(57)【要約】【課題】パイロット熱交換器の伝熱面積を小さくできる、顕熱比が可変な空気除湿装置を提供する。【解決手段】空気冷却器１２と、空気冷却器１２の前後で処理空気を冷媒の蒸発と凝縮によりそれぞれ予冷と加熱する予冷却器１１及び再熱器１３と、凝縮冷媒を再熱器１３から予冷却器１１に送る第１の冷媒経路２１と、蒸発冷媒を予冷却器１１から再熱器１３に送る第２の冷媒経路２２と、予冷却器１１で蒸発した冷媒を凝縮させるパイロット熱交換器１４と、そこで凝縮した冷媒を貯留する貯液部１４ａと、貯液部１４ａから予冷却器１１に冷媒を導く、第１の開閉弁１５を有する第３の冷媒経路２３を備える空気除湿装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理空気を冷却する空気冷却器と；
前記処理空気を前記空気冷却器で冷却する前に、冷媒の蒸発により、予め冷却する予冷却器と；
前記処理空気を前記空気冷却器で冷却した後で、冷媒の凝縮により、加熱する再熱器と；
前記凝縮した冷媒を前記再熱器から前記予冷却器に送る第１の冷媒経路と；
前記蒸発した冷媒を前記予冷却器から前記再熱器に送る第２の冷媒経路と；
前記予冷却器で蒸発した冷媒を凝縮させるパイロット熱交換器と；
前記パイロット熱交換器で凝縮した冷媒を貯留する貯液部と；
前記貯液部から前記予冷却器に冷媒を導く第３の冷媒経路であって、冷媒経路を開閉する第１の開閉弁を有する第３の冷媒経路を備える；
空気除湿装置。
【請求項２】
前記予冷却器で蒸発した冷媒をパイロット熱交換器に導く第４の冷媒経路であって、冷媒経路を開閉する第２の開閉弁を有する第４の冷媒経路を備える；
請求項１に記載の空気除湿装置。
【請求項３】
前記第１の開閉弁と第２の開閉弁の開閉を制御するコントローラを備える、請求項２に記載の空気除湿装置。
【請求項４】
前記空気冷却器で処理空気を冷却する冷熱媒体を前記パイロット熱交換器で冷媒を凝縮させる冷熱媒体として用いる、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空気除湿装置。
【請求項５】
処理空気を冷却する空気冷却器と；
前記処理空気を前記空気冷却器で冷却する前に、冷媒の蒸発により、予め冷却する予冷却器と；
前記処理空気を前記空気冷却器で冷却した後で、冷媒の凝縮により、加熱する再熱器と；
前記凝縮した冷媒を前記再熱器から前記予冷却器に送る第１の冷媒経路と；
前記蒸発した冷媒を前記予冷却器から前記再熱器に送る第２の冷媒経路と；
前記予冷却器で蒸発した冷媒を凝縮させるパイロット熱交換器と；
前記パイロット熱交換器で凝縮した冷媒を貯留する貯液部と；
前記貯液部から前記予冷却器に冷媒を導く第３の冷媒経路と；
前記予冷却器で蒸発した冷媒をパイロット熱交換器に導く第４の冷媒経路であって、冷媒経路を開閉する第２の開閉弁を有する第４の冷媒経路を備える；
空気除湿装置。
【請求項６】
処理空気を冷却する空気冷却器と；
前記処理空気を前記空気冷却器で冷却する前に、冷媒の蒸発により、予め冷却する予冷却器と；
前記処理空気を前記空気冷却器で冷却した後で、冷媒の凝縮により、加熱する再熱器と；
前記凝縮した冷媒を前記再熱器から前記予冷却器に送る第１の冷媒経路と；
前記蒸発した冷媒を前記予冷却器から前記再熱器に送る第２の冷媒経路と；
前記予冷却器で蒸発した冷媒を凝縮させるパイロット熱交換器と；
前記パイロット熱交換器で凝縮した冷媒を貯留する貯液部と；
前記貯液部から前記予冷却器に冷媒を導く第３の冷媒経路であって前記貯液部と前記予冷却器との間にサイホンを形成する第３の冷媒経路と；
前記パイロット熱交換器を作動と非作動とに切り替える切替装置を備える；
空気除湿装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕熱比が可変な空気除湿装置に関し、特に予冷却器と再熱器を備える空気除湿装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図１０に示すように、顕熱比が可変な空調機として、処理空気の流れに沿って、主冷却コイル２を挟んで設けられた予冷却コイル１と再熱コイル３の上方に熱交換器４を設けたものがあった（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
ＵＳ５，４４８，８９７公報（Ｆｉｇ．３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来の空調機では、予冷却コイル１と再熱コイル３の両方で蒸発した冷媒を全て上方の熱交換器４で凝縮させる必要があり、伝熱量が多く伝熱面積の大きな熱交換器が必要であった。
【０００５】
そこで本発明は、パイロット熱交換器の伝熱面積を小さくできる、顕熱比が可変な空気除湿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に係る発明による空気除湿装置１０は、例えば図１に示すように、処理空気を冷却する空気冷却器１２と；前記処理空気を空気冷却器１２で冷却する前に、冷媒の蒸発により、予め冷却する予冷却器１１と；前記処理空気を空気冷却器１２で冷却した後で、冷媒の凝縮により、加熱する再熱器１３と；前記凝縮した冷媒を再熱器１３から予冷却器１１に送る第１の冷媒経路２１と；前記蒸発した冷媒を予冷却器１１から再熱器１３に送る第２の冷媒経路２２と；予冷却器１１で蒸発した冷媒を凝縮させるパイロット熱交換器１４と；パイロット熱交換器１４で凝縮した冷媒を貯留する貯液部１４ａと；貯液部１４ａから予冷却器１１に冷媒を導く第３の冷媒経路であって、冷媒経路を開閉する第１の開閉弁１５を有する第３の冷媒経路２３を備える。
【０００７】
典型的には貯液部１４ａはパイロット熱交換器１４と一体に構成される。例えばパイロット熱交換器１４のシェルの下部を貯液部１４ａとする。また典型的には、パイロット熱交換器１４で冷媒を凝縮させるための冷熱媒体の温度は、空気冷却器１２で冷却された後の処理空気の温度よりも低い。
【０００８】
このように構成すると、第１の開閉弁を閉とすると予冷却器と再熱器の双方で冷媒は蒸発し、比較的小さい伝熱面積のパイロット熱交換器で凝縮され、凝縮した冷媒は貯液部に貯留される。このときは典型的には冷房モードの運転となる。また、第１の開閉弁を開とすると貯液部の冷媒は予冷却器（及び再熱器）に導かれ、その後冷媒は予冷却器と再熱器との間で第１の冷媒経路と第２の冷媒経路を通して循環して除湿モードの運転がされる。
【０００９】
また請求項２に記載のように、請求項１に記載の空気除湿装置では、予冷却器１１で蒸発した冷媒をパイロット熱交換器１４に導く第４の冷媒経路であって、冷媒経路を開閉する第２の開閉弁１６を有する第４の冷媒経路２４を備えるようにしてもよい。
【００１０】
典型的には、冷房モードの運転では、第１の開閉弁が閉で、第２の開閉弁は開とする。冷房モードから除湿モードに切り替えるときは、第１の開閉弁を開とし、第２の開閉弁は開のままとする。除湿モードに入ると、第１の開閉弁と第２の開閉弁は双方ともに閉とする。
【００１１】
また請求項３に記載のように、請求項２に記載の空気除湿装置では、第１の開閉弁１５と第２の開閉弁１６の開閉を制御するコントローラ１７を備えるようにしてもよい。
【００１２】
このように構成すると、コントローラを備えるので、例えば、冷房モード、冷房モードから除湿モードへの切り替え、除湿モードに入った後の各状態に応じて、前記第１の開閉弁と第２の開閉弁の開閉を制御することができる。
【００１３】
また請求項４に記載のように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空気除湿装置では、空気冷却器１２で処理空気を冷却する冷熱媒体をパイロット熱交換器１４で冷媒を凝縮させる冷熱媒体として用いるようにするとよい。
【００１４】
このように構成すると、空気冷却器で処理空気を冷却する冷熱媒体をパイロット熱交換器で冷媒を凝縮させる冷熱媒体として用いるので、パイロット熱交換器用の冷熱媒体を別途用意する必要がない。
【００１５】
典型的には、冷熱媒体はパイロット熱交換器から空気冷却器の順に流す。典型的には冷熱媒体はチラーで作られる５〜１０℃程度の温度の冷水である。またチラーを直膨型のチラーとしたときは、冷熱媒体は膨張弁で膨張した冷媒であってもよい。
【００１６】
また上記目的を達成するために、請求項５に係る発明による空気除湿装置１０ｂは、例えば図６に示すように、処理空気を冷却する空気冷却器１２と；前記処理空気を空気冷却器１２で冷却する前に、冷媒の蒸発により、予め冷却する予冷却器１１と；前記処理空気を空気冷却器１２で冷却した後で、冷媒の凝縮により、加熱する再熱器１３と；前記凝縮した冷媒を再熱器１３から予冷却器１１に送る第１の冷媒経路２１と；前記蒸発した冷媒を予冷却器１１から再熱器１３に送る第２の冷媒経路２２と；予冷却器１１で蒸発した冷媒を凝縮させるパイロット熱交換器１４と；パイロット熱交換器１４で凝縮した冷媒を貯留する貯液部１４ａと；貯液部１４ａから予冷却器１１に冷媒を導く第３の冷媒経路２３と；予冷却器１１で蒸発した冷媒をパイロット熱交換器１４に導く第４の冷媒経路であって、冷媒経路を開閉する第２の開閉弁１６を有する第４の冷媒経路２４を備える。
【００１７】
このように構成すると、予冷却器で蒸発した冷媒をパイロット熱交換器に導く第４の冷媒経路であって、冷媒経路を開閉する第２の開閉弁を有する第４の冷媒経路を備えるので、第２の開閉弁を開閉することにより、冷房モードと除湿モードの切り替えが可能である。
【００１８】
また上記目的を達成するために、請求項６に係る発明による空気除湿装置１０ｃは、例えば図７に示すように、処理空気を冷却する空気冷却器１２と；前記処理空気を空気冷却器１２で冷却する前に、冷媒の蒸発により、予め冷却する予冷却器１１と；前記処理空気を空気冷却器１２で冷却した後で、冷媒の凝縮により、加熱する再熱器１３と；前記凝縮した冷媒を１３再熱器から予冷却器１１に送る第１の冷媒経路２１と；前記蒸発した冷媒を予冷却器１１から再熱器１３に送る第２の冷媒経路２２と；予冷却器１１で蒸発した冷媒を凝縮させるパイロット熱交換器１４と；パイロット熱交換器１４で凝縮した冷媒を貯留する貯液部１４ａと；貯液部１４ａから予冷却器１１に冷媒を導く第３の冷媒経路であって貯液部１４ａと予冷却器１１との間にサイホンを形成する第３の冷媒経路２３と；パイロット熱交換器１４を作動と非作動とに切り替える切替装置１９を備える。
【００１９】
このように構成すると、パイロット熱交換器１４を作動と非作動とに切り替える切替装置１９を備えるので、冷房モードと除湿モードの切り替えが可能となる。
【００２０】
【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。
【００２１】
図１は、本発明による第１の実施の形態である空気除湿装置１０のフロー図である。この空気除湿装置１０は処理空気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モードの運転と、主として顕熱を奪う冷房モードの運転ができる空気除湿装置である。
【００２２】
ここで、「処理空気をその露点温度に冷却して除湿」というとき、処理空気は多少過冷却されることがあり、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。
【００２３】
図１を参照して、第１の実施の形態である空気除湿装置１０の構成を説明する。この空気除湿装置１０は、空調空間１００内に供給する処理空気を、除湿し、又は冷房のために冷却する。
【００２４】
空気除湿装置１０は、チラー３１から供給される冷水で、処理空気としての空調空間１００からの戻り空気を冷却する、空気冷却器としての主コイル１２と、処理空気を主コイル１２の上流で予冷する予冷却器としての予冷コイル１１と、処理空気を主コイル１２の下流で再熱する再熱器としての再熱コイル１３とを含んで構成される。
予冷コイル１１と再熱コイル１３の構造については別図を参照して後で詳しく説明する。
【００２５】
なお図１（図３、４、５、６、８、９も同様）は、空気除湿装置１０を側面から見た模式的な側面図でもある。すなわち、側面図として、予冷コイル１１、主コイル１２、再熱コイル１３、パイロット熱交換器１４の上下関係をあらわしている。図示のように、予冷コイル１１、主コイル１２、再熱コイル１３は、ほぼ水平方向に配列されており、パイロット熱交換器１４の特に貯液部１４ａは、予冷コイル１１、主コイル１２、再熱コイル１３よりも、鉛直方向上方に配置されている。
【００２６】
予冷コイル１１の細管の最下部と再熱コイル１３の最下部とは、第１の冷媒経路２１で接続され連通している。また予冷コイル１１の最上部と再熱コイル１３の最上部とは第２の冷媒経路２２で接続され連通している。予冷コイル１１と再熱コイル１３とがヒートパイプとして作用するときは、再熱コイル１３中で凝縮した冷媒液は第１の冷媒経路２１を通して予冷コイル１１に流れ、予冷コイル１１中で蒸発した冷媒ガスは第２の冷媒経路２２を通して再熱コイル１３に流れる。
【００２７】
空気除湿装置１０は、さらにパイロット熱交換器１４を備える。パイロット熱交換器１４は、缶胴１４ａ内にチラー３１から供給される冷水の通る冷却管が配置され、冷媒ガスから熱を奪って凝縮させる。
【００２８】
またパイロット熱交換器１４の缶胴は、特にその下部が、冷媒を貯留する貯液部１４ａとしても構成されている。貯液部１４ａは、予冷コイル１１と再熱コイル１３とで熱交換に供される冷媒を液として全て貯留するのに十分な容量を有している。
【００２９】
貯液部１４ａから鉛直方向下方には冷媒貯液脚部２３ａが形成されている。これは冷媒貯液部の一部ではあるが、冷媒を予冷コイル１１に送るに十分な太さがあればよく、特に太くする必要はない。
【００３０】
冷媒貯液脚部２３ａと第１の冷媒経路２１とは、第３の冷媒経路２３で接続されている。第３の冷媒経路２３には、冷媒を遮断し連通する第１の開閉弁としての電磁弁１５が設けられている。第３の冷媒経路２３は、第１の冷媒経路２１に接続する必要はなく、予冷コイル１１の下部に接続されていればよい。
【００３１】
第２の冷媒経路２２とパイロット熱交換器１４の上部とは、第４の冷媒経路２４で接続され連通している。第４の冷媒経路２４には、第２の開閉弁としての電磁弁１６が設けられている。電磁弁１５と電磁弁１６とを制御するコントローラ１７が備えられている。コントローラ１７は、空気除湿装置１０が、冷房モードで運転されるか、除湿モードか、冷房モードから除湿モードへの切り換え時かにより、電磁弁１５と電磁弁１６を開閉制御する。
【００３２】
予冷コイル１１、主コイル１２、再熱コイル１３を通る処理空気を流すためのファン１８が、処理空気経路に備えられている。再熱コイル１３で再熱され、相対湿度の低下した処理空気は、ファン１８により、空調空間１００に送られ、空調空間１００からの戻り空気は、予冷コイル１１に流入する。なお、予冷コイル１１、主コイル１２、再熱コイル１３、パイロット熱交換器１４、ファン１８及びこれらを収納する筐体を含んで、空調機組立ＡＳＳＹが構成されている。
【００３３】
図２を参照して、予冷コイル１１と再熱コイル１３の構造の一例を説明する。本図は、予冷コイル１１と再熱コイル１３を抽出して示したものである。実際は、両コイルの間に、この図には不図示の空気冷却器である主コイル１２が設けられている。予冷コイル１１と再熱コイル１３は、ほぼ水平方向に配列されている。予冷コイル１１、再熱コイル１３は、アルミ等で製作された多層フィン１１ａ、１３ａと、該フィンを蛇行して貫通する細管群で構成されている。
【００３４】
本図では、予冷コイル１１のフィンは一部のみ図示し、他は図示を省略してある。特に再熱コイル１３の細管は、凝縮した冷媒液が滞留することなく鉛直方向下方に流下するように構成されている。本図では、予冷コイル１１、再熱コイル１３共に、水平方向に配列された複数の細管の端部をＵ（ユー）チューブで接続し、蛇行した細管として構成されている。予冷コイル１１、再熱コイル１３それぞれの、蛇行した細管は上部で第２の冷媒経路２２で接続されている。また、予冷コイル１１、再熱コイル１３それぞれの、蛇行した細管は下部で第１の冷媒経路２１で接続されている。本図では、第１の冷媒経路２１に接続された第３の冷媒経路と、第２の冷媒経路に接続された第４の冷媒経路は図示を省略してある。
【００３５】
このような構造において、予冷コイル１１では、下部の細管内に溜まった冷媒液がフィン１１ａ側を通過する処理空気で加熱され、沸騰して蒸発し、上部の細管に冷媒ガスとなって流れる。この冷媒ガスは第２の冷媒経路２２を通して再熱コイル１３側に流入し、ここでフィン１３ａ側を流れる処理空気を加熱し、自身は熱を奪われて凝縮する。凝縮した冷媒液は蛇行した細管の下部に溜まり、次いで第１の冷媒経路２１を通して、再熱コイル１１の下部に流れる。
【００３６】
予冷コイル１１は、液混じりの冷媒ガスが下方から上方にスムーズに流れる構造であればよく、また再熱コイル１３は、ガス混じりの冷媒液が上方から下方にスムーズに流れる構造であればよい。したがって、図３に示す構造に限らず、最上部と最下部にそれぞれ水平方向に設置されるヘッダーを備え、両ヘッダー間を複数の細管で連結した構造をとってもよい。
【００３７】
主コイル１２も、予冷コイル１１、再熱コイル１３と同様に、アルミ等で製作された多層フィンと、該フィンを蛇行して貫通する細管群で構成されている。主コイル１２は、本発明の実施の形態では、冷熱媒体として冷水を用いるので、細管の配列は予冷コイル１１、再熱コイル１３と同様である必要はない。上下方向に配列され、上部と下部でＵチューブにより接続された構造であってもよい。
【００３８】
図３のフロー図を参照して、第１の実施の形態である、空気除湿機１０の作用を説明する。本図は、空気除湿装置１０が除湿モードに設定されている場合である。
【００３９】
除湿モードでは、コントローラ１７の指令により電磁弁１５と電磁弁１６は両方とも閉とされる。図中、黒塗りされた弁は閉となっていることを示す。
【００４０】
電磁弁１５と電磁弁１６が開の間に、貯液部１４ａの液は僅かな量を冷媒貯液脚部２３ａに残して予冷コイル１１と再熱コイル１３に移動している。すなわち電磁弁１５が開となっているので、冷媒液は第３の冷媒経路２３を通して冷媒貯液脚部２３ａから、ひいては冷媒貯液部１４ａから、予冷コイル１１と再熱コイル１３に移動する。このとき、電磁弁１６が開となっているので、第４の冷媒経路２４は均圧管として作用して、冷媒ガスは予冷コイル１１と再熱コイル１３から貯液部１４ａの上部に移動する。
冷媒液が、冷媒貯液部１４ａ側と予冷コイル１１及び再熱コイル１３側とで同レベルになったとき、即ち冷媒液が十分に予冷コイル１１及び再熱コイル１３に移動したところで、電磁弁１５と電磁弁１６を閉とする。
【００４１】
その後は、冷媒は予冷コイル１１内での蒸発と再熱コイル１３内での凝縮を繰り返すことにより、処理空気間の熱交換を行う。すなわち、冷媒は予冷コイル１１内で蒸発し、空調空間１００からの温度の高い処理空気を予冷することにより自身は熱を得て蒸発する。蒸発した冷媒ガスは第２の冷媒経路２２を通して再熱コイル１３の上部に流れ、再熱コイル１３内で凝縮し、主コイル１２で冷却されて絶対湿度の低下した処理空気を加熱（再熱）する。
【００４２】
再熱コイル１３内で凝縮した冷媒液は、第１の冷媒経路２１を通して予冷コイル１１の下部に流入する。流入した冷媒は、前記のように予冷コイル１１内で蒸発する。このようにして、予冷コイル１１と再熱コイル１３とにより、主コイル１２前後の処理空気の間で熱交換がされる。予冷コイル１１が処理空気の予冷をするので、主コイル１２が処理空気の絶対湿度を下げるのに有効に使用でき、再熱コイル１３が再熱をするので、処理空気の相対湿度を下げることができる。
【００４３】
なお図３では、除湿モードで電磁弁１５と電磁弁１６を閉とするものとして説明したが、両方の弁を開としてもよい。このときは、パイロット熱交換器１４内で、多少の冷媒が凝縮されるが、もともとパイロット熱交換器１４は後述のように冷房モードのときに冷媒液を貯液部１４ａに溜め込むために凝縮させるに十分な伝熱面積を有するだけなので、ここで凝縮される冷媒量はそれほど多くない。
【００４４】
したがって、再熱コイル１３による再熱効果が多少低下するだけなので、除湿モードの運転が可能である。このような運転は、処理空気の温度が比較的高く、再熱効果が低くてもよい場合にするとよい。
【００４５】
次に図４のフロー図を参照して、第１の実施の形態の空気除湿装置を冷房モードで運転する場合を説明する。
【００４６】
冷房モードでは、コントローラ１７の指令により電磁弁１５は閉、電磁弁１６は開とされる。この状態では、冷媒は、貯液部１４ａに移動する。すなわち電磁弁１６が開となっているので、冷媒ガスは第４の冷媒経路２４を通して、予冷コイル１１と再熱コイル１３側から、パイロット熱交換器１４側に移動する。移動した冷媒ガスは、パイロット熱交換器１４内で凝縮し、凝縮した冷媒液は冷媒貯液部１４ａに貯留される。
【００４７】
このとき、電磁弁１５が閉となっているので、冷媒貯液部１４ａに貯留された冷媒液は、予冷コイル１１と再熱コイル１３側に移動しない。予冷コイル１１と再熱コイル１３内で、冷媒は処理空気からの熱で蒸発する。
しばらくすると、予冷コイル１１と再熱コイル１３中には、冷媒液が無くなり、乾いた状態となる。したがって処理空気の予冷コイル１１による予冷と再熱コイル１３による再熱は行われず、主コイル１２による冷却だけとなる。すなわち冷房モードの運転がされる。
【００４８】
図１の表に、第１の実施の形態の各モードにおける電磁弁１５、１６の開閉状態をまとめて示す。すなわち、冷房モードでは、電磁弁１５（表中「弁Ａ」）は閉、電磁弁１６（表中「弁Ｂ」）は開である。冷房モードから除湿モードへの切り替え時には、電磁弁１５、１６は共に、前述のように冷媒液の移動に要する時間だけ限時的に開となる。除湿モードでは、電磁弁１５、１６は、両方共閉とする。
【００４９】
図５のフロー図を参照して、第２の実施の形態である、空気除湿機１０ａを説明する。第１の実施の形態との相違点は、第２の開閉弁としての電磁弁１６が備わっていない点である。第１の開閉弁としての電磁弁１５の開閉で、冷房モードと除湿モードの切り替えを行う。
【００５０】
本図に示されるのは、冷房モードに設定されている場合である。電磁弁１６が閉となっているので、図４で説明したのと同様に、冷媒は貯液部１４ａに貯留される。電磁弁１６がなくても、冷媒ガスはパイロット熱交換器１４で、パイロット熱交換器１４の熱交換チューブ内を流れる冷熱媒体である冷水の温度に対応する飽和圧力で凝縮されてしまうと、それ以上は冷媒経路２４を冷媒が流れることはない。したがって予冷コイル１１と再熱コイル１３で蒸発、凝縮が行われることはない。主コイル１２における冷却が行われる。すなわち冷房モードの運転がされる。
【００５１】
なおパイロット熱交換器１４で用いる冷熱媒体である冷水は、主コイル１２で処理空気の冷却に使用される前にパイロット熱交換器１４で冷媒の凝縮に使用される。したがってここで使用される冷水の温度は、その後の冷水により、主コイル１２で冷却された処理空気の温度よりもかなり低い。再熱コイル１３のフィン側を通る処理空気は主コイル１２で冷却されたものである。予冷コイル１１のフィン側を通る処理空気は、もちろんのこと再熱コイル１３を通る処理空気よりも温度が高い。したがって、予冷コイル１１と再熱コイル１３で、処理空気により蒸発した冷媒は、パイロット熱交換器１４で凝縮するのである。
【００５２】
除湿モードの運転をするためには、電磁弁１５を開とする。電磁弁１５を開くと、貯液部１４ａに貯留されていた冷媒液は、電磁弁１５を有する第３の冷媒経路２３を通って、予冷コイル１１側に流れてここで蒸発する。以後は、予冷コイル１１での蒸発と再熱コイル１３での凝縮を繰り返し、処理空気の予冷と再熱を行う。すなわち除湿モードの運転となる。
【００５３】
なお図３の説明で、電磁弁１５と電磁弁１６の両方の弁を開としても除湿モードの運転ができる旨言及したが、その運転形態は、本実施の形態での電磁弁１５を開とした状態と同様である。すなわち、このときはパイロット熱交換器１４内で、多少の冷媒が凝縮されるが、もともとパイロット熱交換器１４は後述のように冷房モードのときに冷媒液を貯液部１４ａに溜め込むために凝縮させるに十分な伝熱面積を有するだけなので、ここで凝縮される冷媒量はそれほど多くない。
【００５４】
図６のフロー図を参照して、第３の実施の形態である空気除湿機１０ｂを説明する。第１の実施の形態との相違点は、第１の開閉弁としての電磁弁１５が備わっていない点である。第２の開閉弁としての電磁弁１６の開閉で、冷房モードと除湿モードの切り替えを行う。
【００５５】
本図に示されるのは、冷房モードに設定されている場合である。電磁弁１６が閉となっているので、第４の冷媒経路２４を通じて冷媒ガスがパイロット熱交換器１４に供給されない。したがってパイロット熱交換器１４内にあった冷媒ガスは、冷水により凝縮して貯液脚部２３ａ内に、また貯液部１４ａ内に冷媒液を吸い上げる。冷媒液は再熱コイル１３側から、サイホンを形成する第３の冷媒経路を通して、貯液脚部２３ａ、ひいては貯液部１４ａ内に流入し、貯液部１４ａに貯留される。このようにして、予冷コイル１１と再熱コイル１３内には冷媒液は存在しないことになり、熱交換器としては機能しなくなる。
【００５６】
このようにして、処理空気は主コイル１２で冷却されるだけになり、冷房モードの運転が継続される。
【００５７】
除湿モードの運転に入るためには、電磁弁１６を開とする。すると第４の冷媒経路２４は、均圧管として作用し、冷媒ガスをパイロット熱交換器１４に供給する。冷媒ガスが供給されるので、冷媒液は第３の冷媒経路２３を通して予冷コイル１１側に流れる。これは図５で説明した第２の実施の形態で、電磁弁１５を開としたのと同じ状態であり、除湿モードの運転である。
【００５８】
図７のフロー図を参照して、第４の実施の形態である空気除湿機１０ｃを説明する。第１の実施の形態との相違点は、電磁弁１５、１６、第４の冷媒経路２４を備えず、その代わりに、冷熱媒体である冷水の切り替え装置としての、三方弁１９を備える点である。三方弁１９は、冷水を他の実施の形態と同様に、パイロット熱交換器１４を通す場合と、パイロット熱交換器１４をバイパスする冷水バイパス管３４を通す場合とで切り替えるための弁である。冷水バイパス管３４は、冷水供給管３２に設けられた三方弁１９と、パイロット熱交換器１４の下流側の冷水供給管とを接続する。
【００５９】
パイロット熱交換器１４の下方には冷媒貯液脚部２３ａが立ち下がっており、冷媒貯液脚部２３ａは、その下部において第３の冷媒経路２３により予冷コイル１１の下部に接続されている。本実施の形態では第３の冷媒経路２３は、第１の冷媒経路２１に接続されている結果、予冷コイル１１と再熱コイル１３の下部に接続されていることになる。また、第３の冷媒経路２３は、冷媒貯液脚部２３ａと共に、貯液部１４ａと予冷コイル１１の下部との間でサイホンを形成している。パイロット熱交換器１４は、第３の冷媒経路２３は、冷媒貯液部２３ａを通じる他、冷媒の出入口を有しない、いわば行き止まりの冷媒空間を形成している。
【００６０】
図示は、冷水がパイロット熱交換器１４を通る場合であり、冷房モードの運転の場合である。この状態では、冷水がパイロット熱交換器１４内の冷媒ガスを凝縮するので、冷媒液は第３の冷媒経路２３と冷媒貯液部２３ａを通して、パイロット熱交換器１４、乃至は貯液部１４ａに吸い込まれる。その結果、予冷コイル１１と再熱コイル１３には、冷媒液は存在しないことなり、別の実施の形態で説明したように、冷房モードの運転になる。
【００６１】
三方弁１９を、冷水がパイロット熱交換器１４をバイパスするように切り替えると、冷媒ガスはパイロット熱交換器１４で凝縮されないので、冷媒液は徐々に予冷コイル１１と再熱コイル１３側に流入し、除湿モードの運転となる。なお、パイロット熱交換器１４乃至は冷媒貯液脚部２３ａは、冷媒液を加熱する加熱手段を備えるとよい。例えば冷媒貯液脚部２３ａを処理空気の流路中に置けばよい。
【００６２】
次に図８に示す除湿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３を参照して、空気除湿装置１１の除湿モード時の作用を説明する。図中、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。
【００６３】
図中、空調空間１００からの処理空気（状態Ｋ）は、処理空気経路を通して、予冷コイル１１に送り込まれ、ここで蒸発する冷媒によりある程度まで冷却される。これは主コイル１１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、予冷コイル１１で冷却されながら、また状態Ｋの温度が低いときは、ある程度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、飽和線と点Ｘとの中間点まで冷却するものであってもよい（図示はその場合である）。又は飽和線を越えて、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。
【００６４】
予冷された処理空気は、処理空気経路を通して、主コイル１２に導入される。ここでは、熱源機であるチラー３１から供給され、パイロット熱交換器１４を経由した冷水により、処理空気はその露点温度（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、実際は飽和線と少なくとも一部で重なっている。
【００６５】
点Ｌの状態の処理空気は、処理空気経路を通して再熱コイル１３に流入する。ここでは再熱コイル１３内で凝縮する冷媒により、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、ファン１８により吸い込まれ、空調空間１００に戻される。
【００６６】
予冷コイル１１と再熱コイル１３では、予冷コイル１１での冷媒の蒸発により処理空気を予冷し、再熱コイル１３での冷媒の凝縮により処理空気を再熱する。そして予冷コイル１１で蒸発した冷媒は、再熱コイル１３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、主コイル１２で冷却される前後の処理空気同士の熱交換を間接的に行う。
【００６７】
ここで図８の湿り空気線図上に示す空気側のサイクルでは、予冷コイル１１で処理空気を予冷した熱量、すなわち再熱コイル１３で処理空気を再熱した熱量ΔＨが熱回収分であり、主コイル１２で処理空気を冷却した熱量分がΔＱである。また空調空間１００を冷房する、冷房効果がΔｉである。
エンタルピ差Δｉは、除湿冷房部（主コイル１２と、予冷コイル１１、再熱コイル１３からなる）に入ってから出るまでの処理空気のエンタルピの差である。これは予冷コイル１１と再熱コイル１３の有無にかかわらず一定である。
【００６８】
点Ｍを通る等エンタルピ線と線ＸＬの交点をＭ’とする。点Ｍ’は予冷コイル１１と再熱コイル１３が無いと仮定したとき、除湿冷房部（主コイル１２からなる）から出る処理空気の状態を表す。点Ｋと点Ｍ’を結ぶ線は、顕熱比ＳＨＦ−０（冷房モード）を表す。また点Ｋと点Ｍとを結ぶ線は、顕熱比ＳＨＦ−１（除湿モード）を表す。
【００６９】
除湿冷房部については、顕熱比ＳＨＦ−０＞顕熱比ＳＨＦ−１の関係がある。顕熱比が小さい方が、言い換えれば潜熱比が大きい（湿り空気線図上で傾斜が大きい）方が同じ冷房エンタルピ差（Δｉ）において除湿量が多くできる。即ち、本実施の形態のように予冷コイル１１と再熱コイル１３を設けると、図中ＳＨＦ−１のように顕熱比が小さくなり、除湿量を多くできる。
【００７０】
なお、ΔＨ＋ΔＱ−Δｉ＝Δｈは、予冷コイル１１と再熱コイル１３を設けたことによる、除湿能力の増加分である。仮に、除湿冷房部において、間接熱交換部である予冷コイル１１と再熱コイル１３の面積を小さくして行ったとすると、Δｈは小さくなり、ついにはその面積がゼロになったところで、点Ｍは点Ｍ’と重なる。これは、除湿冷房部が特別の除湿効果の無い通常の冷房装置（主コイル１２からなる）となったのと同じである。
【００７１】
本実施の形態の除湿冷房部は、除湿モード時に、予冷コイル１１と再熱コイル１３からなる間接熱交換部を主コイル１２を通過する前後の処理空気の再熱（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、除湿モード時では、速やかに湿度を下げることができ、梅雨時のようないわゆる低顕熱比の湿度の高い空調負荷に対応できる。
【００７２】
図９のフロー図を参照して、第５の実施の形態の空気除湿装置を説明する。本実施の形態の、図１に示す第１の実施の形態と異なる点は、冷水バイパス管３５を備える点である。冷水バイパス管３５は、冷水供給管３２のパイロット熱交換器１４の上流側と下流側を接続して、パイロット熱交換器１４をバイパスする。冷水バイパス管３５には、パイロット熱交換器１４と冷水バイパス管３５との冷水流量の割合を調整するための、絞り３５ａが設けられている。絞り３５ａは典型的にはオリフィスであるが、開度を調整して設定できる弁であってもよい。
【００７３】
パイロット熱交換器１４は、もともと熱交換量はあまり大きくなくてもよい。除湿モードの際に、冷媒ガスを貯液部に溜めるためだけだからである。したがってパイロット熱交換器１４の伝熱面積を主コイル１２と比較して、相対的にかなり小さくしてもよいし、パイロット熱交換器１４を流す冷水量を少なくしてもよい。冷水バイパス管３５は、冷水量を少なくするためのものである。
【００７４】
さらに第１、第２、第３の実施の形態の場合に、図９に示すような冷水供給管３２と冷水バイパス管３５を設け、冷水供給管３２と冷水バイパス管３５の接続部に不図示の三方弁を設け、電磁弁１５、１６の切り替え操作に加えて除湿モードのときは冷水を冷水バイパス管３５の方に流し、冷房モードのときは冷水をパイロット熱交換器１４の方に流すように、切り替えるように構成してもよい。特に第２、第３の実施の形態の変形例として冷水供給管３２と冷水バイパス管３５を設けるとよい。このように構成すると、除湿モードのときにパイロット熱交換器１４での、不要な凝縮を避けることができる。
【００７５】
以上の実施の形態では、熱源機は冷水を作るチラーとして説明したが、これに限らず、冷水を蓄える蓄熱槽であってもよい。
【００７６】
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、本発明の空気除湿装置は、必ずしもそのような空調空間に限らない。他の除湿を必要とする空間用の空気除湿装置として応用することもできる。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、比較的小さい伝熱面積のパイロット熱交換器を備え、冷房モードと除湿モードの切り替えができる、空気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】本発明の第１の実施の形態である空気除湿装置のフロー図である。
【図２】本発明の実施の形態に適する予冷コイルと再熱コイルの一例を示す模式的斜視図である。
【図３】図１に示す空気除湿装置を除湿モードで運転する場合のフロー図である。
【図４】図１に示す空気除湿装置を冷房モードで運転する場合のフロー図である。
【図５】第２の実施の形態の空気除湿装置を冷房モードで運転する場合のフロー図である。
【図６】第３の実施の形態の空気除湿装置を冷房モードで運転する場合のフロー図である。
【図７】第４の実施の形態の空気除湿装置を冷房モードで運転する場合のフロー図である。
【図８】本発明の実施の形態である空気除湿装置の除湿モード時の作動を説明する湿り空気線図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態である空気除湿装置のフロー図である。
【図１０】従来の空気除湿装置のフロー図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ、１０ｂ  空気除湿装置
１１  予冷コイル
１２  主コイル
１３  再熱コイル
１４  パイロット熱交換器
１４ａ  貯液部
１５、１６  電磁弁
１７  コントローラ
１８  ファン
１９  三方弁
２１  第１の冷媒経路
２２  第２の冷媒経路
２３  第３の冷媒経路
２３ａ  冷媒貯液脚部
２４  第４の冷媒経路
３１  チラー
３２  冷水供給管
３３  冷水戻り管
３４、３５  冷水バイパス管
３５ａ  バイパス弁
１００  空調空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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