(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある量の液状乾燥剤と、
その中に調整される空気が導入されて前記液状乾燥剤の第１の部分と接触する除湿装置セクションと、
その中に外部の空気が導入されて前記液状乾燥剤の第２の部分と接触する再生装置セクションと、
冷却システムであって、
前記液状乾燥剤の第１の部分と関連付けられた第１の熱交換器と、
前記液状乾燥剤の第２の部分と関連付けられた第２の熱交換器と、
前記除湿装置セクションの出口に配置された第３の熱交換器と、
前記再生装置セクションの入口に設置された第４の熱交換器と、
前記第１から第４の熱交換器間をつなぐ冷媒導管と、
を備える冷却システムと、を有し、
前記冷媒導管は、前記第３の熱交換器に接続される第１の弁と前記第４の熱交換器に接続される第２の弁とを有し、
前記第１の弁および前記第２の弁の開閉の組み合わせに基づいて、前記第１から第４の熱交換器間における冷媒の複数の異なる流路が切り替えられることにより、調整済みの空気の冷却および加熱が切り替えられることを特徴とする、空調装置。
【請求項２】
前記第１の熱交換器は、前記第２の熱交換器よりも低温であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記冷却システムが、前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に熱を移動させるよう動作することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記冷却システムは、圧縮機を有し、前記冷媒導管は、熱が前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器へ移動するよう設定される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記装置は、水分子用の導管を有し、前記調整される空気が前記除湿装置セクション内で除湿され、除湿により除去された水分が再生装置セクションにおける外部空気に移動するよう構成され、前記水分は前記導管を経由して前記再生装置セクションに移動することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記除湿装置セクションと前記再生装置セクションとの間で液状乾燥剤の汲み出しを行わないことを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記除湿装置セクションと前記再生装置セクションとの間で液状乾燥剤の汲み出しを行うポンプを有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
ある量の液状乾燥剤と、
その中に調整される空気が導入されて前記液状乾燥剤の第１の部分と接触する第１の空気-乾燥剤接触ボリュームと、
その中に外部の空気が導入されて前記液状乾燥剤の第２の部分と接触する第２の空気-乾燥剤接触ボリュームと、
前記第１のボリュームと前記第２のボリュームとの間で少なくとも水分の移動を行う少なくとも１つの液状乾燥剤導管と、
冷却システムと、を有し、
前記冷却システムは、
前記液状乾燥剤の第１の部分と関連付けられた第１の熱交換器と、
前記液状乾燥剤の第２の部分と関連付けられた第２の熱交換器と、
前記第１のボリュームから離れた後の前記調整された空気に対して  熱交換を行う為に設置された第３の熱交換器と、
前記第２のボリュームに入る前の外部の空気に対して、熱交換を行うために設置された第４の熱交換器と、
前記冷却システムの要素間をつなぐ冷媒導管と、を有するものであり、
前記冷媒導管は、前記第３の熱交換器に接続される第１の弁と前記第４の熱交換器に接続される第２の弁とを有し、
前記第１の弁および前記第２の弁の開閉の組み合わせに基づいて、前記第１から第４の熱交換器間における、冷媒の複数の異なる流路が切り替えられることにより、調整済みの空気の冷却および加熱が切り替えられることを特徴とする、空調装置。
【請求項９】
前記第１の熱交換器は、前記第２の熱交換器よりも低温であることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の流路には、熱が前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器へ移動する第１の流路が含まれ、それによって調整済みの空気が加熱されることを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第３の熱交換器内の冷媒は、前記第１の熱交換器内の冷媒よりも高温であることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の流路においては、冷媒は前記第４の熱交換器に流れないことを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記複数の流路には、熱が前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器及び前記第４の熱交換器へ移動する第２の流路が含まれることを特徴とする、請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記第４の熱交換器内の冷媒は、前記第１の熱交換器内の冷媒よりも高温であることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第２の流路においては、冷媒は前記第３の熱交換器に流れないことを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記複数の流路には、熱が前記第２の熱交換器から前記第３の熱交換器へ移動する第３の流路が含まれることを特徴とする、請求項８から請求項１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記第３の流路においては、前記第３の熱交換器内の冷媒は、前記第２の熱交換器内の冷媒よりも高温であることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第３の流路においては、熱は、前記第２の熱交換器から前記第４の熱交換器に移動することを特徴とする、請求項１６または請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第３の流路においては、前記第４の熱交換器内の冷媒の温度は前記第２の熱交換器内の冷媒の温度よりも高いことを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第３の流路においては、冷媒は前記第１の熱交換器に流れないことを特徴とする、請求項１６から請求項１９のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、１９９８年１１月１１日に提出されたＰＣＴ／ＩＬ９８／００５５２の米国国内段階である米国特許出願０９／５５４、３９７の継続出願であり、且つ２０００年２月２０日に提出されたＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ００／００１０５の継続出願である。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、環境制御システムの分野、特に除湿と空調の両方を行うシステムの分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、空調システムは周囲空気の温度を低下させるだけではなく、そこから実水分を取り除く。空調装置がコントロールされた環境の外部から取り込まれた「フレッシュな」空気を扱う場合は、このことは特に正しい。しかしながら、空調と除湿の両方を行うことは一般に非効率である。さらに、空調装置の潜在的な冷却力の一部が除湿に用いられるため、空調装置の実効冷却能力は有意に低下する。
【０００４】
空気の除湿を冷却に先立って行うことは当業者にとって既知である。場合によっては除湿機構と空調機構とが統合されていない。このような場合においては、空調装置の冷却能力が増加している間はシステム全体の効率が相対的に低下する。
【０００５】
米国特許４，９８４，４３４号公報には、冷却しようとする空気が空調装置の蒸発器によって冷却される前にまず乾燥剤タイプの除湿装置を通過する、統合システムが開示されている。乾燥剤の再生は水分を含む乾燥剤を空調装置の凝縮器に通すことによって行われる。
【０００６】
このシステムは数多くの制限を有する。第１に、冷却される空気の全てが除湿されてしまう。除湿装置に入る空気のほとんどはコントロールされた空間からのものなので（従って既にある程度は乾燥している）、除湿装置は空気からほとんど水分を除去することができず、従って凝縮器を充分に冷却することができない。この結果、乾燥剤の全体的な温度上昇と除湿装置および空調装置の双方の効率低下が生ずる。第２の問題は、上記のようなシステムはモジュール化されていない、すなわち除湿装置がシステムの一部として提供されなければならない、ということである。さらに、既存の空調システムに除湿装置を追加する、また除湿装置と空調装置を統合することによって上記公報記載のシステムを構成することが不可能であるのは明白である。
【０００７】
他のタイプの除湿／空調システムも既知である。このようなタイプのシステムとしては、例えば米国特許５，８２６，６４１号公報、米国特許４，１８０，９８５号公報、および米国特許５，７９１，１５３号公報に記載されており、乾燥剤は空調装置の空気入口に配置されており、導入される空気は冷却される前に除湿される。（凝縮器から排出される空気という形で得られる）空調装置からの廃熱は移送され、導入される空気から水分を吸収した乾燥剤に接触し、乾燥剤を乾燥させる。しかしながら、空調装置から排出される空気の温度は比較的低いので、乾燥剤の水分脱離量は比較的低い。
【０００８】
前述の米国特許４，１８０，９８５号公報にはさらに、除湿システムの乾燥媒体として液状乾燥剤を用いるシステムが記載されている。この例においても、空調装置から排出されるガスの温度が低いため、実質的にシステムの効率は低下する。
【０００９】
先行技術における乾燥剤を用いた除湿装置は、一般に乾燥剤を水分を吸収させるための第１の場所から第２の再生のための場所へ移送させる必要がある。固体の乾燥剤の場合、この移送は、例えば回転する車輪やベルトなどに乾燥剤を取り付ける等の手段によって、物理的に乾燥剤を除湿ステーションから再生ステーションへ移動させることによって行われる。液状の乾燥剤を用いる場合は、一般に２台のポンプが利用され、その一方は液体を再生ステーションに汲み上げ、他方は液体を再生ステーションから除湿ステーションへ汲み上げる。いくつかの実施形態では、１つのポンプをあるステーションから他のステーションへの移送に使い、重力によって還流させている。
【００１０】
上記の通常の空調システムおよび乾燥剤システムの動作を図１を用いて説明する。図１は温度−絶対湿度線を示した図であり、等エンタルピ曲線および等相対湿度曲線が記載されていてる。通常の空調装置は、冷却コイルに通すことによって導入された空気を冷却するという原理によって動作する。空気の初期状態がＸマークを記された点であると仮定すると、空気は最初は相対湿度が１００％になるまで冷却され（カーブ１）、その点からさらに冷却されて空気中の水分が凝縮する。空気から液体を取り除くため、快適帯４よりも充分に低く空気の温度を低下させなければならない。通常は冷却された空間内のより高温の空気と混交されて空気は加熱されて快適帯に達する。除湿を行うためにこのような過剰冷却を行うことは、ある条件下では上記のシステムの効率低下の原因となる。
【００１１】
通常の除湿システムは実際はそこから空気を取り除く時に空気を加熱している。除湿中（カーブ２）はエンタルピはほとんど変化せず、空気／乾燥剤のシステムから熱が除去されることはない。この結果、乾燥剤、空気共に温度が上昇し、空気は乾燥する。次いで空調システムによって余剰の熱は除去されなければならず、効率の低下が生じる。
【００１２】
全ての除湿システムにおいて、機械的動力は再生セクションと除湿セクションとの間の少なくとも１方向に乾燥剤を移送するために用いられる。液状乾燥剤を用いたシステムの場合、上記２セクションの間または上記２セクションの貯蔵器の間の２方向に液体を汲み上げるポンプが利用される。上記２セクションの間を水分および／または乾燥剤のイオンが移動するためには、このような汲み上げ動作が必要となるのは明白であり、このような移動は好ましくない熱の移動を伴う。
【００１３】
米国特許６，０１８，９５４号公報は、その開示が参照としてここに含まれるものであるが、これには可逆性のヒートポンプが除湿装置の除湿装置側の液状乾燥剤と再生機側のものとの間で熱を移動させるシステムが記述されている。第１の実施形態では、ヒートポンプの両方の側に蒸発器/凝縮器が設置され、これは、空気から水分を除去している又はそこから水分が除去されて再生されている液体の滴と接触している。この実施形態は、上記の米国特許４，９８４，４３４号公報に示された実施形態と実質同一である。第２の実施形態では、ポンプは可逆的に滴を形成する滴下部に送られる前の液状乾燥剤から熱を移動させる。
【発明の概要】
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態の第１の側面によれば、再生チャンバに入る空気が、再生側を離れる冷媒を冷却するために使用される。本発明者らは、追加の冷媒冷却を行わなければ、システムの定常状態での冷媒の温度が高くなり、システムが非効率なものとなることを見出した。米国特許６，０１８，９５４号公報を利用した既存のシステムによってもたらされるこの問題を解決する方法の一つは、システムに注水し、これをシステムから蒸発させ、システムを十分低い温度にまで冷却する。これは水を消費するのみならず、システムの効率も低下させる。
【００１５】
ほとんどのコンディションでは、この装置が生成するのは冷却され且つ除湿された空気である。
【００１６】
本発明のいくつかの実施形態の第２の側面によれば、除湿チャンバを離れた除湿済み空気は再生装置側を離れた冷媒から熱を除去するために使用される。この結果、加熱され且つ除湿された空気が得られる。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態の第３の側面によれば、通常冷却に使用されるチャンバから熱が除去されない。冷媒は、「除湿装置」セクションを離れる空気と「再生装置」に入る空気の双方によって、冷却される。この結果、「除湿装置」セクションを離れる空気は加熱され且つ加湿される。
【００１８】
本発明のいくつかの実施形態によれば、第１、第２又は第３の側面のいずれかを使用するために、冷媒の経路が選択的に変化するシステムが提供される。
【００１９】
本発明のいくつかの実施形態の一側面は、統合除湿装置／空調装置であってその統合の度合いが比較的低レベルであるものに関連する。本発明のいくつかの実施形態においては、凝縮器にて発生した熱は乾燥剤から水分を除去するために利用される。しかしながら、前述の先行技術と異なり、空調装置の凝縮器は外部の空気によって冷却され続ける。空調装置から排出される高温の空気は廃熱を含み、乾燥剤から水分を除去するために用いられる。
【００２０】
先行技術とは対照的に、高熱の空気は乾燥剤の再生に用いられる唯一のエネルギー源であるので、本発明の例示的な実施形態においては、再生中に、システムの空調部の排気から熱に加えて、ヒートポンプを用いて比較的低温の乾燥剤からエネルギーを移送することによって乾燥剤を加熱する。この結果、このシステムにおいては、水分を除去するために空調装置が空気を過冷却する必要は無く、また除湿装置が水分除去のために空気を加熱する必要もない。この点は、上記の非効率的なステップの一方または他方を必要とする先行技術のシステムと対照的である。
【００２１】
本発明のいくつかの実施形態においては、「フレッシュ」で未処理の空気のみが空調装置による冷却に先立って除湿される、統合除湿装置／空調装置が提供される。この結果、除湿装置と空調装置の双方を高い効率で作動させ、除湿装置は水分を含む「フレッシュな」空気のみを扱い、また空調装置は比較的乾燥した空気を冷却するようになる。
【００２２】
それ故に、本発明の好適な態様によれば、空調装置から生じる廃熱の総量は比較的高く、また除湿装置が必要とする熱は比較的少ない、従って再生に用いられる熱の多くはヒートポンプを利用して得る。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態の側面は、空調装置と除湿装置とを統合する平易な方法を提供するものである。本発明の例示的な実施形態によれば、空調装置と除湿装置は別個のユニットであり、両者の間で空気をやりとりする導管はない。しかしながら、先行技術における統合されていないユニットとは異なり、本発明は空調装置からの廃熱を用いて除湿装置の再生エネルギーが得られるという点で優れている。
【００２４】
本発明のいくつかの実施形態の一側面によれば、定常状態下では、水分はシステムの除湿装置部から再生装置に移動するが液体を再生装置から除湿装置に戻す必要はない。
【００２５】
一般に、液体を用いた除湿システムの場合、水分は除湿装置セクションから再生装置セクションに移動しなければならない。水分は含水量の多い（凝縮の度合いの低い）乾燥剤の形を取っているので、これ（水分の移動）はポンプによる汲み出しまたは他の乾燥剤移送方法を用いて行われる。また、乾燥剤は乾燥剤イオンを含んでいるので、除湿を行うのに必要なだけの乾燥剤イオンのレベルを維持するために除湿装置に戻さなければならない。これは、一般に高濃度の乾燥剤を再生装置から除湿装置セクションに汲み上げることによって実施される。しかしながら、イオンを汲み出すと、水分もまた移送される。汲み出しに利用される余剰のエネルギーが得られるかどうかは確かではないので、水分を除湿装置に汲み出すような偶発的な熱の移送により確実にシステムの効率は低下する。
【００２６】
本発明の例示的な実施形態では、除湿装置および再生装置の貯蔵器は限定された流れのみを通す通路によって互いに接続されている。好ましくは、この通路は２つの貯蔵器を隔てる壁に形成された絞りの形を取る。
【００２７】
動作中は、除湿セクションにおける水分の吸収により、除湿装置の貯蔵器内のかさは増大し、その結果重力によって含水量の高い（低濃度の）乾燥剤の、除湿装置の貯蔵器から再生装置の貯蔵器に向かう流れが発生する。この流れには乾燥剤のイオンが含まれるが、これは除湿装置セクションに還流させなければならない。前述のように、先行技術においては、イオンを多く含む乾燥剤液を再生装置から除湿装置セクションへ汲み上げることによってこれを実施している。本発明の例示的な実施形態においては、高濃度の再生装置の貯蔵器から低濃度の貯蔵器へ、絞りを介したイオンの拡散によってイオンは還流する。驚嘆すべきことに、発明者らは、拡散によって充分に除湿装置セクションのイオン濃度は必要とされるレベルに維持され、還流は先行技術と異なりイオンと共に（高温の）水分が移動して発生する不適切な熱移動をもたらさないことを発見した。
【００２８】
本発明の例示的な実施形態では、ポンプを用いずに貯蔵器間、または除湿装置セクションと再生装置との間の乾燥剤の移動がいずれの方向に対しても行われる。
【００２９】
本発明のいくつかの例示的な実施形態によれば、除湿装置の両方の間で液状乾燥剤のくみ出しが行われないような、除湿装置が提供される。
【００３０】
それ故に、本発明の例示的な実施形態によれば、
ある量の液状乾燥剤と、
その中に調和される空気が導入されて前記液状乾燥剤の第１の部分と接触する除湿装置セクションと、
その中に外部の空気が導入されて前記液状乾燥剤の第２の部分と接触する再生装置セクションと、
前記液状乾燥剤の第１の部分と関連付けられた第１の熱交換器と、前記液状乾燥剤の第２の部分と関連付けられた第２の熱交換器と、液状乾燥剤とは接触しない第３の熱交換器とを備えた冷却システムと、
を有する空調装置が提供される。
【００３１】
本発明の実施形態では、前記第３の熱交換器が調和済み空気の除湿装置セクションの出口に配置されており、それによって調和済み空気が加熱される。
【００３２】
本発明の実施形態では、外部の空気が再生装置に入る前に加熱されるように、前記第３の熱交換器が前記再生装置セクションの入口に配置されている。
【００３３】
本発明の実施形態では、前記第１の熱交換器は、前記第２の熱交換器よりも低温である。
【００３４】
本発明の実施形態では、冷却システムが、第１の熱交換器から第２の熱交換器に熱を移動させるよう動作する。
【００３５】
本発明の実施形態では、前記冷却システムが、圧縮機と、熱が第１の熱交換器から第２の熱交換器へ移動するよう設定された前記熱交換器間の導管と、を有する。
【００３６】
本発明の実施形態では、前記装置は水分子用の導管を有し、前記装置が、前記調和される空気が前記第１の接触ボリューム内で除湿され、除湿により除去された水分が前記第２の接触ボリュームから外部空気に移動するよう構成され、前記水分は前記導管を経由して前記第１の接触ボリュームに移動する。
【００３７】
選択的には、前記除湿装置と前記再生装置との間で液状乾燥剤のくみ出しを行わない。代替的には、前記装置は、前記除湿装置と前記再生装置との間で液状乾燥剤の汲み出しを行うポンプを有する。
【００３８】
さらに、本発明の例示的な実施形態によれば、
ある量の液状乾燥剤と、
その中に調和される空気が導入されて前記液状乾燥剤の第１の部分と接触する第１の空気-乾燥剤接触ボリューム（ｖｏｌｕｍｅ）と、
その中に外部の空気が導入されて前記液状乾燥剤の第２の部分と接触する第２の空気-乾燥剤接触ボリュームと、
前記第１のボリュームと前記第２のボリュームとの間で少なくとも水分の移動を行う少なくとも１つの液状乾燥剤導管と、
前記液状乾燥剤の第１の部分と関連付けられた第１の熱交換器と、
前記液状乾燥剤の第２の部分と関連付けられた第２の熱交換器と、
前記第１の空気‐乾燥剤接触ボリュームから離れた後の前記調和された空気に対して熱交換を行う為に設置された第３の熱交換器と、
を備えた冷却システムと、
前記冷却システムの要素間をつなぐ冷媒導管と、
を有する空調装置が提供される。
【００３９】
本発明の実施形態では、前記装置は第４の熱交換器を有する。選択的には、前記第４の熱交換装置は、再生装置に入る前の外部の空気に対して熱交換を行うために設置されており、それによって外部の空気は加熱される。
【００４０】
本発明の実施形態では、前記冷媒導管は、複数種類の流れの設定を可能とする制御可能な設定を有し、前記設定の各々により、前記冷却システムの要素間での冷媒の異なる流路が実現される。選択的には、設定は、弁によって選択可能である。
【００４１】
本発明の実施形態では、前記複数の設定には、熱が前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器へ移動する第１の設定が含まれ、それによって調和済みの空気が加熱される。本発明の実施形態では、前記第２の熱交換器及び／または第３の熱交換器は、前記第１の熱交換器内の冷媒よりも高温である。選択的には、前記第１の設定では、冷媒は前記第４の熱交換器に流れない。
【００４２】
本発明の実施形態では、前記複数の設定には、熱が前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器及び前記第４の熱交換器へ移動する第２の設定が含まれる。本発明の実施形態では、前記第２の熱交換器及び／または第４の熱交換器内の冷媒は、前記第１の熱交換器内の冷媒よりも高温である。選択的には、前記第２の設定では、冷媒は前記第３の熱交換器に流れない。
【００４３】
本発明の実施形態では、前記複数の設定には、熱が前記第２の熱交換器から前記第３の熱交換器へ移動する第３の設定が含まれる。本発明の実施形態では、前記第３の熱交換器内の冷媒は、前記第２の熱交換器内の冷媒よりも高温である。本発明の実施形態では、熱は、前記第２の熱交換器から前記第４の熱交換器に移動する。本発明の実施形態では、前記第３の設定においては、前記第４の熱交換器内の冷媒の温度は前記第２の熱交換器内の冷媒の温度よりも高い。選択的には、前記第３の設定では、冷媒は前記第１の熱交換器に流れない。
【００４４】
本発明のある特定の実施形態は図面とともに下記の例示的な実施形態の説明を参照して記述され、１つ以上の図面に記載された同一の構造、要素、部品には、一般に同一または類似の符号が、それらが現れる全ての図面に対して記される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来の空調および除湿システムにおける、冷却および除湿カーブを示したものである。
【図２】本発明の実施形態の、統合除湿／空調システムに使用可能な除湿ユニットの概略図である。
【図３Ａ】本発明の代替の実施形態による、再生装置に入る空気が再生装置から離れる冷媒を冷却するような、統合除湿／空調システムに使用可能な第２の除湿ユニットの概略図である。
【図３Ｂ】本発明の代替の実施形態による、除湿装置から離れる空気が再生装置から離れる冷媒を冷却するような、統合除湿／空調システムに使用可能な第３の除湿ユニットの概略図である。
【図４Ａ】本発明の例示的な実施形態による、再生装置に入る空気が再生装置から離れる冷媒を冷却するような、統合除湿／空調システムに使用可能な除湿ユニットシステムの概略図である。
【図４Ｂ】本発明の代替の実施形態による、除湿装置から離れる空気が再生装置から離れる冷媒を冷却するような、統合除湿／空調システムに使用可能な除湿ユニットシステムの概略図である。
【図４Ｃ】本発明の代替の実施形態による、除湿装置から離れる空気が再生装置から離れる冷媒を冷却する第１の状態と、再生装置に入る空気が再生装置から離れる冷媒を冷却する第２の状態とを切り換え可能な、統合除湿／空調システムに使用可能な除湿ユニットシステムの概略図である。
【図５Ａ】冷却され且つ除湿された空気が生成される、本発明の実施形態による第１の切り換え設定を示したものである。
【図５Ｂ】暖かく且つ除湿された空気が生成される、本発明の実施形態による第２の切り換え設定を示したものである。
【図５Ｃ】暖かく且つ除湿された空気が生成される、本発明の実施形態による第２の切り換え設定を示したものである。
【図６】図２−４に関して記述されたシステムのいくつかにおける除湿カーブを、従来の空調および除湿システムにおけるカーブに加えて示したものである。
【図７】自動的に除湿の程度を調整するのに有用な構造を示したものである。
【図８】本発明の好適な態様に基づく統合除湿／空調システムの概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態では、本出願人によるＰＣＴ出願であるところの、１９９７年１１月１６日に出願されたＰＣＴ／ＩＬ９７／００３７２および１９９８年１１月１１日に出願されたＰＣＴ／ＩＬ９８／００５５２に記載された除湿装置が使用されている。これらの出願の公開は、ここに参照として含まれる。これらの出願は１９９９年５月２７日にそれぞれＷＯ９９／２６０２５およびＷＯ９９／２６０２６として公開され、また続いてそれぞれ米国特許出願０９／５５４，３９８および０９／５５４３９７として出願された。本発明におけるこれらの除湿装置の潜在的な利便性について言えば、そこに記述された除湿装置は、本発明の実施形態と共にここに詳説される。
【００４７】
図２を参照すると、除湿システム１０は、上記参照された出願内で記述されたもののように、除湿チャンバ１２と再生ユニット３２という２つの主要セクションを有する。高湿空気は、高湿空気入口１４を介して除湿チャンバ１２に導入され、除湿済空気が乾燥空気出口１６を介してチャンバ１２から放出される。
【００４８】
図２の実施形態では、乾燥剤２８がポンプ２０によって乾燥剤貯蔵器３０から一連のノズル２２へパイプ１３を介して汲み上げられる。これらのノズルは、チャンバ１２の内部に乾燥剤を好適に噴霧し、これは、このような目的の為に本分野で一般に使用される、例えばセルローススポンジ材２４の内に満たされる。代替的には、乾燥剤は端にスポンジ材上に滴り落ちる。乾燥剤はゆっくりと下方にスポンジ材を通過して濾過され、貯蔵器３０に達する。入口１４を通って導入された高湿空気は、乾燥剤の飛沫と接触する。乾燥剤は吸湿性であるため、これは水蒸気を高湿空気から吸収し、より乾燥した空気が出口１６を通って排出される。スポンジ２４内の乾燥剤が貯蔵器に直接降下するように、貯蔵器３０は一般にチャンバ１２の底に位置している。
【００４９】
本実施形態においては、ポンプ３５とそれに付随するモータ３７が、貯蔵器３０の拡張部からパイプ１３を通して乾燥剤を汲み上げる。分配器３８は、パイプ１３からの乾燥剤を受け、乾燥剤の一部をノズル２２および再生ユニット３２の一部分に配送する。バルブまたは絞り３９（好ましくは自動制御可能なバルブまたは絞り）があり、再生装置３２に流入する乾燥剤の割合を制御する。制御可能なバルブまたは絞りがあれば、乾燥剤の総量は乾燥剤に含まれる水分の量に応じて選択的に制御される。
【００５０】
チャンバ３４は熱交換器３６を有し、熱交換器３６は乾燥剤を加熱して乾燥剤が吸収した水蒸気を脱離させ、これを再生する。
【００５１】
再生された液状の乾燥剤は、パイプ４０および、チャンバ１２内に満たされたものと同様のスポンジ材料で構成されたチューブ４２を経由して貯蔵器３０に戻される。チューブ４０は、入口６０および出口６０を有するチャンバ５８内に配置されている。通常空気調整が行われている場合の外部、例えば空調機構の排気口から取り入れられる空気は、以下に示すように入口６０から導入され、チューブ４２内の未だ高熱の乾燥剤から蒸発している水分を運び去る。出口６２から排出された空気はこの水分および再生装置内で乾燥剤から脱離した水分を運び去る。一般に、出口６２にあるファン（図示せず）がチャンバ５８内の空気を吸い出す。
【００５２】
代替的または追加的には、熱移送ステーション（図示せず）の中で再生済の乾燥剤液と再生装置入口または再生装置内の乾燥剤液の流れを熱的に接触させ（ただしじかに接触させない）、熱を再生済みの乾燥剤液から前記再生装置入口または前記再生装置内の乾燥剤に移動する。代替的または追加的には、再生装置を出るより低温の乾燥剤から再生装置に入るより高温の乾燥剤にさらなるエネルギーを送るために、ヒートポンプを使用してもよく、この結果、前記貯蔵器に戻る乾燥剤は前記チャンバ５８に入る乾燥剤よりも低温になる。
【００５３】
本発明の例示的な実施形態では、貯蔵器３０内の乾燥剤の熱を奪って熱交換器３６にエネルギーを供給するヒートポンプシステム４５が備えられる。選択的には、このヒートポンプは（システムの凝縮器である熱交換器３６に加えて）、貯蔵器３０内にシステムの蒸発器である第２の熱交換器４６を有し、また膨張弁５６を有する。このように熱を移動させることによって、除湿中の空気と接触する乾燥剤の温度が下がるので、乾燥空気の温度が下がる。また、このように熱を移動させることによって再生装置を動作させるのに必要なエネルギーの総量を、概して最大３倍減少させることができる。再生プロセスによって消費されるエネルギーは、システムが必要とする主要なエネルギーであるので、こうしてエネルギー使用量を減少させることにより、極めて有効にシステムの全体的な効率を上げることができる。加えて、加熱コイルや付属の空調装置からの廃熱を用いて直接加熱を行うことを、上記の再生装置内で乾燥剤を加熱する方法に追加してもよい。
【００５４】
貯蔵器３０内の乾燥剤および再生済の乾燥剤に含まれる水蒸気の割合はおおよそある一定の範囲内に収まらなくてはならず、その限度は特に乾燥剤をどれだけ使ったかに依存する、と言う点は理解されるべきである。必要な含水量の下限値は、乾燥剤が液状を保ちまた結晶化しないように乾燥剤を溶かすのに必要な量である。しかしながら、含水量が高くなり過ぎると、乾燥剤によるチャンバ１２に入る空気の水分を除去する効果は弱くなる。ゆえに、本実施形態では、含水量を観測して制御することが望まれる。いくつかの種類の乾燥剤は、水分を吸収していない状態であっても液状である、という点は留意されるべきである。前記含水量を厳密に制御する必要はない。しかしながら、このようなケースであっても、含水量のレベルがあるレベルを上回っている場合は、（エネルギーを消費する）再生プロセスを実施するべきである。
【００５５】
水分の吸収によって乾燥剤の体積は増加するので、一般に乾燥剤の体積を計測することによってこの観測は行われる。貯蔵器内の液体の体積を計測する方法は、開口部が貯蔵器内の液体中になるように設けられた、（開口が）下向きの容器５０内の気圧を測定することによってなされる。容器５０から圧力計５４に向かってチューブ５２が延びている。水分の吸収によって乾燥剤の体積が増加すると、圧力計５２の示す圧力は増加する。除湿チャンバ内と再生装置内の乾燥剤の量は常に一定であるので、これは乾燥剤液の総量、従って乾燥剤液の含水量を示す優れた指標となる。含水量のレベルが設定値を上回ったときにチャンバ３４内のヒーターのスイッチが入る。選択的には、前記含水量が前記設定値よりも小さい別の設定値を下回ったときに、前記ヒーターは切れる。
【００５６】
再生プロセスを実施／停止するポイントを左右しうる他の要因は、乾燥空気の温度や乾燥剤の再生効率やヒートポンプの効率である。本発明のいくつかの実施形態においては、再生プロセス中の乾燥剤を直接加熱することが望ましい。
【００５７】
他の実施形態では、ヒートポンプや他の熱移送手段（図面簡略化のため図示せず）が使用され、チャンバ１２より導出される乾燥空気や再生チャンバ３４から排出される高熱かつ湿った空気から熱を移送させ、チャンバ３４に向かう乾燥剤またはチャンバ３４内の乾燥剤を加熱する。ヒートポンプを用いる場合においては、熱源の温度は熱の移送先の乾燥剤の温度よりも低くてもよい。
【００５８】
前記貯蔵器内の乾燥剤を冷却することにより、除湿装置より導出される乾燥空気の温度を、除湿装置に導入される高湿空気の温度と同一に、または選択的には乾燥空気をさらに冷却する場合と同様に、低下させることができる。この特性は、周囲の温度が元々高い高温環境で除湿装置を使用する場合に、特に有効である。
【００５９】
前述のように、除湿システムの問題の一つは、除湿装置内に含まれる水分の量が適切な範囲内に保たれうるように、乾燥剤液に含まれる水分の量を求める、という問題である。
【００６０】
乾燥剤液に含まれる水分の量を自動的に調節し、その結果乾燥剤液に含まれる水分の量を計測する必要がないような、自動調節型除湿装置１００を図３Ａに示す。さらに、除湿装置は特に制御や運転の停止をしなくても、あらかじめ設定された湿度まで運転してその後は除湿を停止する。
【００６１】
数ヶ所の明白な相違点を除けば、除湿装置１００は、図２に記載の除湿装置１０と類似である。第１に、本システムは水分量を計測する必要がないので乾燥剤の体積を計測しない。しかしながら、液体が必要以上に濃縮された場合の安全計測のために前記の計測を行ってもよい。
【００６２】
第２に、ヒートポンプは、貯蔵器３０（便宜上パイプ３０Ｃによって連結された２つの部位３０Ａと３０Ｂに分割されている）からの２つの乾燥剤液の流れ間で熱の移送を行っており、第１の流れはポンプシステム１３０によって導管１０２経由でノズル２２に汲み上げられるものであり、第２の流れはポンプシステム１３２によって導管１０４経由で再生ユニット３２に汲み上げられるものである。
【００６３】
本発明の例示的な実施形態では、パイプ３０Ｃ（図中のバイパス管を含む）は、その主要な効果が部位３０Ａと部位３０Ｂとの液体の水位を同一に保つようにデザインされている。一般には、貯蔵器の２つの部位の温度が異なることが望ましい。このため、２つの部位の乾燥剤の濃度は異なる。しかしながら、一般には２つの部位をある程度混合するのが望ましいと考えられており、一方の部位から他方の部位に水分を移送するように図中のバイパス管を経由して汲み上げを行う。本発明のいくつかの実施形態においては、温度差が５℃以上となるよう調整されており、選択的には温度差を１０℃以上、或いは１５℃以上としている。それ故に、本発明の例示的な実施形態においては、貯蔵器の部位３０Ａは３０℃以上であり、また貯蔵器の部位３０Ｂは１５℃以下である。
【００６４】
図３Ａでは、除湿セクションのものと類似の、再生ユニット３２の別の構造が示されている。さらに図３Ａには、いずれのセクションにもセルローススポンジ部材が無い。このような材料を図３Ａに記載の実施形態に追加してもよく、また図２に記載の実施形態から外して図３Ａの噴射機構で代用してもよい。
【００６５】
図２と図３Ａのいずれかに適用可能な、本発明のいくつかの実施形態においては、噴射ノズルは用いられない。むしろ、噴射ノズルの代りに滴下システムを用いて液体をセルローススポンジに滴下させて継続的にスポンジを湿潤させる。このようなシステムは、例えば前述のＰＣＴ／ＩＬ９８／００５５２に示されている。
【００６６】
図３Ａに記載のヒートポンプシステム４５は、導管１０２内の乾燥剤液から熱を奪い、これを導管１０４内の乾燥剤液へ移送するものである。ヒートポンプシステム４５は、図２の実施形態に含まれる要素に加えて、熱交換器１０４から離れる冷媒からの熱の一部を乾燥剤再生用の空気へ移動する、選択的な熱交換器１３６を有する。選択的には、圧縮機もまた乾燥剤再生用の空気によって冷却される。しかしながら、空気が非常に高熱となる場合は、再生装置内では使用されない他の空気を用いて圧縮機および冷媒を冷却してもよい。代替的には、このような空気のみがこのような冷却にのみ用いられる。
【００６７】
冷媒及び／または圧縮機をこの方式で冷却することによって、システムからさらなる空気が除去され、その結果、冷却システムはより低温で動作するようになる。このような追加の冷却を伴わないシステムの動作によって、正常動作を行うための定常状態の冷媒が極めて高温となるだろう。
【００６８】
再生装置に導入される空気を加熱することによって、空気の乾燥剤からの水分除去能力は向上する。ヒートポンプ４５は一定の量の熱を移送することができる。本発明の実施形態においては、２つの流れ間を移動する熱の量を制御することによって湿度の目標値を設定することができる。
【００６９】
図３Ａに示すシステムにおいて、除湿装置のチャンバ１２に導入される空気の温度が３０℃で湿度が１００％であるとする。さらに空気から水分を除去して温度を下げずに湿度を３５％まで下げるものとする。この場合、乾燥剤液の２つの流れ間を移動する熱の量は、空気から水分を蒸発させるのに必要な熱と同一と考えられ、従ってチャンバ１２から貯蔵器２０に降下した乾燥剤液の温度は、チャンバ１２に流入する乾燥剤液の温度と同一であり、ただし乾燥剤液は相当の量の水分を空気より吸収している。
【００７０】
さらに、再生装置が使用され、前例と同一の温度および湿度下で、乾燥剤液より前例で吸収された水分を脱離させるものと仮定する。この場合には（前記ヒートポンプより得られる熱に加えてさらに）熱を加える必要があるだろう。
【００７１】
さらに、除湿装置に導入される空気の湿度がより低い場合、例えば８０％、を仮定する。このような湿度下においては、（水分除去の効率は前記湿度によるため）除去される水分の量は少なくなり、従って除湿チャンバより導出される乾燥剤液の温度も低下する。しかしながら、除湿チャンバより導出される乾燥剤液が吸収する水分の量が少なくなるので、再生装置内で乾燥剤液より除去される水分の量も減少する。この結果、除去される水分量がより少なく乾燥剤液の温度がより低いという、新しい平衡状態が生じる。より低温の乾燥剤によって空気の温度は低下する。従って排出される空気の温度は低下する。しかしながら、空気の相対湿度はほとんど変化しない。導入される空気の温度が低い場合においても同様の効果が得られることは理解されるべきである。
【００７２】
一般に、システムは自動的に調節されるものであり、所定の湿度レベルで除湿動作が停止する。この動作が行われる湿度は、ノズル２２より噴射されて水分を吸収する乾燥剤液の容量、乾燥剤液の性能、および水分を除去するためにノズル２２’より噴射される乾燥剤液の容量に依存する。
【００７３】
一般に、入口１４での空気の湿度（相対湿度）が下がると、除湿装置が除去できる水分の量は少なくなる。従って、導管１０２を通過する度に乾燥剤液は冷却され、３０Ｂ内の乾燥剤液の濃度はある値に漸近する。同様に、空気から除去される水分量が減少すると、３０Ａ内の乾燥剤液の濃度は上がり、乾燥剤液から脱離される水分の量も減少する（乾燥剤液が加熱されている場合）。あるポイントにて、除湿装置および再生装置のチャンバに入る乾燥剤がそれぞれ平衡状態になり、かつ空気へのまたは空気からの水分の移動は常態的なものとなり、乾燥剤液による水分の吸収も脱離もされなくなる。
【００７４】
前記のポイントにおける湿度は導管１０２と導管１０４の間を移動する熱の量を変えることによって調整することができる、という点は理解されるべきである。熱の移動量が増大すると、除湿チャンバ内の乾燥剤の温度は低下し、再生チャンバ内の乾燥剤の温度は上昇する。この結果、除湿チャンバと再生装置の双方の水分移動能力が増大し、平衡点での湿度は下がる。除湿装置側から再生装置側へ汲み上げられる熱の量を減少させるために、平衡点の湿度は結果として上昇する。加えて、この平衡点は再生装置に導入される空気の相対湿度にも多少は影響される。
【００７５】
図３Ａに示された上記の装置により、出口１６を離れる空気は、入口１４に導入されたものよりも、低湿かつ概して低温となる。
【００７６】
場合によっては、出口１６から排出される空気が除湿されて且つ温められる、ということが望まれる。この効果を得るためには、図３Ｂの装置が使用される。図３Ｂの装置は、図３Ａの装置と同様のものであるが、再生装置の入口にある熱交換器１３６が除湿装置の出口に移動し、１３６’と符号付けされている、という点のみ異なる。図３Ｂに示されたこの装置は、除湿され且つ温められた空気を生成する。
【００７７】
図４Ａ及び４Ｂに他の除湿装置２００を示し、これは乾燥剤を汲み上げる必要は無いものである。以下に示す点を除き、これは図３Ａ及び３Ｂに記載の除湿装置と類似であり、滞留部３０Ａと３０Ｂとの間で液状乾燥剤が汲み出されることは無いという点のみで異なるものである（図４Ａ及び４Ｂは、図３Ａ及び３Ｂとはレイアウトが多少異なる）。発明者らは、２つの滞留部をつなぐ絞り２０２のような適切な形状および寸法の絞りにより、２つの滞留部間の必要な移動を提供する適切な手法が得られるという、驚嘆すべき発見をした。
【００７８】
一般に、図３や図４に記載されているような液状乾燥剤を用いたシステムにおいては、滞留部３０Ｂ（除湿チャンバ１２の滞留部）は滞留部３０Ａ（再生装置３２の滞留部）からのさらなる水分を蓄積する。この水分を乾燥剤から除去するために、このさらなる水分は滞留部３０Ａまたは直接再生装置に移送されなければならない。加えて、滞留部３０Ｂ内の乾燥剤の濃度は滞留部３０Ａに蓄積されたものとくらべて極めて低いので、再生の効率および乾燥能力を高く保つように滞留部３０Ａ内の乾燥剤の比率は継続的に増加するだろう。
【００７９】
この問題に対処するための方法としては、図２のように滞留部を１つのみにする方法が考えられる。しかしながら、その結果として除湿を行った乾燥剤と再生中の乾燥剤の温度がほとんど等しくなる。そのため、効率が低下する。
【００８０】
図３Ａ及び３Ｂに記載の除湿装置においては、各滞留部は分離されており、ポンプによって一方の滞留部から他方に液体が汲み上げられる。このため、両滞留部間の温度差は維持され、それ故に再生セクションと除湿セクションの温度差は維持される。前述のように、パイプ３０Ｃが用意され、液体の必要最低限の移動が両滞留部間で行われ、その温度差を比較的高く保つ。
【００８１】
しかしながら、必然的に乾燥剤が除湿セクションから再生装置に移動して水分が再生装置から除湿セクションへ移動するので、図３Ａ及び３Ｂに示すような液体の移動は非効率的である。加えて、温度差を維持するために、ポンプによる汲み出しで軽減できるものの、滞留部内での水分と乾燥剤との好ましからぬバランスが発生する。（乾燥剤の濃度は再生装置の滞留部の方が除湿セクションの滞留部よりも高い。）これらの両効果が重なって、結果として除湿装置の両セクションにおける効率が低下する。
【００８２】
図４Ａ及び４Ｂに記載の装置は、両滞留部間での液状乾燥剤のポンプによる汲み上げを行わず、両滞留部の液体間での拡散により乾燥剤と塩を移動させることによって上記の問題を解消するものである。それ故に、原則として乾燥剤の塩のイオンのみが再生装置の滞留部からポンプに移動し、原則として水分のみが除湿装置の滞留部から再生装置の滞留部へ移動する。
【００８３】
本発明の例示的な実施形態では、絞り２０２は滞留部３０Ａと３０Ｂとの間に設置される。この絞りの寸法および設置位置は両滞留部間の水および乾燥剤塩のイオンの移動量によって決定され、かつ不適切な熱の移動、特に高温の貯蔵器から低温の貯蔵器への移動が起こらないように決定される。実際には、絞りの寸法は増大してもよく、完全に除湿を行うような場合には両滞留部間の熱の流れが充分に高いレベルとなる。絞りの穴が大きすぎると、高温の再生装置の貯蔵器から低温の除湿装置の貯蔵器への熱の流れが発生する。穴付近の温度を計測してその滞留部の他の箇所の乾燥剤の温度と比較することによって、不適切な熱の流れを判断してもよい。穴が大きすぎる場合は、一般に滞留部３０Ｂから滞留部３０Ａに向かう明白な熱の流れが発生する。穴の寸法の減少が大きすぎる場合は、イオンの移動が減少し、全体の効率が低下する。
【００８４】
図４Ａ及び４Ｂに記載の実施形態においては、温度差は図３Ａ及び３Ｂに記載のものと同レベルである（またはより大きくなる）、と言う点は理解されるべきである。
【００８５】
上記のように穴の寸法は経験的に決定されるが、例示的かつ制約無しの実験的なシステムにおいては、絞りは角を丸めた矩形であり、その幅は１−３ｃｍ（好ましくは約２ｃｍ）であり、その高さはシステムの性能によって異なるが１−１０ｃｍである。好ましくは、再生装置の貯蔵器では、その底部でより塩の濃度が高くなるので、穴は貯蔵器間の仕切りの底に形成される。穴の高さを大きく取ることによって、（絞りをふさぐような）結晶化が貯蔵器の底部で発生するような極限状態であってもシステムは動作する。代替的には、絞りは高さ方向に並んだ一連の穴である。代替的には、絞りは底部にあるスリットと上部にある間隔をおいて形成された複数の穴である。これらの状態では、塩のイオンの拡散量は、システム内の液体の量によって決まり、換言すれば、湿度によって決まる。システム内の水分が多くなれば、液体は増加し、水分及びイオンの(拡散によって生じる反対方向の)流れもまた増加する。
【００８６】
単数または複数の絞りの寸法および位置は多くの要素によって決定され、上記の例は実験的なものである、と言う点は理解されるべきである。
【００８７】
図４Ａ及び４Ｂに記載の除湿装置についてのいくつかの点は留意されるべきである。システムが定常状態に達し空気の状態が安定しているときには、絞り２０２を介し貯蔵器３０Ｂから貯蔵器３０Ａに向かう水分の正味の流れが発生している。実際には、除湿装置セクションは継続して水分を乾燥剤に吸収させ、再生装置は継続してそこから水分を除去していると推定される。動作中は、貯蔵器３０Ａ内のイオンの濃度は、一般的に貯蔵器３０Ｂ内よりも高い。３０Ａ内の乾燥剤が継続して濃縮され、３０Ｂ内のものは継続して希釈されるという点からこのことは正しいものと考えられる。この濃度の違いによりイオンの拡散流れが絞り２０２を介して貯蔵器３０Ａから貯蔵器３０Ｂに向かって発生する。しかしながら、貯蔵器３０Ｂから貯蔵器３０Ａに向かうイオンの流れが乾燥剤のこの方向に沿った流れによって発生することによって、平衡が保たれる。この結果、一方の貯蔵器から他方へのイオンの正味流れは発生しない。導入される空気の状態が変化している間は過渡的にイオンの正味流れが発生する。
【００８８】
起動時の過渡的な状態では、液状乾燥剤は空気から水分を吸収することによって増量する。このため、この過渡的な状態では貯蔵器３０Ｂから３０Ａへのイオンの正味移動が発生し、これによって定常状態の間は貯蔵器３０Ｂ内の乾燥剤の濃度は貯蔵器３０Ａ内よりも低くなる。
【００８９】
実際のシステムにおいては、定常状態の間は貯蔵器３０Ｂ内の乾燥剤の温度は１５℃であり、濃度は２５重量％である。選択的には、塩は塩化リチウムであり、比較的高い吸湿能力を有する安定した塩である。臭化リチウムも同程度に優れた乾燥剤であるものの比較的不安定であるが、これを用いても構わない。他の利用されうる塩としては、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ナトリウム等がある。他の液状乾燥剤として当業者に公知であるものを使用してもよい。
【００９０】
貯蔵器３０Ａの温度および濃度は４０℃および３５％である。乾燥剤の温度が高いため、貯蔵器３０Ａ内の濃度は（結晶化しない限り）貯蔵器３０Ｂ内よりも高くなる、という点は理解されるベきである。システムが停止すると、両者の濃度および温度はすぐに等しくなる。無論、上記の数値は調和される空気の温度および湿度や除湿装置の「目標値」（ヒートポンプの設定によって決まる）や他の要因によって大きく変化する。
【００９１】
本発明の例示的な実施形態では、絞りを介在する場合を除いて貯蔵器間で物質の移動は発生せず、また移動のためにポンプを使用しない。液体を一方の側から他方へ移動するためのポンプを使用しない場合は、定常状態の時は、絞りを通過する正味流れが発生しないだろう。
【００９２】
図４Ｃは、弁４７および４９を開状態から閉状態に切り換えることによって、図４Ａまたは４Ｂの両方の実施形態を提供可能なシステムである。例えば、弁４７が開いていて（換言すれば、流れを許容する状態で）、また弁４９が閉じている（流れが無い）のであれば、図４Ａの実施形態となる。弁４７が閉じていて弁４９が開いているのであれば、図４Ｂとなる。それ故に、これらの弁が電気駆動または水力駆動であるならば、図４Ｃの装置は、冷却乾燥状態と加熱乾燥状態とを容易に切り換えることが出来、両者共に高効率である。
【００９３】
重複を避けるため、図４Ｃの方法論は、図４の実施形態に対してのみ示されている、と言う点は理解されるべきである。これはまた、図３Ａ及び３Ｂの除湿装置、及び図２のものに対しても適用可能である、という点は理解されるべきである。さらに、図４Ｃに示された弁のレイアウトは例示的なものに過ぎない、という点もまた理解されるべきである。冷媒の経路を切り換えるために、図４Ｃに示される様式によって、弁の多数の異なるレイアウトが使用可能である。
【００９４】
図５Ａ−５Ｃは、本発明の実施形態による、冷却システム５００の３つの状態を示したものである。３つの状態、すなわち冷却除湿、加熱除湿、および加熱加湿を実現できるシステムを説明するために、３つの図が図４Ｃのシステムの要素をつなぐ代替の描画様式で示されている。図５Ａ−５Ｃは図４Ｃの要素の全てを示しているわけではないが、共通の要素に対しては同一の符号が振られている。以下に説明する追加の要素もまた、図示されている。
【００９５】
図４Ｃと図５Ａ−Ｃとで共通の冷却システムの基本的な構成ブロックは、圧縮機４８、熱交換器１３６及び１３６’、熱交換器３６及び４６、及び膨張弁５６である。図４Ｃに記載の弁４９及び４７、並びに冷媒用パイプは、図５Ａ−５Ｃでは構造体に置き換えられている。システムの残りの部分および上記の図４Ｃに記載の構成要素は変わってはいない。
【００９６】
冷却システム５００は、図４Ｃの構成要素に加えて、冷媒用の一連のパイプ、スイッチ５０２、第２の膨張弁５６’、４つの逆止弁５０４−５０７、並びに２つの切り換え可能なストップ弁５０８及び５１０を有する。それぞれの図において、流れの無いパイプの部位は破線で示されている。加えて、流れの方向はすべて示されている。上記の例では、開状態は流れが許容されていることを示し、閉状態はそうではないことを示す。
【００９７】
図５Ａは、図４Ａと機能的に同一の設定を示したものである。この実施形態では、スイッチ５０８は閉じており、またスイッチ５１０は開いており、冷媒は熱交換器１３６’を流れず、且つ冷媒は熱交換器１３６を流れる。この結果、上記のように、調整される空気の冷却及び除湿がなされる。この設定では、熱交換器４６は低温であり、熱はそこから高温の熱交換器３６および１３６に向かって流れる。
【００９８】
図５Ｂは、図４Ｂと機能的に同一の設定を示したものである。この実施形態では、スイッチ５１０は閉じており、またスイッチ５１１は開いており、冷媒は熱交換器１３６を流れず、且つ冷媒は熱交換器１３６’を流れる。この結果、上記のように、調整される空気の加熱及び除湿がなされる。この設定では、熱交換器４６は低温であり、熱はそこから高温の熱交換器３６および１３６’に向かって流れる。
【００９９】
図５Ｃでは、スイッチ５０２の位置が変化しており、スイッチ５０８と５１０の双方が閉じている。この実施形態では、線５２０内を冷媒が流れ、膨張弁が作動する。熱交換器に４６には流れは無い。また、冷却システムは、熱交換器３６、１３６及び１３６’から構成されている。調整された空気は、「除湿チャンバ」１２を通過する。しかしながら、このチャンバ内では冷却は行われないので、水分は除去されずにむしろ空気に追加される。多湿の空気は、高温高湿の空気が得られるように、熱交換器１３６’を通過する。熱交換器３６は、外部の空気から水分を吸収出来るように、乾燥剤を「再生装置」３２内で冷却するために使用される。この水分は、「除湿チャンバ」１２に送られて、そこから調整済みの空気が得られる。結果的に、図５Ａと５Ｂの設定では、熱交換器の機能が逆転している。最も低温の熱交換器は熱交換器３６であり、熱はそこから熱交換器１３６及び１３６’に移動する、という点に留意されたい。さらに、熱交換器１３６は熱交換器３６の機能性に抗して動作するようになっており、これによって熱が外部の空気から除去される、という点に留意されたい。しかしながら、事実上、このプロセスは、可能な限り熱を熱交換器１３６’に戻すために使用される。加えて、全ての外部の熱交換器は、冷媒が膨張弁に来る前に冷媒から可能な限りの熱を除去するように動作する。
【０１００】
図６は、図１と類似のダイヤグラムであるが、図２−４に記載の乾燥剤システムが線３として描かれているという点で異なる。この図によれば、ヒートポンプを用いて除湿装置側の乾燥剤を冷却しても空気の温度はわずかに変化するのみである。このことは、除湿装置によって処理された空気は、（先行技術の乾燥剤システムのように）空調装置によって冷却される必要も、空調システム水分除去のために使用する場合に必要な加熱を行う必要もない、と言うことを意味する。このため、空調システムは最大限の作業、すなわち空気からの熱の除去を行うことができ、一方例えば空調装置に導入される空気が除湿装置によって加熱されるなどの、除湿装置と組み合わせることによって発生する他の現象が回避される。
【０１０１】
図７は、序質量の制御に有用な構造１０００を示したものである。周囲の湿度が低い状態では、定常状態では高湿状態でのレベルを超えてシステム内の液体のレベルが低下する。低湿の状態では、周囲の空気から除去する水分の量を減らすことが望まれる。図７の構造は、これらの目的を達成するための自動制御の提供において有用である。
【０１０２】
図７は図４Ｃと類似の構造であるが、再生装置のためのスポンジ状材料(図２のもののような)が図４Ｃの噴霧に置き換わっている、と言う点で異なる。しかしながら、チャンバの全ての部分が乾燥剤で満たされる必要は無い。液状乾燥剤のレベルが高いときに、導入される空気を乾燥剤に導く為に、パーティション１００２が使用される。乾燥剤のレベルがパーティションの底部より下に下がると、空気はスポンジに迂回する、また通路１００４の極めて低いインピーダンス、空気は通路１００４を通過する。それ故に、不要なときは除湿動作は低減される。
【０１０３】
同様に、再生チャンバ３２内では、液状乾燥剤のレベルが高い(周囲の湿度が高い)ときにシステムから除去される水分の量は増加し、層ではないときは減少する。
【０１０４】
図８は、分割型空調装置３１２を有し、主に屋内の大部屋３１４のような密閉された空間を冷却するために用いられる、統合型の除湿/空調システム３１０のブロック図である。空調装置３１２は、最も簡素な構成のものであり、導管３１８を介して空気冷却用の蒸発器３２０に室内の空気を送る室内空気入口３１６を有する。部屋からの空気はファン３２２によって蒸発器３２０に吸引され、蒸発器３２０から室内空気出口３２４を介して部屋３１４に排出される。
【０１０５】
加熱された冷媒は（空調装置３１２の室外機内に示されている）圧縮機３２４によって圧縮され、凝縮器３２８を通過する。凝縮器３２８は冷却用入口３３０よりファンによって導入される外気によって冷却される。加熱された空気は廃熱出口３３４を通って室外機３２６の外に排出される。
【０１０６】
冷却・圧縮された冷媒は膨張機３３６内で膨張し、蒸発器３２０に戻って室内空気の冷却に利用される。
【０１０７】
加えて、空調装置３１２はフレッシュ空気入口３３８を有し、ここを通ってフレッシュな（ｆｒｅｓｈ）空気は部屋に運ばれる。フレッシュな空気の量は一般にルーバまたはバッフルシステム３４０、３４１によって制御される。ルーバまたはバッフル３４０、３４１は一方のみでも、または双方あってもよく、それは必要とされるフレッシュな空気の量やフレッシュな空気の比率を制御する方法による。フレッシュな空気は部屋から吸引される空気と混交され、蒸発器３２０に供給される。
【０１０８】
ここに記載されている空調装置３１２は設計上完全に形式的なものとなっている。本発明のいくつかの実施形態によれば、他のタイプの適切な空調システムを使用してもよい。
【０１０９】
本発明のいくつかの実施形態によれば、空調装置の効率および冷却能力が上昇させるために除湿装置ユニット３４２を使用する。
【０１１０】
簡素化されたブロック図内に記載の除湿装置３４２は外部の空気を高湿空気入口３４６を介して取り入れ乾燥空気出口３４８から乾燥空気を放出する乾燥ユニット３４４を有する。ユニット３４４の中で空気は霧または類似の形態の液状乾燥剤または乾燥剤溶液を通過することによって乾燥する。空気中の水分は乾燥剤に吸収される。本発明の例示的な実施形態によれば、乾燥空気出口３４８は空調装置３１２のフレッシュ空気入口３３８と好ましくは導管３４９を介して接続される。乾燥ユニットのインピーダンスが比較的低いので、空調装置のファン３２２の追加として一般に必要であった空気ポンプが不要である。しかしながら、本発明のいくつかの実施形態では、これを備えていてもよい。
【０１１１】
水分を吸収した乾燥剤は再生装置３５０に移送され、その中で乾燥剤を加熱することによって乾燥剤は水分を除去されて再生する。本発明の例示的な実施形態によれば、この加熱（および乾燥剤から除去された水蒸気の排出）は、高温空気を乾燥剤（好ましくはこの乾燥剤は霧または他のよく細分化された形態をとるもの）に通過させることによって実施される。高温かつ比較的乾燥した空気は入口３５２を介して除湿装置に導入され、出口３５４を介して排出される。この高温空気は適切かつ効率的に供給され、本発明の実施形態によれば、空調装置３１２の廃熱出口３３４と除湿装置の入口３５２とが接続される。再生装置３５０内の圧力はきわめて低くなるため、選択的には、再生装置を通る空気を移動させるためにファンや他の空気ポンプを空調装置３１２のファン３３２に追加する必要はない。
【０１１２】
また、本発明のいくつかの実施形態では、除湿装置へまたは除湿装置から空気を移動させるためにファンを追加する必要はないが、例えばここに記載されたものと同様に独立した除湿装置と複数の空調装置とを統合する場合のように、有用であればそのような単数または複数のファンを使用してもよい。
【０１１３】
選択的には、空調装置と除湿装置とが共通の制御盤を備え、そこから両者が制御され、選択的にはそこから上記の機能のすべてを作動させる、停止させる、あるいは調整することができる。
【０１１４】
本発明のいくつかの実施形態では、図１−４のいずれかに記載のシステムは、除湿装置３４２として利用される。本発明のこれらの実施形態においては、図４のポート３４８は図１−３のポート１６に符合し、ポート３５２はポート６０に対応し、ポート３４６はポート１４に対応し、ポート３５４はポート６２に対応する。さらに、除湿装置３４２は図７中に極めて簡略された状態で記述されており、例えば各要素の位置が異なっていてもよく、また多くの要素が図４中には記載されていない、という点は理解されるべきである。加えて、図４の実施形態においては、図７に示されるポンプはない。さらに、図１−４におけるヒートポンプは図４中には記載されていないが、好ましくはこれらは本システム中に備えられている。
【０１１５】
システム３１０は先行技術と比べて多数の長所を有する。図４から容易に判明するが、除湿装置３４２を空調装置３１２に追加するだけでよく、その空調装置は通常のユニットでよい。導入される空気の乾燥動作は、空調装置による場合は最も非効率的な方法で実施されるが、そのエネルギーに対してより効率的な空調装置の廃熱を利用した除湿装置によって行われるようになる（必要とするのは乾燥装置３４４と再生装置３５０との間で乾燥剤の汲み出しを行うためのエネルギーのみである）。空調システムは空気を乾燥しなくてもよいのでその冷却効率は上昇する。統合されたユニットの効率は実際に上昇し、通常の空調システムとは対照的にその温度は上昇する。全ての空気を冷却する際に空調装置によって生成された熱が利用可能であるので、除湿装置は空気の一部すなわち室内に向かうもののみを乾燥する。このバランスは、除湿装置において必要な加熱が一般に空調装置の排気を用いることによって容易に得られる、と言うことを意味している。
【０１１６】
加えて、空調装置が高湿低温環境に適さないものであったとしても、本発明のシステムはそのような環境下でも同様に有効である。
【０１１７】
上記のような統合機器によれば、空調装置のみを用いる場合と比較して６０％の冷却能力の向上が見られ、空調装置のみを用いる場合と比較して３０％の効率の向上が見られ、室内の空気の品質は変わらない。
【０１１８】
本発明は特定の無制限の実施形態の形式で記述されている。しかしながら、本発明に基づき、請求項によって定義される空調装置と除湿装置の他の統合形態も当業者が想起されるだろう。例えば、図２においては滞留部の中で熱が液状乾燥剤から除去されている。この代わりに、液状乾燥剤が乾燥チャンバに移動しているときに除去してもよい。図３および図４においては、液状乾燥剤が乾燥チャンバに移動している時に熱がそこから汲み上げられている。この代わりに、液状乾燥剤が乾燥チャンバからの水分を含んだ乾燥剤を受ける滞留部内にあるときに熱が除去される構成としてもよい。本発明のいくつかの実施形態では、冷媒と乾燥剤の一方または双方の熱交換器が除湿または再生チャンバ内にある。
【０１１９】
図２には図３および４に記載のものとは異なる形式の再生装置が記載されている。本発明のいくつかの実施形態では、再生装置は交換可能な形式となっている。図２においては、ヒートポンプによって再生チャンバ内の液体に熱が移動している。（図３および４に記載されているように）再生チャンバに移動中の液状乾燥剤に熱が移動する構成を代替または追加してもよい。また、図面には記載されていないが、図３および４の両方においては熱は滞留部３０Ａ内の液体に移動している。
【０１２０】
これに加えて、多くの特徴が好適な態様には示されており、その中の一部は好ましいものであるが必須のものではない。例えば、熱交換器１３６および１３６’の位置は、再生装置の入口及び除湿装置の出口に示されているが、たとえ既出のこの位置に関する特徴のいくつかが失われたとしても、本発明のいくつかの実施形態では空気/冷媒のラジエータがシステムの他の位置にあってもよい。
【０１２１】
請求項内で用いられている「有する」「含む」「備える」または同義の用語は「含むがそれに限定されるものではない」という意味である。
【０１２２】
１０      除湿システム
１２      除湿チャンバ
１３      パイプ
１４      高湿空気入口
１６      乾燥空気出口
２２      ノズル
２４      スポンジ部材
２８      乾燥剤
３０      乾燥剤貯蔵器
３２      再生ユニット
３５      ポンプ
３６      熱交換器
３７      モータ
３８      分配器
３９      絞り
４０      パイプ
４２      チューブ
４５      ヒートポンプシステム
４６      第２の熱交換器
４７      弁
４９      弁
５０      容器
５２      チューブ
５４      圧力計
５６      膨張弁
５８      チャンバ
６０      入口
６２      出口
１００      除湿装置
１０２      導管
１０４      導管
１１０      除湿システム
１３０      ポンプシステム
１３２      ポンプシステム
１３６      熱交換器
１３６’    熱交換器
２００      除湿装置
２０２      絞り
３１０      除湿／空調システム
３１２      空調装置
３２０      蒸発器
３２４      圧縮機
３２８      凝縮器
３３０      冷却用入口
３３２      ファン
３３４      廃熱出口
３３６      膨張機
３３８      フレッシュ空気入口
３４２      除湿装置
３４４      乾燥ユニット
３４６      高湿空気入口
３４８      乾燥空気出口
３５０      再生装置
３５２      入口
５００      冷却システム
５０２      スイッチ
５０４      逆止弁
５０５      逆止弁
５０６      逆止弁
５０７      逆止弁
５０８      ストップ弁
５１０      ストップ弁
１０００      構造
１００２      パーティション
１００４      パーティション
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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