KR20240016944A - 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하는 시스템 및 방법 - Google Patents

공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하는 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20240016944A
KR20240016944A KR1020237036919A KR20237036919A KR20240016944A KR 20240016944 A KR20240016944 A KR 20240016944A KR 1020237036919 A KR1020237036919 A KR 1020237036919A KR 20237036919 A KR20237036919 A KR 20237036919A KR 20240016944 A KR20240016944 A KR 20240016944A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
medium
moisture content
air
temperature
change
Prior art date
Application number
KR1020237036919A
Other languages
English (en)
Inventor
프레드릭 에드스트룀
퍼 달백
요나스 호그스트롬
Original Assignee
에어워터그린 그룹 에이비
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에어워터그린 그룹 에이비 filed Critical 에어워터그린 그룹 에이비
Publication of KR20240016944A publication Critical patent/KR20240016944A/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F3/1411—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant
    • F24F3/1417—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant with liquid hygroscopic desiccants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/0008—Control or safety arrangements for air-humidification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/83—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/83—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers
    • F24F11/84—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers using valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F3/1405—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification in which the humidity of the air is exclusively affected by contact with the evaporator of a closed-circuit cooling system or heat pump circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0007—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning
    • F24F5/0014—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning using absorption or desorption
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F2003/1435—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification comprising semi-permeable membrane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/10—Temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/20—Humidity

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)
  • Drying Of Gases (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 공기 흐름의 온도 및 습도를 제어하기 위한 컴퓨터 구현 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 다운스트림 섹션에서의 공기 흐름의 온도 및 수분 함량과 시스템에서의 매질의 온도 및 수분 함량을 나타내는 파라미터를 수신하는 단계를 포함하고, 처리 회로에서, 수신된 파라미터에 기초하고 공기 온도와 공기 수분 함량 사이의 관계를 상호-종속 변수로서 규정하는 제2 함수에 기초하여 제1 매질의 원하는 온도 변화 및 원하는 수분 함량 변화를 제1 함수 f1로 결정하는 단계와; 또한 원하는 온도 변화 및 원하는 수분 함량 변화를 제1 매질에 적용하도록 구성된 제1 및 제2 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 본 발명은 또한 대응하는 시스템에 관한 것이다.

Description

공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하는 시스템 및 방법
본 발명은 제1 매질과 공기 흐름 사이에 열 에너지 및 수증기를 전달하는 접촉 디바이스를 사용하여 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하기 위한 컴퓨터 구현 방법에 관한 것이다.
오늘날 가장 중요한 과제 중 하나는 기후 변화이다. 더욱이, 주로 실내 공간에서의 기후 제어로 인해 건물이 전 세계 총 에너지 소비의 약 40%를 차지한다.
일반적으로 기후 제어기능을 제공할 때 제어되는 공기 파라미터는 온도와 상대 습도, 즉 공기의 수분 함량이다. 실내 공기의 온도 및 수분 함량을 변화시킬 수 있는 것으로 알려진 다양한 선행 기술 시스템이 있지만 일반적으로 구입 및 설치 측면에서 비용이 많이 들고 이들이 작동될 때 소비하는 에너지 양 측면에서도 비용이 많이 든다. 세계 여러 지역에서는 집이나 사무실과 같은 건물의 온도가 원하는 범위를 벗어나기 때문에 기후 제어가 항상 필요하다. 또한 공기가 너무 습할 수도 있고 시간이 지남에 따라 습도가 급격하게 변하여 제어되어야 할 수도 있다.
그러나, 알려진 시스템은 심각한 단점을 안고 있다. 어떤 경우에는 공기의 온도 및 수분 함량을 양방향으로 제어할 수 없는데, 즉 공기의 온도 및 상대 습도를 증가시키고 감소시키는 둘다를 할 수 없다. 이로 인해, 특히 시간 경과에 따라 주변 조건이 변하여 안정적인 실내 환경을 달성하기 위해 상이한 동작 모드가 필요한 지역에서는 사용이 제한된다. 또한 많은 시스템은 습도와 온도를 두 개의 분리된 단계로 제어하여 공기의 습도가 첫 번째 단계에서 제어되고 온도가 두 번째 단계에서 제어되도록 동작한다. 일반적으로 습도 제어은 공기를 냉각시켜 물을 응축한 다음, 공기를 재가열하여 원하는 실내 온도에 도달하는 방식으로 이루어지므로, 이것은 매우 비효율적이다. 또한 이러한 방식으로 습도를 높이는 것도 불가능하므로, 이러한 시스템의 사용을 제한시킨다.
이 기술분야와 관련된 일부 선행 기술 시스템으로는 US9518765B2(Laughman), EP2971993B1(Gerber) 및 JPH11132593A(Tanimotor)이 있다.
알려진 문서 US10222078B2(Ma)는 이러한 문제를 인식하고 있으며 공기의 냉각 및 재가열을 피하기 위해 단일 단계에서 상대 습도와 온도를 변화시켜 이를 극복하려고 시도하고 있다. 그러나 US10222078B2(Ma)는 문제가 어떻게 해결될 수 있는지에 대한 아무런 설명을 제공하지 않으며 시스템이 실제로 어떻게 동작하는지에 대해서도 모호하다. 시스템 내부 또는 외부의 임의의 파라미터에 대한 정보를 제공할 수 있는 시스템에 대한 알려진 입력이 없고 문제 해결 방법에 대한 실제 교시도 없다. 그러므로 당업자는 US10222078B2(Ma)에 제시된 시스템을 실제로 구축할 수 없으며 온도 및 습도 또는 실내 공기의 수분 함량을 모두 제어하는 에너지 효율적이고 신뢰할 수 있는 기후 제어을 달성하기 위해 임의의 알려진 시스템을 동작시킬 수도 없다.
따라서 이러한 단점을 극복하고 공기 흐름에 대한 개선된 온도 및 수분 함량 제어를 제공하는 개선된 시스템 및 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 위에서 논의된 문제점을 제거하거나 적어도 최소화하는 것이다. 이것은 첨부된 독립항에 따라 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하기 위한 시스템 및 컴퓨터 구현 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 시스템은
접촉 디바이스를 통해 흐르는 공기 흐름과 매질 사이에 열 에너지 및 수증기를 전달하는 접촉 디바이스로서, 열 에너지 및 수증기가 전달되는 매질과 공기 흐름 사이의 접촉을 허용하도록 구성되는 상기 접촉 디바이스,
매질의 수분 함량을 제어하는 제1 제어 디바이스, 및
매질의 온도를 제어하는 제2 제어 디바이스를 포함하고,
접촉 디바이스, 제1 제어 디바이스 및 제2 제어 디바이스는 매질이 접촉 디바이스, 제1 제어 디바이스 및 제2 제어 디바이스를 포함하는 루프에서 흐를 수 있도록 연결된다.
이 시스템은 제1 제어 디바이스 및 제2 제어 디바이스를 제어하도록 구성된 처리 회로를 더 포함하고, 본 시스템은 또한
매질의 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium를 측정하고 매질 수분 함량 파라미터를 나타내는 신호를 처리 회로에 전송하도록 구성된 제1 센서로서, 상기 매질 수분 함량 파라미터는 매질 내 수분의 양을 나타내는 파라미터인, 상기 제1 센서,
매질의 매질 온도, Tmedium를 측정하고 온도를 나타내는 신호를 처리 회로에 전송하도록 구성된 제2 센서,
공기 흐름의 공기 온도, Tair를 측정하고 온도를 나타내는 신호를 처리 회로에 전송하도록 구성된 제3 센서,
공기 흐름의 공기 수분 함량 파라미터, wcair를 측정하고 공기 수분 함량 파라미터를 나타내는 신호를 처리 회로에 전송하도록 구성된 제4 센서로서, 상기 공기 수분 함량 파라미터는 공기 흐름 내 수분의 양을 나타내는 파라미터인, 상기 제4 센서를 포함하고,
상기 제3 센서 및 제4 센서는 다운스트림 섹션에서 공기 온도 및 공기 수분 함량을 측정하도록 구성되고, 상기 다운스트림 섹션은 공기 흐름이 접촉 디바이스를 통해 흐른 후 통과하는 섹션이다.
또한, 처리 회로는
제1 센서로부터, 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium를 포함하는 제1 입력 신호를 수신하고,
제2 센서로부터, 측정된 매질 온도, Tmedium를 포함하는 제2 입력 신호를 수신하고,
제3 센서로부터, 측정된 공기 온도, Tair를 포함하는 제3 입력 신호를 수신하고,
제4 센서로부터, 측정된 공기 수분 함량 파라미터, wcair를 포함하는 제4 입력 신호를 수신하고,
수신된 파라미터에 기초하여, 매질의 원하는 온도 변화, Tchange 및 원하는 수분 함량 변화, wcchange를 제1 함수 f1:
로서 결정함으로써 접촉 디바이스를 통과하는 공기 흐름의 공기 온도 및 공기 수분 함량을 제어하도록 구성되고,
제2 함수 f2(Tair, wcair)는 공기 온도, Tair와 공기 수분 함량, wcair 중 하나의 값의 변화가 다른 하나의 값에 영향을 미치도록 공기 온도, Tair와 공기 수분 함량, wcair 사이의 관계를 상호-종속 변수로서 규정하고,
원하는 온도 변화, Tchange 및 원하는 수분 함량 변화, wcchange는 접촉 디바이스를 통해 흐르는 공기 흐름이 접촉 디바이스 내 매질과의 접촉을 통해, 미리 결정된 온도 설정점, Tset 및 미리 결정된 수분 함량 설정점, wcset에 근접하도록 결정된다.
또한, 처리 회로는
제1 제어 디바이스가 수분 함량 변화, wcchange를 매질에 적용하게 하여 매질 수분 함량이 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium의 값으로부터 원하는 수분 함량 변화, f(wcmedium, wcchange)만큼 변화되도록 구성되는 제1 제어 신호를 생성하고,
제2 제어 디바이스가 온도 변화, Tchange를 매질에 적용하게 하여 매질 온도가 측정된 매질 온도, Tmedium로부터 원하는 온도 변화, f(Tmedium,Tchange)만큼 변화되도록 구성되는 제2 제어 신호를 생성하도록 구성된다.
이 시스템은 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 동시에 에너지 효율적이고 비용-효율적인 방식으로 조절하도록 구성된다는 장점이 있다. 처리 회로가 온도와 수분 함량 사이의 관계를 규정하는 제2 함수뿐만 아니라 센서 입력을 사용하도록 구성되어 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 값을 설정점 값 쪽으로 가져오기 위해 매질의 원하는 온도 변화 및 수분 함량 변화가 결정되는 것이 특히 유리하다.
적합하게 처리 회로는
제1 입력 신호, 제2 입력 신호, 제3 입력 신호 및 제4 입력 신호를 반복적으로 수신하고
제1 함수 f1를 업데이트하고
상기 업데이트된 제1 함수 f1에 기초하여 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 업데이트하도록 추가로 구성된다.
이에 의해, 처리 회로는 공기 수분 함량 및 공기 온도가 설정점 값에 근접하도록 하기 위해 피드백을 사용하여 원하는 온도 변화 및 원하는 수분 함량 변화를 매질에 반복적으로 적용할 수 있다.
또한, 시스템은 제1 제어 신호를 제1 제어 디바이스에 전송하고 상기 제1 제어 신호에 응답하여 제1 제어 디바이스의 매질 수분 함량을 변화시키도록 적합하게 구성된다. 또한, 시스템은 제2 제어 신호를 제2 제어 디바이스에 전송하고 제2 제어 신호에 응답하여 제2 제어 디바이스의 매질 온도를 변화시키도록 적합하게 구성된다. 이에 의해, 결정된 온도 변화 및 수분 함량 변화는 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하기 위해 효율적이고 편리한 방식으로 매질에 적용될 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템은 또한,
공기 흐름의 업스트림 공기 온도, Tupstream를 측정하고 온도를 나타내는 신호를 처리 회로에 전송하도록 구성된 제5 센서, 및
공기 흐름의 업스트림 공기 수분 함량 파라미터, wcupstream를 측정하고 업스트림 공기 수분 함량을 나타내는 신호를 처리 회로에 전송하도록 구성된 제6 센서를 포함하고, 상기 업스트림 공기 수분 함량 파라미터는 공기 흐름 내 수분의 양을 나타내는 파라미터이고,
상기 제5 센서 및 제6 센서는 업스트림 섹션에서 업스트림 공기 온도 및 업스트림 공기 수분 함량을 측정하도록 구성되고, 상기 업스트림 섹션은 공기 흐름이 접촉 디바이스를 통해 흐르기 전에 통과하는 섹션이다.
처리 회로는 이러한 실시예에서 또한
제5 센서로부터, 측정된 업스트림 공기 온도, Tupstream를 포함하는 제5 입력 신호를 수신하고,
제6 센서로부터, 측정된 업스트림 공기 수분 함량, wcupstream을 포함하는 제6 입력 신호를 수신하도록 구성되고,
처리 회로는 제1 함수 f1:
를 결정하도록 구성된다.
이에 의해, 온도 및 수분 함량에 대한 현재 값의 형태의 공기 흐름의 입력 값이 고려될 수 있으므로 매질에 대해 결정된 변화는 공기 흐름을 빠르고 에너지 효율적인 방식으로 설정점에 근접하도록 하는 데 훨씬 더 적합하다.
적합하게, 처리 회로는 수신된 파라미터와 또한 접촉 디바이스의 적어도 하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd에 기초하여 제1 함수 f1를:
로서 결정하도록 추가로 구성된다.
이에 의해, 공기 흐름을 설정점 쪽으로 가져올 수 있는 매질의 변화를 결정하기 위해 접촉 디바이스의 특성도 또한 고려될 수 있다.
적합하게, 하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd는 접촉 디바이스를 통과하는 공기 흐름 또는 매질의 질량 흐름(mass flow)이다. 또한, 하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd는 배압일 수 있다. 이들 접촉 디바이스 파라미터 중 하나 또는 둘 모두를 사용함으로써, 공기 흐름을 설정점 쪽으로 가져올 수 있는 매질의 변화를 결정하는 방법이 개선된다.
또한, 제1 제어 디바이스는 매질의 일정 부피(a volume of the medium)를 포함하는 완충기를 적합하게 포함할 수 있다. 그런 다음 매질 수분 함량을 변화시키는 단계는 완충기에 물을 추가하는 단계 및/또는 부피의 일부를 재생함으로써 완충기로부터 물을 제거하는 단계를 적합하게 포함한다. 이에 의해, 매질의 수분 함량은 편리한 방식으로 변화될 수 있다. 재생되는 매질의 양을 조절함으로써, 수분 함량이 원하는 비율로 낮추어질 수 있다. 반대로, 완충기에 추가되는 물의 부피를 조절함으로써 수분 함량은 원하는 비율로 증가될 수 있다.
적합하게, 제2 제어 디바이스는 열 교환기를 포함한다. 이에 의해 매질의 온도는 매질이 열 교환기를 통과함에 따라 편리하고 비용 효율적이며 에너지 효율적인 방식으로 변화될 수 있다.
또한, 제1 센서는 제2 제어 디바이스의 다운스트림에 있지만 접촉 디바이스의 업스트림의 루프에서 매질의 수분 함량 파라미터, wcmedium를 측정하도록 적합하게 구성된다. 이에 의해, 공기 흐름과 접촉하기 직전에 매질의 수분 함량이 측정된다. 이것은 또한 제1 제어 디바이스의 다운스트림에 있는 매질의 수분 함량에 대한 정보를 제공하므로 수분 함량에 새롭게 적용된 임의의 변화의 결과가 측정된다.
또한, 제2 센서는 제2 제어 디바이스의 다운스트림에 있지만 접촉 디바이스의 업스트림의 루프에서 매질의 온도, Tmedium를 측정하도록 적합하게 구성된다. 이에 의해, 제2 제어 디바이스를 통과한 후의 매질의 온도가 측정되어 접촉 디바이스의 공기 흐름과 접촉하기 직전의 매질 온도가 알려진다.
또한, 시스템은 매질의 온도, Tmedium 또는 매질의 수분 함량 파라미터, wcmedium를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 추가 센서를 적합하게 포함할 수 있고, 여기서 추가 센서는 루프의 다른 부분에서 매질 온도, Tmedium 또는 매질의 수분 함량 파라미터, wcmedium를 측정한 다음에 제1 센서 또는 제2 센서에서 측정하도록 구성된다. 이에 의해, 매질의 수분 함량 및/또는 온도는 접촉 디바이스의 바로 다운스트림에서 또는 제1 제어 디바이스와 제2 제어 디바이스 사이에서도 또한 측정될 수 있다.매질과 접촉 디바이스의 공기 흐름 사이의 상호 작용이 매질의 이러한 파라미터를 어떻게 변화시켰는지에 대한 정보를 제공하기 때문에, 매질이 제1 제어 디바이스에 도달하기 전에 온도 및/또는 수분 함량을 측정하는 것은 특히 흥미롭다. 이러한 변화는 제1 및/또는 제2 센서에 의해 측정된 수분 함량 및/또는 온도를 추가 센서에 의해 측정된 수분 함량 및/또는 온도와 비교하여 결정될 수 있으며, 매질과 공기 흐름 사이에 얼마나 많은 열 에너지가 통과되었는지 및/또는 그들 사이에 얼마나 많은 수증기가 통과되었는지에 대한 정보를 제공한다.
처리 회로는 적어도 하나의 비례-적분-미분 제어기, PID를 사용하여 제1 함수 f1를 결정하도록 추가로 구성될 수 있다. 이것은 매질의 온도 및 수분 함량이 효율적인 방식으로 제어되도록 제1 함수를 결정하는 편리하고 매우 적합한 방식이다. 일부 실시예에서, 하나의 PID는 원하는 온도 변화 및 제2 제어 신호를 결정하는 데 사용될 수 있는 반면, 다른 PID는 원하는 수분 함량 변화 및 제1 제어 신호를 결정하는 데 사용될 수 있다. 하나보다 많은 PID가 사용되는 경우, 이들 모두는 제2 함수에 적합하게 액세스할 수 있으며, 또한 정보가 그들 사이에 전송될 수 있도록 서로 통신하도록 적합하게 구성된다.
일부 실시예에서, 처리 회로는 대신에 선형-2차 조절기, LQR을 사용하여 제1 함수 f1를 결정하도록 구성될 수 있다. LQR은 2차 함수에 의해 기술되는 비용을 최소화하기 위한 최적의 상태-피드백 제어기이다. 이것은 오차를 동시에 제거하면서 최소한의 제어기 노력을 의미하며 이것은 제1 함수와 제1 및 제2 제어 신호를 결정하는 신뢰할 수 있고 편리한 방식을 제공하는 데 유리하다.
또한, 일부 실시예에서, 처리 회로는 대신에 모델 예측 제어, MPC를 사용하여 제1 함수 f1를 결정하도록 구성된다. 제어기의 예측 요소는 시스템 동작 지점의 변화를 예측하고 장애가 발생하기 전에 장애를 제거하도록 시스템을 준비할 수 있다. 이것은 공기 흐름의 온도 및 수분 함량의 효율적인 제어를 제공하는 동시에 발생할 수 있는 장애의 영향을 최소화한다는 점에서 유리하다.
적합하게, 접촉 디바이스는 증발기 패드이다. 이에 의해, 매질과 공기 흐름 사이의 접촉은 열 에너지와 수증기의 전달이 효율적인 방식으로 이루어질 수 있도록 표면 최대화 특성을 갖춘 비용-효율적인 접촉 디바이스를 허용하는 동시에, 편리하고 신뢰할 수 있는 방식으로 달성될 수 있다. 증발기 패드는 또하 공기 흐름에서 입자를 포획하여 공기가 필터링되고 깨끗해지는 이점도 있다.
대안적으로, 접촉 디바이스는 액체-공기 막 에너지 교환기, LAMEE(liquid to air membrane energy exchanger)일 수 있다. 이것은 열 에너지와 수증기의 효율적인 전달을 제공하는 동시에, 매질의 방울이 공기 흐름에 들어가고 공기 배출구를 통해 접촉 디바이스로부터 제거되는 것을 방지하는 데 유리하다.
적합하게, 매질은 염화칼슘 CaCl2, 염화마그네슘 MgCl2, 또는 황산칼륨 K2SO4과 같은 염이다. 이것은 공기 흐름에 및 이로부터 열 에너지 및 수증기의 우수한 전달을 보장하는 데 유리하다.
또한, 제1 센서는 매질의 증기압을 측정함으로써 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium를 측정하도록 적합하게 구성된다. 이에 의해, 수분 함량이 편리한 방식으로 결정될 수 있다.
본 발명은 또한 시스템에서 공기 흐름의 온도 및 습도를 제어하기 위한 컴퓨터 구현 방법을 포함하며, 이 방법은 접촉 디바이스를 통해 흐르는 공기 흐름과 매질 사이에 열 에너지 및 수증기를 전달하는 접촉 디바이스로서, 열 에너지 및 수증기가 전달되는 매질과 공기 흐름 사이의 접촉을 허용하도록 구성되는 상기 접촉 디바이스와; 매질의 수분 함량을 제어하는 제1 제어 디바이스와; 매질의 온도를 제어하는 제2 제어 디바이스와, 제1 제어 디바이스 및 제2 제어 디바이스를 제어하도록 구성된 처리 회로를 포함하고, 접촉 디바이스, 제1 제어 디바이스 및 제2 제어 디바이스는 매질이 접촉 디바이스, 제1 제어 디바이스 및 제2 제어 디바이스를 포함하는 루프에서 흐를 수 있도록 연결된다. 이 방법은:
처리 회로에서, 제1 센서로부터 제1 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제1 입력 신호는 매질의 수분 함량을 나타내고 측정된 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium를 포함하는, 상기 제1 입력 신호 수신 단계,
처리 회로에서, 제2 센서로부터 제2 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제2 입력 신호는 매질의 온도를 나타내는 측정된 매질 온도, Tmedium를 포함하는, 상기 제2 입력 신호 수신 단계,
처리 회로에서, 제3 센서로부터 제3 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제3 입력 신호는 시스템의 다운스트림 섹션에 있는 공기 흐름의 온도를 나타내는 측정된 공기 온도, Tair를 포함하고, 상기 다운스트림 섹션은 접촉 디바이스를 통해 흐른 후에 공기 흐름이 통과하는 섹션인, 상기 제3 입력 신호 수신 단계,
처리 회로에서, 제4 센서로부터 제4 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제4 입력 신호는 시스템의 다운스트림 섹션에 있는 공기 흐름의 수분 양을 나타내는 측정된 공기 수분 함량 파라미터, wcair를 포함하는, 상기 제4 입력 신호 수신단계,
처리 회로를 사용하여, 수신된 파라미터에 기초하여, 매질의 원하는 온도 변화, Tchange 및 원하는 수분 함량 변화, wcchange를 제1 함수 f1:
로서 결정하는 단계를 포함하고,
제2 함수 f2(Tair, wcair)는 공기 온도, Tair와 공기 수분 함량, wcair 중 하나의 값의 변화가 다른 하나의 값에 영향을 미치도록 상호-종속 변수로서 공기 온도, Tair와 공기 수분 함량, wcair 사이의 관계를 규정하고,
원하는 온도 변화, Tchange 및 원하는 수분 함량 변화, wcchange는 접촉 디바이스를 통해 흐르는 공기 흐름이 접촉 디바이스 내 매질과의 접촉을 통해 미리 결정된 온도 설정값, Tset 및 미리 결정된 수분 함량 설정값, wcset에 근접하도록 결정된다.
또한, 이 방법은:
처리 회로를 사용하여, 제1 제어 디바이스가 수분 함량 변화, wcchange를 매질에 적용하게 하여 매질 수분 함량이 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium의 값으로부터 원하는 수분 함량 변화, f(wcmedium, wcchange)만큼 변화되도록 구성되는 제1 제어 신호, C1를 생성하는 단계, 및
처리 회로를 사용하여, 제2 제어 디바이스가 온도 변화, Tchange를 매질에 적용하게 하여 매질 온도가 측정된 매질 온도, Tmedium로부터 원하는 온도 변화, f(Tmedium,Tchange)만큼 변화되도록 구성되는 제2 제어 신호 C2를 생성하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 이 방법은 또한
처리 회로에서, 제1 입력 신호, 제2 입력 신호, 제3 입력 신호 및 제4 입력 신호를 반복적으로 수신하는 단계,
처리 회로를 사용하여, 제1 함수 f1를 업데이트하는 단계, 및
처리 회로를 사용하여, 상기 업데이트된 제1 함수 f1에 기초하여 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 업데이트하는 단계를 포함한다.
또한, 일부 실시예에서, 이 방법은
제1 제어 신호를 제1 제어 디바이스에 전송하는 단계로서, 상기 제1 제어 디바이스는 매질의 매질 수분 함량을 변화시키도록 구성되는, 상기 제1 제어 신호 전송 단계, 및
상기 제1 제어 신호에 응답하여 매질 수분 함량을 변화시키는 단계를 포함한다.
또한, 이 방법은
제2 제어 신호를 제2 제어 디바이스에 전송하는 단계로서, 상기 제2 제어 디바이스는 매질의 매질 온도를 변화시키도록 구성되는, 상기 제2 제어 신호 전송 단계, 및
상기 제2 제어 신호에 응답하여 매질 온도를 변화시키는 단계를 적합하게 포함할 수 있다.
또한, 이 방법은:
처리 회로에서, 공기 흐름의 업스트림 공기 온도, Tupstream를 측정하도록 구성된 제5 센서로부터 제5 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제5 입력 신호는 측정된 업스트림 공기 온도, Tupstream를 포함하는, 상기 제5 입력 신호 수신 단계,
처리 회로에서, 공기 흐름의 업스트림 공기 수분 함량 파라미터, wcupstream를 측정하도록 구성된 제6 센서로부터 제6 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제6 입력 신호는 측정된 업스트림 공기 수분 함량 파라미터, wcupstream를 포함하는, 상기 제6 입력 신호 수신 단계, 및
수신된 파라미터에 기초하여제1 함수 f1를:
로서 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 이 방법은 또한,
수신된 파라미터 및 접촉 디바이스의 적어도 하나의 미리 결정된 접촉 디바이스 파라미터, cd에 기초하여 제1 함수 f1를:
로서 결정하는 단계를 포함한다.
적합하게, 이 방법은 적어도 하나의 비례-적분-미분 제어기, PID를 사용하여 제1 함수 f1를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
대안적으로, 이 방법은 선형-2차 조절기, LQR를 사용하여 제1 함수 f1를 결정하는 단계를 대신 포함한다.
일부 실시예에서, 이 방법은 대신에 모델 예측 제어, MPC를 사용하여 제1 함수 f1를 결정하는 단계를 포함한다.
이 방법의 이들 다양한 특징은 본 발명의 시스템의 대응하는 실시예를 참조하여 위에서 언급한 이점을 달성한다.
본 발명의 많은 추가적인 이점 및 장점은 하기의 상세한 설명을 고려하여 당업자에 의해 쉽게 이해될 것이다.
지금부터 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 기술될 것이며, 여기서,
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시스템을 개략적으로 개시하고;
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시스템을 개략적으로 개시하고;
도 3은 본 발명에 따른 처리 회로의 입력 및 출력을 개략적으로 개시하고;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도이고;
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 방법의 흐름도이고;
도 6은 본 발명의 실시예에서 제2 함수를 형성하는 수학식을 개시하고;
도 7은 사용 사례 중 예 1의 결과를 보여주는 제1 그래프를 개시하고;
도 8은 사용 사례 중 예 2의 결과를 보여주는 제2 그래프를 개시한다.
모든 도면은 개략적인 것이며, 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니고, 일반적으로 각각의 실시예를 설명하기 위해 필요한 부분만을 도시하고, 다른 부분은 생략되거나 단지 제안될 수 있을 뿐이다. 여러 도면에 나타나는 임의의 참조 번호는 별도로 명시하지 않는 한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 객체 또는 특징을 나타낸다.
도입
본 개시내용의 양태는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 더욱 완전하게 기술될 것이다. 그러나, 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템은 많은 상이한 형태로 실현될 수 있으며, 본 명세서에 기재된 양태에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 도면의 동일한 번호는 전체적으로 동일한 요소를 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 본 개시내용의 특정 양태를 기술하기 위한 것으로, 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수형("a", "an" 및 "the")은 문맥상 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수형도 포함하도록 의도된다.
본 명세서에 제시된 실시예는 임의의 실제 환경에서 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하는 데 사용될 수 있으며, 본 명세서에 제시된 솔루션으로부터 이점을 얻을 수 있는 수많은 응용 분야가 있다. 그러나, 본 발명자들은 본 명세서에 제시된 실시예의 가장 큰 장점이 공기 흐름의 온도 및 습도 또는 수분 함량이 설정점 값에 도달하기 위해 제어되어야 하는 실내 공간용 기후 제어 시스템에서 얻어질 것이라고 예상한다. 본 발명의 기초가 되는 중요한 자각은 공기와 같은 매질의 온도와 수분 함량이 상호-종속 변수이며, 여기서 한 변수의 값의 변화가 다른 변수의 값의 변화도 또한 유발한다는 것이다. 가열 또는 냉각을 통해 공기 흐름과 같은 매질의 온도를 변화시키는 것은 공기 흐름의 상대 습도에 영향을 미치는 반면, 가습 또는 제습을 통해 공기의 수분 함량을 변화시키는 것은 온도에 영향을 미치는 흡열 또는 발열 과정이다. 측정된 파라미터에 기초하고 공기의 온도와 수분 함량 사이의 관계를 규정하는 제2 함수에 기초하여 본 명세서에 기술된 실시예에 따라 매질의 원하는 온도 및 수분 함량을 결정함으로써, 이러한 파라미터의 제어가 선행 기술의 솔루션에 비해 크게 향상되었다.
본 명세서에 개시된 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품 실시예는 임의의 환경에서 사용될 수 있으며, 시스템의 다양한 부분에서 원하는 파라미터를 측정하도록 구성되고 이러한 측정을 입력으로 사용하는 시스템에 의해, 또한 그러한 입력에 기초하고 시스템의 특성, 그리고 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품에 제공되는 임의의 다른 입력 데이터에 기초하여 제1 함수를 결정하는 처리 회로에 의해 특정 목적에 적응될 수 있다. 이에 의해, 개시된 솔루션은 공기 흐름의 온도 및 수분 함량의 제어를 요구하는 임의의 적합한 목적에 기여하도록 고도로 개인화되고 조정될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "수분 함량(water content)"은 기체 또는 액체와 같은 유체에 존재하는 수분의 양을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 수분 함량은 유체에 존재하는 물 분자의 양으로 이해되어야 한다.
따라서 수분 함량 파라미터는 유체 내 물 분자의 존재를 나타내는 유체의 파라미터를 의미한다. 공기와 같은 기체의 경우, 수분 함량 파라미터는 백분율로 표시되는 상대 습도일 수 있지만, 이것은 대안적으로, 측정될 수 있고 유체 내 수분 함량에 관한 정보를 제공할 수 있는 다른 특성일 수도 있다. 본 발명의 시스템에 사용되는 매질과 같은 액체의 경우, 수분 함량 파라미터는 시스템의 어느 곳에서나 취해진 액체의 증기압일 수 있지만, 이것은 대안적으로, 측정될 수 있고 액체 내 수분 함량에 관한 정보를 제공할 수 있는 다른 특성일 수도 있다. 이러한 특성의 예에는 액체의 밀도 또는 전도도를 포함한다. 또한, 측정되는 특성에 관계없이, 처리 회로는 제1 함수를 결정하기 위해 시스템에서 추가 처리에 적합한 임의의 원하는 형태로 측정값을 변환하기 위한 임의의 동작을 수행하도록 구성될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
용어 "동작 가능하게 연결된(operatively connected)"은, 구성요소들 중 하나의 구성요소가 어떤 방식으로 다른 구성요소에 영향을 미치거나 물질 또는 신호가 하나의 구성요소에서 다른 구성요소로 전달될 수 있는 방식으로 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 연결되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 동작 연결은 전류가 흐를 수 있는 도관 또는 배선 연결을 포함할 수 있지만, 대안적으로 한 구성요소의 전송기가 다른 구성요소에서 수신된 신호를 전송할 수 있는 무선 연결일 수도 있다.
본 명세서에서 용어 "파라미터(parameter)"가 사용되는 경우, 이것은 온도 또는 온도 값과 같이 그 자체로 검출 및/또는 측정될 수 있는 특성과, 측정된 상대 습도 또는 측정된 증기압에 기초하여 결정될 수 있는 수분 함량과 같이, 검출 및/또는 측정에 기초하여 결정될 수 있는 특성 모두로 이해되어야 한다. "파라미터"는 알려진 특성 및/또는 측정된 또는 검출된 및/또는 결정된 특성으로도 이해되어야 한다. 접촉 디바이스의 제조자에 의해 제공될 수 있는 알려진 접촉 디바이스 파라미터의 예는 접촉 디바이스의 패드에 있는 플루트의 경사 각도(angle of inclination of flutes)이다. 측정된 또는 감지된 파라미터의 예로는 패드의 두께이고, 측정된 또는 감지된 파라미터에 기초하여 결정되는 파라미터의 예로는, 접촉디바이스 내 공기 속도의 함수이고 상기 공기 속도의 측정에 기초하여 결정될 수 있는 접촉 디바이스 파라미터 α이다. 이해의 용이성을 위해, 시스템 아키텍처가 먼저 기술된 다음, 방법 실시예와 본 발명을 가능하게 하는 추가 실시예가 더욱 상세히 기술된다. 그 후, 본 발명이 매우 유용한 다수의 비제한적인 목적 또는 응용 분야가 사용 사례 섹션에 기술된다.
시스템 아키텍처
도 1은 시스템(1)에서 흐르는 매질(M)과 접촉하기 위해 공기 흐름(A)이 통과하는 접촉 디바이스(10)를 포함하는 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하기 위한 시스템(1)을 개시한다. 접촉 디바이스(10)에서, 열 에너지 및 수증기는 공기 흐름(A)과 매질(M) 사이에 전달되며 이것은 온도 설정점, Tset 및 수분 함량 설정점, wcset에 근접하거나 바람직하게는 도달하거나 유지하는 방식으로 공기 흐름(A)의 온도를 제어하는 역할을 한다. 접촉 디바이스(10)는 매질과 공기 흐름 사이의 접촉을 가능하도록 구성되며, 이것은 공기 흐름(A)이 매질(M)과 접촉하여 열 에너지 및 수증기가 공기 흐름(A)에서 매질(M)로 그리고 매질(M)에서 공기 흐름(A)으로 통과할 수 있도록 배치된 매질(M)의 흐름 및 공기 흐름(A)에 대한 도관 또는 통로를 포함하는 접촉 디바이스에 의해 달성된다.
공기 흐름(A)은 공기 흐름(A)을 접촉 디바이스(10)에 전달하도록 구성되는 도관을 제공하거나 공기 흐름(A)을 형성하기 위해 공기가 순환하거나 이동할 수 있는 방과 같은 공간에 접촉 디바이스(10)를 배치하는 것을 포함하는 임의의 적합한 방식으로 접촉 디바이스(10)에 전달된다. 일부 실시예에서는 접촉 디바이스(10)에 일정한 공기 흐름(A)을 생성하기 위해 팬 등의 형태의 기계적 환기 장치가 제공될 수 있지만, 다른 실시예에서는 공기가 수동 흐름으로 공간이나 도관을 통해 이동하는 곳에 자연 환기 장치가 대신 사용될 수 있다.
제1 실시예에서 매질(M)은 매질(M)의 역할을 하고 공기 흐름(A)에 및 이로부터 열 에너지 및 수증기를 전달하는 데 적합한 특성을 갖는 염이다. 예 또는 적합한 매질은 염화 칼슘(CaCl2), 염화 마그네슘(MgCl2) 및 황산 칼륨(K2SO4)이며 이들은 각각 본 발명에 사용하기에 매우 적합하다. 또한 매우 적합한 다른 염으로는 포름산 나트륨(NaCOOH), 아세트산 칼륨(KC2H3O2), 포름산 칼륨(KCOOH), 수산화 칼륨(KOH), 염화 리튬(LiCl) 및 질산 마그네슘(Mg(NO3)2)이 있다. 그러나 일부 실시예에서는 열 에너지와 물을 운반하고 열 에너지 및 수증기를 공기 흐름(A)에 및 이로부터 전달할 수 있는 한 다른 매질이 적합할 수 있다.
접촉 디바이스(10)는 사용 사례에서 하기에 더 기술되는 바와 같이, 증발 패드 또는 액체-공기 막 에너지 교환기, LAMEE일 수 있고, 선택적으로 접촉 디바이스(10)는, 열 에너지 및 수증기 형태의 물 분자가 하나에서 다른 하나로 전달될 수 있도록 공기 흐름(A)과 매질(M) 사이의 열 접촉과 질량 이송 접촉을 가능하게 하는 한, 임의의 다른 타입일 수 있다.
접촉 디바이스(10)에서, 이 바람직한 실시예에서 공기 흐름(A)은 매질(M)에 수직으로 흐르며, 즉 공기 흐름(A)의 흐름이 매질(M)의 흐름에 대해 90°각도이다. 공기 흐름(A)의 흐름과 매질(M)의 흐름 사이의 각도는 약간 다를 수 있으며 여전히 수직으로 간주되므로, 이 문맥에서 용어 "수직(perpendicular)"은 80° 내지 100°이고, 바람직하게는 85° 내지 95°이며, 더욱 바람직하게는 87°내지 93°인 각도로 이해되어야 한다. 다른 실시예에서, 공기 흐름(A)의 흐름과 매질(M)의 흐름은 평행할 수도 있고 다른 각도로 만날 수도 있다. 이 시스템의 특정 용도에 적합한 것이 무엇인지 결정하는 것은 열역학적 원리뿐만 아니라 이 시스템이 어떻게 구성될 수 있는지에 대한 기계적 및 기술적 고려 사항을 기반으로 적합하다. 시스템(1)은 매질(M)이 접촉 디바이스(10)로부터 제1 제어 디바이스(20)로, 제2 제어 디바이스(30)를 향해, 그리고 나아가 접촉 디바이스(10)를 향해 흘러 매질이 순환할 수 있게 하는 루프(50)를 포함한다. 제1 제어 디바이스(20)는 매질(M)의 수분 함량 제어 디바이스(20)라고도 지칭될 수 있으며, 제1 제어 신호 C1에 응답하여 매질(M)이 제1 제어 디바이스(20) 내에 있을 때 매질(M)의 수분 함량을 변화시키도록 구성된다. 제1 제어 디바이스(20)가 제1 제어 신호 C1에 응답하여 수분 함량을 변화시키도록 구성된다는 것은 수분 함량 변화, wcchange를 적용하는 것으로 규정될 수도 있다. 이것은 매질(M)이 보유되거나 이송되는 용기 또는 도관에 물을 주입하여 매질(M)의 수분 함량을 증가시키거나, 추가된 매질(M)과 이미 존재하는 매질(M)의 조합된 수분 함량이 감소되도록 도관 또는 용기에 이미 존재하는 매질(M)보다 적은 수분 함량을 갖는 매질(M)의 양을 추가함으로써 수분 함량을 감소시켜 발생할 수 있다. 제1 제어 디바이스(20)의 특히 유익한 일례가 도 2를 참조하여 하기에 개시되고 논의되며, 추가적인 예가 더 하기에 있는 사용 사례에서 주어지고 논의된다.
루프(50)가 제2 제어 디바이스(30)의 업스트림에 제1 제어 디바이스(20)를 갖는 것이 유리하므로, 매질(M)은 매질(M) 내 열 에너지를 보존하고 루프(50)의 도관에서 냉각이 발생하는 것을 방지하기 위해 가열 후 루프(50)에서 짧은 거리만 이동해야 한다. 그러나, 일부 실시예에서 제2 제어 디바이스(30)는 대신에 제1 제어 디바이스(20)의 업스트림에 배치될 수 있고, 이것은 완충기가 작아서 시스템(1) 내 매질(M)의 총량이 임의의 주어진 시간에 루프(50)에서 순환하는 양보다 그다지 크지 않는 실시예에 특히 유리할 수 있다. 매질(M)은 제1 제어 디바이스(20)를 통과한 후 제2 제어 디바이스(30)에 도달하며, 이것은 대안적으로 열 에너지 제어 디바이스(30)로 표시될 수 있고 제2 제어 신호 C2에 응답하여 제2 제어 디바이스(30)를 통과할 때 매질(M)을 가열하거나 냉각시켜 매질(M)의 온도를 조절하는 역할을 하는 한다. 이와 같이 제2 제어 디바이스(30)가 제2 제어 신호 C2에 응답하여 매질(M)의 온도를 변화시키도록 구성되는 것도 또한 온도 변화, Tchange를 적용하는 것으로 규정될 수 있다. 이것은 매질(M)이 존재하는 도관 또는 용기의 가열을 통해 열 에너지를 추가하거나 상기 도관 또는 용기의 냉각을 통해 열 에너지를 제거함으로써 발생할 수 있다. 제2 제어 디바이스의 특히 유익한 일례가 도 2를 참조하여 하기에 주어지고 추가적인 예가 하기의 사용 사례 섹션에서 주어지고 논의된다.
제2 제어 디바이스(30)로부터 매질(M)은 접촉 디바이스(10)를 통과하여 열 에너지 및 수증기가 전달되도록 공기 흐름(A)과 접촉하게 된다.
시스템(1)은 매질(M) 및 공기 흐름(A)의 수분 함량 및 온도를 측정하기 위한 복수의 센서(S1, S2, S3, S4)를 더 포함하고, 시스템(1)은 또한 상기 센서(S1, S2, S3, S4)로부터 입력 신호를 수신하도록 구성된 처리 회로(40)를 포함하고, 원하는 수분 함량 변화, wcchange와 원하는 온도 변화, Tchange를 센서 입력의 제1 함수 f1로서 결정하고 또한 제2 함수 f2는 수분 함량과 공기 흐름(A)의 온도 사이의 관계를 상호-종속 변수로 규정한다. 처리 회로에 의해 수행되는 단계는 하기의 방법 실시예 섹션에서 자세히 기술된다.
센서는 매질의 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium를 측정하고 매질 수분 함량 파라미터를 나타내는 신호를 처리 회로(40)에 전송하도록 구성된 제1 센서(S1)를 포함한다. 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium는 매질 내 물의 양을 나타내는 파라미터이고, 제1 실시예에서는 매질(M)의 증기압으로 적합하게 측정된다. 다른 실시예에서 이 파라미터는 대안적으로 매질(M)의 전도도 또는 밀도로 측정될 수 있다. 센서(S1)는 제1 실시예에서 제2 제어 디바이스(30)의 다운스트림에 있지만 접촉 디바이스(10)의 업스트림의 루프(50)에서 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium를 측정할 수 있는 방식으로 시스템(1)에 구성된다. 이것은 매질(M)이 접촉 디바이스(10)에 들어가기 직전에 매질(M)의 매질 수분 함량이 알려지는 이점이 있다.
센서는 또한 매질의 매질 온도, Tmedium를 측정하고 공기 온도를 나타내는 신호를 처리 회로에 전송하도록 구성된 제2 센서(S2)를 포함한다. 제1 실시예에서 제2 센서(S2)는 또한, 매질(M)이 접촉 디바이스(10)에 들어가기 직전에 매질(M)의 온도를 측정할 수 있기 위해, 접촉 디바이스(10)의 업스트림에 있지만 제2 제어 디바이스(30)의 다운스트림에 있는 시스템(1)에, 즉 제2 제어 디바이스(30)와 접촉 디바이스(10) 사이의 루프(50)에 구성된다. 이것은 매질(M)이 접촉 디바이스(10)에 들어가기 직전에 매질(M)의 온도가 알려지기 때문에 유리하다.
일부 실시예에서, 제1 센서(S1) 및/또는 제2 센서(S2)는 대안적으로 루프(50)의 다른 부분에 배치되거나 심지어 제1 제어 디바이스(20) 또는 제2 제어 디바이스(30) 또는 시스템(1)에 존재하는 임의의 옵션인 구성요소와 연결되어 배치될 수도 있으며 이를 통해 매질(M)이 흐른다. 일부 실시예에서, 제1 센서(S1) 및 제2 센서(S2)는 통합되어 단일 구성요소를 형성할 수 있다.
시스템(1)은 또한 공기 흐름의 공기 온도, Tair를 측정하고 공기 온도를 나타내는 신호를 처리 회로(40)에 전송하도록 구성된 제3 센서(S3)를 포함한다. 제3 센서(S3)는 공기 흐름(A)이 매질(M)과 접촉한 후에 공기 온도가 측정되도록 공기 흐름(A)이 접촉 디바이스(1)를 통과한 후에 통과하는 다운스트림 섹션(D)에 배치된다. 접촉 디바이스(10)의 다운스트림에서 측정함으로써, 즉 공기 흐름(A)이 매질(M)과 접촉한 후, 매질(M)과의 접촉이 어떻게 공기 온도, Tair를 설정점, Tset쪽으로 가져올 수 있었는지에 대한 정보가 획득된다. 또한, 일부 실시예에서, 처리 회로(40)는 측정된 공기 온도, Tair 및 온도 설정점, Tset을 포함하는 오차 함수를 결정하도록 구성된다. 그런 다음 처리 회로(40)는 오차 함수가 최소화되도록, 즉 제3 센서에 의해 측정된 공기 흐름의 실제 공기 온도, Tair가 온도 설정점, Tset에 근접하거나 심지어 도달하도록 제1 함수, f1를 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하기에 더 기술되는 바와 같이, 온도 및 수분 함량의 조합된 오차 함수가 결정될 수 있다.
더욱이, 시스템(1)은 공기 흐름의 공기 수분 함량 파라미터, wcair를 측정하고 공기 수분 함량 파라미터를 나타내는 신호를 처리 회로(40)에 전송하도록 구성된 제4 센서(S4)를 포함한다. 공기 수분 함량 파라미터는 수분 함량, 즉 공기 흐름에 존재하는 수분의 양을 나타내는 파라미터이며, 상대 습도 또는 공기 흐름(A)의 수분 함량에 대한 정보를 직접적으로 또는 간접적으로 제공할 수 있는 공기 흐름(A)의 임의의 다른 적합한 특성으로 측정될 수 있다. 제4 센서는 저항 센서, 정전용량 센서 또는 이슬점 센서일 수 있다. 대안적으로, 제4 센서는 굴절률을 측정하거나, 공기 흐름(A) 내 증기압을 검출하거나 측정하도록 구성된 센서일 수 있다.
제4 센서(S4)는 또한 공기 흐름(A)이 접촉 디바이스(10)에서 매질(M)과 접촉한 후에 공기 흐름(A)의 공기 수분 함량, wcair을 측정하기 위해 다운스트림 섹션(D)에 배치된다. 접촉 디바이스(10)의 다운스트림에서 측정함으로써, 즉 공기 흐름(A)이 매질(M)과 접촉한 후에, 매질(M)과의 접촉이 어떻게 공기 수분 함량, wcair을 설정점, wcset쪽으로 가져올 수 있었는지에 대한 정보가 획득된다. 또한, 일부 실시예에서, 처리 회로(40)는 측정된 공기 수분 함량, wcair 및 수분 함량 설정점, wcset을 포함하는 오차 함수를 결정하도록 구성된다. 그런 다음 처리 회로(40)는 오차 함수가 최소화되도록, 즉 제4 센서(S4)에 의해 측정된 공기 흐름의 실제 공기 수분 함량, wcair이 수분 함량 설정점, wcset에 근접하거나 심지어 도달하도록 제1 함수, f1를 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하기에 더 기술되는 바와 같이, 온도 및 수분 함량의 조합된 오차 함수가 결정될 수 있다.
다운스트림 섹션(D)은 접촉 디바이스(10)로부터 공기 흐름(A)을 안내하는 도관일 수 있거나, 대안적으로 접촉 디바이스(10)에서 매질(M)과 접촉된 후 공기 흐름(A)이 제3 센서(S3) 및 제4 센서(S4)에 도달할 수 있는 한, 시스템(1)의 적어도 일부가 배치되는 공간의 영역일 수 있다.
시스템(1)은 도 2를 참조하여 하기에 기술되는 바와 같이 추가 센서를 선택적으로 포함할 수 있다.
시스템(1)의 각 센서는 처리 회로(40)에 작동 가능하게 연결되며, 이것은 적합하게는 유선 연결, 무선 연결 또는 이들의 조합일 수 있다.
처리 회로(40)는, 프로세서를 포함하고 메모리 유닛에 액세스할 수 있으며 센서로부터 신호 형태의 입력을 수신할 뿐 아니라, 제어 신호 형태의 출력을 제1 및 제2 제어 디바이스(20, 30)에 방출할 수 있는 제어 유닛의 형태일 수 있다. 처리 회로의 적합한 구현 중 하나는 매트랩과 같은 프로그래밍 및 수치 컴퓨팅 플랫폼을 포함하는 백오프(Beckhoff) 산업용 PC와 같은 산업용 PC이다. 대안적으로, 다른 산업용 PC뿐만 아니라 다른 프로그래밍 및 수치 플랫폼이 대신 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 처리 회로(40)는 선택적으로 메모리(60)와 같은 시스템의 다른 부분도 포함하는 하나의 구성요소에 통합될 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 처리 회로(40)는 대신에 시스템(1)에 분산될 수 있다. 처리 회로(40)는 공기 온도, Tair와 공기 수분 함량, wcair 사이의 관계를 상호-종속 변수로 규정하는 제2 함수 f2에 추가로 액세스하여 공기 온도, Tair와 공기의 수분 함량, wcair 중 하나의 값의 변화가 다른 하나의 값에 영향을 미친다. 따라서, 제2 함수 f2는 f2(Tair, wcair)로 표시될 수 있다. 제1 실시예에서, 제2 함수 f2는 [수학식 1] 내지 [수학식 9]의 세트이고 이에 대해서는 하기에 더욱 상세히 기술된다. 그러나 공기 온도, Tair와 공기 수분 함량, wcair 사이의 임의의 관계는 공기 온도와 공기 수분 함량 중 하나의 변화가 다른 하나에 미치는 영향을 규정할 수 있는 한 대안적으로 사용될 수 있음을 유의해야 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 시스템(1)은 메모리(60)를 포함하거나 이에 통신 가능하게 연결될 수 있으며, 메모리(60)는 제2 함수 f2의 하나 이상의 규정을 포함하지만 이에 제한되지 않는 데이터를 저장하도록 구성된다. 처리 회로(40)는 이들 실시예에서 메모리(60)로부터 제2 함수 f2를 수신하거나 검색하도록 구성된다.
따라서 처리 회로(40)는 센서(S1, S2, S3, S4) 각각으로부터 신호를 수신하고, 파라미터와 제2 함수, f2를 사용하여, 매질의 원하는 온도 변화, Tchange와 원하는 수분 함량 변화, wcchange를 제1 함수 f1:
로서 결정하도록 구성되고, 여기서 원하는 온도 변화, Tchange와 원하는 수분 함량 변화, wcchange는 원하는 변화가 적용된 후 제1 및 제2 제어 디바이스(30, 40)를 사용하여, 접촉 디바이스(10)를 통해 흐르는 공기 흐름(A)이 접촉 디바이스(10)의 매질(M)과의 접촉을 통해 미리 결정된 온도 설정점, Tset 및 미리 결정된 수분 함량 설정점, wcset에 근접하도록 결정된다.
이것은 이러한 방식에서 처리 회로(40)가, 접촉 디바이스(10)를 떠나는 공기 흐름(A)이 측정된 온도 및 수분 함량 파라미터에 기초하고 추가로 공기 온도 및 공기 수분 함량의 알려진 관계 f2에 기초하여 미리 결정된 설정점에 도달하거나 근접하도록 매질(M)의 온도 및 수분 함량이 어떻게 변해야 하는지를 결정하는 것을 의미한다. 공기 온도 및 공기 수분 함량에 대한 설정점을 선택하고, 각 센서(S1, S2, S3, S4) 및 제2 함수 f2로부터의 입력을 사용함으로써, 처리 회로(40)는 단일 단계에서 에너지 효율적이고 편리한 방법으로 이러한 설정점에 어떻게 도달되는지를 결정할 수 있다.
원하는 온도 변화, Tchange 및 수분 함량 변화, wcchange가 결정되었으면, 처리 회로(40)는 또한 제1 제어 디바이스(20)가 수분 함량 변화, wcchange를 매질(M)에 적용시켜 원하는 수분 함량 변화, f(wcmedium,wcchange)를 적용함으로써, 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium의 값으로부터 매질 수분 함량이 변화되도록 구성되는 제1 제어 신호, C1을 생성하도록 구성된다. 처리 회로(40)는 또한 제2 제어 디바이스가 온도 변화, Tchange를 매질에 적용시켜 원하는 온도 변화, f(Tmedium, Tchange)를 적용함으로써, 측정된 매질 온도 Tmedium로부터 매질 온도가 변화되도록 구성되는 제2 제어 신호, C2를 생성하도록 구성된다. 수분 함량 변화, f(wcmedium,wcchange)를 적용하는 것은 제1 제어 디바이스(20)의 완충기에 물을 추가하거나 완충기로부터 물을 제거하는 것을 포함할 수 있으며, 이것은 하나의 단일 변화 또는 일정 기간에 걸쳐 적용되는 복수의 단계적 변화로 이를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 유사하게, 원하는 온도 변화, f(Tmedium, Tchange)를 적용하는 것은 제2 제어 디바이스(30)에 의해 매질에 적용되는 열을 증가시키거나 감소시키는 것을 포함할 수 있고, 증가 또는 감소는 단일 변화로서 또는 시간에 걸친 복수의 단계적 변화로서 달성될 수 있다. 또한, 원하는 수분 함량 변화, f(wcmedium,wcchange)와 원하는 온도 변화, f(Tmedium,Tchange)는 현재 수분 함량 및 수분 함량 변화 또는 현재 온도 및 온도 변화 모두를 각각 포함하는 수학식의 형태일 수 있다. 그러한 수학식은 다항식의 형태, 적분의 형태, 또는 임의의 다른 적합한 형태일 수 있다.
처리 회로(40)는 또한 적합하게는 제1 및 제2 제어 디바이스(20, 30)에 동작 가능하게 연결되고, 제1 및 제2 제어 신호, C1, C2를 이들에 전송함으로써 제1 제어 디바이스(20) 및 제2 제어 디바이스(30)를 제어하도록 구성된다.
제1 실시예에서, 제1 제어 신호, C1는 밸브를 개방하거나 차단함으로써 및/또는 적어도 하나의 펌프 및/또는 적어도 하나의 인젝터 또는 매질(M)의 수분 함량을 증가시키거나 감소시키기 위한 임의의 다른 적합한 구성요소를 동작시킴으로써 제1 제어 디바이스(20)가 수분 함량 변화를 적용하게 할 수 있다.
또한, 제2 제어 신호, C2는 제1 실시예에서 매질(M)과 열 접촉하는 가열 요소의 온도를 증가시키거나 감소시킴으로써 또는 적어도 하나의 밸브 및/또는 적어도 하나의 펌프 또는 매질(M)의 온도를 증가시키거나 감소시키기 위한 임의의 다른 적합한 구성요소를 동작시킴으로써 제2 제어 디바이스(20)가 온도 변화를 적용하게 할 수 있다.
시스템(1)은 또한 루프(50)에서 매질(M)을 순환시키는 역할을 하는 펌프(51) 등(도 2 참조)과 같은 적어도 하나의 순환 수단을 포함할 수 있다.
지금부터 시스템(1)의 기능 및 작동이 루프(50)에서의 매질(M)의 흐름을 참조하여 더욱 상세히 기술될 것이다.
공기 흐름(A)과 접촉한 후, 접촉 디바이스 배출구(12)를 통해 접촉 디바이스(10)를 떠나는 매질(M)은 제1 제어 신호 C1에 응답하여 매질(M)의 수분 함량이 조절되는 제1 제어 디바이스(20)로 이송된다. 조절의 한 가지 방법은 도 2를 참조하여 하기에 더욱 상세히 개시되며, 다른 방법도 하기의 사용 사례에서 더욱 상세히 기술된다. 일부 실시예에서, 매질의 수분 함량을 조정하면 매질(M)은 공기 흐름(A)이 수분 함량 설정점, wcset에 도달하게 하는 수분 함량을 가지고 루프(50)에서 진행하기 위해 제1 제어 디바이스(20)를 떠나게 될 수 있지만, 다른 실시예에서, 매질(M)은 대신에 공기 흐름(A)이 수분 함량 설정점, wcset에 근접하게 하는 수분 함량을 가질 수 있어서, 공기 수분 함량, wcair과 수분 함량 설정점 사이의 오차가 감소된다. 제1 제어 디바이스(20)는 접촉 디바이스(10)의 다운스트림의 루프(50)에 연결되는 제1 제어 디바이스 유입구(21)를 포함하고 또한 제1 접촉 디바이스(20)의 다운스트림의 루프(50)에 연결되는 제1 제어 디바이스 배출구(22)를 포함하여, 매질(M)은 제2 제어 디바이스(30)로 진행하여 제2 제어 디바이스 유입구(31)를 통해 들어갈 수 있다.
제1 제어 디바이스(20)를 떠난 후, 매질(M)은 제2 제어 신호 C2에 응답하여 온도가 조절되는 제2 제어 디바이스(30)로 이송된다. 일부 실시예에서, 제2 제어 디바이스(30)를 떠나는 매질(M)은 접촉 디바이스(10)에서 공기 흐름(A)과의 열적 접촉에 의해 공기 흐름(A)이 온도 설정점, Tset에 도달하게 하는 온도를 갖는다. 다른 실시예에서, 매질(M)은 제2 제어 디바이스(30)를 떠날 때 공기 온도가 온도 설정점, Tset에 근접하도록 하는 온도를 가지므로, 공기 온도와 온도 설정점, Tset 사이의 오차가 감소된다.
제1 제어 신호, C1에 응답하여 제1 제어 디바이스(20)에 적용되는 수분 함량의 변화와, 제2 제어 신호, C2에 응답하여 제2 제어 디바이스(30)에 적용되는 온도의 변화는 매질(M)이 접촉 디바이스(10)에서 매질(M)과의 접촉을 통해 공기 흐름(A)이 수분 함량 설정점, wcset 및 온도 설정점, Tset에 근접하거나 도달하도록 하는 수분 함량 및 온도를 획득하게 한다. 따라서 수분 함량 및 온도 모두는 공기 수분 함량, wcair과 공기 온도 Tair 사이의 관계를 상호-종속 변수로서 규정하는 제 2 함수 f2를 사용하여, 제1 함수 f1를 결정하는 것에 응답하여 변화되기 때문에 매질의 수분 함량 및 온도는 하나의 단일 단계에서 변화된다. 그런 다음, 제2 제어 디바이스(30)의 제2 제어 디바이스 배출구(32)로부터 매질(M)은 루프(50)를 통해 접촉 디바이스 유입구(11)로 이송되고 접촉 디바이스(10)에 삽입되는데, 여기서 매질(M)과 공기 흐름(A) 사이의 접촉은 열 에너지 및 수증기가 매질(M)로부터 공기 흐름(A)으로 또는 그 반대로 이송되도록 한다. 어떤 상황에서는 공기 흐름(A)이 매질(M)로부터 수증기 및/또는 열 에너지를 수용하고, 어떤 상황에서는 대신에 매질(M)이 공기 흐름(A)으로부터 수증기 및/또는 열 에너지를 받는다. 온도 설정점, Tset 및 수분 함량 설정점, wcset에 따라 공기 흐름(A)과 매질(M) 중 하나에서 다른 하나로 열 에너지와 수증기를 선택적으로 전달할 수 있는 것이 본 발명의 큰 이점이다.
제1 센서(S1) 및 제2 센서(S2)는 제1 실시예에서 제2 제어 디바이스(30)와 접촉 디바이스(10) 사이의 루프(50)에서 즉, 매질(M)의 수분 함량 및 온도 모두 조정된 후에, 매질(M)의 수분 함량 및 온도를 측정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제1 센서(S1) 및/또는 제2 센서(S2)는 대신에 접촉 디바이스(10)의 바로 다운스트림 또는 제1 제어 디바이스(20)와 제2 제어 디바이스(30) 사이와 같은 루프(50)의 다른 부분에서 매질(M)을 측정하도록 구성될 수 있다.
동작 동안에, 시스템(1)은 접촉 디바이스(10) 다운스트림의 매질(M)과 공기 흐름(A)의 수분 함량과 온도를 반복적으로 측정하도록 적합하게 구성되고, 처리 회로(40)는 센서(S1, S2, S3 및 S4) 각각으로부터 신호를 반복적으로 수신하고 측정된 파라미터 및/또는 측정된 값을 입력으로 사용하여 제1 함수 f1를 업데이트하도록 구성된다. 또한, 처리 회로(40)는 업데이트된 제1 함수 f1에 응답하여 제1 제어 신호 C1 및 제2 제어 신호 C2를 업데이트하도록 구성된다. 이에 의해 제1 제어 디바이스(20) 및 제2 제어 디바이스(30)에서 매질(M)의 온도 및 수분 함량이 반복적으로 조절된다.
본 명세서에서 매질(M)의 파라미터 및/또는 파라미터의 값을 측정하는 것으로 기술된 센서는 루프(50)에서 또는 매질(M)이 이송되는 임의의 다른 도관에서 측정을 수행하도록 구성될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 이러한 센서는 대안적으로, 측정된 파라미터 및/또는 값이 시스템(1)에서 순환하는 매질(M)의 온도, 수분 함량 또는 다른 특성과 같은 특정 정보를 제공할 수 있는 한, 측면 도관 또는 매질(M)의 양이 이송되고 루프(50)의 일부를 형성하지 않는 유사한 장소에서 파라미터 및/또는 값을 측정하도록 구성될 수도 있다. 유사하게, 본 명세서에서 공기 흐름(A)의 파라미터 및/또는 값을 측정하는 것으로 기술된 센서는 접촉 디바이스에 또는 접촉 디바이스로부터 공기 흐름(A)을 안내하는 도관에서 측정을 수행하도록 구성될 수 있지만, 대안적으로 별도의 도관에서 또는 공기 흐름(A)이 접촉 디바이스(10)를 통해 유도되기 전후에 통과하는 영역에서 이러한 측정을 수행할 수도 있다. 또한 일부 실시예에서는 접촉 디바이스(10)와 관련하여 또는 접촉 디바이스(10) 내부에서 이러한 측정을 수행하는 것이 적합할 수 있다.
도 2는 시스템(1)의 제2 실시예를 개시하고 제5 센서(S5) 및 제6 센서(S6) 형태의 추가 센서를 포함한다. 제5 센서(S5)는 공기 흐름의 업스트림 공기 온도, Tupstream을 측정하고 온도를 나타내는 신호를 유선 연결 또는 무선 연결을 통해 처리 회로(40)에 전송하도록 구성된다. 제6 센서(S6)는 공기 흐름(A)의 업스트림 공기 수분 함량 파라미터, wcupstream를 측정하고 업스트림 공기 수분 함량을 나타내는 신호를 처리 회로(40)에 전송하도록 구성된다. 업스트림 공기 수분 함량 파라미터는 공기 흐름(A) 내 물의 양을 나타내는 파라미터이다. 제5 센서(S5) 및 제6 센서(S6)는 공기 흐름(A)이 접촉 디바이스를 통해 흐르기 전에 통과하는 섹션인 업스트림 섹션(U)에서 업스트림 공기 온도와 업스트림 공기 수분 함량을 측정하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 제5 센서(S5) 및 제6 센서(S6)는 공기 스트림(A)이 접촉 디바이스(10)에 도달하기 전에 공기 스트림(A)의 이러한 특성을 측정할 수 있다.
처리 회로(40)는 측정된 업스트림 공기 온도 Tupstream를 포함하는 제5 입력 신호를 제5 센서(S5)로부터 수신하고, 또한 측정된 업스트림 공기 수분 함량 wcupstream을 포함하는 제6 입력 신호를 제6 센서(S6)로부터 수신하도록 구성된다. 또한, 처리 회로(40)는 제2 실시예에서 제5 및 제6 센서(S5, S6)로부터 수신된 파라미터에도 기초하여 제1 함수 f1를 결정하도록 구성되어, 제1 함수 f1는 다음과 같이 결정된다:
이는 공기 흐름(A)이 접촉 디바이스(10)를 빠져나갈 때 온도 및 수분 함량의 값뿐만 아니라 공기 흐름(A)이 접촉 디바이스(10)에 들어가기 전의 온도 및 수분 함량의 값도 고려할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 처리 회로는 온도 설정점 및 수분 함량 설정점이 업스트림 공기 온도 및 업스트림 공기 수분 함량과 얼마나 다른지를 고려할 수 있도록 구성된다.
더욱이, 처리 회로(40)는 제1 함수 f1를 결정할 때 적어도 하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd도 사용하도록 적합하게 구성된다. 제1 함수 f1가 다음과 같이 규정된다:
적어도 하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd는 미리 결정될 수 있고 메모리(60)에 포함될 수 있거나 다른 방식으로 처리 회로(40)에 이용될 수 있다. 그러나, 대안적으로 적어도 하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd는 시스템(1)의 센서 중 적어도 하나로부터의 입력 신호를 사용하여 결정될 수 있다. 적어도 하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd는 또한 선택적으로 미리 결정된 값을 가질 수 있지만 센서 입력 및/또는 시스템(1)에서 측정 또는 검출되거나 외부 유닛 또는 인간 조작자로부터의 입력으로 주어지는 다른 적합한 입력을 사용하여 적합한 간격으로 조정될 수 있다.
하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd는 공기 흐름(A)의 질량 흐름일 수 있다. 이것은 접촉 디바이스(10)의 업스트림 또는 다운스트림 또는 접촉 디바이스(10) 자체 내부의 공기 흐름을 측정함으로써 결정될 수 있다. 질량 흐름이 높으면 공기 흐름(A)과 매질(M) 사이의 접촉 시간이 짧다는 것을 의미하고, 질량 흐름이 작을수록 대신에 접촉 시간은 길다는 것을 나타낸다. 공기 흐름(A)의 질량 흐름을 접촉 디바이스 파라미터, cd로 사용함으로써, 처리 회로(40)는 매질(M)의 원하는 온도 변화, Tchange와 원하는 수분 함량 변화, wcchange를 결정하여 더 짧거나 더 길어진 접촉 시간이 보상받을 수 있다. 단위 시간당 적은 양의 수증기 또는 열 에너지만 전달되어야 하는 경우에 비해, 단위 시간당 많은 양의 수증기 또는 열 에너지가 전달되어야 하는지 여부에 따라 매질(M)의 온도 및/또는 수분 함량을 조정할 수 있는 것이 유리하다.
다른 접촉 디바이스 파라미터, cd는 적합하게는 매질(M)의 질량 흐름이다. 이것은 접촉 디바이스(10)와 연결하여 또는 접촉 디바이스(10)의 업스트림 또는 다운스트림의 루프(50)에서 매질(M)의 흐름을 측정하기 위한 적어도 하나의 추가 센서(S7)를 사용하여 결정될 수 있다. 도 2에서, 추가 센서(S7)는 접촉 디바이스(10)의 다운스트림에 도시되어 있지만, 추가 센서(S7)가 매질(M)의 흐름을 측정할 수 있는 한 추가 센서(S7)의 다른 배치도 동일하게 가능하다는 점에 유의해야 한다. 큰 질량 흐름이 단위 시간당 많은 양의 매질(M)이 접촉 디바이스(10)에 들어가는 것을 나타내는 반면, 대신에 낮은 질량 흐름은 단위 시간당 적은 양의 매질(M)이 접촉 디바이스(10)에 들어가는 것을 나타내기 때문에 매질(M)의 질량 흐름을 아는 것이 유리하다. 이것은 결국 처리 회로가 이 정보를 사용하여 제1 함수 f1를 결정하거나 업데이트할 수 있게 하여 매질(M)의 온도 및 수분 함량이 열 에너지 및 수증기를 공기 흐름(A)에 전달하여 온도 설정점과 수분 함량 설정점에 근접하거나 도달할 수 있도록 결정될 수 있다.
다른 접촉 디바이스 파라미터, cd는 적합하게 배압이다. 이것은 시스템(1)의 임의의 주어진 실시예에 사용되는 특정 접촉 디바이스(10)의 알려진 파라미터일 수 있지만, 대안적으로는 시스템(1)의 사용 전이나 사용 중에 측정되거나 추정될 수 있으며, 시스템(1)을 장기간 사용하는 동안 발생할 수 있는 변형으로 인해 선택적으로 업데이트될 수도 있다. 공기 온도와 공기 수분 함량 사이의 관계를 규정하기 위해 배압 및 다른 접촉 디바이스 파라미터, cd가 제2 함수 f2의 파라미터로 사용될 수 있다.
도 2의 제2 실시예의 제1 제어 디바이스(20)는 매질(M)의 양을 보유하는 완충기(B)를 포함한다. 이 양은 시스템을 사용하는 동안 루프(50)에서 순환하는 매질(M) 부피의 적어도 10배, 또는 심지어 적어도 상기 부피의 100배와 같이 클 수 있다. 그러나, 완충기(B)에 있는 양은 임의의 주어진 시간에 루프(50)에서 순환하는 매질(M) 부피의 5배 미만과 같이 더 작을 수도 있다. 완충기(B)에 있는 더 많은 양의 매질(M)은 루프(50) 내로의 매질(M)의 공급이 항상 가능하고 매질(M)로부터 물의 추가 및 제거가 원하는 대로 연속적으로 또는 적합한 간격으로 일어날 수 있음을 보장한다는 점에서 유리하다. 그러나 완충기(B)에 있는 물의 추가 또는 제거가 완충기(B)에 있는 매질(M)의 수분 함량의 임의의 변화가 루프(50)에 있는 매질(M)에 곧 영향을 미칠 것이기 때문에 완충기(B)에 있는 물의 추가 또는 제거가 현재 제1 제어 디바이스(20) 다운스트림의 루프(50)로 유입되고 있는 매질(M)에 영향을 미칠 것이므로 더 작은 완충기(B)가 유리하다.
제2 실시예의 제1 제어 디바이스(20)는 완충기에 직접 물을 주입하여 매질 수분 함량을 증가시키기 위해 물을 추가하도록 구성된다. 이것은 제1 제어 신호 C1가 완충기(B) 내로의 물의 공급이 이루어지는 물 추가 밸브(u3)의 개방을 유발하도록 구성됨으로써 달성된다. 제1 제어 디바이스(20)는 물 추가 밸브(u3)를 통해 완충기로 흐르는 물의 제어를 통해 추가되는 물의 양을 제어하도록 구성되며, 물 추가 밸브(u3)를 원하는 대로 개폐함으로써 이 양을 정밀하게 조절할 수 있다. 물을 제거하기 위해, 제1 제어 디바이스(20)는 대신에 제1 제어 신호 C1에 응답하여 재생 밸브(u4)를 동작시켜 완충기(B) 내 매질(M)의 양이 완충기(B)로부터 이송되어 재생되도록 구성된다. 재생은 제1 제어 디바이스(20)와 관련하여 또는 내부에서 일어날 수 있지만, 일부 실시예에서는 대안적으로 시스템(1)의 다른 부분에 배치되거나 심지어 시스템(1) 외부에도 배치되는 별도의 재생 유닛에서 일어날 수 있다. 재생 공급 도관(23)은 그러한 실시예에서, 재생을 통해 매질(M)로부터 물이 제거되는 그러한 재생 유닛에 완충기(B)로부터 매질(M)을 공급하도록 배치된다. 이 프로세스는 종래 기술 분야에 잘 알려져 있으므로 본 명세서에서는 더욱 상세히 설명하지 않는다. 완충기(B) 내 매질(M)의 수분 함량은 수도관(25)으로부터 물을 주입함으로써 증가될 수 있다.
재생 유닛으로부터 재생 배출 도관(24)은 재생된 매질(M)을 완충기(B)에 공급하고, 여기서 재생된 매질(M)은 완충기(B)에 이미 존재하는 매질(M)과 혼합된다. 일부 실시예에서, 재생된 매질(M)은 대신에 제1 제어 디바이스 배출구(22)에 직접 공급될 수 있다. 제1 제어 신호 C1에 응답하여 재생 밸브(u4)를 선택적으로 동작시킴으로써 재생되는 매질(M)의 양을 제어할 수 있다.
큰 완충기(B)가 제공되는 경우, 수분 함량의 변화를 적용하기 위한 매질(M)의 재생은 더 작은 완충기(B)가 사용되는 실시예보다 더 오랜 시간 동안 수행될 수 있다. 이것은 전체적으로 완충기(B) 내 매질(M)의 수분 함량 변화가 완충기(B) 내 매질(M)에 비해 재생된 매질의 양에 따라 달라지기 때문이다.
루프(50)에 있는 제1 제어 디바이스(20)의 다운스트림에, 펌프(51)가 제공되어 매질(M)을 제2 제어 디바이스(30)를 향해 펌핑할 수 있다. 이것은 루프(50) 내 매질(M)의 흐름이 제3 제어 신호에 응답하여 펌프를 작동시키는 처리 회로에 의해 적합하게 제어될 수 있다는 이점이 있다. 대안적으로, 펌프는 단위 시간당 미리 결정된 부피를 펌핑하도록 동작하고 시스템(1)이 활성 상태인 한 이 동작을 계속하도록 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 펌프(51)는 루프(50)의 다른 부분에 배치될 수 있고, 대안적으로 복수의 펌프가 또한 사용될 수 있다. 제2 실시예에서는, 매질(M)을 필터링하여 임의의 불순물을 제거하기 위한 필터(52)도 제공된다. 일부 실시예에서, 필터(52)는 루프(50)의 다른 부분에 배치되거나 대안적으로 제1 제어 디바이스(20) 및 제2 제어 디바이스(30) 중 하나와 관련하여 배치될 수 있다.
제2 실시예의 제2 제어 디바이스(30)는 적어도 하나의 열 교환기(H)를 포함하며 이것은 제2 제어 디바이스(30) 내부에 배치될 수 있거나 별도의 유닛으로 배치될 수 있고 여기에 열 교환기 공급 도관(33)이 매질(M)을 공급하도록 배치된다. 별도의 열 교환기에서 가열 또는 냉각된 후, 매질(M)을 제2 제어 디바이스(30)로 복귀시키기 위한 열 교환기 배출 도관(34)이 제공된다. 매질(M)을 열 교환기(H)로 이송시키기 위해, 열 추가 밸브(u1)는 열 제거 밸브(u2)와 함께 제공될 수 있다. 적합하게는, 각각 매질(M)을 가열하거나 매질(M)을 냉각시키는 역할을 하고, 매질(M)의 공급이 각각 열 추가 밸브(u1) 및 열 제거 밸브(u2)에 의해 제어되는 2개의 개별 열 교환기가 제공될 수 있다. 그러면 제2 제어 디바이스(30)는 제2 제어 신호 C2에 응답하여 열 추가 밸브(u1) 및 열 제거 밸브(u2)를 동작시켜 온도 변화 Tchange를 적용하기 위해 가열되거나 냉각될 매질(M)을 선택적으로 제공하도록 적합하게 구성된다. 제2 제어 디바이스(30)의 다운스트림에서, 매질(M)은 전술한 바와 같이 접촉 디바이스(10)에 공급된다.
일부 실시예에서, 제1 제어 디바이스(20)와 제2 제어 디바이스(30)는 하나의 단일 구성요소로 조합될 수 있으며, 다른 실시예에서는 대신에 접촉 디바이스(10)의 접촉 디바이스 유입구(11)로 다시 한 번 들어가도록 매질(M)을 준비하기 위해 매질(M)이 접촉 디바이스 배출구(12)로부터 배출된 후 매질(M)의 수분 함량과 온도를 변화시키기 위해 원하는 대로 상호 작용하는 복수의 개별 유닛으로 분할될 수 있다.
도 3은 처리 회로(40)와, 처리 회로(40)에 신호를 전송하거나 처리 회로(40)로부터 신호를 수신함으로써 처리 회로(40)와 통신하도록 구성된 시스템(1)의 다른 부분을 개시한다. 따라서 처리 회로(40)는 제1 센서(S1), 제2 센서(S2), 제3 센서(S3), 제4 센서(S4), 그리고 적합하게는 옵션인 제5 센서(S5), 제6 센서(S6) 및/또는 추가 센서(S7)로부터 센서 입력을 수신하도록 구성된다.
수신된 파라미터에 기초하여, 또한 제2 함수 f2 및 적합하게는 옵션인 적어도 하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd에 기초하여, 처리 회로(40)는 제1 함수 f1를 사용하여 원하는 변화 값을 결정한다. 이 실시예에서 메모리(60)는 시스템에 포함된 임의의 또는 모든 센서로부터의 하나 이상의 측정된 파라미터 및/또는 값 및/또는 적어도 하나의 접촉 디바이스 파라미터 cd를 저장하도록 구성될 수 있고, 처리 회로(40)는 메모리(60)로부터 수신하거나 검색하도록 구성될 수 있다. 메모리(60)는 시간 경과에 따른 측정된 파라미터 및/또는 값을 적합하게 저장할 수 있다. 그런 다음 처리 회로(40)는 제1 제어 신호 C1 및 제2 제어 신호 C2를 생성하고 이를 각각 제1 제어 디바이스(20) 및 제2 제어 디바이스(30)에 적합하게 전송하며, 여기서 상기 제어 신호 C1, C2에 응답하여 매질(M)의 수분 함량 및 온도가 조정된다.
처리 회로(40)에 의해 사용되는 제2 함수 f2는 하기에 더욱 상세히 기술될 것이다. 센서 입력뿐만 아니라 제2 함수 f2의 사용으로 인해, 시스템(1)은 공기 흐름(A)의 수분 함량과 온도를 매우 시간 및 비용-효율적인 방식으로 제어할 수 있고 종래 기술 분야 시스템이 가진 일반적인 문제, 즉 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 중 하나를 변화시키면 다른 하나도 변화되어 보상되어야 하는 것을 피할 수 있다. 원하는 온도 변화, Tchange와 원하는 수분 함량 변화, wcchange를 결정할 때 제2 함수 f2를 적용함으로써, 그리고 그에 의해 공기 온도와 공기 수분 함량의 상호 의존성을 고려함으로써, 그러한 보상의 필요성이 최소화되거나 심지어 제거된다.
처리 회로(40)는 적어도 하나의 비례-적분-미분 제어기, PID를 사용하여 제1 함수 f1를 적합하게 결정할 수 있다. 둘 이상이 사용되는 경우, 이들은 제2 함수 f2를 적합하게 공유하고 매질(M)의 수분 함량과 온도를 효율적인 방식으로 제어하기 위해 적합한 간격으로 서로 통신한다.
일부 실시예에서, 처리 회로는 대신에 선형-2차 조절기, LQR를 사용하여 제1 함수 f1를 결정한다. 대안적으로, 처리 회로(40)는 대신에 모델 예측 제어, MPC를 사용하여 제1 함수 f1를 결정한다. LQR과 MPC의 장점은 위의 발명의 내용 섹션에 주어진다.
시스템(1)은 시스템(1)의 동작 범위 내에 있는 공기 온도, Tair 및 공기 수분 함량, wcair에 대한 설정점으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제2 제어 디바이스(30)가 매질(M)을 7℃의 최소 온도로 냉각시킬 수 있고 매질(M)을 45℃의 최대 온도로 가열할 수 있다면, 온도 설정점은 7℃ 내지 45℃의 범위 내로 적합하게 설정된다. 일부 실시예에서는 이 범위 밖의 설정점으로 동작하는 것이 대안적으로 가능할 수 있지만, 시스템(1)의 가장 비용-효율적인 동작은 이 범위 내에 있다는 것이 이해되어야 한다. 동작 범위를 변화시키기를 원하는 경우, 이것은 매질을 훨씬 더 높거나 낮은 온도로 가열 및/또는 냉각할 수 있도록 제2 제어 디바이스(30)를 구성하여, 동작 범위를 업데이트하거나 새로운 범위를 형성함으로써 수행될 수 있다. 유사하게, 매질(M)의 수분 함량은 제1 제어 디바이스(20) 및 매질(M) 자체의 특성에 의해 제한된다. 시스템(1)의 동작 범위는 매질(M)에 의해 얼마나 많은 물이 보유될 수 있는지에 따라 결정된다. 예를 들어, 염화 마그네슘, MgCl2는 범위의 하한선에서 약 33%의 물을 운반할 수 있고 범위의 상한선은 완충기에 얼마나 많은 물이 주입될 수 있는지에 따라 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 추가 센서(S7)는 시스템(1)의 상이한 파라미터를 측정하도록 구성된 복수의 센서일 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 파라미터는 접촉 디바이스(10)의 업스트림, 접촉 디바이스(10)의 다운스트림 또는 접촉 디바이스(10) 내부 또는 이와 관련된 공기 속도일 수 있다.
방법 실시예
지금부터 본 발명의 컴퓨터 구현 방법이 도 4 및 도 5를 참조하여 기술될 것이다. 도 4에 도시된 컴퓨터 구현 방법은 다음을 포함한다:
단계(110)에서: 처리 회로(40)에서, 제1 센서(S1), 제2 센서(S2), 제3 센서(S3) 및 제4 센서(S4)로부터 파라미터를 수신한다. 이러한 파라미터는 상술한 측정된 wcmedium, Tmedium, Tair 및 wcmedium이다.
단계(120)에서: 처리 회로(40)를 사용하여 수신된 파라미터와 제2 함수, f2에 기초하여 매질(M)의 원하는 온도 변화, Tchange와 원하는 수분 함량 변화, wcchange를 제1 함수 f1로서 결정한다:
제2 함수 f2(Tair, wcair)는 공기 온도, Tair와 공기 수분 함량, wcair 사이의 관계를 상호-종속 변수로 규정하여, 공기 온도, Tair와 공기 수분 함량, wcair 중 하나의 값의 변화가 다른 값에 영향을 미친다.
특히 유리한 일 실시예에서, 제2 함수 f2는 [수학식 1] 내지 [수학식 9]의 세트에 의해 주어지고 다음과 같이 설명된다. 하기에 제시된 [수학식 1] 내지 [수학식 9]도 도 6에 도시된다.
A를 공기 흐름과 접촉 디바이스(10)의 상호 작용 표면의 매질 사이의 접촉 면적으로 두고, Ts는 상호 작용 표면의 매질 온도 Tmedium로 둔다. Ta를 상호 작용 표면에서 공기 흐름의 온도 Tair로 두고, α를 열에 대한 전달 상수로 두고, β를 수증기 질량 흐름에 대한 전달 상수로 둔다. 또한, Pvs를 매질의 증기압으로 두고, Pva를 공기의 증기압으로 두고, q를 매질과 공기 흐름 사이의 물의 질량 전달(mass transfer)로 두고, P를 매질과 공기 사이의 열 전달로 둔다.
용액과 공기 사이의 열 전달 P와 질량 전달 q는 온도와 증기압 차, 일정한 전달 상수 α와 β에 따라 달라진다. α와 β는 공기 속도, 공기 난류 및 상호 작용 표면의 물리적 특성에 대한 함수이다. 본 발명과 함께 사용되는 접촉 디바이스(10)에 대해, α 및 β는 접촉 디바이스 파라미터로서 알려지고 사용될 수 있거나, 대안적으로 사용 전 또는 사용 중에 결정되거나 측정될 수 있고, 대안적으로 접촉 디바이스와 공기 흐름의 특성 변화를 보상하기에 적합한 경우 사용 중에 업데이트될 수도 있다.
α와 β가 높은 설정을 갖는 것이 바람직하다. 또한 매질과 공기 사이에 높은 접촉 면적 A를 갖는 것이 바람직하다. 높은 표면적 A는 높은 열 전달과 높은 질량 전달을 모두 촉진한다. α와 β는 공기 속도의 함수라는 점에도 또한 유의해야 한다. 예를 들어 α는 α = 12.12 - 1.16v + 11.6v1/2로 결정될 수 있다.
α 및 β는 또한 시스템의 동작 범위, 즉 매질(M)에 운반될 수 있는 수분 함량의 범위를 결정할 수 있다.
열과 질량 전달은 다음에 의해 표현되거나 적어도 근사화될 수 있다:
RHa를 공기 흐름의 상대습도로 두고 wa를 용액의 수분 활성도로 둔다. 여기서, 매질의 수분 활성도, wa는 매질 내 수분 함량에 따라 달라진다는 점을 유의해야 한다.
앙투안 수학식을 사용하면 공기의 증기압은 다음과 같이 표현된다:
여기서 Am, Bm 및 Cm은 앙투안 상수(Antoine constants)이다. 동일한 근접법을 사용하여 용액의 수압은 다음과 같이 표현될 수 있다:
여기서 wc는 매질 내 수분 함량, wcmedium이다. 여기서 [수학식 3] 및 [수학식 4]는 모두 공기 온도, Tair와 매질 온도, Tmedium에 따라 달라진다는 점을 유의해야 한다.
따라서 위에 주어진 4개의 [수학식 1] 내지 [수학식 4]은 열 전달 P와 질량 전달 q 사이의 관계를 규정한다.
앙투안 수학식 대신 와그너(Wagner) 수학식이나 공기의 증기압을 기술하는 임의의 다른 수학식이 사용될 수 있다.
α는 공기 속도의 함수이다. α의 통상적인 값은 주변 공기가 2m/s의 공기 속도로 이동하는 경우 26일 수 있다. β는 또한 공기 속도의 함수이다. 수분 활성도 wa는 매질(M)의 수분 함량의 함수이며 사용되는 매질(M)에 따라 달라진다.
따라서 공기 또는 매질의 온도 변화는 공기와 매질 사이의 질량 전달에 영향을 미친다. 또한 공기와 매질 사이에 물이 전달되면 상전이가 발생한다. 상전이에서 기화/응축 엔탈피는 공기 온도, Tair와 매질 온도, Tmedium에 영향을 미친다. Ev를 기화/응축 엔탈피로 두고 wc를 매질의 수분 함량, wcmedium으로 둔다. 상전이 PEv로 인한 열은 다음에 의해 주어진다:
공기의 온도, Ta와 매질의 온도, Ts가 시간의 함수로 어떻게 변하는지는 다음과 같이 표현될 수 있다:
공기의 수분 함량, xa과 매질의 수분 함량, wa이 시간의 함수로 어떻게 변하는지는 다음과 같이 표현될 수 있다:
여기서 Cps와 Cpa는 각각 매질과 공기의 비열 용량이고 ms와 ma는 용액과 공기의 질량이다. 따라서 다변수 제어 방식이 적합하다. Ev는 매질 온도 Ts의 함수이다.
주변 온도, 주변 압력, 또는 다른 파라미터와 같은 주변 파라미터는 또한 일부 실시예에서 제2 함수 f2의 수학식과 관련하여 위에서 언급된 파라미터 중 적어도 일부를 결정하는 데 사용될 수 있다.
이러한 수학식을 제2 함수 f2로 사용함으로써, 처리 회로(40)는 공기 흐름(A)의 수분 함량 및 온도의 효율적인 제어가 달성되도록 종래 기술의 단점을 극복하는 유리한 방식으로 제1 함수 f1를 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 위에 주어진 수학식은 공기 온도, Tair와 공기의 수분 함량, wcair 중 하나의 값의 변화가 다른 하나의 값에 영향을 미치도록 제2 함수 f2가 공기 온도, Tair와 공기 수분 함량, wcair 사이의 관계를 상호-종속 변수로 규정할 수 있는 한, 본 발명의 범위 내에서 수정되거나 변경될 수 있다.
이는 제2 함수, f2가 이 관계를 규정하는 적어도 하나의 수학식을 포함할 수 있음을 의미한다. 일부 실시예에서, 제2 함수, f2는 위에서 언급한 α 및 β와 같은 임의의 접촉 디바이스 파라미터, cd에 의존하지 않는다. 다른 실시예에서, 제2 함수, f2는 [수학식 1] 내지 [수학식 9]에서 위에 주어진 파라미터를 포함하고 또한 다른 파라미터 및 그들 사이의 관계, 그리고 그들과 [수학식 1] 내지 [수학식 9]에서 위에 주어진 파라미터 중 적어도 하나 사이의 관계를 포함한다.
위에 주어진 수학식 세트는 공기 온도와 공기 수분 함량 사이의 관계를 규정하는 한 가지 유리한 방법으로 보아야 한다는 점에 유의해야 한다. 이 수학식 세트를 사용하면 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 안정적이고 효율적으로 제어할 수 있지만, 특히 다른 수학식 세트 또는 [수학식 1] 내지 [수학식 9]의 수정된 형태가 대안적으로 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
방법은 또한 옵션 단계(125)에서: 처리 회로에서 제2 함수 f2를 수신하거나 검색하는 단계를 포함할 수 있다.
제2 함수 f2는 본 명세서에 설명된 바와 같이 메모리(60)로부터 수신되거나 검색될 수 있다. 일부 실시예에서, 옵션 단계(125)는 제2 함수 f2가 두 번 이상 수신되거나 검색되도록 반복적으로 수행된다.
이 방법은 또한 다음을 포함한다:
단계(130)에서: 처리 회로를 사용하여, 제1 제어 신호 C1 및 제2 제어 신호 C2를 생성한다. 제1 제어 신호 C1는 제1 제어 디바이스(120)가 매질(M)에 수분 함량 변화, wcchange를 적용하여 매질 수분 함량이 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium의 값으로부터 원하는 수분 함량 변화, f(wc, wcchange)만큼 변화되도록 구성된다. 또한, 제2 제어 신호 C2는 매질 온도가 측정된 매질 온도, Tmedium로부터 원하는 온도 변화 f(Tmedium, Tchange)만큼 변화되도록 제2 제어 디바이스가 매질에 온도 변화, Tchange를 적용하게 하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 원하는 수분 함량 변화, f(wc, wcchange)만큼의 변화는 수분 함량 변화, wcchange만큼 덧셈 또는 뺄셈의 형태일 수 있지만, 다른 실시예에서는 매질 수분 함량 파라미터의 값과 원하는 수분 함량 변화 사이에 상이한 관계가 존재할 수 있어서 원하는 수분 함량 변화는 적분이나 다른 수학적 연산에 의해 도달될 수 있다. 유사하게, 매질 온도 파라미터의 값과 원하는 온도 변화 사이의 관계는 덧셈 또는 뺄셈의 형태일 수 있거나 대안적으로 다른 수학적 관계일 수 있다.
도 5는 옵션 단계가 포함된 본 발명의 방법을 개시한다. 따라서, 도 5의 실시예는 또한 다음을 포함한다:
하나 이상의 실시예에서, 상술한 바와 같이 단계(110, 120 및 130)를 반복적으로 수행한다.
옵션 단계(150)에서: 처리 회로에서, 옵션인 제5 센서, 제6 센서 및/또는 추가 센서로부터 파라미터를 수신한다. 제5 센서(S5) 및/또는 제6 센서(S6)에 의해 측정된 업스트림 파라미터를 사용하면 공기 수분 함량 및 공기 온도의 변화가 접촉 디바이스(10) 내 상호 작용에 의해 둘다 얼마나 크게 유발되는지를 결정하는 것이 가능하다. 또한, 추가 센서(S7)에 의해 측정된 파라미터는 시스템(1)의 루프(5)의 상이한 부분에서 매질(M)의 파라미터의 차를 결정하는 것을 허용한다. 일부 실시예에서, 옵션 단계(150)가 반복적으로 수행된다.
옵션 단계(160)에서: 처리 회로에서, 적어도 하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd를 수신하거나 액세스한다. 이러한 접촉 디바이스 파라미터는 메모리(60)와 같은 메모리에 포함될 수 있거나 다른 방식으로 처리 회로에 이용될 수 있다. 접촉 디바이스 파라미터를 사용하면 접촉 디바이스(10) 내부의 공기 흐름(A)과 매질(M)의 상호 작용에 영향을 미치는 요인을 또한 고려하여 제1 함수 f1를 결정하도록 허용한다. 일부 실시예에서, 옵션 단계(160)도 또한 반복적으로 수행된다.
또한, 방법은 다음을 포함할 수 있다:
옵션 단계(170)에서: 제1 제어 신호를 제1 제어 디바이스(120)에 전송하고, 제2 제어 신호를 제2 제어 디바이스(130)에 전송한다.
옵션 단계(180)에서: 상기 제1 제어 신호에 응답하여 매질 수분 함량을 변화시키고,
옵션 단계(190)에서: 상기 제2 제어 신호에 응답하여 매질 온도를 변화시킨다.
일부 실시예에서, 처리 회로(40)는 방법의 단계를 연속적으로 수행하도록 구성되는 반면, 다른 실시예에서 처리 회로(40)는 대신에 미리 결정된 간격으로 또는 미리 결정된 임계값보다 더 많이 원하는 값과 상이한 센서 입력에 응답하여 방법을 수행하도록 구성될 수 있다. 적합하게는, 처리 회로는 공기 온도, Tair 및 공기 수분 함량, wcair에 대한 오차 함수를 결정하도록 구성될 수 있고, 처리 회로는 이러한 오차 함수를 최소화하기 위해 원하는 온도 변화 및 원하는 수분 함량 변화를 결정할 수 있다. 따라서, 전체 오차는 errortot = c1·errorwc + c2·errorT로 주어질 수 있으며, 여기서 c1 및 c2는 시스템(1)의 사용 동안에 선택적으로 업데이트될 수 있는 상수이다. 일부 실시예에서, 재생은 매질(M)로부터 물을 제거하기 위해 연속적으로 수행되고, 이러한 실시예에서 제1 제어 신호 C1는 밸브가 어느 정도 개방되도록 밸브의 위치를 제어함으로써 매질(M)의 시간 단위당 주어진 부피가 재생으로 이송되도록 할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법은 수신 단계를 포함하며, 처리 회로(40)는 주어진 시간 간격으로 센서 입력을 수신하고, 매질의 온도 및 수분 함량이 변화되도록 간격을 두고 제1 및 제2 제어 신호를 생성하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 방법은 수신 단계를 포함하며, 처리 회로(40)는 센서 입력을 계속 수신하도록 구성되고, 수신된 측정치와 설정점 사이의 차가 결정된다. 그 다음, 차가 주어진 임계값보다 클 때 또는 측정된 값이 미리 결정된 양보다 더 많이 설정점과 상이할 때 제1 및 제2 제어 신호가 생성된다.
일부 실시예에서, 상이한 수분 함량의 매질(M)을 포함하는 복수의 완충기가 제1 제어 디바이스(20)에서 사용될 수 있고, 제1 제어 신호는 제1 제어 디바이스(20)가 제1 제어 장치(20)로부터 매질(M)을 배출하기 위해 어떤 완충기 또는 어떤 완충기의 조합이 사용될 것인지를 결정하게 하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 매질(M)의 수분 함량은 보다 빠르게 변화될 수 있다. 재생은 각 완충기의 수분 함량을 원하는 수준으로 유지하기 위해 연속적으로 또는 간격을 두고 발생할 수 있다.
사용 사례
예 1
이 예에서, 본 발명의 시스템 및 방법은 실내 공간의 공기 흐름에서 온도 및 수분 함량을 제어하는 데 사용된다.
접촉 디바이스는 HUTEK에서 제조한 셀룰로오스 기반 패드 CeLPad 0760 형태이다. CeLPad 0760은 45/15 플루트 각도 구성을 가지며 매질과 공기 흐름 사이의 접촉 시간을 증가시킨다. 시스템에는 조합된 필터와 펌프(PACER)가 사용되며, 제2 제어 디바이스는 열 교환기(ALFA LAVAL에서 제조) 형태이다. 제1 제어 디바이스는 150리터 용량의 완충기를 포함하였으며, 완충기에 물을 주입하여 수분 함량을 증가시키고, 매질을 재생시켜 수분 함량을 감소시킨다. 매질 자체는 포름산 칼륨이거나 대안적으로 아세트산 칼륨이다. 두 매질이 사용되었으며 유사한 결과를 산출하는 것으로 나타났다.
처리 회로는 제1 기능을 결정하고 원하는 수분 함량 변화와 원하는 온도 변화에 도달하는 MPC 조절기를 포함하였다.
MPC 조절기를 사용한 시뮬레이션 결과와 스웨덴 웁살라의 실제 기상 조건이 도 7에 도시된다. PID 조절기를 사용하여 수행된 제2 시뮬레이션에서도 매우 유사한 결과가 얻어졌다.
시스템은 24시간 동안 작동되었으며, 그 동안 주변 공기의 습도와 온도는 하기와 같이 변했다. 온도 설정점은 20℃로 설정되었고 수분 함량 설정점은 상대 습도 50%로 설정되었다.
시스템은 접촉 디바이스를 통과한 후 공기 흐름의 특성이 온도 설정점과 수분 함량 설정점에 있거나 해당 설정점에서 약간만 변하도록 수분 함량과 온도의 변동을 보상할 수 있다. 특히, 시스템이 더 이상 공기 흐름에서 수증기를 제거할 필요가 없고 대신 공기 흐름에 수증기를 추가할 때 약 9시간에 발생하는 변화는 시스템에 의해 효율적으로 처리되어 증발 패드 다운스트림의 공기 흐름은 이 변화 전후 모두 설정점에 근접하거나 보유된다.
18시간 이후 업스트림 공기 흐름의 수분 함량이 더 빠르게 변하기 때문에 증발 패드 다운스트림의 공기 흐름의 수분 함량에 약간의 변동이 있지만 시스템은 여전히 급격한 변화 없이 부드러운 곡선을 제공할 수 있다.
또한 시스템이 사용된 시간 내내 공기의 주변 수분 함량과 주변 온도 둘다의 변동에도 불구하고 시스템이 안정적인 출력을 제공하여 공기의 수분 함량과 온도가 안정적으로 유지된다는 점도 유념하였다.
예 2
이 예에서는 위의 예 1과 동일한 설정이 사용되었지만 이제 시스템에는 시스템이 실행되는 24시간 내내 주변 공기의 수분 함량보다 상당히 낮은 수분 함량 설정점이 주어진다. 따라서 시스템은 온도를 제어하지만 공기 흐름의 제습만 제공한다. 온도 설정점은 이 예에서 20℃였으며 수분 함량 설정점은 상대 습도 50%였다.
MPC 조절기를 사용한 시뮬레이션 결과와 스웨덴 웁살라의 실제 기상 조건이 도 8에 도시된다. PID 조절기를 사용하여 수행된 제2 시뮬레이션에서도 매우 유사한 결과가 얻어졌다.
특히, 접촉 디바이스를 통과한 후 공기 흐름의 수분 함량은 8시간 내지 13시간 간격으로 주변 공기의 수분 함량의 변동 동안에도(시스템 유입 상대 습도 곡선으로 도시됨) 수분 함량 설정점 또는 그 근처에서 유지된다는 점에 유의해야 한다. 동시에 주변 공기의 온도 변동(시스템 유입 온도 곡선으로 도시됨)이 시스템에 의해 처리되어 접촉 디바이스를 통과한 출력 공기의 온도가 온도 설정점으로 빠르게 복귀한다.
예 3
이 예에서, 본 발명의 시스템 및 방법은 건물의 온도를 제어하고 공기를 제습하기 위한 종래 기술의 시스템 및 방법과 비교된다.
건물은 517m2의 사무실 공간으로 구성되어 있으며, 실내 공기의 제습 및 온도 제어가 요구되는 덥고 습한 장소에 위치하고 있다. 사무실 공간은 연중 월요일부터 금요일까지 7시부터 17시까지 사용된다. 온도에 대해 선택된 설정점, Tset은 16℃이고 수분 함량에 대해 선택된 설정점, wcset은 상대 습도 60%이다.
사무실 공간의 최대 공기 흐름은 1300l/s이며 실내 공기 순환을 제공하는 공기 분배 시스템이 있다. 공기 분배 시스템은 VAV(variable air volume; 가변 풍량) 시스템이다.
종래 기술의 제습 시스템에서는 냉각 코일을 이용하여 공기 중의 습도를 응축시켜 공기가 응축수 형태로 제거되는 방식으로 제습이 제공된다. 제2 단계에서는 공기가 사무실 공간으로 방출되기 전에 가열 배터리에서 재가열된다. 이 예에 사용된 종래 기술의 시스템은 냉방 및 난방 기능을 갖춘 공기 처리 유닛과 같이 일반적으로 사용되는 기존 시스템이다.
본 발명의 시스템은 이 예에서 CeLPad 0760 형태의 증발 패드로 구현되는 접촉 디바이스를 포함한다. 제1 제어 디바이스는 2m3의 완충기를 구비하며, 여기서 완충기에 직접 물을 주입하여 수분 함량이 증가될 수 있었고 매질을 재생하여 수분 함량이 감소되었다. 수분 함량에 대한 설정점이 사무실 건물이 위치한 장소의 통상적인 공기 수분 함량보다 낮았기 때문에, 시스템 사용 동안에 매질이 재생되었지만 완충기에 추가적인 물이 추가되지 않았다. 제2 제어 디바이스는 판형 열 교환기로 구현된다. 매질은 아세트산 칼륨이었다. 이 예에서는 처리 회로가 LQR 조절기 형태로 사용되었다.
종래 기술 시스템은 연속 365일, 즉 1년 내내 사용되었으며, 본 발명의 시스템도 동일한 일수 동안 사용되었다. 이 기간 동안 주변 온도 및 주변 습도와 같은 외부 요인은 크게 다르지 않았다. 에너지 소비가 측정되었고 그 결과가 하기의 [표 1]에 나타내었다.
알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 시스템을 사용해서 사무실 건물의 에너지 소비가 상당히 낮아졌다. 또한 더 높은 공급 온도, 즉 제2 제어 디바이스에 공급되는 냉각수의 더 높은 온도를 허용하면서 이러한 결과가 달성될 수 있었다는 점도 유의하였다.
시스템을 통과하는 공기의 흐름, 시스템의 업스트림의 공기 흐름 온도 및 시스템 다운스트림의 온도, 즉 시스템의 매질과 접촉한 후의 복귀 온도와 같은 다른 특징은 종래 기술의 시스템과 본 발명의 시스템이 동일했다. 또한, 시스템 다운스트림의 수분 함량이 동일했다. 결론적으로, 본 발명의 시스템은 종래 기술의 시스템과 동일한 결과를 달성할 수 있었지만, 본 발명의 방법을 사용하여 공기 흐름의 수분 함량과 온도가 조절될 수 있었다는 사실로 인해 훨씬 더 적은 에너지를 사용하였다.
추가 실시예
하나 이상의 실시예에서, 시스템(1)의 처리 회로(40)에 의해 실행될 때 시스템(1)이 본 명세서(즉, 청구범위, 발명의 내용 또는 상세한 설명에서)에 개시된 방법 중 임의의 방법에 규정된 방법을 수행하게 하는 명령들을 저장하는 비일시적 컴퓨터-판독 가능 저장 매체가 제공된다.
비일시적 컴퓨터-판독 가능 저장 매체는 시스템(1)의 처리 회로(40)에 의해 실행될 때 시스템(1)이: 제1 입력 신호, 제2 입력 신호, 제3 입력 신호 및 제4 입력 신호를 수신하고, 매질의 원하는 온도 변화, Tchange와 원하는 수분 함량 변화, wcchange를 제1 함수 f1로 결정하며, 제1 제어 신호 C1과 제2 제어 신호 C2를 생성하게 하는 명령을 저장할 수 있다.
비일시적 컴퓨터-판독 가능 저장 매체는 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하기 위한 시스템(1)의 처리 회로(40)에 의해 실행될 때 시스템(1)이 도 4 및 도 5와 관련하여 제시된 실시예 중 임의의 방법의 단계를 수행하게 하는 명령을 추가로 저장할 수 있다.
본 명세서에 기술된 다양한 실시예로부터의 특징은 그러한 조합이 부적합할 것이라고 명시적으로 언급되지 않는 한 자유롭게 조합될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

Claims (30)

  1. 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하기 위한 시스템에 있어서:
    - 접촉 디바이스를 통해 흐르는 공기 흐름과 매질 사이에 열 에너지 및 수증기를 전달하는 상기 접촉 디바이스(10)로서, 열 에너지 및 수증기가 전달되는 상기 매질과 상기 공기 흐름 사이의 접촉을 허용하도록 구성되는 상기 접촉 디바이스(10),
    - 상기 매질의 수분 함량을 제어하는 제1 제어 디바이스(20),
    - 상기 매질의 온도를 제어하는 제2 제어 디바이스(30)를 포함하고,
    상기 접촉 디바이스(10), 상기 제1 제어 디바이스(20) 및 상기 제2 제어 디바이스(30)는 상기 매질이 상기 접촉 디바이스(10), 상기 제1 제어 디바이스(20) 및 상기 제2 제어 디바이스(30)를 포함하는 루프(50)에서 흐를 수 있도록 연결되고,
    상기 시스템(1)은 상기 제1 제어 디바이스(20) 및 상기 제2 제어 디바이스(30)를 제어하도록 구성된 처리 회로(40)를 더 포함하고,
    상기 시스템(1)은
    - 상기 매질의 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium를 측정하고 상기 매질 수분 함량 파라미터를 나타내는 신호를 상기 처리 회로에 전송하도록 구성된 제1 센서(S1)로서, 상기 매질 수분 함량 파라미터는 상기 매질 내 수분의 양을 나타내는 파라미터인, 상기 제1 센서(S1),
    - 상기 매질의 매질 온도, Tmedium를 측정하고 상기 온도를 나타내는 신호를 상기 처리 회로에 전송하도록 구성된 제2 센서(S2)를 포함하고,
    상기 시스템(1)은
    - 상기 공기 흐름의 공기 온도, Tair를 측정하고 상기 온도를 나타내는 신호를 상기 처리 회로에 전송하도록 구성된 제3 센서(S3),
    - 상기 공기 흐름의 공기 수분 함량 파라미터, wcair를 측정하고 상기 공기 수분 함량 파라미터를 나타내는 신호를 상기 처리 회로에 전송하도록 구성된 제4 센서(S4)로서, 상기 공기 수분 함량 파라미터는 상기 공기 흐름 내 수분의 양을 나타내는 파라미터인, 상기 제4 센서(S4)를 더 포함하고,
    상기 제3 센서 및 상기 제4 센서는 다운스트림 섹션에서 공기 온도 및 공기 수분 함량을 측정하도록 구성되고, 상기 다운스트림 섹션은 상기 공기 흐름이 상기 접촉 디바이스를 통해 흐른 후 통과하는 섹션이고,
    상기 처리 회로(40)는
    - 상기 제1 센서로부터, 상기 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium를 포함하는 제1 입력 신호를 수신하고,
    - 상기 제2 센서로부터, 상기 측정된 매질 온도, Tmedium를 포함하는 제2 입력 신호를 수신하고,
    - 상기 제3 센서로부터, 상기 측정된 공기 온도, Tair를 포함하는 제3 입력 신호를 수신하고,
    - 상기 제4 센서로부터, 상기 측정된 공기 수분 함량 파라미터, wcair를 포함하는 제4 입력 신호를 수신하고,
    상기 수신된 파라미터에 기초하여, 상기 매질의 원하는 온도 변화, Tchange 및 원하는 수분 함량 변화, wcchange를 제1 함수 f1:

    로서 결정하고,
    제2 함수 f2(Tair, wcair)는 상기 공기 온도, Tair와 상기 공기 수분 함량, wcair 중 하나의 값의 변화가 다른 하나의 값에 영향을 미치도록 상기 공기 온도, Tair와 상기 공기 수분 함량, wcair 사이의 관계를 상호-종속 변수로서 규정하고,
    상기 원하는 온도 변화, Tchange 및 상기 원하는 수분 함량 변화, wcchange는 상기 접촉 디바이스를 통해 흐르는 상기 공기 흐름이 상기 접촉 디바이스 내 상기 매질과의 접촉을 통해 미리 결정된 온도 설정점, Tset 및 미리 결정된 수분 함량 설정점, wcset에 근접하도록 결정되고,
    - 상기 제1 제어 디바이스가 상기 수분 함량 변화, wcchange를 상기 매질에 적용하게 하여 상기 매질 수분 함량이 상기 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium의 상기 값으로부터 상기 원하는 수분 함량 변화, f(wcmedium, wcchange)만큼 변화되도록 구성되는 제1 제어 신호를 생성하고,
    - 상기 제2 제어 디바이스가 상기 온도 변화, Tchange를 상기 매질에 적용하게 하여 상기 매질 온도가 상기 측정된 매질 온도, Tmedium로부터 상기 원하는 온도 변화, f(Tmedium,Tchange)만큼 변화되도록 구성되는 제2 제어 신호를 생성함으로써, 상기 접촉 디바이스를 통과하는 상기 공기 흐름의 공기 온도 및 공기 수분 함량을 제어하도록 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리 회로는
    - 상기 제1 입력 신호, 상기 제2 입력 신호, 상기 제3 입력 신호 및 상기 제4 입력 신호를 반복적으로 수신하고
    - 상기 제1 함수 f1를 업데이트하고
    - 상기 업데이트된 제1 함수 f1에 기초하여 상기 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 업데이트하도록 추가로 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시스템(1)은 상기 제1 제어 신호를 상기 제1 제어 디바이스(20)에 전송하고 상기 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제1 제어 디바이스(20)의 상기 매질 수분 함량을 변화시키도록 추가로 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템(1)은 상기 제2 제어 신호를 상기 제2 제어 디바이스(30)에 전송하고 상기 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 제어 디바이스(30)의 상기 매질 온도를 변화시키도록 추가로 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 공기 흐름의 업스트림 공기 온도, Tupstream를 측정하고 상기 온도를 나타내는 신호를 상기 처리 회로에 전송하도록 구성된 제5 센서(S5),
    - 상기 공기 흐름의 업스트림 공기 수분 함량 파라미터, wcupstream를 측정하고 상기 업스트림 공기 수분 함량을 나타내는 신호를 상기 처리 회로에 전송하도록 구성된 제6 센서(S6)로서, 상기 업스트림 공기 수분 함량 파라미터는 상기 공기 흐름 내 수분의 양을 나타내는 파라미터인, 상기 제6 센서(S6)를 더 포함하고,
    상기 제5 센서 및 상기 제6 센서는 업스트림 섹션에서 업스트림 공기 온도 및 업스트림 공기 수분 함량을 측정하도록 구성되고, 상기 업스트림 섹션은 상기 공기 흐름이 상기 접촉 디바이스를 통해 흐르기 전에 통과하는 섹션이고,
    상기 처리 회로는
    - 상기 제5 센서로부터, 상기 측정된 업스트림 공기 온도, Tupstream를 포함하는 제5 입력 신호를 수신하고,
    - 상기 제6 센서로부터, 상기 측정된 업스트림 공기 수분 함량, wcupstream을 포함하는 제6 입력 신호를 수신하도록 추가로 구성되고,
    상기 처리 회로는 상기 제1 함수 f1:

    를 결정하도록 추가로 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 회로(40)는 상기 수신된 파라미터와 또한 상기 접촉 디바이스의 적어도 하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd에 기초하여 상기 제1 함수 f1를:

    로서 결정하도록 추가로 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  7. 제6항에 있어서, 하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd는 상기 접촉 디바이스를 통과하는 상기 공기 흐름 또는 상기 매질의 질량 흐름(mass flow)인, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 하나의 접촉 디바이스 파라미터, cd는 배압인, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 제어 디바이스(20)는 상기 매질의 일정 부피(a volume of the medium)를 포함하는 완충기(B)를 포함하고, 상기 매질 수분 함량을 변화시키는 것은 상기 완충기에 물을 추가하는 것 및/또는 상기 부피의 일부를 재생함으로써 상기 완충기로부터 물을 제거하는 것을 포함하는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 제어 디바이스(30)는 열 교환기를 포함하는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 센서는 상기 제2 제어 디바이스의 다운스트림이지만 상기 접촉 디바이스의 업스트림의 상기 루프에서 상기 매질의 수분 함량 파라미터, wcmedium를 측정하도록 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 센서는 상기 제2 제어 디바이스의 다운스트림이지만 상기 접촉 디바이스의 업스트림의 상기 루프에서 상기 매질의 온도, Tmedium를 측정하도록 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매질의 상기 온도, Tmedium 또는 상기 매질의 상기 수분 함량 파라미터, wcmedium를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 추가 센서(S7)를 더 포함하고, 상기 추가 센서는 상기 루프의 다른 부분에서 상기 매질 온도, Tmedium 또는 상기 매질의 상기 수분 함량 파라미터, wcmedium를 측정한 다음에 상기 제1 센서 또는 상기 제2 센서에서 측정하도록 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 회로는 적어도 하나의 비례-적분-미분 제어기, PID를 사용하여 상기 제1 함수 f1를 결정하도록 추가로 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 회로는 선형-2차 조절기, LQR을 사용하여 상기 제1 함수 f1를 결정하도록 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  16. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 회로는 모델 예측 제어, MPC를 사용하여 상기 제1 함수 f1를 결정하도록 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접촉 디바이스는 증발기 패드인, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  18. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접촉 디바이스는 액체-공기 막 에너지 교환기, LAMEE(liquid to air membrane energy exchanger)인, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매질은 염화칼슘 CaCl2, 염화마그네슘 MgCl2, 또는 황산칼륨 K2SO4과 같은 염인, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 센서는 상기 매질의 증기압을 측정함으로써 상기 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium를 측정하도록 구성되는, 공기 흐름의 온도 및 수분 함량 제어 시스템(1).
  21. 시스템에서 공기 흐름의 온도 및 습도를 제어하기 위한 컴퓨터 구현 방법에 있어서:
    접촉 디바이스를 통해 흐르는 공기 흐름과 매질 사이에 열 에너지 및 수증기를 전달하는 상기 접촉 디바이스로서, 열 에너지 및 수증기가 전달되는 상기 매질과 상기 공기 흐름 사이의 접촉을 허용하도록 구성되는 상기 접촉 디바이스와; 상기 매질의 수분 함량을 제어하는 제1 제어 디바이스와; 상기 매질의 온도를 제어하는 제2 제어 디바이스와, 상기 제1 제어 디바이스 및 상기 제2 제어 디바이스를 제어하도록 구성된 처리 회로를 포함하고, 상기 접촉 디바이스, 상기 제1 제어 디바이스 및 상기 제2 제어 디바이스는 상기 매질이 상기 접촉 디바이스, 상기 제1 제어 디바이스 및 상기 제2 제어 디바이스를 포함하는 루프에서 흐를 수 있도록 연결되고,
    상기 방법은:
    - 상기 처리 회로에서, 제1 센서로부터 제1 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제1 입력 신호는 매질의 수분 함량을 나타내는 측정된 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium를 포함하는, 상기 제1 입력 신호 수신 단계,
    - 상기 처리 회로에서, 제2 센서로부터 제2 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제2 입력 신호는 상기 매질의 온도를 나타내는 측정된 매질 온도, Tmedium를 포함하는, 상기 제2 입력 신호 수신 단계,
    - 상기 처리 회로에서, 제3 센서로부터 제3 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제3 입력 신호는 상기 시스템의 다운스트림 섹션에 있는 상기 공기 흐름의 온도를 나타내는 측정된 공기 온도, Tair를 포함하고, 상기 다운스트림 섹션은 상기 접촉 디바이스를 통해 흐른 후에 상기 공기 흐름이 통과하는 섹션인, 상기 제3 입력 신호 수신 단계,
    - 상기 처리 회로에서, 제4 센서로부터 제4 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제4 입력 신호는 상기 시스템의 상기 다운스트림 섹션에 있는 상기 공기 흐름의 수분 양을 나타내는 측정된 공기 수분 함량 파라미터, wcair를 포함하는, 상기 제4 입력 신호 수신 단계,
    - 상기 처리 회로를 사용하여, 상기 수신된 파라미터에 기초하여, 상기 매질의 상기 원하는 온도 변화, Tchange 및 원하는 수분 함량 변화, wcchange를 제1 함수 f1:

    로서 결정하는 단계를 포함하고,
    제2 함수 f2(Tair, wcair)는 상기 공기 온도, Tair와 상기 공기 수분 함량, wcair 중 하나의 값의 변화가 다른 하나의 값에 영향을 미치도록 상기 공기 온도, Tair와 상기 공기 수분 함량, wcair 사이의 관계를 상호-종속 변수로서 규정하고,
    상기 원하는 온도 변화, Tchange 및 상기 원하는 수분 함량 변화, wcchange는 접촉 디바이스를 통해 흐르는 상기 공기 흐름이 상기 접촉 디바이스 내 상기 매질과의 접촉을 통해 미리 결정된 온도 설정점, Tset 및 미리 결정된 수분 함량 설정점, wcset에 근접하도록 결정되고,
    상기 방법은
    - 상기 처리 회로를 사용하여, 상기 제1 제어 디바이스가 상기 수분 함량 변화, wcchange를 상기 매질에 적용하게 하여 상기 매질 수분 함량이 상기 매질 수분 함량 파라미터, wcmedium의 값으로부터 상기 원하는 수분 함량 변화, f(wcmedium, wcchange)만큼 변화되도록 구성되는 제1 제어 신호, C1를 생성하는 단계, 및
    - 상기 처리 회로를 사용하여, 상기 제2 제어 디바이스가 상기 온도 변화, Tchange를 상기 매질에 적용하게 하여 상기 매질 온도가 상기 측정된 매질 온도, Tmedium로부터 상기 원하는 온도 변화, f(Tmedium,Tchange)만큼 변화되도록 구성되는 제2 제어 신호 C2를 생성하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    - 처리 회로에서, 상기 제1 입력 신호, 상기 제2 입력 신호, 상기 제3 입력 신호 및 상기 제4 입력 신호를 반복적으로 수신하는 단계,
    - 처리 회로를 사용하여, 상기 제1 함수 f1를 업데이트하는 단계, 및
    - 처리 회로를 사용하여, 상기 업데이트된 제1 함수 f1에 기초하여 상기 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    - 상기 제1 제어 신호를 제1 제어 디바이스에 전송하는 단계로서, 상기 제1 제어 디바이스는 상기 매질의 상기 매질 수분 함량을 변화시키도록 구성되는, 상기 제1 제어 신호 전송 단계, 및
    - 상기 제1 제어 신호에 응답하여 상기 매질 수분 함량을 변화시키는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제2 제어 신호를 제2 제어 디바이스에 전송하는 단계로서, 상기 제2 제어 디바이스는 상기 매질의 상기 매질 온도를 변화시키도록 구성되는, 상기 제2 제어 신호 전송 단계, 및
    - 상기 제2 제어 신호에 응답하여 상기 매질 온도를 변화시키는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  25. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 처리 회로에서, 상기 공기 흐름의 업스트림 공기 온도, Tupstream를 측정하도록 구성된 제5 센서로부터 제5 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제5 입력 신호는 상기 측정된 업스트림 공기 온도, Tupstream를 포함하는, 상기 제5 입력 신호 수신 단계,
    - 처리 회로에서, 상기 공기 흐름의 업스트림 공기 수분 함량 파라미터, wcupstream를 측정하도록 구성된 제6 센서로부터 제6 입력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제6 입력 신호는 상기 측정된 업스트림 공기 수분 함량 파라미터, wcupstream를 포함하는, 상기 제6 입력 신호 수신 단계,
    - 상기 수신된 파라미터에 기초하여 상기 제1 함수 f1를:

    로서 결정하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  26. 제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 수신된 파라미터 및 접촉 디바이스의 적어도 하나의 미리 결정된 접촉 디바이스 파라미터, cd에 기초하여 상기 제1 함수 f1를:

    로서 결정하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 접촉 디바이스 파라미터, cd는 상기 접촉 디바이스를 통한 상기 공기 흐름의 질량 흐름 또는 상기 매질의 질량 흐름이거나, 또는 상기 접촉 디바이스 파라미터, cd는 대안적으로 배압인, 컴퓨터 구현 방법.
  28. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 비례-적분-미분 제어기, PID를 사용하여 상기 제1 함수 f1를 결정하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  29. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 선형-2차 조절기, LQR를 사용하여 상기 제1 함수 f1를 결정하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  30. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 모델 예측 제어, MPC를 사용하여 상기 제1 함수 f1를 결정하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
KR1020237036919A 2021-03-26 2022-03-21 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하는 시스템 및 방법 KR20240016944A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE2150370-1 2021-03-26
SE2150370 2021-03-26
PCT/SE2022/050266 WO2022203573A1 (en) 2021-03-26 2022-03-21 System and method for controlling temperature and water content of an airstream

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240016944A true KR20240016944A (ko) 2024-02-06

Family

ID=81327325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237036919A KR20240016944A (ko) 2021-03-26 2022-03-21 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하는 시스템 및 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240167708A1 (ko)
EP (1) EP4314661A1 (ko)
JP (1) JP2024513748A (ko)
KR (1) KR20240016944A (ko)
CN (1) CN117063022A (ko)
WO (1) WO2022203573A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117154283B (zh) * 2023-08-09 2024-04-12 上海聚信海聚新能源科技有限公司 热交换式防凝露冷却系统及控制方法、储能柜

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11132593A (ja) 1997-10-29 1999-05-21 Daikin Ind Ltd 空気調和装置
US6966364B1 (en) * 1999-02-12 2005-11-22 Asml Holding N.V. Systems and methods for controlling local environment
JP3945520B2 (ja) * 2005-05-24 2007-07-18 ダイキン工業株式会社 空調システム
US10222078B2 (en) 2009-11-23 2019-03-05 Carrier Corporation Method and device for air conditioning with humidity control
US9109808B2 (en) 2013-03-13 2015-08-18 Venmar Ces, Inc. Variable desiccant control energy exchange system and method
US9518765B2 (en) * 2013-09-10 2016-12-13 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. System and method for controlling temperature and humidity in multiple spaces using liquid desiccant
WO2016085894A2 (en) * 2014-11-24 2016-06-02 Ducool Usa Inc. D/B/A Advantix Systems System and method for autonomous management of water content of a fluid
AU2017267967B2 (en) * 2016-05-20 2022-04-14 Source Global, PBC Systems and methods for water extraction control
CN114935182A (zh) * 2017-04-18 2022-08-23 北狄空气应对加拿大公司 被干燥剂增强的蒸发冷却系统中的水回收
US11274850B2 (en) * 2018-05-21 2022-03-15 Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP Systems and methods for flow estimation using differential pressure sensor across valve

Also Published As

Publication number Publication date
CN117063022A (zh) 2023-11-14
EP4314661A1 (en) 2024-02-07
WO2022203573A1 (en) 2022-09-29
US20240167708A1 (en) 2024-05-23
JP2024513748A (ja) 2024-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102778009B (zh) 一种变风量空调系统温湿度控制装置及方法
JP5185319B2 (ja) サーバ室管理用の空調システムおよび空調制御方法
CN106524390A (zh) 严密的湿度和温度控制方法
CN102777999B (zh) 室压控制系统
CN106440222B (zh) 洁净空调系统及其控制方法
CN110382967B (zh) 空调控制器和用于控制空调系统的方法
US7957842B2 (en) Apparatus and method for controlling an air supply for drying painted vehicles and other objects
US10852041B2 (en) HVAC system with electronically controlled expansion valve
CN103673107B (zh) 空调器及其控制方法、控制装置
Gao et al. An optimization strategy for the control of small capacity heat pump integrated air-conditioning system
JP2021515177A (ja) 温度調節システム及び方法
KR20240016944A (ko) 공기 흐름의 온도 및 수분 함량을 제어하는 시스템 및 방법
CN108131804A (zh) 一种通过露点温度控制出风湿度的空调系统及其控制方法
JP3135017B2 (ja) 空調装置の運転方法
CN107940698B (zh) 集成式冷站空调系统及其控制方法
CN113899039A (zh) 一种空气调节装置、控制方法、电子设备及存储介质
JP2002048380A (ja) 空気調和装置及びその方法
Zhang et al. Room temperature and humidity decoupling control of common variable air volume air-conditioning system based on bilinear characteristics
CN207797333U (zh) 一种通过露点温度控制出风湿度的空调系统
JP3474745B2 (ja) 空調装置用温湿度制御装置及びこれに使用する温湿度制御プログラムを記録した記録媒体
JP4896911B2 (ja) 揮発物測定装置
JP5939244B2 (ja) 空調装置及び空調制御方法
JPH08123556A (ja) 温湿度制御装置
Shang et al. Tracking controller design for air handling units with uncertainties
JP7089908B2 (ja) 加湿器制御方法及び加湿システム