KR20130103575A - 증발 냉각에 의한 효율적 공기 제습 및 액체 회수용 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

하나 이상의 제습 유닛 내에 습도 구배를 설정함으로써 공기를 제습하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 제습 유닛에 진입하는 비교적 습한 주위 공기로부터의 수증기는 저압 수증기 진공 체적으로의 실질적인 응축 없이 제습 유닛에 의해 추출된다. 수증기는 제습 유닛의 수증기 투과성 막을 통해 저압 수증기 진공 체적 내로 추출될 수도 있어, 이에 의해 공기의 습도를 감소시킨다. 공기로부터 추출된 저압 수증기는 약간 더 높은 압력으로 압축되고, 응축되고, 주위 조건에서 시스템으로부터 제거된다. 게다가, 각각의 제습 유닛은 상류측 및/또는 하류측에 배치된 하나 이상의 증발 냉각 유닛과 관련될 수도 있다. 일 실시예에서, 제습 유닛은 이상 습도비 대 온도 곡선을 반복적으로 근접함으로써 원하는 최종 조건으로 습도비 및 온도를 감소시키는 기능을 한다.

Description

증발 냉각에 의한 효율적 공기 제습 및 액체 회수용 위한 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR EFFICIENT AIR DEHUMIDIFICATION AND LIQUID RECOVERY WITH EVAPORATIVE COOLING}
가열, 환기 및 공조(HVAC) 시스템은 종종 이러한 시스템에 의해 조화되는 공기를 제습하기 위한 냉각 장치 내에 일체화된 제습 시스템을 갖는다. 냉각이 따뜻한 환경 내지 고온 환경에 요구될 때, 냉각되고 제습되는 공기는 일반적으로 대략 0.009(건조한 공기의 파운드당 H2O의 파운드) 초과의 습도비를 가질 것이다. 이들 환경에서, HVAC 시스템은 통상적으로 공기의 현열 냉각 및 잠열 에너지(즉, 습도)의 제거를 위해 냉각제 압축기를 사용한다. 공기는 통상적으로 약 55℉(12.8℃)로 냉각되고, 이는 공기가 약 100% 포화될 때까지(즉, 약 100%에서의 상대 습도) 공기로부터 H2O를 응축한다. 55℉(12.8℃) 온도는 55℉(12.8℃)에서 수증기 포화점인 약 0.009의 건조한 공기의 파운드당 H2O의 파운드로 습도비를 낮추어, 거의 100%의 상대 습도를 생성한다. 이 공기가 약 75℉(23.9℃)로 가온될 때, 습도비는 대략 동일하게 유지되고, 상대 습도는 대략 50%로 강하된다. 이 전통적인 제습 방법은 공기가 약 55℉(12.8℃)로 냉각되는 것을 요구하고, 일반적으로 대략 3 내지 5의 성능 계수(COP)를 성취할 수 있다.
본 발명의 범주에서 고려되는 특정 실시예가 이하에 요약된다. 이들 실시예는 청구된 발명의 범주를 한정하도록 의도되는 것은 아니고, 오히려 이들 실시예는 단지 본 발명의 가능한 형태의 간략한 요약을 제공하도록 의도된다. 실제로, 본 발명은 이하에 설명된 실시예와 유사하거나 상이할 수도 있는 다양한 형태를 포함할 수도 있다.
제1 실시예에서, 기류로부터 수증기를 제거하기 위한 제습 시스템이 제공된다. 시스템은 막에 의해 분리된 제1 및 제2 채널을 포함한다. 막은 기류의 모든 다른 성분이 막을 통해 통과하는 것을 실질적으로 차단하면서 막의 투과성 체적을 통해 수증기로부터 제2 채널로의 H2O의 통과를 용이하게 함으로써 제1 채널을 통해 유동하는 기류로부터 수증기의 제거를 용이하게 하도록 구성된다. 시스템은 기류를 냉각하도록 구성된 증발 냉각 유닛을 또한 포함한다. 시스템은 제1 채널 내에서보다 제2 채널 내에서 수증기의 낮은 부분 압력을 생성하도록 구성되어, H2O가 막을 통해 제2 채널로 이동하게 하는 압력 증가 장치를 더 포함한다. 압력 증가 장치는 압력 증가 장치의 출구에서의 수증기의 압력을 액체수 내로의 후속의 응축을 위해 적합한 범위의 수증기의 부분 압력으로 증가시키도록 또한 구성된다.
제2 실시예에서, 시스템은 기류로부터 H2O 증기를 제거하기 위한 제습 유닛을 포함한다. 제습 유닛은 입구 기류를 수용하고 출구 기류를 토출하도록 구성된 공기 채널을 포함한다. 제습 유닛은 공기 채널에 인접한 H2O 투과성 재료를 또한 포함한다. H2O 투과성 재료는 입구 기류 내의 H2O 증기로부터의 H2O가 H2O 투과성 재료를 통해 H2O 투과성 재료의 흡입측으로 통과하고 입구 기류 내의 다른 성분이 H2O 투과성 재료를 통해 H2O 투과성 재료의 흡입측으로 통과하는 것은 실질적으로 차단하는 것을 선택적으로 가능하게 하도록 구성된다. 시스템은 기류를 냉각하도록 구성된 증발 냉각 유닛을 또한 포함한다. 시스템은 입구 기류 내의 H2O 증기의 부분 압력보다 H2O 투과성 재료의 H2O 증기의 낮은 부분 압력을 생성하여 입구 기류 내의 H2O 증기로부터 H2O 투과성 재료를 통한 H2O의 통과를 구동하고, 압력 증가 장치의 출구에서의 압력을 H2O 증기를 액체 H2O로 응축하기 위해 적합한 H2O 증기의 부분 압력으로 증가시키도록 구성되는 압력 증가 장치를 더 포함한다.
제3 실시예에서, 방법은 제습 유닛의 공기 채널 내로 H2O 증기를 포함하는 기류를 수용하는 단계를 포함하고, 기류는 H2O 증기의 제1 부분 압력을 갖는다. 방법은 증발 냉각 유닛을 경유하여 기류를 냉각하는 단계를 또한 포함한다. 방법은 H2O 투과성 재료를 가로지르는 압력차를 사용하여 제습 유닛의 H2O 투과성 재료를 통해 제습 유닛의 H2O 증기 채널 내로 H2O를 흡입하는 단계를 더 포함한다. H2O 증기 채널은 기류의 H2O 증기의 제1 부분 압력보다 낮은 H2O 증기의 제2 부분 압력을 갖는다. 게다가, 방법은 H2O 증기 채널로부터 압력 증가 장치 내로 H2O 증기를 수용하는 단계와, 압력 증가 장치로부터의 H2O 증기의 압력을 H2O 증기의 제2 부분 압력보다 높은 H2O 증기의 제3 부분 압력으로 증가시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예의 이들 및 다른 특징, 태양 및 장점은 유사한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분을 표현하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명이 숙독될 때 더 양호하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제습 유닛 및 하나 이상의 증발 냉각 유닛을 갖는 HVAC 시스템의 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 다수의 병렬 공기 채널 및 수증기 채널을 갖는 도 1의 제습 유닛의 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 단일 수증기 채널 내부에 위치된 단일 공기 채널을 갖는 도 1의 제습 유닛의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 1, 도 2a 및 도 2b의 제습 유닛의 공기 채널 및 인접 수증기 채널의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 1 내지 도 3의 제습 유닛의 수증기 채널로서 사용될 수도 있는 막(membrane)을 사용하여 형성된 분리 모듈의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도 1 내지 도 3의 제습 유닛을 통해 유동하는 습한 공기의 온도 및 습도비의 습공기 선도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제습 유닛의 수증기 추출 챔버 내의 수증기로부터 비응축성 성분을 제거하기 위한 진공 펌프를 갖는 도 1의 HVAC 시스템 및 제습 유닛 및 하나 이상의 증발 냉각 유닛의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 HVAC 시스템 및 제습 유닛의 다양한 작동 조건을 제어하기 위한 제어 시스템을 갖는 도 6의 HVAC 및 제습 유닛 및 하나 이상의 증발 냉각 유닛의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제습 유닛의 상류측에 배치된 증발 냉각 유닛을 갖는 HVAC 시스템의 개략도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 도 8의 직접 증발 냉각 유닛 및 제습 유닛을 통해 유동하는 공기의 온도 및 습도비의 습공기 선도이다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 도 8의 간접 증발 냉각 유닛 및 제습 유닛을 통해 유동하는 공기의 온도 및 습도비의 습공기 선도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제습 유닛의 하류측에 배치된 증발 냉각 유닛을 갖는 HVAC 시스템의 개략도이다.
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 도 10의 제습 유닛 및 직접 증발 냉각 유닛을 통해 유동하는 공기의 온도 및 습도비의 습공기 선도이다.
도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 도 10의 제습 유닛 및 간접 증발 냉각 유닛을 통해 유동하는 공기의 온도 및 습도비의 습공기 선도이다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 제습 유닛 및 복수의 직접 증발 냉각 유닛을 통해 유동하는 공기의 온도 및 습도비의 습공기 선도이다.
도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 제습 유닛 및 복수의 간접 증발 냉각 유닛을 통해 유동하는 공기의 온도 및 습도비의 습공기 선도이다.
본 발명의 특정 실시예가 본 명세서에 설명될 것이다. 이들 실시예의 간결한 설명을 제공하기 위한 노력시에, 실제 구현예의 모든 특징들이 명세서에 설명되지는 않을 수도 있다. 임의의 이러한 실제 구현예의 전개시에, 임의의 엔지니어링 또는 설계 프로젝트에서와 같이, 수많은 구현-특정 판정이 일 구현예로부터 다른 구현예로 다양할 수도 있는 시스템-관련 및 비즈니스-관련 제약에 따른 순응과 같은 개발자의 특정 목표를 성취하기 위해 행해져야 한다는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적일 수도 있지만, 그럼에도 불구하고 본 발명의 이익을 갖는 당 기술 분야의 숙련자를 위한 일상적인 설계, 제조 및 제조의 착수일 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 다양한 실시예의 요소를 소개할 때, 단수 표현의 용어는 하나 이상의 요소들이 존재한다는 것을 의미하도록 의도된다. 용어 "포함하는", "구비하는" 및 "갖는"은 포함적인 것으로 의도되고, 열거된 요소 이외의 부가의 요소들이 존재할 수도 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에 개시된 요지는 제습 시스템에 관한 것이고, 더 구체적으로는 제습 유닛 내에 습도 구배를 설정함으로써 초기 응축 없이 공기를 제습하는 것이 가능한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 수증기 투과성 재료(즉, 수증기 투과성 막)가 공기 채널을 통해 통과하는 공기로부터 수증기의 제거를 용이하게 하기 위해 2차 채널 또는 챔버로부터 공기 채널을 분리하는 적어도 하나의 경계를 따라 사용된다. 수증기 투과성 재료에 의해 공기 채널로부터 분리된 2차 채널 또는 챔버는 수증기 투과성 재료를 경유하여 공기 채널로부터 추출된 수증기를 수용할 수 있다.
특정 실시예에서, 제습 유닛은 하나 이상의 증발 냉각 유닛과 함께 사용될 수도 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 증발 냉각 유닛은 제습 유닛의 상류측에 배치될 수도 있고, 증발 냉각 유닛으로부터 배출된 공기는 제습 유닛의 입구 내로 유도된다. 역으로, 다른 실시예에서, 제습 유닛은 증발 냉각 유닛의 상류측에 배치될 수도 있고, 제습 유닛으로부터 배출된 공기는 증발 냉각 유닛 내로 유도된다. 실제로, 다른 실시예에서, 다중 제습 유닛이 제습 유닛들 사이에 배치된 다중 증발 냉각 유닛과 함께 사용될 수도 있다. 다중 제습 유닛 및 다중 증발 냉각 유닛을 사용하는 것은 입구 공기의 온도 및 습도비의 초기 조건으로부터 출구 공기의 온도 및 습도비의 원하는 최종 조건으로의 습공기 선도 상의 "톱니형" 진행을 가능하게 한다. 달리 말하면, 각각의 제습 유닛은 실질적으로 일정한 온도에서 공기를 연속적으로 제습하고, 반면에 증발 냉각 유닛은 온도 및 습도의 원하는 최종 조건이 성취될 때까지 공기를 연속적으로 냉각한다(직접 증발 냉각의 경우에 제습함).
작동시에, 수증기 투과성 재료는, 공기 채널을 통해 유동하는 공기의 다른 성분의 유동이 수증기 투과성 재료를 통해 통과하는 것을 실질적으로 차단하면서, 공기 채널로부터 2차 채널 또는 챔버로 수증기 투과성 재료를 통한 H2O(물 분자, 기체 수증기, 액체수, 흡착/탈착된 물 분자, 흡수/탈수된 물 분자 또는 이들의 조합으로서 H2O를 칭할 수도 있음)의 유동을 허용한다. 이와 같이, 수증기 투과성 재료는 공기로부터 단지 수증기만을 주로 제거함으로써 공기 채널을 통해 유동하는 공기의 습도를 감소시킨다. 대응적으로, 2차 채널 또는 챔버는 주로 수증기로 충전된다. 수증기 투과성 재료를 통한 H2O의 통과는 압력차에 의해 용이하게 될 수도 있다는 것이 주지되어야 한다. 실제로, 수증기의 낮은 부분 압력(즉, 공기 채널 내의 수증기의 부분 압력보다 낮은 부분 압력)이 2차 채널 또는 챔버 내에 생성될 수도 있어 수증기 투과성 재료를 통한 H2O의 통과를 더 용이하게 한다. 이에 따라, 공기 채널에 대향하는 수증기 투과성 재료의 측은 수증기 투과성 재료의 흡입측이라 칭할 수도 있다.
일단 H2O가 수증기 투과성 재료를 통해 통과되어 있으면, 수증기 투과성 재료의 흡입측 상의 수증기의 부분 압력을 응축기에 의한 수증기의 응축을 가능하게 하는데 요구된 최소 포화 압력으로 증가시키기 위해 진공 펌프가 사용된다. 즉, 진공 펌프는 응축을 위한 원하는 조건에 따라, 수증기를 액체수로 응축하기 위해 적합한 범위의 압력[예를 들어, 대략 0.25 내지 1.1 pounds per square inch absolute(psia)(1.7 내지 7.6 kPa)의 범위, 더 높은 값이 직렬의 다중 제습 유닛을 사용하는 실시예에 적용됨]으로 수증기를 압축한다. 응축기는 이어서 수증기를 액체 상태로 응축하고, 최종 액체수는 이어서 대략 대기압으로 압축되어, 액체수가 주위 대기 조건으로 방출될 수 있게 된다. 수증기를 배출에 앞서 액체 상태로 응축함으로써, 특정 효율이 제공된다. 예를 들어, 액체수를 대기압으로 압축하는 것은 수증기를 대기압으로 압축하는 것보다 낮은 에너지를 요구한다. 본 명세서에 설명된 제습 유닛은 일반적으로 종래의 시스템보다 상당히 낮은 에너지를 사용한다는 것이 또한 주지되어야 한다.
본 명세서에 설명된 실시예는 공기로부터 수증기의 제거를 가능하게 하는 것으로서 주로 제시되지만, 다른 실시예는 공기로부터 다른 H2O 성분의 제거를 가능하게 할 수도 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 수증기 투과성 재료 대신에, H2O 투과성 재료가 사용될 수도 있다. 이와 같이, H2O 투과성 재료는 공기 채널을 통해 유동하는 공기의 다른 성분의 유동이 H2O 투과성 재료를 통해 통과하는 것을 실질적으로 차단하면서, 공기 채널로부터 2차 채널 또는 챔버로 H2O 투과성 재료를 통한 H2O 성분(즉, 물 분자, 기체 수증기, 액체수, 흡착/탈착된 물 분자, 흡수/탈수된 물 분자 등)의 하나, 모두 또는 임의의 조합의 유동을 허용할 수도 있다. 달리 말하면, 개시된 실시예는 공기로부터 수증기의 제거에 한정되지 않고, 오히려 공기로부터 H2O(즉, 임의의 그 상태의)의 제거에 관련된다. 그러나, 간결화를 위해, 본 명세서에 설명된 실시예는 주로 공기로부터 수증기의 제거에 초점을 맞춘다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제습 유닛(10) 및 하나 이상의 증발 냉각 유닛(12)을 갖는 HVAC 시스템(8)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 특정 실시예에서, 제습 유닛(10)은 제습 유닛(10)의 입구측에서 제1 증발 냉각 유닛(12)으로부터 비교적 높은 습도를 갖는 입구 공기(14A)를 수용할 수도 있다. 더욱이, 특정 실시예에서, 제습 유닛(10)은 비교적 낮은 습도를 갖는 출구 공기(14B)를 제습 유닛(10)의 출구측에 위치된 제2 증발 냉각 유닛(12) 내로 배출할 수도 있다. 증발 냉각 유닛(12)의 태양 및 HVAC 시스템(8) 내의 이들의 위치 설정이 본 명세서에 더 상세히 설명될 것이다. 특히, 도 1은 제습 유닛(10)의 입구측 및 출구측에 증발 냉각 유닛(12)을 도시하고 있지만, 다른 실시예에서, HVAC 시스템(8)은 단지 제습 유닛(10)의 상류측의 증발 냉각 유닛(12)만, 또는 제습 유닛(10)의 하류측의 증발 냉각 유닛(12)만을 포함할 수도 있다. 더욱이, 더 복잡한 배열에서, 다중 제습 유닛(10)은 다중 증발 냉각 유닛(12)과 함께 사용될 수도 있다.
제습 유닛(10)은 공기(14)[즉, 입구 공기(14A) 및 출구 공기(14B)]가 그를 통해 유동하는 하나 이상의 공기 채널(16)을 포함할 수도 있다. 게다가, 제습 유닛(10)은 하나 이상의 공기 채널(16)에 인접한 하나 이상의 수증기 채널(18)을 포함할 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 공기(14)는 수증기 채널(18)을 통해 유동하지 않는다. 오히려, 본 명세서에 설명된 실시예는 공기 채널(16) 내의 공기(14)로부터 수증기 채널(18)로의 수증기의 통과를 가능하게 하여, 따라서 공기(14)를 제습하고 수증기를 수증기 채널(18) 내에 축적한다. 특히, 공기 채널(16) 내의 공기(14)로부터의 수증기는 인접 공기 채널(16)과 수증기 채널(18) 사이의 계면(20)(즉, 배리어 또는 막)을 통해 유동하도록 허용될 수도 있고, 반면에 공기(14)의 다른 성분(예를 들어, 질소, 산소, 이산화탄소 등)은 계면(20)을 통해 유동하는 것이 차단된다. 일반적으로, 수증기 채널(18)은 공기 채널(16) 내의 공기(14)로부터 수증기를 계면(20)을 통해 H2O로서[즉, 계면(20)을 통해, 물 분자, 기체 수증기, 액체수, 흡착/탈착된 물 분자, 흡수/탈수된 물 분자 등으로서] 끌어당기는 낮은 압력을 생성하도록 밀봉된다.
이와 같이, 습도 구배가 공기 채널(16)과 인접 수증기 채널(18) 사이에 설정된다. 습도 구배는 공기 채널(16)과 인접 수증기 채널(18) 사이의 압력 구배에 의해 생성된다. 특히, 수증기 채널(18) 내의 수증기의 부분 압력은 공기 채널(16) 내의 수증기의 부분 압력보다 낮은 레벨에서 유지되어, 공기 채널(16)을 통해 유동하는 공기(14) 내의 수증기가 계면(20)의 흡입측[즉, 수증기의 낮은 부분 압력을 갖는 수증기 채널(18)]을 향하는 경향이 있게 된다.
H2O 이외의 공기의 성분은 본 발명의 실시예에 따라 계면(20)을 통해 통과하는 것이 실질적으로 차단될 수도 있다. 달리 말하면, 특정 실시예에서, H2O 이외의 공기(14)의 성분(예를 들어, 질소, 산소, 이산화탄소 등)의 대략 95% 이상, 대략 96% 이상, 대략 97% 이상, 대략 98% 이상, 또는 대략 99% 이상이 계면(20)을 통해 통과하는 것이 차단될 수도 있다. H2O 이외의 성분의 100%를 차단하는 이상적인 계면(20)에 비교될 때, H2O 이외의 성분의 99.5%를 차단하는 계면(20)은 대략 2 내지 4%의 효율의 감소를 경험할 것이다. 이와 같이, H2O 이외의 성분은 효율에 대한 이들 악영향을 최소화하도록 주기적으로 퍼지될 수도 있다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 다중 병렬 공기 채널(16) 및 수증기 채널(18)을 갖는 도 1의 제습 유닛(10)의 사시도이다. 도 2a에 도시된 실시예에서, 공기 채널(16) 및 수증기 채널(18)은 일반적으로 직선형 채널이고, 이 채널들은 인접 공기 채널(16)과 수증기 채널(18) 사이의 계면(20)의 표면적의 상당한 양을 제공하다. 또한, 일반적으로 직선형 채널(16, 18)은 공기(14)가 공기 채널(16)을 나오기 전에 수증기(26A)가 공기 채널(16)의 경로를 따라 제거되는 것을 가능하게 한다. 달리 말하면, 비교적 습한 입구 공기(14A)[예를 들어 공기가 공기 조화를 위해 적절하도록 55℉(12.8℃) 이상의 이슬점을 갖는 공기]가 공기 채널(16)을 통해 직선으로 통과하고 비교적 건조한 출구 공기(14B)로서 나오는데, 이는 공기(14)가 계면(20)의 대기압측[즉, 공기 채널(16) 내의 계면(20)의 측면]을 따라 횡단함에 따라 수분이 제거되기 때문이다. 단일 유닛이 60℉(15.6℃) 포화 압력 이하로 제습되는 실시예에서, 계면(20)의 흡입측[즉, 수증기 채널(18) 내의 계면(20)의 측면]은 일반적으로 계면(20)의 대기압측 상의 수증기의 부분 압력보다 낮은 수증기의 부분 압력에서 유지될 것이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 각각의 수증기 채널(18)은 수증기 채널(18) 내의 수증기가 그를 통해 제거되는 수증기 채널 출구(22)와 연결된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 특정 실시예에서, 수증기 채널 출구(22)는 수증기 출구 매니폴드(24)를 경유하여 연결될 수도 있고, 여기서 모든 수증기 채널(18)로부터의 수증기(26A)가 튜브 또는 챔버와 같은 단일 수증기 진공 체적(28) 내에 조합된다. 공기 채널(16) 및 수증기 채널(18)의 다른 구성이 또한 구현될 수도 있다. 다른 예로서, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 단일 수증기 채널(18) 내부에 위치된 단일 공기 채널(16)을 갖는 도 1의 제습 유닛(10)의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 공기 채널(16)은 더 대형의 동심 원통형 수증기 채널(18) 내에 위치된 원통형 공기 채널일 수도 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예는 단지 예시일 뿐이고 한정으로 의도되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 1, 도 2a 및 도 2b의 제습 유닛(10)의 공기 채널(16) 및 인접 수증기 채널(18)의 평면도이다. 도 3에서, 수증기(26)의 도시는 예시의 목적으로 과장되어 있다. 특히, 공기(14)로부터의 수증기(26)는 공기 채널(16)과 인접 수증기 채널(18) 사이의 계면(20)을 통해 H2O로서[즉, 계면(20)을 통해, 물 분자, 기체 수증기, 액체 수, 흡착/탈착된 물 분자, 흡수/탈수된 물 분자 등으로서] 유동하는 것으로 도시되어 있다. 역으로, 공기(14)의 다른 성분(30)(예를 들어, 질소, 산소, 이산화탄소 등)은 공기 채널(16)과 인접 수증기 채널(18) 사이의 계면(20)을 통해 유동하는 것이 차단되어 있는 것으로서 도시되어 있다.
특정 실시예에서, 계면(20)은 수증기 투과성이고 다른 성분(30)의 유동은 차단하면서 막의 투과성 체적을 통한 H2O의 유동은 허용하는 막을 포함할 수도 있다. 재차, H2O가 계면(20)을 통해 통과할 때, H2O는 실제로 계면(20)을 통해 물의 상태 중 하나, 모두 또는 임의의 조합(즉, 물 분자, 기체 수증기, 액체수, 흡착/탈착된 물 분자, 흡수/탈수된 물 분자 등)으로서 통과할 수도 있다는 것이 주지되어야 한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 계면(20)은 물 분자를 흡착/탈착할 수도 있다. 다른 예에서, 계면(20)은 물 분자를 흡착/탈착하고 수증기의 통과를 가능하게 할 수도 있다. 다른 실시예에서, 계면(20)은 상태의 다른 조합으로 물의 통과를 용이하게 할 수도 있다. 계면(20)은 공기(14)의 유동 경로를 따라 연장된다. 이와 같이, 수증기(26)는 비교적 습한 입구 공기(14A)가 공기 채널(16)을 통해 유동함에 따라 계면(20)의 일 측면으로부터 계속 제거된다. 따라서, 공기 채널(16)을 통해 유동하는 공기(14)의 제습은, 이 공기가 공기 채널(16)의 유동 경로를 따라 진행하고 입구 공기(14A) 위치로부터 출구 공기(14B) 위치로 공기 채널(16)에 인접한 계면(20)에 계속 접촉함에 따라 증가적으로 공기(14)의 다른 성분(30)으로부터 수증기(26)를 분리함으로써 성취된다.
특정 실시예에서, 수증기 채널(18)은 제습 유닛(10)의 사용 전에 소기되어, 수증기(26)의 낮은 부분 압력[즉, 공기 채널(16) 내의 수증기의 부분 압력 미만의 부분 압력]이 수증기 채널(18) 내에 생성되게 된다. 예를 들어, 수증기 채널(18) 내의 수증기(26)의 부분 압력은 정상 작동 중에 대략 0.10 내지 0.25 psia(0.7 내지 1.7 kPa)의 범위일 수도 있는데, 이는 60℉(15.6℃) 포화 압력 또는 그 이하로의 제습에 대응한다. 이 예에서, 0.01 psia(0.07 kPa) 범위의 초기 조건이 비응축물을 제거하는데 사용될 수 있고, 반면에 공기 채널(16) 내의 수증기의 부분 압력은 대략 0.2 내지 1.0 psia(1.4 내지 6.9 kPa)의 범위일 수도 있다. 그러나, 특정 시기에, 수증기 채널(18) 및 공기 채널(16) 내의 수증기의 부분 압력 사이의 압력차는 0.01 psia(0.07 kPa) 정도(또는 미만)일 수도 있다. 수증기 채널(18) 내의 수증기의 낮은 부분 압력은, 공기 채널(16)을 통해 유동하는 공기(14)가 국부 대기압[즉, 해양 레벨에서 대략 14.7 psia(101.4 kPa)]에 있기 때문에, 공기 채널(16)로부터 수증기 채널(18)로 수증기(26)의 유동을 더 용이하게 한다. 공기 채널(16) 내의 공기(14) 내의 수증기의 부분 압력은 수증기 채널(18) 내의 수증기(26)의 부분 압력보다 크기 때문에, 압력 구배가 공기 채널(16)로부터 수증기 채널(18)로 생성된다. 전술된 바와 같이, 인접 공기 채널(16)과 수증기 채널(18) 사이의 계면(20)은 배리어를 제공하고, 실질적으로 단지 수증기(26)만이 공기 채널(16) 내의 공기(14)로부터 수증기 채널(18)로 유동하게 한다. 이와 같이, 공기 채널(16)을 통해 유동하는 공기(14)는 일반적으로 입구 공기(14A)로부터 출구 공기(14B)로 습도가 감소할 것이다.
공기 채널(16)과 수증기 채널(18) 사이의 계면(20)으로서 수증기 투과성 막의 사용은 다수의 장점을 갖는다. 특히, 몇몇 실시예에서, 어떠한 부가의 에너지도 공기 채널(16)로부터 수증기 채널(18)까지 습도 구배를 생성하는데 요구되지 않는다. 게다가, 몇몇 실시예에서, 어떠한 재생도 수반되지 않고, 어떠한 환경 배출물(예를 들어, 고체, 액체 또는 기체)도 발생되지 않는다. 실제로, 일 실시예에 따르면, 물 투과성 막[즉, 계면(20)]을 경유하는 공기(14)의 다른 성분(30)으로부터 수증기(26)의 분리는 기류로부터 직접 물을 응축하는데 사용된 압축기 기술보다 훨씬 더 높은 에너지 효율에서 성취될 수 있다.
수증기 투과성 막은 수증기에 고도로 투과성이기 때문에, 제습 유닛(10)을 작동하는 비용은 공기 채널(16)을 통해 유동하는 공기(14)가 계면(20)을 통한 H2O의 통과를 용이하게 하도록 상당히 압축될 필요가 없기 때문에 최소화될 수도 있다. 수증기 투과성 막은 또한 공기(14)로부터 수증기의 투과에 매우 민감하다. 달리 말하면, 수증기 투과성 막은 수증기 이외의 공기(14)의 성분(30)이 수증기 채널(18)에 진입하는 것을 방지하는데 매우 효율적이다. 이러한 것은 H2O가 압력 구배에 기인하여[즉, 수증기 채널(18) 내의 수증기의 낮은 부분 압력에 기인하여] 계면(20)을 통해 통과하고 수증기 채널(18) 내로의 공기(14)의 임의의 투과 또는 누출이 수증기 채널(18)을 소기하는데 사용된 진공 펌프의 동력 소비를 증가시킬 수 있기 때문에 장점이 있다. 게다가, 수증기 투과성 막은 공기 채널(16) 및 수증기 채널(18)의 공기 오염, 생물학적 열화 및 기계적 부식에 대해 저항성이 있기에 충분히 튼튼하다. 수증기 투과성 막은 일 실시예에 따라 고온의 습한 공기 환경에서 박테리아 부착 및 성장에 대해 또한 저항성이 있을 수도 있다.
수증기 투과성 막[즉, 계면(20)]을 위해 사용된 재료의 일 예는 얇은 다공성 금속 시트 상에 지지된 제올라이트이다. 특히, 특정 실시예에서, 초박형(예를 들어, 대략 2 ㎛ 미만) 조밀한 제올라이트 막 필름이 대략 50 ㎛ 두께 다공성 금속 시트 상에 증착될 수도 있다. 최종 막 시트는 제습 유닛(10)에 사용되도록 막 분리 모듈 내에 패키징될 수도 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 도 1 내지 도 3의 제습 유닛(10)의 수증기 채널(18)로서 사용될 수도 있는 막을 사용하여 형성된 분리 모듈(32)의 사시도이다. 2개의 막 시트(34, 36)가 절첩되어 대략 5 mm의 폭(wmsm)을 갖는 수증기를 위한 채널을 갖는 일반적으로 직사각형 형상으로 함께 부착될 수도 있다. 분리 모듈(32)은 막 코팅면이 공기(14)에 노출되도록 제습 유닛(10) 내에 위치될 수도 있다. 금속 지지 시트의 박형화는 원료 금속 재료의 중량 및 비용을 감소시키고 또한 막 시트(34, 36) 상에 증착된 수증기 투과성 막 필름을 통한 H2O 확산에 대한 저항을 최소화한다. 시트(34, 36)의 금속 성질은 분리 모듈(32)이 대략 60 psi(413.7 kPa)(즉, 대기압의 대략 4배) 초과의 압력 구배를 견딜 수 있도록 패키징을 위한 기계적 강도 및 탄력성을 제공한다.
공기(14)의 다른 성분(30)으로부터 수증기의 분리는 대략 1.0 kg/m2/h(예를 들어, 대략 0.5 내지 2.0 kg/m2/h의 범위)의 수증기 투과 플럭스 및 대략 5 내지 200+의 수증기-대-공기 선택도 범위를 생성할 수도 있다. 이와 같이, 제습 유닛(12)의 효율은 비교적 낮은 생산 비용을 갖는 다른 종래의 제습 기술에 비교하여 비교적 높다. 예로서, 대략 7 내지 10 m2의 계면(20)의 막 면적이 주위 조건 하에서 1톤의 공기 냉각 부하를 제습하는데 요구될 수 있다. 이러한 공기 냉각 부하를 취급하기 위해, 특정 실시예에서, 대략 450 mm의 높이(hmsm), 대략 450 mm의 길이(lmsm) 및 대략 5 mm의 폭(wmsm)을 갖는 17 내지 20개의 분리 모듈(32)이 사용될 수도 있다. 이들 분리 모듈(32)은 제습 유닛(10) 내에 나란히 조립될 수도 있어, 분리 모듈(32) 사이에 대략 2 mm 간극을 남겨둔다. 이들 간극은 공기(14)가 그를 통해 유동하는 공기 채널(16)을 형성한다. 이 예에서 설명된 치수는 단지 예시일 뿐이고 한정으로 의도되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도 1 내지 도 3의 제습 유닛(12)을 통해 유동하는 습한 공기(14)의 온도 및 습도비의 습공기 선도(38)이다. 특히, 습공기 선도(38)의 x-축(40)은 도 1의 공기 채널(16)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도에 대응하고, 습공기 선도(38)의 y-축(42)은 공기 채널(16)을 통해 유동하는 공기(14)의 습도비에 대응하고, 곡선(44)은 공기 채널(16)을 통해 유동하는 공기(14)의 수증기 포화 곡선을 표현한다. 라인(46)에 의해 도시된 바와 같이, 수증기는 공기 채널(16)을 통해 유동하는 공기(14)로부터 제거되기 때문에, 도 1 내지 도 3의 제습 유닛(12)으로부터 출구 공기(14B)의 습도비[즉, 점(48)]는 도 1 내지 도 3의 제습 유닛(12) 내로의 입구 공기(14A)의 습도비[즉, 점(50)]보다 낮고, 출구 공기(14B) 및 입구 공기(14A)의 온도는 실질적으로 동일하다.
이제 도 1로 복귀하면, 전술된 바와 같이, 수증기(26)의 낮은 부분 압력[즉, 공기 채널(16) 내의 수증기의 부분 압력보다 낮은 부분 압력]이 제습 유닛(10)의 수증기 채널(18) 내에 생성되어 공기 채널(16)로부터 수증기 채널(18)로의 계면(20)을 통한 H2O의 통과를 더 용이하게 한다. 특정 실시예에서, 수증기 채널(18)은 진공 펌프(52)를 사용하여 초기에 소기될 수도 있다. 특히, 진공 펌프(52)는 수증기 채널(18) 및 수증기 진공 체적(28), 뿐만 아니라 도 2a의 수증기 출구(22) 및 수증기 매니폴드(24)를 소기할 수도 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 진공 펌프(52)로부터 분리된 펌프가 수증기 채널(18), 수증기 진공 체적(28), 수증기 출구(22) 및 수증기 매니폴드(24)를 소기하는데 사용될 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제습 유닛(10) 내의 공기(14)로부터 제거된 수증기(26)는 수증기 진공 체적(28)[즉, 진공 펌프(52)의 흡입측] 내의 수증기(26A)와 진공 펌프(52)의 배기측(즉, 출구)으로부터 배출된 수증기(26B)[즉, 응축 유닛으로 전달된 수증기(26B)] 사이를 구별할 수도 있다. 일반적으로, 진공 펌프(52)로부터 방출된 수증기(26B)는 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)보다 약간 높은 압력 및 높은 온도를 가질 것이다. 진공 펌프(52)는 습한 공기(14) 내의 수증기의 부분 압력보다 낮은 압력을 진공 펌프(52)의 흡입측에 유지하는 것이 가능한 압축기 또는 임의의 다른 적합한 압력 증가 장치일 수도 있다.
예를 들어, 수증기 진공 체적(28) 내에 유지된 수증기(26A)의 낮은 부분 압력은 대략 0.15 내지 0.25 psia(1.0 내지 1.7 kPa)의 범위일 수도 있고, 이는 통상적으로 대략 65 내지 75℉(18.3 내지 23.9℃)의 범위의 수증기(26A)를 갖는 대략 45℉ 내지 60℉(7.2℃ 내지 15.6℃)의 포화 온도에 대응한다. 그러나, 다른 실시예에서, 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)는 대략 0.01 내지 0.25 psia(0.07 내지 1.7 kPa)의 범위의 수증기의 부분 압력 및 대략 55℉(12.8℃) 내지 최대 최고 주위 공기 온도의 범위의 온도에서 유지될 수도 있다. 특정 실시예는 수증기 진공 체적(28) 내의 부분 압력을 0.01 psia(0.07 kPa)의 범위로 강하시켜 공기(14)로부터 수증기를 제거하기 위한 능력을 증가시켜 대기 조건이 이 작동 모드를 허용할 때 증발 냉각기가 전체 공기 조화 부하를 처리하는 것을 가능하게 하도록 설계될 수도 있다.
특정 실시예에서, 진공 펌프(52)는 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 압력을 계면(20)의 대기측의 수증기의 부분 압력[즉, 공기 채널(16) 내의 공기(14)의 부분 압력]보다 낮은 부분 압력으로 감소시키도록 구성된 저압 펌프이다. 진공 펌프(52)의 배기측에서, 수증기(26B)의 부분 압력은 단지 수증기의 응축[즉, 응축 유닛(54) 내의]을 용이하게 하기에 충분히 높게 증가되어 있다. 실제로, 진공 펌프(52)는 응축 유닛(54) 내의 수증기(26B)가 응축 유닛(54) 내의 최소 포화 압력에 근접한 압력에 있도록 압력을 증가시키도록 구성된다.
예로서, 작동시에, 공기(14)는 0.32 psia(2.2 kPa)의 수증기의 부분 압력에서 시스템에 진입할 수도 있는데, 이는 건조한 공기의 파운드당 H2O의 0.014 파운드의 습도비에 대응한다. 시스템은 공기(14)로부터 건조한 공기의 파운드당 H2O의 0.005 파운드를 제거하도록 설정될 수도 있다. 계면(20)을 가로지르는 압력차는 계면(20)을 통한 H2O의 유동을 생성하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기의 부분 압력은 대략 0.1 psia(0.7 kPa)로 설정될 수도 있다. 수증기(26B)의 압력은 주로 단열 프로세스에서 진공 펌프(52)에 의해 증가되고, 수증기(26B)의 압력이 증가함에 따라, 온도가 마찬가지로 증가한다[계면(20)을 가로지르는 비교적 무시할만한 온도차에 대조적으로]. 이와 같이, 예를 들어, 수증기(26B)의 압력이 0.3 psi(2.1 kPa)만큼[즉, 대략 0.4 psia(2.8 kPa)로] 진공 펌프(52) 내에서 증가되면, 응축 유닛(54)은 이어서 대략 72 내지 73℉(22.2 내지 22.8℃)의 온도에서 수증기(26B)를 응축하는 것이 가능하고, 수증기(26B)의 온도는 응축기 온도보다 실질적으로 높은 온도로 증가할 것이다. 시스템은 상류측 수증기(26A) 및 하류측 수증기(26B)의 모두의 압력 및 온도 조건을 계속 모니터링하여 진공 펌프(52)로부터 배출된 수증기(26B)가 단지 응축 유닛(54) 내의 응축을 용이하게 하기에 충분히 높은 수증기의 부분 압력을 갖는 것을 보장할 수도 있다. 이 시나리오에서 제시된 압력 및 온도값은 단지 예시일 뿐이고 한정으로 의도되는 것은 아니라는 것이 주지되어야 한다.
진공 펌프(52)에 진입하는 수증기(26A)로부터 진공 펌프(52)를 나오는 수증기(26B)까지의 압력차가 증가함에 따라, 제습 유닛(10)의 효율은 감소한다는 것을 주지하라. 예를 들어, 바람직한 실시예에서, 진공 펌프(52)는 수증기(26B)를 응축하기 위해 응축 유닛(54)에 의해 사용된 냉각 매체(즉, 공기 또는 물)의 최저 주위 온도에서 포화 압력을 약간 초과하여 응축 유닛(54) 내의 수증기(26B)의 압력을 조정하도록 설정될 것이다. 다른 실시예에서, 수증기(26B)의 온도는 응축 유닛(54) 내의 압력을 제어하는데 사용될 수도 있다. 진공 펌프(52)로부터 배출된 수증기(26B)의 온도는 습한 공기(14A)보다 실질적으로 고온일 수도 있다[예를 들어, 이 온도는 다양한 인자에 따라 200℉(93.3℃) 이상일 수 있음]. 진공 펌프(52)는 단지 수증기(26B)의 응축이 용이해지는 점으로(즉, 대략적으로 포화 압력) 수증기(26B)의 압력을 증가시키기 때문에, 진공 펌프(52)의 동력 요구는 비교적 작아, 이에 의해 제습 유닛(10)으로부터 높은 효율을 얻는다.
일단 수증기(26B)가 진공 펌프(52)에 의해 약간 가압(즉, 압축)되어 있으면, 수증기(26B)는 응축 유닛(54) 내로 유도되고, 여기서 수증기(26B)는 액체 상태로 응축된다. 특정 실시예에서, 응축 유닛(54)은 응축 코일(56), 파이프/튜브 응축기, 평판 응축기 또는 수증기(26B)의 응축점 미만의 온도를 발생시키기 위한 임의의 다른 적합한 시스템을 포함할 수도 있다. 응축 유닛(54)은 공랭식 또는 수냉식일 수도 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 응축 유닛(54)은 주위 공기 또는 냉각 타워로부터의 물에 의해 냉각될 수도 있다. 이와 같이, 주위 공기 및 냉각 타워수의 모두가 비교적 무한하게 공급되는 한, 응축 유닛(54)을 작동하는 비용은 비교적 낮을 수도 있다.
일단 수증기(26B)가 액체 상태로 응축되어 있으면, 특정 실시예에서, 응축 유닛(54)으로부터의 액체수는 포화된 증기 및 액체수의 일시적 저장을 위해 저장조(58) 내로 유도될 수도 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 어떠한 저장조(58)도 사용되지 않을 수도 있다. 어느 경우든, 응축 유닛(54)으로부터의 액체수는 액체 펌프(60)(즉, 물 운반 장치) 내로 유도될 수도 있고, 이 액체 펌프 내에서 응축 유닛(54)으로부터의 액체수의 압력은 대략 대기압[즉, 대략 14.7 psia(101.4 kPa)]으로 증가되어 액체수가 주위 조건으로 방출될 수 있게 된다. 이와 같이, 액체 펌프(60)는 단지 응축 유닛(54)으로부터 액체수의 압력을 대략 대기압으로 증가시키기에 충분히 크게 치수 설정될 수도 있다. 따라서, 액체 펌프(60)를 작동하는 비용이 비교적 낮아질 수도 있다. 게다가, 액체 펌프(60)로부터의 액체수는 액체수의 압력의 증가에 기인하여 약간 상승된 온도에 있을 수도 있다. 이와 같이, 특정 실시예에서, 가열된 액체수는 가정용 온수로서 사용을 위해 운반될 수도 있어, 액체수 내로 전달된 열을 재포착함으로써 시스템의 효율을 더 증가시킨다.
공기 채널(16)과 수증기 채널(18) 사이의 계면(20)은 전술된 바와 같이 일반적으로 단지 H2O만을 공기 채널(16)로부터 수증기 채널(18)로 통과하게 하지만, 특정 실시예에서, 공기(14)의 매우 소량의 다른 성분(30)[예를 들어, 1% 미만의 산소(O2), 질소(N2) 또는 다른 비응축성 성분]이 공기 채널(16)로부터 수증기 채널(18)로 계면(20)을 통해 통과하는 것이 허용될 수도 있다. 시간 경과에 따라, 다른 성분(30)의 양이 수증기 채널(18) 내에[뿐만 아니라, 도 2a의 수증기 진공 체적(28), 수증기 출구(22) 및 수증기 매니폴드(24) 내에] 축적될 수도 있다. 일반적으로, 이들 다른 성분(30)은 응축 유닛(54) 내에 사용된 응축기 온도 범위에서 비응축성이다. 이와 같이, 성분(30)은 진공 펌프(52) 및 진공 펌프(52)의 하류측의 모든 다른 장비[특히, 응축 유닛(54)]의 성능에 악영향을 미칠 수도 있다.
이에 따라, 특정 실시예에서, 제2 진공 펌프가 수증기 진공 체적(28)으로부터 다른 성분(30)을 주기적으로 퍼지하는데 사용될 수도 있다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제습 유닛(10)의 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)로부터 비응축성 성분(30)을 제거하기 위한 진공 펌프(62)를 갖는 도 1의 HVAC 시스템(8) 및 제습 유닛(10) 및 하나 이상의 증발 냉각 유닛(12)의 개략도이다. 진공 펌프(62)는 특정 실시예에서, 공기 채널(16)로부터 수증기 채널(18)로 계면(20)을 통한 H2O의 통과를 용이하게 하는 전술된 수증기의 낮은 부분 압력을 생성하기 위해 수증기 진공 체적(28)[뿐만 아니라, 수증기 채널(18), 수증기 출구(22) 및 수증기 매니폴드(24)]을 소기하는데 사용된 동일한 펌프일 수도 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 진공 펌프(62)는 수증기의 낮은 부분 압력을 생성하기 위해 수증기 진공 체적(28)을 소기하는데 사용된 펌프와는 상이할 수도 있다.
본 명세서에 설명된 제습 유닛(10)은 또한 다양한 작동 상태들 사이에서 제어되고, 제습 유닛(10)의 작동 조건에 기초하여 조절될 수도 있다. 예를 들어, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 HVAC 시스템(8) 및 제습 유닛(10) 및 하나 이상의 증발 냉각 유닛(12)의 다양한 작동 조건을 제어하기 위한 제어 시스템(64)을 갖는 도 6의 HVAC 시스템(8) 및 제습 유닛(10) 및 하나 이상의 증발 냉각 유닛(12)의 개략도이다. 제어 시스템(64)은 하나 이상의 프로세서(66), 예를 들어 하나 이상의 "범용" 마이크로프로세서, 하나 이상의 특정 용도 마이크로프로세서 및/또는 ASIC(응용 주문형 집적 회로) 또는 이러한 처리 구성 요소의 몇몇 조합을 포함할 수도 있다. 프로세서(66)는 예를 들어 제습 유닛(10)의 구성 요소[즉, 진공 펌프(52, 62), 응축 유닛(54), 저장조(58), 액체 펌프(60), 입구 공기(14A)를 제습 유닛(10)을 통해 송풍하는 팬, 입구 및 출구 공기(14A, 14B)의 특성에 관련된 신호를 생성하도록 구성된 센서 등과 같은 다른 장비] 및 하나 이상의 증발 냉각 유닛(12)으로부터 신호를 수신하고 이들에 제어 신호를 발행하기 위해 입력/출력(I/O) 장치(68)를 사용할 수도 있다. 프로세서(66)는 이들 신호를 입력으로서 취하고, 제습 유닛(10)을 통해 유동하는 공기(14)로부터 수증기(26)를 또한 제거하면서 공기(14)를 가장 효율적으로 냉각하기 위해 제습 유닛(10)의 이들 구성 요소 및 하나 이상의 증발 냉각 유닛(12)의 기능성을 어떻게 제어하는지를 계산할 수도 있다. 제어 시스템(64)은 예를 들어 제어 시스템(64)의 하나 이상의 프로세서(66)에 의해 처리될 명령 또는 데이터를 저장할 수도 있는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체[즉, 메모리(70)]를 또한 포함할 수도 있다.
예를 들어, 제어 시스템(64)은 진공 펌프(62)를 턴온 또는 턴오프함으로써, 또는 진공 펌프(62)가 수증기(26A)의 비응축성 성분(30)을 제거하는 속도를 조절함으로써 제습 유닛(10)의 수증기 진공 체적(28)으로부터 수증기(26A)의 비응축성 성분(30)의 제거의 속도를 제어하도록 구성될 수도 있다. 더 구체적으로, 특정 실시예에서, 제어 시스템(64)은 너무 많은 비응축성 성분(30)이 수증기 진공 체적(28) 내에 포함된 수증기(26A) 내에 존재할 때를 검출하는 수증기 진공 체적(28) 내의 센서로부터 신호를 수신할 수도 있다. 이 비응축성 성분 제거 프로세스는 순환 방식으로 작동할 것이다. 공기(14)로부터 수증기(26)를 제거하는 "정상" 작동에서, 진공 펌프(62)는 작동중이 아닐 것이다. 비응축성 성분(30)이 수증기 진공 체적(28) 내에 축적됨에 따라, 수증기 진공 체적(28) 내의 내부 압력은 결국에는 설정점에 도달할 것이다. 이 시점에, 진공 펌프(62)는 턴온되고 수증기 진공 체적(28) 내의 내부 압력이 다른 설정점(예를 들어, 시작 진공 압력보다 낮은)에 도달할 때까지 모든 성분[즉, 비응축성 성분(30) 뿐만 아니라 수증기를 포함하여 H2O의 모두]을 제거할 것이다. 다음에, 진공 펌프(62)는 정지하고 제습 유닛(10)은 정상 작동 모드로 복귀한다. 설정점은 미리 설정되거나 동적으로 결정될 수도 있다. 바람직한 방법은 진공 펌프(62)를 간헐적으로 퍼지 모드에서만 작동하게 하는 것일 수 있다.
제어 시스템(64)에 의해 성취될 수도 있는 제어의 유형의 다른 예는 제습 유닛(10)의 수증기 제거 능력 및 효율비를 수정하기 위해 수증기 진공 체적(28)[뿐만 아니라, 수증기 채널(18), 수증기 출구(22) 및 수증기 매니폴드(24)] 내의 수증기(26A)의 낮은 부분 압력을 조절한다. 예를 들어, 제어 시스템(64)은 무엇보다도 수증기 진공 체적(28), 수증기 채널(18), 수증기 출구(22) 및/또는 수증기 매니폴드(24) 내의 압력 센서로부터의 신호, 뿐만 아니라 입구 및 출구 공기(14A, 14B)의 특성(예를 들어, 온도, 압력, 유량, 상대 습도 등)에 관한 센서에 의해 생성된 신호를 수신할 수도 있다. 제어 시스템(64)은 공기 채널(16)로부터 계면(20)을 통해 수증기 채널(18)로 수증기(26)의 제거 속도를 증가시키거나 감소시키기 위해 수증기(26A)의 낮은 부분 압력을 어떻게 조절하는지[예를 들어, 공기 채널(16)을 통해 유동하는 공기(14) 내의 수증기의 부분 압력에 대해]를 결정하기 위해 이 정보를 사용할 수도 있다.
예를 들어, 더 많은 수증기 제거가 요구되면, 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 낮은 부분 압력은 감소될 수도 있고, 역으로 더 적은 수증기 제거가 요구되면, 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 낮은 부분 압력은 증가될 수도 있다. 더욱이, 특정 실시예에서, 제습량(즉, 수증기 제거)은 제습 유닛(10)의 효율을 향상시키도록 순환될 수도 있다. 더 구체적으로, 특정 작동 조건 하에서, 제습 유닛(10)은 더 높은 수증기 제거의 속도에서 더 효율적으로 기능할 수도 있다. 이와 같이, 특정 실시예에서, 제습 유닛(10)은 잠시 동안 공기(14)로부터 최대량의 수증기를 제거하고, 이어서 잠시 동안 공기(14)로부터 비교적 수증기를 제거하지 않고, 이어서 잠시 동안 공기(14)로부터 최대량의 수증기를 제거하는 등을 행하도록 순환될 수도 있다. 달리 말하면, 제습 유닛(10)은 수증기가 제거되지 않는 다른 시간 기간과 교번적인 시간 기간 동안 최대 수증기 제거 능력에서 작동될 수도 있다. 게다가, 제어 시스템(64)은 제습 유닛(10)의 시동 및 정지 시퀀싱을 제어하도록 구성될 수도 있다.
제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(12)은 다수의 다양한 모드에서 그리고 다양한 작동 조건에서 설계되고 작동될 수도 있다. 일반적으로, 제습 유닛(10)은 공기 채널(16)을 통해 유동하는 공기(14)의 수증기 부분 압력 미만의 수증기 부분 압력에서 수증기 진공 체적(28)[뿐만 아니라, 수증기 채널(18), 수증기 출구(22) 및 수증기 매니폴드(24)]으로 작동될 것이다. 특정 실시예에서, 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(12)은 전용 외부 공기 시스템(DOAS) 사용을 위해 최적화될 수도 있고, 여기서 공기(14)는 대략 55 내지 100℉(12.8 내지 37.8℃)의 범위의 온도 및 대략 55 내지 100%의 범위의 상대 습도를 가질 수도 있다. 다른 실시예에서, 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(12)은 대략 70 내지 85℉(21.1 내지 29.4℃)의 범위의 온도 및 대략 55 내지 65%의 범위의 상대 습도를 갖는 재순환된 공기를 위한 잔류 사용을 위해 최적화될 수도 있다. 유사하게, 특정 실시예에서, 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(12)은 대략 55 내지 110℉(12.8 내지 43.3℃)의 범위의 온도 및 대략 55 내지 100%의 범위의 상대 습도를 갖는 입구 공기(14A)를 제습하는 상업용 빌딩 재순환 공기 시스템 내의 외부 공기를 제습하기 위해 최적화될 수도 있다. 출구 공기(14B)는 냉각이 출구 공기(14B) 상에 수행되지 않으면, 입구 공기(14A)와 대략 동일한 온도 및 적은 습도를 갖는다.
본 명세서에 설명된 제습 유닛(10)은 공기(14A)를 제습하는데 요구된 비교적 낮은 압력에 기인하여 종래의 제습 시스템보다 적은 작동 동력을 요구한다. 이는 계면(20)을 통해 수증기(26)를 강제 이동시키기 위한 과잉의 압력을 필요로 하지 않고 공기(14)로부터 수증기(26)를 효율적으로 제거하기 위한 계면(20)(즉, 수증기 투과성 막)의 능력에 적어도 부분적으로 기인한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제습 유닛(10)을 작동하는데 요구된 최소 동력은 단지 제습 유닛(10)을 통해 공기(14)를 이동시키는데 요구된 팬 동력, 대략적으로 포화 압력으로[예를 들어, 대략 1.0 psia(6.9 kPa)로, 또는 예를 들어 대략 100℉(37.8℃)의 소정의 응축 온도에 대응하는 포화 압력으로] 수증기(26)를 압축하기 위한 진공 펌프(52)의 압축 동력, 응축 유닛(54)의 펌핑 및/또는 팬 동력(예를 들어, 냉각 타워수 또는 주위 공기가 냉각 매체로서 사용되는지 여부에 따라), 주위 조건에서 응축 유닛(54)으로부터 액체수를 방출하기 위한 액체 펌프(60)의 펌핑 동력 및 제습 유닛(10)의 수증기 진공 체적(28) 내로 누출하는 비응축성 성분(30)을 퍼지하기 위한 진공 펌프(62)의 동력을 포함한다. 이와 같이, 제습 유닛(10)을 작동하는데 요구된 단지 비교적 주 동력 성분은 대략적으로 포화 압력으로[예를 들어, 단지 대략 1.0 psia(6.9 kPa)로, 또는 예를 들어 대략 100℉(37.8℃)의 소정의 응축 온도에 대응하는 포화 압력으로] 수증기(26)를 압축하기 위한 진공 펌프(52)의 압축 동력이다. 전술된 바와 같이, 이 동력은 비교적 낮고, 따라서 제습 유닛(10)을 작동시키는 것은 종래의 냉동 압축 제습 시스템에 대비하여 비교적 저비용이다. 더욱이, 실시예에 대한 계산은 제습 유닛(10)은 이들 종래의 제습 유닛보다 적어도 2배 높은(또는 심지어 작동 조건에 따라, 최대 5배 높은) 성능 계수(COP)를 갖는다는 것을 지시한다. 게다가, 제습 유닛(10)은 종래의 제습 시스템에서 종종 행해지는 바와 같이, 공기가 요구되는 온도 미만으로 공기의 온도를 감소시키지 않고 공기의 제습을 가능하게 한다.
특정 실시예에서, 전술된 바와 같이, 도 1 내지 도 7과 관련하여 설명된 제습 유닛(10)은 하나 이상의 증발 냉각 유닛(12)과 함께 사용될 수도 있다. 예를 들어, 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제습 유닛(10)의 상류측에 배치된 증발 냉각 유닛(74)을 갖는 HVAC 시스템(72)의 개략도이다. 도 8의 HVAC 시스템(72)은 도 1, 도 6 및 도 7의 HVAC 시스템(8)과 일반적으로 동일하게 기능한다. 그러나, 도 8에 도시된 바와 같이, HVAC 시스템(72)은 구체적으로 제습 유닛(10)의 상류측에 배치된 증발 냉각 유닛(74)을 포함한다. 따라서, HVAC 시스템(72)은 먼저 제습 유닛(10) 대신에 증발 냉각 유닛(74) 내로 비교적 습한 입구 공기(14A)를 수용한다. 증발 냉각 유닛(74)은 비교적 습한 입구 공기(14A)의 온도를 감소시키고 더 차가운(그러나, 여전히 비교적 습한) 공기(14B)를 배출하고, 이 공기는 덕트(76)를 경유하여 제습 유닛(10) 내로 유도된다. 전술된 바와 같이, 더 차가운(그러나, 여전히 비교적 습한) 공기(14B)는 이어서 제습 유닛(10) 내에서 제습되고 비교적 건조한 공기(14C)로서 조화된 공간 내로 배출된다.
도 8의 증발 냉각 유닛(74)은 직접 증발 냉각 유닛 또는 간접 증발 냉각 유닛일 수도 있다. 달리 말하면, 증발 냉각 유닛(74)이 직접 증발 냉각 기술을 사용할 때, 비교적 차가운 습한 매체(78)(예를 들어, 비교적 차가운 물)가 비교적 습한 입구 공기(14A)에 추가된다. 그러나, 증발 냉각 유닛(74)이 간접 증발 냉각 기술을 사용할 때, 비교적 습한 공기(14A)는 예를 들어 열교환기의 플레이트의 일 측면을 가로질러 유동할 수도 있고, 반면에 비교적 차가운 습한 매체(78)는 열교환기의 플레이트의 다른 측면을 가로질러 유동한다. 달리 말하면, 일반적으로 말하면, 비교적 차가운 습한 매체(78)로부터 비교적 차가운 수분의 일부는 비교적 건조한 공기(14A)에 간접적으로 추가된다. 직접 또는 간접 냉각 기술이 증발 냉각 유닛(74) 내에 사용되는지 여부는 도 8의 HVAC 시스템(72)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도 감소 및 습도 제거 속도에 영향을 미친다. 그러나, 일반적으로 도 8의 제습 유닛(74)은 특정 용례에 대해 가능한 한 낮은 온도로 공기(14)를 냉각하고, 제습 유닛(10)은 대략 일정한 온도로 습도비를 낮춘다.
도시된 바와 같이, 도 8의 HVAC 시스템(72)의 다수의 구성 요소는 도 1, 도 6 및 도 7의 HVAC 시스템(8)의 구성 요소와 동일한 것으로 고려될 수도 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같이, 도 8의 HVAC 시스템(72)은 전술된 바와 같이 단지 응축을 용이하게 하기에 충분히 높은 부분 압력을 갖는 수증기(26B)를 수용하는 응축 유닛(54)을 또한 포함한다. 특정 실시예에서, 도 8의 HVAC 시스템(72)은 포화 증기 및 액체수의 일시적 저장을 위한 저장조(58)를 또한 포함할 수도 있다. 그러나, 전술된 바와 같이, 다른 실시예에서, 어떠한 저장조도 사용되지 않을 수도 있다. 어느 경우든, 응축 유닛(54)으로부터의 액체수는 액체 펌프(60) 내로 유도될 수도 있고, 이 액체 펌프 내에서 응축 유닛(54)으로부터의 액체수의 압력은 액체수가 주위 조건으로 방출될 수도 있도록 대략 대기압[즉, 대략 14.7 psia(101.4 kPa)]으로 증가된다.
게다가, 도 7의 제어 시스템(64)은 또한 도 7과 관련하여 전술된 바와 유사한 방식으로 HVAC 시스템(72)의 작동을 제어하기 위해 도 8의 HVAC 시스템(72)에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같이, 제어 시스템(64)은 진공 펌프(52)[또는 개별 진공 펌프(62)]를 턴온 또는 턴오프함으로써 또는 진공 펌프(52)[또는 개별 진공 펌프(62)]가 비응축성 성분(30)을 제거하는 속도를 조절함으로써 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 비응축성 성분(30)의 제거의 속도를 제어하도록 구성될 수도 있다. 더 구체적으로, 특정 실시예에서, 제어 시스템(64)은 너무 많은 비응축성 성분(30)이 수증기 진공 체적(28) 내에 포함된 수증기(26A) 내에 존재할 때를 검출하는 수증기 진공 체적(28) 내의 센서로부터 신호를 수신할 수도 있다.
게다가, 제어 시스템(64)은 제습 유닛(10)의 수증기 제거 능력 및 효율비를 수정하기 위해 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 낮은 부분 압력을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 제어 시스템(64)은 무엇보다도, 수증기 진공 체적(28), 수증기 채널(18) 내의 압력 센서로부터 신호, 뿐만 아니라 증발 냉각 유닛(74), 제습 유닛(10) 또는 양자 모두 내의 공기(14)의 특성(예를 들어, 온도, 압력, 유량, 상대 습도 등)에 관한 센서에 의해 생성된 신호를 수신할 수도 있다.
제어 시스템(64)은 공기 채널(16)로부터 제습 유닛(10)의 계면(20)을 통해 H2O로서[즉, 계면(20)을 통해, 물 분자, 기체 수증기, 액체수, 흡착/탈착된 물 분자, 흡수/탈수된 물 분자 등으로서] 수증기 채널(18)로 수증기(26)의 제거 속도를 증가시키거나 감소시키기 위해 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 낮은 부분 압력을 어떻게 조절하는지를 결정하기 위해 이 정보를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 더 많은 수증기 제거가 요구되면, 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 낮은 부분 압력은 감소될 수도 있고, 역으로 더 적은 수증기 제거가 요구되면, 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 낮은 부분 압력은 증가될 수도 있다. 더욱이, 전술된 바와 같이, 제습량(즉, 수증기 제거)은 제습 유닛(10)의 효율을 향상시키도록 순환될 수도 있다. 더 구체적으로, 특정 작동 조건 하에서, 제습 유닛(10)은 더 높은 수증기 제거의 속도에서 더 효율적으로 기능할 수도 있다. 이와 같이, 특정 실시예에서, 제습 유닛(10)은 잠시 동안 공기(14)로부터 최대량의 수증기를 제거하고, 이어서 잠시 동안 공기(14)로부터 비교적 수증기를 제거하지 않고, 이어서 잠시 동안 공기(14)로부터 최대량의 수증기를 제거하는 등을 행하도록 순환될 수도 있다. 달리 말하면, 제습 유닛(10)은 수증기가 제거되지 않는 다른 시간 기간과 교번적인 시간 기간 동안 최대 수증기 제거 능력에서 작동될 수도 있다.
더욱이, 제어 시스템(64)은 또한 증발 냉각 유닛(74)의 작동을 제어하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제어 시스템(64)은 얼마나 많은 (직접 또는 간접) 증발 냉각이 증발 냉각 유닛(74) 내에서 발생하는지를 선택적으로 조절할 수도 있다. 예로서, 밸브들이 증발 냉각 유닛(74)을 통한 비교적 차가운 습한 매체(78)의 유량을 제어하도록 작동될 수도 있어, 이에 의해 증발 냉각 유닛(74) 내의 (직접 또는 간접) 증발 냉각의 양에 직접적으로 영향을 미친다. 게다가, 증발 냉각 유닛(74) 및 제습 유닛(10)의 작동은 동시에 제어될 수도 있다. 더욱이, 제어 시스템(64)은 증발 냉각 유닛(74) 및 제습 유닛(10)의 시동 및 정지 시퀀싱을 제어하도록 구성될 수도 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 8의 증발 냉각 유닛(74) 및 제습 유닛(10)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도 및 습도비의 습공기 선도(80, 82)이다. 더 구체적으로, 도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 8의 직접 증발 냉각 유닛(74) 및 제습 유닛(10)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도 및 습도비의 습공기 선도(80)이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 8의 간접 증발 냉각 유닛(74) 및 제습 유닛(10)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도 및 습도비의 습공기 선도(82)이다. 특히, 각각의 선도(80, 82)에서, x-축(84)은 도 8의 증발 냉각 유닛(74) 및 제습 유닛(10)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도에 대응하고, y-축(86)은 도 8의 증발 냉각 유닛(74) 및 제습 유닛(10)을 통해 유동하는 공기(14)의 습도비에 대응하고, 곡선(88)은 도 8의 증발 냉각 유닛(74) 및 제습 유닛(10)을 통해 유동하는 공기(14)의 소정의 상대 습도에 대한 수증기 포화 곡선을 표현한다.
도 9a에 라인(90)에 의해 도시된 바와 같이, 비교적 차가운 습한 매체(78)가 직접 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14) 내에 직접 도입되기 때문에, 직접 증발 냉각 유닛(74) 외부로의 공기(14B)의 습도비[즉, 점(92)]는 직접 증발 냉각 유닛(74) 내로의 입구 공기(14A)의 습도비[즉, 점(94)]보다 실질적으로 높다. 그러나, 직접 증발 냉각 유닛(74) 외부로의 공기(14B)의 온도[즉, 점(92)]는 증발 냉각 유닛(74) 내로의 입구 공기(14A)의 온도[즉, 점(94)]보다 실질적으로 낮다. 도 9a의 라인(96)에 의해 도시된 바와 같이, 수증기(26)는 제습 유닛(10)을 통해 유동하는 공기(14B)로부터 제거되기 때문에, 제습 유닛(10)으로부터의 출구 공기(14C)의 습도비[즉, 점(98)]는 제습 유닛(10) 내로의 공기(14B)의 습도비[즉, 점(92)]보다 낮고, 반면에 출구 공기(14C) 및 공기(14B)의 온도는 실질적으로 동일하다. 실제로, 직접 증발 냉각 유닛(74)은 공기(14)를 보습하고 냉각하고, 반면에 제습 유닛(10)은 이후에 실질적으로 일정한 온도에서 공기(14)를 제습한다.
도 9b에 라인(100)에 의해 도시된 바와 같이, 비교적 차가운 습한 매체(78)가 간접 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14)를 간접적으로 냉각하기 때문에, 간접 증발 냉각 유닛(74) 외부로의 공기(14B)의 습도비[즉, 점(102)]는 간접 증발 냉각 유닛(74) 내로의 입구 공기(14A)의 습도비[즉, 점(104)]보다 실질적으로 높다. 그러나, 간접 증발 냉각 유닛(74) 외부로의 공기(14B)의 온도[즉, 점(102)]는 간접 증발 냉각 유닛(74) 내로의 입구 공기(14A)의 온도[즉, 점(104)]보다 실질적으로 낮다. 도 9b의 라인(106)에 의해 도시된 바와 같이, 수증기(26)는 제습 유닛(10)을 통해 유동하는 공기(14B)로부터 제거되기 때문에, 제습 유닛(10)으로부터의 출구 공기(14C)의 습도비[즉, 점(108)]는 제습 유닛(10) 내로의 공기(14B)의 습도비[즉, 점(102)]보다 낮고, 반면에 출구 공기(14C) 및 공기(14B)의 온도는 실질적으로 동일하다. 실제로, 간접 증발 냉각 유닛(74)은 공기(14)를 냉각하고(실질적으로 보습하지 않고), 반면에 제습 유닛(10)은 이후에 실질적으로 일정한 온도에서 공기(14)를 제습한다.
전술된 바와 같이, 도 8의 제어 시스템(64)은 증발 냉각 유닛(74) 및 제습 유닛(10)의 작동을 제어하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제어 시스템(64)은 직접 및 간접 증발 냉각 기술 각각이 도 8의 증발 냉각 유닛(74)에 사용될 때 공기(14)의 점(92, 94, 98) 및 점(102, 104, 108)이 도 9a 및 도 9b의 습공기 선도(80, 82)에서 강하하는 위치를 조정하도록 구성될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제습 유닛(10)의 하류측에 배치된 증발 냉각 유닛(74)을 갖는 HVAC 시스템(110)의 개략도이다. 도 10의 HVAC 시스템(110)은 일반적으로 도 1, 도 6 및 도 7의 HVAC 시스템(8) 및 도 8의 HVAC 시스템(72)과 동일하게 기능한다. 그러나, 도 10에 도시된 바와 같이, HVAC 시스템(110)은 먼저 비교적 습한 입구 공기(14A)를 제습 유닛(10) 내에 수용한다. 전술된 바와 같이, 비교적 습한 입구 공기(14A)가 먼저 제습 유닛(10) 내에서 제습되고, 비교적 건조한 공기(14B)로서 덕트(76) 내로 배출된다. 증발 냉각 유닛(74)은 이어서 건조한 공기(14B)의 온도를 감소시키고 더 차가운 건조한 공기(14C)를 조화된 공간 내로 배출한다.
도 8과 관련하여 전술된 바와 같이, 도 10의 증발 냉각 유닛(74)은 직접 증발 냉각 유닛 또는 간접 증발 냉각 유닛일 수도 있다. 달리 말하면, 증발 냉각 유닛(74)이 직접 증발 냉각 기술을 사용할 때, 비교적 차가운 습한 매체(78)(예를 들어, 비교적 차가운 물)가 덕트(76) 내의 비교적 건조한 공기(14B)에 직접 추가된다. 그러나, 증발 냉각 유닛(74)이 간접 증발 냉각 기술을 사용할 때, 비교적 건조한 공기(14B)가 예를 들어 열교환기의 플레이트의 일 측면을 가로질러 유동할 수도 있고, 반면에 비교적 차가운 습한 매체(78)는 열교환기의 플레이트의 다른 측면을 가로질러 유동한다. 달리 말하면, 일반적으로 말하면, 비교적 차가운 습한 매체(78)로부터 비교적 차가운 수분의 일부는 덕트(76) 내의 비교적 건조한 공기(14B)에 간접적으로 추가된다. 직접 또는 간접 냉각 기술이 증발 냉각 유닛(74) 내에 사용되는지 여부는 도 10의 HVAC 시스템(110)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도 감소 및 습도 제거 속도에 영향을 미친다. 그러나, 일반적으로 도 10의 제습 유닛(10)은 초기에 대략 일정한 온도로 습도비를 낮추고, 증발 냉각 유닛(74)은 특정 용례에 대해 가능한 한 낮은 온도로 공기(14)를 냉각시킨다.
도시된 바와 같이, 도 10의 HVAC 시스템(110)의 다수의 구성 요소는 도 1, 도 6 및 도 7의 HVAC 시스템(8) 및 도 8의 HVAC 시스템(72)의 구성 요소와 동일한 것으로 고려될 수도 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같이, 도 10의 HVAC 시스템(110)은 전술된 바와 같이 단지 응축을 용이하게 하기에 충분히 높은 부분 압력을 갖는 수증기(26B)를 수용하는 응축 유닛(54)을 포함한다. 특정 실시예에서, 도 10의 HVAC 시스템(110)은 포화 증기 및 액체수의 일시적 저장을 위한 저장조(58)를 또한 포함할 수도 있다. 그러나, 전술된 바와 같이, 다른 실시예에서, 어떠한 저장조도 사용되지 않을 수도 있다. 어느 경우든, 응축 유닛(54)으로부터의 액체수는 액체 펌프(60) 내로 유도될 수도 있고, 이 액체 펌프 내에서 응축 유닛(54)으로부터의 액체수의 압력은 액체수가 주위 조건으로 방출될 수도 있도록 대략 대기압[즉, 대략 14.7 psia(101.4 kPa)]으로 증가된다.
게다가, 도 7 및 도 8의 제어 시스템(64)은 또한 도 7 및 도 8과 관련하여 전술된 바와 유사한 방식으로 HVAC 시스템(110)의 작동을 제어하기 위해 도 10의 HVAC 시스템(110)에 또한 사용될 수도 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같이, 제어 시스템(64)은 진공 펌프(52)[또는 개별 진공 펌프(62)]를 턴온 또는 턴오프함으로써 또는 진공 펌프(52)[또는 개별 진공 펌프(62)]가 비응축성 성분(30)을 제거하는 속도를 조절함으로써 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 비응축성 성분(30)의 제거의 속도를 제어하도록 구성될 수도 있다. 더 구체적으로, 특정 실시예에서, 제어 시스템(64)은 너무 많은 비응축성 성분(30)이 수증기 진공 체적(28) 내에 포함된 수증기(26A) 내에 존재할 때를 검출하는 수증기 진공 체적(28) 내의 센서로부터 신호를 수신할 수도 있다.
게다가, 제어 시스템(64)은 제습 유닛(10)의 수증기 제거 능력 및 효율비를 수정하기 위해 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 낮은 부분 압력을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 제어 시스템(64)은 무엇보다도, 수증기 진공 체적(28), 수증기 채널(18) 내의 압력 센서로부터 신호, 뿐만 아니라 제습 유닛(10), 증발 냉각 유닛(74) 또는 양자 내의 공기(14)의 특성(예를 들어, 온도, 압력, 유량, 상대 습도 등)에 관한 센서에 의해 생성된 신호를 수신할 수도 있다.
제어 시스템(64)은 공기 채널(16)로부터 제습 유닛(10)의 계면(20)을 통해 H2O로서[즉, 계면(20)을 통해 흡착되거나 흡수된 원자수, 기체 수증기, 액체수 등으로서] 수증기 채널(18)로 수증기(26)의 제거 속도를 증가시키거나 감소시키기 위해 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 낮은 부분 압력을 어떻게 조절하는지를 결정하기 위해 이 정보를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 더 많은 수증기 제거가 요구되면, 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 낮은 부분 압력은 감소될 수도 있고, 역으로 더 적은 수증기 제거가 요구되면, 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기(26A)의 낮은 부분 압력은 증가될 수도 있다. 더욱이, 전술된 바와 같이, 제습량(즉, 수증기 제거)은 제습 유닛(10)의 효율을 향상시키도록 순환될 수도 있다. 더 구체적으로, 특정 작동 조건 하에서, 제습 유닛(10)은 더 높은 수증기 제거의 속도에서 더 효율적으로 기능할 수도 있다. 이와 같이, 특정 실시예에서, 제습 유닛(10)은 잠시 동안 공기(14)로부터 최대량의 수증기를 제거하고, 이어서 잠시 동안 공기(14)로부터 비교적 수증기를 제거하지 않고, 이어서 잠시 동안 공기(14)로부터 최대량의 수증기를 제거하는 등을 행하도록 순환될 수도 있다. 달리 말하면, 제습 유닛(10)은 수증기가 제거되지 않는 다른 시간 기간과 교번적인 시간 기간 동안 최대 수증기 제거 능력에서 작동될 수도 있다.
더욱이, 제어 시스템(64)은 또한 증발 냉각 유닛(74)의 작동을 제어하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제어 시스템(64)은 얼마나 많은 (직접 또는 간접) 증발 냉각이 증발 냉각 유닛(74) 내에서 발생하는지를 선택적으로 조절할 수도 있다. 예로서, 밸브들이 증발 냉각 유닛(74)을 통한 비교적 차가운 습한 매체(78)의 유량을 제어하도록 작동될 수도 있어, 이에 의해 증발 냉각 유닛(74) 내의 (직접 또는 간접) 증발 냉각의 양에 직접적으로 영향을 미친다. 게다가, 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(74)의 작동은 동시에 제어될 수도 있다. 더욱이, 제어 시스템(64)은 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(74)의 시동 및 정지 시퀀싱을 제어하도록 구성될 수도 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 10의 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도 및 습도비의 습공기 선도(112, 114)이다. 더 구체적으로, 도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 10의 제습 유닛(10) 및 직접 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도 및 습도비의 습공기 선도(112)이고, 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 10의 제습 유닛(10) 및 간접 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도 및 습도비의 습공기 선도(114)이다. 특히, 도 9a 및 도 9b와 관련하여 전술된 바와 같이, x-축(84)은 도 10의 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도에 대응하고, y-축(86)은 도 10의 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14)의 습도비에 대응하고, 곡선(88)은 도 10의 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14)의 소정의 상대 습도에 대한 수증기 포화 곡선을 표현한다.
도 11a에 라인(116)에 의해 도시된 바와 같이, 수증기(26)가 제습 유닛(10)을 통해 유동하는 비교적 차가운 입구 공기(14A)로부터 제거되기 때문에, 제습 유닛(10)으로부터 비교적 건조한 공기(14B)의 습도비[즉, 점(118)]는 제습 유닛(10) 내로의 비교적 습한 입구 공기(14A)의 습도비[즉, 점(120)]보다 낮고, 반면에 비교적 건조한 공기(14B) 및 비교적 습한 입구 공기(14A)의 온도는 실질적으로 동일하다. 도 11a의 라인(122)에 의해 도시된 바와 같이, 비교적 차가운 습한 매체(78)가 직접 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 비교적 건조한 공기(14B) 내로 직접 도입되기 때문에, 직접 증발 냉각 유닛(74)으로부터 출구 공기(14C)의 습도비[즉, 점(124)]는 직접 증발 냉각 유닛(74) 내로의 비교적 건조한 공기(14B)의 습도비[즉, 점(118)]보다 실질적으로 높다. 그러나, 직접 증발 냉각 유닛(74)으로부터의 출구 공기(14C)의 온도[즉, 점(124)]는 직접 증발 냉각 유닛(74) 내로의 비교적 건조한 공기(14B)의 온도[즉, 점(118)]보다 실질적으로 낮다. 실제로, 제습 유닛(10)은 실질적으로 일정한 온도에서 공기(14)를 제습하고, 반면에 직접 증발 냉각 유닛(74)은 이후에 공기(14)를 보습하고 냉각한다.
도 11b에 라인(126)에 의해 도시된 바와 같이, 수증기(26)가 제습 유닛(10)을 통해 유동하는 비교적 습한 입구 공기(14A)로부터 제거되기 때문에, 제습 유닛(10)으로부터 비교적 건조한 공기(14B)의 습도비[즉, 점(128)]는 제습 유닛(10) 내로의 비교적 습한 입구 공기(14A)의 습도비[즉, 점(130)]보다 낮고, 반면에 비교적 건조한 공기(14B) 및 비교적 습한 입구 공기(14A)의 온도는 실질적으로 동일하다. 도 11b의 라인(132)에 의해 도시된 바와 같이, 비교적 차가운 습한 매체(78)가 간접 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 비교적 건조한 공기(14B) 내로 간접적으로 냉각하기 때문에, 간접 증발 냉각 유닛(74)으로부터 출구 공기(14C)의 습도비[즉, 점(134)]는 간접 증발 냉각 유닛(74) 내로의 비교적 건조한 공기(14B)의 습도비[즉, 점(128)]와 실질적으로 동일하다. 그러나, 간접 증발 냉각 유닛(74)으로부터의 출구 공기(14C)의 온도[즉, 점(134)]는 간접 증발 냉각 유닛(74) 내로의 비교적 건조한 공기(14B)의 온도[즉, 점(128)]보다 실질적으로 낮다. 실제로, 제습 유닛(10)은 실질적으로 일정한 온도에서 공기(14)를 제습하고, 반면에 간접 증발 냉각 유닛(74)은 공기(14)를 냉각한다(실질적으로 보습하지 않고).
전술된 바와 같이, 도 10의 제어 시스템(64)은 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(74)의 작동을 제어하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제어 시스템(64)은 직접 및 간접 증발 냉각 기술 각각이 도 10의 증발 냉각 유닛(74)에 사용될 때 공기(14)의 점(118, 120, 124) 및 점(128, 130, 134)이 도 11a 및 도 11b의 습공기 선도(112, 114)에서 강하하는 위치를 조정하도록 구성될 수도 있다.
도 8 및 도 10의 HVAC 시스템(72, 110)의 실시예는 제습 유닛(10)이 증발 냉각 유닛(74)과 조합될 수도 있는 유일한 방식은 아니다. 더 구체적으로, 도 8 및 도 10은 서로 직렬의 단일 제습 유닛(10) 및 단일 증발 냉각 유닛(74)의 사용을 도시하고 있지만, 다른 실시예에서 임의의 수의 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(74)이 서로 직렬로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 도 1은 제습 유닛(10)의 양 측(즉, 상류측 및 하류측의 모두)에 배치된 증발 냉각 유닛을 갖는 제습 유닛(10)을 도시한다. 다른 예로서, 일 실시예에서, 제1 제습 유닛(10)은 제1 증발 냉각 유닛(74)으로 이어질 수도 있고, 제1 증발 냉각 유닛은 이어서 제2 제습 유닛(10)으로 이어지고, 제2 제습 유닛은 이어서 제2 증발 냉각 유닛(74)으로 이어지는 등이다. 그러나, 임의의 수의 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(74)이 실제로 서로 직렬로 사용될 수도 있고, 여기서 각각의 유닛(10, 74)을 나오는 공기(14)는 직렬군의 다음의 하류측 유닛(10, 74) 내로 유도된다[공기(14)가 조화된 공간 내로 배출되는 직렬군의 최종 유닛(10, 74)은 제외함]. 달리 말하면, 직렬군의 각각의 제습 유닛(10)을 나오는 공기(14)는 하류측 증발 냉각 유닛(74) 내로(또는 이것이 직렬군의 최종 유닛이면, 조화된 공간으로) 유도되고, 직렬군 내의 각각의 증발 냉각 유닛(74)을 나오는 공기(14)는 하류측 제습 유닛(10) 내로(또는 이것이 직렬군의 최종 유닛이면, 조화된 공간으로) 유도된다. 이와 같이, 공기(14)의 온도는 직렬군의 제습 유닛(10) 사이의 각각의 증발 냉각 유닛(74) 내에서 연속적으로 강하될 수도 있고, 공기(14)의 습도비는 직렬군의 증발 냉각 유닛(74) 사이의 각각의 제습 유닛(10) 내에서 연속적으로 강하될 수도 있다. 이 프로세스는 공기(14)의 원하는 최종 온도 및 습도비 조건이 성취될 때까지 임의의 수의 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(74) 내에서 계속될 수도 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 제습 유닛(10) 및 복수의 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도 및 습도비의 습공기 선도(136, 138)이다. 더 구체적으로, 도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 제습 유닛(10) 및 복수의 직접 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도 및 습도비의 습공기 선도(136)이고, 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 제습 유닛(10) 및 복수의 간접 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도 및 습도비의 습공기 선도(138)이다. 특히, 각각의 선도(136, 138)에서, x-축(84)은 복수의 제습 유닛(10) 및 복수의 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14)의 온도에 대응하고, y-축(86)은 복수의 제습 유닛(10) 및 복수의 증발 냉각 유닛(74)을 통해 유동하는 공기(14)의 습도비에 대응하고, 곡선(88)은 복수 개의 증발 냉각 유닛(74) 및 복수 개의 제습 유닛(10)을 통해 유동하는 공기(14)의 소정의 상대 습도에 대한 수증기 포화 곡선을 표현한다.
도 12a에 라인(140)에 의해 도시된 바와 같이, 수증기(26)가 복수의 제습 유닛(10)의 각각을 통해 유동하는 비교적 습한 공기(14)로부터 제거되기 때문에, 공기(14)의 습도비는 실질적으로 감소하고 반면에 공기(14)의 온도는 복수의 제습 유닛(10)의 각각에서 실질적으로 동일하게 유지된다. 도 12a의 라인(142)에 의해 도시된 바와 같이, 비교적 차가운 습한 매체(78)가 직접 증발 냉각 유닛(74)의 각각을 통해 유동하는 비교적 건조한 공기(14) 내에 직접 도입되기 때문에, 공기(14)의 습도비는 증가하고 반면에 공기(14)의 온도는 복수의 직접 증발 냉각 유닛(74)의 각각에서 실질적으로 감소한다. 달리 말하면, 복수의 제습 유닛(10)의 각각은 실질적으로 일정한 온도에서 공기(14)를 연속적으로 제습하고, 반면에 복수의 직접 증발 냉각 유닛(74)의 각각은 온도 및 습도비의 원하는 최종 조건이 성취될 때까지 공기(14)를 연속적으로 보습하고 냉각한다. 더 구체적으로, 도 12a에 도시된 바와 같이, 라인(140, 142)은 일반적으로 입구 공기(14)의 온도 및 습도비의 초기 조건[즉, 점(144)]으로부터 출구 공기(14)의 온도 및 습도비의 최종 조건[즉, 점(146)]으로 "계단 함수" 진행을 형성한다.
도 12b에 라인(148)에 의해 도시된 바와 같이, 수증기(26)가 복수의 제습 유닛(10)의 각각을 통해 유동하는 비교적 습한 공기(14)로부터 제거되기 때문에, 공기(14)의 습도비는 실질적으로 감소하고 반면에 공기(14)의 온도는 복수의 제습 유닛(10)의 각각에서 실질적으로 동일하게 유지된다. 도 12b의 라인(150)에 의해 도시된 바와 같이, 비교적 차가운 습한 매체(78)가 간접 증발 냉각 유닛(74)의 각각을 통해 유동하는 비교적 건조한 공기(14)와 간접적으로 상호 작용하기 때문에, 공기(14)의 습도비는 실질적으로 동일하게 유지되고 반면에 공기(14)의 온도는 복수의 간접 증발 냉각 유닛(74)의 각각에서 실질적으로 감소한다. 달리 말하면, 복수의 제습 유닛(10)의 각각은 실질적으로 일정한 온도에서 공기(14)를 연속적으로 제습하고, 반면에 복수의 간접 증발 냉각 유닛(74)의 각각은 온도 및 습도비의 원하는 최종 조건이 성취될 때까지 공기(14)를 실질적으로 일정한 습도비에서 연속적으로 냉각한다. 더 구체적으로, 도 12b에 도시된 바와 같이, 라인(148, 150)은 일반적으로 입구 공기(14)의 온도 및 습도비의 초기 조건[즉, 점(152)]으로부터 출구 공기(14)의 온도 및 습도비의 최종 조건[즉, 점(154)]으로 "톱니형" 진행을 형성한다.
증발 냉각 유닛(74)이 제습 유닛(10) 사이에 사용되기 때문에, 각각의 제습 유닛(10)은 상류측 제습 유닛(10)보다 더 낮은 수증기의 부분 압력에서 더 차가운 공기(14)를 수용할 것이다. 이와 같이, 각각의 제습 유닛(10)은 실질적으로 상이한 작동 조건에서 작동할 것이다. 이에 따라, 냉각 시스템(64)은 제습 유닛(10) 사이의 편차를 고려하기 위해 제습 유닛(10)의 작동 파라미터[예를 들어, 무엇보다도, 수증기 진공 체적(28) 내의 수증기의 부분 압력]를 조절하는데 사용될 수도 있다. 유사하게, 제습 유닛(10)이 증발 냉각 유닛(74) 사이에 사용되기 때문에, 각각의 증발 냉각 유닛(74)은 또한 상류측 증발 냉각 유닛(74)보다 더 낮은 수증기의 부분 압력에서 더 차가운 공기(14)를 수용할 것이다. 이와 같이, 각각의 증발 냉각 유닛(74)은 또한 실질적으로 상이한 작동 조건에서 작동할 것이다. 이에 따라, 제어 시스템(64)은 또한 증발 냉각 유닛(74) 사이의 편차를 고려하기 위해 증발 냉각 유닛(74)의 작동 파라미터[예를 들어, 무엇보다도, 비교적 차가운 습한 매체(78)의 유량]를 조절하는데 사용될 수도 있다. 게다가, 제어 시스템(64)은 또한 편차를 고려하기 위해 복수의 제습 유닛(10) 및 복수의 증발 냉각 유닛(74)의 작동을 동시에 조정할 수도 있다.
도 8 및 도 10의 증발 냉각 유닛(74)은 공기(14)의 온도를 강하하는 역할을 할 뿐만 아니라, 예를 들어 습한 섬유 매트를 통해 공기(14)를 통과시킴으로써 공기(14)를 세척하는 기능을 한다. 게다가, 제습 유닛(10) 및 증발 냉각 유닛(14)은 상이한 초기 온도 및 습도 조건[즉, 도 12a 및 도 12b의 작동점(144, 152) 각각]과 최종 온도 및 습도 조건[즉, 도 12a 및 도 12b의 작동점(146, 154) 각각] 사이의 최적의 작동을 위해 가변 속도 또는 고정 속도에서 작동될 수도 있다. 더욱이, 증발 냉각 유닛(74)은 비교적 저에너지 유닛이어서, 이에 의해 전체 작동 비용을 최소화한다.
본 발명이 다양한 수정 및 대안 형태가 가능할 수도 있지만, 특정 실시예가 도면 및 표에 예로서 도시되어 있고, 본 명세서에 상세히 설명되어 있다. 그러나, 실시예는 개시된 특정 형태에 한정되도록 의도되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 오히려, 본 개시 내용은 이하에 첨부된 청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주 내에 있는 모든 수정, 등가물 및 대안을 커버하기 위한 것이다. 또한, 개별 실시예가 본 명세서에 설명되어 있지만, 본 발명은 이들 실시예의 모든 조합을 커버하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 기류로부터 수증기를 제거하기 위한 제습 시스템이며,
    막에 의해 분리된 제1 및 제2 채널로서, 상기 막은 기류의 모든 다른 성분이 막을 통해 통과하는 것을 실질적으로 차단하면서 막의 투과성 체적을 통해 수증기로부터 제2 채널로의 H2O의 통과를 용이하게 함으로써 제1 채널을 통해 유동하는 기류로부터 수증기의 제거를 용이하게 하도록 구성되는, 제1 및 제2 채널과,
    기류를 냉각하도록 구성된 증발 냉각 유닛과,
    제1 채널 내에서보다 제2 채널 내에서 수증기의 낮은 부분 압력을 생성하도록 구성되어, H2O가 막을 통해 제2 채널로 이동하게 하는 압력 증가 장치로서, 상기 압력 증가 장치는 압력 증가 장치의 출구에서의 수증기의 압력을 액체수 내로의 후속의 응축을 위해 적합한 범위의 수증기의 부분 압력으로 증가시키도록 또한 구성되는, 압력 증가 장치를 포함하는 제습 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 증발 냉각 유닛은 제1 채널의 상류측에 있고 기류를 제1 채널 내로 유도하는 제습 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 증발 냉각 유닛은 제1 채널의 하류측에 있고 제1 채널로부터 기류를 수용하는 제습 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압력 증가 장치로부터 수증기를 수용하고 수증기를 액체수로 응축하도록 구성된 응축 장치를 포함하는 제습 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 응축 장치로부터 액체수를 운반하도록 구성된 물 운반 장치를 포함하는 제습 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 막은 제올라이트를 포함하는 제습 시스템.
  7. 기류로부터 H2O 증기를 제거하기 위한 제습 유닛으로서, 상기 제습 유닛은
    입구 기류를 수용하고 출구 기류를 토출하도록 구성된 공기 채널, 및
    공기 채널에 인접한 H2O 투과성 재료로서, 상기 H2O 투과성 재료는 입구 기류 내의 H2O 증기로부터의 H2O가 H2O 투과성 재료를 통해 H2O 투과성 재료의 흡입측으로 통과하고 입구 기류 내의 다른 성분이 H2O 투과성 재료를 통해 H2O 투과성 재료의 흡입측으로 통과하는 것은 실질적으로 차단하는 것을 선택적으로 가능하게 하도록 구성되는 H2O 투과성 재료를 포함하는, 제습 유닛과,
    기류를 냉각하도록 구성된 증발 냉각 유닛과,
    입구 기류 내의 H2O 증기의 부분 압력보다 H2O 투과성 재료의 흡입측 상의 H2O 증기의 낮은 부분 압력을 생성하여 입구 기류 내의 H2O 증기로부터 H2O 투과성 재료를 통한 H2O의 통과를 구동하고, 압력 증가 장치의 출구에서의 압력을 H2O 증기를 액체 H2O로 응축하기 위해 적합한 H2O 증기의 부분 압력으로 증가시키도록 구성되는 압력 증가 장치를 포함하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 증발 냉각 유닛은 제습 유닛의 상류측에 있고 입구 기류를 공기 채널 내로 유도하는 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 증발 냉각 유닛은 제습 유닛의 하류측에 있고 공기 채널로부터 출구 기류를 수용하는 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 압력 증가 장치의 출구로부터 H2O 증기를 수용하고 H2O 증기를 액체 H2O로 응축하도록 구성된 응축 장치를 포함하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 응축 장치로부터 액체 H2O를 운반하도록 구성된 액체 펌프를 포함하는 시스템.
  12. 제7항에 있어서, 상기 H2O 투과성 재료는 H2O 투과성 막을 포함하는 시스템.
  13. 제7항에 있어서, 상기 H2O 투과성 재료는 제올라이트를 포함하는 시스템.
  14. 제7항에 있어서, 상기 제습 유닛은 가변 속도 제습 유닛이고, 증발 냉각 유닛은 가변 속도 증발 냉각 유닛인 시스템.
  15. 제습 유닛의 공기 채널 내로 H2O 증기를 포함하는 기류를 수용하는 단계로서, 기류는 H2O 증기의 제1 부분 압력을 갖는, 복수의 기류를 수용하는 단계와,
    증발 냉각 유닛을 경유하여 기류를 냉각하는 단계와,
    H2O 투과성 재료를 가로지르는 압력차를 사용하여 제습 유닛의 H2O 투과성 재료를 통해 제습 유닛의 H2O 증기 채널 내로 H2O를 흡입하는 단계로서, 상기 H2O 증기 채널은 기류의 H2O 증기의 제1 부분 압력보다 낮은 H2O 증기의 제2 부분 압력을 갖는, H2O를 흡입하는 단계와,
    H2O 증기 채널로부터 압력 증가 장치 내로 H2O 증기를 수용하는 단계와,
    압력 증가 장치로부터의 H2O 증기의 압력을 H2O 증기의 제2 부분 압력보다 높은 H2O 증기의 제3 부분 압력으로 증가시키는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 기류를 제습 유닛 내로 유도하기 전에 증발 냉각 유닛을 경유하여 기류를 냉각하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 제습 유닛으로부터 기류를 수용한 후에 증발 냉각 유닛을 경유하여 기류를 냉각하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 제습 유닛 내로 기류를 유도하기 전에 제1 증발 냉각 유닛을 경유하여 기류를 냉각하는 단계와, 제습 유닛으로부터 기류를 수용한 후에 제2 증발 냉각 유닛을 경유하여 기류를 냉각하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 압력 증가 장치로부터 응축 장치 내로 H2O를 수용하는 단계 및 H2O 증기를 액체 H2O로 응축하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 기류는 대략 0.2 내지 1.0 psia(1.4 내지 6.9 kPa)의 범위의 H2O 증기의 제1 부분 압력을 갖고, H2O 증기의 제2 부분 압력은 대략 0.1 내지 1.0 psia(0.7 kPa 내지 6.9 kPa)의 범위이고, H2O 증기의 제3 부분 압력은 대략 0.25 내지 1.1 psia(1.7 내지 7.6 kPa)의 범위인 방법.
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