JP2022507711A - 電気透析液体乾燥剤脱湿システム - Google Patents

Abstract

空気は、気液界面を横切って流れ、界面を通って流れる液体乾燥剤が、空気から水を吸収し、これによって希釈されて出力ストリームを形成するようになる。出力ストリームは、中央イオン交換膜と第１及び第２の外側イオン交換膜とを有する電気透析スタックを通って循環する。レドックスシャトルループは、第１及び第２の外側イオン交換膜の周りを循環する。電気透析スタックに電圧が印加され、これにより液体乾燥剤が再生される。【選択図】図１

Description

本開示は、電気透析液体乾燥剤脱湿システムに関する。

一実施形態では、液体乾燥剤システムは、中央熱交換膜によって分離された液体乾燥剤の希釈ストリーム及び濃縮ストリームを有する液体乾燥剤ループを備えた電気透析スタックを含む。第１及び第２のレドックスストリームを有するレドックスシャトルループは、中央イオン交換膜とは異なるタイプの第１及び第２の外側イオン交換膜それぞれによって液体乾燥剤ループの希釈ストリーム及び濃縮ストリームから分離される。

液体乾燥剤システムは、電気透析スタックの両端に電圧を印加するように動作可能な第１及び第２の電極を含む。システムは、液体乾燥剤の濃縮ストリームと流体連通した気液界面を有する。気液界面は、液体乾燥剤の濃縮ストリームを気液界面を横切って流れる空気に晒し、濃縮ストリームは、空気からの水の吸収によって希釈されて、出力ストリームを形成する。

液体乾燥剤システムは、電気透析スタック及び気液界面を通して液体乾燥剤を循環させる第１のポンプを含むことができる。気液界面からの出力ストリームは、電気透析スタックに入ると、希釈ストリームと濃縮ストリームとに分割することができる。第２のポンプを使用して、第１及び第２の外部イオン交換膜を横切って第１及び第２のレドックスストリームを循環させることができる。

別の実施形態では、方法は、気液界面を通って液体乾燥剤を循環させることを含む。空気は、気液界面を横切って流れ、液体乾燥剤が空気から水を吸収するようになる。液体乾燥剤は、水の吸収を介して希釈され、出力ストリームを形成する。出力ストリームは、電気透析スタックへの入力において希釈ストリームと濃縮ストリームとに分割される。電気透析スタックは、中央イオン交換膜と、中央イオン交換膜とは異なるタイプの第１及び第２の外側イオン交換膜とを有する。希釈ストリームは、中央イオン交換膜と第１の外側イオン交換膜との間を流れ、濃縮ストリームは、中央イオン交換膜と第２の外側イオン交換膜との間を流れる。レドックスシャトルループは、第１及び第２の外側イオン交換膜の周りを循環する。電気透析スタックの両端に電圧が印加され、例えば、中央イオン交換膜と第１の外側イオン交換膜とを横切ってイオンの移動が生じ、乾燥剤濃縮物が希釈ストリームからレドックスシャトルループ及び濃縮ストリームまで移動することになる。

例示的な実施形態による液体乾燥剤システムの概略図である。 例示的な実施形態による液体乾燥剤システムの概略図である。 例示的な実施形態による空調システムの斜視図である。 例示的な実施形態による空調システムのブロック図である。 例示的な実施形態による液体乾燥剤システムの概略図である。 例示的な実施形態による電気透析スタックの概略図である。 例示的な実施形態による電気透析スタックの概略図である。 例示的な実施形態による、気液界面で使用される熱交換器の概略図である。 例示的な実施形態による多段電気透析スタックの概略図である。 例示的な実施形態による方法のフローチャートである。

本開示は、液体乾燥剤システムに関する。液体乾燥剤システムは、とりわけ、暖房、換気、及び空調（ＨＶＡＣ）において用いることができる。米国の電力消費量の約１０％を空調が担っており、湿度の高い地域では除湿が負荷の半分を超えて占めている。本開示は、空調のための除湿に対する効率的な熱力学的手法を記載している。一般的に、システムは、レドックスアシストの電気透析液体乾燥剤コンセントレータと相前後して膜除湿機を含む。

本明細書に記載のシステムは、膜ベースの液体乾燥剤空調システムを可能にするレドックスアシスト電気透析プロセスを利用している。このレドックスアシスト電気透析（ＥＤ）プロセスでは、レドックス活性種の水溶液が電気化学スタックのアノードとカソードとの間で循環させて、イオン溶液を濃縮し、蒸気圧縮（ＶＣ）又は乾燥剤ベースの空調に必要な熱又は圧力によって引き起こされる熱力学的相変化を排除する。液体乾燥剤（例えば、塩化リチウム、ＬｉＣｌの水溶液）は、膜の界面にわたって空気から水分を吸収する。希釈した液体乾燥剤は、効率的に再濃縮されて、水の蒸発に必要な潜熱入力を回避する。この新しく提案されたサイクルの効率の向上は、２０３０年までに年間１．５クワッドのエネルギー節約につながると推定される。

図１の概略図は、例示的な実施形態による電気透析液体乾燥剤空調（ＥＬＤＡＣ）システム１００を示している。システム１００は、乾燥剤セクション１０２及び冷却セクション１０４を含む。乾燥剤セクション１０２において、外気１０６（及び／又は再循環空気）は、本明細書では気液界面とも呼ばれる液体搬送膜ドライヤ１０８にわたって送り込まれる。空気１０６は、高温高相対湿度（ＲＨ）の外気とすることができる。空気１０６からの水１０９は、膜界面１０８にて、例えば、水性ＬｉＣｌの濃縮液体乾燥剤１１０に吸収され、次いで、レドックスアシスト再生器１１２を通過して、希薄ストリーム１１４（例えば、排出水）を分離し、乾燥剤ストリーム１１０を再濃縮する。乾燥剤として、ＬｉＣｌの代わりに、例えば、ＮａＣｌ、ＬｉＢｒ、及びＣａＣｌ₂などの他の濃縮物を使用できる。

湿度は、乾燥剤セクション１０２を離れる空気１１５において減少し、ここで、冷却セクション１０４によって冷却される。この冷却セクション１０４は、蒸発器１１６及び図示されていない他の構成要素（例えば、凝縮器、圧縮機）を含むことができる。冷却セクション１０４に入る空気１１５は、外気／再循環空気１０６に比べて相対湿度が低いので、蒸発器１１６は、蒸発器１１６が流入する空気１１５からの湿気を凝縮するのを必要とする場合よりも効率が高く、冷却空気１２０の温度を大幅に下げることができる。イオン水溶液を濃縮するためにレドックスアシスト電気透析によって使用されるエネルギーを測定した実験結果は、ＥＬＤＡＣシステム１００が、０．０５ ｋＢＴＵ／ｌｂ未満の再生比熱入力（ＲＳＨＩ）を有することができることを示しており、これは、現在使用されている熱再生方法の最大３０分の１である。

図１Ａの詳細図１２２で分かるように、レドックスアシスト再生器１１２は、外側のレドックスチャネル１２６を内側濃縮物１１０及び希釈１１４ストリームから分離する２つの外側イオン交換膜１２４を有する。この例では、外側イオン交換膜１２４は、陰イオン交換膜（ＡＥＭ）として構成されている。濃縮物１１０及び希釈物１１４ストリームは、この例では、陽イオン交換膜（ＣＥＭ）である、中央イオン交換膜１３０によって分離されている。他の構成では、中央イオン交換膜１３０は、ＡＥＭとすることができ、外膜１２４はＣＥＭとすることができる。

外部電圧１３２は、レドックス活性シャトル分子の酸化又は還元を誘起し、水を分割するか、又は他のガス状副生成物（例えば塩素）を生成し２つのストリーム：再濃縮乾燥剤１１０及び排出水１１４を生成することなく、膜１２４、１３０を横切るイオン移動を駆動する。この目標は、複数の段階を経て達成することができる。提案されているレドックスシャトルの１つは、（ビス（トリメチルアンモニオプロピル）フェロセン／ビス（トリメチルアンモニオプロピル）フェロセニウム、［ＢＴＭＡＰ－Ｆｃ］²⁺／［ＢＴＭＡＰ－Ｆｃ］³⁺）１３４などの正に帯電したフェロセン誘導体であり、これは、無毒性で高度に安定しており、極めて迅速な電気化学速度論及び無視できる膜透過性を有する。他のレドックスシャトル溶液は、フェロシアン化物／フェリシアン化物（［Ｆｅ（ＣＮ）６］^4-／［Ｆｅ（ＣＮ）６］^3-）又は負に帯電したフェロセン誘導を含むことができる。システムの可動部分は、液体循環用の低圧ポンプと空気循環用のファンを含むことができる。

図２では、斜視図は、例示的な実施形態によるＥＬＤＡＣシステム２００の詳細を示している。図３において、ブロック図は、図２に示される構成要素の幾つかの間の機能的関係を示すと共に、追加の実施形態による他の構成要素を示す。システム２００は、様々な機能的構成要素を保持し且つ空気ダクト経路を提供するエンクロージャ２０２を含む。加湿空気２１４（例えば、外気及び／又は還気）は、送風機２１２を介して第１のダクト２２０を通して送られる。この空気２１４は、気液界面除湿機２０６にわたって送り込まれる。この例では、除湿機２０６は、第１のダクト２２０を満たす矩形の膜要素として構成されている。

除湿機２０６のフレーム２０６ａ内には、液体乾燥剤が循環される１又は２以上の平面膜２０６ｂがある。他の実施形態では、平面膜２０６ｂの代わりに、又はそれに加えて、中空管体、液空表面、及び液体スプレーを除湿機２０６にて使用することができる。膜２０６ｂを通る流体乾燥剤の移動は、毛細管現象、重力供給、液体の直接ポンピングなどの何れかの組み合わせを使用して達成することができる。グリル２０６ｃは、空気流２１４からの空気圧によって引き起こされる屈曲を低減するために、膜２０６ｂの機械的支持を提供することができる。液体ポンプ２０７を用いて、液体乾燥剤を任意選択の貯蔵タンク２１０から膜除湿機２０６に移動させ、ここで液体乾燥剤が空気２１４から水を吸収して、レドックスアシスト再生器２０８にフィードバックされる。レドックスアシスト発生器２０８は、液体乾燥剤から水を分離し、分離された水は、ドレン２０９を介して排出される。構成要素２０７、２０８、２１０及び関連する配管は、例証の便宜上、エンクロージャ２０２の外側に示されているが、これらは、部分的又は完全にエンクロージャ２０２内に配置することができる点に留意されたい。

膜除湿機２０６を通過した空気２１６は、ＲＨが低く、従って、顕熱除去器２０４、例えば、冷媒サイクル空調装置の蒸発器によってより効率的に処理することができる。顕熱除去装置２０４を通過した冷却空気２１８は、供給ダクト２２０を通過し、ここでエンクロージャ２０２から出て、標的空間、例えば、建物、車両、その他を冷却するのに使用される。

図３では、レドックス貯蔵タンク３００は、ＬＤ再生器２０８と流体連通して示されている点に留意されたい。ＥＬＤＡＣシステム２００は、レドックス及び乾燥剤リザーバ３００、２１０の一方又は両方を含むことができる。乾燥剤貯蔵装置２１０は、別個のリザーバ又は２又は３以上のパーティションを有する単一のリザーバを使用することによって、濃縮物ストリーム及び希釈ストリーム（例えば、図１のストリーム１１０及び１１４）の両方の流体を貯蔵できることに留意されたい。レドックス貯蔵部３００は、同様に、レドックスストリームの濃縮部分及び希釈部分（例えば、図１に示されるストリーム１２６の下部及び上部）を貯蔵することができる。これらのリザーバ２１０、３００は、幾つかの実施形態においてバッファとして使用することができる。例えば、ＥＬＤＡＣシステム２００から排出される水が、空気から吸収される水と等しくない場合、濃縮物又は希釈乾燥剤のうちの１つ（又は両方の組み合わせ）がリザーバ２１０から引き出されて、乾燥剤ループが所望の濃縮物レベル及び／又は流量を維持することを確保することができる。

リザーバ２１０、３００は、除湿以外の他の目的に使用するのに十分な容量のものとすることができる。例えば、米国特許出願第１６／２００，２８９号（代理人整理番号２０１７１２１４ＵＳ０３／ＰＡＲＣ．２２５Ｕ１）にて記載されるように、電気透析電池３０２は、レドックス溶液３００を使用して発電を行い、従って、除湿で使用される電気の一部を回収することができる。このようなプロセスは、除湿と共に、又は除湿とは別個に実行することができる。例えば、発電は、システムの使用率が低い又は停止になっている夜間に行うことができる。

図４では、概略図は、例示的な実施形態による液体乾燥剤システムの追加の詳細を示している。電気透析スタック４００は、液体乾燥剤ループ４０２及びレドックスシャトルループ４０４のためのエンクロージャを提供する。ループ４０２、４０４は、外側交換膜４０６によってハウジング４００内で分離され、液体乾燥剤ループ４０２の希釈／濃縮物経路４０２ａ、４０２ｂは、中央交換膜４０８によって分離される。ループ４０２、４０４内の流体は、それぞれポンプ４１２、４１０によって駆動される。

液体乾燥剤ループ４０２は、ポイント４０２ｃにおいて濃縮された液体乾燥剤から始まる。乾燥剤ループ４０２は、水中の塩化リチウムなどのイオン溶液を含む。典型的な開始濃度は、で約３０重量％の乾燥剤となる。濃縮された乾燥剤溶液は、図２及び図３に示される膜除湿機２０６などの空気膜界面／交換器４１４と接触される。交換器４１４では、より高いＲＨ空気４１６が流入し、より低いＲＨ空気４１８が流出する。空気からの水蒸気４２０は、乾燥剤によって交換器４１４の水選択膜４２２（又は他の液体－空気界面）にわたって引き寄せられ、これにより点４０２ｄにおいてより低い濃度で出る乾燥剤溶液を希釈する。

電気透析スタック４００において、低濃度の液体乾燥剤溶液４０２ｄは、分岐点４０２ｅにて、スタック４００の膜４０６、４０８と接触状態になる別個のストリーム４０２ａ、４０２ｂに分割される。ストリーム４０２ｂは、スタック４００を通過するときに濃縮され、ポイント４０２ｃと同じ濃度を有するポンプ４１２に再び入る。他のストリーム４０２ａは、スタック４００を通過するときに希釈され、排出、貯蔵、又は他の目的に使用することができる高度に希釈された水のストリームとして流出する。

ポンプ４１０は、ポイント４０４ａと４０４ｂとの間でレドックスシャトルを循環させ、ここで電極４２４と接触する。電気透析スタックの両端に印加された電圧４２６は、ストリーム４０２ａからストリーム４０２ｂに、ストリーム４０２ａからストリーム４０４ｂに、及びストリーム４０４ａからストリーム４０２ｂにイオンを駆動する。何れの場合も、膜４０６、４０８を通してイオンを駆動することは、濃度に影響を与える。電気透析スタック５００の代替の実施形態が、乾燥剤濃縮物としてＬｉＣｌを使用し、レドックスシャトルとして［ＢＴＭＡＰ－Ｆｃ］²⁺／［ＢＴＭＡＰ－Ｆｃ］³⁺を使用して図５Ａに示されている。ＬｉＣｌ乾燥剤濃縮物は、中央イオン交換膜５０６（この場合はＣＥＭ）によって、脱塩水／希釈ストリームと濃縮ストリーム５０４とに分割される。レドックスシャトルループ５０８は、中央イオン交換膜５０６とは異なるタイプ（この場合はＡＥＭ）のそれぞれの第１及び第２の外側イオン交換膜５０７、５９０によって、液体乾燥剤ループの希釈ストリーム及び濃縮ストリームから分離された第１及び第２のレドックスストリーム５０８ａ～ｂを有する。

電気透析スタック５１０の別の代替の実施形態が、乾燥剤濃縮物としてＬｉＣｌを使用し、レドックスシャトルとして［Ｆｅ（ＣＮ）６］^4-／［Ｆｅ（ＣＮ）６］^3-を使用して図５Ｂに示されている。ＬｉＣｌ乾燥剤濃縮物は、中央イオン交換膜５１６（この場合はＡＥＭ）によって、脱塩水／希釈ストリームと濃縮ストリーム５１４とに分割される。レドックスシャトルループ５１８は、中央イオン交換膜５１６とは異なるタイプ（この場合、ＣＥＭ）のそれぞれの第１及び第２の外側イオン交換膜５１７、５１９によって、液体乾燥剤ループの希釈ストリーム及び濃縮ストリームから分離された第１及び第２のレドックスストリーム５１８ａ～ｂを有する。図５Ａ及び５Ｂに示される電気透析スタック５００、５１０は、本明細書に示される除湿ループの何れかで使用できる点に留意されたい。

上記システムの除湿部分は、ポンプ及び電気透析スタックを駆動するための入力電気、並びに除湿される入力空気ストリームのみを必要とする。水と低ＲＨ空気の出口ストリームが存在することになる。このシステムは、除湿で使用することを意図しているが、例えば、貯蔵されたレドックス溶液から発電することなど、追加の用途に適合させることができる。ＥＬＤＡＣは、過電圧がゼロ又はほぼゼロでの電気透析濃度を使用することに起因して、既存の除湿システムよりも必要とするエネルギーが有意に少ないので、有利である。システムは、イオン運動を駆動するために水分離に依存しないので、ＥＬＤＡＣは、従来の電気透析などの他の電気化学的プロセスとは異なって、濃縮塩溶液で使用したときに有毒ガス又は可燃性ガス（例えば、塩素又は水素）を生成しない。例示的な用途では、通常の空調装置の上流でＥＬＤＡＣを使用して、空調装置への潜熱負荷を排除し、空調費用を低減することができる。

液体乾燥剤中の水分の吸収は発熱性であり、液体乾燥剤を保持する気液界面の温度が上昇することになる。この温度上昇により、気液界面を通過する空気を受け入れる顕熱冷却セクションに作用する負荷の増加をもたらす可能性がある。図６では、概略図は、例示的な実施形態による、気液界面６００から熱を除去するためのシステムを示す。熱交換器６０２は、界面６００の部品（例えば、膜）を通って分配される熱伝達要素６０４に熱的に結合されている。

伝熱要素６０４は、導電性ストリップ（例えば、金属、カーボンナノチューブ、その他）、ガス充填又は液体充填パッシブヒートパイプ（例えば、熱サイフォン）、ガス又は液体がポンプ送給される管体、放射熱吸収体、又は当技術分野で知られている他の熱伝達構造とすることができる。要素６０４を通って伝達される熱は、熱交換器６０２に送られ、熱交換器６０２は、冷却流６０６に晒される。冷却流６０６は、熱交換器６０２から熱を運び去り、最終的に熱を周囲のヒートシンク（例えば、空気、土、水）に放出することができる気体又は液体の流れである。他の実施形態では、熱６０８は、電気透析スタック６１２（界面６００又は異なるスタックに乾燥剤を提供する同じスタックとすることができる）及び／又はシステムからの排出水６１４（例えば、図１の排出水１１４）などの他のヒートシンクに（例えば、熱伝達経路６１０に沿って）伝達することができる。

前述の実施例では、電気透析スタックは単一のレドックスループを含んでいた。他の実施形態では、スタックは、希釈／濃縮レベルを更に増加させるため、及び／又は処理できる乾燥剤の流れの量を増加させるために、複数のレドックスループ及び関連するイオン膜を含むことができる。図７では、ブロック図は、例示的な実施形態による２段電気透析スタック７００を示している。

電気透析スタック７００は、希釈ストリーム７０２ａと第１段７０４を通過する濃縮ストリーム７０２ｂとに分割される液体乾燥剤ループ７０２を処理する。段７０４から流出するストリーム７０２ａは、第２の希釈ストリーム７０２ｄと、第２の段７０６を通過する第２の濃縮ストリーム７０２ｅとに更に分割される。段７０６から流出するストリーム７０２ｅは、段７０４から流出するストリーム７０２ｂよりも低濃度であり、濃縮ストリーム７０２ｂと再混合されて気液界面７０８に再導入されるのではなく、出力ストリーム７０２ｃと再混合されて、前段７０４に再導入することができる。効率を最大化するために、ストリーム７０２ｃと７０２ｅの乾燥剤濃度はほぼ同等である（例えば、０～２０％以内）。

段７０４、７０６の各々は、希釈ストリーム７０２ａ、７０２ｄ及び濃縮ストリーム７０２ｂ、７０２ｅを分離する中央イオン交換膜７０４ａ、７０６ａを有する。段７０４、７０６の各々は、それぞれの第１及び第２の外側イオン交換膜７０４ｃ、７０４ｄ、７０６ｃ、７０６ｄによって、液体乾燥剤ループ７０２の希釈ストリーム７０２ａ、７０２ｄ及び濃縮ストリーム７０２ｂ、７０２ｅから分離された第１及び第２のレドックスストリーム７０４ｂ、７０４ｂｂ、７０６ｂａ、７０６ｂを有するレドックスシャトルループ７０４ｂ、７０６ｂを有する。段７０４、７０６は各々、電気透析スタック７００の段７０４、７０６の両端間に電圧を印加するように動作可能な第１及び第２の電極７０４ｅ、７０４ｆ、７０６ｅ、７０６ｆを含む。

気液界面７０８は、第１の段７０４から出る液体乾燥剤の濃縮ストリーム７０２ｂと流体連通している。気液界面７０８は、液体乾燥剤の濃縮ストリーム７０２ｂを、気液界面７０８にわたって流れる空気に晒し、濃縮ストリームは、空気からの水の吸収を介して希釈されて、出力ストリーム７０２ｃを形成する。出力ストリーム７０２ｃは、第２の段７０６から出る出力ストリーム７０２ｅと組み合わされる。第１のポンプ７１２は、電気透析スタック７００及び気液界面７０８を通って液体乾燥剤を循環させる。気液界面７０８からの出力ストリーム７０２ｃは、出力ストリーム７０２ｅと組み合わされた後に電気透析スタック７００に入ると、希釈ストリーム７０２ａと濃縮ストリーム７０２ｂとに分割される。

電極７０４ｅ、７０４ｆ、７０６ｅ、７０６ｆの両端の電圧は、中央イオン交換膜７０４ａ、７０６ａ及び第１の外側イオン交換膜７０４ｃ、７０６ｃを横切るイオン移動を引き起こし、その結果、乾燥剤濃縮物が第１の希釈ストリーム７０２ａから段７０４の第１のレドックスストリーム７０４ｂａ及び第１の濃縮ストリーム７０２ｂへ移動し、及び同様に、第２の希釈ストリーム７０２ｄから段７０６の第１のレドックスストリーム７０６ｂａ及び第２の濃縮ストリーム７０２ｅへ移動する。第２のポンプ７１４、７１６は、レドックスシャトルループ７０４ｂ、７０６ｂを循環させ、第１のレドックスストリーム７０４ｂａ、７０６ｂａ及び第２のレドックスストリーム７０４ｂｂ、７０６ｂｂが、それぞれの第１の外側イオン交換膜７０４ｃ、７０６ｃ及び第２の外側イオン交換膜７０４ｄ、７０６ｄにわたって流れるようにする。電圧はまた、第２の外部交換膜７０４ｄ、７０６ｄを横切る第２の（及び同様の）イオン移動を引き起こすことになり、その結果、乾燥剤濃縮物が第２のレドックスストリーム７０４ｂｂ、７０６ｂｂから濃縮ストリーム７０２ｂ、７０２ｅに移動する。

段７０４、７０６は同じか、又は異なっていてもよい点に留意されたい。例えば、各段７０４は、レドックスシャトル溶液、中央及び外部交換膜タイプ、電圧、膜形状、乾燥剤流動形状、レドックス流量、その他の異なる組み合わせを使用することができる。このようにして、段７０４、７０６は、希釈ストリーム７０２ａ、７０２ｄ及び濃縮ストリーム７０２ｂ、７０２ｅの一部内の予想される異なる濃度に対して最適化することができる。段７０４、７０６は同時に動作することができ、一部の条件下では、一方又は他方が遮断される場合がある。例えば、希釈ストリーム７０２ａ内の濃縮物レベルがある閾値を下回る場合、エネルギーを節約し、摩耗を低減するために、段７０４、７０６のうちの１つを遮断することができる。希釈ストリーム７０２ａ内の濃縮物レベルがこの閾値を超える場合、非作動段７０４、７０６を再開することができる。

図７に示される実施形態は、３以上の段７０４、７０６に拡張することができる。更に、段７０４、７０６は、単一の電気透析スタックユニット７００の一部として示されているが、例えば、乾燥剤ループ７０２のストリーム７０２ａ、７０２ｂ、７０２ｄ、７０２ｅを運ぶための配管によって結合される別個のエンクロージャとして実装することができる。一実施形態では、例えば、ループ７０４ｂ、７０６ｂを並列又は直列に実行することにより、２つのポンプ７１４、７１６の代わりに１つのレドックスポンプを使用することができる。図７に示すような多段電気透析スタックは、上記で示された実施形態（例えば、図１～５）の何れかで使用することができ、これら及び他の図に示される何れかの特徴、例えば、流体貯蔵リザーバ、熱交換器、その他を組み込むことができる点に留意されたい。

図８では、フローチャートは、例示的な実施形態による方法を示している。この方法は、液体乾燥剤を気液界面を通って循環させるステップ８００を含む。液体乾燥剤が空気から水を吸収するように、空気が気液界面にわたって流れる（８０１）ようにさせる。液体乾燥剤は、水の吸収を介して希釈され、出力ストリームを形成する。出力ストリームは、電気透析スタックへの入力にて希釈ストリームと濃縮ストリームに分割される（８０２）。電気透析スタックは、中央イオン交換膜と、中央イオン交換膜とは異なるタイプ（例えば、陽イオン又は陰イオン）の第１及び第２の外側イオン交換膜とを有する。

希釈ストリームは、中央イオン交換膜と第１の外側イオン交換膜との間を流れるようにされる（８０３）。濃縮ストリームは、中央イオン交換膜と第２の外側イオン交換膜との間を流れるようにされる（８０４）。レドックスシャトルループは、第１及び第２の外側イオン交換膜の周りを循環される（８０５）。電圧が、電気透析スタックの両端に印加され、中央イオン交換膜及び第１の外側イオン交換膜にわたってイオン移動を引き起こす。この移動により、乾燥剤濃縮物が希釈ストリームからレドックスシャトルループ及び濃縮ストリームに移動する。

他に示さない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される特徴の大きさ、量、及び物理的特性を表す全ての数字は、全ての場合において「約」という用語によって修飾されるものとして理解されるべきである。従って、反対に示されない限り、上記の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用して当業者が得ようと試みる所望の特性に応じて変えることができる近似値である。端点による数値範囲の使用は、その範囲内の全ての数（例えば、１～５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）並びにその範囲内の任意の範囲を含む。

１００ 電気透析液体乾燥剤空調（ＥＬＤＡＣ）システム
１０２ 乾燥剤セクション
１０４ 冷却セクション
１０６ 外気
１０８ 液体搬送膜ドライヤ
１０９ 水
１１０ 濃縮液体乾燥剤
１１４ 希薄ストリーム

Claims (20)

1. 液体乾燥剤システムであって、
   電気透析スタックを備え、前記電気透析スタックが、
   中央イオン交換膜によって分離された液体乾燥剤の希釈ストリーム及び濃縮ストリームを有する液体乾燥剤ループと、
   前記中央イオン交換膜とは異なるタイプのそれぞれ第１及び第２の外側イオン交換膜によって前記液体乾燥剤ループの前記希釈ストリーム及び前記濃縮ストリームから分離された第１及び第２のレドックスストリームを有するレドックスシャトルループと、
   前記電気透析スタックの両端に電圧を印加するように動作可能な第１及び第２の電極と、
   を含み、
   前記液体乾燥剤システムが更に、
   前記液体乾燥剤の前記濃縮ストリームと流体連通した気液界面であって、前記液体乾燥剤の前記濃縮ストリームを前記気液界面を横切って流れる空気に晒す、気液界面を備え、前記濃縮ストリームが、前記空気からの水の吸収を介して希釈されて出力ストリームを形成し、前記出力ストリームが、前記電気透析スタックの液体乾燥剤ループに循環して戻される、
   ことを特徴とする液体乾燥剤システム。
2. 前記液体乾燥剤を前記電気透析スタック及び前記気液界面を通して循環させる第１のポンプであって、前記気液界面からの前記出力ストリームは、前記電気透析スタックに入ったときに、前記希釈ストリームと前記濃縮ストリームとに分割される、第１のポンプと、
   第１及び第２の外側イオン交換膜を横切って第１及び第２のレドックスストリームを循環させる第２のポンプと、
   を更に備える、請求項１に記載の液体乾燥剤システム。
3. 前記電圧によって、
   前記希釈ストリームから前記第１のレドックスストリーム及び前記濃縮ストリームに移動する乾燥剤濃縮物をもたらす、前記中央イオン交換膜と前記第１の外側イオン交換膜を横切る第１のイオン移動と、
   前記第２のレドックスストリームから前記濃縮ストリームへの前記乾燥剤濃縮物の移動を引き起こす前記第２の外側交換膜を横切る第２のイオン移動と、
   が引き起こされる、請求項１に記載の液体乾燥剤システム。
4. 前記中央イオン交換膜が陽イオン交換膜を含み、前記第１及び第２の外側イオン交換膜が、陰イオン交換膜を含む、請求項１に記載の液体乾燥剤システム。
5. 前記乾燥剤濃縮物がＬｉＣｌを含み、前記レドックスシャトルループが、正に帯電したフェロセン誘導体を含む、請求項３に記載の液体乾燥剤システム。
6. 前記中央イオン交換膜が陰イオン交換膜を含み、前記第１及び第２の外側イオン交換膜が陽イオン交換膜を含む、請求項１に記載の液体乾燥剤システム。
7. 前記乾燥剤濃縮物がＬｉＣｌを含み、前記レドックスシャトルループが、フェロシアン化物／フェリシアニド［Ｆｅ（ＣＮ）６］ ^4-/3-又は負に帯電したフェロセン誘導体を含む、請求項５に記載の液体乾燥剤システム。
8. 前記気液界面と熱的に連通する熱伝達要素を更に備え、前記熱伝達要素は、空気からの水の吸収から生成された熱をヒートシンクへの前記気液界面での前記出力ストリームに伝達する、請求項１に記載の液体乾燥剤システム。
9. 前記液体乾燥剤の前記希釈ストリーム及び前記濃縮ストリームのうちの少なくとも１つの一部を貯蔵するリザーバを更に備え、前記空気から吸収された水が、前記希釈ストリームに加えられた水の量と等しくない場合、前記貯蔵された部分は前記液体乾燥剤ループに加えられる、請求項１に記載の液体乾燥剤システム。
10. 前記レドックスシャトルループからの流体の一部を貯蔵するリザーバと流体連通した電気透析電池を更に備え、前記貯蔵された部分は、前記電気透析電池を介して電気を生成するのに使用される。請求項１に記載の液体乾燥剤システム。
11. それぞれ第３及び第４の外側イオン交換膜によって液体乾燥剤ループの第２の希薄ストリーム及び第２の濃縮物ストリームから分離された第３及び第４のレドックスストリームを有する第２のレドックスシャトルループと、
    第３及び第４の外側イオン交換膜の間の第２の中心イオン交換膜と、
    を更に備え、
    前記電圧によって、前記第２の中心イオン交換膜と前記第３の外側イオン交換膜を横切る第２のイオン移動を引き起こし、これにより前記第２の希釈ストリームからの前記乾燥剤濃縮物を前記第３のレドックスストリーム及び第２の濃縮ストリームに移動させるようにする、請求項１に記載の液体乾燥剤システム。
12. 前記液体乾燥剤ループの希釈ストリームが、前記レドックスシャトルループとの膜接触から出るときに、前記第２の希釈ストリーム及び前記第２の濃縮ストリームに分割され、
    第２の希釈ストリームが前記第２の中央イオン交換膜と前記第３の外側イオン交換膜との間を流れ、前記第４の外側イオン交換膜との間を流れるようになる、請求項１１に記載の液体乾燥剤システム。
13. 前記第２の濃縮ストリームは、前記出力ストリームとほぼ同等の乾燥剤濃縮物レベルを有し、前記出力ストリームと再混合される、請求項１２に記載の液体乾燥剤システム。
14. 気液界面を介して液体乾燥剤を循環させるステップと、
    前記気液界面を横切って空気を流し、液体乾燥剤が前記空気から水を吸収し、前記液体乾燥剤が前記水の吸収によって希釈されて出力ストリームを形成するステップと、
    電気透析スタックへの入力において、前記出力ストリームを希釈ストリームと濃縮ストリームとに分割し、前記電気透析スタックが、中央イオン交換膜と、前記中央イオン交換膜とは異なるタイプの第１及び第２の外側イオン交換膜を有する、ステップと、
    前記中央イオン交換膜と前記第１の外側イオン交換膜との間で希釈ストリームを流すステップと、
    前記中央イオン交換膜と前記第２の外側イオン交換膜との間で前記濃縮ストリームを流すステップと、
    前記第１及び第２の外側イオン交換膜の周りにレドックスシャトルループを循環させるステップと、
    前記電気透析スタックに電圧を印加するステップと、
    を含む、方法。
15. 前記電圧を印加することによって、
    前記希釈ストリームから前記レドックスシャトルループ及び前記濃縮ストリームに移動する乾燥剤濃縮物をもたらす、前記中央イオン交換膜と前記第１の外側イオン交換膜を横切る第１のイオン移動と、
    前記レドックスシャトルループから前記濃縮ストリームへの前記乾燥剤濃縮物の移動を引き起こす前記第２の外側交換膜を横切る第２のイオン移動と、
    が引き起こされる、請求項１４に記載の方法。
16. 前記中央イオン交換膜が陽イオン交換膜を含み、前記第１及び第２の外側イオン交換膜が陰イオン交換膜を含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記電気透析スタックから前記希釈ストリームを排出するステップを更に含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記液体乾燥剤の前記希釈ストリーム及び前記濃縮ストリームのうちの少なくとも１つの一部を貯蔵するステップと、
    前記空気から吸収された前記水が、前記希釈ストリーム中の水と等しくないと判断し、これに応じて、前記貯蔵された部分を前記濃縮ストリームと前記出力ストリームのうちの少なくとも一方に加えるステップと、
    を更に含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記レドックスシャトルループからの流体の一部を貯蔵するステップと、
    前記流体の一部を使用して、電気透析バッテリーを介して電気を生成するステップと、
    を更に含む、請求項１４に記載の方法：
20. 空調システムであって、
    電気透析スタックを備え、前記電気透析スタックが、
    中央イオン交換膜によって分離された液体乾燥剤の希釈ストリーム及び濃縮ストリームを有するポンプ駆動の液体乾燥剤ループと、
    前記中央イオン交換膜とは異なるタイプの第１及び第２の外側イオン交換膜を横切って流れるレドックスシャトルループであって、前記第１及び第２の外側イオン交換膜によって前記液体乾燥剤ループの前記希釈ストリーム及び前記濃縮ストリームから分離されたレドックスシャトルループと、
    前記電気透析スタックの両端に電圧を印加するように動作可能な電極と、
    を含み、
    前記空調システムが更に、
    前記濃縮ストリームと流体連通した気液界面であって、前記濃縮ストリームが、前記気液界面を介して前記空気から水分を吸収することにより希釈されて、前記液体乾燥剤の出力ストリームと除湿空気のストリームとを形成し、前記気液界面からの前記出力ストリームが、前記電気透析スタックに入ると、前記希釈ストリームと前記濃縮ストリームとに分割される、気液界面と、
    前記除湿された空気を受け取って冷却する顕熱冷却要素と、
    を備える、空調システム。

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