JP2000337657A

JP2000337657A - 除湿装置及び除湿方法

Info

Publication number: JP2000337657A
Application number: JP11143693A
Authority: JP
Inventors: Kensaku Maeda; 健作前田; Yoshiro Fukasaku; 善郎深作
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】空調条件に拘わらず再生空気を高い効率で加
熱することのできる除湿装置を提供する。【解決手段】処理空気Ａを通過させ、通過する処理空
気中の水分を吸着するデシカントを有する水分吸着装置
１０３と、水分吸着装置に対して処理空気の流れの下流
側に設けられ、デシカントにより水分を吸着された処理
空気を、冷媒の蒸発により冷却するように構成された冷
却器２１０と、冷却器で蒸発した冷媒を昇圧する昇圧機
２６０と、デシカントから水分を脱着して再生する再生
空気Ｂを、昇圧された冷媒の凝縮により加熱する加熱器
２２０であって、水分吸着装置に対して再生空気の流れ
の上流側に設けられた加熱器とを備え、冷却器で蒸発さ
せる冷媒として、加熱器で凝縮した冷媒を用いるように
構成され、水分吸着装置を通過する前の処理空気の一部
を、水分吸着装置をバイパス１８０させて、冷却器に流
入させるように構成する除湿装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、除湿装置及び除湿
方法に関し、特にデシカントを用いた除湿装置及び除湿
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６に示すように、従来から熱源として
ヒートポンプを所謂デシカント空調機と組合せた空調シ
ステムがあった。図６の空調システムでは、ヒートポン
プとして、圧縮機２６０を用いた圧縮ヒートポンプＨＰ
が用いられている。この空調システムは、デシカントロ
ータ１０３により水分を吸着される処理空気Ａの経路
と、加熱源によって加熱されたのち前記水分吸着後のデ
シカントロータ１０３を通過してデシカント中の水分を
脱着して再生する再生空気Ｂの経路を有し、水分を吸着
された処理空気とデシカントロータ１０３のデシカント
（乾燥剤）を再生する前かつ加熱源により加熱される前
の再生空気との間に顕熱熱交換器１０４を有する空調機
と、圧縮ヒートポンプＨＰとを有し、前記圧縮ヒートポ
ンプＨＰの高熱源を加熱源として前記空調機の再生空気
を加熱器２２０で加熱してデシカントの再生を行うとと
もに、圧縮ヒートポンプＨＰの低熱源を冷却熱源として
冷却器２１０で前記空調機の処理空気の冷却を行うもの
である。

【０００３】そして、この空調システムでは、圧縮ヒー
トポンプＨＰがデシカント空調機の処理空気の冷却と再
生空気の加熱を同時に行うよう構成されている。また、
顕熱熱交換器１０４と加熱器２２０との間の再生空気と
デシカントロータ１０３を出た再生空気との熱交換器１
２１が設けられ、省エネルギー化を図っている。

【０００４】ここで、図７の湿り空気線図を参照して図
６に示されるデシカント空調機の作用を説明する。図７
中、アルファベットＫ〜Ｐ、Ｑ〜Ｘで、空気の状態を示
す。この記号は、図６のフロー図中に丸で囲んだアルフ
ァベットに対応する。

【０００５】図７において、空調空間１０１からの処理
空気（状態Ｋ）は、デシカントロータ１０３でデシカン
トにより水分を吸着されて絶対湿度を下げるとともに、
デシカントの吸着熱により乾球温度を上げて状態Ｌに到
り、さらに顕熱熱交換器１０４で、絶対湿度一定のまま
冷却され状態Ｍの空気になり、冷却器２１０に入る。こ
こでさらに絶対湿度一定で冷却されて状態Ｎの空気にな
り、加湿器１０５により加湿されることにより乾球温度
を下げて状態Ｐの空気となり、空調空間１０１に戻され
る。一方、状態Ｑの外気が顕熱熱交換器１０４に送ら
れ、ここで処理空気を冷却することにより自身は加熱さ
れて状態Ｒになり、熱交換器１２１に入り、さらに加熱
されて状態Ｓに、そして加熱器２２０で加熱され状態Ｔ
になり、デシカントロータ１０３でデシカントを再生す
ることにより自身は絶対湿度が高く、乾球温度は下がっ
て状態Ｕとなり、熱交換器１２１で再生空気を加熱する
ことにより自身は乾球温度を下げて状態Ｖの空気となっ
て排気ＥＸされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の空
調システムによれば、冷却器２１０で低熱源である処理
空気から熱を汲み上げて、加熱器２２０で高熱源である
再生空気を加熱する。また、処理空気を冷却器２１０で
冷却する前に顕熱熱交換器１０４により予備的に冷却す
る。しかしながら、外気温度等の空調条件によっては、
低熱源である処理空気の温度が下がりすぎて、熱を汲み
上げるのに必要な動力が多くなり、あるいは低熱源の熱
量が不足し、その結果高熱源を加熱する熱量が足りなく
なり、デシカントの再生の効率が下がるという問題があ
った。

【０００７】そこで本発明は、空調条件に拘わらず再生
空気を高い効率で加熱することのできる除湿装置を提供
することを目的としている。

【０００８】

【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に係る発明による除湿装置は、例えば図１
に示されるように、処理空気Ａを通過させ、該通過する
処理空気Ａ中の水分を吸着するデシカントを有する水分
吸着装置１０３と；水分吸着装置１０３に対して処理空
気Ａの流れの下流側に設けられ、前記デシカントにより
水分を吸着された処理空気Ａを、冷媒の蒸発により冷却
するように構成された冷却器２１０と；冷却器２１０で
蒸発した冷媒を昇圧する昇圧機２６０と；水分吸着装置
１０３を通過する前の処理空気Ａの一部を、水分吸着装
置１０３をバイパス１８０させて、冷却器２１０に流入
させるように構成する。

【０００９】さらに、前記デシカントから水分を脱着し
て再生する再生空気Ｂを、前記昇圧された冷媒の凝縮に
より加熱する加熱器２２０であって、水分吸着装置１０
３に対して前記再生空気Ｂの流れの上流側に設けられた
加熱器２２０とを備え、冷却器２１０で蒸発させる冷媒
として、加熱器２２０を介した冷媒を用いるように構成
してもよい。加熱器２２０を介した冷媒とは、典型的に
は加熱器２２０で凝縮した冷媒であるが、加熱器２２０
で凝縮した後に一旦蒸発させさらに凝縮した冷媒であっ
てもよい。

【００１０】水分吸着装置１０３を通過した処理空気
と、水分吸着装置１０３をバイパスさせる処理空気の一
部とは、冷却器２１０に流入させる前に混合してもよい
し、両者を並行して冷却器２１０に流入させてもよい。
混合は単に処理空気経路を合流させることによって行っ
ても、あるいは冷却器２１０の上流側に混合室を設ける
ことによって行ってもよい。並列に流入させる構成で
は、冷却器２１０で蒸発する冷媒の温度の高い側（例え
ば蒸発して昇圧機２６０に流入する直前）に、水分吸着
装置１０３を通過した処理空気と、水分吸着装置１０３
をバイパスさせる処理空気の一部のうち、高温側の処理
空気を当てるようにすれば、熱交換効率が向上する。

【００１１】水分吸着装置を通過する前の処理空気の一
部を、水分吸着装置をバイパスさせて、冷却器に流入さ
せるように構成するので、バイパスさせない場合より
も、冷却器を通過する空気の熱容量（比熱×流量）を大
きくすることができる。また、冷却器に流れ込む処理空
気の温度を調節することもでき、特に処理空気の温度を
高くすることができる。処理空気の温度を高くすると、
昇圧機の冷媒吸込圧力が高くなり、ヒートポンプの動作
係数が向上する。

【００１２】また請求項２に記載のように、請求項１に
記載の除湿装置では、水分吸着装置１０３と冷却器２１
０との間の処理空気Ａの経路１０９、１１０に設けられ
た、処理空気Ａを冷却する処理空気冷却器３００ｄ（図
１）（または３００（図４））を備え；水分吸着装置１
０３を通過する前の処理空気Ａの一部は、処理空気冷却
器３００ｄ（または３００）をバイパス１８０するよう
に構成してもよい。即ち処理空気Ａは、水分吸着装置１
０３と処理空気冷却器３００ｄ（または３００）をバイ
パスする。ここで、処理空気冷却器は、外気、水を散布
された外気、河川水、冷却塔水等を冷却媒体とする熱交
換器であってもよいし、熱交換は直接的であってもよい
し、冷媒を介したヒートパイプ式であってもよい。

【００１３】このように構成すると、処理空気冷却器を
備えるので、冷却器入口の冷媒のエンタルピが低くな
り、冷却器２１０内の冷媒の冷凍効果を向上することが
できる。

【００１４】また請求項３に記載のように、請求項１ま
たは請求項２に記載の除湿装置では、前記デシカントか
ら水分を脱着して再生する再生空気Ｂを、前記昇圧され
た冷媒の凝縮により加熱する加熱器２２０であって、水
分吸着装置１０３に対して前記再生空気Ｂの流れの上流
側に設けられた加熱器２２０を備え；冷却器２１０で蒸
発させる冷媒として、加熱器２２０を介した冷媒を用い
るように構成し；加熱器２２０と冷却器２１０との間の
冷媒経路には、加熱器２２０で凝縮した冷媒液を減圧す
る第１の絞り２７０と；第１の絞り２７０で減圧される
前の冷媒液を冷却するサブクーラ２８０（図４）（また
は３００ｄ（図１））を備えるようにしてもよい。ここ
でいう第１の絞りは、典型的には冷却器２１０直前の絞
り２７０である。即ち、例えば図１に示すようなフラッ
シュサブクール式の場合は、中間圧力をさらに減圧する
方の絞り２７０である。このように、サブクーラ２８０
（または３００ｄ）を備え冷凍効果が高い装置におい
て、バイパス１８０は特に効果的である。

【００１５】また請求項４に記載のように、請求項２に
記載の除湿装置では、前記デシカントから水分を脱着し
て再生する再生空気Ｂを、前記昇圧された冷媒の凝縮に
より加熱する加熱器２２０であって、水分吸着装置１０
３に対して前記再生空気Ｂの流れの上流側に設けられた
加熱器２２０を備え；冷却器２１０で蒸発させる冷媒と
して、加熱器２２０を介した冷媒を用いるように構成
し；加熱器２２０と冷却器２１０との間の冷媒経路に設
けられた、加熱器２２０で凝縮した冷媒液を減圧する第
１の絞り２７０と；第１の絞り２７０と加熱器２２０と
の間に設けられた第２の絞り３６０とを備え；処理空気
冷却器３００ｄは、第１の絞り２７０と第２の絞り３６
０との間の冷媒経路に設けられ、前記デシカントにより
水分を吸着された処理空気Ａを、第２の絞り３６０で減
圧された冷媒の蒸発により冷却し、蒸発した前記冷媒を
処理空気冷却器３００ｄ中で全体として一方向に流し
て、下流側で冷却媒体Ｃにより冷却して凝縮するように
構成される。

【００１６】このように構成するときは、例えば図１、
図３に示すように、処理空気冷却器３００ｄがサブクー
ラとしても機能する。

【００１７】上記目的を達成するために、請求項５に係
る発明による除湿方法は、デシカントで処理空気中の水
分を吸着する第１の工程と；冷媒液を蒸発させて、第１
の工程で水分を吸着された処理空気を冷却する第２の工
程と；前記蒸発した冷媒を昇圧する第３の工程と；第２
の工程で冷却する処理空気の熱容量を、相対的に増加さ
せる第４の工程とを備えることを特徴とする。

【００１８】ここで、相対的に増加させるとは、典型的
には、第１の工程で水分を吸着される処理空気の熱容量
より増加させることである。さらに具体的には、熱容量
を増加させるには、例えば処理空気の一部を第１の工程
をバイパスさせて第２の工程に供すればよい。

【００１９】このように構成すると、第２の工程で冷却
する処理空気の熱容量を、相対的に増加させる第４の工
程を備えるので、結果的にヒートポンプの低熱源の温度
を上昇させてヒートポンプの動作係数を向上させる。

【００２０】さらに、第３の工程で昇圧された冷媒を凝
縮させて再生空気を加熱する第５の工程と；第５の工程
で加熱された再生空気で、第１の工程で水分を吸着した
デシカントを再生する第６の工程を備えるようにしても
よい。

【００２１】さらに第１の工程で水分を吸着された後の
処理空気であって、第２の工程で冷却される前の処理空
気を、冷却する第７の工程を備えてもよく、さらに、第
５の工程で凝縮した冷媒を第２の工程で蒸発させる前に
減圧する第８の工程と、第８の工程で減圧する前の冷媒
をサブクール（過冷却）する第９の工程を備えるのが好
ましい。

【００２２】

【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。

【００２３】図１は、本発明による第１の実施の形態で
ある除湿空調装置、即ちデシカント空調機を有する空調
システムのフローチャート、図２は、図１の空調システ
ムの湿り空気線図、図３は、図１の空調システムに用い
られているヒートポンプＨＰ１のモリエ線図である。

【００２４】図１を参照して、第１の実施の形態である
除湿空調装置の構成を説明する。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１０１を快適な環境に維
持するものである。図中、空調空間１０１から処理空気
Ａの経路に沿って、処理空気を循環するための送風機１
０２、経路１０８、デシカントを充填したデシカントロ
ータ１０３、本発明の処理空気冷却器３００ｄ、冷却器
（冷媒から見れば蒸発器）２１０とこの順番で配列さ
れ、そして空調空間１０１に戻るように構成されてい
る。

【００２５】送風機１０２とデシカントロータ１０３と
を接続する処理空気経路１０８からは、処理空気経路１
８０が分岐しており、冷媒蒸発器２１０に接続されてい
る。経路１８０には、例えばオリフィスである絞り１８
５が設けられている。経路１８０は、デシカントロータ
１０３と処理空気冷却器３００ｄをバイパスして処理空
気を冷媒蒸発器２１０に直接流すバイパス経路である。

【００２６】また、屋外ＯＡから再生空気Ｂの経路に沿
って、デシカントロータ１０３に入る前の再生空気と後
の再生空気とを熱交換する熱交換器１２１、加熱器（冷
媒から見れば凝縮器）２２０、デシカントロータ１０
３、再生空気を循環するための送風機１４０、熱交換器
１２１とこの順番で配列され、そして屋外に排気ＥＸす
るように構成されている。

【００２７】また、屋外ＯＡから冷却流体Ｃとしての外
気の経路に沿って、処理空気冷却器３００ｄ、冷却流体
を循環するための送風機１６０がこの順番で配列され、
そして屋外に排気ＥＸするように構成されている。

【００２８】冷却器２１０から冷媒の経路に沿って、冷
却器（冷媒蒸発器）２１０で蒸発してガスになった冷媒
を圧縮する圧縮機２６０、加熱器（冷媒凝縮器）２２
０、絞り３６０、気液分離器３５０、処理空気冷却器３
００ｄ、ヘッダ３７０、絞り２７０がこの順番で配列さ
れ、そして再び冷却器（冷媒蒸発器）２１０に戻るよう
にして、ヒートポンプＨＰ１が構成されている。

【００２９】気液分離器３５０からは、ここで分離され
た冷媒ガスを処理空気冷却器３００ｄに導く冷媒ガス配
管３４０が敷設され、処理空気冷却器３００ｄを通過し
た冷媒はヘッダ３７０に導かれ、さらにヘッダ３７０と
絞り２７０とを接続する配管２０３に導かれるように構
成されている。

【００３０】デシカントロータ１０３は、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お
り、そのロータ中には、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。このロータは回転
軸ＡＸ回りに一方向に回転し、また処理空気Ａと再生空
気Ｂとが回転軸ＡＸに平行に流れ込み流れ出るように構
成されている。処理空気と再生空気は、円形のデシカン
トロータ１０３のほぼ半分の領域を、回転軸ＡＸに平行
に、対向流形式で流れるように構成されている。

【００３１】熱交換器１２１としては、大量の再生空気
を通過させなければならないので、例えば、図４に示す
ような低温の再生空気と高温の再生空気とを直交して流
す直交流型の熱交換器や、デシカントロータと類似した
構造で、乾燥エレメントの代わりに熱容量の大きい蓄熱
材を充填した回転熱交換器を用いる。

【００３２】図１に示す、熱交換器３００ｄの構成を説
明する。図中、熱交換器３００ｄは、処理空気Ａを流す
第１の区画３１０と、冷却流体である外気を流す第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。

【００３３】第１の区画３１０と第２の区画３２０及び
隔壁３０１を貫通して、冷媒を流す、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３１０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、２５１Ｂ、２５１
Ｃとする。以下複数の蒸発セクションを個別に論じる必
要のないときは単に２５１という）であり、第２の区画
３２０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２５２（複数の凝縮セクションを２５２
Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃ、２５２Ｄとする。以下複数の
凝縮セクションを個別に論じる必要のないときは単に２
５２という）である。

【００３４】図１に示す熱交換器の形態では、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。

【００３５】図１の熱交換器の形態では、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、凝縮セクションも図中上から２５２Ａ、２
５２Ｂ、２５２Ｃの順番で並んでいる。

【００３６】一方、処理空気Ａは、図中で第１の区画３
１０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、冷却流体である外気は、
図中で第２の区画３２０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。

【００３７】さらに、第２の区画３２０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、あるいは熱交換チュー
ブの周囲を流れる空気中に散布するように構成されてい
る。

【００３８】また、第２の区画３２０の第２の流体であ
る冷却流体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１６５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。

【００３９】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、
即ち第２の圧力は、処理空気Ａの温度と冷却流体である
外気の温度とによって定まる。図１に示す熱交換器３０
０ｄ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、処理空気と冷却流体としての外気との
間の熱交換効率が高い。ここで、熱交換効率φとは、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。

【００４０】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、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。また、第１の区画３１０と第２の区画３２０の熱交
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。但
し第２の区画３２０では、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。

【００４１】ここでは、冷媒は蒸発セクション２５１側
から凝縮セクション２５２側に一方向に貫流するものと
して説明したが、たとえば蒸発セクション２５１と凝縮
セクション２５２とを両端が閉じた１本のチューブで、
いわゆるヒートパイプとして形成し、凝縮セクション２
５２で凝縮した冷媒は毛細管現象等を利用して蒸発セク
ション２５１に戻し、ここで再び蒸発させ、このように
１本のチューブ内で冷媒が循環するように構成してもよ
い。このときも、やはり蒸発伝熱と凝縮伝熱を利用する
ことに変わりはなく、高い熱伝達率を享受できるし、処
理空気と冷却流体との熱交換をする熱交換器として構造
が単純になるという利点がある。

【００４２】図２を参照して、また構成については適宜
図１を参照して、第１の実施の形態の作用を説明する。
図２中、アルファベット記号Ｄ、Ｅ、Ｋ〜Ｎ、Ｑ〜Ｘに
より、各部における空気の状態を示す。この記号は、図
１のフロー図中で丸で囲んだアルファベットに対応す
る。

【００４３】先ず処理空気Ａの流れを説明する。図２に
おいて、空調空間１０１からの処理空気（状態Ｋ）は、
処理空気経路１０７を通して、送風機１０２により吸い
込まれ、処理空気経路１０８を通してデシカントロータ
１０３に送り込まれる。ここでデシカントロータ１０３
の乾燥エレメント中のデシカントにより水分を吸着され
て絶対湿度を下げるとともに、デシカントの吸着熱によ
り乾球温度を上げて状態Ｌに到る。この空気は処理空気
経路１０９を通して処理空気冷却器３００ｄの第１の区
画３１０に送られ、ここで絶対湿度一定のまま蒸発セク
ション２５１内で蒸発する冷媒により冷却され状態Ｍの
空気になり、経路１１０を通して冷却器２１０に入る。

【００４４】一方、送風機１０２で吐出された処理空気
の一部は、経路１０８から分岐された経路１８０を通っ
てバイパスして、冷却器２１０に入る。ここで混合され
た処理空気は、点Ｗの状態の空気となる。点Ｗは、点Ｍ
と点Ｋとを結ぶ線分を、経路１１０を流れる処理空気の
重量流量と経路１８０を流れる処理空気の重量流量との
逆比で分割した点である。

【００４５】ここで、バイパス経路１８０は、デシカン
トロータ１０３及び処理空気冷却器３００ｄを通る経路
よりも流路の圧力損失が小さいので、絞り１８５により
圧力損失を与え、経路１０８を通る空気量と経路１８０
を通る空気量とのバランスをとっている。

【００４６】点Ｗの状態の処理空気は、冷却器２１０
で、絶対湿度一定でさらに冷却されて状態Ｎの空気にな
る。この空気は、乾燥し冷却され、適度な湿度でかつ適
度な温度の処理空気ＳＡとして、ダクト１１１を経由し
て空調空間１０１に戻される。なお点Ｎ’は、経路１８
０のパイパスがなく、処理空気の全量が経路１１０を流
れる状態Ｍの空気として冷却器２１０で冷却された場合
に到達する状態の点である。

【００４７】次に再生空気Ｂの流れを説明する。図２に
おいて、屋外ＯＡからの再生空気（状態Ｑ）は、再生空
気経路１２４を通して吸い込まれ、熱交換器１２１に送
り込まれる。ここで排気すべき温度の高い再生空気（後
述の状態Ｕの空気）と熱交換して乾球温度を上昇させ状
態Ｒの空気になる。この空気は経路１２６を通して、冷
媒凝縮器（再生空気から見れば加熱器）２２０に送り込
まれ、ここで加熱されて乾球温度を上昇させ状態Ｔの空
気になる。この空気は経路１２７を通して、デシカント
ロータ１０３に送り込まれ、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、自身は絶対
湿度を上げるとともに、デシカントの水分脱着熱により
乾球温度を下げて状態Ｕに到る。この空気は経路１２８
を通して、再生空気を循環するための送風機１４０に吸
い込まれ、経路１２９を通して熱交換器１２１に送り込
まれ、先に説明したように、デシカントロータ１０３に
送り込まれる前の再生空気（状態Ｑの空気）と熱交換し
て、自身は温度を下げて状態Ｖの空気となり、経路１３
０を通して排気ＥＸされる。

【００４８】図２に示されるように、本実施の形態で
は、パイパス経路１８０を設けたため、ヒートポンプＨ
Ｐ１の温度リフト（凝縮温度と蒸発温度との差）に対応
する、状態Ｔと状態Ｎとの温度差ΔＴは、バイパス経路
１８０を設けない場合のΔＴ’よりも小さくなる。

【００４９】次に冷却流体としての外気Ｃの流れを説明
する。外気Ｃ（状態Ｑ）は、屋外ＯＡから経路１７１を
通して処理空気冷却器３００ｄの第２の区画３２０に送
り込まれる。ここでは先ず加湿器１６５で水分を吸収
し、等エンタルピ変化をして絶対湿度を上げるとともに
乾球温度を下げて、状態Ｄの空気となる。状態Ｄは湿り
蒸気線図のほぼ飽和線上にある。この空気は、第２の区
画３２０内でさらに散水パイプ３２５で供給される水を
吸収しつつ、凝縮セクション２５２内の冷媒を冷却す
る。この空気は、ほぼ飽和線にそって絶対湿度と乾球温
度を上昇させ、状態Ｅの空気になり、経路１７２を通し
て、経路１７２の途中に設けられている送風機１６０に
より排気ＥＸされる。

【００５０】ここでさらに図２を参照して、加湿器１６
５、散水パイプ３２５の作用を説明する。以上のような
空調装置では、図２の湿り空気線図上に示す空気側のサ
イクルで判るように、該装置のデシカントの再生のため
に再生空気に加えられた熱量をΔＨ、処理空気から汲み
上げる熱量をΔｑ、圧縮機の駆動エネルギーをΔｈとす
ると、ΔＨ＝Δｑ＋Δｈである。この熱量ΔＨによる再
生の結果得られる冷房効果ΔＱは、水分吸着後の処理空
気（状態Ｌ）と熱交換させる外気（状態Ｑ）の温度が低
いほど大きくなる。即ち図中ΔＱ−Δｑが大きくなるほ
ど大きくなる。したがって、冷却流体としての外気に散
水等するのは冷房効果を高めるのに有用である。

【００５１】次に先ず図１を参照して、各機器間の冷媒
の流れを説明し、続けて図３を参照して、ヒートポンプ
ＨＰ１の作用を説明する。

【００５２】図１において、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（冷媒凝縮
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。

【００５３】冷媒凝縮器２２０の冷媒出口には、絞り３
６０が設けられており、凝縮器２２０と絞り３６０とは
冷媒経路２０２で接続されている。絞り３６０で減圧さ
れ、一部の冷媒がフラッシュ（気化）し、絞り３６０に
続いて設けられた気液分離器３５０では、フラッシュし
た冷媒ガスと残りの冷媒液とが分離される。液は、気液
分離器３５０中の邪魔板３５５に衝突して分離される。
分離された冷媒液は、熱交換器である処理空気冷却器３
００ｄの蒸発セクション２５１に導かれる。

【００５４】蒸発セクション２５１に導かれた液冷媒
は、ここで蒸発セクション２５１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３１０を流れる処
理空気を冷却する。

【００５５】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３２０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。

【００５６】凝縮セクション２５２の出口側は、ヘッダ
３７０に接続されて集合する。ヘッダ３７０は、冷媒液
配管２０３により絞り２７０に接続され、絞り２７０は
配管２０４により冷媒蒸発器（処理空気から見れば冷却
器）２１０に接続されている。冷媒は絞り２７０で減圧
され膨張して温度を下げて、冷媒蒸発器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、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。

【００５７】一方、気液分離器３５０で分離された冷媒
ガスは、経路３４０を通って凝縮セクション２５２Ｄに
導かれる。これはガスであるので、蒸発セクション２５
１を通す必要はないので、第１の区画３１０は素通りす
る。凝縮セクション２５２Ｄで、冷媒ガスは凝縮する。
ここで凝縮した冷媒液は、経路２０３に合流する。な
お、この冷媒液は、ヘッダ３７０に集合させてもよい
し、絞り２７０とは別の絞り２７０’（不図示）を介し
て、直接冷媒蒸発器２１０に導いてもよい。

【００５８】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。

【００５９】次に図３を参照して、ヒートポンプＨＰ１
の作用を説明する。図３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。

【００６０】図中、点ａは図１の冷媒蒸発器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
４．２ｋｇ／ｃｍ²、温度は１０℃、エンタルピは１４
８．８３ｋｃａｌ／ｋｇである。このガスを圧縮機２６
０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１９．３ｋ
ｇ／ｃｍ²、温度は７８℃であり、過熱ガスの状態にあ
る。

【００６１】この冷媒ガスは、冷媒凝縮器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１９．３ｋｇ／ｃｍ²、温度は６
５℃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と同じであり、エンタルピは１２２．９７ｋｃａｌ
／ｋｇである。

【００６２】図中、点ｄの状態の冷媒液は、絞り３６０
で減圧され点ｓで示される状態で気液分離器３５０に流
入する。ここで、分離された冷媒ガスは、凝縮圧力と蒸
発圧力の中間の圧力である、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。そ
して凝縮セクション２５２Ｄ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、飽和液線に到りまた典型的には過冷却されて、
飽和液線を越えて過冷却液相の点ｉに到る。

【００６３】また気液分離器３５０で分離された液は、
点ｓと同圧力で飽和液線上の点ｅの状態の液である。こ
の液は蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃに流入し蒸発し
て点ｆの状態の気液混合体（あるいは全て蒸発して飽和
ガス線上の状態さらに過熱状態にもなり得る）となり、
凝縮セクション２５２Ａ、Ｂ、Ｃに流入し凝縮して点ｇ
の状態の液となる。

【００６４】点ｉの状態の液と点ｇの状態の液とはヘッ
ダー３７０で、あるいは冷媒配管２０３で、あるいは蒸
発器２１０で混合される。

【００６５】ヘッダ３７０中の冷媒液は、膨張弁２７０
で減圧されて圧力４．２ｋｇ／ｃｍ ²、温度１０℃の冷
媒（ガスと液の混合体）になる。

【００６６】次に図４を参照して、ヒートポンプＨＰ２
を組み込んだ第２の実施の形態の除湿空調装置を説明す
る。第１の実施の形態とは、処理空気冷却器が直交流型
の熱交換器構造を有している点が相違する。

【００６７】図中、処理空気の経路に沿って、空調空間
１０１から送風機１０２、デシカントロータ１０３、処
理空気冷却器３００、冷却器２１０が配列され、空調空
間１０１に戻るように構成されている点は、処理空気冷
却器３００が直交流熱交換器である点を除けば、第１の
実施の形態と同様である。また、デシカントロータ１０
３と処理空気冷却器３００をバイパスして処理空気を冷
媒蒸発器２１０に流すバイパス経路１８０が設けられて
いる点も同様である。

【００６８】再生空気の経路についても、再生空気を送
風する送風機１４０が外気と熱交換器１２１との間に設
けられている点を除き、第１の実施の形態と同様であ
る。送風機１４０の設置位置は、送風機１４０の昇圧率
が低いので、再生空気経路のどこに設けても熱力学的に
は効果は実質的にほとんど変わらない。ここでは、熱交
換器１２１はロータ型熱交換器として示されている。

【００６９】また、屋外ＯＡから冷却流体Ｃとしての外
気の経路に沿って、経路１７１、経路１７１の途中に設
けられた送風機１６０、加湿器１６５、経路１７２、冷
媒サブクーラ２８０、経路１７４が、この順番に配列さ
れている。経路１７２は途中で経路１７３に分岐して処
理空気冷却器３００、経路経路１７５と配列されてい
る。経路１７４と経路１７５は、合流して経路１７６と
なり、排気ＥＸに到る。処理空気冷却器では、処理空気
と、冷却媒体である気化加湿器１６５で冷却された外気
とが熱交換関係にあり、処理空気が冷却される。

【００７０】次に同じく図４を参照して、冷媒経路を説
明する。冷媒蒸発器（冷却器）２１０から圧縮機２６０
を通って冷媒凝縮器（加熱器）２２０に到るまでは、図
１の場合と同様である。凝縮器２２０からの経路２０２
には、冷媒サブクーラ２８０が接続されており、さらに
経路２０３、絞り２７０がこの順番で配列され、そして
経路２０４を通り再び冷媒蒸発器２１０に戻るようにし
て、ヒートポンプＨＰ２が構成されている。

【００７１】処理空気及び再生空気の湿り空気線図は、
基本的に図２と同様である。

【００７２】図４のフローチャートを参照して、第２の
実施の形態に組み込まれたヒートポンプＨＰ２の作用
を、そして図５のモリエ線図を参照して冷媒サイクルを
説明する。

【００７３】図４において、冷媒圧縮機２６０から凝縮
器（再生空気加熱器）２２０までは、図１の場合と同様
である。凝縮器２２０で凝縮した冷媒は、経路２０２を
通って冷媒サブクーラ２８０に流入する。ここで冷却媒
体である外気Ｃにより過冷却され経路２０３を通って絞
り２７０に到る。絞り２７０で減圧された冷媒は、経路
２０４を通って、蒸発器（冷却器）２１０に到る。蒸発
器２１０で蒸発してガス化した冷媒は、冷媒圧縮機２６
０の吸込側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。

【００７４】次に図５のモリエ線図を参照して、図４の
ヒートポンプＨＰ２の作用を説明する。図５は、図３と
同じく冷媒ＨＦＣ１３４ａを用いた場合のモリエ線図で
ある。図中、点ａ、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、冷媒サブクーラ２８０で約３５℃まで過冷却
され、点ｅに到る。点ｅの圧力は点ｄと同じであり、エ
ンタルピは、１１１．７４ｋｃａｌ／ｋｇである。

【００７５】点ｅの状態の冷媒液は、膨張弁２７０で減
圧されて点ｊの状態の冷媒として、蒸発器２１０に流入
する。点ｊの状態の冷媒は、圧力４．２ｋｇ／ｃｍ²、
温度１０℃のガスと液の混合体である。

【００７６】以上の実施の形態の除湿空調装置によれ
ば、デシカントの下流側で冷却器（冷媒蒸発器）２１０
の上流側に、処理空気冷却器３００または３００ｄを備
えるので、冷媒サイクルにおいて、冷房効果（図３の点
ａと点ｇのエンタルピ差３５．３２ｋｃａｌ／ｋｇまた
は図５の点ａと点ｊのエンタルピ差３７．０９ｋｃａｌ
／ｋｇ）が、従来の冷房効果（図３または図５の点ａと
点ｄのエンタルピ差２５．８６ｋｃａｌ／ｋｇ）に比べ
て大幅に向上する（図５の場合で、３７．０９／２５．
８６＝１．４３倍）。

【００７７】一方空調条件によっては、処理空気の出口
温度が低くなり過ぎて、冷媒蒸発器２１０での蒸発温度
が低くなってしまい、折角ヒートポンプの冷凍効果を向
上させても、温度リフトが逆に高くなってしまって、圧
縮機２６０の動力が増えて、装置全体の効率向上効果が
低減してしまう問題が生じるが、バイパス経路１８０を
設けることにより、冷媒蒸発器２１０に流入する空気の
熱容量（比熱×流量）を増加させ、ひいては冷媒蒸発器
２１０内の蒸発温度を上昇させることにより、その問題
を解決することができる。またバイパス経路１８０を設
けることにより、冷媒蒸発器２１０を通過する処理空気
の温度を上昇させて、結果として冷媒蒸発器２１０内の
蒸発温度を上昇させることもできる。

【００７８】第１、第２の実施の形態では、絞り１８５
は固定オリフィスとして図示したが、開度が可変の調節
弁であってもよいし、条件に応じて開閉できる（完全に
開または閉とする他、中間の開度に設定もできる）自動
弁、あるいは手動弁であってもよい。

【００７９】またサブクーラ２８０は、図４に示す例で
は、経路１７４に設けて冷却媒体Ｃで冷媒液を過冷却す
るものとしたが、別の経路例えば再生空気の経路１２５
に設けて再生空気Ｂで冷媒液を過冷却するように構成し
てもよい。その場合も、処理空気冷却器３００で処理空
気を冷却するのに用いる媒体は、冷却媒体Ｃ例えば水分
を気化して温度を下げた外気とするのが好ましい。

【００８０】

【発明の効果】水分吸着装置を通過する前の処理空気の
一部を、水分吸着装置をバイパスさせて、冷却器に流入
させるように構成するので、冷却器に流れ込む空気の熱
容量を増加させることができ、空調条件に拘わらず再生
空気を高い効率で加熱することのできる除湿装置を提供
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除湿空調装置
のフローチャートである。

【図２】図１の除湿空調装置の湿り空気線図である。

【図３】図１の除湿空調装置に使用されているヒートポ
ンプのモリエ線図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態である除湿空調装置
のフローチャートである。

【図５】図４の除湿空調装置に使用されているヒートポ
ンプのモリエ線図である。

【図６】従来の除湿空調装置のフローチャートである。

【図７】図６に示す従来の除湿空調装置の作動を説明す
る湿り空気線図である。

【符号の説明】

１０１空調空間１０２、１４０、１６０送風機１０３デシカントロータ１２１熱交換器１６５気化加湿器１８０バイパス経路１８５空気絞り２１０冷媒蒸発器２２０冷媒凝縮器２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃ蒸発セクション２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃ、２５２Ｄ凝縮セクシ
ョン２６０圧縮機２７０、３６０絞り３００、３００ｄ処理空気冷却器３１０第１の区画３２０第２の区画３２５散水パイプ３５０気液分離器ＨＰ１、ＨＰ２ヒートポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理空気を通過させ、該通過する処理空
気中の水分を吸着するデシカントを有する水分吸着装置
と；前記水分吸着装置に対して前記処理空気の流れの下
流側に設けられ、前記デシカントにより水分を吸着され
た処理空気を、冷媒の蒸発により冷却するように構成さ
れた冷却器と；前記冷却器で蒸発した冷媒を昇圧する昇
圧機と；前記水分吸着装置を通過する前の処理空気の一
部を、前記水分吸着装置をバイパスさせて、前記冷却器
に流入させるように構成された；除湿装置。
【請求項２】前記水分吸着装置と前記冷却器との間の
前記処理空気の経路に設けられた、前記処理空気を冷却
する処理空気冷却器を備え；前記水分吸着装置を通過す
る前の処理空気の一部は、前記処理空気冷却器をバイパ
スするように構成された；請求項１に記載の除湿装置。
【請求項３】前記デシカントから水分を脱着して再生
する再生空気を、前記昇圧された冷媒の凝縮により加熱
する加熱器であって、水分吸着装置に対して前記再生空
気の流れの上流側に設けられた加熱器を備え；前記冷却
器で蒸発させる冷媒として、前記加熱器を介した冷媒を
用いるように構成し；前記加熱器と前記冷却器との間の
冷媒経路に、前記加熱器で凝縮した冷媒液を減圧する第
１の絞りと；前記第１の絞りで減圧される前の冷媒液を
冷却するサブクーラとを備える；請求項１または請求項
２に記載の除湿装置。
【請求項４】前記デシカントから水分を脱着して再生
する再生空気を、前記昇圧された冷媒の凝縮により加熱
する加熱器であって、水分吸着装置に対して前記再生空
気の流れの上流側に設けられた加熱器を備え；前記冷却
器で蒸発させる冷媒として、前記加熱器を介した冷媒を
用いるように構成し；前記加熱器と前記冷却器との間の
冷媒経路に設けられた、前記加熱器で凝縮した冷媒液を
減圧する第１の絞りと；前記第１の絞りと前記加熱器と
の間に設けられた第２の絞りとを備え；前記処理空気冷
却器は、前記第１の絞りと前記第２の絞りとの間の冷媒
経路に設けられ、前記デシカントにより水分を吸着され
た前記処理空気を、前記第２の絞りで減圧された冷媒の
蒸発により冷却し、蒸発した前記冷媒を該処理空気冷却
器中で全体として一方向に流して、下流側で冷却媒体に
より冷却して凝縮するように構成された；請求項２に記
載の除湿装置。
【請求項５】デシカントで処理空気中の水分を吸着す
る第１の工程と；冷媒液を蒸発させて、第１の工程で水
分を吸着された処理空気を冷却する第２の工程と；前記
蒸発した冷媒を昇圧する第３の工程と；第２の工程で冷
却する処理空気の熱容量を、相対的に増加させる第４の
工程とを備えることを特徴とする；除湿方法。