KR20050016373A - 이슬점 냉각기 - Google Patents

Abstract

이슬점 냉각기는, 열 전도성 벽을 통해 상호 결합된 두개의 매체 회로로서 상기 회로들를 통해 두개의 매체가 유동할 수 있고, 이 때 이차 회로는 가스를 담고 있으며, 상기 벽은 열 전도성 돌출부를 구비하고 있으며, 이때 벽과 돌출부는 증발 가능한 액체를 흡수할 수 있고 그것을 다시 증발을 통해 없앨 수 있는 친수성 코팅으로 덮혀 있고 그 결과 젖은 코팅 그리고 그에 따라 열-전도성 표면 및 돌출부들이 냉각될 수 있는 매체 회로; 상기 코팅으로부터 액체를 증발시킴으로써 증발 가능한 액체에 의해 이차 매체를 습윤하게 하도록 하여 상기 이차 매체에 의해 포획된 증발 액체가 열 전도성 벽을 통해 주요 매체로부터 열을 추출하는 습윤 유닛을 포함하여 이루어진다. 상기 코팅은 미네랄 울과 같은 다공성 테크니컬 세라믹 물질로 이루어진다.

Description

이슬점 냉각기 {DEWPOINT COOLER}

본 발명은 냉각장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 이슬점 냉각기에 관한 것이다.

본 발명은 이슬점 냉각기를 제공하되, 상기 이슬점 냉각기는,

일차 매체 회로와, 상기 일차 매체 회로에 적어도 부분적으로 열전도성 벽체에 의해 열적으로 연결된 이차 매체 회로;를 포함하되, 상기 두개의 회로를 통하여 두가지의 개별 매체가 역류하여 흐를 수 있으며, 적어도 이차 매체가 100% 이하의 상대습도를 가진 가스, 예를 들어 공기를 포함하고,

상기 열전도성 벽체는 적어도 상기 일차 매체에서의 열전달을 위한 적어도 활성영역의 위치에서 적어도 열 경계층, 층류 경계층 및 상대습도 경계층을 파괴하는 파괴수단을 갖고, 상기 파괴수단은 상기 벽체의 유효 열전도성 표면적을 확대시키는 열전도성 돌출부를 포함하며,

상기 파괴수단과 상기 벽체의 열전도성 표면은 친수성, 예를 들어 흡습성 코팅으로 적어도 이차 매체 영역에서 적어도 부분적으로 덮히고, 상기 코팅은 예를 들어 다공성이며, 및/또는 증발성 액체, 예를 들어 물을 모세관 작용에 의한 흡수, 보유 및 증발에 의한 재방출이 가능함으로써, 젖은 코팅 및 그에 따른 열전도성 표면 및 파괴수단이 냉각되며,

압력차에 기초한 일차 구동수단, 예를 들어 상기 일차 매체를 위한 팬 또는 펌프;를 포함하고,

압력차에 기초한 이차 구동수단, 예를 상기 이차 매체를 위한 팬;을 포함하며,

상기 코팅으로부터 액체를 증발시켜 상기 이차 매체가 증발성 액체에 의해 습윤되도록 함으로써, 상기 이차 매체에 의해 비말동반되는 증발된 액체가 상기 열전도성 벽체를 통하여 일차 매체로부터 열을 추출하도록 하는, 습윤 유닛;을 포함하고,

상기 코팅이 다공성 테크니컬 세라믹 물질, 예를 들어 하소층, 포틀랜드 세멘트와 같은 세멘트, 또는 섬유상 물질, 예를 들어 암면과 같은 미네랄 울로 이루어지며, 상기 전체 벽체의 열전달 계수가 최소 1W/m²K이다.

포틀랜드 시멘트를 사용하면 특히 좋은 결과를 얻을 수 있다. 상기 층은 미세 다공성 층인 이러한 시멘트로 이루어지고, 이때 층의 두께는 예를 들어, 50㎛크기의 순서로 놓인다.

예를 들어 따뜻한 햇볕이 비치는 환경에서, 컨테이너 안의 액체를 습기를 머금은 천으로 둘러쌈으로써, 매우 원시적인 방식으로 액체를 보다 많이 또는 다소 적은 정도로 냉각시킬 수 있는 방법이 공지되어 있다. 열 및 가능한 바람에 기인하여 천 속에서 물이 증발하기 때문에, 컨테이너의 벽에서 온도 하강에 의해 발생하는 증발이 일어나고, 이는 상기 컨테이너 안에 존재하는 액체로 전달된다. "이슬점 냉각"으로 알려진 이러한 현상은 이와 같이 일반적으로 알려진 기본 원칙에 기초한다.

이슬점 냉각기는 특별한 형태의 엔탈피-열교환기이다. 공지된 바와 같이, 엔탈피는 열역학 시스템에서 내부 에너지 및 압력과 부피의 곱의 합으로 규정된다. 이는 에너지와 같은 성질 또는 상태 함수이며, 에너지의 차원(dimension)을 가지고 있다. 이 값은 단지 온도, 압력 및 시스템에서의 조성에 의해서만 결정된다.

에너지 변환 법칙에 따라, 내부 에너지에서의 변화는 시스템에서 전달된 열에서 시스템에 의해 행해진 일을 뺀 값과 동일하다. 만일 예를 들어, 수행된 일이 단지 동일한 온도 하에서의 부피 변화라면, 엔탈피 변화는 시스템에 공급된 에너지와 정확하게 일치한다.

이슬점 냉각의 관점에서, 물의 증발열은 본질적인 측면이다. 물이 끓을 때, 에너지가 물로 공급되지만, 온도는 끓는점 이상으로 상승하지 않는다. 시스템에 수행된 일은 이와 같은 경우에 적용되어 물이 다시 물 증기로 환원되도록 한다. 이 과정은 증발을 의미하고, 이 경우는 등온적으로 발생한다. 상변화는 액체 상으로부터 증기 또는 가스 상으로 일어난다.

이때 가스 또는 증기가 더 조밀하게 되어 액체를 형성하게 되는 역과정은, 응축으로 언급된다. 응측은 예를 들어, 습윤 공기, 즉 물 증발 공기에서 발생하고, 이와 같은 경우, 본 공기는 냉각 표면과 접촉하여 그 지점에서의 상대 습도가 해당 온도에서의 포화값까지 올라가게 된다. 그러한 경우에, 공기는 더이상 현존하는 물의 양으로 흡수되지 못하고, 그 결과 그 위치에서의 물은 가스 또는 증기 상으로부터 액체 상으로 변하게 된다.

도 1 은 일차 회로 및 이차 회로를 구비한 이슬점 냉각기를 도시한 블록도이다.

도 2 는 이슬점 냉각기의 도 1 에 따른 블록도로서, 이차 회로가 일차 회로의 배출구에 연결된 상태를 도시한 블록도이다.

도 3 은 일차 매체 유동의 일부를 역류시키기 위한 역류 유닛을 구비한 이슬점 냉각기의 개략도이다.

도 4 는 이슬점 냉각기를 단순화하여 도시한 개략도이다.

이러한 공지된 기술과 비교할 때, 본 발명에 따른 이슬점 냉각기는 그 성능이 다양하게 서술되는 특징적인 양상들에 의해 실질적으로 향상된다는 점에 있어 우수하다. 중요한 점은 상기 표면-확대 해제 수단의 사용인데, 이는 상기 열-전도성 벽과 각각의 유동 매체 사이의 열 전달에 있어 실질적으로 공헌한다. 여기에서의 특성치는 소위 러셀 넘버(Nusselt number)이고, 이는 이러한 열 전달에 대한 값이며, 본 발명에 따라 매우 높은 값에 도달할 수 있다.

표면 확대 해제 수단이 이슬점 냉각기의 온도 작동 범위를 상당히 증가시킨다는 사실이 주목을 끈다는 점이 중요하다. 실험 조건 하에서 그리고 본 발명에 따라 잘 설계된 이슬점 냉각기에서, 입력 온도, 즉 주요 매체의 공급 온도는 예를 들어, 80℃에서 작동하는 것이 가능하다.

추가적으로 중요한 것은 열-전도성 표면 및 해제 수단은 친수성 코팅을 구비하는 특징적인 방식으로 커버되고, 추가적으로 이는 충분히 많은 양의 물을 완화하는 것이 가능하며, 이때 물은 예를 들어 상기 습윤 유닛에 의해 간헐적으로 공급된다.

상기 습윤 유닛은 원자화되지 않거나 또는 적어도 무시가능하도록 실시되어야 하지만, 예를 들어 직접 친수성 코팅을 습윤하게 유지하는 간헐적 액체 유동이어야 한다는 점이 강조되어 지적된다. 단지 이러한 방법만이 이슬점 냉각기의 작동에 있어서의 높은 효율성을 보장하며, 그렇지 않은 경우에는, 예를 들어 코팅이 없거나 또는 매우 얇은 경우의 열 전도성 벽을 갖는 경우는 원자화된 액체가 분무된다. 이와 같은 경우에, 증발은 관련 매체 유동에서 이미 발생하고 그 결과, 이 유동은 진짜로 냉각되지만 벽을 통한, 벽으로의 열전달과 그 결과로서의 벽의 다른 쪽에 있는 매체로의 열전달은 매우 제한된다.

본 발명에 따르면, 이슬점 냉각기는 코팅이 플라스틱으로 이루어진 특별한 형상을 가지고 있다. 이러한 실시예에서, 또한 플라스틱은 다공성 형태일 수 있다. 예를 들어, 다공성은 냉각 또는 경화 동안의 수축에 의해 얻어질 수 있다. 또한 겔을 재료로 사용할 수 있고, 이는 예를 들어, 친수성인 특성을 구비할 수 있어 그에 따라 물을 흡수하고 지난 공기 유동 흐름으로 이를 해제할 수 있다.

상기에서 설명한 실시예는 액체가 증발할 수 있는, 코팅의 효과적인 외측 표면 영역은 그 투영된 표면 영역보다, 적어도 100배, 바람직하게는 1000배인 특별한 형상을 구비하는 것이 바람직하다. 코팅의 외측 표면은 예를 들어 브르타뉴 해안선에 비교할만한 불규칙한 형상을 가질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 이러한 경우에, 효과적인 표면 영역이 투영된 표면 영역보다 극단적으로 크고, 상기 경계 층의 매우 효과적인 해제가 난류 및 다른 공기 이동에 의해 국부적으로 발생할 수 있으며, 이는 마이크로 단위로 발생할 수 있다.

바람직한 실시예는 이슬점 냉각기가 상기와 같은 방식으로 치수화되고 이차 유동에서 이슬점이 1℃에 접근되는 값을 갖는다는 특별한 특징을 갖는다. 본 치수화는 철저하게 지식에 기초하여 이슬점 냉각기를 설계함으로써 본 발명에 따라 상기에서 서술한 설명에 기초하여 실현될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 이슬점 냉각기는 다음과 같은 특징을 가질 수 있다. 즉, 파괴(break-up)수단은 다수의 스트립(strip)으로 구현된 핀(fin)을 포함하고, 상기 각각의 핀은 대체적으로 파동 형상을 가지며, 상기 각 스트립의 연속적인 파동 상단부들의 일측부는 벽에 연결되는 특징을 가진다. 또한, 상기 벽으로부터 이격된 각 스트립 표면상에만 코팅이 실질적으로 배치되는 특징을 가진다. 코팅이 없는 핀 자체는 예를 들어 차량용 라디에이터 등으로부터 공지되어 있다. 핀들은 매우 효율적이며, 본 발명에 따른 이슬점 냉각기의 내용에서, 그 핀들은 주의 깊게 선택된 친수성(親水性) 코팅, 특히 마이크로-다공성 포틀랜드 시멘트(micro-porous Portland cement)로 이루어진 코팅과 조합되어 놀라울 정도로 높은 효율을 나타낸다.

전술한 바와 같이, 열 교환기와 관련된 이용 가능한 지식을 기초로, 본 발명에 따른 이슬점 냉각기는 고효율이 실현되도록 본 발명의 원리를 기초로 주의 깊게 디자인될 수 있다. 이러한 측면에서, 코팅의 유효 외측 표면적을 상당히 확대하는 것과 관련된 관점을 이용하는 변형예가 중요하며, 이때 (a) 벽의 표면적 단위(unit) 및 파괴 수단 마다(per), 액체량이 코팅내에서 완충(buffer)될 수 있도록; 그리고 (b) 메인 평면의 횡방향을 따라, 액체로 충진된 코팅의 열적 저항이 열-전도성 벽과 우회(flow-by) 이차 매체 사이의 경로내의 전체 열적 저항에 비해 무시될 수 있도록, 상기 코팅의 특성 및 액체의 특성 역시 서로와 관련되어 선택된다.

이차 매체 유동을 형성하기 위해 일차 매체 회로의 배출구에서 일차 매체 유동의 일부를 역류시키기 위한 선택적으로 조절 가능한 역류 유닛을 이용할 수도 있다. 이 경우, 총 일차 매체 유동, 순(net) 일차 매체 유동, 및 공허(tare) 분지 유동이 존재하며, 상기 순 일차 매체 유동은 냉각된 상태에서 유효 유동으로서 전달되며, 상기 공허 분지 유동은 이차 매체로서 작용하는 분지된 매체내의 액체의 증발을 통해 총 일차 매체 유동에 대한 냉각 효과를 제공한다. 총 일차 유동에 의해 가열된 공허 이차 유동은 손실로서 환경(environment)으로, 특히 외부 환경으로 배출된다. 이차 유동은 예를 들어 총 일차 유동의 30% 정도의 값을 가질 수 있다.

상기 총 유동과 공허 유동 사이의 비율이 이슬점 냉각기의 효율에 상당한 영향을 미칠 수 있음에 따라, 이슬점 냉각기의 효율이 조절될 수 있도록 일차 유동과 그 일차 유동의 상기 부분 사이의 비율을 조절할 수 있다는 특별한 특징을 본 발명의 실시예가 가질 수도 있다.

이러한 후자의 특징을 포함하는 특정 실시예에서, 본 발명에 따른 이슬점 냉각기는 조절 수단이 일차 회로내의 선택적으로 조절 가능한 관통-공급부 및 이차 회로내의 조절 가능한 관통-공급부로서 구현된다는 특별한 특징을 갖는다. 다른 관통-유동 회로와 유사하게, 일차 회로는 특정 유동 저항을 갖는다. 이는, 이차 회로가 분지된 경우에, 특정 유동이 발생할 것임을 의미하며, 그러한 특정 유동은 이차 회로내에서의 그리고 일차 회로 상류 및 하류내에서의 유동 저항에 따라 달라진다. 예를 들어, 일차 회로가 가변적이지 않은 경우에, 이차 회로내의 유동 저항을 선택함으로써, 관련 유동 속도들 사이의 비율을 조절하여 이슬점 냉각기의 효율을 조절할 수 있다. 또한, 상류 일차 회로와 이차 회로 양자내의 조절 가능한 관통-공급부를 구비한 밸브를 적용할 수도 있다.

가능한 한 열 전달을 강화하기 위해, 유동 방향을 따른 돌출부들은 가능한 한 서로 적게 간섭하여야 하며, 그러한 관점에서 핀과 같은 각 돌출부가 거의 교란되지 않은 유동과 협력 작용한다. 이와 관련하여, 바람직하게 돌출부들이 상호 오프셋된 관계를 가지는 실시예를 이용할 수도 있다.

길이 방향, 즉 최적 효율의 달성을 위해 상호 마주하는 방향으로 유동하는 매체의 유동 방향을 따른 상당한 열 전도의 경우에, 바람직하게 본 발명에 따른 이슬점 냉각기는 유동 방향을 따라 제한된 길이를 가지는 돌출부들이라는 특별한 특징을 가지며 이는 열 전달을 강화한다.

이슬점 냉각기는 또한 상당히 작은 열 전도도를 가지는 부분들에 의해 돌출부들이 유동 방향을 따라 분리되는 특징을 가질 수도 있다.

필요한 고효율을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 이슬점 냉각기에서 다양한 부분들을 구성할 수 있는 코팅의 양호한 습윤(wetting)을 보장할 필요가 있으며, 이때 건조한 표면이 남아 있지 않는 것이 특히 중요하다. 이는, 국부적인 온도차가 발생하는 것을 방지하기 위함이고, 국부적인 온도차는 바람직하지 못한 열 유동을 초래하여 냉각기 성능을 저해할 수 있다. 또한 일차 및 이차 회로내의 피괴 수단과 열전도 표면 사이의 표면적 비율은, 주어진 모든 조건에서, 일차 매체와 이차 매체 사이의 열 유동이 가능한 한 크도록 선택되어야 한다.

본 발명은 크게 개선된 효율의 이슬점 냉각기 구축 선택가능성을 제공하며, 이때 소위 몰리에(Mollier)의 h,x 선도(diagram)에서 일차 회로의 배출구에서의 온도는 적어도 85% RH(상대 습도)의 선(line)에 도달하며, 일차 유입구와 이차 배출구 사이의 크게 감소된 온도 편차 즉, 2 내지 3℃를 초래한다. 포화 선(100% RH)에 가능한 한 근접하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있으며, 실질적으로는 약 85%의 값이 목표이다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1 은 일차 회로(2) 및 이차 회로(3)를 구비한 이슬점 냉각기(1)를 도시한다. 관통하여 유동하는 매체들은 화살표(4) 및 화살표(5)로 도시된 바와 같이 반대방향-유동이다. 일차 매체(I)는 유입구(6)를 통해 내부로 유동하고 배출구(7)를 통해 배출된다. 펌프, 팬(fan) 또는 그와 같은 매체 이송 수단은 도시하지 않았다. 이차 매체(Ⅱ)는 유입구(8)를 통해 내부로 유동하고 배출구(9)를 통해 교환기로부터 배출된다. 두개의 각 교차 유닛 및 매니폴드(10, 11)가 개략적으로 도시되어 있으며, 상기 교차 유닛 및 매니폴드는 다수의 교차 채널들을 이슬점 냉각기(1)내에 연결하여 일차 회로 및 이차 회로 각각에 대한 단일 도관을 형성한다.

이차 회로(3)에서, 우회 이차 공기유동에 의한 벽상의 물의 증발을 통해 벽을 냉각시키기 위해 열 교환 벽은 습윤 수단(도시 안 됨)에 의해 습윤된다.

매체(Ⅰ, Ⅱ)는 냉각기(1)내에서 열교환 접촉된다. 이러한 실시예에서, 냉각기는 외부의 일차 유입구(11), 외부의 일차 배출구(12), 외부의 이차 유입구(13), 및 외부의 이차 배출구(14)를 포함한다.

도 2 는 도 1 에 따른 실시예의 후자의 관점에서 특히 상이한데, 이는 이슬점 냉각기(1)의 이차 유입구(8)가 전체 매체 유동(Ⅰ)의 분지인 매체 유동(Ⅰ'')을 수용한다는 점에서 상이하다. 관통 유동(Ⅰ')은 매니폴드(11')를 통해 배출구(12)로 유동한다. 유량(Ⅰ') 및 유량(Ⅰ'')의 합은 Ⅰ와 동일하다. 유량(Ⅰ'')은 유량(Ⅱ)과 동일하다. Ⅰ'와 Ⅰ'' 사이의 비율은 냉각기의 성능을 큰 범위에 걸쳐 결정하며, 예를 들어 70:30 정도의 값을 가질 수 있다. 매체 유동(Ⅰ)은 총 유동 즉, 장치내로 도입되는 총 매체 유동으로 간주될 수 있다. 유동(Ⅰ')은 열적으로 처리된 유동, 특히 냉각된 유동이며, 이는 순 유동이라 할 수 있다. 총 유동(Ⅰ) 및 순 유동(Ⅰ') 사이의 차이는 분지 유동(Ⅰ'', 또는 Ⅱ)이며, 이는 도 1 에 따른 유동(Ⅱ)에 상응한다. 이러한 유동(Ⅱ)은 이차 회로를 통해 유동하며, 도 2 에 따른 형태는 공허 유동으로 지칭될 수 있다. 열적으로 처리된, 특히 가열된 배출구(14)에서의 매체는 손실로서 외부로 배출된다.

도 3 은 이슬점 냉각기(20)를 개략적으로 도시한다. 상기 이슬점 냉각기는 일차 회로(Ⅰ) 및 이차 회로(Ⅱ)를 포함한다. 일차 공기유동(21)은 일차 회로를 통과하여 유동한다. 이차 공기유동(22)은 이차 회로(Ⅱ)를 통해 유동한다. 이차 공기유동은 부분 유동(21)으로서 계속되는 일차 공기유동(21)의 분지이다.

이슬점 냉각기는 일차 유입구(23), 일차 배출구(24), 및 이차 배출구(25)를 포함하며, 상기 배출구들은 하우징(26)의 일부를 형성한다. 팬(27)은 일차 공기유동(21)의 구동력을 제공한다. 하우징 내에는 열교환 벽(28)이 위치되며, 그 벽은 일차 회로(Ⅰ)와 이차 회로(Ⅱ)를 분리한다. 벽내에는 개구부(29)가 위치되며, 그 개구부는 액츄에이터(31)에 의해 제어되는 밸브(30)에 의해 폐쇄 및 개방될 수 있다.

도시된 개방 위치에서, 일차 유동(21)의 선택된 부분은 유동(22)의 형태로 분기되고, 나머지 부분은 유동(21')으로 계속된다.

벽(28)은 일차 핀(32)과 이차 핀(33)을 지탱한다. 이들은 관련 경계층을 파괴(break up)시키고 벽(28)의 유효 표면적을 확대하는 역할을 한다. 이차 핀(33)에는 포틀랜드 시멘트의 코팅이 제공된다. 핀은 표면에 효과적으로 친수성이고 결정된 물의 양을 완충할 수 있다. 상기 물은 물 도관(34) 및 분배 밸브(35)를 통해 분배 도관(36)에 공급된다. 이는 상기 코팅의 연속적인 습윤성을 보장한다.

우회 이차 공기유동(22)에 의한 유동으로 코팅 내에 존재하는 물이 증발되고, 이는 핀(33), 벽(28), 및 핀(32)의 냉각에 의해 달성되어, 일차 유동(21)이 냉각된다. 그러므로 일차 유출구의 유동(21')은 일차 유동(21) 보다 작은 유동 속도를 갖지만, 또한 감소된 온도를 갖는다. 그러므로 이러한 유동(21')은 예를 들어 공간 냉각의 목적으로 효과적으로 냉각된 공기유동으로서 사용된다. 수증기를 동반한 이차 공기유동(22)은 외부로 배출될 수 있다.

밸브(30)가 사용되지 않는 변형예는 도시되지 않는다. 이 때 유동(21 및 22) 사이의 비는 조절될 수 없다.

도 4는 이슬점 냉각기(50)를 도시하며, 도시의 명확성을 위해 그 하우징은 생략된다. 상기 매우 단순한 도면에서 이슬점 냉각기는 3 개의 열전도성 매체 분리벽(51, 52, 53)을 포함하고, 그 양측부에는 후술되는 유동에 대해 횡방향으로 지그재그형 스트립 형태로 연장하는 핀(54, 55, 56, 57)이 각각 위치되어 있다. 핀은 유동 방향으로 제한된 길이를 갖고, 상기 벽(51, 52, 53)은 핀의 영역에서 열전도성이며 각각 도면부호 57, 57', 57"로 도시된 각각의 스트립 핀 사이에 있는 단열부(58, 58')를 갖는다. 여기서 종방향의 열수송이 방지되어, 열교환기(50)가 우수한 효율을 갖는다.

도시된 4 개의 채널 중 중간 두개의 채널이 일차 회로(Ⅰ)에 대응한다. 하우징(도시 않음)에 의해 둘러싸인 두 개의 외측 채널은 이차 회로(Ⅱ)를 형성한다. 다양한 유동 및 회로가 도 2에서와 같이 동일한 참조부호로 도시된다.

이슬점 냉각기(50)는 친수성 코팅이 제공된 핀(54-57)을 습윤시키기 위해 노즐(60)을 갖는 중앙 물 공급 도관(59)을 더 포함한다. 핀은 천공부를 가져 노즐(60)로부터 나오는 물이 핀을 하부 위치에서 완전히 습윤시킬 수 있다. 초과 물은 도시되지 않은 수단에 의해 가능하게 배출된다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 천공부(61)는 슬롯으로서 구체화된다. 이들 슬롯은 펀치되지 않지만, 펀칭 기계에서 커트를 형성하고 주변 표면의 주평면으로부터 핀 재료를 프레스하여 지붕창(louvred) 구조가 야기된다. 지붕창으로 표시된 형태의 천공부(61)는 유동 방향에서 두 개의 연속적인 지붕창 그룹으로 그룹화되고, 각각 도면부호 62 및 63으로 도시된다. 상기 실시예에서 유동 방향으로 가장 상류에 있는 지붕창 그룹은 도면부호 63을 갖는다. 유동(5)이 지붕창에 의해 가로막히고 핀의 다른 측부로 전환되도록 지붕창이 위치되며, 여기서 편향된 유동은 차례로 지붕창 그룹(62)에 의해 가로막히고 적어도 러프하게(roughly) 그 초기 경로를 다시 시작한다. 이러한 구조는 매체에 의한 유동과 핀 사이에 우수한 열전달을 제공한다.

분기된 이차 매체 유동(Ⅱ)에서 피복된 측부, 즉 핀(54-57)에 물을 발생시키기 위해 노즐(60)을 갖는 물 공급 도관(59)의 에너지화는 바람직하게 간헐적으로 발생한다. 급수 시스템이 코팅에 물을 공급하여 핀은 친수성이 된다. 이차 공기유동의 습윤이 이슬점 냉각기의 효율을 감소시키는 효과를 갖기 때문에 이는 가능한 한 방지된다. 그러므로 본 발명에 따른 분무기의 이용은 가장 한정적으로 방지된다. 증발은 물에 의해 습윤된 코팅과, 선택적으로 친수성 코팅이 제공된 벽(51, 52, 53)의 자유 벽 부분, 즉 도면부호 58 및 58'로 표시된 핀이 없는 구역으로부터만 발생한다.

본 발명에 따라 약간 과급수함으로써 습윤 벽, 또한 여기에 포함되는 핀이 실질적으로 균질하게 물을 공급받고 어디에서나 거의 동일한 양의 물을 함유하게 된다. 그러므로 증발을 위한 구동 압력차는 어디에서나 최적이다. 유동 속도와 난류의 정도를 양호하게 선택하면 높은 효율을 달성할 수 있다.

특히 이러한 측면에서 명료한 도 4를 참조하면, 이는 일반적으로 엔탈피-열교환기의 효율에 집중된다. 일차 열교환기측을 관통한 후에, 총 공기유동(Ⅰ)의 부분(Ⅰ")은 전술한 방식으로 수증기를 흡수하기 위해 엔탈피-열교환기(50)의 제 2 측부를 따라 수송된다. 흡수되고, 증발된 물의 증발열은 총 일차 공기유동(Ⅰ)을 궁극적으로 냉각을 위한 관련 공간으로 분출되는 바람직한 공기인 순 일차 공기유동(Ⅰ')의 온도로 냉각시키는데 사용된다. 총 유동과 분기된 유동의 비는 이슬점 냉각기의 각각의 치수에서 최적의 비를 갖는다. 일차 총 공기유동으로부터 추출된 열은 이슬점 냉각기(50)의 열 효율 만큼 곱해진다. 엔탈피의 이차 추출을 위해 대개 관개수의 증발 잠열을 이용한다. 이에 의해 이차 측부에 단지 적은 공기유동으로 충족될 수 있다. 일반적인 경우에 일차 유동과 이차 유동 사이의 질량 유동비는 2 내지 3 정도의 값이다.

핀과 핀-베어링 열교환 벽에 요구된 수분 분배 및 수분 완충 특성을 제공하는 친수성 또는 흡수성 피복 또는 표면처리는 두 관개 기간 사이에서 증발하는 물의 저장을 제공한다. 피복층 또는 코팅은 얇아서 거의 무시할만한 열저항을 가져, 일차 매체 유동과 이차 매체 유동 사이의 열전달이 실질적으로 방해받지 않고 일어날 수 있다.

열교환기(50)의 양 측부에서 2 개의 외측 채널을 각각 2 개의 내측 채널에 결합시키는데 필요한 다기관 부분은 도 4에 도시되어 있지 않다. 유동(Ⅰ)으로부터 부분 유동(Ⅰ' 및 Ⅰ")을 형성하는데 필요한 부분 또한 도시되어 있지 않다. 도 3에 따른 장치 또는 소정의 다른 적절한 장치가 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다.

작은 구동 온도차가 도 4에 따른 형태 또는 일반적으로 본 발명에 따른 형태의 이슬점 냉각기에서 발생하고, 포화 수증기압이 온도에 직접 의존하기 때문에, 이러한 온도차가 벽 내에서 종방향 전도(유동 방향)에 의해 제거되지 않는 것이 매우 중요하다. 이는 상당히 작은 벽 두께를 선택하거나, 단지 무시할 정도의 비열전도성 또는 열전도성인 매체 분리의 유동 방향에서 핀 사이에 배열시킴으로써 구현된다. 이들은 도면 부호 58, 58'로 표시된 단열 부품이다.

습윤 측부에 최대 가능한 물질의 수송, 그러므로 물을 이차 매체 유동에 의해 비말동반된 수증기로 증발시키기 위해, 우세 온도에서 포화된 증기압과 공급된 공기의 증기압 사이의 압력차는 가능한 한 커야 한다. 포화된 공기, 또는 거의 포화된 공기는 이러한 차이를 작게 하여 엔탈피-열교환기의 성능에 악영향을 준다. 이슬점 냉각기는 물이 공급된 이차 측부에서 부분적으로 피복되지 않은 표면을 가지며, 이는 물 흡수 공기를 포화 지점으로부터 멀어지게 하여 물이 최적의 방식으로 흡수될 수 있다. 이는 증기를 흡수 및 가열하는 연속 또는 불연속 공정일 수 있다.

핀이 제공된 구역 사이에서 전술된 열적 분리 외에, 일차 유동과 이차 유동 사이의 중간 벽의 열 전도도는 중요하지 않다. 열전달을 향상시키는 수단, 특히 관련 채널 내에서 벽으로부터 소정 거리 연장하고 전도에 의해 흡수된 열을 벽에 전달해야 하는 핀의 열전도는 매우 중요하고 잘 선택되어야 한다. 특정 실시예에서 본 발명은 이와 관련하여 치차식 또는 지그재그 형태로 접히고 도 4에 도시된 것처럼 지붕창식 천공부를 갖는 구리 스트립으로 구성된 핀을 이용한다.

Claims (10)

1. a. 일차 매체 회로와, 상기 일차 매체 회로에 적어도 부분적으로 열전도성 벽체에 의해 열적으로 연결된 이차 매체 회로;를 포함하되, 상기 두개의 회로를 통하여 두가지의 개별 매체가 역류하여 흐를 수 있으며, 적어도 이차 매체가 100% 이하의 상대습도를 가진 가스, 예를 들어 공기를 포함하고,

   상기 열전도성 벽체는 적어도 상기 일차 매체에서의 열전달을 위한 적어도 활성영역의 위치에서 적어도 열 경계층, 층류 경계층 및 상대습도 경계층을 파괴하는 파괴수단을 갖고, 상기 파괴수단은 상기 벽체의 유효 열전도성 표면적을 확대시키는 열전도성 돌출부를 포함하며,

   상기 파괴수단과 상기 벽체의 열전도성 표면은 친수성, 예를 들어 흡습성 코팅으로 적어도 이차 매체 영역에서 적어도 부분적으로 덮히고, 상기 코팅은 예를 들어 다공성이며, 및/또는 증발성 액체, 예를 들어 물을 모세관 작용에 의한 흡수, 보유 및 증발에 의한 재방출이 가능함으로써, 젖은 코팅 및 그에 따른 열전도성 표면 및 파괴수단이 냉각되며,

   b. 압력차에 기초한 일차 구동수단, 예를 들어 상기 일차 매체를 위한 팬 또는 펌프;를 포함하고,

   c. 압력차에 기초한 이차 구동수단, 예를 상기 이차 매체를 위한 팬;을 포함하며,

   d. 상기 코팅으로부터 액체를 증발시켜 상기 이차 매체가 증발성 액체에 의해 습윤되도록 함으로써, 상기 이차 매체에 의해 비말동반되는 증발된 액체가 상기 열전도성 벽체를 통하여 일차 매체로부터 열을 추출하도록 하는, 습윤 유닛;을 포함하고,

   상기 코팅이 다공성 테크니컬 세라믹 물질, 예를 들어 하소층, 포틀랜드 세멘트와 같은 세멘트, 또는 섬유상 물질, 예를 들어 암면과 같은 미네랄 울로 이루어지며,

   상기 전체 벽체의 열전달 계수가 최소 1W/m²K인, 이슬점 냉각기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 매체 유동이 상기 일차 매체 유동의 말단에서 분지되는 분류이며, 일차 매체 유동의 예를 들어 약 30%의 값을 갖는, 이슬점 냉각기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅이 플라스틱으로 이루어진, 이슬점 냉각기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체가 증발되는 코팅의 유효 외표면적이 그 돌출된 표면적보다 100배 이상, 바람직하게는 1000배 이상인, 이슬점 냉각기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 이슬점 냉각기의 크기와 매체 유동의 값이 이차 유동에서의 이슬점이 1℃ 이내에 근접하도록 된, 이슬점 냉각기.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 파괴수단이 핀을 포함하고, 상기 핀이 다수의 스트립으로서 구현되며, 각각의 스트립은 일반적인 파형을 갖고, 각각의 스트립의 연속파 상단은 상기 벽체의 일측에 접속되며, 상기 코팅은 상기 벽체로부터 멀리 떨어진 각 스트립의 표면상에만 실질적으로 배치된, 이슬점 냉각기.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 코팅의 특성과 액체의 특성이,

   (a) 상기 벽체와 파괴수단의 단위 표면적당, 소정량의 액체가 코팅에서 완충될 수 있도록; 그리고

   (b) 상기 액체로 충진되는 코팅의 열저항이 상기 열전도성 벽체와 우회 이차 매체 사이의 경로에서의 총 열저항에 대하여 메인 평면의 무시할 수 있을 정도가 되도록; 서로에 대하여 선택되는, 이슬점 냉각기.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부가 상호 오프셋된 관계인, 이슬점 냉각기.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부가 유동 방향으로 한정된 길이를 가짐으로써, 열전달을 증강시키는, 이슬점 냉각기.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부가 실질적으로 더 작은 열전도성을 가진 부품에 의해 유동 방향으로 분리된, 이슬점 냉각기.