KR20160143806A - 액체 제습제를 이용하는 스테이지식 프로세스를 이용한 공기조화 방법 - Google Patents

액체 제습제를 이용하는 스테이지식 프로세스를 이용한 공기조화 방법 Download PDF

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Abstract

공기류를 공조하는 프로세스 및 장치에서, 공기류는 적어도 2가지 스테이지 각각에서 액체식 제습제 흡수기(liquid desiccant absorber)와 접촉된다. 동일한 장치가 제습제를 재농축하도록 증발기로서 이용된다. 각 스테이지를 위한 제습제는 각 스테이지에서 공통의 냉각 또는 가열 유체를 공급받는 외부 냉각원을 이용하여 흡수기 또는 증발기로 외부적으로 냉각 또는 가열된다. 각각의 스테이지에서의 농도가 이전 스테이지 내의 상기 제습제의 농도와는 별개가 되기 위해, 각 스테이지에서 제습제의 농도가 공기류와의 접촉에 의해 감소 또는 증가되도록 상기 스테이지들 사이에서 제습제가 공기류의 흐름에 대한 역류로 흐른다.

Description

액체 제습제를 이용하는 스테이지식 프로세스를 이용한 공기조화 방법{AN AIR CONDITIONING METHOD USING A STAGED PROCESS USING A LIQUID DESICCANT}
본 발명은 공기조화(air conditioning), 가습(humidification) 및 탈습(dehumidification)에 관한 것이다.
기존의 대부분의 공기조화 시스템의 주요한 결점은 (미국에서 의무적인) 미국냉동공조학회(American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers: ASHRAE) 표준에 의해 그리고 건강성의 이유로 요구되는 상당한 양의 외부 공기와 관련된 바와 같은 높은 레벨의 습도를 제거할 수 없다는 점이다. 이러한 문제점을 경제적으로 해결하기 위해 다수의 제습제 시스템이 시도되고 있지만, 높은 시장 침투를 성취하지 못하고 있다.
가열 및 냉각을 위해 빌딩에 사용되는 에너지는 미국에서 사용되는 전체 에너지의 30% 이상이다. 이러한 에너지의 대부분은 화석 연료원에서 온 것이고, 화석 연료의 사용량 레벨은 현재 많은 우려를 야기를 야기하고 있다. 특히, 공기조화는 거의 전적으로 전기에 의해 작동되고, 그 대부분은 화석 연료에서 온 것이다. 또한, 공기조화에 사용되는 전기는 높은 레벨의 비싼 피크 전력 생산 플랜트 용량을 요구하는 높은 피크의 전기 소비에 기여한다. 따라서, 공기조화가 전력 사용에서 훨씬 더 효율적이거나, 또는 비전기적 또는 비화석 연료원에 의해 작동된다면 바람직할 것이다.
압축기에 의한 공기조화는 습한 기후에서 공기로부터의 습도 중 일부만을 제거할 수 있다. 이는 습도 제거를 위한 과도한 용량 및 낮은 냉방 온도에 대한 마련과, 빌딩에 공급되는 공기를 재가열할 필요성을 초래한다. 이러한 요인들 양자는 상당한 전력 사용량 및 에너지 낭비를 필요로 한다. 미국 에너지원부에서는 공기조화에 사용되는 에너지의 60%만큼 높을 수 있다고 보여준다. 공급되는 1차 에너지 중 많은 양(전 세계적으로 약 31%)은 후술된 공기조화기와 같은 저온 에너지 사용을 위해 수집 및 사용될 수 있는 폐열을 초래한다.
제습제 기반의 탈습기 및 공기조화기는 지난 75년에 걸쳐 시장에 수차례 도입되어 왔지만, 다수의 이유로 인해 잘 수용되고 있지 않다. 첫째로, 이는 구매하기에 비싸고, 그 사용으로부터의 어떠한 에너지 절약이 대부분의 빌딩 소유주 및 조작자에게 경제적으로 고려되는 시간 척도에 대한 자본 비용을 되돌려받기가 충분하지 않고 있다. 둘째로, 일부 액체 제습제 시스템은 액체 제습제의 액적이 공조된 공간(conditioned space)까지 이어지게 하는 경향이 있어서 매우 바람직하지 못하다.
Albers 등에 허여된 미국특허 5,123,481호는 공기 냉각 및 탈습의 프로세스를 기술한다. Albers의 미국특허 5,123,481호에서는, 물이 히트 싱크로서 증발되는 제2 챔버 내의 공기류에 열을 전달하는 공기류 및 구획부 또는 열교환기 내의 섹터를 이용한다.
또한, Albers 등에 허여된 미국특허 4,982,782호, 5,020,335호 및 5,020,588에서는, 열 연결 구획부 및 복수의 가스 스트림을 이용한다.
Lowenstein의 미국특허 5,351,497호에서는, 난류성 열교환 또는 다수의 섹터를 이용하지 않는 저흐름 제습제 시스템을 이용한다.
Hargis의 미국특허 8268060 B2호에서는, 액체 제습제와, 압축기 및 열교환기를 이용한 장치를 개시한다. Hargis는 제습제 스트림을 2개의 성분으로 나누며, 그 중 하나만이 열교환기를 통과된다. 이에 따라, Hargis는 상이한 상대 습도 이외의 상이한 온도에 있는 2가지 (또는 그 이상의) 제습제 스테이지에 공기류를 노출시키고 있다. 또한, Hargis는 빌딩으로부터의 더 건조된 배출 공기 대신에 외부 공기류를 이용하여 제습제를 재생한다.
Forkosh는 액체 제습제, 통상적으로 히트 싱크 및 소스를 제공하는 압축기를 이용하는 미국특허 6487872호, 6494053호, 6575228호 및 6976365호를 갖고 있다. Forkosh는 탈습기 또는 재생기 내에서 단일의 섬프를 이용하므로, 제습제는 단일 농도로 혼합한다. 이에 따라, Forkosh에 의해 기술된 "스테이지(stages)"는 제습제의 분리가 다른 농도로 가능하게 하지 못한다.
Albers 및 Yuan은 압축기 및 액체 제습제를 이용하는 장치에 대한 미국출원 US 2005/0109052 A1호를 출원했다. 그 장치가 별개의 섹터를 가지더라도, 이들 섹터 각각에서 별개의 열 입력부 및 출력부를 위해 배치되어 있지 않았다. 열원(압축기)으로부터 열 및 질량 전달 물질(제습제)로의 열전달은 그 섹터 중 하나에서만 일어나고, 상기 방법의 목적은 농도 구배(concentration gradient) 보다는 섹터들 사이의 제습제의 "온도 구배(tempeature gradient)"를 유도하는 것으로 기술한다.
더욱 낮은 온도 재생 열원 및 덜 냉각된 냉각원을 사용하게 하는 탈습 및/또는 공기조화 장치에 대한 필요성이 있다.
공기조화기의 일 실시예에서, 100% 외부 공기일 수 있는 공기류는 다수의 섹터 내에서 농도를 계속하여 변경하는 액체 제습제와의 접촉에 의해 제어되는 습도이다. 공기가 소망하는 것보다 더욱 습하면, 다수의 섹터 내의 큰 습윤된 표면적을 갖는 매체 상에 분포된 농축된 액체 제습제와의 접촉에 의해 탈습된다. (겨울철 모드에서) 공기가 소망하는 것보다 덜 습하면, 공기조화기 내의 제습제에 물이 첨가된다. 상기 장치에 공급되는 제습제의 농도는 공조된 공간에 공급되는 공기의 습도 함유량을 결정한다. 열교환기를 통해 냉각 유체를 통과시키면, 냉각된 제습제와의 접촉에 의해 공기를 냉각시킨다. 이에 따라, 모든 계절에서, 공기 습도 및 온도는 적절한 가열 또는 냉각 유체 및 적절한 제습제 농도로 공기조화기에 공급함으로써 제어될 수 있다.
냉각 유체는 공기조화기의 각 섹터 내의 각 열교환기에 평행하게 공급되어, 본질적으로 동일한 온도에서 제습제 외부로 그리고 그에 따라 처리된 공기로부터 열전달을 최대화한다. 이는 각 섹터에서의 엔탈피 변화를 최대화시키고, 냉각 유체가 각 열교환기에 직렬로 공급되는 경우보다 더 낮은 소스 온도가 이용되게 한다. 도 1의 공기선도에서 명백하게 알 수 있는 바와 같이, 각 섹터에서 요구되는 엔탈피는 동일하지 않은 잠열 부하로 인한 상이한 부하 때문에 다를 수 있다. 더 높은 부하가 그 섹터 내의 제습제의 온도를 증가시키므로, 열교환기를 통해 그 섹터 내의 냉각 유체 내로의 열전달률을 증대시킨다. 제습제 재생기 내의 각 섹터를 위한 공통의 열원을 이용하는 유효성에 유사한 주장을 적용한다.
소정의 기술한 장치 및 방법의 유효성에 대해 기여하는 특징은, 공기가 최대로 희석된 제습제에 의해 우선 처리되는 다수의 섹터 내로의 농도에 의해 제습제를 분리하는 것이다. 이는 그 섹터에서 온도 상승을 야기한다. 그 섹터 내의 공기의 탈습량은, 도 1의 공기선도에서 알 수 있는 바와 같이, 제습제의 농도에 의해 그리고 냉각 유체에 의해 제거될 수 있는 열의 양에 의해 제한된다. 공기는 제습제가 더 농축된 다음의 섹터로 이동하고, 그 공기는 제습제 농도 및 열 제거가 허용하는 한 더욱더 건조된다. 즉 0.004 습도비의 낮은 공기 습도를 성취하는데 다수의 섹터가 요구되고, 성취가능한 습도비는 재생기로부터 흐르는 제습제의 농도(및 그에 따라 제습제와 접촉하는 공기의 상대 습도)에 의해 제한된다. 그 반대의 프로세스는 재생기 내에서 또는 겨울철에 공기를 가열 및 가습하는데 이용되는 장치에서 일어난다. 재생기의 작동은 하기에서 검토되며, 제습제의 최대 온도가 가열 유체의 온도에 의해 제한됨을 나타낼 것이다.
상술한 이전에 제안된 공기조화기 중 일부는 전체적인 난류성 흐름(적어도 300 그리고 바람직하게 500 이상의 레이놀즈 수)의 형성을 허용하지 않는 열교환 구획부 또는 다른 열교환기를 사용하므로, 유체들 간의 열전달 속도를 제한한다. 열교환기가 본 장치 및 방법에 이용되면, 난류성 흐름을 야기하도록 설계된 속도로 유체를 펌핑하는 것은 높은 열전달 계수를 제공하므로, 열교환기의 사이즈 및 비용을 최소화시킨다.
제안된 방법은 일반적으로 장치의 비용을 높게 하는 고도로 전문화된 구성요소를 요구하기보다는 합리적인 비용으로 비교적 용이하게 얻어지는 구성요소를 이용할 수 있다.
제안된 방법을 이용하는 장치의 성능을 수반하는 청구항에 대한 의의는, 다른 방법이 비교적 높은 온도 냉각원을 이용하는 한편, 냉각된 공급 공기 내에서 낮은 습도 조건을 성취하지 못한다는 것이다. 예컨대, 50 ℉ (10 ℃) 이하에서의 냉각 유체가 종래의 공기조화기 내에 요구되는, 예컨대 43 ℉ (6 ℃)가 칠러 시스템에서 일반적인 조건에서 62 ℉ (17 ℃)에서의 냉각 유체로 본 장치의 실시예들을 작동가능하다. 마찬가지로, 재생기의 성능에 관한 청구항의 의의는, 다른 방법이 비교적 저온 가열원을 이용하는 한편, 농축된 제습제 해결책을 성취하지 못한다는 것이다. 이러한 높은 성능을 성취하는 방법은 도 1의 공기선도의 참조로 예시될 수 있다.
제안된 방법은 공급 공기의 온도(예컨대, 9 ℉ (5 ℃) 이하)에 완전 가까운 냉각 유체를 이용하는 한편, 농축된 액체 제습제와 접촉하는 공기의 평형상태 레벨에 근접한 상대 습도를 갖는 공기류의 공조된 공간으로 공급을 가능하게 한다.
또한, 상기 방법은 동일한 결과를 성취하는 대형 및 비싼 장치 또는 고온을 요구하는 대부분의 다른 방법에 비해 주위 온도(예컨대, 30 ℉ (17 ℃)) 이상으로 최소한으로 가열되는 공기류에 의해 액체 제습제의 재농축을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 제습제의 농도를 제어하도록 단일 제어 장치가 제공된다.
또한, 상기 방법은 제습제를 희석함으로써 겨울철 모드에서 공급 공기의 가습을 허용한다. 제습제를 희석하는 것은 그 용적을 증대시키므로, 제습제 섬프 중 하나 이상 내의 여분의 용적을 마련할 필요가 있다. 그러나, 다수의 실시예에서, 상기 장치 내에 큰 섬프 또는 제습제 용적을 가지는 것이 바람직하지 못하므로, 별개의 저렴한 저장기가 제공될 수 있다. 이는 하기의 3가지 목적을 제공하는데, 즉 1. 변화하는 제습제 용적을 수용하는 능력; 2. 단일 또는 다수의 컨테이너 내의 농축되고 희석된 제습제의 분리; 및 3. 가열원이 유용하지 않을 때(펌프 및 팬을 작동시키는 보조 전원이 여전히 유용하는 한) 공기조화기가 시간 주기 동안에 작동될 수 있도록 제습제를 저장한다.
일 실시예에서, 요구 또는 소망될 때 제습제의 농도에서의 적절한 증대는 공기조화기에 유사하게 구성되지만 제습제로부터 물을 증발시키는데 이용되는 재생기에 의해 수행될 수 있다. 재생기는 외부 공기보다 더 건조한 공조된 공간 또는 다른 소스로부터 공기가 바람직하게 취해지는 위치에서 제습제를 재농축하도록 공기류를 이용한다. 욕실 내의 누설 및 추출 팬으로 인한 손실 때문에(예컨대, 그로부터 공기가 경제적으로 수집될 수 없기 때문에) 빌딩의 배출 공기가 일반적으로 공급 공기보다 용적면에서 더 낮기 때문에, 재생기는 제습제로부터의 요구된 질량의 습기를 제거하도록 더 많은 가열을 적용함으로써 공기조화기의 공기류보다 낮은 흐름을 이용할 수 있도록 설계될 수 있다. 우선, 빌딩의 배출 공기는 우선 폐열을 회수하도록 열교환기를 통과한 가열 유체(예컨대, 배출 공기)를 이용하여 재생기 내에서 가열된다. 그 다음, 공기는 각각의 스테이지에서 열교환기 내에서 가열된 제습제와의 접촉에 의해 각 스테이지에서 가열됨으로써, 배출 공기의 상대 습도를 낮추고, 각 단계에서 계속하여 더욱 낮은 상대 습도를 갖는 단차식 방식으로 제습제로부터 물을 증발시키는 것이 가능하다. 얻어진 제습제의 최대 농도는 공기의 최대 상대 습도에 직접 관련되고, 제습제의 평형상태 상대 습도는 공기의 상대 습도의 2 내지 5%이어야 하고, 바람직한 실시예에서는 공기의 상대 습도의 2% 내에 있어야 한다. 재농축되면, 액체 제습제는 외부 공기로부터의 습도를 제거하도록 공기조화기 내에서 재사용된다. 겨울철에 빌딩에서 나오는 공기 내의 습도 및 에너지 중 일부는 열과 습도를 흡수하는 제습제를 이용하여 재생시 내에서 회수된 다음, 유입되는 공기에 첨가하도록 공기조화기 내에서 재사용된다.
일 실시예에서, 공기조화기와 재생기는 모듈형으로 구성되고, 공기조화기와 재생기 내의 모듈은 동일하거나 또는 유사하지만 각 장치 내의 공기류에 적합하도록 변경된 치수를 가질 수 있다. 섹터를 포함하는 모듈 및 그 수용된 제습제 패드의 개수는 전체의 장치를 형성하는 작동 요건 및 기후에 적합하도록 변경될 수 있다. 공기조화기 내에 더 많은 모듈을 가진다면, 공기의 상대 습도가 공기조화기에 공급되는 제습제의 상대 습도에 더욱 근접하게 일치하게 한다. 재생기 내에 더 많은 모듈을 가진다면, 액체 제습제에 의해 얻어지는 상대 습도가 재생을 위해 이용되는 공기의 최대 상대 습도에 더욱 근접하게 도달하게 한다.
완전한 공기조화기의 일 실시예는 공기조화기; 제습제 재생기; 선택적으로, 가습 모드에서 작동될 때 시스템에 첨가되는 물의 용적을 수용하는 여분의 용량을 갖는 제습제 저장 장치; 및 시스템의 사용시에, 요구된 레벨로 시스템을 충전하는 충분한 액체 제습제를 구비한 시스템을 포함한다.
또한, 상기 장치 외부에서, 시스템의 실시예는 냉각 시즌에서 시스템으로부터 현열 및 잠열 에너지를 제거하는 냉각 유체원; 가열 시즌에서 외부 공기를 가열 및 가습하는 가열 유체원; 제습제로부터의 습기를 증발시키는 가열 유체원; 펌프 및 팬을 구동하고 제어부를 작동하는 전기 서플라이 또는 다른 동력; 및 요구될 때 가습을 제공하도록 대부분의 염(salts)을 제어하도록 처리되는 물원을 구비한다.
일 실시예에서, 외부 공기류를 냉각 및 탈습하는 방법은, 적어도 2가지 스테이지 각각에서 액체식 제습제 교환기(liquid desiccant exchangers)와 공기류를 접촉시키는 단계; 각각의 스테이지에서 공통 열전달 유체로 공급받는 외부 열교환원(external source of heat transfer)을 이용하여 교환기에 스테이지 각각을 위한 제습제의 온도를 외부적으로 조절하는 단계; 각각의 단계에서 공기 중의 습도가 제습제와의 접촉에 의해 감소되고 각각의 스테이지에서의 농도가 이전 스테이지 내의 상기 제습제의 농도와는 뚜렷하게 높도록, 제습제가 스테이지들 사이에서 공기류의 흐름에 대한 역류로 흐르게 하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 외부 공기류를 가열 및 가습하는 방법은, 희석된 액체 제습제 증발기와의 접촉에 대한 적어도 2가지 별개의 스테이지에서 공기류와 접촉하는 단계; 각각의 상기 스테이지 동안에, 각 스테이지에서 공통의 외부 가열원을 이용하여 증발기에 제습제를 외부적으로 가열하는 단계; 및 각 스테이지에서 공기의 습도가 희석된 제습제와의 접촉에 의해 증가되도록, 제습제가 스테이지들 사이에서 공기류의 흐름에 대한 역류로 흐르게 하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 액체 제습제를 재농축하는 방법은, 적어도 2가지 스테이지 각각에서 액체 제습제 증발기와 공기류를 접촉시키는 단계; 각 스테이지에서 공통의 가열 유체로 공급받는 외부 가열원을 이용하여 흡수기에 각각의 상기 스테이지에서 제습제를 외부적으로 가열하는 단계; 및 각 스테이지에서 제습제의 농도가 다른 스테이지에서의 제습제의 농도보다 뚜렷하게 높도록, 제습제가 스테이지들 사이에서 공기류의 흐름에 대한 역류로 흐르게 하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 열과 습기를 교환하는 장치로서, 상기 장치를 통해 강제된 공기류, 외부 에너지 유체원 및 액체 제습제 흐름 사이에서 열과 습기를 교환하는 장치는, 본질적으로 동일한 적어도 2개의 별개이지만 연결된 모듈을 포함하며, 각각의 모듈은, 액체 제습제를 공기와 접촉시키기 위한 흡수 장치/증발기; 상기 흡수 장치/증발기 위로 액체 제습제를 분포시키기 위한 액체 제습제 분배기; 상기 외부 에너지 유체원으로부터의 유체로 상기 액체 제습제를 냉각/가열하도록 상기 흡수 장치/증발기의 외부에 있는 열교환기; 상기 흡수 장치/증발기와 상기 열교환기 사이의 상기 액체 제습제를 재순환하도록 작동하는 펌프; 상기 흡수 장치/증발기를 통해 상기 공기류를 지향시키는 외측 쉘; 및 상기 흡수 장치/증발기 위로 분포된 상기 액체 제습제를 수집하도록 상기 흡수 장치/증발기 아래에 있는 섬프를 포함한다.
하기의 도면과 함께 제공된 하기의 실시예에 대한 특정한 설명으로부터, 개시된 실시예에 대한 관점, 특징 및 이점이 더욱 명백해질 수 있다.
도 1은 공기선도,
도 2는 공기조화 장치의 개략적인 측면도,
도 3은 제습제 재생 장치의 개략적인 측면도,
도 4는 도 2 또는 3의 장치의 하나의 섹터에 대한 평면도,
도 5 및 6은 도 3 및 4와 유사한 변형 실시예의 도면,
도 7은 제습제 저장기의 개략적인 측면도,
도 8은 변형된 제습제 저장기의 개략적인 측면도.
예시적인 실시예에 대한 하기의 상세한 설명 및 첨부한 도면을 참조하여 본 망법 및 장치의 각종 특징 및 이점에 대한 더 나은 이해가 얻어질 수 있다. 이들 도면이 고려되는 방법 및 장치에 대한 실시예를 도시하지만, 당업자에게 명백한 변형 또는 동등한 실시예를 배제하는 것으로 고려되지 않아야 한다.
도면, 우선 도 2 및 3을 참조하면, 참조부호 "1"로 전체적으로 나타낸 제1 장치("장치(1)"(Device 1)로 부름)는 유입되는 공기류(3)를 공조하는데 이용된다. 요약하면, 장치(1)는 유입되는 공기류를 냉각 및 탈습하는데 이용될 수 있다. 겨울철에, 장치(1)는 유입되는 공기류를 가온하고 가습하는데 이용될 수 있다. 참조부호 "2"로 전체적으로 나타낸 제2 장치("장치(2)"(Device 2)로 부름)는 공기류(4)를 이용하여 액체 제습제를 농축하는데 이용된다. 각각의 장치의 구조는 모듈형이며, 하나의 모듈(54, 55, 56, 58, 59 또는 60)이 매체 패드(21)를 갖는 공기 엔클로저(20), 모듈을 완성하는 열교환기(22)와 펌프(24)뿐만 아니라, 하나의 섹터를 함께 구성하는 제습제 분배기(23) 또는 제습제 수조 혹은 섬프(30)를 포함한다. 장치(1, 2)는 도 2 및 3에 상세하게 도시된 3개의 모듈로 도시된다. 장치(1)는 공기 흐름의 방향 차순으로 제1 모듈(54), 중간 모듈(55) 및 최종 모듈(56)을 포함한다. 장치(2)는 공기 흐름의 방향 차순으로 제1 모듈(58), 중간 모듈(59) 및 최종 모듈(60)을 포함한다. 다른 것과 독립적인 어느 장치는 중간 모듈(55, 59)이 없거나 또는 1개 이상의 중간 모듈을 가질 수 있으므로, 장치(1)와 장치(2) 각각에 총 2개만이 있거나 또는 총 3개 이상이 있을 수 있다. 모듈들 사이의 제습제 흐름은 도 2에 도시된 튜브(27)에 의해 영향을 받을 수 있다. 튜브(27)는 인접한 모듈의 섬프(30)들 사이에 스로틀된 흐름을 제공한다. 튜브(27)와는 변형적으로, 모듈들 사이의 제습제 흐름은 제습제 펌프(24)로부터 도 3에 도시한 바와 같이 다음의 섹터로의 측면 흐름과 같은 다른 수단에 의해 성취될 수 있으며, 그 위치에서 각 섹터 내의 제습제의 레벨은 제조시에 사용되는 재료가 대부분의 플라스틱과 같은 제습제에 저항성이 있다면 토일렛 플로트 밸브(toilet float valve)와 유사할 수 있는 장치(28)에 의해 제어된다.
도 5 및 6을 참조하면, 장치의 또 다른 실시예는 하기에 기술된 바를 제외하고는 도 3 및 4에 도시한 바와 동일하다. 동일한 참조부호가 동일한 구성요소를 위해 아용되고, 간결성을 위해 이들 구성요소에 대한 설명이 반복되지 않는다. 도 5 및 6에 도시한 장치에서, 다음의 섹터로 공급되는 측면 흐름은 열교환기(22)로부터의 출구에서 취해져서 도 5에 도시한 별개의 튜브를 통해 상류 패드(21)의 후행 측부로 전달된다. 각 섹터 내의 플로트(28)는 전술한 바와 같이 섬프(30) 내의 액체 레벨을 감지하고, 별개의 튜브 내의 그 섹터에 도입되는 흐름을 제어하는 밸브(29)를 작동시킨다. 동일한 섹터 내의 펌프(24)로부터 제습제를 패드(21) 상에 분포시키는 제습제 분배기(23) 내의 노즐은 인접한 섹터로부터의 측면 흐름이 공급되는 패드(21)의 후행 측부로 연장되지 않도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 공기조화기(장치(1))에서, 인접한 섹터 내에 덜 농축된 제습제와 혼합되기 전에, 더 많이 농축된 제습제가 공기를 탈습하는데 이용된다. 도 5 및 6의 구획 라인에 의해 패드(21) 상에 도시된 바와 같이 더욱 강한 제습제가 섬프(30)에 도달하기 전에 임의의 희석을 회피하도록, 패드(21)를 2개의 부분, 즉 메인 부분 및 후행 측부로 분리함으로써 또 다른 성능 개선이 얻어질 수 있다.
도 7은 컨테이너(40)를 포함하는 단일 컨테이너 저장기를 도시한다. 중간 밀도의 플로트(41)는 교반을 감소시켜서 더 많이 농축된 제습제로부터 더 많은 희석을 분리하는 기능을 한다. 액체 바디의 표면 상의 플로트(42)는 희석된 제습제(9)가 액체 바디의 상부에서 저장기로 전달되게 하고, 희석된 제습제(10)가 액체 바디의 상부에서 펌프(43)에 의해 저장기로부터 후퇴되게 한다. 가요성 튜브(49)는 플로트(42)가 구속 없이 승강하게 한다. 튜브는 농축된 제습제(11)를 저장기의 하부로 전달한다. 펌프(44)는 흐름(8)과 같이 컨테이너의 하부로부터 농축된 제습제를 후퇴시킨다. 중간 밀도의 플로트(41)에 부착된 선택적인 캘리브레이팅된 완드(calibrated wand)(47)는 컨테이너 내의 농축된 제습제의 양을 지시한다.
도 8은 하나의 컨테이너 내의 희석된 제습제를 다른 컨테이너 내의 농축된 제습제로부터 더욱 완전하게 분리하며, 도 7에 도시한 바와 같은 유사한 구성요소와 더불어, 희석된 제습제 컨테이너를 농축된 제습제 컨테이너와 연결하는 튜브(45)를 포함하는 2개의 컨테이너 저장기를 도시한다. 튜브(45)는 희석된 제습제 컨테이너의 하부에 연결되고, 가요성 튜브(49)에 의해 농축된 제습제 컨테이너 내의 중간 밀도의 플로트(41)에 부착되며, 도시한 바와 같이 중간 밀도의 플로트(41)의 상부를 통해 넓어짐으로써, 희석된 제습제가 필요하다면 농축된 제습제 컨테이너이지만, 플로트(41) 위로만 흐를 수 있다. 반대로, 플로트(41)의 밀도에 의해 설정된 임계값보다 많이 희석된 제습제만이 희석된 제습제 컨테이너로 다시 흐를 수 있는데, 그 이유는 그 컨테이너 내의 모든 제습제가 농축될 때 플로트(41)가 농축된 제습제 컨테이너 내에서 액체의 상부로 상승할 것이기 때문이다.
이에 따라, 단일 저장기 또는 2개의 저장기 혹은 다른 유사한 실시예는 장치(1 또는 2)로부터 흐름 9 또는 11을 수용하도록 이용될 수 있고, 장치(1 또는 2)로 흐름(8 또는 10)을 각각 리턴할 수 있다. 이로써, 장치(1, 2) 중 어느 것은 저장기 내에서 유용한 농축되거나 또는 희석된 제습제가 충분히 있다면 당분간은 독립적으로 작동할 수 있다.
도 1은 4개의 섹터를 각각 갖는 장치를 위한 높은 습기 제거에서 냉각 시즌 작동 모드에서의 공기류(3, 4)에서 발생하도록 야기되는 온도 및 습도 변경의 예를 공기선도로 도시한다. 단열 탈습 및 현열 냉각 라인은 전체의 총 프로세스에 대한 예시로서, 정확한 세부사항으로 프로세스를 모델링하도록 의도되지 않는다.
도 2에 도시한 바와 같이, 장치(1)에서, 우선 응축에 의해 공기류(3)로부터 습기를 부분적으로 제거하는 선택적인 냉각된 코일(36)을 통해, 그 다음 공기 입구(25)로부터 데미스터(demister)(26)를 선택적으로 수용할 수 있는 출구(39)로 기밀 방식으로 함께 연결된 장치의 섹터를 각각 포함하는 다수의 모듈을 통해 흐르도록 팬 또는 다른 공기 운동 장치(34)에 의해 주위 공기류(3)가 야기된다. 여기서, 입구(25)에 가장 근접한 섹터는 섹터(1)로 부르며, 도 2에 도시한 바와 같이 모듈(54) 내에 있다. 공기 운동 장치는 장치 내의 임의의 편리하고 효율적인 위치에 위치될 수 있거나 또는 양단부에 그에 연결될 수 있고, 공기류(3)가 공조된 공간으로 장치를 배출하게 한다. 장치의 각 모듈은 과도한 저항성 없이 공기를 통과하게 하는 매체 패드(21)(패드당 약 0.1 인치의 수위계 또는 25 최대 파스칼)를 수용한다. 각 패드는 공급 공기류(3)의 소정의 온도에 따라, 즉 장치가 냉각 또는 가열 모드에 있는지에 여부에 따라 제습제를 냉각 또는 가열하는 열교환기(22)를 통해 수조(30)로부터 펌프(24)에 의해 패드(21)로 펌핑되는 제습제를 갖는 분배 장치(23)에 의해 균등하게 습윤된다. 바람직한 실시예에서, 펌프(24)로부터의 흐름(7)은 장치 내에 사용되는 열교환기(22)를 위한 성능 데이터와, 다른 단락에서의 일반적인 가이드라인과 함께 결정되어야 한다.
냉각 유체(5)는 외부 공급원(51)으로부터 장치(1)로 공급되며, 재냉각을 위해 흐름(6)을 통해 그 소스로 복귀되거나 또는 일부 다른 목적을 위해 사용될 수 있다. 선택적인 코일(36)로의 냉각 유체는 동일한 소스에서 온 것일 수 있고, 열교환기로의 흐름 다음에, 병렬 또는 직렬로 흐를 수 있다. 바람직한 실시예에서, 열교환기(22)는 제습제에 저항성이 있는 재료로 제조된 판 열교환기이지만, 판 열교환기 이외의 다른 장치가 제습제를 냉각하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 냉각원(51)으로서 히트 펌프와 함께 장치가 사용될 때 냉매 또는 흡수 유체를 위해 사용된 바와 같은 열교환기의 제오-교환 루프(geo-exchange loop) 또는 다른 형태. 열교환기로 가는 유체(5)를 위한 일반적인 냉각원은, 소스 유체가 공조된 공간으로 소정의 공급 공기류(3)보다 차가운 9 ℉(5 ℃)이기만 하면, 예컨대 제오-교환 루프, 칠러로부터의 리턴 냉각수 스트림 또는 압축기로부터의 냉간 냉매일 수 있다.
장치(1)를 통한 제습제의 흐름은 섹터(1) 내의 펌프(24)의 출력부의 일부인 흐름(9)의 제거에 의해 야기된다. 제습제의 흐름(9)은 장치(1) 내의 제습제의 레벨에서 낙하를 야기한다. 장치(1)에서의 레벨이 사전설정된 레벨로 낙하하면, 플로트 스위치(들)(28)는 장치(1) 내로의 제습제(9)의 흐름을 모듈(56)로서 도 2에 도시된 섹터(1)로부터 가장 먼 섹터 내로 작동시킨다. 농축된 제습제(8)는 도 5 및 6을 기술할 때 상술된 바와 같은 모듈(56) 내의 패드의 후행 측부로 선택적으로 전달될 수 있다. 그 다음, 제습제는 튜브(27)를 통해 상술한 바와 같은 섹터 각각으로 또는 인접한 섹터 내의 레벨 제어기(28) 또는 상술된 다른 변형례에 의해 제어된 각각의 펌프(24)로부터의 부분적인 흐름에 의해 흐른다. 제1 섹터, 모듈(54) 외부의 흐름(9) 속도는 제습제 농도를 측정 및 제어하고, 제습제의 희석이 재생기, 장치(2)에 적합하도록 흐름을 증대 또는 감소시키는 메커니즘(37) 및 밸브(48)에 의해 결정된다. 메커니즘(37)을 이용하는 것에 변형적으로, 밸브(48)를 통한 소정의 흐름은 장치(1)를 통해 공기류(3)의 습도 변경으로부터 연산될 수 있다.
장치(2)의 바람직한 실시예에서, 공기류(3)의 입구로부터 멀어지게 대기로 배출되는 공기류(4)로서 공기 입구(29)로부터 출구(33)로 기밀 방식으로 함께 연결된 다수의 모듈형 섹터를 통해 흐르도록 팬 또는 다른 공기 운동 장치(32)에 의해 공기류(4)가 야기된다. 공기 운동 장치는 장치 내의 임의의 편리하고 효율적인 위치에 위치되거나 또는 공기류(4)가 장치를 통해 흐르게 하는 방식으로 양단부에서 장치에 연결될 수 있다. 대부분의 적용에서, 공기류(4)는 빌딩 배출 공기로부터 취해질 것인데, 그 이유는 이는 유용한 가장 낮은 습도비를 갖는 공기이므로, 제습제를 더욱 잘 농축할 것이기 때문이다. 공기류(4)는 열 회수 코일 또는 공기대공기 판 열교환기(air-to-air plate heat exchanger)(본원에 미도시, 표준 HVAC 실시임)에 의해 장치(2)에서 나오는 공기류(4)로부터의 현열을 이용하여 선택적으로 예열될 수 있다.
장치(2)는 선택적인 아이템(26, 36)이 생략되면 장치(1)와 본질적으로 동일하다. 장치(2) 내의 섹터의 작동은, 장치(1)에서 공기 상의 액체 제습제의 작용이 일반적으로 냉각 및 탈습하는 것이고, 장치(2)에서 공기를 가열 및 가습하므로 액체 제습제를 재응축하는 것임을 제외하고는 장치(1)와 본질적으로 동일하다.
장치(1, 2)에서, 펌프(24)는 수평방향 표면적의 1.5 내지 2 갤런/분/ft2(60-80L/분/m2)의 속도로 매체 패드 위에서 액체 제습제(7)의 흐름을 야기한다. 이는 초당 약 6 피트(2 m)의 수평방향 공기류(3, 4) 속도를 위한 만족스런 유량이다. 더욱 높은 공기류 속도가 소망되지만 초당 10 피트(3 m) 미만이면, 액체 유량(7)은 공기류 내로 이어질 수 있는 제습제의 액적 형성을 방지하도록 감소되어야 할 수 있다. 공기류의 가능 좋은 성능을 위해, 속도는 국부화된 캐리오버(carryover)를 방지하도록 패드의 면을 가능한 한 균일하게 가로질러야 한다. 매체 패드(21)의 상부 상의 제습제의 분포는 균일해야 하고, 이는 매체 패드 수평방향 표면을 가로질러 균일하게 이격된 20 내지 30 홀/ft2(200-300홀/m2)이 있도록 간격을 둔 구멍을 갖는 튜브 어레이로 구성된 분배기(23)에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 장치(23)가 단일 섹터를 위해 도 4에 도시되지만, 패드(21) 상에 균일하게 액체 제습제를 분포시키는 다른 수단이 이용될 수 있다.
장치(1 또는 2) 내의 매체 패드(21)의 재료는 제습제에 저항성이 있고 패드가 사용될 수 있는 온도에서 변형되지 않고 유지되어야 한다. 이러한 매체는, 증발성의 보다 냉각된 매체, 예컨대 스웨덴의 Kista의 Munters AB에 의한 CELDEK(등록상표)로 판매되는 것과, 이러한 매체의 보다 높은 온도 버전, 예컨대 Munters AB에 의한 GLASDEK(등록상표)로 판매되는 것과, 케미컬 타워에 이용된 바와 같이, 필요하다면 캘리포니아주, Agoura Hills의 Lantec Products Incorporated에 의해 판매되는 것일 수 있다.
장치(2) 내의 열교환기는, 장치(1)와 흐름(5)을 위해 기술된 바와 유사한 방식으로 각 섹터 내에서 액체 제습제를 가열하는 가열된 유체(15)의 흐름(도 3에 도시)을 수용한다. 가열 유체는 재가열 또는 일부 다른 목적을 위해 흐름(16)을 통해 외부 가열원(52)으로 리턴될 수 있다.
열교환기(22)와 섹터 엔클로저(20)의 외부면은 대부분의 HVAC 장치에서 양호한 바와 같이, 대기로의 열손실을 감소시키도록 절연되어야 한다. 절연은 일반적인 것으로서, 간결성과 명확성을 위해 달리 예시 또는 기술되지 않는다.
액체 제습제는 브롬화리튬 또는 염화리튬의 물 내의 농축된 용액, 또는 공기류와의 접촉 시에 낮은 상대 습도를 생성할 수 있는 2가지 또는 또 다른 액체 제습제의 혼합물일 수 있다. 브롬화리튬을 사용하면, 염화리튬의 사용보다 더 낮은 상대 습도가 공기류(3) 내에서 성취되게 하지만, 평형상태일 때 어느 것도 12%의 공기 내에서 상대 습도를 생성할 수 있다. 액체 제습제는 공기류(3)로부터의 습기를 특정적용을 위해 요구된 레벨로 제거하는데 적합해야 한다. 염화칼슘과 같은 다른 액체 제습제가 가능하지만, 일부 다른 것은 독성 및/또는 불충분한 온도 및 습도 범위에 대한 단점을 갖는다. 바람직한 제습제로 선택되는 염화리튬의 용액은 통상적인 농도/온도 범위에서 동결하지 않고, 시험된 모든 박테리아와, 중증급성호흡기증후군(SARS) 바이러스를 포함하는 바이러스에 유익한 살균성 작용을 갖는다. 또한, 장치(1)는 통상적인 에어 필터를 바이패스할 수 있는 미세 입자(fine particles), 화분(pollens) 및 포자(spores)를 위한 공기 세정 장치로서 기능한다. 공기로부터 제거된 재료는 제습제 내에서 세척되어, 펌프(24)로부터 열교환기(22)로의 재순환 라인(흐름(7)) 내의 카트리지 필터(31)에 의해 수집된다.
전체 장치의 바람직한 실시예에서, 장치(2)로부터의 농축된 제습제 흐름(11)은 도 7에 도시한 바와 같은 저장기로 흐르며, 그로부터 흐름(8)으로 요구될 때 장치(1)로 펌핑된다. 장치(1)로부터의 제습제 흐름(9)은 저장 장치의 상이한 부분으로 흐르고, 장치(2) 내에서 요구될 때 흐름(10)으로서 펌핑된다. 기술한 바와 같이, 요약된 작동에서, 장치(1)는 탈습기로서 작용하고 있고, 장치(2)는 재생기로서 작용하고 있고, 장치(1)로부터의 흐름은 희석된 제습제 용액이고 저장기의 상부로 전달된다. 장치(2)로부터의 흐름은 농축된 제습된 용액이고 저장기의 하부로 전달된다. 장치(1)로의 흐름(8)은 농축된 제습제 용액이고 저장기의 하부로부터 취해진다. 장치(2)로의 흐름(10)은 희석된 제습제 용액이고 저장기의 상부로부터 취해진다. 겨울철에, 장치(1)가 가습기로 작용하고 있을 때, 통상적으로 흐름(9)이 없는데, 그 이유는 흐름(12)으로서 첨가된 모든 물은 공기류(3) 내에서 증발하고, 그 후 소망된 바와 같이 공조된 공간 내로 통과한다. 장치(2)는 겨울철에 엔탈피 회수 장치로서 사용될 수 있으며, 그 경우 흐름(11)은 흐름(13)으로서 장치(1)로 직접 가도록 스위칭되고 흐름(9)은 흐름(10)으로서 장치(2)로 바로 간다. 작동 모드가 변경될 때 작동되는 T-밸브를 배관하여 표준 절차에 의해 스위칭이 성취되고, 여기서는 도시되지 않는다.
더욱 농축된 제습제는 제습제 저장기 내의 희석된 제습제로부터 분리 유지된다. 그러나, 변형 실시예에서, 제습제 저장기는 생략될 수 있고, 제습제 흐름(9)은 흐름(10)으로서 장치(2)로 바로 갈 수 있고, 제습제 흐름(11)은 각 섹터 내의 패드(21) 위로 그리고 열교환기(22)를 통해 제습제의 흐름을 유지하도록 요구됨에 따라 제습제의 최소 및 최대 작동 레벨이 각 장치의 각 섹터의 섬프(30) 내에서 유지된다.
흐름(11)을 증가 또는 감소시키는 것은 센서(35)를 통해 장치(2)로부터 또는 장치(2)로 들어가고 나오는 공기류(4)의 습도 차이로부터의 연산에 의해 제습제 농도를 제어한다. 이와 같은 센서(35)의 일 실시예에서, 장치(2)의 섹터(1) 내의 농축된 제습제의 일부는 패드(21)로부터 섬프(30) 내로 오버플로우하는 작은 수조 내로 흐른다. 이에 따라, 센서 수조 내의 제습제는 장치(2)에 의해 생성되는 대부분의 농축된 제습제의 샘플이다. 센서(35)는 제습제의 비중 및 그에 따른 농도를 판독하도록 캘리브레이팅되는 압력 감지 장치에 연결된 플로트와 같은 메커니즘을 수용한다. 밸브(50)는 공기류(3) 내에서 요구되는 상대 습도와, 가열원(15)의 온도와 일치하는 레벨로 제습제의 농도를 유지하는 연산에 의해 또는 센서(35)와 함께 작동한다.
장치(1)에서, 기술된 유사한 센서(37) 또는 연산 방법이 밸브(48)와 함께 이용되어 제습제 흐름(9)이 충분하게 희석되어 있는데, 그 이유는 저장기 및 장치(2)로의 제습제의 흐름이 재생기의 적절하고 경제적인 작동을 위해 희석되어야 하기 때문이다.
장치의 기능
공기류(3)가 장치(1)에 의해 탈습되도록 요구될 때에 정의되는 냉각/탈습 모드에서, 가열원 유체(5)는 냉각되고, 시스템이 작동할 때, 즉 펌프 및 공기 운동 장치가 상술한 바와 같이 기능하고 있을 때, 공기류(3)는 냉각되어 선택적인 냉각 코일(36)과의 접촉에 의해 부분적으로 탈습된 다음, 장치(1)의 제습제 모듈(54, 55, 56)을 통한 통로에 의해 탈습 및 냉각되고, 공간을 공조하는 요구된 적용으로 흐른다. 제습제 흐름(9)은 통상적으로 장치(1)가 공기로부터의 습도를 동시에 냉각 및 제거하기 위해 농축될 필요가 있을 것이다. 이러한 프로세스는 상술된 바와 같이 섹터 내의 제습제를 계속하여 희석하고, 희석된 제습제는 흐름(9)을 통해 장치(1)로부터 나온다.
장치(2)는 모듈(60)의 일부로서 도 3에 도시한 공기류 출구(33)에 가장 근접한 장치(2)의 섹터 내로 흐르는 흐름(10)을 통해 저장기로부터 또는 장치(1)로부터 직접 희석된 제습제를 수용한다. 제습제는 연결 튜브(27)를 통해 중력에 의해, 또는 장치(1)에 대해 기술된 바와 같이 인접한 섹터 내의 펌프(24)로부터의 부분적인 흐름에 의해 흐른다. 제습제가 (모듈(58)로서 도시된) 섹터(1)에 도달할 때, 농축된 제습제의 부분적인 흐름(11)은 저장 장치에 또는 장치(1)에 직접 펌프(24)에 의해 펌핑되고, 센서(35)에 의해 또는 연산에 의해 그리고 밸브(50)에 의해 제어된다.
각 장치의 섹터 각각 내의 공기의 온도 및 습도에 대한 변경이 도 1의 공기선도에 도시되며, 각 장치는 4개의 섹터를 포함하는 예를 도시한다. 장치(1)의 섹터(1)에서, 외부 공기류(3)는 냉각된 제습제에 의해 2가지 프로세스, 즉 단열 탈습 및 냉각의 조합을 받는다. 도 1에서의 각 섹터를 위한 2개의 라인(일정한 엔탈피에서 대각 라인으로 나타낸 단열 탈습과, 일정한 습도에서 수평 라인으로 나타낸 냉각)은 2가지 프로세스를 별개로 도시하지만, 제습제가 다른 섹터로 흐르는 속도에서 수회 펌프(24)에 의해 펌핑됨에 따라 거의 동시에 일어난다.
공기류의 탈습 및 냉각의 양은 그 섹터 내의 제습제의 증기압(그 농도의 함수), 및 그 모듈에서 열교환기(22)를 통해 제습제로 전달되는 열의 양에 의해 제한된다. 공기가 섹터(1) 내와 접촉하는 제습제는 다른 섹터를 이미 통과하므로, 상대적으로 희석되지만 섹터들 사이의 제습제의 흐름 속도는 공기류(3) 내의 습기의 일부를 제거하기에 충분히 제습제가 농축되도록 한다. 공기가 섹터(2)에 들어가서 섹터(1) 내에서보다 더 농축된 섹터(2)에 들어가는 제습제에 의해 동일한 방식으로 처리된다.
도 1에서, 95 ℉ (35 ℃)와 0.025 습도비(HR = 공기 질량당 습기의 질량)로부터 65 ℉ (18)와 0.004 HR의 공기류(3)의 공급 조건으로 외부 공기(3)를 처리하는 4개의 섹터가 도시된다. 본 예에서의 냉각 유체(5)는 약 60 ℉ (15.5 ℃)에 있고, 열교환기를 가로질러 대략 5 ℉ (3 ℃)의 온도차에 있다. 유입되는 제습제 흐름(8)은 공급 공기류(3)의 소망된 상대 습도를 생성하기에 충분히 농축되어야 한다. 장치를 설계할 때, 냉각 유체(5)의 온도 및 장치(1) 내의 열교환기(22)의 사이즈는 외부 공기류(3)로부터 요구되는 공급 공기류의 조건으로 최대 엔탈피를 제거하기에 충분하다.
또한, 장치(2) 내의 제습제의 재농축은 공기선도의 보다 높은 온도 부분에 대해 도 1에 도시된다. 공기류(4)는 전술한 바와 같이 선택적으로 예열된 다음, 열교환기(22)에 의해 가열된 제습제를 농축하기 위해 습도를 제거하는 장치(2)의 섹터(1)로 들어갈 수 있다.가열을 위한 수평 라인과, 단열 가습을 위한 동일한 엔탈피 라인이 도 1에 나타나 있지만, 양자의 프로세스는 실제로 거의 동시에 일어난다. 그 다음, 공기는 공기류의 방향으로 하류에 있는 모듈(59)로서 도 3에 도시된 장치(2)의 섹터(2)를 통과하며, 여기서 더욱 가열되어 제습제는 공기 내에서 증발에 의해 농축된다.
도 1에서, 장치(1, 2) 각각을 위해 번호순(도 2의 모듈(54, 55, 55, 56)과, 도 3의 모듈(58, 59, 59, 60)에 대응하는 섹터(1), 그 다음 섹터(2), 그 다음 섹터(3), 그 다음 섹터(4))으로 통과하는 4개의 섹터가 도시되어 있다. 제습제는 이미 기술한 바와 같이 공기의 반대방향으로 흐른다. 이전 기술한 바와 같이 작동 조건에 따라 2개 이상의 섹터가 있을 수 있다. 더 많은 희석된 제습제가 요구된 최대 탈습을 위해 충분하다면, 더 적은 섹터가 요구되는 반면, 매우 농축된 제습제를 위해 더 많은 섹터가 요구될 것이다. 또한, 각 섹터 내의 열교환기(22) 내의 제습제를 가열하는데 이용되는 가열 유체(15)의 온도는 필요한 섹터의 개수에 영향을 미친다. 기술된 다수 섹터 프로세스의 주요 이점은 칠러로부터 유용한 폐열, 태양열에 의한 물 및 고온수와 같은 저비용 열원으로부터 용이하게 유용한 비교적 낮은 온도를 이용하는 능력이며, 이 모두는 대략 130 내지 140 ℉(54 내지 60 ℃)에서 값싸게 유용하다.
빌딩 제어가 유입되는 공기의 가열을 필요로 하고 있을 때의 겨울철 모드에서의 작동은 제습제 농도를 변경하도록 장치(2)의 사용을 수반할 필요가 없지만, 장치(2)는 빌딩 배출 공기로부터 열 및 습도를 회수하는데 이용될 수 있다. 겨울철에, 유입되는 공기는 낮은 습도를 가져서 가습이 바람직하므로, 물(12)의 흐름에 의해 장치(1) 내로 성취될 수 있다. 이는 (모듈(56) 내의 최종 섹터에서 공기류(3)를 가습하는 지점으로 제습제를 희석한다. 이러한 환경 하에서 희석된 제습제로부터 물이 증발하기 때문에, 물 흐름(12)은 희석된 제습제 레벨을 유지하도록 모듈(56) 내의 레벨 센서(28)에 의해 필요에 따라 작동할 것이다. 장치(1)의 섹터(1) 내의 제습제는 부분적으로 희석되더라도 살생물제(biocide)로서 충분히 유효할 것이다. 제습제의 작용에 영향을 미치거나 또는 잔류물의 축적을 일으킬 수 있는 불순물을 제거하도록 물의 흐름(12)을 처리하는데 필요한 표준 수처리 플랜트(미도시)가 이용된다.
장치(2)를 이용하여 겨울철 모드에서의 열 및 습기 회수는 엔타피 런-어라운드 루프(enthalpy run-around loop)의 2가지의 부분으로서 장치(1)의 섹터(1) 및 장치(2)를 이용함으로써 성취될 수 있다. 이에 따라, 장치(2)는 여름철 모드에서와 같이 작동하지만, 흐름(15)으로부터 추가된 열 없이 차단된다. 제습제 흐름(10)은 여름철 모드에서와 같이 들어가서 제습제는 빌딩으로부터의 배출 공기에서의 열 및 습기를 얻는다. 제습제 흐름(11)은 장치(2)에서 나와 밸브(50)는 완전히 개방된다. 여름철 모드 작동으로부터의 차이는, 흐름(11)이 흐름(13)으로서 장치(1)의 섹터(1)로 가고, 패드(21) 위로 펌핑되어 외부 공기류(3)를 예열 및 예습하는 기능을 한다는 점이다.
여름철 모드와 겨울철 모드 간의 스위칭은 상기한 바와 같이 제습제(흐름(8))로부터 물(흐름(12))로 장치(1) 내로의 흐름을 변경함으로써 성취되고, 그 반대의 스위칭은 제습제로 다시 변경하고, 또한 장치(2)를 재작동하는 것을 수반한다. 겨울철 모드의 작동하여 제습제가 희석된 후에, 흐름(11)은 저장 장치로 가는 대신에 흐름(13)과 연결하도록 스위칭된다.
장치(1) 또는 장치(2)에서, 중력 공급형 튜브(27)가 이용되면, 제습제 레벨은 수조(30) 중 하나 이상 내의 편리한 위치에 위치될 수 있는 레벨 센서(28)에 따라 제습제 유입(8 또는 10)을 턴온 또는 턴오프함으로써 제어될 수 있다. 흐름의 작동은 펌프(43 또는 44)를 턴온함으로써, 또는 변형적으로 흐름(10 또는 8)을 야기하기에 충분한 압력이 있다면 펌프 대신에 플로우 밸브(미도시)를 개방함으로써 성취될 수 있다.
어느 장치에서, 펌핑된 제습제 흐름이 섹터들 사이에 이용되면, 레벨 제어부(28)는 레벨 제어부(28)가 저장기 내의 펌프(43 또는 44)를 제어하는 최종 섹터를 제외하고는 제습제의 유입을 직접 제어하는 기능을 하는 플로트 작동식 제어 밸브이다.
빌딩 내의 제어된 조건을 제공하기 위해 공기류의 냉각 또는 가열 및 탈습 또는 가습을 성취하도록 상술된 장치를 구성 및 작동할 수 있음이 당업자에게 알 수 있다.
전술한 설명이 당업자에게 최선의 모드가 되도록 고려되도록 제조 및 이용되게 하지만, 당업자는 본원의 특정 실시예, 방법 및 예에 대한 변형, 조합 및 동등물이 존재함을 이해할 것이다. 이에 따라, 본 발명은 상술된 실시예, 방법 및 예에 제한되는 것이 아니라, 본 개시내용의 사상 및 범위 내에서 모든 실시예 및 방법을 포함한다.
따라서, 본 발명의 범위는 전술한 명세서보다는 첨부한 특허청구범위에 의해 참조되어야 한다. 본 발명의 관점은 첨부한 특허청구범위 중 어느 2가지 이상의 특징에 대한 조합을 포함한다.

Claims (18)

  1. 열과 습기를 교환하는 방법에 있어서,
    적어도 2가지 스테이지 각각에서 액체식 제습제 교환기(liquid desiccant exchangers)와 공기류를 접촉시키는 단계;
    각각의 스테이지에서 공통 열전달 유체로 공급받는 외부 열교환원(external source of heat transfer)을 이용하여 상기 교환기에 상기 스테이지 각각을 위한 상기 제습제의 온도를 외부적으로 조절하는 단계;
    각각의 단계에서 공기 중의 습도가 상기 제습제와의 접촉에 의해 변경되고 각각의 스테이지에서의 농도가 이전 스테이지 내의 상기 제습제의 농도와는 별개로 상이하도록, 상기 제습제가 상기 스테이지들 사이에서 상기 공기류의 흐름에 대한 역류로 흐르게 하는 단계
    를 포함하는,
    열과 습기의 교환 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교환기는 흡수 장치이고; 상기 열과 습기의 교환은 상기 공기류를 냉각하고 탈습하는 단계를 포함하고; 상기 외부 열교환원은 상기 공통 열전달 유체가 냉각 유체인 냉각원이며; 상기 제습제의 온도를 조절하는 단계는 상기 제습제를 냉각하는 단계를 포함하는,
    열과 습기의 교환 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공기류의 성취된 온도와는 상이한 9℉ (5 ℃) 이하의 온도에서 냉각원으로부터 열전달하고, 상기 공기류가 22 Btu/lb (51 kJ/kg) 미만의 최종 엔탈피를 갖도록 열교환기를 통해 제습제의 흐름을 펌핑하는 단계를 더 포함하는,
    열과 습기의 교환 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    최종 공기류의 상대 습도가 상기 제습제의 온도와 평형 상태에 있는 공기류의 상대 습도와는 상이한 2% 이하가 되도록 제습제의 흐름을 조절하는 단계를 더 포함하는,
    열과 습기의 교환 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 공기류가 30% 미만의 최종 상대 습도를 갖게 하기에 충분히 농축되도록 재생기(regenerator)를 통해 제습제의 흐름을 조절하는 단계를 더 포함하는,
    열과 습기의 교환 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 교환기는 증발기이고, 상기 열과 습기의 교환은 상기 제습제의 수분 함유량을 감소시키는 단계를 포함하는,
    열과 습기의 교환 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제습제는, 상기 제습제를 위한 포화 농도의 3% 이내의 최종 상대 습도를 갖는,
    열과 습기의 교환 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 가열원은 주위 공기 온도와는 상이한 40 ℉ (22 ℃) 이하인,
    열과 습기의 교환 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 방법에 의해 제조된 농축된 제습제와 접촉하는 공기류의 평형상태 상대 습도는 유입되는 공기류의 상대 습도보다 2% 이하인,
    열과 습기의 교환 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 교환기는 증발기이고; 상기 열과 습기의 교환은 상기 공기류를 가온하고 가습하는 단계를 포함하고; 상기 외부 열전달원은 상기 공통 열전달 유체가 가열 유체인 가열원이며; 상기 제습제의 온도를 조절하는 단계는 상기 제습제를 가열하는 단계를 포함하는,
    열과 습기의 교환 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 외부의 가열원은 상기 공기류의 최대 온도 이상인 20 ℉ (11 ℃) 이하인,
    열과 습기의 교환 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    가열되고 가습된 공기류는 공조된 공간(conditioned space)으로 공급되고, 상기 가열 및 가습하는 방법에서 재사용을 위해 상기 공조된 공간으로부터의 배출 공기류로부터 열과 습기를 회수하는 단계를 더 포함하는,
    열과 습기의 교환 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 공기류는 적어도 25%의 최종 상대 습도를 갖는,
    열과 습기의 교환 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 공기류를 접촉하는 단계와 상기 제습제를 냉각하는 단계 사이의 각각의 스테이지 내에서 상기 제습제를 재순환시키는 단계를 더 포함하며,
    각각의 유체 흐름의 레이놀즈 수가 300 이상이 되도록 냉각 열교환기를 통한 유량인,
    열과 습기의 교환 방법.
  15. 열과 습기를 교환하는 장치로서, 상기 장치를 통해 강제된 공기류, 외부 에너지 유체원 및 액체 제습제 흐름 사이에서 열과 습기를 교환하는 장치에 있어서,
    상기 장치는, 본질적으로 동일한 적어도 2개의 별개이지만 연결된 모듈을 포함하고,
    각각의 모듈은,
    액체 제습제를 공기와 접촉시키기 위한 흡수 장치/증발기;
    상기 흡수 장치/증발기 위로 액체 제습제를 분포시키기 위한 액체 제습제 분배기;
    상기 외부 에너지 유체원으로부터의 유체로 상기 액체 제습제를 냉각/가열하도록 상기 흡수 장치/증발기의 외부에 있는 열교환기;
    상기 흡수 장치/증발기와 상기 열교환기 사이의 상기 액체 제습제를 재순환하도록 작동하는 펌프;
    상기 흡수 장치/증발기를 통해 상기 공기류를 지향시키는 외측 쉘; 및
    상기 흡수 장치/증발기 위로 분포된 상기 액체 제습제를 수집하도록 상기 흡수 장치/증발기 아래에 있는 섬프
    를 포함하는,
    열과 습기의 교환 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    액체 제습제가 인접한 모듈들 사이에서 흐르게 하는 덕트 또는 펌프와, 제1 모듈로부터의 액체 제습제를 제거하도록 작동가능한 펌프와, 최종 모듈에 액체 제습제를 공급하도록 작동가능한 펌프와, 상기 공기류가 상기 제1 모듈로부터 상기 최종 모듈로의 방향으로 흐르게 하도록 작동가능한 임펠러를 더 포함하는,
    열과 습기의 교환 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    제2 장치를 더 포함하며,
    상기 펌프들은 상기 액체 제습제가 제1 장치의 제1 모듈로부터 제2 장치의 최종 모듈로 그리고 상기 제2 장치의 제1 모듈로부터 상기 제1 장치의 최종 모듈로 흐르게 하도록 작동가능한,
    열과 습기의 교환 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 모듈들은 다수의 모듈을 통해 기밀성 흐름 및 액밀성 제습제 흐름에 연결됨으로써 상이한 외부 설계 조건 및 상이한 외부 가열 및 냉각 유체 온도를 수용하도록 모듈들의 개수가 증가 또는 감소될 수 있는,
    열과 습기의 교환 장치.
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