KR20140022785A

KR20140022785A - 공기 조화 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20140022785A
Application number: KR1020137018416A
Authority: KR
Inventors: 댄 포르코쉬
Original assignee: 듀쿨, 엘티디.
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2014-02-25
Also published as: US20130255287A1; AU2010365411A1; US10012401B2; IL226910B; JP2014503782A; EP2652410A1; US20190032931A1; KR101773789B1; ZA201305239B; WO2012082093A1; CN103370579B; SG191126A1; CN103370579A; MA34824B1; AP2013006983A0

Abstract

공기 조화를 위한 장치 및 방법이 일정량의 액체 건조제를 가진다. 제1 공기 유동의 제1 부분은 제1 접촉 용적에 수용되어 제1 공기 유동의 제1 부분이 액체 건조제의 제1 부분과 접촉한다. 제2 접촉 용적은 제1 접촉 용적과 평행하며 제1 공기 유동의 제2 부분을 수용한다. 제2 공기 유동의 적어도 일 부분이 제3 접촉 용적 내의 액체 건조제의 제2 부분과 접촉한다. 제1 열 교환기는 액체 건조제의 제1 부분과 관련되어 액체 건조제의 제1 부분과 제1 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성된다. 제2 열 교환기는 액체 건조제의 제2 부분과 관련되어 액체 건조제의 제2 부분과 제2 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성된다.

Description

공기 조화 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR CONDITIONING AIR}

본 발명의 다양한 실시예들은 가열, 환기, 및 공기 조화 시스템들에서의 제습 및 가습에 관한 것이다.

가열, 환기, 및 공기-조화(HVAC) 시스템들은 온도 및 습도 제어된 공기를 주거용 건물, 상업용 건물, 및 공업용 건물에 제공한다. HVAC 시스템에 의해 제공된 공기는 거주(occupancy)를 위한 안락감 수준들을 충족하기 위해 특정된 온도로 되거나 가습 되거나 제습 되거나 전자 제품(electronics) 등을 위한 범위 내에 있을 필요가 있을 수 있다. 통상적으로 외부 공기는 공기 조화 시스템을 이용하는 경우 제습 및 냉각되고, 가열 시스템을 이용하는 경우 가습 및 가열된다. 온도 및 습도 메커니즘들은 통합되거나 분리될 수 있다.

예를 들면, 몇몇의 종래의 공기 조화 시스템들을 이용하여, 공기는 물이 공기로부터 응축되도록 냉각 코일들 위로 공기가 지나감으로써 공기의 이슬점 아래로 냉각된다. 이는 보통 안락한 존(zone) 온도 아래의 온도에 있는 공기를 초래한다. 이어서 공기가 가열되어 이미 냉각된 공간에서 이미 더 따뜻한 공기와 혼합됨으로써 또는 가열 코일 위로 공기가 지나가게 함으로써 공기가 소망하는 안락한 존 온도로 된다. 공기를 제습하기 위해 사용된 과잉 냉각은 효율을 감소시킨다.

건조제 유형 제습기가 공기 조화 시스템에서 사용되는 경우, 건조제는 제습 섹션에서 공기를 제습하기 위해 물을 제거한다. 건조된 공기는 이때 냉각 코일을 이용하여 소망하는 안락한 존 온도로 냉각될 수 있다. 건조제는 물이 건조제로부터 제거되는 재생 섹션에서 재생된다. 이때 건조제는 제습 섹션에서 재사용된다. 제습 및 재생 섹션들의 용량 및 유형에 따라, 건조제는 높은 공기 유량들에서 섹션들로부터 분출(blow out)될 수 있다. 건조제를 포함하는 챔버를 통하여 유동하는 높은 유량의 공기가 건조제와 접촉하며, 건조제 액적(droplets) 또는 증기에 혼입되어, 건조제가 HVAC 시스템으로부터의 손실이 유발된다. 고온 공기 유량 상태들 동안 챔버로부터의 분출을 통한 건조제의 손실은 건조제가 불충분하게 존재하는 경우 제습기의 기능을 손상시킬 수 있거나 다른 문제점들을 유발할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 공기 조화용 장치에는 일정량의(a quantity of) 액체 건조제가 제공된다. 그 안에 제1 공기 유동의 제1 부분이 수용되어 제1 공기 유동의 제1 부분이 액체 건조제의 제1 부분과 접촉하는 제1 접촉 용적이 제공된다. 제2 접촉 용적은 제1 접촉 용적과 평행하며, 제2 접촉 용적 내에 제1 공기 유동의 제2 부분이 수용된다. 그 안에 제2 공기 유동의 적어도 일 부분이 액체 건조제의 제2 부분과 접촉되는 제3 접촉 용적이 제공된다. 제1 열 교환기는 액체 건조제의 제1 부분과 관련되며 액체 건조제의 제1 부분과 제1 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성된다. 제2 열 교환기는 액체 건조제의 제2 부분과 관련되며 액체 건조제의 제2 부분과 제2 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성된다.

다른 실시예에서, 공기 조화용 장치에는 제1 유체의 제1 유동을 위한 입구 및 출구를 가지는 제1 챔버가 제공된다. 제1 챔버는 제1 챔버를 통하여 이동하는 제1 유동으로부터 물을 제거하기 위한 액체 건조제의 제1 부분을 포함한다. 제2 챔버는 제2 유체의 제1 유동을 위한 입구 및 출구를 가지며, 건조제로부터 제2 유체로 물을 증발하기 위한 액체 건조체의 제2 부분을 포함한다. 제2 챔버는 제1 챔버와 유체 소통되어 건조제가 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 유동할 수 있다. 제3 챔버는 제2 유체의 제2 유동을 위한 입구 및 출구를 가지며, 제2 챔버와 평행하다.

또 다른 실시예에서, 제1 챔버, 제2 챔버 및 제3 챔버를 가지는 시스템을 이용하여 유체를 조화하는 방법이 제공된다. 제1 유체의 제1 부분은 제1 챔버를 통하여 유동한다. 제1 유체의 제1 부분은 건조제의 일 부분과 상호작용하여 제1 유체의 제1 부분과 건조제의 일 부분 사이에서 물을 전달한다. 제1 유체의 제2 부분은 제2 챔버를 통하여 유동한다. 제1 유체의 제2 부분은 제1 챔버를 우회한다. 제2 유체는 제3 챔버를 통하여 유동한다. 제2 유체는 건조제의 적어도 일 부분과 상호작용하고 제2 유체와 건조제의 적어도 일 부분 사이에서 물을 전달한다. 제1 유체의 제1 부분이 제1 챔버로부터 배출되고 제1 유체의 제2 부분이 제2 챔버로부터 배출된 후 제1 유체의 제1 부분과 제2 부분이 조합된다.

다른 실시예에서, 공기 조화용 장치에는 일정량의 액체 건조제, 그 안에서 제1 공기 유동의 제1 부분이 수용되어 제1 공기 유동의 제1 부분이 액체 건조제의 제1 부분과 접촉하는 제1 접촉 용적, 그 안에 제1 공기 유동의 제2 부분이 수용되는 제1 접촉 용적과 평행한 제2 접촉 용적, 및 그 안에 제2 공기 유동의 적어도 일 부분이 액체 건조제의 제2 부분과 접촉되는 제3 접촉 용적이 제공된다. 제1 열 교환기는 액체 건조제의 제1 부분과 접촉하고 액체 건조제의 제1 부분과 제1 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성된다. 제2 열 교환기는 액체 건조제의 제2 부분과 접촉되어 액체 건조제의 제2 부분과 제2 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성된다. 증기 압축 시스템은 압축기, 액체 건조제와 접촉되지 않는 제3 열 교환기 및 냉매를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화용 유닛의 개략도이며, 그리고
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 조화용 유닛의 개략도이다.

규정된 바와 같이, 본 발명의 상세한 실시예들이 본 명세서에서 설명된다; 그러나 공개된 실시예들은 단지 다양하고 대안적인 형태들로 실시될 수 있는 본 발명의 전형이다. 도면들은 반드시 비율대로 도시한 것은 아니다; 몇몇 특징들은 특별한 부품들의 상세들을 보여주기 위해 과장되거나 최소화될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 공개되고 특정된 구조적 및 기능적 상세들이 제한된 것으로 해석되지 않으며 단지 청구범위에 대한 전형적인 근거로서 및/또는 본 발명을 다양하게 적용하도록 당업자에게 교시하기 위한 전형적인 근거로서 해석되어야 한다.

가열, 환기 및 공기 조화(HVAC) 시스템(10)이 도 1에 개략적으로 도시된다. 상기 시스템(10)은 제습 섹션 또는 사이드(side)(14) 및 재생 섹션 또는 사이드(16)를 가지며, 시스템(10)을 통하여 유동하는 공기의 습도 수준을 변경하도록 건조제 시스템(12)을 사용한다. 제습 사이드(14)는 더 건조된 공기를 제공하도록 제습기, 또는 더 건조하고 더 차가운 공기를 제공하도록 공기 조화기로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 재생 사이드(16)는 더 따뜻하고 더 높은 습도의 공기를 제공하기 위한 가열 시스템으로서 사용될 수 있다. 건조제는 염화 리튬 염 용액(lithium chloride salt solution)이다. 대안적으로, 건조제는 리튬 브롬화물, 마그네슘 염화물, 칼슘 염화물, 나트륨 염화물 등을 포함한다.

건조제 시스템(12)은 시스템(10)의 제습 사이드(14) 상에 제습 챔버(18)를 가지며, 여기에서 상기 챔버(18) 내의 건조제는 상기 챔버(18)를 통하여 유동하고 건조제와 접촉하는 공기로부터 물을 흡수한다. 상기 챔버(18)를 통하여 유동하는 공기는 공기 입구(20)를 통하여 제습 사이드(14)에 제공된다. 단지 입구(20)를 통하여 들어오는 공기의 일 부분만이 제습 챔버(18)를 통하여 유동하고 공기의 나머지가 상기 챔버(18)를 우회하고 제습 챔버(18)에 대해 평행한 덕트를 통하여 유동하고 이에 따라 요구된 더 높은 유량들이 주어진 공간에서 소망하는 냉각을 달성하거나 제습 사이드(14)로부터 배출되는 공기의 습도 수준의 향상된 제어를 허용한다. 대안적으로, 입구(20)를 통하여 유입되는 공기 모두가 제습 챔버(18)를 통하여 유동한다.

건조제 시스템(12)은 또한 시스템(10)의 재생 사이드(16) 상의 재생 챔버(22)를 가지며, 여기서 물이 챔버(22)를 통하여 유동하는 공기 내로 흡수를 통하여 건조제로부터 제거된다. 챔버(22)를 통하여 유동하는 공기는 공기 입구(24)를 통하여 재생 사이드(16)에 제공된다. 단지 입구(24)를 통하여 유입하는 공기의 일 부분만이 재생 챔버(22)를 통하여 유동하며, 공기의 나머지가 챔버(22)를 우회하고 챔버(22)에 대해 평행한 덕트를 통하여 유동하여, 재생 사이드(16)로부터 배출되는 공기의 습도의 향상된 제어 또는 더 높은 공기 유량들을 허용한다. 대안적으로, 입구(24)를 통하여 유입하는 공기 모두가 재생 챔버(22)를 통하여 유동한다.

액체 건조제가 제습 챔버와 재생 챔버 사이로 유동할 수 있도록 제습 챔버(18) 및 재생 챔버(22)가 연결된다. 제습 챔버(18)로부터 더 높은 물 함량을 가진 건조제는 재생 챔버(22)로부터 낮은 물 함량 또는 물 함량이 없는 건조제로 교환된다. 건조제는 건조제 농도의 차이로부터 확산 유동, 하나 또는 둘 이상의 펌프들을 이용한 펌핑 유동, 제어된 오버플로(overflow)를 이용한 중력 유동 등을 이용하여 운반된다.

습한 공기가 입구(20)를 통하여 그리고 제습, 또는 프로세스, 사이드(14)를 통하여 유동한다. 입구(20)는 공기를 건물 내부로부터 취출하거나 건물 HVAC 시스템으로 부가하도록 외부 공기를 취입한다. 팬(도시 안됨) 또는 다른 장치는 사이드(14)를 통한 공기 유동을 제공하도록 압력 차이를 생성하기 위해 사용된다. 한 세트의 댐퍼들 또는 부가 팬들은 입구(20)로부터의 공기 유동을 두 개의 공기 스트림으로 분할하여 제어한다.

입구(20)로부터의 공기 스트림 중 하나는 제습 챔버(18)를 통하여 유동하고 제습 챔버에서 물이 건조제에 의해 공기로부터 제거된다. 건조제는 액체 건조제이며 분무될 수 있거나 스펀지형 재료상에 포함될 수 있거나 공기 스트림을 제습하도록 본 기술분야에서 공지된 것으로 이용된다. 제습 챔버(18)를 통하여 유동하는 공기의 스트림은 건조 공기 부분으로서 더 낮은 물 함량을 가지고 상기 챔버(18)로부터 나간다.

입구(20)로부터 공기의 다른 부분은 냉수 코일 또는 글리콜 코일과 같은 열 교환기(26)에 의해 냉각된다. 열 교환기(26)는 지하수원(groundwater source)으로 직접 연결될 수 있거나 더 큰 냉각 시스템(28) 또는 증기 압축 사이클과 같은 열동력학 시스템(29)으로 통합될 수 있다. 공기의 건조 공기 부분 및 다른 냉각 부분이 제습 사이드(14)로부터 배출되기 전에 재조합 된다. 열 교환기(30)는 증기 압축 사이클(29)의 일 부분이거나 대안적으로 지하수원에 연결되고 냉각 시스템(28)으로 통합된다. 열 교환기(30)는 재생 사이드(16) 상의 진공 압축 사이클(29)에 라인들을 유지하도록 재생 사이드(16) 상, 및 제습 사이드(14)의 외부에 위치된다. 공기 유동은 냉각 및 수분의 제거를 통하여 제습 사이드(14) 상에서 조화된다. 증기 압축 사이클(29)은 상기 사이클(29)을 통하여 냉매 유체를 순환하기 위해 압축기(31)를 가지며 부가적으로 스로틀(throttle)(도시 안됨)을 가진다. 시스템(10) 내에 도시된 열 교환기들은 공기, 건조제 또는 순환 유체의 다양한 유동과 같은 매체와 관련되는데, 이는 열 교환기를 통하여 유동하는 유체와 매체 사이에서의 직접적인 열 전달이 있거나 열 교환기를 통하여 유동하는 유체와 중간 열 교환기들을 이용하는 매체 또는 부가 매체들 사이에서의 간접적인 열 전달이 있다는 것을 의미한다.

대안적으로, 제습 챔버(18)에서의 물 제거 후, 입구(20)로부터의 공기의 건조 공기 부분 및 다른 부분이 재조합 되고 이어서 열 교환기 쪽으로 유동하여 열 교환기(26) 내에서 유동하는 매체에 의해 냉각된다.

우회된 공기 부분을 제공함으로써 상기 챔버(18)를 통한 공기 유동을 감소시킴으로써, 챔버(18)로부터의 건조제의 분출이 방지되거나 감소되며 더 높은 유량들이 얻어질 수 있다. 챔버(18)를 통한 유량은 챔버를 통하여 유동하는 공기가 건조제에 혼입하기를 시작할 때를 기초로 하여 제한된다. 제습 사이드(14)를 통한 공기의 유량은 챔버(18) 주위의 공기를 우회함으로써 증가되어, 챔버(18) 하나만을 이용하여 얻어질 수 있는 것보다 더 큰 공기 유동을 제공한다.

냉각 시스템(28)이 존재하는 경우, 글리콜 또는 다른 냉매와 같은 냉각 유체의 유동이 열 교환기(30)로부터 나와서 열 교환기(26) 및 열 교환기(32)에 평행하게 또는 직렬로 유동한다. 열 교환기(32) 내의 냉각 유체는 공기를 부가적으로 냉각하는 제습 챔버(18)에서 사용하기 전에 건조제를 냉각하기 위해 사용될 수 있다.

공기의 제2 유동은 입구(24)를 통하여 그리고 시스템(10)의 재생 사이드(16)를 통하여 유입한다. 시스템(10)이 공기 조화 시스템으로서 사용되는 경우 입구(24)는 건물의 외부로부터 공기를 취입할 수 있다. 팬(도시 안됨) 또는 다른 장치는 사이드(16)를 통한 공기 유동을 제공하기 위한 압력 차이를 생성하기 위해 사용된다. 공기가 건조제를 포함하는 재생 챔버(22)에 유입되기 전에 공기가 열 교환기(34) 내의 매체에 의해 예열된다. 공기는 건조제로부터 공기 내로 증발될 수 있는 물의 양을 증가시키도록 예열된다. 열 교환기(34)는 증기-압축 사이클(29)의 일 부분이거나 대안적으로 외부 열원에 연결된다. 공기는 물이 건조제로부터 제거되는 재생 챔버(24)를 통하여 유동한다. 건조제가 분무될 수 있거나 스펀지형 재료상에 포함될 수 있거나 종래 기술에서 알려진 바와 같이 다르게 사용될 수 있다. 건조제는 건조제로부터의 물 증발을 보조하도록 재생 챔버(22)에 유입되기 전에 열 교환기(36) 내의 매체에 의해 가열된다. 열 교환기(36)는 증기 압축 사이클(29) 내로 연결되거나 대안적으로 외부 열원에 연결된다. 재생 챔버(22)를 통하여 유동하는 가열된 공기는 증가된 물 함량을 가진 습한 공기로서 챔버(22)로부터 나온다.

일 실시예에서, 한 세트의 댐퍼들 또는 부가 팬들은 종종 열 교환기(34) 다음에 입구(24)를 통한 공기 유동을 두 개의 공기 스트림으로 분할한다. 공기 스트림 중 하나는 재생 챔버(22)를 통하여 유동하며, 반면 다른 공기 스트림은 챔버(22)를 우회한다. 챔버(22)를 통한 공기 유동을 제한함으로써, 챔버(22)로부터의 건조제의 분출이 방지되거나 감소된다. 재생 사이드(16)를 통한 공기의 유량은 챔버(22) 주위로 공기를 우회함으로써 증가되어, 챔버(22) 하나 만을 이용하여 얻을 수 있는 것보다 더 큰 공기 유동을 제공한다. 두 개의 공기 스트림은 재생 챔버(22)의 하류의 혼합 챔버 등에서 재조합 될 수 있다.

상기 시스템(10)은 공기 조화 유닛으로서 앞에서 설명되며 여기에서 제습 사이드(14)가 적절한 습도 수준의 더 차가운 공기의 높은 유량을 건물에 제공하며, 재생 사이드(16)는 건조제 시스템(12)에서의 재사용을 위해 건조제를 순환하기 위해 사용된다. 다른 실시예들에서, 위에서 설명된 바와 같은 시스템(10)은 적절한 습도 수준의 더 따듯한 공기의 더 높은 유량을 건물에 제공하는 재생 사이드(16)를 구비한 가열 유닛으로서 사용되며, 제습 사이드는 건조제 시스템(12) 내에서의 재사용을 위해 건조제를 순환시킨다. 상기 시스템(10)은 HVAC 목적 또는 요건들에 대응하는 사이드(14, 16)를 이용하는 HVAC 시스템으로서 공기를 제공하기 위해 사용될 수 있다.

도 2는 제습 챔버(52) 및 재생기 유닛(54)을 가지는 다른 HVAC 시스템(50)을 예시한다. 제습 챔버(52) 및 재생기 유닛(54)은 공기가 건조제와 상호 작용하여 접촉되는 챔버들 또는 접촉 용적들을 제공한다. 일 실시예에서, 건조제가 재사용을 위해 재생기 유닛(54)에서 재생되는 동안, 시스템(50)은 제습 챔버(52)로부터 더 차갑고 더 건조한 조화된 공기를 제공한다. 다른 실시예에서, 건조제가 재사용을 위해 상기 챔버(52)를 이용하여 재생되는 동안 상기 시스템(50)은 재생기 유닛(54)으로부터 더 따뜻하고 더 습하고 조화된 공기를 제공한다. 상기 시스템(50)은 공기 조화 유닛으로서 아래에서 설명되지만, 가열기 또는 환기 장치로서 상기 시스템의 이용이 고려되고 또한 기능적으로 아래에서 설명된 바와 같이 작동될 것이다. 공기 조화기로서 그리고 가열기로서 상기 시스템(50) 사이의 차이들은 상기 챔버(52) 및 상기 유닛(54)을 위한 유입 공기의 소스(source)들이며, 여기서 상기 챔버(52) 및 상기 유닛(54)으로부터의 공기는 시스템(50)을 나온 후 지향된다.

습한 공기는 습한 공기 입구(56)를 통하여 제습 챔버(52)에 유입되고 더 차갑고 건조한 공기 또는 부분적으로 건조된 공기가 건조 공기 출구(58)를 통하여 챔버(52)로부터 배출된다. 우회 덕트(60)는 입구(56)를 통하여 유입되는 공기의 일 부분이 제습 챔버(52) 주위로 우회되는 것을 허용한다. 우회 덕트(60)는 공기의 우회 부분을 위한 챔버 또는 접촉 용적으로서 작용한다. 일련의 팬 또는 댐퍼(62)는 챔버(52) 및 덕트(60)를 통하여 유동하는 공기의 상대적인 부분들을 제어한다. 공기의 각각의 부분들은 챔버(52) 및 덕트(60)의 하류의 혼합 챔버(64)를 사용하여 재조합 될 수 있다. 우회 덕트(60)는 더 높은 유량의 공기(분당 입방 피트, cubic feet per minute; cfm)가 출구(58)에 의해 제공되고 시스템(50)을 통하여 유동하는 것을 허용한다. 덕트(60)의 부가는 낮은 유량에서 챔버(52)를 통한 공기 유동을 유지하면서 출구(58)에서 더 높은 전체 유량들 얻기 위한 메커니즘을 제공한다. 챔버(52)를 통한 유량은 건조제가 챔버(52)를 통하여 유동하는 공기에 의해 혼입되기 시작할 때에 의해 제한된다. 우회 덕트(60) 없이 그리고 높은 유량들에서, 챔버(52)로부터의 건조제가 챔버로부터 분출되고 출구(58)로부터 배출되는 공기에 혼입된다.

건조제(66)는 건조제 저장부(70)로부터 파이프(72)를 통하여 펌프(68)를 이용하는 일련의 노즐(74)로 펌핑된다. 노즐(74)은 챔버(52)의 내부로 건조제를 분무한다. 챔버(52)는 셀룰로오스 스펀지 재료로 채워질 수 있고 셀룰로오스 스펀지 재료를 통하여 건조제가 저장부(70)로 하방으로 스며든다. 입구(56)를 통하여 챔버(52)에 유입되는 습한 공기의 부분은 건조제 액적과 접촉한다. 습기를 흡수하는 건조제는 습한 공기로부터 수증기를 흡수한다. 더 건조한 공기가 챔버(52)로부터 배출되고 덕트(60)로부터의 우회 공기와 혼합되고 출구(58)를 통하여 배출된다.

챔버(52)에 연결된 섬프(sump; 70) 내의 건조제는 공기가 건조됨에 따라 물 함량이 증가한다. 건조제는 재생 유닛(54)에서 건조제로부터 물이 제거됨으로써 재사용을 위해 재생된다. 공기는 재생 유닛(54)의 입구(76)를 통하여 유입되어 출구(78)를 통하여 배출된다. 공기 유동은 두 개의 부분들로 분할될 수 있는데, 하나의 부분은 재생 유닛(54)을 통하여 유동하고, 다른 부분은 우회 덕트(80)를 통하여 유동한다. 우회 덕트(80)는 공기의 우회 부분을 위한 챔버 또는 접촉 용적으로서 작용한다. 일련의 댐퍼(82) 또는 팬은 유닛(54)과 덕트(80) 사이의 공기의 상대적 부분들을 제어하기 위해 사용된다. 유닛(54)을 통하여 유동하는 공기의 부분은 출구(78)를 통과하는 건조제로부터 증발된 습기를 가져가 버린다. 유닛(54) 및 우회 덕트(60)를 통하여 유동하는 공기의 부분들은 출구(78)로부터 배출되기 전에 혼합 챔버(84) 내에서 재조합 될 수 있다.

건조제(66)는 펌프(86)에 의해 건조제 저장부(88)로부터 파이프(90)를 통하여 일련의 노즐(92)로 펌핑된다. 노즐(92)은 건조제를 유닛(54)의 내부로 분무하는데, 유닛의 내부가 셀룰로오스 스펀지 재료로 채워지며, 셀룰로오스 스펀지 재료를 통하여 건조제가 저장부(88)로 하방으로 스며든다. 입구(76)를 통하여 유닛(54)으로 유입되는 공기의 부분은 습기가 가득한 건조제 액적과 접촉한다. 수증기는 건조제로부터 더 건조한 공기로 증발되고, 습한 공기는 챔버(54)로부터 배출되어 우회 공기와 혼합되며, 출구(78)를 통하여 배출된다. 건조제 내의 물 함량을 감소시킴으로써, 건조제(66)는 제습 챔버(52)에서의 재사용을 위해 재생된다.

우회 덕트(80)는 공기의 더 높은 유량(분당 입방 피트, cfm)이 출구(78)에 의해 제공되는 것을 허용한다. 덕트(80)의 부가는 건조제가 유닛(54)을 통하여 유동하는 공기 내로 혼입되는 것을 방지하는 유닛(54)을 통한 공기 유량을 낮은 유량으로 유지하면서 출구(78)에서 더 높은 전체 유량을 얻도록 메커니즘을 제공한다. 우회 덕트(80) 및 높은 공기 유량 없이도 건조제는 유닛(54)으로부터 분출될 수 있고 존재하는 공기 내에 혼입될 수 있다.

열 전달 메커니즘은 종종 제습 사이드 및 재생 사이드를 통하여 유동하는 건조제 사이에 발생한다. 예를 들면, 열 펌프 또는 냉동 사이클과 같은 증기 압축 사이클(94)은 높은 물 함량 건조제와 낮은 물 함량 건조제 사이의 열 전달을 위해 사용되며, 부가적으로 시스템(50)을 통하여 유동하는 공기를 냉각 또는 가열하기 위해 사용된다. 물론, 열원 및 히트 싱크(heat sink)를 이용하여 독립적으로 작동하는 다른 사이클들 또는 열 교환기들이 또한 고려된다. 시스템(50) 내에 도시된 열 교환기들은 공기, 건조제 또는 순환 유체의 다양한 유동과 같은 매체와 관련되는데, 이는 열 교환기를 통하여 유동하는 두 개 매체 사이의 직접적인 열 전달이 있거나 중간 열 교환기들을 통하여 열 교환기를 통하여 유동하는 두 개 매체 또는 부가 매체들 사이의 간접적인 열 전달이 있다는 것을 의미한다.

증기 압축 사이클(94)은 압축기(96), 제1 응축기(98), 제2 응축기(100), 스로틀 또는 팽창 밸브(102) 및 증발기(102)를 포함한다. 열 펌프(94)는 R-134a, R-1234 또는 본 기술분야에서 알려진 다른 냉매들과 같은 냉매를 사용한다. 압축기(96)는 사이클(94)을 통하여 냉매를 순환시킨다. 제1 응축기(98)는 파이프(98) 내의 건조제를 가열하도록 열 교환기로서 작용한다. 유닛(54)에서 건조제를 재생하기 전에 건조제를 예열함으로써, 물은 건조제로부터 더 용이하게 증발된다. 제2 응축기(100)는 입구(76)를 통하여 유동하는 공기를 가열하기 위한 열 교환기로서 작용한다. 유닛(54)을 통하여 유동하는 더 따뜻한 공기는 더 높은 수준의 습기 또는 물을 더 높은 온도로 유지할 수 있으며, 이는 또한 건조제(66)의 재생을 보조한다. 증발기(104)는 시스템(50)의 제습 사이드 상의 건조제 및 공기를 직접적으로 또는 간접적으로 냉각하기 위한 히트 싱크(heat sink)로서 작용하는 열 교환기를 제공한다.

제1 및 제2 응축기(98, 100)의 순서는 공기 및 건조제의 가열 요건들에 따라 뒤바뀔 수 있다. 부가적으로, 제2 열 교환기(100)는 입구(76)를 통하여 유동하는 공기와는 대조적으로 유닛(54)을 통하여 유동하는 공기의 부분 만을 가열하도록 위치될 수 있다.

증발기(104)는 시스템(50)의 제습 사이드 상의 건조제 및 공기를 직접적으로 냉각하는 2단 증발기 또는 연속하는 두 개의 증발기일 수 있다. 대안적으로, 증발기(104)는 글리콜, 물 또는 다른 유체를 포함하는 냉각 루프(106)에 연결된다. 냉각 루프(106) 내의 유동은 증발기(104)로부터 나오고 밸브(108)에서 분할된다. 냉각 루프(106) 내의 하나의 라인은 열 교환기(110)를 통하여 유동하며, 열 교환기는 파이프(72) 내의 건조제와 직접적으로 또는 간접적으로 접촉하여 건조제가 챔버(52)에 유입되기 전에 사전-냉각된다. 냉각 루프(106) 내의 다른 라인은 제1 열 교환기(110)와 평행한 열 교환기(112)를 통하여 유동한다. 열 교환기(112) 내의 매체는 우회 덕트(60) 내의 공기를 냉각시킨다. 우회 덕트 내의 공기를 냉각시킴으로써, 덕트(60)로부터의 더 차가운 습한 공기가 혼합 챔버(64)에서 챔버(52)로부터의 더 건조한 공기와 혼합되는데, 혼합 챔버는 댐퍼(62), 팬 및 제어기(도시 안됨)의 사용을 통하여 출구(58)에서 공기 온도 및 습도 수준에 대한 제어를 허용한다. 열 교환기(112)는 또한 시스템(50)의 제습 사이드를 통하여 유동하는 공기 모두를 냉각하도록 입구(56)에 위치될 수 있다. 연속적으로 열 교환기들을 갖는 냉각 루프들과 같은 다른 냉각 루프(106)가 또한 고려된다.

열 교환기(110)를 이용한 제습 사이드 상의 건조제의 냉각은 챔버(52) 내의 건조제의 온도를 감소시키는데, 이 건조제는 챔버(52) 내에서 건조되는 공기와 접촉하고 부가적으로 건조된 공기의 온도를 감소시킨다.

대안적으로, 증기 압축 사이클(94) 및 냉각 루프(106) 내의 열 교환기들은 지하수 또는 관련된 공기-조화기 또는 다른 시스템으로부터의 폐열과 같은 히트 싱크들 또는 열원들로 직접 연결될 수 있다.

건조제는 확산 구멍(114)(aperture), 펌프, 플로트 시스템(float system) 등을 이용하여 두 개의 저장부(70, 88) 사이로 전달될 수 있다. 저장부(70) 내의 건조제는 제습 챔버(52)가 작동됨에 따라 저장부(88) 내의 건조제에 비해 물 함량이 증가하는데, 이는 저장부(70)에서 보다 저장부(88)에서의 더 높은 농도의 건조제와 일치한다. 건조제는 제습 챔버(52)의 효율 및 건조 능력을 위해 재생될 것이 필요하다.

도 2에 도시된 바와 같은 시스템(50)에서, 건조제는 확산 이동을 통하여 제습 저장부(70)와 재생 저장부(88) 사이로 전달된다. 대안적으로, 펌핑 또는 다른 시스템이 사용될 수 있다. 구멍(114)은 저장부들 사이의 열 전달의 양을 최소화하면서 저장부들 사이에서 물 이온들 및 건조제 염의 전달을 허용한다. 제습 챔버(52)는 저장부(70) 내의 건조제(66)에 물 함량을 연속적으로 부가한다. 재생 유닛(54)은 연속적으로 건조제로부터 물을 제거한다. 작동 동안, 저장부(88) 내의 염 이온들의 농도는 일반적으로 저장부(70) 내의 염 이온들의 농도 보다 더 높은데, 이는 저장부(70) 내의 건조제가 희석되는 동안 재생 저장부(88) 건조제가 농축되기 때문이다. 농도에서의 차이는 확산 이동에 의해 구멍(114)을 통하여 저장부(88)로부터 저장부(70)로 염 이온들의 유동을 유발하며, 이는 이러한 방향으로의 용액의 유동에 의해 유발된 저장부(70)로부터 저장부(88)로의 물 이온들의 유동에 의해 균형이 이루어진다. 비록 공기 유량, 시동 상태들 또는 다른 시스템(50) 과도 상태(transients) 변화 동안, 건조제 농도들에 대한 대응하는 과도 기간이 있게 되지만, 이는 건조제 농도들의 정상 상태 수준을 초래한다.

일 실시예에서, 시스템(50)은 제습 챔버(또는 접촉 용적)(52) 및 재생 챔버(54)를 가진다. 우회 덕트(또는 접촉 용적)(60)는 제습 챔버(52)와 평행하게 제공된다. 액체 건조제(66)는 챔버(52, 54)들을 통하여 유동하는 공기의 습도 수준을 변화시키기 위해 챔버(52, 54)들에서 사용된다. 입구(56)로 유입되는 공기 유동의 일 부분은 챔버(52) 내로 유동하여 이 공기 유동의 일 부분이 액체 건조제(66)의 제1 부분과 접촉하여 제습 된다. 입구(56)로 유입되는 공기 유동의 제2 부분은 우회 덕트(60)를 통하여 유동한다. 입구(76)를 통하여 유입되는 제2 공기 유동의 적어도 일 부분은 챔버(54) 내로 유동하여 이 제2 공기 유동의 적어도 일 부분이 액체 건조제(66)의 제2 부분과 접촉하여 물이 건조제로부터 제거되어 건조제를 재생한다. 시스템(50)은 액체 건조제(66)의 제1 부분과 접촉하는 열 교환기(110)를 가진다. 다른 열 교환기(98)는 액체 건조제(66)의 제2 부분과 접촉한다. 그러나 다른 열 교환기(112)는 액체 건조제(66)와 접촉하지 않는다. 일 실시예에서, 열 교환기(112)는 우회 덕트(60) 내의 제1 공기 유동의 제2 부분과 접촉한다. 몇몇 실시예들에서, 시스템은 열 교환기(110, 98, 112), 압축기(96) 및 냉매를 포함하는 증기 압축 시스템(94)을 가진다. 다른 실시예들에서, 열 교환기(110, 112, 98)는 독립적인 열원 또는 히트 싱크와 무관하게 작동될 수 있다. 대안적으로, 열 교환기(110, 112)는 증기 압축 사이클(94)과 소통되는 냉각 루프(106)의 일 부분이다. 열 교환기(110, 112)는 평행하게 배열되어 냉매 또는 냉각 유체가 열 교환기(100, 112)에 대해 평행하게 유동한다.

열 교환기(110)는 건조제(66)로부터 증기 압축 사이클(94)로 열을 전달한다. 열 교환기(112)는 열을 덕트(60) 내의 우회 공기로부터 증기 압축 사이클(94)로 전달한다. 이는 증기 압축 사이클(94), 덕트(60) 내의 우회 공기 및 배관(72)을 통하여 유동하는 건조제에 대한 두 개의 열원을 제공한다. 증기 압축기 내로 전달된 증가된 에너지는 재생 사이드에 전달되거나 재생 사이드 상에서 사용될 수 있는 부가 에너지(또는 열)를 야기하여, 재생을 위해 이용 가능한 열 용량을 증가시킨다. 이는 부가적으로 시스템(50) 효율을 증가시키고 시스템(50)을 통한 더 높은 공기 유동을 허용한다. 열 교환기(110, 112)를 평행하게 배열함으로써, 챔버(52)로부터 건조제(66)의 분출 없이 입구(56) 및 출구(58)를 통한 더 높은 공기 유동이 얻어질 수 있다.

본 발명의 실시예들이 예시되고 설명되었지만, 이러한 실시예들이 본 발명의 모든 가능한 형태들을 예시하고 설명하는 것을 의도하지 않는다. 오히려, 상세한 설명에서 사용된 단어들은 제한이 아닌 설명의 단어들이며, 다양한 변화들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 다양하게 실시하는 실시예들의 특징들이 본 발명의 추가 실시예들을 형성하도록 조합될 수 있다.

Claims

공기 조화용 장치로서,
일정량의 액체 건조제;
제1 공기 유동의 제1 부분이 상기 액체 건조제의 제1 부분과 접촉하도록 그 내부에 상기 제1 공기 유동의 제1 부분이 수용되는, 제1 접촉 용적;
그 내부에 상기 제1 공기 유동의 제2 부분이 수용되는, 상기 제1 접촉 용적과 평행한 제2 접촉 용적;
제2 공기 유동의 적어도 일 부분이 상기 액체 건조제의 제2 부분과 접촉하도록 그 내부에 상기 제2 공기 유동의 적어도 일 부분이 수용되는, 제3 접촉 용적;
상기 액체 건조제의 제1 부분과 관련되고 상기 액체 건조제의 제1 부분과 제1 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 제1 열 교환기; 및
상기 액체 건조제의 제2 부분과 관련되고 상기 액체 건조제의 제2 부분과 제2 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 제2 열 교환기를 포함하는, 공기 조화용 장치.
제1항에 있어서,
그 내부에 상기 제2 공기 유동의 제2 부분이 수용되는, 상기 제3 접촉 용적과 평행한 제4 접촉 용적을 더 포함하는, 공기 조화용 장치.
제1항에 있어서,
각각 상기 제1 접촉 용적 및 상기 제2 접촉 용적으로 유동하는 상기 제1 공기 유동의 제1 부분 및 제2 부분의 상대적 양을 제어하기 위한 하나 이상의 댐퍼를 더 포함하는, 공기 조화용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 열 교환기는 또한 상기 제2 접촉 용적 내의 상기 제1 공기 유동의 제2 부분과 관련되고 상기 제1 공기 유동의 제2 부분과 상기 제1 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 공기 조화용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 열 교환기, 상기 제2 열 교환기 및 압축기를 포함하는 증기 압축 시스템을 더 포함하며;
상기 제1 매체가 상기 제2 매체와 동일한, 공기 조화용 장치.
제1항에 있어서,
냉각 루프를 더 포함하며;
상기 냉각 루프는 상기 냉각 루프를 통하여 순환하는 냉각 유체를 가지며, 상기 냉각 루프가 상기 제1 열 교환기와 소통되며;
상기 냉각 루프는:
상기 액체 건조제의 제1 부분과 소통되고 상기 액체 건조제의 제1 부분과 상기 냉각 유체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 제3 열 교환기; 및
상기 제1 공기 유동의 제2 부분과 소통되고 상기 제1 공기 유동의 제2 부분과 상기 냉각 유체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는 제4 열 교환기를 가지는, 공기 조화용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 공기 유동의 제1 부분과 제2 부분을 조합하기 위해 상기 제1 접촉 용적 및 상기 제2 접촉 용적 하류에 혼합 챔버를 더 포함하는, 공기 조화용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 공기 유동의 적어도 일 부분이 상기 제3 접촉 용적 내로 유동하기 전에 상기 제2 공기 유동의 적어도 일 부분과 소통하는 제3 열 교환기를 더 포함하며,
상기 제3 열 교환기가 상기 제2 공기 유동의 적어도 일 부분과 제3 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 공기 조화용 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 공기 유동의 제2 부분과 관련되고 상기 제1 공기 유동의 제2 부분과 제3 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 제3 열 교환기를 더 포함하는, 공기 조화용 장치.
공기 조화용 장치로서,
제1 유체의 제1 유동을 위한 입구 및 출구를 가지는 제1 챔버로서, 상기 제1 챔버를 통하여 이동하는 상기 제1 유동으로부터 물을 제거하기 위한 액체 건조제의 제1 부분을 포함하는, 제1 챔버;
제2 유체의 제1 유동을 위한 입구 및 출구를 가지는 제2 챔버로서, 상기 건조제로부터 상기 제2 유체로 물을 증발하기 위한 상기 액체 건조제의 제2 부분을 포함하며, 상기 건조제가 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에서 유동할 수 있도록 상기 제1 챔버와 유체 소통되는, 제2 챔버; 및
상기 제2 유체의 제2 유동을 위한 입구 및 출구를 가지는 제3 챔버로서, 상기 제2 챔버와 평행한, 제3 챔버를 포함하는, 공기 조화용 장치.
제10항에 있어서,
상기 제2 유체를 위한 일반적인(common) 입구; 및
상기 제2 유체를 위한 일반적인 입구 내에 위치되는 유동 분할기로서, 상기 유동 분할기는 상기 제2 유체를 상기 입구를 통한 상기 제2 챔버로의 상기 제2 유체의 제1 유동과 상기 입구를 통한 상기 제3 챔버로의 상기 제2 유체의 제2 유동 사이로 분할하도록 구성되는, 유동 분할기를 더 포함하는, 공기 조화용 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 유체의 제2 유동을 위한 입구 및 출구를 가지는 제4 챔버를 더 포함하며, 상기 제4 챔버는 상기 제1 챔버와 평행한, 공기 조화용 장치.
제12항에 있어서,
상기 제1 유체를 위한 일반적인 입구; 및
상기 제1 유체를 위한 일반적인 입구 내에 위치되는 유동 분할기로서, 상기 유동 분할기는 상기 제1 유체를 상기 입구를 통한 상기 제1 챔버로의 상기 제1 유체의 제1 유동과 상기 입구를 통한 상기 제4 챔버로의 상기 제1 유체의 제2 유동 사이로 분할하도록 구성되는, 유동 분할기를 더 포함하는, 공기 조화용 장치.
제12항에 있어서,
상기 제1 유체의 제1 유동 및 제2 유동을 조합하기 위해 상기 제1 챔버의 출구 및 상기 제4 챔버의 출구와 소통되는 혼합 챔버를 더 포함하는, 공기 조화용 장치.
제10항에 있어서,
상기 액체 건조제의 제1 부분과 관련되고 상기 액체 건조제의 제1 부분과 제1 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 제1 열 교환기; 및
상기 액체 건조제의 제2 부분과 관련되고 상기 액체 건조제의 제2 부분과 제2 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 제2 열 교환기를 더 포함하는, 공기 조화용 장치.
제15항에 있어서,
냉각 루프를 더 포함하며;
상기 냉각 루프는 상기 냉각 루프를 통하여 순환하는 냉각 유체를 포함하며, 상기 냉각 루프가 상기 제1 열 교환기와 관련되며;
상기 냉각 루프는:
상기 액체 건조제의 제1 부분과 소통되고 상기 액체 건조제의 제1 부분과 상기 냉각 유체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 제3 열 교환기; 및
상기 제1 유체의 제2 유동과 소통되고 상기 제1 유체의 제2 유동과 상기 냉각 유체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는 제4 열 교환기를 가지는, 공기 조화용 장치.
제16항에 있어서,
상기 제4 열 교환기는 상기 냉각 루프에서 상기 제3 열 교환기와 평행한, 공기 조화용 장치.
제16항에 있어서,
상기 냉각 루프는 상기 제3 열 교환기 및 상기 제4 열 교환기로 유동하는 냉각 유체의 양을 변화시키도록 구성되는 밸브를 가지는, 공기 조화용 장치.
제16항에 있어서,
상기 제2 유체의 제1 유동 및 제2 유동과 관련되고 상기 제2 유체의 제1 유동 및 제2 유동과 제3 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 제5 열 교환기를 더 포함하는, 공기 조화용 장치.
제1 챔버, 제2 챔버 및 제3 챔버를 가지는 시스템을 이용하는 유체 조화 방법으로서,
상기 제1 챔버를 통하여 제1 유체의 제1 부분을 유동시키는 단계로서, 상기 제1 유체의 제1 부분이 건조제의 일부분과 상호 작용하고 상기 제1 유체의 제1 부분과 상기 건조제의 일 부분 사이에서 물을 전달하는 단계;
상기 제2 챔버를 통하여 상기 제1 챔버를 우회하는 제1 유체의 제2 부분을 유동시키는 단계;
상기 제3 챔버를 통하여 제2 유체를 유동시키는 단계로서, 상기 제2 유체는 상기 건조제의 적어도 일 부분과 상호 작용하고 상기 건조제의 적어도 일 부분과 상기 제2 유체 사이에서 물을 전달하는 단계; 및
상기 제1 유체의 제1 부분이 상기 제1 챔버로부터 배출되고 상기 제1 유체의 제2 부분이 상기 제2 챔버로부터 배출된 후 상기 제1 유체의 제1 부분과 제2 부분을 조합하는 단계를 포함하는, 유체 조화 방법.
공기 조화용 장치로서,
일정량의 액체 건조제;
제1 공기 유동의 제1 부분이 상기 액체 건조제의 제1 부분과 접촉하도록 그 내부에 상기 제1 공기 유동의 제1 부분이 수용되는 제1 접촉 용적;
그 내부에 상기 제1 공기 유동의 제2 부분이 수용되는, 상기 제1 접촉 용적과 평행한 제2 접촉 용적;
그 내부에서 제2 공기 유동의 적어도 일 부분이 상기 액체 건조제의 제2 부분과 접촉하는, 제3 접촉 용적;
상기 액체 건조제의 제1 부분과 접촉하고 상기 액체 건조제의 제1 부분과 제1 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 제1 열 교환기;
상기 액체 건조제의 제2 부분과 접촉하고 상기 액체 건조제의 제2 부분과 제2 매체 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 제2 열 교환기; 및
압축기, 상기 액체 건조제와 접촉하지 않는 제3 열 교환기 및 냉매를 포함하는 증기 압축 시스템을 포함하는, 공기 조화용 장치.
제21항에 있어서,
상기 제3 열 교환기는 상기 제1 공기 유동의 제2 부분과 접촉하며 상기 제1 공기 유동의 제2 부분과 상기 냉매 사이에서 열을 전달하도록 구성되는, 공기 조화용 장치.
제21항에 있어서,
상기 증기 압축 시스템은 상기 제1 열 교환기 및 상기 제2 열 교환기를 포함하며;
상기 냉매가 상기 제1 매체 및 상기 제2 매체인, 공기 조화용 장치.
제23항에 있어서,
상기 냉매는 상기 제2 열 교환기 및 상기 제3 열 교환기에 대해 평행하게 유동하는, 공기 조화용 장치.