專利名稱:除濕器控制的空調(diào)器及方法
本發(fā)明涉及一種新型空調(diào)器及一種新的空調(diào)方法，其中除濕器在負(fù)荷狀態(tài)變化情況下是受控的，以在峰值負(fù)荷和部分負(fù)荷狀態(tài)下消除顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷。較低的能耗和性能的改善是本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)于定風(fēng)量系統(tǒng)和變風(fēng)量系統(tǒng)，許多問題的產(chǎn)生是由于要力圖降低能源消耗，減少設(shè)備費(fèi)用和減小空調(diào)系統(tǒng)所需占用的空間而造成的，其中有些問題已得到順利解決，而另一些問題則較大程度上靠廢除原始設(shè)計(jì)任務(wù)及不斷地將性能指標(biāo)降低至不可接受的程度時(shí)才能解決。
下面的參數(shù)尤其需要考慮(ⅰ)冷卻液流量冷卻液流量在邊界天氣條件下影響部分負(fù)荷性能。除濕器管內(nèi)的冷卻液流速越高，而所有其它參數(shù)保持不變，則在空氣濕度圖上盤管的狀態(tài)曲線就越陡，也就是說，潛冷(除濕量)與顯冷之比就越大。
一般，不論空調(diào)系統(tǒng)是定風(fēng)量系統(tǒng)還是變風(fēng)量系統(tǒng)，通常的作法是當(dāng)需要減少顯冷時(shí)，靠減少通過除濕器盤管的冷卻液體積流量來實(shí)現(xiàn)控制。這樣不僅降低了盤管的冷卻能力，而且由于減小了冷卻液側(cè)的傳熱系數(shù)而使傳向冷卻液的熱量的比率降低。
在部分負(fù)荷天氣條件期間，向空調(diào)區(qū)傳遞的顯熱降低，或?qū)嶋H上可以成為負(fù)值并且消除了部分內(nèi)部顯熱負(fù)荷。但與顯熱同時(shí)出現(xiàn)并同時(shí)傳遞的潛熱(來自人，滲透和其它來源)實(shí)際上保持不變或可能有所增加。部分負(fù)荷狀態(tài)常常是與設(shè)計(jì)的峰值狀態(tài)相比，外界干球溫度較低，露點(diǎn)溫度較高。于是顯熱負(fù)荷降低而潛熱負(fù)荷增加，除濕器必須在新的潛熱與顯熱傳熱比條件下運(yùn)行，因此盤管的狀態(tài)曲線斜率需要更陡。
(a)定風(fēng)量(CAV)系統(tǒng)的冷卻液常規(guī)流量在定風(fēng)量系統(tǒng)中，進(jìn)入除濕器盤管表面的常規(guī)空氣流流速，以下稱之為“表面流速”，不隨負(fù)荷的變化而改變。減小的負(fù)荷通過對(duì)流向除濕器的冷卻液流進(jìn)行節(jié)流來抵消。結(jié)果，除濕器表面溫度升高，導(dǎo)致離開除濕器的空氣溫度比不限制冷卻液流情況下還高。如果空調(diào)區(qū)域的潛熱負(fù)荷很小，部分負(fù)荷下的外界空氣是干燥的話，這是適應(yīng)負(fù)荷減小的唯一令人滿意的方法，但這種情況是罕見的。減少冷卻液流量會(huì)引起表面溫度升高，其結(jié)果是減小了冷卻液側(cè)的傳熱系數(shù)，進(jìn)而造成盤管的狀態(tài)曲線斜率變小，使?jié)摕崤c顯熱的傳熱比減小，低于全負(fù)荷時(shí)的傳熱比。在對(duì)冷卻液節(jié)流的過程中，濕度比越來越高。但在部分負(fù)荷期間，盤管的狀態(tài)曲線需要更陡以適應(yīng)潛熱與顯熱負(fù)荷之比的增加，這一點(diǎn)是已確定了的。
(b)冷卻液流量和變風(fēng)量(VAV)系統(tǒng)在變風(fēng)量(VAV)系統(tǒng)情況下，使送風(fēng)溫度保持不變而空氣流量隨總負(fù)荷減小而減少。而定風(fēng)量系統(tǒng)是隨負(fù)荷的減小，對(duì)冷卻液進(jìn)行節(jié)流以使送風(fēng)溫度保持一定，而這又使盤管的狀態(tài)曲線斜率趨于減小。如果盤管表面溫度保持在空氣的露點(diǎn)溫度之下，其作用則由于空氣流量的降低而部分被抵消，這是因?yàn)榭諝庑枰^長(zhǎng)時(shí)間通過盤管，相當(dāng)一部分空氣被充分冷卻以至出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。這兩種相反作用的綜合結(jié)果是在部分負(fù)荷下對(duì)冷卻液流量節(jié)流，引起VAV系統(tǒng)中的盤管狀態(tài)曲線斜率的減小，但減小的程度不如CAV系統(tǒng)中明顯。抑制冷卻液溫升和/或降低冷卻液送液溫度是控制盤管的狀態(tài)曲線陡度的輔助方法。
(ⅱ)除濕器的大小對(duì)于全負(fù)荷設(shè)計(jì)條件下所選擇的除濕器盤管大小與在部分負(fù)荷條件下被抵消的實(shí)際負(fù)荷所選擇的除濕器盤管大小之間存在不一致的情況，這種情況構(gòu)成了本發(fā)明所克服的主要困難。
對(duì)于一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)，需要消除滿設(shè)計(jì)負(fù)荷的40%或30%的部分負(fù)荷狀態(tài)是較為常見的。目前的實(shí)踐表明，人們還沒有認(rèn)識(shí)到當(dāng)一部根據(jù)峰值設(shè)計(jì)負(fù)荷嚴(yán)格確定了大小的除濕器，需要在部分負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)而產(chǎn)生的嚴(yán)重后果?？款檰柟こ處焸儊泶_定部分負(fù)荷性能的情況是少見的。在低負(fù)荷狀態(tài)下，通過給定盤管的冷卻液流量變成了細(xì)液流(相對(duì)于負(fù)荷的大小來說，在這種負(fù)荷狀態(tài)下，該流量大得不成比例)。這樣，管子的傳熱系數(shù)不可避免地減小到很小數(shù)值，盤管的表面溫度則增加。
對(duì)于液體流冷卻劑，例如冷凍水，及液體和蒸汽流冷卻劑，例如致冷劑R12或R22，冷卻劑側(cè)的傳熱系數(shù)都出現(xiàn)減小。在后一種情況下，多種流動(dòng)方式的出現(xiàn)取決于液體的質(zhì)粒、每相的流體特性以及流量。根據(jù)1981年的ASHRAE手冊(cè)中2.31頁(yè)圖20，可充分認(rèn)識(shí)低質(zhì)量速度的致冷劑對(duì)傳熱系數(shù)的影響，該手冊(cè)由美國(guó)佐治亞州亞特蘭大的美國(guó)供熱、制冷和空氣調(diào)節(jié)工程師協(xié)會(huì)出版。該圖清楚地表明，致冷劑質(zhì)量流量降到最大質(zhì)量流量的40%時(shí)，傳熱系數(shù)相應(yīng)降到34%。
對(duì)于大部分盤管來說，其表面溫度可能大于要處理的空氣的露點(diǎn)溫度，同時(shí)必然有除濕損失。第二個(gè)理由是，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)在部分負(fù)荷時(shí)，其盤管的狀態(tài)曲線斜率恰好在需要變陡時(shí)卻趨于平緩，盡管通過盤管的表面速度的降低會(huì)造成變陡的作用。
(ⅲ)副表面積與主表面積之比(翅片密度)盤管的濕外表面溫度越低，水蒸汽在這些表面上凝結(jié)得越多。翅片(或副表面)比管子(或主表面)有較高的表面溫度。當(dāng)翅片密度增加時(shí)，翅片平均溫度也增加，而翅片間氣流的雷諾數(shù)將減小，這樣傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)將減小。如使主表面積占較大比例時(shí)，每單位表面積的除濕量將變大，但如主表面積增大過多，將導(dǎo)致盤管圈數(shù)及高度的增加，不能有效利用制造盤管的材料。這樣，對(duì)于一個(gè)給定的具體應(yīng)用，就有一個(gè)能達(dá)到所需的除濕程度且能充分利用材料的最佳副表面積與主表面積之比?？刻岣叱崞芏葋韺で鬁p小盤管高度的作法是極少被采用的。這樣做雖然可以略微減小盤管尺寸，從而也可略微減少除濕器的一次投資，但有明顯的證據(jù)表明，這樣會(huì)阻礙除濕并損害部分負(fù)荷性能。盤管的狀態(tài)曲線斜率將減小，性能將降低，并且由于較大的翅片密度，使氣流的阻力增大，從而使風(fēng)機(jī)的動(dòng)力需求增加。
性能在空調(diào)設(shè)計(jì)中，尤其是在考慮節(jié)能和節(jié)省空間時(shí)，常常采用變風(fēng)量(VAV)系統(tǒng)。然而，由于這種系統(tǒng)的性能在部分負(fù)荷時(shí)達(dá)不到予期的效果，所以遭到住房居民的廣泛批評(píng)。在1983年(9月)的ASHRAE雜志中的一篇文章(Tamblyn)談到新變風(fēng)量系統(tǒng)時(shí)抱怨“……空氣不新鮮，缺少空氣流動(dòng)……”，并報(bào)告說“主人們正在靠提高室外空氣率，延長(zhǎng)開風(fēng)扇的時(shí)間和使用最小的氣流(需要使用過去已廢除不用了的再熱)等方法來降低能耗”。
也可以參考1987年8月的ASHRAE雜志第22頁(yè)，其中詳細(xì)討論了VAV系統(tǒng)的問題，并列舉了諸如溫度不均勻，缺乏溫度和濕度控制，缺少空氣運(yùn)動(dòng)，缺少新鮮空氣和不能充分節(jié)能等問題。文章中甚至建議采用中間再熱，另外，文章還建議只在空調(diào)區(qū)域內(nèi)部才有必要利用VAV系統(tǒng)進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。
在節(jié)約空間和節(jié)能方面特別優(yōu)越的典型VAV系統(tǒng)是一種安裝在高層辦公區(qū)每一層樓都有空氣處理裝置的設(shè)備。由于每一部空氣處理裝置安設(shè)在由它來處理空氣的那層樓上，因而不必采用大的軸距及長(zhǎng)的纜線管道。按常規(guī)一般將天花板內(nèi)的空間作為一個(gè)大回風(fēng)箱。如果這樣一種建筑物是位于城市內(nèi)，比如澳大利亞的墨爾本，或得克薩斯州的達(dá)拉斯，這種系統(tǒng)將設(shè)計(jì)成在夏季峰值設(shè)計(jì)條件期間室外空氣干球溫度較高。如95°F(35℃)以及濕度較低的情況下運(yùn)行。在部分負(fù)荷及邊界氣象條件期間，當(dāng)外界干球溫度較低時(shí)，總存在著許多時(shí)段，在這些時(shí)段內(nèi)的濕度比大大高于夏季峰值條件的濕度比。一般普通采用的最小新風(fēng)吸入量相當(dāng)于最大總設(shè)計(jì)風(fēng)量的15%。由于滿足通風(fēng)需求的最小新風(fēng)吸入量是個(gè)定量，在部分負(fù)荷為60%時(shí)，所需室外新風(fēng)是(15/0.6)%，即26%;在部分負(fù)荷為30%時(shí)，所需室外新風(fēng)是50%。這樣在潮濕的部分負(fù)荷時(shí)期，除濕器不僅要在高于峰值負(fù)荷的室外空氣濕度比的狀態(tài)下運(yùn)行，而且也要在室外新風(fēng)比例較高的狀態(tài)下運(yùn)行。這種負(fù)荷狀態(tài)往往超過傳統(tǒng)的VAV系統(tǒng)的空氣處理能力，這就是人們常抱怨“潮濕”和“悶熱”的主要原因。
本發(fā)明中，靠控制通過盤管的冷卻液流量可基本克服上述的幾種困難，這種方法使盤管中的足夠部分保持有較高流速的冷卻液，以保證在各種負(fù)荷狀態(tài)下都有足夠的除濕能力。一種最佳的措施是增加通過除濕器部分的冷卻液流量，同時(shí)減少通過其它部分的流量。
每一部分在設(shè)計(jì)和安排上都可以是獨(dú)立的，也就是說，每一部分可以有不同的回路，不同的翅片密度，不同的排列高度和不同的幾何形狀。這樣，各盤管不同部分間有不同的冷卻液溫升。另一個(gè)措施是選擇盤管，使某盤管的有效部分有較低的冷卻液溫升，以便在所希望的部分負(fù)荷狀態(tài)下能增加除濕量。
靠這些方法，可以增大盤管的狀態(tài)曲線斜率，使之接近一條直線，同時(shí)降低了設(shè)備的總?cè)萘俊?br>在空調(diào)空間內(nèi)(在部分負(fù)荷時(shí))與“潮濕”或“悶熱”相關(guān)聯(lián)的困難，在本發(fā)明中得到解決，解決辦法是保持足夠高的氣流速度來確保充分通風(fēng)，在向空調(diào)空間送風(fēng)的出口調(diào)風(fēng)裝置中維持附壁效應(yīng)，以及在該空間內(nèi)維持空氣運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)有技術(shù)就申請(qǐng)人所知，還沒有接近的已有技術(shù)，能在部分負(fù)荷狀態(tài)下使盤管的狀態(tài)曲線變得足夠陡，以接近消除在出現(xiàn)的各種顯熱與潛熱之比時(shí)的顯熱和潛熱負(fù)荷。
但可參考1982年ASHRAE會(huì)刊(Shaw)和相應(yīng)的美國(guó)4319461號(hào)專利。這些參考文獻(xiàn)表明，濕空氣的表面速度會(huì)影響部分負(fù)荷性能。當(dāng)雷諾數(shù)和表面速度減小時(shí)，盤管的狀態(tài)曲線斜率會(huì)變陡，盤管的狀態(tài)曲線的曲率會(huì)向直線曲率的方向減小。
有(Shaw)在第七屆國(guó)際傳熱會(huì)議文件匯編(聯(lián)邦德國(guó)，慕尼黑，卷6，華盛頓半球出版公司出版)中進(jìn)一步探討了這個(gè)問題。相關(guān)資料還包括在上面提到的1983年9月ASHRAE雜志中一篇題為“對(duì)歪曲VAV的反擊”的文章，作者R.T.Tamblyn。最后，可作為參考文獻(xiàn)的還有上述的肖(Shaw)，以及R.E.Luxton教授1985年寫的“關(guān)于通過除濕器盤管傳熱傳質(zhì)的氣流速度作用的最新發(fā)現(xiàn)“一文(第三屆大洋洲傳熱傳質(zhì)會(huì)議論文匯編，墨爾本大學(xué)，由E.A.Books出版，圣林納德斯，新南威爾士州)。
在本發(fā)明中，空調(diào)器的除濕器包括由例如冷凍水或制冷劑來冷卻的盤管部分。在部分負(fù)荷狀態(tài)下，低于峰值負(fù)荷流量時(shí)的冷卻液流量，或其總的消除量，僅局限在盤管的某些部分，而其它部分可得到等于或大于峰值負(fù)荷狀態(tài)時(shí)的流量。由于盤管的有效大小減少，更多的泵輸出用來提供冷卻液，通過盤管其它部分的相對(duì)未加以限制的冷卻液流量可以比峰值負(fù)荷狀態(tài)時(shí)的流量還大。另外，在指定的空氣調(diào)節(jié)負(fù)荷狀態(tài)下，通過予先調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)打開(或關(guān)閉)冷卻液節(jié)流閥，使通過盤管有效部分的相對(duì)未受限制的冷卻液流量可大于(或小于)峰值負(fù)荷狀態(tài)下的流量。本發(fā)明中不至有一個(gè)控制閥，每個(gè)控制閥至少與構(gòu)成整個(gè)盤管系統(tǒng)的某一部分盤管相關(guān)聯(lián)。對(duì)負(fù)荷變化的全范圍進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目刂妻k法可以用一些在峰值負(fù)荷期間不全開啟的閥，一些在部分負(fù)荷期間全開啟的閥，和一些在系統(tǒng)的部分工作范圍期間保持固定在某個(gè)部分開啟狀態(tài)的閥。
在許多情況下，通過除濕器盤管部分的冷卻液流將完全不受限制。但是本發(fā)明對(duì)總盤管系統(tǒng)的每一盤管部分通常(但并非總是)至少使用一個(gè)閥。在系統(tǒng)的部分工作范圍期間，對(duì)全范圍負(fù)荷變化起作用的控制方法可以使用并常常使用一些在部分負(fù)荷狀態(tài)下全開啟和一些不完全開啟的閥。
更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明的空調(diào)器的特征在于有一個(gè)這樣的除濕器，該除濕器包括多個(gè)盤管部分，有選擇地控制從供液裝置通過該盤管部分流過的冷卻液流量的閥門，以及以某種方式將閥與傳感器相聯(lián)接的聯(lián)接裝置，所述方式是當(dāng)負(fù)荷從峰值狀態(tài)減小到部分負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，通過某一盤管部分的冷卻液流量被所述閥門所限制，而通過盤管其它部分的流量仍然足以維持應(yīng)有的除濕量。
其結(jié)果是對(duì)于部分負(fù)荷來說，除濕器的有效尺寸減小了，而冷卻液流量增加來提高除濕作用。
對(duì)一個(gè)空調(diào)空間來說，“設(shè)計(jì)狀態(tài)”多少是一種隨機(jī)狀態(tài)，但通常溫度在22℃到26℃的狹窄范圍內(nèi)，濕度在35%到55%的狹窄范圍內(nèi)。本發(fā)明將提供更大的空氣處理能力來補(bǔ)償負(fù)荷需求量，在從最小負(fù)荷到峰值負(fù)荷的整個(gè)范圍內(nèi)，以精確的顯熱和潛熱負(fù)荷比來滿足這些設(shè)計(jì)狀態(tài)。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是通過除濕器盤管或多個(gè)盤管的空氣流速小于傳統(tǒng)系統(tǒng)中通過除濕器盤管或多個(gè)盤管的流速。其結(jié)果是比起傳統(tǒng)系統(tǒng)來，風(fēng)機(jī)動(dòng)力消耗顯著減小，噪聲級(jí)同樣顯著減小。
下面描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，并結(jié)合附圖進(jìn)行說明，其中圖1是一個(gè)簡(jiǎn)化了的焓濕圖，表示了變風(fēng)量設(shè)備的盤管狀態(tài)曲線和負(fù)荷比線，傳統(tǒng)狀態(tài)下的曲線用虛線表示，本發(fā)明的變化曲線用實(shí)線表示。
圖2表示當(dāng)本發(fā)明用于相同大小的設(shè)備中時(shí)，如下文所述，在不同的負(fù)荷百分比(100%和80%;61%;60%;以及40%)情況下的盤管狀態(tài)曲線。
圖3表示出能實(shí)現(xiàn)圖1和圖2中表明的結(jié)果的設(shè)備，圖3a表示在滿負(fù)荷情況下的整體設(shè)備，圖3b表示在部分負(fù)荷(60%)情況下的整體設(shè)備，圖3c表示在部分負(fù)荷(40%)情況下的整體設(shè)備。
圖4圖示地表明在一個(gè)設(shè)備中，在負(fù)荷的整個(gè)范圍內(nèi)閥的控制情況，其中該設(shè)備除濕器包括由單獨(dú)一個(gè)閥起作用的兩個(gè)盤管部分，和由分離開的幾個(gè)閥起作用的另外兩個(gè)盤管部分。
很明顯，在許多情況下都需要如圖4表明的那樣用閥來節(jié)流，例如根據(jù)建筑物輔助設(shè)施的設(shè)想而安裝了尺寸過大的空調(diào)設(shè)備的情況。在許多情況下，甚至在峰值負(fù)荷狀態(tài)，也需要對(duì)通過除濕器的冷卻液流量進(jìn)行部分節(jié)流，因而下文所述的往往對(duì)冷卻液的節(jié)流必須考慮相對(duì)節(jié)流。例如，就空氣調(diào)節(jié)條件的動(dòng)力學(xué)而論，在確定選擇除濕器時(shí)，環(huán)境條件是優(yōu)先考慮的因素。舉例來說，峰值空調(diào)負(fù)荷期間氣候干燥的地方，如墨爾本、維多利亞和得克薩斯州的達(dá)拉斯，在峰值空調(diào)期間不需要有最大冷卻液流量，因而可對(duì)冷卻液部分節(jié)流。除了潮濕條件之外，對(duì)冷卻液進(jìn)行最小節(jié)流是有充分根據(jù)的。圖4用圖示法表明了這種作用。
圖4表明的實(shí)例中，包括了本發(fā)明的一個(gè)非常重要的方面，而這在傳統(tǒng)系統(tǒng)中是不適用的。為了在部分空調(diào)負(fù)荷狀態(tài)期間提高性能，全套除濕濕的每一部分都具有能采用不同回路、不同翅片密度、不同排列高度和/或不同幾何尺寸的優(yōu)點(diǎn)。這樣，本發(fā)明在尺寸和性能特點(diǎn)的變化上提供了選擇性，這將有可能使本發(fā)明在整個(gè)空調(diào)負(fù)荷范圍內(nèi)都非常適用。這也影響冷卻液流量的節(jié)流。
因此，從以上所述可看出，存在著許多特殊見解，該見解可以支持或反對(duì)減少負(fù)荷性能期間普遍采用的一般負(fù)荷特性。正是這些見解涉及到使用“相對(duì)”節(jié)流這一術(shù)語(yǔ)。
本發(fā)明的全套盤管設(shè)備分為幾個(gè)盤管部分，當(dāng)空調(diào)負(fù)荷降低到峰值負(fù)荷以下時(shí)，使總盤管的有效部分減少，以這種方式，使在這部分負(fù)荷期間通過全套盤管設(shè)備的其余有效部分的冷卻液速度增加，以保持或增大盤管系統(tǒng)的除濕能力。正是以這種方式，在部分負(fù)荷期間，得到了盤管狀態(tài)曲線，該曲線能滿足一般負(fù)荷特性，并能滿足部分負(fù)荷期間出現(xiàn)的潛熱與顯熱負(fù)荷特性的增加了的比率。隨著表面速度降低，冷卻液速度提高以及冷卻液溫升的減小，盤管狀態(tài)曲線的斜率變得更陡，這個(gè)曲線的曲率朝著直線的曲率減小。在本發(fā)明中，全套盤管設(shè)備的有效尺寸范圍與盤管在從峰值負(fù)荷到最小負(fù)荷的整個(gè)負(fù)荷狀態(tài)下的工作范圍相適應(yīng)。傳統(tǒng)的方法是很不相同的，這是由于不管性能怎樣理想，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，冷卻液速度減小，盤管的有效尺寸不變。當(dāng)與本發(fā)明的峰值冷卻液狀態(tài)相比較時(shí)，如圖4表明的那樣，在負(fù)荷為峰值空調(diào)負(fù)荷的37%的情況下，通過閥的冷卻液流量為65%，盤管的32%是有效的;在負(fù)荷為峰值空調(diào)負(fù)荷的53%的情況下，通過閥的冷卻液流量為110%，盤管的67%是有效的。很顯然在本發(fā)明中，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，盤管的有效尺寸不必與冷卻液流量的節(jié)流成正比。本發(fā)明的這一構(gòu)思的目的是空調(diào)負(fù)荷減小時(shí)，減小除濕器的有效尺寸，同時(shí)減小表面速度，提高冷卻液流速，降低冷卻液溫升，其目的是為了在所遇到的從峰值負(fù)荷到最小負(fù)荷的整個(gè)負(fù)荷范圍期間，以顯熱和潛熱產(chǎn)生時(shí)的同樣的比例來抵消潛熱和顯熱負(fù)荷。
圖1表示在同樣的部分負(fù)荷狀態(tài)下，對(duì)傳統(tǒng)的VAV系統(tǒng)和本發(fā)明的VAV系統(tǒng)進(jìn)行的比較。圖2表示按照本發(fā)明的VAV系統(tǒng)，隨著負(fù)荷的減小，除濕量增加的情況。
現(xiàn)在看一下圖3a、3b、3c的情況。
圖3a中，熱交換器10(冷凍器)具有一個(gè)由來自致冷設(shè)備(沒有表明)的致冷劑冷卻的回路，熱交換器的其它回路包含有卻冷水或某些其它冷卻液。除濕器16由盤管部分14、15和17組成，水泵11將冷凍水泵入管道12和13內(nèi)，管道12和13將冷凍水供給除濕器16的第一盤管部分14和第三盤管部分15。除濕器16的第二盤管部分17則由第三盤管部分15的出口側(cè)引出的分流管道18提供冷凍水。必須強(qiáng)調(diào)，這個(gè)實(shí)施例僅是本發(fā)明的一個(gè)典型，對(duì)設(shè)計(jì)者來說，在本發(fā)明內(nèi)的大范圍的布置都是適用的。
這里提供了一種由標(biāo)號(hào)20表示的電子控制器，理想的是直接數(shù)字控制器，用來控制由標(biāo)號(hào)21、22和23表示的三個(gè)閥，每個(gè)閥由各自的螺線管、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)或其它裝置操縱，所有的螺線管或驅(qū)動(dòng)元件用標(biāo)號(hào)24表示。
電子控制器也起到控制風(fēng)扇26的作用，風(fēng)扇26通過過濾器27和除濕器16吸入空氣，并將空氣排入空調(diào)區(qū)域28，圖3a中說明了一種這樣的設(shè)置。根據(jù)通常的設(shè)計(jì)，每個(gè)空調(diào)區(qū)域28都包括有由恒溫器30控制的導(dǎo)流板29。
閥21、22和23起作用的方式如下滿負(fù)荷冷凍水由泵11通過管道12和第一盤管部分14泵入，并通過開啟的閥21返回到熱交換器10。冷凍水還流過管道13，第三盤管部分15、管道18和第二盤管部分17，并通過開啟的閥22和冷凍水回流管流回?zé)峤粨Q器10，閥23是關(guān)閉著。
在下一個(gè)狀態(tài)期間，從滿負(fù)荷到部分負(fù)荷(60%)的轉(zhuǎn)換中，當(dāng)閥22節(jié)流而閥23開啟時(shí)，通過第二盤管部分17的冷卻液流量逐漸減小。
部分負(fù)荷(60%)在電子控制器20的控制下，各閥門各自的螺線管24及驅(qū)動(dòng)元件操縱各閥門，使它們處于圖3b所示的狀態(tài)。冷卻液以滿冷卻液流量流經(jīng)第一盤管部分14及開啟的閥21，由于閥22關(guān)閉，沒有冷卻液流過第二盤管部分17，而由于閥23開啟，通過第三盤管部分15的冷卻液也是滿流量。這種狀態(tài)在圖2由C60%表示，C指的是根據(jù)本發(fā)明的空氣從全套除濕器16排出的狀態(tài)。這就能與C100%(表示100%負(fù)荷)、61%(表示轉(zhuǎn)換期間的狀態(tài))、和40%(表示下面要描述的40%負(fù)荷狀態(tài))進(jìn)行比較。然而，60%負(fù)荷顯示的狀態(tài)基本與下面要討論的圖1中的滿負(fù)荷線相一致。
從60%的部分負(fù)荷轉(zhuǎn)變到40%的部分負(fù)荷閥22保持關(guān)閉，閥23保持開啟。閥21朝關(guān)閉狀態(tài)節(jié)流，閥23保持開啟。因而通過第一盤管部分的冷卻液流量慢慢減小，直到部分負(fù)荷為40%時(shí)完全關(guān)閉。
部分負(fù)荷為40%圖3c表示部分負(fù)荷為40%的狀態(tài)，其中閥21和22都關(guān)閉，而閥23開啟，因而冷卻液僅流經(jīng)第三盤管部分15。如果(象表明的那樣)水泵11是離心泵，由于其固有的特性，流經(jīng)第三盤管部分15的冷卻液比滿負(fù)荷狀態(tài)時(shí)還多，從而盤管部分15產(chǎn)生了附加的除濕作用，這有助于在圖1表明的C60%標(biāo)記的點(diǎn)上進(jìn)一步增加盤管狀態(tài)曲線的斜率。(另外，一般來說，如圖4表明的那樣，由控制系統(tǒng)20可將任一特定閥門預(yù)調(diào)至任一理想開啟位置來增加冷卻液流量)。
從40%的部分負(fù)荷至30%的部分負(fù)荷閥21、22和23保持如圖3c表明的那樣，但閥23節(jié)流來減小通過第三盤管部分15的冷卻液流量。
30%的最小部分負(fù)荷在最小部分負(fù)荷狀態(tài)下，盡管如此閥23仍部分開啟，以使限量的冷卻液流經(jīng)第三盤管部分15。
所有上述功能以表格的形式在表1中表示。
如上所述，變風(fēng)量系統(tǒng)(VAV)所遇到的問題之一是在很低的負(fù)荷狀態(tài)下，由于通風(fēng)量不足，被冷卻和除濕的空調(diào)區(qū)域變得悶熱，不令人滿意。風(fēng)扇速度(或其它空氣流速控制)是由供氣恒溫器32和空氣流量表33來控制的，為了確保能無論如何提供適量通風(fēng)的最小空氣體積流量，如表1指明的，干球溫度將提高1°至3°。借助如下面所述的數(shù)字控制裝置20可達(dá)到這種狀況。百分比負(fù)荷可由任一已知的措施來確定，如以目前空調(diào)過程中所用的措施，或以本實(shí)施例的空氣流量表33，或以已普遍使用的方式。
在經(jīng)過除濕器的空氣流焓差顯著變化情況下，流量表33可能需要調(diào)整，因?yàn)樵诓糠重?fù)荷情況下，這也是一個(gè)應(yīng)考慮的因素。
圖5、圖6表示電子控制器20和其工作過程。電子控制器可以是用于空氣調(diào)節(jié)的許多種容易得到的電子控制器的任一種，但本實(shí)施例中，它包括一個(gè)控制器C500和接口系統(tǒng)N500，并結(jié)合從約翰遜控制產(chǎn)品部(伊利諾斯州拿波維爾，東德爾路1250號(hào))買到的DSC1000。
現(xiàn)在參考圖1和圖2，兩圖用圖解法說明了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
圖1中，虛線B-D和虛線F-D表明了根據(jù)傳統(tǒng)的控制方法，在部分負(fù)荷狀態(tài)下所得到的盤管狀態(tài)曲線和負(fù)荷比線。負(fù)荷比線F-D的斜率由被抵消的潛熱和顯熱負(fù)荷比來確定，然而其位置則由空氣離開除濕器時(shí)的狀態(tài)來確定。
標(biāo)號(hào)Q指的是在部分負(fù)荷狀態(tài)下，外部空氣的狀態(tài)。QF線的作用是以其長(zhǎng)度比FB/QB將外部空氣與來自空調(diào)區(qū)域的回流空氣進(jìn)行混合。
在圖1的實(shí)例中，傳統(tǒng)的系統(tǒng)與本發(fā)明的系統(tǒng)在同一部分負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行比較。更要注意的是，如在表1中“外部空氣一總空氣量的部分”一欄指明的，隨著部分負(fù)荷狀態(tài)的進(jìn)一步降低，F(xiàn)B/BQ比值將增加。這樣對(duì)于同樣的外部空氣狀態(tài)，Q點(diǎn)、B點(diǎn)將升高至更高的濕度比，使問題進(jìn)一步嚴(yán)重起來。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，既使在最低的部分負(fù)荷狀態(tài)，也會(huì)令人滿意地達(dá)到特定的狀況。
符號(hào)B表示根據(jù)傳統(tǒng)控制方式，進(jìn)入除濕器的混合空氣狀態(tài)的點(diǎn)，符號(hào)D表示空氣離開除濕器的狀態(tài)，符號(hào)F表示在傳統(tǒng)控制條件下所達(dá)到的實(shí)際平均空調(diào)區(qū)域狀態(tài)。這與本發(fā)明的實(shí)線狀態(tài)進(jìn)行比較，根據(jù)本發(fā)明，混合空氣在A點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)入除濕器，空氣從除濕器離開的狀態(tài)在C點(diǎn)，本發(fā)明的空氣平均空調(diào)區(qū)域狀態(tài)在E點(diǎn)表示，這是在部分負(fù)荷情況下理想的平均空調(diào)區(qū)域狀態(tài)。上面一條實(shí)線是本發(fā)明的盤管狀態(tài)曲線，下面一條實(shí)線是本發(fā)明的負(fù)荷比線。
如圖1表明的，具有平緩盤管狀態(tài)曲線特性的傳統(tǒng)系統(tǒng)，既使進(jìn)入傳統(tǒng)系統(tǒng)的空氣初始狀態(tài)在A點(diǎn)，也不能達(dá)到接近于E點(diǎn)的離開除濕器的空氣狀態(tài)。
為了進(jìn)一步說明，應(yīng)注意到傳統(tǒng)的部分負(fù)荷性能將使盤管狀態(tài)曲線斜率比圖1中實(shí)線A-C的斜率平緩，其結(jié)果是空氣離開狀態(tài)將高于C點(diǎn)。如果給定的空間負(fù)荷比線斜率與實(shí)線C-E表示的斜率相同，從被處理空間回流的空氣將比理想的E點(diǎn)有更高的濕度比。當(dāng)這種回流空氣與處于Q點(diǎn)狀態(tài)的部分負(fù)荷外部空氣混合時(shí)，使進(jìn)入除濕器的空氣狀態(tài)具有比A點(diǎn)還高的濕度比。這樣A、C和E點(diǎn)不斷升高，直到到達(dá)某一平衡點(diǎn)，在這一平衡點(diǎn)，盤管狀態(tài)曲線B-D的斜率補(bǔ)償了為所需的外部空氣量而需要的負(fù)荷比線D-E的斜率。當(dāng)D-F線的斜率等于部分負(fù)荷下的空間負(fù)荷比線C-E的實(shí)際斜率時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種情況。不幸的是，空調(diào)系統(tǒng)不能達(dá)到顯著接近于E點(diǎn)的空間設(shè)計(jì)狀態(tài)這一主要目標(biāo)。相反的是，它總是達(dá)到不可接受的F點(diǎn)的狀態(tài)。由于F點(diǎn)可歸為具有60%的勉強(qiáng)能接受的相對(duì)濕度那一類，而不是設(shè)計(jì)目標(biāo)的45%的濕度，D-F線(與C-E線平行)看來似乎不可能終止在一個(gè)太不舒服的狀態(tài)。這可能就是一個(gè)單獨(dú)的空調(diào)區(qū)域由空氣處理裝置起作用的情況。然而，考慮變風(fēng)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)成每一層有一部單獨(dú)的空氣處理裝置而對(duì)整個(gè)空調(diào)區(qū)域起作用的情況，在這樣的情況下，用F點(diǎn)來代替E點(diǎn)的設(shè)計(jì)狀態(tài)就是不能接受的了。D-F線代表了整個(gè)空調(diào)區(qū)域的平均負(fù)荷比線，將會(huì)有某些空調(diào)區(qū)域，其狀態(tài)比平均狀態(tài)的F點(diǎn)更遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)狀態(tài)E點(diǎn)。
如上所述，圖2也表示滿負(fù)荷與部分負(fù)荷狀態(tài)下的負(fù)荷比線，圖2圖示地說明了當(dāng)負(fù)荷減小到40%時(shí)，負(fù)荷比線如何變得更陡。應(yīng)注意到如上面表明的和如表1表明的那樣，當(dāng)在40%的負(fù)荷情況下，控制流經(jīng)第三盤管部分15的冷卻液流量的閥23是在最大速度狀態(tài)，使得在這種負(fù)荷情況下盤管得到最大的除濕能力。
上面所述的是本發(fā)明的非常簡(jiǎn)單的設(shè)置和實(shí)例。然而實(shí)際情況中，多少不常遇到這樣一種簡(jiǎn)單的設(shè)置情況，對(duì)于不同的設(shè)置情況，就需要不同的盤管控制措施。
圖4圖示地說明了在負(fù)荷范圍內(nèi)閥門的控制情況，其中除濕器包括有全套除濕器的兩個(gè)2列深度盤管部分，每個(gè)盤管有其分立的控制閥2和3，另外，在上述的兩個(gè)2列深度盤管部分基礎(chǔ)上，補(bǔ)充有兩個(gè)1列深度的盤管部分作為第三列深度。這兩個(gè)1列深度的盤管部分由單獨(dú)的控制閥1來控制。圖4清楚地表明了從峰值負(fù)荷狀態(tài)到最小負(fù)荷狀態(tài)每個(gè)控制閥門的位置，這些閥一起作用得到了最佳性能。
在為滿負(fù)荷設(shè)計(jì)狀態(tài)和在部分負(fù)荷狀態(tài)所抵消的實(shí)際負(fù)荷狀態(tài)所選擇出的除濕器盤管尺寸之間，存在的不一致情況是中心問題。參照?qǐng)D3，當(dāng)在這很低的部分負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，由于閥21和22是關(guān)閉的，盤管部分14和17是無效的。這樣，有效的盤管部分15能夠增加冷卻液流量，這與部分負(fù)荷狀態(tài)的表面速度和高除濕特性相適應(yīng)。
上面所述的涉及一種負(fù)荷減小的情況。很清楚，本發(fā)明則完全可以擴(kuò)展到相反的情況，即負(fù)荷從部分負(fù)荷向設(shè)計(jì)負(fù)荷狀態(tài)而增加的情況。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)如下(a)對(duì)定風(fēng)量系統(tǒng)和變風(fēng)量系統(tǒng)來講，在顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷的整個(gè)范圍內(nèi)，所需能量最小，系統(tǒng)性能最佳。
(b)在滿負(fù)荷和部分負(fù)荷狀態(tài)下都能減小噪音。
(c)有效盤管的尺寸可以變化，以與施加的實(shí)際負(fù)荷相適應(yīng)。在部分負(fù)荷狀態(tài)下，有效的盤管部分有較高的冷卻液流量，以抵消潛熱與顯熱比的增加而不過冷。盤管上的水的溫度較小，也無空氣的過冷。
(d)可以控制盤管狀態(tài)曲線的斜率，以產(chǎn)生所需的負(fù)荷比線，來按比例地抵消顯熱和潛熱負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)的顯熱和潛熱負(fù)荷，同時(shí)在供給空調(diào)空間的空氣中保持所需量的新鮮外部空氣。特別是可使盤管狀態(tài)曲線比傳統(tǒng)系統(tǒng)的盤管狀態(tài)曲線更陡，可使其接近一條直線。
權(quán)利要求
1.一種空調(diào)器，包括有一除濕器，所述除濕器包括有許多盤管部分，冷卻液供給裝置，以冷卻液回路形式連接除濕器和冷卻液供給裝置的管道，一空氣流風(fēng)扇，將空氣流風(fēng)扇與除濕器聯(lián)接起來的裝置，使得風(fēng)扇工作時(shí)產(chǎn)生空氣流流過至少某些盤管部分，除濕器下游的至少一個(gè)傳感器，有選擇地控制從冷卻液供給裝置經(jīng)盤管部分流動(dòng)的冷卻液流量的閥門，將閥門與傳感器聯(lián)系起來的閥門聯(lián)接裝置，聯(lián)接的方式是當(dāng)負(fù)荷從峰值狀態(tài)降低到部分負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，通過某一盤管部分的冷卻液流量由所述閥門進(jìn)行節(jié)流，從而減少了該部分的傳熱，但流經(jīng)其余盤管部分的冷卻液流量仍然足以維持除濕能力。
2.一種空調(diào)器，具有除濕器，該除濕器包括許多盤管部分，冷卻液供給裝置，以冷卻液回路的形式連接盤管部分和冷卻液供給裝置的管道，在冷卻液回路中的閥門，可操作來控制流經(jīng)至少某些盤管部分的冷卻液流量，一個(gè)空氣流風(fēng)扇，將空氣流風(fēng)扇和除濕器聯(lián)接起來的裝置，使風(fēng)扇工作時(shí)產(chǎn)生的空氣流經(jīng)盤管部分，除濕器下游的至少一個(gè)傳感器，將傳感器與所述閥門連系起來的聯(lián)接裝置，聯(lián)接的方式是在峰值負(fù)荷狀態(tài)下，閥門對(duì)通過除濕器盤管部分的冷卻液流量相對(duì)不進(jìn)行節(jié)流，但當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，至少一個(gè)閥門對(duì)通過除濕器的至少一個(gè)盤管部分相對(duì)進(jìn)行節(jié)流，而通過其余盤管部分的冷卻液流量相對(duì)不進(jìn)行節(jié)流。
3.如權(quán)利要求
2所述的空調(diào)器，其中所述閥門包括節(jié)流閥，所述傳感器控制這些節(jié)流閥，使得當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，流經(jīng)某些盤管部分的冷卻液流量逐漸進(jìn)行節(jié)流。
4.如權(quán)利要求
1所述的空調(diào)器，其中所述傳感器控制閥門，使得當(dāng)負(fù)荷連續(xù)下降時(shí)，通過至少一個(gè)所述盤管部分的冷卻液流量的節(jié)流連續(xù)進(jìn)行，直到液流中斷。
5.如權(quán)利要求
1所述的空調(diào)器，其中所述冷卻液是冷凍水，所述冷卻液供給裝置包括一個(gè)泵，該泵使冷凍水流經(jīng)所述冷卻液回路，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，該泵使通過相對(duì)不節(jié)流的其余盤管部分的流量增加。
6.如權(quán)利要求
1所述的空調(diào)器，其中所述冷卻液是一種致冷劑，所述致冷劑供給裝置包括一部壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)使致冷劑流經(jīng)盤管部分上游的一個(gè)膨脹裝置和一個(gè)冷卻液回路，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，該壓縮機(jī)使通過相對(duì)不節(jié)流的其余盤管部分的流量增加。
7.如權(quán)利要求
5所述的空調(diào)器，其中所述的泵是一種離心泵，該泵有這樣的特性，在因通過至少一個(gè)盤管部分的冷卻液流量節(jié)流，其壓力增加，從而使整套盤管裝置的其余不節(jié)流部分的冷卻液流量增加。
8.如權(quán)利要求
5所述的空調(diào)器，其中所述的閥門聯(lián)接裝置包括一個(gè)電子控制器，該電子控制器按下面的程序工作，即當(dāng)負(fù)荷從峰值狀態(tài)減小到部分負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，使控制所述盤管其余部分的流量的閥門開啟，以增加流量。
9.如權(quán)利要求
1所述的空調(diào)器，其中所述的閥門裝置至少包括一些閥門是電控節(jié)流閥。
10.如權(quán)利要求
1所述的空調(diào)器，其中所述傳感器包括有一個(gè)鄰近空氣流風(fēng)扇，但在空氣流風(fēng)扇下游處的恒溫器，該傳感器還包括有一個(gè)電控回路，以及將所述恒溫器、電控回路和所述閥門裝置相互聯(lián)接起來的裝置，使得恒溫器溫度下降時(shí)，所述閥門裝置對(duì)冷卻液流量進(jìn)行節(jié)流。
11.如權(quán)利要求
1所述的空調(diào)器，其中所述閥門裝置包括有多個(gè)電控閥，所述傳感器包括有一個(gè)恒溫器，進(jìn)一步還包括有在所述閥門和所述傳感器之間進(jìn)行聯(lián)接的電控回路，當(dāng)供氣恒溫器溫度下降時(shí)，所述電控回路使某一閥門至少部分關(guān)閉，使流至一個(gè)盤管部分的冷卻液流量進(jìn)行節(jié)流，所述電控回路還使其它閥門開啟，使其控制的其余盤管部分的冷卻液流量增加。
12.如權(quán)利要求
9所述的空調(diào)器，在所述空氣流風(fēng)扇的下游包括有又一個(gè)傳感器，以及空氣流速控制裝置，所述的又一個(gè)傳感器是空氣流量傳感器，將所述電路、空氣流量傳感器和空氣流速控制裝置相互連接起來的裝置，該裝置的連接方式是如果按照負(fù)荷的減小，空氣流速減少到不足以通風(fēng)的速度，由來自控制系統(tǒng)的予置信號(hào)使空氣流速再增加，該控制系統(tǒng)重新將供氣恒溫器調(diào)整在較高溫度上，從而使橫過盤管狀態(tài)曲線的焓差減小，使與每個(gè)空調(diào)區(qū)域相關(guān)的調(diào)風(fēng)板正確動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)到更開啟的位置，這樣來增加風(fēng)扇的體積流量，導(dǎo)致足夠的通風(fēng)。
13.一種空調(diào)器，具有一個(gè)除濕器，該除濕器包括多個(gè)盤管部分，其中除濕器的每一盤管部分在設(shè)計(jì)和設(shè)置上是獨(dú)立的，即具有不同的電路系統(tǒng)，不同的翅片密度，不同的深度排列，不同的幾何形狀，從而給控制方式提供了進(jìn)一步的靈活性，來滿足特殊應(yīng)用的需要。
14.一種空氣調(diào)節(jié)方法，包括使冷卻液通過除濕器的多個(gè)盤管部分來冷卻這些盤管部分，利用空氣流風(fēng)扇催使空氣流過至少某些盤管部分，傳感除濕器下游的空氣溫度，當(dāng)供氣恒溫器傳感到溫度下降從而負(fù)荷減小時(shí)，使流經(jīng)至少一個(gè)盤管部分的冷卻液進(jìn)行節(jié)流，而其它盤管部分不進(jìn)行節(jié)流。
15.如權(quán)利要求
14所述的空氣調(diào)節(jié)方法，包括當(dāng)流經(jīng)至少一個(gè)盤管部分的冷卻液進(jìn)行節(jié)流時(shí)，流經(jīng)其它盤管部分的冷卻液流量增加。
16.如權(quán)利要求
14所述的空氣調(diào)節(jié)方法，其中所述冷卻液流量的節(jié)流是使冷卻液流過一個(gè)閥門，并節(jié)制該閥門。
17.如權(quán)利要求
14所述的空氣調(diào)節(jié)方法，包括由識(shí)別出部分負(fù)荷狀態(tài)來限制空氣最小流速，其中在一個(gè)予定的部分負(fù)荷狀態(tài)，在風(fēng)扇下游空氣流中設(shè)置的恒溫器運(yùn)行溫度增加。
18.一種如上所述的，參照附圖的并由的空調(diào)器。
19.一種如上所述的，參照附圖的并由的空氣調(diào)節(jié)方法。
專利摘要
一種空調(diào)器除濕器，包括由冷凍水或制冷劑冷卻的盤管部分。在部分負(fù)荷狀態(tài)下，低于峰值負(fù)荷的冷卻液流量的限制量，或其總消減量，僅限制在某些盤管部分，而其余盤管部分可得到如蜂值負(fù)荷狀態(tài)下那樣多的冷卻液流量或更多。由于盤管的有效區(qū)域減小，泵輸出可更多地應(yīng)用來供給冷卻液，通過其余盤管部分的相對(duì)未節(jié)流的冷卻液流量比峰值負(fù)荷狀態(tài)下的冷卻液流量還多。
文檔編號(hào)F24F3/12GK87105963SQ87105963
公開日1988年8月10日 申請(qǐng)日期1987年11月24日
發(fā)明者阿蘭·壽 申請(qǐng)人:阿蘭·壽, 魯塞爾·埃斯特庫(kù)特·魯克斯頓魯米尼斯控股有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan