(57)【要約】流体中の水成分を処理するためのシステム及び方法が、乾燥剤を用いて流体から水を収集するための収集チャンバと、乾燥剤から水を収集して第２の流体に移動させるための再生チャンバとを具えている。蒸発器が収集チャンバに流入する乾燥剤を冷却し、冷却器が再生チャンバに流入する乾燥剤を加熱する。収集チャンバからの希釈された乾燥剤は、チャンバ間の質量及び熱の双方の移動を有効に制御するような方法で、再生チャンバからの濃縮された乾燥剤と交換される。一実施例においては、質量は１又は双方のチャンバ内の乾燥剤のレベルが、所定レベルを超えるまで交換されない。熱は、２の乾燥剤の流動がチャンバ間を移動する際に、２の乾燥剤の流動間で伝導する。このことにより効率性が増大し、蒸発器及び冷却器で必要となるエネルギを低減する。【選択図】図１
2010501348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中の水成分を処理するためのシステムであって、
内外への第１の流体の移動を促進するための入口及び出口を具える第１のチャンバと；
前記第１のチャンバを通過する前記第１の流体から水を除去するために前記第１のチャンバに導入可能な乾燥剤と；
内外への第２の流体の移動を促進し、ひいては中にある乾燥剤から前記第２の流体内への水の蒸着を促進するための入口及び出口を具える第２のチャンバであって、前記第１及び第２のチャンバの一方のチャンバが底面と開口部を有する壁とを具え、前記開口部は、前記一方のチャンバ内の乾燥剤が前記開口部と少なくとも同じ高さのレベルに到達する場合に乾燥剤が前記開口部を通って前記一方のチャンバから流出するように、前記底面から所定の高さに配置され、前記第１及び第２のチャンバの他方のチャンバが、前記開口部を通って前記一方のチャンバから流出した前記乾燥剤を受け取るように構成される第２のチャンバと；
前記他方のチャンバから乾燥剤を受け取るように構成され、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバへの乾燥剤の流動を促進するための開放位置と、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバへの乾燥剤の流動を阻害するための閉塞位置とを有するバルブと；
前記他方のチャンバ内に少なくとも部分的に配置され、前記他方のチャンバ内の前記乾燥剤のレベルが少なくとも第１の所定レベルに到達する場合に前記バルブを開放し、前記他方のチャンバ内の前記乾燥剤のレベルが第２の所定レベル未満に低下する場合に前記バルブを閉塞するように構成されるレベルセンサと；
前記バルブが開放されている場合に、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバに前記乾燥剤をポンピングするように構成されるポンプと；
を具えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記乾燥剤が液体乾燥剤を具えることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記一方のチャンバが前記第１のチャンバであり、前記他方のチャンバが前記第２のチャンバであることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の水を処理するためのシステムが、前記第２のチャンバから前記第１のチャンバにポンピングされる乾燥剤を受け取るように、及び、当該乾燥剤が前記第１のチャンバに流入する前に前記乾燥剤から熱を除去するように構成される熱交換器を更に具えることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項４に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記熱交換器が前記第１及び第２のチャンバ間に流体経路を形成するように配置されて、乾燥剤が前記開口部を通って流出する場合に前記第１のチャンバから前記乾燥剤を受け取り、前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへの前記流出する乾燥剤の流動を促進するように、及び、前記第２のチャンバからポンピングされる乾燥剤から、前記開口部を通って前記第１のチャンバから流出する乾燥剤への熱伝達を促進するように、更に構成されることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項４に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記熱交換器は、前記乾燥剤が前記第１のチャンバに流入する前に、前記乾燥剤から熱を除去すべく外部冷却源と連結されることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項４に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記熱交換器は、前記乾燥剤が前記バルブを通って流動する前に、前記第２のチャンバからポンピングされた乾燥剤を受け取るように前記バルブの上流に配置されることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記熱交換器は、前記乾燥剤が前記第１のチャンバに流入する前に、前記乾燥剤から熱を除去すべく外部冷却源と連結されることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記レベルセンサがフロートを有するフロートシステムと、前記フロート及び前記開閉位置間のバルブ動作を連携するように構成されるアクチュエータとを具えることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記バルブが当該バルブを開閉するための電気機械式機構を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
内外への第１の流体の移動を促進するための入口及び出口を具える第１のチャンバと、前記第１のチャンバを通過する前記第１の流体から水を除去するために前記第１のチャンバに導入可能な液体乾燥剤と、中にある乾燥剤から前記第２の流体内への水の蒸着を促進すべく、内外への第２の流体の移動を促進する入口及び出口を具える第２のチャンバであって、前記第１及び第２のチャンバの一方のチャンバが底面と壁とを具える第２のチャンバとを具えるシステムを用いて、流体中の水成分を処理するための方法であって、当該方法が、
少なくとも一部の前記第１の流体を前記乾燥剤に曝露するステップを具える処理を用いて、前記第１の流体から水を除去するステップであって、これによって少なくとも一部の前記乾燥剤の水成分を増加させるステップと；
第２の流体内の水分を増加させた少なくとも一部の前記乾燥剤を導入するステップであって、これによって前記乾燥剤から前記第２の流体への水の蒸着を促進し、前記第２の流体の水成分を増加させるステップと；
前記底面から所定の高さで前記一方のチャンバの壁に開口部を設けるステップであって、これによって前記一方のチャンバ内の前記乾燥剤が少なくとも前記開口部と同じ高さのレベルに到達する場合に、前記一方のチャンバから前記開口部を通っての乾燥剤の流出を促進するステップと；
前記第１及び第２のチャンバの他方のチャンバから前記一方のチャンバに、前記他方のチャンバ内の前記乾燥剤のレベルが少なくとも第１の所定レベルに到達する場合に乾燥剤を自動移動させるステップと；
前記他方のチャンバ内の前記乾燥剤のレベルが第２の所定レベル未満に低下した場合に、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバへの前記乾燥剤の移動を自動停止するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記第１の所定のレベルが前記第２の所定レベルより大きいことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバに乾燥剤を自動移動するステップが、前記他方のチャンバ内の前記乾燥剤のレベルが少なくとも前記第１の所定レベルに到達する場合に、バルブを自動開放するステップを具え、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバへの前記乾燥剤の移動を自動停止するステップは、前記他方のチャンバ内の前記乾燥剤のレベルが、第２の所定レベル未満に低下した場合に前記バルブを自動閉塞するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法が、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバへ移動する前記乾燥剤を、当該乾燥剤が前記一方のチャンバに到達する前に冷却するステップを更に具えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバに移動する前記乾燥剤を冷却するステップが、前記乾燥剤から前記システム外部の冷却源に
熱を伝達するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の方法において、前記他方のチャンバが前記開口部を通って前記一方のチャンバから流出する前記乾燥剤を受け取るように構成され、前記方法が、前記一方のチャンバから前記乾燥剤が流出した後、前記他方のチャンバに前記乾燥剤が流入する前に、当該乾燥剤を加熱するステップを更に具えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記乾燥剤が前記一方のチャンバから流出した後に前記乾燥剤を加熱するステップが、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバに自動移動する前記乾燥剤から、前記流出する乾燥剤に熱を伝達するステップを具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は引用によってここに取り込まれる２００６年８月２５日提出の米国仮特許出願番号６０／８４０，３１２の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、流体中の水成分を処理するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、水は凝縮システムを用いて、空気あるいは他のガス状流体から収集される。例示的な凝縮システムは、流入する空気の露点以下の温度に冷却された面を設けている。当該技術分野で公知のように、露点以下への空気の冷却は空気からの水蒸気の凝縮と、空気の絶対湿度の減少を引き起こしている。空気の容積湿度は、空気の容積に導入あるいは除去できる水の量を実質的に決定する。
【０００４】
しかしながら、空気の湿度及び温度は地域ごとに変化し、熱帯及び亜熱帯地方では暑く多湿の空気を、及び世界の他の地方では冷たく低湿の空気を伴っている。空気の温度及び水蒸気量は更に、年を通じて地域における季節の天候変化で大きく変化する。従って、世界の地域に依存して、及び、年の時期に依存して、加湿又は除湿は、例えば環境をより快適にするように所望されうる。
【０００５】
快適さを増加させるのに加えて、空気中の水の量の処理は工業アプリケーションにとって重要である。更に、空気から水を除去して、例えば飲用に、又は新鮮な水が所望される他のアプリケーションで水を利用できることが、所望されている。空気中の水の量を処理する理由に関わらず、従来の水処理システムは所望されない限界を有する場合がある。例えば、空気の露点が低い場合、特に水の凝固点以下の場合、凝縮システムを用いて水を除去するのは困難又は不可能である。露点が低い場合でさえ、空気から水を除去する方法が、乾燥剤を利用するシステムを用いて空気から水を抽出することである。
【０００６】
乾燥システムにおいては、熱と質量との両方が空気内外へ移動する。従来のこの型のシステムは一方の移動が他方を本質的に移動させるため、２つの型の移動、すなわち熱又は質量移動、のうちの少なくとも１つにおいて一般的に非効率となり、所望されない。例えば、乾燥ホイールを用いて気流中から水蒸気を除去でき、これによって空気外に質量が移動し、空気のエントロピが低減する。しかしながら同時に、水が空気外に凝縮する場合に生ずる相転移によって大量の熱が添加され、このことにより空気中のエントロピの増加が生じる。
【０００７】
従来の乾燥剤ベースの除湿は、湿気を吸収する第１の領域、すなわち、「収集」又は「除湿」ステーションから、湿気を排出する第２の領域、すなわち再生ステーションへの乾燥剤の移動を一般的に要求している。固体乾燥剤の場合においては、この移動は例えば、回転ホイール又はベルト等の上に乾燥剤を装着することによって、除湿ステーションから再生ステーションに乾燥剤を物理的に移動させることにより得られる。液体乾燥剤のシステムにおいては、２つのポンプが一般的に設けられ、一方は液体を再生ステーションにポンピングするために設けられ、他方は再生ステーションから除湿ステーションに液体をポンピングするために設けられている。いくつかの実施例においては、単一のポンプを用いて一方のステーションから他方へポンピングでき、戻りの流動が重力供給される。
【０００８】
一方のシステムは液体乾燥剤で第１の気流を噴霧することによって第１の気流から空気を除去している。乾燥剤は噴霧される前に冷却できる。空気から除去された水は乾燥剤によって収集され、乾燥剤は徐々に希釈される。冷たい、希釈された乾燥剤は収集チャンバの底部に収集される。他方のシステム上では、希釈された乾燥剤が加熱され、第２の気流と接触し、乾燥剤から水を除去して、これによって乾燥剤を更に濃縮させる。暖かい、濃縮された乾燥剤は再生チャンバの底部に収集される。
【０００９】
２つのチャンバは例えば開口部によって連結でき、希釈された及び濃縮された乾燥剤のプールの混合を可能にする。濃度勾配は希釈された及び濃縮された乾燥剤の間に存在するため、２のチャンバ間の拡散は自然に生ずる。開口部は質量すなわち水イオンを移動させるのに有効な機構にできるが、暖かい、凝縮された乾燥剤が、冷たい、希釈された乾燥剤と混合する場合に熱伝導を更に促進する。これはいくつかのアプリケーションにおいては許容できるが、他方においては、熱及び質量の移動の双方を制御するシステムを有することが所望されうる。
【００１０】
別型の空調乾燥システムが１９９０年７月１７日にＰｅｔｅｒｓｏｎらに付与された米国特許第４，９４１，３２４号に記載されている。Ｐｅｔｅｒｓｏｎらは冷却器のサンプと蒸発器のサンプとの間で液体乾燥剤を移動させるための機構について述べている。蒸発器のサンプからの希釈された乾燥剤は冷却器のサンプに移動し、凝縮された乾燥剤は蒸発器のサンプに元通りに移動する。移動メカニズムは１対のポンプと、サンプ間を移動する乾燥剤の量及び乾燥剤散布器に送られる乾燥剤の量を制御する一系列の玉型弁とを具えている。
【００１１】
Ｐｅｔｅｒｓｏｎらのシステムの限界は、サンプ間を移動する乾燥剤の量にわたって制限される制御である。特に、このようなシステムは乾燥剤を連続的に再生利用するために、２つのサンプ間でポンピングされる所望されない大量の乾燥剤が生じうる。冷却器のサンプ内の乾燥剤の温度は、蒸発器のサンプ内の乾燥剤の温度より有意に高くできるため、大量の液体がサンプ間を移動する場合に、所望されない量の熱伝導が生じうる。これは非常に非効率である。この非効率性を減ずるために、Ｐｅｔｅｒｓｏｎらのシステムは熱交換器を利用して、２つのサンプ間でポンピングする際に２の乾燥剤のストリーム間の熱を移動している。このことで非効率性のいくらかは低減できるが、大量の液体が移動するため、この処理は更に所望されない非効率性となりうる。
【００１２】
例えば、空調、空気から水を収集すること、及び燃焼機関又はガスタービンを用いて電力を生成すること、のような多くの異なる分野で、１又はそれ以上の材料の熱及び質量の双方の移動を制御することは、全体的な処理効率にとって重要である。従って、少なくとも部分的に液体である乾燥剤を用いて多様な環境状態下の流体から水を抽出でき、及び、乾燥剤の内外への水について質量及び熱の移動を有効に制御できる、流体中の水成分を処理するためのシステム及び方法に対するニーズがある。
【発明の概要】
【００１３】
本発明の実施例は、少なくとも部分的に液体である乾燥剤を用いた、及び、乾燥剤内外への水の質量移動と熱伝達が制御される、流体中の水成分を処理するためのシステム及び方法を提供している。このようなシステム及び方法が、空調、水製造、環境制御及びエネルギ生成の領域で用いられうる。
【００１４】
本発明の実施例は、冷却された乾燥剤が気流から水を除去する際に希釈され、及び、収集チャンバのサンプに収集される、流体中の水成分を処理するシステム及び方法を提供している。希釈された乾燥剤は再生チャンバへ移動し、そこで加熱されて、別の気流と接触する。このことは乾燥剤からの水の除去を行い、濃縮された乾燥剤は再生チャンバのサンプに収集される。サンプ内の乾燥剤は乾燥剤プール内の水の熱と質量の移動を有効に制御するような方法で混合される。
【００１５】
一実施例においては、２のサンプはオリフィスのような開口部によって連結される。液体乾燥剤が収集チャンバ内で噴霧される場合、空気から水が除去される際に乾燥剤の質量と容積が増加する。乾燥剤が気流からより多くの水を取り出し続けるにつれて、収集サンプ内の乾燥剤のレベルが上昇する。乾燥剤が開口部のレベルを超えた場合、一部の希釈された乾燥剤が再生チャンバに流入し、再生サンプ中のより濃縮された乾燥剤と混合し、これによって再生サンプ内の乾燥剤のレベルを上昇させる。再生チャンバ内の乾燥剤が所定レベルに到達した場合、フロート作動式バルブが開放されて、乾燥剤の一部が収集チャンバにポンピングされて戻るのを可能にする。この方法においては、収集チャンバ内の乾燥剤のレベルが開口部に到達するまで、質量は収集チャンバから再生チャンバに移動しない。同様に、収集チャンバ内の乾燥剤のレベルがフロートを移動させてバルブを作動するまで、質量は再生チャンバから収集チャンバに移動しない。開口部及びフロートスイッチは、質量流動が有効に制御されるように、所望のように配置されうる。
【００１６】
２のサンプ内の乾燥剤の温度が異なる可能性がある、つまり、収集サンプ内の乾燥剤が再生サンプ内の乾燥剤よりも冷たくなるため、本発明は更に２の乾燥剤のチャンバ間で熱伝達を制御する。一実施例においては、再生サンプからの暖かい、濃縮された乾燥剤が、収集チャンバに流入する前に熱交換器、例えば冷凍システムの蒸発器、を通過する。このことにより濃縮された乾燥剤が冷却され、収集チャンバ内の乾燥剤が収集チャンバ内の気流に噴霧される前に、多くの冷却を要求しないため、システム内への要求されるエネルギ入力を低減できる。
【００１７】
本発明の別の実施例においては、収集チャンバ内の乾燥剤は、気化式熱交換器を用いて冷却され、気流と接触する前の冷凍蒸着圧縮サイクルの一部分となる。同様に、再生サンプからの濃縮された乾燥剤は熱交換器を通過して、再生チャンバ内の気流に噴霧する前に熱を取り出す。いくつかの実施例においては、熱交換器は別個の冷凍サイクルの一部にでき、代替的には、エンジンや発生器のような別の熱生成装置と連結できる。別の実施例においては、熱交換器は蒸発器と同一の冷凍サイクルの一部分となる冷却器にできる。
【００１８】
２のチャンバ間で有効な熱伝導を行うために、熱交換器システムが用いられる。熱交換器システムは、双方の乾燥剤のストリームが一方のチャンバから他方に移動する際にこれを受け取るように構成できる。特に、冷たい、希釈された乾燥剤が開口部のレベルに到達する際に収集サンプから流出する。次いで、乾燥剤は熱交換システムを通って、再生チャンバ内に流入する。一方で、暖かい、濃縮された乾燥剤は、再生サンプ内のレベルがフロートバルブを作動させるほど高くなる場合に、熱交換器システムを通ってポンピングされる。熱交換器システムにおいては、収集チャンバにポンピングされる乾燥剤が熱を放出する一方、再生チャンバ内に流入する乾燥剤は熱を受け取る。この方法においては、より少ない冷却が収集チャンバの乾燥剤で必要となり、より少ない加熱が再生チャンバの乾燥剤で必要となる。このようにして、熱伝導及び質量移動は双方とも制御されて、効率的なシステムを提供している。
【００１９】
上述のシステムは多数の異なる分野における用途のために適用できる。例えば、このようなシステムを環境制御に用いて、内部空間における空気を除湿及び冷却できる。代替的に、あるいは、環境制御システムに関して、再生チャンバ内の気流によって保持される水が、飲用又は非飲用の水としての用途のために収集されうる。このような水の収集は、再生チャンバから流出する湿性気流を冷凍システムの蒸発器を通過させることによって行われうる。いくつかの実施例においては、収集及び再生チャンバから流出する気流は熱交換器を通過して２の気流間で熱伝導でき、これによって冷却と湿性気流からの水収集が生じる。
【００２０】
本発明の少なくとも１の実施例は、復水をろ過及びフィルタにかけて、純粋な飲料水を製造できる。よって、一実施例においては、復水コレクタからの復水が、紫外線（ＵＶ）ユニット中で好適なＵＶ照射に曝され、有害な微生物を水から除去する。更に、照射された水は混入物及び揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を除去しするチャコールフィルタと、水をミネラル化及び／又はビタミン化する複数のミネラルカートリッジとを連続的に通過する。精製及びミネラル化された水は第１の貯蔵タンク内に収集される。更には、水は第１の貯蔵タンクに貯蔵される前に酸素供給器を通過する。第１の貯蔵タンクからの水は、所定の時間間隔でＵＶユニットを通って再循環され、水質を維持している。本発明の実施例は更に、低い復水組成の場合における、外部ソースからの水の導入を準備するように構成されうる。従って、都市の供給水栓のような外部ソースは迅速分離型の継手を通して取り付けられて、第１の貯蔵タンクに予備の水を供給している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施例による流体中の水成分を処理するためのシステムの概略図を示している。
【図２】図２は、本発明の別の実施例による流体中の水成分を処理するためのシステムの概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の一実施例による流体中の水成分を処理するためのシステム１０を示している。特に、システム１０は、空気中の水成分を処理するように、つまり貯蔵及び後の用途のために空気から水を収集するか、空気中の湿度を制御するかのいずれかをするように構成される。ここに示した例は、処理される水成分の流体として周囲の空気を利用しているが、本発明は同様にして他の流体の水成分を処理できることに留意することは価値がある。システム１０は第１のチャンバ又は収集チャンバ１２と第２のチャンバ又は再生チャンバ１４とを具えている。収集チャンバ１２は、第１の気流２０が収集チャンバ１２を通って流動するのを可能にする、入口１６と出口１８とを具えている。空気が収集チャンバ１２を通って流動するため、乾燥剤２２と接触し、図１に示した実施例においては、導管２４を介してチャンバ１２内で噴霧されている。
【００２３】
空気が収集チャンバ１２を通って流動するため、蒸着された水が外部に凝縮されて、チャンバ１２の底部分にある収集サンプ２６内の乾燥剤２２で収集される。乾燥剤２２は空気から水を吸収する際に希釈される。図１に示した乾燥剤２２は総て液体であるが、本発明は例えば、固体及び液体などの二相の乾燥剤の使用を考慮している。所望の結果を生成するのに有効な乾燥剤材料が用いられ、一般的な液体乾燥剤溶液である、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）や塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）を具えるが、他の液体乾燥剤も使用されうる。
【００２４】
単体又は混合状態の多価アルコールのような液体乾燥剤が用いられうる。一般的な多価アルコールは、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール、及びそれらの混合物のような液体化合物を具えている。通常は固体であるが、無水性で液体の多価アルコールあるいは液体のヒドロキシルアミンで実質的に溶解可能な多価アルコール化合物が更に用いられうる。一般的な固体の多価アルコール化合物は、エリスリトール、ソルビトール、ペンタエリスリトール、及び低分子量の糖である。一般的なヒドロキシルアミンは、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンのようなアルカノールアミンと、モノ、ジ及びトリイソプロパノールアミンを含むイソプロパノールアミンと、ジグリコールアミンとを具えている。
【００２５】
上述のように、乾燥剤２２は液体乾燥剤であり、純物質にでき、あるいは塩化リチウムの４０％水溶液を具えることができる。乾燥剤２２はポンプ２８によって導管２４内にポンピングされる。ポンプ２８は収集チャンバ１２内への乾燥剤の導入前に、乾燥剤２２を第１の熱交換器３０を通ってポンピングする。乾燥剤２２を冷却することによって、気流２０から水を除去する能力は増大する。冷媒のような流体は導管３２、３４を介して熱交換器３０を通過する。例えば、熱交換器３０は冷凍システムの一部分である蒸発器にできる。このような冷凍システムは周囲環境状態を制御できるように、あるいは他の目的又は複数の目的で用いることができる。乾燥剤２２は熱交換器３０内で第１の気流２０の温度未満に冷却される。この方法においては、気流２０は収集チャンバ１２を通過する際に冷却される。熱交換器３０に対する代替として、熱交換器が収集チャンバ１２の内部に配置されて、直接的に第１の気流２０を冷却でき、あるいは、収集チャンバ１２内に噴霧された後に乾燥剤２２を冷却できる。
【００２６】
再生チャンバ１４は入口３６と出口２８とを更に具え、再生チャンバ１４の内外への第２の気流４０の移動を促進している。収集チャンバ１２と同様、再生チャンバ１４は導管４４を通って乾燥剤２２を再生チャンバ１４内にポンピングするのに用いられるポンプ４２を更に具えている。乾燥剤２２はポンプ４２によって第２の熱交換器４６を通ってポンピングされる。熱は任意の都合の良いソースから導管４８、５０を介して熱交換器４６に加えることができる。例えば、熱交換器４６は冷凍システムの一部分を形成する冷却器にできる。このような冷凍システムは熱交換器３０を用いて同一の冷凍システムにできる。このような場合においては、熱交換器は圧縮器又は冷媒ポンプにそれぞれ連結されて、これによって、システム１０を任意の外部ソースに頼ることなく、自身の加熱及び冷却を生成できる。代替的に、熱交換器４６は燃焼機関や発生装置のような、別のソースから熱を受け取ることができる。
【００２７】
熱交換器４８を通過させることによって、乾燥剤２２は第２の気流４０の温度より高い温度まで加熱されて、第２の気流４０が再生チャンバ１４を通過する際に加熱されるようになる。第２の気流４０を加熱することによって、更なる水が乾燥剤２２から第２の気流４０内に蒸着する。再生チャンバ１４の外部に配置された、熱交換器４６に対する代替として、熱交換器（図示せず）は再生チャンバ１４内部に配置できる。乾燥剤２２は再生チャンバ１４内の気流４０にわたり噴霧された後、再生チャンバ１４の底部の再生サンプ５２内で収集する。再生チャンバ１４から流出する暖かい、湿性の気流４０は、別の熱交換器（図示せず）に導入されて、気流４０から水を除去できる。
【００２８】
上述のように、本発明はシステム１０のように、システム内の熱及び質量を移動させるための有効な機構を提供している。図１に示された実施例においては開口部５４である開口部は、チャンバ１２の底部５７から所定の高さで収集チャンバ１２の壁５５に提供される。いくつかの実施例においては、開口部５４は円形の隅を有する矩形にでき、システム１０の容量に依存して、約１乃至３センチメータ（ｃｍ）の幅、約１乃至１０ｃｍの高さを有している。乾燥剤２２により収集される水の量（質量）が増加するにつれて、サンプ２６内の乾燥剤のレベルが増加する。レベルが開口部５４のレベルを超えた場合、収集チャンバ内の希釈された乾燥剤２２の一部分が再生チャンバ１４に流入し、サンプ５２内のより濃縮された乾燥剤２２と混合する。この方法においては、有効となるまで、すなわち、サンプ２６内の乾燥剤が所定のレベルに到達するまで、収集チャンバ１２から再生チャンバ１４への質量移動は生じない。
【００２９】
再生チャンバ１４において、暖かい乾燥剤１４は気流４０内へ噴霧された際に水を損失する、従って、サンプ５２内の乾燥剤のレベルは減少しがちである。しかしながら、希釈された乾燥剤２２が開口部５４を通って再生チャンバ１４に流入する場合に、サンプ５２内の乾燥剤のレベルの増加が生じる。最終的には、再生チャンバ１４での乾燥剤のレベルは、最大の所望のレベルに到達する。再生チャンバ１４から収集チャンバ１２への質量移動を制御するために、レベルセンサが提供されている。図１に示された実施例においては、レベルセンサはフロートシステム５６である。フロートシステム５６は、アクチュエータ６０に取り付けられ、開閉位置間でバルブ６２を動かすフォローと５８を具えている。図１に示された実施例においては、バルブ５２は、熱交換器６４の下流に配置され、熱交換器の操作は以下により十分に説明されている。他の実施例においては、熱交換器６４のような熱交換器はバルブ６４の下流にできる。
【００３０】
再生チャンバ１４内の乾燥剤２２のレベルが第１の所定レベルに到達した場合、フロート５８はアクチュエータ６０にバルブ６２の開放を促進させる。開放位置においては、ポンプ４２によってポンピングされた乾燥剤２２の一部分を収集チャンバ２２内に移動させ、元に戻るのを可能にする。この方法においては、フロートシステム５６は再生チャンバ１４から収集チャンバ１２への質量移動を制御する。図１に示された実施例においては、バルブはソレノイドバルブのような電気機械式装置であり、アクチュエータ６０の移動が、電流でコイルを励磁可能にするスイッチを作動して、ソレノイドを開放する。他の実施例においては、バルブ６２は、アクチュエータ６０の移動がバルブ６２を機械的に開放及び閉塞させるように、アクチュエータ６０に機械的に連結できる。他の実施例は静電容量センサのような非接触型のレベルセンサを使用でき、当該技術分野で公知である。乾燥剤２２のレベルが第２の所定レベル未満に低下する場合、アクチュエータ６０はバルブ６２を閉塞させる。第１及び第２の所定レベルは実質的に同一にでき、あるいは、オフセットにして、バルブが乾燥剤のレベルにおける相当なゆらぎによって繰返し開閉しないようなヒステリシスを提供できる。
【００３１】
質量移動の制御に加えて、システム１０は更に２つのチャンバ１２、１４間の熱伝導を制御する。図１に示した実施例においては、このことはフロートシステム５６で熱交換器６４と共に行われる。図１では示されていないが、熱交換器６４は例えば導管６６、６８によって、冷凍システム又は流動を提供するその他のシステムに連結して、熱交換器６４を通してポンピングされるように乾燥剤２２を冷却できることを理解すべきである。乾燥剤２２が収集チャンバ１２にポンピングして戻される前に冷却することにより、熱交換器３０で要求されるエネルギ入力を低減する。これによって、チャンバ１２、１４間の熱伝導のための有効な制御機構を提供している。
【００３２】
図２は本発明の別の実施例による空気中の水成分を処理するためのシステム１０’を示している。システム１０’の要素は図１に示したシステム１０中の各々の対応物と同一番号で標識され、更に、ダッシュ（’）記号で指定されている。システム１０と同様に、システム１０’は収集及び再生チャンバ１２’、１４’を具え、各々が乾燥剤２２’の温度を制御するための自身の熱交換器３０’、４６’を有している。収集及び再生チャンバ１２、１４が熱交換器７０が互いに有効に隣接したシステム１０と異なり、システム１０’中のチャンバ１２’、１４’は熱交換器７０によって分離されており、その機能は以下に詳細に説明されている。
【００３３】
２つのチャンバ１２’、１４’間で質量及び熱の移動の制御を行うために、システム１０’は収集チャンバ１２’内に開口部５４’を具えている。サンプ２６’内の乾燥剤のレベルが開口部５４’のレベルを超えた場合、乾燥剤は収集チャンバ１２’から再生チャンバ１４’に流動する。これにより、収集チャンバ１２’から再生チャンバ１４’への質量移動を制御する。しかしながら、システム１０と異なり、乾燥剤２２’は再生チャンバ１４’内に直接的には流動せず、熱交換器７０を通って流動している。
【００３４】
システム１０と同様に、システム１０’はフロートシステム５６’を更に具え、フロート５８’とアクチュエータ６０’とを有し、バルブ６２’を作動させている。サンプ５２’内の乾燥剤２２’のレベルが所定レベルに到達した場合、フロート５８’はアクチュエータ６０’を移動させ、バルブ５２’を開放する。これによって乾燥剤２２’を再生チャンバ１４’から収集チャンバ１２’にポンピングでき、質量流動を有効に制御する。
【００３５】
２つのチャンバ１２’、１４’間で熱伝達の制御を行うために、熱交換器７０が更に用いられる。図２に示されるように、熱交換器７０がバルブ６２’と連結されて、アクチュエータ６０’がバルブ６２’を開放する場合、サンプ５２’からの暖かい乾燥剤が熱交換器７０を通ってポンピングされる。収集チャンバ１２’から再生チャンバ１４’への途中で、冷たい乾燥剤２２’が熱交換器７０を通過する際に、再生チャンバ１４’から流出する乾燥剤２２’から熱を取り出す。この方法においては、再生チャンバ１４’に流入する乾燥剤２２’が収集チャンバ１２’から流出するときよりも暖かくなり、収集チャンバ１２’に流入する乾燥剤２２’が再生チャンバ１４’から流出するときよりも冷たくなる。このことは、少ないエネルギーが熱交換器４６’、３０’をそれぞれ加熱及び冷却するのに必要となることを示しており、これにより、効率性の増加と全体的なエネルギ節約を生じている。別の実施例においては、図１に示される熱交換器６４と図２に示される熱交換器７０との組合せのような複数の熱交換器が用いられうる。
【００３６】
本発明の実施例が例示され述べられてきたが、これらの実施例は本発明の総ての可能な形態を例示し述べたことを意図していない。むしろ、明細書で用いられる用語は、限定ではなく記載のための用語であり、様々な変更が本発明の精神及び範囲から離れることなく為されうることは理解すべきである。
【図１】
2010501348.tif 000003
【図２】
2010501348.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月12日(2009.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中の水成分を処理するためのシステムであって、
内外への第１の流体の移動を促進するための入口及び出口を具える第１のチャンバと；
前記第１のチャンバを通過する前記第１の流体から水を除去するために前記第１のチャンバに導入可能な乾燥剤と；
内外への第２の流体の移動を促進し、ひいては中にある乾燥剤から前記第２の流体内への水の蒸着を促進するための入口及び出口を具える第２のチャンバであって、前記第１及び第２のチャンバの一方のチャンバが底面と開口部を有する壁とを具え、前記開口部は、前記一方のチャンバ内の乾燥剤が前記開口部と少なくとも同じ高さのレベルに到達する場合に乾燥剤が前記一方のチャンバから溢流し、前記開口部を通って前記第１及び第２のチャンバの他方のチャンバに自動流入するように、前記底面から所定の高さに配置される第２のチャンバと；
前記他方のチャンバから乾燥剤を受け取るように構成され、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバへの乾燥剤の流動を促進するための開放位置と、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバへの乾燥剤の流動を阻害するための閉塞位置とを有するバルブと；
前記他方のチャンバ内に少なくとも部分的に配置され、前記他方のチャンバ内の前記乾燥剤のレベルが少なくとも第１の所定レベルに到達する場合に前記バルブを開放し、前記他方のチャンバ内の前記乾燥剤のレベルが第２の所定レベル未満に低下する場合に前記バルブを閉塞するように構成されるレベルセンサと；
前記バルブが開放されている場合に、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバに前記乾燥剤をポンピングするように構成されるポンプと；
を具えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記乾燥剤が液体乾燥剤を具えることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記一方のチャンバが前記第１のチャンバであり、前記他方のチャンバが前記第２のチャンバであることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の水を処理するためのシステムが、前記第２のチャンバから前記第１のチャンバにポンピングされる乾燥剤を受け取るように、及び、当該乾燥剤が前記第１のチャンバに流入する前に前記乾燥剤から熱を除去するように構成される熱交換器を更に具えることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項４に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記熱交換器が前記第１及び第２のチャンバ間に流体経路を形成するように配置されて、乾燥剤が前記開口部を通って流出する場合に前記第１のチャンバから前記乾燥剤を受け取り、前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへの前記流出する乾燥剤の流動を促進するように、及び、前記第２のチャンバからポンピングされる乾燥剤から、前記開口部を通って前記第１のチャンバから流出する乾燥剤への熱伝達を促進するように、更に構成されることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項４に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記熱交換器は、前記乾燥剤が前記第１のチャンバに流入する前に、前記乾燥剤から熱を除去すべく外部冷却源と連結されることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項４に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記熱交換器は、前記乾燥剤が前記バルブを通って流動する前に、前記第２のチャンバからポンピングされた乾燥剤を受け取るように前記バルブの上流に配置されることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記熱交換器は、前記乾燥剤が前記第１のチャンバに流入する前に、前記乾燥剤から熱を除去すべく外部冷却源と連結されることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記レベルセンサがフロートを有するフロートシステムと、前記フロート及び前記開閉位置間のバルブ動作を連携するように構成されるアクチュエータとを具えることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記バルブが当該バルブを開閉するための電気機械式機構を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
内外への第１の流体の移動を促進するための入口及び出口を具える第１のチャンバと、前記第１のチャンバを通過する前記第１の流体から水を除去するために前記第１のチャンバに導入可能な液体乾燥剤と、中にある乾燥剤から前記第２の流体内への水の蒸着を促進すべく、内外への第２の流体の移動を促進する入口及び出口を具える第２のチャンバであって、前記第１及び第２のチャンバの一方のチャンバが底面と壁とを具える第２のチャンバとを具えるシステムを用いて、流体中の水成分を処理するための方法であって、当該方法が、
少なくとも一部の前記第１の流体を前記乾燥剤に曝露するステップを具える処理を用いて、前記第１の流体から水を除去するステップであって、これによって少なくとも一部の前記乾燥剤の水成分を増加させるステップと；
第２の流体内の水分を増加させた少なくとも一部の前記乾燥剤を導入するステップであって、これによって前記乾燥剤から前記第２の流体への水の蒸着を促進し、前記第２の流体の水成分を増加させるステップと；
前記一方のチャンバ内の前記乾燥剤が前記開口部と少なくとも同じ高さのレベルに到達する場合に、乾燥剤が前記一方のチャンバから溢流し、前記開口部を通って前記第１及び第２のチャンバの他方のチャンバに自動流入するように、前記底面から所定の高さで前記一方のチャンバの壁に開口部を設けるステップと；
前記第１及び第２のチャンバの他方のチャンバから前記一方のチャンバに、前記他方のチャンバ内の前記乾燥剤のレベルが少なくとも第１の所定レベルに到達する場合に乾燥剤を自動移動させるステップと；
前記他方のチャンバ内の前記乾燥剤のレベルが第２の所定レベル未満に低下した場合に、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバへの前記乾燥剤の移動を自動停止するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記第１の所定のレベルが前記第２の所定レベルより大きいことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバに乾燥剤を自動移動するステップが、前記他方のチャンバ内の前記乾燥剤のレベルが少なくとも前記第１の所定レベルに到達する場合に、バルブを自動開放するステップを具え、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバへの前記乾燥剤の移動を自動停止するステップは、前記他方のチャンバ内の前記乾燥剤のレベルが、第２の所定レベル未満に低下した場合に前記バルブを自動閉塞するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法が、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバへ移動する前記乾燥剤を、当該乾燥剤が前記一方のチャンバに到達する前に冷却するステップを更に具えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバに移動する前記乾燥剤を冷却するステップが、前記乾燥剤から前記システム外部の冷却源に
熱を伝達するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の方法において、前記他方のチャンバが前記開口部を通って前記一方のチャンバから流出する前記乾燥剤を受け取るように構成され、前記方法が、前記一方のチャンバから前記乾燥剤が流出した後、前記他方のチャンバに前記乾燥剤が流入する前に、当該乾燥剤を加熱するステップを更に具えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記乾燥剤が前記一方のチャンバから流出した後に前記乾燥剤を加熱するステップが、前記他方のチャンバから前記一方のチャンバに自動移動する前記乾燥剤から、前記流出する乾燥剤に熱を伝達するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の水を処理するためのシステムにおいて、前記開口部が約１乃至３センチメータ（ｃｍ）の幅、及び、約１乃至１０ｃｍの高さを有していることを特徴とするシステム。
【国際調査報告】
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