JP6395801B2 - 液体デシカント空調システム後付けのための方法及びシステム - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本特許出願は、液体デシカント空調システム後付けのための方法及びシステム（ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＬＩＱＵＩＤ ＤＥＳＩＣＣＡＮＴ ＡＩＲ ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＲＥＴＲＯＦＩＴ）と題された２０１３年３月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／７８２，５７９号の優先権を主張し、それは、参照することによって本願明細書に組み込まれる。

本特許出願は、一般に、空間に入る空気流を除湿及び冷却、あるいは、加熱及び加湿する液体デシカントの使用に関する。より具体的には、本特許出願は、建物内の電力消費量の大幅な削減を達成するために既存の暖房換気及び空調（ＨＶＡＣ）機器を変更すると同時に、大量の二方又は三方液体デシカント（２− ｏｒ ３−ｗａｙ ｌｉｑｕｉｄ ｄｅｓｉｃｃａｎｔ）と、大規模な商業及び工業用建物内の空気流から液体デシカントを分離するために微小孔性膜を使用する熱交換器とを後付けする（ｒｅｔｒｏｆｉｔ）ために最適化されたシステム構成に関する。

デシカント除湿システム（液体及び固体デシカントの両方）は、空間内、特に大量の外気を必要とするか、あるいは、建物空間自体の内部に大きな湿度の負荷を有する空間内の湿度を軽減するのに役立つように、従来の蒸気圧縮ＨＶＡＣ機器と並列に使用されている。（ＨＶＡＣシステム及び機器のＡＳＨＲＡＥ２０１２ハンドブック、第２４章、頁２４．１０）。例えば、フロリダ州マイアミなどにおける湿度の高い気候は、空間の居住者の快適性のために必要とされる新鮮な空気を適切に処理する（除湿及び冷却する）ために、多くのエネルギーを必要とする。従来の蒸気圧縮システムは、除湿するための限られた能力しか有さず、空気を冷やしすぎる傾向にあり、再加熱が冷却コイルに対してさらなる熱負荷を追加することから全体のエネルギーコストを大幅に増加させるエネルギー集約再加熱システムを大抵の場合に必要とする。デシカント除湿システム（固体及び液体の両方）は、長年にわたって使用されており、一般に、空気流から水分を除去するには非常に効率的である。しかしながら、液体デシカントシステムは、一般に、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ又はＣａＣｌ_２及び水のイオン溶液などの高濃度の塩溶液を使用している。そのようなブラインは、少量でも強い腐食性を示し、そのため、処理される空気流へのデシカントの持ち越しを防止するために、多くの試みが長年にわたって行われてきた。近年の努力は、デシカントを含有するように微小孔性膜を使用することによってデシカントの持ち越しの危険性をなくし始めている。

液体デシカントシステムは、一般に、２つの別個の機能を有する。システムの調整側は、通常はサーモスタットや恒湿器を使用して設定される、必要とされる状態への空調を提供する。システムの再生側は、調整側において再使用されることができるように液体デシカントの再調整機能を提供する。液体デシカントは、通常、２つの側の間において圧送される。制御システムは、状態に応じて液体デシカントが２つの側の間で適切にバランスをとり且つその余分な熱及び水分がデシカントの過剰濃縮又は過小濃縮を招くことなく適切に処理されることを保証する。

大型店、スーパーマーケット、商業及び工業用建物においては、建物に役立つ既存の一体型ＨＶＡＣユニットがそれらが建物に与える換気空気を十分に除湿しないためにエネルギーが浪費される。この過剰な湿度は、建物内部の冷蔵及び冷凍機器から過剰なエネルギー使用量によって空気から凝縮されて巻き取り、その機器に負荷を形成し、必要なエネルギー消費量よりも高くなる。

古い建物は、典型的には、その冷却コイルを介して空間から空気の大部分（８０−９０％）を再循環させるＨＶＡＣ機器を使用して設計されている。機器は、上述したようにこの装置によって適切に行われない除湿を行う必要がある新鮮な外気の約１０−２０％を要する。建設及び設計時には、エンジニアらは、必要な除湿を形成するためにデシカントシステムを時々追加するが、そのような機器は、重く、複雑で高価であり、本来はそれらに対応するように設計されていない建物においては後付け可能ではない。

したがって、湿度負荷が高い建物用の改良可能な冷却システムを提供する必要性が残っている。該システムにおいては、外気の除湿が低資本及び低エネルギーコストで達成できる。

本願明細書において提供されるものは、液体デシカントを使用して大型商業又は工業用建物内の空気流の効率的な冷却及び除湿のために使用される方法及びシステムである。１つ以上の実施形態によれば、液体デシカントは、流下薄膜として支持プレートの面を流れ落ちている。１つ以上の実施形態によれば、デシカントは、微小孔膜に含まれ、空気流は、膜の表面上において主に垂直又は主に水平方向に導かれ、それによって潜熱及び顕熱の双方が空気流から液体デシカントに吸収される。１つ以上の実施形態によれば、支持プレートは、理想的には空気流に対して反対方向に流れる熱伝達流体で満たされている。１つ以上の実施形態によれば、システムは、液体デシカントを介して熱伝達流体への潜熱及び顕熱を除去する空調器と、熱伝達流体から環境への潜熱及び顕熱を除去する再生器とを備える。１つ以上の実施形態によれば、空調器内の熱伝達流体は、冷媒圧縮機又は低温熱伝達流体の外部供給源によって冷却される。１つ以上の実施形態によれば、再生器は、冷媒圧縮機又は高温熱伝達流体の外部供給源によって加熱される。１つ以上の実施形態によれば、冷媒圧縮機は、空調器に対して高温熱伝達流体を提供し且つ再生器に対して低温熱伝達流体を提供するように可逆的であり、空調された空気は、加熱及び加湿され、再生された空気は、冷却及び除湿される。

１つ以上の実施形態によれば、液体デシカント膜システムは、低温熱伝達流体を生成するために間接蒸発器を使用し、低温熱伝達流体は、液体デシカント空調器を冷却するために使用される。さらにまた、１つ以上の実施形態において、間接蒸発器は、事前に空調器によって処理された空気流の一部を受ける。１つ以上の実施形態によれば、空調器と間接蒸発器との間の空気流は、例えば、調整可能ルーバーのセットを介して、あるいは、調整可能ファン速度を有するファンを介してなど、何らかの便利な手段を介して調整可能である。１つ以上の実施形態では、間接蒸発器に供給される水は、海水である。１つ以上の実施形態において、水は廃水である。１つ以上の実施形態において、間接蒸発器は、海水又は廃水からの望ましくない要素の持ち越しを阻害又は防止するために膜を使用する。１つ以上の実施形態において、間接蒸発器内の水は、冷却塔内で起こるような間接蒸発器の上部に戻す循環は行われないが、２０％から８０％の水は蒸発し、残りは破棄される。

１つ以上の実施形態によれば、間接蒸発器は、空間への供給空気流に対して加熱、加湿空気を供給するために使用されるとともに、空調器は、同一空間に加熱、加湿空気を供給するために同時に使用される。これは、システムが冬季状態において空間に加熱、加湿空気を供給するのを可能とする。空調器は、加熱されてデシカントから水蒸気を脱着させ、間接蒸発器は、同様に加熱されることができ、液体水から水蒸気を脱着させる。組合せにおいて、間接蒸発器及び空調器は、冬季暖房条件用に建物空間に加熱され、加湿された空気を提供する。

１つ以上の実施形態によれば、いくつかの数の液体デシカント空調システム（ＬＤＡＣ）は、既に存在する屋上ユニット（ＲＴＵ）を再循環させる既存の単一の加熱、換気及び空調（ＨＶＡＣ）の一部を置換するために、既存の大型店、スーパーマーケット又は他の商業若しくは工業用建物に設置される。１つ以上の実施形態によれば、新たな液体デシカント空調ユニットは、空調された空間に対して加熱又は冷却された１００％の外気換気を提供するように動作する。１つ以上の実施形態によれば、残りのＲＴＵは、それらがもはや空間に外気を供給しないが、１００％の再循環型ＲＴＵになるように変更される。１つ以上の実施形態において、変更は、ダンパモータへの電力を除去することによって達成される。１つ以上の実施形態において、変更は、ダンパ機構からレバーを除去することによって達成される。１つ以上の実施形態によれば、残りのＲＴＵは、水分がもはや蒸発器コイル上で凝縮せず、ユニットがよりエネルギー効率的になるように、より高い蒸発器温度を有するように変更される。１つ以上の実施形態において、蒸発器温度の上昇は、膨張弁を置き換えることによって達成される。１つ以上の実施形態において、蒸発器温度の上昇は、マサチューセッツ州のラワルデバイス社（Ｒａｗａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｉｎｃ．）によって供給される弁アセンブリなどのＡＰＲ弁を追加することによって達成される。１つ以上の実施形態において、蒸発器温度の上昇は、高温ガスバイパスシステム又は蒸発器温度を上昇させるいくつかの他の便利な手段を追加することによって達成される。

１つ以上の実施形態によれば、新たな液体デシカント空調ユニットは、冷房季節中に構築することによって必要な冷却除湿された外気換気を且つ暖房季節中に暖かい加湿された外気換気を全て提供する。残りの既存の一体型ＨＶＡＣユニットは、それらが室内空気の加熱又は冷却を提供するのみであるように、閉じたそれらの外気ダンパを有する。このシステムの利点は、新たなＬＤＡＣが、それらが交換する一体型ＨＶＡＣユニットよりも必要な換気空気の除湿においてよりエネルギー効率的且つ効果的であることを改良する。このシステムアプローチの他の利点は、それらが空気から湿気を凝縮する必要があるエネルギーをより少なくしか浪費しないため、建物内の空間湿度を低減するための改善された能力により、空調空間内部の冷蔵及び冷凍ユニットによって使用されるエネルギーが大幅に低減されるということである。さらにまた、残りのＲＴＵを変更することにより、それらのエネルギー消費がまた低減される。そして、最後にＲＴＵの一部のみを交換することの利点は、とにかく交換時期であるほとんど最古のＲＴＵを交換することを選択することができるため、更新のコストが比較的軽微であり、更新コストや大きなエネルギーの節約のために回収期間が短いことである。

１つ以上の実施形態によれば、液体デシカント空調システムは、反復膜モジュール素子及び膜モジュール支持槽から構成されている。１つ以上の実施形態において、スケーラブルな膜モジュールは、約２．５フィート×２．５フィートの開口を有する屋根用の標準的なアクセスハッチを介して適合するように寸法決めされている。１つ以上の実施形態において、反復モジュール支持槽は、モジュール支持槽が支持構造及び空気ダクトを同時に形成するように直線状に配置されている。１つ以上の実施形態において、モジュール支持槽は中空である。１つ以上の実施形態において、モジュール支持槽は、それらが液体を保持することができるように二重壁を有する。１つ以上の実施形態において、液体は液体デシカントである。１つ以上の実施形態において、液体デシカントは、底部近くのより高い濃度と槽の上部近くのより低い濃度とによって層別化される。１つ以上の実施形態において、通路が槽の単一のコーナーに任意に液体をこぼしたように槽底部は傾斜している。１つ以上の実施形態において、コーナーには、任意の液体がコーナーに収集したかどうかを検出することができるセンサ又は検出器が装備されている。１つ以上の実施形態において、そのようなセンサは導電率センサである。１つ以上の実施形態において、モジュール支持槽は、両端に開口を有する。１つ以上の実施形態において、２つの端部は、直列の支持槽に２つの異なる空気流を供給するように使用される。１つ以上の実施形態において、空気流は、還気流及び外気流である。

１つ以上の実施形態によれば、第１の直列の膜モジュール及びモジュール支持槽は、大部分の空気が建物に入り且つ空気の一部が第２の直列の膜モジュール及びモジュール支持槽部分に搬送されるのを可能とするダクト部によって主に直線状に配置されている。１つ以上の実施形態において、第１の直列のモジュール及び支持槽は、膜空調器を含む。１つ以上の実施形態において、膜空調器は、膜の背後にデシカントを含む。１つ以上の実施形態において、第２の直列のモジュールは、膜空調器を含む。１つ以上の実施形態において、第２の空調器は、膜の背後に水を含む。１つ以上の実施形態において、水は海水である。１つ以上の実施形態において、水は廃水である。１つ以上の実施形態において、水は飲料水である。１つ以上の実施形態において、第２の直列の膜モジュール及びモジュール支持槽の空気流は可逆的である。１つ以上の実施形態において、第１の直列の膜モジュールは、熱源から冬季モードにおいて高温熱伝達流体を受け、夏季モードにおいて低温熱伝達流体を受ける。１つ以上の実施形態において、第２の直列の膜モジュールは、冷却モードにおいて第１の直列の膜モジュールに対して低温熱伝達流体を供給し、冬季モードにおいて熱源から高温熱伝達流体を受ける。１つ以上の実施形態において、第１及び第２の直列のモジュールは、冬季モードにおいて同じ熱源から高温熱伝達流体を受ける。

本特許出願の詳細な説明は、決してこれらの用途に本開示を限定することを意図したものではない。多くの構成の変形例は、それぞれが長所及び短所を有する上述した様々な要素を組み合わせるように想定されることができる。決して、本開示はそのような要素の特定のセット又は組合せに限定されるものではない。

図１は、冷却装置又は外部加熱若しくは冷却源を使用した例示的な三方液体デシカント空調システム（３−ｗａｙ ｌｉｑｕｉｄ ｄｅｓｉｃｃａｎｔ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を図示している。 図２は、三方液体デシカントプレートを組み込んだ例示的な柔軟に構成可能な膜モジュールを示している。 図３は、図２の液体デシカント膜モジュールにおける単一の例示的膜プレートを示す図である。 図４は、既存の屋上ユニット（ＲＴＵ）及び後付けの一部として交換されるＲＴＵを示す例示的な建物屋根のレイアウトを示している。 図５は、建物空間における例示的な再循環型屋上ユニットの概略態様を示している。 図６は、液体デシカント専用の外気システムによって支援された例示的な変更された再循環型屋上ユニットの概略態様を示している。 図７は、例示的な再循環型屋上ユニット及び液体デシカント専用の外気システムの処理を示す空気流図（ｐｓｙｃｈｒｏｍｅｔｒｉｃ ｃｈａｒｔ）を示している。 図８は、例示的なスケーラブルな液体デシカント専用の外気システムの実装を示している。 図９Ａは、図８のシステムの空調器側の概略図を示している。 図９Ｂは、図８のシステムの再生器側の概略図を示している。 図１０は、図８のシステムがシステムの空気流及び冷却能力を増大させるように拡張可能である方法を示している。 図１１は、冷却器が間接蒸発式冷却システムによって置き換えられた図８のシステムの他の実施形態を示している。 図１２は、図８の膜塊及び熱交換器槽支持構造の詳細を示している。

図１は、参照することによって本願明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１２／０１２５０２０号明細書においてより詳細に記載されるような新たな種類の液体デシカントシステムを示している。空調器１０１は、内部が中空であるプレート構造のセットを備える。低温熱伝達流体は、冷熱源１０７において生成されてプレートに入れられる。１１４における液体デシカント溶液は、プレートの外面上にもたらされ、プレートの各々の外表面を流れ落ちる。液体デシカントは、空気流とプレートの表面との間に配置された薄膜の背後を移動する。外気１０３は、波状プレートのセットを介して送風される。プレートの表面上の液体デシカントは、空気流内の水蒸気を引き込み、プレート内の冷却水は、空気温度が上昇するのを抑制するのに役立つ。処理された空気１０４は、建物の空間に入れられる。

液体デシカントは、１１１において波状プレートの底部に収集され、液体デシカントが再生器の波状プレートにわたって分散される地点１１５まで、再生器１０２の上部へと熱交換器１１３を通って搬送される。還気又は場合によって外気１０５は、再生器プレートにわたって送風され、水蒸気は、液体デシカントから出た空気流１０６へと搬送される。任意の熱源１０８は、再生のための駆動力を提供する。熱源からの高温伝達流体１１０は、空調器における低温熱伝達流体と同様に、再生器の波状プレート内に入れられることができる。同様に、液体デシカントは、再生器においても空気流が水平又は垂直になるように、収集パン又は槽のいずれも必要とすることなく波状プレート１０２の底部に収集される。任意のヒートポンプ１１６は、液体デシカントの冷却及び加熱を提供するために使用されることができる。冷熱源１０７と熱源１０８との間にヒートポンプを接続することも可能であり、それゆえ、デシカントよりもむしろ冷却流体から熱を圧送する。

図２は、参照により全て本明細書に援用される、２０１３年６月１１日に出願された米国特許出願公開第１３／９１５，１９９号、２０１３年６月１１日に出願された米国特許出願公開第１３／９１５，２２２号及び２０１３年６月１１日に出願された米国特許出願公開第１３／９１５，２６２号においてさらに詳細に説明される三方熱交換器を示す。液体デシカントは、ポート３０４を介して構造に入り、図１において説明されたように、直列の膜の背後に導かれる。液体デシカントは、ポート３０５を介して収集されて除去される。冷却又は加熱流体は、図１において再度説明され且つ図３においてより詳細に説明されたように、ポート３０６を介して供給され、中空プレート構造内部の空気流３０１と反対に流れる。冷却又は加熱流体は、ポート３０７を介して排出される。処理された空気３０２は、建物内の空間に導かれるか、あるいは、場合に応じて排出される。

図３は、参照により本明細書中に援用される、２０１３年３月１日に出願された米国仮特許出願第６１／７７１，３４０号でより詳細に記載されたような三方熱交換器を記載している。空気流２５１は、冷却流体流２５４と反対に流れる。膜２５２は、熱伝達流体２５４を含む壁２５５に沿って流れ落ちている液体デシカント２５３を含む。空気流に同伴する水蒸気２５６は、膜２５２に推移可能であり、液体デシカント２５３に吸収される。吸収中に放出された水２５８の凝縮熱は、熱伝達流体２５４へと壁２５５を介して伝達される。空気流からの顕熱２５７はまた、熱伝達流体２５４へと膜２５２、液体デシカント２５３及び壁２５５を介して伝達される。

図４は、商業又は工業用建物４０３の屋上の例を示している。いくつかの既存の屋上ユニット（ＲＴＵ）４０１は、適所に保持され、顕著な冷却を提供するように変更され、もはや外気を受け入れないようにさらに変更されている。少数（通常は３つに１つから５つに１つ）の一体型屋上ユニット４０２は、新たな液体デシカント空調（ＬＤＡＣ）専用の外気ユニット（ＤＯＡＳ）によって置き換えられることになっている。交換ユニット４０２は、新鮮な空気が空間に均等に分配されることを保証するために、それらが交換している機器の年数に基づいて且つ空気分配の要件に基づいて選択される。

図５は、建物４０３に設置された典型的なＲＴＵ４０１の概略図を示している。ＲＴＵは、１０から２５％の外気５０３を有し、冷却能力の１トンあたりの総空気流の毎分約３００−４００立方フィート（ＣＦＭ）を供給する。典型的な１０トンＲＴＵは、それゆえに、混合外気の３００から１０００ＣＦＭを有する総空気５０５の約３０００から４０００ＣＦＭを供給する。外気換気は、食料品店において湿度負荷の６０％以上を表すことができることは周知である。（ＨＶＡＣシステム及び機器のＡＳＨＲＡＥ ２０１２ハンドブック、第２４章、ｐ．２４．１０）。空間に供給される空気５０５は、いくつかの形態の再加熱が使用されない限り、ほぼ１００％飽和している。しかしながら、ＲＴＵ４０１に戻される大量の空気５０１は、冷却コイルに内部的に導かれ、小部分５０２は、ＲＴＵを取り入れるのにともない通常はほぼ同じ量だけ排出されることから、再加熱は、冷却コイルに対してかなりの熱負荷を追加する。蒸発器コイル５０６は、混合空気流５０３及び５０４の一次冷却機能を提供している。圧縮機５０７は、冷媒５０８を提供し、凝縮器５０９に対してその熱を除去している。典型的な凝縮器は、冷却の１トンあたりの外気５１０の一部８００ＣＦＭ又は１０トン単位では約８０００ＣＦＭを有する。膨張弁５１１は、蒸発器コイル５０６に低温液体冷媒を供給する。

図６は、図４のＲＴＵ４０１及び５００が液体デシカント専用の外気システム４０２によって変更されて補充されることができる方法を示している。ＲＴＵ４０１は、もはや外気を供給しないか、あるいは、取り込まないように変更されている。結果として、建物からの還気５０１のみが蒸発器コイル５０６を介して再循環６０１される。あるいは、ＲＴＵは、外気の取り込み量を低減するように変更される。蒸発器温度はまた、通常の４０Ｆから約５０−６０Ｆまで上昇している。これを達成することができるいくつかの方法がある。１つは、より高い蒸発器温度のために異なる弁６１０のセットによって膨張弁５１１を置き換えることができる。蒸発器温度を上昇させる他の方法は、例えば、マサチューセッツ州０１８８８−００５８ウォバーンのラワルデバイス社製のＡＰＲバイパス弁を設けることである。上昇する蒸発器温度により、残りのＲＴＵの冷却負荷が低減され、システムは、より効率的に動作する。

先に説明したように、ＲＴＵの１つは、液体デシカントシステム４０２に置き換えられる。主な液体デシカントシステムの構成要素は、（図１における構成要素１０１のようにすることができる）空調器６０３と、（図１における構成要素１０２のようにすることができる）再生器６０６である。任意の圧縮機６０９は、冷媒６０８を使用して且つ膨張弁６１０を使用して、空調器から再生器に熱を圧送する。外気６０５は、空調器６０６を介してもたらされ、空間が必要とするよりも低い温度及び湿度で６０７に供給される。還気６０２は、６０４に排出された後に熱及び水分を抽出する再生器６０６に入る。（還気が液体デシカントシステム４０２に利用できない場合には、空気流６０２は、外気を含むことができる）。液体デシカントシステムは、再循環するＲＴＵ４０１によって以前に供給されたように全ての外気を供給するように寸法決めされる。ＬＤＡＣは、乾燥した冷却空気を供給しているため、空間自体は、より乾燥し、空間内の冷蔵機器及び冷凍機器の負荷を軽減する。

図７は、再循環型ＲＴＵ及び液体デシカントシステムに関与する処理の空気流図を示している。従来のＲＴＵは、外気（「ＯＡ」）の１０−２５％を取り込み、建物からの還気（「ＲＡ」）とその空気を混合する。得られた混合空気（「ＭＡ」）点は、合成された外気及び還気の量によって決定される。冷却コイル５０６は、その後、混合空気（「ＭＡ」）を取り込み、飽和線までそれを冷却し、水蒸気が凝縮して最終的には低温であるが飽和レベル（「ＣＯＩＬ」）の近くで空間に空気を供給する。この空気は、若干建物によって加熱される必要があるが、それは、暑い天気の良い日に自然に行われることができるが、追加の再加熱システムが使用されない限り、曇りの日や中間温度の日には生じないことがある。スーパーマーケット、食料品店などにおいて、冷凍ケース及び冷凍庫は、還気位置（「ＲＡ」）からの矢印（「ＦＲ」）によって示されるさらなる冷却効果を提供することができる。図からわかるように、冷凍庫及び冷蔵庫並びに再加熱の欠如によって提供されるさらなる顕著な冷却は、相対湿度が７０％を超える、寒すぎて湿気がありすぎる空間をもたらす。さらにまた、野菜セクションにおける水スプレー及びＲＴＵの短いサイクルは、この状況をさらに悪化させる。

しかしながら、図６の液体デシカント空調システムはまた、外気（「ＯＡ」）を取り込み、空間に対する冷却乾燥空気（「ＤＡ」）を生成する。残りのＲＴＵ並びに冷凍庫及び冷蔵庫（「ＲＴＵ」）によるさらなる冷却は、必要でない限りＲＴＵを単に動作させないことによって回避されることができる相対湿度のはるかに小さい増加をもたらす。

図８は、１００％の外気から空間に対して冷却乾燥空気を提供することができる液体デシカント空調システム（ＬＤＡＣ）４０２の実施形態を図示している。図８のシステムにおける構成要素のいくつかは、図６において特定されている。（この例においては４つある）空調器モジュール６０３は、図１−図３に示されたように膜プレート構造を含む。同様に、（この例においても４つある）再生器モジュール６０６は、空調器モジュールと同様の構造を有する。外気６０５は、ルーバー８０２を介して空調器セクションに入っている。そして、外気は、空調器モジュール６０３を通った後に槽モジュール８０３を通って下流の任意の内部ダクト８０６を通って搬送され、供給空気６０７としてシステムから出る。建物（図示しない）からの還気は、ルーバー８０７を介していくつかのさらなる外気８０５を受ける。そして、この空気は、再生器モジュール６０６及び再生器ダクトモジュール８１２を通って搬送され、最終的にシステム外に排出される（図示しない）。電源インターフェースモジュール８０１及び一体型冷却装置／ヒートポンプシステム６０９は、それぞれ、再生器及び空調器モジュール用の電気設備に温水及び冷水を供給する。図に示されるように、システムは、槽支持部８０３に対して同時に２に取り付けられた４つの空調器及び４つの再生器モジュールを有する。モジュールの大きさは、それらが標準的な屋根アクセスハッチを介して適合することが可能であるように選択された。図からわかるように、追加の槽モジュール８０３及び膜空調器又は再生器モジュール６０３及び６０６を追加することは、非常に容易であろう。図のシステムの右側８０８は、空調器槽モジュール用の取り外し可能なエンドプレート８００、空調器ダクト８０６用の取り外し可能なエンドプレート８１０、及び再生器ダクト用の取り外し可能なエンドプレート８０９で仕切る。冷水供給及び冷水還流及び温水供給及び温水還流が、図における項目８１１として示されている。ルーバー８０７は、最後の槽モジュールに取り付けられており、容易に除去され、異なる槽モジュールに取り付けられる。また、図９及び図１２に基づいてより詳細に説明されるデシカントポンプ８１３が示される。全体システムは、モジュール支持フレーム８０４に取り付けられる。

図９Ａは、図８のシステムの空調器側を図示している。上述したように、外気６０５は、ルーバー８０２を介してシステムに入る。ファン９０１は、ダクト８０６を介して空気をもたらす。空調器膜モジュール６０３は、供給空気流６０７に槽８０３を通って搬送される空気流を冷却及び除湿する。エンドプレート８０８及び８１０は、システムを仕切る。冷水供給及び還流用の水ライン８１１は、個々の空調器モジュール６０３に冷水をもたらす。明確化のために、水ライン９０４の１つのみが示されており、他のモジュール６０３は、同様の方法で冷却水を受ける。デシカントポンプ８１３は、槽モジュール８０３から液体デシカントを受ける。ポンプは、供給ライン９０５を介して空調器モジュール６０３に液体デシカントを分配する。明確化のために、空調器モジュールのうちの２つのためのデシカント供給ラインが図に示されており、残りは省略されている。図からわかるように、デシカントは、空調器モジュールから排出されて槽モジュール８０３へと戻される。

図９Ｂは、（図９Ａと同様に）図８のシステムの再生器側の主な構成要素を示している。建物からの還気６０２は、槽モジュール８０３及び再生器モジュール６０６を介して導かれる。再生器ダクト８１２は、ファン９０２及びルーバー９０３を介して空気流を戻し、高温多湿空気６０４が排出される。建物において利用可能な還気の量は、建物に供給される空気量よりも少なくすることができるため（供給空気６０７は、還気６０２よりも多い）、さらなる外気流８０５は、ルーバー８０７を介して混合されることができる。これは、システムが再生器モジュールに十分な空気の供給を有することを保証するのに役立つ。空調器側と同様に、デシカントポンプ９０８は、供給ライン９０７を介して再生器モジュール６０６に液体デシカントを供給する。温水９０６もまた、再生器モジュールに供給される。明確化のために、水及びデシカントラインのいくつかのみが示されている。

空調器６０３が高温熱伝達流体を受け且つ再生器６０６が低温熱伝達流体を受けるように、冬季動作モードにおいて冷却装置６０９の方向を逆にすることも可能である。このモードにおいて、空調器は、水蒸気を脱着し、供給空気流６０７を加湿及び加熱し、再生器は、空間からの還気流６０２から熱及び水蒸気を吸収する。効果において、システムは、このモードにおいて還気流６０２から熱及び水分を回復する。

図１０は、図８のシステムに挿入されている４つの空調器及び４つの再生器モジュールを備える追加部１００１を有する図８のシステムを示している。冷却装置１００２とともにファン及び水ポンプ（図示しない）は、ここではシステムの空気流及び冷却負荷の増加に対応するように寸法決めされる必要がある。少なくともダクト及び槽の空気流能力を超えるまで膜モデル及び他の構成要素を追加し続けることによって、システムの空気流及び冷却能力が増加し続けることができることは明らかであろう。

図１１は、図６のリンク可能なシステムの代替的な実施形態の概略図を示している。図６及び図８からの冷却装置セクション６０９は、間接蒸発式冷却セクション１１１１を選択してここでは省略されている。供給空気６０７は、槽１１０３に入れるダクト１１０１及びルーバー１１０２への空気流１１０５として部分的（典型的には０から３０％の間）に迂回される。空気流は、ここでは膜モジュール１１０６を介して上方に移動する。しかし、空調器モジュール及び再生器モジュールとは異なり、これらの蒸発器膜モジュールは、それらの膜の背後のデシカントよりもむしろ水を有する。空気流１１０５は非常に乾燥していることから、膜背後の水を蒸発させることによって膜モジュール１１０６において大量の冷却効果を得ることができる。これは、順次、実質的に冷却されるようになる熱伝達流体１１０９をもたらす。そして、この低温熱伝達流体１１０９は、元の膜モジュール６０３から熱を除去するために使用されることができる。より暖かい熱伝達流体１１１０は、空調器モジュール６０３から間接蒸発式冷却セクション１１１１に循環して戻される。蒸発器モジュール１１０６は、水を蒸発させることから、水１１１３の一定の供給がある必要性がある。蒸発器モジュール１１０６の膜が絶対的に必要ではない場合、この水はきれいな飲料水とすることができる。その場合にはまた、残りの水は、膜モジュール１１０６から槽１１０３へと１１１５において排出されることができ、蒸発器モジュール１１０６の上部において再使用されるようにポンプ１１１２によって槽から取り除かれることができる。従来の冷却タワーのように、スケールの構築及び他の混入物質がないことを保証するために注意は払われなければならない。例えば、ブローダウンシステムや超音波沈殿などのスケールの問題に対処するために使用されることができる業界において一般的ないくつかの方法がある。

しかしながら、蒸発器モジュール１１０６における膜の使用はまた、海水や廃水の使用を可能とする：膜は、任意の塩粒子又は他の混入物質を含む。この場合、その意図は、供給１１１３によって供給される水の一部（典型的には、約５０％以下）のみを蒸発することである。そして、高濃度の残りの水は、ライン１１１４を介して排出され、適切なドレインシステムに廃棄される。ポンプ１１１２は、ここでは省略することができ、スケーリング又はブローダウンシステムは必要とされない。しかしながら、膜汚染が問題になることがあり、フラッシング及び適切な前フィルタリングシステムを使用して対処されることができる。蒸発器モジュール１１０６を出る排気空気流１１０８は、暖かく、飽和に近く、ファン１１０７によってシステムを介して引っ張られる。さらなる空調器モジュール６０３を追加したとき、さらなる蒸発器モジュール１１０６がまた存在しなければならないことは図から明らかでなければならない。これは、カバー１１０４を除去し且つ追加部１１１１を追加することによって容易に達成することができる。ファン１１０７はまた、追加部よりも大きく且つ追加部に対して移動されるように寸法決めされる必要がある。

また、同時に空調器ブロック６０３に対して高温熱伝達流体を提供しながら、空気流１１０５を逆にすることも可能である。この冬季暖房モードにおいて、空調器は、空気流１１０５へと水蒸気を脱着し、空調器６０３は、空間６０７に対して暖かく湿った空気を供給するように組み合わせる。

図１２は、膜モジュール支持槽８０３及びそれに接続されるデシカント分配システムの一部の詳細な断面を図示している。槽８０３は、壁１２０５及び１２０６を有する中空シェル構造として構成される。内側領域１２０１は、液体デシカント貯蔵タンクとして機能する。別個のタンクの必要性をなくし、体積が膜モジュールの直下に位置し、タンク構造にデシカントを吸い上げることが増強されることから、これは有益である。さらにまた、タンク構造は、デシカントの層別化を可能とし、より高濃度のデシカントは、槽の底部付近にみることができ、より低濃度は、上部付近にみることができる。槽８０３の内側底部１２０２は、上記膜モジュールからのいかなる漏れも単一のコーナーに排出するように遅くされ、検出器又はセンサは、漏れが生じていることを示すように配置されることができる。さらにまた、底部は、空気流が膜モジュールから落下することができるいかなる液滴をも搬送することができないように構成されたリップ１２０８を有する。膜モジュールは、物理的に、膜モジュールと槽構造との間の気密シールを可能とするようにレール機構１２０９で設計された支持プレート１２０３にある。槽８０３は、システム用のデシカントを含むことから、ポンプ９０８は、槽上のより低いポートからデシカントを引っ張り、膜モジュール６０３の上部に対して圧送し、そこから、重力によって排出して槽のポートへとドレイン１２０４を介して戻す。二次ポート１２０７は、希釈デシカントが除去され、再生器モジュールに対して圧送されるのを可能とする。再生器が上ポートから膜モジュール６０６の上部へと圧送して高濃度のデシカントを底ポートから除去して空調器に戻すことを除いて同様に設定される。空気ダクト１２１０もまた、図にみることができる。

いくつかの例示的な実施形態が説明されたが、様々な変形例、変更例及び改良例が当業者にとって容易に想起されることが理解される。そのような変形例、変更例及び改良例は、本開示の一部を形成するものであり、本開示の精神及び範囲内にあることが意図される。本願明細書に提示された一部の例は、機能又は構造的要素の特定の組合せを含むが、それらの機能及び要素は、同一又は異なる目的を達成するために本発明にかかる他の方法で組み合わされてもよいことが理解されるべきである。特に、１つの実施形態に関連して説明された動作、要素及び特徴は、他の実施形態における同様の、あるいは、他の役割から除外されることを意図するものではない。さらに、本願明細書に記載された要素及び構成要素は、さらに追加の構成要素に分割されてもよく、あるいは、同じ機能を実行するためにより少ない構成要素を形成するように一体に結合されてもよい。したがって、上述した説明及び添付図面は、例示にすぎず、限定することを意図するものではない。

Claims (15)

1. 建物用の空調システムのエネルギー効率を高めるための方法であって、
   前記空調システムは、前記建物の屋上に取り付けられた複数の既存の空調ユニットを含み、当該方法は、
   （ａ）前記屋上から前記の複数の空調ユニットのうちの全てではないがいくつかを除去するステップと、
   （ｂ）各除去された空調ユニットの場所において前記屋上に液体デシカント空調ユニットを設置するステップであって、前記液体デシカント空調ユニットは、温暖気候動作モードと寒冷気候動作モードとにおける動作間で切り替え可能であり、各液体デシカント空調ユニットは、液体デシカントが前記温暖気候動作モードにおいて換気空気流を除湿し且つ前記寒冷気候動作モードにおいて前記換気空気流を加湿するよう、前記液体デシカントに対して前記建物外から前記建物に入る前記換気空気流を露出させるように構成された空調器と、前記空調器に接続され、前記液体デシカントが前記温暖気候動作モードにおいて空気流を加湿し且つ前記寒冷気候動作モードにおいて前記空気流を除湿するよう、前記液体デシカントに対して前記空気流を露出させるように構成される、再生器とを含む、ステップと、
   （ｃ）１つ以上の空調ユニットにおいて前記建物用の換気空気流の任意の取り込みを低減又はなくすよう、前記屋上に残っている１つ以上の空調ユニットを再構成することによって、前記屋上に残っている前記１つ以上の空調ユニットからの換気空気流処理負荷を各液体デシカント空調ユニットに部分的に又は完全に伝達するステップとを含む、
   方法。
2. 前記空調器が略垂直方向に配置された複数の構造を含み、各構造は、前記液体デシカントが流れることができる少なくとも１つの表面を有し、前記換気空気流は前記構造間を流れ、前記再生器は略垂直方向に配置された複数の構造を含み、各構造は、前記液体デシカントが流れることができる少なくとも１つの表面を有し、還気流が前記構造間を流れる、請求項１に記載の方法。
3. 前記再生器及び前記空調器における前記複数の構造の各々は、熱伝達流体が前記熱伝達流体と前記液体デシカント又は空気流との間の熱の伝達のために流れることができる内部通路を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記再生器及び前記空調器における前記複数の構造の各々は、前記液体デシカントと空気流との間において各構造の外表面に近接して配置された材料のシートを含み、前記材料のシートは、前記液体デシカントと空気流との間の水蒸気の搬送を可能とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記材料のシートは膜を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記再生器及び前記空調器における前記複数の構造は、略垂直方向に配置され且つ隣接するプレートアセンブリ間を前記空気流が流れるのを可能とするように離間された複数のプレートアセンブリを含む、請求項２に記載の方法。
7. 前記建物に入る前記換気空気流は、前記空調器を介して略垂直方向に流れ、前記再生器内を流れる前記空気流は、略垂直方向に流れる、請求項１に記載の方法。
8. 前記建物に入る前記換気空気流は、前記空調器を介して略水平方向に流れ、前記再生器内を流れる前記空気流は、略水平方向に流れる、請求項１に記載の方法。
9. 各液体デシカント空調ユニットは、前記温暖気候動作モードにおいて前記空調器から前記再生器へと熱を圧送し且つ前記寒冷気候動作モードにおいて前記再生器から前記空調器へと熱を圧送するためのヒートポンプを更に含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記ヒートポンプは、前記温暖気候動作モードにおいて前記空調器内を流れる前記液体デシカントから前記再生器内を流れる前記液体デシカントへと熱を圧送し、前記ヒートポンプは、前記寒冷気候動作モードにおいて前記再生器内を流れる前記液体デシカントから前記空調器内を流れる前記液体デシカントへと熱を圧送する、請求項９に記載の方法。
11. 前記ヒートポンプは、前記温暖気候動作モードにおいて前記空調器内を流れる熱伝達流体から前記再生器内を流れる熱伝達流体へと熱を圧送し、前記ヒートポンプは、前記寒冷気候動作モードにおいて前記再生器内を流れる前記熱伝達流体から前記空調器内を流れる前記熱伝達流体へと熱を圧送する、請求項９に記載の方法。
12. 各液体デシカント空調ユニットは、前記再生器及び前記空調器のうちの一方から流れる前記液体デシカントから、前記再生器及び前記空調器のうちの他方から流れる前記液体デシカントへと熱を伝達するために、前記空調器と前記再生器との間に接続された熱交換器を更に含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記の除去された空調ユニットの３つのうちの１つから５つのうちの１つの全ては、液体デシカント空調ユニットによって置き換えられる、請求項１に記載の方法。
14. 前記伝達するステップは、空調ユニットの蒸発器のコイルを介して前記建物からの還気流を再循環させるステップと、前記蒸発器の動作温度を上昇させるステップとを含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記伝達するステップは、換気空気流の取り込みを低減又はなくすように内部のダンパを閉じるステップを含む、請求項１に記載の方法。

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