JP3924205B2 - ヒートポンプ及び除湿空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ及び除湿空調装置に関し、特に絞り機構の絞り度を増減しても蒸発器の運転に問題が起こらないヒートポンプと、冷房運転と除湿運転の両方に容易に対応できる除湿空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１０に示すような除湿空調装置があった。この装置は、冷媒Ｃを圧縮する圧縮機２６０と、圧縮された冷媒Ｃを外気Ｂで凝縮する凝縮器２２０と、凝縮した冷媒Ｃをソレノイドバルブを有するバイパス付き膨張弁２９１で減圧し、中間圧力で蒸発と凝縮を繰り返して行う熱交換器３００’’と、ここで凝縮した冷媒Ｃをソレノイドバルブを有するバイパス付き膨張弁２９２で減圧し、これを蒸発させて空調空間１０１からの処理空気Ａを露点温度に冷却する蒸発器２１０とを備える。
【０００３】
この装置では、除湿運転モード時には膨張弁２９２のバイパスソレノイドバルブを閉として熱交換器３００’’の蒸発と凝縮の圧力を凝縮器２２０の凝縮圧力と蒸発器２１０の蒸発圧力の中間圧力とする。また、冷房運転モード時には膨張弁２９２のソレノイドバルブを開として、熱交換器３００’’の圧力を蒸発器２１０の蒸発圧力と等しくすることにより、熱交換器３００’’を蒸発器の一部として作動させる。
したがって除湿運転モード時には、熱交換器３００’’は、蒸発器２１０で露点温度に冷却される前後の処理空気同士の間で、冷媒を媒体として熱交換を行う。このようにして、蒸発器２１０で露点に冷却された処理空気Ａは、熱交換器３００’’で再熱される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の除湿空調装置では、冷房運転時には処理空気を冷却するための伝熱面積は蒸発器２１０と熱交換器３００’’の合計面積になる。一方、除湿運転時には処理空気を露点温度に冷却して水分を除去するための伝熱面積は、蒸発器２１０だけになる。したがって、圧縮機２６０からの冷房運転に適した大きい冷媒の体積流量（圧縮機おしのけ量）を受けて蒸発器２１０の蒸発温度が低下し、着霜等の問題が起こりやすい。また冷却容量を冷房負荷がまかなえるように決めると、容量が除湿負荷に必要な容量に比べて過大となり、圧縮機２６０の発停頻度が高くなり勝ちという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、絞り機構の絞り度を増減しても蒸発器の運転に問題が起こらないヒートポンプと、冷房運転と除湿運転の両方に容易に対応できる除湿空調装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【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に係る発明によるヒートポンプＨＰ１は、例えば図１に示されるように、冷媒を昇圧する昇圧機２６０と；前記冷媒を凝縮して高熱源流体Ｂを加熱する凝縮器２２０と；前記冷媒を蒸発して低熱源流体Ａを冷却する蒸発器２１０と；凝縮器２２０と蒸発器２１０とを接続する冷媒経路中に設けられた、凝縮器２２０の凝縮圧力と蒸発器２１０の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒の蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により低熱源流体Ａを冷却し、前記中間圧力凝縮により低熱源流体Ａを加熱する熱交換手段３００と；熱交換手段３００と蒸発器２１０との間の前記冷媒経路中に設けられた、絞り度が増減可能な第１の絞り機構２９２と；凝縮器２２０と熱交換手段３００との間の前記冷媒経路中に設けられた第２の絞り機構２９１と；第１の絞り機構２９２の絞り度の増減に対応して蒸発器２１０を通過する冷媒流量を増減する第１のコントローラ５０１を備え；低熱源流体Ａは、熱交換手段３００での冷却と蒸発器２１０での冷却と熱交換手段３００での加熱とをこの順番で受けるように構成されている。
【０００７】
第２の絞り機構も典型的には絞り度が増減可能である。絞り度の増減は典型的には開口面積の増減により行うが、例えばキャピラリチューブの長短、直列に配置した絞りの個数の増減等によるものであってもよい。また、蒸発器を通過する冷媒流量の増減は、典型的には昇圧機駆動用駆動機の回転数を可変とすることにより行う。例えばモータをインバータモータとし、コントローラはインバータの出力周波数を調節するコントローラである。昇圧機の回転数を変えると、例えば低くすると、昇圧機の吸い込み体積流量（おしのけ量）が小さくなり、蒸発器の蒸発圧力が低くなり過ぎるのを防止することができる。
【０００８】
絞り度の増減、冷媒流量の増減は、典型的には低熱源流体から高熱源流体へ移動する熱量に応じて行われる。
【０００９】
このように構成すると、第１の絞り機構の絞り度の増減に対応して蒸発器を通過する冷媒流量を増減する第１のコントローラを備えるので、第１の絞り機構の絞り度の増減に対応する運転形態に合致した冷媒流量に調節することができる。
【００１０】
さらに、請求項１に記載のヒートポンプでは、第１の絞り機構２９２の絞り度は、前記中間の圧力が蒸発器２１０の蒸発圧力とほぼ同じになるに十分な絞り度まで減少可能に構成されている。
【００１１】
このように構成すると、第１の絞り機構の絞り度は、前記中間の圧力が蒸発器の蒸発圧力とほぼ同じになるに十分な絞り度まで減少可能（開口で言えばこれを大にすることが可能）に構成されているので、熱交換手段３００を蒸発器２１０とあわせて、蒸発器の一部として作用させることができる。
【００１２】
さらに、請求項１に記載のヒートポンプでは、第１のコントローラ５０１は、前記冷媒流量を最大設定流量以下で調節可能に構成され、第１の絞り機構２９２が前記十分な絞り度である運転の際の前記冷媒流量を第１の設定最大流量以下で調整可能に、また第１の絞り機構２９２が前記十分な絞り度よりも絞られた運転の際の前記冷媒流量を第２の設定最大流量以下で調整可能に構成され、前記第２の設定最大流量は前記第１の設定最大流量よりも、小さいように構成されている。
【００１３】
このように構成すると、第２の設定最大流量は第１の設定最大流量よりも小さいので、第１の絞り機構が十分な絞り度よりも絞られた運転の際の冷媒流量が過大とならないようにすることができる。
【００１４】
また、請求項１に記載のヒートポンプでは、第２の絞り機構２９１は絞り度が増減可能に構成され、前記冷媒流量は前記最大設定流量以下の範囲で第２の絞り機構２９１の絞り度に対応して増減する第２のコントローラ５０１を備えてもよい。ここで、第１と第２のコントローラは別のコントローラであってもよいし、同じコントローラとして構成されていてもよい。
【００１５】
また請求項１に記載のヒートポンプでは、昇圧機２６０を駆動するインバータモータ５０２、５０５を備え；前記冷媒流量の増減はインバータモータ５０２、５０５の回転数を調節することにより行うように構成されていてもよい。
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明による除湿空調装置２１は、例えば図１に示されるように、冷媒Ｃを昇圧する昇圧機２６０と；冷媒Ｃを凝縮して高熱源流体Ｂを加熱する凝縮器２２０と；冷媒Ｃを蒸発して処理空気Ａを露点温度まで冷却する蒸発器２１０と；凝縮器２２０と蒸発器２１０とを接続する冷媒経路中に設けられた、凝縮器２２０の凝縮圧力と蒸発器２１０の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Ｃの蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により処理空気Ａを冷却し、前記中間圧力凝縮により処理空気Ａを加熱する熱交換手段３００と；熱交換手段３００と蒸発器２１０との間の前記冷媒経路中に設けられた、絞り度が増減可能な第１の絞り機構２９２と；凝縮器２２０と熱交換手段３００との間の前記冷媒経路中に設けられた第２の絞り機構２９１と；第１の絞り機構２９１の絞り度の増減に対応して前記蒸発器２１０を通過する冷媒流量を増減する第１のコントローラ５０１を備え；処理空気Ａは、熱交換手段３００での冷却と蒸発器２１０での冷却と熱交換手段３００での加熱とをこの順番で受けるように構成してもよい。
【００１７】
前記目的を達成するために、請求項２に係る発明による除湿空調装置２１は、例えば図１に示されるように、冷媒Ｃを昇圧する昇圧機２６０と；冷媒Ｃを凝縮して高熱源流体Ｂを加熱する凝縮器２２０と；冷媒Ｃを蒸発して処理空気Ａを露点温度まで冷却する蒸発器２１０と；凝縮器２２０と蒸発器２１０とを接続する冷媒経路中に設けられた、凝縮器２２０の凝縮圧力と蒸発器２１０の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Ｃの蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により処理空気Ａを蒸発器２１０に入る前に冷却し、前記中間圧力凝縮により処理空気Ａを蒸発器２１０を出た後に加熱する熱交換手段３００とを備え；熱交換手段３００によって処理空気Ａを冷却した後熱交換手段３００によって加熱する第１の運転形態と、熱交換手段３００を蒸発器２１０とほぼ同じ圧力で冷媒Ｃを蒸発させるように切り替えることによって処理空気Ａを冷却する第２の運転形態とを切り替え可能に構成し；さらに、前記運転形態の切り替えに対応して蒸発器２１０を通過する冷媒流量を増減する第１のコントローラ５０１を備える。
【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あるいは類似符号を付し、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ヒートポンプＨＰ１とそれを備える、本発明の除湿空調装置の一例である除湿空調装置２１のフロー図である。この除湿空調装置２１は処理空気Ａをその露点温度に冷却して水分を除いた後に再熱して除湿する除湿運転と、主として顕熱を奪う冷房運転ができる除湿空調装置２１である。ここで、「処理空気Ａをその露点温度に冷却して除湿」というとき、処理空気Ａは多少過冷却されることがあるがこのときは「露点温度以下に冷却して除湿」となるが、この概念も含むものとする。また露点温度に冷却されて水分が除かれた空気は当初の空気よりも露点温度が低下するので、当初の露点温度を基準にすると「露点温度以下に冷却して除湿」となるが、この概念も含む。
【００２０】
図１を参照して、第１の実施の形態であるヒートポンプＨＰ１及びそれを備える除湿空調装置２１の構成を説明する。この除湿空調装置２１は、蒸発器２１０によって低熱源流体としての処理空気Ａの湿度を下げ、処理空気Ａ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。
【００２１】
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、熱交換手段としての熱交換器３００の第１の区画３１０、経路１０８、処理空気Ａをその露点温度以下に冷却する蒸発器２１０、経路１０９、熱交換器３００の第２の区画３２０、経路１１０、経路１１０に接続された処理空気Ａを循環するための送風機１０２、経路１１１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。図中、除湿空調装置２１から空調空間１０１に供給される空気をＳＡ、空調空間１０１から除湿空調装置に戻る空気をＲＡとして示してある。
【００２２】
また、屋外ＯＡから高熱源流体としての冷却空気（外気）Ｂの経路に沿って、経路１２４、冷媒Ｃを冷却して凝縮させる凝縮器２２０、経路１２５、冷却空気Ｂを送風するための送風機１４０、経路１２６とこの順番で配列され、そして屋外ＯＡに排気ＥＸするように構成されている。
【００２３】
次に蒸発器２１０から冷媒Ｃの経路に沿って、ヒートポンプＨＰ１の機器構成を説明する。図中蒸発器２１０、経路２０４、蒸発器２１０で蒸発してガスになった冷媒Ｃを圧縮する（昇圧する）昇圧機としての圧縮機２６０、経路２０１、凝縮器２２０、経路２０２、絞り３３０、熱交換器３００の第１の区画３１０を流れる処理空気Ａを冷却する蒸発セクション２５１、熱交換器３００の第２の区画３２０を流れる処理空気Ａを加熱（再熱）する凝縮セクション２５２、経路２０３、絞り２５０がこの順番で配列され、そして再び蒸発器２１０に戻るようにして、ヒートポンプＨＰ１が構成されている。
【００２４】
なお、蒸発セクション２５１は第１の区画３１０中を蛇行するチューブで形成され、凝縮セクション２５２は第２の区画３２０中を蛇行するチューブで形成されている。本実施の形態では、蒸発セクション２５１は第１の区画３１０を複数回蛇行した後、凝縮セクション２５２に接続される。凝縮セクション２５２は第２の区画３２０を複数回蛇行した後、経路２０３に接続される。図中、各セクションは、処理空気Ａの流れに沿った面内で蛇行するように示されているが、実際は処理空気Ａの流れに直交する面内で蛇行するようにするとよい（図３参照）。但し、直交する面を複数設けて蛇行層が複数あるようにしてもよい。
【００２５】
このように蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とを連続した伝熱チューブで形成し、蒸発セクション２５１を第１の区画３１０内で複数回十分に蛇行させた後に、即ち内部を流れる冷媒を蒸発させた後に、凝縮セクション２５２を第２の区画内で複数回蛇行させる構成にすると、蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２を接続する配管が１本乃至は最小限（２〜４本）の本数で足りるので、第１の区画３１０と第２の区画３２０とを離間して設置し易い（図３（ｂ）（ｃ）参照）。
【００２６】
なお、冷媒Ｃの経路２０２に絞り３３０をバイパスする経路２０２Ａを設け、経路２０２Ａに絞り３３５とソレノイドバルブ３３６を直列に設けてある。また、冷媒Ｃの経路２０３に絞り２５０をバイパスする経路２０３Ａを設け、経路２０３Ａにソレノイドバルブ２５３を設けてある。絞り３３０と、絞り３３５と、ソレノイドバルブ３３６とを含んで第２の絞り機構２９１が構成され、絞り２５０とソレノイドバルブ２５３を含んで第１の絞り機構２９２が構成されている。ソレノイドバルブ２５３が開となると、開口面積は経路２０３の断面積にほぼ等しくなるように形成されている。言い替えれば、ソレノイドバルブ２５３が開となったときは、第１の絞り機構２９２の絞り度が減って（開口面積が増えて）、実質的に絞りとしては作用しない程度に大きい開口を有することになる。
【００２７】
ソレノイドバルブ３３６を開とした場合は、第２の絞り機構２９１を開口面積が大きい絞りを形成するように設定した場合（絞り３３０の開口面積、プラス絞り３３５の開口面積）である。このとき第２の絞り機構の絞り度は減って、即ち開口が大きくなる。ソレノイドバルブ３３６を閉とした場合は、第２の絞り機構２９１を開口面積が小さい絞りを形成するように設定した場合（絞り３３０の開口面積）である。このとき第２の絞り機構の絞り度は増えて、即ち開口が小さくなる。
【００２８】
言い替えれば、ソレノイドバルブ２５３を開とした場合は、第１の絞り機構２９２の開口面積を大きくし、第１の絞り機構２９２が実質的に絞りを形成しないように設定した場合である。ソレノイドバルブ２５３を閉とした場合が、第１の絞り機構２９２の開口面積を小さくし、第１の絞り機構２９２が絞りを形成するように設定した場合である。
【００２９】
ここで、熱交換器３００の構成を説明する。熱交換器３００は、蒸発器２１０に流入する前後の処理空気Ａ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。
【００３０】
この熱交換器３００は、蒸発器２１０を通過する前の処理空気Ａを流す第１の区画３１０と、蒸発器２１０を通過した後の処理空気Ａ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。両区画は、双方を流れる処理空気が混合しないように隔壁３０１、３０２が設けられており、熱交換チューブである蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とを接続する配管２０２Ｂはこの２つの区画の隔壁を貫通している。
【００３１】
図中、蒸発器２１０に導入される前の処理空気Ａは、右方から経路１０７を通して、第１の区画３１０に供給され、左方から経路１０８を通して出て行く。また蒸発器２１０を通して露点温度（以下）に冷却され絶対湿度の低下した処理空気Ａは、図中左方から経路１０９を通して第２の区画３２０に供給され、その右方から経路１１０を通して出て行く。
【００３２】
本実施の形態の除湿空調装置２１は、戻り空気ＲＡの経路１０７に湿度検出器５０３と温度検出器５０４とを備える。また圧縮機２６０は交流電動機５０５により駆動されるように構成され、交流電動機５０５は周波数変換器であるインバータＩＮＶ５０２から交流電力を供給される。また、除湿空調装置２１を制御するコントローラ５０１を備えている。
【００３３】
コントローラ５０１は、湿度検出器５０３、温度検出器５０４、インバータＩＮＶ５０５、ソレノイドバルブ２５３、３３６と信号配線で接続されている。
【００３４】
図２のブロック図を参照して、コントローラ５０１を説明する。コントローラ５０１は所謂マイコンで構成するとよい。コントローラ５０１は、制御部５０１Ａとメモリー部５０１Ｄを含んで構成される。制御部５０１Ａは、モード選択モジュール５０１Ｂとインバータ制御モジュール５０１Ｃを含んで構成される。
【００３５】
モード選択モジュール５０１Ｂは、湿度検出器５０３からの信号及び温度検出器５０４からの信号に基き除湿運転モードを選択すべきか冷房運転モードを選択すべきか判定し、その判定結果に従ってソレノイドバルブ２５３及び３３６に開閉を指示する信号を送信する。即ち、湿度が高く温度（気温）が比較的低いときは除湿運転モードを選択し、ソレノイドバルブ２５３を閉じ、またソレノイドバルブ３３６を閉じる。
【００３６】
ソレノイドバルブ２５３を閉じると、熱交換器３００と蒸発器２１０との間の冷媒配管は、絞り２５０を介して接続されることになり、熱交換器３００における蒸発圧力及び凝縮圧力は中間圧力となる。
【００３７】
温度（気温）が比較的高いときは冷房運転モードを選択し、ソレノイドバルブ２５３を開き、またソレノイドバルブ３３６も開く。特に日本の気候では、気温の高いときは、通常は絶対湿度も高い。このときは冷房運転モードを選択して、顕熱と潜熱の両方を積極的に奪うのがよい。
【００３８】
なお、除湿運転モード、冷房運転モードの選択は、モード選択モジュールによらず、手動で行ってもよい。湿度の高い低いは個人的好みもある。また、湿度や温度にかかわらず、強制的にとにかく温度を下げたい場合や、室内を強制的に乾燥させるためにとにかく湿度を下げたい場合もあるからである。
【００３９】
ソレノイドバルブ２５３を開にすると、熱交換器３００と蒸発器２１０との間の冷媒配管は、実質的に絞り無しで接続されることになり、熱交換器３００内の伝熱チューブ内の圧力は蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２共に蒸発器２１０の蒸発圧力と実質的に等しくなり、熱交換器３００も蒸発器２１０と共に蒸発器として作用する。
【００４０】
インバータ制御モジュール５０１Ｃは、インバータＩＮＶ５０２の周波数を調節する。メモリー部には、交流電動機５０５の最高回転数を記憶している。この値は、コントローラ５０１に備えられた不図示の最高回転数設定入力部から自由に変更し設定することもできる。
【００４１】
モード選択モジュール５０１Ｂは、モードを選択すると選択されたモードに応じて、除湿運転モード時最高回転数５０１Ｅ又は冷房運転モード時最高回転数５０１Ｆをメモリー部５０１Ｄから読み出して指定する。インバータ制御モジュール５０１Ｃは、指定された最高回転数を上限として、インバータＩＮＶ５０２の周波数出力を調節する。即ち、電動機５０５の回転数を調節する。この調節により、圧縮機２６０の冷媒おしのけ量（圧縮機がピストンを有する往復動圧縮機の場合、おしのけ量はピストンの１ストローク分の体積と回転数（回転速度）により定まる）を第２の最大流量である除湿時最大流量を上限として調整ができる。同様にして、冷房運転モードでは、圧縮機２６０の冷媒おしのけ量を第１の最大流量である冷房時最大流量を上限として調整ができる。除湿運転モード時最高回転数５０１Ｅは、冷房運転モード時最高回転数５０１Ｆよりも低く設定されている。この場合、おしのけ量の調整に伴って冷媒の質量流量も調整されている。
【００４２】
このようにして、例えば除湿運転モードの運転では、絞り機構２９２の絞り度に対応する開度（絞り度の逆数）を小さくしたのに対応して、圧縮機２６０の冷媒おしのけ量を減らして低くするので、蒸発器２１０の蒸発圧力が低下するのを防止し、例えば蒸発器２１０への霜付きを防止することができる。圧縮機２６０のおしのけ量は、運転モードに対応して増減すると言い換えてもよい。
【００４３】
圧縮機２６０は、それぞれの運転モードの最高回転数で一定回転数運転をし、冷房運転モードでは冷え過ぎ、除湿運転モードでは乾きすぎになったら運転を停止するという、オン・オフ運転をしてもよいし、最高回転数を上限として、冷房運転モードでは温度が所定の設定値になるように、また除湿運転モードでは湿度が所定の設定値になるように、それぞれ回転数を変える回転数制御をしてもよい。
【００４４】
またバルブ３３６は、オン・オフのソレノイドバルブとして説明したが、冷房負荷、あるいは除湿負荷に応じて絞り度を調節できる調節弁としてもよい。このときは絞り３３５はなくてもよい。
【００４５】
圧縮機２６０は、回転数可変の電動機で駆動する容積型（例えばピストンとシリンダを有する往復動型）圧縮機とし、回転数を上下することにより冷媒流量（おしのけ量）を増減するものとして説明したが、複数の気筒を有するものとし、使用する気筒数を増減することにより冷媒おしのけ量を増減し調節するようにしてもよい。また複数台の圧縮機を備え、運転台数を増減することにより調節するものとしてもよい。さらに大型の除湿空調装置では、遠心圧縮機とし、入口ベーンコントロール又は入口ダンパコントロールにより調節するものとしてもよい。
【００４６】
次に図３の除湿空調装置の設置状態を示す模式的側面図と熱交換器の斜視図を参照して、蒸発器２１０と熱交換器３００の構成例を具体的に説明する。（ｂ）（ｃ）に示すように、伝熱チューブ（細管）で構成される蒸発セクション２５１は多数のプレートフィンを貫通して配置されている。そして最も外側のフィンの外側でＵチューブ（ユーチューブ）により互いに接続されている。このようにして、伝熱チューブは第１の区画３１０を蛇行しながら複数回貫通している。
【００４７】
第１の区画３１０は、長方形のプレートフィンを多数平行に並べることにより形成される直方体の空間である。また、そのプレートフィンと細管群を収納する直方体空間の外面をプレート製のハウジングで囲むようにするとよい。ただしそのハウジングの対向する２つの面は開口しており、該開口を処理空気が通過する。
【００４８】
同様に、伝熱チューブである凝縮セクション２５２は、第２の区画３２０を蛇行しながら複数回貫通している。第２の区画３２０も第１の区画３１０と同様な構造を有する直方体の空間である。
【００４９】
蒸発セクション２５１の端部と凝縮セクション２５２の端部とは、配管２０２Ｂで接続されている。本実施の形態では、配管２０２Ｂは、蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２を構成する連続したチューブの一部として構成されている。
【００５０】
以上説明したように、冷媒流路である蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２は、それぞれ蛇行する細管群を構成している。このようにして、蒸発セクション２５１から凝縮セクション２５２を、全体として一方向に流れる冷媒Ｃは、細管群中を蛇行して流れながら、蒸発セクション２５１で蒸発し凝縮セクション２５２で凝縮する間に、第１の区画３１０を流れる温度の高い処理空気Ａからの熱を第２の区画３２０を流れる温度の低い処理空気Ａに伝える。
【００５１】
蒸発器２１０も同様に、伝熱チューブが多数の長方形のプレートフィンを貫通して構成されている。その構成は第１の区画３１０、第２の区画３２０と同様に直方体の空間として構成されている。そして最も外側のフィンの外側でＵチューブ（ユーチューブ）により接続されている。このようにして、伝熱チューブはフィンを蛇行しながら複数回貫通している。
【００５２】
本実施の形態では、蒸発セクション２５１、凝縮セクション２５２が、それぞれ処理空気Ａの流れに直交する１つの平面内に蛇行して配置された１層の細管群として構成されているのに対して、蒸発器２１０は、処理空気Ａの流れに直交する２つの平面内に蛇行して配置された２層の細管群として構成されている。但しこれに限らず、層数は伝熱量に応じて決めればよい。また、熱交換器３００と蒸発器２１０における細管群の伝熱面積の配分は、後で説明するように潜熱負荷と顕熱負荷との割合に応じて決めればよい。
【００５３】
また、蒸発器２１０は第１の区画３１０と第２の区画３２０との間に配置されている。このように配置すると、１つの直方体空間を３つに分割して、それぞれを第１の区画３１０、蒸発器２１０、第２の区画３２０として構成することができ、構造が単純になる。各区画３１０、３２０と蒸発器２１０との間では、フィンは図示のように不連続となるように切れ目を入れるのが好ましい。隣り合う各部の温度が異なるからである。
【００５４】
この構成では、細管群は等間隔でフィンに貫通させて拡管してフィンに固定し、各細管の間は単純なＵチューブで接続し、各区画３１０、３２０間、また蒸発器２１０との間は、１本又は少数の配管（あるいは細管の一部）で接続すればよいので、構成が単純で、製造も容易である。
【００５５】
次に（ａ）の模式的断面図を参照して、以上説明した除湿空調装置を空調空間１０１の空調機として応用した例を説明する。空調空間１０１中即ち室内に設置される室内機中には、第１の区画３１０、蒸発機２１０、第２の区画３２０が一体で形成された熱交換器組立と、戻り空気ＲＡ、供給空気ＳＡを循環させる送風機１０２が収納されている。送風機１０２としてはクロスフローファンを用いると室内機をコンパクトにまとめることができる。第１の区画３１０の戻り空気ＲＡの流れの上流側には除塵フィルタが設けられている。
熱交換器３００、蒸発器２１０の下方にはドレンパン４５０が備えられ、ドレンパン４５０からはドレンパイプが屋外に導かれている。
【００５６】
戻り空気ＲＡはフィルタを通って除塵され、第１の区画３１０で予冷され、蒸発器２１０でさらに冷却されて除湿され飽和空気となる。この飽和空気は第２の区画３２０で再熱されて適度な絶対湿度で適度な温度の即ち適度な相対湿度の供給空気ＳＡとして、送風機１０２により空調空間１０１に供給される。すなわち処理空気は、（各区画と蒸発器との間に切れ目はあるものの）一見すると通常の冷房用フィンチューブ熱交換器に見える一塊のプレートフィンと細管群を一方向に通過する間に、予冷、水分除去、再熱の３つのプロセスが一気に行われ、適度な湿度と温度の供給空気ＳＡとなる。
【００５７】
空調空間１０１外に設置される室外機中には、凝縮器２２０、圧縮機２６０、送風機１４０が収納されている。そして、凝縮器２２０と第１の区画３１０の蒸発セクション２５１とは配管２０２で接続され、蒸発器２１０と圧縮機２６０とは配管２０３で接続されている。即ち、室内機と室外機とは２本の配管２０２と２０３だけで接続されている。なお本図では、絞り機構２９１、２９２は図示を省略してある。
【００５８】
次に先ず図１を参照して、各機器間の冷媒Ｃの流れを説明し、続けて図４に示すヒートポンプＨＰ１の第１の運転形態としての除湿運転モード時の冷媒モリエ線図を参照して、ヒートポンプＨＰ１の作用を説明する。
【００５９】
図１において、先ず第１の運転形態としての除湿運転モード時の場合を説明する。このときは、ソレノイドバルブ３３６は閉、ソレノイドバルブ２５３も閉とする。圧縮機２６０により圧縮された冷媒ガスＣは、圧縮機２６０の吐出口に接続された冷媒ガス配管２０１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、冷却空気としての外気Ｂで冷却され凝縮する。
【００６０】
凝縮器２２０の冷媒出口は、熱交換器３００の蒸発セクション２５１の入り口に冷媒経路２０２により接続されている。冷媒経路２０２の途中、蒸発セクション２５１の入り口近傍には、絞り３３０が冷媒経路２０２に、冷媒経路の絞り３３０をバイパスするバイパス経路２０２Ａには絞り３３５及びソレノイドバルブ３３６が直列に設けられ、ソレノイドバルブ３３６は閉となっている。ソレノイドバルブ３３６が閉であるのは、後述のように、通常は除湿運転モードでは必要な冷媒流量は冷房運転モードよりも少ないからである。
【００６１】
凝縮器２２０を出た液冷媒Ｃは、絞り３３０で減圧され、膨張して一部の冷媒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、蒸発セクション２５１に到り、ここで液冷媒Ｃはプレートフィンを貫通しながら蛇行する蒸発セクション２５１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、蒸発器２１０に流入する前の処理空気Ａを冷却（予冷）する。
【００６２】
蒸発セクション２５１である程度蒸発し、ガスと液の混合物となった冷媒は、配管２０２Ｂに導かれて、凝縮セクション２５２に流入する。第２の区画３２０を流れる処理空気Ａ、即ち第１の区画３１０で予冷された後に蒸発器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処理空気Ａを加熱（再熱）し、冷媒自身は熱を奪われ凝縮する。本実施の形態では蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とは一連のチューブ（Ｕチューブを含む）で形成されている。すなわち一体の流路として構成されているので、蒸発セクション２５１で蒸発した冷媒ガスＣ（及び蒸発しなかった冷媒液Ｃ）は、凝縮セクション２５２に流入して凝縮することにより、物質移動と同時に熱移動を行う。
【００６３】
熱交換器３００の最後の凝縮セクション２５２の出口側は、冷媒液配管２０３により、蒸発器２１０に接続され、冷媒配管２０３中には膨張弁２５０、膨張弁２５０をバイパスするソレノイドバルブ２５３が設置されている。
【００６４】
凝縮セクションで凝縮した冷媒液Ｃは、絞り２５０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、その蒸発熱で処理空気Ａ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。ソレノイドバルブ２５３は閉となっているので、冷媒液Ｃはソレノイドバルブ２５３を通過しない。なお、除湿運転モードでは、コントローラ５０１はソレノイドバルブ２５３を閉とし第１の絞り機構２９２の絞り度を増（開口面積が小）に切り替えているので、それに対応して圧縮機２６０の冷媒のおしのけ量を減らすように、駆動インバータモータ５０５の回転数を下げる。蒸発器２１０の蒸発圧力が適正となり、蒸発器を通過する冷媒流量としての冷媒質量流量も減る。
【００６５】
蒸発器２１０で蒸発してガス化した冷媒Ｃは、経路２０４を通して圧縮機２６０の吸込側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。
【００６６】
図中、熱交換器３００の蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２内の冷媒Ｃの挙動を説明する。先ず蒸発セクション２５１には、液相及び気相の冷媒Ｃが流入する。一部が気化した、気相を僅かに含む冷媒液Ｃであってもよい。この冷媒Ｃは、蒸発セクション２５１を流れる間に、処理空気Ａを予冷し自身は加熱され気相を増やしながら凝縮セクション２５２に流入する。凝縮セクション２５２では、冷却除湿されることにより蒸発セクション２５１の処理空気Ａよりも温度の低くなった処理空気Ａを加熱し、自身は熱を奪われ気相冷媒Ｃを凝縮させる。このように冷媒Ｃは気相と液相の相変化をしながら冷媒流路を流れ、蒸発器２１０で冷却される前の処理空気Ａと、蒸発器２１０で冷却されて絶対湿度を低下させた処理空気Ａとの間で熱交換させる。
【００６７】
第２の運転形態としての冷房運転の場合は、ソレノイドバルブ３３６を閉から開として絞り３３５に冷媒Ｃが流れるようにし、ソレノイドバルブ２５３を閉から開として冷媒Ｃが絞り２５０の前後で圧力低下を起こさないようにし、第１の運転形態としての除湿運転から、第２の運転形態としての冷房運転に運転形態を切り替える。ソレノイドバルブ２４３を開にするのと対応して、圧縮機２６０の運転回転数を上げて冷媒おしのけ量を増やす。蒸発器２１０の蒸発圧力が適正となり、蒸発器を通過する冷媒流量としての冷媒質量流量も増える。
【００６８】
こうすることにより、絞り２５０前後の冷媒Ｃの圧力低下をほぼゼロとし、配管圧損を除いた冷媒Ｃの圧力低下を絞り３３０と３３５で発生させることができ、熱交換器３００の凝縮セクション２５２と、蒸発セクション２５１における冷媒Ｃの圧力が、蒸発器２１０における冷媒Ｃの圧力にほぼ等しくなり、蒸発器２１０に加えて凝縮セクション２５２と、蒸発セクション２５１においても冷媒Ｃの蒸発が発生する。よって、蒸発の伝熱面積が増えるので冷房能力すなわち顕熱処理能力を増加させることができる。
【００６９】
そして、除湿運転モード時では、熱交換器３００を蒸発器２１０を通過する前後の処理空気Ａのレヒート熱交換器として使うことによって冷却による結露水分量を冷房運転モード時より増やし、冷房運転モード時より除湿能力すなわち潜熱処理能力を増加させることができる。これによって、除湿運転モード時では、冷房運転モード時より速やかに湿度を下げることができ、いわゆる低顕熱比の湿度の高い室内空調負荷にも対応できる。
またさらに、除湿運転モード時には送風機１０２による送風量を冷房運転モード時よりも減らすことにより、結露水分量を冷房運転モード時より増やすようにしてもよい。そのために、送風機１０２も不図示の可変速モータにより駆動して、回転数の増減制御が可能に構成するとよい。
【００７０】
本第１の実施の形態の除湿空調装置を、家庭用のエアコンに適用した場合、除湿運転を行うことによって、梅雨時や夏期夜間の就寝時に室内が冷えすぎることなく、低湿度で快適な環境を作ることができる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態の除湿空調装置は、空調負荷の顕熱比が可変であり、しかも除湿運転、冷房運転いずれの運転形態においても省エネルギーな運転ができる。
【００７２】
以上の説明では、圧縮機駆動用電動機５０５の回転数制御により冷媒流量を調節し、冷房負荷、除湿負荷に対応するものとしたが、併せて電動機ひいては圧縮機のオン・オフにより、回転数制御を超えた調節ができるようにして、幅広い負荷変動に対応するように構成してもよい。
【００７３】
次に図４のモリエ線図を参照して、ヒートポンプＨＰ１の除湿運転モード時の作用を説明する。なお、機器等については適宜図１を参照する。図４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。この他に、本発明のヒートポンプ、除湿空調装置に適した冷媒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。
【００７４】
図中、点ａは蒸発器２１０の冷媒出口の状態であり、冷媒Ｃは飽和ガスの状態にある。圧力は０．３４ＭＰａ、温度は５℃、エンタルピは４００．９ｋＪ／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０．９４ＭＰａであり、過熱ガスの状態にある。
【００７５】
この冷媒ガスＣは、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０．９４ＭＰａ、温度は３８℃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２５０．５ｋＪ／ｋｇである。
【００７６】
この冷媒液Ｃは、絞り３３０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。圧力は、本発明の中間圧力であり、本実施例では０．３４ＭＰａと０．９４ＭＰａとの中間の値となる。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。
【００７７】
蒸発セクション２５１内で、前記中間圧力下で冷媒液Ｃ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。ここでは液の一部が蒸発しているが、冷媒液Ｃはある程度残っている。
【００７８】
点ｆで示される状態の冷媒Ｃ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Ｃは第２の区画３２０を流れる低温の処理空気Ａにより熱を奪われ、点ｇに到る。
【００７９】
点ｇはモリエ線図では飽和液線上にある。温度は１８℃、エンタルピは２２３．３ｋＪ／ｋｇである。
【００８０】
点ｇの冷媒液Ｃは、絞り２５０で、温度５℃の飽和圧力である０．３４ＭＰａまで減圧され、点ｊに到る。この点ｊの冷媒Ｃは、５℃の冷媒液Ｃと冷媒ガスＣの混合物として蒸発器２１０に到り、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。
【００８１】
以上説明したように、熱交換器３００内では、冷媒Ｃは蒸発セクション２５１では点ｅから点ｆまでと蒸発の状態変化を、凝縮セクション２５２では点ｆから点ｇ１までと凝縮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くまた熱交換効率が高い。
【００８２】
さらに、圧縮機２６０、凝縮器２２０、絞り３３０、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２２０における点ｄの状態の冷媒Ｃを、絞りを介して蒸発器２１０に戻すため、蒸発器２１０で利用できるエンタルピ差は４００．９−２５０．５＝１５０．４ｋＪ／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、４００．９−２２３．３＝１７７．６ｋＪ／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１５％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。
【００８３】
次に、ヒートポンプＨＰ１の冷房運転モード時の作用を説明する。図中点ｄまでは除湿運転モード時と同様であるので点ｄまでの説明は省略する。凝縮器２２０を出た、冷媒Ｃは絞り３３０を通過する。絞りを通過すると圧力は０．９４ＭＰａから０．３４ＭＰａまで減少し、図中点ｄから点ｊ’に移行する。この点ｊ’のエンタルピは、２５０．５ｋＪ／ｋｇで、温度は５℃である。そして冷媒は熱交換器３００、蒸発器２１０で蒸発し点ａに至る。
【００８４】
図５の棒グラフを参照して除湿負荷と冷房負荷につき説明する。図示のように、特に日本のような温帯や亜熱帯地方における気候では、空調負荷のうち除湿負荷（潜熱負荷）の最大値は盛夏でも雨季でもそれほどの差はない。一方、顕熱負荷は例えば８月のような盛夏時には著しく増加する。そのため、冷房と除湿を兼用する空調機の設計上の最大負荷としては、盛夏時の負荷を採用しなければならない。
【００８５】
それに対して、除湿運転モード時の最大負荷は、冷房運転モードの最大負荷の半分以下である。一例をあげれば、図示のように、盛夏時の総負荷を１００とすると、そのうち潜熱負荷は３０であり、梅雨時のような雨季の総負荷は４０であり、そのうち潜熱負荷は２５である。
したがって、蒸発器で奪うべき熱量は、冷房運転モード時の方が除湿運転モード時に比べてはるかに多い。顕熱負荷が大きい分だけ多くなるからである。しかしながら、潜熱負荷は雨季と盛夏時とであまり変わらない。
【００８６】
本発明の実施の形態によれば、冷房運転モード時には蒸発器として使用できる伝熱面積が蒸発器２１０に加えて熱交換器３００の分が加わるので、十分な伝熱が確保できる。また除湿運転モード時には、蒸発器として使用できる伝熱面積は蒸発器２１０の分であり、除湿負荷に適した伝熱面積とすることができる。熱交換器３００は除湿した後のいわば冷えすぎた処理空気の再熱に使用でき、同時に処理空気の予冷に使用できる。
【００８７】
別の方向から見れば、冷房専用の空調機に必要十分な伝熱面積を有する蒸発器の伝熱面積を３分割し、蒸発器２１０、蒸発セクション２５１、凝縮セクション２５２とすればよい。即ち、冷房専用の空調機の蒸発器そのままの大きさをもって、冷媒配管を調整するだけで、冷房・除湿兼用のコンパクトで効率的な空調機を構成することができる。
【００８８】
図５のグラフに示すような負荷割合の気候に対しては、熱交換器全体の伝熱面積の約４０〜６０％を蒸発器２１０に配分し、残り６０〜４０％の伝熱面積を蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とに伝熱量に応じて配分すればよい。
【００８９】
また除湿運転モードでは冷房運転モードよりも、圧縮機２６０の回転数を低く変更、即ち冷媒流量（おしのけ量）を減らすことができるので、除湿運転モードに合わせて小さくした蒸発器の伝熱面積でも着霜等の問題を防止できる。逆に言えば、圧縮機２６０の回転数を変更できない構成の場合は、除湿運転モードであっても蒸発器の伝熱面積は大きくしなければならない（ただし負荷が小さいので圧縮機のオン・オフ運転のオフの時間が長くなる）が、本発明の実施の形態によればその必要がない。
【００９０】
図６に示す除湿空調装置２１の除湿運転モード時の湿り空気線図を参照して、また構成については適宜図１を参照して、ヒートポンプＨＰ１を備えた除湿空調装置２１の除湿運転モード時の作用を説明する。図６中、アルファベット記号Ｋ、Ｘ、Ｌ、Ｍ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、湿り空気線図は、後で説明する他の実施の形態である除湿空調装置についても、図６が適用できる。
【００９１】
図中、空調空間１０１からの処理空気Ａ（状態Ｋ）は、処理空気経路１０７を通して、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によりある程度まで冷却される。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。この間、蒸発セクション２５１で予冷されながら、ある程度は水分を除去され僅かながら絶対湿度を低下させながら点Ｘに到る。点Ｘは飽和線上にある。あるいは予冷段階では、点Ｋと点Ｘとの中間点まで冷却するものであってもよい。又は点Ｘを越えて、多少飽和線上を低湿度側に移行した点まで冷却されるものであってもよい。
【００９２】
予冷された処理空気Ａは、経路１０８を通して、蒸発器２１０に導入される。ここでは、膨張弁２５０によって減圧され、低温で蒸発する冷媒Ｃにより、処理空気Ａはその露点温度（以下）に冷却され、水分を奪われながら、絶対湿度を低下させつつ乾球温度を下げて、点Ｌに到る。点Ｘから点Ｌまでの変化を示す太線は、便宜上飽和線とはずらして描いてあるが、実際は飽和線と重なっている。
【００９３】
点Ｌの状態の処理空気Ａは、経路１０９を通して熱交換器３００の第２の区画３２０に流入する。ここでは凝縮セクション２５２内で凝縮する冷媒Ｃにより、絶対湿度一定のまま加熱され点Ｍに到る。点Ｍは、点Ｋよりも絶対湿度は十分に低く、乾球温度は低すぎない、適度な相対湿度の空気として、送風機１０２により吸い込まれ、空調空間１０１に戻される。
【００９４】
熱交換器３００では、蒸発セクション２５１での冷媒Ｃの蒸発により処理空気Ａを予冷し、凝縮セクション２５２での冷媒Ｃの凝縮により処理空気Ａを再熱する。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、蒸発器２１０で冷却される前後の処理空気Ａ同士の熱交換を間接的に行う。
【００９５】
凝縮器２２０には、経路１２４を通して外気Ｂが導入される。この外気Ｂは凝縮する冷媒Ｃから熱を奪い、加熱された外気Ｂは経路１２５を経由して送風機１４０に吸い込まれ、経路１２６を経由して屋外に排出される（ＥＸ）。
【００９６】
ここで図６の湿り空気線図上に示す空気側のサイクルでは、第１の区画３１０で処理空気Ａを予冷した熱量、すなわち第２の区画３２０で処理空気Ａを再熱した熱量ΔＨが熱回収分であり、蒸発器２１０で処理空気Ａを冷却した熱量分がΔＱである。また空調空間１０１を冷房する、冷房効果がΔｉである。
【００９７】
本第１の実施の形態の除湿空調装置２１は、冷房運転モード時に空気・空気熱交換器としての熱交換器３００を蒸発器として使用することにより、蒸発器の伝熱面積を増やして蒸発温度を上げて、冷房処理能力すなわち顕熱処理能力を増加させることができる。これによって、速やかに室温を下げることができ、いわゆる高顕熱比の、乾燥し且つ高温の室内空調負荷に対応できる。
【００９８】
すなわち、冷房運転モード時においては、図６の湿り空気線図中、空調空間１０１（図１）（状態Ｋ）を出た処理空気Ａは熱交換器の第１の区画３１０（図１）、蒸発器２１０（図１）、熱交換器の第２の区画３２０（図１）において冷却され、熱交換器の第２の区画３２０を出た処理空気Ａは図中の点Ｘの近傍の点で表される状態にある。また冷房運転モード時には、送風機１０２の送風量を除湿運転モード時よりも多くするように構成するのが好ましい。このようにすると大量の顕熱を取りやすいからである。
【００９９】
本実施の形態の除湿空調装置２１は、除湿運転モード時に、熱交換器３００を蒸発器２１０を通過する前後の処理空気Ａのレヒート熱交換器として使うことによって冷却による結露水分量を冷房運転モード時より増やし、除湿能力すなわち潜熱処理能力を増加させることができる。これによって、除湿運転モード時では、速やかに湿度を下げることができ、いわゆる低顕熱比の湿度の高い室内空調負荷にも対応できる。
【０１００】
除湿空調装置２１は、空調負荷の顕熱比が可変であり、しかも除湿運転、冷房運転いずれの運転形態においても省エネルギーな運転ができる。
【０１０１】
図７は、本発明による第２の実施の形態であるヒートポンプＨＰ２とそれを備える、本発明の除湿空調装置の一例である除湿空調装置２２のフロー図である。第１の実施の形態の除湿空調装置との相違点は、熱交換器３００’が後で詳述するような第１の区画３１０’と第２の区画３２０’とからなることである。この除湿空調装置２２は処理空気Ａをその露点温度（以下）に冷却して除湿する除湿運転と、冷房運転ができる点は除湿空調装置２１と同様である。ここでは熱交換器３００’と蒸発器２１０回りだけ示し、第１の実施の形態と共通な部分はほとんど図示を省略してある。
【０１０２】
図７を参照して、第２の実施の形態であるヒートポンプ及びそれを備える除湿空調装置２２の構成のうち、第１の実施の形態と異なる部分を中心にして説明する。
【０１０３】
熱交換器３００’の第１の区画３１０’を流れる処理空気Ａを冷却する蒸発セクション２５１、熱交換器３００’の第２の区画３２０’を流れる処理空気Ａを加熱（再熱）する凝縮セクション２５２、この蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とを交互に通過した後、経路２０３、絞り２５０がこの順番で配列され、そして再び蒸発器２１０に戻るようになっている。
【０１０４】
ここで、熱交換器３００’の構成を説明する。熱交換器３００’は、蒸発器２１０に流入する前後の処理空気Ａ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、処理空気Ａの流れに直交する複数の互いに異なる平面ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ・・内のそれぞれに、冷媒流路としての熱交換チューブ（細管）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。
【０１０５】
この熱交換器３００’は、蒸発器２１０を通過する前の処理空気Ａを流す第１の区画３１０’と、蒸発器２１０を通過した後の処理空気Ａ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。両区画は、隔壁３０１と隔壁３０２が隣接して設けられており、熱交換チューブはこの２つの隔壁を貫通して設けられている。
【０１０６】
熱交換器３００’は、別の形態として１つの直方体の空間を１つの隔壁３０１で分割して、熱交換チューブがこの隔壁３０１を貫通して、第１の区画３１０’と第２の区画３２０’とを交互に貫通するように構成してもよい。
【０１０７】
図中、蒸発器２１０に導入される前の処理空気Ａは、右方から経路１０７を通して、第１の区画３１０’に供給され、左方から経路１０８を通して出て行く。また蒸発器２１０を通して露点温度（以下）に冷却され絶対湿度の低下した処理空気Ａは、図中左方から経路１０９を通して第２の区画３２０’供給され、その右方から経路１１０を通して出て行く点は第１の実施の形態と同様である。
【０１０８】
図示のように、前記複数の熱交換チューブは、第１の区画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、第１の冷媒流路としての蒸発セクション２５１Ａ（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２５１という）と呼び、第２の区画３２０’を貫通している部分は第２の冷媒流路としての凝縮セクション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２５２Ａは、一対の第１の区画貫通部と第２の区画貫通部であり、冷媒流路を構成している。
【０１０９】
さらに、平面ＰＢ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と一対の冷媒流路を形成している部分は、第２の冷媒流路としての凝縮セクション２５２Ｂとする。以下、平面ＰＣ・・についても平面ＰＢと同様に冷媒流路が構成されている。
【０１１０】
図示のように、蒸発セクション２５１Ａと凝縮セクション２５２Ａとは、一対をなし、１本のチューブで一体の流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、３０２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。
【０１１１】
本図の熱交換器３００’の形態では、蒸発セクションは図中右から２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃ・・の順番で並んでおり、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。
【０１１２】
さらに図示のように、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３０２の反対側の端部）とは、Ｕチューブ（ユーチューブ）で接続されている。また、蒸発セクション２５１Ｂ端部と蒸発セクション２５１Ｃの端部とは、同様にＵチューブで接続されている（図８（ｂ）参照）。
【０１１３】
したがって、蒸発セクション２５１Ａから凝縮セクション２５２Ａを、全体として一方向に流れる冷媒Ｃは、Ｕチューブにより凝縮セクション２５２Ｂに導かれ、ここから蒸発セクション２５１Ｂに流れ、Ｕチューブにより蒸発セクション２５１Ｃ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流路は、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。したがって中間圧力で行われる蒸発と凝縮は、交互に繰り返して行われるように、熱交換手段３００は構成されている。
言い換えれば、冷媒流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３２０’を通過し、温度の高い処理空気Ａと温度の低い処理空気Ａに交互に接触する。
【０１１４】
次に図８の除湿空調装置の設置状態を示す模式的側面図と熱交換器の斜視図を参照して、蒸発器２１０と熱交換器３００’の構成例を具体的に説明する。（ｂ）に示すように、伝熱チューブ（細管）で構成される蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２は多数のプレートフィンを貫通して配置されている。そして最も外側のフィンの外側でＵチューブ（ユーチューブ）により互いに接続されている。
【０１１５】
第１の区画３１０’と第２の区画３２０’は、長方形のプレートフィンを図中水平方向に多数並行に並べることにより形成される直方体の空間である。２つの空間の間には隔壁３０１、３０２が（又は隔壁３０１が１枚）ある。蒸発セクション２５１と連続した伝熱チューブである凝縮セクション２５２は、図中鉛直方向に蛇行しながら、第１の区画３１０’と第２の区画３２０’を貫通している。
【０１１６】
また、そのプレートフィンと細管群を収納する直方体空間の外面をプレート製のハウジングで囲むようにするとよい。ただしそのハウジングの対向する２つの面は開口しており、該開口を処理空気が通過する。（ｂ）には、ハウジング無しのプレートフィンが露出している状態を示してある。
【０１１７】
以上説明したように、冷媒流路である蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２は、それぞれ蛇行する細管群を構成している。このようにして、蒸発セクション２５１から凝縮セクション２５２を、全体として一方向に流れる冷媒Ｃは、細管群中を蛇行して流れながら、蒸発セクション２５１で蒸発し凝縮セクション２５２で凝縮する間に、第１の区画３１０’を流れる温度の高い処理空気Ａからの熱を第２の区画３２０’を流れる温度の低い処理空気Ａに伝える。
【０１１８】
蒸発器２１０も同様に、伝熱チューブが図中垂直方向に配置された多数の長方形のプレートフィンを貫通して構成されている。伝熱チューブは図中水平方向にフィンを蛇行しながら貫通している。蒸発器２１０は第１の実施の形態の場合と同じ構成である。
【０１１９】
また、蒸発器２１０は処理空気Ａの流れに関して言えば第１の区画３１０’と第２の区画３２０’との間に配置されている。実際には、蒸発器２１０は第２の区画３２０’と隣接して配置され、第１の区画３１０’は第２の区画３２０’の鉛直方向上方に配置されている。
変形例として、蒸発器２１０を第１の区画３１０’に隣接して配置してもよい。
【０１２０】
次に（ａ）の模式的断面図を参照して、以上説明した除湿空調装置を空調空間１０１の空調機として応用した例を説明する。空調空間１０１中即ち室内に設置される室内機中には、第１の区画３１０’、蒸発機２１０、第２の区画３２０’が一体で形成された熱交換器組立と、戻り空気ＲＡ、供給空気ＳＡを循環させる送風機１０２が収納されている。送風機１０２は、Ｌ（エル）字型に配置された第１の区画３１０’と蒸発器２１０で挟まれた空間に配置されている。このようにすると、室内機をコンパクトにまとめることができる。
【０１２１】
室外機等他の構成要素は第１の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。
【０１２２】
次に先ず図７を参照して、各機器間の冷媒Ｃの流れを説明し、続けて図９を参照して、ヒートポンプＨＰ２の作用を説明する。
【０１２３】
凝縮器２２０（図７には不図示）の冷媒出口は、熱交換器３００’の蒸発セクション２５１Ａの入り口に冷媒経路２０２により接続されている。
【０１２４】
凝縮器２２０を出た液冷媒Ｃは、絞り３３０（図７には不図示）で減圧され、膨張して一部の冷媒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、蒸発セクション２５１Ａに到り、ここで液冷媒Ｃは蒸発セクション２５１Ａ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、蒸発器２１０に流入する前の処理空気Ａを冷却（予冷）する。
【０１２５】
蒸発セクション２５１Ａと凝縮セクション２５２Ａとは、一連のチューブである。すなわ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Ｃ（及び蒸発しなかった冷媒液Ｃ）は、凝縮セクション２５２Ａに流入して、第２の区画３２０’を流れる、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処理空気Ａを加熱（再熱）し、自身は熱を奪われ凝縮する。
【０１２６】
このように、熱交換器３００’は、第１の平面ＰＡ内にある、第１の区画３１０’を貫通する冷媒流路である蒸発セクションと第２の区画３２０’を貫通する冷媒流路である凝縮セクション（少なくとも一対、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を貫通する冷媒流路である凝縮セクションと第１の区画３１０’を貫通する冷媒流路である蒸発セクション（少なくとも一対、例えば２５２Ｂと２５１Ｂ）を有する。
【０１２７】
熱交換器３００’の最後の凝縮セクション２５２Ｅの出口側は、冷媒液配管２０３により、蒸発器２１０に接続され、冷媒配管２０３中には膨張弁２５０、膨張弁２５０をバイパスするソレノイドバルブ２５３が設置されている。
【０１２８】
図中、熱交換器３００’の蒸発セクションと凝縮セクション内の冷媒Ｃの挙動を説明する。先ず蒸発セクション２５１Ａには、液相及び気相の冷媒Ｃが流入する。一部が気化した、気相を僅かに含む冷媒液Ｃであってもよい。この冷媒Ｃは、蒸発セクション２５１Ａを流れる間に、処理空気Ａを予冷し自身は加熱され気相を増やしながら凝縮セクション２５２Ａに流入する。凝縮セクション２５２Ａでは、冷却除湿されることにより蒸発セクション２５１Ａの処理空気Ａよりも温度の低くなった処理空気Ａを加熱し、自身は熱を奪われ気相冷媒Ｃを凝縮させながら、次の凝縮セクション２５２Ｂに流入する。冷媒Ｃは、凝縮セクション２５２Ｂを流れる間に、低温の処理空気Ａでさらに熱を奪われ気相冷媒Ｃをさらに凝縮させる。そして次の蒸発セクション２５１Ｂに流入する。このように冷媒Ｃは気相と液相の相変化をしながら、冷媒流路を流れる。このようにして、蒸発器２１０で冷却される前の処理空気Ａと、蒸発器２１０で冷却されて絶対湿度を低下させた処理空気Ａとの間で熱交換させる。
【０１２９】
第２の運転形態としての冷房運転の場合は、ソレノイドバルブ２９２とソレノイドバルブ３３６（図７には不図示）を開として、第１の運転形態としての除湿運転から、第２の運転形態としての冷房運転に運転形態を切り替える。この点は第１の実施の形態と同様である。
【０１３０】
次に図９を参照して、ヒートポンプＨＰ２の除湿運転モード時の作用を説明する。なお、機器等については適宜図７を参照する。図９は、冷媒ＨＦＣ１３４ａを用いた場合のモリエ線図である。
【０１３１】
図中、点ａ、点ｂ、点ｃ、点ｄは、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。
【０１３２】
点ｄの冷媒液Ｃは、絞り３３０で減圧され熱交換器３００’の蒸発セクション２５１Ａ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０．３４ＭＰａと０．９４ＭＰａとの中間の値となる。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。
【０１３３】
蒸発セクション２５１Ａ内で、前記中間圧力下で冷媒液Ｃは蒸発して、同圧力で飽和液線と飽和ガス線の中間の点ｆ１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。
【０１３４】
点ｆ１で示される状態の冷媒Ｃが、凝縮セクション２５２Ａに流入する。凝縮セクション２５２Ａでは、冷媒Ｃは第２の区画３２０’を流れる低温の処理空気Ａにより熱を奪われ、点ｇ１に到る。
【０１３５】
点ｇ１の状態の冷媒Ｃは、蒸発セクション２５１Ｂに流入し、ここで熱を奪われ液相を増やして点ｆ２に到り、凝縮セクション２５２Ｂに流入する。ここで液相を増やして点ｇ２に到る。同様にさらに蒸発セクション、凝縮セクションでの蒸発、凝縮を繰り返すが、図のモリエ線図では、面ＰＣの蒸発、凝縮セクション以下を省略して、凝縮セクション２５２Ｂが膨張弁２５０に接続してあるものとして示してある。
【０１３６】
点ｇ２はモリエ線図では飽和液線上にある。温度は１８℃、エンタルピは２２３．３ｋＪ／ｋｇである。
【０１３７】
点ｇ２の冷媒液Ｃは、絞り２５０で、温度５℃の飽和圧力である０．３４ＭＰａまで減圧され、点ｊに到る。以下は、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。
【０１３８】
以上説明したように、熱交換器３００’内では、冷媒Ｃは蒸発セクション２５１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蒸発の状態変化を、凝縮セクション２５２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凝縮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くまた熱交換効率が高い。
【０１３９】
さらに、熱交換器３００’を設けない場合と比べて、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著しく小さくすることができる点も第１の実施の形態と同様である。
【０１４０】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比べて、熱交換器３００’内での空気・空気熱交換に冷媒を繰り返して用いることができるので、蒸発セクション内で冷媒が完全に乾くことがなく、また凝縮セクション内で冷媒が完全に凝縮してしまうことなく、伝熱媒体として利用できる利点がある。但し、第１の区画３１０’と第２の区画３２０’との間を冷媒が多数回往復するように伝熱チューブを配置しなければならないので、第１の区画３１０’と第２の区画３２０’の配置に制限がある。
【０１４１】
なお図１、図７には、ドレンパン４５０が示されているが、これは蒸発器２１０の下方に限らず、熱交換器３００、３００’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、３１０’の下方に設けるのがよい。熱交換器３００、３００’の第１の区画３１０、３１０’では、処理空気Ａを主として予冷するが、一部の水分はここで結露することもあるからである。
【０１４２】
以上の実施の形態では、圧縮機２６０の回転数を加減することにより蒸発器２１０を通過する冷媒流量（冷媒質量流量）を増減するものとして説明したが、これに限らず、蒸発器２１０と圧縮機２６０との間に開口面積が可変の絞りを挿入配置してもよく、圧縮機２６０の吐出側から吸い込み側に冷媒ガスを戻す、いわゆるホットガスバイパスを設けてもよく、又は凝縮器２２０と第２の絞り機構２９１との間に圧縮機２６０の吐出ガスを入れるホットガスバイパスを設けてもよい。
【０１４３】
以上の第１、第２の実施の形態は、第１の区画３１０、３１０’には、空調空間１０１からの戻り空気を導入するものとして説明したが、空調空間１０１からの戻り空気を導入せずに外気を導入してもよい。湿度と温度の高い外気は、蒸発器２１０で冷却する前に予冷するのが好ましく、このように構成することにより、全量外気を必要とする病院やレストランの空調を高いＣＯＰをもって行うことができる。
【０１４４】
さらに、例えば図９のモリエ線図において、冷媒Ｃ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、処理空気Ａ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９に示す熱交換器では、絞り３３０（図１）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（図１、図７）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。
【０１４５】
以上説明した実施の形態では、処理空気Ａを露点（以下）に冷却する蒸発器２１０と、処理空気Ａを予冷却する予冷却器とての熱交換器３００、３００’再加熱を行う再加熱器としての熱交換器３００、３００’の熱伝達媒体を同じ冷媒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、再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。
【０１４６】
以上の実施の形態では、空調空間を空調する除湿空調装置として説明したが、本発明の除湿空調装置は、必ずしも空調空間に限らず他の除湿を必要とする空間に、一般の除湿装置として応用することもでき、本発明の除湿空調装置とはそのような場合も含むものとする。
【０１４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第１の絞り機構の絞り度の増減に対応して蒸発器を通過する冷媒流量を増減する第１のコントローラを備えるので、第１の絞り機構の絞り度の増減に対応する運転形態に合致した冷媒流量に調節することができるヒートポンプを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である除湿空調装置のフロー図である。
【図２】図１に示すコントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す除湿空調装置の設置状態を示す模式的側面図と熱交換器の斜視図である。
【図４】図１に示す除湿空調装置のヒートポンプのモリエ線図である。
【図５】除湿負荷と冷房負荷の関係を説明する棒グラフの図である。
【図６】図１の除湿空調装置の除湿運転モード時の作動を説明する湿り空気線図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である除湿空調装置の部分フロー図である。
【図８】図７に示す除湿空調装置の設置状態を示す模式的側面図と熱交換器の斜視図である。
【図９】図７に示す除湿空調装置のヒートポンプのモリエ線図である。
【図１０】従来のヒートポンプと除湿空調装置のフロー図である。
【符号の説明】
２１、２２ 除湿空調装置
１０１ 空調空間
１０２、１４０ 送風機
２１０ 蒸発器
２２０ 凝縮器
２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃ、２５１Ｄ、２５１Ｅ 蒸発セクション
２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃ、２５２Ｄ、２５２Ｅ 凝縮セクション
２５０ 絞り
２５３ ソレノイドバルブ
２６０ 圧縮機
２９１ 第２の絞り機構
２９２ 第１の絞り機構
３００、３００’ 熱交換器
３１０、３１０’ 第１の区画
３２０、３２０’ 第２の区画
３３０ 絞り
３３５ 絞り
３３６ ソレノイドバルブ
５０１ コントローラ
５０２ インバータ
５０３ 湿度検出器
５０４ 温度検出器
５０５ 電動機
ＨＰ１、ＨＰ２ ヒートポンプ
ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ、ＰＤ、ＰＥ 平面

Claims (2)

1. 冷媒を昇圧する昇圧機と；
   前記冷媒を凝縮して高熱源流体を加熱する凝縮器と；
   前記冷媒を蒸発して低熱源流体を冷却する蒸発器と；
   前記凝縮器と前記蒸発器とを接続する冷媒経路中に設けられた、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒の蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により前記低熱源流体を冷却し、前記中間圧力凝縮により前記低熱源流体を加熱する熱交換手段と；
   前記熱交換手段と前記蒸発器との間の前記冷媒経路中に設けられた、絞り度が増減可能な第１の絞り機構と；
   前記凝縮器と前記熱交換手段との間の前記冷媒経路中に設けられた第２の絞り機構と；
   前記第１の絞り機構の絞り度の増減に対応して前記蒸発器を通過する冷媒流量を増減する第１のコントローラを備え；
   前記低熱源流体は、前記熱交換手段での冷却と前記蒸発器での冷却と前記熱交換手段での加熱とをこの順番で受けるように構成され；
   前記第１の絞り機構の絞り度は、前記中間の圧力が前記蒸発器の蒸発圧力とほぼ同じになるに十分な絞り度まで減少可能に構成されており；
   前記第１のコントローラは、前記冷媒流量を最大設定流量以下で調節可能に構成され、前記第１の絞り機構が前記十分な絞り度である運転の際の前記冷媒流量を第１の設定最大流量以下で調整可能に、また前記第１の絞り機構が前記十分な絞り度よりも絞られた運転の際の前記冷媒流量を第２の設定最大流量以下で調整可能に構成され、前記第２の設定最大流量は前記第１の設定最大流量よりも、小さいように構成された；
   ヒートポンプ。
2. 冷媒を昇圧する昇圧機と；
   前記冷媒を凝縮して高熱源流体を加熱する凝縮器と；
   前記冷媒を蒸発して処理空気を露点温度まで冷却する蒸発器と；
   前記凝縮器と前記蒸発器とを接続する冷媒経路中に設けられた、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒の蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により前記処理空気を前記蒸発器に入る前に冷却し、前記中間圧力凝縮により前記処理空気を前記蒸発器を出た後に加熱する熱交換手段とを備え；
   前記熱交換手段によって前記処理空気を冷却した後前記熱交換手段によって加熱する第１の運転形態と、前記熱交換手段を前記蒸発器とほぼ同じ圧力で冷媒を蒸発させるように切り替えることによって前記処理空気を冷却する第２の運転形態とを切り替え可能に構成し；
   さらに、前記運転形態の切り替えに対応して前記蒸発器を通過する冷媒流量を増減する第１のコントローラを備える；
   除湿空調装置。

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