(57)【要約】熱・物質交換システムが説明される。熱・物質交換システムは、熱・物質交換（ＨＭＸ）ダクトを横切って延びる複数の交換コンポーネントを備え、ＨＭＸダクトを通る流れは、交換コンポーネントを横切って流れる。交換コンポーネントは、複数の第１の細長い中空の導管と複数の第２の細長い中空の導管を備え、第１の細長い中空の導管又は第２の細長い中空の導管のいずれか一方は、水蒸気透過性の外壁を有し、キャリア空気の流れと液体乾燥剤の流れが水蒸気透過性の外壁の両側に接触して流れる。
2017506736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱・物質交換（ＨＭＸ）ダクトを横切って延びる複数の交換コンポーネントを備え、前記ＨＭＸダクトを通る流れは、前記交換コンポーネントを横切って流れ、前記交換コンポーネントは、複数の第１の細長い中空の導管と複数の第２の細長い中空の導管を備え、
前記第１の細長い中空の導管又は前記第２の細長い中空の導管のいずれか一方は、水蒸気透過性の外壁を有し、
キャリア空気の流れと液体乾燥剤の流れが前記水蒸気透過性の外壁の両側に接触して流れるようになっている熱・物質交換システム。
【請求項２】
液体乾燥剤の流れを、前記ＨＭＸダクト、前記第１の細長い中空の導管、前記第２の細長い中空の導管から選択された本体を経由して輸送し、
キャリア空気の流れを、前記ＨＭＸダクト、前記第１の細長い中空の導管、前記第２の細長い中空の導管から選択された別の本体を経由して輸送するようになっている請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の細長い中空の導管は、相互に離れて配置され、前記第２の細長い中空の導管は、相互に離れて配置される請求項１又は２記載のシステム。
【請求項４】
前記交換コンポーネントは、チューブ・イン・チューブ交換コンポーネントを備え、それぞれのチューブ・イン・チューブコンポーネントは、１つの第２の細長い中空の導管の中に１つの第１の細長い中空の導管を備えており、前記第１の細長い中空の導管の中の内側の流れチャネルと、前記第１の細長い中空の導管の外部の前記第２の細長い中空の導管に隣接した外側の流れチャネルを形成する請求項１〜３のいずれか記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の第１及び第２の細長い中空の導管は、前記ＨＭＸダクトを横切って横方向に延び、前記システムは、さらに前記ＨＭＸダクトを横切って延びる複数の第３の細長い中空の導管を備えた請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記第３の細長い中空の導管は、前記ＨＭＸダクトを横切って横方向に延びる請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記第３の細長い中空の導管は、前記第１及び第２の細長い中空の導管を横断して延びる請求項５又は６記載のシステム。
【請求項８】
前記チューブ・イン・チューブ交換コンポーネントは、さらに前記第１の細長い中空の導管の中に前記複数の第３の細長い中空の導管のうちの１つを備え、それぞれの前記第３の細長い中空の導管は、前記第３の細長い中空の導管の中の中央ルーメンを規定し、前記内側の流れチャネルは、前記第３の細長い中空の導管の外側と前記第１の細長い中空の導管の内側によって規定される請求項５〜７のいずれか記載のシステム。
【請求項９】
冷却剤の流れは、前記内側のチャネルを通って流れ、液体乾燥剤の流れは、前記外側のチャネルを通って流れ、キャリア空気の流れは、前記ＨＭＸダクトを通って流れるようになっている請求項４〜８のいずれか記載のシステム。
【請求項１０】
前記冷却剤の流れと前記液体乾燥剤の流れを向流配置で流すように構成された請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
キャリア空気の流れが前記内側のチャネルを通って流れ、液体乾燥剤の流れが前記外側のチャネルを通って流れ、冷却剤の流れが前記ＨＭＸダクトを通って流れるようになっている請求項４〜１０のいずれか記載のシステム。
【請求項１２】
前記キャリア空気の流れと前記液体乾燥剤の流れを向流配置で流すように構成された請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
液体乾燥剤の流れが前記内側のチャネルを通って流れ、キャリア空気の流れが前記外側のチャネルを通って流れ、前記冷却剤の流れが前記ＨＭＸダクトを通って流れるようになっている請求項４〜１２のいずれか記載のシステム。
【請求項１４】
前記液体乾燥剤の流れと前記キャリア空気の流れを向流配置で流すように構成された請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
それぞれの第１の細長い中空の導管は、ぞれぞれの第２の細長い中空の導管よりも長い請求項４〜１４のいずれか記載のシステム。
【請求項１６】
それぞれのチューブ・イン・チューブ交換コンポーネントは、第１のエンドキャップと第２のエンドキャップを備え、前記第１のエンドキャップは、前記第１及び第２の細長い中空の導管の第１の端部に密着して嵌合し、前記第２のエンドキャップは、前記第１及び第２の細長い中空の導管の第２の端部に密着して嵌合し、
前記第１のエンドキャップは、前記内側の流れチャネルに延びる少なくとも１つの第１のエンドキャップ内側開口と、前記外側の流れチャネルに延びる少なくとも１つの第１のエンドキャップ外側開口を備え、
前記第２のエンドキャップは、前記内側の流れチャネルに延びる少なくとも１つの第２のエンドキャップ内側開口と、前記外側の流れチャネルに延びる少なくとも１つの第２のエンドキャップ外側開口を備えた請求項４〜１４のいずれか記載のシステム。
【請求項１７】
さらに、第１及び第２の内側のマニホールドプレートを前記ＨＭＸダクトの両側に、第１及び第２の外側のマニホールドプレートを前記ＨＭＸダクトの両側に備え、前記第１及び第２の内側のマニホールドプレートは、前記第１及び第２の外側のマニホールドプレートの間にあり、
前記第１の内側のマニホールドプレートと前記第１の外側のマニホールドプレートは、それぞれのチューブ・イン・チューブ交換コンポーネントの前記第１のエンドキャップと嵌合し、
前記第２の内側のマニホールドプレートと前記第２の外側のマニホールドプレートは、それぞれのチューブ・イン・チューブ交換コンポーネントの前記第２のエンドキャップと嵌合する請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
さらに、第１及び第２の内側のマニホールドプレートを前記ＨＭＸダクトの両側に、第１及び第２の外側のマニホールドプレートを前記ＨＭＸダクトの両側に備え、前記第１及び第２の内側のマニホールドプレートは、前記第１及び第２の外側のマニホールドプレートの間にあり、
前記第１及び第２の内側のマニホールドプレートは、それぞれの前記第２の細長い中空の導管の第１及び第２の端部と嵌合し、
前記第１及び第２の外側のマニホールドプレートは、それぞれの前記第１の細長い中空の導管の第１及び第２の端部と嵌合する請求項１５記載のシステム。
【請求項１９】
さらに、前記ＨＭＸダクトの少なくとも１つの壁から延びる複数の流れ撹乱器を備えた請求項１〜１８のいずれか記載のシステム。
【請求項２０】
前記流れ撹乱器は、前記ＨＭＸダクトを横切って延びる請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
少なくとも１つの前記チューブ・イン・チューブ交換コンポーネントの外側は、流れ撹乱器を備えた請求項１９又は２０記載のシステム。
【請求項２２】
前記流れ撹乱器は、エアフォイル、楕円、長方形、三角形、それらの組み合わせからなるグループから選択される形状を有する請求項１９〜２１のいずれか記載のシステム。
【請求項２３】
前記ＨＭＸダクトは、相互に対向する第１及び第２の縦の壁を備え、前記流れ撹乱器は、前記熱・物質交換ダクトを部分的に横切る前記第１の縦の壁から延びる少なくとも１つの第１のフィンと、前記熱・物質交換ダクトを部分的に横切る第２の縦の壁から延びる少なくとも１つの第２のフィンを備えた請求項１９〜２２のいずれか記載のシステム。
【請求項２４】
前記流れ撹乱器は、前記熱・物質交換ダクトを通ってＳ字形の経路を進む流れを生じさせる請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
前記流れ撹乱器は、エアフォイル、突起、壁、フィンからなるグループから選択される形状を有し、前記流れ撹乱器は、前記ＨＭＸダクトを部分的又は完全に横切って延びる請求項１９〜２４のいずれか記載のシステム。
【請求項２６】
前記水蒸気透過性の壁は、微小孔性プラスチック、微小孔性プラスチックにより被覆された構造的に多孔質のダクト、水透過性のポリマー電解質膜で被覆された構造的に多孔質のダクト、又はそれらの組み合わせから選択される材料からなる請求項１〜２５のいずれか記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１４年２月１６日出願の米国仮特許出願第６１／９４０，４５５号、２０１４年３月７日出願の米国仮特許出願第６１／９４９，８９３号、２０１４年５月９日出願の米国仮特許出願第６１／９９１，１９８号、２０１４年１０月１日出願の米国仮特許出願第６２／０５８，４７６号、２０１４年１０月１日出願の米国仮特許出願第６２／０５８，４７９号に基づく優先権を主張し、その全内容が参照によりここに組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、物質と熱を組み合せた移動装置及び、液体乾燥空気調和システムなどの、それを含むシステムの分野に概ね関するものである。
【背景技術】
【０００３】
空気調和とは、暖房、冷房、清浄、加湿、除湿のことをいう。最も普及している空気調和システムは、蒸発圧縮サイクルを利用しており、そこでは熱はある環境から別の環境へ冷媒を介して送り込まれ、冷媒は、その環境に熱が排出された場合は温度が上昇し、或いは、冷媒に熱が吸収されたときには温度が低下するように、２つの異なった圧力環境下で作用する。これらのシステムにおける圧力の違いは、機械的なコンプレッサにより維持される。このコンプレッサは、電気により動力が供給される。商用の空気調和システムの大多数は、蒸発圧縮サイクルを利用している。
【０００４】
蒸発圧縮サイクルの主な制限は、それが建物の潜熱の必要性に対応した小さな能力を有する、すべての意図と目的において理にかなった排熱装置であることである。これは、蒸発圧縮サイクルが空気の温度を変えることしかできないためである。そこで、蒸発圧縮空気調和システムが建物の潜熱に対応する場合の一般的な方法は、空気の温度を露点より低くして凝縮により水を除去することによる。ほとんどの場合、望ましい建物の供給空気温度にするために再加熱されなければならない。このプロセスはエネルギー集約型である。
【０００５】
入ってくる空気を調和する、空気を除湿するための方法が発明され提案されている。それらの中で、液体乾燥剤ループに蒸発冷却システムを組み合わせて用いて、空気を露点まで冷却することなく冷却と除湿を行うものがある。これらのシステムは、プレート加熱と物質移動の構成を用いて設計されており、液体乾燥剤が選択的に平坦なプレートに取り付けられた水浸透膜の中を流れる。液体乾燥剤の流れは、除湿される空気から湿気を吸収し、それを液体乾燥剤からこの湿気を吸収する別の空気の流れに移す。除湿中の空気は温度が低下し、除湿中の空気を冷却する。積層された複数のプレートは、熱・物質移動装置を形成する。
【０００６】
プレートの配置は、単一の装置が液体冷却剤の流れを使用して空気の冷却と除湿の両方を行うことを可能とするのに有利である。この例は、「除湿用の液体乾燥剤含有膜を用いた間接蒸発クーラー」と題する米国20100319370A1公報に説明されている。
【発明の概要】
【０００７】
熱・物質移動システムが説明される。熱・物質移動システムには、熱・物質交換器（ＨＭＸ）を横切って延びる複数の交換コンポーネントが含まれ、そこでは、ＨＭＸダクトを通る流れが前記交換コンポーネントに対して横切って流れる。交換コンポーネントには、複数の第１の細長い中空の導管と、複数の第２の細長い中空の導管が含まれ、第１の細長い中空の導管又は複数の第２の細長い中空の導管の一方は、水蒸気が透過可能な外壁を有し、キャリア空気の流れと液体乾燥剤の流れは、水蒸気が透過可能な外壁の両側に接触して流れる。
【０００８】
本発明のこれらとその他の特徴、目的、効果は、以下の詳細な説明と請求の範囲から、添付した図面を参照して読んだときに当業者にとってより明確になるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、ここで説明される熱・物質移動装置の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの熱・物質移動装置の断面図である。
【図２】図２は、ここで説明されるチューブ・イン・チューブの熱・物質移動装置の斜視図である。
【図３】図３は、ここで説明される物質移動チューブの断面図である。
【図４】図４は、高圧の水から固体を除去するための大きな円筒型の容器に収容された複数の濾過チューブの斜視図である。
【図５】図５は、物質支持導管を形成するために使用可能な多孔支持材料の斜視図である。
【図６】図６は、２つの熱・物質交換ステージを用いた、分離したユニット又は単一の結合したユニットであってもよい、空気調和プロセスの半透視図である。
【図７】図７は、２つの熱・物質交換ステージを用いた、分離したユニット又は単一の結合したユニットであってもよい、空気調和プロセスの半透視図である。
【図８】図８は、２つの熱・物質交換ステージを用いた、分離したユニット又は単一の結合したユニットであってもよい、空気調和プロセスの半透視図である。
【図９】図９は、２つの熱・物質交換ステージを用いた、分離したユニット又は単一の結合したユニットであってもよい、空気調和プロセスの半透視図である。
【図１０】図１０は、ここで説明される液体乾燥剤再生・除湿システムのダイアグラムである。
【図１１】図１１は、ここで説明される液体乾燥剤再生・除湿システムのダイアグラムである。
【図１２】図１２は、ここで説明される液体乾燥剤再生・除湿システムのダイアグラムである。
【図１３】図１３は、ここで説明される液体乾燥剤再生・除湿システムのダイアグラムである。
【図１４】図１４は、ここで説明される液体乾燥剤再生・除湿システムのダイアグラムである。
【図１５】図１５は、ここで開示される噴霧装置のダイアグラムである。
【図１６】図１６は、ここで説明される液体乾燥剤再生システムのダイアグラムである。
【図１７】図１７は、ここで説明される液体乾燥剤再生システムのダイアグラムである。
【図１８】図１８は、ここで説明される熱・物質交換ステージの斜視図である。
【図１９】図１９は、ここで説明される熱・物質交換ステージの斜視図である。
【図２０】図２０は、ここで説明される熱・物質交換ステージを通る液体の流れのパターンを示す断面図である。
【図２１】図２１は、ここで説明されるチューブ・イン・チューブアセンブリの断面図である。
【図２２】図２２は、ここで説明されるチューブ・イン・チューブアセンブリの断面図である。
【図２３】図２３は、ここで説明されるチューブ・イン・チューブアセンブリの断面図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、ここで説明される流れ撹乱器を含む、熱・物質交換アセンブリの側面図又は上面図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、同上の熱・物質交換アセンブリの側面図又は上面図である。
【図２５】図２５は、ここで説明される流れ撹乱器を含む、熱・物質交換アセンブリの側面図又は上面図である。
【図２６】図２６は、ここで説明される熱・物質交換装置の熱・物質移動チューブの配置の断面図である。
【図２７】図２７は、ここで説明される除湿に適合した熱・物質移動装置の斜視図である。
【図２８】図２８は、図２７の熱・物質移動装置の断面図である。
【図２９】図２９は、ここで説明される冷却ステージの斜視図である。
【図３０】図３０は、図２９の冷却ステージの断面斜視図である。
【図３１】図３１は、ここで説明される除湿と冷却を組み合わせた熱・物質移動装置である。
【図３２】図３２は、ここで説明される熱・物質移動装置の熱・物質移動チューブの配置の断面図である。
【図３３】図３３は、ここで説明される熱・物質移動装置の熱・物質移動チューブのチューブ・イン・チューブ・イン・チューブ配置の横断面図である。
【図３４】図３４は、熱・物質移動チューブのチューブ・イン・チューブ・イン・チューブの配置とそれぞれの流れチャネルのマニホールドとの関連の縦断面図である。
【図３５】図３５は、ここで説明されるチューブ・イン・チューブ・イン・チューブコンポーネントを組み立てそれらを取付けマニホールドに密封するためのエンドキャップ又は結合装置である。
【図３６】図３６は、ここで説明される熱・物質移動装置の熱・物質移動チューブのチューブ・イン・チューブ・イン・チューブ配置の横断面図である。
【図３７】図３７は、ここで説明される熱移動（例えば、冷却）を促進するための親水性表面を含むチューブ・イン・チューブ配置の横断面である。
【図３８】図３８は、ここで説明されるチューブ・イン・チューブコンポーネントを組み立てそれらを取付けマニホールドに密封するためのエンドキャップ又は結合装置である。
【図３９】図３９は、ここで説明されるチューブ・イン・チューブコンポーネントの分解組立図である。
【図４０】図４０は、ここで説明される熱・物質移動チューブのチューブ・イン・チューブ配置とそれぞれの流れチャネルのマニホールドとの関連の縦断面図である。
【図４１】図４１は、外側のチューブがエアフォイルの形状を有する、ここで説明されるチューブ・イン・チューブ配置の斜視図である。
【図４２Ａ】図４２Ａは、内側と外側のチューブがエアフォイルの形状を有するチューブ・イン・チューブ配置の斜視図である。
【図４２Ｂ】図４２Ｂは、内側と外側のチューブが三角形状を有する。
【図４２Ｃ】図４２Ｃは、内側と外側のチューブが四角形状又は三角形状を有し、流路を長くし、又は、それらを横切る流体（例えば、供給／プロセス空気4005）に乱気流を引き起こすのに役立つ。
【図４３】図４３は、エアフォイル形状を有する複数の物質・熱移動チューブの側面図である。
【図４４】図４４は、内側のチューブが外側のチャネルを通って流れる流体の流路長を増加させるための流れ撹乱器を含む、チューブ・イン・チューブコンポーネントの半透視図である。
【図４５】図４５は、図４４の内側のチューブを形成するために螺旋状の形態に巻かれる材料のシートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１〜４５に示されるように、熱・物質交換（ＨＭＸ）装置が開示される。ＨＭＸ装置は、特に高効率物質交換プロセスに適している。例えば、プロセスが気流を除湿する場合、熱交換エレメントは、気流、受け入れた流れ（例えば、高濃度の液体乾燥剤流）、又はその両方を、除湿を強化するために冷却する。他端の領域において、低濃度の液体乾燥剤流は、低濃度の液体乾燥剤流の脱水を強化するために加熱される。ここで説明されるＨＭＸのほかの用途は、ここでの説明から明らかになる。
【００１１】
ここで用いられる「導管」と「ダクト」は、それらの標準的な意味を有し、流体が通って流れることのできる、パイプ、チューブ、長方形の固体、その他の構造を含む、中空の固体を含む。
【００１２】
ここで用いられる「接触」は、その標準的な意味を有し、異なったダクトにある物質が、共通の壁又は膜を通って、熱的に、又は流動的に通じる場合を含む。例えば、２つのダクトは、それらが微孔性膜の反対側に液体を含む場合や、それらが熱伝導性の不浸透壁（例えば、金属壁）の反対側に液体を含む場合に接触しているだろう。
【００１３】
ここで用いられる「流動的に通じる」は、システムの液体の流れの一部として接続していることを含む。通常用いられる場合、流動的に通じるとは、２点がダクト、パイプ、又はチューブに直接的に流動的に通じる場合と、２点が１つ以上のユニット動作、限定されないが熱交換器、燃料電池、除湿器、ラジエータ、貯蔵タンクなど、によって分離されて間接的に通じる場合のいずれかに関する。ここで用いられる「流動的に通じている」とは、システムを通った液体の流れの方向に流動的に通じていることをいう。したがって、ループがない限り、チューブの出口はそのチューブの入口と流動的に通じることはできない。
【００１４】
図１〜４５に示されるように、熱・物質交換器（ＨＭＸ）システム10が開示される。例えば、図１Ａ、１Ｂ、２、６〜９、１８〜２５、２７〜２８、３１、４０に示されるように、ＨＭＸシステム10は、ＨＭＸダクト14を横切って延びる複数の交換コンポーネント12を含んでおり、ＨＭＸダクト14を通る流れは交換コンポーネント12に対して横切って流れる。交換コンポーネント12は、複数の第１の細長い中空の導管16と、複数の第２の細長い中空の導管18を含んでいる。第１の細長い中空の導管16、又は、第２の細長い中空の導管18のいずれかは、物質移動を促進させるために、水蒸気透過性の外壁20を有している。ＨＭＸシステム10は、キャリア空気の流れ22と液体乾燥剤の流れ24を水蒸気透過外壁20の反対側に接触させて流すのに適している。
【００１５】
いくつかの実施例において、水蒸気透過性壁20は、微孔性プラスチック、水浸透性ポリマー電解質膜で覆われた構造的多孔性ダクト、又はそれらの組合せからなるグループから選ばれる材料からなる。
【００１６】
ここで用いられるように、水蒸気浸透性と微孔性の語は互換可能に用いられる。チューブの壁、膜、材料が水蒸気浸透性又は微孔性の場合、その構造体は疎水性で液体を透過しないが水蒸気を透過する材料によって作られる。そのような水蒸気透過性材料は、物質移動チューブ又は物質移動材料とも呼ばれる。固体又はモノリスの、水蒸気透過性材料の例としては、フルオロポリマー・コポリマーをベースとしたスルホン化テトラフルオロエチレン（例えば、デュポンにより販売されているNafion（商標））、水伝導性フルオロポリマー、非フッ素化プロトン伝導性ポリマー（例えば、ダイズ・アナリティックから販売されているNanoClear（商標））、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）が挙げられる。
【００１７】
いくつかの実施例において、水蒸気透過性材料は、疎水性材料からなる繊維から形成される。例としては、スパンボンド、又はメルトブローンポリマー材料が挙げられる。このような水蒸気透過性材料は、通常、疎水性材料から形成される。ここで用いられる「疎水性」とは、接触角が９０°よりも大きい材料のことをいう（例えば、少なくとも１００°、少なくとも１１５°、少なくとも１２０°、又は少なくとも１３５°）。
【００１８】
いくつかの実施例において、ＨＭＸシステム10は、液体乾燥剤の流れ24を、ＨＭＸダクト14、第１の細長い中空の導管16、第２の細長い中空の導管18から選択された本体の外壁を通って接触して輸送し、一方、キャリア空気の流れ22をも、ＨＭＸダクト14、第１の細長い中空の導管16、第２の細長い中空の導管18から選択された別の本体の外壁を通って接触して輸送するのに適している。いくつかの実施例において、流れ22、24は独立してＨＭＸダクト14、第１の細長い中空の導管16、第２の細長い中空の導管18の外壁の内側に接触して輸送される。
【００１９】
図１Ａ、２、６〜９などに示されるように、いくつかの実施例において、第１の細長い中空の導管16は、相互に離れて配置され、第２の細長い中空の導管18は、相互に離れて配置される。
【００２０】
いくつかの実施例において、図２、７、８、９、１９、２０などに示されるように、交換コンポーネント12は、チューブ・イン・チューブ交換コンポーネント26を備え、それぞれのチューブ・イン・チューブコンポーネント26は、１つの第２の細長い中空の導管18に中の１つの第１の細長い中空の導管16を備えている。この構成は、第１の細長い中空の導管16の中の内側の流れチャネル28と、第１の細長い中空の導管16の外部の第２の細長い中空の導管18に隣接した外側の流れチャネル30を形成する。図中のいくつかの導管16、18、32は水蒸気透過性壁20（すなわち、これらは物質移動導管である）を有するように示されているが、水蒸気透過性であるようには示されていない導管は、熱移動導管である。
【００２１】
図２６、３３、３７に示されるように、熱移動導管の内側又は外側は、親水性表面68を有しており、例えば、それらは親水性であるか、親水性のコーティング又は処理を含んでいる。この実施例は、特に、使用される冷却剤36が空気の流れ又はその他の気体の流れである場合に有用である。この実施例において、冷却剤の流れ36は、ミスト（例えば、水飛沫）を含んでもよく、それは図１５に示されるような噴霧器を通して供給することができる。流れる空気とミストの組合せは、湿度計測学的な冷却を与えることができる。親水性コーティングは、親水性表面68上の水をより均一に分布させることにより、湿度計測学的な冷却を高める。理解されるように、いくつかの実施例において、噴霧器は、水を親水性表面68に導入する必要のある、ＨＭＸダクト14の内側又は適切な流れのチャンバ28、30、34の内側に配置される。同様に、いくつかの実施例において、噴霧器は、適切な流れのチャンバ28、30、34の上流に配置され、それによりミストは、空気又は気体の流れに乗り、親水性表面68に置かれる。例えば、噴霧器は、適切な流れチャンバ28、30、34と流動的に通じた、入口に配置されたチャンバ51、53、55、57、61a、61bに配置される。
【００２２】
いくつかの実施例において、複数の第１及び第２の細長く中空の導管16、18は、ＨＭＸダクト14を横切って横方向に延び、ＨＭＸシステム10もＨＭＸダクト14を横切って伸びる複数の第３の細長く中空の導管32を含む。いくつかの実施例において、例えば、図２７、２９に示される構造が単一のＨＭＸシステム10に連続して含まれるとき、第３の細長く中空の導管32はＨＭＸダクトを横切って横方向に延びる。いくつかの実施例において、図３１に示されるように、第３の細長く中空の導管32は第１及び第２の細長く中空の導管を横断して延びる。
【００２３】
これから明らかになるように、導管16、18、32とそれぞれの中と外側を流れる流体の組合せは変更可能である。例として、図２６、３２、３３、３６、３７、４３などの図に示されたものが挙げられる。図２６、３２、３３、３６、３７は、それぞれのタイプのコンポーネント12（例えば、チューブ・イン・チューブ、単一のチューブ、チューブ・イン・チューブ・イン・チューブ、及び組み合わせ）について１つの交換コンポーネント12のみを示しているが、ＨＭＸシステム10のそれぞれのステージはこれらの複数のコンポーネントを含んでいる（例えば、図１Ａ、２など）ことが理解されるだろう。
【００２４】
いくつかの実施例において、図３３、３４、３６に示されるように、それぞれのチューブ・イン・チューブ交換コンポーネント26は、第１の細長い中空の導管16の中に複数の第３の細長い中空の導管32のうちの１つを含んでいる。この実施例において、第３の細長い中空の導管32は、第３の細長い中空の導管32の中の中央ルーメン34を規定し、内側の流れチャネル28は、第３の細長い中空の導管32の外側と第１の細長い中空の導管16の内側によって規定される。チューブ・イン・チューブ・イン・チューブコンポーネントなどを支持するためのエンドキャップ38、40は、図３４、３５に示される。
【００２５】
いくつかの実施例において、図２１、２６に示されるように、ＨＭＸシステム10は冷却剤の流れ36が内側のチャネル28を通って流れ、液体乾燥剤の流れ24が外側のチャネル30を通って流れ、キャリア空気の流れ22がＨＭＸダクト14を通って流れるようになっている。図２１、２２、２３において、「＋」の印は図面から観察者に向って流れる流体を示し、一方「・」の印は観察者から離れて図面の中へ流れる流体を表している。したがって、いくつかの実施例において、図２１に示されるように、ＨＭＸシステム10は冷却剤の流れ36と液体乾燥剤の流れ24が向流配置となるように構成されている。
【００２６】
ここで用いられる「冷却剤の流れ」は、一般的にエンジン、外気又は空気調和空間からの循環空気、水、又は湿度計測学的な冷却のための空気と水の組合せを冷却するために用いられるような、熱交換流体を含む流体の流れに関連している。いくつかの事例において、液体乾燥剤が再生させるような場合には、冷却剤の流れ36は加熱された状態でエンジンからＨＭＸシステム10へ導入され、冷却剤の流れ36は液体乾燥剤の流れを加熱するために用いられる。その他の実施例において、冷却剤の流れは空気調和空間に輸送されるキャリア空気の除湿を促進するために液体乾燥剤の流れを冷却するために用いられる。
【００２７】
いくつかの実施例において、図２２に示されるように、ＨＭＸシステム10は、キャリア空気の流れ22が内側のチャネル28を通って流れ、液体乾燥剤の流れ24が外側のチャネル30を通って流れ、冷却剤の流れ36がＨＭＸダクト14を通って流れるようになっている。いくつかのその実施例において、ＨＭＸシステム10はキャリア空気の流れ22と液体乾燥剤の流れ24が向流配置になるように構成されている。
【００２８】
いくつかの実施例において、図２３に示されるように、ＨＭＸシステム10は、液体乾燥剤の流れ24が内側のチャネル28を通って流れ、キャリア空気の流れ22が外側のチャネル30を通って流れ、冷却剤の流れ36がＨＭＸダクト14を通って流れるようになっている。いくつかの実施例において、ＨＭＸシステム10は液体乾燥剤の流れ24とキャリア空気の流れ22とが向流配置になるように構成されている。
【００２９】
いくつかの実施例において、それぞれの第１の細長い中空の導管16はそれぞれの第２の細長い中空の導管18よりも長い。図２８に示されるように、この実施例において、それぞれの第１の細長い中空の導管16の第１の端部は、第１の外側のマニホールドプレート54の受け入れ部に密着して嵌合し、第１の細長い中空の導管16の第２の端部は、第２の外側のマニホールドプレート56の受け入れ部に密着して嵌合する。同様に、それぞれの第２の細長い中空の導管18の第１の端部は、第１の内側のマニホールドプレート50の受け入れ部に密着して嵌合し、第２の細長い中空の導管18の第２の端部は、第２の内側のマニホールドプレート52の受け入れ部に密着して嵌合する。
【００３０】
いくつかの実施例において、図３９の分解組立図に示されるように、それぞれのチューブ・イン・チューブ交換コンポーネント26は、第１のエンドキャップ38と第２のエンドキャップ40を備えている。第１のエンドキャップ38は、１組の第１及び第２の細長い中空の導管16、18の第１の端部に密着して嵌合し、一方、第２のエンドキャップ40は、１組の第１及び第２の細長い中空の導管16、18の第２の端部に密着して嵌合する。第１のエンドキャップ38は、内側の流れチャネル28に延びる少なくとも１つの第１のエンドキャップ内側開口42と、外側の流れチャネル30に延びる少なくとも１つの第１のエンドキャップ外側開口44を含む。第２のエンドキャップ40は、内側の流れチャネル28に延びる少なくとも１つの第２のエンドキャップ内側開口46と、外側の流れチャネル30に延びる少なくとも１つの第２のエンドキャップ外側開口48を含む。
【００３１】
第１及び第２のエンドキャップ38、40のデザインに応じて、第１及び第２の細長い中空の導管16、18は、マニホールド50、52、54、56と良好に密着したままであれば変形可能である。したがって、いくつかの実施例において、第１及び第２の細長い中空の導管16、18は、同じ長さであってもよく、その他の実施例において、第１及び第２の細長い中空の導管16、18は、長さが異なってもよい。いくつかの実施例において、第１の細長い中空の導管16は、第２の細長い中空の導管18よりも長くてもよく、一方、その他の実施例において、第１の細長い中空の導管16は、第２の細長い中空の導管18よりも短くてもよい。
【００３２】
いくつかの実施例において、図２８、４０に示されるように、ＨＭＸシステム10は、第１及び第２の内側のマニホールドプレート50、52をＨＭＸダクト14の両側に含み、第１及び第２の外側のマニホールドプレート54、56をＨＭＸダクト14の両側に含み、第１及び第２の内側のマニホールドプレート50、52は、第１及び第２の外側のマニホールドプレート54、56の間にある。この実施例において、図４０に示されるように、第１の内側のマニホールドプレート50と第１の外側のマニホールドプレート54は、それぞれのチューブ・イン・チューブ交換コンポーネント26の第１のエンドキャップ38と密着して嵌合し、第２の内側のマニホールドプレート52と第２の外側のマニホールドプレート56は、それぞれのチューブ・イン・チューブ交換コンポーネント26の第２のエンドキャップ40と密着して嵌合する。
【００３３】
いくつかの実施例において、図２８、３４、４０に示されるように、内側のマニホールドプレート50、52は、第１の流体をチューブ・イン・チューブコンポーネント26の外側の流れのチャネル30へ供給するようになっており、一方、外側のマニホールドプレート54、56は、第２の流体をチューブ・イン・チューブコンポーネント26の内側の流れのチャネル28へ供給するようになっている。適用できる場合には、図３４に示されるように、第３の導管のマニホールド59a、59bは、第３の流体をチューブ・イン・チューブコンポーネントの中央ルーメン34に供給するようになっている。
【００３４】
図２０に示される限り、内側のマニホールドプレート50、52は第１及び第２の内側に配置されたチャンバ51、53の１つの壁を形成し、一方、外側のマニホールドプレート54、56は第１及び第２の外側に配置されたチャンバ55、57の１つの壁を形成する。したがって、第１の内側に配置されたチャンバ51に流入する流体は、様々なチューブ・イン・チューブ交換コンポーネント26の内側の流れチャネル28の中へ供給され、その後、ＨＭＸシステム10に入る前に第２の内側に配置されたチャンバ53に入る。同様に、第１の外側に配置されたチャンバ55に流入する流体は、様々なチューブ・イン・チューブ交換コンポーネント26の外側の流れチャネル30の中へ供給され、その後、ＨＭＸシステム10に入る前に第２の内側に配置されたチャンバ57に入る。もちろん、これらの流れの方式の一方又は両方は、望まれる流れのパターンに応じて逆転させることができる。
【００３５】
図３４に示されるように、チューブ・イン・チューブ・イン・チューブ配置が用いられる場合、ＨＭＸシステム10は第１及び第２の３番導管マニホールド59a、59bも含んでいる。この実施例において、第１及び第２の３番導管マニホールドは、第１及び第２のルーメンが配置されたチャンバ61a、61bの１つの壁を形成する。この実施例において、第１のルーメンが配置されたチャンバ61aへ流入する流体は、様々なチューブ・イン・チューブ・イン・チューブ交換コンポーネントの内側の中央ルーメン34の中へ供給され、その後、ＨＭＸシステム10に入る前に第２のルーメンが配置されたチャンバ61bに入る。
【００３６】
いくつかの実施例において、図２、７、２８に示されるように、ＨＭＸシステム10は、第１及び第２の内側のマニホールドプレート50、52をＨＭＸダクト14の反対側に含み、第１及び第２の外側のマニホールドプレート54、56をＨＭＸダクト14の反対側に含む。この実施例において、第１及び第２の内側のマニホールドプレート50、52は、第１及び第２の外側のマニホールドプレート54、56の間にあり、第１及び第２の内側のマニホールドプレート50、52は、それぞれの第２の細長い中空の導管18の第１及び第２の端部と嵌合し、第１及び第２の外側のマニホールドプレート54、56は、それぞれの第１の細長い中空の導管16の第１及び第２の端部と嵌合する。
【００３７】
いくつかの実施例において、ＨＭＸシステム10は、ＨＭＸダクト14の少なくとも１つの壁60から延びる複数の流れ撹乱器58を含む。いくつかの実施例において、流れ撹乱器58はＨＭＸダクト14を横切って伸びる。いくつかの実施例において、少なくとも１つの流れ撹乱器58は、ＨＭＸダクト14を側面にそって横切って伸びる。いくつかの実施例において、少なくとも１つの流れ撹乱器58は、ＨＭＸダクト14を横に横切って伸びる。
【００３８】
いくつかの実施例において、少なくとも１つのチューブ・イン・チューブ交換コンポーネント26の外側62は、流れ撹乱器58を含んでいる。例えば、図４１、４２、４３は、外側がエアフォイルの形状を有するチューブ・イン・チューブコンポーネント26を示している。いくつかの実施例において、流れ撹乱器58は、エアフォイル、突起、壁、フィンからなるグループから選択される形状を有する。
【００３９】
いくつかの実施例において、図２５に示されるように、ＨＭＸダクト14は、相互に対向する第１及び第２の縦の壁64、66と、ＨＭＸダクト14を部分的に横切る第２の縦の壁66から延びる少なくとも１つの第２のフィン58bとＨＭＸダクト14を部分的に横切る第１の縦の壁64から延びる少なくとも１つの第１のフィン58aからなる流れ撹乱器58を備える。いくつかの実施例において、図２５に示されるように、それぞれのフィン58a、58bは、異なるセットのチューブ・イン・チューブコンポーネント26の間に伸びる。図２５に示されるように、いくつかの実施例において、流れ撹乱器28は、ＨＭＸダクト14を通ってＨＭＸシステム10を通過する流体の経路の長さに達するＳ字形の経路又は別の経路を進む流れを生じさせる（例えば、ＨＭＸダクト、内側の流れチャネル、外側の流れチャネル、内側のルーメン、又はいくつかのその他の流れチャネル）。同様に、いくつかの実施例において、流れ撹乱器は、ＨＭＸシステム10を通過する流体の乱流を増大させる。
【００４０】
いくつかの実施例において、図２４に示されるように、流れ撹乱器58は、ＨＭＸダクト１４を１方向（例えば、横方向）に横切って、ＨＭＸダクト14を第２の方向（例えば、側面にそって）完全に横切る部分に延びる。図２４に示されるように、流れ撹乱器は、バーやロッドであってもよく、一様な又は様々な断面を有してもよい。
【００４１】
いくつかの実施例において、流れ撹乱器58は、チューブ・イン・チューブコンポーネント26の第１の導管16の外側から延びる。この実施例において、図４４に示されるように、流れ撹乱器58は、部分的又は完全に第１の導管16から第２の導管18までの距離を横切り、それによって、外側の流れチャネル30を通って流れる流体は、流れ撹乱器58がないときよりも、外側の流れチャネル30を通る長く又はより曲がりくねった経路をとる。例えば、図４４に示されるように、外側の流れチャネル30を通って流れる液体は、螺旋状の経路をとることを強制される。
【００４２】
いくつかの実施例において、流れ撹乱器58は、縦方向に８０％より少なく横切り、又は７０％より少なく横切り、又は６０％より少なく横切り、又は５０％より少なく横切り、又は４０％より少なく横切る。このいくつかの実施例において、フィン58a、58bは、縦方向に少なくとも１０％横切り、又は少なくとも２０横切り、又は少なくとも３０％横切り、又は少なくとも４０％横切り、又は少なくとも５０％横切る。
【００４３】
ここでの議論から明らかなように、ここで説明されるＨＭＸ装置10は、乾燥剤再生システムにおいて有用である。液体乾燥剤再生システムのさらなる詳細については、２０１５年２月１７日出願の、ダニエル  エイ．ベッツ及びジョン  カウフマンによる、「液体乾燥剤再生システム、それを含むシステム、及びその運転方法」と題される米国出願第１４／４６２，８８１号に記載されており、その全内容が参照によりここに組み込まれる。
【００４４】
以下にここで説明される様々な熱・物質移動装置とシステムの実施例が提供される。異なるグループで議論されるが、開示されたもの精神と合致して、１つの実施例からの様々なユニット操作が別の実施に置換、付加、又は削除されることが理解されるべきである。
【００４５】
［第１の議論］
図１Ａは、別個の分離した熱移動チューブ(2001)と物質移動チューブ(2002)を備えた熱・物質移動装置(2100)の一実施例を示し、図１Ｂは、図１Ａの断面を示す。物質移動チューブ(2002)は、２つの物質移動マニホールドプレート(2012)により保持され、それらに対して密封されている。より長い熱移動チューブ(2001)は、２つの熱移動マニホールドプレート(2011)と２つの物質移動マニホールドプレート(2012)により保持され、それらに対して密封されている。図１〜１５に示されるように、いくつかの実施例において、冷却剤(2003)は、熱移動マニホールドプレート(2011)と物質移動マニホールドプレート(2012)の間に導入される液体乾燥剤(2004)を運ぶ物質移動チューブ(2002)と平行であってそれらの間に散在する熱移動チューブ(2001)に導入される。除湿される空気(2005)は、物質移動チューブ(2002)と熱移動チューブ(2001)の軸と垂直に通過する。除湿された空気(2006)は、複数の熱移動チューブ(2001)と物質移動チューブ(2002)を通過した後に装置に存在する。除湿される空気中の水蒸気が物質移動チューブ(2002)内の液体乾燥剤(2004)によって乾燥されると、熱は除湿中の空気(2005)へ移動する。この熱は、つぎに除湿中の空気(2005)から熱移動チューブ(2001)内の冷却剤（2003）に移動する。この方法で、除湿中の空気(2005)は、液体乾燥剤(2004)と冷却剤(2003)の間の熱移動媒体として作用し、除湿中の空気(2005)は、一定の温度又は一定の温度に近く保たれる。
【００４６】
図２は、別個の同軸の熱移動チューブ(2001)と物質移動チューブ(2002)を有する熱・物質移動装置(2100)の第２実施例を示す。この実施例において、熱移動チューブ(2001)は、より大きな直径の物質移動チューブ(2002)と同軸であって、その内部にある。物質移動チューブ(2002)は、２つの物質移動マニホールドプレート(2012)によって保持され、それらに対して密封されている。より長い熱移動チューブ(2001)は、２つの熱移動マニホールドプレート(2011)によって保持され、それらに対して密封されている。この配置は、物質移動チューブ(2002)の外径と熱移動チューブ(2001)の内径の間に、熱移動マニホールドプレート(2011)と物質移動マニホールドプレート(2012)の間に液体乾燥剤が導入されたときに流れ込む、ギャップを残す。除湿される空気(2005)は、物質移動チューブ(2002)の軸と垂直に通過する。除湿された空気(2006)は、複数の物質移動チューブ(2002)を通過した後に装置に存在する。空気(2005)中の水蒸気が液体乾燥剤(2004)によって乾燥されると、物質移動チューブ(2002)内の液体乾燥剤(2004)の温度は、上昇する傾向がある。冷却剤(2003)は、より小さい、内側の熱移動チューブ(2001)に導入され、それは熱的に接触して液体乾燥剤(2004)の温度上昇の大きさを減少させる。熱移動チューブ（2001)は、全体が液体乾燥剤(2004)によって腐食しない相性のよい材料からなり、或いは、アルミニウム又は高い熱伝導性を有する別の材料から構成され、特にＰＰ、ＰＰＳ、ＰＶＣ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦなどの適切なバリアによって被覆される。いずれの場合も、液体乾燥剤(2004)から冷却剤(2003)への熱移動を向上させるために、壁の薄い管が望ましい。フィン、壁のコルゲーション、流体の乱流と熱移動面積を増加させる形態など、熱移動を向上させるためのその他の方法を用いられてもよい。
【００４７】
図１０〜１３に示されるように、除湿熱交換システムのいくつかの実施例は、除湿熱交換器の下流に配置される液体乾燥剤ポンプ(2015)を含む。この配置は、除湿される空気と比べて液体乾燥剤の圧力をより低くする。この方法を用いると、物質移動チューブの摩耗による損傷、ピンホール、微細孔や固体電解質膜のその他の欠陥が生じた場合でも、液体乾燥剤が漏れる可能性が低くなる。
【００４８】
このセクションの物質移動チューブは、明細書の全体にわたって、湿った空気から液体乾燥剤への望まれる水蒸気の移動を達成し、液体乾燥剤と化学的に相性のよい、様々な材料と方法を用いて製造することができる。図３は、物質移動チューブ(2002)の一実施例を説明する断面図を示す。物質移動チューブ(2002)に液体乾燥剤を含ませるために、限定されるものではないが０．０５ミクロンから０．５ミクロンの範囲を含む孔を有する疎水性の微小孔性の膜(2021)が用いられる。小さい孔と疎水性材料の組み合わせは、通常の動作条件下（例えば、２０ｐｓｉより低い圧力）で微小孔性の膜を通って水が逃げるのを妨げる。しかし、チューブの内側の圧力がブレークスルー圧を超えて増加したときは、液体の水は多孔構造を通って浸み出すことができる。
【００４９】
ここで用いられる「ブレークスルー圧」は、液体の水がより低い圧力において水蒸気のみが透過できる疎水性の微小孔性の膜を横断する最小の圧力を指す。例えば、０．１ミクロンの多孔性を有する疎水性焼結材料のブレークスルー圧は、およそ６０ｐｓｉである。
【００５０】
ブレークスルー圧で動作するとき、水は疎水性の微小孔性の材料の表面を通過し、表面の周囲に薄い水の層を生成する。ダクトの表面上に薄い水の層を生成させるための別の技術として、低圧下の親水性の微小孔性の材料の使用がある。ここでブレークスルー圧における疎水性の微小孔性の材料、又は親水性の微小孔性の材料が用いられる場合に、噴霧器のスプレーヘッドは、どこにおいても気化冷却するために水の飛沫を導入するために用いられる。
【００５１】
水蒸気の移動を促進させるために、いくつかの実施例において、微小孔性の膜(2021)の厚さは、限定されるものではないが、１０ミクロンから５０ミクロンの範囲を含み、その開口面積は、５０％を超える。いくつかの実施例において、開口面積は７０％より大きい。この薄い微小孔性の膜を機械的に支持するために、そして、液体乾燥剤が周囲の外気よりも圧力が低い場合に膜のチューブの崩壊を防止するために、構造的な内部の支持チューブ(2020)が設けられている。構造的な支持チューブ(2020)の外側表面を覆う微小孔性の膜(2021)を有する、この設計アプローチは、液体乾燥剤が通過する除湿される空気に最も近くにあることを許容し、膜(2021)を横切る水蒸気の移動を促進する。構造的なチューブ(2020)と膜(2021)の両方は、ＰＶＤＦ、ＰＰ、ＰＥＳ、ＰＶＣ、ＰＴＦＥ、その他の適切な材料など、適切な材料から製造される。物質移動チューブの例としては、バーグホフによりＰＥＳ膜とＰＶＤＦ膜から製造されるものを含む、精密濾過チューブと限外濾過チューブが挙げられ、１層と２層の支持体に取り付けられる。
【００５２】
別の例は図４を含み、それはポーレックスからの製品を示し、より大きな円筒型の容器中に収容された複数の濾過チューブの集合体であり、高圧で水から固体を除去するために用いられる。これらの商用の濾過チューブは、ＰＶＤＦ、ＰＥ、ＰＥＳから製造され、０．０５ミクロンから０．５ミクロンの範囲の孔を有する微小孔性の膜を使用しており、１０ミクロンから１００ミクロンの範囲の孔を有する多孔性の基質に取り付けられる。チューブ状の基質の壁の厚さは、限定されないが、０．００５インチから０．０５０インチの範囲である。微小孔性の膜の配置は、チューブ状の基質の外側表面である。
【００５３】
物質移動チューブ(2002)の第２の実施例において、構造的な多孔質のチューブ(2020)は、その上に固体電解質膜(2021)が取り付けられる基質として再び用いられる。多孔質の基質(2020)としては、限定されないが１０ミクロンから５００ミクロンの範囲の孔を有する、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＰ又はその他の適切な材料などの焼結材料が挙げられる。電解質膜(2021)は、選択的に水を移動させ気体を移動させないが、基質のチューブ(2020)の外表面上にスプレー、ディップ、その他の成膜法により塗布される。いくつかの実施例において、電解質膜(2021)の厚さは、限定されないが１０ミクロンから１００ミクロンを含む範囲にある。構造的な多孔質の基質のチューブ(2020)の壁の厚さの範囲は、限定されないが、０．００５インチから０．０５０インチを含む。いくつかの実施例において、多孔質の基質のチューブ(2020)は、焼結材料を通って微小孔性の膜の表面へ移動する水の移動を促進させるために、親水性材料により形成されている。
【００５４】
物質移動チューブ(2002)の第３の実施例において、構造的な多孔質又は孔開きのチューブ(2020)は、機械的な支持体として用いられ、その上に微小孔性の膜（2021)又は前述の固体電解質膜(2021)が取り付けられる。多孔質のチューブ(2020)は、焼結されたＰＶＤＦ、ＰＰ又はその他の限定されないが１０ミクロンから５００ミクロンを含む範囲の孔を有する適切な材料から製造される。限定されないが０．０５インチから０．５インチの範囲の孔を有する孔開きのチューブ(2020,4020)は、ＰＰ，ＰＶＤＦ、又はその他の適切な材料を射出成形するか圧縮成形することによって製造される。構造的なチューブ(2020/4020)は、円形の断面を有し、或いは、それはフォイル形又はその他の円形と角ばった断面の組み合せであってもよく、その軸（図５）と垂直に向いた空気の流れを改善することになる。フォイル形などの特定の断面は、ステーキング、化学的接着、及びその他の当業者によって知られる方法を用いて後縁を接着される、多孔質で孔開きの構造(2020)とシート材料からなる膜(2021)が取り付けられることを可能にする。
【００５５】
除湿熱交換器の１つの用途は、前述のように空気の流れから潜熱を除去することである。本発明の第２の用途は、建物の空気調和と冷凍のために乾いた冷たい空気を生成する第２ステージの気流から顕熱を除去することである。図６、７、８、９は、それぞれ、２つの連続した熱・物質移動装置(2100)を用いて乾いた冷たい空気を生成するための、この２ステージの空気調和プロセスを説明している。図６〜９に関連して、除湿された空気の流れ(2006)の冷却は、水(2008)で気化冷却されて温度が低下した第２の空気の流れ(2009)と熱交換することで、湿度が上昇することなく達成される。図１Ａ、１Ｂ、２に示される構造の熱・物質移動装置(2100)は、液体乾燥剤(2004)に水(2008)を置換することによってこの目的のために用いられる。この第２の用途において、除湿プロセスの空気の流れ(2006)は、熱のみ（水ではない）を交換する熱交換チューブ(2001)の中へ導かれる。外気、例えば、建物からの排気(2009)は、物質移動チューブ(2002)を横切って向かい、そこでそれは水蒸気を捕捉し気化冷却によって温度の低下を経験する。この冷却された空気(2009)は、つぎに、図１Ａ、１Ｂの構成を用いる場合は熱交換チューブ(2001)において、直接空気と熱を交換し、或いは、交替で内側の同軸の熱移動チューブ(2001)と熱交換する図２の構成を用いる場合は、連続した物質移動チューブ(2002)において、直接空気と熱を交換する。乾燥して冷たい空気(2007)は、湿気のある高温の空気(2005)を２つの熱・物質移動装置(2100)、１つは湿気のある空気(2005)を除湿するようになっていて、２つ目は第２の空気の流れ(2009)を加湿し冷却するようになっている、を連続して通過させた結果として生成する。
【００５６】
１つの変形例において、蒸気圧縮サイクルからの冷水又は冷媒は、除湿中の熱・物質移動装置の熱移動チューブ(2001)の中へ導入される。冷水又は冷媒は、冷却剤(2003)として働き、はじめの方の実施例では熱を液体乾燥剤(2004)と交換している。冷却剤(2003)の温度と流速に依存して、液体乾燥剤(2004)は、その入口の温度又はそれよりも低い温度に維持され、さらにプロセス空気(2005)の除湿を促進し、建物のプロセス空気の温度を第２の間接的な冷却装置を用いることなく望ましい温度にすることを可能とする。図１０は、空気調和システム(2200)における熱・物質移動装置(2100)の実施例を示し、天然ガスを燃料とし、乾燥した冷たい空気を供給し、副産物として電力を生成する。燃料電池からの熱は、除湿中の熱・物質移動装置(2100)において吸収された水を開放することによって液体乾燥剤(2004)を再生するために使用される。この乾燥した空気(2006)は、第２の熱・物質移動装置(2100)の熱移動チューブ(2001)の中へ連続して導入され、そこで、気化冷却を受けた第２の空気の流れ(2009)によって、間接的に冷却される。
【００５７】
いくつかの実施例において、熱・物質移動装置2100が説明される。熱・物質移動装置は、熱移動ダクトシステム2102、物質移動ダクトシステム2104、空気移動ダクト2106を備えている。図１Ａ、１Ｂ、２、６〜９に最もよく示されているように、熱移動ダクトシステム2102と熱移動ダクトシステム2104の部分は、空気移動ダクト2106を通って延びている。明らかになるように、図６〜９に示される動作は、分離したユニット動作であるか、単一のＨＭＸシステムに組み合されている。物質移動ダクトシステム2104は、水蒸気透過性の壁2108を備えている。ここで用いられる「水蒸気透過性」とは、水蒸気を透過するが、常圧で材料（壁、膜、など）の１つの側からその他の側へ水の輸送を許容しない材料のことをいう。例えば、「水蒸気透過性」膜としては、微小孔性疎水性材料が挙げられる。
【００５８】
いくつかの実施例において、熱移動ダクトシステム2102は、複数の熱移動ダクト2110を含み、それは、熱移動流体ヘッダーチャンバ2112と一端において流体が通じていて、熱移動流体排出チャンバ2114と熱移動ダクト2110の反対側の端において流体が通じている。いくつかの実施例において、熱移動ダクト2110は、円筒形状の断面を有する熱移動チューブ2001であってもよい。いくつかの実施例において、個々の熱移動ダクト2110は別のものと平行であってもよい。いくつかの実施例において、空気移動ダクト2106を通る流れは、熱移動ダクト2110を通る流れと垂直であってもよい。「熱移動流体」と呼ばれるが、それは閉じたサイクルにおいて熱移動流体はシステムのいくつかの部分において比較的冷たく（空気調和器で外気を冷却する前など）、システムのその他の部分において暖かい（空気調和器で外気を冷却した後）ことが理解されるべきである。ここで用いられる「暖かい」は、室温かそれよりも高い温度をいうのに用いられ、例えば、少なくとも２５℃、又は少なくとも３０℃であり、一方、「冷たい」は、室温よりも低い温度をいうのに用いられ、例えば、２０℃よりも低く、又は１５℃よりも低い。
【００５９】
いくつかの実施例において、物質移動ダクトシステム2104は、複数の物質移動ダクト2116を含み、それは、乾燥剤ヘッダーチャンバ2118と一端において流体が通じていて、乾燥剤排出チャンバ2120と物質移動ダクト2116の反対側の端において流体が通じている。いくつかの実施例において、物質移動ダクト2116は、丸い断面を通する物質移動チューブ2002であってもよい。いくつかの実施例において、個々の物質移動ダクト2116は別のものと平行であってもよい。いくつかの実施例において、空気移動ダクト2106を通る流れは、物質移動ダクト2116を通る流れと垂直であってもよい。
【００６０】
図１Ａ、１Ｂに示されているようないくつかの実施例において、複数の物質移動ダクト2116は複数の熱交換ダクト2110と間隙を介しており、散在している。ここで用いられる「散在している」は、図１Ａ、１Ｂに示されているように、ダクトが独立して配置され、分離されており、同じ領域には位置しない配置のことをいうように用いられる。「散在している」の語は、図２に示されるように１つのダクトが別のダクトの中に存在している配置と区別することを意図している。
【００６１】
図２に示されるように、いくつかの実施例において、それぞれの熱移動ダクト2110は、物質移動ダクト2116の中に位置している。物質移動ダクト2116は、いくつかの実施例において相互に間隙を介している。いくつかの実施例において、１つの熱移動ダクト2110は、それぞれの物質移動ダクト2116の中に同軸に位置する。
【００６２】
いくつかの実施例において、熱移動ダクト2110の壁は、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、それらの組み合わせからなるグループから選ばれる材料からなる。
【００６３】
いくつかの実施例において、熱移動ダクト2110の壁は、金属を含んでいない。これは、熱移動ダクト2110が物質移動ダクト2116の中にある場合に有利であり、それは、そのような実施例は、熱移動ダクト2110の外側の壁を物質移動ダクト2116の中を流れる液体乾燥剤に暴露しているからである。いくつかの実施例において、熱移動ダクトの壁は、非腐食性のコーティング、例えば、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、それらの組み合わせ、をされた金属から形成される。
【００６４】
図１〜１５に示されるように、いくつかの実施例において、それぞれの熱移動ダクト2110は、それぞれの物質移動ダクト2116よりも長い。いくつかの実施例において、熱移動ダクト2110は、同じ長さである。いくつかの実施家において、物質移動ダクト2116は、同じ長さである。
【００６５】
図１Ｂに最もよく示されているように、いくつかの実施例において、それぞれの熱移動ダクト2110の第１の端部は、熱移動ヘッダープレート2124の開口部2122に取り付けれられており、それぞれの熱移動ダクト2110の反対側の端部は、熱移動排出プレート2128の開口部2126に取り付けれられている。いくつかの実施例において、それぞれの物質移動ダクト2116の第１の端部は、物質移動ヘッダープレート2132の開口部2130に取り付けれられており、それぞれの物質移動ダクト2116の反対側の端部は、物質移動排出プレート2136の開口部2134に取り付けれられている。
【００６６】
図１Ｂに示されているように、物質移動ダクト2116内の流れが熱移動ダクト2110内の流れと反対向きである実施例において、少なくとも乾燥剤ヘッダーチャンバ2118の一部分は、熱移動排出プレート2128と物質移動ヘッダープレート2132の間にある。この実施例において、少なくとも乾燥剤排出チャンバ2120の一部分は、熱移動ヘッダープレート2124と物質移動排出プレート2136の間にある。
【００６７】
図示されないが、物質移動ダクト2116内の流れが熱移動ダクト2110内の流れと同じ向きである実施例において、少なくとも乾燥剤ヘッダーチャンバ2118の一部分は、熱移動ヘッダープレート2124と物質移動ヘッダープレート2132の間にあることが、容易に理解される。この実施例において、少なくとも乾燥剤排出チャンバ2120の一部分は、熱移動排出プレート2128と物質移動排出プレート2136の間にある。
【００６８】
いくつかの実施例において、熱移動ダクトシステム2102と物質移動ダクトシステム2104の間の物質交換は起こらない。いくつかの実施例において、ダクト2110、2116は、それぞれのヘッダープレート2124、2132及び／又は排出プレート2128、2136と、プレート2124、2128、2132、2136の一側から他側への漏れを防止するような方法で取り付けられている。そのようなシールをするために用いられる技術の例としては、限定されるものではないが、（ａ）エラストマーのＯ−リングを通じて伝達される圧縮力、（ｂ）溶接、（ｃ）螺子による締め付け、（ｄ）化学的接着、（ｅ）それらの組み合わせ、が挙げられる。図１Ａ、１Ｂから明らかなように、いくつかの実施例において、熱移動流体の流れと液体乾燥剤の流れが汚れるのを防ぐための強固な液体シールを形成するために、熱移動ダクト2110は物質移動プレート2132、2136の開口と相互作用しなければならない。
【００６９】
いくつかの実施例において、それぞれの物質移動ダクト2116は、それぞれの熱移動ダクト2110よりも長い。この実施例は、熱移動流体が物質移動ダクト2116に供給され、液体乾燥剤が熱移動ダクト2110に供給される以外は、図１Ａ、１Ｂ、２に示されたものと同じである。
【００７０】
いくつかの実施例において、物質移動ダクトシステム2104は、水蒸気透過性材料から形成された壁2019を備えている。いくつかの実施例において、壁2019は、多孔質の支持材料2020/4020（例えば、図３、５に示されるような足場）と、水蒸気透過性材料2021を含む。壁2019の材料の例は、微小孔性プラスチック、微小孔性プラスチック2021により被覆された構造的に多孔質のダクト2020/4020、水透過性の微小孔性のポリマー電解質膜2021で被覆された構造的に多孔質のダクト2020/4020、又はそれらの組み合わせから選択される。ここで用いられる「被覆された」は、限定されるものではないが、材料が基質上にコーティングされる場合と、材料（フィルムなど）で基質上が包まれるかシュリンクラップされる場合を含む。多孔質の支持材料2020の例は、図５に示される。
【００７１】
いくつかの実施例において、熱移動ダクトシステム2102の中身は、壁2103を経由して空気移動ダクト2106の中身と熱的に通じている。壁2103は、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、金属、それらの組み合わせ、からなるグループから選択される材料を含む。いくつかの実施例において、壁は、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はこれらの組み合わせによりコーティングされた金属から形成される。その他の実施例において、壁は、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、又はこれらの組み合わせにより形成される。使用可能な金属の例としては、限定されるものではないが、チタニウム、ステンレス鋼、その他の腐食耐性金属又は合金が挙げられる。
【００７２】
いくつかの実施例において、熱移動流体の流れ2003は、熱移動ダクトシステム2102の入口2102INに供給される。いくつかの実施例において、熱移動流体の流れは、限定されるものではないが、空気、エチレングリコール、水、アンモニア、フッ化炭素、二酸化硫黄、ハロン、炭化水素、及びこれらの混合物、を含むグループから選択される熱移動流体からなる。ここで用いられる「ハロン」は、その標準的な意味を有し、ハロアルカンを含む。
【００７３】
いくつかの実施例において、液体乾燥剤の流れ2004は、物質移動ダクトシステム2104の入口2104INに供給される。いくつかの実施例において、液体乾燥剤の流れ2004の乾燥剤（例えば、塩）の濃度は、物質移動ダクトシステム2104の出口2104OUTにおいて、物質移動ダクトシステム2104の入口2104INよりも低い。
【００７４】
図６〜１４に示されるような、いくつかの実施例において、第１の熱・物質移動装置2100Aと第２の熱・物質移動装置2100Bとここで説明されたいずれかの変形例を含む、空気調和システム2200が説明される。空気調和システム2200のいくつかの実施例において、第１の空気移動ダクトの排出口2106A,OUTは、第２の熱移動ダクトシステムの入口2102B,INと流体が通じている。明確には、添え字のＡは第１の熱・物質移動装置2100Aの特徴を言及するために用いられ、一方、添え字のＢは第２の熱・物質移動装置2100Bの特徴を言及するために用いられ、添え字のＣは第３の熱・物質移動装置2100Cの特徴を言及するために用いられる。
【００７５】
いくつかの実施例において、第２の空気移動ダクト2106Bを通って流れる空気2009は、第２の物質移動ダクト2102Bを流れる液体の流れ2008によって加湿される。
【００７６】
いくつかの空気調和システムは、
・第１の熱移動流体の流れが、第１の熱移動ダクトシステム2102A、2112Aの中に供給され、
・高濃度の液体乾燥剤の流れが、第１の物質移動ダクトシステム2104A、2118Aの中に供給され、
・調和される空気が、第１の空気輸送ダクト2106Aの中に供給され、
・第１の空気輸送ダクト2106Aを出る除湿された空気が、第２の熱移動ダクトシステム2102B、2112Bの中に供給され、
・水が、第２の物質移動ダクトシステム2104B、2118Bの中に供給され、
・第２の空気2009が、第２の空気輸送ダクト2106Bの中に供給される、
ことを具体化する。
【００７７】
この実施例において、第２の物質移動ダクトシステム2104Bは、選択的に水蒸気の透過性を有する物質移動膜からなる壁（例えば、物質移動ダクトの壁2116B）を含むことができる。この実施例において、第２の空気2009は、加湿されたプロセス空気2010を生成するために、物質移動ダクト2116Bの物質移動膜を通過した水によって加湿される。この実施例において、物質移動ダクト2116Bは、水蒸気透過性の膜によって形成され、水蒸気透過性の膜のブレークスルー圧より高い圧力で動作され、或いは、物質移動ダクト2116Bは、水透過性の微小孔性の材料によって形成される。どちらの場合にも、第２の空気2009の加湿を促進させるために、水の薄い膜が物質移動ダクト2116Bの外側に生成される。
【００７８】
いくつかの実施例において、第１の熱移動流体の流れ2003は、空気によって構成され、第２の熱移動流体の流れは、物質移動ダクト2116Bの表面をシート状に覆う水2008によって蒸発冷却される空気2009から構成される。いくつかの実施例において、物質移動ダクト2116Bは、水透過性の微小孔性の壁を有する。その他の実施例において、物質移動ダクト2116Bは、水蒸気透過性の膜によって形成され、水の圧力は、ブレークスルー圧と同じかそれよりも高い。いくつかの実施例において、第２の熱移動ダクトシステムからの排出の流れ2102B、2114Bは、空気調和される空間に供給される除湿され冷却された空気2007を構成する。この実施例の例は、図１０〜１４に示される。
【００７９】
いくつかの実施例において、第１の物質移動ダクトシステム2104A,OUT、2120Aを出た低濃度の液体乾燥剤の流れは、再生されて高濃度の液体乾燥剤の流れを生成し、第１の物質移動ダクトシステム2104A,IN、2118Aの入口に供給される。
【００８０】
いくつかの実施例において、空気調和システム2200は、燃料電池2138を含む。いくつかの実施例において、燃料電池2138から生成した（例えば、燃料電池で用いられた冷却剤からの）熱は、水を液体乾燥剤の流れから除去することによって液体乾燥剤の流れを再生し、高濃度の液体乾燥剤の流れを生成するために用いられる。この実施例の例は、図１０〜１４に示される。
【００８１】
いくつかの実施例において、図１０〜１４に示されるもののように、空気調和システム2200は、再生システム2140を含む。いくつかの実施例において、図１０に示されるもののように、再生システムは、向流熱交換器2145に依存する。いくつかの実施例において、燃料電池2138からの暖かい熱移動流体（例えば、熱水）は、熱交換器2145の熱移動ラインの入口2152に供給され、熱移動ラインの出口2154にある熱移動流体は、燃料電池2138に戻される。乾燥剤排出チャンバ2120Aからの低濃度の液体乾燥剤の流れは、熱交換機2145の熱交換乾燥剤入口2156に供給される。低濃度液体乾燥剤は、熱交換機2145を通過するときに加熱される。熱交換機乾燥剤出口2158を出た低濃度液体乾燥剤は、つぎに物質移動ユニット2150に進む。
【００８２】
熱交換乾燥剤出口2158からの低濃度液体乾燥剤は、物質移動乾燥剤入口2160を通って物質移動ユニット2150に入り、つぎに、物質移動乾燥剤出口2162を出る前に物質移動乾燥剤ダクト2161を通って流れる。燃料電池の排気2163は、物質移動加熱入口2164に供給され、物質移動加熱ダクト2165を通過して、物質移動加熱出口2166を出る。熱交換機2145で予め加熱された液体乾燥剤の流れの中の水は、水蒸気の形態で物質移動乾燥剤ダクト2161から排出される。いくつかの実施例において、物質移動乾燥剤ダクト2161は、低濃度の液体乾燥剤から水を排出して物質移動乾燥剤出口2162から出る高濃度の液体乾燥剤の流れを生成するための、水蒸気透過性の微小孔性の壁を有している。
【００８３】
物質移動乾燥剤出口2162を出る高濃度の液体乾燥剤の流れは、つぎに冷却のためにラジエータ2168に供給される。高濃度の液体乾燥剤の流れは、つぎに第１の熱・物質移動デバイス2100Aの乾燥剤ヘッダーチャンバ2118Aに供給される。
【００８４】
その他の実施例において、図１１〜１４に示されているように、再生システム2140は、水分除去ダクト2106Cと、水分除去ダクト2106Cを通って延びる乾燥剤再生ダクト2116Cを含み、乾燥剤再生ダクト2116Cの液体乾燥剤の流れからの水蒸気は、選択的にダクト2116Cの壁を形成する乾燥剤再生ダクト膜を通過して、水分除去ダクト2106Cに入って加湿された空気2011に混入される。いくつかの実施例において、図１１〜１３に示されているもののように、燃料電池2138からの暖かい冷却剤は、液体乾燥剤の流れを加熱し、それによって物質移動ダクト2116Cの液体乾燥剤の流れから、水分除去ダクト2106Cを通過する除去の流れに水を送る。高湿の水回収の流れ2011は、ラジエータに供給され、水回収の流れ2011の水分を凝結させ捕捉する。
【００８５】
いくつかの実施例において、再生システム2140は、ここで説明されるように第３の熱／物質移動装置2100Cを含む。この実施例において、第１の物質移動ダクトシステム2104Aの出口2120Aは、第３の物質移動ダクトシステム2104Cの入口2118Cと流体が通じており、第３の物質移動ダクトシステム2104Cの出口2120Cは、第１の物質移動ダクトシステム2104Aの入口2118Aと流体が通じている。いくつかの実施例において、燃料電池2138からの暖かい排気は、第３の空気輸送ダクト2106Cの入口に供給され、燃料電池2138からの暖かい熱移動流体（例えば、熱水）は、第３の熱移動ダクトシステム2102Cの入口2112Cに供給される。この実施例の例は、図１１〜１４に示される。
【００８６】
図１１〜１４に示されるように、第３の乾燥剤排出チャンバ2120Cを出た高濃度の液体乾燥剤は、つぎに、第１の乾燥剤ヘッダーチャンバ2118Aに供給される前に高濃度の液体乾燥剤の流れを冷却することを目的として熱交換器に供給される。図１１〜１３において、熱交換機は、第３の空気輸送ダクト2106Cを出る冷たく湿った燃料電池の排気の流れと、第３の乾燥剤排出チャンバ2120Cを出る高濃度の液体乾燥剤を冷却するための、ファンと外気を用いたラジエータである。図１４において、熱交換器は、不透過性の物質移動ダクト2116Dを用いるように改造された第４の熱・物質交換ユニット2100Dであり、それによって物質変換が存在しない。むしろ、空気輸送ダクト2106Dを通って流れる空気は、熱移動ダクト2110Dを通って流れる湿った熱交換器の排気の流れと、物質移動ダクト2116D（それは物質移動ダクトではないように改造されている）中の高濃度の液体乾燥剤の流れ、の両方を冷却するために用いられる。
【００８７】
第１の限定された熱・物質移動装置は、熱移動ダクトシステム、物質移動ダクトシステム、空気輸送ダクトを含み、前記熱移動ダクトシステムと前記物質移動ダクトシステムは、前記空気輸送ダクトを通って延び、物質移動ダクトシステムは、水蒸気透過性の壁を備えている。
【００８８】
第２のＨＭＸ装置は、第１のＨＭＸ装置を含み、前記熱移動ダクトシステムは、熱移動流体ヘッダーチャンバと熱移動ダクトの一端で、熱移動ダクトと熱移動ダクトの反対端で、流体が通じている複数の熱移動ダクトを備えている。
【００８９】
第３のＨＭＸ装置は、前述のいずれかのＨＭＸ装置を含み、物質移動ダクトシステムは、乾燥剤ヘッダーチャンバと物質移動ダクトの一端で、乾燥剤排出チャンバと物質移動ダクトの反対端で、流体が通じている複数の物質移動ダクトを備えている。
【００９０】
第４のＨＭＸ装置は、第３のＨＭＸ装置を含み、前記熱移動ダクトシステムは、熱移動流体ヘッダーチャンバと熱移動ダクトの一端で、熱移動流体排出チャンバと熱移動ダクトの反対端で、流体が通じている複数の熱移動ダクトを備えている。
【００９１】
第５のＨＭＸ装置は、第４のＨＭＸ装置を含み、前記複数の物質移動ダクトは、前記複数の熱交換ダクトと相隔たって散在している。
【００９２】
第６のＨＭＸ装置は、第４のＨＭＸ装置を含み、それぞれの熱移動ダクトは、物質移動ダクトの中に一し、前記物質移動ダクトは、相互に隔たっている。
【００９３】
第７のＨＭＸ装置は、第６のＨＭＸ装置を含み、１つの熱移動ダクトは、それぞれの物質移動ダクトの中に同軸に位置している。
【００９４】
第８のＨＭＸ装置は、第６のＨＭＸ装置を含み、前記熱移動ダクトの壁は、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、及びこれらの組み合わせからなるグループから選択される材料からなる。
【００９５】
第９のＨＭＸ装置は、第４のＨＭＸ装置を含み、それぞれの熱移動ダクトは、それぞれの物質移動ダクトよりも長い。
【００９６】
第１０のＨＭＸ装置は、第９のＨＭＸ装置を含み、それぞれの熱移動ダクトの第１の端部は、熱移動ヘッダープレートの開口部に取り付けられ、それぞれの熱移動ダクトの反対端は、熱移動排出プレートの開口部に取り付けられ、それぞれの物質移動ダクトの第１の端部は、物質移動ヘッダープレートの開口部に取り付けられ、それぞれの物質移動ダクトの反対端は、物質移動排出プレートの開口部に取り付けられ、前記乾燥剤ヘッダーチャンバの少なくとも一部分は、前記熱移動ヘッダープレートと前記物質移動ヘッダープレートの間にあり、前記乾燥剤排出チャンバの少なくとも一部分は、前記熱移動排出プレートと前記物質移動排出プレートの間にある。
【００９７】
第１１のＨＭＸ装置は、第４のＨＭＸ装置を含み、それぞれの物質移動ダクトはそれぞれの熱移動ダクトよりも長い。
【００９８】
第１２のＨＭＸ装置は、前述のいずれかのＨＭＸ装置を含み、前記熱移動ダクトシステムと前記物質移動ダクトシステムの間に物質交換が起こらない。
【００９９】
第１３のＨＭＸ装置は、前述のいずれかのＨＭＸ装置を含み、前記物質移動ダクトシステムは、微小孔性プラスチック、微小孔性プラスチックにより被覆された構造的に多孔質のダクト、水透過性のポリマー電解質膜により被覆された構造的に多孔質のダクト、又はそれらの組み合わせ、からなるグループから選択された材料から形成された壁を備えている。
【０１００】
第１４のＨＭＸ装置は、前述のいずれかのＨＭＸ装置を含み、熱移動ダクトシステムの内容物は、空気輸送ダクトの内容物と壁を経由して熱的に通じ、前記壁は、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、金属、及びこれらの組み合わせからなるグループから選択される材料からなる。
【０１０１】
第１５のＨＭＸ装置は、前述のいずれかのＨＭＸ装置を含み、前記熱移動ダクトの入口は、熱移動流体の流れと流体が通じている。
【０１０２】
第１６のＨＭＸ装置は、第１５のＨＭＸ装置を含み、熱移動流体の流れは、空気、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセロール、水、アンモニア、フッ化炭素、クロロフルオロカーボン、二酸化硫黄、ハロン、炭化水素、及びそれらの混合物からなるグループから選択される熱移動流体を備える。
【０１０３】
第１７のＨＭＸ装置は、前述のいずれかのＨＭＸ装置を含み、液体乾燥剤の流れは、物質移動ダクトシステムの入口に供給される。
【０１０４】
第１８のＨＭＸ装置は、第１７のＨＭＸ装置を含み、液体乾燥剤の流の乾燥剤の濃度は、物質移動ダクトシステムの入口よりも、物質移動ダクトシステムの出口において低い。
【０１０５】
第１の空気調和システムは、前述のいずれかのＨＭＸ装置による第１及び第２のＨＭＸ装置を含み、第１の空気輸送ダクトの排出口は、第２の熱移動ダクトシステムの入口と流体が通じている。
【０１０６】
第２の空気調和システムは、第１の空気調和システムを含み、第２の空気輸送ダクトを通って流れる空気は、物質移動ダクトを流れる水を含む液体の流れによって蒸発冷却される。
【０１０７】
第３の空気調和システムは、前述のいずれかの空気調和システムを含み、
・第１の熱移動流体の流は、第１の熱移動ダクトシステムへ供給され、
・高濃度の液体乾燥剤の流れは、第１の物質移動ダクトシステムに供給され、
・調和される空気は、第１の空気輸送ダクトに供給され、
・空気輸送ダクトを出た除湿された空気は、第２の熱移動ダクトシステムに供給され、
・水を含む流れは、第２の物質移動ダクトシステムに供給され、
・第２の空気は、第２の空気輸送ダクトに供給され、
第２の物質移動ダクトシステムは、液体の水の通過を許容する物質移動膜を備えた壁を備え、前記第２の空気は、物質移動膜を通過する水によって蒸発冷却される。
【０１０８】
第４の空気調和システムは、第３の空気調和システムを含み、第１の熱移動流体の流れは、空気からなる。
【０１０９】
第５の空気調和システムは、前述のいずれかの空気調和システムを含み、第２の熱移動ダクトシステムからの排出の流れは、空気が調和される空間へ供給される除湿され冷却された空気からなる。
【０１１０】
第６の空気調和システムは、前述のいずれかの空気調和システムを含み、前記第１の物質移動ダクトシステムから出る低濃度の液体乾燥剤の流れは、第１の物質移動ダクトシステムの入口に供給される高濃度の液体乾燥剤の流れを生成するために再生される。
【０１１１】
第７の空気調和システムは、前述のいずれかの空気調和システムを含み、さらに燃料電池を備え、燃料電池からの暖かい熱移動流体は、液体乾燥剤の流れから水を除去することによって液体乾燥剤の流れを再生するために用いられる。
【０１１２】
第８の空気調和システムは、第６の空気調和システムを含み、さらに再生システムを備え、それは、水分除去ダクトと、前記水分除去ダクトを通って延びる乾燥剤再生ダクトを備え、前記乾燥剤再生ダクトの液体乾燥剤の流れからの水蒸気は、選択的に乾燥剤再生ダクト膜を通過して水分除去ダクトに入る。
【０１１３】
第９の空気調和システムは、第６の空気調和システムを含み、燃料電池からの暖かい熱移動流体は、液体乾燥剤を加熱し、それによって、水は、液体乾燥剤の流れから、水分除去ダクトを通過する燃料電池の排気の流れの中へ除去される。
【０１１４】
第１０の空気調和システムは、第９の空気調和システムを含み、再生システムは、前述のいずれかの特定のＨＭＸ装置による第３のＨＭＸ装置を備え、第１の物質移動ダクトシステムの出口は、第３の物質移動ダクトシステムの入口と流体が通じており、第３の物質移動ダクトシステムの出口は、第１の物質移動ダクトシステムの入口と流体が通じている。
【０１１５】
第１１の空気調和システムは、第１０の空気調和システムを含み、燃料電池からの暖かい排気は、第３の空気輸送ダクトの入口に供給され、燃料電池からの暖かい熱移動流体は、第３の熱移動ダクトシステムの入口に供給される。
【０１１６】
［第２の議論］
ここで説明されるのは、システムの方法とデザインであり、エンジンから排出された熱が液体乾燥剤及び／又は空気の流れを加熱するために用いられ、後者はこの書類ではキャリア空気と呼ばれる。キャリア空気は、加熱され、それによってキャリア空気に含まれる水蒸気の分圧が、再生される液体乾燥剤の流れの中の水の濃度よりも低くなる。液体乾燥剤とキャリア空気の相互作用は、水に対して透過性を有するが、液体乾燥剤や液体の水などの液体を移動させない膜を等して達成される。キャリア空気と液体乾燥剤の間の水の濃度の違いがあるなら、水は、液体乾燥剤から水蒸気の形態でキャリア空気に流れる。
【０１１７】
液体乾燥剤の再生のプロセスは、エンジンによって生成される一部分又はすべての熱を運ぶ、エンジンから進む熱い冷却剤の流れによって、絶え間なく加熱される。熱い冷却剤は、気体又は液体の形態である。いくつかの実施例において、冷却剤は、熱移動を促進するために相変化する流体である。
【０１１８】
乾燥剤の再生は、液体乾燥剤、冷却剤、キャリアガスの間で熱移動を可能にする熱・物質移動システム（ＨＭＸ）の中で起こる。それはまた、液体乾燥剤とキャリア空気の間の水蒸気の交換を可能にする。ＨＭＸは、キャリアガスが逆流方式又は横流方式で流れる複数のチューブを備えている。特定のグループのチューブは液体乾燥剤を流し、別のグループのチューブは、冷却剤を流す。
【０１１９】
ここで説明される液体乾燥剤を含むいずれのチューブの外側の壁も、疎水性で液体に対し非透過性で、水蒸気に対して透過性の材料からなる。この材料は、フルオロポリマー・コポリマーをベースとしたスルホン化テトラフルオロエチレン（デュポンにより販売されているNafion（商標））、水伝導性フルオロポリマー、ダイズ・アナリティックから入手可能なNanoClear（商標）などの非フッ素化プロトン伝導性ポリマー、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、スパンボンドオレフィン、ここで説明されるその他のもの、であってもよい。冷媒が流れるチューブは、絶え間なく空気を暖め、その相対湿度を低く維持する。これらのチューブの配置は、キャリア空気の入口により近いＨＭＸの領域において、冷媒を運ぶチューブの密度がより高くなるようにしてもよい。
【０１２０】
別のＨＭＸのデザインは、より大きい直径のチューブの中の１つのチューブ又は複数のチューブから構成されたチューブアセンブリが存在するものである。この場合、冷却剤は、チューブアセンブリのより小さい直径のチューブの中を流れ、液体乾燥剤は、より大きい直径のチューブの中を流れるがより小さい直径のチューブの中を流れない。内側のより小さい直径のチューブの壁は、冷却剤と液体乾燥剤の間の熱移動を可能にするが液体乾燥剤を冷却剤と混合しない材料から作られる。これらのチューブは、液体乾燥剤と化学的に適合する材料から作られる。チューブアセンブリの外側の壁は、水蒸気に対して透過性であるが液体に対して透過性でない材料からなる。ＨＭＸは、複数のこれらのチューブアセンブリからなる。キャリア空気は、これらチューブアセンブリの周囲を直交流で流れる。液体乾燥剤と冷却剤は、相互に対して逆流して流れる。
【０１２１】
冷却剤の流れがキャリア空気の流れよりもはるかに大きい場合があり、或いは、デザイン又は圧力低下を考慮する必要がある場合、冷却剤をＨＭＸチューブ又はチューブアセンブリの外側に流すのが都合がよい。これらの場合、ＨＭＸは、複数のチューブアセンブリを有するチャンバからなる。これらのチューブアセンブリは、１つ以上のより小さい直径のチューブが中に配置された外側のチューブからなる。これらのより小さい直径のチューブは、それらの中にキャリアガスを流す。外側のより大きい直径のチューブは、液体乾燥剤を流す。より小さい直径のチューブの壁は、水蒸気を透過可能であるが液体の流れは透過できない材料で作られている。外側のより大きい直径のチューブは、液体乾燥剤と化学的に適合するが気体又は液体を透過しない材料から作られる。このように、液体乾燥剤と冷却剤は、熱移動の相互作用のみを有し混合は起こらない。このデザインは、冷却剤が気体である場合に主に適切である。
【０１２２】
別の場合が、冷却剤が熱すぎて液体乾燥剤の隣に流れない場合に生じ得る。この場合、ＨＭＸチューブアセンブリは、前述のように、少なくとも１つのより小さい直径のチューブが中にあるより大きい直径のチューブからなる。キャリア空気は、より大きい直径のチューブの中を流れるが、より小さい直径のチューブの中を流れない。液体乾燥剤は、より小さい直径のチューブの中を流れる。小さい直径のチューブの壁は、水蒸気を透過するが液体を透過しない材料からなる。外側の直径のチューブの壁は、熱い冷却剤とキャリア空気の間の混合を妨げるがキャリア空気と熱い冷却剤の熱移動を許容する材料からなる。キャリア空気を直接加熱し液体乾燥剤を間接的に加熱することにより、液体乾燥剤の流れは、液体乾燥剤の化学的劣化を導く高い冷却剤の温度から保護される。
【０１２３】
チューブの中の流れの間の分離を維持するために、ＨＭＸアセンブリは、ヘッダーを用いる。ＨＭＸチューブは、２つの別個の長さを有する。異なった長さは、液体乾燥剤を特定の長さのチューブの中に導入し、冷却剤又はキャリア空気のいずれか（上の段落で議論したようにデザインに応じて）を異なった長さのチューブの中に導入することを可能にする。ＨＭＸのヘッダーは、一つがもう一方と隣接した、２つのチャンバを有している。ＨＭＸの内側の部分に最も近いチャンバは、長さが短い方のチューブの内側の部分と流体が通じているが、長さが長い方のチューブの内側とは流体が通じていない。ＨＭＸの内側から最も遠いヘッダーチャンバは、長さが長い方のチューブの内側と流体が通じている。２つのヘッダーチャンバは、相互に流体が通じていない。
【０１２４】
チューブ・イン・チューブアセンブリが用いられていない、別のＨＭＸデザインにおいて、ヘッダーチャンバは、相互に隣接するが相互に流体が通じていない。熱・物質移動の増加は、ＨＭＸでなされる。キャリア空気がＨＭＸチューブ又はチューブアセンブリの外側を横切る場合、空気と液体乾燥剤の間の熱移動は、キャリア空気が曲がりくねった経路を流れるようにＨＭＸに壁を配置することによって増強される。このようにＨＭＸのキャリア空気の空間速度は、様々に物質移動を向上させる。
【０１２５】
ＨＭＸの物質・熱移動を向上させる別の方法は、ＨＭＸを通って流れるキャリア空気の一部をブロックする縦方向の形態の追加を介する。この方法において、渦と乱流が達成される。これらの形態は、キャリア空気が通過するロッドであってもよい。ロッドは、凹凸や、渦又は乱流の生成を促進させる形態を有してもよい。これらの形態は、流れを導くフィンのように働くことによって、キャリア空気のＨＭＸを通る螺旋状の大きな流れを生成するためにも用いられる。
【０１２６】
エンジンの排気ガスは、燃料の酸化生成物を含み、それは水を含んでいる。エンジンの排気ガスがシステムに入るキャリア空気よりも高い温度を有する場合、気体から気体の熱交換は、エンジンの排気からキャリア空気へ熱を移動するために用いられる。キャリア空気は、つぎにＨＭＸに入る。気体から気体への熱交換は、三角形のプレート、又は流れチャネルなどの構造的要素を形成する波形シートによってなされる。波形シートは、隣接するプレートのチャネルと垂直なチャネルを形成する。波形の向きは、特定のプレートに流れ込む空気もブロックする。これは、エンジンの排気ガスが、気体から気体への熱交換器中のキャリア空気と確実に混合しないようにする。この技術分野で知られている気体から気体への熱交換のその他の方法も用いることができる。
【０１２７】
ＨＭＸを出るキャリア空気は、気体から気体への熱交換器から出るエンジンの排気ガスと混合される。ミキサーは、２つの流れの統合に伴う圧力低下を減少させるために用いられる。ミキサーから出ると、結合された気体は、空気の流れの中の空気を凝縮させるために冷却される。コンデンサは、冷却用の流体として外気を用いる。凝縮された水は、水リザーバに集められる。コンデンサを出る冷たい空気は、排出される。
【０１２８】
キャリア空気とエンジンの排気ガスの混合が、流速の相違、圧力低下の考慮、又は化学的適合性、により実用的でない事例が存在する。これらの場合、キャリアガスは、独立したコンデンサを通って独立して凝縮される。ＨＭＸを出るキャリアガスは、独立したコンデンサも通過する。キャリア空気の流れとエンジンの排気ガスの両方から凝縮された水は、水リザーバに集められる。
【０１２９】
高濃度点においてＨＭＸを出る液体乾燥剤は、リザーバに保存される。
【０１３０】
この技術分野の状況と比較すると、本発明は、多くの利点を提供する。本発明は、液体乾燥剤を再生するだけでなく、エンジンから生成する水と再生プロセスの間に液体乾燥剤から除去された水も集める。水の回収と蓄積は、高い価値がある。エンジンの排気の流れとキャリア空気の流れが有毒物質を含まない場合、集められた水は、人間、農業、家畜のプロセスのために用いることができる。水は、空気調和の運転をサポートするためにも用いることができる。水は、燃料の処理や冷却など、エンジンのプロセスをサポートするためにも用いることができる。
【０１３１】
本発明は、液体乾燥剤とその他の流れの混合も防止する。液体乾燥剤は、通常、腐食性である。液体乾燥剤をその他の流れから分離することを維持することは、バルブ、タンク、ダクトの材料、などの腐食の可能性を減少させる。
【０１３２】
本発明は、ここで、一例として、添付する図面を参照して、より詳しく説明される。
【０１３３】
図１６は、液体乾燥剤再生システムのプロセスダイアグラムを通して、ここで説明される実施例を示す。示されるように、低濃度の液体乾燥剤(3002)は、リザーバ(3001)からＨＭＸ(3015)に流れる。ＨＭＸ(3015)は、エンジン(3005)を出る熱い冷却剤の流れ(3006)も受ける。キャリア空気(3008)は、システムに導入され、空気対空気の熱交換器(3021)を通って流れてそこで加熱される。暖かいキャリア空気(3009)は、ＨＭＸに導入される。キャリア空気(3008)は、エンジン(3005)を出るエンジンの排気(3013)との熱交換を通じて暖められる。ＨＭＸ(3015)の中で、冷却剤は、液体乾燥剤(3002)から暖かいキャリア空気(3009)への水蒸気の移動を支援するための熱を供給する。ＨＭＸ(3015)を出る流れは、加湿されたキャリア空気(3010)、高濃度の液体乾燥剤(3003)、及び冷却剤(3007)である。冷却剤(3007)は、エンジンに戻る。高濃度の液体乾燥剤(3003)は、リザーバ(3004)に保存される。ＨＭＸ(3015)を出るキャリア空気(3010)は、二つの流れの組み合わせに関係する圧力低下を減少させるために設計されたミキサー(3016)中でエンジンの排気(3014)と混合される。混合された流れ(3011)は、ミキサーを出る混合された流れ(3011)よりも温度が低い外気(3018)又はその他の任意の流体で冷却される熱交換器である、コンデンサ(3017)中で冷却される。混合された流れ(3011)の冷却は、流れの中の水の一部を凝縮させる。この凝縮された水(3019)は、水リザーバ(3020)に保存される。コンデンサから出る混合された流れ(3012)は、排出される。
【０１３４】
図１７は、図１６で説明されたのと同じプロセスを示すが、この場合、ＨＭＸ(3015)を出るキャリア空気は、コンデンサ(3017)の分離した熱交換器で凝縮される。空気対空気熱交換器(3021)を出るエンジンの排気(3014)もまた、コンデンサ(3017)の分離した熱交換器で凝縮される。コンデンサ(3017)を出るそれぞれの気体の流れは、それ自体の排出口(3012と3013)を有する。
【０１３５】
図１８は、ここで説明されるＨＭＸ(3015)のデザインの一実施例を示す。図は、その全体の形状と構成を示すために、ＨＭＸ(3150)の内部とその内側の壁を示す。キャリア空気(3009)は、ＨＭＸ(3015)に入り、冷却剤を運ぶチューブ(3027)と液体乾燥剤を運ぶチューブ(3028)の周囲を流れる。液体乾燥剤を運ぶチューブ(3028)の壁は、疎水性で水蒸気を透過するが液体を透過しない材料からなる。冷却剤を運ぶチューブ(3027)は、液体乾燥剤を運ぶチューブ(3028)よりも長い。液体乾燥剤のチューブの端部は、それぞれの端部において、プレート(3032aと3032b)に密封されて取り付けられている。冷却剤を運ぶチューブ(3027)の端部は、プレート(3031aと3031b)に密封されて取り付けられている。異なったチューブの長さは、液体乾燥剤(3003)と冷却剤(3006)がＨＭＸ(3015)に導入される分離した空間(3022a、3022b、3023a、及び3023b)を形成する。
【０１３６】
図１９は、チューブアセンブリ(3024)を用いたＨＭＸ(3015)デザインを示す。図１８のように、キャリア空気(3009)は、チューブアセンブリ(3024)を横切って流れる。チューブアセンブリ(3024)は、２つの異なった直径のチューブからなり、小さい方がもう一方の中にある。直径が小さい方のチューブは、直径が大きい方のチューブよりも長い。長さが長い方のチューブは、チューブの壁がその端部において２つのプレート(3031aと3031b)に取り付けられ密封されている。チューブに出入りする流れは、プレート(3031aと3031b)によって制限されない。これらのプレート(3031aと3031b)は、チューブアセンブリ(3024)の長さが長い方のチューブに出入りする流体の間の流体バリアを形成する。プレート(3032aと3032b)は、チューブアセンブリ(2024)の長さが短い方のチューブの端部と、チューブの壁をプレート(3032aと3032b)に密封するがチューブからの流れを制限しないようにして、取り付けられる。
【０１３７】
図２０は、ＨＭＸの断面切断図においてＨＭＸのチューブアセンブリ(3024)のより詳細な構成を示す。熱い冷却剤(3006)は、外側のヘッダーの壁(3033a)と、チューブアセンブリ（3024)の長さが長い方のチューブの壁(3030)に取り付けられたプレート(3031a)により作り出されたチャンバ(3022a)においてＨＭＸ(3015)に入る。熱い冷却剤は、チューブアセンブリ(3024)の長さが長い方のチューブに流入し、外側のヘッダーの壁(3033b)と、チューブアセンブリ(3024)の長さが長い方のチューブの他端においてチューブの壁(3030)に取り付けられたプレート(3031b)との間の空間によって形成されたチャンバ(3022b)の中へ出ることができる。冷却剤(3007)は、チャンバ(3022b)を通ってＨＭＸ(3015)を出る。図１９は、熱い冷却剤(3006)の全体から細部に至る流れを示すが、任意のものである。冷却剤(3006)の流れは、ＨＭＸ(3015)の底部から上部であってもよい。また、ＨＭＸ(3015)の向きは、特定の用途のための発明の使用により適合したどんな方法でもよい。
【０１３８】
図２０に示されるように、低濃度の液体乾燥剤(3002)は、熱い冷却剤(3006)の入口のチャンバ(3022a)と反対側のチャンバ(3023b)を通ってＨＭＸ(3015)に入る。低濃度の液体乾燥剤(3002)の入口のチャンバ(3023b)は、チューブアセンブリ(3024)の長さが長い方のチューブの端部において壁(3030)に取り付けられたプレート(3031b)と、チューブアセンブリ(3024)の長さが短い方のチューブの壁(3029)に取り付けられたプレート(3032b)に取り付けられたプレートによって結合される。液体乾燥剤(3002)は、プレートアセンブリ(3024)の長さが長い方のチューブの壁(3030)の外側の周囲を流れることができるが、液体乾燥剤の流れ(3002と3003)と冷却剤の流れ(3006と3007)の間に流体は通じていない。液体乾燥剤(3002)は、チューブアセンブリ(3024)の長さが長い方のチューブと長さが短い方のチューブの間の環状の空間に流入できる。チューブアセンブリ(3014)の長さが短い方のチューブの外側の壁(3029)は、その全体が又は部分的に、水蒸気を透過するが液体を透過しない疎水性の材料で構成される。ＨＭＸ(3015)に入るキャリア空気(3009)は、ＨＭＸのチューブアセンブリ(3024)の周囲を流れるときに、液体乾燥剤(3002)から水蒸気を獲得する。液体乾燥剤は、分離された液体乾燥剤の流れ(3003)と冷却剤の流れ(3006)を維持するチャンバ(3023a)を通ってＨＭＸ(3015)を出る。複数のこれらのチューブアセンブリ(3024)は、ＨＭＸ(3015)中に存在する。
【０１３９】
図２１は、チューブアセンブリ(3024)の断面上面図を示す。キャリア空気(3009)は、チューブアセンブリ(3024)の周囲を流れる。チューブアセンブリの最も外側の壁(3029)は、水蒸気を透過するが液体を透過しない疎水性の材料からなる。液体乾燥剤(3003)は、このページの外側（これを表すために、ピリオドで示される）に、チューブアセンブリ(3024)の最も内側の壁(3030)とチューブとチューブアセンブリの最も外側の壁(3029)によって作られる環状の区画の中を流れる。熱い冷却剤(3006)は、このページの中（これを表すために、プラス印で示される）に、液体乾燥剤(3003)と熱い冷却剤(3006)が逆向きに流れるように流れる。チューブアセンブリ(3024)の最も内側の壁(3030)は、液体乾燥剤(3003)から冷却剤(3006)を完全に密封するが、２つの流体間の熱移動を可能にする材料からなる。
【０１４０】
図２２は、チューブアセンブリ(3024)の別の構造を示し、熱い冷却剤(3006)は、チューブアセンブリ(3024)の外側を横切って流れる。この場合、チューブアセンブリ(3024)の最も外側の壁(3030)は、冷却剤(3006)と液体乾燥剤(3003)の熱交換を許容する材料からなる。液体乾燥剤は、チューブアセンブリ(3024)の最も外側の壁(3030)とチューブアセンブリの最も内側の壁(3029)によって拘束される環状の区画の中を流れる。キャリア空気(3009)は、チューブアセンブリ(3024)の最も内側のチューブの中を流れる。チューブアセンブリの最も内側の壁(3029)は、水蒸気を透過するが液体を透過しない疎水性の材料からなる。
【０１４１】
図２３は、チューブアセンブリ(3024)の構造の別の代替案を示し、熱い冷却剤(3006)は、チューブアセンブリ(3024)の外側を横切って流れる。この場合、チューブアセンブリ(3024)の最も外側の壁(3030)は、キャリア空気(3009)と冷却剤(3006)の熱交換を許容する材料からなる。キャリア空気は、チューブアセンブリ(3024)の最も外側の壁(3030)とチューブアセンブリの最も内側の壁(3029)によって拘束される環状の区画の中を流れる。液体乾燥剤(3003)は、チューブアセンブリ(3024)の最も内側のチューブの中を流れる。チューブアセンブリの最も内側の壁(3029)は、水蒸気を透過するが液体を透過しない疎水性の材料からなる。
【０１４２】
図２４Ａと図２４Ｂは、キャリア空気(3009)とチューブアセンブリ(3024)の間の熱・物質移動を強化したＨＭＸ(3015)を示す。流れ撹乱器(3034)は、乱流と正流を起こすために、ＨＭＸの至るところに配置される。この実施例で示される流れ撹乱器(3034)は、チューブアセンブリ(3024)の方向と直角に走るように配置された円筒形のロッドである。
【０１４３】
図２５は、キャリア空気(3009)の流れをＨＭＸ(3015)の至るところで正弦波にする構造的な素子を有するＨＭＸ(3015)を示す。これは、反応装置の有効長を増加させる。
【０１４４】
第１の液体乾燥剤再生システムは、熱・物質交換器を含み、熱・物質交換ダクトを横切って延びる複数の交換コンポーネントを備え、前記熱・物質交換ダクトを通る流れは、前記交換コンポーネントに対する横断流であり、前記交換コンポーネントは、複数の第１の細長い中空の導管と複数の第２の細長い中空の導管と、排気の流れと冷却剤の流れを生成するエンジンを備え、前記排気の流れは、熱・物質交換器に連続して供給されるキャリア空気の流れと熱的に通じており、前記熱・物質交換器は、液体乾燥剤の流れ、冷却剤の流れ、及びキャリア空気の流れを受け、前記第１及び第２の細長い中空の導管のうちの１つは、水蒸気透過性チューブの壁を備え、液体乾燥剤の流れとキャリア空気の流れは、前記水蒸気透過性チューブの壁と接する。
【０１４５】
第２の乾燥剤再生システムは、第１の乾燥剤再生システムにおいて、前記第１及び第２の細長い中空の導管は、相互に間隙を介している。
【０１４６】
第３の乾燥剤再生システムは、第２の乾燥剤再生システムにおいて、前記第１の細長い中空の導管は、前記熱・物交ダクトを横切って横方向に延び、前記第２の細長い中空の導管は、前記第１の細長い中空の導管を横断して延びる。
【０１４７】
第４の乾燥剤再生システムは、第２の乾燥剤再生システムにおいて、前記第１の細長い中空の導管のそれぞれは、チューブ・イン・チューブ交換コンポーネントの外側の導管であり、前記チューブ・イン・チューブ交換コンポーネントのそれぞれは、内側の導管を備え、内側のルーメンは、前記内側の導管により規定され、外側の流れチャネルは、前記内側の導管の外側にあって前記第２の細長い中空の導管の壁に隣接している。
【０１４８】
第５の乾燥剤再生システムは、前述のいずれかの乾燥剤再生システムにおいて、前記交換コンポーネントは、チューブ・イン・チューブ交換コンポーネントを備え、それぞれのチューブ・イン・チューブコンポーネントは、１つの第２の細長い中空の導管の中の１つの第１の細長い中空の導管と、前記第１の細長い中空の導管の外部にあって前記第２の細長い中空の導管に隣接した外側の流れチャネルを備え、第１の細長い中空の導管は、前記第１の細長い中空の導管の中に内側のルーメンを形成する。
【０１４９】
第６の乾燥剤再生システムは、第５の乾燥剤再生システムにおいて、前記冷却剤は、前記中央のルーメンを通って流れ、前記液体乾燥剤の流れは、前記シースを通って流れ、前記キャリア空気の流れは、前記熱・物質交換ダクトを通って流れる。
【０１５０】
第７の乾燥剤再生システムは、第６の乾燥剤再生システムにおいて、冷却剤の流れと液体乾燥剤の流れは、向流配置に構成されている。
【０１５１】
第８の乾燥剤再生システムは、第５の乾燥剤再生システムにおいて、前記キャリア空気の流れは、前記中央のルーメンを通って流れ、前記液体乾燥剤の流れは、前記シースを通って流れ、前記冷却剤の流れは、前記熱・物質交換ダクトを通って流れる。
【０１５２】
第９の乾燥剤再生システムは、第８の乾燥剤再生システムにおいて、キャリア空気の流れと液体乾燥剤の流れは、向流配置に構成されている。
【０１５３】
第１０の乾燥剤再生システムは、第５の乾燥剤再生システムにおいて、前記液体乾燥剤の流れは、前記中央のルーメンを通って流れ、前記キャリア空気の流れは、前記シースを通って流れ、前記冷却剤の流れは、前記熱・物質交換ダクトを通って流れる。
【０１５４】
第１１の乾燥剤再生システムは、第１０の乾燥剤再生システムにおいて、液体乾燥剤の流れとキャリア空気の流れは、向流配置に構成されている。
【０１５５】
第１２の乾燥剤再生システムは、前述のいずれかの乾燥剤再生システムにおいて、熱・物質交換器を出るキャリア空気の流れは、コンデンサを通過し、前記コンデンサのウォータートラップは、リザーバーと流体が通じている。
【０１５６】
第１３の乾燥剤再生システムは、前述のいずれかの乾燥剤再生システムにおいて、キャリア空気の流れと熱的に接触した後、排気の流れは、コンデンサを通過し、前記コンデンサのウォータートラップは、リザーバーと流体が通じている。
【０１５７】
第１４の乾燥剤再生システムは、第１３の乾燥剤再生システムにおいて、熱・物質交換器を出るキャリア空気の流れは、排気の流れと混合され、結合された空気の流れを形成し、結合された空気の流れは、コンデンサを通過する。
【０１５８】
第１５の乾燥剤再生システムは、前述のいずれかの乾燥剤再生システムにおいて、低濃度の液体乾燥剤のリザーバーは、高濃度の液体乾燥剤のリザーバーと液体乾燥剤の流れを経由して流体が通じている。
【０１５９】
第１６の乾燥剤再生システムは、前述のいずれかの乾燥剤再生システムにおいて、熱・物質交換器を通過した後、冷却剤の流れは、エンジンに導入される。
【０１６０】
第１７の乾燥剤再生システムは、前述のいずれかの乾燥剤再生システムにおいて、さらに、前記熱・物質交換器ダクトの少なくとも１つの壁から延びる、複数の流れ撹乱器を備える。
【０１６１】
第１８の乾燥剤再生システムは、第１７の乾燥剤再生システムにおいて、流れ撹乱器は、前記熱・物質交換器ダクトを横切って延びる。
【０１６２】
第１９の乾燥剤再生システムは、第１７の乾燥剤再生システムにおいて、前記流れ撹乱器は、エアフォイル、三角形、長方形などからなるグループから選択された断面形状を有する。
【０１６３】
第２０の乾燥剤再生システムは、第１７の乾燥剤再生システムにおいて、前記熱・物質交換器ダクトは、相互に対向する第１及び第２の縦の壁を備え、前記流れ撹乱器は、前記熱・物質交換器ダクトを部分的に横切る第１の縦の壁から延びる少なくとも１つの第１のフィンと、前記熱・物質交換器ダクトを部分的に横切る第２の縦の壁から延びる少なくとも１つの第２のフィンを備える。
【０１６４】
第２１の乾燥剤再生システムは、第２０の乾燥剤再生システムにおいて、前記流れ撹乱器は、前記熱・物質交換器ダクトを通る流れをＳ字形の経路で進行させる。
【０１６５】
第２２の乾燥剤再生システムは、第５から第２１のいずれかの乾燥剤再生システムにおいて、少なくとも１つの前記チューブ・イン・チューブ交換コンポーネントは、流れ撹乱器を備える。
【０１６６】
第２３の乾燥剤再生システムは、前述のいずれかの乾燥剤再生システムにおいて、前記排気の流れは、熱交換器を経由するキャリア空気の流れと接触する。
【０１６７】
第２４の乾燥剤再生システムは、第５から第２３のいずれかの乾燥剤再生システムにおいて、前記チューブ・イン・チューブ交換器コンポーネントのそれぞれは、さらに、中間の細長い中空の導管を備え、外側の流れチャネルは、前記中間の細長い中空の導管の外側の壁と、前記第２の細長い中空の導管の間で規定され、中間の流れチャネルは、前記第１の細長い中空の導管と前記中間の細長い中空の導管の間で規定される。
【０１６８】
［第３の議論］
ここで説明される除湿器システムは、空気調和のために入ってくる空気の流れを除湿するために、限定されるものではないが、塩溶液（例えば、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２）、アルコール（例えば、グリセロール、メタノール、エタノール）、化学薬品（例えば、ＣａＳＯ４）、又はそれらの組み合わせなどの吸湿性の液体を用いる。除湿器の設計は、除湿プロセスの全体を通じて、必ずしも排他的ではないが、大気からの空気の流れ、気化冷却された空気、水などの液体冷却剤の手段によって、熱エネルギーが持続的に除去されるようになっている。液体乾燥剤の濃度は水蒸気の吸収によって減少するが、特に液体乾燥剤からの熱の除去は、連続した空気の除湿を促進するために好都合である。
【０１６９】
ここで説明されるのは、空気の除湿と冷却のための方法と設計であり、水蒸気透過性チューブを空気の流れから液体乾燥剤を分離するために用い、１つ以上の水蒸気不透過性チューブを冷却剤から空気の流れから分離し冷却剤から液体乾燥剤を分離するために用いる。これらのいくつかの実施例において、周囲の多湿の空気は、複数の平行な、液体乾燥剤が導入される水蒸気透過性チューブの軸と垂直に通過する際に除湿される。別のアプローチは、冷却剤（外気など）、又は、水、グリコールやその他の適切な流体などの別の冷却剤が、水を吸収することから、液体冷却剤を冷却するために用いられる方法について、提供される。
【０１７０】
この技術分野の状況と比較して、ここで説明される装置は、より効果的に水蒸気透過性材料を使用し、液体乾燥剤が除湿された空気へ持ち越されることを防止する。特に、装置とシステムは、構造的に支持されたチューブと構造的に支持されたマニホールドリザーバーと併せて膜チューブを用いて、望ましい流体の分離と、液体乾燥剤を密封するともに搬送又は循環させるためのより強く確かな方法を提供する。説明される装置の設計は、Ｏ−リング、プラスチック溶着、化学的接着、圧縮結合、及び当業者に知られるその他のアセンブリ部品と方法を含む、チューブをマニホールドリザーバーに固定し密封するための様々な方法の使用を可能にする。チューブ、マニホールドリザーバー、水蒸気透過性チューブ、及びその他の湿った部品の好適な材料としては、限定されるものではないがＰＶＤＦ、ＰＰ、ＨＤＰＥ、ＰＶＣ、ＰＰＳ、ＰＥＳ、ＰＴＦＥ及びその他のポリマーが挙げられる。固体電解質膜も、装置中で水を選択的に移動させるために適切である。これらの膜としては、フルオロポリマー・コポリマーをベースとしたスルホン化テトラフルオロエチレン（デュポンにより販売されているNafion（商標））、水伝導性フルオロポリマー、ダイズ・アナリティックから販売されているNanoClear（商標）などの非フッ素化プロトン伝導性ポリマーが挙げられる。
【０１７１】
ここで説明される装置とシステムは、循環チューブ素子を使用し構成が簡単であるため、設計の自由度と拡張性において優位性を提供する。それは、操作者の湿度と温度の好みに合わせる必要があるときに、又は外気の状態に基づき、空気に液体乾燥剤が同伴することをと脆弱な下流の部品の腐食を心配することなく、空気と液体乾燥剤の流速を変えることができることにより、制御性において優位性を提供する。装置は、液体乾燥剤ではなく水に曝された第２の空気の流れを蒸発冷却することを通じて空気の流れを間接的に冷却するために用いられる点で、機能的な多用途性を提供する。この設計はまた、単に複数のマニホールドリザーバーの接続面と直径、及びチューブの長さを増加させることによって、複数の熱及び／又は物質移動流体の使用を支持する。
【０１７２】
装置は、ここで、例として、添付する図面を参照して、より詳しく説明される。
【０１７３】
図２６は、熱・物質移動装置4100の一実施例における熱・物質移動チューブの配置の断面図を示す。示されているものは、供給空気の流れ4005を除湿し、つぎに除湿された空気の流れ4006を冷却して冷たく乾燥した空気4007を生成するために用いられる２つのステージである。除湿ステージ4200において、供給空気の流れ4005は、液体乾燥剤の流れ4204を含む水蒸気透過性の物質移動チューブ4202の表面を横断する。水蒸気は、液体乾燥剤4204により吸収されるが、それは水蒸気の凝縮の熱のために温度が上昇する傾向がある。液体乾燥剤4204の温度上昇は、その水蒸気を吸収する能力に不利に影響し、そのため水などの冷却剤4203が、物質移動チューブ4202内に同軸に位置する熱移動チューブ4201に導入される。空気調和された建物から除去された、空気などの排気4209も、間接的な気化蒸発のプロセスを通じて液体乾燥剤4204の温度を低下させるために熱移動チューブ4201に導入される。熱移動チューブ4201は、熱移動チューブ4201の内表面により均一な水のフィルムを生成させるために、親水性の材料4211の層を採用してもよく、それによって、表面積が増加し、より大きい気化蒸発効果が与えられる。冷却ステージ4300において、除湿された気流4006は、水などの冷却剤4309が導入された水蒸気不透過性の熱移動チューブ4301の表面を横断する。除湿ステージ4200におけるように、排気4309も、間接的な気化蒸発のプロセスを通じて除湿された供給空気4006を冷却するために熱移動チューブ4301に導入される。冷却ステージ4300の熱移動チューブ4301も、熱移動チューブ4301の内表面により均一な水のフィルムを生成させるために、親水性の材料4311の層を採用してもよく、それによって、表面積が増加し、より大きい気化蒸発効果が与えられる。以下の図２６の追加の３つの変形例は図示されていない。
ａ．供給空気4005は、除湿ステージ4200の熱移動チューブ4201の中に同軸に配置された物質移動チューブ4202に導入される。排気の流れ4209と冷却剤4203は、熱移動チューブ4201の表面を横断する。熱移動チューブ4201は、熱移動チューブ4201の外表面により均一な水のフィルムを生成させるために、親水性の材料4211の層を採用してもよく、それによって、表面積が増加し、より大きい気化蒸発効果が与えられる。液体乾燥剤4204は、図２６のように、熱移動チューブ4201と物質移動チューブ4202によって収納されており、冷却ステージ4300では、流体の配置の変更はなされない。
ｂ．除湿された供給空気4006は、冷却ステージ4300の熱移動チューブ4301に導入される。排気の流れ4309と冷却剤4303は、熱移動チューブ4301の表面を横断する。熱移動チューブ4301は、熱移動チューブ4301の外表面により均一な水のフィルムを生成させるために、親水性の材料4311の層を採用してもよく、それによって、表面積が増加し、より大きい気化蒸発効果が与えられる。除湿ステージ4200では、流体の配置の変更はなされない。
ｃ．上記のａ）とｂ）で説明された除湿ステージ4200と冷却ステージ4300の流体の変更は、両方とも採用される。
【０１７４】
図２７は、別個の同軸の熱移動チューブ4201と物質移動チューブ4202を有する図２６によって説明される熱・物質移動装置4100の除湿ステージ4200の一実施例のモデルを示す。図２８は、図２７の断面図を示す。この実施例において、熱移動チューブ4201は、直径が大きい物質移動チューブ4202と同軸でありその内部にある。物質移動チューブ4202は、入口マニホールドリザーバー4221と出口マニホールドリザーバー4222の２つの第１の表面にによって保持され、それらに接触して密封されている。長い方の熱移動チューブ4201は、入口マニホールドリザーバー4221と出口マニホールドリザーバー4222の２つの第２の表面にによって保持され、それらに接触して密封されている。この配置は、小さい方の熱移動チューブ4201の外径と、大きい方の物質移動チューブ4202の内径との間に隙間を残し、液体乾燥剤4204は、入口接続部4223において入口マニホールドリザーバー4221へ導入されるときにその中へ流入する。除湿される空気4005は、物質移動チューブ4202の軸と垂直に通過する。除湿された空気4006は、複数の物質移動チューブ4202の近くを通った後に装置を出る。供給空気4005の水蒸気は液体乾燥剤4204によって吸収されるので、物質移動チューブ4202の液体乾燥剤4204の温度は高くなる傾向にある。冷却剤4203は、小さい方の内側の熱移動チューブ4201へ導入され、熱的に接触をして、液体乾燥剤4204の温度上昇の規模を減らす。熱移動チューブ4201は、液体乾燥剤4204によって腐食を受けない、適合する材料から全体が作られ、或いは、アルミニウム又は高い熱伝導性を有する材料から構築され、特に、ＰＰ、ＨＤＰＥ、ＰＰＳ、ＰＶＣ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦなどの適切なバリアによって被覆されたものであってもよい。いずれにせよ、壁の薄いチュービングが、液体乾燥剤4204から冷却剤4203への熱移動を改善させるために望ましい。フィン、壁のコルゲーション、及び流体の乱流と熱移動面積を増大させる形態など、熱移動を増加させるためのその他の方法も使用可能である。
【０１７５】
図２８の断面図は、熱・物質移動装置4100の除湿ステージ4200の一実施例のための３つのダクトシステム又はダクトを規定する。
１）熱移動ダクトシステムは、熱移動チューブ4201の壁と、相互に面をそらして熱移動チューブ4201に対して位置を合せて接触して密封する入口と出口のマニホールドリザーバー4221と4222の外側表面によって規定される。
２）物質移動ダクトシステムは、物質移動チューブ4202の壁、熱移動チューブ4201の壁、及び入口接続部4223から出口接続部4224へ誘導する、入口と出口のマニホールドリザーバー4221と4222の壁によって規定される。
３）空気ダクトは、相互に向き合い物質移動チューブ4202に対して位置を合せて接触して密封する入口と出口のマニホールドリザーバー4221と4222の表面によって規定される。
【０１７６】
図２９と３０は、冷却ステージ4300のモデルと断面図を示す。熱・物質移動装置4100のこのステージにおいて、熱移動チューブ4301を接続して密封するだけのために、マニホールドリザーバー4321と4322に孔が備えられ、物質移動チューブは、この実施例において用いられていない。図２６によって説明されるように、除湿された供給空気4006は、熱移動チューブ4301の表面を横断し、除湿され冷却された空気4007として出る。一実施例として、冷却剤4303と排気の流れ4309は、入口マニホールドリザーバー4321の第２の表面の全体に近接する開口部に導入される。これは、さもなければ小さい入口と出口の接続部の使用に起因する圧力低下を減少させ、複数の熱移動チューブ4301内の流れの均一性を改善する。熱移動チューブ4301は、より均一な水のフィルムを熱移動チューブ4301の内表面に生成させるために、親水性材料の層4311を組み込んでおり、それによって表面積を増やし、より大きな気化冷却効果を与える。
【０１７７】
図３１は、２ステージの熱・物質移動装置4100の一実施例を示し、除湿ステージ4200と冷却ステージ4300は、相互に垂直に向いて置かれ供給空気4005が導入されるダクトに対して横断する、それぞれのチューブアセンブリにまとめられている。千鳥状のチューブの配置と、交互の物質移動チューブ4202と熱移動チューブ4301の使用は、改善された熱・物質移動のための供給空気4005の乱流の増加、別個の除湿ステージ4200と冷却ステージ4300の一組の配置を用いたその他の実施例よりコンパクトな設計、などの恩恵を与える。除湿ステージ4200において、液体乾燥剤の流れ4200と冷却剤の流れ4203は、向流配置で示されている。冷却ステージ4300において、冷却剤の流れ4303と排出空気の流れ4306も、向流配置で示されており、それは、冷却剤4303の排出空気の流れ4309への暴露を増加させ、それぞれの連続する一組の物質移動チューブ4202からの次第に除湿される空気4006のより大きな間接的気化冷却を引き起こすことを可能とする。
【０１７８】
図３２は、２ステージの熱・物質移動装置4100の一実施例を示し、冷水などの液体が冷却剤4203と4303であり、排出空気4209又は4309は熱・物質移動装置4100で用いられない。その代わりに、水は冷却塔によって冷却され、或いは、別の方法で、それは熱・物質移動装置4100へポンプ送液が可能であってもよい。この方法で、除湿され冷却された空気4007を生成するために、冷却剤4203は除湿ステージ4200において液体乾燥剤4204の温度を下げ、冷却剤4303は冷却ステージ4300において除湿された空気の流れ4006を冷却する。液体冷却剤の使用は、限定されるものではないが、チューブの直径や長さに関して設計の自由度を増すなどの利点を与え、よりコンパクトな設計を可能とする。
【０１７９】
図３３と３４は、１ステージの熱・物質移動装置4100の一実施例のダイアグラムとモデルを示す。液体乾燥剤の流れ4404は、水蒸気透過性の物質移動チューブ4402によって供給空気の流れ4005から封じ込められ、分離されている。第１の熱移動チューブ4401は、液体乾燥剤の流れ4404と供給空気の流れ4005の内側に同軸に位置しており、第２の熱移動チューブ4501は、液体乾燥剤の流れ4404と供給空気の流れ4005の外側に同軸に位置している。水などの冷却剤4403は、第２の熱移動チューブ4401に導入され、冷却剤4503は、第２の熱移動チューブ4501の外側の面に噴霧又はその他の方法によって塗布される。第１の熱移動チューブ4401と第２の熱移動チューブ4501は、第１の熱移動チューブ4401の内側表面と、第２の熱移動チューブ4501の外側表面に、水のより均一なフィルムを生成させ、それによって、表面積を増加させより大きな気化冷却効果を与えるために、親水性材料4411と4511の層をそれぞれ組み込んでいる。この実施例及びその他の熱・物質移動装置4100の１ステージの実施例において、供給空気の流れ4005は、入口と出口のマニホールドリザーバー4421と4422において、複数の熱移動チューブ4201と4301及び物質移動チューブ4202の間に生じる隙間に伴う、望ましくない圧力低下と流れの不均一性を示すかも知れない。当業者は、供給空気の流れ4005のためのより大きな入口と出口の接続、供給空気4005の流れが組織されるより深いマニホールドリザーバー4421と4422、及び、乱流を生じさせる構成と適切な水力直径の間のバランス、を使用することによって、これららの望ましくない効果を減少させるかも知れない。図３３と図３４の別の実施例は図示されていないが、供給空気の流れ4005と液体乾燥剤の流れ4404の配置が逆転しており、液体乾燥剤の流れ4404は、外側の熱移動チューブ4501と隣接して流れ、供給空気4005は、内側の熱移動チューブ4401と隣接して流れるようになっている。
【０１８０】
図３６は、１ステージ熱・物質移動装置4100の別の実施例を示し、冷却剤4403と4503として冷水などの液体を用い、熱・物質移動装置4100の中で局所的に排出空気の流れは用いられない。その代わり、冷水は、排出空気の流れを用いた気化冷却による冷却塔によって遠隔で生成され、或いは、そうでなければ、熱・物質移動装置4100にポンプ送液されて利用可能であってもよい。液体冷却剤の使用は、限定されるものではないが、チューブの直径や長さに関して設計の自由度を増すなどの利点を与え、よりコンパクトな設計を可能とする。
【０１８１】
図３７は、１ステージ熱・物質移動装置4100の別の実施例を示し、ただ１つの熱移動チューブ4501を用いている。供給空気の流れ4005は、冷却剤4503と排出の流れ4509で間接的な気化冷却によって冷却され、或いは、水などの液体冷却剤4503だけによって冷却される。熱移動チューブ4501は、熱移動チューブ4501の外側表面に水のより均一なフィルムを生成させ、それによって、表面積を増加させより大きな気化冷却効果を与えるために、親水性材料4511の層を組み込んでいる。液体乾燥剤4404の流速と乱流が十分に大きいときのような、いくつかの場合は、熱移動チューブ4501の表面における界面フィルムからの熱の除去が可能である。これは、そうでなければ物質移動チューブ4402の中に同軸に位置する熱移動チューブを通って液体乾燥剤の流れ4404を冷却するために用いられる冷却剤の流れをなくす機会を提供し、熱・物質移動装置4100の構成の簡略化を導く。
【０１８２】
図３８は、２つの同軸のチューブを位置決めし密封するために用いられるカップリング装置4050を示し、図３９は、熱・物質移動チューブサブアセンブリ4060のモデルを示す。一実施例において、カップリング装置4050と4051は、熱溶着又はその他の方法によって、熱移動チューブ4201と物質移動チューブ4202に密封され、それによって、チューブサブアセンブリ4060を生み出し、熱・物質移動装置4100の組み立てを容易にする。カップリング装置4050と4051の内側と外側の直径における形態は、物質移動チューブ4202、熱移動チューブ4201、マニホールドリザーバー4221と4222が接合される部分に対して密封面を与える。複数の通過路は、外側の直径の熱移動チューブ4201と内側の直径の物質移動チューブ4202が結合される、カップリング装置4051表面の中間に環状の配置で位置している。これらの通過路は、熱移動チューブ4201と物質移動チューブ4202の間の隙間の中への液体乾燥剤4204の輸送を可能にする。液体乾燥剤4204と冷却剤4203との間、及び、液体乾燥剤4204と供給空気の流れ4005の間の熱移動の増加は、カップリング装置4050と4051の軸に平行な軸から例えば４５°の角度に通過路を向けることによって達成される。これらの角度を付けた通過路の形態とその他の渦を誘発する形態の使用は、液体乾燥剤4204の経路長を増加させ、液体乾燥剤が供給空気の流れ4005と接触する時間を増加させ、それによって、液体乾燥剤4204が吸収する水蒸気の量が増加する。カップリング装置4050と4051は、ＰＰ、ＨＤＰＥ、ＰＶＣ、又は腐食性の液体乾燥剤4204への暴露に適したプラスチックなどの材料から作られる。熱移動チューブ4201と物質移動チューブ4202をカップリング装置4050と4051に結合するための方法は、限定されるものではなく、熱溶着を含むが、その他の化学接着と接着剤を含む方法が用いられる。
【０１８３】
図４０は、チューブサブアセンブリ4060の一実施例の詳細図面を示し、カップリング装置4050においてマニホールドリザーバー4221と4222に密封されている。これは、ホットプレートプラスチック溶着、Ｏ−リング、又はその他の技術の手段によって達成される。マニホールドリザーバー4221と4222と結合されるときに、チューブサブアセンブリは、密封された冷却ダクトシステムと液体乾燥剤ダクトシステムを完成し、液体乾燥剤4204を供給空気の流れ4005から隔離する。
【０１８４】
図３５は、カップリング装置4053を示し、これは図３３、３４、３６で説明される実施例で用いられる熱・物質移動チューブサブアセンブリを作るのに有用である。カップリング装置4053は、図３４に示されるように、液体乾燥剤4404、冷却剤4403、排出空気4409、供給空気4005を輸送するための経路を備えている。これはまた、図３４に示されるように、熱移動チューブ4404と4501、物質移動チューブ4402に接続し、マニホールドリザーバー4421に接続するための密封面を備えている。
【０１８５】
図５は、物質移動チューブを形成するために、水蒸気透過性材料が熱的に結合され、或いは、さもなければ接着される、構造的な多孔質支持体4020である。同様な方法で、熱移動チューブを形成するために、構造的な多孔質支持体4020と併せて水蒸気不透過性材料が用いられる。押出プラスチックチューブ又はプラスチックシート材料から製造されたチューブは、表面積を増加させ、流れの乱れを増加させ、或いはさもなければ改善された熱・物質移動を促進される複数の断面形状のものであってもよい。図５に示される構造の断面形状は、フォイルであるが、熱移動チューブ又は物質移動チューブのために用いることができ、その他の表面積を増加させ、流れの乱れを増加させ、或いはさもなければ改善された熱・物質移動を促進される形状が用いられてもよいことが理解される。図４１と４２は、２つの実施例を示し、そこでは、フォイル形状の物質移動チューブ4202が、図２６、２７、２８に示されるような除湿ステージ4200に用られている。
【０１８６】
一実施例において、図４３に示されるように、液体乾燥剤4204を含む複数のフォイル形状の物質移動チューブ4202は、供給空気4005が運搬されるダクト中の供給空気4005の流路の長さを増加させるために用いられる。この増加した長さは、供給空気4005を水蒸気透過性物質移動チューブ4202の増加した表面積に暴露するより多くの時間を許容し、その結果、除湿された空気の流れ4006中の水蒸気含有量は低くなる。図４３の下流の要素は、除湿された空気4006が複数のフォイル形状の熱移動チューブ4301に暴露された一実施例を示す。流路の長さは、この方法により増加し、除湿された空気4006をより大きい熱交換チューブの表面積に増加した継続時間にわたって暴露し、それによって、除湿され冷却された空気の流れ4007のより大きな温度減少を与える。
【０１８７】
冷却ステージ4300のいくつかの実施例は、除湿された供給空気4006を運搬するフォイル又はその他の形状の熱移動チューブ4301の表面に、水などの冷却剤4303を噴霧又はさもなければ塗布する。排出空気4309は、湿った熱移動チューブ4301の表面を通過する。熱移動チューブ4301は、熱移動チューブ4301の外側表面により均一な水のフィルムを形成し、それによって、表面積を増加させより大きな気化冷却効果を与えるために親水性材料4311を組み込んでいる。この方法は、排出空気4309に、増加した体積の水に接触するためのより多くの時間を与え、水との平衡に達することを許容し、それによって、水の温度減少を最大にし、除湿された空気の流れ4006が冷却される程度を増加させる。図４２に示される例によって示されるように、フォイル又はその他の形状の熱移動チューブ4201は、供給空気の流れ4005と液体乾燥剤の流れ4204の冷却をより改善するために、熱・物質移動装置4100の実施例の除湿ステージ4200において用いられる。
【０１８８】
図３１に示される円形断面の熱移動チューブ4201と4301及び物質移動チューブ4202と同様に、フォイル又はその他の断面形状は、空気ダクト中に渦を生成し乱流を増加させるように適用され、それによって、熱・物質移動の程度を増加させ、よりコンパクトな熱・物質移動装置の設計を与える。
【０１８９】
熱・物質移動を増加させるための別の方法は、温度又は含水量において平衡に達する必要があるチューブの壁の対向する側面に流体が流れる時間を増加させるために螺旋の構成を用いることである。図４４は、液体乾燥剤4204の螺旋状の流路を含む螺旋状バリア壁4251を含む熱移動チューブ4201の一実施例を示す。結果として引き起こされる増大した流路の長さは、液体乾燥剤から、冷却剤4203と熱移動チューブ4201の内側に導入される排出空気4209への熱移動を改善する。図４５は、平坦なストックとして製造され、丸いチューブに形成される、押出体250の側面図を示す。押出体の隣接した端面は、つぎに熱溶着又はその他の方法によって接着され、図４４に示される水蒸気不透過性の熱移動チューブ4201になる。
【０１９０】
物質移動チューブは、望ましい湿った空気から液体乾燥剤への水蒸気輸送を達成し、液体乾燥剤と化学的な適合性を与える、種々の材料と方法を用いて製造される。物質移動チューブに液体乾燥剤を収容するために、限定されるものではないが、溶融されスパンボンドされたオレフィン、又は、限定されるのではないが０．０５ミクロンから０．５ミクロンの範囲の孔を有する微小孔膜などの、疎水性の織られたプラスチック又は疎水性の不織のプラスチックが用いられる。小さな孔と疎水性材料の組み合わせは、通常の運転条件（例えば、２０ｐｓｉより低い圧力）で前述の材料を通って水が移動するのを妨げる。しかし、チューブの内側の圧力がブレークスルー圧を超えて増加したときは、液体の水は多孔構造を通って浸み出すことができる。
【０１９１】
ここで用いられる「ブレークスルー圧」は、液体の水がより低い圧力において水蒸気のみが透過できる疎水性の織られた又は不織の材料又は疎水性の微小孔性の膜を横断する最小の圧力に関連する。例えば、０．１ミクロンの多孔性を有する疎水性焼結材料のブレークスルー圧は、およそ６０ｐｓｉである。
【０１９２】
ブレークスルー圧で動作するとき、水は疎水性の微小孔性の材料の表面を通過し、表面の周囲に薄い水の層を生成する。チューブの表面上に薄い水の層を生成させるための別の技術として、より低い圧力における親水性の材料の使用がある。噴霧器のスプレーヘッドは、ここでブレークスルー圧における疎水性の材料、又は親水性の材料が用いられる場合に、どこにおいても気化冷却するために水の飛沫を導入するために用いられる。ムンタース  ＣＥＬｄｅｋ（登録商標）などの加湿媒体も、ここで説明された熱・物質移動装置4100の実施例のどれにおいても、冷却剤としてつぎに用いられる排出空気の流れ4209、4309、4409、4509の気化冷却を与える、水切り又は噴霧スプレーヘッドと同時に用いられる。
【０１９３】
水蒸気の移動を促進させるために、いくつかの実施例において、微小孔性の膜の厚さは、限定されるものではないが、１０ミクロンから５０ミクロンの範囲を含み、その開口面積は、５０％を超える。いくつかの実施例において、開口面積は７０％より大きい。この薄い微小孔性の膜を機械的に支持する目的のために、そして、液体乾燥剤が周囲の外気よりも圧力が低い場合に膜のチューブの崩壊を防止するために、構造的な内部の支持チューブ4020が設けられている。構造的な支持チューブ4020の外側表面を覆う微小孔性の膜を有する、この設計アプローチは、液体乾燥剤が通過する除湿される空気に最も近くにあることを許容し、膜を横切る水蒸気の移動を促進する。構造的なチューブ4020と膜の両方は、ＰＶＤＦ、ＰＰ、ＨＤＰＥ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＶＣ、ＰＴＦＥ、その他の適切な材料など、適切な材料から製造される。
【０１９４】
物質移動チューブ4202と4402の第２の構造において、構造的な多孔質のチューブ4020は、その上に固体電解質膜が取り付けられる基質として再び用いられる。多孔質の基質4020としては、限定されないが１０ミクロンから５００ミクロンの範囲の孔を有する、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＰ又はその他の適切な材料などの焼結材料が挙げられる。電解質膜は、選択的に水を移動させ気体を移動させないが、基質のチューブ4020の外表面上にスプレー、ディップ、その他の成膜法により塗布される。いくつかの実施例において、電解質膜の厚さは、限定されないが１０ミクロンから１００ミクロンを含む範囲にある。構造的な多孔質の基質のチューブ4020の壁の厚さの範囲は、限定されないが、０．００５インチから０．０５０インチを含む。いくつかの実施例において、多孔質の基質のチューブ4020は、焼結材料を通って微小孔性の膜の表面へ移動する水の移動を促進させるために、疎水性材料により形成されている。
【０１９５】
物質移動チューブ4202と4402の第３の構造において、構造的な多孔質又は孔開きのチューブ4020は、機械的な支持体として用いられ、その上に、限定されるものではないが溶融されスパンボンドされたオレフィン、又は微小孔性の膜などの疎水性の織られたプラスチック又は疎水性の不織のプラスチック、或いは、固体電解質膜が取り付けられる。多孔質のチューブ4020は、焼結されたＰＶＤＦ、ＰＰ又はその他の限定されないが１０ミクロンから５００ミクロンを含む範囲の孔を有する適切な材料から製造される。限定されないが０．０５インチから０．５インチの範囲の孔を有する孔開きのチューブ4020は、ＰＰ、ＨＤＰＥ、ＰＶＤＦ、又はその他の適切な材料を射出成形するか圧縮成形することによって製造される。構造的なチューブ4020は、円形の断面を有し、或いは、それはフォイル形又はその他の円形と角ばった断面の組み合せであってもよく、その軸（図５）と垂直に向いた空気の流れを改善することになる。フォイル形などの特定の断面は、熱ステーキング、化学的接着、及びその他の当業者によって知られる方法を用いて後縁を接着される、多孔質で孔開きの構造4020)シート材料からなる膜が取り付けられることを可能にする。
【０１９６】
図２６〜４５に示されるように、いくつかの実施例において、それぞれの熱移動チューブ4201は、それぞれの物質移動チューブ4202よりも長い。いくつかの実施例において、それぞれの熱移動チューブ4401は、それぞれの物質移動チューブ4402よりも長い。いくつかの実施例において、それぞれの物質移動チューブ4402は、それぞれの熱移動チューブ4501よりも長い。いくつかの実施例において、熱移動チューブ4201、4301、4401と4501及び物質移動チューブ4202と4402は、ほぼ同じ長さであって、マニホールドリザーバー4221、4222と4421への接続のための図３５と３８に示されたカップリング装置4050と4053を利用する。
【０１９７】
いくつかの実施例において、それぞれの物質移動チューブ4202は、それぞれの熱移動チューブ4201よりも長く、物質移動チューブ4202は、直径がより大きな熱移動チューブ4201の中に同軸に配置される。この実施例は、供給空気4005が物質移動チューブ4202に供給され液体乾燥剤が熱移動チューブ4201に供給されることを除き、図２７と２８に示されたものと同じである。
【０１９８】
いくつかの実施例において、物質移動チューブ4202と4402は、部分的又は全体が水蒸気透過性材料から形成される。いくつかの実施例において、物質移動チューブ4202と4402は、多孔性の支持材料（例えば、足場）と水蒸気透過性材料を含む。物質移動チューブ材料の例は、織られたプラスチック、スパンボンドされたオレフィンなどの不織のプラスチック、微小孔性のプラスチック、微小孔性のプラスチックで被覆された構造的に多孔性のチューブ、水透過性の微小孔性のポリマー電解質膜で被覆された構造的に多孔性のチューブ、又はそれらの組み合わせ、からなるグループから選択されたものである。固体又はモノリスの水透過性材料としては、フルオロポリマー・コポリマーをベースとしたスルホン化テトラフルオロエチレン（例えば、デュポンにより販売されているNafion（商標））、水伝導性フルオロポリマー、非フッ素化プロトン伝導性ポリマー（例えば、ダイズ・アナリティックから販売されているNanoClear（商標））が挙げられる。このような水透過性の微小孔膜は、通常、親水性材料から形成される。ここで用いられる「親水性」とは、接触角が９０°よりも大きい材料のことをいう（例えば、少なくとも１００°、少なくとも１１５°、少なくとも１２０°、又は少なくとも１３５°）。ここで用いられる「被覆された」は、限定されるものではないが、材料が基質上にコーティングされる場合と、材料（フィルムなど）で基質の上が包まれるかシュリンクラップされる場合を含む。フォイル形に形成された多孔質の支持材料4020の例は、図５に示される。
【０１９９】
いくつかの実施例において、ダクトシステムの、熱移動チューブ4201、4301、4401と4501、物質移動チューブ4202と4402、カップリング装置4050、4051と4053、マニホールドリザーバー4221、4222と4421、及びその他の関連する部分は、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、金属、及びこれらの組み合わせ、からなるグループから選ばれる材料を含む。いくつかの実施例において、壁は、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又は、それらの組み合わせによって被覆された金属からなる。その他の実施例において、壁は、二フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、又は、それらの組み合わせからなる。有用な金属の例としては、限定されるものではないが、チタニウム、ステンレス鋼、その他の腐食耐性金属又は合金が挙げられる。
【０２００】
前記のものは、本発明の実施例を明らかにし、説明し、表現するために提供される。これらの実施例の変形と翻案は、当業者にとって自明であり、本発明の範囲と精神から逸脱することなくなされる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【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】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２Ａ】
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【図４２Ｂ】
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【図４２Ｃ】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【国際調査報告】
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