KR20180065571A - 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기의 습도와 온도를 알맞게 조절하기 위한 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 멤브레인 제습 모듈은 베이스부와, 다수의 멤브레인 줄기체를 포함한다. 베이스부는 공기가 유동하는 덕트에 결합된다. 다수의 멤브레인 줄기체는 베이스부의 일면으로부터 각각 돌출되어 공기의 유동방향을 따라 배열되고, 공기의 유동에 의해 자유롭게 휘어지면서 공기 중에 포함된 수분만 선택적으로 흡수한다. 본 발명에 따른 멤브레인 제습 모듈을 이용한 히트 펌프는 상기 멤브레인 제습 모듈과, 진공펌프와, 냉각기를 포함한다. 진공펌프는 멤브레인 제습 모듈에 흡수된 수분을 외부로 배출시킨다. 냉각기는 멤브레인 제습 모듈을 통과한 공기를 냉각시킨다.

Description

멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프{Membrane dehumidification module and heat pump using it}
본 발명은 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기의 습도와 온도를 알맞게 조절하기 위한 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프에 관한 것이다.
최근 전 세계적으로 연료비의 상승과 온실가스 배출문제가 대두되면서, 에너지 절약을 위해 다양한 방법이 모색되고 있다. 그와 관련하여 여름철 피크전력 상승으로 인한 전력예비율 급감으로 인해 정부에서는 대형건물의 여름철 실내온도를 규제하여 냉방부하 절감에 의한 에너지 절약방안을 강력히 추진하고 있다. 이로 인해, 대형 상점, 관공서 등에서 고객 및 근무자의 불만이 증대하고 있지만 이를 해결할 수 있는 근본적인 대책은 미흡한 실정이다.
실내공조는 제습, 제진, 온도 유지 등의 기능을 한다. 특히, 같은 온도라고 하더라도 습도가 낮으면 인간이 느끼는 불쾌지수는 상당히 낮아지게 된다. 따라서, 실내온도 규제 하에서 실내공기의 습도를 낮출 수 있다면 위의 문제는 상당 부분 해결될 수 있다.
그러나 현재 공기의 습도와 온도를 낮추기 위한 제습 냉방장치(통상 에어컨)는 냉매를 압축(온도 및 압력 상승)하는 압축기, 냉매의 엔탈피를 낮추는 응축기(냉매의 액화), 증발기(냉매의 기화) 등의 다양한 장치들이 필요하고, 특히 냉매를 압축하는 과정에서 다량의 전기에너지가 소모되며, 냉매를 응축하고 증발시키는 과정에서 온도차로 인해 응축수가 발생한다는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0119655호(2013.11.01. 공개 공고, 발명의 명칭 : 제습 시스템 및 그 시스템의 작동방법)
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에너지를 절약할 수 있고, 응축수가 발생하지 않으며, 공기의 유동이 원활한 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 멤브레인 제습 모듈은, 공기가 유동하는 덕트에 결합되는 베이스부; 및 상기 베이스부의 일면으로부터 각각 돌출되어 공기의 유동방향을 따라 배열되고, 공기의 유동에 의해 자유롭게 휘어지면서 공기 중에 포함된 수분만 선택적으로 흡수하는 다수의 멤브레인 줄기체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 멤브레인 제습 모듈에 있어서, 상기 다수의 멤브레인 줄기체는, 공기와 접촉되는 외측부와, 내부에 형성된 중공부와, 상기 외측부와 접촉된 공기 중에 포함된 수분만 상기 중공부로 전달하는 다수의 물분자 이동경로를 구비하고, 상기 물분자 이동경로는, 다수의 친수성 나노입자들이 서로 결합되어 구성될 수 있다.
본 발명의 멤브레인 제습 모듈에 있어서, 상기 베이스부는, 상기 중공부와 연통되는 공동유로를 구비하고, 상기 중공부에 흡수된 수분이 상기 공동유로에 모아질 수 있다.
본 발명의 멤브레인 제습 모듈에 있어서, 상기 베이스부의 일면은, 상기 공기가 유입되는 덕트의 입구와 인접한 제1영역과, 상기 공기가 배출되는 덕트의 출구와 인접한 제2영역으로 구획되고, 상기 다수의 멤브레인 줄기체는, 상기 제1영역에 배열되는 제1줄기체 군과, 상기 제2영역에 배열되는 제2줄기체 군으로 구성되며, 상기 제1줄기체 군의 단위면적당 배치밀도가 상기 제2줄기체 군의 단위면적당 배치밀도보다 높게 구성될 수 있다.
본 발명의 멤브레인 제습 모듈에 있어서, 상기 베이스부의 일면은, 상기 공기의 유동방향과 교차하는 가상의 제1열과, 상기 가상의 제1열로부터 이격되어 상기 가상의 제1열과 평행한 제2열로 구분되고, 상기 다수의 멤브레인 줄기체는, 상기 가상의 제1열에 일정간격으로 배열되는 제1줄기체 열과, 상기 가상의 제2열에 일정간격으로 배열되는 제2줄기체 열로 구성되며, 상기 제1줄기체 열에 배열된 멤브레인 줄기체 사이에 상기 제2줄기체 열에 배열된 멤브레인 줄기체가 존재하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 멤브레인 제습 모듈은, 공기가 유동하는 덕트에 결합되는 베이스부; 상기 베이스부의 일면으로부터 각각 돌출되어 공기의 유동방향을 따라 높이가 순차적으로 낮아지게 배열되는 다수의 지지필러; 및 상기 다수의 지지필러의 단부에 각각 결합되어 공기의 유동에 의해 자유롭게 휘어지면서 공기 중에 포함된 수분만 선택적으로 흡수하는 다수의 멤브레인 줄기체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 멤브레인 제습 모듈에 있어서, 상기 다수의 멤브레인 줄기체는, 공기와 접촉되는 외측부와, 내부에 형성된 중공부와, 상기 외측부와 접촉된 공기 중에 포함된 수분만 상기 중공부로 전달하는 다수의 물분자 이동경로를 구비하고, 상기 물분자 이동경로는, 다수의 친수성 나노입자들이 서로 결합되어 구성될 수 있다.
본 발명의 멤브레인 제습 모듈에 있어서, 상기 베이스부는, 내부를 관통하는 공동유로를 구비하고, 상기 다수의 지지필러는, 상기 중공부와 상기 공동유로를 연결하는 연결유로를 구비하며, 상기 중공부에 흡수된 수분이 상기 연결유로를 거쳐 상기 공동유로에 모아질 수 있다.
본 발명의 멤브레인 제습 모듈에 있어서, 상기 베이스부의 일면은, 상기 공기가 유입되는 덕트의 입구와 인접한 제1영역과, 상기 공기가 배출되는 덕트의 출구와 인접한 제2영역으로 구획되고, 상기 다수의 지지펄러는, 상기 제1영역에 배열되는 제1지지필러 군과, 상기 제2영역에 배열되는 제2지지필러 군으로 구성되며, 상기 제1지지필러 군의 단위면적당 배치밀도가 상기 제2지지필러 군의 단위면적당 배치밀도보다 높게 구성될 수 있다.
본 발명의 멤브레인 제습 모듈에 있어서, 상기 베이스부의 일면은, 상기 공기의 유동방향과 교차하는 가상의 제1열과, 상기 가상의 제1열로부터 이격되어 상기 가상의 제1열과 평행한 제2열로 구분되고, 상기 다수의 지지필러는, 상기 가상의 제1열에 일정간격으로 배열되는 제1지지필러 열과, 상기 가상의 제2열에 일정간격으로 배열되는 제2지지필러 열로 구성되며, 상기 제1지지필러 열에 배열된 지지필러 사이에 상기 제2지지필러 열에 배열된 지지필러가 존재하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 멤브레인 제습 모듈을 이용한 히트 펌프는, 본 발명에 따른 멤브레인 제습 모듈; 상기 멤브레인 제습 모듈에 흡수된 수분을 외부로 배출시키는 진공펌프; 및 상기 멤브레인 제습 모듈을 통과한 공기를 냉각시키는 냉각기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프에 따르면, 풍속이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 공기 접촉 면적을 극대화하여 제습 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프에 따르면, 제1줄기체 열에 배열된 멤브레인 줄기체 사이에 제2줄기체 열에 배열된 멤브레인 줄기체가 존재하도록 배치함으로써, 제습 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프에 따르면, 공기의 습도 변화에 따라 멤브레인 줄기체의 배치밀도를 다르게 함으로써, 제습 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프에 따르면, 멤브레인 줄기체들이 서로 꼬여 제 기능을 못하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프에 따르면, 냉매에 의한 환경오염을 방지할 수 있고, 전기에너지를 절약할 수 있으며, 응축수에 의한 장비 부식 등을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈이 덕트에 설치된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 멤브레인 줄기체의 단면을 확대하여 나타낸 도면이고,
도 3은 도 1의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 멤브레인 줄기체의 고정 여부에 따른 공기 유동 상의 차이점을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 도 1의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 베이스부에 형성된 공동유로를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 도 1의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 다수의 멤브레인 줄기체의 배치 형태를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 도 1의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 다수의 멤브레인 줄기체의 배치밀도 차이를 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈이 덕트에 설치된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 8은 도 7의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 지지필러의 높이가 순차적으로 낮아지지 않으면 발생되는 문제점을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 도 7의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 베이스부에 형성된 공동유로를 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 도 7의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 다수의 지지필러의 배치 형태를 설명하기 위한 도면이고,
도 11은 도 7의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 다수의 지지필러의 배치밀도 차이를 설명하기 위한 도면이고,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈을 이용한 히트 펌프를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명과 관련하여 공지된 기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 공지된 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈이 덕트에 설치된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 멤브레인 줄기체의 단면을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 멤브레인 줄기체의 고정 여부에 따른 공기 유동 상의 차이점을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 1의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 베이스부에 형성된 공동유로를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 1의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 다수의 멤브레인 줄기체의 배치 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 1의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 다수의 멤브레인 줄기체의 배치밀도 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈(100)은 공기(미도시)의 습도와 온도를 알맞게 조절하기 위한 것으로서, 베이스부(110)와, 다수의 멤브레인 줄기체(120)를 포함한다.
상기 베이스부(110)는 공기가 유동하는 덕트(D)에 결합된다. 베이스부(110)가 공기 유동을 방해하지 않도록 베이스부(110)는 공기의 유동방향(F)과 나란하게 덕트(D)의 일면으로부터 함몰되게 결합되어 덕트(D)의 내부 공간으로 돌출되지 않도록 설치하는 것이 바람직하다.
상기 다수의 멤브레인 줄기체(120)는 덕트(D)의 내부 공간과 마주보는 베이스부(110)의 일면으로부터 각각 돌출되어 공기의 유동방향(F)을 따라 배열되고, 공기의 유동에 의해 자유롭게 휘어지면서 공기 중에 포함된 수분(W)만 선택적으로 흡수한다.
다수의 멤브레인 줄기체(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 공기와 접촉되는 외측부(121)와, 내부에 형성된 중공부(122)와, 외측부(121)와 접촉된 공기 중에 포함된 수분(W)만 중공부(122)로 전달하는 다수의 물분자 이동경로(123)를 구비하고, 물분자 이동경로(123)는 다수의 친수성 나노입자(123a)들이 서로 결합되어 구성된다.
다수의 멤브레인 줄기체(120)의 재질은 특별히 한정되지 않으나, 얇은 실과 같은 멤브레인 줄기체(120)를 제조하는 과정에서 여기에 포함된 친수성 나노입자(123a)가 물분자 이동경로(123)를 용이하게 형성할 수 있는 재질이 바람직하다. 구체적으로는 폴리머나 테프론 계열의 재료로 멤브레인 줄기체(120)를 제작할 수 있다.
멤브레인 줄기체(120)의 직경은 덕트(D)의 내부 직경에 따라 수 mm에서 수 cm까지 다양한 직경으로 제작될 수 있으며, 필요에 따라 멤브레인 줄기체(120)의 직경을 서로 다르게 적용할 수도 있다. 여기서 베이스부(110)의 내부에는 도 4에 도시된 바와 같이 중공부(122)와 연통되는 공동유로(111)가 구비되는데, 중공부(122)에 흡수된 수분(W)을 공동유로(111)로, 즉 한군데로 모아 배출하는 것이 설비 측면에서 유리하다.
다수의 멤브레인 줄기체(120)는 도 3의 우측에 도시된 바와 같이 마치 칫솔에 속이 빈 수많은 칫솔모들이 미역처럼 공기의 유동에 따라 구부러지고 흐늘거리면서 공기 중에 포함된 수분(W)만 선택적으로 흡수한다.
만약, 도 3의 좌측에 도시된 바와 같이 다수의 멤브레인 줄기체(120)가 공기의 유동에 의해 자유롭게 휘어지지 않는, 즉 고정된 형태라면, 공기가 다수의 멤브레인 줄기체(120)에 부딪쳐 풍속이 상대적으로 느려지게 된다. 왜냐하면, 덕트(D) 내에 흐르는 공기가 멤브레인 줄기체(120)에 막혀 일차적으로 정체되고, 장애물로 작용하는 멤브레인 줄기체(120)로부터 발생되는 와류들에 의해 이차적으로 정체되기 때문이다. 참고로, 선박에서는 이러한 와류에 의한 저항을 줄이기 위해 유선형 구조를 하고 있다.
이에 반해, 본 실시예에 따른 다수의 멤브레인 줄기체(120)는 공기의 유동에 의해 자유롭게 휘어지므로, 덕트(D) 내에 흐르는 공기가 멤브레인 줄기체(120)에 막히지 않고 멤브레인 줄기체(120)의 모양이 변형되면서 생성된 임시 공간 사이로 신속하게 빠져나갈 수 있고, 공기의 유동에 따라 멤브레인 줄기체(120)가 유연하게 반응하면서 와류 발생이 상대적으로 감소되므로 풍속이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 같은 시간에 보다 많은 양의 공기를 처리할 수 있는 것이다.
또한, 도 3의 좌측에 도시된 바와 같이 다수의 멤브레인 줄기체(120)가 고정된 형태인 경우, 공기가 접촉되는 면적은 여타 조건에 관계없이 일정하다. 반면, 도 3의 우측에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 다수의 멤브레인 줄기체(120)는 공기의 유동에 따라 전후좌우로 불규칙적으로 움직이기 때문에, 공기가 멤브레인 줄기체(120)에 접촉되는 빈도 또는 확률이 상대적으로 높아진다. 공기가 접촉되는 면적이 상대적으로 넓어지는 효과가 있는 것이다. 제습 효율도 그만큼 높아질 수 있다.
공기가 멤브레인 줄기체(120)에 접촉될 수 있는 확률을 더 높이기 위해 다수의 멤브레인 줄기체(120)의 배치 형태를 다음과 같이 할 수 있다. 도 5를 참조하면, 베이스부(110)의 일면은 공기의 유동방향(F)과 교차하는 가상의 제1열(R1)과, 가상의 제1열(R1)로부터 이격되어 가상의 제1열(R1)과 평행한 제2열(R2)로 구분되고, 다수의 멤브레인 줄기체(120)는 가상의 제1열(R1)에 일정간격으로 배열되는 제1줄기체 열(120R1)과, 가상의 제2열(R2)에 일정간격으로 배열되는 제2줄기체 열(120R2)로 구성되며, 제1줄기체 열(120R1)에 배열된 멤브레인 줄기체(120) 사이에 제2줄기체 열(120R2)에 배열된 멤브레인 줄기체(120)가 존재하도록 배치된다.
이는 공기가 임의의 열에 존재하는 멤브레인 줄기체 열을 통과하면, 그 다음 열에 존재하는 멤브레인 줄기체 열과 반드시 접촉되도록 하기 위함으로, 이렇게 하면 공기가 접촉되는 면적이 커져 제습 효율을 향상시킬 수 있다.
제습 효율을 높이기 위한 또 다른 방법으로서, 다수의 멤브레인 줄기체(120)의 배치밀도에 차이를 줄 수 있다. 도 6을 참조하면, 베이스부(110)의 일면은 공기가 유입되는 덕트(D)의 입구와 인접한 제1영역(A1)과, 공기가 배출되는 덕트(D)의 출구와 인접한 제2영역(A2)으로 구획되고, 다수의 멤브레인 줄기체(120)는 제1영역(A1)에 배열되는 제1줄기체 군(120A1)과, 제2영역(A2)에 배열되는 제2줄기체 군(120A2)으로 구성되며, 제1줄기체 군(120A1)의 단위면적당 배치밀도가 제2줄기체 군(120A2)의 단위면적당 배치밀도보다 높게 구성된다.
이는 상대적으로 습도가 높은 제1영역(A1)은 멤브레인 줄기체(120)의 배치밀도를 높게 하고, 상대적으로 습도가 낮은 제2영역(A2)은 멤브레인 줄기체(120)의 배치밀도를 낮게 하여 한정된 멤브레인 줄기체(120)의 개수로 보다 높은 제습 효율을 달성하기 위함이다.
지금부터는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈(200)에 대하여 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈(200)에 대하여 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈(100)과 동일한 구성은 동일한 도면 부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈이 덕트에 설치된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 지지필러의 높이가 순차적으로 낮아지지 않으면 발생되는 문제점을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 7의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 베이스부에 형성된 공동유로를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 7의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 다수의 지지필러의 배치 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 도 7의 멤브레인 제습 모듈에 포함된 다수의 지지필러의 배치밀도 차이를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예와 다른 실시예의 차이점은 지지필러(220)의 유무이다. 도 7 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈(200)은 베이스부(210)와, 다수의 지지필러(220)와, 다수의 멤브레인 줄기체(230)를 포함한다.
상기 베이스부(210)는 일 실시예와 동일한 구성으로서, 일 실시예와 마찬가지로 도 9에 도시된 바와 같이 베이스부(210)에는 내부를 관통하는 공동유로(211)가 형성되고, 다수의 지지필러(220)는 중공부(232)와 공동유로(211)를 서로 연결하는 연결유로(221)가 구비되며, 중공부(232)에 흡수된 수분(W)이 연결유로(221)를 거쳐 공동유로(211)에 모아진다.
상기 다수의 지지필러(220)는 베이스부(210)의 일면으로부터 각각 돌출되어 공기의 유동방향(F)을 따라 높이가 순차적으로 낮아지게 배열되고, 상기 다수의 멤브레인 줄기체(230)는 다수의 지지필러(220)의 단부에 각각 결합되어 공기의 유동에 의해 자유롭게 휘어지면서 공기 중에 포함된 수분(W)만 선택적으로 흡수한다.
만약, 지지필러(220)의 높이가 공기의 유동방향(F)을 따라 순차적으로 낮아지지 않고, 지지필러(220)의 높이가 도 8의 좌측에 도시된 바와 같이 동일하거나 도 8의 우측에 도시된 바와 같이 공기의 유동방향(F)을 따라 순차적으로 높아지면, 다수의 멤브레인 줄기체(230)가 공기의 유동에 의해 서로 겹쳐져 꼬이면서 제 기능을 하지 못하게 된다.
따라서, 다수의 지지필러(220)의 높이를 도 7과 같이 공기의 유동방향(F)을 따라 순차적으로 낮아지게 하여, 여기에 결합되는 멤브레인 줄기체(230)들이 덕트(D) 내에서 서로 중첩되지 않고 덕트(D)의 상부에서 하부까지 차례대로 배열되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈(200)도 일 실시예와 마찬가지로, 공기가 멤브레인 줄기체(230)에 접촉될 수 있는 확률이 높아지도록 구성할 수 있다. 도 10을 참조하면, 베이스부(210)의 일면은 공기의 유동방향(F)과 교차하는 가상의 제1열(R1')과, 가상의 제1열(R1')로부터 이격되어 가상의 제1열(R1')과 평행한 제2열(R2')로 구분되고, 다수의 지지필러(220)는 가상의 제1열(R1')에 일정간격으로 배열되는 제1지지필러 열(220R1)과, 가상의 제2열(R2')에 일정간격으로 배열되는 제2지지필러 열(220R2)로 구성되며, 제1지지필러 열(220R1)에 배열된 지지필러(220) 사이에 제2지지필러 열(220R2)에 배열된 지지필러(220)가 존재하도록 구성할 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이 베이스부(210)의 일면은 공기가 유입되는 덕트(D)의 입구와 인접한 제1영역(A1')과, 공기가 배출되는 덕트(D)의 출구와 인접한 제2영역(A2')으로 구획되고, 다수의 지지펄러(220)는 제1영역(A1')에 배열되는 제1지지필러 군(220A1)과, 제2영역(A2')에 배열되는 제2지지필러 군(220A2)으로 구성되며, 제1지지필러 군(220A1)의 단위면적당 배치밀도가 제2지지필러 군(220A2)의 단위면적당 배치밀도보다 높게 구성할 수 있다. 이를 통해, 일 실시예와 마찬가지의 효과들을 얻을 수 있다.
지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈을 이용한 히트 펌프(1000)에 대하여 설명한다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈을 이용한 히트 펌프를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈을 이용한 히트 펌프(1000)는 멤브레인 제습 모듈(100, 200)과, 진공펌프(300)와, 냉각기(400)를 포함한다.
상기 멤브레인 제습 모듈(100, 200)은 전도, 복사, 대류와 같은 종래의 열 전달(heat transfer)을 통해 공기의 습도를 낮추는 것이 아니라, 흡수, 추출, 증류 등과 같은 물질 전달(mass transfer)을 통해 공기 중의 습도를 낮춘다. 즉, 공기 중의 물분자(W)가 물분자 이동경로(233)를 매개로 덕트(D)의 내부 공간에서 멤브레인 줄기체(230)의 중공부(232)로 이동됨으로써, 공기의 습도가 낮아지는 것이다.
종래의 제습 과정은 습한 공기가 팬의 구동에 의해 유입되어 증발기의 표면과 접촉하면서 냉각되고, 이때 응축수(이슬)로 변환되면서 제습이 이루어졌다. 또한, 공기와 열 교환하면서 기화된 냉매를 압축하여 냉각시키는 과정에서 다량의 전기에너지가 소모되었다.
이와는 반대로, 본 발명에 따른 멤브레인 제습 모듈을 이용한 히트 펌프(1000)는 물질 전달 방식으로 제습을 한다. 즉, 냉매가 필요없고, 냉매 순환 과정에서 수행되는 압축 및 응축 과정도 필요없다. 냉매에 의한 환경오염을 방지할 수 있고, 전기에너지를 절약할 수 있는 것이다. 또한, 응축수가 발생하지 않기 때문에 응축수에 의한 장비 부식을 방지할 수 있고, 별도의 응축수 처리 설비를 갖추지 않아도 되므로 설비 절감의 장점이 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프는, 다수의 멤브레인 줄기체가 공기의 유동에 의해 자유롭게 휘어져 공기 중에 포함된 수분만 선택적으로 흡수함으로써, 풍속이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 다수의 멤브레인 줄기체가 공기의 유동에 따라 전후좌우로 불규칙적으로 움직여 공기가 접촉되는 면적이 커짐으로써, 제습 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프는, 제1줄기체 열에 배열된 멤브레인 줄기체 사이에 제2줄기체 열에 배열된 멤브레인 줄기체가 존재하도록 배치함으로써, 제습 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프는, 공기의 습도 변화에 따라 멤브레인 줄기체의 배치밀도를 다르게 함으로써, 제습 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프는, 다수의 지지필러의 높이를 공기의 유동방향을 따라 순차적으로 낮아지게 하여, 멤브레인 줄기체들이 서로 꼬여 제 기능을 못하는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 멤브레인 제습 모듈 및 이를 이용한 히트 펌프는, 물질 전달 방식으로 제습을 함으로써, 냉매에 의한 환경오염을 방지할 수 있고, 전기에너지를 절약할 수 있으며, 응축수에 의한 장비 부식 등을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈
110 : 베이스부
120 : 다수의 멤브레인 줄기체
D : 덕트
F : 공기의 유동방향
W : 수분
1000 : 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인 제습 모듈을 이용한 히트 펌프
300 : 진공펌프
400 : 냉각기

Claims (11)

  1. 공기가 유동하는 덕트에 결합되는 베이스부; 및
    상기 베이스부의 일면으로부터 각각 돌출되어 공기의 유동방향을 따라 배열되고, 공기의 유동에 의해 자유롭게 휘어지면서 공기 중에 포함된 수분만 선택적으로 흡수하는 다수의 멤브레인 줄기체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 제습 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 멤브레인 줄기체는, 공기와 접촉되는 외측부와, 내부에 형성된 중공부와, 상기 외측부와 접촉된 공기 중에 포함된 수분만 상기 중공부로 전달하는 다수의 물분자 이동경로를 구비하고,
    상기 물분자 이동경로는, 다수의 친수성 나노입자들이 서로 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 제습 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베이스부는, 상기 중공부와 연통되는 공동유로를 구비하고,
    상기 중공부에 흡수된 수분이 상기 공동유로에 모아지는 것을 특징으로 하는 멤브레인 제습 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부의 일면은, 상기 공기가 유입되는 덕트의 입구와 인접한 제1영역과, 상기 공기가 배출되는 덕트의 출구와 인접한 제2영역으로 구획되고,
    상기 다수의 멤브레인 줄기체는, 상기 제1영역에 배열되는 제1줄기체 군과, 상기 제2영역에 배열되는 제2줄기체 군으로 구성되며,
    상기 제1줄기체 군의 단위면적당 배치밀도가 상기 제2줄기체 군의 단위면적당 배치밀도보다 높은 것을 특징으로 하는 멤브레인 제습 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부의 일면은, 상기 공기의 유동방향과 교차하는 가상의 제1열과, 상기 가상의 제1열로부터 이격되어 상기 가상의 제1열과 평행한 제2열로 구분되고,
    상기 다수의 멤브레인 줄기체는, 상기 가상의 제1열에 일정간격으로 배열되는 제1줄기체 열과, 상기 가상의 제2열에 일정간격으로 배열되는 제2줄기체 열로 구성되며,
    상기 제1줄기체 열에 배열된 멤브레인 줄기체 사이에 상기 제2줄기체 열에 배열된 멤브레인 줄기체가 존재하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 제습 모듈.
  6. 공기가 유동하는 덕트에 결합되는 베이스부;
    상기 베이스부의 일면으로부터 각각 돌출되어 공기의 유동방향을 따라 높이가 순차적으로 낮아지게 배열되는 다수의 지지필러; 및
    상기 다수의 지지필러의 단부에 각각 결합되어 공기의 유동에 의해 자유롭게 휘어지면서 공기 중에 포함된 수분만 선택적으로 흡수하는 다수의 멤브레인 줄기체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 제습 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다수의 멤브레인 줄기체는, 공기와 접촉되는 외측부와, 내부에 형성된 중공부와, 상기 외측부와 접촉된 공기 중에 포함된 수분만 상기 중공부로 전달하는 다수의 물분자 이동경로를 구비하고,
    상기 물분자 이동경로는, 다수의 친수성 나노입자들이 서로 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 제습 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 베이스부는, 내부를 관통하는 공동유로를 구비하고,
    상기 다수의 지지필러는, 상기 중공부와 상기 공동유로를 연결하는 연결유로를 구비하며,
    상기 중공부에 흡수된 수분이 상기 연결유로를 거쳐 상기 공동유로에 모아지는 것을 특징으로 하는 멤브레인 제습 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 베이스부의 일면은, 상기 공기가 유입되는 덕트의 입구와 인접한 제1영역과, 상기 공기가 배출되는 덕트의 출구와 인접한 제2영역으로 구획되고,
    상기 다수의 지지펄러는, 상기 제1영역에 배열되는 제1지지필러 군과, 상기 제2영역에 배열되는 제2지지필러 군으로 구성되며,
    상기 제1지지필러 군의 단위면적당 배치밀도가 상기 제2지지필러 군의 단위면적당 배치밀도보다 높은 것을 특징으로 하는 멤브레인 제습 모듈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 베이스부의 일면은, 상기 공기의 유동방향과 교차하는 가상의 제1열과, 상기 가상의 제1열로부터 이격되어 상기 가상의 제1열과 평행한 제2열로 구분되고,
    상기 다수의 지지필러는, 상기 가상의 제1열에 일정간격으로 배열되는 제1지지필러 열과, 상기 가상의 제2열에 일정간격으로 배열되는 제2지지필러 열로 구성되며,
    상기 제1지지필러 열에 배열된 지지필러 사이에 상기 제2지지필러 열에 배열된 지지필러가 존재하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 제습 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 멤브레인 제습 모듈;
    상기 멤브레인 제습 모듈에 흡수된 수분을 외부로 배출시키는 진공펌프; 및
    상기 멤브레인 제습 모듈을 통과한 공기를 냉각시키는 냉각기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 히트 펌프.
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