CN1714259A - 干燥制冷除湿系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于调节包围区域的空气的方法，包括：利用包含可变压缩机的制冷系统冷却供送空气流，即通过使空气经过一冷却盘管而降低该空气的温度；使这样被冷却的供送空气流在增大其温度并减小其含湿量的条件下通过旋转的干燥剂轮，然后将这样被处理后的空气送入所述包围区域。通过利用制冷系统的冷凝器盘管加热再生空气流，然后使该再生空气流通过所述旋转的干燥剂轮的另一部分而使该干燥剂轮再生。感测供送空气流、再生空气流和/或制冷系统的至少一个工况，并且响应该感测工况来控制压缩机的输出。

Description

干燥制冷除湿系统
技术领域
本发明涉及一种空调除湿设备，尤其是一种空气调节方法和使用干燥剂轮技术的装置。
背景技术
众所周知，传统的空调设计不太适合于同时处理建筑空间内的湿负荷和温度负荷。典型地，建筑空间中的湿负荷的主要来源是来自将外部补充空气送入该空间的需求，其原因是该外部补充空气通常具有比建筑内所需的含湿量更高的含湿量。在传统的空调系统中，空调单元的制冷量由此设计成在峰值温度设计工况下符合潜热(湿度)和显热(温度)条件。当存在足够的冷需求时，获得了合适的除湿能力。但是，在包围空间上的湿负荷不直接随着温度负荷变化。即，在早晨和夜晚时间，室外的绝对湿度近似与更高温度的正午时段相同。在那时，在所述空间中经常没有冷却需要，并且由此不会进行除湿。因此，现有的空调系统对于这些状况来说设计得较差。这些状况有时会在建筑物中导致不舒适的情况，并且能在建筑物和其管道中导致霉的形成或者其它微生物的形成，引发所谓的病态建筑综合症。为了解决这些问题，ASHRAE标准草案(ASHRAE Draft Standard)62-1989推荐增加使用补充空气量，并且推荐对风道系统中的相对湿度进行限制。如果正确地遵循该标准，实际上导致独立于冷需求以外的对甚至增大的除湿能力的需求。
已经给出了多种方案来解决该问题。作为“能量回收通风器(ERV)”公知的一种方案利用传统的干燥剂涂敷焓轮将来自补充空气流的热量和湿气传递给排出的空气流。这些设备在减少湿负荷上是有效的，但需要排出空气流的体积几乎等于补充空气流的体积，以便高效实施。由于夏季供送空气的绝对湿度总是高于返回空气，ERV也只能减少负荷。在未在建筑中有效除湿的同时，由于进入系统的湿气超过在排气流中离开的湿气，因此空间内的湿度将上升。然而，ERV的安装和运行相对便宜。
其它现有技术的系统使用所谓的冷却/再热设备，其中首先将室外的空气冷却到对应于所需建筑内露点的温度。然后将该空气再热到所需的温度，最经常的是利用天然气加热器进行再热。偶尔也利用来自制冷剂冷凝器系统的热量对被冷却除湿的空气流进行再热。因为在夏季必须对空气进行过度的冷却，随后对该空气进行不经济的加热，这种冷却/再热设备相对昂贵并且效率低。
已经给出了利用干燥剂冷却系统的第三种现有技术，其中首先利用干燥剂轮等对来自大气的供送空气进行除湿，然后利用热交换器对该空气进行冷却。来自该空气的热量通常被传递给再生空气流并且用来满足一部分干燥剂再生能量需求。补充空气被直接送入空间，或者可选地利用直接或间接蒸发装置或者通过更传统的制冷剂型空调设备被加以冷却。利用来自空调区域内或者外界空气的第二空气流使干燥剂轮再生。在第二空气流的温度升高到要获得对供送空气流的合适除湿量所需的高水平温度150°F至350°F之前，通常该第二空气流用来从处理空气收集热量。该类型的干燥剂冷却系统可设计用来提供非常紧密和独立的湿度和温度控制，但其安装通常比传统的系统更昂贵。这些系统的优点在于这些系统依赖于使干燥剂材料再生的热量的低成本源。
授权给Meckler的美国专利3401530，Carlton的5551245以及Maeda的5761923公开了其它的混合设备，其中首先经由制冷系统对空气进行冷却，然后利用干燥剂除湿。但在所有这些公开内容中都需要高再生温度来使干燥剂充分再生。为了获得这些高温，需要双制冷剂回路将再生温度增大或者提升到高于140°F。在Meckler的专利中使用来自发动机的废热，而不是冷凝器的热量。
授权给Northrup的美国专利4180985公开了一种使用制冷剂冷凝热量再生干燥剂轮或带的设备。在该Northrup系统中，在空气已经被干燥之后，制冷剂回路冷却该空气。
发明内容
在我们的原案申请No.08/795818中所述的发明尤其适于处理湿工况下的外界空气并将之提供到空间中性工况，其中该湿工况例如在美国南部和东南部以及亚洲国家是典型的。该工况限定为ASHRAE舒适区工况，并且通常包括73-78°F、55-71gr/lb含湿量或者大约50％相对湿度范围的工况。尤其是，该系统能够处理85-95°F、130-145gr/lb含湿量之间的空气，并使其降低到ASHRAE舒适区工况下。但是，该系统也可在这些工况以上或者以下的工况下工作，例如在65-85°F或者95°F以上、90-130gr/lb或者145-180gr/lb含湿量的工况。
与传统的技术相比，原案申请的发明显著优于用来从外界空气产生室内空气舒适区工况下的空气的可选技术。最显著的优点是能耗低。即，在干燥剂辅助下处理空气所需的能量比在前述冷却技术中所使用的能量少25-45％。所述系统使用与旋转的干燥剂轮相结合的传统制冷剂冷却系统。该制冷剂冷却系统包括传统的冷却盘管、冷凝器盘管和压缩机。设置了用于抽吸供送空气流的装置，该供送空气流优选的是一经过制冷系统的冷却盘管以便使该气流的湿度和温度减小到第一预定温度范围的室外气流。如此冷却的供送空气流然后穿过旋转的干燥剂轮上的一部分，从而使该气流的含湿量减少到预定的湿度水平，并且使该气流的温度增高到一第二预定温度范围。所述温度和湿度范围都在舒适区内。该空气然后被送入包围区域。所述系统还包括通过使再生气流穿过该干燥剂轮而使干燥剂轮再生的装置，该气流通常来自外界空气源，经过制冷系统的冷凝器盘管，从而其温度增大至一第三预定温度范围。如此被加热的再生空气穿过可旋转的干燥剂轮的另一部分以使该轮再生。
本发明的目的是在任何环境条件下处理外界供送空气，并使之获得焓值更低的实际更干或更冷的湿度工况。
本发明的另一目的是提供一种基于干燥剂的除湿和空气调节的系统，该系统的制造和运行成本相对较低。
本发明的再一目的是在从返回空气流回收热焓的同时加热补充空气。
本发明的又一目的是提供一种基于干燥剂的空气调节和除湿系统，该系统使用单个、多个和/或可变压缩机，所述压缩机在产生稳定运行工况和提高能量节省的可能最高吸气压力下运行。
本发明的另一目的是利用来自建筑物的排气作为再生空气源。该空气将处于基本低于全年中一部分时间的环境空气的绝对湿状态下。利用该空气并且附加来自冷凝器盘管的热量，将对处理空气的除湿产生更好的渗透效果(sink)。
根据本发明的一个方面，本发明的系统包括：空气调节或者制冷回路，该回路包含有冷凝盘管、冷却或蒸发盘管以及压缩机和干燥剂轮，具有接收来自所述制冷回路中的冷却盘管的供送空气的第一部分，以便选择性地干燥所述供送空气。再生空气通道在干燥剂轮旋转通过该再生空气通道时，将再生空气送入该干燥剂轮的第二部分。根据本发明，调整该系统以在入口工况及体积的一宽范围上从干燥剂轮的处理部分提供一恒定的出口空气工况。优选地，所述系统使用可变压缩机，所述压缩机的输出可响应在系统中预定点上的空气或制冷剂工况而变化。在一个实施例中，所述系统可以在从只供送新风至供送同时被冷却和除湿的空气的多种不同的模式下运行。另外还提供了一种用于本发明系统的特别简单和便宜的壳体结构。
附图说明
本发明的上述和其它目的、特点和优点将在下面对其示例性实施例的详细说明中变得明了，该说明结合以下附图加以阅读，其中：
图1、1A和1B是示意图，示出了本发明的基础系统的第一实施例；
图2是焓湿图，示出了由图1中的实施例获得的循环；
图3是焓湿图，示出了利用不同的控制系统由图1中的实施例获得的循环；
图4是示意图，示出了本发明的另一实施例，该实施例适于处理补充空气和从返回空气流中回收热焓；
图5是焓湿图，示出了利用图4中的系统在单冷却的模式下获得的循环；
图6是焓湿图，示出了利用图4中的系统在单除湿的模式下获得的循环；
图7是焓湿图，示出了利用图4中的系统在除湿和冷却模式下获得的循环；
图8是焓湿图，示出了在焓交换模式下利用图4中的系统获得的循环；
图9是焓湿图，示出了在新风交换模式下利用图4中的系统获得的循环；
图10是示意图，示出了与图1中的实施例类似、但使用两个压缩机的一实施例；
图11是用于图10中的系统的蒸发器交叉曲线图；
图12是类似于图1的示意图，示出了使用再生温度控制方案的本发明的另一实施例；以及
图13是示意平面图，示出了与图1中的系统一同使用的壳体结构。
具体实施方式
现在详细参见附图，首先参见图1，该图示出了根据本发明的简化的空调除湿系统10，该系统使用制冷剂冷却系统和旋转的干燥剂轮除湿系统。该系统是在我们的原案申请中公开的系统的细化。在这种情况下，该系统获取在任何环境状态下的空气，并将其处理到具有低焓值的实际任何更干燥、更冷的湿度状态。
在系统10中，制冷剂冷却系统包括制冷剂冷却回路，该回路包含用于在连接制冷剂管线29中所承载的液体/气体制冷剂的至少一个冷却或者蒸发器盘管52、至少一个冷凝器盘管58和压缩机28。在使用中，来自大气的供送空气由吹风机50通过管道系统51等抽取，经过制冷系统的冷却盘管52，在该冷却盘管处，该供送空气的温度降低并且被稍微除湿。从该处开始，该空气穿过转动的干燥剂轮55的处理部分54，空气在该处温度升高并且被进一步除湿。然后将该空气送入包围区域或者空间57中。
除湿系统的干燥剂轮55是公知的结构，并且在再生部分60中从管道61接收再生空气并且通过管道62排出该再生空气。轮55借助于由吹风机56抽取并经过空调系统的冷凝器盘管58的外界空气得以再生。该外界空气流在经过冷凝器盘管时被加热，然后被送到再生部分60以使干燥剂再生。再生空气由吹风机56抽入所述系统并排到大气中。
在该实施例中，压缩机28是可变容量的压缩机，并且优选地是带有滑阀的无级可调螺杆式压缩机。本领域中已知在这种压缩机中穿过螺杆的体积可通过调整滑阀来改变，由此改变进入螺杆的气体体积。这样改变了压缩机的输出容量。可选地，可以使用时间成比例(timeproportioned)涡旋压缩机、变速涡旋或活塞式压缩机来循环管线29中的制冷剂通过包括膨胀阀31的闭合系统，该膨胀阀31位于冷凝器盘管58和蒸发器或者冷却盘管52之间。
已经发现，通过在制冷系统中使用单个非可变压缩机，压缩机做功比需要的要多，同时结果是超出了系统所需的设定点。通过使用所述的可变压缩机，系统能够调整以在入口空气工况和体积的一个范围内提供恒定的出口工况。即，响应一种或者多种工况对压缩机的运行进行控制。因此，例如技术人员可以通过调整压缩机的容量来保持离开干燥剂轮的所需可使用和可选择的湿度工况。
这种调整可以通过使用多于一个的压缩机或者可变压缩机来实现，所述压缩机例如为Copeland出产的时间成比例压缩机、或者使用同步电机的变频压缩机，所述电机的速度可通过改变对该电机的赫兹输入而变化，从而导致工作输出的变化。
上述制冷系统可被调整或者控制，以便在入口工况和体积的一个范围内提供恒定的出口工况。允许系统用于补充空气的应用，以满足通风、加压或者空气品质的要求(例如在餐馆中需要补充空气来更换厨房排出的空气)。这种对所输送的补充空气体积的控制可依赖于压力(通过将压力传感器用于洁净房间等)、CO2含量(通过使用CO2传感器)以便控制质量，或者基于占用情况(使用房间温度传感器)。这种传感器将控制补充空气体积，利用公知的技术控制例如吹风机50的速度或者管道51中的空气转向阀(未示出)。该系统利用可变压缩机还能调整以适应由补充空气附加导致的温度或者湿度的变化，从而保持所需的环境条件。
根据本发明，可以将送入包围区域或空间57的供送空气的所需供送空气温度和湿度水平保持在上述ASHRAE舒适区内。从这些温度和湿度条件可以确定相应的湿球温度，确立在图2中的焓湿图上以点3表示的所需工况。该湿球温度用作供送空气的冷却和干燥的目标设定点(不管其是单独返回空气，还是与上述补充空气混合)。利用压缩机28的可变容量，冷却盘管52的容量受控以使离开该冷却盘管的供送空气温度保持在该空气经过干燥剂轮的处理部分54之后将获得点3的工况的温度。该温度将稍微低于所需供送空气的计算湿球温度。因此，如图2所示，通常具有65°F与95°FDBT之间或者以上的温度范围以及90-180gr/lb含湿量的供送空气在95°F干球温度(“DBT”)、78.5°F湿球温度(“WBT”)和120gr/lb含湿量下进入冷却盘管52(图2中的点1)。当空气穿过盘管52，该空气的状态沿着图2中的虚线从点1在相对恒定的湿度下移动，直到到达饱和状态，然后其湿度与温度一起沿着饱和线朝向点2降低，在点2处，该空气在50°-68°DBT和30-88gr/lb含湿量的饱和工况下离开盘管，在此处为61°DBT和80.4gr/lb。该空气然后进入干燥剂轮的处理部分54。当该空气穿过所述轮，所述空气沿着湿球线(等焓线)的近似路线被绝热地(等焓地)干燥和加热。该空气进一步被干燥到68-81°FDBT、50-65°FWBT、30-88gr/lb含湿量的离开工况，在此处为77°FDBT、61.5°FWBT、57gr/lb含湿量的点3。当然应该明白，压缩机响应于在图1中的点C处离开冷却盘管的空气温度而运行，以便获得所需的最终空气温度。
从点2到点3的下行线的长度取决于轮55的再生条件。根据本发明，使再生空气温度上升以沿着湿球线提供更长的路线，即更干，并且该再生空气温度降低以提供更少的移动，即更小程度的干燥。以这种方式可以获得对所述轮的适合的干燥，从而供送空气的离开状态(点3)将与想要的设计工况相同。
正如将要明了的，给定来自冷却侧设定点的需求容量，冷凝盘管58将需要根据在点E(图1)处的工况，向进入该盘管的环境空气流释放变化数量的热量。在点E处进入的该可变热流将在正常条件下导致进入轮55的不受控再生温度F。根据本发明，通过盘管58的空气流的体积通过使用旁通或者排风扇70而改变，从而获得了适合的进入轮55的再生温度。为了控制进入所述轮的空气温度，可通过感测进入所述轮的空气温度并且控制风扇70以选择性地增加或者减少由抽风机56抽吸通过盘管58的空气体积来实现。然后任何不需要的空气被风扇70排出到大气中。增大气流以降低温度，减小气流以升高温度。剩余的空气然后被抽吸通过所述干燥剂轮，以便提供合适的干燥剂干燥度，该干燥剂干燥度是获得所需干燥结果，即从图7中的点2移动到点3所需要的。当保持所述再生温度所需的空气量超过再生干燥剂总量所需的气流时，通过排出经过盘管58的过量的空气，而通过不使增加的气流经历与干燥剂轮相关的压力降来节省了能量。这也意味着可以使用更小的抽风机56。
该系统允许压缩机28在获得离开空气状态、即空气离开轮55的温度所必需的最高的吸入压力下工作。当在这种情况下，压缩机以可能产生想要结果的最小压力比运行。因此，循环的性能最大化，减少了能量的损耗。
当需要获得额外的显热冷却时，可以使用二次冷却盘管52’来进一步冷却离开所述干燥剂轮的空气。可以给该盘管供送来自同一压缩机28的制冷剂。如图1A和1B所示，该附加的盘管52’可以放置在吹风机50的任一侧上。在图1A所示的位置，盘管52’使得供送空气温度在供送空气穿过吹风机50而在空气温度中出现些微的升高之后降低。在图1B所示的位置，在源自风机的温度升高无关紧要的情况下，盘管52’位于吹风机50的上游。由于冷却盘管在风扇的吸入侧运行得更高效，因此该情况是增加的吹风机热量不是影响因素的优选实施例。
作为上述控制系统的替代，也可以在不计算湿球温度的同时，通过控制设备的冷却侧的容量来为空间提供所需的冷却容量，即利用所需的空间温度控制压缩机，并使系统的冷凝侧相应地调整。在这种情况下，抽吸穿过冷凝器58的空气体积在可接受冷凝压力范围内受控，以获得所需的再生温度，并且由此还获得了所需的再生能力。所述再生温度增大以减小出口的含湿量，该再生温度降低以在可接受的压力范围内降低干燥能力。该系统如图3所示，其中在95°FDBT、78.5°FWBT、120gr/lb下的环境空气进入冷却盘管。当该空气穿过冷却盘管直到饱和的50°F、64.6gr/lb的点2时，该空气沿着虚线到达饱和曲线。该空气然后进入干燥剂轮的处理部分54。当该空气穿过所述轮，该空气沿着湿球线的近似路线被绝热地干燥和加热，到达作为其离开状态的69°FDBT、52°FWBT、30gr/lb下的点3。如上所述最小化和控制预冷却温度及再生温度的结合效果获得了位于ASHRAE舒适区中的目标离开工况。
沿着湿球线行进的长度取决于再生条件。如上所述，增大再生温度以提供沿着该线更长的路线，或更干，并且减小该再生温度以产生较小程度的干燥。在首先描述的可选的控制系统中，显热冷却能力增大来使设备提供对所述空间的冷却。
图13示出了根据图1的空调/除湿单元10的示意图，其中组件标有相同的附图标记。从中可见，单元10被包纳在壳体100中，其布局使得不需要上述的管道系统51、61。壳体10是矩形盒状结构，该结构限定出由内壁102分成增压室部分104、106的内部增压装置100。干燥剂轮可旋转地安装在壁102中，从而该干燥剂轮的处理部分或者扇区54位于增压室104中，并且其再生部分60位于增压室106中。吹风机70位于增压室106的一侧108以通过相对侧110中的孔(未示出)经过(over)和穿过(through)盘管58抽吸供送空气。该空气流过压缩机28以冷却该压缩机，并且通过壁108中的孔被排出到大气中。
吹风机50靠近轮55的处理部分在增压室104中定位，位于由壁114在增压室104中限定的副增压室112中。吹风机50通过端壁116中的开口(未示出)经过和穿过蒸发器盘管52抽吸供送空气，然后该供送空气通过处理部分54进入增压室112。供送空气从该处通过副增压室112的壁110中的开口(未示出)排出到通向包围区域57的各管道系统的包围区域中。
吹风机56邻近干燥剂轮的再生部分54的下游侧安装在增压室106中。挡板或者其它分隔或通道装置118邻近轮55设置在增压室106中，并且朝向壁108延伸一段距离。如上所述，吹风机56抽取一些离开盘管58的空气穿过干燥剂轮的再生部分60以使该轮再生。挡板118防止离开所述轮的空气再次流回所述轮附近。该空气然后与由风扇70从增压室排出到大气的空气混合，或者该空气可以被单独用管道全部或者部分地引导到供送空气管线。
所述结构的多个优点包括：具有紧凑的尺寸，不需要管道系统，冷凝器和再生风扇/吹风机的马力减小。该结构还不需要在冷凝器回路上使用任何防逆通风百页(anti-back draft louver)。
本发明的另一实施例在图4中示出。在该实施例中，系统适于处理补充空气并且从返回空气流中回收热焓。返回空气在占用容量引发对空间补充空气的高需求而导致提供新风的应用中通常是可获得的，并且在所述应用中不需要大量的空气用于为使渗透负荷最小化的空间加压。这种类型的设计通常用于不需要将湿度控制到低于正常水平(在超市和溜冰场中需要这样，在这些地方可以看到更低湿度工况对能量和质量的益处)的学校、剧院、舞台和其它商业空间。而且这种大型空间使用大量的空气，这些空气具有相当大的热值。
本实施例的系统80包括用于处理室外环境供送空气流A的冷却盘管52，该盘管52之后是干燥剂轮55和用于将该供送空气流输送到空间或者包围区域中的吹风机50。该气流组成补充空气。蒸发器或者冷却盘管52与多个直膨(DX)制冷剂压缩机回路相连。这在图4中以两个盘管52、52’以及其相联的压缩机28、28’示出。但是应该明白，包含盘管52和压缩机28的冷却回路可以包括多于两个的可独立运行的回路，所述回路包括独立的盘管和压缩机。
第二或者再生空气流E被从空间82抽出，并且其数量近似等于第一空气流A中的补偿空气的50％～100％。该空气首先流过冷凝器盘管58，然后通过干燥剂轮55的再生部分，并且从包围区域排出到周边环境中。用于该系统的制冷回路设计成冷凝器中散出(即放弃)至空气流的所需热量不超过第二空气流在其返回空气温度与近似130°F的最大制冷回路冷凝温度之间的热量承载能力。来自盘管58的制冷剂然后用来冷却第一(送入)空气流。
如图4所示，一个或更多个额外的压缩机与供送空气流的冷却盘管相连。这些压缩机的大小设计成提供额外的冷却能力，以便使环境补充气流从环境工况下降到57-63°F。这些额外的冷却回路具有自己的冷凝回路，这些冷凝回路将热量直接排放到周边环境中。这在图4中在冷凝器58’处示出，该冷凝器处理经过该冷凝器由风扇70抽取的环境空气。
在该实施例中，干燥剂轮55配备有驱动马达，其布局使得该干燥剂轮能选择性地在高转速、即10-30rpm，和在低转速、即4-30rph下旋转。在高速模式下，干燥剂转子将用作热焓交换器，并且在再生和补充空气流之间传递潜热和显热。在冬季，热焓轮对补充空气进行加热和加湿，在夏季，该热焓轮将进行冷却和除湿。
本实施例的系统可以以五种不同的模式运行。如下所述，改变压缩机和轮速状态以适应系统满足空间需要的性能。该系统能以五种模式中的任何一种或者其结合运行。所述主要的五种模式为：单冷却模式；单除湿模式；冷却除湿模式；热焓交换模式；以及新风模式。
在单冷却模式下的该系统的运行在图5中的焓湿图上示出。在该模式下，干燥剂轮55没有运行，只有向空间提供足够的冷却的多个压缩机运行。但是，由于所述轮没有运行，冷凝器盘管58位于返回空气线路中的压缩机28’没有运行。在这种方式的运行下，从图5可见，气流A中的环境空气在95°FDBT、78.5°FWBT、120gr/lb的点1的状态下进入冷却盘管的管排中。当该空气穿过冷却/蒸发器盘管，该空气沿着虚线移向，并沿着饱和曲线移动到饱和的65°F、92.8gr/lb的点2。该空气在该点处已经被冷却和除湿，但由于未利用所述轮除湿，不是必然到达ASHRAE舒适区。在冷凝器盘管58’中吸收的热量被简单地经由冷凝器和风扇70排到环境空气流中。
图4的系统在单除湿模式下的运行在图6中的焓湿图中示出。在该模式下，干燥剂马达以低速模式(即4-30rph)运行，用于返回空气流E中的冷凝器盘管58的压缩机28’运行以加热再生空气。包括压缩机28和盘管58’、52的其它制冷回路不运行。因此，从图6可见，环境空气A在95°FDBT、78.5°FWBT、120gr/lb的点1的工况下进入蒸发盘管的管排。当该空气穿过盘管52、52’，该空气在盘管52’中被冷却，沿着图上的虚线移向并沿着饱和线移到饱和的65°F、92.8gr/lb的点2。由于干燥剂轮运行，因此气流A在干燥剂轮中得到处理，该空气在该处沿着湿球线的近似路线被绝热地干燥和加热。该空气在79°FDBT、66°FWBT、75gr/lb的点3的工况下离开干燥剂轮并被送入包围空间82。
在该示例中，在典型的运行模式下，从空间82由吹风机56取得的再生空气将处于约80°FDBT、67°FWBT的工况下，与环境空气的供送空气流的工况近似相同。该再生空气(即从空间排出的空气)穿过冷凝器盘管58，从所述盘管接收散热，然后流过轮55以使该轮再生。在该运行状态下，这与单独使用环境空气使轮再生的情况相比具有相当大的优势，其原因在于，离开冷凝器盘管的排出空气将具有比使用环境空气时低的相对湿度。因此，该空气将从所述轮上吸收更多的湿气，并且改善干燥剂轮的性能，使之优于单独利用室外空气可获得的性能。在经过所述轮之后，该空气被排放到大气中。
图4中的系统在冷却除湿模式下的运行在图7中的焓湿图上示出。在该模式下，与在单除湿模式下一样，干燥剂轮55缓慢旋转(4-30rph)，但由包括盘管58’、52和压缩机28的另外的一个或多个冷却回路提供额外的冷却，所述盘管58’、52和压缩机28的运行与在单冷却模式中一样。在这种情况下，冷却和除湿模式一起进行。包括盘管58、52’和压缩机28’的第一级制冷回路也运行并且提供再生能量源。
在这种方式下运行，供送空气A(或者全部是环境空气，或者是环境空气和一些返回空气的混合空气)在95°FDBT、78.5°FWBT、120gr/lb的点1(图7)进入冷却盘管的管排。该空气再次沿着虚线和沿着饱和线到达点2，从盘管52’排出。因为第二或者额外的多级的冷却回路运行，因此该空气的工况继续沿着饱和线在离开第二冷却级52之后到达点3。在该点处，供送空气流工况为饱和的57°F、69.5gr/lb。该空气然后进入干燥剂轮55的处理部分54，该空气在那里被绝热地干燥和加热。该空气沿着大体为湿球线的路线并且在74°FDBT、58°FWBT、48gr/lb的点4处离开该轮。
图4中系统在热焓交换模式下的运行在图8中的焓湿图中示出。该模式通常在室外空气的焓值高于室内空气的夏季使用，或者在室内焓值超过室外焓值的冬季使用。
在这种情况下，干燥剂轮55被以高速(10-30rpm)驱动，并且所有制冷回路都关闭。如图8所示，在冬季，当使用具有40°FDBT、32°FWBT、12.6gr/lb点1处工况的100％的室外空气时，该空气经过所述轮的处理部分54将导致离开该轮的空气的工况沿着虚线从点1移动到52.5°FDBT、44.5°FWBT、30.5gr/lb的点2处。从该点开始，传统的加热器80能将该空气加热到所需的房间温度。从该加热器排出的空气将被供送到部分60以向其传递热量和湿气。
在使用82.5°FDBT、56°FWBT、42gr/lb点5处的工况下的100％室外空气的夏季，系统将通过使空气沿着虚线从点5朝向点6移动，即移动到刚好在ASHRAE舒适区中的80°FDBT、61.5°FWBT、42gr/lb，而以相反的方式运行。
在热焓交换模式下以50％环境空气和50％的返回空气来使用图4中的系统将导致调节进入干燥剂轮处理部分54的空气在图8上从点3移动到点4。
最后，图4实施例的新风交换运行模式在图9中的焓湿图上示出。在这种情况下，所有冷却回路和干燥剂轮都关闭，只有吹风机开启以恒定补充新鲜空气。因此，系统在没有热回收、冷却或除湿的情况下输送新鲜的环境空气。
优选地，在该实施例中使用的压缩机也是可变类型的，以便提供更高效的运行。
本发明的另一实施例在图10中示出。该实施例的系统类似于图1中的系统，除了在制冷回路中使用两个压缩机28。从图11中用于两个代表性压缩机冷却回路的蒸发器交叉曲线图可见，能有两种系统的运行工况，这取决于是一个还是两个压缩机正在运行。为了使能耗使用最小化，通过增大系统的性能系数(COP)可理想地在允许获得所需空间湿度和温度条件的可能的最高吸气压力下运行系统。尽可能地运行一个压缩机，而不是两个压缩机都运行，也可节省能量。
图8示出了向右升高的两条斜线，这两条斜线示出了一个和两个压缩机相对于饱和吸气温度的以BTUH为单位的容量，其中压缩机在该温度下以100％容量运行。术语“饱和吸气温度”意味着离开蒸发器冷却盘管52并进入压缩机的制冷剂气体的温度。
图11中向上并向左倾斜的三条线代表当供送空气流在图示三种工况下的一种工况时制冷剂气体的吸气温度，并且示出了在各温度下的压缩机的对应容量。在两条斜线的相交处，蒸发器和压缩机在相同的工况下运行，因此最高效。
典型地，已经基于在制冷剂管线中检测的各固定压力点或者基于离开蒸发器/冷却盘管的供送空气的温度，对多个压缩机(以及可变压缩机)进行操作以切入或者切出运行。在本发明中，利用湿度控制单元(即干燥剂轮)，可以使用空间湿度误差来控制压缩机的运行。因此“误差”指的是在房间或空间中感测的实际湿度与湿度设定点(即所需湿度水平)之间的差值。该信号然后被用于重置第二压缩机的吸气压力切入点。如果所述误差大，这意味着湿度没有被降低，则重置动作将使吸气切入压力移动到更低的设置。另一方面，如果误差小，或者所述单元快速开关循环，则重置将增大切入的吸气压力。以这种方式，所述单元在产生最稳定的工况和增加节能的可能的最高吸气压力下运行。
本发明的另一实施例在图12中示出，该实施例也允许所述单元在冷却或者除湿，或者同时在两种模式下运行。
现有技术已经传统上控制制冷系统的排出压力(即离开蒸发器或者冷却盘管的气体的压力)，以便防止在冬季出现过低的排出压力。一种常用头压调整技术是降低冷凝风扇的速度，该技术产生了减小风扇运行所需能量的有利一面的效果。
对于湿度控制单元，降低风扇速度具有相同的效果，并且在低温下有利。但是，因为在本发明中使用的冷却应用和湿度控制单元具有在冷却、除湿或同时两种模式下运行的能力，因此需要在工业可接受的头压调整实践上加以改动。
当不受室外高环境温度或者冷凝器特定设计标准的限制时，理想地将压缩机的排气压力保持在80°F和100°F饱和排气温度之间的等同状态下。该实施例的控制系统将在冷却模式下通过将头压设定点设置在该范围内来优化冷却性能。在更低压比下获得最大效率，这些更低压比的特征体现为更高的吸气压力和更低的排气压力。
在另一方面，干燥剂轮湿度控制单元依赖于在供送空气的进入相对湿度和再生空气的相对湿度之间产生足够的差异。这是驱动干燥剂轮中的湿气传递的动力。而且有利的是穿过(across)可能的最低压比运行制冷系统。这意味着应该使用较高吸气压力和较低的冷凝压力。本发明的系统平衡了整个单元的性能，而不显示制冷系统或者干燥系统的性能。
为了实现这一点，在加热用冷凝器盘管58之后，湿度传感器90被置于再生空气流中。一个示例性的目标RH(相对湿度)值可以在10％至30％RH范围内。假定离开冷却盘管52的冷空气达到饱和(焓湿图上的点2)，则空间57中的空间湿度传感器将使头压重置以获得进入所述轮的特定的感测RH。所述重置将局限于将头压保持在工况的一预定范围内。例如，利用R-22制冷剂，该头压的范围将从168psig(90°F)至360psig(145°F)。这些通常是公知涡旋压缩机的可接受的运行工况。这样获得了80°F至140°F的从冷凝器盘管或入口到所述轮的一离开空气范围，并且避免拉起冷凝器头压而伴随着制冷系统的性能损失。因此，压缩机将在最低头压下运行，而同时仍能产生目标相对湿度。该节省将是利用260psig的头压获得的45°F离开空气温度在较低压力下达到目标RH％，从而减少压缩机功率输入，同时增大制冷能力。
另一种获得该结果的方式是通过将再生出口的差值或弹性或差值温度用于再生入口温度。例如，当干燥剂轮还湿的时候，假定干燥剂轮将具有较低的出口空气温度。相反地，当所述轮被完全再生，即干燥时，所述出口空气温度将开始攀升。在所述轮任一侧的空气温度能由传统的温度传感器92检测并且连续地被监测。当空气在再生入口空气温度的增大引发出口空气温度的几乎类似的增大时，这表明能量没有用于从轮上去除湿气，因此应该通过合适地控制压缩来减小头压。
可选地，所述控制可被设定成穿过所述轮保持20°F的目标温度差值。
所述系统通过使再生能量与负荷相匹配以降低再生温度来减少能量损失，反过来减小了头压，这使制冷性能改善。
虽然已经参照附图描述了本发明的示例性实施例，但应该明白，本发明不局限于这些确定的实施例，本领域的技术人员能够在不脱离本发明的保护范围和实质的情况下进行多种改变和修改。

Claims (19)

1.一种用于调节包围区域的空气的方法，包括以下步骤：利用包含可变压缩机的制冷系统冷却供送空气流，即通过使空气经过冷却盘管而降低该空气的温度，使这样被冷却的供送空气流在增大其温度并减小其含湿量的条件下通过旋转的干燥剂轮的一部分，然后将这样处理后的空气送入所述包围区域；再生干燥剂轮，即通过利用制冷系统的冷凝器盘管加热再生空气流，然后使加热后的该再生空气流通过所述旋转的干燥剂轮的另一部分以使轮中的干燥剂再生；感测供送空气流、再生空气流和/或制冷系统的至少一个工况；以及响应该感测工况来控制压缩机的输出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：将补充空气送入所述供送空气，感测所述包围区域中的空气的至少一个工况，以及响应该感测工况控制补充空气的供送。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：感测进入干燥剂轮的再生部分的再生空气温度，并控制通过冷凝器盘管并进入冷凝器盘管的再生部分的再生空气的体积，从而将进入该部分的空气温度控制到预定的值。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：感测进入干燥剂轮的再生部分的再生空气温度，并控制通过冷凝器盘管并进入冷凝器盘管的再生部分的再生空气的体积，从而将进入该部分的空气温度控制到预定的值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：感测冷凝器盘管压力并将该压力保持在预定的压力工况，并控制通过冷凝器盘管并进入冷凝器盘管的再生部分的再生空气的体积，从而保持相对均匀的再生空气温度。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：感测冷凝器盘管压力并将该压力保持在预定的压力工况，并控制通过冷凝器盘管并进入冷凝器盘管的再生部分的再生空气的体积，从而保持相对均匀的再生空气温度。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：感测离开干燥剂轮的被冷却的供送空气的温度，并响应该感测温度控制压缩机的容量，从而使离开所述轮的该冷空气温度保持在预定值。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：感测离开干燥剂轮的被冷却的供送空气的温度，并响应该感测温度控制压缩机的容量，从而使离开所述轮的该冷空气温度保持在预定值。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：感测离开干燥剂轮的被冷却的供送空气的温度，并响应该感测温度控制压缩机的容量，从而使离开所述轮的该冷空气温度保持在预定值。
10.一种用于调节送入包围区域中的空气的方法，包括以下步骤：利用制冷系统冷却盘管冷却具有65°F-95°F之间和以上的温度范围、90-180gr/lb含湿量的供送空气流，以便将该供送空气流的含湿量和温度减小到第一预定含湿量饱和水平和饱和温度范围，使这样被冷却并干燥的环境供送空气流在将其温度增大到约68-81°F的第二预定温度范围、并进一步将其含湿量减小到30-80gr/lb的预定湿度水平的条件下通过旋转的干燥剂轮的一部分；然后将这样被处理的空气送入所述包围区域；再生干燥剂轮，即通过利用制冷系统的冷凝器盘管加热再生空气流以使该再生空气流的温度增大到105°F-135°F的预定温度范围，然后使该被加热的再生空气流通过所述旋转的干燥剂轮的另一部分以使轮中的干燥剂再生；感测供送空气流、再生空气流和/或制冷系统的至少一个工况；以及响应该感测工况来控制压缩机的输出。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：将补充空气送入所述供送空气，感测所述包围区域中的空气的至少一个工况，以及响应该感测工况控制补充空气的供送。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：感测进入干燥剂轮的再生部分的再生空气温度，并控制通过冷凝器盘管并进入冷凝器盘管的再生部分的再生空气的体积，从而将进入该部分的空气温度控制到预定的值。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：感测离开干燥剂轮的被冷却的供送空气的温度，并响应该感测温度控制压缩机的容量，从而使离开所述轮的该冷空气温度保持在预定值。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：感测冷凝器盘管压力并将该压力保持在预定的压力工况，并控制通过冷凝器盘管并进入冷凝器盘管的再生部分的再生空气的体积，从而保持相对均匀的再生空气温度。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：感测离开干燥剂轮的被冷却的供送空气的温度，并响应该感测温度控制压缩机的容量，从而使离开所述轮的该冷空气温度保持在预定值。
16.一种空气调节和除湿系统，包括：封闭的壳体，所述壳体具有将该壳体分成独立的第一和第二空气增压室的壁；位于所述壳体中的制冷回路，该回路包括位于第一增压室中的蒸发器盘管、在第二室中串联的冷凝器盘管、至少一个制冷剂压缩机和冷凝器风扇，由此冷凝器风扇经过冷凝器盘管从壳体外部穿过第二增压室抽吸供送空气，并将该供送空气排出到所述壳体外；以及位于壳体中的除湿系统，该除湿系统包括干燥剂轮，该轮可旋转地安装在壳体中以在横断垂直于所述中央壁的平面中旋转，从而用作处理部分的所述轮的一个部分位于第一增压室中，用作处理部分的所述轮的第二部分位于第一增压室中，用作再生部分的所述轮的第二部分位于第二增压室中；在所述第一增压室中邻近轮的一侧定位的供送/处理风扇以及位于所述第一增压室中的副分隔壁，该副分隔壁从靠近轮的所述一侧延伸以在所述第一增压室中划分出副增压室，从而处理风扇使供送/处理空气流通过轮的处理部分进入所述副增压室而被抽入第一增压室中，然后将这样冷却和干燥的供送/处理空气送入一包围区域；第二增压室中的所述干燥剂轮部分位于流过冷凝器盘管的空气的下游，位于所述第二增压室中的一再生风机邻近干燥剂轮的下游侧，位于第二腔室中的挡板装置从所述干燥剂轮开始在其下游朝向所述壳体的一侧壁延伸，以便当再生风扇通过所述轮抽吸离开冷凝器盘管的空气而使所述轮再生时，防止离开所述轮的空气朝向冷凝器盘管或者所述轮的入口侧倒流。
17.一种用于对包围空间的空气进行选择加热、冷却和除湿的设备，包括：基于干燥剂轮的除湿系统和至少一个制冷回路，所述干燥剂轮除湿系统包括具有处理部分和再生部分的干燥剂轮、用于通过所述轮的再生部分从所述空间抽吸空气的吹风机，所述制冷回路包括：第一回路，该第一回路包括在从所述包围空间流向所述再生部分的再生空气的通路上位于所述包围空间和所述轮的再生部分之间的冷凝器盘管，蒸发器盘管，用于经过蒸发器盘管、通过干燥剂轮的处理部分向包围空间抽吸供送空气的吹风机装置，以及用于在冷凝器和蒸发器盘管之间的回路中移动制冷剂的压缩机；以及
第二制冷回路，包括冷凝器盘管、用于经过该冷凝器盘管抽吸环境空气并将该空气排出到大气的吹风机装置、在干燥剂轮上游的所述第一再生系统中位于供送空气流中的蒸发器盘管、以及用于在其相联的盘管之间移动制冷剂的压缩机，因此只有所述第一制冷系统的运行单实现冷却；只有基于干燥剂轮的系统和第一制冷回路的运行单实现除湿；基于干燥剂轮的系统以及第一和第二制冷系统的运行实现冷却和除湿；基于干燥剂轮的系统的运行单实现再生空气流与供送空气流之间的热焓交换；干燥剂轮系统和制冷回路均不运行，只有所述吹风机的运行单实现新风循环。
18.一种用于对包围空间的空气进行选择加热、冷却和除湿的设备，包括：基于干燥剂轮的除湿系统和至少两个制冷回路，所述干燥剂轮除湿系统包括具有处理部分和再生部分的干燥剂轮、用于通过所述轮的再生部分从所述空间抽吸空气的吹风机，所述制冷回路包括：第一回路，该第一回路包括在从所述包围空间流向所述再生部分的再生空气的通路上位于所述包围空间和所述轮的再生部分之间的冷凝器盘管，蒸发器盘管，用于经过蒸发器盘管、通过干燥剂轮的处理部分向包围空间抽吸供送空气的吹风机装置，以及用于在冷凝器盘管和蒸发器盘管之间的回路中移动制冷剂的压缩机；以及
至少一个第二制冷回路，包括冷凝器盘管、用于经过该冷凝器盘管抽吸环境空气并将该空气排出到大气的吹风机装置、在干燥剂轮上游的所述第一再生系统中位于供送空气流中的蒸发器盘管、以及用于在其相联的盘管之间移动制冷剂的压缩机，因此只有所述第一制冷系统的运行单实现冷却；只有基于干燥剂轮的系统和第一制冷回路的运行单实现除湿；基于干燥剂轮的系统以及第一和第二制冷系统的运行实现冷却和除湿；基于干燥剂轮的系统的运行单实现再生空气流与供送空气流之间的热焓交换；干燥剂轮系统和制冷回路均不运行，只有所述吹风机的运行单实现新风循环。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：在制冷系统中使用至少两个压缩机，并响应包围区域中的实际湿度与预定湿度设定点之间的差值来选择性地操作所述压缩机中的一个或者两个。
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