除濕器控制的空調器及方法

專利名稱:除濕器控制的空調器及方法
本發明涉及一種新型空調器及一種新的空調方法，其中除濕器在負荷狀態變化情況下是受控的，以在峰值負荷和部分負荷狀態下消除顯熱負荷和潛熱負荷。較低的能耗和性能的改善是本發明的主要優點。
對于定風量系統和變風量系統，許多問題的產生是由于要力圖降低能源消耗，減少設備費用和減小空調系統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計任務及不斷地將性能指標降低至不可接受的程度時才能解決。
下面的參數尤其需要考慮(ⅰ)冷卻液流量冷卻液流量在邊界天氣條件下影響部分負荷性能。除濕器管內的冷卻液流速越高，而所有其它參數保持不變，則在空氣濕度圖上盤管的狀態曲線就越陡，也就是說，潛冷(除濕量)與顯冷之比就越大。
一般，不論空調系統是定風量系統還是變風量系統，通常的作法是當需要減少顯冷時，靠減少通過除濕器盤管的冷卻液體積流量來實現控制。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的傳熱系數而使傳向冷卻液的熱量的比率降低。
在部分負荷天氣條件期間，向空調區傳遞的顯熱降低，或實際上可以成為負值并且消除了部分內部顯熱負荷。但與顯熱同時出現并同時傳遞的潛熱(來自人，滲透和其它來源)實際上保持不變或可能有所增加。部分負荷狀態常常是與設計的峰值狀態相比，外界干球溫度較低，露點溫度較高。于是顯熱負荷降低而潛熱負荷增加，除濕器必須在新的潛熱與顯熱傳熱比條件下運行，因此盤管的狀態曲線斜率需要更陡。
(a)定風量(CAV)系統的冷卻液常規流量在定風量系統中，進入除濕器盤管表面的常規空氣流流速，以下稱之為“表面流速”，不隨負荷的變化而改變。減小的負荷通過對流向除濕器的冷卻液流進行節流來抵消。結果，除濕器表面溫度升高，導致離開除濕器的空氣溫度比不限制冷卻液流情況下還高。如果空調區域的潛熱負荷很小，部分負荷下的外界空氣是干燥的話，這是適應負荷減小的唯一令人滿意的方法，但這種情況是罕見的。減少冷卻液流量會引起表面溫度升高，其結果是減小了冷卻液側的傳熱系數，進而造成盤管的狀態曲線斜率變小，使潛熱與顯熱的傳熱比減小，低于全負荷時的傳熱比。在對冷卻液節流的過程中，濕度比越來越高。但在部分負荷期間，盤管的狀態曲線需要更陡以適應潛熱與顯熱負荷之比的增加，這一點是已確定了的。
(b)冷卻液流量和變風量(VAV)系統在變風量(VAV)系統情況下，使送風溫度保持不變而空氣流量隨總負荷減小而減少。而定風量系統是隨負荷的減小，對冷卻液進行節流以使送風溫度保持一定，而這又使盤管的狀態曲線斜率趨于減小。如果盤管表面溫度保持在空氣的露點溫度之下，其作用則由于空氣流量的降低而部分被抵消，這是因為空氣需要較長時間通過盤管，相當一部分空氣被充分冷卻以至出現冷凝現象。這兩種相反作用的綜合結果是在部分負荷下對冷卻液流量節流，引起VAV系統中的盤管狀態曲線斜率的減小，但減小的程度不如CAV系統中明顯。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曲線陡度的輔助方法。
(ⅱ)除濕器的大小對于全負荷設計條件下所選擇的除濕器盤管大小與在部分負荷條件下被抵消的實際負荷所選擇的除濕器盤管大小之間存在不一致的情況，這種情況構成了本發明所克服的主要困難。
對于一個空調系統，需要消除滿設計負荷的40%或30%的部分負荷狀態是較為常見的。目前的實踐表明，人們還沒有認識到當一部根據峰值設計負荷嚴格確定了大小的除濕器，需要在部分負荷狀態下運行時而產生的嚴重后果。靠顧問工程師們來確定部分負荷性能的情況是少見的。在低負荷狀態下，通過給定盤管的冷卻液流量變成了細液流(相對于負荷的大小來說，在這種負荷狀態下，該流量大得不成比例)。這樣，管子的傳熱系數不可避免地減小到很小數值，盤管的表面溫度則增加。
對于液體流冷卻劑，例如冷凍水，及液體和蒸汽流冷卻劑，例如致冷劑R12或R22，冷卻劑側的傳熱系數都出現減小。在后一種情況下，多種流動方式的出現取決于液體的質粒、每相的流體特性以及流量。根據1981年的ASHRAE手冊中2.31頁圖20，可充分認識低質量速度的致冷劑對傳熱系數的影響，該手冊由美國佐治亞州亞特蘭大的美國供熱、制冷和空氣調節工程師協會出版。該圖清楚地表明，致冷劑質量流量降到最大質量流量的40%時，傳熱系數相應降到34%。
對于大部分盤管來說，其表面溫度可能大于要處理的空氣的露點溫度，同時必然有除濕損失。第二個理由是，傳統的空調系統在部分負荷時，其盤管的狀態曲線斜率恰好在需要變陡時卻趨于平緩，盡管通過盤管的表面速度的降低會造成變陡的作用。
(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。當翅片密度增加時，翅片平均溫度也增加，而翅片間氣流的雷諾數將減小，這樣傳熱系數和傳質系數將減小。如使主表面積占較大比例時，每單位表面積的除濕量將變大，但如主表面積增大過多，將導致盤管圈數及高度的增加，不能有效利用制造盤管的材料。這樣，對于一個給定的具體應用，就有一個能達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。靠提高翅片密度來尋求減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，但有明顯的證據表明，這樣會阻礙除濕并損害部分負荷性能。盤管的狀態曲線斜率將減小，性能將降低，并且由于較大的翅片密度，使氣流的阻力增大，從而使風機的動力需求增加。
性能在空調設計中，尤其是在考慮節能和節省空間時，常常采用變風量(VAV)系統。然而，由于這種系統的性能在部分負荷時達不到予期的效果，所以遭到住房居民的廣泛批評。在1983年(9月)的ASHRAE雜志中的一篇文章(Tamblyn)談到新變風量系統時抱怨“……空氣不新鮮，缺少空氣流動……”，并報告說“主人們正在靠提高室外空氣率，延長開風扇的時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，其中詳細討論了VAV系統的問題，并列舉了諸如溫度不均勻，缺乏溫度和濕度控制，缺少空氣運動，缺少新鮮空氣和不能充分節能等問題。文章中甚至建議采用中間再熱，另外，文章還建議只在空調區域內部才有必要利用VAV系統進行空氣調節。
在節約空間和節能方面特別優越的典型VAV系統是一種安裝在高層辦公區每一層樓都有空氣處理裝置的設備。由于每一部空氣處理裝置安設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的纜線管道。按常規一般將天花板內的空間作為一個大回風箱。如果這樣一種建筑物是位于城市內，比如澳大利亞的墨爾本，或得克薩斯州的達拉斯，這種系統將設計成在夏季峰值設計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行。在部分負荷及邊界氣象條件期間，當外界干球溫度較低時，總存在著許多時段，在這些時段內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吸入量相當于最大總設計風量的15%。由于滿足通風需求的最小新風吸入量是個定量，在部分負荷為60%時，所需室外新風是(15/0.6)%，即26%;在部分負荷為30%時，所需室外新風是50%。這樣在潮濕的部分負荷時期，除濕器不僅要在高于峰值負荷的室外空氣濕度比的狀態下運行，而且也要在室外新風比例較高的狀態下運行。這種負荷狀態往往超過傳統的VAV系統的空氣處理能力，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，以保證在各種負荷狀態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，同時減少通過其它部分的流量。
每一部分在設計和安排上都可以是獨立的，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荷狀態下能增加除濕量。
靠這些方法，可以增大盤管的狀態曲線斜率，使之接近一條直線，同時降低了設備的總容量。
在空調空間內(在部分負荷時)與“潮濕”或“悶熱”相關聯的困難，在本發明中得到解決，解決辦法是保持足夠高的氣流速度來確保充分通風，在向空調空間送風的出口調風裝置中維持附壁效應，以及在該空間內維持空氣運動。
現有技術就申請人所知，還沒有接近的已有技術，能在部分負荷狀態下使盤管的狀態曲線變得足夠陡，以接近消除在出現的各種顯熱與潛熱之比時的顯熱和潛熱負荷。
但可參考1982年ASHRAE會刊(Shaw)和相應的美國4319461號專利。這些參考文獻表明，濕空氣的表面速度會影響部分負荷性能。當雷諾數和表面速度減小時，盤管的狀態曲線斜率會變陡，盤管的狀態曲線的曲率會向直線曲率的方向減小。
有(Shaw)在第七屆國際傳熱會議文件匯編(聯邦德國，慕尼黑，卷6，華盛頓半球出版公司出版)中進一步探討了這個問題。相關資料還包括在上面提到的1983年9月ASHRAE雜志中一篇題為“對歪曲VAV的反擊”的文章，作者R.T.Tamblyn。最后，可作為參考文獻的還有上述的肖(Shaw)，以及R.E.Luxton教授1985年寫的“關于通過除濕器盤管傳熱傳質的氣流速度作用的最新發現“一文(第三屆大洋洲傳熱傳質會議論文匯編，墨爾本大學，由E.A.Books出版，圣林納德斯，新南威爾士州)。
在本發明中，空調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。在部分負荷狀態下，低于峰值負荷流量時的冷卻液流量，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荷狀態時的流量。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未加以限制的冷卻液流量可以比峰值負荷狀態時的流量還大。另外，在指定的空氣調節負荷狀態下，通過予先調節控制系統打開(或關閉)冷卻液節流閥，使通過盤管有效部分的相對未受限制的冷卻液流量可大于(或小于)峰值負荷狀態下的流量。本發明中不至有一個控制閥，每個控制閥至少與構成整個盤管系統的某一部分盤管相關聯。對負荷變化的全范圍進行補償的控制辦法可以用一些在峰值負荷期間不全開啟的閥，一些在部分負荷期間全開啟的閥，和一些在系統的部分工作范圍期間保持固定在某個部分開啟狀態的閥。
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。但是本發明對總盤管系統的每一盤管部分通常(但并非總是)至少使用一個閥。在系統的部分工作范圍期間，對全范圍負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荷狀態下全開啟和一些不完全開啟的閥。
更準確地說，本發明的空調器的特征在于有一個這樣的除濕器，該除濕器包括多個盤管部分，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接的聯接裝置，所述方式是當負荷從峰值狀態減小到部分負荷狀態時，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有的除濕量。
其結果是對于部分負荷來說，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。
對一個空調空間來說，“設計狀態”多少是一種隨機狀態，但通常溫度在22℃到26℃的狹窄范圍內，濕度在35%到55%的狹窄范圍內。本發明將提供更大的空氣處理能力來補償負荷需求量，在從最小負荷到峰值負荷的整個范圍內，以精確的顯熱和潛熱負荷比來滿足這些設計狀態。
本發明的另一個特點是通過除濕器盤管或多個盤管的空氣流速小于傳統系統中通過除濕器盤管或多個盤管的流速。其結果是比起傳統系統來，風機動力消耗顯著減小，噪聲級同樣顯著減小。
下面描述本發明的一個實施例，并結合附圖進行說明，其中圖1是一個簡化了的焓濕圖，表示了變風量設備的盤管狀態曲線和負荷比線，傳統狀態下的曲線用虛線表示，本發明的變化曲線用實線表示。
圖2表示當本發明用于相同大小的設備中時，如下文所述，在不同的負荷百分比(100%和80%;61%;60%;以及40%)情況下的盤管狀態曲線。
圖3表示出能實現圖1和圖2中表明的結果的設備，圖3a表示在滿負荷情況下的整體設備，圖3b表示在部分負荷(60%)情況下的整體設備，圖3c表示在部分負荷(40%)情況下的整體設備。
圖4圖示地表明在一個設備中，在負荷的整個范圍內閥的控制情況，其中該設備除濕器包括由單獨一個閥起作用的兩個盤管部分，和由分離開的幾個閥起作用的另外兩個盤管部分。
很明顯，在許多情況下都需要如圖4表明的那樣用閥來節流，例如根據建筑物輔助設施的設想而安裝了尺寸過大的空調設備的情況。在許多情況下，甚至在峰值負荷狀態，也需要對通過除濕器的冷卻液流量進行部分節流，因而下文所述的往往對冷卻液的節流必須考慮相對節流。例如，就空氣調節條件的動力學而論，在確定選擇除濕器時，環境條件是優先考慮的因素。舉例來說，峰值空調負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拉斯，在峰值空調期間不需要有最大冷卻液流量，因而可對冷卻液部分節流。除了潮濕條件之外，對冷卻液進行最小節流是有充分根據的。圖4用圖示法表明了這種作用。
圖4表明的實例中，包括了本發明的一個非常重要的方面，而這在傳統系統中是不適用的。為了在部分空調負荷狀態期間提高性能，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點。這樣，本發明在尺寸和性能特點的變化上提供了選擇性，這將有可能使本發明在整個空調負荷范圍內都非常適用。這也影響冷卻液流量的節流。
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減少負荷性能期間普遍采用的一般負荷特性。正是這些見解涉及到使用“相對”節流這一術語。
本發明的全套盤管設備分為幾個盤管部分，當空調負荷降低到峰值負荷以下時，使總盤管的有效部分減少，以這種方式，使在這部分負荷期間通過全套盤管設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的除濕能力。正是以這種方式，在部分負荷期間，得到了盤管狀態曲線，該曲線能滿足一般負荷特性，并能滿足部分負荷期間出現的潛熱與顯熱負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，盤管狀態曲線的斜率變得更陡，這個曲線的曲率朝著直線的曲率減小。在本發明中，全套盤管設備的有效尺寸范圍與盤管在從峰值負荷到最小負荷的整個負荷狀態下的工作范圍相適應。傳統的方法是很不相同的，這是由于不管性能怎樣理想，當負荷降低時，冷卻液速度減小，盤管的有效尺寸不變。當與本發明的峰值冷卻液狀態相比較時，如圖4表明的那樣，在負荷為峰值空調負荷的37%的情況下，通過閥的冷卻液流量為65%，盤管的32%是有效的;在負荷為峰值空調負荷的53%的情況下，通過閥的冷卻液流量為110%，盤管的67%是有效的。很顯然在本發明中，當負荷減小時，盤管的有效尺寸不必與冷卻液流量的節流成正比。本發明的這一構思的目的是空調負荷減小時，減小除濕器的有效尺寸，同時減小表面速度，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荷到最小負荷的整個負荷范圍期間，以顯熱和潛熱產生時的同樣的比例來抵消潛熱和顯熱負荷。
圖1表示在同樣的部分負荷狀態下，對傳統的VAV系統和本發明的VAV系統進行的比較。圖2表示按照本發明的VAV系統，隨著負荷的減小，除濕量增加的情況。
現在看一下圖3a、3b、3c的情況。
圖3a中，熱交換器10(冷凍器)具有一個由來自致冷設備(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，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的出口側引出的分流管道18提供冷凍水。必須強調，這個實施例僅是本發明的一個典型，對設計者來說，在本發明內的大范圍的布置都是適用的。
這里提供了一種由標號20表示的電子控制器，理想的是直接數字控制器，用來控制由標號21、22和23表示的三個閥，每個閥由各自的螺線管、驅動馬達或其它裝置操縱，所有的螺線管或驅動元件用標號24表示。
電子控制器也起到控制風扇26的作用，風扇26通過過濾器27和除濕器16吸入空氣，并將空氣排入空調區域28，圖3a中說明了一種這樣的設置。根據通常的設計，每個空調區域28都包括有由恒溫器30控制的導流板29。
閥21、22和23起作用的方式如下滿負荷冷凍水由泵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熱交換器10，閥23是關閉著。
在下一個狀態期間，從滿負荷到部分負荷(60%)的轉換中，當閥22節流而閥23開啟時，通過第二盤管部分17的冷卻液流量逐漸減小。
部分負荷(60%)在電子控制器20的控制下，各閥門各自的螺線管24及驅動元件操縱各閥門，使它們處于圖3b所示的狀態。冷卻液以滿冷卻液流量流經第一盤管部分14及開啟的閥21，由于閥22關閉，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。這種狀態在圖2由C60%表示，C指的是根據本發明的空氣從全套除濕器16排出的狀態。這就能與C100%(表示100%負荷)、61%(表示轉換期間的狀態)、和40%(表示下面要描述的40%負荷狀態)進行比較。然而，60%負荷顯示的狀態基本與下面要討論的圖1中的滿負荷線相一致。
從60%的部分負荷轉變到40%的部分負荷閥22保持關閉，閥23保持開啟。閥21朝關閉狀態節流，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，直到部分負荷為40%時完全關閉。
部分負荷為40%圖3c表示部分負荷為40%的狀態，其中閥21和22都關閉，而閥23開啟，因而冷卻液僅流經第三盤管部分15。如果(象表明的那樣)水泵11是離心泵，由于其固有的特性，流經第三盤管部分15的冷卻液比滿負荷狀態時還多，從而盤管部分15產生了附加的除濕作用，這有助于在圖1表明的C60%標記的點上進一步增加盤管狀態曲線的斜率。(另外，一般來說，如圖4表明的那樣，由控制系統20可將任一特定閥門預調至任一理想開啟位置來增加冷卻液流量)。
從40%的部分負荷至30%的部分負荷閥21、22和23保持如圖3c表明的那樣，但閥23節流來減小通過第三盤管部分15的冷卻液流量。
30%的最小部分負荷在最小部分負荷狀態下，盡管如此閥23仍部分開啟，以使限量的冷卻液流經第三盤管部分15。
所有上述功能以表格的形式在表1中表示。
如上所述，變風量系統(VAV)所遇到的問題之一是在很低的負荷狀態下，由于通風量不足，被冷卻和除濕的空調區域變得悶熱，不令人滿意。風扇速度(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字控制裝置20可達到這種狀況。百分比負荷可由任一已知的措施來確定，如以目前空調過程中所用的措施，或以本實施例的空氣流量表33，或以已普遍使用的方式。
在經過除濕器的空氣流焓差顯著變化情況下，流量表33可能需要調整，因為在部分負荷情況下，這也是一個應考慮的因素。
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節的許多種容易得到的電子控制器的任一種，但本實施例中，它包括一個控制器C500和接口系統N500，并結合從約翰遜控制產品部(伊利諾斯州拿波維爾，東德爾路1250號)買到的DSC1000。
現在參考圖1和圖2，兩圖用圖解法說明了本發明的優點。
圖1中，虛線B-D和虛線F-D表明了根據傳統的控制方法，在部分負荷狀態下所得到的盤管狀態曲線和負荷比線。負荷比線F-D的斜率由被抵消的潛熱和顯熱負荷比來確定，然而其位置則由空氣離開除濕器時的狀態來確定。
標號Q指的是在部分負荷狀態下，外部空氣的狀態。QF線的作用是以其長度比FB/QB將外部空氣與來自空調區域的回流空氣進行混合。
在圖1的實例中，傳統的系統與本發明的系統在同一部分負荷狀態進行比較。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，隨著部分負荷狀態的進一步降低，FB/BQ比值將增加。這樣對于同樣的外部空氣狀態，Q點、B點將升高至更高的濕度比，使問題進一步嚴重起來。根據本發明的系統，既使在最低的部分負荷狀態，也會令人滿意地達到特定的狀況。
符號B表示根據傳統控制方式，進入除濕器的混合空氣狀態的點，符號D表示空氣離開除濕器的狀態，符號F表示在傳統控制條件下所達到的實際平均空調區域狀態。這與本發明的實線狀態進行比較，根據本發明，混合空氣在A點狀態進入除濕器，空氣從除濕器離開的狀態在C點，本發明的空氣平均空調區域狀態在E點表示，這是在部分負荷情況下理想的平均空調區域狀態。上面一條實線是本發明的盤管狀態曲線，下面一條實線是本發明的負荷比線。
如圖1表明的，具有平緩盤管狀態曲線特性的傳統系統，既使進入傳統系統的空氣初始狀態在A點，也不能達到接近于E點的離開除濕器的空氣狀態。
為了進一步說明，應注意到傳統的部分負荷性能將使盤管狀態曲線斜率比圖1中實線A-C的斜率平緩，其結果是空氣離開狀態將高于C點。如果給定的空間負荷比線斜率與實線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點有更高的濕度比。當這種回流空氣與處于Q點狀態的部分負荷外部空氣混合時，使進入除濕器的空氣狀態具有比A點還高的濕度比。這樣A、C和E點不斷升高，直到到達某一平衡點，在這一平衡點，盤管狀態曲線B-D的斜率補償了為所需的外部空氣量而需要的負荷比線D-E的斜率。當D-F線的斜率等于部分負荷下的空間負荷比線C-E的實際斜率時，就會出現這種情況。不幸的是，空調系統不能達到顯著接近于E點的空間設計狀態這一主要目標。相反的是，它總是達到不可接受的F點的狀態。由于F點可歸為具有60%的勉強能接受的相對濕度那一類，而不是設計目標的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太不舒服的狀態。這可能就是一個單獨的空調區域由空氣處理裝置起作用的情況。然而，考慮變風量系統設計成每一層有一部單獨的空氣處理裝置而對整個空調區域起作用的情況，在這樣的情況下，用F點來代替E點的設計狀態就是不能接受的了。D-F線代表了整個空調區域的平均負荷比線，將會有某些空調區域，其狀態比平均狀態的F點更遠離設計狀態E點。
如上所述，圖2也表示滿負荷與部分負荷狀態下的負荷比線，圖2圖示地說明了當負荷減小到40%時，負荷比線如何變得更陡。應注意到如上面表明的和如表1表明的那樣，當在40%的負荷情況下，控制流經第三盤管部分15的冷卻液流量的閥23是在最大速度狀態，使得在這種負荷情況下盤管得到最大的除濕能力。
上面所述的是本發明的非常簡單的設置和實例。然而實際情況中，多少不常遇到這樣一種簡單的設置情況，對于不同的設置情況，就需要不同的盤管控制措施。
圖4圖示地說明了在負荷范圍內閥門的控制情況，其中除濕器包括有全套除濕器的兩個2列深度盤管部分，每個盤管有其分立的控制閥2和3，另外，在上述的兩個2列深度盤管部分基礎上，補充有兩個1列深度的盤管部分作為第三列深度。這兩個1列深度的盤管部分由單獨的控制閥1來控制。圖4清楚地表明了從峰值負荷狀態到最小負荷狀態每個控制閥門的位置，這些閥一起作用得到了最佳性能。
在為滿負荷設計狀態和在部分負荷狀態所抵消的實際負荷狀態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。參照圖3，當在這很低的部分負荷狀態時，由于閥21和22是關閉的，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，這與部分負荷狀態的表面速度和高除濕特性相適應。
上面所述的涉及一種負荷減小的情況。很清楚，本發明則完全可以擴展到相反的情況，即負荷從部分負荷向設計負荷狀態而增加的情況。
本發明的主要優點如下(a)對定風量系統和變風量系統來講，在顯熱負荷和潛熱負荷的整個范圍內，所需能量最小，系統性能最佳。
(b)在滿負荷和部分負荷狀態下都能減小噪音。
(c)有效盤管的尺寸可以變化，以與施加的實際負荷相適應。在部分負荷狀態下，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)可以控制盤管狀態曲線的斜率，以產生所需的負荷比線，來按比例地抵消顯熱和潛熱負荷出現時的顯熱和潛熱負荷，同時在供給空調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曲線比傳統系統的盤管狀態曲線更陡，可使其接近一條直線。
權利要求
1.一種空調器，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，一空氣流風扇，將空氣流風扇與除濕器聯接起來的裝置，使得風扇工作時產生空氣流流過至少某些盤管部分，除濕器下游的至少一個傳感器，有選擇地控制從冷卻液供給裝置經盤管部分流動的冷卻液流量的閥門，將閥門與傳感器聯系起來的閥門聯接裝置，聯接的方式是當負荷從峰值狀態降低到部分負荷狀態時，通過某一盤管部分的冷卻液流量由所述閥門進行節流，從而減少了該部分的傳熱，但流經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，可操作來控制流經至少某些盤管部分的冷卻液流量，一個空氣流風扇，將空氣流風扇和除濕器聯接起來的裝置，使風扇工作時產生的空氣流經盤管部分，除濕器下游的至少一個傳感器，將傳感器與所述閥門連系起來的聯接裝置，聯接的方式是在峰值負荷狀態下，閥門對通過除濕器盤管部分的冷卻液流量相對不進行節流，但當負荷減小時，至少一個閥門對通過除濕器的至少一個盤管部分相對進行節流，而通過其余盤管部分的冷卻液流量相對不進行節流。
3.如權利要求
2所述的空調器，其中所述閥門包括節流閥，所述傳感器控制這些節流閥，使得當負荷減小時，流經某些盤管部分的冷卻液流量逐漸進行節流。
4.如權利要求
1所述的空調器，其中所述傳感器控制閥門，使得當負荷連續下降時，通過至少一個所述盤管部分的冷卻液流量的節流連續進行，直到液流中斷。
5.如權利要求
1所述的空調器，其中所述冷卻液是冷凍水，所述冷卻液供給裝置包括一個泵，該泵使冷凍水流經所述冷卻液回路，當負荷減小時，該泵使通過相對不節流的其余盤管部分的流量增加。
6.如權利要求
1所述的空調器，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，該壓縮機使致冷劑流經盤管部分上游的一個膨脹裝置和一個冷卻液回路，當負荷減小時，該壓縮機使通過相對不節流的其余盤管部分的流量增加。
7.如權利要求
5所述的空調器，其中所述的泵是一種離心泵，該泵有這樣的特性，在因通過至少一個盤管部分的冷卻液流量節流，其壓力增加，從而使整套盤管裝置的其余不節流部分的冷卻液流量增加。
8.如權利要求
5所述的空調器，其中所述的閥門聯接裝置包括一個電子控制器，該電子控制器按下面的程序工作，即當負荷從峰值狀態減小到部分負荷狀態時，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.如權利要求
1所述的空調器，其中所述的閥門裝置至少包括一些閥門是電控節流閥。
10.如權利要求
1所述的空調器，其中所述傳感器包括有一個鄰近空氣流風扇，但在空氣流風扇下游處的恒溫器，該傳感器還包括有一個電控回路，以及將所述恒溫器、電控回路和所述閥門裝置相互聯接起來的裝置，使得恒溫器溫度下降時，所述閥門裝置對冷卻液流量進行節流。
11.如權利要求
1所述的空調器，其中所述閥門裝置包括有多個電控閥，所述傳感器包括有一個恒溫器，進一步還包括有在所述閥門和所述傳感器之間進行聯接的電控回路，當供氣恒溫器溫度下降時，所述電控回路使某一閥門至少部分關閉，使流至一個盤管部分的冷卻液流量進行節流，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.如權利要求
9所述的空調器，在所述空氣流風扇的下游包括有又一個傳感器，以及空氣流速控制裝置，所述的又一個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荷的減小，空氣流速減少到不足以通風的速度，由來自控制系統的予置信號使空氣流速再增加，該控制系統重新將供氣恒溫器調整在較高溫度上，從而使橫過盤管狀態曲線的焓差減小，使與每個空調區域相關的調風板正確動作，運動到更開啟的位置，這樣來增加風扇的體積流量，導致足夠的通風。
13.一種空調器，具有一個除濕器，該除濕器包括多個盤管部分，其中除濕器的每一盤管部分在設計和設置上是獨立的，即具有不同的電路系統，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一步的靈活性，來滿足特殊應用的需要。
14.一種空氣調節方法，包括使冷卻液通過除濕器的多個盤管部分來冷卻這些盤管部分，利用空氣流風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，當供氣恒溫器傳感到溫度下降從而負荷減小時，使流經至少一個盤管部分的冷卻液進行節流，而其它盤管部分不進行節流。
15.如權利要求
14所述的空氣調節方法，包括當流經至少一個盤管部分的冷卻液進行節流時，流經其它盤管部分的冷卻液流量增加。
16.如權利要求
14所述的空氣調節方法，其中所述冷卻液流量的節流是使冷卻液流過一個閥門，并節制該閥門。
17.如權利要求
14所述的空氣調節方法，包括由識別出部分負荷狀態來限制空氣最小流速，其中在一個予定的部分負荷狀態，在風扇下游空氣流中設置的恒溫器運行溫度增加。
18.一種如上所述的，參照附圖的并由的空調器。
19.一種如上所述的，參照附圖的并由的空氣調節方法。
專利摘要
一種空調器除濕器，包括由冷凍水或制冷劑冷卻的盤管部分。在部分負荷狀態下，低于峰值負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荷狀態下那樣多的冷卻液流量或更多。由于盤管的有效區域減小，泵輸出可更多地應用來供給冷卻液，通過其余盤管部分的相對未節流的冷卻液流量比峰值負荷狀態下的冷卻液流量還多。
文檔編號F24F3/12GK87105963SQ87105963
公開日1988年8月10日 申請日期1987年11月24日
發明者阿蘭·壽 申請人:阿蘭·壽, 魯塞爾·埃斯特庫特·魯克斯頓魯米尼斯控股有限公司