KR20100028025A - 건조 장치를 사용하는 습기 제어 시스템 - Google Patents

건조 장치를 사용하는 습기 제어 시스템 Download PDF

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아토 도라마지안
존 앨런 고잉
폴 딘아게
리차드 태프트
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문터스 코포레이션
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Abstract

인클로져(enclosure)에 대한 습기 제어 시스템은 처리 공기 덕트와 재생 공기 덕트, 인클로져로부터의 리턴 공기 및/또는 대기 공기를 처리 공기 덕트로 공급하기 위한 수단과 대기 공기를 재생 덕트로 공급하기 위한 수단을 갖는 하우징을 포함한다. 건조 휠이 상기 덕트를 통해 상기 하우징 내에 회전용으로 회전가능하게 장착되어, 처리 공기 덕트 내 수분을 흡수하고 재생 덕트 내에 수분을 방출한다. 상기 건조 휠의 상류에 있는 상기 재생 덕트 내의 콘덴서 코일을 포함하는 냉각 시스템은 열 교환기와, 상기 콘덴서 코일과 상기 열 교환기 사이에서 접속되어 재순환 유체 루프로부터 상기 재활성화 공기 스트림으로 열을 이동시키기 위한 재순환 유체 루프를 포함하는 가열 펌프에 접속된다.
습기 제어 시스템

Description

건조 장치를 사용하는 습기 제어 시스템{Humidity control system using a desiccant device}
본발명은 2007년 5월 30일에 출원된 미국 가출원 제 60/924,764호에 대해 우선권을 주장한다.
본발명은 습기 제어 시스템, 특히 건조 장치의 재생을 보조하기 위해 저급 폐열을 사용하는 습기 제어 시스템에 관한 것이다.
실내 시설에서의 습기 수준을 쾌적한 수준으로 유지하는 공기 처리 시스템을 제공하기 위한 다양한 시스템이 제안되어 있다. 이들 중 특정 시스템은 얼음 표면이 동결 온도에서 유지되는 아이스링크, 또는 대형 얼음 시설로부터 폐열을 이용가능한 저온 저장 시설과 같은 기타 응용용도에 사용되도록 특히 설계된다. 그러한 시스템은 대표적으로는 직접 증발 타입의 일차 냉장 시스템에 의해 냉각되는 액체 냉각 루프를 사용한다. 그러한 시스템은 예를 들면 미국특허 제 6,321,551호에 개시되어 있는데, 여기서는 처리 공기를 건조시키기 위해 아이스링크 코일에 접속된 탈습기 단위가 사용된다. 또다른 그러한 시스템이 미국특허 제 6,935,131호에 개시되어 있는데, 이 시스템은 처리 공기 스트림 내의 탈수기 단위에, 일차 냉각 단위의 압축기로부터의 폐열 라인에 커플링되는 재가열 코일을 보충한다. 이 재가 열 코일은 건조 휠의 재생부에 공급되는 재생 공기를 가열하여 건조 매체의 용량을 증가시켜 처리 공기 스트림으로부터의 추가의 습기를 제거한다. 이 재가열 코일 시스템은 액체 냉각 시스템에 접속되는 탈습 시스템의 처리 공기부 내의 탈습 코일과 함께 사용된다.
본발명의 한 양상에 따르면 탈습 시스템의 건조 단위에 공급되는 재생 공기를 재가열하기 위한 재활성화 회로가 제공된다. 이 재활성화 회로는 직접 증발 냉각 회로에 대한 증발기로서 작용하고, 콤프레서와 냉각 열 교환기(물, 식염수 또는 기타 냉매 사용)를 포함하는 직접 증발 냉각 회로에 접속되는 재활성화 공기 냉각 콘덴서 코일/탈습기 코일로 구성된다. 이 재활성화 회로는 물 공급원 열 펌프로서 작용하여 얼음 시트를 동결시키는 이차 냉각 회로에서 액체 냉각제로부터 열을 추출시킨다. 저급(85-95℉의 저온) 열은 이차 냉각 시설로부터 거부되고 재활성화 회로에 의해 추출되어 공기 냉각 콘덴서 코일을 통해 고급 열(115-130℉의 고온)을 발생시켜 건조 물질을 재생한다. 가열된 열은 건조제로부터 수분을 쫓아내어 대기 중으로 방출시킨다.
따라서, 본발명의 또다른 양상에 따르면, 아이스링크 등을 포함하는 내부 공간 또는 인클로져로 순환되는 리턴 공기 또는 리턴 공기와 신선한 공기는 건조 물질에 의해 연속 공정으로 탈습된다. 바람직하게는 건조제는 공급 처리 공기 스트림과 재활성화 공기 스트림 모두를 통해 회전하는 건조 휠이다. 탈습 코일은 탈습기 휠의 재생부의 상류에 있는 재활성화 공기 스트림 내에 위치하고, 일련의 콤프레서를 갖는 직접 증발화 냉각 회로에, 이후 별도의 공기 냉각 콘덴서 코일에 접속된다. 이 시스템에 의해, 만약 인클로져 습기 수준이 증가하여, 리턴 공기 및/또는 리턴 공기와 신선 공기 습도의 조합이 소정의 수준 이상이 되면, 제 2 단계 콤프레서가 작동되어 건조 휠에 도달하기 이전에 공기를 냉각 및 탈습시킨다. 만약 건조제 내로 들어가는 공기의 습도가 계속 증가하면 제 3 및 제 4 단계 콤프레서도 연속적으로 구동된다. 리턴 공기 습도가 제어된 설정치로 되돌아가면, 콤프레서는 반대 순으로 꺼지고 탈습기는 결국 탈-작동된다.
본발명의 더욱 일반적인 실시예에서, 건조제 재생 또는 재활성화 공기 스트림을 가열하는 압축 코일에 대한 열을 발생시키는 냉각 회로는 대기 온도로부터 탈-커플링되는 저급 액체 가열 루프와 커플링된다. 이것은 시스템이 대기 조건에 제한되지 않고 주변 대기 온도와는 독립적으로 적절한 재활성화 온도의 제어가 가능하다는 것을 의미한다. 따라서, 물, 글리콜 또는 식염수 루프는 상기한 얼음 시트 냉각 시스템과 같은 2차 냉각 루프로부터 거부된 열에 한정될 필요 없이, 공지된 태양열 루프, 냉각 타워, 지하수 루프, 기타 거부 열냉각 루프, 또는 1년 내내 45℉ 내지 95℉의 온도에서 유지되도록 설계되는 어떠한 루프도 포함한다. 예를 들면, 저온에서 태양에 의해 가열된 물을 사용하는 저급 태양열 루프도 사용될 수 있다.
본발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 읽어야되는 예시적 실시예의 다음 상세한 설명으로부터 명백한데, 도면 중:
도 1은 본발명에 따른 탈습기 시스템의 모식도이고;
도 2는 본발명에서 사용되는 냉장 시스템 중 하나의 더욱 상세한 모식도이다.
도 1에서 보여진 바와 같이, 본발명의 시스템(10)은 인클로져 공간 또는 건축물(도시되지 않음) 내에 위치하는 아이스 시트(14)를 동결시키기 위한 냉장 시스템(12)을 포함한다. 이 시스템(10)은 인클로져로부터 오고 팬(20)의 작동에 의해 인클로져로 되돌아가는 리턴 공기 스트림(18)의 습도를 제어하도록 작동가능한 습기 제어 단위(16)을 추가로 포함한다. 필요한 경우, 일정 비율의 신선한 공기를 통상의 방법으로 덕트(22)를 통해 리턴 공기 스트림 내로 도입할 수 있다.
냉장 시스템(12)은 아이스 링크 또는 아이스 시설(14) 등의 바닥에 위치하고 공급 및 리턴라인(26, 28)과 펌프(29)에 의해 증발기(30)에 접속되는 코일 세트(도시되지 않음)를 포함하는 액체 냉각제 2차 냉장 시스템(24)을 포함한다.
증발기(30)는 라인(38)에 의해 증발기(30) 내의 코일에 접속되는 콘덴서(34)와 콤프레서(36)를 포함하는 1차 냉장 시스템(32)의 일부를 형성한다. 1차 냉장 시스템은 증발기 내의 액체 냉장 시스템으로부터의 열을 흡수하고 콘덴서(34) 내의 열을 대기로 방출하는 종래의 직접 증발 시스템이다. 1차 냉장 시스템(32)은 라인(42,44)에 의해 냉장 라인(38)에 접속되는 추가적인 열교환기(40)를 포함한다. 이 열교환기는 역시 직접 증발 냉각 시스템인 제 3 냉장 시스템(50)에 대해 증발기로서 작용한다. 시스템(50)은 습기 제어 장치(16)의 하우징(54) 내에 위치하는 콤 프레서(52)를 포함한다. 이 장치는 종래의 벽과 조절장치(baffling)에 의해 서로 분리되는 재생 공기 덕트(56)와 처리 공기 덕트(58)를 포함한다.
탈습 시스템(16)은 하우징 내에 회전가능하게 장착된 공지의 축조물의 건조 휠 장치(60)를 포함하여 재생 덕트(56) 내에서 재생되고 처리 공기 덕트(58) 내에서 공기를 탈습한다. 건조 휠은 공지의 축조물이고 공지의 방법에 의해 회전가능하게 장착된다.
재생 공기는 팬(64)에 의해 하우징(54) 내의 개구(62)를 통해 대기로부터 냉각 덕트(56) 내로 인출되어, 건조 휠을 통과한 후 대기로 방출된다.
냉각 시스템(50)은 냉각 덕트(56) 내의 건조 휠의 상류에 장착되는 콘덴서 코일(66)을 포함한다. 이 코일은 냉각 라인(68)에 의해 콤프레서(52)에 접속되고, 콤프레서(52)는 다시 라인(70)에 의해 열 교환기(40)에 접속된다.
인클로져에 공급되는 리턴 공기 및/또는 리턴 공기와 신선 공기를 탈습할 필요가 있을 때에는, 콤프레서(52)가 작동하여 콘덴서로부터의 냉각된 냉각제를 열 교환기(40)에 공급한다. 라인(70) 내 냉각제의 온도는 열 교환기(40) 내에서(라인(42)으로부터 열 교환기(40)를 통해 라인(44)으로 흐르는 라인(38) 내 냉각제에 의해) 상승하고, 냉각제가 압축되는 콤프레서(52)로 리턴되고, 가열되고, 콘덴서 코일(66)에 공급된다. 콘덴서 코일 내에서 냉각제는 덕트(62)로 들어오는 공급 공기에 의해 냉각되고 열을 재생 공기로 옮기고, 이 재생 공기는 대기로 방출되기 전에 회전 건조 휠(60)의 재생부 내로 들어간다. 결과적으로, 얼음 냉각 시설 등으로부터 거부된 저급 열(45℉ 내지 95℉에서 루프(24, 28) 내 액체로부터)의 일부는 이 가열 펌프 배치물에 의해 추출되어 공기 냉각된 콘덴서 코일을 통해 고급 열(예를 들면 105 내지 135℉에서 라인(68) 내 액체)을 발생시켜 건조 휠을 재생시킨다. 이 가열된 공기는 건조제로부터 습기를 쫓아내고 건조제를 재생시킨다. 또한 시스템(32) 내 냉각제의 냉각에도 기여한다.
공급과 재활성화 공기 스트림을 통해 건조 휠이 회전함에 따라 상기 탈습 공정이 연속한다. 그렇지만, 만약 링크 습기 수준이 소정점 이상으로 상승하여 추가적인 탈습이 필요하면, 리턴 공기 및/또는 신선공기/리턴 공기가 건조 휠을 통과하기 이전에 추가적인 탈습을 제공하기 위해 습기 제어 장치(16)가 배치된다. 도 2로부터 가장 명백히 보여진 바와 같이, 이를 달성하기 위해, 탈습기는 다중 콤프레서(82, 83, 84)에 접속되는 추가의 냉각 회로(80)를 포함하고, 다중 콤프레서(82, 83, 84)는 라인(86)에 의해 탈습 코일(88)과, 하우징(54)의 한 말단에 장착된 공기 냉각된 콘덴서 코일(90)에 접속된다. 따라서, 건조 휠이 자체적으로 공급할 수 있는 범위를 넘어서서 추가적인 탈습이 필요한 때에는, 콤프레서(82)가 작동하여 압축 냉각제를 탈습 코일에 공급하고, 탈습 코일은 공기가 건조 휠 장치 내로 들어가기 전에 공기로부터 수분을 제거한다. 동시에, 공기가 전조 휠에 도달하기 이전에 공기를 냉각시킨다. 냉각제에 의해 탈습 코일 내 공기로부터 흡수된 열은 팬(92)에 의해 냉각된 압축 코일(90) 내에서 대기로 방출되고, 콤프레서(82)로 되돌아간다. 만약 탈습이 더 필요하면, 제 2 및 제 3 단계 콤프레서(83 및 84)를 작동시킬 수 있다.
도 2에서 가장 명백히 보여진 바와 같이, 냉각 회로(80)는 개별 냉각 회로 내에 코일(88, 80)의 서로 다른 부분을 사용하는 실제로 세 개의 독립적인 냉각 회로이다. 따라서, 콤프레서(82)는 선(82')에 의해 코일부(88' 및 90')에 접속되고; 콤프레서(83)는 선(83')에 의해 코일부(88" 및 90")에 접속되고; 콤프레서(84)는 선(84')에 의해 코일부(88" 및 90")에 접속된다. 각 회로는 필요에 따라 별도로 동작된다. 이런 식으로 리턴 공기가 건조 휠 내로 들어가기 이전에 냉각 및 탈습시킴으로써, 처리 공기 스트림으로부터 추가로 수분을 제거하기 위한 건조 휠의 용량은 증가되고, 리턴 공기는 이 휠에 의해 소정의 처리 리턴 온도까지 재가열된다.
필요한 경우 또는 바람직한 경우, 처리 공기의 일부 또는 전부는 업계에 공지된 바와 같이 적절한 배관(100)을 사용하여 건조 휠을 경유하도록 만들어질 수 있다. 또한, 적절한 온도 및 습기 센서 및 관련 제어부를 제공하여 업계의 숙련가에게 일어나는 바와 같이 다양한 콤프레서를 선택적으로 활성화한다.
따라서, 본 시스템은 충분한 용량을 제공하여 기본적인 냉각 시스템(12 또는 32)을 변경시키지 않고서 다양한 조건 및 다양한 양의 보충 공기를 처리한다.
비록 본발명의 예시적 실시예는 본명세서에서 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명되었지만, 본발명은 이들 실시예에 한정되지 않고, 본발명의 범위 또는 사상을 벗어남 없이 본 업계의 숙련가에 의해 다양한 변조 및 변경이 수행될 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (10)

  1. 가열 부하, 이 가열 부하를 냉각하기 위한 1차 냉각 시스템, 및 이 1차 냉각 시스템으로부터 열을 제거하기 위한 2차 냉각 시스템을 포함하는 인클로져(enclosure)에 대한 습기 제어 시스템으로서, 이 습기 제어 시스템은 처리 공기 덕트와 재생 공기 덕트, 인클로져로부터의 리턴 공기 및/또는 대기 공기를 처리 공기 덕트로 공급하기 위한 수단, 대기 공기를 재생 덕트로 공급하기 위한 수단을 갖는 하우징; 상기 덕트를 통해 상기 하우징 내에 회전용으로 회전가능하게 장착되어, 처리 공기 덕트 내 수분을 흡수하고 재생 덕트 내에 수분을 방출하는 건조 휠; 상기 건조 휠의 상류에 있는 상기 재생 덕트 내의 콘덴서 코일, 상기 콘덴서 코일에 접속되는 콤프레서, 및 상기 콤프레서와 상기 제 2 냉장 시스템에 접속되는 열 교환기를 포함하는 제 3 냉각 시스템으로서, 여기서 상기 열 교환기로부터 제 3 냉각 시스템에 의해 흡수된 저급 열은 상기 콤프레서에 의해 사용되어 고급 열을 발생시키고 이 고급 열은 콘덴서 코일에 공급되어 상기 재생 덕트 내 건조 휠에 공급되는 공기의 온도를 증가시키는 제 3 냉각 시스템; 및 상기 건조 휠의 상류에 있는 상기 처리 공기 스트림 내의 탈습 코일, 상기 코일에 접속되는 적어도 하나의 콤프레서, 및 상기 적어도 하나의 콤프레서에 접속되는 콘덴서 코일을 포함하는 제 4 냉각 시스템으로서, 여기서 상기 제 4 냉각 시스템 내의 상기 적어도 하나의 콤프레서는 상기 처리 공기 덕트 내에서 상기 건조 휠에 공급되는 공기의 습기 수준에 따라 작동되어 이 공기가 건조 휠에 들어가기 전에 그 공기를 선택적으로 탈습할 수 있는 제 4 냉각 시스템;을 포함하는 습기 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 콤프레서는 상기 처리 공기 덕트 내에서 상기 건조 휠에 공급되는 공기의 습기 수준에 따라 순차적으로 작동되어 이 공기가 건조 휠에 들어가기 전에 그 공기를 선택적으로 탈습할 수 있는 다수의 콤프레서를 포함하는 습기 제어 시스템.
  3. 처리 공기 덕트와 재생 공기 덕트, 인클로져로부터의 리턴 공기 및/또는 대기 공기를 처리 공기 덕트로 공급하기 위한 수단, 대기 공기를 재생 덕트로 공급하기 위한 수단을 갖는 하우징; 상기 덕트를 통해 상기 하우징 내에 회전용으로 회전가능하게 장착되어, 처리 공기 덕트 내 수분을 흡수하고 재생 덕트 내에 수분을 방출하는 건조 휠; 상기 건조 휠의 상류에 있는 상기 재생 덕트 내의 콘덴서 코일과, 상기 상기 콘덴서 코일에 접속되고, 열 교환기와 상기 콘덴서 코일과 상기 열 교환기 사이에서 접속되어 재순환 유체 루프로부터 상기 재활성화 공기 스트림으로 열을 이동시키기 위한 재순환 유체 루프를 포함하는 가열 펌프를 포함하는 습기 제어 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유체 루프는 대기 온도로부터 디커플링되는 습기 제어 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 유체 루프는 지하수 또는 글리콜 루프로 구성되는 군으로부터의 유체를 함유하는 습기 제어 시스템.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 유체 루프는 냉각 타워 루프인 습기 제어 시스템.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 유체 루프는 저급 태양-가열 루프인 습기 제어 시스템.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 유체 루프는 1년 내내 45℉ 내지 95℉에서 유지되는 습기 제어 시스템.
  9. 제 3항에 있어서,
    가열 펌프에 의해 발생한 상기 재생 공기 온도는 105℉ 내지 135℉인 습기 제어 시스템.
  10. 가열 부하, 이 가열 부하를 냉각하기 위한 1차 냉각 시스템, 및 이 1차 냉각 시스템으로부터 열을 제거하기 위한 2차 냉각 시스템을 포함하는 인클로 져(enclosure)에 대한 습기 제어 시스템으로서, 이 습기 제어 시스템은 처리 공기 덕트와 재생 공기 덕트, 인클로져로부터의 리턴 공기 및/또는 대기 공기를 처리 공기 덕트로 공급하기 위한 수단, 대기 공기를 재생 덕트로 공급하기 위한 수단을 갖는 하우징; 상기 덕트를 통해 상기 하우징 내에 회전용으로 회전가능하게 장착되어, 처리 공기 덕트 내 수분을 흡수하고 재생 덕트 내에 수분을 방출하는 건조 휠; 상기 건조 휠의 상류에 있는 상기 재생 덕트 내의 콘덴서 코일, 상기 콘덴서 코일에 접속되는 콤프레서, 및 상기 콤프레서와 상기 제 2 냉장 시스템에 접속되는 열 교환기를 포함하는 제 3 냉각 시스템, 여기서 상기 열 교환기로부터 제 3 냉각 시스템에 의해 흡수된 저급 열은 상기 콤프레서에 의해 사용되어 고급 열을 발생시키고 이 고급 열은 콘덴서 코일에 공급되어 상기 재생 덕트 내 건조 휠에 공급되는 공기의 온도를 증가시키는 제 3 냉각 시스템;을 포함하는 습기 제어 시스템.
KR1020097024720A 2007-05-30 2008-05-27 건조 장치를 사용하는 습기 제어 시스템 KR20100028025A (ko)

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