容易にし、同時に空気流の全ての他の成分が膜を通じて通過するのを実質的に阻止することにより、第１のチャンネルを通って流れる空気流からの水蒸気の除去を容易にするように構成される。システムは、空気流を冷却するように構成された蒸発冷却ユニットも含む。システムは、更に、Ｈ2Ｏが膜を通過して第２のチャンネルに移動するように、第１のチャンネルにおけるよりも低い水蒸気分圧を第２のチャンネル内で作り出すように構成された増圧デバイスを含む。増圧デバイスは、液体の水へのその後の凝結に適する範囲の水蒸気分圧に増圧デバイスの出口で水蒸気の圧力を増大させるようにも構成される。
第２の実施形態において、システムは、空気流からＨ2Ｏ蒸気を除去する除湿ユニットを含む。除湿ユニットは、入口空気流を受け取って出口空気流を放出するように構成された空気チャンネルを含む。除湿ユニットは、空気チャンネルに隣接するＨ2Ｏ透過材料も含む。Ｈ2Ｏ透過材料は、入口空気流内のＨ2Ｏ蒸気からのＨ2ＯがＨ2Ｏ透過材料を通過してＨ2Ｏ透過材料の吸入側に至ることを選択的に可能にし、かつ入口空気流内の他の成分がＨ2Ｏ透過材料を通過してＨ2Ｏ透過材料の吸入側に至るのを阻止するように構成される。システムは、空気流を冷却するように構成された蒸発冷却ユニットも含む。システムは、Ｈ2Ｏ透過材料を通る入口空気流内のＨ2Ｏ蒸気からのＨ2Ｏの通過を推進し、かつ吸入側で液体Ｈ2ＯにＨ2Ｏ蒸気を凝結するのに適するＨ2Ｏ蒸気の分圧に増圧デバイスの出口で圧力を増大させるために、入口空気流内のＨ2Ｏ蒸気の分圧よりも低いＨ2Ｏ透過材料のＨ2Ｏ蒸気分圧を作り出すように構成された増圧デバイスを更に含む。
第３の実施形態において、方法は、Ｈ2Ｏ蒸気の第１の分圧を有してＨ2Ｏ蒸気を含む空気流を除湿ユニットの空気チャンネル内に受け取る段階を含む。本方法は、蒸発冷却ユニットを通じて空気流を冷却する段階も含む。本方法は、Ｈ2Ｏ透過材料にわたる圧力差を使用して除湿ユニットのＨ2Ｏ透過材料を通じて除湿ユニットのＨ2Ｏ蒸気チャンネル内にＨ2Ｏを吸入する段階を更に含む。Ｈ2Ｏ蒸気チャンネルは、空気流のＨ2Ｏ蒸気の第１の分圧よりも低いＨ2Ｏ蒸気の第２の分圧を有する。更に、本方法は、増圧デバイスにＨ2Ｏ蒸気チャンネルからのＨ2Ｏ蒸気を受け取って、Ｈ2Ｏ蒸気の第２の分圧よりも高いＨ2Ｏ蒸気の第３の分圧に増圧デバイスからのＨ2Ｏ蒸気の圧力を増大させる段階を含む。
本発明の開示の実施形態の上記及び他の特徴、態様、及び利点は、図面を通じて同様の文字が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細説明を読むとより深く理解されることになる。
本発明の開示の実施形態による除湿ユニットと１つ又はそれよりも多くの蒸発冷却ユニットとを有するＨＶＡＣシステムの概略図である。 本発明の開示の実施形態による複数の並列の空気チャンネル及び水蒸気チャンネルを有する図１の除湿ユニットの斜視図である。 本発明の開示の実施形態による単一の水蒸気チャンネルの内側に位置する単一の空気チャンネルを有する図１の除湿ユニットの斜視図である。 開示の実施形態による図１、図２Ａ、及び図２Ｂの除湿ユニットの空気チャンネル及び隣接水蒸気チャンネルの平面図である。 本発明の開示の実施形態による図１〜図３の除湿ユニットの水蒸気チャンネルとして使用することができる膜を使用して形成された分離モジュールの斜視図である。 本発明の開示の実施形態による図１〜図３の除湿ユニットを通って流れる湿潤空気の温度及び重量絶対湿度の湿度線図である。 本発明の開示の実施形態によるＨＶＡＣシステムと除湿ユニットと除湿ユニットの水蒸気抽出チャンバ内の水蒸気から非凝結成分を除去するための真空ポンプを有する図１の１つ又はそれよりも多くの蒸発冷却ユニットとの概略図である。 本発明の開示の実施形態によるＨＶＡＣシステムと除湿ユニットとＨＶＡＣシステム及び除湿ユニットの様々な作動条件を制御するための制御システムを有する図６の１つ又はそれよりも多くの蒸発冷却ユニットとの概略図である。 本発明の開示の実施形態による除湿ユニットの上流に配置された蒸発冷却ユニットを有するＨＶＡＣシステムの概略図である。 本発明の開示の実施形態による図８の直接蒸発冷却ユニット及び除湿ユニットを通って流れる空気の温度及び重量絶対湿度の湿度線図である。 本発明の開示の実施形態による図８の間接蒸発冷却ユニット及び除湿ユニットを通って流れる空気の温度及び重量絶対湿度の湿度線図である。 本発明の開示の実施形態による除湿ユニットの下流に配置された蒸発冷却ユニットを有するＨＶＡＣシステムの概略図である。 本発明の開示の実施形態による除湿ユニット及び図１０の直接蒸発冷却ユニットを通って流れる空気の温度及び重量絶対湿度の湿度線図である。 本発明の開示の実施形態による除湿ユニット及び図１０の間接蒸発冷却ユニットを通って流れる空気の温度及び重量絶対湿度の湿度線図である。 本発明の開示の実施形態による複数の除湿ユニット及び複数の直接蒸発冷却ユニットを通って流れる空気の温度及び重量絶対湿度の湿度線図である。 本発明の開示の実施形態による複数の除湿ユニット及び複数の間接蒸発冷却ユニットを通って流れる空気の温度及び重量絶対湿度の湿度線図である。
本発明の開示の特定的な実施形態を本明細書に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行おうとしても、実際の実施の全ての機能を本明細書に説明することはできない。このような実際の実施の開発では、あらゆる工業設計又は設計プロジェクトの場合と同様に、開発担当者の特定の目標を達成するために、システム関連と事業関連の制約の遵守のような実施により変わる場合がある多くの実施独特の意思決定を行わなければならないことは認められるものとする。更に、このような開発努力は、複雑かつ時間を消費するものである可能性があるが、それにも関わらず、本発明の開示の恩典を受ける当業者には設計、製作、及び製造という日常的な仕事であることは認められるものとする。
本発明の様々な実施形態の要素を導入する時に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素の１つ又はそれよりも多くがあることを意味するように意図している。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、及び「ｈａｖｉｎｇ」は、包含的であることを意図しており、かつ列挙する要素以外の付加的な要素がある場合があることを意味している。
本明細書に開示する主題は、除湿システムに関し、より具体的には、除湿ユニットにおいて湿度勾配を確立することによる初期凝結なしの空気の除湿が可能であるシステム及び方法に関する。一実施形態において、水蒸気透過材料（すなわち、水蒸気透過膜）を２次チャンネル又はチャンバから空気チャンネルを分離する少なくとも１つの境界に沿って使用し、空気チャンネルを通過する空気からの水蒸気の除去を容易にする。水蒸気透過材料によって空気チャンネルから分離された２次チャンネル又はチャンバは、空気チャンネルから抽出される水蒸気を水蒸気透過材料を通じて受け取ることができる。
ある一定の実施形態において、除湿ユニットを１つ又はそれよりも多くの蒸発冷却ユニットと共に使用することができる。例えば、ある一定の実施形態において、蒸発冷却ユニットは、除湿ユニットの上流に配置することができ、蒸発冷却ユニットから排出された空気は、除湿ユニットの入口に誘導される。逆に、他の実施形態において、除湿ユニットは、蒸発冷却ユニットの上流に配置することができ、除湿ユニットから排出された空気は、蒸発冷却ユニットの入口に誘導される。実際に、他の実施形態において、複数の除湿ユニットを除湿ユニット間に配置された複数の蒸発冷却ユニットと共に使用することができる。複数の除湿ユニット及び複数の蒸発冷却ユニットを使用することにより、入口空気の温度及び重量絶対湿度の初期条件から出口空気の温度及び重量絶対湿度の望ましい最終条件まで湿度線図上で「鋸歯」経過が可能である。換言すると、除湿ユニットの各々は、実質的に一定の温度で空気を連続して除湿し、一方、蒸発冷却ユニットの各々は、温度及び重量絶対湿度の望ましい最終条件がもたらされるまで連続して空気を冷却（及び加湿、直接蒸発冷却の場合）する。
作動時には、水蒸気透過材料は、空気チャンネルから２次チャンネル又はチャンバへの水蒸気透過材料を通るＨ2Ｏ（Ｈ2Ｏを水分子、気体状水蒸気、液体の水、吸着／脱着水分子、吸収／脱着水分子、又はその組合せと呼ぶ場合がある）の流れを可能にし、同時に空気チャンネルを通って流れる空気の他の成分の流れが水蒸気透過材料を通過するのを実質的に阻止する。従って、水蒸気透過材料は、主として空気から水蒸気だけを除去することによって空気チャンネルを通って流れる空気の湿度を低減する。相応に、２次チャンネル又はチャンバは、主として水蒸気で満たされる。水蒸気透過材料を通るＨ2Ｏの通過は、圧力差により容易にすることができることに注意すべきである。実際に、水蒸気のより低い分圧（すなわち、空気チャンネル内の水蒸気の分圧よりも低い分圧）は、水蒸気透過材料を通るＨ2Ｏの通過を更に容易にするために２次チャンネル又はチャンバ内で作り出すことができる。従って、空気チャンネルの反対側の水蒸気透過材料の側は、水蒸気透過材料の吸入側と呼ぶことができる。
Ｈ2Ｏが水蒸気透過材料を通過した状態で、凝結器による水蒸気の凝結を可能にするのに要求される最小飽和圧力に水蒸気透過材料の吸入側の水蒸気の分圧を増大させるために真空ポンプが使用される。すなわち、真空ポンプは、液体の水に水蒸気を凝結させることに適する範囲の圧力に水蒸気を圧縮し（例えば、約０．２５〜１．１ポンド／平方インチ絶対（ｐｓｉａ）の範囲）、より高い値は、凝結の望ましい条件に基づいて直列の複数の除湿ユニットを使用する実施形態に適用される。凝結器は、次に、液体状態に水蒸気を凝結し、得られる液体の水は、次に、液体の水を周囲条件下で排除することができるようにほぼ周囲圧力に加圧される。液体の水が排出される前に液体状態に水蒸気を凝結させることによってある一定の効率性が得られる。例えば、周囲圧力に液体の水を加圧するのは、周囲圧力に水蒸気を加圧するよりも要求されるエネルギが少なくて済む。本明細書に説明する除湿ユニットは、一般的に、使用するエネルギが従来システムより有意に少ないことも注意すべきである。
本明細書に説明する実施形態は、主として空気からの水蒸気の除去を可能にするように示されているが、他の実施形態は、空気からの他のＨ2Ｏ成分の除去を可能にすることができる。例えば、ある一定の実施形態において、水蒸気透過材料の代わりに、Ｈ2Ｏ透過材料を使用することができる。従って、Ｈ2Ｏ透過材料は、空気チャンネルから２次チャンネル又はチャンバへＨ2Ｏ透過材料を通るＨ2Ｏ成分（すなわち、水分子、気体状水蒸気、液体の水、吸着／脱着水分子、吸収／脱着水分子のような）の１つ、全て、又はあらゆる組合せの流れを可能にし、同時に空気チャンネルを通って流れる空気の他の成分の流れが水蒸気透過材料を通過するのを実質的に阻止することができる。換言すると、開示する実施形態は、空気からの水蒸気の除去に限定されるのではなく、空気からのＨ2Ｏの除去（すなわち、その状態のいずれにおいても）に限定される。しかし、簡潔性を期して、本明細書に説明する実施形態は、主として空気からの水蒸気の除去に重点を置いている。
図１は、本発明の開示の実施形態による除湿ユニット１０及び１つ又はそれよりも多くの蒸発冷却ユニット１２を有するＨＶＡＣシステム８の概略図である。図示のように、ある一定の実施形態において、除湿ユニット１０は、除湿ユニット１０の入口側で第１の蒸発冷却ユニット１２から比較的高い湿度を有する入口空気１４Ａを受け取ることができる。更に、ある一定の実施形態において、除湿ユニット１０は、比較的低湿度を有する出口空気１４Ｂを除湿ユニット１０の出口側に位置決めされた第２の蒸発冷却ユニット１２に排出することができる。ＨＶＡＣシステム８における蒸発冷却ユニット１２の態様及びその位置決めに対して、本明細書でより詳細に説明する。特に、図１は、除湿ユニット１０の入口側及び出口側での蒸発冷却ユニット１２を示すが、他の実施形態において、ＨＶＡＣシステム８は、除湿ユニット１０の上流の蒸発冷却ユニット１２のみ、又は除湿ユニット１０の下流の蒸発冷却ユニット１２のみを含むことができる。更に、より複雑な配置では、複数の除湿ユニット１０を複数の蒸発冷却ユニット１２と共に使用することができる。
除湿ユニット１０は、空気１４（すなわち、入口空気１４Ａ及び出口空気１４Ｂ）が通過する１つ又はそれよりも多くの空気チャンネル１６を含むことができる。更に、除湿ユニット１０は、１つ又はそれよりも多くの空気チャンネル１６の近くに１つ又はそれよりも多くの水蒸気チャンネル１８を含むことができる。図１に示すように、空気１４は、水蒸気チャンネル１８を通って流れない。むしろ、本明細書に説明する実施形態は、空気チャンネル１６内の空気１４から水蒸気チャンネル１８への水蒸気の通過を可能にし、従って、空気１４が除湿されて、水蒸気が水蒸気チャンネル１８内に蓄積する。特に、空気チャンネル１６内の空気１４からの水蒸気は、隣接空気チャンネル１６と水蒸気チャンネル１８間のインタフェース２０（すなわち、障壁又は膜）を通過させることができ、一方、空気１４の他の成分（例えば、窒素、酸素、二酸化炭素のような）は、インタフェース２０を通過することが阻止される。一般的に、水蒸気チャンネル１８は、インタフェース２０を通じて空気チャンネル１６内の空気１４からＨ2Ｏとして（すなわち、インタフェース２０を通じて水分子、気体状水蒸気、液体の水、吸着／脱着水分子、吸収／脱着水分子として）水蒸気を引き込む低圧を作り出すように密封される。
従って、湿度勾配が、空気チャンネル１６と隣接水蒸気チャンネル１８間に確立される。湿度勾配は、空気チャンネル１６と隣接水蒸気チャンネル１８間の圧力勾配によって生成される。特に、水蒸気チャンネル１８内の水蒸気の分圧は、空気チャンネル１６を通って流れる空気１４内の水蒸気が、インタフェース２０の吸入側（すなわち、水蒸気の低い方の分圧を有する水蒸気チャンネル１８）に向う傾向があるように空気チャンネル１６内の水蒸気の分圧よりも低いレベルに維持される。
この実施形態により、Ｈ2Ｏ以外の空気の成分がインタフェース２０を通過するのを実質的に阻止することができる。換言すると、ある一定の実施形態において、Ｈ2Ｏ以外の空気１４の成分（例えば、窒素、酸素、二酸化炭素のような）の約９５％又はそれよりも多く、約９６％又はそれよりも多く、約９７％又はそれよりも多く、約９８％又はそれよりも多く、又は約９９％又はそれよりも多くがインタフェース２０を通過するのを阻止することができる。Ｈ2Ｏ以外の成分の１００％を阻止する理想的なインタフェース２０と比較した時に、Ｈ2Ｏ以外の成分の９９．５％を阻止するインタフェース２０では、約２〜４％の効率低減が発生する。従って、効率に対するこれらの悪影響を最小にするためにＨ2Ｏ以外の成分を定期的に除去（purge）することができる。
図２Ａは、本発明の開示の実施形態による複数の並列の空気チャンネル１６及び水蒸気チャンネル１８を有する図１の除湿ユニット１０の斜視図である。図２Ａに示す実施形態において、空気チャンネル１６及び水蒸気チャンネル１８は、隣接空気チャンネル１６と水蒸気チャンネル１８間のインタフェース２０の相当な量の表面積をもたらす全体的に直線的チャンネルである。更に、全体的に直線的チャンネル１６、１８により、空気１４が空気チャンネル１６を出る前に空気チャンネル１６の経路に沿って水蒸気２６Ａを除去することができる。換言すると、比較的湿った入口空気１４Ａ（例えば、空気が冷暖房に適切であるであるように５５°Ｆ又はそれよりも高い露点の空気）は、直線的に空気チャンネル１６を通過し、比較的乾燥した出口空気１４Ｂとして出るが、その理由は、空気１４がインタフェースの周囲圧力側（すなわち、空気チャンネル１６内のインタフェース２０側）に沿って２０を横切る時に湿気が除去されるからである。単一のユニットが６０°Ｆ又はそれ未満の飽和圧力まで除湿する実施形態において、インタフェース２０の吸入側（すなわち、水蒸気チャンネル１８内のインタフェース２０の側）は、インタフェース２０の周囲圧力側の水蒸気の分圧よりも低い水蒸気の分圧に一般的に維持されることになる。
図２Ａに示すように、水蒸気チャンネル１８の各々は、水蒸気チャンネル１８内の水蒸気が除去される水蒸気チャンネル出口２２と接続される。図２Ａに示すように、ある一定の実施形態において、水蒸気チャンネル出口２２は、水蒸気出口マニホルド２４を通じて接続することができ、水蒸気チャンネル１８の全てからの水蒸気２６Ａは、チューブ又はチャンバのような単一の水蒸気真空容積２８において結合される。空気チャンネル１６及び水蒸気チャンネル１８の他の構成を実施することができる。別の例として、図２Ｂは、本発明の開示の実施形態による単一の水蒸気チャンネル１８の内側に位置する単一の空気チャンネル１６を有する図１の除湿ユニット１０の斜視図である。図示のように、空気チャンネル１６は、より大きい同心の円筒形水蒸気チャンネル１８に位置する円筒形空気チャンネルとすることができる。図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態は、例示的であり、制限的であることは意図しない。
図３は、本発明の開示の実施形態による図１、図２Ａ、及び図２Ｂの除湿ユニット１０の空気チャンネル１８及び隣接水蒸気チャンネル１２の平面図である。図３では、水蒸気２６の描写は、例示を目的として誇張されている。特に、空気１４からの水蒸気２６は、空気チャンネル１６と隣接水蒸気チャンネル１８間のインタフェース２０をＨ2Ｏとして（すなわち、インタフェース２０を通じて水分子、気体状水蒸気、液体の水、吸着／脱着水分子、吸収／脱着水分子などとして）通過するように示されている。逆に、空気１４の他の成分３０（例えば、窒素、酸素、二酸化炭素のような）は、空気チャンネル１６と隣接水蒸気チャンネル１８間のインタフェース２０を通過するのを阻止されるように示されている。
ある一定の実施形態において、インタフェース２０は、他の成分３０の流れを阻止しながら、水蒸気透過性であり、かつ膜の透過容積を通るＨ2Ｏの流れを可能にする膜を含むことができる。また、Ｈ2Ｏは、インタフェース２０を通過する時に、インタフェース２０を通る水の状態の１つ、全て、又はあらゆる組合せとして（例えば、水蒸気、液体の水、吸着／脱着水分子、吸収／脱着水分子などとして）実際に通過することができることに注意すべきである。例えば、一実施形態において、インタフェース２０は、水分子を吸着／脱着することができる。別の例では、インタフェース２０は、水分子を吸着／脱着し、かつ水蒸気の通過を可能にすることができる。他の実施形態において、インタフェース２０は、他の状態の組合せで水の通過を容易にすることができる。インタフェース２０は、空気１４の流路に沿って延びる。従って、水蒸気２６は、比較的湿った入口空気１４Ａが空気チャンネル１６を通過する時に連続的にインタフェース２０の片側から除去される。
従って、空気チャンネル１６を通過する空気１４の除湿は、空気１４が空気チャンネル１６の流路に沿って進行し、入口空気１４Ａ位置から出口空気１４Ｂ位置まで連続的に空気チャンネル１６の近くのインタフェース２０に接触する時に徐々に水蒸気２６を空気１４の他の成分３０から分離することによって達成される。
ある一定の実施形態において、水蒸気チャンネル１８は、水蒸気２６の低い方の分圧（すなわち、空気チャンネル１６内の水蒸気の分圧よりも低い分圧）が水蒸気チャンネル１８内で作り出されるように除湿ユニット１０の使用前に排気される。例えば、水蒸気チャンネル１８内の水蒸気２６の分圧は、通常の作動中に約０．１０〜０．２５ｐｓｉａの範囲とすることができ、この範囲は、６０°Ｆの飽和圧力又はそれ未満への除湿に対応する。この例では、０．０１ｐｓｉａ範囲の初期条件は、非凝結物を除去するのに使用することができ、一方、空気チャンネル１６内の水蒸気の分圧は、約０．２〜１．０ｐｓｉａの範囲とすることができる。しかし、ある一定の時間に、水蒸気チャンネル１８内の水蒸気と空気チャンネル１６の分圧間の圧力差が０．０１ｐｓｉａもの低さ（又はそれよりも低い）である場合がある。水蒸気チャンネル１８内の水蒸気の低い方の分圧は、更に水蒸気チャンネル１８への空気チャンネル１６からの水蒸気２６の流れを容易にするが、その理由は、空気チャンネル１６を通過する空気１４は、局所的周囲圧力（すなわち、海水面での約１４．７ｐｓｉａ）であるからである。空気チャンネル１６内の空気１４内の水蒸気の分圧は、水蒸気チャンネル１８内の水蒸気２６の分圧よりも高いので、空気チャンネル１６から水蒸気チャンネル１８までの圧力勾配が作り出される。上述したように、隣接空気チャンネル１６と水蒸気チャンネル１８間のインタフェース２０は、障壁を提供し、かつ実質的に水蒸気２６のみが空気チャンネル１６内の空気１４から水蒸気チャンネル１８に流入することを可能にする。従って、空気チャンネル１６を通って流れる空気１４は、入口空気１４Ａから出口空気１４Ｂまで湿度が一般的に減少することになる。
空気チャンネル１６と水蒸気チャンネル１８間のインタフェース２０としての水蒸気透過膜の使用には、多くの利点がある。特に、一部の実施形態において、空気チャンネル１６から水蒸気チャンネル１８まで湿度勾配を生成するために付加的なエネルギは要求されない。更に、一部の実施形態において、再生は関わらないし、環境排出物（例えば、固体、液体、又は気体）は生成されない。実際に、一実施形態により、水透過膜（すなわち、インタフェース２０）を通る空気１４の他の成分３０からの水蒸気２６の分離は、空気流から直接に水を凝結するのに使用される圧縮器技術を遥かに超えるエネルギ効率で達成することができる。
水蒸気透過膜は、水蒸気透過性が高いので、除湿ユニット１０の作動コストを最小にすることができ、その理由は、空気チャンネル１６を通って流れる空気１４は、インタフェース２０を通るＨ2Ｏの通過を容易にするように実質的に加圧する必要がないからである。水蒸気透過膜は、空気１４からの水蒸気の透過にも選択性が高い。換言すると、水蒸気透過膜は、水蒸気以外の空気１４の成分３０が水蒸気チャンネル１８に入るのを阻止するのに非常に効率的である。これは有利なことであるが、その理由は、Ｈ2Ｏは、圧力勾配のために（すなわち、水蒸気チャンネル１８内の水蒸気の低い方の分圧のために）インタフェース２０を通じて通過するからであり、水蒸気チャンネル１８への透過又は漏気１４があれば、水蒸気チャンネル１８を排気するのに使用される真空ポンプの電力消費量が増大する。更に、水蒸気透過膜は、空気チャンネル１６及び水蒸気チャンネル１８の空気汚染、生物学的劣化、及び機械的侵食に抵抗するほど十分に頑丈である。水蒸気透過膜は、一実施形態により、高温で湿潤な空気環境においてバクテリア付着及び成長に抵抗することができる。
水蒸気透過膜（すなわち、インタフェース２０）に使用される材料の一例は、薄い多孔性金属板上で支持されたゼオライトである。特に、ある一定の実施形態において、超極薄（例えば、約２μｍよりも小さい）高密ゼオライト膜薄膜は、厚み約５０μｍの多孔性金属板上に堆積させることができる。得られる膜シートは、除湿ユニット１０に使用すべき膜分離モジュールに装着することができる。図４は、本発明の開示の実施形態による図１〜図３の除湿ユニット１０の水蒸気チャンネル１８として使用することができる膜を使用して形成された分離モジュール３２の斜視図である。２つの膜シート３４、３６は、折り畳んで約５ｍｍの幅ｗmsmを有する水蒸気のためのチャンネルと共に約矩形状に共に装着することができる。分離モジュール３２は、膜塗面が空気１４に露出されるように除湿ユニット１０内に位置決めすることができる。金属支持シートの薄さにより、未加工の金属材料の重み及び費用が低減されると共に、膜シート３４、３６上に堆積した水蒸気透過膜薄膜を通じてＨ2Ｏ拡散に対する抵抗も最小にされる。シート３４、３６の金属性により、分離モジュール３２が約６０ｐｓｉ（すなわち、周囲圧力の約４倍）よりも大きい圧力勾配に耐えることができるように装着に向けて機械的強度及び柔軟性が得られる。
空気１４の他の成分３０からの水蒸気の分離により、約１．０ｋｇ／ｍ2／ｈ（例えば、約０．５〜２．０ｋｇ／ｍ2／ｈの範囲）の水蒸気透過流束及び約５−２００＋の空気：水蒸気選択度範囲を作り出すことができる。従って、除湿ユニット１２の効率は、比較的低い製造費用で他の従来の除湿技術と比較して比較的高い。一例として、周囲条件下で１トンの空気冷却負荷を除湿するために、インタフェース２０の膜面積の約７〜１０ｍ2が必要とされる場合がある。このような空気冷却負荷を処理するために、ある一定の実施形態において、約４５０ｍｍの高さｈmsm、約４５０ｍｍの長さｌmsm、及び約５ｍｍの幅ｗmsmを有する１７〜２０個の分離モジュール３２を使用することができる。これらの分離モジュール３２を除湿ユニット１０において隣合わせで組み込むことができ、分離モジュール３２間に約２ｍｍの間隙ができる。これらの間隙より、空気１４が流れる空気チャンネル１６が定められる。この実施に説明する測定値は、例示的であり、制限的であることは意図しない。
図５は、本発明の開示の実施形態による図１〜図３の除湿ユニット１２を通って流れる湿潤空気１４の温度及び重量絶対湿度の湿度線図である。特に、湿度線図３８のｘ軸４０は、図１の空気チャンネル１６を通って流れる空気１４の温度に対応し、湿度線図３８のｙ軸４２は、空気チャンネル１６を通って流れる空気１４の重量絶対湿度に対応し、曲線４４は、空気チャンネル１６を通って流れる空気１４の水蒸気飽和曲線を表している。線４６によって示すように、水蒸気は空気チャンネル１６を通って流れる空気１４から除去されるので、図１〜図３の除湿ユニット１２からの出口空気１４Ｂ（すなわち、点４８）の重量絶対湿度は、図１〜図３の除湿ユニット１２への入口空気１４Ａ（すなわち、点５０）の重量絶対湿度よりも低く、一方、出口空気１４Ｂ及び入口空気１４Ａの温度は、実質的に同じことである。
図１にここで戻ると、上述したように、水蒸気２６の低い方の分圧（すなわち、空気チャンネル１６内の水蒸気の分圧よりも低い分圧）が、空気チャンネル１６から水蒸気チャンネル１８へのインタフェース２０を通るＨ2Ｏの通過を更に容易にするために除湿ユニット１０の水蒸気チャンネル１８内で作り出される。ある一定の実施形態において、真空ポンプ５２を使用して水蒸気チャンネル１８を最初に排気することができる。特に、真空ポンプ５２は、水蒸気チャンネル１８及び水蒸気真空容積２８、並びに図２Ａの水蒸気出口２２及び水蒸気マニホルド２４を排気することができる。しかし、他の実施形態において、真空ポンプ５２とは別のポンプを使用し、水蒸気チャンネル１８、水蒸気真空容積２８、水蒸気出口２２、及び水蒸気マニホルド２４を排気することができる。図１に示すように、除湿ユニット１０内の空気１４から除去される水蒸気２６は、水蒸気真空容積２８（すなわち、真空ポンプ５２の吸入側）内の水蒸気２６Ａと真空ポンプ５２の排気側（すなわち、出口）から放出される水蒸気２６Ｂ（すなわち、凝結ユニットに供給された水蒸気２６Ｂ）との間で区別することができる。一般的に、真空ポンプ５２から放出される水蒸気２６Ｂは、水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａよりも僅かに高い圧力及び高い温度を有することになる。真空ポンプ５２は、圧縮器、又は真空ポンプ５２の吸入側で湿り空気１４内の水蒸気の分圧よりも低い圧力を維持することができるあらゆる他の適切な増圧デバイスとすることができる。
例えば、水蒸気真空容積２８内に維持される水蒸気２６Ａの低い方の分圧は、約０．１５〜０．２５ｐｓｉａの範囲とすることができ、これは、約４５°Ｆ〜６０°Ｆの飽和温度に対応し、水蒸気２６Ａは、典型的には約６５〜７５°Ｆの範囲である。しかし、他の実施形態において、約０．０１〜０．２５ｐｓｉａの範囲の水蒸気の分圧及び最高大気温度までの５５°Ｆの範囲の温度で水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａを維持することができる。ある一定の実施形態は、空気１４から水蒸気を除去する機能を増大させて、周囲条件によりこの作動モードが許容される時に蒸発冷却器が全ての空調負荷を処理することを可能にするために０．０１ｐｓｉａの範囲に水蒸気真空容積２８内の分圧を下げるように設計することができる。
ある一定の実施形態において、真空ポンプ５２は、インタフェース２０の周囲圧力側の水蒸気の分圧よりも低い分圧に水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの圧力（すなわち、空気チャンネル１６内の空気１４の分圧）を低減するように構成された低圧ポンプである。真空ポンプ５２の排気側では、水蒸気２６Ｂの分圧は、ちょうど水蒸気の凝結（すなわち、凝結ユニット５４内の）を容易にするのに十分な高さに増大される。実際に、真空ポンプ５２は、凝結ユニット５４内の水蒸気２６Ｂが凝結ユニット５４内の最小飽和圧力に最も近い圧力にあるように圧力を増大させるように構成される。
一例として、作動時に、空気１４は、０．３２ｐｓｉａの水蒸気の分圧でシステムに入ることができ、これは、乾燥空気ポンドにつき０．０１４ポンドのＨ2Ｏの重量絶対湿度に対応する。システムは、乾燥空気ポンドにつき０．００５ポンドのＨ2Ｏを空気１４から除去するように設定することができる。インタフェース２０にわたる圧力差を使用して、インタフェース２０を通るＨ2Ｏの流れを作り出すことができる。例えば、水蒸気真空容積２８内の水蒸気の分圧は、約０．１ｐｓｉａに設定することができる。水蒸気２６Ｂの圧力は、主として断熱的な過程で真空ポンプ５２により増大され、水蒸気２６Ｂの圧力が増加する時に温度も同様に増加する（インタフェース２０にわたる比較的取るに足りない温度差とは対照的に）。従って、例えば、水蒸気２６Ｂの圧力を０．３ｐｓｉ真空ポンプ５２で増大させた場合に（すなわち、約０．４ｐｓｉａまで）、凝結ユニット５４は、約７２〜７３°Ｆの温度で水蒸気２６Ｂを凝結させることができ、水蒸気２６Ｂの温度は、凝結器温度よりも実質的に高い温度に増加することになる。システムは、真空ポンプ５２から放出される水蒸気２６Ｂがちょうど凝結ユニット５４内の凝結を容易にするのに十分な高い水蒸気の分圧を有することを保証するために、上流水蒸気２６Ａ及び下流水蒸気２６Ｂの両方の圧力及び温度条件を絶えずモニタすることができる。このシナリオに示す圧力値及び温度値は、例示的であり、制限的であることは意図しないことに注意すべきである。
真空ポンプ５２に入る水蒸気２６Ａから真空ポンプ５２を出る水蒸気２６Ｂまでの圧力差が増加すると、除湿ユニット１０の効率は減少することに注意されたい。例えば、好ましい実施形態において、真空ポンプ５２は、水蒸気２６Ｂを凝結するために凝結ユニット５４によって使用される冷媒（すなわち、空気又は水）の最低大気温度での飽和圧力を僅かに超えるように凝結ユニット５４内の水蒸気２６Ｂの圧力を調節するように設定されることになる。別の実施形態において、水蒸気２６Ｂの温度を使用して凝結ユニット５４内の圧力を制御することができる。真空ポンプ５２から放出される水蒸気２６Ｂの温度は、湿り空気１４Ａよりも実質的に暖かくなる場合がある（例えば、この温度は、様々なファクタに基づいて約２００°Ｆ又はそれよりも上に到達する可能性がある）。真空ポンプ５２は、水蒸気２６Ｂの凝結が容易にされる点まで水蒸気２６Ｂの圧力を増大させるだけなので（すなわち、ほぼ飽和圧力）、真空ポンプ５２の電力要件は、比較的小さく、従って、除湿ユニット１０から高い効率が得られる。
水蒸気２６Ｂが真空ポンプ５２によりも僅かに加圧（すなわち、圧縮）された状態で、水蒸気２６Ｂが凝結ユニット５４に誘導され、水蒸気２６Ｂは、液体状態に凝結される。
ある一定の実施形態において、凝結ユニット５４は、凝結コイル５６、パイプ／チューブ凝結器、平板凝結器、又は水蒸気２６Ｂの凝結点よりも低い温度をもたらすあらゆる他の適切なシステムを含むことができる。凝結ユニット５４は、空冷式又は水冷式とすることができる。例えば、ある一定の実施形態において、凝結ユニット５４は、冷却塔からの外気又は水により冷却することができる。従って、凝結ユニット５４の作動コストは、外気及び冷却塔水が比較的無限に供給されるので比較的低くなると考えられる。
水蒸気２６Ｂが液体状態に凝結された状態で、ある一定の実施形態において、凝結ユニット５４からの液体の水を飽和蒸気及び液体の水の一時的な貯蔵に向けてリザーバ５８に誘導することができる。しかし、他の実施形態において、リザーバ５８は使用することができない。いずれの場合でも、凝結ユニット５４からの液体の水は、液体ポンプ６０（すなわち、水移送デバイス）に誘導することができ、この中で、液体の水を周囲条件下で排除することができるように、凝結ユニット５４からの液体の水の圧力は、ほぼ周囲圧力（すなわち、約１４．７ｐｓｉａ）に増大される。従って、液体ポンプ６０は、ほぼ周囲圧力に凝結ユニット５４からの液体の水の圧力を増大させるためにちょうど十分な大ささにサイズ設定することができる。従って、液体ポンプ６０の作動コストは、比較的低いと考えられる。更に、液体ポンプ６０からの液体の水は、液体の水の圧力の増加のために僅かに高温である場合がある。従って、ある一定の実施形態において、家庭用熱湯として使用されるように加熱された液体の水を移送することができ、液体の水内に移送された熱を再捕捉することによってシステムの効率が更に増大する。
上述したように、空気チャンネル１６と水蒸気チャンネル１８間のインタフェース２０は、一般的に、ある一定の実施形態において、Ｈ2Ｏのみが空気チャンネル１６から水蒸気チャンネル１８まで通過することを可能にするが、空気１４の他の成分３０の非常に最小の量（例えば、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、又は他の非凝結成分の１％よりも少ない）は、空気チャンネル１６から水蒸気チャンネル１８までインタフェース２０を通過することができる。時間と共に、他の成分３０の量は、水蒸気チャンネル１８内に（並びに図２Ａの水蒸気真空容積２８、水蒸気出口２２、及び水蒸気マニホルド２４内に）蓄積すると考えられる。一般的に、これらの他の成分３０は、凝結ユニット５４に使用される凝結器温度範囲で非凝結物である。従って、成分３０は、真空ポンプ５２及び真空ポンプ５２の下流の全ての他の機器（特に、凝結ユニット５４）の性能に悪影響を与える可能性がある。
従って、ある一定の実施形態において、第２の真空ポンプは、水蒸気真空容積２８から定期的に他の成分３０を除去するのに使用することができる。図６は、本発明の開示の実施形態によるＨＶＡＣシステム８及び除湿ユニット１０及び除湿ユニット１０の水蒸気真空容積２８内の水蒸気２８Ａから非凝結成分３０を除去するための真空ポンプ６２を有する図１の１つ又はそれよりも多くの蒸発冷却ユニット１２の概略図である。真空ポンプ６２は、ある一定の実施形態において、空気チャンネル１６から水蒸気チャンネル１８へのインタフェース２０を通るＨ2Ｏの通過を容易にする上述の水蒸気の低い方の分圧を作り出すために水蒸気真空容積２８（並びに水蒸気チャンネル１８、水蒸気出口２２、及び水蒸気マニホルド２４）を排気するのに使用されるのと同じポンプとすることができる。しかし、他の実施形態において、真空ポンプ６２は、水蒸気の低い方の分圧を作り出すために水蒸気真空容積２８を排気するのに使用されるポンプと異なるものとすることができる。
本明細書に説明する除湿ユニット１０は、様々な作動状態間で制御され、かつ除湿ユニット１２の作動条件に基づいて調節することができる。例えば、図７は、本発明の開示の実施形態によるＨＶＡＣシステム１０と、除湿ユニット１０と、ＨＶＡＣシステム１０及び除湿ユニット１０及び１つ又はそれよりも多くの蒸発冷却ユニットの様々な作動条件を制御するための制御システム６４を有する図６の１つ又はそれよりも多くの蒸発冷却ユニット１２との概略図である。制御システム６４は、１つ又はそれよりも多くのプロセッサ６６、例えば、１つ又はそれよりも多くの「汎用」マイクロプロセッサ、１つ又はそれよりも多くの専用マイクロプロセッサ及び／又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、又はこれらの処理構成要素の何らかの組合せを含むことができる。プロセッサ６６は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイスを使用して、例えば、除湿ユニット１０の構成要素（すなわち、真空ポンプ５２、６２、凝結ユニット５４、リザーバ５８、液体ポンプ６０、除湿ユニット１０を通る入口空気１４Ａを送風するファンのような他の機器、入口空気及び出口空気１４Ａ、１４Ｂの特性に関連する信号を生成するように構成されたセンサなど）及び１つ又はそれよりも多くの蒸発冷却ユニット１２から信号を受信し、かつそれらへ制御信号を出すことができる。プロセッサ６６は、入力としてこれらの信号を取って、除湿ユニット１０を通って流れる空気１４から水蒸気２６を除去しながら最も効率的に空気を冷却するために除去するために除湿ユニット１０のこれらの構成要素及び１つ又はそれよりも多くの蒸発冷却ユニット１２の機能を制御する方法を計算することができる。制御システム６４は、例えば、制御システム６４の１つ又はそれよりも多くのプロセッサ６６により処理すべき命令又はデータを記憶することができる固定コンピュータ可読媒体（すなわち、メモリ７０）を含むことができる。
例えば、制御システム６４は、真空ポンプ６２の電源を投入又は切断することにより、又は真空ポンプ６２が水蒸気２６Ａの非凝結成分３０を除去する速度を調節することにより、除湿ユニット１０の水蒸気真空容積２８からの水蒸気２６Ａの非凝結成分３０の除去の速度を制御するように構成することができる。より具体的には、ある一定の実施形態において、制御システム６４は、あまりに多くの非凝結成分３０が水蒸気真空容積２８内に含まれた水蒸気２６Ａに存在する時を検出する水蒸気真空容積２８内のセンサから信号を受信することができる。非凝結成分除去のこの工程は、定期的に作動する。空気１４から水蒸気２６を除去する「通常」作動では、真空ポンプ６２は、作動中ではない。非凝結成分３０が水蒸気真空容積２８内に蓄積する時に、水蒸気真空容積２８の内圧は、最終的には設定値に到達することになる。この時点で、真空ポンプ６２が電源投入されて、水蒸気真空容積２８内の内圧が別の設定値（例えば、開始真空圧よりも低い）に到達するまで全ての成分（すなわち、非凝結成分３０、並びに水蒸気を含むＨ2Ｏ）を除去することになる。次に、真空ポンプ６２が止まって、除湿ユニット１０が、通常作動モードに戻る。設定値は事前設定するか、又は動的に決定することができる。好ましい方法は、断続的に除去モードでのみ作動する真空ポンプ６２を有することであることになる。
制御システム６４によって達成することができる制御のタイプの別の例は、除湿ユニット１０の水蒸気除去機能及び効率を変更するように、水蒸気真空容積２８（並びに水蒸気チャンネル１８、水蒸気出口２２、及び水蒸気マニホルド２４）内に維持される水蒸気２６Ａの低い方の分圧を調節することである。例えば、制御システム６４は、水蒸気真空容積２８、水蒸気チャンネル１８、水蒸気出口２２、及び／又は水蒸気マニホルド２４内の圧力センサからの信号、並びに取りわけ入口空気１４Ａ及び出口空気１４Ｂの特性（例えば、温度、圧力、流量、及び相対湿度など）に関連するセンサによって生成された信号を受信することができる。制御システム６４は、この情報を使用し、インタフェース２０を通る空気チャンネル１６から水蒸気チャンネル１８への水蒸気２６の除去の速度を増加又は低減するために、水蒸気２６Ａの低い方の分圧を調節する（例えば、空気チャンネル１６を通って流れる空気１４内の水蒸気の分圧に対して）方法を決定することができる。
例えば、水蒸気除去増量化が望ましい場合に、水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの低い方の分圧を低減することができ、逆に、水蒸気除去減量化が望ましい場合に、水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの低い方の分圧を増大させることができる。更に、ある一定の実施形態において、除湿（すなわち、水蒸気除去）の量は、除湿ユニット１０の効率を改善するために循環させることができる。より具体的には、ある一定の作動条件下で、除湿ユニット１０は、水蒸気除去速度が速いほど効率的に機能することができる。従って、ある一定の実施形態において、除湿ユニット１０は、しばらく空気１４から最大量の水蒸気を除去し、次に、しばらく比較的空気１４から水蒸気を除去せず、次に、しばらく空気１４から最大量の水蒸気を除去するように循環させることができる等々である。換言すると、水蒸気が除去されない他の期間と交替する期間にわたって全水蒸気除去機能を用いて除湿ユニット１０を作動させることができる。更に、制御システム６４は、除湿ユニット１０の起動及び作動停止シーケンスを制御するように構成することができる。
除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット１２は、多くの様々なモードかつ異なる作動条件下で設計及び作動することができる。一般的に、除湿ユニット１０は、空気チャンネル１６を通って流れる空気１４の水蒸気分圧よりも低い水蒸気分圧で水蒸気真空容積２８（並びに水蒸気チャンネル１８、水蒸気出口２２、及び水蒸気マニホルド２４）と共に作動することになる。ある一定の実施形態において、除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット１２は、専用外気システム（ＤＯＡＳ）での使用に向けて最適化することができ、空気１４は、約５５〜１００°Ｆの範囲の温度及び約５５〜１００％の範囲の相対湿度を有することができる。他の実施形態において、除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット１２は、約７０〜８５°Ｆの範囲の温度及び約５５〜６５％の範囲の相対湿度を有する循環空気に向けて住宅などに対して最適化することができる。同様に、ある一定の実施形態において、除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット１２は、市販の建物循環空気システムにおける外気の除湿に向けて最適化することができ、それによって約５５〜１１０°Ｆの範囲の温度及び約５５〜１００％の範囲の相対湿度を有する入口空気１４Ａが除湿される。出口空気１４Ｂの方が、冷却が出口空気１４Ｂに行われない限り、湿度が少なく、入口空気１４Ａとほぼ同じ温度を有する。
本明細書に説明する除湿ユニット１０は、空気１４Ａを除湿するのに必要とされる圧力が比較的低いために、必要とされる作動電力が従来の除湿システムよりも少ない。これは、少なくとも部分的には、インタフェース２０に水蒸気２６を強制に通過させるために過剰な圧力を必要とすることなく空気１４から水蒸気２６を効率的に除去するインタフェース２０（すなわち、水蒸気透過膜）の機能による。例えば、一実施形態において、除湿ユニット１０を作動するのに必要とされる最小電力は、空気１４を除湿ユニット１０に通すのに必要とされるファン電力、ほぼ飽和圧力（例えば、約１．０ｐｓｉａまで、又は特定の凝結温度に対応する飽和圧力、例えば、約１００°Ｆまで）に水蒸気２６を圧縮する真空ポンプ５２の圧縮電力、凝結ユニット５４のポンプ及び／又はファン電力（例えば、冷却塔水又は外気が冷却媒体として使用されたか否かによる）、周囲条件下で凝結ユニット５４から液体の水を排除する液体ポンプ６０のポンプ電力、及び除湿ユニット１０の水蒸気真空容積２８の中へ漏れる非凝結成分３０を除去する真空ポンプ６２電力のみを含む。
従って、除湿ユニット１０を作動するのに必要とされる唯一の比較的主要な電力は、ほぼ飽和圧力まで水蒸気２６を圧縮する（例えば、約１．０ｐｓｉａにのみ、又は特定の凝結温度に対応する飽和圧力、約１００°Ｆに）真空ポンプ５２の圧縮電力である。上述したように、この電力は、比較的低く、従って、除湿ユニット１０を作動することは、従来の冷凍圧縮除湿システムに対して比較的廉価である。更に、実施形態の計算により、除湿ユニット１０は、これらの従来の除湿システムの少なくとも２倍の高さ（又は作動条件に基づいて、最大５倍の高さでさえも）の効率（ＣＯＰ）を有することが公知である。更に、除湿ユニット１０は、従来の除湿システム内においてよく行われるように空気を必要とする温度未満に空気の温度を低減することなく空気の除湿を可能にする。
ある一定の実施形態において、上述したように、図１〜図７に関して説明する除湿ユニット１０を１つ又はそれよりも多くの蒸発冷却ユニット１２と共に使用することができる。例えば、図８は、本発明の開示の実施形態による除湿ユニット１０の上流に配置された蒸発冷却ユニット７４を有するＨＶＡＣシステムの概略図である。図８のＨＶＡＣシステム７２は、一般的に、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０と同様に機能する。
しかし、図８に示すように、ＨＶＡＣシステム７２は、特に、除湿ユニット１０の上流に配置された蒸発冷却ユニット７４を含む。従って、ＨＶＡＣシステム７２は、最初に、除湿ユニット１０の代わりに蒸発冷却ユニット７４に比較的湿った入口空気１４Ａを受け取る。蒸発冷却ユニット７４は、比較的湿った入口空気１４Ａの温度を低減し、より冷たい（依然として比較的湿った）空気１４Ｂを排出し、より冷たい（依然として比較的湿った）空気１４Ｂは、ダクト７６を通じて除湿ユニット１０に誘導される。上述したように、より冷たい（依然として比較的湿潤）空気１４Ｂは、次に、除湿ユニット１０において除湿され、調整された空間へ比較的乾燥した空気１４Ｃとして排出される。
図８の蒸発冷却ユニット７４は、直接蒸発冷却ユニット又は間接蒸発冷却ユニットとすることができる。換言すると、蒸発冷却ユニット７４が直接蒸発冷却技術を使用する時に、比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８（例えば、比較的冷たい水）が、比較的湿った入口空気１４Ａに直接に追加される。しかし、蒸発冷却ユニット７４が間接蒸発冷却技術を使用する時に、比較的湿った空気１４Ａは、例えば、熱交換器のプレートの片側に沿って流れることができ、一方、比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８は、熱交換器のプレートの別の側に沿って流れる。換言すると、全体的に、比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８からの比較的冷たい湿気の一部が、比較的湿った空気１４Ａに間接的に追加される。蒸発冷却ユニット７４において直接蒸発冷却技術が使用されるか又は間接蒸発冷却技術が使用されるかは、図８のＨＶＡＣシステム７２を通る空気１４の湿度除去の速度及び温度降下に影響を与える。しかし、一般的に、図８の蒸発冷却ユニット７４は、最初に、特定の用途に向けてできるだけ低い温度に空気１４を冷却し、除湿ユニット１０は、ほぼ一定の温度で重量絶対湿度を下げる。
図示のように、図８のＨＶＡＣシステム１５０の構成要素の多くは、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム８の構成要素と同一と見なすことができる。例えば、上述したように、図８のＨＶＡＣシステム７２は、上述したように、凝結を容易にするのにちょうど十分な高い分圧を有する水蒸気２６Ｂを受け取る凝結ユニット５４を含む。ある一定の実施形態において、図８のＨＶＡＣシステム７２は、飽和蒸気及び液体の水の一時的な貯蔵に向けてリザーバ５８を含むことができる。しかし、上述したように、他の実施形態においては、リザーバを使用しない場合がある。いずれの場合でも、凝結ユニット５４からの液体の水を液体ポンプ６０に誘導することができ、この中で、液体の水を周囲条件で排除することができるように、凝結ユニット５４からの液体の水の圧力が、ほぼ周囲圧力（すなわち、約１４．７ｐｓｉａ）に増大される。
更に、図７の制御システム６４を図８のＨＶＡＣシステム７２に使用し、図７に関して上述したのと同様にＨＶＡＣシステム７２の作動を制御することができる。例えば、上述したように、制御システム６４は、真空ポンプ５２（又は別の真空ポンプ６２）の電源を投入又は切断することにより、又は真空ポンプ５２（又は別の真空ポンプ６２）が非凝結成分３０を除去する速度を調節することにより、水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの非凝結成分３０の除去の速度を制御するように構成することができる。より具体的には、ある一定の実施形態において、制御システム６４は、あまりに多くの非凝結成分３０が水蒸気真空容積２８内に含まれた水蒸気２６Ａに存在する時を検出する水蒸気真空容積２８内のセンサから信号を受信することができる。
更に、制御システム６４は、除湿ユニット１０の水蒸気除去機能及び効率を変更するように水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの低い方の分圧を調節することができる。例えば、制御システム６４は、水蒸気真空容積２８及び水蒸気チャンネル１８内の圧力センサからの信号、並びに取りわけ蒸発冷却ユニット７４、除湿ユニット１０、又はその両方内の空気１４の特性（例えば、温度、圧力、流量、及び相対湿度など）に関連するセンサによって生成された信号を受信することができる。
制御システム６４は、この情報を使用し、Ｈ2Ｏとして（すなわち、インタフェース２０を通る水分子、気体状水蒸気、液体の水、吸着／脱着水分子、吸収／脱着水分子などとして）除湿ユニット１０のインタフェース２０を通る空気チャンネル１６から水蒸気チャンネル１８への水蒸気２６の除去の速度を増加又は低減するように水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの低い方の分圧を調節する方法を決定することができる。例えば、水蒸気除去増量化が望ましい場合に、水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの低い方の分圧を低減することができ、逆に、水蒸気除去減量化が望ましい場合に、水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの低い方の分圧を増大することができる。更に、上述したように、除湿（すなわち、水蒸気除去）の量を循環させて、除湿ユニット１０の効率を改善することができる。より具体的には、ある一定の作動条件下で、除湿ユニット１０は、水蒸気除去速度が速いほど効率的に機能することができる。従って、ある一定の実施形態において、除湿ユニット１０を循環させて、しばらく空気１４から最大量の水蒸気を除去し、次に、しばらく比較的空気１４から水蒸気を除去せず、次に、しばらく空気１４から最大量の水蒸気を除去することができる等々である。換言すると、水蒸気が除去されない他の期間と交替する期間にわたって全水蒸気除去機能を用いて除湿ユニット１０を作動させることができる。
更に、制御システム６４を使用し、蒸発冷却ユニット７４の作動を制御することができる。例えば、制御システム６４は、どれだけの量の（直接又は間接）蒸発冷却が蒸発冷却ユニット７４において行われるかを選択的に調節することができる。一例として、弁を起動させて、蒸発冷却ユニット７４を通る比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８の流量を制御することができ、従って、蒸発冷却ユニット７４内の（直接又は間接）蒸発冷却の量が直接に影響を受ける。更に、蒸発冷却ユニット７４及び除湿ユニット１０の作動を同時に制御することができる。更に、制御システム６４は、蒸発冷却ユニット７４及び除湿ユニット１０の起動及び作動停止シーケンスを制御するように構成することができる。
図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の開示の実施形態による図８の蒸発冷却ユニット１５２及び除湿ユニット１０を通って流れる空気１４の温度及び重量絶対湿度の湿度線図８０、８２である。より具体的には、図９Ａは、本発明の開示の実施形態による図８の直接蒸発冷却ユニット７４及び除湿ユニット１０を通って流れる空気１４の温度及び重量絶対湿度の湿度線図８０であり、図９Ｂは、本発明の開示の実施形態による図８の間接蒸発冷却ユニット７４及び除湿ユニット１０を通って流れる空気１４の温度及び重量絶対湿度の湿度線図８２である。特に、各線図８０、８２において、ｘ軸８４は、図８の蒸発冷却ユニット７４及び除湿ユニット１０を通って流れる空気１４の温度に対応し、ｙ軸８６は、図８の蒸発冷却ユニット７４及び除湿ユニット１０を通って流れる空気１４の重量絶対湿度に対応し、曲線８８は、図８の蒸発冷却ユニット７４及び除湿ユニット１０を通って流れる空気１４の所定の相対湿度に関する水蒸気飽和曲線を表している。
図９Ａの線９０によって示すように、比較的冷たいかつ湿潤な媒体１５６が直接蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４に直接に導入されるので、直接蒸発冷却ユニット７４からの空気１４Ｂ（すなわち、点９２）の重量絶対湿度は、直接蒸発冷却ユニット７４への入口空気１４Ａ（すなわち、点９４）の重量絶対湿度よりも実質的に高い。しかし、直接蒸発冷却ユニット７４からの空気１４Ｂ（すなわち、点９２）の温度は、蒸発冷却ユニット７４への入口空気１４Ａ（すなわち、点９４）の温度よりも実質的に低い。図１２Ａの線９６によって示すように、水蒸気２６が除湿ユニット１０を通って流れる空気１４Ｂから除去されるので、除湿ユニット１０からの出口空気１４Ｃ（すなわち、点９８）の重量絶対湿度は、除湿ユニット１０への空気１４Ｂ（すなわち、点９２）の重量絶対湿度よりも低く、一方、出口空気１４Ｃ及び空気１４Ｂの温度は、実質的に同じである。実際に、直接蒸発冷却ユニット７４は、空気１４を加湿及び冷却し、一方、除湿ユニット１０は、次に、実質的に一定の温度で空気１４を除湿する。
図９Ｂの線１００によって示すように、比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８が間接蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４内に間接的に導入されるので、間接蒸発冷却ユニット７４からの空気１４Ｂ（すなわち、点１０２）の重量絶対湿度は、間接蒸発冷却ユニット７４への入口空気１４Ａ（すなわち、点１０４）の重量絶対湿度と実質的に同じである。しかし、間接蒸発冷却ユニット７４からの空気１４Ｂ（すなわち、点１０２）の温度は、間接蒸発冷却ユニット７４への入口空気１４Ａ（すなわち、点１０４）の温度よりも実質的に低い。図９Ｂの線１０６によって示すように、水蒸気２６が除湿ユニット１０を通って流れる空気１４Ｂから除去されるので、除湿ユニット１０からの出口空気１４Ｃ（すなわち、点１０８）の重量絶対湿度は、除湿ユニット１０への空気１４Ｂ（すなわち、点１０２）の重量絶対湿度よりも低く、一方、出口空気１４Ｃ及び空気１４Ｂの温度は、実質的に同じである。実際に、間接蒸発冷却ユニット７４は、空気１４を冷却し（実質的に加湿することなく）、一方、除湿ユニット１０は、次に、実質的に一定の温度で空気１４を除湿する。
上述したように、図８の制御システム６４は、蒸発冷却ユニット７４及び除湿ユニット１０の作動を制御するように構成することができる。例えば、制御システム６４は、直接蒸発冷却技術及び間接蒸発冷却技術がそれぞれ図８の蒸発冷却ユニット７４に使用される時に、どこで空気１４の点９２、９４、９８、及び点１０２、１０４、１０８が図９Ａ及び図９Ｂの湿度線図８０、８２に該当するかを調節するように構成することができる。
図１０は、本発明の開示の実施形態による除湿ユニット１０の下流に配置された蒸発冷却ユニット７４を有するＨＶＡＣシステム１１０の概略図である。図１０のＨＶＡＣシステム１１０は、一般的に、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム８及び図８のＨＶＡＣシステム７２と同様に機能する。しかし、図１０に示すように、ＨＶＡＣシステム１１０は、最初に、除湿ユニット１０に比較的湿った入口空気１４Ａを受け取る。上述したように、比較的湿った入口空気１４Ａは、最初に、除湿ユニット１０において除湿されて、ダクト７６へ比較的乾燥した空気１４Ｂとして排出される。蒸発冷却ユニット７４は、次に、乾燥空気１４Ｂの温度を低減し、調整された空間により冷たい乾燥空気１４Ｃを排出する。
図８に関して上述したように、図１０の蒸発冷却ユニット７４は、直接蒸発冷却ユニット又は間接蒸発冷却ユニットとすることができる。換言すると、蒸発冷却ユニット７４が直接蒸発冷却技術を使用する時に、比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８（例えば、比較的冷たい水）が、ダクト７６内の比較的乾燥した空気１４Ｂに直接に追加される。しかし、蒸発冷却ユニット７４が間接蒸発冷却技術を使用する時に、比較的乾燥した空気１４Ｂは、例えば、熱交換器のプレートの片側に沿って流れることができ、一方、比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８は、熱交換器のプレートの別の側に沿って流れる。換言すると、一般的に、比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８からの比較的冷たい湿気の一部は、ダクト７６内の比較的乾燥した空気１４Ｂに間接的に追加される。蒸発冷却ユニット７４において直接蒸発冷却技術が使用されるか又は間接蒸発冷却技術が使用されるかは、図１０のＨＶＡＣシステム１１０を通る空気１４の湿度除去の速度及び温度降下に影響を与える。しかし、一般的に、除湿ユニット１０は、最初に、ほぼ一定の温度で重量絶対湿度を下げ、図８の蒸発冷却ユニット７４は、特定の用途に向けてできるだけ低い温度に空気１４を冷却する。
図示のように、図１０のＨＶＡＣシステム１１０の構成要素の多くは、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム８、及び図８のＨＶＡＣシステム７２の構成要素と同一と見なすことができる。例えば、上述したように、図１０のＨＶＡＣシステム１１０は、上述したように凝結を容易にするのにちょうど十分な高い分圧を有する水蒸気２６Ｂを受け取る凝結ユニット５４を含む。ある一定の実施形態において、図１０のＨＶＡＣシステム１１０は、飽和蒸気及び液体の水の一時的な貯蔵に向けてリザーバ５８を含むことができる。
しかし、上述したように、他の実施形態においては、リザーバを使用しない場合がある。
いずれの場合でも、凝結ユニット５４からの液体の水は、液体ポンプ６０に誘導することができ、この中で、液体の水を周囲条件で排除することができるように、凝結ユニット５４からの液体の水の圧力が、ほぼ周囲圧力（すなわち、約１４．７ｐｓｉａ）に増大される。
更に、図７及び図８の制御システム６４を図１０のＨＶＡＣシステム１１０に使用し、図７及び図８に関して上述したのと同様にＨＶＡＣシステム１１０の作動を制御することができる。例えば、上述したように、制御システム６４は、真空ポンプ５２（又は別の真空ポンプ６２）の電源を投入又は切断することにより、又は真空ポンプ５２（又は別の真空ポンプ６２）が非凝結成分３０を除去する速度を調節することにより、水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの非凝結成分３０の除去の速度を制御するように構成することができる。より具体的には、ある一定の実施形態において、制御システム６４は、あまりに多くの非凝結成分３０が水蒸気真空容積２８内に含まれた水蒸気２６Ａに存在する時を検出する水蒸気真空容積２８内のセンサから信号を受信することができる。
更に、制御システム６４は、除湿ユニット１０の水蒸気除去機能及び効率を変更するように水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの低い方の分圧を調節することができる。例えば、制御システム６４は、水蒸気真空容積２８及び水蒸気チャンネル１８内の圧力センサからの信号、並びに取りわけ除湿ユニット１０、蒸発冷却ユニット７４、又はその両方内の空気１４の特性（例えば、温度、圧力、流量、及び相対湿度など）に関連するセンサによって生成された信号を受信することができる。
制御システム６４は、この情報を使用し、Ｈ2Ｏとして（すなわち、インタフェース２０を通じて脱着／吸着された原子水、気体状水蒸気、及び液体の水などとして）除湿ユニット１０のインタフェース２０を通る空気チャンネル１６から水蒸気チャンネル１８への水蒸気２６の除去の速度を増加又は低減するように水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの低い方の分圧を調節する方法を決定することができる。例えば、水蒸気除去増量化が望ましい場合に、水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの低い方の分圧を低減することができ、逆に、水蒸気除去減量化が望ましい場合に、水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの低い方の分圧を増大することができる。更に、上述したように、除湿（すなわち、水蒸気除去）の量を循環させて、除湿ユニット１０の効率を改善することができる。より具体的には、ある一定の作動条件下で、除湿ユニット１０は、水蒸気除去速度が速いほど効率的に機能することができる。従って、ある一定の実施形態において、除湿ユニット１０を循環させて、しばらく空気１４から最大量の水蒸気を除去し、次に、しばらく比較的空気１４から水蒸気を除去せず、次に、しばらく空気１４から最大量の水蒸気を除去することができる等々である。換言すると、除湿ユニット１０は、水蒸気が除去されない他の期間と交替する期間にわたって全水蒸気除去機能を用いて除湿ユニット１００、１０２、１０４を作動させることができる。
更に、制御システム６４を使用し、蒸発冷却ユニット７４の作動を制御することができる。例えば、制御システム６４は、どれだけの量の（直接又は間接）蒸発冷却が蒸発冷却ユニット７４において行われるかを選択的に調節することができる。一例として、弁を起動させて、蒸発冷却ユニット７４を通る比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８の流量を制御することができ、従って、蒸発冷却ユニット７４内の（直接又は間接）蒸発冷却の量が直接に影響を受ける。更に、除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット７４の作動を同時に制御することができる。更に、制御システム６４は、除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット７４の起動及び作動停止シーケンスを制御するように構成することができる。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の開示の実施形態による図１０の除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４の温度及び重量絶対湿度の湿度線図１１２、１１４である。より具体的には、図１１Ａは、本発明の開示の実施形態による図１０の除湿ユニット１０及び直接蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４の温度及び重量絶対湿度の湿度線図１１２であり、図１１Ｂは、本発明の開示の実施形態による図１０の除湿ユニット１０及び間接蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４の温度及び重量絶対湿度の湿度線図１１４である。特に、図１２Ａ及び図１２Ｂに関して上述したように、ｘ軸８４は、図１０の除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４の温度に対応し、ｙ軸８６は、図１０の除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４の重量絶対湿度に対応し、曲線８８は、図１０の除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット７４を通って流れる特定の相対的な空気１４の湿度に関する水蒸気飽和曲線を表している。
図１１Ａの線１１６によって示すように、水蒸気２６が除湿ユニット１０を通って流れる比較的湿った入口空気１４Ａから除去されるので、除湿ユニット１０からの比較的乾燥した空気１４Ｂ（すなわち、点１１８）の重量絶対湿度は、除湿ユニット１０への比較的湿った入口空気１４Ａ（すなわち、点１２０）の重量絶対湿度よりも低く、一方、比較的乾燥した空気１４Ｂ及び比較的湿った入口空気１４Ａの温度は、実質的に同じである。図１１Ａの線１１２によって示すように、比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８が直接蒸発冷却ユニット７４を通って流れる比較的乾燥した空気１４Ｂに直接に導入されるので、直接蒸発冷却ユニット７４からの出口空気１４Ｃ（すなわち、点１２４）の重量絶対湿度は、直接蒸発冷却ユニット７４への比較的乾燥した空気１４Ｂ（すなわち、点１１８）の重量絶対湿度よりも実質的に高い。しかし、直接蒸発冷却ユニット７４からの出口空気１４Ｃ（すなわち、点１２４）の温度は、直接蒸発冷却ユニット７４への比較的乾燥した空気１４Ｂ（すなわち、点１１８）の温度よりも実質的に低い。実際に、除湿ユニット１０は、実質的に一定の温度で空気１４を除湿し、一方、直接蒸発冷却ユニット７４は、空気１４を加湿及び冷却する。
図１１Ｂの線１２６によって示すように、水蒸気２６が除湿ユニット１０を通って流れる比較的湿った入口空気１４Ａから除去されるので、除湿ユニット１０からの比較的乾燥した空気１４Ｂ（すなわち、点１２８）の重量絶対湿度は、除湿ユニット１０内への比較的湿った入口空気１４Ａ（すなわち、点１３０）の重量絶対湿度よりも低く、一方、比較的乾燥した空気１４Ｂ及び比較的湿った入口空気１４Ａの温度は、実質的に同じである。図１１Ｂの線２１０によって示すように、比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８が間接蒸発冷却ユニット７４を通って流れる比較的乾燥した空気１４Ｂを間接的に冷却するので、間接蒸発冷却ユニット７４からの出口空気１４Ｃ（すなわち、点１３４）の重量絶対湿度は、間接蒸発冷却ユニット７４への比較的乾燥した空気１４Ｂ（すなわち、点１２８）の重量絶対湿度と実質的に同じである。しかし、間接蒸発冷却ユニット７４からの出口空気１４Ｃ（すなわち、点１３４）の温度は、間接蒸発冷却ユニット７４への比較的乾燥した空気１４Ｂ（すなわち、点１２８）の温度よりも実質的に低い。実際に、除湿ユニット１０は、実質的に一定の温度での空気１４を除湿し、一方、間接蒸発冷却ユニット７４は、空気１４を冷却する（実質的に加湿することなく）。
上述したように、図１０の制御システム６４は、除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット７４の作動を制御するように構成することができる。例えば、制御システム６４は、直接蒸発冷却技術及び間接蒸発冷却技術がそれぞれ図１０の蒸発冷却ユニット７４に使用される時に、どこで空気１４の点１１８、１２０、１２４、及び点１２８、１３０、１３４が図１１Ａ及び図１１Ｂの湿度線図１１２、１１４に該当するかを調節するように構成することができる。
図８及び図１０のＨＶＡＣシステム７２、１８８の実施形態は、除湿ユニット１０を蒸発冷却ユニット７４と結合することができる唯一の方法ではない。より具体的には、図８及び図１０は、互いに直列の単一の除湿ユニット１０及び単一の蒸発冷却ユニット７４の使用を示すが、他の実施形態において、あらゆる数の除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット７４を互いに直列に使用することができる。例えば、図１は、除湿ユニット１０の両側（すなわち、上流及び下流の両方）に配置された蒸発冷却ユニットを有する除湿ユニット１０を示している。別の例として、一実施形態において、第１の除湿ユニット１０の次に第１の蒸発冷却ユニット７４とすることができ、第１の蒸発冷却ユニット７４の次に第２の除湿ユニット１０があり、第２の除湿ユニット１０の次に第２の蒸発冷却ユニット７４がある等々である。しかし、あらゆる数の除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット７４を互いに直列に実際に使用することができ、各ユニット１０、７４を出る空気１４は、直列の次の下流ユニット１０、７４に誘導される（空気１４が調整された空間に排出される直列内の最終ユニット１０、７４を除く）。換言すると、直列内の各除湿ユニット１０を出る空気１４は、下流蒸発冷却ユニット７４（又は、直列内の最終ユニットである場合は調整された空間）に誘導され、直列内の各蒸発冷却ユニット７４を出る空気１４は、下流除湿ユニット１０（又は、直列内の最終ユニットである場合は、調整された空間）に誘導される。従って、空気１４の温度は、直列内の除湿ユニット１０間の各蒸発冷却ユニット７４において連続して下げることができ、空気１４の重量絶対湿度は、直列内の蒸発冷却ユニット７４間の各除湿ユニット１０において連続して下げることができる。この工程は、空気１４の温度及び重量絶対湿度の望ましい最終条件がもたらされるまで、あらゆる数の除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット内で続行することができる。
図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の開示の実施形態による複数の除湿ユニット１０及び複数の蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４の温度及び重量絶対湿度の湿度線図１３６、１３８である。より具体的には、図１２Ａは、本発明の開示の実施形態による複数の除湿ユニット１０及び複数の直接蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４の温度及び重量絶対湿度の湿度線図１３６であり、図１２Ｂは、本発明の開示の実施形態による複数の除湿ユニット１０及び複数の間接蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４の温度及び重量絶対湿度の湿度線図１３８である。特に、各線図１３６、１３８において、ｘ軸８４は、複数の除湿ユニット１０及び複数の蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４の温度に対応し、ｙ軸８６は、複数の除湿ユニット１０及び複数の蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４の重量絶対湿度に対応し、曲線８８は、複数の除湿ユニット１０及び複数の蒸発冷却ユニット７４を通って流れる空気１４の所定の相対湿度に関する水蒸気飽和曲線を表している。
図１２Ａの線１４０によって示すように、水蒸気２６が複数の除湿ユニット１０の各々を通って流れる比較的湿った空気１４から除去されるので、空気１４の重量絶対湿度は実質的に減少し、一方、空気１４の温度は、実質的に複数の除湿ユニット１０の各々において同じままである。図１２Ａの線１４２によって示すように、比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８が直接蒸発冷却ユニット７４の各々を通って流れる比較的乾燥した空気１４に直接に導入されるので、空気１４の重量絶対湿度は増加し、一方、空気１４の温度は、複数の直接蒸発冷却ユニット７４の各々において実質的に減少する。換言すると、複数の除湿ユニット１０の各々は、実質的に一定の温度で空気１４を連続して除湿し、一方、複数の直接蒸発冷却ユニット７４の各々は、望ましい温度及び重量絶対湿度の最終条件がもたらされるまで空気１４を連続して加湿及び冷却する。より具体的には、図１２Ａに示すように、線１４０、１４２は、一般的に、入口空気１４（すなわち、点１４４）の温度及び重量絶対湿度の初期条件から出口空気１４（すなわち、点１４６）の温度及び重量絶対湿度の最終条件まで「階段関数」の経過を形成する。
図１２Ｂの線１４８によって示すように、水蒸気２６が複数の除湿ユニット１０の各々を通って流れる比較的湿った空気１４から除去されるので、空気１４の重量絶対湿度は実質的に減少し、一方、空気１４の温度は、実質的に複数の除湿ユニット１０の各々において同じままである。図１２Ｂの線１５０によって示すように、比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８が間接蒸発冷却ユニット７４の各々を通って流れる比較的乾燥した空気１４と間接的に相互作用するので、空気１４の重量絶対湿度は実質的に同じままであり、一方、空気１４の温度は、複数の間接蒸発冷却ユニット７４の各々において実質的に減少する。換言すると、複数の除湿ユニット１０の各々は、実質的に一定の温度で空気１４を連続して除湿し、一方、複数の間接蒸発冷却ユニット７４の各々は、望ましい温度及び重量絶対湿度の最終条件がもたらされるまで空気１４を連続して冷却する。より具体的には、図１２Ｂに示すように、線１４８、１５０は、一般的に、入口空気１４（すなわち、点１５２）の温度及び重量絶対湿度の初期条件から出口空気１４（すなわち、点１５４）の温度及び重量絶対湿度の最終条件まで「鋸歯」経過を形成する。
蒸発冷却ユニット７４は除湿ユニット１０間に使用されるので、各除湿ユニット１０は、上流除湿ユニット１０よりも冷たくかつ水蒸気の分圧が低い空気１４を受け取ることになる。従って、除湿ユニット１０の各々は、実質的に異なる作動条件下で作動することになる。従って、制御システム６４を使用して、除湿ユニット１０間の変動を考慮するために除湿ユニット１０の作動パラメータ（例えば、取りわけ、水蒸気真空容積２８内の水蒸気の分圧）を調節することができる。同様に、除湿ユニット１０は蒸発冷却ユニット７４間に使用されるので、各蒸発冷却ユニット７４も、上流蒸発冷却ユニット７４よりも冷たくかつ水蒸気の分圧が低い空気１４を受け取ることになる。従って、蒸発冷却ユニット７４の各々も、実質的に異なる作動条件下で作動することになる。従って、制御システム６４を使用して、除湿ユニット７４間の変動を考慮するために蒸発冷却ユニット７４の作動パラメータ（例えば、取りわけ、比較的冷たいかつ湿潤な媒体７８の流量）を調節することができる。更に、制御システム６４は、これらの変動を考慮するために複数の除湿ユニット１０及び複数の蒸発冷却ユニット７４の作動を同時に調整することができる。
図８及び図１０の蒸発冷却ユニット７４は、空気１４の温度を下げる役目をするだけではなく、例えば、湿潤な繊維マットに空気１４を通すことによって空気１４を清浄化する役目をする。更に、除湿ユニット１０及び蒸発冷却ユニット１４は、異なる初期温度及び湿度条件（すなわち、それぞれ、図１２Ａ及び１２Ｂ内の作動点１４４及び１５２）及び最終温度及び湿度条件（すなわち、それぞれ、図１２Ａ及び１２Ｂ内の作動点１４６及び１５４）間で最適作動が得られるように可変速度又は固定速度で作動させることができる。更に、蒸発冷却ユニット７４は、比較的低エネルギユニットであり、それによって全体的な作動コストを最少にする。
本発明は、様々な修正及び代替形態を受け入れ易い場合があるが、特定の実施形態を一例として図及び表に示すと共に本明細書で詳細に説明した。しかし、実施形態は、開示した特定の形態に限定することを意図していないことを理解すべきである。むしろ、本発明の開示は、特許請求の範囲に定めるような本発明の精神及び範囲に該当する全ての修正、均等物、及び代替物を網羅するものとする。更に、個々の実施形態を本明細書に説明したが、本発明の開示は、これらの実施形態の全ての組合せを網羅するように意図している。
８ ＨＶＡＣシステム
１０ 除湿ユニット
１２ 蒸発冷却ユニット
１４Ａ 入口空気
１８ 水蒸気チャンネル

Claims (21)

  1. 空気流から水蒸気を除去するための除湿システムであって、
    水蒸気透過膜である膜によって分離された第１のチャンネル及び第２のチャンネルであって、前記膜が、前記水蒸気であるＨ 2 Ｏが前記膜を通って前記第２のチャンネルへ通過することを容易にし、同時に前記空気流の全ての他の成分が前記膜を通過するのを阻止することによって前記第１のチャンネルを通って流れる空気流からの水蒸気の除去を容易にするように構成された前記第１及び第２のチャンネルと、
    前記膜の下流で前記空気流を冷却するように構成された第１の蒸発冷却ユニットと、
    前記膜の上流で前記空気流を冷却するように構成された第２の蒸発冷却ユニットと、
    前記Ｈ2Ｏが前記膜を通過して前記第２のチャンネルに移動するように前記第１のチャンネルにおけるよりも低い水蒸気の分圧を前記第２のチャンネル内に作り出すように構成された増圧デバイスであって、前記増圧デバイスがまた、前記増圧デバイスの出口での水蒸気の圧力を、液体の水へのその後の凝結に適する範囲の水蒸気の分圧まで増大させるように構成され、前記第１チャンネルの空気流が周囲圧力で前記膜に供給されている、前記増圧デバイスと、
    除湿システムの作動を制御するように構成されたコントローラと、
    を含むことを特徴とする除湿システム。
  2. 前記コントローラは、前記第１の蒸発冷却ユニットによって提供される第１の蒸発冷却相と、前記膜によって提供される第１の除湿相と、それらの作動中に前記第２の蒸発冷却ユニットによって提供される第２の蒸発冷却相とを制御するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 前記コントローラは、前記膜を通って流れる前記空気流の温度及び重量絶対湿度の湿度線図に基づいて除湿システムの前記作動を制御するように構成され、前記湿度線図に基づく制御は、前記空気流の温度及び重量絶対湿度をそれぞれ横軸及び縦軸とする湿度線図において、前記第１の蒸発冷却相に由来する第１の傾斜した線と前記第１の除湿相に由来する第１の下向き線とを含むことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
  4. 前記増圧デバイスから水蒸気を受け取り、かつ前記水蒸気を液体の水に凝結させるように構成された凝結デバイスを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  5. 前記液体の水を前記凝結デバイスから移送するように構成された水移送デバイスを含むことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
  6. 前記膜は、ゼオライトを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  7. 入口空気流を受け取り、かつ出口空気流を放出するように構成された空気チャンネル、
    及び
    前記空気チャンネルに隣接するＨ2Ｏ透過材料であって、前記Ｈ2Ｏ透過材料が、前記入口空気流内のＨ2Ｏ蒸気からＨ2Ｏが前記Ｈ2Ｏ透過材料の前記空気チャンネル側とは反対の吸入側まで前記Ｈ2Ｏ透過材料を通過するのを選択的に可能にし、かつ前記入口空気流内の他の成分が前記Ｈ2Ｏ透過材料の前記吸入側まで前記Ｈ2Ｏ透過材料を通過するのを阻止するように構成された前記Ｈ2Ｏ透過材料、
    を含む空気流からＨ2Ｏ蒸気を除去するための除湿ユニットと、
    前記空気流を冷却するように構成された蒸発冷却ユニットと、
    前記入口空気流内の前記Ｈ2Ｏ蒸気の分圧よりも低いＨ2Ｏ蒸気の分圧を前記Ｈ2Ｏ透過材料の前記吸入側で作り出して、前記Ｈ2Ｏ透過材料を通る前記入口空気流内の前記Ｈ2Ｏ蒸気からの前記Ｈ2Ｏの通過を推進し、かつ前記増圧デバイスの出口での圧力を液体Ｈ2ＯにＨ2Ｏ蒸気を凝結するのに適するＨ2Ｏ蒸気の分圧まで増大させるように構成された増圧デバイスであって、前記入口空気流が周囲圧力で前記膜に供給されている、前記増圧デバイスと、
    作動中に前記Ｈ2Ｏ透過材料によって提供される第１の除湿相を制御するように構成されたコントローラと、
    を含むことを特徴とするシステム。
  8. 前記除湿ユニットの上流に配置された第２の蒸発冷却ユニットを含むことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  9. 前記コントローラは、前記蒸発冷却ユニットによって提供される第１の蒸発冷却相と、
    前記膜を通って流れる前記空気流の温度及び重量絶対湿度の湿度線図に基づく制御をもたらすように前記作動中に前記Ｈ2Ｏ透過材料によって提供される前記第１の除湿相とを制御するように構成され、前記湿度線図に基づく制御は、前記空気流の温度及び重量絶対湿度をそれぞれ横軸及び縦軸とする湿度線図において、前記第１の蒸発冷却相に由来する第１の傾斜した線と前記第１の除湿相に由来する第１の下向き線とを含むことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  10. Ｈ2Ｏ蒸気を前記増圧デバイスの前記出口から受け取り、かつ前記Ｈ2Ｏ蒸気を液体Ｈ2Ｏに凝結するように構成された凝結デバイスを含むことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  11. 前記液体Ｈ2Ｏを前記凝結デバイスから移送するように構成された液体ポンプを含むことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記Ｈ2Ｏ透過材料は、Ｈ2Ｏ透過膜を含むことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  13. 前記Ｈ2Ｏ透過材料は、ゼオライトを含むことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  14. 前記除湿ユニットは、可変速除湿ユニットであり、前記蒸発冷却ユニットは、可変速蒸発冷却ユニットであることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  15. Ｈ2Ｏ蒸気を含み、Ｈ2Ｏ蒸気の第１の分圧を有する空気流を除湿ユニットの空気チャンネル内に受け取る段階と、
    蒸発冷却ユニットを通じて前記空気流を冷却する段階と、
    前記除湿ユニットのゼオライトを含むＨ2Ｏ透過材料を通して、前記Ｈ2Ｏ透過材料にわたる圧力差を使用して、前記空気流のＨ2Ｏ蒸気の前記第１の分圧よりも低いＨ2Ｏ蒸気の第２の分圧を有する前記除湿ユニットのＨ2Ｏ蒸気チャンネル内に、Ｈ2Ｏを吸入する段階と、
    Ｈ2Ｏ蒸気を前記Ｈ2Ｏ蒸気チャンネルから増圧デバイス内に受け取り、かつ前記増圧デバイスからの前記Ｈ2Ｏ蒸気の圧力を、Ｈ2Ｏ蒸気の前記第２の分圧よりも高いＨ2Ｏ蒸気の第３の分圧まで増大させる段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
  16. 前記空気流を前記除湿ユニット内に前記空気流を誘導する前に前記蒸発冷却ユニットを通じて冷却する段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  17. 前記空気流を前記除湿ユニットから前記空気流を受け取った後に前記蒸発冷却ユニットを通じて冷却する段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  18. 前記空気流を前記除湿ユニット内に前記空気流を誘導する前に第１の蒸発冷却ユニットを通じて冷却し、かつ前記空気流を前記除湿ユニットから前記空気流を受け取った後に第２の蒸発冷却ユニットを通じて冷却する段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  19. Ｈ2Ｏ蒸気を前記増圧デバイスから凝結デバイス内に受け取り、かつ前記Ｈ2Ｏ蒸気を液体Ｈ2Ｏに凝結させる段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  20. 前記空気流は、０．２〜１．０ｐｓｉａ（１３７８．９５２〜６８９４．７６Ｐａ）の範囲のＨ2Ｏ蒸気の第１の分圧を有し、Ｈ2Ｏ蒸気の前記第２の分圧は、０．１〜１．０ｐｓｉａ（６８９．４７６〜６８９４．７６Ｐａ）の範囲にあり、Ｈ2Ｏ蒸気の前記第３の分圧は、０．２５〜１．１ｐｓｉａ（１７２３．６９〜７５８４．２３６Ｐａ）の範囲にあることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  21. 前記湿度線図に基づく制御は、前記第２の蒸発冷却相に由来する第２の傾斜した線を含むことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
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