JP2001021175A

JP2001021175A - 除湿装置

Info

Publication number: JP2001021175A
Application number: JP11196978A
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: 1999-07-12
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2001-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＯＰの高い、かつコンパクトにまとまった
除湿装置を提供する。【解決手段】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；冷媒を昇圧する昇圧
機２６０を有し、処理空気Ａを低熱源とし、前記デシカ
ントを再生する再生空気Ｂを高熱源とし、昇圧機２６０
で冷媒を昇圧することにより熱を汲み上げるヒートポン
プＨＰ１とを備え；ヒートポンプＨＰ１は、処理空気Ａ
と再生空気Ｂとの間に、液相の前記冷媒を循環して熱交
換を行わせるように構成された除湿装置。ヒートポンプ
サイクルで用いる冷媒を熱交換の熱媒体として利用する
ので、別途熱媒体用のタンク等の余計な設備を要しない
し、熱交換器の熱媒体によるスケールの発生も抑えるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】図９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９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、再生空気Ｂを前記
圧縮ヒートポンプＨＰの高熱源としてその再生空気を加
熱器２２０で加熱してデシカントの再生を行うととも
に、処理空気Ａを圧縮ヒートポンプＨＰの低熱源として
その処理空気を冷却器２１０で冷却するものである。

【０００３】ここで、図１０の湿り空気線図を参照して
図９に示されるデシカント空調機の作用を説明する。図
１０中、アルファベットＫ〜Ｎ、Ｑ〜Ｕで、空気の状態
を示す。この記号は、図９のフロー図中に丸で囲んだア
ルファベットに対応する。

【０００４】図１０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、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、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の空気とな
って排気ＥＸされる。

【０００５】ここで、図１１のモリエ線図を参照して図
９に示される圧縮ヒートポンプＨＰの作用を説明する。
図１１に示すのは冷媒ＨＦＣ１３４ａのモリエ線図であ
る。点ａは冷却器２１０で蒸発した冷媒の状態を示し、
飽和ガスの状態にある。圧力は４．２ｋｇ／ｃｍ²、温
度は１０℃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／ｃｍ² 、
温度は７８℃であり、過熱ガスの状態にある。この冷媒
ガスは、加熱器（冷媒側から見れば冷却器あるいは凝縮
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と同じである。この冷媒液は、膨
張弁２５０で絞られ、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。

【０００６】このような従来の装置では、熱交換器１０
４として回転式熱交換器あるいは直交流形熱交換器が用
いられていた。

【０００７】

【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、処理空気を冷却器２１０で冷却す
る前に予備的に冷却する顕熱熱交換器１０４が重要な役
割を演じているが、この顕熱熱交換器１０４は一般にシ
ステム中で大きな容積を占めていた。また回転式熱交換
器は高価であり、直交流形熱交換器は必ずしも熱交換器
としての性能が優れているとはいえなかった。そのた
め、システム構成を困難にし、ひいてはシステムの大型
化、高コスト化が余儀なくされていた。

【０００８】そこで本発明は、ＣＯＰの高いかつコンパ
クトにまとまった除湿装置を提供することを目的として
いる。

【０００９】

【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；冷媒を昇圧す
る昇圧機２６０を有し、処理空気Ａを低熱源とし、前記
デシカントを再生する再生空気Ｂを高熱源とし、昇圧機
２６０で冷媒を昇圧することにより熱を汲み上げるヒー
トポンプＨＰ１とを備え；ヒートポンプＨＰ１は、処理
空気Ａと再生空気Ｂとの間に、液相の前記冷媒を循環し
て熱交換を行わせるように構成されたことを特徴とす
る。

【００１０】さらに請求項２に記載のように、請求項１
に記載の除湿装置では、ヒートポンプＨＰ１は、昇圧機
２６０で昇圧された前記冷媒を凝縮することにより再生
空気Ｂが加熱され、昇圧機２６０で昇圧される前に前記
冷媒を蒸発させることにより処理空気Ａが冷却されるよ
うに構成され；前記冷媒循環による熱交換に供される再
生空気Ｂは、前記冷媒の凝縮により加熱される前の再生
空気Ｂであり；前記冷媒循環による熱交換に供される処
理空気Ａは、水分吸着装置１０３で水分を吸着された後
の処理空気Ａであって前記冷媒の蒸発により冷却される
前の処理空気Ａであり；前記循環される液相の冷媒は、
再生空気Ｂを加熱する際に凝縮した冷媒であるように構
成されてもよい。

【００１１】このように構成すると、ヒートポンプサイ
クルで用いる冷媒を熱交換の熱媒体として利用するの
で、別途熱媒体用の膨張タンク等の余計な設備を要しな
いし、熱交換器の熱媒体によるスケールの発生も抑える
ことができる。

【００１２】上記目的を達成するために、請求項３に係
る発明による除湿装置は、例えば図４に示されるよう
に、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；冷媒を昇圧する昇圧機２６０と；
水分吸着装置１０３への再生空気経路に設置され、前記
デシカントを再生する再生空気Ｂを、昇圧機２６０で昇
圧された冷媒の凝縮熱で加熱する第１の熱交換器２２０
と；水分吸着装置１０３への再生空気経路に、第１の熱
交換器２２０よりも再生空気の流れの上流側に設置さ
れ、冷媒液の顕熱で前記再生空気を加熱する第２の熱交
換器３２０と；水分吸着装置１０３からの処理空気経路
に設置された第３の熱交換器３１０と；水分吸着装置１
０３からの処理空気経路に、第３の熱交換器３１０より
も処理空気の流れの下流側に設置された第４の熱交換器
２１０とを備え；第３の熱交換器３１０は、冷媒液の顕
熱で処理空気Ａを冷却するように構成され；記第２の熱
交換器３２０と第３の熱交換器３１０との間で、前記冷
媒液を循環させるように構成される。循環される冷媒液
としては、典型的には第１の熱交換器で凝縮された冷媒
を用いる。その循環する冷媒は、第４の熱交換器に流入
し、そこで蒸発する冷媒としても用いられる。

【００１３】第１の熱交換器と第２の熱交換器は一体に
構成してもよく、同様に第３の熱交換器と第４の熱交換
器は一体の構成してもよい。また、特に第２の熱交換器
と第３の熱交換器は、冷媒の流れを、それぞれ再生空気
の流れと、あるいは処理空気の流れと対向流になるよう
に構成するのが好ましい。冷媒液の顕熱を利用する熱交
換であるので、対向流にすることにより熱交換効率を高
めることができる。

【００１４】また請求項４に記載のように、水分吸着装
置１０３からの再生空気経路に、水分吸着装置１０３よ
りも再生空気Ｂの流れの下流側に設置され、再生空気Ｂ
と冷媒との間で熱交換させるように構成された第５の熱
交換器２３０と；第２の熱交換器３２０からの冷媒の出
口側に設置された絞り２５０と；冷媒切替手段２７０と
を備え；第４の熱交換器２１０と第５の熱交換器２３０
とはそれぞれ２つの冷媒出入口２１０ａ、２１０ｂと冷
媒出入口２３０ａ、２３０ｂとを有し；第４の熱交換器
２１０の有する２つの冷媒出入口２１０ａ、２１０ｂの
うちの一方例えば２１０ａと、第５の熱交換器２３０の
有する２つの冷媒出入口２３０ａ、２３０ｂのうち一方
例えば２３０ｂとは冷媒経路２０７で接続され；冷媒切
替手段２７０は、第４の熱交換器２１０の有する２つの
冷媒出入口２１０ａ、２１０ｂのうち他方２１０ｂを、
絞り２５０と昇圧機２６０の入口２６０ａとに選択的に
接続し、かつ第５の熱交換器２３０の有する２つの冷媒
出入口２３０ａ、２３０ｂのうち他方２３０ａを、絞り
２５０と昇圧機入口２６０ａとのうち第４の熱交換器２
１０の前記他方の冷媒出入口２１０ｂに接続されていな
い方に選択的に接続するように構成されていることを特
徴とする。

【００１５】切替手段は、例えば４個の２方弁の組合せ
であってもよいし、２個の３方弁の組み合わせであって
もよいし、一体に構成された例えば４方弁であってもよ
い。切り換えることにより、冷房に適した運転と除湿に
適した運転を行うことができる。

【００１６】また請求項５に記載のように、また例えば
図３に示されるように、請求項１乃至請求項４のいずれ
か１項に記載の除湿装置では、処理空気Ａを水分吸着装
置１０３に導く処理空気流路と；再生空気Ｂを水分吸着
装置１０３に導く再生空気流路とを備え；水分吸着装置
１０３は、ほぼ鉛直方向に配置された回転軸ＡＸの回り
に回転するロータとして構成され；前記処理空気流路
は、処理空気Ａを水分吸着装置１０３の鉛直方向上方か
ら下方に向けて導くように構成された流路部分１０８、
１０９を主として含み；前記再生空気流路は、再生空気
Ｂを水分吸着装置１０３の鉛直方向下方から上方に向け
て導くように構成された流路部分（１２５〜１２８）を
主として含むように構成するのが好ましい。

【００１７】このように構成すると、比較的温度の高い
再生空気を鉛直方向下方から上方に流し、温度の低い処
理空気を上方から下方に流すので、空気の流れがスムー
ズになる。また、比較的重量のある熱交換器と圧縮機
を、全体として鉛直方向下方に配置することができる
し、主要機器を鉛直方向に配置することができるので、
据えつけ面積を小さくすることができる。

【００１８】

【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。

【００１９】図１は、本発明による除湿装置の第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
除湿空調装置に用いるヒートポンプの冷媒モリエ線図、
図３は図１の除湿空調装置の構成機器の配置の一例を示
す模式的構造図である。

【００２０】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Ａの湿度を下
げ、処理空気Ａ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。ここで、処理空気Ａの経路に
沿った構成機器をまず説明する。図中、空調空間１０１
から経路１０７、処理空気を循環するための送風機１０
２、経路１０８、デシカントを充填したデシカントロー
タ１０３、経路１０９、本発明の第３の熱交換器３１
０、経路１１０、本発明の第４の熱交換器としての冷媒
蒸発器（処理空気から見れば冷却器）２１０、経路１１
１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。

【００２１】次に、屋外ＯＡから再生空気Ｂの経路に沿
った構成機器を説明する。図中、屋外ＯＡから経路１２
４、再生空気を循環するための送風機１４０、経路１２
５、本発明の第２の熱交換器３２０、経路１２６、本発
明の第１の熱交換器としての冷媒凝縮器（再生空気から
見れば加熱器）２２０、経路１２７、デシカントロータ
１０３、経路１２８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。

【００２２】次に、冷媒の経路に沿った構成機器を説明
する。図中、冷媒蒸発器２１０から冷媒経路２０７、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、経路２０１、冷媒凝縮器２２０、経路２
０２とこの順番に配列されている。経路２０２は２つの
経路２０３Ａと経路２０３Ｂとに分岐する。経路２０３
Ａは第２の熱交換器３２０に接続され、さらに経路２０
４Ｂを経由して絞り２５０、経路２０６とこの順番に配
列され、冷媒蒸発器２１０に戻るように構成されてい
る。一方経路２０３Ｂは、第３の熱交換器３１０に接続
されている。経路２０４Ｂからは経路２０４Ａが分岐し
ており、経路２０４Ａは冷媒循環ポンプ３３０の吸込口
に接続され、冷媒循環ポンプ３３０の吐出口は経路２０
５により第３の熱交換器３１０に接続され、ここから経
路２０３Ｂにより経路２０３Ａに連通している。

【００２３】このようにして、冷媒循環ポンプ３３０
は、経路２０５、第３の熱交換器３１０、経路２０３
Ｂ、経路２０３Ａ、第２の熱交換器３２０、経路２０４
Ｂ、経路２０４Ａの冷媒循環経路をもって、第２の熱交
換器３２０と第３の熱交換器３１０との間に冷媒液を循
環させるように構成されている。

【００２４】また以上説明したように、圧縮機２６０、
第１の熱交換器２２０、第２の熱交換器３２０、第３の
熱交換器３１０、絞り２５０、第４の熱交換器２１０を
含んで、ヒートポンプＨＰ１が構成されている。

【００２５】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。例えばチューブ状
の乾燥エレメントを、その中心軸が回転軸ＡＸと平行に
なるように多数束ねて構成している。ロータ１０３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。各乾燥エレメントは、ロータ１０３が
回転するにつれて、処理空気Ａ及び再生空気Ｂと交互に
接触するように配置される。一般に処理空気Ａと再生空
気Ｂとは、回転軸ＡＸに平行に、それぞれ円形のデシカ
ントロータ１０３のほぼ半分の領域を、対向流形式で流
れるように構成されている。

【００２６】第１の熱交換器２２０乃至は第４の熱交換
器３１０は、プレートフィンコイル構造とするのが好ま
しい。即ち一連のチューブを蛇行させて再生空気あるい
は処理空気の流れ中に配置し、チューブの外側即ち空気
の流れ側にはプレートフィンを装着して空気側の伝熱面
積を増やす。チューブは、空気の流れにをそれに対して
ほぼ直交して横切るように配置するが、蛇行しつつも全
体としては空気の流れに対向するように配置するのがよ
い。

【００２７】本実施の形態の除湿空調装置の湿り空気線
図は、定性的には図１０と同様である。但し、熱交換器
１０４が第２の熱交換器３２０と第３の熱交換器３１０
に置き換えられた結果、図２を用いて後で説明するよう
に、冷媒液が過冷却される結果冷凍効果が高まり、同一
冷凍負荷当たりの圧縮機２６０の駆動力が小さくなる。
あるいは空調空間１０１への供給空気（状態Ｎ）の温度
を低くすることができる。

【００２８】ここで図１を参照して処理空気Ａの流れを
説明する。図中、空調空間１０１からの処理空気（状態
Ｋ）は、経路１０７を通して送風機１０２に吸い込ま
れ、経路１０８を通してデシカントロータ１０３に送り
込まれる。デシカントロータ１０３で水分を吸着して乾
燥した処理空気（状態Ｌ）は、経路１０９を通して第３
の熱交換器３１０に到り、ここでポンプ３３０で循環さ
れる冷媒液と熱交換することにより、ある程度冷却され
（状態Ｍ）、経路１１０を通して冷媒蒸発器２１０に到
る。ここでさらに冷却された処理空気（状態Ｎ）は、経
路１１１を通して空調空間１０１に戻される。

【００２９】次に再生空気Ｂの流れを説明する。図１に
おいて、屋外ＯＡからの再生空気（状態Ｑ）は、再生空
気の経路１２４を通して送風機１４０に吸い込まれ、経
路１２５を通して第２の熱交換器３２０に送り込まれ
る。ここで冷媒凝縮器２２０で凝縮された冷媒及びポン
プ３３０で循環される冷媒液と熱交換して乾球温度を上
昇させる（状態Ｒ）。

【００３０】熱交換の対象となる冷媒液は、この熱交換
により過冷却される他、ポンプ３３０の循環により、再
生空気と処理空気との熱交換の媒体として作用する。こ
の熱交換は、冷媒液の顕熱変化を利用する顕熱熱交換で
あるが、ポンプ３３０で強制的に循環しているので、高
い熱伝達率を達成できる。また第２の熱交換器、第３の
熱交換器共に、冷媒液と空気の流れは全体として対向流
になるように構成されているので、熱交換効率は高い。
このようにして、第２の熱交換器と第３の熱交換器とに
より、処理空気と再生空気との熱交換を高い効率をもっ
てすることができる。

【００３１】第２の熱交換器で、ある程度まで加熱され
た再生空気は、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る（状態Ｔ）。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る（状態
Ｕ）。この空気は経路１２８を通して排気ＥＸされる。

【００３２】次に図１のフローチャートを参照して、各
機器間の冷媒の流れを説明し、続けて図２を参照して、
ヒートポンプＨＰ１の作用を説明する。

【００３３】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。

【００３４】冷媒凝縮器２２０の冷媒出口は、経路２０
２とそれから分岐している経路２０３Ａと経路２０３Ｂ
とにより、それぞれ第２の熱交換器と第３の熱交換器と
に接続されている。まず経路２０３Ａを通して流れる冷
媒（ほとんどは凝縮して液相になっているか、あるいは
既にある程度過冷却されていてもよい）は、第２の熱交
換器で再生空気と熱交換した後、一部は経路２０４Ａを
通してポンプ３３０に吸い込まれ、残りは経路２０４Ｂ
を通って絞り２５０に到り、ここで減圧されてフラッシ
ュして冷媒蒸発器２１０に到る。冷媒は、ここで蒸発し
て処理空気と熱交換してこれを冷却する。蒸発した気相
の冷媒は、圧縮機２６０に吸い込まれて、以上のサイク
ルを繰り返す。

【００３５】一方経路２０４Ａからポンプ３３０に吸い
込まれた冷媒液は、経路２０５を通って第３の熱交換器
に流入し、ここで処理空気と熱交換して処理空気を冷却
する。典型的には冷媒液は、第３の熱交換器３１０では
顕熱熱交換をするだけで、蒸発することがない。但し一
部が蒸発（フラッシュ）することがあってもよい。

【００３６】第３の熱交換器３１０を出た冷媒は、経路
２０３Ｂと経路２０３Ａを通って第２の熱交換器３２０
にもどる。ここでは凝縮器２２０から流入する冷媒と混
合されている。このようにして、冷媒液の一部がポンプ
３３０により第２の熱交換器３２０と第３の熱交換器３
１０との間を循環することにより、処理空気と再生空気
の熱交換を行う。

【００３７】次に図２を参照して、ヒートポンプＨＰ１
の作用を説明する。図２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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】この冷媒液は、第２の熱交換器３２０に流
入して過冷却され、モリエ線図上の点ｅで示される状態
になる。温度は約３０℃である。圧力は、流れの損失を
無視すれば、１９．３ｋｇ／ｃｍ² のままである。この
状態の冷媒液の一部が、先に説明したようにポンプ３３
０により第３の熱交換器３１０に送られ処理空気と熱交
換して加熱され、モリエ線図上で点ｆの状態の冷媒液と
なる。通常は点ｆは依然として液相状態にある。この点
ｆの状態の冷媒液は点ｄの状態の冷媒液と混合し、第２
の熱交換器３２０で過冷却される。このようにして一部
の循環する冷媒液は点ｆと点ｅ（乃至は点ｇ）との間を
往復する。

【００４１】なお実際のサイクルは以上の通り、点ｄの
冷媒と点ｆの冷媒とが混合して点ｅ（乃至は点ｇ）に到
るのであるが、モリエ線図上では、分かり易くするため
に、点ｄの冷媒が先ず第２の熱交換器で点ｅまで冷却さ
れ、それが第３の熱交換器に送られ点ｆまで加熱され
（点ｄの冷媒と混合されることなく）、続いて第２の熱
交換器で点ｇまで冷却されるものとして示してある。

【００４２】点ｅ（乃至は点ｇ）の状態の冷媒が、絞り
２５０で減圧されて一部が蒸発し（フラッシュし）冷媒
蒸発器２１０に到る（点ｊ）。点ｅ、点ｇ、点ｊのエン
タルピは、１０９．９９ｋｃａｌ／ｋｇである。液とガ
スの混合物として冷媒蒸発器２１０に到った冷媒は、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。

【００４３】以上説明したように、本実施の形態の装置
によれば、処理空気と再生空気の熱交換が、コンパクト
化された、低コストの、圧力損失の低いプレートフィン
熱交換器により、高い効率で行われる。また熱交換のた
めの媒体として、ヒートポンプＨＰ１を循環する冷媒を
用いるので、例えば冷媒とは別系統の水を用いるような
場合と比べて、貯留（または膨張）タンクが不要であ
り、開放回路を循環する水にありがちなスケールによる
熱伝達率の低下も生じない。

【００４４】さらに処理空気と再生空気の熱交換をする
と同時に、冷媒液自身は再生空気により過冷却されるの
で、圧縮ヒートポンプとしては、第２の熱交換器３２０
と第３の熱交換器３１０を設けない場合は、冷媒凝縮器
２２０における点ｄの状態の冷媒を、絞りを介して冷媒
蒸発器２１０に戻すため、冷媒蒸発器２１０で利用でき
るエンタルピ差は１４８．８３−１２２．９７＝２５．
８６ｋｃａｌ／ｋｇしかないのに対して、前記熱交換器
を設けた本実施の形態で用いるヒートポンプＨＰ１の場
合は、１４８．８３−１０９．９９＝３８．８４ｋｃａ
ｌ／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、いわゆる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。

【００４５】図３を参照して、以上説明した除湿空調装
置の機械的な配置の例を説明する。図中、装置を構成す
る機器はキャビネット７００の中に収容されている。キ
ャビネット７００は、例えば薄い鋼板で作られた直方体
の筺として形成されており、その鉛直方向上方の天井部
に処理空気ＲＡの吸込口が開口している。その開口に
は、空調空間の埃を装置内に持ち込まないようにフィル
ター５０１が設けられている。フィルター５０１の内側
のキャビネット７００内には、送風機１０２が設置され
ており、その吸入口がフィルター５０１を介してキャビ
ネット７００の処理空気吸込口に通じている。

【００４６】送風機１０２の吐出口は鉛直方向下方に向
いており、その下方にデシカントロータ１０３が回転軸
を鉛直方向に向けて配置されている。デシカントロータ
１０３は、その近傍にやはり回転軸を鉛直方向に向けて
配置された駆動機である電動機１０５と、ベルト、チェ
ーン等により結合され、数分間に１回転程度の低速で回
転可能に構成されている。このように、デシカントロー
タ１０３を、鉛直方向に向いた回転軸回りに、ほぼ水平
な面内で回転させるように配置すると、装置全体の高さ
を低く抑えることができ、コンパクトにまとまる。

【００４７】また重量の大きい圧縮機２６０を含めて、
可動要素あるいは回転体である送風機１０２、１４０、
そしてデシカントロータ１０３の殆どを装置の下部、キ
ャビネット７００の下部、即ち基礎近くに集めると、振
動の影響を受けにくくすることができ、また装置の据え
つけ安定性が増す。ほぼ水平方向に横に並べて圧縮機２
６０、送風機１４０が、キャビネットの下部の空間に配
置されている。

【００４８】送風機１０２の吐出口の下方、さらにデシ
カントロータ１０３の下方に第３の熱交換器３１０と冷
媒蒸発器２１０とが配置されている。第３の熱交換器３
１０と冷媒蒸発器２１０とは、一体に構成されている。
即ち、両者をカバーするプレートフィンの穴に多数のチ
ューブが嵌挿されており、一連の熱交換チューブとして
構成するものについてはＵチューブで接合し、冷媒を取
り出したいチューブにはＵチューブを取り付けることな
く、外部配管を接続するようにしてある。

【００４９】このようにして、処理空気の流路の主要部
１０８、１０９はキャビネット７００の最上部から最下
部に向かっており、即ちほぼ鉛直方向に上方から下方に
向けて処理空気を導くように構成されている。そして、
冷媒蒸発器２１０を出た処理空気は、キャビネット７０
０の底部をほぼ水平方向に向かう流路を流れるように構
成されている。そしてその流路は、先の鉛直方向上方か
ら下方に向かう流路と平行に、下方から上方に向かうよ
うに向きを変え、処理空気取り入れ口と並べて、キャビ
ネット７００の天井部に設けられた処理空気出口に到る
ようになっている。

【００５０】一方キャビネット７００の下方の側壁に
は、外気ＯＡ取り入れ口が設けられおり、そこにはフィ
ルタ５０２が先のフィルタ５０１と同様に設けられてい
る。フィルタ５０２の内側、キャビネット７００の最低
部には、圧縮機２６０が設置されている。圧縮機２６０
は一般的には、重量が大きくしかも回転機械であるの
で、最低部すなわち基礎あるいは基礎近傍に据え付ける
ことにより、装置の安定性を高めることができる。

【００５１】圧縮機２６０の上方で、デシカントロータ
１０３の下方（先に説明した処理空気が通過するデシカ
ントロータの領域とは反対のほぼ半分の領域の下方）に
は、第２の熱交換器３２０が、その上方にはさらに冷媒
凝縮器２２０が設けられている。第２の熱交換器３２０
と冷媒凝縮器２２０とは、第３の熱交換器３１０と冷媒
蒸発器２１０の場合と同様に一体に形成されている。

【００５２】熱交換器２１０と熱交換器３２０との鉛直
方向下方には、ポンプ３３０が設置されている。

【００５３】デシカントロータ１０３の上方には、送風
機１４０がその吐出口を鉛直方向上方に向けて、キャビ
ネット７００の天井部に吐出口を接続して設置されてい
る。なお図１では、送風機１４０は熱交換器３２０の上
流側に設けられるものとして示してあるが、再生空気流
路の最後の部分、排気の直前に設けても作用は同様であ
る。

【００５４】このように、再生空気の流路は、その主要
部１２５〜１２８をキャビネット７００内で最下部から
最上部に向けて、即ち鉛直方向下方から上方に向けて再
生空気を流すように形成されている。

【００５５】鉛直方向上方から下方に向けて処理空気を
流す処理空気流路と、鉛直方向下方から上方に向けて再
生空気を流す再生空気流路との間には、鉛直方向に設置
された隔壁７０１が設けられており、両流路を分離して
いる。このように温度が相対的に低い処理空気を鉛直方
向上方から下方に向けて流し、相対的に温度の高い再生
空気を下方から上方に向けて流すことは、空気の流れを
スムーズにする効果がある。また装置を構成する機器
を、ほぼ鉛直方向に並べると、装置全体の据え付け面積
を小さくすることができる。

【００５６】熱交換器２１０と熱交換器３１０とを、ま
た熱交換器２２０と熱交換器３２０とを、それぞれ一体
に構成すると、余分なスペースを設けることなく、装置
全体をコンパクトにまとめることができる。

【００５７】次に図４を参照して、第２の実施の形態の
除湿空調装置を説明する。本除湿装置は、冷房運転と除
湿運転の切り替えを可能に構成した装置である。図１の
第１の実施の形態との構成上の違いは、第１に、第４の
熱交換器２１０から昇圧機である圧縮機２６０への経路
２０７に第５の熱交換器２３０が設けられている点であ
る。但し第５の熱交換器２３０は、後で説明する切替手
段である４方弁の切替方向によっては、第４の熱交換器
２１０と絞り２５０との間に位置することになる。

【００５８】第１の実施の形態との相違点の第２は、冷
媒の流れを切り替える切替手段としての４方弁２７０が
設けられていることである。ここで４方弁の切り替えを
説明する。

【００５９】第４の熱交換器２１０は、第１の冷媒出入
口２１０ａと第２の冷媒出入口２１０ｂとを有し、第５
の熱交換器２３０は、第３の冷媒出入口２３０ａと第４
の冷媒出入口２３０ｂとを有する。また圧縮機２６０の
吸入口（圧縮機入口）を２６０ａとする。第４の熱交換
器と第５の熱交換器とは、冷媒出入口２１０ａと冷媒出
入口２３０ｂとを経路２０７で接続することにより、連
通している。経路２０７内の冷媒の流れの方向は、４方
弁２７０の切り替え方向により変わる。

【００６０】第４の熱交換器２１０の冷媒出入口２１０
ｂと４方弁２７０とは経路２０６で接続されており、絞
り２５０と４方弁２７０とは経路２５１で、第５の熱交
換２３０の冷媒出入口２３０ａと４方弁２７０とは経路
２０８で、圧縮機２６０の吸入口２６０ａと４方弁２７
０とは経路２０９で、それぞれ接続されている。

【００６１】図４は冷房運転に適した切り替え状態を示
すフローチャートである。このときは、４方弁は、冷媒
出入口２１０ｂと絞り２５０とを、また冷媒出入口２３
０ａと圧縮機吸入口２６０ａとを、それぞれ接続するよ
うに切り替えられている。このときは、図１の第１の実
施の形態の場合と同様に冷房運転に適した切り替え状態
にある。第１の実施の形態と異なるのは、第４の熱交換
器（このときは冷媒蒸発器として作用する）２１０で蒸
発した冷媒が、圧縮機２６０に吸入される前に第５の熱
交換器を通過する点である。

【００６２】ほとんどの冷媒は、第４の熱交換器２１０
で蒸発してしまっているが、たとえ冷媒液が残っていて
も第５の熱交換器で蒸発するので、圧縮機２６０に冷媒
液が吸い込まれることがない。また第４の熱交換器で蒸
発した冷媒を、第５の熱交換器でさらに積極的に過熱す
ることもできるので、圧縮機２６０の冷媒吸い込み温度
を上げることができ、ひいては第１の熱交換器２２０に
流入する冷媒の温度を上昇させることができ、再生空気
の加熱を効率的に行うことができる。

【００６３】図５に第２の実施の形態を冷房モードで運
転する場合のモリエ線図を示す。図２と異なるのは、圧
縮機２６０の吸い込み口における冷媒の状態が、飽和線
上の点ａよりも過熱領域の点ａ’に移動している点であ
る。したがって圧縮機２６０の吐出温度も、点ｂ’とし
て示すように例えば８２℃と図２の場合の７８℃よりも
高くなっている。

【００６４】図６を参照して、第２の実施の形態を除湿
モードで運転する場合を説明する。この場合は、４方弁
２７０は、第４の熱交換器の冷媒出入口２１０ｂと圧縮
機吸入口２６０ａとを接続し、絞り２５０と第５の熱交
換器の冷媒出入口２３０ａとを接続するように、切り替
えられている。

【００６５】このときは、絞り２５０で減圧された冷媒
は第５の熱交換器２３０に流入し、ここで蒸発する。蒸
発した冷媒は、第４の熱交換器２１０に流入するが、ほ
とんどの冷媒は第５の熱交換器２３０で蒸発してしまっ
ているので、第４の熱交換器２１０では冷媒の蒸発はほ
とんどない。しかしながら、たとえ冷媒液が残っていて
もその冷媒は第４の熱交換器２１０で蒸発するので、圧
縮機２６０に冷媒液が吸い込まれることがない。

【００６６】以上の実施の形態では、切替手段２７０
は、４方弁を１個用いるものとして説明したが、３方弁
を２個用いた切替手段として構成してもよいし、２方弁
を４個用いたものとしてもよい。

【００６７】図７に、図６の除湿モードの運転の場合の
湿り空気線図を示す。図６に示す運転モードでは、先に
説明したように第４の熱交換器２１０では、ほとんど冷
媒の蒸発は行われず、したがってここでは処理空気の冷
却が行われないので、湿り空気線図上では点Ｎは点Ｍと
ほぼ重なっている。即ち点Ｋと点Ｎとでは、絶対湿度は
低下する（図中「除湿」と示してある）が、乾球温度は
あまり変わらない。このように空調空間１０１内の負荷
が、顕熱負荷はほとんどゼロであるが潜熱負荷の大きい
場合の空調に適する。

【００６８】このように、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、排気する再生
空気から汲み上げる熱量をΔｑ、圧縮機２６０の駆動エ
ネルギーをΔｈとすると、ΔＨ＝Δｑ＋Δｈである。図
中、点Ｒと点Ｔとの間の点Ｓは、第１の熱交換器２２０
内で行われる再生空気の加熱を、便宜上Δｑ分とΔｈ分
とに分けた仮想的な点である。この運転モードでは、比
較的温度の高い再生空気から熱を回収するので、ＣＯＰ
の高い除湿運転ができる。

【００６９】図８を参照して、第２の実施の形態である
除湿空調装置の機械的な配置の例を説明する。ここでは
図３に示した第１の実施の形態と重複した説明は省略す
る。第５の熱交換器が、デシカントロータ１０３の鉛直
方向上方、送風機１４０の下方に配置されている。また
４方弁２７０が、圧縮機２６０の近傍に隣接して配置さ
れている。その他の主要機器の配置は、図３に示した配
置と同様である。

【００７０】以上の実施の形態で説明したように、昇圧
機は典型的には圧縮式ヒートポンプの圧縮機であるが、
その他に、冷媒を吸収する吸収器と、冷媒を吸収した吸
収液を加圧するポンプと、その加圧された吸収液から冷
媒を発生させる発生器の組み合わせであってもよい。

【発明の効果】処理空気と再生空気との間に、液相の冷
媒を循環して熱交換を行わせるように構成されているの
で、別途熱交換用の熱媒体のタンク等の余計な設備を要
しないし、熱交換器の熱媒体によるスケールの発生も抑
えることができる。

【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の除湿空調装置に使用されているヒートポ
ンプのモリエ線図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態である除湿空調装置
の実際の構造の例を示す模式的正面断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態である除湿空調装置
を冷房モードで運転する場合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】本発明の第２の実施の形態である除湿空調装置
を除湿モードで運転する場合のフローチャートである。

【図７】図６に示す除湿空調装置の作用を説明する湿り
空気線図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態である除湿空調装置
の実際の構造の例を示す模式的正面断面図である。

【図９】従来の除湿空調装置のフローチャートである。

【図１０】図９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。

【図１１】図９に示す従来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。

【符号の説明】

１０１空調空間１０２、１４０送風機１０３デシカントロータ２１０第４の熱交換器２２０第１の熱交換器２３０第５の熱交換器２５０絞り２６０圧縮機２７０４方弁３１０第３の熱交換器３２０第２の熱交換器３３０冷媒ポンプ５０１、５０２フィルター７００キャビネットＡＸ回転軸ＨＰ１、ＨＰ２ヒートポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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；冷媒を昇圧する昇圧機を有
し、前記処理空気を低熱源とし、前記デシカントを再生
する再生空気を高熱源とし、前記昇圧機で冷媒を昇圧す
ることにより熱を汲み上げるヒートポンプとを備え；前
記ヒートポンプは、前記処理空気と前記再生空気との間
に、液相の前記冷媒を循環して熱交換を行わせるように
構成されたことを特徴とする；除湿装置。
【請求項２】前記ヒートポンプは、前記昇圧機で昇圧
された前記冷媒を凝縮することにより前記再生空気が加
熱され、前記昇圧機で昇圧される前に前記冷媒を蒸発さ
せることにより前記処理空気が冷却されるように構成さ
れ；前記冷媒循環による熱交換に供される再生空気は、
前記冷媒の凝縮により加熱される前の再生空気であり；
前記冷媒循環による熱交換に供される処理空気は、前記
水分吸着装置で水分を吸着された後の処理空気であって
前記冷媒の蒸発により冷却される前の処理空気であり；
前記循環される液相の冷媒は、前記再生空気を加熱する
際に凝縮した冷媒であるように構成されたことを特徴と
する；請求項１に記載の除湿装置。
【請求項３】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；冷媒を昇圧する昇圧機と；前
記水分吸着装置への再生空気経路に設置され、前記デシ
カントを再生する再生空気を、前記昇圧機で昇圧された
冷媒の凝縮熱で加熱する第１の熱交換器と；前記水分吸
着装置への再生空気経路に、前記第１の熱交換器よりも
再生空気の流れの上流側に設置され、冷媒液の顕熱で前
記再生空気を加熱する第２の熱交換器と；前記水分吸着
装置からの処理空気経路に設置された第３の熱交換器
と；前記水分吸着装置からの処理空気経路に、前記第３
の熱交換器よりも処理空気の流れの下流側に設置された
第４の熱交換器とを備え；前記第３の熱交換器は、冷媒
液の顕熱で前記処理空気を冷却するように構成され；前
記第２の熱交換器と前記第３の熱交換器との間で、前記
冷媒液を循環させるように構成された；除湿装置。
【請求項４】前記水分吸着装置からの再生空気経路
に、前記水分吸着装置よりも再生空気の流れの下流側に
設置され、再生空気と冷媒との間で熱交換させるように
構成された第５の熱交換器と；前記第２の熱交換器から
の冷媒の出口側に設置された絞りと；冷媒切替手段とを
備え；前記第４の熱交換器と前記第５の熱交換器とはそ
れぞれ２つの冷媒出入口を有し；前記第４の熱交換器の
有する２つの冷媒出入口のうちの一方と、前記第５の熱
交換器の有する２つの冷媒出入口のうち一方とは冷媒経
路で接続され；前記冷媒切替手段は、前記第４の熱交換
器の有する２つの冷媒出入口のうち他方を、前記絞りと
前記昇圧機入口とに選択的に接続し、かつ前記第５の熱
交換器の有する２つの冷媒出入口のうち他方を、前記絞
りと前記昇圧機入口とのうち前記第４の熱交換器の前記
他方の冷媒出入口に接続されていない方に選択的に接続
するように構成されていることを特徴とする；請求項３
に記載の除湿装置。
【請求項５】前記処理空気を前記水分吸着装置に導く
処理空気流路と；前記再生空気を前記水分吸着装置に導
く再生空気流路とを備え；前記水分吸着装置は、ほぼ鉛
直方向に配置された回転軸の回りに回転するロータとし
て構成され；前記処理空気流路は、前記処理空気を前記
水分吸着装置の鉛直方向上方から下方に向けて導くよう
に構成された流路部分を主として含み；前記再生空気流
路は、前記再生空気を前記水分吸着装置の鉛直方向下方
から上方に向けて導くように構成された流路部分を主と
して含む；請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載
の除湿装置。