KR20140018598A - 리튬브로마이드 수용액을 이용한 제습 장치, 이를 포함하는 제습/냉방 시스템 및 공기 제습 방법 - Google Patents

리튬브로마이드 수용액을 이용한 제습 장치, 이를 포함하는 제습/냉방 시스템 및 공기 제습 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬브로마이드 수용액으로 적셔진 제습 패드, 상기 제습 패드 상부에 설치되며 리튬브로마이드 수용액(농용액)을 공급하기 위한 분사 노즐, 및 상기 제습 패드 하부에 설치되며 수분을 흡수한 리튬브로마이드 수용액(희용액)을 수집하기 위한 받침통을 포함하는, 리튬브로마이드(Lithium-bromide) 수용액을 이용한 제습 장치를 제공한다. 이러한 제습 장치는 상기 받침통에 받아진 희용액을 재생 시스템으로 보내기 위한 펌프, 희용액을 수집하기 위한 저장 탱크, 희용액의 수분을 증발시켜 농용액으로 재생시키기 위한 가열부, 농용액을 다시 제습 장치의 분사 노즐로 공급하기 위한 펌프를 더욱 포함할 수 있다.

Description

리튬브로마이드 수용액을 이용한 제습 장치, 이를 포함하는 제습/냉방 시스템 및 공기 제습 방법{Dehumidification Apparatus Using Lithium Bromide Aqueous Solution, Dehumidifying/Cooling System and A Method for Air Dehumidification}
본 발명은 제습 장치 및 이를 포함하는 제습/냉방 시스템, 그리고 제습 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리튬브로마이드 수용액을 이용한 제습 장치 및 제습 방법에 관한 것이다.
통상 40℃ 이상의 여름철 고온기간 동안 온실을 비롯한 시설재배 농가의 21.6%는 휴경을 선택한다. 무휴 농가의 약 2.2%만이 팬 앤드 패드 시스템(Fan and pad system)을 설치한 실정이다. 겨울철의 경우에도 온실 보온 시설의 기밀성으로 인해 온실 내부가 다습하므로 작물의 증산 작용 억제 및 세균성 병해 등의 문제점이 발생하고 있다. 이에 따라 온실 내 온도 및 습도를 조절하기 위한 방안이 요구된다.
기존에 사용된 제습제를 살펴보면, 고체 제습제로는 실리카겔, 활성알루미나, 제올라이트 등이 있고, 액체 제습제로는 염화리튬과 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol) 등이 있다. 액체 제습제를 이용한 제습기의 성능은 사용된 제습제의 종류, 제습기의 외부형상에 따른 기체-액체 접촉면의 형태, 작동 인자 등에 의해 좌우된다. 특히 제습제의 선택은 제습기의 크기, 작동범위(온도, 습도), 효율, 비용 등에 영향을 미치므로, 시스템 성능과 냉각용량에 가장 큰 영향을 준다.
또한, 제습제의 수증기 압력은 가장 중요한 제습제의 특성인데, 제습제는 온도가 낮을수록 그리고 농도가 높을수록 낮은 수증기압을 가지므로 공기 중의 수분을 용이하게 흡수할 수 있다. 제습제의 온도를 높이면 제습제의 수증기압이 높아지게 되므로, 제습과정과 반대로 공기 중으로 수분이 증발하게 되어 재생과정이 가능하게 된다. 즉, 제습제의 수증기 압력과 온도에 따라서 제습제는 제습작용 또는 재생작용을 할 수 있다.
한편, 재생 시 제습제의 증발손실을 최소로 하기 위하여 제습제의 증기압력은 충분히 낮아야 한다. 제습제는 사용시 결정이 발생해서는 안 되며, 낮은 점성과 좋은 열전달 성질을 가지는 것이 좋다. 또한 무독성과 부식성이 없고, 가연성이 없어야 하며, 싼 가격에 이용 가능해야 한다. 현재 많이 사용되는 액체 제습제는 염화리튬, 염화칼슘, 트리에틸렌글리콜 등이 있다. 염화칼슘은 저가의 제습제로 손쉽게 사용할 수 있으나, 상대적으로 증기압이 높은 단점이 있다. 염화리튬은 낮은 수증기압을 가져 가장 안정적으로 사용되는 제습제이나 상대적으로 고가라는 단점이 있다. 트리에틸렌글리콜은 점도가 높고, 제습제의 낮은 표면 증기압으로 재생과정 중 증발하여 외부로 유출될 수 있다. 이에, 기존 제습 물질을 대체할 수 있는 액체 제습제의 연구개발이 반드시 필요하다.
이와 관련하여, 온실의 냉방 및 제습과 관련된 문제점 개선 및 효율 향상을 위한 여러 가지 냉방 및 제습의 방식이 제안되었다. 냉방의 경우, 차광 및 자연환기, 기계적 냉방, 증발 냉각 등의 방식과, 제습의 경우, 저온 표면 수분 응축, 건조제(silica gel 등) 흡습식, 열교환기식 등의 방식이 개발되어 있으며, 특히, 냉방 방식 중에서는 증발 냉각 방식에 속하는 팬 앤드 패드(Fan and Pad)법의 효율이 높은 것으로 알려져 있다. 기존 건조 방식의 경우, 저온 표면 수분 응축은 저효율로 히트펌프의 연계가 요구되고, 열교환기 방식은 대부분 냉매가스를 사용하고 있으며, 건조제(silica gel 등) 흡수식은 공업용 제습으로 독성 재료 사용에 따른 유해한 온실 환경 조성 및 재료의 재생을 위한 과도한 에너지 소비가 발생되고, 시스템이 복잡한 문제점이 있다.
제습제 이용 제습 냉방시스템은 미국을 비롯하여 영국, 프랑스, 일본, 인도, 대만 등 각 나라에서 실용화 연구에 박차를 가하고 있다. 미국에서는 이미 몇 가지 제습냉방 장치가 상용화되어 있으며, 슈퍼마켓의 대형 냉장 쇼-케이스(show-case)의 습도 조절, 호텔과 모텔 공조 등의 틈새시장에 이미 진입한 상태이며, DOE(Department of Energy), NREL(National Renewable Energy Laboratory), ORNL(Oak Ridge National Laboratory), 가스 공급회사, 제습기 제조회사 등을 중심으로 제습 냉방 장치의 성능을 향상시키고 공급가격을 낮춰, 기존의 공조시장에 진출하려는 연구가 활발히 진행 중에 있다. 유럽에서도 산업용으로 개발된 제습기를 공조용으로도 활용하려는 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이며, 태양열 등 미활용 에너지를 이용한 냉방시스템의 개발에 관심을 집중시키고 있다. 일본에서는 우리나라 보다 더욱 습한 기후로 인해 제습기의 활용이 일상화되어 있다. 그러나 현재 외국에서 실용화가 진행되고 있는 제습기는 대부분 고체 제습제를 이용한 시스템으로 액체 제습제를 활용한 시스템은 앞서 기술한 문제점으로 인하여 상용화가 지연되고 있다. 국내에서는 생산기술연구원에서 액체 제습제를 이용한 충전탑식 제습기와 재생기로 이루어진 제습 장치를 연구한 바 있으며, 한국과학기술연구원에서는 고체 제습제와 재생형 증발식 냉방기를 이용한 독립형 흡착식 제습-증발 냉방시스템을 개발한 바 있다. 최근 액체 제습제를 사용한 고효율 밀집형 제습 장치를 개발 중에 있다.
앞서 언급한 액체 제습 장치의 많은 문제점은 다량의 제습제의 분사에 기인한다. 제습제의 공급유량을 줄이게 되면 제습기에서 공기와 접촉하는 제습제의 평균 농도를 높일 수 있으며, 공기측 압력손실과 열전달성능을 향상시킬 수 있다. 그러나 제습제를 저유량으로 공급할 경우, 제습 과정 중 발생하는 흡수열에 의해 제습액의 온도가 상승하므로, 이를 방지하기 위해 흡습과 동시에 제열을 할 수 있어야 한다. 그리고 액체 제습제의 공급유량이 아주 작은 경우에도 넓은 면적의 제습기 표면에 완전히 퍼져서 얇은 액막을 유지할 수 있도록 하는 기술이 필요하다.
본 발명의 목적은 액체 제습제의 공급유량이 아주 작은 경우에도 넓은 면적의 제습기 표면에 완전히 퍼져 얇은 액막을 유지할 수 있도록 하는 제습 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 액체 제습제로 적셔진 제습 패드를 포함하는 제습 장치 및 냉방 장치를 포함하는 제습/냉방 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 또 다른 목적은 상기 액체 제습제로 제습 패드를 적시는 단계를 포함하는 제습 방법에 관한 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 액체 제습제로 적셔진 제습 패드, 상기 제습 패드 상부에 설치되며 액체 제습제(농용액)를 공급하기 위한 분사 노즐, 및 상기 제습 패드 하부에 설치되며 수분을 흡수한 액체 제습제(희용액)를 수집하기 위한 받침통을 포함하는, 액체 제습제를 이용한 제습 장치를 제공한다. 한 실시예에서, 상기 액체 제습제는 리튬브로마이드(Lithium-bromide) 수용액일 수 있으며, 여기에 제한되는 것은 아니다. 한 실시예에서 상기 제습 패드는 상기 액체 제습제를 흡수하는 다공성 재질의 물질로 구성될 수 있다. 이러한 제습 장치는 상기 받침통에 받아진 희용액을 재생 시스템으로 보내기 위한 펌프, 희용액을 수집하기 위한 저장 탱크, 희용액의 수분을 증발시켜 농용액으로 재생시키기 위한 가열부, 농용액을 다시 제습 장치의 분사 노즐로 공급하기 위한 펌프를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 제습 장치와 함께 설치되는 냉방 장치를 포함하는 제습/냉방 시스템을 제공하는데, 상기 냉방 장치는 냉매(예컨대, 물)로 적셔진 냉방 패드와, 냉매를 공급하기 위한 펌프, 냉매를 저장하기 위한 저장 탱크를 포함하며, 제습 패드와 평행하게 배치된다. 본 발명의 한 실시예에 따르는 제습/냉방 시스템은 온실의 공기 유입구로부터 제습 패드 및 냉방 패드 순으로 설치된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제습/냉방 시스템은 온실의 공기 유입구로부터 냉방 패드 및 제습 패드 순으로 설치될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 온실 내부에는 온실의 공기 유입구와 연결된 덕트가 설치될 수 있으며, 상기 덕트 내부에 상기 냉방 패드 및 제습 패드가 설치될 수 있다.
또한, 온실의 공기 유입구의 반대쪽에는 공기를 온실의 내부에서 온실의 외부로 유출시키도록 팬이 설치될 수 있다.
본 발명에 따르는 식염과 유사한 안정적, 인체 무해 특성을 나타내는 리튬브로마이드 수용액의 제습 성질(상온 60% 이상)을 이용한 제습/냉방 시스템을 사용함으로써, 시설 내로 유입되는 공기의 부유 오염물질을 제거, 전력 소비량 감소, 온실 내 무해 물질 적용, 제습 효율 증대 등을 실현하여, 개발된 제습/냉방 시스템의 수요 영역으로의 적용을 통해 기술적, 산업적, 환경적, 경제적으로 긍정적 효과를 발생시킬 수 있다. 또한, 액체 제습제가 적셔진 제습 패드를 사용함으로써 액체 제습제의 공급유량이 아주 작은 경우에도 공급된 액체 제습제의 대면적의 제습기 표면에 완전히 퍼져 얇은 액막을 유지할 수 있으며, 이로 인해 액체 제습제 액막의 두께가 얇아 열 및 물질 전달 계수가 향상되고, 액체 제습제 액막 경계면의 안정성이 증가되어 표면으로부터 액체 제습제 용액의 비산이 일어나지 않게 되며, 액체 제습제 용액의 순환에 따른 부가적인 손실이 감소시킬 수 있다.
도 1은 리튬브로마이드 수용액의 물에 대한 용해도 곡선을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따르는 제습/냉방 시스템을 적용한 파일럿 플랜트 규모의 온실 실험 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 제습 장치(좌) 및 냉방 장치(우)의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4는 리튬브로마이드 수용액의 재생·순환 시스템을 도시한 개략도이다.
도 5는 리튬브로마이드 수용액의 수분 흡수 여부를 검증하기 위한 실험 장치의 개략도이다.
도 6은 리튬브로마이드 수용액의 흡수 여부 검증 실험에 의한 상대습도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 리튬브로마이드 수용액의 기준 온도별 흡습량 측정 장치의 개략도이다.
이하 도면을 참고하여 본 발명의 제습 장치, 제습/냉방 시스템, 그리고 제습 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하에서 액체 제습제로서 리튬브로마이드 수용액을 사용하는 것에 대하여 기재하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 또 다른 액체 제습제를 사용할 수 있다.
리튬브로마이드 수용액은 식염과 유사한 안정적 물질로, 대기 중에서 변질, 휘발, 및 독성이 없는 인체에 무해한 특성을 나타내며, 리튬브로마이드 수용액의 물리적·화학적 성질은 아래 [표 1]과 같다. 물에 대한 용해도는 상온(약 25℃)에서 약 63%, 40℃에서는 약 67%이며, 리튬브로마이드 수용액의 물에 대한 용해도 곡선은 도 1과 같다.
Figure pat00001
도 2는 본 발명에 따르는 제습 장치, 및 이를 이용한 제습/냉방 시스템을 적용한 파일럿 플랜트 규모의 온실 실험 개략도이다. 본 발명에 따르는 제습 장치는 리튬브로마이드 수용액으로 적셔진 제습 패드(220), 상기 제습 패드(220) 상부에 설치되며 리튬브로마이드 수용액(농용액)을 공급하기 위한 분사 노즐(221), 및 상기 제습 패드(220) 하부에 설치되며 수분을 흡수한 리튬브로마이드 수용액(희용액)을 수집하기 위한 받침통(222)을 포함한다. 이러한 제습 장치는 상기 받침통(222)에 받아진 희용액을 재생시스템으로 보내기 위한 펌프(도시하지 않음), 희용액을 수집하기 위한 저장 탱크(230), 희용액의 수분을 증발시켜 농용액으로 재생시키기 위한 가열부(231), 농용액을 다시 제습 장치의 분사 노즐(221)로 공급하기 위한 펌프(232)를 더욱 포함할 수 있다. 또한 상기 제습 장치와 함께 설치되는 냉방 장치는 냉매(예컨대, 물)로 적셔진 냉방 패드(210)와, 냉매를 공급할 수 있는 펌프(212), 냉매를 저장할 수 있는 저장 탱크(211)를 포함하며, 제습 패드(220)와 평행하게 배치된다. 본 발명에 따르는 제습/냉방 시스템은 온실(200)의 공기 유입구로부터 제습 패드(220) 및 냉방 패드(210) 순서, 또는 냉방 패드(210) 및 제습 패드(220) 순서로 설치될 수 있다. 온실 내부에는 온실의 공기 유입구와 연결된 덕트(도시되지 않음)가 설치될 수 있으며, 상기 덕트 내부에 상기 냉방 패드(210) 및 제습 패드(220)가 설치될 수 있다. 상기 덕트에 의해 온실의 공기 유입구로부터 냉방 패드(210) 및 제습 패드(220) 순서, 또는 냉방 패드(210) 및 제습 패드(220) 순서로 통과하는 공기를 외기와 차단시킬 수 있다. 또한, 온실의 공기 유입구의 반대쪽에는 공기를 온실의 내부에서 온실의 외부로 유출시키도록 팬이 설치될 수 있다.
이하 더욱 상세하게 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제습 장치는, 고농도(약 60%)의 리튬브로마이드 수용액을 제습 패드(220)의 상부에 설치된 분사 노즐(221)을 통해 제습 패드(220)에 공급하며, 제습 패드(220)에 적셔진 리튬브로마이드 수용액은 외부로부터 유입된 고온(약 30℃ 이상) 다습(약 90% 이상)한 공기의 수분을 흡수하여, 고온(약 30℃ 이하) 건조(약 80% 이하)한 공기를 생성시키는 구조로 구성된다. 냉방 패드(210)에는 저온(약 20℃ 이하)의 물이 저장탱크(211)로부터 냉방 패드(210)의 상부 또는 하부로 공급되고, 냉방 패드(210)를 통과하면서 제습 패드(220)를 통과한 고온(약 30℃ 이상)의 공기를 냉각시킨 고온(약 30℃ 이상)의 물이 저장탱크로 돌아오는 구조로 구성된다. 여기서, 제습 패드(220)를 통과한 공기는 냉방 패드(210)를 통과하면서 저온(약 25℃ 이하)으로 냉각된다. 온실 내부에는 온실의 공기 유입구와 연결된 덕트(도시되지 않음)가 설치될 수 있으며, 상기 덕트 내부에 상기 냉방 패드(210) 및 제습 패드(220)가 설치될 수 있다. 상기 덕트에 의해 온실의 공기 유입구, 제습 패드(220) 및 냉방 패드(210)를 통과하는 공기를 외기와 차단시킬 수 있다. 또한, 리튬브로마이드 수용액의 수분 흡수 과정으로 인해 농도가 낮아진 희용액은 저장탱크(230)에서 가열되어 수분은 수증기로 증발되고, 농도가 높아진 농용액은 난방열 등의 열교환을 거친 후 제습 장치로 이송되어 제습제 역할을 수행하는 구조로 구성된다.
이와 같은 제습/냉방 시스템을 구현하여, 관련 시설로의 적용을 통해, 온실 내 작물 생육에 적합한 환경의 조성을 통해 관련 산업의 활성화와 더불어 파생 이점 등이 극대화될 것으로 판단된다.
도 3은 본 발명에 따르는 제습 장치(좌) 및 냉방 장치(우)의 구성을 나타내는 개략도이다. 제습 장치는 제습 패드(220)와, 상기 제습 패드(220) 상부에 설치된 분사 노즐(221), 및 상기 제습 패드(220) 하부에 설치된 받침통(222)을 포함한다. 상기 분사 노즐(221)을 통하여 리튬브로마이드 수용액(농용액)이 상기 제습 패드(220)로 공급되며, 이에 따라 상기 제습 패드(220)가 리튬브로마이드 수용액으로 적셔지며, 상기 제습 패드(220)를 통과하여 수분을 흡수한 리튬브로마이드 수용액(희용액)이 상기 받침통(222)에 수집된다.
한 실시예에서 상기 제습 패드(220)는 리튬브로마이드 수용액을 흡수하는 다공성 재질의 물질로 구성될 수 있다. 또 다른 구체 예에서, 상기 제습 패드(220)는 방음재 패드(soundproof pad) 또는 청수세미 패드(loofah pad)일 수 있으며, 여기에 제한되지 않는다. 제습 패드의 일부분의 확대도(225)가 도 3에 제시된다.
한편, 냉방 장치는 냉방 패드(210)와, 저온의 물이 공급되는 유입구(213) 및 저온의 물이 방출되는 배출구(214)를 포함한다. 저온의 물이 냉방 패드(210)의 상부 또는 하부로 공급되고, 냉방 패드(210)를 통과하면서 고온의 공기를 냉각시킨 고온의 물이 배출구(214)를 통하여 배출된다. 비록 도 3에는 유입구(213)가 냉방 패드(210) 하부에, 그리고 배출구(214)가 냉방 패드(210) 상부에 도시되었으나, 유입구가 냉방 패드(210) 상부에, 그리고 배출구가 냉방 패드(210) 하부에 구비될 수도 있다. 냉방 패드(210)의 일부분의 확대도(215)가 도 3에 제시된다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따르는 제습 장치는 고농도(약 60%)의 리튬브로마이드 수용액이 제습 패드(220)의 상부에 설치된 분사 노즐(221)을 통해 제습 패드(220)에 공급되며, 제습 패드(220)에 적셔진 리튬브로마이드 수용액은 고온(약 30℃ 이상) 다습(약 90% 이상)한 공기의 수분을 흡수하여, 고온(약 30℃ 이상) 건조(약 80% 이하)한 공기를 생성시키는 구조를 나타내며, 온실(200)의 공기 유입구와 냉방 패드 사이에 위치한다. 이러한 제습 장치와 연계된 냉방 장치는 저온(약 20℃ 이하)의 냉매(물)가 저장탱크(211)로부터 냉방 패드(210)로 공급되는데 냉방 패드(210)의 구조 및 형태에 따라 냉방 패드(210)의 상부 또는 하부로 공급되며, 제습 패드(220)를 통과한 고온(약 30℃ 이상) 건조(약 80% 이하)한 공기가 냉방 패드(210)를 통과하면서, 저온(약 20℃ 이하)의 냉매에 의해 열손실이 발생되어 냉각된 후, 온실(200) 내부로 저온(약 25℃ 이하) 건조(약 80% 이하)한 공기가 유입되며, 이 과정에서 발생된 고온(약 30℃ 이상)의 냉매(물)는 저장탱크(211)로 돌아오는 구조로 구성된다. 여기서 온실 내부에는 온실의 공기 유입구와 연결된 덕트(도시되지 않음)가 설치될 수 있으며, 상기 덕트 내부에 상기 냉방 패드(210) 및 제습 패드(220)가 설치될 수 있다. 상기 덕트에 의해 온실의 공기 유입구, 제습 패드(220) 및 냉방 패드(210)를 통과하는 공기를 외기와 차단시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 제습 및 냉각 시스템은 파이프를 통과하는 냉각 공기에 의한 냉각 대신, 외부로부터 유입되는 공기에 의해 리튬브로마이드 수용액이 직접적으로 냉각되고, 이와 동시에 제습공기가 발생되어 내부로 유입되는 구조이다. 또한, 제습 패드의 면적, 두께 및 리튬브로마이드 수용액의 분사량 등의 조절이 용이하고, 팬이 시설 내 공기 유출구에 설치되어, 대형화 및 시설 내부를 고르게 제습 및 냉방하는데 적합한 방식이다.
도 4는 리튬브로마이드 수용액의 재생·순환 시스템을 도시한 개략도이다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 제습 장치는 상기 받침통(222)에 받아진 리튬브로마이드 희용액을 재생시스템으로 보내기 위한 펌프(도시되지 않음), 리튬브로마이드 희용액을 수집하기 위한 저장 탱크(230), 상기 저장 탱크(230)를 가열하여 리튬브로마이드 희용액의 수분을 증발시킴으로써 리튬브로마이드 농용액으로 재생시키기 위한 가열부(231), 및 리튬브로마이드 농용액을 다시 제습 장치의 분사 노즐(221)로 공급하기 위한 펌프(232)를 더욱 포함할 수 있다.
따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 수분의 제습과정을 거치면서 농도가 낮아진 리튬브로마이드 수용액(희용액)을 농용액으로 전환할 수 있는 재생·순환 시스템은, 재생부로부터 공급된 리튬브로마이드 농용액을 분사 노즐(221)을 통해 제습 패드(220)로 공급하고, 제습 패드(220)에 적셔진 리튬브로마이드 수용액은 수분의 흡수과정을 거치면서 묽어진 후 제습 패드(220) 하부의 받침통(222)으로 모여진 후 재생부로 이송되어 가열, 수분을 증발시킨 후 농용액으로 전환된 후 열교환을 거쳐 냉각된 후 다시 제습 장치으로 공급되는 구조로 구성된다. 여기서, 가열 시 발생되는 열에너지는 난방열 등으로 이용될 수 있다.
흡습 성질 시험
이와 같은 리튬브로마이드 수용액의 흡습 성질을 이용한 기초 실험을 위해, 기존 냉각 방식 중 고효율의 팬 앤드 패드(Fan and Pad) 방식에 리튬브로마이드 수용액을 적용한 실험실 규모(Lab scale)의 기초 실험 장치를 구성하여 공기 유속, 패드 면적 및 두께, 리튬브로마이드 수용액의 양 등의 변수 및 조건에 의한 제습 능력을 분석하여, 온실 적용 가능성을 검증하였다. 리튬브로마이드 수용액의 수분 흡수 여부를 검증하기 위한 실험 장치(도 5(a))와, 실험 조건 변화가 용이한 팬 앤드 패드 시스템을 포함하는 실험 장치(도 5(b))를 구성하였다.
리튬브로마이드 수용액의 흡수 여부 검증 실험에 의한 상대습도의 변화를 살펴보면, 리튬브로마이드 수용액 50㎖가 적셔진 05일 08시 26분 이후에는 감소하기 시작하여, 동일 11시 48분에 10.7%까지 도달한 후 실험 종료 시까지 평균 8.65%로 유지되었다(도 6).
변수에 따른 실험은 크게 두 가지로 분류 가능하며, 풍속은 1.79 m/s로 고정되고, 제습 패드로서 방음재 패드(soundproof pad) 및 청수세미 패드(loofah pad) 두 종류에 대해, 각각 패드의 두께를 70mm, 140mm, 210mm로 변화시킨 실험과, 패드의 종류는 청수세미로 고정되고, 풍속 1.79 m/s 및 0.89 m/s두 경우에 대해, 각각 패드의 두께를 70mm, 140mm, 210mm로 변화시킨 실험이 수행되었으며, 결과는 아래 [표 2]와 같다.
Figure pat00002
패드의 종류에 따른 실험은 풍속 1.79 m/s 하에서, 패드의 두께가 70mm, 140mm, 210mm (LiBr 12㎖, 24㎖, 36㎖)로 변화됨에 따라, 방음재 패드는 각각 11.05%p, 14.72%p, 15.10%p, 청수세미 패드는 각각 14.6%p, 14.52%p, 15.13%p로 각각 대조군의 상대습도 대비 편차를 나타내며 변화되었다. 팬의 풍속(1.79 m/s및 0.89 m/s)에 따른 실험은 청수세미 패드 하에서, 패드의 두께가 70mm, 140mm, 210mm (LiBr 12㎖, 24㎖, 36㎖)로 변화됨에 따라, 풍속 1.79 m/s에서는 각각 14.6%p, 14.52%p, 15.13%p, 풍속 0.89 m/s에서는 각각 17.46%p, 16.53%p, 14.24%p로 각각 대조군의 상대습도 대비 편차를 나타내며 변화되었다.
이에, 풍속(공기 유량)에 대한 리튬브로마이드 수용액의 물에 대한 흡수량의 관계성에 대한 추가적 분석이 요구되고, 수분의 흡수량 역시 실험을 통한 비교분석이 필요하다. 이를 위해, 도 7과 같은 장치를 구성하여, 기준 온도를 20℃, 40℃, 60℃ 등으로 설정하고, 가습기를 통해 수분을 일정하게 공급하도록 하며, 로드셀(Load cell) 및 인디케이터(Indicator)를 설치하여, 리튬브로마이드 수용액의 시간에 따른 수분 흡수량(g)을 측정하며, 온습도계를 이용하여, 내부의 온습도 변화를 측정·수집하였다.
이에, 실험 결과 및 도 7에 나타난 리튬브로마이드 수용액의 흡습량의 규명을 통해, 파일럿 플랜트 규모의 온실(도 2)에 냉방 및 제습 장치를 적용하여, 온실의 면적 및 목표 온습도에 따른 팬에 의한 풍속, 패드의 크기, 리튬브로마이드 수용액의 양 등을 정형화할 수 있다.

Claims (9)

  1. 제습 패드; 및
    상기 제습 패드 상부에 설치되어 상기 제습 패드에 액체 제습제를 공급하도록 구성된 분사 노즐;
    을 포함하는 제습 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액체 제습제는 리튬브로마이드 수용액임을 특징으로 하는 제습 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제습 패드는 상기 액체 제습제를 흡수하는 다공성 재질의 물질로 구성됨을 특징으로 하는 제습 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제습 장치는
    상기 제습 패드 하부에 설치되어 수분을 흡수한 상기 액체 제습제의 희용액을 수집하는 받침통;
    상기 받침통과 파이프 연결되어 상기 액체 제습제의 희용액을 저장하는 저장 탱크;
    상기 저장 탱크를 가열하여 상기 액체 제습제의 희용액의 수분을 증발시켜서 상기 액체 제습제를 농용액으로 재생시키는 가열부; 및
    상기 액체 제습제의 농용액을 상기 분사 노즐로 공급하는 펌프;
    를 더욱 포함함을 특징으로 하는 제습 장치.
  5. 제습 장치 및 냉방 장치를 포함하며,
    상기 제습 장치는
    제습 패드, 및
    상기 제습 패드 상부에 설치되어 상기 제습 패드에 액체 제습제를 공급하도록 구성된 분사 노즐을 포함하며;
    상기 냉방 장치는
    냉매로 적셔진 냉방 패드,
    냉매를 상기 냉방 패드에 공급하는 펌프, 및
    냉매를 저장할 수 있는 저장 탱크를 포함하며,
    온실의 공기 유입구로부터 상기 냉방 장치 및 상기 제습 장치 순서로 평행하게 배치되는, 제습/냉방 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    온실 내부에 설치되며 온실 공기 유입구와 연결된 덕트, 여기서 상기 냉방 패드 및 제습 패드는 상기 덕트 내부에 설치됨; 및
    공기 유입구의 반대쪽에 설치되어 공기를 온실의 내부에서 온실의 외부로 유출시키기 위한 팬;
    을 더욱 포함하는, 제습/냉방 시스템.
  7. 제습 패드 상부에 설치된 분사 노즐을 통하여 액체 제습제의 농용액을 상기 제습 패드에 공급하는 단계;
    상기 제습 패드를 통과한 상기 액체 제습제의 희용액을 수집하여 저장 탱크로 운송하는 단계;
    상기 저장 탱크를 가열하여 상기 액체 제습제의 희용액의 수분을 증발시켜 액체 제습제의 농용액으로 재생시키는 단계; 및
    상기 액체 제습제의 농용액을 상기 분사 노즐로 다시 공급하는 단계;
    를 포함하는 공기 제습 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 액체 제습제는 리튬브로마이드 수용액임을 특징으로 하는 공기 제습 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 제습 패드는 상기 액체 제습제를 흡수하는 다공성 재질의 물질로 구성됨을 특징으로 하는 공기 제습 방법.
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