CN101713573A - 除湿空调*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种除湿空调***，其中在使用干燥剂除湿机的除湿***中，通过热泵的凝结器或气体冷却器对干燥剂除湿机的再生空气进行加热，并在蒸发器中，对从所被空调的室内再循环到除湿转子的室内还气进行冷却。由于室内还气的冷却负荷在运转中大致固定，因此通过与该冷却负荷相一致地设置热泵的容量，热泵装置的规模与进行外气冷却的情况下相比变得小型化并抑制了初始成本。此外，能够在贯穿运转期间的始终以大致最大容量运转热泵，并能够得到稳定的节能效果。

Description

除湿空调***

本案是基于申请号为200710001695.5、申请日为2007年1月12日、发明名称为“除湿空调***”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种除湿空调***，其以干燥剂空调机为基本，并作为他的空气加热·冷却机构而备有热泵。

背景技术

作为本发明所涉及的除湿空调***，可以举出例如特开2005-34838号公报中所记载的技术。在该公报中成为如下结构：备有冷却介质回路即作为热泵和吸放湿机构的干燥剂转子，由所述热泵的放热器对除湿对象空气进行加热，在所述干燥剂转子的放湿区域对该空气进行加湿，利用所述热泵的吸热器对该空气进行冷却，并在干燥剂转子的稀释区域中进行除湿。另外，在该公知例中，热泵的冷却介质在放热器中以超临界压力进行放热，并对于冷却介质使用二氧化碳。

另外，作为有关本发明中所使用的热泵循环冷却的背景技术，可以例举出在特开平7-18602号公报和NEDO平成13年度调查报告书51401011-0-1二氧化碳冷却介质等的应用机器的研究p.105。在这些文献中，公开了低压冷却介质利用高压冷却介质的热而受到蒸发或加热的附加性加热器，即通过设置内部热交换器而寻求能力增大的超临界蒸汽压缩循环。

另外，作为除湿空调***具有特开2005-201624号公报中所公开的***。在该公报中，由给气路、排气路、吸附材料保持机构和热泵构成除湿装置，并在各个给气路和排气路中将热泵的低温热源和高温热源配置于更靠近上流侧。于是，通过有效地利用该热泵的低温热源和高温热源，能够寻求能量节省。

另外，作为本发明所涉及的其他以往技术，在平成17年度空气调和/卫生工学会大会讲演论文集pp.1233-1236图1中举出了公知技术。在本公知例中，在借助于热泵的导入而寻求节省能量的同时，作为除湿转子的再生空气用而设置辅助加热器，并在通过热泵的高温热源对再生空气进行加热后，由该辅助加热器进一步进行加热，并导向除湿转子的再生区域而构成。

在上述特开2005-34838号公报的以往技术中，以一般的空调中所使用的除湿装置为对象，因此在由加热泵加热的再生用空气中使用外气。然而，在需要低湿度、低露点环境的情况下，使用在干燥机转子上设置清洗区域的所谓清洗型干燥剂除湿机，此时，在由热泵加热的再生用空气中，使用用于转子的清洗即冷却后的空气，该空气比外气温度更高，因此存在来自加热泵的放热变得不充分，且冷却COP降低，消耗功率增大的问题。

另外，在上述特开2005-34838号公报的以往技术中，使用热泵的放热部将从外部摄入的空气加热，而进行干燥剂转子的再生，但是由于没有进行针对外气条件的变动的考虑，因此再生温度以及与此相伴的给气湿度随季节具有较大的变动，并且加热量和冷却热量的分配也由热泵循环所确定，存在难于与外气相对应的问题。另外，由于仅以热泵的放热部进行再生用空气的加热，因此存在再生空气温度的上限较低、除湿能力也被限制于此的问题。

此外，在上述特开2005-34838号公报的以往技术中，虽然假设热泵的冷却介质中使用地球温暖化系数较小的二氧化碳，并以超临界压力而进行再生空气的加热，但是在将二氧化碳用于热泵的冷却介质而进行再生用空气的高温加热的情况下，为了得到高温，而需要在压缩机中将冷却介质压缩为高压，因压缩机的绝热效率和体积效率降低而招致消耗能量和热泵装置的容量增大的问题，在上述以往技术中没有作出针对该问题点的考虑。

另外，上述NEDO平成13年度调查报告书51401011-0-1的以往技术中，由于压缩比的降低而使得具备压缩机的绝热效率的提高和消耗能量的降低，并与该效果相对应地内部热交换器的设置起到了较大的作用，对于这一点没有言及。

另外，在特开2005-201624号公报的以往技术中，通过相同的冷冻循环，进行从室外等外部取入到给气路径的供给给气的冷却，以及旨在将从室内取入到排气路径的排出空气(再生空气)用于吸附剂的再生的加热。然而，供给给气的冷却热量，因外气温度的时间变动和季节变动而较大地变化。为此，存在如下问题：即一旦与该变化相对应地使热泵循环动作，则排气空气的加热量也变动，因而吸附剂的再生状态，进而由该吸附剂所进行的供给空气的除湿性能也变动。此外，在如前述那样，热泵的运转状态随对应于外气条件的冷却负荷而较大地变动，热泵设备有效动作的条件限定于冷却负荷较大的状态，并存在贯穿运转期间的始终其节能效果较小的问题。

另外，对于为了对排出空气的加热量的变动进行补偿而设置电等辅助加热器对排出空气进行再加热的情况，存在因热泵的运转状态的变动而使得辅助加热器负荷增大进而消费能量增大的问题。

对于这些问题，在上述平成17年度空气调和·卫生工学会大会讲演论文集中，在以热泵的高温热源对再生空气进行加热后，利用辅助热泵而进一步进行加热，由此能够使供给到再生区域的再生空气的温度稳定，并能够使吸附剂的再生状态和供给空气的除湿性能稳定。

另外，对于冷却负荷的变动，设置使来自室内的排出空气和由除湿转子所除湿且温度上升至大约65℃的供给空气热交换的显热(顕熟)转子，借助于使用热泵的低温热源对在该显热转子中与室内空气进行热交换后的供给空气进行冷却的结构，而抑制外部气体变动的影响，并与外气条件的时间变动和季节变动没有关系地有效地使热泵设备动作。但是，在本以往技术中，由于显热转子是必要的，因此存在除湿***较为大型化的问题。

发明内容

本发明的目的在于，在使用热泵的干燥剂除湿机中，与外气条件的变动无关地，供给稳定的低湿度空气，同时使热泵稳定动作而寻求能量的节省，并抑制除湿***装置的大型化。本发明的另一目的在于，在将以二氧化碳等为冷却介质的、放热部的冷却介质为超临界压力的热泵用于空气的加热和冷却的情况下，降低了压缩机出口中的冷却介质压力、降低了压缩比而提高了压缩机的绝热效率，降低除湿空气***的消耗电力。

为了达到上述目的，本发明所涉及的除湿空调***中，使用再生空气的加热和供给的冷却热泵，并在该热泵循环侧，除了设置进行再生空气的加热的放热器外，还设置借助于外部冷却介质对高压侧的冷却介质进行冷却的放热机构。

另外，把处理空气视为从外部导入的外气和从空调对象室内导入并再循环的室内返回气的混合空气，并在再循环的室内返回气的流路上设置将热泵的吸热部作为冷却源的空气冷却器。

按照上述的除湿空调***，由于使用热泵而进行再生空气的加热，因此相对于仅使用电加热器而进行加热的情况消耗电力减少，借助于向外部的放热机构，热泵的冷却效率得以提高，从而能够进一步减少了消耗电力。另外，由于通过热泵的吸热部进行室内空气的冷却，因此，在常年产生冷却负荷的事务所、工场的生产现场、冷却室等开动除湿空调的情况下，能够常年得到大致稳定的冷却负荷，结果能够有效地开动热泵设备，并能够得到对应其能力的节能效果。

附图说明

图1是本发明的一个实施例所涉及的除湿空调***的整体***图。

图2是图1的实施例中的热泵循环的T-h线图。

图3是表示图1的除湿空调***中的消费能量的曲线图。

图4是本发明的其他实施例所涉及的除湿空调***的全体***图。

图5是图4的实施例中的热泵循环的T-h线图。

图6是以与内部热交换器的温度效率的关系而表示图4的实施例中的除湿空调***的消耗电力和压缩机的压缩比的曲线图。

图7是表示图4的实施例中的除湿空调***的消耗能量的曲线图。

图8是表示本发明的其他实施例所涉及的除湿空调***的整体***图。

图9是表示图8的实施例中的热泵循环的T-h曲线图。

图10是表示图8的实施例中的单元结构的图。

图11是表示图8的实施例中的除湿空调***的消耗电力的曲线图。

图12是表示图8的实施例中的除湿空调***的消耗电力的年间变动的曲线图。

图13是本发明的其他实施例所涉及的除湿空调***的整体***图。

实施方式

使用图1、图2和图3说明实施例1。图1是本实施例所涉及的除湿空调***的整体***图。图2是在温度-热焓线图上表示本实施例中所使用的热泵循环的图。图3是将本实施例所涉及的除湿空调***的消耗能量及其明细与类似的***相比较的曲线图。

如图1所示的那样，除湿空调***由如下构件构成：即干燥剂转子(以后，称为除湿转子)10、热泵30、电加热器70、冷冻机80，以及在这些中使处理空气和干燥剂再生空气通风的导管和风扇等。

除湿转子10，通过顺次旋转而对如下区域进行除湿：即对处理空气的湿分进行吸附而进行除湿的处理区域11、利用高温的再生空气将湿分从转子脱除的再生区域12、通过将处理空气的一部分分路而对在再生区域中发生了温度上升的转子进行冷却的清洗区域13。另外，在除湿转子10中，保持硅胶和沸石等除湿构件。

热泵30由如下器件构成：即将冷却介质气体压缩至超临界状态而使温度上升的压缩机31；利用由压缩机31压缩为超临界压力而成为高温的冷却介质对转子再生用空气95进行加热的空气加热器32；利用放热用外气99对在空气加热器32中温度降低的冷却介质进一步进行冷却的外气加热器33；以及将从外气放热器33流出的冷却介质从超临界状态减压为二相域的减压阀34；空气冷却器35、36，其通过成为二相的冷却介质等冷却液的蒸发等对处理空气即来自图中未示出的低露点室内的还气94和所导入的外气进行冷却；以及连接上述构件的冷却介质配管37。

此外，在导管的各个部位，设置：温度传感器39，其用于进行热泵30的容量控制；温度传感器79，其为了进行电加热器70的控制而对转子再生用空气95的温度进行检测；温度传感器89，其为了包含冷冻机80的起动停止的运转控制而对通过设定于冷冻机80上的直膨式冷却螺旋管81后的导入外气91的温度进行测定。也就是说，由该冷冻机80和直膨式冷却螺旋管81构成对导入外气(处理空气)进行预备冷却的辅助冷却机构。

接下来，说明本实施例所涉及除湿空调***的基本的动作。在除湿空调***中，利用最初在冷冻机80上设置的直膨式冷却螺旋管81对作为给用气从外部导入的外气91进行预备冷却。此外，预备冷却后的外气被热泵30的空气冷却器36冷却后，与利用热泵30的空气冷却器35对来自低露点室内的返回气94冷却后的空气进行合流。该合流后的空气，一部分被分路而作为清洗空气92被导入到清洗区域13，剩余部分被导入到处理区域11并使温度下降后，作为给气被导入到未图示的低露点室。

另一方面，清洗空气92，在清洗区域13对除湿转子10进行冷却。由此，以作为清洗型干燥剂除湿机的特征而被周知的方式，仅从被充分冷却的区域进行给气，结果能够得到温度非常低的给气。因对除湿转子10进行冷却而温度上升后的清洗空气92，与再循环再生空气96合流而成为再生空气，此外，被热泵30的空气加热器32、电加热器70顺次加热后，被导入到再生区域12而再生，即对来自除湿转子10的水分的进行脱除。

来自再生区域12的再生空气95，如上述那样一部分被分路而作为再循环空气96与洗净空气92进行合流，剩余部分由除湿转子10除去水分，并作为排气97排出到机外。

接下来，使用图2对此时的热泵30的动作进行说明。在本实施例中，作为热泵30的工作介质使用二氧化碳，图2中的记号A～F表示图2中所示的温度-热焓线图上的冷却介质的状态进行表示，曲线(细线)H表示饱和线。

被压缩机31压缩到临界压力的冷却介质，温度上升而成为状态A，并被导入到空气加热器32。在空气加热器32中，冷却介质温度下降并对再生空气97进行加热而成为状态B，并被导向外气放热器33。在外气放热器33中，被导入的放热用外气99比流入到空气加热器32的再生空气温度更低，因此冷却介质温度下降而成为状态C。此后，冷却介质被导入到膨胀阀34而减压，成为由冷却介质液体和冷却介质蒸汽组成的二相状态即状态D。在空气冷却器35、36中，通过冷却介质液体的蒸发潜热而对室内返回气94、导入的外气91分别进行冷却。在空气冷却器36内，所有的冷却介质液蒸发而成为饱和线以上的状态E，并且通过与外气91的热交换而成为过热蒸汽的状态F后，由压缩机31所吸引而再次被压缩。

另外，实际上在各热交换器内存在着压力损失，但是在图2中省略其影响而在超临界区域的等压线上示出了状态A、B、C。并在二相区域和气体区域的等压线上示出了状态D、E、F。

接下来，对本实施例所涉及的除湿空调***的运转控制进行说明。在本实施例中，热泵30，在空气加热器32中基于再生空气95所能够回收的最大热量而设定能力和冷却介质循环量的上限。因此，可以认为在外气温度高的情况下冷却能力不足，为对此防备而设置冷冻机80。基于对由冷冻机所冷冻的外气的温度进行计测的温度传感器89，而对该冷冻机80进行控制。

在外气温度高的情况下，对冷冻机80进行控制以使得由温度传感器89所计测的空气温度成为大致一定值。该空气温度的值，对应于如下那样的运转状态中的热泵30的冷却能力而确定：即所述热泵30能够供给再生空气95在空气加热器32中所能够回收的最大热量。

在外气温度较低的情况下，冷却负荷变得较小，仅通过热泵30的冷却能力已经能够充分满足外气91和室内返回气94的冷却，因此将冷冻机80的运转停止。另外，在这种情况下，因空气加热器的加热量为零而使得电加热器70的消耗电力增大，因此不优选将热泵30的运转停止。在本实施例中，若由温度传感器89所计测的空气温度低于规定的值，则停止冷冻机80的运转，若该空气温度再次上升而超过在所述规定值上加一定的动作间隙(滞后)的值，则再次开始冷冻机80的运转。

基于对由空气冷却器35、36所分别冷却的室内返回气94与外气91混合后的处理空气温度进行计测的温度传感器39的输出，而对热泵30进行控制。此时，空气冷却器35的入口中的室内返回气94的温度为大致固定，空气冷却器36的入口中的外气91的温度如上述那样由冷冻机80维持在一定温度以下，因此由温度传感器39所计测的处理空气的温度，在热泵30容量控制范围内大致被控制为固定值。另外，该值由从除湿空调***到低露点室供给的给气的标准而确定。

在外气温度低、冷冻机80因前述控制动作而停止的状态中，如上述那样通过对热泵30进行容量控制而能够将混合空气的温度维持为大致固定，因此与此相伴，空气加热器32中的空气加热量也变化。与该变化相对应，基于对从电加热器70向除湿转子10的再生区域12的再生空气的温度进行检测的温度传感器79的输出而对基于热泵70的加热量进行控制，而将再生空气的温度维持为规定值，从而对处理区域11中的除湿能力进行维持。

如以上所说明那样，在本实施例中，通过将热泵循环的吸热部即蒸发器作为处理空气的冷却源，将放热部作为再生空气的加热源而使用，能够通过降低电加热器70的负荷等作用而寻求消耗能量的降低。另外，通过设置外气放热器33，冷却介质即二氧化碳在热泵循环的放热部对再生空气95进行加热并成为状态B后，在放热用外气99中进一步放热而温度降低到状态C。也就是说，空气冷却器35、36中的冷却能力成为图2中的状态D-状态F间的热焓差即QE。若将该冷却能力与不使用外气放热器33的情况相比，在不使用外气放热器33的情况下，冷却介质从状态B被减压而成为状态D’，冷却能力成为状态D’-状态F间的热焓差即QE’。为此，通过设置外气放热器33，每单位冷却介质流量的冷却能力增加(QE-QE’)的量，投入到压缩机31的电能也降低。或者，借助于上述冷却能力的增加量，预备冷却用冷却机80的冷却负荷减轻，能够寻求除湿空调***整体的节能。

另外，在本实施例中，基于由空气冷却器35、36所冷却的处理空气的温度而进行热泵30的容量控制，由此流入到除湿转子10的处理区域11的空气的温度稳定，结果能够稳定地进行低露点空气的供给。

另外，在本实施例中，由于设置电加热器70，因此能够加热到由热泵对再生空气90所能加热的最高温度以上。由此，由于转子再生时除湿构件的潮湿成分减少，因此能够供给-50℃等的低露点空气。此外，设置能够对由该加热器70所加热的再生空气的温度进行检测的温度传感器79，并以该再生空气的温度成为一定值的方式对电加热器70的加热量进行控制。由此即使在加热器30的运转状态变换的情况下，也能够使再生空气的温度稳定，并确保处理区域11的除湿能力，并能够稳定地进行上述低露点空气的供给。

另外，在本实施方式中，成为如下结构：即设置对导入的外气91进行辅助冷却的冷冻机80，而对基于热泵30的冷却能力的不足量进行补偿。为此，能够与空气加热器32中的加热量即再生空气95温度上升时能够回收的能量相对应地设定热泵30的循环的容量。因此，能够起到如下效果：即防止在放热部中因热泵30的加热能力过剩而引起的能量利用效率降低的。

关于该效果，使用图3加以说明。图3是本实施例所涉及的除湿空调***中的空气的加热和冷却所需要的能量与其他方式相比较的图。(1)～(3)的各方式是以下那样的结构。结构(1)表示完全利用电加热器70而进行除湿***中的再生空气的加热，并完全利用冷冻机80而进行处理空气的冷却，而不使用热泵的情况。接下来，结构(2)是完全利用热泵30的蒸发器而进行处理空气的冷却，再生空气的加热通过热泵30的放热部和电加热器70而进行，而不使用冷冻机80的情况。

结构(3)是本实施例的结构，是如前述的那样在再生空气的加热中使用热泵30和电加热器70，并在处理空气的冷却中使用热泵30和冷却机80的情况。另外，假定在结构(2)中所使用的热泵中设置外气冷却器33，并处于本发明的范围内。

在图3中，假设结构(1)中的消耗能量的综合为100％，并将各结构中的消耗能量分类到每个要素机器而进行比较。在(1)和(2)的比较中，处理空气的冷却所需要的能量，相对于(1)的冷冻机，(2)的热泵大幅度地增加，这是因为，与冷冻机80中所使用的冷却介质是代替品氟系的冷却介质相对，热泵30中所使用的冷却介质为理论成绩(理論成績)系数低的二氧化碳。

然而，在(2)中，通过进行基于热泵30的再生空气的加热，电加热器70的消耗能量如图示的那样减少，结果能量消耗量比(1)更加降低。这表示即使在不使用冷冻机80的情况下，通过采用设置有外气冷却器33的热泵30，能够谋求节省能量。

接下来，在(2)和(3)的比较中，由于与再生空气中可回收的热量相应地设定热泵30的能力，因此热泵30的消耗电力降低，发生了对该交换的不足的处理空气的冷却热量进行补偿的冷冻机80的消耗电力。另外，电加热器70均被用于从由热泵30对再生空气所能够加热的最高温度进一步向高温加热的用途，因此在(2)和(3)中没有差异。

在全消耗能量的比较中，本实施例的结构即(3)相对于(2)进一步减少。这是由于如下缘故：即在(2)中因热泵30的能力与冷却负荷相应地被设定，因此加热能力过剩，因其能量被放出到外气而引起的损失，以及由成绩(成績)系数高的冷冻机80而进行空气冷却的一部分。另外，对于结构(3)中增加冷冻机80的冷却负荷并减少热泵30的容量的情况，由于***的结构接近于(1)因此消耗能量增加。

此外，由于通过设置冷冻机80，能够对由季节引起的外气冷却的负荷变动，由冷冻机80的容量控制进行对应，因此具有热泵的负荷稳定，能够确保空气加热器32中的加热量的有利点。例如，在外气温度低，冷却负荷小的情况下，通过将冷冻机80关闭而能够实现对应。

另外，通过基于从冷却螺旋管81而通向空气冷却器36的外气91的温度的检测值(温度传感器89的检测值)，而进行冷冻机80的启动停止和容量控制，并通过利用冷冻机80而仅提供外气冷却负荷中超过热泵30的最大能力的部分，由此能够最大限地确保热泵30的运转能力，并将空气加热器32中的加热量置为最大，并将电加热器70的输入降低，从而能够发挥图3所示的节能效果。

另外，虽然在本实施例中将除湿***中所使用的干燥剂除湿机作为清洗型，但是即使将上述特开2005-34838号公报中所披露的那样的不具有清洗区域的标准型的干燥剂除湿机，也能够得到同样的效果。也就是说，不仅如特开2005-34838号公报那样使热泵的放热部成为作为处理空气而导入的空气的加热器，而且设置诸如通过导入冷却用的空气而使对处理空气进行加热后的冷却介质进一步降低温度那样的外气放热器，也能够寻求冷却能力的增大和装置整体的能量节省。

〔实施例2〕

接下来，对于本发明的其他实施例，使用图4～图7而说明。图4是本实施例所涉及的除湿空调***的整体***图，图5是在温度-热焓线图上表示本实施例中所使用的热泵循环的图。图6是表示本实施例中所使用的内部热交换器的温度效率和本实施例所涉及的除湿空调***的消耗电力等的关系的曲线图。图7是将本实施例所涉及的除湿空调***的消耗能量及其明细与图3中的三种***比较的曲线图。在各自的图中，对于与图1的实施例相同的结构要素，附加与图1相同的符号。另外，在以下的说明中，集中于本实施例和图1的实施例的相异点而进行说明。

如图4所示的那样，本实施例所涉及的除湿空调***相对于图1的实施例，没有设置冷冻机80和附属于其的冷却螺旋管81、以及温度传感器89，并成为如下结构：即在热泵30的循环中，设置在被外气放热器33冷却的超临界状态的冷却介质和利用空气冷却器36对外气进行冷却并成为冷却介质蒸汽的冷却介质之间进行热交换的内部热交换器38。另外，成为将减压阀34设置在内部热交换器38的下流侧的结构。

在本实施例的除湿空调***中，作为给气用而导入的外气91，直接由空气冷却器36所冷却，并与由空气冷却器35所冷却的室内返回气94合流后，与图1的实施例同样地一部分成为清洗空气92，剩余的部分由除湿转子10所除湿并成为给气93。清洗空气92和再生空气95的***与图1的实施例同样。

以图5中的粗线(4)表示本实施例中的热泵30的动作。记号P～W，与图2中的记号A～F同样地表示冷却介质的状态。由压缩机31升压为超临界压力的冷却介质因温度上升而成为状态P，并经过空气加热器32、外气放热器33而成为状态R后，在内部热交换器38中对从空气冷却器36向压缩机31的冷却介质蒸汽赋予热而成为状态S。其后，通过膨胀阀34而成为二相状态T，在空气冷却器35、36内成为饱和蒸汽U、过热蒸汽V后而在内部热交换器38中进一步被加热而温度上升而成为状态W后，被吸入到压缩机31的吸入侧。

若将本实施例中的热泵循环与图5中以虚线所示的图1的实施例的循环相比较，则由外气放热器33所放热后的内部热交换器38中冷却介质被从状态R而向状态S冷却，由此，空气冷却器35、36中的每单位冷却介质量的冷却能力从图中所示的QE向QE”增大。该效果通常主要被周知的是，作为冷却介质使用二氧化碳的冷冻循环的内部热交换的冷冻效果的增大。

另外，在本实施例中，被导入到压缩机31的冷却介质蒸汽由内部热交换器38所加热而温度上升。这里，压缩机的吐出压力在与图1的实施例相同情况下，压缩机的吐出温度上升，但是在本实施例中通过较低地设定压缩机的吐出压力，能够使吐出温度与图1的实施例相同。因此，压缩机31的压缩比与图1的实施例相比较而变得较小。这里，由于压缩机的效率通常在压缩比较小的情况下较好，因此在本实施例中由于吐出压力和压力比的降低，而使得压缩机的效率上升，并能够进一步降低消耗电力。接下来，使用图6说明它们的关系。

图6是将横轴作为内部热交换器38的温度效率ε，将纵轴作为消耗功率和压缩比的比率，以及与压缩比相伴而变化的压缩机效率，并将压缩机31的吐出温度置为一定值而表示它们的关系的图。在温度效率ε＝0的点，表示在图4中不设置内部热交换器38的情况下，即与图3中的(2)相同的结构。热泵循环在T-h线图上中，与图1的实施例同样，成为在图2或图5中以虚线所表示的循环。本实施例中的热泵30的内部热交换器38，在定格运转时以在横轴上由(4)所表示温度效率而动作。

首先，以细线表示仅考虑所述冷冻效果的增大，即压缩机效率作为一定值而计算出除湿空调***整体的消耗电力的结果。若内部热交换器的温度效率增大，则借助于每单位冷却介质量的冷却能力增大的效果，压缩机的工作减轻，***整体的消耗电力减少。

接下来，以虚线表示此时的压缩比的变化。与温度效率ε增加而压缩机的入口温度上升相对应，以吐出温度固定的方式而确定吐出压力的结果是，吐出压力和压缩比如图6所示的那样降低。图6中以虚线示出了由该压缩比导出的压缩机效率η的结果。另外，压缩比和压缩机效率的关系由例如所述NEDD平成13年度调查报告书的p.106的式子(5.1-4)等所示。如图所示的那样，压缩机效率与内部热交换38的温度效率的增加一同上升。

在图6中使用粗线示出了考虑了该压缩机效率的上升而对除湿空调***整体的消耗电力进行再计算后的结果。通过设置内部热交换器38，压缩机效率上升，并与由细线所表示的因冷却能力增大所引起的消耗功率降低效果相比较，消耗功率进一步降低。在作为本实施例的动作条件的(4)中，与省却内部热交换器的情况相比，能够得到大约15％的消耗电力降低效果。

若将本实施例所涉及的除湿空调***的空气的加热和冷却所需要的能量，与图3中所比较的三种***相对比，则成为图7所示的那样。可知，通过以上所说明的消耗电力的降低效果，能够相对于图1的实施例进一步降低消费电力。

如以上所说明的那样，在本实施例中，通过在热泵30内追加热交换器38，除了通常周知的冷却能力的增大效果还能够得到由压缩比的降低引起的压缩机效率的提高以及与此相伴的消耗电力的降低效果。也就是说，与图1的实施例相比压缩机吐出压和压缩比较低的同时能够得到同等的压缩机吐出温度，这一方面是本实施例较大的特征，是将热泵循环用于除湿空调***的情况下所产生的独特的效果。

另外可知，虽然在本实施例中没有使用冷冻机80，但是相对于图1的实施例那样的使用冷冻机80的除湿空调***的热泵，追加内部热交换器38也能够达到同样的效果。另外，在如本实施例那样不使用冷冻机80的情况下，将***简单化并使热泵30的冷却介质为二氧化碳，由此不需要使用地球温暖化系数高的代替品氟等冷却介质，而能够与消耗能量的降低效果一致地得到环保方面极为有利的除湿空调***。

在以上所示的各实施例中，热泵30的冷却介质在空气加热器32中以超临界压力进行放热，因此能够将再生空气95加热到高温，并能够如图3或图7中的结构(1)和本发明的实施的(2)(3)(4)的比较所示的那样降低电加热器70的消耗电力而实现除湿空调***整体的节能效果。

此外，在以上所示的各实施例中，作为热泵30的冷却介质，由于使用临界温度为31.1℃的较低的二氧化碳，因此循环的高压侧容易地成为超临界状态，并能够得到由上述超临界状态中的放热引起的效果。另外，由于二氧化碳如所周知那样其地球温暖化系数极小，因此能够得到不需要冷却介质的回收的、与环境问题相对应的除湿空调***。

此外，在以上所示的各实施例中，由于成为如下结构：即作为从空气加热器32排出后的冷却介质的冷却机构而设置外气放热器33，并通过放热用外气99而进行冷却的机构，因此具有不需要冷却水***设备的优点。

另一方面，在预先准备有冷却水***的工厂等中导入本***的情况下，也可以是如下结构：即替代外气放热器33而设置水冷式的冷却介质冷却器，并通过冷却水进行冷却。此时，作为需要水冷***的替代，与以空冷式的外气放热器33相比能够以较小的传热面积进行冷却，因此具有能够将冷却介质和除湿空调***小型化的优点。另外，可知该冷却水也可以是河水或海水等。

〔实施例3〕

使用图8到图12说明第三实施例。图8是本实施例所涉及的除湿空调***的整体***图。图9是在温度-热焓线图上表示本实施例中所使用的热泵循环的图。图10是表示本实施例的单元结构的图。另外，图11是将本实施例所涉及的除湿空调***的夏季峰值条件中的消耗能量及其明细与使用热泵的情况相比较的明细图。另外，图12是将本实施例所涉及的月别的平均消耗能量与图10同样地不使用热泵的情况相比较的曲线。

在图8中，与图1不同之处在于，在冷冻机80的输出即直膨式冷却螺旋管(第一冷却螺旋管)81上设置开闭阀83，并在对室内返回气94进行冷却的直膨式冷却螺旋管(第二冷却螺旋管)82上设置开闭阀84。另外，不设置连接在热泵30上的空气冷却器36，并成为利用冷冻机80对通过空气冷却器35的室内返回气94进一步进行冷却而与外气91一起供给到除湿转子10的结构。此外，作为设置传感器89的替代，兼用温度传感器39而用于冷冻机的控制。其他的结构，与图1相同。

因此，对本实施例所涉及的除湿空调***的基本的动作进行说明。在除湿空调***中，利用设于冷冻机80上的第一冷却螺旋管而对导入的外气91(处理空气)进行冷却，并利用热泵30的空气冷却器35和冷冻机80的第二冷却螺旋管82而对来自低露点室内的室内返回气94进行冷却，并将它们合流。该合流后的处理空气，如前述那样，一部分被分路而作为清洗空气92被导向清洗区域13，其余被导向处理区域11而降低湿度后，作为给气93而被导向空调室。另外，在从冷冻机80到第一冷却螺旋管81的配管途中设置用于控制冷却介质的开闭阀83(电磁阀)，同样在从冷冻机80到第二冷却螺旋管32的配管途中设置开闭阀84(电磁阀)。

另一方面，清洗空气92，在清洗区域13对除湿转子10进行冷却。由此，如以作为清洗型干燥剂除湿机的特征而被周知的那样，仅从被充分地冷却的区域进行给气，结果能够得到湿度非常地低的给气。因对除湿转子10进行冷却而温度上升的清洗空气92，与再循环再生空气96合流而成为再生空气，并由热泵30的空气加热器32、电加热器70顺次加热后，被导向再生区域12而再生即进行来自除湿转子10的水分的脱除。

来自再生区域12的再生空气95，如上述那样一部分分路并作为再循环空气96而与清洗空气92合流，其余的与从除湿转子10除去的水分一并作为排气97而被排出到机外。

接下来，使用图9对此时的热泵30的动作进行说明。在本实施例中，作为热泵30的动作介质使用二氧化碳，图9中的记号A～F表示图9所示的温度-热焓线图上的冷却介质的状态，曲线H表示饱和线。

由压缩机31压缩到超临界压力的冷却介质，因温度上升而成为状态A，并被导入到空气加热器32。在空气加热器32中，冷却介质温度下降并对再生空气95进行加热而成为状态B，并被导入到外气放热器33。在外气放热器33中，被导入的放热用外气99比流入到空气加热器32中的再生空气温度更低，冷却介质温度进一步降低而成为状态C。其后，冷却介质被导入到膨胀阀34而减压，并成为冷却介质液体和冷却介质蒸汽组成的二相状态即状态D，在空气冷却器35中，利用冷却液的蒸发潜热而对室内返回气94进行冷却。在空气冷却器35内所有的冷却介质液蒸发而成为饱和线上的状态E，并通过与室内返回气94的热交换而成为过热蒸汽的状态F后，被吸引到压缩机31而再次被压缩。

另外，虽然实际上各热交换器内存在压力损失，但是图9中省略了其影响而在超临界区域的等压线上示出了状态A、B、C，并在二相区域和气体区域的等压线上示出了D、E、F。

图10是表示本实施例中的除湿空调***的单元结构，以及热泵的各构成要素的设置状况。除湿空调***，大致由排热单元101和除湿机单元102构成。在排热单元101上，内置压缩机31、外气放热器33、使外气通风到外气放热器33上的风扇38，以及膨胀阀34等。

另外，在除湿机单元102上在热泵循环的构成要素中设置空气加热器32、空气冷却器35。另外，虽然在图10中没有示出，但是在除湿机单元102上，内置由图8所示的除湿转子10、电加热器70、冷冻机80的第一冷却螺旋管81、第二冷却螺旋管82以及使处理空气和再生空气通风到它们上的导管和风扇等。并且，形成热泵循环的冷却介质配管37连接排热单元101、除湿机单元102。

接下来，对本实施例的除湿空调***的运转控制进行说明。对于外气温度的变化，通过冷冻机80的容量控制，而将供给到除湿转子10的处理区域11的处理空气的温度，维持为大致固定。该处理空气，是由第一冷却螺旋管81对外气91进行冷却的空气与由热泵30的空气冷却器35，与由冷冻机80的第二冷却螺旋管82对室内返回气体进行冷却的空气的混合气体。因此，在被空调室内的冷却负荷和室内返回气94的温度变化时，能够通过冷冻机80的容量控制而应对。

此外，即使对于因外气温度变动而使得外气放热器33的冷却介质出口温度变化并由于其影响而使得空气冷却器35的冷却热量、室内返回气94的出口温度变动的情况，也能够通过冷冻机80的热量控制而应对。另外，与该热泵循环的变化相伴，空气加热器32中的再生空气95的加热量变化。与该变化相对，通过电加热器70的热量控制，能够将由温度传感器79所计测的再生空气温度保持为固定而应对。

因此，在外气温度和室内负荷的变动对热泵循环施加的影响较小的情况下，本***的运转中，热泵以大致固定输出而进行运转。另外，热泵的容量以如下方式进行设定：使得空气冷却器35的冷却能力低于由计划时所设定的被空调室内的设定温度等所决定的室内返回气94的冷却负荷。

接下来，使用图11、图12说明本实施例的节能效果。图11是对夏季峰值中的除湿空调***的消耗电力的计算结果，将不使用热泵30的情况(热泵的使用：无)即仅以冷冻机80而进行外气9和室内返回气94的冷却并仅以电加热器70进行再生空气95的加热的情况，与使用热泵30的情况，进行比较的图。如图11所示那样，由于热泵的导入而使消耗电力削减约10％。

另外，图12是对一年间的各月，使用某地域的一月间平均气温而对消耗电力进行计算的结果。在图12中一并记述了图11所示的夏季峰值时的比较。另外，如图12所示的那样，消耗电力不依赖于季节而得到大致固定的削减量。这是由于如下缘故：即由于热泵的加热、冷却的负荷在整个年间为大致固定，因此能够使热泵以额定容量常时运转。

在以上所示那样的本实施例中，由于在贯穿整个一年间存在冷却负荷的室内返回气体的流路上，设置热泵30的空气冷却器35，因此热泵的年间的运转状态稳定，并如图12所示的那样，能够在贯穿整个一年间实现节能效果。在本实施例中，能够在贯穿一年间实现图11所示的消耗电力的削减量，由于在中间期和冬季总的消耗电力削减量减少，因此削减率超过10％。结果，在贯穿一年间的消耗电力削减率也在10％以上。

另外，按照本实施例，由于以不超过室内返回气的冷却负荷的值而设定热泵30的容量，因此与负担外气的冷却负荷的情况相比较，装置的规模较小，并能够抑制初始成本的上升。此外，由于热泵30的运转状态稳定，因此如图12中的热泵的使用“有”的情况所示的那样电加热器70的运转状态即加热量在贯穿一年间是稳定的，并能够削减电加热器70的容量而实现小型化。

此外，由于这些机器在贯穿一年间有效地进行工作，因此节能效果相对于初始成本的增加变大。

另外，在本实施例中，成为如下结构：即设置对导入的外气91进行冷却的冷冻机80，并以供给到除湿转子10的处理区域11的处理空气的温度为固定的方式对冷冻机80进行控制，因此能够与外气温度的变动无关地，将稳定的低湿度空气供给到被空调对象，并能够使热泵30的运转状态也稳定。

此外，在本实施例中，通过设置利用冷冻机30的冷却能力的一部分而进行再冷却的第二冷却螺旋管82，而对由热泵30的空气冷却器35所冷却的室内返回气94进行再冷却，因此即使对于除了外气温度的变动外室内负荷的变动，也能够不使热泵30的运转状态变化地进行对应。

此外，在本实施例中，作为热泵30的放热部，除了对再生空气95进行加热的空气加热器32，还设置外气放热器33，因此如图9所示那样，空气冷却器35即蒸发器入口的冷却介质的热焓从图9所示的状态B的值降低到状态C的值。结果空气冷却器中的冷却能力，在不设置外气放热器33的情况下从状态B和状态F的热焓的差，增大到状态D和状态F的热焓的差即图9所示的QE。因此，冷却机80的冷冻负荷被减轻，并能够实现冷冻机80的小型化和节能的效果。

此外，在本实施例中，由包含有压缩机31、外气放热器33、风扇38等的排热单元101，以及包含有除湿转子10、空气加热器32、空气冷却器35等的除湿机单元102构成除湿空调***整体，因此能够将排气单元101设置在室外，将除湿机单元102设置在室外。

从除湿机单元102能够使处理空气循环这一点出发，具有通过设置在机械室等室内而不需要防水施工的优点。另一方面，排热单元101中，来自外气放热器33的冷却介质出口温度越低，图9所示的空气冷却器的冷却能力QE越增大，冷冻机30的负荷越减轻而节能。因此，通过将排热单元101设置在室外，能够向比机械室内气温更低的外气放气，由此该节能效果变大。在本实施例中能够同时得到这些有利点。

另外，在本实施例中，热泵30的冷却介质在空气加热器32中以超临界压力而进行放热，因此在空气加热器32中冷却介质连续地温度降低的同时向再生空气95放热，并能够进行与再生空气95的对流型(对向流型)的热交换，并如图11和图12中的热泵的使用“有”“无”的比较所示的那样，因电加热器70的消耗电力减少而能够实现除湿空调***整体的节能效果。

此外，在本实施例中，作为热泵30的冷却介质，由于使用临界温度低至31.1℃的二氧化碳，因此循环的高压侧容易成为超临界状态，并能够得到由上述超临界中的放热引起的效果。另外，如周知的那样，二氧化碳的地球温暖化系数极小，因此没有必要进行冷却介质的回收，能够得到与环境问题相对应的除湿空调***。

此外，在以上所示的各实施例中，作为从空气加热器32出来后的冷却介质的冷却机构而设置外气放热器33，并成为通过放热用外气99进行冷却的结构，因此具有不需要冷却水***的优点。

另一方面，在预先备置有冷却水***的工厂等中导入本***时，也可以设置水冷式的冷却介质冷却器而替代外气放热器33，而成为通过冷却水进行冷却的结构。在这种情况下，作为需要冷却水***的替代，能够以与空冷式的外气放热器33相比以较小的传热面积进行冷却，因此具有能够将冷却介质冷却器和除湿空调***小型化的优点。另外，可知该冷却水也可以是河水或海水。

〔实施例4〕

接下来，使用图13说明本发明的第4实施例。图13的除湿空调***，是与图8大致相同的结构，但是以下点不同。在图8的实施例中，通过第2冷却螺旋管82而对从室内再循环的室内返回气94进行冷却，与此相对，在本实施例中，利用第2冷却螺旋管82对所述室内返回气94和从外部导入的外气91合流后的处理空气进行冷却。

在本实施例中，成为借助于第二冷却螺旋管82对流入到除湿转子10的处理区域11之前的处理空气进行冷却的结构。由此，与实施例3相比较，能够通过冷冻机80的容量控制，将由温度传感器39所检测出的转子入口空气温度，稳定地控制到目标值近旁。在如前述那样保持除湿构件的除湿转子中，除湿性能因处理空气的入口温度而受到影响，因此在本实施例中由于该入口温度稳定，因此具有能够将转子出口空气即给气93的温度和湿度稳定低控制到目标值近旁的优点。这在如半导体和显示器等制造工艺那样需要低湿度环境的用途中，从生产品质向上的观点出发极为重要。

另外，本实施例中的热泵循环、消耗电力和消耗电力的一年间变动与第三实施例同样分分别由图9、图11和图12表示，并能够得到同样的效果。并且，也能够成为与图10同样的结构，并能够得到与第三实施例相同的效果。

Claims (9)

1.一种除湿空调***，其特征在于，

具有：

净化型干燥剂除湿机，其在除湿转子上备有：对处理空气的水分进行吸收的处理区域和将该水分放出到高温的再生空气的再生区域，并借助于所述除湿转子旋转，所述处理区域和所述再生区域顺次通过；

热泵，其具有吸热部和放热部；

空气冷却器，其将所述吸热部作为冷却源而对所述待被除湿的空气进行冷却；

空气加热器，其将所述放热部作为加热源，而在再生区域入口侧对所述再生空气进行加热，

所述处理空气是从外部导入的外气与从作为空调对象的室内导来而再循环的室内返回气的混合空气，并在所述室内返回气的流路上设置将所述吸热部作为冷却源的空气冷却器。

2.一种除湿空调***，其特征在于，

具有：

净化型干燥剂除湿机，其在除湿转子上备有对处理空气的水分进行吸收的处理区域、将该水分放出到高温的再生空气的再生区域、以及使用冷却用空气对再生区域中因温度上升而放出水分的区域进行冷却的净化区域，并借助于所述除湿转子旋转，所述各区域顺次通过；

热泵，其具有吸热部和放热部；

空气冷却器，其将所述吸热部作为冷却源而对所述待被除湿的空气进行冷却；

空气加热器，其将所述放热部作为加热源，并在再生区入口侧对所述再生空气进行加热，

其中，所述处理空气是从外部导入的外气与从作为空调对象的室内导来而再循环的室内返回气的混合空气，在所述室内返回气的流路上设置将所述吸热部作为冷却源的空气冷却器，并设置冷冻机，所述冷冻机在与所述室内返回气的混合部的上流侧对所述导入外气进行冷却。

3.根据权利要求2所述除湿空调***，其特征在于，

所述冷冻机在与所述室内返回气的混合部的上流侧对所述导入的外气进行冷却，并在与所述导入外气的合流前或合流后，对被以所述热泵的吸热部作为冷却源的所述空气冷却器所冷却的室内返回气，进行再冷却。

4.根据权利要求3所述除湿空调***，其特征在于，

所述热泵的放热部，由如下构件构成：即空气加热器，其作为所述再生空气的加热源而向再生空气放热；以及外气放热器，其向外部冷却介质放出热。

5.一种除湿空调***，其特征在于，

具有：

净化型干燥剂除湿机，其在除湿转子上备有对处理空气的水分进行吸收的处理区域和将该水分放出到高温的再生空气的再生区域，借助于所述除湿转子旋转，所述各区域顺次通过；

热泵，其具有吸热部和放热部；

冷却器，其将所述吸热部作为冷却源而对所述待被除湿的空气进行冷却；

所述放热部由在再生区域入口侧对所述再生空气进行加热的空气加热器；以及将热放出到外部冷却介质的外气放热器构成，并通过如下构件构成装置整体：即由所述除湿转子、热泵的吸热部即冷却器、和热泵的空气加热器等构成的除湿机；由所述压缩机和所述第二放热器等构成的排热单元；以及连接它们的冷却介质配管等。

6.根据权利要求5所述除湿空调***，其特征在于，

分别将所述除湿机单元设置在室内，将所述排热单元设置在室外。

7.根据权利要求5所述除湿空调***，其特征在于，

所述外部冷却介质是空气或水。

8.根据权利要求5所述除湿空调***，其特征在于，

所述热泵的冷却介质，在所述放热部中以超临界压力进行放热。

9.根据权利要求8所述除湿空调***，其特征在于，

所述热泵的冷却介质是二氧化碳。

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