(57)【要約】【課題】  調整済みの屋内空間において空気を冷却および除湿するための空気分割構成を提供する。【解決手段】  調整済みの屋内空間において空気を冷却および除湿するための空気分割構成は、進入気流から作られた別々の第１および第２のコースを含む。第１のコースは、乾燥装置を通過して、空気から湿気を取り除き、乾燥装置を出た空気は、第１の冷却コイルを通過し空気が冷却され、第１の冷却コイルを出た空気は、給気プレナムに入る。第２のコースは、熱交換器の第１の側を通って方向付けられ、熱交換器を出た空気は、水分を乾燥装置から捕捉する前に加熱器要素により加熱される。乾燥装置を出た空気は、熱交換器の第２の側を通過し、その後、第２の冷却コイルを通過して、第２のコースの空気が冷却および除湿される。出てきた空気は、第１のコースの空気と混ぜ合わさって、調整済みの空間に戻る。この空間では、処理空気流は、再生空気流に対して最大化されると共に、依然として有効な潜熱冷却が可能である。【選択図】図４
2013148343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調整済みの屋内空間中の空気を冷却および除湿する冷却構成において、調整済みの空間からの進入気流から作られた第１および第２の気流を含み、
前記第１のコースは、前記空気から湿気を除去するように乾燥装置を通って方向付けられ、前記乾燥装置を出た空気は、第１の冷却コイルを通過して前記空気が冷却され、前記第１の冷却コイルを出た空気は、給気プレナムに入り、
前記第２のコースは、熱交換器の第１の側を通って方向付けられ、前記熱交換器を出た空気は、加熱器要素により加熱され、前記乾燥装置を通過し、前記乾燥装置を出た空気は、前記熱交換器の第２の側を通過し、前記熱交換器の第２の通路を出た空気は、第２の冷却コイルを通過して、前記第２のコース中の空気が冷却および除湿され、前記第２のコースを出た空気は、前記給気プレナムに移動し、ここで、前記第１のコースの空気と混合されて、その後、前記調整済みの空間に戻り、
前記構成は、より高い効率を生じるため、前記第１および第２の気流の処理空気流と再生空気流との比率を調節する手段をさらに含む、冷却構成。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却構成において、
前記システムの前記処理空気流と再生空気流との比率は、少なくとも７５：２５である、冷却構成。
【請求項３】
請求項２に記載の冷却構成において、
前記システムの前記処理空気流と再生空気流との比率は、少なくとも８４：１６である、冷却構成。
【請求項４】
請求項１に記載の冷却構成において、
前記乾燥装置は、回転する乾燥ホイールであり、前記ホイールは、物理的に分割されたデザインにより規定される、冷却構成。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却構成において、
前記乾燥ホイールの物理的分割は、前記乾燥ホイールの約８０％が前記第１の気流によりアクセスされ、前記回転する乾燥ホイールの約２０％が前記第２の気流によりアクセスされるようになっている、冷却構成。
【請求項６】
請求項４に記載の冷却構成において、
前記乾燥ホイールの物理的分割は、少なくとも９０／１０である、冷却構成。
【請求項７】
請求項１に記載の冷却構成において、
前記乾燥装置は、回転する乾燥ホイールを含み、
前記システムは、前記ホイールの回転速度を選択的に調節する手段を含む、冷却構成。
【請求項８】
請求項１に記載の冷却構成において、
前記冷却源から前記第１および第２の冷却コイルそれぞれへの水の速度を選択的に調節する手段、
をさらに含む、冷却構成。
【請求項９】
請求項１に記載の冷却構成において、
前記乾燥装置から水分を捕捉する前に、前記第２のコースにわたって空気の温度を調節する手段、
をさらに含む、冷却構成。
【請求項１０】
地熱冷却源を使用して調整済みの空間を顕熱的に冷却および除湿する方法において、
前記調整済みの空間から空気をダクトに通し、前記空気を第１および第２の気流それぞれに分離する工程と、
前記第１の気流から水分を除去するために乾燥ホイールの片側を通して前記第１の気流を移動させる工程と、
第１の冷却コイルを通して前記第１の気流を移動させる工程と、
再生熱交換器の片側を通して、その後、熱源、および前記乾燥ホイールの第２の側を通して、前記第２の気流を移動させる工程であって、前記第２の気流は、前記第１の気流から除去された水分を捕捉する、工程と、
前記再生熱交換器の第２の側を通して、その後、前記第２の冷却コイルまで、前記第２の気流を移動させる工程であって、前記第１および第２の冷却コイルはそれぞれ、比較的温かい水源に接続される、工程と、
前記第２の気流と前記第１の気流とを混合し、混合された空気を前記調整済みの空間へと移動させる工程と、
を含み、前記方法は、
システム効率を最適化するために、前記第１および第２の気流の処理空気流と再生空気流との比率を調節する工程をさらに含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の効率を改善する方法において、
前記処理空気流と再生空気流との比率が少なくとも８０／２０になるように、処理空気流を、再生空気流に対して構成する工程を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載のシステム効率を改善する方法において、
物理的に分割されたデザインを有する乾燥ホイールを提供する工程を含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
前記乾燥ホイールの物理的分割は、前記ホイールの２０％のエリアのみが、前記第２の気流にアクセス可能である、少なくとも８０／２０を可能にする、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
前記乾燥ホイールの物理的分割は、少なくとも９０／１０である、方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の方法において、
前記乾燥装置は、乾燥ホイールを含み、
前記方法は、前記乾燥ホイールの回転速度を選択的に調節する工程をさらに含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、
第１の回転速度から、７５％以下の顕熱比を保つのに十分な第２の回転速度に、前記乾燥ホイールの回転速度を落とす工程を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
前記第２の回転速度は、約６回転／時である、方法。
【請求項１８】
請求項１０に記載の方法において、
前記冷却源から前記第１および第２の冷却コイルそれぞれへの水の速度を選択的に調節する工程をさらに含む、方法。
【請求項１９】
請求項１０に記載の方法において、
前記乾燥装置から水分を捕捉する前に、前記第２のコースにわたって空気の温度を調節する工程をさらに含む、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
前記温度を調節する工程は、前記乾燥装置から依然として水分を捕捉することの可能な値まで、前記第２のコース中の空気の温度を最小化する工程を含む、方法。
【請求項２１】
請求項１０に記載の方法において、
前記流れの減少を可能にするため、前記第２の気流に少なくとも１つの平衡ダンパーを挿入する工程をさらに含む、方法。
【請求項２２】
空気分割冷却構成のための制御システムにおいて、調整済みの屋内空間からの第１および第２の空気コースを含み、
前記第１のコースは、乾燥装置を通過して、空気から湿気を除去し、前記乾燥装置を出た空気は、第１の冷却コイルを通過して、空気が冷却され、前記第１の冷却コイルを出た空気は、給気プレナムに入り、
前記第２のコースは、熱交換器の第１の側を通って方向付けられ、前記熱交換器を出た空気は、加熱器要素により加熱され、前記乾燥装置を通過し、前記乾燥装置を出た空気は、前記熱交換器の第２の側を通過し、前記熱交換器の第２の通路を出た空気は、第２の冷却コイルを通過して、前記第２のコース中の空気が冷却および除湿され、前記第２のコースを出た空気は、前記給気プレナムに移動し、ここで、前記第１のコースの空気と混合されて、その後、前記調整済みの空間に戻り、前記制御システムは、前記システムが様々なモードで動作することを可能にする、制御システム。
【請求項２３】
請求項２２に記載の制御システムにおいて、
前記構成の構成要素それぞれに接続されたマイクロプロセッサーを含み、
前記マイクロプロセッサーは、前記モードそれぞれを有効にするようにプログラムされる、制御システム。
【請求項２４】
請求項２２に記載の制御システムにおいて、
前記様々なモードは、顕熱冷却のみが行われるモードを含む、制御システム。
【請求項２５】
請求項２２に記載の制御システムにおいて、
前記様々なモードは、潜熱冷却のみが行われるモードを含む、制御システム。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔技術分野〕
本出願は、概して、加熱および冷却の分野に関し、より具体的には、地熱冷却水、浅い湖の水、または海岸近くの海水などの比較的温かい水の供給源を使用して、屋内空気の冷却のため屋内空気から顕熱（sensible heat）を取り除くシステムに関し、このシステムは、湿気を取り除く乾燥装置をさらに含み、冷却されるべき空間からの流入気流が、熱および湿気の両方を取り除くため、第１および第２の気流に分割される。本出願では、システムの効率を増大させるため、ならびに多用途性を強化するための、気流を分割する冷却／除湿構成（split-air stream cooling/dehumidification arrangement）の最適化に関して、本明細書で様々な改善を論じる。
【０００２】
〔背景および関連技術〕
米国特許第７，６５４，１０１  Ｂ２号に記載されるように、出願人は、受け取った気流（すなわち建物の空気（building air））が第１および第２の気流またはコースに分割される、冷却／除湿システムを以前に開発している。第１のコースに沿って流れる進入空気は、回転する乾燥ホイールなどの乾燥装置を通過して、屋内空気の湿気を取り除く。乾燥装置を出る水分が、第２のコースに沿って流れる空気によって捕捉される。この後者の再生気流は、乾燥装置からの、第１の気流から捕捉された水分をとらえる前に加熱される。第２の空気コースは、次に、熱交換器を通過して、顕熱を取り除く。その後、捕捉された水分を有するはるかに高い露点温度を有する、第２のコースに沿って移動する空気は、比較的温かい（約１０〜１５．５６℃（約５０〜６０°Ｆ）の）水により冷却されるコイル内で容易に除湿され得る。
【０００３】
前記の出願人のシステムは、調整済みの空間に、顕熱冷却および除湿（sensible cooling and dehumidification）をもたらすが、システムの効率の最大化を妨げる制約があり、この効率は、動作係数（ＣＯＰ）として典型的には表され、入熱（input heat）で割った、冷たい容器から取り除かれた熱の比率を反映するものである。これらの制約の中には、除湿（潜熱冷却）量当たりの顕熱冷却量の比率がある。理想的には、この後者の比率（全冷却（total cooling）で割られた顕熱冷却と呼ぶ）は、約７０〜７５％でなければならない。この比率が高すぎると、不適切な除湿が生じている可能性がある。約１０〜１５．５６℃（約５０〜６０°Ｆ）の温度を有する比較的温かい冷却源を利用することにより、本質的に、この比率を達成することが困難となる。そのため、より高いＣＯＰを提供すると共に、比較的温かい冷却源を用いて冷却と除湿との適切なバランスをもたらすために、現在既知の空気分割システム（split-air system）を最適化する必要性がある。
【０００４】
さらに、調整済みの空間が除湿を必要とし得るが、存在する空気が既に冷却を必要としない温度であり得るという環境がいくつかある。同様に、室内空気は適切に乾燥しているが、冷却が依然として必要とされ得る環境もある。その結果、顕熱冷却および／または除湿を選択的に可能にするシステムを提供するさらなる必要性がある。
【０００５】
〔開示の概要〕
したがって、第１の態様によると、屋内の調整済みの空間において空気を冷却および除湿する構成が提供され、冷却構成は、調整済みの空間からの進入気流によって作られる第１および第２のコースを含み、第１のコースは、乾燥装置を通過して、空気から湿気を取り除き、乾燥装置を出た空気は、第１の冷却コイルを通過して空気が冷却され、第１の冷却コイルを出た空気は、給気プレナム（supply air plenum）に入り、第２のコースは、熱交換器の第１の側を通って方向付けられ、熱交換器を出た空気は、加熱器要素により加熱され、乾燥装置を通って、第１の気流からの水分を捕捉し、乾燥装置を出た空気は、熱交換器の第２の側を通過し、熱交換器の第２の通路を出た空気は、第２の冷却コイルを通って、第２のコース内で空気が冷却および除湿され、第２のコースを出た空気は、給気プレナムへ進み、そこで、第１のコースの空気と混合され、その後、調整済みの空間に戻り、この冷却構成は、全体的な効率を増大させるため、このシステムの第１および第２の気流の再生空気流に対する処理空気流の量を調節する手段をさらに含む。
【０００６】
本明細書で記載されるシステムを目的として、処理空気流と再生空気流との比率は、システムの効率を増大させると共に、適切な除湿を依然として提供するために、すなわち実行可能である顕熱冷却比率を維持するため、約７５／２５〜９０／１０でなくてはならないと決定された。理想化したバージョンによると、前述した処理空気流と再生空気流との比率は、約８４／１６以上である。
【０００７】
空気流の制御は、システムの処理側を通る空気流を多くし、再生側を通る空気流を少なくするのを促進するため、関連のある構成要素（relative components）、すなわち、熱交換器、空気流通路などの寸法決めを通じて達成され得る。最適な寸法決めの制約でさえ、再生空気流が多すぎると判断された。したがって、１つのバージョンによると、前述した空気流比率の制御は、少なくとも１つのダンパーを使用することにより実現されることができ、この少なくとも１つのダンパーは、好ましくは、第２の気流の中に位置付けられて、その中の空気流を適切に制御する。別のバージョンでは、または、適切な寸法決めおよびダンピングと組み合わせて、送風機またはファンの速度が、それぞれの気流において増大されて、空気流比率を改善し、効率を改善することもできる。
【０００８】
別の態様によると、システム効率の改善は、乾燥ホイールを物理的に分割することにより達成されてよく、乾燥ホイールの大部分が除湿のために提供される。例えば、乾燥ホイールは、９０：１０の構成に、または別のバージョンにしたがって少なくとも８０：２０の構成に、物理的に分割され得る。
【０００９】
乾燥ホイールの回転速度も調節され得る。好ましくは、乾燥ホイールの回転速度は、約２４回転／時のほぼ典型的な速度から、約６回転／時の速度まで、緩められることができる。乾燥ホイールの物理的分割を変えること、および／または乾燥ホイールの回転速度を緩めることで、実際に除湿は減少するが、これらの減少は、本明細書に記載のシステムにおいて実現され得、かつ適切な顕熱冷却比率を依然として実現することができる効率の利得を考慮すれば、許容可能である。
【００１０】
本開示の別の態様によると、比較的温かい冷却源を用いて調整済みの空間を顕熱的に冷却および除湿する方法が提供され、この方法は、
調整済みの空間から空気をダクトに通し、その空気を、第１および第２の気流それぞれに分離する工程と、
第１の気流から水分を取り除くために乾燥ホイールの片側を通して第１の気流を移動させる工程と、
比較的温かい供給源により冷却された第１の冷却コイルを通して第１の気流を移動させ、その後、第１の気流を、調整済みの空間に戻す工程と、
再生熱交換器の片側を通して、次に熱源および乾燥ホイールの第２の側を通して、第２の気流を移動させる工程であって、第２の気流は、第１の気流から取り除かれた水分を捕捉する、工程と、
再生熱交換器の第２の側を通して、その後第２の冷却コイルへと第２の気流を移動させる工程であって、第１および第２の冷却コイルはそれぞれ、比較的温かい水の地熱源または他の供給源に接続されている、工程と、
第２の冷却コイルから調整済みの空間に空気を移動させる工程と、
を含み、
この方法は、効率を増大させ、空気分割システムを最適化するために、第１および第２の気流の再生空気流の量に対する処理空気流の量を調節する工程をさらに含む。
【００１１】
１つのバージョンでは、処理空気流と再生空気流との比率は、少なくとも７５／２５〜９０／１０である。本明細書に記載する方法の、理想化されたバージョンでは、８４／１６以上の比率が達成され、前述した比率は、再生に必要な熱（コスト）を最小化し、かつシステム効率（ＣＯＰ）を最大化すると共に、適切な冷却および除湿を依然として可能にするという目標を達成するものである。
【００１２】
さらに別の態様によると、空気分割冷却および除湿構成のための制御システムが提供され、制御システムは、冷却および除湿構成が、複数のモードで動作することを可能にする。空気分割構成は、受け取った気流から第１および第２の空気コースを作り出し、第１の空気コースは、そこから水分を奪い取る乾燥装置を通過し、第１の空気コースは、空気を調整済みの空間に供給する前に空気を顕熱的に冷却する第１の冷却コイルへとさらに移動する。第２の空気コースは、最初に加熱されて、第１の気流から水分を取り出し、第２の気流は、熱交換器を通って、第１の気流と混合して空気を調整済みの空間に戻す前に第２の気流を冷却するため第２の気流を第２の冷却コイルに移動させる前に熱を発し、制御システムは、この構成を複数のモードで動作させることができるように構成される。
【００１３】
制御システムは、サーモスタットおよび／または除湿機（dehumidistat）として動作することができる。第１のモードでは、システムは、乾燥装置を使用可能にし、システム内を流れる第１および第２の気流に熱を加えることにより、顕熱冷却および潜熱冷却の両方をもたらすように動作する。第２の「自由冷却」のみのモードによると、熱はシステムに加えられず、乾燥装置は、移動する空気の水分をシステム内に自由に通すように、使用されない。第３の「潜熱冷却」モードでは、処理熱交換器（冷却コイル）まで水流が全く流されないかまたはわずかな水流が流される。その結果、冷却なし、または、多くても非常にわずかな空気の正味加熱（net heating of the air）を伴う、著しい除湿が行われる。
【００１４】
１つのバージョンでは、冷却源から冷却コイルへの水の流速は、十分な流れが前述の第３のモードで乾燥装置により生じる第１の気流の熱上昇を相殺することを可能にするよう、調節され得る。
【００１５】
前述のシステムを使用して実現される１つの利点は、顕熱冷却および除湿が、二重または分割気流システムを用いて、より効率的かつ効果的に実現され得ることである。
【００１６】
本発明のシステムによりもたらされる別の利点は、効率の増大により、使用者に、エネルギー費の減少がもたらされることである。
【００１７】
本発明のシステムにより実現されるさらに別の利点は、特定の環境の動作特徴に関する多用途性である。
【００１８】
これらの技術的特徴および利点、ならびに他の技術的特徴および利点は、添付図面と共に読まれるべき、以下の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。
【００１９】
〔詳細な説明〕
以下の説明は、出願人による、先に特許された空気流分割冷却システムの全体的な効率を改善するために、そのシステムに対する様々な改善に関するものである。以下の説明では、いくつかの用語を使用して、添付図面に関する適切な基準枠を設ける。しかしながら、これらの用語は、本明細書に記載される発明の概念に関して、狭義に解釈されてはならない。さらに、各図面は、以下の説明のために一定の比率で図示されておらず、あるいはそのように図示されることを意図するものではないことに注意されたい。
【００２０】
背景に関して、先の既知の構成またはシステムが、図１にしたがって示されており、このシステムは、調整されるべき部屋または他の閉鎖空間から暖かく湿った空気を受け取る、戻り空気ダクトまたは入口１０を含む。このシステムによると、戻りダクト１０からシステムに入る空気は、最初、例えば一対の送風機もしくはファン（不図示）または空気を移動させる他のポーティング手段を用いて、第１および第２の空気流またはコースそれぞれへと分割される。本明細書ではＡと標識される第１の気流は、乾燥ホイール１４の片側、より詳細には、乾燥ホイールの除湿もしくは乾燥側１４Ａを通過させられ、ホイール内部に設けられた乾燥材料が、そこを通る第１の気流Ａから水分を捕捉する。乾燥ホイール１４は、第２の気流へ水分を運ぶように同心円状に回転し、第２の気流は、最初に加熱され、乾燥ホイール１４の回転または「湿った」側１４Ｂを通過させられて、収容された乾燥剤から水分を捕捉する。
【００２１】
乾燥ホイール１４を出た、除湿された第１の気流は、冷却コイル１６Ａを通過し、その空気の顕熱冷却をもたらす。空気は、冷却コイル１６Ａによって、室内空気の温度より低い温度で、好ましくはウェルまたは他の適切な冷却源などの地熱シンク１８を用いて冷却され、このバージョンによれば、空気を冷却され除湿された空気として調整済みの空間内へ戻す、給気プレナム２０、または代わりに送風機もしくは他の手段（不図示）へと送られる。冷却装置３０が、冷却コイル１６Ａと関連して、オプションとして設けられてよい。
【００２２】
一方、Ｂとして標識される第２の気流は、最初、空気対空気または他の適切な再生熱交換器２２の流入空気側を通って、例えばファン（不図示）によって、移動する。流入空気側を通過する進入空気は、熱交換器２２の戻り側を通過する空気により加熱され、次に、その側で空気が冷却される。熱交換器２２の流入側を出た空気は、次に、回転する乾燥ホイール１４から第１の気流Ａからの水分を捕捉するのに十分な温度まで、加熱要素２４により加熱される。この加熱された空気は、次に、回転する乾燥ホイール１４の湿潤側１４Ｂを通過する。乾燥ホイール１４を出た空気は、その後、熱交換器２２の戻り側を通過し、加熱要素２４からの熱の一部は、回復されて、流入空気へと運ばれることができる。これにより、熱交換器２２を離れて第２の冷却コイル１６Ｂを通過する前に、第２の気流も冷却される。第２の冷却コイル１６Ｂは、第２の気流から熱を取り去り、この空気を冷却し、また、乾燥ホイール１４により第１の気流から第２の気流へと運ばれた湿気、ならびにそれ自体の最初の湿気を凝結および除去する。
【００２３】
好ましくは、第１の冷却コイル１６Ａおよび第２の冷却コイル１６Ｂはそれぞれ、水温が約１０℃〜１５．５６℃（約５０°Ｆ〜６０°Ｆ）近辺である、地熱ウェル１８または他の冷水源から戻ってきた水、例えば海岸近くの海水または浅い湖の水、を供給される。第２の冷却コイル１６Ｂを出た空気は、供給プレナム２０または供給送風機（不図示）へ移動し、そこで、第２の気流は第１の気流と混ぜ合わせられ、冷却および除湿された空気として調整済みの空間内へと戻る。凝縮装置３２がオプションとして設けられて、第２の気流から凝縮物を集めて加熱要素２４へと送ることができる。凝縮装置３２はまた、冷却源に戻る水（water returning the cooling source）に対して熱を排出する冷却装置３０に接続されることもできる。後者の特徴部に関する詳細は、先に組み込まれた米国特許第７，６５４，１０１  Ｂ２号に記載されている。
【００２４】
前述したシステムは、地熱ウェルもしくは同等の比較的温かい（約１０℃〜１５．５６℃（約５０°Ｆ〜６０°Ｆ）の）水の供給源などの冷却源および乾燥装置を用いて、顕熱冷却および除湿の双方をもたらすため、進入空気を別個の気流に分割する概念に依存している。図２は、システムにより具体化される原理に関して、２つの空気コースＡおよびＢを示す、代表的な湿度図表である。特定の部分が、利便性を図るために本明細書では、丸で囲んだ部分１〜９にしたがって標識され、丸で囲んだ部分１〜９は、図１にも示されており、それぞれの空気流のステージポイント（stagepoints）を指す。図２の図表に関する基準に関して、乾球温度が、縦座標に沿って示されており、エンタルピーが、図表の左および上部に沿って目盛り上に示され、斜線は、一定の湿球温度の線であり、双曲線（曲線）は、一定の相対湿度の線を表し、飽和曲線は、図表の左上にある。
【００２５】
戻り空気ダクトと供給プレナム２０との間に示される第１の気流は、点１で始まり点７、８、９まで延びる線で表されている。第２の空気流または気流は、やはり点１で始まり点、２、３、４、５、６、９まで延びる線で表される。
【００２６】
さらに具体的には、点１と点２との間における湿った空気の加熱は、再生熱交換器２２を通じて一定の湿度で行われ、その後、点２と点３との間で行われて、ここでは、加熱器要素２４が、速度Ｑで、ある量の熱エネルギーを移動空気に加える。第１の気流から第２の気流への水分の移動は、点３と点４との間で行われ、ここで、第２の気流は、回転する乾燥ホイール１４を経て第１の気流から水分を捕捉する。乾燥ホイール１４を出る空気への、第２の気流中の流入空気の顕熱伝達は、点１、２と点４、５との間に表され、プロセスの後者部分は、プロセス１〜２に熱を引き渡す。この後者プロセスは、図２に示すように一定の水分含量の線に沿って行われる。
【００２７】
点５から点６で行われるプロセス部分、すなわち、水を供給された冷却コイル１６Ｂを第２の気流の空気が通過すること、は、２つの別個の位相でできている。点５と点５Ａとの間で行われる第１のプロセスによると、第２の気流は、飽和（点５Ａ）に到達するまで、一定の湿度含量で冷却される。点５Ａと点６との間で行われる第２の部分では、第２の気流の冷却は、飽和曲線に従い、ここでは凝縮も起こり、回転する乾燥ホイール１４から捕捉された湿気、ならびに再生気流中の最初の湿気を除去する。
【００２８】
第１の気流では、点１と点７との間で乾燥ホイール１４を通過する空気は、回転するホイール中の乾燥材料が空気から水分を吸収するにつれて、空気を暖める。第２の気流が点３と点４との間で乾燥ホイール１４の湿った側を通過すると、プロセスは、乾燥材料がより暖かな気流に水分を引き渡すにつれて、空気を冷却する。
【００２９】
点７と点８との間の第１の気流では、乾燥ホイール１４は湿気を除去し、その後、気流が、地熱源（ウェル１８、図１）または他の水源を使用して冷却される第１の冷却コイル１６Ａを通過するにつれて、空気の温度が低下する（冷却される）。
【００３０】
最後に、第１および第２の気流の点８と点９、および点６と点９との間それぞれで行われるプロセス部分は、供給プレナム２０への各気流の流れ、および、調整済みの空間に排出されて戻る前の気流の混合を表す。先の既知の空気分割システムに関するさらなる詳細は、出願人による先の特許である米国特許第７，６５４，１０１  Ｂ２号に記載されており、この特許の内容全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３１】
使用状況における先のシステムの広範な概略的表示が、本明細書でＣと標識される調整済みの空間について、図３に示してあり、回転する乾燥ホイール１４、熱交換器２２、および冷却コイル１６Ａ、１６Ｂに関連して、分割プロセス、および再生空気流および空気の移動を明確に描いている。冷却コイルはそれぞれ、地熱ウェル１８または他の水源、ならびに進入空気流から第１および第２の気流を方向付けるのに使用されるファンまたは送風機１２Ａ、１２Ｂにより冷却される。
【００３２】
図４を参照すると、例示的な実施形態にしたがって作製された空気分割冷却／除湿システムが描かれている。先に論じたシステムと同様、戻りダクト１１０または類似のポーティング手段が設けられており、システムにより調整されるべき空間からの空気を受け取る。また、先に論じたように、１組の送風機１１２Ａおよび１１２Ｂが、受け取った空気を、第１および第２の気流またはコースそれぞれに導く。代わりに、単一の送風機をすべての構成要素の下流に置くことなどの、他のポーティング手段が、送風機１１２Ａおよび１１２Ｂの代わりとされてもよい。さらに、可変速度の送風機を、特に第２の気流に対して使用することは、本明細書で記載するように、特に有用である。
【００３３】
このバージョンによると、回転する乾燥ホイール１１４が設けられ、このホイールを、第１の気流が通過する。乾燥ホイール１１４は、乾燥ホイールの中心を通るシャフトを有するモーター（不図示）、または代わりに外部モーター（不図示）により駆動されるホイールの外周部の周りに延びるベルトドライブによって、回転させられる。図４（ａ）のホイール１４の加湿部分もしくは加湿側１４Ａと除湿部分もしくは除湿側１４Ｂとの間で５０／５０の分割をもたらすか、または図２に示す図表により７５／２５の分割をもたらす、先の既知のシステムデザインとは対照的に、本明細書に開示する乾燥装置は、物理的にオフセットされた分割デザインにより規定される。図４（ｂ）に示す１つのバージョンによると、約８０／２０の物理的分割（physical split）を有する乾燥ホイール１１４を、１１４Ａおよび１１４Ｂとしてそれぞれ示される処理側と再生側との間で使用するが、約８０／２０〜９５／５、または場合によってはそれ以上の範囲のホイールの物理的分割も許容可能である。したがって、この実施形態によると、第２の気流は、回転する乾燥ホイール１１４Ｂの２０％のみにアクセスすることができる。除湿は、この物理的分割を使用して実際に減少するが、ＣＯＰ（効率）を増大させる結果が実現される。
【００３４】
別の変形体では、乾燥ホイール１１４の回転速度が、前述した物理的分割と連携して、または従来の５０／５０分割の乾燥ホイールと共に使用する際に、適切に調節され得る。典型的には、乾燥ホイール１１４の回転速度は、約２４回転／時である。回転速度を低減することで、システムの効率向上が生じ得ることが分かっている。約６回転／時まで回転速度を落とすと、最適な結果がもたらされる。効率（ＣＯＰ）を増大させつつも、乾燥ホイール１１４をさらに遅くすると、実現される効率向上について、不十分な除湿が生じる。すなわち、十分な顕熱冷却比率（約７０〜７５％）を維持するために、依然として最小の除湿が達成される。
【００３５】
水分は、回転する乾燥ホイール１１４内部に収容された材料内に含まれる材料によって、第１の気流から奪われ、ホイールは、その中心の周りを回転して、奪われた水分が、通過する第２の気流により捕捉され得るようにする。前記と同様、乾燥装置１１４を通過した後の第１の気流は、本実施形態によれば地熱シンク１１８、または代わりに他の温かい水の冷却源、例えば、約１０〜１５．５６℃（約５０〜６０°Ｆ）の温度を有する浅い湖および海岸付近の場所によって、室内空気の温度より冷たい温度まで、第１の冷却コイル１１６Ａにより冷却される。
【００３６】
第２の気流は、移動する気流が最初に加熱される、空気対空気または他の再生熱交換器１２２の第１または処理ステージまたは通風路内に動かされる。本明細書で使用される熱交換器１２２は、あまり内部漏れ穴（internal leaks）を含まないことが好ましい。したがって、固定プレート熱交換器の使用は、この後者の目的を満たすためには望ましいオプションであり、これにより、全体の効率がさらに改善される。
【００３７】
熱交換器１２２の第１のステージを出た空気は、追加の熱エネルギーＱを加えることによって、回転する乾燥ホイール１１４の湿った側で第１の気流から水分を捕捉するための適切な温度まで、温水コイル、ガス炉もしくは他の装置などの加熱要素１２４によって、さらに加熱される。
【００３８】
乾燥ホイール１１４からの水分は、次に、第２の気流により捕捉され、空気は、空気対空気の熱交換器１２２の第２または再生側へ動かされる。前記のとおり、図３（ｂ）の乾燥ホイール１１４の分割デザイン、およびオプションとして乾燥ホイールの、より遅い回転速度に基づいて、結果としての水分量は減少する。熱は、空気が熱交換器１２２の第２の側を通過すると、熱交換器１２２の第１の側に伝達される。次に、熱交換器１２２を出た、より冷たい空気は、第２の冷却コイル１１６Ｂによってさらに冷却される。第２の冷却コイルは、第１の冷却コイル１１６Ａのように、地熱の、または他の適切な水の冷却源１１８により冷却される。
【００３９】
空気流の制御は、より多くの空気流がシステムの処理側を通り、より少ない空気流が再生側を通ることを促進するために、関連のある構成要素、すなわち、熱交換器、空気流通路などを寸法決めすることで、達成され得る。可変速度の送風機の使用により、空気流の量を選択的に制御する手段ももたらされる。最適な寸法決めの制約があっても、再生空気流が過剰であることが分かっている。したがって、少なくとも１つの平衡ダンパーが、第２の気流の導管組織内に、より詳細には、空気流をよりよく制御するために熱交換器１２２の第１の側を出た気流に対して、位置付けられることができる。ダンパーと組み合わせて空気流通路を最適化することにより、より少ない平衡度（荷重）がダンパーにより必要とされる点で、効率向上がさらに改善されることが分かった。効果の点で、構成要素の選択による平衡化は、最小量のダンパー活性／制限/非効率をもたらす。ダンパーは、より小さい気流内にあり、ダンパーは、より小さく（より安価で）、必要な空気流制限（エネルギー浪費の観点から、常に望ましくない）は最小化される。
【００４０】
図４の図表を参照し、１つのバージョンによると、ダンパー１２６が、加熱要素１２４に隣接した状態点（state point）３に対して第２の気流内に提供される。ダンパーは、代わりに、例えば、参照符号１２８で示す場所の近くで、図示のように、状態点２、５または７に位置付けられることもできる。
【００４１】
図５を参照すると、湿度図表が、代替のオプションについて提供されており、この代替のオプションでは、第２の気流の温度が、乾燥ホイール１１４から湿気を引き出すのに単に十分な温度に制御され、それにより加熱要素１２４により供給された少量の熱エネルギーＱを加え、実現されるシステムユーザーに対する費用便益を提供する。例えば、状態点３における温度が９３．３３℃（２００°Ｆ）である場合、モデルは、１．５ＣＯＰの効率を示すが、状態点３における温度が６５．５６℃（１５０°Ｆ）である場合、効率は、２．０ＣＯＰまで増大する。しかしながら、この温度が制御され得る限界がある。温度が低すぎると、不十分な除湿が結果として起こる。
【００４２】
このシステムの、さらに別の代替的なバージョンによると、地熱ウェルまたは他の冷却水源１１８から第１の冷却コイル１１６Ａおよび第２の冷却コイル１１６Ｂのいずれかまたはそれぞれに入る水の調節された流速は、冷却をさらに促進し、したがって本明細書に記載するシステムの効率を増大させるために、適切に調節されてよい。前記と同様、システム内の再生空気流の量を減らすことにより、より多くの費用節減が実現され得るが、冷却および除湿を犠牲にすることはない。
【００４３】
さらに別の態様によると、図６および図７を参照して、本明細書に記載する空気分割システムは、例えば、設置されるシステムの地理的な場所または環境に基づいて、使用を最適化しながら、多用途性の増大をもたらすために、複数の様々なモードで動作し得る。
【００４４】
図７の第１の動作モード１４０によると、システムは、空気分割構成を用いて本明細書で先に説明したような形で、顕熱冷却および潜熱冷却（除湿）の両方をもたらすように動作し得る。
【００４５】
図７の第２の動作モード１４４では、システムは、顕熱冷却のみをもたらすように選択的に動作し得る。この特定のモードでは、乾燥ホイール１１４は回転せず、加熱要素１２４を用いて第２の気流に外部の熱が加えられない。結果は、第１の気流が、回転しない乾燥ホイール１１４を通過して、第１の冷却コイル１１６Ａにより冷却されるというものである。室内空気が十分乾燥しているという条件で顕熱冷却が生じるこのモードを用いて、除湿は行われない。この特定のモードにより、実質的なエネルギーの節減が生じ、本質的に「自由冷却」モードがもたらされる。
【００４６】
図７の第３の動作モード１４８によると、システムは、潜熱冷却（除湿）のみをもたらすように動作することもできる。このモードによると、処理熱交換器（第１の冷却コイル）へのすべてまたは大部分の水の流れが止まる。その結果、乾燥ホイール１１４は、第１の気流から水分を抜き出し、この水分は、次に、第２の気流によって捕捉される。第２の気流は、最初に、再生熱交換器１２２の第１の側を通過し、加熱要素１２４によりさらに加熱されて、第２の気流が乾燥ホイール１１４を通過する際に水分が捕捉されることを可能にする。前記と同様、第２の気流は、次に、再生熱交換器１２２の第２の側を通過し、ここで、熱が熱交換器の第１の側へと放出される。気流は次に、第２の冷却コイル１１６Ｂへ移動し、空気が水源１１８によって冷却され、ここで、凝縮物が生成および放出される。１つのバージョンによると、この凝縮物は、例えば加熱要素が、そのための水源としての温水コイルである場合に、加熱要素１２４へ方向付けられ得る。別の状況では、第１の気流の冷却されていない空気と混合された、この除湿空気は、調整済みの空間内へと戻される。この後者のモードの結果により、温度のわずかな上昇がもたらされるが、潜熱冷却は著しい。好ましくは、この後者のモードは、例えば除湿が非常に望ましいフロリダなどの気候に見られる、既に十分冷たいが湿っている室内空気に有用である。さらに、前記のモードは、水分負荷の高い環境（例えば、多くの支援者のいる劇場、温室、室内プールエリアなど）で使用され得る。
【００４７】
制御システム１３０は、マイクロプロセッサー１３４を含み、これは、マイクロプロセッサーが電気接続されているシステムの再生熱交換器１２０、乾燥ホイール１１４、冷却コイル１１６Ａ、１１６Ｂ、加熱要素１２４、および導管組織／ダンパーそれぞれを含むシステム構成要素のそれぞれを制御するための制御論理を包含している。様々な作動可能な（actuable）制御ボタン（不図示）を含むユーザーインターフェース１３６も、マイクロプロセッサー１３４に接続される。したがって、ユーザーは、所望の効果に基づいて、システムの適切な動作モードを選択することができる。さらなる改変が可能であることに注意されたい。例えば、第３の除湿モードに関して言えば、このモード１４８は、乾燥ホイール１１４を通過することによる第１の気流における熱上昇を無効にするため、第１の冷却コイルへの水の流れを制御することにより、第１の冷却コイル１１６Ａを介した第１の気流のいくらかの冷却を（必要とされた場合に）さらに可能にすることができる。制御システムおよびさまざまな動作モードに対する、他の類似の改変および変形体も容易に明らかになるはずである。
【００４８】
前述の説明から、また、特許請求の範囲にしたがって容易に明らかとなる他の変形体および改変があることは、容易に明らかである。
【００４９】
〔実施の態様〕
（１）  調整済みの屋内空間中の空気を冷却および除湿する冷却構成において、調整済みの空間からの進入気流から作られた第１および第２の気流を含み、
前記第１のコースは、前記空気から湿気を除去するように乾燥装置を通って方向付けられ、前記乾燥装置を出た空気は、第１の冷却コイルを通過して前記空気が冷却され、前記第１の冷却コイルを出た空気は、給気プレナムに入り、
前記第２のコースは、熱交換器の第１の側を通って方向付けられ、前記熱交換器を出た空気は、加熱器要素により加熱され、前記乾燥装置を通過し、前記乾燥装置を出た空気は、前記熱交換器の第２の側を通過し、前記熱交換器の第２の通路を出た空気は、第２の冷却コイルを通過して、前記第２のコース中の空気が冷却および除湿され、前記第２のコースを出た空気は、前記給気プレナムに移動し、ここで、前記第１のコースの空気と混合されて、その後、前記調整済みの空間に戻り、
前記構成は、より高い効率を生じるため、前記第１および第２の気流の処理空気流と再生空気流との比率を調節する手段をさらに含む、冷却構成。
（２）  実施態様１に記載の冷却構成において、
前記システムの前記処理空気流と再生空気流との比率は、少なくとも７５：２５である、冷却構成。
（３）  実施態様２に記載の冷却構成において、
前記システムの前記処理空気流と再生空気流との比率は、少なくとも８４：１６である、冷却構成。
（４）  実施態様１に記載の冷却構成において、
前記乾燥装置は、回転する乾燥ホイールであり、前記ホイールは、物理的に分割されたデザインにより規定される、冷却構成。
（５）  実施態様４に記載の冷却構成において、
前記乾燥ホイールの物理的分割は、前記乾燥ホイールの約８０％が前記第１の気流によりアクセスされ、前記回転する乾燥ホイールの約２０％が前記第２の気流によりアクセスされるようになっている、冷却構成。
【００５０】
（６）  実施態様４に記載の冷却構成において、
前記乾燥ホイールの物理的分割は、少なくとも９０／１０である、冷却構成。
（７）  実施態様１に記載の冷却構成において、
前記乾燥装置は、回転する乾燥ホイールを含み、
前記システムは、前記ホイールの回転速度を選択的に調節する手段を含む、冷却構成。
（８）  実施態様１に記載の冷却構成において、
前記冷却源から前記第１および第２の冷却コイルそれぞれへの水の速度（rate of water）を選択的に調節する手段、
をさらに含む、冷却構成。
（９）  実施態様１に記載の冷却構成において、
前記乾燥装置から水分を捕捉する前に、前記第２のコースにわたって空気の温度を調節する手段、
をさらに含む、冷却構成。
（１０）  地熱冷却源を使用して調整済みの空間を顕熱的に冷却（sensibly cooling）および除湿する方法において、
前記調整済みの空間から空気をダクトに通し、前記空気を第１および第２の気流それぞれに分離する工程と、
前記第１の気流から水分を除去するために乾燥ホイールの片側を通して前記第１の気流を移動させる工程と、
第１の冷却コイルを通して前記第１の気流を移動させる工程と、
再生熱交換器の片側を通して、その後、熱源、および前記乾燥ホイールの第２の側を通して、前記第２の気流を移動させる工程であって、前記第２の気流は、前記第１の気流から除去された水分を捕捉する、工程と、
前記再生熱交換器の第２の側を通して、その後、前記第２の冷却コイルまで、前記第２の気流を移動させる工程であって、前記第１および第２の冷却コイルはそれぞれ、比較的温かい水源に接続される、工程と、
前記第２の気流と前記第１の気流とを混合し、混合された空気を前記調整済みの空間へと移動させる工程と、
を含み、前記方法は、
システム効率を最適化するために、前記第１および第２の気流の処理空気流と再生空気流との比率を調節する工程をさらに含む、方法。
【００５１】
（１１）  実施態様１０に記載の効率を改善する方法において、
前記処理空気流と再生空気流との比率が少なくとも８０／２０になるように、処理空気流を、再生空気流に対して構成する工程を含む、方法。
（１２）  実施態様１０に記載のシステム効率を改善する方法において、
物理的に分割されたデザインを有する乾燥ホイールを提供する工程を含む、方法。
（１３）  実施態様１２に記載の方法において、
前記乾燥ホイールの物理的分割は、前記ホイールの２０％のエリアのみが、前記第２の気流にアクセス可能である、少なくとも８０／２０を可能にする、方法。
（１４）  実施態様１３に記載の方法において、
前記乾燥ホイールの物理的分割は、少なくとも９０／１０である、方法。
（１５）  実施態様１２に記載の方法において、
前記乾燥装置は、乾燥ホイールを含み、
前記方法は、前記乾燥ホイールの回転速度を選択的に調節する工程をさらに含む、方法。
【００５２】
（１６）  実施態様１５に記載の方法において、
第１の回転速度から、７５％以下の顕熱比を保つのに十分な第２の回転速度に、前記乾燥ホイールの回転速度を落とす工程を含む、方法。
（１７）  実施態様１６に記載の方法において、
前記第２の回転速度は、約６回転／時である、方法。
（１８）  実施態様１０に記載の方法において、
前記冷却源から前記第１および第２の冷却コイルそれぞれへの水の速度を選択的に調節する工程をさらに含む、方法。
（１９）  実施態様１０に記載の方法において、
前記乾燥装置から水分を捕捉する前に、前記第２のコースにわたって空気の温度を調節する工程をさらに含む、方法。
（２０）  実施態様１９に記載の方法において、
前記温度を調節する工程は、前記乾燥装置から依然として水分を捕捉することの可能な値まで、前記第２のコース中の空気の温度を最小化する工程を含む、方法。
【００５３】
（２１）  実施態様１０に記載の方法において、
前記流れの減少を可能にするため、前記第２の気流に少なくとも１つの平衡ダンパーを挿入する工程をさらに含む、方法。
（２２）  空気分割冷却構成のための制御システムにおいて、調整済みの屋内空間からの第１および第２の空気コースを含み、
前記第１のコースは、乾燥装置を通過して、空気から湿気を除去し、前記乾燥装置を出た空気は、第１の冷却コイルを通過して、空気が冷却され、前記第１の冷却コイルを出た空気は、給気プレナムに入り、
前記第２のコースは、熱交換器の第１の側を通って方向付けられ、前記熱交換器を出た空気は、加熱器要素により加熱され、前記乾燥装置を通過し、前記乾燥装置を出た空気は、前記熱交換器の第２の側を通過し、前記熱交換器の第２の通路を出た空気は、第２の冷却コイルを通過して、前記第２のコース中の空気が冷却および除湿され、前記第２のコースを出た空気は、前記給気プレナムに移動し、ここで、前記第１のコースの空気と混合されて、その後、前記調整済みの空間に戻り、前記制御システムは、前記システムが様々なモードで動作することを可能にする、制御システム。
（２３）  実施態様２２に記載の制御システムにおいて、
前記構成の構成要素それぞれに接続されたマイクロプロセッサーを含み、
前記マイクロプロセッサーは、前記モードそれぞれを有効にするようにプログラムされる、制御システム。
（２４）  実施態様２２に記載の制御システムにおいて、
前記様々なモードは、顕熱冷却のみが行われるモードを含む、制御システム。
（２５）  実施態様２２に記載の制御システムにおいて、
前記様々なモードは、潜熱冷却のみが行われるモードを含む、制御システム。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】既知の空気分割冷却／除湿システムの線図である。
【図２】図１の既知の空気分割冷却／除湿システムの湿度図表である。
【図３】図１および図２の実施形態を利用した設置の概略的なシステム図である。
【図４】例示的な実施形態による冷却／除湿システムの線図である。
【図４（ａ）】図１の先行技術のシステムで使用される乾燥装置の部分図である。
【図４（ｂ）】図４のシステムで使用される乾燥装置の部分図である。
【図５】１バージョンによる冷却／除湿システムの改善を表す湿度図表である。
【図６】別の例示的な実施形態による制御システムの線図である。
【図７】図６の制御システムを表すフローチャートである。
【図１】
2013148343.tif 000003
【図２】
2013148343.tif 000004
【図３】
2013148343.tif 000005
【図４】
2013148343.tif 000006
【図４（ａ）】
2013148343.tif 000007
【図４（ｂ）】
2013148343.tif 000008
【図５】
2013148343.tif 000009
【図６】
2013148343.tif 000010
【図７】
2013148343.tif 000011
【外国語明細書】
2013148343000001.pdf