KR101433977B1 - 유체의 수분 함유량을 관리하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

수분 함유량을 관리하는 시스템 및 방법은 건조제를 가진 유체로부터 수분을 모으는 집진 챔버와, 건조제로부터 수분을 모으고 모아진 수분을 제 2 유체에 전달하는 재생 챔버를 포함한다. 증발기는 집진 챔버에 들어간 건조제를 냉각시키고, 그리고 응축기는 재생 챔버에 들어가는 건조제를 가열시킨다. 집진 챔버로부터 희석된 건조제는 챔버 사이에서 양 및 열 모두의 전달을 효율적으로 제어하는 방식으로 재생 챔버로부터 농축된 건조제와 교환된다. 한 실시예에서, 챔버에서의 건조제 레벨 중 하나 또는 양쪽이 소정의 레벨을 초과하기까지 양은 교환되지 않는다. 2 개의 건조제 흐름이 챔버 사이에서 전달됨에 따라, 열은 2 개의 건조제 흐름 사이에서 전달된다. 이는 효율을 증가시키고, 증발기 및 응축기에 필요한 에너지 입력을 감소시킨다.
Figure R1020097005923
수분 함유량, 건조제, 집진 챔버, 재생 챔버, 증발기, 응축기

Description

유체의 수분 함유량을 관리하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MANAGING WATER CONTENT IN A FLUID}
본 출원은 2006년 8월 25일에 제출된 미국 가출원 제60/840,312호의 이익을 주장하고, 이는 참조로 여기에 병합된다.
본 발명은 유체의 수분(water) 함유량을 관리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 응축 시스템을 사용하여, 수분은 공기 또는 다른 가스 액체로부터 모이게 된다. 일례의 응축 시스템은 유입 공기의 이슬점에서의 또는 이슬점 아래에서의 온도로 냉각된 표면을 구비한다. 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 그 이슬점에서의 또는 이슬점 아래의 공기의 냉각은 공기로부터 수증기의 응축을 일으키게하고 공기의 절대 습도를 감소시킨다. 공기량의 습도는 공기량으로 도입되거나 공기량으로부터 제거될 수 있는 수분량을 실질적으로 한정한다.
그러나, 공기의 습도 및 온도는, 열대성 및 반-열대성의 온난과 습기가 있는 영역과, 세상의 다른 지역에 있는 덜 습한 공기인 냉기를 가진 영역 사이에서 변화된다. 공기의 온도 및 수증기 함유량은 연간 전체 영역의 계절별 기후로 다양하게 변화되기도 한다. 그러므로, 세계 지역에 따라서, 그리고 연 시간에 따라서, 가습 또는 감습이 필요해질 수 있는데, 예를 들면, 환경이 더 안락해 지도록 하기 위해 그러하다.
게다가 편안함을 높이기 위해서, 공기에서의 수분량의 관리는 산업 적용에 있어 중요할 수 있다. 또한, 공기로부터 수분을 제거할 필요가 있어서, 그 결과, 수분은 예를 들면 식수용으로, 또는 신선한 공기가 필요한 다른 응용 분야에서 이용될 수 있다. 공기에서 수분량을 관리하는 이유에 상관없이, 종래 수분 관리 시스템은 바람직하지 않게 한계를 가지는 경우가 있었다. 예를 들면, 공기의 이슬점이 낮아지는 경우, 특히 수분의 빙점 아래로 떨어지는 경우, 응축 시스템을 사용하여 수분을 제거하는 것은 어렵거나 또는 불가능할 수 있다. 이슬점이 낮아지는 경우라도 공기로부터 수분을 제거하는 한 방식은, 공기로부터 수분을 추출하기 위해 건조제를 이용하는 시스템의 사용이다.
건조제 시스템에서, 열 및 양 모두는 공기로/로부터 전달된다. 이 타입의 종래 시스템은 2 개 타입의 전달-즉, 열 또는 양 전달-중 적어도 하나에서 일반적으로 비효율적인데, 그 이유는 바람직하지 않게도 일개의 전달이 본래적으로 타개로 전달되기 때문이다. 예를 들면, 건조제 휠(wheel)은 기류로부터 수증기를 제거하기 위해 사용될 수 있어서, 이로 인해 공기량을 전달하고, 공기의 엔탈피를 감소시킨다. 그러나, 동시에 많은 가열량은 수분이 공기 중에서 응축됨에 따라 상변화(phase change)에 의해 추가될 수 있다; 이는 공기의 엔탈피의 증가를 일으키게 한다.
종래의 건조제에 기반한 감습장치는 수분을 흡수하는 제 1 영역-즉, "집진" 또는 "제습" 상태-에서 수분을 방출하는 제 2 영역-즉, 재생 상태-로 건조제의 이동을 일반적으로 필요로 한다. 고체 건조제의 경우에 있어서, 이는 제습 상태에서 재생 상태로 건조제를 물리적으로 이동시켜, 예를 들면, 회전 휠, 벨트 등에 건조제를 설치하여 성취된다. 액체 건조제 시스템에서, 2 개의 펌프는: 액체를 재생 상태로 펌핑하는 일개의 펌프 및 재생 상태에서 제습 상태로 액체를 펌핑하는 타개의 펌프는 일반적으로 구비된다. 여러 실시예에 있어서, 단일 펌프는 일개 상태에서 다른 상태로 펌핑하기 위해 이용되는데, 이때 회귀 흐름(return flow)은 중력 공급된다.
그러한 한 시스템은 액체 건조제를 가진 제 1 기류를 분사함으로써 제 1 기류로부터 공기를 제거한다. 건조제는 분사되기 전에 냉각될 수 있다. 공기로부터 제거된 수분은 증가적으로 희석되는 건조제에 의해 모이게 된다. 냉각되고 희석된 건조제는 집진 챔버의 하부에서 모이게 된다. 시스템의 다른 측에서, 희석된 건조제는 가열되고 건조제로부터 수분을 제거하는 제 2 기류에 연결되어 건조제는 더 농축되어 남아 있게 된다. 온기가 있고 농축된 건조제(온기의 농축된 건조제)는 재생 챔버의 하부에 모인다.
2 개의 챔버는 예를 들면, 오리피스에 의해 연결될 수 있어서, 희석되고 농축된 건조제 풀(pool)의 혼합을 허용한다. 농축 변화도(concentration gradient)는 희석되고 농축된 건조제 사이에서 존재할 수 있기 때문에, 2 개의 챔버 사이의 확산은 자연적으로 일어날 수 있다. 오리피스는 양, 즉, 이온수를 전달하기 위해 효율적인 메커니즘일 수 있지만, 온기의 농축된 건조제가 냉각의 희석된 건조제와 혼 합됨에 따라 오리피스는 열 전달도 용이하게 한다. 이는 여러 적용에 있어 수용될 수 있지만, 그러나 다른 면에 있어서 열 및 양 전달 모두를 제어하는 시스템을 가지는 것이 바람직할 수 있다.
또 다른 타입의 공기 조절 건조제 시스템은 1990년 7월 17일 피터손(Peterson) 등에 의해 발간된 미국 특허 제4,941,324호에 개시된다. 피터선 등은 응축기 섬프(condenser sump)와 증발기 섬프 사이에서 액체 건조제를 전달하는 메커니즘을 개시한다. 증발기 섬프로부터의 희석 건조제는 응축기 섬프로 전달되고, 그리고 응축기 섬프로부터 농축된 건조제는 증발기 섬프로 다시 전달된다. 전달 메커니즘은 섬프 사이에 전달되는 건조제 양과, 건조제 분배기에 전달되는 건조제 양을 제어하는 한 쌍의 펌프 및 일련의 구형 밸브를 포함한다.
피터선 등의 한계는 시스템이 섬프들 사이에 전달되는 건조제의 양 이상을 제어하는데 한계가 있다. 특히, 그러한 시스템은 2 개 사이의 펌핑되는 건조제의 많은 양을 바람직하지 않게 얻을 수 있어서, 연속적으로 건조제를 재생시킬 수 있다. 응축기 섬프의 건조제의 온도가 증발기 섬프의 건조제의 온도보다 현저하게 높을 수 있기 때문에, 바람직하지 않은 열 전달량은 많은 액체량이 섬프 사이에서 전달됨에 따라 일어날 수 있다. 이는 매우 비효율적일 수 있다. 이 비효율을 감소시킬 수 있도록, 피터손 등의 시스템은 2 개의 건조제 유출이 2 개의 섬프 사이에서 펌핑됨에 따라서 2 개의 건조제 유출 사이에서 열을 전달하는 열 교환기를 사용한다. 이는 비효율성을 일부 감소시킬 수 있지만, 과정은 전달되는 많은 액체량으로 인하여 바람직하지않게도 여전히 비효율적일 수 있다.
수많은 다른 분야-예를 들면, 공기 조절, 공기로부터의 수분 집진 및 연소 엔진 또는 가스 터빈을 사용한 전력 생성-에 있어서, 하나 이상의 물질의 열 및 양 모두를 전달하는 제어는 과정의 전반적인 효율성에 있어 중요하다. 그러므로, 적어도 일부 액체인 건조제를 사용하여, 다양한 주변 환경하에 유체로부터 수분을 추출할 수 있고, 건조제로/로부터 수분의 양 및 열의 전달을 효율적으로 제어할 수 있는 액체의 수분 함유량을 관리하는 시스템 및 방법이 필요하다.
본 발명의 실시예는, 적어도 일부 액체인 건조제를 사용하여 유체에서의 수분 함유량을 관리하고, 건조제로/로부터 수분의 양 전달 및 열 전달이 제어되는 시스템 및 방법을 제공함에 있다. 그러한 시스템 및 방법은 공기 조화, 수분 생성, 환경 제어 및 에너지 생성의 영역에서 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예는 건조제가 기류로부터 수분을 제거함에 따라 냉각된 건조제가 희석되고 집진 챔버의 섬프에 모이는 액체의 수분 함유량을 관리하는 시스템 및 방법도 제공함에 있다. 희석된 건조제는 재생 챔버에 전달되는데, 여기서 상기 건조제는 또 다른 기류에 접촉되어 가열된다. 이는 건조제로부터 수분을 효과적으로 제거하고 그리고 현재의 농축된 건조제는 재생 챔버의 섬프에 모이게 된다. 섬프에서의 건조제는 건조제 풀(pool)에서 수분의 열 및 양의 전달을 효율적으로 제어하는 방식으로 혼합된다.
한 실시예에 있어서, 2 개의 섬프는 오리피스 등의 개구부에 의해 연결된다. 액체 건조제가 집진 챔버에서 분사될 시, 건조제가 공기로부터 수분을 제거함에 따라 그 질량 및 부피는 증가한다. 건조제가 기류로부터 더 많은 수분을 계속적으로 추출함에 따라서, 집진 섬프에서 그 레벨은 상승한다. 오리피스의 레벨을 초과할 시, 희석된 건조제의 일부는 재생 챔버에 들어가고, 재생 섬프에서 더 농축된 건조제와 혼합된다; 이는 재생 섬프에서 건조제의 레벨을 상승시키도록 한다. 재생 챔버에서 건조제가 소정의 레벨에 이른 경우, 플로트(float)-작동 밸브는 건조제 일부가 집진 챔버내로 다시 펌핑되도록 하기 위해 개방된다. 이 방식에 있어서, 집진 챔버에서 건조제 레벨이 오리피스에 이를 때까지 양은 집진 챔버에서 재생 챔버로 전달되지 않는다. 유사하게, 집진 챔버에서 건조제 레벨이 밸브를 작동시키기 위해 플로트를 이동할때까지 양은 재생 챔버에서 집진 챔버로 전달되지 않는다. 오리피스 및 플로트 스위치는 원하는 대로 위치될 수 있어서, 그 결과, 양 흐름은 효율적으로 제어된다.
2 개의 섬프에서 건조제의 온도가 달라질 수 있기(집진 섬프에서의 건조제가 재생 섬프에서의 건조제보다 더 냉각됨) 때문에, 본 발명은 2 개의 건조제 챔버 사이에서 열 전달도 제어한다. 한 실시예에 있어서, 재생 섬프로부터 온기의 농축된 건조제는 열교환기-예를 들면, 냉동 시스템의 증발기-를 통해 간 후에 상기 건조제는 집진 챔버로 들어간다. 이는 농축된 건조제를 냉각시키고, 그리고 시스템내로 요구된 에너지 입력을 감소시킬 수 있는데, 그 이유는 건조제가 집진 챔버에서 기류에 분사되기 전에 집진 챔버에서의 건조제가 많은 냉각을 필요로 하지 않기 때문이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 집진 섬프에서의 건조제는 증발의 열 교환기를 사용하여 냉각되는데, 이는 기류에 접촉되기 전에, 냉동 증기 압축 사이클의 일부이다. 유사하게, 재생 섬프로부터 농축된 건조제는 열 교환기를 통해 가서, 재생 챔버에서의 기류에 분사되기 전에 열을 추출한다. 여러 실시예에 있어서, 열 교환기는 별개의 냉동 사이클의 일부일 수 있거나, 또는 대안적으로, 또 다른 가열기-엔진 또는 발생기 등의 생성 장치에 연결될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 열 교환기는 증발기로서 동일한 냉동 사이클의 일부인 응축기일 수 있다.
2 개의 챔버 사이에서 효율적인 열의 전달이 효과적이기 위해서는, 시스템 열 교환기가 사용될 수 있다. 시스템 열 교환기는 건조제의 양쪽 유출이 일개의 챔버에서 다른 챔버로 전달됨에 따라 건조제의 양쪽 유출을 수용하기 위해 구성될 수 있다. 특히, 냉기의 희석된 건조제가 오리피스의 레벨에 이를 시에 상기 건조제는 집진 섬프에 남아있게 된다. 그 후 시스템 열 교환기를 통해 재생 챔버내로 흐른다. 다른 측 상에서, 온기의 농축된 건조제는 재생 섬프에서 레벨이 플로트 밸브를 작동시키기 위해 충분히 높아질 시 시스템 열 교환기를 통해 펌핑된다. 시스템 열 교환기에서, 집진 챔버로 펌핑된 건조제는 가열을 중지하는 한편, 재생 챔버내로 흐르는 건조제는 열을 추출한다. 이 방식에 있어서, 집진 챔버 건조제는 보다 적은 냉각을 필요로 하며, 재생 챔버 건조제는 보다 적은 열을 필요로 한다. 이로써, 열 전달 및 양 전달 모두는 제어되어, 효율적인 시스템을 제공한다.
상술된 시스템은 다양한 다른 분야에서 사용되는데 적합할 수 있다. 예를 들면, 그러한 시스템은 내부 공간에서 공기를 제습 및 냉각하기 위해 환경적 제어에서 사용될 수 있다. 대안적으로, 또는 환경 제어 시스템에 대해서, 재생 챔버에서 기류에 의해 유지된 수분은 식수 또는 비-식수로서 사용될 수 있다. 그러한 수분 집진은 냉동 시스템의 증발기를 통해 재생 챔버에 남아있는 습한 기류를 지나감으로써 영향을 받을 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 집진 및 재생 챔버에 남아있는 기류는 2 개의 기류 사이에서 열을 전달하기 위해 열 교환기를 통해 가게 될 수 있어서, 그 결과 습한 기류로부터 응축 및 수분 집진을 얻을 수 있다.
본 발명의 적어도 한 실시예는 순수 식수를 생성하기 위해 응축된 수분을 소독 및 여과할 수 있다. 따라서, 한 실시예에 있어서, 응축물 집진기로부터 응축된 수분은 UV 장치에서의 자외선(UV) 복사에 적합하게 노출되어 해로운 미생물이 없게 되는 수분이다. 추가적으로, 복사된 수분은 숯 필터를 통하여 연속적으로 나가게 되어, 수분을 광물화하고/하거나 비타민을 첨가하기 위해 오염물 및 휘발성 유기 화합물(VOC) 및 복수의 광물 카트리지(mineral cartridge)를 제거한다. 정화 및 광물화된 수분은 제 1 저장 탱크에 모이게 된다. 추가적으로, 수분은 제 1 저장 탱크에 저장되기 전에 산소 첨가 장치를 통하여 가게 된다. 제 1 저장 탱크로부터 수분은 수분 질을 유지하기 위해 소정의 시간 간격에서 UV 장치를 통해 재순환된다. 본 발명의 실시예는 낮은 응축물 형상의 경우에 외부원으로부터 수분의 도입을 제공하기 위해 구성될 수도 있다. 따라서, 시립 공급 물꼭지(municipal supply faucet) 등의 외부원은 신속한-분리 맞춤(quick-disconnect fitting)을 통해 부착되어 추가적인 수분을 제 1 저장탱크에 공급한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유체의 수분함량을 관리하는 시스템의 개략적인 다이어그램을 제시하고; 그리고
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유체의 수분함량을 관리하는 시스템의 개략적인 다이어그램을 제시한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유체의 수분함량을 관리하는 시스템(10)을 제시한다. 특히, 시스템(10)은 공기의 수분함량을 관리하기 위해-저장을 위해 공기로부터 수분을 모아 다음에 사용하거나, 또는 공기의 습기를 제어하기 위해 구성된다. 여기에서 나타난 일례는 유체로서, 유체의 수분함량이 관리되는 주위 공기를 이용했지만, 본 발명은 마찬가지로 다른 유체의 수분함량을 관리할 수 있다는 것에 대해 주목할 필요가 있다. 시스템(10)은 제 1 챔버 또는 집진 챔버(12) 및 제 2 챔버 또는 재생 챔버(14)를 포함한다. 집진 챔버(12)는 제 1 기류(20)가 집진 챔버(12)를 통해 흐르도록 하는 입구(16) 및 출구(18)를 포함한다. 공기가 집진 챔버(12)를 통해 흘러감에 따라, 도 1에 제시된 실시예에서, 공기는 도관(24)을 통해 챔버(12)내로 분사되는 건조제(22)에 접촉된다.
공기가 집진 챔버(12)를 통해 이동함에 따라, 증발된 수분은 응축되고 챔버(12)의 하부에 있는 집진 섬프(sump)(26)의 건조제(22)와 함께 모이게 된다. 건조제(22)가 공기로부터 수분을 흡착 또는 흡수됨으로써 희석된다. 도 1에 제시된 건조제(22)가 모든 액체가 될 수 있지만, 본 발명은 이중 상 건조제(dual phase desiccant)-예를 들면, 고체 및 액체의 사용을 고려할 수 있다. 소기의 결과를 낳는데 효과적인 건조제 물질은 통상적인 액체 건조제 용액인 리튬 염화물(LiCl) 및 칼슘 염화물(CaCl2)을 포함하여 사용된다; 그러나, 다른 액체 건조제가 사용될 수 있다.
폴리콜(polycol) 등의 그 자체 또는 혼합된 액체 건조제는 사용될 수 있다. 통상 폴리콜은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 펜틸렌 글리콜, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 다이에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 다이프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 테트라프로필렌 글리콜 및 그의 혼합 등의 액체 화합물을 포함한다. 보통 고체이지만, 무수 액체, 폴리올 또는 액체 수산기 아민에서 실질적으로 용해되는 폴리콜 화합물도 사용될 수 있다. 전형적인 이 고체 폴리올 화합물은 에리스리톨(erythritol), 소르비톨(sorbitol), 펜타에리트리톨 및 저분자의 중량당(low molecular weight sugars)이다. 전형적인 수산기 아민은 모노, 디 및 트리를 포함하여 모노에탄올 아민, 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민, 이소프로판올 아민 또는 디글리콜아민(digylcolamine)을 포함한다.
상기에서 주목된 바와 같이, 건조제(22)는 순물질일 수 있거나, 또는 40%의 리튬 클로라이드의 수용액을 포함할 수 있는 액체 건조제이다. 건조제(22)는 펌프(28)에 의해 도관(24)으로 펌핑된다. 펌프(28)는 집진 챔버(12)로 그 도입에 앞서 제 1 열 교환기(30)를 통해 건조제(22)를 펌프한다. 건조제(22)를 냉각함으로써, 제 1 기류(20)로부터 수분을 제거하는 그 능력은 증가된다. 냉각제 등의 유체는 도관(32,34)을 경유하여 열 교환기(30)를 통해 거쳐간다. 예를 들면, 열 교환기(30)는 냉동 시스템의 일부인 증발기일 수 있다. 이러한 냉동 시스템은 주변 환 경 상태를 제어하기 위해 다른 일부 목적 및 목적들에 대해 사용될 수 있다. 건조제(22)는 제 1 기류(20)의 온도보다 떨어진 온도로 열교환기(30)에서 냉각된다. 이 방식에 있어서, 기류(20)는 집진 챔버(12)를 통해 거쳐감으로써 냉각된다. 열 교환기(30)로의 대안으로서, 열 교환기는 제 1 기류(20)를 직접 냉각하도록 또는 건조제(22)가 집진 챔버(12)로 분사된 후에 건조제(22)를 냉각하도록 집진 챔버(12) 내에 놓여질 수 있다.
재생 챔버(14)는 재생 챔버(14) 내외로 제 2 기류(40)의 이동을 용이하게 하는 입구(36) 및 출구(38)도 포함한다. 집진 챔버(12)와 같이, 재생 챔버(14)는 도관(44)을 통해 재생 챔버(14) 내로 건조제(22)를 펌프하기 위해 사용된 펌프(42)도 포함한다. 건조제(22)는 제 2 열 교환기(46)를 통하여 펌프(42)에 의해 펌핑된다. 가열은 도관(48,50)을 경유하여 편한 원천(convenient source)으로부터 열 교환기(46)에 부가될 수 있다. 예를 들면, 열 교환기(46)는 냉동 시스템의 일부를 형성하는 응축기일 수 있다. 이러한 냉동 시스템은 열 교환기(30)를 사용한 동일한 냉동 시스템일 수 있다. 그러한 경우에 있어서, 열 교환기는 콤프레서 또는 냉각 펌프에 각각 연결될 수 있어서, 이로써, 열 교환기는 시스템(10)이 그 자신의 열 및 냉각을 외부원천에 의존함 없이 발생할 수 있도록 한다. 대안적으로, 열 교환기(46)는 연소 엔진 또는 발생기 등의 다른 원천으로부터 열을 수용할 수 있다.
열 교환기(48)를 통과함으로써, 건조제(22)는 제 2 기류(40)의 온도보다 높은 온도로 가열되어, 그 결과, 제 2 기류(40)는 재생 챔버(14)를 통과함에 따라 가열된다. 제 2 기류(40)를 가열함으로써, 많은 수분은 건조제(22)로부터 제 2 기 류(40)로 증발된다. 재생 챔버(14) 외부에 위치된 열 교환기(46)의 대안으로써, 열 교환기(미도시)는 재생 챔버(14) 내에 위치될 수 있다. 건조제(22)가 재생 챔버(14)에서 기류(40)에 분사된 후, 건조제(22)는 재생 챔버(14)의 하부에 있는 재생 섬프(52)에서 모이게 된다. 재생 챔버(14)에 남아있는 온기의 건조한 기류(40)는 기류(40)로부터 수분을 제거하도록 또 다른 열교환기(미도시)로 도입될 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명은 시스템(10) 등의 시스템에서 열 및 양을 전달하는 효율적인 메커니즘을 제공한다. 도 1에서 제시된 실시예에서의 개구부는 오리피스(54)이고, 그 개구부는 챔버(12)의 하부(57)로부터 소정의 높이에 있는 집진 챔버(12)의 벽(55)에 구비된다. 여러 실시예에 있어서, 오리피스(54)는 원형으로 된 모서리일 수 있고, 시스템(10)의 수용력에 의존하여, 약 1-3 센티미터(㎝)의 폭 및 약 1-10 ㎝의 높이를 가질 수 있다. 집진 챔버(12)에서의 건조제(22)에 의해 모이게 된 수분량(양)이 증가될수록, 섬프(26)에서의 건조제(22)의 레벨 또한 증가될 수 있다. 레벨이 오리피스(54)의 레벨을 초과하는 경우, 집진 챔버에서의 희석된 건조제(22)의 일부는 재생 챔버(14)로 들어가고 섬프(52)에서 더 농축된 건조제(22)와 함께 혼합된다. 이 방식에 있어서, 집진 챔버(12)에서 재생 챔버(14)로 전달하는 양은, 효율적일 때까지-즉, 섬프(26)에서 건조제가 소정의 레벨에 이르기까지 일어나지 않는다.
재생 챔버(14)에 있어서, 온기 건조제(22)는 기류(40) 내로 분사됨에 따라 수분을 잃는다; 그러므로, 섬프(52)에서의 건조제의 레벨은 감소되는 경향이 있다. 그러나, 섬프(52)에서 건조제 레벨의 증가는, 희석 건조제(22)가 오리피스(54)를 통하여 재생 챔버(14)로 들어갈 때 일어날 수 있다. 결국, 재생 챔버(14)에서 건조제의 레벨은 최대 소기의 레벨에 이를 수 있다. 재생 챔버(14)에서 집진 챔버(12)로 전달되는 양을 제어하기 위해서, 레벨 센서가 구비된다. 도 1에 제시된 실시예에 있어서, 레벨 센서는 플로트 시스템(float system)(56)이다. 플로트 시스템(56)은 액츄에이터(60)에 부착된 플로트(58)를 포함하고, 상기 액츄에이터(60)는 개방 과 폐쇄 상태 사이에서 밸브(62)를 동작시킨다. 도 1에서 제시된 실시예에 있어서, 밸브(62)는 열 교환기(64) 다음에 위치되는데, 이하에서 동작을 더 상세하게 설명한다. 다른 실시예에 있어서, 열 교환기(64) 등의 열 교환기는 밸브(62) 다음에 위치될 수 있다.
재생 챔버(14)에서 건조제(22)의 레벨이 제 1 소정의 레벨에 이르를 시, 플로트(58)는 액츄에이터(60)가 밸브(62)의 개방을 용이하게 하도록 한다. 개방 상태에서, 밸브(62)는 펌프(42)에 의해 펌핑된 일부의 건조제(22)가 집진 챔버(12)로 다시 전달되도록 한다. 이 방식에 있어서, 플로트 시스템(56)은 재생 챔버(14)에서 집진 챔버(12)로 양의 전달을 제어한다. 도 1에서 제시된 실시예에 있어서, 밸브는 솔레노이드 등의 전기-기계식 장치이고, 액츄에이터(60)의 움직임은 전류가 코일을 가하도록 하여 솔레노이드를 열게 한다. 다른 실시예에 있어서, 밸브(62)는 액츄에이터(60)에 기계적으로 연결될 수 있어서, 그 결과, 액츄에이터(60)의 움직임은 밸브(62)를 기계적으로 개방 및 폐쇄시킨다. 다른 실시예는 전기 용량의 센서 등의 비-접촉 레벨 센서를 사용할 수 있는데, 상기 비-접촉 레벨 센서는 기술분야에서 공지된 것이다. 재생 챔버에서 건조제(22)의 레벨이 제 2 소정의 레벨 아래로 떨어진 경우, 액츄에이터(60)는 밸브(62)를 폐쇄시킨다. 제 1 및 제 2 소정의 레벨은 실질적으로 동일할 수 있거나, 또는 그들은 히스테리시스(hysteresis)를 제공하기 위해 오프셋 될 수 있어서, 그 결과 밸브는 건조제 레벨에서 근소한 변동에 대해 반복적으로 개폐되지 않는다.
양 전달제어 외에, 시스템(10)은 2 개의 챔버(12, 14) 사이에서 열 전달을 제어할 수도 있다. 도 1에 제시된 실시예에 있어서, 이는 열 교환기(64)와 연동하여 플로트 시스템(56)으로 달성된다. 도 1에 도시되어 있지는 않지만, 열 교환기(64)는, 예를 들면, 도관(66,68)에 의해 냉동 시스템에 연결될 수 있거나, 건조제(22)가 열 교환기(64)를 통해 펌핑됨에 따라 건조제(22)의 흐름을 통해 냉각시키도록 구비된 다른 시스템에 연결될 수 있음을 알 수 있다. 건조제가 집진 챔버(12)로 다시 펌핑되기 전에 건조제(22)를 냉각시킴은 열 교환기(30)에 필요한 에너지 입력을 감소시킨다. 이는 챔버(12 및 14) 사이의 열의 전달에 대해 효율적인 제어 메커니즘을 제공한다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기의 수분 함유량을 관리하는 시스템(10')을 제시한다. 시스템(10')의 소자는 도 1에서 제시된, 시스템(10)에서 그 각각의 대응부와 동일한 번호로 라벨이 부여되고, 그리고 프라임(') 기호로 더 지명된다. 시스템(10)으로서, 시스템(10')은 집진 및 재생 챔버(12', 14')를 포함하고, 이들 각각은 건조제(22')의 온도를 제어하는 그 자신의 열 교환기(30', 46')를 가진다. 시스템(10)과는 다른데, 여기서 집진 및 재생 챔버(12, 14)는 서로에 대해 효과적으로 접해 있는 한편, 시스템(10')의 챔버(12', 14')는 열 교환기(70)에 의해 분리되고, 그 기능에 대해서는 이하에서 상세하게 설명한다.
2 개의 챔버(12', 14') 사이에서 양 및 열 전달의 제어를 효과적으로 하기 위해서는, 시스템(10')은 집진 챔버(12')에서 오리피스(54')를 포함한다. 섬프(26')에서 건조제(22')의 레벨이 오리피스(54')의 레벨을 초과하는 경우, 건조제는 집진 챔버(12')에서 재생 챔버(14')로 흐를 수 있다. 이는 집진 챔버(12')에서 재생 챔버(14')로 양 전달을 제어한다. 그러나, 시스템(10)과는 달리, 건조제(22')는 재생 챔버(14')내로 직접 흘러가지 않고, 오히려 건조제(22')는 열 교환기(70)를 통하여 흘러 간다.
시스템(10)과 같이, 시스템(10')은 플로트 시스템(56')도 포함하고, 플로트(58'), 밸브(62')를 작동시키는 액츄에이터(60')를 가진다. 섬프(52')에서 건조제(22')의 레벨이 소정의 레벨에 이르는 경우, 플로트(58')는 밸브(62')를 개방하는 액츄에이터(60')를 움직인다. 이는 건조제(22')가 재생 챔버(14')에서 집진 챔버(12')로 펌핑되도록 하고, 유량을 효과적으로 제어한다.
2 개의 챔버(12', 14') 사이에서 열 전달의 제어를 효과적으로 하기 위해서는, 열 교환기(70)가 사용될 수도 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 열 교환기(70)는 밸브(62')에 연결되고, 그 결과, 액츄에이터(60')가 밸브(62')를 개방할 시, 섬프(52')로부터 온기의 건조제는 열 교환기(70)를 통해 펌핑된다. 냉기의 건조제(22')가 재생 챔버(14')로 가는 중, 집진 챔버(12')로부터 열 교환기(70)를 통해 감에 따라, 냉기의 건조제(22')는 재생 챔버(14')에 남아있는 건조제(22')로부 터 열을 추출한다. 이 방식으로, 재생 챔버(14')에 들어가는 건조제(22')는 집진 챔버(12')에 남아있는 건조제보다 온기가 더 있고, 집진 챔버(12')에 들어가는 건조제(22')는 재생 챔버(14')에 남아 있는 건조제보다 냉기가 더 있다. 이는 각 열 교환기(46', 30')를 가열 및 냉각시키는데 에너지가 보다 적게 필요로 하게 되어, 이로써 효율을 증가시킬 수 있고, 전체 에너지를 절약할 수 있음을 의미한다. 다른 실시예에 있어서, 다수의 열 교환기는 도 1에 도시된 열 교환기(64) 및 도 2에 도시된 열 교환기(70)의 조합 등으로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예가 설명 및 개시되는 한편, 이러한 실시예는 본 발명에 가능한 모든 형태를 설명 및 개시를 의미하지는 않는다. 오히려, 본원에 사용된 용어는 한정된 것보다는 설명 용어이고, 그리고 다양한 변형이 본 발명의 기술 영역 및 범위로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

Claims (18)

  1. 유체에서 수분 함유량을 관리하는 시스템에 있어서, 상기 시스템은:
    제 1 챔버 내외로 제 1 유체의 이동을 용이하게 하는 입구 및 출구를 포함하는 제 1 챔버;
    상기 제 1 챔버를 통해 이동하는 상기 제 1 유체로부터 수분을 제거하는 상기 제 1 챔버로 도입될 수 있는 건조제;
    제 2 챔버에서 상기 건조제로부터 제 2 유체내로 수분의 증발을 용이하게 하도록, 제 2 챔버 내외로 제 2 유체의 이동을 용이하게 하는 입구 및 출구로 구성되는 제 2 챔버를 포함하고, 상기 제 1 챔버 및 제 2 챔버 중 일개의 챔버는 하부 및 벽을 포함하고, 상기 벽은 하부로부터 소정의 높이에서 배치된 개구부를 가져서, 상기 일개의 챔버에서 상기 건조제가 적어도 상기 개구부의 높이 레벨에 이를 시, 상기 건조제는 상기 일개의 챔버로부터 넘쳐흘러, 상기 개구부를 통해 상기 제 1 챔버 및 상기 제 2 챔버 중 타개의 챔버에 자동적으로 들어가고;
    상기 타개의 챔버로부터의 건조제를 수용하기 위해 구성되고, 상기 타개의 챔버에서 상기 일개의 챔버로 건조제의 흐름을 용이하게 하는 개방 상태 및 상기 타개의 챔버에서 상기 일개의 챔버로 건조제의 흐름을 억제하는 폐쇄 상태를 가지는 밸브;
    상기 타개의 챔버내에 적어도 일부 배치되고, 상기 건조제의 레벨이 상기 타개의 챔버에서 제 1 소정의 레벨에 적어도 이를 시 상기 밸브를 개방시키도록, 그리고 상기 건조제의 레벨이 상기 타개의 챔버에서 제 2 소정의 레벨 아래로 떨어질 시 상기 밸브를 폐쇄시키도록 구성된 라벨 센서; 및
    상기 밸브가 개방될 시, 상기 타개의 챔버에서 상기 일개의 챔버로 상기 건조제를 펌핑시키도록 구성된 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조제는 액체 건조제를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 일개의 챔버는 상기 제 1 챔버이고, 그리고 상기 타개의 챔버는 상기 제 2 챔버인 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 챔버에서 상기 제 1 챔버로 펌핑되는 건조제를 수용하도록, 그리고 상기 건조제가 상기 제 1 챔버에 들어가기 전에 상기 건조제로부터 열을 제거하도록 구성된 열 교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 교환기는 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에서 유체 통로를 생성하기 위해 위치되고, 그리고
    상기 열 교환기는 추가적으로:
    상기 건조제가 상기 개구부를 통해 상기 제 1 챔버를 빠져나감에 따라 상기 제 1 챔버로부터 상기 건조제를 수용하고, 상기 제 1 챔버에서 상기 제 2 챔버로 빠져나가는 건조제의 흐름을 용이하게 하고, 그리고
    상기 제 2 챔버로부터 펌핑되는 건조제로부터, 상기 개구부를 통해 상기 제 1 챔버를 빠져나가는 건조제로 열의 전달을 용이하게 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 건조제가 상기 제 1 챔버에 들어가기 전, 상기 열 교환기는 상기 건조제로부터 열을 제거하는 외부 냉각원에 연결되는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 교환기는 상기 밸브 앞에 배치되어서 상기 건조제가 상기 밸브를 통해 흐르기 전에 상기 제 2 챔버로부터 펌핑되는 건조제를 수용하는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 건조제가 상기 제 1 챔버에 들어가기 전, 상기 열 교환기는 상기 건조제로부터 열을 제거하는 외부 냉각원에 연결된 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 레벨 센서는 플로트 및 액츄에이터를 가지는 플로트 시스템을 포함하고, 상기 액츄에이터는 상기 플로트와 연동하고, 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 상기 밸브를 작동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 밸브를 개방 및 폐쇄하는 전기-기계식 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 시스템.
  11. 제 1 챔버의 내외로 제 1 유체의 이동을 용이하게 하기 위해 입구 및 출구를 포함하는 제 1 챔버와, 상기 제 1 챔버를 통해 이동하는 상기 제 1 유체로부터 수분을 제거하는 상기 제 1 챔버로 도입될 수 있는 액체 건조제와, 그리고 제 2 챔버에서 상기 건조제로부터 제 2 유체로 수분의 증발을 용이하게 하도록 제 2 챔버의 내외로 제 2 유체의 이동을 용이하게 하는 입구 및 출구로 구성되는 제 2 챔버를 포함하고, 상기 제 1 챔버 및 상기 제 2 챔버 중 일개의 챔버는 벽 및 하부를 포함하는 시스템을 이용하여, 유체에서 수분 함유량을 관리하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    상기 제 1 유체의 적어도 일부를 상기 건조제에 노출시키는 단계를 포함하는 과정을 사용하여 상기 제 1 유체로부터 수분을 제거하여, 상기 건조제의 적어도 일부의 수분 함유량을 증가시키는 단계;
    증가된 수분 함유량을 가지는 건조제의 적어도 일부를 상기 제 2 유체내로 도입하여, 상기 건조제로부터 상기 제 2 유체내로 수분의 증발을 용이하게 하고 상기 제 2 유체의 수분 함유량을 증가시키는 단계;
    상기 하부로부터 소정의 높이로 상기 일개의 챔버의 벽에 개구부를 구비하여, 상기 건조제가 상기 일개의 챔버에서 적어도 상기 개구부의 높이 레벨에 이를 시, 상기 건조제는 일개의 챔버로부터 넘쳐 흘러, 상기 개구부를 통해 상기 제 1 챔버 및 상기 제 2 챔버 중 타개의 챔버에 자동적으로 들어가는 단계;
    상기 건조제의 레벨이 타개의 챔버에서 적어도 제 1 소정의 레벨에 이를 시에 상기 제 1 챔버 및 제 2 챔버 중 상기 타개의 챔버에서 상기 일개의 챔버로 건조제를 자동적으로 전달하는 단계; 및
    상기 건조제의 레벨이 상기 타개의 챔버에서 제 2 소정의 레벨 아래로 떨어질 시에 상기 타개의 챔버에서 상기 일개의 챔버로 상기 건조제의 전달을 자동적으로 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 소정의 레벨은 상기 제 2 소정의 레벨보다 큰 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 타개의 챔버에서 상기 일개의 챔버로 건조제를 자동적으로 전달하는 단계는 상기 건조제의 레벨이 상기 타개의 챔버에서 적어도 상기 제 1 소정의 레벨에 이를시에 밸브를 자동적으로 개방하는 단계를 포함하고, 그리고
    상기 타개의 챔버에서 상기 일개의 챔버로 상기 건조제의 전달을 자동적으로 중지하는 단계는 상기 건조제의 레벨이 상기 타개의 챔버에서 상기 제 2 소정의 레벨 아래로 떨어질 시 상기 밸브를 자동적으로 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 건조제가 상기 일개의 챔버에 이르기 전에 상기 타개의 챔버에서 상기 일개의 챔버로 전달되는 상기 건조제를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 타개의 챔버에서 상기 일개의 챔버로 전달되는 상기 건조제를 냉각시키는 단계는 열을 상기 건조제로부터 상기 시스템 외부의 냉각원으로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 타개의 챔버는 상기 개구부를 통하여 상기 일개의 챔버를 빠져나가는 건조제를 수용하도록 구성되고, 그리고 상기 방법은 상기 건조제가 상기 타개의 챔버에 들어가지 전, 상기 건조제가 상기 일개의 챔버를 빠져나간 후에 상기 건조제를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 건조제가 일개의 챔버를 빠져나간 후에 건조제를 가열하는 단계는, 상기 타개의 챔버로부터 상기 일개의 챔버로 자동적으로 전달되는 건조제로부터, 상기 빠져나가는 건조제에 열을 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부는 1-3 센티미터(㎝)의 폭 및 1-10 ㎝의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 유체의 수분 함유량 관리 시스템.
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