(57)【要約】  供給周囲空気流を顕エネルギー回収デバイスにおいて冷却するかまたは供給周囲空気流をエンタルピーエネルギー回収デバイスにおいて冷却及び除湿する、囲われた場所で用いるための、周囲空気を調節するための方法及び装置が開示される。そのようにして冷却された空気は次いでその温度及び湿度を低めるために冷媒冷却システムの冷却コイルによって冷却される。そのようにして冷却及び除湿された空気は次いで、供給空気中の含水量を低めて供給空気の温度を高める条件の下で、回転式乾燥剤ホイールの一セグメントまたは異なるタイプの乾燥剤除湿デバイスを通過させられる。供給空気は次いで乾燥剤ホイールから囲われた場所に送られる。乾燥剤ホイールは空間からの排気によって与えられる別の再生空気流を加熱することによって再生され、再生空気流温度を高めるためには冷媒システムの凝縮コイルが用いられる。そのようにして加熱された再生空気流は次いで回転式乾燥剤ホイールを再生するためにホイールの別のセグメントを通過させられて、大気に排出される。
2011512507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
囲われた場所に調節された空気を供給するための方法において、
(ａ)周囲空気流を、
(ｉ)  供給周囲空気流を第１の低められた温度まで冷却する工程、
(ii)  温度を第２の低められた温度まで低めるために前記冷却された供給周囲空気流に冷却システム冷却コイルを通過させる工程、
(iii) そのようにして冷却された前記供給周囲空気流を乾燥剤除湿デバイスにおいて除湿する工程、及び
(iv)  そのように冷却及び乾燥された前記空気を囲われた場所に送る工程、
によって調節する工程、及び
(ｂ)囲われた場所からの排気流を、
(ｉ)  前記排気流の温度を高める工程、
(ii)  前記排気流の温度を高め、前記排気流の相対湿度を低めるために、前記高められた温度にある前記排気流に前記冷却システムのコンデンサコイルを通過させる工程、
(iii) 次いで、前記乾燥剤除湿デバイスを再生し、前記排気流の温度を低めて含水量を高めるために、前記加熱された排気流に前記乾燥剤除湿デバイスの再生領域を通過させる工程、
(iv)  次いで、前記排気流の温度をさらに高めるために、前記乾燥剤除湿デバイスからの前記排気流に第２のコンデンサコイルを通過させる工程、及び
(ｖ)  次いで、前記排気流を大気に排出する工程、
により、調節及び使用する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
周囲空気流を調節する前記工程が、前記周囲空気流を前記第１の低められた温度まで冷却しながら前記周囲空気流の含水量を低める工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
周囲空気流を調節する前記工程が、前記周囲空気流に前記冷却システム冷却コイルを通過させながら前記周囲空気流の含水量を低める工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
排気流を調節する前記工程が、前記排気流に冷却システムのコンデンサコイルを通過させる前に、前記排気流の温度を高めながら前記排気流の含水量を低める工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記乾燥剤除湿デバイスと前記第２のコンデンサコイルの間で前記排気流に蒸発冷却をさらに施す工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
乾燥剤ホイール除湿デバイスを用いる工程及び前記空気流への乾燥剤効果を調整して容量制御を与えるために前記乾燥剤ホイールデバイスの回転速度を選択的に変える工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記供給空気流への乾燥剤効果を調整するために前記供給空気流の一部に前記乾燥剤デバイスを迂回させて選択的にバイパスさせる工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記排気流への乾燥剤効果を調整するために前記排気流の一部に前記乾燥剤デバイスを迂回させて選択的にバイパスさせる工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記供給空気流及び前記排気流のそれぞれへの乾燥剤効果を調整するために前記供給空気流及び前記排気流のそれぞれの一部に前記乾燥剤デバイスを迂回させて選択的にバイパスさせる工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
冷却コイルからの凝縮水を回収し、蒸発冷却効果を可能にするために前記凝縮水を前記蒸発冷却デバイスにポンプで送る工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記囲われた場所への冷却能力を与えるため、前記供給空気流が前記乾燥剤除湿デバイスを通過した後に前記供給空気流にさらに冷却を施す工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記周囲空気流と前記排気流に前記乾燥剤デバイスを互いに対向する方向に通過させる工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
囲われた場所に調節された空気を供給するための方法において、
(ａ)周囲空気流を、
(ｉ)  供給周囲空気流の温度及び含水量を低めるためにエネルギー回収デバイスにおいて前記供給周囲空気流を冷却する工程、
(ii)  前記周囲空気流の温度及び含水量をあらかじめ定められた条件までさらに低めるために前記冷却及び乾燥された周囲空気に冷却システム冷却コイルを通過させる工程、
(iii) 次いで、前記空気の温度を高め、前記空気の含水量を低めるために、前記空気に乾燥剤除湿デバイスの一セグメントを通過させる工程、及び
(iv)  次いで、そのように処理された前記周囲空気を前記囲われた場所に送る工程、
によって調節する工程、及び
(ｂ)囲われた場所からの排気流を、
(ｉ)  前記排気流の温度及び含水量を高めるために前記排気流に前記エネルギー回収デバイスを通過させる工程、
(ii)  次いで、前記排気流の相対湿度を低めながら前記排気流の温度を高めるために、前記排気流に前記冷却システムのコンデンサコイルを通過させる工程、
(iii) 次いで、前記乾燥剤除湿デバイスを再生し、前記排気流の温度を低めて含水量を高めるために、そのように加熱された前記排気流に前記乾燥剤除湿デバイスの別のセグメントを通過させる工程、
(iv)  次いで、前記排気流の温度をさらに高めるために、前記排気流に第２のコンデンサコイルを通過させる工程、及び
(ｖ)  次いで、前記排気流を大気に排出する工程、
により、調節及び使用する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記乾燥剤除湿デバイスと前記第２のコンデンサコイルの間で前記排気流に蒸発冷却をさらに施す工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
乾燥剤ホイール除湿デバイスを用いる工程及び前記空気流への乾燥剤効果を調整して容量制御を与えるために前記乾燥剤ホイールデバイスの回転速度を選択的に変える工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記供給空気流への乾燥剤効果を調整するために前記供給空気流の一部に前記乾燥剤デバイスを迂回させて選択的にバイパスさせる工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記排気流への乾燥剤効果を調整するために前記排気流の一部に前記乾燥剤デバイスを迂回させて選択的にバイパスさせる工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記供給空気流及び前記排気流のそれぞれへの乾燥剤効果を調整するために前記供給空気流及び前記排気流のそれぞれの一部に前記乾燥剤デバイスを迂回させて選択的にバイパスさせる工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
冷却コイルからの凝縮水を回収し、蒸発冷却効果を可能にするために前記凝縮水を前記蒸発冷却デバイスにポンプで送る工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記囲われた場所への冷却能力を与えるため、前記供給空気流が前記乾燥剤除湿デバイスを通過した後に前記供給空気流にさらに冷却を施す工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記周囲空気流と前記排気流に前記乾燥剤デバイスを互いに対向する方向に通過させる工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
囲われた場所に調節された空気を供給するための方法において、
(ａ)温度が約６０°Ｆ(１５.６℃)〜１０５°Ｆ(４０.６℃)の範囲にあって含水量が７０〜１８０ｇ/ポンド(０.１５４〜０.３９７ｇ/ｇ)の周囲空気を、
(ｉ)  前記周囲空気流の温度及び含水量を低めるために前記周囲空気流をエネルギー回収デバイスに供給する工程、
(ii)  前記周囲空気の温度及び含水量をあらかじめ定められた条件までさらに低めるために前記冷却及び乾燥された周囲空気に冷却システム冷却コイルを通過させる工程、
(iii) 次いで、前記空気の温度を約７０°Ｆ(２１.１℃)〜８５°Ｆ(３９.４℃)のあらかじめ定められた温度範囲まで高め、前記空気の含水量を約４５〜６５ｇ/ポンド(０.０９９〜０.１４３ｇ/ｇ)まで低めるために、前記空気に乾燥剤除湿デバイスの一セグメントを通過させる工程、及び
(iv)  次いで、そのように処理された前記空気を前記囲われた場所に送る工程、
によって調節する工程、及び
(ｂ)囲われた場所からの排気流を、
(ｉ)  前記囲われた場所から空気を排出する工程、
(ii)  前記排気流の温度及び含水量を高めるために前記排気流に前記エネルギー回収デバイスを通過させる工程、
(iii) 前記排気流の相対湿度を低めながら前記排気流の温度を高めるために、前記排気流に前記冷却システムのコンデンサコイルを通過させる工程、
(iv)  次いで、前記乾燥剤デバイスを冷却し、前記排気流の温度を低めて含水量を高めるために、そのように加熱された前記排気流に前記乾燥剤除湿デバイスの別のセグメントを通過させる工程、
(ｖ)  次いで、前記排気流の温度をさらに高めるために、前記排気流に第２のコンデンサコイルを通過させる工程、及び
(vi)  次いで、前記排気流を大気に排出する工程、
により、調節及び使用する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記乾燥剤デバイスと前記第２のコンデンサコイルの間で前記排気流に蒸発冷却をさらに施す工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
乾燥剤ホイール除湿デバイスを用いる工程及び前記空気流への乾燥剤効果を調整して容量制御を与えるために前記乾燥剤デバイスの回転速度を選択的に変える工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記供給空気流への乾燥剤効果を調整するために前記供給空気流の一部に前記乾燥剤デバイスを迂回させて選択的にバイパスさせる工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記排気流への乾燥剤効果を調整するために前記排気流の一部に前記乾燥剤デバイスを迂回させて選択的にバイパスさせる工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記供給空気流及び前記排気流のそれぞれへの乾燥剤効果を調整するために前記供給空気流及び前記排気流のそれぞれの一部に前記乾燥剤デバイスを迂回させて選択的にバイパスさせる工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
冷却コイルからの凝縮水を回収し、蒸発冷却効果を可能にするために前記凝縮水を前記蒸発冷却デバイスにポンプで送る工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記囲われた場所への冷却能力を与えるため、前記供給空気流が前記乾燥剤除湿デバイスを通過した後に前記供給空気流にさらに冷却を施す工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記周囲空気流と前記排気流に前記乾燥剤デバイスを互いに対向する方向に通過させる工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
囲われた場所に調節された空気を供給するための装置において、
供給周囲大気流を第１の低められた温度まで冷却するために前記供給周囲空気流から熱エネルギーを回収するための手段、
前記供給周囲空気流の温度を第２の低められた温度まで低めるために前記熱エネルギー回収手段からの前記供給周囲空気流を受け取るためのエバポレータコイルを備える冷却システム、
前記エバポレータコイルからの前記冷却された供給周囲空気流を除湿するための乾燥剤手段、及び
そのようにして冷却及び乾燥された前記空気を囲われた場所に送るための手段、
を備え、
供給周囲空気流から熱エネルギーを回収するための前記手段が、囲われた場所からの排気流を受取り、前記排気流の温度を高めるように適合され、
前記冷却システムが、前記熱エネルギー回収手段からの前記排気流を受取り、前記排気流の温度を高め、前記排気流の相対湿度を低めるためのコンデンサコイルを備え、
前記乾燥剤除湿手段が、前記乾燥剤手段を再生し、前記排気流の温度を低めて含水量を高めるために、前記コンデンサコイルからの排気を受け取るための再生領域を有し、
前記冷却システムが、前記排気流の温度をさらに高めるために、前記乾燥剤除湿手段からの前記排気流を受け取るための第２のコンデンサコイルを備える、
ことを特徴とする装置。
【請求項３２】
熱エネルギーを回収するための前記手段が前記周囲空気流を前記第１の低められた温度まで冷却しながら前記周囲空気の含水量を低めることを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記冷却システムの前記エバポレータコイルが前記供給周囲空気流内の水分を凝縮させて前記周囲空気流な含水量を低めることを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
熱エネルギーを回収するための前記手段が前記排気流の温度を高めながら前記排気流の含水量を低めることを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３５】
前記乾燥剤除湿手段と前記第２のコンデンサコイルの間に前記排気流の蒸発冷却手段を備えることを特徴とする請求項３１から３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記乾燥剤除湿手段が乾燥剤ホイール除湿デバイスであることを特徴とする請求項３１から３４に記載の装置。
【請求項３７】
前記空気流への乾燥剤効果を調整して容量制御を与えるために前記乾燥剤ホイールデバイスの回転速度を選択的に変えるための手段を備えることを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記供給空気流への乾燥剤効果を調整するために前記供給空気流の一部に前記乾燥剤デバイスを迂回させて選択的にバイパスさせるための手段を備えることを特徴とする請求項３１から３４に記載の装置。
【請求項３９】
前記排気流への乾燥剤効果を調整するために前記排気流の一部に前記乾燥剤デバイスを迂回させて選択的にバイパスさせる手段を備えることを特徴とする請求項３１から３４に記載の装置。
【請求項４０】
前記供給空気流及び前記排気流のそれぞれへの乾燥剤効果を調整するために前記供給空気流及び前記排気流のそれぞれの一部に前記乾燥剤デバイスを迂回させて選択的にバイパスさせる手段を備えることを特徴とする請求項３１から３４に記載の装置。
【請求項４１】
冷却コイルからの凝縮水を回収し、蒸発冷却効果を可能にするために前記凝縮水を前記蒸発冷却デバイスにポンプで送るための手段を備えることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４２】
前記囲われた場所への冷却能力を与えるため、前記供給空気流が前記乾燥剤除湿デバイスを通過した後に前記供給空気流にさらに冷却を施すための手段を備えることを特徴とする請求項３１から３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２００８年２月１４日に出願された米国仮特許出願第６１/０２８６９３号の恩典を特許請求する。上記出願の明細書はその全体が本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は空調／除湿装置に関し、さらに詳しくは、乾燥剤除湿技術を用いる空調の方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の冷却コイルベース空調システムでは効率的な除湿手段が得られないことは周知である。そのようなシステムでは除湿を行うために冷却がなされなければならないから、多くの場合、冷却が必要以上になされ、所望の囲われた場所または空間が冷却され過ぎることになる。冷却されるべき空間に与えられる冷却が不十分であれば、除湿が必要に満たなくなるであろう。この問題を克服するため、除湿冷却コイルの下流で再加熱コイルが用いられている。これにより、必要に応じて、冷却コイルが除湿し、次いで再加熱コイルが供給空気温度を高めて、過剰に冷却された空気の囲われた場所への供給を回避することが可能になる。この方法は、空気温度を低めるためにエネルギーが使われ、次いで逆に温度を高めるためにさらに多くのエネルギーが使われるから、効率が低い。
【０００４】
そのような低効率により、ＡＳＨＲＡＥ(米国空調冷房暖房工業界)規格６２-１９８９では、熱がその場から回収されない限り空調システムにおける再加熱装置の使用が禁じられている。ＡＳＨＲＡＥ規格６２-１９８９ではさらに、空間に引き入れられている外部空気の調節に用いられるエネルギー量を最小限に抑えるため、空気を大量に流すシステムは何らかの形態の排気エネルギー回収を用いなければならないことが求められている。
【０００５】
エネルギー回収前処理を冷却コイル除湿及びその場回収再加熱と組み合わせる、市販システムが多く開発されている。そのようなシステムの１つが図１に示され、図１にはパッケージされたＤＸ冷却／コンデンサ再加熱システムを含む再加熱換気装置が示されている。エネルギー回収換気装置は一般に、２つの空気流の間で熱及び顕エネルギーのいずれをも移送する既知の構成のエンタルピーホイールを備える。エンタルピーホイールは普通、出の温度及び湿度(エネルギー)を入りの周囲空気に移すために用いられる。そのようなエネルギー交換機は一般に、エネルギー転送に役立つ表面積を大きくするために、多孔質材料でつくられる。ヒートパイプのような、別の形態のエネルギー移送システムも用いることができる。
【０００６】
図１に示されるシステムにおいては、新鮮なまたは戸外からの供給空気(周囲空気)にエネルギー回収デバイス(この場合はエンタルピーホイール)の一セグメントを通過させて、供給空気の湿度及び温度を低める。次いで、供給空気に従来の冷却システムのエバポレータ／冷却コイルを通過させて、湿度及び温度をさらに低める。次いで、除湿及び冷却された空気に冷却システムのコンデンサコイルを通過させて、供給空気の温度を高める。このようにして除湿され、暖められた空気は次いでダクトシステムを通して所望の空間に直接に供給される。
【０００７】
図１のシステムにおいて、排気はファンまたはブロワー(図示せず)によって空間から引き出され、エンタルピーホイール回収デバイスの別のセグメントを通過する。この結果、排気流の温度及び湿度が高められ、次いで排気は大気に放出される。このタイプの従来技術デバイスは供給空気内の水分の低減に有効であり、回収エネルギーを利用するが、所望の除湿性能を得るにはかなりの冷却が必要である。この除湿を得るために空気を冷却するに利用されるエネルギーの内のかなりが空間の過剰冷却を防ぐために加熱コイルを通して戻される。
【０００８】
図２は図１のシステムの乾湿計図であり、システムのそれぞれのコンポーネントの供給空気への効果の乾湿計解析を与える。
【０００９】
この説明例のシステムにおいて、周囲空気または外気(ＯＡ)の絶対湿度は約１００ｇ/ポンド(０.２２０ｇ/ｇ)であり、温度は約９４°Ｆ(３４.４℃)である。エネルギー回収ホイール(Ｅホイール)を出た後の空気の絶対湿度は約８０ｇ/ポンド(０.１７６ｇ/ｇ)、温度は約８３°Ｆ(２８.３℃)であり、エバポレータコイル通過後の空気の絶対湿度は約５９ｇ/ポンド(０.１３０ｇ/ｇ)、温度は約５３°Ｆ(１１.７℃)であって、コンデンサコイルを出た後の空気の絶対湿度は同じく約５９ｇ/ポンド(０.１３０ｇ/ｇ)、温度は約７２°Ｆ(２２.２℃)である。
【００１０】
コンデンサ再生空調システムの別の形態が図３に、また特許文献１の図７にも示される。このシステムは、乾燥剤ホイールに入る前に周囲空気／外気を冷却及び除湿するためにＤＸ冷却コイルを用いる。空気は次いで乾燥剤ホイールによってさらに除湿されて加熱されてから、空間に供給される。別の周囲空気流が再生空気流として用いられ、初めにＤＸ冷却サイクルからのコンデンサ熱を利用して加熱され、そのようにして加熱された空気流が次いで乾燥剤ホイールから水分を追い出すために用いられる。再生空気流は水分を集めて大気に放出する。供給空気に除湿／加熱サイクルを与えるために別の熱源を利用して乾燥剤ホイールを再生する、別の乾燥剤除湿システムが多く市販されている、そのようなシステムの大多数では、乾燥剤を再生するために高再生温度が必要である。
【００１１】
図４は図３のシステムについての乾湿計図を示し、システムコンポーネントの供給空気系への効果を示す。図からわかるように、エバポレータコイルに供給される外気の温度は
約９３°Ｆ(３３.９℃)であり、絶対湿度は約１００ｇ/ポンド(０.２２０ｇ/ｇ)である。エバポレータコイルを出た後の空気の温度は約６２°Ｆ(１６.７℃)であり、絶対湿度は約７８ｇ/ポンド(０.１７２ｇ/ｇ)である。乾燥剤ホイールを出る際の空気の温度は約７２°Ｆ(２２.２℃)であり、絶対湿度は約５８ｇ/ポンド(０.１２８ｇ/ｇ)である。
【００１２】
図５は、この場合は供給空気のエンタルピー回収前処理によるコンデンサ再生乾燥剤システムを用いる、別の従来技術の空調システムを示す。図からわかるように、新鮮な戸外の供給周囲空気にエンタルピー回収デバイスの一区画を通過させて、除湿及び冷却し、次いで従来のＤＸ冷却システムの冷却コイルを通過させて湿度及び温度をさらに低める。次いで、そのようにして冷却／乾燥させた供給空気流に、空気が除湿され、乾燥されて、その後ダクトシステムによって空間に供給される、乾燥剤デバイスを通過させる。排気はファンまたはブロワー(図示せず)によって空間から引き出され、排気が加熱及び加湿され、次いで大気に放出される、エンタルピー回収デバイスの別の区画を通過させられる。このシステムでは、周囲からの別の空気流が冷却システムのコンデンサコイルを利用して加熱され、次いで再生空気流として用いられる。再生空気流は乾燥剤デバイスの別の区画を通過させられて、冷却及び加湿され、次いで大気に放出される。
【００１３】
図６は図５のシステムの乾湿計図を示し、それぞれのシステムコンポーネントの供給空気への効果を示す。図からわかるように、供給外気は、初め、絶対湿度が１００ｇ/ポンド(０.２２０ｇ/ｇ)であり、温度が約９３°Ｆ(３３.９℃)である。エンタルピーホイール通過後の供給空気の絶対湿度は約８４ｇ/ポンド(０.１８５ｇ/ｇ)であり、温度は約８４°Ｆ(２８.９℃)である。エバポレータコイル通過後の供給空気の絶対湿度は約７８ｇ/ポンド(０.１７２ｇ/ｇ)であり、温度は約６２°Ｆ(１６.７℃)である。乾燥剤ホイール通過後、空間に供給されるときの、供給空気の絶対湿度は約５８ｇ/ポンド(０.１２８ｇ/ｇ)であり、温度は約７２°Ｆ(２２.２℃)である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６５５７３６５Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述したような従来の空調システム及びプロセスに比較して、本発明は新鮮なまたは戸外の空気の、空間の温度で及び空間の湿度以下でその空気を供給するための、処理において重要な利点を有する。最も重要な利点は低エネルギー消費である。さらに詳しくは、本発明は所要エネルギー入力を、利用可能な他の手法に比較して３０〜７５％低減する。
【００１６】
本発明の別の重要な利点は他のいくつかの手法より低い供給空気湿度状態(露点またはｇ/ポンド(絶対湿度))を提供できる能力である。さらに詳しくは、コイルベース除湿機システムには、より低い湿度状態を与えるためにより低いコイル温度を与えることから、エバポレータコイル上の氷結の問題がある。本発明は、他方で、冷却コイルの後に乾燥剤ベース除湿サイクルを利用することによってより低い供給空気湿度状態を与えることができる能力を提供する。
【００１７】
本発明の目的は、戸外のまたは新鮮な供給周囲大気を処理して、その空気を除湿及び冷却して戸外周囲条件から所望の空間空気条件にすることである。ＡＳＨＲＡＥは、建物についての空気の快適条件を、７３°Ｆ(２２.８℃)と７８°Ｆ(２５.６℃)の間の温度及び約５０％の相対湿度または５５ｇ/ポンド〜７１ｇ/ポンド(０.１２１ｇ/ｇ〜０.１５７ｇ/ｇ)の絶対湿度と定めている。詳しくは、本発明は、周囲空気条件が、温度が６０°Ｆ(１５.６℃)から１０５°Ｆ(４０.６℃)ないしそれ以上で、水分含有量が７０〜１８０ｇ/ポンド(０.１５４〜０.３９７ｇ/ｇ)の範囲の、米国南東部及び世界の他の高温多湿気候において高温多湿の空気を処理して、一般には温度が約７０°Ｆ(２１.１℃)〜８５°Ｆ(２９.４℃)で水分レベルが約４５〜約７１ｇ/ポンド(０.０９９〜０.１５６ｇ/ｇ)の範囲の、空間温度に及び空間湿度以下に処理された空気を送るに特に適している。設計空間条件が規定されたＡＳＨＲＡＥ条件とは異なる場合、ＡＳＨＲＡＥ推奨条件より若干低いかまたは高い範囲も本発明によって達成することができる。
【００１８】
本発明の別の目的は、現在利用できるほとんどの処理システムより低いエネルギー入力で極めて効率の良い、戸外の新鮮な、周囲空気のそのような処理を提供することである。
【００１９】
本発明のまた別の目的は、新鮮なまたは戸外の供給空気及び／または建物自体の冷却／除湿負荷の変動に対応し、上回るような、可変冷却／除湿容量を備えることができるシステムを提供することである。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、空間温度条件まで空気を加熱するために必要な加熱入力を低めるため、寒冷気候期中はエネルギー回収デバイスの使用によって戸外のまたは新鮮な供給空気への加熱を提供することである。さらに詳しくは、本システムは排気を利用して、加熱デバイスによる加熱の前に、供給空気の温度及び／または湿度を実質的に高めるために、エネルギー回収熱交換機によって新鮮なまたは戸外の供給空気に熱が移送される。したがって、−１０°Ｆ(−２３.３℃)のような温度が、ほぼ５０°Ｆ(１０.０℃)ないし、必要に応じて、さらに高い温度まで加熱されるであろう。
【００２１】
本発明の一態様にしたがえば、空調システムは排気流にエンタルピーホイールのようなエネルギー回収デバイスを通過させることによって排気流からエネルギーを回収するための手段を備える。新鮮な、戸外の、供給周囲空気がエネルギー回収デバイスの他方の「側」を通過させられる。エネルギー回収デバイスは、空気にデバイスを横切らせずに、一方の空気から他方の空気にエネルギーを移す。これによって温度を低めることが可能になり、いくつかのデバイスでは、周囲条件が空間条件より暖かく多湿である場合に供給空気の湿度を低めることが可能になる。また、温度を高めることも可能になり、いくつかのデバイスでは、周囲条件が空間条件より寒く乾燥している場合に供給空気の湿度を高めることも可能になる。
【００２２】
本発明の別の態様にしたがえば、本発明のシステムは、供給空気の温度及び湿度を低めてから供給空気が必要とされている空間に空気を供給するために冷却コイルを利用する。冷却システムからの再生熱を利用する乾燥剤除湿デバイスが、供給空気の温度を高めながら、さらなる除湿を与える。所望であれば、より低温の供給空気を提供し、建物内部の顕負荷を上回るように、冷却が必要に応じて追加される。
【００２３】
本発明にしたがうシステムは乾燥剤除湿サイクルのための再生空気源を提供するためにエネルギー回収デバイスを通過した排気を利用することもできる。排気の温度を高め、次いで排気に乾燥剤デバイスの別のセグメントを通過させて乾燥剤デバイスを再生するために、従来の冷却システムの冷却コイルが利用される。排気流はこの再生プロセス中に冷却及び加湿され、冷却システムから放出される熱をさらに受け取るために別のコンデンサコイルを排気流に通過させることが可能になる。冷却システム効率を向上させるため及び／またはコンデンサの熱放出容量を高めるため、第２のコンデンサコイルの前に蒸発冷却デバイスを追加して、第２のコンデンサコイルに入る排気の温度を低めることができる。
【００２４】
本発明の上記及びその他の目的、特徴及び利点は、添付図面とともに読まれるべきである、本発明の例示的実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、ＤＸ冷却及びコンデンサ再加熱システムを用いる、従来技術のエネルギー回収空調または換気装置の略図である。
【図２】図２は、図１に示されるシステムの、供給空気流へのシステムコンポーネントの効果を説明する乾湿計図である。
【図３】図３は従来技術のコンデンサ再生型乾燥剤システムの略図である。
【図４】図４は、図３に示されるシステムの、供給空気流へのシステムコンポーネントの効果を説明する乾湿計図である。
【図５】図５は、エンタルピーエネルギー再生前処理システムを用いる、従来技術のコンデンサ再生型乾燥剤システムの略図である。
【図６】図６は図５に示される供給空気流へのシステムコンポーネントの効果を説明する乾湿計図である。
【図７】図７は本発明にしたがう空調システムの略図である。
【図８】図８は、図７に示されるシステムにおける、供給空気流へのコンポーネントの効果を示す乾湿計図である。
【図９】図９は、図７に示されるシステムにおける、排気流へのコンポーネントの効果を示す乾湿計図である。
【図１０】図１０は本発明の第２の実施形態の略図である。
【図１１】図１１は、図１０に示されるシステムにおける、排気流へのコンポーネントの効果を示す乾湿計図である。
【図１２】図１２は本発明の第３の実施形態の略図である。
【図１３】図１３は本発明の第４の実施形態の略図である。
【図１４】図１４は本発明の第５の実施形態の略図である。
【図１５】図１５は本発明の第６の実施形態の略図である。
【図１６】図１６は本発明の第７の実施形態の略図である。
【図１７】図１７は本発明の第８の実施形態の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
ここで図面を詳細に参照する。初めに図７を参照すれば、本発明の一実施形態にしたがう、部屋、囲われた場所または空間１４での使用のために、周囲空気流１２が処理されて所望の温度／湿度条件にされる、空調システム１０が示される。図示される実施形態において、本システムは、上述したように、戸外の周囲空気が高い温度及び高い含水量または絶対湿度を有する地域で用いられる。図７は略図であり、説明される空気流は、図示されていない、適切な配管に入れられて適切なファンによって流されることが、当業者には当然であろう。
【００２７】
図７に見られるように、新鮮な、戸外の、供給周囲空気１２は初めにエネルギー回収デバイス１６の一区画１３を通過させられる。空気は、エネルギー回収デバイス１６を通過しながら、冷却及び除湿される。上述したように、このデバイスは、供給空気流１２と空間１４から引き入れられる排気流１８の間で熱を交換するための、従来の回転式エンタルピーホイールまたは、ヒートパイプのような、その他の形態の熱交換機とすることができる。ヒートパイプカ゛用いられる場合、大気は冷却されるが除湿はされないであろう。
【００２８】
冷却及び除湿された供給空気流は次いで、温度及び湿度をさらに低めるために、コンプレッサ２３を有する従来のＤＸ冷却ユニット２２の冷却コイルまたはエバポレータコイル２０を通過させられる。供給空気は次いで、温度を高めながら湿度をさらに低めるために、従来のシリカ被覆回転式波形乾燥剤ホイールのような、乾燥剤デバイス２６の一セグメントを通過する。この時点において、供給空気の温度は空間１４における所望の温度であるかまたはそれに近く、湿度は空間１４における所望の湿度以下である。
【００２９】
乾燥剤ホイールを出る際の供給空気の絶対湿度が空間１４における所望の絶対湿度より低い場合、供給空気は、内部潜負荷を上回る、空間への除湿容量を与えるであろう。供給空気はこの時点において空間に直接に供給することができ、あるいは、必要に応じて、空間に冷却効果を与え、内部顕負荷を上回るように、乾燥剤ホイールと空間１４の間で冷却コイルまたはエバポレータコイル２８を用いてさらに冷却することができる。
【００３０】
排気流１８はファンまたはブロワー(図示せず)によって空間１４から引き出され、次いでエネルギー回収デバイス１６の別の区画３０を通過させられる。排気は区画３０を通過しながら区画１３で吸収された熱によって加熱され、加湿されてから、温度を高めるために冷却システム２２のコンデンサコイル３２を通過させられる。コンデンサ３２を出る排気は入ったときより高温にあり、次いで、乾燥剤デバイスの別の区画３４を排気に通過させることによってホイール２６の乾燥剤を再生するために利用される。排気流はこの再生プロセス中に冷却及び加湿される。今では冷えている排気は次いでシステム２２の第２のコンデンサコイル３６を通過して冷却システムからさらに多くの熱を回収し、次いで大気に放出される。
【００３１】
当業者には理解されるであろうように、本発明のシステムは排気流を利用して、供給周囲空気流から熱を回収し、乾燥剤ホイールを再生する。排気流は、コンデンサ３２及び／または３６によって冷却システムから熱を回収または吸収するためにも用いられる。排気流のこの熱放出能力は乾燥剤再生プロセスにおける蒸発冷却効果によって高められる。この排気／再生空気流１８の体積は適切な制御を用い、所望に応じて、供給空気流の体積以下に小さくすることができる。これは、賢明な空調設計では建物内に正の空気圧が必要とされることが周知であるから、重要な態様である。正の空気圧を得るためには、新鮮なまたは戸外の供給空気の量が排気量以上でなければならない。
【００３２】
図８は図７に示される本発明のコンポーネントの供給空気流１２への効果を示す乾湿計図である。図からわかるように、本発明では乾燥剤ホイール２６を出た後に供給空気流を処理するための追加の冷却コイル２８を含めることができるが、効果は図５の従来技術のデバイスで達成される効果と同様である。しかし図５のシステムとは異なり、図５のシステムの排気流内で無駄にされる熱が本発明では再捕捉される。したがって、空間１４を出てエンタルピーホイール１６のセグメント３０に入る排気流の温度は約７２°Ｆ(２２.２℃)、絶対湿度は約６４ｇ/ポンド(０.１４１ｇ/ｇ)であり、エンタルピーホイールを出る際の温度は約８３°Ｆ(２８.３℃)、絶対湿度は約８０ｇ/ポンド(０.１７６ｇ/ｇ)である。排気流はコンデンサコイル３２を通過しながらコイルから放出される熱を吸収し、よって排気流がコイルを出て乾燥剤ホイールの再生セグメント３４に入るときの、排気流の温度は約１０８°Ｆ(４２.２℃)、絶対湿度は約８０ｇ/ポンド(０.１７６ｇ/ｇ)である。乾燥剤ホイールのセグメント３４を通過した後でコンデンサコイル３６に入る前の排気流の温度は約８０°Ｆ(２６.２℃)、絶対湿度は約１２２ｇ/ポンド(０.２６９ｇ/ｇ)である。コイル３６を通過するときに排気流はコイル３６で放出される熱を吸収し、大気に放出される前に排気流の温度は約１０８°Ｆ(４２.２℃)までないしさらに高くなる。
【００３３】
図１０は図７に示される本発明の別の実施形態を示し、同じ参照数字が同様の要素を識別するために用いられている。この実施形態においては、蒸発冷却デバイス３８が排気流の乾燥剤ホイール２６と第２のコンデンサコイル３６の間に付加されている。蒸発冷却デバイスは、例えば供給水がそれを通って空気流に直交するかまたは対向して流れて空気流を冷却する既知の構成の交差波形シート材料を用いる、従来の構成の蒸発冷却デバイスとすることができる。この排気流の追加の蒸発冷却は排気流の温度をさらに低める。そのような低温の排気流はコンデンサコイル３６に入ったときにさらに大きい熱放出容量を有し、したがってコンデンサ温度をさらに低くして効率をさらに高めることができ、冷却水頭圧を低めることができる。
【００３４】
図１１は、図１０に示されるような本発明の効果を示す乾湿計図である。乾燥ホイール２６と第２のコンデンサ３６の間に付加された蒸発冷却デバイスの使用の結果、排気流の温度はさらに約７７°Ｆ(２５.０℃)まで低められ、絶対湿度は約１３０ｇ/ポンド(０.２８７ｇ/ｇ)に高められて、第２のコンデンサに入る際に追加の冷却及びさらに低い温度を与える。
【００３５】
本発明は従来技術に優る重要な利点を提供する。排気、再生及びコンデンサ熱放出に対する単一空気流の使用によって、これらの３つの課題を達成するに(様々な空気流を流すに)必要なファン馬力がかなり低くなる。システムは様々な熱交換機に対応するために高められた総静圧を必要とするが、総空気流量は実質的に低減される。ファンパワーは静圧の二乗及び空気流量の三乗に比例するから、所要ファンパワーの低減には空気流量の低減が一層重要である。
【００３６】
さらに、単一空気流を使用してこれらの機能を提供することにより、再生プロセスのために乾燥剤ホイールに与えられる湿度レベルも低められる。建物排気は空間から空間湿度でとられる。排気は次いでエネルギー回収デバイスを経る。このデバイスは(顕熱回収デバイスを用いた場合)排気の湿度を高めないか、あるいは、エンタルピー回収デバイスの効率に基づき、戸外条件と屋内条件の間の比にある程度したがって湿度を高める。いずれの場合も、エネルギー再生デバイスを出て乾燥剤ホイールに入るときの湿度は戸外条件より低い。排気の温度は湿度にかかわらず同じ温度にある。温度は、温度交換が湿度レベルに無関係であり、付加コンデンサの熱がやはり湿度に無関係である、排気回収プロセスによって決定される。乾燥剤ホイールは相対湿度交換機としてはたらくから、温度が決定されている空気流中の含水量が低くなるほど、相対湿度は低くなる。したがって、空気中の含水量が低くなれば、強化された再生により、乾燥剤デバイスの容量は高くなる。
【００３７】
従来技術に優る本発明の別の利点は冷却サイクルコンデンサ熱放出容量及び温度に関する。コンデンサの熱は大気に放出されなければならない。本発明の排気流の温度は周囲温度より低い。含水量の関係と全く同様に、排気は空間からとられてエネルギー回収デバイスを経る。排気の温度は空間温度と戸外温度の間の差の何分の１か高められる。エネルギー回収デバイスを出ていく排気の温度は周囲温度よりある程度低い。これにより２つの利点が得られる。第１に、コンデンサコイルから空気流への熱の放出に必要な空気流量が、空気流の温度が低くなり、コンデンサに入る冷媒温度とコンデンサに入る空気温度の間の差が大きくなることから、低減される。所要空気流量の低減により、所要ファン馬力も低められる。これは上で論じた所要空気流量の低減にある程度含まれる。さらに、コンデンサに入る空気温度が低くなるほど、コンデンサを出る冷却温度を低くすることができ、水頭圧が低くなる。水頭圧が低くなるから、冷媒の圧量を高めるためにコンプレッサがしなければならない仕事の量が低減され、所要電力を低めてコンプレッサを稼働させることが可能になる。
【００３８】
本技術のまた別の強化は、第２のコンデンサにおいてさらに多くの熱を放出するための排気流の能力及び効率である。乾燥剤ホイールの蒸発冷却効果が温度を逆に低めて、同じ空気流によるさらに多くの熱放出の実行を可能にする温度にする。これはやはり総空気流量を低減し、ファン馬力を減じさせる。この第２のコンデンサの前への蒸発冷却デバイスの付加により温度がさらに低められ、第１のコンデンサについて上で論じたように、第２のコンデンサに対して同じ効率が得られる。これはより多くの熱を放出できる能力を第２のコンデンサに与えて、空気流量を少なくし、ファンパワーを節約する。これはまた冷媒回路の温度も低め、水頭圧も低めて、コンプレッサパワーを低減する。
【００３９】
上記に加えて、乾燥剤デバイス２６として乾燥剤ホイールが用いられる場合、供給空気流の温度及び湿度を制御するために加熱及び除湿を高めるかまたは低めるようにホイールの回転速度を制御することができるから、さらに高い効率を達成することができる。
【００４０】
図１２〜１４は図１０に示されるような本発明の別の実施形態を示し、やはり同じ参照数字が対応する要素に対して用いられている。それぞれの実施形態において、１つないしさらに多くの空気流バイパスが、空気流の内の１つの一部にまたはいずれの一部にも乾燥剤ホイールを迂回させて選択的にバイパスさせるために、従来の配管、バッフル及びコントローラを用いて設けられる。
【００４１】
図１２は乾燥剤ホイール２６の除湿区画を迂回させて供給空気流の一部を導くためのバイパス４２の使用を示す。
【００４２】
図１３は乾燥剤ホイールの再生区画３４を迂回させて排気流の一部をバイパスさせる、バイパス４４をともなうバイパス４２の使用を示す。
【００４３】
図１４は単に乾燥剤ホイールの再生区画３４における単一バイパス４４の使用を示す。
【００４４】
乾燥剤ホイールを迂回する１つないしさらに多くのそのようなバイパスを設けることにより、いくつかの利点が可能になる。供給側または再生側でバイパスを調整することで、供給空気流への乾燥剤の効果の容量調整が得られる。さらに、除湿が必要ではない期間中の乾燥剤ホイールの圧力降下を回避することができ、所要ファンパワーの低減及びさらに効率の高い稼働が可能になる。ユニット設計に一層高いフレキシビリティも可能になり、乾燥剤ホイールが受容できるよりも多くの空気をユニットが供給できる能力が得られる。このフレキシビリティにより、特定のユニット性能要件を満たすための装置コストを低めることができる。
【００４５】
図１５は図１０に示されるような本発明の別の実施形態であり、やはり同じ参照数字で同様の要素が識別されている。
【００４６】
この実施形態においては、エバポレータコイル２０からの凝縮水がサンプ５０，等で回収され、ポンプ５２によって蒸発冷却機に供給される。所要蒸発冷却に対する凝縮水の回収により、補給水を必要とせずに効率を高めることが可能になる。これも、一層低い用水費及び一層低い設置費を達成するであろう。
【００４７】
図１６は図７に関して上述したような本発明のまた別の変形である。この実施形態において、乾燥剤ホイールに対する配管の構成は、供給周囲空気流が排気／再生空気流の流れに、図７に示される同じ方向ではなく、対向する方向に乾燥剤ホイールを流過するように、再構成されている。この対向流構成により、一層高い効率に対して一層高い乾燥剤性能が得られる。この構成の物理的レイアウトは他の実施形態よりも建造が困難であり、おそらく一層多くの費用が必要であろう。他の図面に示された、先に示された他の実施形態の全てもこの実施形態に付加して、本発明の多くの選択肢及び変形を提供できる。
【００４８】
添付図面を参照して本発明の例示的な実施形態を本明細書で説明したが、本発明がそれらの精確な実施形態に限定されず、本発明の範囲または精神を逸脱せずに、そのような実施形態に様々な変更及び改変が当業者によって実施され得ることは当然である。
【符号の説明】
【００４９】
１０    空調システム
１２    供給周囲空気流
１４    空間
１６    エネルギー回収デバイス
１８    排気流
２０，２８    冷却コイル
２２    ＤＸ冷却ユニット
２３    コンプレッサ
２６    乾燥剤デバイス(乾燥剤ホイール)
３２，３６    コンデンサコイル
【図１】
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【図２】
2011512507.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】
2011512507.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2011512507.tif 000018
【国際調査報告】
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