JP3406593B2 - 除湿装置 - Google Patents
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Description
装置に関するものである。
機1と、圧縮された冷媒Cを凝縮し処理空気Aを加熱す
る凝縮器2と、凝縮した冷媒Cを膨張弁5で減圧し、こ
れを蒸発させて処理空気Aを露点温度以下に冷却する蒸
発器3と、を備える除湿装置11があった。蒸発器3は
空調空間10からの処理空気Aを露点以下に冷却して、
処理空気A中の水分を除去し、露点以下に冷却された処
理空気Aを凝縮器2で加熱し、空調空間10に供給して
いた。この除湿装置11では、圧縮機1、凝縮器2、膨
張弁5及び蒸発器3とでヒートポンプHPが構成されて
いる。ヒートポンプHPは、蒸発器3を流れる処理空気
Aから凝縮器2を流れる処理空気Aに熱を汲み上げてい
る。
装置11では、絶対湿度で4g/kgDA以下の乾燥し
た空気を供給できなっかた。この場合、ヒートポンプH
Pの蒸発器3の作用温度が氷点以下にあるため、除湿さ
れた水分が伝熱面で氷となって着床して伝熱を阻害し
て、連続運転が不可能となるためである。
の蒸発器の伝熱面に除湿した水分を氷として着床させ
ず、絶対湿度で4g/kgDA以下の乾燥した空気を連
続して供給することができる除湿装置を提供することを
目的としている。
る除湿装置では、例えば図1に示されるように、処理空
気Aの水分を吸着し、再生空気Bで水分を脱着されて再
生される水分吸着装置103と;冷媒Cを凝縮すること
によって再生空気Bを水分吸着装置103の上流側で加
熱する凝縮器220と、冷媒Cを蒸発することによって
再生空気Bを水分吸着装置103の下流側で露点以下の
温度まで冷却する蒸発器210と、蒸発器210で蒸発
した冷媒Cを昇圧して凝縮器220に送る昇圧機260
と、水分吸着装置103と蒸発器210との間を流れる
再生空気Bと、蒸発器210と凝縮器220のとの間を
流れる再生空気Bとを熱交換させる第1の熱交換器30
0とを有するヒートポンプHP1とを備え;再生空気B
は循環利用されるように構成されている。
熱交換器を備えるので、再生空気は、凝縮器による加
熱、水分吸着装置を再生することによる水分の含有量の
増加、第1の熱交換器による冷却、蒸発器により冷却さ
れ水分が結露することによる水分の含有量の減少、第1
の熱交換器による加熱を受け、循環する。再生空気は、
第1の熱交換器による冷却によって水分の一部が結露
し、水分の含有量が減少し得る。蒸発器により冷却され
る前に、第1の熱交換器による冷却(予冷)を受け、蒸
発器により冷却された後に、熱交換器による加熱(予加
熱)を受けるので、低顕熱比の運転ができる。
れるので、処理空気の湿度が大幅に下がり、乾燥した空
気を供給することができる。再生空気が循環利用される
とは、水分吸着装置例えばデシカントロータのデシカン
トを再生した後の再生空気がそのまま大気中に排気され
ることなく(全く排気されなくてもよいし、一部は排気
されてもよい)、大部分が再び再生空気として利用され
るべく、循環回路を流れるように構成されていることを
いう。
と、蒸発器での蒸発圧力の中間の圧力で、冷媒の蒸発と
凝縮が行われる。
縮器220と蒸発器210とを接続して前記冷媒を流す
細管群で構成され;前記細管群は凝縮器220で凝縮さ
れた前記冷媒を蒸発器210に導くように構成され、か
つ水分吸着装置103と蒸発器210との間を流れる前
記再生空気と、蒸発器210と凝縮器220との間を流
れる前記再生空気とに交互に接触するように構成されて
いてもよい。
吸着装置と蒸発器との間を流れる再生空気と、蒸発器と
凝縮器のとの間を流れる再生空気とに交互に接触するの
で、冷媒を介して、再生空気同士で熱交換することがで
きる。ここで接続するとは配管、配管継ぎ手等を介して
間接的に接続することを含む概念である。
1の熱交換器300は、水分吸着装置103と蒸発器2
10との間で前記再生空気を流す第1の区画310と、
蒸発器210と凝縮器220との間で前記再生空気を流
す第2の区画320とを有し、前記細管群は凝縮器22
0と第1の絞り330を介して接続され、かつ第1の区
画310と第2の区画320とを交互に繰り返し貫通し
た後、第2の絞り250を介して蒸発器210と接続さ
れるように構成されてもよい。
するので、冷媒が第1の絞りを通過中、及び第2の絞り
を通過中に、冷媒の圧力低下がそれぞれ発生し、第1の
区画を貫通中の冷媒の蒸発、及び第2の区画を貫通中の
冷媒の凝縮が、凝縮器での冷媒の凝縮圧力と、蒸発器で
の冷媒の蒸発圧力の中間の圧力で行われる。よって、熱
交換器は、エコノマイザとして作用し、ヒートポンプの
動作係数(COP)が向上する。
第1の絞り331a(332a、333a)を介して凝
縮器220と接続され、第1の区画310と第2の区画
320とを交互に繰り返し貫通した後対応する第2の絞
り331b(332b、333c)を介して蒸発器21
0と接続されるように構成された細管群51(52、5
3)を複数備え、且つ該複数の細管群51、52、53
それぞれに対応する前記第1の絞り331a、332
a、333aと前記第2の絞り331b、332b、3
33cとの組合せを複数備えるようにしてもよい。この
ときさらに、図13に示すように、第1の区画310と
第2の区画320とは、各区画310、320を流れる
再生空気同士が互いに対向して流れるように構成するの
が好ましい。
1の区画310と第2の区画320とは、各区画31
0、320を流れる再生空気同士が互いに対向して流れ
るように構成され;前記細管群は第1の区画310と第
2の区画内320で、前記再生空気の流れにほぼ直交す
る第1の面PB内に少なくとも1対の第1の区画貫通部
251Bと第2の区画貫通部252Bとを有し、第1の
面PBとは異なる前記再生空気の流れにほぼ直交する第
2の面PC内に少なくとも1対の第1の区画貫通部25
1Cと第2の区画貫通部252Cとを有し、第1の面P
B内から第2の面PC内に移動する箇所に中間絞り33
1を有するようにしてもよい。
観点から見ると、対向流熱交換であるので、高い熱交換
効率を達成できる。第1の面内に少なくとも1対の第1
の区画貫通部と第2の区画貫通部とを有し、1対の冷媒
経路となし、第1の面とは異なる再生空気の流れにほぼ
直交する第2の面内に少なくとも1対の第1の区画貫通
部と第2の区画貫通部とを有し、1対の冷媒経路となす
ので、熱交換器を全体として小型コンパクトに形成する
ことができる。また、第1の面内から第2の面内に移動
する箇所に中間絞りを有するので、第2の面内の第1、
第2区画貫通部の蒸発あるいは凝縮の圧力を、第1の面
内の第1、第2区画貫通部の蒸発あるいは凝縮の圧力よ
り低い値とすることができるので、各区画を流れる再生
空気同士の熱交換を対向流熱交換に近いものとすること
ができ、熱交換効率を高くすることができる。第1の面
と、第2の面の形状は、典型的には矩形の平面である。
循環利用される再生空気の流路に配置された、前記再生
空気と他の流体と熱交換させる第2の熱交換器340を
備えるようにしてもよい。
で、再生空気と他の流体との熱交換ができ、再生空気を
冷却または加熱することが可能となる。第2の熱交換器
は、典型的には再生空気を冷却する。
40aは、凝縮器220と第1の熱交換器300とを接
続して前記冷媒を流す第2の細管群で構成され;前記第
2の細管群は凝縮器220で凝縮された前記冷媒を第1
の熱交換器300に導くように構成され、かつ水分吸着
装置103と第1の熱交換器300との間を流れる前記
再生空気と、前記他の流体とに交互に接触するように構
成されているようにしてもよい。
を介して再生空気と前記他の流体との熱交換を行なうこ
とができる。
のように構成すると、再生空気の余剰熱量を半無尽蔵の
熱源である外気に放出することができる。
た特許出願第2000−025811号に基づいてお
り、その内容は本出願の内容として、その一部を形成す
る。
理解できるであろう。本発明のさらなる応用範囲は、以
下の詳細な説明により明らかとなろう。しかしながら、
詳細な説明及び特定の実例は、本発明の望ましい実施の
形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているも
のである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、
本発明の精神と範囲内で、当業者にとって明らかである
からである。
献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、
特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないもの
も、均等論下での発明の一部とする。
フロー図である。
断面図である。
線図である。
図である。
器、第2の熱交換器での、冷媒の挙動を説明する模式的
断面図である。
フロー図である。
線図である。
主用部分を抽出して示すフロー図である。
線図である。
の熱交換器部分を抽出して示すフロー図である。
リエ線図である。
トポンプに使用して好適な熱交換器の模式的平断面面図
及び側面断面図である。
の熱交換器部分を抽出して示すフロー図である。
リエ線図である。
である。
する典型的なデシカントロータの構造を示す一部破断斜
視図である。
51E 蒸発セクション 252、252A、252B、252C、252D、2
52E 凝縮セクション 250 絞り 260 圧縮機 300、300b、300c、300d、300e 熱
交換器 310 第1の区画 320 第2の区画 330 絞り 331、332 中間絞り 340、340a 熱交換器 HP1、HP2、HP3、HP4 ヒートポンプ PA、PB、PC、PD、PE 平面 発明を実施するための最良の形態 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あるいは類似符号を付し、重複し
た説明は省略する。
置21のフロー図である。この除湿装置21は、再生空
気Bを循環させてデシカントを再生し、デシカントを用
いて処理空気Aを除湿する除湿装置21である。図2は
図1の除湿装置21の模式的正面断面図である。図3
は、図1の除湿装置21に含まれるヒートポンプHP1
の冷媒モリエ線図であり、図4は図1の除湿装置21の
湿り空気線図である。
1の構成を説明する。この除湿装置21は、デシカント
を再生した後の再生空気Bをその露点温度以下に冷却し
て再生空気B中の水分を結露水にして回収し、再生した
デシカントで処理空気Aを除湿し、処理空気Aの供給さ
れる空調空間101を低湿度に維持するものである。
て、処理空気関連の機器構成を説明する。先ず、空調空
間101に接続された経路107、処理空気Aを循環す
るための送風機102、経路108、通過する処理空気
Aの水分を吸着し、処理空気Aの湿度を下げるデシカン
トを充填したデシカントロータ103、経路109、と
この順番で配列され、そして処理空気Aは経路109か
ら空調空間101に戻るように構成されている。各経路
107〜109は、前述において各経路107〜109
のそれぞれ前に記載された機器等と、後に記載された機
器等を接続する。デシカントロータ103は本発明の水
分吸着装置である。
器構成を説明する。
交換器300の第2の区画320、経路124、凝縮器
220、経路125、通過する再生空気Bにより再生さ
れるデシカントを充填したデシカントロータ103、経
路126a、他の流体としての外気と再生空気とを熱交
換させる第2の熱交換器340、経路126b、第1の
熱交換器300の第1の区画310、経路127、再生
空気Bを循環するための送風機140、経路128、再
生空気Bをその露点温度以下に冷却して再生空気B中の
水分を結露水にして回収する蒸発器210、経路12
9、とこの順番で配列され、そして再生空気Bは経路1
29から熱交換器300の第2の区画320に戻り、さ
らに循環するように構成されている。よって、再生空気
Bの循環システムから外部への排気を必要とせず、また
室内(空調空間101内)に湿度の高い排気を放出する
ことがないため、除湿装置21の設置場所を選ばず、除
湿装置を移動式とすることも可能である。
〜129のそれぞれの前に記載された機器と、後に記載
された機器とを接続する。なお、蒸発器210によって
結露された再生空気B中の水分は、蒸発器210の鉛直
方向下方に設置されたドレンパン451によって集めら
れ、ドレンタンク450に蓄積される。
動させる(汲み上げる)ヒートポンプHP1の機器構成
を説明する。
0、経路201、蒸発器210で蒸発してガスになった
冷媒Cを圧縮する、本発明の昇圧機としての圧縮機26
0、経路202、冷媒Cを再生空気により冷却して凝縮
する凝縮器220、絞り330を途中に配置した経路2
03、第1の熱交換器300の第2の区画320を流れ
る再生空気Bを加熱する凝縮セクション252、第1の
熱交換器300の第1の区画310を流れる再生空気B
を冷却する蒸発セクション251、絞り250を途中に
配置した経路204、がこの順番で配列され、そして冷
媒Cが再び蒸発器210に戻るように構成されている。
各経路201〜204は、前述において各経路201〜
204のそれぞれ前に記載された機器と、後に記載され
た機器とを接続する。
照して詳しく説明する。
る。熱交換器300は、蒸発器210に流入する前後の
再生空気B同士の間で、冷媒Cを介して間接的に熱交換
をさせる熱交換器である。熱交換器300は、図中紙面
に直交し、再生空気Bの流れに直交する複数の互いに異
なる平面PA、PB、PC、PD(図示では4面である
がこれに限らず)内のそれぞれに、冷媒経路としての、
あるいは細管としての熱交換チューブが複数本ほぼ平行
に配列されている。本図では、図示の便宜上各平面内に
1本づつのチューブだけが示されている。
再生空気Bを流す第1の区画310と、蒸発器210を
通過した後の再生空気Bを流す第2の区画320とが、
別々の直方体空間を構成している。両区画には、隔壁3
01と隔壁302が隣接してそれぞれ設けられており、
熱交換チューブはこの2つの隔壁301、302を貫通
して設けられている。
間を1つの隔壁で分割して、細管群としての熱交換チュ
ーブがこの隔壁を貫通して、第1の区画と第2の区画と
を交互に貫通するように構成してもよい(図5、図12
参照)。
方から経路126aを通して、熱交換器340を通るこ
とにより予冷却され、次に経路126bを通して、熱交
換器300の第1の区画310に供給され、図中左方か
ら経路127を通して出て行く。一方、蒸発器210を
通って露点温度以下に冷却され絶対湿度の低下した再生
空気Bは、図中左方から経路129を通して熱交換器3
00の第2の区画320に供給され、図中右方から経路
124を通して出て行く。
310と第2の区画320及びそれら区画間を仕切る隔
壁301及び隔壁302を貫通して設けられている。例
えば平面PA内に配置された熱交換チューブは、第1の
区画310を貫通している部分を、蒸発セクション25
1A(以下複数の蒸発セクションを個別に論じる必要が
ないときは単に蒸発セクション251という)と呼び、
第2の区画320を貫通している部分は凝縮セクション
252A(以下複数の凝縮セクションを個別に論じる必
要のないときは単に凝縮セクション252という)と呼
ぶ。ここで蒸発セクション251Aと凝縮セクション2
52Aは、1対の第1の区画貫通部と第2の区画貫通部
であり、冷媒経路を構成している。
第1の区画310を貫通している部分である蒸発セクシ
ョンを251Bとする。また、第2の区画320を貫通
している部分である、前記蒸発セクション251Bと一
対の冷媒経路を形成している部分は、凝縮セクション2
52Bとする。以下、平面PC・・についても平面PB
と同様に冷媒経路が構成されている。
ョン252Aとは、1対をなし、1本のチューブで一体
の経路として構成されている。したがって、第1の区画
310と第2の区画320とが、2枚の隔壁301、3
02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。
の蒸発セクションは図中右から251A、251B、2
51C・・の順番で並んでおり、第2の区画貫通部とし
ての凝縮セクションも図中右から252A、252B、
252C・・の順番で並んでいる。
(隔壁301とは反対側の端部)と蒸発セクション25
1Bの端部(隔壁301とは反対側の端部)とは、Uチ
ューブ(ユーチューブ)で接続されている。また、凝縮
セクション252Bの端部と凝縮セクション252Cの
端部とは、同様にUチューブで接続されている。
ョン251Aを、全体として一方向に流れる冷媒Cは、
Uチューブにより蒸発セクション251Bに導かれ、こ
こから凝縮セクション252Bに流れ、Uチューブによ
り凝縮セクション252Cに流れるように構成されてい
る。このようにして、蒸発セクションと凝縮セクション
とを含んで構成される冷媒経路は、第1の区画310と
第2の区画320とを交互に繰り返し貫通する。言い換
えれば、冷媒経路は蛇行する細管群を構成している。細
管群は蛇行しながら、第1の区画310と第2の区画3
20を通過し、温度の高い再生空気Bと温度の低い再生
空気Bに交互に接触する。
ョン252Aに導かれるものとしたが、蒸発セクション
251Aに先ず導かれる構成としてもよい。そのとき
は、凝縮セクション252Aの端部(隔壁302の反対
側の端部)と凝縮セクション252Bの端部(隔壁30
2の反対側の端部)とが、Uチューブで接続され、さら
に、蒸発セクション251Bの端部と蒸発セクション2
51Cの端部とが、同様にUチューブで接続されるよう
な構成となる。
れを説明する。
は、圧縮機260の吐出口に接続された冷媒ガス配管2
02を経由して凝縮器220に導かれる。圧縮機260
で圧縮された冷媒ガスCは、デシカントロータ103に
流入する直前の、冷却空気としての再生空気Bで冷却さ
れ凝縮し、冷媒Cは当該再生空気Bを加熱する。
クション252Aの入り口に冷媒経路203によって接
続されており、冷媒経路203の途中、凝縮セクション
252Aの入り口近傍には、絞り330が設けられてい
る。
れ、膨張して一部の液冷媒Cが蒸発(フラッシュ)す
る。その液とガスの混合した冷媒Cは、凝縮セクション
252Aに到り、ここで液冷媒Cは凝縮セクション25
2Aのチューブの内壁を濡らすように流れ、蒸発器21
0から流出した直後の冷却された再生空気Bにより冷却
されてフラッシュした冷媒が凝縮する。この冷媒の凝縮
により、第2の区画320を流れる再生空気B、すなわ
ち蒸発器210で冷却除湿され、蒸発器210に流入す
る前より温度が低くなった再生空気Bを加熱(予加熱)
する。
は、一連のチューブである。すなわち一体の経路として
構成されているので、凝縮した冷媒液C(及び凝縮しな
かった冷媒液Cも)は、蒸発セクション251Aに流入
する。そして、デシカントロータ103から流出し、熱
交換器340で、ある程度冷却された再生空気Bにより
加熱されて蒸発して、第1の区画310を流れる当該再
生空気Bをさらに冷却(予冷)する。当該再生空気Bは
蒸発器210に流入する前の再生空気Bである。
ある、第1の区画310を貫通する冷媒経路である蒸発
セクションと第2の区画320を貫通する冷媒経路であ
る凝縮セクション(少なくとも1対、例えば251Aと
252A)を有し、また第2の平面PB内にある、第2
の区画320を貫通する冷媒経路である凝縮セクション
と第1の区間310を貫通する冷媒経路である蒸発セク
ション(少なくとも1対、例えば252Bと251B)
を有する。
口側は、冷媒液配管204により、蒸発器210に接続
され、冷媒配管204中には絞りとしての膨張弁250
が設置されている。
50で減圧され膨張して温度を下げて、蒸発器210に
入り蒸発し、その蒸発熱で再生空気Bを冷却する。絞り
330、250としては、例えばオリフィス、キャピラ
リチューブ、膨張弁等を用いる。
01を通して冷媒圧縮機260の吸込側に導かれ、以上
のサイクルを繰り返す。このようにして、ヒートポンプ
HP1は、低熱源たる低温再生空気から、高熱源たる高
温再生空気に熱を汲み上げる。
デシカントの再生と、再生空気からの水分除去を同時に
行い、しかも、再生前の再生空気Bの予加熱と、再生後
の再生空気Bの予冷を、内部の作動媒体を用いて行うた
め、装置が簡単で、しかもヒートポンプの冷却能力の大
部分を空気中の水分を凝縮させるために用いることが出
来るため、除湿能力が高い。
と冷却量が多いため、ヒートポンプの冷却効果のうちか
なりの部分をそのために消費し、電力消費量当たりの除
湿能力(除湿性能)が低い。そこで、蒸発器210の前
後に空気・空気熱交換器300を設けて、再生空気Bの
予冷とレヒート(予加熱)を行って、顕熱比を小さくし
露点までの冷却量を減少させた。
点まで冷却する熱を回収して再生空気の加熱の熱として
用いることができるため、少ない電力でデシカントの除
湿能力を発揮することができる。よって、従来電気ヒー
タで必要とした熱量より少ない加熱量で済む上、ヒート
ポンプHP1はエネルギー効率が高いので、消費電力が
少ない。
な配置の例を説明する。図において、装置を構成する機
器はキャビネット700の中に収容されている。キャビ
ネット700は、例えば薄い鋼板で作られた直方体の筐
として形成されており、水平な平面形状の仕切板701
によって鉛直方向上下に配置された上部領域700A
と、下部領域700Bに密閉されて区分されている。上
部領域700Aが、処理空気Aが図中左端ら右端まで流
れて通過する処理空気室702であり、下部領域700
Bが、主として再生空気室703であり、再生空気室7
03内を後述のように再生空気Bが循環する。下部領域
700Bには、再生空気室703を避けて、圧縮機26
0、ドレンタンク450を収納する空間が確保されてい
る。仕切板701は、例えばキャビネット700を構成
している薄い鋼板を使用するとよい。
る。キャビネット700の図中左側の側面704Aの鉛
直方向最上部に吸気口104が開口し、吸気口104は
空調空間101(図1参照)の処理空気Aを吸気する。
吸気口104は、処理空気室702の開口であり、吸い
込まれた処理空気Aは、処理空気室702内を流れる。
処理空気室702内の吸気口104の近傍には、空調空
間101の埃を装置内に持ち込まないようにフィルター
501が設けられている。フィルター501の内側に
は、送風機102が設置されており、吸気口104から
フィルター501を通過して処理空気室702内に流れ
込んだ処理空気Aが送風機102に吸い込まれる。吸気
口104と送風機102の間は経路107が形成されて
いる。なお、送風機102によって処理空気Aが処理空
気室702内を流れる。
08を流れ、デシカントロータ103の上側半分に水平
方向から流れ込み、デシカントロータ103のデシカン
トにより除湿される。デシカントロータ103の上側半
分から水平方向に流れ出た処理空気Aは、経路109を
経て、キャビネット700の図中右側の側面704Bの
鉛直方向最上部に開口している吐出口110から処理空
気室702を出(すなわちキャビネット700を出)、
空調空間101へ戻り給気される。
けて、仕切板701に形成された開口部706を貫通し
て配置され、半円形状の上側半分が処理空気室702
に、半円形状の下側半分が再生空気室703の後述の上
側の区域703Aに配置されている。再生空気室703
の後述の上側の区域703A内でデシカントロータ10
3の近傍には、駆動機である電動機105が回転軸を水
平にして配置されている。電動機105とデシカントロ
ータ103は、チェーン131を介して結合され、電動
機105の回転がデシカントロータ103に伝達され、
デシカントロータ103は15〜20hr-1の回転速度
で回転する。デシカントロータ103を回転軸AXを水
平方向に向けて配置したのでキャビネット700の水平
方向の長さを短くコンパクトに製作することができる。
の半径より僅かに大きく形成され、再生空気室703の
高さはデシカントロータ103の半径の2倍より少し小
さく形成されている。再生空気室703には、仕切板7
01からデシカントロータ103の半径より僅かに大き
い距離だけ下側に離れて、水平な平面形状の仕切板70
7が設けられ、再生空気室703は、仕切板707によ
って鉛直方向上下の二区域703A、703Bに区分さ
れている。仕切板707の両端部には開口部705A、
Bが形成され、開口部705A、705Bを通過して上
下の二区域703A、703Bを再生空気Bが循環する
ように形成されている。
る。再生空気室703の上側の区域703Aの図中右側
にはフィルター502が設置され、図中右側の開口部7
05Bを通過して下側の区域703Bから上がって水平
方向に向きを変えて流れる再生空気Bの埃を除去する。
フィルター502の図中左隣には、コイル状に形成され
た熱交換チューブを有する凝縮器220が設置されてい
る。フィルター502を通過後の再生空気Bが凝縮器2
20を通過し、加熱される。凝縮器220を通過し、経
路125を通過した再生空気Bは、デシカントロータ1
03の下側半分に水平方向から流れ込み、デシカントを
再生させる。デシカントロータ103の下側半分から水
平方向に流れ出た再生空気Bは、経路126aを経て熱
交換器340に流れ込み、冷却される。熱交換器340
を通過し、経路126bを通過した再生空気Bは、熱交
換器300の第1の区画310に流れ込み、予冷却され
る。
のダクトを介して導入されている。キャビネット700
が、空調空間101に設置されていないときは、熱交換
器340で使用する外気用のダクトは不要である。この
ときは、キャビネット700が設置されている環境の空
気をそのまま再生空気と熱交換させる流体として利用す
る。もちろん、熱交換器340には、外気の代わりに、
冷却水を用いてもよい。そのときは、熱交換器340に
は冷却水供給配管と戻り配管を接続する。
300は仕切板707に形成された開口部708を貫通
し再生空気室703の上側の区域703Aと下側の区域
703Bに収納され、熱交換器300の第1の区画31
0は上側の区域703Aに、熱交換器300の第2の区
画320は下側の区域703Bに収納されている。
気Bは、経路127を経て、再生空気Bを再生空気室7
03内で循環させる送風機140に吸い込まれる。送風
機140から吐き出された再生空気Bは、極めて短い経
路128を経て、コイル状に形成された熱交換チューブ
を有する蒸発器210を通過して冷却され、経路129
を流れている間に、流れの方向を真下に変え、図中左側
の開口部705Aを通過する。開口部705Aを通過し
た再生空気Bは、流れの方向を水平方向に変え、再生空
気室703の下側の区域703Bを水平方向に流れ、熱
交換器300の第2の区画320に流れ込み予加熱され
る。なお、ドレンタンク450、圧縮機260は再生空
気室703を図中水平方向手前側に避けて配置されてい
る。熱交換器300の第2の区画320を流れ出た再生
空気Bは、経路124を流れ、流れの方向を真上に変
え、図中右側の開口部705Bを通過し、流れの方向を
水平方向に変え、フィルター502に到達し、以後同じ
流れを繰り返して循環する。
各機器の配置を説明する。仕切板707の下側に、再生
空気室703の下側の区域703Bを避けて、圧縮機2
60とドレンタンク450が配置されている。圧縮機2
60は、図中手前から見るとデシカントロータ103の
ほぼ真下に配置され、ドレンタンク450は蒸発器21
0のほぼ真下に配置されている。経路201〜204が
各機器を図1に示すように接続して配置されている。
再生空気Bは主として水平方向に流れ、僅かに鉛直方向
に流れて循環するように機器を配置したとして説明した
が、処理空気Aが鉛直方向に流れるように配置し、再生
空気Bが主として鉛直方向に流れ、僅かに水平方向に流
れて循環するように機器を配置してもよい。
明する。図3は、冷媒Cに、HFC134aを用いた場
合のモリエ線図である。なお、機器については図1を参
照する。この線図では横軸がエンタルピh(kJ/k
g)、縦軸が圧力p(MPa)である。この他に、本発
明のヒートポンプ、除湿装置21(図1参照)に適した
冷媒Cとしては、HFC407CやHFC410Aがあ
る。これらの冷媒Cは、HFC134aよりも作動圧力
領域が高圧側にシフトする。
あり、飽和ガスの状態にある。圧力は0.30MPa、
温度は1℃、エンタルピは399.2kJ/kgであ
る。このガスを圧縮機260で吸い込み圧縮した状態、
すなわち圧縮機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1.89MPaであり、過
熱ガスの状態にある。
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1.89MPa、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295.8kJ/kgである。
0の凝縮セクション252Aに流入する。モリエ線図上
では、点eで示されている。圧力は、本発明の中間圧力
であり、本実施例では0.30MPaと1.89MPa
との中間の値となる。この例では、温度15℃の飽和圧
力である。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。
液Cは凝縮して、同圧力で飽和液線上の点f1に到る。
51Aに流入する。蒸発セクション251Aでは、冷媒
Cは第1の区画310を流れる相対的に高温の再生空気
Bから熱を奪い、自身は蒸発し、さらに蒸発セクション
251Bに流入し、飽和液線と飽和ガス線の中間の点g
1に到る。ここでは液の一部が蒸発しているが、冷媒液
Cはかなり残っている。
流入し更に252Cに流入する。冷媒Cは、ここで冷却
され液相を増やして飽和液線上の点f2に到り、続けて
蒸発セクション251Cに流入し更に251Dに流入す
る。冷媒Cは、ここで液相を増やして点g2に到る。同
様に、冷媒Cは、次の凝縮セクション252Dで凝縮し
て飽和液線上の点f3に到る。このようにして、冷媒C
は凝縮と蒸発を繰り返しながら、低温の再生空気と高温
の再生空気との間の熱交換を行なう。凝縮した点f3の
状態の冷媒Cは、膨張弁250に導かれる。
5℃、エンタルピは220.5kJ/kgである。点f
3の冷媒液Cは、絞り250で、温度1℃の飽和圧力で
ある0.30MPaまで減圧され、点jに到る。この点
jの冷媒Cは、1℃の冷媒液Cとガスの混合物として蒸
発器210に流入し、ここで処理空気Aから熱を奪い、
蒸発してモリエ線図上の点aの状態を飽和ガスとなり、
再び圧縮機260に吸入され、以上のサイクルを繰り返
す。
ション251で蒸発させるのではなく、先ず凝縮セクシ
ョン252で凝縮させる配置とするときは、冷媒が湿り
状態に近づくため、容量制御を行なった場合に絞り25
0を通過する気相冷媒が減り、冷凍効果を高く維持する
ことができる。
は凝縮セクション252では点eから点f1、あるいは
g1からf2までといったように凝縮の状態変化を、蒸
発セクション251では、点f1から点g1、あるいは
点f2からg2までといったように蒸発の状態変化をし
ており、凝縮伝熱と蒸発伝熱であるため、熱伝達率が非
常に高い。
250及び蒸発器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、凝縮器2
20における点dの状態の冷媒Cを、絞り250を介し
て蒸発器210に戻すため、蒸発器210で利用できる
エンタルピ差は399.2−295.8=103.4k
J/kgしかないのに対して、熱交換器300を設けた
本実施の形態で用いるヒートポンプHP1の場合は、3
99.2−220.5=178.7kJ/kgになり、
同一冷却負荷に対して圧縮機260に循環するガス量
を、ひいては所要動力を42%も小さくすることができ
る。すなわち、サブクールサイクルと同様な作用を持た
せることができる。
0入口の冷媒エンタルピが小さくなり、単位流量あたり
の冷媒の冷凍効果が高いため、除湿効果、及びエネルギ
ー効率が高くなるのである。
適宜図1を参照して、ヒートポンプHP1を備えた除湿
装置21の作用を説明する。図中、アルファベット記号
K、L、P、R等により、各部における空気の状態を示
す。この記号は、図1のフロー図中で丸で囲んだアルフ
ァベットに対応する。また、湿り空気線図としては、後
で説明する第2、第3の実施の形態である除湿装置につ
いても、本図が適用できる。
は、処理空気経路107を通して、送風機102に吸い
込まれ、さらに送風機102から吐き出されて経路10
8をしてデシカントロータ103に送り込まれる。デシ
カントロータ103で水分が吸着され乾燥した処理空気
Aは、絶対湿度を2g/kgDAに下げ、乾球温度を上
げる(状態L)。処理空気Aは、次に経路109を通し
て空調空間101に戻る。なお、絶対湿度の単位中のD
Aは乾燥空気(Dry Air)であることを示す。
乾球温度5℃の再生空気B(状態P)は、経路129を
通して、熱交換器300の第2の区画320に送り込ま
れ、ここで凝縮セクション252で凝縮する冷媒Cによ
りある程度まで加熱され、絶対湿度一定のまま乾球温度
を上げる(5℃と60℃の中間の温度)(状態R)。こ
れは、凝縮器220で加熱される前の予備的加熱である
ので予加熱と呼ぶことができる。
縮器220に導入される。再生空気Bは、凝縮器220
で加熱されて、絶対湿度一定のままさらに乾球温度を6
0℃に上げる(状態T)。再生空気Bはさらに経路12
5を通って、デシカントロータ103へ送り込まれ、こ
こで乾燥エレメント中のデシカント(図1に不図示)か
ら水分を奪いこれを再生して、自分自身は絶対湿度を1
0g/kgDAに上げるとともに、デシカントの水分着
脱熱により乾球温度を下げる(状態Ua)。
26aを通して、熱交換器340に送り込まれ、絶対湿
度一定のまま乾球温度を下げる(状態Ub)。
通して、熱交換器300の第1の区画310に送り込ま
れ、ここで蒸発セクション251で蒸発する冷媒Cによ
るある程度まで冷却され、絶対湿度一定のまま乾球温度
を下げる(状態V)。これは蒸発器210で露点温度以
下まで冷却される前の予備的冷却であるので予冷と呼ぶ
ことができる。再生空気Bは経路127を通って送風機
140によって吸い込まれ経路128に吐き出される。
吐き出された再生空気Bは、経路128を通って蒸発器
210に送り込まれ、蒸発器210で露点温度以下まで
除湿冷却され、絶対湿度を5g/kgDAに下げ、乾球
温度を5℃に下げる(状態P)。蒸発器210を出た再
生空気Bは、同じサイクルを繰り返す。
Cの蒸発により再生空気Bを予冷し、凝縮セクション2
52での冷媒Cの凝縮により再生空気Bを加熱する。そ
して蒸発セクション251で蒸発した冷媒Cは、凝縮セ
クション252で凝縮する。このように同じ冷媒Cの蒸
発と凝縮作用により、凝縮器210で冷却される前後の
再生空気B同士の熱交換を間接的に行う。
では、第2の区画320で再生空気を加熱した熱量ΔQ
が、排熱利用による加熱であり、蒸発器210で再生空
気を冷却した熱量Δiが、冷却除湿効果であり、エコノ
マイザとしての熱交換器300による熱回収が、ΔHで
ある。また熱交換器340では、熱量ΔQ1を奪い再生
空気Bを冷却する。このように熱交換器340で、再生
空気Bをある程度冷却した後に、熱交換器300に流入
させるので、蒸発器210に流入する再生空気Bの温度
が下がり、露点温度に近づくため、ヒートポンプの冷凍
効果当たりの除湿能力が高くなる。また、空調空間の気
相水分を液相にしてタンク450に溜める際に全体とし
て放出される熱量と、図3には不図示としたが、圧縮機
260の駆動動力分の熱量を、熱交換器340を通し
て、本除湿システムから外部に排出することができる。
凝縮セクション内の冷媒Cの挙動を説明する。先ず凝縮
セクション252Aには、絞り330で減圧されて一部
の冷媒液が膨張し液相と気相の混合物となった冷媒Cが
流入する。この冷媒Cは、凝縮セクション252Aを流
れる間に、再生空気Bを予加熱し自身は熱を奪われ気相
を減らしながら蒸発セクション251Aに流入する。蒸
発セクション251Aでは、凝縮セクション252A側
の再生空気Bよりも温度の高い再生空気Bを冷却し、自
身は熱を与えられて液相冷媒Cを蒸発させながら、次の
蒸発セクション251Bに流入する。冷媒Cは、蒸発セ
クション251Bを流れる間に、温度の高い再生空気B
からさらに熱を与えられ液相冷媒Cをさらに蒸発させ
る。そして次の凝縮セクション252Bに流入する。
相の相変化をしながら、冷媒経路を流れる。このように
して、蒸発器210で冷却される前の再生空気Bと、蒸
発器210で冷却されて絶対湿度を低下させた再生空気
Bとの間で熱交換させる。
熱交換器として使用され、熱交換器300の作動流体
と、ヒートポンプHP1の作動流体(即ち冷媒)が同じ
となり、冷媒チャージの工程の共通化ができるので製造
コスト、メンテナンスコストが低い。また、予冷・予加
熱熱交換器が一体として製造可能である。また作動流体
の冷媒は、ヒートポンプの冷媒として、冷媒経路中を一
方向に流れるので、ヒートパイプが有する内部のウイッ
クを必要とせず、内部にウイックのない通常の空気・冷
媒熱交換器コイルの生産設備で製造できるため、製造コ
ストが安い。
の実施の形態と異なる点は、熱交換器340の代わり
に、熱交換器340aを用いていることである。熱交換
器340aは、熱交換器300と同様な構造を有する。
1Bと、凝縮セクション342A、342Bを備える。
蒸発セクション341A、341Bは、熱交換器300
の蒸発セクション251A、251Bに相当し、凝縮セ
クション342A、342Bは、熱交換器300の凝縮
セクション252A、252Bに相当する。図中蒸発セ
クションと凝縮セクションはかなり離れているように示
されているが、熱交換器300と同様に、一体の細管群
で構成するのが好ましい。
配置され、凝縮セクションは、第2の区画344を貫通
して配置されている。第1の区画343は、デシカント
ロータ103と熱交換器300の第1の区画310との
間に挿入配置され、デシカントロータ103を通過した
再生空気Bは、熱交換器340aの第1の区画343を
通過した後に、熱交換器300の第1の区画310に流
入する。
4により外気が通過するように構成されている。
は絞り336を配置する。冷媒の流れに沿って見ると、
第1の実施の形態の冷媒配管203に、熱交換器340
aを挿入配置した形となっている。冷媒Cは、凝縮セク
ション342A、蒸発セクション341A、蒸発セクシ
ョン341B、凝縮セクション342Bを経由して、絞
り330に到る。この間に、冷媒の凝縮と蒸発により、
第1の区画343を通過する再生空気Bから、第2の区
画344を通過する外気に熱を移動させるのは、熱交換
器300の場合と同様である。
る。図7は、図3の同様に、冷媒Cとして、FC134
aを用いた場合のモリエ線図である。図3と重複した説
明は省略する。
る。点dの状態の冷媒液Cは、絞り336で減圧され熱
交換器340aの凝縮セクション342Aに流入する。
モリエ線図上では、点eで示されている。圧力は、本発
明の中間圧力であり、本実施例では0.30MPaと
1.89MPaとの中間の値となる。この例では、温度
13℃の飽和圧力よりもいくらか高い圧力である。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。
液Cは凝縮して、同圧力で飽和液線上の点f1に到る。
41Aに流入する。蒸発セクション341Aでは、冷媒
Cは第1の区画343を流れる相対的に高温の再生空気
Bから熱を奪い、自身は蒸発し、さらに蒸発セクション
341Bに流入し、飽和液線と飽和ガス線の中間の点g
1に到る。ここでは液の一部が蒸発しているが、冷媒液
Cはかなり残っている。
流入し、冷却され液相を増やして飽和液線上の点f2に
到る。この液冷媒Cは、絞り330で減圧されて、熱交
換器300の凝縮セクション252Aに流入する。その
後の作用は、図3での説明と同様であるので、説明を省
略する。但し、図3のf1、g1、f2、g2、f3
は、それぞれf3、g3、f4、g4、f5と符号が変
わっている。また、熱交換器340aで効率的に冷却さ
れる結果、熱交換器300の作動温度は、15℃から1
3℃に多少低下している。
る熱交換器340aを備えるので、再生空気Bの冷却が
高い熱伝達率で達成できる。また冷媒の冷凍効果をさら
に高めることができる。
説明する。この実施の形態の、図1に示した第1の実施
の形態との相違点は、熱交換器300bで、絞り330
から先ず蒸発セクション251Aに冷媒を流入させてい
ること、それに伴い平面PAから平面PBへの移行が凝
縮セクション252Aと252B間で行なわれているこ
と(他の平面同士間での移行の順次ずれている)、平面
PEが追加されていること、平面PBと平面PCの蒸発
セクション同士の間、また平面PDと平面PEの蒸発セ
クション同士の間に、それぞれ絞り331、332が設
けられていることである。即ち図中、平面PB内の、蒸
発セクション251Bの端部と平面PC内の蒸発セクシ
ョン251Cの端部とが、絞り331を介して接続され
ており、平面PD内の、蒸発セクション251Dの端部
と平面PE内の蒸発セクション251Eの端部とが、絞
り332を介して接続されている。その他の部分は、図
1に示すものと同様であるので図示を省略してある。
設けられていることが大きな変更である。その他の点
は、絞り330から先ず蒸発セクション251Aに冷媒
を流入させるようにしたことによって、熱交換器300
b内での蒸発と凝縮が全体として気相側に寄る点を除
き、作用上で大きな差はない。なお、平面をPEよりも
さらに増やしてもよく、その場合絞りもそれに応じて増
やしてもよい。
導入された冷媒Cは、蒸発セクション251A内で一部
が蒸発して、湿り状態になって凝縮セクション252A
に流入する。さらにUチューブで方向転換して凝縮セク
ション252Bに、そして蒸発セクション251Bに流
入する。ここで一部の冷媒が蒸発したのち、絞り331
で減圧され、平面PC内の蒸発セクション251Cに流
入する。ここでさらに蒸発して、凝縮セクション252
Cに流入する。さらにUチューブで方向転換して凝縮セ
クション252Dに流入して、さらに凝縮して蒸発セク
ション251Dに流入する。ここで一部の冷媒Cが蒸発
し、絞り332に到る。ここで減圧され平面PE内の蒸
発セクション251Eに、そして次に凝縮セクション2
52Eに流入する。ここで十分に凝縮した冷媒Cは、経
路204、そして膨張弁250に向かう。
圧力、ひいては凝縮セクション252A、252Bに於
ける凝縮圧力、すなわち第1の中間圧力、あるいは蒸発
セクション251C、251D、凝縮セクション252
C、252Dにおける圧力すなわち第2の中間圧力は、
蒸発器210に入る前の再生空気Bの温度と、蒸発器2
10に入って冷却されて出てきた後の再生空気Bの温度
とによって定まる。
器300b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、特に熱交換器300
bでは、再生空気B同士の熱交換を、後述のように、対
向流形式で行なうので熱交換効率が非常に高い。また冷
媒Cは、蒸発セクション251から凝縮セクション25
2、また凝縮セクション252から蒸発セクション25
1というように、冷媒経路内で全体としてほぼ一方向に
強制的に流されるので、温度の高い再生空気Bと温度の
低い再生空気Bとの間の熱交換効率が高い。ここで、全
体としてほぼ一方向に流れるとは、例えば乱流であれば
局所的には逆流することがあっても、また気泡の発生や
瞬断により圧力波が発生し冷媒Cが流れ方向に振動して
も、全体的に見れば冷媒経路中をほぼ一方向に流れるこ
とをいう。この実施の形態では、冷媒Cは圧縮機260
により昇圧された圧力で強制的に一方向に流される。
入り口温度をTP1、出口温度をT、低温側の流体の熱
交換器入り口温度をTC1、出口温度をTC2としたと
き、高温側の流体の冷却に注目した場合、すなわち熱交
換の目的が冷却の場合は、φ=(TP1−TP2)/
(TP1−TC1)、低温の流体の加熱に注目した場
合、すなわち熱交換の目的が加熱の場合は、φ=(TC
2−TC1)/(TP1−TC1)と定義されるもので
ある。
ンプHP3(図8にはヒートポンプHP3の構成要素の
うち一部のみが図示されている。その他は図1参照。)
の作用を説明する。図中、点aから点eまでは、図3の
第1の実施の形態の場合と同様であるので、説明を省略
する。なお、熱交換器300bの蒸発セクション251
Aに流入した点eの状態の冷媒Cは図3で説明した通
り、第1の中間圧力で一部の液が蒸発して液とガスが混
合した状態にある。
し、モリエ線図上では湿り領域において飽和ガス線に近
づいた点f1に到る。この状態の冷媒Cが凝縮セクショ
ン252Aに入り、ここで凝縮されまたUチューブで反
転して凝縮セクション252Bに入りさらに凝縮され、
湿り領域ではあるが飽和液線に近い点g1に到る。ここ
で蒸発セクション251Bに入り、湿り領域内で飽和ガ
ス線の方向に向かい、点h1aに到る。ここまではほぼ
第1の中間圧力における変化である。
され、第2の中間圧力にある点h1bに到る。すなわ
ち、平面PB内の冷媒経路である蒸発セクション251
Bから絞り331を経て平面PCの冷媒経路である蒸発
セクション251Cに流入する。この冷媒Cは、さらに
蒸発セクション251C内において第2の中間圧力で蒸
発して点f2に到る。以下同様に凝縮・蒸発を交互に繰
り返して、中間絞り332で減圧された後、圧力が第3
の中間圧力となり、蒸発セクション251E、凝縮セク
ション252Eと冷媒経路を経由した冷媒Cは、モリエ
線図上で、図3の点f3に対応する、点g3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11
℃、エンタルピは215.0kJ/kgである。
0で温度1℃の飽和圧力である0.30MPaまで減圧
され、点jの状態になり、1℃冷媒液Cとガスの混合物
として蒸発器210に到り、ここで再生空気Bから熱を
奪い、蒸発してモリエ線図上の点a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。
Cが蒸発・凝縮の状態変化を交互に繰り返しており、蒸
発伝熱と凝縮伝熱であるため、熱伝達率が非常に高い点
は第1の実施の形態の熱交換器300と同様である。
る前の再生空気Bは、第1の区画310内で、蒸発セク
ション251A、251B、251C、251D、25
1Eの順番に熱交換する。すなわち再生空気Bの温度勾
配と蒸発セクション251の温度勾配は同じ方向であ
る。同様に、蒸発器210で冷却された後の再生空気B
は、第2の区画320内で、凝縮セクション252E、
252D、252C、252B、252Aの順番に熱交
換する。すなわち再生空気Bの温度勾配と凝縮セクショ
ン252の温度勾配は同じ方向である。このことから、
蒸発器210で冷却される前後の再生空気B同士では、
対向流の関係で熱交換していることになる。したがっ
て、熱交換器300bでは、蒸発伝熱と凝縮伝熱とを利
用していることと相まって、非常に高い熱交換効率を達
成できる。
のヒートポンプと比較して著しく大きく、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20%(1−(620.1−472.2)/(62
0.1−434.9)=0.20)も小さくすることが
できる点も、図3の場合と同様である。
的には図4の湿り空気線図で説明したのと同様であるの
で、説明を省略する。
フロー図を湿す。第1の実施の形態で用いた熱交換器3
00、第2の実施の形態で用いた熱交換器300bに対
応する熱交換器300cでは、絞り331、332が凝
縮セクション252側に設けられている。その他の構成
は、図8で説明した第2の実施の形態と同様である。
線図である。図9の場合と違って、中間圧力における凝
縮過程の途中で減圧している。すなわち、絞り331で
点g1aから点g1bに減圧され、絞り332で点g2
aから点g2bに減圧さている。蒸発器210で冷却さ
れる前後の再生空気B同士の熱交換が対向流である点
は、図9の実施の形態と同様である。
ン側と凝縮セクション側の両側に設置してもよい。その
ように構成すると、冷媒が一の平面から次の平面に移行
する毎に絞りがあり、蒸発温度/凝縮温度が平面毎に異
なるので、熱交換する再生空気の流れが完全な対向流に
近づく。
るが、これは蒸発器210に限らず、熱交換器300、
300b、300cの下方もカバーするように設けるの
がよい。特に第1の区画310の下方に設けるのがよ
い。熱交換器300、300b、300cの第1の区画
310では、再生空気Bを予冷するが、一部の水分はこ
こで結露することもあるからである。
の一例300dを、さらに説明する。(a)は温度の低
い再生空気B及び温度の高い再生空気Bの流れ方向に見
た平面図、(b)は低温及び高温の再生空気の流れに直
角な方向から見た側面図である。すなわち、(a)は
(b)のA−A矢視図である。(a)において、温度の
高い再生空気Bは区画310を紙面の手前から先方に流
れ、温度の低い再生空気Bは区画320を先方から手前
側に流れる。この熱交換器300dでは、チューブは、
低温及び高温の再生空気Bの流れに直交する4つの平面
PA、PB、PC、PD内にそれぞれ8列に配列されて
いる。すなわち、再生空気Bの流れに沿って4行8列に
配列されている。平面PDの下に不図示の平面PEを設
け、平面PE内にさらに8列のチューブを配置してもよ
い。図1、図5、図6、図8及び図10では、便宜上、
各平面PA、PB、PC、PD内の熱交換チューブは、
各行1列であるものとして説明したが、典型的にはこの
ように各行に複数のチューブ列が含まれる。このように
して、チューブが細管群を構成している。
り331が、平面PBから平面PCに移る箇所に、不図
示の中間絞り332が、また平面PCから平面PDに移
る箇所に中間絞り333が設けられている。ここでは、
1つの平面から次の平面に移る箇所に1つの絞りが設け
られているが、例えばPAに属するチューブ列は、複数
の層に構成されていてもよい。そして各層から次の層に
移る箇所に中間絞りが設けられる。その場合、中間絞り
の前後の平面を第1の平面・第2の平面と呼ぶ。
換器を、低温と高温の再生空気の流量に対応させて、そ
れらの流れに対して並列に並べてもよいし、直列に並べ
てもよい。
の蒸発と凝縮の繰り返しは、飽和液線を越えて過冷却領
域に入り込んでもサイクルとしては成立するが、再生空
気同士の熱交換であることを考慮すると、冷媒Cの相変
化は湿り領域の中で行われるのが好ましい。したがって
図12に示す熱交換器300dでは、絞り330に接続
される最初の蒸発セクションの伝熱面積を、その後の蒸
発セクションの伝熱面積よりも大きく構成するのが好ま
しい。また絞り250に流入する冷媒Cは、飽和かある
いは過冷却領域にあるのが好ましいので、絞り250に
接続される凝縮セクションの伝熱面積を、その前の凝縮
セクションの伝熱面積よりも大きく構成するのが好まし
い。
りに用いると、経済的であり、ヒートパイプと違い、作
動流体をヒートポンプと同じにすることができるのでメ
ンテナンスに手間がかからない。
いて図13乃至図15を参照して説明する。図13は第
5の実施の形態における除湿装置内のフローを模式的に
示すフロー図、図14は図13の除湿装置に含まれるヒ
ートポンプHP5の冷媒モリエ線図である。なお、本図
には、熱交換器300e及びその周辺の冷媒及び空気の
経路のみを示し、その他は図示を省略してある。第5の
実施の形態は、図8の第3の実施の形態における熱交換
器300bを熱交換器300eに置き換えたものであ
る。また、第3の実施の形態における部材又は要素と同
一の作用又は機能を有する部材又は要素には同一の符号
を付し、特に説明しない部分については第3の実施の形
態と同様である。
の下流側において複数列(図13においては3列)に分
岐しており、分岐冷媒経路51〜53が形成されている
点で他の実施の形態と異なっている。この分岐冷媒経路
51〜53は蒸発器210の上流側において1本の冷媒
経路204に合流している。即ち、凝縮器220と蒸発
器210との間で複数列に分岐する分岐冷媒経路を備
え、前記分岐冷媒経路中に第1の熱交換手段及び第2の
熱交換手段を設けている。
は、第1の絞り331a(332a、333a)を介し
て凝縮器220と接続され、第1の区画310と第2の
区画320とを交互に繰り返し貫通した後対応する第2
の絞り331b(332b、333c)を介して蒸発器
210と接続されるように構成された細管群51(5
2、53)を複数備え、且つ該複数の細管群51、5
2、53それぞれに対応する前記第1の絞り331a、
332a、333aと前記第2の絞り331b、332
b、333cとの組合せを複数備えている。
の熱交換部(第1の区画)310と第2の熱交換部(第
2の区画)320とをそれぞれ交互に繰り返し貫通して
いる。また、各分岐冷媒経路51〜53には、第1の熱
交換部310の上流側に絞り331a〜333aがそれ
ぞれ配置され、第2の熱交換部320の下流側に絞り3
31b〜333bがそれぞれ配置されている。これらの
絞り331a〜333bとして、例えば、オリフィス、
キャピラリチューブ、膨張弁などを用いることができ
る。
区画310、320を流れる再生空気同士が互いに対向
して流れるように構成されている。ここで、第1の区画
310では、再生空気の流れの上流側から下流側に向け
て冷媒経路51、52、53がこの順番で配列されてお
り、第2の区画320では、再生空気の流れの下流側か
ら上流側に向けて冷媒経路51、52、53がこの順番
で配列されている。
ける分岐冷媒経路51〜53を示す拡大図である。分岐
冷媒経路51〜53は、第1の熱交換部310と第2の
熱交換部320とを貫通する。即ち、分岐冷媒経路51
は、図15に示すように、凝縮器220側から順番に、
蒸発セクション251Aa、凝縮セクション252A
a、凝縮セクション252Ab、蒸発セクション251
Ab、蒸発セクション251Ac、凝縮セクション25
2Acを有している。また同様に、分岐冷媒経路52
は、蒸発セクション251Ba、凝縮セクション252
Ba、凝縮セクション252Bb、蒸発セクション25
1Bb、蒸発セクション251Bc、凝縮セクション2
52Bcを有し、分岐冷媒経路53は、蒸発セクション
251Ca、凝縮セクション252Ca、凝縮セクショ
ン252Cb、蒸発セクション251Cb、蒸発セクシ
ョン251Cc、凝縮セクション252Ccを有してい
る。
第3の実施の形態の場合と同様であるので説明を省略す
る。凝縮器220内で冷却されることによって点dで示
される状態になった冷媒液は、分岐冷媒経路51〜53
に分かれて熱交換器300eに流入するが、まず、冷媒
経路52を通る冷媒について説明する。冷媒経路52に
流入した冷媒液は、絞り332aで減圧され、第1の熱
交換部310の蒸発セクション251Baに流入する。
このときの状態は点eで示されており、一部の液が蒸発
して液とガスが混合した状態となっている。このときの
圧力は、凝縮器220の凝縮圧力と蒸発器210の蒸発
圧力との中間圧力であり、本実施の形態では、1.89
MPaと0.30MPaの間の値となる。
媒液が蒸発して、同圧力で飽和液線と飽和ガス線の中間
に位置する点f1の状態となる。この状態では液の一部
が蒸発しているが、冷媒液はかなり残っている。そし
て、点f1で示される状態の冷媒が、凝縮セクション2
52Ba及び252Bbに流入する。凝縮セクション2
52Ba及び252Bbでは、冷媒は第2の熱交換部3
20を流れる点Pの状態にある低温の空気により熱を奪
られ、点g1の状態に至る。
び251Bcに流入し、ここで熱を奪われ液相を増やし
て点f2の状態に至り、更に、凝縮セクション252B
cに流入する。凝縮セクション252Bcにおいて、冷
媒は液相を増やして点g2の状態に至る。点g2はモリ
エ線図では飽和液線上に位置しており、このときの冷媒
の温度は11℃、エンタルピは215.0kJ/kgで
ある。
の飽和圧力である0.30MPaまで減圧されて点qで
示される状態に至る。点qの状態における冷媒は、1℃
の冷媒液とガスの混合物として蒸発器210に至り、こ
こで点Vの状態にある空気から熱を奪い、蒸発して点a
で示される状態の飽和ガスとなる。この飽和ガスは再び
昇圧機260に吸入され、上述したサイクルが繰り返さ
れる。
蒸発セクション、凝縮セクション、絞り331bを通
り、点j、点i1、点k1、点i2、点k2で示される
状態を経て点lで示される状態に至る。冷媒経路53を
通る冷媒は、絞り333a、蒸発セクション、凝縮セク
ション、絞り333bを通り、点m、点n1、点o1、
点n2、点o2で示される状態を経て点rで示される状
態に至る。
発セクションでは点eから点f1、あるいは点g1から
点f2までといったように蒸発の状態変化を、凝縮セク
ションでは、点f1から点g1、あるいは点f2から点
g2までといったように凝縮の状態変化をしており、蒸
発伝熱と凝縮伝熱が行われているため、熱伝達率が非常
に高く、また熱交換効率が高い。
〜333b及び蒸発器210を含む圧縮ヒートポンプH
P5(図13では熱交換器300e及び周辺の冷媒・空
気経路以外は図示を省略)として考えると、本発明に係
る熱交換器300eを設けた場合には、同一冷却負荷に
対して昇圧機に循環するガス量を、ひいては所要動力を
第3の実施の形態と同様の大幅に小さくすることができ
る。即ち、サブクールサイクルと同様な作用を持たせる
ことができる。このように、本発明の除湿装置は、ヒー
トポンプHP5とエコノマイザ効果により、蒸発器21
0の入口の冷媒エンタルピが小さくなり、単位流量あた
りの冷媒の冷凍効果が高いため、除湿効果、及びエネル
ギ効率が高くなる。
が、本発明は上述の実施の形態に限定されず、その技術
的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されて
よいものである。例えば、各冷媒経路の第1の熱交換部
における蒸発セクションの数、第2の熱交換部における
凝縮セクションの数は図示のものに限られるものではな
い。また、第5の実施の形態における分岐冷媒経路の分
岐数は図示のものに限られるものではなく、冷媒経路を
何列に分岐させてもよい。
シカントロータ103の構造例を説明する。デシカント
ロータ103は、回転軸AX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。例えばチューブ状の乾燥エレメント103a
を、その中心軸が回転軸AXと平行になるように多数束
ねて構成されている。このロータ103は回転軸AX回
りに一方向に回転し、また処理空気Aと再生空気Bとが
回転軸AXに平行にそれぞれ流れ込み、そしてそれぞれ
流れ出るように構成されている。各乾燥エレメントは、
デシカントロータ103が回転するにつれて、処理空気
A及び再生空気Bと交互に接触するように配置される。
一般に処理空気Aと再生空気Bとは、回転軸AXに平行
に、それぞれ円形のデシカントロータ103のほぼ半分
の領域を、対向流形式で流れるように構成されている。
は、仕切板(図16には不図示)で分離されており、デ
シカントロータ103aは、その仕切板を横切って回転
し、乾燥エレメント103aは、処理空気Aと再生空気
Bとに交互に接触する。なお図中、乾燥エレメント10
3aを分かりやすく図示するために、ロータの一部を破
断して示してある。
に充填するとよい。デシカントローラ103は円盤状の
ロータの厚さ方向に、処理空気A及び再生空気Bが流れ
るように構成されている。
に冷却する蒸発器210と、再生空気Bを予冷却する熱
交換器300、300b、300c、300d、300
eの第1の区画310と、再生空気Bを加熱する凝縮器
220と、再生空気Bを予加熱する熱交換器300、3
00b、300c、300d、300eの第2区画の3
20とで同じ冷媒Cを用いるようにしたので、冷媒系が
単一に単純化され、また蒸発器210、凝縮器220間
の圧力差を利用できるため循環が能動的になり、さらに
予冷却、予加熱の熱交換に相変化を伴う沸騰現象を応用
できるようにしたので、効率を高くすることができる。
として説明したが、必ずしも空調空間に限らず、本発明
の除湿装置は、他の除湿を必要とする空間に応用するこ
ともできる。
し、再生空気で再生される水分吸着装置と、再生空気を
水分吸着装置の上流側で加熱する凝縮器と、再生空気を
水分吸着装置の下流側で露点以下の温度まで冷却する蒸
発器と、蒸発器で蒸発した冷媒を昇圧して凝縮器に送る
昇圧機と、水分吸着装置と蒸発器との間の流れる再生空
気と、蒸発器と凝縮器のとの間を流れる再生空気とを熱
交換させる熱交換器とを有するヒートポンプとを備え、
再生空気は循環利用されるように構成されている。よっ
て、蒸発器での冷却の前に熱交換手段により再生空気を
予冷できるし、その予冷の冷熱を、蒸発器で一旦冷却さ
れた再生空気から回収することができ、動作係数の高い
ヒートポンプを備えた除湿装置を提供することが可能と
なり、エネルギー消費量当たりの除湿能力の高い除湿装
置とすることができる。
るのではなく、水分吸着装置によって水分を除去される
ので氷点下以下の低い露点温度すなわち4g/kgDA
以下の低い絶対湿度の空気を得ることもできる。
Claims (8)
- 【請求項1】 処理空気の水分を吸着し、再生空気で水
分を脱着されて再生される水分吸着装置と; 冷媒を凝縮することによって前記再生空気を前記水分吸
着装置の上流側で加熱する凝縮器と、前記冷媒を蒸発す
ることによって前記再生空気を前記水分吸着装置の下流
側で露点以下の温度まで冷却する蒸発器と、前記蒸発器
で蒸発した前記冷媒を昇圧して前記凝縮器に送る昇圧機
と、前記水分吸着装置と前記蒸発器との間を流れる前記
再生空気と、前記蒸発器と前記凝縮器との間を流れる前
記再生空気とを熱交換させる第1の熱交換器とを有する
ヒートポンプとを備え; 前記再生空気は循環利用されるように構成されている; 除湿装置。 - 【請求項2】 前記第1の熱交換器は、前記凝縮器と前
記蒸発器とを接続して前記冷媒を流す細管群で構成さ
れ; 前記細管群は前記凝縮器で凝縮された前記冷媒を前記蒸
発器に導くように構成され、かつ前記水分吸着装置と前
記蒸発器との間を流れる前記再生空気と、前記蒸発器と
前記凝縮器との間を流れる前記再生空気とに交互に接触
するように構成されている; 請求項1に記載の除湿装置。 - 【請求項3】 前記第1の熱交換器は、前記水分吸着装
置と前記蒸発器との間で前記再生空気を流す第1の区画
と、前記蒸発器と前記凝縮器との間で前記再生空気を流
す第2の区画とを有し、前記細管群は前記凝縮器と第1
の絞りを介して接続され、かつ前記第1の区画と第2の
区画とを交互に繰り返し貫通した後、第2の絞りを介し
て前記蒸発器と接続されるように構成された; 請求項2に記載の除湿装置。 - 【請求項4】 前記第1の絞りを介して前記凝縮器と接
続され、前記第1の区画と第2の区画とを交互に繰り返
し貫通した後前記対応する第2の絞りを介して前記蒸発
器と接続されるように構成された前記細管群を複数備
え、且つ該複数の細管群それぞれに対応する前記第1の
絞りと前記第2の絞りとの組合せを複数備えた、請求項
3に記載の除湿装置。 - 【請求項5】 前記第1の区画と前記第2の区画とは、
前記各区画を流れる再生空気同士が互いに対向して流れ
るように構成され; 前記細管群は前記第1の区画と前記第2の区画内で、前
記再生空気の流れにほぼ直交する第1の面内に少なくと
も1対の第1の区画貫通部と第2の区画貫通部とを有
し、前記第1の面とは異なる前記再生空気の流れにほぼ
直交する第2の面内に少なくとも1対の第1の区画貫通
部と第2の区画貫通部とを有し、前記第1の面内から前
記第2の面内に移動する箇所に中間絞りを有する; 請求項3に記載の除湿装置。 - 【請求項6】 前記循環利用される再生空気の流路に配
置された、前記再生空気と他の流体と熱交換させる第2
の熱交換器を備える、請求項1乃至請求項5のいずれか
1項に記載の除湿装置。 - 【請求項7】 前記第2の熱交換器は、前記凝縮器と前
記第1の熱交換器とを接続して前記冷媒を流す第2の細
管群で構成され; 前記第2の細管群は前記凝縮器で凝縮された前記冷媒を
前記第1の熱交換器に導くように構成され、かつ前記水
分吸着装置と前記第1の熱交換器との間を流れる前記再
生空気と、前記他の流体とに交互に接触するように構成
されている; 請求項6に記載の除湿装置。 - 【請求項8】 前記他の流体は外気である、請求項6ま
たは請求項7に記載の除湿装置。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2001/004072 WO2002093081A1 (fr) | 2001-05-16 | 2001-05-16 | Deshumidificateur |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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