SISTEMAS DESHUMIDIFICADORES REFRIGERANTES DESECANTES DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a aire acondicionado y equipo de deshumidificación, y más particularmente a un método para acondicionar aire y aparato que utiliza la tecnología de rueda de desecante. Se conoce bien que diseños de aire acondicionado tradicionales no se adaptan bien para manejar la carga de humedad y las cargas de temperatura de un espacio de edificio. Típicamente, la fuente principal de carga de humedad en un espacio de edificio viene de la necesidad de suministrar aire de recarga externo al espacio puesto que el aire normalmente tiene un contenido de humedad más elevado que el requerido en el edificio. En sistemas de aire acondicionado convencionales, la capacidad de enfriamiento de la unidad de aire acondicionado por lo tanto se dimensiona para acomodar las condiciones latentes (humedad) y sensibles (temperatura) en las condiciones de diseño de temperatura pico. Cuando existe demanda adecuada de enfriamiento, la capacidad de deshumidificación apropiada se logra. Sin embargo, la carga de humedad en un espacio cerrado no varía directamente con la carga de temperatura. Es decir, durante las horas de la mañana y la noche, la humedad absoluta afuera es casi la misma que durante los periodos de temperatura elevada del medio día. De este modo, en aquellas horas con
frecuencia no se necesita enfriamiento en el espacio y por lo tanto no tiene lugar ninguna deshumidificación . Por consiguiente, los sistemas de aire acondicionado preexistentes se diseñan deficientemente para estas condiciones. Estas condiciones, a veces, llevan a condiciones incómodas dentro del edificio y pueden resultar en la formación de moho o la generación de otros microbios dentro del edificio y su canalización, llevando a lo que se conoce como Síndrome del Edificio Enfermo. Para solucionar estos problemas, el Estándar de Diseño ASHRAE 62-1989 recomienda el uso incrementado de cantidades de aire de relleno y recomienda limites a la humedad relativa en la canalización. Si este estándar es seguido apropiadamente, realmente lleva a la necesidad de capacidad de deshumidificación aún incrementada independiente de las demandas de enf iamiento. Un número de soluciones se ha sugerido para solucionar este problema. Una solución, conocida como un "Ventilador de Recuperación de Energía (ERV) " , utiliza una rueda de entalpia revestida con desecante convencional para transferir el calor y la humedad desde la corriente de aire de relleno hasta una corriente de aire de escape. Estos dispositivos son efectivos para reducir la carga de humedad, pero requieren la presencia de una corriente de aire de escape casi igual en volumen a la corriente de aire de relleno para poder funcionar eficientemente. Los ERV también
son capaces sólo de reducir la carga puesto que el aire distribuido siempre está a una humedad absoluta más elevada en los meses de verano que el aire de retorno. Sin deshumidificación activa en el edificio, la humedad en el espacio se elevará cuando la humedad que entra al sistema exceda la humedad que queda en la corriente de escape. Sin embargo, los ERV son relativamente económicos de instalar y operar . Otros sistemas de la técnica anterior utilizan dispositivos asi llamados de enfriamiento/recalentamiento en los cuales el aire exterior primero se enfría a una temperatura que corresponde al punto de condensación interno deseado del edificio. El aire entonces se recalienta a la temperatura deseada, con mayor frecuencia utilizando un calentador de gas natural. Ocasionalmente, el calor de un sistema condensador refrigerante también se utiliza para recalentar la corriente de aire enfriada y deshumidificada . Tales dispositivos de enfriamiento/recalentamiento son relativamente costosos e ineficientes, debido a que el enfriamiento en exceso del aire debe hacerse, seguido por el calentamiento desperdiciado de aire en los meses de verano. Una tercera categoría del dispositivo de la técnica anterior también se ha sugerido utilizando sistemas de enfriamiento desecantes en los cuales el aire de suministro desde la atmósfera primero se deshumidifica utilizando una
rueda de desecante similar y el aire entonces se enfría utilizando un termo intercambiador. El calor de este aire típicamente se transfiere a una corriente de aire de regeneración y se utiliza para proporcionar una porción de los requerimientos de energía de regeneración de desecante. El aire de relleno se distribuye al espacio directamente, o en forma alternativa se enfría ya sea por medios evaporativos directos o indirectos o a través de equipo de aire acondicionado tipo refrigerante más tradicional . La rueda de desecante se regenera con una segunda corriente de aire la cual se origina ya sea desde el aire que se encierra acondicionado o desde el aire exterior. Típicamente, esta segunda corriente de aire se utiliza para recolectar calor del aire de proceso antes de que se eleve su temperatura a niveles elevados de entre 65.55°C a 176.66°C (150°F a 350°F) como se requiere para lograr la cantidad apropiada de deshumidificación de la corriente de aire de suministro. Los sistemas de enfriamiento desecantes de este tipo puede diseñarse para proporcionar control muy cercano independiente de la humedad y temperatura, pero típicamente son más costosos de instalar que lo sistemas tradicionales. Su desventaja es que confían en los recursos de bajo costo de calor para la regeneración del material desecante. Las Patentes Norteamericanas Nos. 3,401,530 para Meckler, 5,551,245 para Carlton, y 5,761,923 para Maeda
describen otros dispositivos híbridos en donde el aire primero se enfría mediante un sistema refrigerante y se seca con un desecante. Sin embargo, en todas estas descripciones las temperaturas de regeneración elevadas se requieren para regenerar adecuadamente el desecante. Para lograr estas temperaturas elevadas, circuitos refrigerantes dobles se necesitan para incrementar o bombear la temperatura de regeneración por arriba de 60°C (140°F) . En el caso de la patente de Meckler, el calor desperdiciado de una máquina se utiliza en lugar del calor del condensador. La Patente Norteamericana No. 4,180,985 para Northrup describe un dispositivo en donde el calor de condensación del refrigerante se utiliza para regenerar una rueda o banda de desecante. En el sistema de Northrup, el circuito refrigerante enfría el aire después de que se ha secado . La invención como se describe en la solicitud de patente No. de serie 08/795,818 es particularmente adecuada para tomar el aire exterior de las condiciones de humedad, tal como son típicas en las porciones del Sur y del Sudeste de los Estados Unidos y en países asiáticos y ponerlo en una condición neutral de espacio. Esta condición se define como las condiciones de zona de comodidad de ASHRAE y consiste típicamente de condiciones en el margen de 22.77-25.55°C (73-78°F) y un contenido de humedad entre 7.86-10.14
gramos/kilogramos (55-71 granos/libras) , o aproximadamente 50% de humedad relativa. En particular, el sistema es capaz de tomar el aire de entre 29.44-35°C (85-95°F) y 18.56-20.70 gramos/kilogramos (130-145 granos/libras ) , de humedad y reduciéndola a las condiciones de la zona de comodidad de ASHRAE . Sin embarco, ese sistema también funciona arriba y debajo de estas condiciones, por ejemplo, a temperaturas de 18.33-29.44°C o 35°C (65-85°F o 95°F) y contenidos de humedad de 12.85-18.56 gramos/kilogramos (90-130 granos/libras) o 20.70-25.70 gramos/kilogramos (145-180 granos/libras) . Cuando se compara con las técnicas convencionales, la invención de la solicitud de padre tiene ventajas importantes sobre técnicas alternativas para producir aire en las condiciones de zona de comodidad de aire interno desde el aire exterior. La ventaja más importante es el bajo consumo de energía. Es decir, la energía requerida para tratar el aire con un auxiliar desecante es de 25-45% menos que el utilizado en tecnologías de enfriamiento previamente descritas. Ese sistema utiliza un sistema de enfriamiento refrigerante convencional combinado con una rueda de desecante giratoria. El sistema de enfriamiento refrigerante incluye un serpentín de enfriamiento convencional, serpentín de condensación y compresor. Se proporcionan medios para extraer una corriente de aire de suministro, de preferencia una corriente de aire externa sobre el serpentín de
enfriamiento del sistema refrigerante para reducir su humedad y temperatura a un primer margen de temperaturas predefinido . La corriente de aire de suministro de este modo enfriada, entonces se pasa a través de un segmento de la rueda de desecante rotatoria para reducir su contenido de humedad a un nivel de humedad predeterminado e incrementar su temperatura a un segundo margen de temperatura predeterminado. Ambos márgenes de temperatura y humedad están dentro de la zona de comodidad. Este aire entonces se distribuye al recinto. El sistema también incluye medios para regenerar la rueda de desecante al pasar una corriente de aire de regeneración, típicamente también desde un suministro de aire externo, sobre el serpentín de condensación del sistema refrigerante, para incrementar con esto su temperatura a un tercer margen de temperatura predeterminado. El aire de regeneración de este modo calentado se pasa a través de otro segmento de la rueda de desecante rotatoria para regenerar la rueda. Es un objeto de la presente invención tratar el aire de suministro externo en cualquier condición ambiente y ponerlo prácticamente en cualquier condición psicrométrica del secador y enfriador con entalpia menor. Aún otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de aire acondicionado y de deshumidificación basado en desecante el cual es relativamente económico de fabricar y de operar.
Otro objeto de la presente invención es calentar el aire de relleno mientras recupera entalpia de una corriente de aire de retorno. Aún otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de deshumidificación y aire acondicionado basado en desecante que utiliza compresores simples, múltiples y/o variables que operan a presiones de succión más elevadas posibles para producir condiciones de operación estables y ahorros de energía mejorados. Un objeto adicional de la presente invención es utilizar el aire de escape del edifico como una fuente de aire de regeneración. Este aire estará en una condición de humedad absoluta sustancialmente menor que el aire ambiente durante una porción del año. Utilizando este aire y calor agregado desde el serpentín del condensador producirá un mejor descenso para la remoción de humedad de aire de proceso . De acuerdo con un aspecto de la presente invención, el sistema de la presente invención incluye un circuito de aire acondicionado o refrigeración que contiene un serpentín de condensación, un serpentín de enfriamiento o evaporación y un compresor y una rueda de desecante que tiene un primer segmento que recibe aire de suministro desde el serpentín de enfriamiento del circuito de refrigeración para secar selectivamente el aire de suministro. Una trayectoria de aire
de regeneración proporciona aire de regeneración a un segundo segmento de la rueda de desecante conforme gira a través de la trayectoria de aire de regeneración. De acuerdo con la invención, este sistema se modula para proporcionar una condición de aire de salida constante desde la porción de proceso de la rueda de desecante sobre un amplio margen de condiciones de entrada y volúmenes. De preferencia, el sistema utiliza compresores variables cuya salida puede variarse en respuesta a las condiciones de aire o refrigerante en puntos predeterminados en el sistema. En una modalidad, el sistema puede operarse en numerosos modos diferentes desde suministro de aire fresco sólo para suministro de aire enfriado y deshumidificado simultáneo. Además, una estructura de alojamiento particularmente simple y económica para el sistema de la invención se proporciona. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los anteriores, y otros objetos, características y ventajas de la presente invención serán aparentes en la siguiente descripción detallada de modalidades ilustrativas de la misma, la cual se leerá junto con los dibujos anexos, en donde : Las Figuras 1, 1A y IB son diagramas esquemáticos de una primera modalidad del sistema básico de la presente invención; la Figura 2 es un diagrama psicrométrico que
describe el ciclo logrado por la modalidad de la Figura 1 ; la Figura 3 es un diagrama psicrométrico que describe el ciclo logrado por la modalidad de la Figura 1 utilizando un sistema de control diferente. La Figura 4 es una vista esquemática de otra modalidad de la presente invención la cual se adapta para tratar aire de relleno y recuperar entalpia de la corriente de aire de retorno . La Figura 5 es un diagrama psicrométrico que muestra el ciclo logrado con el sistema de la Figura 4 en el modo de sólo enfriamiento; la Figura 6 es un diagrama psicrométrico que muestra el ciclo logrado con el sistema de la Figura 4 en el modo de sólo deshumidificación; la Figura 7 es un diagrama psicrométrico que muestra el ciclo logrado con el sistema de la Figura 4 en el modo de deshumidificación y enfriamiento; la Figura 8 es un diagrama psicrométrico que muestra el ciclo logrado con el sistema de la Figura 4 en un modo de intercambio de entalpia; la Figura 9 es un diagrama psicrométrico que muestra el ciclo logrado con el sistema de la Figura 4 en un modo de intercambio de aire fresco; la Figura 10 es un diagrama esquemático de una modalidad similar a aquella de la Figura 1, pero que utiliza
dos compresores ; la Figura 11 es un esquema transversal del evaporador para el sistema de la Figura 10; la Figura 12 es un diagrama esquemático similar al de la Figura 1 que muestra aún otra modalidad de la invención utilizando un esquema de control de temperatura de reactivación; y la Figura 13 es una vista en planta esquemática de una estructura de alojamiento para su uso con el sistema de la Figura 1. Con referencia ahora a los dibujos en detalle, e inicialmente a la Figura 1 de la misma, se ilustra un sistema 10 de deshumidificación y aire acondicionado simplificado de acuerdo con la presente invención el cual utiliza un sistema de enfriamiento refrigerante y un sistema de deshumidificación de rueda de desecante giratoria. Este sistema es un refinamiento del sistema descrito en la solicitud asociada. En este caso el sistema toma aire en cualquier condición ambiente y lo presenta prácticamente en cualquier condición psicrométrica del secador y enfriador con una entalpia menor. En el sistema 10, el sistema de enfriamiento refrigerante incluye un circuito de enfriamiento refrigerante que contiene por lo menos un serpentín 52 de enfriamiento o evaporador, por lo menos un serpentín 58 del condensador, y
un compresor 28 para el refrigerante liquido/gaseoso que se lleva en las líneas 29 de refrigerante de conexión. En uso, el aire de suministro desde la atmósfera se extrae por un soplador 50, a través de la canalización 51 o similar sobre el serpentín 52 de enfriamiento del sistema refrigerante donde su temperatura se baja y ligeramente se deshumidifica . Desde ahí, el aire pasa a través del sector 54 de proceso de una rueda 55 de desecante rotatoria donde su temperatura se incrementa y se deshumidifica adicionalmente . Ese aire entonces se proporciona al recinto o espacio 57. La rueda 55 de desecante del sistema de deshumidificación es de construcción conocida y recibe aire de regeneración en un segmento 60 de regeneración desde los conductos 61 y descarga el mismo a través del conducto 62. La rueda 55 se regenera al utilizar aire exterior extraído por un soplador 56 sobre el serpentín 58 de condensador del sistema de aire acondicionado. Esta corriente de aire externa se calienta conforme pasa sobre el serpentín del condensador y entonces se proporciona al segmento 60 de regeneración para regenerar el desecante. El aire de regeneración se extrae en el sistema y se hace salir a la atmósfera mediante el soplador 56. En esta modalidad, el compresor 28 es un compresor de capacidad variable y de preferencia un compresor de tipo tornillo sinfín infinitamente ajustable con una válvula
deslizable. Como se entiende en la técnica, el volumen a través de los tornillos sin fin en tal compresor se varía al ajustar la válvula de deslizamiento y de este modo el volumen de gas que entra al tornillo sinfín se varía. Esto varía la capacidad de salida del compresor. Alternativamente, un compresor de caracol proporcionado por tiempos, un compresor de tipo caracol o pistón de velocidad variable puede utilizarse para circular el refrigerante en la línea 29 a través de un sistema cerrado que incluye un dispositivo 31 de expansión entre el serpentín 58 de condensador y el serpentín 52 del evaporador o enfriamiento. Se ha encontrado que al utilizar un compresor sencillo no variable en los sistemas de refrigeración, el compresor funciona más de lo que necesita hacerse con los resultados de que el punto establecido deseado del sistema puede sobrecargarse. Al utilizar compresores variables como se describe, el sistema puede modularse para proporcionar una condición de salida constante sobre un margen de condiciones de aire de entrada y volúmenes. Es decir, la operación del compresor se controla en respuesta a una o más condiciones. Como resultado, por ejemplo, uno puede mantener una condición de humedad útil y seleccionable deseada que deja la rueda de desecante al modular la capacidad del compresor. Tal modulación puede lograrse al utilizar más de un compresor o compresores variables, tal como el compresor
proporcional por tiempos ofrecido por Copeland, o compresores de frecuencia variable los cuales son motores síncronos cuya velocidad puede variarse al variar la entrada de hertz en el motor, lo cual provoca variación en la producción de trabajo. El sistema de ref igeración descrito en lo anterior puede modularse o controlarse para proporcionar una condición de salida constante sobre un margen de condiciones de entrada y volúmenes. Permite que el sistema se utilice en aplicaciones de aire de relleno para satisfacer los requerimientos para ventilación, presurización o calidad del aire (por ejemplo, en restaurantes donde el aire de relleno se requiere para reemplazar el aire de escape de la cocina) . De este modo, el control del volumen de aire de relleno distribuido puede hacerse dependiente de la presión (a través del uso de sensores de presión para cuartos de limpieza y similares) , contenido de C02 (a través del uso de sensores de C02) para controlar la calidad, o basándose en la ocupación (utilizando sensores de temperatura de habitación) . Tales sensores pueden controlar el volumen de aire de relleno utilizando técnicas conocidas para controlar por ejemplo, la velocidad del soplador 50 o las válvulas desviadoras de aire (no mostradas) en el conducto 51. El sistema, utilizando el compresor variable, aún puede modularse para acomodar la variación de temperatura o humedad provocada por la adición de aire de relleno para poder mantener condiciones
ambientales deseadas. De acuerdo con esta invención, un nivel de temperatura y humedad del aire distribuido deseado para el aire de suministro en el recinto o espacio 57 puede mantenerse dentro de la zona de comodidad de ASHRAE discutido en lo anterior. A partir de esas temperaturas y condiciones de humedad, la temperatura de válvula termiónica en húmedo correspondiente puede determinarse, estableciendo las condiciones deseadas representadas en el Punto 3 en el diagrama psicrométrico de la Figura 2. Esta temperatura de válvula termiónica en húmedo se utiliza como el punto establecido objetivo para el enfriamiento y secado del aire de suministro (ya sea es el aire de retorno sólo o mezclado con el aire de relleno como se describe en lo anterior) . Utilizando la capacidad variable del compresor 28, la capacidad del serpentín 52 de enfriamiento se controla para mantener la temperatura del aire de suministro que sale del serpentín de enfriamiento a una temperatura que permitirá que el acondicionamiento del Punto 3 se obtenga después de que el aire pasa a través del segmento 54 de proceso de la rueda de desecante. Esta temperatura será ligeramente menor que la temperatura · de válvula termiónica en húmeda calculada del aire distribuido deseado. De este modo, como se muestra en la Figura 2, el aire de suministro (en ese caso aire ambiente como se muestra en la Figura 1) el cual típicamente tendrá un
margen de temperatura de entre 18.33° y 35°C (65° y 95°F) de DBT y más y un contenido de humedad de entre 12.85-25.75 gramos/kilogramos (90-180 granos/libras) , entra al serpentín 52 de enfriamiento a Temperatura de válvula termiónica en Seco de 35°C (95°F) ("DBT"), Temperatura de válvula termiónica en Húmedo ("WBT") de 25.83°C (78.5°F) y un contenido de humedad de 17.14 gramos/kilogramos (120 granos/libras) . (Punto 1 en la Figura 2) . Cuando el aire pasa a través del serpentín 52 sus condiciones se mueven a lo largo de la línea punteada en la Figura 2 desde el Punto 1 a la humedad relativamente constante hasta que alcanza la saturación y su humedad entonces se reduce con la temperatura a lo largo de la línea de saturación hasta el Punto 2 donde deja el serpentín en una condición saturada de entre 10° -20° (50°-68°) DBT y contenido de humedad de 4.28-12.57 gramos/kilogramos (30-88 granos/libras) , en este caso a DBT de 16.111° (61°) y 11.48 gramos/kilogramos (80.4 granos/libras) . El aire entonces entra al segmento 54 de proceso de la rueda de desecante. Conforme pasa a través de la rueda, el aire se seca y se calienta adiabáticamente, siguiendo la trayectoria aproximada de la línea de válvula termiónica en húmedo. Además se seca en su condición de salida de entre DBT de 20-27.222°C (68-81°F) , WBT de 10-18.333°C (50-65°F), y 4.384-12.57 gramos/kilogramos (30-88 granos/libras) de contenido de humedad, en este caso en el
Punto 3 de DBT de 25°C (77°F) , WBT de 16.389°C (61.5°) y 8.14 gramos/kilogramos (57 granos/libras) . Desde luego se entiende que el compresor se opera en respuesta a la temperatura del aire que sale del serpentín de enfriamiento en el Punto C en la Figura 1 para lograr la temperatura de aire final deseada. La longitud de viaje bajo la línea desde el Punto 2 hasta el Punto 3 depende de las condiciones de regeneración de la rueda 55. De acuerdo con esta invención la temperatura de aire de regeneración se incrementa para proporcionar una trayectoria más larga bajo la línea de válvula termiónica en húmedo, es decir, más seco, y reducirse para proporcionar menos movimiento, es decir, menos seco. De esta forma, el secado apropiado de la rueda también puede lograrse de manera que la condición de salida del aire de suministro (Punto 3) será igual a la condición de diseño pretendida. Como se entenderá, dada la capacidad demandada del punto establecido del lado de enfriamiento, el serpentín 58 de condensación necesitará expulsar cantidades variadas de calor a la corriente de aire ambiente que entra a ese serpentín dependiendo de las condiciones del Punto E (Figura 1) . El flujo de calor variable que entra al Punto E puede, bajo condiciones normales, resultar en una temperatura C (F) de regeneración descontrolada que entra a la rueda 55. De acuerdo con la presente invención, el volumen de flujo de aire a través del serpentín 58 se varía mediante el uso de un
ventilador 70 de derivación o escape para poder lograr la temperatura de regeneración apropiada que entra a la rueda 55. Esto se hace al detectar la temperatura del aire que entra a la rueda y controlar el ventilador 70 para incrementar selectivamente o disminuir el volumen de aire extraído a través del serpentín 58 con el soplador 56 para poder controlar la temperatura del aire que entra a la rueda. Cualquier volumen innecesario de aire entonces se bombea a la atmósfera mediante el ventilador 70. El flujo de aire se incrementa para reducir la temperatura y se reduce para incrementar la temperatura. El aire restante entonces se extrae a través de la rueda de desecante para proporcionar la sequedad del desecante apropiada requerida para lograr los resultados de secado deseados, es decir, el movimiento desde el Punto 2 hasta el Punto 3 en la Figura 7. Al bombear el exceso de aire que pasa el serpentín 58 cuando la cantidad de aire requerida para mantener la temperatura de regeneración deseada excede el flujo de aire necesario para regenerar el total de desecante, se ahorra energía al no exponer el flujo de aire en incremento a la caída de presión asociada con la rueda de desecante. También quiere decir que puede utilizarse un soplador 56 más pequeño. Este sistema permite que el compresor 28 opere a la presión de succión más alta necesaria para obtener la condición de aire de salida, es decir, la temperatura de aire
que deja la rueda 55. Cuando esto se hace, el compresor opera contra la relación de presión mínima posible para producir el resultado pretendido. De este modo, el rendimiento del ciclo se maximiza, reduciendo el consumo de energía. Cuando se requiere obtener un enfriamiento sensible adicional, puede utilizarse un serpentín 52' de enfriamiento secundario para enfriar adicionalmente el aire que deja la rueda de desecante. Este serpentín puede suministrarse con refrigerante desde el mismo compresor 28. Como se muestra en las Figuras 1A y IB, este serpentín 52' adicional puede colocarse en cualquier lado del soplador 50. En la posición mostrada en la Figura LA, el serpentín 52' permite la reducción en las temperaturas de aire de suministro después de una elevación ligera en la temperatura de aire que ocurre desde su paso a través del soplador 50. En la posición mostrada en la Figura IB, el serpentín 52' está corriente arriba del soplador 50 en el caso donde el incremento de temperatura del soplador es inmaterial. Puesto que el serpentín de enfriamiento se desempeña más eficientemente en el lado de succión de un ventilador, es decir, la modalidad preferida donde el calor del soplador agregado no es un factor . Como una alternativa al sistema de control descrito en lo anterior, el control también puede lograrse sin el cálculo de la temperatura de válvula termiónica en húmedo al
controlar la capacidad del lado de enfriamiento del dispositivo para proporcionar la capacidad de enfriamiento deseada para el espacio, es decir, controlar el compresor utilizando la temperatura de espacio deseada y permitir que el lado de condensación del sistema se module por consiguiente. En este caso, el volumen de aire extraído a través del condensador 58 se controla para lograr la temperatura de regeneración requerida, dentro de los límites de presión de condensación aceptable y de este modo también lograr la capacidad de regeneración requerida. La temperatura de regeneración se incrementa para reducir la relación de humedad de salida, y se disminuye para reducir la capacidad de secado, dentro de los límites de presión aceptables. Este sistema se muestra en la Figura 3, donde el aire ambiente en el Punto 1, DBT de 35°C (95°F) , BT de 25.83°C (78.5°F), 17.14 gramos/kilogramos (120 granos/libras), entra al serpentín de enfriamiento. Sigue la línea punteada hasta la curva saturada cuando pasa el serpentín de enfriamiento hasta el Punto 2 10 °C (50 °F) saturados y 9.22 gramos/kilogramos (64.6 granos/libras). Este aire entonces entra al segmento 54 de proceso de la rueda de desecante. Cuando el aire pasa a través de la rueda se seca y se calienta adiabáticamente, siguiendo la trayectoria aproximada de la línea de válvula termiónica en húmedo hasta el Punto 3 el cual en su condición de salida en DBT de 20.55°C (69°F) ; WBT de 11.11°C (52°F),
4.28 gramos/kilogramos (30 granos/libras). El efecto combinado de disminuir y controlar la temperatura preenfriada y las temperaturas de regeneración como se describe en lo anterior logra las condiciones de salida objetivo dentro de la zona de comodidad de ASHRAE . La longitud de viaje bajo la línea de válvula termiónica en húmedo depende de la condición de regeneración. Como se observa en lo anterior, la temperatura de regeneración se incrementa para proporcionar una tx~ayectoria más larga bajo la línea, o más seca, y se reduce para poder producir menos secado. En el sistema de control alternativo descrito primero, la capacidad de enfriamiento sensible se incrementa permitiendo que el equipo proporcione enfriamiento del espacio. La Figura 13 muestra una vista en planta esquemática de una unidad 10 de aire acondicionado/de deshumidificación de acuerdo con la Figura 1, donde los componentes soportan los mismos números de referencia. Como se ve en la presente, la unidad 10 se contiene en un alojamiento 100 en una disposición que elimina la necesidad de la canalización 51, 61 descrita en lo anterior. El alojamiento 10 es una estructura tipo caja rectangular que define un pleno 100 interno que se divide por una pared 102 interna en secciones 104, 106 de pleno. La rueda de desecante se monta rotatoriamente en la pared 102 de manera que su
segmento o sector 54 de proceso se localiza en el pleno 104 y su segmento 60 de regeneración está en el pleno 106. El soplador 70 se localiza en un lado 108 del pleno 106 para extraer el aire de suministro a través de las aberturas (no mostradas) en el lado 110 opuesto sobre y a través del serpentín 58. Ese aire fluye sobre el compresor 28 para enfriar eso también y se descarga a través de las aberturas en la pared 108 a la atmósfera. El soplador 50 se localiza en el pleno 104 cerca del segmento de proceso de la rueda 55 en un sub-pleno 112 definido por una pared 114 en el pleno 104. El soplador 50 extrae el aire de suministro a través de las aberturas (no mostradas) en la pared 116 extremas sobre y a través del serpentín 52 del evaporador y entonces a través del segmento 54 de proceso en el pleno 112. Desde ahí, el aire de suministro se descarga a través de las aberturas (no mostradas) en la pared 110 en el sub-pleno 112 hasta el recinto de la canalización separada que lleva al recinto 57. El soplador 56 se monta en el pleno 106 adyacente al lado corriente abajo del segmento 54 de regeneración de la rueda de desecante. Un deflector u otro medio 118 de separación o canalización se coloca en el pleno 106 adyacente a la rueda 55 y se extiende lejos hacia la pared 108. Como se describe en lo anterior, el soplador 56 extrae parte del aire que sale del serpentín 58 a través del segmento 60 de
regeneración de la rueda de desecante para regenerar la rueda. El deflector 118 evita que la recirculación del aire que sale de la rueda recircule otra vez alrededor de la rueda. Ese aire entonces se mezcla con el aire que se expulsa del pleno por el ventilador 70 a la atmósfera o puede conducirse separadamente, en todo o en parte, a la línea de aire de suministro. Esta estructura tiene numerosas ventajas que incluyen su tamaño compacto, eliminación de la canalización, y reducción en los caballos de fuerza del condensador y el ventilador/regeneración. También elimina el uso para cualesquier rejillas de tiro anti-retroceso en el circuito del condensador. Otra modalidad de la invención se ilustra en la Figura 4. En esta modalidad el sistema se adapta para tratar el aire de relleno y recuperar la entalpia de una corriente de aire de retorno . El aire de retorno con frecuencia está disponible en aplicaciones donde el aire fresco se proporciona debido a los elevados requerimientos de aire de relleno de espacio que resultan de la capacidad de ocupación y donde una gran cantidad de aire no se requiere para la presurización de espacio para disminución de carga de infiltración. Este tipo de diseño típicamente se utiliza para escuelas, teatros, arenas y otros espacios comerciales donde la humedad no necesita controlarse para bajar el nivel normal
(como el que se requiere en supermercados y pistas de hielo, que buscan beneficios en energía y calidad de las condiciones de humedad más bajas) . Además, tales espacios grandes utilizan grandes volúmenes de aire que tienen un valor de calor sustancial en ellos. El sistema 80 de esta modalidad comprende un serpentín 52 de enfriamiento para el tratamiento de una corriente A de aire de suministro ambiente externa seguida por una rueda 55 de desecante y soplador 50 para transportar la corriente de aire de suministro al espacio o recintos. Esta corriente de aire constituye el aire de relleno. El evaporador o serpentín 52 de enfriamiento se conecta a una pluralidad de circuitos de compresor refrigerante de DX. Esto se ilustra en la Figura 4 como dos serpentines 52, 52' y sus compresores 28 y 28' asociados. Sin embargo se entenderá que el circuito de enfriamiento que contiene el serpentín 52 y el compresor 28 pueden consistir de más de dos circuitos separadamente operables que contienen serpentines separados y compresores . Una corriente E de aire segunda o de regeneración se extrae del espacio 82 y es de una cantidad aproximadamente igual al 50 a 100% del aire de relleno en la primer corriente A de aire. Este aire primero fluye a través del serpentín 58 de condensación, después a través del segmento de regeneración de la rueda 55 de desecante, y se expulsa desde
el recinto al ambiente. El circuito de refrigeración para este sistema se diseña de manera que el calor requerido rechazado (es decir, vencido) en el condensador a la corriente de aire no excede la capacidad de transporte de calor de la segunda corriente de aire entre su temperatura de aire de retorno y la máxima temperatura de condensación de circuito de refrigeración de aproximadamente 54.44°C (130°F) . El refrigerante de este serpentín 58 entonces se utiliza para enfriar la primera corriente de aire (de suministro) . Como también se muestra en la Figura 4 uno o más compresores adicionales se conectan al serpentín de enfriamiento de la corriente de aire de suministro. Estos se dimensionan para proporcionar la capacidad de enfriamiento adicional para tomar la corriente de aire de relleno ambiente de las condiciones ambientes de menos de 13.88-17.22 °C (57 o-63°F) . Estos circuitos de enfriamientos adicionales poseen sus propios circuitos de condensación que expulsan su calor directamente al ambiente. Esto se muestra en la Figura 4 en el condensador 58' que trata el aire ambiente extraído a través del mismo por el ventilador 70. En esta modalidad, la rueda 55 de desecante se equipa con una disposición de servomotor que permite que la rueda de desecante gire selectivamente a elevadas revoluciones, particularmente 10-30 rpm, y a bajas revoluciones, particularmente 4-30 rph. En el modo de alta
velocidad, el rotor de desecante actuará como un intercambiador de entalpia y transferirá el calor latente y sensible entre la corriente de aire de regeneración y relleno. En el invierno una rueda de entalpia calienta y humidifica el aire de relleno, y en el verano enfriará y deshumidificara . El sistema de esta modalidad puede operar en cinco modos diferentes. Como se describe en lo siguiente, los compresores y los estados de la velocidad de la rueda se cambian para adaptar el rendimiento del sistema a los requisitos de espacio. El sistema puede ejecutarse en cualquiera o una combinación de los cinco modos. Los cinco modos principales son: Modo de sólo enfriamiento; Modo de sólo deshumidificación; Modo de enfriamiento y deshumidificación; Modo de intercambio de entalpia; y Modo de aire fresco. La operación de este sistema en el modo de sólo enfriamiento se ilustra en el diagrama psicrométrico de la Figura 5. En este modo, la rueda 55 de desecante no se opera y sólo el número de compresores necesarios para proporcionar el enfriamiento suficiente para el espacio estando operando. Sin embargo el compresor 28' cuyo serpentín 58 de condensador está en la línea de aire de retorno no está operando puesto que la rueda no está operando. La operación en esta forma, como se ve en la Figura 5, el aire ambiente en su corriente A
entra al banco de serpentines de enfriamiento en las condiciones del Punto 1, en DBT de 35°C (95°F) , BT de 25.83°C (78.5°F), y 17.14 gramos/kilogramos (120 granos/libras) , de contenido de humedad. Conforme pasa a través de los serpentines de enfriamiento/evaporación se mueve a lo largo de la línea punteada hasta y entonces bajo la curva de saturación hasta el Punto 2 en 18.33°C (65 °F) saturados, 13.25 gramos/kilogramos (92.8 granos/libras). El aire se ha enfriado y deshumidificado en este punto, pero no necesariamente hasta la zona de comodidad de ASHRAE puesto que no ocurre ninguna deshumidificación de la rueda. El calor absorbido en el serpentín 58' de condensación simplemente se rechaza a la corriente de aire ambiente mediante el condensador y ventilador 70. La operación del sistema de la Figura 4 en el modo de sólo deshumidificación se muestra en el diagrama psicrométrico de la Figura 6. En este modo, el motor de desecante se opera a un modo de baja velocidad (es decir, 4-30 rph) y el compresor 28' el cual sirve al serpentín 58 de condensación en la corriente E de aire de retorno está operando para calentar el aire de regeneración. Los otros circuitos de refrigeración, que incluyen los compresores 28 y los serpentines 58', 52 no están operando. De este modo, como se ve en la Figura 6, el aire A ambiente entra al banco de serpentines de evaporación en las condiciones del Punto 1, en
DBT de 35°C (95°F), BT de 25.83°C (78.5°F), y 17.14 gramos/kilogramos (120 granos/libras) . Cuando este aire pasa el serpentín 52, 52' se enfría en el serpentín 52' a lo largo de la línea punteada en el diagrama hasta y bajo la línea de saturación hasta el punto 2 en 18.33°C (65°F) saturados, 13.25 gramos/kilogramos (92.8 granos/libras) . Debido a que la rueda de desecante está operando, la corriente A de aire se procesa en la rueda donde se seca y se calienta adiabáticamente siguiendo la trayectoria aproximada de la línea de válvula termiónica en húmedo. Deja la rueda de desecante y se proporciona al recinto 82 en las condiciones del Punto 3, en DBT de 26.11°C (79°F) , WBT de 18.88°C (66°F) y 10.71 gramos/kilogramos (75 granos/libras) . En este ejemplo y en la operación típica, el aire de regeneración tomado del espacio 82 por el soplador 56 estará en las condiciones de aproximadamente DBT de 26.66°C (80°F) y WBT de 19.44°C (67°F), aproximadamente la misma condición que la corriente de aire de suministro de aire ambiente. Este aire de regeneración (es decir, el aire de escape desde el espacio) se pasa a través del serpentín 58 del condensador, recibe calor rechazado de ese serpentín y después fluye a través de la rueda 55 para regenerarlo. Esta es una ventaja sustancial, en esta condición de operación, sobre el uso de aire ambiente sólo para regenerar la rueda puesto que el aire de escape que deja el serpentín del
condensador tendrá humedad relativa más baja que si se utilizara el aire ambiente. De este modo, absorberá más humedad de la rueda y mejorará el rendimiento de desecante sobre lo que se puede lograr por el aire exterior solo . Después de pasar la rueda se ventila a la atmósfera. La operación del sistema de la Figura 4 en el modo de enfriamiento y deshumidificación se ilustra en el diagrama psicrométrico de la Figura 7. En este modo, como en el modo de sólo deshumidificación, la rueda 55 de desecante se hace girar lentamente (4-30 rph) pero el enfriamiento adicional se proporciona por el circuito o circuitos de enfriamiento adicionales que contienen los serpentines 58', 52 y el compresor 28 los cuales se operan, como lo hacen en el modo de sólo enfriamiento. En este caso, los modos de enfriamiento y deshumidificación funcionan juntos. La primera etapa del circuito de refrigeración que contiene el serpentín 58, 52' y el compresor 28' también operan y proporcionan la fuente de energía de reactivación. Operando de esta forma, el aire A de suministro (ya sea todo el aire ambiente o una mezcla de aire ambiente y parte de aire de retorno) entra al banco de serpentines de enfriamiento en el Punto 1 (Figura 7) en DBT de 35°C (95°F) , WBT de 25.83°C (78.5°F), 17.14 gramos/kilogramos (120 granos/libras) . Nuevamente sigue la línea punteada y bajo la línea de saturación hasta el Punto 2, saliendo del serpentín
52 ' . Debido a que están operando las segundas etapas o adicionales de los circuitos de enfriamiento, la condición de ese aire continúa más debajo de la línea de saturación llegando al punto 3 después de salir de la etapa 52 de enfriamiento secundaria. En ese punto, las condiciones de la corriente de aire de suministro son 13.88°C (57°F) saturados, 9.92 gramos/kilogramos (69.5 granos/libras). Este aire entonces entra al segmento 54 de proceso de las ruedas 55 de desecante donde se seca y se calienta adiabáticamente. Sigue generalmente la trayectoria de la línea de válvula termiónica en húmedo y deja la rueda en el Punto 4 en DBT de 23.33°C (74°F) , WBT de 14.44°C (58°F), y 6.85 gramos/kilogramos (48 granos/libras) . La operación del sistema de la Figura 4 en el modo de intercambio de entalpia se ilustra en el diagrama psicrométrico de la Figura 8. Este modo típicamente se utiliza en el verano cuando el aire externo está a una entalpia más alta que el aire interno, o en el invierno cuando la entalpia interna excede la entalpia externa. En este caso la rueda 55 de desecante se acciona a una alta velocidad (10-30 rpm) y todos los circuitos de refrigeración están apagados. Como se muestra en la Figura 8, en invierno, cuando el 100% del aire externo se utiliza teniendo las condiciones en el Punto 1 de DBT de 4.44°C (40°F) , WBT de 0°C (32°F) y 1.80 gramos/kilogramos (12.6
granos/libras) , el paso del aire a través de la sección 54 de proceso de la rueda provocará que las condiciones del aire que sale de la rueda se mueva a lo largo de la línea punteada desde el Punto 1 hasta el Punto 2 en DBT de 11.38°C (52.5°F), WBT de 6.94°C (44.5°F), y 4.35 gramos/kilogramos (30.5 granos/libras) . Desde ese punto, un calentador 80 convencional puede calentar el aire hasta la temperatura ambiente deseada. El aire de escape extraído del calentador se proporciona a la sección 60 para transferir el calor y la humedad al mismo. En el verano, la condición que utiliza el 100% del aire externo en el Punto 5, DBT de 28.05°C (82.5°F), WBT de 13.333°C (56°F) y 5.99 gramos/kilogramos (42 granos/1ibras) , el sistema operará en una forma inversa al provocar que el aire se mueva a lo largo de la línea punteada desde el Punto 5 hasta el Punto 6, es decir, a DBT de 26.66°C (80°F) , WBT de 16.38°C (61.5°F), 5.99 gramos/kilogramos (42 granos/libras) , justo en la zona de comodidad de ASHRAE . Utilizando el sistema de la Figura 4 en su modo de intercambio de entalpia con el 50% de aire ambiente y el 50% del aire de retorno provocará que el aire acondicionado que entra a la sección 54 del proceso de la rueda de desecante se mueva desde el Punto 3 hasta el Punto 4 en la Figura 8. Al final, el modo de intercambio de aire fresco de la modalidad de la Figura 4 se muestra en el diagrama
psicrométrico de la Figura 9. En este caso, todos los circuitos de enfriamiento y la rueda de desecante se apagan, y solamente los sopladores están encendidos para reabastecer constantemente el aire fresco. Como resultado, el sistema distribuye aire ambiente fresco sin recuperación de calor, enfriamiento o deshumidificacion . De preferencia, los compresores utilizados en esta modalidad también son del tipo variable para proporcionar operaciones más eficientes. Aún otra modalidad de la presente invención se ilustra en la Figura 10. El sistema de esta modalidad es similar al de la Figura 1, excepto que dos compresores 28 se utilizan en el circuito de refrigeración. Como se ve en el esquema transversal del evaporador de la Figura 11 para un circuito de enfriamiento de dos compresores representativos dos condiciones de operación para el sistema son posibles dependiendo de si están operando o no ambos compresores. Para disminuir el uso de energía, al incrementar el coeficiente de rendimiento (COP) del sistema es deseable operar el sistema en las presiones de succión más elevadas posibles lo cual permite que la humedad de espacio deseada y las condiciones de temperatura se logren. Operando un compresor en lugar de dos siempre que es posible también ahorra energía. La Figura 8 muestra dos líneas de inclinación que se elevan a la derecha mostrando la capacidad en BTUH de uno
Y dos compresores contra la temperatura de succión saturada con los compresores que operan al 100% de su capacidad para esa temperatura. El término temperatura de succión saturada quiere decir la temperatura del gas congelante que dej el serpentín 52 de enfriamiento del evaporador y que entra a los compresores . Las tres lineas que se inclinan hacia arriba y a la izquierda en la Figura 11 representan la temperatura de succión del gas refrigerante cuando la corriente de aire de suministro está en una de tres condiciones observadas en la gráfica y muestran la capacidad correspondiente de los compresores en cada temperatura. Donde dos conjuntos de lineas de inclinación cruzan, el evaporador y el compresor están operando a las mismas condiciones y por lo tanto la mayor eficiencia. Típicamente, múltiples compresores (al igual que compresores variables) se han operado para cortarse y desconectarse de la operación basándose en puntos de presión fijos detectados en la línea de refrigerante o basándose en la temperatura del aire de suministro que deja el serpentín del evaporador/enfriamiento . En la presente invención, utilizando una unidad de control de humedad (es decir, la rueda de desecante) , el error de humedad de espacio puede utilizarse para controlar la operación del compresor. De este modo, "error" es la diferencia entre la humedad actual
detectada en la habitación o espacio y el punto establecido de humedad (es decir, el nivel de humedad deseado) . Esta señal entonces se utiliza para reestablecer el punto de conexión de presión de succión para el segundo compresor. Si el error es grande, lo cual quiere decir que la humedad no está siendo reducida, la acción de reestablecimiento moverá la presión de conexión de succión a un establecimiento menor. Por otro lado si el error es pequeño, o la unidad enciende o apaga rápidamente, el reestablecimiento incrementará la conexión de presión de succión. De esta forma, la unidad opera en la presión de succión más alta posible produciendo las condiciones más estables y los ahorros de energía incrementados . Una modalidad aún adicional de la presente invención se ilustra en la Figura 12, la cual también muestra la operación de la unidad en enfriamiento o deshumidificación, o en ambos modos simultáneamente. La tecnología existente ha controlado tradicionalmente la presión de descarga de los sistemas de refrigeración (es decir, la presión del gas que deja el serpentín del evaporador o enfriamiento) para evitar presión de descarga excesivamente baja durante el invierno. Una técnica común de regulación de presión superior es reducir la velocidad del ventilador del condensador, que produce el efecto secundario benéfico de reducir la potencia necesaria
para operar el ventilador. Para las unidades de control de humedad que reducen la velocidad del ventilador tienen el mismo efecto y beneficio a temperaturas bajas. Sin embargo, debido a que las aplicaciones de enfriamiento y las unidades de control de humedad como se utilizan en la presente invención tienen la capacidad de operar el enfriamiento, deshumidificación o ambos modos simultáneamente, una variación en la práctica aceptada por la industria de la regulación superior de presión se necesita. Cuando no se limita por las temperaturas ambientes externas elevadas o un criterio de diseño particular de un condensador es deseable mantener la presión de descarga del compresor en el equivalente de entre a temperatura de descarga de 26.66°C (80°F) y 37.77°C (100°F) saturada. El sistema de control de esta modalidad, en el modo de enfriamiento, optimizará el rendimiento de enfriamiento al establecer el punto establecido de presión principal dentro de este margen. La eficiencia máxima se logra en relaciones de presión más baja, las cuales se caracterizan por presiones de succión más altas y presiones de descarga más bajas. Por otro lado, una unidad de control de humedad de rueda de desecante confía en crear una diferencia suficiente entre la humedad relativa del aire de suministro y la humedad relativa del aire de regeneración. Esta es la fuerza que
impulsa la transferencia de humedad en la rueda de desecante. También es benéfico operar el sistema de refrigeración a través de la relación de presión más baja posible. Esto quiere decir que las presiones de succión más altas y las presiones de condensación más bajas deben utilizarse. El sistema de la presente invención equilibra el rendimiento de toda la unidad sin dar preferencia al sistema de refrigeración o al sistema de desecante. Para lograr esto, un sensor 90 de humedad se coloca en la corriente de aire de regeneración, . después del serpentín 58 del condensador de calentamiento. Un valor de RH objetivo ejemplar puede estar en el margen de 10 a 30 por ciento de RH. Asumiendo que la saturación del aire enfriado que deja el serpentín 52 de enfriamiento se logra (Punto 2 en los diagramas psicrométricos) el sensor de humedad de espacio en el espacio 57 puede reestablecer la presión superior para obtener un RH específico detectado que entra a la rueda. Lo reestablecido puede limitarse para mantener la presión principal dentro de un margen predefinido de condiciones . Por ejemplo, con el refrigerante R-22, el margen de límite de presión principal puede ser de 11.81 kg/cm2 (168 psig) (32.22°C (90°F)) a 25.31 kg/cm2 (360 psig) (62.77°C (145°F) ) . Estas condiciones de operación generalmente se aceptan para compresores de caracol conocidos. Esto logra un margen de temperaturas de aire de salida desde el serpentín del
condensador o entrada a la rueda de 26.66°C (80°F) hasta 60°C (140°F) y evita la extracción de presiones principales del condensador con pérdida pretendida de rendimiento en el sistema de refrigeración. De este modo, el compresor puede ejecutarse a la presión principal más baja mientras produce aún la humedad relativa objetivo. Los ahorros pueden ser que la temperatura de aire de salida de 7.22°C (45 °F) obtenida con la presión principal de 18.28 kg/cm2 (260 psig) alcance el RH % objetivo a una presión menor reduciendo con esto la entrada de potencia del compresor mientras incrementa la capacidad de refrigeración. Otra forma de lograr el mismo resultado puede ser al utilizar la diferencial o elasticidad de la salida de reacción o temperatura diferencial para reactivar la temperatura de entrada. Por ejemplo, la rueda de desecante presumiblemente tendrá una temperatura de aire de salida menor cuando la rueda aún esté húmeda. Inversamente, la temperatura de aire de salida comenzará a elevarse cuando la rueda esté completamente reactivada, es decir, seca. La temperatura del aire en cualquier lado de la rueda puede detectarse por sensores 92 de temperatura convencionales y monitorearse continuamente. Cuando el incremento de aire en la temperatura de aire de entrada de reactivación produce un incremento casi similar en la temperatura de aire de salida indica que la energía no está siendo utilizada para desplazar
la humedad de la rueda y por lo tanto que la presión principal puede reducirse mediante el control apropiado de la compresión . Alternativamente, el control puede establecerse para mantener una diferencial objetivo de -6.66°C (20 °F) en la temperatura a través de la rueda. Este sistema reduce la perdida de energía al comparar la energía de reactivación con la carga para reducir las temperaturas de reactivación lo cual a su vez reduce la presión principal que resulta en rendimiento de refrigeración mej orado . Aunque modalidades ilustrativas de la presente invención se han descrito en la presente con referencia a los dibujos anexos, se entenderá que la invención no se limita a esas modalidades precisas, pero que varios cambios y modificaciones pueden efectuarse en la misma por aquellos con experiencia en la técnica sin apartarse del alcance o espíritu de esta invención.