JP2004012071A - ヒートポンプ及び除湿空調装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】運転モード切替可能なヒートポンプ及び除湿空調装置を提供する。
【解決手段】昇圧機２６０と、運転モード切替機構７０１と、除湿運転で冷媒蒸発により処理空気Ａを露点に冷却、暖房運転で凝縮により処理空気を加熱する第１熱交２１０と、除湿運転で凝縮により熱源流体Ｂを加熱、暖房運転で蒸発により熱源流体を冷却する第２熱交２２０と、第１熱交と第２熱交との間に設けられ、除湿運転で第２熱交の凝縮圧力と第１熱交の蒸発圧力の中間圧力で冷媒の蒸発凝縮を行い、蒸発で処理空気を冷却し、凝縮で処理空気を加熱し、暖房運転で第１熱交の凝縮圧力での凝縮で理空気を加熱する第３熱交３００と、第３熱交と第１熱交との間に設けられた、絞度切替可能な第１絞機構２９２と、第２熱交と第３熱交との間に第２絞機構７１１とを備え、処理空気は除湿運転で第３熱交での冷却と蒸発器での冷却と第３熱交での加熱をこの順番で受ける除湿空調装置。
【選択図】 図１
【解決手段】昇圧機２６０と、運転モード切替機構７０１と、除湿運転で冷媒蒸発により処理空気Ａを露点に冷却、暖房運転で凝縮により処理空気を加熱する第１熱交２１０と、除湿運転で凝縮により熱源流体Ｂを加熱、暖房運転で蒸発により熱源流体を冷却する第２熱交２２０と、第１熱交と第２熱交との間に設けられ、除湿運転で第２熱交の凝縮圧力と第１熱交の蒸発圧力の中間圧力で冷媒の蒸発凝縮を行い、蒸発で処理空気を冷却し、凝縮で処理空気を加熱し、暖房運転で第１熱交の凝縮圧力での凝縮で理空気を加熱する第３熱交３００と、第３熱交と第１熱交との間に設けられた、絞度切替可能な第１絞機構２９２と、第２熱交と第３熱交との間に第２絞機構７１１とを備え、処理空気は除湿運転で第３熱交での冷却と蒸発器での冷却と第３熱交での加熱をこの順番で受ける除湿空調装置。
【選択図】 図１
Description
【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に関し、特に成績係数（ＣＯＰ）が高く、また運転モードの切り替え可能なヒートポンプ及び除湿空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図７に示すような除湿空調装置があった。この装置は、冷媒Ｃを圧縮する圧縮機２６０と、圧縮された冷媒Ｃを外気Ｂで凝縮する凝縮器２２０と、凝縮した冷媒Ｃをソレノイドバルブを有するバイパス付き膨張弁２９１で減圧し、中間圧力で蒸発と凝縮を繰り返して行う中間熱交換器３００’’と、ここで凝縮した冷媒Ｃをソレノイドバルブを有するバイパス付き膨張弁２９２で減圧し、これを蒸発させて空調空間１０１からの処理空気Ａを露点温度に冷却する蒸発器２１０とを備える。
【０００３】
この装置では、除湿運転モード時には膨張弁２９２のバイパスソレノイドバルブを閉として中間熱交換器３００’’の蒸発と凝縮の圧力を凝縮器２２０の凝縮圧力と蒸発器２１０の蒸発圧力の中間圧力とする。また、冷房運転モード時には膨張弁２９２のソレノイドバルブを開として、中間熱交換器３００’’の圧力を蒸発器２１０の蒸発圧力と等しくすることにより、中間熱交換器３００’’を蒸発器の一部として作動させる。
したがって除湿運転モード時には、中間熱交換器３００’’は、蒸発器２１０で露点温度に冷却される前後の処理空気同士の間で、冷媒を媒体として熱交換を行う。このようにして、蒸発器２１０で露点に冷却された処理空気Ａは、熱交換器３００’’で再熱される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の除湿空調装置では、除湿運転モードと冷房運転モードは可能であるが、そのまま暖房運転モードに対応することはできなかった。特に家庭用の除湿空調装置では、一つの空調機で夏季の除湿・冷房の他冬季の暖房にも対応したいという要請がある。
【０００５】
そこで本発明は、運転モードの切り替え可能なヒートポンプ及び除湿空調装置を提供することを目的とする。特に、熱の汲み上げ方向の切り替え可能なヒートポンプ、除湿・冷房運転モードと暖房運転モードとを切り替え可能な除湿空調装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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に係る発明によるヒートポンプは、例えば図１に示されるように、冷媒Ｃを吸込側から吸い込み吐出側から吐出し、前記冷媒Ｃを昇圧する昇圧機２６０と；昇圧機２６０の吸い込み側と吐出側とを切り替えることにより、第１の運転モードと第２の運転モードとを切り替える切り替え機構７０１と；前記第１の運転モードで冷媒Ｃを蒸発して第１の流体Ａを冷却し、前記第２の運転モードで冷媒Ｃを凝縮して第１の流体Ａを加熱する第１の熱交換器２１０と；前記第１の運転モードで冷媒Ｃを凝縮して第２の流体Ｂを加熱し、前記第２の運転モードで冷媒Ｃを蒸発して前記第２の流体Ｃを冷却する第２の熱交換器２２０と；第１の熱交換器２１０と第２の熱交換器２２０とを接続する冷媒経路２０２〜２０３中に設けられ、前記第１の運転モードで第２の熱交換器２２０の凝縮圧力と第１の熱交換器２１０の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Ｃの蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により第１の流体Ａを冷却し、前記中間圧力凝縮により第１の流体Ａを加熱し、前記第２の運転モードで第１の熱交換器２１０の凝縮圧力とほぼ同じ圧力で冷媒Ｃを凝縮し第１の流体Ａを加熱する第３の熱交換器３００と；第３の熱交換器３００と第１の熱交換器２１０との間の冷媒経路２０３中に設けられた、絞り度が切り替え可能な第１の絞り機構２９２と；第２の熱交換器２２０と第３の熱交換器３００との間の冷媒経路２０２中に設けられた、第２の絞り機構７１１とを備え；第１の流体Ａは、前記第１の運転モードで、第３の熱交換器３００での冷却と第１の熱交換器２１０での冷却と第３の熱交換器３００での加熱とをこの順番で受けるように構成される。
【０００７】
昇圧機は典型的には、冷媒を吸込側から吸い込み吐出側から吐出し、切り替え機構は典型的には、前記昇圧機の吸い込み側と吐出側とを切り替えることにより、運転モードを切り替える。
【０００８】
第１の運転モードは、本ヒートポンプが除湿空調に用いられる場合、典型的には除湿運転モードである。第２の運転モードは、同じく典型的には暖房運転モードである。また、第１の流体は第１の運転モードで低熱源流体であり、第２の流体は第１の運転モードで高熱源流体であり、 第１の熱交換器は除湿・冷房運転モードで蒸発器であり、第２の熱交換器は除湿・冷房運転モードで凝縮器であり、第３の熱交換器は除湿運転モードで中間熱交換器である。絞り度の切り替えは、典型的には開口面積の増減である。
【０００９】
このように構成すると、切り替え機構を備えるので、第１の運転モードと第２の運転モードとを切り替えることができる。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に係る発明による除湿空調装置は、例えば図１に示されるように、冷媒Ｃを昇圧する昇圧機２６０と；除湿運転モードと暖房運転モードとを切り替える切り替え機構７０１と；前記除湿運転モードで冷媒Ｃを蒸発して処理空気Ａを露点温度まで冷却し、前記暖房運転モードで冷媒Ｃを凝縮して処理空気Ａを加熱する第１の熱交換器２１０と；前記除湿運転モードで冷媒Ｃを凝縮して熱源流体Ｂを加熱し、前記暖房運転モードで冷媒Ｃを蒸発して熱源流体Ｂを冷却する第２の熱交換器２２０と；第１の熱交換器２１０と第２の熱交換器２２０とを接続する冷媒経路２０２〜２０３中に設けられ、前記除湿運転モードで第２の熱交換器２２０の凝縮圧力と第１の熱交換器２１０の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Ｃの蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により処理空気Ａを冷却し、前記中間圧力凝縮により処理空気Ａを加熱し、前記暖房運転モードで第１の熱交換器２１０の凝縮圧力とほぼ同じ圧力で冷媒Ｃを凝縮し処理空気Ａを加熱する第３の熱交換器３００と；第３の熱交換器３００と第１の熱交換器２１０との間の冷媒経路２０３中に設けられた、絞り度が切り替え可能な第１の絞り機構２９２と；第２の熱交換器２２０と第３の熱交換器３００との間の冷媒経路２０２中に設けられた、第２の絞り機構７１１とを備え；処理空気Ａは、前記除湿運転モードで、第３の熱交換器３００での冷却と第１の熱交換器２１０での冷却と第３の熱交換器３００での加熱とをこの順番で受けるように構成される。
【００１１】
昇圧機は典型的には、冷媒を吸込側から吸い込み吐出側から吐出し、切り替え機構は典型的には、前記昇圧機の吸い込み側と吐出側とを切り替えることにより、運転モードを切り替える。除湿運転モードの延長上に冷房運転モードがある。
【００１２】
このように構成すると、切り替え機構を備えるので、除湿運転モードと暖房運転モードとの間で切り替えが可能となる。
【００１３】
また請求項３に記載のように、請求項２に記載の除湿空調装置では、例えば図６に示すように、除湿運転モードにおける第１の熱交換器２１０を出る冷媒Ｃの過熱度を検出する第１の過熱度検出器７３３Ｔ、７３３Ｐ、７３４と；暖房運転モードにおける第２の熱交換器２２０を出る冷媒の過熱度を検出する第２の過熱度検出器７３２Ｔ、７３２Ｐ、７３４とを備え；第２の絞り機構７１１は、前記除湿運転モードでは第１の過熱度検出器７３３Ｔ、７３３Ｐ、７３４の検出結果に基いて絞り度を増減し、前記暖房運転モードでは第２の過熱度検出器７３２Ｔ、７３２Ｐ、７３４の検出結果に基いて絞り度を増減する膨張弁７３１を有するようにしてもよい。
【００１４】
過熱度検出器は、典型的には例えば図６に示すようにその箇所の圧力を検出する圧力検出器と温度を検出する温度検出器とを含み、両検出器の検出結果に基いて過熱度を演算する。例えば電子膨張弁である。また、例えば図１に示すように均圧管と温度検出器（感温筒）７２２、７２２Ａ、７２１、７２１Ａを有する温度自動膨張弁７１３、７１２であってもよい。
【００１５】
また請求項４に示すように、請求項２または請求項３に記載の除湿空調装置では、第１の絞り機構２９２は、第１の熱交換器２１０と第３の熱交換器３００との間の絞り度を実質的にゼロにまで減ずることが可能であってもよい。
【００１６】
第１の熱交換器２１０と第３の熱交換器３００との間の絞り度を実質的にゼロにまで減ずると、典型的には、冷房運転モードとなる。
ここで、絞り度を実質的にゼロにするとは、絞り作用を実質的にゼロにするといってもよく、絞りが例えば開口面積を増減する調節弁のような場合は、開口面積を十分に大きくすることが該当する。
【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あるいは類似符号を付し、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ヒートポンプＨＰ１とそれを備える、本発明の除湿空調装置の一例である除湿空調装置２１のフロー図である。この除湿空調装置２１は処理空気Ａ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と、主として顕熱を奪う冷房運転ができ、さらに処理空気Ａの温度を上げる暖房運転が可能な除湿空調装置２１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。
【００１９】
図１を参照して、第１の実施の形態であるヒートポンプＨＰ１及びそれを備える除湿空調装置２１の構成を説明する。この除湿空調装置２１は、第１の運転モードとしての除湿運転モード及びその延長上の冷房運転モードでは第１の熱交換器（蒸発器として作用する）２１０によって第１の流体としての処理空気Ａの湿度又は温度あるいは湿度と温度を下げ、第２の運転モードとしての暖房運転モードでは第１の熱交換器（凝縮器として作用する）２１０によって第１の流体としての処理空気Ａの温度を上げ、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。
【００２０】
図１は除湿運転の場合を示す。なお図中黒塗りの弁は閉であることを示す。弁２５３を白抜きにすれば冷房運転の場合となる。ここでは、便宜上除湿運転の場合の機能をもって構成を説明する。
空調空間１０１から処理空気Ａの経路に沿って、処理空気関連の機器構成を説明する。先ず、空調空間１０１に接続された経路１０７、第３の熱交換器としての熱交換器３００の中間蒸発器としての第１の区画３１０、経路１０８、処理空気Ａをその露点温度に冷却する蒸発器２１０、経路１０９、熱交換器３００の中間凝縮器としての第２の区画３２０、経路１１０、経路１１０に接続された処理空気Ａを循環するための送風機１０２、経路１１１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。図中、除湿空調装置２１から空調空間１０１に供給される空気をＳＡ、空調空間１０１から除湿空調装置に戻る空気をＲＡとして示してある。
【００２１】
また、屋外ＯＡから第２の流体としての冷却空気（外気）Ｂの経路に沿って、経路１２４、冷媒Ｃを冷却して凝縮させる凝縮器２２０、経路１２５、冷却空気Ｂを送風するための送風機１４０、経路１２６とこの順番で配列され、そして屋外ＯＡに排気ＥＸするように構成されている。
【００２２】
次に蒸発器２１０から冷媒Ｃの経路に沿って、ヒートポンプＨＰ１の機器構成を説明する。図中蒸発器２１０、経路２０４、四方弁７０１（ポート７０１Ａからポート７０１Ｂ）、経路２０４−１、蒸発器２１０で蒸発してガスになった冷媒Ｃを圧縮する（昇圧する）昇圧機としての圧縮機２６０、経路２０１−１、再び四方弁７０１（ポート７０１Ｃからポート７０１Ｄ）、経路２０１、凝縮器２２０、経路２０２、経路２０２に挿入配置された第２の絞り機構としての膨張弁機構７１１、熱交換器３００の第１の区画３１０を流れる処理空気Ａを冷却する蒸発セクション２５１、冷媒経路２０２Ｂ、熱交換器３００の第２の区画３２０を流れる処理空気Ａを加熱（再熱）する凝縮セクション２５２、経路２０３、絞り２５０がこの順番で配列され、そして再び蒸発器２１０に戻るようにして、ヒートポンプＨＰ１が構成されている。
【００２３】
ここで第１の運転モードと第２の運転モードとを切り替える切り替え機構としての四方弁７１１の構成を説明する。四方弁７０１は、４つの出入口であるポートが形成されている。すなわち、ポート７０１Ａ、ポート７０１Ｂ、ポート７０１Ｃ及びポート７０１Ｄである。第１の運転モード及びその延長上である冷房運転モードでは、ポート７０１Ａとポート７０１Ｂとが連通し、ポート７０１Ｃとポート７０１Ｄとが連通するように構成されている。また第２の運転モードでは、ポート７０１Ａとポート７０１Ｄとが連通し、ポート７０１Ｂとポート７０１Ｃとが連通する。なお、本切り替え機構は、四方弁に限らず４個の二方弁の組合せであってもよいし、２個の三方弁の組み合わせであってもよい。
【００２４】
なお、蒸発セクション２５１は第１の区画３１０中を蛇行するチューブで形成され、凝縮セクション２５２は第２の区画３２０中を蛇行するチューブで形成されている。本実施の形態では、蒸発セクション２５１は第１の区画３１０を複数回蛇行した後、経路２０２Ｂを介して凝縮セクション２５２に接続される。凝縮セクション２５２は第２の区画３２０を複数回蛇行した後、経路２０３に接続される。図中、各セクションは、処理空気Ａの流れに沿った面内で蛇行するように示されているが、実際は処理空気Ａの流れに直交する面内で蛇行するようにするとよい（図２参照）。但し、直交する面を複数設けて蛇行層が複数あるようにしてもよい。
【００２５】
このように蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とを連続した伝熱チューブで形成し、蒸発セクション２５１を第１の区画３１０内で複数回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２５２を第２の区画内で複数回蛇行させる構成にすると、蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２を接続する配管が１本乃至は最小限（２〜４本）の本数で足りるので、第１の区画３１０と第２の区画３２０とを離間して設置し易い（図２（ｂ）（ｃ）参照）。
【００２６】
なお、冷媒Ｃの経路２０２に膨張弁機構７１１を配置してあるが、膨張弁機構７１１は、冷媒の上流側から膨張弁７１２と膨張弁７１３とを直列に配置してある。また膨張弁７１２をバイパスするバイパス経路２０２Ａが設けられ、バイパス経路２０２Ａにはチェッキ弁７１４が挿入配置されている。チェッキ弁（逆止弁）７１４の流れ方向は凝縮器２２０から膨張弁７１３に向かう方向である。
同様に、膨張弁７１３をバイパスするバイパス経路２０２Ｂが設けられ、バイパス経路２０２Ｂにはチェッキ弁７１５が挿入配置されている。チェッキ弁７１５の流れ方向は熱交換器３００から膨張弁７１２に向かう方向である。また、冷媒Ｃの経路２０３に絞り２５０をバイパスする経路２０３Ａを設け、経路２０３Ａにソレノイドバルブ２５３を設けてある。
【００２７】
膨張弁７１２、膨張弁７１３、バイパス経路２０２Ａ（チェッキ弁７１４を含む）及びバイパス経路２０２Ｂ（チェッキ弁７１５を含む）を含んで第２の絞り機構としての膨張弁機構７１１が構成され、絞り２５０とソレノイドバルブ２５３を含んで第１の絞り機構２９２が構成されている。
【００２８】
ソレノイドバルブ２５３が開となると、開口面積は経路２０３の断面積にほぼ等しくなるように形成されている。言い替えれば、ソレノイドバルブ２５３が開となったときは、第１の絞り機構２９２の絞り度が減って（開口面積が増えて）、実質的に絞りとしては作用しない程度に大きい開口を有することになる（絞り度が実質的にゼロになる）。
【００２９】
言い替えれば、ソレノイドバルブ２５３を開とした場合は、第１の絞り機構２９２の開口面積を大きくし、第１の絞り機構２９２が実質的に絞りを形成しないように設定した場合である。ソレノイドバルブ２５３を閉とした場合が、第１の絞り機構２９２の開口面積を小さくし、第１の絞り機構２９２が絞りを形成するように設定した場合である。
【００３０】
経路２０１にはそこを流れる冷媒温度を検出する温度検出器としての感温筒７２１が設けられ、温度検出信号が膨張弁７１２に送られる。また膨張弁７１２と経路２０１との間には均圧管７２１Ａが設けられている。
同様に、経路２０４にはそこを流れる冷媒温度を検出する温度検出器としての感温筒７２２が設けられ、温度検出信号が膨張弁７１３に送られる。また膨張弁７１３と経路２０４との間には均圧管７２２Ａが設けられている。
【００３１】
このように構成されるので、膨張弁機構７１１前後の圧力の高低により、膨張弁７１２、７１３のうち膨張弁として作用する方が定まる。
第１の運転モードとしての除湿運転モード及び冷房運転モードの場合は、経路２０１が圧縮機２６０の吐出側に接続されており、第１の熱交換器２２０側が熱交換器３００側よりも高圧である。したがって、チェッキ弁７１５は黒塗りで示されている通り閉となっており、チェッキ弁７１４が開となっているので、膨張弁７１３が膨張弁としての作用をしている。
【００３２】
次に、熱交換器３００の構成を説明する。熱交換器３００は、蒸発器２１０に流入する前後の処理空気Ａ同士の間で、冷媒Ｃを介して間接的に熱交換をさせる熱交換器である。
【００３３】
この熱交換器３００は、蒸発器２１０を通過する前の処理空気Ａを流す第１の区画３１０と、蒸発器２１０を通過した後の処理空気Ａを流す第２の区画３２０とが、別々の直方体空間を構成している。両区画は、双方を流れる処理空気が混合しないように隔壁３０１、３０２が設けられており、熱交換チューブである蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とを接続する配管２０２Ｂはこの２つの区画の隔壁を貫通している。
【００３４】
図中、蒸発器２１０に導入される前の処理空気Ａは、右方から経路１０７を通して、第１の区画３１０に供給され、左方から経路１０８を通して出て行く。また蒸発器２１０を通して露点温度（以下）に冷却され絶対湿度の低下した処理空気Ａは、図中左方から経路１０９を通して第２の区画３２０に供給され、その右方から経路１１０を通して出て行く。
【００３５】
ここで図１に示す場合の蒸発器２１０についてサーキットの概念を説明する（適宜図２（ｂ）参照）。冷媒を伝熱チューブ中に流してその伝熱チューブの外側を流れる流体と冷媒とを熱交換させる熱交換器のサーキット数とは、冷媒を並行して流す流路の数である。図中冷媒経路２０３は、絞り２５０を出た後、蒸発器２１０の伝熱チューブ２１０Ａ、２１０Ｂに入る直前に設けられたディストリビュータ６０１に接続されている。ディストリビュータ６０１から、冷媒経路６２１と冷媒経路６２２が分岐して、それぞれ伝熱チューブ２１０Ａ、２１０Ｂに冷媒を導入するように構成されている。
【００３６】
伝熱チューブ２１０Ａ、２１０Ｂは、蒸発器２１０中で並列に冷媒を流すように配置されている。また冷媒の流れ方向は、処理空気Ａの流れ方向に対して対向流となっている。図３を参照して後述するように、これは温度的な対向流でもある。
【００３７】
この実施の形態では、蒸発器２１０のサーキットの数は２である。一方、熱交換器３００では、伝熱チューブは１本が蛇行しており、サーキットの数は１である。即ち、熱交換器３００の中間蒸発器部分である第１の区画３１０のサーキットの数は１であるから、蒸発器２１０のサーキットの数２よりも少ない。
【００３８】
不図示であるが、第１の区画と第２の区画のサーキットの数を２として、第２の区画を出たところで合流させ、第１の絞り機構２９２に導くようにしてもよい。このとき蒸発器２１０のサーキット数は３以上とするとよい。
【００３９】
図中、除湿運転モードではソレノイドバルブ２５３は黒塗りで示されている通り、閉になっている。熱交換器３００と蒸発器２１０との間の冷媒配管は、絞り２５０を介して接続されることになり、熱交換器３００における蒸発圧力及び凝縮圧力は、蒸発器２１０の蒸発圧力と凝縮器２２０の凝縮圧力との中間の圧力となる。
【００４０】
温度（気温）が比較的高いときは冷房運転モードを選択し、ソレノイドバルブ２５３を開く。このときは、膨張弁７１３が作用する。特に日本の気候では、気温の高いときは、通常は絶対湿度も高い。このときは冷房運転モードを選択して、顕熱と潜熱の両方を積極的に奪うのがよい。
【００４１】
ソレノイドバルブ２５３を開にすると、熱交換器３００と蒸発器２１０との間の冷媒配管は、実質的に絞り無しで接続されることになり、熱交換器３００内の伝熱チューブ内の圧力は蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２共に蒸発器２１０の蒸発圧力と実質的に等しくなり、熱交換器３００も蒸発器２１０と共に蒸発器として作用する。
【００４２】
なお、除湿運転モード、冷房運転モードの選択は、温度と湿度を検出して自動で行うようにしてもよいし、手動で行うようにしてもよい。湿度の高い低いは個人的好みもある。また、湿度や温度にかかわらず、強制的にとにかく温度を下げたい場合や、室内を強制的に乾燥させるためにとにかく湿度を下げたい場合もあるからである。
【００４３】
次に図２の除湿空調装置の設置状態を示す模式的側面図と熱交換器の斜視図を参照して、蒸発器２１０と熱交換器３００の構成例を具体的に説明する。（ｂ）（ｃ）に示すように、伝熱チューブ（細管）で構成される蒸発セクション２５１は多数のプレートフィンを貫通して配置されている。そして最も外側のフィンの外側でＵチューブ（ユーチューブ）により互いに接続されている。このようにして、伝熱チューブは第１の区画３１０を蛇行しながら複数回貫通している。
【００４４】
第１の区画３１０は、長方形のプレートフィンを多数平行に並べることにより形成される直方体の空間である。また、そのプレートフィンと細管群を収納する直方体空間の外面をプレート製のハウジングで囲むようにするとよい。ただしそのハウジングの対向する２つの面は開口しており、該開口を処理空気が通過する。
【００４５】
同様に、伝熱チューブである凝縮セクション２５２は、第２の区画３２０を蛇行しながら複数回貫通している。第２の区画３２０も第１の区画３１０と同様な構造を有する直方体の空間である。
【００４６】
蒸発セクション２５１の端部と凝縮セクション２５２の端部とは、配管２０２Ｂで接続されている。本実施の形態では、配管２０２Ｂは、蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２を構成する連続したチューブの一部として構成されている。
【００４７】
以上説明したように、冷媒流路である蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２は、それぞれ蛇行する細管群を構成している。このようにして、蒸発セクション２５１から凝縮セクション２５２を、全体として一方向に流れる冷媒Ｃは、細管群中を蛇行して流れながら、蒸発セクション２５１で蒸発し凝縮セクション２５２で凝縮する間に、第１の区画３１０を流れる温度の高い処理空気Ａからの熱を第２の区画３２０を流れる温度の低い処理空気Ａに伝える。
【００４８】
蒸発器２１０も同様に、伝熱チューブが多数の長方形のプレートフィンを貫通して構成されている。その構成は第１の区画３１０、第２の区画３２０と同様に直方体の空間として構成されている。そして最も外側のフィンの外側でＵチューブ（ユーチューブ）により接続されている。このようにして、伝熱チューブは蛇行しながらフィンを複数回貫通している。
【００４９】
本実施の形態では、蒸発セクション２５１、凝縮セクション２５２が、それぞれ処理空気Ａの流れに直交する１つの平面内に蛇行して配置された１層の細管群として構成されているのに対して、蒸発器２１０は、処理空気Ａの流れに直交する２つの平面内に蛇行して配置された２層の細管群として構成されている。
【００５０】
この実施の形態では、蒸発器２１０の細管（伝熱チューブ）群は２つのグループ、図中上半分と下半分に分割されている。上半分の伝熱チューブ２１０Ａと下半分の伝熱チューブ２１０Ｂは、蛇行しながら並行して又全体として処理空気の流れと対向する方向に配列されている。
【００５１】
蒸発器２１０の伝熱チューブの層数は伝熱量に応じて決めればよい。また、熱交換器３００と蒸発器２１０における細管群の伝熱面積の配分は、後で説明するように潜熱負荷と顕熱負荷との割合に応じて決めればよい。
【００５２】
また、蒸発器２１０は第１の区画３１０と第２の区画３２０との間に配置されている。このように配置すると、１つの直方体空間を３つに分割して、それぞれを第１の区画３１０、蒸発器２１０、第２の区画３２０として構成することができ、構造が単純になる。各区画３１０、３２０と蒸発器２１０との間では、フィンは図示のように不連続となるように切れ目を入れるのが好ましい。隣り合う各部の温度が異なるからである。
【００５３】
この構成では、同サイズ（特に同口径）の伝熱チューブからなる細管群は等間隔でフィンに貫通させて拡管してフィンに固定し、各細管の間は単純なＵチューブで接続し、各区画３１０、３２０間、また蒸発器２１０との間は、１本又は少数の配管（あるいは細管の一部）で接続すればよいので、構成が単純で、製造も容易である。
【００５４】
次に図２（ａ）の模式的断面図を参照して、以上説明した除湿空調装置を空調空間１０１の空調機として応用した例を説明する。空調空間１０１中即ち室内に設置される室内機中には、第１の区画３１０、蒸発機２１０、第２の区画３２０が一体で形成された熱交換器組立と、戻り空気ＲＡ、供給空気ＳＡを循環させる送風機１０２が収納されている。送風機１０２としてはクロスフローファンを用いると室内機をコンパクトにまとめることができる。第１の区画３１０の戻り空気ＲＡの流れの上流側には除塵フィルタが設けられている。
熱交換器３００、蒸発器２１０の下方にはドレンパン４５０が備えられ、ドレンパン４５０からはドレンパイプが屋外に導かれている。
【００５５】
戻り空気ＲＡはフィルタを通って除塵され、第１の区画３１０で予冷され、蒸発器２１０でさらに冷却されて除湿され飽和空気となる。この飽和空気は第２の区画３２０で再熱されて適度な絶対湿度で適度な温度の即ち適度な相対湿度の供給空気ＳＡとして、送風機１０２により空調空間１０１に供給される。すなわち処理空気は、（各区画と蒸発器との間に切れ目はあるものの）一見すると通常の冷房用フィンチューブ熱交換器に見える一塊のプレートフィンと細管群を一方向に通過する間に、予冷、水分除去、再熱の３つのプロセスが一気に行われ、適度な湿度と温度の供給空気ＳＡとなる。
【００５６】
空調空間１０１外に設置される室外機中には、凝縮器２２０、圧縮機２６０、送風機１４０が収納されている。そして、凝縮器２２０と第１の区画３１０の蒸発セクション２５１とは配管２０２で接続され、蒸発器２１０と圧縮機２６０とは配管２０３で接続されている。即ち、室内機と室外機とは２本の配管２０２と２０３だけで接続されている。なお本図では、絞り機構７１１は図示を省略してある。
【００５７】
次に先ず図１のフロー図を参照して、冷房・除湿運転モードの場合における各機器間の冷媒Ｃの流れを説明し、続けて図３に示すヒートポンプＨＰ１の第１の運転形態としての除湿運転モード時の冷媒モリエ線図を参照して、ヒートポンプＨＰ１の作用を説明する。
【００５８】
図１において、先ず第１の運転モードとしての除湿運転モード時の場合を説明する。このときは、四方弁７０１の切り替えにより、経路２０４が圧縮機２６０の吸い込み側に、経路２０１がその吐出側に接続されている。また、ソレノイドバルブ２５３は閉となっている。圧縮機２６０により圧縮された冷媒ガスＣは、圧縮機２６０の吐出口に接続された冷媒ガス配管２０１−１、四方弁７０１、経路２０１を経由して凝縮器２２０に導かれる。圧縮機２６０で圧縮された冷媒ガスＣは、冷却空気としての外気Ｂで冷却され凝縮する。
【００５９】
凝縮した冷媒は、凝縮器２２０の冷媒出口に設けられた膨張弁機構７１１のチェッキ弁７１４を通過して、膨張弁７１３で絞られる。チェッキ弁７１４がほとんど無抵抗に冷媒を流すので膨張弁７１２は膨張弁としては作用しない。チェッキ弁７１５は逆止作用により冷媒を流さない。
【００６０】
膨張弁７１３は、感温筒７２２からの経路２０４内の冷媒の温度に応じた信号（圧力）と経路２０４内の冷媒の圧力を均圧管７２２Ａを通して受けている。
経路２０４内の冷媒の過熱度はその圧力と温度の関数であるので、両者を受信することにより、膨張弁７１３は冷媒の過熱度に応じた開閉作用を行うことができる。即ち、経路２０４内の冷媒（蒸発器２１０で蒸発した冷媒）の過熱度が高いときは開方向として冷媒流量を増やし、過熱度が低いとき（冷媒が湿っているときも含む）は閉方向として冷媒流量を減らすようにする。
これは、除湿運転モードの場合も冷房運転モードの場合も同様である。
【００６１】
膨張弁機構７１１は、熱交換器３００の蒸発セクション２５１の入り口に冷媒経路２０２により接続されている。
【００６２】
凝縮器２２０を出た液冷媒Ｃは、膨張弁機構７１１で減圧され、膨張して一部の冷媒Ｃが蒸発（フラッシュ）する。その液とガスの混合した冷媒Ｃは、蒸発セクション２５１に到り、ここで液冷媒Ｃはプレートフィンを貫通しながら蛇行する蒸発セクション２５１のチューブの内壁を濡らすように繰り返し流れ蒸発して、第１の区画３１０を流れる、蒸発器２１０に流入する前の処理空気Ａを冷却（予冷）する。
【００６３】
蒸発セクション２５１である程度蒸発し、ガスと液の混合物となった冷媒は、配管２０２Ｂに導かれて、凝縮セクション２５２に流入する。第２の区画３２０を流れる処理空気Ａ、即ち第１の区画３１０で予冷された後に蒸発器２１０で冷却除湿され、蒸発器２１０に流入する前より温度が低くなった処理空気Ａを加熱（再熱）し、冷媒自身は熱を奪われ凝縮する。本実施の形態では蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とは一連のチューブ（Ｕチューブを含む）で形成されている。すなわち一体の流路として構成されているので、蒸発セクション２５１で蒸発した冷媒ガスＣ（及び蒸発しなかった冷媒液Ｃ）は、凝縮セクション２５２に流入して凝縮することにより、物質移動と同時に熱移動を行う。
【００６４】
熱交換器３００の最後の凝縮セクション２５２の出口側は、冷媒液配管２０３により、蒸発器２１０に接続され、冷媒配管２０３中には絞り２５０、絞り２５０をバイパスするソレノイドバルブ２５３が設置されている。
【００６５】
凝縮セクションで凝縮した冷媒液Ｃは、絞り２５０で減圧され膨張して温度を下げて、ディストリビュータ６０１を介して、配管６２１、６２２に分岐し、蒸発器２１０のそれぞれ伝熱チューブ２１０Ａ、２１０Ｂに入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気Ａを冷却する。絞り３３０、２５０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。ソレノイドバルブ２５３は閉となっているので、冷媒液Ｃはソレノイドバルブ２５３を通過しない。
【００６６】
ここで絞り２９２の前後で冷媒の圧力は減圧されている。したがって、熱交換器３００中の伝熱チューブ、例えば伝熱チューブ２５１内の冷媒の体積流量は、蒸発器２１０内の伝熱チューブ２１０Ａ、２１０Ｂ内のそれよりも少ない。蒸発器２１０の伝熱チューブ出口では冷媒はほとんどガス化しているのに対して、熱交換器３００の伝熱チューブ内では冷媒は通常は２相流であるので、さらに差がつく傾向となる。
【００６７】
しかしながら本実施の形態によれば、熱交換器３００のサーキット数が１に対して蒸発器２１０のサーキット数が２であるので、両者を構成する伝熱管のサイズを同じにしても、その中を流れる冷媒の流速の差を小さくすることができる。したがって、例えば伝熱チューブのサイズを蒸発器２１０内の冷媒流速が適切な値になるように選定したとき、同サイズの伝熱チューブを用いる熱交換器３００の冷媒流速も適切な値とすることができる。
【００６８】
蒸発器２１０で蒸発してガス化した冷媒Ｃは、再び合流して経路２０４を通して、四方弁７１１のポート７０１Ａ、７０１Ｂを介して、経路２０４−１を通って圧縮機２６０の吸込側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。
【００６９】
図中、熱交換器３００の蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２内の冷媒Ｃの挙動を説明する。先ず蒸発セクション２５１には、液相及び気相の冷媒Ｃが流入する。一部が気化した、気相を僅かに含む冷媒液Ｃであってもよい。この冷媒Ｃは、蒸発セクション２５１を流れる間に、処理空気Ａを予冷し自身は加熱され気相を増やしながら凝縮セクション２５２に流入する。凝縮セクション２５２では、冷却除湿されることにより蒸発セクション２５１の処理空気Ａよりも温度の低くなった処理空気Ａを加熱し、自身は熱を奪われ気相冷媒Ｃを凝縮させる。このように冷媒Ｃは気相と液相の相変化をしながら冷媒流路を流れ、蒸発器２１０で冷却される前の処理空気Ａと、蒸発器２１０で冷却されて絶対湿度を低下させた処理空気Ａとの間で熱交換させる。
【００７０】
第１の運転形態の延長である冷房運転の場合は、ソレノイドバルブ２５３を閉から開として冷媒Ｃが絞り２５０の前後で圧力低下を起こさないようにし、第１の運転形態としての除湿運転から、冷房運転に運転形態を切り替える。このときも膨張弁７１３が作用しており、蒸発器２１０で蒸発した冷媒の過熱度が適切な値になるように冷媒流量が調節される。
【００７１】
こうすることにより、絞り２５０前後の冷媒Ｃの圧力低下をほぼゼロとし、配管圧損を除いた冷媒Ｃの圧力低下を膨張弁機構７１１で発生させることができ、熱交換器３００の凝縮セクション２５２と、蒸発セクション２５１における冷媒Ｃの圧力が、蒸発器２１０における冷媒Ｃの圧力にほぼ等しくなり、蒸発器２１０に加えて凝縮セクション２５２と、蒸発セクション２５１においても冷媒Ｃの蒸発が発生する。よって、蒸発の伝熱面積が増えるので冷房能力すなわち顕熱処理能力を増加させることができる。
【００７２】
そして、除湿運転モード時では、熱交換器３００を蒸発器２１０を通過する前後の処理空気Ａのレヒート熱交換器として使うことによって冷却による結露水分量を冷房運転モード時より増やし、冷房運転モード時より除湿能力すなわち潜熱処理能力を増加させることができる。これによって、除湿運転モード時では、冷房運転モード時より速やかに湿度を下げることができ、いわゆる低顕熱比の湿度の高い室内空調負荷にも対応できる。
またさらに、除湿運転モード時には送風機１０２による送風量を冷房運転モード時よりも減らすことにより、結露水分量を冷房運転モード時より増やすようにしてもよい。そのために、送風機１０２も不図示の可変速モータにより駆動して、回転数の増減制御が可能に構成するとよい。
【００７３】
本第１の実施の形態の除湿空調装置を、家庭用のエアコンに適用した場合、除湿運転を行うことによって、梅雨時や夏期夜間の就寝時に室内が冷えすぎることなく、低湿度で快適な環境を作ることができる。
【００７４】
以上説明したように、本実施の形態の除湿空調装置は、空調負荷の顕熱比が可変であり、しかも除湿運転、冷房運転いずれの運転形態においても省エネルギーな運転ができる。
【００７５】
次に図３のモリエ線図を参照して、ヒートポンプＨＰ１の除湿運転モード時の作用を説明する。なお、機器等については適宜図１を参照する。図３は、混合冷媒ＨＦＣ４０７Ｃ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。
【００７６】
図中、点ａは蒸発器２１０の冷媒出口の状態であり、冷媒Ｃは飽和ガスの状態にある。圧力は０．６７ＭＰａ、温度は１１．２℃、エンタルピは４１４．０ｋＪ／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１．６６ＭＰａであり、過熱ガスの状態にある。
【００７７】
この冷媒ガスＣ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１．６６ＭＰａ、温度は４２．９℃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、圧力は点ｃと同じであり、温度は３８℃、エンタルピは２５６．９ｋＪ／ｋｇである。使用している冷媒が混合冷媒であるので、同圧力での凝縮でも飽和ガス線上の温度と飽和液線上の温度が異なる。
【００７８】
この冷媒液Ｃは、膨張弁機構７１１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。圧力は、本発明の中間圧力であり、本実施例では０．６７ＭＰａと１．６６ＭＰａとの中間の値となる。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。
【００７９】
蒸発セクション２５１内で、前記中間圧力下で冷媒液Ｃ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。ここでは液の一部が蒸発しているが、冷媒液Ｃはある程度残っている。
【００８０】
点ｆで示される状態の冷媒Ｃ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Ｃは第２の区画３２０を流れる低温の処理空気Ａにより熱を奪われ、点ｇに到る。
【００８１】
点ｇはモリエ線図では飽和液線上にある。温度は１８℃、エンタルピは２２６．１ｋＪ／ｋｇである。
【００８２】
点ｇの冷媒液Ｃは、絞り２５０で、温度５．２℃の飽和圧力である０．６７ＭＰａまで減圧され、点ｊに到る。この点ｊの冷媒Ｃは、５．２℃の冷媒液Ｃと冷媒ガスＣの混合物として蒸発器２１０に到り、ここで処理空気Ａ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。凝縮器におけるのと同様に、混合冷媒を使用しているので、同圧力での蒸発でも飽和ガス線上の温度と飽和液線上の温度とが異なる。
【００８３】
したがって、図１のフロー図を参照して説明したように、冷媒と処理空気の流れを対向流とすると両者の流れは温度的にも対向流となる。即ち、蒸発器２１０に流入する際の冷媒温度は５．２℃であり流出冷媒温度１１．２℃よりも低い。この低い温度の冷媒が蒸発器２１０を流出しようとする処理空気と接触する。したがって蒸発器２１０の熱交換効率を高くすることができる。
熱交換器３００については、具体的な温度は省略するが、同様に冷媒と処理空気の流れを対向流とすることにより（図１参照）同様な効果を得ることができる。
【００８４】
以上説明したように、熱交換器３００内では、冷媒Ｃは蒸発セクション２５１では点ｅから点ｆまでと蒸発の状態変化を、凝縮セクション２５２では点ｆから点ｇ１までと凝縮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くまた熱交換効率が高い。
【００８５】
さらに、圧縮機２６０、凝縮器２２０、膨張弁機構７１１、絞り２５０及び蒸発器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、凝縮器２２０における点ｄの状態の冷媒Ｃを、絞りを介して蒸発器２１０に戻すため、蒸発器２１０で利用できるエンタルピ差は４１４．０−２５６．９＝１５７．１ｋＪ／ｋｇしかないのに対して、熱交換器３００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、４１４．０−２２６．１＝１８７．９ｋＪ／ｋｇになり、同一冷却負荷に対して圧縮機２６０に循環するガス量を、ひいては所要動力を１６％も小さくすることができる。すなわち、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。
【００８６】
次に、ヒートポンプＨＰ１の冷房運転モード時の作用を説明する。図中点ｄまでは除湿運転モード時と同様であるので点ｄまでの説明は省略する。凝縮器２２０を出た、冷媒Ｃは膨張弁機構７１１を通過する。この絞りを通過すると圧力は１．６６ＭＰａから０．６７ＭＰａまで減少し、図中点ｄから点ｊ’に移行する。この点ｊ’のエンタルピは、２５６．９ｋＪ／ｋｇである。そして冷媒は熱交換器３００、蒸発器２１０で蒸発し点ａに至る。
【００８７】
一般に、特に日本のような温帯や亜熱帯地方における気候では、空調負荷のうち除湿負荷（潜熱負荷）の最大値は盛夏でも雨季でもそれほどの差はない。一方、顕熱負荷は例えば８月のような盛夏時には著しく増加する。そのため、冷房と除湿を兼用する空調機の設計上の最大負荷としては、盛夏時の負荷を採用しなければならない。
【００８８】
それに対して、除湿運転モード時の最大負荷は、冷房運転モードの最大負荷の半分以下である。一例をあげれば、盛夏時の総負荷を１００とすると、そのうち潜熱負荷は３０であり、梅雨時のような雨季の総負荷は４０であり、そのうち潜熱負荷は２５である。
したがって、蒸発器で奪うべき熱量は、冷房運転モード時の方が除湿運転モード時に比べてはるかに多い。顕熱負荷が大きい分だけ多くなるからである。しかしながら、潜熱負荷は雨季と盛夏時とであまり変わらない。
【００８９】
本発明の実施の形態によれば、冷房運転モード時には蒸発器として使用できる伝熱面積が蒸発器２１０に加えて熱交換器３００の分が加わるので、十分な伝熱が確保できる。また除湿運転モード時には、蒸発器として使用できる伝熱面積は蒸発器２１０の分であり、除湿負荷に適した伝熱面積とすることができる。熱交換器３００は除湿した後のいわば冷えすぎた処理空気の再熱に使用でき、同時に処理空気の予冷に使用できる。
【００９０】
別の方向から見れば、冷房専用の空調機に必要十分な伝熱面積を有する蒸発器の伝熱面積を３分割し、蒸発器２１０、蒸発セクション２５１、凝縮セクション２５２とすればよい。即ち、冷房専用の空調機の蒸発器そのままの大きさをもって、冷媒配管を調整するだけで、冷房・除湿兼用のコンパクトで効率的な空調機を構成することができる。
【００９１】
日本の気候におけるような負荷割合に対しては、熱交換器全体の伝熱面積の約４０〜６０％を蒸発器２１０に配分し、残り６０〜４０％の伝熱面積を蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とに伝熱量に応じて配分すればよい。
【００９２】
また除湿運転であっても、冷房運転であっても、熱交換器３００内の冷媒の体積流量は蒸発器２１０内の冷媒体積流量よりも小さい。本実施の形態によれば、熱交換器３００のサーキット数は１であり、蒸発器のサーキット数２よりも小さいので、除湿運転の際も冷房運転の際も、熱交換器３００と蒸発器２１０の冷媒流速をそれぞれ同じような値にすることができ、熱伝達率の低下を防止することができる。
【００９３】
図４に示す除湿空調装置２１の除湿運転モード時の湿り空気線図を参照して、また構成については適宜図１を参照して、ヒートポンプＨＰ１を備えた除湿空調装置２１の除湿運転モード時の作用を説明する。図４中、アルファベット記号Ｋ、Ｘ、Ｌ、Ｍ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。
【００９４】
図中、空調空間１０１からの処理空気Ａ（状態Ｋ）は、処理空気経路１０７を通して、熱交換器３００の第１の区画３１０に送り込まれ、ここで蒸発セクション２５１で蒸発する冷媒Ｃによりある程度まで冷却される。これは蒸発器２１０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。この間、蒸発セクション２５１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点Ｘに到る。点Ｘは飽和線上にある。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ものであってもよい。又は点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ものであってもよい。
【００９５】
予冷された処理空気Ａは、経路１０８を通して、蒸発器２１０に導入される。ここでは、絞り２５０によって減圧され、低温で蒸発する冷媒Ｃにより、処理空気Ａはその露点温度（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に到る。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。
【００９６】
点Ｌの状態の処理空気Ａは、経路１０９を通して熱交換器３００の第２の区画３２０に流入する。ここでは凝縮セクション２５２内で凝縮する冷媒Ｃにより、絶対湿度一定のまま加熱され点Ｍに到る。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として、送風機１０２により吸い込まれ、空調空間１０１に戻される。
【００９７】
熱交換器３００では、蒸発セクション２５１での冷媒Ｃの蒸発により処理空気Ａを予冷し、凝縮セクション２５２での冷媒Ｃの凝縮により処理空気Ａを再熱する。そして蒸発セクション２５１で蒸発した冷媒Ｃは、凝縮セクション２５２で凝縮する。このように同じ冷媒Ｃの蒸発と凝縮作用により、蒸発器２１０で冷却される前後の処理空気Ａ同士の熱交換を間接的に行う。
【００９８】
凝縮器２２０には、経路１２４を通して外気Ｂが導入される。この外気Ｂは凝縮する冷媒Ｃから熱を奪い、加熱された外気Ｂは経路１２５を経由して送風機１４０に吸い込まれ、経路１２６を経由して屋外に排出される（ＥＸ）。
【００９９】
ここで図４の湿り空気線図上に示す空気側のサイクルでは、第１の区画３１０で処理空気Ａを予冷した熱量、すなわち第２の区画３２０で処理空気Ａを再熱した熱量ΔＨが熱回収分であり、蒸発器２１０で処理空気Ａを冷却した熱量分がΔＱである。また空調空間１０１を冷房する、冷房効果がΔｉである。
【０１００】
本第１の実施の形態の除湿空調装置２１は、冷房運転モード時に空気・空気熱交換器としての熱交換器３００を蒸発器として使用することにより、蒸発器の伝熱面積を増やして蒸発温度を上げて、冷房処理能力すなわち顕熱処理能力を増加させることができる。これによって、速やかに室温を下げることができ、いわゆる高顕熱比の、乾燥し且つ高温の室内空調負荷に対応できる。
【０１０１】
すなわち、冷房運転モード時においては、図４の湿り空気線図中、空調空間１０１（図１）（状態Ｋ）を出た処理空気Ａは熱交換器の第１の区画３１０（図１）、蒸発器２１０（図１）、熱交換器の第２の区画３２０（図１）において冷却され、熱交換器の第２の区画３２０を出た処理空気Ａは図中の点Ｘの近傍の点で表される状態にある。また冷房運転モード時には、送風機１０２の送風量を除湿運転モード時よりも多くするように構成するのが好ましい。このようにすると大量の顕熱を取りやすいからである。
【０１０２】
本実施の形態の除湿空調装置２１は、除湿運転モード時に、熱交換器３００を蒸発器２１０を通過する前後の処理空気Ａのレヒート熱交換器として使うことによって冷却による結露水分量を冷房運転モード時より増やし、除湿能力すなわち潜熱処理能力を増加させることができる。これによって、除湿運転モード時では、速やかに湿度を下げることができ、いわゆる低顕熱比の湿度の高い室内空調負荷にも対応できる。
【０１０３】
除湿空調装置２１は、空調負荷の顕熱比が可変であり、しかも除湿運転、冷房運転いずれの運転形態においても省エネルギーな運転ができる。
【０１０４】
次に図５のフロー図を参照して図１の除湿空調装置を暖房運転モードで運転する場合を説明する。ここでは、暖房運転モードで切り替わる機器及びその周辺の機器のみに符号をふりその他の符号は省略してある。
【０１０５】
まず四方弁７０１の切り替えにより、圧縮機２６０の吸込側と吐出側とを切り替える。即ち、四方弁７０１のポート７０１Ａが７０１Ｄに連通し、ポート７０１Ｂが７０１Ｃに連通する。このことにより経路２０４は経路２０１−１に、経路２０１は経路２０４−１に連通する。
【０１０６】
またソレノイドバルブ２５３が開となり、絞り機構２９２が絞り作用を実質的にゼロとする。したがって第１の熱交換器２１０と第３の熱交換器３００とは、ほぼ同圧となり圧縮機２６０の吐出圧を受けて凝縮器として作用する。
【０１０７】
第２の熱交換器２２０は、四方弁７０１を介して圧縮機２６０の吸い込み側に接続される結果、蒸発器として作用する。
【０１０８】
以上のように、第２の絞り機構としての膨張弁機構７１１の前後は、第３の熱交換器３００側が第２の熱交換器２２０側よりも高い圧力となるので、チェッキ弁７１４は逆止作用をして冷媒を流さない。したがって、第１の熱交換器２１０と熱交換器３００とで凝縮した冷媒は、膨張弁機構７１１のチェッキ弁７１５を通過して、膨張弁７１２で絞られる。チェッキ弁７１５がほとんど無抵抗に冷媒を流すので膨張弁７１３は膨張弁としては作用しない。
【０１０９】
膨張弁７１２は、感温筒７２１からの経路２０１内の冷媒の温度に応じた信号（圧力）と経路２０１内の冷媒の圧力を均圧管７２１Ａを通して受けている。
経路２０１内の冷媒の過熱度はその圧力と温度の関数であるので、両者を受信することにより、膨張弁７１２は冷媒の過熱度に応じた開閉作用を行うことができる。即ち、経路２０１内の冷媒（蒸発器として作用している熱交換器２２０で蒸発した冷媒）の過熱度が高いときは開方向として冷媒流量を増やし、過熱度が低いとき（冷媒が湿っているときも含む）は閉方向として冷媒流量を減らすようにする。
【０１１０】
このようにして熱交換器２２０が蒸発器として作用し外気から熱を汲み上げ、熱交換器２１０及び熱交換器３００が凝縮器として作用し、経路１０７〜１１１を通って流れる処理空気を加熱するので、除湿空調装置２１は空調空間１０１を暖房する暖房装置として用いることができる。
冷媒のサイクルは、図３において点ａ、ｂ、ｄ、ｊ’、ａのサイクルと同様になる。温度と圧力、エンタルピは、外気温度が冬季には図示よりも一般に低温となるので図とは異なるが、作用は同様であるので重複した説明は省略する。
【０１１１】
図６のフロー図を参照して、第２の実施の形態の除湿空調装置２２を説明する。第１の実施の形態と異なるのは、第２の絞り機構の構成である。ここでも先ず除湿運転の場合で説明する。
経路２０１には、過熱度検出器７３２を構成する圧力検出器７３２Ｐと温度検出器７３２Ｔとが設けられている。これは暖房運転モードで作動する。また経路２０４には、過熱度検出器７３３を構成する圧力検出器７３３Ｐと温度検出器７３３Ｔとが設けられている。これは除湿運転モード及び冷房運転モードで作動する。
【０１１２】
経路２０２には、電子膨張弁７３１が設けられている。除湿空調装置２２は膨張弁コントローラ７３４を備えている。膨張弁コントローラ７３４は、典型的には、デジタルコントローラである。制御ソフトをインストールしたマイコンやパソコンであってもよい。
【０１１３】
電子膨張弁７３１は、例えばステップモータで駆動するニードルを備えたニードル弁である。ニードルはスクリューの先端に設けられており、ステッピングモータの回転に応じて、弁座部分を出入することにより、開度を調節できる。
【０１１４】
膨張弁コントローラ７３４は、圧力検出器７３２Ｐで検出される圧力と温度検出器７３２Ｔで検出される温度、又は圧力検出器７３３Ｐで検出される圧力と温度検出器７３３Ｔで検出される温度とを受信して、過熱度を演算し、演算された過熱度が適切な値となるように（モリエ線図上で飽和ガス線上の状態となるように、または少なくとも乾き状態となるように）電子膨張弁を調節する。
【０１１５】
除湿運転モードと冷房運転モードの場合は、圧力検出器７３３Ｐで検出される圧力と温度検出器７３３Ｔで検出される温度とに基いて、また暖房運転モードの場合は、圧力検出器７３２Ｐで検出される圧力と温度検出器７３２Ｔで検出される温度に基いて電子膨張弁を調節する。
その他の構成と作用は、第１の実施の形態と同様であるので、重複した説明を省略する。
【０１１６】
以上の実施の形態は、第１の区画３１０には、空調空間１０１からの戻り空気を導入するものとして説明したが、空調空間１０１からの戻り空気を導入せずに外気を導入してもよい。湿度と温度の高い外気は、蒸発器２１０で冷却する前に予冷するのが好ましく、このように構成することにより、全量外気を必要とする病院やレストランの空調を高いＣＯＰをもって行うことができる。
【０１１７】
以上の実施の形態では、空調空間を空調する除湿空調装置として説明したが、本発明の除湿空調装置は、必ずしも空調空間に限らず他の除湿を必要とする空間に、一般の除湿装置として応用することもでき、本発明の除湿空調装置とはそのような場合も含むものとする。
【０１１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、切り替え機構を備えるので、第１の運転モードと第２の運転モードとの切り替えが可能なヒートポンプ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除湿運転モードのフローを示すフロー図である。
【図２】図１に示す除湿空調装置の設置状態を示す模式的側面図と熱交換器の斜視図である。
【図３】図１に示す除湿空調装置のヒートポンプのモリエ線図である。
【図４】図１の除湿空調装置の除湿運転モード時の作動を説明する湿り空気線図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態である除湿空調装置の暖房運転モードのフローを示すフロー図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態である除湿空調装置の除湿運転モードのフローを示すフロー図である。
【図７】従来の除湿空調装置のフロー図である。
【符号の説明】
２１、２２ 除湿空調装置
１０１ 空調空間
１０２、１４０ 送風機
２１０ 蒸発器
２２０ 凝縮器
２５１ 蒸発セクション
２５２ 凝縮セクション
２５０ 絞り
２５３ ソレノイドバルブ
２６０ 圧縮機
７１１ 第２の絞り機構
２９２ 第１の絞り機構
３００ 熱交換器
３１０ 第１の区画
３２０ 第２の区画
７０１ 四方弁
７１１ 膨張弁機構
７１２、７１３ 膨張弁
７１４、７１５ チェッキ弁
７２１、７２２ 感温筒
７３１ 電子膨張弁
７３２Ｔ、７３３Ｔ 温度検出器
７３２Ｐ、７３３Ｐ 圧力検出器
ＨＰ１ ヒートポンプ
【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に関し、特に成績係数（ＣＯＰ）が高く、また運転モードの切り替え可能なヒートポンプ及び除湿空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図７に示すような除湿空調装置があった。この装置は、冷媒Ｃを圧縮する圧縮機２６０と、圧縮された冷媒Ｃを外気Ｂで凝縮する凝縮器２２０と、凝縮した冷媒Ｃをソレノイドバルブを有するバイパス付き膨張弁２９１で減圧し、中間圧力で蒸発と凝縮を繰り返して行う中間熱交換器３００’’と、ここで凝縮した冷媒Ｃをソレノイドバルブを有するバイパス付き膨張弁２９２で減圧し、これを蒸発させて空調空間１０１からの処理空気Ａを露点温度に冷却する蒸発器２１０とを備える。
【０００３】
この装置では、除湿運転モード時には膨張弁２９２のバイパスソレノイドバルブを閉として中間熱交換器３００’’の蒸発と凝縮の圧力を凝縮器２２０の凝縮圧力と蒸発器２１０の蒸発圧力の中間圧力とする。また、冷房運転モード時には膨張弁２９２のソレノイドバルブを開として、中間熱交換器３００’’の圧力を蒸発器２１０の蒸発圧力と等しくすることにより、中間熱交換器３００’’を蒸発器の一部として作動させる。
したがって除湿運転モード時には、中間熱交換器３００’’は、蒸発器２１０で露点温度に冷却される前後の処理空気同士の間で、冷媒を媒体として熱交換を行う。このようにして、蒸発器２１０で露点に冷却された処理空気Ａは、熱交換器３００’’で再熱される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の除湿空調装置では、除湿運転モードと冷房運転モードは可能であるが、そのまま暖房運転モードに対応することはできなかった。特に家庭用の除湿空調装置では、一つの空調機で夏季の除湿・冷房の他冬季の暖房にも対応したいという要請がある。
【０００５】
そこで本発明は、運転モードの切り替え可能なヒートポンプ及び除湿空調装置を提供することを目的とする。特に、熱の汲み上げ方向の切り替え可能なヒートポンプ、除湿・冷房運転モードと暖房運転モードとを切り替え可能な除湿空調装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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に係る発明によるヒートポンプは、例えば図１に示されるように、冷媒Ｃを吸込側から吸い込み吐出側から吐出し、前記冷媒Ｃを昇圧する昇圧機２６０と；昇圧機２６０の吸い込み側と吐出側とを切り替えることにより、第１の運転モードと第２の運転モードとを切り替える切り替え機構７０１と；前記第１の運転モードで冷媒Ｃを蒸発して第１の流体Ａを冷却し、前記第２の運転モードで冷媒Ｃを凝縮して第１の流体Ａを加熱する第１の熱交換器２１０と；前記第１の運転モードで冷媒Ｃを凝縮して第２の流体Ｂを加熱し、前記第２の運転モードで冷媒Ｃを蒸発して前記第２の流体Ｃを冷却する第２の熱交換器２２０と；第１の熱交換器２１０と第２の熱交換器２２０とを接続する冷媒経路２０２〜２０３中に設けられ、前記第１の運転モードで第２の熱交換器２２０の凝縮圧力と第１の熱交換器２１０の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Ｃの蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により第１の流体Ａを冷却し、前記中間圧力凝縮により第１の流体Ａを加熱し、前記第２の運転モードで第１の熱交換器２１０の凝縮圧力とほぼ同じ圧力で冷媒Ｃを凝縮し第１の流体Ａを加熱する第３の熱交換器３００と；第３の熱交換器３００と第１の熱交換器２１０との間の冷媒経路２０３中に設けられた、絞り度が切り替え可能な第１の絞り機構２９２と；第２の熱交換器２２０と第３の熱交換器３００との間の冷媒経路２０２中に設けられた、第２の絞り機構７１１とを備え；第１の流体Ａは、前記第１の運転モードで、第３の熱交換器３００での冷却と第１の熱交換器２１０での冷却と第３の熱交換器３００での加熱とをこの順番で受けるように構成される。
【０００７】
昇圧機は典型的には、冷媒を吸込側から吸い込み吐出側から吐出し、切り替え機構は典型的には、前記昇圧機の吸い込み側と吐出側とを切り替えることにより、運転モードを切り替える。
【０００８】
第１の運転モードは、本ヒートポンプが除湿空調に用いられる場合、典型的には除湿運転モードである。第２の運転モードは、同じく典型的には暖房運転モードである。また、第１の流体は第１の運転モードで低熱源流体であり、第２の流体は第１の運転モードで高熱源流体であり、 第１の熱交換器は除湿・冷房運転モードで蒸発器であり、第２の熱交換器は除湿・冷房運転モードで凝縮器であり、第３の熱交換器は除湿運転モードで中間熱交換器である。絞り度の切り替えは、典型的には開口面積の増減である。
【０００９】
このように構成すると、切り替え機構を備えるので、第１の運転モードと第２の運転モードとを切り替えることができる。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に係る発明による除湿空調装置は、例えば図１に示されるように、冷媒Ｃを昇圧する昇圧機２６０と；除湿運転モードと暖房運転モードとを切り替える切り替え機構７０１と；前記除湿運転モードで冷媒Ｃを蒸発して処理空気Ａを露点温度まで冷却し、前記暖房運転モードで冷媒Ｃを凝縮して処理空気Ａを加熱する第１の熱交換器２１０と；前記除湿運転モードで冷媒Ｃを凝縮して熱源流体Ｂを加熱し、前記暖房運転モードで冷媒Ｃを蒸発して熱源流体Ｂを冷却する第２の熱交換器２２０と；第１の熱交換器２１０と第２の熱交換器２２０とを接続する冷媒経路２０２〜２０３中に設けられ、前記除湿運転モードで第２の熱交換器２２０の凝縮圧力と第１の熱交換器２１０の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Ｃの蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により処理空気Ａを冷却し、前記中間圧力凝縮により処理空気Ａを加熱し、前記暖房運転モードで第１の熱交換器２１０の凝縮圧力とほぼ同じ圧力で冷媒Ｃを凝縮し処理空気Ａを加熱する第３の熱交換器３００と；第３の熱交換器３００と第１の熱交換器２１０との間の冷媒経路２０３中に設けられた、絞り度が切り替え可能な第１の絞り機構２９２と；第２の熱交換器２２０と第３の熱交換器３００との間の冷媒経路２０２中に設けられた、第２の絞り機構７１１とを備え；処理空気Ａは、前記除湿運転モードで、第３の熱交換器３００での冷却と第１の熱交換器２１０での冷却と第３の熱交換器３００での加熱とをこの順番で受けるように構成される。
【００１１】
昇圧機は典型的には、冷媒を吸込側から吸い込み吐出側から吐出し、切り替え機構は典型的には、前記昇圧機の吸い込み側と吐出側とを切り替えることにより、運転モードを切り替える。除湿運転モードの延長上に冷房運転モードがある。
【００１２】
このように構成すると、切り替え機構を備えるので、除湿運転モードと暖房運転モードとの間で切り替えが可能となる。
【００１３】
また請求項３に記載のように、請求項２に記載の除湿空調装置では、例えば図６に示すように、除湿運転モードにおける第１の熱交換器２１０を出る冷媒Ｃの過熱度を検出する第１の過熱度検出器７３３Ｔ、７３３Ｐ、７３４と；暖房運転モードにおける第２の熱交換器２２０を出る冷媒の過熱度を検出する第２の過熱度検出器７３２Ｔ、７３２Ｐ、７３４とを備え；第２の絞り機構７１１は、前記除湿運転モードでは第１の過熱度検出器７３３Ｔ、７３３Ｐ、７３４の検出結果に基いて絞り度を増減し、前記暖房運転モードでは第２の過熱度検出器７３２Ｔ、７３２Ｐ、７３４の検出結果に基いて絞り度を増減する膨張弁７３１を有するようにしてもよい。
【００１４】
過熱度検出器は、典型的には例えば図６に示すようにその箇所の圧力を検出する圧力検出器と温度を検出する温度検出器とを含み、両検出器の検出結果に基いて過熱度を演算する。例えば電子膨張弁である。また、例えば図１に示すように均圧管と温度検出器（感温筒）７２２、７２２Ａ、７２１、７２１Ａを有する温度自動膨張弁７１３、７１２であってもよい。
【００１５】
また請求項４に示すように、請求項２または請求項３に記載の除湿空調装置では、第１の絞り機構２９２は、第１の熱交換器２１０と第３の熱交換器３００との間の絞り度を実質的にゼロにまで減ずることが可能であってもよい。
【００１６】
第１の熱交換器２１０と第３の熱交換器３００との間の絞り度を実質的にゼロにまで減ずると、典型的には、冷房運転モードとなる。
ここで、絞り度を実質的にゼロにするとは、絞り作用を実質的にゼロにするといってもよく、絞りが例えば開口面積を増減する調節弁のような場合は、開口面積を十分に大きくすることが該当する。
【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あるいは類似符号を付し、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ヒートポンプＨＰ１とそれを備える、本発明の除湿空調装置の一例である除湿空調装置２１のフロー図である。この除湿空調装置２１は処理空気Ａ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と、主として顕熱を奪う冷房運転ができ、さらに処理空気Ａの温度を上げる暖房運転が可能な除湿空調装置２１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。
【００１９】
図１を参照して、第１の実施の形態であるヒートポンプＨＰ１及びそれを備える除湿空調装置２１の構成を説明する。この除湿空調装置２１は、第１の運転モードとしての除湿運転モード及びその延長上の冷房運転モードでは第１の熱交換器（蒸発器として作用する）２１０によって第１の流体としての処理空気Ａの湿度又は温度あるいは湿度と温度を下げ、第２の運転モードとしての暖房運転モードでは第１の熱交換器（凝縮器として作用する）２１０によって第１の流体としての処理空気Ａの温度を上げ、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。
【００２０】
図１は除湿運転の場合を示す。なお図中黒塗りの弁は閉であることを示す。弁２５３を白抜きにすれば冷房運転の場合となる。ここでは、便宜上除湿運転の場合の機能をもって構成を説明する。
空調空間１０１から処理空気Ａの経路に沿って、処理空気関連の機器構成を説明する。先ず、空調空間１０１に接続された経路１０７、第３の熱交換器としての熱交換器３００の中間蒸発器としての第１の区画３１０、経路１０８、処理空気Ａをその露点温度に冷却する蒸発器２１０、経路１０９、熱交換器３００の中間凝縮器としての第２の区画３２０、経路１１０、経路１１０に接続された処理空気Ａを循環するための送風機１０２、経路１１１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。図中、除湿空調装置２１から空調空間１０１に供給される空気をＳＡ、空調空間１０１から除湿空調装置に戻る空気をＲＡとして示してある。
【００２１】
また、屋外ＯＡから第２の流体としての冷却空気（外気）Ｂの経路に沿って、経路１２４、冷媒Ｃを冷却して凝縮させる凝縮器２２０、経路１２５、冷却空気Ｂを送風するための送風機１４０、経路１２６とこの順番で配列され、そして屋外ＯＡに排気ＥＸするように構成されている。
【００２２】
次に蒸発器２１０から冷媒Ｃの経路に沿って、ヒートポンプＨＰ１の機器構成を説明する。図中蒸発器２１０、経路２０４、四方弁７０１（ポート７０１Ａからポート７０１Ｂ）、経路２０４−１、蒸発器２１０で蒸発してガスになった冷媒Ｃを圧縮する（昇圧する）昇圧機としての圧縮機２６０、経路２０１−１、再び四方弁７０１（ポート７０１Ｃからポート７０１Ｄ）、経路２０１、凝縮器２２０、経路２０２、経路２０２に挿入配置された第２の絞り機構としての膨張弁機構７１１、熱交換器３００の第１の区画３１０を流れる処理空気Ａを冷却する蒸発セクション２５１、冷媒経路２０２Ｂ、熱交換器３００の第２の区画３２０を流れる処理空気Ａを加熱（再熱）する凝縮セクション２５２、経路２０３、絞り２５０がこの順番で配列され、そして再び蒸発器２１０に戻るようにして、ヒートポンプＨＰ１が構成されている。
【００２３】
ここで第１の運転モードと第２の運転モードとを切り替える切り替え機構としての四方弁７１１の構成を説明する。四方弁７０１は、４つの出入口であるポートが形成されている。すなわち、ポート７０１Ａ、ポート７０１Ｂ、ポート７０１Ｃ及びポート７０１Ｄである。第１の運転モード及びその延長上である冷房運転モードでは、ポート７０１Ａとポート７０１Ｂとが連通し、ポート７０１Ｃとポート７０１Ｄとが連通するように構成されている。また第２の運転モードでは、ポート７０１Ａとポート７０１Ｄとが連通し、ポート７０１Ｂとポート７０１Ｃとが連通する。なお、本切り替え機構は、四方弁に限らず４個の二方弁の組合せであってもよいし、２個の三方弁の組み合わせであってもよい。
【００２４】
なお、蒸発セクション２５１は第１の区画３１０中を蛇行するチューブで形成され、凝縮セクション２５２は第２の区画３２０中を蛇行するチューブで形成されている。本実施の形態では、蒸発セクション２５１は第１の区画３１０を複数回蛇行した後、経路２０２Ｂを介して凝縮セクション２５２に接続される。凝縮セクション２５２は第２の区画３２０を複数回蛇行した後、経路２０３に接続される。図中、各セクションは、処理空気Ａの流れに沿った面内で蛇行するように示されているが、実際は処理空気Ａの流れに直交する面内で蛇行するようにするとよい（図２参照）。但し、直交する面を複数設けて蛇行層が複数あるようにしてもよい。
【００２５】
このように蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とを連続した伝熱チューブで形成し、蒸発セクション２５１を第１の区画３１０内で複数回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２５２を第２の区画内で複数回蛇行させる構成にすると、蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２を接続する配管が１本乃至は最小限（２〜４本）の本数で足りるので、第１の区画３１０と第２の区画３２０とを離間して設置し易い（図２（ｂ）（ｃ）参照）。
【００２６】
なお、冷媒Ｃの経路２０２に膨張弁機構７１１を配置してあるが、膨張弁機構７１１は、冷媒の上流側から膨張弁７１２と膨張弁７１３とを直列に配置してある。また膨張弁７１２をバイパスするバイパス経路２０２Ａが設けられ、バイパス経路２０２Ａにはチェッキ弁７１４が挿入配置されている。チェッキ弁（逆止弁）７１４の流れ方向は凝縮器２２０から膨張弁７１３に向かう方向である。
同様に、膨張弁７１３をバイパスするバイパス経路２０２Ｂが設けられ、バイパス経路２０２Ｂにはチェッキ弁７１５が挿入配置されている。チェッキ弁７１５の流れ方向は熱交換器３００から膨張弁７１２に向かう方向である。また、冷媒Ｃの経路２０３に絞り２５０をバイパスする経路２０３Ａを設け、経路２０３Ａにソレノイドバルブ２５３を設けてある。
【００２７】
膨張弁７１２、膨張弁７１３、バイパス経路２０２Ａ（チェッキ弁７１４を含む）及びバイパス経路２０２Ｂ（チェッキ弁７１５を含む）を含んで第２の絞り機構としての膨張弁機構７１１が構成され、絞り２５０とソレノイドバルブ２５３を含んで第１の絞り機構２９２が構成されている。
【００２８】
ソレノイドバルブ２５３が開となると、開口面積は経路２０３の断面積にほぼ等しくなるように形成されている。言い替えれば、ソレノイドバルブ２５３が開となったときは、第１の絞り機構２９２の絞り度が減って（開口面積が増えて）、実質的に絞りとしては作用しない程度に大きい開口を有することになる（絞り度が実質的にゼロになる）。
【００２９】
言い替えれば、ソレノイドバルブ２５３を開とした場合は、第１の絞り機構２９２の開口面積を大きくし、第１の絞り機構２９２が実質的に絞りを形成しないように設定した場合である。ソレノイドバルブ２５３を閉とした場合が、第１の絞り機構２９２の開口面積を小さくし、第１の絞り機構２９２が絞りを形成するように設定した場合である。
【００３０】
経路２０１にはそこを流れる冷媒温度を検出する温度検出器としての感温筒７２１が設けられ、温度検出信号が膨張弁７１２に送られる。また膨張弁７１２と経路２０１との間には均圧管７２１Ａが設けられている。
同様に、経路２０４にはそこを流れる冷媒温度を検出する温度検出器としての感温筒７２２が設けられ、温度検出信号が膨張弁７１３に送られる。また膨張弁７１３と経路２０４との間には均圧管７２２Ａが設けられている。
【００３１】
このように構成されるので、膨張弁機構７１１前後の圧力の高低により、膨張弁７１２、７１３のうち膨張弁として作用する方が定まる。
第１の運転モードとしての除湿運転モード及び冷房運転モードの場合は、経路２０１が圧縮機２６０の吐出側に接続されており、第１の熱交換器２２０側が熱交換器３００側よりも高圧である。したがって、チェッキ弁７１５は黒塗りで示されている通り閉となっており、チェッキ弁７１４が開となっているので、膨張弁７１３が膨張弁としての作用をしている。
【００３２】
次に、熱交換器３００の構成を説明する。熱交換器３００は、蒸発器２１０に流入する前後の処理空気Ａ同士の間で、冷媒Ｃを介して間接的に熱交換をさせる熱交換器である。
【００３３】
この熱交換器３００は、蒸発器２１０を通過する前の処理空気Ａを流す第１の区画３１０と、蒸発器２１０を通過した後の処理空気Ａを流す第２の区画３２０とが、別々の直方体空間を構成している。両区画は、双方を流れる処理空気が混合しないように隔壁３０１、３０２が設けられており、熱交換チューブである蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とを接続する配管２０２Ｂはこの２つの区画の隔壁を貫通している。
【００３４】
図中、蒸発器２１０に導入される前の処理空気Ａは、右方から経路１０７を通して、第１の区画３１０に供給され、左方から経路１０８を通して出て行く。また蒸発器２１０を通して露点温度（以下）に冷却され絶対湿度の低下した処理空気Ａは、図中左方から経路１０９を通して第２の区画３２０に供給され、その右方から経路１１０を通して出て行く。
【００３５】
ここで図１に示す場合の蒸発器２１０についてサーキットの概念を説明する（適宜図２（ｂ）参照）。冷媒を伝熱チューブ中に流してその伝熱チューブの外側を流れる流体と冷媒とを熱交換させる熱交換器のサーキット数とは、冷媒を並行して流す流路の数である。図中冷媒経路２０３は、絞り２５０を出た後、蒸発器２１０の伝熱チューブ２１０Ａ、２１０Ｂに入る直前に設けられたディストリビュータ６０１に接続されている。ディストリビュータ６０１から、冷媒経路６２１と冷媒経路６２２が分岐して、それぞれ伝熱チューブ２１０Ａ、２１０Ｂに冷媒を導入するように構成されている。
【００３６】
伝熱チューブ２１０Ａ、２１０Ｂは、蒸発器２１０中で並列に冷媒を流すように配置されている。また冷媒の流れ方向は、処理空気Ａの流れ方向に対して対向流となっている。図３を参照して後述するように、これは温度的な対向流でもある。
【００３７】
この実施の形態では、蒸発器２１０のサーキットの数は２である。一方、熱交換器３００では、伝熱チューブは１本が蛇行しており、サーキットの数は１である。即ち、熱交換器３００の中間蒸発器部分である第１の区画３１０のサーキットの数は１であるから、蒸発器２１０のサーキットの数２よりも少ない。
【００３８】
不図示であるが、第１の区画と第２の区画のサーキットの数を２として、第２の区画を出たところで合流させ、第１の絞り機構２９２に導くようにしてもよい。このとき蒸発器２１０のサーキット数は３以上とするとよい。
【００３９】
図中、除湿運転モードではソレノイドバルブ２５３は黒塗りで示されている通り、閉になっている。熱交換器３００と蒸発器２１０との間の冷媒配管は、絞り２５０を介して接続されることになり、熱交換器３００における蒸発圧力及び凝縮圧力は、蒸発器２１０の蒸発圧力と凝縮器２２０の凝縮圧力との中間の圧力となる。
【００４０】
温度（気温）が比較的高いときは冷房運転モードを選択し、ソレノイドバルブ２５３を開く。このときは、膨張弁７１３が作用する。特に日本の気候では、気温の高いときは、通常は絶対湿度も高い。このときは冷房運転モードを選択して、顕熱と潜熱の両方を積極的に奪うのがよい。
【００４１】
ソレノイドバルブ２５３を開にすると、熱交換器３００と蒸発器２１０との間の冷媒配管は、実質的に絞り無しで接続されることになり、熱交換器３００内の伝熱チューブ内の圧力は蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２共に蒸発器２１０の蒸発圧力と実質的に等しくなり、熱交換器３００も蒸発器２１０と共に蒸発器として作用する。
【００４２】
なお、除湿運転モード、冷房運転モードの選択は、温度と湿度を検出して自動で行うようにしてもよいし、手動で行うようにしてもよい。湿度の高い低いは個人的好みもある。また、湿度や温度にかかわらず、強制的にとにかく温度を下げたい場合や、室内を強制的に乾燥させるためにとにかく湿度を下げたい場合もあるからである。
【００４３】
次に図２の除湿空調装置の設置状態を示す模式的側面図と熱交換器の斜視図を参照して、蒸発器２１０と熱交換器３００の構成例を具体的に説明する。（ｂ）（ｃ）に示すように、伝熱チューブ（細管）で構成される蒸発セクション２５１は多数のプレートフィンを貫通して配置されている。そして最も外側のフィンの外側でＵチューブ（ユーチューブ）により互いに接続されている。このようにして、伝熱チューブは第１の区画３１０を蛇行しながら複数回貫通している。
【００４４】
第１の区画３１０は、長方形のプレートフィンを多数平行に並べることにより形成される直方体の空間である。また、そのプレートフィンと細管群を収納する直方体空間の外面をプレート製のハウジングで囲むようにするとよい。ただしそのハウジングの対向する２つの面は開口しており、該開口を処理空気が通過する。
【００４５】
同様に、伝熱チューブである凝縮セクション２５２は、第２の区画３２０を蛇行しながら複数回貫通している。第２の区画３２０も第１の区画３１０と同様な構造を有する直方体の空間である。
【００４６】
蒸発セクション２５１の端部と凝縮セクション２５２の端部とは、配管２０２Ｂで接続されている。本実施の形態では、配管２０２Ｂは、蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２を構成する連続したチューブの一部として構成されている。
【００４７】
以上説明したように、冷媒流路である蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２は、それぞれ蛇行する細管群を構成している。このようにして、蒸発セクション２５１から凝縮セクション２５２を、全体として一方向に流れる冷媒Ｃは、細管群中を蛇行して流れながら、蒸発セクション２５１で蒸発し凝縮セクション２５２で凝縮する間に、第１の区画３１０を流れる温度の高い処理空気Ａからの熱を第２の区画３２０を流れる温度の低い処理空気Ａに伝える。
【００４８】
蒸発器２１０も同様に、伝熱チューブが多数の長方形のプレートフィンを貫通して構成されている。その構成は第１の区画３１０、第２の区画３２０と同様に直方体の空間として構成されている。そして最も外側のフィンの外側でＵチューブ（ユーチューブ）により接続されている。このようにして、伝熱チューブは蛇行しながらフィンを複数回貫通している。
【００４９】
本実施の形態では、蒸発セクション２５１、凝縮セクション２５２が、それぞれ処理空気Ａの流れに直交する１つの平面内に蛇行して配置された１層の細管群として構成されているのに対して、蒸発器２１０は、処理空気Ａの流れに直交する２つの平面内に蛇行して配置された２層の細管群として構成されている。
【００５０】
この実施の形態では、蒸発器２１０の細管（伝熱チューブ）群は２つのグループ、図中上半分と下半分に分割されている。上半分の伝熱チューブ２１０Ａと下半分の伝熱チューブ２１０Ｂは、蛇行しながら並行して又全体として処理空気の流れと対向する方向に配列されている。
【００５１】
蒸発器２１０の伝熱チューブの層数は伝熱量に応じて決めればよい。また、熱交換器３００と蒸発器２１０における細管群の伝熱面積の配分は、後で説明するように潜熱負荷と顕熱負荷との割合に応じて決めればよい。
【００５２】
また、蒸発器２１０は第１の区画３１０と第２の区画３２０との間に配置されている。このように配置すると、１つの直方体空間を３つに分割して、それぞれを第１の区画３１０、蒸発器２１０、第２の区画３２０として構成することができ、構造が単純になる。各区画３１０、３２０と蒸発器２１０との間では、フィンは図示のように不連続となるように切れ目を入れるのが好ましい。隣り合う各部の温度が異なるからである。
【００５３】
この構成では、同サイズ（特に同口径）の伝熱チューブからなる細管群は等間隔でフィンに貫通させて拡管してフィンに固定し、各細管の間は単純なＵチューブで接続し、各区画３１０、３２０間、また蒸発器２１０との間は、１本又は少数の配管（あるいは細管の一部）で接続すればよいので、構成が単純で、製造も容易である。
【００５４】
次に図２（ａ）の模式的断面図を参照して、以上説明した除湿空調装置を空調空間１０１の空調機として応用した例を説明する。空調空間１０１中即ち室内に設置される室内機中には、第１の区画３１０、蒸発機２１０、第２の区画３２０が一体で形成された熱交換器組立と、戻り空気ＲＡ、供給空気ＳＡを循環させる送風機１０２が収納されている。送風機１０２としてはクロスフローファンを用いると室内機をコンパクトにまとめることができる。第１の区画３１０の戻り空気ＲＡの流れの上流側には除塵フィルタが設けられている。
熱交換器３００、蒸発器２１０の下方にはドレンパン４５０が備えられ、ドレンパン４５０からはドレンパイプが屋外に導かれている。
【００５５】
戻り空気ＲＡはフィルタを通って除塵され、第１の区画３１０で予冷され、蒸発器２１０でさらに冷却されて除湿され飽和空気となる。この飽和空気は第２の区画３２０で再熱されて適度な絶対湿度で適度な温度の即ち適度な相対湿度の供給空気ＳＡとして、送風機１０２により空調空間１０１に供給される。すなわち処理空気は、（各区画と蒸発器との間に切れ目はあるものの）一見すると通常の冷房用フィンチューブ熱交換器に見える一塊のプレートフィンと細管群を一方向に通過する間に、予冷、水分除去、再熱の３つのプロセスが一気に行われ、適度な湿度と温度の供給空気ＳＡとなる。
【００５６】
空調空間１０１外に設置される室外機中には、凝縮器２２０、圧縮機２６０、送風機１４０が収納されている。そして、凝縮器２２０と第１の区画３１０の蒸発セクション２５１とは配管２０２で接続され、蒸発器２１０と圧縮機２６０とは配管２０３で接続されている。即ち、室内機と室外機とは２本の配管２０２と２０３だけで接続されている。なお本図では、絞り機構７１１は図示を省略してある。
【００５７】
次に先ず図１のフロー図を参照して、冷房・除湿運転モードの場合における各機器間の冷媒Ｃの流れを説明し、続けて図３に示すヒートポンプＨＰ１の第１の運転形態としての除湿運転モード時の冷媒モリエ線図を参照して、ヒートポンプＨＰ１の作用を説明する。
【００５８】
図１において、先ず第１の運転モードとしての除湿運転モード時の場合を説明する。このときは、四方弁７０１の切り替えにより、経路２０４が圧縮機２６０の吸い込み側に、経路２０１がその吐出側に接続されている。また、ソレノイドバルブ２５３は閉となっている。圧縮機２６０により圧縮された冷媒ガスＣは、圧縮機２６０の吐出口に接続された冷媒ガス配管２０１−１、四方弁７０１、経路２０１を経由して凝縮器２２０に導かれる。圧縮機２６０で圧縮された冷媒ガスＣは、冷却空気としての外気Ｂで冷却され凝縮する。
【００５９】
凝縮した冷媒は、凝縮器２２０の冷媒出口に設けられた膨張弁機構７１１のチェッキ弁７１４を通過して、膨張弁７１３で絞られる。チェッキ弁７１４がほとんど無抵抗に冷媒を流すので膨張弁７１２は膨張弁としては作用しない。チェッキ弁７１５は逆止作用により冷媒を流さない。
【００６０】
膨張弁７１３は、感温筒７２２からの経路２０４内の冷媒の温度に応じた信号（圧力）と経路２０４内の冷媒の圧力を均圧管７２２Ａを通して受けている。
経路２０４内の冷媒の過熱度はその圧力と温度の関数であるので、両者を受信することにより、膨張弁７１３は冷媒の過熱度に応じた開閉作用を行うことができる。即ち、経路２０４内の冷媒（蒸発器２１０で蒸発した冷媒）の過熱度が高いときは開方向として冷媒流量を増やし、過熱度が低いとき（冷媒が湿っているときも含む）は閉方向として冷媒流量を減らすようにする。
これは、除湿運転モードの場合も冷房運転モードの場合も同様である。
【００６１】
膨張弁機構７１１は、熱交換器３００の蒸発セクション２５１の入り口に冷媒経路２０２により接続されている。
【００６２】
凝縮器２２０を出た液冷媒Ｃは、膨張弁機構７１１で減圧され、膨張して一部の冷媒Ｃが蒸発（フラッシュ）する。その液とガスの混合した冷媒Ｃは、蒸発セクション２５１に到り、ここで液冷媒Ｃはプレートフィンを貫通しながら蛇行する蒸発セクション２５１のチューブの内壁を濡らすように繰り返し流れ蒸発して、第１の区画３１０を流れる、蒸発器２１０に流入する前の処理空気Ａを冷却（予冷）する。
【００６３】
蒸発セクション２５１である程度蒸発し、ガスと液の混合物となった冷媒は、配管２０２Ｂに導かれて、凝縮セクション２５２に流入する。第２の区画３２０を流れる処理空気Ａ、即ち第１の区画３１０で予冷された後に蒸発器２１０で冷却除湿され、蒸発器２１０に流入する前より温度が低くなった処理空気Ａを加熱（再熱）し、冷媒自身は熱を奪われ凝縮する。本実施の形態では蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とは一連のチューブ（Ｕチューブを含む）で形成されている。すなわち一体の流路として構成されているので、蒸発セクション２５１で蒸発した冷媒ガスＣ（及び蒸発しなかった冷媒液Ｃ）は、凝縮セクション２５２に流入して凝縮することにより、物質移動と同時に熱移動を行う。
【００６４】
熱交換器３００の最後の凝縮セクション２５２の出口側は、冷媒液配管２０３により、蒸発器２１０に接続され、冷媒配管２０３中には絞り２５０、絞り２５０をバイパスするソレノイドバルブ２５３が設置されている。
【００６５】
凝縮セクションで凝縮した冷媒液Ｃは、絞り２５０で減圧され膨張して温度を下げて、ディストリビュータ６０１を介して、配管６２１、６２２に分岐し、蒸発器２１０のそれぞれ伝熱チューブ２１０Ａ、２１０Ｂに入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気Ａを冷却する。絞り３３０、２５０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。ソレノイドバルブ２５３は閉となっているので、冷媒液Ｃはソレノイドバルブ２５３を通過しない。
【００６６】
ここで絞り２９２の前後で冷媒の圧力は減圧されている。したがって、熱交換器３００中の伝熱チューブ、例えば伝熱チューブ２５１内の冷媒の体積流量は、蒸発器２１０内の伝熱チューブ２１０Ａ、２１０Ｂ内のそれよりも少ない。蒸発器２１０の伝熱チューブ出口では冷媒はほとんどガス化しているのに対して、熱交換器３００の伝熱チューブ内では冷媒は通常は２相流であるので、さらに差がつく傾向となる。
【００６７】
しかしながら本実施の形態によれば、熱交換器３００のサーキット数が１に対して蒸発器２１０のサーキット数が２であるので、両者を構成する伝熱管のサイズを同じにしても、その中を流れる冷媒の流速の差を小さくすることができる。したがって、例えば伝熱チューブのサイズを蒸発器２１０内の冷媒流速が適切な値になるように選定したとき、同サイズの伝熱チューブを用いる熱交換器３００の冷媒流速も適切な値とすることができる。
【００６８】
蒸発器２１０で蒸発してガス化した冷媒Ｃは、再び合流して経路２０４を通して、四方弁７１１のポート７０１Ａ、７０１Ｂを介して、経路２０４−１を通って圧縮機２６０の吸込側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。
【００６９】
図中、熱交換器３００の蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２内の冷媒Ｃの挙動を説明する。先ず蒸発セクション２５１には、液相及び気相の冷媒Ｃが流入する。一部が気化した、気相を僅かに含む冷媒液Ｃであってもよい。この冷媒Ｃは、蒸発セクション２５１を流れる間に、処理空気Ａを予冷し自身は加熱され気相を増やしながら凝縮セクション２５２に流入する。凝縮セクション２５２では、冷却除湿されることにより蒸発セクション２５１の処理空気Ａよりも温度の低くなった処理空気Ａを加熱し、自身は熱を奪われ気相冷媒Ｃを凝縮させる。このように冷媒Ｃは気相と液相の相変化をしながら冷媒流路を流れ、蒸発器２１０で冷却される前の処理空気Ａと、蒸発器２１０で冷却されて絶対湿度を低下させた処理空気Ａとの間で熱交換させる。
【００７０】
第１の運転形態の延長である冷房運転の場合は、ソレノイドバルブ２５３を閉から開として冷媒Ｃが絞り２５０の前後で圧力低下を起こさないようにし、第１の運転形態としての除湿運転から、冷房運転に運転形態を切り替える。このときも膨張弁７１３が作用しており、蒸発器２１０で蒸発した冷媒の過熱度が適切な値になるように冷媒流量が調節される。
【００７１】
こうすることにより、絞り２５０前後の冷媒Ｃの圧力低下をほぼゼロとし、配管圧損を除いた冷媒Ｃの圧力低下を膨張弁機構７１１で発生させることができ、熱交換器３００の凝縮セクション２５２と、蒸発セクション２５１における冷媒Ｃの圧力が、蒸発器２１０における冷媒Ｃの圧力にほぼ等しくなり、蒸発器２１０に加えて凝縮セクション２５２と、蒸発セクション２５１においても冷媒Ｃの蒸発が発生する。よって、蒸発の伝熱面積が増えるので冷房能力すなわち顕熱処理能力を増加させることができる。
【００７２】
そして、除湿運転モード時では、熱交換器３００を蒸発器２１０を通過する前後の処理空気Ａのレヒート熱交換器として使うことによって冷却による結露水分量を冷房運転モード時より増やし、冷房運転モード時より除湿能力すなわち潜熱処理能力を増加させることができる。これによって、除湿運転モード時では、冷房運転モード時より速やかに湿度を下げることができ、いわゆる低顕熱比の湿度の高い室内空調負荷にも対応できる。
またさらに、除湿運転モード時には送風機１０２による送風量を冷房運転モード時よりも減らすことにより、結露水分量を冷房運転モード時より増やすようにしてもよい。そのために、送風機１０２も不図示の可変速モータにより駆動して、回転数の増減制御が可能に構成するとよい。
【００７３】
本第１の実施の形態の除湿空調装置を、家庭用のエアコンに適用した場合、除湿運転を行うことによって、梅雨時や夏期夜間の就寝時に室内が冷えすぎることなく、低湿度で快適な環境を作ることができる。
【００７４】
以上説明したように、本実施の形態の除湿空調装置は、空調負荷の顕熱比が可変であり、しかも除湿運転、冷房運転いずれの運転形態においても省エネルギーな運転ができる。
【００７５】
次に図３のモリエ線図を参照して、ヒートポンプＨＰ１の除湿運転モード時の作用を説明する。なお、機器等については適宜図１を参照する。図３は、混合冷媒ＨＦＣ４０７Ｃ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。
【００７６】
図中、点ａは蒸発器２１０の冷媒出口の状態であり、冷媒Ｃは飽和ガスの状態にある。圧力は０．６７ＭＰａ、温度は１１．２℃、エンタルピは４１４．０ｋＪ／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１．６６ＭＰａであり、過熱ガスの状態にある。
【００７７】
この冷媒ガスＣ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１．６６ＭＰａ、温度は４２．９℃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、圧力は点ｃと同じであり、温度は３８℃、エンタルピは２５６．９ｋＪ／ｋｇである。使用している冷媒が混合冷媒であるので、同圧力での凝縮でも飽和ガス線上の温度と飽和液線上の温度が異なる。
【００７８】
この冷媒液Ｃは、膨張弁機構７１１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。圧力は、本発明の中間圧力であり、本実施例では０．６７ＭＰａと１．６６ＭＰａとの中間の値となる。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。
【００７９】
蒸発セクション２５１内で、前記中間圧力下で冷媒液Ｃ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。ここでは液の一部が蒸発しているが、冷媒液Ｃはある程度残っている。
【００８０】
点ｆで示される状態の冷媒Ｃ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Ｃは第２の区画３２０を流れる低温の処理空気Ａにより熱を奪われ、点ｇに到る。
【００８１】
点ｇはモリエ線図では飽和液線上にある。温度は１８℃、エンタルピは２２６．１ｋＪ／ｋｇである。
【００８２】
点ｇの冷媒液Ｃは、絞り２５０で、温度５．２℃の飽和圧力である０．６７ＭＰａまで減圧され、点ｊに到る。この点ｊの冷媒Ｃは、５．２℃の冷媒液Ｃと冷媒ガスＣの混合物として蒸発器２１０に到り、ここで処理空気Ａ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。凝縮器におけるのと同様に、混合冷媒を使用しているので、同圧力での蒸発でも飽和ガス線上の温度と飽和液線上の温度とが異なる。
【００８３】
したがって、図１のフロー図を参照して説明したように、冷媒と処理空気の流れを対向流とすると両者の流れは温度的にも対向流となる。即ち、蒸発器２１０に流入する際の冷媒温度は５．２℃であり流出冷媒温度１１．２℃よりも低い。この低い温度の冷媒が蒸発器２１０を流出しようとする処理空気と接触する。したがって蒸発器２１０の熱交換効率を高くすることができる。
熱交換器３００については、具体的な温度は省略するが、同様に冷媒と処理空気の流れを対向流とすることにより（図１参照）同様な効果を得ることができる。
【００８４】
以上説明したように、熱交換器３００内では、冷媒Ｃは蒸発セクション２５１では点ｅから点ｆまでと蒸発の状態変化を、凝縮セクション２５２では点ｆから点ｇ１までと凝縮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くまた熱交換効率が高い。
【００８５】
さらに、圧縮機２６０、凝縮器２２０、膨張弁機構７１１、絞り２５０及び蒸発器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、凝縮器２２０における点ｄの状態の冷媒Ｃを、絞りを介して蒸発器２１０に戻すため、蒸発器２１０で利用できるエンタルピ差は４１４．０−２５６．９＝１５７．１ｋＪ／ｋｇしかないのに対して、熱交換器３００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、４１４．０−２２６．１＝１８７．９ｋＪ／ｋｇになり、同一冷却負荷に対して圧縮機２６０に循環するガス量を、ひいては所要動力を１６％も小さくすることができる。すなわち、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。
【００８６】
次に、ヒートポンプＨＰ１の冷房運転モード時の作用を説明する。図中点ｄまでは除湿運転モード時と同様であるので点ｄまでの説明は省略する。凝縮器２２０を出た、冷媒Ｃは膨張弁機構７１１を通過する。この絞りを通過すると圧力は１．６６ＭＰａから０．６７ＭＰａまで減少し、図中点ｄから点ｊ’に移行する。この点ｊ’のエンタルピは、２５６．９ｋＪ／ｋｇである。そして冷媒は熱交換器３００、蒸発器２１０で蒸発し点ａに至る。
【００８７】
一般に、特に日本のような温帯や亜熱帯地方における気候では、空調負荷のうち除湿負荷（潜熱負荷）の最大値は盛夏でも雨季でもそれほどの差はない。一方、顕熱負荷は例えば８月のような盛夏時には著しく増加する。そのため、冷房と除湿を兼用する空調機の設計上の最大負荷としては、盛夏時の負荷を採用しなければならない。
【００８８】
それに対して、除湿運転モード時の最大負荷は、冷房運転モードの最大負荷の半分以下である。一例をあげれば、盛夏時の総負荷を１００とすると、そのうち潜熱負荷は３０であり、梅雨時のような雨季の総負荷は４０であり、そのうち潜熱負荷は２５である。
したがって、蒸発器で奪うべき熱量は、冷房運転モード時の方が除湿運転モード時に比べてはるかに多い。顕熱負荷が大きい分だけ多くなるからである。しかしながら、潜熱負荷は雨季と盛夏時とであまり変わらない。
【００８９】
本発明の実施の形態によれば、冷房運転モード時には蒸発器として使用できる伝熱面積が蒸発器２１０に加えて熱交換器３００の分が加わるので、十分な伝熱が確保できる。また除湿運転モード時には、蒸発器として使用できる伝熱面積は蒸発器２１０の分であり、除湿負荷に適した伝熱面積とすることができる。熱交換器３００は除湿した後のいわば冷えすぎた処理空気の再熱に使用でき、同時に処理空気の予冷に使用できる。
【００９０】
別の方向から見れば、冷房専用の空調機に必要十分な伝熱面積を有する蒸発器の伝熱面積を３分割し、蒸発器２１０、蒸発セクション２５１、凝縮セクション２５２とすればよい。即ち、冷房専用の空調機の蒸発器そのままの大きさをもって、冷媒配管を調整するだけで、冷房・除湿兼用のコンパクトで効率的な空調機を構成することができる。
【００９１】
日本の気候におけるような負荷割合に対しては、熱交換器全体の伝熱面積の約４０〜６０％を蒸発器２１０に配分し、残り６０〜４０％の伝熱面積を蒸発セクション２５１と凝縮セクション２５２とに伝熱量に応じて配分すればよい。
【００９２】
また除湿運転であっても、冷房運転であっても、熱交換器３００内の冷媒の体積流量は蒸発器２１０内の冷媒体積流量よりも小さい。本実施の形態によれば、熱交換器３００のサーキット数は１であり、蒸発器のサーキット数２よりも小さいので、除湿運転の際も冷房運転の際も、熱交換器３００と蒸発器２１０の冷媒流速をそれぞれ同じような値にすることができ、熱伝達率の低下を防止することができる。
【００９３】
図４に示す除湿空調装置２１の除湿運転モード時の湿り空気線図を参照して、また構成については適宜図１を参照して、ヒートポンプＨＰ１を備えた除湿空調装置２１の除湿運転モード時の作用を説明する。図４中、アルファベット記号Ｋ、Ｘ、Ｌ、Ｍ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。
【００９４】
図中、空調空間１０１からの処理空気Ａ（状態Ｋ）は、処理空気経路１０７を通して、熱交換器３００の第１の区画３１０に送り込まれ、ここで蒸発セクション２５１で蒸発する冷媒Ｃによりある程度まで冷却される。これは蒸発器２１０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。この間、蒸発セクション２５１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点Ｘに到る。点Ｘは飽和線上にある。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ものであってもよい。又は点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ものであってもよい。
【００９５】
予冷された処理空気Ａは、経路１０８を通して、蒸発器２１０に導入される。ここでは、絞り２５０によって減圧され、低温で蒸発する冷媒Ｃにより、処理空気Ａはその露点温度（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に到る。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。
【００９６】
点Ｌの状態の処理空気Ａは、経路１０９を通して熱交換器３００の第２の区画３２０に流入する。ここでは凝縮セクション２５２内で凝縮する冷媒Ｃにより、絶対湿度一定のまま加熱され点Ｍに到る。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として、送風機１０２により吸い込まれ、空調空間１０１に戻される。
【００９７】
熱交換器３００では、蒸発セクション２５１での冷媒Ｃの蒸発により処理空気Ａを予冷し、凝縮セクション２５２での冷媒Ｃの凝縮により処理空気Ａを再熱する。そして蒸発セクション２５１で蒸発した冷媒Ｃは、凝縮セクション２５２で凝縮する。このように同じ冷媒Ｃの蒸発と凝縮作用により、蒸発器２１０で冷却される前後の処理空気Ａ同士の熱交換を間接的に行う。
【００９８】
凝縮器２２０には、経路１２４を通して外気Ｂが導入される。この外気Ｂは凝縮する冷媒Ｃから熱を奪い、加熱された外気Ｂは経路１２５を経由して送風機１４０に吸い込まれ、経路１２６を経由して屋外に排出される（ＥＸ）。
【００９９】
ここで図４の湿り空気線図上に示す空気側のサイクルでは、第１の区画３１０で処理空気Ａを予冷した熱量、すなわち第２の区画３２０で処理空気Ａを再熱した熱量ΔＨが熱回収分であり、蒸発器２１０で処理空気Ａを冷却した熱量分がΔＱである。また空調空間１０１を冷房する、冷房効果がΔｉである。
【０１００】
本第１の実施の形態の除湿空調装置２１は、冷房運転モード時に空気・空気熱交換器としての熱交換器３００を蒸発器として使用することにより、蒸発器の伝熱面積を増やして蒸発温度を上げて、冷房処理能力すなわち顕熱処理能力を増加させることができる。これによって、速やかに室温を下げることができ、いわゆる高顕熱比の、乾燥し且つ高温の室内空調負荷に対応できる。
【０１０１】
すなわち、冷房運転モード時においては、図４の湿り空気線図中、空調空間１０１（図１）（状態Ｋ）を出た処理空気Ａは熱交換器の第１の区画３１０（図１）、蒸発器２１０（図１）、熱交換器の第２の区画３２０（図１）において冷却され、熱交換器の第２の区画３２０を出た処理空気Ａは図中の点Ｘの近傍の点で表される状態にある。また冷房運転モード時には、送風機１０２の送風量を除湿運転モード時よりも多くするように構成するのが好ましい。このようにすると大量の顕熱を取りやすいからである。
【０１０２】
本実施の形態の除湿空調装置２１は、除湿運転モード時に、熱交換器３００を蒸発器２１０を通過する前後の処理空気Ａのレヒート熱交換器として使うことによって冷却による結露水分量を冷房運転モード時より増やし、除湿能力すなわち潜熱処理能力を増加させることができる。これによって、除湿運転モード時では、速やかに湿度を下げることができ、いわゆる低顕熱比の湿度の高い室内空調負荷にも対応できる。
【０１０３】
除湿空調装置２１は、空調負荷の顕熱比が可変であり、しかも除湿運転、冷房運転いずれの運転形態においても省エネルギーな運転ができる。
【０１０４】
次に図５のフロー図を参照して図１の除湿空調装置を暖房運転モードで運転する場合を説明する。ここでは、暖房運転モードで切り替わる機器及びその周辺の機器のみに符号をふりその他の符号は省略してある。
【０１０５】
まず四方弁７０１の切り替えにより、圧縮機２６０の吸込側と吐出側とを切り替える。即ち、四方弁７０１のポート７０１Ａが７０１Ｄに連通し、ポート７０１Ｂが７０１Ｃに連通する。このことにより経路２０４は経路２０１−１に、経路２０１は経路２０４−１に連通する。
【０１０６】
またソレノイドバルブ２５３が開となり、絞り機構２９２が絞り作用を実質的にゼロとする。したがって第１の熱交換器２１０と第３の熱交換器３００とは、ほぼ同圧となり圧縮機２６０の吐出圧を受けて凝縮器として作用する。
【０１０７】
第２の熱交換器２２０は、四方弁７０１を介して圧縮機２６０の吸い込み側に接続される結果、蒸発器として作用する。
【０１０８】
以上のように、第２の絞り機構としての膨張弁機構７１１の前後は、第３の熱交換器３００側が第２の熱交換器２２０側よりも高い圧力となるので、チェッキ弁７１４は逆止作用をして冷媒を流さない。したがって、第１の熱交換器２１０と熱交換器３００とで凝縮した冷媒は、膨張弁機構７１１のチェッキ弁７１５を通過して、膨張弁７１２で絞られる。チェッキ弁７１５がほとんど無抵抗に冷媒を流すので膨張弁７１３は膨張弁としては作用しない。
【０１０９】
膨張弁７１２は、感温筒７２１からの経路２０１内の冷媒の温度に応じた信号（圧力）と経路２０１内の冷媒の圧力を均圧管７２１Ａを通して受けている。
経路２０１内の冷媒の過熱度はその圧力と温度の関数であるので、両者を受信することにより、膨張弁７１２は冷媒の過熱度に応じた開閉作用を行うことができる。即ち、経路２０１内の冷媒（蒸発器として作用している熱交換器２２０で蒸発した冷媒）の過熱度が高いときは開方向として冷媒流量を増やし、過熱度が低いとき（冷媒が湿っているときも含む）は閉方向として冷媒流量を減らすようにする。
【０１１０】
このようにして熱交換器２２０が蒸発器として作用し外気から熱を汲み上げ、熱交換器２１０及び熱交換器３００が凝縮器として作用し、経路１０７〜１１１を通って流れる処理空気を加熱するので、除湿空調装置２１は空調空間１０１を暖房する暖房装置として用いることができる。
冷媒のサイクルは、図３において点ａ、ｂ、ｄ、ｊ’、ａのサイクルと同様になる。温度と圧力、エンタルピは、外気温度が冬季には図示よりも一般に低温となるので図とは異なるが、作用は同様であるので重複した説明は省略する。
【０１１１】
図６のフロー図を参照して、第２の実施の形態の除湿空調装置２２を説明する。第１の実施の形態と異なるのは、第２の絞り機構の構成である。ここでも先ず除湿運転の場合で説明する。
経路２０１には、過熱度検出器７３２を構成する圧力検出器７３２Ｐと温度検出器７３２Ｔとが設けられている。これは暖房運転モードで作動する。また経路２０４には、過熱度検出器７３３を構成する圧力検出器７３３Ｐと温度検出器７３３Ｔとが設けられている。これは除湿運転モード及び冷房運転モードで作動する。
【０１１２】
経路２０２には、電子膨張弁７３１が設けられている。除湿空調装置２２は膨張弁コントローラ７３４を備えている。膨張弁コントローラ７３４は、典型的には、デジタルコントローラである。制御ソフトをインストールしたマイコンやパソコンであってもよい。
【０１１３】
電子膨張弁７３１は、例えばステップモータで駆動するニードルを備えたニードル弁である。ニードルはスクリューの先端に設けられており、ステッピングモータの回転に応じて、弁座部分を出入することにより、開度を調節できる。
【０１１４】
膨張弁コントローラ７３４は、圧力検出器７３２Ｐで検出される圧力と温度検出器７３２Ｔで検出される温度、又は圧力検出器７３３Ｐで検出される圧力と温度検出器７３３Ｔで検出される温度とを受信して、過熱度を演算し、演算された過熱度が適切な値となるように（モリエ線図上で飽和ガス線上の状態となるように、または少なくとも乾き状態となるように）電子膨張弁を調節する。
【０１１５】
除湿運転モードと冷房運転モードの場合は、圧力検出器７３３Ｐで検出される圧力と温度検出器７３３Ｔで検出される温度とに基いて、また暖房運転モードの場合は、圧力検出器７３２Ｐで検出される圧力と温度検出器７３２Ｔで検出される温度に基いて電子膨張弁を調節する。
その他の構成と作用は、第１の実施の形態と同様であるので、重複した説明を省略する。
【０１１６】
以上の実施の形態は、第１の区画３１０には、空調空間１０１からの戻り空気を導入するものとして説明したが、空調空間１０１からの戻り空気を導入せずに外気を導入してもよい。湿度と温度の高い外気は、蒸発器２１０で冷却する前に予冷するのが好ましく、このように構成することにより、全量外気を必要とする病院やレストランの空調を高いＣＯＰをもって行うことができる。
【０１１７】
以上の実施の形態では、空調空間を空調する除湿空調装置として説明したが、本発明の除湿空調装置は、必ずしも空調空間に限らず他の除湿を必要とする空間に、一般の除湿装置として応用することもでき、本発明の除湿空調装置とはそのような場合も含むものとする。
【０１１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、切り替え機構を備えるので、第１の運転モードと第２の運転モードとの切り替えが可能なヒートポンプ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除湿運転モードのフローを示すフロー図である。
【図２】図１に示す除湿空調装置の設置状態を示す模式的側面図と熱交換器の斜視図である。
【図３】図１に示す除湿空調装置のヒートポンプのモリエ線図である。
【図４】図１の除湿空調装置の除湿運転モード時の作動を説明する湿り空気線図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態である除湿空調装置の暖房運転モードのフローを示すフロー図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態である除湿空調装置の除湿運転モードのフローを示すフロー図である。
【図７】従来の除湿空調装置のフロー図である。
【符号の説明】
２１、２２ 除湿空調装置
１０１ 空調空間
１０２、１４０ 送風機
２１０ 蒸発器
２２０ 凝縮器
２５１ 蒸発セクション
２５２ 凝縮セクション
２５０ 絞り
２５３ ソレノイドバルブ
２６０ 圧縮機
７１１ 第２の絞り機構
２９２ 第１の絞り機構
３００ 熱交換器
３１０ 第１の区画
３２０ 第２の区画
７０１ 四方弁
７１１ 膨張弁機構
７１２、７１３ 膨張弁
７１４、７１５ チェッキ弁
７２１、７２２ 感温筒
７３１ 電子膨張弁
７３２Ｔ、７３３Ｔ 温度検出器
７３２Ｐ、７３３Ｐ 圧力検出器
ＨＰ１ ヒートポンプ
Claims (4)
- 冷媒を昇圧する昇圧機と；
第１の運転モードと第２の運転モードとを切り替える切り替え機構と；
前記第１の運転モードで前記冷媒を蒸発して第１の流体を冷却し、前記第２の運転モードで前記冷媒を凝縮して前記第１の流体を加熱する第１の熱交換器と；前記第１の運転モードで前記冷媒を凝縮して第２の流体を加熱し、前記第２の運転モードで前記冷媒を蒸発して前記第２の流体を冷却する第２の熱交換器と；前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器とを接続する冷媒経路中に設けられ、前記第１の運転モードで前記第２の熱交換器の凝縮圧力と前記第１の熱交換器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒の蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により前記第１の流体を冷却し、前記中間圧力凝縮により前記第１の流体を加熱し、前記第２の運転モードで前記第１の熱交換器の凝縮圧力とほぼ同じ圧力で前記冷媒を凝縮し前記第１の流体を加熱する第３の熱交換器と；
前記第３の熱交換器と前記第１の熱交換器との間の前記冷媒経路中に設けられた、絞り度が切り替え可能な第１の絞り機構と；
前記第２の熱交換器と前記第３の熱交換器との間の前記冷媒経路中に設けられた、第２の絞り機構とを備え；
前記第１の流体は、前記第１の運転モードで、前記第３の熱交換器での冷却と前記第１の熱交換器での冷却と前記第３の熱交換器での加熱とをこの順番で受けるように構成された；
ヒートポンプ。 - 冷媒を昇圧する昇圧機と；
除湿運転モードと暖房運転モードとを切り替える切り替え機構と；
前記除湿運転モードで前記冷媒を蒸発して処理空気を露点温度まで冷却し、前記暖房運転モードで前記冷媒を凝縮して前記処理空気を加熱する第１の熱交換器と；
前記除湿運転モードで前記冷媒を凝縮して熱源流体を加熱し、前記暖房運転モードで前記冷媒を蒸発して前記熱源流体を冷却する第２の熱交換器と；
前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器とを接続する冷媒経路中に設けられ、前記除湿運転モードで前記第２の熱交換器の凝縮圧力と前記第１の熱交換器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒の蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により前記処理空気を冷却し、前記中間圧力凝縮により前記処理空気を加熱し、前記暖房運転モードで前記第１の熱交換器の凝縮圧力とほぼ同じ圧力で前記冷媒を凝縮し前記処理空気を加熱する第３の熱交換器と；
前記第３の熱交換器と前記第１の熱交換器との間の前記冷媒経路中に設けられた、絞り度が切り替え可能な第１の絞り機構と；
前記第２の熱交換器と前記第３の熱交換器との間の前記冷媒経路中に設けられた、第２の絞り機構とを備え；
前記処理空気は、前記除湿運転モードで、前記第３の熱交換器での冷却と前記第１の熱交換器での冷却と前記第３の熱交換器での加熱とをこの順番で受けるように構成された；
除湿空調装置。 - 除湿運転モードにおける第１の熱交換器を出る冷媒の過熱度を検出する第１の過熱度検出器と；
暖房運転モードにおける第２の熱交換器を出る冷媒の過熱度を検出する第２の過熱度検出器とを備え；
前記第２の絞り機構は、前記除湿運転モードでは前記第１の過熱度検出器の検出結果に基いて絞り度を増減し、前記暖房運転モードでは前記第２の過熱度検出器の検出結果に基いて絞り度を増減する膨張弁を有する；
請求項２に記載の除湿空調装置。 - 前記第１の絞り機構は、前記第１の熱交換器と前記第３の熱交換器との間の絞り度を実質的にゼロにまで減ずることが可能な、請求項２または請求項３に記載の除湿空調装置。
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|---|---|---|---|---|
| JP2010169378A (ja) * | 2009-01-20 | 2010-08-05 | Myung Jae Sung | ヒートポンプシステムを用いた多目的乾燥装置 |
| US20150159920A1 (en) * | 2013-12-10 | 2015-06-11 | Lg Electronics Inc. | Dehumidifier |
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| CN113803804A (zh) * | 2021-10-12 | 2021-12-17 | 珠海格力电器股份有限公司 | 除湿装置、壳管换热器及空调 |
| CN114719593A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-07-08 | 浙江极炎能源科技有限公司 | 一种梯级冷却梯级蒸发的热泵烘干系统 |
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