ES2282249T3 - Sistema deshumidificador/de aire acondicionado. - Google Patents

Abstract

Aparato de acondicionamiento de aire, que comprende: una cantidad de desecante líquido; un primer volumen de contacto de desecante - aire en el que el aire que va a acondicionarse se pone en contacto con una primera parte del desecante líquido; un segundo volumen de contacto de desecante - aire en el que el aire exterior se pone en contacto con una segunda parte del desecante líquido; y un sistema de refrigeración que comprende: un primer intercambiador de calor asociado con la primera parte de desecante líquido; un segundo intercambiador de calor asociado con la segunda parte de desecante líquido; un tercer intercambiador de calor situado para intercambiar calor con dicho aire acondicionado después de que éste abandone el primer volumen de contacto; y conductos de refrigeración que conectan elementos de dicho sistema de refrigeración.

Description

Sistema deshumidificador/de aire acondicionado.

Solicitudes relacionadas

Esta solicitud es una continuación en parte de la Solicitud de Patente estadounidense 09/554.397, que es una fase nacional estadounidense del documento PCT/IL98/00552 presentado el 11 de noviembre de 1998 y una continuación en parte de la solicitud PCT PCT/IL00/00105, presentada el 20 de febrero de 2000.

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de los sistemas de control ambiental y más particularmente al campo de los sistemas que combinan la deshumidificación con el acondicionamiento del aire.

Antecedentes de la invención

En general, los sistemas de aire acondicionado no sólo reducen la temperatura del aire ambiente, sino que también extraen cantidades importantes de agua del mismo. Esto es particularmente cierto cuando el dispositivo de aire acondicionado está tratando aire "fresco" introducido desde el exterior del entorno controlado. Sin embargo, una combinación de este tipo de acondicionamiento de aire/deshumidificación es generalmente ineficaz. Además, puesto que parte de la potencia de enfriamiento potencial del dispositivo de aire acondicionado se usa para la deshumidificación, la capacidad de enfriamiento efectiva del dispositivo de aire acondicionado se reduce de manera importante.

En la técnica se conoce proporcionar deshumidificación del aire antes de enfriar éste. En algunos casos, los mecanismos del deshumidificador y del dispositivo de aire acondicionado no están integrados. En tales casos, mientras que hay un incremento de la capacidad de enfriamiento del dispositivo de aire acondicionado, la eficacia global del sistema es relativamente escasa.

La patente estadounidense 4.984.434 describe un sistema integrado en el que el aire que va a enfriarse se deshumidifica en primer lugar haciéndolo pasar a través de un deshumidificador de tipo desecante antes de enfriarse por contacto con un evaporador de un dispositivo de aire acondicionado. La regeneración del desecante tiene lugar haciendo pasar el desecante que contiene agua por el condensador del sistema de aire acondicionado.

Este sistema padece diversas limitaciones. En primer lugar, deshumidifica todo el aire que va a enfriarse. Puesto que la mayor parte del aire que se introduce al deshumidificador procede del espacio controlado (y por tanto ya bastante seco) el deshumidificador no extrae mucha agua del aire y por tanto no proporciona mucho enfriamiento para el condensador. Esto provocaría un incremento global de la temperatura del desecante y una reducción de la eficacia tanto del deshumidificador como del dispositivo de aire acondicionado. Un segundo problema es que un sistema de este tipo no es modular, es decir, el deshumidificador debe proporcionarse como parte del sistema. Además, añadir un deshumidificador a un sistema de aire acondicionado existente e integrar el deshumidificador y el dispositivo de aire acondicionado para formar el sistema de esta patente parece imposible.

También se conoce otro tipo de sistema de deshumidificación/aire acondicionado. En este tipo de sistema, tal como se ha descrito, por ejemplo en las patentes estadounidenses 5.826.641, 4.180.985 y 5.791.153, se coloca un desecante seco en la entrada de aire del dispositivo de aire acondicionado para secar el aire de entrada antes de enfriarlo. El calor residual (en forma de aire de escape desde el condensador) del dispositivo de aire acondicionado se pone entonces en contacto con el desecante, que ha absorbido la humedad del aire de entrada, para secar el desecante. Sin embargo, debido a la temperatura relativamente baja del aire que sale del dispositivo de aire acondicionado, la cantidad de secado posible por el desecante es relativamente baja.

La patente estadounidenses 4.180.985 anteriormente mencionada describe también un sistema que utiliza desecante líquido como el medio de secado para el sistema de deshumidificación. En este caso de nuevo, la baja temperatura del gas de escape desde el dispositivo de aire acondicionado reduce esencialmente la eficacia del sistema.

Los deshumidificadores basados en el desecante de la técnica anterior generalmente requieren el movimiento del desecante desde una primera región en la que absorbe humedad a una segunda región de regeneración. En el caso de los desecantes sólidos, esta transferencia se logra desplazando físicamente el desecante desde una estación de deshumidificación a una estación de regeneración, por ejemplo montando el desecante en una rueda giratoria, una correa o similar. En sistemas de desecante líquido generalmente se proporcionan dos bombas, una para bombear el líquido a la estación de regeneración y la otra para bombear el líquido desde la estación de regeneración a la estación de deshumidificación. En algunas realizaciones se usa una única bomba para bombear desde una estación a la otra, alimentándose el flujo de retorno mediante la gravedad.

El funcionamiento de sistemas de aire acondicionado convencionales y los sistemas desecantes descritos anteriormente se ilustran con ayuda de la figura 1. La figura 1 muestra un gráfico de temperatura frente a humedad absoluta en el que se superponen curvas de igual entalpía y de igual humedad relativa. Los dispositivos de aire acondicionado normales funcionan sobre el principio de enfriamiento del aire de entrada haciéndolo pasar por serpentines de enfriamiento. Suponiendo que las condiciones iniciales del aire son los puntos marcados con una X, el aire se enfría primero (curva 1) hasta que su humedad relativa es del 100%, punto en el que un enfriamiento adicional se asocia con la condensación de la humedad en el aire. Para que haya extracción de líquido del aire, debe enfriarse a una temperatura que esté muy por debajo de un área 4 de comodidad. Se calienta el aire para llevarlo hasta el área de comodidad, generalmente mezclándolo con aire más cálido que ya está en el espacio que está enfriándose. Este enfriamiento sobrante para lograr la deshumidificación es la principal causa de la baja eficacia de tales sistemas, en ciertas condiciones.

Los sistemas deshumidificadores normales realmente calientan el aire mientras extraen aire del mismo. Durante la deshumidificación (curva 2) la entalpía apenas cambia, puesto que no hay extracción de calor del sistema de aire/desecante. Esto tiene como resultado un aumento de la temperatura tanto del desecante como del aire que está secándose. Este calor adicional debe extraerse entonces por el sistema de aire acondicionado, reduciendo su eficacia.

En todos los sistemas deshumidificadores debe aplicarse potencia mecánica para transferir el desecante en al menos una dirección entre una sección de regeneración y una sección de deshumidificación del mismo. Para sistemas líquidos, se proporcionan bombas para bombear líquido en ambas direcciones entre las dos secciones o entre depósitos en las dos secciones. Aunque tal bombeo parece ser necesario para transferir la humedad y/o los iones desecantes entre las dos secciones, la transferencia va acompañada también de una transferencia de calor no deseable.

La patente estadounidense 6.018.954, cuya descripción se incluye en la presente como referencia, describe un sistema en el que una bomba de calor reversible transfiere calor entre el líquido desecante en un lado deshumidificador de un deshumidificador y un lado regenerador. El evaporador/condensadores de ambos lados de la bomba de calor se colocan, en una primera realización, de modo que están en contacto con gotitas de líquido que extraen la humedad del aire o se regeneran extrayendo la humedad de las mismas. Esta realización es esencialmente igual que la realización mostrada en la patente estadounidense 4.984.434 descrita anteriormente. En una segunda realización, la bomba transfiere calor de manera reversible desde el desecante líquido antes de que se alimente a un secador por goteo en el que se forman las gotitas.

El documento WO-A-0055546 describe un aparato para el acondicionamiento de aire que comprende una cantidad de desecante líquido, una sección deshumidificadora en la que el aire se pone en contacto con una primera parte de un desecante líquido, un regenerador en el que el aire externo se pone en contacto con una segunda parte del desecante líquido y un sistema de refrigeración que presenta un primer y un segundo intercambiador de calor asociados con el desecante líquido y un tercer intercambiador de calor que no está en contacto con el desecante líquido y que está situado antes del regenerador.

Sumario de la invención

Según un primer aspecto de algunas realizaciones de la invención, el aire que entra en la cámara de regeneración se usa para enfriar el refrigerante que abandona el lado de regeneración. Los presentes inventores han descubierto que, en ausencia de un determinado enfriamiento adicional del refrigerante, el sistema llega a un estado regular con una temperatura de refrigerante elevada, en el que el sistema es ineficaz. Una solución para este problema, que aparentemente proporcionan sistemas existentes que utilizan la patente estadounidenses 6.018.954, es añadir agua al sistema, que se evapora hacia el exterior del sistema, enfriando el sistema en un grado importante. Esto no sólo tiene como resultado un desperdicio de agua, también tiene como resultado un descenso de la eficacia del sistema.

En la mayoría de condiciones, esta construcción dará como resultado la generación de un aire enfriado deshumidificado.

Según un segundo aspecto de algunas realizaciones de la invención, el aire deshumidificado que abandona la cámara de deshumidificación se usa para extraer calor del refrigerante después de que éste abandone el lado del regenerador. El resultado es aire calentado deshumidificado.

Según un tercer aspecto de algunas realizaciones de la invención, no se extrae calor de la cámara normalmente utilizada para el enfriamiento. El refrigerante se enfría tanto por el aire que abandona la sección de "deshumidificador" como por el aire que entra en el "regenerador". Esto resulta en que el aire que abandona la sección del "deshumidificador" se calienta y humidifica.

Según algunas realizaciones de la invención, un sistema en el que el trayecto del refrigerante se varía de manera selectiva para proporcionar uno de los aspectos primero, segundo o tercero. Alternativamente, sólo uno o dos aspectos están disponibles en un dispositivo dado.

Un aspecto de algunas realizaciones de la invención se refiere a un dispositivo deshumidificador/de aire acondicionado combinado en el que se proporciona un nivel de integración relativamente bajo. En algunas realizaciones de la invención, el calor generado por el condensador se usa para extraer líquido del desecante. Sin embargo, a diferencia de la técnica anterior anteriormente mencionada, el condensador del dispositivo de aire acondicionado continúa enfriándose por aire exterior. El aire calentado, que sale del dispositivo de aire acondicionado, conteniendo calor residual, se usa para extraer humedad del desecante.

A diferencia de la técnica anterior, en la que el aire calentado es la única fuente de energía para la refrigeración del desecante, en realizaciones a modo de ejemplo de la invención, se utiliza una bomba de calor para transferir energía desde el desecante relativamente frío para calentar el desecante durante la regeneración, además del calor suministrado desde la salida de evacuación de la parte del dispositivo de aire acondicionado del sistema. Esto da como resultado un sistema en el que el dispositivo de aire acondicionado no tiene que enfriar en exceso el aire para extraer la humedad y el deshumidificador no calienta el aire para extraer la humedad. Esto es diferente de los sistemas de la técnica anterior en los que debe realizarse una u otra de estas etapas ineficaces.

Algunas realizaciones de la invención proporcionan un dispositivo deshumidificador/de aire acondicionado combinado en el que sólo se somete aire "fresco", no tratado, a la deshumidificación antes del enfriamiento por el dispositivo de aire acondicionado. Esto permite que tanto el deshumidificador como el dispositivo de aire acondicionado funcionen con un alto rendimiento, puesto que el deshumidificador funcionará sólo sobre aire "fresco" húmedo y el dispositivo de aire acondicionado enfriará sólo aire relativamente seco.

Por tanto, en algunas realizaciones de la invención, la cantidad de calor residual generado por el dispositivo de aire acondicionado es relativamente alta y los requisitos de calor del deshumidificador son relativamente bajos, puesto que una parte principal del calor para la regeneración se suministra por la bomba de calor.

Según un aspecto de algunas realizaciones de la invención, se proporciona un sencillo método de integración de un dispositivo de aire acondicionado y un deshumidificador. Según una realización a modo de ejemplo de la invención, el dispositivo de aire acondicionado y el deshumidificador son unidades separadas sin conductos para conectar con aire las unidades. Sin embargo, a diferencia de las unidades no integradas de la técnica anterior, estas realizaciones proporcionan ventajas al utilizar el calor residual del dispositivo de aire acondicionado para proporcionar la energía de regeneración para el deshumidificador.

Según un aspecto de algunas realizaciones de la invención, en el estado regular, la humedad se transfiere desde la parte de deshumidificador de un sistema al regenerador sin la necesidad de transferir líquido desde la parte posterior del regenerador al deshumidificador.

En general, en sistemas de deshumidificadores líquidos, la humedad debe transferirse desde la sección del deshumidificador a la sección del regenerador. Puesto que la humedad está en forma de un desecante rico (baja concentración) en humedad, esto se lleva a cabo bombeando o transfiriendo de otro modo el desecante. Puesto que el desecante también contiene iones desecantes, éstos deben devolverse al deshumidificador para mantener el nivel de iones desecantes necesarios para la deshumidificación. Esto se consigue generalmente bombeando una alta concentración de desecante desde el regenerador a la sección del deshumidificador. Sin embargo, además de bombar iones, también se transfiere la humedad. Mientras que la energía adicional utilizada para bombear puede ser importante o no, la transferencia de calor involuntaria implícita en el bombeo de la humedad de vuelta al deshumidificador es importante en la reducción de la eficacia del sistema.

En una realización a modo de ejemplo de la invención, se conectan depósitos en las secciones del deshumidificador y el regenerador, con un conducto de paso que permite sólo un flujo limitado. Preferiblemente, el conducto de paso adopta la forma de una abertura en una pared común a los dos depósitos.

Durante el funcionamiento, la absorción de humedad en la sección de deshumidificación aumenta el volumen en el depósito del deshumidificador, dando como resultado el flujo, por gravedad, de desecante rico (baja concentración) en humedad desde el depósito del deshumidificador al depósito del regenerador. Este flujo también transporta en el mismo un flujo de iones desecantes, que deben devolverse a la sección del deshumidificador. Tal como se ha indicado anteriormente, en la técnica anterior, esto se consigue bombeando una solución de desecante rica en iones desde el regenerador a la sección del deshumidificador. En una realización a modo de ejemplo de la invención, el flujo de iones de retorno se consigue, mediante difusión de iones, a través de la abertura, desde el depósito del regenerador a alta concentración al depósito de baja concentración. Los inventores han descubierto que, de manera sorprendente, la difusión es suficiente para mantener una concentración necesaria de iones en la sección del deshumidificador y que el flujo de retorno no está asociado con una transferencia de calor no deseable asociada con la transferencia de humedad (caliente) junto con los iones, como en la técnica anterior.

En realizaciones a modo de ejemplo de la invención, no se usan bombas para transferir desecante entre los depósitos o entre la sección del deshumidificador y el regenerador, en ninguna dirección.

Según un aspecto de algunas realizaciones de la invención, se proporciona un deshumidificador en el que no tiene lugar un bombeo de líquido desecante entre los dos lados del deshumidificador.

Se proporciona, según una realización a modo de ejemplo de la invención, un aparato para el acondicionamiento de aire, que comprende:

una cantidad de desecante líquido;

un primer volumen de contacto de desecante-aire en el que el aire que va a acondicionarse se pone en contacto con una primera parte del desecante líquido;

un segundo volumen de contacto de desecante-aire en el que el aire exterior se pone en contacto con una segunda parte del desecante líquido; y

un sistema de refrigeración que comprende:

un primer intercambiador de calor asociado con la primera parte de desecante líquido;

un segundo intercambiador de calor asociado con la segunda parte de desecante líquido;

un tercer intercambiador de calor situado para intercambiar calor con dicho aire acondicionado después de que éste abandone el primer volumen de contacto de desecante-aire; y

conductos refrigerantes que conectan elementos de dicho sistema de refrigeración.

En una realización a modo de ejemplo de la invención, el primer volumen de contacto desecante-aire está comprendido en una sección del deshumidificador en la que el aire que va a acondicionarse se pone en contacto con una primera parte del desecante líquido.

En una realización a modo de ejemplo de la invención, el segundo volumen de contacto desecante-aire está comprendido en una sección del regenerador en la que el aire exterior se pone en contacto con una segunda parte del desecante líquido.

En una realización a modo de ejemplo de la invención, el tercer intercambiador de calor no está en contacto con el desecante líquido, y el aire acondicionado se calienta por el tercer intercambiador de calor.

Opcionalmente, el primer intercambiador de calor está a una temperatura inferior que la del segundo intercambiador de calor.

Opcionalmente, el sistema de refrigeración funciona para transferir calor desde el primer intercambiador de calor al segundo intercambiador de
calor.

Opcionalmente, el sistema de refrigeración comprende un comprensor y conductos entre dichos intercambiadores de calor configurados de tal manera que el calor se transfiere desde el primer intercambiador de calor al segundo intercambiador de calor.

En algunas realizaciones a modo de ejemplo de la invención, el aparato incluye un conducto para moléculas de agua, en el que el aparato está configurado de tal manera que el aire que va a condicionarse se deshumidifica en el primer volumen de contacto y en el que el agua extraída de la deshumidificación se transfiere al aire exterior desde el segundo volumen de contacto, transfiriéndose dicha agua al primer volumen de contacto a través del conducto. Opcionalmente, no hay bombeo de desecante líquido entre un deshumidificador que comprende el primer volumen de contacto y un regenerador que comprende el segundo volumen de contacto. Opcionalmente, el aparato incluye además una bomba para bombear el desecante líquido entre un deshumidificador que comprende el primer volumen de contacto y un regenerador que comprende el segundo volumen de contacto.

En una realización de la invención, el aparato incluye un cuarto intercambiador de calor. Opcionalmente, el cuarto aparato que intercambia calor está situado para el intercambio de calor con dicho aire exterior antes de que entre en el regenerador, de manera que el aire exterior se calienta de esta manera.

En una realización de la invención, los conductos refrigerantes presentan una configuración controlable que permite una pluralidad de configuraciones de flujo, proporcionando cada una de dichas configuraciones un trayecto diferente de refrigerante entre los elementos del sistema de refrigeración. Opcionalmente, la configuración puede seleccionarse mediante válvulas.

En una realización de la invención, la pluralidad de configuraciones incluye una primera configuración en la que el calor se transfiere desde el primer intercambiador de calor al segundo y tercer intercambiador de calor, para calentar de este modo el aire acondicionado. En una realización de la invención, el segundo intercambiador de calor y/o el tercer intercambiador de calor están a una temperatura superior a la del refrigerante en el primer intercambiador de calor. Opcionalmente, para la primera configuración no fluye ningún refrigerante en el cuarto intercambiador de calor.

En una realización de la invención, la pluralidad de configuraciones incluye una segunda configuración en la que el calor se transfiere desde el primer intercambiador de calor al segundo y cuarto intercambiador de calor. En una realización de la invención, el refrigerante en el segundo intercambiador de calor y/o el cuarto intercambiador de calor están a una temperatura superior a la del refrigerante en el primer intercambiador de calor. Opcionalmente, para la segunda configuración, no fluye ningún refrigerante en el tercer intercambiador de calor.

En una realización de la invención, la pluralidad de configuraciones incluye una tercera configuración en la que el calor se transfiere desde el segundo intercambiador de calor al tercer intercambiador de calor. En una realización de la invención, para la tercera configuración, la temperatura del refrigerante en el tercer intercambiador de calor es superior a la temperatura del refrigerante en el segundo intercambiador de calor. En una realización de la invención, el calor se transfiere desde el segundo intercambiador de calor al cuarto intercambiador de calor. En una realización de la invención, para la tercera configuración la temperatura del refrigerante en el cuarto intercambiador de calor es superior a la temperatura del refrigerante en el segundo intercambiador de calor. Opcionalmente, para la tercera configuración no fluye ningún refrigerante en el primer intercambiador de calor.

Breve descripción de los dibujos

Se describirán realizaciones particulares de la invención con referencia a la siguiente descripción de realizaciones a modo de ejemplo junto con las figuras, en las que estructuras, elementos o partes idénticas que aparecen en más de una figura generalmente se indican con el mismo o similar número en todas las figuras en las que aparecen, en las que:

la figura 1 muestra curvas de enfriamiento y deshumidificación para sistemas de aire acondicionado y deshumidificación convencionales;

la figura 2 muestra esquemáticamente una unidad deshumidificadora, que puede utilizarse en un sistema de deshumidificación/de aire acondicionado combinado, según una realización de la invención;

la figura 3A muestra esquemáticamente una segunda unidad deshumidificadora, que puede utilizarse en un sistema de deshumidificación/de aire acondicionado combinado, según una realización alternativa de la invención, en la que el aire que entra en el regenerador enfría el refrigerante que abandona el regenerador;

la figura 3B muestra esquemáticamente una tercera unidad deshumidificadora, que puede utilizarse en un sistema de deshumidificación/de aire acondicionado combinado, según una realización alternativa de la invención, en la que el aire que abandona el deshumidificador enfría el refrigerante que abandona el regenerador;

la figura 4A muestra esquemáticamente un sistema de unidad deshumidificadora, según una realización a modo de ejemplo de la invención, en la que el aire que entra en el regenerador enfría el refrigerante que abandona el regenerador;

la figura 4B muestra esquemáticamente un sistema de unidad deshumidificadora, según una realización alternativa de la invención, en la que el aire que abandona en el deshumidificador enfría el refrigerante que abandona el regenerador;

la figura 4C muestra esquemáticamente un sistema de unidad deshumidificadora, según una realización alternativa de la invención, que puede conmutar entre un primer estado en el que el aire que abandona en el deshumidificador enfría el refrigerante que abandona el regenerador y un segundo estado en el que el aire que entra en el regenerador enfría el refrigerante que abandona el regenerador;

la figura 5A muestra una primera configuración de conmutación de un deshumidificador según una realización de la invención, en la que se produce aire enfriado, deshumidificado;

la figura 5B muestra una segunda configuración de conmutación en la que se produce aire caliente deshumidificado;

la figura 5C muestra una tercera configuración de conmutación en la que se produce aire caliente humidificado;

la figura 6 muestra las curvas de deshumidificación de algunos de los sistemas descritos con respecto a las figuras 2 a 4, junto con las de los sistemas de aire acondicionado y deshumidificación convencionales;

la figura 7 muestra una estructura útil para ajustar automáticamente la cantidad de deshumidificación; y

la figura 8 es un diagrama esquemático de un sistema deshumidificador/de aire acondicionado según una realización de la invención.

Descripción detallada de realizaciones a modo de ejemplo de la invención

En algunas realizaciones de la invención se usan los deshumidificadores descritos en las solicitudes PCT de los solicitantes PCT/IL97/00372, presentada el 16 de noviembre de 1997 y PCT/IL98/00552, presentada el 11 de noviembre de 1998. Las descripciones de estas solicitudes se incorporan en la presente memoria a modo de referencia. Estas solicitudes se publicaron el 7 de mayo de 1999 como WO 99/26025 y WO99/26026, respectivamente, y se presentaron y posteriormente como solicitudes de patente estadounidense 09/554.398 y 09/554.397, respectivamente. En vista de la utilidad potencial de estos deshumidificadores en la presente invención, los deshumidificadores descritos en las mismas se describen detalladamente en la presente memoria, junto con las realizaciones de la presente invención.

En referencia en primer lugar a la figura 2, un sistema 10 deshumidificador, tal como se describe en las solicitudes anteriormente mencionadas, comprende como sus dos secciones principales una cámara 12 de deshumidificación y una unidad 32 del regenerador. Aire húmedo entra en la cámara 12 de deshumidificación a través de una entrada 14 de aire húmedo y el aire seco sale de la cámara 12 a través de una salida 16 de aire seco.

En la realización de la figura 2, el desecante 28 se bombea por una bomba 20 desde un depósito 30 de desecante a través de un tubo 13 a una serie de toberas 22. Estas toberas rocían una fina pulverización de desecante en el interior de la cámara 12, que está llena, por ejemplo, de un material 24 de esponja de celulosa, tal como se usa generalmente en la técnica con este fin. Alternativamente, el desecante se deja caer simplemente en gotas sobre el material de esponja. El desecante se percola lentamente hacia abajo a través del material de esponja en el depósito 30. El aire húmedo que entra en la cámara a través de la entrada 14 entra en contacto con las gotitas de desecante. Puesto que el desecante es higroscópico, absorbe vapor de agua del aire húmedo y se expulsa aire más seco a través de la salida 16. El depósito 30 se sitúa generalmente en la parte inferior de la cámara 12 de modo que el desecante de la esponja 24 cae directamente al depósito.

En esta realización, una bomba 35 y un motor 37 asociado bombean desecante desde una extensión del depósito 30 al tubo 13. Un separador 38 recibe el desecante desde el tubo 13 y envía parte del desecante a las toberas 22 y parte a la unidad 32 del regenerador. Una válvula o estrangulamiento 39 (preferiblemente una válvula o estrangulamiento controlado) puede proporcionarse para controlar la proporción de desecante que se alimenta al regenerador 32. Si se utiliza una válvula o estrangulamiento controlado, la cantidad de desecante se controla de forma óptima en función de la cantidad de humedad en el desecante.

La cámara 34 incluye un intercambiador 36 de calor que calienta el desecante para sacar parte del vapor de agua que ha absorbido, regenerándolo de este modo.

El desecante líquido regenerado se transfiere de vuelta al depósito 30 a través del tubo 40 y un tubo 42 de material de esponja tal como el que rellena la cámara 12. El tubo 40 se muestra como estando contenido en una cámara 58 que presenta una entrada 60 y una salida 62. El aire, generalmente desde el exterior del área en la que está modificándose el aire, por ejemplo desde una salida de evacuación del dispositivo de aire acondicionado, tal como se describe más adelante, entra en la cámara a través de la entrada 60 y arrastra la humedad adicional que se evapora del desecante todavía caliente en el tubo 42. El aire que sale de la salida 62 arrastra esta humedad y también la humedad que se extrajo del desecante en el regenerador. Generalmente, un ventilador (no mostrado) en la salida 62 aspira el aire de la cámara 58.

Alternativamente o adicionalmente, el calor se transfiere desde el desecante líquido regenerado al desecante que entra o al regenerador poniendo las dos corrientes de desecante en contacto térmico (pero no físico) en una estación (no mostrada) de transferencia térmica. Alternativamente o adicionalmente, puede usarse una bomba de calor para transferir energía adicional desde el desecante más frío que abandona el regenerador hacia el desecante más caliente que entra en el regenerador, de modo que el descante que vuelve al depósito está en realidad más frío que el descante que entra en la cámara 58.

En realizaciones a modo de ejemplo de la invención, se proporciona un sistema 45 de bombeo de calor que extrae calor del desecante en el depósito 30 para proporcionar energía al intercambiador 36 de calor. Opcionalmente, esta bomba de calor incluye (además del intercambiador 36 que es el condensador del sistema) un segundo intercambiador 46 de calor en el depósito 30, que es el evaporador del sistema, y una válvula 56 de expansión. Esta transferencia de energía da como resultado una temperatura reducida del desecante que entra en contacto con el aire que está secándose, reduciéndose así la temperatura del aire seco. En segundo lugar, esta transferencia de energía reduce las necesidades globales de energía para hacer funcionar el regenerador, generalmente en un factor de hasta 3. Puesto que la energía utilizada por el proceso de regeneración es el principal requisito de energía para el sistema, esta reducción del uso de energía puede tener un efecto importante en la eficacia global del sistema. Adicionalmente, este método de calentamiento del desecante en el regenerador puede complementarse mediante un calentamiento directo, utilizando un serpentín de calentamiento o calor residual de un dispositivo de aire acondicionado asociado.

Debería entenderse que la proporción de vapor de agua en el desecante en el depósito 30 y en el desecante regenerado debe situarse generalmente dentro de ciertos límites, límites que dependen del desecante particular utilizado. Un límite inferior en el nivel de humedad requerida es la necesaria para disolver el desecante de manera que el desecante esté en disolución y no cristalice. Sin embargo, cuando el nivel de humedad es demasiado alto, el desecante se vuelve ineficaz para extraer la humedad del aire que entra en la cámara 12. Por tanto, en esta realización, puede ser deseable monitorizar y controlar el nivel de humedad. Ha de observarse que algunos desecantes son líquidos incluso en ausencia de humedad absorbida. El nivel de humedad en estos desecantes no tiene que controlarse tan estrictamente. Sin embargo, incluso en estos casos el proceso de regeneración (que emplea energía) sólo debería realizarse cuando el nivel de humedad en el desecante está por encima de un cierto nivel.

Esta función de monitorización se lleva a cabo generalmente midiendo el volumen de desecante, que aumenta a medida que aumenta la humedad. Un método de medición del volumen de líquido en el depósito es mediante la medición de la presión en un recipiente 50 invertido que tiene su abertura colocada en el líquido en el depósito. Un tubo 52 conduce desde el recipiente 50 hacia un manómetro 54. Cuando el volumen de desecante aumenta por la absorción de humedad, la presión medida por el manómetro 52 aumenta. Puesto que el volumen de desecante en la cámara del deshumidificador y en el regenerador es bastante constante, esto da una buena indicación de la cantidad de desecante y por tanto de la cantidad de humedad que ha entrado en el desecante. Cuando el nivel de humedad aumenta por encima de un valor predeterminado, el calor en la cámara 34 se activa. Opcionalmente, cuando el nivel de humedad cae por debajo de otro valor predeterminado inferior, el calentador se desactiva.

Otros factores que pueden influir en los puntos de corte superior e inferior en el proceso de regeneración son la temperatura del aire seco, la eficacia de la regeneración y la eficacia de la bomba de calor. En algunas realizaciones de la invención puede ser aconsejable proporcionar un cierto calentamiento directo del desecante en el proceso de regeneración.

En otras realizaciones, se proporcionan bombas de calor u otros medios de transferencia de calor (no mostrados para mayor simplicidad) para transferir calor desde el aire secado que sale de la cámara 12 y o desde el aire húmedo calentado que abandona la cámara 34 del regenerador, para calentar el desecante en su recorrido hacia o hasta la cámara 34. Si se usan bombas de calor, la fuente de calor puede estar a una temperatura inferior a la del desecante a la que se transfiere.

Debería entenderse que el enfriamiento del desecante en el depósito puede dar como resultado un aire seco que abandona el deshumidificador, que tiene la misma u, opcionalmente, una temperatura más baja que el aire húmedo que entra en el deshumidificador, incluso antes de cualquier enfriamiento opcional adicional del aire seco. Esta característica es especialmente útil cuando el deshumidificador se utiliza en climas cálidos en los que la temperatura ambiente ya es alta.

Como se indicó anteriormente, uno de los problemas de los sistemas deshumificadores es el problema de determinar la cantidad de agua en la disolución de desecante de manera que el contenido de agua de la disolución del deshumificador puede mantenerse en un intervalo apropiado.

Un deshumidificador 100 autorregulado, que se autorregula con respecto al contenido de agua de la disolución de desecante y que por tanto no requiere ninguna medición del volumen o contendido de agua de la disolución de desecante, se muestra en la figura 3A. Además, el deshumidificador funciona hasta que se alcanza una humedad predeterminada y entonces se detiene para reducir la humedad, sin ningún control o desconexión.

El deshumidificador 100 es similar al deshumidificador 10 de la figura 2, con varias diferencias importantes. En primer lugar, el sistema no requiere ninguna medición del contenido de agua y por tanto no tiene una medida volumétrica para el desecante. Sin embargo, una medición de este tipo puede proporcionarse como una medida de seguridad si la disolución pasa a ser demasiado concentrada.

En segundo lugar, la bomba de calor transfiere calor entre dos corrientes de disolución de desecante que están transfiriéndose desde el depósito 30 (que está divido convenientemente en dos partes 30A y 30B conectadas por tubos 30C), concretamente una primera corriente que se está bombeando a las toberas 22 mediante un sistema 130 de bombeo, a través de un conducto 102 y una segunda corriente que se está bombeando a la unidad 32 del regenerador mediante un sistema 132 de bombeo, a través de un conducto 104.

En una realización a modo de ejemplo de la invención, los tubos 30C (que incluyen los tubos de derivación mostrados) están diseñados para que su efecto más importante sea generar un nivel común de la solución en las partes 30A y 30B. En general, es deseable que las dos partes del depósito tengan diferentes temperaturas. Esto necesariamente da como resultado concentraciones diferentes del desecante. Sin embargo, se considera generalmente deseable proporcionar alguna mezcla entre las secciones, mediante algún bombeo a través de los tubos de derivación mostrados para transferir humedad desde una parte a la otra. En algunas realizaciones de la invención se mantiene un diferencial de temperatura de 5ºC o más, opcionalmente, de 10ºC o más o 15ºC o incluso más. Así, en una realización a modo de ejemplo de la invención, la parte 30A del depósito está a una temperatura de 30ºC o más y la parte 30B del depósito está a una temperatura de 15ºC o menos.

En la figura 3A, se muestra una construcción diferente para la unidad 32 del regenerador, que es similar a la de la sección del deshumidificador. Además, en la figura 3A, ninguna sección tiene un material de esponja de celulosa. Tal material puede añadirse a la realización de la figura 3A o puede omitirse de la realización de la figura 2 y sustituirse por el mecanismo de pulverización de la figura 3A.

En algunas realizaciones de la invención, aplicables a cualquiera de las figuras 2 ó 3A, no se utilizan toberas de pulverización. En su lugar, las toberas de pulverización se sustituyen por un sistema de goteo por el que el líquido gotea sobre la esponja de celulosa para humedecer continuamente la esponja. Tales sistemas se muestran, por ejemplo, en el documento anteriormente indicado PCT/IL98/00552.

Volviendo a la figura 3A, el sistema 45 de bombeo de calor extrae calor de la disolución de desecante en el conducto 102 y lo transfiere al desecante en el conducto 104. El sistema 45 de bombeo de calor contiene, además de los componentes contenidos en la realización de la figura 2, un intercambiador 136 de calor opcional para transferir una parte del calor del refrigerante que abandona el intercambiador 104 de calor al aire de regeneración. Opcionalmente, el compresor también se enfría por el aire de regeneración. Sin embargo, cuando el aire es muy caliente, puede utilizarse aire adicional, no utilizado en el regenerador, para enfriar el compresor y el refrigerante. Como alternativa, tal aire se utiliza sólo para tal enfriamiento.

Enfriar el refrigerante y/o el compresor de esta manera tiene como resultado la eliminación del aire adicional del sistema, lo que permite al sistema refrigerante funcionar a una temperatura más baja. El funcionamiento del sistema sin tal enfriamiento adicional puede dar como resultado que el refrigerante esté demasiado caliente en el estado regular para funcionar correctamente.

El calentamiento resultante del aire que entra en el regenerador aumenta la capacidad del aire para eliminar la humedad del desecante. La bomba 45 de calor se ajusta para transferir una cantidad fija de calor. En una realización de la invención, el punto de ajuste de la humedad se determina controlando la cantidad de calor transferida entre las dos corrientes.

Considérese el sistema mostrado en la figura 3A, con el aire que entra en la cámara 12 de deshumificador a 30ºC y con una humedad del 100%. Supóngase además que la cantidad de líquido extraída del aire reduce su humedad a un 35% sin reducir la temperatura. En esta situación, la cantidad de calor transferida entre las corrientes de la disolución de desecante sería igual al calor de vaporización del agua extraída del aire, de modo que la temperatura de la disolución de desecante que cae al depósito 20 desde la cámara 12 está a la misma temperatura que la que entra en ella, excepto porque ha absorbido una cierta cantidad de humedad del aire.

Supóngase además, que el regenerador está configurado, de tal manera que a esta misma temperatura y humedad, extrae la misma cantidad de agua de la disolución de desecante. Esto puede requerir una entrada de calor (adicionalmente al calor disponible desde la bomba de calor).

Supóngase además que el aire que entra en la cámara del deshumidificador tiene una humedad más baja, por ejemplo del 80%. Para esta humedad, se extrae menos líquido (ya que la eficacia de la extracción de agua depende de la humedad) y, por tanto, la temperatura de la disolución de desecante que abandona la cámara del deshumidificador también baja. Sin embargo, dado que entra menos agua en la disolución de desecante de la cámara del deshumidificador, la cantidad de agua extraída de la disolución en el regenerador también baja. Esto da como resultado un nuevo equilibrio con menos agua extraída y la disolución de desecante a una temperatura más baja. Un desecante a temperatura más baja da como resultado un aire más frío. Así, la temperatura del aire existente también se reduce. Sin embargo, la humedad relativa permanece sustancialmente igual. Debería entenderse que una reducción de temperatura del aire de entrada tiene sustancialmente el mismo efecto.

Generalmente, el sistema es autorregulable, interrumpiéndose la acción de deshumidificación en algún nivel de humedad. El nivel de humedad en el que esto tiene lugar dependerá de la capacidad de la disolución pulverizada desde las toberas 22 para absorber humedad y la habilidad de la disolución y de la capacidad de la disolución pulverizada desde las toberas 22' para liberar humedad.

En general, como el aire en la entrada 14 pasa a ser menos húmedo (humedad relativa), el deshumidificador pierde capacidad para eliminar la humedad del mismo. Así, la disolución se enfría en cada tránsito a través del conducto 102 y el porcentaje de desecante en la disolución 30B alcanza un cierto nivel. De forma similar, a medida que se elimina menos humedad del aire, la disolución 30A pasa a ser más concentrada y se elimina menos humedad de la misma (todo lo que sucede es que se calienta). En algún momento, tanto la extracción como la absorción de la humedad por la disolución se detienen ya que las disoluciones respectivas que entran en la cámara del deshumidificador y del refrigerador están en estabilidad con el aire al que o desde el que la humedad se transfiere normalmente.

Debería entenderse que este punto de humedad puede ajustarse cambiando la cantidad de calor transferido entre las disoluciones en los conductos 102 y 104. Si se transfiere un calor mayor, el desecante en la cámara de deshumidificación está más frío y el desecante en la cámara de regeneración está más caliente. Esto mejora la capacidad de transferencia de humedad tanto de la cámara de deshumidificación como del regenerador y el punto de equilibrio de humedad se baja. Para menos calor bombeado desde el lado del deshumificador al lado del regenerador, se producirá una humedad mayor. Además, el punto de ajuste dependerá de algún modo de la humedad relativa del aire que entra al regenerador.

El dispositivo mostrado en la figura 3A y que se describió anteriormente, da como resultado un aire seco que abandona la salida 16 generalmente más frío que el que entra por la entrada 14.

Algunas veces, se desea calentar y deshumidificar el aire que abandona la salida 16. Para conseguir este efecto, puede utilizarse el dispositivo de la figura 3B. El dispositivo de la figura 3B es el mismo que el dispositivo de la figura 3A, excepto porque el intercambiador 136 de calor en la entrada del regenerador se mueve a la salida del deshumidificador y se indica como 136'. El dispositivo mostrado en la figura 3B produce aire deshumidificado y cálido.

Las figuras 4A y 4B muestran otro deshumidificador 200, en el que no se requiere bombeo de desecante. Excepto como se describe posteriormente, es generalmente similar a los deshumidificadores de las figuras 3A y 3B. (Las figuras 4A y 4B tienen una disposición algo diferente de las de las figuras 3A y 3B). Los inventores han descubierto de forma sorprendente que una abertura apropiadamente conformada y ajustada, tal como la abertura 202 que conecta los dos sumideros proporciona un modo adecuado para proporcionar la transferencia requerida entre los dos sumideros.

En general, en un sistema de desecante líquido tal como el de las figuras 3 ó 4, el sumidero 30B (el sumidero de la cámara 12 de deshumidificación) acumula humedad adicional con respecto al sumidero 30A (el sumidero del regenerador 32). La humedad adicional debe transferirse al sumidero 30A o directamente al regenerador para eliminar la humedad del desecante. Además, la concentración de desecante en el sumidero 30B es mucho más baja que la del sumidero 30A, y la proporción de desecante en el sumidero 30A debe aumentarse continuamente para que la eficacia y la capacidad de secado de la regeneración se mantengan altas.

Una manera de abordar este problema es utilizar un único sumidero, como en el dispositivo de la figura 2. Sin embargo, esto da como resultado sustancialmente la misma temperatura para el desecante utilizado de la deshumidificación y el que está regenerándose. Esto da como resultado una pérdida de eficacia.

En los deshumidificadores de la figura 3A y 3B, los sumideros se mantienen separados y se utilizan bombas para bombear el líquido de un sumidero a otro. Esto permite mantener un diferencial de temperatura entre los sumideros y por tanto entre el regenerador y las secciones de deshumidificación. Como se indicó anteriormente, el tubo 30C está construido de tal manera que sólo tiene lugar una transferencia mínima de líquido entre los sumideros, conservando un diferencial de temperatura relativamente alto.

Sin embargo, la transferencia de líquido en las figuras 3A y 3B es ineficiente, ya que el desecante se transfiere inevitablemente desde la sección de deshumidificación al regenerador y la humedad se transfiere a la sección de deshumidificación desde el regenerador. Además, con el fin de conservar el diferencial de temperatura, también se conserva un equilibrio no deseado de humedad y desecantes en los sumideros, incluso si se reduce por el bombeo. (La concentración de desecante es superior en el sumidero del regenerador que en el sumidero de la sección de deshumidificación). Estos dos efectos dan como resultado una eficacia reducida de ambas secciones del deshumidificador.

El aparato de las figuras 4A y 4B soluciona este problema transfiriendo mediante difusión los desecantes y sales entre los líquidos en los sumideros, en lugar de bombear la disolución de desecante entre los sumideros. Así, en un enfoque neto, sólo se transfieren los iones salinos del desecante desde el sumidero del regenerador a las bombas, y sólo la humedad, en un enfoque neto, se transfiere desde el sumidero del deshumidificador al sumidero del regenerador.

En las realizaciones a modo de ejemplo de la invención, la abertura 202 se proporciona entre los sumideros 30A y 30B. El tamaño y colocación de esta abertura se elije para proporcionar transferencia de iones de agua y sal del desecante entre los sumideros sin una cantidad no deseada de transferencia térmica, especialmente desde el depósito más caliente al más frío. En la práctica, el tamaño de la abertura puede aumentarse, de manera que en una deshumidificación total, el flujo de calor entre los sumideros está en un nivel aceptable. Cuando el orificio es demasiado grande, parece haber un flujo de calor desde el depósito del regenerador más caliente al depósito del deshumidificador más frío. Puede determinarse un flujo de calor no deseado midiendo la temperatura cerca del orificio y comparándola con la temperatura en la disolución a granel en el sumidero. Cuando el agujero es demasiado grande, habrá generalmente un flujo térmico importante desde el sumidero 30B al sumidero 30A. Cuando el tamaño del orificio se reduce demasiado, la transferencia de iones se reduce y la eficacia total se reduce.

Debería entenderse que la realización de las figuras 4A y 4B puede proporcionar diferenciales de temperatura del mismo orden (o incluso mayores) que los de las figuras 3A y 3B.

Aunque el tamaño puede determinarse empíricamente, como se describió anteriormente, en un sistema experimental, a modo de ejemplo pero no limitativo, la abertura es rectangular, con esquinas redondeadas que tienen un ancho de 1 a 3 cm (preferiblemente en torno a 2 cm) y una altura de 1 a 10 cm, dependiendo de la capacidad del sistema. Preferiblemente, el orificio se coloca en el fondo de la partición entre los depósitos, para aprovechar la concentración salina superior en el depósito del regenerador en el fondo del depósito. La altura adicional permite al sistema funcionar incluso bajo condiciones extremas cuando ocurre alguna cristalización (que puede bloquear la abertura) en el fondo del depósito. Como alternativa, la abertura está definida mediante una serie de orificios distribuidos a lo alto. Alternativamente, la abertura está definida por una ranura en el fondo y por orificios espaciados por encima. En estas situaciones, la cantidad de difusión de iones salinos depende de la cantidad de líquido en el sistema que, a su vez, depende de la humedad. Cuando hay más humedad en el sistema, el líquido aumenta y el flujo de agua e iones (mediante difusión en el sentido inverso) también aumenta.

Debería entenderse que las dimensiones y la colocación de la abertura dependen de muchos factores y que el ejemplo dado anteriormente se determinó experimentalmente.

Deberían observarse algunos puntos acerca del deshumidificador de las figuras 4A y 4B. Hay un flujo neto de humedad, a través de la abertura 202, desde el depósito 30B al depósito 30A cuando el sistema ha alcanzado un estado regular y las condiciones del aire son constantes. De hecho, puesto que la sección del deshumidificador está añadiendo continuamente humedad al desecante y el regenerador está continuamente eliminando humedad del mismo, esto es lo que se espera. Durante el funcionamiento, la concentración de iones en el depósito 30A es generalmente mayor que en el depósito 30B. Esto será cierto, porque el desecante en 30A continuamente se está concentrando y el del 30B continuamente se está diluyendo. Esta diferencia en la concentración provoca un flujo difuso de iones desde el depósito 30A al depósito 30B, a través de la abertura 202. Sin embargo, esto se equilibra por el flujo de iones desde el depósito 30B al 30A causado por el flujo de la disolución en esta dirección. Esto da como resultado que no haya un flujo neto de iones desde un depósito al otro. Durante periodos de condiciones cambiantes del aire de entrada, puede haber un flujo neto transitorio de iones.

Durante una transición de arranque, la cantidad total de disolución de desecante líquido aumenta por la adición de humedad extraída del aire. Esto significa que durante este periodo de transición hay una transferencia neta de iones del desecante entre el depósito 30B al 30A, que da como resultado que la concentración de desecante en el depósito 30B sea más baja que la del depósito 30A durante el estado regular.

En un sistema práctico, durante el estado regular, la temperatura del desecante en el depósito 30B está a 15ºC y la concentración es del 25% en peso de sal. Opcionalmente, la sal utilizada es cloruro de litio, ya que se trata de una sal estable con una capacidad de desecación relativamente alta. El bromuro de litio es un desecante aún mejor, pero es menos estable; también puede utilizarse. Otras sales que pueden usarse incluyen cloruro de magnesio, cloruro de calcio y cloruro de sodio. También pueden utilizarse otros desecantes líquidos, tal como se conocen en la técnica.

La temperatura y concentraciones para el depósito 30A son de 40ºC y 35%. Debería entenderse que la concentración en el depósito 30A puede ser mayor (sin cristalización) que en el depósito 30B debido a la mayor temperatura del desecante. Cuando el sistema se detiene, las concentraciones y las temperaturas se igualan al poco tiempo. Por supuesto, estos números variarán ampliamente dependiendo de la temperatura y humedad del aire que se está acondicionando y el "punto de ajuste" del deshumidificador (como se determina mediante la configuración de la bomba de calor), entre otros factores.

En las realizaciones a modo de ejemplo de la invención, no hay transferencia de materiales entre los depósitos, excepto a través de la abertura y no se utilizan bombas para la transferencia. También se observa que cuando no se utilizan bombas para transferir el líquido desde un lado al otro, si existe un estado regular, debe haber un flujo neto nulo a través de la abertura.

La figura 4C muestra un sistema en el que puede proporcionarse cualquiera de las realizaciones de las figuras 4A ó 4B mediante válvulas 47 y 49 de conmutación desde el estado abierto al cerrado. Por ejemplo, si la válvula 47 está abierta (es decir, permite el flujo) y la válvula 49 está cerrada (no hay flujo), resultará la realización de la figura 4A. Si la válvula 47 está cerrada y la válvula 49 está abierta, resultará la realización de la figura 4B. Por lo tanto, si estas válvulas son eléctricas o hidráulicas, el aparato mostrado en la figura 4C puede conmutar fácilmente entre un estado de deshumificador de enfriamiento y un estado de deshumidificador de calentamiento, ambos con una alta eficacia.

Debería entenderse que para evitar la duplicación, la metodología de la figura 4C se muestra sólo para la realización de la figura 4. Debería entenderse que también puede aplicarse al deshumidificador de las figuras 3A y 3B y también para el de la figura 2. Debería entenderse también que la disposición de válvula mostrada en la figura 4C es únicamente a modo de ejemplo. Podría usarse un gran número de diferentes disposiciones de válvula para la conmutación del trayecto del refrigerante de la manera mostrada en la figura 4C.

Las figuras 5A a 5C muestran tres estados de un sistema 500 refrigerante según una realización de la invención. Estas figuras muestran una forma alternativa de conectar los elementos del sistema de la figura 4C para proporcionar un sistema en el que están disponibles tres estados, concretamente, enfriamiento y deshumidificación, calentamiento y deshumidificación y calentamiento y humidificación. Las figuras 5A-C no muestran todos los elementos de la figura 4C, sin embargo, los elementos comunes se indican con los mismos números de referencia. También se muestran elementos adicionales, tal como se indica más adelante.

Los bloques constructivos básicos del sistema refrigerante que son comunes a las figuras 4C y 5A a 5C son el compresor 48, los intercambiadores 136 y 136' de calor, los intercambiadores 36 y 46 de calor y la válvula 56 de expansión. Las válvulas 49 y 47 y los tubos refrigerantes mostrados en la figura 4C se sustituyen por la estructura mostrada en las figuras 5A a 5C. El resto del sistema y la posición de los componentes anteriormente mencionados en la figura 4C no tienen que cambiarse.

El sistema 500 refrigerante comprende, además de los componentes mostrados en la figura 4C, una serie de tubos refrigerantes, un conmutador 502, una segunda válvula 56' de expansión, cuatro válvulas 504 a 507 de una vía y dos válvulas 508 y 510 de retención conmutables. En cada una de las figuras, las partes de los tubos en los que no hay flujo se muestran en líneas discontinuas. Además, la dirección del flujo se muestra en todas ellas. Como en la explicación anterior, abierto indica que se permite el flujo y cerrado indica que no se permite.

La figura 5A muestra una configuración que es funcionalmente la misma que la mostrada en la figura 4A. En esta realización, el conmutador 508 está cerrado y el conmutador 510 está abierto, de modo que no hay flujo de refrigerante a través del intercambiador 136' de calor y el refrigerante fluye a través del intercambiador 136 de calor. Esto tiene como resultado un enfriamiento y una deshumidificación del aire que está acondicionándose, tal como se ha descrito anteriormente. En esta configuración, el intercambiador 46 de calor está frío y se transfiere calor desde el mismo para calentar los intercambiadores 36 y 136, que están más calientes.

La figura 5B muestra una segunda configuración que es funcionalmente la misma que la mostrada en la figura 4B. En esta realización, el conmutador 510 está cerrado y el conmutador 511 está abierto, de modo que no hay flujo de refrigerante a través del intercambiador 136 de calor y el refrigerante fluye a través del intercambiador 136' de calor. Esto tiene como resultado un calentamiento y una deshumidificación del aire que está acondicionándose, tal como se ha descrito anteriormente. En esta configuración, el intercambiador 46 de calor está frío y se transfiere calor desde el mismo para calentar los intercambiadores 36 y 136', que están más calientes.

En la figura 5C, la posición del conmutador 502 se cambia y ambos conmutadores 508 y 510 se cierran. En esta realización, el refrigerante fluye en la línea 520 y la válvula de expansión está operativa. No hay flujo en el intercambiador 46 de calor. El sistema refrigerante consiste entonces en los intercambiadores 36, 136 y 136' de calor. El aire acondicionado se hace pasar por la "cámara 12 de deshumidificación". Sin embargo, en ausencia de enfriamiento en esta cámara, se añade humedad al aire en lugar extraerse del mismo. El aire humidificado pasa a través del intercambiador 136' de calor de modo que se obtiene aire humidificado calentado. El intercambiador 36 de calor actúa para enfriar el desecante en el "regenerador" 32 de modo que absorbe humedad del aire exterior. Esta humedad se transfiere a la "cámara 12 de deshumidificación" y desde ésta al aire acondicionado. En efecto, la función del intercambiador de calor se invierte con respecto a la de la configuración de las figuras 5A y 5B. Puede observarse que en esta configuración el intercambiador de calor más frío es el intercambiador 36 de calor, desde el que se transfiere calor a los intercambiadores 136 y 136'. Debería observarse además que el intercambiador 136 de calor parece actuar en contra de la funcionalidad del intercambiador 36 de calor, que extrae calor del aire exterior. Sin embargo, en efecto, este proceso sirve para devolver, en la medida de lo posible, calor al intercambiador 136' de calor. Además, como en todos los intercambiadores de calor externos, resulta operativo extraer la mayor cantidad de calor posible del refrigerante antes de alimentar el refrigerante a la válvula de expansión.

La figura 6 muestra un diagrama, similar al de la figura 1, salvo porque los sistemas desecantes de las figuras 2 a 4 se representan por una línea 3. Esto muestra que el enfriamiento del desecante en el lado del deshumidificador, por la bomba de calor, da como resultado sólo un pequeño cambio en la temperatura del aire. Esto significa que el aire tratado por el deshumidificador no necesita enfriarse por el dispositivo de aire acondicionado (como en el caso de los sistemas desecantes de la técnica anterior) ni necesitan calentarse como es necesario si se usan sistemas de aire acondicionado para extraer la humedad. Esto permite al sistema de aire acondicionado hacer lo que mejor sabe, es decir extraer el calor del aire, mientras lo libera de cualquier efecto secundario de tener un deshumidificador acoplado al mismo, por ejemplo, el calentamiento del aire en el dispositivo de aire acondicionado por el deshumidificador.

La figura 7 muestra una estructura 1000 útil para controlar la cantidad de deshumidificación. En situaciones de humedad ambiental baja, el nivel de líquido en el sistema se reduce, en el estado regular, con respecto al de situaciones de mucha humedad. En situaciones de humedad baja también es deseable reducir la cantidad de humedad que se extrae del aire ambiental. La estructura de la figura 7 es útil para proporcionar un control automático para lograr estos fines.

La figura 7 es similar a la figura 4C, salvo porque un material de tipo esponja (como en la figura 2) sustituye a la pulverización mostrada en la figura 4C, para el regenerador. Sin embargo, no todo el volumen de la cámara 32 está lleno de desecante. Se proporciona una separación 1002 para dirigir el aire entrante hacia el desecante cuando el nivel de desecante líquido es alto. Cuando el nivel de desecante se sitúa por debajo del borde inferior de la separación, el aire rodea la esponja y pasa a través del conducto 1004 de paso, debido a la impedancia mucho más baja del conducto 1004 de paso. Por tanto, la acción de deshumidificación se reduce cuando no es necesaria.

De forma similar, en la cámara 32 de regeneración, la cantidad de agua extraída del sistema aumenta cuando el nivel de líquido es alto (humedad ambiental alta) y se reduce cuando no lo es.

La figura 8 es un diagrama de bloques de un sistema 310 deshumidificador/de aire acondicionado en el contexto de un dispositivo 312 de aire acondicionado partido, tal como se usan normalmente para enfriar un área cerrada tal como una habitación 314 grande en una casa. El dispositivo 312 de aire acondicionado, en su forma más simple, comprende una entrada 316 de aire de la habitación que alimenta aire de la habitación a través de un conducto 318 a un evaporador 320 que enfría el aire. El aire de la habitación se lleva al evaporador 320 mediante un ventilador 322 y sale del evaporador a través de una salida 324 de aire de la habitación hacia la habitación 314.

El refrigerante calentado se comprime por un compresor 324 (mostrado en una parte exterior del dispositivo 312 de aire acondicionado) y se hace pasar a un condensador 328. El condensador 328 se enfría por el aire exterior llevado a la entrada 330 de enfriamiento por un ventilador 332. El aire calentado sale de la parte 326 a través de una salida 334 de calor residual.

El refrigerante comprimido enfriado se expande en un extensor 336 y vuelve al evaporador 320 para usarse para enfriar el aire de la habitación.

Adicionalmente, el dispositivo 312 de aire acondicionado comprende una entrada 338 de aire fresco a través de la que se lleva aire fresco a la habitación. La cantidad de aire fresco se controla generalmente por un sistema 340, 341 deflector o de rejilla. Pueden suministrarse uno o ambos deflectores o rejillas 340, 341, dependiendo de la cantidad y el tipo de control sobre la proporción de aire fresco necesario. El aire fresco se mezcla con el aire llevado desde la habitación y se alimenta al evaporador 320.

El dispositivo 312 de aire acondicionado, tal como se describe, es de diseño completamente convencional. En algunas realizaciones de la invención, pueden usarse de manera apropiada otros tipos de sistemas de aire acondicionado.

En algunas realizaciones de la invención, se utiliza una unidad 342 deshumidificadora para aumentar la eficacia y la capacidad de enfriamiento del dispositivo de aire acondicionado.

El deshumidificador 342, en un diagrama de bloques simplificado, comprende una unidad 344 de secado que recibe aire exterior a través de una entrada 346 de aire húmedo y hace pasar aire secado hacia fuera desde una salida 348 de aire secado. El aire se seca en la unidad 344 haciéndolo pasar a través de un vaho, o similar, de desecante líquido o disolución de desecante. El desecante absorbe la humedad del aire. En la realización a modo de ejemplo de la invención, la salida 348 de aire secado se comunica con la entrada 338 de aire fresco del dispositivo 312 de aire acondicionado, por ejemplo, a través del conducto 349. Puesto que la impedancia de la unidad de secado es relativamente baja no se requiere generalmente una bomba de aire adicional al ventilador 322 del dispositivo de aire acondicionado. Sin embargo, puede proporcionarse una en algunas realizaciones de la invención.

El desecante con el agua adsorbida se transfiere a un regenerador 350 en el que el desecante se regenera extrayendo la humedad del mismo, calentado el desecante. En una realización a modo de ejemplo de la invención, este calentamiento (y el transporte del vapor de agua extraído del desecante) se consigue haciendo pasar aire caliente a través del desecante (opcionalmente, el desecante está en forma de vaho o en otra forma finamente divida). El aire seco relativamente caliente entra en el deshumidificador a través de una entrada 352 y sale a través de una salida 354. Este aire caliente se proporciona conveniente y eficazmente, según una realización de la invención, conectando la salida 334 de calor residual del dispositivo 312 de aire acondicionado con la entrada 352 del deshumidificador. Dado que el descenso de presión en el regenerador 50 es muy lento, opcionalmente, no se necesita ningún ventilador u otra bomba de aire además del ventilador 332 del dispositivo 312 de aire acondicionado para mover el aire a través del regenerador.

Aunque, en algunas realizaciones de la invención, no se requieren ventiladores adicionales para mover el aire dentro o fuera del deshumidificador, tal ventilador o ventiladores pueden estar presentes, si resulta conveniente, como por ejemplo si se van a integrar dispositivos de aire acondicionado o deshumidificadores autónomos, tal como se describe en el presente documento.

Opcionalmente, el dispositivo de aire acondicionado y el deshumidificador comparten un panel de control común desde el cual se controlan ambos y desde el cual, opcionalmente, todas las funciones anteriores pueden activarse, desactivarse o ajustarse.

En algunas realizaciones de la invención, uno de los sistemas de las figuras 1 a 4 se utiliza como el deshumidificador 342. En estas realizaciones de la invención, el puerto 348 de la figura 4 se corresponde con el puerto 16 de las figuras 1 a 4, el puerto 352 se corresponde con el puerto 60, el puerto 346 se corresponde con el puerto 14 y el puerto 354 se corresponde con el puerto 62. Debería entenderse además que el deshumidificador 342 está mostrado de una manera muy esquemática en la figura 7 y que, por ejemplo, la colocación de los elementos puede ser diferente y muchos elementos no se muestran en la figura 4. Además, para las realizaciones de la figura 4, las bombas mostradas en la figura 7 no están presentes. Además, las bombas de calor de las figuras 1 a 4 no se muestran en la figura 4, aunque están preferiblemente presentes en el sistema.

El sistema 310 tiene diversas ventajas sobre la técnica anterior. Como puede observarse fácilmente a partir de la figura 4, el deshumificador 342 puede añadirse al dispositivo 312 de aire acondicionado, que puede ser una unidad estándar. La tarea de secar el aire entrante, realizada de una manera muy ineficiente por el aire acondicionado, se ha transferido a un deshumidificador más eficaz que utiliza el calor residual del dispositivo de aire acondicionado para la mayoría de su energía (sólo se necesita energía para bombear el desecante entre el secador 344 y el regenerador 350). La capacidad del sistema de aire acondicionado para enfriar se mejora ya que ya no necesita secar el aire. La eficacia de la unidad combinada aumenta realmente con el aumento de la temperatura en contraste con sistemas de aire acondicionado normales. Mientras que el calor disponible es el calor producido por el dispositivo de aire acondicionado al enfriar todo el aire, el deshumificador seca sólo una parte del aire, concretamente el que entra en la habitación. Este equilibrio significa que los requisitos de calor para el deshumidificador se satisfacen generalmente de forma sencilla por la salida de evacuación del dispositivo de aire acondicionado.

Además, mientras que los sistemas de aire acondicionado generalmente no son adecuados para su utilización en situaciones de alta humedad y baja temperatura, el sistema de la presente invención es eficaz también en estas situaciones.

Un dispositivo de combinación tal como el descrito anteriormente, ha mostrado un 60% de capacidad de enfriamiento sobre el dispositivo de aire acondicionado por sí solo y un 30% de mejora de la eficacia sobre la utilización del dispositivo de aire acondicionado por sí solo, para la misma calidad de aire interior.

La invención se ha descrito en el contexto de realizaciones no limitativas particulares. Sin embargo, a los expertos en la técnica se les ocurrirán otras combinaciones de dispositivos de aire acondicionado y deshumidificadores según la invención, tal como se define por las reivindicaciones. Por ejemplo, en la figura 2, el calor se extrae del desecante líquido en el sumidero. Como alternativa, podría extraerse del desecante líquido que se transporta a la cámara de secado. En las figuras 3 y 4 el calor se bombea desde el desecante líquido mientras que se transporta a la cámara de secado. Como alternativa, podría extraerse desde el desecante líquido en un sumidero que recibe el líquido portador desde la cámara de secado. En algunas realizaciones de la invención, uno o ambos de los intercambiadores de calor refrigerante/desecante están en las cámaras de deshumidificación o regeneración.

La figura 2 muestra un tipo diferente de regenerador al de las figuras 3 y 4. En algunas realizaciones de la invención, los tipos de regenerador son intercambiables. La figura 2 muestra el calor que se está transfiriendo por la bomba de calor al líquido en la cámara de regeneración. Como alternativa, o adicionalmente, puede transferirse al desecante líquido que se está transportando a la cámara de regeneración (como en las figuras 3 y 4). Finalmente, aunque no se muestra en las figuras, el calor podría transferirse al líquido en el sumidero 30A para ambas figuras 3 y 4.

Adicionalmente, aunque se muestran muchas características en las realizaciones a modo de ejemplo, algunas de estas características, aunque deseables, no son esenciales. Por ejemplo, aunque las posiciones de los intercambiadores 136 y 136' de calor se muestran como situados en la entrada del regenerador y en la salida del deshumidificador, el radiador de refrigerante/aire puede estar en otros sitios del sistema, en algunas realizaciones de la invención, aunque algunas de las características relacionadas con las posiciones mostradas pueden perderse.

Como se utiliza en las reivindicaciones, los términos "comprender", "incluir" o "presentar" o sus conjugaciones quieren decir "que incluye pero no limitado a".

Claims (27)

1. Aparato de acondicionamiento de aire, que comprende:

una cantidad de desecante líquido;

un primer volumen de contacto de desecante-aire en el que el aire que va a acondicionarse se pone en contacto con una primera parte del desecante líquido;

un segundo volumen de contacto de desecante-aire en el que el aire exterior se pone en contacto con una segunda parte del desecante líquido; y

un sistema de refrigeración que comprende:

un primer intercambiador de calor asociado con la primera parte de desecante líquido;

un segundo intercambiador de calor asociado con la segunda parte de desecante líquido;

un tercer intercambiador de calor situado para intercambiar calor con dicho aire acondicionado después de que éste abandone el primer volumen de contacto; y

conductos de refrigeración que conectan elementos de dicho sistema de refrigeración.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicho primer volumen de contacto de desecante-aire está comprendido en una sección de deshumificador en la que el aire que va a acondicionarse se pone en contacto con una primera parte del desecante líquido;

3. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, en el que el segundo volumen de contacto de desecante-aire está comprendido en una sección de regenerador en la que el aire exterior se pone en contacto con una segunda parte del desecante líquido;

4. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tercer intercambiador de calor no está en contacto con el desecante líquido, y en el que el aire acondicionado se calienta por el tercer intercambiador de calor.

5. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer intercambiador de calor está a una temperatura inferior que el segundo intercambiador de calor.

6. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de refrigeración funciona para transferir calor desde el primer intercambiador de calor al segundo intercambiador de calor.

7. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de refrigeración comprende un compresor y conductos entre dichos intercambiadores de calor configurados de tal manera que el calor se transfiere desde el primer intercambiador de calor al segundo intercambiador de calor.

8. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye un conducto para moléculas de agua, en el que el aparato está configurado de tal manera que el aire que va a condicionarse se deshumidifica en el primer volumen de contacto y en el que el agua extraída de la deshumidificación se transfiere al aire exterior desde el segundo volumen de contacto, transfiriéndose dicha agua al primer volumen de contacto a través del conducto.

9. Aparato según la reivindicación 8, en el que no hay bombeo de desecante líquido entre un deshumidificador que comprende el primer volumen de contacto y un regenerador que comprende el segundo volumen de contacto.

10. Aparato según la reivindicación 8, y que incluye una bomba para bombear el desecante líquido entre un deshumidificador que comprende el primer volumen de contacto y un regenerador que comprende el segundo volumen de contacto.

11. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores y que también incluye un cuarto intercambiador de calor.

12. Aparato según la reivindicación 11, en el que el cuarto aparato intercambiador de calor está situado para el intercambio de calor con dicho aire exterior antes de que entre en el regenerador, de manera que el aire exterior se calienta de este modo.

13. Aparato según la reivindicación 11 ó 12, en el que dichos conductos de refrigeración presentan una configuración controlable que permite una pluralidad de configuraciones de flujo, cada una de dichas configuraciones proporciona un trayecto diferente de refrigerante entre los elementos del sistema de refrigeración.

14. Aparato según la reivindicación 13, en el que dicha configuración se puede seleccionar mediante válvulas.

15. Aparato según la reivindicación 13 ó 14, en el que la pluralidad de configuraciones incluye una primera configuración en la que el calor se transfiere desde el primer intercambiador de calor al segundo y tercer intercambiador de calor, para calentar de este modo el aire acondicionado.

16. Aparato según la reivindicación 15, en el que el refrigerante en el segundo intercambiador de calor está a una temperatura superior a la del refrigerante en el primer intercambiador de calor.

17. Aparato según la reivindicación 15 ó 16, en el que el refrigerante en el tercer intercambiador de calor está a una temperatura superior a la del refrigerante en el primer intercambiador de calor.

18. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en el que para la primera configuración no fluye ningún refrigerante en el cuarto intercambiador de calor.

19. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, en el que la pluralidad de configuraciones incluye una segunda configuración en la que el calor se transfiere desde el primer intercambiador de calor al segundo y cuarto intercambiador de calor.

20. Aparato según la reivindicación 19, en el que el refrigerante en el segundo intercambiador de calor está a una temperatura superior a la del refrigerante en el primer intercambiador de calor.

21. Aparato según la reivindicación 19 ó 20, en el que el refrigerante en el cuarto intercambiador de calor está a una temperatura superior a la del refrigerante en el primer intercambiador de calor.

22. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, en el que para la segunda configuración, no fluye ningún refrigerante en el tercer intercambiador de calor.

23. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, en el que la pluralidad de configuraciones incluye una tercera configuración en la que el calor se transfiere desde el segundo intercambiador de calor al tercer intercambiador de calor.

24. Aparato según la reivindicación 23, en el que para la tercera configuración, la temperatura del refrigerante en el tercer intercambiador de calor es superior a la temperatura del refrigerante en el segundo intercambiador de calor.

25. Aparato según la reivindicación 23 ó 24, en el que para la tercera configuración, el calor se transfiere desde el segundo intercambiador de calor al cuarto intercambiador de calor.

26. Aparato según la reivindicación 25, en el que para la tercera configuración la temperatura del refrigerante en el cuarto intercambiador de calor es superior a la temperatura del refrigerante en el segundo intercambiador de calor.

27. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 26, en el que para la tercera configuración no fluye ningún refrigerante en el primer intercambiador de calor.