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KR20220056881A - 옥상 액체 데시컨트 시스템 및 방법 - Google Patents

옥상 액체 데시컨트 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20220056881A
KR20220056881A KR1020227013411A KR20227013411A KR20220056881A KR 20220056881 A KR20220056881 A KR 20220056881A KR 1020227013411 A KR1020227013411 A KR 1020227013411A KR 20227013411 A KR20227013411 A KR 20227013411A KR 20220056881 A KR20220056881 A KR 20220056881A
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KR
South Korea
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liquid desiccant
refrigerant
coil
air stream
desiccant
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Application number
KR1020227013411A
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English (en)
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KR102641608B1 (ko
Inventor
피터 에프. 반데르물렌
Original Assignee
에머슨 클리메이트 테크놀로지즈 인코퍼레이티드
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Publication date
Application filed by 에머슨 클리메이트 테크놀로지즈 인코퍼레이티드 filed Critical 에머슨 클리메이트 테크놀로지즈 인코퍼레이티드
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Abstract

액체 데시컨트 공기-조화 시스템은, 냉각 동작 모드로 동작될 때 빌딩 내 공간을 냉각하고 제습하고, 그리고 가열 동작 모드로 동작될 때 상기 공간을 가열하고 가습한다.

Description

옥상 액체 데시컨트 시스템 및 방법{ROOFTOP LIQUID DESICCANT SYSTEMS AND METHODS}
관련 출원
이 출원은, 'METHODS AND SYSTEMS FOR LIQUID DESICCANT ROOFTOP UNIT' 타이틀의 2014년 3월 20일에 출원된 미국 가 특허 출원 번호 61/968,333, 및 'METHODS AND SYSTEMS FOR LIQUID DESICCANT ROOFTOP UNIT' 타이틀의 2014년 4월 11일에 출원된 미국 가 특허 출원 번호 61/978,539로부터 우선권을 주장하며, 참조에 의해서 이들 모두가 포함된다.
본원은 일반적으로 공간에 들어가는 외부 공기 스트림을 냉각시키고 제습하는 액체 데시컨트(desiccant) 멤브레인 모듈의 사용에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본원은, 복귀 공기 스트림을 처리하는 종래의 증기 압축 시스템을 동시에 사용하면서 외부 공기 스트림을 처리하는 액체 데시컨트를 이 공기 스트림과의 직접 접촉으로부터 분리하는 미세다공성 멤브레인의 사용에 관한 것이다. 멤브레인은 난류 공기 스트림의 사용을 허여하며, 여기서 유체 스트림(공기, 선택적인 냉각 유체 및 액체 데시컨트)은 유체 사이에서 높은 열 및 습기 전달율이 발생되도록 유동된다. 본원은 또한 비용 감소적인 종래 증기 압축 기술을 비용이 비싼 멤브레인 액체 데시컨트와 결합하고 그래서 대략 동일한 비용에서 그러나 훨씬 더 낮은 에너지 소비를 갖는 새로운 시스템을 생성하는 것에 관한 것이다.
액체 데시컨트는 기존의 증기 압축 HVAC(가열, 환기 및 공기 조화) 장치와 동시에 사용되어, 공간, 특히 대량의 외부 공기를 요구하거나 또는 빌딩 공간 내부 자체에 큰 습도 부하를 갖는 공간에서 습도를 줄이는 것을 도와 왔다. 예를 들어 플로리다의 마이애미와 같은 습한 기후는 공간 점유자의 안락을 위해서 요구되는 신선한 공기를 적합하게 처리(제습 및 냉각)하는 데 많은 양의 에너지를 요구한다. 종래의 증기 압축(vapor compression) 시스템은 제습하는 한정된 능력만을 갖고, 공기를 과냉각하는 경향이 있어, 종종 에너지 집약적인 재가열 시스템을 요구하며, 이 재가열 시스템은 재가열이 냉각 코일에 추가적인 열-부하를 부가하기 때문에 전체적 에너지 비용을 상당히 증가시킨다. 액체 데시컨트 시스템은 많은 세월 동안 사용되었고, 일반적으로 공기 흐름으로부터 습기를 제거하는데 매우 효율적이다. 그러나, 액체 데시컨트 시스템은 일반적으로 물 및 LiCl, LiBr 또는 CaCl2의 용액과 같은 농축된 염 용액을 사용한다. 이러한 염수(brine)는 적은 양이더라도 강한 부식성이기 때문에, 처리될 공기 흐름으로의 데시컨트 유출(carry-over)을 방지하기 위한 아주 많은 시도가 오랜 기간 동안 있었다. 하나의 접근 방법-일반적으로 폐쇄식 데시컨트 시스템으로 분류-은 흡수 냉각기로 불리는 장치에서 널리 사용되고, 염수를 진공 베셀에 배치하며, 그러면 이 베셀은 데시컨트를 수용하고, 그리고 공기가 데시컨트에 직접적으로 노출되지 않기 때문에; 이러한 시스템은 데시컨트 입자의 공급 공기 스트림으로의 어떠한 유출의 위험을 갖지 않는다. 그러나, 흡수 냉각기는 제1 비용 및 유지관리 비용의 양 관점에서 비싼 경향이 있다. 개방 데시컨트 시스템은, 일반적으로 냉각 타워 및 증발기에서 사용되는 것과 유사한 충전상(packed bed) 위로 데시컨트를 유동시킴으로써 공기 흐름과 데시컨트 사이의 직접적인 접촉을 허여한다. 이러한 충전상 시스템은 유출 위험을 여전히 갖는 것을 제외하고 다른 단점으로 어려움을 겪고 있다: 공기 스트림에 대한 충전상의 높은 저항은 더 큰 팬 파워 및 충전상을 걸친 압력 강하로 이어지며, 따라서 더 많은 에너지를 요구한다. 또한, 수증기가 데시컨트에 흡수되는 동안 방출되는 응축 열은 갈 곳이 없기 때문에, 제습 프로세스는 단열이다. 결과적으로 데시컨트 및 공기 흐름은 응축 열의 방출에 의해서 가열된다. 시원하고 건조한 공기 흐름이 요구되었던 곳에서, 이것은 따뜻하고, 건조한 공기 흐름으로 이어지며, 후-제습(post-dehumidification) 냉각 코일에 대한 필요를 유발한다. 또한, 더 따뜻해진 데시컨트는 수증기 흡수에 있어서 기하급수적으로 덜 효과적이고, 이것은 시스템이 더욱 더 많은 양의 데시컨트를 충전상에 공급하도록 하며, 이것은, 데시컨트가 데시컨트 및 열 전달 유체로서 이중의 의무를 하기 때문에 다시 더 큰 데시컨트 펌프 파워를 요구한다. 그러나, 더 큰 데시컨트 범람률(flooding rate)은 또한 데시컨트 유출의 증가된 위험으로 이어진다. 일반적으로 공기 유량은 난류 영역 아래로(~ 2,400 미만의 레이놀즈 수) 잘 유지되어 유출을 방지할 필요가 있다. 마이크로-다공성 멤브레인을 이 개방 액체 데시컨트 시스템의 표면에 적용하는 것은 몇 가지 장점을 갖는다. 먼저, 이것은 어떠한 데시컨트가 공기 흐름으로 탈출(유출)되어 빌딩 부식의 소스가 되는 것을 방지한다. 그리고, 두 번째로, 멤브레인은 난류 공기 유동의 사용을 허여하여 열 및 습기 전달을 향상시키고, 이것은, 더욱 컴팩트하게 만들어질 수 있기 때문에, 다시 더 작은 시스템으로 이어진다. 마이크로-다공성 멤브레인은 전형적으로 소수성인 것에 의해서 데시컨트를 데시컨트 용액에 유지하고, 데시컨트의 파괴가 작동 압력보다 상당히 더 높은 압력에서만 발생될 수 있다. 멤브레인 위로 유동하는 공기 흐름에서 수증기는 멤브레인을 통해서 아래에 놓여있는 데시컨트 안으로 확산되어 더 건조된 공기 흐름으로 귀결된다. 만약 데시컨트가 동시에 공기 흐름보다 더 차갑다면, 냉각 기능이 또한 발생할 것이며, 동시적인 냉각 및 제습 효과로 귀결된다.
미국 특허 출원 공개 번호 2012/0132513, 및 PCT 출원 번호 PCT/US11/037936 (Vandermeulen 등)은 공기 스트림의 멤브레인 제습을 위한 플레이트 구조체에 대한 몇 가지 실시형태를 개시한다. 미국 특허 출원 공개 번호 2014-0150662, 2014-0150657, 2014-0150656, 및 2014-0150657, PCT 출원 번호 PCT/US13/045161, 및 미국 특허 출원 번호 61/658,205, 61/729,139, 61/731,227, 61/736,213, 61/758,035, 61/789,357, 61/906,219, 및 61/951,887 (Vandermeulen 등)은 멤브레인 데시컨트 플레이틀 제조하기 위한 몇 가지 제조 방법 및 상세를 개시한다. 이 특허 출원 각각은 참조에 의해서 전체로 여기에 포함된다.
공간에 냉각, 가열, 및 환기를 제공하는 일반적인 수단인 종래의 옥상 유닛(RTUs (Roof Top Units))은 고용량으로 제조되는 저렴한 시스템이다. 그러나, 이 RTU는, 일반적으로 공기 스트림을 제습하는 데에 뛰어나지 않고 외부 공기 비율이 더 높으면 효율이 상당히 떨어지기 때문에, 단지 작은 양의 외부 공기를 처리할 수 있다. 일반적으로, RTU는 5 내지 20%의 외부 공기를 제공하고, 그리고 100%의 외부 공기를 제공하는 것을 전문으로 하는 Make Up Air (MAUs) 또는 Dedicated Outside Air System (DOAS)와 같은 특별한 유닛이 존재하고, 그리고 이들은 더욱 더 효율적으로 작동할 수 있다. 그러나, MAU 또는 DOAS의 비용은, RTU의 톤 당 $1,000에 비교하여 더 낮은 톤 당 $2,000의 냉각 용량을 종종 훨씬 넘는다. 많은 응용에 있어서, RTUs는, 전기에 대한 비용을 지불하는 주체 및 빌딩의 소유주가 종종 달라 이들의 더 낮은 초기 비용 때문에, 단순히 사용되는 유일한 장치이다. 그러나, RTU의 사용은 종종 열악한 에너지 성능, 높은 습도 및 너무 차갑게 느껴지는 빌딩으로 귀결된다. 예를 들어 LED 조명으로 빌딩을 업그레이드 하는 것이 가능하게는 습도 문제로 이어질 수 있고, 그리고 LED가 장착될 때 빌딩을 가열하는 것을 돕는 백열성 조명으로부터의 내측 가열 부하가 대부분 사라지기 때문에 차가운 느낌은 증가된다.
또한, RTUs는 일반적으로 겨울 동작 모드에서 가습하지 않는다. 겨울에, 공기 스트림에 적용되는 가열의 큰 양은 매우 건조한 빌딩 상태로 귀결되며, 이것은 또한 불편할 수 있다. 어떤 빌딩에서, 가습기는 덕트에 장착되거나 RTU에 일체화되어 공간에 습도를 제공한다. 그러나, 공기에서 물의 증발은 이 공기를 상당히 냉각시켜 적용될 추가적인 열을 요구하고, 따라서 에너지 비용을 증가시킨다.
따라서, 공기 흐름으로부터 습기를 포획하는 비용 효율적이고, 제조가능하고 열적으로 효율적인 방법 및 시스템을 제공하고, 동시에 여름 동작 모드에서 이러한 공기 스트림을 냉각하고, 또한 겨울 동작 모드에서 공기 흐름을 가습하고, 그리고 또한 이러한 공기 스트림을 데시컨트 입자로로 오염시키는 위험을 감소시킬 수 있는 시스템에 대한 필요성이 남아있다.
액체 데시컨트를 사용하여 공기 흐름의 효과적인 제습을 위해서 사용되는 방법 및 시스템이 여기에 제공된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트는 공기 스트림을 처리하기 위한 조화기에서 떨어지는 필름과 같이 지지 플레이트의 면 아래로 유동된다. 하나 이상의 실시형태에 다르면, 액체 데시컨트는 미세다공성 멤브레인에 의해서 덮혀져, 액체 데시컨트가 공기 흐름에 들어갈 수 없으나, 공기 흐름의 수증기는 액체 데시컨트 안으로 흡수될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트는 열 전달 유체를 수용하는 플레이트 구조체 위로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 열 전달 유체는 액체 대 냉매 열 교환기에 열적으로 연결되고 액체 펌프에 의해서 펌핑된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 열 교환기의 냉매는 차갑고 그리고 열 교환기를 통해서 열을 뽑아 낸다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 열 교환기를 떠나는 더 뜨거운 냉매는 냉매 압축기에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 압축기는 냉매를 압축하고 나가는 고온 냉매는 냉매 열 교환기에서 다른 열 전달 유체에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 열 교환기는 고온 열 전달 유체를 가열한다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 고온 열 전달 유체는 액체 펌프를 통해서 액체 데시컨트 재생기로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 재생기의 액체 데시컨트는 고온 열 전달 유체를 수용하는 플레이트 구조체 위로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 재생기의 액체 데시컨트는 떨어지는 필름과 같이 지지 플레이트의 면 아래로 유동된다. 하나 이상의 실시형태에 다르면, 액체 데시컨트는 또한 미세다공성 멤브레인에 의해서 덮혀져, 액체 데시컨트가 공기 흐름에 들어갈 수 없으나, 공기 흐름의 수증기는 액체 데시컨트로부터 방출될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트는 조화기로부터 재생기로 그리고 재생기로부터 다시 조화기로 이송된다. 하나 이상의 실시형태에서, 액체 데시컨트는 펌프에 의해서 펌핑된다. 하나 이상의 실시형태에서, 액체 데시컨트는 조화기와 재생기 사이의 열 교환기를 통해서 펌핑된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 조화기를 떠나는 공기는 제2 공기 스트림에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 제2 공기 스트림은 공간으로부터의 복귀 공기 스트림이다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 상기 복귀 공기 스트림의 일 부분은 상기 시스템으로부터 배기되고 그리고 상기 남아있는 공기 스트림은 상기 조화기로부터의 공기 스트림과 혼합된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 배기된 부분은 복귀 공기 스트림의 5 내지 25%이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 배기된 부분은 재생기로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 배기된 부분은 재생기로 지향되기 전에 외부 공기 스트림과 혼합된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 상기 복귀 공기와 조화기 공기 사이의 혼합 공기 스트림은 냉각 또는 증발기 코일을 통해서 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 냉각 코일은 냉매 회로로부터 저온 냉매를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 냉각된 공기는 다시 냉각될 공간으로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 냉각 코일은 팽창 밸브 또는 유사한 장치로부터 저온 냉매를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 팽창 밸브는 응축기 코일로부터 액체 냉매를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 응축기 코일은 압축기 시스템으로부터 고온 냉매 가스를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 응축기 코일은 외부 공기 스트림에 의해서 냉각된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 압축기로부터의 고온 냉매 가스는 먼저 재생기로부터 냉매 대 액체 열 교환기로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 복수의 압축기가 사용된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 증발기 및 응축기 코일을 지원하는 압축기로부터 분리된 압축기는 액체 대 냉매 열 교환기를 지원한다. 하나 이상의 실시형태에서, 압축기는 가변 속도 압축기이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 공기 스트림은 팬 또는 송풍기에 의해서 이동된다. 하나 이상의 실시형태에서, 이러한 팬은 가변 속도 팬이다.
액체 데시컨트를 사용하여 공기 스트림의 효율적인 가습을 위해서 사용되는 방법 및 시스템이 여기에 제공된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트는 공기 스트림을 처리하기 위한 조화기에서 떨어지는 필름과 같이 지지 플레이트의 면 아래로 유동된다. 하나 이상의 실시형태에 다르면, 액체 데시컨트는 미세다공성 멤브레인에 의해서 덮혀져, 액체 데시컨트가 공기 흐름에 들어갈 수 없으나, 공기 흐름의 수증기는 액체 데시컨트 안으로 흡수될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트는 열 전달 유체를 수용하는 플레이트 구조체 위로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 열 전달 유체는 액체 대 냉매 열 교환기에 열적으로 연결되고 액체 펌프에 의해서 펌핑된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 열 교환기의 냉매는 뜨껍고 그리고 조화기에, 따라서 상기 조화기를 통과하는 공기 스트림에 열을 방출한다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 조화기를 떠나는 공기는 제2 공기 스트림에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 제2 공기 스트림은 공간으로부터의 복귀 공기 스트림이다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 상기 복귀 공기 스트림의 일 부분은 상기 시스템으로부터 배기되고 그리고 상기 남아있는 공기 스트림은 상기 조화기로부터의 공기 스트림과 혼합된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 배기된 부분은 복귀 공기 스트림의 5 내지 25%이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 배기된 부분은 재생기로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 배기된 부분은 재생기로 지향되기 전에 외부 공기 스트림과 혼합된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 상기 복귀 공기와 조화기 공기 사이의 혼합 공기 스트림은 응축기 코일을 통해서 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 응축기 코일은 재생 회로로부터 고온 냉매를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 응축기 코일은 조화기로부터 오는 혼합 공기 스트림과 공간으로부터의 남아있는 복귀 공기를 따뜻하게 한다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 따뜻해진 공기는 냉각될 공간으로 다시 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 응축기 코일은 액체 대 냉매 열 교환기로부터 고온 냉매를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 응축기 코일은 압축기 시스템으로부터 직접적으로 고온 냉매 가스를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 응축기 코일 떠나는 더 차가워진 액체 냉매는 팽창 밸브 또는 유사한 장치에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 냉매는 팽창 밸브에서 팽창되고, 증발기 코일로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 증발기 코일은 또한 외부 공기 스트림을 받고, 이로부터 증발기 코일은 열을 뽑아 팽창 밸브로부터의 차가운 냉매를 가열한다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 증발기 코일로부터의 더 따뜻한 냉매는 액체 대 냉매 열 교환기에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 액체 대 냉매 열 교환기는 증발기로부터 냉매를 받고, 열 전달 유체 루프로부터 추가적인 열을 흡수한다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 열 전달 유체 루프는 열적으로 재생기에 연결된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 재생기는 공기 스트림으로부터 열 및 습기를 수집한다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 재생기의 액체 데시컨트는 저온 열 전달 유체를 수용하는 플레이트 구조체 위로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 재생기의 액체 데시컨트는 떨어지는 필름과 같이 지지 플레이트의 면 아래로 유동된다. 하나 이상의 실시형태에 다르면, 액체 데시컨트는 또한 미세다공성 멤브레인에 의해서 덮혀져, 액체 데시컨트가 공기 흐름에 들어갈 수 없으나, 공기 흐름의 수증기는 액체 데시컨트로부터 방출될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 공기 스트림은 복귀 공기 스트림으로부터 방출되는 공기 스트림이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 공기 스트림은 외부 공기 스트림이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 공기 스트림은 방출된 공기 스트림과 외부 공기 스트림의 혼합물이다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 대 냉매 열 교환기를 떠나는 냉매는 냉매 압축기에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 압축기는 냉매를 압축하고, 이 냉매는 다음으로 조화기 열 교환기에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 열 교환기는 고온 열 전달 유체를 가열한다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 고온 열 전달 유체는 액체 펌프를 통해서 액체 데시컨트 조화기에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트는 조화기로부터 재생기로 그리고 재생기로부터 다시 조화기로 이송된다. 하나 이상의 실시형태에서, 액체 데시컨트는 펌프에 의해서 펌핑된다. 하나 이상의 실시형태에서, 액체 데시컨트는 조화기와 재생기 사이의 열 교환기를 통해서 펌핑된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 증발기 및 응축기 코일을 지원하는 압축기로부터 분리된 압축기는 액체 대 냉매 열 교환기를 지원한다. 하나 이상의 실시형태에서, 압축기는 가변 속도 압축기이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 공기 스트림은 팬 또는 송풍기에 의해서 이동된다. 하나 이상의 실시형태에서, 이러한 팬은 가변 속도 팬이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 복수의 압축기가 사용된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 열 교환기를 떠나는 더 차가운 냉매는 응축기 코일에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 응축기 코일은 공기 스트림을 받고 있고 여전히 고온 냉매가 이러한 공기 스트림을 가열하기 위해서 사용된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 상기 동작 동안에 상기 데시컨트에 부가된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 겨울 가열 모드 동안에 부가된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 데시컨트의 농도를 제어하기 위해서 부가된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 건조한 더운 날씨 동안에 부가된다.
액체 데시컨트를 사용하여 공기 흐름의 효과적인 제습을 위해서 사용되는 방법 및 시스템이 여기에 제공된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트는 공기 스트림을 처리하기 위한 조화기에서 떨어지는 필름과 같이 지지 플레이트의 면 아래로 유동된다. 하나 이상의 실시형태에 다르면, 액체 데시컨트는 미세다공성 멤브레인에 의해서 덮혀져, 액체 데시컨트가 공기 흐름에 들어갈 수 없으나, 공기 흐름의 수증기는 액체 데시컨트 안으로 흡수될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트는 데시컨트 대 냉매 열 교환기에 열적으로 연결되고, 액체 펌프에 의해서 펌핑된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 열 교환기의 냉매는 차갑고 그리고 열 교환기를 통해서 열을 뽑아 낸다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 열 교환기를 떠나는 더 뜨거운 냉매는 냉매 압축기에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 압축기는 냉매를 압축하고 나가는 고온 냉매는 다른 냉매 대 데시컨트 열 교환기에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 열 교환기는 고온 데시컨트를 가열한다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 고온 데시컨트는 액체 펌프를 통해서 액체 데시컨트 재생기에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 재생기의 액체 데시컨트는 플레이트 구조체 위로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 재생기의 액체 데시컨트는 떨어지는 필름과 같이 지지 플레이트의 면 아래로 유동된다. 하나 이상의 실시형태에 다르면, 액체 데시컨트는 또한 미세다공성 멤브레인에 의해서 덮혀져, 액체 데시컨트가 공기 흐름에 들어갈 수 없으나, 공기 흐름의 수증기는 액체 데시컨트로부터 방출될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트는 조화기로부터 재생기로 그리고 재생기로부터 다시 조화기로 이송된다. 하나 이상의 실시형태에서, 액체 데시컨트는 펌프에 의해서 펌핑된다. 하나 이상의 실시형태에서, 액체 데시컨트는 조화기와 재생기 사이의 열 교환기를 통해서 펌핑된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 조화기를 떠나는 공기는 제2 공기 스트림에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 제2 공기 스트림은 공간으로부터의 복귀 공기 스트림이다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 상기 복귀 공기 스트림의 일 부분은 상기 시스템으로부터 배기되고 그리고 상기 남아있는 공기 스트림은 상기 조화기로부터의 공기 스트림과 혼합된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 배기된 부분은 복귀 공기 스트림의 5 내지 25%이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 배기된 부분은 재생기로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 배기된 부분은 재생기로 지향되기 전에 외부 공기 스트림과 혼합된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 상기 복귀 공기와 조화기 공기 사이의 혼합 공기 스트림은 냉각 또는 증발기 코일을 통해서 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 냉각 코일은 냉매 회로로부터 저온 냉매를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 냉각된 공기는 다시 냉각될 공간으로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 냉각 코일은 팽창 밸브 또는 유사한 장치로부터 저온 냉매를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 팽창 밸브는 응축기 코일로부터 액체 냉매를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 응축기 코일은 압축기 시스템으로부터 고온 냉매 가스를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 응축기 코일은 외부 공기 스트림에 의해서 냉각된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 압축기로부터의 고온 냉매 가스는 먼저 재생기로부터 냉매 대 데시컨트 열 교환기로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 복수의 압축기가 사용된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 증발기 및 응축기 코일을 지원하는 압축기로부터 분리된 압축기는 데시컨트 대 냉매 열 교환기를 지원한다. 하나 이상의 실시형태에서, 압축기는 가변 속도 압축기이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 공기 스트림은 팬 또는 송풍기에 의해서 이동된다. 하나 이상의 실시형태에서, 이러한 팬은 가변 속도 팬이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 냉매의 유동 방향은 겨울 가열 모드에 대해서 역으로 된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 상기 동작 동안에 상기 데시컨트에 부가된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 겨울 가열 모드 동안에 부가된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 데시컨트의 농도를 제어하기 위해서 부가된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 건조한 더운 날씨 동안에 부가된다.
액체 데시컨트를 사용하여 공기 흐름의 효과적인 제습을 위해서 사용되는 방법 및 시스템이 여기에 제공된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트는 공기 스트림을 처리하기 위한 조화기에서 떨어지는 필름과 같이 지지 플레이트의 면 아래로 유동된다. 하나 이상의 실시형태에 다르면, 액체 데시컨트는 미세다공성 멤브레인에 의해서 덮혀져, 액체 데시컨트가 공기 흐름에 들어갈 수 없으나, 공기 흐름의 수증기는 액체 데시컨트 안으로 흡수될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트는 조화기에 매립된 냉매 열 교환기에 열적으로 연결된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 조화기의 냉매는 냉각되고, 데시컨트 그리고 따라서 조화기를 통해서 유동하는 공기 스트림으로부터 열을 뽑는다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 조화기를 떠나는 더 따뜻한 냉매는 냉매 압축기에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 압축기는 냉매를 압축하고 나가는 고온 냉매는 재생기에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 고온 냉매는 재생기의 구조체 안에 매립된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 재생기의 액체 데시컨트는 플레이트 구조체 위로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 재생기의 액체 데시컨트는 떨어지는 필름과 같이 지지 플레이트의 면 아래로 유동된다. 하나 이상의 실시형태에 다르면, 액체 데시컨트는 또한 미세다공성 멤브레인에 의해서 덮혀져, 액체 데시컨트가 공기 흐름에 들어갈 수 없으나, 공기 흐름의 수증기는 액체 데시컨트로부터 방출될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트는 조화기로부터 재생기로 그리고 재생기로부터 다시 조화기로 이송된다. 하나 이상의 실시형태에서, 액체 데시컨트는 펌프에 의해서 펌핑된다. 하나 이상의 실시형태에서, 액체 데시컨트는 조화기와 재생기 사이의 열 교환기를 통해서 펌핑된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 조화기를 떠나는 공기는 제2 공기 스트림에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 제2 공기 스트림은 공간으로부터의 복귀 공기 스트림이다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 상기 복귀 공기 스트림의 일 부분은 상기 시스템으로부터 배기되고 그리고 상기 남아있는 공기 스트림은 상기 조화기로부터의 공기 스트림과 혼합된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 배기된 부분은 복귀 공기 스트림의 5 내지 25%이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 배기된 부분은 재생기로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 배기된 부분은 재생기로 지향되기 전에 외부 공기 스트림과 혼합된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 상기 복귀 공기와 조화기 공기 사이의 혼합 공기 스트림은 냉각 또는 증발기 코일을 통해서 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 냉각 코일은 냉매 회로로부터 저온 냉매를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 냉각된 공기는 다시 냉각될 공간으로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 냉각 코일은 팽창 밸브 또는 유사한 장치로부터 저온 냉매를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 팽창 밸브는 응축기 코일로부터 액체 냉매를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 응축기 코일은 압축기 시스템으로부터 고온 냉매 가스를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 응축기 코일은 외부 공기 스트림에 의해서 냉각된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 압축기로부터의 고온 냉매 가스는 먼저 재생기로부터 냉매 대 데시컨트 열 교환기로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 복수의 압축기가 사용된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 증발기 및 응축기 코일을 지원하는 압축기로부터 분리된 압축기는 데시컨트 대 냉매 열 교환기를 지원한다. 하나 이상의 실시형태에서, 압축기는 가변 속도 압축기이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 공기 스트림은 팬 또는 송풍기에 의해서 이동된다. 하나 이상의 실시형태에서, 이러한 팬은 가변 속도 팬이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 냉매의 유동 방향은 겨울 가열 모드에 대해서 역으로 된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 상기 동작 동안에 상기 데시컨트에 부가된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 겨울 가열 모드 동안에 부가된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 데시컨트의 농도를 제어하기 위해서 부가된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 건조한 더운 날씨 동안에 부가된다.
물 및 선택성 멤브레인을 사용하여 데시컨트 스트림의 효율적인 가습을 위해서 사용되는 방법 및 시스템이 여기에 제공된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 액체 이송을 위한 채널 쌍의 세트가 제공되며, 여기서 채널 쌍의 일 측은 물 스트림을 받고 채널 쌍의 다른 측은 액체 데시컨트를 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물은 수돗물, 해수, 폐수 등이다. 하나 이상의 실시형태에서, 액체 데시컨트는 물을 흡수할 수 있는 임의의 액체 데시컨트이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 채널 쌍의 구성요소는 물을 선택적으로 투과할 수 있는 그러나 임의 다른 구성성분에 대해서는 투과성이 아닌 멤브레인에 의해서 분리된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 멤브레인은 역 삼투압 멤브레인, 또는 어떤 다른 간편한 선택성 멤브레인이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 복수의 쌍은 물 스트림으로부터 데시컨트 스트림에 부가되는 물의 양을 변화시키도록 개별적으로 제어될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 농도 전위 차 이외의 다른 구동력이 물의 멤브레인을 통한 투과를 조력하기 위해서 사용된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 이러한 구동력은 열 또는 압력이다.
물 및 선택성 멤브레인을 사용하여 데시컨트 스트림의 효율적인 가습을 위해서 사용되는 방법 및 시스템이 여기에 제공된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 일련의 채널 쌍을 포함하는 물 주입기는 액체 데시컨트 회로 및 물 회로에 연결되며, 채널 쌍의 절반은 액체 데시컨트를 받고, 나머지 반은 물을 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 채널 쌍은 선택성 멤브레인에 의해서 분리된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트 회로는 재생기와 조화기 사이에 연결된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물 회로는 펌핑 시스템을 통해서 물 탱크로부터 물을 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 선택성 멤브레인을 통해서 흡수되지 않은 과잉 물은 물 탱크에 다시 배출된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물 탱크는 레버 센서 또는 플로트 스위치에 의해서 가득 채워지게 유지된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 침전물 또는 농축된 물은 블로다운 절차로서도 알려진 배출 밸브에 의해서 물 탱크로부터 배출된다.
2개의 데시컨트 스트림 사이에 열 전달 기능을 제공함과 동시에, 물 및 선택성 멤브레인을 사용하여 데시컨트 스트림의 효율적인 가습을 위해서 사용되는 방법 및 시스템이 여기에 제공된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 일련의 채널 트리플렛(triplet)을 포함하는 물 주입기는 2개의 액체 데시컨트 회로 및 물 회로에 연결되며, 여기서 채널 트리플렛의 3분의 1은 공온 액체 데시컨트를 받고, 트리플렛의 제2의 3분의 1은 저온 액체 데시컨트를 받고, 트리플렛의 나머지 3분의 1은 물을 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 채널 트리플렛은 선택성 멤브레인에 의해서 분리된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트 채널은 재생기와 조화기 사이에 연결된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물 회로는 펌핑 시스템을 통해서 물 탱크로부터 물을 받는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 선택성 멤브레인을 통해서 흡수되지 않은 과잉 물은 물 탱크에 다시 배출된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 물 탱크는 레버 센서 또는 플로트 스위치에 의해서 가득 채워지게 유지된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 침전물 또는 농축된 물은 블로다운 절차로서도 알려진 배출 밸브에 의해서 물 탱크로부터 배출된다.
액체 데시컨트를 사용하여 공기 스트림의 효율적인 제습 또는 가습을 위해서 사용되는 방법 및 시스템이 여기에 제공된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트 스트림은 더 큰 스트림과 더 작은 스트림으로 분리된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 더 큰 스트림은 공기 스트림에 대항-유동 방향으로 유체 유동을 제공하도록 구성되는 열 전달 채널 안으로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 큰 스트림은 수평 유체 스트림이고, 공기 스트림은 유체 스트림에 대항하는 방향으로 수평 스트림이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 큰 스트림은 수직방향으로 위로 또는 수직방향으로 아래로 유동하고 있고, 그리고 공기 스트림은 수직방향으로 아래로 또는 수직방향으로 위로 대항-유동 배향으로 유동하고 있다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 큰 스트림 및 공기 유동 스트림의 질량 유량은 인자 2 내에서 대략 동일하다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 큰 데시컨트 스트림은 가열 또는 냉각 장치에 연결되는 열 교환기에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 가열 또는 냉각 장치는 열 펌프, 지열 소스, 고온 물 소스 등이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 열 펌프는 가역적이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 열 교환기는 비-부식성 재료로 만들어 진다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 재료는 티타늄 또는 데시컨트에 비-부식성인 임의의 적합한 재료이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 데시컨트 자체는 비-부식성이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 작은 데시컨트 스트림은 중력에 의해서 하방으로 유동하는 채널에 동시에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 작은 스트림은 반대측 상에 공기 유동을 갖는 멤브레인에 의해서 한정된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 멤브레인은 미세다공성 멤브레인이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 작은 데시컨트 스트림의 질량 유량은 더 큰 데시컨트 스트림의 질량 유량의 1 내지 10% 사이이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 작은 데시컨트 스트림은 채널(멤브레인)을 나간 후 과잉 수증기를 제거하기 위해서 재생기에 지향된다.
액체 데시컨트를 사용하여 공기 스트림의 효율적인 제습 또는 가습을 위해서 사용되는 방법 및 시스템이 여기에 제공된다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 액체 데시컨트 스트림은 더 큰 스트림과 더 작은 스트림으로 분리된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 큰 스트림은 공기 스트림에 대항-유동 방향으로 유체 유동을 제공하도록 구성되는 열 전달 채널 안으로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 작은 스트림은 멤브레인 제한 채널에 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 멤브레인 채널은 데시컨트의 반대 측 상에 공기 스트림을 갖는다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 큰 스트림은 열 전달 채널을 떠난 후 열 펌프 열 교환기에 지향되고, 열 펌프 열 교환기에 의해서 가열되거나 또는 냉각된 후에 열 전달 채널에 다시 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 공기 스트림은 외부 공기 스트림이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 멤브레인 뒤에서 데시컨트에 의해서 처리된 후 공기 스트림은 공간으로부터 복귀되는 더 큰 공기 스트림 안으로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 큰 공기 스트림은, 열 교환기 열 펌프로서 동일한 열 펌프 냉각 회로에 연결되는 코일에 의해서 후속하여 냉각된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 데시컨트 스트림은 단일 데시컨트 스트림이고, 열 전달 채널은 2-방향 열 및 질량 교환 모듈로서 구성된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 2-방향 열 및 질량 교환기 모듈은 멤브레인에 의해서 제한된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 멤브레인은 미세다공성 멤브레인이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 2-방향 열 및 질량 교환기 모듈은 외부 공기 스트림을 처리하고 있다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 멤브레인 뒤에서 데시컨트에 의해서 처리된 후 공기 스트림은 공간으로부터 복귀되는 더 큰 공기 스트림 안으로 지향된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 더 큰 공기 스트림은, 열 교환기 열 펌프로서 동일한 열 펌프 냉각 회로에 연결되는 코일에 의해서 후속하여 냉각된다.
본 원의 설명은 결코 개시를 이 출원에 한정시키고자 의되되지 않았다. 많은 구성 변경이 상정될 수 있어 위에서 언급된 다양한 구성요소 각각을 결합할 수 있으며, 그 장점 및 단점을 그대로 갖는다. 본 개시는 결코 특정 세트 또는 이러한 구성요소의 조합에 한정되지 않는다.
도 1은 냉각기 또는 외부 가열 또는 냉각 소스를 사용하는 예시적인 3-방향 액체 데시컨트 공기 조화 시스템을 도시한다.
도 2는 3-방향 액체 데시컨트 플레이트를 포함하는 예시적인 유연하게 구성가능한 멤브레인 모듈을 도시한다.
도 3은 도 2의 액체 데시컨트 멤브레인 모듈의 예시적인 단일 멤브레인 플레이트를 도시한다.
도 4a는 냉각 모드에서 동작하는 종래의 미니-분리형 공기 조화 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 4b는 가열 모드로 동작하는 종래의 미니-분리형 공기 조화 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5a는 여름 냉각 모드에서 100% 외부 공기에 대한 예시적인 냉각기 조력식 액체 데시컨트 공기 조화 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5b는 겨울 가열 모드에서 100% 외부 공기에 대한 예시적인 냉각기 조력식 액체 데시컨트 공기 조화 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 6은 하나 이상의 실시형태에 따른 여름 냉각 모드에서 3-방향 열 및 질량 교환기를 사용하는 예시적인 냉각기 조력식 부분 외부 공기 액체 데시컨트 공기 조화 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 7은 하나 이상의 실시형태에 따른 가열 모드에서 3-방향 열 및 질량 교환기를 사용하는 예시적인 냉각기 조력식 부분 외부 공기 액체 데시컨트 공기 조화 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 8은 종래의 RTU에 대한 공기 냉각 및 액체-RTU의 동등한 프로세스에 관련되는 습공기 상태변화를 도시한다.
도 9는 종래의 RTU에 대한 공기 가열 및 액체-RTU의 동등한 프로세스에 관련되는 습공기 상태변화를 도시한다.
도 10은 하나 이상의 실시형태에 따른 여름 냉각 모드에서 2-방향 열 및 질량 교환기를 사용하는 예시적인 냉각기 조력식 부분 외부 공기 액체 데시컨트 공기 조화 시스템을 개략적으로 도시하며, 여기서 액체 데시컨트는 열 및 질량 교환기에 들어가기 전에 미리 냉각되고 미리 가열된다.
도 11은 하나 이상의 실시형태에 따른 여름 냉각 모드에서 2-방향 열 및 질량 교환기를 사용하는 예시적인 냉각기 조력식 부분 외부 공기 액체 데시컨트 공기 조화 시스템을 개략적으로 도시하며, 여기서 액체 데시컨트는 열 및 질량 교환기 내부에서 냉각되고 가열된다.
도 12는 겨울 가습 모드에서 사용을 위해 액체 데시컨트 안으로 순수 물을 당기는 물 추출 모듈을 도시한다.
도 13은 어떻게 도 12의 물 추출 모듈이 도 7의 시스템 안으로 통합될 수 있는지를 도시한다.
도 14는 열 교환 및 데시컨트 가습 기능을 동시에 제공하는 2개의 세트의 채널 트리플렛을 도시한다.
도 15는 DOAS 안으로 통합된 도 3의 3-방향 멤브레인 모듈 중 2개를 도시하며, 여기서 열 전달 유체 및 액체 데시컨트 유체는 단일 데시컨트 유체 시스템 안으로 결합되는 한편, 제습 기능을 행하는 유체 및 열 전달 기능을 행하는 유체를 위한 분리된 경로의 장점을 유지한다.
도 16은 도 6의 시스템에 통합되는 도 15의 시스템을 도시한다.
도 1은, 참조에 의해서 여기에 포함되는 미국 특허 출원 공개 번호 20120125020에 더욱 상세히 설명되는 바와 같은 새로운 타입의 액체 데시컨트 시스템을 도시한다. 조화기(101)는 내부적으로 중공인 플레이트 구조체 세트를 포함한다. 냉열 전달 유체는 냉원(107)에서 생성되고 플레이트 안으로 들어간다. 114의 액체 데시컨트 용액은 플레이트의 외측 표면 상에 이동되고 플레이트 각각의 외측 표면 아래로 흐른다. 액체 데시컨트는 플레이트의 표면과 공기 유동 사이에 위치되는 멤브레인과 같은 재료의 얇은 시트 뒤에서 흐른다. 이 재료의 시트는 또한 친수성 재료 또는 털뭉치(flocking) 재료를 포함하며, 이 경우에 액체 데시컨트는 대체로 재료의 표면 위보다는 재료의 내부에서 유동된다. 외부 공기(103)는 이제 플레이트 세트를 통해서 유동된다. 플레이트의 표면 상의 액체 데시컨트는 공기 흐름 중의 수증기를 당기고, 플레이트 내부의 냉각수는 공기 온도가 상승되는 것을 억제하는 것을 돕는다. 처리된 공기(104)는 빌딩 공간 안으로 이동된다. 액체 데시컨트 조화기(101) 및 재생기(102)는, 3 개의 유체 흐름이 관여되도록 공기 스트림, 데시컨트, 및 열 전달 유체 사이에서 열 및 질량을 교환하기 때문에, 일반적으로 3-방향 액체 데시컨트 열 및 질량 교환기로 알려져 있다. 2-방향 열 및 질량 교환기는 일반적으로, 후술되는 바와 같이 관여되는 액체 데시컨트 및 공기 스트림만을 갖는다.
액체 데시컨트는 수집 팬 또는 배쓰(bath) 중 어느 하나에 대한 필요 없이 111에서 각각의 플레이트의 하측 단부에서 수집되어 공기 유동은 수평 또는 수직일 수 있다. 플레이트 각각은 표면을 가로질러 유동된 액체 데시컨트를 수집하기 위해서 플레이트의 외측 표면의 하측 단부에서 분리된 데시컨트 수집기를 가질 수도 있다. 인접한 플레이트의 데시컨트 수집기는 서로로부터 이격되어 그 사이의 공기유동을 허여한다. 액체 데시컨트는 다음으로 열 교환기(113)를 통해서 재생기(102)의 상단으로 지점(115)까지 이송되고, 여기서 액체 데시컨트는 재생기의 플레이트를 가로질러 분배된다. 복귀 공기 또는 선택적으로 외부 공기(105)는 재생기 플레이트를 가로질러 유동되고, 수증기는 액체 데시컨트로부터 떠나는 공기 스트림(106) 안으로 이송된다. 선택적 열원(108)은 재생을 위한 구동력을 제공한다. 열원으로부터의 온열 전달 유체(110)는 조화기 상의 냉열 전달 유체와 유사하게 재생기의 플레이트 내부로 이동될 수 있다. 다시, 액체 데시컨트는 수집 팬 또는 배쓰 중 어느 하나에 대한 필요 없이 플레이트(102)의 바닥에서 수집되어 재생기 상에서도 공기 유동이 수평 또는 수직일 수 있다. 선택적 열 펌프(116)는 액체 데시컨트의 냉각 및 가열을 제공하기 위해서 사용될 수 있으나, 일반적으로 냉원(107)과 열원(108) 사이에 열 펌프를 연결하는 것이 더욱 바람직하며, 이것은 따라서 데시컨트로부터보다는 냉각 유체로부터 열을 펌핑하는 것이다.
도 2는, 참조에 의해서 여기에 모두 포함되는 미국 특허 출원 공개 번호 2014-0150662 (2013년 6월 11일 출원), 2014-0150656(2013년 6월 11일 출원) 및 2014-0150657 (2013년 6월 11일 출원)에 더욱 상세히 설명되는 바와 같은 3-방향 열 및 질량 교환기를 설명한다. 액체 데시컨트는 포트(304)를 통해서 구조체에 들어가고, 도 1에 설명되는 바와 같이 일련의 멤브레인 뒤로 지향된다. 액체 데시컨트는 포트(305)를 통해서 수집되고 제거된다. 냉각 또는 가열 유체는 포트(306)를 통해서 제공되고, 다시 도 1에서 그리고 도 3에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 중공 플레이트 구조체 내부에서 공기 스트림(301)에 반대로 흐른다. 냉각 또는 가열 유체는 포트(307)를 통해서 나간다. 처리된 공기(302)는 빌딩의 공간으로 지향되거나 또는 경우에 따라서 배기된다.
도 3은, 참조에 의해서 여기에 포함되는 미국 특허 가출원 일련 번호 61/771,340 (2013년 3월 1일 출원) 및 미국 특허 출원 공개 번호 2014-0245769에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같은 3-방향 열 교환기를 설명한다. 공기 스트림(251)은 냉각 유체 스트림(254)에 반대로 유동된다. 멤브레인(252)은 열 전달 유체(254)를 수용하는 벽(255)을 따라서 떨어지는 액체 데시컨트(253)를 수용한다. 공기 스트림에 동반되는 수증기(256)는 멤브레인(252)을 통과할 수 있고, 그리고 액체 데시컨트(253) 안으로 흡수된다. 흡수 동안에 방출되는 물의 응축 열(258)은 벽(255)을 통해서 열 전달 유체(254)에 안내된다. 공기 스트림으로부터의 현열(257)은 또한 멤브레인(252), 액체 데시컨트(253) 및 벽(255)을 통해서 열 전달 유체(254)에 안내된다.
도 4는, 자주 빌딩에 장착되는 바와 같은, 냉각 모드로 동작되는 종래 패키지의 옥상 유닛(RTU) 공기 조화 시스템의 개략적인 다이어그램을 도시한다. 유닛은 차갑고, 제습된 공기를 생성하는 구성요소 세트 및 환경에 열을 방출하는 구성요소 세트를 포함한다. 패키지된 유닛에 있어서, 냉각 및 가열 구성요소는 일반적으로 단일 인클로져 내부에 있다. 그러나, 냉각 및 가열 구성요소를 분리된 인클로져 안으로 분리하거나 이들을 분리된 위치에 위치시키는 것이 가능하다. 냉각 구성요소는 냉각(증발기) 코일(405)을 포함하며, 이 코일을 통해서 팬(407)이 공간으로부터 (일반적으로 배관(도시되지 않음)을 통해서) 복귀된 복귀 공기(RA로 라벨링됨)(401)를 당긴다. 냉각 코일(405)에 도달되기 전에, 복귀 공기(RA)의 일부는 배기 공기(EA2)로서 시스템으로부터 배기되며, 이 배기 공기는, 남아 있는 복귀 공기와 혼합되어 혼합 공기 스트림(MA)(404)이 되는 외부 공기(OA)(403)에 의해서 대체된다. 여름에, 이 외부 공기(OA)는 종종 따뜻하고 습하며, 시스템의 냉각 부하에 상당한 기여를 부가한다. 냉각 코일(405)은 공기를 냉각하고, 코일 상에서 수증기를 응축하며, 이 수증기는 배출 팬(424)에 수집되고 외부(425)로 이송된다. 그러나, 결과적인 더 차갑고, 더 건조한 공기(CC)(408)는 이제 차갑고, 100% 상대 습도에 매우 가깝다(포화됨). 종종 그리고 비 내리는 봄 날과 같이 매우 따뜻하지 않으나 습한 실외 상태에서, 냉각 코일(10)로부터 직접적으로 오는 공기(CC)(408)는 불편하게 차가울 수 있다. 점유자의 편안함을 증가시키고 공간 습도를 제어하기 위해서, 공기(408)는 더 따뜻한 온도로 재-가열된다. 예를 들어 보일러로부터 온수가 공급되는 온수 코일 또는 스팀 생성기로부터 열을 받는 스팀 코일을 사용는 것과 같은, 또는 전기 저항 히터를 사용함으로써, 이것을 달성하는 몇 가지 방법이 있다. 이 공기의 가열은 냉각 시스템 상에 추가적인 열 부하로 이어진다. 더욱 현대적인 시스템은, 압축기(416)로부터의 뜨거운 냉매를 수용하는 선택적 재-가열 코일(409)를 사용한다. 재-가열 코일(409)은 공기 스트림(408)을 더 따뜻한 공기 스트림(HC)(410)으로 가열하고, 이 더 따뜻한 공기 스트림은 다음으로 공간으로 다시 재순환되고, 점유자에게 편안함을 제공하고, 그리고 점유자가 공간의 습도를 더욱 양호하게 제어하는 것을 허여한다.
압축기(416)는 라인(423)을 통해서 냉매를 받고, 전도체(417)를 통해서 전력을 받는다. 냉매는 임의의 적합한 냉매, 예를 들어 R410A, R407A, R134A, R1234YF, 프로판, 암모니아, CO2 등일 수 있다. 냉매는 압축기(416)에 의해서 압축되고, 압축된 냉매는 라인(418)을 통해서 응축기 코일(414)로 안내된다. 응축기 코일(414)은 외부 공기(OA)(411)를 받고, 이 공기는 팬(413)에 의해서 코일(414)을 통해서 유동되며, 이 팬은 전도체(412)를 통해서 전력을 받는다. 결과적인 배기 공기 스트림(EA)(415)는 압축기에 의해서 생성되는 압축열을 운반한다. 냉매는 응축기 코일(414)에서 응축되고, 결과적인 더 차갑고, (부분적으로) 액체인 냉매(419)는 재-가열 코일(409)에 안내되고, 여기서 추가적인 열이 냉매로부터 제거되며, 이 냉매는 이 단계에서 액체로 전환된다. 라인(420)의 액체 냉매는 다음으로 냉각 코일(405)에 도달되기 전에 팽창 밸브(421)에 안내된다. 냉각 코일(405)은 라인(422)를 통해서 전형적으로 50-200 psi 압력의 액체 냉매를 받는다. 냉각 코일(405)은 공기 스트림(MA)(404)으로부터 열을 흡수하며, 이 열은 냉매를 재-증발시키며, 다음으로 이 냉매는 라인(423)을 통해서 다시 압축기(416)로 안내된다. 라인(418)의 냉매 압력은 전형적으로 300-600 psi 이다. 어떤 실시에에서, 시스템은 복수의 냉각 코일(405), 팬(407) 및 팽창 밸브(421) 뿐만 아니라 압축기(416) 및 응축기 코일(414) 및 응축기 팬(413)을 가질 수 있다. 때때로, 시스템은 또한 냉매 회로에 추가적인 구성요소를 갖거나, 구성요소의 순서가 기술분야에서 잘 알려진 것과 상이하게 된다. 후술되는 바와 같이, 이러한 구성요소 중 하나는 겨울 모드에서 재-가열 코일(409)을 바이패스시키는 전환 밸브(426)일 수 있다. 상술된 기본적인 구성의 많은 변형예가 있으나, 모든 재순환 옥상 유닛은 일반적으로 습기를 응축시키는 냉각 코일을 갖고, 공간으로부터 복귀되고, 냉각되고 그리고 제습되고 그리고 공간으로 다시 전달되는 메인 공기 스트림에 부가되는 적은 양의 외부 공기를 도입한다. 많은 실시예에서, 큰 부하는 외부 공기의 제습이고 재가열 에너지를 다루는 것이며, 또한 공기를 이동시키기 위해서 요구되는 평균 팬 전력이다.
주된 전기 에너지 소비 구성요소는 전기 라인(417)을 통한 압축기(416), 공급 라인(412)를 통한 응축기 팬 전기 모터 및 라인(406)을 통한 증발기 팬 모터이다. 일반적으로 압축기는 시스템을 동작시키기 위해서 요구되는 전기의 80%에 가깝게 사용하고, 응축기 및 증발기 팬은 각각 피크 부하에서의 전기의 약 10%를 차지한다. 그러나, 일년에 걸친 전력 소비를 평균할 때, 일반적으로 팬은 계속 동작되고, 압축기는 필요에 따라서 오프되기 때문에, 평균 팬 전력이 전체 부하의 40%에 더 가깝다. 전형적인 10 톤(35kW) 냉각 용량의 RTU에 있어서, 공기 유동(RA)은 약 4,000 CFM이다. 혼합되는 외부 공기(OA)의 양은 5% 내지 25%이고, 그래서 200 내지 1,000 CFM이다. 분명하게, 외부 공기의 양이 많을 수록 시스템의 더 큰 냉각 부하로 이어진다. 배기되는 복귀 공기(EA2)는 200 내지 1,000 CFM 으로 취해지는 외부 공기의 양과 거의 동일하다. 응축기 코일(414)은 일반적으로 10 톤 RTU를 위한 약 2,000 CFM의 증발기 코일(405)보다 더 큰 공기 유동으로 동작된다. 이것은 응축기가 더욱 효율적이도록 하고, 외부 공기(OA)에 더욱 효율적으로 압축 열을 버리도록 한다.
도 4b는 히트 펌프로서 겨울 가열 모드로 동작하는 도 4a의 시스템의 개략적인 다이어그램이다. 모든 RTU가 열 펌프는 아니며, 일반적으로 도 4a에 도시된 바와 같이 냉각만 하는 시스템이 사용될 수 있고, 가능하게는 간단한 가스 또는 전기노 공기 히터로 보충될 수 있다. 그러나, 열 펌프는 전기 가열보다 더 양호한 효율로 그리고 RTU에 대한 가스 라인을 이을 필요 없이 냉각뿐 아니라 가열을 제공할 수 있기 때문에, 특히 온화한 기후에서 인기를 얻고 있다. 도해의 용이성을 위해서, 압축기(417)로부터 냉매의 유동은 간단히 역으로 된다. 실제로, 냉매는 일반적으로 동일한 효과를 달성하는 4-방향 밸브 회로에 의해서 전환된다. 압축기가 뜨거운 냉매를 라인(423)에서 생성하고, 이것은 이제 코일(405)로 안내되며, 이 코일은 이제 증발기보다는 응축기로서 기능하고 있다. 압축 열은 혼합 공기 스트림(MA)(404)에 전달되어 따뜻한 공기 스트림(CC)(408)으로 귀결된다. 다시, 혼합 공기 스트림(MA)(404)는 복귀 공기(RA)(401)로부터 일부 공기(EA2)(402)를 제거하고 이것을 외부 공기(OA)(403)로 대체한 결과이다. 그러나, 응축기 코일(405)에 의한 가열은 상대적으로 낮은 습도를 갖는 공기로 귀결되기 때문에, 따뜻한 공기 스트림(CC)(408)은 이제 상태적으로 건조하고, 따라서 때때로 가습 시스템(427)이 추가되어 점유자의 편안함을 위한 필요한 습도를 제공한다. 가습 시스템(427)은 물 공급(428)을 요구한다. 그러나, 이 가습은 또한 냉각 효과로 귀결되며, 공기 스트림(408)이 가습기(427)의 냉각 효과를 보상하기 위해서 가열되어야 한다는 점을 의미한다. 코일(405)을 떠나는 냉매(422)는 다음으로 팽창 밸브(421)에 들어가고, 이것은 라인(420)에서 차가운 냉매 스트림으로 귀결되며, 이것은 전환 밸브(426)가 재-가열 코일(409)을 우회시키기 위해서 사용되는 이유이다. 이것은 이제 증발기 코일로서 기능하는 코일(414)에 차가운 냉매를 우회시킨다. 차가운 외부 공기(OA)(411)는 증발기 코일(414)을 통해서 팬(413)에 의해서 유동된다. 라인(419)의 차가운 냉매는 이제 더 차가워진 배기 공기(EA)(415)로 귀결된다. 이 효과는 외부 공기(OA)(411)의 수증기가 코일(414) 상에서 응축되는 것으로 귀결되며, 이제 이것은 코일 상에서 얼음 형성의 위험이 있다. 이 이유 때문에, 열 펌프에서, 냉매 유동은 규칙적으로 가열 모드로부터 냉각 모드로 역으로 전환되며, 코일(414)의 워밍(warming)으로 귀결되고, 이것은 얼음이 코일로부터 떨어지도록 하나, 또한 겨울에 더욱 열악한 에너지 성능으로 귀결된다. 또한, 특히 추운 기후에서, 겨울 난방을 위한 시스템의 가열 용량은 여름 냉방을 위한 시스템의 냉각 용량의 약 2배가 될 필요가 있다. 따라서, 공기 스트림(EV)(410)이 공간으로 복귀되기 전에 더욱 가열하는 보완적인 가열 시스템(429)을 찾는 것이 일반적이다. 이러한 보완적인 시스템은 가스 노, 전기 저항 히터 등일 수 있다. 이 추가적 구성요소는 공기 스트림 압력 강하에 상당한 양을 부가하고 팬(407)을 위해 요구되는 더 많은 전력으로 귀결된다. 재가열 코일은 -비록 활성은 아니나- 가습 시스템 및 가열 구성요소와 같이 공기 스트림에 여전히 있을 수 있다.
도 5a는 액체 데시컨트 공기 조화 시스템의 개략적인 도면을 도시한다. (도 1의 조화기(101)에 유사한) 3-방향 열 및 질량 교환기 조화기(503)는 외부로부터 공기 스트림(501)("OA")을 받는다. 팬(502)은 공기(501)를 조화기(503)를 통해서 당기며, 여기서 공기는 냉각되고 제습된다. 결과적인 차갑고, 건조한 공기(504)("SA")는 점유자의 편안함을 위해서 공간에 공급된다. 3-방향 조화기(503)는 도 1 내지 도 3의 하에서 설명되는 방식으로 농축된 데시컨트(527)를 수용한다. 데시컨트를 수용하고 데시컨트가 공기 스트림(504) 안으로 분배되는 것을 방지하기 위해 멤브레인을 3-방향 조화기(503) 상에서 사용하는 것은 바람직하다. 포획된 수증기를 수용하고 있는 묽어진 데시컨트(528)는 열 및 질량 교환기 재생기(522)에 이송된다. 또한, 냉각된 물(509)은 펌프(508)에 의해서 제공되며, 물은 조화기 모듈(503)에 들어가고, 여기서 공기로부터뿐만 아니라 데시컨트(527)의 수증기 포획에 의해서 방출되는 잠열을 수집한다. 더 따뜻한 물(506)은 냉각기 시스템(530) 상의 열 교환기(507)에 보내진다. 도 5a의 시스템은 도 4a에서 라인(425)과 같이 응축수 배출 라인을 요구하지 않는다는 점에 유의한다. 차라리, 데시컨트 안으로 응축된 임의의 습기는 데시컨트 그 자체의 부분으로서 제거된다. 이것은 또한, 도 4의 종래의 RTU 응축물 팬(424) 시스템에서 발생할 수 있는 머물러 있는 물에서의 곰빵이 성장과 관련된 문제를 제거한다.
액체 데시컨트(528)는 조화기(503)를 떠나고, 펌프(525)에 의해서 재생기(522)로 선택적 열 교환기(526)를 통해서 이동된다.
냉각기 시스템(530)은 순환하는 냉각 유체(506)를 냉각하는 물 대 냉매 증발기 열 교환기(507)를 포함한다. 액체의 차가운 냉매(517)는 열 교환기(507)에서 증발하고, 따라서 냉각 유체(506)로부터 열적 에너지를 흡수한다. 가스 냉매(510)는 이제 압축기(511)에 의해서 재-압축된다. 압축기(511)는 뜨거운 냉매 가스(513)를 내보내고, 이 냉매 가스는 응축기 열 교환기(515)에서 액화된다. 응축기(514)를 나가는 액체 냉매는 팽창 밸브(516)에 들어가고, 여기서 빠르게 냉각되고 더 낮은 압력으로 나간다. 응축기 열 교환기(515)는 이제, 뜨거운 열 전달 유체(518)를 재생기(522)로 보내는 다른 냉각 유체 루프(519)에 열을 방출한다. 순환 펌프(520)는 열 전달 유체를 다시 응축기(515)로 보낸다. 3-방향 재생기(522)는 따라서 묽어진 액체 데시컨트(528) 및 뜨거운 열 전달 유체(518)를 받는다. 팬(524)은 외부 공기(521)("OA")를 재생기(522)를 통해서 보낸다. 외부 공기는 열 전달 유체(518) 및 데시컨트(528)로부터 열 및 습기를 수집하며, 이것은 뜨겁고 습한 배출 공기("EA")(523)로 귀결된다.
압축기(511)는 전기 전력(512)를 받고, 전형적으로 시스템의 전기 전력 소비의 80%를 차지한다. 팬(502 및 524)은 또한 각각 전기 전력(505 및 529)를 받고, 남은 전력 소비의 대부분을 차지한다. 펌프(508, 520 및 525)는 각각 낮은 전력 소비를 갖는다. 압축기(511)는 다음 몇가지 이유 때문에 도 4a의 압축기(416) 보다 더욱 효율적으로 동작할 것이다: 액체 데시컨트는 공기 스트림에서 포화 레벨에 도달될 필요 없이 더욱 더 높은 온도에서 물을 응축할 것이기 때문에 도 5a의 증발기(507)는 전형적으로 도 4a의 증발기(405)보다 더 높은 온도에서 동작할 것이다. 또한, 응축기(515)를 효과적으로 더 차갑게 유지하는 재생기(522) 상에서 발생되는 증발 때문에 도 5a의 응축기(515)는 도 4a의 응축기(414)보다 더 낮은 온도에서 동작할 것이다. 결과적으로, 도 5a의 시스템은 유사한 압축기 등엔트로피 효율에 대해서 도 4a의 시스템보다 약 40% 더 낮은 전기를 사용할 것이다.
도 5b는, 압축기(511')의 냉매의 방향이 냉매 라인(514 및 510) 상의 화살표에 의해서 표시되는 바와 같이 역으로 된 것을 제외하고 도 5a와 본질적으로 동일한 시스템을 도시한다. 냉매 유동의 방향을 역으로하는 것은 냉각기(530)에서 4-방향 절환 밸브(미도시) 또는 다른 편리한 수단에 의해서 달성될 수 있다. 냉매 유동을 역으로 하는 것 대신에 뜨거운 열 전달 유체(518)를 조화기(503)로 지향시키고 차가운 열 전달 유체(506)를 재생기(522)로 지향시키는 것이 또한 가능하다. 이것은 열을 조화기에 제공할 것이며, 이 조화기는 겨울 모드에서 동작을 위해 공간에 대해 이제 뜨겁고, 습한 공기(504)를 생성할 것이다. 실제로 시스템은 이제 열 펌프로서 작동하여, 열을 외부 공기(521)로부터 공간 공급 공기(504)에 펌핑한다. 그러나, 종종 가역인 도 4a의 시스템과는 다르게, 데시컨트가 일반적으로 수증기보다 더 낮은 결정화 한계를 갖기 때문에 코일 냉각의 위험이 훨씬 적다. 도 4b의 시스템에서 있어서, 공기 스트림(411)은 수증기를 수용하고, 만약 증발기 코일(414)이 너무 차가워지면, 이 습기는 표면 상에서 응축되고 코일 상에 얼음 형성을 생성할 것이다. 도 5b의 재생기(522)에서 동일한 습기는 액체 데시컨트에서 응축할 것이며, 이것은 - 적절하게 관리되면 - LiCL 및 물과 같은 어떤 데시컨트에 대해서 - 60°C 까지 결정화되지 않을 것이다. 이것은 시스템이 더욱 낮은 외부 공기 온도에서 동결 위험 없이 계속 동작되는 것을 허여할 것이다.
도 5a의 전과 같이, 외부 공기(501)는 전력(505)에 의해서 동작되는 팬(502)에 의해서 조화기(503)를 통해서 지향된다. 압축기(511)는 뜨거운 냉매를 라인(510)을 통해서 응축기 열 교환기(507) 안으로 그리고 라인(510)을 통해 외부로 배출한다. 열 교환기는 조화기(503) 안으로 라인(509)을 통해서 펌프(508)에 의해서 순환되는 열 전달 유체에 열을 방출하고, 이는 공기 스트림(501)이 데시컨트로부터 열 및 습기를 수집하는 것으로 귀결된다. 묽어진 데시컨트는 조화기에 라인(527)에 의해서 공급된다. 묽어진 데시컨트는 열 교환기(526)를 통해서 펌프(525)에 의해서 재생기(522)로부터 지향된다. 그러나, 겨울 조건에서, 조화기(503)에서 손실된 물을 보상하기에 충분하지 않은 물이 재생기(522)에서 회복되어 것이 가능하고, 이것이 왜 추가적인 물(531)이 라인(527)의 액체 데시컨트에 추가될 수 있지의 이유이다. 농축된 액체 데시컨트는 조화기(503)로부터 수집되고, 라인(528) 및 열 교환기(526)를 통해서 재생기(522)에 배출된다. 재생기(522)는, 전기 연결부(529)에 의해서 동력을 공급받는 팬(524)에 의해서 재생기를 통해서 지향되는, 외부 공기(OA) 또는 바람직하게는 복귀 공기(RA)(521)를 취한다. 복귀공기가 외부 공기보다 일반적으로 더 따뜻하고 더 많은 습기를 함유하고 있으며, 이는 재생기가 공기 스트림(521)으로부터 더 많은 열과 습기를 포획하도록 하기 때문에, 복귀 공기가 바람직하다. 따라서, 재생기(522)는 더 차갑고, 건조한 배기 공기(EA)(523)를 생성한다. 라인(518)의 열 전달 유체는 재생기(522)로부터 열을 흡수하고, 이 유체는 펌프(520)에 의해서 열 교환기(515)로 펌핑된다. 열 교환기(515)는 라인(514)을 통해서 팽창 밸브(516)로부터 차가운 냉매를 받았고, 가열된 냉매는 전도체(512)로부터 전력을 받는 압축기(511)로 다시 라인(513)을 통해서 안내된다.
도 6은 하나 이상의 실시형태에 따른 공기-조화 시스템을 도시하며, 변경된 액체 데시컨트 섹션(600A)이 변경된 RTU 섹션(600B)에 연결되나, 2 개의 시스템은 단일 냉각기 시스템(600C)을 공유한다. 도 4a에서 도시되는 바와 같이 복귀 공기 스트림(RA)(604)의 전형적으로 5-25%인 외부 공기(OA)(601)가 이제 조화기(602)를 통해서 지향되며, 이 조화기는 도 2에서 도시되는 3-방향 열 및 질량 교환 조화기에 유사한 구성이다. 공기 스트림(601)은 도 5a의 100% 외부 공기 스트림(501)에서보다 훨씬 더 적기 때문에 조화기(602)는 도 5a의 조화기(503)보다 상당히 더 작을 수 있다. 조화기(602)는 더 차갑고, 제습된 공기 스트림(SA)(603)을 생성하며, 이 공기 스트림은 복귀 공기(RA)(604)와 혼합되어 혼합 공기(MA2)(606)가 된다. 과잉 복귀 공기(605)는 재생기(612)를 향해서 또는 시스템의 외부로 지향된다. 혼합 공기(MA2)는 단지 감열 냉각을 주로 제공하는 증발기 코일(607)을 통해서 팬(608)에 의해서 당겨져서, 습기가 응축되는 것을 허여하기 위해서 더 깊어야 하는 도 4a의 코일(405)보다 코일(607)이 훨씬 덜 비싸고 더 얕을 수 있다. 결과적인 공기 스트림(CC2)(609)은 냉각될 공간으로 안내된다. 재생기(612)는 외부 공기(OA)(610) 또는 과잉 복귀 공기(605) 또는 이들의 혼합물(611)을 수용한다.
재생기 공기 스트림(611)은 팬(637)에 의해서 도 2에 도시된 3-방향 열 및 질량 교환기에 유사한 구성인 재생기(637)를 통해서 당겨질 수 있고, 결과적인 배기 공기 스트림(EA2)(613)은 들어가는 혼합 공기 스트림(611)보다 더 많은 수증기를 수용하고 일반적으로 더 따뜻하다. 열은 펌프(622)를 사용하여 라인(621)를 통해서 열 전달 유체를 순환시킴으로써 제공된다.
압축기(618)는 도 4a 및 도 5a의 압축기에 유사하게 냉매를 압축한다. 뜨거운 냉매 가스는 라인(619)를 통해서 응축기 열 교환기(620)에 안내된다. 더 적은 양의 열이 회로(621)의 열 전달 유체 안으로 이 액체-대-냉매 열 교환기(620)를 통해서 안내된다. 여전히 뜨거운 냉매는 이제, 팬(615)으로부터 외부 공기(OA)(614)를 받는, 응축기 코일(616)에 라인(623)을 통해서 안내된다. 결과적인 뜨거운 배기 공기(EA3)(617)는 환경으로 방출된다. 응축기 코일(616)을 나간 후 더 차가운 액체인 냉매는, 팽창되고 차갑게되는 팽창 밸브(625)로 라인(624)를 통해서 안내된다. 차가운 액체 냉매는 증발기 코일(607)로 라인(626)을 통해서 안내되며, 여기서 이 냉매는 혼합 공기 스트림(MA2)(606)으로부터 열을 흡수한다. 부분적으로 코일(607)에서 증발되는 여전히 상대적으로 차가운 냉매는 이제 증발기 열 교환기(628)에 라인(627)을 통해서 안내되며, 여기서 추가적인 열이 펌프(630)에 의해서 라인(629)에서 순환되는 열 전달 유체로부터 제거된다. 마지막으로, 열 교환기(628)를 나가는 가스 냉매는 압축기(618)로 라인(631)을 통해서 다시 안내된다.
또한, 액체 데시컨트는 라인(635), 열 교환기(633)를 통해서 조화기(602)와 재생기(612) 사이에서 순환되고, 라인(634)를 통해서 펌프(632)에 의해서 다시 조화기로 순환된다. 선택적으로, 물-주입 모듈(636)은 데시컨트 라인(634 및 635) 모두 또는 하나에 추가될 수 있다. 이러한 모듈은 데시컨트의 농도를 감소시키기 위해서 데시컨트 안으로 물을 주입하고, 더욱 상세히 도 12에서 설명된다. 물 주입은,데시컨트 농도가 바람직한 것보다 더 높아지는 조건, 예를 들어 도 7에서 더욱 상세히 설명될, 예를 들어 겨울에 발생될 수 있는 차갑고 건조한 조건 또는 여름에 발생될 수 있는 뜨겁고, 건조한 조건에서 에서 유용하다.
도 7은 도 6의 본 발명의 실시형태를 도시하며, 여기서 변경된 액체 데시컨트 섹션(700A)이 변경된 RTU 섹션(700B)에 연결되나, 2 개의 시스템은 가열 모드에서 동작되는 단일 냉각기 시스템(700C)을 공유한다. 도 4b에서 도시되는 바와 같이 복귀 공기 스트림(RA)(704)의 전형적으로 5-25%인 외부 공기(OA)(701)가 이제 조화기(702)를 통해서 지향되며, 이 조화기는 도 2에서 도시되는 3-방향 열 및 질량 교환 조화기에 유사한 구성이다. 공기 스트림(701)은 도 5b의 100% 외부 공기 스트림(501)에서보다 훨씬 더 적기 때문에 조화기(702)는 도 5b의 조화기(503)보다 상당히 더 작을 수 있다. 조화기(702)는 더 따뜻하고, 가습된 공기 스트림(RA)(703)을 생성하며, 이 공기 스트림은 복귀 공기(RA)(704)와 혼합되어 혼합 공기(MA3)(706)가 된다. 과잉 복귀 공기(705)는 재생기(712)를 향해서 또는 시스템의 외부로 지향된다. 혼합 공기(MA3)(706)는 현열 가열만을 제공하는 응축기 코일(707)을 통해서 팬(708)에 의해서 당겨진다. 결과적인 공기 스트림(SA2)(709)은 가열되고 가습될 공간으로 안내된다. 재생기(712)는 외부 공기(OA)(710) 또는 과잉 복귀 공기(705) 또는 이들의 혼합물(711)을 수용한다.
재생기 공기 스트림(711)은 팬(737)에 의해서 도 2에 도시된 3-방향 열 및 질량 교환기에 유사한 구성인 재생기(712)를 통해서 당겨질 수 있고, 결과적인 배기 공기 스트림(EA2)(713)은 들어가는 혼합 공기 스트림(711)보다 더 적은 수증기를 수용하고 일반적으로 훨씬 더 차갑다. 열은 펌프(722)를 사용하여 라인(721)를 통해서 열 전달 유체를 순환시킴으로써 제거된다.
압축기(718)는 도 4b 및 도 5b의 압축기에 유사하게 냉매를 압축한다. 뜨거운 냉매 가스는 응축기 열 교환기(728)에 라인(731)을 통해서 안내되며, 이 열 교환기는 도 6의 동일한 열 교환기(628)이나, 증발기 대신에 응축기로서 사용된다. 더 적은 양의 열이 펌프(730)를 사용함으로써 회로(729)의 열 전달 유체 안으로 이 액체-대-냉매 열 교환기(728)를 통해서 안내된다. 여전히 뜨거운 냉매는 이제, 혼합된 복귀 공기(MA3)(706)를 받는 응축기 코일(707)에 라인(727)을 통해서 안내된다. 결과적인 뜨거운 공급 공기(SA2)(709)는 가열되고 가습될 공간으로 덕트를 통해서 지향된다. 응축기 코일(707)을 나간 후 더 차가운 액체인 냉매는, 팽창되고 차갑게되는 팽창 밸브(725)로 라인(726)을 통해서 안내된다. 차가운 액체 냉매는 증발기 코일(716)로 라인(724)을 통해서 안내되며, 여기서 이 냉매는 외부 공기 스트림(OA)(714)으로부터 열을 흡수하여, 팬(715)을 사용함으로써 환경에 방출되는 차가운 배기 공기 스트림(EA717)으로 귀결된다. 부분적으로 코일(716)에서 증발되는 여전히 상대적으로 차가운 냉매는 이제 증발기 열 교환기(720)에 라인(723)을 통해서 안내되며, 여기서 추가적인 열이 펌프(722)를 사용함으로써 라인(721)에서 순환되는 전달 유체에 의해서 재생기(712)를 통해서 이동하는 공기 스트림(711)로부터 제거된다. 마지막으로, 열 교환기(720)를 나가는 가스 냉매는 다시 압축기(718)로 라인(719)을 통해서 안내된다.
또한, 액체 냉매는 라인(735), 열 교환기(733)를 통해서 조화기(702)와 재생기(712) 사이에서 순환되고, 라인(734)를 통해서 그리고 펌프(732)에 의해서 다시 조화기로 순환된다. 어떤 조건에서, 예를 들어 복귀 공기(RA)(705) 및 외부 공기(OA)(710)가 상대적으로 건조할 때, 조화기(702)가 재생기(712)에 수집되는 것보다 공간에 더 많은 습기를 제공하는 것이 가능하다. 이 경우, 물(736)을 추가하는 것은 적합한 농도로 데시컨트를 유지하기 위해서 요구된다. 물(736)을 추가하는 것의 제공은 데시컨트에 편리한 접근을 제공하는 임의의 위치에서 제공될 수 있으나, 추가되는 물은, 많은 양이 증발하기 때문에 상당히 순수해야 한하며, 이것이 왜 역 삼투압 또는 탈-이온 또는 증류 수가 수돗물 보다 선호되는 이유이다. 물(736)을 추가하는 것의 제고은 도 12에서 더욱 상세히 논의될 것이다.
도 6 및 도 7의 구성으로 시스템을 통합하는 것의 장점은 몇가지 이다. 3-방향 액체 데시컨트 열 교환기 모듈 및 공유되는 압축기 시스템의 조합은 종래의 RTU의 저렴한 구조와 3-방향 열 및 질량 교환기에서 가능한 응축이 없는 제습의 장점을 결합하도록 한다. 앞에서 언급된 바와 같이, 습기의 응축이 필요하지 않기 때문에, 코일(607)은 더 얇고, 응축물 팬 및 배출부는 도 4a로부터 제거될 수 있다. 또한, 도 8에서 도시되는 바와 같이, 압축기의 전체 냉각 용량은 감소될 수 있고, 응축기 코일은 또한 더 작아질 수 있다. 또한, 시스템의 가열 모드는 오늘날 시장에 있는 임의의 다른 열 펌프와 다르게 공기에 습도를 부가한다. 냉매, 데시컨트 및 열 전달 유체 회로는 도 4a, 4b, 5a 및 5b의 시스템의 것들보다 실제로 더 간단하고, 공급 공기 스트림(609 및 709)는 도 4a 및 도 4b의 종래의 시스템보다 더 적은 구성요소를 만나며, 이는 공기 스트림에서 더 적은 압력 강하를 의미하며, 추가적인 에너지 절약으로 이어진다.
도 8은 도 4a 및 도 6의 프로세스의 습도 선도를 도시한다. 수평 축선은 화씨의 온도를 나타내고, 수직 축선은 건조한 공기 파운드(pound) 당 물의 그레인(grain)으로 습도를 나타낸다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 그리고 예시로서, 외부 공기(OA)는 95F 및 60% 상대 습도 (125 gr/lb)로 제공된다. 또한 예시로서, 우리는 65F 및 70% RH (65 gr/lb)로 공간에 대한 25% 외부 공기 기여(250 CFM)를 갖는 1,000 CFM 공급 공기 요구량을 선택했다. 도 4a의 종래 시스템은 80F 및 50% RH (78 gr/lb)에서 1,000 CFM의 복귀 공기(RA)를 받아들인다. 이 복귀 공기(RA)의 250 CFM은 EA2(도 4a에서 스트림(EA2)(402))로서 버려진다. 복귀 공기(RA)의 750 CFM은 250 CFM의 외부 공기(도 4a에서 스트림(OA)(403))와 혼합되어 혼합 공기 상태(MA)(도 4a의 스트림(MA)(404))로 귀결된다. 혼합 공기(MA)는 증발기 코일을 통해서 지향되어, 55F 및 100% RH (65 gr/lb)로 코일을 떠나는 공기(CC)로 귀결되는 냉각 및 제습 프로세스로 귀결된다. 많은 경우에, 이 공기가 (가능하게는 도 4a에 도시되는 바와 같은 작은 응축기 코일에 의해서) 재가열되어, 65F 및 70% RH (65 gr/lb)의 실제 공급 공기(HC)로 귀결된다.
동일한 외부 공기 조건 하에서 도 6의 시스템은 65F 및 43% RH (40 gr/lb)로 조화기(602; 도 6)를 떠나는 공급 공기 스트림(SA)을 생성할 것이다. 이 상대적으로 건조한 공기는 이제 750 CFM의 복귀 공기(RA)(604; 도 6)와 혼합되어, 혼합 공기 상태(MA2)(MA2 606; 도 6)로 귀결된다. 혼합 공기(MA2)는 이제 증발기 코일(607; 도 6)을 통해서 지향되며, 이 코일은 공급 공기 조건(CC2)(CC2, 609; 도 6)으로 공기를 현열 냉각한다. 도면에서 알 수 있고 및 습도선도로부터 계산될 수 있는 바와 같이, 종래의 시스템의 냉각 전력은 48.7 kBTU/hr인 반면, 도 6의 시스템의 냉각 파워는 35.6 kBTU/hr (외부 공기(OA)에 대해서 23.2 kBTU/hr 및 혼합 공기(MA2)에 대해서 12.4 kBTU/hr)이며, 따라서 약 27% 더 작은 압축기를 요구한다.
열을 방출하기 위해서 사용되는 외부 공기(OA)에서 변화는 또한 도 8에 도시된다. 도 4a의 종래 시스템은 응축기(414)를 통해서 약 2,000 CFM을 사용하여 외부 공기(OA)(도 4a의 OA 411)에 열을 방출하여, 119F 및 25% RH (125 gr/lb)의 배기 공기(EA)(도 4a의 EA 415)로 귀결된다. 그러나, 도 6의 시스템은 2 개의 공기 스트림을 배출하고, 재생기(612)는, 107 F and 35% RH (125 gr/lb)의 공기 스트림(EA3)(도 6의 EA3 617) 뿐만 아니라, 뜨겁고 습한, 107 F 및 49% RH (178 gr/lb)의 공기(EA2)(도 6의 EA2 613)를 방출한다. 더 낮은 압축기 용량 때문에, 더 적은 열이 외부 공기에 방출되어야 하며, 더 낮은 응축기 온도로 귀결된다. 더 낮은 압축기 파워 및 더 높은 증발기 온도 및 더 낮은 응축기 온도 뿐만 아니라 도 6의 메인 공기 스트림에서 더 낮은 압력 강하의 효과는 결합되어 도 4a에 도시되는 바와 같은 종래의 RTU보다 훨씬 더 양호한 에너지 성능을 갖는 시스템이 된다.
같은 방식으로, 도 9는 도 4b 및 도 7의 프로세스의 습도 선도를 도시한다. 수평 축선은 화씨의 온도를 나타내고, 수직 축선은 건조한 공기 파운드(pound) 당 물의 그레인(grain)으로 습도를 나타낸다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 그리고 예시로서, 외부 공기(OA)는 30F 및 60% 상대 습도 (14 gr/lb)로 제공된다. 또한 예시로서, 다시 우리는 120F 및 12% RH (58 gr/lb)로 공간에 대한 25% 외부 공기 기여(250 CFM)를 갖는 1,000 CFM 공급 공기 요구량을 선택했다. 도 4b의 종래 시스템은 80F 및 50% RH (78 gr/lb)에서 1,000 CFM의 복귀 공기(RA)를 받아들인다. 이 복귀 공기(RA)의 250 CFM은 EA2(도 4b에서 스트림(EA2)(402))로서 버려진다. 복귀 공기(RA)의 750 CFM은 250 CFM의 외부 공기(도 4b에서 스트림(OA)(403))와 혼합되어 혼합 공기 상태(MA)(도 4b의 스트림(MA)(404))로 귀결된다. 혼합 공기(MA)는 응축기 코일(405; 도 4b)을 통해서 지향되어, 128F 및 8% RH (46 gr/lb)로 코일을 떠나는 공기(SA)로 귀결되는 가열 프로세스로 귀결된다. 많은 경우에, 이 공기는 점유자의 편안함을 위해서 너무 건조하고, 공기는 가습 시스템(427; 도 4b)으로부터 습기를 받고 있어, 120F 및 12% RH (58 gr/lb)의 실제 공급 공기(EV)로 귀결된다. 가습은 더 높은 레벨에서 될 수 있으나, 명확하듯이 이것은 가능하게는 추가적인 가열 요구로 귀결될 것이다. 이 실시에에서 증발기의 물 소비는 시간당 약 1.0 갤런이다.
동일한 외부 공기 조건 하에서 도 7의 시스템은 70F 및 48% RH (63 gr/lb)로 조화기(702; 도 7)를 떠나는 공급 공기 스트림(RA3)(703)을 생성할 것이다. 이 상대적으로 습한 공기는 이제 750 CFM의 복귀 공기(RA)(704; 도 7)와 혼합되어, 혼합 공기 상태(MA3)(MA3 706; 도 7)로 귀결된다. 혼합 공기(MA3)는 이제 응축기 코일(707; 도 7)을 통해서 지향되며, 이 코일은 공급 공기 조건(SA2)(SA2, 709; 도 7)으로 공기를 현열 가열한다. 도면에서 알 수 있고 및 습도선도로부터 계산될 수 있는 바와 같이, 종래의 시스템의 가열 전력은 78.3 kBTU/hr인 반면, 도 7의 시스템의 가열 전력은, 도 4b의 시스템과 실질적으로 동일한 79.3 kBTU/hr (외부 공기(OA)에 대해서 20.4 kBTU/hr 및 혼합 공기(MA2)에 대해서 59.9 kBTU/hr)이다.
열을 흡수하기 위해서 사용되는 외부 공기(OA)에서 변화는 또한 도 9에 도시된다. 도 4b의 종래 시스템은 증발기(414)를 통해서 약 2,000 CFM을 사용하여 외부 공기(OA)(도 4b의 OA 411)로부터 열을 흡수며, 20F 및 100% RH (9 gr/lb)의 배기 공기(EA)(도 4b의 EA 415)로 귀결된다. 그러나, 도 6의 시스템은 2개의 공기 스트림으로부터 열을 흡수하고, 재생기(612)는, 20 F 및 95% RH (14 gr/lb)의 공기 스트림(EA)(EA 717; 도 7)뿐만 아니라, MA2(52F 및 70% RH 또는 40 gr/lb의 400 CFM의 혼합 공기 상태(MA2)(711; 도 7)을 위한 30F 및 60% RH 또는 14 gr/lb의 150 CFM의 OA 공기 및 65F 및 60% RH 또는 55 gr/lb의 250 CFM의 RA 공기를 포함함), 및 차갑고 건조한, 20 F 및 50% RH (10 gr/lb)의 공기 스트림(EA2)(EA2 713; 도 7) 사이의 공기 스트림으로부터 열을 흡수한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 이 셋업은 3 가지 효과: EA 및 EA2의 온도가 온도(CC)보다 더 높고, 따라서 도 6b의 증발기 코일(707)은 증발기 코일(405)와 같이 더 높은 온도에서 작동되고, 이는 효율을 향상시킨다. 또한, 조화기(702)는 혼합 공기 스트림(MA2)로부터 습기를 흡수하고, 이 습기는 이어서 공기 스트림(MA3)에서 방출되어 물 보충에 대한 필요성을 제거한다. 마지막으로, 증발기 코일(405)은, 도면에서 OA와 CC 사이의 프로세스로부터 이해될 수 있는 바와 같이 습기를 응축한다. 실제로, 이것은 코일 상의 얼음 생성으로 귀결되고, 코일은 따라서 가열되어 얼음의 적층을 제거하며, 이것은 일반적으로 도 6의 방향으로 냉매 유동을 절환함으로써 행해진다. 코일(707)은 포화에 도달되지 않고, 따라서 가열되지 않아도 된다. 결과적으로, 도 4b의 시스템의 코일(405)에서 실제 냉각은 약 21.7 kBRU/hr인 반면, 코일(707)과 조화기(702)의 조합은 도 7의 시스템에서 45.2 kBTU/hr로 귀결된다. 이것은, 가열 출력이 동일하고 도 7의 시스템에서 물이 소비되지 않기는 하나, 상당히 더 양호한 성능 계수(CoP)를 의미한다.
도 10은 도 6의 시스템의 대안적 실시형태를 도시하며, 여기서 도 6의 3-방향 열 및 질량 교환기(602 및 612)가 2-방향 열 및 질량 교환기에 의해서 대체되었다. 기술 분야에서 잘 알려진 2 방향 열 및 질량 교환기에 있어서, 데시컨트는, 때때로 멤브레인을 사이에 두고, 그리고 때때로 멤브레인 없이 직접적으로 공기 스트림에 노출된다. 전형적으로 2-방향 열 및 질량 교환기는, 데시컨트 자체를 위해서 안전하고, 응축 잠열이 흡수될 곳이 없기 때문에, 열 및 질량 전달 단열 프로세스를 보인다. 이것은, 데시컨트가 이제 열 전달 유체로 기능해야 하기 때문에, 일반적으로 요구되는 데시컨트 유량을 증가시킨다. 외부 공기(1001)는 더 차갑고, 제습된 공기 스트림(SA)(1003)을 생성하는 조화기(1002)를 통해서 지향되며, 이 공기 스트림은 복귀 공기(RA)(1004)와 혼합되어 혼합 공기(MA2)(1006)가 된다. 과잉 복귀 공기(1005)는 재생기(1012)를 향해서 또는 시스템의 외부로 지향된다. 혼합 공기(MA2)는 주로 현열 냉각만을 제공하는 증발기 코일(1007)을 통해서 팬(1008)에 의해서 당겨진다. 결과적인 공기 스트림(CC2)(1009)은 냉각될 공간으로 안내된다. 재생기(1012)는 외부 공기(OA)(1010) 또는 과잉 복귀 공기(1005) 또는 이들의 혼합물(1011)을 받는다.
재생기 공기 스트림(1011)은 팬(미도시)에 의해서 조화기(1002)로 사용되는 2-방향 열 및 질량 교환기에 유사한 구성인 재생기(1012)를 통해서 당겨질 수 있고, 결과적인 배기 공기 스트림(EA2)(1013)은 들어가는 혼합 공기 스트림(1011)보다 더 많은 수증기를 수용하고 일반적으로 훨씬 더 따뜻하다.
압축기(1018)는 도 4a, 도 5a 및 도 6의 압축기에 유사하게 냉매를 압축한다. 뜨거운 냉매 가스는 라인(1019)를 통해서 응축기 열 교환기(1020)에 안내된다. 더 적은 양의 열이 라인(1031)의 데시컨트 안으로 이 액체-대-냉매 열 교환기(1020)를 통해서 안내된다. 데시컨트는 종종 부식성이 크기 때문에, 열 교환기(1020)는 티타늄 또는 다른 적합한 재료로 만들어진다. 여전히 뜨거운 냉매는 이제, 팬(1015)으로부터 외부 공기(OA)(1014)를 받는 응축기 코일(1016)에 라인(1021)을 통해서 안내된다. 결과적인 뜨거운 배기 공기(EA3)(1017)는 환경으로 방출된다. 응축기 코일(1016)을 나간 후 이제 더 차가운 액체인 냉매는, 팽창되고 차갑게되는 팽창 밸브(1023)로 라인(1022)을 통해서 안내된다. 차가운 액체 냉매는 증발기 코일(1007)로 라인(1024)을 통해서 안내되며, 여기서 이 냉매는 혼합 공기 스트림(MA2)(1006)으로부터 열을 흡수한다. 부분적으로 코일(1007)에서 증발되는 여전히 상대적으로 차가운 냉매는 이제 증발기 열 교환기(1026)에 라인(1025)을 통해서 안내되며, 여기서 추가적인 열이 조화기(1002)로 순환되는 액체 데시컨트로부터 제거된다. 앞에서와 같이, 열 교환기(1026)는 내부식성 재료, 예를 들어 티타늄으로 구성되어야 한다. 마지막으로, 열 교환기(1026)를 나가는 가스 냉매는 다시 압축기(1018)로 라인(1027)을 통해서 안내된다.
또한, 액체 데시컨트는 라인(1030), 열 교환기(1029)를 통해서 조화기(1002)와 재생기(1012) 사이에서 순환되고, 라인(1031)를 통해서 펌프(1028)에 의해서 다시 조화기로 순환된다.
도 11은 도 10의 시스템의 대안적인 실시형태로 도시하며, 여기서 도 10의 2-방향 열 및 질량 교환기(1002) 및 액체 대 액체 열 교환기(1026)는 단일의 3-방향 열 및 질량 교환기로 통합되었으며, 여기서 공기, 데시컨트 및 냉매가 열 및 질량을 동시에 교환한다. 개념적으로, 이것은 도 6에서 열 전달 유체 대신에 냉매를 사용하는 것과 유사하다. 동일한 통합은 재생기(1012) 및 열 교환기(1020)에 대해서 행해질 수 있다. 이 통합은 필수적으로 각각의 측에서 열 교환기를 제거하며 시스템을 더욱 효율적으로 만든다.
외부 공기(1101)는 더 차갑고, 제습된 공기 스트림(SA)(1103)을 생성하는 조화기(1102)를 통해서 지향되며, 이 공기 스트림은 복귀 공기(RA)(1104)와 혼합되어 혼합 공기(MA2)(1106)가 된다. 과잉 복귀 공기(1105)는 재생기(10112)를 향해서 또는 시스템의 외부로 지향된다. 혼합 공기(MA2)는 주로 현열 냉각만을 제공하는 증발기 코일(1107)을 통해서 팬(10108)에 의해서 당겨진다. 결과적인 공기 스트림(CC2)(1109)은 냉각될 공간으로 안내된다. 재생기(11012)는 외부 공기(OA)(1110) 또는 과잉 복귀 공기(1105) 또는 이들의 혼합물(1111)을 받는다.
재생기 공기 스트림(1111)은 팬(미도시)에 의해서 조화기(1102)로 사용되는 2-방향 열 및 질량 교환기에 유사한 구성인 재생기(1112)를 통해서 당겨질 수 있고, 결과적인 배기 공기 스트림(EA2)(1113)은 들어가는 혼합 공기 스트림(1111)보다 더 많은 수증기를 수용하고 일반적으로 훨씬 더 따뜻하다.
압축기(1118)는 도 4a, 도 5a, 도 6 및 도 10의 압축기에 유사하게 냉매를 압축한다. 뜨거운 냉매 가스는 라인(1119)를 통해서 3-방향 응축기 열 및 질량 교환기(1112)에 안내된다. 더 적은 양의 열이 라인(1119)의 냉매 안으로 이 재생기(1120)를 통해서 안내된다. 데시컨트는 종종 부식성이 크기 때문에, 재생기(1112)는, 예를 들어 출원 13/915,262의 도 80에 도시되는 바와 같이 구성될 필요가 있다. 여전히 뜨거운 냉매는 이제, 팬(1115)으로부터 외부 공기(OA)(1114)를 받는 응축기 코일(1116)에 라인(1120)을 통해서 안내된다. 결과적인 뜨거운 배기 공기(EA3)(1117)는 환경으로 방출된다. 응축기 코일(1116)을 나간 후 이제 더 차가운 액체인 냉매는, 팽창되고 차갑게되는 팽창 밸브(1122)로 라인(1121)을 통해서 안내된다. 차가운 액체 냉매는 증발기 코일(1107)로 라인(1123)을 통해서 안내되며, 여기서 이 냉매는 혼합 공기 스트림(MA2)(1106)으로부터 열을 흡수한다. 부분적으로 코일(1107)에서 증발되는 여전히 상대적으로 차가운 냉매는 이제 증발기 열 교환기/조화기(1102)에 라인(1124)을 통해서 안내되며, 여기서 추가적인 열이 액체 데시컨트로부터 제거된다. 마지막으로, 조화기(1102)를 나가는 가스 냉매는 다시 압축기(1118)로 라인(1125)을 통해서 안내된다.
또한, 액체 데시컨트는 라인(1129), 열 교환기(1128)를 통해서 조화기(1102)와 재생기(1112) 사이에서 순환되고, 라인(1126)을 통해서 그리고 펌프(1127)에 의해서 다시 조화기로 순환된다.
도 10 및 도 11로부터의 시스템은 또한 도 7의 시스템과 유사하게 겨울 가열 모드를 위해서 가역이다. 겨울 가열 모드의 어떤 조건 하에서, 만약 너무 많은 물이 건조한 상태에서 증발되면, 데시컨트가 결정화될 위험이 있기 때문에, 추가적인 물이 적합한 데시컨트 농도를 유지하기 위해서 추가되어야 한다. 언급된 바와 같이, 하나의 옵션은 간단하게 역삼투압 또는 탈이온화 물을 추가하여 데시컨트를 묽게 유지하는 것이나, 이 물을 생성하는 프로세스는 또한 매우 에너지 집약적이다.
도 12는 물을 끌어당기는 데시컨트의 능력을 이용함으로써 액체 데시컨트 안으로 직접적으로 순수한 물을 생성하는 더욱 간단한 물 주입 시스템의 실시형태를 도시한다. 도 12의 구조체(도 7에서 736으로 라벨링 됨)는 편평한 플레이트 또는 말려진 채널일 수 있는 일련의 평행한 채널을 포함한다. 물은 1201에서 구조체에 들어가고 분배 헤더(1202)를 통해서 몇 개의 채널로 분배된다. 이 물은 수돗물, 해수 또는 심지어 여과된 폐수 또는, 구성성분으로서 주로 물을 갖는 액체를 수용하는 임의의 물일 수 있고, 만약 임의의 다른 재료가 존재하면, 이 재료는 곧 설명되는 바와 같이 선택성 멤브레인(1210)을 통해서 이송가능하지 않다. 물은 도면에서 "A"로 라벨링된 짝수 채널 각각으로 분배된다. 물은 매니폴드(1203)를 통해서 "A"로 라벨링된 채널을 나가고, 배출 라인(1204)에 수집된다. 동시에 농축된 데시컨트는 1205에서 도입되며, 이 데시컨트는 도면에서 "B"로 라벨링된 채널 각각으로 헤더(1206)을 통해서 분배된다. 농축된 데시컨트(1209)는 B 채널을 따라서 유동된다. "A"와 "B" 채널 사이의 벽은 선택성 멤브레인(1210)을 포함하며, 이 멤브레인은 물에 대해서 선택성이어서 물 분자는 멤브레인을 통해서 올 수 있으나 다른 재료는 할 수 없다. 따라서 이것은 예를 들어 리튬 및 클로라이드 이온이 물 "A" 채널로 멤브레인을 가로질거 가는 것을 방지하고, 역으로 해수로부터의 나트륨 및 클로라이드 이온이 "B" 채널에 있는 데시컨트 안으로 가로지르는 것을 방지한다. 데시컨트의 리튬 클로라이드의 농도는 전형적으로 25-35% 이기 때문에, 이것은, 예를 들어 해수의 나트륨 클로라이드가 전형적으로 3% 미만이므로 "A"로부터 "B"로의 확산을 위한 강한 구동력을 제공한다. 이 타입의 선택성 멤브레인은 공통적으로 멤브레인 증류 또는 역삼투압 프로세스에서 찾아지고, 기술분야에서 잘 알려져 있다. 도 12의 구조체는 평편한 플레이트 구조체 또는 동심적 채널 스택과 같은 폼 팩터(form factor) 또는 임의 다른 편리한 폼 팩터로 실시될 수 있다. 도 12에 도시되는 바와 같이 벽(255)을 선택성 멤브레인으로 교체함으로써 도 3의 플레이트 구조체를 구성하는 것이 또한 가능하다. 그러나, 이러한 구조체는, 데시컨트에 물을 계속적으로 추가하는 것을 원하는 경우에만 의미가 있을 것이다. 데시컨트로부터 물을 제거하고자 하는 여름 모드에서는 거의 의미가 없을 것이다. 따라서, 여름 냉각 모드에서 바이패스될 수 있는 도 7 및 도 13에 도시되는 바와 같은 분리된 모듈에서 도 12의 구조체를 실시하는 것이 더 용이하다. 비록 어떤 실시예에 있어서 이나, 여름 냉각 모드에서 데시컨트에 물을 추가하는 것이, 만약 외부 온도가 매우 더우나 또한 사막과 같이 매우 건조하면 또한 의미가 있을 수도 있다. 멤브레인은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 ECTFE(Ethylene ChloroTriFluoroEthylene; 염화 삼불화 에틸렌) 멤브레인을 포함하는 미세다공성 소수성 구조체일 수도 있다.
도 13은 어떻게 도 12의 물 주입 시스템이 도 7의 데시컨트 펌핑 서브시스템에 통합될 수 있는지를 도시한다. 데시컨트 펌프(732)는 도 7에 도시된 바와 같이 열 교환기(733)을 통해서 그리고 물 주입 모듈(1301)을 통해서 데시컨트를 펌핑한다. 데시컨트는 조화기(702; 도 7)로부터 라인(735)을 통해서 그리고 열 교환기(733)를 통해서 다시 재생기(712; 도 7)로 복귀된다. 물 레저보(1304)는 물(1305)로 또는 액체를 수용하는 물로 채워진다. 펌프(1302)는 물을 물 주입 시스템(1301)에 펌핑하며, 여기서 물은 (도 12에 도시된 바와 같이) 포트(1201)를 통해서 들어간다. 물은 도 12의 "A" 채널을 통해서 유동하고, 포트(1204)를 통해서 나간 후 탱크(1303)로 다시 배출된다. 물 주입 시스템(1301)은, 물의 선택성 멤브레인(1210)을 통한 확산이 데시컨트에 추가되어야 할 물의 양과 매치되도록 치수지어 진다. 물 주입 시스템은, 물이 몇 개의 단계로 데시컨트에 추가될 수 있도록 개별적으로 절환가능한 몇 개의 독립적인 섹션을 포함할 수 있다.
주입 모듈(1301)을 통해서 유동하는 물(1304)은 선택성 멤브레인(1210)을 통해서 부분적으로 전송된다. 임의의 과잉 물은 배출 라인(1204)를 통해서 나가고 탱크(1303)에 다시 떨어진다. 물이 탱크(1304)로부터 다시 펌프(1302)에 의해서 펌핑됨에 따라, 점점 더 적은 물이 탱크로 복귀될 것이다. 냉각 타워에서 주로 사용되는 바와 같은 플로트 스위치(1307)가 탱크 내에서 적합한 물 레벨을 유지하기 위해서 사용될 수 있다. 플로트 스위치가 낮은 물 레벨을 검출할 때, 이 스위치는 추가적인 물이 공급 수 라인(1306)으로부터 들어오게 밸브(1308)를 개방한다. 그러나, 선택성 멤브레인은 단지 순수한 물을 통과시키기 때문에, 임의의 잔존물, 예를 들어 칼슘 카보네이트, 또는 다른 미-통과 재료는 탱크(1303) 내에서 수집될 것이다. 블로 다운 밸브(1305)는, 냉각 타워에서 일반적으로 행해지는 바와 같이 이 원하지 않는 퇴적물을 제거하기 위해서 개방될 수 있다.
도 12의 물 주입 시스템이 다른 액체 데시컨트 시스템 아키텍쳐, 예를 들어 시리얼 번호: 13/115,686, US 2012/0125031 A1, 13/115,776, 및 US 2012/0125021 A1에 설명되는 시스템 아키텍쳐에서 사용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 명백할 것이다.
도 14는 어떻게 도 12 및 도 13의 물 주입 시스템이 도 13의 데시컨트 열 교환기(733)에 데시컨트에 통합될 수 있는지를 도시한다. 물은 도 14의 "A" 채널(1402)을 통해서 유동하고, 포트를 통해서 나간 후 도 13에 설명되는 바와 같이 탱크로 다시 배출된다. 차가운 데시컨트는 도 14의 "B" 채널(1401)로 도입되고, 따뜻한 데시컨트는 도 14의 "C" 채널로 도입된다. "A" 와 "B"채널 및 "A"와 "C" 채널 사이의 벽(1404)은 각각 선택적으로 투과가능한 멤브레인으로 다시 구성된다. "B"와 "C" 채널 사이의 벽(1405)은, 열은 전도하나 물 분자는 안내하지 않는 플라스틱 시트와 같은 비-투과성 멤브레인이다. 따라서, 도 14의 구조체는 2개의 태스크를 동시에 달성한다: 이것은 뜨겁고 차가운 데시컨트 사이의 열 교환 기능을 제공하고, 그리고 각각의 채널 트리플렛(triplet)에서 2개의 데시컨트 채널에 물 채널로부터 물을 보낸다.
도 15는, 도 3의 멤브레인 모듈 중 2개가 DOAS 안으로 통합되나, 도 1, 도 2 및 도 3에서 2개의 분리된 유체(데시컨트 - 도 1에서 114 및 115로 라벨링됨 - 는 전형적으로 리튬 클로라이드/물 수용액이고, 열 전달 유체 - 도 1에서 110으로 라벨링됨 - 는 전형적으로 물 또는 물/글리콜 혼합물이다)인 열 전달 유체 및 데시컨트가 단일 유체(전형적으로 리튬 클로라이드 및 물일 수 있으나, 임의의 적합한 액체 데시컨트가 될 것이다)로 결합되는 실시형태를 도시한다. 단일 유체를 사용함으로써, 펌핑 시스템은, 데시컨트 펌프 (예를 들어 도 6의 632)가 제거될 수 있기 때문에 간단해질 수 있다. 그러나, 공기 스트림(1501 및/또는 1502) 사이에 대항-유동 배열 및 열 전달 경로(1505 및/또는 1506)를 여전히 유지하는 것이 바람직하다. 2-방향 멤브레인 모듈에 있어서, 데시컨트는 일반적으로 중력으로 수직방향으로 이동되고 공기 스트림은 종종 수평인 것이 바람직하여 교차-유동 배열로 귀결되기 때문에, 데시컨트는 종종 공기 스트림에 대하여 반대-유동 경로를 유지하지 못할 수도 있다. 출원 61/951,887 (예를 들어, 도 400 및 도 900)에 설명되는 바와 같이, 3-방향 멤브레인 모듈에 있어서, 공기 스트림과 열 전달 유체 스트림 사이에 대항-유동을 생성하는 것이 가능하며, 작은 데시컨트 스트림(전형적으로 열 전달 유체 스트림의 질량 유량의 5-10%)은 주로 공기 스트림으로부터 또는 이에 대해서 잠재된 에너지를 흡수하거나 또는 방출한다. 잠재적인 흡수 및 열 전달을 위해서 동일한 유체를 사용하나 각각에 대해서 분리된 경로를 가짐으로써, 주된 공기 및 열 전달 유체 유동이 대항-유동 배열로 배열되고, 잠재된 에너지를 흡수하거나 방출하는 작은 데시컨트 스트림이 여전히 대항-유동 배열일 수 있기 때문에, 더욱 앙호한 멤브레인 모듈의 효율을 얻을 수 있으나 작은 데시컨트 스트림의 질량 유량이 작기 때문에 효율에 대한 효과는 무시될 수 있다.
특히, 도 15에서, 외부 공기, 또는 공간으로부터의 복귀 공기 또는 둘 사이의 혼합물 일 수 있는 공기 스트림(1501)이 멤브레인 구조체(1503) 위로 지향된다. 멤브레인 구조체(1503)는 도 3과 동일한 구조체이다. 그러나, 멤브레인 구조체(일반적으로 복수의 플레이트 구조체가 평행하게 사용될 수 있지만 단지 단일 플레이트 구조체가 도시된다)는 이제 탱크(1513)를 통해서 큰 데시컨트 스트림(1511)을 펌프(1509)에 의해서 공급받는다. 이 큰 데시컨트 스트림은 공기 스트림(1501)에 대항하게 열 전달 채널(1505)에서 흐른다. 더 작은 데시컨트 스트림(1515)은 또한 동시에 멤브레인 플레이트 구조체(1503)의 상단에 펌프(1509)에 의해서 펌핑되며, 이 구조체에서 이 스트림은 유동 채널(1507)에서 멤브레인(1532) 뒤에서 중력에 의해서 유동된다. 유동 채널(1507)은 일반적으로 수직이나; 그러나 열 전달 채널(1505)은, 공기 스트림(1501)이 수직이거나 수평인지에 의존하여 수직이거나 또는 수평일 수 있다. 열 전달 채널(1505)을 나가는 데시컨트는 이제 응축기 열 교환기(1517)로 지향되며, 대부분의 액체 데시컨트, 예를 들어 리튬 클로라이드의 부식성 특징 때문에, 이 교환기는 일반적으로 티타늄 또는 어떤 다른 비-부식성 재료로 만들어진다. 메브레인(1532) 뒤에서 과도한 압력을 방지하기 위해서, 오버플로우 장치(1528)가 채용될 수 있으며, 이는 과잉 데시컨트가 탱크(1513)로 다시 튜브(1529)를 통해서 배출되는 것으로 귀결된다. 잠재적인 에너지를 공기 스트림(1501) 안으로 방출하는 데시컨트는 이제 펌프(1508)로 열 교환기(1521)를 통해서 배출 라인(1519)을 통해서 지향된다.
열 교환기(1517)는, 압축기(1523), 고온 가스 라인(1524), 액체 라인(1525), 팽창 밸브(1522), 저온 액체 라인(1526) , 증발기 열 교환기(1518) 및, 냉매를 다시 압축기(1523)로 지향시키는 가스 라인(1527)을 포함하는 열 펌프의 부분이다. 열 펌프 조립체는 앞에서 설명된 바와 같이 여름 동작 모드와 겨울 동작 모드 사이에서 절환을 허여하기 위해 가역적일 수 있다.
또한, 도 15에서, 외부 공기, 또는 공간으로부터의 복귀 공기 또는 둘 사이의 혼합물 일 수 있는 제 2 공기 스트림(1502)이 제2 멤브레인 구조체(1504) 위로 지향된다. 멤브레인 구조체(1504)는 도 3과 동일한 구조체이다. 그러나, 멤브레인 구조체(일반적으로 복수의 플레이트 구조체가 평행하게 사용될 수 있지만 단지 단일 플레이트 구조체가 도시된다)는 이제 탱크(1514)를 통해서 큰 데시컨트 스트림(1512)을 펌프(1510)에 의해서 공급받는다. 이 큰 데시컨트 스트림은 공기 스트림(1502)에 대항하게 열 전달 채널(1506)에서 흐른다. 더 작은 데시컨트 스트림(1516)은 또한 동시에 멤브레인 플레이트 구조체(1504)의 상단에 펌프(1510)에 의해서 펌핑되며, 이 구조체에서 이 스트림은 유동 채널(1508)에서 멤브레인(1533) 뒤에서 중력에 의해서 유동된다. 유동 채널(1508)은 일반적으로 수직이나; 그러나 열 전달 채널(1506)은, 공기 스트림(1502)이 수직이거나 수평인지에 의존하여 수직이거나 또는 수평일 수 있다. 열 전달 채널(1506)을 나가는 데시컨트는 이제 증발기 열 교환기(1518)로 지향되며, 대부분의 액체 데시컨트, 예를 들어 리튬 클로라이드의 부식성 특징 때문에, 이 교환기는 일반적으로 티타늄 또는 어떤 다른 비-부식성 재료로 만들어진다. 메브레인(1533) 뒤에서 과도한 압력을 방지하기 위해서, 오버플로우 장치(1531)가 채용될 수 있으며, 이는 과잉 데시컨트가 탱크(1514)로 다시 튜브(1530)를 통해서 배출되는 것으로 귀결된다. 잠재적인 에너지를 공기 스트림(1502) 안으로 방출하는 데시컨트는 이제 펌프(1509)로 열 교환기(1521)를 통해서 배출 라인(1520)을 통해서 지향된다.
위에서 설명된 구조체는, 멤브레인(1532 및 1533) 상의 압력이 매우 낮고, 심지어 음일 수 있어, 채널(1507 및 1508)을 통해 데시컨트를 사이펀(syphon)한다는 점에서 몇가지 장점을 갖는다. 이것은, 멤브레인 상의 압력이 최소화되거나 또는 심지어 음이 되어 출원 13/915,199에서 설명되는 것과 유사한 성능으로 귀결되기 때문에 멤브레인 구조체를 상당히 더욱 신뢰가능하게 만든다. 또한, 메인 데시컨트 스트림(1505 및 1506)은 공기 유동(1501 및 1502) 각각에 대항하기 때문에, 멤브레인 플레이트 구조체(1503 및 1504)의 효율은 교차-유동 배열이 달성할 수도 있는 것보다 더욱 높다.
도 16은 어떻게 도 15의 시스템이 도 6(또는 겨울 모드를 위해서 도 7)의 시스템 에 통합될 수 있는지를 도시한다. 도 15의 주요한 구성요소는 도 6의 구성요소와 같이 도면에서 라벨링된다. 도면에서 보여질 수 있는 바와 같이, 시스템(1600A)은 외부 공기 처리 시스템으로서 추가되며, 이 시스템에서 외부 공기(OA)(1502)는 조화기 멤브레인 플레이트(1504) 위로 지향된다. 앞에서와 같이, 메인 데시컨트 스트림(1506)은 공기 스트림(1502)에 대항-유동으로 펌프(1510)에 의해서 펌핑되고, 그리고 작은 데시컨트 스트림(1508)은 공기 스트림(1502)으로부터 잠재적인 에너지를 끌어낸다. 작은 데시컨트 스트림은 펌프(1509)에 열 교환기(1521)를 통해서 지향되며, 이 펌프에서 이 스트림은 재생기 멤브레인 플레이트 구조체(1503)을 통해서 펌핑된다. 메인 데시컨트 스트림(1505)은 다시 공기 스트림(1501)에 대항하고, 이 스트림은, 복귀 공기 스트림(605)과 혼합되는 외부 공기 스트림(1601)을 포함한다. 작은 데시컨트 스트림(1507)은 이제 데시컨트로부터 습기를 방출하기 위해서 사용된다. 도 6의 앞과 같이, 도 16의 시스템은, 팽창 밸브(625)뿐만 아니라, 압축기(1523), 열 교환기(1517 및 1518), 및 코일(616 및 607)을 포함하는 열 펌프 시스템의 방향을 역으로 함으로써 가역가능하다.
종래의 2-방향 액체 데시컨트 모듈이 모듈(1503 및 1504) 대신에 채용될 수도 있다는 점이 도 16으로부터 또한 명확하다. 이러한 2-방향 액체 데시컨트 모듈은 멤브레인을 가질 수도 있거나 멤브레인을 갖지 않을 수도 있고, 기술분야에서 잘 알려져 있다.
이와 같이 몇 가지 도해적인 실시형태를 설명하였으며, 다양한 변형, 변경, 및 향상이 당업자에게 용이하게 착상될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 이러한 변경, 변형, 및 향상은 이 개시의 일 부분을 형성하도록 의도되고, 이 개시의 사상 및 범위 내에 있도록 의도된다. 여기서 제공되는 몇몇 실시예가 기능 또는 구조적 구성요소의 특정한 조합을 포함하고 있으나, 이러한 기능 및 구성요소는 본 개시에 따른 다른 방식으로 결합되어 동일한 또는 상이한 목적을 달성할 수도 있다. 특히, 일 실시형태와 관련하여 논의된 작동, 구성요소, 및 특징부는 다른 실시형태에서 유사하거나 또는 다른 역할로부터 배제되는 것을 의도하지 않는다. 추가적으로, 여기서 설명되는 구성요소 및 부재는 동일한 기능을 수행하기 위한 더 적은 수의 구성요소와 부재를 형성하도록 함께 결합되거나 또는 추가적인 구성요소로 분리될 수도 있다. 따라서, 앞의 설명 및 부착된 도면은 단지 예시의 방식이며, 제한하는 것으로는 의도되지 않는다.

Claims (21)

  1. 냉각 동작 모드 또는 가열 동작 모드로 동작가능하거나, 상기 어느 한 모드로 선택적으로 동작가능한 공기 조화 시스템으로서, 상기 냉각 동작 모드로 동작할 때 빌딩의 공간을 냉각 및 제습하고, 상기 가열 동작 모드에서 동작할 때 상기 공간을 가열 및 가습하는, 상기 공기 조화 시스템에 있어서,
    상기 냉각 동작 모드에서, 통해서 유동하는 냉매를 증발시키고 상기 빌딩 내 공간에 제공될 제1 공기 스트림을 냉각하기 위한 냉매 증발기로서 작동하는, 또는 상기 가열 동작 모드에서, 통해서 유동하는 상기 냉매를 응축하고 상기 공간에 제공될 상기 제1 공기 스트림을 가열하기 위한 냉매 응축기로서 작동하는 제1 코일로서, 상기 제1 공기 스트림은 처리되는 외부 공기 스트림과 결합되는 상기 공간으로부터의 복귀 공기 스트림을 포함하는, 상기 제1 코일;
    상기 냉각 동작 모드에서, 상기 제1 코일로부터 냉매를 받고 상기 냉매를 압축하기 위해서, 또는 상기 가열 동작 모드에서, 상기 제1 코일에 제공될 상기 냉매를 압축하기 위해서 상기 제1 코일과 유체 연통되는 냉매 압축기;
    상기 냉각 동작 모드에서, 배기될 외부 공기 스트림을 가열하고 상기 냉매 압축기로부터 받아진 상기 냉매를 응축하기 위한 냉매 응축기로서 작동하거나, 또는 상기 가열 동작 모드에서, 배기될 외부 공기 스트림을 냉각하고 상기 냉매 압축기에 제공될 상기 냉매를 증발시키기 위한 냉매 증발기로서 작동하고 상기 냉매 압축기와 유체 연통되는 제2 코일;
    상기 냉각 동작 모드에서 상기 제1 코일에 제공될 상기 제2 코일로부터 받아지는 상기 냉매를 팽창시키고 냉각하기 위한, 또는 상기 가열 동작 모드에서 상기 제1 코일로부터 수신되고 상기 제2 코일로 제공되는 상기 냉매를 팽창시키고 냉각하기 위한 상기 제2 코일 및 상기 제1 코일과 유체 연통하는 팽창 밸브;
    복수의 구조체를 포함하는 액체 데시컨트 조화기에 있어서, 상기 구조체 각각은 액체 데시컨트가 가로질러 유동하는 적어도 하나의 표면, 및 상기 제1 코일과 상기 냉매 압축기 사이에서 내측 통로를 통해 상기 냉매가 유동하도록 상기 제1 코일과 상기 냉미 압축기와 유체 연통하는 상기 내측 통로를 갖고, 여기서 상기 액체 데시컨트 조화기는, 상기 냉각 동작 모드에서 상기 구조체 사이를 유동하는 외부 공기 스트림을 냉각하고 제습하거나, 상기 가열 동작 모드에서 상기 구조체 사이를 유동하는 외부 공기 스트림을 가열하고 가습하며, 상기 액체 데시컨트 조화기에 의해서 이와 같이 처리되는 상기 외부 공기 스트림은 상기 빌딩 내 공간으로부터의 상기 복귀 공기 스트림과 결합되어 상기 제1 코일에 의해서 냉각되거나 가열되는 상기 제1 공기 스트림을 형성하는, 상기 액체 데시컨트 조화기; 및
    상기 액체 데시컨트 조화기에서 사용되는 상기 액체 데시컨트를 받아, 상기 가열 동작 모드에서 상기 액체 데시컨트를 묽게하거나, 상기 냉각 동작 모드에서 상기 액체 데시컨트를 농축시키고, 다음으로 상기 액체 데시컨트를 상기 액체 데시컨트 조화기에 복귀시키기 위해서 상기 액체 데시컨트 조화기와 유체 연통하는 액체 데시컨트 재생기로서, 상기 액체 데시컨트 재생기는 복수의 구조체를 포함하며, 상기 구조체 각각은 상기 액체 데시컨트가 가로질러 유동하는 적어도 하나의 표면과 상기 제2 코일과 상기 냉매 압축기 사이에서 유동하는 냉매가 내측 통로 통해 유동하도록 상기 제2 코일과 상기 냉매 압축기와 유체 연통하는 상기 내측 통로를 갖고, 상기 액체 데시컨트는 상기 냉각 동작 모드에서, 배기될 상기 외부 공기 스트림을 가열하고 제습하고, 또는 상기 가열 동작 모드에서, 배기될 상기 외부 공기 스트림을 냉각하고 제습하는, 상기 액체 데시컨트 재생기;
    를 포함하는, 공기 조화 시스템
  2. 제1항에 있어서, 상기 액체 데시컨트 조화기의 상기 복수의 구조체 및 상기 액체 데시컨트 재생기의 상기 복수의 구조체는 실질적으로 수직 배향으로 배열되는, 공기 조화 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액체 데시컨트 조화기의 상기 복수의 구조체와 상기 액체 데시컨트 재생기의 상기 복수의 구조체는 서로 평행한 공기 조화 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 액체 데시컨트 조화기의 상기 복수의 구조체 및 상기 액체 데시컨트 재생기의 상기 복수의 구조체는 관형이고 동심원으로 배열되는 공기 조화 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액체 데시컨트 조화기의 상기 구조체의 각각 및 상기 액체 데시컨트 재생기의 상기 구조체의 각각은, 상기 구조체의 상기 적어도 하나의 표면을 가로질러 유동한 상기 액체 데시컨트를 수집하기 위해서 상기 적어도 하나의 표면의 하측 단부에 분리된 데시컨트 수집기를 더 포함하며, 상기 데시컨트 수집기는 이들 사이로 공기유동을 허여하기 위해서 서로 이격되어 있는, 공기 조화 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 액체 데시컨트 재생기의 상기 구조체 사이를 유동하는 상기 공기 스트림은 외부 공기 스트림, 상기 빌딩 내 상기 공간으로부터의 복귀 공기 스트림의 일 부분, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 공기 조화 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 액체 데시컨트 재생기의 상기 구조체의 각각 및 상기 액체 데시컨트 조화기의 상기 구조체의 각각은 상기 액체 데시컨트 및 상기 공기 스트림 사이의 각각의 구조체의 상기 적어도 하나의 표면에 근접하게 위치되는 재료의 시트를 포함하며, 상기 재료의 시트는 상기 액체 데시컨트를 데시컨트 수집기로 안내하고, 상기 액체 데시컨트와 상기 공기 스트림 사이에서 수증기의 이송을 허여하는, 공기 조화 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 재료의 시트는 멤브레인을 포함하는, 공기 조화 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 재료의 시트는 친수성 재료를 포함하는, 공기 조화 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 재료의 시트는 털뭉치(flocking) 재료를 포함하는 공기 조화 시스템.
  11. 제7항에 있어서, 구조체 각각은 상기 액체 데시컨트가 가로질러 유동하는 2개의 대항하는 표면을 포함하며, 재료의 시트는 각각의 대향하는 표면 상의 상기 액체 데시컨트를 덮거나 유지하는, 공기 조화 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 액체 데시컨트 조화기에서 사용되는 상기 액체 데시컨트에 물 또는 주로 물을 수용하는 액체를 추가하기 위한 물 주입 시스템을 더 포함하는 공기 조화 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 물 주입 시스템은,
    하나의 채널에서 상기 물 또는 주로 물을 수용하는 상기 액체의 유동을 위한 그리고 인접하는 채널에서 분리되게 상기 액체 데시컨트의 유동을 위한 각각의 구조체의 반대 측부 상의 교대의 채널을 정의하는 하나 이상의 선택적으로 투과가능한 미세다공성 소수성 구조체를 갖는 인클로져로서, 구조체 각각은 상기 물 또는 주로 물을 수용하는 상기 액체로부터 물 분자의 상기 액체 데시컨트로 상기 구조체를 통한 선택적인 확산을 가능하게 의하는, 상기 인클로져;
    상기 물 또는 주로 물을 수용하는 상기 액체가 통해서 유동하는 각각의 채널과 유체 연통하는 상기 인클로져의 물 입구 포트 및 물 출구 포트; 및
    상기 액체 데시컨트가 통해서 유동하는 채널 각각과 유체 연통하는 상기 인클로져의 액체 데시컨트 입구 포트 및 액체 데시컨트 출구 포트로서, 상기 액체 데시컨트 입구 포트는 상기 액체 데시컨트 재생기로부터 상기 액체 데시컨트를 받고, 상기 액체 데시컨트 출구 포트는 상기 액체 데시컨트 조화기에 상기 액체 데시컨트를 제공하거나, 또는 상기 액체 데시컨트 입구 포트는 상기 액체 데시컨트 조화기로부터 상기 액체 데시컨트를 받고, 상기 액체 데시컨트 출구 포트는 상기 액체 데시컨트 재생기에 상기 액체 데시컨트를 제공하는, 상기 액체 데시컨트 입구 포트 및 상기 액체 데시컨트 출구 포트를 포함하는, 공기 조화 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 냉각 동작 모드와 상기 가열 동작 모드 사이에서 전환시키기 위해 상기 제1코일, 상기 냉매 압축기, 상기 제2코일 및 상기 팽창 밸브를 통과하는 냉매의 상기 유동이 역전하는 공기 조화 시스템.
  15. 냉각 동작 모드로 동작하는 액체 데시컨트 공기 조화 시스템을 사용하여 빌딩의 공간을 냉각 및 제습하는 방법에 있어서,
    (a) 통하여 흐르는 냉매를 증발시키기 위한 냉매 증발기 역할을 하는 제 1 코일, 상기 제 1 코일로부터 상기 냉매를 받고 상기 냉매를 압축하기 위해 상기 제 1 코일과 유체 연통하는 냉매 압축기, 상기 냉매 압축기로부터 받아진 상기 냉매를 응축시키고 배기될 외부 공기 스트림을 가열하기 위한 냉매 응축기로서 작동하고 상기 냉매 압축기와 유체 연통하는 제2 코일 및 상기 제1 코일과 유체 연통하고 상기 제1 코일에 제공될 상기 제2 코일로부터 받아진 상기 냉매를 냉각하고 팽창시키기 위한 상기 제2 코일과 유체 연통하는 팽창 밸브를 포함하는 냉매 회로에서 상기 냉매를 순환시키는 단계;
    (b) 액체 데시컨트 조화기에서 외부 공기 스트림을 냉각 및 제습하는 단계, - 상기 외부 공기 스트림은 액체 데시컨트를 사용하여 제습되고, 상기 제1 코일과 상기 냉매 압축기 사이를 흐르는 상기 냉매는 상기 외부 공기 스트림을 냉각하기 위해 상기 액체 데시컨트 조화기를 통해 유동함 -;
    (c) (b)에서 상기 조화기에 의해 처리된 상기 공기 스트림을 상기 공간으로부터의 복귀 공기 스트림과 결합시키는 단계;
    (d) (c)에서의 상기 결합된 공기를 상기 제1 코일을 사용하여 냉각하고, 상기 제1 코일에 의해 냉각된 공기 스트림을 빌딩 내 상기 공간으로 제공하는 단계; 및
    (e) 상기 액체 데시컨트 조화기에서 사용된 상기 액체 데시컨트를 액체 데시컨트 재생기에서 농축시키고, 상기 농축된 액체 데시컨트를 상기 액체 데시컨트 조화기로 복귀시키는 단계, - 상기 냉매 압축기 및 상기 제2 코일 사이에서 유동하는 상기 냉매는 상기 액체 데시컨트 재생기를 통해 흐름 -;
    를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 냉매 회로 내의 상기 냉매의 흐름을 역전시킴으로써 상기 공간을 가열 및 가습하기 위해 상기 액체 데시컨트 공기 조화 시스템의 동작을 가열 동작 모드로 전환하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 가열 동작 모드에서,
    상기 제1 코일은 상기 빌딩 내 상기 공간으로 제공될 제1 공기 스트림을 가열하고 통하여 흐르는 상기 냉매를 압축하기 위한 냉매 응축기로서 작동하고;
    상기 냉매 압축기는 상기 제1 코일에 제공될 상기 냉매를 압축하고;
    상기 제2코일은 상기 냉매 압축기로 제공될 상기 냉매를 증발시키고 배기될 외부 공기 스트림을 냉각시키는 냉매 증발기로서 작동하고;
    상기 팽창 밸브는 상기 제1 코일로부터 수신되고 상기 제2 코일로 제공되는 상기 냉매를 팽창 및 냉각시키고;
    상기 액체 데시컨트 조화기는 상기 제1 코일에 의하여 가열될 상기 복귀 기류 스트림과 결합될 상기 외부 공기 스트림을 가열 및 가습하고;
    상기 액체 데시컨트 재생기는 상기 액체 데시컨트 조화기에 사용된 상기 액체 데시컨트를 희석한 후 상기 액체 데시컨트를 상기 조화기로 복귀시키는,
    방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 액체 데시컨트 조화기에 사용되는 상기 액체 데시컨트에 물을 추가하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 가열 동작 모드로 동작하는 액체 데시컨트 공기 조화 시스템을 사용하여 빌딩의 공간을 가열 및 가습하는 방법에 있어서,
    (a) 통하여 흐르는 냉매를 응축시키기 위한 냉매 응축기 역할을 하는 제1 코일, 상기 제1 코일로 제공될 상기 냉매를 압축하는 냉매 압축기, 배기될 외부 공기 스트림을 냉각하고 상기 냉매 압축기로 제공될 상기 냉매를 증발시키기 위한 냉매 증발기로서 작동하는 제2 코일 및 상기 제1 코일과 유체 연통하고 상기 제1 코일로부터 수신되고 상기 제2 코일로 제공되는 상기 냉매를 냉각하고 팽창시키기 위한 상기 제2 코일과 유체 연통하는 팽창 밸브를 포함하는 냉매 회로에서 상기 냉매를 순환시키는 단계;
    (b) 액체 데시컨트 조화기에서 외부 공기 스트림을 가열 및 가습하는 단계, 상기 외부 공기 스트림은 액체 데시컨트를 사용하여 가습되고, 상기 제1 코일과 상기 냉매 압축기 사이를 흐르는 상기 냉매는 상기 외부 공기 스트림을 가열하기 위해 상기 액체 데시컨트 조화기를 통해 유동함;
    (c) (b)에서 상기 조화기에 의해 처리된 상기 공기 스트림을 상기 공간으로부터의 복귀 공기 스트림과 결합시키는 단계;
    (d) (c)에서의 상기 결합된 공기를 상기 제1 코일을 사용하여 가열하고, 상기 제1 코일에 의해 가열된 공기 스트림을 빌딩 내 상기 공간으로 제공하는 단계; 및
    (e) 상기 액체 데시컨트 조화기에서 사용된 상기 액체 데시컨트를 액체 데시컨트 재생기에서 희석시키고, 상기 희석된 액체 데시컨트를 상기 액체 데시컨트 조화기로 복귀시키는 단계, - 상기 냉매 압축기 및 상기 제2 코일 사이에서 유동하는 상기 냉매는 상기 액체 데시컨트 재생기를 통해 흐름 -;
    를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 냉매 회로 내의 상기 냉매의 흐름을 역전시킴으로써 상기 공간을 냉각 및 제습하기 위해 상기 액체 데시컨트 공기 조화 시스템의 동작을 냉각 동작 모드로 전환하는 단계를 더 포함하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 액체 데시컨트 조화기에 사용되는 상기 액체 데시컨트에 물을 추가하는 단계를 더 포함하는 방법.
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