KR102556842B1 - 2-로터 제습 시스템 - Google Patents

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Abstract

2-로터 제습 시스템은, 1차 로터, 2차 로터, 1차 로터측 증발기 및 1차 로터측 응축기를 포함하는 1차 로터측 히트펌프, 그리고 2차 로터측 증발기 및 2차 로터측 응축기를 포함하는 2차 로터측 히트펌프를 포함한다.

Description

2-로터 제습 시스템{DEHUMIDIFICATION SYSTEM USING TWO ROTORS}
본 개시는 제습 시스템에 관한 것이다.
산업용 저노점 제습 시스템은 생산 공정이 진행되는 실내 공간을 저노점(low dewpoint)의 드라이룸(Dry Room)으로 유지하기 위해 공급공기의 습도를 조절하는 설비이다. 배터리 생산이나 식품 및 제약품의 생산에서, 수분에 의해 발생할 수 있는 문제를 줄이기 위해 이러한 산업용 저노점 제습 시스템이 사용되고 있다.
종래의 산업용 저노점 제습 시스템은 실리카겔 등으로 수분을 흡착하는 로터(Rotor)를 사용하여 드라이룸에서 요구되는 온도와 습도에 맞는 공기를 공급하는데, 이를 건식제습 또는 데시칸트(Desiccant) 제습이라고 부른다. 로터를 통과한 대부분의 공기는 드라이룸에서 요구되는 온도와 습도로 조절되어 드라이룸으로 공급되고, 로터를 통과한 일부의 공기는 재열히터에 의해 가열되어 로터의 재생구역을 통과하면서 로터의 수분을 제거하는데 이용된다. 이때, 저노점 제습을 위해 낮은 온도와 낮은 절대습도를 가진 공기가 로터의 제습구역으로 유입되어야 하는데, 냉각코일에 의해 냉각된 공기가 제습구역으로 유입되기 때문에, 제습구역으로 유입되는 온도와 습도를 낮추는 데 한계가 있다. 또한, 로터 재생을 위해, 제습구역을 통과한 낮은 온도의 공기를 가열해야 하므로, 로터 재생에 많은 에너지가 필요하다.
한편, 에너지 절감을 위해 단일 로터 대신에 2개의 로터를 이용한 2-로터 제습 시스템이 개발되었다. 하지만, 종래의 2-로터 제습 시스템은 계절이나 날씨에 따라 부하가 달라지는데, 부하 변동에 따른 정밀한 제어가 어려워, 공급공기의 노점이 안정적이지 못하는 노점 헌팅이 유발될 수 있다.
본 개시는 가변형 히트펌프를 이용한 2-로터 제습 시스템을 제공하는 것이다.
본 개시는 외부공기의 상태에 따라 히트펌프 운전을 제어하는 2-로터 제습 시스템을 제공하는 것이다.
한 실시예에 따른 2-로터 제습 시스템으로서, 제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후, 1차 제습된 공기를 토출하는 1차 로터, 제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후, 드라이룸으로 공급되는 저노점 공기를 배출하는 2차 로터, 순환하는 냉매를 통해, 외부공기를 냉각시켜서 상기 1차 로터의 제습구역으로 토출하는 1차 로터측 증발기, 그리고 상기 1차 로터측 증발기에서 열을 흡수한 냉매를 통해 상기 1차 로터의 재생구역으로 흐르는 공기의 온도를 높이는 1차 로터측 응축기를 포함하는 1차 로터측 히트펌프, 그리고 순환하는 냉매를 통해, 상기 1차 로터에서 토출된 외부공기와 순환공기가 혼합된 혼합공기를 냉각시켜서 상기 2차 로터의 제습구역으로 토출하는 2차 로터측 증발기, 그리고 상기 2차 로터측 증발기에서 열을 흡수한 냉매를 통해, 상기 2차 로터의 퍼지구역을 통과한 공기의 온도를 높여서 상기 2차 로터의 재생구역으로 토출하는 2차 로터측 응축기를 포함하는 2차 로터측 히트펌프를 포함한다.
상기 2-로터 제습 시스템은 순환하는 냉매를 통해, 상기 2차 로터의 제습구역에서 토출된 공기를 냉각시켜서 상기 드라이룸으로 토출하는 2차 로터측 추가 증발기, 그리고 상기 2차 로터측 추가 증발기에서 열을 흡수한 냉매를 통해, 상기 2차 로터의 퍼지구역을 통과한 공기의 온도를 높이는 2차 로터측 추가 응축기를 포함하는 2차 로터측 추가 히트펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 2-로터 제습 시스템은 상기 1차 로터의 재생구역으로 유입되는 공기의 온도를 설정된 재생온도로 조절하는 온도보상히터를 더 포함할 수 있다. 상기 온도보상히터는 상기 1차 로터측 응축기를 통과한 공기가 상기 재생온도가 되도록 가열하여 상기 1차 로터의 재생구역으로 토출할 수 있다.
상기 2-로터 제습 시스템은 상기 2차 로터의 재생구역으로 유입되는 공기의 온도를 설정된 재생온도로 조절하는 온도보상히터를 더 포함할 수 있다. 상기 온도보상히터는 상기 2차 로터측 응축기를 통과한 공기가 상기 재생온도가 되도록 가열하여 상기 2차 로터의 재생구역으로 토출할 수 있다.
상기 2-로터 제습 시스템은 공기 배관의 밸브들의 개폐를 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서가 상기 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 상기 1차 로터의 재생구역으로 흐르도록 밸브 제어하는 경우, 상기 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기는 상기 1차 로터측 응축기를 통과하면서 가열될 수 있다.
상기 2-로터 제습 시스템은 공기 배관의 밸브들의 개폐를 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서가 상기 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 외부로 배출되도록 밸브 제어하는 경우, 유입된 외부공기가 상기 1차 로터측 응축기를 통과하면서 가열될 수 있다.
상기 프로세서는 상기 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 상기 1차 로터측 응축기에서의 열교환이 가능한 온도인지 판단하고, 기준 온도보다 높은 경우, 상기 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 외부로 배출되도록 밸브 제어하고, 외부공기가 상기 1차 로터측 응축기로 유입되도록 밸브 제어할 수 있다.
상기 2-로터 제습 시스템은 공기 배관의 밸브들의 개폐를 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 1차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 상기 1차 로터로 유입되는 외부공기와 혼합되도록 밸브 제어할 수 있다.
상기 1차 로터측 히트펌프는 유입된 외부공기의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우, 운전을 정지하고, 상기 1차 로터의 재생구역으로 상기 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 유입될 수 있다.
상기 1차 로터측 히트펌프 및 상기 2차 로터측 히트펌프는 제습 부하에 따라 가동률이 가변되는 인버터 히트펌프일 수 있다.
다른 실시예에 따른 2-로터 제습 시스템으로서, 제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후, 1차 제습된 공기를 토출하는 1차 로터, 제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후, 드라이룸으로 공급되는 저노점 공기를 배출하는 2차 로터, 순환하는 냉매를 통해, 상기 1차 로터에서 토출된 외부공기와 순환공기가 혼합된 혼합공기를 냉각시켜서 상기 2차 로터의 제습구역으로 토출하는 2차 로터측 증발기, 그리고 상기 2차 로터측 증발기에서 열을 흡수한 냉매를 통해, 상기 2차 로터의 퍼지구역을 통과한 공기의 온도를 높여서 상기 2차 로터의 재생구역으로 토출하는 2차 로터측 응축기를 포함하는 2차 로터측 히트펌프, 그리고 상기 2차 로터측 응축기를 통과한 공기를 설정된 제1 재생온도로 조절하여 상기 2차 로터의 재생구역으로 토출하는 제1 온도보상히터를 포함한다.,
상기 1차 로터는 상기 2차 로터의 재생구역에서 토출된 공기를 이용하여 흡착된 수분을 제거할 수 있다.
상기 2-로터 제습 시스템은 순환하는 냉매를 통해, 외부공기를 냉각시켜서 상기 1차 로터의 제습구역으로 토출하는 1차 로터측 증발기, 그리고 상기 1차 로터측 증발기에서 열을 흡수한 냉매를 통해 상기 1차 로터의 재생구역으로 흐르는 공기의 온도를 높이는 1차 로터측 응축기를 포함하는 1차 로터측 히트펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 2-로터 제습 시스템은 상기 1차 로터의 재생구역으로 유입되는 공기의 온도를 설정된 제2 재생온도로 조절하는 제2 온도보상히터를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 온도보상히터는 상기 1차 로터측 응축기를 통과한 공기가 상기 제2 재생온도가 되도록 가열하여 상기 1차 로터의 재생구역으로 토출할 수 있다.
상기 2-로터 제습 시스템은 순환하는 냉매를 통해, 상기 2차 로터의 제습구역에서 토출된 공기를 냉각시켜서 상기 드라이룸으로 도출하는 2차 로터측 추가 증발기, 그리고 상기 2차 로터측 추가 증발기에서 열을 흡수한 냉매를 통해, 상기 2차 로터의 퍼지구역을 통과한 공기의 온도를 높이는 2차 로터측 추가 응축기를 포함하는 2차 로터측 추가 히트펌프를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 2-로터 제습 시스템은 히트펌프의 증발기를 통해 로터의 제습구역으로 유입되는 공기의 온도 및 습도를 낮출 수 있어서 종래보다 더 낮은 저노점의 공기를 드라이룸으로 공급할 수 있다.
본 개시의 2-로터 제습 시스템은 가변형 히트펌프(인버터)를 이용하여, 외부공기의 상태에 따라 달라지는 제습 부하에 따라, 히트펌프들 및 온도보상히터들의 가동률을 제어하여 부하 변동에 따른 노점 헌팅을 해결하여 저노점의 공기를 드라이룸으로 안정적으로 공급할 수 있고, 외부공기의 상태에 따라 히트펌프의 운전을 최적화하여 에너지를 절감할 수 있다.
본 개시의 2-로터 제습 시스템은 로터의 제습구역으로 유입되는 공기의 온도 및 습도가 종래보다 낮아서, 로터에 흡착된 수분량을 줄일 수 있고, 종래보다 낮은 온도의 공기를 이용하여 로터 재생이 가능하므로, 로터 재생에 사용되는 에너지를 줄일 수 있다.
본 개시의 2-로터 제습 시스템은 히트펌프의 증발기에서 흡수한 에너지를 공기 재열(Reheating)에 사용하여 로터 재생을 위한 에너지를 줄일 수 있고, 외부공기의 상태에 따라 히트펌프 운전을 제어하여 에너지를 절감할 수 있다.
본 개시의 2-로터 제습 시스템은 2차 로터에서 배출된 공기를 1차 로터의 재생이나 1차 로터의 유입 공기로 사용함으로써 에너지 소비를 최소화할 수 있다.
본 개시의 2-로터 제습 시스템은 저렴한 고분자 제습 로터 또는 실리카겔 제습 로터를 사용할 수 있고, 로터 두께를 종래보다 얇게 제작해도 되므로 비용을 낮출 수 있다.
도 1은 일반적인 단일 로터 제습기이다.
도 2는 일반적인 2-로터 제습기이다.
도 3은 한 실시예에 따른 2-로터 제습 시스템의 구성도이다.
도 4부터 도 6은 한 실시예에 따른 2-로터 제습 시스템의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 일반적인 단일 로터 제습기이다.
도 1을 참고하면, 저노점 제습기(10)는 로터(11), 냉각코일로 구성된 프리쿨러(PreCooler, PC)(12, 13), 재열히터(Reheating Heater)(14), 그리고 팬(Fan)(15, 16)을 포함한다. 로터(11)는 제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후 드라이룸으로 공급공기(Supply Air, SA)를 배출한다. 로터(11)는 제습구역, 퍼지구역(Purge Zone), 재생구역으로 분할되어 있다.
외부공기(Outdoor Air, OA)는 프리쿨러(PC)(12)에 의해 냉각제습되고, 공기혼합실(Mixing Chamber)에서 프리쿨러(PC)(13)에 의해 냉각된 순환공기(Return Air, RA)와 혼합된다. 순환공기(RA)는 드라이룸으로부터 유입된다. 혼합공기는 냉각제습된 외부공기와 저습한 순환공기가 혼합되어 중습의 공기가 된다.
혼합공기는 팬(15)에 의해 로터(11)의 제습구역으로 유입된다. 로터(11)의 제습구역을 통과한 공급공기(SA)는 후단의 쿨러, 히터를 통과하면서 드라이룸에서 요구되는 온도와 습도로 조절된 후, 드라이룸으로 공급된다. 이때, 혼합공기에 포함된 수분이 많아서, 로터(11)가 처리해야 하는 제습량이 많아질 수 있다.
일부 혼합공기가 로터 재생에 사용된다. 일부 혼합공기는 로터(11)의 퍼지구역을 통과하고, 재열히터(14)에 의해 높은 재생온도로 가열된 후, 로터(11)의 재생구역을 통과하고 팬(16)에 의해 배출된다(Exhaust Air, EA). 재생구역으로 유입된 높은 온도의 공기에 의해 로터(11)에 부착된 수분은 제거된다.
한편, 드라이룸으로 공급되는 공기는 로터(11)의 제습구역으로 유입되는 공기 상태에 크게 영향을 받는다. 따라서, 저노점 제습을 위해 낮은 온도와 낮은 절대습도를 가진 공기가 로터(11)의 제습구역으로 유입되어야 하는데, 냉각코일로 외부공기와 순환공기의 온도와 습도를 낮추는 데 한계가 있다. 또한, 제습량이 많은 로터를 재생시키기 위해, 재열히터(14)가 혼합공기를 높은 온도로 가열해야 하므로, 로터 재생에 많은 에너지가 필요하다.
도 2는 일반적인 2-로터 제습기이다.
도 2를 참고하면, 2-로터 제습기(20)는 1차 로터(21), 2차 로터(22), 프리쿨러(PC)(23), 믹싱쿨러(24), 재열히터(25), 그리고 팬(26, 27)을 포함한다. 1차 로터(21)는 제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후, 건식제습된 공기를 배출한다. 2차 로터(22)는 제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후, 드라이룸으로 공급공기(SA)를 배출한다. 로터(21)는 제습구역과 재생구역으로 분할되고, 로터(22)는 제습구역, 퍼지구역, 재생구역으로 분할될 수 있다.
외부공기(OA)는 프리쿨러(PC)(23)에 의해 냉각제습되고, 1차 로터(21)로 유입된다. 1차 로터(21)에서 건식제습된 공기는 순환공기(RA)와 혼합되고, 혼합공기는 믹싱쿨러(24)에 의해 냉각된 후 팬(26)을 통해 2차 로터(22)의 제습구역으로 유입된다. 2차 로터(22)의 제습구역을 통과한 공급공기(SA)는 별도의 쿨러, 히터를 통과하면서 드라이룸에서 요구되는 온도와 습도로 조절된 후, 드라이룸으로 공급된다.
일부 혼합공기는 로터(22)의 퍼지구역을 통과하고, 재열히터(25)에 의해 높은 온도로 가열된 후, 2차 로터(22)의 재생구역을 통과한다. 2차 로터(22)의 재생구역을 통과한 공기는 1차 로터(21)의 재생구역을 통과한 후, 팬(27)에 의해 배출된다(EA).
이처럼, 2-로터 제습기(20)는 1차 로터(21)에서 건식제습된 외부공기와 저습한 순환공기를 2차 로터(22)에서 제습하므로, 단일 로터(11)에 비해 처리해야 하는 제습량을 줄일 수 있고, 2차 로터(22)의 재생에 필요한 공기 온도가 단일 로터(11)보다 낮아도 되므로, 재열히터(25)에서 요구되는 에너지를 줄일 수 있다.
하지만, 종래의 2-로터 제습기(20) 역시, 외부공기 및 순환공기의 상태에 의해 제습 성능이 영향을 받아서, 드라이룸으로 공급하는 공급공기의 노점을 안정적으로 유지하지 못하는 노점 헌팅이 문제된다.
다음에서, 이러한 노점 헌팅을 해결하면서 에너지를 더 절감할 수 있는 가변형 히트펌프를 이용한 2-로터 제습 시스템에 대해 설명한다.
도 3은 한 실시예에 따른 2-로터 제습 시스템의 구성도이다.
도 3을 참고하면, 2-로터 제습 시스템(100)은 1차 로터(110), 2차 로터(120), 1차 로터측 히트펌프(130), 2차 로터측 히트펌프(140), 온도보상히터(151, 152), 팬(161, 162, 163)을 포함하고, 공기 배관을 통해 공기 흐름이 형성된다. 2-로터 제습 시스템(100)는 추가적으로 2차 로터측 히트펌프(170) 및 온도보상히터(153)을 더 포함할 수 있다. 또한, 2-로터 제습 시스템(100)은 공기 배관을 통해 유입되고 배출되는 공기 흐름을 제어하는 밸브들(181, 182, 183, 184, 185, 186, 187)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 밸브들은 공기 흐름을 차단하거나, 공기 흐름을 생성하는 개폐 장치를 편의 상 부른 것이다.
2-로터 제습 시스템(100)는 프로세서(190)를 더 포함한다. 프로세서(190)는 공기 흐름 경로에 부착된 온도 센서들 및 습도 센서들로부터 온도 및 습도를 획득하고, 이를 기초로 히트펌프 제어, 밸브 제어, 온도보상히터 제어를 수행할 수 있다.
1차 로터측 히트펌프(130)는 증발기(131), 응축기(133), 압축기(135) 그리고 히트펌프 동작에 필요한 팽창밸브 등의 냉매 순환 장치들(미도시)을 포함한다. 2차 로터측 히트펌프(140)는 증발기(141), 응축기(143), 압축기(145) 그리고 히트펌프 동작에 필요한 팽창밸브 등의 냉매 순환 장치들(미도시)을 포함한다. 2차 로터측 추가 히트펌프(170)는 증발기(171), 응축기(173), 압축기(175) 그리고 히트펌프 동작에 필요한 팽창밸브 등의 냉매 순환 장치들(미도시)을 포함한다. 2-로터 제습 시스템(100)에 사용되는 히트펌프들은 압축기(compressor)의 운전 주파수 조절이 가능한 인버터 히트펌프일 수 있다. 여기서, 공기가 증발기를 지나면서, 낮은 온도의 냉매와의 열교환을 통해 냉각되므로, 냉각코일로 공기를 냉각시키는 것에 비해, 냉각제습 효과를 높일 수 있다.
1차 로터(110)는 제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후, 1차 제습된 공기를 배출한다. 1차 로터(110)는 제습구역과 재생구역으로 분할될 수 있다.
2차 로터(120)는 제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후, 저노점 공기를 배출한다. 2차 로터(120)는 제습구역, 퍼지구역, 재생구역으로 분할될 수 있다. 2차 로터(120)로 유입된 대부분의 혼합공기의 제습구역을 통과하고, 일부 혼합공기는 퍼지구역을 통과하면서 가열된 후, 재생구역을 통과하도록 설계된다.
1차 로터(110) 및 2차 로터(120)의 제습제는 드라이룸에서 요구되는 온도 및 습도에 따라 선택될 수 있다. 이때, 1차 로터(110)보다 2차 로터(120)가 낮은 온도와 낮은 습도에서도 수분을 제거할 수 있는 제습제가 선택될 수 있다.
1차 로터측 증발기(131)는 압축기(135)를 통해 순환하는 냉매를 통해, 외부공기1(OA1)를 냉각시키고, 1차 로터(110)의 제습구역으로 토출한다. 1차 로터측 응축기(133)는 증발기(131)에서 열을 흡수한 냉매를 통해, 1차 로터(110)의 재생구역으로 흐르는 공기의 온도를 높인다. 이때, 온도보상히터(151)가 1차 로터측 응축기(133)에 의해 가열된 공기의 온도를 측정하고, 1차 로터측 응축기(133)를 통과한 공기를 1차 로터(110)에 설정된 재생온도(예를 들면, 60~100℃)가 되도록 가열하여 1차 로터(110)의 재생구역으로 토출한다. 이를 통해 1차 로터(110)는 외부공기1(OA1)의 상태에 영향을 받지 않고 설정된 재생온도의 공기를 통해 흡착된 수분을 제거할 수 있다.
2차 로터측 증발기(141)는 압축기(145)를 통해 순환하는 냉매를 통해, 외부공기1(OA1)과 순환공기(RA)가 혼합된 혼합공기를 냉각시키고, 2차 로터(120)의 제습구역으로 토출한다. 2차 로터측 응축기(143)는 증발기(141)에서 열을 흡수한 냉매를 통해, 2차 로터(120)의 퍼지구역을 통과한 공기의 온도를 높이고, 재생구역으로 토출한다.
2차 로터 후단에 위치하는 증발기(171)는 압축기(175)를 통해 순환하는 냉매를 통해, 2차 로터(120)의 제습구역에서 토출된 공급공기(SA)를 냉각시키고, 드라이룸으로 토출한다. 2차 로터측 추가 응축기(173)는 증발기(171)에서 열을 흡수한 냉매를 통해, 2차 로터(120)의 퍼지구역을 통과한 공기의 온도를 추가적으로 높일 수 있다. 2차 로터(120)의 퍼지구역을 통과한 공기는 응축기(143) 및 응축기(173)에 의해 가열될 수 있다.
온도보상히터(152)는 2차 로터(120)의 퍼지구역을 통과한 공기가 응축기(143) 및 응축기(173)에 의해 가열된 온도를 측정하고, 2차 로터(120)에 설정된 재생온도로 공기 온도를 맞춰서 2차 로터(120)의 재생구역으로 토출한다. 이를 통해 2차 로터(120)는 두 증발기(141, 171)에서 냉매가 흡수한 열량이 달라지더라도, 설정된 재생온도의 공기를 통해 흡착된 수분을 제거할 수 있다.
온도보상히터(153)는 드라이룸으로 공급되는 공기 온도를 측정하고, 드라이룸에서 요구되는 온도 및 습도로 공급공기(SA)를 만들어서 배출한다.
팬(161, 162, 163)은 공기 흐름을 만들기 위한 장치로서, 그 위치는 변경될 수 있다. 팬(161)은 외부공기1(OA1)과 순환공기(RA)가 혼합된 혼합공기를 2차 로터(120)의 제습구역으로 유입시킨다. 팬(162)은 2차 로터(120)의 재생구역을 통과한 공기를 토출시킨다. 팬(163)은 1차 로터(110)의 재생구역을 통과한 공기를 토출시킨다.
밸브들(181-187)은 공기 배관을 통해 유입되고 배출되는 공기 흐름을 제어한다. 밸브들은 수동으로 개폐되거나, 프로세서(190)의 명령에 따라 개폐될 수 있다. 2-로터 제습 시스템(100)의 동작 모드에 따라 밸브들의 개폐가 달라질 수 있다.
밸브(181)는 외부공기1(OA1)가 1차 로터(110)의 제습구역으로 들어오는 배관에 위치한다. 밸브(182)는 순환공기(RA)가 들어오는 배관에 위치한다. 밸브(183)는 2차 로터(120)의 재생구역을 통과한 공기를 외부(EA2)로 배출하는 배관에 위치한다. 밸브(184)는 외부공기2(OA2)가 1차 로터(110)의 재생구역으로 들어오는 배관에 위치한다. 밸브(185)는 2차 로터(120)의 재생구역에서 토출된 공기를 1차 로터(110)의 재생구역으로 보내는 배관에 위치한다. 밸브(186)은 1차 로터(110)의 재생구역을 통과한 공기를 외부(EA1)로 배출하는 배관에 위치한다. 밸브(187)는 1차 로터(110)의 재생구역을 통과한 공기를 1차 로터(110)의 제습구역으로 바이패스시키는 배관에 위치한다.
프로세서(190)는 2차 로터(120)의 재생구역에서 배출된 공기가 1차 로터(110)의 재생구역으로 흐르도록 밸브 제어할 수 있다. 이 경우, 2차 로터(120)의 재생구역에서 배출된 공기는 1차 로터측 응축기(133)를 통과하면서 가열된다.
프로세서(190)는 2차 로터(120)의 재생구역에서 배출된 공기가 외부로 배출되도록 밸브 제어할 수 있다. 이 경우, 유입된 외부공기가 1차 로터측 응축기(133)를 통과하면서 가열된다.
프로세서(190)는 2차 로터(120)의 재생구역에서 배출된 공기가 1차 로터측 응축기(133)에서의 열교환이 가능한 온도인지 판단하고, 기준 온도보다 높은 경우, 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 외부로 배출되도록 밸브 제어하고, 외부공기가 1차 로터측 응축기로 유입되도록 밸브 제어할 수 있다.
프로세서(190)는 1차 로터(110)의 재생구역에서 배출된 공기가 1차 로터(110)로 유입되는 외부공기와 혼합되도록 밸브 제어할 수 있다.
프로세서(190)는 부하에 따라 압축기의 가동률 및 운전 주파수를 조절할 수 있다. 그리고 프로세서(190)는 공기 온도에 따라 온도보상히터의 가동률을 조절할 수 있다. 예를 들면, 외부공기의 상태에 따라 히트펌프 및 온도보상히터의 가동률, 압축기 주파수, 응축기에서 토출된 공기온도, 재생구역으로 유입될 공기의 재생온도가 설정될 수 있고, 간편하게는 3개의 동작 모드(여름, 봄가을, 겨울)로 구분될 수 있다.
여름
(하절기)		 히트펌프
(130)		 온도보상
히터(151)		 히트펌프
(140)		 온도보상
히터(152)		 히트펌프
(170)		 온도보상히터(153)
가동률%
(압축기Hz)		 80~100
(48~60)		 10~40 80~100
(48~60)		 10~40 80~100
(48~60)		 -
온도℃ 응축기
토출온도 60℃		 재생온도
(80~100℃)		 응축기
토출온도 60℃		 재생온도
(80~100℃)		 응축기
토출온도 40℃		 -
봄가을
(간절기)		 히트펌프
(130)		 온도보상
히터(151)		 히트펌프
(140)		 온도보상
히터(152)		 히트펌프
(170)		 온도보상
히터(153)
가동률%
(압축기Hz)		 30~80
(20~48)		 40~60 80~100
(48~60)		 10~40 30~100
(20~60)		 -
온도℃ 응축기
토출온도 40~50℃		 재생온도
(80~100℃)		 응축기
토출온도 60℃		 재생온도
(80~100℃)		 응축기
토출온도 30~40℃		 -
겨울
(동절기)		 히트펌프
(130)		 온도보상
히터(151)		 히트펌프
(140)		 온도보상
히터(152)		 히트펌프
(170)		 온도보상
히터(153)
가동률%
(압축기Hz)		 0 80~100 80~100
(48~60)		 80~100 0 0~100
온도℃ - 재생온도
(60~80℃)		 응축기
토출온도 60℃		 재생온도
(60~80℃)		 - 드라이룸
공급온도
(24~30℃)
표 1을 참고하면, 여름에는 외부공기의 온도 및 습도가 높으므로, 제습 부하가 가장 높다. 따라서, 히트펌프들의 가동률이 높고, 온도보상히터의 가동률은 상대적으로 낮게 제어된다. 표 2를 참고하면, 봄가을에는 외부공기의 온도 및 습도가 중간 수준이므로, 히트펌프들의 가동률 및 온도보상히터의 가동률은 중간 정도로 제어될 수 있다. 표 3을 참고하면, 겨울에는 외부공기의 온도 및 습도가 낮으므로, 제습 부하가 적다. 따라서, 히트펌프들의 가동률을 낮추거나 운전 정지시키고, 대신에 온도보상히터의 가동률을 높여서 공기 온도를 보상하도록 제어될 수 있다.
한편, 도 3에서 기재된 히트펌프의 응축기 대신에, 히팅코일이 사용될 수 있다. 이 경우, 히팅코일은 히트펌프 내 응축기와 열교환하도록 구성될 수 있다. 또한 도 3에서 기재된 히트펌프의 증발기 대신에, 냉각코일이 사용될 수 있다. 이 경우, 냉각코일은 히트펌프 내 증발기와 열교환하도록 구성될 수 있다.
도 4부터 도 6은 한 실시예에 따른 2-로터 제습 시스템의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
도 4를 참고하면, 2-로터 제습 시스템(100)에서, 밸브(183, 184, 187)는 닫혀 있고, 1차 로터(110), 2차 로터(120), 히트펌프들(130, 140, 170), 온도보상히터(151, 152, 153), 팬(161, 162, 163)이 정상적으로 동작하는 경우에 대해 설명한다. 여기서, 2차 로터측 추가 히트펌프(170)는 2-로터 제습 시스템(100)에서 생략될 수 있다.
1차 로터측 증발기(131)를 운전시킬 수 있는 온도의 외부공기1(OA1)가 들어온다. 외부공기1(OA1)은 1차 로터측 증발기(131)의 냉매와 열교환한 후 냉각되고, 1차 로터(110)의 제습구역으로 유입된다. 1차 로터(110)는 제습된 공기를 토출하고, 1차 로터(110)에서 제습된 외부공기1(OA1)는 순환공기(RA)와 혼합된다.
혼합공기는 2차 로터 전단에 위치한 증발기(141)의 냉매와 열교환한 후 냉각되고, 팬(161)을 통해 2차 로터(120)의 제습구역으로 유입된다. 2차 로터(120)는 제습된 공기를 토출하고, 2차 로터(120)에서 제습된 공기는 2차 로터 후단에 위치한 증발기(171)의 냉매와 열교환한 후 냉각된다. 이때, 2차 로터 후단 증발기(171)에 의해 냉각된 공기가 드라이룸에서 요구되는 온도 및 습도와 차이가 있는 경우, 온도보상히터(153)가 2차 로터 후단 증발기(171)를 통과한 공기를, 드라이룸에서 요구되는 온도 및 습도의 공급공기(SA)로 만든다. 온도보상히터(153)를 통과한 공급공기(SA)가 드라이룸으로 공급된다.
한편, 2차 로터 전단에 위치한 증발기(141)를 통과한 일부 혼합공기는 2차 로터(120)의 퍼지구역을 통과하고, 응축기(143) 및 응축기(173) 각각의 냉매와 열교환한 후 가열된다. 이때, 응축기를 통과한 공기가, 2차 로터(120)에 설정된 재생온도와 차이가 있는 경우, 온도보상히터(152)가 응축기(143) 및 응축기(173)를 통과한 공기를, 재생온도까지 가열한다.
재생온도의 공기는 2차 로터(120)의 재생구역을 통과하고, 팬(162)을 통해 1차 로터(110)의 재생구역 방향으로 전달된다. 2차 로터(120)는 재생구역으로 유입된 고온의 공기에 의해, 흡착된 수분이 제거된다.
2차 로터(120)의 재생구역을 통과한 공기는 1차 로터측 응축기(133)의 냉매와 열교환한 후 가열되고, 1차 로터(110)의 재생구역으로 유입된다. 이때, 1차 로터측 응축기(133)에 의해 가열된 공기가 1차 로터(110)에 설정된 재생온도와 차이가 있는 경우, 온도보상히터(151)가 응축기(133)를 통과한 공기를, 재생온도까지 가열한다.
1차 로터(110)의 재생구역을 통과한 공기는 팬(163)을 통해 외부로 배출된다(EA1). 1차 로터(110)는 재생구역으로 유입된 고온의 공기에 의해, 흡착된 수분이 제거된다.
한편, 프로세서(190)가 기온과 습도가 낮은 계절(겨울철)에는 1차 로터측 히트펌프(130)의 운전을 정지시킬 수 있다. 그러면, 저온저습한 외부공기1(OA1)이 1차 로터(110)의 제습구역으로 유입되고, 1차 로터(110)가 제습된 공기를 토출하게 된다. 이때, 1차 로터(110)의 재생구역으로, 2차 로터(120)의 재생구역을 통과한 공기가 유입되는 데, 2차 로터(120)의 재생구역을 통과한 공기가 1차 로터(110)의 재생온도에 도달하지 않을 수 있다. 그러면, 온도보상히터(151)가 1차 로터(110)의 재생구역으로 유입되는 공기 온도를 재생온도로 가열하면 된다.
한편, 프로세서(190)는 2차 로터(120)에서 제습된 공기 온도 및 습도가 드라이룸에서 요구되는 온도 및 습도에 부합하는 경우, 또는 온도보상히터(153)로 조절 가능한 경우, 히트펌프(170)의 운전을 정지시킬 수 있다.
도 5를 참고하면, 2차 로터(120)의 재생구역을 통과한 공기 온도가 1차 로터측 응축기(133)에서의 열교환이 이루어질 수 없을 정도로 높을 수 있다. 프로세서(190)는 2차 로터(120)의 재생구역에서 배출된 공기가 1차 로터측 응축기(133)에서의 열교환이 가능한 온도인지 판단하고, 기준 온도보다 높은 경우, 닫혀 있던 밸브(183) 및 밸브(184)를 열고, 밸브(185)를 닫아서, 1차 로터측 응축기(133)가 외부공기2(OA2)로 재생되도록 공기 흐름을 형성할 수 있다.
도 4에서 설명한 바와 같이, 외부공기1(OA1)은 1차 로터측 증발기(131)의 냉매와 열교환한 후 냉각되고, 1차 로터(110)의 제습구역으로 유입된다. 1차 로터(110)는 제습된 공기를 토출하고, 1차 로터(110)에서 제습된 외부공기1(OA1)은 순환공기(RA)와 혼합된다.
혼합공기는 2차 로터 전단에 위치한 증발기(141)의 냉매와 열교환한 후 냉각되고, 팬(161)을 통해 2차 로터(120)의 제습구역으로 유입된다. 2차 로터(120)는 제습된 공기를 토출하고, 2차 로터(120)에서 제습된 공기는 2차 로터 후단에 위치한 증발기(171)의 냉매와 열교환한 후 냉각된다. 2차 로터 후단 증발기(171)를 통과한 공기는 온도보상히터(153)에 의해 드라이룸에서 요구되는 온도 및 습도의 공급공기(SA)가 되어 드라이룸으로 공급된다.
2차 로터 전단에 위치한 증발기(141)를 통과한 일부 혼합공기는 2차 로터(120)의 퍼지구역을 통과하고, 응축기(143) 및 응축기(173) 각각의 냉매와 열교환한 후 가열된다. 응축기(143) 및 응축기(173)를 통과한 공기는 온도보상히터(152)에 의해 재생온도까지 가열된다. 재생온도의 공기는 2차 로터(120)의 재생구역을 통과한다.
이때, 밸브(183)가 열려 있고, 밸브(185)가 닫혀 있으므로, 2차 로터(120)의 재생구역을 통과한 공기는 열려 있는 밸브(183)을 통해 외부로 배출된다(EA2).
열려있는 밸브(184)를 통해, 1차 로터측 응축기(133)를 운전시킬 수 있는 온도의 외부공기2(OA2)가 들어온다. 유입된 외부공기2(OA2)는 1차 로터측 응축기(133)의 냉매와 열교환한 후 가열되고, 1차 로터(110)의 재생구역으로 유입된다. 이때, 1차 로터측 응축기(133)에 의해 가열된 공기가 1차 로터(110)에 설정된 재생온도와 차이가 있는 경우, 온도보상히터(151)가 응축기(133)를 통과한 공기를, 재생온도까지 가열한다. 1차 로터(110)의 재생구역을 통과한 공기는 팬(163)을 통해 외부로 배출된다(EA1).
도 6을 참고하면, 기온이 낮은 계절에는 외부공기1(OA1)의 온도가 1차 로터측 증발기(131)와 열교환이 이루어질 수 없을 정도로 낮을 수 있다. 그러면, 프로세서(190)는 닫혀 있던 바이패스 경로의 밸브(187)를 열고, 외부로 토출되는 배관의 밸브(186)는 닫아서, 1차 로터(110)의 재생구역을 통과한 공기가 외부공기1(OA1)과 혼합되도록 바이패스 경로를 형성할 수 있다. 이를 통해, 1차 로터측 히트펌프(130)가 외부 기온이 낮은 계절에도 정상적으로 동작할 수 있다.
이와 같이, 2-로터 제습 시스템(100)은 히트펌프의 증발기를 통해 로터의 제습구역으로 유입되는 공기의 온도 및 습도를 낮출 수 있어서 종래보다 더 낮은 저노점의 공기를 드라이룸으로 공급할 수 있다.
2-로터 제습 시스템(100)은 가변형 히트펌프(인버터)를 이용하여, 외부공기의 상태에 따라 달라지는 제습 부하에 따라, 히트펌프들 및 온도보상히터들의 가동률을 제어하여 부하 변동에 따른 노점 헌팅을 해결하여 저노점의 공기를 드라이룸으로 안정적으로 공급할 수 있고, 외부공기의 상태에 따라 히트펌프의 운전을 최적화하여 에너지를 절감할 수 있다.
2-로터 제습 시스템(100)은 로터의 제습구역으로 유입되는 공기의 온도 및 습도가 종래보다 낮아서, 로터에 흡착된 수분량을 줄일 수 있고, 종래보다 낮은 온도의 공기를 이용하여 로터 재생이 가능하므로, 로터 재생에 사용되는 에너지를 줄일 수 있다.
2-로터 제습 시스템(100)은 히트펌프의 증발기에서 흡수한 에너지를 공기 재열(Reheating)에 사용하여 로터 재생을 위한 에너지를 줄일 수 있고, 외부공기의 상태에 따라 히트펌프 운전을 제어하여 에너지를 절감할 수 있다.
2-로터 제습 시스템(100)은 2차 로터에서 배출된 공기를 1차 로터의 재생이나 1차 로터의 유입 공기로 사용함으로써 에너지 소비를 최소화할 수 있다.
2-로터 제습 시스템(100)은 저렴한 고분자 제습 로터 또는 실리카겔 제습 로터를 사용할 수 있고, 로터 두께를 종래보다 얇게 제작해도 되므로 비용을 낮출 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. 제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후, 1차 제습된 공기를 토출하는 1차 로터,
    제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후, 드라이룸으로 공급되는 저노점 공기를 배출하는 2차 로터,
    순환하는 냉매를 통해, 외부공기를 냉각시켜서 상기 1차 로터의 제습구역으로 토출하는 1차 로터측 증발기, 그리고 상기 1차 로터측 증발기에서 열을 흡수한 냉매를 통해 상기 1차 로터의 재생구역으로 흐르는 공기의 온도를 높이는 1차 로터측 응축기를 포함하는 1차 로터측 히트펌프, 그리고
    순환하는 냉매를 통해, 상기 1차 로터에서 토출된 외부공기와 순환공기가 혼합된 혼합공기를 냉각시켜서 상기 2차 로터의 제습구역으로 토출하는 2차 로터측 증발기, 그리고 상기 2차 로터측 증발기에서 열을 흡수한 냉매를 통해, 상기 2차 로터의 퍼지구역을 통과한 공기의 온도를 높여서 상기 2차 로터의 재생구역으로 토출하는 2차 로터측 응축기를 포함하는 2차 로터측 히트펌프를 포함하며,
    상기 1차 로터측 히트펌프와 상기 2차 로터측 히트펌프는 서로 분리되어 개별 압축기에 의해 동작하고, 공기 상태에 따라 해당 압축기가 개별적으로 제어되는, 2-로터 제습 시스템.
  2. 제1항에서,
    순환하는 냉매를 통해, 상기 2차 로터의 제습구역에서 토출된 공기를 냉각시켜서 상기 드라이룸으로 토출하는 2차 로터측 추가 증발기, 그리고 상기 2차 로터측 추가 증발기에서 열을 흡수한 냉매를 통해, 상기 2차 로터의 퍼지구역을 통과한 공기의 온도를 높이는 2차 로터측 추가 응축기를 포함하는 2차 로터측 추가 히트펌프
    를 더 포함하는 2-로터 제습 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 1차 로터의 재생구역으로 유입되는 공기의 온도를 설정된 재생온도로 조절하는 온도보상히터를 더 포함하고,
    상기 온도보상히터는 상기 1차 로터측 응축기를 통과한 공기가 상기 재생온도가 되도록 가열하여 상기 1차 로터의 재생구역으로 토출하는, 2-로터 제습 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 2차 로터의 재생구역으로 유입되는 공기의 온도를 설정된 재생온도로 조절하는 온도보상히터를 더 포함하고,
    상기 온도보상히터는 상기 2차 로터측 응축기를 통과한 공기가 상기 재생온도가 되도록 가열하여 상기 2차 로터의 재생구역으로 토출하는, 2-로터 제습 시스템.
  5. 제1항에서,
    공기 배관의 밸브들의 개폐를 제어하는 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서가 상기 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 상기 1차 로터의 재생구역으로 흐르도록 밸브 제어하는 경우, 상기 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기는 상기 1차 로터측 응축기를 통과하면서 가열되는, 2-로터 제습 시스템.
  6. 제1항에서,
    공기 배관의 밸브들의 개폐를 제어하는 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서가 상기 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 외부로 배출되도록 밸브 제어하는 경우, 유입된 외부공기가 상기 1차 로터측 응축기를 통과하면서 가열되는, 2-로터 제습 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 프로세서는
    상기 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 상기 1차 로터측 응축기에서의 열교환이 가능한 온도인지 판단하고, 기준 온도보다 높은 경우, 상기 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 외부로 배출되도록 밸브 제어하고, 외부공기가 상기 1차 로터측 응축기로 유입되도록 밸브 제어하는, 2-로터 제습 시스템.
  8. 제1항에서,
    공기 배관의 밸브들의 개폐를 제어하는 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 1차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 상기 1차 로터로 유입되는 외부공기와 혼합되도록 밸브 제어하는, 2-로터 제습 시스템.
  9. 제1항에서,
    상기 1차 로터측 히트펌프는
    유입된 외부공기의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우, 운전을 정지하고,
    상기 1차 로터의 재생구역으로 상기 2차 로터의 재생구역에서 배출된 공기가 유입되는, 2-로터 제습 시스템.
  10. 제1항에서,
    상기 1차 로터측 히트펌프 및 상기 2차 로터측 히트펌프는 제습 부하에 따라 가동률이 가변되는 인버터 히트펌프인, 2-로터 제습 시스템.
  11. 제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후, 1차 제습된 공기를 토출하는 1차 로터,
    제습제가 부착되고, 구동 모터에 의해 회전하면서 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착한 후, 드라이룸으로 공급되는 저노점 공기를 배출하는 2차 로터,
    순환하는 냉매를 통해, 상기 1차 로터에서 토출된 외부공기와 순환공기가 혼합된 혼합공기를 냉각시켜서 상기 2차 로터의 제습구역으로 토출하는 2차 로터측 증발기, 그리고 상기 2차 로터측 증발기에서 열을 흡수한 냉매를 통해, 상기 2차 로터의 퍼지구역을 통과한 공기의 온도를 높여서 상기 2차 로터의 재생구역으로 토출하는 2차 로터측 응축기를 포함하는 2차 로터측 히트펌프,
    상기 2차 로터측 응축기를 통과한 공기를 설정된 제1 재생온도로 조절하여 상기 2차 로터의 재생구역으로 토출하는 제1 온도보상히터,그리고
    순환하는 냉매를 통해, 상기 2차 로터의 제습구역에서 토출된 공기를 냉각시켜서 상기 드라이룸으로 도출하는 2차 로터측 추가 증발기, 그리고 상기 2차 로터측 추가 증발기에서 열을 흡수한 냉매를 통해, 상기 2차 로터의 퍼지구역을 통과한 공기의 온도를 높이는 2차 로터측 추가 응축기를 포함하는 2차 로터측 추가 히트펌프를 포함하며,
    상기 2차 로터측 히트펌프와 상기 2차 로터측 추가 히트펌프는 서로 분리되어 개별 압축기에 의해 동작하고, 공기 상태에 따라 해당 압축기가 개별적으로 제어되는, 2-로터 제습 시스템.
  12. 제11항에서,
    상기 1차 로터는 상기 2차 로터의 재생구역에서 토출된 공기를 이용하여 흡착된 수분을 제거하는, 2-로터 제습 시스템.
  13. 제11항에서,
    순환하는 냉매를 통해, 외부공기를 냉각시켜서 상기 1차 로터의 제습구역으로 토출하는 1차 로터측 증발기, 그리고 상기 1차 로터측 증발기에서 열을 흡수한 냉매를 통해 상기 1차 로터의 재생구역으로 흐르는 공기의 온도를 높이는 1차 로터측 응축기를 포함하는 1차 로터측 히트펌프
    를 더 포함하는, 2-로터 제습 시스템.
  14. 제13항에서,
    상기 1차 로터의 재생구역으로 유입되는 공기의 온도를 설정된 제2 재생온도로 조절하는 제2 온도보상히터를 더 포함하고,
    상기 제2 온도보상히터는 상기 1차 로터측 응축기를 통과한 공기가 상기 제2 재생온도가 되도록 가열하여 상기 1차 로터의 재생구역으로 토출하는, 2-로터 제습 시스템.
  15. 삭제
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