JP2010529398A - 乾燥剤装置を用いた湿度制御システム - Google Patents

Abstract

処理空気ダクトおよび再生空気ダクトを有するハウジングを備えた包囲空間用の湿度制御システムにおいて、包囲空間および／または大気からの戻り空気は、処理空気ダクトに供給され、大気は再生ダクトに供給される。乾燥剤ホイールは、処理空気ダクトにおいて湿気を吸収し、再生ダクトにおいて湿気を放出するために、ダクトを通じて回転するようにハウジングに回転可能に取り付けられる。再生ダクトにおける乾燥剤ホイールの上流側のコンデンサコイルを有する冷却システムは、熱交換器およびコンデンサコイルと熱交換器との間に接続された再循環液体ループであって、再循環液体ループから再活性化空気流に熱を移すための再循環液体ループを有するヒートポンプに接続される。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００７年５月３０日に出願された米国仮出願第６０／９２４，７６４号の優先件の利益を主張する。

本発明は、湿度制御システムに関し、とくに乾燥剤装置の再生に役立つように低グレードの廃熱を利用する湿度制御装置に関する。

屋内の施設における湿度レベルを快適な範囲に維持する空気処理システムを備えた各種システムが提案されている。これらのシステムのうちのある種類のものは、氷の表面が氷結温度に維持されるアイスアリーナ、あるいは大型アイスプラントからの廃熱を利用可能な冷凍保管設備等の他の用途に使用するためにとくに設計されている。そのようなシステムは、通常、直接気化タイプの一次冷媒システムによって冷却される、液体冷媒ループを使用する。アイスリンクコイルに接続された除湿器ユニットを、処理空気を乾燥するために使用するそのようなシステムは、例えば特許文献１に開示されている。一次冷却ユニットのコンプレッサからの廃熱ラインに接続された再熱コイルを用いて、処理空気流内における除湿ユニットを補完する他のそのようなシステムが、特許文献２に開示されている。この再熱コイルは、処理空気流からさらに湿気を除去するための乾燥剤媒体の吸収力を増大させるために、乾燥剤ホイールの再生セクションに供給される再生空気を加熱する。この再熱コイルシステムは、液体冷却システムと接続される除湿システムの処理空気セクションにおける除湿コイルとともに使用される。

米国特許第６，３２１，５５１号明細書 米国特許第６，９３５，１３１号明細書

本発明の一態様によれば、除湿システムの乾燥剤ユニットに供給される再生空気を予熱するために、再活性化回路が提供される。再活性化回路は、回路用の蒸発器として機能する、コンプレッサおよび（水、塩水(brine)、または他の冷媒を使用する）冷媒熱交換器を有する、直接気化冷却回路と接続された再活性化空気冷却コンデンサコイル／除湿器コイルからなる。この再活性化回路は、氷床を凍結させる二次冷却回路における液体冷媒から熱を抽出するために、水源ヒートポンプとして機能する。低グレード（８５−９５度Ｆ（２９．４−３５℃）の低温）の熱は二次冷却プラントから排除され、乾燥剤材料を再生するために、空気冷却コンデンサコイルを通るさらに高グレードの熱（１１５−１３０度Ｆ（４６．１−５４．４℃）の高温）を発生するために、再活性化回路により抽出される。加熱された空気は、乾燥剤から湿気を除去し、大気中に放出する。

本発明の他の態様によれば、アイスリンク等を含む内部空間または包囲空間（enclosure）に循環される戻り空気または戻り空気と外気は、乾燥剤材料により連続する工程において除湿される。乾燥剤は、供給処理空気流および再活性化空気流の双方を通じて回転する、乾燥剤ホイールであることが好ましい。除湿コイルは、除湿ホイールの再生セクションの再活性化空気流の上流に配置され、連続するコンプレッサを有する直接気化冷却回路およびその後の分離空気冷却コンデンサコイルに接続されている。このシステムにより、包囲空間の湿度レベルが増加し、戻り空気および／または戻り空気と外気との混合気の湿度が所定レベルを超えた場合、第２ステージのコンプレッサが、空気が乾燥剤ホイールに到達する前に、空気を冷却し除湿するために作動されるであろう。乾燥剤に入る空気の湿度が上昇し続ければ、第３および第４ステージのコンプレッサも引き続き作動される。戻り空気湿度がその制御された設定点に戻されると、コンプレッサのステージは逆順にオフとされ、最終的に除湿器の作動が停止される。

本発明のより一般的な実施形態において、乾燥剤再生または再活性化空気流を加熱するコンデンサコイル（condensing coil）用の熱を生成する冷却回路は、環境温度から分断された任意の低グレードの液体熱ループと接続される。これは、システムが環境状態に拘束されず、周囲の環境温度から独立して適切な再活性化温度の制御を行うことができるようにすることを意味する。したがって、水、グリコールおよび塩水ループは、上述した氷床冷却システム等の二次冷却剤ループから排除された熱に制限される必要がないが、公知の太陽熱ループ、冷却塔、地下水ループ、他の排除された熱の冷却ループ、または一年中４５度Ｆ（７．２℃）から９５度Ｆ（３５℃）の間に温度が維持されるように設計されたあらゆるループを含むであろう。例えば、太陽により低温に加熱された水を使用する低グレードの太陽熱ループが使用できるであろう。

本発明の上述したおよび他の目的、特徴および効果は、添付図面とともに参照されるべき以下の具体的な実施形態の詳細な説明により明らかとなるであろう。

本発明による除湿システムの概略図 本発明に使用される冷却システムの１つの詳細図

図１に示すように、本発明のシステム１０は、包囲空間または建物（不図示）内にある氷床１４を凍結するための冷却システム１２を備える。システム１０は、包囲空間から来て、ファン２０の作動により包囲空間に戻る戻り空気流１８の湿度を制御するよう動作可能な、湿度制御ユニット１６をさらに備える。必要であれば、ある割合の外気を、公知の手法によりダクト２２を通じて戻り空気流に導入することができる。

冷却システム１２は、アイスリンク、アイスプラント１４等の床に配置され、供給および戻りライン２６，２８並びにポンプ２９により蒸発器３０と接続された一組のコイル（不図示）を有する、液体冷媒二次冷却システム２４を備える。

蒸発器３０は、ライン３８により蒸発器３０内のコイルに接続されるコンデンサ３４およびコンプレッサ３６を有する一次冷却システム３２の一部を構成する。一次冷却システムは、蒸発器において液体冷却システムからの熱を吸収し、コンデンサ３４においてその熱を大気に放出する従来の直接気化システムである。一次冷却システム３２は、ライン４２，４４により冷媒ライン３８に接続されたさらなる熱交換器４０を備える。この熱交換器は、これもまた直接気化冷却システムである三次冷却システム５０用の蒸発器として機能する。システム５０は、湿度制御装置１６のハウジング５４内に配置されたコンプレッサ５２を備える。その装置は、公知の壁および調整板により互いに分離された再生空気ダクト５６および処理空気ダクト５８を備える。

除湿システム１６は、再生ダクト５６において再生され、処理空気ダクト５８において空気を除湿するように、ハウジングに回転可能に取り付けられた公知の構造の乾燥剤ホイール装置６０も備える。乾燥剤ホイールは、公知の構造を有し、任意の手法により回転可能に取り付けられる。

再生空気は、それが乾燥剤ホイールを通った後に、再生空気を大気中に放出するファン６４により、ハウジング５４の開口６２を通って大気から再生ダクト５６に引き込まれる。

冷却システム５０は、再生ダクト５６における乾燥剤ホイールの上流側に取り付けられたコンデンサコイル６６を備える。コイルは、ライン７０によって熱交換器４０に交互に接続されるコンプレッサ５２に、冷媒ライン６８により接続される。

包囲空間内に供給される戻り空気および／または戻り空気と外気との除湿が必要である場合、コンプレッサ５２が作動され、コンデンサから熱交換器４０に冷却された冷媒を供給する。ライン７０における冷却液の温度は、（ライン４２から熱交換器４０を通ってライン４４に流れるライン３８における冷却液により）熱交換器４０において上昇し、コンプレッサ５２に戻り、そこで冷媒が圧縮され、加熱されコンデンサコイル６６に供給される。コンデンサコイルにおいて、冷媒はダクト６２に入る供給空気により冷却され、その後大気に放出される前に、回転する乾燥剤ホイール６０の再生部分に入る再生空気に熱を移す。その結果、氷冷却プラント等から排除された（ループ２６，２８の液体からの４５度Ｆ（７．２℃）から９５度Ｆ（３５℃）の間の）低グレードの熱の一部は、（例えばライン６８における液体の１０５度Ｆ（４０．６℃）から１３５度Ｆ（５７．２℃）の間の）より高グレードの熱を生成するために、乾燥剤ホイールを再生するための空気冷却コンデンサコイルを通じて、このヒートポンプアレンジにより抽出される。この加熱された空気は乾燥剤から湿気を除去し、乾燥剤を再生する。それはシステム３２における冷媒を冷却することにも寄与する。

上述した除湿工程は、乾燥剤ホイールが供給および再活性化空気流を通じて回転する間持続する。しかしながら、リンクの湿度レベルが、追加の除湿を必要とする所定点を超える場合、戻り空気および／または外気／戻り空気が乾燥剤ホイールを通過する前に、さらなる除湿を行うために湿度制御装置１６が配置される。図２から明らかなように、さらなる除湿を実行するために、除湿器は追加の冷却回路８０を備え、冷却回路８０は、除湿コイル８８およびハウジング５４の一端部に取り付けられた空気冷却コンデンサコイル９０にライン８６により接続された多重コンプレッサ８２，８３，８４に接続される。このように、乾燥剤ホイールが単独で提供可能な除湿を超えたさらなる除湿が必要とされる場合、空気が乾燥剤ホイールに入る前に、圧縮された冷媒を空気から湿気を除去する除湿コイルに供給するために、コンプレッサ８２が作動される。これと同時に、空気が乾燥剤ホイールに到達する前に、それが空気を冷却する。除湿コイルにおいて冷媒により空気から吸収された熱は、ファン９２によって冷却されるコンデンサコイル９０において大気に放出され、コンプレッサ８２に戻される。なおもさらなる除湿が必要であれば、第２および第３ステージのコンプレッサ８３，８４が作動できる。

図２からより明らかなように、冷却回路８０は、実際は３つの独立した冷却回路であり、それらの個々の冷却回路においてコイル８８，９０の異なる部分を使用する。したがって、コンプレッサ８２は、ライン８２′によりコイルセクション８８′および９０′に接続され；コンプレッサ８３は、ライン８３′によりコイルセクション８８″，９０″に接続され；コンプレッサ８４は、ライン８４′によりコイルセクション８８′″，９０′″に接続される。要求に応じて、各回路は別々に作動される。戻り空気が乾燥剤ホイールに入る前に、戻り空気をこのように冷却および除湿することにより、処理空気流からさらに湿気を除去する乾燥剤ホイールの能力を増大させ、戻り空気がホイールにより所望とする処理戻り温度に再加熱される。

所望とされるかまたは必要であれば、処理空気の一部またはすべてを、当業者に周知の適切なダクトワーク１００を用いて乾燥剤ホイールを迂回させることができる。また、当業者であれば想起するであろう適切な温度および湿度センサ並びに関連する制御が、各種コンプレッサを選択的に作動させるために提供される。

したがって、システムは、基本的な冷却システム１２または３２を変更することなく、状態が変化するとともに不定量の作り出された空気を扱うための十分な能力を提供する。

図面を用いて本発明の具体的な実施形態を本明細書に説明したが、本発明がこれらの実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主題および精神を逸脱することなく、種々の変形および修正が可能であることが理解されよう。

１０ システム
１２，２４，３２，５０ 冷却システム
１６ 除湿システム

Claims (10)

1. 加熱負荷、該加熱負荷を冷却するための第１の冷却システム、および該第１のシステムから熱を除去するための第２の冷却システムを備えた包囲空間用の湿度制御システムであって、処理空気ダクトおよび再生空気ダクトを有するハウジングと、前記包囲空間からの戻り空気および／または大気を処理空気ダクトへ供給する手段と；大気を前記再生ダクトに供給する手段と、前記処理空気ダクトおよび前記再生空気ダクトを通じて回転するために前記ハウジングに回転可能に取り付けられ、これにより前記処理空気ダクトにおいて湿気を吸収し、前記再生ダクトにおいて前記湿気を放出する乾燥剤ホイールと；前記再生ダクトにおける前記乾燥剤ホイールの上流側のコンデンサコイル、該コンデンサコイルに接続されたコンプレッサ、並びに該コンデンサコイルおよび前記第２の冷却システムに接続された熱交換器を有する第３の冷却システムであって、これにより、前記再生ダクトにおいて前記乾燥剤ホイールに供給される空気の温度を増大させるために前記コンデンサコイルに供給される、高グレードの熱を生成するために、該第３の冷却システムにより前記熱交換器から吸収された低グレードの熱が前記コンプレッサにより使用される第３の冷却システムと；前記処理空気流における前記乾燥剤ホイールの上流側の除湿コイル、該除湿コイルに接続された少なくとも１つのコンプレッサ、および該少なくとも１つのコンプレッサに接続されたコンデンサコイルを有する第４の冷却システムであって、これにより、前記処理空気ダクトにおいて、空気が前記乾燥剤ホイールに入る前に該空気を選択的に除湿するために、該乾燥剤ホイールに供給される前記空気の湿度のレベルに応じて、該第４の冷却システムにおける前記少なくとも１つのコンプレッサが作動可能である第４の冷却システムとを備えたことを特徴とする湿度制御システム。
2. 前記少なくとも１つのコンプレッサが、前記処理空気ダクトにおいて、空気が前記乾燥剤ホイールに入る前に、該空気を選択的に除湿するために該乾燥剤ホイールに供給される空気の湿度のレベルに応じて順次駆動される複数のコンプレッサを備えることを特徴とする請求項１記載の湿度制御システム。
3. 処理空気ダクトおよび再生空気ダクトを有するハウジングと、包囲空間用の湿度制御システムであって、前記包囲空間および／または大気からの戻り空気を前記処理空気ダクトに供給する手段と；前記大気を前記再生ダクトに供給する手段と、前記処理空気ダクトおよび前記再生空気ダクトを通じて回転するために前記ハウジングに回転可能に取り付けられ、前記処理空気ダクトにおいて湿気を吸収し、前記再生空気ダクトにおいて前記湿気を放出するための乾燥剤ホイールと；前記再生ダクトにおける前記乾燥剤ホイールの上流側のコンデンサコイルおよび該コンデンサコイルに接続されたヒートポンプを有する冷却システムであって、該ヒートポンプが、熱交換器および前記コンデンサコイルと該熱交換器との間に接続された再循環液体ループであって、該再循環液体ループから前記再活性化空気流に熱を移すための再循環液体ループを有する冷却システムとを備えたことを特徴とする湿度制御システム。
4. 前記液体ループが、大気温度から隔離されてなることを特徴とする請求項３記載の湿度制御システム。
5. 前記液体ループが、地下水またはグリコールループからなる群からの液体を含むことを特徴とする請求項３記載の湿度制御システム。
6. 前記液体ループが、冷却塔ループであることを特徴とする請求項３記載の湿度制御システム。
7. 前記液体ループが、低グレードの太陽熱ループであることを特徴とする請求項３記載の湿度制御システム。
8. 前記液体ループが、一年中４５度Ｆ（７．２℃）から９５度Ｆ（３５℃）の間に維持されることを特徴とする請求項３記載の湿度制御システム。
9. 前記ヒートポンプにより生成される前記再生空気の温度が、１０５度Ｆ（４０．６℃）から１３５度Ｆ（５７．２℃）の間にあることを特徴とする請求項３記載の湿度制御システム。
10. 加熱負荷、該加熱負荷を冷却するための第１の冷却システム、および該第１のシステムから熱を除去するための第２の冷却システムを備えた包囲空間用の湿度制御システムであって、処理空気ダクトおよび再生空気ダクトを有するハウジングと、前記包囲空間からの戻り空気および／または大気を処理空気ダクトへ供給する手段と；大気を前記再生ダクトに供給する手段と、前記処理空気ダクトおよび前記再生空気ダクトを通じて回転するために前記ハウジングに回転可能に取り付けられ、これにより前記処理空気ダクトにおいて湿気を吸収し、前記再生ダクトにおいて前記湿気を放出する乾燥剤ホイールと；前記再生ダクトにおける前記乾燥剤ホイールの上流側のコンデンサコイル、該コンデンサコイルに接続されたコンプレッサ、並びに該コンデンサコイルおよび前記第２の冷却システムに接続された熱交換器を有する第３の冷却システムであって、これにより、前記再生ダクトにおいて前記乾燥剤ホイールに供給される空気の温度を増大させるために前記コンデンサコイルに供給される、高グレードの熱を生成するために、該第３の冷却システムにより前記熱交換器から吸収された低グレードの熱が前記コンプレッサにより使用される第３の冷却システムとを備えたことを特徴とする湿度制御システム。

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