KR20100103499A - 가열 및 탈습 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20100103499A
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모르데카이 바락
알렉산더 쉬클야르
아브라함 아벨
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더 스테이트 오브 이스라엘, 미니스트리 오브 애그리컬처 & 루럴 디벨로프먼트, 애그리컬처럴 리서치 오거니제이션, (에이.알.오.), 볼카니 센터
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Abstract

폐쇄체의 실내의 공기의 조건을 제어하는 방법을 개시한다. 이 방법은 실내의 하측부로부터 공기를 수집하고, 수집된 공기를 탈습하고, 탈습된 공기를 실내의 상측부에 방출하는 것을 포함하여, 폐쇄체의 실내의 공기의 조건을 제어한다.

Description

가열 및 탈습 방법 및 시스템{Method and System for Heating and Dehumidifying}
본 발명은 그 몇 가지 실시형태에서는 폐쇄체의 실내를 탈습하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 식물이 자라는 온실 폐쇄체의 실내를 탈습하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
온실은 잎의 온도와 증발속도가 건조한 잎 및 식물의 건강을 유지하도록 되어 있도록 온실 내의 공기를 온도 및 습도에 대하여 조절할 필요가 있다. 고습도, 특히 식물 잎 위의 자유수(free water)는 다양한 작물에서 토마토 말라죽음 병(tomato blight), 회색곰팡이(gray mould) 및 노균병(downy mildews)의 발달을 촉진시킨다. 이들 질병들은 작물에 큰 위해를 가하며, 수확량을 상당히 감소시키고 제품의 품질을 심각하게 손상시킨다. 이런 질병을 제어하는데 살충제를 사용하지만 많은 이유로 그 사용이 제한되어있다. 살충제를 사용하면 많은 병원체에 대한 살충제 내성을 촉진시키는데, 일반적인 정부 정책은 일부 살충제의 사용을 단계적으로 폐지하거나 그 사용을 제한하는 것이다. 많은 소비자들은 잔류농약이 없는 제품을 요구한다. 게다가, 이런 살충제를 사용하면 다른 환경적 고려사항에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.
온실내의 습기를 줄이기 위한 관습적 방법은 온실 공기를 외부 공기와 교환하는 것이므로 잎에 자유수를 생성시키는 위험이 있다. 절대습도가 낮은 외부의 차가운 공기는 따뜻한 온실공기와 교체되며 증발하는 과잉수를 흡수한다. 그러나 이런 방법은 에너지가 많이 낭비된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태의 일 태양에 따르면, 폐쇄체의 실내의 공기의 조건을 제어하는 방법에 있어서, 상기 실내의 하측부로부터 공기를 수집하는 단계, 상기 수집된 공기를 탈습하는 단계, 및 상기 탈습된 공기를 상기 실내의 상측부에 방출하는 단계를 포함함으로써, 폐쇄체의 실내의 공기의 조건을 제어하는 방법이 제공된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 방법은 상기 폐쇄체의 상벽을 통해 열에너지가 전달되는 것을 감소시키거나 방지하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 감소시키거나 방지하는 단계는 상기 열에너지가 대류에 의해 전달되는 것을 감소시키거나 방지하는 것을 포함한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 감소시키거나 방지하는 단계는 상기 열에너지가 전도에 의해 전달되는 것을 감소시키거나 방지한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 감소시키거나 방지하는 단계는 상기 열에너지가 방사에 의해 전달되는 것을 감소시키거나 방지한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 방법은 상기 상벽 아래의 상기 실내를 덮는 보온스크린에 열방사선을 반사시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 공기를 상기 실내의 상측부에 방출하기 전에 상기 탈습된 공기를 가열하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 탈습단계는 냉매유체를 내부에서 순환시키는 탈습부를 사용하는 것을 포함하며, 상기 탈습부는 상기 냉매유체를 증발시키는 증발기 및 상기 냉매유체를 응축시키는 응축기를 가지며, 상기 공기는 상기 증발기에 의해 냉각되어 탈습되고 상기 응축기에 의해 가열된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태의 일 태양에 따르면, 폐쇄체의 실내의 공기의 조건을 제어하는 장치에 있어서, 상기 내부의 하측부로부터 공기를 수집하도록 구성된 공기입구, 상기 수집된 공기를 탈습하기 위한 탈습부, 및 상기 탈습된 공기를 상기 실내의 상측부에 방출하기 위한 공기출구를 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태의 일 태양에 따르면, 전술한 장치 및 주위환경으로부터 적어도 부분적으로 격리된 실내를 갖는 폐쇄체를 포함하며, 상기 장치는 상기 실내에 위치하도록 된 온실시스템이 제공된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태의 일 태양에 따르면, 전술한 다수의 장치 및 주위환경으로부터 적어도 부분적으로 격리된 실내를 갖는 폐쇄체를 포함하며, 상기 장치는 상기 실내에 배치되도록 된 온실시스템이 제공된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 장치는 상기 실내의 상측부에 위치한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 폐쇄체는 상기 폐쇄체를 덮음과 함께 열에너지가 통과하여 전달되는 것을 감소시키거나 방지하도록 구성된 보온스크린을 포함한다
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 보온스크린은 상기 열에너지가 대류에 의해 전달되는 것을 감소시키거나 방지하기 위해 공기가 통과하여 침투하지 못하게 밀봉된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 보온스크린은 상기 열에너지가 전도에 의해 전달되는 것을 감소시키거나 방지하기 위해 단열재료로 만들어진다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 보온스크린은 상기 열에너지가 방사에 의해 전달되는 것을 감소시키거나 방지시기 위해 열방사선이 투과하지 못한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 보온스크린은 열방사선을 반사시키기 위해 열반사성을 갖는다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 실내는 상기 하측부에 가열원을 갖고 있지 않다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 공기는 상기 상측부에서보다 상기 하측부에서 낮은 평균온도를 항상 유지하기 위해 수집되어 방출된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 탈습부는 냉매유체를 내부에서 순환시키는 것으로서, 상기 냉매유체를 증발시키는 증발기 및 상기 냉매유체를 응축시키는 응축기를 포함하며, 상기 수집된 공기는 상기 증발기에 의해 탈습되어 냉각되며, 상기 탈습되어 냉각된 공기는 상기 응축기에 의해 가열된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 탈습부는 상기 공기를 상기 실내의 상측부에 방출하기 전에 상기 탈습된 공기를 가열하기 위한 열교환기를 포함한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 열교환기는 액체형 열교환기다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 탈습부는 공통 하우징 내에 수납된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 공기는 상기 탈습부 내에 위치하는 팬에 의해 상기 폐쇄체의 실내로부터 상기 탈습부를 통하여 순환된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 탈습부는 외측으로 벌어지는 입구, 외측으로 벌어지는 출구 및 상호 연결하는 상대적으로 좁은 목부를 포함하는 하우징 내에 수납되며, 상기 외측으로 벌어지는 입구는 상기 증발기 및 상기 응축기를 수납하며, 상기 좁은 목부는 상기 팬을 수납한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 공기는 상기 탈습부 내에 위치하는 팬에 의해 상기 폐쇄체의 실내로부터 상기 가열 및 탈습부를 통해 순환된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 팬은 상기 열교환기로부터 흐르는 공기를 받아들여서 상기 공기를 상기 공기출구를 통해 송풍하도록 위치한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 팬은 상기 응축기와 상기 열교환기 사이에 개재되므로, 상기 팬은 상기 응축기로부터 흐르는 공기를 받아들이고, 상기 열교환기는 상기 팬으로부터 흐르는 공기를 받아들인다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 응축기에서 나오는 냉매유체는 상기 증발기와 상기 응축기 사이의 공기에 의해 더욱 냉각된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 폐쇄체로부터 상기 증발기로 들어가는 공기는 상기 증발기와 상기 응축기 사이의 공기에 의해 예비 냉각된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 탈습된 공기는 상기 폐쇄체로부터의 공기와 혼합되어 혼합물을 제공하며, 상기 혼합물은 상기 열교환기에 의해 가열된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따르면, 상기 폐쇄체는 식물을 재배하는 온실이며, 상기 공기는 상기 식물의 잎 위에 방출된다.
특별히 규정하지 않는 한, 여기서 사용하는 모든 기술적 및/또는 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 공통적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기서 설명하는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료들도 본 발명의 실시형태의 실시 또는 시험에 사용할 수 있지만, 이하에서는 전형적인 방법 및/또는 재료들을 설명한다. 분쟁이 있는 경우는 정의를 포함한 본 특허명세서가 지배할 것이다. 또한 이 재료, 방법 및 실시예들은 단지 예시적인 것일 뿐 반드시 제한하려는 것은 아니다.
본 발명의 몇 가지 실시형태를 첨부도면을 참조하여 단지 예로서 여기서 설명한다. 이제 도면을 상세하게 구체적으로 참조하면, 도시한 상세 항목들은 본 발명의 실시형태의 일예로서 예시적 논의를 위한 것임을 강조한다. 이와 관련하여 도면의 설명은 본 발명의 실시형태가 어떻게 실시되는지를 당업자게 명확하게 이해될 수 있게 한다.
도면에서,
도 1은 온실의 개략도;
도 2는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 폐쇄체의 실내의 공기의 조건을 제어하는데 적합한 방법의 흐름도;
도 3은 본 발명의 몇 가지 실시형태에 따른 방법을 이용하는 폐쇄체의 개략도;
도 4A - 도 4B는 본 발명의 다양한 실시형태에 따라서 실시한 컴퓨터 시뮬레이션에서 얻은 속도분포(도 4A) 및 온도분포(도 4B)를 보여준다;
도 5A - 도 5G는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 폐쇄체의 실내의 공기의 조건을 제어하는 장치의 개략도; 및
도 6은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 몇 가지 장치가 배치된 실시형태의 폐쇄체의 평면도의 개략도.
본 발명은 그 몇 가지 실시형태에서는 폐쇄체의 실내를 탈습하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 식물이 자라는 온실 폐쇄체의 실내를 탈습하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
도면 중의 도 2 - 도 6에 도시한 바와 같은 본 발명의 몇 가지 실시형태를 보다 잘 이해하기 위해, 먼저 도 1에 도시한 바와 같이 식물(12)을 재배하기 위한 온실(10)의 구조 및 작동을 참고한다.
온실(10)은 온실의 실내(16)를 한정하는 측벽(14) 및 상벽(36)을 포함한다. 측벽(14)에는 통상적으로 개구(30, 31)가 형성되어있다. 가열부(18)는 지면이나 거의 지면 높이에 그리고 일반적으로는 식물(12)의 잎 높이 아래에 배치된 도관(22)의 배열체에 온기(20)를 공급한다. 도관(22)의 개구부(24)에 의해 온기(20)가 도관(22)을 나와서 가열 실내(16)용 실내(16) 속으로 상방으로 가게 한다. 공기를 가열하는 동안에는 실내는 습기가 차고 수증기는 잎에 응축하기 쉬어 다양한 작물에서의 토마토 블라이트(역병균 생물(Phytophthora infestant)에 의해 발생), 회생곰팡이(보트리티스 시네레아(Botrytis cinerea)에 의해 발생), 및 노균병 등의 잎 질병이 진행된다.
잎에 물이 응축되는 것을 방지하기 위해서는 환기 과정이 이용하여 주위 공기(26)가 온실의 실내로 들어가서 축축한 공기(28)와 교환된다. 이 환기는 측벽(14)에 위치하는 하나 이상의 팬(31)에 의해 촉진된다. 추가로 하나 이상의 팬(32)이 실내(16) 내의 공기를 순환시킨다. 통상적으로 차갑고 절대습도(수증기 함량)가 낮은 주위 공기는 보다 따뜻한 온실 공기와 교체되며 증발하는 과잉수를 흡수한다. 또한, 온실(10)은 상벽(36) 아래의 실내(16)를 덮는 투과성 또는 반투과성 스크린(34)을 포함하는데, 이 스크린에 의해 축축한 공기(28)의 일부와 상벽(36)에 응축된 수증기를 스크린(34)을 통해 배출시킴으로써 습도가 더욱 감소된다.
본 발명의 발명자가 발견한 것은 상기 해결책들이 실내(16)의 습기를 약간은 감소시킬 수 있지만 최적조건과는 거리가 멀다는 것이다. 이는 (측벽(14)의 개구부(30) 또는 상벽(36)을 통해) 공기가 온실(10)의 외부와 교환되면 상당한 열손실이 발생하여 이를 보다 많은 에너지를 가열부(18)에 공급함으로써 보상하여야 한다. 현재 연료가격이 인상되고 있는 추세로 보아서 가열비용이 온실의 입력들에 대한 주요구성부가 되었다.
본 발명을 생각하면서 가정을 하였으며 본 발명을 실시할 수 있도록 줄이는 한편 폐쇄체의 실내를 탈습하고 에너지 절감 방식으로 최적의 방식으로 가열하는 것을 실현하였다.
본 발명의 적어도 일 실시형태를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 반드시 이후의 설명 및/또는 도면 및/또는 실시형태에 기술 및 도시되어 있는 구성요소의 구조 및 배열 및/또는 방법의 상세 사항에 대하여 적용이 한정되는 것이 아님을 이해하여야 한다. 본 발명은 다른 실시형태가 가능하거나 다양한 방식으로 실시 또는 실행될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 폐쇄체(예를 들어, 온실)의 실내의 공기의 조건을 제어하는데 적합한 방법의 흐름도인 도 2를 참조한다.
특별히 규정하지 않는 한 이하에 설명하는 작업들은 많은 조합 또는 실행 순서에 있어서 동시적으로 또는 순서적으로 실행될 수 있음을 이해하여야 한다. 구체적으로 흐름도의 순서는 한정적으로 생각해서는 안 된다. 예를 들어, 이후의 설명 또는 흐름도에서 특정 순서로 나타나는 두 개 이상의 작업들은 다른 순서(예를 들어, 역순)로 실행되거나 또는 실질적으로 동시적으로 실행될 수 있다. 추가적으로 이하에 설명하는 몇 가지 작업(예를 들어, 도 2의 블록(101, 102, 105, 17)의 작업들 중의 하나 이상)은 선택적인 것으로서 실행되지 않을 수도 있다.
본 실시형태의 방법은 100에서 시작하는데, 선택에 따라서는 그리고 바람직하게는 101로 진행되는데, 여기서 폐쇄체의 측벽 및/또는 상벽을 통한 열에너지의 전달이 감소되거나(예를 들어, 최소화되거나) 방지된다. 이는 측벽에 형성된 개구부를 닫아줌으로써 또는 이런 개구부를 갖고 있지 않은 측벽을 폐쇄체에 제공함으로써 이룰 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 폐쇄체의 상벽은 공기 및 수증기가 투과하지 못하게 만들어져있다. 본 발명의 다양한 실시형태에 있어서는 실내를 주위환경으로부터의 단열성을 높이기 위해서 상벽 아래의 폐쇄체의 실내를 보온스크린이 덮는다.
열에너지의 감소 또는 방지는 바람직하게는 대류, 전도 및 방사로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 전달에 대한 것이다. 보다 바람직하게는 이 감소 또는 방지는 적어도 2종, 예를 들어 모든 종류의 열전달에 대한 것이다.
대류에 의한 전달의 감소 또는 방지는 환기를 감소시킴으로써, 보다 바람직하게는 제거함으로써 달성할 수 있다. 본 실시형태에서, 측벽, 상벽 및/또는 보온스크린은 그를 통한 공기 및 수증기의 통과를 방지하기 위해 밀봉되어있다. 전도에 의한 전달의 감소 또는 방지는 단열재료로 만들어진 측벽, 상벽 및/또는 보온스크린을 사용하여 이루어질 수 있다. 전도에 의한 전달의 감소 또는 방지는 통상적으로 매우 긴 파장(예를 들어, 약 10,000nm 이상)을 갖는 열방사선이 투과하지 않는 측벽, 상벽 및/또는 보온스크린을 사용하여 달성될 수 있다. 본 실시형태들에 있어서, 이하에 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이 보온스크린을 이용할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태에 있어서, 본 방법은 선택에 따라서 그리고 바람직하게는 102로 진행하는데, 여기서는 폐쇄체 내에서 발생한 열방사선이 보온스크린에 반사된다. 이는 열이 반사하게 만들어진 보온스크린을 사용하여 달성될 수 있다. 열방사선의 반사는 폐쇄체내의 대상물(예를 들어, 잎)이 보온스크린의 온도보다 높은 온도에 있을 때 특히 유용하다. 이런 경우에 따뜻한 대상물은 열방사선을 방출하고 이 열방사선은 열반사성 스크린에 의해 폐쇄체의 실내로 다시 반사된다. 보온스크린의 온도가 폐쇄체 내의 대상물의 온도보다 높은 경우, 열방사선은 통상적으로 보온스크린에 의해 반사되는 것이 아니라 보온스크린에 의해 방출된다.
본 방법은 103으로 진행되고 여기서 공기는 실내의 하측부로부터 수집된다. 예를 들어, 폐쇄부가 식물을 재배하는 온실인 경우, 공기는 통상적으로 잎의 평균 높이 아래에 있는 높이로부터 수집된다. 하측부에서 나온 공기가 수집되지만 이 수집은 폐쇄체의 하측부에서 반드시 실시하는 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 몇 가지 실시형태에서, 공기의 수집은 실내의 하측부로부터 상방으로 실내의 상측부에(예를 들어 잎의 평균높이나 그 위에) 위치하는 공기입구 속으로 공기를 발생시킴으로써 이루어진다. 그러나 (예를 들어, 하측부에 위치하는 공기입구를 이용하여) 공기가 온실의 하측부에 수집되는 실시형태들도 생각할 수 있다.
본 방법은 104로 진행되는데, 여기서 수집된 공기가 탈습된다.
여기서 사용하는 바와 같이, 탈습이란 공기중의 수분함량이 감소되지만 반드시 최소화되거나 완전히 없어지는 것은 아닌 과정이다. 따라서, 여기서 사용하는 "탈습된 공기"는 탈습 전의 수분함량에 대하여 수분함량이 낮은 공기이다. 예를 들어, 폐쇄체가 식물을 재배하는 온실인 경우, 탈습은 잎의 부근에 충분히 높은 습도를 확보하면서 잎의 응축물을 최소화하거나 제거하기 위해 이루어진다. 잎 부근에서 적합한 조건의 대표적인 예는 온도가 약 18℃이고 상대습도가 약 80%인데, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다양한 실시형태에 있어서, 탈습은 열사이클을 발생시키는 냉매회로에 의해 이루어진다. 이들 실시형태에서, 냉매유체는 냉매유체가 증발되는 증발기와 냉매유체가 응축되는 응축기 사이에서 순환된다. 이 회로의 열사이클을 앞으로 설명한다.
증발기 내에서 냉매유체의 증발에 필요한 열에너지는 증발기를 통과하는 공기에 의해 공급된다. 그 결과, (예를 들어 잎과 지면으로부터 방출된) 수증기를 담고 있는 수집된 공기는 증발기를 통과하면서 냉각되며, 공기의 수증기 함량 중의 적어도 일부가 응축된다. 응축수는 배수되고 공기는 탈습된다. 냉매유체의 응축은 열을 방출하고 열은 결국 응축기를 통과하는 탈습되고 냉각된 공기에 전달된다. 따라서, 공기는 증발기에 의해 냉각되어 탈습된 후 응축기에 의해 재가열된다.
본 발명의 다양한 실시형태에 있어서, 본 방법은 105로 진행하는데, 여기서 탈습된 공기는 이후에 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이 열교환기에 가열된다.
본 방법은 106으로 진행되는데, 여기서는 폐쇄체의 실내를 가열하여 탈습하기 위하여, 탈습되어 선택적으로 더욱 가열된 후의 공기가 폐쇄체의 상측부에 방출된다. 따라서, 본 실시형태의 방법은 폐쇄체의 하측부로부터 축축한 공기를 수집하여 보다 건조하고 선택에 따라서는 따뜻한 공기를 폐쇄체의 상측부에서 방출하는 열펌프로서 동작한다. 107에서 본 방법은 선택적으로 그리고 바람직하게는 보다 따뜻하고 건조한 공기를 잎의 부근에 보다 양호하게 분배하기 위해 폐쇄체 내에서 공기를 순환시킨다.
본 방법은 108에서 종료한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태의 더욱 상세한 설명을 제공하기 위해 이점들 및 그에 의해 부여되는 잠재 용도를 주목할 것이다.
본 실시형태들은 폐쇄체의 가열, 탈습 및 단열을 결합함으로써 폐쇄체 내의 과잉습기의 문제를 혁신적으로 해결하면서 에너지 소비를 감소시킨다. 본 발명의 몇 가지 실시형태들은 예를 들어 도 1을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이 지면 높이나 그 부근에 배치된 도관 등의 다른 수단에 의해 이미 가열된 폐쇄체 내의 습기를 감소시키는데 유용하다.
폐쇄체 내에서 열펌프를 사용하게 되면 열사이클을 구동하는데 필요한 외부에너지와 탈습 중에 제거된 열을 초기에 냉각된 공기에 공급함으로써 냉각된 공기가 재가열된다. 따라서 본 실시형태들은 주위환경으로의 열손실이 최소가 되거나 전혀 없이 에너지가 잠열(수증기 응축물)로부터 현열(sensible heat)(공기온도의 증가)로 변환되는 과정을 제공한다. 본 과정의 에너지 소비는 전통적인 기술의 에너지 소비가 작은데, 이는 에너지의 일부가 공정중에 리사이클되기 때문이다.
본 실시형태들은 또한 연료 사용량의 반환을 향상시킨다. 열의 발생에 의해 전기의 발생이 수반되는 것을 알게 되었다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 냉매 회로의 동작에 필요한 전기는 폐쇄체의 실내 속이나 부근에 위치하는 발전기를 사용하여 생성되며, 발전기에 의해 발생된 열은 폐쇄체의 실내의 공기를 더욱 가열하는데 사용된다. 이는 예를 들어 발전기로부터의 열을 방출시키기 위해 유체(기체 또는 액체)로 채워진 도관을 이용하여 이루어질 수 있으며 열을 폐쇄체의 상측부에서 방출한다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에서는 발전을 위해 사용되는 연료는 그 연소부산물 중의 하나가 이산화탄소가 되도록 선택된다. 이들 실시형태에 있어서, 이산화탄소 또는 적어도 그 일부는 식물의 성장을 쉽게 하기 위해 온실의 실내 속으로 방출된다. 본 실시형태들에 따른 개선된 연료사용은 또한 환경고려의 관점에서 유익하다. 이러한 사용으로 연료사용량을 줄이면서/줄이거나 CO2의 대기방출을 줄임으로써 지구온난화를 감소시킬 수 있다.
탈습, 가열 및/또는 온실의 CO2 함량를 풍부하게 하기 위한 본 실시형태들의 완성으로 온실 내의 식물에 대한 적절한 성장조건을 제공하면서 연료소비량을 줄일 수 있다. 이렇게 하면 성장이 촉진되고 재배자가 그의 수익성을 증대시킬 수 있게 된다.
본 실시형태들의 방법은 바람직하게는 과잉습기를 건조시켜서 제거하기 위해 천연자원을 이용할 수 없을 경우, 예를 들어 실내공기를 외부공기와 교환할 수 없는 경우 및/또는 가열이 필요한 경우에 가끔 실행한다. 이러한 경우, 폐쇄체를 폐쇄할 필요가 있는 경우, 바람직하게는 먼저 안정하고 연속적인 방식으로 탈습작업이 동작된다. 열펌프는 공기의 잠열을 현열로 변환시키고 냉각사이클을 동작시키는데 들어가는 에너지와 대략 같은 에너지를 공기에 추가한다. 가열작업은 주위환경조건, 폐쇄체의 단열 및 폐쇄체 내의 원하는 조건에 따라서 요구되는 다양한 방식으로 동작될 수 있다.
전술한 작업들은 원하는 온도 및 습도 조건을 얻기 위하여 모니터할 수 있다. 구체적으로 탈습은 바람직하게는 상대습도에 따라서 모니터하며 가열 작업은 바람직하게는 공기의 온도에 따라서 모니터한다. 원하는 조건이 안정할 때, 증발플럭스는 일반적으로 안정하며 따라서 본 방법은 연속적으로 그리고 일정한 부하 조건에서 실행될 수 있다.
전술한 본 실시형태들의 기본 탈습사이클의 통상적인 성능계수(COP)는 약 5 내지 약 12이지만 여기에 제한되지 않는다.
도 3은 본 발명의 몇 가지 실시형태에 따른 방법을 이용하는 실내(302)를 갖는 폐쇄체의 개략도이다. 본 방법은 일반적으로 306에 도시한 공기입구를 포함하는 장치(304)에 의해 실행된다. 공기입구(306)는 실내(302)의 하측부(310)로부터 공기(308)를 수집하도록 구성된다. 장치(304)는 수집된 공기를 탈습하기 위한 탈습부(312), 및 탈습된 공기(330)를 실내(302)의 상측부(318)에 방출하도록 구성된 공기출구(314)를 더 포함한다. 선택에 따라서 그리고 바람직하게는 탈습부(312)는 이후에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이 공기를 나중에 탈습상태까지 가열하는 탈습 및 가열부이다. 장치(304)는 공기(308)를 수집할 수 있도록 하기 위해 상측부(318)에 위치하며 (예를 들어 공기입구(306)에서 가압상태에서 발생시킴에 의해) 하측부(310)로부터 상방으로 기류를 발생시키도록 구성될 수 있다. 다른 방법으로서, 장치(304)는 공기입구(306)가 하측부(310)에 있는 한편 공기출구(314)가 상측부(318)에 있도록 실내(302)의 양측부에 걸쳐서 연장될 수 있다.
도 3의 개략도에 있어서, 폐쇄체(300)는 식물(12)을 재배하는 온실로서 도시되어있다. 이 실시형태에서, 하측부(310)는 바람직하게는 식물(12)의 평균 잎 높이 아래에 있는 부로 정의되고 상측부(318)는 바람직하게는 식물(12)의 최대 잎 높이 위에 있는 부로 정의된다. 평균 잎 높이와 최대 잎 높이는 도 3에 점선(320, 322)으로 각각 도시되어 있다.
폐쇄체(300)의 벽은 바람직하게는 이후에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 열손실을 줄이거나 방지하도록 설계되어 구성된다. 본 발명의 다양한 실시형태에 있어서, 벽은 개구부를 갖고 있지 않거나 폐쇄 가능한 개구부(도시하지 않음)가 형성되어있다. 측벽(324) 및/또는 상벽(326)은 바람직하게는 공기가 관통하지 못하도록 밀봉되어있다. 측벽(324) 및/또는 상벽(326)도 단열재로 만들어질 수 있다. 추가적으로 또는 다른 방식으로 측벽(324) 및/또는 상벽(326)은 열방사선이 투과하지 못한다.
본 발명의 다양한 실시형태에 있어서, 폐쇄체(300)는 실내(302)의 주위환경으로부터의 격리성을 향상시키기 위해 보온스크린(328)을 포함한다. 스크린(328)은 바람직하게는 열방사선이 투과하지 못한다. 본 발명의 몇 가지 실시형태에 있어서, 보온스크린은 이후에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 열방사선을 실내(302)로 다시 반사시키기 위해 열반사성을 갖고 있다. 예를 들어 실내(302)는 실내(302)와 대향하는 표면에 부착되거나 일체화된 열반사성 스크린(328)을 갖는 이중벽, 예를 들어 팽창되어 밀봉된 구조로 덮여질 수 있다. 이런 구조는 온실 건설분야에서 전통적인 추세와는 대조적이며, 따라서 앞에서 상세히 설명한 바와 같이 투과성 또는 반투과성 스크린이 이용된다.
본 발명의 다양한 실시형태에 있어서, 폐쇄체의 벽 중에서 적어도 하나, 바람직하게는 벽의 대부분 또는 전부는 내부로 향하는 태양광이 벽을 관통할 수 있도록 하기 위해 태양광이 투과할 수 있다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따른 실내(302) 내의 공기의 분포가 도 3에 굵은 화살표로 도시되어 있다. 탈습되고 선택에 따라서 가열된 공기는 속이 빈 블록 화살표(330)로 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 공기(330)는 공기출구(314)를 통하여 스크린(328)쪽으로 배출되어 폐쇄체의 하측부에서 식물(12)쪽으로 반사된다. 이런 배치구조에 있어서, 공기(330)는 스크린(328)의 내측면상에 응축수가 축적되는 것을 방지하거나 적어도 감소시킨다. 따라서 실내의 상측부(318)에서의 습도는 상대적으로 낮다.
공기는 스크린(328)의 부근에서 흐르면서 스크린(328)에 열을 전달하여 냉각되고 하강하기 시작하여 공기출구(314)로부터의 공기를 보다 따뜻하게 하는 공간을 형성한다. 일부 냉각된 공기는 흑색 화살표(332)로 도시되어있다. 공기출구(314)에서의 공기의 온도는 바람직하게는 부분냉각공정으로 공기가 원하는 온도가 되도록 실내의 중간부에서 원하는 온도보다 높게 선택된다. 예를 들어, 폐쇄체가 식물을 재배하는 온실인 경우 평균 잎 높이(320)에서의 공기(332)의 온도는 약 17-19℃가 될 수 있으며, 공기출구(314)에서의 공기(330)의 온도는 20℃를 넘는다. 공기(330)는 습도가 상대적으로 낮은 영역에서 나오기 때문에 공기(330)는 식물(12)의 잎에 응축수가 축적되는 것을 방지하거나 감소시킨다. 공기(330)는 잎을 지나면서 수증기(잠열)를 수집하여 현열을 공급한다. 따라서, 공기(330)는 냉각된다. 공기의 냉각과정이 계속되면서 공기가 계속하여 하강한다. 하측부(310)에서의 냉각된 공기는 패턴무늬의 화살표(308)로 도시되어있다.
공기입구(306)는 그 부근에서 하측부(310)로부터 상방으로 향하는 기류를 발생시키기 때문에, 순환이 일어나고, 따라서 장치(304)에서 비교적 떨어진 위치에서는 하측부(310)의 공기(308)가 장치(304)의 방향으로 흐른다. 이 순환에 기여하는 다른 인자는 출구(314)를 통하여 장치(304)로부터 멀리 흐르는 공기(314)의 흐름이다. 공기(308)는 공기(332)보다 차갑기 때문에 공기(308)는 특히 장치(304)로부터 비교적 떨어진 영역에서 주로 수평방향을 따라서 운동한다. 결국 공기(332)는 냉각 및 하강을 계속한다.
도 4A-도 4B는 본 발명의 발명자가 실시한 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 얻은 속도분포(도 4A) 및 온도분포(도 4B)를 도시한다. 도 4A-도 4B에 있어서, 적색라인은 높은 온도 및 속도에 해당하고, 녹색라인은 낮은 온도 및 속도에 해당한다. 도 4B에 도시한 바와 같이, 하측부에서 공기의 온도는 상측부에서 공기의 온도보다 낮다. 유사한 효과가 도 4A에 도시되어 있는데, 하측부에서의 공기의 속도는 일반적으로 상측부에서의 공기의 속도보다 낮다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따른 장치(304)의 구조는 도 5A-도 5G에 도시되어있다.
장치(304)는 바람직하게는 일단부(하단부)에서 외측으로 벌어진 입구부(342)를 갖고 반대측 단부에서 외측으로 벌어진 출구부(344)를 갖는 하우징(340), 및 상기 입구단부 및 출구단부를 상호 연통시키는 비교적 좁은 목부(346)를 포함한다. 본 발명의 몇 가지 실시형태에 있어서는 공통하우징이 이용되며, 따라서 장치(304)의 모든 요소들은 동일한 하우징 내에 있다. 다른 실시형태에서는 하나 이상의 하우징이 이용되는데, 예를 들어 하나의 하우징에는 탈습부를 도입하고 다른 하우징에는 가열부를 도입할 수 있다. 또한 하나의 하우징 내에는 외측으로 벌어지는 입구부(342)가 있고 다른 하우징 내에는 외측으로 벌어지는 출구부(344)가 있는 구조도 생각할 수 있다.
이런 하우징 구조는 입구부(342)를 형성하도록 일반적인 원통형상의 하단부를 가지며, 목부(346)를 형성하도록 중간부가 소직경으로 테이퍼 형성되고 출구부(344)를 형성하도록 상단부쪽으로 약간 큰 직경으로 테이퍼 형성된 하우징을 제공하고; 및 하단부의 원추형 배플(348) 및 상단부의 작은 원추형 배플(350)을 제공함으로써 제조할 수 있다. 입구부(342)는 폐쇄체의 실내로부터 공기(308)를 주입하는 한편 출구부(344)는 하우징을 통과한 공기가 온도 및 습도 등의 조건을 제어하기 위해 하우징 내의 다양한 장치에 의해 처리된 후에 공기를 다시 폐쇄체로 돌려보낸다.
하우징(340)의 외측으로 벌어진 입구부(342)는 탈습부(312)를 수납하고 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에 있어서, 탈습부(312)는 증발기(350) 및 응축기(352)를 포함한다. 증발기(350) 및 응축기(352)는 냉매 유체의 압력을 줄이기 위한 팽창밸브(345), 및 응축기(352)에 공급된 냉매유체를 압축시키기 위해 외부모터(도시하지 않음)에 의해 구동되는 압축기(356)를 통해 순환되는 냉매유체(도시하지 않음)를 포함하는 열펌프를 구성한다. 따라서 증발기(350)는 위에서 상세히 설명한 바와 같이 도입된 공기를 냉각시켜서 물을 응축시키기 위해, 폐쇄부로부터 도입된 공기를 입구부(342)를 통해 받아들이는데 효과적이다. 수증기의 적어도 일부는 하우징(340)으로부터 그리고 선택에 따라서는 폐쇄체(도시하지 않음, 도 3 참조)로부터 출구유출로(358)를 통해 배수할 수 있도록 증발기(350)의 외측면에 응축된다. 응축기(352)는 앞에서 상세히 설명한 바와 같이 공기의 재가열을 위해 냉각 및 탈습된 공기(360)를 증발기(350)로부터 수용하는데 효과적이다. 응축기(352)로부터 멀리 흐르는 탈습된 공기는 364로 도시되어있다.
증발기(350)로부터 응축기(352) 속으로의 공기 유동 및 응축기(352)로부터 멀어지는 공기유동은 반드시 동일할 필요가 없다. 도 5A 및 도 5B는 먼저 실질적으로 모든 수집된 공기(308)가 증발기(350)를 지난 후에 응축기(352)를 지나는 실시형태를 도시한다. 이는 증발기(350)에서의 공기유동이 응축기(352)에서의 공기유동과 실질적으로 동일한 실시형태에 해당한다. 도 5C는 공기(308)의 일부가 증발기(350)를 지난 후에 응축기(352)를 지나는 한편 공기(308)의 다른 부분은 증발기(350)를 우회하면서 응축기(352)를 지나가는 실시형태를 도시한다. 이는 증발기(350)에서의 공기유동이 응축기(352)에서의 공기유동과는 다른 실시형태에 해당한다. 원하는 탈습정도에 따라서 장치(304)의 성능을 최적화하기 위해 증발기(350)에서의 공기유동과 응축기(352)에서의 공기유동 사이의 비를 선택할 수 있도록 습도도표 분석을 이용할 수 있다.
출구부(344)를 통해 공기를 방출하기 위해 탈습된 공기는 모터(366)에 의해 구동되는 팬(362)에 의해 펌핑될 수 있다. 팬(362)은 하우징(340)의 목부(346) 내에 수납될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태에 있어서, 장치(304)는 공기가 하우징 출구(344)를 통해 폐쇄체에 복귀하기 전에 공기를 더욱 가열하기 위한 열교환기(368)를 포함한다. 열교환기(368)는 도 5A, 도 5C 및 도 5D에 도시한 바와 같이 목부(346) 내에 수납되거나, 또는 도 5B에 도시한 바와 같이 응축기(352)에 인접한 입구부(342) 내에 수납될 수 있다. 열교환기(368)가 목부(346) 내에 수납되어 있는 경우, 팬(362)은 응축기(352)로부터 유동하는 예열되어 탈습된 공기를 받아서 팬으로부터 열교환기(368)의 방향으로 송풍한다. 열교환기(368)가 입구부(342) 내에 수납되어 있는 경우, 팬(362)은 열교환기(368)로부터 흐르는 탈습되고 가열된 공기를 받아서 출구(324)를 통해 송풍한다. 또한 몇 개의 열교환기(368)를 이용하여, 하나는 목부(346) 내에 수납하고 다른 것은 입구부(342)에 수납하는 실시형태도 생각할 수 있다.
열교환기(368)에 대한 열원은 어느 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명의 몇 가지 실시형태에 있어서, 열교환기(368)는 액체라인과 유체연통되어 있는 액체형 열교환기다. 입구라인(270)으로부터 열교환기(368)에 들어가는 뜨거운 액체는 열교환기(368)를 가열하고 결국 열교환기를 지나는 공기를 가열한다. 냉각된 액체는 출구라인(272)에 의해 배출된다. 다른 형태의 열교환기가 본 발명의 범위로부터 배제되는 것은 아니다.
증발기(350) 및 응축기(352)는 서로 동축 상태의 원형 또는 도너츠형 구조가 될 수 있다. 열교환기(368)가 응축기(352)에 인접한 경우 열교환기는 증발기(350) 및 응축기(352)에 동축 상태인 원형 또는 도너츠형 구조가 될 수 있다. 열교환기(368)가 목부(346) 내에 수납된 경우, 바람직하게는 하우징의 축선(36)과 동축 상태이다.
도 5D는 응축기(352)로부터 나오는 냉매유체가 증발기(350)와 응축기(352) 사이의 냉각되고 탈습된 공기(360)에 의해 더욱 냉각되는 구조를 도시한다. 본 실시형태에서는, 공기(360)의 유로 중에서 증발기(350)와 응축기(352) 사이에 냉매 부회로(374)를 배치할 수 있다. 냉매유체는 응축기(352)로부터 부회로(374)를 통해 증발기(350) 속으로 유동되므로 공기(360)는 팽창밸브(345) 및 증발기(350) 속으로 들어가기 전에 냉매유체를 냉각시키게 된다. 본 실시형태의 이점은 열사이클을 특징 짓는 온도차이를 증가시키지 않으면서 성능계수를 높인다는 점이다.
도 5E는 폐쇄체로부터의 수집된 공기(308)가 증발기(350)와 응축기(352) 사이에서 냉각 및 탈습된 공기(360)에 의해 예비 냉각된다. 도 5E에 도시된 장치는 전술한 것과 기본적으로 동일하며, 따라서 대응 부분을 식별하는데 동일 부호를 사용하였다. 또한 표현의 명확성을 위해 몇 개의 부분을 도 5E의 도시에서 생략하였다. 변경된 사항은 입구부(342)의 바닥에서 입구(306)의 위치와 증발기(350)와 응축기(352) 사이의 공기 대 공기 열교환기(354)의 제공이다. 도 5E에 도시된 다른 변경 사항은 공기(308)를 안내하는 공기유로(276)의 제공이다. 공기 대 공기 열교환기(354)는 증발기(350)에서 나오는 냉각된 공기에 의해 폐쇄체로부터 장치에 들어가는 공기를 예비 냉각하는데 효과적이다. 공기유로(276)는 입구(306)에서 시작하여 열교환기(354)를 지나서 (응축기(352)를 떠나서) 증발기(350)의 반대측 속으로 이어진다. 공기유로(276)는 공기(360)의 유로와 교차되기 때문에, 공기유로(276) 속에서 흐르는 수집된 공기(308)는 증발기(250)와 상호 작용하기 전에 공기(360)와 상호 작용한다. 따라서, 수집된 공기는 공기(360)에 의해 예비 냉각된다. 본 실시형태의 이점은 탈습과정의 효율이 높아진다는 점이다.
도 5F - 도 5G는 공기(364)(응축기(352)로부터 흐르는 탈습된 공기)가 폐쇄체의 실내로부터의 공기(378)와 혼합될 수 있는 구조를 도시한다. 공기(364) 및 공기(378)의 혼합물(380)은 가열을 위해 열교환기(368)를 지나고 가열된 혼합물(382)은 출구(314)를 통해 장치(304)로부터 방출된다. 도 5F는 공기(380)가 열교환기(368)에 의해 가열되고 계속하여 외측으로 벌어진 출구부(344) 내로 흐른 후에 출구(314)를 통해 폐쇄체 속으로 복귀하는 실시형태를 도시하며, 도 5G는 열교환기(368)가 출구(314)에 위치하는 실시형태를 도시한다.
공기(364)가 공기(378)와 혼합되는 실시형태(도 5F - 도 5G에 도시한 것 등)에 있어서, 장치(304)는 바람직하게는 폐쇄체로부터의 공기(378)가 통과하여 들어가는 추가의 공기입구(306')를 포함한다. 공기(364)의 유로 속으로 공기(378)의 흡입과 공기(364)와 공기(378) 사이의 혼합은 추가의 모터(366')에 의해 구동될 수 있는 추가의 팬(362')에 의해 촉진될 수 있다. 본 실시형태에서, 추가의 공기입구(306')는 팬(362)과 팬(362') 사이에 있다. 가열 전에 공기(364)와 공기(378)를 혼합하는 것의 이점은 이 구조가 출구(314) 부근의 폐쇄체 내의 공기와 방출된 공기(382) 사이의 온도차이에 대하여 제어할 수 있다는 점이다. 이런 제어에 의해 장치(304) 부근의 고온 영역의 형성을 방지하고 따라서 폐쇄체 내에 보다 양호한 온도분포를 촉진시킨다.
공기의 상태를 효율적으로 제어하는 효율을 높이기 위해 하나의 폐쇄체 내에 몇 개의 장치를 배치할 수 있다. 도 6은 폐쇄체의 실내에 장치(304)와 유사한 몇 개의 장치를 배치한 실시형태의 폐쇄체(300)의 평면도의 개략도이다. 도 6에는 다수의 장치(306), 열에너지를 장치(304)의 열교환기(도시하지 않음, 도 5A - 도 5E를 참조)에 전달하기 위한 유입액체라인(270), 냉각된 액체를 열교환기로부터 복귀시키기 위한 유출액체라인(272), 및 전원을 장치(304)에 공급하기 위한 전원라인(278)(예를 들어 압축기(365) 등을 작동시킴)이 도시되어있다. 폐쇄체(300) 근처에 위치할 수 있는 복합형 열 및 전원 시스템(280)은 액체라인 및 전원라인에 전원 및 열을 공급하는 것을 제어한다.
본 발명의 이런 방법, 장치 및 시스템은 인간이나 동물이 점유하는 건조물, 건조물 내의 방 등의 다른 타입의 폐쇄체에 대해서도 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 이런 용도에서는 인간이나 동물이 점유하는 폐쇄체의 하측부의 건조를 최대화하기 위해 공기가 (도 3에서처럼 하방향으로가 아니라) 상방향으로 흐르도록 공기배출시스템으로부터 배출된 가열되고 탈습된 공기를 폐쇄체의 하측부 쪽으로 향하게 하는 것이 바람직할 수 있다.
본 출원으로부터 완성된 특허의 존속기간 동안에 많은 관련된 탈습기술들이 개발될 것이며 탈습부라는 용어의 범위는 추측하건데 이런 모든 새로운 기술들을 포함하는 것으로 함을 예상할 수 있다.
여기서 사용하는 용어 "약"은 ±10%를 의미한다. 용어 "포함하다", "포함하는", "포함하다", "포함하는", "갖는" 및 그 동일 어원의 용어는 "포함하지만 거기에 제한되지 않음"을 의미한다.
용어 "로 구성된"은 "포함하며 거기에 한정된다"는 것을 의미한다.
용어 "기본적으로 --로 구성된"은 조성물, 방법 또는 구조가 추가의 성분, 단계 및/또는 부품들을 포함할 수 있지만, 그 추가의 성분, 단계 및/또는 부품들이 여기서 청구하는 조성물, 방법 또는 구조의 기본적이고 신규한 특징들을 실질적으로 변경시키지 않는 경우에 한하여 그렇다는 것을 의미한다.
여기서 사용하는 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥에서 특별히 명확하게 지시하지 않는 한은 복수의 언급을 포함한다. 예를 들어, 용어 "화합물" 또는 "적어도 하나의 화합물"은 혼합물을 포함한 다수의 화합물을 포함할 수 있다.
본 출원 전반에 걸쳐서 본 발명의 다양한 실시형태들은 범위 형태로 나타낼 수 있다. 범위 형태의 설명은 단지 편의 및 간결성을 위한 것으로서 본 발명의 범위에 대한 유연성 없는 제한으로서 받아들여서는 안 된다. 따라서, 범위의 설명은 그 범위 내의 개개의 수치뿐만 아니라 구체적으로 개시된 모든 가능한 부분적인 범위도 갖는 것으로 간주하여야 한다. 예를 들어, 1 내지 6 등의 범위 설명은 1 내지 3, 1 내지 4, 1 내지 5, 2 내지 4, 2 내지 6, 3 내지 6 등의 구체적으로 개시한 부분적인 범위와 그 범위 내의 개개의 숫자, 예를 들어 1, 2, 3, 4, 5, 6을 갖는 것으로 간주하여야 한다. 이는 범위의 폭과 관계없이 적용된다.
여기서 수치범위가 지시되었을 때는 항시 그 지시된 범위 내의 모든 언급 숫자(분수 또는 정수)를 포함하는 것을 의미한다. 제 1 지시숫자와 제 2 지시숫자 "사이의 범위"와 제 1 지시숫자"에서" 제 2 지시숫자"까지"의 "범위"라는 어구는 여기서 서로 호환 가능하게 사용되며 제 1 및 제 2 지시숫자와 그 사이의 모든 분수 및 정수를 포함하는 것을 의미한다.
별개의 실시형태들의 문맥에서 명확히 하기 위해 설명된 본 발명의 특정 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 제공할 수 있음을 알 수 있다. 역으로 단일 실시형태의 문맥에서 간결하게 하기 위해 설명된 본 발명의 다양한 특징들은 또한 개별적으로 제공되거나 임의의 적절한 소조합으로 또는 전술한 본 발명의 다른 어떤 실시형태에서도 적절하게 제공될 수 있다. 다양한 실시형태의 문맥에서 설명한 특정 특징들은 그 실시형태가 그들 요소 없이는 동작하지 않는 한 그들 실시형태의 기본적인 특징으로 간주되어서는 안 된다.
앞에서 묘사하고 이후의 특허청구범위 단락에서 주장하는 바와 같은 본 발명의 다양한 실시형태 및 태양들은 다음의 실시예에서 뒷받침된다.
실시예
이하 상기 설명과 함께 본 발명의 몇 가지 실시예들을 비제한적 방식으로 도시하는 이후의 실시예들을 참조한다.
폐쇄체가 온실인 실시형태에 대한 경제적 계산을 다음의 가정에 근거하여 본 발명자가 실시하였다:
온실 면적 100m2 당 하나의 장치
온실 내의 원하는 조건, 약 18℃ 및 상대습도 약 80%
식물의 증산유량(Plant transpiration flow): 시간당 약 40g/m2
연료비 : 톤당 약 600달러
전력비 : kWh당 약 0.1달러
탈습사이클의 성능계수(COP) : 약 6
본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 과잉습기를 제거하기 위한 공기 교환을 회피하면 온실 1000m2 당 약 6 L/h에 상당하는데, 이는 14,400kWh의 전기에너지 투입에 의해 반건조상태에서 계절(1440시간) 당 약 8.7톤의 연료이며, 이는 1.5톤의 연료의 추가 가열입력에 상당한다.
년간 가열시간수는 1000(뜨거운 지역) 내지 3000(차가운 지역)의 범위내에서 세계 각국에서 변할 수 있다.
또한, 본 발명의 몇 가지 실시형태에 있어서, 온실가스(CO2) 방출이 상당히 감소된다: 절간 연료 1톤에 대하여 3톤의 온실가스 방출이 방지된다.
본 발명의 몇 가지 실시형태에 따른 기술의 기여를 야간의 가열 및 환기에 의해 원하는 조건(습윤 없음)을 유지하는 대조 온실과 본 실시형태의 기술을 이용하는 온실을 비교함으로써 이스라엘 조건(Israeli conditions)에 대하여 평가하였다. 이 평가는 40% 및 60%의 에너지절감을 가능하게 하는 두 개의 보온스크린(이하 각각 조립체 I 및 조립체 II라고 한다)에 대하여 이루어졌다. 그 결과를 표 1에 요약하였다.
연료소비량(계절당 톤수) 추가 전기소비량(계절당 kWh) 연료소비(%)
대조예 20-24 0 100
조립체 I 6-9 14400 25-45
조립체 II 3.5-5 14000 15-25
이상 본 발명을 특정의 실시형태와 함께 설명하였지만, 많은 대체형태, 수정형태 및 변형형태가 당업자에게 명백하게 이해될 것이라는 것은 분명하다. 따라서 첨부하는 특허청구범위의 정신 및 넓은 범위내에 속하는 이런 모든 대체형태, 수정형태 및 변형형태를 포함하려는 것이다.
본 명세서에서 언급한 모든 공보, 특허 및 특허출원들은, 개개의 공보, 특허 또는 특허출원을 언급하여 인용하도록 구체적이고 개별적으로 지시한 것 같은 동일한 정도로 언급함으로써 그 전체내용을 본 명세서에 인용한다. 또한 본 출원에서 임의의 언급의 인용 또는 확인은 이런 언급이 본 발명의 이전의 기술로서 이용할 수 있다는 것을 인정하는 것으로서 받아들여져서는 안 된다. 제목 단락이 사용되는 한, 반드시 한정하는 것으로서 받아들여서는 안 된다.

Claims (32)

  1. 폐쇄체의 실내의 공기의 조건을 제어하는 방법에 있어서, 상기 실내의 하측부로부터 공기를 수집하는 단계, 상기 수집된 공기를 탈습하는 단계, 및 상기 탈습된 공기를 상기 실내의 상측부에 방출하는 단계를 포함함으로써, 폐쇄체의 실내의 공기의 조건을 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폐쇄체의 상벽을 통해 열에너지가 전달되는 것을 감소시키거나 방지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 감소시키거나 방지하는 단계는 상기 열에너지가 대류에 의해 전달되는 것을 감소시키거나 방지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항 및 제 3 항 중의 한 항에 있어서, 상기 감소시키거나 방지하는 단계는 상기 열에너지가 전도에 의해 전달되는 것을 감소시키거나 방지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중의 한 항에 있어서, 상기 감소시키거나 방지하는 단계는 상기 열에너지가 방사에 의해 전달되는 것을 감소시키거나 방지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중의 한 항에 있어서, 상기 상벽 아래의 상기 실내를 덮는 보온스크린에 열방사선을 반사시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 한 항에 있어서, 상기 공기를 상기 실내의 상측부에 방출하기 전에 상기 탈습된 공기를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 한 항에 있어서, 상기 탈습단계는 냉매유체를 내부에서 순환시키는 탈습부를 사용하는 것을 포함하며, 상기 탈습부는 상기 냉매유체를 증발시키는 증발기 및 상기 냉매유체를 응축시키는 응축기를 가지며, 상기 공기는 상기 증발기에 의해 냉각되어 탈습되고 상기 응축기에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 폐쇄체의 실내의 공기의 조건을 제어하는 장치에 있어서,
    상기 내부의 하측부로부터 공기를 수집하도록 구성된 공기입구,
    상기 수집된 공기를 탈습하기 위한 탈습부, 및
    상기 탈습된 공기를 상기 실내의 상측부에 방출하기 위한 공기출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 청구항 9의 장치 및 주위환경으로부터 적어도 부분적으로 격리된 실내를 갖는 폐쇄체를 포함하며, 상기 장치는 상기 실내에 위치하도록 된 것을 특징으로 하는 온실시스템.
  11. 청구항 9에 따른 다수의 장치 및 주위환경으로부터 적어도 부분적으로 격리된 실내를 갖는 폐쇄체를 포함하며, 상기 장치는 상기 실내에 배치되도록 된 것을 특징으로 하는 온실시스템.
  12. 제 10 항 및 제 11 항 중의 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 실내의 상측부에 위치하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중의 한 항에 있어서, 상기 폐쇄체는 상기 폐쇄체를 덮음과 함께 열에너지가 통과하여 전달되는 것을 감소시키거나 방지하도록 구성된 보온스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 보온스크린은 상기 열에너지가 대류에 의해 전달되는 것을 감소시키거나 방지하기 위해 공기가 통과하여 침투하지 못하게 밀봉된 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 13 항 내지 제 14 항 중의 한 항에 있어서, 상기 보온스크린은 상기 열에너지가 전도에 의해 전달되는 것을 감소시키거나 방지하기 위해 단열재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중의 한 항에 있어서, 상기 보온스크린은 상기 열에너지가 방사에 의해 전달되는 것을 감소시키거나 방지시기 위해 열방사선이 투과하지 못하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중의 한 항에 있어서, 상기 보온스크린은 열방사선을 반사시키기 위해 열반사성을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중의 한 항에 있어서, 상기 실내는 상기 하측부에 가열원을 갖고 있지 않은 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중의 한 항에 있어서, 상기 공기는 상기 상측부에서보다 상기 하측부에서 낮은 평균온도를 항상 유지하기 위해 수집되어 방출되는 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  20. 제 9 항 내지 제 19 항 중의 한 항에 있어서, 상기 탈습부는 냉매유체를 내부에서 순환시키는 것으로서, 상기 냉매유체를 증발시키는 증발기 및 상기 냉매유체를 응축시키는 응축기를 포함하며, 상기 수집된 공기는 상기 증발기에 의해 탈습되어 냉각되며, 상기 탈습되어 냉각된 공기는 상기 응축기에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 장치 또는 시스템.
  21. 제 8 항 내지 제 20 항 중의 한 항에 있어서, 상기 탈습부는 상기 공기를 상기 실내의 상측부에 방출하기 전에 상기 탈습된 공기를 가열하기 위한 열교환기를 포함하는 가열 및 탈습부인 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 열교환기는 액체형 열교환기인 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  23. 제 8 항 내지 제 21 항 중의 한 항에 있어서, 상기 탈습부는 공통 하우징 내에 수납되는 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  24. 제 8 항 내지 제 22 항 중의 한 항에 있어서, 상기 공기는 상기 탈습부 내에 위치하는 팬에 의해 상기 폐쇄체의 실내로부터 상기 탈습부를 통하여 순환되는 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 탈습부는 외측으로 벌어지는 입구, 외측으로 벌어지는 출구 및 상호 연결하는 상대적으로 좁은 목부를 포함하는 하우징 내에 수납되며, 상기 외측으로 벌어지는 입구는 상기 증발기 및 상기 응축기를 수납하며, 상기 좁은 목부는 상기 팬을 수납하는 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  26. 제 21 항에 있어서, 상기 공기는 상기 탈습부 내에 위치하는 팬에 의해 상기 폐쇄체의 실내로부터 상기 가열 및 탈습부를 통해 순환되는 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 팬은 상기 열교환기로부터 흐르는 공기를 받아들여서 상기 공기를 상기 공기출구를 통해 송풍하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  28. 제 21 항에 있어서, 상기 팬은 상기 응축기와 상기 열교환기 사이에 개재되므로, 상기 팬은 상기 응축기로부터 흐르는 공기를 받아들이고, 상기 열교환기는 상기 팬으로부터 흐르는 공기를 받아들이는 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  29. 제 8 항, 제 20 항 내지 제 22 항, 및 제 26 항 내지 제 28항 중의 한 항에 있어서, 상기 응축기에서 나오는 냉매유체는 상기 증발기와 상기 응축기 사이의 공기에 의해 더욱 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  30. 제 8 항, 제 20 항 내지 제 22 항, 및 제 26 항 내지 제 29항 중의 한 항에 있어서, 상기 폐쇄체로부터 상기 증발기로 들어가는 공기는 상기 증발기와 상기 응축기 사이의 공기에 의해 예비 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  31. 제 21 항, 제 22 항 및 제 26 항 내지 제 28 항 중의 한 항에 있어서, 상기 탈습된 공기는 상기 폐쇄체로부터의 공기와 혼합되어 혼합물을 제공하며, 상기 혼합물은 상기 열교환기에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
  32. 제 1 항 내지 제 31 항 중의 한 항에 있어서, 상기 폐쇄체는 식물을 재배하는 온실이며, 상기 공기는 상기 식물의 잎 위로 방출되는 것을 특징으로 하는 방법, 장치 또는 시스템.
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