KR102145652B1 - 유체 핸들링 장치 및 유체 유동의 가열 또는 냉각 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 유체 유동을 가열하거나 냉각시키도록 구성된 유체 핸들링 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 열 챔버 내에서 제1 유체 유동을 가열하거나 냉각시키도록 구성되어 있는 열 챔버; 열 챔버로 제1 유체 유동을 이동시키도록 구성되어 있는 인풋 채널; 및 가열 또는 냉각된 제2 유체 유동을 열 챔버로부터 나오게 이동시키도록 구성되어 있는 아웃렛 채널을 포함하며, 아웃렛 채널의 제2 유체 유동의 열 에너지는 인풋 채널의 제1 유체 유동의 열 에너지보다 높거나 낮다. 아웃렛 채널은 인풋 채널에 열적으로 연결되어, 아웃렛 채널은, 아웃렛 채널의 가열 또는 냉각된 제2 유체 유동과 인풋 채널의 제1 유체 유동 간의 열 에너지를 이동시켜제1 유체 유동을 열 챔버에 유입되기 전에 가열하거나 냉각시킨다.

Description

유체 핸들링 장치 및 유체 유동의 가열 또는 냉각 방법 {A FLUID HANDLING DEVICE AND A METHOD OF HEATING OR COOLING A FLUID FLOW}
본 발명은 유체 핸들링 장치 및 유체 유동의 가열 및 냉각 방법에 관한 것이다.
유체(예를 들어, 공기 또는 액체)의 핸들링(예를 들어, 가열 또는 냉각)은 환경(environment)을 가열하거나 냉각시키기 위해 통상 사용되어 왔다: 예를 들어, 추운 날씨에 실내를 가온하기 위한 공기의 가열, 기계를 냉각시키기 위한 액체의 냉각.
유체를 가열하고 냉각시키는 종래의 방법은 통상적으로 열 교환기를 통한 것이다. 간략히 말해서, 유체는 어떤 것이든 적용가능한 가열 또는 냉각 소자를 통과하여, 가열의 경우에는, 열 에너지가 열 소자로부터 유체로 이동되어 유체를 가열하게 되고, 냉각의 경우에는, 열 에너지가 유체로부터 냉각 소자로 이동된다. 가열 또는 냉각 소자는 유체 가열 또는 냉각 소자일 수 있고, 가열 또는 냉각 유체는 소자 내에서 유동한다.
종종, 열 교환기로 펌프되는 유체는 주위 또는 실내 온도(예를 들어, 30℃)의 원천(source)에서 취해진다. 실질적인 양의 에너지가 유체를 원하는 온도(예를 들어, 100℃ 또는 20℃)로 가열하거나 냉각시키는데 요구된다.
나아가, 환경을 가열하거나 냉각시키는 유체(예를 들어, 작업 유체)는 통상적으로 가열 또는 냉각 장치의 주변환경(surrounding)으로부터 취해진다. 따라서, 작업 유체는 통상적으로 주위 또는 실내 온도 및 압력에 있다. 유사하게, 작업 유체를 원하는 온도로 냉각 또는 가열하기 위해서, 실질적인 양의 에너지가 작업 유체를 가열하거나 냉각시키기 위해 요구된다.
분명히, 환경을 가열하거나 냉각시킬 목적으로 작업 유체를 가열하거나 냉각시키는 것은 에너지 효율적이지 않을 수도 있다. 지구 온난화가 인류의 가장 우려되는 문제 중의 하나인 오늘날에는, 작업 유체를 가열하거나 냉각시키는, 에너지 효율성이 보다 높은 장치 및 방법이 요구된다.
다양한 양태에 따라, 제1 유체 유동을 가열하거나 냉각시키도록 구성되어 있는 유체 핸들링 장치가 제공된다. 유체 핸들링 장치는 열 챔버(thermal chamber) 내의 제1 유체 유동을 가열하거나 냉각시키도록 구성되어 있는 열 챔버; 열 챔버로 제1 유체 유동을 이동시키도록 구성되어 있는 인풋 채널(input channel); 및 열 챔버로부터 배출된 가열 또는 냉각된 제2 유체 유동을 이동시키도록 구성되어 있는 아웃렛 채널(outlet channel)을 포함하며, 아웃렛 채널의 제2 유체 유동의 열 에너지는 인풋 채널의 제1 유체 유동의 열 에너지보다 더 높거나 더 낮으므로, 아웃렛 채널은 인풋 채널에 열적으로 연결되어(thermally connected), 아웃렛 채널은, 아웃렛 채널의 가열 또는 냉각된 제2 유체 유동과 인풋 채널의 제1 유체 유동 간의 열 에너지를 이동시켜, 제1 유체 유동을 열 챔버에 유입되기 전에 가열하거나 냉각시킨다.
다양한 양태에 따라, 아웃렛 채널의 제2 유체 유동은 인풋 채널의 제1 유체 유동과 단리될 수 있다.
다양한 양태에 따라, 아웃렛 채널을 통해 열 챔버를 나오는 제2 유체 유동은 열 챔버의 제1 유체 유동의 일부일 수 있다.
다양한 양태에 따라, 아웃렛 채널은 유체 채널을 통해 인풋 채널에 열적으로 연결되어 있을 수 있어, 유체 채널은 아웃렛 채널과 열 교환상태에(in thermal communication) 있을 수 있고 인풋 채널과 열 교환상태에 있을 수 있다. 유체 채널은 그 내부에 제3 유체 유동을 수용하도록 구성될 수 있어, 열 에너지는 유체 채널의 제3 유체 유동과 아웃렛 채널의 제2 유체 유동사이를 이동하여, 제3 유체 유동을 가열하거나 냉각시킬 수 있다. 따라서, 열 에너지는 인풋 채널의 제1 유체 유동과 유체 채널의 제3 유체 유동사이를 이동하여, 인풋 채널의 제1 유체 유동을 가열하거나 냉각시킬 수 있다.
다양한 양태에 따라, 유체 채널의 제3 유체 유동은 인풋 채널의 제1 유체 채널과 단리될 수 있다.
다양한 양태에 따라, 아웃렛 채널의 제2 유체 유동은 인풋 채널의 제1 유체 유동과 동일한 유체 유동일 수 있어, 인풋 채널로부터의 제1 유체 유동은, 제2 유체 유동으로서 열 챔버로부터 나와 아웃렛 채널을 경유하도록 이동될 수 있다.
다양한 양태에 따라, 유체 핸들링 장치는 인풋 채널로부터의 제1 유체 유동이 아웃풋 채널(output channel)을 통해 열 챔버로부터 흘러나오게 하도록 구성되어 있는 아웃풋 채널과, 열 챔버로의 제2 유체 유동을 허용하도록 구성되어 있는 인렛 채널(inlet channel)을 추가로 포함할 수 있고, 인렛 채널은 아웃렛 채널과 유체 교환상태에(in fluid communication) 있을 수 있고, 열 챔버로의 제2 유체 유동은 열 채널로부터 배출되어 아웃렛 채널을 경유하여 이동되도록 구성될 수 있다.
다양한 양태에 따라, 유체 채널은 증발 액체(evaporative liquid)를 포함할 수 있다.
다양한 양태에 따라, 열 챔버는 증발 액체를 포함할 수 있다.
다양한 양태에 따라, 인풋 채널 및/또는 아웃풋 채널은 증발 액체를 포함할 수 있다.
다양한 양태에 따라, 인풋 채널로부터 아웃풋 채널로의 제1 유체 유동은 기체 유동(airflow)일 수 있고, 인렛 채널로부터 아웃렛 채널로의 제2 유체 유동은 증발 액체 유동(evaporative liquid flow)일 수 있어, 열 챔버를 통과하는 기체 유동은 증발 액체 유동을 증발시킴으로써 증발 액체 유동을 냉각시켜 열 챔버를 냉각시킬 수 있다.
다양한 양태에서, 증발 액체 유동은 유체 방향에 있어서 인렛 채널로부터 열 챔버를 통해 아웃렛 채널로 유동하도록 구성될 수 있고, 기체 유동은 기체 유동 방향에 있어서 인풋 채널로부터 아웃풋 채널로 유동하여, 유체 방향은 기체 유동 방향에 실질적으로 수직일 수 있다.
다양한 양태에 따라, 아웃렛 채널은 유체 탱크에 연결될(fluidly connected) 수 있다.
다양한 양태에 따라,유체 핸들링 장치는 냉각 장치일 수 있어, 열 챔버는 냉각 챔버일 수 있다.
다양한 양태에 따라, 제1 유체 유동을 유체 핸들링 장치로 가열하거나 냉각시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 제1 유체 유동을 인풋 채널을 통해 열 챔버로 수용하는 단계; 열 챔버를 통해 제1 유체 유동을 가열하거나 냉각시키는 단계; 열 챔버로부터 가열 또는 냉각된 제2 유체 유동을 아웃렛 채널로 이동시키는 단계로서, 여기서 아웃렛 채널은 인풋 채널과 열 교환상태에 있고(in thermal communication), 아웃렛 채널의 제2 유체 유동은 인풋 채널의 제1 유체 유동보다 더 높은 또는 더 낮은 열 에너지를 가지는 것인, 단계; 및 아웃렛 채널의 제2 유체 유동과 인풋 채널의 제1 유체 유동 간의 열 에너지를 이동시켜 인풋 채널의 제1 유체 유동을 가열하거나 냉각시키는 단계를 포함한다.
다양한 양태에 따라, 상기 방법은 제2 유체 유동을 인렛 채널을 통해 열 챔버로 수용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
다양한 양태에 따라, 상기 방법은 제1 유체 유동을 열 챔버로부터 나와 아웃풋 채널을 경유하도록 이동시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
다양한 양태에 따라, 아웃렛 채널의 제2 유체 유동과 인풋 채널의 제1 유체 유동 간의 열 에너지를 이동시키는 것은, 유체 채널에서 제3 유체 유동을 수용하는 것; 상기 유체 채널의 제3 유체 유동 및 상기 아웃렛 채널의 제2 유체 유동 간의 열 에너지를 이동시키는 것; 및 상기 인풋 채널의 제1 유체 유동과 상기 유체 채널의 제3 유체 유동 간의 열 에너지를 이동시킴으써 상기 인풋 채널의 제1 유체 유동을 가열하거나 냉각시키는 것을 포함할 수 있다.
다양한 양태에 따라, 제1 유체 유동은 기체 유동일 수 있다.
다양한 양태에 따라, 제2 유체 유동은 증발 액체 유동일 수 있다.
도 1 은 유체 핸들링 장치의 예시적인 양태의 단면도(sectional view)를 나타낸다.
도 2는 도 1의 유체 핸들링 장치의 예시적인 양태의 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 유체 핸들링 장치의 예시적인 양태의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 1의 유체 핸들링 장치를 사용하여 제1 유체 유동을 가열하거나 냉각시키는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 5는 도 1의 유체 핸들링 장치의 예시적인 양태의 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 1의 유체 핸들링 장치의 예시적인 양태의 단면도를 나타낸다.
도 7은 도 1의 유체 핸들링 장치의 예시적인 양태의 단면도를 나타낸다.
도 8은 유체 핸들링 장치의 예시적인 양태의 단면도를 나타낸다.
도 9는 도 8의 유체 핸들링 장치의 단면도를 나타낸다.
도 10은 도 8의 유체 핸들링 장치의 예시적인 양태의 단면도를 나타낸다.
도 11은 도 8의 핸들링 장치의 예시적인 양태의 단면도를 나타낸다.
도 11A는 도 8의 핸들링 장치의 예시적인 양태의 단면도를 나타낸다.
도 12는 도 8의 유체 핸들링 장치를 사용하여 제1 유체 유동을 냉각시키는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 13은 도 1 또는 도 8의 유체 핸들링 장치의 예시적인 양태의 단면도를 나타낸다.
도 1은 유체 핸들링 장치 (100)를 나타낸다. 유체 핸들링 장치 (100)는 제1 유체 유동 (10)을 가열하거나 냉각시키도록 구성된다. 유체 핸들링 장치 (100)는 열 챔버 (110) 내에 제1 유체 유동 (10)을 가열하거나 냉각시키도록 구성되어 있는 열 챔버 (110), 제1 유체 유동 (10)을 열 챔버 (110)로 이동시키도록 구성되어 있는 인풋 채널 (122), 가열 또는 냉각된 제2 유체 유동 (12)을 열 챔버 (110)로부터 나오게 이동시키도록 구성되어 있는 아웃렛 채널 (128)을 가지고, 아웃렛 채널 (128)의 제2 유체 유동 (12)의 열 에너지는 인풋 채널 (122)의 제1 유체 유동 (10)의 열 에너지보다 더 높거나 더 낮다. 아웃렛 채널 (128)은 인풋 채널 (122)과 열적으로 연결되어 있어, 아웃렛 채널 (128)은, 아웃렛 채널 (128)의 가열 또는 냉각된 제2 유체 유동 (12)과 인풋 채널 (122)의 제1 유체 유동 (10) 간의 열 에너지를 이동시키도록 구성되어, 제1 유체 유동 (10)을 열 챔버 (110)로 유입하기 전에 가열하거나 냉각시킨다.
도 1에 나타난 바와 같이, 유체 핸들링 장치 (100)는 열 챔버 (110)를 가진다. 유체 핸들링 장치 (100)는 제1 유체 유동 (10)을 열 챔버 (110)로 이동시키기 위한 인풋 채널 (122)를 가진다. 인풋 채널 (122)은 열 챔버 (110)의 제1 말단 (112) 주변에 있을 수 있다. 유체 핸들링 장치 (100)는, 가열 또는 냉각된 제2 유체 유동 (12)을 열 챔버 (110)로부터 나오게 이동시키기 위한 아웃렛 채널 (122)을 가진다. 아웃렛 채널 (122)은 열 챔버 (110)의 제2 말단 (114) 주변에 있을 수 있다. 제2 말단 (114)은 제1 말단 (112)으로부터 일정한 간격에 있는 열 챔버 (110)의 가장자리(edge)를 따라 있을 수 있다. 제2 말단 (114)은 열 챔버 (110)를 가로질러 제1 말단 (112)의 반대쪽에 있을 수 있다.
유체 핸들링 장치 (100)는 인풋 채널 (122)과 아웃렛 채널 (128) 간의 열 에너지를 이동시키도록 구성된 열 도관 (130)을 포함할 수 있다. 열 도관 (130)은 인풋 채널 (122) 및 아웃렛 채널 (128)과 열 교환관계에(in thermal communication) 있을 수 있다. 열 도관 (130)은 아웃렛 채널 (128)과 열 교환관계에 있도록 구성되어 있는 수용말단(receiving end) (132) 및 인풋 채널 (122)과 열 교환관계에 있도록 구성되어 있는 전달부(conducting portion) (134)를 포함할 수 있다. 열 도관 (130)은 인풋 채널 (122)과 아웃렛 채널 (128) 간의 열 에너지를 이동시키도록 구성되어 있는 열 전도체일 수 있다.
열 챔버 (110)는 열 소자 (102)를 포함할 수 있다. 열 소자 (102)는 제1 유체 유동 (10)과 열 소자 (102) 간에 열 교환을 허용하는 열 교환기일 수 있다. 가열 목적을 위해, 열 소자 (102)는 히팅 코일과 같은 가열 소자일 수 있다. 열 소자 (102)는 가열된 유체 원(source)에 연결된 유체 도관일 수 있고, 이는 유체 도관을 통해 가열된 유체를 허용하도록 구성될 수 있다. 냉각 목적을 위해, 열 소자 (102)는 냉각 코일과 같은 냉각 소자일 수 있다. 열 소자 (102)는 냉각된 액체를 갖는 유체 원에 연결된 유체 도관일 수 있고, 이는 유체 도관을 통해 냉각된 유체를 허용하도록 구성될 수 있다.
제1 유체 유동 (10)이 인풋 채널 (122)을 거쳐 열 챔버 (110)로 들어가면, 제1 유체 유동 (10)은 열 소자 (102)에 의해 필요한 만큼 가열되거나 냉각될 수 있다. 제1 유체 유동 (10)이 가열 또는 냉각된 후, 제1 유체 유동 (10)은 아웃렛 채널 (128)을 통해, 가열 또는 냉각된 제2 유체 유동 (12)으로서, 열 챔버 (110)를 나올 수 있다. 제2 유체 유동 (12)이 아웃렛 채널 (128)을 통해 흐르면서, 열 에너지가 열 도관 (130)과 제2 유체 유동 (12)사이를 이동할 수 있다. 따라서, 열 도관 (130)은, 제1 유체 유동 (10)이 열 소자 (102)에 의해 가열 또는 냉각된 후, 제1 유체 유동 (10)의 온도보다 더 높거나 더 낮은 제2 유체 유동 (12)의 온도로 가열되거나 냉각될 수 있다. 열 도관 (130)은 인풋 채널 (122)과 열적으로 연결되어 있을 수 있으므로, 열 에너지는 제1 유체 유동 (10)과 열 도관 (130)사이를 이동할 수 있다. 따라서, 제1 유체 유동 (10)은 열 챔버 (110)에 유입되기 전에 열 도관 (130)에 의해 가열되거나 냉각될 수 있다. 위에서, 제2 유체 유동 (12)의 "열(heat)" 또는 "냉(coldness)"이 제1 유체 유동 (10)으로 "이동"되는 것으로 이해될 수 있다.
가열 또는 냉각된 제2 유체 유동 (12)은 엔진을 냉각하거나, 실내를 가열 또냉각하는 등, 가열 또는 냉각 목적으로 사용될 수 있다.
도 1에서 아웃렛 채널 (128)의 제2 유체 유동 (12)은 인풋 채널 (122)의 제1 유체 유동과 단리되어, 유체 핸들링 장치 (100)는 인풋 채널 (122)과 아웃렛 채널 (128) 간에, 유체 이동이 아닌, 열 에너지의 이동을 허용할 수 있다.
열 도관 (130)은 열 교환기(도 1에 도시되지 않음)에 연결되어, 냉각된 제2 유체 유동 (12)이 공기, 물과 같은 열 바디(thermal body)를 냉각시키는데 사용될 수 있다. 열 도관 (130)은 열 바디와 열 교환관계에 있을 수 있고 따라서 열 바디를 가열하거나 냉각시키는데 사용될 수 있다. 열 바디는 제2 유체 유동 (12)의 온도와 동일한 온도로 가열되거나 냉각될 수 있다. 열 바디와 열 교환 후, 제2 유체 유동 (12)은, 상기 기술된 바와 같이, 제1 유체 유동 (10)을 냉각시키는데 사용될 수 있다.
도 2는 유체 핸들링 장치 (200)를 나타낸다. 도 1의 유체 핸들링 장치 (100)의 부분과 동일한, 도 2의 유체 핸들링 장치 (200)의 부분은 동일한 레퍼런스 번호를 갖는다. 열 도관 (130)은 유체 채널 (160)일 수 있다. 도 2에 나타난 바와 같이, 아웃렛 채널 (128)은 유체 채널 (160)을 통해 인풋 채널 (122)에 열적으로 연결될 수 있어, 유체 채널 (160)은 아웃렛 채널 (128)과 열 교환관계에 있을 수 있고 인풋 채널 (122)과 열 교환관계에 있을 수 있다. 유체 채널 (160)은 그 내부에 제3 유체 유동 (14)을 수용하도록 구성되어, 열 에너지가 유체 채널 (160)의 제3 유체 유동 (14)과 아웃렛 채널 (128)의 제2 유체 유동 (12)사이를 이동할 수 있고, 따라서 제3 유체 유동 (14)을 가열하거나 냉각시킬 수 있으며, 또한 열 에너지는 인풋 채널 (122)의 제1 유체 유동 (10)과 유체 채널 (160)의 제3 유체 유동 (16) 사이를 이동할 수 있고, 따라서 인풋 채널 (122)의 제1 유체 유동 (10)을 가열하거나 냉각시킬 수 있다.
유체 채널 (160)은 유체 원(fluid source)(도 2에 도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 유체 원은 주위 온도이거나 또는 가열되거나 냉각된 유체 원일 수 있다. 유체 채널 (160)은, 인풋 채널 (122)과 유체 채널 (160) 간의 열 에너지 이동을 허용하도록 구성되어 있는 제1 열 계면 부분 (166)을 가질 수 있다. 유체 채널 (160)은 아웃렛 채널 (128)과 유체 채널 (160) 간의 열 에너지 이동을 허용하도록 구성되어 있는 제2 열 계면 부분 (168)을 가질 수 있다. 제1 및 제2 열 계면 부분 (166, 168)은 열 에너지를 이동시킬 수 있는 도관, 플레이트, 또는 임의의 소자일 수 있다. 제3 유체 유동 (14)이 유체 채널 (160) 내의 제1 열 계면 부분 (166)을 따라 유동하면서, 열 에너지는 인풋 채널 (122)과 유체 채널 (160) 사이를 이동할 수 있다. 제3 유체 유동 (14)이 제1 유체 유동 (10)의 열 에너지 수준보다 더 낮은 열 에너지 수준을 갖는 경우, 열 에너지는 제1 유체 유동 (10)으로부터 제3 유체 유동 (14)으로 이동될 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지다(vice versa). 유사하게, 제3 유체 유동 (14)이 유체 채널 (160) 내의 제2 열 계면 부분 (168)을 따라 유동하면서, 열 에너지는 아웃렛 채널 (128)과 유체 채널 (160) 사이를 이동할 수 있다. 제3 유체 유동 (14)이 제2 유체 유동 (12)의 열 에너지 수준보다 더 낮은 열 에너지 수준을 갖는 경우, 열 에너지는 제2 유체 유동 (12)으로부터 제3 유체 유동 (14)으로 이동되며, 그 반대의 경우도 마찬가지다.
도 3에 나타난 바와 같이, 유체 채널 (160)은 아웃렛 채널 (128)에 연결된(fluidly connected) 인렛 말단 (162)를 포함할 수 있어, 유체 채널 (160)은 인렛 말단 (162)을 통해 아웃렛 채널 (128)과 유체 교환관계(in fluid communication)에 있을 수 있다. 유체 채널 (160)은 아웃렛 채널 (128)로부터 인풋 채널 (122)로 또는 인풋 채널 (122) 방향으로 연장될 수 있다. 유체 채널 (160)은 제1 열 계면 부분 (166)에서 인풋 채널 (122)과 열 교환관계에 있을 수 있어, 열 에너지가 유체 채널 (160)의 제3 유체 유동 (14)과 인풋 채널 (122)의 제1 유체 유동 (10) 사이를 이동할 수 있다.
아웃렛 채널 (128)을 통해 열 챔버 (110)를 나온 제2 유체 유동 (12)은 열 챔버 (110)의 제1 유체 유동 (10)의 일부일 수 있다. 제1 유체 유동 (10)은 열 챔버 (110)로부터 나와 제2 유체 유동 (12)으로서 아웃렛 채널 (128)로 유도될 수 있다. 유체 채널 (160)은 아웃렛 채널 (128)의 제2 유체 유동 (12) 또는 제2 유체 유동 (12)의 일부를 수용할 수 있어, 유체 채널 (16)로의 제2 유체 유동 (12)은 제3 유체 유동 (14)이 된다: 즉, 제2 유체 유동 (12) 또는 제2 유체 유동 (12)의 일부는 제3 유체 유동 (14)으로서 유체 채널 (130)로 유도될 수 있다. 제2 유체 유동 (12)의 잔부는 가열 또는 냉각 목적으로 유체 핸들링 장치 (300)로부터 배출되도록 유도될 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 아웃렛 채널 (128)의 제2 유체 유동 (12)은 인풋 채널 (122)의 제1 유체 유동 (10)과 단리될 수 있다. 아웃렛 채널 (128)을 통과하는 제2 유체 유동 (12)은 인풋 채널 (122)로 유동하거나 인풋 채널 (122)로 역류하지 않는다. 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 유체 채널 (130)의 제3 유체 유동 (14)은 인풋 채널 (122)의 제1 유체 유동 (10)과 단리될 수 있다. 제3 유체 유동 (14)은 제1 유체 유동 (10)과 단리될 수 있어, 유체 핸들링 장치 (200, 300)는 인풋 채널 (122)과 아웃렛 채널 (128) 간의 열 에너지 이동을 허용하며, 유체 이동을 허용하지는 않는다. 제2 유체 유동 (12) 또는 그 일부는 아웃렛 채널 (128)을 통해 열 챔버 (110)로부터 나와 유동할 수 있고, 열 챔버 (110)로나 인풋 채널 (122)로 역류하지 않을 수 있다.
제2 유체 유동 (12)은 인풋 채널 (122) 또는 열 챔버 (110)로 (제3 유체 유동 (14)으로서) 역류하도록 유도될 수 있어, 가열 또는 냉각된 제2 유체 유동 (12) (또는 제3 유체 유동 (14)) 및 제1 유체 유동 (10)의 혼합물이, 제1 유체 유동 (10)을 열 챔버 (110)에 유입되기 전에 또는 열 챔버 (110) 내에서 가열하거나 냉각시킬 수 있다.
도 4는 유체 핸들링 장치 (100, 200, 300)로 제1 유체 유동을 가열하거나 냉각시키는 방법 (1000)의 다이어그램을 나타낸다. 방법 (1000)은, 단계 1100에 나타난 바와 같이 제1 유체 유동을 인풋 채널 (122)을 통해 열 챔버 (110)로 수용하는 단계; 단계 1200에서 열 챔버 (110)을 통해 제1 유체 유동 (10)을 가열하거나 냉각시키는 단계; 단계 1300에서 열 챔버 (110)로부터 제2 가열 또는 냉각된 유체 유동 (12)을 아웃렛 채널 (128)로 이동시키는 단계를 포함한다. 아웃렛 채널 (128)은 인풋 채널 (122)과 열 교환관계에 있어, 아웃렛 채널 (128)의 제2 유체 유동 (12)은 인풋 채널 (122)의 제1 유체 유동 (10)보다 더 높은 또는 더 낮은 열 에너지를 가지고; 단계 1400에 나타난 바와 같이 아웃렛 채널 (128)의 제2 유체 유동 (12)과 인풋 채널 (122)의 제1 유체 유동 (10) 간의 열 에너지를 이동시켜, 인풋 채널 (122)의 제1 유체 유동 (10)을 가열하거나 냉각시킨다.
유체 핸들링 장치 (100, 200, 300)는 제1 유체 유동 (10)을 인풋 채널 (122)을 통해 열 챔버 (110)로 이동시킴으로써 제1 유체 유동 (10)을 수용할 수 있다. 제1 유체 유동 (10)이 열 챔버 (110)에 들어가 통과하면서, 제1 유체 유동 (10)은 경우에 따라 가열 또는 냉각 소자 (102)에 의해 가열되거나 냉각될 수 있다. 가열 또는 냉각된 제1 유체 유동 (10)은 열 챔버 (110)를 나와 제2 유체 유동 (12)으로서 아웃렛 채널 (128)을 경유할 수 있다. 상대적으로, 제2 유체 유동 (12)은 제1 유체 유동 (10)보다 더 높은 또는 더 낮은 열 에너지를 가질 수 있다. 아웃렛 채널 (128)은 인풋 채널 (122)과 열 교환관계에 있으므로, 열 에너지는 아웃렛 채널 (128)과 인풋 채널 (122) 사이를 이동할 수 있다. 이러한 방식으로, 열 에너지는 제2 유체 유동 (12)과 제1 유체 유동 (10) 사이를 이동할 수 있고, 즉 열 에너지는 가열된 제2 유체 유동 (12)으로부터 제1 유체 유동 (10)으로 이동될 수 있고, 또는 열 에너지는 가열된 제1 유체 유동 (10)으로부터 제2 유체 유동 (12)으로 이동될 수 있다. 따라서, 제1 유체 유동 (10)은 열 챔버 (110)에 유입되기 전에 가열되거나 냉각될 수 있다.
도 5는 냉각 장치로 설계된 유체 핸들링 장치 (500)의 예시적인 양태를 나타낸다. 유체 핸들링 장치 (500)는 냉각 장치일 수 있어, 열 챔버 (110)는 냉각 챔버일 수 있다. 열 챔버 (110)는 증발 액체(evaporative liquid) (154)를 포함할 수 있다. 제1 유체 유동 (10)은 기체 유동(airflow) (140)일 수 있다. 기체 유동 (140)이 증발 액체 (154)의 위로 또는 이를 통과하여 유동하는 동안, 증발 액체 (154)는 기체 유동 (140)으로 증발할 수 있다. 증발 액체 (154)가, 예를 들어 증발 냉각에 의해, 증발하면서, 열 챔버 (110)는 냉각될 수 있다. 기체 유동 (140)이 열 챔버 (110)를 통과할 때, 기체 유동 (140)은 열 챔버 (110) 내에서 냉각될 수 있다. 기체 유동 (140)이 열 챔버 (110)을 통과하여 유동할 때, 기체 유동 (140)은 포화되며, 즉 기체 유동 (140)의 상대 습도가 100%를 향해 증가한다. 따라서, 증발 액체 (154)의 온도 및 결과적으로 열 챔버 (110)의 온도는, 기체 유동 (140)의 포화가 최대치에 달할 때까지 강하될 수 있다. 제2 유체 유동 (12)은 냉각된 기체 유동 (142)일 수 있다. 기체 유동 (140)이 포화되면, 증발 액체 (154)의 증발은 감소 또는 중단된다. 증발이 감소 또는 중단되면, 이에 따라 냉각이 감소 또는 중단된다. 따라서, 냉각된 기체 유동 (142)은 기체 유동 (140)보다 더 낮은 열 에너지 수준을 가질 수 있다. 도 5에 나타난 바와 같이, 냉각된 기체 유동 (142)의 일부는 인풋 채널 (122)을 향해 유체 채널 (160)로 유도될 수 있다. 인풋 채널 (122) 및 유체 채널 (160) 간의 계면에서, 예를 들어 제1 열 계면 부분 (166)에서, 열 에너지가 기체 유동 (140)으로부터 냉각된 기체 유동 (142)으로 이동되어 기체 유동 (140)을 열 챔버 (110)에 유입되기 전에 냉각시킬 수 있다. 증발 액체 (154)의 양이 적으면, 증발 액체 (154)는 열 챔버 (110)에 보충될 수 있다.
도 6에 나타난 바와 같이, 열 챔버 (110)는 액체 리테이너(liquid retainer) (150)를 포함할 수 있다. 액체 리테이너 (150)는 열 챔버 (110)의 제1 말단 (112)으로부터 제2 말단 (114)으로 연장될 수 있다. 액체 리테이너 (150)는 열 챔버 (110)의 적어도 하나의 내측 상에 있을 수 있다. 액체 리테이너 (150)는 열 챔버 (110)의 반대쪽 내측 상에 있을 수 있다. 액체 리테이너 (150)는 물, 알콜과 같은 증발 액체 (154)를 보유하도록 구성될 수 있다. 증발 액체 (154)의 수위가 상대적으로 낮으면, 증발 액체 (154)는 열 챔버 (110)의 액체 리테이너 (150)에 보충될 수 있다. 액체 리테이너 (150)는 심지 재료(wicking element), 스폰지 또는 이의 균등물일 수 있다.
제1 유체 유동 (10)은 기체 유동 (140)일 수 있다. 기체 유동 (140)이 인풋 채널 (122)을 거쳐 열 챔버 (110)로 들어가서 액체 리테이너 (150)의 위로 또는 이를 통과하여 유동하는 동안, 액체 (152)는 기체 유동 (140)으로 증발하여 열 챔버 (110)를 냉각시킬 수 있다. 기체 유동 (140)은 주위 공기로부터 취해질 수 있고 주위 습도 및 온도를 가질 수 있다. 기체 유동 (140)은 100% 이하의 상대 습도를 가질 수 있고, 증발 액체 (152)로부터 증기를 흡수할 수도 있다. 앞선 양태와 유사하게, 유체 핸들링 장치 (600)는 기체 유동 (140)을 열 챔버 (110)로 이동시키도록 구성되어 있는 인풋 채널 (122), 및 기체 유동 (140)이 열 챔버 (110)에서 냉각된 후 냉각된 기체 유동(142)을 열 챔버 (110)로부터 나오게 이동시키도록 구성되어 있는 아웃렛 채널 (128)을 포함할 수 있다. 또한, 앞선 양태와 유사하게, 냉각된 기체 유동 (142) 또는 그 일부는 유동 채널 (160)로 이동될 수 있고, 유동 채널 (160)을 경유하여 인풋 채널 (122)을 향하도록 유도될 수 있다. 유체 채널 (160)은 인풋 채널 (122)과 열 교환관계에 있으므로 기체 유동 (140)의 열 에너지는 유체 채널 (160)의 냉각된 기체 유동 (142)으로 이동될 수 있으므로, 냉각된 기체 유동 (142)은 기체 유동(140)을 냉각시키도록 구성될 수 있다. 열 챔버 (110)가 기체 유동 (140)을 가열시키도록 구성되어 있는 경우라면, 냉각된 기체 유동 (142)은 가열된 기체 유동 (142)일 수 있고, 기체 유동 (140)은 열 챔버 (110)에 유입되기 전에 가열될 수 있다.
도 7에 나타난 바와 같이, 유체 채널 (160)은 증발 액체 (182)를 포함할 수 있다. 유체 채널 (160)은 증발 구획 (180)을 포함할 수 있다. 증발 구획 (180)은 유체 채널 (160)을 따라 배치될 수 있어, 유체 채널과 증발 구획 (180)간에 유체 교환(fluid communication)이 확립될 수 있다. 증발 구획 (180)은 냉각된 기체 유동 (142)의 온도를 습구 온도(wet bulb temperature)로 유지되도록 한다. 증발 구획 (180)은 증발 액체의 기체 유동 (142)으로의 증발을 허용한다. 유체 채널 (160)의 냉각된 기체 유동 (142)은 증발 구획 (180)을 통해 유동할 수 있고, 증발 액체 (182)는 냉각된 기체 유동 (142)으로 증발하여 증발 냉각을 통해 증발 구획 (180)의 냉각을 허용한다. 앞서 언급된 바와 같이, 증발 냉각은, 냉각된 기체 유동 (142)이 포화되면 중단될 수 있다.
냉각된 기체 유동 (142)이 유체 채널 (160)을 따라 유동할 때, 냉각된 기체 유동 (142)의 온도는 증가할 수 있다. 냉각된 기체 유동 (142) 온도의 증가는 더 높은 주위 온도에 기인할 수 있다. 냉각된 기체 유동 (142)의 온도가 증가하면, 냉각된 기체 유동 (142)의 상대 습도는 감소한다. 증발 구획 (180)을 통해 유동하는 냉각된 기체 유동 (142)의 상대 습도가 100% 이하로 내려가면, 증발 구획 (180) 내 증발 액체 (182)는 냉각된 기체 유동 (142)으로 증발하여 냉각된 기체 유동 (142)을 포화시킬 수 있다. 증발이 증발 구획 (180)에서 계속되면, 증발 구획 (180) 내 온도는 습구 온도로 내려갈 수 있다. 결과적으로, 냉각된 기체 유동 (142)의 온도는 최소 온도(minimum temperature) 또는 습구 온도로 유지될 수 있다.
도 8은 유체 핸들링 장치 (800)를 나타낸다. 유체 핸들링 장치 (800)는 열 챔버 (210) 내 제1 유체 유동 (20)을 냉각시키도록 구성되어 있는 열 챔버 (210)를 포함할 수 있고, 즉 열 챔버 (210)는 냉각 챔버일 수 있다. 유체 핸들링 장치 (800)는 제1 유체 유동 (20)을 열 챔버 (210)로 이동시키도록 구성되어 있는 인풋 채널 (222)을 포함할 수 있다. 유체 핸들링 장치 (800)는 인풋 채널 (222)로부터의 제1 유체 유동 (10)을 열 챔버 (210)로부터 나와 아웃풋 채널 (224)을 경유하여 유동시키도록 구성되어 있는 아웃풋 채널 (224)을 포함할 수 있다. 인풋 채널 (222)은 열 챔버 (210)의 제1 측면 (212) 주변일 수 있다. 아웃풋 채널 (224)은 열 챔버 (210)의 제2 측면 (214) 주변일 수 있다. 제1 측면 (212)은 제2 측면 (214)의 반대쪽에 있을 수 있어, 인풋 채널 (222)은 아웃풋 채널 (224)에 대해 실질적으로 반대쪽에 있을 수 있다. 유체 핸들링 장치 (800)는 제2 유체 유동 (22)을 열 챔버 (210)로 허용하도록 구성되어 있는 인렛 채널 (226)을 포함할 수 있다. 유체 핸들링 장치 (800)는 제2 유체 유동 (22)이 열 챔버 (210)로부터 나오는 것을 허용하도록 구성되어 있는 아웃렛 채널 (228)을 포함할 수 있다. 인렛 채널 (226)은 열 챔버 (210)의 상측(top side) (216) 주변에 위치할 수 있고, 아웃렛 채널 (228)은 열 챔버 (210)의 바닥측(bottom side) (218) 주변에 위치할 수 있다. 상측 (216)은 바닥측 (218)에 대해 실질적으로 반대편일 수 있어, 인렛 채널 (226)은 아웃렛 채널 (228)의 반대쪽에 있을 수 있다. 인렛 채널 (226)은 아웃렛 채널 (224)과 유체 교환관계(in fluid communication)에 있을 수 있어, 열 챔버 (210)로의 제2 유체 유동 (22)은 열 채널 (210)로부터 나와 아웃렛 채널 (228)을 경유하여 이동하도록 구성될 수 있다.
인풋 채널 (222)로부터 아웃풋 채널 (224)로의 제1 유체 유동 (2)은 기체 유동 (240)일 수 있고, 인렛 채널 (226)로부터 아웃렛 채널 (228)로의 제2 유체 유동 (22)은 증발 액체 유동 (254)일 수 있는데, 여기서 열 챔버 (210)을 통과하는 기체 유동 (240)은 증발 기체 유동 (254)을 증발시킴으로써 증발 액체 유동 (254)을 냉각시켜 열 챔버 (210)를 냉각시킨다. 제1 유체 유동 (20)은 기체 유동일 수 있다. 도 8에 나타난 바와 같이, 기체 유동 (240)은 인풋 채널 (222)을 통해 열 챔버 (210)로 유동할 수 있고 아웃풋 채널 (224)을 향해 열 챔버 (210)를 가로지르도록 유도될 수 있다. 제2 유체 유동 (22)은 증발 액체 유동 (254)을 포함할 수 있다. 증발 액체 유동 (254)은 인렛 채널 (226)을 경유하여 열 챔버 (210)로 들어갈 수 있고 아웃렛 채널 (228)을 향해 열 챔버 (210)를 가로지르도록 유도될 수 있다. 기체 유동 (240)이 증발 액체 유동 (224)을 가로질러 유동하면서, 증발 액체 유동 (254)은 기체 유동 (240) 내로 증발한다. 증발이 일어나면, 증발 냉각이 일어나고 기체 유동 (240)은 냉각된다. 결과적으로, 열 챔버 (210)는 증발 액체의 습구 온도로 냉각된다. 증발 액체 유동 (254)의 유동 속도는 필요에 따라 제어 또는 적정화될 수 있다.
열 챔버 (210)는 증발 액체 유동 (254)을 보유하도록 구성되어 있는 유체 리테이너 (250)를 포함할 수 있다(도 9 참조). 유체 리테이너 (250)는 열 챔버 (210)의 상측(top side) (216)으로부터 바닥측(bottom side) (218)으로 연장될 수 있다. 유체 리테이너 (250)는 열 챔버 (210)의 제1 측면 (212)으로부터 제2 측면 (214)으로 연장될 수 있다. 도 9에 나타난 바와 같이, 유체 리테이너 (250)는 열 챔버 (210)의 후측면 (220)을 따라 배치된 층구조 소자(layered element)일 수 있다. 후측면 (220)은 열 챔버 (210)의 제1 측면 (212)으로부터 제2 측면 (214)로 연장될 수 있고 상측 (216)으로부터 바닥측 (218)으로 연장될 수 있다. 유체 리테이너 (250)는 수분 보유 패드, 스폰지, 심지 재료(wicking element) 등일 수 있다.
도 9에 나타난 바와 같이, 증발 액체 유동 (254)은 인렛 채널 (226)을 경유하여 열 챔버 (210)로 들어가고 상측 (216)으로부터 바닥측 (218)까지 유체 리테이너 (250)를 통해 유동한다. 증발 액체 유동 (254)은 아웃렛 채널 (228)을 경유하여 열 챔버 (210)를 나갈 수 있다. 인풋 채널 (222)을 경유하여 열 챔버 (210)로 들어가는 기체 유동 (240)은 유체 리테이너 (250)를 가로질러 유동할 수 있고 증발 액체 유동 (254)로부터 증발 유체 증기를 흡수할 수 있다. 이러한 방식으로, 유체 리테이너 (250)는 증발 패드일 수 있다. 결과적으로, 열 챔버 (210)는 증발 액체 (254)의 증발 냉각에 의해 냉각될 수 있다. 증발 유체 (254)는 냉각된 증발 유체 (254)로서 아웃렛 채널 (228)을 경유하여 열 챔버 (210)를 나간다. 하기 설명된 바와 같이, 열 챔버 (210)를 나간 냉각된 증발 유체 (254)는 직접적으로 또는 간접적으로 기체 유동 (240)을 냉각하는데 사용될 수 있다.
도 8에서, 증발 액체 유동 (254)은 유체 방향 F로 인렛 채널 (226)로부터 아웃렛 채널 (228)로 열 챔버 (210)를 통과하여 유동하도록 구성될 수 있다. 기체 유동 (240)은 기체 유동 방향 A로 인풋 채널 (222)로부터 아웃풋 채널 (224)로 유동할 수 있다. 유체 방향 F는 기체 유동 방향 A에 실질적으로 수직(perpendicular)일 수 있다. 유체 방향 F는 수직(vertical) 방향일 수 있다. 증발 액체 유동 (254)은 열 챔버 (210)내에서 상측에서 바닥측 방향으로(in a top to bottom direction) 유동할 수 있다. 기체 유동 (240)은 수평(horizontal) 방향일 수 있다. 기체 유동 (240)은 좌측에서 우측 방향으로(in a left to right direction) 또는 그 반대 방향으로(vice versa) 유동할 수 있다. 기체 유동 방향 A 및 유체 유동 방향 F는 수평 방향일 수 있고 실질적으로 상호 수직일 수 있다.
도 8에 나타난 바와 같이, 아웃렛 채널 (228)은 유체 채널 (260)을 경유하여 인풋 채널 (222)에 열적으로 연결되어 있을 수 있어, 유체 채널 (260)은 아웃렛 채널 (228)과 열 교환관계에 있을 수 있고 인풋 채널 (222)과 열 교환관계에 있을 수 있다. 유체 채널 (260)은 그 내부에 제3 유체 유동 (24)을 수용하도록 구성되어, 열 에너지는 유체 채널 (260)의 제3 유체 유동 (24)과 아웃렛 채널 (228)의 제2 유체 유동 (22) 사이를 이동하여 제3 유체 유동 (24)을 냉각시킬 수 있고, 열 에너지는 인풋 채널 (222)의 제1 유체 유동 (20)과 유체 채널 (260)의 제3 유체 유동 (26) 사이를 이동하여 인풋 채널 (222)의 제1 유체 유동 (20)을 냉각시킬 수 있다.
유체 채널 (260)은 유체 원(도 8에 도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 유체 원은 주변 온도 또는 가열이나 냉각된 유체 원일 수 있다. 유체 채널 (260)은 인풋 채널 (222)과 유체 채널 (260) 간의 열 에너지 이동을 허용하도록 구성되어 있는 제1 열 계면 부분 (266)을 가질 수 있다. 유체 채널 (260)은 아웃렛 채널 (228)과 유체 채널 (260) 간의 열 에너지 이동을 허용하도록 구성되어 있는 제2 열 계면 부분 (268)을 가질 수 있다. 제3 유체 유동 (24)이 유체 채널 (260) 내에서 제1 열 계면 부분 (266)을 따라 유동하면서, 열 에너지는 인렛 채널 (222)과 유체 채널 (260) 사이를 이동할 수 있다. 제3 유체 유동 (24)이 제1 유체 유동 (20)의 열 에너지 수준보다 더 낮은 열에너지 수준을 갖는 경우, 열 에너지는 제1 유체 유동 (20)으로부터 제3 유체 유동 (24)으로 이동되고 그 반대의 경우도 마찬가지다(vice versa). 유사하게, 제3 유체 유동 (24)이 유체 채널 (260) 내 제2 열 계면 부분 (268)을 따라 유동하면서, 열 에너지는 아웃렛 채널 (228)과 유체 채널 (260) 사이를 이동할 수 있다. 제3 유체 유동 (24)이 제2 유체 유동 (22)의 열 에너지 수준보다 낮은 열 에너지 수준을 갖는 경우, 열 에너지는 제2 유체 유동 (22)으로부터 제3 유체 유동 (24)으로 이동되고 그 반대의 경우도 마찬가지다.
제3 액체 유동 (24)이 인풋 채널 (222)을 향해 되돌아 유동하면, 이는 역류 증발 액체 유동 (258)일 수 있다. 증발 액체 유동 (254)이 역류 증발 액체 유동 (258)보다 더 냉각된 상태이므로, 역류 증발 액체 유동 (258)이 제2 열 계면 부분 (268) 주변에서 유체 채널 (260)을 따라 유동하면서, 역류 증발 액체 유동 (258)의 열 에너지는 아웃렛 채널의 증발 액체 유동 (254)으로 이동될 수 있다. 역류 증발 액체 유동 (258)은 기체 유동 (240)보다 더 냉각된 상태이므로, 역류 증발 액체 유동 (258)이 제1 열 계면 부분 (266) 주변에서 유체 채널 (260)을 따라 유동하면서, 기체 유동 (240)의 열 에너지는 역류 증발 액체 유동 (258)으로 이동될 수 있다. 따라서, 기체 유동 (240)은 열 챔버 (210)로 유입되기 전에 습구 온도로 냉각될 수 있다.
도 8에서 유체 채널 (230)의 제3 유체 유동 (24)은 인풋 채널 (222)의 제1 유체 유동 (20)과 단리될 수 있다는 것은 분명히 확인된다. 제2 유체 유동 (22)은 아웃렛 채널 (228)을 통해 열 챔버 (110)로부터 나와 유동할 수 있고, 열 챔버 (210)로나 인풋 채널 (222)로 되돌아 유동하지 않을 수 있다. 제2 유체 유동 (22) 또는 그 일부는 제3 유체 유동 (24)으로서 유체 채널 (230)로 유도될 수 있다. 제3 유체 유동 (24)은 제1 유체 유동 (20)과 단리될 수 있어, 제3 유체 유동 (24)은 제1 유체 유동 (20)과 혼합되지 않는다. 그러나, 유체 채널 (260)을 경유하여 인풋 채널 (222)과 아웃렛 채널 (228) 간에 열에너지 이동은 가능하다. 열 에너지 이동은 열 계면 (228)에서 수행될 수 있다. 제1 열 계면 부분 (266)은 제3 유체 유동 (24)으로부터 제1 유체 유동 (20)으로 열 에너지를 이동하도록 구성될 수 있다.
도 10에서, 유체 채널 (260)은 아웃렛 채널 (228)에 연결된 인렛 말단 (262)을 포함할 수 있어 유체 채널 (260)은 인렛 말단 (262)을 경유하여 아웃렛 채널 (228)과 유체 교환관계에(in fluid communication) 있을 수 있다. 유체 채널 (260)은 아웃렛 채널 (228)로부터 인풋 채널 (222)로 또는 인풋 채널 (222) 방향으로 연장될 수 있다. 유체 채널 (260)은 인풋 채널 (222)과 열 교환관계에 있을 수 있다. 유체 채널 (260)은 제1 열 계면 부분 (266)을 포함할 수 있어, 유체 채널 (260)은 인풋 채널 (222)과 열 교환관계에 있을 수 있고 열 에너지는 유체 채널(260)의 제3 유체 유동 (24)과 인풋 채널 (222)의 제1 유체 유동 (20) 사이를 이동할 수 있다. 유체 채널 (260)은 인풋 채널 (222)을 가로질러 연장될 수 있어, 제1 유체 유동 (20)은 유체 채널 (260) 주변을 유동할 수 있다. 제1 유체 유동 (20)이 유체 채널 (260) 주변을 유동하면서, 제1 유체 유동 (20)은, 유체 채널 (260)을 통해, 제1 유체 유동 (20)보다 더 낮은 열 에너지 수준을 갖는 냉각된 제3 유체 유동 (24)에 의해 냉각될 수 있다. 유체 채널 (260)은 다수의 유체 튜브(도 10에 도시되지 않음)일 수 있어 제1 유체 유동 (20)은 다수의 유체 튜브 간에서 유동할 수 있다.
유체 채널 (260)은 인풋 채널 (222)과 연결되어(fluidly connected) 있을 수 있어서 제3 유체 유동 (24)이 인풋 채널 (222)을 거쳐 열 챔버 (210)으로 되돌아가도록 유도할 수 있다. 제3 유체 유동 (24)은 인풋 채널 (222)로 되돌아가도록 유도될 때 냉각된 제2 유체 유동이 될 수 있다. 제3 유체 유동 (24)은 열 챔버 (210) 내부 온도보다 더 따뜻할 수는 있지만 주위 온도보다 더 차갑기 때문에, 열 챔버 (210)로 들어가는 제3 유체 유동 (24)을 냉각시키는데 더 적은 에너지를 요한다. 상대 습도의 측면에서, 제3 유체 유동 (24)이 유체 채널 (260)을 통해 유동할 때, 특히 제3 유체 유동 (24)이 인풋 채널 (222)을 통과할 때, 가온되면서, 그 상대 습도는 감소할 수 있다. 그렇다 하더라도, 열 챔버 (210)로 되돌아가는 제3 유체 유동 (24)의 상대 습도는 주위 공기의 상대 습도보다 더 높을 수 있다. 따라서, 역류 제3 유체 유동 (24)이 포화에 도달하는 것이 더 빠르다.
앞서 언급된 바와 같이, 제1 유체 유동 (20)은 제2 유체 유동 (22)으로서 열 챔버 (210)로부터 나와 아웃렛 채널 (228)로 유도될 수 있다. 아웃렛 채널 (228)을 경유하여 열 챔버 (210)를 나가는 제2 유체 유동 (22)은 열 챔버 (210)의 제1 유체 유동 (20)의 일부일 수 있다. 유체 채널 (160)은 아웃렛 채널 (228)의 제2 유체 유동 (22) 또는 제2 유체 유동 (22)의 일부를 수용할 수 있어, 유체 채널 (260)로 유동하는 상기 유체는 제3 유체 유동 (14)이 된다.
도 10에 나타난 바와 같이, 열 챔버 (210)는 인렛 채널 (226)과 아웃렛 채널 (228)을 가로지르는 제1 파티션 (292)을 포함할 수 있고, 제1 파티션 (292)은 제1 파티션 (292)을 통과하는 제1 유체 유동 (20)은 방지하나 제1 파티션 (292)을 통과하는 제2 유체 유동 (22)은 허용하도록 구성될 수 있다. 열 챔버 (210)는 인풋 채널 (222)과 아웃풋 채널 (224)을 가로지르는 제2 파티션 (294)을 포함할 수 있고, 제2 파티션 (294)은 제2 파티션 (294)을 통과하는 제2 유체 유동 (22)은 방지하나 상기 제2 파티션 (294)을 통과하는 제1 유체 유동 (20)은 허용하도록 구성될 수 있다.
도 11에 나타난 바와 같이, 유체 핸들링 장치 (900)는 열 교환기 (270)를 포함할 수 있다. 열 교환기 (270)는 열 챔버 (210)와 유체 교환관계에 있을 수 있다. 열 교환기 (270)는 제1 채널 (272) 및, 제1 채널 (272)과 열 교환관계에 있는 제2 채널 (274)을 포함할 수 있다. 제1 채널 (272)은 열 챔버 (210)와 유체 연결되어 있을 수 있어, 열 챔버 (210)로부터 증발 액체 유동 (254)은 제1 채널 (272)로 유동할 수 있다. 증발 액체 유동 (254)은 열 챔버 (210)로부터 나와 아웃렛 채널 (228)을 경유하여 제1 채널 (272)로 유동할 수 있다. 열 교환기 (270)는 유체 탱크 (280)와 유체 연결되어 있을 수 있다. 유체 탱크 (280)는 증발 액체 (256)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 채널 (272)은 유체 탱크 (280)과 유체 교환관계에 있을 수 있어, 제1 채널 (272)을 나온 증발 액체 유동 (254)은 유체 탱크 (280)로 이동될 수 있다. 제2 채널 (274)은 유체 탱크 (280)에 유체 연결되어 있을 수 있어, 유체 탱크 (280)에 저장된 증발 액체 (256)는 역류 증발 액체 유동 (258)으로서 제2 채널 (274)로 펌프될 수 있다.
제2 채널 (274)은 인풋 채널 (222)로 열적으로 연결되어 있을 수 있어, 기체 유동 (240)의 열 에너지는 역류 증발 액체 유동 (258)으로 이동되어 기체 유동 (240)을 열 챔버 (210)에 유입되기 전에 냉각시킬 수 있다.
유체 핸들링 장치 (900)는 열 교환기 (270)의 제2 채널 (274)에 유체 연결되고 제1 열 계면 부분 (266)에서 인풋 채널 (222)로 열적으로 연결된 냉각 채널 (276)을 포함할 수 있다.
제1 유체 유동 (20)일 수 있는 기체 유동 (240)은 인풋 채널 (222)을 거쳐 열 챔버 (210)로 수용될 수 있다. 기체 유동 (240)은 증발 액체 유동 (254)을 가로질러 유동하면서, 증발 액체 유동 (254)은 기체 유동 (240)으로 증발할 수 있다. 증발 액체 유동 (254)을 증발시키기 위해 기체 유동 (240)으로부터 취해진 열 에너지는 기체 유동 (240)을 냉각시키므로, 기체 유동 (240)의 열 에너지를 대략 습구 온도로 감소시킨다. 냉각된 기체 유동 (242)은 열 챔버 (210)로부터 나와 아웃풋 채널 (224)로 이동될 수 있다. 한편, 제2 유체 유동 (22)일 수 있는 증발 액체 유동 (254)은 인렛 채널 (226)을 거쳐 열 챔버 (210)로 수용될 수 있다. 증발 액체 유동 (254)은 증발 냉각에 의해 냉각되어, 냉각된 증발 액체 유동 (254)으로서 아웃렛 채널 (228)을 경유하여 열 챔버 (210)를 나갈 수 있다. 따라서, 냉각된 증발 액체 유동 (254)은 증발 냉각으로 인해 기체 유동 (240)보다 더 낮은 열 에너지 수준을 가질 수 있다.
냉각된 증발 액체 유동 (254)은 아웃렛 채널 (228)로부터 열 교환기 (270)의 제1 채널 (272)로 유동할 수 있다. 동시에, 유체 탱크 (280)로부터의 증발 액체 (256)는, 역류 증발 액체 유동 (258)으로서 유체 탱크 (280)로부터 제2 채널 (274)로 이동될 수 있다. 열 에너지는 제1 채널 (272) 내의 냉각된 증발 액체 유동 (254)과 제2 채널 (274) 내의 역류 증발 액체 유동 (258) 사이를 이동하여, 제2 채널 (274) 내의 역류 증발 액체 유동 (258)을 냉각시킬 수 있다. 제2 채널 (274) 내의 역류 증발 액체 유동 (258)은, 제2 채널 (274)에 유체 연결되고 인풋 채널 (222)에 열적으로 연결된 냉각 채널 (276)로 이동될 수 있다. 역류 증발 액체 유동 (258)은 인풋 채널 (222)을 향해 이동될 수 있다. 제1 열 계면 부분 (266)에서, 기체 유동 (240)의 열 에너지는 기체 유동 (240)으로부터 역류 증발 액체 유동 (258)으로 이동되어, 기체 유동 (240)이 열 챔버 (210)에 유입되기 전에 기체 유동 (240)을 냉각시킬 수 있다. 냉각 채널 (276)은 인풋 채널 (222)을 가로질러 연장되어, 기체 유동 (240)은 유체 채널 (260) 주변을 유동할 수 있다. 기체 유동 (240)이 유체 체널 (260) 주변을 유동하면서, 기체 유동 (240)은, 기체 유동 (240)보다 더 낮은 열 에너지 수준을 갖는 역류 증발 유체 유동 (258)에 의해 냉각될 수 있다. 제1 열 계면 부분 (266)에서 냉각 채널 (276)은 다수의 유체 튜브(도 11에 도시되지 않음)일 수 있어, 제1 유체 유동 (20)은 다수의 유체 튜브 간에 유동할 수 있다.
유체 핸들링 장치 (900)는 염 제거 기전 (288)을 포함할 수 있다. 열 교환기 (270)를 갖는 유체 탱크 (280)의 구성은 유체 핸들링 장치 (900)에 염 제거 기전 (288)을 제공한다. 유체 탱크 (280)를 사용함으로써, 증발 유체 (256)의 염 함량은, 증발 유체 (256)가 열 챔버 (210)로 되돌아가기 전에, 감소되거나 최소화 될 수 있다. 증발 액체 유동 (254)은 염 (또는 불순물)을 함유할 수 있다. 증발 액체 유동 (254)의 증발이 열 챔버 (210) 내에서 일어나면, 증발 액체 유동 (254)의 액체 함량은 감소하면서, 증발 액체 유동 (254)의 염 농도는 증가할 수 있다. 증발 액체 유동 (254)이 증가함에 따라 염은 열 챔버 (210) 내에 축적될 수 있고 마침내 유체 핸들링 시스템 (900)에서 아웃렛 채널 (288)의 막힘과 같은 파손(disruption)이 일어날 수 있다. 염 농도가 높은 냉각된 증발 액체 유동 (254)을 유체 탱크 (280)으로 유도함으로써, 냉각된 증발 액체 유동 (254)은 유체 탱크 (280) 내에서 증발 액체 (282)와 함께 혼합된다. 따라서, 냉각된 증발 액체 유동 (254)이 유체 탱크 (280)로 되돌아갈 때, 냉각된 증발 액체 유동 (254)의 염 농도는 희석될 수 있다. 증발 액체 (282)가 열 챔버 (210)로 펌프되어 역류 증발 액체 유동 (258)으로서 열 챔버 (210)로 되돌아가면, 역류 증발 액체 유동 (258)의 염 농도는 "정상(normal)"으로 되돌아가거나, 냉각된 증발 액체 유동 (254)의 염 농도 이하의 수준으로 감소될 수 있다.
더 따뜻한(warmer) 증발 액체 (256)는 유체 탱크 (280)로부터 펌프되어 열 챔버 (210)로 되돌아갈 수도 있지만, 역류 증발 액체 유동 (258)의 열 에너지 수준은 냉각된 증발 액체 유동 (254)의 열 에너지 수준을 실질적으로 증가시키도록 유지될 수 있다. 당업자는 열 챔버 (210) 및 유체 탱크 (280) 사이에 배치된 열 교환기 (270)가, 냉각된 증발 액체 유동 (254)의 열 에너지 수준에서, 낮은 염 농도를 갖는 역류 증발 액체 유동 (258)이 열 챔버 (210)로 펌프되어 되돌아가도록 한다는 것을 이해할 것이다. 이러한 방식으로, 유체 핸들링 장치 (900)의 열 효율은 높게 유지되면서, 유체 핸들링 장치 (900)에서 염 축적과 관련된 문제는 제거되거나 최소화될 수 있다.
도 11A에서, 아웃렛 채널 (228)은 유체 탱크 (280)에 연결되어(fluidly connected), 냉각된 증발 액체 유동 (254)이 열 챔버 (210)로부터 아웃렛 채널 (228)을 경유하여 유체 탱크 (280)로 이동될 수 있다.
도 12는 유체 핸들링 장치 (800, 900)로 제1 유체 유동을 냉각시키는 방법 (2000)을 나타낸다. 단계 2100에 나타난 바와 같이, 방법 (2000)은 인풋 채널 (222)을 경유하여 열 챔버 (210)로 제1 유체 유동을 수용하는 단계를 포함한다. 한편, 단계 2200에 나타난 바와 같이, 제2 유체 유동 (22)은 인렛 채널 (226)을 경유하여 열 챔버 (210)로 수용된다. 단계 2300에서 제1 유체 유동 (20)은 열 챔버 (210)를 통해 냉각된다. 단계 2400에서 제2 유체 유동 (22)은 열 챔버 (210)로부터 아웃풋 채널 (224)로 이동된다. 아웃렛 채널 (228)은 인풋 채널 (222)과 열 교환관계에 있다(in thermal communiation). 아웃렛 채널 (228)의 제2 유체 유동 (22)은 인풋 채널 (222)의 제1 유체 유동 (20)의 열 에너지 수준보다 더 낮은 열 에너지 수준을 가질 수 있다. 단계 2500에 나타난 바와 같이, 열 에너지가 아웃렛 채널 (228)의 제2 유체 유동 (22)과 인풋 채널 (222)의 제1 유체 유동 (20) 사이를 이동하여, 인풋 채널 (222)의 제1 유체 유동 (20)을 냉각시킨다.
제1 유체 유동 (20)은 인풋 채널 (222)로부터 열 챔버 (210)을 통해 아웃풋 채널 (224) 쪽으로 이동될 수 있다. 제1 유체 유동 (20)은 열 챔버 (210)로부터 나와 아웃풋 채널 (228)을 경유하도록 이동될 수 있다. 제2 유체 유동 (22)은 열 챔버 (210)를 나와 아웃렛 채널 (228)을 경유하도록 이동될 수 있다.
아웃렛 채널 (228)의 제2 유체 유동 (22)과 인풋 채널 (222)의 제1 유체 유동 (20) 간의 열 에너지 이동은 유체 채널 (260)에서 제3 유체 유동 (24)을 수용하는 것, 단계 2740에서 유체 채널 (260)의 제3 유체 유동 (24)과 아웃렛 채널 (228)의 제2 유체 유동 (22) 간의 열 에너지를 이동시키는 것; 및 인풋 채널 (222)의 제1 유체 유동 (20)과 유체 채널의 제3 유체 유동 (24) 간의 열 에너지를 이동시킴으로써 인풋 채널 (222)의 제1 유체 유동 (20)을 가열하거나 냉각시키는 것을 포함한다.
도 13에 나타난 바와 같이, 인풋 채널 (122) 및/또는 아웃풋 채널 (124)은 각각 증발 액체 (182)를 포함할 수 있다. 인풋 채널 (122)은 증발 구획 (184)에 연결될(fluidly connected) 수 있어 기체 유동 (140)은 인풋 채널 (122)에 유입되기 전에 증발 구획 (184)을 통해 유동할 수 있다. 증발 구획 (184)은 증발 액체 (182)를 포함할 수 있다. 기체 유동 (140)이 증발 구획 (184)을 통해 유동하면서, 증발 액체 (182)가 증발하여, 증발 냉각이 일어난다. 이러한 방식으로, 기체 유동 (140)은 열 챔버 (110)에 유입되기 전에 증발 구획 (184)에서 미리 냉각될(pre-cooled) 수 있다. 아웃렛 채널 (128)은 다른 증발 구획 (188)에 유체 연결될 수 있어, 냉각된 기체 유동 (142)은, 즉 냉각된 후의 기체 유동 (140)은 열 챔버 (110)를 나온 후 증발 구획 (188)을 통해 유동할 수 있다. 증발 구획 (188)은 증발 액체 (182)를 포함할 수 있다. 아웃풋 채널 (124)의 냉각된 기체 유동 (142)은 증발 구획 (188)을 통과할 수 있고, 냉각된 기체 유동 (142)의 열 에너지 수준은 유지될 수 있다. 냉각된 기체 유동 (142)의 온도는 아웃풋 채널 (124)을 따라 유동하면서 증가할 수 있다. 온도가 증가하면, 냉각된 기체 유동 (142)의 상대 습도는 감소한다. 기체 유동 (140)이 증발 구획 (188)을 통해 유동하면서, 증발 액체 (182)가 증발하면서 증발 냉각이 일어난다. 이러한 방식으로, 냉각된 기체 유동 (142)의 온도는 열 챔버 (110)를 나온 후에 유지될 수 있다. 유체 핸들링 장치 (100, 200, 300, 500, 600)의 열 챔버 (110)가 도 13에 도시되어 있지만, 예컨대 증발 구획 (184 및/또는 188)을 갖는 양태의 형태가 열 챔버 (210)를 갖는 유체 핸들링 장치 (800, 900)의 양태에 적용될 수도 있다고 이해된다.
인풋 채널 (122) 및/또는 아웃풋 채널 (124)은 냉각 구획(도 13에 도시되지 않음)에 각각 유체 연결될 수 있다. 냉각 구획은 냉각 구획 내에 냉각 표면을 포함할 수 있다. 기체 유동 (140)은 냉각 표면을 가로질러 또는 이를 통해 유동할 수 있어, 기체 유동 (140)은 열 챔버 (110)를 유입되기 전이나 나온 후에 냉각될 수 있다. 냉각 표면은 증발 액체 내에 담긴 파이프(예를 들어, 세라믹 파이프)의 표면이거나 증발 액체 상에 떠있는 플레이트 표면일 수 있다. 냉각 표면은 세라믹 타일의 표면일 수 있다.
상기 언급된 채널, 예를 들어, 인풋 채널 (122/222), 아웃풋 채널 (124/224), 인렛 채널 (126/226), 아웃렛 채널 (128/228)은 열 챔버 (110)의 부분일 수 있어, 열 챔버 (110)는 인풋 채널 (122) 및 아웃렛 채널 (128)을 포함할 수 있다. 채널은 유체가 통과하는 경로 또는 부분을 정의하는데 사용되었다. 당업자는 열 챔버 (210)의 제1 부분은, 예컨대 열 챔버 (210)의 제1 말단 (112) 주변에서, 인풋 채널로서 기능할 수 있어, 유체 채널 (260)은 열 챔버 (210)의 제1 부분과 열 교환관계에 있을 수 있고 열 챔버 (210)의 제1 부분으로부터 유체 채널 (260)로 열 에너지의 이동이 가능하게 하여 결과적으로 열 챔버 (210)의 제1 부분의 유체 유동을 냉각시킬 수 있다. 유사하게, 유체 채널 (260)은 개구(opening)를 경유하여 제2 말단 (114)의 주변에서 열 챔버 (210)로 직접 유체로 연결될 수 있어, 열 챔버 (210)로부터의 냉각된 유체 유동 또는 그 일부는 유체 채널 (260)로 유도될 수 있다. 제2 말단 (114) 주변에서 열 챔버 (210)의 제2 부분은 냉각된 유체 유동이 통과하는 아웃풋 또는 아웃렛 채널일 수 있다.

Claims (20)

  1. 기체 유동(airflow)을 냉각시키도록 구성되어 있는 유체 핸들링 장치(fluid handling device)로서, 상기 장치는
    열 챔버로서, 상기 열 챔버 내의 기체 유동을 냉각시키도록 구성되어 있는 열 챔버;
    상기 기체 유동을 상기 열 챔버에 유입시키도록 구성되어 있는 인풋 채널;
    아웃풋 채널로서, 상기 인풋 채널로부터의 기체 유동을 상기 열 챔버로부터 아웃풋 채널을 경유하여 배출시키도록 구성되어 있는 아웃풋 채널;
    증발 유체 유동(evaporative fluid flow)을 상기 열 챔버에 유입시키도록 구성되어 있는 인렛 채널, 및
    상기 증발 유체 유동을 상기 열 챔버로부터 배출시키도록 구성되어 있는 아웃렛 채널을 포함하고,
    상기 인렛 채널과 상기 아웃렛 채널은 통해 있고(in fluid communication),
    상기 열 챔버를 통과하는 상기 기체 유동은 상기 증발 유체 유동을 증발시킴으로써, 상기 열 챔버를 통과하는 상기 증발 유체 유동을 냉각시키고, 그 결과 상기 열 챔버를 냉각시키고,
    상기 열 챔버는 상기 열 챔버를 통과하는 상기 기체 유동을 냉각시키도록 구성된 것이고,
    상기 아웃렛 채널의 증발 유체 유동의 열 에너지는 상기 인풋 채널의 기체 유동의 열 에너지보다 낮고,
    상기 아웃렛 채널은 상기 인풋 채널에 열적으로 연결되어 있고, 상기 아웃렛 채널은, 상기 아웃렛 채널의 냉각된 증발 유체 유동과 상기 인풋 채널의 기체 유동 간의 열 에너지를 이동시켜 상기 기체 유동을 상기 열 챔버에 유입되기 전에 냉각시키도록 구성되어 있는 것인, 유체 핸들링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아웃렛 채널의 증발 유체 유동은 상기 인풋 채널의 기체 유동과 단리된 것인, 유체 핸들링 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 아웃렛 채널은 유체 채널을 경유하여 상기 인풋 채널에 열적으로 연결되어 있고,
    상기 유체 채널은 상기 아웃렛 채널과 열적으로 연결되어 있고 상기 인풋 채널과 열적으로 연결되어 있으며, 그 내부에 제3 유체 유동을 수용하도록 구성되어 있고,
    상기 열 에너지는 상기 유체 채널의 제3 유체 유동과 상기 아웃렛 채널의 증발 유체 유동 사이를 이동함으로써 상기 제3 유체 유동을 냉각시키고, 상기 열 에너지는 상기 인풋 채널의 기체 유동과 상기 유체 채널의 제3 유체 유동 사이를 이동함으로써 상기 인풋 채널의 기체 유동을 냉각시키는 것인, 유체 핸들링 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유체 채널의 제3 유체 유동은 상기 인풋 채널의 기체 유동과 단리된 것인, 유체 핸들링 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 유체 채널은 증발 액체(evaporative liquid)를 포함하는 것인, 유체 핸들링 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 인풋 채널, 상기 아웃풋 채널, 또는 상기 인풋 채널과 상기 아웃풋 채널은 증발 유체를 포함하는 것인, 유체 핸들링 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 증발 유체 유동은 유체 방향에 있어서 상기 인렛 채널로부터 상기 아웃렛 채널로 상기 열 챔버를 통해 유동하도록 되어 있고, 상기 기체 유동은 기체 유동 방향에 있어서 상기 인풋 채널로부터 상기 아웃풋 채널로 유동하고, 상기 유체 방향은 상기 기체 유동 방향에 수직인 것인, 유체 핸들링 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 아웃렛 채널은 유체 탱크에 연결되어 있는(fluidly connected) 것인, 유체 핸들링 장치.
  9. 유체 핸들링 장치로 기체 유동을 냉각시키는 방법으로서, 상기 방법은
    인풋 채널을 경유하여 열 챔버에 기체 유동을 수용하는 단계;
    아웃풋 채널을 경유하게 상기 열 챔버로부터 상기 기체 유동을 배출시키는 단계;
    인렛 채널을 경유하여 상기 열 챔버에 증발 유동을 수용하는 단계;
    상기 증발 유동을 상기 열 챔버로부터, 상기 인풋 채널과 열적으로 연결되어 있는 아웃렛 채널로 이동시키는 단계; 및
    상기 아웃렛 채널의 증발 유동과 상기 인풋 채널의 기체 유동 간의 열 에너지를 이동시킴으로써 상기 인풋 채널의 기체 유동을 냉각시켜 상기 기체 유동을 상기 열 챔버에 유입되기 전에 냉각시키는 단계를 포함하고,
    상기 열 챔버를 통과하는 상기 기체 유동은 증발 액체 유동을 증발시킴으로써, 상기 열 챔버를 통과하는 증발 액체 유동을 냉각시키고, 그 결과 상기 열 챔버를 냉각시키고, 상기 열 챔버에 유입되는 상기 기체 유동은 상기 열 챔버에 의해 냉각되고, 상기 아웃렛 채널의 증발 유동의 열 에너지는 상기 인풋 채널의 기체 유동의 열 에너지보다 낮은, 유체 핸들링 장치로 기체 유동을 냉각시키는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 아웃렛 채널의 증발 유동과 상기 인풋 채널의 기체 유동 간의 열 에너지를 이동시키는 것은,
    유체 채널에 제3 유체 유동을 수용하는 것;
    상기 유체 채널의 제3 유체 유동과 상기 아웃렛 채널의 증발 유동 간의 열 에너지를 이동시키는 것; 및
    상기 인풋 채널의 기체 유동과 상기 유체 채널의 제3 유체 유동 간의 열 에너지를 이동시킴으로써 상기 인풋 채널의 기체 유동을 가열하거나 냉각시키는 것를 포함하는 것인, 유체 핸들링 장치로 기체 유동을 냉각시키는 방법.
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