(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
各段が冷却ユニットと、膜によって分離された第１のチャンネル及び第２のチャンネルを有する除湿ユニットとを含む複数の除湿及び冷却段であって、前記膜が、前記膜の透過容積を通る前記第１のチャンネルから前記第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前記膜を通過するのを実質的に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前記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複数の除湿及び冷却段と、
前記複数の除湿及び冷却段に流体的に結合された増圧デバイスであって、前記増圧デバイスが、前記Ｈ2Ｏが前記膜を通って前記第２のチャンネルまで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、前記増圧デバイスが、前記増圧デバイスの出口での水蒸気の前記圧力を、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に増大させるように構成された前記増圧デバイスと、
前記増圧デバイスから前記水蒸気を受け取り、かつ前記水蒸気を前記液体の水に凝結させるように構成された少なくとも１つの凝結デバイスと、
前記液体の水を前記少なくとも１つの凝結デバイスから移送するように構成された少なくとも１つの水移送デバイスと、
前記複数の除湿及び冷却段のそれぞれの前記冷却ユニット及び前記増圧デバイスと通信可能に接続され、前記増圧デバイスを制御して、前記冷却ユニットに付けられたセンサから受信する信号に基づいて低い方の前記分圧を調整するように構成されるコントローラと、
を含み、
前記複数の除湿及び冷却段は、前記空気流が前記複数の除湿及び冷却段を直列に通って流れるように互いに直列に配列されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記増圧デバイスは、各段が段入口を有する複数のポンプ段を有するタービンポンプを含み、
前記複数のポンプ段は、前記段入口を通じて前記複数の前記除湿ユニットに流体的に結合される、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記冷却ユニットは、蒸発冷却ユニット、機械式冷却ユニット、又はその組合せを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
第２の複数の除湿及び冷却段が、互いに直列に配列され、前記複数の除湿及び冷却段並びに前記第２の複数の除湿及び冷却段は、互いに並列に配列されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
第３の除湿及び冷却段をバイパスして第１の除湿及び冷却段から第２の除湿及び冷却段まで空気を誘導するように構成されたバイパス弁を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記増圧デバイスは、タービンポンプを含み、
前記コントローラは、前記タービンポンプを駆動するのに使用されるポンプエネルギを実質的に低減することによって前記エネルギ使用を実質的に低減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。
【請求項７】
各除湿及び冷却段が、前記除湿及び冷却段の前記除湿ユニットに流体的に結合されて他の空気成分をパージするように構成された真空ポンプを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
システムであって、
冷却ユニットと、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及び前記空気チャンネルに隣接するＨ2Ｏ透過障壁を含む除湿ユニットとを各々が含む複数の除湿及び冷却段であって、前記Ｈ2Ｏ透過障壁が、前記入口空気流内のＨ2Ｏ蒸気からのＨ2Ｏが前記Ｈ2Ｏ透過障壁の吸入側まで前記Ｈ2Ｏ透過障壁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透過障壁の吸入側まで前記Ｈ2Ｏ透過障壁を通過するのを実質的に阻止するように構成された前記複数の除湿及び冷却段と、
前記複数の除湿及び冷却段に流体的に結合された増圧デバイスであって、前記増圧デバイスが、前記Ｈ2Ｏ透過障壁の前記吸入側で前記入口空気流内の前記Ｈ2Ｏ蒸気の分圧よりも低いＨ2Ｏ蒸気の分圧を作り出して前記Ｈ2Ｏ透過障壁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Ｈ2Ｏ蒸気を液体Ｈ2Ｏに凝結させるのに適するＨ2Ｏ蒸気の分圧に前記増圧デバイスの出口での圧力を増大させるように構成された前記増圧デバイスと、
を含む空気流からＨ2Ｏ蒸気を除去するための除湿システム、
を含み、
前記複数の除湿及び冷却段は、前記空気流が前記複数の除湿及び冷却段を直列に通って流れるように互いに直列に配列されることを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記除湿システムは、前記少なくとも１つの増圧デバイスの前記出口から前記Ｈ2Ｏ蒸気を受け取り、かつ前記Ｈ2Ｏ蒸気を液体Ｈ2Ｏに凝結させるように構成された少なくとも１つの凝結デバイスを含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記除湿システムは、前記少なくとも１つの凝結デバイスからの前記液体Ｈ2Ｏの圧力を周囲圧力まで調節するように構成された少なくとも１つのデバイスを含むことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数の除湿及び冷却段は、前記空気流が前記複数の除湿及び冷却段を並列に通って流れるように互いに並列に配列されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記冷却ユニットは、前記除湿ユニットの上流、又は前記除湿ユニットの下流、又はその組合せに配置されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記Ｈ2Ｏ透過障壁は、ゼオライトを含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
Ｈ2Ｏ蒸気を含み、Ｈ2Ｏ蒸気の第１の分圧を有する複数の空気流を複数の除湿ユニットの空気チャンネル内に受け取る段階と、
Ｈ2Ｏを前記複数の除湿ユニットのＨ2Ｏ蒸気チャンネル内に前記複数の除湿ユニットのＨ2Ｏ透過材料を通じて前記Ｈ2Ｏ透過材料にわたる圧力差を使用して吸入する段階であって、前記Ｈ2Ｏ蒸気チャンネルが、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吸入する段階と、
前記複数の除湿ユニットと流体的に結合するように構成された複数の入口を有する増圧デバイス内に前記Ｈ2Ｏ蒸気チャンネルからＨ2Ｏ蒸気を受け取る段階と、
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、
前記増圧デバイスから凝結デバイス内に前記Ｈ2Ｏ蒸気を受け取り、かつ前記Ｈ2Ｏ蒸気を液体Ｈ2Ｏに凝結させる段階と、
前記液体Ｈ2Ｏを前記凝結デバイスから周囲条件まで移送する段階と、
前記複数の空気流を各除湿ユニットの上流、各除湿ユニットの下流、又はその組合せで冷却する段階と、
を含み、さらに、
Ｈ2Ｏ蒸気を含む前記複数の空気流を前記空気流が各除湿ユニットの空気チャンネルを直列に通って流れるように互いに直列に配列された前記複数の除湿ユニットの前記空気チャンネル内に受け取る段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
Ｈ2Ｏ蒸気を含む前記複数の空気流を前記空気流の各々が各除湿ユニットの空気チャンネルを並列に通って流れるように互いに並列に配列された前記複数の除湿ユニットの前記空気チャンネル内に受け取る段階を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記空気流は、約０．２〜１．０ｐｓｉａの範囲のＨ2Ｏ蒸気の前記第１の分圧を有し、Ｈ2Ｏ蒸気の前記第２の分圧は、約０．１〜１．０ｐｓｉａの範囲にあり、Ｈ2Ｏ蒸気の前記第３の分圧は、約０．２５〜１．１ｐｓｉａの範囲にあることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全体が引用により本明細書に組み込まれている２０１０年１１月１２日出願の「空気除湿及び冷却のためのシステム及び方法」という名称の米国特許仮出願第６１／４１３，３２７号の特許本出願である。
【背景技術】
【０００２】
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）よりも大きい湿度比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まで湿度比を下げ、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、湿度比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。
【０００３】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の開示の実施形態による除湿ユニットを有するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図２Ａ】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。
【図２Ｂ】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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湿度比の湿度図表である。
【図６】本発明の開示の実施形態により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ＨＶＡＣシステム及び除湿ユニットの概略図である。
【図７】本発明の開示の実施形態による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ＨＶＡＣシステム及び除湿ユニットの概略図である。
【図８】本発明の開示の実施形態による直列に配列された複数の除湿ユニットを有するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図９】本発明の開示の実施形態による並列に配列された複数の除湿ユニットを有するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図１０】本発明の開示の実施形態による並列に配列された第１及び第２の複数の除湿ユニットと共に直列に配列された第１の複数の除湿ユニット及び同じく直列に配列された第２の複数の除湿ユニットを有するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図１１】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。
【図１２Ａ】本発明の開示の実施形態による図１１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湿度比の湿度図表である。
【図１２Ｂ】本発明の開示の実施形態による図１１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湿度比の湿度図表である。
【図１３】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。
【図１４Ａ】本発明の開示の実施形態による除湿ユニット及び図１３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湿度比の湿度図表である。
【図１４Ｂ】本発明の開示の実施形態による除湿ユニット及び図１３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湿度比の湿度図表である。
【図１５Ａ】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湿度比の湿度図表である。
【図１５Ｂ】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湿度比の湿度図表である。
【図１６】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機械式冷却ユニットを有するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図１７】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機械式冷却ユニットを有するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図１８】本発明の開示の実施形態によるミニ除湿ユニットを使用するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図１９】本発明の開示の実施形態による直列に配列された複数の冷却及び除湿段を使用するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図２０】制御システムを含む図１９のＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図２１】本発明の開示の実施形態による並列及び直列に配列された複数の冷却及び除湿段を使用するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図２２】本発明の開示の実施形態により直列に配列されかつ複数の除湿ユニットの下流に配置された冷却システムに流体的に結合された複数の除湿ユニットを使用するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図２３】本発明の開示の実施形態により直列に配列されかつ複数の除湿ユニットの上流に配置された冷却システムに流体的に結合された複数の除湿ユニットを使用するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図２４】本発明の開示の実施形態により並列に配列されかつ複数の除湿ユニットの下流に配置された冷却システムに流体的に結合された複数の除湿ユニットを使用するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図２５】本発明の開示の実施形態により並列に配列されかつ複数の除湿ユニットの上流に配置された冷却システムに流体的に結合された複数の除湿ユニットを使用するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【図２６】本発明の開示の実施形態により並列及び直列に配列されかつ複数の除湿ユニットの下流に配置された冷却システムに流体的に結合された複数の除湿ユニットを使用するＨＶＡＣシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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使用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使用するエネルギが少なくて済む。代替的に、水蒸気は、膜水蒸気排除ユニットを通じて周囲条件に排除することができる。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。
【００１０】
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。
【００１１】
ある一定の実施形態において、図１９〜図２６に関して以下でより詳細に説明するように、上述の除湿ユニットの１つ又はそれよりも多くは、蒸発冷却器システムのような１つ又はそれよりも多くの冷却システムと組み合わせることができる。一例では、各々が１つの蒸発又は機械式冷却器及び１つの除湿ユニットを含む複数の段を直列に及び／又は並列に組み合わせることができる。外気は、複数の段の第１の段に入って、次に、複数の段を通るように誘導され、より冷たい、より乾燥した空気として最終段を出ることができる。すなわち、各その後の段は、前の段からの空気を冷却及び乾燥させることができる。一実施形態において、多段真空ポンプを低圧側を作り出すために使用することができ、外気が複数の段を通過することを可能にするのに適する分圧差が得られる。他の実施形態において、複数のポンプを多段ポンプの代わりに又はこれに加えて使用することができる。低圧側は、非凝結成分（例えば、酸素、窒素、及び他の雰囲気気体成分）のような空気のある一定の成分を除去する際に有用なパージユニットを含むことができる。液体受器にその後に誘導することができる水蒸気を凝結させることに適する凝結器を設けることができる。ポンプは、次に、受器から液体を放出することができる。コントローラシステムは、複数の段（例えば、ポンプ、弁、凝結器、蒸発冷却器）の様々な構成要素に通信的に結合し、かつより効率的に空気の乾燥及び冷却を制御するのに使用することができる。
【００１２】
各々が蒸発器又は機械式冷却器及び除湿システムを含む上述の複数の段を設けることにより、単段を使用するのと比較した時に、より効率的により乾燥したより冷たい空気を生成することができる。更に、複数の段を含むと、信頼性を高めかつ冗長性をもたらすことができる。例えば、バイパス弁は、想定外の保守イベントの場合に特定の段をバイパスするのに使用することができる。実際に、例えば、バイパス弁を使用することにより、１つ又はそれよりも多くの段の完全な除去を含む保守を行うことができ、一方、残りの段は、乾燥及び／又は冷却作動を続けることができる。更に、各段を異なる生産機能（例えば、乾燥、冷却機能）に対して設けることができ、従って、様々な状態での使用に適するＨＶＡＣシステムが可能である。
【００１３】
上記を念頭に置いて、図１に示すＨＶＡＣシステム１０のようなある一定のシステム及び方法を説明することが有用であると考えられる。より具体的には、図１は、本発明の開示の実施形態による除湿ユニット１２を有するＨＶＡＣシステムの概略図である。図示のように、除湿ユニット１２は、比較的高い湿度を有する入口空気１４Ａを受け取って比較的低い湿度を有する出口空気１４Ｂを排出することができる。特に、除湿ユニット１２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１２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。
【００１４】
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。
【００１５】
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パージすることができる。
【００１６】
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１２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。
【００１７】
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１２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、例示的なものであり、制限的なものであることは意図しない。
【００１８】
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１２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。
【００１９】
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。
【００２０】
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１２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。この実施では、約０．０１ｐｓｉａの初圧が、他の空気成分（例えば、酸素、窒素及び二酸化炭素のような非凝結物）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、約０．０１ｐｓｉａもの低さ（又は、それよりも低い）にある場合がある。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の分圧よりも大きいので、圧力勾配が、空気チャンネル１６から水蒸気チャンネル１８まで作り出される。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、障壁をもたらし、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。
【００２１】
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使用されない。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。
【００２２】
水蒸気透過膜は、水蒸気透過性が高いので、除湿ユニット１２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。
【００２３】
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）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１２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１２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１２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。
【００２４】
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、インタフェース２０の膜面積の約７〜１０ｍ2を使用し、周囲条件下で１トンの空気冷却負荷を除湿することができる。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１２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、例示的なものであり、制限的なものであることは意図しない。
【００２５】
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の温度及び湿度比の湿度図表である。特に、湿度図表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、湿度図表３８のｙ軸４２は、空気チャンネル１６を通って流れる空気１４の湿度比に対応し、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）の湿度比は、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）の湿度比よりも低く、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。
【００２６】
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１２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１２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。
【００２７】
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、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。
【００２８】
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。代替的に、凝結ユニット５４及びその後の構成要素は、膜水蒸気排除ユニットで置換することができる。
【００２９】
ＨＶＡＣシステム１０の例示的な作動として、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、乾燥空気のポンドにつき約０．０１４ポンドのＨ2Ｏの湿度比に対応する。システムは、乾燥空気のポンドにつき約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、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内の水蒸気の分圧を約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の圧力を約０．３ｐｓｉだけ真空ポンプ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を凝結することができ、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。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に高い水蒸気の分圧を確実に有するように適応させるために上流水蒸気２６Ａ及び下流水蒸気２６Ｂ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、例示的なものであり、制限的なものであることは意図しないことに注意すべきである。
【００３０】
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時に、除湿ユニット１２の効率は減少する。例えば、一実施形態において、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することができる。別の実施形態において、水蒸気２６Ｂの温度を使用し、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ことができるに過ぎないので（すなわち、約飽和圧力）、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１２から高い効率が得られる。
【００３１】
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。
【００３２】
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、一般家庭に使用される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。
【００３３】
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。
【００３４】
従って、ある一定の実施形態において、図６に示すポンプ６２のような第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をパージ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１０及び除湿ユニット１２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の除湿ユニット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、並びに図２Ａの水蒸気チャンネル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。
【００３５】
本明細書に説明する除湿ユニット１２は、様々な作動状態間で制御し、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及びＨＶＡＣシステム１０及び除湿ユニット１２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の除湿ユニット１２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、例えば、プロセッサから信号を受信して除湿ユニット１２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、他の除湿ユニット１２を通る入口空気１４Ａを送風するファンのような機器、入口空気及び出口空気１４Ａ、１４Ｂのような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）に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１２を通って流れる空気１４から水蒸気２６を最も効率的に除去するために除湿ユニット１２のこれらの構成要素の機能性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。
【００３６】
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って除湿ユニット１２の水蒸気真空容積２８からの２６Ａで水蒸気の非凝結成分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、定期的に作動させることができる。空気１４から水蒸気２６を除去する「通常の」作動では、真空ポンプ６２は、作動中ではないとすることができる。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。次に、真空ポンプ６２が止まって、除湿ユニット１２は、通常の作動モードに戻る。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。１つの方法は、断続的にパージ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。
【００３７】
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１２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。
【００３８】
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１２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１２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１２は、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）空気１４から最大量の水蒸気を除去し、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）比較的空気１４から水蒸気を除去せず、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）のような空気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。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１２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１２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。
【００３９】
除湿ユニット１２は、多くの様々なモードで及び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１２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。ある一定の実施形態において、除湿ユニット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のように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。
【００４０】
本明細書に説明する除湿ユニット１２は、空気１４Ａを除湿するのに使用される圧力が比較的低いために、使用する作動電力が従来の除湿システムより少ない。これは、少なくとも部分的に、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１２を作動するのに使用される最小電力は、空気１４を除湿ユニット１２に通すために使用されるファン電力、約飽和圧力（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の送り出し、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り）、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の送り出し電力、及び除湿ユニット１２の水蒸気真空容積２８の中へ漏れる非凝結成分３０をパージする真空ポンプ６２電力のみを含む。従って、除湿ユニット１２を作動するのに使用された唯一の比較的主要な電力分は、約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１２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１２は、これらの従来の除湿システムの少なくとも２倍の高さの（又は作動条件に基づいて、最大５倍の高さでさえも）効率（ＣＯＰ）を有することが公知である。更に、除湿ユニット１２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。
【００４１】
ある一定の実施形態において、図１〜図７に関して上述した除湿ユニット１２の複数の事例は、単一のＨＶＡＣシステム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直列に配列された複数の除湿ユニット１２（すなわち、第１の除湿ユニット７４、第２の除湿ユニット７６、及び第３の除湿ユニット７８）を有するＨＶＡＣシステム７２の概略図である。直列に３個の除湿ユニット７４、７６、７８を有するとされているが、あらゆる数の除湿ユニット１２をＨＶＡＣシステム７２において直列に実際に使用することができる。例えば、他の実施形態において、２個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又は更多くの除湿ユニット１２をＨＶＡＣシステム７２において直列に使用することができる。
【００４２】
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。より具体的には、図８に示すように、ＨＶＡＣシステム７２は、比較的高い湿度を有する入口空気１４Ａを受け取る。しかし、第１の除湿ユニット７４からの比較的乾燥した空気１４Ｂは、大気には排出されない。むしろ、図８に示すように、第１の除湿ユニット７４から排出された空気１４Ｂは、第１のダクト８０を通じて第２の除湿ユニット７６に誘導される。同様に、第２の除湿ユニット７６から排出された空気１４Ｃは、第２のダクト８２を通じて第３の除湿ユニット７８に誘導される。第３の除湿ユニット７８からの出口空気１４Ｄは、次に、調整された空間に排出される。ＨＶＡＣシステム７２の除湿ユニット７４、７６、７８が直列に配列されるので、各々の連続した空気流は、上流空気流より比較的乾燥していることになる。例えば、出口空気１４Ｄは、空気１４Ｃよりも乾燥しており、空気１４Ｃは、空気１４Ｂよりも乾燥しており、空気１４Ｂは、入口空気１４Ａよりも乾燥している。
【００４３】
図示のように、図８のＨＶＡＣシステム７２の構成要素の多くは、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０の構成要素と同一である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の除湿ユニット７４、７６、７８は、図１、図６、及び図７の除湿ユニット１２と同一であると見なすことができる。更に、図８のＨＶＡＣシステム７２も、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、リザーバ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がほぼ周囲圧力（すなわち、約１４．７ｐｓｉａ）に増大される。
【００４４】
図８に示すように、ある一定の実施形態において、各除湿ユニット７４、７６、７８は、それぞれの真空ポンプ８４、８６、８８に関連付けることができ、それらの各々は、図１、図６、及び図７の真空ポンプ５２と機能性が類似のものである。しかし、水蒸気は、各々の連続した除湿ユニット７４、７６、７８から除去されるので、空気１４内の水蒸気の分圧を各々の連続した除湿ユニット７４、７６、７８で徐々に低減することができる。例えば、上述したように、入口空気１４Ａ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、第１の除湿ユニット７４からの空気１４Ｂ内の水蒸気の分圧は、約０．１７〜０．７５ｐｓｉａの範囲とすることができ（降下の約１／３を達成）、第２の除湿ユニット７６からの空気１４Ｃ内の水蒸気の分圧は、約０．１４〜０．５４ｐｓｉａの範囲とすることができ（降下の次の約１／３を達成）、第３の除湿ユニット７８からの出口空気１４Ｄ内の水蒸気の分圧は、６０°Ｆの飽和温度又はそれより低い温度である約０．１０〜０．２５ｐｓｉａの範囲とすることができる。この非常に低い値を使用し、予備の使用に向けて機能を増大させることができる。
【００４５】
従って、ある一定の実施形態において、それぞれの真空ポンプ８４、８６、８８の各々に関連付けられた水蒸気真空容積９０、９２、９４（例えば、上述の水蒸気真空容積２８と機能性が類似のもの）内の水蒸気の分圧を調節し、それぞれの除湿ユニット７４、７６、７８の各々からの水蒸気２６の最適流量を保証することができる。例えば、上述の水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの分圧は、約０．１５〜０．２５ｐｓｉａの範囲に維持することができる。しかし、図８のＨＶＡＣシステム７２では、第１の水蒸気真空容積９０内の水蒸気２６Ａの分圧は、約０．１５〜０．７ｐｓｉａの範囲に維持することができ、第２の水蒸気真空容積９２内の水蒸気２６Ａの分圧は、約０．１２〜０．４９ｐｓｉａの範囲に維持することができ、第３の水蒸気真空容積９４内の水蒸気２６Ａの分圧は、約０．０９〜０．２４ｐｓｉａの範囲に維持することができる。それにも関わらず、各々の連続した除湿ユニット７４、７６、７８において除去される水蒸気２６量が少なくなり、一般的に、システムを作動するのに使用されるエネルギを最小にするように最適化されると予想することができる。
【００４６】
ある一定の実施形態において、真空ポンプ８４、８６、８８の各々は、水蒸気２６を圧縮し、水蒸気２６が空気１４の流れと反対の方向に流れるように、水蒸気の実質的に一定の分圧（すなわち、ちょうど凝結ユニット５４内の凝結を容易にするのにちょうど十分に高い）を有する共通のマニホルド９６に誘導することができる。他の実施形態において、各々の連続した除湿ユニット７４、７６、７８から抽出された水蒸気２６をそれぞれの真空ポンプ８４、８６、８８により圧縮し、その後に、次の上流除湿ユニット７４、７６、７８から抽出された水蒸気２６と結合することができる。例えば、他の実施形態において、第３の除湿ユニット７８からの水蒸気２６は、第２の水蒸気真空容積９２において第３の真空ポンプ８８により圧縮し、次に、第２の除湿ユニット７６からの水蒸気２６と結合することができる。同様に、第２の真空ポンプ８６により圧縮された水蒸気２６は、第１の水蒸気真空容積９０において第１の除湿ユニット７４からの水蒸気２６と結合することができる。この実施形態において、各々の連続した真空ポンプ８４、８６、８８の排気側は、次の上流真空ポンプ８４、８６、８８の作動圧までのみ水蒸気２６の分圧を増大させる。例えば、第３の真空ポンプ８８は、第２の水蒸気真空容積９２内の水蒸気の分圧が約０．２ｐｓｉａである場合に限り約０．２ｐｓｉａに水蒸気２６の圧力を増大させることができる。同様に、第２の真空ポンプ８６は、第１の水蒸気真空容積９０内の水蒸気の分圧が約０．３５ｐｓｉａである場合に限り約０．３５ｐｓｉａに水蒸気２６の圧力を増大させることができる。この実施形態において、第１の真空ポンプ８４により圧縮された水蒸気２６は、凝結を容易にするのにちょうど十分な高い水蒸気の分圧で凝結ユニット５４に誘導される。
【００４７】
直列に配列された複数の除湿ユニット７４、７６、７８を有する図８に示す特定の実施形態を図８に示していない様々な方法で形成することができることに注意すべきである。例えば、各除湿ユニット７４、７６、７８と共にそれぞれの真空ポンプ８４、８６、８８を使用するように示されているが、ある一定の実施形態において、単一の真空ポンプ５２を第１、第２、及び第３の水蒸気真空容積９０、９２、９４に接続した複数の入口ポートと共に使用することができる。更に、液体状態に水蒸気２６Ｂを凝結してＨＶＡＣシステム７２からの液体の水を貯蔵及び／又は移送するために単一の凝結ユニット５４、リザーバ５８、及び液体ポンプ６０を使用するように示されているが、他の実施形態において、除湿ユニット７４、７６、７８及び真空ポンプ８４、８６、８８の各組を独立して作動させ、それ自体のそれぞれの凝結ユニット５４、リザーバ５８、及び液体ポンプ６０に関連付けることができる。
【００４８】
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８４、８６、８８（又は、図６及び図７に関して上述したように別の真空ポンプ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８４、８６、８８（又は、図６及び図７に関して上述したように別の真空ポンプ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９０、９２、９４内の水蒸気２６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９０、９２、９４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９０、９２、９４内のセンサから信号を受信することができる。
【００４９】
更に、制御システム６４は、除湿ユニット７４、７６、７８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９０、９２、９４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９０、９２、９４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７４、７６、７８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９０、９２、９４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。
【００５０】
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９０、９２、９４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９０、９２、９４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、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７４、７６、７８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７４、７６、７８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７４、７６、７８を循環させて、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）空気１４から最大量の水蒸気を除去し、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）比較的空気１４から水蒸気を除去せず、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）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７４、７６、７８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７４、７６、７８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。
【００５１】
図８は、複数の除湿ユニット１２の直列の配置を含むが、この実施形態は、複数の除湿ユニット１２を単一のＨＶＡＣシステム内に配置することができる他の方法を含む。例えば、図９は、本発明の開示の実施形態による並列に配列された複数の除湿ユニット１２（すなわち、第１の除湿ユニット１００、第２の除湿ユニット１０２、及び第３の除湿ユニット１０４）を有するＨＶＡＣシステム９８の概略図である。３個の除湿ユニット１００、１０２、１０４を並列に有するように示されているが、あらゆる数の除湿ユニット１２をＨＶＡＣシステム７２において並列に実際に使用することができる。例えば、他の実施形態において、２個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又は更に多くの除湿ユニット１２をＨＶＡＣシステム９８において並列に使用することができる。
【００５２】
図９のＨＶＡＣシステム９８は、一般的に、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０、及び図８のＨＶＡＣシステム７２と同様に機能する。より具体的には、図９に示すように、ＨＶＡＣシステム９８の各除湿ユニット１００、１０２、１０４は、比較的高い湿度を有する入口空気１４Ａを受け取って、比較的低い湿度を有する出口空気１４Ｂを排出する。図示のように、図９のＨＶＡＣシステム９８の構成要素の多くは、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０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、図９のＨＶＡＣシステム９８の除湿ユニット１００、１０２、１０４は、図１、図６、及び図７の除湿ユニット１２及び図８の除湿ユニット７４、７６、７８と同一と見なすことができる。更に、図９のＨＶＡＣシステム９８も、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９のＨＶＡＣシステム９８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、リザーバ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。
【００５３】
図９に示すように、ある一定の実施形態において、各除湿ユニット１００、１０２、１０４は、それぞれの真空ポンプ１０６、１０８、１１０に関連付けることができ、それらの各々は、図１、図６、及び図７の真空ポンプ５２及び図８の真空ポンプ８４、８６、８８と機能性が類似のものである。しかし、図８のＨＶＡＣシステム７２とは対照的に、除湿ユニット１００、１０２、１０４及び関連の真空ポンプ１０６、１０８、１１０は並列に配列されるので、空気１４内の水蒸気の分圧は、各除湿ユニット１００、１０２、１０４においてほぼ同じになる。従って、一般的に、それぞれの真空ポンプ１０６、１０８、１１０の各々に関連付けられた水蒸気真空容積１１２、１１４、１１６内の水蒸気の分圧もほぼ同じになる。例えば、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０に関して上述したように、水蒸気真空容積１１２、１１４、１１６内の水蒸気２６Ａの分圧を約０．１０〜０．２５ｐｓｉａの範囲に維持することができる。
【００５４】
図９に示すように、ある一定の実施形態において、真空ポンプ１０６、１０８、１１０の各々は、水蒸気２６を圧縮し、水蒸気の実質的に一定の分圧（すなわち、凝結ユニット５４内の凝結を容易にするのにちょうど十分に高い）を有する共通のマニホルド１１８に誘導することができる。他の実施形態において、各々の連続した除湿ユニット１００、１０２、１０４（すなわち、上から下まで）から抽出された水蒸気２６をそれぞれの真空ポンプ１０６、１０８、１１０により圧縮し、次に、次の下流（すなわち、共通のマニホルドに対して）除湿ユニット１００、１０２、１０４から抽出された水蒸気２６と結合することができる。例えば、他の実施形態において、第１の除湿ユニット１００からの水蒸気２６を第１の真空ポンプ１０６により圧縮し、次に、第２の水蒸気真空容積１１４内の第２の除湿ユニット１０２からの水蒸気２６と結合することができる。同様に、第２の真空ポンプ１０８により圧縮された水蒸気２６を第３の水蒸気真空容積１１６において第３の除湿ユニット１０４からの水蒸気２６と結合することができる。この実施形態において、各々の連続した真空ポンプ１０６、１０８、１１０の排気側は、次の下流真空ポンプ１０６、１０８、１１０の作動圧までのみ水蒸気２６の分圧を増大させる。例えば、第１の真空ポンプ１０６は、第２の水蒸気真空容積１１４内の水蒸気の分圧が約０．２ｐｓｉａである場合に限り約０．２ｐｓｉａに水蒸気２６の圧力を増大させることができる。同様に、第２の真空ポンプ１０８は、第３の水蒸気真空容積１１６内の水蒸気の分圧が約０．３５ｐｓｉａである場合に限り約０．３５ｐｓｉａに水蒸気２６の圧力を増大させることができる。この実施形態において、第３の真空ポンプ１１０により圧縮された水蒸気２６は、凝結を容易にするのにちょうど十分な高い水蒸気の分圧で凝結ユニット５４に誘導される。
【００５５】
並列に配列された複数の除湿ユニット１００、１０２、１０４を有する図９に示す特定の実施形態を図９に示していない様々な方法で形成することができることに注意すべきである。例えば、各除湿ユニット１００、１０２、１０４と共にそれぞれの真空ポンプ１０６、１０８、１１０を使用するように示されているが、ある一定の実施形態において、単一の真空ポンプ５２を第１、第２、及び第３の水蒸気真空容積１１２、１１４、１１６に接続した複数の入口ポートと共に使用することができる。更に、液体状態に水蒸気２６Ｂを凝結してＨＶＡＣシステム９８からの液体の水を貯蔵及び／又は移送するために単一の凝結ユニット５４、リザーバ５８、及び液体ポンプ６０を使用するように示されているが、他の実施形態において、除湿ユニット１００、１０２、１０４及び真空ポンプ１０６、１０８、１１０の各組を独立して作動させ、それ自体のそれぞれの凝結ユニット５４、リザーバ５８、及び液体ポンプ６０に関連付けることができる。
【００５６】
更に、図７の制御システム６４を図９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９８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１１２、１１４、１１６（又は、図６及び図７に関して上述したように別の真空ポンプ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１１２、１１４、１１６（又は、図６及び図７に関して上述したように別の真空ポンプ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１１２、１１４、１１６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１１２、１１４、１１６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１１２、１１４、１１６内のセンサから信号を受信することができる。
【００５７】
更に、制御システム６４は、除湿ユニット１００、１０２、１０４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１００、１０２、１０４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１１２、１１４、１１６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１００、１０２、１０４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１１２、１１４、１１６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。
【００５８】
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１１２、１１４、１１６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１１２、１１４、１１６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、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１００、１０２、１０４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１００、１０２、１０４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１００、１０２、１０４を循環させて、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）空気１４から最大量の水蒸気を除去し、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）比較的空気１４から水蒸気を除去せず、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）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１００、１０２、１０４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１００、１０２、１０４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。
【００５９】
図８に示す除湿ユニット１２の直列の配置及び図９に示す除湿ユニット１２の並列の配置に加えて、複数の除湿ユニット１２を他の方法で使用することができる。実際に、遥かに複雑かつ拡張性のある配置を使用することができる。例えば、図１０は、本発明の開示の実施形態による直列に配列された除湿ユニット１２（すなわち、第１の除湿ユニット１２４及び第２の除湿ユニット１２６）の第１の組１２２と、直列にも配置された除湿ユニット１２（すなわち、第３の除湿ユニット１３０及び第４の除湿ユニット１３２）の第２の組１２８とを有する除湿ユニット１２の第１及び第２の組１２２、１２８が並列に配列されたＨＶＡＣシステム１２０の概略図である。換言すると、第１の組１２２の直列の第１及び第２の除湿ユニット１２４、１２６は、第２の組１２８の直列の第３及び第４の除湿ユニット１３０、１３２と並列に配列される。
【００６０】
並列に配列された直列の除湿ユニット１２の２つの組１２２、１２８を有するように示されているが、あらゆる数の並列の複数の除湿ユニット１２をＨＶＡＣシステム１２０において実際に使用することができる。例えば、他の実施形態において、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又は更に多くの並列の組の除湿ユニット１２をＨＶＡＣシステム１２０に使用することができる。同様に、除湿ユニット１２の各組１２２、１２８内で直列に配列された２個の除湿ユニット１２を有するように示されているが、あらゆる数の除湿ユニット１２をＨＶＡＣシステム１２０において実際に除湿ユニット１２の各組１２２、１２８内で直列に使用することができる。例えば、他の実施形態において、１個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又は更に多くの除湿ユニット１２をＨＶＡＣシステム１２０において除湿ユニット１２の各組１２２、１２８内で直列に使用することができる。
【００６１】
図１０のＨＶＡＣシステム１２０の作動特性の全ては、図８及び図９のＨＶＡＣシステム７２、９８（並びに図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０）に関して上述したものと類似のものである。例えば、図示のように、除湿ユニット１２４、１２６、１３０、１３２の各々は、それ自体のそれぞれの真空ポンプ１３４、１３６、１３８、１４０（例えば、図１、図６、及び図７の真空ポンプ５２と類似）に関連付けることができる。しかし、他の実施形態において、１つの真空ポンプ５２は、複数の入口ポートがそれぞれの水蒸気真空容積１４２、１４４、１４６、１４８に接続した除湿ユニット１２の各組１２２、１２８に使用することができる。実際に、他の実施形態において、除湿ユニット１２４、１２６、１３０、１３２の全ては、複数の入口ポートが水蒸気真空容積１４２、１４４、１４６、１４８の全てに接続した単一の真空ポンプ５２に関連付けることができる。
【００６２】
更に、液体状態に水蒸気２６Ｂを凝結してＨＶＡＣシステム１２０からの液体の水を貯蔵及び／又は移送するために単一の凝結ユニット５４、リザーバ５８、及び液体ポンプ６０を使用するように示されているが、他の実施形態において、除湿ユニット１２４、１２６、１３０、１３２及び真空ポンプ１３４、１３６、１３８、１４０の各組を独立して作動させ、それ自体のそれぞれの凝結ユニット５４、リザーバ５８、及び液体ポンプ６０に関連付けることができる。更に、上述の制御システム６４を図１０のＨＶＡＣシステム７２に使用し、上述したのと同様にＨＶＡＣシステム１２０の作動を制御することができる。
【００６３】
図８〜図１０に関して上述した実施形態は、複数の除湿ユニット１２が直列、並列、又は何らかの組合せで使用されるので図１〜図７に関して上述した実施形態よりも僅かに複雑である。従って、図８〜図１０のＨＶＡＣシステム７２、９８、１２０の圧力及び温度の制御は、単一の除湿ユニット１２の制御よりも僅かに複雑である。例えば、水蒸気真空容積内の分圧は、取りわけ、それぞれの除湿ユニット１２内の空気１４内の水蒸気の温度及び分圧、隣接水蒸気真空容積及び真空ポンプ（圧力、流量のような制御を容易にするために上述したように互いに交差配管することができる）の作動圧の変動を考慮するために制御システム６４により綿密にモニタ及び調節する必要がある場合がある。ある一定の実施形態において、可変又は固定オリフィスを使用し、除湿ユニット１２内及びに除湿ユニット１２間の圧力の変化を制御することができる。更に、上述したように、それぞれの真空ポンプの各々を制御し、除湿ユニット１２間の変動に対処するように水蒸気真空容積内の水蒸気の分圧を調節することができる。
【００６４】
ある一定の実施形態において、図１〜７に関して説明した除湿ユニット１２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１１は、本発明の開示の実施形態による除湿ユニット１２の上流に配置された蒸発冷却ユニット１５２を有するＨＶＡＣシステムの概略図である。図１１のＨＶＡＣシステム１５０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１１に示すように、ＨＶＡＣシステム１５０は、特に、除湿ユニット１２の上流に配置された蒸発冷却ユニット１５２を含む。従って、ＨＶＡＣシステム１５０は、最初に、除湿ユニット１２の代わりに蒸発冷却ユニット１５２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１５２は、比較的湿った入口空気１４Ａの温度を低減し、冷却器（依然として比較的湿った）空気１４Ｂを排出し、冷却器（依然として比較的湿った）空気１４Ｂは、ダクト１５４を通じて除湿ユニット１２に誘導される。上述したように、冷却器（依然として比較的湿潤）空気１４Ｂは、次に、除湿ユニット１２において除湿されて、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。
【００６５】
図１１の蒸発冷却ユニット１５２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１５２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１５６（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１５２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１５６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１５６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１５２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１１のＨＶＡＣシステム１５０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１１の蒸発冷却ユニット１５２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１２は、ほぼ一定の温度で湿度比を下げる。
【００６６】
図示のように、図１１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１０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１１のＨＶＡＣシステム１５０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１１のＨＶＡＣシステム１５０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。
【００６７】
更に、図７の制御システム６４を図１１のＨＶＡＣシステム１５０に使用し、図７に関して上述したのと同様にＨＶＡＣシステム１５０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。
【００６８】
更に、制御システム６４は、除湿ユニット１２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１５２、除湿ユニット１２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。
【００６９】
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１２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させることができる。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１２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１２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１２を循環させて、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）空気１４から最大量の水蒸気を除去し、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）比較的空気１４から水蒸気を除去せず、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）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１２を作動させることができる。
【００７０】
更に、制御システム６４を使用し、蒸発冷却ユニット１５２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１５２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１５２を通る比較的冷たいかつ湿潤な媒体１５６の流量を制御することができ、従って、蒸発冷却ユニット１５２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１５２及び除湿ユニット１２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１５２及び除湿ユニット１２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。
【００７１】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の開示の実施形態による図１１の蒸発冷却ユニット１５２及び除湿ユニット１２を通って流れる空気１４の温度及び湿度比の湿度図表１５８、１６０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図１１の直接蒸発冷却ユニット１５２及び除湿ユニット１２を通って流れる空気１４の温度及び湿度比の湿度図表１５８であり、図１２Ｂは、本発明の開示の実施形態による図１１の直接蒸発冷却ユニット１５２及び除湿ユニット１２を通って流れる空気１４の温度及び湿度比の湿度図表１６０である。特に、各図表１５８、１６０では、ｘ軸１６２が、図１１の蒸発冷却ユニット１５２及び除湿ユニット１２を通って流れる空気１４の温度に対応し、ｙ軸１６４が、図１１の蒸発冷却ユニット１５２及び除湿ユニット１２を通って流れる空気１４の湿度比に対応し、曲線１６６が、図１１の蒸発冷却ユニット１５２及び除湿ユニット１２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。
【００７２】
図１２Ａの線１６８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１５２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１５２からの空気１４Ｂ（すなわち、点１７０）の湿度比は、直接蒸発冷却ユニット１５２への入口空気１４Ａ（すなわち、点１７２）の湿度比よりも実質的に高い。しかし、直接蒸発冷却ユニット１５２からの空気１４Ｂ（すなわち、点１７０）の温度は、蒸発冷却ユニット１５２への入口空気１４Ａ（すなわち、点１７２）の温度よりも実質的に低い。図１２Ａの線１７４によって示すように、水蒸気２６は除湿ユニット１２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１２からの出口空気１４Ｃ（すなわち、点１７６）の湿度比は、除湿ユニット１２への空気１４Ｂ（すなわち、点１７０）の湿度比よりも低く、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１５２は、空気１４を加湿及び冷却し、一方、除湿ユニット１２は、次に、実質的に一定の温度で空気１４を除湿する。
【００７３】
図１２Ｂの線１７８によって示すように、比較的冷たいかつ湿潤な媒体１５６が間接蒸発冷却ユニット１５２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１５２からの空気１４Ｂ（すなわち、点１８０）の湿度比は、間接蒸発冷却ユニット１５２への入口空気１４Ａ（すなわち、点１８２）の湿度比と実質的に同じである。しかし、間接蒸発冷却ユニット１５２からの空気１４Ｂ（すなわち、点１８０）の温度は、間接蒸発冷却ユニット１５２への入口空気１４Ａ（すなわち、点１８２）の温度よりも実質的に低い。図１２Ｂの線１８４によって示すように、水蒸気２６は除湿ユニット１２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１２からの出口空気１４Ｃ（すなわち、点１８６）の湿度比は、除湿ユニット１２への空気１４Ｂ（すなわち、点１８０）の湿度比よりも低く、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１５２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１２は、次に、実質的に一定の温度で空気１４を除湿する。
【００７４】
上述したように、図１１の制御システム６４は、蒸発冷却ユニット１５２及び除湿ユニット１２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１１の蒸発冷却ユニット１５２に使用される時に、どこで空気１４の点１７０、１７２、１７６及び点１８０、１８２、１８６が図１２Ａ及び図１２Ｂの湿度図表１５８、１６０に該当するかを調節するように構成することができる。
【００７５】
図１３は、本発明の開示の実施形態による除湿ユニット１２の下流に配置された蒸発冷却ユニット１５２を有するＨＶＡＣシステム１８８の概略図である。図１３のＨＶＡＣシステム１８８は、一般的に、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０、及び図１１のＨＶＡＣシステム１５０と同様に機能する。しかし、図１３に示すように、ＨＶＡＣシステム１８８は、最初に、除湿ユニット１２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１２において除湿されて、ダクト１５４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１５２は、次に、乾燥空気１４Ｂの温度を低減し、調整された空間に冷却器乾燥空気１４Ｃを排出する。
【００７６】
図１１に関して上述したように、図１３の蒸発冷却ユニット１５２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１５２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１５６（例えば、比較的冷たい水）が、ダクト１５４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１５２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１５６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１５６からの比較的冷たい湿気の一部は、ダクト１５４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１５２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１３のＨＶＡＣシステム１８８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１２は、最初に、ほぼ一定の温度で湿度比を下げ、図１１の蒸発冷却ユニット１５２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。
【００７７】
図示のように、図１３のＨＶＡＣシステム１８８の構成要素の多くは、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０、及び図１１のＨＶＡＣシステム１５０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１３のＨＶＡＣシステム１８８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１３のＨＶＡＣシステム１８８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。
【００７８】
更に、図７及び図１１の制御システム６４を図１３のＨＶＡＣシステム１８８に使用し、図７及び図１１に関して上述したのと同様にＨＶＡＣシステム１８８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。
【００７９】
更に、制御システム６４は、除湿ユニット１２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１２、蒸発冷却ユニット１５２、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。
【００８０】
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１２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させることができる。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１２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１２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１２を循環させて、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）空気１４から最大量の水蒸気を除去し、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）比較的空気１４から水蒸気を除去せず、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）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１２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。
【００８１】
更に、制御システム６４を使用し、蒸発冷却ユニット１５２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１５２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１５２を通る比較的冷たいかつ湿潤な媒体１５６の流量を制御することができ、従って、蒸発冷却ユニット１５２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１２及び蒸発冷却ユニット１５２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１２及び蒸発冷却ユニット１５２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。
【００８２】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、本発明の開示の実施形態による図１３の除湿ユニット１２及び蒸発冷却ユニット１５２を通って流れる空気１４の温度及び湿度比の湿度図表１９０、１９２である。より具体的には、図１４Ａは、本発明の開示の実施形態による図１３の除湿ユニット１２及び直接蒸発冷却ユニット１５２を通って流れる空気１４の温度及び湿度比の湿度図表１９０であり、図１４Ｂは、本発明の開示の実施形態による図１３の除湿ユニット１２及び間接蒸発冷却ユニット１５２を通って流れる空気１４の温度及び湿度比の湿度図表１９２である。特に、図１２Ａ及び図１２Ｂに関して上述したように、ｘ軸１６２は、図１３の除湿ユニット１２及び蒸発冷却ユニット１５２を通って流れる空気１４の温度に対応し、ｙ軸１６４は、図１３の除湿ユニット１２及び蒸発冷却ユニット１５２を通って流れる空気１４の湿度比に対応し、曲線１６６は、図１３の除湿ユニット１２及び蒸発冷却ユニット１５２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。
【００８３】
図１４Ａの線１９４によって示すように、水蒸気２６は除湿ユニット１２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１２からの比較的乾燥した空気１４Ｂ（すなわち、点１９６）の湿度比は、除湿ユニット１２への比較的湿った入口空気１４Ａ（すなわち、点１９８）の湿度比よりも低く、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１４Ａの線２００によって示すように、比較的冷たいかつ湿潤な媒体１５６は直接蒸発冷却ユニット１５２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１５２からの出口空気１４Ｃ（すなわち、点２０２）の湿度比は、直接蒸発冷却ユニット１５２への比較的乾燥した空気１４Ｂ（すなわち、点１９６）の湿度比よりも実質的に高い。しかし、直接蒸発冷却ユニット１５２からの出口空気１４Ｃ（すなわち、点２０２）の温度は、直接蒸発冷却ユニット１５２への比較的乾燥した空気１４Ｂ（すなわち、点１９６）の温度よりも実質的に低い。実際に、除湿ユニット１２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１５２は、空気１４を加湿及び冷却する。
【００８４】
図１４Ｂの線２０４によって示すように、水蒸気２６は除湿ユニット１２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１２からの比較的乾燥した空気１４Ｂ（すなわち、点２０６）の湿度比は、除湿ユニット１２内への比較的湿った入口空気１４Ａ（すなわち、点２０８）の湿度比よりも低く、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１４Ｂ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１５６は間接蒸発冷却ユニット１５２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１５２からの出口空気１４Ｃ（すなわち、点２１２）の湿度比は、間接蒸発冷却ユニット１５２への比較的乾燥した空気１４Ｂ（すなわち、点２０６）の湿度比と実質的に同じである。しかし、間接蒸発冷却ユニット１５２からの出口空気１４Ｃ（すなわち、点２１２）の温度は、間接蒸発冷却ユニット１５２への比較的乾燥した空気１４Ｂ（すなわち、点２０６）の温度よりも実質的に低い。実際に、除湿ユニット１２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１５２は、空気１４を冷却する（実質的に加湿することなく）。
【００８５】
上述したように、図１３の制御システム６４は、除湿ユニット１２及び蒸発冷却ユニット１５２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１３の蒸発冷却ユニット１５２に使用される時に、どこで空気１４の点１９６、１９８、２０２及び点２０６、２０８、２１２が図１４Ａ及び図１４Ｂの湿度図表１９０、１９２に該当するかを調節するように構成することができる。
【００８６】
図１１及び図１３のＨＶＡＣシステム１５０、１８８の実施形態は、除湿ユニット１２を蒸発冷却ユニット１５２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１１及び図１３は、互いに直列の単一の除湿ユニット１２及び単一の蒸発冷却ユニット１５２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１２及び蒸発冷却ユニット１５２を互いに直列に使用することができる。別の例として、一実施形態において、第１の除湿ユニット１２の次に第１の蒸発冷却ユニット１５２が続くことができ、第１の蒸発冷却ユニット１５２の次に第２の除湿ユニット１２が続き、第２の除湿ユニット１２の次に第２の蒸発冷却ユニット１５２が続く等々である。しかし、あらゆる数の除湿ユニット１２及び蒸発冷却ユニット１５２を互いに直列に実際に使用することができ、各ユニット１２、１５２を出る空気１４は、直列の次の下流ユニット１２、１５２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１２、１５２を除く）。換言すると、直列内の各除湿ユニット１２を出る空気１４は、下流蒸発冷却ユニット１５２（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１５２を出る空気１４は、下流除湿ユニット１２（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１２間の各蒸発冷却ユニット１５２において連続して下げることができ、空気１４の湿度比は、直列内の蒸発冷却ユニット１５２間の各除湿ユニット１２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の温度及び湿度比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１２及び蒸発冷却ユニット１５２（例えば、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又はそれよりも多くのユニット１２及び／又はユニット１５２）内で続行することができる。一実施形態において、各除湿ユニット１２は、対応する蒸発冷却ユニット１５２と結合することができる。別の実施形態において、１つよりも多い除湿ユニット１２を単一の蒸発冷却ユニット１５２と又は逆も同じに結合することができる。組合せは、蒸発冷却ユニット１５２の上流又は蒸発冷却ユニット１５２の下流の除湿ユニット１２を含むことができる。
【００８７】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、本発明の開示の実施形態による複数の除湿ユニット１２及び複数の蒸発冷却ユニット１５２を通って流れる空気１４の温度及び湿度比の湿度図表２１４、２１６である。より具体的には、図１５Ａは、本発明の開示の実施形態による複数の除湿ユニット１２及び複数の直接蒸発冷却ユニット１５２を通って流れる空気１４の温度及び湿度比の湿度図表２１４であり、図１５Ｂは、本発明の開示の実施形態による複数の除湿ユニット１２及び複数の間接蒸発冷却ユニット１５２を通って流れる空気１４の温度及び湿度比の湿度図表２１６である。特に、各図表２１４、２１６では、ｘ軸１６２は、複数の除湿ユニット１２及び複数の蒸発冷却ユニット１５２を通って流れる空気１４の温度に対応し、ｙ軸１６４は、複数の除湿ユニット１２及び複数の蒸発冷却ユニット１５２を通って流れる空気１４の湿度比に対応し、曲線１６６は、複数の除湿ユニット１２及び複数の蒸発冷却ユニット１５２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。
【００８８】
図１５Ａの線２１８によって示すように、水蒸気２６は複数の除湿ユニット１２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の湿度比は実質的に減少し、一方、空気１４の温度は、実質的に複数の除湿ユニット１２の各々において同じままである。図１５Ａの線２２０によって示すように、比較的冷たいかつ湿潤な媒体１５６は直接蒸発冷却ユニット１５２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の湿度比は増加し、一方、空気１４の温度は、複数の直接蒸発冷却ユニット１５２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１２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１５２の各々は、望ましい温度及び湿度比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１５Ａに示すように、線２１８、２２０は、一般的に、入口空気１４（すなわち、点２２２）の温度及び湿度比の初期条件から出口空気１４（すなわち、点２２４）の温度及び湿度比の最終条件まで「階段関数」の経過を形成する。
【００８９】
図１５Ｂの線２２６によって示すように、水蒸気２６は複数の除湿ユニット１２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の湿度比は実質的に減少し、一方、空気１４の温度は、実質的に複数の除湿ユニット１２の各々において同じままである。図１５Ｂの線２２８によって示すように、比較的冷たいかつ湿潤な媒体１５６は間接蒸発冷却ユニット１５２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の湿度比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１５２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１２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１５２の各々は、望ましい温度及び湿度比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１５Ｂに示すように、線２２６、２２８は、一般的に、入口空気１４（すなわち、点２３０）の温度及び湿度比の初期条件から出口空気１４（すなわち、点２３２）の温度及び湿度比の最終条件まで「鋸歯」経過を形成する。
【００９０】
蒸発冷却ユニット１５２は除湿ユニット１２間に使用されるので、各除湿ユニット１２は、上流除湿ユニット１２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。従って、除湿ユニット１２の各々は、実質的に異なる作動条件下で作動する。従って、制御システム６４を使用し、除湿ユニット１２の間の変動を考慮するために、除湿ユニット１２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１２は蒸発冷却ユニット１５２間に使用されるので、各蒸発冷却ユニット１５２も、上流蒸発冷却ユニット１５２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。従って、蒸発冷却ユニット１５２の各々も、実質的に異なる作動条件下で作動する。従って、制御システム６４を使用し、除湿ユニット１５２間の変動を考慮するために、蒸発冷却ユニット１５２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１５６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１２及び複数の蒸発冷却ユニット１５２の作動を同時に調整することができる。
【００９１】
図１１及び１３の蒸発冷却ユニット１５２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、異なる初期温度及び湿度条件（すなわち、それぞれ、図１５Ａ及び１５Ｂ内の作動点２２２及び２３０）の間で最適作動が得られるように可変速度又は固定速度、最終温度及び湿度条件（すなわち、それぞれ、図１５Ａ及び１５Ｂ内の作動点２２４及び２３２）で除湿ユニット１２及び蒸発冷却ユニット１４を作動させることができる。更に、蒸発冷却ユニット１５２は、比較的低エネルギユニットであり、従って、全体的な作動コストが最小にされる。
【００９２】
上述の実施形態に加えて、他の実施形態において、本明細書に説明する除湿ユニット１２の１つ又はそれよりも多くを１つ又はそれよりも多くの機械式冷却ユニット１２と共に使用することができる。例えば、図１６は、本発明の開示の実施形態による除湿ユニット１２の下流に配置された機械式冷却ユニット２３６を有するＨＶＡＣシステム２３４の概略図であり、図１７は、本発明の開示の実施形態による除湿ユニット１２の上流に配置された図１６の機械式冷却ユニット２３６を有するＨＶＡＣシステム２３８の概略図である。これらの実施形態の各々では、機械式冷却ユニット２３６は、圧縮器２４０（例えば、可変速圧縮器）、凝結器２４２などの機械式冷却ユニット２３６に典型的な構成要素を含むことができる。冷媒は、非潜熱顕熱圧縮冷却を空気に行うために、除湿ユニット１２（すなわち、図１６）から受け取られた空気又は除湿ユニット（すなわち、図１７）に供給された空気を冷却するように構成要素中を再循環する。図１６及び図１７に示す実施形態は、直列の１つの除湿ユニット１２及び１つの機械式冷却ユニット２３６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１２及び機械式冷却ユニット２３６を直列、並列、又はその何らかの組合せで使用することができる（上述の実施形態と同様に）。ある一定の実施形態において、１つ又はそれよりも多くの除湿ユニット１２を機械式冷却ユニット２３６を有する既存のＨＶＡＣシステムに後付けすることができる。
【００９３】
更に、ある一定の実施形態において、例えば、携帯式とすることができ、かつ既存のＨＶＡＣシステムに後付けすることができる分散除湿ユニット１２として本明細書に説明する除湿ユニット１２を使用することができる。例えば、図１８は、本発明の開示の実施形態による上述の除湿ユニット１２の機能性の全てを含むミニ除湿ユニット２４６を使用するＨＶＡＣシステム２４４の概略図である。図示のように、ＨＶＡＣシステム２４４の除湿機能を改善するために、ミニ除湿ユニット２４６をＨＶＡＣシステム２４４の構成要素２５０の既存のダクト２４８に接続することができる。ある一定の実施形態において、ファン２５２（例えば、可変速ファン）を使用し、ＨＶＡＣシステム２４４の既存のＨＶＡＣ構成要素２５０からミニ除湿ユニット２４６に空気を送風することができる。既存のＨＶＡＣシステムの標準構成要素との調整を容易にするようにミニ除湿ユニット２４６を寸法決めすることができる。
【００９４】
更に、ある一定の実施形態において、エンタルピー回復通風機（ＥＲＶ）として使用するために本明細書に説明する除湿ユニット１２の各々を僅かに修正することができる。例えば、第１のＥＲＶ実施形態において、湿度が比較的高い空気及び湿度が比較的低い空気は、上述したように、インタフェース２０（例えば、水蒸気透過膜）の両側を向流構成で流れることができる。代替的に、第２のＥＲＶ実施形態において、湿度が比較的高い空気及び湿度が比較的低い空気は、上述したように、インタフェース２０の両側で並流構成で流れることができる。これらの実施形態の両方では、上述の真空ポンプ５２は使用されない場合がある。むしろ、インタフェース２０を通る湿度が比較的高い空気と湿度が比較的低い空気間の移動を通じて湿度及び顕熱の両方を回復することができる。更に、ＥＲＶ実施形態の両方とも、インタフェース２０の両側で湿度が比較的高い空気と湿度が比較的低い空気間の熱伝達を増大させるために、インタフェース２０の間に挿入された区画を有することができる。
【００９５】
更に、システムの全体的な性能を改善するために上述のＥＲＶ実施形態を他の段と結合することができる。例えば、ある一定の実施形態において、関連の真空ポンプ５２及び凝結ユニット５４を有する単区画膜除湿ユニット１２（例えば、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０のような）をＥＲＶ一実施形態の上流又は下流（又はその両方）に接続することができる。他の実施形態において、関連の真空ポンプ５２及び凝結ユニット５４（例えば、図８〜１０のＨＶＡＣシステム７２、９８、１２０のような）を有する多段膜除湿ユニット１２をＥＲＶ一実施形態の上流又は下流（又はその両方）に接続することができる。他の実施形態において、関連の真空ポンプ５２、凝結ユニット５４、及び１つ又はそれよりも多くの蒸発冷却ユニット１５２（例えば、図１１及び図１３のＨＶＡＣシステム１５０、１８８のような）を有する単段又は多段除湿ユニット１２をＥＲＶ一実施形態の上流又は下流（又はその両方）に接続することができる。他の実施形態において、顕熱圧縮冷却を伴う単段又は多段膜除湿ユニット１２（例えば、図１６及び図１７のＨＶＡＣシステム２３４、２３８のような）をＥＲＶ一実施形態の上流又は下流（又はその両方）に接続することができる。
【００９６】
更に、他の実施形態において、上述の真空ポンプ５２は、多段真空ポンプとすることができる。この多段真空ポンプ５２により、図８〜１０の多段ＨＶＡＣシステム７２、９８、１２０、及び図１１及び図１３の蒸発冷却ＨＶＡＣシステム１５０、１８８の効率の改善が実際にはより容易に達成可能になる。ある一定の実施形態において、多段真空ポンプ５２は、多段真空ポンプ５２が連続流工程において増大する圧力で多段真空ポンプ５２に水蒸気２６Ａを吸入することができるように複数の入口を有するタービンタイプの真空ポンプとすることができる。流量は、圧力が増加する時に増加し、その理由は、付加的な水蒸気２６Ａが多段真空ポンプ５２に吸い込まれるからである。多段真空ポンプ５２は、多段除湿ユニット１２（例えば、図８の除湿ユニット７４、７６、７８、図９の除湿ユニット１００、１０２、１０４、又は図１０の除湿ユニット１２４、１２６、１３０、１３２）と結合することができる。多段真空ポンプ５２内のタービンの高圧端部は、最高湿気段からの湿気を除去し、一方、多段真空ポンプ５２のタービンで最低圧力段は、最低湿気段に結合される。上述のコントローラ６４を使用し、様々な段の流量を制御することができる。更に、ある一定の実施形態において、２つ又はそれよりも多くのタービンは、タービンが連続した段間に存在することができるよりも大きい圧力差を入口間に有することができるように並列に作動させることができる。多段真空ポンプ５２は、図１１及び図１３の除湿ユニット１２及び蒸発冷却ユニット１５２と結合することができる。更に、顕熱冷却を行うために、次に圧縮冷却器が続く多段除湿器（例えば、図１６及び図１７のＨＶＡＣシステム２３４、２３８のような）と多段真空ポンプ５２を結合することができる。
【００９７】
更に、ある一定の実施形態において、上述の凝結ユニット５４を膜モジュールで置換することができ、膜モジュールは、本明細書に説明する除湿ユニット１２に使用されるものと類似の１つ又はそれよりも多くのインタフェース２０（例えば、水蒸気透過膜）を含む。これらの実施形態において、真空ポンプ５２からの水蒸気２６Ｂを膜モジュールに誘導することができ、次に、水蒸気２６Ｂの一部は、インタフェース２０を通過して大気に排除され、一方、水蒸気２６Ｂ内の他の成分は、膜モジュールの水蒸気チャンネルに流れ込むのを実質的に阻止される。更に、他の実施形態において、この膜モジュールを凝結ユニット５４と組み合わせて使用することができる。
【００９８】
図１９にここで戻ると、図は、複数の冷却及び除湿段３０４及び３０６に結合された多段真空ポンプ３０２を含むＨＶＡＣシステム３００の概略図である。直列に配列された２つの段３０４及び３０６を有するように示されているが、あらゆる数の冷却及び除湿段を使用することができる。例えば、他の実施形態において、２個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又は更に多くの冷却段をＨＶＡＣシステム３００において直列に使用することができる。図示のように、各段３０４及び３０６は、本発明の開示の実施形態による除湿ユニット１２の上流に配置された蒸発冷却ユニット１５２を含む。図１９のＨＶＡＣシステム３００は、一般的に、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０、及び図１１のＨＶＡＣシステム１５０と同様に機能する。しかし、図１９に示すように、ＨＶＡＣシステム３００は、最初に、蒸発冷却ユニット１５２に比較的湿った入口空気１４Ａを受け取る。従って、比較的湿った入口空気１４Ａをまず冷却することができる。蒸発冷却ユニット１５２は、次に、ダクト１５４により冷たい空気１４Ｂを排出する。除湿ユニット１２は、次に、より冷たい空気を乾燥させて、区画３０８の近くの調整された空間により冷たい乾燥空気１４Ｃを排出する。
【００９９】
図示のように、ＨＶＡＣシステム３００の区画３０８は、各々が除湿ユニット１２の上流に配置された蒸発冷却ユニット１５２を含む１つ又はそれよりも多くの冷却及び除湿段を含むことができる。実際に、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又はそれよりも多くの冷却及び除湿段をＨＶＡＣシステムの区画３０８内に配置することができる。区画３０８に見出される段は、次に、空気１４Ｃを更に冷却及び除湿することができ、従って、より冷たいより乾燥した空気１４Ｄが得られる。図示の実施形態において、次に、空気１４Ｄを更に最終段３０６により処理することができる。すなわち、最初に、空気１４Ｄを最終段によってより冷たい空気１４Ｅに冷却することができ、次に、空気１４Ｅを除湿することができ、従って、より冷たい湿度が低い空気１４Ｆが生成される。複数の段（更に初期空気１４Ａを冷却及び除湿する各その後の段）を設けることにより、より冷たい湿度が低い空気１４Ｆをより効率的な方法で生成することができる。例えば、単一の多段真空ポンプ３０２を使用し、空気１４Ａと空気１４Ｆ間の変換を推進することができる。
【０１００】
ある一定の実施形態において、単一の多段真空ポンプ３０２は、複数の入口３１０及び３１２を有する遠心ポンプ（例えば、タービンタイプの真空ポンプ）を含む。２つの入口３１０及び３１２が示されているが、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又はそれよりも多くの入口を使用することができる。水蒸気がタービンポンプ３０２を通過する時に、タービンポンプ３０２は、連続流工程で増大する圧力で蒸気を吸入することができる。流量は、圧力が増加する時に増加し、その理由は、付加的な蒸気がタービンポンプ３０２に吸い込まれるからである。他の実施形態において、多段真空ポンプを多段除湿器と結合することができ、タービンポンプ３０２の高圧端部は、多段除湿器の最高湿気段から湿気を除去することができ、一方、タービンの最低圧力段は、除湿器の最低湿気段に結合される。更に、段３０４及び３０６の各々は単一の蒸発冷却ユニット１５２及び単一の除湿ユニット１２を有するように示されているが、他の段は、複数の蒸発冷却ユニット１５２及び／又は複数の除湿ユニット１２を有することができる。更に、他の実施形態において、蒸発冷却ユニット１５２を置換するか、又は図１６に説明した機械式冷却ユニット２３６に追加することができる。
【０１０１】
図１３に関して上述したように、図１９の各蒸発冷却ユニット１５２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１５２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１５６（例えば、比較的冷たい水）が、例えば、比較的乾燥した空気１４Ｂ及び１４Ｅに直接に追加される。しかし、蒸発冷却ユニット１５２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及び１４Ｅ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１５６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１５６からの比較的冷たい湿気の一部は、比較的乾燥した空気１４Ｂ及び１４Ｅに間接的に追加される。蒸発冷却ユニット１５２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１９のＨＶＡＣシステム３００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１２の各々は、最初にほぼ一定の温度で湿度比を下げ、蒸発冷却ユニット１５２の各々は、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。
【０１０２】
図示のように、図１９のＨＶＡＣシステム３００の構成要素の多くは、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０、及び図１１のＨＶＡＣシステム１５０、及び図１３のＨＶＡＣシステム１８８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１９のＨＶＡＣシステム３００は、上述したように水蒸気２６Ａ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１９のＨＶＡＣシステム３００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。追加的に又は代替的に、低圧側は、非凝結成分をパージする際に有用な真空ポンプ６２を含むことができる。
【０１０３】
ある一定の実施形態において、ＨＶＡＣシステム３００は、図示の導管３１４、３１６（例えば、バイパスダクト）及びバイパス弁３１８のようなバイパス導管及び弁を使用することにより、信頼性及び冗長性の増大をもたらすことができる。これらの実施形態において、バイパス導管３１４、３１６及び弁３１８は、ある一定の冷却及び除湿段をバイパスすることができる。例えば、保守を区画３０８内に配置された段に行うことが望ましい場合に、バイパス弁を起動して区画３０８内に配置された段ではなく最終段３０６に入るように空気１４Ｃを誘導することができる。従って、冷却及び／又は除湿作動を中断することなくＨＶＡＣシステム３００の構成要素を保守又は交換することができる。手動で又は図２０に示す制御システム６４実施形態のような制御システムを使用することによって弁を起動することができる。更に、バイパス弁３１６を使用し、冷却及び乾燥を最適化することができる。例えば、バイパス弁３１６を使用し、ＨＶＡＣシステム３００の冷却及び乾燥機能を下げることが望ましい時に（例えば、高温の乾燥した天候において）、ＨＶＡＣシステム３００によって使用される冷却乾燥段の数を低減することができる。同様に、より暖かく湿った天候においてバイパス弁３１８を開放状態で（又は部分的に開放状態で）起動し、区画３０８内に配置された冷却及び除湿段の使用を含むことができる。
【０１０４】
図２０は、制御システム６４を含む図１９のＨＶＡＣシステム３００の概略図である。制御システム６４は、ポンプ６０、６２、及び３０２、蒸発冷却ユニット１５２、及びバイパス弁３１８を含むＨＶＡＣシステム３００の様々な構成要素と通信的に結合することができる。ある一定の実施形態において、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、又は多段真空ポンプ３０２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。
【０１０５】
制御システム６４は、除湿ユニット１２の水蒸気除去機能及び効率を変更するように各段３０４及び３０６の水蒸気真空容積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１２、蒸発冷却ユニット１５２、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。
【０１０６】
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１２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させることができる。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１２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１２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１２を循環させて、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）空気１４から最大量の水蒸気を除去し、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）比較的空気１４から水蒸気を除去せず、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）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１２を作動させることができる。一実施形態において、各入口３１０及び３１２に配置された１つ又はそれよりも多くの弁（図示せず）を開閉することにより（部分的又は完全に）、水蒸気２６Ａの分圧の調節をもたらすことができる。実際に、各入口３１０及び３１２は、入口を通る流れの制御に適する１つ又はそれよりも多くの弁を含むことができる。
【０１０７】
更に、制御システム６４を使用し、蒸発冷却ユニット１５２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１５２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１５２を通る比較的冷たいかつ湿潤な媒体１５６の流量を制御することができ、従って、蒸発冷却ユニット１５２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１２及び蒸発冷却ユニット１５２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１２及び蒸発冷却ユニット１５２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。実際に、ＨＶＡＣシステム３００のいくつかの冷却及び除湿段３０４及び３０６及び多段ポンプ３０２を制御することにより、制御システム６４は、より冷たい湿度が低くなった空気１４Ｆの生成に適するよりエネルギ効率が高く信頼性が高いＨＶＡＣシステム３００を可能にすることができる。
【０１０８】
段３０４及び／又は段３０６を他の冷却及び／又は除湿システムによって置換することができることに注意すべきである。例えば、蒸発冷却ユニットを使用するのではなく、機械式冷却ユニットを使用することができる。実際に、ＨＶＡＣシステム３００は、図１６及び図１７に関して上述した機械式冷却ユニット２３６のような機械式冷却ユニットが図２０に示す蒸発冷却ユニット１５２の各々に取って代わることができる実施形態を含むことができる。この実施形態において、顕熱圧縮冷却を機械式冷却ユニット２３６により行うことができる。追加的に又は代替的に、図２１に関して以下でより詳細に説明するように、並列に配列された冷却及び除湿段３０４及び３０６と共に単一の多段真空ポンプ３０２を使用することができる。更に、多段ポンプ３０２は、複数の単段ポンプ（例えば、ポンプ５２）によって置換することができる。更に、本明細書で全ての実施形態に説明する複数のポンプ５２は、各段がポンプ５２の１つに対応する単一の多段ポンプ３０２と置換することができる。
【０１０９】
図２１は、並列に配列された冷却及び除湿段３０４及び３０６と共に多段真空ポンプ３０２を使用するＨＶＡＣシステム３２０の実施形態を示す概略図である。並列に配列された１つ又はそれよりも多くの冷却及び除湿段を含むことができるＨＶＡＣシステム３２０の区画３２２も同じく示されている。実際に、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又はそれよりも多くの冷却及び除湿段を並列に配列し、かつ複数の入口３１０及び３１２を有する多段真空ポンプ３０２に接続することができる。更に、区画３２４及び３２６は、直列に配列された更に別の冷却及び除湿段を含むことができる。従って、ＨＶＡＣシステム３２０は、並列及び直列に配列された冷却及び除湿段を含むことができる。更に、制御システム６４を使用し、ＨＶＡＣシステム３２０を制御することができる。
【０１１０】
図示のように、構成要素１５２、１２、６２、５４、５８、３０２、及び６０を含むがこれらに限定されない構成要素の多くは、図２０のＨＶＡＣシステム３００の構成要素と同一と見なすことができる。例えば、図２０のＨＶＡＣシステム３００に関して上述したように、各段３０４及び３０６は、上述したように機能する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図１９及び図２０の蒸発冷却ユニット１５２を含む。蒸発冷却ユニット１５２は、除湿ユニット１２の上流に配置することができる。比較的湿った入口空気１４Ａは、並列に蒸発冷却ユニット１５２に入ることができる。比較的湿った入口空気１４Ａは、次に、まず蒸発冷却ユニット１５２の各々において並列に冷却されて、より冷たい空気１４Ｂとしてダクト１５４へ排出される。除湿ユニット１２は、次に、空気の湿度１４Ｂ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。区画３２４及び３２６は、空気１４Ｃを更に冷却及び乾燥させることに適する複数の冷却及び除湿段を含むことができる。
【０１１１】
図示の実施形態において、除湿ユニット１２の各々は、多段ポンプ３０２の入口３１０及び３１２に流体的に結合されるように示されている。実際に、多段ポンプ３０２は、各冷却及び除湿段に対応する段及び入口を含むことができる。従って、２個の段が使用される場合に、２個の入口が含まれ、４個の段が使用される場合に、４個の入口が含まれ、１０個の段が使用される場合に、１０個の入口が含まれる等々である。図示の実施形態において、多段真空ポンプを例えば制御システム６４により使用し、除湿ユニット１２の水蒸気除去機能及び効率を変更するように、各段３０４及び３０６の水蒸気真空容積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。一例では、水蒸気除去機能及び除湿ユニット１２の各々の効率は、ほぼ類似のものとすることができる。他の例では、水蒸気除去機能及び効率は、例えば、より冷たいか又はより暖かい空気を供給するために、又はより乾燥したか又はより湿った空気が得られるように除湿ユニット１２間で変えることができる。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、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１２の効率を改善することができる。
【０１１２】
凝結ユニット５４は、多段ポンプ３０２の出口からの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。ある一定の実施形態において、図２１のＨＶＡＣシステム３２０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。追加的に又は代替的に、低圧側は、非凝結成分をパージする際に有用な真空ポンプ６２を含むことができる。
【０１１３】
更に、ある一定の数の冷却及び除湿段の電源を投入又は切断することによってＨＶＡＣシステム３２０の柔軟性を設けることができる。例えば、制御システム６４は、異なる冷却及び／又は除湿機能をもたらすか又はシステム保守をもたらすために、段３０４又は段３０６の電源を投入又は切断することができる。例えば、段３０４上の保守が望ましい場合に、電源を切断することができ、一方、段３０６は、作動を続けることが許容される。同様に、段３０４が作動している間、段３０６の電源を切断することができる。更に、各段３０４及び３０６は、建物の異なる床又は部屋に配置することができ、従って、マルチゾーン冷却及び除湿が可能である。更に、多段真空ポンプを使用し、並列、直列、又はその組合せに配置されたあらゆる段の冷却及び除湿を調節することができ、従って、様々なゾーンの異なる冷却及び除湿に備えられる。
【０１１４】
図２２は、除湿ユニット７４及び７８の下流に配置された機械式冷却ユニット２３６と直列に配列された複数の除湿ユニット７４及び７８を含むＨＶＡＣシステム３３０の実施形態を示す概略図である。除湿ユニット７４及び７８は、上述の除湿ユニット１２と同等である。直列に配列された２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又はそれよりも多くの除湿ユニットを含むことができる区画３３２も示されている。水蒸気は、各々の連続した除湿ユニット７４、７８から除去されるので、空気１４内の水蒸気の分圧は、各々の連続した除湿ユニット７４、７８で徐々に低減されることになる。例えば、上述したように、入口空気１４Ａ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、第１の除湿ユニット７４からの空気１４Ｂ内の水蒸気の分圧は、約０．１７〜０．７５ｐｓｉａの範囲とすることができ（降下の約１／３を達成）、第２の除湿ユニット（図示せず）からの空気１４Ｃ内の水蒸気の分圧は、約０．１４〜０．５４ｐｓｉａの範囲とすることができ（降下の次の約１／３を達成）、第３の除湿ユニット７８からの出口空気１４Ｄ内の水蒸気の分圧は、６０°Ｆの飽和温度又はそれより低い温度である約０．１０〜０．２５ｐｓｉａの範囲とすることができる。この非常に低い値を使用し、随時使用に向けて機能を増大させることができる。
【０１１５】
従って、ある一定の実施形態において、それぞれの真空ポンプ８４、８８の各々に関連付けられた水蒸気真空容積９０、９４（例えば、上述の水蒸気真空容積２８と機能性が類似のもの）内の水蒸気の分圧を調節し、それぞれの除湿ユニット７４、７８の各々からの水蒸気２６の最適流量を保証することができる。例えば、上述の水蒸気真空容積２８内の水蒸気２６Ａの分圧は、約０．１５〜０．２５ｐｓｉａの範囲に維持することができる。しかし、図２２のＨＶＡＣシステム３３０では、水蒸気真空容積９０内の水蒸気２６Ａの分圧を約０．１５〜０．７ｐｓｉａの範囲に維持することができ、区画３３２内に配置された単一の除湿ユニット（図示せず）の第２の水蒸気真空容積内の水蒸気２６Ａの分圧を約０．１２〜０．４９ｐｓｉａの範囲に維持することができ、水蒸気真空容積９４内の水蒸気２６Ａの分圧を約０．０９〜０．２４ｐｓｉａの範囲に維持することができる。それにも関わらず、各々の連続した除湿ユニット７４、７８において除去される水蒸気２６量は、少なくなり、一般的に、システム３３０を作動するのに使用されるエネルギを最小にするように最適化することができると予想することができる。
【０１１６】
ある一定の実施形態において、真空ポンプ８４、８８の各々は、水蒸気２６を圧縮し、水蒸気２６が空気１４の流れと反対の方向に流れるように水蒸気の実質的に一定の分圧（すなわち、凝結ユニット５４内の凝結を容易にするのにちょうど十分に高い）を有する共通のマニホルド１１８に誘導することができる。他の実施形態において、各々の連続した除湿ユニット７４、７８から抽出された水蒸気２６をそれぞれの真空ポンプ８４、８８により圧縮し、次に、次の上流除湿ユニット７４、７８から抽出された水蒸気２６と結合することができる。例えば、他の実施形態において、除湿ユニット７８からの水蒸気２６を第３の真空ポンプ８８により圧縮し、次に、第２の水蒸気真空容積９０内の第２の除湿ユニット１０２からの水蒸気２６と結合することができる。この実施形態において、各々の連続した真空ポンプ８４、８８の排気側は、次の上流真空ポンプ８４、８８の作動圧までのみ水蒸気２６の分圧を増大させる。この実施形態において、第１の真空ポンプ８４により圧縮された水蒸気２６は、凝結を容易にするのにちょうど十分な高い水蒸気の分圧で凝結ユニット５４に誘導され、従って、効率が増大する。
【０１１７】
直列に配列された複数の除湿ユニット７４、７８を有する図２２に示す特定の実施形態は、図２２に示していない様々な方法で形成することができることに注意すべきである。例えば、各除湿ユニット７４、７８と共にそれぞれの真空ポンプ８４、８６、８８を使用するように示されているが、ある一定の実施形態において、図１９、図２０、及び図２１に関して上述した単一の多段真空ポンプ３０２は、それぞれ、第１及び第２の水蒸気真空容積９０、９４に接続した複数の入口ポート３１０及び３１２と共に使用することができる。更に、液体状態に水蒸気２６Ｂを凝結してＨＶＡＣシステム３３０からの液体の水を貯蔵及び／又は移送するために単一の凝結ユニット５４、リザーバ５８、及び液体ポンプ６０を使用するように示されているが、他の実施形態において、除湿ユニット７４、７８及び真空ポンプ８４、８８の各組を独立して作動させ、それ自体のそれぞれの凝結ユニット５４、リザーバ５８、及び液体ポンプ６０に関連付けることができる。
【０１１８】
更に、湿度が低い空気１４Ｄは、次に、機械式冷却ユニット２３６により冷却することができる。機械式冷却ユニット２３６の代わりに又は追加的に、上述の蒸発冷却ユニット１５２を使用することができる。更に、制御システム６４を使用し、図７及び図８に関して上述したのと同様にＨＶＡＣシステム３３０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８４、８８（又は、図７及び図８に関して上述したように別の真空ポンプ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８４、８８（又は、図７及び図８に関して上述したように別の真空ポンプ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９０、９４内の水蒸気２６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９０、９４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９０、９４内のセンサから信号を受信することができる。
【０１１９】
更に、制御システム６４は、除湿ユニット７４、７８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９０、９４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９０、９４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７４、７８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９０、９４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。
【０１２０】
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９０、９４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９０、９４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、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７４、７８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７４、７８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７４、７８を循環させて、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）空気１４から最大量の水蒸気を除去し、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）比較的空気１４から水蒸気を除去せず、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）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７４、７８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、例えば、圧縮及び冷却を増加又は低減するために圧縮器を起動させることにより、機械式冷却ユニット２３６を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７４、７８、機械式冷却ユニット２３６、及びＨＶＡＣシステム３３０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２２は除湿及び冷却ユニット７４、７８の下流の機械式冷却ユニット２３６の配置を含むが、他の構成も本明細書で考えられている。例えば、図２３は、機械式冷却ユニット２３６の上流構成を示している。
【０１２１】
より具体的には、図２３は、除湿ユニット７４、７８及び区画３３２の上流に直列に配列された機械的冷却２３６を含むＨＶＡＣシステム３３４の実施形態の概略図である。この図は図２２と類似の要素を含むので、同様の番号が同様の要素を示すために使用されている。図示の実施形態において、高温の湿り空気１４Ａが、機械式冷却ユニット２３６に入る。機械式冷却ユニット２３６は、次に、空気１４を冷却する（かつ僅かに乾燥させる）ことができ、従って、より冷たい（かつ僅かにより乾燥した）空気１４Ｂが得られる。次に、上述したように、冷却ユニット７４、７８及び区画３３２により空気１４Ｂを更に乾燥させて、空気１４Ｂと比較した時により乾燥した状態を有する空気１４Ｅを生成することができる。更に、制御システム６４は、除湿ユニット７４、７８、機械式冷却ユニット２３６、及びＨＶＡＣシステム３３４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。機械式冷却ユニット２３６に加えて又はその代わりに蒸発冷却ユニット１５２を設けることができ、従って、ＨＶＡＣシステム３３４の冷却機能が高まる。
【０１２２】
図２３は複数の除湿ユニット７４、７８の直列の配置を含むが、この実施形態は、複数の除湿ユニット７４、７８を単一のＨＶＡＣシステム内に配置することができる他の方法を含む。例えば、図２４は、除湿ユニット１００及び１０４の並列の配置を示している。より具体的には、図２４は、並列に配列された除湿ユニット１００、１０４及び除湿ユニット１００、１０４から下流に配置された機械式冷却ユニット２３６を含むＨＶＡＣシステム３３６の実施形態の概略図である。除湿ユニット１００、１０４の各々は、除湿ユニット１２と実質的に同じである。２個の除湿ユニット１００、１０４を並列に有するように示されているが、あらゆる数の除湿ユニット１２をＨＶＡＣシステム３３６において並列に実際に使用することができる。例えば、他の実施形態において、２個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又は更に多くの除湿ユニットをＨＶＡＣシステム３３６において並列に使用することができる。例えば、区画３３８を使用し、並列に付加的な除湿ユニットを配置することができる。
【０１２３】
図２４のＨＶＡＣシステム３３６は、一般的に、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０、及び図９のＨＶＡＣシステム９８と同様に機能するが、単一の機械式冷却ユニット２３６の追加を有する。他の実施形態において、除湿ユニット１００、１０４の各々は、対応する機械式冷却ユニット２３６を含むことができることは理解されるものとする。図２４に示すように、ＨＶＡＣシステム３３６の各除湿ユニット１００、１０４は、比較的高い湿度を有する入口空気１４Ａを受け取って、比較的低い湿度を有する出口空気１４Ｂを排出する。図示のように、図２４のＨＶＡＣシステム３３６の構成要素の多くは、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０、図９のＨＶＡＣシステム９８、及び図２３のＨＶＡＣシステム３３４の構成要素と同一と見なすことができる。例えば、図２４のＨＶＡＣシステム３３６の除湿ユニット１００、１０４は、図１、図６、及び図７の除湿ユニット１２と同一と見なすことができる。更に、図２４のＨＶＡＣシステム３３６も、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２４のＨＶＡＣシステム３３６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。
【０１２４】
図２４に示すように、ある一定の実施形態において、各除湿ユニット１００、１０４は、それぞれの真空ポンプ１０６、１１０に関連付けることができ、それらの各々は、図１、図６、及び図７の真空ポンプ５２と機能性が類似のものである。しかし、図２３のＨＶＡＣシステム３３４とは対照的に、除湿ユニット１００、１０４及び関連の真空ポンプ１０６、１１０は並列に配列されるので、空気１４内の水蒸気の分圧は、各除湿ユニット１００、１０４においてほぼ同じになる。従って、一般的に、それぞれの真空ポンプ１０６、１１０の各々に関連付けられた水蒸気真空容積１１２、１１６内の水蒸気の分圧もほぼ同じになる。例えば、図１、図６、及び図７のＨＶＡＣシステム１０に関して上述したように、水蒸気真空容積１１２、１１６内の水蒸気２６Ａの分圧を約０．１０〜０．２５ｐｓｉａの範囲に維持することができる。
【０１２５】
図２４に示すように、ある一定の実施形態において、真空ポンプ１０６、１１０の各々は、水蒸気２６を圧縮し、水蒸気の実質的に一定の分圧（すなわち、凝結ユニット５４内の凝結を容易にするのにちょうど十分に高い）を有する共通のマニホルド１１８に誘導することができる。他の実施形態において、各々の連続した除湿ユニット１００、１０２、１０４（すなわち、上から下まで）から抽出された水蒸気２６をそれぞれの真空ポンプ１０６、１１０により圧縮し、次に、次の下流（すなわち、共通のマニホルドに対して）除湿ユニット１００、１０４から抽出された水蒸気２６と結合することができる。例えば、他の実施形態において、第１の除湿ユニット１００からの水蒸気２６を第１の真空ポンプ１０６により圧縮し、次に、第２の水蒸気真空容積１１６内の第２の除湿ユニット１０４からの水蒸気２６と結合することができる。この実施形態において、各々の連続した真空ポンプ１０６、１１０の排気側は、次の下流真空ポンプ１０６、１１０の作動圧までのみ水蒸気２６の分圧を増大させる。例えば、第１の真空ポンプ１０６は、第２の水蒸気真空容積１１６内の水蒸気の分圧が約０．２ｐｓｉａである場合に限り約０．２ｐｓｉａに水蒸気２６の圧力を増大させることができる。この実施形態において、真空ポンプ１１０により圧縮された水蒸気２６は、凝結を容易にするのにちょうど十分な高い水蒸気の分圧で凝結ユニット５４に誘導されることになる。
【０１２６】
並列に配列された複数の除湿ユニット１００、１０４を有する図２２に示す特定の実施形態は、図２４に示していない様々な方法で形成することができることに注意すべきである。例えば、各除湿ユニット１００、１０４と共にそれぞれの真空ポンプ１０６、１１０を使用するように示されているが、ある一定の実施形態において、単一の多段真空ポンプ３０２は、第１及び第２の水蒸気真空容積１１２、１１６に接続した複数の入口ポート３１０及び３１２と共に使用することができる。更に、液体状態に水蒸気２６Ｂを凝結してＨＶＡＣシステム３３６からの液体の水を貯蔵及び／又は移送するために単一の凝結ユニット５４、リザーバ５８、及び液体ポンプ６０を使用するように示されているが、他の実施形態において、除湿ユニット１００、１０４及び真空ポンプ１０６、１１０の各組を独立して作動させ、それ自体のそれぞれの凝結ユニット５４、リザーバ５８、及び液体ポンプ６０に関連付けることができる。
【０１２７】
更に、制御システム６４を図２４のＨＶＡＣシステム３３６に使用し、図９に関して上述したのと同様にＨＶＡＣシステム３３６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１０６、１１０（又は、図７及び図９に関して上述したように別の真空ポンプ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１０６、１１０（又は、図６及び図９に関して上述したように別の真空ポンプ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１１２、１１６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１１２、１１６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１１２、１１６内のセンサから信号を受信することができる。
【０１２８】
更に、制御システム６４は、除湿ユニット１００、１０４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１１２、１１６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１１２、１１６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１００、１０２、１０４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１１２、１１６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。
【０１２９】
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１１２、１１６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１１２、１１６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、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１００、１０４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１００、１０４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１００、１０４を循環させて、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）空気１４から最大量の水蒸気を除去し、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）比較的空気１４から水蒸気を除去せず、次に、ある一定の期間にわたって（例えば、約１秒、１０秒、１００秒、１０分）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１００、１０４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、１０４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１００、１０４、機械式冷却ユニット２３６、及びＨＶＡＣシステム３３６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。
【０１３０】
図２４は除湿及び冷却ユニット１００、１０４の下流の機械式冷却ユニット２３６の配置を含むが、他の構成も本明細書で考えられている。例えば、図２５３は、機械式冷却ユニット２３６の上流構成を示している。より具体的には、図２５は、除湿ユニット１００、１０４及び区画３３８の上流に直列に配列された機械的冷却２３６を含むＨＶＡＣシステム３４０の実施形態の概略図である。この図は図２４と類似の要素を含むので、同様の番号が同様の要素を示すために使用されている。図示の実施形態において、高温の湿り空気１４Ａは、機械式冷却ユニット２３６に入る。機械式冷却ユニット２３６は、次に、空気１４を冷却する（かつ僅かに乾燥させる）ことができ、従って、より冷たい（かつ僅かにより乾燥した）空気１４Ｂが得られる。次に、上述したように、冷却ユニット７４、７８及び区画３３２により空気１４Ｂを更に乾燥させて、空気１４Ｂと比較した時により乾燥した状態を有する空気１４Ｃを生成することができる。更に、制御システム６４は、除湿ユニット１００、１０４、機械式冷却ユニット２３６、及びＨＶＡＣシステム３４０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。機械式冷却ユニット２３６に加えて又はその代わりに、蒸発冷却ユニット１５２を設けることができ、従って、ＨＶＡＣシステム３４０の冷却機能が高まる。
【０１３１】
図２２及び図２３に示す除湿ユニット７４、７８の直列の配置及び図２４及び図２５に示す除湿ユニット１００、１０４の並列の配置に加えて、複数の除湿ユニットを他の方法で使用することができる。実際に、遥かに複雑かつ拡張的配置を使用することができる。例えば、図２６は、本発明の開示の実施形態による直列に配列された除湿ユニット（すなわち、第１の除湿ユニット１２４及び第２の除湿ユニット１２６）の第１の組１２２と、直列にも配置された除湿ユニット（すなわち、第３の除湿ユニット１３０及び第４の除湿ユニット１３２）の第２の組１２８とを有する除湿ユニットの第１及び第２の組１２２、１２８が並列に配列されたＨＶＡＣシステム３４２の概略図である。更に、区画３３４を使用して、直列に及び並列に付加的な除湿ユニットを配置することができる。換言すると、直列の第１及び第２の除湿ユニット１２４、１２６の第１の組１２２は、直列の第３及び第４の除湿ユニット１３０、１３２の第２の組１２８と並列に配列される。除湿ユニット１２４、１２６、１３０、及び１３２は、上述の除湿ユニット１２と機能的に同等である。
【０１３２】
並列に配列された直列の除湿ユニット１２の２つの組１２２、１２８を有するように示されているが、あらゆる数の並列の複数の除湿ユニット１２をＨＶＡＣシステム３４２において実際に使用することができる。例えば、他の実施形態において、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又は更に多くの並列の組の除湿ユニットをＨＶＡＣシステム３４２に使用することができる。同様に、除湿ユニットの各組１２２、１２８において直列に配列された２個の除湿ユニット１２を有するように示されているが、あらゆる数の除湿ユニットをＨＶＡＣシステム３４２において実際に除湿ユニット１２の各組１２２、１２８内で直列に使用することができる。例えば、他の実施形態において、１個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、又は更に多くの除湿ユニットをＨＶＡＣシステム３４２において区画３４６及び３４８内に配置された除湿ユニットのような除湿ユニット１２の各組１２２、１２８内で直列に使用することができる。
【０１３３】
図２６のＨＶＡＣシステム３４２の作動特性の実質的に全ては、図２２〜図２５に説明したＨＶＡＣシステムに関して上述したものと類似のものである。例えば、図示のように、除湿ユニット１２４、１２６、１３０、１３２の各々は、それ自体のそれぞれの真空ポンプ１３４、１３６、１３８、１４０（例えば、図１、図６、及び図７の真空ポンプ５２と類似）に関連付けることができる。しかし、他の実施形態において、１つの多段真空ポンプ３０２を複数の入口ポートがそれぞれの水蒸気真空容積１４２、１４４、１４６、１４８に接続した除湿ユニットの各組１２２、１２８に使用することができる。実際に、他の実施形態において、除湿ユニット１２４、１２６、１３０、１３２の全てを複数の入口ポートが水蒸気真空容積１４２、１４４、１４６、１４８の全てに接続した単一の真空ポンプ５２に関連付けることができる。
【０１３４】
更に、液体状態に水蒸気２６Ｂを凝結してＨＶＡＣシステム３４２からの液体の水を貯蔵及び／又は移送するために単一の凝結ユニット５４、リザーバ５８、及び液体ポンプ６０を使用するように示されているが、他の実施形態において、除湿ユニット１２４、１２６、１３０、１３２及び真空ポンプ１３４、１３６、１３８、１４０の各組を独立して作動させ、それ自体のそれぞれの凝結ユニット５４、リザーバ５８、及び液体ポンプ６０に関連付けることができる。更に、上述の制御システム６４を図２６のＨＶＡＣシステム３４２に使用し、上述したのと同様にＨＶＡＣシステム３４２の作動を制御することができる。
【０１３５】
図１９〜図１０に関して上述した実施形態は、複数の除湿ユニットが直列、並列、又はその何らかの組合せに使用されるので、図１〜図７に関して上述した実施形態よりも僅かに複雑である。従って、図１９〜図２６のＨＶＡＣシステムの圧力及び温度の制御は、単一の除湿ユニット１２の制御よりも僅かに複雑である。例えば、水蒸気真空容積内の分圧は、取りわけ、それぞれの除湿ユニット１２内の空気１４内の水蒸気の温度及び分圧、及び隣接水蒸気真空容積及び真空ポンプ（圧力、流量などの制御を容易にするために上述したように互いに交差配管することができる）の作動圧の変動を考慮するために、制御システム６４により綿密にモニタして調節する必要がある場合がある。ある一定の実施形態において、可変又は固定オリフィスを使用し、除湿ユニット１２内及びに除湿ユニット１２間の圧力の変化を制御することができる。更に、上述したように、それぞれの真空ポンプの各々を制御し、除湿ユニット１２間の変動に対処するように水蒸気真空容積内の水蒸気の分圧を調節することができる。
【０１３６】
ここに記述した説明は、最良のモードを含む本発明を開示するために、かつ同じくあらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを製作及び使用してあらゆる組み込まれた方法を実行することを含む本発明を実施することを可能にするために実施例を使用している。本発明の特許請求可能な範囲は、特許請求の範囲により定められ、かつ当業者に想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの字句と異ならない構造要素を有する場合に、又は特許請求の範囲の文字通りの字句との僅かな違いがある同等の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内であるように意図している。
【符号の説明】
【０１３７】
１０  ＨＶＡＣシステム
１２  除湿ユニット
１４Ａ  入口空気
１４Ｂ  出口空気
１６  空気チャンネル
１８  水蒸気チャンネル
【図１】
0005651247.tif 000002
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
0005651247.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005651247.tif 000010
【図９】
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【図１０】
0005651247.tif 000012
【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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