KR101377351B1

KR101377351B1 - 이슬점 냉각 장치

Info

Publication number: KR101377351B1
Application number: KR1020087012859A
Authority: KR
Inventors: 윌렘 메이저
Original assignee: 옵팀에어 홀딩 비.브이.
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2014-03-25
Also published as: CY1112898T1; ZA200804552B; BRPI0619361A2; ES2363950T3; AU2006317768A1; AU2006317768B2; ATE502264T1; EP1969292A1; WO2007061298A1; CN101317040B; US8499576B2; IL191720A0; CN101317040A; NL1030538C1; KR20080072878A; JP5337489B2; JP2009517622A; CA2631139A1; US20090223241A1; RU2008127072A

Abstract

본 발명은 공기흐름을 냉각하기 위한 장치에 관한 것으로, 공기흐름을 냉각하기 위한 유입통로 및 냉각된 공기흐름(airflow)을 유출하는 유출통로를 지닌 적어도 하나의 냉각채널, 전도 벽(transfer wall)에 의해 냉각채널로부터 분리되고, 냉각채널의 유출통로와 연결되는 유입통로 및 유출통로를 지닌 적어도 하나의 증발채널, 증발채널로 향하는 전도 벽의 측면을 습윤하기 위한 수단, 냉각채널 내에서 공기흐름을 제습하기 위한 수단을 포함한다. 상기 제습수단은 하한 임계 용해온도를 지닌 폴리머(LCST polymer)를 포함하며, 냉각채널로 향하는 전도 벽의 측면은 LCST 폴리머로 제작되거나, LCST 폴리머로 덮여질 수 있다. 상기 냉각장치는 제습수단을 재생하기 위한 수단을 더 지닌다.

유입통로, 유출통로, 냉각채널, 증발채널, 전도 벽(transfer wall), LCST 폴리머, 하한 임계 용해온도, 제습수단, 재생수단

Description

이슬점 냉각 장치{DEWPOINT COOLING DEVICE}

본 발명은 공기흐름을 냉각하기 위한 장치에 관한 것으로, 공기흐름을 냉각하기 위한 유입통로 및 냉각된 공기흐름(airflow)을 유출하는 유출통로를 지닌 적어도 하나의 냉각채널과, 전도 벽(transfer wall)에 의해 냉각채널로부터 분리되며, 냉각채널의 유출통로와 연결되는 유입통로, 유출통로 및 증발채널을 향하는 전도 벽의 측면을 습윤하기 위한 수단을 가진 적어도 하나의 증발채널을 포함한다. 공기흐름이 증발에 의해서 간접적으로 냉각될 수 있으며 또한 "이슬점 냉각기"로서 언급된 이러한 장치는 미국 특허 제 4.002.040호에 공지되어 있다.

공지된 냉각 장치는 서로 평행한 다수의 냉각채널 그룹 및 냉각채널에 수직으로 되어 있으며 역시 서로 평행한 다수의 증발채널의 그룹을 지닌 역류 열교환기(cross-current heat exchanger) 형태를 가진다. 한 그룹의 냉각채널의 양 측면상에 두 개의 그룹의 증발 채널이 인접하며, 다르게, 한 그룹의 증발채널의 양 측면상에 두 개의 그룹의 냉각 채널이 인접함으로써, 층상 구조의 열교환기처럼 된다.

증발채널과 냉각채널 사이에 칸막이를 형성하고 이들 채널사이에서 열(냉기) 전달 작용을 하는 벽은 예컨대 알루미늄과 같은 열이 매우 잘 전도되는 재료로 제작된다. 또한 증발채널과 냉각채널 사이에 칸막이를 형성하는 벽들을 포함하는 증발채널의 벽들은 수분을 유지할 수 있는 재료로 전체가 덮여진다. 증발채널 위에는 수분-유지 재료(moisture-retaining materal)로 함께 벽에 다량의 수분을 분무하는, 주기적으로 작동하여 분무기 형태의 습윤수단(wetting means)이 배치되어 있다.

공지된 냉각장치에서는, 예컨대 대기와 같은 냉각용 공기를 팬으로 빨아들여 냉각채널로 밀어 넣는다. 냉각채널에서 냉각된 공기는 실내 공간(환기 공간)으로 흐른다. 공기의 일부, 즉 유량(volume flow)의 3분의 1이 냉각채널로부터 나와 주흐름으로부터 분리되고 증발채널로 안내된다. 증발채널에서, 냉각된 공기가 습기찬 벽을 따라 흘러서 수분을 증발하여 공기흐름과 함께 날아간다. 수분의 증발은 벽들의 온도 저하를 초래한다. 또한 전도 벽들의 양호한 열전도 때문에 냉각채널내에서 온도 감소가 초래되어 공기흐름이 냉각된다.

예컨대 에어 컨디셔닝 설비와 비교해서, 간접 증발을 기초로한 공지된 냉각장치는 공기를 냉각하기 위해 단지 적은 동력이 요구되는 장점을 가진다. 더욱이 상기 냉각장치는 적은 가동부(moving parts)를 가지므로, 간단한 방식 및 적은 비용으로 제작되고 설치할 수 있다. 게다가, 냉매(cold-generating agents)가 필요하지 않다.

직접 증발 냉각기와 비교해서, 간접 작동 냉각 장치는 냉각 공기가 습기를 많이 포함하지 않는 장점이 있다. 건조하게 냉각된 공기의 공급은 냉각된 공간에 있어 쾌적한 기후를 만든다. 이러한 간접 작동 냉각장치를 가지고서, 공기를 직접 증발 냉각기로 가능한 것보다 더 낮은 온도로 냉각할 수 있다. 직접 증발 냉각기로는 소위 "습구"(wet bulb) 온도 이상으로 공기를 냉각할 수 없으며, 상기 간접 작동 증발 냉각기로는 소위 "이슬점"(dewpoint)까지 공기를 냉각할 수 있어서, 공지된 냉각장치가 이슬점 냉각기로서 언급된 이유이다.

본 발명의 목적은 상기 기술된 형태의 냉각장치를 개선하기 위한 것으로, 공급된 공기흐름을 여전히 냉각할 수 있으며, 거기에 더해서 쾌적한 실내 기후를 실현하는데 있다. 본 발명의 목적은 이러한 냉각 장치에서 냉각채널내에서 공기흐름을 제습(dehumidifying)함으로써 달성된다. 냉각용 공기로부터 습기를 추출함으로, 공기는 증발채널내에서 더 많은 수분을 흡수할 수 있어서, 다량의 증발열이 벽으로부터 추출되어 온도가 한층 더 감소된다.

바람직하게는 제습 수단은 하한 임계 용해온도를 지닌 폴리머(lower critical solution temperature, LCST polymer)를 포함한다. 상기 폴리머는 임계 온도까지 수용성이며 이런 식으로 수분을 유지한다. 용해된 상태에서의 폴리머의 안전성은 적합하게 선택된 교차-결합수단(cross-linking means)에 의해 보장된다.

본 발명에 따른 냉각장치의 단순한 실시 예는, 냉각장치로 향하는 칸막이벽의 측면이 LCST 폴리머로 제작되거나 또는 적어도 부분적으로 덮일 때 달성된다. 따라서, 냉각채널의 유입 측은 예컨대 LCST 폴리머의 스트립(strip)으로 덮여질 수 있다. 또한 냉각채널의 모든 벽들을 이들 폴리머로 완전히 덮는 것도 물론 생각할 수 있다.

상기 LCST 폴리머는 폴리옥사졸린(polyoxazoline), 폴리(디메틸아미노 에틸 메타크릴라이트)(p(DMAEMa) 및 폴리(엔-이소프로필아크릴아미드)(pNiPAAm)을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 상기 모든 폴리머들은 공기로부터 상대적으로 다량의 수분을 추출하여 유지할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 냉각장치는 제습 수단을 재생시키기 위한 수단이 더 제공된다. 이러한 제습 수단의 효력은 유입되는 공기로부터 더 많은 수분을 추출함으로써 흠뻑 젖게 되어 결국에는 감소 될 것이다. 이 경우에 재생 수단을 활성화함으로써 제습 수단으로부터 수분이 방출되고 제습 수단의 원래의 효력이 복구된다.

냉각장치의 구조상 및 작동상으로 단순한 실시 예에 있어서, 상기 재생 수단(regenerating means)은 임계 용해 온도 이상으로 LCST 폴리머를 주기적으로 가열하도록 되어 있다. 폴리머는, 일반적으로 대략 60℃ 내지 70℃인 하한 임계 용해온도로 특징으로 하기 때문에, 단순한 가열 요소로 이를 충족시킬 수 있다.

이런 재생이 냉각 동안에 공기흐름을 젖게하는 결과를 유발하지 못하게 방지하기 위해서, 상기 재생 수단은 재생 동안에 LCST 폴리머에 의해 양도(relinquished)되는 수분을 냉각채널로부터 흡수하고 방출하도록 하는 것이 바람직하다.

특히 유효한 냉각장치는, 재생 수단이 흡수된 수분을 습윤 수단으로 안내되도록 될 때 달성된다. 극히 적은 물이 증발채널을 습윤화하기 위하여 공급될 필요가 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조한 2개의 실시 예를 기초하여 명백히 설명된다.

도 1은 역류 작용시에 있어 본 발명에 따른 냉각장치를 통하는 공기흐름을 나타내는 개략도이다.

도 2는 도 1의 냉각장치의 증발채널 및 냉각채널의 부분을 상세하게 나타내는 사시도이다.

도 3은 냉각장치의 대안적인 실시 예의 상면도이다.

도 4는 도 3의 ⅳ-ⅳ 라인을 지나는 횡단면도이다.

공기흐름을 냉각하기 위한 장치(1)(도 1)는, 공기흐름(A1)을 냉각하기 위한 유입통로 및 냉각된 공기흐름(A2,airflow)을 유출하는 유출통로를 지니며, 칸막이 벽(7)(도 2)에 의해 분리되는 서로 평행한 다수의 냉각채널(2) 그룹을 포함한다. 예컨대, 상기 유입통로는 외부 환경(S)과 연결되어 있고, 한편 유출통로는 냉각 공간(R)으로 유출시킨다. 냉각장치(1)를 통과하는 공기흐름은 팬(5)에 의해서 제공된다.

냉각장치(1)는 전도 벽(4)에 의해서 냉각채널(2)로부터 분리되는 다수의 증발채널(3)의 그룹을 더 포함한다. 증발채널(3)은 칸막이 벽(8)에 의해서 서로 분리 된다. 증발채널(3)의 유입통로는 냉각채널(2)의 유출통로와 연결되며, 한편 냉각채널(2)의 유출통로는 외부 환경(S)으로 유출시킨다.

증발채널(3)과 냉각채널(2) 사이의 연결에 기인하는 부분적인 흐름(A3)은 냉각된 공기흐름(A2)로부터 분리되고 증발채널(3)로 안내된다. 증발채널을 통과한 후에, 습한 공기흐름(A5)은 외부 환경(S)으로 배출된다. 결국 냉각 공간(R)으로 안내되는 주흐름(A4)과 분리된 부분적인 흐름(A3)사이의 비율은 여러 요소들중에서 냉각채널과 증발채널의 치수에 의해 결정되며 그 비율은 2:1일 수 있다.

냉각장치(1)는 증발채널(3)과 특히 전도 벽(4)을 습윤하기 위한 습윤 수단(6)이 더 제공된다. 상기 습윤 수단(6)은 펌프(여기에는 미도시됨)를 사용하여 증발채널(3)아래의 수집 용기(12)에서 분무 파이프(9)로 운반되는 물이 통과하는 공급 도관(11, feed conduit) 및 다수의 개구(10)를 지닌 분무 파이프(9)를 포함한다. 습윤 수단(6)이 계속적으로 작용하지 못하도록 증발채널(3)의 벽(4,8)은, 예컨대, 흡수직물 또는 세라믹 금속 코팅과 같은 수분 유지 재료(13)로 덮여진다.

여태까지, 냉각 장치는 여전히 종래 구조와는 크게 다르지 않다. 상기 냉각장치의 효율을 증가시키기 위해서, 종래의 냉각장치가 가능한 것보다 유입되는 공기흐름(A1)이 한층더 냉각되도록, 본 발명에서는 유입되는 공기흐름(A1)을 제습하도록 제안한다. 분리된 공기흐름(A1)의 수분을 흡수할 수 있는 능력이 증가하여 더 많은 수분이 증발채널(3)내에서 증발될 수 있어 보다 큰 증발열이 전도 벽(4)으로부터 추출된다. 이 같은 방식으로 전도 벽은 종래의 냉각장치보다 더 차갑게 되어 더 높은 냉각 능력이 달성된다.

냉각되는 공기흐름(A1)을 제습하기 위한 수단(14)은 하한 임계 용해온도를 지닌 폴리머 재료(LCST 폴리머)로 형성되며, 냉각채널(2)의 벽(4,7)상에 커버링 층(15)으로 배치된다. LCST 폴리머로서 폴리옥사졸린(polyoxazoline), 폴리(디메틸아미노 에틸 메타크릴라이트)(p(DMAEMa) 및 폴리(엔-이소프로필아크릴아미드)(pNiPAAm)와 같은 재료를 생각할 수 있다. 비록 냉각채널(2)의 모든 벽(4,7)이 완전히 LCST 폴리머로 덮여져도, 예컨대 수직벽(4)인 벽의 일부만을 커버링하는 것도 가능하다. 또한, LCST 폴리머가 냉각채널(2)의 길이의 일부분상에만, 예컨대 유입측 상에서(도3), 또는 실제 냉각채널(2)의 상류(upstream)에 위치된 냉각장치(1)의 유입부내에도 배치될 수 있을 것이다.

벽(4,7)상의 상기 LCST 폴리머 층(15,layer)은 흐르는 공기로부터 수분을 흡수하여 용해상태로 된다. 상기 용해된 폴리머 층(15)은 적합하게 선택된 가교제(cross-linker)가 존재하기 때문에 안정성을 유지한다. 설명된 바와 같이, 증발채널(3)내에서 공기흐름(A3)의 수분 흡수 능력 - 냉각 능력과 함께- 은 공기의 제습으로 인해 증가한다. 게다가, 공간(R)에 공급되는 냉각된 공기흐름(A2)이 더 건조해지므로 고도로 안락해진다.

더 많은 수분이 LCST 폴리머 층(15)으로 흡수되어 상기 층이 더 흠뻑 젖게 되면, 제습 수단(14)의 효력이 감소된다. 실시 예에서 나타나듯, 또한 상기 냉각장치(1)는 폴리머 층(15)을 재생하기 위한 수단(16)이 제공된다. 이들 재생 수단(16)은 임계 용해 온도(critical solution temperature)이상으로 LCST 폴리머를 주기적으로 가열하도록 적응된다. 임계 온도는 대략 60℃ 내지 70℃로 상대적으로 낮고, 단순하기 때문에 저-동력 가열 요소(17,low-power heating elements)로 충족시키는 것이 가능하다. 이러한 가열 요소의 작용 및 구조는 미공개 네덜란드 특허 출원 제1030149호 에 도시 및 설명되어 있다.

LCST 폴리머 층(15)이 임계 용해온도 이상으로 가열될 때, 용해물이 빠져나가서 수분(L)이 다시 한번 방출된다. 그 후에 상기 수분(L)은 벽(4,7)을 따라서 흐른다. 그 결과, 유입하는 공기(A1)가 원하지 않게 젖게 되는 것을 방지하기 위해서, 재생수단(16)은 재생 동안에 버려진(relinquished) 수분(L)을 냉각채널로부터 흡수하고 방출하도록 더 되어 있다. 이런 목적 때문에 냉각채널(2)은 수분(L)이 냉각 채널(2)의 저점으로 흐르도록 어느 정도 아래쪽으로 경사질 수 있다. 도시된 실시 예에서 수집 용기(18, collecting container)가 위치해 있다. 용기(18)는 습윤수단(6)의 수집용기(12)에 차례로 연결되어 있다. 따라서, 냉각장치(1)의 물 소비량은 유입하는 공기로부터 추출된 수분(L)을 습윤수단으로 안내함으로써 감소된다.

냉각채널(2)과 증발채널(3)은 서로 교차하는 대신에, 평행이 될 수 있으며 반대방향이 될 수도 있다(도 3 및 도 4). 이것이 역류(counterflow) 냉각기이다.

이런 채널 구성(set-up)은 더욱 확장할 수 있는 장점을 가지므로, 냉각될 공기흐름(A1)과 증발 흐름(A3)사이에서 더욱 강력한 열교환 접촉을 할 수 있다.

비록 본 발명이 다수의 실시 예를 기초하여 상기에 설명되었지만, 다양한 방식으로 변형될 수 있다는 것은 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범주는 단지 하기의 청구항에 의해 한정된다.

Claims

공기흐름을 냉각하기 위한 장치에 있어서,

- 공기흐름을 냉각하기 위한 유입통로 및 냉각된 공기흐름(airflow)을 유출하는 유출통로를 지닌 적어도 하나의 냉각채널,

- 전도 벽(transfer wall)에 의해 냉각채널로부터 분리되고, 냉각채널의 유출통로와 연결되는 유입통로, 및 유출통로를 지닌 적어도 하나의 증발채널,

- 증발채널로 향하는 전도 벽의 측면을 습윤하기 위한 수단, 및

- 냉각채널 내에서 공기흐름을 제습하기 위한 제습수단을 포함하며,

상기 제습수단은 하한 임계 용해온도를 지닌 폴리머(LCST polymer)를 포함하며,

상기 LCST 폴리머는 폴리옥사졸린(polyoxazoline) 및 폴리(디메틸아미노 에틸 메타크릴라이트)(p(DMAEMa)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 냉각채널로 향하는 전도 벽의 측면은 LCST 폴리머로 제작되거나, 적어도 부분적으로 LCST 폴리머로 덮여지는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
삭제
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 제습수단(dehumidifying means)을 재생하기 위한 재생수단을 가지는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제 5항에 있어서,

상기 재생수단은 임계 용해 온도 이상으로 LCST 폴리머를 주기적으로 가열하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제 5항에 있어서,

상기 재생 수단은 재생 동안에 LCST 폴리머에 의해 버려진(relinquished) 수분을 냉각채널로부터 흡수하고 방출하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제 7항에 있어서,

상기 재생수단은 흡수된 수분을 습윤 수단으로 안내되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각장치.