JP2000356481A - 熱交換器、ヒートポンプ及び除湿装置 - Google Patents

熱交換器、ヒートポンプ及び除湿装置

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Kensaku Maeda
健作 前田
Yoshiro Fukasaku
善郎 深作
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 交換熱量の割には小型で、熱交換効率の高い
熱交換器、ＣＯＰの高いかつコンパクトにまとまったヒ
ートポンプ及び除湿装置を提供する。 【解決手段】 第１の流体Ａを流す第１の区画３１０
と；第２の流体Ｂを流す第２の区画３２０と；第１の区
画３１０を貫通する、第１の流体Ａと熱交換する第３の
流体を流す第１の流体流路２５１Ａ、Ｂ、Ｃと；第２の
区画３２０を貫通する、第２の流体Ｂと熱交換する第３
の流体を流す第２の流体流路２５２Ａ、Ｂ、Ｃとを備
え；前記第３の流体は、第１の流体流路２５２Ａ、Ｂ、
Ｃから第２の流体流路２５２Ａ、Ｂ、Ｃに貫通して流
れ、第１の流体流路２５１Ａ、Ｂ、Ｃの流路側伝熱面で
は前記第３の流体は所定の圧力で蒸発し、第２の流体流
路２５２Ａ、Ｂ、Ｃの流路側伝熱面では前記第３の流体
はほぼ前記所定の圧力で凝縮するように構成されてお
り；第１の流体流路２５１Ａ、Ｂ、Ｃと第２の流体流路
２５２Ａ、Ｂ、Ｃとの間で、第２の流体流路２５２Ａ、
Ｂ、Ｃで凝縮した前記第３の流体を逆流させられるよう
に構成されている熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器、ヒート
ポンプ及び除湿装置に関し、特に２つの流体間の熱交換
を第３の流体を介して行う熱交換器、そのような熱交換
器を備えるヒートポンプ及びそのようなヒートポンプを
備えた、デシカントを用いる除湿装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】お互いの温度差が比較的小さい大量の流
体同士、例えば空調用の処理空気と冷却用の外気との熱
交換には、図１３に示すような直交流形熱交換器３や容
積の大きい回転式熱交換器が用いられていた。このよう
な熱交換器は、例えばデシカント空調システムで、室内
に導入する処理空気を、室内に導入する前に外気により
予備的に冷却する場合等に用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の熱
交換器によれば、非常に容積が大きく据え付け面積が大
きくなり過ぎたり、熱交換効率が劣るため十分に熱を利
用することができないという問題があり、また従来の熱
交換器を用いたヒートポンプや除湿装置では、システム
構成が困難であり、ひいてはシステムの大型化が余儀な
くされていた。
【０００４】そこで本発明は、交換熱量の割には小型
で、熱交換効率の高い熱交換器、ＣＯＰの高いかつコン
パクトにまとまったヒートポンプ及び除湿装置を提供す
ることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による熱交換器は、例えば図１
に示されるように、第１の流体Ａを流す第１の区画３１
０と；第２の流体Ｂを流す第２の区画３２０と；第１の
区画３１０を貫通する、第１の流体Ａと熱交換する第３
の流体を流す第１の流体流路２５１Ａ、Ｂ、Ｃと；第２
の区画３２０を貫通する、第２の流体Ｂと熱交換する第
３の流体を流す第２の流体流路２５２Ａ、Ｂ、Ｃとを備
え；前記第３の流体は、第１の流体流路２５２Ａ、Ｂ、
Ｃから第２の流体流路２５２Ａ、Ｂ、Ｃに貫通して流
れ、第１の流体流路２５１Ａ、Ｂ、Ｃの流路側伝熱面で
は前記第３の流体は所定の圧力で蒸発し、第２の流体流
路２５２Ａ、Ｂ、Ｃの流路側伝熱面では前記第３の流体
はほぼ前記所定の圧力で凝縮するように構成されてお
り；第１の流体流路２５１Ａ、Ｂ、Ｃと第２の流体流路
２５２Ａ、Ｂ、Ｃとの間で、第２の流体流路２５２Ａ、
Ｂ、Ｃで凝縮した前記第３の流体を逆流させられるよう
に構成されていることを特徴とする。
【０００６】典型的には、第１の流体流路２５１Ａ、
Ｂ、Ｃと第２の流体流路と２５２Ａ、Ｂ、Ｃは一体の流
路として構成されており、第３の流体例えば冷媒は、第
１の流体流路から第２の流体流路に向けて全体として一
方向ＤＲ１（図２）に流れる。逆流はその方向と逆の方
向ＤＲ２に、第２の流体流路から第１の流体流路に向け
て、これら流路内部において逆流する。逆流は例えば毛
細管現象を利用しての流体の輸送である。また逆流は第
１、第２の流体流路の伝熱面に沿わして、流体流路がチ
ューブであればチューブの管壁に沿わして流す。第２の
区画を流す第２の流体中に水分を含ませるように構成す
るのが好ましい。
【０００７】このように構成すると、第１の流体流路と
第２の流体流路との間で、第２の流体流路で凝縮した前
記第３の流体を逆流させられるように構成されているの
で、熱交換器における、第３の流体の潜熱と流量の積で
定まる熱交換量が増える。
【０００８】さらに請求項２に記載のように、第２の区
画３２０を貫通する、第２の流体流路２５２Ａ、Ｂ、Ｃ
と並列して配置され、第２の流体Ｂと熱交換する第３の
流体を流す第３の流体流路２５２Ｄ（図１１）をさらに
備え、第３の流体流路２５２Ｄには実質的に第１の区画
３１０を迂回して第３の流体が供給されるように構成さ
れていることを特徴としてもよい。
【０００９】また請求項３に記載のように、請求項２の
熱交換器では、第１の流体流路２５１Ａ、Ｂ、Ｃには、
主として液相の第３の流体が供給され、第３の流体流路
２５２Ｄには主として気相の第３の流体が供給されるよ
うに構成してもよい。このように構成すると、第１の流
体流路、第２の流体流路の伝熱量を均一化することがで
きる。
【００１０】上記目的を達成するために、請求項４に係
る発明による熱交換器は、例えば図７に示されるよう
に、第１の流体Ａを流す第１の区画３１０と；第２の流
体Ｂを流す第２の区画３２０と；第１の区画３１０を貫
通する、第１の流体Ａと熱交換する第３の流体を流す第
１の流体流路２５１Ａ、Ｂ、Ｃと；第２の区画３２０を
貫通する、第２の流体Ｂと熱交換する第３の流体を流す
第２の流体流路２５２Ａ、Ｂ、Ｃとを備え；前記第３の
流体は、第１の流体流路２５１Ａ、Ｂ、Ｃから第２の流
体流路２５２Ａ、Ｂ、Ｃに貫通して流れ、第１の流体流
路２５１Ａ、Ｂ、Ｃの流路側伝熱面では前記第３の流体
は所定の圧力で蒸発し、第２の流体流路２５２Ａ、Ｂ、
Ｃの流路側伝熱面では前記第３の流体はほぼ前記所定の
圧力で凝縮するように構成されており；第１の流体流路
２５１Ａ、Ｂ、Ｃと第２の流体流路２５２Ａ、Ｂ、Ｃと
の間で、第２の流体流路２５２Ａ、Ｂ、Ｃで凝縮した前
記第３の流体を逆流させられるように構成されており；
第１の流体流路２５１Ａ、Ｂ、Ｃは複数備えられ、前記
複数の流体流路における前記所定の圧力は、それぞれ異
なるように構成されていることを特徴とする。ここで、
複数の流体流路１つずつが異なる圧力を有する必要はな
く、複数のグループに分かれており、そのグループがそ
れぞれ異なる圧力を有すればよい。
【００１１】上記目的を達成するために、請求項５に係
る発明によるヒートポンプＨＰ１は、例えば図３に示さ
れるように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記
載の熱交換器３００と；気相の前記第３の流体を昇圧す
る昇圧機２６０と；昇圧機２６０で昇圧された気相の第
３の流体から高温流体により熱を奪って該第３の流体を
第１の圧力下で凝縮させる凝縮器２２０と；凝縮器２２
０で凝縮した第３の流体を前記所定の圧力に減圧する第
１の絞り２３０と；熱交換器３３０で凝縮した後に前記
第３の流体を第２の圧力に減圧する第２の絞り２４０
と；第２の圧力下で、低温流体Ａから熱を与えて、第２
の絞り２４０で減圧した第３の流体を蒸発させるように
構成された蒸発器を備える。ここで典型的には、第１の
圧力は凝縮圧力、第２の圧力は蒸発圧力、所定の圧力は
第１と第２の圧力の中間の圧力である。ヒートポンプＨ
Ｐ１は、蒸発器２１０から凝縮器２２０に熱を汲み上げ
る。
【００１２】昇圧機は、例えば圧縮機であり、昇圧は圧
縮機でガスを圧縮して行う。しかしながら、吸収ヒート
ポンプにおけるように、冷媒を吸収液で吸収する吸収器
と、吸収液を再生する再生器と、冷媒を吸収した吸収液
を昇圧して、吸収器から再生器に送り込むポンプとの組
合せであってもよい。
【００１３】また請求項６に記載のヒートポンプＨＰ３
は、例えば図８に示すように、請求項４に記載の熱交換
器３００ｃと；気相の前記第３の流体を昇圧する昇圧機
２６０と；昇圧機２６０で昇圧された気相の第３の流体
から高温流体により熱を奪って該第３の流体を第１の圧
力下で凝縮させる凝縮器２２０と；凝縮器２２０で凝縮
した第３の流体を、複数の第１の流体流路２５１Ａ、
Ｂ、Ｃ（図７）に対応する前記所定の圧力に減圧する複
数の第１の絞り２３０Ａ、Ｂ、Ｃと；熱交換器３００ｃ
で凝縮した後に前記第３の流体を第２の圧力に減圧する
第２の絞り２４０Ａ、Ｂ、Ｃと；第２の圧力下で、低温
流体Ａから熱を与えて、第２の絞り２４０Ａ、Ｂ、Ｃで
減圧した第３の流体を蒸発させるように構成された蒸発
器を備える。ヒートポンプＨＰ３は、蒸発器２１０から
凝縮器２２０に熱を汲み上げる。
【００１４】典型的には第２の流体流路は複数の第１の
流体流路に対応する複数の流路として設けられており、
第２の絞りはその複数の第２の流路に対応して複数設け
られている。都合複数の第１の絞りに対応する複数の第
２の絞りが設けられていることになる。
【００１５】上記目的を達成するために、請求項７に係
る発明による除湿装置は、例えば図３に示されるよう
に、処理空気Ａ中の水分を吸着するデシカントを有する
水分吸着装置１０３と；水分吸着装置１０３に対して処
理空気Ａの流れの下流側に設けられた処理空気冷却器３
００であって、デシカントにより水分を吸着された処理
空気Ａを冷媒の蒸発により冷却し、蒸発した前記冷媒を
処理空気冷却器３００中で全体として一方向ＤＲ１（図
２）に流して下流側で冷却流体Ｂにより冷却して凝縮す
るように構成された処理空気冷却器３００と；前記凝縮
した冷媒液を、処理空気冷却器３００内での蒸発に供す
るように処理空気冷却器３００中で前記一方向ＤＲ１の
流れに対して（ＤＲ２方向に）逆流させるように構成し
たことを特徴とする。
【００１６】さらに請求項８に記載のように、請求項７
の除湿装置では、処理空気冷却器３００で凝縮した冷媒
を蒸発させて、処理空気冷却器３００で冷却した処理空
気Ａをさらに冷却する蒸発器２１０と；冷媒蒸発器２１
０で蒸発して気体になった冷媒を昇圧する昇圧機２６０
と；昇圧機２６０で昇圧された冷媒を再生空気で冷却し
て凝縮する凝縮器２２０とを備え；凝縮器２２０で凝縮
された冷媒を処理空気冷却器３００に供給するように構
成されたことを特徴としてもよい。
【００１７】また請求項９に記載のように（例えば図１
０に示すように）、請求項８の除湿装置では、凝縮器２
２０と処理空気冷却器３００ｄとの間に前記冷媒を冷媒
液と冷媒ガスとに分離する気液分離器３５０を備えるこ
とを特徴としてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符
号を付し、重複した説明は省略する。
【００１９】図１は、本発明による第１の実施の形態で
ある熱交換器の断面図である。図中、熱交換器３００
は、第１の流体である処理空気Ａを流す第１の区画３１
０と、第２の流体である外気Ｂを流す第２の区画３２０
とが、１枚の隔壁３０１を介して隣接して設けられてい
る。
【００２０】第１の区画３１０と第２の区画３２０及び
隔壁３０１を貫通して、第３の流体としての冷媒２５０
を流す、流体流路としての熱交換チューブが複数本ほぼ
水平に設けられている。この熱交換チューブは、第１の
区画３１０を貫通している部分は第１の流体流路として
の蒸発セクション２５１（複数の蒸発セクションを２５
１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃとする）であり、第２の区画
３２０を貫通している部分は第２の流体流路としての凝
縮セクション２５２（複数の凝縮セクションを２５２
Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃとする）である。
【００２１】図１に示す実施の形態では、蒸発セクショ
ン２５１Ａと凝縮セクション２５２Ａとは、１本のチュ
ーブで一体の流路として構成されている。蒸発セクショ
ン２５１Ｂ、Ｃと凝縮セクション２５２Ｂ、Ｃとについ
ても同様である。したがって、第１の区画３１０と第２
の区画３２０とが、１枚の隔壁３０１を介して隣接して
設けられていることと相まって、熱交換器３００を全体
として小型コンパクトに形成することができる。ここで
一体のチューブで構成された蒸発セクション２５１Ａと
凝縮セクション２５２Ａとは、典型的には図中紙面に垂
直な方向にさらに複数（２５１Ａ１、Ａ２、Ａ３・・）
備えられている。セクション２５１Ｂ、２５１Ｃについ
ても同様である。
【００２２】図１の実施の形態では、蒸発セクションは
図中上から２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃの順番で並ん
でおり、凝縮セクションは図中上から２５２Ａ、２５２
Ｂ、２５２Ｃの順番で並んでいる。
【００２３】一方、第１の流体としての処理空気Ａは、
図中で第１の区画３１０にダクト１０９を通して上から
入り下から流出するように構成されている。また、第２
の流体である外気Ｂは、図中で第２の区画３２０にダク
ト１７１を通して下から入り上から流出するように構成
されている。即ち、処理空気Ａと外気Ｂとは互いに対向
流を形成する方向に流れるように構成されている。
【００２４】さらに、第２の区画３２０には、その上
部、凝縮セクション２５２を構成する熱交換チューブの
上方に、散水パイプ３２５が配置されている。散水パイ
プ３２５には、適切な間隔でノズル３２７が取り付けら
れており、散水パイプ３２５中を流れる水を凝縮セクシ
ョン２５２を構成する熱交換チューブに散布するように
構成されている。
【００２５】また、第２の区画３２０の第２の流体Ｂの
入り口には気化加湿器１６５が設置されている。気化加
湿器１６５は、例えばセラミックペーパーや不織布のよ
うに、吸湿性がありしかも通気性のある材料で構成され
ている。
【００２６】ここで、蒸発セクション２５１での蒸発圧
力、ひいては凝縮セクション２５２に於ける凝縮圧力、
即ち本発明の所定の圧力は、処理空気Ａの温度と外気Ｂ
の温度とによって定まる。図１に示す実施の形態による
熱交換器３００は、蒸発伝熱と凝縮伝熱とを利用してい
るので、熱伝達率が非常に優れており、熱交換効率が非
常に高い。また、第３の流体としての冷媒は、蒸発セク
ション２５１から凝縮セクション２５２に向けて貫流す
るので、即ちほぼ一方向に強制的に流されるので、熱交
換効率が高い。
【００２７】図２を参照して、蒸発セクション２５１と
凝縮セクション２５２との間で、第３の流体を前記一方
向とは逆の方向に流す構成の一実施の形態を説明する。
ここでは蒸発セクション２５１Ａと凝縮セクション２５
２Ａとを抽出して図示してある。図中、蒸発セクション
２５１Ａと凝縮セクション２５２Ａとは、一体のチュー
ブで形成されている。そのチューブ壁の内面に、ウイッ
クＷが内張りされている。ウイックＷは、典型的には細
い繊維で形成した不織布あるいは織布である。繊維は、
綿のような植物繊維、羊毛や絹のような動物繊維を始め
とする有機繊維であってもよいし、金属繊維、岩綿（ロ
ックウール）のような無機繊維であってもよい。金属繊
維を用いた金網としてもよい。要は親水性（冷媒液に対
する濡れ性）のある繊維や細い線材を用いて毛細管現象
を生じさせるように構成すればよい。
【００２８】ウイックＷは、特に隔壁３０１をまたがっ
て施す。蒸発セクション２５１Ａについては、隔壁３０
１から上流側、蒸発セクション２５１Ａの入り口近傍の
領域には施さなくてもよい。その領域には、凝縮セクシ
ョン２５２Ａから冷媒液を逆流させなくても十分な冷媒
液が上流側から流れて来るからである。
【００２９】冷媒は、全体として一方向、即ち蒸発セク
ション２５１Ａから凝縮セクション２５２Ａの方向ＤＲ
１に流れて、蒸発セクション２５１Ａで蒸発した冷媒ガ
スは、凝縮セクション２５２Ａで凝縮する。第一の区画
３１０を流れる被冷却流体（例えば処理空気Ａ）の冷却
負荷が大きいときは、蒸発セクション２５１Ａの終端
部、即ち隔壁３０１の近傍では、完全に乾きガスになっ
てしまうことがある。
【００３０】ここで、以上説明したようにウイックＷを
内張りすると、凝縮セクション２５２Ａで矢印ＣＮで示
すようにウイックＷ中に凝縮した冷媒液がウイックＷを
浸して、毛細管現象により蒸発セクション２５１Ａに
（図中、方向ＤＲ１と逆の方向ＤＲ２の向きに）逆流す
るので、蒸発セクション２５１Ａの終端部でも冷媒液が
確保でき、矢印ＥＶで示すようにウイックＷから蒸発す
る。
【００３１】なお、ウイックＷを内張りする代わりに、
蒸発セクション２５１、凝縮セクション２５２を構成す
る熱交換チューブの内面に、チューブの長手方向に細か
い線状溝を形成してもよい。このときはさらに、チュー
ブ内面を親水性処理をするとよい。
【００３２】図３は、本発明による実施の形態である除
湿空調装置、即ちデシカント空調機を有する空調システ
ムのフローチャート、図４は図３の除湿空調装置で空調
する場合の湿り空気線図の例、図５は図３の空調装置に
含まれるヒートポンプＨＰ１の冷媒モリエ線図である。
【００３３】図３を参照して、本発明の実施の形態であ
る除湿空調装置の構成を説明する。この空調システム
は、デシカント（乾燥剤）によって処理空気の湿度を下
げ、処理空気の供給される空調空間１０１を快適な環境
に維持するものである。図中、空調空間１０１から処理
空気Ａの経路に沿って、処理空気を循環するための送風
機１０２、デシカントを充填したデシカントロータ１０
３、処理空気冷却器３００の第１の区画３１０、冷媒蒸
発器（処理空気から見れば冷却器）２１０と、この順番
で配列され、そして空調空間１０１に戻るように構成さ
れている。
【００３４】また、屋外ＯＡから再生空気Ｂの経路に沿
って、デシカントロータ１０３に入る前の再生空気と後
の再生空気とを熱交換する熱交換器１２１、冷媒凝縮器
（再生空気から見れば加熱器）２２０、デシカントロー
タ１０３、再生空気を循環するための送風機１４０、熱
交換器１２１と、この順番で配列され、そして屋外に排
気ＥＸするように構成されている。
【００３５】また、屋外ＯＡから冷却流体Ｃとしての外
気の経路に沿って、処理空気冷却器３００の第２の区画
３２０、冷却流体を循環するための送風機１６０がこの
順番で配列され、そして屋外に排気ＥＸするように構成
されている。
【００３６】冷媒蒸発器２１０から冷媒の経路に沿っ
て、冷媒蒸発器２１０で蒸発してガスになった冷媒を昇
圧する圧縮機２６０、冷媒凝縮器２２０、絞りを内蔵し
たヘッダ２３０、処理空気冷却器３００の蒸発セクショ
ン２５１、凝縮セクション２５２、処理空気冷却器３０
０の凝縮セクション２５２の熱交換チューブからの配管
を集合する、絞り内蔵ヘッダ２４０がこの順番で配列さ
れ、そして再び冷媒蒸発器２１０に戻すようにして、ヒ
ートポンプＨＰ１が構成されている。
【００３７】デシカントロータ１０３は、回転軸回りに
回転する厚い円盤状のロータとして形成されており、そ
のロータ中には、気体が通過できるような隙間をもって
デシカントが充填されている。
【００３８】熱交換器１２１としては、大量の再生空気
を通過させなければならないので、低温の再生空気と高
温の再生空気とを直交して流す直交流型の熱交換器や、
デシカントロータ１０３と類似した構造で、乾燥エレメ
ントの代わりに熱容量の大きい蓄熱材を充填した回転熱
交換器を用いる。
【００３９】図４を参照して、図３の構成中のヒートポ
ンプＨＰ１の冷媒の流れ及び本発明の実施の形態である
熱交換器３００の作用を説明する。この図は、冷媒ＨＦ
Ｃ１３４ａを用いた場合のモリエ線図である。この線図
では横軸がエンタルピ、縦軸が圧力である。
【００４０】図中、点ａは図５の冷却器２１０の冷媒出
口の状態であり、飽和ガスの状態にある。圧力は４．２
ｋｇ／ｃｍ２ 、温度は１０℃、エンタルピは１４８．
８３ｋｃａｌ／ｋｇである。このガスを圧縮機２６０で
吸込圧縮した状態、圧縮機２６０の吐出口での状態が点
ｂで示されている。この状態は、圧力が１９．３ｋｇ／
ｃｍ２ 、温度は７８℃であり、過熱ガスの状態にあ
る。
【００４１】この冷媒ガスは、加熱器（冷媒側から見れ
ば凝縮器）２２０内で冷却され、モリエ線図上の点ｃに
到る。この点は飽和ガスの状態であり、圧力は１９．３
ｋｇ／ｃｍ２ 、温度は６５℃である。この圧力下でさ
らに冷却され凝縮して、点ｄに到る。この点は飽和液の
状態であり、圧力と温度は点ｃと同じであり、エンタル
ピは１２２．９７ｋｃａｌ／ｋｇである。
【００４２】この冷媒液は、絞り２３０で減圧され熱交
換器３００の蒸発セクション２５１に流入する。モリエ
線図上では、点ｅで示されている。温度は約３０℃にな
る。圧力は、本発明の所定の圧力であり、本実施例では
４．２ｋｇ／ｃｍ２ と１９．３ｋｇ／ｃｍ２ との中
間の値、即ち３０℃に対応する飽和圧力となる。ここで
は、一部の液が蒸発して液とガスが混合した状態にあ
る。蒸発セクション２５１内で、前記所定の圧力下で冷
媒液は蒸発して、同圧力で飽和液線と飽和ガス線の中間
の点ｆに到る。ここでは液は殆ど蒸発してしまってい
る。なお、点ｅにおいては、冷媒液とガスとの割合は、
３０℃の飽和圧力線が飽和液線と飽和ガス線を切る点の
エンタルピと点ｄのエンタルピの差の逆比となるので、
図４から明らかなように、重量比では液の方が多い。し
かしながら、容積比ではガスの方が圧倒的に多いので、
蒸発セクションでは大量のガスに液が混合して、その液
が蒸発セクションのチューブの内面に沿って流れなが
ら、あるいはウイックＷを浸しながら蒸発する。
【００４３】点ｆで示される状態の冷媒が、凝縮セクシ
ョン２５２に流入する。凝縮セクション２５２では、冷
媒は第２の区画３２０を流れる外気及び／又はスプレー
された水により熱を奪われ、点ｇに到る。この点はモリ
エ線図では飽和液線上にある。温度は３０℃、エンタル
ピは１０９．９９ｋｃａｌ／ｋｇである。
【００４４】ここで、蒸発セクション２５１、凝縮セク
ション２５２を構成するチューブの内面には、図２で説
明したようなウイックＷが内張りされているので、凝縮
セクション２５２で凝縮した冷媒は、毛細管現象で蒸発
セクション２５１の方に逆流する。モリエ線図上では、
点ｇの冷媒液が点ｅに戻される。したがって、蒸発セク
ション２５１と凝縮セクション２５２との境界近傍に冷
媒液の無い領域が生じるのが防止できる。即ち、モリエ
線図上で点ｆが飽和ガス線を越えて過熱ガス領域に入り
込むのを防止できる。
【００４５】さらに点ｇの冷媒液は、絞り２４０で、温
度１０℃の飽和圧力である４．２ｋｇ／ｃｍ２ まで減
圧され、１０℃の冷媒液とガスの混合物として冷却器
（冷媒から見れば蒸発器）２１０に到り、ここで処理空
気から熱を奪い、蒸発してモリエ線図上の点ａの状態の
飽和ガスとなり、再び圧縮機２６０に吸入され、以上の
サイクルを繰り返す。
【００４６】以上説明したように、熱交換器３００内で
は、冷媒は蒸発セクション２５１では点ｅから点ｆまで
の蒸発を、凝縮セクション２５２では、点ｆから点ｇま
での状態変化をしており、蒸発伝熱と凝縮伝熱であるた
め、熱伝達率が非常に高い。また点ｇの状態の冷媒液
が、ウイックＷを介して点ｅに戻されるので、冷却負荷
が大きいために点ｆが飽和ガス線を越えて過熱ガス領域
に入りそうになっても、これを防ぎ点ｆを湿りガス領域
に留めることができる。
【００４７】さらに、圧縮機２６０、加熱器（冷媒凝縮
器）２２０、絞り２３０、２４０及び冷却器（冷媒蒸発
器）２１０を含む圧縮ヒートポンプＨＰ１としては、熱
交換器３００を設けない場合は、加熱器（凝縮器）２２
０における点ｄの状態の冷媒を、絞りを介して冷却器
（蒸発器）２１０に戻すため、冷却器（蒸発器）２１０
で利用できるエンタルピ差は１４８．８３−１２２．９
７＝２５．８６ｋｃａｌ／ｋｇしかないのに対して、熱
交換器３００を設けた本発明の実施の形態では、１４
８．８３−１０９．９９＝３８．８４ｋｃａｌ／ｋｇに
なり、同一冷却負荷に対して圧縮機に循環するガス量
を、ひいては所要動力を３３％も小さくすることができ
る。すなわち、ヒートポンプＨＰ１のサイクルをエコノ
マイザサイクルとすることができる。
【００４８】図５を参照して、また構成については適宜
図３を参照して、本発明の実施の形態である除湿装置の
作用を説明する。図５中、アルファベット記号Ｄ、Ｅ、
Ｋ〜Ｎ、Ｑ〜Ｘにより、各部における空気の状態を示
す。この記号は、図３のフロー図中で丸で囲んだアルフ
ァベットに対応する。
【００４９】先ず処理空気Ａの流れを説明する。図５に
おいて、空調空間１０１からの処理空気（状態Ｋ）は、
処理空気経路１０７を通して、送風機１０２により吸い
込まれ、処理空気経路１０８を通してデシカントロータ
１０３に送り込まれる。ここでデシカントロータ１０３
中のデシカントにより水分を吸着されて絶対湿度を下げ
るとともに、デシカントの吸着熱により乾球温度を上げ
て状態Ｌに到る。この空気は処理空気経路１０９を通し
て処理空気冷却器３００の第１の区画３１０に送られ、
ここで絶対湿度一定のまま蒸発セクション２５１（図
１、図２）内で蒸発する冷媒により冷却され状態Ｍの空
気になり、経路１１０を通して冷却器２１０に入る。こ
こでやはり絶対湿度一定でさらに冷却されて状態Ｎの空
気になる。この空気は、乾燥し冷却され、適度な湿度で
かつ適度な温度の処理空気ＳＡとして、ダクト１１１を
経由して空調空間１０１に戻される。
【００５０】次に再生空気Ｂの流れを説明する。図５に
おいて、屋外ＯＡからの再生空気（状態Ｑ）は、再生空
気経路１２４を通して吸い込まれ、熱交換器１２１に送
り込まれる。ここで排気すべき温度の高い再生空気（後
述の状態Ｕの空気）と熱交換して乾球温度を上昇させ状
態Ｒの空気になる。この空気は経路１２６を通して、冷
媒凝縮器（再生空気から見れば加熱器）２２０に送り込
まれ、ここで加熱されて乾球温度を上昇させ状態Ｔの空
気になる。この空気は経路１２７を通して、デシカント
ロータ１０３に送り込まれ、ここで乾燥エレメント中の
デシカントから水分を奪いこれを再生して、自身は絶対
湿度を上げるとともに、デシカントの水分脱着熱により
乾球温度を下げて状態Ｕに到る。この空気は経路１２８
を通して、再生空気を循環するための送風機１４０に吸
い込まれ、経路１２９を通して熱交換器１２１に送り込
まれ、先に説明したように、デシカントロータ１０３に
送り込まれる前の再生空気（状態Ｑの空気）と熱交換し
て、自身は温度を下げて状態Ｖの空気となり、経路１３
０を通して排気ＥＸされる。
【００５１】次に冷却流体としての外気Ｃの流れを説明
する。外気Ｃ（状態Ｑ）は、屋外ＯＡから経路１７１を
通して処理空気冷却器３００の第２の区画３２０に送り
込まれる。ここでは先ず加湿器１６５で水分を吸収し、
等エンタルピ変化をして絶対湿度を上げるとともに乾球
温度を下げて、状態Ｄの空気となる。状態Ｄは湿り蒸気
線図のほぼ飽和線上にある。この空気は、第２の区画３
２０内でさらに散水パイプ３２５で供給される水を吸収
しつつ、凝縮セクション２５２内の冷媒を冷却する。こ
の空気は、ほぼ飽和線にそって絶対湿度と乾球温度を上
昇させ、状態Ｅの空気になり、経路１７２を通して、経
路１７２の途中に設けられている送風機１６０により排
気ＥＸされる。
【００５２】ここでさらに図５を参照して、加湿器１６
５、散水パイプ３２５の作用を説明する。以上のような
空調装置では、該装置のデシカントの再生のために再生
空気に加えられた熱量をΔＨ、処理空気から汲み上げる
熱量をΔｑ、圧縮機の駆動エネルギーをΔｈとすると、
ΔＨ＝Δｑ＋Δｈである。この熱量ΔＨによる再生の結
果得られる冷房効果ΔＱは、水分吸着後の処理空気（状
態Ｌ）と熱交換させる外気（状態Ｑ）の温度が低いほど
大きくなる。即ち図中ΔＱ−Δｑが大きくなるほど大き
くなる。したがって、冷却流体としての外気に散水等す
るのは冷房効果を高めるのに有用である。図４中で、状
態Ｍ’と状態Ｎ’として示した点は、気化加湿器１６５
と散水パイプ３２５を用いない場合の、それぞれ状態
Ｍ、状態Ｎの位置を概念的に示したものである。
【００５３】次に図６を参照して、本発明の別の実施の
形態であるヒートポンプＨＰ２を組み込んだデシカント
空調機の例を説明する。熱交換器３００ｂの第２の区画
３２０に流す第２の流体として水を用いる点を除けば、
図３で説明した実施の形態と構成と作用は同様である。
図中、屋外に設置された冷却塔４７０で、夏場で約３２
℃に冷却された冷却水が、冷却塔４７０の底部に接続さ
れた冷却水配管４７１を通して、冷却水ポンプ４６０の
吸込口に導かれ、その吐出口に接続された冷却水配管４
７２を通して、熱交換器３００ｂの第２の区画３２０に
送り込まれる。
【００５４】熱交換器３００ｂの第２の区画３２０で
は、熱交換チューブに直交するように設けられた邪魔板
をぬって、冷却水は熱交換チューブの外側をチューブに
直交して流れる。第２の区画３２０の冷却水出口には冷
却水配管４７３が接続されており、熱交換器３００ｂで
温度が上昇した冷却水を冷却塔に戻すように構成されて
いる。このようにして、図３の実施の形態においては、
外気により凝縮セクションで冷媒を凝縮させたのに対し
て、この実施の形態では、冷却水により凝縮セクション
で冷媒を凝縮させている。ヒートポンプＨＰ２の冷媒サ
イクルは、図４と同様であるので重複した説明は省略す
る。
【００５５】図７は、本発明の別の実施の形態である熱
交換器（処理空気冷却器）の模式的断面図である。この
処理空気冷却器３００ｃは、図１に示す構造と比較し
て、気化加湿器１６５とスプレー配管３２５がない点が
相違している。蒸発セクション２５１と凝縮セクション
２５２には、図２に示すようにウィックＷが内張りして
ある。
【００５６】図８は、図７の熱交換器３００ｃを用いる
除湿空調装置のフローチャートである。図中、加熱器２
２０の冷媒流れ下流側にあるヘッダ２３５と蒸発セクシ
ョン２５１との間に、オリフィス等の絞りが挿入されて
いる。絞りは、複数の蒸発セクション２５１Ａ、２５１
Ｂ、２５１Ｃにそれぞれ２５０Ａ、２５０Ｂ、２５０Ｃ
を振り当ててある。またそれぞれに対応する凝縮セクシ
ョン２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃには、冷却器２１０
の冷媒上流側にあるヘッダ２４５との間に、それぞれ絞
り２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃを振り当ててある。
【００５７】このような構造において、処理空気Ａは、
第１の区画３１０内では蒸発セクションを２５１Ａ、２
５１Ｂ、２５１Ｃの順番に接触するように熱交換チュー
ブに直交して流れ、冷媒との間の熱交換を行い、入り口
温度が処理空気より低温の外気Ｂは、第２の区画３２０
内で凝縮セクションを２５２Ｃ、２５２Ｂ、２５２Ａの
順番に接触するように熱交換チューブに直交して流れ
る。このような場合、冷媒の蒸発圧力（温度）あるいは
凝縮圧力（温度）は、絞りでグループ化されたセクショ
ン毎に定まるが、蒸発セクションでは２５１Ａ、２５１
Ｂ、２５１Ｃの順番に、高から低になり、また凝縮セク
ションでは２５２Ｃ、２５２Ｂ、２５２Ａの順番に、低
から高になる。処理空気Ａと外気Ｂの流れに注目する
と、いわば対向流であるので、著しく高い熱交換効率
φ、例えば８０％以上の熱交換効率φも実現できる。
【００５８】ここで、複数の蒸発セクション２５１Ａ、
２５１Ｂ、２５１Ｃにおける所定の圧力である各蒸発圧
力は、各蒸発セクションの入り口に独立した絞り２３０
Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃを設けた結果、それぞれ異なっ
た値をとることができ、第１の区画３１０に処理空気
を、蒸発セクション２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃにこ
の順番で接触するように流し、処理空気は顕熱を奪われ
る結果、温度が入り口から出口にかけて低下する。その
結果、蒸発セクション２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃ内
の蒸発圧力は、この順番で低下することになり、蒸発温
度は順番に並ぶことになる。
【００５９】全く同様に、凝縮温度はセクション２５２
Ｃ、２５２Ｂ、２５２Ａの順番に低温から高温に並ぶ
が、蒸発セクションと同様に、各凝縮セクションは独立
した絞り２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃを備える結果、
独立した凝縮圧力即ち凝縮温度を持つことができ、ここ
に外気を第２の区画３２０の入り口から出口に向かって
凝縮セクション２５２Ｃ、２５２Ｂ、２５２Ａの順番に
接触するように流す結果として、凝縮圧力はこの順番に
並ぶことになる。したがって、処理空気Ａと外気Ｂに注
目すると、前記のように、いわゆる対向流形の熱交換器
を形成することになり、高い熱交換効率を達成できる。
【００６０】図８の実施の形態では、第２の流体として
の外気がデシカントの再生空気Ｂとして利用される。図
中、第２の区画３２０の入り口には、屋外ＯＡから外気
を導入するダクト１２４が接続されている。ダクト１２
４により導入された外気は、第２の区画３２０に導入さ
れ、ここを通過する際、凝縮セクション２５２の中の冷
媒から熱を奪い、凝縮させる。ここで、凝縮セクション
２５２は、セクション２５２Ｃ、２５２Ｂ、２５２Ａを
含んで構成され、この順番に凝縮温度は低温から高温に
並んでいる。したがって外気は、第２の区画３２０から
は、最も高い温度の凝縮セクション２５２Ａに接触した
後に出ることになる。第２の区画３２０の出口は加熱器
２２０とはダクト１２６で接続されており、第２の区画
３２０である程度加熱された外気は、加熱器２２０に導
入され、ここでさらに加熱され再生空気として、加熱器
２２０とデシカントロータ１０３とを接続するダクト１
２７を経由してデシカントロータ１０３に到る。
【００６１】このようにして、デシカントロータ１０３
に導入された再生空気は、デシカントを加熱再生した
後、デシカントロータ１０３から外気に通じるダクト１
２８、１２９を通して排出される。ダクト１２８とダク
ト１２９との間には、送風機１４０が設けられており、
外気を取り込み、また再生空気経路を流すのに用いられ
る。
【００６２】次に、冷媒の経路を説明する。図中、冷媒
圧縮機２６０により圧縮された冷媒ガスは、圧縮機の吐
出口に接続された冷媒ガス配管２０１を経由して再生空
気加熱器（冷媒からみれば凝縮器）２２０に導かれる。
圧縮機２６０で圧縮された冷媒ガスは、圧縮熱により昇
温しており、この熱で再生空気を加熱する。冷媒ガス自
身は熱を奪われ凝縮する。
【００６３】加熱器２２０の冷媒出口には、冷媒配管２
０２が接続されており、さらにヘッダ２３５に到り、こ
こで複数（図８では３本）の冷媒系統に分割され、それ
ぞれに別の絞り２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃが設けら
れている。各絞り２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃは、そ
れぞれ図６に示す蒸発セクション２５１Ａ、２５１Ｂ、
２５１Ｃに接続されている。したがって、各蒸発セクシ
ョン２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃでは、異なった蒸発
圧力ひいては異なった蒸発温度で蒸発することができる
ように構成されている。各絞り２３０Ａ、２３０Ｂ、２
３０Ｃは、各蒸発セクション２５１Ａ、２５１Ｂ、２５
１Ｃの入り口近傍に設けられている。絞りとしてはオリ
フィス、膨張弁、キャピラリチューブ等が用いられる。
【００６４】加熱器（冷媒凝縮器）２２０を出た、液冷
媒は各絞り２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃで減圧され、
膨張して一部の液冷媒が蒸発（フラッシュ）する。その
液とガスの混合した冷媒は、各蒸発セクション２５１
Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃで液冷媒は蒸発セクションのチ
ューブの内壁を濡らすように流れ蒸発して、第１の区画
３１０を流れる処理空気を冷却する。
【００６５】各蒸発セクション２５１Ａ、２５１Ｂ、２
５１Ｃと各凝縮セクション２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２
Ｃとは、一連のチューブであるので、蒸発した冷媒ガス
（及び蒸発しなかった冷媒液）は、凝縮セクション２５
２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃに流入して、第２の区画３２
０を流れる外気により熱を奪われ凝縮する。
【００６６】各凝縮セクション２５２Ａ、２５２Ｂ、２
５２Ｃの出口側には、それぞれ絞り２４０Ａ、２４０
Ｂ、２４０Ｃが設けられている。その先にはヘッダ２４
５が設けられており、ヘッダ２４５には、冷媒配管２０
３が接続されており、液冷媒を冷却器２１０に導くよう
に構成されている。
【００６７】このような構成において、各凝縮セクショ
ン２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃで凝縮した冷媒液は、
各絞り２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃで減圧され膨張し
て温度を下げて、ヘッダ２４５で合流した後冷却器２１
０に入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気を冷却する。
【００６８】冷却器（冷媒蒸発器）２１０で蒸発してガ
ス化した冷媒は、冷媒圧縮機２６０の吸込側に導かれ、
以上のサイクルを繰り返す。
【００６９】図９を参照して、図８の空調装置中のヒー
トポンプＨＰ３の冷媒の流れと作用を説明する。図９
は、図４と同様な冷媒ＨＦＣ１３４ａを用いた場合のモ
リエ線図である。
【００７０】図中、点ａは図８の冷却器２１０の冷媒出
口の状態であり、飽和ガスの状態である。圧力は４．２
ｋｇ／ｃｍ2 、温度は１０℃、エンタルピは１４８．８
３ｋｃａｌ／ｋｇである。このガスを圧縮機２６０で吸
込圧縮した状態、圧縮機２６０の吐出口での状態が点ｂ
で示されている。この状態は、圧力が１９．３ｋｇ／ｃ
ｍ2 、温度は７８℃である。
【００７１】この冷媒ガスは、加熱器（冷媒凝縮器）２
２０内で冷却され、モリエ線図上の点ｃに到る。この点
は飽和ガスの状態であり、圧力は１９．３ｋｇ／ｃｍ
2 、温度は６５℃である。この圧力下でさらに冷却され
凝縮して、点ｄに到る。この点は飽和液の状態であり、
圧力と温度は点ｃと同じであり、エンタルピは１２２．
９７ｋｃａｌ／ｋｇである。
【００７２】この冷媒液のうち、絞り２３０Ａで減圧さ
れ蒸発セクション２５１Ａに流入した冷媒の状態は、モ
リエ線図上では、点ｅ１で示されている。温度は約４３
℃になる。圧力は、本発明の異なる第２の圧力の一つで
あり、温度４３℃に対応する飽和圧力である。同様に、
絞り２３０Ｂで減圧され蒸発セクション２５１Ｂに流入
した冷媒の状態は、モリエ線図上では、点ｅ２で示され
ており、温度は４０℃、圧力は、本発明の異なる第２の
圧力の別の一つであり、温度４０℃に対応する飽和圧力
である。同様に、絞り２３０Ｃで減圧され蒸発セクショ
ン２５１Ｃに流入した冷媒の状態は、モリエ線図上で
は、点ｅ３で示されており、温度は３７℃、圧力は、本
発明の異なる第２の圧力に別の一つであり、温度３７℃
に対応する飽和圧力である。
【００７３】点ｅ１、ｅ２、ｅ３のいずれにおいても、
冷媒は、一部の液が蒸発して液とガスが混合した状態に
ある。各蒸発セクション内で、前記各第２の圧力下で冷
媒液は蒸発して、それぞれ各圧力の飽和液線と飽和ガス
線の中間の点ｆ１、ｆ２、ｆ３に到る。
【００７４】この状態の冷媒が、各凝縮セクション２５
２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃに流入する。各凝縮セクショ
ンでは、冷媒は第２の区画３２０を流れる外気により熱
を奪われ、それぞれ点ｇ１、ｇ２、ｇ３に到る。これら
の点はモリエ線図では飽和液線上にある。温度はそれぞ
れ４３℃、４０℃、３７℃である。これらの冷媒液の一
部は、ウイックＷを浸しながら蒸発セクションの方へ逆
流する。即ち、それぞれ点ｅ１、ｅ２、ｅ３に戻る。ま
た残りの冷媒液は、各絞りを経て、それぞれ点ｊ１、ｊ
２、ｊ３に到る。これらの点の圧力は１０℃の飽和圧力
の４．２ｋｇ／ｃｍ2 である。
【００７５】ここでは冷媒は、液とガスが混合した状態
にある。これらの冷媒は一つのヘッダ２４５に合流する
が、ここでのエンタルピは点ｇ１、ｇ２、ｇ３をそれぞ
れに対応する冷媒の流量で重み付けして平均した値とな
るが、この例では約１１３．５１である。３段であるに
も拘わらず、図４の場合よりもエンタルピが高いのは、
第２の区画３２０で水をスプレーしていないからであ
る。
【００７６】この冷媒は、冷却器（冷媒蒸発器）２１０
で処理空気から熱を奪い、蒸発してモリエ線図上の点ａ
の状態の飽和ガスとなり、再び圧縮機２６０に吸入さ
れ、以上のサイクルを繰り返す。
【００７７】以上説明したように、熱交換器３００ｃ内
では、冷媒は各蒸発セクションで蒸発を、各凝縮セクシ
ョンで凝縮をしており、蒸発伝熱と凝縮伝熱であるた
め、熱伝達率が非常に高い。しかも、第１の区画３１０
では図中上から下に流れるにしたがって高い温度から低
い温度に冷却される処理空気を、それぞれ４３℃、４０
℃、３７℃と順番に並んだ温度で冷却するので、一つの
温度例えば４０℃で冷却する場合と比較して熱交換効率
を高めることができる。凝縮セクションも同様である。
即ち、第２の区画３２０では図中下から上に流れるにし
たがって低い温度から高い温度に加熱される外気（再生
空気）を、それぞれ３７℃、４０℃、４３℃と順番に並
んだ温度で加熱するので、一つの温度例えば４０℃で加
熱する場合と比較して熱交換効率を高めることができ
る。
【００７８】また蒸発セクション２５１から凝縮セクシ
ョン２５２には、連続的にウイックＷが内張りされてい
るので、冷却負荷が大きいときでも蒸発セクション２５
１が乾くことがなく、良好な冷却を行うことができる。
【００７９】さらに、圧縮機２６０、加熱器（冷媒凝縮
器）２２０、絞り及び冷却器（冷媒蒸発器）２１０を含
む圧縮ヒートポンプＨＰ３としては、熱交換器３００ｃ
を設けない場合は、加熱器（凝縮器）２２０における点
ｄの状態の冷媒を、絞りを介して冷却器（蒸発器）２１
０に戻すため、冷却器（蒸発器）で利用できるエンタル
ピ差は２５．８６ｋｃａｌ／ｋｇしかないのに対して、
熱交換器３００ｂを設けた本発明の実施例の場合は、１
４８．８３−１１３．５１＝３５．３２ｋｃａｌ／ｋｇ
になり、同一冷却負荷に対して圧縮機に循環するガス量
を、ひいては所要動力を２７％も小さくすることができ
る。すなわち、通常のエコノマイザを有する場合と同様
な作用を持たせることができるのは、図３あるいは図６
の実施の形態と同様である。
【００８０】図１０を参照して、本発明の別の実施の形
態であるヒートポンプＨＰ４を組み込んだデシカント空
調機の例を説明する。図１１は、ヒートポンプＨＰ４に
使用して好適な熱交換器３００ｄ、図１２は、ヒートポ
ンプＨＰ４の冷媒サイクルを説明するモリエ線図であ
る。
【００８１】図１０中、絞り３６０と処理空気冷却器３
００ｄとの間に、気液分離器３５０が備えられている。
処理空気の経路と再生空気の経路は、図３の実施の形態
の空調機の場合と同様であるので説明を省略する。
【００８２】ここで、ヒートポンプＨＰ４の冷媒の経路
を説明する。図中、冷媒圧縮機２６０により圧縮された
冷媒ガスは、圧縮機の吐出口に接続された冷媒ガス配管
２０１を経由して再生空気加熱器２２０に導かれる。圧
縮機２６０で圧縮された冷媒ガスは、圧縮熱により昇温
しており、この熱で再生空気（後で説明）を加熱する。
冷媒ガス自身は熱を奪われ凝縮する。
【００８３】加熱器２２０の冷媒出口は、熱交換器３０
０ｄの蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃの入り口に冷媒
経路２０２により接続されており、冷媒経路２０２の途
中には、膨張弁等の絞り３６０が設けられており、絞り
３６０と蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃとの間には気
液分離器３５０が設けられている。熱交換器３００ｄの
構成については、後で図９を参照して詳しく説明する。
【００８４】加熱器（冷媒側から見れば冷却器あるいは
凝縮器）２２０を出た、液冷媒は第１の絞りとしての膨
張弁３６０で減圧され、膨張して一部の液冷媒が蒸発
（フラッシュ）する。その液とガスの混合した冷媒は、
気液分離器３５０で冷媒液と冷媒ガスとに分離され、冷
媒液は蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃに到り、冷媒は
蒸発セクションのチューブ内で蒸発して、第１の区画３
１０を流れる処理空気を冷却する。
【００８５】蒸発セクション２５１と凝縮セクション２
５２とは、一連のチューブである、即ち一体の流路とし
て構成されているので、蒸発した冷媒ガス（及び蒸発し
なかった冷媒液）は、凝縮セクション２５２に流入し
て、第２の区画３２０を流れる外気及びスプレーされた
水により熱を奪われ凝縮する。
【００８６】凝縮セクション２５２の出口側は、冷媒液
配管２０３により第２の絞りとしての膨張弁２７０に、
さらに冷媒配管２０４により冷却器２１０に接続されて
いる。凝縮セクション２５２で凝縮した冷媒液は、絞り
２７０で減圧され膨張して温度を下げて、冷却器２１０
に入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気を冷却する。絞り
３６０、２７０としては、膨張弁の他例えばオリフィ
ス、キャピラリチューブであってもよい。
【００８７】冷却器（冷媒側から見れば蒸発器）２１０
で蒸発してガス化した冷媒は、冷媒圧縮機２６０の吸込
側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。
【００８８】気液分離器３５０は、ガスと液の混合体が
流入する容器と、前記ガス液混合体の流入口に対向して
前記容器中に配置された邪魔板３５５を含んで構成され
ている。ガス液混合体は、邪魔板３５５に衝突して液が
ガスから分離され、ガスは前記容器のガス液混合体流入
口と並んで設けられたガス流出口から流出し、ガス流出
口に接続された冷媒配管３４０を通して熱交換器３００
ｄに流れる。冷媒液は、気液分離器の前記容器の鉛直方
向下方に設けられた液流出口から流出する。液流出口に
は、冷媒配管４３０Ａ、４３０Ｂ、４３０Ｃが接続され
ており、それぞれ蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃに連
通している。
【００８９】図１１を参照して、ヒートポンプＨＰ４に
使用して好適な本発明の別の実施の形態である熱交換器
３００ｄの構成を説明する。図中、熱交換器３００ｄ
は、第１の流体である処理空気Ａを流す第１の区画３１
０と、第２の流体である外気Ｂを流す第２の区画３２０
とが、１枚の隔壁３０１を介して隣接して設けられてい
る点は、図１、図７に示す熱交換器と同様である。
【００９０】また蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃの配
置、凝縮セクション２５２Ａ、Ｂ、Ｃの配置、散水パイ
プ３２５、気化加湿器１６５、処理空気経路１０９、１
１０、外気経路１７１の配置も図１に示す熱交換器と同
様である。
【００９１】蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃには、ヘ
ッダー４５０Ａ、Ｂ、Ｃが接続されており、各ヘッダー
４５０Ａ、Ｂ、Ｃに冷媒配管４３０Ａ、４３０Ｂ、４３
０Ｃが接続されている。また、各蒸発セクション２５１
Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ１本以上の典型的には複数本
（図１１の例では６本）の熱交換チューブを含んで構成
されており、それら複数の熱交換チューブが各ヘッダー
４５０Ａ、Ｂ、Ｃにまとめられている。
【００９２】冷媒ガス配管３４０は、熱交換器３００ｄ
の第１の区画３１０をチューブ３４１を介して通過す
る。チューブ３４１は、隔壁３０１を貫通して第２の区
画３２０を貫通して配置されている。図１１の例ではチ
ューブ３４１は２本並列的に配置され、各々第２の区画
３２０を３パスして構成されている。ここでチューブ３
４１の第２の区画３２０内の部分は、凝縮セクション２
５２Ａ、Ｂ、Ｃと同様に、チューブの外側にフィンが装
着され熱交換を促進する構造となっている。この部分を
凝縮セクション２５２Ｄと呼ぶ。この凝縮セクション２
５２Ｄは、凝縮セクション２５２Ｃの外気流れの上流
側、凝縮セクション２５２Ｃと気化加湿器１６５との間
に配置されている。凝縮セクション２５２Ｄ内では、冷
媒ガスが第２の流体である外気により熱を奪われ凝縮す
る。なお、凝縮セクション２５２Ｄは、凝縮セクション
２５２Ａの、外気下流側に配置してもよい。
【００９３】チューブ３４１は、第１の区画３１０で
は、ほとんど熱交換に寄与しないので、第１の区画３１
０を事実上バイパスしていることになる。したがって第
１の区画３１０を実際に構造的に迂回し、即ち第１の区
画３１０の外部を通し、第２の区画３２０内の凝縮セク
ション２５２Ｄに接続するように配置してもよい。
【００９４】凝縮セクション２５２Ａ、Ｂ、Ｃの冷媒液
出口側には、それぞれヘッダー４５５Ａ、Ｂ、Ｃが設け
られ、それぞれ複数本のチューブで構成されている凝縮
セクション２５２Ａ、Ｂ、Ｃをまとめている。各ヘッダ
ーからの配管はさらに一つのヘッダー３７０（図８）に
まとめられ、前述のようにヘッダー３７０は冷媒配管２
０３により膨張弁２７０に接続されてる。凝縮セクショ
ン２５２Ｄからの冷媒液は、凝縮セクション２５２Ｄに
接続された冷媒配管３４５により導き出され、ヘッダー
３７０の下流側で経路２０３に合流する。なお、配管３
４５はヘッダー３７０に接続してもよい。
【００９５】ここで、蒸発セクション２５１Ａ、２５１
Ｂ、２５１Ｃ、凝縮セクション２５２Ａ、２５２Ｂ、２
５２Ｃには、図２に示すようなウイックＷが内張りされ
ている。ウイックＷの作用はすでに説明した通りであ
る。凝縮セクション２５２Ｄにすいては、上流側に蒸発
セクションがないので、ウイックＷを内張りする必要は
ない。
【００９６】次に図１２を参照して、ヒートポンプＨＰ
４の作用を説明する。図１２は、冷媒ＨＦＣ１３４ａを
用いた場合のモリエ線図である。この線図では横軸がエ
ンタルピ、縦軸が圧力である。
【００９７】図１２中、点ａから点ｄまでは、すでに説
明した実施の形態の場合と同様であるので説明を省略す
る。
【００９８】図中、点ｄの状態の冷媒液は、絞り３６０
で減圧され点ｓで示される状態で気液分離器３５０に流
入する。ここで、分離された冷媒ガスは、本発明の中間
の圧力である、４０℃に対応する飽和圧力の等圧力線と
飽和ガス線との交点ｈの状態のガスとして、配管３４０
を介してチューブ３４１に流入する。そして凝縮セクシ
ョン２５２Ｄで外気（気化加湿器及び散水パイプからの
水で冷却された外気）により熱を奪われ凝縮し、飽和液
線に到りまた典型的には過冷却されて、飽和液線を越え
て過冷却液相の点ｉに到る。
【００９９】また気液分離器３５０で分離された液は、
飽和液線上の点ｅの状態の液である。この液は蒸発セク
ション２５１Ａ、Ｂ、Ｃに流入し蒸発して点ｆの状態の
気液混合体（あるいは全て蒸発して飽和ガス線上の状態
さらに過熱状態にもなり得る）となり、凝縮セクション
２５２Ａ、Ｂ、Ｃに流入し凝縮して点ｇの状態の液とな
る。
【０１００】点ｉの状態の液と点ｇの状態の液とはヘッ
ダー３７０で、あるいは冷媒配管２０３で、あるいは蒸
発器２１０で混合される。凝縮セクション２５２中の冷
媒液の一部は、ウイックＷを浸しながら逆流して蒸発セ
クションに戻る。モリエ線図上で言えば、点ｇの冷媒液
が点ｅに、ひいては点ｓに戻る。
【０１０１】ウイックＷを介して逆流しなかった冷媒液
は、ヘッダ３７０に流入する。ヘッダ３７０中の冷媒液
は、膨張弁２７０で減圧されて圧力４．２ｋｇ／ｃｍ
2 、温度１０℃の冷媒（ガスと液の混合体）になる。な
お図１２は、凝縮セクション２５２Ｄからの冷媒液（点
ｉの状態）が、ヘッダ３７０に集合されるのではなく、
配管３４５（図２）の途中に絞り２７０とは別の絞り２
７０’（不図示）を有しており、絞り２７０を介した冷
媒と絞り２７０’を介した冷媒とが、各絞りの後で合流
する（あるいは蒸発器２１０中で混合する）ものとして
示されている。
【０１０２】以上説明したように、本発明の実施の形態
である熱交換器３００ｄと気液分離器３５０とを用いる
場合は、蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃを構成する熱
交換チューブ（伝熱管）に導かれる冷媒に含まれる気相
分がほとんどなくなる。そのため、蒸発セクション２５
１Ａ、Ｂ、Ｃに導かれる冷媒量は均一になり、よって蒸
発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃでの蒸発による第１の流
体である処理空気の冷却は均一になり、また凝縮セクシ
ョン２５２Ａ、Ｂ、Ｃの伝熱管で凝縮する冷媒量は蒸発
セクションで２５１Ａ、Ｂ、Ｃで蒸発した冷媒で占めら
れる。気相が含まれていると、特に気相を多く含む凝縮
セクションでの凝縮量が多くなる不均一な伝熱となる
が、液相だけであればそのような問題は起こらない。ま
たウイックＷで逆流する冷媒液も均一になる。
【０１０３】このようにして、各伝熱管のヒートパイプ
作用（冷媒の相変化、特に蒸発と凝縮による伝熱作用）
で熱伝達する熱量が伝熱管同士の間で均一化するので、
熱交換器３００ｄ全体で均一な熱伝達が可能となり、伝
熱に関与せずに第１の流体、第２の流体としての空気が
通過してしまう不都合を防止することができる。したが
って、熱交換器３００ｄを用いた除湿空調装置において
は、第１の流体としての処理空気と第２の流体としての
冷却媒体（外気）あるいは再生空気との熱交換効率の向
上と作動の信頼性向上を図ることができる。またウイッ
クＷが、蒸発セクションで蒸発する冷媒液の量を増やす
ので、処理空気を冷却する冷却容量が増え、また熱伝達
率が向上する。
【０１０４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、第３の流
体の蒸発と凝縮により熱交換するので、伝熱係数の高い
蒸発伝熱と凝縮伝熱を利用でき、さらに第１の流体流路
と第２の流体流路との間で、第２の流体流路で凝縮した
前記第３の流体を逆流させられるように構成されている
ので、熱交換器における、第３の流体の潜熱と流量の積
で定まる熱交換量が増え、交換熱量の割には小型で、熱
交換効率の高い熱交換器を提供することが可能となる。
【０１０５】また本発明によれば、蒸発伝熱、凝縮伝熱
を利用し、凝縮側から蒸発側への第３の流体の逆流をす
るように構成された熱交換器を備えるので、ＣＯＰの高
いかつコンパクトにまとまったヒートポンプ及び除湿装
置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である熱交換器の模式的断
面図である。
【図２】図１の熱交換器の一部を抽出して示した断面図
である。
【図３】本発明の実施の形態である除湿空調装置のフロ
ーチャートである。
【図４】図１の熱交換器を用いた除湿空調装置に使用さ
れているヒートポンプのモリエ線図である。
【図５】図１の除湿空調装置の作動を説明する湿り空気
線図である。
【図６】本発明の別の実施の形態である除湿空調装置の
フローチャートである。
【図７】本発明の別の実施の形態である熱交換器の模式
的断面図である。
【図８】図７の熱交換器を用いる、本発明の実施の形態
である除湿空調装置のフローチャートである。
【図９】図８に示す除湿空調装置に使用されているヒー
トポンプのモリエ線図である。
【図１０】本発明の別の実施の形態である除湿空調装置
のフローチャートである。
【図１１】図１０の除湿空調装置に用いて好適な熱交換
器の模式的断面図である。
【図１２】図１０に示す除湿空調装置に使用されている
ヒートポンプのモリエ線図である。
【図１３】従来の熱交換器の模式的斜視図である。
【符号の説明】
１０１ 空調空間 １０２、１４０、１６０ 送風機 １０３ デシカントロータ １２１ 熱交換器 １６５ 気化加湿器 ２１０ 冷媒蒸発器 ２２０ 冷媒凝縮器 ２３０ 絞り内臓ヘッダ ２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃ 絞り ２４０ 絞り内臓ヘッダ ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃ 絞り ２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃ 蒸発セクション ２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃ、２５２Ｄ 凝縮セクシ
ョン ２６０ 圧縮機 ２７０、３６０ 絞り ３００、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ 処理空気冷却
器 ３１０ 第１の区画 ３２０ 第２の区画 ３２５ 散水パイプ ３５０ 気液分離器 ３７０ ヘッダ ＤＲ１、ＤＲ２ 流れの方向 ＨＰ１、ＨＰ２、ＨＰ３、ＨＰ４ ヒートポンプ Ｗ ウイック

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の流体を流す第１の区画と；第２の
    流体を流す第２の区画と；前記第１の区画を貫通する、
    前記第１の流体と熱交換する第３の流体を流す第１の流
    体流路と；前記第２の区画を貫通する、前記第２の流体
    と熱交換する第３の流体を流す第２の流体流路とを備
    え；前記第３の流体は、前記第１の流体流路から前記第
    ２の流体流路に貫通して流れ、前記第１の流体流路の流
    路側伝熱面では前記第３の流体は所定の圧力で蒸発し、
    前記第２の流体流路の流路側伝熱面では前記第３の流体
    はほぼ前記所定の圧力で凝縮するように構成されてお
    り；前記第１の流体流路と前記第２の流体流路との間
    で、前記第２の流体流路で凝縮した前記第３の流体を逆
    流させられるように構成されていることを特徴とする；
    熱交換器。
  2. 【請求項２】 前記第２の区画を貫通する、前記第２の
    流体流路と並列して配置され、前記第２の流体と熱交換
    する第３の流体を流す第３の流体流路をさらに備え、該
    第３の流体流路には実質的に第１の区画を迂回して第３
    の流体が供給されるように構成されていることを特徴と
    する、請求項１に記載の熱交換器。
  3. 【請求項３】 前記第１の流体流路には、主として液相
    の第３の流体が供給され、前記第３の流体流路には主と
    して気相の第３の流体が供給されるように構成されてい
    ることを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器。
  4. 【請求項４】 第１の流体を流す第１の区画と；第２の
    流体を流す第２の区画と；前記第１の区画を貫通する、
    前記第１の流体と熱交換する第３の流体を流す第１の流
    体流路と；前記第２の区画を貫通する、前記第２の流体
    と熱交換する第３の流体を流す第２の流体流路とを備
    え；前記第３の流体は、前記第１の流体流路から前記第
    ２の流体流路に貫通して流れ、前記第１の流体流路の流
    路側伝熱面では前記第３の流体は所定の圧力で蒸発し、
    前記第２の流体流路の流路側伝熱面では前記第３の流体
    はほぼ前記所定の圧力で凝縮するように構成されてお
    り；前記第１の流体流路と前記第２の流体流路との間
    で、前記第２の流体流路で凝縮した前記第３の流体を逆
    流させられるように構成されており；前記第１の流体流
    路は複数備えられ、前記複数の流体流路における前記所
    定の圧力は、それぞれ異なるように構成されていること
    を特徴とする熱交換器。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
    記載の熱交換器と；気相の前記第３の流体を昇圧する昇
    圧機と；前記昇圧機で昇圧された気相の第３の流体から
    高温流体により熱を奪って該第３の流体を第１の圧力下
    で凝縮させる凝縮器と；前記凝縮器で凝縮した第３の流
    体を前記所定の圧力に減圧する第１の絞りと；前記熱交
    換器で凝縮した後に前記第３の流体を第２の圧力に減圧
    する第２の絞りと；前記第２の圧力下で、低温流体から
    熱を与えて、前記第２の絞りで減圧した第３の流体を蒸
    発させるように構成された蒸発器を備えることを特徴と
    する；ヒートポンプ。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載の熱交換器と；気相の前
    記第３の流体を昇圧する昇圧機と；前記昇圧機で昇圧さ
    れた気相の第３の流体から高温流体により熱を奪って該
    第３の流体を第１の圧力下で凝縮させる凝縮器と；前記
    凝縮器で凝縮した第３の流体を、前記複数の第１の流体
    流路に対応する前記所定の圧力に減圧する複数の第１の
    絞りと；前記熱交換器で凝縮した後に前記第３の流体を
    第２の圧力に減圧する第２の絞りと；前記第２の圧力下
    で、低温流体から熱を与えて、前記第２の絞りで減圧し
    た第３の流体を蒸発させるように構成された蒸発器を備
    えることを特徴とする；ヒートポンプ。
  7. 【請求項７】 処理空気中の水分を吸着するデシカント
    を有する水分吸着装置と；前記水分吸着装置に対して前
    記処理空気の流れの下流側に設けられた処理空気冷却器
    であって、前記デシカントにより水分を吸着された処理
    空気を冷媒の蒸発により冷却し、蒸発した前記冷媒を該
    処理空気冷却器中で全体として一方向に流して下流側で
    冷却流体により冷却して凝縮するように構成された処理
    空気冷却器と；前記凝縮した冷媒液を、前記処理空気冷
    却器内での蒸発に供するように前記処理空気冷却器中で
    前記一方向の流れに対して逆流させるように構成したこ
    とを特徴とする；除湿装置。
  8. 【請求項８】 前記処理空気冷却器で凝縮した冷媒を蒸
    発させて、前記処理空気冷却器で冷却した処理空気をさ
    らに冷却する蒸発器と；前記冷媒蒸発器で蒸発して気体
    になった冷媒を昇圧する昇圧機と；前記昇圧機で昇圧さ
    れた冷媒を再生空気で冷却して凝縮する凝縮器とを備
    え；前記凝縮器で凝縮された冷媒を前記処理空気冷却器
    に供給するように構成されたことを特徴とする；請求項
    ７に記載の除湿装置。
  9. 【請求項９】 前記凝縮器と前記処理空気冷却器との間
    に前記冷媒を冷媒液と冷媒ガスとに分離する気液分離器
    を備えることを特徴とする、請求項８に記載の除湿装
    置。
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