(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；
前記熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられ、前記冷媒を減圧させ膨張させて前記冷媒の一部を蒸発させる第１の絞り手段と；
前記熱交換手段の下流側の冷媒経路上に設けられ、前記冷媒を減圧させ膨張させて前記冷媒の一部を蒸発させる第２の絞り手段とを備え；
前記第１の絞り手段における絞り作用を前記第２の絞り手段における絞り作用よりも大きくしたことを特徴とする除湿空調装置。
【請求項２】
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の間で複数列に分岐する分岐冷媒経路と；
前記凝縮器と前記蒸発器との間であって前記分岐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であって前記分岐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；
前記熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられ、前記冷媒を減圧させ膨張させて前記冷媒の一部を蒸発させる第１の絞り手段と；
前記熱交換手段の下流側の冷媒経路上に設けられ、前記冷媒を減圧させ膨張させて前記冷媒の一部を蒸発させる第２の絞り手段とを備え；
前記第１の絞り手段における絞り作用を前記第２の絞り手段における絞り作用よりも大きくしたことを特徴とする除湿空調装置。
【請求項３】
前記第１の絞り手段及び／又は前記第２の絞り手段はオリフィスであることを特徴とする請求項１又は２に記載の除湿空調装置。
【請求項４】
前記第１の絞り手段及び／又は前記第２の絞り手段はキャピラリチューブであることを特徴とする請求項１又は２に記載の除湿空調装置。
【請求項５】
前記第１の絞り手段及び／又は前記第２の絞り手段は膨張弁であることを特徴とする請求項１又は２に記載の除湿空調装置。
【請求項６】
前記第１の絞り手段と第２の絞り手段は絞り作用が連動して生じるように構成された、請求項１又は請求項２に記載の除湿空調装置。
【請求項７】
前記第１の絞り手段と第２の絞り手段は一体に構成され、１の駆動源により駆動されるように構成された、請求項６に記載の除湿空調装置。
【請求項８】
前記第１の絞り手段と第２の絞り手段は、ニードル弁機構を有する、請求項７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、除湿空調装置、特に動作係数（ＣＯＰ）の高い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１５に示す。図１５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に冷却する蒸発器２０４と、この露点温度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。これらの圧縮機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１６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１６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１７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１７において、符号Ｋ、Ｌ、Ｍは、図１５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１７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半分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、本発明の第１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高熱源流体を加熱する凝縮器と、上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、上記凝縮器と上記蒸発器との間の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上記処理空気を冷却する第１の熱交換手段と、上記凝縮器と上記蒸発器との間の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上記処理空気を加熱する第２の熱交換手段と、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処理空気経路と、上記熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられ、上記冷媒を減圧させ膨張させて上記冷媒の一部を蒸発させる第１の絞り手段と、上記熱交換手段の下流側の冷媒経路上に設けられ、上記冷媒を減圧させ膨張させて上記冷媒の一部を蒸発させる第２の絞り手段とを備え、上記第１の絞り手段における絞り作用を上記第２の絞り手段における絞り作用よりも大きくしたことを特徴とする除湿空調装置である。
【００１０】
また、本発明の第２の態様は、冷媒を昇圧する昇圧機と、上記冷媒を凝縮させて高熱源流体を加熱する凝縮器と、上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、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と、上記凝縮器と上記蒸発器との間であって上記分岐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上記処理空気を冷却する第１の熱交換手段と、上記凝縮器と上記蒸発器との間であって上記分岐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上記処理空気を加熱する第２の熱交換手段と、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処理空気経路と、上記熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられ、上記冷媒を減圧させ膨張させて上記冷媒の一部を蒸発させる第１の絞り手段と、上記熱交換手段の下流側の冷媒経路上に設けられ、上記冷媒を減圧させ膨張させて上記冷媒の一部を蒸発させる第２の絞り手段とを備え、上記第１の絞り手段における絞り作用を上記第２の絞り手段における絞り作用よりも大きくしたことを特徴とする除湿空調装置である。
【００１１】
これらの場合において、上記第１の絞り手段及び／又は上記第２の絞り手段をオリフィス、キャピラリチューブ、又は膨張弁とすることができる。
【００１２】
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処理空気を予冷でき、その予冷の熱を使って、蒸発器で露点温度に冷却した後に第２の熱交換手段において処理空気を加熱するようにすれば、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。
【００１３】
また、熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられる第１の絞り手段における絞り作用を下流側の冷媒経路上に設けられる第２の絞り手段における絞り作用よりも大きくすることで、上流側の第１の絞り手段を通過する冷媒ガスを抑制して第１の熱交換手段における処理空気の冷却作用を高めると共に、第２の絞り手段によって熱交換手段内の冷媒経路に冷媒が滞留することを抑制して熱交換手段における熱交換効率を高めることができる。
【００１４】
また、本発明の第２の態様においては、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。ここで、熱交換効率φは、高温側の流体の熱交換器入口温度をＴＰ１、出口温度をＴＰ２、低温側の流体の熱交換器入口温度を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。
【００１５】
また、本発明の第３の態様の除湿空調装置は、例えば図２に示すように、冷媒を昇圧する昇圧機４と；前記冷媒を凝縮させて高熱源流体を加熱する凝縮器５と；前記冷媒を蒸発させて処理空気を露点温度まで冷却する蒸発器１と；凝縮器５と蒸発器１との間の冷媒経路中に設けられ、凝縮器５の凝縮圧力と蒸発器１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２１と；凝縮器５と蒸発器１との間の冷媒経路中に設けられ、凝縮器５の凝縮圧力と蒸発器１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２２と；第１の熱交換手段２１と蒸発器１と第２の熱交換手段２２とをこの順番で接続する処理空気経路と；前記熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられ、前記冷媒を減圧させ膨張させて前記冷媒の一部を蒸発させる第１の絞り手段１１と；前記熱交換手段の下流側の冷媒経路上に設けられ、前記冷媒を減圧させ膨張させて前記冷媒の一部を蒸発させる第２の絞り手段１２とを備え；第１の絞り手段１１の上流側の乾き度が第２の絞り手段１２の上流側の乾き度よりも小さくなるように構成される。
【００１６】
第１、第２、第３の態様の除湿空調装置では、例えば図１２、図１３に示すように、第１の絞り手段４１２と第２の絞り手段４１３は絞り作用が連動して生じるように構成されてもよい。このように典型的には機械的に連動して絞り作用が生じるように構成されるが、これに限らず例えば電気的に連動するものであってもよい。
【００１７】
また、上記除湿空調装置では、例えば図１３に示すように、第１の絞り手段４１２と第２の絞り手段４１３は一体に構成され、１の駆動源４２０により駆動されるように構成してもよい。このように、一体とは典型的には機械的に一体を意味する。
【００１８】
また、上記除湿空調装置では、例えば図１３に示すように、第１の絞り手段４１２と第２の絞り手段４１３は、ニードル弁機構を有するようにしてもよい。
【００１９】
ここで、第１、第２の絞り手段のニードル弁機構は、例えば図１３に示すように、それぞれニードル４１２、４１３と該ニードルが着座する弁座４０２、４０３とを有し、第１の絞り手段４１２の弁座４０２の着座部分の直径ｄ１が第２の絞り手段４１３の弁座４０３の着座部分の直径ｄ２よりも小さいようにするとよい。
【００２０】
また、例えば図１３に示すように、第１、第２の絞り手段のニードル弁機構は、それぞれニードルと該ニードルが着座する弁座とを有し、第１の絞り手段のニードルの頂角α１が第２の絞り手段のニードルの頂角α２よりも小さいようにしてもよく、このときは第１の絞り手段の弁座の着座部分の直径ｄ１が第２の絞り手段の弁座の着座部分の直径ｄ２と同じか、逆に大きくてもよい場合もある。要は、両絞り手段のニードル弁が開くにつれて生じる開口の面積が、第１の絞り手段の方が、第２の絞り手段のそれよりも小さいければよい。したがって、第１の絞り手段の弁座の着座部分の直径が第２の絞り手段の弁座の着座部分の直径よりも大きくても、第１の絞り手段のニードル弁のニードルの頂角α１が、第２のそれα２に比べて十分に小さければよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る除湿空調装置の第１の実施の形態について図１乃至図６を参照して説明する。図１は本発明に係る空調システムの全体構成を示す図、図２は本発明の第１の実施の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。本実施の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）をその露点温度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。
【００２２】
この除湿空調装置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運転ができる除湿空調装置である。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
一方、冷媒経路は、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、熱交換器２内において冷媒経路は第１の熱交換部２１と第２の熱交換部２２とをそれぞれ貫通しており、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を流れる処理空気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を流れる処理空気を加熱（再熱）する凝縮セクション６２が形成されている。
【００２６】
また、熱交換器２の第１の熱交換部２１の上流側の冷媒経路４２には第１の絞り手段としてのオリフィス１１が配置され、第２の熱交換部２２の下流側の冷媒経路４３には第２の絞り手段としてのオリフィス１２が配置されている。この上流側のオリフィス１１の開口面積は下流側のオリフィス１２の開口面積よりも小さくなっており、上流側のオリフィス１１の絞り作用（減流作用）が下流側のオリフィス１２の絞り作用よりも大きくなるように設定されている。
【００２７】
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）。
【００２８】
図３は、図２の除湿空調装置の熱交換器２における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２１と第２の熱交換部２２とを交互に繰り返し貫通する。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、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。
【００２９】
ここで、蒸発器１を通過する前の処理空気を流す第１の熱交換部２１と、蒸発器１を通過した後の処理空気を流す第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２１と第２の熱交換部２２とには、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。
【００３０】
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２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なっている。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
凝縮器５を出た冷媒液は冷媒経路４２に設けられたオリフィス１１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２１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。蒸発セクション６１ａには液相の冷媒が流入するが、蒸発セクション６１ａ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。蒸発セクション６１ａを流れる間に冷媒液が蒸発し、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。
【００３４】
上述したように、蒸発セクション６１ａと凝縮セクション６２ａと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１で冷却除湿され、蒸発セクション６１ａの処理空気よりも温度の低くなった処理空気が加熱（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、低温の処理空気で更に熱を奪われ気相冷媒を更に凝縮させる。
【００３５】
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１に流入する前の処理空気が冷却（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処理空気が加熱（再熱）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。
【００３６】
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オリフィス１２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を通った処理空気が冷却される。蒸発器１で蒸発してガス化した冷媒は、経路４０を通って昇圧機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。
【００３７】
次に、本実施の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４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。
【００３８】
図４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０．４ＭＰａ、温度は５℃、エンタルピは４０２ｋＪ／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１．０ＭＰａであり、過熱ガスの状態にある。
【００３９】
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１．０ＭＰａ、温度は４０℃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２５６ｋＪ／ｋｇである。
【００４０】
この冷媒液は、オリフィス１１で減圧されて等エンタルピ変化し、第１の熱交換部２１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、本実施の形態では、０．４ＭＰａと１．０ＭＰａの間の値となる。
【００４１】
蒸発セクション６１ａ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２２を流れる低温の処理空気により熱を奪われ、点ｇ１の状態に至る。
【００４２】
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、このときの冷媒の圧力は０．６ＭＰａ、温度は２０℃、エンタルピは２２８ｋＪ／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がオリフィス１２に接続してあるものとして示している。
【００４３】
点ｇ２の状態の冷媒液は、オリフィス１２で等エンタルピ変化し、温度５℃の飽和圧力である０．４ＭＰａ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。
【００４４】
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。
【００４５】
ここで、昇圧機４、凝縮器５、オリフィス１１、１２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、オリフィスを介して蒸発器１に戻すため、蒸発器１で利用できるエンタルピ差は４０２−２５６＝１４６ｋＪ／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、４０２−２２８＝１７４ｋＪ／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％（＝１−１４６／１７４）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。
【００４６】
図５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５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。
【００４７】
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。あるいは点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。
【００４８】
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、オリフィス１２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５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。
【００４９】
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。
【００５０】
ここで、図５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。
【００５１】
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。
【００５２】
このように、本実施の形態においては、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。
【００５３】
そして、本実施の形態では、上述したように、上流側のオリフィス１１の開口面積が下流側のオリフィス１２の開口面積よりも小さくなっており、上流側のオリフィス１１の絞り作用が下流側のオリフィス１２の絞り作用よりも大きくなるように設定されている。オリフィス１１を冷媒ガスが通過してしまうと、この冷媒ガスが蒸発セクション６１に流入して、ここで放熱してしまい蒸発セクション６１における処理空気の冷却作用が下がってしまう。また、オリフィス１２の開口面積を小さくすると（即ち、絞り作用を大きくすると）、オリフィス１２の上流側に位置する熱交換器２内に冷媒が滞留することとなり、上述した蒸発セクション６１と凝縮セクション６２との間での相変化が円滑になされないこととなる。従って、本実施の形態においては、上流側のオリフィス１１の開口面積を下流側のオリフィス１２の開口面積よりも小さくすることとして、上流側のオリフィス１１を通過する冷媒ガスを抑制して蒸発セクション６１における処理空気の冷却作用を高めると共に、下流側のオリフィス１２により熱交換器２内の冷媒経路に冷媒が滞留することを抑制して熱交換器２における熱交換効率を高めている。
【００５４】
図６は、図２の除湿空調装置におけるオリフィス入口乾き度とオリフィスを通過し得る単位面積当たりの冷媒流量比との関係を示すグラフである。図６において、実線は圧力１．０ＭＰａ、即ち上流側のオリフィス１１の入口を示しており、点線は圧力０．６ＭＰａ、即ち下流側のオリフィス１２の入口を示している。図６に示すように、下流側のオリフィス１２の開口面積を上流側のオリフィス１１の開口面積の１／０．７倍から１／０．８倍、即ち１．２５倍から１．４３倍にすることが好ましい。
【００５５】
なお、下流側のオリフィスと上流側のオリフィスとでは、それぞれの入口乾き度を同一とする必要はない。むしろ上流側のオリフィスの入口乾き度を下流側のオリフィスの入口乾き度よりも小さくするのが好ましい。例えば、前者を０．０００〜０．００２、後者を０．００８〜０．０１０のようにする。この方が、熱交換器２内での蒸発と凝縮を確実に行うことができ、例えば冷媒液が熱交換器２内に滞留するのを防止しやすいからである。下流側のオリフィスと上流側のオリフィスとの絞り作用を適切に設定することにより、上流側と下流側のオリフィスの入口乾き度の関係を前記のようにすることができる。
【００５６】
次に、本発明に係る除湿空調装置の第２の実施の形態について図７乃至図９を参照して詳細に説明する。図７は、本発明の第２の実施の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。なお、上述の第１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１の実施の形態と同様である。
【００５７】
本実施の形態における凝縮器５と蒸発器１とを接続する冷媒経路は、凝縮器５の下流側において複数列（図７においては３列）に分岐しており、分岐冷媒経路１４２〜１４４が形成されている。この分岐冷媒経路１４２〜１４４は、蒸発器１の上流側において１本の経路１４５に合流している。これらの分岐冷媒経路１４２〜１４４は、熱交換器１０２の第１の熱交換部１２１と第２の熱交換部１２２とをそれぞれ貫通しており、第１の熱交換部１２１内には、冷媒を蒸発させることによって第１の熱交換部１２１を流れる処理空気を冷却する蒸発セクション１５１が形成され、第２の熱交換部１２２内には、冷媒を凝縮させることによって第２の熱交換部１２２を流れる処理空気を加熱（再熱）する凝縮セクション１５２が形成されている。
【００５８】
また、各分岐冷媒経路１４２〜１４４には、第１の熱交換部１２１の上流側にオリフィス１１１〜１１３がそれぞれ配置され、第２の熱交換部１２２の下流側にオリフィス１１４〜１１６がそれぞれ配置されている。この上流側のオリフィス１１１〜１１３の開口面積はそれぞれの経路における下流側のオリフィス１１４〜１１６の開口面積よりも小さくなっており、上流側のオリフィス１１１〜１１３の絞り作用（減流作用）が下流側のオリフィス１１４〜１１６の絞り作用よりも大きくなるように設定されている。
【００５９】
図８は、図７の除湿空調装置の熱交換器１０２における分岐冷媒経路１４２〜１４４を示す拡大図である。蒸発セクション１５１と凝縮セクション１５２とを含んで構成される冷媒経路は、第１の熱交換部１２１と第２の熱交換部１２２とを交互に繰り返し貫通する。即ち、分岐冷媒経路１４２は、図８に示すように、凝縮器５側から順番に、蒸発セクション１６１ａ、凝縮セクション１６２ａ、凝縮セクション１６２ｂ、蒸発セクション１６１ｂ、蒸発セクション１６１ｃ、凝縮セクション１６２ｃを有している。また同様に、分岐冷媒経路１４３は、蒸発セクション１６３ａ、凝縮セクション１６４ａ、凝縮セクション１６４ｂ、蒸発セクション１６３ｂ、蒸発セクション１６３ｃ、凝縮セクション１６４ｃを有し、分岐冷媒経路１４４は、蒸発セクション１６５ａ、凝縮セクション１６６ａ、凝縮セクション１６６ｂ、蒸発セクション１６５ｂ、蒸発セクション１６５ｃ、凝縮セクション１６６ｃを有している。
【００６０】
ここで、蒸発器１を通過する前の処理空気を流す第１の熱交換部１２１と、蒸発器１を通過した後の処理空気を流す第２の熱交換部１２２とは、別々の直方体空間に収容されており、これら第１の熱交換部１２１と第２の熱交換部１２２との間には上述した蒸発器１が配置されている。第１の熱交換部１２１及び第２の熱交換部１２２には、処理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。蒸発セクション１６１ａと凝縮セクション１６２ａ、蒸発セクション１６１ｂと凝縮セクション１６２ｂ、蒸発セクション１６１ｃと凝縮セクション１６２ｃといった対応するセクション間には、蒸発器１を跨ぐチューブ１６７が設けられ、対応する蒸発セクションと凝縮セクションとが互いに接続される。また、蒸発セクション１６１ｂと蒸発セクション１６１ｃの端部、蒸発セクション１６３ｂと蒸発セクション１６３ｃの端部、蒸発セクション１６５ｂと蒸発セクション１６５ｃの端部はそれぞれＵチューブ１６８によって接続されている。同様に、凝縮セクション１６２ａと凝縮セクション１６２ｂの端部、凝縮セクション１６４ａと凝縮セクション１６４ｂの端部、凝縮セクション１６６ａと凝縮セクション１６６ｂの端部もそれぞれＵチューブ１６９によって接続されている。
【００６１】
このような構成によって、例えば、冷媒経路１４２において、蒸発セクション１６１ａから凝縮セクション１６２ａに向かって流れた冷媒は、Ｕチューブ１６９により凝縮セクション１６２ｂに導かれる。凝縮セクション１６２ｂに導かれた冷媒は、更に蒸発セクション１６１ｂに流入し、Ｕチューブ１６８により蒸発セクション１６１ｃに導入され、更に凝縮セクション１６２ｃに流入する。このように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１２１と第２の熱交換部１２２の内部を通過し、温度の高い処理空気と温度の低い処理空気に交互に接触するようになっている。
【００６２】
次に、各機器間の冷媒の流れについて図７及び図８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を出た冷媒液は分岐冷媒経路１４２〜１４４に分岐される。以下では、冷媒経路１４２を流れる冷媒を中心として説明し、他の冷媒経路１４３、１４４を流れる冷媒についての説明はこれと同様であるので省略する。
【００６３】
分岐冷媒経路１４２を流れる冷媒は、オリフィス１１１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蒸発セクション１６１ａに至り、ここで冷媒液は蒸発セクション１６１ａのチューブの内壁を濡らすように流れる。蒸発セクション１６１ａには液相の冷媒が流入するが、蒸発セクション１６１ａ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。蒸発セクション１６１ａを流れる間に冷媒液が蒸発し、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。
【００６４】
上述したように、蒸発セクション１６１ａと凝縮セクション１６２ａ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１６１ａ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１６２ａに流入する。凝縮セクション１６２ａでは、蒸発器１で冷却除湿され、蒸発セクション１６１ａの処理空気よりも温度の低くなった処理空気が加熱（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１６２ｂに流入する。冷媒は、凝縮セクション１６２ｂ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。
【００６５】
凝縮された冷媒液は、次の蒸発セクション１６１ｂ及びこれに続く蒸発セクション１６１ｃ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冷却（予冷）される。更に凝縮セクション１６２ｃに冷媒ガスが流入して処理空気が加熱（再熱）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分岐冷媒経路を流れ、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。
【００６６】
凝縮セクション１６２ｃにおいて凝縮した冷媒液は、第２の熱交換部１２２の下流側に配置されたオリフィス１１４で減圧され膨張して温度が下がる。そして、他の分岐冷媒経路１４３、１４４を流れてきた冷媒と合流し、合流した冷媒は経路１４５を通って蒸発器１に至る。蒸発器１では冷媒が蒸発し、その蒸発熱で処理空気が冷却される。蒸発器１で蒸発してガス化した冷媒は、経路４０を通って昇圧機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。
【００６７】
次に、本実施の形態における除湿空調装置に含まれるヒートポンプＨＰ２の作用について説明する。図９は図７の除湿空調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、図９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。
【００６８】
図９において、点ａは図７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０．４ＭＰａ、温度は５℃、エンタルピは４０２ｋＪ／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１．０ＭＰａであり、過熱ガスの状態にある。
【００６９】
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１．０ＭＰａ、温度は４０℃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２５６ｋＪ／ｋｇである。
【００７０】
この冷媒液は分岐冷媒経路１４２〜１４４に分かれて熱交換器１０２に流入するが、まず、冷媒経路１４３を通る冷媒について説明する。冷媒経路１４３に流入した冷媒液は、オリフィス１１２で減圧されて等エンタルピ変化し、第１の熱交換部１２１の蒸発セクション１６３ａ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、本実施の形態では、０．４ＭＰａと１．０ＭＰａの間の値となる。
【００７１】
蒸発セクション１６３ａ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１６４ａ及び１６４ｂに流入する。凝縮セクション１６４ａ及び１６４ｂでは、冷媒は第２の熱交換部１２２を流れる低温の処理空気により熱を奪われ、点ｇ１の状態に至る。
【００７２】
点ｇ１の状態の冷媒は、蒸発セクション１６３ｂ及び１６３ｃ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１６４ｃに流入する。凝縮セクション１６４ｃ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、このときの冷媒の圧力は０．６ＭＰａ、温度は２０℃、エンタルピは２２８ｋＪ／ｋｇである。
【００７３】
点ｇ２の状態の冷媒液は、オリフィス１１５で等エンタルピ変化し、温度５℃の飽和圧力である０．４ＭＰａ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。
【００７４】
同様に、冷媒経路１４２を通る冷媒は、オリフィス１１１、蒸発セクション、凝縮セクション、オリフィス１１４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１４４を通る冷媒は、オリフィス１１３、蒸発セクション、凝縮セクション、オリフィス１１６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。
【００７５】
このように、熱交換器１０２内において、冷媒は蒸発セクション１５１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１５２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。
【００７６】
ここで、昇圧機４、凝縮器５、オリフィス１１１〜１１６及び蒸発器１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１０２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、オリフィスを介して蒸発器１に戻すため、蒸発器１で利用できるエンタルピ差は４０２−２５６＝１４６ｋＪ／ｋｇしかない。しかし、本発明に係る熱交換器１０２を設けた場合には、４０２−２２８＝１７４ｋＪ／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％（＝１−１４６／１７４）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。
【００７７】
本実施の形態における湿り空気線図は、上述した第１の実施の形態における図５に示す湿り空気線図と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００７８】
上述したように、熱交換器１０２では、蒸発セクション１５１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１５２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１５１で蒸発した冷媒は、凝縮セクション１５２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。
【００７９】
このように、本実施の形態においては、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。
【００８０】
そして、本実施の形態では、上述したように、各冷媒経路１４２〜１４４における上流側のオリフィス１１１〜１１３の開口面積は下流側のオリフィス１１４〜１１６の開口面積よりも小さくなっており、上流側のオリフィス１１１〜１１３の絞り作用が下流側のオリフィス１１４〜１１６の絞り作用よりも大きくなるように設定されている。第１の実施の形態において説明したように、このように上流側のオリフィス１１１〜１１３の開口面積を下流側のオリフィス１１４〜１１６の開口面積よりも小さくすることとして、上流側のオリフィス１１１〜１１３を通過する冷媒ガスを抑制して蒸発セクション１５１における処理空気の冷却作用を高めると共に、下流側のオリフィス１１４〜１１６により熱交換器１０２内の分岐冷媒経路に冷媒が滞留することを抑制して熱交換器２における熱交換効率を高めている。
【００８１】
本実施の形態においては冷媒経路を３列に分岐させた例を説明したが、これ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。このように、複数列に分岐した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。
【００８２】
また、本実施の形態においては、凝縮器５の下流側において複数列に分岐した分岐冷媒経路１４２〜１４４が、蒸発器１の上流側において１本の経路１４５に合流している例を説明したが、分岐冷媒経路１４２〜１４４を蒸発器１の内部まで延ばし、蒸発器１の下流側で合流させることとしてもよい。
【００８３】
また、第１及び第２の実施の形態においては、冷媒経路に設けられる絞り手段としてオリフィスを用いた例を説明したが、これに限られないことは言うまでもない。例えば、絞り手段としてキャピラリチューブや膨張弁を用いることもできる。以下、オリフィス以外の絞り手段を用いた例について説明する。
【００８４】
図１０は、上述した第１の実施の形態において、オリフィスの代わりにキャピラリチューブを用いた場合のフローを模式的に示す図である。オリフィスの代わりにキャピラリチューブを用いる場合には、上流側のキャピラリチューブ１３の絞り作用（減流作用）が下流側のキャピラリチューブ１４の絞り作用よりも大きくなるように設定する。例えば、キャピラリチューブ１３、１４の長さや内径などを変化させることによって、上流側のキャピラリチューブ１３の絞り作用を下流側のキャピラリチューブ１４の絞り作用よりも大きくすることができる。
【００８５】
図１１は、上述した第１の実施の形態において、オリフィスの代わりに膨張弁を用いた場合のフローを模式的に示す図である。オリフィスの代わりに膨張弁を用いる場合には、上流側に外部均圧式の温度膨張弁１５を設け、下流側に定圧膨張弁１６を設ける。これらの膨張弁は電子式のものであってもよい。膨張弁１５は、蒸発器１の下流側の冷媒流路を流れる冷媒の温度と圧力とによって制御され、蒸発器１の下流側の冷媒流路を流れる冷媒がドライになるようにこの膨張弁１５の開度が制御される。この場合において、下流側の膨張弁１６は、その開口面積が上流側の膨張弁１５の開口面積よりも大きくなるように制御され、上流側の膨張弁１５の絞り作用が下流側の膨張弁１６の絞り作用よりも大きくなるようになっている。
【００８６】
これまで本発明の一実施の形態について説明したが、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ことは言うまでもない。
【００８７】
図１２のフロー図を参照して、第５の実施の形態を説明する。本実施の形態が、図２で説明した第１の実施の形態と異なる点は、絞り１１と絞り１２を一体型膨張弁４００に置き換えたこと、及び中間熱交換器２を中間熱交換器３０２に置き換えたことである。但し、中間熱交換器としては本実施の形態においても第１の実施の形態と同様に中間熱交換器２を用いてもよい。
【００８８】
図１２は、本発明による第５の実施の形態である除湿空調装置のフロー図であり、ヒートポンプＨＰ３を含んでいる。まず、本除湿空調装置の構成を説明するが、第１の実施の形態と重複した説明は省略する。
【００８９】
図中、空調空間１００から処理空気の経路に沿った構成は、熱交換器２が３０２に置き換えられた点、即ち第１の熱交換部２１が３２１に第２の熱交換部２２が３２２に置き換えられた点を除けば、第１の実施の形態と同じである。また、凝縮器５を通る冷却空気（外気）の経路については、第１の実施の形態と変わるところはない。したがって、説明を省略する。
【００９０】
次に蒸発器１から冷媒の経路に沿って、ヒートポンプＨＰ３の機器構成を説明する。図中蒸発器１、経路４０、蒸発器１で蒸発してガスになった冷媒を圧縮する（昇圧する）昇圧機としての圧縮機４、経路４１、凝縮器５までは、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、凝縮器５からの冷媒経路３４２は一体型膨張弁４００に接続されている。一体型膨張弁４００の構造については、後で断面図を参照して詳しく説明する。
【００９１】
経路３４２は一体型膨張弁４００を経由して経路３４２Ａに導かれ、該経路３４２Ａは、第１の熱交換部３２１の蒸発セクション３６１につながっている。蒸発セクション３６１は、連絡配管３４２Ｂによって第２の熱交換部３２２の凝縮セクション３６２に接続されている。
【００９２】
凝縮セクション３６２の出口側は、経路３４３によって一体型膨張弁４００に接続されている。経路３４３は、一体型膨張弁４００を経由して経路３４４に導かれ、該経路３４４は、蒸発器１につながっている。このようにして、ヒートポンプＨＰ３が構成されている。
【００９３】
ここで、熱交換器３０２の構成は以下説明する点を除き、基本的には熱交換器２と同様である。
即ち、蒸発セクション３６１は、第１の熱交換部３２１中を蛇行するチューブで形成され、凝縮セクション３６２は第２の熱交換部３２２中を蛇行するチューブで形成されている点は、第１の実施の形態と同様である。
【００９４】
但し、本実施の形態では、蒸発セクション３６１は第１の熱交換部３２１を複数回蛇行した後、配管３４２Ｂにより凝縮セクション３６２に接続されている。凝縮セクション３６２は第２の熱交換部３２２を複数回蛇行した後、経路３４３に接続される。
【００９５】
このように蒸発セクション３２１と凝縮セクション３２２とを連続した伝熱チューブで形成し、蒸発セクション３２１を第１の熱交換部３６１内で複数回（１往復を超える１．５回以上、典型的には２回以上）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３６２を第２の熱交換部３２２内で同様に複数回蛇行させる構成にすると、蒸発セクション３２１と凝縮セクション３２２を接続する配管３４２Ｂが１本乃至は最小限（２〜４本）の本数で足りるので、第１の熱交換部３２１と第２の熱交換部３２２とを離間して設置し易い。
【００９６】
また、蒸発セクション３６１と凝縮セクション３６２との間で、第１の実施の形態ほどには蒸発と凝縮を頻繁に繰り返すことをしないので、蒸発セクション３６１内で十分に冷媒を蒸発させることができる。したがって、熱交換器３０２内に冷媒液が滞留するという問題が起こりにくいという利点がある。
【００９７】
本実施の形態の除湿空調装置は、コントローラ４５１、経路４０に設置された圧力センサ４５２及び温度センサ４５３を備える。圧力センサ４５２は経路４０中の圧力即ち蒸発器１の蒸発圧力乃至は圧縮機４の吸込圧力を検出し、温度センサ４５３は、経路４０中の温度即ち蒸発器１で蒸発した冷媒の温度を検出する。コントローラ４５１は、圧力センサ４５２及び温度センサ４５３で検出された圧力と温度に基いて、一体型膨張弁４００を開閉制御する。経路４０内の冷媒の過熱度、すなわち蒸発器１で蒸発した冷媒過熱度は、経路４０中を流れる冷媒の圧力と温度の関数であるので、コントローラ４５１により、該過熱度が所望の値になるように冷媒流量を調節することができる。
【００９８】
図１３の断面図を参照して、一体型膨張弁４００の構成と作用を説明する。一体型膨張弁４００は、中空部であるスピンドル収納室４０５、４０６、４０７が形成された弁本体４０１と該中空部に収納されたスピンドル（弁体）４１１、弁本体４０１の一端に搭載され、スピンドル４１１をその軸線方向に移動させるステッピングモータ４２０を含んで構成されている。ステッピングモータ４２０はステータ４２１とロータ４２２を備え、ロータ４２２の回転軸線はスピンドル４１１の軸線と一致している。
【００９９】
弁本体４０１は、円柱または角柱状のブロックで構成され、その内部には円筒形の中空部としてスピンドル収納室４０５、４０６、４０７が形成されている。各スピンドル収納室の円筒の中心軸線は一致している。またスピンドル収納室４０５、４０６は一体の室であり、後述のシール４１４Ａで分離されているものである。
円筒形のスピンドル収納室４０７の内径は、スピンドル収納室４０５、４０６の内径よりも大きく形成されている。
【０１００】
スピンドル４１１の先端には角度（頂角）α１のテーパを有する弁部４１２が形成され、逆の端には角度α２のテーパを有する弁部４１３が形成されている。弁部４１３が当たる弁本体側、スピンドル収納室４０６と４０７の境界部には、弁座４０３が形成され、弁部４１２が当たる弁本体側、スピンドル収納室４０５とスピンドル収納室４０５に経路３４２からの冷媒を導く導入路部との境界部には、弁座４０２が形成されている。
弁座４０２の直径はｄ１、弁座４０３の直径はｄ２である。本実施の形態では、ｄ１＜ｄ２であり、α１＝α２である。
【０１０１】
弁座４０２につながる前記導入路に冷媒を導くように、弁本体４０１に冷媒経路３４２が接続されている。また同様に、スピンドル収納室４０５から冷媒を導出するように、弁本体４０１に冷媒経路３４２Ａが、スピンドル収納室４０６に冷媒を導くように、弁本体４０１に冷媒経路３４３が、スピンドル収納室４０７から冷媒を導出するように、弁本体４０１に冷媒経路３４４が、接続されている。
【０１０２】
スピンドル４１１の軸線方向中央部、弁部４１２と弁部４１３との間の円柱個所には、該円柱箇所の外径よりも大きな外径のシール部４１４が形成され、シール部４１４の外周にはＯリング（オーリング）用の溝が掘られ、該溝にはシールとしてのＯリング４１４Ａが嵌められている。
【０１０３】
スピンドル４１１の軸線方向の弁部４１３側の端部には、スピンドル４１１軸線と一致するように駆動ねじ用の雌ねじが切られている。該雌ねじには、駆動ねじ（雄ねじ）４２３が噛合している。駆動ねじ４２３は、ステッピングモータ４２０のロータ４２２軸に連結されている。
【０１０４】
このような構成の一体型膨張弁４００では、ステッピングモータ４２０が回転すると、駆動ねじ４２３が回転し、スピンドル４１１が軸線方向に移動する。スピンドル４１１は、駆動ねじ４２３とスピンドル収納室４０５、４０６の内面４０４によりガイドされる。スピンドル４１１の移動量は、ロータ４２２の回転量に対応する。ステッピングモータ４２０は、コントローラ４５１（図１２参照）からの信号により、その回転量が定められる。またスピンドル４１１の移動量に応じて弁部４１２と弁部４１３における絞り開口面積が定まる。弁部４１２と弁部４１３は、スピンドル４１１に一体に形成されているので、各絞り開口面積は連動して変化する。
【０１０５】
即ち、両弁部による絞り作用は連動して生じる。言い換えれば、両弁部は一体に構成され、１の駆動源としてのステッピングモータ４２０により駆動される。また本実施の形態では、両弁部は、ニードル弁機構となっており、該ニードル弁機構では、弁部４１２の着座する弁座４０２の着座部分の直径ｄ１が弁部４１３の着座する弁座４０３の着座部分の直径ｄ２よりも小さい。したがって、スピンドル４１１が軸線方向に移動すると、弁部４１２の開口面積の増加分は、弁部４１３のそれよりも小さい。言い換えれば、弁部４１２の絞り作用は、弁部４１３の絞り作用よりも大きいという関係を維持しながら変化する。
【０１０６】
一体型膨張弁４２０では、スピンドル収納室４０５内の圧力は蒸発セクション３６１の圧力であり、スピンドル収納室４０６の圧力は凝縮セクション３６２の圧力である。したがって、両スピンドル収納室４０５、４０６の圧力はほぼ同じ（蒸発セクション３６１と凝縮セクション３６２との流れ損失分の差だけ）であるため、シール４１４Ａのシール力はごく軽いもので差し支えない。
【０１０７】
本実施の形態によれば、一体型膨張弁４００を使用するので、装置がコンパクトに構成できる。また絞り作用を連動して変化させることができるので、装置内の冷媒循環量を調節する際に、熱交換器３０２内に冷媒液が滞留しないように（適切な２相状態に維持できるように）、熱交換器３０２に流入する冷媒量と流出する冷媒量のバランスをとることができる。
【０１０８】
以上の例では、角度α１＝α２として説明したが、頂角α１＜α２にすると、ｄ１＝ｄ２とすることもできるし、逆にｄ１＞ｄ２とすることもできる。そのようにすれば、弁部４１２と弁部４１３の配置を図１３とは逆にすることができる。
要は、両弁部４１２、４１３が開くにつれて生じる開口の面積が、弁部４１２の方が弁部４１３の開口面積よりも小さければよい。
【０１０９】
以上、一体型膨張弁４００は、図２または図１２のように蒸発セクションと凝縮セクションが単列の経路で構成され、その経路に１個の一体型膨張弁を設置する場合で説明した。しかしながらこれに限らず、図７を参照して説明したように、凝縮器５の下流側において複数列に分岐した分岐冷媒経路１４２〜１４４のそれぞれに一体型膨張弁４００を設けてもよいし、また分岐冷媒経路１４２〜１４４をさらに蒸発器１の内部まで延ばして蒸発器１の下流側で合流させる場合において、各分岐経路に一体型膨張弁４００を設けてもよい。
【０１１０】
図１４のフロー図を参照して、第６の実施の形態を説明する。なお第５の実施の形態と同様な部材の符号のほとんどは図示を省略してある。本実施の形態の除湿装置は、経路３４３と経路３４４との間にバイパス経路３４３Ａを設けた点で、第５の実施の形態と異なる。バイパス経路３４３Ａには、バイパス弁としてのソレノイドバルブ３４３Ｂが挿入配置されている。ソレノイドバルブ３４３Ｂは、コントローラ４５１と信号回路により接続されている。
【０１１１】
ソレノイドバルブ３４３Ｂを開とした場合は、弁部４１３（図１３参照）をバイパスして冷媒が流れる。したがって、弁部４１３が絞り作用をしない（絞り度がゼロ）のと同じことになる。即ち、弁部４１３が実質的に絞りを形成しない状態である。このときは、弁部４１２が絞り作用を行い、熱交換器３０２は蒸発器１とほぼ同じ圧力で蒸発作用を行う。即ち、本装置は冷房空調装置として作用する。
【０１１２】
コントローラ４５１は、空調空間１００からの処理空気に関する、不図示の湿度検出器（及び温度検出器）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３４３Ｂ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３４３Ｂを閉じ、気温が高いときは冷房運転モードを選択し、ソレノイドバルブ３４３Ｂを開とする。もちろん、除湿と冷房のモード選択は、コントローラによらず、手動で設定するようにしてもよい。
【０１１３】
【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処理空気を予冷でき、その予冷の熱を使って、蒸発器で露点温度に冷却した後に第２の熱交換手段において処理空気を加熱するようにすれば、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。
また、熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられる第１の絞り手段における絞り作用を下流側の冷媒経路上に設けられる第２の絞り手段における絞り作用よりも大きくすることで、上流側の第１の絞り手段を通過する冷媒ガスを抑制して第１の熱交換手段における処理空気の冷却作用を高めると共に、第２の絞り手段によって熱交換手段内の冷媒経路に冷媒が滞留することを抑制して熱交換手段における熱交換効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空調システムの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の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】図２の除湿空調装置におけるオリフィス入口乾き度とオリフィスを通過し得る単位面積当たりの冷媒流量比との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施の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】図７の除湿空調装置の熱交換器における分岐冷媒経路を示す拡大図である。
【図９】図７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】本発明の第３の実施の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１１】本発明の第４の実施の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１２】本発明の第５の実施の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１３】一体型膨張弁の断面図である。
【図１４】本発明の第６の実施の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１５】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１６】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１７】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、１０２、３０２    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
１１、１１１〜１１３    オリフィス（第１の絞り手段）
１２、１１４〜１１６    オリフィス（第２の絞り手段）
１３、１４    キャピラリチューブ
１５、１６    膨張弁
２０    室外機
２１、１２１、３２１    第１の熱交換部
２２、１２２、３２２    第２の熱交換部
３０〜３４  処理空気経路
４０〜４３、１４５    冷媒経路
６１、１５１、３６１    蒸発セクション
６２、１５２、３６２    凝縮セクション
６３、６４、１６８、１６９    チューブ
１００  空調空間
１４２〜１４４    分岐冷媒経路
４００  一体型膨張弁
３４４  バイパス経路
３４３Ｂ  ソレノイドバルブ
４５１  コントローラ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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