JP2000081288A

JP2000081288A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2000081288A
Application number: JP10332861A
Authority: JP
Inventors: Kensaku Maeda; 健作前田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2000-03-21
Anticipated expiration: 2018-11-24
Also published as: JP4002020B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】交換熱量の割に小型で、熱交換効率の高い熱
交換器を提供する。【解決手段】第１の流体Ａを流す第１の区画３１０
と、第２の流体Ｂを流す第２の区画３２０と、第１の区
画３１０を貫通する、第１の流体Ａと熱交換する第３の
流体２５０を流す第１の流体流路２５１と、第２の区画
３２０を貫通する、第２の流体Ｂと熱交換する第３の流
体２５０を流す第２の流体流路２５２とを備え、第１の
流路２５１と第２の流路２５２とは一体の流路として構
成され、第３の流体２５０は、第１の流体流路２５１か
ら第２の流体流路２５２に貫通して流れ、第１の流体流
路２５１の流路側伝熱面では第３の流体２５０は所定の
圧力で蒸発し、第２の流体流路２５２の流路側伝熱面で
は第３の流体２５０はほぼ前記所定の圧力で凝縮するよ
うに構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器に関し、
特に２つの流体間の熱交換を第３の流体を介して行う熱
交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】お互いの温度差が比較的小さい大量の流
体同士、例えば空調用の処理空気と冷却用の外気との熱
交換には、図１３に示すような直交流形熱交換器３や容
積の大きい回転式熱交換器が用いられていた。このよう
な熱交換器は、例えばデシカント空調システムで、室内
に導入する処理空気Ａを、室内に導入する前に外気Ｂに
より予備的に冷却する場合等に用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の熱
交換器によれば、非常に容積が大きく据え付け面積が大
きくなり過ぎたり、熱交換効率が劣るため十分に熱を利
用することができないという問題があった。

【０００４】そこで本発明は、交換熱量の割には小型
で、熱交換効率の高い熱交換器を提供することを目的と
している。

【０００５】

【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に係る発明による熱交換器は、図１に示す
ように、第１の流体Ａを流す第１の区画３１０と；第２
の流体Ｂを流す第２の区画３２０と；第１の区画３１０
を貫通する、第１の流体Ａと熱交換する第３の流体２５
０を流す第１の流体流路２５１Ａ〜Ｃと；第２の区画３
２０を貫通する、第２の流体Ｂと熱交換する第３の流体
２５０を流す第２の流体流路２５２Ａ〜Ｃとを備え；第
１の流体流路２５１Ａ〜Ｃと第２の流体流路２５２Ａ〜
Ｃとは一体の流路として構成され；第３の流体２５０
は、第１の流体流路２５１Ａ〜Ｃから第２の流体流路２
５２Ａ〜Ｃに貫通して流れ、第１の流体流路２５１Ａ〜
Ｃの流路側伝熱面では第３の流体２５０は所定の圧力で
蒸発し、第２の流体流路２５２Ａ〜Ｃの流路側伝熱面で
は第３の流体２５０はほぼ前記所定の圧力で凝縮するよ
うに構成されている。ここで、第１の流体流路が複数２
５１Ａ〜Ｃであるときは、対応する複数の第２の流体流
路２５２Ａ〜Ｃが、それぞれ一体の流路として構成され
る。

【０００６】このように構成すると、例えば冷媒のよう
な第３の流体は、第１の流体流路から第２の流体流路に
貫通して流れるので、第１の区画から第２の区画に熱を
移動させることができ、第１の流体流路の流路側伝熱面
では第３の流体は所定の圧力で蒸発するので、第３の流
体は第１の流体から熱を奪うことができ、第２の流体流
路の流路側伝熱面では第３の流体２５０はほぼ前記所定
の圧力で凝縮するので、第３の流体は第２の流体に熱を
与えることができる。また、これらの伝熱は蒸発伝熱、
あるいは凝縮伝熱であるので、単なる伝導伝熱や対流伝
熱に比べて熱伝達率がはるかに高い。また、第１の流体
流路と第２の流体流路とは一体の流路として構成されて
いるので、全体としてコンパクトになる。ここで、凝縮
圧力を「ほぼ所定の圧力」としたのは、第１の流体流路
から第２の流体流路に向けて流れが存在するので、僅か
ながら流れ損失があるためであり、実質的には同一の圧
力と見てよい。

【０００７】さらに請求項２に記載のように、請求項１
に記載の熱交換器では、第２の区画３２０を流す前記第
２の流体中に水分を含ませるように構成されているのが
好ましい。水分を含ませるとは、例えば水分を霧状にし
て含ませたり、蒸発させて含ませる。さらに具体的に
は、例えば、第２の流体流路２５２Ａ〜Ｃの、区画側伝
熱面に水を散布して接触させるように構成したり、第２
の区画３２０の、第２の流体入り口に気化加湿器１６５
を有するようにする。

【０００８】このように構成すると、第２の流体中に水
分を含ませることができるので、水の蒸発潜熱を利用す
ることができ、第２の流体による第３の流体の冷却効率
が高くなる。

【０００９】さらに、請求項３に記載のように、以上の
熱交換器では、第２の区画３２０を貫通する、第２の流
体流路２５２Ａ〜Ｃと並列して配置され、前記第２の流
体と熱交換する第３の流体を流す第３の流体流路２５２
Ｄをさらに備え、第３の流体流路２５２Ｄには実質的に
第１の区画３１０を迂回して第３の流体が供給されるよ
うに構成されている（図９）。

【００１０】このように構成すると、第３の流体流路で
は第１の流体流路を流れる第３の流体とは異なる相の第
３の流体を流すようにすることができる。

【００１１】また、請求項４に記載のように、以上の熱
交換器では、第１の流体流路２５１Ａ〜Ｃには、主とし
て液相の第３の流体が供給され、第３の流体流路２５２
Ｄには主として気相の第３の流体が供給されるように構
成されるようにするのが好ましい。このようにするに
は、例えば、第１の流体流路に液相の第３の流体を供給
する手段、即ち前記第３の流体に気相流体が混合してい
るとき、液相の第３の流体から気相流体を分離する気液
分離器３５０を備えるようにすればよい。

【００１２】このように構成すると、例えば気液分離器
を利用して、気相から分離した気相を殆ど含まない液相
の第３の流体を第１の流体流路に、また気相の第３の流
体を第３の流体流路に流すようにすることもできる。第
１の流体流路では、液相の第３の流体を蒸発させ、第３
の流体流路では気相の第３の流体を凝縮させることがで
きる。

【００１３】上記目的を達成するために、請求項５に係
る発明による熱交換器は、図１に示すように、第１の流
体Ａを流す第１の区画３１０と；第２の流体Ｂを流す第
２の区画３２０と；第１の区画３１０を貫通する、第１
の流体Ａと熱交換する第３の流体２５０を流す第１の流
体流路２５１と；第２の区画３２０を貫通する、第２の
流体Ｂと熱交換する第３の流体２５０を流す第２の流体
流路２５２とを備え；第３の流体は、第１の流体流路２
５１から第２の流体流路２５２に貫通して流れ、第１の
流体流路２５１の流路側伝熱面では第３の流体は所定の
圧力で蒸発し、第２の流体流路２５２の流路側伝熱面で
は第３の流体はほぼ前記所定の圧力で凝縮するように構
成されており；第１の流体流路２５１は複数２５１Ａ、
２５１Ｂ、２５１Ｃ備えられ、複数の流体流路２５１
Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃにおける前記所定の圧力は、そ
れぞれ異なるように構成されている。

【００１４】このような構成では、第１の区画を流れる
第１の流体、あるいは第２の区画を流れる第２の流体の
温度変化に応じて、複数の流体流路２５１Ａ、２５１
Ｂ、２５１Ｃ内の圧力は前記異なる所定の圧力の高さの
順に配列される。

【００１５】このように構成すると、それぞれ異なる圧
力で蒸発あるいは凝縮する複数の流体流路が、例えば高
い圧力から低い圧力といったように順番に配列されてい
るので、例えば第１の流体が顕熱を奪われる場合は、第
１の流体は第１の区画内で流入から流出までの間に、温
度は低下する。その温度低下に合わせて、前記所定の温
度を高い方から低い方に並べれば、熱交換効率を高くす
ることができる。ひいては、熱の有効利用を図ることが
できる。

【００１６】さらに、以上の熱交換器では、第１の流体
流路２５１及び第２の流体流路２５２の流路側には、ス
パイラル溝を形成するのが好ましく、このように構成す
ると、スパイラル溝により第３の流体の流れが乱される
結果、熱伝達率が高くなる。また、第１の流体流路３１
０及び第２の流体流路３２０の区画側伝熱面には、プレ
ートフィンを取り付けるのが好ましく、このように構成
すると、プレートフィンを備えるので、伝熱面の面積が
広くなり熱伝達率を高くすることができる。

【００１７】

【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を付し、重複
した説明は省略する。

【００１８】図１は、本発明による第１の実施の形態で
ある熱交換器の断面図である。図中、熱交換器３００
は、第１の流体である処理空気Ａを流す第１の区画３１
０と、第２の流体である外気Ｂを流す第２の区画３２０
とが、１枚の隔壁３０１を介して隣接して設けられてい
る。

【００１９】第１の区画３１０と第２の区画及び隔壁３
０１を貫通して、第３の流体としての冷媒２５０を流
す、流体流路としての熱交換チューブが複数本ほぼ水平
に設けられている。この熱交換チューブは、第１の区画
を貫通している部分は第１の流体流路としての蒸発セク
ション２５１（複数の蒸発セクションを２５１Ａ、２５
１Ｂ、２５１Ｃとする）であり、第２の区画を貫通して
いる部分は第２の流体流路としての凝縮セクション２５
２（複数の凝縮セクションを２５２Ａ、２５２Ｂ、２５
２Ｃとする）である。

【００２０】図１に示す実施の形態では、蒸発セクショ
ン２５１Ａと凝縮セクション２５２Ａとは、１本のチュ
ーブで一体の流路として構成されている。蒸発セクショ
ン２５１Ｂ、Ｃと凝縮セクション２５２Ｂ、Ｃとについ
ても同様である。したがって、第１の区画３１０と第２
の区画３２０とが、１枚の隔壁３０１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。

【００２１】このような構造は、熱交換チューブの外径
とほぼ等しい（通常は僅かに大きい）径の穴を開けた、
蒸発セクション側の複数のプレートフィン、１枚の隔壁
３０１、そして凝縮セクション側の複数のプレートフィ
ンを穴が見通せるように並べ、それらの穴に複数の熱交
換チューブを差し込んだ後に、その熱交換チューブを内
部から、拡管棒、液圧、ボール通過等の手段により拡管
して製造することができる。蒸発セクション側（第１の
区画側）のプレートフィンと、凝縮セクション側（第２
の区画側）のプレートフィンとは、異なった形態のもの
としてもよい。たとえば、蒸発セクション側には、第１
の流体の流れを乱すルーバや皺をつけ、第２の流体側の
プレートはフラットなものにする等である。

【００２２】図１の実施の形態では、蒸発セクションは
図中上から２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃの順番で並ん
でおり、凝縮セクションは図中上から２５２Ａ、２５２
Ｂ、２５２Ｃの順番で並んでいる。

【００２３】一方、第１の流体としての処理空気Ａは、
図中で第１の区画にダクト１０９を通して上から入り下
から流出するように構成されている。また、第２の流体
である外気Ｂは、図中で第２の区画にダクト１７１を通
して下から入り上から流出するように構成されている。
即ち、処理空気Ａと外気Ｂとは互いに対向流を形成する
方向に流れるように構成されている。

【００２４】さらに、第２の区画には、その上部、凝縮
セクション２５２を構成する熱交換チューブの上方に、
散水パイプ３２５が配置されている。散水パイプ３２５
には、適切な間隔でノズル３２７が取り付けられてお
り、散水パイプ３２５中を流れる水を凝縮セクション２
５２を構成する熱交換チューブに散布するように構成さ
れている。

【００２５】また、第２の区画の第２の流体Ｂの入り口
には気化加湿器１６５が設置されている。気化加湿器１
６５は、例えばセラミックペーパーや不織布のように、
吸湿性がありしかも通気性のある材料で構成されてい
る。

【００２６】この熱交換器３００には、図２に示すよう
に、液状の冷媒を供給し循環する手段としての冷媒循環
機２６１を設けても良い。冷媒循環機２６１は例えば冷
媒液を循環するポンプである。図２（ａ）では、ポンプ
２６１で送られてきた冷媒液が、第１の流体流路の入り
口に設けられたヘッダ２３５に供給され、ヘッダ２３５
に接続された蒸発セクション２５１に流入し、ここで第
１の区画を流れる処理空気Ａと熱交換し蒸発する。蒸発
した冷媒は、凝縮セクション２５２に流れ、ここで第２
の区画を流れる外気Ｂと熱交換し凝縮する。凝縮して液
化した冷媒は、凝縮セクションが接続されたヘッダ２４
５に到り、ここに接続された冷媒配管を通って流下し、
ヘッダ２４５より鉛直方向下方に置かれた液冷媒タンク
２６２に重力で流入し貯留され、液冷媒タンク２６２に
接続された冷媒配管を通してポンプ２６１の入り口に戻
り、ポンプ２６１の吐出口に接続された吐出配管を通っ
て、この吐出配管に接続されたヘッダ２３５に供給さ
れ、以上のサイクルを繰り返す。

【００２７】ここで、蒸発セクション２５１での蒸発圧
力、ひいては凝縮セクション２５２に於ける凝縮圧力、
即ち本発明の所定の圧力は、処理空気Ａの温度と外気Ｂ
の温度とによって定まる。図１、図２に示す実施の形態
による熱交換器３００は、蒸発伝熱と凝縮伝熱とを利用
しているので、熱伝達率が非常に優れており、熱交換効
率が非常に高い。また、第３の流体としての冷媒は、蒸
発セクション２５１から凝縮セクション２５２に向けて
貫流するので、即ちほぼ一方向に強制的に流されるの
で、熱交換効率が高い。

【００２８】蒸発セクション２５１、凝縮セクション２
５２を構成する熱交換チューブの内面には、ライフル銃
の銃身の内面にある線状溝のようなスパイラル溝を形成
する等により高性能伝熱面とするのが好ましい。内部を
流れる冷媒液は、通常は内面を濡らすように流れるが、
スパイラル溝を形成すれば、その流れの境界層が乱され
るので熱伝達率が高くなる。

【００２９】また、第１の区画には処理空気が流れる
が、熱交換チューブの外側に取り付けるフィンは、ルー
バー状に加工して流体の流れを乱すようにするのが好ま
しい。

【００３０】第２の区画に、外気は流すが水を散布しな
いときは、同様にフィンは流体の流れを乱すように構成
するのが好ましい。ただし、水を散布する場合は、フラ
ットプレートフィンとして、さらに耐食コーティングを
施すのが好ましい。水中に混入している可能性のある腐
食物質が、蒸発により凝縮濃縮してフィン乃至はチュー
ブを腐食しないようにするためである。また、フィンは
アルミニウムまたは銅またはこれらの合金を用いるのが
好ましい。

【００３１】図４を参照して、熱交換効率について説明
する。図４において、高温側の流体の熱交換器入り口温
度をＴＰ１、出口温度をＴＰ２、低温側の流体の熱交換
器入り口温度をＴＣ１、出口温度をＴＣ２とする。ここ
で熱交換効率をφとすれば、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＝（Ｔ
Ｐ１−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）である。

【００３２】図２（ｂ）は、ヘッダ２３５と蒸発セクシ
ョン２５１との間に、オリフィス等の絞りを挿入した場
合を示す。絞りは、複数の蒸発セクション２５１Ａ、２
５１Ｂ、２５１Ｃにそれぞれ２５０Ａ、２５０Ｂ、２５
０Ｃを振り当ててある。またそれぞれに対応する凝縮セ
クション２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃには、ヘッダ２
４５との間に、それぞれ絞り２４０Ａ、２４０Ｂ、２４
０Ｃを振り当ててある。

【００３３】このような構造において、処理空気Ａは、
第１の区画内では蒸発セクションを２５１Ａ、２５１
Ｂ、２５１Ｃの順番に接触するように熱交換チューブに
直交して流れ、冷媒との間の熱交換を行い、入り口温度
が処理空気より低温の外気Ｂは、第２の区画内で凝縮セ
クションを２５２Ｃ、２５２Ｂ、２５２Ａの順番に接触
するように熱交換チューブに直交して流れる。このよう
な場合、冷媒の蒸発圧力（温度）あるいは凝縮圧力（温
度）は、絞りでグループ化されたセクション毎に定まる
が、蒸発セクションでは２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃ
の順番に、高から低になり、また凝縮セクションでは２
５２Ｃ、２５２Ｂ、２５２Ａの順番に、低から高にな
る。処理空気Ａと外気Ｂの流れに注目すると、いわば対
向流であるので、著しく高い熱交換効率φ、例えば８０
％以上の熱交換効率φも実現できる。

【００３４】ここで、複数の蒸発セクション２５１Ａ、
２５１Ｂ、２５１Ｃにおける所定の圧力である各蒸発圧
力は、各蒸発セクションの入り口に独立した絞り２３０
Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃを設けた結果、それぞれ異なっ
た値をとることができ、第１の区画に処理空気を、蒸発
セクション２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃにこの順番で
接触するように流し、処理空気は顕熱を奪われる結果、
温度が入り口から出口にかけて低下する。その結果、蒸
発セクション２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃ内の蒸発圧
力は、この順番で低下することになり、蒸発温度は順番
に並ぶことになる。

【００３５】全く同様に、凝縮温度はセクション２５２
Ｃ、２５２Ｂ、２５２Ａの順番に低温から高温に並ぶ
が、蒸発セクションと同様に、各凝縮セクションは独立
した絞り２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃを備える結果、
独立した凝縮圧力即ち凝縮温度を持つことができ、ここ
に外気を第２の区画の入り口から出口に向かって凝縮セ
クション２５２Ｃ、２５２Ｂ、２５２Ａの順番に接触す
るように流す結果として、凝縮圧力はこの順番に並ぶこ
とになる。したがって、処理空気Ａと外気Ｂに注目する
と、前記のように、いわゆる対向流形の熱交換器を形成
することになり、高い熱交換効率を達成できる。

【００３６】図３を参照して、本発明の熱交換器の別の
実施の形態を説明する。図３には、図２（ｂ）に示す熱
交換器において、第１の区画と第２の区画を分離して、
さらに第１の流体流路と第２の流体流路も分離した場合
を示した。即ち、蒸発セクション２５１Ａ、２５１Ｂ、
２５１Ｃを、それぞれ凝縮セクション２５２Ａ、２５２
Ｂ、２５２Ｃに接続した。それら第１の流体流路と第２
の流体流路との間には、各セクションＡ、Ｂ、Ｃ毎にヘ
ッダを設け、それらのヘッダをそれぞれ配管で接続して
ある。この場合も、図２（ｂ）の場合と基本的な熱交換
器としての性能は変わらないが、製作の容易性や、配置
の融通性が高くなる。

【００３７】図５を参照して、本発明の第１の実施の形
態である熱交換器３００を、デシカント空調機に応用し
た例を説明する。

【００３８】この空調システムは、デシカント（乾燥
剤）によって処理空気の湿度を下げ、処理空気の供給さ
れる空調空間を快適な環境に維持するものである。

【００３９】図５を参照して、先ず第１の流体としての
処理空気Ａの経路を説明する。図中、空調空間１０１か
ら吸込経路であるダクト１０７を通して、送風機１０２
により処理すべき空気ＲＡを取り出す。送風機１０２の
吐出口はダクト１０８によりデシカントロータ１０３の
処理空気側入り口に接続されている。デシカントロータ
１０３の処理空気側出口はダクト１０９により、図１に
より説明した熱交換器３００の第１の区画３１０の入り
口に接続されている。

【００４０】デシカントロータ１０３で水分を吸着され
乾燥した処理空気はダクト１０９を経由して熱交換器３
００に到る。処理空気は、デシカントにより水分を吸着
される際には吸着熱により加熱され、昇温している。

【００４１】第１の区画３１０では、処理空気は、蒸発
セクション２５１で蒸発する冷媒により、冷却される。
第１の区画３１０の処理空気出口はダクト１１０により
処理空気冷却器２１０に導かれるように構成されてい
る。乾燥し、かつある程度まで冷却された処理空気は、
ここでさらに冷却され、適度な湿度でかつ適度な温度の
処理空気ＳＡとなって、ダクト１１１を経由して空調空
間１０１に戻る。

【００４２】次に、熱交換器３００の第２の区画３２０
側の、第２の流体としての外気の経路を説明する。第２
の区画３２０の入り口には、屋外ＯＡから外気を導入す
るダクト１７１が接続されている。ダクト１７１により
導入された外気は、気化加湿器１６５により加湿されて
顕熱を奪われ温度が下がる。この温度の下がった外気
は、第２の区画３２０を通過する際、凝縮セクション２
５２の中の冷媒から熱を奪い、これを凝縮させる。

【００４３】また、熱交換チューブ２５２には散水パイ
プ３２５により水がスプレーされるようになっており、
外気はこれによっても温度を下げられ、この外気の顕熱
と、スプレーされた水の蒸発熱により、凝縮セクション
２５２内の冷媒は凝縮する。

【００４４】第２の区画の外気出口には、ダクト１７２
が接続されており、またダクト１７２の途中には、送風
機１６０が設けられており、冷媒の凝縮に使われた外気
は、ダクト１７２を経由して、排気ＥＸとして屋外に排
出される。

【００４５】次に、第３の流体としての冷媒の経路を説
明する。図中、冷媒圧縮機２６０により圧縮された冷媒
ガスは、圧縮機の吐出口に接続された冷媒ガス配管２０
１を経由して再生空気加熱器（冷媒側から見れば冷却器
あるいは凝縮器）２２０に導かれる。圧縮機２６０で圧
縮された冷媒ガスは、圧縮熱により昇温しており、この
熱で再生空気（後で説明）を加熱する。冷媒ガス自身は
熱を奪われ凝縮する。

【００４６】加熱器２２０の冷媒出口は、熱交換器３０
０の蒸発セクション２５１の入り口に冷媒経路２０２に
より接続されており、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２３０が設けられ
ている。

【００４７】加熱器２２０を出た、液冷媒は絞り２３０
で減圧され、膨張して一部の液冷媒が蒸発（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２５１に到り、ここで液冷媒は蒸発セクション２５
１のチューブの内壁を濡らすように流れ蒸発して、第１
の区画を流れる処理空気を冷却する。

【００４８】蒸発セクション２５１と凝縮セクション２
５２とは、一連のチューブであるので、即ち一体の流路
として構成されているので、蒸発した冷媒ガス（及び蒸
発しなかった冷媒液）は、凝縮セクション２５２に流入
して、第２の区画を流れる外気及びスプレーされた水に
より熱を奪われ凝縮する。

【００４９】凝縮セクション２５２の出口側は、冷媒液
配管２０３により冷却器（冷媒側から見れば蒸発器）２
１０に接続されている。冷媒配管２０３の途中には、絞
り２４０が設けられている。絞り２４０の取付位置は、
凝縮セクション２５２の直後から冷却器２１０の入り口
までのどこでもよいが、できるだけ冷却器２１０の入り
口直前が好ましい。絞り２４０後の冷媒は大気温度より
かなり低くなるので、配管の保冷が厚くなるからであ
る。凝縮セクション２５２で凝縮した冷媒液は、絞り２
４０で減圧され膨張して温度を下げて、冷却器２１０に
入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気を冷却する。絞り２
３０、２４０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。

【００５０】冷却器２１０で蒸発してガス化した冷媒
は、冷媒圧縮機２６０の吸込側に導かれ、以上のサイク
ルを繰り返す。

【００５１】次に、デシカントを再生する再生空気の経
路を説明する。屋外から外気ダクト１２４により取り込
まれた外気は、顕熱交換器１２１に送り込まれる。顕熱
交換器は、ロータ形状をした熱交換器であり、２つの区
画に分割されたハウジング内を、蓄熱体を充填した容積
の大きいロータが回転しており、一方の区画に屋外から
取り込まれたばかりの外気、他方の区画にこの外気と熱
交換する流体を流すように構成されている。

【００５２】顕熱交換器１２１により、ある程度まで加
熱された外気は、ダクト１２６を経て加熱器２２０に到
り、ここでさらに冷媒ガスにより加熱され昇温した外気
は、ダクト１２７を経て再生空気としてデシカントロー
タ１０３の再生側に導入される。

【００５３】デシカントロータ１０３で、デシカントを
再生した再生空気は、デシカントロータと顕熱交換器１
２１の前記他方の区画とを接続するダクト１２８、１２
９を経て、顕熱交換器１２１に導かれる。ダクト１２８
とダクト１２９との間には、送風機１４０が設けられて
おり、外気を取り込み、また再生空気経路を流すのに用
いられる。

【００５４】顕熱交換器１２１で、外気と熱交換した
（外気を加熱した）再生空気はダクト１３０を経て、排
気ＥＸとして排出される。

【００５５】図６を参照して、図５の構成中のヒートポ
ンプＨＰ１の冷媒の流れ及び本発明の実施の形態である
熱交換器３００の作用を説明する。図６は、冷媒ＨＦＣ
１３４ａ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。

【００５６】図中、点ａは図５の冷却器２１０の冷媒出
口の状態であり、飽和ガスの状態にある。圧力は４．２
ｋｇ／ｃｍ²、温度は１０℃、エンタルピは１４８．８
３ｋｃａｌ／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１９．３ｋｇ／ｃ
ｍ²、温度は７８℃であり、過熱ガスの状態にある。

【００５７】この冷媒ガスは、加熱器（冷媒側から見れ
ば凝縮器）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１９．３
ｋｇ／ｃｍ²、温度は６５℃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と同じく、圧力は１９．３
ｋｇ／ｃｍ²、温度は６５℃、そしてエンタルピは１２
２．９７ｋｃａｌ／ｋｇである。

【００５８】この冷媒液は、絞り２３０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。温度は約３０℃にな
る。圧力は、本発明の所定の圧力であり、本実施例では
４．２ｋｇ／ｃｍ²と１９．３ｋｇ／ｃｍ²との中間の
値、即ち３０℃に対応する飽和圧力となる。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。蒸
発セクション２５１内で、前記所定の圧力下で冷媒液は
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。ここでは液は殆ど蒸発してしまっている。な
お、点ｅにおいては、冷媒液とガスとの割合は、３０℃
の飽和圧力線が飽和液線と飽和ガス線を切る点のエンタ
ルピと点ｄのエンタルピの差の逆比となるので、図６か
ら明らかなように、重量比では液の方が多い。しかしな
がら、容積比ではガスの方が圧倒的に多いので、蒸発セ
クションでは大量のガスに液が混合して、その液が蒸発
セクションのチューブの内面を濡らすような状態にあり
ながら蒸発する。

【００５９】点ｆで示される状態の冷媒が、凝縮セクシ
ョン２５２に流入する。凝縮セクション２５２では、冷
媒は第２の区画を流れる外気及び／又はスプレーされた
水により熱を奪われ、点ｇに到る。この点はモリエ線図
では飽和液線上にある。温度は３０℃、エンタルピは１
０９．９９ｋｃａｌ／ｋｇである。

【００６０】点ｇの冷媒液は、絞り２４０で、温度１０
℃の飽和圧力である４．２ｋｇ／ｃｍ²まで減圧され、
１０℃の冷媒液とガスの混合物として冷却器（冷媒から
見れば蒸発器）２１０に到り、ここで処理空気から熱を
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。

【００６１】以上説明したように、熱交換器３００内で
は、冷媒は蒸発セクション２５１では点ｅから点ｆまで
の蒸発を、凝縮セクション２５２では、点ｆから点ｇま
で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い。

【００６２】さらに、圧縮機２６０、加熱器（冷媒凝縮
器）２２０、絞り２３０、２４０及び冷却器（冷媒蒸発
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、加熱器（凝縮器）２２
０における点ｄの状態の冷媒を、絞りを介して冷却器
（蒸発器）２１０に戻すため、冷却器（蒸発器）で利用
できるエンタルピ差は１４８．８３−１２２．９７＝２
５．８６ｋｃａｌ／ｋｇしかないのに対して、熱交換器
３００を設けた本発明の実施例の場合は、１４８．８３
−１０９．９９＝３８．８４ｋｃａｌ／ｋｇになり、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３３％も小さくすることができる。すなわ
ち、圧縮機２６０が単段型であっても、２段型で中間段
にフラッシュガスを吸入させるエコノマイザと同様な作
用を持たせることができる。

【００６３】次に図７を参照して、図２（ｂ）、図３で
説明した実施の形態の熱交換器３００ｂを用いたデシカ
ント空調機の例を説明する。第１の流体としての処理空
気の経路は、図５の場合と同じであるので説明を省略す
る。

【００６４】図７の実施の形態では、第２の流体として
の外気がデシカントの再生空気として利用される。図
中、第２の区画３２０の入り口には、屋外ＯＡから外気
Ｂを導入するダクト１２４が接続されている。ダクト１
２４により導入された外気は、第２の区画３２０に導入
され、ここを通過する際、凝縮セクション２５２の中の
冷媒から熱を奪い、これを凝縮させる。ここで、凝縮セ
クション２５２は、セクション２５２Ｃ、２５２Ｂ、２
５２Ａを含んで構成され、この順番に凝縮温度は低温か
ら高温に並んでいる。したがって外気は、第２の区画３
２０からは、最も高い温度の凝縮セクション２５２Ａに
接触した後に出ることになる。第２の区画の出口は加熱
器２２０とはダクト１２６で接続されており、第２の区
画３２０である程度加熱された外気は、加熱器２２０に
導入され、ここでさらに加熱され再生空気として、加熱
器２２０とデシカントロータ１０３とを接続するダクト
１２７を経由してデシカントロータ１０３に到る。

【００６５】このようにして、デシカントロータ１０３
に導入された再生空気は、デシカントを加熱再生した
後、デシカントロータ１０３から外気に通じるダクト１
２８、１２９を通して排出される。ダクト１２８とダク
ト１２９との間には、送風機１４０が設けられており、
外気を取り込み、また再生空気経路を流すのに用いられ
る。

【００６６】次に、第３の流体としての冷媒の経路を説
明する。図中、冷媒圧縮機２６０により圧縮された冷媒
ガスは、圧縮機の吐出口に接続された冷媒ガス配管２０
１を経由して再生空気加熱器（冷媒からみれば凝縮器）
２２０に導かれる。圧縮機２６０で圧縮された冷媒ガス
は、圧縮熱により昇温しており、この熱で再生空気を加
熱する。冷媒ガス自身は熱を奪われ凝縮する。

【００６７】加熱器２２０の冷媒出口には、冷媒配管２
０２が接続されており、さらにヘッダ２３５に到り、こ
こで複数（図７では３本）の冷媒系統に分割され、それ
ぞれに別の絞り２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃが設けら
れている。各絞り２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃは、そ
れぞれ図１に示す蒸発セクション２５１Ａ、２５１Ｂ、
２５１Ｃに接続されている。したがって、各蒸発セクシ
ョン２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃでは、異なった蒸発
圧力ひいては異なった蒸発温度で蒸発することができる
ように構成されている。各絞り２３０Ａ、２３０Ｂ、２
３０Ｃは、各蒸発セクション２５１Ａ、２５１Ｂ、２５
１Ｃの入り口近傍に設けられている。絞りとしてはオリ
フィス、膨張弁、キャピラリチューブ等が用いられる。

【００６８】加熱器（冷媒凝縮器）２２０を出た、液冷
媒は各絞り２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃで減圧され、
膨張して一部の液冷媒が蒸発（フラッシュ）する。その
液とガスの混合した冷媒は、各蒸発セクション２５１
Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃに到り、ここで液冷媒は蒸発セ
クションのチューブの内壁を濡らすように流れ蒸発し
て、第１の区画を流れる処理空気を冷却する。

【００６９】各蒸発セクション２５１Ａ、２５１Ｂ、２
５１Ｃと各凝縮セクション２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２
Ｃとは、一連のチューブであるので、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２５
２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃに流入して、第２の区画を流
れる外気により熱を奪われ凝縮する。

【００７０】各凝縮セクション２５２Ａ、２５２Ｂ、２
５２Ｃの出口側には、それぞれ絞り２４０Ａ、２４０
Ｂ、２４０Ｃが設けられている。その先にはヘッダ２４
５が設けられており、ヘッダ２４５には、冷媒配管２０
３が接続されており、液冷媒を冷却器２１０に導くよう
に構成されている。

【００７１】このような構成において、各凝縮セクショ
ン２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃで凝縮した冷媒液は、
各絞り２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃで減圧され膨張し
て温度を下げて、ヘッダ２４５で合流した後冷却器２１
０に入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気を冷却する。

【００７２】冷却器（冷媒蒸発器）２１０で蒸発してガ
ス化した冷媒は、冷媒圧縮機２６０の吸込側に導かれ、
以上のサイクルを繰り返す。

【００７３】図８を参照して、図７の構成中のヒートポ
ンプＨＰ２の冷媒の流れ及び本発明の実施の形態である
熱交換器３００ｂの作用を説明する。図８は、図６と同
様な冷媒ＨＦＣ１３４ａを用いた場合のモリエ線図であ
る。

【００７４】図中、点ａは図７の冷却器２１０の冷媒出
口の状態であり、飽和ガスの状態である。圧力は４．２
ｋｇ／ｃｍ²、温度は１０℃、エンタルピは１４８．８
３ｋｃａｌ／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１９．３ｋｇ／ｃ
ｍ²、温度は７８℃である。

【００７５】この冷媒ガスは、加熱器（冷媒凝縮器）２
２０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１９．３ｋｇ／ｃ
ｍ²、温度は６５℃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と同じく、圧力は１９．３ｋｇ／
ｃｍ ²、温度は６５℃、そしてエンタルピは１２２．９
７ｋｃａｌ／ｋｇである。

【００７６】この冷媒液のうち、絞り２３０Ａで減圧さ
れ蒸発セクション２５１Ａに流入した冷媒の状態は、モ
リエ線図上では、点ｅ１で示されている。温度は約４３
℃になる。圧力は、本発明の異なる所定の圧力の一つで
あり、温度４３℃に対応する飽和圧力である。同様に、
絞り２３０Ｂで減圧され蒸発セクション２５１Ｂに流入
した冷媒の状態は、モリエ線図上では、点ｅ２で示され
ており、温度は４０℃、圧力は、本発明の異なる所定の
圧力の別の一つであり、温度４０℃に対応する飽和圧力
である。同様に、絞り２３０Ｃで減圧され蒸発セクショ
ン２５１Ｃに流入した冷媒の状態は、モリエ線図上で
は、点ｅ３で示されており、温度は３７℃、圧力は、本
発明の異なる所定の圧力に別の一つであり、温度３７℃
に対応する飽和圧力である。

【００７７】点ｅ１、ｅ２、ｅ３のいずれにおいても、
冷媒は、一部の液が蒸発して液とガスが混合した状態に
ある。各蒸発セクション内で、前記各所定の圧力下で冷
媒液は蒸発して、それぞれ各圧力の飽和液線と飽和ガス
線の中間の点ｆ１、ｆ２、ｆ３に到る。

【００７８】この状態の冷媒が、各凝縮セクション２５
２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃに流入する。各凝縮セクショ
ンでは、冷媒は第２の区画を流れる外気により熱を奪わ
れ、それぞれ点ｇ１、ｇ２、ｇ３に到る。これらの点は
モリエ線図では飽和液線上にある。温度はそれぞれ４３
℃、４０℃、３７℃である。これらの冷媒液は、各絞り
を経て、それぞれ点ｊ１、ｊ２、ｊ３に到る。これらの
点の圧力は１０℃の飽和圧力の４．２ｋｇ／ｃｍ²であ
る。

【００７９】ここでは冷媒は、液とガスが混合した状態
にある。これらの冷媒は一つのヘッダ２４５に合流する
が、ここでのエンタルピは点ｇ１、ｇ２、ｇ３をそれぞ
れに対応する冷媒の流量で重み付けして平均した値とな
るが、この例では約１１３．５１である。３段であるに
も拘わらず、図６の場合よりもエンタルピが高いのは、
第２の区画で水をスプレーしていないからである。

【００８０】この冷媒は、冷却器（冷媒蒸発器）２１０
で処理空気から熱を奪い、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３００ｂ内
では、冷媒は各蒸発セクションで蒸発を、各凝縮セクシ
ョンで凝縮をしており、蒸発伝熱と凝縮伝熱であるた
め、熱伝達率が非常に高い。しかも、第１の区画では図
中上から下に流れるにしたがって高い温度から低い温度
に冷却される処理空気を、それぞれ４３℃、４０℃、３
７℃と順番に並んだ温度で冷却するので、一つの温度例
えば４０℃で冷却する場合と比較して熱交換効率を高め
ることができる。凝縮セクションも同様である。即ち、
第２の区画では図中下から上に流れるにしたがって低い
温度から高い温度に加熱される外気（再生空気）を、そ
れぞれ３７℃、４０℃、４３℃と順番に並んだ温度で加
熱するので、一つの温度例えば４０℃で加熱する場合と
比較して熱交換効率を高めることができる。

【００８２】さらに、圧縮機２６０、加熱器（冷媒凝縮
器）２２０、絞り及び冷却器（冷媒蒸発器）２１０を含
む圧縮ヒートポンプＨＰ２としては、熱交換器３００ｂ
を設けない場合は、加熱器（凝縮器）２２０における点
ｄの状態の冷媒を、絞りを介して冷却器（蒸発器）２１
０に戻すため、冷却器（蒸発器）で利用できるエンタル
ピ差は２５．８６ｋｃａｌ／ｋｇしかないのに対して、
熱交換器３００ｂを設けた本発明の実施例の場合は、１
４８．８３−１１３．５１＝３５．３２ｋｃａｌ／ｋｇ
になり、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２７％も小さくすることができ
る。すなわち、圧縮機２６０が単段型であっても、複数
型で中間段にフラッシュガスを吸入させるエコノマイザ
を有する場合と同様な作用を持たせることができるの
は、図５の実施の形態と同様である。

【００８３】図９を参照して、本発明の第４の実施の形
態である熱交換器３００ｄを説明する。熱交換器３００
ｄは図５を参照して説明したヒートポンプＨＰ１に熱交
換器３００に代えて使用して好適な熱交換器である。図
中、熱交換器３００ｄは、第１の流体である処理空気Ａ
を流す第１の区画３１０と、第２の流体である外気Ｂを
流す第２の区画３２０とが、１枚の隔壁３０１を介して
隣接して設けられている点は、図１に示す熱交換器と同
様である。

【００８４】また蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃの配
置、凝縮セクション２５２Ａ、Ｂ、Ｃの配置、散水パイ
プ３２５、気化加湿器１６５、処理空気経路１０９、１
１０、外気経路１７１の配置も図１に示す熱交換器と同
様である。

【００８５】蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃには、ヘ
ッダー４５０Ａ、Ｂ、Ｃが接続されており、各ヘッダー
４５０Ａ、Ｂ、Ｃに冷媒配管４３０Ａ、４３０Ｂ、４３
０Ｃが接続されている。また、各蒸発セクション２５１
Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ１本以上の典型的には複数本
（図９の例では６本）の熱交換チューブを含んで構成さ
れており、それら複数の熱交換チューブが各ヘッダー４
５０Ａ、Ｂ、Ｃにまとめられている。

【００８６】冷媒ガス配管３４０は、熱交換器３００ｄ
の第１の区画３１０をチューブ３４１を介して通過す
る。チューブ３４１は、隔壁３０１を貫通して第２の区
画３２０を貫通して配置されている。図９の例ではチュ
ーブ３４１は２本並列的に配置され、各々第２の区画３
２０を３パスして構成されている。ここでチューブ３４
１の第２の区画３２０内の部分は、凝縮セクション２５
２Ａ、Ｂ、Ｃと同様に、チューブの外側にフィンが装着
され熱交換を促進する構造となっている。この部分が本
発明の第３の流体流路としての凝縮セクション２５２Ｄ
である。この凝縮セクション２５２Ｄは、凝縮セクショ
ン２５２Ｃの外気流れの上流側、凝縮セクション２５２
Ｃと気化加湿器１６５との間に配置されている。凝縮セ
クション２５２Ｄ内では、冷媒ガスが第２の流体である
外気により熱を奪われ凝縮する。なお、凝縮セクション
２５２Ｄは、凝縮セクション２５２Ａの、外気下流側に
配置してもよい。

【００８７】チューブ３４１は、第１の区画では、ほと
んど熱交換に寄与しないので、第１の区画３１０を事実
上バイパスしていることになる。したがって第１の区画
３１０を実際に構造的に迂回し、即ち第１の区画３１０
の外部を通し、第２の区画内の凝縮セクション２５２Ｄ
に接続するように配置してもよい。

【００８８】凝縮セクション２５２Ａ、Ｂ、Ｃの冷媒液
出口側には、それぞれヘッダー４５５Ａ、Ｂ、Ｃが設け
られ、それぞれ複数本のチューブで構成されている凝縮
セクション２５２Ａ、Ｂ、Ｃをまとめている。各ヘッダ
ーからの配管はさらに一つのヘッダー３７０（図１０）
にまとめられ、前述のようにヘッダー３７０は冷媒配管
２０３により膨張弁２７０に接続されている。凝縮セク
ション２５２Ｄからの冷媒液は、凝縮セクション２５２
Ｄに接続された冷媒配管３４５により導き出され、ヘッ
ダー３７０の下流側で経路２０３に合流する。なお、配
管３４５はヘッダー３７０に接続してもよい。

【００８９】図１０を参照して、本発明の第４の実施の
形態である熱交換器３００ｄを含むヒートポンプＨＰ３
を組み込んだデシカント空調機の例を説明する。図１１
は図１０のヒートポンプＨＰ３の冷媒サイクルを説明す
るモリエ線図である。

【００９０】処理空気の経路と再生空気の経路は、図１
の実施の形態の空調機の場合と同様であるので説明を省
略する。

【００９１】ここで、ヒートポンプＨＰ３の冷媒の経路
を説明する。図中、冷媒圧縮機２６０により圧縮された
冷媒ガスは、圧縮機の吐出口に接続された冷媒ガス配管
２０１を経由して再生空気加熱器２２０に導かれる。圧
縮機２６０で圧縮された冷媒ガスは、圧縮熱により昇温
しており、この熱で再生空気（後で説明）を加熱する。
冷媒ガス自身は熱を奪われ凝縮する。

【００９２】加熱器２２０の冷媒出口は、熱交換器３０
０ｄの蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃの入り口に冷媒
経路２０２により接続されており、冷媒経路２０２の途
中には、膨張弁等の絞り３６０が設けられており、絞り
３６０と蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃとの間には気
液分離器３５０が設けられている。

【００９３】加熱器（冷媒側から見れば冷却器あるいは
凝縮器）２２０を出た、液冷媒は第１の絞りとしての膨
張弁３６０で減圧され、膨張して一部の液冷媒が蒸発
（フラッシュ）する。その液とガスの混合した冷媒は、
気液分離器３５０で冷媒液と冷媒ガスとに分離され、冷
媒液は蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃに到り、冷媒は
蒸発セクションのチューブ内で蒸発して、第１の区画を
流れる処理空気を冷却する。

【００９４】蒸発セクション２５１と凝縮セクション２
５２とは、一連のチューブである、即ち一体の流路とし
て構成されているので、蒸発した冷媒ガス（及び蒸発し
なかった冷媒液）は、凝縮セクション２５２に流入し
て、第２の区画を流れる外気及びスプレーされた水によ
り熱を奪われ凝縮する。

【００９５】凝縮セクション２５２の出口側は、冷媒液
配管２０３により第２の絞りとしての膨張弁２７０に、
さらに冷媒配管２０４により冷却器２１０に接続されて
いる。凝縮セクション２５２で凝縮した冷媒液は、絞り
２７０で減圧され膨張して温度を下げて、冷却器２１０
に入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気を冷却する。絞り
３６０、２７０としては、膨張弁の他例えばオリフィ
ス、キャピラリチューブであってもよい。

【００９６】冷却器（冷媒側から見れば蒸発器）２１０
で蒸発してガス化した冷媒は、冷媒圧縮機２６０の吸込
側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。

【００９７】気液分離器３５０は、ガスと液の混合体が
流入する容器と、前記ガス液混合体の流入口に対向して
前記容器中に配置された邪魔板３５５を含んで構成され
ている。ガス液混合体は、邪魔板３５５に衝突して液が
ガスから分離され、ガスは前記容器のガス液混合体流入
口と並んで設けられたガス流出口から流出し、ガス流出
口に接続された冷媒配管３４０を通して熱交換器３００
ｄに流れる。冷媒液は、気液分離器の前記容器の鉛直方
向下方に設けられた液流出口から流出する。液流出口に
は、冷媒配管４３０Ａ、４３０Ｂ、４３０Ｃが接続され
ており、それぞれ蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃに連
通している。

【００９８】図１１のモリエ線図を参照して、図１０の
空調システム中の本発明の実施の形態である熱交換器３
００ｄを含んで構成されるヒートポンプＨＰ３の作用を
説明する。図１１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。

【００９９】図中、点ａは、点ｂ、点ｃ、点ｄは、図３
のモリエ線図と同様であるので説明を省略する。点ｄの
状態の冷媒液は、絞り３６０で減圧され気液分離器３５
０に流入する。ここで、分離された冷媒ガスは、本発明
の第２の圧力である、４０℃に対応する飽和圧力の等圧
力線と飽和ガス線との交点ｈの状態のガスとして、配管
３４０を介してチューブ３４１に流入する。ここで外気
（気化加湿器及び散水パイプからの水で冷却された外
気）により熱を奪われ凝縮し、飽和液腺に到りまた典型
的には過冷却されて、飽和液腺を越えて過冷却液相の点
ｉに到る。

【０１００】また気液分離器３５０で分離された液は、
飽和液腺上の点ｇの状態の液である。点ｉの状態の液と
点ｇの状態の液とはヘッダー３７０で混合され、膨張弁
２７０で減圧さてれ圧力４．２ｋｇ／ｃｍ²、温度１０
℃の冷媒（ガスと液の混合体）になる。

【０１０１】以上説明したように、本発明の実施の形態
である熱交換器３００ｄでは、蒸発セクション２５１
Ａ、Ｂ、Ｃを構成する熱交換チューブ（伝熱管）に導か
れる冷媒に含まれる気相分がほとんどなくなる。そのた
め、蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃに導かれる冷媒量
は均一になり、よって蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃ
での蒸発による第１の流体の冷却は均一になり、また凝
縮セクション２５２Ａ、Ｂ、Ｃの伝熱管で凝縮する冷媒
量は蒸発セクションで２５１Ａ、Ｂ、Ｃで蒸発した冷媒
で占められる。気相が含まれていると、特に気相を多く
含む凝縮セクションでの凝縮量が多くなる不均一な伝熱
となるが、液層だけであればそのような問題は起こらな
い。

【０１０２】このようにして、各伝熱管のヒートパイプ
作用（冷媒の相変化、特に蒸発と凝縮による伝熱作用）
で熱伝達する熱量が伝熱管同士の間で均一化するので、
熱交換器３００ｄ全体で均一な熱伝達が可能となり、伝
熱に関与せずに第１の流体、第２の流体としての空気が
通過してしまう不都合を防止することができる。したが
って、熱交換器３００ｄを用いた除湿空調装置において
は、第１の流体としての処理空気と第２の流体としての
冷却媒体（外気）あるいは再生空気との熱交換効率の向
上と作動の信頼性向上を図ることができる。

【０１０３】以下、具体的な数値を用いて本発明の実施
例を説明する。計算条件としては、伝熱量を２ＵＳＲ
ｔ、蒸発温度を１０℃、エコノマイザ温度を４０℃、凝
縮温度を６５℃、冷媒をＨＦＣ１３４ａ、配管の直径を
１２ｍｍとする。また伝熱管の内径を８．３ｍｍ、伝熱
管の本数を４０本（図９に示すように３段配列の場合、
例えば各段に１３本、１４本、１３本と千鳥配列にす
る）とする。ここで、図１１のモリエ線図を参照して各
点のエンタルピを読みとり計算すると、冷媒循環量は、
２×３０２４／（１３８．８３−１１３．５１）＝１７
１．２３ｋｇ／ｈ＝０．０４７６ｋｇ／ｓとなる。

【０１０４】比較例：膨張弁で膨張させた後の気液２相
の冷媒を、ディストリビュータを使って、熱交換器の１
パスに構成された多数の伝熱管に分岐させる。第２の熱
交換器では伝熱管を１パスに配置しなければならないの
で、分岐数が多い。

【０１０５】膨張弁直後の乾き度：（１２２．９７−１
１３．５１）／３９．４２＝０．２４２（３９．４２
は図１１において点ｈと点ｇのエンタルピ差）膨張弁直後の２相混合冷媒の比容積：０．０００８７２
６１×（１−０．２４２）＋０．０２００３２×０．２
４２）＝０．００５５１ｍ³／ｋｇ流速１（内径１２ｍｍの配管３本中）：０．００５５１
×０．０４７６×４／（０．０１２×０．０１２×３．
１４×３）＝０．７７３ｍ／ｓ流速２（４０本、内径８．３の伝熱管中）：０．００５
５１×０．０４７６×４／（０．００８３×０．００８
３×３．１４×４０）＝０．１２１ｍ／ｓ流速１では、
冷媒は配管内をほぼ均一に気液混合して流動するが、伝
熱管に分岐する流速２では、流速が遅すぎるので冷媒は
気液２相が重力によって分離した流れとなって、上側に
気相が下側に液相が流れる。このように分岐後の流速が
極めて遅くなるので、気相冷媒を液層冷媒に均一に混合
した状態で分配することは困難である。ひいては、分岐
前と分岐後では流れの様相が異なるため、冷媒が均一に
分配できない。

【０１０６】実施例：膨張弁直後の乾き度：０膨張弁直後の液冷媒の比容積：０．０００８７２６１ｍ
³／ｋｇ流速３（内径１２ｍｍの配管３本中）：０．０００８７
２６１×０．０４７６（１−０．２４２）×４／（０．
０１２×０．０１２×３．１４×３）＝０．０９２８ｍ
／ｓ流速４（４０本、内径８．３の伝熱管中）：０．０００
８７２６１×０．０４７６（１−０．２４２）×４／
（０．００８３×０．００８３×３．１４×４０）＝
０．０１４６ｍ／ｓこのように、流速３、流速４のいずれの流速も遅く、し
かも液相のみが流動するので、伝熱管に均一に分配でき
る。

【０１０７】以上第４の実施の形態では、第２の流体は
気化加湿器、散水パイプを使用して、水の気化熱で温度
を下げた外気を用いる場合で説明したが、そのような場
合だけでなく、図７に示す実施の形態のように再生空気
を第２の区画で加熱するように構成することもできる。

【０１０８】図１２に、図９の熱交換器を組み込んだ除
湿空調装置（図１０にフロー図を示した）の典型的な機
械的構造図を示す。この図に示す例では、熱交換器３０
０ｄは、デシカントロータ１０３の鉛直方向上方、冷却
器２１０の鉛直方向下方に配置されている。加熱器２２
０は、冷却器２１０の水平方向横に、且つ回転軸を鉛直
方向に向けて置かれたデシカントロータ１０３の上方に
配置されている。気液分離器３５０は、加熱器２２０の
下方で熱交換器３００ｄの第１の区画３１０の近傍に配
置されている。第２の区画３２０は、デシカントロータ
１０３の空気流通領域外に置かれ、鉛直方向下方から上
方に流れる処理空気流路内に配置されている。

【０１０９】このような構造において、加熱器（冷媒凝
縮器）２２０で凝縮された冷媒は、膨張弁３６０を介し
て気液分離器３５０に流入し、分離された冷媒液は第１
の区画内の蒸発セクションに流入する。そして凝縮セク
ションで凝縮される。気液分離器３５０で分離された気
相の冷媒は、第２の区画内の熱交換チューブに直接導か
れ、ここで凝縮する。

【０１１０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第３の流
体は、第１の流体流路から第２の流体流路に貫通して流
れるので、第１の区画から第２の区画に熱を移動させる
ことができ、第１の流体流路の流路側伝熱面では第３の
流体は所定の圧力で蒸発するので、第３の流体は第１の
流体から熱を奪い、第２の流体流路の流路側伝熱面では
第３の流体はほぼ前記所定の圧力で凝縮するので、第３
の流体は第２の流体に熱を与える。また、これらの伝熱
は蒸発伝熱、あるいは凝縮伝熱であるので、単なる伝導
伝熱や対流伝熱に比べて熱伝達率がはるかに高く、例え
ばデシカント空調機に利用すると、熱交換効率の低い直
交流形熱交換器や容積の大きい回転式熱交換器の代わり
に用いて好適であり、デシカント空調機の効率を著しく
高めることが可能となる。

【０１１１】また気液分離器を備えるときは、冷媒ガス
と冷媒液が分離されるので、本発明の熱交換器内の熱交
換が均一になる。

【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熱交換器の断
面図である。

【図２】本発明の別の実施の形態である熱交換器の概念
図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態である熱交換器の概
念図である。

【図４】熱交換効率を説明するグラフである。

【図５】本発明の実施の形態である熱交換器の応用例を
示すフロー図である。

【図６】図５の例のモリエ線図である。

【図７】図２（ｂ）または図３に示す実施の形態である
熱交換器の応用例を示すフロー図である。

【図８】図７の例のモリエ線図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態である熱交換器の構
造図である。

【図１０】第４の実施の形態である熱交換器の応用例を
示すフロー図である。

【図１１】図１０の例のモリエ線図である。

【図１２】第４の実施の形態である熱交換器の応用例で
ある除湿空調装置の機械的構造を示す模式的構造図であ
る。

【図１３】従来技術による熱交換器の斜視図である。

【符号の説明】

１６５気化加湿器２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃ蒸発セクション２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃ、２５２Ｄ凝縮セクシ
ョン２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃ絞り２５０Ａ、２５０Ｂ、２５０Ｃ絞り３００熱交換器３１０第１の区画３２０第２の区画３２５散水パイプ３５０気液分離器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の流体を流す第１の区画と；第２の
流体を流す第２の区画と；前記第１の区画を貫通する、
前記第１の流体と熱交換する第３の流体を流す第１の流
体流路と；前記第２の区画を貫通する、前記第２の流体
と熱交換する第３の流体を流す第２の流体流路とを備
え；前記第１の流体流路と前記第２の流体流路とは一体
の流路として構成され；前記第３の流体は、前記第１の
流体流路から前記第２の流体流路に貫通して流れ、前記
第１の流体流路の流路側伝熱面では前記第３の流体は所
定の圧力で蒸発し、前記第２の流体流路の流路側伝熱面
では前記第３の流体はほぼ前記所定の圧力で凝縮するよ
うに構成されていることを特徴とする；熱交換器。
【請求項２】前記第２の区画を流す前記第２の流体中
に水分を含ませるように構成されていることを特徴とす
る、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】前記第２の区画を貫通する、前記第２の
流体流路と並列して配置され、前記第２の流体と熱交換
する第３の流体を流す第３の流体流路をさらに備え、該
第３の流体流路には実質的に第１の区画を迂回して第３
の流体が供給されるように構成されていることを特徴と
する、請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】前記第１の流体流路には、主として液相
の第３の流体が供給され、前記第３の流体流路には主と
して気相の第３の流体が供給されるように構成されてい
ることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか
に記載の熱交換器。
【請求項５】第１の流体を流す第１の区画と；第２の
流体を流す第２の区画と；前記第１の区画を貫通する、
前記第１の流体と熱交換する第３の流体を流す第１の流
体流路と；前記第２の区画を貫通する、前記第２の流体
と熱交換する第３の流体を流す第２の流体流路とを備
え；前記第３の流体は、前記第１の流体流路から前記第
２の流体流路に貫通して流れ、前記第１の流体流路の流
路側伝熱面では前記第３の流体は所定の圧力で蒸発し、
前記第２の流体流路の流路側伝熱面では前記第３の流体
はほぼ前記所定の圧力で凝縮するように構成されてお
り；前記第１の流体流路は複数備えられ、前記複数の流
体流路における前記所定の圧力は、それぞれ異なるよう
に構成されていることを特徴とする熱交換器。