(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱的に再活性化された乾燥剤式除湿器を制御する方法であって、
少なくとも、空気流手段としてのファンを備えたプロセス区域と空気流手段としてのファンを備えた再活性化区域を持つ乾燥剤ホイールと、プロセス区域及び再活性化区域を通って該乾燥剤ホイールを回転させる手段と、再活性化空気加熱手段と、を含むハウジングを備える乾燥剤式除湿器を制御する方法であって、
該方法は、
ａ．  プロセス区域を通る空気流を、プロセス空気流の除湿量を制御するために調節するステップと、
ｂ．  再活性化区域を通る空気流を、プロセス空気流の調節の関数として調節するステップと、
ｃ．  乾燥剤ホイールの回転速度を、プロセス空気流の調節の関数として調節するステップと、
を含み、
１つ又は複数のパージ区域が、プロセス区域と再活性化区域との間のバッファとして作用するように設けられ、
プロセス空気流の調節が瞬時湿分負荷の変化を追跡して行われる調節であって、プロセス空気流の一部を該乾燥剤ホイールの周りに迂回させるステップ、プロセス空気流を制御するダンパを調節するステップ、総空気流が一定のままであるように、該乾燥剤ホイールを通る空気流と、該乾燥剤ホイールを迂回する空気流とを同時に制御するステップ、のうちの少なくとも１つのステップを含む、乾燥剤式除湿器を制御する方法。
【請求項２】
熱的に再活性化された乾燥剤式除湿器を制御する方法であって、
少なくとも、空気流手段としてのファンを備えたプロセス区域と空気流手段としてのファンを備えた再活性化区域を持つ乾燥剤ホイールと、プロセス区域及び再活性化区域を通って該乾燥剤ホイールを回転させる手段と、再活性化空気加熱手段と、を含むハウジングを備える乾燥剤式除湿器を制御する方法であって、
該方法は、
ａ．  再活性化区域を通る空気流を、除湿量を制御するために、プロセス区域を通る空気流を一定に保ちながら調節するステップと、
ｂ.  乾燥剤ホイールの回転速度を、再活性化空気流の調節の関数として調節するステップと、
を含み、
１つ又は複数のパージ区域が、プロセス区域と再活性化区域との間のバッファとして作用するように設けられ、
再活性化空気流の調節が、再活性化空気流中のダンパを調節すること、再活性化空気流手段の作動特性を変えること、再活性化空気流の一部を該乾燥剤ホイールの周りに迂回させること、のうちの少なくとも１つにより達成される、乾燥剤式除湿器を制御する方法。
【請求項３】
プロセス空気流の調節が、プロセス空気流手段の作動特性を変えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該プロセス区域を通る最小空気流量が、設定値に制限される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
再活性化空気流の調節の制御関数及び／又は乾燥剤ホイールの回転速度の調節の制御関数が線形関数である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
再活性化空気流の調節の制御関数及び／又は乾燥剤ホイールの回転速度の調節の制御関数が、指数が０．５〜２．０の指数関数である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
該再活性化区域に入る空気の加熱された温度が、再活性化空気加熱手段に導入される熱を調整することにより、固定値で維持される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項８】
該再活性化区域を出る再活性化空気の温度が、該再活性化空気加熱手段に導入される熱を調節することにより、固定値で維持される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
再活性化空気熱源が固定値で維持され、再活性化加熱空気の温度は制御されずに変化して、空気流量が減少するのに伴って上昇し、そして空気流量が増大するのに伴って低下する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１０】
該再活性化区域を通る空気流が存在するときにはいつでも、該再活性化空気熱源が活性化される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
該再活性化区域を通る空気流の調節が、再活性化空気流中のダンパを調節するステップと、再活性化空気流の一部を該乾燥剤ホイールの周りに再循環させることによって再活性化空気流手段の作動特性を変えるステップと、のうちの少なくとも１つのステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１２】
該再活性化区域を通る最小空気流量が、設定値に制限される、請求項１又は２記載の方法。
【請求項１３】
該乾燥剤ホイールの回転速度の調節が、該乾燥剤ホイール回転手段の作動特性を変化させることによって達成される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１４】
該ホイールの回転速度は、該回転手段が作動する時間のパーセンテージが要求制御関数に対して比例するように、該乾燥剤ホイール回転手段を間欠的に作動させることによって達成される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１５】
該乾燥剤ホイールの最小回転速度が、設定値に制限される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１６】
該乾燥剤ホイールの回転速度の調節の制御関数が、再活性化空気流の線形関数である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１７】
該乾燥剤ホイールの回転速度の調節の制御関数が、指数が０．５〜２．０の、再活性化気流の指数関数である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの中間パージ区域が、再活性化空気流の一部を前処理するために再活性化区域とプロセス区域の間に設けられている、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１９】
前記除湿器には、プロセス区域と再活性化区域との間のバッファとして作用するように配置された１対以上の中間パージ区域が設けられており、かつ、中間パージ区域を通る閉ループの空気流を循環させるための手段が設けられている、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項２０】
前記中間パージ区域を通って循環する空気流は、再活性化空気流及び／又は乾燥剤ホイールの回転速度に直接比例して調整される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも、空気流手段としてのファンを備えたプロセス区域と空気流手段としてのファンを備えた再活性化区域を持つ乾燥剤ホイールと、プロセス区域及び再活性化区域を通って該乾燥剤ホイールを回転させる手段と、再活性化空気加熱手段と、部分負荷状態で除湿器をエネルギー使用するように企図された制御システムと、を含むハウジングを備える熱的に再活性化された乾燥剤式除湿器を制御するシステムであって、
該制御システムの論理構成が、
ａ．  プロセス区域を通る空気流を、プロセス空気流の除湿量を制御するために調節することと、
ｂ．  再活性化区域を通る空気流を、プロセス空気流の調節の関数として調節することと、
ｃ．  乾燥剤ホイールの回転速度を、プロセス空気流の調節の関数として調節することと、
を含み、
１つ又は複数のパージ区域が、プロセス区域と再活性化区域との間のバッファとして作用するように設けられ、
プロセス空気流の調節が瞬時湿分負荷の変化を追跡して行われる調節であって、プロセス空気流の一部を該乾燥剤ホイールの周りに迂回させること、プロセス空気流を制御するダンパを調節すること、該総空気流が一定のままであるように、該乾燥剤ホイールを通る空気流と、該乾燥剤ホイールを迂回する空気流とを同時に制御すること、該プロセス空気流手段の作動特性を変えること、のうちの少なくとも１つを含む、乾燥剤式除湿器システム。
【請求項２２】
少なくとも、空気流手段としてのファンを備えたプロセス区域と空気流手段としてのファンを備えた再活性化区域を持つ乾燥剤ホイールと、プロセス区域及び再活性化区域を通って該乾燥剤ホイールを回転させる手段と、再活性化空気加熱手段と、部分負荷状態で除湿器をエネルギー使用するように企図された制御システムと、を含むハウジングを備える熱的に再活性化された乾燥剤式除湿器を制御するシステムであって、
該制御システムの論理構成が、
ａ．  再活性化区域を通る空気流を、除湿量を制御するために、プロセス区域を通る空気流を一定に保ちながら調節することと、
ｂ．  乾燥剤ホイールの回転速度を、再活性化空気流の調節の関数として調節することと、
を含み、
１つ又は複数のパージ区域が、プロセス区域と再活性化区域との間のバッファとして作用するように設けられ、
再活性化空気流の調節が、再活性化空気流中のダンパを調節すること、再活性化空気流の一部を該乾燥剤ホイールの周りに迂回させること、再活性化空気流手段の作動特性を変えること、のうちの少なくとも１つにより達成される、乾燥剤式除湿器システム。
【請求項２３】
該プロセス区域を通る最小空気流量が、設定値に制限される、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
該再活性化区域に入る空気の加熱された温度が、該再活性化空気加熱手段に導入される熱を調節することにより、固定値で維持される、請求項２１又は２２に記載のシステム。
【請求項２５】
再活性化空気熱源が固定値で維持され、再活性化加熱空気の温度は制御されずに変化して、空気流量が減少するのに伴って上昇し、そして空気流量が増大するのに伴って低下する、請求項２１又は２２に記載のシステム。
【請求項２６】
該再活性化区域を通る空気流が存在するときにはいつでも、該再活性化空気熱源が活性化される、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
再活性化空気流の調節が、再活性化空気流中のダンパを調節すること、再活性化空気流の一部を該乾燥剤ホイールの周りに再循環させることにより再活性化空気流手段の作動特性を変えること、のうちの少なくとも１つを含む、請求項２１又は２２に記載のシステム。
【請求項２８】
該再活性化区域を通る最小空気流量が、設定値に制限される、請求項２１又は２２に記載のシステム。
【請求項２９】
該乾燥剤ホイールの回転速度の調節が、該乾燥剤ホイール回転手段の作動特性を変化させることによって達成される、請求項２１又は２２に記載のシステム。
【請求項３０】
該ホイールの回転速度は、該回転手段が作動する時間のパーセンテージが要求制御関数に対して比例するように、該乾燥剤ホイール回転手段を間欠的に作動させることによって達成される、請求項２１又は２２に記載のシステム。
【請求項３１】
該乾燥剤ホイールの最小回転速度が、設定値に制限される、請求項２１又は２２に記載のシステム。
【請求項３２】
該乾燥剤ホイールの回転速度の調節の制御関数が、再活性化空気流の線形関数である、請求項２１又は２２に記載のシステム。
【請求項３３】
該乾燥剤ホイールの回転速度の調節の制御関数が、指数が０．５〜２．０の、再活性化気流の指数関数である、請求項２１又は２２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は大まかに言えば、加熱（ Heating ）、通気（ Ventilating ）、及び空調（Air-Conditioning ）すなわちＨＶＡＣシステム及び方法、そして乾燥プロセスシステム及び方法に関し、より具体的には、熱的に活性化される乾燥剤ホイールを組み入れた空調又は除湿又は乾燥システムに関する。本発明はまた、乾燥剤ホイールを使用したこのようなシステムの使用中に消費されるエネルギーの改善された保存／低減方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
乾燥剤ホイール及びエネルギー回収ホイールは、ＨＶＡＣにおいて又はプロセス空気を空調するために、使用される２つのタイプのホイールである。乾燥剤ホイールは、１つの空気流から別の空気流へ湿分を移動するのに使用される。乾燥剤ホイールは、２つの特徴的なタイプ、すなわち「アクティブ（能動）型」乾燥剤ホイールと、「パッシブ（受動）型」乾燥剤ホイールがある。
【０００３】
「アクティブ型」乾燥剤ホイール、すなわち、熱的に活性化された乾燥剤式除湿器は、ホイールの一部を再活性化／再生するために、空気流のうちの１つを加熱するのに外部熱源を使用する。「アクティブ型」乾燥剤ホイールは一般には、多量の湿分除去を必要とする工業用途に使用されているが、しかし、商業的なＨＶＡＣ用途にもますます使用されるようになってきている。このような「アクティブ型」乾燥剤ホイール及びシステムの例は、いくつかの特許明細書、例えば米国特許第６，３１１，５１１号、同第５，５５１，２４５号、同第５，８１６，０６５号明細書に開示されている。
【０００４】
「パッシブ型」乾燥剤ホイールは、外部熱源を使用することはなく、２つ又は３つ以上の空気流の相対湿度差に依存することにより、空気流間で湿分を移動させる。「パッシブ型」乾燥剤ホイールシステム及び使用の例は、米国特許第６，２３７，３５４号及び同第６，１９９，３８８号明細書に開示されている。
【０００５】
熱的に活性化される乾燥剤ホイールシステムは、ホイールを再活性化又は再生するために相当の熱エネルギー（蒸気、電気、ガスなど）を使用するので、種々の制御方法を用いて再活性化エネルギーの使用を最小化し、且つ／又は、付加的な構成部分の使用を最小化する目的で、様々な方法が過去に採用されてきた。プロセス空気から再活性化流入空気へ熱エネルギーを移動するため、又は再活性化空気の出口から再活性化空気の入口へ熱を移動するための方法、例えば熱回収装置は、過度のコスト追加を招いた。
【０００６】
除湿は空気から湿分を除去するプロセスである。いくつかの周知の空気除湿方法がある。しかしながら、一般に用いられる２つの方法は、冷却及び乾燥剤（ desiccant ）を利用するものである。冷却を利用する除湿の場合、冷却コイル上で湿分を凝縮させ、これにより、冷却コイルを通過した空気流から湿分を除去する。乾燥剤を使用した除湿の場合、採用されるプロセスは、吸収又は吸着のうちの一方である。吸収の場合には、液体又は固体乾燥剤、典型的にはハロゲン化物塩又はハロゲン化物溶液が使用される。吸着の場合には、固体乾燥剤、例えばシリカゲル、活性アルミナ、分子篩などが使用される。
【０００７】
乾燥剤に基づく除湿器システムは、多塔式の循環タイプ、又は連続回転タイプである。乾燥させようとする空気は、一般にプロセス空気と呼ばれ、そして乾燥剤を再生させるために使用される空気は、再生空気又は再活性化空気と呼ばれる。
【０００８】
冷却に基づく除湿システムは、実際には、除去することができる湿分が制限される。なぜならば、氷点下で露点湿度を達成するために、冷却コイル上に霜が形成され、これがシステムをより複雑にし、しばしば再加熱を必要とするからである。
【０００９】
他方において、乾燥剤式除湿器システムは、空気の露点とは無関係に働き、従って、多くの産業用途に必要な極めて低い露点湿度を達成することができる。周知の一般的な使用例は薬品製造のための医薬分野、及び食品加工分野である。これらの分野は、冷却だけによって技術的又は経済的に達成できるものよりも低い相対湿度又は露点湿度を必要とする。
【００１０】
冷却ユニット及び乾燥剤ユニットの両方を使用するハイブリッド・システムも一般に用いられ、エネルギー使用量を低減し、除湿システム全体のシンプルで信頼性の高い作動を可能にするのを助けている。
【００１１】
冷却式除湿ユニットと比較して、乾燥剤式除湿器は通常、主に乾燥剤の再生又は再活性化のために、より多くの熱エネルギーを使用する。従って、長年にわたって、乾燥剤式除湿器システムの能力及びエネルギーを制御するための乾燥剤式設備の物理的形態上及び制御上の戦略において、エネルギー使用量を最小限にするためのいくつかの開発が行われてきた。
【００１２】
大気圧で空気を除湿／乾燥させるための乾燥剤式除湿器ユニットは、大まかに言えば今日では回転型である。この場合、乾燥剤は回転ベッド（又はホイール）内に含有される。ホイール、典型的には２つの区画（又は区域）（一方はプロセスのため、他方は再生のため）は、連続又は間欠的に動く。プロセス区域では、除湿しようとする空気（一般にプロセス空気と呼ばれる）は、ホイールを通過させられ、乾燥剤と接触することにより乾燥させられる。再生区域では、空気が一般に大気から導入され、再活性化空気の温度を上昇させる熱源を通過させられ、次いで、ホイールを加熱して水を駆逐する再活性化区域又は再生区域とも呼ばれる、ホイールの残りの部分を通過させられる。典型的には、プロセス区域は総ベッド／ホイール面積の５０〜８０％であるが、これよりも大きい又は小さくてもよく、残りは再活性化区域である。
【００１３】
多くの場合、プロセス区域と再生区域との間に別の区域が加えられ、これはパージ区域と呼ばれる。パージ区域を第３の空気流（一般にパージ空気）が通され、これは再生空気の一部として使用される。パージ区域の組み込みは、何らかの残留熱を、これがプロセス区域に入る前に回転ホイールから回収するのを助け、これにより再生のための全所要エネルギーを低減し、またホイールによって除去される全湿分量を改善する。
【００１４】
典型的な乾燥剤式除湿器ユニットの場合、プロセス空気流量及び再活性化流量は一般に固定的であり、手動又は自動ダンパ（ damper ；戸）によって設定又は調節される。
【００１５】
所与の空間内で湿度を制御するための典型的な除湿器システムの設計において、空間温度を制御するのに必要な空気流は、空間湿度を制御するのに必要とされる除湿空気量よりも多いことがしばしばある。このような場合には、プロセス空気の一部が典型的には除湿器ユニットの周りに迂回させられ、次いで、除湿器ユニットを出る空気と合体させられ、次いで、合体させられた空気は冷却（又は加熱）され、次いで制御空間に供給される。
【００１６】
乾燥剤式除湿器システムは本来、再生のための大量の熱エネルギーを使用するので、システムによって使用される熱の量を低減する方法及び手段を見いだす努力が為されている。
【００１７】
用いられる１つの典型的なよく知られたシステム及び方法は、再生空気が再活性化区域に入る前に、再生空気の加熱された温度を制御することである。
【００１８】
別のよく知られた方法は、再活性化区域を出る空気温度を制御することによって、再生熱導入量を制御することである。
【００１９】
相対湿度及び露点の制御のタイプ及び量いかんでは、空間又は空気の条件が満たされたら、制御戦略は除湿器のスタート／ストップを採用することができる。同様に代わりに自動ダンパを使用して、除湿器ユニットを迂回する空気量を連続的に変化させることにより、作動及び設計の要件を満たすこともできる。
【００２０】
プロセス区域及び再活性化区域の面積と、ホイール回転速度と、２つの区域を通るプロセス空気流及び再活性化空気流の相対的な流量及び速度との相関関係が、この１０年間に日本、インド、及び米国で文書化されており、その結果、除湿器ユニットにおける乾燥剤ホイールの設計、選択、及び組み入れのために有限の形式で通常使用されるロバスト数学モデリング・ツールがもたらされた。このようなツールは、デザイン及び構築の段階で除湿システムを最適化するために通常用いられている。
【００２１】
数学モデルの１つのこのような研究及び開発は、文書“ Modeling of Rotary Desiccant Wheels ”( Harshe, Utikar, Ranade及びPahwa, 2005年）に詳細に記載されている。
【００２２】
回転乾燥剤式除湿器ユニットの場合、このような数学モデリング・ツールを使用して再活性化区域の特定のパーセンテージ、並びにプロセス流量及び再活性化流量、及び所与のベッド回転速度を選択することにより、設計及び構築の段階における設備性能を最適化することができる。このような事例において、部分負荷及び瞬時に変化する湿分負荷のもとで上記制御方法を用いることにより、除湿器能力が制御される。これらのうちのいくつかは、例えば Bry Air の設計マニュアル並びに Munter の設計マニュアルに十分に文書化されている。
【００２３】
このような除湿器システムの作動中、伝統的な周知の除湿器能力制御方法を用いると、再生エネルギー使用量の低減は限られたものになる。
【００２４】
上記のもののすべては、瞬時湿分負荷の変化が生じた場合に望ましい、又はかなり釣り合いのとれた、最大限のエネルギー低減を達成することはない。
【００２５】
再生エネルギーを軽減し、且つ／又は乾燥剤ホイール速度を調節する一方、除湿器能力を最適化するために実施される従来技術のいくつかの例を下記に挙げる。
【００２６】
米国特許第４，５４６，４４２号明細書には、圧縮空気又は他の圧縮ガスを除湿するために一般に使用される固定ベッド型の、多ベッド乾燥剤式エアドライヤのための、マイクロコンピュータに基づいてプログラミング可能な制御システムが教示されている。制御システムは、乾燥剤中の湿分レベルをモニタリングして再生サイクルが必要かどうかを見極めるため、そしてまた再生ベッドの完全減圧及び再加熱をモニタリングするため、そしてまた弁の故障を分析して指示するために使用される。この発明の用途は、圧縮空気システムに限定される。
【００２７】
米国特許第４，７２９，７７４号明細書には、除湿器性能を改善するために再活性化区域内の空気の温度をプロフィール分析することが教示されている。
【００２８】
米国特許第４，９２６，６１８号明細書には、制御可能な再活性化空気再循環手段と、可変ホイール速度手段とを有する乾燥剤ユニットが教示されている。プロセス空気湿度は、ホイール速度、再活性化空気再循環速度、及び再活性化熱導入量を調節する主コントローラによって制御される。ホイールを通るプロセス空気流量及び再活性化空気流量は固定されており、再活性化空気ヒータは、ホイールを出る一定の再活性化空気温度を維持するように制御される。
【００２９】
米国特許第５，１４８，３７４号明細書には、計算質量移動速度比と、長いシステム時定数に影響されないシステム有効性の尺度とを最適化することによって、マルチホイール吸着剤質量エネルギー移動系をリアルタイム・コンピュータ制御するシステム及び方法が教示されている。この方法は、ホイール入口温度、及びホイール出口温度などの群から選択された所定のパラメータ集合を所定のインターバルで検知することにより、流体流温度の制御を含む制御手段群のうちの所定の１つに制御信号を送ることに依存する。この制御方法の目的は、デバイスの不安定な作動、そしてその結果としての被制御変数のばらつきを招くことのない、急速な負荷変化に対する、制御された装置の応答を改善することである。
【００３０】
米国特許第５，６８８，３０５号明細書において教示されている、乾燥剤式除湿システムの再生制御装置及び方法の場合、一定の再活性化排気温度を維持するために再活性化空気流が制御され、そして再活性化空気流入温度は固定値で制御される。再活性化における乾燥剤の残留時間はまた、再活性化空気流量に対して反比例するように制御される。この文書の目的は、部分負荷条件下での乾燥剤の過剰生成を低減し、ひいては乾燥剤式除湿器の作動効率を改善することである。引用したこの出願は、ビンを通る顆粒状材料流がバッチ式に又は可変速度で発生したときに、除湿された再循環空気流を使用して、ビン又はホッパ内の顆粒状材料を乾燥させるためのものである。
【００３１】
米国特許第６，１９９，３８８号明細書において教示されている、制御空間の温度及び湿度レベルを制御するシステム及び方法は主に、別名エネルギー回収ホイールとしても知られるエンタルピーホイールと、冷却コイルと、再活性化のために外部の熱又はエネルギーの導入を採用しない「パッシブ」乾燥剤除湿ホイールとの組み合わせに適用される。上記明細書にはさらに、制御空間内の感知可能な潜在的な負荷に応答した回転速度の変化を通して、「パッシブ型」乾燥剤ホイールの性能を変化させる手段が教示されている。乾燥剤ホイール速度の制御が論じられており、その意図は、除湿プロセスのエネルギー効率を最適化することではなく、「パッシブ型」・ホイールの除湿能力を制御することである。上記明細書は、除湿ホイールの能力を制御するためにプロセス空気面及びバイパス・ダンパを使用することを教示してはいない。供給（プロセス）及び排出（再活性化）空気流の両方が、すべての負荷条件を通して、一定の値で維持される。
【００３２】
米国特許第６，３５５，０９１号明細書には、空調された空間に外部の換気空気を供給するためのユニット式の換気・除湿システムが教示されている。このユニットは、より多量の除湿を達成するためには低速で、そしてより多量の熱回収を達成するためには高速で回転させられる。乾燥剤ホイールの上流側の排出空気の空間に熱を加えることにより、その除湿性能を改善し、そして冬期作動中の霜形成を防止することができる。供給空気流量及び排出空気流量の両方は固定されており、バイパス・ダンパーは使用されず、またロータ速度の調節は、作動モードを選択するためのものであって、効率改善のためではない。
【００３３】
米国特許第６，７６７，３９０号明細書には、圧縮空気及び圧縮ガスにおいて適用するための多ベッド固定ベッド型乾燥剤式乾燥機の性能を制御し、そして要求露点のガスを供給するための再生サイクル及びパージ・サイクルを最適化するための方法が教示されている。企図する用途分野は、機器内で使用するための圧縮空気である。
【００３４】
米国特許第７，０１７，３５６号明細書には、パッシブ型除湿装置内に乾燥剤ホイールを含む快適空調された空間を冷却・除湿するためのＨＶＡＣシステムに関して教示されている。この装置において、ホイールの速度は空気流量とともに変化し、ホイールは、空調された空間内への湿った空気の殺到を防止するために、起動中少なくとも所定の時間にわたって作動される。この特許明細書はまた、受動的に感知可能な回収装置及び冷却コイルを使用して、空調された空間から戻された空気と混ざる前に外部空気を前空調することを教示する。
【００３５】
米国特許第７，１０１，４１４号明細書には、伝統的なプロセス・ゾーン及び再生ゾーンに加えて、複数のゾーンを通して回転させられる材料を含む吸着ベッドシステムを使用して、プロセス流体流のための吸着剤濃度を低減する方法が教示されている。この方法では、プロセス流及び再生流以外の、独立した再循環流体流の１つ以上の対を使用して、プロセス流と再生流とを互いに隔離する。隔離の目的は、プロセス・ゾーンと再活性化ゾーンとの間の空気の相互漏れ、吸着ベッド内への吸着質の浸透、又は吸着ベッド上の凝縮又は霜の形成を防止することであり得る。
【００３６】
米国特許第７，３３８，５４８号には、乾燥剤式除湿器からのプロセス空気流中の湿度及び温度を空調する装置及び制御方法を用いることが教示されている。ここでは、プロセス排出空気の一部を利用して、空気−空気熱交換器を使用することにより再生空気を予熱する。上記発明の利用分野は、構造の乾燥及び水損傷の改善にある。
【００３７】
米国特許第７，３８９，６４６号明細書は、先行のものの分割出願であり、同じ発明者による同第７，０１７，３５６号明細書と類似している。これも、快適空調された空間を冷却・除湿するように意図されており、パッシブ型乾燥剤ホイールを含むＨＶＡＣシステムを教示している。ホイール速度は空気流量ととともに変化し、そしてホイールが起動時に少なくとも所定の時間にわたって作動されることに依存し、また、ホイールの上流側に熱回収システムを採用することにより、空気を除湿するシステム能力を高める。
【００３８】
ほとんどの従来技術の制御戦略は、再活性化エネルギーの使用量を制限して低減するのに部分的にしか成功しておらず、部分負荷条件下での低減された湿分負荷とは釣り合いがとれない。
【００３９】
また、乾燥剤ホイール及びシステムを使用して適用している間、新鮮空気の処理が必要な場合にはこの空気中の瞬時湿分負荷は通常かなり変化し、そして湿分が制御されるべき空間内部の内部潜在負荷は、屋外の温度及び湿度の変化、及び製品及び収容人員の負荷に基づいて制御されなければならない。
【００４０】
再活性エネルギーの使用量を大幅に低減し、そして動的／瞬時湿分負荷の変化に対して応答するだけでなく、これと同時にこのような湿分負荷変化中に、ホイールにおけるエネルギー使用量を最適化することをも可能にする制御方法が、必要な関連構成部分とともに必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４１】
本発明の全般的な目標及び目的は、熱活性化型乾燥剤式除湿システムの現行の作動において使用される累積エネルギー量を顕著に低減することである。エネルギー低減は一般に、周囲空気中の湿分変化及び／又は制御空間内の湿分負荷、及び／又はプロセス流の湿分変化に応答して、乾燥剤ユニットによって消費されるエネルギーを調節することによって達成される。このような瞬時の湿分変化、及び結果として生じる湿分負荷は、除湿システムの能力を制御することの必要性を求める。
【００４２】
瞬時湿分負荷がコンスタントに変動して変化するのに伴って、この除湿能力制御は主に、ホイールのプロセス区域を通る空気流を制御することにより達成され、除湿器内の最適／最小エネルギー使用量は、再活性化区域を通る空気流を制御し、そして再活性化空気温度を一定に保つ一方、同時にそして比例的に、最適なエネルギー効率が達成されるように、ホイールの回転速度を調節することによって達成される。
【００４３】
除湿器システムの能力を制御するための確立された方法はあるものの、本発明は新規の方法を提供して、以前より知られている方法と比較して部分負荷時におけるエネルギー使用量を大幅に低減する。
【００４４】
本発明の目的は、下記ａ）〜ｆ）を含む、除湿能力を制御するシステム及び方法によって達成される。
ａ）  ロータのプロセス区域を通る空気流を制御し、一定の再活性化流入温度を制御し、そして再活性化空気をプロセス空気流の関数として制御し、そしてまたロータ速度をプロセス空気流の関数として制御すること。そして制御関数は、瞬時プロセス空気流と設計プロセス空気流との比に基づいており、制御関数はすべて指数関数であり、その指数は０．５〜２．０の範囲の任意の数値であり、制御される各変数に関する指数は必ずしも等しくない。
ｂ）  ロータのプロセス区域を通る空気流を制御し、そして例えば再活性化熱源として一定の圧力の蒸気を使用し、再活性化空気加熱コイル上で二位置蒸気弁を使用することにより、一定の再活性化熱源温度を制御し、そして再活性化空気をプロセス空気流の関数として制御し、そしてまた、ロータ速度をプロセス空気流の関数として制御すること。そして制御関数は、瞬時プロセス空気流と設計プロセス空気流との比に基づいており、制御関数はすべて指数関数であり、その指数は０．５〜２．０の範囲の任意の数値であり、制御される各変数に関する指数は必ずしも等しくない。
ｃ）  プロセス区域を通る一定の空気流を維持しながら、ロータの再活性化区域を通る空気流を制御し、そして一定の再活性化流入温度を制御し、そしてまたロータ速度を再活性化空気流の関数として制御すること。そして制御関数は、瞬時再活性化空気流と設計プロセス空気流との比に基づいており、制御関数はすべて指数関数であり、その指数は０．５〜２．０の範囲の任意の数値である。
ｄ）  プロセス区域を通る一定の空気流を維持しながら、ロータの再活性化区域を通る空気流を制御し、そして例えば再活性化熱源として一定の圧力の蒸気を使用し、再活性化空気加熱コイル上で二位置蒸気弁を使用することにより、一定の再活性化熱源温度を制御し、そしてまたロータ速度を再活性化空気流の関数として制御すること。そして制御関数は、瞬時プロセス空気流と設計プロセス空気流との比に基づいており、制御関数は指数関数であり、その指数は０．５〜２．０の範囲の任意の数値である。
ｅ）  ロータのプロセス区域を通る空気流を制御し、そして一定の再活性化排出温度を制御し、そして再活性化空気をプロセス空気流の関数として制御し、そしてまた、ロータ速度をプロセス空気流の関数として制御すること。そして制御関数は、瞬時プロセス空気流と設計プロセス空気流との比に基づいており、制御関数はすべて指数関数であり、その指数は０．５〜２．０の範囲の任意の数値であり、制御される各変数に関する指数は必ずしも等しくない。
ｆ）  プロセス区域を通る一定の空気流を維持しながら、ロータの再活性化区域を通る空気流を制御し、そして一定の再活性化排出温度を制御し、そしてまたロータ速度を再活性化空気流の関数として制御すること。そして制御関数は、瞬時再活性化空気流と設計再活性化空気流との比に基づいており、制御関数は指数関数であり、その指数は０．５〜２．０の範囲の任意の数値である。
【００４５】
本発明の別の目的は、上記４つの制御シナリオに従って除湿能力を制御するシステム及び方法を提供し、そしてこれに加えて、再活性化区域とプロセス区域との間に連続して配置されるようにパージ区域を組み入れて、プロセス区域及びパージ区域を同時に空気流が通るようにし、そして再活性化空気流の関数としてパージ空気流を制御し、制御関数は、瞬時再活性化空気流と設計再活性化空気流との比に基づいており、制御関数はすべて指数関数であり、その指数は０．５〜２．０の範囲の任意の数値である。
【００４６】
本発明の別の目的は、上記４つの制御シナリオに従って除湿能力を制御するシステム及び方法を提供し、そしてこれに加えて、プロセス区域と再活性化区域との間に配置されるように少なくとも一対のパージ区域を組み入れ、そしてそれぞれの区域が、米国特許第７，１０１，４１４号明細書に従ってこれらを通る空気を再循環させる手段を有するようにし（その改善策は、ロータ速度の関数としてパージ空気の再循環速度を制御することである）、そして関数は、瞬時ロータ速度と設計ロータ速度との比に基づいており、そして関数は指数関数であり、その指数は０．５〜２．０の範囲の任意の数値である。
【００４７】
上記実施態様の場合、任意の所与の除湿システム用途に合わせて設計をさらに最適化するために、再活性化区域のサイズが製作時又はフィールド内の設置後に容易に調節されるのを可能にするように、基礎キャビネット及びプレナムの設計構成要件を提供するというさらなる目的がある。設計条件における最低の再活性化エネルギー使用量、及び／又は最低プロセス排出湿度を可能にするプロセス区域及び再活性化区域の相対的なサイズを選択することにより、最適化が達成される。
【００４８】
本発明の上記目的のうちの１つ又は２つ以上が、変動する部分負荷条件下又はプロセス流条件下で乾燥剤・ロータの動的挙動を十分に利用するように、「アクティブ型」乾燥剤・ロータを採用する熱活性化型除湿システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４９】
従って本発明は、閉鎖空間又はプロセス・ビン（ bin ）又は乾燥ビンに供給された空気を除湿するための装置であって、ハウジングと、内部空間と、回転可能な乾燥剤ホイールと、熱源と、少なくとも１つのバイパス・ダンパとを含み；
（ａ）  ハウジングは内部空間を画定し；
（ｂ）  内部空間は、供給空気流を含有するための供給部分と、再生空気流を含有するための再生部分とに、分離器によって分離されており、供給部分は、供給空気を受容するための入口と、閉鎖空間に空気を供給するための出口とを備えており、再生部分は、再生空気を受容するための入口と、再生空気を排出するための出口とを備えており；
（ｃ）  回転可能な乾燥剤ホイールは、ホイールの一部が供給部分内に延びて、ホイールの一部が再生部分内に延びるように配置されており、ホイールは、供給空気流を除湿するために、供給空気流及び再生空気流を通って回転可能であり；
（ｄ）  熱源は、再生空気流により回転するのに伴って乾燥剤ホイールを再生するために、再生空気流を加熱するように設けられており；そして
（ｆ）  少なくとも１つのバイパス・ダンパは、乾燥剤ホイールを選択的に迂回させることにより、乾燥剤ホイールを通る供給空気量を制御するために、供給部分の入口と出口との間に設けられている；
装置を提供する。
【００５０】
１実施態様の場合、装置は、従来型のＨＶＡＣユニット、又はハイブリッド式空調・除湿装置であってよい。
【００５１】
別の実施態様の場合、再生部分は、再生空気流を動かすためにファンを備えている。
【００５２】
別の実施態様の場合、再生空気の一部の再循環を可能にするために、ダクト及び制御手段が設けられている。
【００５３】
好ましい実施態様の場合、再生部分を通る空気流の調節を可能にするためにダンパ及び／又は速度調節手段が設けられている。
【００５４】
別の実施態様の場合、供給部分は、供給空気流を動かすためのファンを備えており、供給空気流中に冷却コイルが配置されており、回転可能な乾燥剤ホイールは冷却コイルの下流側に配置されている。
【００５５】
別の実施態様の場合、供給空気流から除去される湿分量を制御するように、且つ／又は供給空気流に転移される熱の量を最小限にするように、乾燥剤ホイールの回転速度を変化させるために速度調節メカニズムが設けられている。
【００５６】
さらなる実施態様の場合、熱源は直接燃焼ガスバーナである。
【００５７】
さらなる実施態様の場合、熱源は抵抗ヒータ内で使用される電気である。
【００５８】
さらなる実施態様の場合、熱源は一定温度源、例えば蒸気又は温水である。
【００５９】
さらなる実施態様の場合、熱源は、冷却凝縮装置からの回収熱又は別のプロセスからの回収熱の源である。
【００６０】
さらなる実施態様の場合、熱源は、連続して使用される、上記熱源のうちの２つ又は３つ以上の組み合わせである。
【００６１】
好ましい実施態様の場合、再生空気流の温度を調節するために熱源のために熱調節手段が提供される。
【００６２】
本発明の別の実施態様の場合、乾燥剤ホイールを通過する供給空気量を調節するために、バイパス・ダンパのために、調節手段が提供される。
【００６３】
別の実施態様の場合、空調システムによって処理された要求空気流の一部を処理するように、乾燥剤ホイールが寸法設定されている。
【００６４】
別の実施態様の場合、供給空気が除湿器を通過した後、そしてこれが空調された空間に供給される前に、供給空気を冷却且つ／又は加熱するための手段が提供される。
【００６５】
別の実施態様の場合、システムは、凝縮器を収容する区画を含み、装置は、凝縮器によって再生流入空気を予熱するのを可能にするために、凝縮器収容ハウジングに再生流入空気を接続するダクト又は開口を備えている。
【００６６】
本発明はまた、空調された空間又はプロセス・ビン又は乾燥ビンの温度及び湿度を制御する方法であって、
（ａ）  空調された空間と連通する空調システムを用意するステップ；
（ｂ）  内部空間を画定するアクティブ型乾燥剤ホイールシステムと；
内部空間であり、内部空間は、供給空気流を収容するための供給部分と、再生空気流を収容含有するための再生部分とに、分離器によって分離されており、供給部分は、閉鎖空間又は空調システムからの供給空気を受容するための入口と、空調システム又は閉鎖空間に空気を供給するための出口とを備えており、再生部分は、再生空気を受容するための入口と、再生空気を排出するための出口とを備えている内部空間と；
回転可能な乾燥剤ホイールであり、ホイールの一部が供給部分内に延び、ホイールの一部が再生部分内に延びるようにし、ホイールは、供給空気流を除湿するために、供給空気流及び再生空気流により回転可能である乾燥剤ホイールと；
熱源であり、再生空気流により回転するのに伴って乾燥剤ホイールを再生するために、再生空気流を加熱する熱源と；
乾燥剤ホイールを選択的に迂回させることにより、乾燥剤ホイールを通る供給空気量を制御するために、供給部分の入口と出口との間に、少なくとも１つのバイパス・ダンパと；
を用意するステップ；
（ｃ）  アクティブ型乾燥剤ホイールシステムを空調システムに接続するステップ；
（ｄ）  供給空気流が空調システムを通過するようにすることにより、供給空気流を冷却及び／又は加熱するステップ；
（ｅ）  供給空気流及び再生空気流によりホイールを回転させながら、供給空気流がアクティブ型乾燥剤ホイールシステムを通過するようにすることによって、供給空気流を除湿し、これにより空気流間の湿分及び／又は熱を交換するステップ；そして
（ｆ）  空調システムから、空調された空間へ空気を供給するステップ；
を含む、方法を提供する。
【００６７】
本発明のこれらの、そしてその他の実施態様及び利点が、下記説明及び添付の図面からより十分に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１（ａ）】図１（ａ）は、典型的な熱活性化型乾燥剤式除湿器ユニットを、再生ブロワと一緒に、典型的／古典的な２５％の再生区域を有する状態で示す概略図である。
【図１（ｂ）】図１（ｂ）は、典型的な熱活性化型乾燥剤式除湿器ユニットを、再生ブロワと一緒に、典型的／古典的な２５％の再生区域を有する状態で示す概略図である。
【図２（ａ）】図２（ａ）は、典型的な熱活性化型乾燥剤式除湿器ユニットを、再生ブロワと一緒に、典型的／古典的な２５％の再生区域を有する状態で、そしてパージ区域をも含む状態で示す概略図である。
【図２（ｂ）】図２（ｂ）は、典型的な熱活性化型乾燥剤式除湿器ユニットを、再生ブロワと一緒に、典型的／古典的な２５％の再生区域を有する状態で、そしてパージ区域をも含む状態で示す概略図である。
【図３（ａ）】図３（ａ）は、典型的な熱活性化型乾燥剤式除湿器ユニットを、再生ブロワと一緒に、典型的／古典的な２５％の再生区域を有する状態で、そして１対のパージ区域をも含む状態で示す概略図である。
【図３（ｂ）】図３（ｂ）は、典型的な熱活性化型乾燥剤式除湿器ユニットを、再生ブロワと一緒に、典型的／古典的な２５％の再生区域を有する状態で、そして１対のパージ区域をも含む状態で示す概略図である。
【図４（ａ）】図４（ａ）は、典型的な熱活性化型乾燥剤式除湿器ユニットを、再生ブロワと一緒に、典型的／古典的な２５％の再生区域を有する状態で、そして付加的な２対のパージ区域をも含む状態で示す概略図である。
【図４（ｂ）】図４（ｂ）は、典型的な熱活性化型乾燥剤式除湿器ユニットを、再生ブロワと一緒に、典型的／古典的な２５％の再生区域を有する状態で、そして付加的な２対のパージ区域をも含む状態で示す概略図である。
【図５（ａ）】図５（ａ）は、典型的な従来技術の除湿システム及び方法を示す概略図である。
【図５（ｂ）】図５（ｂ）は、典型的な従来技術の除湿システム及び方法を示す概略図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）も、典型的な従来技術の製品乾燥システム及び方法を示す概略図である。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）も、典型的な従来技術の製品乾燥システム及び方法を示す概略図である。
【図７（ａ）】図７（ａ）も、典型的な従来技術の製品乾燥システム及び方法を、パージ区域を含む状態で示す概略図である。
【図７（ｂ）】図７（ｂ）も、典型的な従来技術の製品乾燥システム及び方法を、パージ区域を含む状態で示す概略図である。
【図８（ａ）】図８（ａ）は、本発明のシステム及び方法の実施態様を示す概略図である。
【図８（ｂ）】図８（ｂ）は、本発明のシステム及び方法の実施態様を示す概略図である。
【図８（ｃ）】図８（ｃ）は、本発明のシステム及び方法の実施態様を示す概略図である。
【図８（ｄ）】図８（ｄ）は、本発明のシステム及び方法の実施態様を示す概略図である。
【図８（ｅ）】図８（ｅ）は、本発明のシステム及び方法の実施態様を示す概略図である。
【図９】図９は、本発明の１実施態様を、プロセス乾燥／除湿システムのフローチャートとして示す概略図である。
【図１０（ａ）】図１０（ａ）は、本発明の１実施態様を、プロセス乾燥／除湿システムのダイアグラムとして示す概略図である。
【図１０（ｂ）】図１０（ｂ）は、本発明の１実施態様を、プロセス乾燥／除湿システムのダイアグラムとして示す概略図である。
【図１１（ａ）】図１１（ａ）は、本発明のエネルギー節減を、従来技術との比較において示すグラフである。
【図１１（ｂ）】図１１（ｂ）は、本発明のエネルギー節減を、従来技術との比較において示すグラフである。
【図１１（ｃ）】図１１（ｃ）は、本発明のエネルギー節減を、従来技術との比較において示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明のシステム及び方法の１実施態様を、有効化／使用することができる、又は無効化／使用不可にすることができるいくつかのＨＶＡＣ構成部分を含む状態で示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
本発明は、本発明の或る特定の実施態様を示す添付の図面を参照しながら以下に説明する。本発明の思想及び思想を逸脱することなしに、変更及び改変を加えることが可能である。
【００７０】
図１（ａ）は、典型的な乾燥剤式除湿器のフローチャートである。前述のように、典型的な回転乾燥剤ベッド／ホイール１がプロセス区域２と、再生又は再活性化区域３とを有している。このような乾燥剤ベッド／ホイール１を組み入れた除湿器は、プロセス流６、並びに再生流８を有する。再生流は、ベッド３の再生部分に入る前に熱源１０を通過することにより温度が上昇する。回転ベッドの再活性化区域３を出た再生空気は、一般に再活性化ブロワ５と呼ばれるブロワ５によって排出される（９）。乾燥剤ベッド／ホイール１は、ベッド駆動装置４によって、再活性化区画及びプロセス区画を通って回転させられる。
【００７１】
図１（ｂ）は、ホイール１の典型的な区域分割を示している。プロセス区域２は典型的なユニットの場合、そのように示すように総ベッド面積の７５％であり、そして実際には一般に５０〜８０％であってよいが、しかしさらに小さい又は大きいように設計することもできる。乾燥剤ベッドの残りの面積は、再活性化区域３として示されており、これは２０〜５０％であってよいが、しかしさらに小さい又は大きいように設計することもできる。
【００７２】
図２（ａ）は、パージ区域１１と呼ばれる別の区域が加えられている状態を示している。パージ区域は一般に総ベッド面積の５〜４０％であり、残りは、プロセス領域２と再活性化領域３とに分割される。ベッドが再活性化区域３からプロセス区域２へ回転したときに、ベッドはまだ高温である。特にシリカゲルタイプの場合、ベッドの高温部分はクールダウンしたときに機能し始める（すなわち湿分の除去）ことがよく知られている。従って、或る特定のベッド部分は、まだ高温の間は除湿機能を発揮する上で実質的に不活性である。ベッドのこのセグメント又は部分はしばしば区切られ、パージ区域１１として形成される。空気１２はこの区域１１を通過させられる。ここではベッドは高温であり、空気１３は再活性化区域３を通過する前に予熱される。これにより、必要な再活性化エネルギー導入量を低減するとともに、そのベッド部分をこれがプロセス・ゾーン２に入る前に冷却する。これにより、プロセス区域２を通した除湿性能は改善される。加えて、プロセス空気に与えられる熱は少なくなる。なぜならばベッドがプロセス区域に入るときには、より低温であるからである。
【００７３】
図２（ｂ）は、乾燥剤ベッド／ホイール１を別の角度から見て示している。ここでは種々の区域が示されている。これらの区域面積は典型的なものが示されているが、上述のように様々に変化することができる。
【００７４】
図３（ａ）は、回転乾燥剤ベッド／ホイール１のシステムの別のフローチャートを示している。ここでは１対の区域（１１ａ，１２）が加えられている。このような形態において、別個のファン１５によって、所与の空気流量がこれらの区分を通って閉ループを成して循環するようにすることが典型的である。再循環空気流は、プロセス空気流と再活性化空気流との間のバッファとして作用して、プロセス空気流と再活性化空気流との間の空気漏れ又は湿分拡散を捕捉し、こうしてシステム性能を改善する。いくつかの事例では、再循環された空気流は、図２に示されたパージ区域と同様に、区域間に熱を転移してもよく、システム性能をさらに改善する。なお、すべての図面に記載された再循環ループを成す空気流は、いずれの方向に向いていてもよく、最も有利な方向は特定の用途の詳細に依存する。図３（ｂ）は、乾燥剤ベッド／ホイール１を別の角度から見て示している。ここでは種々の区域が示されている。これらの区域面積は典型的なものが示されているが、上で明確に説明したように様々に変化することができる。
【００７５】
図４（ａ）は、回転乾燥剤ベッド／ホイール１のフローチャートであり、ここでは２つ以上のパージ区域１１ａ，１２，１７，１８が加えられている。このような形態の場合、別個のファン１５，２１によって、所与の空気流量１３，１９がこれらの区分を通って閉ループを成して循環するようにすることが典型的である。
【００７６】
図４（ｂ）は、乾燥剤ベッド／ホイール１を別の角度から見て示している。ここでは種々の区域が示されている。これらの区域面積は典型的なものが示されているが、上で明確に説明したように様々に変化することができる。
【００７７】
図５（ａ）（ｂ）は、空間２７を制御するための典型的で伝統的な除湿器システムを示している。このシステムにおいて、例えば除湿されるべき空間に対する冷却の必要性は、全供給空気２６のうちの所定の量が冷却ユニット又は冷却コイル２４に引き取られ、そして制御空間に供給されることを必要とする。空間の除湿の必要性を満たすために乾燥剤ホイールを通されることが必要となる量よりも多くの空気流量が、空間の冷却の必要性を満たすために必要となることがある。このことを達成するために、空気の一部を除湿器に通し、残りを迂回させる（２５）ことにより、冷却コイルを通過する総供給空気流を形成し、そしてこれを部屋に供給するのが一般的である。空間の換気／加圧の要件を満たすために、新鮮空気３１を供給することがしばしば必要である。新鮮空気は一般に除湿器の入口に導入され、制御空間からの戻り空気２８と合体させられる。新鮮空気を戻り空気と合体させる前に、図示のように空気加熱／冷却手段２２及び２３を使用して、新鮮空気を加熱／冷却することが有利な場合がある。この典型的なフローチャート／概略図において、空気の制御流に対してダンパ（ damper ；戸）が使用されている。新鮮空気流はダンパ３５によって制御される。バイパス・ダンパ３２は、乾燥剤式除湿器ユニットを迂回させることを必要とする流れを制御するために使用される。供給空気流全体は、通常は供給空気流の後に配置されたダンパ３３によって制御される。これらのダンパのそれぞれは、アクチュエータ及び適切な制御装置を使用して手動又は自動で調節することができる。
【００７８】
再生流もまた、一般に再活性化ファン５の後に配置されたダンパによって制御される。再生熱導入源１０は、電気、蒸気、ガス又はオイルバーナー、熱流体、例えば温水、冷却凝縮器の熱、別のプロセスからの回収熱、又は用途のために必要とされる温度まで再活性化空気を加熱することができるこれらの任意の組み合わせであってよい。再活性化熱エネルギー導入は、サーモスタット３０によって調節される。サーモスタットは一般に乾燥剤ベッドの前に配置されている。このサーモスタット３６は、図５ｂに示されているように、再活性化「アウト」区分内の乾燥剤ベッドの後に配置されていてよい。いくつかの事例では、この代替的な配置は、乾燥剤・ロータの前に温度自動調節器を配置する場合と比較して、年間再活性化熱使用量を低減することになる。
【００７９】
上述の除湿器システム及び再活性化熱導入制御方法の両方において、現在一般に用いられている制御戦略は、所与の空間、又はプロセス空気、又は供給空気の相対湿度又は湿分レベルが「満たされていること」を検知し、そして湿度が満たされると、再活性化空気流、ベッド回転、及び再活性化熱導入を停止する。これは「オン・オフ」制御と一般に呼ばれる。一般に固定温度熱源、例えば蒸気又は温水とともに用いられる別の周知の方法の場合、再活性化空気流を調節することにより、ユニットの除湿能力を調整する。
【００８０】
図６（ａ）は、乾燥用途のために使用される典型的な除湿器システムを示している。このシステムでは、除湿された空気７は、乾燥ビン３７内の材料の要件に応じて加熱源２２を通して加熱される。生成物からの湿分を運ぶ戻り空気２８を、冷却コイル２３を通過させ、そして乾燥剤ホイール／ベッド１を通過させることにより、湿分を吸着する。
【００８１】
再生空気流８は、再活性化ブロワ５によって提供される。熱源１０は、ユニットの具体的な設計に基づいて温度を上昇させるために使用される。再活性化流入温度はサーモスタットを介して制御される。
【００８２】
図６（ｂ）は、乾燥剤ベッド／ホイールを別の角度から見た状態で示している。プロセス区域２は典型的なユニットの場合、そのように示すように総ベッド面積の７５％であり、そして実際には一般に５０〜８０％であってよいが、しかしさらに小さい又は大きいように設計することもできる。乾燥剤ベッドの残りの面積は、再活性化区域３として示されており、これは２０〜５０％であってよいが、しかしさらに小さい又は大きいように設計することもできる。
【００８３】
図７（ａ）は、乾燥用途のための典型的な除湿システムを示している。これは、パージ区域１１が加えられていること以外は、図６（ａ）（ｂ）において説明したシステムと同様である。このパージ区域は総ベッド面積の５〜４０％であってよい。パージ区域を使用する目的はすでに前に説明した。
【００８４】
図７（ｂ）は、乾燥剤ベッド／ホイール１を別の角度から見て示している。ここでは種々の区域が示されている。これらの区域面積は典型的なものが示されているが、上述のように様々に変化することができる。
【００８５】
図８（ａ）は、典型的な空間除湿システムを示している。このシステムにおいて、「内部」バイパス３９が、フェイス・バイパス・ダンパ４０を通してプロセス空気流６と相互接続されている。設計空間２７内で測定された湿度に基づいて、そして瞬時負荷及び変化する負荷とともに、フェイス・バイパス・ダンパ４０は、ホイールを通過する空気流量を調節する一方、残りを迂回させる。スペース設計の必要性のために新鮮空気３１を供給することが必要なときには、新鮮空気は一般に、除湿器の入口で導入され、そして設計空間２７から戻った空気２８と合体させられる。用途に応じて、新鮮空気をこれが戻り空気と混ざる前に、加熱又は冷却することが有利な場合がある。
【００８６】
除湿器３８の出口から出た空気は、冷却コイル２４及びフィルタ４４，４５を通過する前に、戻り空気２８と混合させ、そして供給空気２６として設計空間２７に供給することができる。
【００８７】
再活性化空気流８は熱源１０を通過し、熱源は、ユニットの具体的な設計に応じて空気温度を上昇させる。サーモスタット３０は、温度を設定点に関して制御する。再活性化空気流を制御するために、再活性化ブロワ５は速度が連続可変であり、目的に応じて好適な設計を有している。最適な性能を得るために、ロータ速度も連続可変速度のベッド駆動装置４によって変化させられる。
【００８８】
図８（ｂ）は、典型的な空間除湿システムの例を概略的に示している。これは、パージ区域１１が乾燥剤ベッド／ホイール内に加えられていること以外は、図８（ａ）の例と同様である。このパージ区域は総ベッド面積の５〜４０％であってよい。残りはプロセス領域２と再活性化領域３とで分割される。空気１２はこの区域１１を通過させられる。ここではベッドは高温であり、これにより空気１３は再活性化区域３を通過する前に予熱される。これにより、必要な再活性化エネルギー導入量を低減するとともに、そのベッド部分をこれがプロセス・ゾーン２に入る前に冷却する。これにより、プロセス区域２を通した除湿性能は改善される。加えて、プロセス空気に与えられる熱は少なくなる。なぜならばベッドがプロセス区域に入るときには、より低温であるからである。
【００８９】
除湿器３８の出口から出た空気は、冷却コイル２４及びフィルタ４４，４５を通過する前に、戻り空気２８と混合させ、そして供給空気２６として設計空間２７に供給することができる。
【００９０】
再活性化空気流８は熱源１０を通過し、熱源は、ユニットの具体的な設計に応じて空気温度を上昇させる。サーモスタット３０は、温度を設定点に関して制御する。再活性化空気流を制御するために、再活性化ブロワ５は速度が連続可変であり、目的に応じて好適な設計を有している。最適な性能を得るために、ロータ速度も連続可変速度のベッド駆動装置４によって変化させられる。
【００９１】
図８（ｃ）は、典型的な空間除湿システムの例を概略的に示している。これは、パージ区域１１ａ，１２が乾燥剤ベッド／ホイール内に設けられていること以外は、図８（ａ）の例と同様である。このような形態の場合、別個のファン１５を使用して、区域１１ａ，１２内の空気を閉ループを成して循環させることが典型的である。再活性化区域に続くホイール区分１２内から出た熱を、符号１３で示された空気流によって取り上げ、先に送ることにより、プロセス区域に続く区域１１ａ内でホイールを「予熱」することができる。
【００９２】
除湿器から出た混合空気３８は、戻り空気２８と混合させ、次いで、設計空間２７を冷却するために必要に応じて、供給空気２６を冷却するための冷却コイル２４を通過させることができる。
【００９３】
再活性化流入空気８はフィルタ４２を通過し、そしてこの空気の温度は、ユニットの具体的な設計に基づいて熱源１０を通して高められる。温度は、サーモスタット３０によって制御され、一定に保たれる。再活性化空気流を連続的に変化させるために、再活性化ブロワ５は、速度が連続可変であり、目的に応じて好適な設計を有している。最適な性能を得るために、ロータ速度も連続可変速度のベッド駆動装置４によって変化させられる。
【００９４】
図８（ｄ）は、典型的な空間除湿システムの例を概略的に示している。これは、１対以上のパージ区域１７，１８が加えられていること以外は、図８（ｃ）の例と同様である。このような形態の場合、２つの別個のファン１５，２１を使用して、所与量の空気１３，１９を２つの閉ループを成すように２つの区域を通して循環させることが典型的である。前述のように、閉ループのそれぞれにおける空気流は、どの方向が最も有利であるかに応じていずれの方向であってもよい。
【００９５】
除湿器から出た混合空気３８は、戻り空気２８と混合させ、次いで、設計空間２７を冷却するために、供給空気２６を冷却するための冷却コイル２４を通過させることができる。再活性化流入空気８はフィルタ４２を通過し、そしてこの空気の温度は、ユニットの具体的な設計に基づいて熱源１０を通して高められる。温度は、サーモスタット３０によって制御され、一定に保たれる。再活性化空気流を連続的に変化させるために、再活性化ブロワ５は、速度が連続可変であり、目的に応じて好適な設計を有している。最適な性能を得るために、ロータ速度も連続可変速度のベッド駆動装置４によって変化させられる。
【００９６】
図８（ｅ）は、典型的な空間除湿システムの例を概略的に示している。これは医薬製造区域の一例である。これに対応して、７５°Ｆ（２３．９°Ｃ）においてＲＨ（相対湿度）が１５％及び３０％の設計条件が部屋２７のために選択されている。この例において計算された総供給空気量２６は４０００ｃｆｍ（１１４ｍ３／ｍｉｎ）である。空間冷却のニーズ及び湿分除去を満足させるために、６００ｃｆｍ（１７ｍ３／ｍｉｎ）を戻り空気２８として取り出す。必要とされる新鮮空気３１（６００ｃｆｍ＝１７ｍ３／ｍｉｎ）は、冷却コイル２３を通過させられ、そして戻り空気２８と混合させられる。フェイス・バイパス・ダンパ４０はバイパス／乾燥剤ホイールを通る空気流を制御する。戻り空気２８（２８００ｃｆｍ＝８０ｍ３／ｍｉｎ）をプロセス・アウト空気７と混合させることにより、要求供給空気流２６を提供する。次いで総空気量が冷却コイル２４を通過するようにすることにより、要求室温を提供する。
【００９７】
図９は、プロセス乾燥／除湿システムのフローチャートを示している。湿分負荷を低減するために周囲空気３１が冷却コイル２３を通過するようにし、この空気を冷却する。バイパス・ダンパ３２は乾燥剤ホイールを通過するべき空気流を調節し、そして残りを迂回させる。混合空気３８（プロセス・アウト７及びバイパス空気３９）は、加熱源２４／冷却源２２を通過させられ、そして供給空気２６の要件に応じて加減される。
【００９８】
再生流８もまた、一般に再生ブロワ５の後ろに配置されたダンパ３４によって制御される。再生熱導入源１０は、電気、蒸気、又はガスバーナであってよく、又はユニットの具体的な設計に基づいて温度を上昇させることができる種々様々な熱源から形成されていてもよい。この温度はサーモスタット３０によって制御される。
【００９９】
図１０（ａ）は生成物乾燥システム及び方法を示している。このようなシステムの場合、乾燥ビン３７内で必要とされる条件に基づいて、所要の乾燥温度を提供するために、混合空気（プロセス・アウト７及びバイパス空気３９）３８はプロセス熱導入源２２を通過させられる。戻り空気２８は、冷却コイル２３を通して冷却され、そしてロータのプロセス区域２及びパージ区域１１を通して吹き付けられる。フェイス及びバイパス・ダンパ４０を使用して、除湿器を迂回するのに必要な流量を制限する。パージ区域を出た空気を再循環させ、冷却コイルの上流側の戻り空気と混合させる。このことは、除湿器が乾燥した空気を供給するのを可能にする。このパージ区域は概ね総ベッド面積の５〜４０％であってよい。残りはプロセス領域２と再活性化領域３とで分割される。再活性化流入温度はサーモスタット３０を通して制御される。図１０（ｂ）は、乾燥剤ベッド／ホイール１を別の角度から見て示している。ここでは種々の区域が示されている。これらの区域面積は典型的なものが示されているが、区域の分割は種々様々であってよい。
【０１００】
図１１（ａ）は、種々異なる制御オプションを用いた場合の年間後冷却所要量を比較している。
【０１０１】
図１２は、種々のＨＶＡＣ要素オプションを示すフロー概略図である。それぞれの要素は、用途の性能要件に基づいて含まれることも含まれないこともある。冷却コイル５９／加熱源６０／除湿器５７を通過させられるべき全供給空気量は、空調しようとする空間の要件に基づく。新鮮空気３１と混合させるための要求状態をもたらすために、戻り空気２８は冷却コイル５４又は加熱コイル５３を通過してよい。所要温度が高められる必要があり、熱源２２を介して加熱することが求められる場合には、新鮮空気３１が熱回収ユニット５０を通過してよい。それが有利であるならば、冷却コイル２３を使用して新鮮空気を冷却してよい。混合空気は、要件に基づいて加熱源５５及び冷却源５６を通過し、次いでフェイス・バイパス・ダンパ４０を通過する。フェイス・バイパス・ダンパ４０は、乾燥剤ホイールを通過して除湿されることを必要とする流れを制御する。排出空気は熱回収ユニット５２を介して、ブロワ２３を通って外部に出る。再生空気は熱回収ユニット４９を通過し、次いで熱源を通ることにより、ユニットの具体的な設計通りに温度を高める。再活性化区域３から出る再活性化空気流は、熱回収区域４８を通過し、そして再生ブロワ５を通過する。熱回収ユニットの使用は負荷を軽減する。サーモスタット３０は、熱源の後ろの再活性化流入部の温度を制御し、或いは、乾燥剤ホイールを出る再活性化空気温度を制御するように配置されていてもよい。
【０１０２】
前述のように、本発明は、アクティブ型乾燥剤ホイールを有する乾燥剤式除湿器の能力を制御する方法及びシステムに関する。湿分負荷が瞬時に変化するので、除湿ユニット及びシステムの能力を制御する必要がある。再活性化エネルギー使用量を低減するいくつかの現在周知の制御方法が実施されてはいるものの、本発明は、従来周知の方法と比較して再活性化エネルギー使用量をさらに大幅に低減する新規の方法を提供する。
【０１０３】
本発明の場合、基礎的なアプローチは、総プロセス流からの、乾燥剤ホイールを迂回することになる空気量を連続的に変化させる手段を連続的に提供することである。乾燥剤ユニットを通るプロセス流を低減することは、大まかに言えば、瞬時湿分負荷の変化を追跡して行われる。乾燥剤ホイールを通るプロセス流が低減されると、全再生流をホイールの再活性化区域に通し続ける必要はもはやない。再生流が何らかの定義された相関関係を成して相応に低減されると、再生エネルギー使用量がかなり低減される。本発明の場合、制御関数を通して、プロセス区域を通る連続的に変化するプロセス流量に基づいて、連続的に低減又は増大するように再生流量を形成することができる。技術の変化に伴い、再活性化空気流の連続的な変化を今や可能にするいくつかの周知の方法に基づいて、可変速度駆動装置を使用することは今日では経済的であり、当たり前のことである。
【０１０４】
同様に本発明の基礎を成すのは、やはり相関制御関数を通して、ホイールの回転速度を連続速度変動させるような技術を用いることである。この制御関数の開発において、数学モデリング・ツール「 DRI Cal 」、又は任意のその他の同様のツール、例えば「 Procal 」の知識を利用する。これら双方は、乾燥剤ユニット／ホイールの形状寸法（ジオメトリ）及び流れを選択するために世界中で現在使用されている同様のツールである。
【０１０５】
除湿器のプロセス変数を連続的に制御する本発明を開発するとともに、エネルギー使用量を、いくつかの周知の実施済みの方法と比較した。本発明を開発するために、先ず、除湿用途の設計に典型的な物理的な事実及び仮定を用いて試料プロジェクトを選択した。このために、７０°Ｆ（２１．１°Ｃ）、３０％  ＲＨを設計条件として選択した。より良好な一連のエネルギー節減可能性を得るために、やはり同じ医薬用途において、７０°Ｆ（２１．１°Ｃ）において１５％というより低いＲＨ設計を選択した。米国南西部に典型的な天候条件のために、ノースカロライナ州ゼブロン（ zebulon, NC ）市を選択した。しかし湿度がより高い気候に対する効果を実証するために、インド国ムンバイ( Mumbai )市を典型的なものとして選択した。試料プロジェクト／設計からフローチャートを作成して調製した。プロジェクト設計のより詳細な負荷プロフィールを提供するために今日利用可能でありそして利用されている所与の時間天候データを用いて、周辺天候ビンを、平均同時乾球温度及び発生頻度（時間／年）とともに、１０ grains／lb.（１.４３ｇ／ｋｇ）空気ずつ増やしながら作成した。これにより、いくつかの瞬時負荷「ビン」の計算を可能にすることにより、それぞれの制御方法による総エネルギー使用量を推定するためにシンプルなシミュレーションを実施できるようにした。下記表１は、両都市、米国ノースカロライナ州ゼブロン、及びインド国ムンバイに関して作成された時間ビン・データを示している。
【表１】
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【０１０６】
この方法を用いると、再活性化エネルギー使用量分析は、下記で考察され定義される３つの制御方法すべてに対して、２つ又は３つの設計点に基づいて設計データを適用する場合と比べてより明確になる。
ａ）  制御オプション１−固定的な再活性化空気流、固定的な再活性化流入温度、固定的なロータ速度、可変のプロセス流；
ｂ）  制御オプション２−固定的な再活性化空気流、固定的な再活性化排出温度、固定的なロータ速度、可変のプロセス流（これは本発明の目的において、ベースライン制御オプションとして考えられる）；
ｃ）  制御オプション３−固定的な再活性化流入温度、可変の再活性化空気流、可変のロータ速度、ホイールを通過する（残りはホイールを迂回する）可変のプロセス流。
【０１０７】
年間ビン・データ、及び上述の３つの制御方法／オプション（オプション３は本発明に基づいている）に基づいて、すべての３つのオプションに関するエネルギー使用量（サーム/年）をチャートにして比較した。比較を下記表２，３，４，５及び６に示す。後冷却に用いられるエネルギー量も表５及び６に示す。これらの表は、再生エネルギー使用量の低減に加えて、全冷却エネルギー使用量もかなり低減されることを明示している。
【０１０８】
ここで図１１（ｂ）を参照すると、このグラフは、制御オプション１，２及び３の再活性化熱消費量（サーム／年）の比較を示している。事例研究は、ゼブロン及びムンバイの１５％〜３０％のＲＨ条件に関して考察されたものである。制御オプション２（ベースライン制御オプション）の事例では、１５％  ＲＨ設計のゼブロンにおいて、再活性化熱消費量が１１０７１サーム／年であることが観察される。制御オプション１が選択されると、消費量は１３０５９サーム／年まで上昇する。しかし制御オプション３が選択されると、消費量は５７４７サーム／年まで大幅に減少する。表２，３及び４は、ムンバイ及びゼブロンの１５％及び３０％設計ＲＨに対する、制御オプション１，２及び３の消費エネルギーに関する完全データを示している。表５は、３０％ＲＨ設計に対する制御オプション１，２及び３におけるエネルギー消費量の要約であり、表６は、１５％ＲＨ設計に対する制御オプション１，２及び３におけるエネルギー消費量の要約である。
【表２】
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【表３】
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【表４】
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【表５】
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【表６】
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【０１０９】
最初は制御オプション３に関する本発明のエネルギー消費量分析を、制御オプション２のベースラインに対してベンチマークしたが、制御オプション１を用いた、一般に現在用いられている別の除湿器能力制御方法を用いて分析を完結することが有用であるとさらに考えた。
【０１１０】
従って、本発明による結果としてのエネルギー低減率％を、表７ではベースラインとして制御オプション２を用いて、そして表８ではベースラインとして制御オプション１を用いて、すべての３つのオプション間で比較した。
【０１１１】
ここで図１１（ｃ）を参照すると、このグラフは、種々異なる制御オプションを用いた再生熱の削減パーセンテージを示している。図示のように、制御オプション３を用いることにより、削減パーセンテージは４７％もの高さになることが可能である。しかし制御オプション１が別のベースラインとして選択されると、削減パーセンテージはさらに高くなる。このことは、制御オプション１と３との比較となる。表７は、制御オプション１，２及び３の間の詳細なエネルギー消費量の比較を示している。
【表７】
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【表８】
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【０１１２】
前述のことから、本発明は、除湿器能力制御の新規のシステム及び方法を提供し、周知の技術及び方法と比較して顕著なエネルギー節減を可能にすることが明らかである。
【０１１３】
本発明のシステムはいくつかの他の利点、例えば、再活性化区域のサイズを総乾燥剤ロータ・フェイス面積の１２％〜４５％の範囲から選択し、そしてキャビネット設計に変更を施すことなしに製作中に設定することができるような基礎キャビネット及びプレナム（ plenum；強制換気）の設計の利点を内蔵する。加えて、所望の場合には、基礎キャビネット及びプレナムの設計は、手工具を使用して、元の設計値の６６％〜１５０％の範囲内のいずれかの値に手によって現場で調節することにより、変更された性能要件に適合することができる。システムが同時空気流を有するパージ区域とともに使用されると、基礎キャビネット及びプレナムの設計は、ロータ・フェイス面積の２％〜２５％の範囲内のパージ区域・サイズが、主要の設計変更を行うことなしに加えられるのを可能にする。
【０１１４】
本発明を具体的な実施態様を参照しながら説明してきたが、当業者には明らかなように、本発明の思想及び範囲を逸脱することなしに、種々の変更を加えることができる。例えば、本明細書中に示した数多くの詳細、例えばアクティブ型乾燥剤・モジュール及びハイブリッド・システムの現在好ましい実施態様の形態及び作動に関連した詳細は、本発明の理解を容易にするために提供したのであって、本発明の範囲を限定するために提供したのではない。従って、本発明の実施態様の開示内容は、本発明の範囲を例示するために意図されたものであって、本発明の範囲を限定しようとするものではない。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図８（ｃ）】
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【図８（ｄ）】
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【図８（ｅ）】
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【図９】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
0006325190.tif 000031
【図１１（ａ）】
0006325190.tif 000032
【図１１（ｂ）】
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【図１１（ｃ）】
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【図１２】
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