(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高熱源流体を加熱する凝縮器と、
前記冷媒を蒸発させ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の間の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前記低熱源流体を冷却する第１の熱交換手段と、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の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前記低熱源流体を加熱する第２の熱交換手段と、
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低熱源流体経路とを備え、
冷媒経路は、前記凝縮器の下流側において前記第２の熱交換手段を貫通した後、前記第１の熱交換手段と前記第２の熱交換手段とを交互に貫通することを特徴とするヒートポンプ。
【請求項２】
前記冷媒経路は、前記第１の熱交換手段内の蒸発セクションと前記第２の熱交換手段内の凝縮セクションとを有し、
前記第２の熱交換手段における最初の凝縮セクションが、前記第１の熱交換手段における最初の蒸発セクションよりも大きな伝熱面積を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
【請求項３】
冷媒を昇圧する昇圧機と、
前記冷媒を凝縮させて処理空気を加熱する凝縮器と、
前記冷媒を蒸発させて処理空気を露点温度以下まで冷却する蒸発器と、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の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前記処理空気を冷却する第１の熱交換手段と、
前記凝縮器と前記蒸発器との間の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前記処理空気を加熱する第２の熱交換手段と、
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処理空気経路とを備え、
冷媒経路は、前記凝縮器の下流側において前記第２の熱交換手段を貫通した後、前記第１の熱交換手段と前記第２の熱交換手段とを交互に貫通することを特徴とする除湿空調装置。
【請求項４】
前記冷媒経路は、前記第１の熱交換手段内の蒸発セクションと前記第２の熱交換手段内の凝縮セクションとを有し、
前記第２の熱交換手段における最初の凝縮セクションが、前記第１の熱交換手段における最初の蒸発セクションよりも大きな伝熱面積を有することを特徴とする請求項３に記載の除湿空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ及び除湿空調装置、特に動作係数（ＣＯＰ）の高いヒートポンプ及びこのようなヒートポンプを備え、エネルギー消費量当たりの除湿能力の高い除湿空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空調システムの構成を図８に示す。図８に示すように、従来の除湿空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機２０１と、圧縮機２０１により圧縮された冷媒を外気ＯＡで凝縮する凝縮器２０２と、凝縮された冷媒を膨張弁２０３で減圧し冷媒を蒸発させて空調空間１００からの処理空気を露点温度以下に冷却する蒸発器２０４と、この露点以下に冷却された処理空気を、凝縮器２０２の下流側で膨張弁２０３の上流側の冷媒で再熱する再熱器２０５とを備えている。これら圧縮機２０１、凝縮器２０２、再熱器２０５、膨張弁２０３及び蒸発器２０４によって、蒸発器２０４を流れる処理空気から凝縮器２０２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】
図９は、従来の除湿空調装置において、冷媒としてＨＦＣ１３４ａを用いた場合のヒートポンプＨＰのモリエ線図である。図９において、点ａは蒸発器２０４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０．３４ＭＰａ、温度は５℃、エンタルピは４００．９ｋＪ／ｋｇである。点ｂはガスを圧縮機２０１で吸込圧縮した状態、即ち圧縮機２０１の吐出口での状態を示しており、このときの冷媒は過熱ガスの状態にある。
【０００４】
点ｂの状態にある冷媒ガスは、凝縮器２０２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０．９４ＭＰａ、温度は３８℃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２５０．５ｋＪ／ｋｇである。
【０００５】
この冷媒液は、膨張弁２０３で減圧され、温度５℃の飽和圧力である０．３４ＭＰａまで減圧されて点ｅで示される状態に至る。点ｅの状態における冷媒は、５℃の冷媒液とガスの混合物として蒸発器２０４に至り、蒸発器２０４において処理空気から熱を奪い、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圧縮機２０１に吸入され、上述したサイクルが繰り返される。
【０００６】
図１０は、従来の除湿空調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１０において、符号Ｋ、Ｌ、Ｍは、図８においてそれぞれの符号を付した経路状態に対応している。図１０に示すように、従来の除湿空調装置において、空調空間１００からの空気（状態Ｋ）は、蒸発器２０４で露点温度以下に冷却され、乾球温度が低下すると共に絶対湿度が低下して状態Ｌに至る。この状態Ｌは湿り空気線図において飽和線上にある。状態Ｌの空気は再熱器２０５で再熱され、絶対湿度一定のまま乾球温度が上昇して状態Ｍに至り、空調空間１００に供給される。この状態Ｍは、状態Ｋと比べて絶対湿度、乾球温度共に低い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の除湿空調装置においては、露点までの冷却量が多いためヒートポンプの蒸発器における冷凍効果のうち３０％程度が顕熱負荷を奪うのに消費され、電力消費量当たりの除湿能力（除湿性能）が低かった。また、ヒートポンプの圧縮機として単段圧縮機を用いる場合には、１段圧縮の圧縮式冷凍サイクルになり、動作係数（ＣＯＰ）が低く、除湿量当たりの電力消費量が大きかった。
【０００８】
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、動作係数（ＣＯＰ）の高いヒートポンプ及びエネルギー消費量当たりの除湿能力の高い除湿空調装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、前記冷媒を凝縮させて高熱源流体を加熱する凝縮器と、前記冷媒を蒸発させ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の間の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前記低熱源流体を冷却する第１の熱交換手段と、前記凝縮器と前記蒸発器との間の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前記低熱源流体を加熱する第２の熱交換手段と、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低熱源流体経路とを備え、冷媒経路は、上記凝縮器の下流側において上記第２の熱交換手段を貫通した後、前記第１の熱交換手段と前記第２の熱交換手段とを交互に貫通することを特徴とするヒートポンプである。
【００１０】
また、本発明の他の一態様は、冷媒を昇圧する昇圧機と、前記冷媒を凝縮させて処理空気を加熱する凝縮器と、前記冷媒を蒸発させて処理空気を露点温度以下まで冷却する蒸発器と、前記凝縮器と前記蒸発器との間の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前記処理空気を冷却する第１の熱交換手段と、前記凝縮器と前記蒸発器との間の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前記処理空気を加熱する第２の熱交換手段と、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処理空気経路とを備え、冷媒経路は、上記凝縮器の下流側において上記第２の熱交換手段を貫通した後、前記第１の熱交換手段と前記第２の熱交換手段とを交互に貫通することを特徴とする除湿空調装置である。
【００１１】
このような構成により、蒸発器での冷却の前に第１の熱交換手段において低熱源流体を予冷でき、その予冷の熱を使って、蒸発器での冷却の後に第２の熱交換手段において低熱源流体を加熱し、また、処理空気を低熱源とし、蒸発器で処理空気を露点温度以下に冷却するようにすれば、除湿量当たりのエネルギー消費量が小さい除湿空調装置を提供することが可能となる。
【００１２】
また、凝縮器を出た冷媒液が、まず凝縮セクションに流入し、ここで凝縮されるので、各熱交換手段において熱媒体となる冷媒の乾き度を全体的に低く、即ち湿り飽和蒸気に近づけて熱交換を行うことができる。従って、部分負荷時の容量制御によって冷媒の流量が減少した場合においても、冷媒蒸気が蒸発器に流入する割合を減少させることができ、部分負荷時においても消費電力当たりの除湿能力の低下が少ない除湿空調装置とすることができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい一態様は、前記冷媒経路が、前記第１の熱交換手段内の蒸発セクションと前記第２の熱交換手段内の凝縮セクションとを有し、前記第２の熱交換手段における最初の凝縮セクションが、前記第１の熱交換手段における最初の蒸発セクションよりも大きな伝熱面積を有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る除湿空調装置の一実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。図１は本実施形態における空調システムの全体構成を示す図、図２は本実施形態における除湿空調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空調装置は、空調空間１００内の空気（処理空気）ＲＡをその露点温度以下に冷却して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。除湿空調装置によって湿度が下げられた処理空気ＳＡが空調空間１００に戻されることによって、空調空間１００が快適な環境に維持される。
【００１５】
除湿空調装置は、図１に示すように、空調空間１００内に設置される室内機１０と、空調空間１００の外部（室外）に設置される室外機２０とから基本的に構成されている。除湿空調装置の室内機１０は、冷媒を蒸発させる冷媒蒸発器１と、冷媒と処理空気との間で熱交換を行う熱交換器２と、処理空気を循環するための送風機３とを備えている。熱交換器２は、蒸発器１に流入する前後の処理空気同士の間で、冷媒を介して間接的に熱交換を行うものであり、冷媒を蒸発させて処理空気を冷却する第１の熱交換部２１と、冷媒を凝縮させて処理空気を加熱する第２の熱交換部２２とを備えている。また、除湿空調装置の室外機２０は、冷媒を圧縮する昇圧機４と、冷媒を冷却して凝縮させる冷媒凝縮器５と、冷却空気を送風するための送風機６とを備えている。
【００１６】
処理空気が流通する経路（処理空気経路）は、図２に示すように、空調空間１００と熱交換器２の第１の熱交換部２１とを接続する経路３０と、第１の熱交換部２１と蒸発器１とを接続する経路３１と、蒸発器１と熱交換器２の第２の熱交換部２２とを接続する経路３２と、第２の熱交換部２２と送風機３とを接続する経路３３と、送風機３と空調空間１００とを接続する経路３４とから構成されている。このような処理空気経路によって、熱交換器２の第１の熱交換部２１と蒸発器１と熱交換器２の第２の熱交換部２２とが順番に接続されている。
【００１７】
一方、冷媒が流通する冷媒経路は、図２に示すように、蒸発器１と昇圧機４とを接続する経路４０と、昇圧機４と凝縮器５とを接続する経路４１と、凝縮器５と熱交換器２とを接続する経路４２と、熱交換器２と蒸発器１とを接続する経路４３とから構成されている。また、凝縮器５の下流側において、冷媒経路は、まず第２の熱交換部２２を貫通した後に、第１の熱交換部２１と第２の熱交換部２２とをそれぞれ交互に貫通しており、第１の熱交換部２１内には、冷媒を蒸発させることによって第１の熱交換部２１を流れる空気Ｋ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２２内には、冷媒を凝縮させることによって第２の熱交換部２２を流れる空気Ｌ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２の第２の熱交換部２２の上流側の冷媒経路４２には絞り５０が配置され、第２の熱交換部２２の下流側の冷媒経路４３には絞り５１が配置されている。これらの絞り５０、５１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。
【００１８】
また、凝縮器５には、経路４６を介して冷却空気としての外気ＯＡが導入される。この外気ＯＡは凝縮する冷媒から熱を奪い、加熱された外気は経路４７を経由して送風機６に吸い込まれ、経路４８を経由して屋外に排出される（ＥＸ）。
【００１９】
図３は、図２の除湿装置の熱交換器２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、まず最初に第２の熱交換部２２内を蛇行しつつ貫通した後、第１の熱交換部２１と第２の熱交換部２２とを交互に繰り返し貫通している。即ち、熱交換器２内の冷媒経路は、図３に示すように、凝縮器５側から順番に、凝縮セクション６２ａ乃至６２ｄ、蒸発セクション６１ａ及び６１ｂ、凝縮セクション６２ｅ及び６２ｆ、蒸発セクション６１ｃ及び６１ｄ、凝縮セクション６２ｇを有している。ここで、第２の熱交換部２２内の最初の凝縮セクション（６２ａ乃至６２ｄ）は、第１の熱交換部２１における最初の蒸発セクション（６１ａ及び６１ｂ）よりも大きな伝熱面積を有している。
【００２０】
このような熱交換器としてサーペンタイン型の熱交換器を用いることができる。図４（ａ）は、図２の除湿空調装置の熱交換器に用いられるサーペンタイン型の熱交換器を示す平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、蒸発器１を通過する前の空気Ｋを流す第１の熱交換部２１と、蒸発器１を通過した後の空気Ｌを流す第２の熱交換部２２とは、別々の直方体空間に収容されており、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７０が冷媒経路として平行に配置されている。図２及び図３における各熱交換部内の冷媒経路は、便宜上、簡略化して図示されているが、典型的には図４（ａ）に示すように、より多くの列の冷媒経路が熱交換チューブ７０によって構成されている。
【００２１】
図４（ｂ）に示すように、熱交換チューブ７０は、内部に複数の流路室７１が形成された扁平状のチューブであり、このような熱交換チューブはアルミニウムの押出し成形により形成される。また、各列の熱交換チューブ７０の間には、アルミニウム製のフィン７２が複数設けられている。そして、図４（ａ）に示すように、このような熱交換チューブ７０によって構成される細管群が、熱交換器２内を蛇行しながら第１の熱交換部２１と第２の熱交換部２２の内部を通過し、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構成されている。
【００２２】
なお、図１及び図２に示すように、除湿空調装置の室内機１０の内部にはドレンパン７が設けられているが、このドレンパン７は蒸発器１だけでなく、熱交換器２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２の第１の熱交換部２１においては処理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２１の下方に設けるのが好ましい。
【００２３】
次に、各機器間の冷媒の流れについて図２及び図３を参照して説明する。
昇圧機４により圧縮された冷媒ガスは、昇圧機４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５に導かれ、冷却空気としての外気ＯＡで冷却され凝縮する。凝縮器５を出た冷媒液は、絞り５０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２の熱交換部２２の凝縮セクション６２ａに至り、ここで冷媒液は凝縮セクション６２ａのチューブの内壁を濡らすように流れる。凝縮セクション６２ａには液相の冷媒が流入するが、凝縮セクション６２ａに流入する冷媒は、一部が気化した、気相を僅かに含む冷媒液であってもよい。冷媒凝縮セクション６２ａを流れる間に、蒸発器１で冷却除湿された処理空気が加熱（再熱）され、冷媒自身は熱を奪われ凝縮する。
【００２４】
熱交換器２内の冷媒経路は一連のチューブにより構成されているので、上記凝縮セクション６２ａにおいて凝縮した冷媒液は凝縮セクション６２ｂ、６２ｃ、６２ｄに続いて流入する。冷媒は、凝縮セクション６２ｂ、６２ｃ、６２ｄを流れる間に、低温の処理空気で更に熱を奪われ気相冷媒を更に凝縮させる。
【００２５】
凝縮セクション６２ａ乃至６２ｄにおいて凝縮した冷媒液は、第１の熱交換部２１の蒸発セクション６１ａに流入する。蒸発セクション６１ａでは、蒸発器１に流入する前の処理空気が冷却（予冷）され、冷媒自身は加熱され気相を増やす。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）は蒸発セクション６１ｂに流入し、この蒸発セクション６１ｂを流れる間に蒸発器１に流入する前の処理空気が冷却（予冷）され、冷媒自身は更に加熱され気相を増やす。
【００２６】
蒸発セクション６１ａ及び６１ｂにおいて蒸発した冷媒ガスは、次の凝縮セクション６２ｅ及びこれに続く凝縮セクション６２ｆに流入し、上記と同様にして蒸発器１に流入する前の処理空気が加熱（再熱）される。更に蒸発セクション６１ｃ及び凝縮セクション６２ｄに冷媒ガスが流入して処理空気が冷却（予冷）される。このように、冷媒は気相と液相の相変化をしながら熱交換器内の冷媒経路を流れ、蒸発器１で冷却される前の処理空気と、蒸発器１で冷却されて絶対湿度を低下させた処理空気との間で間接的に熱交換が行われる。
【００２７】
ここで、凝縮器５を出た冷媒液は、まず凝縮セクション６２ａ乃至６２ｄに流入し、ここで凝縮されるので、熱交換器２において熱媒体となる冷媒の乾き度を全体的に低く、即ち湿り飽和蒸気に近づけて熱交換を行うことができる。従って、部分負荷時の容量制御によって冷媒の流量が減少した場合においても、冷媒蒸気が絞り５１を通過する（ガスバイパス）する割合を減少させることができ、部分負荷時においても消費電力当たりの除湿能力の低下が少ない除湿空調装置とすることができる。
【００２８】
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２２の下流側に配置された絞り５１で減圧され膨張して温度が下がる。そして、冷媒は蒸発器１に至り、この蒸発器１において蒸発する。この冷媒の蒸発熱で第１の熱交換部２１を通った処理空気Ｘが冷却される。蒸発器１で蒸発してガス化した冷媒は、昇圧機４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。
【００２９】
次に、本実施形態における除湿空調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５は図２の除湿空調装置に含まれるヒートポンプＨＰ１の冷媒モリエ線図である。なお、図５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。
【００３０】
図５において、点ａは図２の蒸発器１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０．３５０ＭＰａ、温度は５℃、エンタルピは４０１．５ｋＪ／ｋｇである。点ｂはこのガスを昇圧機４で吸込圧縮した状態、即ち昇圧機４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０．９６３ＭＰａであり、過熱ガスの状態にある。
【００３１】
点ｂの状態にある冷媒ガスは、凝縮器５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０．９６３ＭＰａ、温度は３８℃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２５３．４ｋＪ／ｋｇである。
【００３２】
この冷媒液は、絞り５０で減圧され、第２の熱交換部２２の凝縮セクション６２ａ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５の凝縮圧力と蒸発器１の蒸発圧力との中間圧力であり、本実施形態では、０．９６３ＭＰａと０．３５０ＭＰａの間の値となる。
【００３３】
そして、凝縮セクション６２ａ及びこれに続く凝縮セクション６２ｂ乃至６２ｄ内において、上記中間圧力下で冷媒液が凝縮して、飽和液線上に位置する点ｆ１の状態となる。このときの冷媒は飽和液の状態である。そして、点ｆ１で示される状態の冷媒は蒸発セクション６１ａ及び６１ｂに流入する。蒸発セクション６１ａ及び６１ｂでは、冷媒液が蒸発して、飽和液線と飽和ガス線の中間に位置する点ｇ１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。
【００３４】
点ｇ１の状態の冷媒は、凝縮セクション６２ｅ及び６２ｆに流入し、冷媒は液相を増やして点ｆ２の状態に至る。点ｆ２はモリエ線図では飽和液線上に位置している。点ｆ２の状態の冷媒は、蒸発セクション６１ｃ及び６１ｄに流入し、ここで熱を奪われて点ｇ２の状態に至り、更に、凝縮セクション６２ｇに流入する。凝縮セクション６２ｇにおいて、冷媒は液相を増やして点ｆ３の状態に至る。点ｆ３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１８℃、エンタルピは２２４．７ｋＪ／ｋｇである。
【００３５】
点ｆ３の状態の冷媒液は、絞り５１で、温度５℃の飽和圧力である０．３５０ＭＰａ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、５℃の冷媒液とガスの混合物として蒸発器１に至り、ここで処理空気から熱を奪い、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４に吸入され、上述したサイクルが繰り返される。
【００３６】
このように、熱交換器２内において、冷媒は、蒸発セクション６１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蒸発の状態変化を、凝縮セクション６２では点ｅから点ｆ１、点ｇ１から点ｆ２、あるいは点ｇ２から点ｆ３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。
【００３７】
ここで、昇圧機４、凝縮器５、絞り５０、５１及び蒸発器１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２を設けない場合には、凝縮器５における点ｄの状態の冷媒を、絞りを介して蒸発器１に戻すため、蒸発器１で利用できるエンタルピ差は４０１．５−２５３．４＝１４８．１ｋＪ／ｋｇしかない。しかし、本発明に係る熱交換器２を設けた場合には、４０１．５−２２４．７＝１７６．８ｋＪ／ｋｇとなり、同一冷却負荷に対して圧縮機に循環するガス量を、ひいては所要動力を１６％（＝１−１４８．１／１７６．８）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。
【００３８】
図６は図２の除湿空調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において、符号Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｘは、図２においてそれぞれの符号を付した経路状態に対応している。
空調空間１００からの処理空気（状態Ｋ）は、処理空気経路３０を通って、熱交換器２の第１の熱交換部２１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る。これは蒸発器１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。処理空気は、蒸発セクション６１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飽和線上にある点Ｘに至る。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こととしてもよい。または点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こととしてもよい。
【００３９】
第１の熱交換部２１で予冷された処理空気は、経路３１を通って、蒸発器１に導入される。蒸発器１では、絞り５１によって減圧された、低温で蒸発する冷媒によって、処理空気がその露点温度以下に冷却され、水分を奪われながら、絶対湿度を低下させつつ乾球温度を下げて、点Ｌに至る。図６において、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。
【００４０】
点Ｌの状態の処理空気は、経路３２を通って熱交換器２の第２の熱交換部２２に流入し、凝縮セクション６２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に至る。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である。この点Ｍの状態の空気は送風機３により吸い込まれ、経路３４を通って空調空間１００に戻される。
【００４１】
ここで、図６の湿り空気線図上に示す処理空気側のサイクルでは、第１の熱交換部２１で処理空気を予冷した熱量、即ち第２の熱交換部２２で処理空気を再熱した熱量ΔＨが熱回収分であり、蒸発器１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。
【００４２】
上述したように、熱交換器２では、蒸発セクション６１での冷媒の蒸発により処理空気を予冷し、凝縮セクション６２での冷媒の凝縮により処理空気を再熱する。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１で冷却される前後の処理空気同士の熱交換が間接的に行われる。
【００４３】
このように、本実施形態においては、処理空気を露点以下に冷却する蒸発器と、処理空気を予冷却する予冷却器と、再加熱を行う再加熱器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、凝縮器間の圧力差を利用できるため循環が能動的になり、更に予冷、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。
【００４４】
上述の実施形態においては凝縮器を用いて冷却空気としての外気ＯＡを加熱することとしたが、第２の熱交換部において加熱された空気を凝縮器を用いて更に加熱（レヒート）することとしてもよい。図７には、上述の実施形態の除湿空調装置において、第２の熱交換部２２で加熱された空気を凝縮器５で加熱（レヒート）して、これを空調空間１００に供給する場合の構成例を示す。なお、図７の例では、蒸発器１と熱交換器２との間に送風機３が設置されているが、この位置に限られるものではない。
【００４５】
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、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。
【００４６】
【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の熱交換手段において低熱源流体を予冷でき、その予冷の熱を使って、蒸発器での冷却の後に第２の熱交換手段において低熱源流体を加熱することができるので、除湿量当たりのエネルギー消費量が小さい除湿空調装置を提供することが可能となる。
【００４７】
また、凝縮器を出た冷媒液が、まず凝縮セクションに流入し、ここで凝縮されるので、各熱交換手段において熱媒体となる冷媒の乾き度を全体的に低く、即ち湿り飽和蒸気に近づけて熱交換を行うことができる。従って、部分負荷時の容量制御によって冷媒の流量が減少した場合においても、冷媒蒸気が蒸発器に流入する割合を減少させることができ、部分負荷時においても消費電力当たりの除湿能力の低下が少ない除湿空調装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る除湿空調システムの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態における除湿空調装置内のフローを模式的に示す図である。
【図３】図２の除湿空調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の除湿空調装置の熱交換器に用いられるサーペンタイン型の熱交換器の具体例を示す図である。
【図５】図２の除湿空調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６】図２の除湿空調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７】本発明の他の実施形態における除湿空調装置内のフローを模式的に示す図である。
【図８】従来の除湿空調装置内のフローを模式的に示す図である。
【図９】従来の除湿空調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１０】従来の除湿空調装置における空調サイクルを示す湿り空気線図である。
【符号の説明】
１    蒸発器
２    熱交換器
３、６    送風機
４    昇圧機
５    凝縮器
７    ドレンパン
１０    室内機
２０    室外機
２１    第１の熱交換部
２２    第２の熱交換部
５０、５１    絞り
３０〜３４、４０〜４３、４６〜４８    経路
６１    蒸発セクション
６２    凝縮セクション
７０    熱交換チューブ
７１    流路室
７２    フィン
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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