JP2016514245A - ミニ分割液体デシカント空調のための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

建物内の空間に流入する空気流を処理する分割液体デシカント空調システムを開示する。分割液体デシカント空調システムは、温暖気候動作モードと寒冷気候動作モードにおける動作間で切り替えが可能である。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、「ミニ分割液体デシカント空調のための方法及びシステム（ＭＥＴＨＯＤＳＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＭＩＮＩ−ＳＰＬＩＴ ＬＩＱＵＩＤ ＤＥＳＩＣＣＡＮＴ ＡＩＲ ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ）」と題された、参照により本明細書に援用される２０１３年３月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／７８３，１７６号の優先権を主張する。

本出願は、一般に、空間に入る空気流を除湿及び冷却、あるいは、加熱及び加湿する液体デシカントの使用に関する。より具体的には、本出願は、従来のミニ分割空調ユニットを、（膜ベースの）液体デシカント空調システムに置き換えて、これら従来のミニ分割空気調和機と同じ加熱及び冷却能力を達成することに関する。

デシカント除湿システム（液体及び固体デシカントの両方）は、空間内、特に大量の外気を必要とするか、あるいは、建物空間自体の内部に大きな湿度の負荷を有する空間内の湿度を軽減するのに役立つように、従来の蒸気圧縮ＨＶＡＣ機器と並列に使用されている。（ＨＶＡＣシステム及び機器のＡＳＨＲＡＥ２０１２ハンドブック、第２４章、頁２４．１０）。例えば、フロリダ州マイアミ等における湿度の高い気候は、空間の居住者の快適性のために必要とされる新鮮な空気を適切に処理する（除湿及び冷却する）ために、多くのエネルギーを必要とする。デシカント除湿システム（固体及び液体の両方）は、長年にわたって使用されており、一般に、空気流から水分を除去するには非常に効率的である。しかしながら、液体デシカントシステムは、一般に、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ又はＣａＣｌ_２及び水のイオン溶液等の高濃度の塩溶液を使用している。そのようなブラインは、少量でも強い腐食性を示し、そのため、処理される空気流へのデシカントの持ち越しを防止するために、多くの試みが長年にわたって行われてきた。近年の努力は、デシカントを含有するように微小孔性膜を使用することによってデシカントの持ち越しの危険性をなくし始めている。これら膜ベースの液体デシカントシステムは、主として商業用建物用一体型屋根ユニットに適用されている。しかし、住居用建物及び小さい商業用建物は、ミニ分割空気調和機を使用することが多い。この場合、凝縮器は、外部に配置されており、蒸発器冷却コイルは、冷却する必要がある部屋又は空間に設置されており、一体型屋根ユニットは、これらの空間を処理するための適切な選択肢ではない。

液体デシカントシステムは、一般に、２つの別個の機能を有する。システムの調整側は、通常はサーモスタットや恒湿器を使用して設定される、必要とされる状態への空調を提供する。システムの再生側は、調整側において再使用されることができるように液体デシカントの再調整機能を提供する。液体デシカントは、通常、２つの側の間において圧送される。制御システムは、状態に応じて液体デシカントが２つの側の間で適切にバランスをとり且つ余分な熱及び水分がデシカントの過剰濃縮又は過小濃縮を招くことなく適切に処理されることを保証する。

多くの小さい建物では、小さい蒸発器コイルは、壁の高い場所に掛けられているか、あるいは、例えばＬＧ ＬＡＮ１２６ＨＮＰ Ａｒｔ Ｃｏｏｌ Ｐｉｃｔｕｔｅフレームとして塗装によって覆われている。凝縮器は外部に設置され、高圧冷媒ラインは、２つの部品を接続している。さらに、復水用排出ラインは、蒸発器コイル上に凝縮された水分を外部に排出するために設置されている。液体デシカントシステムは、消費電力を大幅に低減することができ、現場で設置する必要がある高圧冷媒ラインを必要とせずに、より容易に設置することができる。

ミニ分割システムは、典型的には、蒸発器コイルを通して１００％の室内空気を取り込み、新鮮な空気は、他のソースからの換気及び侵入を通じて室内にのみ到達する。このことは、蒸発器コイルが水分を除去するのにあまり効率的ではないため、空間内の高湿度及び低温度をもたらすことが多い。むしろ、蒸発器コイルは、顕熱冷却により適している。少量の冷却しか必要とされない日には、大量の顕熱冷却のバランスをとるために十分な自然熱を利用できないため、建物が、許容できないレベルの湿度に到達することがある。

したがって、湿度負荷が高い小さい建物用の改良可能な冷却システムを提供する必要性が残っている。該システムにおいては、室内空気の冷却及び除湿が低資本及び低エネルギーコストで達成できる。

ミニ分割液体デシカント空調システムを用いて、特に小型の商用又は住居用建物内の空気流を効率的に冷却及び除湿するために用いられる方法及びシステムが、本明細書で提供される。１つ以上の実施形態によれば、液体デシカントは、流下膜としての支持プレートの面を流れ落ちる。１つ以上の実施形態によれば、デシカントは、微小孔膜に含まれ、空気流は、膜の表面上において主に垂直方向に導かれ、それによって潜熱及び顕熱の双方が空気流から液体デシカントに吸収される。１つ以上の実施形態によれば、支持プレートは、理想的には空気流に対して反対方向に流れる熱伝達流体で満たされている。１つ以上の実施形態によれば、システムは、液体デシカントを介して熱伝達流体に入る潜熱及び顕熱を除去する空調器と、熱伝達流体からの潜熱及び顕熱を環境に排出する再生器とを備えている。１つ以上の実施形態によれば、空調器内の熱伝達流体は、冷媒圧縮機又は低温熱伝達流体の外部供給源によって冷却される。１つ以上の実施形態によれば、再生器は、冷媒圧縮機又は高温熱伝達流体の外部供給源によって加熱される。１つ以上の実施形態によれば、冷媒圧縮機は、可逆的に、空調器に加熱された熱伝達流体を供給し、再生器に低温熱伝達流体を供給し、空調空気が加熱及び加湿され、再生空気が冷却及び除湿される。１つ以上の実施形態によれば、空調器は、空間内の壁に取り付けられ、再生器は、建物の外部に取り付けられている。１つ以上の実施形態によれば、再生器は、熱交換器を通って空調器に液体デシカントを供給する。１つ以上の実施態様では、熱交換器は、互いに接合されて熱接触を提供する２つのデシカントラインを含む。１つ以上の実施形態では、空調器は、１００％の室内空気を受け取る。１つ以上の実施形態では、再生器は、１００％の外気を受け取る。１つ以上の実施形態では、空調器及び蒸発器は、薄型テレビ又はフラットスクリーンモニタ又は同様の装置の裏側に搭載されている。

１つ以上の実施形態によれば、液体デシカント膜システムは、低温熱伝達流体を生成するために間接蒸発器を使用し、低温熱伝達流体は、液体デシカント空調器を冷却するために使用される。さらにまた、１つ以上の実施形態において、間接蒸発器は、事前に空調器によって処理された空気流の一部を受ける。１つ以上の実施形態によれば、空調器と間接蒸発器との間の空気流は、例えば、調整可能ルーバーのセットを介して、あるいは、調整可能なファン速度を有するファンを介してなど、何らかの便利な手段を介して調整可能である。１つ以上の実施形態では、間接蒸発器に供給される水は、飲料水である。１つ以上の実施形態において、水は海水である。１つ以上の実施形態において、水は廃水である。１つ以上の実施形態において、間接蒸発器は、海水又は廃水からの望ましくない要素の持ち越しを防止するために膜を使用する。１つ以上の実施形態において、間接蒸発器内の水は、冷却塔内で起こるような間接蒸発器の上部に戻す循環は行われないが、２０％から８０％の水は蒸発し、残りは破棄される。１つ以上の実施形態では、間接蒸発器は、空調器の後方に直接、あるいは、直接隣接して実装されている。１つ以上の実施形態では、空調器及び蒸発器は、薄型テレビ又はフラットスクリーンモニタ又は同様の装置の裏側に搭載されている。１つ以上の実施形態では、間接蒸発器からの排出空気は、建物空間から外部に排出される。１つ以上の実施形態において、液体デシカントは、熱交換器を通って空間の外部に設けられた再生器に圧送される。１つ以上の実施態様において、熱交換器は、熱交換機能を提供するように熱接合された２つのラインから構成されている。１つ以上の実施形態では、再生器は、熱源から熱を受け取る。１つ以上の実施形態では、熱源は、太陽熱源である。１つ以上の実施形態では、熱源は、ガス燃焼式温水器である。１つ以上の実施形態では、熱源は、蒸気配管である。１つ以上の実施形態では、熱源は、工業プロセス又は他の何らかの便利な熱源からの廃熱である。１つ以上の実施形態では、熱源は、冬季暖房運転用に、空調器に熱を供給するように切り替えることができる。１つ以上の実施形態では、熱源はまた、間接蒸発器に熱を供給する。１つ以上の実施形態では、間接蒸発器は、外部に空気を排出するよりもむしろ、空間に湿気のある温風を供給するようにすることができる。

１つ以上の実施形態によれば、間接蒸発器は、空間への供給空気流に対して加熱、加湿空気を供給するために使用されるとともに、空調器は、同一空間に加熱、加湿空気を供給するために同時に使用される。これは、システムが冬季状態において空間に加熱、加湿空気を供給するのを可能とする。空調器は、加熱されてデシカントから水蒸気を脱着させ、間接蒸発器は、同様に加熱されることができ、液体水から水蒸気を脱着させる。組合せにおいて、間接蒸発器及び空調器は、冬季暖房条件用に建物空間に加熱され、加湿された空気を供給する。

本出願の説明は、決してこれらの用途に本開示を限定することを意図したものではない。多くの構成の変形例は、それぞれが長所及び短所を有する上述した様々な要素を組み合わせるように想定されることができる。決して、本開示はそのような要素の特定のセット又は組合せに限定されるものではない。

図１は、冷却装置又は外部の加熱若しくは冷却源を使用した三方液体デシカント空調システム（３−ｗａｙ ｌｉｑｕｉｄ ｄｅｓｉｃｃａｎｔ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を示す図である。 図２は、三方液体デシカントプレートを組み込んだ柔軟に構成可能な例示的膜モジュールを示す図である。 図３は、図２の液体デシカント膜モジュールの例示的な単一膜プレートを示す図である。 図４は、従来のミニ分割空調システムの概略図である。 図５Ａは、１つ以上の実施形態による、夏季冷房モードにおける例示的な冷却装置補助ミニ分割液体デシカント空調システムの概略図である。 図５Ｂは、１つ以上の実施形態による、冬季暖房モードにおける例示的な冷却装置補助ミニ分割液体デシカント空調システムの概略図である。 図６は、１つ以上の実施形態による、間接蒸発式冷却器及び外部熱源を用いるミニ分割液体デシカント空調システムの別の実施形態の図である。 図７は、１つ以上の実施形態による、冬季暖房モードで動作するように構成された図６の液体デシカントミニ分割システムの図である。 図８は、図５Ａと同様の、例示的な液体デシカントミニ分割システムの斜視図である。 図９Ａは、図８のシステムの切欠背面図である。 図９Ｂは、図８のシステムの切欠正面図である。 図１０は、１つ以上の実施形態による、図６の液体デシカントミニ分割システムの３次元図である。 図１１は、１つ以上の実施形態による図１０のシステムの切欠図である。 図１２は、１つ以上の実施形態による、熱交換作用を生み出す接合された２本のプラスチック管を含む、例示的な液体デシカント供給及び回収構造の図である。

図１は、参照により本明細書中に援用される米国特許出願公開第２０１２／０１２５０２０号明細書においてより詳細に説明されるような新たな種類の液体デシカントシステムを示している。空調器１０１は、内部が中空であるプレート構造のセットを備える。低温熱伝達流体は、冷熱源１０７において生成されてプレートに入れられる。１１４における液体デシカント溶液は、プレートの外表面にもたらされ、プレートの各々の外表面を流れ落ちる。液体デシカントは、空気流とプレートの表面との間に配置された薄膜の背後を移動する。外気１０３は、波状プレートのセットを通して送風される。プレートの表面上の液体デシカントは、空気流中の水蒸気を引き込み、プレート内の冷却水は、空気温度の上昇を抑制するのに役立つ。処理された空気１０４は、建物の空間に入れられる。

液体デシカントは、１１１において波状プレートの底部で収集され、液体デシカントが再生器の波状プレートにわたって分散される地点１１５まで、再生器１０２の上部へと熱交換器１１３を通って搬送される。還気又は場合によって外気１０５は、再生器プレートにわたって送風され、水蒸気は、液体デシカントから排出空気流１０６へと搬送される。任意の熱源１０８は、再生のための駆動力を提供する。熱源からの高温伝達流体１１０は、空調器における低温熱伝達流体と同様に、再生器の波状プレート内に入れられることができる。同様に、液体デシカントは、再生器においても空気流が水平又は垂直になるように、収集パン又は槽のいずれも必要とすることなく波状プレート１０２の底部で収集される。任意のヒートポンプ１１６は、液体デシカントの冷却及び加熱を提供するために使用されることができる。冷熱源１０７と熱源１０８との間にヒートポンプを接続することも可能であり、それゆえ、デシカントよりもむしろ冷却流体から熱を圧送する。

図２は、参照により全て本明細書に援用される、２０１３年６月１１日に出願された米国特許出願公開第１３／９１５，１９９号、２０１３年６月１１日に出願された米国特許出願公開第１３／９１５，２２２号及び２０１３年６月１１日に出願された米国特許出願公開第１３／９１５，２６２号においてさらに詳細に説明される三方熱交換器を示す。液体デシカントは、ポート３０４を介して構造に入り、図１において説明されたように、直列の膜の背後に導かれる。液体デシカントは、ポート３０５を介して収集されて除去される。冷却又は加熱流体は、図１において再度説明され且つ図３においてより詳細に説明されたように、ポート３０６を介して供給され、中空プレート構造内部の空気流３０１と反対に流れる。冷却又は加熱流体は、ポート３０７を介して排出される。処理された空気３０２は、建物内の空間に導かれるか、あるいは、場合に応じて排出される。

図３は、参照により本明細書中に援用される、２０１３年３月１日に出願された米国仮特許出願第６１／７７１，３４０号でより詳細に説明されるような三方熱交換器を記載している。空気流２５１は、冷却流体流２５４と反対に流れる。膜２５２は、熱伝達流体２５４を含む壁２５５に沿って流れ落ちている液体デシカント２５３を含む。空気流に同伴する水蒸気２５６は、膜２５２に推移可能であり、液体デシカント２５３に吸収される。吸収中に放出された水２５８の凝縮熱は、熱伝達流体２５４へと壁２５５を介して伝達される。空気流からの顕熱２５７はまた、熱伝達流体２５４へと膜２５２、液体デシカント２５３及び壁２５５を介して伝達される。

図４は、建物にしばしば設置されている従来のミニ分割空調システムの概略図を示している。ユニットは、冷却され、除湿された空気を生成する室内部品のセットと、熱を環境中に放出する室外部品のセットとを備えている。室内部品は、ファン４０７が室内からの空気４０８を吹き付ける冷却（蒸発器）コイル４０１を含む。冷却コイルは、空気を冷却し、該コイル上に水蒸気を凝縮する。この水蒸気はドレンパン４１８に集められ、外部４１９に排出される。結果として得られる、より低温で乾燥した空気４０９は、この空間内で循環し、居住者に快適さを提供する。冷却コイル４０１は、膨張弁４０６によって既に低温低圧に拡張されているライン４１２を介して、通常５０〜２００ｐｓｉの圧力で液体冷媒を受ける。ライン４１２内の冷媒の圧力は、典型的には３００〜６００ｐｓｉである。冷たい液体冷媒４１０は、冷却コイル４０１に入り、そこで空気流４０８から熱を奪う。空気流からの熱は、コイル内の液体冷媒を蒸発させ、得られた気体は、ライン４０４を通って室外部品、より具体的には圧縮機４０２に搬送され、そこで気体は通常３００〜６００ｐｓｉの高圧に再圧縮される。場合によっては、システムは複数の冷却コイル４１０、ファン４０７及び膨張弁４０６を有することができ、例えば冷却コイルアセンブリを、冷却を必要とする各部屋に配置することができる。

圧縮機４０２以外にも、室外部品は、凝縮器コイル４０３及び凝縮器ファン４１７を備えている。ファン４１７は、凝縮器コイル４０３を通して外気４１５を吹き付ける。外気は、凝縮器コイルで圧縮機４０２から熱を取り出すが、この熱は空気流４１６によりはじかれる。圧縮機４０２は、ライン４１１内に高温の圧縮冷媒を生成する。圧縮熱は、凝縮器コイル４０３ではじかれる。場合によっては、システムは、複数の圧縮機又は複数の凝縮器コイル及びファンを有することができる。一次電気エネルギーを消費する部品は、電気線４１３を通る圧縮機、供給ライン４１４を通る凝縮器ファン電気モータ、及びライン４０５を通る蒸発器ファンモータである。一般に圧縮機は、システムを作動するのに必要な電気の約８０％を使用し、凝縮器ファン及び蒸発器ファンのそれぞれが、当該電気の約１０％を使用する。

図５Ａは、液体デシカント空調システムの概略図を示している。三方空調器５０３（これは、図１の空調器１０１に類似している）は、室内の空気流５０１（「ＲＡ」）を受け取る。ファン５０２は、空調器５０３を介して空気５０１を移動させる。空調器５０３において空気は冷却及び除湿される。得られた低温で乾燥した空気５０４（「ＳＡ」）は、居住者の快適さのために室内へ供給される。三方空調器５０３は、図１〜図３で説明したような方法で、濃縮されたデシカント５２７を受け取る。デシカントが全体的に完全に封止され、空気流５０４中に分散し得ないことを確実にするために、三方空調器５０３上に膜を用いることが好ましい。取り込んだ水蒸気を含む、希釈したデシカント５２８は、外部の再生器５２２に搬送される。さらに、冷却水５０９は、ポンプ５０８によって供給され、空調器モジュール５０３に入り、そこで、デシカント５２７中の水蒸気の捕捉によって放出される潜熱と同様に、空気から熱を奪う。より高温の温水５０６も、冷却システム５３０の熱交換器５０７に向けて外部に取り出される。５０〜６００ｐｓｉの高圧を有している図４のミニ分割システムとは異なり、図５Ａの室内及び室外システム間のラインは全て、低圧水ライン及び液体デシカントラインであることに留意されたい。これにより、ラインを、図４の冷媒ラインではなく安価なプラスチックラインとすることができる。図４の冷媒ラインは、典型的には銅で構成され、高い冷媒圧力に耐えるためにろう付けする必要がある。尚、図５Ａのシステムは、図４のライン４１９と同様の復水排出ラインを必要としない。むしろ、デシカント内に凝縮される水分は、デシカント自体の一部として除去される。このことは、図４の従来のミニ分割システムで起こり得る、貯留水中の黴の発生に伴う問題も解決する。

液体デシカント５２８は、空調器５０３を出て、ポンプ５２５により任意の熱交換器５２６を通って再生器５２２まで移動する。デシカントライン５２７及び５２８が比較的長い場合には、これらを互いに熱的に接続することができ、これにより熱交換器５２６の必要性がなくなる。

冷却システム５３０は、循環する冷却流体５０６を冷却する、水−冷媒蒸発器の熱交換器５０７を含む。液体である低温冷媒５１７は熱交換器５０７で蒸発し、それによって冷却流体５０６から熱エネルギーを吸収する。ここで、気体冷媒５１０は圧縮機５１１で再圧縮される。圧縮機５１１は、凝縮器熱交換器５１５内で液化される高温冷媒ガス５１３を吐出する。液体冷媒５１４は、その後、膨張弁５１６に入り、ここで冷媒は急速に冷却されて低い圧力で弁を出る。尚、冷媒（５１０、５１３、５１４及び５１７）を含む高圧ラインは非常に短い距離で配設すればよいため、冷却システム５３０は、非常に小型化することができる。さらに、冷媒システム全体が空調対象の空間の外部に配置されるので、例えば、ＣＯ_２、アンモニア、プロパンのような室内環境で通常使用することができない冷媒を用いることができる。これらの冷媒は、一般に使用されているＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ａ、Ｒ１３４Ａ又はＲ１２３４ＹＦ冷媒よりも好ましい場合もあるが、可燃性や、窒息又は吸引リスクのために室内では望ましくない。全ての冷媒を室外に保持することにより、これらのリスクは実質的に排除される。ここで、凝縮器熱交換器５１５は、高温熱伝達流体５１８を再生器５２２に運ぶ別の冷却流体ループ５１９に、熱を放出する。循環ポンプ５２０は、熱伝達流体を凝縮器５１５に戻す。したがって、三方再生器５２２は、希釈液体デシカント５２８及び高温熱伝達流体５１８を受け取る。ファン５２４は、再生器５２２を介して、外気５２３（「ＯＡ」）を運ぶ。外気は、熱伝達流体５１８及びデシカント５２８から熱及び水分を奪い、その結果、高温多湿の排気（「ＥＡ」）５２１となる。

圧縮機５１１は、電力５１２を受信し、通常、システムの消費電力の８０％を占める。ファン５０２及びファン５２４は、それぞれ電力５０５及び５２９を受信し、残りの消費電力の大部分を占める。ポンプ５０８、５２０及び５２５は、消費電力が比較的少ない。圧縮機５１１は、以下の複数の理由により、図４の圧縮機４０２よりも効率的に動作する。液体デシカントは、空気流中で飽和レベルに達する必要なく、はるかに高い温度で水を凝縮するため、図５Ａの蒸発器５０７は、通常、図４の蒸発器４０１よりも高い温度で動作する。さらに、図５Ａの凝縮器５１５は、凝縮器５１５を効果的により低温に維持する、再生器５２２で発生する蒸発のため、図４の凝縮器４０３よりも低い温度で動作する。結果として、図５Ａのシステムは、図４のシステムよりも少ない電力を使用して、同様の圧縮機等エントロピー効率を得る。

図５Ｂは、圧縮機５１１の冷媒方向が冷媒ライン５１４及び５１０の矢印によって示されるように反転されている点を除き、図５Ａと実質的に同様のシステムを示している。冷媒流の方向を逆にすることは、四方切り替え弁（図示せず）又は他の便利な手段によって達成することができる。冷媒流を逆方向にする代わりに、高温熱伝達流体５１８を空調器５０３に向け、低温熱伝達流体５０６を再生器５２２に向けることができる。これは事実上、空調器に熱を供給し、空調器はここで、冬モードでの動作のために空間に高温多湿空気５０４を生成する。ここで、実際にはシステムがヒートポンプとして機能しており、外気５２３から空間給気５０４に熱を圧送する。しかし、デシカント５２５は、通常、水蒸気よりも非常に低い結晶化限界を有するため、可逆的であることも多い図４のシステムとは異なり、コイル凍結の危険性はずっと小さなものとなる。図４のシステムでは、空気流５２３は水蒸気を含み、凝縮器コイル４０３が低温すぎると、この水分が表面上に凝縮し、該表面に氷が形成される。図５Ｂの再生器中の同じ水分は、液体デシカントで凝縮される。液体デシカントは、適切に管理されていれば、ＬｉＣｌや水等の一部のデシカントについては−６０℃まで結晶化しない。

図６は、ミニ分割液体デシカントシステムの代替的な実施形態を示す。図５Ａと同様に、三方液体デシカント空調器５０３は、空調器５０３を介してファン５０２により運ばれた空気流５０１（「ＲＡ」）を受ける。しかし、図５Ａの場合と異なり、供給空気流５０４（「ＳＡ」）の一部６０１は、ルーバー６１０及び６１１のセットを介して間接蒸発式冷却モジュール６０２に向けられる。空気流６０１は、通常、空気流５０４の流量の０〜４０％である。ここで乾燥空気流６０１は、三方空調器モジュール５０３と同様に構成されている三方間接蒸発式冷却モジュール６０２を介して導かれるが、膜の背後のデシカントを使用する代わりに、モジュールが、水供給源６０７から供給された水膜を有する点が異なる。この水膜は、飲料水、非飲料水、海水、廃水又はほぼ水である他の便利な水含有物質とすることができる。水膜は、乾燥空気流６０１中で蒸発し、熱伝達流体６０４に冷却効果をもたらす。熱伝達流体６０４は、次に、ポンプ６０３によって、低温熱伝達流体６０５として空調器モジュールに循環する。冷水６０５は、次に、空調器モジュール５０３を冷却し、空調器モジュール５０３が今度はより低温の乾燥空気５０４を生成する。この結果、間接蒸発式モジュール６０２により強い冷却効果をもたらす。これにより、供給空気５０４は、最終的に乾燥して低温となり、居住者を快適にするために空間に供給される。空調器モジュール５０３は、空気流５０１から水分を吸収する濃縮液体デシカント５２７も受け取る。希釈液体デシカント５２８は、その後、図５Ａと同様の再生器５２２に戻される。もちろん、間接蒸発式冷却器６０２を空間の内部ではなく外部に配置することも可能であるが、熱的な理由のために、空調器５０３に近接して間接蒸発器６０２を取り付けるのがよいと考えられる。間接蒸発式冷却モジュール６０２は、全ての水を蒸発させず（通常５０〜８０％）、したがってドレイン６０８が使用されている。モジュール蒸発式冷却モジュール６０２からの排気流６０６（「ＥＡ１」）は、暖かく高湿度なため、外部に排出される。

図５Ａのように、濃縮液体デシカント５２７及び希釈液体デシカント５２８は、ポンプ５２５により熱交換器５２６を通過する。以前と同様に、ライン５２７及び５２８を熱的に接続して、熱交換器５２６を不要にできる。以前と同様に、三方再生器５２２は、ファン５２４を介して外気流５２３を受け取る。また以前と同様に、高温熱伝達流体５１８は、ポンプ５２０により三方再生器モジュール５２２に適用される。しかし、図５Ａのシステムとは異なり、再生器５２２で使用する熱は圧縮機から供給されず、そのため外部熱源６０９を設ける必要がある。この熱源は、ガス給湯器、ソーラーモジュール、太陽熱／ＰＶハイブリットモジュール（ＰＶＴモジュール）とすることができ、蒸気ループ又は他の便利な熱源又は温水源からの熱とすることができる。デシカント５２８の過剰濃縮を防止するために、熱源６０９からの熱を一時的に吸収することができる補助ヒートダンプ６１４を使用することができる。この場合、追加ファン６１３及び空気流６１２も必要である。もちろん他の形態のヒートダンプを構成してもよく、また、これは必ずしも必要とされない。熱源６０９は、空調器５０３において再使用できるように過剰な水がデシカント５２８から蒸発することを確実にする。結果として、排気流５２１（「ＥＡ２」）は、高温多湿空気を含む。尚、ここでも、システムの室内部品と室外部品との間に高圧ラインを設ける必要はない。給水のための単一の水ラインが必要とされ、過剰な水を除去するために排出ラインが必要とされる。しかし、圧縮機及び熱交換器は、この実施形態ではもはや必要ない。その結果、このシステムは、図４のシステム及び図５Ａのシステムよりも非常に少ない電力使用ですむ。ここで主に電力を消費するのは、給電ライン５０５及び５２９をそれぞれ通るファン５０２及び５２４、並びに液体ポンプ６０３、５２０及び５２５である。しかし、これらの装置は、図４の圧縮機４０２よりもかなり少ない電力を消費する。

図７は、冬季暖房モードでの動作を可能にするために若干再構成された図６のシステムを示す。ここで熱源６０９は、ライン７０１を介して空調器モジュール５０３に高温の熱伝達流体を供給する。結果として、空間への供給空気５０４は、暖かく湿ったものになる。間接蒸発式冷却器６０２に高温の熱伝達流体７０３を供給し、高温多湿の排気７０２を外部ではなく空間に導くことも可能である。これにより、システムの使用可能な加熱及び加湿能力が増加する。これは、空調器５０３及び間接蒸発式「冷却器」６０２（又は、「ヒータ」がより適切な名称かもしれない）の両方が、同一の高温多湿空気を供給するために動作しているからである。このことは、冬における暖房能力を、通常、夏における冷房能力よりも大きくする必要があるため、便利である。

図８は、図５Ａのシステムの一実施形態を示す。吸気口８０１は、空間８０５からの空気が、空調ユニット５０３（図示せず）に入ることを可能にする。供給空気は、ロスター８０３から空間内に排出される。薄型テレビ８０２、絵画、モニタ又は任意の他の適切な装置は、空調器５０３を視覚的に隠すのに使用することができる。外壁８０４は、空調器システムを搭載するのに適切な場所である。再生器及び冷却システム８０７は、都合のよい外部位置８０６に取り付けることができる。デシカント供給・戻りライン８０９及び低温熱伝達流体供給・戻りライン８０８は、システムの両側を接続している。

図９Ａは、図８のシステムの背面の切欠図を示す。再生器モジュール５２２は、ライン８０９から液体デシカントを受け取る。圧縮機５１１、膨張弁５１６、並びに２つの冷媒−液体熱交換器５０７及び５１５も示されている。その他の部品は、便宜上、図示されていない。

図９Ｂは、図８のシステムの正面の切欠図を示す。薄型テレビ８０２は、空調器モジュール５０３の図示のために省略されている。

図１０は、図６のシステムの実施形態の一態様を示す。このシステムは、図８のシステムと同様に、吸気口８０１及び供給ロスター８０３を有している。図８と同様に、テレビ８０２又は類似のものは、空調器モジュール５０３を覆うために使用することができる。このユニットは、壁８０４に取り付け可能であり、空間８０５の空調を提供することができる。システムはまた、壁８０４を貫通する排気口６０６を有している。外部８０６では、再生器モジュール９０２は、デシカント供給・戻りライン８０９を介して空調部（図示せず）に濃縮液体デシカントを供給する。給水ライン９０１も示されている。高温熱伝達流体のソースは、ライン９０５を介して温水を供給するソーラーＰＶＴモジュール９０３とすることができる。ライン９０５は、再生器を介して冷却された後、ライン９０４を介してＰＶＴモジュール９０３に熱伝達流体を戻す。一体型温水貯留タンク９０６は、ＰＶＴモジュール９０３用の温水バッファ及びバラストの両方を提供することができる。

図１１は、図１０のシステムの切欠図を示す。空調器モジュール５０３は、間接蒸発器モジュール６０２と同様に、はっきりと視認できる。再生器モジュール９０２内において、再生器モジュール５２２、並びに任意のヒートダンプ６１４及びファン６１２を視認できる。

図１２は、室内空調ユニットへの液体デシカントの供給及び回収を行うための構造８０９を示す。この構造は、例えば押出高密度ポリプロピレン又は高密度ポリエチレン材料のようなポリマー材料から構成され、それぞれデシカントの供給及び回収用の２つの通路１２０１及び１２０２を備える。２つの通路間の壁１２０３は、熱伝導性ポリマーから製造されるが、これは不要な場合も多い。これは、構造８０９の長さが、それ自体で供給液と回収液との間に十分な熱交換能力を提供するのに十分であるからである。

いくつかの例示的な実施形態が説明されたが、様々な変形例、変更例及び改良例が当業者にとって容易に想起されることが理解される。そのような変形例、変更例及び改良例は、本開示の一部を形成するものであり、本開示の精神及び範囲内にあることが意図される。本願明細書に提示された一部の例は、機能又は構造的要素の特定の組合せを含むが、それらの機能及び要素は、同一又は異なる目的を達成するために本発明にかかる他の方法で組み合わされてもよいことが理解されるべきである。特に、１つの実施形態に関連して説明された動作、要素及び特徴は、他の実施形態における同様の、あるいは、他の役割から除外されることを意図するものではない。さらに、本願明細書に記載された要素及び構成要素は、さらに追加の構成要素に分割されてもよく、あるいは、同じ機能を実行するためにより少ない構成要素を形成するように一体に結合されてもよい。したがって、上述した説明及び添付図面は、例示にすぎず、限定することを意図するものではない。

Claims (29)

1. 建物内の空間に流入する空気流を処理するための分割液体デシカント空調システムであって、温暖気候動作モード及び寒冷気候動作モードにおける動作間で切り替え可能である、当該分割液体デシカント空調システムは、
   前記建物内に配置され、略垂直の向きに配置された複数の構造を含む空調器であって、各構造は、液体デシカントが流れることができる少なくとも１つの面を有し、また熱伝達流体が流れることができる通路を含み、前記液体デシカントが、前記温暖気候動作モードで前記空気流を除湿及び冷却し、前記寒冷気候動作モードで前記空気流を加湿及び加熱するように、処理される前記空気流は、前記構造間を流れ、前記空調器は、前記液体デシカントと前記空気流との間で各構造の前記少なくとも１つの面に近接して配置される材料のシートをさらに備え、前記材料のシートは、前記液体デシカントと前記空気流との間における水蒸気の搬送を可能にする、空調器と、
   液体デシカントを前記空調器と交換するための液体デシカント管によって前記空調器に接続される前記建物の外部に位置し、略垂直の向きに配置された複数の構造を含む再生器であって、各構造は、前記液体デシカントが流れることができる少なくとも１つの面を有し、また熱伝達流体が流れることができる通路を含み、前記再生器は、前記液体デシカントに、前記温暖気候動作モードにおいて前記再生器を通って流れる空気流中に水を脱着させ、前記寒冷気候動作モードにおいて前記空気流中から水を吸収させる、再生器と、
   熱伝達流体管により前記空調器及び前記再生器に結合された前記建物の外部に位置する可逆ヒートポンプであって、該ヒートポンプは、前記温暖気候動作モードにおいて、前記空調器内を流れる前記熱伝達流体から前記再生器内を流れる前記熱伝達流体に熱を圧送し、前記寒冷気候動作モードにおいて、前記再生器内を流れる前記熱伝達流体から前記空調器内を流れる前記熱伝達流体に熱を圧送する、可逆ヒートポンプと、
   前記空調器を通って前記空気流を移動させるための装置と、
   前記空調器及び前記再生器を介して前記液体デシカントを循環させるための装置と、
   前記空調器及び前記可逆ヒートポンプを介して熱伝達流体を循環させるための装置と、
   前記再生器及び前記可逆ヒートポンプを介して熱伝達流体を循環させるための装置と、
   を備える、分割液体デシカント空調システム。
2. 前記可逆ヒートポンプは、冷媒蒸発器熱交換器を備えている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記液体デシカント管は、前記空調器から前記再生器に液体デシカントを搬送するための第１配管と、前記再生器から前記空調器に液体デシカントを搬送するための第２配管とを含み、前記第１配管及び前記第２配管は、熱的に密着しており、前記第１配管及び前記第２配管のうち一方を流れる前記液体デシカントから、前記第１配管及び前記第２配管のうち他方を流れる前記液体デシカントへの熱伝達を促進する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１配管及び前記第２配管は、一体形成された構造を備える、請求項３に記載のシステム。
5. 前記一体形成された構造は、ポリマー材料を含む、請求項４に記載のシステム。
6. 前記第１配管と前記第２配管との間の構造の少なくとも壁は、熱伝導性ポリマーを含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記空調器は、前記建物内の壁に取り付けられている、請求項１に記載のシステム。
8. 前記空調器は、コンピュータディスプレイ、テレビ又は絵画の背後に隠れるように適合された、全体的に平坦な形状を有している、請求項１に記載のシステム。
9. それぞれ前記再生器および前記ヒートポンプに結合された１つ以上の付加的な空調器を、前記建物内にさらに備える、請求項１に記載のシステム。
10. 建物内の空間に流入する空気流を冷却及び除湿するための分割液体デシカント空調システムであって、当該分割液体デシカント空調システムは、
    前記建物内に配置され、略垂直の向きに配置された複数の第１構造を含む空調器であって、各構造は、液体デシカントが流れることができる少なくとも１つの面を有し、また熱伝達流体が流れることができる通路を含み、前記液体デシカントが、前記空気流を除湿及び冷却するように、前記空気流は前記構造間を流れ、前記空調器は、前記液体デシカントと前記空気流との間で各構造の前記少なくとも１つの面に近接して配置される材料のシートをさらに備え、前記材料のシートは、前記液体デシカントと前記空気流との間における水蒸気の搬送を可能にする、空調器と、
    液体デシカントを前記空調器と交換するための液体デシカント管によって前記空調器に接続される前記建物の外部に位置し、略垂直の向きに配置された複数の第２構造を含む再生器であって、各構造は、前記液体デシカントが流れることができる少なくとも１つの面を有し、また熱伝達流体が流れることができる通路を含み、前記再生器は、前記液体デシカントに、前記再生器を通って流れる空気流中に水を脱着させる、再生器と、
    前記第１構造を通って流入した前記熱伝達流体と、前記空調器により除湿及び冷却された前記空気流の一部とを受けるために前記空調器に結合され、略垂直の向きに配置された複数の第３構造を含む間接蒸発式冷却ユニットであって、各構造は、水が流れる少なくとも１つの面を有し、また前記空調器からの前記熱伝達流体が流れる通路を含み、前記水が前記空気流によって蒸発するように、前記空調器から受け取った前記空気流の前記一部が前記構造間に流れることによって、前記空調器に戻される前記熱伝達流体が冷却され、前記間接蒸発式冷却ユニットにより処理された前記空気流は、大気に排出される、間接蒸発式冷却ユニットと、
    前記空調器及び前記間接蒸発式冷却ユニットを通って前記空気流を移動させるための装置と、
    前記空調器及び前記再生器を介して前記液体デシカントを循環させるための装置と、
    前記空調器及び前記間接蒸発式冷却ユニットを介して熱伝達流体を循環させるための装置と、
    前記再生器内の前記熱伝達流体を加熱するための熱源と、
    を備える、分割液体デシカント空調システム。
11. 前記液体デシカント管は、前記空調器から前記再生器に液体デシカントを搬送するための第１配管と、前記再生器から前記空調器に液体デシカントを搬送するための第２配管とを含み、前記第１配管及び前記第２配管は、密着しており、前記第１配管及び前記第２配管のうち一方を流れる前記液体デシカントから、前記第１配管及び前記第２配管のうち他方を流れる前記液体デシカントへの熱伝達を促進する、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第１配管及び前記第２配管は、一体形成された構造を備える、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記一体形成された構造は、ポリマー材料を含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記第１配管と前記第２配管との間の構造の少なくとも壁は、熱伝導性ポリマーを含む、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記空調器は、前記建物内の壁に取り付けられている、請求項１０に記載のシステム。
16. 前記空調器は、コンピュータディスプレイ、テレビ又は絵画の背後に隠れるように適合された、全体的に平坦な形状を有している、請求項１０に記載のシステム。
17. 前記間接蒸発式冷却ユニットは、前記建物の内部に位置している、請求項１０に記載のシステム。
18. 前記間接蒸発式冷却ユニットは、前記建物の外部に位置している、請求項１０に記載のシステム。
19. 前記再生器内の前記熱伝達流体を加熱するための前記熱源は、ガス給湯器、ソーラーモジュール、太陽熱／光起電力モジュール又は蒸気ループを備える、請求項１０に記載のシステム。
20. 建物内の空間に流入する空気流を加熱及び加湿するための分割液体デシカント空調システムであって、当該分割液体デシカント空調システムは、
    前記建物内に配置され、略垂直の向きに配置された複数の第１構造を含む空調器であって、各構造は、液体デシカントが流れることができる少なくとも１つの面を有し、また熱伝達流体が流れることができる通路を含み、前記液体デシカントが、前記空気流を加湿及び加熱するように、前記空気流は前記構造間を流れ、前記空調器は、前記液体デシカントと前記空気流との間で各構造の前記少なくとも１つの面に近接して配置される材料のシートをさらに備え、前記材料のシートは、前記液体デシカントと前記空気流との間における水蒸気の搬送を可能にする、空調器と、
    液体デシカントを前記空調器と交換するための液体デシカント管によって前記空調器に接続される前記建物の外部に位置し、略垂直の向きに配置された複数の第２構造を含む再生器であって、各構造は、前記液体デシカントが流れることができる少なくとも１つの面を有し、また熱伝達流体が流れることができる通路を含み、前記再生器は、前記液体デシカントに、前記再生器を通って流れる空気流から水を吸収させる、再生器と、
    前記第１構造を通って流入した前記熱伝達流体と、前記空調器により加湿及び加熱された前記空気流の一部とを受けるために前記空調器に結合され、略垂直の向きに配置された複数の第３構造を含む間接蒸発式冷却ユニットであって、各構造は、水が流れる少なくとも１つの面を有し、また前記空調器からの前記熱伝達流体が流れる通路を含み、前記水蒸気が前記水から蒸発するように、前記空調器から受け取った前記空気流の前記一部が前記構造間に流れることによって、前記空気流が加湿され、前記間接蒸発式冷却ユニットにより処理された前記空気流は、前記建物内に排出される、間接蒸発式冷却ユニットと、
    前記空調器及び前記間接蒸発式冷却ユニットを通って前記空気流を移動させるための装置と、
    前記空調器及び前記再生器を介して前記液体デシカントを循環させるための装置と、
    前記空調器及び前記間接蒸発式冷却ユニットを介して熱伝達流体を循環させるための装置と、
    前記空調器及び前記間接蒸発式冷却ユニット内の前記熱伝達流体を加熱するための熱源と、
    を備える、分割液体デシカント空調システム。
21. 前記液体デシカント管は、前記空調器から前記再生器に液体デシカントを搬送するための第１配管と、前記再生器から前記空調器に液体デシカントを搬送するための第２配管とを含み、前記第１配管及び前記第２配管は、密着しており、前記第１配管及び前記第２配管のうち一方を流れる前記液体デシカントから、前記第１配管及び前記第２配管のうち他方を流れる前記液体デシカントへの熱伝達を促進する、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記第１配管及び前記第２配管は、一体形成された構造を備える、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記一体形成された構造は、ポリマー材料を含む、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記第１配管と前記第２配管との間の構造の少なくとも壁は、熱伝導性ポリマーを含む、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記空調器は、前記建物内の壁に取り付けられている、請求項２０に記載のシステム。
26. 前記空調器は、コンピュータディスプレイ、テレビ又は絵画の背後に隠れるように適合された、全体的に平坦な形状を有している、請求項２０に記載のシステム。
27. 前記間接蒸発式冷却ユニットは、前記建物の内部に位置している、請求項２０に記載のシステム。
28. 前記間接蒸発式冷却ユニットは、前記建物の外部に位置している、請求項２０に記載のシステム。
29. 前記空調器及び前記間接蒸発式冷却ユニット内の前記熱伝達流体を加熱するための前記熱源は、ガス給湯器、ソーラーモジュール、太陽熱／光起電力モジュール又は蒸気ループを備える、請求項２０に記載のシステム。

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