JP5554454B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、空気を調整するシステムに関する。

液体乾燥剤空調システムは、周囲空気の冷却、除湿、およびその他調整に有効な手段となり得る。そのようなシステムの例は、次の国際特許出願、すなわち、国際公開第９９／２６０２６号パンフレット、国際公開第００／５５５４６号パンフレット、および国際公開第０３／０５６２４９号パンフレットに記載されている。

ほとんどの乾燥剤式空調システムに共通の１つの事項は、システム内の流体、例えば、除湿側の乾燥剤、再生側の乾燥剤、およびこれらの側のいずれか、または両方の空気流れなどの温度を制御するために、加熱または冷却する必要があることである。加熱源、または冷却源は、複数の異なる供給源の任意のものによってもたらすことができるが、複数の供給源との間の熱伝達によって乾燥剤の温度を制御でき、各供給源が、システムの要求および供給源の有用性に基づいて個々にまたは一緒に使用できる乾燥剤式空調システムを有することは有益である。

本発明の実施形態は、空気を調整するシステムを含み、各供給源が特定の基準に従って個々にまたは組み合わせて使用できるように、２つ以上の熱源または冷却源を使用して液体乾燥剤の温度が制御される。

一部の実施形態では、外部熱源の加熱能力が評価される。本明細書において、「加熱能力」という用語は、概略的には、熱源から利用できる熱量を指す一般的な用語である。例えば、水貯蔵器が太陽エネルギ源によって加熱され、さらに、貯蔵器内の水の量が既知の場合に、「加熱能力」に関する１つの測定は、既知の量の水の温度を測定することである。これは、熱源からどのくらいの熱を利用できるかの目安になる。既知の量の物質の温度を測定することに加えて、「加熱能力」はまた、乾燥剤空調システム用に利用できる熱量を示すのに有効な任意の他の方法によって特定することができる。例えば、物質の加熱能力を特定するのに、物質のタイプおよびその熱伝導率を考慮に入れることができるし、または他のパラメータを使用することもできる。

熱源の加熱能力が特定され、例えば、空調システムの再生側の乾燥剤が熱の追加を必要としているとすると、次いで、加熱能力が第１の所定の量より上かどうかを判断することができる。例えば、加熱能力が低すぎる、すなわち、第１の所定の量未満の場合、そのような伝達が非効率的であるために、または、極端な場合では、乾燥剤が、実際上、熱を外部熱源に戻すこともあり得るために、外部熱源から乾燥剤への熱伝達を禁止することができる。一方、加熱能力が第１の所定の量より上であると判断された場合、次いで、加熱能力が第２の所定の量より上かどうかを判断するのが望ましい。

加熱能力が、第１の所定の量よりも高い第２の所定の量の上であると判断された場合、次いで、外部熱源だけから乾燥剤に熱を伝達することができる、すなわち、熱は他の任意の熱源から乾燥剤に伝達されない。使用できる別のタイプの熱源は、蒸気圧縮冷凍サイクルで放出される熱である。外部熱源の加熱能力が第２の所定の量より上であると判断された上記の例では、冷凍システムから乾燥剤への熱伝達を禁止することができる。それに反して、外部熱源の加熱能力が、第１の所定の量より上であるが、第２の所定の量未満であると判断された場合、これは、外部熱源が、必要とされるすべての熱ではないが、ある程度の熱を乾燥剤に供給する能力を有することを示すことができる。そのような場合に、熱は、外部熱源および冷凍システムなどの他の熱源の両方から乾燥剤に伝達することができる。

本発明の実施形態は、除湿器を有する空気調整用システムを含み、第１の空気流れが除湿器に導入されて、第１の空気流れから液体乾燥剤に水を移動させるために液体乾燥剤と接触する。第２の空気流れは再生器に導入されて、液体乾燥剤から第２の空気流れに水を移動させるために液体乾燥剤と接触する。空調システムはまた、複数の熱交換器、冷媒、およびコンプレッサを有する冷凍システムを含む。さらに、冷凍システムから熱を選択的に受け取り、外部熱源から熱を選択的に受け取るように構成された再生乾燥剤熱交換器も含まれる。再生乾燥剤熱交換器はまた、再生器から液体乾燥剤を受け入れて、第２の空気流れが液体乾燥剤と接触する前に、冷凍システムまたは外部熱源の少なくとも１つから液体乾燥剤に熱を伝達するように構成される。

一部の実施形態では、冷凍システムの第１の熱交換器は、グリコール、グリコールと水、水、または乾燥剤に熱を伝達するのに有効な他の任意の液体などの熱伝達流体を受け入れるように構成される。グリコールは冷媒から熱を受け取り、液体乾燥剤に熱を伝達するために、再生乾燥剤熱交換器と選択的に接触する。第２の熱伝達流体は、外部熱源から熱を受け取り、液体乾燥剤に熱を伝達するために、再生乾燥剤熱交換器と選択的に接触するように構成される。第２の熱伝達流体は、例えば、太陽エネルギによって加熱された水貯蔵器からの高温水とすることができる。あるいは、第２の熱伝達流体は、グリコール、もしくはグリコールおよび水の組み合わせ、または外部熱源から再生乾燥剤熱交換器に熱を伝達するのに有効な他の任意の流体とすることができる。上記のように、外部熱源は太陽エネルギとすることができるが、液体乾燥剤に熱を供給するのに有効な他の任意の熱源であってもよい。例えば、外部熱源は、エンジンまたは他の熱生成システムからの廃熱とすることができ、他の熱生成システムは、少しだけ例を挙げると、地熱エネルギ、または熱電併給（ＣＨＰ）システムとすることができる。

下記に説明するように、本発明の一部の実施形態は、第１および第２の熱伝達流体を有し、第１および第２の熱伝達流体は、熱交換器に流入する前に合流するように、共通の入口から再生乾燥剤熱交換器に流入する。そのような場合に、第１および第２の熱伝達流体は同じ組成物質を有し、例えば、熱交換器を出た後、それぞれの流れに分かれることができて、一部分は第１の冷凍システム熱交換器を通って戻り、他の部分は外部熱源に戻る。

本発明の実施形態はまた、外部冷却源から第１の冷却剤を受け入れ、冷媒から第１の冷却剤に熱を伝達するように構成された第２の冷凍システム熱交換器を含む。この第２の冷凍熱交換器は、非常に高温の冷媒が、蒸発器に流入する前に予冷却されるように、冷凍システムの冷却側の上流に簡便に配置することができる。

本発明の一部の実施形態は、複数の熱交換器、冷媒、およびコンプレッサを有する冷凍システムを含む空調システムを含む。除湿器は、第１の空気流れを受け入れ、第１の空気流れは、第１の空気流れから液体乾燥剤に水を移動させるために液体乾燥剤と接触する。再生器は第２の空気流れを受け入れ、第２の空気流れは、液体乾燥剤から第２の空気流れに水を移動させるために液体乾燥剤と接触する。再生器は、第２の空気流れが液体乾燥剤と接触する前に、冷凍システムから液体乾燥剤に熱を選択的に伝達する第１の熱伝達ループを含む。再生器はまた、第２の空気流れが液体乾燥剤と接触する前に、外部熱源から液体乾燥剤に熱を選択的に伝達する第２の熱伝達ループを含む。

第１の熱伝達ループは、再生器から液体乾燥剤を受け入れるように構成された再生乾燥剤熱交換器を含むことができる。第１の熱伝達ループはまた、冷媒を受け入れるように構成された第１の冷媒システム熱交換器と、冷媒から熱を受け取るために、第１の冷媒システム熱交換器と選択的に接触し、液体乾燥剤に熱を伝達するために、再生乾燥剤熱交換器と選択的に接触するように構成された第１の熱伝達流体とを含むことができる。第２の熱伝達ループは、再生乾燥剤熱交換器と、外部熱源と、外部熱源から熱を受け取り、液体乾燥剤に熱を伝達するために、再生乾燥剤熱交換器と選択的に接触するように構成された第２の熱伝達流体とを含むことができる。第１および第２の熱伝達ループは、再生乾燥剤熱交換器の入口側で選択的に合流することができる。

本発明の実施形態はまた、除湿器を有する空気調整用システムを含み、第１の空気流れが除湿器に導入されて、第１の空気流れから液体乾燥剤に水を移動させるために液体乾燥剤と接触する。第２の空気流れは再生器に導入されて、液体乾燥剤から第２の空気流れに水を移動させるために液体乾燥剤と接触する。冷凍システムは、複数の熱交換器、冷媒、およびコンプレッサを含む。除湿器乾燥剤熱交換器は、第１の空気流れが液体乾燥剤と接触する前に、除湿器内の乾燥剤から冷凍システムに熱を選択的に伝達するように構成される。除湿器乾燥剤熱交換器はまた、第１の空気流れが液体乾燥剤と接触する前に、除湿器内の乾燥剤から外部冷却源に熱を選択的に伝達するように構成される。

図１は、本発明の実施形態による空調システムの概略図である。 図２は、図１に示す空調システムを制御する制御方策の実施形態を示す高いレベルの流れ図である。 図３は、図１に示す空調システムを制御する制御方策の実施形態を示す高いレベルの流れ図である。

図１は、本発明の実施形態による空調システム１０を示している。特に、システム１０は、空気を調整する、すなわち、空気の温度および／または湿度を制御するように構成されている。大まかには、空調システム１０は２つの部分、すなわち、プロセス側または除湿器１２、および再生器１４に分けられる。空調システム１０はまた、その構成部品によって最もよく示される冷凍システムを含む。例えば、図１に示す冷凍システムは、熱交換器１６、１８、２０、２２、２４を含む。冷凍システムはまた、冷凍システムの高温側で破線２６によって示され、低温側で破線２８によって示された冷媒を含む。冷凍システムはまた、容器３０、フィルタ３２、コンプレッサ３４、アキュムレータ３６、および電気膨張弁３８、４０を含む。

空調システム１０は、蒸気圧縮冷凍システムを使用するが、空気を調整する主な機構は、液体乾燥剤４２の使用によるものである。通常、乾燥剤４２は、ポンプ４６によって除湿器溜め４４からフィルタ４８を介して基材５０の上部に圧送される。基材５０はスポンジ、または乾燥剤４２と第１の空気流れ５２との間の接触を容易にするのに有効な他の１つまたは複数の媒体とすることができる。空気流れ５２は、第１の送風機５４によって吹き出され、第１の送風機は、第１の空気流れ５２を基材５０全体にわたって吹き出し、水は、乾燥剤４２によって第１の空気流れから吸収される。乾燥剤４２は、基材５０を下方に流れるときに、空気流れ５２から水を取り込むので次第に希薄になる。これ以上の処理がない場合、乾燥剤４２は、空気流れ５２からさらに水を取り除いたときに、効果的でなくなるほど希薄になる。したがって、図１に示す実施形態では、除湿器溜め４４が、開口５８を通じて再生器溜め５６に接続されている。

再生器６４では、乾燥剤４２は、ポンプ６０によって、フィルタ６２を経由して基材６４の上部に圧送され、そこから下方に流れて第２の空気流れ６６と接触し、第２の空気流れ６６は、送風機６８によって基材６４全体にわたって吹き出される。乾燥剤４２は、基材６４を流れるときに、空気流れ６６に水を移動させるので、乾燥剤４２は、再生器溜め５６に向かって下方に流れるにつれて次第に濃度が増す。乾燥剤４２は、除湿器１２内の乾燥剤と再生器１４内の乾燥剤との間の濃度勾配に基づく拡散によって、開口５８を通って溜め４４、５６間を移動することができる。さらに、乾燥剤４２は、それぞれがそれ自体の液位スイッチ７６、７８を有する２つのフロート７２、７４を含むフロートシステム７０を通って、除湿器１２と再生器１４との間を移動することができる。

図１に示すように、除湿器ポンプ４６によって圧送された乾燥剤４２は、基材５０とフロート７４との間で分流される。同様に、再生ポンプ６０によって圧送された乾燥剤４２は、基材６４とフロート７２との間で分流される。フロート７２、７４内で特定の高さに達すると、乾燥剤４２は、空調システム１０の、乾燥剤が移動して来た側とは反対の側に放出される。乾燥剤が放出されると、乾燥剤は熱交換器８０を通って進み、再生側の温かい方の乾燥剤４２から、除湿器側から来た冷たい方の乾燥剤４２に熱が伝達される。除湿器溜め４４に配置された液位スイッチ８２も、乾燥剤４２を除湿器溜め４４から圧送するためにポンプ４６をいつ作動させるべきかを決めるために使用される。

本発明で使用される液体乾燥剤は、単独で、または混合して使用されるポリオールとすることができる。典型的なポリオールには、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンチレングリコール、グリセロール、トリメチオールプロパン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール、およびそれらの混合物が含まれる。通常固体であるが、無水液体ポリオールまたは液体ヒドロキシルアミンに十分に溶解できるポリオール化合物を使用することもできる。これらの固体ポリオール化合物の典型的なものには、エリトリトール、ソルビトール、ペンタエリトリトール、および低分子量糖がある。典型的なヒドロキシルアミンには、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、またはモノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、およびトリイソプロパノールアミンを含むイソプロパノールアミン、またはジグリコールアミンなどのアルカノールアミンが含まれる。

モンモリロナイト粘土、シリカゲル、分子篩、ＣａＯ、ＣａＳＯ_４などのさらに別のタイプの乾燥剤をすべて使用することができる。当業者には明らかなように、望ましい乾燥剤の選択は、いくつかのパラメータの中で特に、水分が吸収される周囲空気の温度および湿度範囲に依存する。さらに別の例示的な乾燥剤には、Ｐ２Ｏ５、ＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＮａＯＨスティック、溶融ＫＯＨ、ＣａＢｒ２、ＺｎＣｌ２、Ｂａ（ＣｌＯ４）２、ＺｎＢｒ２などの物質がある。図１に示す乾燥剤４２は、有利にも、約４０％の塩化リチウム水溶液を含むことができる。

空調システム１０の効率を上げるために、除湿器側１２の乾燥剤４２は選択的に冷却することができ、一方、再生器側１４の乾燥剤４２は選択的に加熱することができる。再生器側１４には、再生乾燥剤熱交換器８４がある。熱交換器８４は、例えば、第１の冷凍システム熱交換器１６で冷媒２６から熱を受け取る第１の熱伝達流体８６を通じて、冷凍システムから熱を選択的に受け取るように構成されている。上記のように、熱伝達流体８６は、グリコールおよび水の混合物などの液体、または熱を伝達するのに有効な任意の媒体とすることができる。熱交換器８４はまた、太陽エネルギによって加熱される液体貯蔵器、地熱熱源などの外部熱源８８から熱を選択的に受け取るように構成されている。

長い破線９０で示す第２の熱伝達流体は、熱交換器８４の入口９５に直接流入することができる。特に、弁９２、９４は、熱交換器８４に出入りする熱伝達流体９０の流れを制御することができる。同様に、弁９６は、熱交換器１６、８４に出入りする熱伝達流体８６の流れを制御することができる。ポンプ９８は、熱伝達流体８６を圧送して冷凍熱交換器１６および再生乾燥剤熱交換器８４に通すために使用される。熱伝達流体９０を圧送して、外部熱源８８に出入りさせ、熱交換器８４の入口９５および出口９９に通すために、１つまたは複数の別のポンプ（図示せず）を使用することができる。

図１に示すように、第１の熱伝達流体８６の流れは、熱交換器１６、８４を含む第１の熱伝達ループを画定する。同様に、熱伝達流体９０は、熱交換器８４および外部熱源８８を含む第２の熱伝達ループを画定する。乾燥剤４２に熱を直接伝達できる２つの異なる熱源を有することにより、空調システム１０は、乾燥剤を加熱するのに単一の熱源を使用するシステムに勝る、より高い効率を得ることができる。各熱伝達流体８６、９０は、共通の入口９５を通って熱交換器８４に流入することができ、したがって、同じ組成物質、例えば、水、グリコールなどを有することができる。

図２を参照すると、流れ図１００が示されており、流れ図１００は、図１に示す再生側１４の乾燥剤４２に供給される熱を制御する制御システムを説明している。第１のステップ１０１で、加熱が必要とされていると判断する。これは、例えば、供給空気または戻り空気の状態を測定して、除湿の推進が必要であることを確認することで判断することができる。このように判断されると、方法はステップ１０２に進み、外部熱源８８の加熱能力が特定される。上記のように、貯蔵した液体の温度および量を特定するなど、外部熱源８８の加熱能力を特定するいくつもの方法があり得る。通常、この場合に、外部熱源８８から再生器１４内の乾燥剤４２に熱を伝達するかどうかを判断するために制御方策が実施され、熱を伝達する場合、熱の一部又はすべてのいずれかが外部熱源８８から供給される。

加熱能力が十分に高いと判断した場合、再生器１４内の乾燥剤４２に伝達される熱の少なくとも一部が外部熱源８８からもたらされる。そのような制御システムの高いレベルのダイヤグラムが流れ図１００に示されている。そのような制御システムは、１つまたは複数のハードウェア型コントローラ、ソフトウェア型コントローラ、またはハードウェア型およびソフトウェア型のコントローラの組み合わせで存在し得る。制御システムは、下記に説明するように、様々なセンサから入力を受け取ることができ、所望の制御方策を行うために、ポンプおよび弁などの、システム１０の様々な要素を制御することができる。そのような制御システム１０３が、図１に概略的に示されている。

図２に戻って、判断ブロック１０４において、ステップ１０２で特定した加熱能力が第１の所定の量より上かどうかに関して判断がなされる。所定の量より上でない場合、熱は、例えば、弁９６を開くことで冷凍システムから伝達される（ステップ１０６を参照のこと）。さらに、外部熱源８８から乾燥剤４２への熱伝達が、例えば、弁９２、９４を閉じて、熱交換８４に出入りする熱伝達流体９０の流れを遮断することで阻止される。

外部熱源８８の加熱能力が、第１の所定の量より上と分かった場合、次いで、熱交換器８４内の乾燥剤４２に伝達される熱の少なくとも一部を外部熱源８８からもたらすことができる。乾燥剤４２に伝達される熱の一部だけが外部熱源８８からもたらされるか、またはその熱のすべてが外部熱源８８からもたらされるかは、外部熱源８８の加熱能力が、第１の所定の量よりどのくらい上かによって決まる。例えば、判断ブロック１０８で、外部熱源８８の加熱能力が、第１の所定の量を超える第２の所定の量より上かどうかが判断される。答えが「イエス」の場合、次いで、熱交換器８４内の乾燥剤４２に伝達される熱のすべてが外部熱源８８からもたらされ、熱交換器１６を通じた冷凍システムからの熱の伝達は阻止される。これは、ポンプ９８を遮断し、弁９６を閉じることで行うことができる（ステップ１１０を参照のこと）。

外部熱源８８の加熱能力が第１および第２の所定の量間にある場合、次いで、熱は、熱交換器８４で外部熱源８８および冷凍システムの両方から乾燥剤４２に伝達される（ステップ１１２を参照のこと）。本発明の少なくとも一部の実施形態では、外部熱源８８は、可能な限り多くの熱を供給するためにその能力を最大限に使用され、冷凍システムは、外部熱源８８から入手できない熱のその部分だけを供給するために使用される。これは、冷凍システムへの依存を低め、その結果、通常では、使用されるエネルギが少なくなり、運転コストが下がる。別の言い方をすれば、熱伝達流体９０の流れは、外部熱源８８から最大限の熱量を供給するように制御され、熱伝達流体８６の流れは、冷凍システムから最小限の熱量を供給するように制御される。

どのくらいの熱が乾燥剤４２に伝達されるかを評価するために使用する第１および第２の所定の量の実際の値は、乾燥剤４２の温度と、調整された空気１１４が除湿器１２を出て行くときのその空気１１４の状態とを含む複数の因子によって決めることができる。調整された空気１１４の温度および湿度を効果的に制御するために、空調システム１０は、特定のシステムパラメータを測定するように構成された複数の様々なセンサを利用する。例えば、「Ｔ」で示す温度センサ、「ＰＴ」で示す圧力センサ、および「Ｔ、Ｒｈ」で示す温度／相対湿度センサが、システム１０全体にわたって様々な位置に示されている。これらのセンサは関連パラメータを測定し、次いで、例えば、図２に流れ図１００で示す方法などの様々な制御方法を実施することができる制御システムに信号を送る。

上記のように、熱交換器８４は、冷凍システムおよび外部熱源８８の一方又は両方から高温流体を受け入れることができる。弁９２、９４、９６は、熱伝達流体８６、９０の流れを制御するために使用され、そのような制御は、図２に示す方法に関連して上記に説明したものとすることができる。空調システム１０の効率をさらに高めるために、熱交換器２０を経由する経路で冷媒２６を送ることができ、熱交換器２０は、空気流れ６６が基材６４内の乾燥剤４２と接触する前に、空気流れ６６を加熱するように構成することができる。このようにして、空気流れ６６は、再生器内の乾燥剤４２からより多くの水を吸収して、再生溜め５６内の乾燥剤４２の濃度を高めることができる。したがって、空気流れ１１６は温かく、かつ水分を含む。空気流れ１１４の温度および湿度の制御が最終的な目的であるような生活空間のための空気の調整に空調システム１０が使用される限り、空気流れ１１６は廃棄空気とすることができる。反対に、空調システム１０が水の取り込みおよび処理用途に利用される場合、空気流れ１１４は廃棄空気とすることができ、一方、空気流れ１１６は、飲用または他の用途用に水を取り出すために冷却、あるいは処理される。

再生器１４が、熱源８８などの外部熱源を利用できるのと同様に、除湿器１２は、外部冷却源１１８を利用することができる。外部冷却源１１８は、例えば、少しだけ例を挙げると、地下井戸、地表水、または冷却塔などからの冷水源とすることができる。図１に示すように、水、グリコール、その２つの混合物、または何らかの他の流体とすることができる冷却剤１２０は、１つの冷凍システム熱交換器１８を流れ、外部冷却源１１８に戻ることができる。この流れは、例えば、弁１２２、１２４によって制御することができる。弁１２２は、手動弁として図１に示されており、弁１２４は、電気ソレノイドとして示されているが、他のタイプの弁をそのシステムで使用することができる。

冷却剤１２０の別の部分は、除湿器１２の第１の熱交換器１２６を流れる。熱交換器１２６を出ると、冷却剤１２０は外部冷却源１１８に戻り、冷却剤の流れは、電気ソレノイド弁１２８によって制御される。熱交換器１２６、および１つの冷凍システム熱交換器２２に加えて、除湿器はまた、除湿器乾燥剤熱交換器１３０を含む。熱交換器１３０は、乾燥剤４２がポンプ４６によって圧送されたときに、乾燥剤４２を除湿器溜め４４から受け入れる。冷凍システムまたは外部冷却源１１８の一方または両方は、除湿器乾燥剤熱交換器１３０を通じて、乾燥剤４２を冷却することができる。例えば、ソレノイド弁１２８が開くと、冷却剤１２０の一部は熱交換器１２６を流れ、冷却剤１２０は、第２の冷却剤１３２から熱を受け取る。次いで、冷却剤１３２は、１つの冷凍システム熱交換器２２を流れ、冷却剤１３２は冷媒２８によってさらに冷却される。したがって、冷却剤１３２が熱交換器１３０に達したときに、冷却剤１３２は両方の冷却源によって冷却されており、除湿器１２内の乾燥剤４２から多量の熱を取り除くことができる。外部冷却源が十分な冷却を提供できない、または必要とされない限り、ソレノイド弁１２８は閉じることができて、冷却剤１３２は、熱交換器２２において冷媒２８だけで冷却される。乾燥剤４２が冷却を必要としない限り、冷却剤ポンプ１３４を遮断することができる。

再生器１４内の乾燥剤の加熱制御と同様に、除湿器１２内の乾燥剤の冷却制御は、様々な温度、圧力、および湿度を示す複数のセンサ入力を受け取り、除湿器１２内の乾燥剤４２を冷却する適切な冷却源および量を特定する制御システムを通じて制御することができる。除湿器１２を出る空気流れ１１４のさらなる制御および調整は、冷凍システム内の別の蒸発器である熱交換器２４を使用して行うことができる。このようにして、所望の出力が得られる空調システム１０を使用して、空気流れ１１４の温度および湿度を効果的に、かつ効率的に制御することができる。

図３は、図１に示す除湿器１２内の乾燥剤４２の冷却を制御する方法を示す流れ図１３６を示している。第１のステップ１３８で、冷却が必要とされていると判断する。これは、例えば、温度および／または湿度などの供給空気の状態を測定し、これらの状態を設定値と比較することで判断することができる。設定値は、システム１０の利用者によって選択された所望の状態の１つまたは複数の値であり、例えば、所望の温度および湿度の一方または両方を含むことができる。このように判断されると、方法はステップ１４０に進み、外部冷却源１１８の冷却能力が特定される。上記した加熱源の加熱能力と同様に、貯蔵した液体の温度および量を特定するなど、外部冷却源８８の冷却能力を特定するいくつもの方法があり得る。通常、この場合に、外部冷却源１１８から除湿器１２内の乾燥剤４２に冷気を供給するかどうかを判断するために制御方策が実施され、冷気を供給する場合、冷気の一部またはすべてのいずれかが外部冷却源１１８からもたらされる。

冷却能力が十分に高いと判断した場合、除湿器１２内の乾燥剤４２に供給される冷気の少なくとも一部が外部冷却源１１８からもたらされる。そのような制御システムの高いレベルのダイヤグラムが流れ図１３６に示されており、判断ブロック１４２で、特定した冷却能力が第１の所定の量より上かどうかに関して判断がなされる。所定の量より上でない場合、例えば、ポンプ１３４を作動させ、弁１２８を閉じて熱交換器１２６に出入りする冷却剤１２０の流れを遮断することで、冷気が冷凍システムから供給される（ステップ１４４を参照のこと）。そのような場合に、交換機１３０内の乾燥剤４２から伝達された熱のすべては、冷凍システムの冷媒２８に伝達される。

外部冷却源１１８の冷却能力が、第１の所定の量より上と分かった場合、次いで、熱交換器１３０内の乾燥剤４２に供給される冷気の少なくとも一部を外部冷却源１１８からもたらすことができる。乾燥剤４２に供給される冷気の一部だけが外部冷却源１１８からもたらされるか、またはその冷気のすべてが外部冷却源１１８からもたらされるかは、外部冷却源１１８の冷却能力が、第１の所定の量よりどのくらい上かによって決まる。例えば、判断ブロック１４６で、外部冷却源１１８の冷却能力が、第１の所定の量を超える第２の所定の量より上かどうかが判断される。答えが「イエス」の場合、次いで、熱交換器１３０内の乾燥剤４２に供給される冷気のすべてが、外部冷却源１１８からもたらされ、熱交換器２２を通じて冷凍システムから供給される冷気は阻止される。これは、例えば、弁３８を閉じることで行うことができる（ステップ１４８を参照のこと）。

外部冷却源１１８の冷却能力が第１および第２の所定の量間にある場合、次いで、冷気が外部冷却源１１８および冷凍システムの両方から熱交換器１３０内の乾燥剤４２に供給される（ステップ１５０を参照のこと）。本発明の少なくとも一部の実施形態では、外部冷却源１１８は、可能な限り多くの冷気を供給するために、その能力を最大限に使用され、冷凍システムは、外部冷却源１１８から入手できない冷気のその部分だけを供給するために使用される。これは、冷凍システムへの依存を低め、その結果、通常では、使用されるエネルギが少なくなり、運転コストが下がる。

再生器側で使用される制御方策と同様に、図３に示す制御方策は、冷却剤１３２から冷却剤１２０に伝達される熱量を最大限にし、冷却剤１３２から冷媒２８に伝達される熱量を最小限にするように、熱交換器２２を通る冷媒２８の流れ、および熱交換器１２６を通る冷却剤１２０の流れを制御する。上記の加熱能力と同様に、どのくらいの冷気が乾燥剤４２に供給されるかを評価するために使用する第１および第２の所定の量の実際の値は、プロセス側の乾燥剤４２の温度と、調整された空気１１４が除湿器１２を出て行くときの空気１１４の状態とを含む複数の因子によって決めることができる。

例示的な実施形態が上記に説明されたが、これらの実施形態が、本発明のあり得るすべての形態を示すことが意図されるものではない。正しくは、本明細書で使用される文言は、限定ではなくて説明するための文言であり、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができる。さらに、提供した様々な実施形態の特徴を組み合わせて、本発明のさらなる実施形態を形成することができる。

Claims (28)

1. 空気を調整するシステムであって、
   第１の空気流れが導入されて、前記第１の空気流れから液体乾燥剤に水を移動させるために前記液体乾燥剤と接触する除湿器と、
   第２の空気流れが導入されて、前記液体乾燥剤から前記第２の空気流れに水を移動させるために前記液体乾燥剤と接触する再生器と、
   複数の熱交換器、冷媒、およびコンプレッサを含む冷凍システムと、
   前記冷凍システムから熱を選択的に受け取り、
   外部熱源から熱を選択的に受け取り、
   前記再生器から前記液体乾燥剤を受け入れて、前記第２の空気流れが前記液体乾燥剤と接触する前に、前記冷凍システムまたは前記外部熱源の少なくとも１つから前記液体乾燥剤に熱を伝達する、
   ように構成された再生乾燥剤熱交換器と、
   を含むことを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記冷媒から熱を受け取るために、第１の前記冷凍システム熱交換器と選択的に接触し、前記液体乾燥剤に熱を伝達するために、前記再生乾燥剤熱交換器と選択的に接触する第１の熱伝達流体と、
   前記外部熱源から熱を受け取り、前記液体乾燥剤に熱を伝達するために、前記再生乾燥剤熱交換器と選択的に接触するように構成された第２の熱伝達流体と、
   をさらに含むことを特徴とするシステム。
3. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記第２の熱伝達流体を制御して、前記外部熱源から前記液体乾燥剤に最大限の熱量を供給し、前記第１の熱伝達流体を制御して、前記冷媒から前記液体乾燥剤に最小限の熱量を供給するように構成された制御システムをさらに含むことを特徴とするシステム。
4. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記再生乾燥剤熱交換器は入口および出口を含み、前記再生乾燥剤熱交換器が前記第１および第２の熱伝達流体から熱を受け取る場合に、両方の熱伝達流体は、前記入口を通って前記再生乾燥剤熱交換器に流入して互いに合流することを特徴とするシステム。
5. 請求項４に記載のシステムにおいて、前記合流した熱伝達流体の流れは、前記再生乾燥剤熱交換器を出た後、前記合流した熱伝達流体の一部が前記第１の冷凍システム熱交換器に戻り、一部が前記外部熱源に戻るように分流されることを特徴とするシステム。
6. 請求項２に記載のシステムにおいて、第２の前記冷凍システム熱交換器は、外部冷却源から第１の冷却剤を受け入れ、前記冷媒から前記第１の冷却剤に熱を伝達するように構成されることを特徴とするシステム。
7. 請求項６に記載のシステムにおいて、前記第１の冷凍システム熱交換器は、前記第１の冷凍システム熱交換器に流入する前記冷媒の温度が、前記第２の冷凍システム熱交換器に流入する前記冷媒の温度よりも高くなるように、前記冷媒に関連して、前記コンプレッサの下流で、かつ前記第２の冷凍システム熱交換器の上流に配置されることを特徴とするシステム。
8. 請求項６に記載のシステムにおいて、前記冷凍システムは、前記第１の冷凍システム熱交換器から下流で、かつ前記第２の冷凍システム熱交換器から上流において、前記冷媒を受け入れるように構成された第３の熱交換器をさらに含み、前記第３の冷凍システム熱交換器は、前記第２の空気流れが前記液体乾燥剤と接触する前に、前記第２の空気流れと接触して、前記第２の空気流れに熱を伝達するように構成されることを特徴とするシステム。
9. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記除湿器から前記液体乾燥剤を受け入れて、前記第１の空気流れが前記液体乾燥剤と接触する前に、前記冷凍システムまたは外部冷却源の少なくとも１つに熱を選択的に伝達するように構成された除湿器乾燥剤熱交換器をさらに含むことを特徴とするシステム。
10. 請求項９に記載のシステムにおいて、
    前記外部冷却源によって冷却される第１の冷却剤と、
    前記除湿器乾燥剤熱交換器と接触する第２の冷却剤と、
    前記第１および第２の冷却剤を選択的に受け入れ、それにより、前記第２の冷却剤から前記第１の冷却剤に熱が伝達されるように構成された第１の熱交換器と、
    をさらに含むことを特徴とするシステム。
11. 請求項１０に記載のシステムにおいて、前記冷凍システム熱交換器の１つは、前記第２の冷却剤から前記冷媒に熱を伝達するために、前記冷媒および前記第２の冷却剤を受け入れるように構成されることを特徴とするシステム。
12. 請求項１１に記載のシステムにおいて、前記１つの冷凍システム熱交換器は、前記第２の冷却剤に関連して、前記第１の熱交換器から下流で、かつ前記除湿器乾燥剤熱交換器から上流にあることを特徴とするシステム。
13. 請求項１２に記載のシステムにおいて、第２の前記冷凍システム熱交換器は、前記第１の冷却剤を受け入れ、前記冷媒から前記第１の冷却剤に熱を伝達するように構成されることを特徴とするシステム。
14. 請求項１３に記載のシステムにおいて、前記第１の冷却剤の流れは、前記第１の熱交換器および第２の冷凍システム熱交換器の１つまたは両方の間で選択的に分流することができることを特徴とするシステム。
15. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記冷凍システムは、前記第２の冷凍システム熱交換器から下流で、かつ前記コンプレッサから上流において、前記冷媒を受け入れるように構成された第３の熱交換器をさらに含み、前記第３の冷凍システム熱交換器は、前記第１の空気流れが前記液体乾燥剤と接触した後、前記第１の空気流れと接触してこの第１の空気流れから熱を取り除くように構成されることを特徴とするシステム。
16. 空気を調整するシステムであって、
    複数の熱交換器、冷媒、およびコンプレッサを含む冷凍システムと、
    第１の空気流れが導入されて、前記第１の空気流れから液体乾燥剤に水を移動させるために前記液体乾燥剤と接触する除湿器と、
    第２の空気流れが導入されて、前記液体乾燥剤から前記第２の空気流れに水を移動させるために前記液体乾燥剤と接触する再生器と、
    を含み、前記再生器は、
    前記第２の空気流れが前記液体乾燥剤と接触する前に、前記冷凍システムから前記液体乾燥剤に熱を選択的に伝達する第１の熱伝達ループと、
    前記第２の空気流れが前記液体乾燥剤と接触する前に、外部熱源から前記液体乾燥剤に熱を選択的に伝達する第２の熱伝達ループと、
    を含むことを特徴とするシステム。
17. 請求項１６に記載のシステムにおいて、前記第１の熱伝達ループは、
    前記再生器から前記液体乾燥剤を受け入れるように構成された再生乾燥剤熱交換器と、
    前記冷媒を受け入れるように構成された第１の冷凍システム熱交換器と、
    前記冷媒から熱を受け取るために、前記第１の冷凍システム熱交換器と選択的に接触し、第１の熱伝達流体から前記液体乾燥剤に熱を伝達するために、前記再生乾燥剤熱交換器と選択的に接触するように構成された前記第１の熱伝達流体と、
    を含むことを特徴とするシステム。
18. 請求項１７に記載のシステムにおいて、前記第２の熱伝達ループは、
    前記再生乾燥剤熱交換器と、
    前記外部熱源と、
    前記外部熱源から熱を受け取り、前記再生乾燥剤熱交換器と選択的に接触して、第２の熱伝達流体から前記液体乾燥剤に熱を伝達するように構成された前記第２の熱伝達流体と、
    を含むことを特徴とするシステム。
19. 請求項１８に記載のシステムにおいて、前記第１および第２の熱伝達ループは、前記再生乾燥剤熱交換器の入口側で選択的に合流可能であることを特徴とするシステム。
20. 請求項１６に記載のシステムにおいて、前記第２の熱伝達ループは、
    前記再生器から前記液体乾燥剤を受け入れるように構成された再生乾燥剤熱交換器と、
    前記外部熱源と、
    前記外部熱源から熱を受け取り、前記再生乾燥剤熱交換器と選択的に接触して、第２の熱伝達流体から前記液体乾燥剤に熱を伝達するように構成された前記第２の熱伝達流体と、
    を含むことを特徴とするシステム。
21. 空気を調整するシステムであって、
    第１の空気流れが導入されて、前記第１の空気流れから液体乾燥剤に水を移動させるために前記液体乾燥剤と接触する除湿器と、
    第２の空気流れが導入されて、前記液体乾燥剤から前記第２の空気流れに水を移動させるために前記液体乾燥剤と接触する再生器と、
    複数の熱交換器、冷媒、およびコンプレッサを含む冷凍システムと、
    前記第１の空気流れが前記液体乾燥剤と接触する前に、前記除湿器内の前記乾燥剤から前記冷凍システムに熱を選択的に伝達し、
    前記第１の空気流れが前記液体乾燥剤と接触する前に、前記除湿器内の前記乾燥剤から外部冷却源に熱を選択的に伝達する、
    ように構成された除湿器乾燥剤熱交換器と、
    を含むことを特徴とするシステム。
22. 請求項２１に記載のシステムであって、
    前記外部冷却源によって冷却される第１の冷却剤と、
    前記除湿器乾燥剤熱交換器と接触する第２の冷却剤と、
    前記第１および第２の冷却剤を選択的に受け入れ、それにより、前記第２の冷却剤から前記第１の冷却剤に熱が伝達されるように構成された第１の熱交換器と、
    をさらに含むことを特徴とするシステム。
23. 請求項２２に記載のシステムにおいて、前記冷凍システム熱交換器の１つは、前記第２の冷却剤から前記冷媒に熱を伝達するために、前記冷媒および前記第２の冷却剤を受け入れるように構成されることを特徴とするシステム。
24. 請求項２３に記載のシステムにおいて、前記第１の冷却剤および前記冷媒を制御して、前記第２の冷却剤から前記第１の冷却剤に最大限の熱伝達量を供給し、前記第２の冷却剤から前記冷媒に最小限の熱伝達量を供給するように構成された制御システムをさらに含むことを特徴とするシステム。
25. 請求項２４に記載のシステムにおいて、１つの冷凍システム熱交換器は、前記第２の冷却剤に関連して、前記第１の熱交換器から下流で、かつ前記除湿器乾燥剤熱交換器から上流にあることを特徴とするシステム。
26. 請求項２４に記載のシステムにおいて、第２の前記冷凍システム熱交換器は、前記第１の冷却剤を受け入れ、前記冷媒から前記第１の冷却剤に熱を伝達するように構成されることを特徴とするシステム。
27. 請求項２６に記載のシステムにおいて、前記第１の冷却剤の流れは、前記第１の熱交換器および第２の冷凍システム熱交換器の１つまたは両方の間で選択的に分流することができることを特徴とするシステム。
28. 請求項２７に記載のシステムにおいて、前記冷凍システムは、前記第２の冷凍システム熱交換器から下流で、かつ前記コンプレッサから上流において、前記冷媒を受け入れるように構成された第３の熱交換器をさらに含み、前記第３の冷凍システム熱交換器は、前記第１の空気流れが前記液体乾燥剤と接触した後、前記第１の空気流れと接触してこの第１の空気流れから熱を取り除くように構成されることを特徴とするシステム。

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