MX2010008800A - Deshumidificador refrigerante desecante reactivado por condensador mejorado de recuperacion de energia. - Google Patents

Abstract

Se describe un método y aparato para acondicionar aire ambiente para su uso en un compartimiento, que enfría la corriente de aire de suministro ambiente en un dispositivo de recuperación de energía sensible o enfría y deshumidifica la corriente de aire de suministro ambiente en un dispositivo de recuperación de energía por entalpía. El aire enfriado de esta manera, se enfría después mediante un serpentín de enfriamiento de un sistema de enfriamiento con refrigerante para reducir su temperatura y humedad. El aire enfriado y deshumidificado de esta manera pasa luego a través de un segmento de una rueda desecante giratoria o a través de un tipo diferente de dispositivo de deshumidificación desecante en condiciones que reducen su contenido de humedad e incrementan su temperatura.

Description

DESHUMIDIFICADOR REFRIGERANTE DESECANTE REACTIVADO POR CONDENSADOR MEJORADO DE RECUPERACIÓN DE ENERGÍA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con equipo de aire acondicionado y deshumidificación y, con mayor particularidad, con un método y aparato de aire acondicionado que utiliza tecnología de deshumidificación desecante.

Es bien sabido que los sistemas de aire acondicionado tradicionales a base de serpentín de enfriamiento no proporcionan medios eficientes de deshumidificación. Debido a que tales sistemas deben proporcionar enfriamiento para proveer deshumidificación, en muchos casos el enfriamiento es superior al requerido y el compartimiento o espacio deseados se sobre-enfrían. Si se suministra un enfriamiento insuficiente, el espacio a enfriar se sub-deshumidificará . Para solucionar este problema, se han utilizado serpentines de recalentamiento corriente abajo del serpentín de enfriamiento de deshumidificación . Esto permite que el serpentín de enfriamiento deshumidifique según sea necesario y el serpentín de recalentamiento aumente la temperatura del aire del suministro para evitar suministrar aire sobre-enfriado al compartimiento. Este método es ineficiente, ya que se utiliza energía para disminuir la temperatura del aire y luego se utiliza más energía para aumentar de nuevo la temperatura del aire.

Debido a su ineficiencia, la norma 62-1989 de la ASHRAE ha prohibido el uso de dispositivos de recalentamiento en sistemas de aire acondicionado a menos que el calor sea recuperado del sitio. Además, la norma 62-1989 de la ASHRAE requiere que los sistemas con flujos de aire mayores utilicen alguna forma de recuperación de energía de escape para minimizar la cantidad de energía utilizada para acondicionar el aire exterior que se introduce en el espacio.

Se ha desarrollado una serie de sistemas disponibles a nivel comercial que combinan la recuperación de energía, pre-tratamiento, con serpentín de enfriamiento, deshumidificación y recalentamiento recuperado in-situ. Uno de estos sistemas se muestra en la Figura 1, en donde se ilustra un ventilador de recuperación de energía con un sistema de enfriamiento DX compacto y de recalentamiento con condensador. Un ventilador de recuperación de energía consiste en general de una rueda de entalpia de construcción conocida que transfiere calor y energía sensible entre dos corrientes de aire. Las ruedas de entalpia se utilizan comúnmente para transferir temperatura saliente y humedad (energía) al aire ambiente entrante. Estos intercambiadores de energía por lo general están hechos de materiales porosos para incrementar el área superficial, que ayuda a la transferencia de energía. También es posible utilizar otras formas de sistemas de transferencia de energía, tales como tuberías de calor.

En el sistema mostrado en la Figura 1, un suministro de aire fresco o exterior (aire ambiente) pasa a través de un segmento del dispositivo de recuperación de energía (en este caso, una rueda de entalpia) para reducir la humedad y la temperatura del aire de suministro. El aire de suministro pasa luego a través de un evaporador/serpentín de enfriamiento de un sistema de refrigeración convencional para reducir su humedad y temperatura aún más . El aire deshumidificado y enfriado pasa luego a través del serpentín del condensador del sistema de refrigeración para aumentar la temperatura del aire de suministro. El aire deshumidificado y calentado de esta manera se suministra después a través de un sistema de conductos directamente al espacio deseado.

En el sistema de la Figura 1, el aire de escape se dirige desde el espacio con un ventilador o soplador (no mostrado) y pasa a través de un segmento separado del dispositivo de recuperación de energía con rueda de entalpia. Como resultado, la temperatura y humedad de la corriente de aire de escape se incrementa y luego el escape se rechaza a la atmósfera. Este tipo de dispositivos de la técnica anterior son efectivos para reducir la humedad en el aire de suministro y utilizan recuperación de energía, pero requieren un enfriamiento significativo para obtener el rendimiento de deshumidificación deseado. Gran parte de la energía utilizada para enfriar el aire para obtener esta deshumidificación se invierte a través del serpentín de calentamiento para eliminar el sobre-enfriamiento del espacio.

La Figura 2 es un diagrama psicométrico del sistema de la Figura 1 y proporciona el análisis psicométrico de los efectos de cada componente del sistema en el aire de suministro .

En este sistema ilustrativo, el aire ambiente o exterior (OA) tiene una proporción de humedad de alrededor de 100 gr/lb y una temperatura de alrededor de 34.44°C (94°F) ; después de dejar la rueda de recuperación de energía, ésta tiene una proporción de humedad de alrededor de 80 gr/lb y una temperatura de alrededor de 28.33°C (83°F) ; después de pasar a través del serpentín del evaporador, tiene una proporción de humedad de alrededor de 59 gr/lb y temperatura de alrededor de 11.66°C (53°F) y, después de dejar el serpentín del condensador, tiene la misma proporción de humedad, alrededor de 59 gr/lb y una temperatura de alrededor de 22.22°C (72°F) .

Otra forma de sistema de acondicionamiento generado por condensador se muestra en la Figura 3 y también en la Figura 7 de la Patente Norteamericana No. 6,557,365 B2. Ese sistema utiliza un serpentín de enfriamiento DX para enfriar y deshumidificar aire ambiente/exterior antes de ser introducido en una rueda desecante. Después, el aire deshumidifica aún más y se calienta con la rueda desecante antes de suministrarse al espacio. Se utiliza una corriente de aire ambiente separada como la corriente de aire de regeneración y se calienta primero utilizando calor del condensador del ciclo de refrigeración DX; la corriente de aire calentada de esta manera se utiliza después para eliminar la humedad de la rueda desecante. La corriente de aire de regeneración reúne la humedad y la rechaza a la atmósfera. Muchos otros sistemas de deshumidificación desecantes disponibles a nivel comercial que utilizan otras fuentes de calor para regenerar las ruedas desecantes, con el fin de proporcionar ciclos de deshumidificación y calentamiento para el aire de suministro. La gran mayoría de estos dispositivos requieren temperaturas elevadas de regeneración para regenerar el desecante.

La Figura 4 muestra el diagrama psicométrico para el sistema de la Figura 3 y muestra el efecto de los componentes del sistema en el sistema de aire de suministro. Como se observa, el aire exterior suministrado al serpentín del evaporador tiene una temperatura de alrededor de 33.89°C (93°F) y proporción de humedad de alrededor de 100 gr/lb. Después de dejar el serpentín del evaporador, tiene una temperatura de alrededor de 16.66°C (62°) y proporción de humedad de alrededor de 78 gr/lb. Al dejar la rueda desecante tiene una temperatura de alrededor de 22.22°C (72°F) y una proporción de humedad de alrededor de 58 gr/lb.

La Figura 5 ilustra otro sistema de aire acondicionado de la técnica anterior que, en este caso, utiliza un sistema desecante generado por condensador con pre-tratamiento de recuperación de entalpia del aire de suministro. Como se observa en éste, el aire de suministro ambiente exterior fresco pasa a través de un sector de un dispositivo de recuperación de entalpia, deshumidificado y enfriado y luego pasa a través del serpentín de enfriamiento de un sistema de refrigeración DX convencional que reduce además su humedad y temperatura. La corriente de aire de suministro enfriado y secada de esta manera pasa luego a través de un dispositivo desecante en el que se deshumidifica, calienta y luego se suministra al espacio mediante un sistema de conductos. El aire de escape se dirige desde el espacio con un ventilador o soplador (no mostrado) y pasa a través de otra sección del dispositivo de recuperación de entalpia, en donde el aire de escape se calienta y humidifica y luego se rechaza a la atmósfera. En este sistema, una corriente de aire separada del ambiente se calienta utilizando el serpentín del condensador del sistema de refrigeración y luego se utiliza como la corriente de aire de regeneración. La corriente de aire de regeneración pasa a través de otra sección del dispositivo desecante, se enfría y humidifica y luego se rechaza a la atmósfera.

La Figura 6 muestra el diagrama psicométrico del sistema de la Figura 5 y muestra los efectos de cada componente del sistema en el aire de suministro. Como se observa en éste, el aire de suministro exterior tiene inicialmente una proporción de humedad de alrededor de 100 gr/lb y temperatura de alrededor de 33.89°C (93°F) ; después de pasar a través del rueda de entalpia, el aire de suministro tiene una proporción de humedad de alrededor de 84 gr/lb y una temperatura de alrededor de 28.89°C (84°F) . Después de pasar a través del serpentín del evaporador, tiene una proporción de humedad de alrededor de 78 gr/lb y una temperatura de alrededor de 16.66°C (62°F) . Después de pasar a través de la rueda desecante, tiene una proporción de humedad de alrededor de 58 gr/lb y temperatura de alrededor de 22.22°C (72°F) conforme se suministra al espacio.

En comparación con los sistemas y procesos convencionales de aire acondicionado descritos en lo anterior, la presente invención tiene ventajas significativas para el tratamiento de aire fresco o exterior para suministrar ese aire a la temperatura del espacio y en o por debajo de la humedad del espacio. La ventaja más significativa es el bajo consumo de energía. De manera más específica, la presente invención reduce la entrada de energía requerida de 30 a 75% en comparación con las otras técnicas disponibles.

Un beneficio significativo adicional de la invención es la capacidad de proporcionar condiciones de humedad del aire de suministro (punto de rocío o gr/lb (proporción de humedad absoluta) más baja que en otras técnicas. Con mayor particularidad, los sistemas deshumidificadores a base de serpentín tienen problemas con la formación de hielo en los serpentines del evaporador, ya que proporcionan temperaturas del serpentín más bajas para proporcionar condiciones de humedad más baja. Por otro lado, la presente invención ofrece la capacidad de proporcionar condiciones de humedad baja del aire de suministro (punto de rocío o gr/lb) utilizando un ciclo de deshumidificación a base de desecante después del serpentín de enfriamiento.

Un objetivo de la presente invención es tratar el aire ambiente exterior o fresco de suministro y deshumidificar y enfriar ese aire a partir de la condición ambiente exterior a la condición del aire del espacio deseado. La ASHRAE ha definido las condiciones de comodidad para un edificio entre 22.78°C (73°F) y 25.55°C (78°F) de temperatura y alrededor de 50% de humedad relativa o 55 gr/lb de aire a 71 gr/lb de aire. En particular, la presente invención es adecuada para tratar aire caliente y húmedo en el suroeste de los Estados Unidos y otros climas cálidos y húmedos en todo el mundo con condiciones de aire ambiente que van de 15.55°C (60°F) a 40.55°C (105°F) o más y un contenido de humedad de 70 a 180 gr/lb y liberar el aire tratado a la temperatura del espacio y a o por debajo de la humedad del espacio, por lo general en el margen de alrededor de 21.11°C (70°F) a 29.44°C (85°F) y un nivel de humedad de alrededor de 45 a alrededor de 71 gr/lb. Los márgenes un poco menores o mayores que los propuestos por la ASHRAE también pueden obtenerse con esta invención cuando las condiciones de diseño del espacio varían respecto a las condiciones indicadas por la ASHRAE.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar tal tratamiento de aire ambiente exterior y fresco de manera muy eficiente con menor entrada de energía que la mayoría de los sistemas de tratamiento disponibles en la actualidad.

Aún otro objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema que pueda proporcionar una capacidad de deshumidificación y enfriamiento variable para reaccionar y superar cargas variables de enfriamiento y deshumidificación del aire fresco o exterior de suministro y/o el edificio per se.

Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar calentamiento para el aire de suministro exterior o fresco con el uso de un dispositivo de recuperación de energía durante periodos de clima frío para disminuir el requerimiento de entrada de energía para calentar el aire a la condición de temperatura del espacio. De manera más específica, el sistema utiliza aire de escape con calor transferido al aire fresco o exterior de suministro con un intercambiador de calor de recuperación de energía para incrementar de manera sustancial la temperatura y/o la humedad del aire antes de calentarse mediante un dispositivo de calentamiento. De esta manera, una temperatura tal como -23.33°C (-10°F) se calentaría a aproximadamente una temperatura de 10°C (50°F) o más, según sea necesario.

De acuerdo con un aspecto de la invención, un sistema de aire acondicionado incluye un medio para recuperar energía de una corriente de aire de escape al hacer pasar la corriente de aire de escape a través de un dispositivo de recuperación de energía tal como una rueda de entalpia. El aire de suministro ambiente, exterior y fresco pasa al otro "lado" del dispositivo de recuperación de energía. El dispositivo de recuperación de energía transfiere energía de una corriente de aire a la otra sin transferir aire a través del dispositivo. Esto permite una reducción en la temperatura y, en algunos dispositivos, reducción en la humedad del aire de suministro cuando la condición ambiente es más caliente y más húmeda que la condición del espacio. Esto también permite un incremento en la temperatura y, en algunos dispositivos, el incremento de humedad en el aire de suministro cuando la condición ambiente es más fría y seca que la condición del espacio .

De acuerdo con otro aspecto de la invención, el sistema de la presente invención utiliza un serpentín de enfriamiento para disminuir la temperatura y humedad del aire de suministro antes de suministrarlo al espacio en el que se requiere. Un dispositivo de deshumidificación desecante que utiliza calor de reactivación de un sistema de refrigeración proporciona deshumidificación adicional, al tiempo que incrementa la temperatura del aire de suministro. El enfriamiento adicional del aire es una opción para proporcionar una temperatura aire de suministro más baja y si se desea, superar la carga sensible interna del edificio.

Los sistemas de acuerdo con la presente invención también pueden utilizar el aire de escape que ha pasado a través de un dispositivo de recuperación de energía para proporcionar la fuente de aire de reactivación para el ciclo de deshumidificación desecante. Un serpentín del condensador de un sistema de refrigeración convencional se utiliza para incrementar la temperatura del aire de escape y luego pasar este aire a través de otro segmento del dispositivo desecante para proporcionar la regeneración del dispositivo desecante. La corriente de aire de escape se enfría y humidifica durante este proceso de regeneración y permite que pase a través de un serpentín del condensador adicional, para recibir calor adicional rechazado del sistema de refrigeración. Un dispositivo de enfriamiento por evaporación también puede añadirse antes del segundo serpentín del condensador para disminuir el aire de escape que entra en el segundo serpentín del condensador para mejorar la eficiencia del sistema de refrigeración y/o aumentar la capacidad de rechazo de calor del condensador.

Los anteriores y otros objetivos, características y ventajas de la presente invención serán aparentes en la siguiente descripción detallada de las modalidades ilustrativas de la misma, que debe leerse en relación con los dibujos anexos, en los que: BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama esquemático de un acondicionador de aire o ventilador convencional con recuperación de energía, que utiliza un sistema de enfriamiento DX y recalentamiento por condensador; La Figura 2 es un cuadro psicométrico que describe los efectos de los componentes del sistema en la corriente de aire de suministro del sistema mostrado en la Figura 1; La Figura 3 es un diagrama esquemático de un sistema desecante reactivado por condensador de la técnica anterior; La Figura 4 es un cuadro psicométrico que describe los efectos de los componentes del sistema en la corriente de aire de suministro del sistema mostrado en la Figura 3; La Figura 5 es un diagrama esquemático de un sistema desecante reactivado por condensador de la técnica anterior que utiliza un sistema de pre- tratamiento de recuperación de energía por entalpia; La Figura 6 es un cuadro psicométrico que describe los efectos de los componentes del sistema en la corriente de aire de suministro mostrado en la Figura 5; La Figura 7 es una vista esquemática de un sistema de aire acondicionado de acuerdo con la presente invención; La Figura 8 es un cuadro psicométrico que muestra los efectos de los componentes en la corriente de aire de suministro en el sistema mostrado en la Figura.7; La Figura 9 es un cuadro psicométrico que muestra los efectos de los componentes en la corriente de aire de escape en el sistema mostrado en la Figura 7; La Figura 10 es una ilustración esquemática de una segunda modalidad de la presente invención; La Figura 11 es un cuadro psicométrico que muestra los efectos de los componentes en la corriente de aire de escape en el sistema mostrado en la Figura 10; La Figura 12 es una ilustración esquemática de una tercera modalidad de la invención; La Figura 13 es una ilustración esquemática de una cuarta modalidad de la invención; La Figura 14 es una ilustración esquemática de una quinta modalidad de la invención; La Figura 15 es una ilustración esquemática de una sexta modalidad de la invención; La Figura 16 es una ilustración esquemática de una séptima modalidad de la invención; y La Figura 17 es una ilustración esquemática de una octava modalidad de la invención.

Ahora, con referencia a los dibujos a detalle e, inicialmente , la Figura 7, se ilustra un sistema 10 de aire acondicionado de acuerdo con una modalidad de la invención, en el que una corriente de aire 12 ambiente se trata en las condiciones deseadas de temperatura y humedad para su uso en una habitación, compartimiento o espacio 14. En la modalidad ilustrativa, el sistema se utiliza en áreas donde el aire ambiente exterior tiene una temperatura elevada y alto contenido o proporción de humedad descritos en lo anterior. La Figura 7 es un dibujo esquemático y aquéllos con experiencia en la técnica entenderán que las corrientes de aire descritas están contenidas en una obra de conductos apropiada y se mueven con ventiladores apropiados, los cuales no se ilustran.

Como se observa en la Figura 7, el aire 12 de suministro ambiente, exterior y fresco pasa primero a través de una sección 13 de un dispositivo 16 de recuperación de energía. El aire se enfría y deshumidifica conforme pasa a través del dispositivo 16 de recuperación de energía. Como se describe en lo anterior, este dispositivo puede ser una rueda de entalpia giratoria convencional u otra forma de intercambiador de calor, tal como una tubería de calor, para intercambiar calor entre la corriente 12 de aire de suministro y una corriente 18 de aire de escape extraída del espacio 14. En caso de utilizar una tubería de calor, el aire ambiente se enfriará, pero no se deshumidificar .

La corriente de aire de suministro enfriada y deshumidificada pasa luego a través del serpentín 20 de enfriamiento o del evaporador de una unidad 22 refrigerante DX convencional, que incluye un compresor 23, para reducir además su temperatura y humedad. El aire de suministro pasa luego a través de un segmento de un dispositivo 26 desecante, tal como una rueda desecante corrugada giratoria recubierta con sílice convencional, para reducir además su humedad, mientras incrementa su temperatura. En este punto, el aire de suministro se encuentra a o cerca de la temperatura deseada en el espacio 14 y es igual a o menor que la humedad deseada en ese espacio.

Cuando el aire de suministro deja la rueda 26 desecante, tiene una proporción de humedad menor que la deseada en el espacio 14, el aire de suministro proporcionará una capacidad de deshumidificación al espacio, para superar la carga latente interna. El aire de suministro puede suministrarse directamente al espacio en ese punto o puede enfriarse más utilizando un serpentín 28 opcional de enfriamiento o del evaporador entre la rueda desecante y el espacio 14 para proporcionar un efecto de enfriamiento al espacio y superar la carga sensible interna.

La corriente 18 de aire de escape se dirige desde el espacio 14 con un ventilador o soplador (no mostrado) , y luego pasa por otra sección 30 del dispositivo 16 de recuperación de energía. El aire de escape se calienta por el calor absorbido en la sección 13 y se humidifica conforme pasa a través de la sección 30 y luego pasa a través de un serpentín 32 del condensador del sistema 22 de refrigeración para incrementar su temperatura. El aire de escape que deja el condensador 32 está a una temperatura más alta que cuando entra y se utiliza más tarde para regenerar el desecante de la rueda 26 al hacer pasar el aire de escape a través de una sección 34 separada del dispositivo desecante. La corriente de aire de escape se enfría y humidifica durante este proceso de separación. El aire de escape ahora enfriado puede utilizarse después para pasar por un segundo serpentín 36 del condensador en el sistema 22 para recuperar aún más del sistema de refrigeración y luego se rechaza a la atmósfera.

Como apreciarán aquéllos con experiencia en la técnica, el sistema de la presente invención utiliza la corriente de aire de escape para recuperar calor de la corriente de aire de suministro ambiente y regenerar la rueda desecante. También se utiliza para recuperar o absorber calor del sistema de refrigeración a través de los condensadores 32 y/o 36. Este potencial de rechazo de calor de la corriente de aire de escape se incrementa con el efecto de enfriamiento evaporatorio en el proceso de regeneración del desecante. Esta corriente 18 de aire de escape/regeneración puede ser igual o menor que la corriente de aire de suministro en volumen, según se deseé, utilizando controles apropiados. Éste es un aspecto importante, ya que se sabe que un diseño prudente de aire acondicionado requiere presión de aire positiva en un edificio. Para obtener presión de aire positiva, la cantidad de aire fresco o exterior de suministro debe ser igual o mayor que la cantidad del aire de escape.

La Figura 8 es un cuadro psicométrico que muestra el efecto de los componentes de la invención ilustrada en la Figura 7 en la corriente 12 de aire de suministro. Como se observa en éste, los efectos son similares a los obtenidos en el dispositivo de la técnica anterior de la Figura 5, aunque la presente invención permite la inclusión de un serpentín 28 de enfriamiento adicional para tratar la corriente de aire de suministro después de dejar la rueda 26 desecante. Sin embargo, a diferencia del sistema de la Figura 5, la presente invención recaptura el calor desperdiciado en la corriente de aire de escape del sistema de la Figura 5. De esta manera, la corriente de aire de escape que deja el espacio 14 y entra en el segmento 30 de rueda de entalpia 16 tiene una temperatura de alrededor de 22.22°C (72°F) y una proporción de humedad de alrededor de 64 gr/lb, al dejar la rueda de entalpia tiene una temperatura de alrededor de 28.33°C (83°F) y una proporción de humedad de 80 gr/lb. Conforme pasa a través del serpentín 32 del condensador, la corriente de aire de escape absorbe el calor rechazado del serpentín, de modo que, cuando deja el serpentín y entra en el segmento 34 de regeneración, de la rueda desecante, tiene una temperatura de alrededor de 42.22°C (108°F) y proporción de humedad de 80 gr/lb. Después de pasar a través de la rueda desecante, el segmento 34 y antes de entrar al serpentín 36 del condensador, la corriente de aire de escape tiene una temperatura de alrededor de 26.66°C (80°F) y una proporción de humedad de alrededor de 122 gr/lb. Al pasar a través del serpentín 36 del condensador, absorbe el calor rechazado por ese serpentín y su temperatura aumenta a alrededor de 42.22°C (108°F) o más antes de descargarse en la atmósfera.

La Figura 10 ilustra otra modalidad de la invención mostrada en la Figura 7 y los mismos números de referencia se utilizan para identificar partes similares. En esta modalidad, un dispositivo 38 de enfriamiento evaporatorio se añade entre la rueda 26 desecante y el segundo serpentín 36 del condensador en la corriente de aire de escape. El dispositivo de enfriamiento evaporatorio puede tener una construcción convencional utilizando, por ejemplo, materiales laminados de corrugado cruzado de construcción conocida a través de los cuales pasa un suministro de agua a lo largo de o a contracorriente de la corriente de aire para enfriar la corriente de aire. Este enfriamiento evaporatorio adicional de la corriente de aire de escape disminuye además su temperatura. La corriente de escape a esa temperatura más baja tiene una capacidad adicional de rechazo de calor cuando entra en el serpentín 36 del condensador y de este modo permite temperaturas del condensador más bajas y más eficientes y menor presión principal refrigerante.

La Figura 11 es un cuadro psicométrico que muestra los efectos de la invención como se ilustra en la Figura 10. Como resultado del uso del dispositivo de enfriamiento evaporatorio añadido entre la rueda 26 desecante y el segundo condensador 36, la temperatura de la corriente de aire de escape se reduce además a alrededor de 25°C (77°F) y su proporción de humedad se incrementa a alrededor de 130 gr/lb para proporcionar enfriamiento adicional y una temperatura más baja al entrar al segundo condensador.

La presente invención proporciona ventajas significativas sobre la técnica anterior. El uso de una sola corriente de aire para el escape, la regeneración y el rechazo del calor del condensador, disminuye de manera significativa los caballos de fuerza requeridos del ventilador (para mover varias corrientes de aire) para obtener estas tres tareas. Aunque el sistema requiere que la presión estática total incrementada supere a los distintos intercambiadores de calor, el flujo de aire total se reduce de manera sustancial. Debido a que la potencia del ventilador es proporcional al cuadrado de la presión estática y el cubo de flujo de aire, el flujo de aire reducido es un factor más importante al reducir los requerimientos de energía del ventilador.

Además, el uso de una sola corriente de aire para proporcionar estas funciones también ofrece niveles de humedad más bajos para la rueda desecante para el proceso de reactivación. El aire de escape del edificio se toma a partir del espacio en la humedad del espacio. Después, esta pasa a través de un dispositivo de recuperación de energía. Este dispositivo, no incrementa su humedad (al utilizar un dispositivo de recuperación de calor sensible) o la incrementa en cierta medida entre la condición exterior y la condición interior con base en la eficiencia del dispositivo de recuperación de entalpia. En cualquier caso, la humedad que deja el dispositivo de recuperación de energía y entra en la rueda desecante es menor que la condición exterior. La temperatura del aire de escape es la misma temperatura, sin importar la humedad. La temperatura se determina mediante el proceso de recuperación de escape, donde el intercambio de temperatura es independiente del nivel de humedad y el calor del condensador añadido, nuevamente es independiente de la humedad. Conforme la rueda desecante actúa como un intercambiador de humedad relativa, una condición de humedad más baja en la corriente de aire con temperatura determinada proporciona una humedad relativa más baja. De esta manera, la humedad más baja en el aire, proporciona al dispositivo desecante una capacidad aumentada a través de la regeneración mejorada.

Las ventajas adicionales de la invención sobre la técnica anterior se relacionan con la capacidad y temperatura de rechazo de calor del condensador en el ciclo de refrigeración. El calor del condensador debe ser rechazado a la atmósfera. La temperatura de la corriente de aire de escape de la presente invención es más baja que la temperatura ambiente. De manera similar a la relación de humedad, el aire de escape se toma del espacio y corre a través de un dispositivo de recuperación de energía. Su temperatura se incrementa en cierta fracción de la diferencia entre la temperatura del espacio y la temperatura exterior. La temperatura de partida es en cierta medida menor que la temperatura ambiente exterior. Esto proporciona dos beneficios. Primero, en la tasa de flujo de aire requerida para rechazar el calor del serpentín del condensador a la corriente de aire se reduce debido a su temperatura más baja y la mayor diferencia entre la temperatura del refrigerante que entra en el condensador y la temperatura del aire que entra en el condensador. El requerimiento de flujo de aire reducido también disminuye el requerimiento de caballo de fuerza del ventilador. Es cierto modo, esto se incluye en el requerimiento de flujo de aire reducido que se menciona en lo anterior. Además, la temperatura del aire más baja que entra al condensador permite una temperatura de refrigeración más baja que deja el condensador y proporciona una presión principal más baja. Conforme disminuye la presión principal, la cantidad de trabajo que el compresor debe realizar para aumentar la presión del refrigerante se reduce, lo que permite que el compresor opere con un requerimiento de energía menor.

Aún, otra mejora de la presente técnica es la capacidad y eficiencia de la corriente de aire de escape para rechazar más calor en el segundo condensador. El efecto de enfriamiento evaporatorio de la rueda desecante disminuye la temperatura nuevamente a una temperatura que permita que la misma corriente de aire realice más rechazo de calor. De nuevo, esto reduce el flujo total de aire y proporciona caballos de fuerza reducidos del ventilador. La adición de un dispositivo de enfriamiento evaporatorio antes de este segundo condensador, disminuye además la temperatura para proporcionar la misma eficacia para el segundo condensador que la que se menciona en lo anterior para el primer condensador. Esto proporciona al segundo condensador la capacidad de rechazar más calor para una corriente de aire más pequeña y ahorra energía del ventilador. Esto también disminuye la temperatura y reduce la presión principal en el circuito refrigerante lo que reduce la energía del compresor.

Además de lo anterior, es posible obtener eficiencia adicional cuando se utiliza una rueda desecante, como el dispositivo 26 desecante ya que la velocidad de rotación de la rueda puede controlarse para incrementar o disminuir el calentamiento y deshumidificación para controlar la temperatura y la humedad de la corriente de aire de suministro .

Las Figuras 12-14 ilustran otras modalidades de la invención como se muestra en la Figura 10, de nuevo con el uso de los mismos números de referencia para partes correspondientes. En cada modalidad, se proporcionan uno o más derivaciones de corriente de aire que utilizan deflectores y controles convencionales, para desviar de manera selectiva una porción de una o ambas corrientes de aire alrededor de la rueda desecante .

La Figura 12 ilustra el uso de una derivación 42 para dirigir una porción de la corriente de aire de suministro alrededor de la sección de deshumidificación de la rueda 26 desecante.

La Figura 13 ilustra el uso de la derivación 42 junto con una derivación 44 que desvía una parte de la corriente de aire de escape alrededor de la sección 34 de regeneración de la rueda desecante.

La Figura 14 ilustra de manera sencilla el uso de la derivación 44 única en la sección 34 de regeneración de la rueda desecante .

Proporcionar uno o más de tales derivaciones alrededor de una rueda desecante permite varias ventajas. Modular la derivación en ya sea el lado de suministro o el lado de regeneración proporciona modulación de la capacidad del efecto desecante en la corriente de aire de suministro. Además, la disminución de presión de la rueda desecante puede evitarse durante momentos en los que la deshumidificación no se requiere, lo que permite reducir los requerimientos de energía del ventilador y obtener una operación más eficiente. Esto también permite mayor flexibilidad en el diseño de la unidad, lo que proporciona la capacidad para que la unidad suministre más aire que del que la rueda desecante puede alojar. Esta flexibilidad puede disminuir el costo del equipo para cumplir con requerimientos específicos de rendimiento de la unidad.

La Figura 15 es otra modalidad de la invención, como se muestra en la Figura 10, de nuevo con partes similares identificadas con los mismos números de referencia.

En esta modalidad, el condensado del serpentín 20 del evaporador se recupera en un deposito 50 o similar y se suministra al enfriador evaporatorio mediante una bomba 52.

La recuperación del condensado para los requerimientos de enfriamiento evaporatorio permite una mayor eficiencia sin la necesidad de agua de reposición. Esto también logra reducir los costos de utilización de agua y los costos de instalación.

La Figura 16 es aún otra variante de la invención descrita en lo anterior con respecto a la Figura 7. En esta modalidad, la configuración de la obra de conductos en relación con la rueda desecante se redispone, de modo que la corriente de aire ambiente/de suministro fluye a través de la rueda desecante en una dirección opuesta al flujo de la corriente de aire de escape/regeneración en lugar de ir en la misma dirección mostrada en la Figura 7. Esta disposición a contraflujo proporciona mayor rendimiento desecante para mayor eficiencia. El diseño físico de esta disposición es más complejo de construir que las otras modalidades y, de manera potencial, requeriría mayores costos. Todas las demás modalidades indicadas en lo anterior y mostradas en las otras figuras, pueden añadirse también a esta modalidad para proporcionar muchas opciones y variaciones de la presente invención.

Aunque se han descrito en la presente modalidades ilustrativas de la presente invención con referencia a los dibujos anexos, debe entenderse que la invención no se limita a esas modalidades precisas, si no que es posible realizar varios cambios y modificaciones en la misma por aquellos con experiencia en la técnica sin apartarse del. alcance o espíritu de esta invención.

Claims (42)

REIVINDICACIONES

1. Un método para suministrar aire acondicionado a un compartimiento caracterizado porque comprende las etapas de: a) acondicionar una corriente de aire ambiente al: i) enfriar primero la corriente de aire de suministro ambiente a una primera temperatura reducida en un dispositivo de recuperación de energía, ii) pasar después la corriente de aire de suministro ambiente enfriada a través de un serpentín de enfriamiento de un sistema de refrigeración para reducir la temperatura de la corriente de suministro de aire ambiente a una segunda temperatura reducida, iii) después de ello, deshumidificar la corriente de aire de suministro ambiente enfriada de esta manera en un dispositivo de deshumidificación desecante; y iv) liberar el aire enfriado y secado de esta manera a un compartimiento; y entre tanto b) Acondicionar y utilizar una corriente de aire de escape de un compartimiento al: i) incrementar primero la temperatura de la corriente de aire de escape al pasarla a través de tal dispositivo de recuperación de energía, ii) luego pasar la corriente de aire de escape a tal temperatura incrementada por un serpentín del condensador del sistema de refrigeración para incrementar su temperatura y disminuir su humedad relativa, iii) después de ello, pasar la corriente de aire de escape caliente a través de una porción de regeneración del dispositivo de deshumidificación desecante para regenerar el dispositivo desecante, y disminuir la temperatura y aumentar el contenido de humedad de la corriente de aire de escape , iv) luego pasar la corriente de aire de escape desde el dispositivo desecante por un segundo serpentín del condensador para incrementar además su temperatura; y, v) luego expulsar por el escape la corriente de aire de escape a la atmósfera.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tal etapa de acondicionar una corriente de aire ambiente incluye la etapa de reducir el contenido de humedad de la corriente de aire ambiente mientras que se enfría la corriente de aire ambiente a la primera temperatura reducida en el dispositivo de recuperación de energía.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de acondicionar una corriente de aire ambiente incluye la etapa de reducir el contenido de humedad de la corriente de aire ambiente y pasar esta a través del serpentín de enfriamiento de refrigeración.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de acondicionar la corriente de aire de escape incluye la etapa de reducir el contenido de humedad de la corriente de aire de escape, mientras que se incrementa su temperatura antes de pasar por un serpentín del condensador de un sistema de refrigeración.

5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque incluye la etapa de proporcionar enfriamiento evaporatorio adicional en la corriente de aire de escape entre el dispositivo desecante y el segundo serpentín del condensador.

6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque incluye las etapas de utilizar un dispositivo de deshumidificación de rueda desecante y cambiar de manera selectiva la velocidad de rotación del dispositivo de rueda desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire para proporcionar un control de la capacidad.

7. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque incluye la etapa de desviar de manera selectiva una porción de la corriente de aire de suministro alrededor del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire.

8. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque incluye la etapa de desviar de manera selectiva una porción de la corriente de aire de escape alrededor del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire.

9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque incluye la etapa de desviar de manera selectiva una porción de la corriente de suministro y la corriente de escape de aire alrededor del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire.

10. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque incluye la etapa de recuperar el condensado de un serpentín de enfriamiento y bombear tal condensado al dispositivo de enfriamiento evaporatorio para permitir el efecto de enfriamiento evaporatorio.

11. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque incluye la etapa de proporcionar enfriamiento adicional al aire de suministro después de pasar a través del dispositivo de deshumidificación desecante para proporcionar una capacidad de enfriamiento al compartimiento.

12. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque incluye la etapa de pasar la corriente de aire ambiente y la corriente de aire de escape a través de tal dispositivo desecante en direcciones opuestas.

13. Un método para suministrar aire acondicionado a un compartimiento, caracterizado porque comprende las etapas de: a) acondicionar una corriente de aire ambiente al: i) enfriar primero la corriente de aire de suministro ambiente en un dispositivo de recuperación de energía para reducir su temperatura y contenido de humedad; ii) luego pasar el aire ambiente frío y seco a través de un serpentín de enfriamiento del sistema de refrigeración para reducir además la temperatura y contenido de humedad del aire ambiente a una condición predeterminada, iii) después de ello pasar la corriente de aire de suministro ambiente a través de un segmento de un dispositivo de deshumidificación desecante para incrementar su temperatura y disminuir su contenido de humedad; iv) luego liberar el aire tratado de esta manera al compartimiento; y b) acondicionar de manera simultánea y utilizar una corriente de aire de escape del compartimiento, al: i) pasar primero la corriente de aire de escape a través del dispositivo de recuperación de energía para incrementar su temperatura y contenido de humedad, ii) luego pasar el aire de escape por un serpentín del condensador en el sistema de refrigeración para aumentar su temperatura y disminuir su humedad relativa, iii) después de ello, pasar el aire de escape calentado de esta manera a través de otros segmentos del dispositivo de deshumidificación desecante para regenerar el dispositivo desecante y disminuir la temperatura e incrementar el contenido de humedad de la corriente de aire de escape, iv) después pasar la corriente de aire de escape por un segundo serpentín del condensador para incrementar además su temperatura y, · v) expulsar después por el escape la corriente de aire de escape a la atmósfera.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque incluye la etapa de proporcionar enfriamiento evaporatorio adicional en la corriente de aire de escape entre el dispositivo desecante y el segundo serpentín del condensador.

15. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque incluye las etapas de utilizar un dispositivo de deshumidificación de rueda desecante y cambiar de manera selectiva la velocidad de rotación del dispositivo de rueda desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire para proporcionar control de la capacidad.

16. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque incluye la etapa de desviar de manera selectiva una porción de la corriente de aire de suministro alrededor del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire.

17. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque incluye la etapa de desviar de manera selectiva una porción de la corriente de aire de escape alrededor del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire.

18. El método de conformidad con la reivindicación 13 , caracterizado porque incluye la etapa de desviar de manera selectiva una porción de la corriente de aire de suministro y la corriente de aire de escape alrededor del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire.

19. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque incluye la etapa de recuperar el condensado de un serpentín de enfriamiento y bombear el condensado al dispositivo de enfriamiento evaporatorio para permitir el efecto de enfriamiento evaporatorio.

20. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque incluye la etapa de proporcionar enfriamiento adicional al aire de suministro después de pasar a través del dispositivo de deshumidificación desecante para proporcionar capacidad de enfriamiento al compartimiento.

21. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque incluye la etapa de pasar la corriente de aire ambiente y corriente de aire de escape a través del dispositivo desecante en direcciones opuestas.

22. Un método para suministrar aire acondicionado a un compartimiento, caracterizado porque comprende las etapas de: a) acondicionar un aire ambiente que tiene una temperatura en el margen de alrededor de 15.5°C (60°F) a alrededor de 40.5°C (105°F) y un contenido de humedad de entre 70 a 180 granos por libras kilogramos al: i) suministrar primero la corriente de aire ambiente a un dispositivo de recuperación de energía para reducir la temperatura y el contenido de humedad de la corriente de aire ambiente; ii) luego pasar el aire ambiente frío y seco a través de un serpentín de enfriamiento del sistema de refrigeración para reducir además la temperatura y contenido de humedad del aire ambiente a una condición predeterminada, iii) después de ello pasar el aire a través de un segmento de un dispositivo de deshumidificación desecante para incrementar su temperatura a un margen de temperatura predeterminado de alrededor de 21.1°C (70°F) a alrededor de 29.4°C (85° F) y disminuir su contenido de humedad a alrededor de 45 a 65 granos por libra, y iv) luego liberar el aire tratado de esta manera al compartimiento; y b) acondicionar de manera simultánea y utilizar una corriente de aire de escape de un compartimiento, al: i) expulsar por el escape el aire del compartimiento , ii) luego pasar primero el aire de escape a través del dispositivo de recuperación de energía para incrementar su temperatura y contenido de humedad, iii) después de ello, pasar el aire de escape por un serpentín del condensador en el sistema de refrigeración para incrementar su temperatura y disminuir al mismo tiempo su humedad relativa, iv) después pasar el aire de escape calentado de esta manera a través de otro segmento del dispositivo de deshumidif icación desecante para regenerar el dispositivo desecante y disminuir la temperatura e incrementar el contenido de humedad de la corriente de aire de escape, v) luego pasar la corriente de aire de escape por un segundo serpentín del condensador para incrementar además su temperatura y vi) luego expulsar por el escape la corriente de aire de escape a la atmósfera.

23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque incluye la etapa de proporcionar enfriamiento evaporatorio adicional en la corriente de aire de escape entre el dispositivo desecante y el segundo serpentín del condensador.

24. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque incluye las etapas de utilizar un dispositivo de deshumidificación de rueda desecante y cambiar de manera selectiva la velocidad de rotación del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire para proporcionar un control de capacidad.

25. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque incluye la etapa de desviar de manera selectiva una porción de la corriente de aire de suministro alrededor del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire.

26. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque incluye la etapa de desviar de manera selectiva una porción de la corriente de aire de escape alrededor del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire .

27. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque incluye la etapa de desviar de manera selectiva una porción de la corriente de suministro y la corriente de aire de escape alrededor del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire .

28. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque incluye la etapa de recuperar el condensado del serpentín de enfriamiento y bombear el condensado al dispositivo de enfriamiento evaporatorio para permitir el efecto de enfriamiento evaporatorio.

29. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque incluye la etapa de proporcionar enfriamiento adicional al aire de suministro después de pasar a través del dispositivo de deshumidificación desecante para proporcionar la capacidad de enfriamiento al compartimiento.

30. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque incluye la etapa de pasar la corriente de aire ambiente y corriente de aire de escape a través del dispositivo desecante en direcciones opuestas.

31. Un dispositivo para suministrar aire acondicionado a un compartimiento caracterizado porque comprende: un medio para recuperar la energía térmica de una corriente de aire de suministro ambiente para enfriar la corriente de aire de suministro a una primera temperatura reducida; un sistema de refrigeración que incluye un serpentín del evaporador para recibir la corriente de aire del suministro desde el medio de recuperación de energía térmica para reducir la temperatura de la corriente de aire de suministro a una segunda temperatura reducida,- un medio desecante para deshumidificación de la corriente de aire de suministro ambiente frío del serpentín del evaporador; y un medio para liberar el aire enfriado y secado de esta manera en el compartimiento; el medio para recuperar energía térmica a partir de una corriente de aire ambiente se adapta para recibir e incrementar la temperatura de una corriente de aire de escape desde un compartimiento; el sistema de refrigeración incluye un serpentín del condensador para recibir la corriente de aire de escape del medio de recuperación de energía térmica y aumentar su temperatura y disminuir su humedad relativa; el medio de deshumidificación desecante incluye una porción de regeneración para recibir aire de escape desde el serpentín del condensador para regenerar el dispositivo desecante, y disminuir la temperatura e incrementar el contenido de humedad de la corriente de aire de escape,- y el sistema de refrigeración incluye un segundo serpentín del condensador para recibir la corriente de aire de escape desde el medio de deshumidificación desecante para incrementar además su temperatura.

32. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque los medios para la recuperación de energía térmica reduce el contenido de humedad de la corriente de aire ambiente, mientras que enfría la corriente de aire ambiente a la primera temperatura reducida .

33. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque el serpentín del evaporador del sistema de refrigeración condensa la humedad en la corriente de aire de suministro para reducir el contenido de humedad de la corriente de aire ambiente.

34. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque los medios para la recuperación de energía térmica incrementa el contenido de humedad de la corriente de aire de escape e incrementa su temperatura .

35. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 31-34, caracterizado porque incluye un medio de enfriamiento evaporatorio en la corriente de aire de escape entre los medios y deshumidificación desecante y el segundo serpentín del condensador.

36. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 31-34, caracterizado porque los medios de deshumidificación desecante es un dispositivo de deshumidificación de rueda desecante.

37. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque incluye un medio para cambiar de manera selectiva la velocidad de rotación del dispositivo de rueda desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire para proporcionar control de la capacidad.

38. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 31-34, caracterizado porque incluye un medio para desviar de manera selectiva una porción de la corriente de aire de suministro alrededor del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire .

39. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 31-34, caracterizado porque incluye un medio para desviar de manera selectiva una porción de la corriente de aire de escape alrededor del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire .

40. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 31-34, caracterizado porque incluye un medio para desviar de manera selectiva una porción de la corriente de aire de suministro y la corriente de aire de escape alrededor del dispositivo desecante para modular el efecto desecante en la corriente de aire.

41. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado porque incluye un medio para recuperar el condensado de un serpentín de enfriamiento y bombear el condensado, al dispositivo de enfriamiento evaporatorio para permitir el efecto de enfriamiento evaporatorio .

42. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 31-34, caracterizado porque incluye un medio para proporcionar enfriamiento adicional al aire de suministro después de pasar a través del dispositivo de deshumidificación desecante para proporcionar una capacidad de enfriamiento al compartimiento.