KR102155956B1 - 에너지 절약형 액체제습장치 - Google Patents

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김승현
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경남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 프레온 가스를 사용하지 않아 친환경적이면서 기존 액체제습장치보다 소형으로 제조되며, 열전소자를 구비하여 버려지는 열을 회수할 수 있는 에너지 절약형 액체제습장치를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치는 냉각된 냉각된 액체제습제와 수증기가 포함된 공기를 간접접촉시키며, 액체제습제가 간접접촉동안 공기와의 분압 차를 통해 공기로부터 수증기를 제습하는 제습부; 및 제습부로부터 수증기를 제습하여 희석된 액체제습제가 투입되며, 희석된 액체제습제를 가열하여 희석된 액체제습제를 농축시킨 후에 제습부에서 재사용되도록 제습부로 투입하고, 액체제습제를 가열하는 동안에 제습한 수증기를 응축시켜 물을 생성하는 재생부;를 포함하여 구성된다.

Description

에너지 절약형 액체제습장치{Liquid dehumidifier of energy-saving type}
본 발명은 에너지 절약형 액체제습장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프레온 가스를 사용하지 않아 친환경적이면서 기존 액체제습장치보다 소형으로 제조되며, 열전소자를 구비하여 버려지는 열을 회수할 수 있고, 제습장치와 가습장치가 일체화 모듈로 구성되는 에너지 절약형 액체제습장치에 관한 것이다.
습도에 민감한 각종 전자장비가 설치된 연구실 또는 적정한 습도를 유지하여야 하는 병실에는 공기 중에 함유되어 있는 과잉의 습기를 제거하거나 또는 부족한 습기를 보충하기 위한 제습기가 설치되어 운용되고 있다.
통상적으로 제습기는 실내 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 냉각시켜 과잉 습기를 제거한 후에 공기를 적정 온도로 가열하여 실내로 다시 배출시킨다. 이러한 종래의 제습기는 별도의 배관을 통해 순환하는 냉매를 이용하여 공기를 냉각시키고, 별도로 장착된 히터를 이용하여 공기를 가열하는 방식이다.
그러나 종래의 제습기는 냉매로 사용되는 프레온 가스가 지구온난화의 주범으로서 친환경적이지 못하고, 연구실과 병실 같은 대형공간에서 사용되기 위해 상대적으로 대형구조를 가짐으로써, 가정과 같은 소형공간에서는 사용되기 어려웠으며, 사용된 열의 회수가 용이하지 않다는 문제점이 있었다.
이에 따라, 본 출원인은 종래의 제습기보다 친환경적이면서도 소형공간에서 활용이 가능하도록 소형화되고, 열의 회수가 용이한 액체제습장치를 제안한다.
한편, 종래에는 가습장치와 제습장치가 각각 별도로 구성되어 각각의 제품으로 판매됨에 따라, 공간 및 기능적인 효율과 경제성이 낮은 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 종래에는 공조기가 여름철에만 온도 및 습도를 조절하기 위해 사용되어, 공간 및 기능적인 효율과 경제성이 낮은 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1552980호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 프레온 가스 대신에 액체제습제를 사용하여 종래의 제습기보다 친환경적이면서, 소형공간에서 활용이 가능하도록 소형제작되는 에너지 절약형 액체제습장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명은 열전소자를 이용하여 액체제습제를 가열 및 버려지는 열을 회수할 수 있는 에너지 절약형 액체제습장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 제습장치와 가습장치를 일체화 모듈로 구성함으로써, 종래의 제습장치와 가습장치에 비해 공간 및 기능적인 효율과 경제성을 높이고, 일정 공간의 온습도를 용이하게 조절하며, 항온, 항습을 용이하게 유지하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명은 제습장치와 가습장치를 일체화 모듈로 구성함으로써, 종래의 공조기와 달리, 사계절동안 사용이 가능한 새로운 공조시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치는, 냉각된 액체제습제와 수증기가 포함된 공기를 간접접촉시키며, 액체제습제가 간접접촉동안 공기와의 분압 차를 통해 공기로부터 수증기를 제습하는 제습부; 및 제습부로부터 수증기를 제습하여 희석된 액체제습제가 투입되며, 희석된 액체제습제를 가열하여 희석된 액체제습제를 농축시킨 후에 제습부에서 재사용되도록 제습부로 투입하고, 액체제습제를 가열하는 동안에 제습한 수증기를 응축시켜 물을 생성하는 재생부;를 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 제습부는 냉각된 액체제습제를 공기와 간접접촉시켜 공기로부터 수증기를 제습하는 수증기 제습부; 수증기 제습부의 일측에 설치되어, 수증기가 포함된 공기를 수증기 제습부 내로 유입하는 습공기 유입부; 수증기 제습부의 타측에 설치되어, 액체제습제와 간접접촉되어 수증기가 제습된 공기를 외부로 배출하는 제습공기 배출부; 및 수증기 제습부와 연결되어, 재생부로부터 투입되는 가열된 액체제습제를 냉각시키는 제1 열교환부;를 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 수증기 제습부는 냉각된 액체제습제가 내부에 투입되며, 냉각된 액체제습제와 공기를 간접접촉시키고, 간접접촉동안 공기로부터 제습한 수증기가 내부로 유입되도록 기공이 표면에 복수로 형성되는 제1 소수성 중공사막; 및 제1 소수성 중공사막이 내부에 설치되며, 냉각된 액체제습제와 공기가 간접접촉될 공간을 제공하는 제습챔버;를 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 제1 열교환부는 재생부로부터 투입되는 가열된 액체제습제가 내부에서 순환되는 제1 관형 열교환기; 제1 관형 열교환기가 내부에 설치되며, 내부에 냉각수가 저장되어 냉각수를 통해 제1 관형 열교환기 내에서 순환되는 가열된 액체제습제를 냉각하는 제1 열교환챔버; 및 제1 열교환챔버의 일측에 설치되며, 가열된 액체제습제를 냉각하면서 온도가 상승한 냉각수를 냉각시키는 제1 열전소자와 결합되는 제습제 냉각판;을 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 제1 열교환부는 제1 관형 열교환기 내에서 순환되는 가열된 액체제습제를 40℃ 이하로 냉각한다.
일 실시예에서, 재생부는 제습부와 연결되어, 제습부로부터 희석된 액체제습제가 투입되며, 희석된 액체제습제를 가열하여 희석된 액체제습제로부터 수증기를 제습하고, 수증기의 제습을 통해 액체제습제를 농축시키는 가열부; 가열부와 연결되어, 가열부로부터 가열된 액체제습제에서 제습한 수증기가 투입되며, 투입된 수증기를 내부에서 순환되는 냉각수를 통해 응축시켜 응축수를 생성하는 응축부; 및 응축부와 연결되어, 응축부로부터 투입되는 응축수를 열교환시키며, 열교환된 응축수를 가열부에 투입하는 제2 열교환부;를 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 가열부는 희석된 액체제습제가 내부에 투입되는 가열챔버; 가열챔버의 일측 및 타측에 각각 설치되어 희석된 액체제습제를 가열하는 제1, 2 열전소자와 각각 결합되는 제습제 가열판; 및 가열챔버 내에 설치되며, 가열된 액체제습제와 제2 열교환부로부터 투입되어 내부에서 순환되는 응축수를 간접접촉시키며, 간접접촉동안 열된 액체제습제로부터 제습한 수증기가 내부로 유입되도록 기공이 표면에 복수로 형성되는 제2 소수성 중공사막;을 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 가열부는 희석된 액체제습제를 50~70℃로 가열한다.
일 실시예에서, 제2 열교환부는 수증기를 응축하면서 온도가 상승한 응축수가 투입되며, 응축수가 내부에서 순환되는 제2 관형 열교환기; 제2 관형 열교환기가 내부에 설치되며, 내부에 냉각수가 저장되어, 냉각수를 통해 제2 관형 열교환기 내에서 순환되는 응축수를 냉각하는 제2 열교환챔버; 및 제2 열교환챔버의 일측에 설치되며, 응축수를 냉각하면서 온도가 상승한 냉각수를 냉각시키는 제2 열전소자와 결합되는 응축수 냉각판;을 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 제2 열교환부는 온도가 상승한 냉각수를 20~30℃의 응축수로 냉각한다.
일 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치는, 제습부와 연결되며, 저농도의 액체제습제는 가열에 의해 온도가 높아지면서 잠열량이 증가되고, 건조한 공기와의 간접접촉함에 따라, 공기의 분압보다 가열된 저농도의 액체제습제에서 수분이 증발되려는 분압이 커지게 되어, 가열된 저농도의 액체제습제로부터 수분이 배출되며, 제습부에 투입되는 공기와 함께 제습부로부터 배출되는 수분을 이용하여 외부를 가습하는 가습장치;를 포함하여 구성된다.
일 실시예에서, 가습장치는, 제습제 순환펌프를 통해 투입되는 가열된 저농도 액체제습제를 제1 관형 열교환기에서 냉각하되, 냉각과정이 생략되도록, 제1 관형 열교환기와 연결된 배관과는 다른 우회용 배관이 구비된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 액체제습장치는 프레온 가스 대신에 액체제습제를 사용함으로써, 종래의 제습기보다 친환경적이다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면, 액체제습장치는 액체제습제와 공기를 간접접촉시켜 발생되는 분압 차를 기반으로 수증기를 제습한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 액체제습장치는 열전소자를 이용하여 액체제습제를 가열 및 버려지는 열을 회수할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면, 액체제습장치는 수증기를 응축하여 물을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제습장치와 가습장치를 일체화 모듈로 구성함으로써, 종래의 제습장치와 가습장치에 비해 공간 및 기능적인 효율과 경제성을 높이고, 일정 공간의 온습도를 용이하게 조절하며, 항온, 항습을 용이하게 유지할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제습장치와 가습장치를 일체화 모듈로 구성함으로써, 종래의 공조기와 달리, 사계절동안 사용이 가능한 새로운 공조시스템을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가습장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체제습제의 농도와 온도 간의 관계를 분석한 실험결과의 그래프이다.
도 6은 공기의 유량과 본 발명의 일 실시예에 따른 액체제습제 간의 관계를 분석한 실험결과의 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치를 이용한 제습방법의 단계흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
액체제습장치의 구성
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치(이하에서는 "액체제습장치"라 한다.)를 자세히 설명하도록 하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가습장치의 개략도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체제습제의 농도와 온도 간의 관계를 분석한 실험결과의 그래프이고, 도 6은 공기의 유량과 본 발명의 일 실시예에 따른 액체제습제 간의 관계를 분석한 실험결과의 그래프이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체제습장치는 제습장치(10) 및 가습장치(20)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 제습장치(10)는 제습과정이 이루어지는 모듈화된 장치로서, 제습과정을 위한 제습부(100) 및 재생부(200)를 포함하여 구성된다. 여기서, 제습부(100)는 공기에 포함된 습기인 수증기를 제습하는 구성이며, 재생부(200)는 제습부(100)에서 사용된 액체제습제를 재사용가능하게 재생시키는 구성이다.
그리고 제습장치(10)는 상기의 구성에 따라 친환경적이면서도 지속적인 제습이 가능한 장점이 있다.
제습부(100)는 공기에 포함된 습기인 수증기를 제습하는 구성으로서 수증기 제습부(110), 습공기 유입부(120), 제습공기 배출부(130) 및 제1 열교환부(120)를 포함하여 구성된다. 이러한 제습부(100)는 재생부(200)에 의해 가열 및 농축되는 액체제습제를 냉각시키며, 냉각된 액체제습제를 이용하여 공기로부터 수증기를 제습한다.
수증기 제습부(110)는 냉각된 액체제습제를 공기와 간접접촉시켜 공기로부터 수증기를 제습한다. 이러한 수증기 제습부(110)는 제습챔버(111) 및 제1 소수성 중공사막(113)을 포함하여 구성된다.
제습챔버(111)는 제1 소수성 중공사막(113)이 내부에 설치되며, 일측과 타측에 습공기 유입부(120)와 제습공기 배출부(130)가 설치된다. 이러한 제습챔버(111)는 제1 소수성 중공사막(113) 내에 투입되는 냉각된 액체제습제와 수증기가 포함된 공기의 간접접촉이 이루어질 공간을 제공한다.
제1 소수성 중공사막(113)은 냉각된 액체제습제가 내부에 투입되어 내부에서 순환된다. 여기서, 냉각된 액체제습제는 제1 열교환부(140) 또는 외부로부터 투입된다. 그리고 제1 소수성 중공사막(113)은 내부에서 순환되는 냉각된 액체제습제와 습공기 유입부(120)를 통해 제습챔버(111) 내에 유입되는 수증기가 포함된 공기를 간접접촉시켜 냉각된 액체제습제와 공기 간의 분압이 발생되도록 한다. 이러한 분압과정에서는 냉각된 액체제습제와 공기 간 분압 차가 발생되며, 냉각된 액체제습제는 공기와의 분압 차를 통해 공기에 포함된 수증기를 제습하며, 상기 제습에 의해 희석된다. 한편, 제1 소수성 중공사막(113)은 냉각된 액체제습제가 분압과정을 통해 공기에 포함된 수증기를 제습하도록 기공이 표면에 복수로 형성된다. 이러한 기공은 수증기는 유입되되, 냉각된 액체제습제가 제습챔버(111)로 유출되지 않는 직경 및 방식으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
습공기 유입부(120)는 제습챔버(111)의 일측에 설치되며, 수증기가 포함된 공기인 습공기가 제습챔버(111) 내에 유입되도록 유입채널(121)을 구비한다.
제습공기 배출부(130)는 제습챔버(111)의 타측에 설치되며, 제1 소수성 중공사막(113)을 통해 수증기가 제습된 공기인 제습공기가 제습챔버(111)로부터 외부로 배출되도록 한다. 이러한 제습공기 배출부(130)는 제습공기의 배출을 위한 팬으로 이루어질 수 있다.
제1 열교환부(140)는 제1 소수성 중공사막(113)과 연결되어, 후술될 재생부(200)의 가열부(210)로부터 투입되는 가열된 액체제습제를 냉각시키기 위한 구성으로서 제1 열교환챔버(141), 제1 관형 열교환기(145) 및 제습제 냉각판(147)을 포함하여 구성된다.
제1 열교환챔버(141)는 제1 관형 열교환기(145)가 내부에 설치되며, 가열된 액체제습제를 열교환하여 냉각시키기 위한냉각수(143)가 내부에 저장된다. 또한, 제1 열교환챔버(141)는 일측에 제습제 냉각판(147)이 결합된다.
제1 관형 열교환기(145)는 후술될 가열부(210)로부터 투입되는 가열된 액체제습제가 내부에서 순환된다. 그리고 제1 관형 열교환기(145) 내에서 순환되는 가열된 액체제습제는 냉각수(143)와의 열교환을 통해 냉각된다. 한편, 냉각수(143)는 가열된 액체제습제와의 열교환을 통해 온도가 상승된다.
제습제 냉각판(147)은 제1 열교환챔버(141)의 일측에 설치되되, 제1 열전소자(300)가 결합되며, 제1 열전소자(300)를 통해 온도가 상승한 냉각수(143)를 냉각시키고, 상기 냉각수(143)의 냉각을 통해 가열된 액체제습제를 냉각한다. 이러한 냉각과정에서 제습제 냉각판(147)은 냉각수(143)를 냉각시키면서 흡수한 열을 제1 열전소자(300)에 전달한다.
이와 같은, 제1 열교환부(140)가 상기의 구성을 통해 가열된 액체제습제를 냉각하는 것은 가열된 액체제습제를 40℃ 이하로 냉각시키는 것을 의미한다.
재생부(200)는 상술한 대로 제습부(100)에서 사용된 액체제습제를 재사용가능하게 재생시키는 구성으로서 가열부(210), 응축부(220) 및 제2 열교환부(230)를 포함하여 구성된다.
가열부(210)는 제1 소수성 중공사막(113)의 내에서 순환하면서 공기로부터 수증기를 제습하여 희석된 액체제습제를 가열하여 희석된 액체제습제로부터 수증기를 제습하며, 상기 수증기의 제습을 통해 가열된 액체제습제를 농축시키는 구성으로서 가열챔버(211), 제2 소수성 중공사막(213) 및 제습제 가열판(215)을 포함하여 구성된다.
가열챔버(211)는 제2 소수성 중공사막(213)이 내부에 설치되며, 제1 소수성 중공사막(113)와 연결되어 희석된 액체제습제가 내부에 저장된다. 그리고 가열챔버(211)의 일측과 타측에는 제습제 가열판(215)이 각각 결합된다.
제2 소수성 중공사막(213)은 제2 열교환부(230)에서 생성되는 응축수가 내부에 투입되어 순환된다. 그리고 제2 소수성 중공사막(213)은 내부에서 순환되는 응축수와 가열챔버(211) 내에 저장되는 가열된 액체제습제를 간접접촉시킨다. 이때, 응축수와 가열된 액체제습제 간에는 증기압 차가 발생된다. 이러한 증기압 차를 통해 제2 소수성 중공사막(213)은 가열된 액체제습제에 포함된 수증기를 제습한다. 한편, 제2 소수성 중공사막(213)은 가열된 액체제습제로부터 수증기를 제습하도록 기공이 표면에 복수로 형성된다. 이러한 기공은 수증기는 유입되되, 응축수가 가열챔버(211)로 유출되지 않는 직경 및 방식으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
제습제 가열판(215)은 제1 열전소자(300) 및 제2 열전소자(400)와 각각 결합되며, 제1, 2 열전소자(300, 400)를 통해 희석된 액체제습제를 가열시킨다. 이러한 가열과정에서 제습제 가열판(215)은 제1, 2 열전소자(300, 400)가 제습제 냉각판(147) 및 후술될 응축수 냉각판(237)를 통해 흡수한 열을 기반으로 희석된 액체제습제를 가열한다.
이와 같은, 가열부(210)는 상기의 구성을 통해 희석된 액체제습제를 가열하는 것은 희석된 액체제습제를 50~70℃로 가열시키는 것을 의미한다.
응축부(220)는 제2 소수성 중공사막(213)과 연결되며, 가열부(210)에서 가열된 액체제습제로부터 제습한 수증기가 순환되어 내부에 저장된다. 이러한 응축부(220)는 내부에서 순환되는 냉각수를 이용하여 수증기를 응축시켜 물을 생성한다. 이때, 수증기의 응축에 사용된 냉각수는 온도가 상승되어 응축수로 사용되며, 제2 열교환부(230)를 통해 냉각된다. 한편, 응축부(220)는 내부에서 냉각수가 순환되는 응축탱크로 구비될 수 있다.
열교환부(230)는 응축부(220)와 연결되어, 응축부(220)로부터 투입되는 응축수를 열교환시키며, 상기 열교환을 통해 적정 온도로 냉각된 응축수를 가열부(210)에 투입하는 구성으로서 제2 열교환챔버(231), 제2 관형 열교환기(235) 및 응축수 냉각판(237)을 포함하여 구성된다.
제2 열교환챔버(231)는 제2 관형 열교환기(235)가 내부에 설치되며, 응축수를 열교환하여 냉각시키기 위한 냉각수(233)가 내부에 저장된다. 또한, 제2 열교환챔버(231)는 일측에 응축수 냉각판(237)이 결합된다.
제2 관형 열교환기(235)는 응축부(220)로부터 투입되는 응축수가 내부에서 순환된다. 그리고 제2 관형 열교환기(235) 내에서 순환되는 응축수는 냉각수(233)와의 열교환을 통해 냉각된다. 한편, 냉각수(233)는 응축수와의 열교환을 통해 온도가 상승된다.
응축수 냉각판(237)은 제2 열교환챔버(231)의 일측에 설치되되, 제2 열전소자(400)가 결합되며, 제2 열전소자(400)를 통해 온도가 상승한 냉각수(233)를 냉각시키고, 상기 냉각수(233)의 냉각을 통해 제2 관형 열교환기(235) 내에서 순환되는 응축수를 냉각한다. 이러한 냉각과정에서 응축수 냉각판(237)은 냉각수(233)를 냉각시키면서 흡수한 열을 제2 열전소자(400)에 전달한다.
이와 같은, 제2 열교환부(230)가 상기의 구성을 통해 온도가 상승한 응축수를 냉각하는 것은 온도가 상승한 응축수를 20~30℃로 냉각시키는 것을 의미한다.
한편, 제습장치(10)는 제1 열전소자(300), 제2 열전소자(400), 응축수 순환펌프(500) 및 제습제 순환펌프(600)를 더 포함하여 구성된다.
제1 열전소자(300)는 일측에는 제습제 냉각판(147)이 결합되며, 타측에는 제습제 가열판(215)이 결합된다. 이를 통해, 제1 열전소자(300)는 제습제 냉각판(147)이 흡수한 열을 제습제 가열판(215)에 전달하여 가열챔버(211)에 저장되는 희석된 액체제습제가 가열되도록 한다.
제2 열전소자(400)는 일측에는 제습제 가열판(215)이 결합되며, 타측에는 응축수 냉각판(237)이 결합된다. 이를 통해, 제2 열전소자(400)는 응축수 냉각판(237)이 흡수한 열을 제습제 가열판(215)에 전달하여 가열챔버(211)에 저장되는 희석된 액체제습제가 가열되도록 한다.
이와 같은, 제1, 2 열전소자(300, 400)는 한 쪽면이 가열에 사용되며, 가습장치에서는 희석된 액체제습제로부터 수분이 증발될 시에 열 에너지가 보충된다. 그리고 가습을 위해 제1, 2 열전소자(300, 400)는 가열에 지속적으로 사용되는 경우, 손상의 위험이 발생될 수 있으므로, 가열 온도의 제어가 가능한 컨트롤러(미도시)가 포함된다. 이와 같은, 컨트롤러(미도시)를 통해 제1, 2 열전소자(300, 400)는 간헐적 가열이 가능하며, 제1, 2 열전소자(300, 400) 및 제습장치(10)의 보호가 가능해진다.
응축수 순환펌프(500)는 제2 관형 열교환기(235) 내에서 순환되면서 냉각수(233)을 통해 냉각되는 응축수를 제2 소수성 중공사막(223)에 투입되도록 유도한다.
제습제 순환펌프(600)는 가열챔버(211) 내에서 가열된 액체제습제를 제1 관형 열교환기(145)에 투입되도록 유도한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가습장치(20)는 상술한 제습장치(10)의 구성이 동일하게 구성되되, 재생부(200)는 구동하지 않는다. 또한, 냉각을 위해 설치된 열전소자와 냉각핀도 구동하지 않는다.
이러한 가습장치(20)는 제습장치(10)와 일체화 모듈로 구성되는 장치로서, 제습장치(10)와 연결되게 설치된다. 이러한 가습장치(20)의 가습 과정을 살펴보면, 제습공기 배출부(130)와 연결되고, 열전소자에 의해 가열된 저농도 액체제습제가 잠열량이 증가되고, 건조한 공기와의 간접접촉함에 따라, 공기의 분압보다 가열된 저농도의 액체제습제에서 수분이 증발되려는 분압이 커지게 되어, 저농도의 액체제습제로부터 수분이 배출된다. 또한, 수분은 제습챔버(111)에 투입되는 공기와 함께 가습장치(20)로 배출된다. 가습장치(20)는 이와 같이 배출된 수분을 외부(예: 실내 공간)에 공급하여 외부를 가습한다.
그리고 가습장치(20)는 제습제 순환펌프를 통해 투입되는 가열된 저농도 액체제습제의 냉각과정을 생략하기 위해, 제1 관형 열교환기와 연결된 배관과는 다른 우회용 배관(미도시)이 별도로 구비된다. 이에 따라, 가열된 저농도 액체제습제는 제1 관형 열교환기에 의한 냉각 또는 냉각과정이 생략될 수 있다.
한편, 가습장치(20)와 제습장치(10)는 도면에 미도시된 제어장치(미도시)를 통해 일정 공간의 온도와 습도를 기설정된 값에 의해 일정하게 유지할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예서는 종래의 제습장치 및 가습장치와 달리, 일체화 모듈로 제습장치(10)와 가습장치(20)를 구성함으로써, 공간 및 기능적인 효율과 경제성이 높은 장점이 있다. 또한, 일체화 모듈로 구성함에 따라, 일정 공간의 온습도 조절이 용이하며 항온, 항습을 용이하게 유지할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 일체화 모듈로 구성함에 따라, 일정 시기(예: 여름철, 6~8월)에 한정적으로 온도 및 습도를 조절하기 위해 사용되는 종래의 공조기와 달리, 사계절동안 사용이 가능하여 새로운 공조시스템을 제공할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체제습제는 5L/min의 유속으로 공기를 공급하게 되며, 순간 최대 제습률은 50~60%이다. 또한, 액체제습제는 상대습도 100%인 공기가 일정량 공급될 때, 50분 이내에 상대습도 60%의 제습효율을 가지게 된다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 액체제습장치는 액체제습제의 농도가 높으면서 공기의 흐름이 느리며, 액체제습제의 온도가 낮을수록 효율이 좋다.
액체제습방법
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치를 이용한 액체제습방법(이하에서는 "액체제습방법"이라 한다.)를 자세히 설명하도록 하겠다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절약형 액체제습장치를 이용한 제습방법의 단계흐름도이다.
먼저, 제습부(100)에 액체제습제를 투입한다(S10). S10 단계를 구체적으로 살펴보면, 제습챔버(111) 내에 설치되는 제1 소수성 중공사막(113)에 냉각된 액체제습제를 투입한다.
S10 단계 후, 제습부(100)는 공기로부터 수증기를 제습한다(S20). S20 단계를 구체적으로 살펴보면, 제1 소수성 중공사막(113) 내에서 순환되는 냉각된 액체제습제와 습공기 유입부(120)를 통해 유입되는 수증기가 포함된 공기를 간접접촉시켜 공기로부터 수증기를 제습한다.
이러한 S20 단계에서는, 액체제습제는 수증기를 제습함에 따라 희석되면서 농도가 낮아지고, 공기와의 간접접촉에 의해 온도가 높아지면서 잠열량이 증가된다. 그리고 희석된 액체제습제는 열전소자를 통해 잠열량이 증가될 때, 액체제습제의 농도에 따라 수분을 흡수하려는 분압보다 수분이 증발되려는 분압이 커지게 되어, 희석된 액체제습제에서 수분이 배출된다.
이와 같이, 희석된 액체제습제 가열을 통해 잠열량을 증가시킴으로써, 희석된 액체제습제로부터 배출되는 수분은 제습챔버(111)로 투입되는 건조한 공기와 함께 배출되어, 가습장치(20)를 통해 외부로 공급된다.
S20 단계 후, 재생부(200)는 희석된 액체제습제를 가열한다(S30). S30 단계를 구체적으로 살펴보면, 가열부(210)는 가열챔버(211) 내에 희석된 액체제습제를 투입하고, 가열챔버(211)의 일측과 타측에 설치되는 제1, 2 열전소자(300, 400)와 결합된 제습제 가열판(215)를 통해 희석된 액체제습제를 가열한다. 더 나아가, S30 단계에서 가열부(210)는 희석된 액체제습제를 50~70℃로 가열시킨다.
S30 단계 후, 재생부(200)는 가열된 액체제습제로부터 수증기를 제습한다(S40). S40 단계를 구체적으로 살펴보면, 가열부(210)는 제2 소수성 중공사막(213) 내에서 순환되는 응축수와 가열된 액체제습제를 간접접촉시켜 수증기를 제습한다. 이때, 가열된 액체제습제는 수증기가 제습되면서 농축된다.
S40 단계 후, 제습부(100)는 가열된 액체제습제를 냉각한다(S50). S50 단계를 구체적으로 살펴보면, 제1 열교환부(140)는 제1 관형 열교환기(145) 내에 투입되어 순환되는 가열된 액체제습제와 제1 열교환챔버(141) 내에 저장되는 냉각수(143)를 열교환시켜 가열된 액체제습제를 냉각한다. 더 나아가, S50 단계에서 제1 열교환부(140)는 가열된 액체제습제를 냉각시킨다.
S50 단계 후, 제1 열교환부(140)는 제1 소수성 중공사막(113)에 냉각된 액체제습제를 재차 투입한다(S60). 이러한 S60 단계에서 냉각된 액체제습제가 재차 투입된 것은 액체제습제가 액체제습장치를 순환하면서 투입되는 것을 의미한다. 또한, S60 단계를 통해 S10 단계에서 투입되는 액체제습제는 냉각 또는 냉각된 액체제습제로 이해되는 것이 바람직할 것이다.
한편, S40 단계 후, 재생부(200)는 수증기를 응축 및 응축수를 생성한다(S70). S70 단계를 구체적으로 살펴보면, 응축부(220)는 제2 소수성 중공사막(213)로부터 투입되는 수증기를 냉각수를 통해 응축한다. 이때, 냉각수는 수증기를 제습함에 따라 온도가 상승되면서 응축수로 사용되며, 수증기는 상기 응축과정을 통해 물이 된다. 그리고 제2 열교환부(230)는 응축부(220)와 연결되어 제2 관형 열교환기(235) 내에서 응축수를 순환시키면서 제2 열교환챔버(231) 내에 저장되는 냉각수(233)와 열교환시켜 냉각시킨다. 이와 같이, 냉각된 응축수는 응축수 순환펌프(500)를 통해 제2 소수성 중공사막(213)에 투입된다. 더 나아가, S70 단계에서 제2 열교환부(230)는 응축부(220)의 온도가 상승한 냉각수를 20~30℃의 응축수로 냉각한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 제습장치,
20: 가습장치,
100: 제습부,
110: 수증기 제습부,
111: 제습챔버,
113: 제1 소수성 중공사막,
120: 습공기 유입부,
121: 습공기 유입채널,
130: 제습공기 배출부,
140: 제1 열교환부,
141: 제1 열교환챔버,
143: 냉각수,
145: 제1 관형 열교환기,
147: 제습제 냉각판,
200: 재생부,
210: 가열부,
211: 가열챔버,
213: 제2 소수성 중공사막,
215: 제습제 가열판,
220: 응축부,
230: 제2 열교환부,
231: 제2 열교환챔버,
233: 냉각수,
235: 제2 관형 열교환기,
237: 응축수 냉각판,
300: 제1 열전소자,
400: 제2 열전소자,
500: 응축수 순환펌프,
600: 제습제 순환펌프.

Claims (12)

  1. 냉각된 액체제습제와 수증기가 포함된 공기를 간접접촉시키며, 상기 액체제습제가 상기 간접접촉동안 상기 공기와의 분압 차를 통해 상기 공기로부터 수증기를 제습하는 제습부; 및
    상기 제습부로부터 수증기를 제습하여 희석된 액체제습제가 투입되며, 상기 희석된 액체제습제를 가열하여 상기 희석된 액체제습제를 농축시킨 후에 상기 제습부에서 재사용되도록 상기 제습부로 투입하고, 상기 액체제습제를 가열하는 동안에 제습한 수증기를 응축시켜 물을 생성하는 재생부; 및
    상기 제습부와 연결되며, 저농도의 액체제습제는 가열에 의해 온도가 높아지면서 잠열량이 증가되고, 건조한 공기와의 간접접촉함에 따라, 공기의 분압보다 가열된 저농도의 액체제습제에서 수분이 증발되려는 분압이 커지게 되어, 상기 가열된 저농도의 액체제습제로부터 수분이 배출되며, 상기 제습부에 투입되는 공기와 함께 상기 제습부로부터 배출되는 수분을 이용하여 외부를 가습하는 가습장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 액체제습장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제습부는,
    상기 냉각된 액체제습제를 공기와 간접접촉시켜 상기 공기로부터 수증기를 제습하는 수증기 제습부;
    상기 수증기 제습부의 일측에 설치되어, 수증기가 포함된 공기를 상기 수증기 제습부 내로 유입하는 습공기 유입부;
    상기 수증기 제습부의 타측에 설치되어, 상기 액체제습제와 간접접촉되어 수증기가 제습된 공기를 외부로 배출하는 제습공기 배출부; 및
    상기 수증기 제습부와 연결되어, 상기 재생부로부터 투입되는 가열된 액체제습제를 냉각시키는 제1 열교환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 액체제습장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수증기 제습부는,
    상기 냉각된 액체제습제가 내부에 투입되며, 상기 냉각된 액체제습제와 공기를 간접접촉시키고, 상기 간접접촉동안 상기 공기로부터 제습한 수증기가 내부로 유입되도록 기공이 표면에 복수로 형성되는 제1 소수성 중공사막; 및
    상기 제1 소수성 중공사막이 내부에 설치되며, 상기 냉각된 액체제습제와 공기가 간접접촉될 공간을 제공하는 제습챔버;를 포함하는 특징으로 하는 에너지 절약형 액체제습장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생부는,
    상기 제습부와 연결되어, 상기 제습부로부터 상기 희석된 액체제습제가 투입되며, 상기 희석된 액체제습제를 가열하여 상기 희석된 액체제습제로부터 수증기를 제습하고, 상기 수증기의 제습을 통해 상기 액체제습제를 농축시키는 가열부;
    상기 가열부와 연결되어, 상기 가열부로부터 상기 가열된 액체제습제에서 제습한 수증기가 투입되며, 상기 투입된 수증기를 내부에서 순환되는 냉각수를 통해 응축시켜 응축수를 생성하는 응축부; 및
    상기 응축부와 연결되어, 상기 응축부로부터 투입되는 응축수를 열교환시키며, 상기 열교환된 응축수를 상기 가열부에 투입하는 제2 열교환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 액체제습장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가열부는,
    상기 희석된 액체제습제가 내부에 투입되는 가열챔버;
    상기 가열챔버의 일측 및 타측에 각각 설치되어 상기 희석된 액체제습제를 가열하는 제1, 2 열전소자와 각각 결합되는 제습제 가열판; 및
    상기 가열챔버 내에 설치되며, 상기 가열된 액체제습제와 상기 제2 열교환부로부터 투입되어 내부에서 순환되는 상기 응축수를 간접접촉시키며, 상기 간접접촉동안 상기 가열된 액체제습제로부터 제습한 수증기가 내부로 유입되도록 기공이 표면에 복수로 형성되는 제2 소수성 중공사막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 액체제습장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 가열부는,
    상기 희석된 액체제습제를 50~70℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 액체제습장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 열교환부는,
    상기 수증기를 응축하면서 온도가 상승한 응축수가 투입되며, 상기 응축수가 내부에서 순환되는 제2 관형 열교환기;
    상기 제2 관형 열교환기가 내부에 설치되며, 상기 내부에 냉각수가 저장되어, 상기 냉각수를 통해 상기 제2 관형 열교환기 내에서 순환되는 응축수를 냉각하는 제2 열교환챔버; 및
    상기 제2 열교환챔버의 일측에 설치되며, 상기 응축수를 냉각하면서 온도가 상승한 냉각수를 냉각시키는 제2 열전소자와 결합되는 응축수 냉각판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 액체제습장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 열교환부는,
    상기 온도가 상승한 냉각수를 20~30℃의 응축수로 냉각하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 액체제습장치.
  11. 삭제
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