KR101624526B1 - 제습 장치 - Google Patents

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KR101624526B1
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아리예 코하비
샤론 둘버그
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워터-젠 리미티드
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Abstract

제습 장치(100)는 외부 냉각원에 연결되는 피냉각 코어(102); 피냉각 코어에 이어져 있고 상대적으로 습한 공기가 들어가는 적어도 제 1 및 2 입구 경로(108); 및 피냉각 코어로부터 이어져 있고 상대적으로 건조한 공기가 나가는 적어도 제 1 및 2 출구 경로(112)를 포함하고, 상대적으로 건조한 공기가 나가는 상기 적어도 제 1 및 2 출구 경로는, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 적어도 제 1 및 2 입구 경로와 근접하여 열교환을 하게 되며, 그리하여, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 제 1 및 2 입구 경로에 있는 상대적으로 습한 공기는 피냉각 코어의 상류에서 예비 냉각되며, 상대적으로 건조한 공기가 나가는 제 1 및 2 출구 경로에 있는 상대적으로 건조한 공기는 피냉각 코어의 하류에서 가열되며, 피냉각 코어는 이 피냉각 코어를 통과하는 서로 인접하는 복수의 냉각 경로를 형성하며, 공기가 서로 인접하는 냉각 경로들 중의 인접하는 냉각 경로를 서로 다른 방향으로 통과하도록 상기 냉각 경로 각각은 상대적으로 습한 공기가 들어가는 적어도 제 1 및 2 입구 경로 중의 하나 및 상대적으로 건조한 공기가 나가는 적어도 제 1 및 2 출구 경로 중의 하나에 연결되어 있다.

Description

제습 장치{DEHUMIDIFICATION APPARATUS}
본 출원은 2013년 3월 15에 출원된 미국 특허 출원 13/834,857의 일부 계속 출원으로서, 이의 개시 내용은 본원에 참조로 관련되어 있다.
본 발명은 제습에 관한 것이다.
본 발명의 실시 형태는 가능하다면 가열 또는 냉각과 관련하여 개선된 제습을 제공하고자 한다. 개시된 기술은 예컨대 제습기, 공기 조화기, 음료수 대기압 발생 시스템, 옷 건조기 또는 다른 적절한 장치의 일 부분으로서 실시될 수 있다. 개시된 기술을 사용하는 다른 실시 형태는 예컨대 멸균 또는 살균을 위해 액체 또는 가스를 가열하기 위한 것일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 바람직한 실시 형태에 따르면, 외부 냉각원에 연결되는 피냉각 코어, 상기 피냉각 코어에 이어져 있고 상대적으로 습한 공기가 들어가는 적어도 제 1 및 2 입구 경로, 및 상기 피냉각 코어로부터 이어져 있고 상대적으로 건조한 공기가 나가는 적어도 제 1 및 2 출구 경로를 포함하는 제습 장치가 제공되는데, 상대적으로 건조한 공기가 나가는 상기 적어도 제 1 및 2 출구 경로는, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 상기 적어도 제 1 및 2 입구 경로와 근접하여 열교환을 함으로써, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 상기 제 1 및 2 입구 경로에 있는 상대적으로 습한 공기는 상기 피냉각 코어의 상류에서 예비 냉각되며, 상대적으로 건조한 공기가 나가는 상기 제 1 및 2 출구 경로에 있는 상대적으로 건조한 공기는 피냉각 코어의 하류에서 가열되며, 상기 피냉각 코어는 이 피냉각 코어를 통과하는 서로 인접하는 복수의 냉각 경로를 형성하며, 공기가 상기 서로 인접하는 냉각 경로들 중의 인접하는 냉각 경로를 서로 다른 방향으로 통과하도록 상기 냉각 경로 각각은 상대적으로 습한 공기가 들어가는 상기 적어도 제 1 및 2 입구 경로 중의 하나 및 상대적으로 건조한 공기가 나가는 상기 적어도 제 1 및 2 출구 경로 중의 하나에 연결되어 있다.
바람직하게는, 상기 피냉각 코어는 상대적으로 높은 열전도율을 갖는 재료로 형성되고, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 상기 적어도 제 1 및 2 입구 경로 및 상대적으로 건조한 공기가 나가는 상기 적어도 제 1 및 2 출구 경로는 상대적으로 낮은 열전도율을 갖는 재료로 형성되어 있다.
본 발명의 일 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 피냉각 코어는 공기 유동이 따르는 코어 요소로 형성되고, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 상기 적어도 제 1 및 2 입구 경로 및 상대적으로 건조한 공기가 나가는 상기 적어도 제 1 및 2 출구 경로는 상기 공기 유동이 따르는 경로 요소로 형성되며, 상기 코어 요소는 상기 공기 유동이 따르는 방향으로 상대적으로 높은 열전도율을 가지며, 상기 경로 요소는 상기 공기 유동이 따르는 방향으로 상대적으로 낮은 열전도율을 갖는다.
본 발명의 일 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 코어 요소는 상기 경로 요소에 대하여 정렬되고 시일링된다. 상기 경로 요소는 적어도 하나의 공기 유동 안내 돌출부를 포함한다. 상기 경로 요소는 적어도 하나의 공기 유동 차단 돌출부를 포함한다.
본 발명의 일 바람직한 실시 형태에 따르면, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 상기 적어도 제 1 및 2 입구 경로 및 상대적으로 건조한 공기가 나가는 상기 적어도 제 1 및 2 출구 경로는, 전체적으로 상기 피냉각 코어를 둘러싸도록 배치되는 엠보싱된 대체로 평평한 요소들의 적층체로 형성된다. 엠보싱된 대체로 평평한 요소들의 상기 적층체의 각각의 쌍 사이의 공기 유동은 처음에 예비 냉각되고 그런 다음에 상기 피냉각 코어로 냉각되고 이어서 가열된다.
바람직하게는, 엠보싱된 대체로 평평한 요소들의 상기 적층체는 서로 번갈아 있는 대체로 평평한 제 1 및 2 요소를 포함한다. 서로 번갈아 있는 대체로 평평한 상기 제 1 및 2 요소 중의 서로 인접하는 요소 사이의 공기 유동은 대체로 대향류식 상호 열교환 관계에 있다.
본 발명의 일 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 대체로 평평한 요소는 바람직하게는 진공 성형된다.
바람직하게는, 상기 대체로 평평한 요소는 적어도 하나의 돌출부 및 적어도 하나의 대응하는 오목부를 포함한다. 상기 적어도 하나의 돌출부 및 적어도 하나의 대응하는 오목부는 적어도 하나의 돌출부 어레이 및 적어도 하나의 대응하는 오목부 어레이를 포함한다.
본 발명의 일 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 적어도 하나의 돌출부 어레이는 테이퍼형 단부를 갖는다. 상기 적어도 하나의 돌출부 어레이는 아래쪽으로 경사진 적어도 하나의 돌출부를 포함한다.
바람직하게는, 아래쪽으로 경사진 상기 적어도 하나의 돌출부는 응축액의 배출을 위한 경로를 제공한다.
일부 실시 형태에서, 습한 공기가 들어가는 상기 입구 경로 중의 하나에 대한 공기 유입을 적어도 부분적으로 차단하여 조건에 따라 상기 제습 장치가 제습 및 냉각 모두를 수행하도록 하는 차단 기구를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 제습 장치는 하나 이상의 열 재사용 유닛을 포함하고, 이 열 재사용 유닛은 상대적으로 습한 공기로부터 피냉각 코어에 의해 제거되는 열 에너지를 재사용하도록 되어 있다. 일 실시 형태에서, 상기 열 재사용 유닛은 상대적으로 건조한 공기가 나가는 출구 경로에서 유출되는 상대적으로 건조한 공기를 가열하여 열 에너지를 재사용하도록 되어 있다.
또한 본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 외부 냉각원에 연결되는 피냉각 코어, 상기 피냉각 코어에 이어져 있고 상대적으로 습한 공기가 들어가는 적어도 제 1 및 2 입구 경로, 및 상기 피냉각 코어로부터 이어져 있고 상대적으로 건조한 공기가 나가는 적어도 제 1 및 2 출구 경로를 포함하는 제습 장치로서, 상기 피냉각 코어는 상대적으로 높은 열전도율을 갖는 재료로 형성되고, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 상기 적어도 제 1 및 2 입구 경로 및 상대적으로 건조한 공기가 나가는 상기 적어도 제 1 및 2 출구 경로는 상대적으로 낮은 열전도율을 갖는 재료로 형성되어 있는 제습 장치가 제공된다.
또한 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 외부 냉각원에 연결되는 피냉각 코어, 상기 피냉각 코어에 이어져 있고 상대적으로 습한 공기가 들어가는 적어도 제 1 및 2 입구 경로, 및 상기 피냉각 코어로부터 이어져 있고 상대적으로 건조한 공기가 나가는 적어도 제 1 및 2 출구 경로를 포함하는 제습 장치로서, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 상기 적어도 제 1 및 2 입구 경로 및 상대적으로 건조한 공기가 나가는 상기 적어도 제 1 및 2 출구 경로는, 전체적으로 상기 피냉각 코어를 둘러싸도록 배치되는 엠보싱된 대체로 평평한 요소들의 적층체로 형성되는 제습 장치가 제공된다.
또한 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 외부 냉각원에 연결되는 피냉각 코어, 상기 피냉각 코어에 이어져 있고 상대적으로 습한 공기가 들어가는 적어도 제 1 및 2 입구 경로, 및 상기 피냉각 코어로부터 이어져 있고 상대적으로 건조한 공기가 나가는 적어도 제 1 및 2 출구 경로를 포함하는 제습 장치로서, 상기 피냉각 코어는 공기 유동이 따르는 코어 요소로 형성되며, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 상기 적어도 제 1 및 2 입구 경로 및 상대적으로 건조한 공기가 나가는 상기 적어도 제 1 및 2 출구 경로는 상기 공기 유동이 따르는 경로 요소로 형성되고, 상기 코어 요소는 상기 공기 유동이 따르는 방향으로 상대적으로 높은 열전도율을 가지며, 상기 경로 요소는 상기 공기 유동이 따르는 방향으로 상대적으로 낮은 열전도율을 갖는 제습 장치가 제공된다.
또한 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 외부 냉각원에 연결되는 피냉각 코어, 상기 피냉각 코어에 이어져 있고 상대적으로 습한 공기가 들어가는 적어도 제 1 및 2 입구 경로, 및 상기 피냉각 코어로부터 이어져 있고 상대적으로 건조한 공기가 나가는 적어도 제 1 및 2 출구 경로를 포함하는 제습 장치로서, 상기 제습 장치를 통과하는 공기 유동은, 상기 피냉각 코어에 이어져 있고 상대적으로 습한 공기가 들어가는 상기 적어도 제 1 및 2 입구 경로에서 예비 냉각되며, 그런 다음에 상기 코어에서 냉각되며, 이어서, 상기 피냉각 코어로부터 이어져있고 상대적으로 건조한 공기가 나가는 상기 적어도 제 1 및 2 출구 경로에서 가열되는 제습 장치가 제공된다.
추가적으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 유체 가열 장치가 제공되는데, 이 장치는, 외부 가열원에 연결되는 피가열 코어, 상기 피가열 코어에 이어져 있는 적어도 제 1 및 2 유체 입구 경로, 및 상기 피가열 코어로부터 이어져 있는 적어도 제 1 및 2 유체 출구 경로를 포함하고, 상기 적어도 제 1 및 2 유체 출구 경로는, 상기 적어도 제 1 및 2 유체 입구 경로와 근접하여 열교환을 함으로써, 제 1 및 2 유체 입구 경로에 있는 유체는 상기 피가열 코어의 상류에서 예비 가열되며, 제 1 및 2 유체 출구 경로에 있는 유체는 상기 피가열 코어의 하류에서 냉각되며, 상기 피가열 코어는 이를 통과하는 서로 인접하는 복수의 가열 경로를 형성하며, 유체가 서로 인접하는 가열 경로들 중의 인접하는 가열 경로를 서로 다른 방향으로 통과하도록 상기 가열 경로 각각은 상기 적어도 하나의 제 1 및 2 유체 입구 경로 중의 하나 및 상기 적어도 하나의 제 1 및 2 유체 출구 경로 중의 하나에 연결되어 있다.
추가적으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 고온의 습한 공기 입구를 냉각 제습되는 공기 출구에 연결하는 복수의 제 1 공기 경로, 및 주변 공기 입구를 가열 제습되는 공기 출구에 연결하는 복수의 제 2 공기 경로를 포함하는 제습 장치로서, 상기 제 1 공기 경로는 제 2 공기 경로와 근접하여 열교환을 함으로써, 고온의 습한 공기 입구로부터 제 1 공기 경로를 지나 상기 냉각 제습되는 공기 출구로 유동하는 제 1 공기 유동이, 상기 주변 공기 입구로부터 제 2 공기 경로를 지나 상기 가열 제습되는 공기 출구로 유동하는 제 2 공기 유동을 가열하고 제습하며, 상기 제 1 및 2 공기 경로는 제 1 및 2 공기 유동이 따르는 방향으로 상대적으로 낮은 열전도율을 가지며, 제 1 및 2 공기 유동이 따르는 방향에 수직인 방향으로는 상대적으로 높은 열전도율을 갖는 제습 장치가 제공된다.
일부 실시 형태에서, 상기 제 1 및 2 공기 경로에 의해 제 1 및 2 공기 유동은 서로 반대 방향으로 유동하게 된다. 일 실시 형태에서, 제 1 및 2 공기 유동이 흐르는 코어를 더 포함하고, 이 코어는 제 1 및 2 공기 경로와는 다른 재료로 만들어져 있다. 일 실시 형태에서, 상기 다른 재료는 제 1 및 2 공기 유동으로부터의 응축을 증가시키도록 되어 있다. 일 실시 형태에서, 상기 제 2 공기 유동은 제 1 공기 유동을 냉각하고 제습한다.
도 1a 및 1b 는 본 발명의 일 바람직한 실시 형태에에 따라 구성되고 작동하는 제습 장치의 단순화된 평면도 및 저면도를 도시한다.
도 1c 는 1a 및 1b 의 제습 장치의 단순화된 분해도를 도시한다.
도 2a 및 2b 는 도 1a 내지 1c의 제습 장치의 선택적인 부분을 형성하는 기부 요소의 단순화된 상면도 및 저면도를 도시한다.
도 3a 및 3b 는, 본 발명의 바람직한 제 1 및 2 실시 형태에 따라 구성되고 작동되며 도 1a 내지 1c의 제습 장치의 일 부분을 형성하는, 냉각 코어 및 코어를 둘러싸는 공기 유동 예비 냉각/후가열 어셈블리(CSAFPCPHA)를 포함하는 열교환 어셈블리를 도시한다.
도 4a 및 4b 는 도 1a 내지 1c의 제습 장치의 일 부분을 형성하는 제 1 엔드플레이트 요소를 단순화된 형태로 도시한다.
도 5a 및 5b 는 도 1a 내지 1c의 제습 장치의 일 부분을 형성하는 제 2 엔드플레이트 요소를 단순화된 형태로 도시한다.
도 6a 및 6b 는 도 3a 의 열교환 어셈블리의 일 부분을 형성하는 냉각 코어 어셈블리의 단순화된 결합도 및 분해도를 각각 나타낸다.
도 7a 및 7b 는 도 3b 의 열교환 어셈블리의 일 부분을 형성하는 냉각 코어 어셈블리의 단순화된 결합도 및 분해도를 각각 나타낸다.
도 8a 및 8b 는 도 3a 및 도 3b 의 열교환 어셈블리의 일 부분을 형성하는, 코어를 둘러싸는 공기 유동 예비 냉각/후가열 어셈블리(CSAFPCPHA)의 단순화된 결합도 및 분해도를 각각 나타낸다.
도 9a 및 9b 는 코어를 둘러싸는 공기 유동 예비 냉각/후가열 어셈블리(CSAFPCPHA)의 제 1 플레이트의 제 1 측면의 단순화된 평면도 및 도해도를 각각 나타낸다.
도 10a 및 10b 는 코어를 둘러싸는 공기 유동 예비 냉각/후가열 어셈블리(CSAFPCPHA)의 제 1 플레이트의 제 2 측면의 단순화된 평면도 및 도해도를 각각 나타낸다.
도 11a 및 11b 는 코어를 둘러싸는 공기 유동 예비 냉각/후가열 어셈블리(CSAFPCPHA)의 제 2 플레이트의 제 1 측면의 단순화된 평면도 및 도해도를 각각 나타낸다.
도 12a 및 12b 는 코어를 둘러싸는 공기 유동 예비 냉각/후가열 어셈블리(CSAFPCPHA)의 제 2 플레이트의 제 2 측면의 단순화된 평면도 및 도해도를 각각 나타낸다.
도 13 은 도 3a 및 3b의 열교환 어셈블리의 일 부분의 단순화된 부분 분해도로, 서로 인접하는 엠보싱된 대체로 평평한 요소 사이의 전형적인 공기 유동을 나타내고 있다.
도 14a, 14b, 14c 및 14d 는 도 3a 및 3b의 열교환 어셈블리를 통과하는 공기 유동을 단순화시켜 도시하는 것으로, 도 14a 는 평면도이고 도 14b, 14c 및 14d 는 각각 도 14a에 있는 B - B 단면선, C - C 단면선 및 D - D 단면선을 따라 취한 단면도이다.
도 15 는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제습 및 냉각 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 16 은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 옷 텀블 건조기를 개략적으로 도시한다.
도 17 은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유체 가열 장치를 개략적으로 도시한다.
도 18 은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제습 및 가열 장치를 개략적으로 도시한다.
본 발명의 실시 형태는, 제습을 하고 제습 장치, 공기 조화기, 음료수를 제공하는 물 발생 시스템, 옷 텀블 건조기의 일 부분과 같은 많은 대안적인 작동 상황 또는 다른 용도로 실시될 수 있는 장치를 설명한다. 전술한 장치는 일반적으로 습한 공기의 공기 유동 및 이와 동시에 공기 압력 구배를 필요로 한다. 또한 상기 장치는 냉각제 유체의 제공을 필요로 하고, 이 냉각제 유체는 가스 또는 액체일 수 있다. 아래에서 설명하는 다른 실시 형태는 멸균 또는 살균을 위해 유체(액체 또는 가스)를 가열하기 위한 개시된 장치를 사용한다.
이제 도 1a ∼ 3b 를 참조하면, 이들 도는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라 구성되고 작동되는 제습 장치(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 1a ∼ 3b 에서 보는 바와 같이, 제습 장치(100)는 피냉각 코어(102)를 포함하는데, 이 코어는 냉각 유체 입구 관(104) 및 냉각 유체 출구 관(106)을 통해 외부 냉각원(미도시)에 연결된다. 냉각 유체는, 부분적으로 액체인 상태로 공급되어 코어(102)에서 기체 상태로 변하게 되는 암모니아 또는 FREON®와 같은 어떤 적절한 냉각제라도 될 수 있고, 또는 줄곧 액체 상태를 유지하는 냉각액(일반적으로, 물 또는 알코올)일 수 있다.
상대적으로 습한 공기가 들어가는 적어도 제 1 및 2 입구 경로(108)가 피냉각 코어(102)에 이어져 있고, 상대적으로 건조한 공기가 나가는 적어도 제 1 및 2 출구 경로(112)가 피냉각 코어(102)로부터 연장되어 있다.
본 발명의 일 바람직한 실시 형태에 따르면, 코어를 둘러싸는 공기 유동 예비 냉각/후가열 어셈블리(CSAFPCPHA)(120)가 제공되는데, 상대적으로 건조한 공기가 나가는 적어도 상기 제 1 및 2 출구 경로(112)는, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 적어도 상기 제 1 및 2 입구 경로(108)와 근접하여 열교환하게 되며, 그리하여, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 제 1 및 2 입구 경로에 있는 상대적으로 습한 공기는 피냉각 코어(102)의 상류에서 예비 냉각되며, 상대적으로 건조한 공기가 나가는 제 1 및 2 출구 경로에 있는 상대적으로 건조한 공기는 피냉각 코어(102)의 하류에서 가열되게 된다.
본 발명의 일 실시 형태의 특별한 특징으로서, 피냉각 코어(102)는 공기 유동이 따르는 코어 플레이트(122)와 같은 코어 요소로 형성되며, 상대적으로 습한 공기가 들어가는 적어도 제 1 및 2 입구 경로 및 상대적으로 건조한 공기가 나가는 적어도 제 1 및 2 출구 경로는, 공기 유동이 따르는 엠보싱된 전체적으로 평평한 요소(124, 126)와 같은 경로 요소로 형성되며, 상기 코어 요소는 공기 유동이 따르는 방향으로 상대적으로 높은 열전도율을 가지며, 상기 경로 요소는 공기 유동이 따르는 방향으로 상대적으로 낮은 열전도율을 갖는다. 코어 플레이트(122)는 대응하는 평평한 요소(124, 126)와 정렬되며 그에 대해 시일링된다.
특히 도 1a ∼ 1c 에서 보는 바와 같이, 제습 장치(100)는 바람직하게, 기부서브어셈블리(130)(응축액의 배출을 위한 섬프(sump)를 제공함), 엔드 플레이트 서브어셈블리(132, 134), 엔드 커버 플레이트(136, 138), 입구 공기 유동을 경로(108)를 따르도록 바람직하게 제한하는 상부 공기 유동 시일링 플레이트(140), 출구 공기 유동을 경로(112)를 따르도록 바람직하게 제한하는 한쌍의 하부 공기 유동 시일링 플레이트(142), 및 각 쌍의 입구 및 출구 공기 유동 경로(108, 112)를 분리하는 한쌍의 측면 공기 유동 시일링 플레이트(144)를 포함한다. 여기서 상징적으로 나타나 있는 둘레 플레이트(148)가, 상대적으로 높은 압력으로 유지되는 주변의 상대적으로 습한 공기 환경과 상대적으로 낮은 압력으로 유지되는 상대적으로 건조한 공기 환경을 분리한다.
이제 특히 도 2a 및 2b 를 참조하면(이들 도는 도 1a 및 1b의 제습 장치의 선택적인 부분을 형성하는 기부 서브어셈블리를 단순화시켜 도시함), 기부 서브어셈블리는 일반적으로 판금으로 용접되며, 서로 경사진 한쌍의 플레이트(160, 162)를 포함하며, 이들 플레이트는 다리(168)를 규정하는 한쌍의 끝 부분(164, 166)에의해 결합되어 있다. 한쌍의 섬프 구멍(170)이 플레이트(160, 162)의 접합부의 양 단부에 바람직하게 형성되어 있고 바람직하게는 각각의 섬프 관(174)이 끼워져 있다.
이제 도 3a, 6a 및 6b 를 참조하면, 이러한 도면은 피냉각 코어(102) 및 FREON®와 같은 기체 냉각제와 함께 사용되는데 특히 적합한, 코어를 둘러싸는 공기 유동 예비 냉각/후가열 어셈블리(CSAFPCPHA)(120)를 포함하는 열교환 어셈블리를 도시하며, 이에 따라 냉각제 관(180)에는 분배기(182)가 바람직하게 제공되어 있는데, 이 분배기는 가스 유동을 복수의 개별 유동으로 분할하며, 이들 개별 유동 각각은 별도의 가스 순환 경로를 통과하게 된다.
이제 도 3b, 7a 및 7b 를 참조하면, 이러한 도면은 피냉각 코어(102) 및 냉각수 또는 알코올과 같은 액체 냉각제와 함께 사용되는데 특히 적합한, 코어를 둘러싸는 공기 유동 예비 냉각/후가열 어셈블리(CSAFPCPHA)(120)를 포함하는 열교환 어셈블리를 도시하며, 이에 따라 냉각제 관(190)에는 바람직하게 분배기(182)가 제공되어 있지 않다.
이제 도 4a 및 4b를 참조하면, 이들 도는 엔드 플레이트(132)를 도시한다. 이 엔드 플레이트(132)는, 일련의 구멍(204)을 갖는 전체적으로 평평한 부분(202)을 포함하며, 그 구멍은 관(180, 190)과 같은 냉각제 관을 수용하도록 되어 있다. 상기 엔드 플레이트는 구부러진 복수의 가장자리(206) 및 엔드 커버 플레이트(136)가 시일링 부착될 수 있는 이중으로 구부러진 복수의 가장자리(208)를 포함한다.
이제 도 5a 및 5b 를 참조하면, 이들 도는 엔드 플레이트(134)를 도시한다. 이 엔드 플레이트(134)는 일련의 구멍(224)을 갖는 전체적으로 평평한 부분(222)을 포함하며, 그 구멍은 관(180, 190)과 같은 냉각제 관을 수용하도록 되어 있다. 상기 엔드 플레이트는 구부러진 복수의 가장자리(226) 및 엔드 커버 플레이트(138)가 시일링 부착될 수 있는 이중으로 구부러진 복수의 가장자리(228)를 바람직하게 포함한다. 구부러진 가장자리(226) 중의 하나에는, 냉각 유체 입구 관(104) 및 냉각 유체 출구 관(106)을 수용하는 구멍(230)이 바람직하게 형성되어 있다.
이제 도 8a ∼ 12b 를 참조하면, 이들 도는 코어를 둘러싸는 공기 유동 예비 냉각/후가열 어셈블리(CSAFPCPHA)의 구조를 도시한다. 도 8a 및 8b에서 보는 바와 같이, CSAFPCPHA는 엠보싱된 전체적으로 평평한 2개의 다른 요소(124, 126)가 적층되어 만들어지는데, 이들 요소는 바람직하게는 코어(102) 둘레에서 서로 맞물려 접촉하여 배치된다.
이제, 엠보싱된 전체적으로 평평한 요소(124, 126)의 구조 및 작용을 특히 도 9a ∼ 12b 를 참조하여 설명한다. 평평한 요소(124, 126)는 바람직하게는, 상대적으로 비전도성이고 0.3 mm 의 두께를 갖는 가요성 재료, 일반적으로 PVC 및 PET와 같은 플라스틱으로 통상적인 진공 성형 기술에 의해 형성된다.
먼저, 전체적으로 평평한 요소(124)를 보면, 이의 제 1 측면(참조 번호 "300"으로 표시되어 있음)이 도 9a 및 9b 에 나타나 있고, 제 2 측면(참조 번호 "302"으로 표시되어 있음)이 도 10a 및 10b 에 나타나 있다. 평평한 요소(124)는 바람직하게는 10개의 측면 가장자리를 갖는데, 이들 가장자리는 도 9a 에서 시계 방향으로 참조 번호 "320, 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329"로 표시되어 있다. 평면 요소(124)에는 복수의 돌출부가 형성되어 있는데, 도 9a 에서 이들 돌추부는 평평한 요소(124)의 면(330)의 위로 대략 3 mm의 높이로 연장되어 있는데, 이제 그 돌출부에 대해 상세히 설명할 것이다. 평평한 요소(124, 126)가 진공 성형으로 만들어지므로, 각 돌출부와 대응하는 오목부가 있다.
도 9a 및 9b 에서 보는 바와 같이, 평평한 요소(124)의 제 1 측면(300)은 공기 유동 차단 돌출부(340)를 포함하는데, 이 돌출부는 도 9a 에서 시계 방향으로 볼 때 가장자리(320, 329)의 접합부 근처의 지점에서부터 시작하여 처음에 좁게 연장되어 있고 가장자리(320)로부터 약간 떨어져 그를 따라서는 더 넓게 되어 있다가 좁아지며 그리고 가장자리(321, 322)로 부터 떨어져 이를 따라서는 좁게 되어 있다. 상기 돌출부(340)는 공기가 면(330) 위에서 가장자리(320, 321, 322)를 경유하여 유동하는 것을 방지하는 역할을 한다. 평평한 요소(124)는 공기 유동 차단 돌출부(342)를 또한 포함하는데, 이 돌출부는 도 9a 에서 시계 방향으로 볼 때 가장자리(325, 326)의 접합부 근처의 지점에서부터 가장자리(326, 327, 328)로부터 떨어져 이들 가장자리를 따라 좁게 연장되어 있다. 돌출부(342)는 공기가 면(330) 위에서 가장자리(326, 327, 328)를 경유하여 유동하는 것을 방지하는 역할을 한다. 평평한 요소(124)는 공기 유동 차단 돌출부(344)를 또한 포함하는데, 이 돌출부는 가장자리(324)로부터 떨어져 그를 따라 연장되어 있다. 돌출부(344)는 공기가 면(330) 위에서 가장자리(324)를 경유하여 유동하는 것을 방지하는 역할을 한다.
평평한 요소(124)는 제 1 측면(300)에서, 일반적으로 면(330) 위의 입구 영역(348)이 있는 공기 유동 안내 돌출부(346) 및 일반적으로 면(330) 위의 출구 영역(352)이 있는 공기 유동 안내 돌출부(350)를 또한 포함한다.
평평한 요소(124)는 제 1 측면(300)에서, 입구 영역(348)의 하류에서 서로 이격되어 있는 향상된 대향류 열교환(ECFHE) 돌출부(362)의 어레이(360)를 또한 포함한다. 서로 이격되어 있는 돌출부(362) 각각은 바람직하게는 테이퍼형 입구 단부(364) 및 테이퍼형 출구 단부(366)를 갖는다.
평평한 요소(124)는 제 1 측면(300)에서, 출구 영역(352)의 상류에서 서로 이격되어 있는 향상된 대향류 열교환(ECFHE) 돌출부(372)의 어레이(370)를 또한 포함한다. 서로 이격되어 있는 돌출부(372) 각각은 바람직하게는 테이퍼형 입구 단부(374) 및 테이퍼형 출구 단부(376)를 갖는다.
평평한 요소(124)는 제 1 측면(300)에서 복수의 상호 내측 가장자리 이격 돌출부(380)를 또한 포함하는데, 이들 돌출부는 바람직하게는 코어(102)를 수용하는 대체로 직사각형인 절취부(382)의 옆에 배치된다.
평평한 요소(124)는 제 1 측면(300)에서, 바람직하게는 가장자리(323, 329)를 따라 배치되는 복수의 상호 외측 가장자리 이격 돌출부(390)를 또한 포함한다.
도 10a 및 10b 에서 보는 바와 같이, 평평한 요소(124)의 제 2 측면(302)은 오목부(440)를 포함하는데, 이 오목부는 도 10a 에서 반시계 방향으로 볼 때 가장자리(320, 329)의 접합부 근처의 지점에서부터 시작하여 처음에 좁게 연장되어 있고 가장자리(320)로부터 약간 떨어져 그를 따라서는 더 넓게 되어 있다가 좁아지며 그리고 가장자리(321, 322)로 부터 떨어져 이를 따라서는 좁게 되어 있다. 평평한 요소(124)는 오목부(442)를 또한 포함하는데, 이 오목부는 도 10a 에서 반시계 방향으로 볼 때 가장자리(325, 326)의 접합부 근처의 지점에서부터 가장자리(326, 327, 328)로부터 떨어져 이들 가장자리를 따라 좁게 연장되어 있다. 평평한 요소(124)는 오목부(444)를 또한 포함하는데, 이 오목부는 가장자리(324)로부터 떨어져 그를 따라 연장되어 있다. 상기 오목부(440, 442, 444)는 평평한 요소(126)에 있는 대응하는 돌출부와 협력하여, 서로 맞물려 적층되는 평평한 요소(124, 126)의 정렬을 향상시켜 준다.
평평한 요소(124)는 일반적으로 제 2 측면(302)에서, 입구 영역(348)에 있는 오목부(446) 및 출구 영역(352)에 있는 오목부(450)를 또한 포함한다.
평평한 요소(124)는 또한 제 2 측면(302)에서, 입구 영역(448)의 하류에서 서로 이격되어 있는 향상된 대향류 열교환(ECFHE) 오목부(462)의 어레이(460)를 또한 포함한다. 서로 이격되어 있는 돌출부(462) 각각은 바람직하게는 테이퍼형 입구 단부(464) 및 테이퍼형 출구 단부(466)를 갖는다.
평평한 요소(124)는 또한 제 2 측면(302)에서, 출구 영역(352)의 상류에서 서로 이격되어 있는 향상된 대향류 열교환(ECFHE) 오목부(472)의 어레이(470)를 포함한다. 서로 이격되어 있는 오목부(472) 각각은 바람직하게는 테이퍼형 입구 단부(474) 및 테이퍼형 출구 단부(476)를 갖는다.
평평한 요소(124)는 제 2 측면(302)에서 복수의 상호 내측 가장자리 이격 오목부(480)를 또한 포함하는데, 이들 오목부는 바람직하게는 코어(102)를 수용하는 대체로 직사각형인 절취부(382)의 옆에 배치된다.
평평한 요소(124)는 제 2 측면(302)에서, 바람직하게는 가장자리(323, 329)를 따라 배치되는 복수의 외측 가장자리 오목부(490)를 포함한다.
먼저, 전체적으로 평평한 요소(126)를 보면, 이의 제 1 측면(참조 번호 "500"으로 표시되어 있음)이 도 11a 및 11b 에 나타나 있고, 제 2 측면(참조 번호 "502"으로 표시되어 있음)이 도 11a 및 11b 에 나타나 있다. 평평한 요소(126)는 바람직하게는 10개의 측면 가장자리를 갖는데, 이들 가장자리는 도 11a 에서 반시계 방향으로 참조 번호 "520, 521, 522, 523, 524, 525, 526, 527, 528, 529"로 표시되어 있다. 평면 요소(126)에는 복수의 돌출부가 형성되어 있는데, 도 11a 에서 이들 돌추부는 평평한 요소(126)의 면(530)의 위로 대략 3 mm의 높이로 연장되어 있는데, 이제 그 돌출부에 대해 상세히 설명할 것이다. 평평한 요소(124, 126)가 진공 성형으로 만들어지므로, 각 돌출부와 대응하는 오목부가 있다.
도 11a 및 11b 에서 보는 바와 같이, 평평한 요소(126)의 제 1 측면(500)은 공기 유동 차단 돌출부(540)를 포함하는데, 이 돌출부는 도 11a 에서 반시계 방향으로 볼 때 가장자리(520, 529)의 접합부 근처의 지점에서부터 시작하여 처음에 좁게 연장되어 있고 가장자리(520)로부터 약간 떨어져 그를 따라서는 더 넓게 되어 있다가 좁아지며 그리고 가장자리(521, 522)로 부터 떨어져 이를 따라서는 좁게 되어 있다. 상기 돌출부(540)는 공기가 면(530) 위에서 가장자리(520, 521, 522)를 경유하여 유동하는 것을 방지하는 역할을 한다. 평평한 요소(126)는 공기 유동 차단 돌출부(542)를 또한 포함하는데, 이 돌출부는 도 11a 에서 반시계 방향으로 볼 때 가장자리(525, 526)의 접합부 근처의 지점에서부터 가장자리(526, 527, 528)로부터 떨어져 이들 가장자리를 따라 좁게 연장되어 있다. 돌출부(542)는 공기가 면(530) 위에서 가장자리(526, 527, 528)를 경유하여 유동하는 것을 방지하는 역할을 한다. 평평한 요소(126)는 공기 유동 차단 돌출부(544)를 또한 포함하는데, 이 돌출부는 가장자리(524)로부터 떨어져 그를 따라 연장되어 있다. 돌출부(544)는 공기가 면(530) 위에서 가장자리(524)를 경유하여 유동하는 것을 방지하는 역할을 한다.
평평한 요소(126)는 제 1 측면(500)에서, 일반적으로 면(530) 위의 입구 영역(548)이 있는 공기 유동 안내 돌출부(546) 및 일반적으로 면(530) 위의 출구 영역(552)이 있는 공기 유동 안내 돌출부(550)를 또한 포함한다.
평평한 요소(126)는 제 1 측면(500)에서, 입구 영역(548)의 하류에서 서로 이격되어 있는 향상된 대향류 열교환(ECFHE) 돌출부(562)의 어레이(560)를 또한 포함한다. 서로 이격되어 있는 돌출부(562) 각각은 바람직하게는 테이퍼형 입구 단부(564) 및 테이퍼형 출구 단부(566)를 갖는다.
평평한 요소(126)는 제 1 측면(500)에서, 출구 영역(552)의 상류에서 서로 이격되어 있는 향상된 대향류 열교환(ECFHE) 돌출부(572)의 어레이(570)를 또한 포함한다. 서로 이격되어 있는 돌출부(572) 각각은 바람직하게는 테이퍼형 입구 단부(574) 및 테이퍼형 출구 단부(576)를 갖는다.
평평한 요소(126)는 제 1 측면(500)에서 복수의 상호 내측 가장자리 이격 돌출부(580)를 또한 포함하는데, 이들 돌출부는 바람직하게는 코어(102)를 수용하는 대체로 직사각형인 절취부(582)의 옆에 배치된다.
평평한 요소(126)는 제 1 측면(500)에서, 바람직하게는 가장자리(523, 529)를 따라 배치되는 복수의 상호 외측 가장자리 이격 돌출부(590)를 또한 포함한다.
도 12a 및 12b 에서 보는 바와 같이, 평평한 요소(126)의 제 2 측면(502)은 오목부(640)를 포함하는데, 이 오목부는 도 12a 에서 시계 방향으로 볼 때 가장자리(520, 529)의 접합부 근처의 지점에서부터 시작하여 처음에 좁게 연장되어 있고 가장자리(520)로부터 약간 떨어져 그를 따라서는 더 넓게 되어 있다가 좁아지며 그리고 가장자리(521, 522)로 부터 떨어져 이를 따라서는 좁게 되어 있다. 평평한 요소(126)는 오목부(642)를 또한 포함하는데, 이 오목부는 도 12a 에서 시계 방향으로 볼 때 가장자리(525, 526)의 접합부 근처의 지점에서부터 가장자리(526, 527, 528)로부터 떨어져 이들 가장자리를 따라 좁게 연장되어 있다. 평평한 요소(126)는 오목부(644)를 또한 포함하는데, 이 오목부는 가장자리(524)로부터 떨어져 그를 따라 연장되어 있다. 상기 오목부(640, 642, 644)는 평평한 요소(124)에 있는 대응하는 돌출부와 협력하여, 서로 맞물려 적층되는 평평한 요소(124, 126)의 정렬을 향상시켜 준다.
평평한 요소(126)는 일반적으로 제 2 측면(502)에서, 입구 영역(548)에 있는 오목부(646) 및 출구 영역(552)에 있는 오목부(650)를 또한 포함한다.
평평한 요소(126)는 또한 제 2 측면(502)에서, 입구 영역(548)의 하류에서 서로 이격되어 있는 향상된 대향류 열교환(ECFHE) 오목부(662)의 어레이(660)를 또한 포함한다. 서로 이격되어 있는 돌출부(662) 각각은 바람직하게는 테이퍼형 입구 단부(664) 및 테이퍼형 출구 단부(666)를 갖는다.
평평한 요소(126)는 또한 제 2 측면(502)에서, 출구 영역(552)의 상류에서 서로 이격되어 있는 향상된 대향류 열교환(ECFHE) 오목부(672)의 어레이(670)를 포함한다. 서로 이격되어 있는 돌출부(672) 각각은 바람직하게는 테이퍼형 입구 단부(674) 및 테이퍼형 출구 단부(676)를 갖는다.
평평한 요소(126)는 제 2 측면(502)에서 복수의 상호 내측 가장자리 이격 오목부(680)를 또한 포함하는데, 이들 오목부는 바람직하게는 코어(102)를 수용하는 대체로 직사각형인 절취부(582)의 옆에 배치된다.
평평한 요소(126)는 제 2 측면(502)에서, 바람직하게는 가장자리(523, 529)를 따라 배치되는 복수의 외측 가장자리 오목부(690)를 포함한다.
이제 도 13 을 참조하면, 이 도는 도 3a 및 3b의 열교환 어셈블리의 일 부분의 단순화된 부분 분해도로, 서로 인접하는 엠보싱된 대체로 평평한 요소 사이의 전형적인 공기 유동을 나타내고 있으며, 또한 도 14a, 14b, 14c 및 14d 를 참조하는데, 이들 도는 도 3a 및 3b의 열교환 어셈블리를 통과하는 공기 유동을 단순화 시켜 도시하는 것으로, 도 14a 는 평면도이고 도 14b, 14c 및 14d 는 도 14a에 있는 B - B 단면선, C - C 단면선 및 D - D 단면선을 따라 취한 단면도이다.
도 13 은 평평한 요소(124)의 제 1 측면(300)과 평평한 요소(126)의 제 2 측면(502) 사이에서의 공기 유동(전체적으로 참조 번호 "700"으로 표시되어 있음)을 나타낸다. 평평한 요소(126)의 제 2 측면(502)은 도 13 에는 나타나 있지 않다. 도 13 은 또한 평평한 요소(126)의 제 1 측면(500)과 평평한 요소(124)의 제 2 측면(302) 사이에서의 공기 유동(전체적으로 참조 번호 "702"로 표시되어 있음)을 나타낸다. 평평한 요소(124)의 제 2 측면(302)은 도 13 에서는 보이지는 않는다.
공기 유동(700)을 고려하면, 일반적으로 상대적으로 습한 공기의 비교적 평면형인 유동은 평평한 요소(124)의 면(330)의 위에서 입구 영역(348)에 들어가며, 그 입구 영역은 평평한 요소(126)의 인접한 제 2 측면(502)에 의해 경계져 있다. 이 유동은 평평한 요소(124)에 있는 돌출부(362)의 어레이(360) 및 평평한 요소(126)에 있는 오목부(672)의 대응하여 위치된 어레이(670)와 관련되는 하나 이상의 돌출부(346)에 의해 안내된다. 돌출부(362)는 부분적으로 오목부(672) 내부에 안착되며, 각 오목부(672)와 부분적으로 그 오목부 안에 안착되는 대응하는 돌출부(362) 사이의 공기 유동로를 함께 형성하게 된다. 돌출부(362)의 테이퍼형 단부(364, 366) 및 오목부(672)의 테이퍼형 단부(674, 676)는 이들 공기 유동로를 형성하는데 도움을 준다.
어레이(360)의 하류에서, 공기 유동(후술하겠지만 이 단계에서 다소 예비 냉각되었음)은 대체로 평면형인 유동으로 코어(102)의 코어 플레이트(122)를 통과하게 되며, 그 코어 플레이트에서 공기 유동은 실질적으로 냉각되는데, 바람직하게는 이슬점 아래로 냉각된다. 코어(102)의 코어 플레이트(122)의 하류에서, 실질적으로 냉각된 공기는 평평한 요소(124)에 있는 돌출부(372)의 어레이(370) 및 평평한 요소(126)에 있는 오목부(662)의 대응하여 위치된 어레이(660)를 통과하게 된다. 돌출부(372)는 대응하는 오목부(662) 내부에 부분적으로 안착되며, 각 오목부(662)와 부분적으로 그 오목부 안에 안착되는 대응하는 돌출부(372) 사이의 공기 유동로를 함께 형성하게 된다. 돌출부(372)의 테이퍼형 단부(374, 376) 및 오목부(662)의 테이퍼형 단부(664, 666)는 이들 공기 유동로를 형성하는데 도움을 준다.
어레이(370)의 하류에서, 공기 유동(후술하겠지만 이 단계에서 다소 가열되었음)은 평평한 요소(124)의 면(330) 위에서 출구 영역(352)에서 비교적 평면형인유동과 합쳐지게 되며, 그 출구 영역은 평평한 요소(126)의 인접한 제 2 측면(502)에 의해 경계져 있다. 이 유동은 하나 이상의 돌출부(350)에 의해 안내된다.
공기 유동(702)을 고려하면, 일반적으로 상대적으로 습한 공기의 비교적 평면형인 유동은 평평한 요소(126)의 면(530)의 위에서 입구 영역(548)에 들어가며, 그 입구 영역은 평평한 요소(124)의 인접한 제 2 측면(302)에 의해 경계져 있다. 이 유동은 평평한 요소(126)에 있는 돌출부(562)의 어레이(560) 및 평평한 요소(124)에 있는 오목부(472)의 대응하여 위치된 어레이(470)와 관련되는 하나 이상의 돌출부(546)에 의해 안내된다. 돌출부(562)는 부분적으로 오목부(472) 내부에 안착되며, 각 오목부(472)와 부분적으로 그 오목부 안에 안착되는 대응하는 돌출부(562) 사이의 공기 유동로를 함께 형성하게 된다. 돌출부(562)의 테이퍼형 단부(564, 566) 및 오목부(472)의 테이퍼형 단부(474, 476)는 이들 공기 유동로를 형성하는데 도움을 준다.
어레이(560)의 하류에서, 공기 유동(후술하겠지만 이 단계에서 다소 예비 냉각되었음)은 대체로 평평한 유동으로 코어(102)의 코어 플레이트(122)를 통과하게 되며, 그 코어 플레이트에서 공기 유동은 실질적으로 냉각되는데, 바람직하게는 이슬점 아래로 냉각된다. 코어(102)의 코어 플레이트(122)의 하류에서, 실질적으로 냉각된 공기는 평평한 요소(126)에 있는 돌출부(572)의 어레이(570) 및 평평한 요소(124)에 있는 오목부(462)의 대응하여 위치된 어레이(460)를 통과하게 된다. 돌출부(572)는 대응하는 오목부(462) 내부에 부분적으로 안착되며, 각 오목부(462)와 부분적으로 그 오목부 안에 안착되는 대응하는 돌출부(572) 사이의 공기 유동로를 함께 형성하게 된다. 돌출부(572)의 테이퍼형 단부(574, 576) 및 오목부(462)의 테이퍼형 단부(464, 466)는 이들 공기 유동로를 형성하는데 도움을 준다.
어레이(570)의 하류에서, 공기 유동(후술하겠지만 이 단계에서 다소 가열되었음)은 평평한 요소(126)의 면(530) 위에서 출구 영역(552)에서 비교적 평면형인유동과 합쳐지게 되며, 그 출구 영역은 평평한 요소(124)의 인접한 제 2 측면(302)에 의해 경계져 있다. 이 유동은 하나 이상의 돌출부(550)에 의해 안내된다.
추가적으로 도 14a ∼ 14d 를 참조하면, 적층체에서 서로 인접하여 부분적으로 맞물려 있는 평평한 요소(124, 126) 사이의 공기 유동(700, 702)은 대체로 대향류식 상호 열교환 관계에 있는데, 하지만 공기 유동은 특히 각각의 입구 및 출구 영역에서 완전히 평행한 것은 아니다. 본 발명의 중요한 특징으로서, 공기 유동(700, 702)은 코어(102)를 통과할 때 대체로 2차원적으로 평행하고, 어레이(360, 570)의 돌출부와 오목부 사이에 형성되어 있는 공기 유동로를 통과할 때 및 어레이(370, 560)의 돌출부와 오목부 사이에 형성되어 있는 공기 유동로를 통과할 때는 대체로 3차원적으로 평행하다.
따라서, 어레이(360, 670)의 돌출부와 오목부 사이에 형성되어 있는 공기 유동로에서의 상호 대향 공기 유동 사이에, 그리고 어레이(570, 460)의 돌출부와 오목부 사이에 형성되어 있는 공기 유동로를 통과할 때 향상된 열교환이 제공되며, 3차원 대향 유동이 제공되고, 입구 영역과 출구 영역에서는 더 적은 정도의 열교환이 제공되며, 여기서는 서로 인접하는 평면형 공기 유동 사이에 단지 2차원 열교환만 제공된다.
이는 도 14b와 14c를 그래픽적으로 비교해 보면 알 수 있다. 도 14b 는 서로 코어(102)의 인접하는 플레이트(122) 사이에서 코어(102) 안에 있는 서로 인접한 대체로 평면형 공기 유동 사이의 2차원 대항류 열교환 관계를 나타낸다.
도 14c 는 어레이(360, 670)로 형성되는 유동로를 따르는 서로 인접한 대체로 평면형 공기 유동 사이의 3차원 대향류 열교환 관계를 나타낸다. 도 14c 는 어레이(570, 460)로 형성되는 유동로를 따르는 서로 인접한 대체로 평면형 공기 유동 사이의 3차원 대향류 열교환 관계를 또한 나타낸다.
도 14c 에 나타나 있는 각각의 유동은 거의 4개의 측면에서 대향류 유동로에 의해 둘러싸여 있기 때문에, 도 14c 에 나타나 있는 열교환 관계는 도 14b 에 나타나 있는 것과 비교하여 크게 향상됨을 알 수 있고, 도 14b 에서, 각각의 평면형 유동은 거의 2개의 측면에서 대향류 유동로에 의해 둘러싸여 있다. 또한, 유동 경로를 형성하는 돌출부와 오목부는 아래쪽으로 경사져 있어, 응축액이 그로부터 가장자리(325, 525)를 지나, 배출 및 바람직하게는 음료수로서의 사용을 위한 기부 서브어셈블리(130) 안으로 배출되는 것이 더욱 용이하게 된다.
도 14c 에 나타나 있는 고효율 열교환 구조, 본 발명의 일 특별한 특징에 따라, 전술한 그리고 도 14d 에 나타나 있는 돌출부와 오목부의 부분적인 상호 맞물림으로 실현되며, 그 도에는 각각의 평평한 요소(124, 126)의 면(330, 530)에 수직한 도면에서 보았을 때 이들 유동 경로의 배치가 나타나 있다.
추가적인 실시 형태 및 변형예
도 15 ∼ 18 은 아래에서 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 개시된 제습 장치의 여러 추가적인 적용, 사용 경우 및 변형예를 도시한다. 이들 적용, 사용 경우 및 변형예는 순전히 예시적인 것으로 나타나 있다. 대안적인 실시 형태에서, 개시된 기술은 다른 적절한 장치에 그리고 다른 적절한 용도로 적용될 수 있다.
일부 경우, 주변 공기의 제습에 추가로 그 공기를 냉각하는 것이 바람직하다. 예컨대, 제습 장치(100)는 외부 공기에 접근되는 부분이 없는 고온의 습한 환경 내부에 위치될 수 있다.
도 15 는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제습 및 냉각 장치를 개략적으로 나타낸다. 이 실시 형태에서는 차단 기구가 공기 입구 경로들 중의 하나를 조건에 따라 차단하도록 되어 있다. 도 15 의 실시예에서, 차단 플레이트(800)가 조건적으로 공기 입구 경로 중의 하나(도면에서 "108A" 로 표시되어 있음) 위에 배치된다. 차단 플레이트(800)는 공기 입구 경로 위에 배치되면, 입구(108A)를 통해 공기 유동 유입 장치(100)의 적어도 일 부분을 차단하게 된다. 다른 공기 입구 경로 (도면에서는 보이지 않지만, "108B" 로 표시되어 있음)는 덮히지 않는다.
결과적으로, 단지 하나의 공기 유동 방향(예컨대, 도 13 의 공기 유동(702)만, 공기 유동(700)은 아님)만 장치(100)를 통과하게 된다. 이 공기 유동은 반대 방향의 공기 유동에 의해 재가열되지 않는데, 왜냐하면 그 반대 방향 공기는 플레이트(800)에 의해 차단되어 있기 때문이다. 최종적인 결과로, 대응하는 출구 경로(112)에서 유출되는 공기는 유입하는 공기 보다 건조하고 더 저온으로 된다.
다양한 실시 형태에서, 플레이트(800)는 입구 경로(108)에 들어가는 전체 공기 유동 또는 그 공기 유동의 일 부분만 차단할 수 있다. 예컨대, 플레이트(800)는 전체 입구 영역 또는 그 입구 영역의 일 부분만 덮을 수 있다. 일 실시 형태에서, 냉각의 정도는 공기 유동 중에서 플레이트(800)에 의해 차단되는 부분을 제어하여 조절될 수 있다.
일 실시 형태에서, 상기 장치(100)는 2개의 작동 모드, 즉 냉각이 없는 제습 모드 및 냉각이 있는(즉, 공기 조화) 제습 모드로 작동하도록 되어 있다. 예컨대, 주변 공기가 매우 습할 때, 플레이트(800)는 제거될 수 있는데, 이 경우 장치(100)는 냉각 없이 공기를 제습하게 된다. 주변 공기가 고온 건조할 때는, 플레이트(800)가 부착될 수 있고, 이 경우 장치(100)는 제습과 냉각을 모두 하게 된다.
어떤 실시 형태에서, 제습 장치(100)에서 나오는 공기의 열은 재사용된다. 아래의 예는 텀블 건조기에 적용된 경우이지만, 유사한 재사용 형태가 제습 장치의 다양한 다른 용도에 적용될 수 있다.
도 16 은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 옷 텀블 건조기를 개략적으로 도시한다. 이 실시 형태에서, 건조기는 세탁물(804)이 건조를 위해 배치되는 텀블 드럼(802)을 포함한다. 상기 건조기는 장치(100)의 코어를 냉각하기 위한 압축기(806), 한쌍의 응축기(808)(또는 대안적으로 단일 응축기) 및 팽창 밸브(810)를 더 포함한다. 따뜻하고 상대적으로 습한 공기(814)가 텀블 드럼(802)에서 나와 장치(100)의 입구(108)에 들어가게 된다. 장치(100)는 전술한 바와 같이 유입 공기를 제습하여, 따뜻하고 건조한 공기(816)를 출구(112)에서 발생시키게 된다. 응축수(812)가 이 과정의 부산물로 발생된다.
도 16 의 예에서, 응축기(808)는 공기 유동(816)을 가열한다. 응축기(808)에서 나온 열은 공기(816)의 가열에 재사용된다. 결과적으로 생긴 고온의 건조한 공기(818)는 텀블 드럼(802) 안으로 다시 공급되어 세탁물(804)의 건조에 더 도움을 준다. 실제로, 일부의 열은 드럼(802)에서 주변 환경으로 자연적으로 손실된다.
전술한 바와 같이, 도 16 에 나타나 있는 텀블 건조기에서의 사용 경우는, 장치(100)에서 나오는 따뜻한 건조한 공기를 재사용하는 일 예로 나타나 있다. 다시 말해, 응축기(808)는 열 재사용 유닛의 일 예로 나타나 있는데, 이 유닛은 장치(100)의 코어에 의해 공기(814)로부터 제거되는 열을 재사용하도록 되어 있다. 대안적인 실시 형태에서, 이 열 에너지는 어떤 다른 적절한 방식으로도 또한 어떤 다른 적절한 시스템의 일 부분으로서 사용될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 아래에서 도 17 과 관련하여 설명하는 바와 같이, 장치(100)와 유사한 기계적 구조가 유체(액체 또는 가스)의 에너지 효율적인 가열에 사용된다. 이들 실시 형태는 유체가 짧은 시간 내에 신속하게 가열되어야 하는 다양한 경우에 유용하다. 이러한 경우는 특히 예컨대 액체의 멸균 또는 살균 및 유체에서의 화학 반응 촉진을 포함한다.
이들 실시 형태에서, 코어(102)는 냉각되지 않고 외부 열원을 사용하여 가열된다. 코어를 가열하기 위해, 상대적으로 저온인 유체는 입구(108)에 들어간다. 가열된 코어에 도달하기 전에, 유입하는 저온 유체는, 코어에 의해 이미 가열되어 장치를 막 떠나려고 하는 반대 방향의 유체에 의해 예비 가열된다. 코어에 의해 가열된 후에, 유체는 코어로 가는 중에 방금 장치에 들어온 반대 방향 유체에 의해 냉각된다. 냉각된 유체는 마지막으로 출구(112)에서 장치를 나가게 된다. 위에서 도면에 나타나 있는 장치(100)의 기계적 구조는 이 실시 형태에도 적용될 수 있다.
개시된 기술은 최소한의 에너지 소비로 유체를 가열한 다음에 다시 냉각할 수 있다.
도 17 은 본 발명의 일 실시 형태에 따른, 유체를 신속하게 가열하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다. 도 17 의 실시 형태에서, 가열 장치는 우유를 살균하는데 사용된다. 적절한 살균을 보장하기 위해, 우유는 2 초 동안 138 ℃ 의 온도로 가열되어야 한다.
이 실시 형태에서, 저온 우유(820)가 입구(108)(이제는 유체 입구로서 역할함)에서 장치에 들어가게 된다. 화살표(822)로 나타낸 바와 같이 우유는 피가열 코어(824)를 유동하게 된다. 코어에 의해 가열된 후에, 살균된 우유(826)는 출구(112)(이제는 유체 출구로서 역할함)에서 나가게 된다.
코어(824)에 도달하기 전에, 들어오는 우유(820)는 코어의 의해 이미 가열된 반대 방향의 살균된 우유(826)에 의해 가열된다. 코어(824)에 의해 가열된 후에, 살균된 우유(826)는 들어오는 반대 방향의 우유(820)에 의해 냉각된다. 이러한 메카니즘에 의해, 개시된 장치는 단지 최소한의 추가 에너지를 소비하여 열손실 또는 화학적 변화를 극복하면서 유체를 가열할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 이 과정은 유체의 비등을 피하기 위해 높은 압력에서 수행될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 장치(100)의 특유한 기계적 구성이, 냉각되거나 가열되는 코어 없이 제습 및 가열 모두를 수행하는 열교환기로서 사용될 수 있다. 특히, 그러한 열교환기는 플라스틱과 같은 비열전도성 재료로 만들어질 수 있다. 결과적으로, 대부분의 열전달은 공기 유동 방향에 수직하게, 즉 서로 반대 방향의 공기 유동 사이에서 일어난다.
도 18 은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제습 및 가열 장치를 개략적으로 도시한다. 본 실시예는 텀블형 건조기에 적용된 경우이다. 그러나, 대안적으로, 개시된 구성은 페인트 건조와 같은 제습과 결합된 건조를 포함하는 다양한 용도로 사용될 수 있다.
도 18 의 실시예에서, 열교환기(828)는 텀블 드럼(802)에서 세탁물(804)을 건조하는데 사용된다. 열교환기(828)는 4개의 환경 사이의 경계에 위치된다. 열교환기(828)의 좌측은 제습 및 가열될 습한 공기를 갖는 환경이다(도면에서 "건조기 측"으로 나타나 있음). 이 환경은, 상대적으로 습한 고온의 공기(838)가 제거되는 영역 및 상대적으로 건조한 고온의 공기(836)가 추가되는 영역으로 분할된다. 열교환기(828)의 우측은 더 저온인 더 건조한 주변 공기를 갖는 환경이다("실내측"으로 표시되어 있음). 이 환경은 주변 공기(834)가 취해지는 영역 및 더 저온이고 더 건조한 공기(840)가 제공되는 영역이다. 열교환기(828)는 전술한 장치(100)와 유사한 기계식 구성이지만, 코어(102)는 없다.
2개의 공기 유동이 도면에 나타나 있다. 상대적으로 습한 고온 공기(838)가 건조기 측에서 열교환기(828)에 들어가고, 더 저온인 주변 공기(834)는 실내 측에서 열교환기에 들어가게 된다. 2개의 공기 유동은 열교환기에서 서로 엇갈리는 경로를 횡단하고 전술한 바와 같이 서로 열교환을 할 수 있다. 따라서, 주변 공기(834)는 공기(838)에 의해 가열되고, 그러므로 상대적으로 건조한 고온 공기(836)가 건조기 측에 들어가게 된다. 공기(838)는 공기(834)에 의해 냉각 및 제습되며, 그래서 더 저온이고 더 건조한 공기(840)가 실내 측에서 열교환기를 나가게 된다. 어떤 실시 형태에서, 응축기(832)는 공기(836)를 더 가열하고, 증발기(830)는 공기(840)를 더 제습하고/제습하거나 냉각한다.
도 18 의 실시예에서, 열교환기(828)에는 코어가 없다. 대안적으로, 열교환기(828)는 다른 재료, 예컨대 코어를 유동하는 공기 유동으로부터 증가된 응축을 일으킬 수 있는 재료로 만들어진 코어(가열되거나 냉각되지 않음)를 포함할 수 있다.
따라서, 전술한 실시 형태는 예시적인 것이고, 본 발명은 위에서 구체적으로 나타나 있고 설명한 것에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명의 범위는 전술한 다양한 특징의 결합 및 부분 결합 모두, 및 전술한 설명을 통해 당업자가 생각할 수 있고 종래 기술에는 개시되어 있지 않은 변형예와 수정예도 포함하는 것이다. 본 특허 출원에서 인용으로 포함된 문헌은, 본 명세서에서 명시적으로 또는 암시적으로 이루어진 정의와 상충되는 방식으로 용어들이 이들 포함된 문헌에서 정의되는 정도로 본 명세서 내의 정의만이 고려되어야 한다는 것을 제외하고, 본 출원의 일체적인 부분인 것으로 생각되어야 한다.

Claims (30)

  1. 제습 장치로서,
    외부 냉각원에 연결되는 피냉각 코어;
    제 1 공기 유동을 제 1 입구로부터 제 1 열교환기 요소, 피냉각 코어, 및 제 2 열교환기 요소를 거쳐 제 1 출구에 전달하도록 되어 있는 제 1 공기 경로; 및
    제 2 공기 유동을 제 2 입구로부터 제 2 열교환기 요소, 피냉각 코어, 및 제 1 열교환기 요소를 거쳐 제 2 출구에 전달하도록 되어 있는 제 2 공기 경로를 포함하고,
    상기 제 1 및 2 공기 경로는 서로 교차 배치되어,
    상기 제 1 입구로부터 코어 쪽으로 유동하는 상기 제 1 공기 유동은, 상기 제 1 열교환기 요소에 의한 열교환을 통해, 상기 코어로부터 제 2 출구 쪽으로 유동하는 제 2 공기 유동에 의해 예비 냉각되고,
    상기 코어로부터 제 1 출구 쪽으로 유동하는 상기 제 1 공기 유동은, 상기 제 2 열교환기 요소에 의한 열교환을 통해, 제 2 입구로부터 상기 코어 쪽으로 유동하는 제 2 공기 유동에 의해 가열되며,
    상기 제 2 입구로부터 코어 쪽으로 유동하는 상기 제 2 공기 유동은, 상기 제 2 열교환기 요소에 의한 열교환을 통해, 코어로부터 제 1 출구 쪽으로 유동하는 제 1 공기 유동에 의해 예비 냉각되며,
    상기 코어로부터 제 2 출구 쪽으로 유동하는 상기 제 2 공기 유동은, 상기 제 1 열교환기 요소에 의한 열교환을 통해, 상기 제 1 입구로부터 상기 코어 쪽으로 유동하는 제 1 공기 유동에 의해 가열되는, 제습 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피냉각 코어는 상대적으로 높은 열전도율을 갖는 재료로 형성되고, 상기 제 1 및 2 열교환기 요소는 상대적으로 낮은 열전도율을 갖는 재료로 형성되어 있는 제습 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피냉각 코어는 상기 제 1 및 2 공기 유동이 따르는 코어 요소로 형성되고,
    상기 제 1 및 2 열교환기 요소는 상기 제 1 및 2 공기 유동이 따르는 열교환기 경로 요소로 형성되며,
    상기 코어 요소는 상기 제 1 및 2 공기 유동이 따르는 방향으로 상대적으로 높은 열전도율을 가지며,
    상기 열교환기 경로 요소는 상기 제 1 및 2 공기 유동이 따르는 방향으로 상대적으로 낮은 열전도율을 갖는 제습 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 코어 요소는 상기 열교환기 경로 요소에 대하여 정렬되고 시일링되는 제습 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 공기 경로는 엠보싱된 평평한 요소들의 적층체로 형성되는 제습 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    엠보싱된 평평한 요소들의 상기 적층체의 각각의 쌍 사이의 공기 유동은 처음에 예비 냉각되고 그런 다음에 상기 코어로 냉각되고 이어서 가열되는 제습 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    엠보싱된 평평한 요소들의 상기 적층체는 서로 번갈아 있는 평평한 제 1 및 2 요소를 포함하는 제습 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    서로 번갈아 있는 평평한 상기 제 1 및 2 요소 중의 서로 인접하는 요소 사이의 공기 유동은 대향류식 상호 열교환 관계에 있는 제습 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 평평한 요소는 진공 성형되는 제습 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 평평한 요소는 적어도 하나의 돌출부 및 적어도 하나의 대응하는 오목부를 포함하는 제습 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 돌출부 및 적어도 하나의 대응하는 오목부는 적어도 하나의 돌출부 어레이 및 적어도 하나의 대응하는 오목부 어레이를 포함하는 제습 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 돌출부 어레이는 테이퍼형 단부를 갖는 제습 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 돌출부 어레이는 아래쪽으로 경사진 적어도 하나의 돌출부를 포함하는 제습 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    아래쪽으로 경사진 상기 적어도 하나의 돌출부는 응축액의 배출을 위한 경로를 제공하는 제습 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 피냉각 코어는 상기 제 1 및 2 공기 유동이 서로에 대해 대향류 방식으로 따르는 코어 요소로 형성되어 있는 제습 장치.
  16. 제 5 항에 있어서,
    평평한 상기 요소 각각은 상기 제 1 열교환기 요소 중의 하나 및 상기 제 2 열교환기 요소 중의 하나를 포함하는 제습 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 열교환기 요소에 있는 적어도 일 부분 세트의 제 1 공기 경로 각각은 네 측면에서 상기 제 2 공기 경로에 의해 둘러싸이며, 적어도 일 부분 세트의 제 2 공기 경로 각각은 네 측면에서 상기 제 1 공기 경로에 의해 둘러싸여 있는 제습 장치.
  18. 제습 장치로서,
    외부 냉각원에 연결되는 피냉각 코어;
    제 1 공기 유동을 제 1 입구로부터 제 1 열교환기 요소, 피냉각 코어, 및 제 2 열교환기 요소를 거쳐 제 1 출구에 전달하도록 되어 있는 제 1 공기 경로; 및
    제 2 공기 유동을 제 2 입구로부터 제 2 열교환기 요소, 피냉각 코어, 및 상기 제 1 열교환기 요소를 거쳐 제 2 출구에 전달하도록 되어 있는 제 2 공기 경로를 포함하고,
    상기 제 1 및 2 공기 경로는 서로 교차 배치되어 있고, 상기 피냉각 코어는 상대적으로 높은 열전도율을 갖는 재료로 형성되고, 상기 제 1 및 2 열교환기 요소는 상대적으로 낮은 열전도율을 갖는 재료로 형성되어 있는 제습 장치.
  19. 제습 장치로서,
    외부 냉각원에 연결되는 피냉각 코어;
    제 1 공기 유동을 제 1 입구로부터 제 1 열교환기 요소, 피냉각 코어, 및 제 2 열교환기 요소를 거쳐 제 1 출구에 전달하도록 되어 있는 제 1 공기 경로; 및
    제 2 공기 유동을 제 2 입구로부터 제 2 열교환기 요소, 피냉각 코어, 및 상기 제 1 열교환기 요소를 거쳐 제 2 출구에 전달하도록 되어 있는 제 2 공기 경로를 포함하고,
    상기 제 1 및 2 공기 경로는 서로 교차 배치되며 엠보싱된 평평한 요소의 적층체로 형성되는 제습 장치.
  20. 제습 장치로서,
    외부 냉각원에 연결되는 피냉각 코어;
    제 1 공기 유동을 제 1 입구로부터 제 1 열교환기 요소, 피냉각 코어, 및 제 2 열교환기 요소를 거쳐 제 1 출구에 전달하도록 되어 있는 제 1 공기 경로; 및
    제 2 공기 유동을 제 2 입구로부터 제 2 열교환기 요소, 피냉각 코어, 및 상기 제 1 열교환기 요소를 거쳐 제 2 출구에 전달하도록 되어 있는 제 2 공기 경로를 포함하고,
    상기 제 1 및 2 공기 경로는 서로 교차 배치되어 있고, 상기 피냉각 코어는 제 1 및 2 공기 유동이 따르는 코어 요소로 형성되어 있으며, 상기 제 1 및 2 열교환기 요소는 상기 제 1 및 2 공기 유동이 따르는 열교환기 경로 요소로 형성되어 있고, 상기 코어 요소는 상기 제 1 및 2 공기 유동이 따르는 방향으로 상대적으로 높은 열전도율을 가지며, 상기 열교환기 경로 요소는 상기 제 1 및 2 공기 유동이 따르는 방향으로 상대적으로 낮은 열전도율을 갖는 제습 장치.
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