JP2021504665A - 湿度制御装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

囲まれた空間のための空気を調整するための方法及び装置において、第1周囲空気流は冷媒冷却システムの冷却コイルにより冷却され、その温度と湿度を低減する。このように冷却除湿された空気を次に回転する乾燥剤ホイールの一部分に通して水分含量を低減し温度を上げて前記囲まれた空間へ供給する。乾燥剤ホイールは、前記冷媒システムの凝縮器コイルで先ず加熱され次に乾燥剤ホイールの再生部分に通される第2周囲空気流を使用して再生される。迂回路プレナムが装置内に設けられている。迂回路プレナムは第1プレナム内の蒸発器コイル及び乾燥剤ホイールから独立してそのプレナム内で第3周囲空気流が冷却されるのを選択的に許す。その空気流が第1プレナムで処理された空気と共に囲まれた空間へ供給される。

Description

本発明は空調及び除湿装置及び方法、特に、増加した空気流能力を提供しながら湿度を制御するのに乾燥剤ホイール技術を使用する空調方法及び装置に関する。
従来の空調構成は建物空間の水分負荷と温度負荷の両方に対処するのにあまり適合していないことは周知である。通常、建物空間内の水分負荷の主要源は、外部補給空気をその空間に供給する必要性から生じる。これは外部空気が建物内で要求されるより高い水分含量を通常有するためである。従って、従来の空調システムでは、空調装置の冷却能力は、ピーク温度設計条件時の潜在的(湿度)及び知覚可能(温度)状況に対応するように大きさが決められる。妥当な冷却要求が存在する場合、適切な除湿能力が実現される。しかし、閉じられた空間への湿度負荷は温度負荷に正比例して変化しない。即ち、朝及び夜間、屋外での絶対湿度はより高い温度の真昼の期間とほぼ同じである。従って、それらの時間、空間内の冷却の必要性はないことが多く、そのため除湿は起こらない。このため、既存の空調システムはそれらの状況に対してうまく作られていない。それらの状況は、時には建物内の居心地の悪い状況を引き起こし、建物及び配管内でのカビの形成又は他の細菌の生成を引き起こしうる。一方、空気の水分含量が、より少ない除湿を必要とする一方、同じ又はより多くの空気流能力をなお必要とする期間又は地理的領域が存在する。
乾燥剤冷却システムを使用してこれらの問題を解決するために複数の従来技術装置が提案されている。これらの装置では、大気からの供給空気は先ず乾燥剤ホイールなどを使用して除湿され、次にその空気は熱交換器を使用して冷却される。この空気からの熱は再生空気流に通常伝えられ、再生所要電力の一部を提供するために使用される。補給空気はそのまま直接空間に届けられるか或いは直接気化手段又はより伝統的な冷媒型空調装置により冷却される。乾燥剤ホイールは、空調されている囲まれた空間から又は外気から生じる第2空気流により再生される。この種の乾燥剤冷却システムは湿度及び温度の非常に密接し独立した制御を提供するように設計されうるが、通常伝統的なシステムより設置するのに費用がかかる。
特許文献1、特許文献2、及び特許文献3は空気が先ず冷媒システムで冷却され乾燥剤で乾燥される他のハイブリッドの装置を開示する。しかし、これらの開示の全てで、高い再生温度が乾燥剤を適切に再生するために必要である。これらの高温を達成するために、二重冷媒回路が再生温度を140°F(60℃)超まで上昇させる又は上げるのに必要である。特許文献1の場合、凝縮器熱ではなくエンジンからの廃熱が使用される。
より良い解決策が特許文献4、特許文献5、及び特許文献6に提案されている。それらは周囲空気だけを囲まれた空間への供給空気として利用し周囲空気だけを乾燥剤を再生するのに利用する。そのようなシステムは、米国の南部及び南東部、及びアジアの国々で典型的であるような高湿度状態の外気を取り入れて空間中性状態に変える。それらのシステムは、外気から屋内空気快適帯状態の空気を生成するための代わりの手法に比べて重要な利点を有する。最も重要な利点は低いエネルギー消費である。即ち、空気を乾燥剤の助けで処理するのに必要なエネルギーは先に開示された冷却技術で使用されるのより少ない。
しかし、このようなシステムは使用する乾燥剤ホイールのサイズに基づく空気流能力限界を有する。従って、追加の空気流容量が必要な幾つかの状況では、能力要求を満たすために複数の装置が必要になる場合がある。空気が乾燥している気候条件では、このような装置は周囲の気候に依って、必要であるより暖かくより乾燥した空気を提供することがある。本発明は、そのような条件で、より大量の所望の温度及び湿度の調整された空気の供給を可能にする。
米国特許第3401530号明細書 米国特許第5551245号明細書 米国特許第5761923号明細書 米国特許第6557365号明細書 米国特許第6711907号明細書 米国特許第7047751号明細書
追加の又はより大きな乾燥剤ホイールの必要なく、従って効率的に経済的に外部供給空気を処理しより大きな空気流能力に関する要求及び必要に合わせて調整することが本発明の1つの目的である。
本発明の別の目的は、製造及び稼働するのに比較的安価なより高い空気流能力乾燥剤ベース除湿及び空調システムを提供することである。
本発明の更に別の目的は、操作者が乾燥剤処理された供給空気と追加の量の冷却された外気であって更なる乾燥を必要としない外気との比率を変えるのを可能にする空調システムを提供することである。
本発明の態様によれば、空調及び除湿システム及び方法はハウジング内又はと共に複数の空気プレナムを利用する。このハウジングは中間壁で分離された第1及び第2プレナムを有する。第1プレナムは周囲空気流を供給処理し処理した空気を冷却又は処理される囲まれた空間又は他の領域に供給するために使用される。このシステムはまた、第1プレナム内に位置し第1プレナムに入った周囲空気を冷却し除湿する蒸発器と第2プレナム内の凝縮器コイルとを備える液体蒸気冷却回路を含む。
供給送風機は第1プレナムに関連し周囲空気をそのプレナムに引き込み、処理した空気をそのプレナムから囲まれた内、領域、又は空間に供給する。凝縮器送風機は第2プレナムに関連し別の周囲空気流を第2プレナムに引き込み、その空気流は凝縮器を通過して加熱される。
乾燥剤除湿システムが本システムに含まれ、これは回転可能に取り付けられ中間壁を横切って通って延在する乾燥剤ホイールを利用する。そのホイールの一部分は第1処理空気プレナムにあり、別の部分は第2プレナム内の凝縮器の下流にあり、凝縮器で加熱された空気を動作時回転している乾燥剤ホイールを再生する再生空気として受け取る。その後、再生空気は大気へ排気される。
第3周囲空気プレナムも周囲空気迂回路として設けられ、その中を通って周囲空気は、第1プレナムでの乾燥剤ホイールによる処理の必要がなく能力が必要である時、選択的に囲まれた内又は空間に供給される。第3プレナムは送風機などにより第3プレナムに引き込まれた周囲空気を第3周囲空気流として囲まれた空間に供給する前に冷却するための装置を備える。その冷却装置は水冷器システムの冷却器コイル、又は第1及び第2プレナムで使用されるDXシステムから独立したDX冷却システムの蒸発器コイルであってもよい。
本発明の別の態様では、第1周囲供給空気流をDX冷却システムの蒸発器冷却コイルで冷却し次にその冷却され除湿された第1空気流を回転する乾燥剤ホイールの処理部分に通して第1周囲空気流の水分含量を更に低減することで調整された空気が囲まれた内又は空間に供給される。その後、この処理された第1周囲空気流は囲まれた空間に供給される。
乾燥剤ホイールは第2プレナムに供給された第2周囲空気流により再生される。第2周囲空気流は先ず第2プレナムのDX凝縮器コイルを通過しそこでその温度が上昇し、第2プレナム内の乾燥剤ホイール部分を通過してそのホイールを再生する。そのホイールを通過した後、第2周囲空気流は大気へ排気される。
また、第3周囲空気流は選択的に第3プレナムに好ましくは第1及び第2プレナムに関連する前記送風機から独立した送風機により供給される。この第3空気流は第1及び第2プレナムで使用される冷却システムから独立したDXシステムにより選択的に冷却されて、乾燥剤ホイールによる処理なしに囲まれた空間に供給される。或いは、第3空気流中の送風機の代わりにダンパーが第3周囲空気流と第1空気流の間で乾燥剤ホイールの下流に配置され、送風機が第1空気流中で乾燥剤ホイールの下流に位置してもよく、第1空気流中の送風機が本システムを通る第1及び第3プレナムからの空気の全量を引っ張る。
このように、第3プレナムからの冷たい周囲空気の供給量及び/又は温度を変えることで、ユーザーは囲まれた空間に供給される周囲空気の量を増加させて、周囲温度及び湿度条件が操作者により要求されたより大きい空気量の全周囲空気の除湿は必要でないようなものである時、より良くより効率的に囲まれた空間に届けられる空気の温度及び湿度を制御できる。
本発明の上記及び他の目的、特徴、及び利点は、添付図面と関連付けて読むべきである例示の実施形態の下記の詳細な説明において明らかであろう。
従来技術の空調及び湿度制御装置の概略平面図である。 図1に示した従来技術装置の概略側面図である。 本発明に係る空調及び湿度制御装置の概略側面図である。 任意選択の前処理装置を含む本発明に係る空調及び湿度制御装置の別の実施形態の概略側面図である。 図3の実施形態の明確さのため迂回路プレナムを取り除いた平面図である。 図4に示したプレナム18の迂回路プレナムを含む概略側面図である。 図4に示したプレナム16の迂回路プレナムを含む概略側面図である。
図面を詳細にそして先ず図1及び2を参照すると、特許文献4、特許文献5、及び特許文献6に概ね開示された種類の従来技術の空調装置10が例示されている。装置10は、分離壁14を有するハウジング12を備え、分離壁14は概ね中央に位置し該ハウジングを別々の空気プレナム、即ち、第1プレナム16及び第2プレナム18に分ける。本装置は本質的に外部周囲空気だけを使用して、適切な又は所望の温度及び湿度条件に調整され除湿された空気を囲まれた内又は空間20に供給するよう意図されている。
図1の従来技術の空調装置は、関連する直接液体蒸気圧縮膨張冷却システム(DX)24も含む。DXシステム24は、鎖線で示された液体蒸気配管30で接続された蒸発器又は冷却コイル26及び凝縮器コイル28と従来の圧縮機及び膨張弁(不図示)とを備える。
図1及び2に例示されているように、蒸発器コイル26は、ハウジング12の周囲空気入口31に隣接する第1プレナム16内に位置する。凝縮器コイル28はハウジング12の別の周囲空気入口32に隣接するプレナム18内に位置する。送風機34及び36がプレナム16及び18内に設けられ又は接続されて周囲空気をそれぞれのプレナム内に引き込む。
ハウジング12はまた、従来の回転可能な乾燥剤ホイール38も含む。乾燥剤ホイール38はハウジング12内に回転可能に取り付けられ、壁14を横切ってその壁を部分的に通って延在し、装置の動作時、ホイールの回転中、そのホイールの一部(約半分)がプレナム16、18内で周囲空気流に曝される。これらの部分は第1プレナム16において40(処理空気のための処理部分とも呼ばれる)で示され、第2プレナム18において42(再生空気流のための再生部分とも呼ばれる)で示されている。
動作時、従来技術の装置は連続的に調整された外気を囲まれた空間に供給する。囲まれた空間からの廃空気は任意の都合のよい方法で送風機など(不図示)により従来知られているように排出される。第1の周囲又は処理空気流Aは送風機34によりプレナム16内に引き込まれて、蒸発器コイル26により冷却され除湿される。次に空気流Aは部分40において乾燥剤ホイール38により更に除湿される。適切な制御がDXシステム24に対してホイール38の回転速度を変えるために使用されて、ハウジング12の開口44を通ってプレナム16を出る空気は、空間20のための所望の温度及び湿度条件を有する。
このシステムでは、周囲又は外部空気はまた、乾燥剤ホイールを再生するためにも使用される。その外部空気は、送風機36により引き込まれ、凝縮器コイル28を通過して第2周囲空気流Bの温度を上昇される。この加熱された空気流は次に乾燥剤ホイール38の再生部分42を通過してホイールから水分を取り除く。第2又は再生空気流は次に大気に排出される。この従来技術システムはまた前記囲まれた空間からの空気の一部又は全部を周囲空気流Aにプレナム16における処理のために供給する手段を有してもよい。
上記説明された従来技術の空調装置は使用するのに非常に効率的で成功している。しかし、ある気候条件では、又はある施設の場合、ユーザーは関わる空間を調整するために1つの装置で処理できるより大きな空気流量を要求する一方、囲まれた内又は空間に供給されるその量の空気について所望の湿度条件を達成するために空気のより少ない除湿を要求する。この要求を満たすために、通常2つ以上のそのような装置を使用する必要があり、ユーザーにとって費用を増加させるか、又は関わる空間について必要であるより多い除湿がされる。
しかし、ある地域の気候条件は、囲まれた空間への空気供給のための適切な除湿は単一の装置と除湿ホイールで達成できるような条件であることが分かった。
これらの問題は、別の第3周囲空気流であって、ユーザーの要求と乾燥剤ホイールでの追加の除湿を必要としない周囲条件とに依って追加の冷却及び除湿が無いか又は幾らかされる第3周囲空気流を利用する本発明により解決されてきた。
図3及び4は本発明に係る空調及び除湿装置50の追加の実施形態を例示する。これらの図では、図1及び2で使用された符号が本実施形態の対応する構成要素に対して使用される。
従来技術のように、図3に示した装置50は中央壁14により分離された第1及び第2空気プレナム16、18(図3では見えない)を有する。処理又は供給空気流0Aを成す周囲空気は送風機34の影響を受けて開口31からハウジング12に入る。図3に例示するように、空気流は先ず従来の空気フィルター52を通過し、次に必要か又は望む場合は、予め冷却のための水冷器54を通過する。或いは、別のDXシステムの凝縮コイル(不図示)が、開口31の下流で冷却コイル26の前にあってもよく、状況がそれを必要とする場合、熱をその周囲空気に放出する。別の代わりの実施形態では、予め冷却のための別のDX冷却コイルもあってもよく、状況がそれを必要とする場合、システムの凝縮コイルが熱をその周囲空気に放出する。
冷却機54からの空気はDXシステム蒸発器コイル26で処理されて、そこで乾燥され冷却されて次に乾燥剤ホイール38の処理空気部分40を通過して更に乾燥される。そこからその空気は囲まれた内又は空間20に供給される。
第2周囲空気流は壁14のプレナム16と反対側のプレナム18内に送風機36により引き込まれる(図4)。その空気流は先ずDXシステムの凝縮器コイル28を通過して加熱され、前述したように次に乾燥剤ホイール38の再生部分42を通過してホイールを再生して、次に大気に排気される。
第3空気プレナム55(図3)はある量の冷却された周囲空気を囲まれた空間に乾燥剤ホイールを通過することなく供給するために設けられる。このプレナムは任意の都合のよいやり方で設けられ、ハウジング12上に取り付けられるか又は一部としてプレナム16及び18の上面58より上に形成されるダクトとして例示されている。しかし、このプレナムは本システムと任意の都合のよいやり方で関連しうることは理解されるであろう。
図3でも分かるように、第3空気プレナム55は第1空気プレナム16とハウジング12の上部壁58の通路56を通して連通しうる。通路56は任意の都合のよい又は既知の構造のダンパー60で開閉され、ダンパーが開いているか又は部分的に開いている時、プレナム16に引き込まれた周囲空気の一部が第3プレナム送風機64によりプレナム55にも引き込まれる。ダンパー60は、ダンパーを開閉し又は部分的に開いた位置に保持する任意の既知の制御システムにより制御されて、第3プレナムに入る空気の量を制御する。
プレナム55内の第3空気流は、第1及び第2プレナムで使用されるDXシステム24から独立したDX冷却システムの蒸発器コイル59により又は別の水冷冷却器により必要に応じて選択的に冷却されてもよい。
冷却された第3空気流はハウジング12内の乾燥剤ホイールを迂回してダンパー68により制御された別の通路又は開口66を通って乾燥剤ホイールの下流でプレナム16内の第1又は処理空気流へ戻る。ダンパー68は当業者により理解されるであろうように制御システムにより開閉される。
別の代わりの実施形態では、送風機64は除去でき、送風機34が単独で使用され外気をプレナム16内に引き込み、次にその一部を蒸発器26を通過する前に通路56を通ってプレナム55内に引き込む。両方の実施形態で、第1及び第3空気流は混合し一緒に囲まれた空間へ供給される。状況が必要とする場合、十分な空気が第1プレナムで乾燥されて必要な量の供給空気の一部の湿度及び温度を低減する一方、周囲空気の一部は単に冷却され(そして蒸発器コイル59が使用される場合、部分的に乾燥され)、その2つの空気流が混合する時、得られる空気流は囲まれた空間で必要な所望の全体温度及び湿度条件を有する。この実施形態では、空気流を制御するためにダンパー60を使用する代わりに、調整送風機として送風機64を設けることができ、プレナム55を通る外気流を通路56からか又は下記に説明するように端壁69の周囲空気入口を通ってかを切り替えうる。
上述した通路56及びダンパー60の代わりに、第3プレナムは周囲空気入口がその端壁69に設けられるように作られうることは理解されるべきである。この空気入口は上記のダンパー60と類似のダンパーにより開閉されうる。
図3Aは、周囲空気流を第1プレナムに入る前に冷却するために前処理装置70が設けられた本発明の別の実施形態を例示する。この前処理装置は、例えばエンタルピーホイール72を含む任意の既知の種類の熱交換器であってもよい。
例示されているように、周囲空気流はエンタルピーホイール72に入り、蒸発器26に入る前に冷却される。エンタルピーホイールは別のダクトシステムにより囲まれた空間から取り出され大気へ排気される戻り空気で再生される。
図3Aは、迂回空気を第1プレナム内で混合する代わりに、第3プレナムが放出端80において伸ばされて迂回空気を直接囲まれた空間に供給できることを例示する。
図4A及び4Bは、プレナム18内の凝縮器28を出る加熱された空気の一部をプレナム55内に向けるよう適合した本発明の別の実施形態を例示する。これは選択的に動作可能なダンパー57の使用により実現される。ダンパー57は凝縮器28からの加熱された空気の一部がプレナム55に入りそのプレナム内に通常いる周囲空気を加熱又はと置き換わるのを許す。外気温度が、迂回空気が提供するよう意図された温度以下である時に、ダンパー57は通常動作する。
本発明の例示の実施形態を、添付図面を参照して本明細書に説明したが、本発明はこれらの明確な実施形態に限定されず、それらに本発明の範囲又は要旨から逸脱することなく様々な変更及び部分変更が当業者によりされうることは理解されるべきである。
10 空調装置
12 ハウジング
14 分離壁又は中央壁
16 第1プレナム
18 第2プレナム
24 DXシステム
26 冷却コイル
28 凝縮器コイル
30 液体蒸気配管
32 周囲空気入口
34、36 送風機
38 乾燥剤ホイール
40 処理部分
42 再生部分
44 開口
50 空調及び除湿装置
52 空気フィルター
54 冷却機
55 第3プレナム
56 通路
57、60、68 ダンパー
58 上部壁
59 蒸発器コイル
64 送風機
66 開口
69 端壁
70 前処理装置
72 エンタルピーホイール
80 放出端

Claims (15)

  1. 空調及び除湿システムであって、
    閉じられたハウジングであって該ハウジングを第1及び第2空気プレナムに分割する壁を有するハウジングと、
    冷却回路であって、前記第1プレナム内の蒸発器コイル、前記第2プレナム内の凝縮器コイル、及び周囲空気を前記第2プレナムに前記凝縮器を通って引き込み前記空気を前記凝縮器の下流で前記ハウジングの外部へ放出するための凝縮器送風機を含む冷却回路と、
    前記ハウジング内に回転可能に取り付けられ前記分割する壁に垂直な平面内で回転する乾燥剤ホイールを含み前記ハウジング内にある除湿システムであって、前記ホイールの処理部分として働く一部分は前記第1プレナム内に位置し、前記ホイールの再生部分として働く第2部分は前記第2プレナム内に位置する、除湿システムと、
    周囲空気を前記第1プレナム内に前記蒸発器を通って次に前記乾燥剤ホイールの前記処理部分を通って引き込むための周囲空気供給空気送風機であって、前記第1プレナム内の前記周囲空気は冷却及び除湿され、前記ホイールの前記再生部分は前記凝縮器送風機で前記第2プレナム内に引き込まれ前記凝縮器で加熱された空気により再生される、周囲空気供給空気送風機と、
    前記冷却及び除湿された空気を前記第1プレナムから囲まれた空間に供給するための手段及び前記乾燥剤ホイールを再生するのに使用した空気流を前記第2プレナムから放出するための手段と、
    第3プレナムを画定する周囲空気迂回路及び周囲空気を、前記第3プレナムを通して選択的に前記囲まれた空間に迂回空気流として供給するための手段と、
    前記第3プレナム内で前記迂回空気流を選択的に冷却するための手段と
    を備える空調及び除湿システム。
  2. 周囲空気を、前記第3プレナムを通して選択的に供給するための前記手段は、前記迂回空気流を選択的に冷却するための前記手段を通って大気から前記囲まれた空間へ空気を引き込む迂回路送風機を含む、請求項1記載のシステム。
  3. 前記第3プレナムは、周囲空気を前記第1プレナムの前記蒸発器で冷却される前に前記第1プレナムから前記第3プレナムに選択的に供給するための手段を含む、請求項1記載のシステム。
  4. 周囲空気を前記第3プレナムに選択的に供給するための前記手段は、前記第1プレナムの前記蒸発器の上流で周囲空気を前記第1プレナムから方向付けるための選択的に動作可能な手段を含む、請求項3記載のシステム。
  5. 前記第3プレナム内の前記冷却手段の下流にある手段であって、前記第3プレナム内の前記冷却手段を通過した冷却された空気を前記第1チャンバー内の前記乾燥剤ホイールを出る空気と前記囲まれた空間へ供給する前に混合するための手段を含む請求項4記載のシステム。
  6. 前記第2プレナムの前記凝縮器を出る空気の一部を前記第3プレナム内に振り分けるための手段を含む請求項1記載のシステム。
  7. 前記第1プレナムにおいて前記蒸発器の上流にある熱交換器手段であって、前記第1プレナムの前記蒸発器で更に冷却されるか又は前記第3プレナムに供給される前に周囲空気を予冷するための熱交換器手段を含む請求項1記載のシステム。
  8. 囲まれた空間へ供給するため周囲空気を調整するための方法であって、
    第1周囲供給空気流を冷媒システムの冷却コイルで冷却し、次に前記冷却された周囲供給空気流を回転する乾燥剤ホイールの一部分に通して前記周囲空気流の水分含量を低減しこのように処理された空気を前記囲まれた空間へ渡すステップと、
    第2周囲空気流を前記冷媒システムの凝縮器コイルで加熱し前記加熱された第2周囲空気流を前記乾燥剤ホイールの再生部分に通すことで前記乾燥剤ホイールを再生するステップと、
    第1プレナムで処理することなく迂回路プレナムで供給周囲空気を選択的に冷却し前記冷却した空気を前記迂回路プレナムから前記囲まれた空間へ供給するステップと
    を含む方法。
  9. 前記迂回路プレナム内の前記周囲空気は第1及び第2プレナム内の空気流から独立した第3周囲空気流である、請求項8記載の方法。
  10. 前記迂回路プレナム内の前記周囲空気は、前記第1プレナムの前記蒸発器コイルの上流の前記第1プレナム内の周囲空気から供給される、請求項8記載の方法。
  11. 前記第3プレナム内の周囲空気は前記乾燥剤ホイールの下流で前記第1プレナムに供給され、前記ホイールの前記処理部分を出る空気と前記囲まれた空間へ供給される前に混合される、請求項9記載の方法。
  12. 前記迂回路プレナムで周囲空気を冷却する前記ステップは、前記第1プレナム内の前記蒸発器コイルから独立した前記迂回路プレナム内の第2蒸発器コイルを使用するステップを含む、請求項8記載の方法。
  13. 前記迂回路プレナムで周囲空気を冷却する前記ステップは、冷水コイルを使用して前記周囲空気を冷却するステップを含む、請求項8記載の方法。
  14. 前記第1プレナムに供給される周囲空気を予め処理するステップを更に含む請求項8記載の方法。
  15. 前記迂回空気流を選択的に冷却するための前記手段は冷水コイルである請求項1記載のシステム。
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