BRPI1007585B1 - método para controlar um desumidificador dessecante ativo e sistema desumidificador dessecante ativo - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA CONTROLAR UM DESUMIDIFICADOR DESSECANTE ATIVO E SISTEMA DESUMIDIFICADOR DESSECANTE ATIVO A presente invenção proporciona um método para o controle de um desumidificado dessecante ativo; o método compreendendo: a. A modulação do fluxo de ar através de um setor de processamento para controlar a quantidade de desumedecimento; b. A modulação do fluxo de ar através de um setor de reativação como uma função da modulação do fluxo de ar processado; e c. A modulação da velocidade rotacional de urna roda dessecante como uma função da modulação do fluxo de ar processado. A presente invenção também proporciona um sistema para o método acima mencionado.

Description

[001] A presente invenção refere-se, geralmente, a sistemas e métodos de aquecimento, ventilação e de condicionamento de ar (HVAC), assim como também a sistemas e métodos de processamento de secagem, e mais especificamente a sistemas de secagem de condicionadores de ar ou de desumedecimento que incorporam uma roda dessecante termicamente ativada. A presente invenção também proporciona um método aperfeiçoado para a conservação/redução de energia consumida durante o uso de tais sistemas usando rodas dessecantes.

[002] As rodas dessecantes e as rodas de recuperação de energia são os dois tipos de rodas usadas nos HVAC ou para o condicionamento de ar processado. As rodas dessecantes são usadas para transformar umidade a partir de uma corrente de ar para outra. As rodas dessecantes têm dois tipos distintos: rodas dessecantes “ativas” e rodas dessecantes “passivas”.

[003] As rodas dessecantes “ativas” usam uma fonte de calor externa para aquecer uma das correntes de ar, para reativar/regenerar uma porção da roda. As rodas dessecantes “ativas” têm sido geralmente usadas para aplicações industriais requerendo uma alta remoção de umidade, mas são crescentemente usadas nas aplicações comerciais de HVAC. Os exemplos de tais rodas dessecantes ativas e de tais sistemas são revelados em vários pedidos de patente, por exemplo, nas patentes norte- americanas Nos. US 6,311.511, US 5,551,245 e US 5,816,065.

[004] As rodas dessecantes “passivas” não usam uma fonte externa de calor e dependem na diferença de umidade relativa entre duas ou mais correntes de ar para realizar operacionalmente uma transferência de umidade entre as correntes de ar. Os exemplos de sistemas de rodas dessecantes “passivas” e o seu uso são revelados nas patentes norte-americanas Nos. US 6,237,354 e US 6,199,388. Uma vez que são termicamente ativados, os sistemas de rodas dessecantes ativadas usam uma quantidade de energia de aquecimento substancial (vapor, elétrica, etc.) para reativar ou para regenerar a roda, vários métodos foram adotados no passado com o objetivo de minimizar o uso de energia de reativação com vários métodos de controle e/ou o uso de componentes adicionais. Os métodos tais como dispositivos de recuperação de energia para transferir energia de calor a partir de ar processado para uma entrada de ar de reativação, ou para transferir calor a partir de uma saída de ar reativado para a entrada de ar de reativação, resultaram em “custos adicionais” excessivos.

[005] O desumedecimento é um processo que remove umidade a partir do ar. Há vários métodos conhecidos para o desumedecimento de ar. Todavia, os dois métodos comumente usados são o de refrigeração e o dessecante. No caso de usar a refrigeração como desumedecimento, faz-se com que a umidade condense sobre uma bobina de resfriamento, daí, portanto removendo a umidade a partir de uma corrente de ar passando sobre a bobina de resfriamento. No caso de desumedecimento usando dessecantes, o processamento empregado é um de absorção ou de adsorção. Na absorção tanto os dessecantes líquidos ou sólidos são usados, tipicamente sais ou soluções de haletos. Para a adsorção, os dessecantes sólidos como sílica, alumina ativada, peneira molecular, etc., são usados.

[006] Os sistemas com base em desumedecimento dessecante podem ser tanto do tipo de torre múltipla, do tipo cíclico, ou do tipo de rotação contínua. Geralmente se refere ao ar a ser seco como um ar processado, e ao ar usado para regenerar o dessecante é referido a como ar regenerado ou ar reativado.

[007] Na prática, os sistemas de desumedecimento com base em refrigeração são limitados no que diz respeito à umidade que os mesmos podem remover porque para alcançar as umidades de orvalhar abaixo do congelamento, um acúmulo de material congelado ocorre sobre a bobina de resfriamento tornando o sistema mais complexo e freqüentemente necessitando a provisão de geração de reaquecimento. Por outro lado, os sistemas de desumedecimento dessecante operam independentemente do ponto de orvalhar do ar e, assim sendo, podem alcançar pontos de orvalhar de umidade muito baixa, algo que é necessário para muitas aplicações industriais. Os exemplos comuns e conhecidos de uso são nas áreas farmacêuticas para a produção de drogas e nas áreas de processamento de gêneros alimentícios, os quais requerem umidade ou pontos de orvalhar de umidade mais baixa do que aqueles que podem ser tecnicamente ou economicamente alcançados através apenas de refrigeração.

[008] Também, os sistemas híbridos, usando ambas a unidade de refrigeração e a unidade dessecante, são comumente usados para auxiliar na redução de uso de energia e para proporcionar uma operação simples e confiável para todo o sistema de desumedecimento.

[009] Comparado as unidades de desumedecimento do tipo de refrigeração, o desumedecimento dessecante usualmente usa mais energia de calor, principalmente para a regeneração ou reativação do dessecante. Em conformidade, ao longo dos anos, vários desenvolvimentos ocorreram na configuração física do equipamento dessecante e nas estratégias de controle para o controle de capacidade e de energia do sistema de desumedecimento dessecante para minimizar o seu uso de energia.

[010] As unidades de desumedecimento dessecante para o desumedecimento/secagem de ar na pressão atmosférica são, geralmente, hoje em dia do tipo rotativo, uma vez que o dessecante é contido em um leito rotativo (ou uma roda). A roda move numa base constante ou intermitente, embora tipicamente, em dois compartimentos (ou setores), um para o processamento e o outro para a regeneração. No setor de processamento a ar a ser desumedecido (geralmente chamado de ar processado) é passado através da roda e é seco por meio do contato com o dessecante. No setor de regeneração, o ar é geralmente retirado da atmosfera, é passado por uma fonte de calor a qual eleva a temperatura do ar reativado e é então passado através da porção remanescente da roda, referido a como o setor de reativação ou setor de regeneração, aquecendo a roda e expelindo a água. Tipicamente o setor de processamento varia entre 50 a 80% da área total do leito/roda, embora pudesse ser menos ou mais e o restante sendo o setor de reativação.

[011] Freqüentemente outro setor é adicionado entre o setor de processamento e o setor de regeneração e é referido a como o setor de purificação. Uma terceira corrente de ar (geralmente chamada de ar purificado) é passada através do setor de purificação e é usada como uma porção do ar regenerado. A incorporação do setor de purificação auxilia na recuperação de algum calor residual a partir da roda rotativa antes de entrar no setor de processamento, daí, portanto reduzindo a necessidade total de energia para regeneração, assim como aperfeiçoando a quantidade geral de umidade removida pela roda.

[012] Nas unidades dessecantes típicas, a taxa do fluxo de ar processado e a taxa de fluxo de reativação são geralmente fixas e são estabelecidas ou ajustadas com o auxílio de amortecedores manuais ou automáticos.

[013] No desenho de um sistema de desumedecimento típico para controlar a umidade em um dado espaço, o fluxo de ar necessário para controlar a temperatura de espaço pode freqüentemente ser maior do que a quantidade de ar desumedecido necessária para controlar a umidade de espaço. Em tais casos uma porção do ar processado é tipicamente desviada ao redor da unidade de desumedecimento e é então combinada com o ar saindo de uma unidade de desumedecimento e então o ar combinado é resfriado (ou aquecido) e então alimentado no espaço controlado.

[014] Uma vez que sistemas de desumedecimento dessecantes inerentemente usam uma quantidade significativa de energia de calor para a regeneração, esforços foram realizados para encontrar caminhos e maneiras para reduzir a quantidade de calor usada pelo sistema. Um sistema e um método típico e bastante conhecido usado, é o de controlar a temperatura aquecida do ar regenerado antes do mesmo entrar no setor de reativação da roda.

[015] Outro sistema bastante conhecido é o de controlar a quantidade de entrada de calor regenerado por meio do controle da temperatura do ar deixando o setor de reativação.

[016] Dependendo do tipo e da quantidade de umidade relativa e do controle de ponto de orvalhar, quando o espaço ou o ar condicionado estiver satisfeito, a estratégia de controle pode empregar o início/parada do desumidificador.

[017] Similarmente, ao invés de tal, pode ser feito o uso de amortecedores automáticos para continuamente variar a quantidade de ar desviando a unidade de desumedecimento para satisfazer as necessidades de operação e de desenho.

[018] A correlação da área do setor de processamento e de reativação, a velocidade da roda rotativa, as taxas de fluxo relativas de ar processado e de ar reativado e as velocidades através dos dois setores têm na mais recente década sido documentada no Japão, índia e nos EUA resultando em ferramentas de modelagem matemáticas robustas regularmente usadas para o desenho, para a seleção e para a incorporação de uma roda dessecante, de uma maneira finita, em uma unidade de desumedecimento. Tais ferramentas estão sendo usadas regularmente para aperfeiçoar um sistema de desumedecimento quando no estágio de desenho e de construção.

[019] Tal estudo e desenvolvimento de um modelo matemático se encontram detalhado em um documento “Modelagem de Rodas Dessecantes Rotativas” ("Modeling of Rotary Desiccant Wheels") por Harshe, Utikar, Ranade and Pahwa, em 2005.

[020] No caso de unidades de desumedecimento dessecante rotativo, é do conhecimento geral que o desempenho do equipamento quando no estágio de desenho e de construção pode ser aperfeiçoado por meio do uso de uma ferramenta de modelagem matemática para selecionar um percentual em particular como um setor de reativação, assim como as taxas de fluxo de processamento e de reativação, e também uma dada velocidade rotacional de leito. Em tais casos, sob as cargas parciais e carga de umidade instantaneamente mutável, a capacidade de controle de desumedecimento é alcançada por meio do uso de estratégias de controle tradicionais acima descritas, algumas das quais são bastante conhecidas e bastante documentadas, por exemplo, no manual de desenho da Bry Air assim como no manual de desenho da Munters.

[021] Com os métodos tradicionais e conhecidos de capacidade de controle de desumedecimento, durante a operação de tais sistemas de desumedecimento a redução do uso de energia de regeneração é algo limitado.

[022] Todos os acima mencionados não alcançam a redução máxima de energia desejada, ou de uma maneira extensa comensuram com as mudanças na carga de umidade instantânea.

[023] Vários exemplos da técnica anterior são proporcionados abaixo os quais são praticados para reduzir a energia de regeneração e/ou para regular a velocidade da roda dessecante enquanto aperfeiçoando a capacidade de desumedecimento. A patente norte-americana No. US 4,546,442 instrui sobre um sistema de controle com base em um micro computador programável para secadores de ar de leito fixo ou leito múltiplo usado para desumidificar ar comprimido ou outros gases comprimidos. O sistema de controle é usado para monitorar o nível de umidade no dessecante e determinar se um ciclo de regeneração é requerido e também para monitorar a despressurização e re pressurização total do leito de regeneração e também para analisar e indicar qualquer mal funcionamento de válvulas. A aplicação da invenção é limitada a um sistema de ar comprimido.

[024] A patente norte-americana No. US 4,729,774 instrui sobre o perfil da temperatura de ar no setor de regeneração para aperfeiçoar o desempenho de desumedecimento.

[025] A patente norte-americana No. US 4,926,618 instrui sobre uma unidade dessecante tendo meios de recircular ar reativado e meios de velocidade de roda variável controláveis. A umidade de ar processado é controlada por meio da modulação de um controlador mestre de velocidade de roda, da taxa de reativação de ar re circulado e pela entrada de calor reativado. As taxas de fluxo de ar processado e reativado através da roda são fixas, e o aquecedor de ar reativado é controlado para manter uma temperatura constante do ar reativado deixando a roda.

[026] A patente norte-americana No. US 5,148,374 instrui sobre um sistema e um método para o controle por computador em tempo real de sistemas de transferência de energia de massa sorvente com rodas múltiplas por meio do aperfeiçoamento das razões de transferência de massas calculadas e por meio de medições da eficiência dos sistemas os quais não são sujeitos a sistemas com longas constantes de tempo. O método depende do sensoriamento em intervalos predeterminados de um conjunto de parâmetros predeterminados selecionados a partir do grupo de temperatura de entrada na roda, e temperatura de saída da roda, etc., para enviar um sinal de controle para um meio predeterminado de um grupo de meios de controle o qual inclui o controle da temperatura do fluxo fluido. O objetivo do método de controle é o de aperfeiçoar a resposta do dispositivo controlado para uma mudança rápida de carga sem causar uma operação instável do dispositivo e flutuações resultantes da variável controlada.

[027] A patente norte-americana No. US 5,688,305 instrui sobre um aparelho e um método de regeneração do controle de regeneração para um sistema de desumedecimento dessecante no qual o fluxo de ar reativado é controlado para manter uma temperatura de ar reativado constante e a temperatura de entrada de ar reativado é controlada num valor fixo. O tempo de permanência na reativação também é controlado numa proporção inversa ao fluxo de ar reativado. O objetivo deste documento é o de reduzir a sobre/extra geração de dessecante sob condições de carga parcial, assim sendo intensificando a eficiência operacional do desumidificador dessecante. A aplicação citada é para a secagem de material granular em uma caixa ou em um alimentador usando uma corrente de ar re circulada e desumedecida, quando o fluxo de material granular através da caixa pode ocorrer em lotes ou numa taxa variável.

[028] A patente norte-americana No. US 6,199,388 B1 instrui sobre um sistema e um método para controlar a temperatura e o nível de umidade de um espaço controlado e é aplicado, principalmente, numa combinação de uma roda de entalpia, de outra maneira conhecida como uma roda de recuperação de energia, uma bobina de resfriamento e uma roda de desumedecimento dessecante a qual não emprega qualquer calor externo ou entrada de energia para a reativação. Adicionalmente instrui sobre um meio para mudar o desempenho de uma roda dessecante “passiva” através da mudança na velocidade rotativa em resposta a carga sensível e latente no espaço controlado. O controle da velocidade da roda dessecante é discutido e a intenção é a de controlar a capacidade de desumedecimento da roda “passiva” ao invés de aperfeiçoar a eficiência de energia do processo de desumedecimento. O mesmo não instrui sobre o uso do ar processado para ficar de frente para ou desviar de amortecedores para controlar a capacidade da roda de desumedecimento. Ambos os fluxos de ar de alimentação (processamento) e de exaustão (reativação) são mantidos num valor constante através de todas as condições de carga.

[029] A patente norte-americana No. US 6,355,091 B1 instrui sobre um sistema unitário de ventilação e de desumedecimento para alimentar ar de ventilação externo a um espaço condicionado. A unidade inclui uma roda dessecante a qual é rotada numa velocidade lenta para conseguir mais desumedecimento e numa velocidade rápida para conseguir mais recuperação de calor. O calor pode ser adicionado ao ar de exaustão espacial a montante da roda dessecante para intensificar o seu desempenho de desumedecimento e para prevenir contra a formação de gelo durante as operações de inverno. Ambos os fluxos de ar de alimentação e de exaustão são fixos, nenhum amortecedor de desvio é usado, e o ajuste da velocidade do rotor é realizado pela seleção do modo operacional e não pela intensificação de eficiência.

[030] A patente norte-americana No. US 6,767,390 B2 instrui sobre um método para o controle do desempenho de um secador dessecante de multi leito e leito fixo para aplicações de ar comprimido e de gás e para aperfeiçoar os ciclos de regeneração e de purificação para liberar o gás no ponto de orvalhar desejado. O campo de aplicação intencionado é o ar comprimido para o uso em instrumentos.

[031] A patente norte-americana No. US 7,017,356 B2 instrui sobre um sistema de HVAC para resfriar e desumidificar espaços confortáveis condicionados o qual inclui uma roda dessecante em um arranjo de desumedecimento passivo no qual a velocidade da roda varia com o fluxo de ar, e a roda é operada por pelo menos um período estabelecido durante o início para prevenir contra um surto de ar úmido no espaço condicionado. Este pedido de patente também instrui sobre o uso de um dispositivo de recuperação sensível e passivo e uma bobina de resfriamento para pré condicionar o ar do lado de fora antes de misturá-lo com o ar de retorno a partir do espaço condicionado.

[032] A patente norte-americana No. US 7,101,4141 B instrui sobre um método para reduzir uma concentração sorvente para uma corrente de fluido processada usando um sistema de leito de sorção o qual inclui um material que é rotado através de zonas múltiplas, adicionalmente ao processamento tradicional e zonas de regeneração, no qual um ou dois pares de correntes de fluido independentes e re circuladas, outras além das correntes de fluido processado e regenerado, são usados para isolar as correntes de fluxo processada e regenerada, uma a partir da outra. O objetivo do isolamento pode ser o de prevenir contra o vazamento cruzado de ar entre as zonas de processamento e de reativação, a permeação de material sorvente através do leiro de sorção, ou a formação de condensação ou gelo sobre o leiro de sorção.

[033] A patente norte-americana No. US 7,338,548 B2 instrui sobre o uso de um aparelho e um método de controle para condicionar umidade e temperatura em uma corrente de ar processada a partir de um desumidificador dessecante, onde uma porção do ar descarregado processado é usada para pré aquecer o ar regenerado por meio do uso de um trocador de calor de ar para ar. O campo do uso da invenção se encontra na secagem de estruturas e na remedi ação de danos causados por água.

[034] A patente norte-americana No. US 7,389,646 B2 é uma patente divisional de um trabalho anterior e é similar à patente norte-americana No. 7,017,356 B2 do mesmo inventor. Também é intencionado para o resfriamento e o desumedecimento de espaços de conforto condicionados e instrui sobre um sistema de HVCA o qual inclui uma roda dessecante passiva, na qual a velocidade da roda varia com o fluxo de ar e depende no fator da roda ser energizada por pelo menos um período estabelecido, e iniciada, e emprega um sistema de recuperação de calor a montante da roda para intensificar a habilidade do sistema no que diz respeito à desumidificar ar.

[035] A maioria das estratégias da técnica anterior só obteve sucesso parcial no que diz respeito à limitação e a redução do uso de energia de reativação, não comensurando com a redução de carga de umidade quando das condições parciais de carga.

[036] Também, durante o uso e a aplicação da roda dessecante e do sistema, há usualmente uma mudança considerável nas cargas de umidade instantânea, no ar fresco, se for necessário um tratamento, e nas cargas internas latentes no interior do espaço onde a umidade deve ser controlada com base nas mudanças da temperatura e da umidade externa, e nas cargas de produto e de ocupação.

[037] Portanto, há uma necessidade para um método de controle em conjunto com os componentes correlacionados necessários que substancialmente reduzirão o uso de energia de reativação e que responda não apenas a mudanças na carga de umidade dinâmica/instantânea, mas que também simultaneamente permita o aperfeiçoamento do uso de energia na roda durante estas mudanças na carga de umidade. Objetivos da Invenção

[038] O objetivo geral e o propósito da invenção é o de substancialmente reduzir a energia acumulativa usada na operação ocorrente de um sistema de desumedecimento dessecante termicamente ativado. A redução de energia é geralmente alcançada por meio da modulação da energia consumida pela unidade dessecante em resposta as mudanças instantâneas na umidade no ar ambiente e/ou na carga de umidade no espaço controlado, e na mudança de umidade do fluxo processado. Tais mudanças de umidade instantâneas e carga de umidade resultante requerem a necessidade de controle da capacidade do sistema de desumedecimento.

[039] Com uma carga de umidade constantemente variável e de mudança instantânea, este controle de capacidade de desumedecimento é principalmente alcançado por meio do controle do fluxo de ar através do setor de processamento da roda; o uso aperfeiçoado/mínimo de energia no desumidificador é alcançado por meio de controlar proporcionalmente o fluxo de ar através do setor de reativação e manter constante a temperatura de ar reativado, enquanto simultaneamente e proporcionalmente ajustar a velocidade de rotação da roda de tal maneira que uma eficiência aperfeiçoada seja conseguida.

[040] Enquanto são estabelecidos métodos para o controle da capacidade do sistema de desumedecimento, a presente invenção proporciona um método inovador, que consegue uma redução substancial no uso de energia na carga parcial quando comparado aos métodos previamente conhecidos.

[041] Os objetivos da invenção são alcançados por meio de um sistema e um método de controle da capacidade de desumedecimento compreendendo:

[042] a) o controle do fluxo de ar através do setor de processamento do rotor, e do controle de uma temperatura constante da entrada de reativação, e do controle do fluxo de ar reativado como uma função do fluxo de ar processado, e também do controle da velocidade do rotor como uma função do fluxo de ar processado, e as funções de controle tem como base a razão do fluxo de ar processado instantâneo para desenhar o fluxo de ar processado e as funções são todas funções expoentes com os expoentes repousando em qualquer lugar na variação de 0,5 a 2,0, e com os expoentes para cada uma das variáveis controláveis não sendo necessariamente iguais;

[043] b) o controle do fluxo de ar através do setor de processamento do rotor, e do controle de uma temperatura constante de fonte de calor reativado, por exemplo, por meio do uso de um vapor numa pressão constante como a fonte de calor de reativação e o uso de uma válvula de vapor de duas posições na bobina de aquecimento de ar reativado, e por meio do controle do fluxo de ar reativado como uma função do fluxo de ar processado, e também por meio do controle da velocidade do rotor como uma função do fluxo de ar processado, e as funções de controle tem como base a razão do fluxo de ar processado instantâneo para desenhar o fluxo de ar processado e as funções são todas funções expoentes com o expoente repousando em algum lugar na variação de 0,5 a 2,0, e com os expoentes para cada uma das variáveis controláveis não sendo necessariamente iguais;

[044] c) o controle do fluxo de ar através do setor de reativação do rotor enquanto mantendo um fluxo de ar constante através do setor de processamento e controlando uma temperatura constante de entrada de reativação, e também controlando a velocidade do rotor como uma função do fluxo de ar reativado, e as funções de controle têm como base a razão do fluxo de ar reativado instantâneo para desenhar o fluxo de ar processado e as funções são todas funções expoentes com o expoente repousando em algum lugar na variação de 0,5 a 2,0;

[045] d) o controle do fluxo de ar através do setor de reativação do rotor enquanto mantendo um fluxo de ar constante através do setor de processamento e o controle de uma temperatura constante da fonte de calor, por exemplo, por meio do uso de uma corrente numa pressão constante como uma fonte de calor reativado e opor meio do uso de uma válvula de vapor de duas posições na bobina de aquecimento de ar reativado, e também por meio do controle da velocidade do rotor como uma função do fluxo de ar reativado, e as funções de controle tem como base a razão do fluxo de ar reativado instantâneo para desenhar o fluxo de ar processado e as funções são todas funções expoentes com o expoente repousando em algum lugar na variação de 0,5 a 2,0;

[046] e) o controle do fluxo de ar através do setor de processamento do rotor e o controle de uma temperatura constante de descarga reativada, e por meio do controle do fluxo de ar reativado como uma função do fluxo de ar processado, e também por meio do controle da velocidade do rotor como uma função do fluxo de ar processado e as funções de controle tem uma base na razão do fluxo de ar processado instantâneo para desenhar o fluxo de ar processado e as funções são todas funções expoentes com o expoente repousando em algum lugar na variação de 0,5 a 2,0, e com os expoentes para cada uma das variáveis controláveis não sendo necessariamente iguais;

[047] f) o controle do fluxo de ar através do setor de reativação do rotor enquanto mantendo um fluxo de ar constante através do setor de processamento e o controle de uma temperatura constante da descarga reativada, e também por meio do controle da velocidade do rotor como uma função do fluxo de ar reativado, e as funções de controle têm como base a razão do fluxo de ar reativado instantâneo para desenhar o fluxo de ar processado e as funções são todas funções expoentes com o expoente repousando em algum lugar na variação de 0,5 a 2,0.

[048] Outro objetivo da invenção é o de proporcionar um sistema e um método para o controle da capacidade de desumedecimento em conformidade com os quatro cenários de controle acima descritos, e adicionalmente incorporar um setor de purificação disposto seqüencialmente entre o setor de reativação e o setor de processamento dos rotores com um fluxo de ar concorrente através do setor de processamento e do setor de purificação, e controlar o setor de purificação como uma função do fluxo de ar reativado, a função de controle tendo como base a razão do fluxo de ar reativado instantâneo e o fluxo de ar reativado desenhado e tendo uma função expoente com o expoente repousando em qualquer lugar na variação de 0,5 a 2,0.

[049] Outro objetivo da invenção é o de proporcionar um sistema e um método para o controle da capacidade de desumedecimento em conformidade com os quatro cenários de controle acima descritos e adicionalmente incorporar pelo menos um par de setores de purificação dispostos entre o setor de processamento e o setor de reativação e cada um dos pares tendo os meios para re circular o ar através dos mesmos em conformidade com o pedido de patente Norte Americano de No. US 7,101,414 B2, o aperfeiçoamento sendo o controle da taxa de re circulação do ar purificado como uma função da velocidade do rotor, e a função tendo como base a razão da velocidade instantânea do rotor para desenhar a velocidade do rotor e a função sendo uma função expoente com o expoente repousando em algum lugar na variação de 0,5 a 2,0.

[050] Nas realizações acima mencionadas há um objetivo adicional o qual é proporcionar uma característica de desenho para um gabinete básico e oposto ao vácuo para permitir ao tamanho do setor de reativação ser facilmente ajustado no momento da fabricação ou depois da instalação no campo para adicionalmente aperfeiçoar o desenho para qualquer dada aplicação para o sistema de desumedecimento. O aperfeiçoamento é alcançado por meio da seleção do tamanho relativo do setor de processamento e do setor de reativação que permita o mais baixo uso de energia de reativação em condições de desenho e/ou a mais baixa umidade de descarga processada.

[051] Um ou mais dos objetivos acima mencionados da invenção devem proporcionar um sistema de desumedecimento termicamente ativado empregando um rotor dessecante “ativo” de tal maneira que uma total vantagem é conseguida por causa do comportamento dinâmico do rotor dessecante sob carga parcial variada ou sob condições de fluxo processado.

Breve Descrição da Invenção

[052] Em conformidade a presente invenção proporciona um aparelho para o desumedecimento de ar alimentado em um espaço fechado ou numa caixa de processamento ou de secagem, o aparelho compreendendo:

[053] (a) um alojamento definindo um espaço interior;

[054] (b) o espaço interior sendo separada por meio de um separador em uma porção de alimentação para conter uma corrente de ar alimentado e uma porção de regeneração para conter uma corrente de ar regenerado, a porção de alimentação sendo proporcionada com uma entrada para receber a alimentação de ar e uma saída para alimentar o ar no espaço incluso, a porção de regeneração sendo proporcionada com uma entrada para receber o ar regenerado e uma saída para descarregar o ar regenerado;

[055] (c) uma roda dessecante rotativa posicionada de tal maneira que uma porção da roda estenda na porção de alimentação e uma porção da roda estenda na porção de regeneração, a roda sendo rotada através da corrente de ar alimentado e da corrente de ar regenerado para desumidificar a corrente de ar alimentado;

[056] (d) uma fonte de calor para aquecer a corrente de ar regenerado com o objetivo de regenerar a roda dessecante conforme a mesmo gira através da corrente de ar regenerado; e

[057] (e) pelo menos um amortecedor de desvio entre a entrada e a saída da porção de alimentação para controlar a quantidade de ar alimentado passando através da roda dessecante por meio de seletivamente desviar da roda dessecante.

[058] Em uma realização, o aparelho pode ser uma unidade de HVAC convencional ou um aparelho de condicionamento e de desumedecimento de ar híbrido.

[059] Em outra realização a porção de regeneração é proporcionada com um ventilador para mover a corrente de ar regenerado.

[060] Em outra realização, um duto ou um meio de controle é proporcionado para permitir a recirculação de uma porção do ar regenerado. Em uma realização preferida, um amortecedor e/ou um meio de controle de velocidade é proporcionado para permitir a modulação do fluxo de ar através da porção de regeneração.

[061] Em outra realização, a porção de alimentação é proporcionada com um ventilador para mover a corrente de ar alimentada; uma bobina de resfriamento é posicionada na corrente de ar regenerado; com a roda dessecante rotativa sendo posicionada a jusante da bobina de resfriamento.

[062] Em outra realização, um mecanismo de regulagem de velocidade é proporcionado para variar a velocidade rotacional da roda dessecante para controlar a quantidade de umidade removida a partir da corrente de ar alimentada e/ou para minimizar a quantidade de calor transferida para a corrente de ar alimentada.

[063] Em uma realização adicional, a fonte de calor é um combustor de aquecimento direto a gás. Em uma realização adicional a fonte de calor é eletricidade usada em aquecedores de resistência.

[064] Em uma realização adicional, a fonte de calor é uma fonte de temperatura constante tal como vapor ou água quente.

[065] Em uma realização adicional, a fonte de calor é uma fonte de calor recuperado a partir de um condensador de refrigeração ou calor recuperado a partir de outro processo.

[066] Em uma realização adicional, a fonte de calor é uma combinação de duas ou mais das fontes de calor acima descritas, mas usadas de forma seqüencial.

[067] Em uma realização preferida, um meio de modulação de calor é proporcionado para a fonte de calor para regular a temperatura da corrente de ar regenerado.

[068] Em outra realização da invenção, o meio de modulação é proporcionado para o amortecedor de desvio para regular a quantidade de ar alimentado passando através da roda dessecante.

[069] Em outra realização, a roda dessecante é dimensionada para manusear uma fração desejada do fluxo de ar processado pelo sistema de ar condicionado.

[070] Em outra realização, são proporcionados os meios para resfriar e/ou para aquecer o ar alimentado depois do mesmo passar através do desumidificador e antes do mesmo ser liberado no espaço condicionado.

[071] Em outra realização, o sistema inclui um compartimento alojando um condensador, o aparelho sendo proporcionado com um duto ou com uma abertura conectando o ar de entrada regenerado para o compartimento alojando o condensador com o objetivo de permitir um pré-aquecimento do ar de entrada regenerado pelo condensador.

[072] A invenção também proporciona um método para controlar a temperatura e a umidade de um espaço condicionado ou de um processamento ou caixa de secagem, o método compreendendo as etapas de:

[073] (a) proporcionar um sistema de condicionamento de ar em comunicação com o espaço condicionado;

[074] (b) proporcionar um sistema de roda dessecante ativo definindo um espaço interior; o espaço interior sendo separada por meio de um separador em uma porção de alimentação para conter uma corrente de ar alimentado e uma porção de regeneração para conter uma corrente de ar regenerado, a porção de alimentação sendo proporcionada com uma entrada para receber ar alimentado a partir do espaço incluso ou o sistema de condicionamento de ar e uma saída para alimentar o ar ao sistema de ar condicionado ou espaço incluso, a porção de regeneração sendo proporcionada com uma entrada para receber o ar regenerado e uma saída para descarregar o ar regenerado; uma roda dessecante rotativa posicionada de tal maneira que uma porção da roda estende na porção de alimentação e uma porção da roda estende na porção de regeneração, a roda sendo rotada através da corrente de ar alimentado e da corrente de ar regenerado para desumidificar a corrente de ar alimentada; uma fonte de calor para aquecer a corrente de ar regenerado com o objetivo de regenerar a roda dessecante conforme a mesma gira através da corrente de ar regenerado; e pelo menos um amortecedor de desvio entre a entrada e a saída da porção de alimentação para controlar a quantidade de ar alimentada passando através da roda dessecante por meio de seletivamente desviar da roda dessecante;

[075] (c) conectar o sistema de roda dessecante ativo ao sistema de condicionamento de ar;

[076] (d) resfriar e/ou aquecer a corrente de ar alimentado por meio de passar a mesma através do sistema de condicionamento de ar; e

[077] (e) desumidificar a corrente de ar alimentada por meio de passar a mesma através do sistema de roda dessecante ativo enquanto girando a roda através da corrente de ar alimentada e da corrente de ar regenerado para trocar umidade e/ou calor entre as correntes de ar; e,

[078] (f) liberar ar a partir do sistema de ar condicionado para o espaço incluso.

Breve Descrição dos Desenhos

[079] Estas e outras realizações e vantagens da presente invenção se tornarão mais totalmente aparentes a partir da seguinte descrição e dos desenhos acompanhantes, nos quais:

[080] a Figura 1 (a & b) é um desenho esquemático de uma unidade de desumedecimento dessecante termicamente ativada típica mostrada ao longo com o assoprador de regeneração e mostra um setor de regeneração 25% típico/clássico;

[081] a Figura 2 (a & b) é um desenho esquemático de uma unidade de desumedecimento dessecante termicamente ativada típica mostrada ao longo com o assoprador de regeneração e mostra um setor de regeneração 25% típico/clássico, e também inclui um setor de purificação;

[082] a Figura 3 (a & b) é um desenho esquemático de uma unidade de desumedecimento dessecante termicamente ativada típica mostrada ao longo com o assoprador de regeneração e mostra um setor de regeneração 25% típico/clássico, e também inclui um par de setores de purificação;

[083] a Figura 4 (a & b) é um desenho esquemático de uma unidade de desumedecimento dessecante termicamente ativada típica mostrada ao longo com o assoprador de regeneração e mostra um setor de regeneração 25% típico/clássico, e também inclui dois pares adicionais de setores de purificação;

[084] a Figura 5 (a & b) é um diagrama esquemático mostrando um sistema e um método de desumedecimento típico da técnica anterior;

[085] a Figura 6 (a & b) também é um diagrama esquemático mostrando um sistema e um método de secagem típico da técnica anterior;

[086] a Figura 7 (a & b) também é um diagrama esquemático mostrando um sistema e um método de secagem típico da técnica anterior e também inclui um setor de purificação;

[087] a Figura 8 (a, b, c, d & e), são desenhos esquemáticos mostrando uma realização do sistema e do método da presente invenção;

[088] a Figura 9 é um desenho esquemático mostrando uma realização da presente invenção como um fluxograma para o processo de secagem/desumedecimento;

[089] a Figura 10 (a & b) é um desenho esquemático e uma realização da presente invenção como um diagrama mostrando um sistema e método de secagem de produto;

[090] a Figura 11 (a, b & c) é uma representação gráfica mostrando a economia de energia com a presente invenção quando comparada com a técnica anterior;

[091] a Figura 12 é um desenho esquemático mostrando uma realização do sistema e do método da presente invenção e também inclui vários componentes de HVAC que podem ser permitidos e usados ou não permitidos e não usados.

Descrição Detalhada da Invenção

[092] A presente invenção será agora descrita com referência aos desenhos acompanhantes os quais são ilustrativos de certas realizações da invenção. As variações e as modificações são possíveis sem partir a partir do espírito e do escopo da invenção.

[093] A Figura 1 (a) é um fluxograma típico de desumidificador dessecante. Conforme mencionado anteriormente, uma roda/leito rotativo dessecante típico 1 tem um setor de processamento 2 e um setor de regeneração ou de reativação 3. O desumidificador incorporando tal roda/leito dessecante 1 teria um fluxo processado 6, assim como um fluxo regenerado 8. O fluxo regenerado é elevado em temperatura por meio de passar sobre uma fonte de calor 10 antes de entrar na parte de regeneração do leito 3. O ar regenerado saindo do setor de regeneração 3 do leito da rotativa é exaurido 9 com o auxílio do assoprador 5. Faz-se com que o leito/roda dessecante 1 seja girada através dos compartimentos de reativação e processamento com o auxílio de um arranjo de operação de leito 4.

[094] A Figura 1(b) mostra uma divisão de setor típica da roda 1. O setor de processamento 2, numa unidade típica é 75% da área do leito total, conforme é assim mostrado e pode, em prática, geralmente variar a partir de 50% a 80%, mas pode ser desenhado para ser ainda menor ou mais alto. A área remanescente do leito dessecante é mostrada como o setor de reativação 3 e pode variar entre 20% e 50% mas pode ser desenhado para ser menor ou mais alto.

[095] A Figura 2 (a) mostra a adição de outro setor, referido a como o setor de purificação 11.0 setor de purificação varia a partir de 5 a 40% da área total do leito, o remanescente sendo dividido entre o processo 2 e a área de reativação 3. Quando a roda gira a partir do setor de reativação 3 para o setor de processamento 2, a cama ainda está quente. É bastante conhecido que a porção quente do leito, particularmente se a mesma for do tipo de gel de sílica, começara a desempenhar (isto é, remover a umidade) quando a mesma resfriar. Portanto, certa porção do leito é substancialmente inativa quando do desempenho da função de desumedecimento enquanto a mesma ainda estiver quente. Este segmento ou porção do leito é freqüentemente seccionado e transformado em um setor de purificação 11. Faz-se com que o ar 12 passe sobre este setor 11, onde a cama está quente, daí, portanto, o ar 13 é pré-aquecido antes de fazer passar através do setor de reativação 3, daí portanto ambos reduzindo a entrada de energia de reativação necessária e também resfriando aquela porção do leito antes de entrar na zona de processamento 2, na qual o desempenho de desumedecimento através do setor de processamento 2 é intensificado. Adicionalmente, menos calor é comunicado ao ar processado porque a cama está resfriada quando o mesmo entra no setor de processamento.

[096] A Figura 2(b) mostra uma roda/leito dessecante 1 a partir de outro ângulo, onde vários setores são marcados, e embora mostrado de uma maneira típica estas áreas de setores podem variar, conforme acima explicado.

[097] A Figura 3(a) mostra outro fluxograma de um sistema de leito/roda dessecante 1 onde um par de setores (11 a, 12) fora adicionado. Em tal configuração é típico circular continuamente uma dada quantidade de fluxo de ar através destas seções num laço fechado, com o auxílio de um ventilador separado 15. O ar re circulado atua como um amortecedor entre o processo e a reativação de correntes de ar capturando vazamentos de ar ou difusão de umidade entre as correntes de ar processadas e reativadas e assim sendo, intensificando o desempenho de sistema. Em alguns casos o fluxo de ar re circulado também pode transferir calor entre os setores da mesma maneira que o setor de purificação mostrado na Figura 2, adicionalmente intensificando o desempenho do sistema. Deveria ser observado que o fluxo de ar nos laços de recirculação descritos em todas as Figuras pode ser em qualquer direção com a direção mais vantajosa dependendo da aplicação em particular específica. A Figura 3(b) mostra o leito/roda dessecante 1 a partir de outro ângulo, com vários setores marcados e embora mostrado de uma maneira típica, estas áreas de setores podem variar conforme claramente explicado aqui acima.

[098] A Figura 4(a) é um fluxograma de um leito/roda dessecante rotativa 1 onde mais do que um par de setores de purificação 11a, 12, 17 e 18 foram adicionados. Em tal configuração é típico circular uma dada quantidade de ar 13, 19 através destas seções em um laço fechado por meio de ventiladores separados 15, 21.

[099] A Figura 4(b) mostra o leito/roda dessecante 1 a partir de outro ângulo, com vários setores marcados e também mostra de uma maneira típica, que estes setores podem variar, conforme claramente explicado aqui acima.

[100] A Figura 5 (a & b) mostra um sistema de desumedecimento típico e tradicional para um espaço controlado 27. Neste sistema, por exemplo, as necessidades de resfriamento para o espaço a ser desumedecido precisa certa quantidade de alimentação de ar para ser passado através da roda dessecante para satisfazer as necessidades de desumedecimento do espaço. Para se conseguir isto, é uma prática comum pegar uma porção do ar através do desumidificador e desviar 25 o balanço para atingir o fluxo de ar total alimentado e passado através da bobina de resfriamento e liberar para o ambiente (sala). Freqüentemente há uma necessidade de alimentação de ar fresco 31 para atender os requerimentos de ventilação/pressurização. O ar fresco é geralmente introduzido na entrada do desumidificador, em combinação com o ar retornando 28 a partir do espaço controlado. Pode ser vantajoso resfriar/aquecer o ar fresco antes de combinar o mesmo com o ar retornando usando os meios de aquecimento e de resfriamento de ar 22 e 23 conforme é mostrado na Figura. Neste fluxograma/desenho esquemático típico, é feito uso de amortecedores para o controle do fluxo de ar. O fluxo de ar fresco é controlado com o auxílio do amortecedor 35. O amortecedor de desvio 32 é usado para controlar o fluxo que precisa ser desviado da unidade de desumedecimento dessecante. A alimentação geral do fluxo de ar é controlada com o auxílio do amortecedor 33 posicionado, normalmente, depois do fluxo de ar alimentado. Cada um destes amortecedores pode ser ajustado manualmente ou automaticamente usando atuadores e controles apropriados.

[101] O fluxo regenerado também é controlado com o auxílio de um amortecedor geralmente posicionado depois do ventilador de reativação 5. A fonte de entrada de calor de regeneração 10 pode ser elétrica, a vapor, á gás ou combustor a óleo, fluido térmico tal como água quente, calor de condensador de refrigeração, recuperado a partir de outro processamento, ou qualquer combinação daqueles que podem aquecer o ar reativado até a temperatura requerida para a devida aplicação. A entrada de energia de calor reativado é regulada por meio de um termostato 30 o qual é geralmente posicionado antes do leito dessecante. Este termostato 36 pode ser localizado depois do leito dessecante na seção “de for a” de reativação conforme é mostrado na Figura 5b. E, alguns casos a localização alternada resulta num uso anual reduzido de calor reativado comparado com o posicionamento do termostato de controle antes do rotor dessecante.

[102] Em ambos os sistemas desumidificadores acima mencionados e nos métodos de controle de entrada de calor reativado as estratégias de controle presentemente e comumente usadas sentirão a “satisfação” da umidade relativa ou nível de umidade de um dado espaço ou processamento ou alimentação de ar e pararão o fluxo de ar reativado, a rotação do leito e a entrada de calor reativado quando a umidade for satisfeita, comumente referida a como controle “liga-desliga”... Em outro método conhecido, comumente usado com fontes de calor com temperatura fixa tal como vapor ou água quente, o fluxo de ar é modulado para regular a capacidade de desumedecimento da unidade.

[103] A Figura 6(a) mostra um sistema desumidificador típico usado para aplicações de secagem. Neste sistema, o ar desumedecido 7 é aquecido através de uma fonte de calor 22 conforme o requerimento do material na caixa de secagem 37. O ar retornado 28 carregando umidade a partir do produto é passado sobre uma bobina de resfriamento 23 e passado através da roda/leiro dessecante 1 para absorver a umidade.

[104] O fluxo de ar regenerado 8 é proporcionado por meio de um combustor de reativação 5. A fonte de calor 10 é usada para elevar a temperatura com base no desenho específico da unidade. A temperatura de entrada de reativação é controlada através do termostato.

[105] A Figura 6(b) mostra o leito/roda dessecante a partir de outro ângulo. O setor de processamento 2 em uma unidade típica é 75% da área total do leito conforme é assim mostrado e pode, em prática, geralmente variar a partir de 50% a 80%, mas pode ser desenhado para ser até menor ou mais alto. A área remanescente do leito dessecante é mostrado como o setor de reativação 3, e pode variar entre 20% e 50%, mas pode ser desenhado para ser até menor ou mais alto.

[106] A Figura 7(a) mostra um sistema desumidificador típico para uma aplicação de secagem. Este é similar ao sistema explicado na Figura 6 (a & b) exceto que uma seção de purificação 11 fora adicionada. Esta seção de purificação pode variar a partir de 5 a 40% da área total do leito. O objeto de usar um setor de purificação já foi explicado previamente.

[107] A Figura 7(b) mostra um leito/roda dessecante 1 a partir de outro ângulo, onde os vários setores são marcados e embora mostrados de uma maneira típica as áreas destes setores podem variar, conforme acima explicado.

[108] A Figura 8(a) mostra um sistema de desumedecimento típico.Neste sistema há um desvio “interno” 39 interligado com o fluxo de ar processado 6 através de uma face e de um amortecedor de desvio 40. Com base na umidade medida no espaço desenhado 27, e com cargas instantâneas e mutantes, a face e o amortecedor de desvio 40 modulam a quantidade de fluxo de ar passando através da roda enquanto desviando do restante. Se e quando houver a necessidade de alimentar ar fresco 31 para o espaço desenhado, o ar fresco é geralmente introduzido na entrada do desumidificador e é combinado com o ar retornando 28 do espaço desenhado 27. Dependendo da aplicação, pode ser vantajoso aquecer ou resfriar o ar fresco antes do mesmo ser misturado com o ar de retorno.

[109] Ar a partir da saída do desumidificador 38 pode ser misturado com ar de retorno 28 antes de passar através de uma bobina de resfriamento 24 e de filtros 44, 45 e de ser liberado como ar de alimentação 26 para o espaço desenhado 27.

[110] O fluxo de ar reativado 8 passa através de uma fonte de calor 10, o qual eleva a temperatura do ar com base no desenho específico da unidade. O termostato 30 controla a temperatura conforme o ponto estabelecido. Para controlar o fluxo de ar reativado, a velocidade do combustor de reativação 5 é continuamente variável com um desenho adequado para este propósito. Para se conseguir um desempenho aperfeiçoado, a velocidade do rotor também é variada através de um arranjo operacional de velocidade de leito variável 4.

[111] A Figura 8(b) é um desenho esquemático de um exemplo de um sistema de espaço de desumedecimento típico. Este exemplo é similar ao exemplo na Figura 8(a) exceto que um setor de purificação 11 for a proporcionado no leito/roda dessecante. O setor de purificação pode variar pode variar a partir de 5 a 40% da área total do leito. O remanescente sendo dividido entre área de processamento 2 e área de reativação 3. Faz-se com que o ar 12 passe sobre este setor 11 onde o leito não está quente, daí, portanto o ar 13 é pré-aquecido antes de fazer com que o mesmo passe através do setor de reativação 3, assim sendo reduzindo a entrada de energia de reativação necessária e também resfriando aquela porção do leito antes de entrar na zona de processamento 2, na qual o desempenho de desumedecimento através do setor de processamento 2 é aperfeiçoado. Adicionalmente, menos calor é comunicado ao ar processado porque o leito está resfriado quando o mesmo entra no setor de processamento.

[112] O ar a partir da saída do desumidificador 38 pode ser misturado com o ar de retorno 28 antes de passar através de uma bobina de resfriamento 24 e dos filtros 44, 45 e ser liberado como ar alimentado 26 para o espaço desenhado 27.

[113] O fluxo de ar reativado 28 passa através de uma fonte de calor 10 a qual eleva a temperatura com base no desenho específico da unidade. O termostato 30 controla a temperatura conforme o ponto estabelecido. Para controlar o fluxo de ar reativado, o combustor de reativação 5 tem uma velocidade continuamente variável com um desenho adequado para este propósito. Para se conseguir um desempenho aperfeiçoado, a velocidade do rotor também é variada através de um arranjo operacional de velocidade de leito variável 4.

[114] A Figura 8(c) é um desenho esquemático de um exemplo de um sistema de desumedecimento de espaço típico. Este exemplo é similar ao exemplo na Figura 8 (a) exceto que um par de setores de purificação 11a, 12 foi proporcionado no leito/roda dessecante. Em tal configuração, é típico circular o ar nos setores 11 a, 12 em um laço fechado usando um ventilador separado 15. O calor a partir da roda na seção 12 seguindo o setor de reativação pode ser pego/coletado e passado adiante para “pré- aquecer” a roda no setor 11a seguindo o setor de processamento com o auxílio do fluxo de ar marcado 13.

[115] O ar misturado 38 a partir do desumidificador pode ser misturado com o ar retornado 28 e então passado através de uma bobina de resfriamento 24 para resfriar o ar alimentado 26 conforme é requerido para resfriar o espaço desenhado 27.

[116] O ar reativado na entrada 8 passa através de um filtro 42 e a temperatura deste ar é elevada através de uma fonte de calor 10 com base no desenho específico da unidade. Esta temperatura é controlada e mantida constante por meio de um termostato 30. Para variar continuamente o fluxo de ar, um combustor de reativação 5 tem sua velocidade continuamente variada com um desenho adequado para este propósito. Para se conseguir um desempenho aperfeiçoado, a velocidade do rotor também é variada através de um arranjo operacional de velocidade de leito variável 4.

[117] A Figura 8(d) mostra um desenho esquemático de um exemplo de um sistema de desumedecimento típico. Este exemplo é similar ao exemplo na Figura 8(c) exceto que mais um par de setores de purificação 17, 18 foi adicionado. Em tal configuração, é algo típico circular uma dada quantidade de a5 13,19 através destes pares de setores em dois laços fechados separados com ventiladores separados 15, 21. Conforme mencionado anteriormente, o fluxo de ar em cada um dos laços fechados pode estar em qualquer direção dependendo da qual direção é mais vantajosa.

[118] O ar misturado 38 a partir do desumidificador pode ser misturado com o ar de retorno 28 e passado através de uma bobina de resfriamento 24 para resfriar o ar alimentado 26 para resfriar o espaço 27.

[119] O ar reativado na entrada 8 passa através de um filtro 42 e a temperatura deste ar é elevada através de uma fonte de calor 10 com base no desenho específico da unidade. Esta temperatura é controlada e mantida constante por meio de um termostato 30. Para variar continuamente o fluxo de ar, um combustor de reativação 5 tem sua velocidade continuamente variada com um desenho adequado para este propósito. Para se conseguir um desempenho aperfeiçoado, a velocidade do rotor também é variada através de um arranjo operacional de velocidade de leito variável 4.

[120] A Figura 8(e) mostra um desenho esquemático de um sistema de desumedecimento típico. Este é um exemplo de uma área de produção farmacêutica para quais as condições de desenho de 15% e de 30% RH a 75° F foram selecionadas para o quarto/sala 27. A quantidade de ar total alimentada 26 calculada neste exemplo é de 4000 cfm. Para satisfazer as necessidades de resfriamento do espaço e a remoção de umidade, 600 cfm é tomada como ar de retorno 28. O ar fresco requerido 31 (600 cfm) é passado sobre a bobina de resfriamento 23 e é misturado com o ar de retorno 28. A face e o amortecedor de desvio 40 controlam o fluxo de ar através da roda de desvio/dessecante. O ar de retorno 28 (2800 cfm) é misturado com o ar processado 7 para proporcionar o fluxo de ar alimentado 26 desejado. Todo o ar é então passado através da bobina de resfriamento 24 para proporcionar a temperatura da sala/quarto desejada.

[121] A Figura 9 mostra um fluxograma para o sistema de processamento de secagem/desumedecimento. O ar ambiente 31 é passado através da bobina de resfriamento 23 para reduzir a carga de umidade e é resfriado. O amortecedor de desvio 32 modula o fluxo de ar a ser passado através da roda dessecante e o remanescente através do desvio. O ar misturado 38 (processo externo 7 e ar desviado 39) é passado sobre fontes de aquecimento 24/resfriamento 22 e é temperado dependendo do requerimento do ar de alimentação 26.

[122] O fluxo regenerado 8 também é controlado com o auxílio de um amortecedor 34 geralmente posicionado depois do combustor de regeneração 5. A entrada de calor regenerado 10 pode ser elétrica, a vapor, combustão a gás ou a partir de uma variedade de fontes de calor que podem elevar a temperatura como base no desenho específico da unidade. Esta temperatura é controlada por meio do termostato 30.

[123] A Figura 10(a) mostra um sistema de secagem de produto e um método. Neste sistema, com base nas condições requeridas na caixa de secagem 37, o ar misturado (ar processado fora 7 e ar desviado 39) 38 é passado sobre uma entrada de calor de processamento 22 para proporcionar a temperatura de secagem necessária. O ar de retorno 28 é resfriado através de uma bobina de resfriamento 23 e soprado através do setor de processamento 2 e do setor de purificação 11 do rotor. A face e o amortecedor de desvio 40 são usados para controlar o fluxo que precisa ser desviado do desumidificador. O ar saindo do setor de purificação é reciclado e misturado com a corrente de ar de retorno da bobina de resfriamento. Isto permite ao desumidificador liberar ar seco. O setor de purificação geralmente varia de 5 a 40% da área total, o restante sendo dividido entre as áreas de processamento 2 e a área de reativação 3. A temperatura de entrada de reativação é controlada através do termostato 30.

[124] A Figura 10(b) mostra o leito/roda dessecante 1 a partir de outro ângulo onde os vários setores estão marcados e embora mostrados de uma maneira típica, a divisão de setor pode variar.

[125] A Figura 11(a) compara o requerimento anual pós-resfriamento quando opções de controle diferentes são usadas.

[126] A Figura 12 é um fluxograma esquemático mostrando as várias opções de elementos de HVAC. Cada um dos elementos pode ser incluso ou não incluso com base nos requerimentos de desempenho da aplicação. A quantidade geral de ar alimentado a ser passada através da bobina de resfriamento 59/fonte de aquecimento 60/desumidificador 57 tem como base o requerimento do espaço a ser condicionado. O ar de retorno 28 pode passar através de uma bobina de resfriamento 54 ou através de uma bobina de aquecimento 53 para dar uma condição desejada para misturar com o ar fresco 31. O ar fresco 31 pode passar através de uma unidade de recuperação de calor 50 se a temperatura requerida necessitar ser aumentada e o aquecimento é requerido via a fonte de calor 22. O ar fresco pode ser resfriado., se for vantajoso, usando a bobina de resfriamento 23. O ar misturado passa através da fonte de aquecimento 55 e da fonte de resfriamento 56 com base no requerimento, e então passa através da face e do amortecedor de desvio 40. Isto controla o fluxo que precisa ser passado através da roda dessecante e ser desumedecido. O ar exaurido passa através da unidade de recuperação de calor 52 para o lado de for a através do combustor 23. O ar regenerado passa através da unidade de recuperação de calor 49 e então passa através da fonte de calor 10 para elevar a temperatura conforme o desenho específico da unidade. O fluxo de ar reativado saindo do setor de reativação 3 passa através da unidade de recuperação de calor 48 e através do combustor de regeneração 5. O uso da unidade de recuperação de calor reduz a carga. O termostato 30 controla a temperatura da entrada de reativação depois da fonte de calor, ou alternativamente pode ser localizado e controla a temperatura de ar reativado deixando a roda dessecante.

[127] Conforme anteriormente explicado, a invenção refere-se a um método e a um sistema para a capacidade de controle do desumidificador dessecante, o qual tem uma roda dessecante ativa. Como há cargas de umidade instantaneamente mutantes, há a necessidade de controlar a capacidade da unidade e do sistema de desumedecimento. Enquanto há vários métodos de controle atualmente conhecidos e praticados para a redução do uso de reativação, esta invenção proporciona um método inovador que substancialmente reduz a energia de reativação comparada aos métodos anteriormente conhecidos.

[128] Na presente invenção, o approach fundamental é o de proporcionar continuamente um meio para continuamente variar a quantidade de ar que desviará da roda dessecante, fora do fluxo processado total. Esta redução no fluxo processado através da unidade dessecante geralmente identifica a mudança nas cargas instantâneas de umidade. Quando o fluxo processado através da roda dessecante é reduzido, não há mais a necessidade de reter o fluxo regenerado total através do setor de reativação da roda. Onde o fluxo regenerado é correspondentemente reduzido em alguma correlação definida, uma redução considerável é conseguida n no que diz respeito ao uso de energia de regeneração. Nesta invenção, através da função de controle, o fluxo regenerado pode ser feito para reduzir continuamente ou aumentar com base na taxa de fluxo processado continuamente variável através do setor de processamento. Com as mudanças em tecnologia, é hoje mais econômico e comum usar velocidades operacionais variáveis com base nos vários métodos conhecidos os quais agora permitem uma variação contínua do fluxo de ar reativado.

[129] Similarmente, também é uma base da invenção usar tal tecnologia para uma variação contínua de velocidade da velocidade rotacional da roda, também através de uma função correlacionada de controle. Neste caso, o desenvolvimento da função de controle, o uso é feito do conhecimento da ferramenta de modelo matemático “DRI Cal”, ou de qualquer outra ferramenta similar, pro exemplo, “Procal”, ambas as quais são ferramentas similares atualmente em uso pelo mundo afora para a seleção de uma geometria e fluxo de uma unidade/roda dessecante.

[130] Durante o desenvolvimento desta invenção de continuamente controlar o processo de variáveis do desumidificador, o uso de energia foi comparado com vários métodos de controle conhecidos e praticados. Para desenvolver a invenção, primeiramente um projeto de amostragem foi selecionado com fatos e assunções físicas, típicas do desenho de uma aplicação de desumedecimento. Para isto, 30% de RH a 70° F foi selecionado como uma condição de desenho.

[131] Para se conseguir um espectro melhor do potencial de economia de energia, um RH mais baixo de 15% a 70° F também para a mesma aplicação farmacêutica foi selecionado. A cidade de Zebulon, NC foi selecionada devido às condições climáticas típicas da região Sudeste dos Estados Unidos. Todavia, para demonstrar o efeito de climas mais úmidos, a cidade de Mumbai, índia foi selecionada como sendo típica. Um fluxograma foi feito e preparado do projeto/desenho de amostra. Com os dados climáticos por hora disponíveis e usados hoje em dia para proporcionar um perfil de carga mais detalhado do desenho do projeto, caixas ambientais climáticas foram criadas com incrementos de 10 partículas/lb de ar com uma temperatura de lâmpada seca coincidente média e com freqüência de ocorrência em horas/ano. Isto permitiu os cálculos de várias “caixas” de carga instantânea para permitir uma simples simulação para estimar o uso total de energia com cada um dos métodos de controle.

[132] A Tabela 1 abaixo mostra os dados de caixa por hora que foram criados para ambas as cidades de Zebulon, NC, EUA e Mumbai, índia.Tabela -1.0 DADOS DE CAIXA POR HORA

[133] Com este método, a análise de uso de energia de reativação é mais definida comparada a aplicação dos dados de desenho com base em dois ou três pontos de desenho, para todos os três métodos de controle considerados e abaixo definidos.

[134] a) Opção de controle 1 - Fluxo de Ar Reativado Fixo, temperatura Fixa de Entrada de Reativação, velocidade de rotor fixa, fluxo processado variável;

[135] b) Opção de controle 2 — Fluxo de ar Reativado Fixo, temperatura Fixa de Descarga de Reativação, velocidade de rotor fixa, fluxo processado variável. (Isto é, para o propósito da invenção, considerado como uma opção de controle de linha básica).

[136] c) Opção de controle 3 - temperatura Fixa de Entrada de Reativação, Fluxo de ar Reativado Variável, velocidade de rotor variável, fluxo processado variável através da roda com o saldo desviando da roda.

[137] Com base nos dados de caixa por hora e nos acima mencionados três métodos/opções de controle, a opção 3 tendo como base a corrente invenção, a energia usada em valor térmico/anos para todas as três opções foi grafada e comparada. A comparação é mostrada aqui abaixo nas Tabelas 2, 3, 4, 5 e 6. A quantidade de energia usada após o uso de resfriamento também é tabulada nas tabelas 5 e 6, as quais claramente mostram que, adicionalmente a redução no uso de energia de regeneração, há uma redução geral considerável no uso de energia de resfriamento também.

[138] Com referência agora a Figura 9(b), este gráfico mostra a comparação do consumo de calor de reativação (em valor térmico/Ano) para as opções de controle 1,2 e 3. O estudo de caso é para condições de 15% e 30% de RH consideradas para Zebulon e para Mumbai. Observa-se que no caso da opção de controle 2 (opção de controle de linha de base), em Zebulon para o desenho de 15% RH o consumo de calor de reativação é de 11071 valor térmico/ano. Se a opção de controle 1 é selecionada, isto aumenta para 13059 valor térmico/ano. Todavia, se a opção de controle 3 é selecionada, o consumo é consideravelmente reduzido para 5747 valor térmico/ano. As Tabelas 2, 3 e 4 proporcionam dados completos para a energia consumida como as opções de controle 1, 2 e 3 para um desenho de 15% e para 30% de RH em Mumbai e em Zebulon.

[139] A Tabela 5 é um sumário da energia consumida na opção de controle 1, 2 e 3 para um desenho de 30% de RH e a Tabela 6 é um sumário do consumo de energia pela opção de controle 1,2 e 3 para um desenho de 30% de RH. Tabela 2 Dados de Consumo de Energia conforme a opção de controle 1

Tabela 3 Dados de Consumo de Energia conforme a opção de controle 2

Tabela 4 Dados de Consumo de Energia conforme a opção de controle 3

Tabela 5 Sumário de Consumo de Energia conforme as opções de controle 1 ,2, 3 para os 30% RH 

Tabela 6 Sumário de Consumo de Energia conforme as opções de controle 1 ,2, 3 para os 15% RH Exemplo de Desenho

[140] Enquanto inicialmente a análise de uso de energia para a invenção, pela opção de controle 1, foi adicionalmente remarcada contra a linha de base da opção de controle 2, foi adicionalmente considerado útil completar a análise usando outro método comumente e atualmente usado de capacidade de controle de desumedecimento usando a opção de controle 1.

[141] Em conformidade, o percentual de redução resultante em energia com a invenção foi comparado entre todas as três opções usando a opção de controle 2 como a linha de base, na tabela 7, e usando a opção de controle 1 como a linha de base na tabela 8.

[142] Com referência agora a Figura 11©, este gráfico mostra o percentual de economia no que diz respeito a regeneração de calor usando opções de controle diferentes. Conforme é mostrado, pelo uso da opção de controle 3, o percentual de economia pode ser tão alto quanto 47%. Todavia, se a opção de controle 1 é selecionada como outra linha de base, há um aumento adicional no percentual de economia. Isto seria então uma comparação entre opção de controle 1 e 3.

[143] A Tabela 7 proporciona uma comparação de consumo de energia detalhada entre a Opção de Controle 1, 2 e 3.Tabela 7 Análise de Consumo de Energia

Tabela 8 Análise de Consumo de Energia

[144] A partir do acima mencionado é evidente que esta invenção apresenta um sistema e um método inovador no que diz respeito a capacidade de controle de um desumidificador, proporcionando uma economia de energia significativa quando comparado aos métodos e a técnica conhecidos.

[145] O sistema da invenção também incorpora várias outras vantagens tais como o desenho do gabinete básico e oposto ao vácuo de tal maneira que o tamanho do setor de reativação pode ser selecionado a partir da variação de 12% a 45% da área total de face do rotor dessecante e ajustado durante a fabricação sem nenhuma modificação no desenho do gabinete. Adicionalmente, se desejado for, o desenho do gabinete básico e oposto ao vácuo é tal que o tamanho do setor de reativação pode ser manualmente ajustado em campo em qualquer lugar na variação de 66% a 150% do seu valor de desenho original usando ferramentas manuais para adaptar aos requerimentos de desempenho modificados. Quando o sistema é usado com um setor de purificação com um fluxo de ar concorrente, o desenho do gabinete básico e oposto ao vácuo permite um tamanho de setor de purificação na variação entre 2% e 25% da área da face do rotor para ser adicionado sem maiores modificações ao desenho.

[146] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a realizações específicas, deverá ser entendido por aqueles indivíduos com especialização na técnica que várias mudanças podem ser realizadas sem partir a partir do espírito e do escopo da invenção. Por exemplo, os numerosos detalhes aqui estabelecidos, por exemplo, os detalhes relacionados à configuração e a operação da realização presentemente preferida do módulo dessecante ativo e sistemas híbridos, são proporcionadas para facilitar o entendimento da invenção e não são proporcionados como limitantes do escopo da invenção. Em conformidade a revelação das realizações da invenção é intencionada para ser ilustrativa do escopo da invenção e não é intencionada como sendo algo limitante.

Claims (21)

1. Método para controlar um desumidificador dessecante ativo do tipo compreendendo um alojamento tendo pelo menos uma roda dessecante (1) tendo um setor de processo (2) com um dispositivo de fluxo de ar e um setor de reativação (3) com um dispositivo de fluxo de ar (5); meios (4) para girar a roda dessecante (1) através dos setores de processo (2) e de reativação (3); e meios (10) para aquecimento do ar de reativação (3), o método compreendendo: a) modular o fluxo de ar (6) através do setor de processo (2) para controlar a quantidade de desumidificação do fluxo de ar de processo; e b) modular o fluxo de ar (8) através do setor de reativação (3) como uma função da modulação do fluxo de ar (6) de processo; caracterizado pela etapa adicional de c) modular a velocidade de rotação da roda dessecante (1) como uma função da modulação do fluxo de ar (6) de processo.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a modulação do fluxo de ar (6) de processo (6) compreende ignorar e desviar (25) uma porção do fluxo de ar (6) de processo (6) ao redor da roda dessecante (1) e/ou compreende a modulação de um amortecedor controlando o fluxo de ar (6) de processo (6) e/ou compreende simultaneamente controlar o fluxo de ar (6) através da roda dessecante (1) e o fluxo de ar ignorando e desviando (25) a roda dessecante (1) de tal maneira que o fluxo de ar total permanece praticamente constante.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a modulação do fluxo de ar (6) de processo compreende variar as características operacionais do meio de fluxo de ar (6) de processo.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o mínimo fluxo de ar através do setor de processo (2) é limitado a um valor predeterminado.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato que a função de controle da modulação do fluxo de ar (8) de reativação e/ou a função de controle da modulação da velocidade de rotação da roda dessecante é uma função linear.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato que a função de controle da modulação do fluxo de ar (8) de reativação e/ou a função de controle da modulação da velocidade de rotação da roda dessecante é uma função exponencial com o expoente entre 0.5 e 2.0.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a temperatura aquecida do ar entrando o setor de reativação (3) é mantida em um valor fixo preferivelmente por intermédio da modulação da entrada de calor nos meios de reativação de aquecimento de ar.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a temperatura do ar de reativação deixando o setor de reativação (3) é mantida em um valor fixo por intermédio da modulação da entrada de calor nos meios de reativação de aquecimento de ar.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a fonte de reativação de ar aquecido é mantida em um valor fixo e a temperatura de reativação do ar aquecido não é controlada mas é permitida uma variação, aumentando como fluxo de ar reduzido e decrescendo com um fluxo de ar maior.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato que a fonte de calor é ativada sempre que há fluxo de ar através do setor de reativação (3).

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a modulação do fluxo de ar (8) de reativação é conseguida e alcançada pela modulação de um amortecedor na corrente de ar de reativação (8), e/ou pela variação das características operacionais dos meios de fluxo de ar de reativação por intermédio de ignorar e desviar de uma porção do ar de reativação ao redor da roda dessecante (1).

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o mínimo fluxo de ar através do setor de reativação (3) é limitado a um valor predeterminado.

13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a modulação da velocidade de rotação da roda dessecante (1) é realizada pela variação das características operacionais dos meios de rotação da roda dessecante.

14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a velocidade de rotação eficiente da roda (1) é realizada pelo intermitentemente operar os meios de rotação da roda dessecante de tal maneira que o percentual de tempo que os meios de rotação opera é proporcional a função de controle desejada.

15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a velocidade de rotação mínima da roda dessecante (1) é limitada a um valor predeterminado.

16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a função de controle da modulação da velocidade de rotação da roda dessecante (1) é uma função linear do fluxo de ar (8) de reativação.

17. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que a função de controle da modulação da velocidade de rotação da roda dessecante (1) é uma função exponencial do fluxo de ar de reativação, com o expoente entre 0.5 e 2.0.

18. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o desumidificador dessecante ativo também contém um setor de “purificação” intermediário (11) entre o setor de reativação e o setor de processo para pré-tratar uma porção do ar de reativação, o fluxo de ar (12) passando através do setor de purificação sendo preferivelmente modulado em uma proporção direta ao fluxo de ar de reativação (8).

19. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que um ou mais setores de purificação (11) são proporcionados de modo a atuar como um amortecedor entre o setor de processo (2) e o setor de reativação (3), e no qual o um ou mais setores de purificação (11) intermediários compreende um ou mais pares dispostos para atuar como um amortecedor entre o setor de processo (2) e o setor de reativação (3) e proporcionado com os meios para circular um fluxo de ar através dos mesmos.

20. Sistema desumidificador dessecante ativo compreendendo um alojamento contendo pelo menos uma roda dessecante (1) tendo um setor de processo (2) com meios de fluxo de ar; um setor de reativação (3) com meios de fluxo de ar (5); u meio (4) de rotação da roda dessecante através do processo e setores de reativação; e meios de reativação de aquecimento de ar (10); e um sistema de controle, caracterizado pelo fato que o sistema de controle é operado de acordo com o método conforme é aqui reivindicado em qualquer uma das reivindicações de 1 a 19 para aperfeiçoar a eficiência operacional do desumidificador em condições de carga parciais.

21. O sistema desumidificador dessecante ativo conforme é aqui reivindicado na reivindicação 20 no qual um ou mais setores de purificação atuam como um amortecedor entre o setor de processo e o setor de reativação.

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