JP2008500509A - Two-phase or supercooled reheat system - Google Patents
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Abstract
空気から湿気を除去する方法が、冷媒が圧縮機から、凝縮器を通り、熱交換器を通り、蒸発器を通って流れ、圧縮機に戻る連続回路を備える空気調和システムを設けるステップと、冷媒の一部が熱交換器を迂回して通過するバイパス弁を設けるステップと、冷媒の一部が凝縮器の上流点から、凝縮器の下流点で冷媒と混合するように通過するバイパス回路を設けるステップと、バイパス回路を通過して流れる冷媒の一部を制御するための吐出ガス弁を設けるステップと、戸外温度および相対湿度を測定するステップと、冷却段階を決定するステップと、戸外温度、相対湿度、および冷却段階に基づいて空気から湿気の一部を除去するためにバイパス弁および吐出ガス弁を動作させるステップとを含む。A method of removing moisture from the air comprising providing an air conditioning system comprising a continuous circuit where the refrigerant flows from the compressor, through the condenser, through the heat exchanger, through the evaporator, and back to the compressor; Providing a bypass valve through which a part of the refrigerant bypasses the heat exchanger and a bypass circuit through which a part of the refrigerant passes from the upstream point of the condenser to be mixed with the refrigerant at the downstream point of the condenser Providing a discharge gas valve for controlling a part of the refrigerant flowing through the bypass circuit, measuring an outdoor temperature and relative humidity, determining a cooling stage, outdoor temperature, relative Operating a bypass valve and a discharge gas valve to remove a portion of the humidity from the air based on the humidity and cooling phase.
Description
本発明は、除湿を利用する空気調和システムの融通性を増大させる方法に関する。 The present invention relates to a method for increasing the flexibility of an air conditioning system that utilizes dehumidification.
本願は2004年1月30日に出願の米国特許出願第10/769198号の一部継続出願である。 This application is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 10 / 769,198, filed Jan. 30, 2004.
従来の空気調和システムは、協働して冷却を行うように機能する3つの基本的な構成要素を備える。これらの3つのシステム構成要素は、圧縮機、凝縮器、および蒸発器を含む。図1を参照すると、当技術分野で知られた空気調和システム10が例示されている。空気調和システム10は、連続する閉回路23によって、連続する動作サイクルで、作動流体、すなわち、冷媒をこれらの動作構成要素を通して移動させる。冷媒は、典型的にはフロンを含むが、アルコールなど、その温度が上昇および低下するとき、およびその状態がガスと液体との間で変化するとき、熱エネルギーの受容および放出が可能な任意の流体から成り得る。
A conventional air conditioning system comprises three basic components that function to cooperate and provide cooling. These three system components include a compressor, a condenser, and an evaporator. Referring to FIG. 1, an
冷媒は、低圧および低温のガスとして圧縮機11に流入し、圧縮される。圧縮後、冷媒は高温および高圧のガスとして圧縮機11から流出する。
The refrigerant flows into the
冷媒は、ガス状態で凝縮器13まで移動する。凝縮器13で、受け入れられた冷媒ガスは、定圧でエネルギーが減少し、凝縮器から流出するときに完全に過冷却される。その後、液体冷媒が蒸発器17まで進む。
The refrigerant moves to the
蒸発器17で、冷媒圧が膨張装置16によって下げられる。蒸発器の中で、エネルギーが空気流から取り込まれ、冷媒はガス状態で流出する。蒸発器17では、冷却すべき空気が、例えば、最初は約80°Fである。このような空気は、ファンによって蒸発器17を通して移動され、約50°Fから55°F以下まで冷却される。
In the
空気がより大きな除湿を要するときにはしばしば、冷媒をさらに過冷却するために熱交換器15が設けられる。蒸発器17を横切る空気は、熱交換器が作動された状態では、より大きな潜熱および顕熱冷却を示す。しかし、熱交換器15によって冷媒から除去されたエネルギーは、空気が蒸発器17から流出すると空気流に戻される。したがって、熱交換器15が作動された状態では、熱交換器15が作動されていない状態におけるよりも、流出する空気は、より高い乾球温度にあり(比較的顕熱容量が低く)、かつ湿度が低い(比較的潜熱容量が高い)。
Often, when the air requires greater dehumidification, a
したがって、本発明の目的は、除湿を利用する空気調和システムの融通性を増大させる方法を提供することである。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for increasing the flexibility of an air conditioning system that utilizes dehumidification.
本発明によれば、空気から湿気を除去する方法は、冷媒が圧縮機から、凝縮器を通り、熱交換器を通り、蒸発器を通って流れ、圧縮機に戻る連続回路を備える空気調和システムを設けるステップと、冷媒の一部が熱交換器を迂回して通過するバイパス弁を設けるステップと、冷媒の一部が凝縮器の上流点から、凝縮器の下流点で冷媒と混合するように通過するバイパス回路を設けるステップと、バイパス回路を通過して流れる冷媒の一部を制御するための吐出ガス弁を設けるステップと、戸外温度および相対湿度を測定するステップと、冷却段階を決定するステップと、戸外温度、相対湿度、および冷却段階に基づいて空気から湿気の一部を除去するためにバイパス弁および吐出ガス弁を動作させるステップとを含む。 In accordance with the present invention, a method for removing moisture from air includes an air conditioning system comprising a continuous circuit in which refrigerant flows from a compressor, through a condenser, through a heat exchanger, through an evaporator, and back to the compressor. A step of providing a bypass valve through which a part of the refrigerant bypasses the heat exchanger, and a part of the refrigerant is mixed with the refrigerant from the upstream point of the condenser to the downstream point of the condenser. A step of providing a bypass circuit, a step of providing a discharge gas valve for controlling a part of the refrigerant flowing through the bypass circuit, a step of measuring outdoor temperature and relative humidity, and a step of determining a cooling stage And operating a bypass valve and a discharge gas valve to remove a portion of the moisture from the air based on outdoor temperature, relative humidity, and cooling phase.
本発明によれば、空気調和装置は、冷媒が圧縮機から、凝縮器を通り、熱交換器を通り、蒸発器を通って流れ、圧縮機に戻る連続回路と、冷媒の一部が熱交換器を迂回して通過するバイパス弁と、冷媒の一部が凝縮器の上流点から、凝縮器の下流点で冷媒と混合するように通過するバイパス回路と、バイパス回路を通過して流れる冷媒の一部を制御するための吐出ガス弁と、戸外温度、相対湿度、および戻り空気温度を受け取り、圧縮機、吐出ガス弁、およびバイパス弁の動作を制御するための制御モジュールとを備える。 According to the present invention, the air conditioner includes a continuous circuit in which the refrigerant flows from the compressor, through the condenser, through the heat exchanger, through the evaporator, and returns to the compressor, and a part of the refrigerant exchanges heat. A bypass valve that bypasses the condenser, a bypass circuit through which a part of the refrigerant passes from the upstream point of the condenser to mix with the refrigerant at the downstream point of the condenser, and a refrigerant that flows through the bypass circuit. A discharge gas valve for controlling a part and a control module for receiving the outdoor temperature, relative humidity, and return air temperature and controlling the operation of the compressor, the discharge gas valve, and the bypass valve.
本発明の1つまたは複数の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明白となろう。 The details of one or more embodiments of the invention are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, objects, and advantages of the invention will be apparent from the description and drawings, and from the claims.
様々な図面中の同様の参照数字および記号は同様の要素を示す。 Like reference numerals and symbols in the various drawings indicate like elements.
したがって、本発明の教示は、顕熱冷却の望ましくない効果を打ち消すために、空気調和システムにおいて以前では廃棄されていた熱を利用するための方法およびこのような方法を活用するシステムを提供することである。 Accordingly, the teachings of the present invention provide a method for utilizing heat previously discarded in an air conditioning system and a system utilizing such a method to counteract the undesirable effects of sensible cooling. It is.
顕熱冷却を行わず、単に除湿することがときには望ましい。このような場合では、図2を参照すると例示されているように、凝縮器13を通過しないように流れの一部を迂回させる弁19を作動させることによって、追加的な熱が空気に加えられる。そうする際に、熱交換器15は、この熱交換器15に流入する2相混合物の凝縮器になり、かつ冷媒がこの熱交換器15から流出する前のその過冷却器になる。
It is sometimes desirable to simply dehumidify without sensible cooling. In such cases, as illustrated with reference to FIG. 2, additional heat is added to the air by actuating a
したがって、この方式では、様々な水準の除湿および顕熱冷却が利用可能である。 Thus, various levels of dehumidification and sensible heat cooling are available in this scheme.
図2を参照すると、本発明の空気調和システムが例示されている。最も注目すべきことは、吐出ガスの一部が凝縮器に流入しないように、その一部を迂回させるための回路と、同回路に沿って設けられた吐出ガス弁19とを含むことである。吐出ガス弁19は、開かれるとき、圧縮機から流出する高温のガスの一部が凝縮器13を迂回することを可能にし、これにより、除湿を要するときに高い融通性がもたらされ得る。除湿は、空間中の相対湿度が望ましい値を超えるときにしばしば必要である。好ましい実施形態では、ガス弁19はソレノイド弁である。
Referring to FIG. 2, the air conditioning system of the present invention is illustrated. The most remarkable thing is to include a circuit for bypassing a part of the discharge gas so as not to flow into the condenser and a
上記で指摘したように、過冷却ユニットまたはコイルも内蔵するように構成される熱交換器15を利用する従来技術の実施態様は、除湿の必要がない通常動作時に過冷却器コイルを迂回するためのバイパス弁を利用する。除湿の必要性が生じると、通常は開いている好ましくはソレノイド弁であるバイパス弁21が閉じられ、熱交換器15の中の過冷却コイルが作動されて、潜熱容量が増大するとともに顕熱容量が減少する。
As pointed out above, prior art embodiments utilizing a
図3を参照すると、冷媒が空気調和システム10の閉回路を通過するときの従来技術のシステムの冷媒のエンタルピー対圧力のグラフが例示されている。点4は圧縮機11への流入を示す。冷媒は、点4から点1まで移動するときに、圧力およびエネルギーが増大する。冷媒は、点1から点2まで移動するときに、凝縮器13を通過し、ほぼ定圧を維持しながらエンタルピーが減少する。次いで、冷媒の圧力は蒸発器に流入するまで低下するが、蒸発器では、点4で圧縮機に戻るまで、ほぼ定圧を維持しながらエンタルピーは増加する。
Referring to FIG. 3, a graph of refrigerant enthalpy versus pressure for a prior art system as the refrigerant passes through the closed circuit of the
ソレノイド21が閉じると、冷媒は点2から点3までさらに冷却され、より低いエンタルピーで蒸発器に流入する。次いで、蒸発器は空気からより多くのエネルギーを吸収する。しかし、このエネルギーは、空気が熱交換器15を横切ると空気に戻され、したがってより大きい潜熱容量およびより小さい顕熱容量がもたらされる。上記で指摘したように、本発明は、開かれるとき、圧縮機から流出する高温のガスの一部が凝縮器13を迂回することを可能にする吐出ガス弁19を具備する。迂回ガスは、凝縮器から流出する液体冷媒と混合される。得られる混合物(今や2相である)は、熱交換器15に流入し、凝縮されかつ過冷却される。
When the
図4を参照すると、吐出ガス弁19が開かれているときに冷媒が本発明の回路を移動するときの冷媒のエンタルピー対圧力のグラフが例示されている。冷媒は点5で圧縮機に流入しかつ流出して点1まで進むが、そこでは冷媒の一部が凝縮器を通過して進み、他方で冷媒の残りの部分が凝縮器を迂回して吐出ガス弁19を通過して進む。このような迂回ガスは点1から点3まで移動する。点1で凝縮器を通過する冷媒は、点2で凝縮器から流出して迂回ガスと混合して点3まで進むが、この点で冷媒の凝縮および過冷却、ならびに空気の再加熱が実行される。次いで、蒸発器に流入しかつそれから流出して、凝縮器に戻る。
Referring to FIG. 4, there is illustrated a graph of refrigerant enthalpy versus pressure as the refrigerant moves through the circuit of the present invention when the
その結果として、高温のガス状冷媒を、凝縮器13から流出する冷媒と混合することの追加により、図3の点2から点3までの距離よりも大きくなるように、図4の点3から点4までの距離が増大される。本発明おける冷媒に対する熱の追加は顕熱冷却を打ち消す。吐出ガス弁19を通過して流れる冷媒の量は、生じる顕熱容量がゼロになるように制御されること、すなわち、蒸発器に流入する乾球温度が蒸発器から流出する乾球温度に等しいことが好ましい。
As a result, from the addition of mixing the hot gaseous refrigerant with the refrigerant flowing out of the
吐出ガス弁19の開放、すなわち作動は、主として、冷却すべき空間中の除湿の必要性、外気温度、および熱交換器15における過冷却の実行能力によって決まる。冷却の必要がない状態で除湿が望ましいとき、空気調和システム10は、バイパスを設けるために吐出ガス弁19が開かれ、かつバイパス弁21が閉じられた状態で動作する。除湿および冷却が望ましく、かつ外気温度が低ければ、低温の外気を引き込むためにダンパが開放されるエコノマイザモードが利用可能であるかどうかを確認しなければならない。エコノマイザが利用可能であれば、バイパスを設けるために吐出ガス弁19が開かれ、かつバイパス弁21が閉じられた状態で、エコノマイザが作動される。除湿および冷却が望ましく、かつ外気が高温であれば、吐出ガス弁19が閉じられ、エコノマイザが遮断され、かつ熱交換器15が過冷却モードで動作する。除湿の必要がなく、かつ冷却が必要なときには、吐出ガス弁19が閉じられ、かつバイパス弁21が開かれる。「低温」および「高温」とは、外気が、望ましい温度または空気調和システム10によって冷却すべき空気のエンタルピーをそれぞれ下回っているか、それとも上回っているかを意味する。
The opening, that is, the operation of the
本発明の別の実施形態では、望ましい性能を実現するために、圧縮機11を作動すべき時点、ならびに吐出ガス弁19およびバイパス弁21を開閉すべき時点を決定する方法が提供される。この方法では、どのような場合において吐出ガス弁19およびバイパス弁21を開閉すべきかが、次の表によって規定される。
In another embodiment of the present invention, a method is provided for determining when to operate the
[表1]
冷却段階 戸外温度 相対湿度 エコノマイザ 圧縮機
無し 低 低 最小戸外空気 オフ
高 最小戸外空気 再加熱
高 低 最小戸外空気 オフ
高 最小戸外空気 再加熱
第1 低 低 最大戸外空気 オフ
高 最大戸外空気 再加熱
高 低 最小戸外空気 標準
高 最小戸外空気 過冷却モード
第2 低 低 最小戸外空気 標準
高 最小戸外空気 過冷却モード
高 低 最小戸外空気 標準
高 最小戸外空気 過冷却モード。
[Table 1]
Cooling stage Outdoor temperature Relative humidity Economizer Compressor None Low Low Minimum outdoor air Off
High Minimum outdoor air Reheating
High Low Minimum outdoor air Off
High Minimum outdoor air Reheating
1st Low Low Maximum outdoor air Off
High Maximum outdoor air Reheating
High Low Minimum outdoor air Standard
High Minimum outdoor air Supercooling mode
2nd Low Low Minimum outdoor air Standard
High Minimum outdoor air Supercooling mode
High Low Minimum outdoor air Standard
High Minimum outdoor air Supercooling mode.
上表は、本発明の空気調和システム10が変数の範囲にわたって動作する圧縮機モードを規定する。これらの変数には、冷却段階、戸外温度、冷却すべき空間中の相対湿度、および戸外空気必要条件が含まれる。冷却段階は3つの場合に分類される。第1の冷却段階(「無」と呼ぶ)では、本システムの戻り空気温度が冷却設定値を下回っているので冷却の必要がない。冷却設定値は任意所望の温度に設定され得るが、典型的には70°Fと80°Fとの間であり、好ましくは約75°Fである。第2の冷却段階(「第1」と呼ぶ)は、戻り空気温度が前述の冷却設定値を超えるが、偏差を加えた冷却設定値を下回る状況に対応する。この偏差は、第1の冷却段階が動作する望ましい範囲を実現するように選択され得るが、典型的な偏差は約プラスまたはマイナス3°Fである。最後に、「第2」と呼ぶ冷却段階では、戻り空気温度が前述の偏差を加えた冷却設定値を超える。
The above table defines the compressor mode in which the
上記で指摘した冷却段階のそれぞれでは、上表は、調和すべき空間中の低いまたは高い相対湿度と低いまたは高い戸外温度との可能な全ての組合せを示す。圧縮機の設定は、冷却段階、戸外温度読取り値、および相対湿度読取り値の組合せから決定される。可能な圧縮機の設定には、オフ、再加熱、標準、および過冷却モードが含まれる。圧縮機「オフ」が冷却段階、戸外温度、および相対湿度値に基づいて適切であるとき、吐出ガス弁19およびソレノイド21の開閉の如何は問題ではなく、圧縮機11が停止される。圧縮機「再加熱」モードが適切であると決定されたとき、吐出ガス弁19が開かれ、かつソレノイド21が閉じられる。圧縮機「過冷却モード」が適切であるとき、吐出ガス弁19は、ソレノイド21と同様に閉じられる。最後に、圧縮機「標準」が適切であるとき、吐出ガス弁19が閉じられ、他方でソレノイド21が開かれる。「オフ」モードを除いて、圧縮機は他のすべてのモードで作動される。
For each of the cooling phases noted above, the table above shows all possible combinations of low or high relative humidity and low or high outdoor temperatures in the space to be harmonized. The compressor setting is determined from a combination of cooling stage, outdoor temperature reading, and relative humidity reading. Possible compressor settings include off, reheat, normal, and supercooling modes. When the compressor “off” is appropriate based on the cooling phase, outdoor temperature, and relative humidity values, it does not matter whether the
図5を参照すると、制御モジュール51を備える、本発明の空気調和システムが示されている。制御モジュール51は、戸外温度、戻り空気温度、相対湿度、および冷却段階から成る入力を受け取り、このような入力に基づいて、上で論じたモードで本システムを選択的に動作させるように、圧縮機11を作動/停止させ、かつ吐出ガス弁19およびソレノイド21を開閉するように設けられている。制御モジュール51は、例えば、適切なプログラミングおよび/またはソフトウェアによって、入力データを受け取って制御信号をソレノイド21、吐出ガス弁19、および圧縮機11に送出するように設けられた任意の電子的な、デジタルまたはアナログ装置である。
Referring to FIG. 5, the air conditioning system of the present invention comprising a
上表から明らかなように、それぞれの冷却段階モードでは、戸外温度は「低」または「高」であり得る。「低」および「高」に対応する値は、吐出ガス弁19およびソレノイド21の望ましい動作を実現するように任意の様態で規定され得るが、低い戸外温度は典型的には冷却設定値を3°Fより下回る温度として規定され、他方で、高い戸外温度は同様に冷却設定値を3°Fより下回る温度を超える戸外温度として規定される。さらには、それぞれの冷却段階では、所与の戸外温度に対して、2つの可能な相対湿度設定値すなわち可変値、具体的には「低」および「高」が存在する。それを下回ると相対湿度が低いと見なされ、それを上回ると相対湿度が高いと見なされる相対湿度の実際の値は、望ましい圧縮機の設定をもたらすように選択され得る。典型的には、低い相対湿度は55%の相対湿度を下回る相対湿度であると考えられ、反対に、高い相対湿度は55%の相対湿度を上回る相対湿度であると考えられる。エコノマイザモードで稼動中のとき、圧縮機の代わりに戸外空気を冷却に使用することもときには可能である。このようなモードでは、戸外空気必要条件に応じて、最小限または最大限の戸外空気が利用され得る。その後に、冷却段階、戸外温度、および相対湿度の測定値に基づいて、空気調和システム10の望ましい圧縮機モードが決定される。一旦圧縮機モードが確定されると、吐出ガス弁19およびバイパス弁21の動作位置が定められる。
As can be seen from the above table, in each cooling phase mode, the outdoor temperature can be “low” or “high”. Values corresponding to “low” and “high” may be defined in any manner to achieve the desired operation of the
本発明の1つまたは複数の実施形態が説明された。しかし、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な変更が実施され得ることが理解されよう。したがって、他の実施形態も特許請求の範囲内にある。 One or more embodiments of the present invention have been described. However, it will be understood that various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, other embodiments are within the scope of the claims.
Claims (23)
冷媒が圧縮機から、凝縮器を通り、熱交換器を通り、蒸発器を通って流れ、前記圧縮機に戻る連続回路を備える空気調和システムを設けるステップと、
前記冷媒の一部が前記熱交換器を迂回して通過するバイパス弁を設けるステップと、
前記冷媒の一部が前記凝縮器の上流点から、前記凝縮器の下流点で前記冷媒と混合するように通過するバイパス回路を設けるステップと、
前記バイパス回路を通過して流れる前記冷媒の前記一部を制御するための吐出ガス弁を設けるステップと、
戸外温度および相対湿度を測定するステップと、
冷却段階を決定するステップと、
前記戸外温度、前記相対湿度、および前記冷却段階に基づいて前記空気から前記湿気の一部を除去するために前記バイパス弁および前記吐出ガス弁を動作させるステップとを含む方法。 A method for removing moisture from air,
Providing an air conditioning system comprising a continuous circuit in which refrigerant flows from the compressor, through the condenser, through the heat exchanger, through the evaporator, and back to the compressor;
Providing a bypass valve through which a part of the refrigerant bypasses the heat exchanger;
Providing a bypass circuit through which a part of the refrigerant passes from an upstream point of the condenser to be mixed with the refrigerant at a downstream point of the condenser;
Providing a discharge gas valve for controlling the part of the refrigerant flowing through the bypass circuit;
Measuring outdoor temperature and relative humidity;
Determining the cooling stage; and
Operating the bypass valve and the discharge gas valve to remove a portion of the moisture from the air based on the outdoor temperature, the relative humidity, and the cooling stage.
戻り空気温度が冷却設定値を下回るときに冷却無し段階を決定するステップと、
前記戻り空気温度が前記冷却設定値を超えるが、偏差を加えた前記冷却設定値を下回るときに第1の冷却段階を決定するステップと、
前記戻り空気温度が前記偏差を加えた前記冷却設定値を超えるときに第2の冷却段階を決定するステップとを含む請求項1に記載の方法。 The step of determining the cooling stage comprises:
Determining a no-cooling stage when the return air temperature is below the cooling set value;
Determining a first cooling stage when the return air temperature exceeds the cooling set value but falls below the cooling set value with a deviation;
2. The method of claim 1, further comprising: determining a second cooling stage when the return air temperature exceeds the cooling setpoint plus the deviation.
前記冷媒の一部が前記熱交換器を迂回して通過するバイパス弁と、
前記冷媒の一部が前記凝縮器の上流点から、前記凝縮器の下流点で前記冷媒と混合するように通過するバイパス回路と、
前記バイパス回路を通過して流れる前記冷媒の前記一部を制御するための吐出ガス弁と、
戸外温度、相対湿度、および戻り空気温度を受け取り、前記圧縮機、前記吐出ガス弁、および前記バイパス弁の動作を制御するための制御モジュールと、を備える空気調和装置。 A continuous circuit from which the refrigerant flows from the compressor, through the condenser, through the heat exchanger, through the evaporator, and back to the compressor;
A bypass valve through which a part of the refrigerant bypasses the heat exchanger;
A bypass circuit through which a part of the refrigerant passes from an upstream point of the condenser to be mixed with the refrigerant at a downstream point of the condenser;
A discharge gas valve for controlling the part of the refrigerant flowing through the bypass circuit;
An air conditioner comprising: a control module that receives an outdoor temperature, a relative humidity, and a return air temperature and controls operations of the compressor, the discharge gas valve, and the bypass valve.
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