ES2246562T3 - Ventilador con recuperacion de energia a partir del aire. - Google Patents
Ventilador con recuperacion de energia a partir del aire.Info
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Abstract
EN UN SISTEMA ACONDICIONADOR DE AIRE DISEÑADO PARA FUNCIONAR EN CONDICIONES DE HUMEDAD RELATIVAMENTE ALTA, UNA UNIDAD AUXILIAR, QUE INCLUYE UN CIRCUITO DE REFRIGERANTE COMPLETO Y QUE FUNCIONA INDEPENDIENTEMENTE, ESTA INSTALADO EN RELACION DE CIRCULACION DEL AIRE CON EL MISMO DE MANERA QUE EL AIRE EXTERIOR SE HACE CIRCULAR PRIMERAMENTE A TRAVES DE UN SERPENTIN EVAPORADOR AUXILIAR Y DESPUES A TRAVES DEL SERPENTIN EVAPORADOR DEL SISTEMA, Y AL MENOS UNA PARTE DEL AIRE DE RETORNO PASA A TRAVES DE UN SERPENTIN CONDENSADOR AUXILIAR ANTES DE SER DESCARGADO AL EXTERIOR. DE ESTA FORMA SE RECUPERA LA ENERGIA DEL AIRE DE RETORNO Y EL AIRE DEL EXTERIOR ES PREACONDICIONADO PARA MEJORAR EL EFECTO DE DESHUMIDIFICACION DEL SISTEMA.
Description
Ventilador con recuperación de energía a partir
del aire.
Este invento se refiere generalmente a sistemas
de acondicionamiento de aire y, más particularmente, a un aparato y
un método mejorado para controlar la humedad en un espacio.
Con sistemas convencionales de acondicionamiento
de aire, se hace poco esfuerzo para controlar la humedad en el
espacio que está siendo enfriado y, como resultado, para conseguir
el grado de confort deseado es necesario bajar el espacio hasta una
temperatura inferior de la que se requeriría de otra manera. Tal
función de "sobreenfriamiento" es relativamente cara y también
puede provocar malestar a alguien en el espacio que está siendo
enfriado.
Se hizo una mejora al sistema convencional de
acondicionamiento de aire añadiendo un subenfriador en el lado aguas
abajo del evaporador como se muestra y describe en la patente de
EEUU número 5.622.057, expedida el 22 de abril de 1997. Aquí, el
efecto latente del serpentín evaporador es mejorado con el serpentín
subenfriador añadido y la humedad es reducida substancialmente.
Otra solución que se ha tomado para controlar la
humedad en un espacio es el uso de desecantes para suplementar al
sistema convencional de acondicionamiento de aire. Tal sistema se
muestra en la patente de EEUU 5.551.245, expedida el 3 de septiembre
de 1996. Aunque dicho sistema desecante puede proporcionar incluso
mayor control de la humedad que el de la solución mencionada antes
de subenfriador, los costes de fabricación e instalación de él son
substancialmente mayores.
Debido a la construcción compacta de los
edificios levantados hoy, existe ahora la condición conocida como
síndrome del "edificio enfermo", en el que hay insuficiente
fuga de aire exterior dentro del edificio de manera que el mismo
aire es recirculado una y otra vez y se vuelve insano y estancado.
Para evitar este problema, hay ahora un código estándar ASHRAE que
establece requisitos prescritos para una reposición mínima de
volumen de aire en edificios públicos. Esto se está consiguiendo
actualmente con el uso de economizadores, pero los sistemas actuales
no acomodarán el uso del 100% del aire del exterior ya que la
capacidad enfriadora generalmente no es suficiente para hacerlo.
Similarmente, en la patente de EEUU 4.281.522 se muestra un
acondicionador previo de aire de suministro, en el que se usa un
sistema suplementario para enfriar previamente el aire externo. De
nuevo, tal sistema no es capaz de acomodar el 100% del aire del
exterior.
Los documentos
FR-A-2299605 y el
DE-A-2612997 describen ambos
sistemas de acondicionamiento de aire que tienen múltiples
circuitos.
Es un objeto del presente invento proporcionar un
aparato y un método mejorados para el control de la humedad de un
espacio de acondicionamiento de aire.
Brevemente, de acuerdo con un aspecto del
invento, se proporciona un sistema de acondicionamiento de aire
según la reivindicación 1. Se proporciona también un método según
la reivindicación 5. Así, un circuito completo de refrigeración,
que incluye un compresor, un serpentín condensador, un dispositivo
de expansión y un serpentín evaporador están instalados en relación
de trabajo con un sistema de acondicionamiento de aire que tiene sus
propios componentes semejantes. El conducto y el flujo de aire por
medio de ventiladores están dispuestos de tal manera que se hace
pasar el aire exterior de suministro primero a través del serpentín
evaporador auxiliar y después a través del serpentín evaporador del
sistema. También, al menos una parte del aire de retorno desde el
espacio se hace pasar a través del serpentín condensador auxiliar
antes de que sea descargado fuera. De esta manera, se hace que el
sistema auxiliar que sea más eficiente con el uso del aire de
retorno del enfriador en vez del aire del exterior, y el serpentín
evaporador auxiliar lleva el aire del exterior más cerca del punto
de rocío antes de que se le haga pasar a través del evaporador para
aumentar, por tanto, la cantidad de condensación que ocurre en el
serpentín evaporador, de tal manera que su efecto latente es
mejorado sustancialmente para reducir la humedad del aire que se
está haciendo pasar al espacio. Otra parte del aire de retorno pasa
a través del serpentín evaporador del sistema.
Preferiblemente, se pueden añadir filtros aguas
arriba de ambos serpentines, el evaporador auxiliar y el evaporador
del sistema.
Preferiblemente, se puede disponer un serpentín
subenfriador aguas abajo del serpentín evaporador del sistema para
mejorar adicionalmente su efecto enfriador latente.
En los dibujos que se describen después en esta
memoria, se describe una realización preferida. Sin embargo, se
pueden hacer otras diversas modificaciones y construcciones
alternativas de ella sin apartarse del alcance del invento.
La figura 1 es una ilustración esquemática en
perspectiva de un sistema de acondicionamiento de aire con el
presente invento incorporado en él;
La figura 2 es una ilustración esquemática en
perspectiva de un sistema de acondicionamiento de aire con una
realización modificada del presente invento incorporada en él;
La figura 3 es una ilustración de una gráfica
sicrométrica de los ciclos del aire de retorno y el aire de
suministro fluyendo a través del sistema.
Haciendo referencia ahora a la figura 1, se
muestra el invento generalmente como 10 aplicado a un sistema de
acondicionamiento de aire que incluye un compresor 11, un serpentín
condensador 12, un dispositivo de expansión 13 y un serpentín
evaporador 14 conectados con una relación de flujo en serie para
funcionar de una manera convencional, con un ventilador 15 que hace
pasar el aire de retorno desde el espacio que se está enfriando a
través del serpentín evaporador 14, y un ventilador 20 que hace
pasar el aire del exterior a través del serpentín condensador 12.
Aunque el presente invento puede ser usado en un sistema de bomba de
calor, es más útil en un sistema de aire condicionado y será
descrito, para fines de simplicidad y descripción, en términos de
tal sistema, entendiendo que una válvula inversora (no ilustrada)
puede ser incluida de tal manera que el sistema pueda funcionar en
el modo de calentamiento.
De acuerdo con el presente invento, se combinan
una unidad de recuperación de energía o sistema auxiliar 16 con el
sistema convencional de acondicionamiento de aire de tal manera que
interactúen funcionalmente con él con el fin de obtener una calidad
y confort mejorados del aire del interior.
El sistema auxiliar 16 incluye un compresor 17,
un serpentín condensador 18, un dispositivo de expansión 19 y un
serpentín evaporador 21. Estos componentes del sistema auxiliar
están diseñados para funcionar de una manera de circuito cerrado
convencional para enfriar el aire que pasa a través del serpentín
evaporador 21. Mientras que el sistema está diseñado principalmente
para funcionar en el modo enfriamiento, también puede ser usado como
una bomba de calor para calentar el aire que pasa a través del
serpentín 21, que es considerado normalmente el serpentín evaporador
pero sería un serpentín condensador cuando funcione en el modo de
funcionamiento de bomba de calor. Para esta finalidad, se
proporciona una válvula inversora 22 para permitir el cambio
selectivo de flujo de refrigerante para permitir funcionamiento como
bomba de calor o enfriador.
El aparato que mueve el aire está dispuesto para
mover el aire a través del sistema auxiliar y el sistema base de una
manera mostrada por las flechas. Es decir, en una corriente de
flujo de aire, el aire (aire de suministro) del exterior, ambiente,
es obligado por el ventilador 15 a pasar a través del serpentín
evaporador auxiliar 21 y después a través del serpentín evaporador
14 del sistema. Cuando el aire ambiente pasa a través del serpentín
evaporador auxiliar 21, el aire es preacondicionado con la bajada de
su temperatura de bola seca, retirando por tanto algo de humedad y
llevando el aire más cerca de su punto de rocío. Esto permite que
el evaporador 14 de la unidad base se haga más efectivo en
enfriamiento sensible y retirar humedad, dando lugar, por tanto, a
un confort y calidad del aire interior mejorados.
Si el aire del exterior está a una temperatura
inferior que el aire de retorno del espacio, la válvula de inversión
22 de la unidad auxiliar es cambiada a un modo de bomba de calor.
Entonces, el serpentín 21 actúa como un serpentín condensador para
calentar, por tanto, el aire que pasa a través de él, antes de su
paso a través del serpentín evaporador 14 de la unidad base.
Como se verá, preferiblemente se proporciona un
filtro 23 aguas arriba del serpentín evaporador auxiliar 21 para
separar cualquier partícula que pueda haber en suspensión en el aire
ambiente. Similarmente, se coloca preferiblemente un filtro 24
aguas arriba del serpentín evaporador 14 del sistema para filtrar
cualquier partícula que de otra forma pasaría a través del
serpentín.
Además de la circulación del aire ambiente a
través del sistema como se ha descrito antes en esta memoria, hay
también medios de movimiento de aire, tales como un ventilador 25
accionado por un motor eléctrico, para hacer circular el aire de
retorno a través del sistema como se indica por las flechas. Aquí,
todo o una parte del aire de retorno se hace pasar por el serpentín
condensador 18 para completar la etapa de condensación en el
circuito del sistema auxiliar. De esta manera, el sistema toma
ventaja de la relativamente baja temperatura del aire de retorno
(por ejemplo 26,6 DB/19,4 WD grados C comparado con una temperatura
exterior típica de 35DB/23,8 WB grados C) para aumentar la
eficiencia del sistema auxiliar. Después de pasar a través del
serpentín condensador auxiliar 18, el aire es descargado después al
ambien-
te.
te.
Como se verá en la figura 1, una parte del aire
de retorno es mezclado con el aire de suministro que viene del
serpentín evaporador 21 antes de hacerlo pasar a través del
serpentín evaporador 14. Esta mezcla puede ser variada
selectivamente, dependiendo de las condiciones ambiente y las
condiciones deseadas en el espacio a enfriar.
Se reconocerá que en cuando la temperatura
ambiente sea inferior que la temperatura deseada en el espacio, la
válvula inversora 22 puede ser cambiada al modo de bomba de calor de
tal manera que el serpentín condensador 18 actúe como un serpentín
evaporador, y el aire que pasa a través de él es, por tanto,
enfriado antes de ser descargado al exterior.
Haciendo referencia ahora a la figura 2, se
describe una realización alternativa del presente invento, en el que
un serpentín subenfriador 26 es añadido con la finalidad de
subenfriar selectivamente el líquido refrigerante antes de que se le
haga pasar al serpentín evaporador 14, de una manera mostrada con
detalle en la solicitud de patente de EEUU número 5,622,057 cedida
al cesionario del presente invento. Se dispone una válvula
solenoide 27 para permitir la exclusión o inclusión selectiva del
serpentín subenfriador 26 dentro del circuito. Cuando la válvula
solenoide 27 es abierta, el refrigerante pasa desde el serpentín
condensador 12, a través de la válvula solenoide 27, a través de la
válvula de expansión 13 y hacia el serpentín evaporador 14 de una
manera que se ha descrito antes en esta memoria. Cuando se desea
subenfriamiento, la válvula solenoide 27 es cerrada de manera que el
refrigerante pase a lo largo de la línea 28 al serpentín
subenfriador 26 en el que se reduce la temperatura del refrigerante.
El refrigerante enfriador pasa entonces desde el serpentín
subenfriador 26 a lo largo de la línea 29 a una válvula de expansión
térmica 31, en la que se reduce la presión del líquido refrigerante
antes de entrar al dispositivo de expansión 13 y el serpentín
evaporador 14. La válvula de expansión térmica 31 es controlada de
una manera descrita en la patente referenciada antes.
Haciendo referencia ahora a la figura 3, se
muestra una ilustración de una gráfica sicrométrica de las
temperaturas de los distintos flujos de aire que pasan a través del
sistema en un día cuando la temperatura externa es 32ºC. Asumiendo
que el sistema está funcionando con un 100% de aire de suministro,
el aire ambiente es llevado a 35 DB/24 WB grados C como se muestra
en A. El aire es enfriado por el serpentín enfriador 21 hasta 23
DB/20 WB grados C como se indica en el punto B. Entonces se obliga
al aire a pasar a través del serpentín evaporador 14 en el que es
enfriado adicionalmente hasta 15,3 DB/ 14,5 WB grados C como se
muestra en C. A esta temperatura, que está por debajo del punto de
rocío, sucede una cantidad substancial de condensación para reducir,
por tanto, la humedad del aire que se está haciendo pasar al espacio
que está siendo enfriado. Este condensado es drenado fuera de una
manera convencional. El aire enfriado se hace pasar luego a través
del subenfriador 26, en el que recoge calor del refrigerante que
está siendo preenfriado, con una temperatura resultante de aire de
18,3 DB/15,7 WB grados C para la entrega al espacio que está siendo
enfriado.
En el lado del aire de retorno, aire que viene
del espacio que está siendo enfriado está a 26,6 DB/19,4 WB grados C
como se muestra en E en la figura 3. Todo este aire se hace pasar
luego a través del serpentín condensador 18, en el que es aplicado
para enfriar el refrigerante en la unidad auxiliar 16 con la
finalidad de condensarlo a líquido. En el proceso, el aire es
calentado hasta 42,7 DB/26,4 WB grados C, y este aire relativamente
caliente es descargado después al exterior. Por tanto, se
reconocerá que la energía del aire de retorno es recuperado por la
unidad auxiliar 16 con la finalidad de enfriar el aire ambiente
hasta un nivel de temperatura por debajo del aire de retorno que
viene del espacio.
Claims (8)
1. Un sistema de acondicionamiento de aire del
tipo que tiene un compresor (11), un serpentín condensador (12), un
dispositivo de expansión (13) y un serpentín evaporador (14)
conectados en un circuito refrigerante de flujo en serie y que
comprende
un circuito refrigerante auxiliar (16) que
comprende un compresor auxiliar (17), un serpentín condensador
auxiliar (18), un dispositivo de expansión auxiliar (19), un
serpentín evaporador auxiliar (21) y medios para mover el aire
instalados en relación de funcionamiento con el sistema de
acondicionamiento de aire de tal manera que dichos medios de
movimiento de aire provocan que:
el aire del exterior fluya en primer lugar a
través de dicho serpentín evaporador auxiliar (21) y después a
través del serpentín evaporador (14) del sistema; y
al menos una parte del aire de retorno desde un
espacio que está siendo acondicionado, fluya a través de dicho
serpentín condensador auxiliar (18); caracterizado porque
otra parte del aire de retorno es obligada a
fluir a través de dicho serpentín evaporador (14) del sistema.
2. Un sistema de acondicionamiento de aire como
el expuesto en la reivindicación 1, en el que dicho circuito
auxiliar (16) incluye un filtro (23) y en el que el aire del
exterior es obligado a fluir en primer lugar a través de dicho
filtro (16) y después a través de dicho serpentín evaporador
auxiliar (21).
3. Un sistema de acondicionamiento de aire como
el expuesto en la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho sistema de
acondicionamiento de aire incluye un filtro (24) del sistema y en el
que dicha otra parte del aire de retorno es obligada a fluir en
primer lugar a través de dicho filtro (24) del sistema y después a
través de dicho serpentín evaporador (14) del sistema.
4. Un sistema de acondicionamiento de aire como
el expuesto en la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que dicho sistema
de acondicionamiento de aire incluye un filtro (24) del sistema y en
el que el aire del exterior es obligado a fluir en primer lugar a
través de dicho serpentín evaporador auxiliar (21), después a través
de dicho filtro (24) y después a través del serpentín evaporador
(14) del sistema.
5. Un sistema de acondicionamiento de aire como
el expuesto en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y que
incluye un serpentín subenfriador (26) dispuesto aguas abajo del
serpentín evaporador (14) del sistema y en el que el aire que pasa a
través del serpentín evaporador (14) del sistema es obligado también
a pasar a través del serpentín subenfriador (26).
6. Un sistema de acondicionamiento de aire como
el expuesto en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el
que el aire que se hace pasar a través de dicho serpentín
condensador auxiliar (18) es obligado a pasar a continuación a
través de dicho serpentín condensador (12) del sistema.
7. Un sistema de acondicionamiento de aire como
el expuesto en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y que
incluye una válvula inversora (22) para convertir selectivamente el
sistema de una unidad enfriadora en una unidad de bomba de calor,
por lo que las funciones del serpentín evaporador auxiliar (21) y el
serpentín condensador auxiliar (18) son invertidos.
8. Un método para mejorar el funcionamiento de un
sistema de acondicionamiento de aire del tipo que tiene un serpentín
evaporador (14) y un serpentín condensador (12), que comprende las
operaciones de:
instalar un circuito refrigerante auxiliar (16)
que tiene un compresor auxiliar (17), un serpentín condensador
auxiliar (18), un dispositivo de expansión auxiliar (19) y un
serpentín evaporador auxiliar (21);
instalar medios de movimiento de aire para
obligar al aire del exterior a fluir en primer lugar a través de
dicho serpentín evaporador auxiliar (18) y después a través del
serpentín evaporador (14) del sistema; e
instalar medios de movimiento de aire para
obligar a al menos una parte del aire de retorno desde un espacio
que está siendo acondicionado, a fluir a través de dicho serpentín
condensador auxiliar (18);
caracterizado por la operación adicional
de instalar medios de movimiento de aire para provocar que otra
parte del aire de retorno fluya a través de dicho serpentín
evaporador (14) del sistema.
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