KR20190053969A - 차동 밸브 면적을 갖는 가열 제습 펌프 - Google Patents

차동 밸브 면적을 갖는 가열 제습 펌프 Download PDF

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Abstract

내부 환경으로부터 외부 환경으로 습기를 제거하기 위한 제습 펌프를 포함하는 시스템이 제공된다. 제습 펌프는 히터, 히트 스프레더 및 건조제를 포함하고, 챔버를 형성하는 하우징을 포함하며, 건조제는 히터가 오프일 때 가열 챔버 내의 수증기를 선택적으로 흡착시키고 히터가 온일 때 가열 챔버 내로 수증기를 탈착시킨다. 밸브 조립체는 하우징 내에 유지되며, 흡착 위치와 탈착 위치 사이에서 전환 가능하다. 흡착 위치는 수증기가 내부 환경으로부터 가열 챔버로 선택적으로 전달되도록 한다. 탈착 위치는 수증기가 외부 환경으로의 전달을 위해 가열 챔버로부터 전달되도록 한다. 흡착 및 탈착 포트는 비대칭 흡착 및 탈착 면적을 가질 수 있다.

Description

차동 밸브 면적을 갖는 가열 제습 펌프
우선권 주장
본 특허 출원은 2016년 10월 7일자 출원된 "차동 밸브 면적을 갖는 가열 제습 펌프"라는 명칭의 미국 가출원 제62/405,475호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다.
기술분야
개괄적으로, 본 개시는 인클로저 내의 습기 감소에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은 인클로저 내의 습기를 감소시키기 위한 히터를 갖는 제습 펌프에 관한 것이다.
많은 물품들이 과도한 습기로 인한 손상되기 쉽다. 본원에 사용된 용어 "습기"는 주변 분위기로부터 액체 형태 또는 증기 형태로 확산되거나 응축된 물을 지칭하도록 의도된 것이다. 예를 들어, 과도한 습기로 인해 전기 및 전자 제품이 파손되거나 변경될 수 있다. 유사하게, 열 순환을 겪는 밀봉된 구성 요소, 예를 들어 하우징에 포함된 구성 요소는 습기와 관련된 문제의 영향을 받기 쉽다. 원치않는 습기에 취약한 인클로저의 예는 예를 들어, 자동차 헤드 램프 장치, 폐쇄형 하우징에 포함된 전자 장치 및 인클로저 내의 열원의 온/오프 사이클링이 습기 축적을 초래하는 기타 시스템을 포함한다.
이러한 인클로저로부터 습기를 제거하는 한 가지 수단은 인클로저를 가로지르거나 통과하는 더 큰 공기 유동을 제공하는 것이다. 그러나 구성 요소가 밀폐된 하우징 내에 있을 경우 적절한 통풍을 제공하기 어려울 수 있으며, 이 경우 통풍구 크기를 증가시킨 것과 같은 습기 감소에 대한 전통적인 접근 방식은 인클로저 오염과 같은 문제를 악화시킬 수 있다.
인클로저에서 습기를 관리하는 다른 수단은 인클로저 내에 건조제 또는 건조 촉진제를 배치하는 것이다. 본 명세서에서 "건조 촉진제" 또는 "건조제"라는 용어는 공기로부터 수증기를 흡착하여 밀폐된 용기에서 공기 중의 습기를 감소시킬 수 있는 물질을 의미한다.
그러나, 건조제는 습기를 흡착할 수 있는 용량이 제한되어 있으며 흡착된 습기를 "재생"하거나 제거하여 인클로저에서 공기 중의 습기를 제거하는 수단으로 계속 동작하는 것이 필요하다.
인클로저 내의 습기를 관리하는 다른 수단은 공기가 흡착 사이클 중에 가열 챔버 내의 폐쇄 공간으로부터 건조제로 전달되고, 탈착 사이클 중에 외부 환경으로 증발되는 제습 펌프에 의한 것이다. 그러나, 기존의 제습 펌프는 점점 커져가는 장치에 의지하지 않고 밀폐된 공간에서 습기를 포착할 수 있는 속도로 제한된다.
일부 양태는 환경으로부터 습기를 제거하기 위한 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다. 예를 들어, 일부 실시예는 비대칭 흡착 및 탈착 포트를 위한 차동 밸브 면적을 갖는 제습 펌프 및 관련 사용 및 제조 방법에 관한 것이다.
일부 실시예는 히터를 내장하는 제1 챔버를 형성하는 하우징을 포함하는 장치로서, 챔버 내로 적어도 하나의 흡착 포트가 구비되고 챔버 내에서 흡착 포트(들)에 근접하게 건조제가 배치된 장치에 관한 것이다. 제1 챔버는 가열 챔버로 지칭될 수 있다. 히터는 가열 챔버 내에 유지되고 가열 챔버를 가열하도록 구성된다. 밸브 조립체가 하우징 내에 위치되고, 흡착 위치와 탈착 위치 사이에서 전환 가능하며, 흡착 위치에서 밸브 조립체는 가열 챔버 내로 수증기의 전달을 위해 가열 챔버 내로 흡착 포트(들)를 개방하며, 탈착 위치에서, 밸브 조립체는 흡착 포트(들)를 밀봉하고 상기 가열 챔버 외부로 수증기의 전달을 위해 하우징의 일부와 밸브 어셈블리 사이에 형성된 탈착 포트를 개방하는 것을 특징으로 한다.
일부 실시예에서, 흡착 포트 및 탈착 포트는 각각 흡착 영역 및 탈착 영역을 형성하고, 흡착 영역은 탈착 영역보다 더 넓어서 차동 밸브 면적을 제공한다. 특정 실시예에서, 흡착 포트(들)는 하우징 내에 병렬 세트로 배열된 복수의 개구를 포함하고, 각 개구는 밸브 조립체의 이동 방향에 수직으로 배열된다. 따라서, 흡착 포트는 흡착 영역을 형성하기 위해 하우징 내에 복수의 개구를 포함한다. 각각의 개구는 탈착 포트의 폭과 대략 동일한 밸브 조립체의 이동 방향으로의 폭을 가진다. 밸브 조립체는, 밸브 조립체가 흡착 위치에 있을 때 흡착 포트 개구와 정렬되도록 배열된 복수의 개구와, 밸브 조립체가 탈착 위치에 있을 때 흡착 포트 개구와 정렬되어 흡착 포트 개구를 차단하도록 상기 개구 사이에 배열된 복수의 차단 영역을 구비한, 밸브 조립체를 포함한다. 탈착 포트는 복수의 흡착 개구의 각각의 개구의 폭과 대략 동일한 폭을 갖는다. 복수의 흡착 개구의 각각의 개구의 폭은 바람직하게는 밸브 조립체의 각 차단 영역의 대응하는 폭보다 작거나 같다.
일부 실시예에서, 흡착 포트는 건조제에 근접하고 실질적으로 건조제에 평행 한 하우징의 벽에 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하우징은 내부에 보이드를 포함할 수 있고, 개구(들)는 건조제의 표면에 평행하게 건조제로부터 보이드를 가로질러 위치될 수 있다. 하우징이 원통형 배럴인 경우, 건조제는 역시 실질적으로 원통형일 수 있고 하우징 내부에 배치되고 보이드에 의해 하우징으로부터 분리될 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징의 벽은 건조제를 적어도 부분적으로 둘러싸고, 일정 거리, 즉 하우징의 벽과 건조제 사이의 공기 흐름을 허용하는 거리만큼 건조제로부터 제거된다. 일부 실시예에서, 밸브 조립체는 하우징 내측으로 하우징 내부에 슬라이딩 가능하게 장착된 밸브 조립체를 포함하고, 상기 밸브 조립체는 흡착 위치에서 탈착 포트를 덮도록 작동 가능하고, 탈착 위치에서 적어도 하나의 흡착 포트를 덮도록 작동 가능하다.
일부 실시예는 탈착 포트와 자체를 덮는 멤브레인을 갖는 배출 포트 사이에 형성된 응축 챔버라 불리는 제2 챔버를 포함할 수 있다. 상기 멤브레인은 수증기 투과성이고 수액 불투과성일 수 있다. 밸브 조립체는 흡착 위치와 탈착 위치 사이에서 전환 가능하며, 흡착 위치에서 밸브 조립체는 탈착 포트 커버로 가열 챔버와 응축 챔버 사이의 탈착 포트를 밀봉하고 수증기를 가열 챔버로 전달하도록 가열 챔버 내로 흡착 포트를 개방하며, 탈착 위치에서 밸브 조립체는 흡착 포트 커버로 흡착 포트를 밀봉하고 수증기를 가열 챔버 외부로 전달하도록 가열 챔버와 응축 챔버 사이의 탈착 포트를 개방한다.
또 다른 실시예에 관련된 장치는 가열 챔버 및 응축 챔버를 형성하는 하우징; 배출 포트를 덮는 멤브레인; 가열 챔버 내에 배치된 건조제; 가열 챔버 내에 유지되며 상기 가열 챔버를 가열하도록 구성된 히터; 및 하우징에 의해 유지되고, 상기 가열 챔버 내에 위치된 포트 커버 프레임을 포함하는 밸브 조립체를 포함한다. 하우징은 가열 챔버 내로의 흡착 포트, 가열 챔버와 응축 챔버 사이의 탈착 포트 및 응축 챔버 외부로의 배출 포트를 가진다. 멤브레인은 수증기 투과성이며 수액 불투과성이다. 밸브 조립체는 밸브 조립체가 포트 커버 프레임으로 가열 챔버와 응축 챔버 사이의 탈착 포트를 밀봉하고 가열 챔버로의 수증기 전달을 위해 가열 챔버 내로 흡착 포트를 개방하는 흡착 위치와, 밸브 조립체가 포트 커버 프레임으로 흡착 포트를 밀봉하고, 수증기를 가열 챔버 외부로 전달하도록 가열 챔버와 응축 챔버 사이의 탈착 포트를 개방하는 탈착 위치 사이에서 전환 가능하다.
다수의 실시예가 개시되었지만, 본 발명의 또 다른 실시예는 본 발명의 예시적인 실시예를 예시하고 설명하는 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 분명해질 것이다. 따라서, 도면 및 상세한 설명은 본질적으로 예시적인 것이며 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다.
도 1은 일부 실시예에 따른 제습 펌프를 포함하는 시스템의 사시도이다.
도 2a는 일부 실시예에 따른 탈착 구성의 제습 펌프의 제1 예의 절개된 측면도이다.
도 2b는 도 2a의 제습 펌프의 측면도이다.
도 3a는 흡착 구성의 도 2a 및 도 2b의 제습 펌프의 절개된 측면도이다.
도 3b는 도 3a의 제습 펌프의 측면도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 탈착 구성의 제습 펌프의 제2 예의 절개된 측면도이다.
도 5는 흡착 구성의 도 4의 제습 펌프의 절개된 측면도이다.
도 6은 탈착 구성의 도 2~3의 제습 펌프의 작동을 예시한 절개된 측면도이다.
도 7a는 탈착 구성의 도 4~5의 제습 펌프의 탈착 동작의 제1 부분을 예시하는 절개된 측면도이다.
도 7b는 탈착 구성의 도 4~5의 제습 펌프의 탈착 동작의 제2 부분을 예시하는 절개된 측면도이다.
도 8은 일부 실시예에 따른 탈착 구성의 제습 펌프의 제3 예의 작동을 예시하는 절개된 측면도이다.
도 9 및 도 10은 일부 실시예에 따라 차동 밸브 면적이 없는 제습 펌프에 비해 차동 밸브 면적을 갖는 제습 펌프의 테스트 데이터의 개략도이다.
도 1은 인클로저를 형성하고 내부 환경(16)으로부터 외부 환경(14)을 분리하는 인클로저 하우징(12)을 포함하는 시스템(10)의 사시도이다. "외부" 및 "내부"는 인클로저 하우징(12)의 상대 공간을 기술하는 데 사용되는 용어로, 예컨대 인클로저 하우징의 대향 측면 상에 있는 공간이다. 도 1에 예시된 바와 같이, 시스템(10)은 엔클로져 하우징(12)에 의해 유지되고 외부 및 내부 환경(14, 16)과 연통되는 제습 펌프(20)를 포함한다.
일부 실시예에서, 전구와 같은 가열 소스(미도시)가 내부 환경(16)에 위치된다. 시스템(10)은 헤드 램프와 같은 자동차 응용에 사용되며, 헤드 램프에서 가열 소스는 자동차 응용의 요구 사항에 따라 사이클이 켜지거나 꺼진다. 제습 펌프(20)를 위한 다른 가능한 응용은 다양한 전자 인클로저를 포함한다. 일례로, 전자 인클로저는 순환되는 가열 소스로서 기능하는 전자 부품을 가진다. 헤드 램프 또는 다른 가열 소스이든, 가열 소스의 순환은 습기(18)(예를 들어, 공기 중의 습기 또는 수증기)가 시스템(10)의 내부 환경(16)에 축적되도록 한다. 습기의 존재는 시스템(10)의 내부 환경(16)에 노출된 가열 소스 또는 다른 부품, 특히 전기 또는 전자 부품의 가용 수명을 감소시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 제습 펌프(20)는 인클로저 하우징(12)에 인접하여 위치되고 외부 환경(14) 및 내부 환경(16)에 노출된다. 제습 펌프(20)는 습기(18)를 내부 환경(16)으로부터 외부 환경(14)으로 유도한다. 도시된 바와 같이, 제습 펌프(20)는 다양한 형상이 고려되지만 원통형 부분을 갖는 회전 대칭 형상을 가진다.
하우징(22)은 인클로저 하우징(12)과 함께 기밀, 방습 및 방수 밀봉 중 적어도 하나를 선택적으로 형성한다. 일부 실시예에서, 제습 펌프(20)는 습기(18)를 내부 환경(16)으로부터 하우징(22) 내부의 하나 이상의 챔버로 유도하고, 습기(18)를 하나 이상의 챔버로부터 외부 환경(14)으로 유도한다. 이러한 방식으로, 제습 펌프(20)는 내부 환경(16)으로부터 습기(18)의 제거를 가능케 하여 시스템(10)의 내부 환경(16)에 노출된 가열 소스 또는 다른 구성 요소의 사용 수명을 연장시킨다.
도 2a는 일부 실시예에 따른 탈착 구성의 제습 펌프(20)의 절개된 측면도이다. 여기에 기술된 모든 구성 요소는 부분 절단도로 도시된다. 제습 펌프(20)는 밸브 조립체(24)를 수용하는 하우징(22)을 포함한다. 밸브 조립체(24)는 하우징(22)에 인접하게 배치된 차단 부재 및 차단 부재를 액추에이터(34)에 기계적으로 연결하기 위한 임의의 적절한 연결부를 포함한다. 하우징(28) 내측으로는 히터(26)와 열적으로 연결된 히트 스프레더(28)에 인접하게 건조제(30)를 수용하는 챔버(32)를 포함한다. 이것은 히트 스프레더(28)를 히터(26)와 건조제(30)와 접촉되게 배치한다. 히터(26), 히트 스프레더(28), 건조제(30) 및 밸브 조립체(24)의 조립체는 액추에이터(34)에 의해 하우징(40)의 제1 단부(46)의 내부면(36)에 대해 가압되고, 스프링(38)에 의해 하우징의 제2 단부(48)에 대해 가압된다. 액추에이터(34)는 하우징(22) 내부로 밸브 조립체를 이동시키도록 작동 가능하다. 도시된 바와 같이, 액추에이터(34)는 작동시 히터(26), 히트 스프레더(28), 건조제(30) 및 밸브 조립체(24)의 전체 조립체를 이동시키지만, 실제로, 액추에이터는 예를 들어 밸브 조립체(24)만으로, 제습 펌프(20)의 내부 구성 요소 중 몇 개와 기계적으로 결합될 수 있다.
하우징(22)은 습기를 수용 또는 전달하기 위한 하나 이상의 챔버를 형성한다. 도 2a 및 도 2b에 예시된 바와 같이, 하우징(22)은 챔버(32)를 형성한다. 작동시, 수증기는 챔버(32)(예를 들어, 폐쇄된 것으로 도시된 흡착 포트 또는 포트들(42)를 통해) 내로 선택적으로 전달되고, 다시, 개방된 것으로 도시된 탈착 포트(44)를 통해 챔버(32)로부터 외부로 전달된다. 특정 실시예에서, 챔버(32)는 원통형이고, 건조제(30)는 방열기(28)의 외부면 상에 챔버를 향해 외향으로 하우징(22)의 내벽을 향하여 배치된다. 챔버(32)는 건조제(30)를 둘러싸서 챔버 내의 공기와 건조제(30) 사이의 습기 전달을 제공하는 보이드를 형성한다. 챔버(32)로부터 탈착 포트(44) 외부로 전달되는 증기는 대체로 탈착 개구(52)를 통해 방해받지 않고 외부 환경(14)으로 통과한다. 특정 실시예에서, 증기 중 작은 일부는 탈착 포트(44)를 돌출시켜 외부 물체 및 외부 습기의 침입을 방지하거나 완화시키는 개구(52) 내부의 표면 상에 응축될 수 있다. 개괄적으로, "탈착 포트"는 챔버(32)와 외부 환경(14) 사이의 공기 유동을 차단하기 위해 밸브 조립체(24)가 이동하는 영역을 말한다. 탈착 포트(44)는 추가의 부피의 공기(예를 들어, 개구(52))에 의해 외부 환경(14)으로부터 분리될 수 있거나; 외부 환경에 직접 연결될 수 있다.
하우징(22)은 대체로 하나 이상의 직경을 갖는 원통형으로 형성된다. 하우징(22)은 선택적으로 전도체(미도시)를 수용하기 위한 하나 이상의 개구부(미도시)를 포함한다. 전도체는 전력을 하우징(22)의 내부로, 예컨대 히터(26)로 전달할 수 있게 한다. 특정 실시예에서, 밸브 조립체(24)와 하우징(22)은 모두 실린더의 형태일 수 있고, 밸브 조립체(24)가 하우징에 내장될 수 있다.
일부 실시예에 따른 제습 펌프(20)는 건조제(30)(부분적으로 절단하여 도시 됨), 히터(26) 및 히트 스프레더(28)(부분적으로 절단하여 도시됨)를 포함한다. 제습 펌프(20)는 대체로 제습 펌프(20)로 들어가는 공기로부터 습기를 제거하고 그 습기를 제습 펌프(20)를 빠져 나가는 공기로 되돌려주도록 작동한다. 건조제(30)는 일반적으로 가열되지 않을 때 챔버(32) 내의 공기로부터 수증기를 흡착하도록 구성된다. 건조제 형태의 비제한적인 예는 스크림 상에 접착된 비드, 고체 태블릿(예, 흡착제 + 결합제를 갖는), 천(예, 니트, 직포 또는 부직포), 건조제 물질 플러스 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)(예, 실리카겔 충전된 PTFE), 또는 유연한 건조제 층, 예컨대 건조제 물질을 함유한 유연한 PTFE를 포함하지만, 이것이 한정되지 않는다. 임의의 특정 형상으로 제한되지는 않으나, 건조제(30)는 원통형으로 형성되는 것으로 예시된다.
예시된 실시예에서, 히터(26)는 건조제(30)를 가열하기 위해 열을 히트 스프레더(28)로 유도한다. 히터(26)는 하우징(22)의 하나 이상의 개구를 통해 위치되고 히터에 작동적으로 결합된 전도체를 통해 선택적으로 전력이 공급된다. 히터(26)의 비제한적인 예는 포지티브 열 계수(PTC) 히터이다. 일부 실시예에서, PTC 히터는 자체 제어식이다. 도시된 바와 같이, 히트 스프레더(28)는 히터에 의해 생성된 열을 수용하도록 히터(26)에 인접하게 위치된다. 도시된 바와 같이, 히트 스프레더(28)는 다른 열 전달 모드(예를 들어, 복사)가 허용되지만 히터(26)와 열적으로 결합되도록 히터(26)와 전도적으로 접촉한다. 히터(26)는 히트 스프레더(28)에 고정될 수 있다. 도시된 바와 같이, 히터(26)는 히트 스프레더(28)에 인접하고 액추에이터(34)에 인접하게 위치된다. 도시된 바와 같이, 히트 스프레더(28)의 대체로 원통형인 부분은 건조제(30)와 전도적으로 접촉된다. 일부 실시예에서, 히트 스프레더(28)는 예를 들어 커넥터(미도시)에 의해 건조제(30)와 기계적으로 연결된다. 일부 다른 실시예에서, 건조제(30)는 히트 스프레더(28)에 접착될 수 있거나, 히트 스프레더 주위에 예를 들어 신장되거나 형성되는 등, 끼워질 수 있다. 히터(26)는 AC 또는 DC 전류에 의해 전력 공급될 수 있다. 많은 응용에서, DC 전류는 히터(26)의 소스로서 용이하게 이용 가능하다. 히터(26)는 응용례에서 이용 가능한 전압을 끌어 내기 위해 선택될 수 있다. 사용 가능한 전압으로 작동하도록 히터를 선택하면 전체 시스템 비용을 줄일 수 있다. 특정 실시예에서, 한정되는 것은 아니지만 자동차, 컴퓨터 시스템, 조명 및 전자 인클로저를 포함하는 광범위한 어레이 응용에서, DC 전압은 2V~80V, 예를 들어 2V~24V 또는 10V~16V 일 수 있다.
히터(26)는 선택적으로 전력을 공급 받아 열을 발생시킬 수 있다. 열의 일부는 공기(예컨대, 대류를 통해) 또는 다른 구성 요소를 통해 방산될 수 있지만, 일반적으로 발생된 열의 상당 부분이 히트 스프레드(28)로 흡수된다. 히트 스프레드(28)의 열의 적어도 일부는 흡착제(30)에 흡착된다(예, 전도를 통해). 건조체(30)에 흡착된 수증기는 예를 들어 열 펌프(20)가 탈착 구성일 때에 가열되어 건조제(30)로부터 챔버(32) 내의 공기로 방출된다. 히터(26)에 전력이 공급되지 않을 때(즉, 흡착 구성에서), 건조제(30)가 충분히 냉각되면, 건조제(30)는 공기 중의 수증기를 흡착한다.
작동시, 제습 펌프(20)는 흡착 구성 및 탈착 구성 사이에서 전환 가능하다. 도 2a 및 도 2b는 탈착 구성을 보여주는데, 여기서 흡착 포트(42)(여기서는 다중 흡착 개구로 도시됨)가 밸브 조립체(24)에 의해 차단되고 탈착 포트(44)가 하우징(22)의 제1 단부(46)와 밸브 조립체(24) 사이에서 개방되도록 밸브 조립체(24)가 탈착 위치에 배치된다. 이 탈착 위치는 챔버(32)와 외부(14) 사이의 공기 흐름을 허용하면서 내부(16)와 챔버(32) 사이의 공기 흐름을 차단한다. 제습 펌프(20)는 히터(26)가 히트 스프레더(28) 및 건조제(30)를 능동적으로 가열할 때 일반적으로 탈착 구성으로 존재하여, 건조제(30)에 함유된 수분이 건조제로부터 기화되어 탈착 포트(44)를 통해 제습 펌프(20)를 빠져 나가도록 허용된다.
제습 펌프(20)는 하우징(22)의 제1 단부(46)의 내부면(36)을 가압하는 액추에이터(34)에 의해 탈착 구성으로 유지될 수 있다. 다양한 실시예에서, 액추에이터(36)는 온도에 반응하는 열 기계적 액츄에이터이다. 일부 실시예에서, 액추에이터(36)는 상 변화 재료, 예컨대 상 변화 구동체를 포함한다. 본원에서 사용된 상 변화 물질은 예를 들어 상 변화 물질이 가열에 반응하여 팽창하고 냉각에 응답하여 수축하도록 온도에 따라 팽창 또는 수축한다. 상 변화 물질의 비제한적인 예는 왁스(예, 파라핀 왁스), 바이메탈 요소 및 니티놀을 포함한다. 액추에이터(36)는 밸브 조립체(24)와 기계적으로 연결되어, 액추에이터가 팽창 및 수축할 때, 밸브 조립체는 흡착 및 탈착 위치 사이를 이동할 수 있다.
제습 펌프(20)는 소정 시간, 즉 건조제로부터 습기를 제거하기에 충분한 탈착 또는 재생 시간 동안 탈착 구성으로 유지될 수 있다. 탈착 또는 재생 시간은 비교적 빠른 과정이다. 건조제(30)의 능동적 가열은 건조제로부터 습기를 제거하여 건조제를 재생하며, 챔버(32)의 가열은 제습 펌프(20)로부터 습기를 상대적으로 신속하게 운반하는데 도움이 되는 강한 대류 공기 흐름을 유발한다. 열-구동된 대류로 인해, 탈착 포트(44)는 제습 펌프(20)가 습기를 배출하는 능력을 손상시키지 않고 비교적 작은 면적을 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 탈착 또는 재생은 건조제를 95 ℃ 이상인 탈착 온도로 가열함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 탈착 온도는 약 110 ℃ 내지 약 135 ℃의 범위일 수 있거나; 약 105 ℃ 내지 약 150 ℃의 범위일 수 있다.
일단 건조제가 전형적으로 10-30 분 후에 충분히 재생되면, 임의의 추가 시간 가열은 전력 및 열을 낭비한다. 또한, 밸브 조립체(24)는 탈착 구성에 있을 때 보호된 인클로저의 내부(16)와 챔버(32) 사이의 접근을 방지하도록 배치되기 때문에, 탈착(재생) 기간 동안 습기 감소 기능이 없다. 따라서, 흡착 시간과 비교하여 상대적으로 짧은 시간 동안 챔버(32)를 가열하는 것이 바람직하다.
도 2b는 탈착 구성의 도 2a의 제습 펌프(20)를 측면 사시도(외부)로 도시한다. 도시된 바와 같이, 밸브 조립체(24)는 탈착 위치로 하강되어 탈착 개구(52)를 통해 보이는 탈착 포트(44)를 개방한다. 흡착 포트(42)는 밸브 조립체(24)에 의해 폐쇄된다.
도 3a는 흡착 구성에 있는 것으로 예시된 도 2a의 제습 펌프(20)의 절개된 측면도이다. 흡착 구성은 밸브 조립체(24)가 하우징(22) 내의 흡착 위치에 위치되어 흡착 포트(42)(여기서는 다중 흡착 개구로 도시됨)가 방해받지 않는 반면 탈착 포트(44)가 폐쇄된다는 점에서 탈착 구성과 다르다. 제습 펌프(20)는 예를 들어 액츄에이터(34)에 대향하도록 가압되는 스프링(38)에 의해 흡착 구성으로 유지될 수 있다. 액추에이터(34)가 수축되면(예를 들어 상 변화 구동을 위해 액추에이터가 냉각되고 수축할 때), 스프링(38)은 밸브 조립체(24)를 흡착 위치로 이동되게 한다. 히터(26)가 챔버(32)로 열을 전달하지 않을 때, 액추에이터(34) 및 건조제(30)는 냉각된다. 이에 응답하여, 액추에이터(34)는 수축하고 건조체(30)는 챔버(32)의 공기 내의 수증기를 흡착한다. 작동시, 제습 펌프(20)의 개방 흡착 포트(42)는 내부(16)와 챔버(32) 사이에서 공기의 전달을 제공함으로써, 건조제(30)는 내부(16)로부터 전달된 습기를 흡착한다.
탈착 또는 재생 또는 시간 주기와 대조적으로, 인클로저로부터 장치로의 습기 흡착은 더 긴 시간이 걸릴 수 있다. 제습 펌프(20)가 가열되지 않을 때, 대류를 유도하기 위해 더 작은 유용한 온도차가 있기 때문에, 내부(16)로부터 챔버(32) 로의 습기 확산은 종종 보호 인클로저의 내부로부터 흡착 포트(42)를 통해 건조제(30) 내로의 주요 이송 방법이 될 수 있다. 습기 확산 수송에서, 보호될 인클로저와 건조제 근처의 HMP 내부 사이의 공기 내 습기의 농도 차이는 종종 비교적 작기 때문에 습기 운반을 느리게 한다. 흡착 시간 동안, 확산은 대류보다 느린 운반 방법이므로, 흡착 포트(42)의 누적 면적은 내부(16)로부터 습기가 건조제(30)에 의해 흡착될 수 있는 챔버(32) 내로의 습기 이동을 제한하는 요인이 될 수 있다. 이것은 챔버(32)와 내부(16) 사이의 온도차에 의해 야기되는 대류 흐름, 예를 들어 광원에 의해 야기되는 대류 흐름이 있는 경우에도 해당된다.
실시예에서, 흡착 포트(42)는 탈착 포트(44)와 다른 밸브 면적을 가질 수 있다. 흡착 및 탈착 포트의 면적의 비대칭은 제습 펌프(20)가 흡착 구성에 있는 흡착 기간 동안 보다 신속한 습기의 흡착을 제공할 수 있다. 탈착 기간 동안 습기를 배출시킬 때 탈착 포트의 유효성은 더 작은 면적을 가지는 것에 의해 영향을 받지 않는다. 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 흡착 포트(42)는 하우징(22) 둘레에 원주 방향으로 배열된 다수의 개구를 포함한다. 따라서, 흡착 면적은 흡착 포트(42)를 구성하는 모든 개구의 개방 면적의 총합에 의해 정의될 수 있다. 예를 들어, 흡착 면적은 흡착 포트(42)를 포함하는 각각의 개구의 높이, 원주(하우징 (22)의 반경(50)으로 정의될 수 있음) 및 흡착 포트를 포함하고 개구를 막는 하우징의 지지 구조가 적은 개구의 열의 수의 항목으로 정의될 수 있다. 대조적으로, 탈착 면적은 탈착 포트(44)(도 2a 참조)의 항목으로 정의되며, 이 경우 탈착 면적은 탈착 포트의 높이 및 하우징(22)의 원주의 항목으로 정의될 수 있다. 일반적으로 흡착 포트(42)의 각각의 개구의 높이는 탈착 포트(44)의 높이와 거의 같거나 약간 낮을 것이다. 따라서, 일반적으로, 제습 펌프의 흡착 면적은 흡착 포트(42)를 포함하는 개구의 평행한 열의 수와 거의 동일하거나 약간 작은 팩터(factor) 만큼 탈착 면적을 초과할 것이다. 특정 실시예에서, 흡착 포트(42)를 포함하는 개구의 평행한 열은 밸브 조립체(24)의 이동 방향에 수직으로 연장하고, 밸브 조립체의 이동 방향으로 서로 오프셋되어 있다. 일부 특정 실시예에서, 상기 흡착 면적은 800~1000 mm2, 700~1000 mm2, 600~1000 mm2, 500~1000 mm2, 또는 500~1200 mm2일 수 있다.
대안적인 실시예에서, 밸브 조립체(24)는 가변 크기(예를 들어, 탈착부에서의 밸브 조립체의 크기보다 작거나 큰 흡착 포트에서의 계단형 크기)를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제습 펌프(20)는 흡착 포트(42)에서 실질적으로 원통형인 하우징(22) 및 탈착 포트(44)에서 실질적으로 원통형인 하우징을 가질 수 있지만, 흡착부과 탈착부 사이에서 상이한 하우징의 계단형 반경을 가질 수 있다. 이러한 구성 하에서, 밸브 조립체(24)는 계단형 반경을 가질 수 있고 하우징(22) 내부에 내장되도록 구성될 수 있다.
도 3b는 흡착 구성의 도 3a의 제습 펌프(20)를 측면 사시도(외부)로 예시한다. 도시된 바와 같이, 밸브 조립체(24)는 흡착 위치로 상승하여 흡착 포트(42)를 개방하고 탈착 포트(44)를 폐쇄한다. 건조제(30)는 흡착 포트(42)를 통해 보인다.
도 2 및 도 3에 도시된 구성 및 유사한 구성에서, 흡착 포트(42)를 구성하는 개구의 열의 수를 증가시킴으로써 흡착 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 흡착 포트(42)의 개구의 각 열의 열의 높이 및 원주는 흡착 면적을 제한할 수 없는데, 이는 개구의 추가의 열이 제공될 수 있기 때문이다. 이에 비해, 단일 흡착 포트를 사용하는 제습 펌프는 충분한 흡착 영역을 제공하기 위해 흡착 밸브의 충분한 이동을 제공해야 하거나, 또는 흡착 밸브의 더 큰 반경을 제공해야 한다. 따라서, 도 2~3에 예시된 구성은 기존 제습 펌프보다 작은 이동 거리와 더 작은 점유 공간을 가진 장치에서 적절한 흡착 면적을 제공할 수 있다. 예로서, 일부 실시예에서, 20mm 이하, 예를 들어 25 mm 이하, 또는 30 mm 이하의 반경을 갖는 제습 펌프에서 충분한 흡착 효율이 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 흡착 포트(42)에는 3열 이상의 개구가 제공될 수 있으며, 그 각각은 3 mm 이하, 예를 들어 3.5 mm 이하, 또는 4.0 mm 이하의 개별 높이를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 흡착 포트(42)의 높이는 열마다 변할 수 있으며, 다른 실시예에서, 각 열의 흡착 포트(42)는 동일한 높이를 가진다. 탈착 포트의 높이는 3 mm 이하, 예를 들어 3.5 mm 이하, 4.0 mm 이하 또는 5.0 mm 이하일 수 있다. 열의 수로 인해, 흡착 포트(42)의 전체 높이는 탈착 포트(44)의 면적이 비해 차별되는 밸브 면적을 제공한다. 흡착 포트의 전체 높이는 탈착 포트(44)의 높이보다 크며, 예를 들면 적어도 2배 또는 적어도 3배만큼 크다. 일부 실시예에서, 적용처 및 제습 펌프(20)가 내부(16) 내로 침투하도록 허용되는 깊이에 따라 흡착 포트(42)에 4열 이상의 개구가 제공될 수 있다. 예를 들어, 낮은 흡착 속도를 필요로 하는 적용에서, 흡착 포트(42)는 2열 또는 3열의 개구를 포함할 수 있다. 보다 큰 흡착 속도를 필요로 하는 적용에서, 흡착 포트(42)는 3개 이상의 열의 개구를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 탈착 포트(44)의 높이는 밸브 조립체(24)가 이동하도록 허용된 거리(즉, 밸브 이동)와 동 일할 수 있다. 흡착 포트(42)를 구성하는 개별 윈도우의 높이도 역시 밸브 이동 거리와 같거나 그보다 작을 수 있다. 일부 실시예에서, 흡착 포트의 윈도우는 흡착 포트가 폐쇄될 때 공기가 흡착 포트(24)에서 밸브 조립체 주위를 통과할 수 없게 하기 위해 밸브의 거리보다 약간 좁을 수 있다.
흡착 포트(42)의 구성은 건조제(30)와 접촉하도록 내부(16)에서의 공기 유동 및/또는 습기 확산을 위한 단축 경로를 제공함으로써 흡착 공정의 효율에 영향을 미칠 수 있다. 소정의 실시예에서 그리고 도 2~3에 도시된 바와 같이, 흡착 포트(42)는 챔버(32)의 영역을 가로질러 건조제(30)의 주위에 배치되고 적어도 일부를 둘러싸도록 위치된 다수 열의 개구를 포함한다. 이와 같은 배열에서, 내부(16)로부터의 공기는 하우징(22)의 원주 주위의 많은 지점에서 흡착 포트(42)를 쉽게 통과할 수 있고 챔버(32)를 횡단하지 않고도 건조제(30)를 쉽게 접할 수 있다. 이러한 배열은 일측 또는 일단에서 단일 흡착 포트를 갖는 제습 펌프와 대조적인데, 이 경우 제습 펌프로 들어가는 공기는 먼저 건조제의 작은 부분만 만나게 될 것이다.
건조제(30), 히터(26) 및 히트 스프레더(28)는 챔버(32) 내에 위치되거나 유지되는 것으로 예시된다. 건조제(30)는 챔버(32)의 공기 내의 습기에 노출된다. 다른 실시예(미도시)에서, 건조제(30), 히터(26) 및 히트 스프레더(28) 중 하나 이상은 챔버(32) 내에 부분적으로 위치될 수 있다. 또 다른 실시예(미도시)에서, 히터(26)는 챔버(32)의 외부에 위치될 수 있고 히트 스프레더(28)는 챔버(32)의 내부에 위치되거나 부분적으로 위치된다. 전술한 실시예는 주로 실질적으로 원통형인 제습 펌프(20)를 나타내지만, 밸브 조립체(24)가 하우징(22) 내에 슬라이딩 가능하게 위치될 수 있는 임의의 다른 적절한 형상을 참조로 본원의 원리가 적용될 수 있음이 이해될 것이다. 다양한 대안적인 실시예에서, 하우징(22) 및 관련 밸브 조립체(24)는 타원형 단면, 직사각형 단면 또는 임의의 다른 적절한 단면을 가질수 있다. 전술한 바와 같이, 다양한 대안적인 실시예는 계단식 단면 영역을 사용할 수도 있다.
도 2~3에 도시된 실시예는 제2 챔버, 예를 들어 응축 챔버없이 작동 가능하고, 제습 펌프(20)가 탈착 구성일 때 공기가 챔버(32)로부터 외부 환경(14)으로 직접 유동할 수 있다. 다른 실시예에서, 응축 챔버가 포함될 수 있다.
도 4 내지 도 5는 응축 챔버(158)를 갖는 제습 펌프(120)의 절개된 측면도이다. 도 4는 탈착 구성의 제습 펌프(120)를 도시하고, 도 5는 흡착 구성의 제습 펌프(120)를 도시한다. 제습 펌프(120)는 제습 펌프(20)와 유사한 구성 요소를 공유하며, 이는 공통 기준 번호에 '1' 자릿수를 부가함으로써 표시된다(예, 도 2~3의 하우징(22)은 도 4~5의 하우징(122)과 유사하다). 여러 양태의 제습 펌프(120)는 전술한 제습 펌프(20)와 유사한 방식으로 작동할 수 있으며, 예를 들어, 밸브 조립체(124)는 액추에이터(134)에 의해 작동될 때 탈착 위치와 흡착 위치 사이를 이동할 수 있다. 제습 펌프(120)는 도 1에 도시된 시스템(10)과 같은 시스템에서의 제습 펌프(20) 대신에 작동한다.
도 4~5의 제습 펌프(120)는 응축 챔버(158)를 형성하는 배출 포트(154)를 포함한다. 작동 중에, 밸브 조립체(124)가 탈착 위치에 있을 때(도 4에 도시된 바와 같이), 탈착 포트(144)가 개방되어 있어서 습기를 함유하는 공기가 탈착 포트를 통해 챔버(132)를 빠져 나갈수 있다. 습기를 함유한 공기는 응축 챔버(158)를 통해 제습 펌프(120)를 빠져 나가고 이어서 배출 포트(154)를 한정하는 멤브레인을 통과할 수 있다. 밸브 어셈블리(124)가 (도 5에 도시된 바와 같이) 흡착 위치에 있을 때, 탈착 포트(144)가 폐쇄되어 챔버(132)로부터 응축 챔버(158)가 분리된다. 따라서, 흡착 위치에서, 응축 챔버(158)는 배출 포트(154)를 통해 외부 환경(14)과 유체 연통 상태에 있다. 밸브 어셈블리(124)가 흡착 위치에 있을 때, 습기를 함유하는 공기는 내부 환경(16)으로부터 챔버(132) 내로 순환할 수 있으며, 챔버(132)에서 건조제(30)가 습기를 흡착할 수 있으며, 응축 챔버(132) 내에 이미 포함된 습기는 배출 포트(154)를 통해 빠져 나갈 수 있다.
배출 포트(154)는 응축 챔버(158)로부터 예를 들어 시스템(10)(도 1)의 외부 환경(14)으로의 수증기 전달을 위한 개구를 제공한다. 수증기는 탈착 중에 응축 챔버(158)에 수집되고, 응축 챔버(158) 외부로 배출 포트(154)를 빠져 나간다. 소정의 실시예에서, 응축 챔버(158) 외부로 전달되기 전에, 수증기의 적어도 일부가 응축 챔버 내부에 석출된다. 예를 들어, 응축된 수액은 탈착 포트(144)가 폐쇄되어(즉, 흡착 구성에서) 배출 포트(154)를 통해 또는 드레인부(미도시) 밖으로 통과하는 동안 시간의 경과에 따라 응축 챔버(158)의 공기 중으로 증발할 수 있다. 특정 실시예에서, 배출 포트(154)를 구성하는 멤브레인 또는 멤브레인들은 외부 환경(14)으로부터 제습 펌프(120)로 파편 또는 수액이 침투되는 것을 방지하기 위해 수증기 투과성이지만 파편 및 수액 불투과성일 수 있다. 예를 들어 건조제(30)로부터 유리된 입자가 내부 환경으로 들어가는 것을 방지하기 위해 흡착 포트(142)(미도시)를 덮는 하나 이상의 멤브레인이 또한 존재할 수 있다.
제습 펌프(120)에 사용되는 멤브레인은 다양한 목적으로 구성된 하나 이상의 멤브레인 또는 멤브레인 층을 포함할 수 있다. 하나 이상의 멤브레인의 하나의 목적은 예컨대, 입자(예, 먼지)가 외부 환경(14)(도 1)으로부터 제습 펌프 내로 들어가는 것을 방지하는 것과 같이, 고체 파편이 제습 펌프(120)를 출입하는 것을 방지하는 것이다. 하나 이상의 멤브레인의 다른 목적은 공기 및 수증기가 그를 통해 전달되도록 하는 것이다. 하나 이상의 멤브레인의 또 다른 목적은 수액이 그를 통해 전달되는 것을 방지하는 것이다. 하나 이상의 멤브레인의 또 다른 목적은 멤브레인에 오일이 축적되는 것을 막는 것이다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 멤브레인은 선택된 하나 이상의 선택된 목적에 따라 고체 파편 불투과성, 공기 투과성, 증기 투과성(예, 수증기 투과성), 수액 불투과성 및 소유성(oleophobic)을 가진다. 적합한 멤브레인 물질의 예로는 미국 특허 제6,210,014호, 제6,709,493호 및 제8,968,063호에 기재된 바와 같은 ePTFE 멤브레인을 포함한다.
공기 및 증기 투과성의 액체 불침투성 멤브레인은 종종 액체가 이들을 통과하지 못하도록 하는 능력에 특징이 있다. 물 침투 압력(WEP)은 이러한 멤브레인의 공통 성능 측정 기준이다. WEP는 멤브레인의 일면에 물을 접촉되게 배치하는 것에 의해 결정된다. 물의 압력은 물이 멤브레인으로 들어가서 반대쪽으로 나가기 시작할 때까지 점차 증가한다. 물이 반대쪽으로 나가기 시작하는 압력을 물 유입 압력이라고 한다. 특정 실시예에서, 적어도 0.2 bar(3 psi)의 WEP 또는 적어도 0.35 bar(5 psi)의 WEP와 같은 적어도 0.03 bar(0.5 psi)의 WEP를 갖는 멤브레인이 사용될 수 있다.
도 6은 일부 실시예에 따라 탈착 구성의 도 2~3의 제습 펌프(20)의 동작의 양태를 예시한다. 예시된 바와 같이, 밸브 조립체(24)가 탈착 위치에 있는 동안, 예를 들어 히트 스프레드(28)를 통해 건조제(30)가 가열되어 건조제가 수증기(60)를 방출하게 한다. 수증기(60)는 탈착 포트(44) 및 탈착 개구(52)를 통해 제습 펌프(20)로부터의 대류 흐름(62) 내에 혼입된다.
도 7a는 일부 실시예에 따라 탈착 구성의 도 4~5의 제습 펌프(120)의 동작의 양태를 예시한다. 예시된 바와 같이, 밸브 조립체(124)가 탈착 위치에 있는 동안, 건조제(130)는 가열되어 건조제가 수증기(60)를 방출하게 한다. 수증기(60)의 일부는 개방된 탈착 포트(144), 응축 챔버(158) 및 배출 포트(154)를 통해 제습 펌프(120)로부터 혼입되어 전달된다. 수증기(60)의 일부는 또한 응축물(64)을 형성할 수 있는 일반적으로 챔버(132)보다 더 낮은 응축 챔버(158) 내부에서 응축될 수 있다. 배출 포트(154)는 제습 펌프(120) 내로 일부 물질, 예를 들어 파편, 수액, 오일 및/또는 다른 물질이 제습 펌프(120) 내로 침투되는 것을 방지하도록 동작 가능한다.
도 7b는 도 4~5의 제습 펌프(120)의 동작의 추가의 양태를 예시한다. 도 7a에 예시된 탈착 사이클 이후에, 제습 펌프(120)는 건조제(30)의 가열을 중단하고 탈착 포트(144)를 폐쇄시키는 것에 의해 흡착 구성으로 돌아갈 수 있다. 흡착 구성에서, 응축물(64)이 응축 챔버(158) 내로 증발한 후 배출 포트(154)를 포함하는 멤브레인 또는 멤브레인들을 가로질러 확산됨에 따라 제습 펌프(120)는 습기를 계속 배출할 수 있다.
도 8은 일부 실시예에 따른 탈착 구성의 제습 펌프(220)의 제3 실시예의 작동 양태를 예시한다. 제습 펌프(220)는 제습 펌프(20 및 120)의 요소와 유사한 요소를 포함하며, 이들 요소는 각각의 참조 번호의 백 단위 자리에 '2'를 대체하여 표시된다(예를 들어, 하우징(222)은 하우징(22 또는 122)과 유사하다). 탈착 포트(244)는 개재된 탈착 개구(예컨대, 도 2-3 및 도 6의 탈착 개구(52))를 통과하거나 응축 챔버 및 배출 포트(예, 응축 챔버(158) 및 배출 포트 154, 도 4-5 및 도 7)를 통과하지 않고 공기가 챔버(232)로부터 직접 배출될 수 있게 한다. 도시된 바와 같이, 밸브 조립체(224)는 탈착 위치에 있으므로, 탈착 포트(244)는 개방되어있다. 밸브 조립체는 탈착 포트(244)가 폐쇄되는 흡착 위치(224')로 전이 가능하다. 일부 실시예에서, 탈착 포트(244)는 전술한 임의의 멤브레인과 유사한 멤브레인을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 기술된 건조제, 예를 들어 건조제(30)(도 2a~2b)는 몇 가지 장점을 제공하는 플렉시블 건조제 층을 포함할 수 있다. 플렉시블 건조제 층은 열 전달을 향상시킬 수 있는 히트 스프레더(예, 히트 스프레더(28))에 순응성을 허용한다. 예를 들어, 플렉시블 건조제(30)는 도 2a에 도시된 제습 펌프(20)의 히트 스프레더(28)의 외부 표면과 일치할 수 있다. 플렉시블 건조제 형태는 건조제가 평평한 표면으로 제조될 수 있고 하우징(22) 내 또는 히트 스프레더(28) 주위에 배치되도록 건조제를 구부려서 설치될 수 있도록 구부림에 견딜 수 있다. 특정 실시예에서, 플렉시블 건조제 물질은 미립자를 생성하지 않으면서 3 밀리미터 미만, 예를 들어, 1 밀리미터 미만, 또는 0.5 밀리미터 미만의 반경을 갖는 곡률에 일치될 수 있다. 휨 내구성은 플렉시블 건조제 형태가 눈에 보이는 표면 균열이나 입자 발생없이 작은 반경에서 X 및 Y 방향으로 맨드렐에 롤링되는 단순 맨드렐 롤 테스트로 측정될 수 있다. 예를 들어, 실리카 겔을 함유하는 플렉시블 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 매트릭스와 같은 적절한 플렉시블 건조제를 1.5X~2X 배율로 광학 현미경으로 관찰시 표면 균열 또는 입자 발생이 시각적으로 보이지 않는 X 및 Y 방향 모두에서 0.16 in/sec의 속도로 0.125인치 반경의 맨드렐로 맨드렐 테스트를 실시하였다. 플렉시블 건조제 형태의 비제한적인 예는 건조제 물질 + 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)(예, 실리카겔 충전된 PTFE)을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 특정 실시예에서, 건조제 층은 플루오로 중합체 및 그의 금속 산화물 또는 겔을 포함할 수 있다. 특정의 다른 실시예에서, 건조제 층은 실리카 겔 충전된 PTFE를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 건조제 층은 스크림 상에 접착된 비드, 고체 태블릿, 천, 직물, 부직포 또는 플렉시블 폴리테트라플루오르에틸렌 층 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
플렉시블 건조제 층은 건조제 층을 구부림으로써 다양한 내부 치수를 갖는 가열 챔버와 조립될 수 있다. 플렉시블 건조제 층은 가열 챔버에 건조제를 감는 것에 의해 수증기의 흡착을 향상시킬 수 있는 체적에 대한 표면적의 비를 제공하도록 배열될 수 있다.
특정 실시예에서, 유연하지 않은 건조제 형태는 유연한 형태를 위해 회피될 수 있다. 유연하고 유연하지 않은 건조제 형태 모두 실질적으로 균일한 두께를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 건조제 층은 0.5 mm 미만, 또는 몇몇 경우 0.25 mm 미만의 두께 편차를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 실리카 겔 이외의 건조제 물질은 PTFE 또는 유사한 멤브레인 기재 또는 매트릭스와 조합하여 사용될 수 있는 데, 예를 들어 멤브레인 기재 또는 매트릭스가 건조제 물질을 포위 또는 함침시켜 멤브레인 기재 또는 매트릭스가 건조제 물질을 포획하고, 멤브레인 매트릭스에서 건조제 먼지 또는 파편의 이탈을 방지하는 것에 의해 사용될 수 있다.
플렉시블 건조제 층이 제공된 일 실시예에서, 건조제 물질은 입자가 방출되는 것을 방지하기 위에 충분히 강할 수 있다. 이는 건조제 물질의 손실을 방지하여 수명을 증가시킨다. 또한, 더 적은 입자의 방출은 파편 챔버 또는 입자를 내부 환경으로부터 제거하기 위한 다른 수단의 필요성을 감소시킨다. 플렉시블 건조제 층은 또한 건조제 층에 더 높은 농도의 건조제를 제공함으로써 챔버에서 건조제의 패킹 효율을 증가시킬 수 있다. 플렉시블 건조제에 건조제를 높은 수준으로 적재하면 플렉시블 건조제 층을 더 작게(즉 더 얇게)하여 인클로저를 건조시키기 위한 효과적인 총 건조제 하중을 얻을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 플렉시블 건조제 층의 패킹 효율은 50 질량%를 초과할 수 있다(즉, 건조한 건조제 층의 질량은 50% 이하의 플렉시블 기판 또는 매트릭스와 비교하여 50% 이상의 건조제일 수 있다). 경우에 따라, 건조제 층에서의 건조제의 패킹 효율은 90 질량% 이상일 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 제습 펌프는 제습 펌프에 의해 보호되어야 할 인클로저의 6L 내지 14L 부피의 보호된 부피를 갖는 인클로저에 3-4 그램의 건조제 물질을 사용할 수 있다. 건조제 물질의 3-4 그램은 약 2 mm의 두께 및 약 3,414 mm2의 외부면 표면적을 갖는 건조제 층에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 4 그램 이상의 건조제 물질이 건조제 층에 포함될 수 있다.
특정 실시예에서, 플렉시블 건조제 층(26)은 95℃를 초과하는 온도, 예를 들면 105℃를 초과하는 온도 또는 150℃를 초과하는 온도를 견딜 수 있는 고온(HT) 건조제를 포함할 수 있다. 일반적으로 고온을 견디는 것은 HT 건조제가 고온에서 건조제의 특성과 구조적 성질을 유지할 수 있다는 것을 의미한다(즉, 구조적으로 견고하거나 자체 중량으로 유지됨). 플렉시블 건조제는 또한 HT 건조제일 수 있다. 일반적으로, HT 건조제는 반복 가열될 때 증기를 흡착하는 능력을 재생할 수 있다. 열은 건조제의 습기를 제거하여 짧은 기간 내에 흡착 용량을 회복시킨다. 일부 HT 건조제는 약 5분 이내에 95℃로 가열되면 22℃/50 % RH의 평형 습기 함량 중 적어도 15%를 탈착하거나, 또는 약 5분 이내에 101℃로 가열되면 22℃/50% 평형 습기 함량의 적어도 25%를 흡착할 수 있다. 건조제 층을 재생하는 특정 시간은 건조제 두께, 특정 온도, 주위 습도, 가열 효율 및 다른 요인에 좌우될 수 있음을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 건조제는 95℃의 탈착 온도에서 20분 이내에 22℃/50% RH의 평형 습기 함량에서 포획된 습기의 적어도 40%를 탈착시킬 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 건조제는 95℃의 탈착 온도에서 20분 이내에 22℃/50% RH의 평형 습기 함량에서 포획된 습기의 적어도 60%를 탈착시킬 수 있다. 신속한 탈착을 위해, 건조제(예, HT 건조제)를 105℃ 이상의 온도로 가열할 수 있다. 105℃ 이상의 온도의 경우, 건조제 및 건조제와 관련된 임의의 구조적 재료는 고온에서 장기간(예, 최대 3 시간) 용융 및 변형에 견딜 수 있어야 한다. 105℃ 너머에서 작동할 수 있는 특정 건조제 및 구조적 재료는 실리카 겔 건조제가 함침된 플렉시블 PTFE를 포함한다. 일부 실시예에서, 건조제는 약 150℃ 까지의 온도에서 견딜 수 있는 에폭시 접착제 층에 의해 히트 스프레더(예, 건조제(30) 및 히트 스프레더(28))에 고정된다. 일부 실시예에서, 히트 펌프는 150℃ 초과의 온도에서 작동하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 실리카 겔 함침된 PTFE를 포함하는 건조제를 포함한 건조제는 175℃ 또는 200℃를 초과하는 온도를 견딜 수 있으며, HT 건조제는 내열 접착제 및 기계적 수단을 포함하는 150℃를 초과하는 온도에 견딜 수 있는 부착 수단으로 히트 스프레더로 부착할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, HT 건조제는 건조제로의 공기 유동을 방해함이 없이 건조제 및 히드 스프레더를 둘러싸고 있는 고온 허용 메쉬, 네트 또는 케이지에 의해 히트 스프레더로 부착될 수 있다. 이러한 메쉬, 네트 또는 케이지는 고온 중합체, 금속 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다.
사용예
본 발명은 하기 비제한적인 실시예를 고려하여 더 잘 이해될 것이다.
비대칭 흡착/탈착 면적을 갖는 실시예에 대한 테스트 데이터
도 9는 실시예에 따라, 유사한 치수를 가지지만 비대칭이 없는 제습 펌프에 비해 탈착 포드 면적에 대해 비대칭 비율의 흡착 포트 면적을 갖는 제습 펌프의 테스트 데이터를 보여주는 그래프이다. 제습 펌프를 환경 챔버에 넣고 각각을 모델 인클로저(대략 13L의 램프 고정물)에 부착시켰다. 외부 환경의 습도는 측정하여 환경 노점(DP)으로 기록하였고, 모델 인클로저의 습도는 개별 인클로저의 노점으로 측정하였다. 본 발명(비대칭) 및 비교예(대칭)의 제습 펌프는 6시간 간격으로 30 분 동안 반복적인 탈착 사이클을 수행하였고, 나머지 기간 동안 흡착 사이클에 의해 분리하였다. 비대칭 제습 펌프는 대칭 제습 펌프보다 이슬점이 현저히 낮은 비대칭 제습 펌프에 의해 예시된 바와 같이 대칭 제습 펌프와 비교하여 해당 개별 인클로저에서 습기를 빠르게 흡수하였다. 실제로, 비대칭 제습 펌프는 약 8~10 사이클 내에서 약 -2.0℃의 낮은 이슬점 값을 달성하는 반면, 대칭 제습 펌프는 약 35 사이클 후에 작동 한계 근처에서 유사한 결과를 얻었다. 비대칭 제습 펌프는 대칭 제습 펌프로 달성할 수 있는 것보다 현저히 낮은 이슬점, 예컨대 약 35 사이클 후에 -8.0℃ 미만의 이슬점의 작동 한계를 달성하는 것으로 보인다.
도 10은 도 9의 데이터를 나타내는 그래프로서, 흡착 포트 총면적이 약 1000 mm인 대경(大徑) 흡착 포트를 가지고 일단부에 흡착 포트 및 대향 단부에 탈착 포트를 가지는 종래의 인라인 제습 펌프로부터의 데이터를 추가한 그래프이다. 대구경 장치는 도 9를 참조하여 상기 설명된 대칭 및 비대칭 제습 펌프와 동일한 방식으로 환경 챔버 내부에 모델 인클로저로 부착되었다. 대구경 장치는 모델 인클로저 내로 약 23.5 mm 연장되고 직경은 약 61 mm였다. 비교해 보면, 이 테스트에서 비교된 비대칭 제습 펌프는 각각의 모델 인클로저 내로 40 mm 돌출되었지만 단지 약 44.4 mm의 매우 작은 직경과 약 850 mm2의 총 흡착 면적을 가졌다. 데이터는 비대칭 제습 펌프가 장치 크기가 훨씬 더 작은 기존의 훨씬 큰 제습 펌프에 필적할만한 인클로저의 제습 성능을 달성할 수 있음을 보여준다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 예시적인 실시예에 대해 다양한 변경 및 추가가 이루어질 수 있다. 전술한 실시예는 특별한 특징을 언급하지만, 본 발명의 범위는 다른 특징부의 조합을 가지는 실시예 및 전술한 특징부 전부를 포함하지 않는 실시예도 역시 포함한다. 예를 들어, 각각의 제습 펌프(20, 200, 400)와 관련하여 설명된 변형은 본 명세서에 기술된 제습 펌프 실시예 중 임의의 것에 적용될 수 있다.

Claims (40)

  1. a) 하우징으로서,
    i) 히터를 갖는 제1 챔버,
    ii) 상기 제1 챔버로의 적어도 하나의 흡착 포트, 및
    iii) 상기 적어도 하나의 흡착 포트에 근접하여 배치된 건조제
    를 포함하는 하우징; 및
    b) 상기 하우징 내에 위치되고 흡착 위치와 탈착 위치 사이에서 전환 가능한 밸브 조립체
    를 포함하고,
    상기 흡착 위치에서 상기 적어도 하나의 흡착 포트가 개방되고, 상기 탈착 위치에 있을 때 탈착 포트가 상기 밸브 조립체와 상기 하우징 사이에 형성되며,
    상기 적어도 하나의 흡착 포트는 흡착 면적을 형성하고, 상기 탈착 포트는 탈착 면적을 형성하며, 상기 흡착 면적은 상기 탈착 면적보다 큰 것인 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 흡착 포트는 흡착 면적을 형성하도록 상기 하우징 내에 복수의 개구를 포함하는 것인 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 건조제는 미립자를 생성하지 않고 3 ㎜ 미만의 반경을 갖는 곡률에 부합할 수 있는 플렉시블 재료를 포함하는 것인 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 제1 챔버 내에 배치되고 상기 히터 및 상기 건조제와 접촉하는 히트 스프레더를 더 포함하는 것인 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 히트 스프레드는 상기 하우징 내에 위치되고 상기 하우징의 내벽으로부터 이격되고, 상기 건조제는 상기 히드 스프레드의 외부면과 일치하고 상기 하우징의 상기 내벽으로부터 이격된 것인 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 항에 있어서, 상기 건조제는 실질적으로 균일한 두께를 갖는 재료를 포함하는 것인 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 건조제는 0.5 mm 미만의 두께 편차를 가지는 것인 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 건조제는 0.25 mm 미만의 두께 편차를 가지는 것인 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 항에 있어서, 상기 제1 챔버의 내벽은 원통형이고, 상기 건조제는 보이드를 가로질러 상기 제1 챔버의 내벽과 마주하여 배치된 것인 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 건조제의 외부면은 상기 건조제와 상기 제1 챔버의 내벽 사이의 보이드와 접촉하고, 상기 건조제의 내부면은 상기 히터와 열적으로 결합된 히트 스프레더와 접촉되는 것인 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 흡착 포트는 평행한 세트의 개구로 상기 하우징 내에 배열된 복수의 개구를 포함하며, 각각의 개구는 상기 밸브 조립체의 이동 방향에 수직으로 배치되어, 상기 밸브 조립체가 상기 흡착 위치와 상기 탈착 위치 사이에서 사이클링할 시, 상기 흡착 포트의 각각의 개구는 상기 밸브 조립체에 의해 차단 또는 차단 해제되고, 상기 복수의 개구 중의 각각의 개구는 상기 탈착 위치에서 차단되고 상기 흡착 위치에서 차단 해제되는 것인 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 항에 있어서,
    상기 하우징은 원통형이고 적어도 하나의 흡착 포트에서 25 mm 이하의 외경을 가지며, 상기 흡착 면적은 적어도 850 mm2인 것인 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 항에 있어서, 상기 흡착 면적은 상기 탈착 면적의 적어도 2배인 것인 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 항에 있어서,
    상기 밸브 조립체는 상기 하우징 내의 상기 복수의 흡착 개구에 대응하는 복수의 차단 부재 흡착 개구 및 상기 밸브 조립체 흡착 개구 사이에 배치된 복수의 차단 영역을 갖는 차단 부재를 포함하며,
    상기 복수의 흡착 개구의 각각의 흡착 개구의 제1 폭은, 상기 밸브 조립체가 상기 탈착 위치에 있을 때, 상기 흡착 개구의 각각의 개구가 상기 차단 부재의 대응하는 차단 영역에 의해 차단되도록, 대응하는 차단 영역의 제2 폭과 같거나 이보다 작은 것인 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 평행한 세트는 상기 밸브 조립체의 이동 방향으로 오프셋된 적어도 2개의 평행한 흡착 개구를 포함하는 것인 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 평행한 세트는 상기 밸브 조립체의 이동 방향으로 오프셋된 적어도 3개의 평행한 흡착 개구를 포함하는 것인 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 항에 있어서, 상기 건조제 층은 50 내지 90 질량%의 패킹 효율을 가지는 것인 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 항에 있어서, 상기 건조제 층은 플루오로 중합체 및 그 금속 산화물 또는 겔을 포함하는 것인 장치.
  19. 제1항 내지 제17항 중 어느 항에 있어서, 상기 건조제 층은 실리카 겔 충전된 폴리테트라플루오로에틸렌인 것인 장치.
  20. 제1항 내지 제17항 중 어느 항에 있어서, 상기 건조제는 스크림 상에 접착된 비드, 고체 태블릿, 천, 직포, 부직포 또는 플렉시블 폴리테트라플루오르에틸렌 층을 포함하는 것인 장치.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 항에 있어서, 상기 건조제 층은 자체 중량으로 변형되지 않고 적어도 95℃의 온도를 견디는 것인 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 건조제 층은 자체 중량으로 변형되지 않고 적어도 105℃의 온도를 견디는 것인 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 건조제 층은 자체 중량으로 변형되지 않고 적어도 150℃의 온도를 견디는 것인 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 항에 있어서, 상기 히터는 상기 건조제를 95℃ 이상의 탈착 온도로 가열하도록 구성되는 것인 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 탈착 온도는 105℃ 내지 150℃인 것인 장치.
  26. 제24항에 있어서, 상기 탈착 온도는 110℃ 내지 135℃인 것인 장치.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 항에 있어서, 상기 건조제 층은 맨드렐 롤 테스트로 측정된 휨 내구성을 가지며, 상기 건조제는 광학 현미경 하에서 1.5X 내지 2X 배율로 관찰할 수 있는 관찰 가능한 표면 균열이 없이 그리고 입자 발생이 없이 반경 0.125인치 이하의 맨드렐 상에 0.16 in/sec의 속도로 X 방향 및 Y 방향 모두로 롤링 가능한 것인 장치.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 항에 있어서, 상기 탈착 포트와 외부 환경 사이와 상기 제1 챔버 외부의 배출 포트에 의해 형성되는 응축 챔버를 더 포함하며, 상기 배출 포트는 증기 투과성 멤브레인을 포함하는 것인 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 멤브레인은 플루오로 중합체 멤브레인인 것인 장치.
  30. 제28항에 있어서, 상기 멤브레인은 적어도 0.5 psi의 물 유입 압력을 가지는 것인 장치.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 항에 있어서, 상기 건조제는 95℃의 탈착 온도에서 20분 이내에 외부 상대 습도 50% 및 외부 온도 22℃에서 포획된 습기의 적어도 40%를 탈착하는 것인 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 건조제는 95℃의 탈착 온도에서 20분 이내에 외부 상대 습도 50% 및 외부 온도 22℃에서 포획된 습기의 적어도 60%를 탈착하는 것인 장치.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 항에 있어서, 상기 히터는 교류 전원과 연결되는 것인 장치.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 상기 하우징에 대해 상기 밸브 조립체를 이동시키도록 구성된 액추에이터를 포함하며, 상기 액추에이터는 상기 히터가 열을 공급할 때에 상기 밸브 조립체를 상기 탈착 위치로 이동시키도록 열 활성화되는 것인 장치.
  35. a) 하우징으로서,
    i) 히터를 갖는 제1 챔버,
    ii) 상기 제1 챔버로의 적어도 하나의 흡착 포트, 및
    iii) 상기 적어도 하나의 흡착 포트에 근접하여 배치된 건조제
    를 포함하는 하우징; 및
    b) 상기 하우징 내에 위치되고 흡착 위치와 탈착 위치 사이에서 전환 가능한 밸브 조립체
    를 포함하고,
    상기 흡착 위치에서 상기 적어도 하나의 흡착 포트가 개방되고, 상기 탈착 위치에 있을 때에 탈착 포트가 상기 밸브 조립체와 상기 하우징 사이에 형성되며,
    상기 적어도 하나의 흡착 포트는 상기 하우징의 벽에 적어도 하나의 개구를 포함하고, 상기 벽은 상기 건조제에 인접하고 상기 건조제에 실질적으로 평행한 것인 장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 적어도 하나의 개구는 상기 하우징의 내측의 보이드를 가로질러 상기 건조제와 평행하고 상기 건조제와 마주하는 것인 장치.
  37. 제1항 내지 제36항 중 어느 항에 있어서, 상기 하우징은 상기 건조제를 둘러싸는 원통형 배럴을 포함하는 것인 장치.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탈착 포트는 상기 하우징 내의 제1 복수의 개구를 포함하고;
    상기 밸브 조립체는 상기 하우징에 인접하게 상기 하우징 내부에 배치된 차단 부재를 포함하고, 상기 차단 부재 내에 제2 복수의 개구가 구비되고. 상기 제2 및 제1 복수의 개구는 상기 밸브 조립체가 상기 흡착 위치에 있을 때에 정렬되고 상기 밸브 조립체가 상기 탈착 위치에 있을 때 정렬되지 않는 것인 장치.
  39. a) 하우징으로서,
    i) 히터를 갖는 제1 챔버,
    ii) 상기 제1 챔버로의 적어도 하나의 흡착 포트, 및
    iii) 상기 적어도 하나의 흡착 포트에 근접하여 배치된 건조제
    를 포함하는 하우징; 및
    b) 상기 하우징 내에 위치되고 흡착 위치와 탈착 위치 사이에서 전환 가능한 밸브 조립체
    를 포함하고,
    상기 흡착 위치에서 상기 적어도 하나의 흡착 포트가 개방되고, 상기 탈착 위치에 있을 때에 탈착 포트가 상기 밸브 조립체와 상기 하우징 사이에 형성되며,
    상기 하우징의 벽은 상기 건조제를 적어도 부분적으로 둘러싸고 상기 건조제로부터 제거되며,
    상기 적어도 하나의 흡착 포트는 상기 건조제를 마주하는 상기 하우징의 벽에 복수의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  40. a) 하우징으로서,
    i) 히터를 갖는 제1 챔버,
    ii) 상기 제1 챔버로의 적어도 하나의 흡착 포트, 및
    iii) 상기 적어도 하나의 흡착 포트에 근접하여 배치된 건조제
    를 포함하는 하우징; 및
    b) 상기 하우징 내에 위치되고 흡착 위치와 탈착 위치 사이에서 전환 가능한 밸브 조립체
    를 포함하고,
    상기 흡착 위치에서 상기 적어도 하나의 흡착 포트가 개방되고, 상기 탈착 위치에 있을 때 탈착 포트가 상기 밸브 조립체와 상기 하우징 사이에 형성되며,
    상기 밸브 조립체는 상기 하우징 내측에 상기 하우징 내에 슬라이딩 가능하게 장착되는 차단 부재를 포함하고, 상기 차단 부재는 상기 흡착 위치에서 상기 탈착 포트를 덮도록 작동 가능하고, 상기 탈착 위치에서 상기 적어도 하나의 흡착 포트를 덮도록 작동 가능한 것인 장치.
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