(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を昇圧する昇圧機と、
前記冷媒を凝縮させて再生空気を加熱する凝縮器と、
前記冷媒を蒸発させて外部空気を露点以下の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、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を蒸発させて外部空気を冷却する第１の熱交換手段と、
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、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を凝縮させて外部空気を加熱する第２の熱交換手段と、
前記第２の熱交換手段によって加熱された外部空気を処理空気及び再生空気として、前記処理空気の水分を吸着すると共に、前記再生空気で水分を脱着されて再生されるデシカントと、
前記第１の熱交換手段と前記蒸発器と前記第２の熱交換手段とをこの順番で接続する空気経路とを備えたことを特徴とする除湿装置。
【請求項２】
前記第２の熱交換手段によって加熱された外部空気に、前記処理空気が供給される室内の空気を加えて再生空気とすることを特徴とする請求項１に記載の除湿装置。
【請求項３】
前記第１の熱交換手段と前記第２の熱交換手段とは、前記各熱交換手段を流れる空気同士が互いに対向して流れるように構成され、
前記冷媒経路は前記第１の熱交換手段と前記第２の熱交換手段内で、前記空気の流れにほぼ直交する第１の面内に少なくとも一対の第１の貫通部と第２の貫通部とを有し、前記第１の面とは異なる前記空気の流れにほぼ直交する第２の面内に少なくとも一対の第１の貫通部と第２の貫通部とを有し、
前記第１の面内から前記第２の面内に移動する位置に中間絞りを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の除湿装置。
【請求項４】
前記凝縮器と前記蒸発器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前記第１の熱交換手段及び前記第２の熱交換手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の除湿装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、除湿装置、特に外気を処理して室内に導く除湿装置（外調機）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の除湿装置（外調機）の構成を図１４に示す。図１４に示すように、従来の除湿装置は、冷媒を圧縮する昇圧機３０１と、圧縮された冷媒を凝縮し外気ＯＡを加熱する凝縮器３０２と、凝縮した冷媒を絞り３０３で減圧し、これを蒸発させて外気ＯＡを露点温度以下に冷却する蒸発器３０４と、外気ＯＡを空調空間１００に供給するための送風機３０５とを備えている。蒸発器３０４は外気ＯＡを露点以下に冷却して、外気ＯＡ中の水分を除去する。露点以下に冷却された外気ＯＡは凝縮器３０２で加熱され、空調空間１００に供給される。これら昇圧機３０１、凝縮器３０２、絞り３０３及び蒸発器３０４によって、蒸発器３０４を流れる外気ＯＡから凝縮器３０２を流れる外気ＯＡに熱を汲み上げるヒートポンプＨＰが構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の除湿装置においては、ヒートポンプＨＰにおける蒸発器３０４の作用温度が氷点下になり、そのため、除湿された水分が伝熱面で氷となって着床し、これが伝熱を阻害して連続運転ができなくなる場合が考えられる。従って、従来の除湿装置においては、絶対湿度で４ｇ／ｋｇＤＡ以下の乾燥した空気を供給できなかった。
【０００４】
また、低い露点温度、即ち、低い絶対湿度の空気を得る方法として、デシカントを用いて水分を吸着し除湿する方法が知られている。しかしながら、従来のデシカントを用いた除湿装置では、例えば、盛夏期における２０ｇ／ｋｇＤＡを越えるような高い絶対湿度の外気に対しては、吸着熱が障害となって湿度が下がらず使用することができなかった。また、デシカントを用いた除湿装置では、デシカントを再生する再生空気を加熱するために電気ヒータが用いられ、運転費用がかさむという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、空気の除湿を行ってもヒートポンプ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する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、冷媒を昇圧する昇圧機と、上記冷媒を凝縮させて再生空気を加熱する凝縮器と、上記冷媒を蒸発させて外部空気を露点以下の温度まで冷却する蒸発器と、上記凝縮器と上記蒸発器とを接続する冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の凝縮圧力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を蒸発させて外部空気を冷却する第１の熱交換手段と、上記凝縮器と上記蒸発器とを接続する冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の凝縮圧力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮させて外部空気を加熱する第２の熱交換手段と、上記第２の熱交換手段によって加熱された外部空気を処理空気及び再生空気として、上記処理空気の水分を吸着すると共に、上記再生空気で水分を脱着されて再生されるデシカントと、上記第１の熱交換手段と上記蒸発器と上記第２の熱交換手段とをこの順番で接続する空気経路とを備えたことを特徴とする除湿装置である。
【０００７】
このような構成により、空気は、第１の熱交換手段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の熱交換手段による冷却（予冷）を受け、蒸発器により冷却された後に、第２の熱交換手段による加熱（予加熱）を受けるので、低顕熱比の運転ができる。また、処理空気は水分吸着装置によって水分を吸着されるので、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。
【０００８】
また、蒸発器での冷却の前に第１の熱交換手段により空気を予冷でき、その予冷の冷熱を、蒸発器で一旦冷却された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る。また、エネルギ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。このように、従来デシカントを再生する再生空気を加熱するための電気ヒータにおいて必要とされる熱量よりも少ない加熱量で済む上、ヒートポンプはエネルギ効率が高いので消費電力を少なくすることができる。
【０００９】
また、上記第２の熱交換手段によって加熱された空気に、上記処理空気が供給される室内の空気を加えて再生空気とすることもできる。このように除湿された処理空気が供給された室内からの空気を換気として取込み、これを再生空気に加えることによって、除湿装置の能力を向上させることができる。
【００１０】
更に、本発明の好ましい一態様においては、上記第１の熱交換手段と上記第２の熱交換手段とは、上記各熱交換手段を流れる空気同士が互いに対向して流れるように構成され、上記冷媒経路は上記第１の熱交換手段と上記第２の熱交換手段内で、上記空気の流れにほぼ直交する第１の面内に少なくとも一対の第１の貫通部と第２の貫通部とを有し、上記第１の面とは異なる上記空気の流れにほぼ直交する第２の面内に少なくとも一対の第１の貫通部と第２の貫通部とを有し、上記第１の面内から上記第２の面内に移動する位置に中間絞りを備えたことを特徴とする。
【００１１】
このように構成すると、空気同士の熱交換という観点から見ると、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一対の第１の貫通部と第２の貫通部とを有し、一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一対の第１の貫通部と第２の貫通部とを有し、一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の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の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、各貫通部を流れる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。なお、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。
【００１２】
また、本発明の好ましい一態様においては、上記凝縮器と上記蒸発器との間で複数列に分岐する分岐冷媒経路を備え、上記分岐冷媒経路中に上記第１の熱交換手段及び上記第２の熱交換手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
このような構成によって、冷媒の作用温度を段階的に変化させることができるので、熱交換効率を高めることが可能となる。ここで、熱交換効率φは、高温側の流体の熱交換器入り口温度を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、即ち、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、即ち、熱交換の目的が加熱の場合は、φ＝（ＴＣ２−ＴＣ１）／（ＴＰ１−ＴＣ１）と定義されるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る除湿装置の第１の実施形態について図１乃至図５を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態における除湿装置の全体構成を示す図、図２は図１の除湿装置内のフローを模式的に示す図である。本実施形態における除湿装置は、外部から導入された空気ＯＡをその露点温度以下に冷却して水分を結露水にして回収すると共に、デシカントを用いてその空気を除湿するものであり、内部にヒートポンプＨＰ１を含んでいる。除湿装置によって湿度が下げられた空気ＳＡが空調空間１００に供給されることによって、空調空間１００が低湿度に維持される。
【００１５】
除湿装置は、図１に示すように、外部から空気ＯＡを導入するための送風機１と、冷媒を加熱して蒸発させる蒸発器２と、蒸発器２で蒸発してガスになった冷媒を圧縮する昇圧機３と、冷媒を冷却して凝縮する凝縮器４と、エコノマイザとして作用する熱交換器５と、通過する処理空気の水分を吸着すると共に通過する再生空気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６とを備えている。熱交換器５は、蒸発器２に流入する前後の空気同士の間で、冷媒を介して間接的に熱交換を行うものであり、冷媒を蒸発させて空気を冷却する第１の熱交換部５１と、冷媒を凝縮させて空気を加熱する第２の熱交換部５２とを備えている。これらの機器はキャビネット１０の内部に収容されており、このキャビネット１０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る。
【００１６】
キャビネット１０の前面最上部には吸気口１１が開口しており、この吸気口１１を介して外部からの空気ＯＡが除湿装置内に導入される。吸気口１１の近傍には、外部から埃が装置内に進入しないようにフィルタ１２が設けられている。キャビネット１０内には、水平又は鉛直方向に延びる仕切板によって空気が流通する空気経路が形成されており、吸気口１１から導入された空気ＯＡは最上段の空気経路１３ａを通って中段の空気経路１３ｂに流れ、中段の空気経路１３ｂから更に最下段の空気経路１３ｃに流れる。最下段の空気経路１３ｃに流れ込んだ空気は上方向と水平方向に流れる２つの流れに分かれ、上方に流れる空気はデシカントにより除湿処理される処理空気となり、水平方向に流れる空気はデシカントを再生する再生空気となる。
【００１７】
上述した中段の空気経路１３ｂには、空気の流れ方向に沿って、熱交換器５の第１の熱交換部５１、送風機１、蒸発器２が順番に配置されている。ここで、蒸発器２は、外部から導入された空気をその露点温度以下に冷却し空気中の水分を結露水にして回収するものであり、その下方にはドレンパン１４が設置されている。ドレンパン１４の下方に位置する最下段の空気経路１３ｃには、ドレンタンク１５が配置されており、蒸発器２によって結露された外気ＯＡ中の水分は、ドレンパン１４によって集められてドレンタンク１５内に蓄積される。なお、このドレンパン１４は蒸発器２だけでなく、熱交換器５の下方もカバーするように設けるのが好ましい。熱交換器５の第１の熱交換部５１においては空気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があるので、特に第１の熱交換部５１の下方に設けるのが好ましい。
【００１８】
最下段の空気経路１３ｃには、空気の流れ方向に沿って、ドレンタンク１５、熱交換器５の第２の熱交換部５２、昇圧機３が順番に配置されている。この最下段の空気経路１３ｃの昇圧機３近傍においては、上述したように、空気経路が上方向と水平方向に分かれている。このうち水平方向に流れた再生空気は、凝縮器４、デシカントロータ６を順番に通りデシカントを再生した後、キャビネット１０の後面最下部に形成された排出口１６から排出される。一方、上方向に流れた処理空気は、キャビネット１０内の最上部から水平方向に流れて、デシカントロータ６を通過して除湿された後、キャビネット１０の側面に形成された供給口１７から空調空間１００に供給される。
【００１９】
デシカントロータ６は、水平方向に延びる回転軸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いる。このロータ中には、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デシカントとして構成するのが好ましい。デシカントロータ６の回転軸ＡＸを水平方向に向けて配置したので、キャビネット１０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。
【００２０】
デシカントロータ６の半円形状の上側半分は処理空気が流れる空気経路に、半円形状の下側半分は再生空気が流れる空気経路に配置されている。デシカントロータ６の回転軸ＡＸに処理空気と再生空気とが平行にそれぞれ流れ込み、円盤状のロータの厚さ方向に流れ出るように構成されている。一般に処理空気と再生空気とは、回転軸ＡＸに平行に、それぞれ円形のデシカントロータ６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。
【００２１】
また、デシカントロータ６には、駆動機である電動機６ａがその回転軸を水平にして配置されており、電動機６ａとデシカントロータ６は、チェーン６ｂを介して結合されている。このような構成によって、電動機６ａの回転がデシカントロータ６に伝達され、デシカントロータ６は１５〜２０ｈ−１の回転速度で回転軸ＡＸ回りに回転する。各乾燥エレメントは、デシカントロータ６が回転するに伴って、処理空気及び再生空気と交互に接触するように配置される。
【００２２】
冷媒が流通する冷媒経路は、図２に示すように、蒸発器２と昇圧機３とを接続する経路４０と、昇圧機３と凝縮器４とを接続する経路４１と、凝縮器４と熱交換器５とを接続する経路４２と、熱交換器５と蒸発器２とを接続する経路４３とから構成されている。また、熱交換器５内において冷媒経路は第１の熱交換部５１と第２の熱交換部５２とをそれぞれ貫通しており、第１の熱交換部５１内には、冷媒を蒸発させることによって第１の熱交換部５１を流れる空気ＯＡを冷却する蒸発セクション６１が形成され、第２の熱交換部５２内には、冷媒を凝縮させることによって第２の熱交換部５２を流れる空気Ｒを加熱する凝縮セクション６２が形成されている。また、熱交換器５の第１の熱交換部５１の上流側の冷媒経路４２には絞り４８が配置され、第２の熱交換部５２の下流側の冷媒経路４３には絞り４９が配置されている。これらの絞り４８、４９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。
【００２３】
図３は、図２の除湿装置の熱交換器５内の冷媒経路を示す拡大図である。蒸発セクション６１と凝縮セクション６２とを含んで構成される冷媒経路は、第１の熱交換部５１と第２の熱交換部５２とを交互に繰り返し貫通する。即ち、熱交換器５内の冷媒経路は、図３に示すように、凝縮器４側から順番に、蒸発セクション６１ａ、凝縮セクション６２ａ、凝縮セクション６２ｂ、蒸発セクション６１ｂ、蒸発セクション６１ｃ、凝縮セクション６２ｃ、凝縮セクション６２ｄ、蒸発セクション６１ｄ、蒸発セクション６１ｅ、凝縮セクション６２ｅを有している。
【００２４】
ここで、蒸発器２を通過する前の空気ＯＡを流す第１の熱交換部５１と、蒸発器２を通過した後の空気Ｒを流す第２の熱交換部５２とは、別々の直方体空間に収容されている。これらの直方体空間内には、空気の流れに直交する面に複数本の熱交換チューブが冷媒経路として平行に配置されている。第１の熱交換部５１と第２の熱交換部５２とは、隔壁５１０と隔壁５２０と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５１０、５２０を貫通して設けられている。熱交換器５は、別の形態として１つの直方体の空間を１つの隔壁で分割して、熱交換チューブがこの隔壁を貫通して、第１の熱交換部と第２の熱交換部とを交互に貫通するように構成してもよい。
【００２５】
蒸発セクション６１ｂと蒸発セクション６１ｃの端部、蒸発セクション６１ｄと蒸発セクション６１ｅの端部はそれぞれＵチューブ（ユーチューブ）６３によって接続されている。同様に、凝縮セクション６２ａと凝縮セクション６２ｂの端部、凝縮セクション６２ｃと凝縮セクション６２ｄの端部もそれぞれＵチューブ６４によって接続されている。このような構成によって、冷媒経路４２において、蒸発セクション６１ａから凝縮セクション６２ａに向かって流れた冷媒は、Ｕチューブ６４により凝縮セクション６２ｂに導かれる。凝縮セクション６２ｂに導かれた冷媒は、更に蒸発セクション６１ｂに流入し、Ｕチューブ６３により蒸発セクション６１ｃに導入され、更に凝縮セクション６２ｃに流入する。このように熱交換器５内の冷媒経路は蛇行する細管群により構成され、この細管群は蛇行しながら第１の熱交換部５１と第２の熱交換部５２内部を通過し、温度の高い空気と温度の低い空気に交互に接触するようになっている。
【００２６】
次に、各機器間の冷媒の流れについて図１及び図２を参照して説明する。
昇圧機３により圧縮された冷媒ガスは、昇圧機３の吐出口に接続された冷媒ガス配管４１を経由して凝縮器４に導かれる。凝縮器４において、昇圧機３で圧縮された冷媒ガスが、デシカントロータ６に流入する前の再生空気Ｔで冷却され凝縮し、再生空気Ｔはこの冷媒によって加熱される。
【００２７】
凝縮器４を出た冷媒液は、絞り４８で減圧され膨張して一部の冷媒液が蒸発（フラッシュ）する。その液とガスの混合した冷媒は第１の熱交換部５１の蒸発セクション６１ａに至り、ここで冷媒液は蒸発セクション６１ａのチューブの内壁を濡らすように流れる。冷媒液は蒸発セクション６１ａを流れる間に外部から導入された空気ＯＡによって加熱されて蒸発し、蒸発器２に流入する前の空気ＯＡが冷却（予冷）される。このとき冷媒自身は加熱され気相を増やす。
【００２８】
上述したように、蒸発セクション６１ａと凝縮セクション６２ａは一連のチューブにより構成されているので、上記蒸発セクション６１ａにおいて蒸発した冷媒ガス（及び蒸発しなかった冷媒液）は凝縮セクション６２ａに流入する。凝縮セクション６２ａでは、蒸発器２で冷却除湿され、蒸発セクション６１ａの空気よりも温度の低くなった空気Ｒが加熱（再熱）され、冷媒自身は熱を奪われ気相冷媒を凝縮させながら、次の凝縮セクション６２ｂに流入する。冷媒は、凝縮セクション６２ｂを流れる間に、低温の空気Ｒで更に熱を奪われ気相冷媒を凝縮させる。
【００２９】
凝縮された冷媒液は、次の蒸発セクション６１ｂ及びこれに続く蒸発セクション６１ｃに流入し、上記と同様にして蒸発器２に流入する前の空気ＯＡが冷却（予冷）される。更に凝縮セクション６２ｃ及び凝縮セクション６２ｄに冷媒ガスが流入して空気Ｒが加熱される。このように、冷媒は気相と液相の相変化を繰り返しながら熱交換器内の冷媒経路を流れ、蒸発器２で冷却される前の空気ＯＡと、蒸発器２で冷却されて絶対湿度を低下させた空気Ｒとの間で間接的に熱交換が行われる。
【００３０】
最後の凝縮セクション６２ｅにおいて凝縮した冷媒液は、第２の熱交換部５２の下流側に配置された絞り４９で減圧され膨張して温度が下がる。そして、冷媒は蒸発器２に至り、この蒸発器２において蒸発する。この冷媒の蒸発熱で第１の熱交換部５１を通った空気Ｑが冷却される。蒸発器２で蒸発してガス化した冷媒は、昇圧機３の吸込側に導かれる。そして、上述のサイクルが繰り返される。
【００３１】
次に、本実施形態における除湿装置に含まれるヒートポンプＨＰ１の作用について説明する。図４は図２の除湿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。なお、図４に示す線図においては、冷媒としてＨＦＣ１３４ａを用いており、横軸にエンタルピ、縦軸に圧力が取られている。ＨＦＣ１３４ａに限らず、ＨＦＣ４０７ＣやＨＦＣ４１０Ａを冷媒として利用することもでき、これらの冷媒を用いた場合には、作動圧力領域がＨＦＣ１３４ａの場合よりも高圧側にシフトする。
【００３２】
図４において、点ａは図２の蒸発器２で蒸発した冷媒の状態を示しており、このときの冷媒は飽和ガスの状態にある。冷媒の圧力は０．３０ＭＰａ、温度は１℃、エンタルピは３９９．２ｋＪ／ｋｇである。点ｂはこのガスを昇圧機３で吸込圧縮した状態、即ち昇圧機３の吐出口での状態を示しており、このときの冷媒は、圧力が１.８９ＭＰａであり、過熱ガスの状態にある。
【００３３】
点ｂの状態にある冷媒ガスは、凝縮器４内で冷却され、点ｃで示される状態に至る。このときの冷媒は飽和ガスの状態であり、その圧力は１.８９ＭＰａ、温度は６５℃である。冷媒はこの圧力下で更に冷却され凝縮して点ｄで示される状態に至る。このときの冷媒は飽和液の状態であり、その圧力と温度は点ｃにおける圧力及び温度と同じである。このときのエンタルピは２９５.８ｋＪ／ｋｇである。
【００３４】
この冷媒液は、絞り４８で減圧され、第１の熱交換部５１の蒸発セクション６１ａ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４の凝縮圧力と蒸発器２の蒸発圧力との中間圧力であり、本実施形態では、０.３０ＭＰａと１.８９ＭＰａの間の値となる。
【００３５】
蒸発セクション６１ａ内で、上記中間圧力下で冷却液が蒸発して、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６２ａ及び６２ｂに流入する。凝縮セクション６２ａ及び６２ｂでは、冷媒は第２の熱交換部５２を流れる低温の空気Ｒにより熱を奪われ、点ｇ１の状態に至る。
【００３６】
点ｇ１の状態の冷媒は、蒸発セクション６１ｂ及び６１ｃ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６２ｃ及び６２ｄに流入する。凝縮セクション６２ｃ及び６２ｄ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１５℃、エンタルピは２２０．５ｋＪ／ｋｇである。同様に、更に蒸発セクション６１ｄ及び６１ｅ、凝縮セクション６２ｅでの蒸発、凝縮を繰り返すが、図４のモリエ線図では、蒸発セクション６１ｄ及び６１ｅ、凝縮セクション６２ｅを省略して、凝縮セクション６２ｄが絞り４９に接続してあるものとして示している。
【００３７】
点ｇ２の状態の冷媒液は、絞り４９で、温度１５℃の飽和圧力である０．３０ＭＰａまで減圧されて点ｈで示される状態に至る。点ｈ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２に至り、ここで空気Ｑ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３に吸入され、上述したサイクルが繰り返される。
【００３８】
このように、熱交換器５内において、冷媒は蒸発セクション６１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６２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。
【００３９】
ここで、昇圧機３、凝縮器４、絞り４８、４９及び蒸発器２を含む圧縮ヒートポンプＨＰ１として考えると、本発明に係る熱交換器５を設けない場合には、凝縮器４における点ｄの状態の冷媒を、絞りを介して蒸発器２に戻すため、蒸発器２で利用できるエンタルピ差は３９９.２−２９５.８＝１０３.４ｋＪ／ｋｇしかない。しかし、本発明に係る熱交換器５を設けた場合には、３９９．２−２２０．５＝１７８．７ｋＪ／ｋｇとなり、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４２％（＝１−１０３．４／１７８．７）も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ＨＰ１のエコノマイザ効果により、蒸発器２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。
【００４０】
図５は図２の除湿装置における空調サイクルを示す湿り空気線図である。図５において、符号Ｐ〜Ｖ、ＯＡ、ＥＸ、ＳＡは、図２においてそれぞれの符号を付した空気の状態に対応している。
外部から導入された空気ＯＡは、図１の最上段の空気経路１３ａを通り、熱交換器５の第１の熱交換部５１に送り込まれ、蒸発セクション６１内で蒸発する冷媒により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（空気Ｐ）。これは蒸発器２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。
【００４１】
空気Ｐは、送風機１に吸い込まれ、更に送風機１から吐き出されて蒸発器２に送り込まれる（空気Ｑ）。蒸発器２では、低温で蒸発する冷媒によって、空気Ｑが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５ｇ／ｋｇＤＡに低下させつつ乾球温度を５℃に下げる（空気Ｒ）。なお、絶対湿度の単位中のＤＡは乾燥空気であることを示す。
【００４２】
空気Ｒ（絶対湿度５ｇ／ｋｇＤＡ、乾球温度５℃）は、熱交換器５の第２の熱交換部５２に流入し、凝縮セクション６２内で凝縮する冷媒により、ある程度まで加熱され、絶対湿度一定のまま乾球温度を（５℃と６０℃の中間の温度にまで）上げる（空気Ｓ）。これは、凝縮器４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。
【００４３】
第２の熱交換部５２を出た空気Ｓは、上述したように処理空気Ｖと再生空気Ｔに分かれる。再生空気Ｔは、凝縮器４に導入され、ここで加熱されて絶対湿度一定のまま更に乾球温度を６０℃に上げる（空気Ｕ）。再生空気Ｕは、更にデシカントロータ６へ送り込まれ、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、自分自身は絶対湿度を上げると共に、デシカントの水分脱着熱により乾球温度を下げる。デシカントを再生した後の空気ＥＸは排出口１６から外部に排出される。
【００４４】
一方、処理空気Ｖはそのままデシカントロータ６に送り込まれる。デシカントロータ６では、乾燥エレメント中のデシカントにより水分が吸着され乾燥され、絶対湿度を２ｇ／ｋｇＤＡに下げ、乾球温度を上げる（空気ＳＡ）。除湿された処理空気ＳＡは供給口１７から空調空間１００に供給される。
【００４５】
ここで、図５の湿り空気線図上に示す空気側のサイクルでは、凝縮器４で再生空気Ｕを加熱した熱量ΔＱが、排熱利用による加熱であり、蒸発器２で空気Ｑを冷却した熱量Δｉが、除湿冷却効果であり、エコノマイザとしての熱交換器による熱回収が、ΔＨである。
【００４６】
上述したように、熱交換器５では、蒸発セクション６１での冷媒の蒸発により外部から導入された空気ＯＡを予冷し、凝縮セクション６２での冷媒の凝縮により空気Ｒを加熱する。そして蒸発セクション６１で蒸発した冷媒は、凝縮セクション６２で凝縮する。このように同じ冷媒の蒸発と凝縮作用により、蒸発器２で冷却される前後の空気同士の熱交換が間接的に行われる。
【００４７】
上述したように、本発明に係る除湿装置では、熱交換器５は予冷・予加熱熱交換器として使用され、熱交換器５の作動流体と、ヒートポンプＨＰ１の作動流体が同じとなり、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り、しかもヒートパイプが有する内部のウィックを必要とせず、内部にウィ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。
【００４８】
更に、ヒートポンプＨＰ１を用いて、外気の冷却除湿とデシカントの再生を同時に行い、しかも、空気の予冷と、除湿後の空気の加熱を、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できるため、除湿能力が高い。
【００４９】
空気を冷却除湿する場合、そのまま露点まで冷却する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２の前後に空気・空気熱交換器５を設けて、空気の予冷とレヒート（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。
【００５０】
更に、本発明に係る除湿装置は、除湿能力が高いことに加えて、露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はエネルギ効率が高いので、消費電力が少ない。
【００５１】
次に、本発明に係る除湿装置の第２の実施形態について図６乃至図８を参照して説明する。図６は、第２の実施形態における除湿装置内のフローを模式的に示す図、図７は図６の除湿装置に含まれるヒートポンプＨＰ２の冷媒モリエ線図である。なお、上述の第１の実施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１の実施形態と同様である。
【００５２】
本実施形態における熱交換器１５０においては、第２の熱交換部１５２の凝縮セクション１６２ａと１６２ｂとの間、凝縮セクション１６２ｃと１６２ｄとの間に、それぞれ中間絞り１６３、１６４が設けられている点で上述の第１の実施形態と異なっている。その他の構成は上述の第１の実施形態と同様である。このような中間絞りは、第１の熱交換器１５１の蒸発セクション側に設けることもできる。
【００５３】
図７において点ａから点ｅまでは、図４に示される第１の実施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１５０の蒸発セクション１６１ａに流入した点ｅの状態の冷媒は図４で説明した通り、一部の液が蒸発して液とガスが混合した状態にある。
【００５４】
この冷媒は、蒸発セクション１６１ａで蒸発し、図７の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で示される状態に至る。この状態の冷媒が凝縮セクション１６２ａに入り、ここで凝縮され、点ｇ１ａで示される状態に至る。点ｇ１ａの状態の冷媒は、中間絞り１６３を介して減圧され、点ｇ１ｂで示される状態に至る。即ち、凝縮セクション１６２ａから絞り１６３を経て凝縮セクション１６２ｂに流入する。
【００５５】
凝縮セクション１６２ｂに流入した冷媒はここで凝縮され、湿り領域ではあるが飽和液線に近い点ｈ１で示される状態に至る。その後、蒸発セクション１６１ｂに入りここで凝縮されると共に、Ｕチューブで反転して蒸発セクション１６１ｃに入りここで更に凝縮され、点ｆ２で示される状態に至る。
【００５６】
その後、冷媒は、凝縮セクション１６２ｃ、中間絞り１６４、凝縮セクション１６２ｄを経由して、点ｇ２ａ、点ｇ２ｂ、点ｈ２で示される状態に至り、更に、蒸発セクション１６１ｄ、１６１ｅ、凝縮セクション１６２ｅを経由して、点ｆ３、点ｈ３で示される状態に至る。この点ｈ３は、モリエ線図において飽和液線上にあり、温度は１１℃、エンタルピは２１５.０ｋＪ／ｋｇである。
【００５７】
点ｈ３の冷媒液は、第１の実施形態の場合と同様に、絞り４９で温度１℃の飽和圧力である０.３０ＭＰａまで減圧され、点ｉの状態になり、１℃の冷媒液とガスの混合物として蒸発器２に至り、ここで空気Ｑから熱を奪い、蒸発してモリエ線図上の点ａの状態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３に吸入され、上述したサイクルが繰り返される。
【００５８】
ここで、昇圧機３、凝縮器４、絞り４８、４９、１６３、１６４及び蒸発器２を含む圧縮ヒートポンプＨＰ２として考えると、本発明に係る熱交換器１５０を設けない場合には、凝縮器４における点ｄの状態の冷媒を、絞りを介して蒸発器２に戻すため、蒸発器２で利用できるエンタルピ差は３９９．２−２９５．８＝１０３．４ｋＪ／ｋｇしかない。しかし、本発明に係る熱交換器１５０を設けた場合には、３９９．２−２１５．０＝１８４．２ｋＪ／ｋｇとなり、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４４％（＝１−１０３．４／１８４．２）も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。
【００５９】
図８は、本実施形態における熱交換器１５０の構造の一例を示すものである。図８（ａ）は空気の流れ方向に見た正面図、図８（ｂ）は空気の流れに直角な方向から見た側面図であり、図８（ａ）は図８（ｂ）のＡ−Ａ矢視図である。図８（ａ）において、空気ＯＡは紙面の手前から先方に流れ、空気Ｒは先方から手前側に流れる。この熱交換器１５０におけるチューブは、空気の流れに直交する４つの平面内にそれぞれ８列に配列されている。即ち、空気の流れに沿って４行８列に配列されている。図２及び図６においては、便宜上、熱交換チューブが各行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。また、このような熱交換器を、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。
【００６０】
このような熱交換器は安価であり、高価なヒートパイプの代わりに用いると、経済的である。また、ヒートパイプと異なり、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。
【００６１】
次に、本発明に係る除湿装置の第３の実施形態について図９乃至図１１を参照して説明する。図９は第３の実施形態における除湿装置内のフローを模式的に示す図、図１０は図９の除湿装置に含まれるヒートポンプＨＰ３の冷媒モリエ線図である。なお、上述の第１の実施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１の実施形態と同様である。
【００６２】
本実施形態においては、冷媒経路が、凝縮器４の下流側において複数列（図９においては３列）に分岐しており、分岐冷媒経路４４〜４６が形成されている点で上述の第１の実施形態と異なっている。この分岐冷媒経路４４〜４６は蒸発器２の上流側において１本の冷媒経路４３に合流している。
【００６３】
分岐冷媒経路４４〜４６は、熱交換器２５０の第１の熱交換部２５１と第２の熱交換部２５２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４４〜４６には、第１の熱交換部２５１の上流側に絞り２５３〜２５５がそれぞれ配置され、第２の熱交換部２５２の下流側に絞り２５６〜２５８がそれぞれ配置されている。これらの絞り２５３〜２５８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。
【００６４】
図１１は、図９の除湿装置の熱交換器２５０における分岐冷媒経路４４〜４６を示す拡大図である。分岐冷媒経路４４〜４６は、第１の熱交換部２５１と第２の熱交換部２５２とを貫通する。即ち、分岐冷媒経路４４は、図１１に示すように、凝縮器４側から順番に、蒸発セクション２６１ａ、凝縮セクション２６２ａ、凝縮セクション２６２ｂ、蒸発セクション２６１ｂ、蒸発セクション２６１ｃ、凝縮セクション２６２ｃを有している。また同様に、分岐冷媒経路４４は、蒸発セクション２６３ａ、凝縮セクション２６４ａ、凝縮セクション２６４ｂ、蒸発セクション２６３ｂ、蒸発セクション２６３ｃ、凝縮セクション２６４ｃを有し、分岐冷媒経路４６は、蒸発セクション２６５ａ、凝縮セクション２６６ａ、凝縮セクション２６６ｂ、蒸発セクション２６５ｂ、蒸発セクション２６５ｃ、凝縮セクション２６６ｃを有している。
【００６５】
図１０において点ａから点ｄまでは、図４に示される第１の実施形態の場合と同様であるので説明を省略する。凝縮器４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４４〜４６に分かれて熱交換器２５０に流入するが、まず、冷媒経路４５を通る冷媒について説明する。冷媒経路４５に流入した冷媒液は、絞り２５４で減圧され、第１の熱交換部２５１の蒸発セクション２６３ａ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４の凝縮圧力と蒸発器２の蒸発圧力との中間圧力であり、本実施形態では、１．８９ＭＰａと０．３０ＭＰａの間の値となる。
【００６６】
蒸発セクション２６３ａ内で、上記中間圧力下で冷媒液が蒸発して、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２６４ａ及び２６４ｂに流入する。凝縮セクション２６４ａ及び２６４ｂでは、冷媒は第２の熱交換部２５２を流れる低温の空気Ｒにより熱を奪われ、点ｇ１の状態に至る。
【００６７】
点ｇ１の状態の冷媒は、蒸発セクション２６３ｂ及び２６３ｃ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２６４ｃに流入する。凝縮セクション２６４ｃ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１５℃、エンタルピは２２０．５ｋＪ／ｋｇである。
【００６８】
点ｇ２の状態の冷媒液は、絞り２５７で、温度１℃の飽和圧力である０．３０ＭＰａまで減圧されて点ｈで示される状態に至る。点ｈ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２に至り、ここで空気Ｑ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３に吸入され、上述したサイクルが繰り返される。
【００６９】
同様に、冷媒経路４４を通る冷媒は、絞り２５３、蒸発セクション、凝縮セクション、絞り２５６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４６を通る冷媒は、絞り２５５、蒸発セクション、凝縮セクション、絞り２５８を通り、点ｍ、点ｎ１、点ｏ１、点ｎ２、点ｏ２で示される状態を経て点ｐで示される状態に至る。
【００７０】
このように、熱交換器２５０内において、冷媒は蒸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。
【００７１】
ここで、昇圧機３、凝縮器４、絞り２５３〜２５８及び蒸発器２を含む圧縮ヒートポンプＨＰ３として考えると、本発明に係る熱交換器２５０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１の実施形態と同様に４２％も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ＨＰ３のエコノマイザ効果により、蒸発器２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。
【００７２】
さてこれまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、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３の実施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。更に、上述の実施形態においては空調空間を空調する除湿装置を例として説明したが、必ずしも空調空間に限らず、本発明の除湿装置を、他の除湿を必要とする空間に応用することもできる。
【００７３】
また、上述した各実施形態において、空調空間１００の空気を換気として取込み、第２の熱交換部を出た空気Ｓにこれを加えて再生空気としてもよい。図１２及び図１３には、上述の第１の実施形態において、空調空間１００の空気を換気として取込んで再生空気として利用する場合の構成例を示す。この場合には、例えば、図１２及び図１３に示すように、空気経路が上方向と水平方向に分岐する位置の近辺に空調空間１００の空気を取り込む換気口１８を設けると共に、この換気口１８から取り込まれた換気を再生空気に加えて、これを送風機７により凝縮器４に送っている。また、図１３に示すように、必要に応じて更に送風機８を設けることとしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、蒸発器での冷却の前に第１の熱交換手段により空気を予冷でき、その予冷の冷熱を、蒸発器で一旦冷却された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る。また、エネルギ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。更に、分岐冷媒経路を設けることによって、冷媒の作用温度を段階的に変化させることができるので、熱交換効率を高め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の実施形態における除湿装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の除湿装置内のフローを模式的に示す図である。
【図３】図２の除湿装置の熱交換器における冷媒経路を示す拡大図である。
【図４】図２の除湿装置に含まれるヒートポンプの冷媒モリエ線図である。
【図５】図２の除湿装置における空調サイクルを示す湿り空気線図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における除湿装置内のフローを模式的に示す図である。
【図７】図６の除湿装置に含まれるヒートポンプの冷媒モリエ線図である。
【図８】図６の除湿装置の熱交換器の構造の一例を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態における除湿装置内のフローを模式的に示す図である。
【図１０】図９の除湿装置に含まれるヒートポンプの冷媒モリエ線図である。
【図１１】図９の除湿装置の熱交換器における冷媒経路を示す拡大図である。
【図１２】本発明の他の実施形態における除湿装置の全体構成を示す図である。
【図１３】図１２の除湿装置内のフローを模式的に示す図である。
【図１４】従来の除湿装置内のフローを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１、７、８    送風機
２    蒸発器
３    昇圧機
４    凝縮器
５    熱交換器
６    デシカントロータ
６ａ  電動機
６ｂ  チェーン
１０    キャビネット
１１    吸気口
１２    フィルタ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  空気経路
１４    ドレンパン
１５    ドレンタンク
１６    排出口
１７    供給口
１８    換気口
５１    第１の熱交換部
５２    第２の熱交換部
６１    蒸発セクション
６２    凝縮セクション
６３、６４    Ｕチューブ
４０〜４６    経路
４８、４９、１６３、１６４、２５３〜２５８    絞り
【図１】
0003693581.tif 000002
【図２】
0003693581.tif 000003
【図３】
0003693581.tif 000004
【図４】
0003693581.tif 000005
【図５】
0003693581.tif 000006
【図６】
0003693581.tif 000007
【図７】
0003693581.tif 000008
【図８】
0003693581.tif 000009
【図９】
0003693581.tif 000010
【図１０】
0003693581.tif 000011
【図１１】
0003693581.tif 000012
【図１２】
0003693581.tif 000013
【図１３】
0003693581.tif 000014
【図１４】
0003693581.tif 000015