KR20070048726A - 열 교환 장치 - Google Patents

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KR20070048726A
KR20070048726A KR1020077003342A KR20077003342A KR20070048726A KR 20070048726 A KR20070048726 A KR 20070048726A KR 1020077003342 A KR1020077003342 A KR 1020077003342A KR 20077003342 A KR20077003342 A KR 20077003342A KR 20070048726 A KR20070048726 A KR 20070048726A
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KR
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channel
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fluid
heat exchanger
working
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Application number
KR1020077003342A
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Inventor
요하네스 안토니우스 마리아 라인더스
안드레아스 제이.엘 니즈센
Original Assignee
옥시셀 홀딩 비.브이.
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Publication date
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Abstract

증발식 열 교환 장치는 1차 표면 및 2차 표면을 포함하는 작동 채널, 1차 표면 및 2차 표면을 포함하는 복수의 생성물 채널을 포함한다. 액체 공급부는 2차 표면에 증발성 액체를 제공한다. 생성물 액체는 1차 표면과 열 교환 접촉 상태로 생성물 채널을 통해 순환할 수 있다. 작동 채널의 1차 표면은 작동 채널 및 생성물 채널 모두의 2차 표면과 유체 소통 상태로 있어서, 작동 유체가 1차로 작동 채널의 1차 표면 위로 유동한 후, 증발에 의해 액체를 흡수하는 2차 표면 위로 연속해서 유동한다.

Description

열 교환 장치 {HEAT EXCHANGE DEVICE}
본 발명은 열 교환 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 증발식 열 교환기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 통풍과 관련하여 열 회수를 제공하도록 작동할 수 있는 열 교환 장치에 관한 것이다.
증발식 냉각기는 냉각을 제공하도록 액체의 증발의 잠열을 사용하는 장치이다. 증발식 냉각의 원리는 수 세기 동안 알려져 왔다. 예컨대, 대상물 위에 위치하는 축축한 천(cloth)은 이 천으로부터 액체가 증발됨으로써 대상물을 냉각 상태로 유지시킬 것이다. 천에 액체를 계속해서 공급함으로써, 전기 에너지의 입력없이 냉각 효과가 무기한으로 유지될 수 있다. 공기 스트림 안으로 이러한 방식으로 습기의 증발에 의해 도달될 수 있는 가장 낮은 온도는 그 공기에 대한 습구 온도를 형성한다. 간접 증발식 냉각기는 이러한 원리를 사용한다. 열 교환 요소의 1차 표면 위로의 생성물 공기 스트림은 작동 공기 스트림이 위로 통과하며 열 교환기의 습윤화된 2차 표면으로부터 습기를 흡수함으로써 냉각될 수 있다.
이론에 의하면, 직접 증발에 의해 다량의 공기가 냉각되면, 습기의 흡수로 인해 그 공기의 절대 습도가 상승한다. 또한, 습구 온도에서 수증기로 완전 포화될 때 까지, 내려간 온도로 인해 상대 습도도 상승한다. 그러나, 공기가 직접 증 발없이 냉각된다면, 절대 습도가 그 습도를 유지한다. 온도가 하강함에 따라, 공기의 완전 포화가 소위 이슬점에 도달될 때 까지 상대 습도만 상승한다. 따라서, 이슬점은 습구 온도 보다 낮고, 사실상 공기체가 포화 또는 100% 상대 습도에 도달하도록 냉각되어야 하는 온도로서 형성된다. 이러한 이슬점에서 공기 내의 수증기가 응축된다.
증발이 발생하기 전에 작동 공기 스트림을 냉각 또는 건조시킴으로써 간접 증발식 냉각의 원리에 대한 개선이 이루어져 왔다. 작동 공기 스트림을 냉각시키는 특히 편리한 방법은 냉각된 생성 공기의 일부분을 피드백시키는 것이다. 이러한 장치는 생성 공기의 온도를 습구 온도 미만으로 이슬점에 가깝게 낮출 수 있기 때문에, 이 장치를 종종 이슬점 냉각기라고 한다. 공기 스트림이 열을 교환하는 표면들을 최적화시킴으로써, 상당히 효과적인 열전달이 달성될 수 있다. 이것은 특히 습윤화된 2차 표면으로부터의 열전달의 경우에 중요함을 알았다. 작동 공기 스트림에 습기를 제공하기 위해, 습윤화된 2차 표면에 예컨대 친수성 층의 형태와 같은 약간의 액체의 형태가 제공된다. 그러나, 이러한 층이 존재함으로써, 작동 공기 스트림과 습윤화된 2차 표면의 단열이 증가되어 열 전달을 감소시킨다.
특히 효과적인 형태의 이슬점 냉각기는 국제특허출원번호 제 PCT/NL03/00153호에 개시되며, 그 내용 전체가 여기 참조되어 있다. 이론에 의해 제한되기를 바라지는 않지만, 이러한 장치의 성공은 1차 및 2차 표면 상의 열전달 요소의 존재의 적어도 일부분에 기인한 것으로 믿어진다. 이들 열전달 요소는 핀(fin)의 형태일 수 있으며 1차 표면으로부터 2차 표면으로의 열 전달을 향상시키는 것으로 믿어진 다. 이들 핀은 열을 직접 전도하고 또한 이러한 흐름으로 전개되는 여러 경계층을 분쇄시키는 작용을 모두 한다. 이들 핀은 또한 관련 표면 상에서의 열 교환을 위해 이용가능한 총 영역을 증가시키는 역할을 한다. 습윤화된 2차 표면의 보다 중요한 특징은 상기 국제특허출원 및 공동계류 중인 영국특허출원번호 제 0324348.2호에 개시되어 있으며, 이들 전체도 여기 참조되어 있다. 따라서, 층을 보유하는 물로서 사용되는 재료의 신중한 선택에 의해, 작동 공기 스트림으로부터 2차 표면을 단열시키기 않고서 최적의 증발이 달성될 수도 있다.
이러한 장치들은 제조가 간단하고 냉각제 또는 압축기를 필요로 하지 않으므로 상당히 편리하다. 낮은 에너지 소모량을 가지며 비교적 조용한 저압 팬을 사용하여 냉각기를 통해 공기가 순환될 수 있다. 이것은 특히 밤에 가정에서 사용하기에 이슬점 냉각기를 이상적으로 만든다.
증발성 냉각기 내의 냉각을 위한 구동력은 습윤화된 열 교환 표면과, 이 열 교환 표면 위로 지나가는 작동 공기와, 그리고 생성 공기의 유동 사이의 온도차이다. 냉각기의 효율이 보다 커질 수록, 그리고 이슬점이 보다 가까워질 수록, 이들 온도차 사이의 균형이 보다 중요해 진다. 대기와 건물 또는 차량의 내부 사이로 소통되는 증발성 냉각기에 대해, 우세한 바람과 압력차가 이러한 양호한 균형을 뒤엎을 수 있다. 또한, 냉각기의 성능은 입구 및 출구 구성에 따라 좌우된다. 증발성 냉각기의 설치 시, 예컨대, 생성물 및/또는 작동 공기 스트림을 공급하기 위해 도관을 사용하는 건물에서, 생성물 및 작동 공기 도관의 상대적 유동 저항에 따라 효과적으로 작동하도록 유닛을 신중하게 보정할 필요가 있을 수 있다.
본 발명에 따라, 생성물 회로 및 작동 회로를 포함하는 열 교환 장치가 제공되며, 생성물 회로 및 작동 회로는 이들 회로 사이의 열 전달을 위해 열 접촉 상태에 있지만, 이들 회로 사이의 압력 전달을 실질적으로 방지하도록 유체적으로 분리된다. 이러한 상황에서, 생성물 회로 및 작동 회로는 폐회로를 필요로 하지 않지만, 대체로 열 교환 장치 자체 내부에서 외부 대기와 소통될 것이며, 이들 회로들은 적어도 증발 냉각 모드에서 유체적으로 분리된다.
바람직한 형태의 열 교환 장치는 1차 표면 및 2차 표면을 포함하는 하나 이상의 작동 채널과, 그리고 작동 채널 각각에 대해, 1차 표면 및 2차 표면을 포함하는 복수의 생성물 채널을 포함한다. 이들 작동 채널 및 생성물 채널은, 생성물 액체가 생성물 채널들의 1차 표면들과 열 교환 접촉 상태로 생성물 채널을 통해 순환되며 작동 채널의 1차 표면이 작동 유체가 작동 채널의 1차 표면 위로 먼저 유동한 후 2차 표면 위로 유동하도록 작동 채널 및 생성물 채널 모두의 2차 표면과 유동 소통 상태가 되도록 배열된다. 2차 표면들에 증발성 액체를 제공하는 액체 공급부가 제공된다.
이러한 방법으로, 작동 채널의 1차 표면 위로 통과하는 제 1 스트림의 작동 유체는 작동 채널의 2차 표면 위로 유동하는 작동 유체에 열을 전달함으로써 이슬점에 근접하게 예비 냉각된다. 열의 전달은 예비 냉각된 공기 안으로의 증발성 액체의 증발의 잠열에 의해 2차 표면 위로 복귀될 때 실행된다. 본 발명에 의하면, 예비 냉각된 작동 공기의 단위 체적에 의해 흡수될 수 있는 잠열은 작동 유체의 단위 체적을 예비 냉각시킬 뿐만 아니라 생성물 공기의 적어도 추가의 체적을 냉각시키기에 충분함을 알았다. 생성물 공기는 유사한 방법으로 생성물 채널의 2차 표면으로부터 증발에 의해 달성된다.
증발식 열 교환기의 유리한 구성에서, 작동 채널 및 생성물 채널 모두는 관형 박막으로서 형성될 수 있는데, 이 관형 박막은, 각각의 경우에, 관형 박막의 내부 상에 위치되는 1차 표면 및 관형 박막의 외부 상에 위치되는 2차 표면을 구비한다. 이 관형 박막은 1차 표면과 2차 표면 사이에서 열을 전달한다. 바람직하게, 이 관형 박막은 알루미늄 등과 같은 양호한 열 전도 물질로 형성될 수 있다.
바람직하게, 증발식 열 교환기는 내부에 작동 채널 및 생성물 채널을 갖춘 하우징을 더 포함한다. 이러한 방법으로, 하우징과 작동 및 생성물 채널 사이의 내부 공간은 이때 2차 표면 위로 작동 유체가 유동하기 위한 유동 영역을 형성한다. 바람직하게, 하우징은 길다랗고, 작동 채널 및 생성물 채널은 하우징을 통해 실질적으로 길이방향으로 서로 평행하게 연장한다. 작동 채널은 하우징의 외부에서 소통되는 입구와 하우징의 제2 단부와 인접하는 내부 공간과 소통되는 출구를 구비하도록 배열될 수 있다. 하우징의 외부와 내부 공간을 소통시키며 제1 단부와 인접하는 배출구를 갖춘 하우징을 제공함으로써, 작동 유체가 제2 단부로부터 배출구로 2차 표면 위로 되돌아 유동할 수 있게 된다. 2차 표면 위로의 유동은 따라서 작동 채널 및 생성물 채널 모두의 1차 표면 위로의 유동과 반대 유동이다.
본 발명의 중요한 양상에 따르면, 생성물 채널은 입구로부터 출구로 하우징을 통해 연장될 수 있으며, 입구 및 출구 모두는 내부 공간으로의 유체 연결없이 하우징의 외부와 생성물 채널의 1차 표면을 소통시킨다. 작동 유체를 포함하는 내부 공간으로부터 생성물 채널의 1차 표면을 밀봉식으로 분리시킴으로써, 작동 유체 내의 압력 효과는 작동 유체의 유동 및 반대 유동에 영향을 주지 않을 것이다. 그럼에도 불구하고, 생성물 채널의 2차 표면 위로 작동 유체가 유동할 때 2개의 유체 사이에 열 교환이 발생된다.
본 발명의 따른 구성의 주요한 효과는, 증발식 열 교환기가, 예컨대 통풍을 위한 폐열 회수의 기능을 할 수도 있다는 점이다. 폐열 공급원과 하우징의 내부 공간을 연결시키기 위해 열 회수 바이패스를 갖춘 재순환 채널을 제공함으로써, 내부 공간 안으로의 열 회수 유체의 선택적인 유입이 2차 표면 위로의 유동을 허용할 수 있다. 이 경우, 작동 유체는 내부 공간을 통해 유동하며 배출구를 통해 유출되는 열 회수 유체로부터의 열 전달에 의해 가열될 것이다. 이러한 장치에서 중요한 것은, 생성물 유체의 유동 방향이 냉각 및 열 회수 동안 동일하다는 점과, 2차 표면 위로의 유동이 항상 배출구를 향한다는 점이다. 이것은 예컨대 유체 유동이 역전될 때, 또는 2차 표면으로부터의 유동이 주거 공간으로 유입되는 경우 발생될 수 있는 오염을 방지한다. 일반적으로의 열 회수가 공지되어 있지만, 역시 열 회수를 제공할 수 있는 증발식 냉각기의 결합이 새롭고 창의적인 것으로 믿어진다. 이것은 냉각, 통풍(물 공급 없이), 및 단일 유닛으로부터의 열 회수를 허용하는 장치의 상당한 다능성을 제공한다.
바람직하게, 열 회수 바이패스는 열 회수 모드에서의 재순환 채널과 냉각 모드에서의 작동 채널의 1차 표면 사이에서 2차 표면에 공급되는 유체의 공급원을 전환시키기 위한 밸브를 더 포함한다. 단지 통풍 모드에서, 2차 표면 및 재순환 채널에 공급될 필요가 없는 유체는 추가의 열 교환없이 빌딩으로부터 공기를 배출시키는데 사용될 수 있다.
재순환 채널의 포함의 다른 장점은 재순환 유동이 작동 채널 또는 복수의 작동 채널에 선택적으로 추가될 수 있다는 점이다. 이러한 재순환 채널은 생성물 채널의 입구에 재순환 채널을 선택적으로 연결시키기 위한 혼합 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 예컨대 빌딩을 냉각하는 동안, 작동 채널를 통해 빌딩의 내부로 허용되는 외부 공기의 총량은 작동 채널을 통해 재순환되는 내부 공기의 총량이 조절될 수 있듯이 조절될 수 있다. 이것은 일정한 상황하에서 빌딩의 내부 안으로의 소음, 또는 악취 또는 다른 불쾌한 효과의 전달을 방지하는데 효과적이다.
바람직하게, 증발식 열 교환기에는 생성물 채널을 통해 생성물 유체를 순환시키기 위한 생성물 유체 순환 수단, 및 작동 채널을 통해 그리고 2차 표면 위로 작동 유체를 순환시키기 위한 유체 순환 수단이 더 제공된다.
본 발명의 중요한 특징에 따르면, 2차 표면으로부터 작동 유체에 열을 전달하기 위해 2차 표면 상에 열 전달 요소가 위치된다. 바람직하게 이들 열 전달 요소는 핀, 루버(louvre) 또는 돌출부로서 형성되며, 경계층을 파괴시키는 역할을 함으로써 열 전달을 증가시키고 국부적인 난류를 증가시킨다. 바람직하게, 열 전달 요소는 알루미늄 등과 같은 양호한 열 전도 물질로 이루어진다. 이러한 열 전달 요소의 사용은 다수의 체적의 생성물 유체가 단일 체적의 작동 유체에 의해 효과적으로 냉각될 수 있을 정도로 장치의 효율성을 증가시킬 수 있는 것으로 믿어진다.
2차 표면으로부터 작동 유체 안으로 잠열을 전달하기 위해, 2차 표면에는 다량의 증발성 유체를 보유하기 위한 액체 보유층이 제공되어야 한다. 2차 표면으로부터 작동 유체로의 직접적인 열 전달을 액체 보유층이 저해하지 않는 것이 효율적인 작동에 중요함을 알았다. 잠열이 아닌 "열"의 이러한 직접적인 전달은 유체를 추가로 증발시킬 수 있도록 이슬점으로부터 멀어지게 작동 유체를 가열시키는데 필요하다. 따라서, 액체 보유층은 2차 표면을 고립시키지 않아야 한다. 그러므로, 액체 보유층이 양호한 열 전도체라면, 표면을 완전히 덮을 수 있다. 그러나, 모든 경우에서, 효율적인 작동을 위해 부분적인 덮음이 직접 열 교환과 잠열 교환 사이의 최상의 균형을 제공한다고 믿어진다. 액체 보유층은 예컨대 열 전달 요소 상에만, 그리고 바람직하게는 그 열 전달 요소의 하나의 표면 상에만 제공될 수 있다.
복수의 열 전달 요소는 생성물 유체 및 작동 유체로부터 1차 표면 각각에 열을 전달하기 위해 생성물 채널 및 작동 채널의 1차 표면 상에 제공된다. 이들 열 전달 요소는 2차 표면 상의 열 전달 요소와 유사한 특성을 가질 수 있다. 증발식 냉각기로서 작동하는 동안 1차 표면에 증발성 유체를 직접 제공할 필요가 없지만, 열 회수 장치 또는 가습기로서의 대안의 사용을 위해서는, 가습을 위해 1차 표면 상의 액체 보유층 또는 다른 형태의 위킹(wicking) 층을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 층은 또한 방취, 방향성 오일 등과 같은 생성물을 생성물 유체 안으로 분포시키기 위해 사용될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라, 1차 표면 및 2차 표면을 구비하는 작동 채널, 및 1차 표면 및 2차 표면을 구비하는 생성물 채널을 포함하는 증발식 열 교환 장치 내의 생성물 유체를 냉각시키는 방법이 개시된다. 이러한 방법은, 2차 표면들에 증발성 액체를 제공하는 단계와, 입구 온도로부터 이슬점 온도에 근접하도록 상기 작동 유체를 냉각시키기 위해 상기 작동 채널의 상기 1차 표면과 열 교환 접촉 상태로 상기 작동 채널을 통해 제 1 체적의 작동 유체를 통과시키는 단계와, 상기 1차 표면들 각각으로부터 상기 2차 표면들 각각으로 열이 전달되게 하는, 상기 2차 표면들로부터의 전도에 의한 상기 증발성 액체의 상기 작동 유체로의 증발과 상기 작동 액체의 가열을 야기하도록 상기 작동 채널 및 상기 생성물 채널 모두의 상기 2차 표면 위로 상기 작동 유체를 통과시키는 단계와, 그리고 상기 생성물 유체가 상기 1차 표면에 열을 전달함으로써 냉각되도록 상기 생성물 채널의 상기 1차 표면과 열 교환 접촉 상태로 상기 생성물 채널을 통해 상기 제 1 체적보다 실질적으로 큰 제 2 체적의 생성물 유체를 통과시키는 단계를 포함한다. 동시에, 제2 체적의 생성물 유체는 생성물 유체가 1차 표면으로의 열 전달에 의해 냉각되도록 1차 표면과 열 교환 접촉 상태의 생성물 채널을 통과하며, 제2 체적이 제1 체적에 비해 실질적으로 크다. 증발성 액체의 증발에 의해서가 아니라 2차 표면으로부터의 전도에 의해 작동 유체가 가열되는 것을 보장함으로써, 실질적으로 보다 큰 체적의 유체가 주어진 체적의 작동 유체에 대해 냉각될 수 있다. 작동 유체로의 이러한 열의 전도는 특히 2차 표면 상의 핀과 같은 열 전달 요소의 존재에 의해 향상될 수 있다.
본 발명의 추가의 양상에 따라, 대체로 상술한 바와 같은 증발식 열 교환기를 포함하는 냉각 및 열 회수 장치가 제공되는데, 이러한 냉각 및 열 회수 장치는, 생성물 채널이 제 1 환경에서 제 2 환경으로 생성물 유체의 유동을 제공하며, 서로 열 교환 접촉 상태인 하나 이상의 생성물 채널 및 작동 채널을 구비하는 증발식 열 교환기와, 제 2 환경으로부터 상기 제 1 환경으로 재순환 유체의 유동을 제공하는 재순환 채널과, 그리고 재순환 유체로부터 열 회수용 작동 채널로 재순환 채널을 선택적으로 연결시키는 전환 장치를 포함한다.
아래에, 단지 첨부된 도면을 참조하여 실례를 통해 본원의 실시예를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 증발성 열 교환기의 개략도이다.
도 2는 생성물 채널로서 사용하기 위한 열 교환 요소의 사시도이다.
도 3은 재순환 채널을 갖춘 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발성 열 교환기의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제3 및 바람직한 실시예의 외부 사시도이다.
도 5는 도 4의 실시예의 내부의 정면도이다.
도 5A는 채널의 상단부를 나타내는 도 5의 상세부의 부분적으로 절단된 사시도이다.
도 5B는 채널의 하단부를 나타내는 도 5의 상세부의 확대 정면도이다.
도 6은 Ⅵ 방향으로 절단된 도 4의 실시예의 내부의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예의 외부 사시도이다.
도 1은 본 발명에 따른 증발성 열 교환기(1)의 개략도이다. 열 교환기(1)는 전체적으로 긴 하우징(2)을 포함하며, 이 하우징(2) 안으로 작동 채널(4)이 연장된다. 다수의 생성물 채널(6)도 하우징(2)을 통과하며, 생성물 채널(6) 및 작동 채널(4)이 서로로부터 대체로 평행하게 이격되어 있다. 작동 채널(4) 및 생성물 채널(6) 각각은 각 채널의 내부 상에 위치한 각자의 1차 표면(8, 10), 및 각 채널의 외부 상에 위치한 각자의 2차 표면(12, 14)을 구비한다. 작동 채널(4) 및 생성물 채널(6) 모두에는 핀(fin) 형태의 복수의 열 전달 요소(15)가 제공된다.
작동 채널(4)은 제1 단부(18)와 인접하게 하우징(2)의 외부에 위치되는 입구(16)를 구비한다. 작동 채널(4)로부터의 출구(20)는 제2 단부(22)와 인접하게 하우징(2) 내부에 위치된다. 하우징(2)에는 또한 제1 단부(18)와 인접하게 배출구(24)가 제공된다. 따라서, 입구(16)로부터 작동 채널(4)의 1차 표면(8, 10)을 따라 그리고 출구(20)의 외부로 작동 유체가 유동하기 위한 작동 회로가 형성된다. 이때, 작동 유체는 하우징(2)의 내부를 통해 복귀하며 배출구(24)를 통해 유출된다. 작동 유체가 하우징(2)을 통해 복귀될 때, 이 작동 유체는 작동 채널(4) 및 생성물 채널(6) 모두의 2차 표면(12, 14) 위로 유동한다.
생성물 채널(6)은 또한 하우징(2)의 제1 단부(18)의 외부에 위치하는 입구(26) 및 제2 단부(22)이 외부에 위치하는 출구(28)를 구비한다. 따라서, 생산물 회로는 생상물 유체가 하우징(2)의 외부로부터 입구(26)를 통해 생성물 채널(6)의 1차 표면(10)을 따라 출구(28)의 외부로 유동하도록 형성된다.
또한, 하우징(2)에는 2차 표면(12, 14)으로 증발성 액체를 제공하는 액체 공 급 장치(30)가 제공된다.
작동 채널(4) 및 생성물 채널(6)은 종방향 전도에 대해 각각의 1차 표면(8, 10)과 2차 표면(12, 14) 사이에서 횡방향 열 전달이 용이하게 하도록 형성된다. 이것은 횡방향 열 전달이 억제되지 않도록 충분히 얇은 낮은 열 전도도를 갖는 박막을 사용하여 채널을 형성함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 바람직하게 이 채널은 특히 박막을 가로지르는 횡방향으로 열을 잘 전도시키는 물질로 형성된다. 이들 채널(4, 6) 상에 제공되는 열 전달 요소(15)는 이러한 횡방향 열 전달을 증가시키도록 작용하며 바람직하게 양호한 열 전도 물질로 이루어진다.
증발식 열 교환기(1)의 작동은 다음과 같이 실시된다. 작동 유체(A1)의 스트림이 작동 채널(4)의 입구(16)에 제공된다. 이 작동 유체(A1)는 1차 표면(8) 위로 인도된다. 열 전달 요소(15)는 작동 유체가 냉각되도록 작동 유체로부터 멀리 열을 전달한다. 아래에 설명하듯이, 작동 유체로서의 공기는 1차 표면(8) 위로 통과한 후 거의 이슬점 온도로 냉각될 것이다. 이 온도에서, 공기는 완전히 포화되며 물 응축없이 더 냉각될 수 없다. 1차 표면(8)을 통과한 후, 냉각된 공기는 출구를 통해 유동(A2)으로서 유출되고, 하우징(2)을 통해 제1 단부(18)의 방향으로 복귀하게 된다. 이 동안, 작동 유체는 생성물 채널(6) 및 작동 채널(4) 모두의 2차 표면(12, 14) 위로 통과한다.
액체 공급 장치(30)의 작동에 의해 다량의 증발성 액체가 공급되어 2차 표면(12, 14)의 습윤화를 야기한다. 2차 표면(12, 14) 위로 통과하는 작동 유체(A2) 는 열 전달 요소(15)에 의해 1차 표면(8)으로부터 전달되는 열을 흡수한다. 작동 유체(A2)가 이슬점으로부터 멀어져 데워지면, 이 작동 유체(A2)는 증발성 액체의 증발에 의해 추가의 액체를 흡수할 수 있다. 이 동안, 잠열이 흡수된다. 액체가 주로 습윤화된 2차 표면(12)으로부터 증발되고 작동 액체 내부의 액적으로부터는 증발되지 않는 것을 보장함으로써, 이러한 잠열은 1차 표면(8) 위로 유동하는 작동 유체(A1)의 일부분으로부터 추가의 열 전달을 발생시킨다. 작동 유체(A2)도 생성물 채널(6)의 2차 표면(14) 위로 유동하며 유사한 방식으로 2차 표면(14)을 냉각시킨다. 1차 표면(10)과 접촉하면서 생성물 채널(6)을 통과하는 생성물 스트림(B1)도 냉각되며, 출구(20)의 작동 유체(A1)와 실질적으로 동일한 온도의 유동(B2)으로서 출구(28)로부터 유출된다. 작동 유체는, 습기에 의해 완전히 포화되며 입구 상에서의 온도와 실질적으로 동일한 온도를 갖는 유동(A3)으로서 출구(24)를 통해 하우징(2)에서 배출된다.
액체의 증발의 잠열은 대개 그 액체의 비열 보다 실질적으로 크기 때문에, 2차 표면(12, 14)에서 액체의 증발에 의해 작동 유체 안으로 흡수되는 열은 제 1 부피의 작동 유체를 냉각시킬 뿐만 아니라 적어도 2개의 부피의 생성물 스트림을 냉각시키기에 충분하다. 도 1에 의하면, 단일 작동 채널(4)은 2개의 유사한 크기의 생성물 채널(6)을 냉각시키는 기능을 한다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서라면 이러한 비(ratio)는 다른 균등한 방법으로 달성될 수 있다. 열 전달을 위한 충분 한 표면적이 사용될 수 있다면, 예컨대 작동 유체의 유동 횡단면의 2배에 해당하는 단일 생성물 채널이 사용될 수 있다. 또한, 작동 채널을 통과하는 유동은 생성물 채널을 통과하는 유동과 분리되므로, 유량의 차(difference)도 동일한 효과를 위해 사용될 수 있다. 이러한 유량의 차는 또한 채널 사이의 열 전달을 조율하는데 사용될 수도 있다. 대안으로 또는 추가로, 채널의 분리로 인해, 상이한 열 용량을 갖는 상이한 유동이 사용될 수 있다.
본 발명의 주요한 장점에 의하면, 입구(16)로부터 배출구(24)로 필수적으로 폐회로 주위로 작동 유체(A)가 유동함을 유의해야 한다. 또한, 입구(16) 및 배출구(24)는 서로에 대해 인접하여 위치된다. 이러한 방법으로, 입구/배출구에서 우세한 압력 조건들이 작동 유체(A)의 순환에 거의 또는 아무런 영향을 미치지 않을 것이다. 이것은 입구 또는 배출구에서의 국부적인 압력 조건들이 장치의 기능에 불리하게 영향을 미칠 수 있는 실제 상황에서 이러한 증발식 열 교환기의 설치에 있어 상당히 중요한 고려 사항이었음을 알았다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 생성물 채널(6)은 도 2에 도시된 바와 같이 또한 국제특허출원번호 제 PCT/NL03/00153호에 개시된 바와 같이 구성될 수 있다. 도 2에서, 도 1과 동일한 도면 부호로서 유사한 구성 요소를 지시하고 있다. 도 2에 의하면, 생성물 채널(6)은 입구(26) 및 출구(28)를 갖는 대체로 관형 구성으로 형성된 박막(36)을 포함한다. 1차 표면(10)은 생성물 채널(6)의 내부에 위치하는 반면, 2차 표면(14)은 박막(36)의 외부면 상에 위치한다. 이 박막(36)은 1차 및 2차 표면 위로의 유동을 분리시키도록 작용할 수 있으며 이들 1차 및 2차 표면 사이에서 열을 전달시킬 수 있는 임의의 적절한 물질로 형성될 수 있다. 바람직하게, 박막(36)은 원하는 형상으로 용이하게 형성될 수 있으며 열 밀봉 기술에 의해 용이하게 결합될 수 있는 연질 알루미늄으로 형성된다. 박막(36)에는 1차 표면(10) 및 2차 표면(14) 모두의 위에 핀(38) 형태의 복수의 열 전달 요소가 제공된다. 핀(38)은 스트림으로의 열 전달을 위해 이용가능한 1차 표면(10) 및 2차 표면(14)의 유효 표면적을 증가시킨다. 이들 핀(38)은 또한 박막(36)으로 그리고 이 박막(36)을 가로지르는 열 전달을 향상시킨다. 이러한 이유로, 이들 핀(38)은 알루미늄과 같은 양호한 열 전도 물성을 갖는 물질로 이루어져야 한다. 박막(36) 및 핀(38)을 알루미늄으로 형성함으로써 열 전달이 최적화될 수 있다.
열 전달을 보다 향상시키기 위해, 핀(38)에는 루버(louver; 40)가 제공되는데, 이 루버(40)는 유동에 있어서의 여러 경계층을 파괴시키고 핀의 일측으로부터 타측으로의 유동을 촉진시키는 작용을 한다. 루버(40)는 또한 루버의 방향으로 열의 전도를 촉진시키는 한편 유동의 종방향으로의 열의 전도를 감소시킨다. 이러한 효과는 예컨대, 전도 브릿지(conduction bridge)에 의해 또는 루버(40)를 엇갈리게 배열함으로써 종방향으로의 전도에 추가의 장벽을 제공함으로써 보다 향상될 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로, 핀(38)은 갭(44)에 의해 종방향으로 서로로부터 분리되며 스트립(42) 내에 배열된다.
생성물 채널(6)의 2차 표면(14) 상의 핀(38)에는 영국특허출원번호 제 0324348.2호에 개시된 바와 같은 액체 보유층(도시 안됨)이 제공된다. 이 액체 보유층은 박막(36)과 멀어지는 쪽을 향하는 핀(38)의 최외각 표면 상에 적용된다. 이러한 방법으로, 2차 표면(14) 위로 유동하는 2차 스트림은 덮이지 않은 영역으로부터의 열과 덮힌 영역으로부터의 증발에 의한 잠열을 예컨대 루버(40)를 통해 핀(38)의 일측으로부터 타측으로 인도하도록 반복해서 노출된다. 이러한 액체 보유층은 다량의 액체를 보유하고 그 액체를 부분적으로 포화된 공기 스트림 안으로 버릴 수 있는 임의의 물질로 형성될 수 있다. 바람직하게, 증발성 액체로서 물과 함께 사용하기 위해, 상술한 임의의 물질은 소수성을 가지는 한편 흡습 활성도를 거의 갖지 않아야 한다. 섬유 물질과 산화 알루미늄과 포트랜드(Portland) 접합제와 같은 세라믹형 물질은 단지 표면 장력 효과에 의해서 주로 물을 보유할 수 있으므로 이들 물질이 이상적임을 알았다. 물 보유층을 형성하기 위한 예시적인 물질은 네덜란드의 랜터 비.브이.(Lantor B.V.)로부터 이용가능한 20g/m2 폴리에스테르/비스코스 50/50 혼합물이다.
도시하지는 않았지만, 작동 채널(4)은 도 2의 생성물 채널과 실질적으로 유사한 방법으로 구성될 수 있다. 이 경우, 작동 채널은 출구가 하우징의 외부로 연장되지 않아서 보다 짧을 수 있다는 점에서 생성물 채널과 다소 상이할 수 있다.
도 3은 재순환 채널을 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증발식 열 교환기(101)를 도시한다. 이 열 교환기(101)는 도 1에 도시된 방치와 대체로 유사하며, 유사한 구성 요소는 도면 부호 1을 앞에 부친 동일한 도면 부호로 지시된다.
도 3에 의하면, 열 교환기(101)는 재순환 채널(150)을 더 포함한다. 이 재순환 채널은 제 2 단부(122)로부터 하우징(102)을 통해 제 1 단부(118)로 지나간 다. 도 3에 도시된 실시예에서, 단지 하나의 생성물(106)이 도시된다. 제 1 실시예에 관해 명확하게 설명하였듯이, 각각의 작동 채널(104)에 대해 다수의 생성물 채널이 제공될 수 있다. 재순환 채널(150)에는 열 회수 바이패스(heat recovery bypass; 152)가 제공되는데, 이 열 회수 바이패스(152)는 재순환 채널(150)을 그 제 2 단부(122)와 인접한 하우징(102)의 내부와 연결시킨다. 바이패스 밸브(154)는 재순환 채널(150) 및 열 회수 바이패스(152)를 통한 유체의 유동을 제어한다.
재순환 채널(150)에는 또한 재순환 밸브(158)가 제공된 재순환 바이패스(156)가 제공된다. 재순환 바이패스(156)는 재순환 채널(150)을 제 1 단부(118)에 인접한 생성물 채널(106)에 연결시킨다. 재순환 밸브(158)는 재순환 바이패스(156) 및 재순환 채널(150)을 통한 유체의 유동을 제어한다. 밸브(154, 158)가 각각의 접합부의 교차점에 도시되어 있지만, 아래에 설명하는 바와 같은 동일한 기능을 달성하기 위해 밸브의 다른 배열 및 위치가 제공될 수도 있음은 분명하다.
사용에 있어서, 열 교환기(101)는 증발식 열 교환기(1)와 동일한 방법으로 기능할 수 있다. 그러나, 추가적으로, 재순환 채널(150)이 더 포함되어 2개의 다른 기능이 허용된다.
Ⅰ. 내부 공기의 재순환
증발식 열 교환기(101)는 예컨대 빌딩의 외부(E)로부터 생성물 채널(106)을 통해 공기(B1)를 가져와서 빌딩의 내부(I)로 온도(TP)의 공기(B2)를 공급한다. 재순환 채널(150)은 빌딩의 내부(I)로부터 외부(E)로 유동(C2)으로서 공기(C1)의 배출 을 허용한다. 정상적인 환경 하에서, 배출된 공기(C2)의 체적 유량은 유입되는 공기(B2)와 실질적으로 동일할 수 있다. 그러나, 재순환 채널(150)을 통해 배출되는 내부 공기의 온도(TI)는 생성물 채널(106)의 입구(126)로 들어오는 외부 공기(B1)의 온도(TE) 보다 실질적으로 더 냉각될 수 있다. 증발식 열 교환기(101)의 성능을 향상시키기 위해, 외부로 공기(C2)를 모두 배출시키는 대신에, 이러한 공기의 일부분(C3)이 생성물 채널(106)을 통해 내부로 되돌아서 재순환될 수 있다. 재순환되는 이 부분에 대해, 온도만이 온도(TI)에서 온도(TP)로 상승될 필요가 있다. 이러한 장치에서, 재순환 밸브(158)는 내부(I)에서 필요한 신선한 공기의 양에 따라 생성물 채널(106)에 공급하기 위해 외부 공기(B1) 및 내부 공기(C1)의 2개의 공기 스트림을 혼합시키는 혼합 장치로서 작용한다. 재순환 바이패스(156) 및 재순환 밸브(158)가 하우징의 제 1 단부에 인접하여 도시되어 있지만, 이들 밸브는 유입되는 생성물 공기(B1)가 이미 온도(TI)로 냉각되었던 중간 위치에 생성물 채널(106)과 함께 위치될 수도 있다. 대안으로, 이들 밸브는 하우징의 외부에 위치될 수도 있다.
Ⅱ. 열 회수
냉각 기간 동안, 증발식 열 교환기(101)는 열 회수 및 통풍 유닛으로서 작동될 수 있다. 빌딩의 내부(I)로부터의 온난한 공기(C1)는 외부(E)로 배출되며, 외부로부터의 신선한 공기(B1)가 생성물 채널(106)을 통해 외부로 공급될 수 있다. 재 순환 채널(150)로부터 하우징 내부로 공기 유동을 인도하도록 바이패스 밸브(154)를 개방시킴으로써, 온난한 내부 공기의 유동(C4)은 공기(C5)로서 배출구(124)를 통해 배출되기 전에 생성물 채널(106)의 2차 표면(114) 위로 유동하게 된다. 배출되는 공기(C4)로부터 2차 표면(114)을 통해 생성물 채널(106)의 1차 표면(110)으로 열 전달이 발생되며, 1차 표면(110)에서 신선한 외부 공기(B1)를 데운다. 이후, 이렇게 데워진 외부 공기(B2)가 출구(128)를 통해 빌딩의 내부(I)로 공급된다. 이러한 열 회수에 의해, 빌딩을 통풍시키기 위한 신선한 공기의 적절한 공급을 보장하면서 난방 비용을 상당히 감소시킬 수 있다. 열 회수 동안, 2차 표면을 습윤화시키는 액체 공급 장치(130)의 작동이 필요하지 않다. 그러나, 예컨대 건조한 겨울 조건 하에서 적절한 습도를 유지시키는 동안, 생성물 채널(106)의 1차 표면(110)으로의 제한된 물의 공급이 바람직할 수도 있다. 이러한 환경 하에서, 작동 채널(104)이 사용되지 않는다. 그러나, 열 회수 동안 작동 채널이 생성물 채널로서도 기능하게 하는 대안의 밸브 연결 장치를 제공할 수 있다.
열 회수 장치로서 상당히 낮은 온도 작동에 대해, 유입되는 공기(B1)에 대해 결빙 방지를 제공할 수도 있다. 이것은 예컨대 재순환 바이패스(156) 및 재순환 밸브(158)를 통해 입구에 인접한 생성물 채널(106) 안으로 소량의 방출되는 공기(C3)를 재순환시킴으로써 달성될 수도 있다. 생성물 채널(106)의 입구(126)에서(또는 배출구(124)의 둘레에서)의 결빙 방지를 위해 소형 전기 예열기(159) 또는 유사한 장치가 제공될 수 있다. 이러한 결빙 방지 방법은 습윤한 공기가 유출되는 배출구(124)가 응축되는 것을 방지하도록 작용할 수 있다. 이러한 응축은 열 전달을 배출구(124)를 통한 평평한 블록 유동 및 열 전달을 효과적으로 차단하도록 결빙되며 성장할 수도 있다.
의미있는 점으로, 열 회수 사용 동안, 생성물 채널(106)을 통한 유동은 냉각을 위한 것과 동일한 방향으로 발생된다는 점에 유의한다. 재순환 채널(150)에 대해 동일하게 적용된다. 특히 2차 표면(112, 114) 위로의 유동은 항상 하우징(102)의 내부 공간에 형성된 어떠한 오염이 빌딩의 외부로 인도되도록 배출구(124)의 방향으로 발생된다.
도 4에 의하면, 가정용 증발식 열 교환기(201)의 바람직한 실시예가 도시된다. 이 열 교환기(201)는 도 1 및 도 3에 도시된 장치와 대체로 유사하며, 유사한 구성 요소에 대해서는 도면 부호 "2"를 선행하여 기재한 동일한 도면 부호를 사용한다.
열 교환기(201)바람직하게 외벽에 대항해서 주거 공간 내에 위치하기에 적합한 대체로 직립의 하우징(202)을 포함한다. 이 하우징은 하부 제1 단부(218) 및 상부 제2 단부(222)를 갖추고 있으며, 장치를 제어할 수 있는 전면(263) 상의 디스플레이(262) 및 입력 키이(input key; 260)를 포함한다. 하우징의 전면(263)에는 또한 물 보충구(264), 및 상단부(222)의 매력적인 출구 그릴(266)이 제공된다. 하우징의 후방으로는, 덕트(268)가 빌딩의 외부로의 다수의 공기 채널을 보유한다. 재순환 덕트(270)는 주거 공간으로부터 방출되는 공기의 공급원으로의 연결부로서 기능한다.
도 5는 외부 하우징이 제거된 상태의 열 교환기(201)의 내부의 정면도를 도시한다. 열 교환기(201)의 내부에서는 다수의 생성물 채널(206)이 배열된다. 이 생성물 채널(206)은 도 2에 도시된 바와 실질적으로 동일하며 대체로 수직으로 정렬된다. 장치의 제1 단부(218)에서는, 인접하는 생성물 채널(206)의 하부 에지가 크림핑(crimping)되거나 그렇지 않으면 시임(seam; 207)에서 함께 결합되어, 결합된 생성물 입구(226)를 형성하며, 또한 생성물 채널(206)로부터 분리된 2차 채널(213)을 형성하도록 2차 표면(214)을 마감시킨다. 생성물 채널(206)의 상단부들은 하우징의 제2 단부(222)에 있는 출구 그릴(266)과 그 자체가 소통 상태인 결합된 출구(228)와 하우징 파티션(272)을 통해 소통되도록 연결된다.
증발식 열 교환기(201)는 2차 표면(212)을 갖는 추가의 2차 채널(213) 및 결합된 작동 입구(216)를 형성하도록 하부 에지에서 시임(207)에 의해 마감된 생성물 채널(206)과 유사한 구성의 2개의 작동 채널(204)를 포함한다. 상단부에서, 작동 채널(204)은 2차 채널(213)의 상단부와 소통되도록 하우징 파티션(272)에 못 미쳐서 중단되는 출구(220)를 구비한다.
생성물 유체 팬(274)은 입구(226) 바로 아래에 위치된다. 생성물 유체 팬(274)은 약 300 ㎥/h의 최대 용량을 갖는 축방향 유입 팬이며, 빌딩의 외부로부터 공기의 공급을 수용하도록 필터 챔버(277) 및 덕트(268)를 통해 생성물 입구 덕트(276)를 경유하여 연결된다. 필터 챔버(277)는 증발식 열 교환기(201) 안으로 들어오는 생성물 공기의 필터링을 위한 적절한 필터(도시 안됨)를 포함한다. 대안 으로 또는 추가적으로, 필터는 출구(228)에 또는 유동의 편리한 위치에 제공될 수 있다. 물론, 필터는 도 1 및 도 3의 실시예에도 제공될 수 있다.
2차 채널(213)로부터 배출구(224)와 소통 상태로 하우징(202)의 제1 단부(218)에 인접해서 작동 유체 팬(278)이 또한 제공된다. 이 작동 유체 팬(278)은 작동 출구 덕트(280)에 의해 덕트(268)를 통해 빌딩의 외부에 추가로 연결된다. 작동 유체 회로의 입구측에서, 입구(216)는 또한 작동 입구 덕트(281)를 경유하여 덕트(268)을 통해 빌딩의 외부에 연결된다. 도시하지는 않았지만, 입구(216)에 또한 필터가 제공될 수 있거나, 이 입구(216)가 생성물 유동으로부터 밀봉식으로 분리된 필터 챔버(277)의 섹션을 통과할 수도 있다.
도 5는 상단부에서 재순환 덕트(270)에 연결되는 재순환 채널(250)을 또한 도시한다. 재순환 채널(250)은 재순환 팬(282) 및 재순환 출구 덕트(283)를 경유하여 덕트(268)를 통해 빌딩의 외부에 연결된다. 재순환 채널(250)은 또한 재순환 밸브(258)가 제공된 재순환 바이패스(256)를 경유하여 필터 챔버(277)에 연결된다. 이러한 방법으로, 빌딩 내부 안으로 임의의 재순환 공기가 돌아서 통과되는 것이 또한 여과될 것이다. 열 회수 바이패스(252) 및 바이패스 밸브(254)(도 5에는 도시 안됨)는 선택적으로 2차 채널(213)의 상단부에 재순환 채널(250)을 연결시킨다.
2차 채널(213) 각각의 상단부에는 물 분배기(284)가 위치된다. 이 물 분배기(284)는 생성물 채널(206) 및 작동 채널(204) 모두의 2차 표면(212, 214)으로 물 강하의 제어된 공급을 제공하는 강하 형성 출구를 포함한다. 이 물 분배기(284)는 물 저장기(288)로부터 펌프(286)에 의해 물 공급부(230)로 공급된다. 2차 채널의 하단부에서, 거터(gutter; 285) 내에 과잉 물이 수집되며, 이러한 과잉 물은 드레인(289)을 통해 물 저장기(288)로 복귀된다.
도 5A에는 하우징(202)의 상단부 또는 제2 단부(222)의 상세도가 보다 상세히 도시되며, 채널(204, 206)의 연결 방법을 보여준다. 상부 매니폴드(271)는 채널(204, 206)의 상단부를 수용하며, 이 상부 매니폴드(271)에는 여러 유동의 통과를 위한 적절한 개구부가 제공된다. 작동 채널(204)이 수용되는 상부 매니폴드(271)의 영역은 하우징 파티션(272)에 의해 덮이며, 작동 채널(204)에서 나오는 작동 유체는 하우징 파티션(272)에 의해 생성물 및 유체 채널 모두의 2차 채널(213)을 경유하여 강제로 복귀된다. 상부 매니폴드(271)는 또한 물 분배기(284)를 지지한다. 이들 물 분배기는 2차 채널(213)의 상단부를 가로질러 수평으로 물을 분무하도록 배열되며, 여기서부터 2차 표면(212, 214)을 적시도록 물이 아래로 적하될 수 있다. 물 분배기로의 물의 공급은 단속적으로 이루어지는 것이 바람직하며 분무의 길이를 변화시키도록 제어된 압력으로 이루어질 수 있어서, 2차 채널(213)의 폭을 가로질러 동일하게 적신다. 적하 트래이(drip tray)는 2차 채널 위로 배열될 수 있어서, 노즐로부터의 분무를 수집하고 노즐로부터의 분무가 똑똑 떨어지는 형태로 분배되어 2차 채널 안으로의 분무를 방지한다. 공기 스트림 내의 에어로졸의 형성을 제한함으로써 냉각기의 효율적인 작동을 보장하는데 중요하며 발생될 수 있는 박테리아의 형성을 감소시킬 수 있음을 알았다.
도 5B에 하우징(202)의 제1 단부(하단부)(218)를 보다 상세히 도시한다. 하부 매니폴드(273)는 상부 매니폴드에 유사한 방법으로 채널(204, 206)을 수용한다. 하부 매니폴드(273)는 부분적으로 생성물 입구(226), 작동 입구(216) 및 배출구(224)를 형성하며, 또한 거터(285)를 형성하고, 그리고 작동 유체 팬(278)에 대한 하우징으로서 기능한다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-방향에서 본 측면도이다. 도 6은 생성물 유체 팬(274) 및 작동 유체 팬(278)을 도시하며, 모두 덕트(268)를 통해 빌딩의 외부로 나가는 생성물 입구 덕트(276), 작동 입구 덕트(281), 작동 출구 덕트(280) 및 재순환 출구 덕트(283)을 명확하게 도시한다. 도 6은 또한 2차 채널(213)의 상단부에 재순환 채널(250)을 연결시키는 열 회수 바이패스(252) 및 바이패스 밸브(254)를 도시한다.
도 4 내지 도 6의 증발식 열 교환기(201)의 작동은 도 3의 작동과 실질적으로 동일하다. 사용에 있어서, 냉각 모드에서, 펌프(286)는 2차 채널(213)의 2차 표면(212, 214)의 습윤화를 야기하는 물 분배기(284)에 물을 제공하도록 작동한다. 도 2와 연관되어 상술된 바와 같은 물 보유층은 후속되는 증발을 위한 다량의 물을 보유한다.
작동 유체 팬(278)은 빌딩의 외부로부터 작동 입구 덕트(281) 및 작동 채널(204)을 통해 안으로 작동 공기(A1)의 스트림이 인입되게 한다. 이 작동 공기(A1)는 2차 표면(212)으로부터의 물의 증발에 의해 냉각되며 이슬점에 근접한 온도를 갖는 출구(220)에서 작동 채널(204)로부터 유출된다. 이후, 이러한 작동 공기(A1)는 하우징 내부에서 모든 2차 채널(213)로 분배되며, 유동(A2)이 2차 표면(212, 214)으로부터 증발이 발생되게 유도할 때 이러한 2차 채널(213)을 통해 아 래 방향으로 복귀된다. 그러면, 습기를 갖는 공기(A3)가 배출구(224) 및 작동 유체 팬(278)을 통해 작동 출구 덕트(280)를 경유하여 빌딩의 외부로 유출된다. 상술한 바와 같이, 작동 공기 유동은 작동 입구 덕트(281)로부터 서로 인접하여 위치된 작동 출구 덕트(280)로 실질적으로 완전한 회로를 따라간다. 이러한 상황에서, 빌딩의 외부에서 우세한 국부 압력 조건은 이러한 순환에 전혀 또는 거의 영향을 주지 않을 수 있으며, 유동의 조절은 예컨대 작동 유체 팬(278)의 조절에 의해 용이하게 달성될 수 있다.
작동 공기(A)가 증발식 열 교환기(201)를 통해 순환함에 따라, 생성물 유체도 작동하게 된다. 신선한 공기(B1)가 빌딩의 외부로부터 생성물 입구 덕트(276) 및 필터 챔버(277)를 통해 안으로 인입되며, 결합된 생성물 입구(226)에 생성물 공기로서 공급된다. 이후, 생성물 공기는 생성물 채널(206)을 통과하면서 2차 표면(214)으로부터 발생되는 증발에 의해 냉각된다. 이 생성물 공기는 생성물 채널(206)에서 유출되며, 이슬점에 근접한 온도의 유동(B2)으로서 출구(228) 및 출구 그릴(266)을 경유하여 빌딩 내부로 공급된다.
빌딩 내부로의 생성물 공기의 진입은 빌딩 내부로부터의 공기의 대응하는 외측 유동과 균형을 이루어야 한다. 이러한 공기는 "누출물(leakage)"로서 빌딩 내에 존재하는 자연적인 개구부를 통해 유출될 수 있다. 대안으로, 재순환 출구 덕트(283)를 통해 공기(C2)를 배출시키기 위해 재순환 입구(도시 안됨)로부터 재순환 채널(250)을 통해 공기(C1)를 끌어 들이는 것은 재순환 팬(282)의 작동에 의해 제어될 수 있다. 재순환 팬(282)을 통해 유동을 조절함으로써, "누출물"과 재순환 출구 덕트(283)를 통해 유출되는 공기(C2) 사이의 관계가 제어될 수 있다. 증가된 "누출물" 유동이 보다 큰 냉각의 분포와 연관될 것이며 재순환 출구 덕트(283)를 경유한 증가된 유동이 생성물 유동(B2)의 냉각 효과를 국부적으로 유지하게 하므로, 이러한 제어는 증발식 열 교환기(201)에 의해 냉각되는 빌딩의 규모를 결정할 수 있다.
열 회수 모드에서의 작동에 대해, 바이패스 밸브(254)는 열 회수 바이패스(252)를 통해 2차 채널(213)의 상단부에 재순환 채널(250)을 연결시킨다. 온난한 내부 공기(C1)는 생성물 공기(B1)를 가열시키면서 2차 채널(213)을 통해 유동한다. 이러한 모드에서, 내부 공기(C2)는 작동 출구 덕트(280)를 경유하여 배출구(224) 및 작동 유체 팬(278)을 통해 작동 공기(A3)를 대신해서 빌딩의 외부로 유출될 것이다. 작동 채널(204) 및 재순환 출구 덕트(283)는 사용될 필요가 없지만, 적절한 밸브 연결에 의해 열 회수 모드에서 생성물 유체에 대해 사용될 수도 있다. 도 3과 관련하여 설명한 바와 같은 결빙 방지를 위해, 재순환 밸브(258)를 통해 생성물 채널(206)로 재순환 바이패스(256)를 경유하여 공기(C3)의 유동이 제공될 수 있다.
도 7은 대안의 가정용 증발식 열 교환기(301)의 외부 사시도를 도시한다. 이 열 교환기(301)는 도 4 내지 도 6에 도시된 장치(201)와 내부적으로 유사한 구조를 가지며 단지 외부의 상세도를 추가로 설명할 것이다.
열 교환기(301)는 어린이의 침실 내의 위치에 특히 적합한 대체로 직립의 하우징(302)을 포함한다. 본 실시예에 의하면, 하우징(302)의 상단부(322)에 어린이 캐릭터 형태의 물 저장기(388)가 제공된다. 이 물 저장기(388)는 보충을 위해 제거가능하며, 물 높이가 용이하게 관찰되도록 부분적으로 투명하다. 물 저장기의 보충은 가족 중 보다 어린 구성원조차에게도 단순하고 매력적인 작업이 된다. 대안의 형태의 물 저장기가 제공될 수 있으며, 또한 예컨대 입(mouth) 형태의 충진 개구부를 포함할 수도 있다.
상술한 실례는 본 발명의 바람직한 실시예를 도해하지만, 여기 첨부되는 청구의 범위에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 정신과 범위 내에 속하는 다양한 다른 장치가 고려될 수도 있다. 특히, 도시된 증발식 열 교환기는 빌딩 내부에서의 사용을 위해 설명되었지만, 이들 열 교환기는 차량 또는 임시 주거시설과 같은 다른 구조물 내부에서도 사용될 수 있다. 이들 열 교환기는 또한 외부에 위치되고 덕트가 빌딩의 내부 안으로 통과될 수도 있다. 또한, 작동 유체 회로의 유리한 배열로 인해, 예컨대 가요성 덕트에 의해 연결된 이동식 장치와 같이, 증발식 열 교환기가 외부 공기의 공급원으로부터 일정 거리 떨어져서 위치될 수도 있다.
증발식 열 교환기에는 알러지 환자를 위한 개선된 필터 시스템, UV 처리, 향수 또는 기초 오일 분배기, 및 생성물 공기의 이온화를 제공하는 이온화 장치와 같은 다른 장치와 결합될 수도 있거나, 다른 기능이 제공될 수 있다. 증발식 열 교 환기는 예컨대 컴퓨터 부하에 기초하여 적절한 냉각을 제공하도록 컴퓨터 장치와 연결하여 사용될 수도 있다.

Claims (24)

  1. 증발식 열 교환 장치로서,
    1차 표면 및 2차 표면을 포함하는 하나 이상의 작동 채널과,
    상기 작동 채널 각각에 대해, 1차 표면 및 2차 표면을 포함하는 복수의 생성물 채널과, 그리고
    상기 2차 표면들에 증발성 액체를 제공하는 액체 공급부를 포함하며,
    생성물 액체가 상기 생성물 채널들의 1차 표면들과 열 교환 접촉 상태로 상기 생성물 채널을 통해 순환되며, 상기 작동 채널의 상기 1차 표면은 작동 유체가 상기 작동 채널의 1차 표면 위로 먼저 유동한 후 2차 표면 위로 유동하도록 상기 작동 채널 및 상기 생성물 채널 모두의 상기 2차 표면과 유동 소통 상태인,
    증발식 열 교환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2차 표면들로부터 상기 작동 유체로 열을 전달하기 위해 상기 2차 표면들 상에 위치하는 열 전달 요소를 더 포함하는,
    증발식 열 교환 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 생성물 유체 및 상기 작동 유체 각각으로부터 상기 1차 표면들로 열을 전달하기 위해 상기 생성물 채널 및 상기 작동 채널의 상기 1차 표면들 상에 위치하는 열 전달 요소를 더 포함하는,
    증발식 열 교환 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 채널이 관형 박막을 더 포함하며, 상기 1차 표면이 상기 관형 박막의 내부 상에 위치하고 상기 2차 표면이 상기 관형 박막의 외부 상에 위치하는,
    증발식 열 교환 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생성물 채널이 관형 박막을 더 포함하며, 상기 1차 표면들이 상기 관형 박막의 내부 상에 위치하고 상기 2차 표면들이 상기 관형 박막의 외부 상에 위치하는,
    증발식 열 교환 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    하우징을 더 포함하며,
    상기 생성물 채널이 상기 하우징 내부에 위치함으로써, 상기 하우징과 상기 작동 채널 및 상기 생성물 채널 사이의 내부 공간이 상기 2차 표면들 위로 상기 작동 유체가 유동하기 위한 유동 영역을 형성하는,
    증발식 열 교환 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 작동 채널은 상기 하우징의 외부와 소통하는 입구, 및 상기 내부 공간과 소통하는 출구를 구비하는,
    증발식 열 교환 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 2차 표면들 위로 통과된 후의 상기 작동 유체의 배출을 위해 상기 하우징의 외부와 상기 내부 공간을 소통시키는 배출구를 구비하는,
    증발식 열 교환 장치.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    재순환 채널을 더 포함하며,
    상기 하우징은 상기 2차 표면들 위로의 유동을 위해 상기 재순환 채널로부터 상기 내부 공간 안으로의 재순환 유체의 유입을 선택적으로 허용하는 열 회수 바이패스를 구비하는,
    증발식 열 교환 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열 회수 바이패스는 냉각 모드에서의 상기 작동 채널의 상기 1차 표면과 열 회수 모드에서의 상기 재순환 채널 사이에서 상기 2차 표면에 공급되는 유체의 공급원을 전환시키기 위한 바이패스 밸브를 포함하는,
    증발식 열 교환 장치.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생성물 채널은 상기 하우징의 외부와 각각 소통되는 입구 및 출구를 구비하는,
    증발식 열 교환 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    재순환 채널을 더 포함하며,
    상기 생성물 채널의 입구에 상기 재순환 채널을 선택적으로 연결시키는 혼합 장치를 더 포함하는,
    증발식 열 교환 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생성물 채널을 통한 생성물 유체의 재순환을 야기시키기 위한 생성물 유체 순환 장치를 더 포함하는,
    증발식 열 교환 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 생성물 유체의 유동을 적어도 부분적으로 균형을 맞추기 위해 균형 유동의 유체의 재순환 채널을 통한 재순환을 야기시키기 위한 균형 유동 재순환 장치를 더 포함하는,
    증발식 열 교환 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 채널을 통해 그리고 상기 내부 공간을 통해 상기 작동 유체의 순환을 야기시키기 위한 작동 유체 순환 장치를 더 포함하는,
    증발식 열 교환 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 채널 및 상기 생성물 채널은 대체로 평행하며, 상기 작동 유체 및 상기 생성물 유체가 상기 작동 채널 및 상기 생성물 채널을 통해 제 1 방향으로 각각 유동한 후, 상기 작동 유체가 상기 제 1 방향과 실질적으로 반대인 제 2 방향으로 상기 2차 표면들 위로 유동하는,
    증발식 열 교환 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 재순환 채널은 상기 생성물 채널과 대체로 평행하며, 상기 재순환 채널을 통한 유동은 상기 제 2 방향으로 발생되는,
    증발식 열 교환 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차 표면들을 적어도 부분적으로 덮는 액체 보유층을 더 포함하며, 상기 액체 보유층은 상기 2차 표면들과 상기 작동 유체 사이에 열 전도가 발생하게 하는,
    증발식 열 교환 장치.
  19. 1차 표면 및 2차 표면을 구비하는 작동 채널, 및 1차 표면 및 2차 표면을 구비하는 생성물 채널을 포함하는 증발식 열 교환 장치 내의 생성물 유체를 냉각시키는 방법으로서,
    상기 2차 표면들에 증발성 액체를 제공하는 단계와,
    입구 온도로부터 이슬점 온도에 근접하도록 상기 작동 유체를 냉각시키기 위해 상기 작동 채널의 상기 1차 표면과 열 교환 접촉 상태로 상기 작동 채널을 통해 제 1 체적의 작동 유체를 통과시키는 단계와,
    상기 1차 표면들 각각으로부터 상기 2차 표면들 각각으로 열이 전달되게 하는, 상기 2차 표면들로부터의 전도에 의한 상기 증발성 액체의 상기 작동 유체로의 증발과 상기 작동 액체의 가열을 야기하도록 상기 작동 채널 및 상기 생성물 채널 모두의 상기 2차 표면 위로 상기 작동 유체를 통과시키는 단계와, 그리고
    상기 생성물 유체가 상기 1차 표면에 열을 전달함으로써 냉각되도록 상기 생성물 채널의 상기 1차 표면과 열 교환 접촉 상태로 상기 생성물 채널을 통해 상기 제 1 체적보다 실질적으로 큰 제 2 체적의 생성물 유체를 통과시키는 단계를 포함하는,
    증발식 열 교환 장치 내의 생성물 유체의 냉각 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 작동 유체는 상기 1차 표면들 위로의 유동에 대해 실질적으로 반대 유동으로 상기 2차 표면들 위로 유동하는,
    증발식 열 교환 장치 내의 생성물 유체의 냉각 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 제 2 체적은 상기 제 1 체적의 3배 이상인,
    증발식 열 교환 장치 내의 생성물 유체의 냉각 방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발성 액체는 상기 제 2 표면에 단속적으로 제공되는,
    증발식 열 교환 장치 내의 생성물 유체의 냉각 방법.
  23. 냉각 및 열 회수 장치로서,
    서로 열 교환 접촉 상태인 하나 이상의 생성물 채널 및 작동 채널을 구비하는 증발식 열 교환기로서, 상기 생성물 채널이 제 1 환경에서 제 2 환경으로 생성물 유체의 유동을 제공하는, 증발식 열 교환기와,
    상기 제 2 환경으로부터 상기 제 1 환경으로 재순환 유체의 유동을 제공하는 재순환 채널과, 그리고
    상기 재순환 유체로부터 열 회수용 상기 작동 채널로 상기 재순환 채널을 선택적으로 연결시키는 전환 장치를 포함하는,
    냉각 및 열 회수 장치.
  24. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 증발식 열 교환 장치를 포함하는, 제23항에 따른 냉각 및 열 회수 장치.
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