(57)【要約】空調システムは、膜（１１ｃ）によって分離された、空気流れのための第１導管（１１ｂ）と乾燥流れのための第２導管（１１ａ）とを設けられる膜接触器（１１）を有する乾燥器（１０）を備える。さらに空調システムは、膜接触器を有する加湿器（２０）を備える。空気流れは駆動時、入口（１２１）と出口（１２１）の間の駆動中の乾燥器（１０）と加湿器（３０）を流動する。乾燥器（１０）は、連続して接続された熱交換器（１２）と膜接触器（１１）とを備え、熱交換器は入口（１２１）からの空気流れを再生器（４０）からの乾燥流れに合流させ、膜接触器（１１）は熱交換された空気流れと乾燥流れとを空気流れの乾燥のために合流させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流れのための第１導管と乾燥流れのための第２導管を設けられ、両導管は膜により分離された膜接触器を有する乾燥器と、
空気流れのための第１導管と水を含有する冷却液のための第２導管を設けられた膜接触器と、乾燥流れを再生するための再生器とを有し、空気流れが駆動時に、入口と出口の間の乾燥器と加湿器とを通過し、乾燥流れが駆動時に、乾燥器と再生器を有する回路を流動する加湿器と、
を備え、
前記乾燥器は、連続して接続された熱交換器及び膜接触器を備え、熱交換器では入口からの空気流れと再生器からの乾燥流れとが合流し、膜接触器では、熱交換された空気流れと熱交換された乾燥流れが空気流れを乾燥させるために合流することを特徴とする空調システム。
【請求項２】
さらに、空気流れのための熱交換器を備え、前記空気流れは冷却液によって冷却されることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
前記空気流れの熱交換器は、乾燥器と加湿器の間に連続して連結されていることを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
【請求項４】
さらに、乾燥器の回りの迂回導管と、迂回導管と乾燥器の間の空気流れを分割する制御バルブと備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項５】
さらに、加湿器の回りの迂回導管と、迂回導管と加湿器の間の空気流れを分割する制御バルブとを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項６】
さらに、乾燥器の出口から入口へのフィードバック導管を備え、前記フィードバック導管には、フィードバック導管と出口の間の空気流れを分割する制御バルブが設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項７】
前記再生器は、乾燥流れのための第１導管とガス流れのための第２導管を設けた膜再生器を備え、前記両導管は、駆動時に乾燥流れの水がガス流れに移動して乾燥流れを再生するように、膜によって分離されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項８】
前記再生器は、さらに乾燥器から始まる乾燥流れを再生器の膜接触器から始まる乾燥流れに合流させる熱交換器を備え、前記乾燥流れが膜接触器の水の蒸発を可能とするように加熱され、その後冷却されることを特徴とする請求項７に記載の空調システム。
【請求項９】
前記再生器は、さらに乾燥流れのための導管と冷却液のための逆流導管とを有する熱交換器を備えることを特徴とする請求項８に記載の空調システム。
【請求項１０】
前記乾燥器と、乾燥流れを冷却するための再生器との間に追加熱交換器を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項１１】
さらに、乾燥器から始まる乾燥流れを加熱するための加熱手段を備え、前記加熱手段の設置により、乾燥器の駆動が制御されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項１２】
前記追加熱交換器の出口と乾燥器の乾燥入口との間に迂回導管を有することを特徴とする請求項１０に記載の空調システム。
【請求項１３】
前記ガス流れは略閉鎖システム内に流れ込み、前記再生器に吸収される水蒸気は冷却壁での凝縮によって除去されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項１４】
前記冷却壁は冷却液が流れる導管に隣接する熱交換器の壁であることを特徴とする請求項１３に記載の空調システム。
【請求項１５】
前記冷却液は冷却器を有する回路にある水溶液であることを特徴とする請求項８、１３又は１４に記載の空調システム。
【請求項１６】
前記加湿器の水を含有する冷却液は水溶性冷却液であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項１７】
加湿器で使用されるのは不活性水溶液であることを特徴とする請求項１６に記載の空調システム。
【請求項１８】
前記空気流れ及び乾燥流れは。逆流方向に、乾燥器の少なくとも１つの熱交換器と膜接触器とに流れ込むことを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項１９】
空気流れを取り扱うための前記請求項１から１８のいずれか１項に記載の空調システムの使用方法。
【請求項２０】
予め決められた温度と相対湿度を有する空気流れを提供するための請求項１９に記載の空調システムの使用方法。
【請求項２１】
さらに、天候状態に基づいて空気流れを調節するために加湿器内の水溶性冷却液のレベルを調整することを特徴とする請求項１９又は２０に記載の空調システムの使用方法。
【請求項２２】
さらに、前記乾燥器の駆動制御のための加熱手段での乾燥流れの加熱レベルを調整することを特徴とする請求項１９から２１のいずれか１項に記載の空調システムの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気流れのための第１導管と乾燥流れのための第２導管を設けられ、前記両導管は膜によって分離される膜接触器を有する乾燥器と、空気流れのための第１導管と水溶液のための第２導管とを設けられ、前記両導管は膜によって分離される膜接触器を有する加湿器と、乾燥流れを再生するための再生器と、を備え、空気流れが、入口と出口の間の駆動中の乾燥器と加湿器を通過し、乾燥流れが、駆動中の乾燥器と再生器を有する回路内を流動する空調システムに関する。
【０００２】
また本発明は、そのような空調システムの使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
物質交換及び熱交換に基づいて、いわゆる膜接触器を操作する空調システムは、効率化を図るための試みとして注目されている。基本的に、そのようなシステムは、ドライヤー、加湿器及び熱交換器を備える。この回路図はどちらかというとシンプルであるが、動作の理解はむしろ複雑である。実際に、そのようなシステムは、物質伝達と熱伝達が起こる多重フェーズの複数のチャンバ反応装置である。付加的で複雑な要因が乾燥剤の流れにある。すなわち、乾燥剤の溶液があまりに集中するようになると、結晶が生成され、膜接触器での物質伝達が抑制されるか、あるいは、乾燥剤の流れが妨害される。しかしながら、相対的に高い乾燥剤の集中がシステムの効率的な駆動のために必要とされている。さらに複雑な要因が、殆どの人に評価されるいわゆる快適ゾーンに到達するように、世の中の異なる場所が意味のある異なる空気の処理を必要とするということがある。
【０００４】
空調システムの一例が米国特許第6887302号公報で公知である。この公報では、制御装置と同様に、乾燥剤流れの水量を増大させるように、水を付加するように構成された調量装置の使用が提案されている。乾燥剤流れに水を付加することにより、加湿と除湿を切り替えるように、膜接触器の操作が改良され得る。しかしながら、この公知の解決方法は、乾燥剤流れから再び水を除去することは非常に難しいため、エネルギー上の不利益がある。また水の追加は乾燥剤流れの効率的な希釈化であるが、迅速で均一な溶解を得ることは明らかでない。
【０００５】
空調システムの他の例が国際公開第2009/094032号公報で公知である。この従来の公報には、冷却流体流れ、乾燥剤流れ及び空気流れが単一の多層式モジュールであるモジュールデザインが開示されている。図１に示すように、空気流れ（入口気流）が液体乾燥剤流れと平行に流動する。これにより、逆流設計に対する熱交換及び質量交換双方の全ての効率が削減される。
【０００６】
空調システムのさらなる例が、Dr Manuel Conde-Petitの原稿、特に‘Open absorption systems for air-conditioning using membrane contactors’, 15. Schweizerisches Status-Seminar << Energie- und Umweltforschung im Bauwesen>>, 11-12 September 2008 in Zurichと、‘Open absorption system for cooling and air conditioning using membrane contactors, 2006 Annual report’ for the Swiss Governmentとで公知である。
【０００７】
ここでは、Condeは、モジュラーデザインを提案している。２００８年のレポートの図１２及び図１３は、以前設計され、製造され、テストされたシステムを示す。２００８年のレポートの図３は詳細図を示す。図１２から明らかなように、そのシステムには取り扱うべき空気のための第１空気入口と、熱交換器でガス流れとして使用するための第２空気入口とが設けられている。熱交換器からの空気は排気ガスとして除去される。また熱交換ユニットは熱交換器を備え、入口空気が熱交換器を通過した排気ガスに比べて冷却される。ＡＢＳ又は吸収装置として言及された乾燥器と、ＧＥＮ又は脱着装置として言及された再生器とは共に、空気流れ、乾燥流れ及び水の３つの流れの接触器として駆動する。２００８年のレポートには、当初から連続して冷却された吸収装置と連続して加熱された脱着装置とが組み立てられる試作機で必要とされるのが明らかである点が記載されている。
【０００８】
３つの流れの膜接触器が２００６年のレポートで、より詳細に示されている。それは（断面が）同じか異なるサイズとなった５つの構造板で組み立てられ、膜は空気導管と溶液導管の間の境界面を構成する。空気流れと水流れが平行導管で対向流となる。乾燥流れは、空気流れと水流れのための導管とほぼ垂直に延びる導管を流れる。構造板はポリマー材料からなり、適切なサイズに切断された後、フライス加工によって修正される。板の小さな板圧（０．１〜０．３ｍｍ）のため、この加工は２００６年のレポートによれば繊細なものであった。構造板は水に浸されて、上面の熱伝導金属板で凍結されていた。その後凍結された板は、キャリアとして金属板を使用してフライス加工されていた。
【０００９】
繊細な複数のステップからなる製造は、Condeによって使用されたモジュールでは明らかな欠点である。したがって、より簡単に製造されるが、全ての駆動プロセスに必要なことを満足するモジュールを備える改良された空調システムを得ることが熱望されている。実際に、前記モジュールが、連続した冷却又は加熱を行うのに必要と思われる、最適な質量交換及び熱交換のためにCondeによって設計された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第6887302号公報
【特許文献２】国際公開第2009/094032号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明の第１の目的は、より簡単に製造できるが、安定した堅牢な駆動に必要とされることを満足するモジュールを備える、改良された空調システムを提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、異なる気候条件にカスタマイズでき、現在の天気条件に適応するために駆動する冒頭の段落に記載したタイプの空調システムを提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的はそのような空調システムの使用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
これらの目的は、空気流れのための第１導管と乾燥流れのための第２導管とを設けられ、両導管は膜によって分離される膜接触器を有する乾燥器と、空気流れのための第１導管と水溶液のための第２導管とを設けられ、両導管は膜によって分離される膜接触器を有する加湿器と、乾燥流れを再生するための再生器とを備えた空調システムによって達成される。ここでは、空気流れは入口と出口の間の駆動中の乾燥器及び加湿器を通過し、乾燥流れは乾燥器と再生器を有する駆動中の回路内を流動する。また乾燥器は連続して接続された熱交換器と膜接触器とを備え、熱交換器は入口からの空気流れを再生器からの乾燥流れに合流させ、膜接触器は熱交換された空気流れと熱交換された乾燥流れとを空気流れの乾燥のために合流させる。空気流れと乾燥流れは、熱交換効率の優れた、少なくとも１つの熱交換器と膜接触器とで互いに逆流となるように流れるのが好ましい。
【００１５】
さらに前記目的は、空気流れを取り扱うそのような空調システムの使用方法によって達成される。
【００１６】
本発明では、安定した動作が３つの流れの接触器や、冷却液、空気流れ及び乾燥流れが統合された同様なモジュールを使用することなく達成できることが理解される。むしろ使用は、共に空気流れ及び乾燥流れのための導管を有する、連続して接続される熱交換器及び膜接触器によって生成される。ここでは、空気流れはまず、乾燥流れと共に熱交換器で加熱される。その後、空気流れは乾燥空気を再加湿する。この乾燥流れの追加冷却により、乾燥流れが低温で低い蒸気圧となるという利点があり、その結果空気流れから水蒸気がより一層容易に吸収される。冷却された乾燥流れに近い付加的効果として、空気流れが冷却される。
【００１７】
本発明の主な利点は、再生モジュールが熱交換モジュール又は加湿モジュールと同じサイズである必要がないということである。これにより、これら各モジュールの表面領域を有効利用できるという利点がある。また乾燥空気を冷却するため、乾燥剤を結晶化させるというリスクを軽減することもできる。さらに異なるサイズの分離モジュールの使用により、天候に応じたカスタマイズが可能となる。表面領域の最適化は気候に依存するが、利用可能な空間と同様に、価格や熱の利用可能性等、設計にも依存する。一般に、乾燥器のサイズは特定の気候の吸い込み空気の湿度に依存する。再生器のサイズは、例えばエアコンの意図された出力機能に依存してもよい。
【００１８】
適切な実施形態では、空気流れのための熱交換器があり、そこで空気流れが冷却液によって冷却される。また熱交換器により、空気流れを調整する際の多様性が得られる。一般に空気流れの調整は、温度及び湿度で構成されるグラフのパスによって理解される。本発明の乾燥器は、温度の顕著な変化なしに湿度を低減するように最適化できる。本発明の加湿器は、湿度の増加と、付随する温度低下とをもたらす。熱交換器は湿度の変化なしに温度低下をもたらすことができる。
【００１９】
熱交換器は、間接的な蒸気冷却器であればよく、冷却液、特に水がほぼ不透過性の壁で空気流れから分離される。特に冷却液は、冷却液、特に水溶性冷却液と、液体流れ、例えば冷却液との混合であり、液体流れは水を透過可能な膜によって分離される。冷却液の蒸発により、この冷却液と、冷却液に隣接する空気流れとが冷却される。
【００２０】
好適には、空気流れの熱交換器は、乾燥器と加湿器の間に連結されているが、これに代えて、並列に連結してもよい。さらなる代替案として、システム内の空気流れの熱交換器を統合するのに切り替え可能なバルブが使用されており、その結果、季節に依存して並列又は連続して使用することができる。
【００２１】
さらに詳細には、少なくとも１つの３モジュールの乾燥器、熱交換器及び加湿器に空気流れのための迂回導管が設けられ、コントローラが迂回導管又は前記モジュール、あるいは、その両方で空気流れを制御するために設けられている。一般に、そこには調整バルブが設けられ、コントローラによって設定される容量の割合に応じた空気流れを分割する。この結果、コントローラは、所望のあるいは予め決められた空調となるように、グラフのパスを定義する。迂回導管により制御する利点は、各モジュールの駆動が停止状態を維持させることができる点である。
【００２２】
さらに詳細には、コントローラは、システム内の複数のポンプを制御するために設けられている。この実施形態では、コントローラは、例えばポンプの電力制御や、システムで流動される液体の流量を調整する。
【００２３】
また迂回導管に加えて、適切な構成はフィードバック導管を備える。さらにそのようなフィードバック導管により、乾燥動作に対して相対的に冷却可能となる。さらにまた、全システムのサイズを増大させる必要なく、冷却及び乾燥の相対的な強度を調整する利点がある。調整バルブはそのようなフィードバック導管の組み込みに適している。
【００２４】
コントローラの制御下で独立して駆動する幾つかのモジュールに基づく空調構成が本発明のさらなる態様である。実際に、各モジュールを別々に動作させるための簡単な手段がある。乾燥器の動作は再生器の加熱手段によって制御できる。またそれは、内部の膜接触器又は熱交換器内の水溶性乾燥溶液のレベルに基づいて制御される。加湿器は内部の冷却液のレベルに基づいて制御される。熱交換器は、冷却液の流れによって制御される。また空気流れでの各モジュールの効果は、迂回導管によって抑制される。貯留容器、特に水溶性乾燥溶液のためであるが、冷却液のためにも利用できる貯留容器は、レベル調整による制御の実施形態において適宜設けられる。
【００２５】
モジュール通過後の空気流れの状態を検出するためのセンサを設けるのが適切である。好適には、温度センサ、圧力センサ、又は、相対湿度センサを使用するのがよい。さらに予め決められた各モジュールの動作特性はコントローラにロードされる。
【００２６】
好適な実施形態では、再生器は、乾燥流れのための第１導管とガス流れのための第２導管とを設けられる膜再生器を備え、動作時、乾燥流れの水が移動して、乾燥流れが再生されるように、両導管は膜によって分離されている。この実施形態では、システムのモジュールが全て同様な技術に基づいているという利点がある。統合のための重要な選択を行って設定されたモジュールが実行可能となる。
【００２７】
詳細には、再生器はさらに、乾燥器から始まる乾燥流れを再生器の膜接触器から始まる乾燥流れに合流させる熱交換器を備え、乾燥流れは再生器の膜接触器での水の蒸発が可能となるように加熱された後、冷却される。
【００２８】
乾燥器から始まる乾燥流れを加熱するための加熱手段を設けるのが好ましい。これにより、乾燥器の動作が過熱手段の設定により制御されるという利点がある。システムの動作は加熱手段と共に気象条件に依存して制御されるという利点がある。加熱が殆どなく、乾燥流れが殆ど再生されず、その温度は相対的に低温に維持される。空気流れからの水蒸気の吸収はあまり大きくは行われない。増大した熱により、空気流れからの水蒸気の吸収は増える。加熱手段は、一般的な水溶性乾燥流れのための従来の加熱システムとして具体化してもよいが、これに代えて、第２加熱液との熱交換器として具体化してもよい。
【００２９】
他の実施形態では、再生器はさらに、乾燥流れのための導管を有する熱交換器、好ましくは冷却液のための逆流導管を備える。２つの乾燥流れの熱交換器を備えた実施形態は安定した基準温度を得ることを目的とする。これは、前記基準温度と乾燥器の膜接触器での温度の間の比率が空気流れから吸収された水蒸気の量を規定するため、全ての動作に関係がある。
【００３０】
他の実施形態では、追加熱交換器が乾燥器と乾燥流れを冷却するための再生器との間に設けられている。この結果、乾燥器の膜接触器と再生器の膜接触器とは共に、連続して熱交換器の間に連結されている。
【００３１】
またこの連結により可能となる１つの選択は、追加熱交換器の出口と乾燥器の乾燥入口との間に迂回導管を設けることである。そのような迂回導管は乾燥入口での乾燥流れの乾燥集中を削減するにも拘わらず、乾燥流れの循環が平均的に短くなる。このため、乾燥剤はあまり必要とされないか、あるいはこれに代えて、乾燥流れの流速が増大される。後者の選択は特に有益であるように思われる。
【００３２】
好ましい実施形態では、空気流れは略閉鎖システム内を流れ、再生器に吸収された水蒸気は冷却壁に対して集中することにより除去される。ガス流れのための略閉鎖システムは、ガス流れが調整され、ガス流れの混合が気象条件で変化せず、気候に依存しないという利点がある。Condeの従来技術のシステムでは、空気は前処理することが必要とされるガス流れのために使用された後、排出ガスとして除去される。冷却壁は、冷却液が流れる導管に隣接する熱交換器の壁として実現されるのが好適である。そのような冷却液は、例えば水や水溶液であり、部分又は略閉鎖システム自体の内部で流動する。
【００３３】
膜接触器、さらには閉鎖ガス流れのあるユニットを有する再生器に基づく乾燥器を備えたシステムは、それ自体請求項に記載されている。ここでは閉鎖ガス流れは、再生器の乾燥剤の水溶液と交換される膜接触器と、冷却液、特に水筒の冷却液と交換される熱交換器とを備える。当業者によって理解されるようなポンプが設けられている。また再生器は、１以上の熱交換器を備える。特に、第１熱交換器は、乾燥剤を通過した後の乾燥剤の水溶液の温度を増大させる。最も有効なのは、この熱交換器が乾燥剤の水溶液のための２つの導管を備えていることである。一方は乾燥器を通過する手前であり、他方は乾燥器を通過した後である。追加の熱交換器を、乾燥器を通過する前に水溶液の温度を低下させるために設けてもよい。ここでは、水溶液は、冷却液によって冷却される。そのようなむしろ単純な構成は、加湿器と選択的な空気流れの熱交換器、あるいは、膜接触機を付加した熱交換器を有する乾燥モジュールの使用により、本願明細書に記載された特徴のいずれか１つを変更してもよい。調整レベルの設定や、単に水溶液の部分的な再生のために迂回路を設けてもよい。
【００３４】
そのような閉鎖ガス流れのさらなる実施形態では、ユニットの水出口が流出を規制するための手段、例えば流体貯留部を備えたバルブが設けられている。この手段は、外部の空気が閉鎖ガス流れユニットへ流入することを少なくとも殆ど阻止する。流体貯留部は、そのような流入に対して適切なバリアとして機能するように思われるが、他の実施形態を除外するものではない。さらに周囲から閉鎖ガス流れユニットを分離するための手段を使用してもよい。そのような分離手段の一例が、閉鎖ガス流れユニットの周囲の容器、閉鎖空間又はガラス室である。閉鎖ガス流れユニットの調整は、本発明のシステムのための安定した関係を保証するように、センサによって制御されてもよい。
【００３５】
明確さのために、乾燥流れが当業者にとって公知である乾燥剤の水溶液であるのが好適であることが分かる。乾燥剤は、塩や塩の混合物であるのが好適であるが、異なるものでもよい。水溶液はよりよい性能のためにどのような添加物を含んでいてもよい。
【００３６】
水を含有する冷却液は、代わりの物を使用することができるが、水等の水溶性冷却液であるのが好適である。水を含有するガス状の冷却液は排除されず、車内等の小型の適用物に適している。
【００３７】
ガス流れからのガスは、空気又は水蒸気を吸収可能な代替ガスであればよい。本発明のシステムでの使用に適した膜接触器と同様な膜は、例えば、ここに先行文献として含まれる国際公開第2010/127818号公報で公知である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係る空調システムの図表を示す。
【図２】湿り空気線図を示す。
【図３】本発明のシステムの幾つかのモジュールのテーブルの機能を示すテーブルである。
【図４】第１実施形態に係るフレームの斜視図である。
【図５】第１実施形態に係るモジュールの斜視図である。
【図６】第１実施形態に係るカセットの斜視図を示す。
【図７】本発明に係る空調システムのための制御機構の概略を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図面は、単に図示目的を意図しているだけであり、スケールを図示するものではない。異なる図面での同一参照符号は同一又は類似の要素である。
【００４０】
図１は、第１実施形態に係る空調システム１００の概略構成を示す。
【００４１】
本発明の空調システム１００は、大略、乾燥モジュール１０、加湿モジュール２０及び再生モジュール４０を備える。図１に示す例では、さらに熱交換モジュール３０、熱交換器６０、迂回モジュール６５、ガスシステム５０及び液体冷却用コンダクタ７１、７２が存在する。
【００４２】
駆動時、空調システム１００は、空間１２０から空気１２１を排出する。これにより通常、バッチ式駆動であるにも拘わらず、連続して排出されることはない。そのようなバッチ式駆動の場合、大量の空気１２１が空調システム１００内の、ほぼ空のチャンバに入る。これにより、大量の空気が入口１を介して空調システム１００に入る空気流れを形成する。空気流れは乾燥モジュール１０を通過し、冷却されることなく効果的に乾燥される。この結果、空気流れは熱交換器３０を通過し、そこで冷やされるか、あるいは、適宜加熱される。また空気流れは熱交換器３０を迂回する。その後、空気流れは加湿器２０を通過し、最後に空間１２０へと調節された空気１２２として出口２を介して空調システムから排出される。図７を参照してさらに説明すると、空気流れの条件は、コントローラ９０（図１ではない）の制御下にある。
【００４３】
本発明によれば、乾燥モジュールは、熱交換器１２と膜接触器１１を備え、両者は乾燥流れのための第１導管１１Ａ、１２Ａ、及び、空気流れのための第２導管１１Ｂ、１２Ｂを有する。より正確には、乾燥流れは乾燥口３で乾燥モジュール１０に入る。そして熱交換器を通過し、第２導管１２Ｂで空気流れが加熱され、第１導管１２Ａで乾燥流れが冷却される。この結果、両流れが膜接触器１１に入り、空気流れから蒸気が膜１１Ｃを介して第２導管１１Ｂから第１導管１１Ａへと通過し、乾燥流れに吸収される。熱交換器１２での前処理により、その吸収で有益な効果が得られる。すなわち、空気流れでの蒸気圧がより高くなる一方、乾燥流れでの蒸気圧が抑制される。また膜接触器１１の入口の直前で乾燥流れを冷却することにより、乾燥塩が結晶化するリスクが軽減される。
【００４４】
このように、乾燥モジュール１０を継続して冷却することなく操作できるという点で、その複雑さが顕著に軽減される。乾燥モジュール１０として使用に適したフレーム２２０の例が図４に示されている。通常、多数のフレーム２２０が図５に示すように組み付けられ、図６に示すようにカセット２００に収容される。同様なデザインのフレーム２２０とカセット２００を膜接触機や熱交換器に使用してもよいが、これは必ずしも必要ではない。さらにこれと同様なフレームは再生器や加湿器で使用してもよい。しかしながら、システム内の全要素が同様なフレームに基づいていたり、あるいは、そのシステム全体が同一又は同様なフレームを備えたカセットに基づいていたりする必要はない。
【００４５】
カセット２００内に多数のフレーム２２０を組み込む利点は、単一要素（すなわち、膜接触器又は熱交換器）の表面領域が単一カセット２００内のフレーム２２０の数又は要素毎のカセット２００の数によって変更できることである。またカセット２００は容易に携帯及び取替可能な装置である。入口及び出口２０１〜２０４は、短辺側である単一側に表出することが図示されているが、これは必須ではなく、必要な内部の再配列のために設計上、たとえ携帯に不便であっても構わない。
【００４６】
またカセットの配列は、空調システムが、例えば、ビルの壁や屋根等の構成要素に組み込まれ、太陽電池等の他のやや平坦な要素と一体化されてもよいという利点を有する。
【００４７】
図４に示すように、フレーム２２０は、入口と出口（又はその逆）をそれぞれ連通し、上下導管２２３、２２７間に延びるチューブ２２５、２２６を備える。導管のレイアウトは変更される。すなわち、１つの流体のための導管が他の流体のための導管に隣接する。これら導管での流動方向に依存して、２つの流体の流動方向は同一方向であっても、あるいは、反対方向（すなわち、逆流）であっても構わない。図４に見ることができるように、隣接するチューブ２２５、２２６は、本実施形態では互いに平面外へと向かう。チューブ２２５は前面では上側にあり、背面では下側にある。またチューブ２２６は背面では上側にあり、前面では下側にある。この構成は、幾らかのスペースを生成し、チューブが、組み付けられて、流体が流動する際、互いにあまり押し付け合うことを阻止するのに適していることが分かる。当然のことながら、そのような押し付け接触はチューブを損傷させ、漏洩の原因となる。フレーム２２０は適宜異なる層２２２に形成されており、縁２２１に取り付けられている。
【００４８】
デザイン上の変形を考え得ることが理解される。すなわち、チューブの幅、長さ及び数は変更してもよく、両流体のために単一のフレームを使用するというよりもむしろ、流体に特有で異なる方法で積み重なるフレームを使用してもよい。最も効率的に空間を使用するために、位置をずらせたデザインのフレーム（又は層）を使用してもよい。また、用語「下」及び「上」は、ここでは簡略化のために使用されており、製品のどの方向も要求するものではない。すなわち、フレームは、垂直、水平、そして傾斜角度のいずれに方向付けられてもよい。チューブ２２５、２２６がほぼ水平に延びる方向は、流体のレベルを設定することが操作を制御する少なくとも１つの方法として使用されるシステムにとって好ましい。
【００４９】
図１に示す例では、熱交換モジュール２０と湿度モジュール３０が共に第２導管２０Ｂ、３０Ｂでの流れとして導通路７１からの水溶性冷却液を使用している。これはシステムの統合に適しているが、必須ではない。第２導管での流れは、第１導管での流れに向かう、最も適した反対側すなわち逆流方向である。
【００５０】
また図１は、第１実施形態に係る再生器４０を示す。再生器４０は、膜接触器４１、熱交換器４２、４３及び加熱手段４４を備える。膜接触器４１と熱交換器４２、４３のそれぞれは、乾燥流れのための第１導管４１Ａ、４２Ａ、４３Ａを備える。また熱交換器４３と加熱手段４４は乾燥モジュール１０から来る乾燥流れを加熱する機能を有する。乾燥流れは、このように蒸気圧を増大させた後、膜接触器４１を通過し、水蒸気が膜４１Ｃを介して第２導管４１Ｂ内のガス流れへと流動する。このように、乾燥流れは効率的に集められる。さらに再生は、熱交換器４３及び４２で発生する冷却ステップを備える。
【００５１】
単に乾燥流れの一部を再生し、他の部分を再生しないようにする迂回モジュールが付加されている。これにより、乾燥流れの集中が緩和されるにも拘わらず、乾燥流れのサイクルが短くなり、大幅に加熱及び冷却が妨げられる。全体として、全乾燥流量が削減されるか、あるいは、全乾燥流量を増大させることなく流速が増大してもよい。
【００５２】
さらに熱交換器６０を設けてもよい。それは、例えば、乾燥流れを輸送温度とするのに適している。また追加の熱交換器６０は、乾燥流れの温度を乾燥モジュール１０の入口での温度に戻すために、加熱ステップを実行することができる。
【００５３】
図１に示す実施形態では、再生器４０の膜接触器４１の第２導管４１Ｂを流れるガス流れの殆どは、閉鎖システム５０内を流動し、膜接触器４１に吸収される蒸気が再び除去された後、再循環する。この除去は、冷却（凝縮）壁５２Ｃを有する熱交換器５２内で行われる。凝縮された蒸気は、出口５５を介してこの熱交換器を離れる。ここでは、熱交換器５２は冷却液のための第２導管５２Ｂを有する。冷却液は、クーラー５３内で冷却されて導通路７１を介して搬送される水等の水溶性冷却液である。暖められた冷却液は導通路７２を介してクーラーに還流する。冷却液は排気ガスとして除去してもよい。しかしながら、熱交換器５２内での温度上昇は、再利用がよりエネルギー効率が高いと考えられる場合である。ガスの入口及び排気ガスの出口が閉鎖ガスシステム内にあることがプロセスデザインの当業者であれば理解される。さらに閉鎖ガスシステム５０は最適性能のための他の熱交換器５１を備える。
【００５４】
図７は、図１に示すものと同様な空調システム１００のための制御機構を示す。図７に示す機構では、乾燥モジュール１０、熱交換モジュール２０、加湿モジュール３０、再生モジュール４０及びガスシステム５０のそれぞれの内容は限定されない。それらは図１に示す実施形態と同様である。しかしながら、本発明の範囲内での変形例を除くものではない。熱交換モジュール２０及び加湿モジュール３０が同様な水性冷却液を使用するというよりもむしろ、図７は、２つの分離冷却液システム８１、８２を設けた装置を示している。これは、例えば、熱交換モジュール２０及び加湿モジュール３０内で異なる温度の水性冷却液を使用できるという利点がある。
【００５５】
また図７は、乾燥モジュール１０と熱交換モジュール３０の間の各連結部１６及び３６、熱交換モジュール３０及び加湿モジュール２０を示す。図１及び図７に示すように、乾燥モジュール１０、熱交換モジュール３０及び加湿モジュール２０の順番が有用であると分かるが、異なる順番を考えることもできる。例えば、空気流れは冷却される前に加湿されてもよい。また非常に多くの処理モジュールが入口１と出口２の間にあることを除くものではない。例えば、図示しないが、出口２に向かう空気流れの一部又は全部が１以上のモジュールを２度通過するように再循環されることを除くものではない。
【００５６】
また図７は迂回路１５、３５、２５及び６５を示す。これらの迂回路により、空気流れの一部又は全部が乾燥モジュール１０、熱交換モジュール３０、加湿モジュール２０のそれぞれを迂回し、乾燥流れの一部が再生器４０を迂回する。制御ポイントＡ、Ｂ、Ｃ及びＧは、モジュール１０、３０、２０、４０を迂回し、制御部９０の制御下にあることを制御するために存在している。
【００５７】
また制御部９０は、乾燥モジュール１０、熱交換モジュール３０及び加湿モジュール２０のそれぞれの第２導管で流動状態を効果的に生成するセットポイントＤ、Ｅ、Ｆを制御する。セットポイントＤは、例えば、加湿器２０の第２導管内の水性冷却液の水位を明確にする計量装置であり、加湿と冷却の程度を明確にする。セットポイントＥは、例えば、乾燥流れを加熱する程度を明確にするように、（図１に示すように）加熱手段４４に連結されており、再生工程中、乾燥流れを集める。セットポイントＦは、熱交換器２０の冷却液温度のセットポイントであってもよい。さらに入口１での空気流れを確定するためのセットポイントを適宜同様に設けてもよいことが理解される。当業者に理解されるように、これらのセットポイントは公知の手法で実行するようにしてもよい。
【００５８】
異なるモジュール１０、２０及び３０と制御セットＡ〜Ｇの組み合わせによれば、空気は非常に多種類の開始状態のために必要とされる状態に改良することができる。そのような開始状態はかなり環境に依存しているので、空調システムを特別な環境にあつらえる利点がある。また制御システムは図７に示すよりも少ない制御セットポイントを実行することができる。
【００５９】
図２は湿り空気線図を図示する。Ｘは摂氏温度を示す。Ｙは湿度を示す。左側では湿度が空気のキログラム当たりの水のグラムとして表示されている。グラフ中線は異なる温度での相対湿度を明確にする。ＣＺはいわゆる快適ゾーンであり、一般に意図された空調に一致する。円及び三角は、共に気温は高いが異なる相対湿度を有する、世界の異なる地域での考えられる２つの気候及び天気の状態を示す。明確さのために、グラフの快適ゾーンの位置がユーザの好みに応じて変更してもよいことが認められる。
【００６０】
図３は、湿り空気線図のベクトル表示が加湿モジュール、熱交換モジュール及び乾燥モジュールのそれぞれを示したテーブルである。ベクトル表示は明確さのために簡略化されていることが理解される。矢印の長さは実施を条件としている。図３に示すように、加湿により冷却と相対湿度の増加がもたらされる。熱交換器により質量移送が可能となり、その結果単に温度が変化する。本発明に係る乾燥器は、一つの熱交換器と膜接触器を備え、理想的には単に温度の変化なしに湿度を抑える。
【００６１】
追加加湿モジュールは、理想的には温度をも変化させない膜接触器及び熱交換器の組み合わせにより構成してもよいことが理解される。追加乾燥モジュールは、膜接触器のみ、又は膜接触器と小さな熱交換器に基づいて構成してもよく、その結果空気流れの加熱と乾燥が行われる。
【００６２】
このように、異なるモジュールは、湿り空気線図での適切な経路を明確にするために、効率的にＣＺとなるように使用してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…入口
２…出口
３…乾燥モジュール１０への乾燥入口
１０…乾燥モジュール
１１…膜接触器
１１Ａ…乾燥流れのための第１導管
１１Ｂ…空気流れのための第２導管
１１Ｃ…膜
１２…熱交換器
１２Ａ…乾燥流れのための第１導管
１２Ｂ…空気流れのための第２導管
２０…加湿モジュール
２０Ａ…空気流れのための第１導管
２０Ｂ…冷液流れのための第２導管
２０Ｃ…膜
３０…熱交換モジュール
３０Ａ…空気流れのための第１導管
３０Ｂ…冷却液流れのための第２導管
４０…再生モジュール
４１…膜接触器
４１Ａ…乾燥流れのための第１導管
４３Ａ…乾燥器から流れてきた乾燥流れのための第１導管
４３Ｂ…乾燥モジュールに流れる乾燥流れのための第２導管
４４…加熱手段
５０…閉鎖ガスシステム
５１…追加熱交換器
５１Ａ…再生器へのガス流れのための第１導管
５１Ｂ…再生器からのガス流れのための第２導管
５２…熱交換器
５２Ａ…ガス流れのための第１導管
５２Ｂ…冷却液流れのための第２導管
５２Ｃ…冷却（凝縮）壁
５３…冷却手段
５５…圧縮水蒸気のための出口
６０…熱交換器
６０Ａ…乾燥流れのための第１導管
６０Ｂ…冷却液流れの導管
６５…迂回モジュール
７１…冷たい冷却液の導管
７２…暖められた冷却液の導管
９０…コントローラ
Ａ−Ｇ…コントローラ９０に接続された空調システムの制御ポイント
１００…空調システム
１２０…空間
１２１…空間１２０から空調システム１００に流れる空気
１２２…空調システム１００からの圧縮空気
【図１】
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【図２】
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【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年4月14日(2015.4.14)
【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】
空気流れのための第１導管と乾燥流れのための第２導管を設けられ、両導管は膜により分離された膜接触器を有する乾燥器と、
空気流れのための第１導管と水を含有する冷却液のための第２導管を設けられた膜接触器と、乾燥流れを再生するための再生器とを有し、空気流れが駆動時に、入口と出口の間の乾燥器と加湿器とを通過し、乾燥流れが駆動時に、乾燥器と再生器を有する回路を流動する加湿器と、
を備え、
前記乾燥器は、連続して接続された熱交換器及び膜接触器を備え、熱交換器では入口からの空気流れと再生器からの乾燥流れとが合流し、膜接触器では、熱交換された空気流れと熱交換された乾燥流れが空気流れを乾燥させるために合流することを特徴とする空調システム。
【請求項２】
さらに、空気流れのための熱交換器を備え、前記空気流れは冷却液によって冷却されることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
前記空気流れの熱交換器は、乾燥器と加湿器の間に連続して連結されていることを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
【請求項４】
さらに、乾燥器の回りの迂回導管と、迂回導管と乾燥器の間の空気流れを分割する制御バルブと備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項５】
さらに、加湿器の回りの迂回導管と、迂回導管と加湿器の間の空気流れを分割する制御バルブとを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項６】
さらに、乾燥器の出口から入口へのフィードバック導管を備え、前記フィードバック導管には、フィードバック導管と出口の間の空気流れを分割する制御バルブが設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項７】
前記再生器は、乾燥流れのための第１導管とガス流れのための第２導管を設けた膜再生器を備え、前記両導管は、駆動時に乾燥流れの水がガス流れに移動して乾燥流れを再生するように、膜によって分離されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項８】
前記再生器は、さらに乾燥器から始まる乾燥流れを再生器の膜接触器から始まる乾燥流れに合流させる熱交換器を備え、前記乾燥流れが膜接触器の水の蒸発を可能とするように加熱され、その後冷却されることを特徴とする請求項７に記載の空調システム。
【請求項９】
前記再生器は、さらに乾燥流れのための導管と冷却液のための逆流導管とを有する熱交換器を備えることを特徴とする請求項８に記載の空調システム。
【請求項１０】
前記乾燥器と、乾燥流れを冷却するための再生器との間に追加熱交換器を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項１１】
さらに、乾燥器から始まる乾燥流れを加熱するための加熱手段を備え、前記加熱手段の設置により、乾燥器の駆動が制御されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の空調システム。
【請求項１２】
前記追加熱交換器の出口と乾燥器の乾燥入口との間に迂回導管を有することを特徴とする請求項１０に記載の空調システム。
【請求項１３】
予め決められた温度と相対湿度を有する空気流れを提供し、空気流れを取り扱うための前記請求項１から１２のいずれか１項に記載の空調システムの使用方法。
【請求項１４】
さらに、天候状態に基づいて空気流れを調節するために加湿器内の水溶性冷却液のレベルを調整するか、又は、前記乾燥器の駆動制御のための加熱手段での乾燥流れの加熱レベルを調整することを特徴とする請求項１３に記載の空調システムの使用方法。
【請求項１５】
空気流れのための第１導管と乾燥流れのための第２導管とを設けられ、両導管は膜を介して分離されている膜接触器を備え、
使用時の乾燥流れは、乾燥流れを再生するための乾燥器と再生器とを有する回路内を流動し、
前記乾燥器は、連続して接続された熱交換器を備え、前記膜接触器は、熱交換器が入口からの空気流れを再生器からの乾燥流れに合流させ、熱交換された空気流れと熱交換された乾燥流れを空気流れの乾燥のために合流させることを特徴とする乾燥モジュール。
【国際調査報告】
2015526690.tif 000010
2015526690.tif 000011