JP7676328B2

JP7676328B2 - 統合された、乾燥剤をベースとする冷却および除湿

Info

Publication number: JP7676328B2
Application number: JP2021573181A
Authority: JP
Inventors: デイビッドウッズ，ジェイソン; コズバル，エリック
Original assignee: アライアンスフォーサステイナブルエナジーリミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2025-05-14
Anticipated expiration: 2040-06-10
Also published as: KR20220019041A; BR112021025007A2; KR102921959B1; US11668478B2; MX2021015162A; CN114126734B; AU2020292293B2; EP3980149A4; JP2022536647A; WO2020252059A1; AU2020292293A1; US20200393145A1; US11326790B2; CA3140665A1; CN114126734A; US20220196263A1; EP3980149A1

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、それらの各々の全体が参照により本明細書に組み込まれている、２０１９年６月１０日に出願の米国仮特許出願第６２／８５９，４３２号、および２０２０年３月９日に出願の米国仮特許出願第６２／９８６，９０８号への優先権を主張する。

［契約起源］
米国政府は、米国エネルギー省と国立再生可能エネルギー研究所の管理者および運営者であるＡｌｌｉａｎｃｅｆｏｒＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙ，ＬＬＣとの間の契約番号ＤＥ－ＡＣ３６－０８ＧＯ２８３０８に基づいて、本発明の権利を有する。

空気の除湿は、適度に加湿されている、快適かつ健康的な室内環境を実現するため、世界中で使用されている。従来の除湿システムは、供給空気を適切な状態にするために有用であるが、多量のエネルギー（例えば、電気）を使用するので、操作に費用がかかる。エネルギー需要の増大に伴って、空気の除湿費用は増大することが予想され、一層効率のよい空気の除湿方法および技術に対する需要が増大している。さらに、放出または漏れがある場合、環境を破壊する恐れのある、多数の従来的な冷却剤などの化学品および物質を使用しない除湿技術の需要が増大している。メンテナンスもまた、多数の空気除湿技術に伴う懸念事項であり、その結果、とりわけ、住宅用のメンテナンス要件の増大と認識される新しい技術のいずれも、市場に受け入れられない。

最新の蒸気圧縮システムは、空気を最初に過冷却して湿気を除去し、次に、この空気を所望の温度まで再加熱することによって、湿度制御を実現する。このプロセスは非効率的である。天然ガスにより駆動される開放吸収システムは、良好な湿度制御を伴う、代替肢を提供する。しかし、これらは、非効率的（単一効果の再生）または複雑で高価であるかのどちらかであり、依然として多大な研究が必要である（二重効果の再生）。

本開示によって提供される実施形態は、全電気選択肢を提供し、空気からの水を再利用することにより水の消費をなくことによって、乾燥剤技術の弱点をなくすことができる。

第１の態様では、本開示は、熱および物質交換器と、少なくとも１つの電気透析スタックと、高塩イオン濃度液体乾燥剤と、低塩イオン濃度液体乾燥剤とを含む、除湿システムであって、高塩イオン濃度液体乾燥剤および低塩イオン濃度液体乾燥剤が、熱および物質交換器と少なくとも１つの電気透析スタックとを連結する単一の連続流中に存在する、除湿システムを提供する。

一部の実施形態では、高塩イオン濃度液体乾燥剤は、熱および物質交換器中の処理空気流から水を吸収し、少なくとも１つの電気透析スタック中の低塩イオン濃度液体乾燥剤に塩イオンを追い出す。

一部の実施形態では、低塩イオン濃度液体乾燥剤は、熱および物質交換器中の除去空気流に水を放出（脱着）し、少なくとも１つの電気透析スタック中の高塩イオン濃度液体乾燥剤からイオンを受け入れる。

一部の実施形態では、高塩イオン濃度液体乾燥剤および低塩イオン濃度液体乾燥剤は、同じ塩溶液を含む。

一部の実施形態では、高塩イオン濃度液体乾燥剤および低塩イオン濃度液体乾燥剤は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、ヨウ化カリウム、塩化リチウム、塩化銅（ＩＩ）、塩化銀、塩化カルシウム、フッ化塩素、ブロモメタン、ヨードホルム、塩化水素、臭化リチウム、臭化水素、酢酸カリウム、酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウムおよびそれらの組合せから選択される塩溶液を含む。

一部の実施形態では、塩溶液は、塩化リチウムおよび塩化カルシウムから選択される。

一部の実施形態では、塩溶液は塩化リチウムである。

一部の実施形態では、熱および物質交換器に入るときに、高塩イオン濃度液体乾燥剤と低塩イオン濃度液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差は、２０重量％（ｗｔ％）である。

一部の実施形態では、少なくとも１つの電気分解スタックに入るときに、高塩イオン濃度液体乾燥剤と低塩イオン濃度液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差は、１０重量％である。

一部の実施形態では、熱および物質交換器に入るときに、高塩イオン濃度液体乾燥剤は、３５重量％の塩イオン濃度を有する。

一部の実施形態では、熱および物質交換器に入るときに、低塩イオン濃度液体乾燥剤は、１５重量％の塩イオン濃度を有する。

一部の実施形態では、少なくとも１つの電気透析スタックでは、高塩イオン濃度液体乾燥剤は、低塩イオン濃度液体乾燥剤に変換され、低塩イオン濃度液体乾燥剤は、高塩イオン濃度液体乾燥剤に変換される。

一部の実施形態では、本システムは、カソードとアノードとの間に直列に配列した、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０の電気透析スタックを備える。

第２の態様では、本開示は、熱および物質交換器において、処理空気流から高塩イオン濃度液体乾燥剤に水を吸収させて、処理空気流を除湿するステップと、熱および物質交換器において、低塩イオン濃度液体乾燥剤から除去空気流に水を放出させるステップと、高塩イオン濃度液体乾燥剤および低塩イオン濃度液体乾燥剤を少なくとも１つの電気透析スタックに移動させるステップと、少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、高塩イオン濃度液体乾燥剤から低塩イオン濃度液体乾燥剤に塩イオンを追い出して、高塩イオン濃度液体乾燥剤を低塩イオン濃度液体乾燥剤に変換するステップと、少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、高塩イオン濃度液体乾燥剤から低塩イオン濃度液体乾燥剤にイオンを受け入れて、低塩イオン濃度液体乾燥剤を高塩イオン濃度液体乾燥剤に変換するステップとを含む、空気を除湿する方法であって、高塩イオン濃度液体乾燥剤および低塩イオン濃度液体乾燥剤が、熱および物質交換器と少なくとも１つの電気透析スタックとを連結する単一の連続流中を流れ、変換された高塩イオン濃度液体乾燥剤および変換された低塩イオン濃度液体乾燥剤が、物質および熱交換器に移動される、方法を提供する。

一部の実施形態では、本方法は、熱および物質交換器において、高塩イオン濃度液体乾燥剤から低塩イオン濃度液体乾燥剤に熱を除去して、除湿された処理空気流を冷却するステップをさらに含む。

一部の実施形態では、高塩イオン濃度液体乾燥剤および低塩イオン濃度液体乾燥剤は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、ヨウ化カリウム、塩化リチウム、塩化銅（ＩＩ）、塩化銀、塩化カルシウム、フッ化塩素、ブロモメタン、ヨードホルム、塩化水素、臭化リチウム、臭化水素、酢酸カリウム、酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウムおよびそれらの組合せから選択される同じ塩溶液を含む。

一部の実施形態では、塩溶液は塩化リチウムである。

一部の実施形態では、処理空気流から高塩イオン濃度液体乾燥剤に水を吸収させる、および低塩イオン濃度液体乾燥剤から水を放出させる際に、高塩イオン濃度液体乾燥剤と低塩イオン濃度液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差は、２０重量％（ｗｔ％）である。

一部の実施形態では、少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、高塩イオン濃度液体乾燥剤から低塩イオン濃度液体乾燥剤への塩イオンの追い出しを開始する際、および少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、高塩イオン濃度液体乾燥剤から低塩イオン濃度液体乾燥剤へのイオンの受け入れを開始する際に、高塩イオン濃度液体乾燥剤と低塩イオン濃度液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差は、１０重量％である。

一部の実施形態では、処理空気流から水を吸収させる際に、高塩イオン濃度液体乾燥剤は、３５重量％の塩イオン濃度を有する。

一部の実施形態では、除去空気流に水を放出させる際に、低塩イオン濃度液体乾燥剤は、１５重量％の塩イオン濃度を有する。

例示的な実施形態は、図面の参照図に例示されている。本明細書において開示されている実施形態および図は、限定よりはむしろ、例示として見なされるべきであることが意図されている。

本開示の実施形態によって提供される、冷却および除湿システムを概略形態で例示する図である。図示されている実施形態は、単一熱および物質交換器１００、ならびに３つの電気分解スタック１０２、１０４および１０６からなる統合システムを含む。本開示の実施形態によって提供される、別の冷却および除湿システムを概略形態で例示する図である。図示されている実施形態は、単一熱および物質交換器２００、ならびに単一電気分解スタック２０２からなる統合システムであって、電気分解スタック２０２が、イオン交換が行われ得る単一スタック内に複数のチャネルを含む、統合システムを含む。本開示の実施形態によって提供される、さらに別の冷却および除湿システムを概略形態で例示する図である。図示されている実施形態は、熱および物質交換器と電気分解スタックの両方を備える統合連続システムの一般的な構成を表す。熱および物質交換器において行われる水吸収、ならびに電気透析スタックにおいて行われるイオン分離／乾燥剤濃縮を行う除湿システムの一部を、概略形態で例示する図である。熱および物質交換器において行われる冷却、ならびに電気透析スタックにおいて行われるイオン分離／乾燥剤希釈を行う除湿システムの一部を、概略形態で例示する図である。高塩溶液濃度乾燥剤への低塩溶液濃度乾燥剤からの同時の流体のフローを実証する、一般化した熱および物質交換器を、概略形態で例示する図である。一般化した電気透析スタックを、概略形態で例示する図である。周囲空気湿度の範囲に対する、図６の熱および物質交換器に示されている吸収剤を使用した場合の、乾燥剤流れの濃度を示すグラフである。この図は、２つの液体乾燥剤流れの間の濃度差が小さい場合でさえも、高い除湿効率を示す。実施例２に記載されているモデルの様々な流体間の熱移動流を例示する図である。ＬＤ＝液体乾燥剤、ω＝絶対湿度、ｑ＝熱移動（検出可能なものまたは潜在的なもの）、Ｊｖ＝乾燥剤への物質フラックス。希薄な流れの最小濃度に対する、乾燥剤流れを３５％まで濃縮するための推定電気入力を示すグラフである。

以下の実施形態およびその態様は、範囲を限定するものではない、典型的かつ例示的であることを意図するシステム、手段および方法と連携して説明され、例示されている。様々な実施形態では、上記の課題の１つまたは複数が、低減される、またはなくなる一方、他の実施形態は、他の改善を対象としている。

言い回し「入口供給空気」、「入口供給エア流れ」、「処理空気」および「処理空気流」は、本明細書において互換的に使用される。すべてが、本開示によって提供されるシステムおよび方法によって冷却および除湿されるエア流れを指す。

本開示は、空気の除湿およびコンディショニングのためのシステムおよび方法を提供する。これは、１つまたは複数の熱および物質交換器および１つまたは複数の電気透析スタックを備える、単一統合システムによる、密閉ループにおいてシステムを流れる液体乾燥剤の使用を含む。熱および物質交換器は、処理空気（除湿されることになる）から、塩イオン濃度の高い液体乾燥剤流れ（すなわち、高濃度液体乾燥剤流れ）へ熱および湿気を移動させる。移動された熱は、次に、高濃度乾燥剤流れから、塩イオン濃度の低い液体乾燥剤流れ（すなわち、低濃度液体乾燥剤流れ）に移動される。これ以降、熱および湿気は、低塩イオン濃度乾燥剤流れから、排出空気流に移動されて、排出空気流はこのシステムから除去される。そのように行う際に、熱および物質交換器は、ある空間、例えば、建物（家、オフィスまたはその他）内の部屋から処理空気を除去し、処理空気を除湿および冷却が行われる熱および物質交換器に通過して移動させて、次に、その処理空気は、それが除去された空間に再導入する。最終結果は、除湿および冷却された空気の、空気が元々取り除かれた空間からその空間への再導入である。処理空気からの水の除去により、水を高濃度液体乾燥剤流れに添加することによって、この流れのイオン濃度が希釈される。同様に、低濃度乾燥剤流れから排出空気への水の除去により、低濃度流れ中のイオンが濃縮される。そのような乾燥剤流れの体積を再構成するため、処理空気を除湿して冷却した後に、高濃度液体乾燥剤流れおよび低濃度液体乾燥剤流れは、熱および物質交換器から１つまたは複数の電気透析スタックに移動されて、ここで、高濃度液体乾燥剤流れは、低濃度液体乾燥剤流れに変換され、同様に、低濃度液体乾燥剤流れは、高濃度液体乾燥剤流れに変換された後に、さらなる空気の除湿のため、熱および物質交換器に戻される。

したがって、本開示によって提供されるシステムは、１つまたは複数の熱および物質交換器と１つまたは複数の電気透析スタックとの間で統合された機能を含む。本開示システムは、密閉空間において環境的快適さを維持するため、処理空気フローを除湿および／または冷却するために働く。液体乾燥剤空調ユニットなどの当分野で公知のこのような他のシステムとは異なり、本開示によって提供される実施形態では、加熱ステップは必要とされない。このようなステップは高価であり、処理空気フローの温度および湿度に応じて、かなりのエネルギー投入を必要とする可能性がある。本明細書において開示されている新規システムおよび方法は、製造業者と消費者の両方に対し、かなりの費用およびエネルギーの削減をもたらすことが期待されることを考慮する。

処理空気の除湿は、間接的な蒸発冷却器および／または熱交換器として、１つまたは複数の物質および熱交換器（または移動アセンブリ）の使用により実現される。物質および熱交換器はそれぞれ、スタックを交互にして形成されており、各々は、一部の実施形態では、膜材料の第１の（上部）層またはシート、分離壁、および膜材料の第２の（または、下部）層またはシートを含む。上部膜および下部膜は、蒸気状態の水分子に対して透過性である一方、分離壁は、水に対して非透過性であるが、熱の移動を可能にする（すなわち、分離壁は薄層である、かつ／または熱を伝導する材料から作製されている）。各物質および熱交換器では、高濃度液体乾燥剤は、第１の膜層と分離壁との間を流れ、低濃度液体乾燥剤は、分離壁と第２の膜層との間を流れる。一部の実施形態では、１つまたは複数の物質および熱交換器が、縦一列で使用される場合、空気流の流れ順序は逆転し、こうして、それらは、互いに反対の方向に流れる。２つ超の物質および熱交換器が縦一列で使用される場合、流れ順序のこのような反転が繰り返されて、供給空気および排出空気フローチャネルまたはチャンバが交互に形成される。処理空気（または、除湿および冷却される空気）は、第１の水透過膜の第１の側に沿った第１のチャネルを通過するように向けられる一方、事前冷却された排出空気の一部（例えば、１つまたは複数の物質および熱交換器を通過した前のフローによって既に除湿および冷却された処理空気のフラクション）は、通常、入ってくる処理空気のフローに対して向流する配列で、第２の水透過膜の第２の側に沿った第２のチャネルを通過するように向けられる。したがって、高濃度液体乾燥剤フローは、処理空気から第１の水透過膜のもう一方の側に存在する一方、低濃度液体乾燥剤フロー（すなわち、排気されるように向けられた、先に処理された空気のフラクション）は、排出エアフローからの第２の水透過膜のもう一方の側に存在する。上述の通り、排出空気または除去空気のフローは、以下の通り、物質および熱交換器の所望の配列に応じて、処理空気フローと対向し得るか、または同じ方向とすることができる。
第１のチャンバ：
→処理空気の取込み→
第１の水透過膜
→高イオン濃度液体乾燥剤→
水非透過性、熱透過性プレート
第２のチャンバ：
→低イオン濃度流体乾燥剤→
第２の水透過膜
←排出空気←（または）→排出空気→
このような配列は、例えば、図２に見ることができる。様々な実施形態では、供給空気入口エアフロー、供給出口エアフロー、排出エアフロー、および両方の液体乾燥剤フローは、１つまたは複数のマニホールドアセンブリなどを介して、熱および物質交換器に配管されており、熱および物質交換器は、例えば、間接蒸発冷却器などの単一ユニットとしての筐体に設けられ得る。

いくつかの実施形態では、処理空気の除湿および蒸発冷却は、水透過膜によって処理空気と高濃度液体乾燥剤とが分離されることによって達成される。膜は、蒸気状態の水分子に対して透過性となる１種または複数の物質または材料から形成されている。膜に対する水分子の浸透は、処理空気流の除湿および蒸発冷却の後の推進力となり得る／推進力である。上記の通り、複数の空気流は、単一熱および物質交換器のチャンバを流れるよう配列され得、こうして、いくつかの実施形態では、事前冷却された空気の排出エアフローである二次（排気）空気流は加湿されて、処理空気流からのエンタルピーを吸収する。処理空気流は水透過膜の反対側に沿って、高濃度液体乾燥剤を流すことによって、冷却、およびそれと同時に除湿され、水は膜を横切って移動することが可能となる。

低濃度液体乾燥剤のフローと排出エアフローチャネルまたはチャンバとを分離するために、同じタイプの膜も使用され、こうして、この膜は、低濃度液体乾燥剤と排出空気流とを分離する。ウィッキング材料／表面、または他のデバイスを使用して、水のフローを含ませるまたは制御することができるが（例えば、直接的な接触ウィッキング表面は、膜による液体乾燥剤の閉じ込めの使用と組み合わせて使用され得る）、膜液体の制御により、プロセスエアフローの冷却および除湿をもたらす、本明細書において開示されている熱および物質交換器の構成に有用な、スタックまたはマニホールド構造体の製造が容易になる。このような構成では、空気流は、対向フロー、事前冷却された排出空気を含む対向フロー、交差フロー、並行フローおよび衝突フローで配列されて、１つ超の熱および物質交換器を含む、単一蒸発冷却ユニットにおいて、熱および物質の所望の同時交換を行うことができる。

本明細書において開示されている実施形態は、一般に、高塩濃度および低塩濃度の部分を含む流れとして記載され得る、液体乾燥剤の連続流の１つを使用する。塩濃度が高い流れの部分は、約２０重量％～約４５重量％の塩を含有する。塩濃度が低い流れの部分は、約３重量％～約３０重量％の塩を含有する。濃度は、高濃度液体乾燥剤流れに吸収された水の量によって制御され、これは、一部の実施形態では、低濃度流れから放出された水に一致する。

高濃度液体乾燥剤の塩イオン濃度は、処理空気流の目標湿度に影響をもたらすために、変わり得る。処理空気流の湿度の所望のレベルが小さくなる程、高濃度液体乾燥剤の塩イオン濃度が増加し得る。高濃度液体乾燥剤の塩イオン濃度の増加により、処理空気流からより多くの水を除去することが可能となる。

低濃度液体乾燥剤の塩イオン濃度はまた、処理空気流の目標湿度および／または温度に影響を及ぼすために、変わり得る。低濃度液体乾燥剤は、排気または除去空気流に水を放出し、この流れは、一部の実施形態では、周囲環境に反映する。周囲湿度がより低いと、この低濃度乾燥剤中での一層高い濃度が可能となり、本開示システムの完全性を維持するために十分な水を放出させることが依然として可能であることを意味する。周囲湿度では、低濃度液体乾燥剤の濃度は、水の放出速度を維持するために低下させることができる。

当業者が認識している通り、低濃度および高濃度液体乾燥剤のどちらの塩イオン濃度も、使用される塩溶液に基づいて、やはり変わり得る。一部の塩溶液は、他のものよりも効率的に処理空気流を除湿するために働き、効率が一層低いものは、目標出口湿度を実現するため、一層高い塩イオン濃度を必要とすることがある。

一部の実施形態はまた、第２の熱および物質交換器を含み、第１の熱および物質交換器は、空気流から、例えば、周囲空気または建物からの還気空気から入口処理空気を受け取り、第２の熱および物質交換器は、排気または除去空気として、除湿された処理空気の流れを受け取る。第２の熱および物質交換器のための排気または除去空気として働く除湿処理空気は、第１の熱および物質交換器によって生成されて、ここから流れる。

本明細書においてプレートとも称される分離壁は、上記の第１および第２のチャンバを分離する。この壁は、高濃度および低濃度液体乾燥剤に対して非透過性であるが、低濃度液体乾燥剤の方に移動することになる処理空気の供給から除去された熱を伝導するか、またはこの熱を許容する材料（プラスチックなど）から形成されている。

様々な実施形態では、低濃度液体乾燥剤および高濃度液体乾燥剤は、ハロゲン化物塩溶液を含む。本明細書に記載されている通り、乾燥剤流れのフローは重なるか、または連続準８字型パターンで本開示システムを移動し、低濃度乾燥剤流れは処理されて、高濃度乾燥剤流れになる、およびその反対となる。そのために、両方の乾燥剤流れは、同じ溶液、多くの場合、ハロゲン化物塩溶液から作製されており、２つの間の差異は、特定の乾燥剤フロー流れ中のイオンの濃度である。乾燥剤溶液は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化銅（ＩＩ）（ＣｕＣｌ_２）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、フッ化塩素（ＣｌＦ）、ブロモメタン（ＣＨ_３Ｂｒ）、ヨードホルム（ＣＨＩ_３）、塩化水素（ＨＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、臭化水素（ＨＢｒ）およびそれらの組合せから選択され得る、ハロゲン化物塩とすることができる。一部の実施形態では、ハロゲン化物塩溶液は、ＬｉＣｌおよびＣａＣｌ_２から選択される。一部の実施形態では、ハロゲン化物塩溶液は、ＬｉＣｌである。乾燥剤はまた、酢酸カリウムまたは酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウム（ＣＡＳ番号１４３３１４－１７－４）とすることができる。

本開示システムは、ｉ）１つまたは複数の熱および物質交換器とｉｉ）１つまたは複数の電気分解スタックの両方を備える統合システムである。上で手短に、および以下に詳細に明記した通り、水は処理空気流から除去される。これは、本開示システムに２つの利点をもたらす。第１に、処理空気が除湿された後に密閉空間に戻され、その密閉空間において、湿度温度制御を行う一助となる。第２に、処理空気流から除去された水は、直接、高濃度乾燥剤流れに移動される。対照的に、水は、低濃度乾燥剤流れから排気または除去空気流に除去されて、この水は、次に、本システムから除去される。乾燥剤流れのフローは重なるか、または準８字型パターンで作動し、低濃度乾燥剤流れは電気分解により処理されて、高濃度乾燥剤流れになる、およびその反対となる。高濃度乾燥剤流れを介して、水を本開示システムに導入することによって、本開示システムは、より多くの処理空気を冷却および除湿する際に使用するための空気からの水を再利用する。そのようにすることによって、本システムは、都市資源からそれほど多くの水を利用しないことが可能となり、環境影響を和らげる。

本発明者らは、驚くべきことに、ｉ）熱および物質交換システムとｉｉ）電気分解スタックの両方を備える統合システムは、液体乾燥剤として、塩溶液の２つの流れを使用して、大きな効率を伴って空気を冷却および除湿するように操作され得ると決定づけた。熱および物質交換システムでは、高濃度液体乾燥剤と低濃度液体乾燥剤との間の濃度差は、２０重量％とかなり高くなり得、一部の実施形態では、熱および物質交換器に入る高濃度液体乾燥剤は、約３５重量％の塩イオン濃度を有しており、熱および物質交換器に入る低濃度液体乾燥剤は、約１５重量％の塩イオン濃度を有する。純水の乾燥剤流れは、使用されない。

高濃度（約３５重量％）流体乾燥剤と低濃度（約１５重量％）流体乾燥剤との間に、これまで電気透析の探索は行われてこなかった。本開示は、これらの濃度を有する流体乾燥剤流れを利用するシステムを提供する。すなわち、本開示は、ｉ）熱および物質交換システム（これにより、高濃度および低濃度流体乾燥剤が使用されて、空気を除湿および／または冷却する）、およびｉｉ）交換器を出た消費された高濃度液体乾燥剤から消費された低濃度液体乾燥剤にイオンを移動させて、１つの流体フローを他の流体フローに効率よく変換する、電気透析システムを備えるシステムを提供する。これは、多段階電気化学脱イオン化システムを使用して実現され、このシステムは、いくつかのイオン輸送段階にわたるこのような勾配を分布させることによって、膜の濃度勾配を低下させる。液体乾燥剤として様々なイオン濃度で同じハロゲン化物塩溶液の２つの流れを使用することは、本明細書において開示されているものなどの統合システムでは、文献中に開示されていない。

上記の例示的な態様および実施形態に加えて、さらなる態様および実施形態が、図面を参照することによって、および以下の記載を検討することによって明白になろう。

第１の実施形態では、本開示は、図１に図示されている空間から除去された処理空気を除湿して、次に、この空間に再供給するためのシステムを提供する。本システムは、複数の電気透析スタック（１０２、１０４、１０６）に直接連結されている、熱および物質交換器１００を備える単一統合システムである。熱および物質交換器１００は、入口供給空気１８０の流れが流れる第１のフローチャネル１１００、高濃度液体乾燥剤１５０を受け取り、これを産出するための、第１のフローチャネル１１００に隣接した第２のフローチャネル１９６、低濃度液体乾燥剤１５８を受け取り、これを産出するための、第２のフローチャネル１９６に隣接した第３のフローチャネル１１０４、および排出空気１９９の流れが流れる第３のフローチャネル１１０４に隣接した第４のフローチャネル１１０２を含む。第１および第２のフローチャネルは、第１および第２のフローチャネルを分離する第１の蒸気透過膜１９８によって部分的に画定されており、湿気（水蒸気）１７６は、第１の蒸気透過膜１９８を横切って、入口供給空気１８０の流れから高濃度液体乾燥剤１５０まで移動する。第３および第４のフローチャネルは、第３および第４のフローチャネルを分離する第２の蒸気透過膜１８６によって部分的に画定されている。湿気１７８は、第２の蒸気透過膜１８６を横切り、低濃度液体乾燥剤１５８から排出空気１９９の流れまで流れる。第２および第３のフローチャネルは、第２のフローチャネル１９６および第３のフローチャネル１１０４を分離する分離壁１８２によって部分的に画定されている。分離壁１８２は、移動される熱１８４を第２のフローチャネル１９６から第３のフローチャネル１１０４まで移動させることを可能にする。

この実施形態では、高濃度液体乾燥剤１５０は、約３５重量％の塩イオン濃度を有する第２のフローチャネル１９６に入り、低濃度液体乾燥剤１５８は、約１５重量％の塩イオン濃度を有する第３のチャネル１１０４に入る（塩イオン濃度の差は約２０重量％である）。本開示システムでは、この点として、２つの乾燥剤間の塩イオン濃度がその最大点にある。２つの乾燥剤は、熱および物質交換器を移動するので、入口供給空気１８０から水を得た高濃度液体乾燥剤１５０は、その塩濃度が３５重量％から３０重量％まで低下している。熱および物質交換器から第３の電気分解スタック１０６に移動するとき、それは３０重量％の濃度にある。さらに、低濃度液体乾燥剤１５８は、第１の電気分解スタック１０２に移動すると、排出空気１９９に水を失い、これにより、その塩濃度は１５重量％から２０重量％まで増加する。

図１に図示されている実施形態はまた、３つの電気透析スタック１０２、１０４、１０６を備える。第１の電気透析スタック１０２は、第１の陽イオン透過膜１７１によって部分的に画定された第１の電気透析フローチャネル１９０を含み、ここに２０重量％の塩濃度を有する中間の低濃度液体乾燥剤１５６の第２の流れが流れ込み、ここから、１５重量％の塩濃度を有する低濃度液体乾燥剤１５８の第１の流れが流れ出て、乾燥剤１５６は、第１のスタック１０２における電気分解の間に、その塩イオンを５重量％失う。第１の電気透析スタック１０２はまた、第１の陽イオン透過膜１７１によって部分的に画定された第２の電気透析フローチャネル１９１を含み、ここに、２０重量％のイオン濃度を有する、熱および物質交換器をちょうど出た低濃度液体乾燥剤１５８が流れ込み、ここから、２５重量％の塩濃度を有する中間の高濃度液体乾燥剤１６２の第１の流れが流れ出て、乾燥剤１５８は、第１のスタック１０２における電気分解の間に、塩イオンを５重量％得る。陽イオン１７０は、低濃度液体乾燥剤１５８から、第１の陽イオン透過膜１７１を横切って、中間の低濃度液体乾燥剤１５６の第２の流れに流れ込む。陽イオン１７０の添加によって、低濃度液体乾燥剤１５８の陽イオン含有量は増加するか、または一層、濃縮された状態になり、これによって、中間の高濃度液体乾燥剤１６２の第１の流れが生じる。陽イオン１７０の除去によって、中間の低濃度液体乾燥剤１５６の第２の流れの陽イオン濃度は減少するか、または一層の希薄な状態になり、これによって、低濃度液体乾燥剤１５８が再生される。

第２の電気透析スタック１０４は、第２の陽イオン透過膜１７３によって部分的に画定された第３の電気透析フローチャネル１９２を含み、ここに、２５重量％の塩イオン濃度を有する中間の低濃度液体乾燥剤１５４の第１の流れが流れ込み、ここから、２０重量％の塩イオン濃度を有する中間の低濃度液体乾燥剤１５６の第２の流れが流れ出て、乾燥剤１５４は、第２のスタック１０４における電気分解の間に、その塩イオンを５重量％失う。第２の電気透析スタック１０４はまた、第２の陽イオン透過膜１７３によって部分的に画定された第４の電気透析フローチャネル１９３を含み、ここに、約２５重量％の塩イオン濃度を有する中間の高濃度液体乾燥剤１６２の第１の流れが流れ込み、ここから、３０重量％の塩イオン濃度を有する中間の高濃度液体乾燥剤１６４の第２の流れが流れ出て、乾燥剤１６２は、第２のスタック１０４における電気分解の間に、その塩イオンを５重量％得る。陽イオン１７２は、中間の低濃度液体乾燥剤１５４の第１の流れから、第２の陽イオン透過膜１７３を横切って、中間の高濃度液体乾燥剤１６２の第１の流れに流れ込む。陽イオン１７２の除去によって、中間の低濃度液体乾燥剤１５４の第１の流れの陽イオン濃度は減少するか、または希釈され、これによって、中間の低濃度液体乾燥剤１５６の第２の流れが生成する。陽イオン１７２の添加によって、中間の高濃度液体乾燥剤１６２の第１の流れの陽イオン濃度が高められ、これによって、中間の高濃度液体乾燥剤１６４の第２の流れが生成する。

第３の電気透析スタック１０６は、第３の陽イオン透過膜１７５によって部分的に画定された第５の電気透析フローチャネル１９４を含み、ここに、３０重量％の塩イオン濃度を有する高濃度液体乾燥剤１５２が流れ込み、ここから、２５重量％の塩イオン濃度を有する中間の低濃度液体乾燥剤１５４の第１の流れが流れ出て、乾燥剤１５２は、第３のスタック１０６における電気分解の間に、その塩イオンを５重量％失う。第３の電気透析スタック１０６はまた、第３の陽イオン透過膜１７５によって部分的に画定された第６の電気透析フローチャネル１９５を含み、ここに、３０重量％の塩イオン濃度を有する中間の高濃度液体乾燥剤１６４の第２の流れが流れ込み、ここから、３５重量％の塩イオン濃度を有する高濃度液体乾燥剤１５０が流れ出て、乾燥剤１６４は、第３のスタック１０６における電気分解の間に、塩イオンを５重量％得る。陽イオン１７４は、高濃度液体乾燥剤１５０から、第３の陽イオン透過膜１７５を横切り、中間の高濃度液体乾燥剤１６４の第２の流れに流れ込む。陽イオン１７４の除去によって、高濃度液体乾燥剤１５０の陽イオン濃度は減少するか、または希釈されて、中間の低濃度液体乾燥剤１５４の第１の流れが生成する。陽イオン１７４の添加によって、中間の高濃度液体乾燥剤１６４の第２の流れの陽イオン濃度は増加するか、または高められ、高濃度液体乾燥剤１５０が再生する。

３つの電気透析スタック１０２、１０４および１０６の各々において、陽イオンは、３つの電気透析スタック１０２、１０４、１０６の各々に印加される電場に従って、陽イオン透過膜１７１、１７３、１７５を横切って移動する。手短に述べると、正に帯電した陽イオンは、カソードから離れるように移動する（図示せず）か、または電気化学セルの正に帯電した構成成分は、負に帯電した構成成分またはアノードの方向に移動する（図示せず）。図１に図示されている実施形態では、カソードは、３つの電気透析スタック１０２、１０４、１０６の各々の左側に位置しており、これによって、陽イオン１７０、１７２、１７４は、陽イオン透過膜１７１、１７３、１７５を横切って、カソードから離れるように移動する。アノードは、３つの電気透析スタック１０２、１０４、１０６の各々の右に位置しており、これによって、陽イオン１７０、１７２、１７４は、アノードの方向に移動する。陽イオン透過膜１７１、１７３、１７５は、陽イオンに対してしか透過性ではないので、塩溶液に存在する陰イオンは移動しない。正味の効果は、乾燥剤流れ１６２、１６４および１５０が、３つの電気透析スタック１０２、１０４、１０６を通って流れる際に、イオンによってますます濃縮された状態になることである。同様に、陽イオン１７４、１７２および１７０が、乾燥剤流れ１５４、１５６および１５８から除去されると、それらのイオン濃度は低下し、ますます希薄な状態になる。図示された実施形態は、一方の側に単一カソード（図１中の左）およびもう一方の側に単一アノード（図１中の右）を有する、単一電気化学セルとすることができる。代替的に、図示されている実施形態では、３つの電気透析スタック１０２、１０４、１０６の各々は、それ自体がカソードおよびアノードを有する、それ自体が電気化学セルとすることができる。このような代替的な実施形態では、カソードおよびアノードの配列は、上記の通り、図１と同じであり、左にカソードおよび右にアノードがあり、これにより、陽イオン１７０、１７２、１７４の図示されている移動が可能となる。

この実施形態では、低濃度液体乾燥剤１５８および高濃度液体乾燥剤１５０は、それぞれ、同じハロゲン化物塩溶液である。図１に示されている通り、乾燥剤流れ１５０および１５８のフローは重なるか、または連続準８字型パターンで図１に図示されている本開示システムを通過して移動し、低濃度乾燥剤流れ１５８は処理されて、高濃度乾燥剤流れ１５０になる、およびその反対となる。そのために、乾燥剤流れはどちらも、同じ溶液、多くの場合、ハロゲン化物塩溶液から作製されており、２つの間の差異は、特定の乾燥剤フロー流れ中のイオンの濃度であり、すなわち、両方の乾燥剤が、熱および物質交換器に入るときに、高濃度液体乾燥剤１５０は、３５重量％の塩イオン濃度を有しており、低濃度液体乾燥剤１５８は、１５重量％の塩イオン濃度を有する。ハロゲン化物塩は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化銅（ＩＩ）（ＣｕＣｌ_２）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、フッ化塩素（ＣｌＦ）、ブロモメタン（ＣＨ_３Ｂｒ）、ヨードホルム（ＣＨＩ_３）、塩化水素（ＨＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、臭化水素（ＨＢｒ）およびそれらの組合せから選択され得る。一部の実施形態では、ハロゲン化物塩溶液は、ＬｉＣｌおよびＣａＣｌ_２から選択される。一部の実施形態では、ハロゲン化物塩溶液は、ＬｉＣｌである。乾燥剤はまた、酢酸カリウムまたは酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウム（ＣＡＳ番号１４３３１４－１７－４）とすることができる。

この実施形態では、入口供給空気１８０から除去された水１７６は、高濃度乾燥剤流れ１５０に直接、移動して入る。対照的に、水１７８は、低濃度乾燥剤流れ１５８から排気または除去空気流１９９に除去されて、この水は、次に、本統合システムから除去される。図１に示される通り、乾燥剤流れ１５０および１５８のフローは重なるか、または準８字型パターンで作動し、低濃度乾燥剤流れ１５８は電気分解により処理されて、高濃度乾燥剤流れ１５０になる、およびその反対となる。高濃度乾燥剤流れ１５０を介して、この実施形態のシステムに水１７６を導入することによって、本開示システムは、その後の運転サイクルにおいて、より多くの入口供給空気１８０の冷却および除湿に使用するために、入口供給空気１８０からの水を再利用する。そのようにすることによって、本実施形態のシステムは、都市資源からそれほど多くの水を利用しないことが可能となり、環境影響を和らげる。

図１に図示されている実施形態は、３つの電気透析スタックを含む。当業者は、電気透析スタックの数は変わり得ること、および所望の陽イオン濃度を有する低濃度液体乾燥剤１５８および高濃度液体乾燥剤１５０を生成するために、十分な数の電気透析スタックを使用することができることを認識している。１つより多い熱および物質交換器も使用することができる。同様に、２つの液体乾燥剤流れしか示されていないが、当業者は、追加の溶液フローを用いて一対のチャネルを複数回、繰り返すこともできることを認識している。３つより少ないまたは３つより多い電気透析スタックを収容するためのシステムへの改変、一対のチャネルを繰り返す際の複数の溶液フロー、および１つより多い熱および物質交換器が、当業者に公知であろう。

第２の実施形態では、本開示は、図２に図示されている空間に供給される空気を除湿するためのシステム、および関連する使用方法を提供する。図２は、熱および物質交換器２００および単一の多層電気透析スタック２０２を備える、単一統合システムを図示する。熱および物質交換器２００は、入口供給空気２７０の流れが流れる第１のフローチャネル２９０、高濃度液体乾燥剤２１０の流れが流れる第１のフローチャネル２９０に隣接した第２のフローチャネル２９２、低濃度液体乾燥剤２２４の流れが流れる第２のフローチャネル２９２に隣接した第３のフローチャネル２９４、および排出空気２８２の流れが流れる第３のフローチャネル２９４に隣接した第４のフローチャネル２９６を含む。第１および第２のフローチャネル２９０および２９２は、第１および第２のフローチャネル２９０および２９２を分離する第１の蒸気透過膜２７４によって部分的に画定されており、湿気２７２（水蒸気）は、入口供給空気２７０の流れから高濃度液体乾燥剤２１０に流れ、高濃度液体乾燥剤２１０は、入口供給空気２７０からの水の添加により体積が増加する。同様に、第３および第４のフローチャネル２９４および２９６は、第３および第４のフローチャネル２９４および２９６を分離する第２の蒸気透過膜２７８によって部分的に画定されている。湿気２８０（水蒸気）は、低濃度液体乾燥剤２２４から排出空気２８２に流れる。水が低濃度液体乾燥剤２２４から排出空気２８２に除去されるにつれて、低濃度液体乾燥剤２２４の体積が減少する。第２および第３のフローチャネルは、第２および第３のフローチャネル２９２および２９４を分離する分離壁２７６によって部分的に画定されており、分離壁２７６は、水または水蒸気のフローに対して非透過性であるが、第２のフローチャネル２９２から第３のフローチャネル２９４に熱２７８を移動させることが可能な材料から作製されている。入口供給空気２７０は、第１のフローチャネル２９０を通過して流れる際に、熱２７８の移動によりその温度が低下する。

図２に示されている通り、低濃度液体乾燥剤２２４および高濃度液体乾燥剤２１０は、次に、熱および物質交換器２００から統合された多層電気透析スタック２０２に移動する。図２に図示されている電気透析スタック２０２は、７つのフローチャネルを含む。第１の電解質溶液２４２の流れを受け取る第１のフローチャネルは、アノードプレート２５０によって部分的に、および第１の陽イオン交換膜２５２によって部分的に画定されている。第１のフローチャネルに隣接する第２のフローチャネルは、第１の陽イオン交換膜２５２によって部分的に、および第１の陰イオン交換膜２５４によって部分的に画定されている。この第２のフローチャネルは、低濃度液体乾燥剤２２４の第１の部分２３０を受け取り、高濃度液体乾燥剤２１０の第１の部分２３６を産出する。第２のフローチャネルに隣接する第３のフローチャネルは、第１の陰イオン交換膜２５４によって部分的に、および第２の陽イオン交換膜２５６によって部分的に画定されている。この第３のフローチャネルは、高濃度液体乾燥剤２１０の第１の部分２１６を受け取り、低濃度液体乾燥剤２２４の第１の部分２２０を産出する。第３のフローチャネルに隣接する第４のフローチャネルは、第２の陽イオン交換膜２５６によって部分的に、および第２の陰イオン交換膜２５８によって部分的に画定されている。この第４のフローチャネルは、低濃度液体乾燥剤２２４の第２の部分２３２を受け取り、高濃度液体乾燥剤２１０の第２の部分２３８を産出する。第４のフローチャネルに隣接する第５のフローチャネルは、第２の陰イオン交換膜２５８によって部分的に、および第３の陽イオン交換膜２６０によって部分的に画定されている。この第５のフローチャネルは、高濃度液体乾燥剤２１０の第２の部分２１８を受け取り、低濃度液体乾燥剤２２４の第２の部分２２２を産出する。第５のフローチャネルに隣接する第６のフローチャネルは、第３の陽イオン交換膜２６０によって部分的に、および第３の陰イオン交換膜２６２によって部分的に画定されている。この第６のフローチャネルは、低濃度液体乾燥剤２２４の第３の部分２３４を受け取り、高濃度液体乾燥剤２１０の第３の部分２４０を産出する。第２の電解質溶液２４４の流れを受け取る第７のフローチャネルは、第３の陰イオン交換膜２６２によって部分的に、およびカソードプレート２６４によって部分的に画定されている。一部の実施形態は、上記の電気透析スタックに類似した、追加の電気透析スタックを含む。

図２に示される通り、高濃度液体乾燥剤２１０は、熱および物質交換器２００を出た後、電気透析スタック２０２に移動されて、ここで、２つの部分２１６および２１８に分かれ、これらの部分は、それぞれ、第３および第５のチャネルに入る。さらに、低濃度液体乾燥剤２２４は、熱および物質交換器２００を出た後、電気透析スタック２２０に移動されて、ここで、３つの部分２３０、２３２および２３４に分かれ、これらの部分は、それぞれ、第２、第４および第６のチャネルに入る。次に、電気透析は、図示したチャネルで行われ、陽イオンは、カソードプレート２６４から離れてアノードプレート２５０の方に移動し、陰イオンは、アノードプレート２５０から離れてカソードプレート２６４の方に移動する。液体乾燥剤がチャネルを通って移動するにつれて、イオンは、示された方向で、イオン透過膜２５２、２５４、２５６、２５８、２６０および２６２を横切って移動する。電気透析の結果は、第２、第４および第６のチャネルを通過して移動する液体乾燥剤中のイオンの濃度が増加することである。次に、フラクション２３６、２３８および２４０はプールされて、熱および物質交換器２００にリサイクルされる高濃度液体乾燥剤２２４となる。それに伴って、第３および第５のチャネルを通過して移動する液体乾燥剤中のイオンの濃度は減少する。次に、フラクション２２０および２２２はプールされて、熱および物質交換器２００にリサイクルされる低濃度液体乾燥剤２２４となる。

この実施形態では、低濃度液体乾燥剤２２４は、熱および物質交換器２００を出た後に、電気透析スタック２０２に移動されて、ここで、電気透析が施される。そのような電気透析の結果は、低濃度液体乾燥剤２２４が、次に、高濃度液体乾燥剤２１０に変換されて移動し、熱および物質交換器２００に戻ることである。同様に、高濃度液体乾燥剤２１０は、熱および物質交換器２００を出た後に、電気透析スタック２０２に移動されて、ここで、電気透析が施される。そのような電気透析の結果は、高濃度液体乾燥剤２１０が、次に、低濃度液体乾燥剤２２４に変換されて移動し、熱および物質交換器２００に戻ることである。熱および物質交換器２００と電気透析スタック２０２との統合により、２つの液体乾燥剤流れは、入口供給空気２７０が処理されている間に、交換されることが可能となる。これにより、体積およびイオン含有物は、より少ない電気を使用しながら、液体乾燥剤流れ間を行き来して移動するので、両方の乾燥剤流れの再使用を繰り返すことが可能となる。最終結果は、現在、上市されている間接的蒸発冷却および除湿システムよりもエネルギー効率が高い統合システムである。

さらに、この実施形態では、低濃度液体乾燥剤２２４および高濃度液体乾燥剤２１０は、それぞれ、同じハロゲン化物塩溶液である。図２に示されている通り、乾燥剤流れ２１０および２２４のフローは重なるか、または連続準８字型パターンで図２に図示されている本開示システムを通過して移動し、低濃度乾燥剤流れ２２４は処理されて、高濃度乾燥剤流れ２１０になる、およびその反対となる。そのために、乾燥剤流れはどちらも、同じ溶液、多くの場合、ハロゲン化物塩溶液から作製されており、２つの間の差異は、特定の乾燥剤フロー流れ中のイオンの濃度であり、すなわち、両方の乾燥剤が、熱および物質交換器に入るときに、高濃度液体乾燥剤２１０は、３５重量％の塩イオン濃度を有しており、低濃度液体乾燥剤２２４は、１５重量％の塩イオン濃度を有する。ハロゲン化物塩は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化銅（ＩＩ）（ＣｕＣｌ_２）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、フッ化塩素（ＣｌＦ）、ブロモメタン（ＣＨ_３Ｂｒ）、ヨードホルム（ＣＨＩ_３）、塩化水素（ＨＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、臭化水素（ＨＢｒ）およびそれらの組合せから選択され得る。一部の実施形態では、ハロゲン化物塩溶液は、ＬｉＣｌおよびＣａＣｌ_２から選択される。一部の実施形態では、ハロゲン化物塩溶液は、ＬｉＣｌである。乾燥剤はまた、酢酸カリウムまたは酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウム（ＣＡＳ番号１４３３１４－１７－４）とすることができる。

この実施形態では、入口供給空気２７０から除去された水２７２は、高濃度乾燥剤流れ２１０に直接、移動して入る。対照的に、水２８０は、低濃度乾燥剤流れ２２４から排気または除去空気流２８２に除去されて、この水は、次に、本統合システムから除去される。図２に示される通り、乾燥剤流れ２１０および２２４のフローは重なるか、または準８字型パターンで作動し、低濃度乾燥剤流れ２２４は電気分解により処理されて、高濃度乾燥剤流れ２１０になる、およびその反対となる。高濃度乾燥剤流れ２１０を介して、この実施形態のシステムに水２７２を導入することによって、本開示システムは、その後の運転サイクルにおいて、より多くの入口供給空気２７０の冷却および除湿に使用するために、入口供給空気２７０からの水を再利用する。そのようにすることによって、本実施形態のシステムは、都市資源からそれほど多くの水を利用しないことが可能となり、環境影響を和らげる。

第３の実施形態では、図２を参照すると、本開示は、
熱および物質交換器２００において、加湿された入口供給空気２７０を第１のフローチャネル２９０に通して、および高濃度流体乾燥剤２１０を第１の蒸気透過膜２７４の反対側に沿った第２のフローチャネル２９２に通して移動させるステップと、
熱および物質交換器２００において、低濃度流体乾燥剤２２４を第３のフローチャネル２９４に通して、および排出空気流２８２を第２の蒸気透過膜２７８の反対側に沿った第４のフローチャネル２９６に通して移動させるステップであって、蒸気非透過性分離壁２７６が、第２のフローチャネル２９２および第３のフローチャネル２９４を分離する、ステップと、
熱および物質交換器２００から入口供給空気２７０を産出するステップと、
高濃度流体乾燥剤２１０および低濃度流体乾燥剤２２４を、熱および物質交換器２００から電気透析スタック２０２に移動させるステップと、
それぞれ、第２のフローチャネル２９２および第３のフローチャネル２９４においてさらに使用するために、高濃度流体乾燥剤２１０および低濃度流体乾燥剤２２４を再利用するステップと
を含む、入口供給空気２７０を冷却および除湿する方法であって、
水蒸気２７２が、加湿された入口供給空気２７０から、第１の膜２７４を横切って、高濃度流体乾燥剤２１０に移動して、入口供給空気２７０を除湿し、
熱２７８が、高濃度流体乾燥剤２１０から分離壁２７６を横切って、低濃度流体乾燥剤２２４に移動して、入口供給空気２７０を冷却し、
水蒸気２８０が、低濃度流体乾燥剤２２４から、第２の水透過膜２７８を横切って、排出空気流２８２に移動し、
電気分解スタック２０２において、再利用前に、高濃度流体乾燥剤２１０は処理されて、低濃度流体乾燥剤２２４になり、低濃度流体乾燥剤２２４が処理されて、高濃度流体乾燥剤２１０になる、
方法を提供する。

この実施形態では、電気分解スタック２０２において、高濃度流体乾燥剤２１０の処理は、
高濃度流体乾燥剤２１０流れを、高濃度流体乾燥剤２１６および２１８という２つの流れに分割するステップと、
電気分解によって、陽イオンを高濃度流体乾燥剤２１６および２１８の２つの流れから、２つの陽イオン透過膜２５６および２６０を横切って離れるように移動させ、かつ陰イオンを高濃度流体乾燥剤２１６および２１８の２つの流れから、２つの陰イオン透過膜２５４および２５８を横切って離れるように移動させて、低濃度流体乾燥剤２２０および２２４という２つの流れを生成するステップと、
低濃度流体乾燥剤２２０および２２４という２つの流れを一緒にして、低濃度流体乾燥剤２２４流れを生成するステップと
を含む。

この実施形態では、電気分解スタック２０２において、低濃度流体乾燥剤２２４の処理は、
低濃度流体乾燥剤２２４流れを、低濃度流体乾燥剤２３０、２３２および２３４という３つの流れに分割するステップと、
電気分解によって、陽イオンを３つの陽イオン透過膜２５２、２５６および２６０を横切って、低濃度流体乾燥剤２３０、２３２および２３４の３つの流れに移動させて、かつ電気分解によって、陰イオンを３つの陰イオン透過膜２５４、２５８および２６２を横切って、低濃度流体乾燥剤２３０、２３２および２３４という３つの流れに移動させて、高濃度流体乾燥剤２３６、２３８および２４０という３つの流れを生成するステップと、
高濃度流体乾燥剤２３６、２３８および２４０という３つの流れを一緒にして、高濃度流体乾燥剤２１０流れを生成するステップと
を含む。

この実施形態では、電気透析スタック２０２において、再利用前に、高濃度流体乾燥剤２１６および２１８という２つの流れは、一連の交互にある陽イオン透過膜および陰イオン透過膜の反対側に沿って、低濃度流体乾燥剤２３０、２３２および２３４という３つの流れの間にインターカレートされている。一部の実施形態では、交互にある陽イオン透過膜および陰イオン透過膜の順序は、陽イオン透過膜２５２、陰イオン透過膜２５４、陽イオン透過膜２５６、陰イオン透過膜２５８、陽イオン透過膜２６０および陰イオン透過膜２６２となる。

図２に示されている通り、陽イオンおよび陰イオンは、上記の電気分解により、高濃度流体乾燥剤２１６および２１８の２つの流れからイオン透過膜を横切って、低濃度流体乾燥剤２３０、２３２および２３４という３つの流れに移動する。高濃度流体乾燥剤２１６および２１８の２つの流れ中のイオンの濃度は、低下した状態になり、低濃度流体乾燥剤２３０、２３２および２３４の３つの流れ中のイオンの濃度は増加する。電気透析の結果は、高濃度液体乾燥剤２１０が、第２のフローチャネル２９２を出た後に、電気分解により低濃度液体乾燥剤２２４に変換されて移動し、第３のフローチャネル２９４に戻ることである。熱および物質交換器２００と電気透析スタック２０２との統合により、２つの液体乾燥剤流れは、入口供給空気２７０が処理されている間に、交換されることが可能となる。これにより、体積およびイオン含有物は、より少ない電気を使用しながら、液体乾燥剤流れ間を行き来して移動するので、両方の乾燥剤流れの再使用を繰り返すことが可能となる。最終結果は、現在、上市されている間接的蒸発冷却および除湿システムよりもエネルギー効率が高い統合システムである。

第４の実施形態では、本開示は、図３で提供されている通り、空気を冷却して除湿するためのさらに別のシステムを提供する。この実施形態では、処理空気流３００は、蒸気透過膜３０４の第１の側に沿った熱および物質交換器を通って移動される。高濃度液体乾燥剤３２０もまた、蒸気透過膜３０４の第２の側に沿って、熱および物質交換器を通って移動される。処理空気流３００および高濃度液体乾燥剤３２０は、第１の蒸気透過膜３０４によって分離される。水蒸気３０２は、処理空気流３００から第１の蒸気透過膜３０４を横切って、高濃度液体乾燥剤３２０に流れる。これにより、高濃度液体乾燥剤３２０は、第１の処理空気流３００からの水蒸気３０２によって希釈され、ここで、次に、熱および物質交換器から電気分解スタックへと移動される。結果は、プロセスエア流れが除湿されるということである。

除去空気流３１４が受け入れられて、第２の水蒸気透過膜３１０の第１の側に沿って、熱および物質交換器を通って流れる。低濃度液体乾燥剤３３２もまた、第２の水蒸気透過膜３１０の第２の側に沿って、熱および物質交換器を通って流れる。クーラント（冷却体）空気流３１４および低濃度液体乾燥剤３３２は、第２の蒸気透過膜３１０によって分離される。水蒸気３１２は、第２の蒸気透過膜３１０を横切って、低濃度液体乾燥剤３３２から除去空気流３１４に流れ込む。したがって、低濃度液体乾燥剤３３２は、低濃度液体乾燥剤３３２から除去空気流への水蒸気３１２の蒸発によって一層濃縮された状態になり、ここで、次に、電気透析スタックへと移動される。

熱および物質交換器において、高濃度液体乾燥剤３２０および低濃度液体乾燥剤３３２は、水蒸気非透過性障壁３０６によって分離される。高濃度流体乾燥剤３２０からの熱３０８は、障壁３０６を横切って、低濃度流体乾燥剤３３２に移動する。結果は、入口空気３００の冷却となる。

電気分解スタックにおいて、熱および物質交換器からの高濃度液体乾燥剤３２０は、２つの高濃度流れ３２４および３２６に分割されて、電気透析スタック３４４および３５２の個別のチャネルに流される。電気透析中、電気透析スタックは、高濃度流れ３２４および３２６からイオンを除去し、低濃度のイオンを含有する流れ３２８および３３０を生成する。次に、低濃度流れ３２８および３３０は一緒にされて、低濃度液体乾燥剤３３２を生成し、これは、リサイクルされて、熱および物質交換器に戻される。

さらに、電気分解スタックでは、熱および物質交換器からの低濃度液体乾燥剤３３２は、チャネル３４４および３５２の間に位置する電気透析スタックの単一中央部チャネル３４８に流される。電気分解の間に、電気透析スタックは、中央部チャネル３４８にイオンを移動させて、高濃度液体乾燥剤３２０を生成し、これは、リサイクルされて、熱および物質交換器に戻される。

イオンは、イオン透過膜３４２、３４６、３５０および３５４を横切ることによって、チャネル３４４および３５２からチャネル３４８に移動する。電気分解では、イオンは、スタックに印加された電流に従い移動し、陽イオンは、カソードから離れてアノードの方に移動し、陰イオンは、アノードから離れてカソードの方に移動する。図示した実施形態では、構造体３４０は、電気透析スタックの所望の構成に応じて、カソードまたはアノードのどちらか一方とすることができる。同様に、構造体３５６は、カソードまたはアノードのどちらか一方とすることができる。当業者が認識している通り、構造体３４０がカソードである場合、構造体３５６はアノードである。同様に、構造体３４０がアノードである場合、構造体３５６はカソードである。追加の電気透析フローチャネルおよび膜は、アノードとカソードとの間に位置することができ、複数の電気透析スタックが、直列で配列され得る。例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０またはそれより多くの電気透析スタックを、直列に配列させることができる。

この実施形態では、低濃度液体乾燥剤３３２は、熱および物質交換器を出た後に、電気透析スタックに移動されて、ここで、電気透析が施される。そのような電気透析の結果は、低濃度液体乾燥剤３３２が、次に、高濃度液体乾燥剤３２０に変換されて移動し、熱および物質交換器に戻ることである。同様に、高濃度液体乾燥剤３２０は、熱および物質交換器を出た後に、電気透析スタックに移動されて、ここで、電気透析が施される。そのような電気透析の結果は、高濃度液体乾燥剤３２０が、次に、低濃度液体乾燥剤３３２に変換されて移動し、熱および物質交換器に戻ることである。熱および物質交換器と電気透析スタックとの統合により、２つの液体乾燥剤流れは、入口供給空気３００が処理されている間に、交換されることが可能となる。これにより、体積およびイオン含有物は、より少ない電気を使用しながら、液体乾燥剤流れ間を行き来して移動するので、両方の乾燥剤流れの再使用を繰り返すことが可能となる。最終結果は、現在、上市されている間接的蒸発冷却および除湿システムよりもエネルギー効率が高い統合システムである。

さらに、この実施形態では、低濃度液体乾燥剤３３２および高濃度液体乾燥剤３２０は、それぞれ、同じハロゲン化物塩溶液である。図３に示されている通り、乾燥剤流れ３２０および３３２のフローは重なるか、または連続準８字型パターンで図３に図示されている本開示システムを通過して移動し、低濃度乾燥剤流れ３３２は処理されて、高濃度乾燥剤流れ３２０になる、およびその反対となる。そのために、乾燥剤流れはどちらも、同じ溶液、多くの場合、ハロゲン化物塩溶液から作製されており、２つの間の差異は、特定の乾燥剤フロー流れ中のイオンの濃度であり、すなわち、両方の乾燥剤が、熱および物質交換器に入るときに、高濃度液体乾燥剤３２０は、３５重量％の塩イオン濃度を有しており、低濃度液体乾燥剤３３２は、１５重量％の塩イオン濃度を有する。ハロゲン化物塩は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化銅（ＩＩ）（ＣｕＣｌ_２）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、フッ化塩素（ＣｌＦ）、ブロモメタン（ＣＨ_３Ｂｒ）、ヨードホルム（ＣＨＩ_３）、塩化水素（ＨＣｌ）、臭化水素（ＨＢｒ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）およびそれらの組合せから選択され得る。一部の実施形態では、ハロゲン化物塩溶液は、ＬｉＣｌおよびＣａＣｌ_２から選択される。一部の実施形態では、ハロゲン化物塩溶液は、ＬｉＣｌである。乾燥剤はまた、酢酸カリウムまたは酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウム（ＣＡＳ番号１４３３１４－１７－４）とすることができる。

この実施形態では、入口供給空気３００から除去された水３０２は、高濃度乾燥剤流れ３２０に直接、移動して入る。対照的に、水３１２は、低濃度乾燥剤流れ３３２から排気または除去空気流３１４に除去されて、この水は、次に、本統合システムから除去される。図３に示される通り、乾燥剤流れ３２０および３３２のフローは重なるか、または準８字型パターンで作動し、低濃度乾燥剤流れ３３２は電気分解により処理されて、高濃度乾燥剤流れ３２０になる、およびその反対となる。高濃度乾燥剤流れ３２０を介して、この実施形態のシステムに水３０２を導入することによって、本開示システムは、その後の運転サイクルにおいて、より多くの入口供給空気３００の冷却および除湿に使用するために、入口供給空気３００からの水を再利用する。そのようにすることによって、本実施形態のシステムは、都市資源からそれほど多くの水を利用しないことが可能となり、環境影響を和らげる。

図４および図５は、本開示によって提供される除湿システムの第５の実施形態を図示しており、水吸収（熱および物質交換器において行われる）およびイオン分離（電気透析スタックにおいて行われる）のさらに他の例を例示している。この実施形態では、図４に図示されているプロセスは、図５に図示されているプロセスから離れて行われ得る。このようなプロセスは、閉鎖された統合システム内の個別の構造体間に分割されることがある。図４および図５の図示されている実施形態は、互いに連続するループでは行われないが、それらは、このような操作のために調節され得る。むしろ、図４および図５の図示されている実施形態は、２つの補足的であるが、個別のループで行われる。

図４に提示されているこの実施形態の部分では、水吸収のプロセスは、湿気４０２が水蒸気の形態で、処理空気４００から蒸気透過膜４０４を横切って、液体乾燥剤４２０に移動することを含み、液体乾燥剤４２０からの熱４０８は、水蒸気非透過性障壁４０６を横切って、クーラント側（例えば、図５に図示されているものなど）に移動する。

処理空気４００は、空気と膜４０４の一方の側を流れる乾燥剤流れ４２０とを分離する蒸気透過膜４０４のもう一方の側に沿って流れる。一部の実施形態では、乾燥剤流れ４２０は、高濃度の塩イオンを含有して、高濃度乾燥剤流れ４２０になる。湿気（水蒸気）４０２は、膜４０４を横切り、処理空気４００から高濃度乾燥剤流れ４２０まで流れる。高濃度液体乾燥剤４２０を含有するフローチャネルの反対側に、水蒸気に対して非透過性であるが、熱の形態のエネルギーの自由移動を可能にする、障壁４０６が存在している。図示した実施形態では、熱４０８は、高濃度乾燥剤流れ４２０から、障壁４０６を横切って、クーラント側に流れる。水４０２が、一旦、処理空気４００から高濃度液体乾燥剤４２０まで移動されると、乾燥剤４２０は、熱および物質交換器から電気透析スタックまで移動される。

この実施形態では、水４０２は、入口供給空気４００から除去されて移動し、高濃度乾燥剤流れ４２０に入る。したがって、本開示システムは、その後の運転サイクルにおいて、より多くの入口供給空気４００の冷却および除湿に使用するために、入口供給空気４００からの水を直接、再利用することが可能である。そのようにすることによって、本実施形態のシステムは、都市資源からそれほど多くの水を利用しないことが可能となり、環境影響を和らげる。

電気透析スタックでは、高濃度乾燥剤流れ４２０は、チャネル４４４および４５２に流れ込む、高濃度流れ４２４および４２６に分割される。低濃度の塩イオン４３４を含有する流体乾燥剤のフローは、別の位置（図示せず）から運ばれて移動され、チャネル４４４と４５２との間に位置する中央部チャネル４４８に入る。電気分解の間に、電気透析スタックは、中央部チャネル４４８にイオンを移動させて、高濃度液体乾燥剤４２０を生成し、これは、リサイクルされて、熱および物質交換器に戻る。

イオンは、曲線の矢印によって図示されている方向でイオン透過膜４４２、４４６、４５０および４５４を横切ることによって、チャネル４４４および４５２からチャネル４４８に移動する。電気分解では、イオンは、スタックに印加された電流に応じて移動し、陽イオンは、カソードから離れてアノードの方に移動し、陰イオンは、アノードから離れてカソードの方に移動する。図示した実施形態では、構造体４４０は、電気透析スタックの所望の構成に応じて、カソードまたはアノードのどちらか一方とすることができる。同様に、構造体４５６は、カソードまたはアノードのどちらか一方とすることができる。当業者が認識している通り、構造体４４０がカソードである場合、構造体４５６はアノードである。同様に、構造体４４０がアノードである場合、構造体４５６はカソードである。追加の電気透析フローチャネルおよび膜は、アノードとカソードとの間に位置することができ、複数の電気透析スタックが、直列で配列され得る。例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０またはそれより多くの電気透析スタックを、直列に配列させることができる。

この実施形態では、低濃度の塩イオン４３４を含有する流体乾燥剤は、電気透析の結果として、塩イオンが高度に濃縮された状態になり、後の処理リサイクルのため、熱および物質交換器に移動されて戻される高濃度液体乾燥剤４２０になる。

高濃度流れ４２４および４２６は、電気分解の間に塩イオンを失い、低濃度流れ４２８および４３０になり、これらは、低濃度流体乾燥剤４３２へと一緒にされて、これは、本統合システムの別の部分において、低濃度液体乾燥剤として使用するためのシステムの別の部分に移動される。

さらに、この実施形態では、低濃度の塩イオン４３４を含有する流体乾燥剤および高濃度液体乾燥剤４２０は、それぞれ、同じハロゲン化物塩溶液である。図４に図示されているシステムは、閉鎖システムの一部を表し、それにより、低濃度の塩イオン４３４を含有する流体乾燥剤は、処理されて、高濃度乾燥剤流れ４２０となる。一貫性のある操作性を確実にするため、塩溶液は、同じ溶液、多くの場合、ハロゲン化物塩溶液でなければならず、２つの間の差異は、特定の乾燥剤フロー流れ中のイオンの濃度であり、すなわち、両方の乾燥剤が、熱および物質交換器に入るときに、高濃度液体乾燥剤４２０は、３５重量％の塩イオン濃度を有しており、低濃度液体乾燥剤４３２は、１５重量％の塩イオン濃度を有する。ハロゲン化物塩は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化銅（ＩＩ）（ＣｕＣｌ_２）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、フッ化塩素（ＣｌＦ）、ブロモメタン（ＣＨ_３Ｂｒ）、ヨードホルム（ＣＨＩ_３）、塩化水素（ＨＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、臭化水素（ＨＢｒ）およびそれらの組合せから選択され得る。一部の実施形態では、ハロゲン化物塩溶液は、ＬｉＣｌおよびＣａＣｌ_２から選択される。一部の実施形態では、ハロゲン化物塩溶液は、ＬｉＣｌである。乾燥剤はまた、酢酸カリウムまたは酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウム（ＣＡＳ番号１４３３１４－１７－４）とすることができる。

図５に提示されているこの実施形態の一部では、水冷却のプロセスは、熱５００の、水蒸気非透過性障壁５０２を横切る、液体乾燥剤５２０への移動を含む。液体乾燥剤５２０からの水蒸気５０６は、蒸気透過膜５０４を横切り、除去またはクーラント空気５０８のフローへと移動する。熱５００は、図４に図示されているものなどの、水吸収プロセスに由来し得る。

一部の実施形態では、乾燥剤流れ５２０は、低濃度の塩イオンを含有して、低濃度乾燥剤流れ５２０になる。低濃度流体乾燥剤５２０は、乾燥剤流れ５２０と膜５０４の一方の側を流れる除去またはクーラント空気５０８とを分離する蒸気透過膜５０４のもう一方の側に沿って流れる。湿気（水蒸気）５０６は、膜５０４を横切り、低濃度流体乾燥剤５２０から除去またはクーラント空気５０８まで流れる。低濃度液体乾燥剤５２０を含有するフローチャネルの反対側に、水蒸気に対して非透過性であるが、熱の形態のエネルギーの自由移動を可能にする、障壁５０２が存在している。図示した実施形態では、熱５００は、水を吸収する側から障壁５０２を横切って、低濃度乾燥剤流れ５２０に流れ込む。水４０２が、一旦、低濃度液体乾燥剤５２０から移動されると、乾燥剤５２０は、熱および物質交換器から電気透析スタックまで移動される。

電気透析スタックでは、高濃度の塩イオン５２６を含有する流体乾燥剤の第１のフローは、別の位置（図示せず）から運ばれ、チャネル５４４および５５２に流れて入る高濃度流れ５２８および５３０に分割される。熱および物質交換器から来る低濃度流体乾燥剤５２０は、チャネル５４４と５５２との間に位置する中央部チャネル５４８に移動されて入る。電気分解の間に、電気透析スタックは、イオンを中央部チャネル５４８に移動させて、高濃度の塩イオン５２４を含有する流体乾燥剤の第２のフローを生成し、これは、閉鎖統合システムの別の部分に移動される。

電気分解の間に、高濃度流れ５２８および５３０は塩イオンを失い、低濃度流れ５３２および５３４になる。それらの流れは一緒になって、低濃度流体乾燥剤５２０を形成し、これは、次に、さらなる処理ラウンドのために、熱および物質交換器にリサイクルされる。

イオンは、曲線の矢印によって図示されている方向でイオン透過膜５４２、５４６、５５０および５５４を横切ることによって、チャネル５４４および５５２からチャネル５４８に移動する。電気分解では、イオンは、スタックに印加された電流に応じて移動し、陽イオンは、カソードから離れてアノードの方に移動し、陰イオンは、アノードから離れてカソードの方に移動する。図示した実施形態では、構造体５４０は、電気透析スタックの所望の構成に応じて、カソードまたはアノードのどちらか一方とすることができる。同様に、構造体５５６は、カソードまたはアノードのどちらか一方とすることができる。当業者が認識している通り、構造体５４０がカソードである場合、構造体５５６はアノードである。同様に、構造体５４０がアノードである場合、構造体５５６はカソードである。追加の電気透析フローチャネルおよび膜は、アノードとカソードとの間に位置することができ、複数の電気透析スタックが、直列で配列され得る。例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０またはそれより多くの電気透析スタックを、直列に配列させることができる。

さらに、この実施形態では、高濃度の塩イオン５２６を含有する流体乾燥剤、および低濃度液体乾燥剤５２０は、それぞれ、同じハロゲン化物塩溶液を含有する。一貫性のある操作性を確実にするため、塩溶液は、同じ溶液、多くの場合、ハロゲン化物塩溶液でなければならず、２つの間の差異は、特定の乾燥剤フロー流れ中のイオンの濃度であり、すなわち、両方の乾燥剤が、熱および物質交換器に入るときに、高濃度液体乾燥剤５２４は、３５重量％の塩イオン濃度を有しており、低濃度液体乾燥剤５２０は、１５重量％の塩イオン濃度を有する。ハロゲン化物塩は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化銅（ＩＩ）（ＣｕＣｌ_２）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、フッ化塩素（ＣｌＦ）、ブロモメタン（ＣＨ_３Ｂｒ）、ヨードホルム（ＣＨＩ_３）、塩化水素（ＨＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、臭化水素（ＨＢｒ）およびそれらの組合せから選択され得る。一部の実施形態では、ハロゲン化物塩溶液は、ＬｉＣｌおよびＣａＣｌ_２から選択される。一部の実施形態では、ハロゲン化物塩溶液は、ＬｉＣｌである。乾燥剤はまた、酢酸カリウムまたは酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウム（ＣＡＳ番号１４３３１４－１７－４）とすることができる。

［実験例］
［実験例１］
図６は、本開示によって提供される実施形態に一致する熱および物質交換器を図示する。図６は、「プレート」の左側に、水蒸気がどのように、膜を通過して拡散し、濃縮された塩溶液乾燥剤流れに吸収され得るかを示している。「プレート」の右側において、水は希釈された塩溶液乾燥剤流れから蒸発し、膜を通過して、個々のエア流れに入る。一層低い濃度を有する塩溶液（「プレート」の右側）は一層高い蒸気圧を有しており、したがって、水をクーラント空気流に蒸発させる一方、水蒸気は処理空気流から除去されて、高濃度塩溶液に吸収される。吸収および蒸発は、同時に行われ、高濃度溶液から低濃度溶液への熱移動のための強力な推進力を誘発する。本明細書において提示されている通り、図６に図示されているものなどの熱および物質交換器は、統合システムの一部として働くことができ、このシステムはやはり、乾燥剤を濃縮するためのイオン移動を使用して、電気化学的再生のための１つまたは複数の電気分解スタックを含み、物質および熱交換器は、４流体用吸収剤を提供し、希釈された乾燥剤流れからの水を受け入れない。４つの流体は、処理空気流、高濃度塩溶液流体乾燥剤、低濃度塩溶液流体乾燥剤、および除去またはクーラント空気流である。

［実験例２］
電気透析または他のイオン－分離技術が、有望な再生法であり、ここで、塩イオンおよび水分子は、エネルギー集約液体／蒸気相変化なしに分離される。このプロセスは、既に希釈された乾燥剤流れからイオンを移動させて、イオンを、イオン交換膜を横切らせて輸送し、強力な乾燥剤流れをさらに濃縮する。どちらの流れも、その後の使用のために保管され得る。電気透析は、本開示によって提供されるシステムおよび方法に有用な、高濃度乾燥剤向けではなく、脱塩および廃水処理に一般的である。既存の研究は、もっぱら、電気透析を液体－乾燥剤サイクルにどのように統合するかではなく、１つの濃度から別の濃度まで水分を運ぶためのエネルギーに着目している。

本願の出願前に行われていることが公知の電気化学的再生が、図７に示されており、ここで、正イオンおよび負イオンが、陽イオン膜および陰イオン膜を横切って移動し、濃縮および希釈された液体流れを生成する。しかし、先行技術となる電気化学的再生法からの希釈された流れの取り出しは、非常に低濃度の乾燥剤を必要とし、こうして、濃縮物が標準的な蒸気圧縮型エアコン向けであるのと同様に、乾燥剤は排水管に廃棄され得る（ほとんど純水）。しかし、電気透析および他の電気化学プロセスの性能は、大きな濃度勾配にわたり作業する場合、特に希釈された流れが非常に低濃度である場合、悪化する。これは、乾燥剤の再生に必要であり、３５％（重量基準）の液体乾燥剤を生じる。

対照的に、本明細書において開示されている手法は、純水よりもむしろ、低濃度乾燥剤流れ（約１５重量％）を生成する。水は、低濃度溶液を４流体型除湿器の冷却側に向かわせることによって除去され（図６に示されている）、ここで、この溶液は蒸発して、濃縮された乾燥剤流れを蒸発および冷却し、乾燥剤からの吸収熱を除去する。高（約３５％重量％）濃度流体乾燥剤と中（約１５％重量％）濃度流体乾燥剤との間に、これまで電気透析の探索は行われてこなかった。本開示は、これらの濃度を有する流体乾燥剤流れを利用するシステムを提供する。上で説明した通り、これは、多段階電気化学脱イオン化システムを使用して達成することができ、このシステムは、いくつかのイオン輸送段階にわたるこのような勾配を分布させることによって、膜の濃度勾配を低下させる。

吸収剤のモデルを作製し、このプロセスの場合に、濃度の差がどのように低下され得るかを示す。モデル化の結果が、図８に示されている。周囲湿度に応じて、濃度差は非常に小さく、効率を劇的に向上させることができる。希釈された流れは、高い周囲空気湿度にある場合でさえも、依然として、純水（これは、排水管に排出するために必要であろう）からほど遠く、かなり少ない段階で、一層効率的な電気化学プロセスが可能である。

乾燥剤流れの必要な濃度を予測するため、図２に示されている４つの流体、すなわち２つのエア流れおよび２つの乾燥剤流れのモデルを構築した。２つの空気チャネルは約３ｍｍの幅であり、乾燥剤チャネルは約０．５ｍｍの幅である。２０ミクロンの多孔質膜を乾燥剤と空気との間に使用する。このモデルは、以下の流れ方向での交差フロー幾何学と仮定する。
・高濃度乾燥剤－垂直方向下向き
・低濃度乾燥剤－垂直方向下向き
・処理空気流－水平方向
・クーラント空気流－垂直方向下向き

このモデルは、デバイス内の各節点における４つの流体間での熱および物質の移動を計算する有限差分モデルである。水平方向に１５個の節点が存在し、垂直方向に８個の節点が存在する。熱および質量移動係数は、膜を横切る水蒸気拡散の場合を含め、文献からの相関関係に基づいて、各流体の場合に計算する。膜は、両方の液体乾燥剤流れに含まれ得る、どちらにも含まれ得ない、またはいくつかの組合せに含まれ得る。

異なる流れ間の熱および物質移動のフローを、温度、湿度および濃度プロファイルと共に図９に示す。プロセス側の乾燥剤の蒸気圧を低くして、空気から乾燥剤への湿度駆動ポテンシャルを設定する。乾燥剤への水蒸気の吸収は、蒸発エンタルピーを放出し、乾燥剤を加熱する。次に、そのような乾燥剤中の熱は、プロセスエア流れに移動され、プレートを横切って、低濃度液体乾燥剤に入る。水蒸気は、この第２の乾燥剤流れから蒸発し、これにより熱が吸収される。これにより、クーラントエア流れ、やはりまたプレートを横切って高濃度乾燥剤が冷却される。乾燥剤薄膜内の濃度分極はまた、水分子が乾燥剤薄膜内部で拡散する物質移動係数の推定値を使用して計算される。

このモデルは、ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＥｑｕａｔｉｏｎＳｏｌｖｅｒプログラムで、反復ソルバーを使用して、出口温度および出口濃度または湿度を計算する。このモデルは以下の独立変数を有する。
・液体乾燥剤の流速（４Ｌ／分）
・乾燥剤の入口温度（３０℃）
・還気空気温度（２７℃）
・還気空気入口絶対湿度（１１．１ｇ／ｋｇ）
・プロセスおよびクーラント側のエアフロー速度（３４００ｍ^３／時）
・入口クーラント空気温度（３５℃）
・入口クーラント空気絶対湿度（１０ｇ／ｋｇ～２０ｇ／ｋｇの範囲）
・注：プロセス側入口温度および湿度は、３０％の換気空気（３０％の室外空気（これは、クーラント空気に一致する）および７０％の還気空気）であると見なして計算する。

出口絶対湿度は、モデル（８ｇ／ｋｇ）で指定し、次に、異なる入口絶対湿度の場合に実行する。このモデルは、必要な出口絶対湿度をもたらすための強い側および弱い側の必要な濃度を解明し、その結果、クーラントエア流れにおける水蒸発速度は、プロセス側の水蒸気吸収速度に一致する。これは、システムに入る水およびシステムから出ていく水に関する物質収支を確保する。

このモデル化結果が、図８に示されている。これは、濃度が、希釈された流れを排水管に廃棄するために必要な濃度よりもどの程度高いかを示すものである（質量分率＜０．０００２）。希釈された流れの質量分率が高いほど、電気透析再生器は、それほど多くのエネルギーを使用しない。

［実験例３］
図１は、３つの電気透析スタックが、どのように熱および物質交換器と統合して、その結果、乾燥剤が連続流中に流れるかを示している。図１の上部に示されている通り、高濃度液体乾燥剤１５０は、第２のフローチャネル１９６に入るときに、最も濃縮された状態にあり、ここで、溶液の質量あたりの塩の質量濃度は、約３５重量％の塩濃度となる。そのプロセスは、以下の通り続く。
プレート１８２のプロセス側／左側において、高濃度流体乾燥剤１５０は、処理空気１８０から水を吸収し、第２のフローチャネル１９６を出ると、濃度は３５重量％塩濃度から３０重量％の塩濃度に低下する。
電気透析スタック１０６において、高濃度流体乾燥剤１５０は、第５の電気透析フローチャネル１９４を通過して移動すると、イオン１７４を放して膜１７５を横切り、塩濃度は、３０重量％の塩（高濃度流体乾燥剤１５０がチャネル１９４に入るとき）から、チャネル１９４を出るときには２５重量％の塩までさらに低下し、中間の低濃度液体乾燥剤１５４の第１の流れとして出る、および
対照的に、第６の電気透析フローチャネル１９５において移動する第２の中間の高濃度液体乾燥剤流れ１６４は、これがチャネル１９５に入るときに塩濃度が３０％から、ここでリサイクルされる高濃度液体流体乾燥剤流れ１５０として、フローチャネル１９５を出るときに３５％まで増加する。
電気透析スタック１０４において、中間／低濃度流体乾燥剤１５４は、第３の電気透析フローチャンバ１９２を通過して移動すると、イオン１７２を放して膜１７３を横切り、塩濃度が２５重量％の塩（中間／低濃度流体乾燥剤１５４がチャネル１９２に入るとき）から、チャネル１９２を出るときには２０重量％の塩までさらに低下し、中間の低濃度液体乾燥剤１５６の第２の流れとして出る、および
対照的に、第４の電気透析フローチャネル１９３において移動する第１の中間の高濃度液体乾燥剤流れ１６２は、これがチャネル１９３に入るときの塩濃度が２５％から、第２の中間の高濃度液体乾燥剤１６４として、フローチャネル１９３を出るときに３０％まで増加する。
電気透析スタック１０２において、中間の低濃度液体乾燥剤１５６の第２の流れは、フローチャンバ１９０を通過して移動すると、イオン１７０を放して膜１７１を横切り、塩濃度は２０重量％の塩（第２の流れがチャネル１９０に入るとき）から、チャネル１９０を出るときには１５重量％の塩までさらに低下し、ここでリサイクルされた低濃度流体乾燥剤流れ１５８として出る、および
対照的に、熱および物質交換器１００の第３のフローチャネル１１０４を出て、ここでは、第２の電気透析フローチャネル１９１を通過して移動する低濃度流体乾燥剤流れ１５８は、これがフローチャネル１９１を出るときの塩濃度が２０％から、第１の中間の高濃度液体乾燥剤流れ１６２としてフローチャネル１９１を出るときには、２５％まで増加する。
リサイクルした低濃度流体乾燥剤１５８は、熱および物質交換器１００まで移動して戻り、ここで、第３のフローチャネル１１０４に入る。水は、乾燥剤１５８から蒸発して、クーラントまたは排出エア流れ１９９に入り、これは、次に、外側に排出され、流体乾燥剤１５８の塩濃度を１５重量％から２０重量％まで濃縮する。このステップはまた、熱および物質交換器のフローチャネル１９６において、高濃度乾燥剤１５０によって吸収された、本システムから水を除去する。

低濃度流体乾燥剤１５８は、物質および熱交換器１００から電気透析スタック１０２に入り、３つの電気透析スタック１０２、１０４および１０６通過して進むにつれて、高濃度液体乾燥剤１５０になるまで、徐々に濃縮される。

そのプロセスは、さらなる電気透析スタックを追加することによって、低濃度乾燥剤１５８の濃度を１５％未満まで低下させるように修正され得る。

乾燥剤保管用タンクもまた、流れ１５０（最高濃度）および流れ１５８（最低濃度）に追加され得る。これによって、本システムは冷却需要とは別の時間に電気を使用し、後に使用するために２つの乾燥剤濃縮物を保管することが可能となる。それはまた、乾燥剤の平均水分含量の変更が可能となり、こうして、本システムの体積を濃度変化に応じて、増加および減少することができる。

図１における構成は、各電気透析スタックを横切る濃度変化を低下させる。図示した実施形態では、２つの流れに関して５％の濃度変化が示されており、どちらの流れも同じ濃度で入る。次に、各電気透析スタックを横切る最大デルタ濃度は、わずか５％である一方、濃度の全変化は、２０％（３５％から１５％）となる。この変化はまた、同じ全濃度変化を有する電気透析スタックの数を増やすことによって低下することができる（例えば、２０％を超える６つのＥＤスタックは、ＥＤスタックあたり、わずか２．５％のデルタ濃度を有するであろう）。

エネルギーの追加なしに水を乾燥剤流れ１５８から除去する熱および物質交換器に、チャネル１１０４における低濃度液体乾燥剤流れ１５８を統合しない場合、液体乾燥剤を使用する電気透析をベースとするシステムは、乾燥剤を排水管に廃棄する必要があるであろう。これには非常に低い濃度が必要となり、こうして、塩イオンは、廃棄物－水流れを汚染せず、イオンをこのシステムから除去することによって減らない。飲料水の閾値は、約０．２千分率であり、これはやはり、１年あたりの廃水流れに捨てられる塩が約１～２ｋｇ、または１年あたりに失われる本システムの全塩イオンの約６％に相当する。したがって、開示された実施形態は、最新技術をかなり進歩させる。

［実験例４］
開示された統合システムのエネルギー影響を理解するため、水をエア流れから吸収させた後に、乾燥剤を３０％質量分率から３５％質量分率まで再生するために必要なエネルギーを推定することが有用である。これは、以下に記載されている計算を使用して行い、結果を図１０に示す。

１Ｌ／分の乾燥剤フローの場合の全出力をｋＷで図１０に示す。本開示システムの操作は、最小濃度に応じて、０．５～１．５ｋＷの間を使用する一方、乾燥剤濃度を、先行技術システムによって必要とされている０．２千分率まで低下させるには４ｋＷが必要である。したがって、本開示システムは、一式の電気透析スタック単独として１２～３８％のエネルギーしか使用しない。

節電に加え、本開示システムは、以下によって、乾燥剤の濃縮のための電気透析プロセスの性能を改善する。
都市廃水流れにＬｉＣｌ（または、他の乾燥剤）イオンを廃棄することがなくなることと、
置き換える必要のある、システムからのこの乾燥剤の損失がなくなることと、
必要な電気透析スタックの数が減ることによって、電気透析スタックの資本コストが削減されることと、
本質的に本プロセスにおいて、蒸発により、除湿されたエア流れへの冷却をもたらし、これにより、本開示システムから所望の出口温度を維持するために必要な冷却が最小限になること。

エネルギー消費量の計算：
上に示されているマニホールドの電気透析構成要素の総エネルギー消費量は、各ユニットに必要な出力を求め、次にこれらの値を合計することによって計算される。各電気透析スタックでは、

の電流が印加されなければならず、式中、Ｑは、体積流量であり、Ｆは、ファラデーの定数であり、Ｎは、スタックにおけるＣＥＭ／ＡＥＭ対の数であり、Ａは、断面積であり、

は、入口および（望ましい）出口の塩濃度である。

電圧低下の大部分が抵抗損により生じると仮定すると（すなわち、すべての接合部電位を無視する）、必要な電圧入力は、

であることが分かり得る。

各層の導電率は、塩流れの濃度の関数として変化し、濃度が低いほど、導電率が低くなる。これらの結果は、イオン－イオン相互作用を無視する希釈溶液理論を使用しており、これは、抵抗損を計算する際に考慮され得る。濃縮された溶液の理論は、イオン－イオン「摩擦」が低下するので、塩濃度の低下というわずかな利益を予測するものである。しかし、この効果は、濃度効果と比べると、小さいはずである。

イオン導電率は、局所塩濃度および化学種の拡散係数の関数となる。

本発明者らが、リンス液中では、局所電気的中性であると仮定した場合、全イオン導電率は、

であり、式中、ｃは、バルクリンス液濃度を指し、すなわち、それは、Ｃ_ｉｎまたはＣ_ｏｕｔを指すことができる。

電圧式に導電率を代入することにより、本発明者らは、各電気透析スタック（以下の表１中のＡ、ＢおよびＣ）によって必要とされる様々な電位の低下を計算することが可能となる。各スタックに対してＮ＝２０、１ｍｍの分離距離と仮定し、一定流速Ｑ＝１Ｌ／分および面積Ａ＝２５ｃｍ^２を使用すると、各ユニットによって必要とされる電位は、

である。

こうして、必要な全出力は、表１のデータに示されている例の場合、０．４６１ｋＷとなろう（ω_ｍａｘ＝０．３５、ω_ｍｉｎ＝０．１５）。より希薄な流れを含むユニットは、導電率が一層低いために、より高い電圧の印加を必要とする。様々な数のモジュールを使用して、様々な最小濃度に対する出力を計算することができ、これは、図９における曲線を与える。

［明記された実施例］
以下に明記した実施例は、本開示によって提供されるシステムおよび方法の実施形態を指す。
[実施例１]
熱および物質交換器と、
少なくとも１つの電気透析スタックと、
高塩イオン濃度液体乾燥剤と、
低塩イオン濃度液体乾燥剤と
を備える、除湿システムであって、
高塩イオン濃度液体乾燥剤および低塩イオン濃度液体乾燥剤が、熱および物質交換器と少なくとも１つの電気透析スタックとを連結する単一の連続流中に存在し、
高塩イオン濃度液体乾燥剤が、熱および物質交換器中の処理空気流から水を吸収し、少なくとも１つの電気透析スタック中の低塩イオン濃度液体乾燥剤に塩イオンを追い出し、
低塩イオン濃度液体乾燥剤が、熱および物質交換器中の除去空気流に水を放出し、少なくとも１つの電気透析スタック中の高塩イオン濃度液体乾燥剤からイオンを受け入れる、
除湿システム。

[実施例２]
高塩イオン濃度液体乾燥剤および低塩イオン濃度液体乾燥剤が、同じ塩溶液を含む、実施例１の除湿システム。

[実施例３]
高塩イオン濃度液体乾燥剤および低塩イオン濃度液体乾燥剤が、塩化ナトリウム、塩化カリウム、ヨウ化カリウム、塩化リチウム、塩化銅（ＩＩ）、塩化銀、塩化カルシウム、フッ化塩素、ブロモメタン、ヨードホルム、塩化水素、臭化リチウム、臭化水素、酢酸カリウム、酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウムおよびそれらの組合せから選択される塩溶液を含む、実施例１または実施例２の除湿システム。

[実施例４]
塩溶液が、塩化リチウムおよび塩化カルシウムから選択される、実施例２または実施例３の除湿システム。

[実施例５]
塩溶液が塩化リチウムである、実施例２から４のいずれか１つの除湿システム。

[実施例６]
熱および物質交換器に入るときに、高塩イオン濃度液体乾燥剤と低塩イオン濃度液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差が、２０重量％（ｗｔ％）である、実施例１から５のいずれか１つの除湿システム。

[実施例７]
少なくとも１つの電気分解スタックに入るときに、高塩イオン濃度液体乾燥剤と低塩イオン濃度液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差が、１０重量％である、実施例１から６のいずれか１つの除湿システム。

[実施例８]
熱および物質交換器に入るときに、高塩イオン濃度液体乾燥剤が、３５重量％の塩イオン濃度を有する、実施例１から７のいずれか１つの除湿システム。

[実施例９]
熱および物質交換器に入るときに、低塩イオン濃度液体乾燥剤が、１５重量％の塩イオン濃度を有する、実施例１から８のいずれか１つの除湿システム。

[実施例１０]
少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、高塩イオン濃度液体乾燥剤が、低塩イオン濃度液体乾燥剤に変換され、低塩イオン濃度液体乾燥剤が、高塩イオン濃度液体乾燥剤に変換される、実施例１から９のいずれか１つの除湿システム。

[実施例１１]
カソードとアノードとの間に直列に配列した、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０の電気透析スタックを備える、実施例１から１０のいずれか１つの除湿システム。

[実施例１２]
熱および物質交換器において、処理空気流から高塩イオン濃度液体乾燥剤に水を吸収させて、処理空気流を除湿するステップと、
熱および物質交換器において、低塩イオン濃度液体乾燥剤から除去空気流に水を放出させるステップと、
高塩イオン濃度液体乾燥剤および低塩イオン濃度液体乾燥剤を少なくとも１つの電気透析スタックに移動させるステップと、
少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、高塩イオン濃度液体乾燥剤から低塩イオン濃度液体乾燥剤に塩イオンを追い出し、高塩イオン濃度液体乾燥剤を低塩イオン濃度液体乾燥剤に変換するステップと、
少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、高塩イオン濃度液体乾燥剤から低塩イオン濃度液体乾燥剤にイオンを受け入れて、低塩イオン濃度液体乾燥剤を高塩イオン濃度液体乾燥剤に変換するステップと
を含む、空気を除湿する方法であって、
高塩イオン濃度液体乾燥剤および低塩イオン濃度液体乾燥剤が、熱および物質交換器と少なくとも１つの電気透析スタックとを連結する単一の連続流中を流れ、
変換された高塩イオン濃度液体乾燥剤および変換された低塩イオン濃度液体乾燥剤が、物質および熱交換器に移動される、
方法。

[実施例１３]
熱および物質交換器において、高塩イオン濃度液体乾燥剤から低塩イオン濃度液体乾燥剤に熱を除去して、除湿された処理空気流を冷却するステップをさらに含む、実施例１２の方法。

[実施例１４]
高塩イオン濃度液体乾燥剤および低塩イオン濃度液体乾燥剤が、塩化ナトリウム、塩化カリウム、ヨウ化カリウム、塩化リチウム、塩化銅（ＩＩ）、塩化銀、塩化カルシウム、フッ化塩素、ブロモメタン、ヨードホルム、塩化水素、臭化リチウム、臭化水素、酢酸カリウム、酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウムおよびそれらの組合せから選択される同じ塩溶液を含む、実施例１２または実施例１３の方法。

[実施例１５]
塩溶液が、塩化リチウムおよび塩化カルシウムから選択される、実施例１４の方法。

[実施例１６]
塩溶液が塩化リチウムである、実施例１４または実施例１５の方法。

[実施例１７]
処理空気流から高塩イオン濃度液体乾燥剤に水を吸収させる、および低塩イオン濃度液体乾燥剤から水を放出させる際に、高塩イオン濃度液体乾燥剤と低塩イオン濃度液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差が、２０重量％（ｗｔ％）である、実施例１２から１６のいずれか１つの方法。

[実施例１８]
少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、高塩イオン濃度液体乾燥剤から低塩イオン濃度液体乾燥剤への塩イオンの追い出しを開始する際、および
少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、高塩イオン濃度液体乾燥剤から低塩イオン濃度液体乾燥剤へのイオンの受け入れを開始する際に、
高塩イオン濃度液体乾燥剤と低塩イオン濃度液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差が、１０重量％である、
実施例１２から１６のいずれか１つの方法。

[実施例１９]
処理空気流から水を吸収させる際に、高塩イオン濃度液体乾燥剤が、３５重量％の塩イオン濃度を有する、実施例１２から１８のいずれか１つの方法。

[実施例２０]
除去空気流に水を放出させる際に、低塩イオン濃度液体乾燥剤が、１５重量％の塩イオン濃度を有する、実施例１２から１９のいずれか１つの方法。

１００熱および物質交換器、物質および熱交換器
１０２電気分解スタック、電気透析スタック
１０４電気分解スタック、電気透析スタック
１０６電気分解スタック、電気透析スタック
１５０高濃度液体乾燥剤、乾燥剤流れ、高濃度乾燥剤流れ、高濃度流体乾燥剤、高濃度液体流体乾燥剤流れ、
１５２高濃度液体乾燥剤
１５４中間の低濃度液体乾燥剤、乾燥剤流れ、中間／低濃度流体乾燥剤
１５６中間の低濃度液体乾燥剤、乾燥剤流れ
１５８低濃度液体乾燥剤、乾燥剤流れ、低濃度乾燥剤流れ、低濃度流体乾燥剤流れ、低濃度液体乾燥剤流れ
１６２中間の高濃度液体乾燥剤、乾燥剤流れ、中間の高濃度液体乾燥剤流れ
１６４中間の高濃度液体乾燥剤、乾燥剤流れ、中間の高濃度液体乾燥剤流れ
１７０陽イオン
１７１陽イオン透過膜
１７２陽イオン
１７３陽イオン透過膜
１７４陽イオン
１７５陽イオン透過膜
１７６湿気（水蒸気）、水
１７８湿気、水
１８０入口供給空気、処理空気
１８２分離壁、プレート
１８４熱
１８６蒸気透過膜
１９０電気透析フローチャネル、フローチャンバ、チャネル
１９１電気透析フローチャネル
１９２電気透析フローチャネル、電気透析フローチャンバ
１９３電気透析フローチャネル
１９４電気透析フローチャネル
１９５電気透析フローチャネル
１９６フローチャネル
１９８蒸気透過膜
１９９排出空気、除去空気流、排出エア流れ
２００熱および物質交換器
２０２電気分解スタック、電気透析スタック
２１０高濃度液体乾燥剤、乾燥剤流れ、高濃度乾燥剤流れ、高濃度流体乾燥剤
２１６部分、高濃度流体乾燥剤
２１８部分、高濃度流体乾燥剤
２２０部分、電気透析スタック、フラクション、低濃度流体乾燥剤
２２２部分、フラクション
２２４低濃度液体乾燥剤、乾燥剤流れ、低濃度乾燥剤流れ、低濃度流体乾燥剤
２３０部分、低濃度流体乾燥剤
２３２部分、低濃度流体乾燥剤
２３４部分、低濃度流体乾燥剤
２３６部分、フラクション、高濃度流体乾燥剤
２３８部分、フラクション、高濃度流体乾燥剤
２４０部分、フラクション、高濃度流体乾燥剤
２４２電解質溶液
２４４電解質溶液
２５０アノードプレート
２５２陽イオン交換膜、イオン透過膜、陽イオン透過膜
２５４陰イオン交換膜、イオン透過膜、陰イオン透過膜
２５６陽イオン交換膜、イオン透過膜、陽イオン透過膜
２５８陰イオン交換膜、イオン透過膜、陰イオン透過膜
２６０陽イオン交換膜、イオン透過膜、陽イオン透過膜
２６２陰イオン交換膜、イオン透過膜、陰イオン透過膜
２６４カソードプレート
２７０入口供給空気
２７２湿気（水蒸気）、水
２７４蒸気透過膜
２７６分離壁
２７８蒸気透過膜、熱
２８０湿気（水蒸気）、水
２８２排出空気、除去空気流、排出空気流
２９０フローチャネル
２９２フローチャネル
２９４フローチャネル
２９６フローチャネル
３００処理空気流、入口空気、入口供給空気
３０２水蒸気、水
３０４蒸気透過膜
３０６水蒸気非透過性障壁
３０８熱
３１０水蒸気透過膜、蒸気透過膜
３１２水蒸気、水
３１４除去空気流、クーラント空気流
３２０高濃度液体乾燥剤、乾燥剤流れ
３２４高濃度流れ
３２６高濃度流れ
３２８流れ、低濃度流れ
３３０流れ、低濃度流れ
３３２低濃度液体乾燥剤、乾燥剤流れ
３４０構造体
３４２イオン透過膜
３４４電気透析スタック、チャネル
３４６イオン透過膜
３４８中央部チャネル
３５２電気透析スタック、チャネル
３５４イオン透過膜
３５６構造体
４００処理空気、入口供給空気
４０２湿気、湿気（水蒸気）、水
４０４蒸気透過膜
４０６水蒸気非透過性障壁
４０８熱
４２０液体乾燥剤、乾燥剤流れ、高濃度乾燥剤流れ、高濃度液体乾燥剤
４２４高濃度流れ
４２６高濃度流れ
４２８低濃度流れ
４３０低濃度流れ
４３２低濃度流体乾燥剤
４３４塩イオン
４４０構造体
４４２イオン透過膜
４４４チャネル
４４６イオン透過膜
４４８中央部チャネル
４５０イオン透過膜
４５２チャネル
４５４イオン透過膜
４５６構造体
５００熱
５０２水蒸気非透過性障壁
５０４蒸気透過膜
５０６水蒸気、湿気（水蒸気）
５０８除去またはクーラント空気
５２０液体乾燥剤、乾燥剤流れ、低濃度乾燥剤流れ、低濃度流体乾燥剤、低濃度液体乾燥剤
５２４塩イオン、高濃度液体乾燥剤
５２６塩イオン
５２８高濃度流れ
５３０高濃度流れ
５３２低濃度流れ
５３４低濃度流れ
５４０構造体
５４２イオン透過膜
５４４チャネル
５４６イオン透過膜
５４８中央部チャネル
５５０イオン透過膜
５５２チャネル
５５４イオン透過膜
５５６構造体
１１００フローチャネル
１１０２フローチャネル
１１０４フローチャネル

Claims

空気を除湿する方法であって、
（ａ）処理空気流から、塩溶液を含む第１の液体乾燥剤に水を吸収させることにより、前記処理空気流を除湿するステップと、
（ｂ）塩溶液を含む第２の液体乾燥剤から除去空気流に水を放出するステップであって、前記第２の液体乾燥剤の塩イオン濃度は前記第１の液体乾燥剤の塩イオン濃度よりも低い、ステップと、
（ｃ）ステップ（ａ）に続いて、前記第２の液体乾燥剤を用いて前記第１の液体乾燥剤を希釈することにより、前記第１の液体乾燥剤を前記第２の液体乾燥剤に変換するステップと、
（ｄ）ステップ（ｂ）に続いて、前記第１の液体乾燥剤を用いて前記第２の液体乾燥剤を濃縮することにより、前記第２の液体乾燥剤を前記第１の液体乾燥剤に変換するステップと、
ステップ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）を繰り返すステップと
を含み、
ステップ（ｄ）において変換された前記第１の液体乾燥剤は、ステップ（ｂ）に用いられ、ステップ（ｃ）において変換された前記第２の液体乾燥剤は、ステップ（ａ）に用いられる、方法。
前記方法は、前記第１の液体乾燥剤から前記第２の液体乾燥剤に熱を移動して、除湿された前記処理空気流を冷却するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記第１の液体乾燥剤の前記塩溶液及び前記第２の液体乾燥剤の前記塩溶液が、塩化ナトリウム、塩化カリウム、ヨウ化カリウム、塩化リチウム、塩化銅（ＩＩ）、塩化銀、塩化カルシウム、フッ化塩素、ブロモメタン、ヨードホルム、塩化水素、臭化リチウム、臭化水素、酢酸カリウム、酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウム、およびそれらの組合せから選択される塩を含む、請求項１に記載の方法。
前記塩が、塩化リチウムおよび塩化カルシウムから選択される、請求項３に記載の方法。
前記塩が塩化リチウムである、請求項３に記載の方法。
前記処理空気流から前記第１の液体乾燥剤に水を吸収させ、かつ前記第２の液体乾燥剤から水を放出させる際に、前記第１の液体乾燥剤と前記第２の液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差が、２０重量％より小さい、請求項１に記載の方法。
前記第１の液体乾燥剤から前記第２の液体乾燥剤への塩イオンの追い出しを開始する際、および前記第１の液体乾燥剤から前記第２の液体乾燥剤へのイオンの受け入れを開始する際に、前記第１の液体乾燥剤と前記第２の液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差が、１０重量％である、請求項１に記載の方法。
前記処理空気流から水を吸収させる際に、前記第１の液体乾燥剤が、２０重量％～４５重量％の塩イオン濃度を有する、請求項１に記載の方法。
前記除去空気流に水を放出させる際に、前記第２の液体乾燥剤が、３重量％～３０重量％の塩イオン濃度を有する、請求項１に記載の方法。
除湿システムであって、
熱および物質交換器と、
少なくとも１つの電気透析スタックと、
高塩イオン濃度液体乾燥剤と、
低塩イオン濃度液体乾燥剤と
を備え、
前記低塩イオン濃度液体乾燥剤の塩イオン濃度は、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤の塩イオン濃度よりも低く、
前記高塩イオン濃度液体乾燥剤および前記低塩イオン濃度液体乾燥剤が、単一の連続流中に存在し、前記単一の連続流が、前記熱および物質交換器と前記少なくとも１つの電気透析スタックとを連結し、
前記高塩イオン濃度液体乾燥剤が、前記熱および物質交換器中の処理空気流から水を吸収し、前記少なくとも１つの電気透析スタック中の前記低塩イオン濃度液体乾燥剤に塩イオンを追い出し、
前記低塩イオン濃度液体乾燥剤が、前記熱および物質交換器中の除去空気流に水を放出し、前記少なくとも１つの電気透析スタック中の前記高塩イオン濃度液体乾燥剤からイオンを受け入れる、除湿システム。
前記高塩イオン濃度液体乾燥剤の塩溶液および前記低塩イオン濃度液体乾燥剤の塩溶液が、塩化ナトリウム、塩化カリウム、ヨウ化カリウム、塩化リチウム、塩化銅（ＩＩ）、塩化銀、塩化カルシウム、フッ化塩素、ブロモメタン、ヨードホルム、塩化水素、臭化リチウム、臭化水素、酢酸カリウム、酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウム、およびそれらの組合せから選択される塩を含む、請求項１０に記載の除湿システム。
前記塩が、塩化リチウムおよび塩化カルシウムから選択される、請求項１１に記載の除湿システム。
前記塩が塩化リチウムである、請求項１１または１２に記載の除湿システム。
前記高塩イオン濃度液体乾燥剤および前記低塩イオン濃度液体乾燥剤が前記熱および物質交換器に入るときに、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤と前記低塩イオン濃度液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差が、２０重量％である、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の除湿システム。
前記高塩イオン濃度液体乾燥剤および前記低塩イオン濃度液体乾燥剤が前記少なくとも１つの電気透析スタックに入るときに、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤と前記低塩イオン濃度液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差が、１０重量％である、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の除湿システム。
前記高塩イオン濃度液体乾燥剤が前記熱および物質交換器に入るときに、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤が、３５重量％の塩イオン濃度を有する、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の除湿システム。
前記低塩イオン濃度液体乾燥剤が前記熱および物質交換器に入るときに、前記低塩イオン濃度液体乾燥剤が、１５重量％の塩イオン濃度を有する、請求項１０から１６のいずれか一項に記載の除湿システム。
前記少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤が、前記低塩イオン濃度液体乾燥剤に変換され、前記低塩イオン濃度液体乾燥剤が、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤に変換される、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の除湿システム。
カソードとアノードとの間に直列に配列した、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０の電気透析スタックを備える、請求項１０から１８のいずれか一項に記載の除湿システム。
空気を除湿する方法であって、
熱および物質交換器において、処理空気流から、塩溶液を含む高塩イオン濃度液体乾燥剤に水を吸収させることにより、前記処理空気流を除湿するステップと、
前記熱および物質交換器において、塩溶液を含む低塩イオン濃度液体乾燥剤から除去空気流に水を放出させるステップであって、前記低塩イオン濃度液体乾燥剤の塩イオン濃度は、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤の塩イオン濃度よりも低い、ステップと、
前記高塩イオン濃度液体乾燥剤および前記低塩イオン濃度液体乾燥剤を少なくとも１つの電気透析スタックに移動させるステップと、
前記少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤から前記低塩イオン濃度液体乾燥剤に塩イオンを追い出すことにより、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤を前記低塩イオン濃度液体乾燥剤に変換するステップと、
前記少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤から前記低塩イオン濃度液体乾燥剤にイオンを受け入れることにより、前記低塩イオン濃度液体乾燥剤を前記高塩イオン濃度液体乾燥剤に変換するステップとを含み、
前記高塩イオン濃度液体乾燥剤および前記低塩イオン濃度液体乾燥剤が、単一の連続流中を流れ、前記単一の連続流が、前記熱および物質交換器と前記少なくとも１つの電気透析スタックとを連結し、
前記受け入れることにより変換された前記高塩イオン濃度液体乾燥剤、および、前記追い出すことにより変換された前記低塩イオン濃度液体乾燥剤が、前記物質および熱交換器に移動される、方法。
前記熱および物質交換器において、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤から前記低塩イオン濃度液体乾燥剤に熱を移動して、前記除湿された処理空気流を冷却するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
前記高塩イオン濃度液体乾燥剤の前記塩溶液および前記低塩イオン濃度液体乾燥剤の前記塩溶液が、塩化ナトリウム、塩化カリウム、ヨウ化カリウム、塩化リチウム、塩化銅（ＩＩ）、塩化銀、塩化カルシウム、フッ化塩素、ブロモメタン、ヨードホルム、塩化水素、臭化リチウム、臭化水素、酢酸カリウム、酢酸１－エチル－３－メチルイミダゾリウム、およびそれらの組合せから選択される塩を含む、請求項２０または請求項２１に記載の方法。
前記塩が、塩化リチウムおよび塩化カルシウムから選択される、請求項２２に記載の方法。
前記塩が塩化リチウムである、請求項２２または請求項２３に記載の方法。
処理空気流から高塩イオン濃度液体乾燥剤に水を吸収させ、および低塩イオン濃度液体乾燥剤から水を放出させる際に、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤と前記低塩イオン濃度液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差が、２０重量％である、請求項２０から２４のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤から前記低塩イオン濃度液体乾燥剤への塩イオンの追い出しを開始する際、および
前記少なくとも１つの電気透析スタックにおいて、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤から前記低塩イオン濃度液体乾燥剤へのイオンの受け入れを開始する際に、
前記高塩イオン濃度液体乾燥剤と前記低塩イオン濃度液体乾燥剤との間の塩イオン濃度の差が、１０重量％である、請求項２０から２４のいずれか一項に記載の方法。
前記処理空気流から水を吸収させる際に、前記高塩イオン濃度液体乾燥剤が、３５重量％の塩イオン濃度を有する、請求項２０から２６のいずれか一項に記載の方法。
前記除去空気流に水を放出させる際に、前記低塩イオン濃度液体乾燥剤が、１５重量％の塩イオン濃度を有する、請求項２０から２７のいずれか一項に記載の方法。