KR20160102084A - 고체 건조제 제습기 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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윌리엄 찰스 그리피스
라잔 사츠데브
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Abstract

본 발명은 건조제 제습기들 제어 시스템들을 일반적으로 개시한다. 특히, 본 발명은 처리 공기 흐름을 제습하기 위해 회전자를 사용하는 고체 건조제 제습기들에 관한 것이다. 본 발명은 건조제 제습기들의 제어를 위한 신규한 장치, 그리고 그러한 제습기들의 개량된 제어 방법 및 그러한 제어 시스템들이 제공되는 제습기들을 제공한다.

Description

고체 건조제 제습기 제어 장치 및 제어 방법 {Apparatus and method for control of solid desiccant dehumidifiers}
본 발명은 일반적으로 건조제 제습기들 제어 시스템들에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 처리 공기 흐름(process airstream)을 제습하기 위해 회전자(일반적으로 휠(wheel)이라고 호칭됨)를 사용하는 고체 건조제 제습기들에 관한 것이다. 본 발명은 건조제 제습기들의 제어를 위한 신규한 장치, 그러한 제습기들의 개량된 제어 방법 및 그러한 제어 시스템들과 함께 제공되는 제습기들을 제공한다.
제습(dehumidification)은 공기로부터 습기를 제거하는 처리(process)이다. 공기를 제습하는 여러 가지 방법들이 알려져 있다. 그런데, 2개의 가장 일반적인 방법들은 냉각(refrigeration) 및 건조제(desiccant)들이다. 냉각 기반 제습 방법에서는, 습기는 냉각 코일(cooling coil) 상에서 응축이 이루어지고, 그에 의해 상기 냉각 코일을 거쳐 지나가는 공기 흐름(기류)으로부터 습기를 제거한다. 건조제 기반 제습에서 제습을 위해 사용되는 처리(process)는 흡수 또는 흡착을 사용한다. 흡수 기반 처리는 액체 또는 고체 건조제들 중 하나를 사용하며, 그에 비해 흡착 기반 처리는 실리카겔(silica gel), 활성 알루미나(activated alumina), 분자체(molecular sieve) 등을 사용한다.
건조제 기반 제습기 시스템들은 트윈타워(twin tower), 순환형(cyclic type) 또는 연속 회전형(continuously rotating type) 중 하나일 수 있다. 건조될 공기는 일반적으로 처리 공기(process air)로 불리며, 상기 건조제를 재생시키는 데 사용되는 공기는 일반적으로 재생 또는 재활성화 공기로 불린다.
냉각 기반 제습 시스템들은 그것들이 제거할 수 있는 습기에 있어 제한되어 있다. 이것은 특정 이슬점 습도(dew point humidity) 아래에서 상기 냉각 코일의 동결이 발생하고, 그에 따라 상기 시스템을 더 복잡하게 만드는 해동(defrost) 사이클(cycle)을 요구하기 때문이다. 상기 공기가 요구(required) 습도까지 건조된 때, 상기 제습된 공간 또는 처리에 있어 종종 지나치게 차가울 때가 있다. 결과적으로 이 공기는 사용하기에 앞서 원하는 수준까지 상기 공기의 온도를 높이는 재가열 처리를 받게 하여야 한다.
반면에 건조제 제습기 시스템들은 상기 공기를 그것을 냉각함 없이 건조하며, 따라서 서리(frosting)의 문제 또는 동결의 문제 없이 많은 산업적 용례들에 요구되는 매우 낮은 이슬점들을 달성할 수 있다. 건조제 제습기 용도의 일반적인 예시들은 약의 생산을 위한 약제 구역, 식품 가공 구역들, 그리고 냉각만을 사용하여 기술적으로나 경제적으로 달성할 수 있는 것보다 낮은 상대습도 또는 이슬점들을 지닌 공기를 요구하는 광범위한 제조 처리들에 있다.
대부분의 건조제 제습기들은 일반적으로, 2개 이상의 개별 공기 흐름들이 상기 휠을 통과할 수 있도록 하는 플레넘(plenum)들(일반적으로 섹터들이라고 호칭됨)의 2개 이상의 세트들을 한정하는 하우징으로 구성된다. 상기 휠은 많은 수의 작은, 축방향으로 배치된 통로들을 포함하여, 2개 이상의 공기 흐름들이 현저한 상호 혼합(cross-mixing) 없이 상기 휠을 통과할 수 있다. 상기 통로의 벽들에는 상기 건조제가 주입되어 있으며, 이는 상기 건조제와 여기를 통과하는 상기 공기 흐름들 사이에 넓은 접촉 구역을 제공한다. 제1 공기 흐름(상기 처리 공기 흐름)은 상기 휠을 통과하고, 상기 휠에 주입된 상기 건조제들에 의해 제습된다. 제2 공기 흐름(상기 재활성화 공기 흐름)은 가열되며, 상기 처리 섹터에서 흡수되거나 흡착된 습기를 몰아내기 위해 상기 휠을 통과한다. 상기 휠은 상기 처리 섹터 및 재활성화 섹터 사이에서 연속적으로 회전하므로, 상기 처리 공기 제습은 연속적인 처리이다. 상기 제습 성능을 향상시키며, 그리고/또는 상기 제습기의 에너지 필요량을 감소시키 위해 하나 이상의 추가적 공기 흐름들이 상기 휠을 통과할 수 있다.
건조제 제습기들은 상기 건조제를 재생하거나 재활성화하기 위해 상당한 양의 열 에너지(heat energy)를 사용한다. 이에 따라, 요구되는 열 에너지의 양을 최소화하기 위한 시도들에 상당한 관심이 수년간 주어져 왔다. 전형적으로, 이런 노력들은 상기 건조제 층(들)(bed(s)) 또는 휠의 구성에 있어서의 개량들에, 그리고 상기 제어된 공간에서의 습기 부하(moisture load) 또는 상기 처리 공기에 대응하여 상기 건조제 제습기 시스템의 용량 제어(capacity control)를 위한 제어 전략들에, 초점이 맞춰져 왔다.
미국 특허 공개공보 제 US 2010/0031528 A1호는 물건(product)을 건조시키는 데 사용되는 공급 기체(supply gas)의 습기 함유량을 제어하기 위한 처리(process)를 개시한다. 이 문서에서 설명되는 상기 처리는, 필요하다면 상기 공급 기체를 가열하는 것; 그것의 온도 및 습기 함유량을 결정하는 것; 그리고 나서 회전하는 건조제 휠을 그것에 접촉시키는 것 및 상기 제습된 공급 기체를 회수하는 것을 포함한다. 상기 건조제 휠의 회전은, 상기 건조제와 등온인 대응(corresponding) 수착(sorption)과 결합하여 상기 기체 온도 및 습기 함유량과 관련된 데이터를 사용하여 제어된다. 이 문서는 제올라이트(zeolite) 재생(regeneration)의 높은 에너지 소비를 감소시키기 위해 과열된 증기의 폐루프의 상기 재생성 매질로서의 사용을 규정한다. 상기 문서는 팬(fan) 곁의 일정한 기체 흐름을 모니터(monitor)하고 보장하기 위한 압력 전달기(pressure transmitter) 및 상기 공급 기체의 습기 함유량을 측정하기 위한 특별한 전달기(transmitter)의 사용을 언급하는 반면, 온도나 습기 함유량 중 어느 하나도 측정하는 데 사용되는 특정 수단에 관한 개시가 없다. 따라서 상기 공급 기체의 온도나 습기 함유량 중 하나를 결정하는 데 사용되는 방법은 폐루프 증기 공급 시스템들과 함께 사용될 수 있는 것들에 필연적으로 한정된다.
미국 특허 제5,188,645호는 건식(dry) 건조제 제습기를 사용한 이슬점 조절의 방법 및 장치를 개시한다. 이 문서에 개시된 상기 방법은 습기 수치 또는 온도 수치의 결정을 보장하기 위한 어떤 제어 메커니즘도 사용하지 않으며, 대신 소정(pre-determined)의 온도 수치들을 제공하는 것에 의존하는 것으로 보인다.
미국 특허 제7,690,582호는, 제1 공기 흐름과 제2 공기 흐름 사이의 열교환량 및 제1 공기 흐름과 제2 공기 흐름 사이의 습기 교환량이 상기 건조제 휠의 회전 속도가 변화함에 따라 변하는, 습도 제어 장치를 개시한다. 2개의 고정된 휠 속력들이 사용되는데, 공기의 제습을 위한 하나는 여름 날씨에 사용되며, 가열 및 가습을 위한 다른 하나는 겨울 날씨에 사용된다. 상기 습도 제어 장치는 두 위치(position)들 사이로 전환된다 - 제습 작동 및 가습/가열 작동. 이 특허 발명은 특히 스위칭 밸브(switching valve)들의 사용을 피하는 것에 의존한다. 사용되는 공기 온도의 측정은 한번만 수행되는 것으로 보이며, 미리 결정된 파라미터들의 함수인 것으로 보인다. 이는 상기 시스템 작동에 있어서 융통성을 제공하지 않는다.
일본 특허 공개공보 제2010-110736호는 공기의 방출구(outlet)에 있어 상기 공기의 일정한 이슬점 습도를 유지하되 건식(dry) 건조제 제습기의 작동 효율성을 개선하는 방법을 개시한다. 이 문서에서 개시된 상기 방법은 평균 재활성화 방출구(outlet) 온도가 고정된 수치로 측정되고 유지될 수 있도록 상기 재활성화 공기 유동을 제어하는 것을 포함한다. 이 문서에 따르면, 고정된 수치로 상기 평균 재활성화 방출구 공기 온도가 유지되면 상기 건조제는 완전히 재활성화되는 것으로 간주된다. 상기 문서는 또한 상기 재활성화 및 처리 섹터들 사이에 순차적으로(sequentially) 위치한 퍼지 섹터(purge sector)로 건식(dry) 건조제 유닛(unit)의 작동을 제어하는 방법 및 장치를 설명한다. 상기 퍼지 섹터를 지나는 공기 유동은 상기 재활성화 공기 유동과 같이 흐르고, 상기 처리 공기 유동과는 거꾸로 흐른다. 상기 처리 방출 공기 유동(process discharge airflow)의 일부는 상기 퍼지 공기 유동에 사용된다. 상기 퍼지 섹터를 지나는 공기 유동은 그 방출에 있어 일정한 공기 온도가 유지되도록 제어된다. 그 건조 회전자의 속력은 상기 재활성화 공기 유동과 비례하여 조정될 수 있다. 상기 퍼지 섹터는 상기 재활성화 처리의 일부를 위해 상기 휠의 잔열(residual heat)을 사용한다. 평균적인 재활성화 및 퍼지 방출 온도들이 사용된다. 이 문서의 상기 방법 및 장치들은 미리 결정된 고정된 수치로 상기 평균 재활성화 방출구 온도를 유지하기 위해 상기 재활성화 공기 유동의 제어에만 거의 전적으로 의존한다. 여기서의 상기 방법은 요구되는 작동의 필요한 융통성을 제공하지 않고, 또 동적 제어를 가능하게 하지 않는다. 일본 특허 공개공보 제2010-247041호는 제습기 작동을 제어하는 데 있어 명백히 고도로 안정된(apparently highly stable) 가변 제어 작동(variable control operation)을 성취하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법에 있어서, 상기 공급 공기의 평균 이슬점 온도는 종래의 요구 조건(requirement)들을 만족하도록 검출되고 제어될 수 있다. 상기 시스템은 제습 부하(load) 등의 변화에 따라, 흡착 회전자 시스템의, 회전자의 회전수 또는 제습기의 재생(regenerating) 온도를 제어한다. 상기 방법은 상기 재활성화 섹터 및 처리 섹터 사이에 연속적으로(sequentially) 위치한 퍼지 섹터(purge sector)가 있는 건식(dry) 건조제 제습기에 적용이 가능하다. 이 문서는, 그 방법에 따르면 상기 처리 섹터를 지나는 평균 공기 온도 상승을 측정함으로써 제습 부하가 추론되는 방법과 본질적으로(essentiallly) 관련된다. 제어되는 변수들은 회전자 속력, 재활성화 공기 유동 및 온도, 퍼지 섹터 공기 유동 및 처리 공기 유동을 포함할 수 있다. 퍼지 섹터 공기 유동은 어느 쪽으로도 흐를 수 있으며, 퍼지 공기 소스(source)는 처리 공기 서플라이(supply)로부터 또는 처리 공기 방출(discharge)로부터 올 수 있다. 다시, 여기서의 상기 방법은 바람직한 작동의 필요한 융통성을 제공하지 않으며, 상기 처리 섹터를 지나는 평균 공기 온도 상승의 측정에만 거의 전적으로 의존함으로 인해, 이것이 미리 결정된 수치로 유지되도록 보장하기 위한 동적 제어를 가능하게 하지 않는다.
일본 특허 공개공보 제08-141352호는 연속적인 회전자의 열화(degradation)를 진단(diagnose)하고 상기 회전자의 교체에 관한 시간을 예상하는 방법을 개시한다. 상기 방법은 제1 단계 제습기 상의 회전자의 열화를 진단하기 위해 제2 단계 제습기 내의 재생된 공기의 평균 방출구 온도를 측정하는 것을 포함한다. 이 개시의 방법 및 장치는, 제2 제습기의 주입구(inlet) 공기의 적어도 일부인 주위 공기를 미리 조절하는(preconditioning) 제1 제습기와 함께, 순차적인 2개의 제습기들을 구비한 제습 시스템에 관한 것이다. 이 개시의 핵심(essence)은 상기 제2 제습기를 지나는 재활성화 공기의 온도 하강을 측정함으로써 상기 제1 제습기에서 발생한 제습의 양을 추론하는 것으로 구성된다. 상기 특허는 순차적인 2개의 제습기들을 갖는 시스템들에 특정되며, 고체 건조제 기반 제습 시스템들에서 바람직한 필요한 융통성은 부족하다.
일본 특허 공개공보 제2001-099451호는 제습기의 재활성화에 요구되는 열량(heat amount)이 최소화되며, 회전자가 가열된 공기로 재활성화되는, 방법 및 장치를 개시한다. 이 개시에서 상기 회전자는, 2개 이상의 재활성화 섹터들로 이동하는 재활성화 공기로 가열된다. 상기 재활성화 섹션으로 이동하고 난 직후의 상기 회전자 온도는 낮지만, 이동하는 동안 가열되어, 상기 재활성화 공기 주입구(inlet) 온도는 상승한다. 온도 분포는 재활성화 섹션에서 건조 회전자의 회전 방향으로 형성된다. 이 개시의 상기 방법 및 장치는, 잇따르는 섹터들의 점진적으로 더 높은 주입구 공기 온도를 갖는 2개 이상의 재활성화 섹터들을 구비한 제습기에 관한 것이다. 또다른 실시예는 대응되는 재활성화 섹터들과 쌍을 이루는 다수의 개별 100% 퍼지 섹터들을 보여준다. 다시, 이 문서의 개시는 고체 건조제 기반 제습 시스템들에서 동적 방식(manner)으로 작동 제어(operational control)의 융통성을 성취하는 어떠한 해결방법도 제시하지 않는다.
미국 특허 제6,751,964호는 통합된 건식(dry) 건조제-냉각 공기조화 장치를 개시한다. 상기 장치는 공급 공기 흐름으로부터 제거되는 습기의 양 또는 상기 공급 공기 흐름에 전달되는 열의 양을 제어하는 건조 회전자의 회전 속력을 변화시키는 메커니즘을 포함한다. 명백히, 이 문서의 개시 범위는, 상기 건조제 휠이 여름에는 제습기로서 겨울에는 엔탈피 회수(recovery) 휠로서 사용되도록 허용하는 것이다. 이 문서의 목표 및 취지는 융통성을 시도하기는 하지만 열 에너지 소비를 최소화시키기 위해 고체 건조체 기반 제습기의 제어 작동에 요구되는 시나리오(scenario)와는 다른 시나리오의 것이다.
PCT 국제 공개공보 제 WO 2004/055443 A1호는, 적어도 하나의 증발기(evaporator), 적어도 하나의 가변-속력 냉동 압축기 및 적어도 하나의 응축기(condenser) 및 단일 건조제 휠을 포함하는 냉각 및 제습 시스템을 개시한다. 상기 증발기에 의해 냉각된 공기의 적어도 일부는 상기 건조제 휠의 일 부분을 통해 지나가고, 상기 응축기 공기의 적어도 일부는 상기 제습기의 다른 부분을 통해 지나간다. 상기 응축기의 속력은 공급 공기 흐름, 재활성화 공기 흐름 및/또는 상기 냉각 시스템의 적어도 한 조건(condition)에 의해 제어된다. 응축기 공기 유동(따라서 재활성화 공기 유동)의 가변 부피가, 상기 냉각 시스템으로부터 가용한 열량에 기반한 일정한 재활성화 온도를 유지하기 위한 목적으로, 요구(claim)된다. 가변 건조 회전자 속력은 언급되지 않는다.
미국 특허출원 제2008/0108295호는 회수 휠들을 위한 제어 시스템들, 회수 장치들을 갖는 환기 시스템 및 환기 시스템에 있어 회수 휠들을 제어하는 방법, 에너지 소비를 감소시키기 위해 환기 시스템을 제어하는 방법들, 환기 시스템의 에너지 소비를 감소시키는 방법들을 개시한다. 이 문서는 압력 차분(pressure diffential)들을 측정하는 것과 그렇게 얻어진 정보를 회전자 속력을 수정하기 위해 사용하는 것을 개시한다. 그러나, 상기 문서는 측정된 파라미터 그 자체를 수정하는 것은 언급하지 않는다.
분명히 알 수 있듯이, 사용 중 열 에너지 소비에 있어서 개선들을 제공하기 위해 다양한 시도들이 이루어져 온 반면, 이 방법들 중 어느 것도 고체 건조제 기반 제습 시스템들의 작동 제어(operational control)에 있어 요망되는 융통성을 제공하는 것에 성공적이지 않았다. 사실, 고체 건조제 기반 제습기의 작동 중 열 에너지 소비를 최소화하기 위한, 상기 기술에 있어서의 시도들은, 전체론적(holistic)이어서 융통성 있는 제어 시스템 및 방법이라기보다는 특정 상황들에 초점을 맞추어 왔다.
본 발명의 한 가지 중요한 목적은, 작동에 있어 최대의 유연성(flexibility)을 보장하는 고체 건조제 제습기들의 제어 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 한 목적은, 회전자에 있어 섹터들의 수에 무관한 용례(application)를 가지며, 섹터들의 수에 따라 적합화(adaptation)가 실제로 가능한, 고체 건조제 제습기들의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 작동 제어에 있어서 현저히 높은 수준의 유연성을 갖고, 제어를 요구하는 파라미터들이 사용자에 의해 선택되는 것이 가능한, 고체 건조제 기반 제습 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 회전식(rotary) 휠의 다양한 위치들에서의 온도들을 연속적으로 감지(sense)하고 모니터(monitor)하며; 상기 휠의 어떤 주어진 위치에서 발생하는 제습을 추론하는 것을 가능하게 하는, 고체 건조제 제습기들의 제어에 관한 동적 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 최소 비용을 요구하되, 여전히 작동에 있어서 유연하여, 이에 따라 건조체 휠의 재활성화를 모니터하기 위한 더 좋은 데이터 생성을 제공하는, 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들에 따르면, 본 발명은 일 실시예에서, 건조제 휠을 사용하며 처리 섹터 및 재활성화 섹터가 제공되는 회전식 고체 건조제 제습기의, 제어 장치가 제공된다. 상기 장치는 중앙 제어 유닛; 상기 중앙 제어 유닛에 작동되게 연관되는 조건의, 그리고 특히, 상기 처리 섹터에 들어가는 공기 온도, 상기 재활성화 섹터에 들어가는 공기 온도, 상기 처리 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 온도, 상기 재활성화 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 온도, 그 다음의 순차적인 섹터로 회전하기 직전에 상기 휠의 처리 섹터를 떠나는 공기의 온도, 그 다음 순차적인 섹터로 회전하기 직전에 상기 휠의 재활성화 섹터를 떠나는 공기의 온도 중 하나 이상을 측정하기 위한 조건의, 하나 이상의 센서들로 본질적으로 구성된다. 상기 센서들에 의해 생성된 상기 데이터가, 미리 결정된 알고리즘을 사용하여 처리된 후에 상기 중앙 제어 유닛에 의해 출력 신호(들)가 생성되며, 상기 출력 신호들은 상기 처리 공기 이동 수단, 상기 재활성화 공기 이동 수단, 상기 재활성화 공기 가열 수단, 상기 처리 공기 예비냉각(pre-cooling) 수단(만약 사용되는 경우) 및 상기 건조제 휠 회전 수단을 포함하는 장치 구성요소들의 하나 또는 임의의 조합에 관한 것이다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 중앙 제어 유닛은 PLC 유닛이다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 장치에는, 상기 처리 섹터에 들어가는 공기의 습도를 측정하고, 그에 의해 생성된 데이터를 상기 중앙 제어 유닛에 제공하기 위해 상기 처리 섹터의 근접에 위치한 센서가 제공된다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 장치는, 상기 처리 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 습도를 측정함으로써 상기 중앙 제어 유닛에 데이터를 제공하는 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 처리 섹터 주변에 우회 덕트가 포함되며, 상기 우회 덕트를 통과하는 공기의 유동을 제어하기 위한 수단이 제공되며, 상기 휠의 상기 처리 섹터를 통과하는 공기의 유동을 제어하기 위한 수단이 제공되고, 위 두 가지 경우 모두, 상기 중앙 제어 유닛으로부터의 출력 신호들의 함수에 따라 제어하기 위한 수단이다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 장치는 상기 처리 공기 및 상기 우회 공기가 혼합된 후에 상기 처리 공기의 습도를 측정함으로써 상기 중앙 제어 유닛에 데이터를 제공하기 위한 센서를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 제습기에는 상기 재활성화 섹터와 상기 처리 섹터 사이에 순차적으로 위치한 퍼지 섹터, 그리고 상기 퍼지 섹터를 통해 공기 흐름을 통과시키기 위한 수단 및 그것이 상기 휠의 재활성화 섹터에 들어가는 공기의 적어도 일부가 되도록 이끄는(directing) 수단이 제공된다.
본 발명의 또다른 일 실시예에서, 상기 퍼지 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 온도를 감지하고, 그 생성된 데이터를 상기 중앙 제어 유닛에 제공하기 위한, 상기 퍼지 섹터의 표면에 근접한, 하나 이상의 센서(들)가 제공된다.
본 발명의 또다른 일 실시예에서, 상기 퍼지 섹터를 떠나는 공기의 그 다음 순차적인 섹터로 회전하기 직전의 온도를 감지하고, 그 생성된 데이터를 상기 중앙 제어 유닛에 제공하기 위한, 상기 퍼지 섹터의 표면에 근접한, 하나 이상의 센서들이 제공된다.
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 퍼지 섹터를 통과하는 공기 유동을 제어하기 위한 수단이 제공되며, 상기 수단은 상기 중앙 제어 유닛으로부터의 출력 신호에 의해 작동되게 제어된다(operationally controlled).
본 발명의 다른 일 실시예에서, 제1 섹터는 상기 처리 섹터와 재활성화 섹터 사이에 순차적으로 배치되며, 제2 섹터는 상기 재활성화 섹터와 상기 처리 섹터 사이에 순차적으로 배치되고, 상기 두 섹터들을 통하여 공기 흐름을 재순환시키기 위한 수단이 제공된다.
본 발명의 또다른 일 실시예에서, 상기 휠의 적어도 하나의 면 상에서 상기 재순환하는 공기 흐름의 온도를 감지하고, 그에 의해 생성된 데이터를 상기 중앙 제어 유닛에 제공하기 위한, 적어도 하나의 센서가 제공된다.
본 발명의 또다른 일 실시예에서, 상기 두 섹터들을 통하여 공기 흐름을 재순환시키기 위한 상기 수단은, 상기 재순환하는 공기 흐름의 온도를 측정하는 상기 센서에 의해 감지된 데이터에 기초하여 생성된 출력 신호를 통해, 상기 중앙 제어 유닛에 작동되게 연관된다.
또한 본 발명은 적어도 처리 섹터과 재활성화 섹터를 구비한 건조제 휠을 사용하는 회전식 고체 건조제 제습기를 제어하기 위한 개량된 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 고체 건조제 제습기의 회전식 휠의 표면에 근접한, 미리 결정된 위치들에 위치한 하나 의상의 센서들 및 중앙 제어 유닛을 제공하는 것을 포함한다. 상기 센서들은 다음 파라미터들 중 하나 이상을 감지하고 측정하기 위해 캘리브레이션(calibrate)된다: 상기 처리 섹터에 들어가는 공기 온도, 상기 재활성화 섹터에 들어가는 공기 온도, 상기 처리 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 온도, 상기 재활성화 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 온도, 그 다음 순차적 섹터로 회전하기 직전에 상기 휠의 처리 섹터를 떠나는 공기의 온도, 그 다음 순차적 섹터로 회전하기 직전에 상기 휠의 재활성화 섹터를 떠나는 공기의 온도. 생성된 상기 데이터 포인트들은 상기 센서(들)에 의해, 상기 중앙 제어 유닛에 제공될 수 있으며, 상기 중앙 제어 유닛은 미리 결정된 알고리즘에 기초하여 상기 데이터를 처리한다. 그러고 나서, 상기 중앙 제어 유닛은, 상기 처리 공기 이동 수단, 상기 재활성화 공기 이동 수단, 상기 재활성화 공기 가열 수단, 상기 처리 공기 예비냉각 수단(필요한 경우) 및 상기 건조제 휠 회전 수단을 포함하는 장치 구성요소들의 임의의 조합을 제어하기 위해 개별 출력 신호들을 생성한다.
일 실시예에서, 상기 처리 섹터에 들어가는 공기의 습도를 측정하고, 상기 중앙 제어 유닛에 데이터를 제공하기 위하여, 상기 방법은 센서를 제공하는 것을 포함한다.
다른 일 실시예에서, 상기 방법은, 상기 처리 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 습도를 측정하는 센서를 제공하는 것과, 상기 데이터를 상기 중앙 제어 유닛에 제공하는 것을 포함한다.
다시 또 다른 실시예에서, 상기 처리 섹터 주변에 우회 덕트가 제공되며, 상기 우회 덕트를 통한 공기의 흐름을 제어하기 위한 수단이 제공되고, 상기 휠의 상기 처리 섹터를 통한 공기의 흐름을 제어하는 수단이 제공된다. 상기 2개의 각각의 제어 수단은 상기 중앙 제어 유닛으로부터의 각각의 출력 신호들에 응답을 보이고, 그에 의해 상기 우회 덕트와 상기 처리 섹터를 통과하는 상기 공기 유동을 제어한다.
또 다른 실시예에서, 제공된 센서는, 상기 처리 공기 및 우회 공기가 혼합된 후에 상기 처리 공기의 습도를 측정하기 위한 것이며, 그러고 나서 상기 생성된 데이터를, 적합한 출력 신호들의 처리 및 생성을 위해 상기 중앙 제어 유닛에 송신된다.
상기 방법의 다른 일 실시예에서, 퍼지 섹터가 상기 재활성화 섹터와 상기 처리 섹터 사이에서 순차적으로 제공되고, 상기 퍼지 섹터를 통하여 공기 흐름을 통과시키고 그것을 상기 휠의 상기 재활성화 섹터에 들어가는 공기의 적어도 일부가 되도록 이끌기 위한 수단이 제공된다. 상기 퍼지 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 온도를 감지하고, 그것을 상기 중앙 제어 유닛에 제공하기 위하여 센서가 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 휠의 상기 퍼지 섹터를 떠나는 공기의 온도는 상기 휠이 그 다음 순차적 섹터로 회전하기 직전에 하나 이상의 센서들을 사용하여 감지될 수 있으며, 이 데이터는 상기 중앙 제어 유닛으로 보내진다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 퍼지 섹터를 통과하는 상기 공기 유동은 상기 중앙 제어 유닛에 의해 생성되고 공기 유동 제어 수단에 송신된 출력 신호에 의해 제어된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 공기 유동은, 상기 처리 섹터 및 상기 재활성화 섹터 사이에 순차적으로 배치된 제1 섹터와; 상기 재활성화 섹터 및 상기 처리 섹터 사이에 순차적으로 배치된 제2 섹터의, 사이에서 상기 두 섹터들을 통해 공기 흐름을 재순환시키기 위해 제공되는, 재순환을 위한 수단을 통하여 재순환된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 휠의 적어도 하나의 면 상에서 상기 재순환하는 공기 흐름의 온도는 적어도 하나의 센서를 통하여 감지되고, 생성된 데이터는 처리를 위해 상기 중앙 제어 유닛으로 보내진다(forwarded).
본 발명의 다른 일 실시예에서, 상기 공기 흐름의 상기 재순환은 상기 중앙 제어 유닛으로부터의 출력 신호의 수단에 의해 제어된다.
본 발명의 개량된 방법 및 장치는, 상기 처리 섹터 및 재활성화 섹터에 들어오고 나가는 공기의 온도를 연속적으로 측정하는 것으로 구성된다. 상기 처리 공기 흐름 및/또는 상기 휠로부터 나가는 재활성화 공기 흐름의 평균 또는 벌크 온도가 측정된다. 게다가, 상기 처리 및/또는 재활성화 방출 플레넘들 내의 상기 공기의 국소적(local) 온도가 상기 휠이 회전하여 (공기가) 그 다음 섹터로 들어가기 직전에 측정된다. 상기 국소적 온도는 하나의 포인트에서 측정될 수 있으며, 또는 상기 휠이 회전하여 (공기가) 그 다음 섹터로 들어가기 직전에, 상기 휠의 공기가 나오는 면(face)에서 서로 몇 도의 각도로 떨어진 2개 이상의 포인트들에서 측정될 수 있다.
임의의 각도 위치에서 상기 휠을 떠나는 공기의 온도는 상기 휠의 회전하는 포인트에서 발생하는 습기 흡착량 또는 탈착량을 간접적으로 측정하는 것이다. 이 온도 정보는 상기 제습기의 성능을 최적화하기 위한 하나 이상의 제어 알고리즘들을 포함하는 제어기에 상기 입력 데이터의 일부분으로서 사용된다. 상기 제어 알고리즘은 상기 제습기 성능을, 최대 제습 성능, 상기 처리 공기 시스템에서의 냉각제 최소 사용 및/또는 최소 재활성화 가열 에너지를 포함하는 하나 이상의 수법들로 최적화하도록 설계될 수 있다. 상기 제어기에 대한 추가적 입력 데이터는 상기 제습된 공간의 온도 및/또는 습도 측정량이나 처리 및 외부 공기 온도 및/또는 습도를 포함할 수 있다.
공기 습도보다 공기 온도를 측정하는 것이 현저히 더 쉽고, 비용이 덜 들고, 더 신뢰성 있다. 열전쌍들 및 서미스터(thermistor)들과 같은 단순하고 값싼 온도 측정 장치들이 사용될 수 있다. 본 발명의 고유한 특징들 가운데 하나는 건조제 휠에 회전 동안에 임의의 주어진 각도 위치에서 발생하는 상기 제습 또는 재활성화를 추론하기 위해 상기 휠에 들어가고 나가는 공기의 온도들을 측정하는 것이다.
하기의 내용은 본 명세서에 첨부된 첨부 도면들의 비제한적인 설명들을 포함한다.
도 1은 기초적인 고체 건조제 제습기의 개략도이다. 이 유형의 제습기의 배열 및 작동상 특성들은 당업자에게 잘 알려져 있다.
도 1a는 휠(1)의 임의의 주어진 포인트의 각도 위치를, 그것이 처리 섹터(2) 및 재활성화 섹터(3)를 통해 통과함에 따라, 시간에 대한 함수로서 도시한다. 상기 재활성화 섹터(3)에 나타난 시간 주기들은 상기 처리 섹터(2)에 나타난 시간 주기들보다, 상기 처리 섹터(2) 및 재활성화 섹터(3)의 상대적인 크기들에 정비례하여 짧다.
도 2는 처리 공기(5) 방출 습도 대비(versus) 상기 휠이 상기 처리 섹터(2)를 통하여 회전할 때 상기 휠(1) 내의 임의의 주어진 각도 위치의 상기 처리 섹터(2)에서 소요된 시간 사이의 관계를 개념적으로 도시한다. 방출 공기(5) 습도 상의 흡착파의 효과가 보여질 수 있다.
도 3은 처리 공기(5) 방출 온도 대비 상기 휠이 상기 처리 섹터(2)를 통하여 회전할 때 상기 휠(1) 내의 임의의 주어진 각도 위치의 상기 처리 섹터(2)에서 소요된 시간 사이의 관계를 개념적으로 도시한다. 방출 공기(5) 온도 상의 흡착파의 효과가 보여질 수 있다.
도 4는 재활성화 공기(8) 방출 온도 대비 상기 휠이 상기 재활성화 섹터(3)를 통하여 회전할 때 상기 휠(1) 내의 임의의 주어진 각도 위치의 상기 재활성화 섹터(3)에서 소요된 시간 사이의 관계를 개념적으로 도시한다. 방출 공기(8) 온도 상의 탈착파의 효과가 보여질 수 있다.
도 5는 재활성화 공기(8) 방출 습도 대비 상기 휠이 상기 재활성화 섹터(3)를 통하여 회전할 때 상기 휠(1) 내의 임의의 주어진 각도 위치의 상기 재활성화 섹터(3)에서 소요된 시간 사이의 관계를 개념적으로 도시한다. 방출 공기(8) 습도 상의 탈착파의 효과가 보여질 수 있다.
도 6은 상기 휠(1)이 상기 처리 섹터(2)를 통해 회전할 때 다양한 각도 위치들에 있어 상기 처리 방출 공기(5) 습도 상의, 회전자(1) 속력 및 공기 유입의 효과를 개념적으로 도시한다.
도 7은 상기 휠(1)이 상기 재활성화 섹터(3)를 통해 회전할 때 다양한 각도 위치들에 있어 상기 재활성화 방출 공기(5) 온도 상의, 회전자(1) 속력 및 공기 유입의 효과를 개념적으로 도시한다.
도 8은 상기 휠(1)이 상기 처리 섹터(2)를 통해 회전할 때 다양한 각도 위치들에 있어 상기 처리 방출 공기(5) 습도 상의, 상기 처리(2) 섹터와 재활성화(3) 섹터 사이에 순차적으로 배치된, 부분적(partial) 퍼지 섹터(13)의 효과를 개념적으로 도시한다.
도 9는 상기 휠(1)이 상기 처리 섹터(2)를 통해 회전할 때 다양한 각도 위치들에 있어 상기 처리 방출 공기(5) 온도 상의, 상기 부분적 퍼지(13) 섹터의 효과를 개념적으로 도시한다.
도 10은 상기 휠(1)이 상기 재활성화 섹터(3)를 통해 회전할 때 다양한 각도 위치들에 있어 상기 재활성화 방출 공기(8) 온도 상의, 상기 부분적 퍼지(13) 섹터의 효과를 개념적으로 도시한다.
도 11은 상기 휠(1)이 상기 처리 섹터(2)를 통해 회전할 때 다양한 각도 위치들에 있어, 나가는 상기 처리 공기(5)의 습도 상의, 폐루프 퍼지(18, 18a) 배열의 효과를 개념적으로 도시한다.
도 12는 본 개시에 따른, 재활성화 제어 배열을, 표시된 온도 감지 포인트들 및 표시된 제어된 구성요소들과 함께 개념적으로 도시한다.
도 13은 부분적 퍼지 섹터(13)를 구비한 제습기에 대한 본 개시에 따른, 재활성화 제어 배열을, 표시된 온도 감지 포인트들 및 표시된 제어된 구성요소들과 함께 개념적으로 도시한다.
도 14는 폐루프 퍼지(18, 18a) 배열을 구비한 제습기에 대한 본 개시에 따른, 재활성화 제어 배열을, 표시된 온도 감지 포인트들 및 제어된 구성요소들과 함께 개념적으로 도시한다.
도 15는 본 개시에 따른 처리 제어 배열을, 표시된 온도 감지 포인트들 및 제어된 구성요소들과 함께 개념적으로 도시한다.
본 발명의 방법 및 시스템은 첨부된 도면들의 상세한 설명을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1은 건식(또는 고체) 건조제 제습기의 기초적 요소들을 보여주는 개략도이다. 그것은 휠(1)의 회전 축과 평행한 많은 수의 작은 통로들을 포함한 매질을 포함하는 회전자(또는 휠)(1)로 구성된다. 상기 휠(1)의 상기 매질은 강한 친수성을 가진 실리카 겔 또는 할로겐화 염과 같은 건조제 물질을 포함한 캐리어 기질로 구성된다. 상기 건조제 물질은 상기 매질에 주입되어, 상기 통로들을 통과하는 공기가 상기 건조제에 노출되도록 한다. 현재 개발 단계에 있는 상기 매질은 전형적으로 무게의 약 80% 정도가 활성 건조제이다. 상기 휠(1)은 상이한 두 공기 유동들을 위한 2세트의 플레넘들(또는 섹터들)을 한정하는 하우징에 포함된다. 상기 플레넘들은, 상기 두 공기 흐름(기류)들이 서로 격리되고 상기 공기 흐름들 간의 상호-유출을 최소화하도록, 상기 휠(1)의 면에 근접한 공기 밀봉(seal)들을 포함한다. 작동 중에, 제습될 공기 흐름들은 상기 휠의 하나의 섹터를 통하여 통과된다(일반적으로 처리 섹터(2)이라고 호칭됨). 상기 건조제는 상기 휠(1)을 떠나는 상기 처리 공기(4)가 거기에 들어가는 공기보다 건조하도록, 상기 공기로부터 수증기를 흡착 또는 흡수한다. 시간이 지나 상기 건조제가 많은 수증기를 받아들이면 상기 공기로부터 물을 받아들이는 그 능력이 감소되고 상기 물은 그 제습 능력을 회복하기 위해 상기 건조제로부터 떨어져 나와야 한다. 이것은 재활성화(또는 재생성) 섹터(3)에서 달성된다. 이 섹터에서, 제2 공기 흐름은 상기 휠(1)을 통해 통과된다. 이 공기 흐름은 상기 휠(1)에 들어가기 전에, 전기적 저항 가열, 천연 가스 및/또는 증기, 뜨거운 물 등을 사용하는 가열 코일과 같은 외부 열원(6)을 사용함으로써 가열된다. 가열 후에 상기 재활성화 섹터(3)에 들어가는 공기의 상대습도는 상기 처리 섹터(2)를 떠나는 공기의 상대습도보다 낮기 때문에, 상기 건조제는 그것에 포함된 물의 일부를, 전형적으로 외부 환경으로 배출되는 상기 재활성화 공기 흐름(8)으로 내보낸다. 상기 건조제 휠(1)은 상기 처리 섹터들 및 재활성화 섹터들 사이에서 계속해서 회전하며, 따라서 상기 제습 처리는 연속적이며, 상기 처리 섹터(2)를 떠나는 공기의 습도는 안정적이다.
건조제가 상기 공기로부터 수증기를 제거할 때, 상기 수증기는 상기 건조제의 표면 내로, 또는 상기 표면 상에 본질적으로 응축된다. 수증기가 응축할 때, 그것은 물의 상전이(change-of-phase)로 인한 열을 발생시킨다. 상기 발생된 열은 상기 응축이 발생하는 온도에 대한 함수인데, 전형적인 작동 온도들에 있어서 그것은 약 1,000 BTU/lb.응축된 물이다. 수증기가 건조제 내로, 또는 건조제 위로 응축할 때, 일반적으로 수착열(heat of sorption)이라고 호칭되는 추가적인 열이 발생된다. 상기 수착열은, 높은 상대 습도들에 있어 단 몇 BTU/lb.물에서부터, 낮은 상대 습도들에 있어 1,000 BTU/lb.물을 넘어서까지 변한다. 전형적인 작동 조건들에 대해 상기 수착열은 약 100 BTU/lb.이므로, 전형적인 수치로서 응축열 더하기 수착열의 총 합은 약 1,100 BTU/lb.물이다. 상기 건조성 매질은 무게의 약 80% 정도가 활성 건조제이며, 상기 건조제는 그 무게의 약 30% 정도의 수증기를 흡수(흡착)할 수 있는 용량을 가질 것이다. 상기 매질의 열용량은 전형적으로 약 0.5 BTU/lb/도F이며, 상기 건조제로 흡수(흡착)되는 수증기의 총 수착열은 전형적으로 150-300 BTU/Lb매질이므로, 상기 공기로부터 수증기를 수착할 때의 수착열에 비해 상기 매질의 열용량이 작다는 것을 알 수 있다. 상기 처리 공기 흐름을 제외하고는 상기 열이 갈 수 있는 곳이 없다. 그 메커니즘은 이러하다: 상기 흡착된 물은 신속하게 상기 매질을 그것을 통과하는 공기보다 더 높은 온도로 가열하고, 그 다음에는 더 따뜻한 상기 매질이 상기 공기를 가열한다. 오늘날 전형적 매질의 형상(geometry) 때문에, 상기 매질과 상기 공기 사이의 열전달 속도(heat transfer rate)들이 높으므로, 상기 휠(1) 내 상기 매질의 임의의 포인트에 있어서의 온도는 그 포인트에서의 상기 공기 온도로부터 몇 도 이내에 있다.
전술한 처리의 역과정이 상기 제습기의 재활성화 섹터(3)에 적용될 수 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다.
전형적으로 상기 매질의 전 깊이에 걸쳐 공기 유동의 방향으로 열과 질량 전달이 발생하지 않는다; 그것은 (공기 유동의 방향으로) 상기 매질을 통과하는 "존(zone)" 또는 "파동(wave)"에서, 그것이 섹터에 들어간 시간으로부터 섹터로부터 나온 시간까지 발생한다. 상기 흡착파 및 탈착파의 행동은 상기 휠(1)의 회전에 있어 특정 위치들 또는 시간들을 식별하고, 이 위치들에 있어 순간적 성능을 플롯(plot)하는 것에 의해, 그래프로 나타도록(graphically) 표현될 수 있다.
도 1a는 상기 휠(1)이 상기 섹터들을 통해 회전할 때, 상기 휠의 행동/성능을 설명하기 위해 본 문서 전체에 걸쳐 사용될 시간/위치 포인트들을 도시한다. 다음을 유의해야 한다:
● 상기 처리 섹터(2)에서 나타난 시간 간격들은 상기 재활성화 섹터(3)에 나타난 시간 간격들과 동일하지 않다. 실례를 보이기 위한 목적으로, 상기 처리 섹터(2)와 재활성화 섹터(3) 둘 모두에 있어 5개의 시간 간격들이 선택되었다. 이것은 각 섹터에 있어 시간 증분(increment)은 상기 섹터들의 크기 비율에 역비례하는 것을 의미한다 - 예를 들어, 만약 구성이, 90도 재활성화(3)와 270도 처리(2)로 섹터가 나누어지면 상기 재활성화(3) 시간 간격들은 시간 길이에 있어 상기 처리(2) 시간 간격들의 1/3이 될 것이다.
● 상기 흡착파/탈착파 성능은 실례를 보이기 위한 목적의 것이다. 건조제, 세로 홈 형상(flute geometry), 공기 유량들, 회전자 속력, 처리 및 재활성화 주입구 공기 조건들 및 다른 변수들의 유형에 기초하여 실제 파형들은 변할 수 있다.
도 2 내지 11은, 동일한 방향으로 상기 휠을 통과하는 상기 처리(4) 공기 흐름 및 재활성화(7) 공기 흐름을, 단순함을 위해 개념적으로 나타낸다. 실제 실시에서, 상기 처리(4) 공기 흐름 및 재활성화(7) 공기 흐름은 일반적으로 반대 방향들로 상기 휠(1)을 통과할 것이다.
도 2는 상기 흡착파가 상기 휠(1)의 상기 처리 섹터(2)를 어떻게 통과하는지를 시간의 함수로서 도시한다. 상기 흡착파가 상기 휠(1)의 처리 방출 면에 접근하면(돌파), 상기 방출 습도 대 상기 휠의 각도 위치는 극적으로 증가한다.
도 3은 상기 온도 파동이 상기 휠(1)의 상기 처리 섹터(2)를 어떻게 통과하는지를 시간의 함수로서 도시한다. 상기 재활성화 열 캐리오버(carryover)가 최초 몇 도의 회전에서 상기 처리 섹터(2) 내로 제거되면, 상기 처리 공기(5)의 온도 상승은 상기 휠(1)의 임의의 주어진 각도 위치에서 상기 처리 공기(5)의 습기 저하에 상당히 잘 뒤따른다는 것을 알 수 있다. 이것은 상기 처리 섹터의 말단을 향해 상기 나오는 처리 공기(5) 온도는 측정되어, 상기 처리 공기 주입구(4) 온도와 상기 나오는 처리 공기의 평균 온도에 비교될 수 있으며 그 위치에서 상기 휠(1)의 습기 제거 성능을 추론할 수 있다는 것을 의미한다.
도 4 및 도 5는 도 2와 도 3과 유사하나, 어떻게 상기 탈착파 및 이에 대응하는 온도 파동이 상기 휠(1)의 재활성화 섹터(3)를 통과하는지를 도시한다. 상기 휠(1) 매질의 초기 가열이 휠(1) 회전의 최초 몇 도 내에서 성취되면, 상기 재활성화 공기(8)의 온도 감소가 상기 휠(1)의 임의의 주어진 위치에서 상기 재활성화 공기(1)의 습기 수집을 상당히 잘 뒤따른다는 것을 알 수 있다.
도 6은 전형적인 제습기의 처리 면(2)의 성능에 있어 휠(1) 속력 및 상기 처리-면(2) 유입의 일반적인 효과들을 도시한다. 처리 공기 유동(4) 및 회전자의 속도가 유닛 성능에 있어 현저한 영향력을 지닌다는 것을 알 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 휠(1) 회전의 최후 몇 도 내 에서 상기 평균 처리 공기(5) 배출 온도 및 상기 국소적 처리 공기(5) 배출 온도에 의해 상기 처리-면(2) 제습 성능이 추론될 수 있다. 많은 변수들이 제어 전략의 목적들에 의존하는 상기 제습기의 성능을 최적화하기 위해 조정될 수 있다.
도 7은 전형적인 제습기의 재활성화 면(3)의 성능 상의 휠(1) 속력 과 상기 재활성화-면(3) 유입의 일반적인 효과들을 도시한다. 상기 그래프는 상기 재활성화 방출 공기(8) 온도 대 회전자(1) 위치를 나타낸다. 상기 재활성화 공기(8) 섹터를 떠나는 공기의 습도를 측정하는 것의 난이도와 비용으로 인해, 임의의 위치에 있어 재활성화 방출 공기(8) 습도를 임의의 위치에서 상기 휠에 들어가는 재활성화 공기(7) 온도 및 상기 휠을 떠나는 방출 공기(8) 온도에 기초하여 추론하는 능력은 건식 건조제 제습기의 성능을 최적화하려는 임의의 시도에 있어 필수 정보이다.
도 8 및 도 9는 건식 건조제 제습기의 성능 상에 부분적 퍼지(13) 섹터의 효과를 도시한다. 상기 그래프들은 주어진 주입구 공기 조건에 대해 부분적 퍼지(13)는 일반적으로 제습 성능을 향상시키지만, 처리 공기 (4) 습도 저하 및 처리 공기(4) 온도 상승 사이의 동일한 일반적 관계는 여전히 존재한다. 상기 처리 방출 섹터(2)의 말단을 향하는 상기 처리 방출 공기(5)의 온도를 모니터하고, 그것을 상기 처리 주입구 공기(4)의 온도에 비교함으로써, 제습기 성능을 향상시킬 기회 및/또는 에너지 소비를 감소시킬 기회가 존재한다.
도 10은 상기 재활성화 방출 공기(8) 온도 상의 부분적 퍼지(13)의 효과를 도시한다. 상기 방출 온도는 상기 퍼지 섹터(13)의 에너지 절약 때문에 약간 증가하지만, 상기 휠(1)이 상기 재활성화 섹터(3)를 벗어나서 회전할 때, 방출 공기(8) 온도에 있어 특성적인 상승은 남는다. 이것은 향상된 제습 성능, 감소된 재활성화(6) 에너지 소비, 향상된 부분 부하(part-load) 성능 등을 포함하는 여러 가지 성능 목표들 중 하나 이상을 성취하기 위해 상기 제습기 성능을 최적화할 기회를 지적한다.
도 11은 나가는 상기 처리 공기(5) 온도 상에 폐루프 퍼지(18, 18a)의 효과를 도시한다. 평균 처리 공기(5) 온도는 다소 감소하며, 상기 제습기의 상기 습기 제거 용량은 다소 증가하지만, 상기 제습 사이클의 마지막을 향하는, 나가는 처리 공기(5) 온도에 있어 특성적인 하강은, 제습 파동이 상기 처리 섹터(2) 공기의 나가는 면을 돌파하는 것을 나타낸다. 만약 그 다음 섹터로 회전하기 직전에 상기 휠을 통과하는 처리 공기(4)의 온도와 평균 처리 공기 방출 공기(5) 온도가 측정되고 비교된다면, 이 정보는 향상된 제습 성능, 감소된 재활성화(6) 에너지 소비, 향상된 부분-부하 등을 포함하는 하나 이상의 목표들을 성취하기 위해 상기 제습기의 성능을 최적화하기 위해 사용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제어 방법 및 장치를 사용하는 기초적인 제습기를 도시한다. 상기 제어 방법 및 장치는 전형적으로 프로그래머블 로직 컨트롤러(Programmable Logic Controller: PLC), 빌딩 자동화 시스템(Building Automation System: BAS) 등인 중앙 제어기를 포함한다. 이 특정 제어 배열의 목표는 상기 재활성화 처리의 성능을 최적화하는 것이다. 상기 재활성화 처리는 최소 재활성화 가열(6) 사용, 상기 처리 공기(4)의 최대 제습 및 상기 처리 공기 흐름으로의 최소 방열을 포함하는 여러 가지 목표들 중 하나 이상을 성취하기 위해 최적화될 수 있다.
감지된 변수들은 임의의 조합으로 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
● 상기 휠(1)에 들어가는 재활성화 공기(7) 온도
● 평균 재활성화 방출 공기(8) 온도.
● 상기 휠(1)이 상기 재활성화 섹터(3)로부터 상기 처리 공기 섹터(2)로 회전하기 전, 하나 이상의 각도 포인트들에 있어 재활성화 방출 공기(8) 온도.
● 처리 공기(4) 주입구 온도.
● 평균 처리 공기(5) 방출 온도.
제어된 변수들은 임의의 조합으로 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
● 휠(1) 회전 속력
● 재활성화 팬(11) 속력(재활성화 공기 유동(7))
● 상기 재활성화 공기(7)로의 열 입력(6)
도 13은 제습 성능을 향상하고, 재활성화 열(6) 요구량을 감소시키고, 상기 재활성화 섹터(3)로부터 상기 처리 섹터(2)로의 상기 재활성화 열 캐리오버를 감소시키기 위해 퍼지 섹터(13)가 추가된 것을 제외하고는, 도 12에 도시된 제습기와 유사한 제습기를 도시한다. 제어 방법 및 장치(12)는 도 12와 유사하지만, 다음의 것들이 감지되고 제어될 수 있는 변수들로서 추가된다:
감지되는 변수들:
● 퍼지 섹터(13) 평균 방출 공기(14) 온도
제어되는 변수들:
● 퍼지 섹터(13) 공기 유동 제어, 전형적으로는 댐퍼.
도 14는 폐루프 퍼지(18, 18a) 시스템이 추가된 것을 제외하고 도 12에 도시된 제습기와 유사한 제습기를 도시한다. 상기 폐루프 퍼지(18, 18a) 시스템은, 상기 처리(2) 섹터 및 상기 재활성화(3) 섹터 사이에 자리잡고 있는 두 퍼지 섹터들(18, 18a), 그리고 이들과 함께 하는 상기 두 퍼지 섹터들(18, 18a)을 통해 공기 흐름을 재순환시키는 독립적 팬(15)으로 구성된다. 상기 퍼지(18, 18a) 루프는 제습 성능을 향상, 재활성화 열(6) 요구량을 감소, 그리고/또는 상기 재활성화 섹터(3)로부터 상기 처리 섹터(2)로의 상기 재활성화 열 캐리오버를 감소시키기 위해 추가된다. 폐루프(18, 18a) 내 공기 유동은 요구되는 특정 시스템 성능에 따라 상기 처리(4) 공기 유동 및 재활성화(7) 공기 유동에 대해 둘 중 어느 쪽으로든 향할 수 있다는 것을 유의해야 한다. 제어 방법 및 장치(12)는 도 12와 유사하나, 다음의 것들이 감지되고 제어될 수 있는 변수들로서 추가된다:
감지된 변수들은 임의의 조합으로 다음 중 임의의 하나 이상을 포함한다:
● 상기 휠(1)의 처리 주입구(4) 면 상의 퍼지 루프(16) 온도
● 상기 휠(1)의 재활성화 주입구(7) 면 상의 퍼지 루프(17) 온도
제어된 변수들은 임의의 조합으로 다음 중 임의의 하나 이상을 포함한다:
● 퍼지 루프 팬(15)
도 15는 동일한 감지 및 제어 원리들이 상기 재활성화 섹터(3) 대신에 상기 처리 섹터(2)에 적용된다는 것을 제외하고 도 12에 나타난 것과 유사한 제습시 및 제어 시스템 및 방법을 도시한다.
감지된 변수들은 임의의 조합으로 다음 중 하나 이상을 포함한다:
● 처리 주입구 공기(4) 온도
● 평균 처리 방출 공기(5) 온도
● 상기 휠(1)이 상기 재활성화 섹터(3)로 회전하기 직전, 하나 이상의 각도 위치들에 있어 처리 방출 공기(5) 온도
제어된 변수들은 다음 중 하나 이상을 포함한다:
● 휠(1) 회전 속력
● 재활성화 팬(11) 속력
도 13 및 도 14에서 설명된 상기 제습기의 상기 재활성화 부분(portion)(3)의 감지 및 제어에 대한 원리들이 상기 제습기의 상기 처리 부분(2)에도 적용될 수 있다는 것이 당업자들에게 이해될 것이다.
선호되는 상기 중앙 제어 유닛은 프로그래머블 로직 컨트롤러(Programmable Logic Controller: PLC)이다. 이 장치는 가장 비용 대비 효율이 높은 방법인 장점들을 제공하며, 그것에 의해 다수의 감지된 변수들로 유닛이 제어될 수 있으며, 제습기에 일반적으로 요구되는 것과 같은 다수의 제어 출력 신호들이 생성될 수 있다. 또한 PLC는 본 발명의 다양한 실시예들에 대한 모든 제어 옵션들과, 그리고 특정 용례에 요구되는 옵션들을 가능하게 또는 불가능하게 할 수 있는 능력을 포함한 단일 제어 프로그램을 사용하는 것을 가능하게 한다.
상기 중앙 제어 유닛은 빌딩 자동화 시스템(Building Automation System: BAS)을 포함할 수도 있다. 이 경우에, 상기 제습기의 제어 기능들은 전체 빌딩 또는 처리를 위한 더 큰 컴퓨터 제어 시스템에 포함된다. 다른 일 실시예에서, 상기 중앙 제어 유닛은 감지된 변수들 및 PID 제어(비례-적분-미분 제어) 출력을 위한 다수의 입력들을 수용할 능력을 지닌 다수의 단일-루프 제어기들로 구성된다. 다른 일 실시예에서, 상기 중앙 제어 유닛은 본 발명에 요구되는 감지된 입력들 및 제어 출력들을 제공하도록 구체적으로 설계된 전용 단일 보드 컴퓨터를 포함한다.
본 발명에 사용된 상기 온도 센서들은 서미스터(thermistor)들, 열전쌍들, 백금 저항 온도 검출기들을 포함한다. 측정된/감지된 변수 및 특정 제습 용례에서 요구되는 정확도의 수준에 따라, 이 센서 유형들 중 임의의 것의 조합도 사용될 수 있다.
흔히 사용되는 상기 습도 센서들은, 공기를 냉각된 거울 너머로 통과시키고, 상기 거울 상에서 응축(이슬)이 형성되기 시작할 때의 온도를 측정함으로써 공기의 이슬점 습도를 측정하는 냉각 거울(chilled mirror) 유형을 포함한다. 이 기구들이 매우 정확하고, 공기 습도의 변화에 신속하게 반응하는 반면, 그것들은 값이 비싸고, 유지하기 힘들기도(high-maintenance) 하다. 습도 측정에 있어, 만약 측정된 변수가 상기 공기의 습도 비율(예를 들어, 그램 물 / Kg 건조 공기로 표시)이라면, 상기 이슬점 습도를 습도 비율로 변환하기 위해 계산이 수행된다. 이 계산들은 상기 기구 내에서 이루어질 수 있다. 이것은 상기 기구가 온도 센서 및 상기 계산을 수행하기 위한 전자기기를 포함하기를 요구한다. PLC가 상기 중앙 제어 유닛으로 사용되는 때엔, 상기 계산들은 상기 PLC에 의해 이루어질 수 있다.
상기 습도 센서는 공기의 상대습도를 측정하는 박막 캐패시턴스 유형을 포함할 수도 있다. 이 센서들은 본질적으로 상기 냉각 거울 유형보다 덜 비싸며 유지 관리를 덜 요구하나 그것들은 상기 냉각 거울 유형만큼 공기 습도의 변화들에 신속하게 반응하지 못하며, 그만큼 꽤 정확하지도 않다. 만약 목표가 상기 공기의 습도 비율을 측정하는 것이라면, 계산은 상기 상대습도를 습도 비율로 변환하기 위해 수행된다. 이 계산들은 상기 기구 내에서 이루어질 수 있으며, 상기 기구는 상기 계산을 수행하기 위해 온도 센서 및 전자기기를 요구한다. 만약 PLC가 사용되면, 상기 계산들은 상기 PLC에 의해 이루어질 수 있다.
흡습성 섬유 유형 센서가 사용될 수도 있다. 이 센서들은 상기 공기의 상대습도가 변화하고, 천연 섬유들이 습기를 흡수하거나 탈착하면, 길이의 변화가 생기는, 예컨대 말털(horsehair) 또는 합성 섬유들과 같은, 상기 천연 섬유들을 활용한다. 상기 길이의 변화는, 측정되고 다이얼의 포인터와 같은 장치의 위치를 기계적으로 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 이 유형의 습도계는 가정 덜 비싸지만, 가장 부정확하기도 하며, 공기 습도의 변화들에 비교적 느리게 반응한다. 이 유형의 센서는 건조제 제습기들을 제어하기 위해서는 거의 쓰이지 않는다.
처리(2) 및 재활성화(3)의 감지 및 제어의 임의의 조합이 임의의 특정 용례를 위한 건식 건조제 제습기의 성능을 향상시키기 위해 사용될 수 있다는 것이 당업자들에 의해 이해될 수 있을 것이다.

Claims (26)

  1. 처리 섹터(sector) 및 재활성화 섹터(reactivation sector)가 제공된 건조제 휠을 구비하는, 회전식 고체 건조제 제습기를 동적으로(dynamically) 유연성(flexibility) 있게 제어하기 위한 제어 장치로서, 상기 장치는, 중앙 제어 유닛 및 하나 이상의 센서들을 포함하며,
    상기 하나 이상의 센서들은,
    상기 처리 섹터에 들어가는 공기 온도,
    상기 재활성화 섹터에 들어가는 공기 온도,
    상기 처리 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 온도,
    상기 재활성화 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 온도,
    그 다음 순차적 섹터로 회전하기 직전에 상기 건조제 휠의 처리 섹터를 떠나는 공기의 온도,
    그 다음 순차적 섹터로 회전하기 직전에 상기 건조제 휠의 재활성화 섹터를 떠나는 공기의 온도,
    상기 휠이 상기 처리 섹터 및/또는 상기 재활성화 섹터를 벗어나서 회전하기 직전 공기 온도들,
    퍼지(purge) 재순환 루프의 양 면에서의 공기 온도들 중의 하나 이상을 포함하는 온도들을 측정하기 위한 것으로서, 상기 처리 섹터 및 상기 재활성화 섹터에 근접 배치되며 상기 중앙 제어 유닛에 작동되게 연관되고,
    상기 중앙 제어 유닛에는, 미리 결정된 알고리즘을 사용하여 수신된 데이터를 처리하고 제어 출력 신호(들)를 생성하기 위한 처리 유닛이 제공되며, 상기 중앙 제어 유닛은, 처리 공기 이동 수단, 재활성화 공기 이동 수단, 재활성화 공기 가열 수단, 처리 공기 예비냉각(pre-cooling) 수단 및 건조제 휠 회전 수단 중의 적어도 하나를 포함하는 제습기의 구성요소들 중 하나 이상과 작동되게 연결되어 제어 출력 신호를 제습기의 구성요소들 중 하나 이상에 전송하고, 제습기의 구성요소들 중 하나 이상의 기능을 제어하는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중앙 제어 유닛은 PLC 유닛, 빌딩 자동화 시스템 유닛 또는 감지된 변수들 및 PID 제어(비례-적분-미분 제어) 출력을 위한 다수의 입력들을 수용할 능력을 지닌 한 세트의 다수의 단일-루프 제어기들 또는 감지된 입력들 및 제어 출력들을 제공하도록 구체적으로 설계된 전용 단일 보드 컴퓨터인, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 처리 섹터에 들어가는 공기의 습도를 측정하고 그에 의해 생성된 데이터를 상기 중앙 제어 유닛에 제공하기 위해, 상기 처리 섹터에 인접하게 배치된 센서가 상기 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치에 제공되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치는 상기 처리 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 습도를 측정함으로써 상기 중앙 제어 유닛에 데이터를 제공하는 센서를 포함하는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치에, 상기 처리 섹터 주변에 우회 덕트가 포함되며, 상기 우회 덕트를 통과하는 공기의 흐름을 상기 중앙 제어 유닛으로부터의 제어 출력 신호들의 함수로서 제어하기 위한 수단이 제공되고, 상기 휠의 상기 처리 섹터를 통과하는 공기의 흐름을 상기 중앙 제어 유닛으로부터의 제어 출력 신호들의 함수로서 제어하기 위한 수단이 제공되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 처리 공기 및 상기 우회 공기가 혼합된 후에 상기 처리 공기의 습도를 측정함으로써 상기 중앙 제어 유닛에 데이터를 제공하기 위한 센서가 상기 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치에 제공되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제습기에는, 상기 재활성화 섹터와 상기 처리 섹터 사이에 순차적으로 위치한 퍼지(purge) 섹터 및, 상기 퍼지 섹터를 통해 공기 흐름을 통과시키고 상기 휠의 재활성화 섹터에 들어가는 공기의 적어도 일부가 되도록 이끄는(directing) 수단이 제공되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 퍼지 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 온도를 감지하고 그 생성된 데이터를 상기 중앙 제어 유닛에 제공하기 위해, 상기 퍼지 섹터의 표면에 인접한 하나 이상의 센서(들)가 제공되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서, 다음의 순차적 섹터로 회전하기 직전에 상기 퍼지 섹터를 떠나는 공기의 온도를 감지하고 그 생성된 데이터를 상기 중앙 제어 유닛에 제공하도록, 상기 퍼지 섹터의 표면에 근접한 하나 이상의 센서들이 상기 장치에 제공되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 퍼지 섹터를 통과하는 공기 유동을 제어하기 위한 수단이 제공되며, 상기 수단은 상기 중앙 제어 유닛으로부터의 제어 출력 신호에 의해 작동되게 제어되는(operationally controlled), 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  11. 제1항에 있어서, 제1 섹터는 상기 처리 섹터와 재활성화 섹터 사이에 순차적으로 배치되며, 제2 섹터는 상기 재활성화 섹터와 상기 처리 섹터 사이에 순차적으로 배치되고, 상기 두 섹터들을 통하여 공기 흐름을 재순환시키기 위한 수단이 상기 장치에 제공되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 휠의 적어도 하나의 면 상에서 상기 재순환하는 공기 흐름의 온도를 감지하고, 그에 의해 생성된 데이터를 상기 중앙 제어 유닛에 제공하기 위한 적어도 하나의 센서가 제공되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 두 섹터들을 통하여 공기 흐름을 재순환시키기 위한 상기 수단은, 상기 재순환하는 공기 흐름의 온도를 측정하는 상기 센서에 의해 감지된 데이터에 기초하여 생성된 제어 출력 신호를 통해 상기 중앙 제어 유닛에 작동되게 연관되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서들은 서미스터(thermistor)들, 열전쌍들, 백금 저항 온도 검출 센서들 또는 그것들의 임의의 조합인, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  15. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 습도 센서는 냉각 거울(chilled mirror) 유형, 박막 캐패시턴스 유형 또는 흡습 필터 유형의 습도 센서인, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 장치.
  16. 처리 섹터(sector) 및 재활성화 섹터(reactivation sector)가 제공된 건조제 휠을 구비하는 회전식 고체 건조제 제습기를 동적으로(dynamically) 유연성(flexibility) 있게 제어하기 위한 제어 방법으로서,
    (a) 상기 처리 섹터에 들어가는 공기 온도, 상기 재활성화 섹터에 들어가는 공기의 온도, 상기 처리 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 온도, 상기 재활성화 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 온도, 그 다음 순차적 섹터로 회전하기 직전의 상기 휠의 처리 섹터를 떠나는 공기의 온도, 및 그 다음 순차적 섹터로 회전하기 직전의 상기 휠의 재활성화 섹터를 떠나는 공기의 온도인 온도들로서, 상기 건조제 휠의 표면에 근접한 미리 결정된 위치들에 제공되는 하나 이상의 센서들을 통해 감지 및 측정되는 온도들,
    상기 건조제 휠이 상기 처리 섹터 및/또는 상기 재활성화 섹터를 벗어나서 회전하기 직전 공기 온도들, 퍼지 재순환 루프의 양 면에서의 공기 온도들 중의 임의의 하나 이상의 파라미터들을 감지 및 측정하는 단계;
    (b) 상기 하나 이상의 센서들에 의해 생성된 데이터를 중앙 제어 유닛으로 보내는(forward) 단계;
    (c) 미리 결정된 알고리즘에 따라 상기 중앙 제어 유닛 내 수신된 상기 데이터를 처리하는 단계;
    (d) 제어 출력 신호들을 생성하고, 처리 공기 이동 수단, 재활성화 공기 이동 수단, 재활성화 공기 가열 수단, 처리 공기 예비냉각 수단 및 건조제 휠 회전 수단을 포함하는 상기 제습기 구성요소들 중 하나 이상에 전송함으로써, 상기 제습기 구성요소들 중 하나 이상의 기능을 제어하는 단계를 포함하는,
    건조제 휠을 구비하고 처리 섹터 및 재활성화 섹터가 제공되는 회전식 고체 건조제 제습기 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 처리 섹터에 들어가는 상기 공기의 습도가 측정되고 상기 중앙 제어 유닛으로 보내지는(forwarded), 회전식 고체 건조제 제습기 제어 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 처리 섹터를 떠나는 상기 공기의 평균 벌크 습도가 감지되고, 상기 중앙 제어 유닛으로 보내지는(forwarded), 회전식 고체 건조제 제습기 제어 방법.
  19. 제16항에 있어서, 우회 덕트가 상기 처리 섹터 주변에 제공되며, 상기 우회 덕트나 상기 처리 섹터를 통과하는 공기 유동들은, 상기 중앙 제어 유닛으로부터의 각각의 제어 출력 신호들에 응답하는 각각의 제어 수단을 통하여 제어되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 처리 공기의 습도는 상기 처리 공기와 상기 우회 공기가 혼합된 후에 감지되고 측정되며, 그 이후에, 생성된 데이터를 적합한 제어 출력 신호들의 처리 및 생성을 위해 상기 중앙 제어 유닛으로 송신하는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 재활성화 섹터와 상기 처리 섹터 사이에서 순차적으로 제공된 퍼지 섹터를 통해 공기 흐름을 통과시키는 단계 및 상기 휠의 상기 재활성화 섹터에 들어가는 공기의 적어도 일부가 되도록 그것을 이끄는(direct) 단계 및, 상기 퍼지 섹터를 떠나는 공기의 평균 벌크 온도를 감지하는 단계를 더 포함하는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 휠의 상기 퍼지 섹터를 떠나는 공기의 온도는 상기 휠이 그 다음 순차적 섹터로 회전하기 직전에 하나 이상의 센서들을 사용하여 감지되고, 이 데이터가 상기 중앙 제어 유닛으로 전송되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 퍼지 섹터를 통과하는 상기 공기 유동은 상기 중앙 제어 유닛에 의해 생성되고 공기 유동 제어 수단에 송신된 제어 출력 신호에 의해 제어되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 방법.
  24. 제16항에 있어서, 공기 유동은, 상기 처리 섹터 및 상기 재활성화 섹터 사이에 순차적으로 배치된 제1 섹터와 상기 재활성화 섹터 및 상기 처리 섹터 사이에 순차적으로 배치된 제2 섹터의 사이에서, 상기 두 섹터들을 통해 공기 흐름을 재순환시키기 위해 제공된 재순환을 위한 수단을 통하여 재순환되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 휠의 적어도 하나의 면 상에서 상기 재순환하는 공기 흐름의 온도는 적어도 하나의 센서를 통하여 감지되고, 생성된 데이터는 처리를 위해 상기 중앙 제어 유닛으로 보내지는(forwarded), 회전식 고체 건조제 제습기 제어 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 공기 흐름의 상기 재순환은 상기 중앙 제어 유닛으로부터의 제어 출력 신호에 의해 제어되는, 회전식 고체 건조제 제습기 제어 방법.
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