JP2004028365A - Dehumidifying air conditioner - Google Patents

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Kensaku Maeda
前田 健作
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dehumidifying air conditioner permitting arranging a middle evaporator and a middle condenser without a strain. <P>SOLUTION: This dehumidifying air conditioner comprises an evaporator 210 evaporating coolant C and cooling process air A, a booster 26 of the coolant, a condenser 220 of the coolant C, the middle evaporator 310 evaporating the coolant by middle pressure between the condenser and the evaporator and cooling the process air, the middle condenser 320 condensing the coolant by the middle pressure and heating the process air, process air passages 107-111 connecting the middle evaporator, the evaporator and the middle condenser in this order, a first throttle mechanism 292 provided to the downstream side of the middle condenser, and a second throttle mechanism 291 provided to the upstream side of the middle evaporator. The middle evaporator and the middle condenser are constituted including heat transfer tubes 251, 252 respectively meandering and passing through for more than one reciprocation in the process air, and the heat transfer tubes 251, 252 are connected. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中間蒸発器と中間凝縮器とを備える除湿空調装置に関し、特に中間蒸発器と中間凝縮器の配置が容易な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1と、圧縮された冷媒Cを外気Bで凝縮する凝縮器2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3で減圧し、中間圧力で蒸発と凝縮を繰り返して行う熱交換器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4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5とを備える。
【0003】
この装置では、除湿運転モード時には熱交換器300”の蒸発と凝縮の圧力は凝縮器2の凝縮圧力と蒸発器5の蒸発圧力の中間圧力となる。このとき、熱交換器300”の中間蒸発器310”では、蛇行する伝熱チューブが1往復する間に冷媒はある程度蒸発し、次に中間凝縮器320”で、伝熱チューブが1往復する間に前記蒸発した冷媒は凝縮する。このように冷媒は中間蒸発器と中間凝縮器との間で往復しながら蒸発と凝縮を繰り返す。一方蒸発器5では、処理空気Aは露点温度に冷却され水分を除去される。
【0004】
このようにして、中間蒸発器310”と中間凝縮器320”との間で冷媒を交互に繰り返し流す間に、熱交換器300”は、蒸発器5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。その結果、蒸発器5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。
【0005】
【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、中間蒸発器310”と中間凝縮器320”では、蛇行してそれぞれを貫通する伝熱チューブは、一往復する毎に両者を連絡する連絡チューブを必要としており、中間蒸発器310”と中間凝縮器320”の配置に制約があった。特に、中間蒸発器310”と中間凝縮器320”とを、直近に隣接して配列するときには問題は少ないが、両者の間に他の機器、例えば蒸発器5を挿入して配置しようとする場合に、無理があった。
【0006】
そこで本発明は、中間蒸発器と中間凝縮器とを無理無く配置することのできる除湿空調装置を提供することを目的としている。
【0007】
【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空調装置21は、例えば図1に示されるように、冷媒Cを蒸発して処理空気Aを冷却する蒸発器210と;蒸発した冷媒Cを昇圧する昇圧機260と;昇圧された冷媒Cを凝縮する凝縮器220と;凝縮器220と蒸発器210との間の冷媒経路中に設けられ、凝縮器220の凝縮圧力と蒸発器210の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Cを蒸発させて処理空気Aを冷却する中間蒸発器310と;凝縮器220と蒸発器210との間の冷媒経路中に設けられ、凝縮器220の凝縮圧力と蒸発器210の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Cを凝縮させて処理空気Aを加熱する中間凝縮器320と;中間蒸発器310と蒸発器210と中間凝縮器320とをこの順番で接続する処理空気経路107〜111と;中間凝縮器320の下流側の冷媒経路中に設けられる第1の絞り機構292と;中間蒸発器310の上流側の冷媒経路中に設けられる第2の絞り機構291とを備え;中間蒸発器310は処理空気Aの流れ中を1往復を越えて蛇行して貫通する伝熱チューブ251を含んで構成され;中間凝縮器320は処理空気Aの流れ中を1往復を越えて蛇行して貫通する伝熱チューブ252を含んで構成され;中間蒸発器310の伝熱チューブ251と中間凝縮器の伝熱チューブ252とは接続されている。
【0008】
典型的には、中間蒸発器の伝熱チューブ251と中間凝縮器の伝熱チューブ252とは相互に行き来することなく接続されている。蒸発器210は処理空気Aを典型的には露点まで冷却する。1往復を越えて処理空気中を貫通する伝熱チューブは、典型的には2往復以上であるが、1.5往復であってもよい。1往復を越えて貫通しているので、冷媒は中間蒸発器310で十分に蒸発し、中間凝縮器320では十分に凝縮する。中間蒸発器の伝熱チューブ251と中間凝縮器の伝熱チューブ252とは相互に行き来することなく接続されているときは、構造が単純となる。典型的には、中間蒸発器の伝熱チューブ251と中間凝縮器の伝熱チューブ252とは、1本の配管202Bで接続されている。
【0009】
また請求項2に記載のように、請求項1に記載の除湿空調装置では、中間蒸発器310と蒸発器210と中間凝縮器320は、この順番で、処理空気Aの流路に沿って一直線上に配列される(例えば図2(b)(c)参照)ようにしてもよい。
【0010】
このように構成すると、蒸発器は中間蒸発器と中間凝縮器とに挟まれて配置されることになる。
【0011】
中間蒸発器310と中間凝縮器320とは、蒸発器210を挟んで、伝熱チューブが相互に行き来することなく、典型的には1本の配管(伝熱チューブの一部であってもよい)202Bで接続されるので、構造が単純になる。
【0012】
なお、1往復を越えてプレートフィンを貫通する伝熱チューブは、複数のセット(複数のサーキット)備えられていてもよい。この場合もセット毎に最小限の配管で済むので構造が単純になる。
【0013】
また請求項3に記載のように、請求項1または請求項2に記載の除湿空調装置では、例えば図2(b)(c)に示すように、中間蒸発器310と中間凝縮器320とは、伝熱チューブ251、252が蛇行して貫通する平行に配列した複数のプレートフィンを有するようにしてもよい。
【0014】
請求項3に記載の除湿空調装置では、典型的には、蒸発器210は、平行に配列した複数のプレートフィンと、複数のプレートフィンを蛇行して貫通する伝熱チューブとを有し、中間蒸発器310と蒸発器210と中間凝縮器320は、この順番で、処理空気Aの流路に沿って、それぞれを構成する前記プレートフィン相互間に僅かな間隙をもって、隣接して配列されるようにしてもよい。
【0015】
また請求項4に記載のように、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の除湿空調装置では、例えば図6(a)に示すように、中間蒸発器310’と中間凝縮器320’の、それぞれが含む伝熱チューブは、それぞれ冷媒Cを並行して流す1以上のサーキット251A、251Bと252A、252Bを構成し、中間蒸発器310’の1のサーキットの伝熱チューブ(例えば251A)と該中間蒸発器の1のサーキットと対応する中間凝縮器320’の1のサーキット(例えば252A)の伝熱チューブとは、1の経路(例えば202B−1)で接続されている。
【0016】
前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空調装置は、例えば図1、図6(b)(c)に示されるように、冷媒Cを蒸発して処理空気Aを冷却する蒸発器210と;蒸発した冷媒Cを昇圧する昇圧機260と;昇圧された冷媒Cを凝縮する凝縮器220と;凝縮器220と蒸発器210との間の冷媒経路中に設けられ、凝縮器220の凝縮圧力と蒸発器210の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Cを蒸発させて処理空気Aを冷却する中間蒸発器と;凝縮器220と蒸発器210との間の冷媒経路中に設けられ、凝縮器220の凝縮圧力と蒸発器210の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Cを凝縮させて処理空気Aを加熱する中間凝縮器と;中間蒸発器と蒸発器210と中間凝縮器とをこの順番で接続する処理空気経路107〜111と;中間凝縮器の下流側の冷媒経路中に設けられる第1の絞り機構292と;中間蒸発器の上流側の冷媒経路中に設けられる第2の絞り機構291とを備え;中間蒸発器は処理空気Aの流れ中を1往復以上蛇行して貫通する伝熱チューブを含んで構成され;中間凝縮器は処理空気Aの流れ中を1往復以上蛇行して貫通する伝熱チューブを含んで構成され;中間蒸発器と中間凝縮器、それぞれが含む伝熱チューブは、それぞれ冷媒Cを並行して流す複数のサーキット251A、251B、252A、252Bを構成し、中間蒸発器の複数のサーキットの伝熱チューブと中間凝縮器の複数のサーキットとの伝熱チューブとは、それぞれまとめて1の経路202Bで接続されている。
【0017】
前記目的を達成するために、請求項6に係る発明による除湿空調装置21は、例えば図1に示されるように、冷媒Cを蒸発して処理空気Aを冷却する蒸発器210と;蒸発した冷媒Cを昇圧する昇圧機260と;昇圧された冷媒Cを凝縮する凝縮器220と;凝縮器220と蒸発器210との間の冷媒経路中に設けられ、凝縮器220の凝縮圧力と蒸発器210の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Cを蒸発させて処理空気Aを冷却する中間蒸発器310と;凝縮器220と蒸発器210との間の冷媒経路中に設けられ、凝縮器220の凝縮圧力と蒸発器210の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Cを凝縮させて処理空気Aを加熱する中間凝縮器320と;中間蒸発器310と蒸発器210と中間凝縮器220とをこの順番で接続する処理空気経路107〜111と;中間凝縮器320の下流側の冷媒経路中に設けられる第1の絞り機構292と;中間蒸発器310の上流側の冷媒経路中に設けられる第2の絞り機構291とを備え;中間蒸発器310は処理空気Aの流れ中を蛇行して貫通する伝熱チューブ251を含んで構成され;中間凝縮器320は処理空気Aの流れ中を蛇行して貫通する伝熱チューブ252を含んで構成され;中間蒸発器の伝熱チューブ251と中間凝縮器の伝熱チューブ252とは一方通行で接続されている(202B)。
【0018】
ここでいう一方通行は、典型的には、中間蒸発器310側の伝熱チューブ251から中間凝縮器320側の伝熱チューブ252に冷媒が流れる一方通行である。即ち、中間蒸発器310(蒸発セクション251)、中間凝縮器320(凝縮セクション252)、第1の絞り機構292と、一方通行で流れ、従来技術と違って、蒸発セクション251から凝縮セクション252と流れた後で、凝縮セクション252から蒸発セクション251に戻るという、繰り返して蒸発と凝縮を行うことをしない。
【0019】
但し、蒸発セクション251の1往復を超えて蛇行する蒸発セクションの伝熱チューブに入る前に、図3のモリエ線図に見られるように、フラッシュ冷媒ガスを含む点eの冷媒から僅かに熱を奪って点gの状態にする程度の熱交換をさせる凝縮セクションを設けてもよい。その後、蒸発セクション251に入った冷媒は、一方通行で凝縮セクション252に流れ、再び蒸発セクション251に戻ることはない。
【0020】
このように構成すると、一方通行であり、伝熱チューブが中間蒸発器と中間凝縮器との間で何度も往復しないので構造が単純となり、中間蒸発器と中間凝縮器との配置の融通性が高い。
【0021】
【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。
【0022】
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21のフロー図である。除湿空調装置21はその構成要素としてヒートポンプHP1を含む。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る除湿空調装置である。ここで、「処理空気Aをその露点温度に冷却して除湿」というとき、処理空気Aは多少過冷却されることがあるがこのときは「露点温度以下に冷却して除湿」となるが、この概念も含むものとする。また露点温度に冷却されて水分が除かれた空気は当初の空気よりも露点温度が低下するので、当初の露点温度を基準にすると「露点温度以下に冷却して除湿」となるが、この概念も含む。
【0023】
図1を参照して、第1の実施の形態である除湿空調装置21の構成を説明する。この除湿空調装置21は、蒸発器210によって低熱源流体としての処理空気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。
【0024】
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、熱交換手段としての熱交換器300の第1の区画310、経路108、処理空気Aをその露点温度以下に冷却する蒸発器210、経路109、熱交換器300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。
【0025】
また、屋外OAから高熱源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。
【0026】
次に蒸発器210から冷媒Cの経路に沿って、除湿空調装置21の構成要素であるヒートポンプHP1の機器構成を説明する。図中蒸発器210、経路204、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、凝縮器220、経路202、経路202に挿入配置された絞り330、熱交換器300の第1の区画(中間蒸発器)310を流れる処理空気Aを冷却する蒸発セクション251、配管202B、熱交換器300の第2の区画(中間凝縮器)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、経路203に挿入配置された絞り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。
【0027】
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1往復を越える複数回蛇行した後、凝縮セクション252に接続される。本図では模式的に2.5往復の蛇行をしているものとして示されているが、これに限らず例えば1.5往復でもよく、往復回数は伝熱チューブの直径、直線部の長さ、伝熱量によって適宜選択すればよい。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。往復の回数は蒸発セクション251と同様に、1往復を越える回数であればよい。
【0028】
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。
【0029】
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必要なだけ十分に蒸発させた後に、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)。
【0030】
なお、冷媒Cの経路202に絞り330をバイパスする経路202Aを設け、経路202Aに絞り335とソレノイドバルブ336を直列に設けてある。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。絞り330と、絞り335と、ソレノイドバルブ336とを含んで第2の絞り機構291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。
【0031】
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。
【0032】
ソレノイドバルブ336を開とした場合は、第2の絞り機構291を開口面積が大きい絞りを形成するように設定した場合(絞り330の開口面積、プラス絞り335の開口面積)である。このとき第2の絞り機構の絞り度は減って、即ち開口が大きくなる。ソレノイドバルブ336を閉とした場合は、第2の絞り機構291を開口面積が小さい絞りを形成するように設定した場合(絞り330の開口面積)である。このとき第2の絞り機構の絞り度は増えて、即ち開口が小さくなる。
【0033】
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。
【0034】
ここで、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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。プレートフィンは例えばアルミニュームのような熱伝導度の高い材料のシートメタルでできている。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。Uチューブにより接続されることにより、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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
本実施の形態では、蒸発セクション251の伝熱チューブは第1の区画310を2.5往復蛇行して貫通した後、1の経路としての1本の配管(蒸発セクション251、凝縮セクション252の伝熱チューブと同サイズのチューブ)で、第2の区画320の凝縮セクション252の伝熱チューブと接続されている。その後第2の区画320の伝熱チューブは、第2の区画320を2.5往復蛇行して貫通するように図示されている。
【0042】
このように、第2の区画320を貫通した伝熱チューブは、第1の区画310に戻ることなく絞り250を介して蒸発器210に接続されている。したがって、第1の区画310と第2の区画320との間で、伝熱チューブは1方通行となっており、伝熱チューブが何度も往復することがないので、構造が単純となる。
したがって、第1の区画310と第2の区画320の配置の融通性が高い。
【0043】
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。
【0044】
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、伝熱チューブはフィンを蛇行しながら複数回貫通している。
【0045】
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。但しこれに限らず、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。
【0046】
また、蒸発器210は中間蒸発器である第1の区画310と中間凝縮器である第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。本図では、各区画310、320と蒸発器210との間は、かなりの隙間があるように示されているが、これに限らず、切れ目程度の隙間があいていればよい。
【0047】
また、切れ目を入れずにフィンは連続したままの構造としてもよい。その場合は、一体の平行なフィン群に伝熱チューブを貫通させ、第1の区画310を構成する伝熱チューブ、蒸発器210を構成する伝熱チューブ、第2の区画320を構成する伝熱チューブ、それぞれ毎にグループ分けしてUチューブで接続する。
そして、各熱交換器の伝熱チューブ、それぞれを必要に応じて絞り等を介して連絡チューブで連絡するようにすれば、3種類の別々の熱交換器を組み合わせた一体の熱交換器が構成できる。
【0048】
この構成では、フィンに切れ目を入れた場合も入れない場合も、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。
【0049】
また(b)(c)に図示するように、中間蒸発器310と蒸発器210と中間凝縮器320は、この順番で、処理空気Aの流路に沿って一直線上に配列されている。特に、蒸発器210は、中間蒸発器310と中間凝縮器320とに挟まれて配置されている。このように配置されているので、熱交換器全体がコンパクトにまとまる。
【0050】
次に(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。
【0051】
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。
【0052】
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291、292は図示を省略してある。
【0053】
次に先ず図1を参照して、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。
【0054】
図1において、先ず第1の運転形態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、ソレノイドバルブ336は閉、ソレノイドバルブ253も閉とする。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。
【0055】
凝縮器220の冷媒出口は、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。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330が冷媒経路202に、冷媒経路の絞り330をバイパスするバイパス経路202Aには絞り335及びソレノイドバルブ336が直列に設けられ、ソレノイドバルブ336は閉となっている。ソレノイドバルブ336が閉であるのは、通常は除湿運転モードでは必要な冷媒流量は冷房運転モードよりも少ないからである。
【0056】
凝縮器220を出た液冷媒Cは、絞り330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。
【0057】
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。
【0058】
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中には膨張弁250、膨張弁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。
【0059】
凝縮セクション252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、蒸発器210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、フロート弁等を用いる。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。
【0060】
蒸発器210で蒸発してガス化した冷媒Cは、経路204を通して圧縮機260の吸込側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。
【0061】
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。
【0062】
第2の運転形態としての冷房運転の場合は、ソレノイドバルブ336を閉から開として絞り335に冷媒Cが流れるようにし、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、第2の運転形態としての冷房運転に運転形態を切り替える。ソレノイドバルブ243を開にするのと対応して、圧縮機260の運転回転数を上げて単位時間当たりの冷媒おしのけ量を増やすとよい。蒸発器210の蒸発圧力が適正となり、蒸発器を通過する冷媒流量としての冷媒質量流量も増える。
【0063】
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の圧力低下を絞り330と335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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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、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。この他に、本発明のヒートポンプ、除湿空調装置に適した冷媒Cとしては、HFC407CやHFC410Aがある。これらの冷媒Cは、HFC134aよりも作動圧力領域が高圧側にシフトする。
【0068】
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0.34MPa、温度は5℃、エンタルピは400.9kJ/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0.94MPaであり、過熱ガスの状態にある。
【0069】
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0.94MPa、温度は38℃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250.5kJ/kgである。
【0070】
この冷媒液Cは、絞り330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0.34MPaと0.94MPa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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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223.3kJ/kgである。
【0074】
点gの冷媒液Cは、絞り250で、温度5℃の飽和圧力である0.34MPaまで減圧され、点jに到る。この点jの冷媒Cは、5℃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。
【0075】
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。
【0076】
従来技術のように、蒸発セクション251と凝縮セクション252との間で冷媒を行き来させ、蒸発と凝縮を繰り返して行うようにすると、冷媒を繰り返し伝熱媒体として利用できるので、蒸発セクションの中が完全に乾いてしまうのを避けられるという利点があるものの、蒸発セクション251と凝縮セクション252の配置の融通性が低いという問題がある。
【0077】
ここで、蒸発セクション251で冷媒を蒸発させて、処理空気Aを予冷するが、その予冷に必要な冷熱量は、蒸発器210における水分除去に必要な冷熱量と比べて少ない(後で説明する図4参照)。予冷の冷熱量は多めに見ても、蒸発器210における水分除去冷熱量と同程度である。このような予冷の冷熱量と水分除去の冷熱量とのバランスを考慮して、本実施の形態では、冷媒の流れを蒸発セクション251から凝縮セクション252への一方通行としたので、両セクションの配置の融通性が高いという利点を享受できる。
【0078】
さらに、圧縮機260、凝縮器220、絞り330、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400.9−250.5=150.4kJ/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、400.9−223.3=177.6kJ/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15%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。
【0079】
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は絞り330を通過する。絞りを通過すると圧力は0.94MPaから0.34MPa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、250.5kJ/kgで、温度は5℃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。
【0080】
ここで除湿負荷と冷房負荷につき説明する。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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
以上のような負荷割合の気候に対しては、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。
【0085】
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、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。また、湿り空気線図は、後で説明する他の実施の形態である除湿空調装置についても、本図が適用できる。
【0086】
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のある第1の区画310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。
【0087】
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、膨張弁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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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)。
【0091】
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。
【0092】
図示のように、一般にΔH≦ΔQであるので、中間蒸発器の伝熱チューブとしての蒸発セクション251と中間凝縮器の伝熱チューブとしての凝縮セクション252とは一方通行で接続されていても、中間熱交換器で冷媒が乾ききってしまうことはなく、伝熱量が不足することはない。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
次に図5のフロー図を参照して、別の実施の形態を説明する。図5は、本発明による第2の実施の形態である除湿空調装置22のフロー図である。除湿空調装置22は、構成要素としてヒートポンプHP2を備える。
【0098】
空調空間101から処理空気Aの経路に沿った、処理空気関連の機器構成、屋外OAから高熱源流体としての冷却空気(外気)Bの経路に沿った機器構成は、いずれも第1の実施の形態の場合と同様であるので、重複した説明は省略する。
【0099】
蒸発器210’−1から冷媒Cの経路に沿った、ヒートポンプHP2の機器構成についても、蒸発器210’−1の構造を除けば基本的には同様である。以下同様な構成については説明を省略し、異なる部分を中心にして説明する。
【0100】
ここで図5に示す蒸発器210’−1についてサーキットの概念を説明する。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’−1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。
【0101】
伝熱チューブ210A、210Bは、蒸発器210’−1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。これは温度的な対向流とするのが好ましい。
【0102】
この実施の形態では、蒸発器210’−1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’−1のサーキットの数2よりも少ない。
【0103】
次に、図6(a)の部分図を参照して第3の実施の形態を説明する。この部分図は、熱交換器300’−1と蒸発器210’−2及びその周辺を抽出して示したものである。その他の部分は、図5と同様であるので図示を省略してある。図中、冷媒経路202は絞り機構291の後でディストリビュータ603に接続され、ディストリビュータ603からは2本の冷媒配管625と626が分岐している。冷媒配管625は伝熱チューブ251Aに、冷媒配管626は伝熱チューブ251Bに接続されている。伝熱チューブ251Aと251Bとは、第1の区画(中間蒸発器部分)310’内で並列に冷媒を流すように配置されている。すなわち第1の区画310’のサーキットの数は2である。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。
【0104】
伝熱チューブ251Aは第1の区画310’を出たところで配管202B−1を介して第2の区画(中間蒸発器部分)320’内に蛇行して配置された伝熱チューブ252Aに接続され、伝熱チューブ251Bは配管202B−2を介して第2の区画320’内に蛇行して配置された伝熱チューブ252Bに接続されている。また、伝熱チューブ252Aと252Bとは、第2の区画320’内で並列に冷媒を流すように配置されている。すなわち第2の区画320’のサーキットの数は2である。またここでも冷媒の流れ方向は、処理空気Aの流れ方向に対して対向流となっている。
【0105】
本実施の形態では、第1の区画310’と第2の区画320’とを接続する冷媒配管は、各サーキット毎に1本の配管、即ちそれぞれ冷媒配管202B−1と202B−2である。サーキットが2であるので、接続配管は2本である。
【0106】
伝熱チューブ252Aと252Bとは、第2の区画320’を出たところで、合流ヘッダー604に接続されて合流している。
【0107】
絞り機構292からの冷媒経路はディストリビュータ601に接続され、ここから4本の冷媒配管621、622、623、624に分岐している。この4本の冷媒配管は、蒸発器210’中で、並列する4本の蛇行する伝熱チューブにそれぞれ接続されている。即ち、蒸発器210’のサーキットの数は4である。この4本の伝熱チューブは、蒸発器210’を出た後、合流ヘッダー602に接続されて合流している。合流ヘッダー602には、冷媒経路204が接続されている。後は第2の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
この実施の形態では、中間熱交換器300’−1のサーキットの数は2であり、蒸発器210’のサーキットの数4よりも少ない。蒸発器210’のサーキットの数は3としてもよい。
【0108】
熱交換器300’−1のサーキットを合流ヘッダー604に合流して絞り機構292で絞り、蒸発器210’のサーキットに再分流するように構成されているので、熱交換器300’−1内での蒸発、凝縮がサーキット毎に不均一であったとしても、その不均一さを蒸発器210に持ち込むことがない。また絞り機構を集約することができ、構造を単純化することができる。
【0109】
(a)では、中間熱交換器300’−1は、各サーキット毎に1本の配管、即ちそれぞれ冷媒配管202B−1と202B−2で接続されているものとして説明したが、(b)に示す第4の実施の形態の中間熱交換器300’−2のように、第1の区画出口で複数のサーキットの伝熱チューブを一つの配管にまとめて第2の区画に導くようにしてもよい。
【0110】
本実施の形態では、第1の区画の蒸発セクションの伝熱チューブは合流ヘッダ603−1にまとめられ、1本の配管202Bで分岐ヘッダ604−1に導かれる。分岐ヘッダ604−1から、凝縮セクション252の複数のチューブに分岐される。なお配管202Bの流路面積は伝熱チューブの流路面積×サーキット数にほぼ等しくするとよい。後は(a)の第3の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【0111】
(c)の部分フロー図を参照して、第5の実施の形態の中間熱交換器300’−3を説明する。本実施の形態では、第1の区画の蒸発セクションと第2の区画の凝縮セクションが、それぞれ3サーキットで構成されている。蒸発セクションの3サーキットは、1の合流ヘッダにまとめられ、1本の接続配管202Bで、凝縮セクションの分岐ヘッダに導かれている。該分岐ヘッダから、凝縮セクションの3サーキットの伝熱チューブが分岐している。
【0112】
以上、1.5往復以上の蛇行をする中間蒸発器のサーキットと中間凝縮器のサーキットをサーキット毎に1本のチューブで連結する場合も、1往復以上の蛇行をする中間蒸発器のサーキットと中間凝縮器のサーキットをそれぞれまとめて1本の配管で連結する場合も、両者を接続する配管を最小限に抑えることができるので、構造が単純となり、中間蒸発器と中間凝縮器の配置の融通性が高い。
【0113】
以上の実施の形態では、第1の区画には、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。
【0114】
以上説明した実施の形態では、処理空気Aを露点(以下)に冷却する蒸発器210と、処理空気Aを予冷却する予冷却器とての熱交換器300、再加熱を行う再加熱器としての熱交換器300の熱伝達媒体を同じ冷媒を用いるようにしたので、冷媒系が単一に単純化され、また蒸発器210、凝縮器220間の圧力差を利用できるため循環が能動的になり、さらに予冷、再加熱の熱交換に相変化を伴う沸騰現象を応用できるようにしたので、効率を高くすることができる。
【0115】
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。
【0116】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、伝熱チューブが処理空気の流れ中を1往復を越えて蛇行して貫通しているので、冷媒は中間蒸発器で十分に蒸発し、中間凝縮器では十分に凝縮する。中間蒸発器の伝熱チューブと中間凝縮器の伝熱チューブとは相互に行き来することなく接続されているときは、構造が単純な除湿空調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2の実施の形態である除湿空調装置のフロー図である。
【図6】本発明の別の実施の形態の中間熱交換器を示す部分フロー図である。
【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 除湿空調装置
101 空調空間
102、140 送風機
210 蒸発器
220 凝縮器
251A、251B 蒸発セクション
252A、252B 凝縮セクション
250 絞り
253 ソレノイドバルブ
260 圧縮機
291 第2の絞り機構
292 第1の絞り機構
300、300’−1 熱交換器
310、310’ 第1の区画
320、320’ 第2の区画
330 絞り
335 絞り
336 ソレノイドバルブ
HP1 ヒートポンプ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a dehumidifying air conditioner including an intermediate evaporator and an intermediate condenser, and more particularly to a dehumidifying air conditioner in which an intermediate evaporator and an intermediate condenser can be easily arranged.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there has been a dehumidifying air conditioner as shown in FIG. This device reduces the pressure of a condensed refrigerant C by a compressor 1 for compressing a refrigerant C, a condenser 2 for condensing the compressed refrigerant C with outside air B, and an expansion valve 3 with a bypass having a solenoid valve. And the refrigerant C condensed here is decompressed by the expansion valve with bypass 4 having a solenoid valve, and the refrigerant is evaporated and the processing air A from the air-conditioned space 101 is dew-pointed. Evaporator 5 for cooling to a temperature.
[0003]
In this device, in the dehumidifying operation mode, the pressure of evaporation and condensation of the heat exchanger 300 ″ becomes an intermediate pressure between the condensation pressure of the condenser 2 and the evaporation pressure of the evaporator 5. At this time, the intermediate evaporation of the heat exchanger 300 ″ In the vessel 310 ", the refrigerant evaporates to some extent during the reciprocation of the meandering heat transfer tube, and then in the intermediate condenser 320", the evaporated refrigerant condenses during the reciprocation of the heat transfer tube. In this way, the refrigerant repeats evaporation and condensation while reciprocating between the intermediate evaporator and the intermediate condenser. On the other hand, in the evaporator 5, the processing air A is cooled to the dew point temperature and moisture is removed.
[0004]
In this way, the heat exchanger 300 ″ is a process air before and after being cooled to the dew point temperature in the evaporator 5 while the refrigerant is alternately and repeatedly flowing between the intermediate evaporator 310 ″ and the intermediate condenser 320 ″. Heat exchange is performed between the two using the refrigerant as a medium, and as a result, the process air A cooled to the dew point in the evaporator 5 is reheated in the heat exchanger 300 ″.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional dehumidifying air conditioner as described above, in the intermediate evaporator 310 ″ and the intermediate condenser 320 ″, the meandering heat transfer tube that penetrates each requires a connecting tube that connects the two each time the shuttle goes back and forth. Therefore, the arrangement of the intermediate evaporator 310 ″ and the intermediate condenser 320 ″ was restricted. In particular, there is little problem when the intermediate evaporator 310 ″ and the intermediate condenser 320 ″ are arranged immediately adjacent to each other, but another device such as the evaporator 5 is to be inserted between the two. There was no reason.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a dehumidifying air conditioner in which an intermediate evaporator and an intermediate condenser can be arranged without difficulty.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a dehumidifying air conditioner according to the first aspect of the present invention includes, as shown in FIG. 1, an evaporator 210 for evaporating a refrigerant C to cool a processing air A; A booster 260 for increasing the pressure of C; a condenser 220 for condensing the pressurized refrigerant C; and a refrigerant pressure provided between the condenser 220 and the evaporator 210 in the refrigerant path. An intermediate evaporator 310 for evaporating the refrigerant C at an intermediate pressure with respect to the evaporation pressure to cool the processing air A; provided in a refrigerant path between the condenser 220 and the evaporator 210, and condensing the condenser 220 An intermediate condenser 320 for condensing the refrigerant C at an intermediate pressure between the pressure and the evaporation pressure of the evaporator 210 to heat the processing air A; an intermediate evaporator 310, an evaporator 210, and an intermediate condenser 320 in this order. Process air path to connect 07 to 111; a first throttle mechanism 292 provided in a refrigerant path downstream of the intermediate condenser 320; and a second throttle mechanism 291 provided in a refrigerant path upstream of the intermediate evaporator 310. The intermediate evaporator 310 comprises a heat transfer tube 251 that penetrates in a meandering manner over one reciprocation in the flow of the processing air A; The heat transfer tube 252 of the intermediate evaporator 310 is connected to the heat transfer tube 252 of the intermediate condenser.
[0008]
Typically, the heat transfer tube 251 of the intermediate evaporator and the heat transfer tube 252 of the intermediate condenser are connected to each other without going back and forth. Evaporator 210 cools process air A, typically to a dew point. The number of heat transfer tubes that penetrate the processing air over one reciprocation is typically two reciprocations or more, but may be 1.5 reciprocations. Since the refrigerant passes through more than one round trip, the refrigerant evaporates sufficiently in the intermediate evaporator 310 and condenses sufficiently in the intermediate condenser 320. When the heat transfer tube 251 of the intermediate evaporator and the heat transfer tube 252 of the intermediate condenser are connected to each other without going back and forth, the structure becomes simple. Typically, the heat transfer tube 251 of the intermediate evaporator and the heat transfer tube 252 of the intermediate condenser are connected by one pipe 202B.
[0009]
As described in claim 2, in the dehumidifying air conditioner according to claim 1, the intermediate evaporator 310, the evaporator 210, and the intermediate condenser 320 are arranged in this order along the flow path of the processing air A. They may be arranged on a line (for example, see FIGS. 2B and 2C).
[0010]
With this configuration, the evaporator is disposed between the intermediate evaporator and the intermediate condenser.
[0011]
The intermediate evaporator 310 and the intermediate condenser 320 sandwich the evaporator 210 so that the heat transfer tubes do not come and go with each other, typically one pipe (may be a part of the heat transfer tubes). ) Since the connection is made at 202B, the structure is simplified.
[0012]
Note that a plurality of sets (a plurality of circuits) may be provided for the heat transfer tubes that pass through the plate fins more than one round trip. Also in this case, the structure is simple because the minimum piping is required for each set.
[0013]
Further, as described in claim 3, in the dehumidifying air conditioner according to claim 1 or 2, for example, as shown in FIGS. 2B and 2C, the intermediate evaporator 310 and the intermediate condenser 320 are different from each other. The heat transfer tubes 251 and 252 may have a plurality of plate fins arranged in parallel and meandering therethrough.
[0014]
In the dehumidifying air-conditioning apparatus according to claim 3, typically, the evaporator 210 includes a plurality of plate fins arranged in parallel and a heat transfer tube penetrating the plurality of plate fins in a meandering manner. The evaporator 310, the evaporator 210, and the intermediate condenser 320 are arranged adjacently in this order along the flow path of the processing air A, with a small gap between the plate fins constituting each. It may be.
[0015]
According to a fourth aspect, in the dehumidifying air conditioner according to any one of the first to third aspects, for example, as shown in FIG. 6A, the intermediate evaporator 310 ′ and the intermediate condenser The heat transfer tubes included in each of the heat transfer tubes 320 ′ constitute one or more circuits 251A, 251B and 252A, 252B in which the refrigerant C flows in parallel, respectively, and the heat transfer tubes of one circuit of the intermediate evaporator 310 ′ (for example, 251A), one circuit of the intermediate evaporator, and a corresponding heat transfer tube of one circuit (for example, 252A) of the intermediate condenser 320 ′ are connected by one path (for example, 202B-1).
[0016]
In order to achieve the above object, the dehumidifying air conditioner according to the invention of claim 5 cools the processing air A by evaporating the refrigerant C as shown in, for example, FIGS. 1, 6 (b) and (c). An evaporator 210; a booster 260 for increasing the pressure of the evaporated refrigerant C; a condenser 220 for condensing the increased pressure of the refrigerant C; and a condenser provided in a refrigerant path between the condenser 220 and the evaporator 210. An intermediate evaporator for evaporating the refrigerant C at an intermediate pressure between the condensing pressure of the evaporator 210 and the evaporating pressure of the evaporator 210 to cool the processing air A; provided in the refrigerant path between the condenser 220 and the evaporator 210 And an intermediate condenser for condensing the refrigerant C at a pressure intermediate between the condensation pressure of the condenser 220 and the evaporation pressure of the evaporator 210 to heat the processing air A; an intermediate evaporator, the evaporator 210 and the intermediate condenser Are connected in this order. 1; a first throttle mechanism 292 provided in a refrigerant path downstream of the intermediate condenser; and a second throttle mechanism 291 provided in a refrigerant path upstream of the intermediate evaporator; Comprises a heat transfer tube penetrating one or more rounds through the flow of process air A; the intermediate condenser includes a heat transfer tube penetrating one or more rounds through the flow of process air A The intermediate evaporator and the intermediate condenser each include a plurality of heat transfer tubes, each of which constitutes a plurality of circuits 251A, 251B, 252A, and 252B in which the refrigerant C flows in parallel, and transfers the plurality of circuits of the intermediate evaporator. The heat tube and the heat transfer tubes of the plurality of circuits of the intermediate condenser are connected together by one path 202B.
[0017]
In order to achieve the above object, a dehumidifying air conditioner 21 according to the invention according to claim 6 includes, for example, as shown in FIG. 1, an evaporator 210 that evaporates a refrigerant C and cools a processing air A; A booster 260 for increasing the pressure of C; a condenser 220 for condensing the pressurized refrigerant C; and a refrigerant pressure provided between the condenser 220 and the evaporator 210 in the refrigerant path. An intermediate evaporator 310 for evaporating the refrigerant C at an intermediate pressure with respect to the evaporation pressure to cool the processing air A; provided in a refrigerant path between the condenser 220 and the evaporator 210, and condensing the condenser 220 An intermediate condenser 320 for condensing the refrigerant C at an intermediate pressure between the pressure and the evaporation pressure of the evaporator 210 to heat the processing air A; an intermediate evaporator 310, an evaporator 210, and an intermediate condenser 220 in this order. Process air path to connect 07 to 111; a first throttle mechanism 292 provided in a refrigerant path downstream of the intermediate condenser 320; and a second throttle mechanism 291 provided in a refrigerant path upstream of the intermediate evaporator 310. The intermediate evaporator 310 includes a heat transfer tube 251 passing through the flow of the processing air A in a meandering manner; the intermediate condenser 320 includes a heat transfer tube 252 passing through the flow of the processing air A in a meandering manner. The heat transfer tube 251 of the intermediate evaporator and the heat transfer tube 252 of the intermediate condenser are connected in one way (202B).
[0018]
The one-way traffic here is typically one-way traffic in which the refrigerant flows from the heat transfer tube 251 on the intermediate evaporator 310 side to the heat transfer tube 252 on the intermediate condenser 320 side. That is, the intermediate evaporator 310 (evaporation section 251), the intermediate condenser 320 (condensation section 252), and the first throttle mechanism 292 flow in one-way, and unlike the prior art, flow from the evaporation section 251 to the condensation section 252. After returning to the evaporating section 251 from the condensing section 252, evaporation and condensation are not repeatedly performed.
[0019]
However, before entering the heat transfer tube of the evaporating section meandering more than one round trip of the evaporating section 251, as shown in the Mollier diagram of FIG. A condensing section may be provided for exchanging heat to the extent that it is robbed and brought to the state of point g. Thereafter, the refrigerant entering the evaporating section 251 flows in one direction to the condensing section 252 and does not return to the evaporating section 251 again.
[0020]
With this configuration, the structure is simple because the heat transfer tube does not reciprocate between the intermediate evaporator and the intermediate condenser many times, and the arrangement of the intermediate evaporator and the intermediate condenser is flexible. Is high.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the drawings, the same or corresponding members are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0022]
FIG. 1 is a flowchart of a dehumidifying air conditioner 21 according to a first embodiment of the present invention. The dehumidifying air conditioner 21 includes a heat pump HP1 as a component thereof. The dehumidifying air-conditioning device 21 is a dehumidifying air-conditioning device capable of performing a dehumidifying operation in which the treated air A is cooled to its dew point temperature to remove moisture, reheat and dehumidify, and a cooling operation in which mainly sensible heat is removed. Here, when "processing air A is cooled to its dew point temperature and dehumidified", processing air A may be slightly supercooled. In this case, "cooling to dew point temperature or less and dehumidification" is performed. This concept is also included. In addition, air cooled to the dew point temperature to remove moisture has a lower dew point temperature than the original air, so `` cooling below the dew point temperature and dehumidifying '' based on the initial dew point temperature, this concept Including.
[0023]
The configuration of a dehumidifying air conditioner 21 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The dehumidifying air conditioner 21 reduces the humidity of the processing air A as a low heat source fluid by the evaporator 210, and maintains the air-conditioned space 101 to which the processing air A is supplied in a comfortable environment.
[0024]
In the figure, the processing air-related equipment configuration will be described along the path of the processing air A from the air-conditioned space 101. First, the path 107 connected to the air-conditioned space 101, the first section 310 of the heat exchanger 300 as the heat exchange means, the path 108, the evaporator 210 for cooling the processing air A below its dew point temperature, the path 109, the heat The second section 320 of the exchanger 300, the path 110, the blower 102 for circulating the processing air A connected to the path 110, the path 111, are arranged in this order, and are configured to return to the air-conditioned space 101. I have. In the figure, the air supplied from the dehumidifying air conditioner 21 to the air conditioning space 101 is indicated as SA, and the air returning from the air conditioning space 101 to the dehumidifying air conditioning device is indicated as RA.
[0025]
Further, along the path of the cooling air (outside air) B as a high heat source fluid from the outdoor OA, a path 124, a condenser 220 for cooling and condensing the refrigerant C, a path 125, and a blower 140 for blowing the cooling air B , Path 126 in this order, and are configured to exhaust EX to the outdoor OA.
[0026]
Next, the device configuration of the heat pump HP1, which is a component of the dehumidifying air conditioner 21, will be described along the path of the refrigerant C from the evaporator 210. In the figure, the evaporator 210, the path 204, the compressor 260 as a booster for compressing (pressurizing) the refrigerant C evaporated and gasified by the evaporator 210, the path 201, the condenser 220, the path 202, and the path 202 The throttle 330 inserted therein, the evaporation section 251 for cooling the processing air A flowing through the first section (intermediate evaporator) 310 of the heat exchanger 300, the pipe 202B, and the second section (intermediate condenser) of the heat exchanger 300 The heat pump HP1 is arranged such that the condensing section 252 for heating (reheating) the processing air A flowing through 320, the path 203, and the throttle 250 inserted and arranged in the path 203 are arranged in this order, and return to the evaporator 210 again. Is configured.
[0027]
The evaporating section 251 is formed of a tube meandering in the first section 310, and the condensing section 252 is formed of a tube meandering in the second section 320. In the present embodiment, the evaporating section 251 is connected to the condensing section 252 after meandering the first section 310 a plurality of times more than one round trip. Although this figure schematically shows a meandering of 2.5 reciprocations, the invention is not limited to this. For example, it may be 1.5 reciprocations, and the number of reciprocations is the diameter of the heat transfer tube and the length of the linear portion. It may be appropriately selected depending on the heat transfer amount. The condensing section 252 is connected to the path 203 after meandering the second section 320 several times. The number of reciprocations may be more than one reciprocation as in the case of the evaporating section 251.
[0028]
In the drawing, each section is shown to meander in a plane along the flow of the processing air A. However, in practice, it is preferable to meander in a plane orthogonal to the flow of the processing air A (see FIG. 2). ). However, a plurality of orthogonal surfaces may be provided to provide a plurality of meandering layers.
[0029]
In this manner, the evaporating section 251 and the condensing section 252 are formed by a continuous heat transfer tube, and after the evaporating section 251 has meandered a plurality of times in the first section 310 a plurality of times, that is, the refrigerant flowing therethrough is necessary. When the condensing section 252 is meandered a plurality of times in the second section after sufficient evaporation, the number of pipes connecting the evaporating section 251 and the condensing section 252 is one or at least (two to four). Since the number is sufficient, the first section 310 and the second section 320 are easily set apart from each other (see FIGS. 2B and 2C).
[0030]
Note that a path 202A that bypasses the throttle 330 is provided in the path 202 of the refrigerant C, and a throttle 335 and a solenoid valve 336 are provided in series in the path 202A. Further, a path 203A that bypasses the throttle 250 is provided in the path 203 of the refrigerant C, and a solenoid valve 253 is provided in the path 203A. A second throttle mechanism 291 is configured to include the aperture 330, the aperture 335, and the solenoid valve 336, and a first aperture mechanism 292 is configured to include the aperture 250 and the solenoid valve 253.
[0031]
When the solenoid valve 253 is opened, the opening area is formed to be substantially equal to the cross-sectional area of the path 203. In other words, when the solenoid valve 253 is opened, the aperture of the first aperture mechanism 292 is reduced (the aperture area is increased), and the first aperture mechanism 292 has an opening that is large enough not to substantially act as an aperture. Become.
[0032]
The case where the solenoid valve 336 is opened corresponds to the case where the second diaphragm mechanism 291 is set to form a diaphragm having a large aperture area (the aperture area of the diaphragm 330 and the aperture area of the plus diaphragm 335). At this time, the degree of aperture of the second aperture mechanism decreases, that is, the aperture increases. The case where the solenoid valve 336 is closed is the case where the second diaphragm mechanism 291 is set to form a diaphragm having a small opening area (the opening area of the diaphragm 330). At this time, the aperture of the second aperture mechanism increases, that is, the aperture becomes smaller.
[0033]
In other words, when the solenoid valve 253 is opened, the opening area of the first throttle mechanism 292 is increased, and the first throttle mechanism 292 is set so as not to substantially form a throttle. The case where the solenoid valve 253 is closed is the case where the opening area of the first aperture mechanism 292 is reduced and the first aperture mechanism 292 is set to form an aperture.
[0034]
Here, the configuration of the heat exchanger 300 will be described. The heat exchanger 300 is a heat exchanger that indirectly exchanges heat between the processing air A before and after flowing into the evaporator 210 via the refrigerant C.
[0035]
In this heat exchanger 300, a first section 310 through which processing air A flows before passing through evaporator 210 and a second section 320 through which processing air A flows after passing through evaporator 210 are provided separately. It constitutes a rectangular parallelepiped space. Both compartments are provided with partitions 301 and 302 so that process air flowing through both compartments is not mixed, and a pipe 202B connecting the evaporating section 251 and the condensing section 252, which are heat exchange tubes, forms a partition between the two compartments. Penetrates.
[0036]
In the figure, the processing air A before being introduced into the evaporator 210 is supplied to the first section 310 through the path 107 from the right and exits through the path 108 from the left. Further, the processing air A cooled to the dew point temperature (below) through the evaporator 210 and having a reduced absolute humidity is supplied from the left side in the drawing to the second section 320 through the path 109, and exits from the right side through the path 110. .
[0037]
Next, a configuration example of the evaporator 210 and the heat exchanger 300 will be specifically described with reference to a schematic side view showing an installation state of the dehumidifying air conditioner of FIG. 2 and a perspective view of the heat exchanger. (B) As shown in (c), the evaporating section 251 composed of a heat transfer tube (small tube) is arranged so as to penetrate a large number of plate fins. The plate fin is made of sheet metal of a material having high thermal conductivity such as aluminum. The outermost fins are connected to each other by U-tubes. By being connected by the U tube, the heat transfer tube penetrates the first section 310 several times while meandering.
[0038]
The first section 310 is a rectangular parallelepiped space formed by arranging a large number of rectangular plate fins in parallel. Further, it is preferable that the outer surface of the rectangular parallelepiped space accommodating the plate fin and the thin tube group is surrounded by a plate housing. However, the two opposing surfaces of the housing are open, through which processing air passes.
[0039]
Similarly, the condensing section 252, which is a heat transfer tube, penetrates the second section 320 in a meandering manner multiple times. The second section 320 is also a rectangular parallelepiped space having the same structure as the first section 310.
[0040]
The end of the evaporation section 251 and the end of the condensation section 252 are connected by a pipe 202B. In the present embodiment, the pipe 202B is configured as a part of a continuous tube forming the evaporating section 251 and the condensing section 252.
[0041]
In this embodiment, the heat transfer tube of the evaporating section 251 passes through the first section 310 in a meandering and reciprocating manner for 2.5 times, and then, as one path, one pipe (the transfer of the evaporating section 251 and the condensing section 252). (Tube of the same size as the heat tube) and is connected to the heat transfer tube of the condensing section 252 of the second section 320. Thereafter, the heat transfer tubes of the second compartment 320 are shown to meander 2.5 times back and forth through the second compartment 320.
[0042]
Thus, the heat transfer tube that has penetrated the second section 320 is connected to the evaporator 210 via the throttle 250 without returning to the first section 310. Therefore, the heat transfer tube is one-way between the first section 310 and the second section 320, and the heat transfer tube does not reciprocate many times, so that the structure is simplified.
Therefore, the flexibility of the arrangement of the first section 310 and the second section 320 is high.
[0043]
As described above, the evaporating section 251 and the condensing section 252, which are the refrigerant flow paths, each constitute a meandering thin tube group. In this way, while the refrigerant C flowing in one direction as a whole from the evaporating section 251 to the condensing section 252 flows in a meandering manner in the group of thin tubes, it evaporates in the evaporating section 251 and condenses in the condensing section 252. The heat from the higher temperature process air A flowing through the first section 310 is transferred to the lower temperature process air A flowing through the second section 320.
[0044]
Similarly, the evaporator 210 is configured such that heat transfer tubes pass through a number of rectangular plate fins. The configuration is a rectangular parallelepiped space similar to the first section 310 and the second section 320. And it connects by the U-tube (YouTube) outside the outermost fin. Thus, the heat transfer tube penetrates the fin a plurality of times while meandering.
[0045]
In the present embodiment, while the evaporating section 251 and the condensing section 252 are each configured as a single-layered thin tube group arranged in a meandering manner in one plane orthogonal to the flow of the processing air A, The evaporator 210 is configured as a two-layer thin tube group arranged in a meandering manner in two planes orthogonal to the flow of the processing air A. However, the present invention is not limited to this, and the number of layers may be determined according to the amount of heat transfer. Further, the distribution of the heat transfer area of the thin tube group in the heat exchanger 300 and the evaporator 210 may be determined according to the ratio between the latent heat load and the sensible heat load, as described later.
[0046]
Further, the evaporator 210 is disposed between a first section 310 which is an intermediate evaporator and a second section 320 which is an intermediate condenser. With this arrangement, one rectangular parallelepiped space can be divided into three sections, each of which can be configured as the first section 310, the evaporator 210, and the second section 320, thereby simplifying the structure. Between each section 310, 320 and the evaporator 210, the fins are preferably cut so as to be discontinuous as shown. This is because the temperature of each adjacent part is different. In this drawing, although a considerable gap is shown between each of the sections 310 and 320 and the evaporator 210, the present invention is not limited to this, and it is sufficient if there is a gap around a break.
[0047]
Further, the fins may be configured to be continuous without making any cuts. In that case, a heat transfer tube is passed through an integrated parallel fin group, and a heat transfer tube forming the first section 310, a heat transfer tube forming the evaporator 210, and a heat transfer tube forming the second section 320. Tubes are divided into groups and connected with U tubes.
If the heat transfer tubes of each heat exchanger are connected to each other via a communication tube via a throttle or the like as necessary, an integrated heat exchanger combining three types of separate heat exchangers is formed. it can.
[0048]
In this configuration, regardless of whether the fins are cut or not, the thin tube group penetrates the fins at equal intervals and is expanded and fixed to the fins, and each thin tube is connected with a simple U tube. The connection between the sections 310 and 320 and the evaporator 210 may be made by one or a small number of pipes (or a part of the small pipes), so that the configuration is simple and the production is easy.
[0049]
Further, as shown in (b) and (c), the intermediate evaporator 310, the evaporator 210 and the intermediate condenser 320 are arranged in a straight line along the flow path of the processing air A in this order. In particular, the evaporator 210 is disposed between the intermediate evaporator 310 and the intermediate condenser 320. With such an arrangement, the entire heat exchanger is compact.
[0050]
Next, an example in which the above-described dehumidifying air conditioner is applied as an air conditioner of the air-conditioned space 101 will be described with reference to a schematic cross-sectional view of FIG. In the air-conditioning space 101, that is, in the indoor unit installed indoors, a heat exchanger assembly in which a first section 310, an evaporator 210, and a second section 320 are integrally formed, return air RA, supply air SA Is circulated. If a cross-flow fan is used as the blower 102, the indoor units can be compacted. A dust filter is provided upstream of the flow of the return air RA in the first section 310.
A drain pan 450 is provided below the heat exchanger 300 and the evaporator 210, and a drain pipe leads from the drain pan 450 to the outside.
[0051]
Return air RA is filtered through a filter, pre-cooled in first section 310, further cooled in evaporator 210 and dehumidified to saturated air. This saturated air is reheated in the second section 320 and is supplied to the air-conditioned space 101 by the blower 102 as supply air SA having an appropriate absolute humidity and an appropriate temperature, that is, an appropriate relative humidity. In other words, the treated air is pre-cooled while passing in one direction through a group of plate fins and a group of thin tubes that seem at first glance to a normal cooling fin tube heat exchanger (although there is a break between each section and the evaporator). , Moisture removal, and reheating are performed at once, and supply air SA with appropriate humidity and temperature is obtained.
[0052]
A condenser 220, a compressor 260, and a blower 140 are housed in an outdoor unit installed outside the air-conditioned space 101. The condenser 220 and the evaporating section 251 of the first section 310 are connected by a pipe 202, and the evaporator 210 and the compressor 260 are connected by a pipe 203. That is, the indoor unit and the outdoor unit are connected only by the two pipes 202 and 203. In this drawing, the aperture mechanisms 291 and 292 are not shown.
[0053]
Next, the flow of the refrigerant C between the devices will be described first with reference to FIG. 1, and then with reference to the refrigerant Mollier diagram in the dehumidifying operation mode as the first operation mode of the heat pump HP1 shown in FIG. Next, the operation of the heat pump HP1 will be described.
[0054]
In FIG. 1, the case of the dehumidification operation mode as the first operation mode will be described first. At this time, the solenoid valve 336 is closed, and the solenoid valve 253 is also closed. The refrigerant gas C compressed by the compressor 260 is guided to the condenser 220 via the refrigerant gas pipe 201 connected to the outlet of the compressor 260. The refrigerant gas C compressed by the compressor 260 is cooled and condensed by outside air B as cooling air.
[0055]
The refrigerant outlet of the condenser 220 is connected to the inlet of the evaporating section 251 of the heat exchanger 300 by the refrigerant path 202. In the middle of the refrigerant path 202, near the entrance of the evaporating section 251, a throttle 330 is provided in the refrigerant path 202, and a bypass 335 and a solenoid valve 336 are provided in series in a bypass path 202A bypassing the throttle 330 in the refrigerant path. 336 is closed. The reason why the solenoid valve 336 is closed is that the required refrigerant flow rate is usually smaller in the dehumidifying operation mode than in the cooling operation mode.
[0056]
The liquid refrigerant C that has exited the condenser 220 is decompressed by the throttle 330, expanded, and a part of the refrigerant C evaporates (flashes). The refrigerant C in which the liquid and the gas are mixed reaches the evaporating section 251, where the liquid refrigerant C flows through the plate fins so as to wet and wet the inner wall of the tube of the evaporating section 251, and evaporates. The processing air A that flows through the section 310 before flowing into the evaporator 210 is cooled (precooled).
[0057]
The refrigerant that has evaporated to some extent in the evaporating section 251 and has become a mixture of gas and liquid is guided to the pipe 202B and flows into the condensing section 252. The processing air A flowing through the second section 320, that is, the processing air A that has been pre-cooled in the first section 310, cooled and dehumidified in the evaporator 210, and has become lower in temperature than before flowing into the evaporator 210, is heated (reheated). Heat), and the refrigerant itself is deprived of heat and condenses. In the present embodiment, the evaporating section 251 and the condensing section 252 are formed by a series of tubes (including U tubes). That is, since the refrigerant gas C (and the non-evaporated refrigerant liquid C) that has evaporated in the evaporating section 251 flows into the condensing section 252 and is condensed, the heat is generated at the same time as the mass transfer. Make the move.
[0058]
The outlet side of the last condensing section 252 of the heat exchanger 300 is connected to the evaporator 210 by a refrigerant liquid pipe 203, and an expansion valve 250 and a solenoid valve 253 that bypasses the expansion valve 250 are installed in the refrigerant pipe 203. ing.
[0059]
The refrigerant liquid C condensed in the condensing section 252 is decompressed and expanded by the throttle 250 to lower the temperature, enters the evaporator 210 and evaporates, and cools the processing air A by the heat of evaporation. As the throttles 330 and 250, for example, orifices, capillary tubes, expansion valves, float valves, and the like are used. Since the solenoid valve 253 is closed, the refrigerant liquid C does not pass through the solenoid valve 253.
[0060]
The refrigerant C evaporated and gasified by the evaporator 210 is guided to the suction side of the compressor 260 through the path 204, and the above cycle is repeated.
[0061]
In the figure, the behavior of the refrigerant C in the evaporating section 251 and the condensing section 252 of the heat exchanger 300 will be described. First, the liquid-phase and gas-phase refrigerant C flows into the evaporating section 251. It may be a refrigerant liquid C which is partially vaporized and slightly contains a gas phase. The refrigerant C pre-cools the processing air A while flowing through the evaporating section 251 and itself flows into the condensing section 252 while being heated and increasing the gas phase. The condensing section 252 heats the processing air A having a lower temperature than the processing air A in the evaporating section 251 by cooling and dehumidification, and deprives itself of heat to condense the gas-phase refrigerant C. As described above, the refrigerant C flows through the refrigerant flow path while undergoing a phase change between a gas phase and a liquid phase, and the treated air A before being cooled by the evaporator 210 and the cooled air by the evaporator 210 reduce the absolute humidity. Heat is exchanged with the processing air A.
[0062]
In the case of the cooling operation as the second operation mode, the solenoid valve 336 is closed to open to allow the refrigerant C to flow through the throttle 335, and the solenoid valve 253 is closed to open to reduce the pressure drop of the refrigerant C before and after the throttle 250. The operation mode is switched from the dehumidification operation as the first operation mode to the cooling operation as the second operation mode so as not to wake up. In response to opening the solenoid valve 243, the operating speed of the compressor 260 may be increased to increase the amount of refrigerant dispensed per unit time. The evaporation pressure of the evaporator 210 becomes appropriate, and the refrigerant mass flow rate as the refrigerant flow rate passing through the evaporator also increases.
[0063]
By doing so, the pressure drop of the refrigerant C before and after the throttle 250 can be made substantially zero, and the pressure drop of the refrigerant C excluding the pipe pressure loss can be generated in the throttles 330 and 335. The pressure of the refrigerant C in the evaporating section 251 is substantially equal to the pressure of the refrigerant C in the evaporator 210, and the refrigerant C is evaporated in the condensing section 252 and the evaporating section 251 in addition to the evaporator 210. Therefore, the heat transfer area of evaporation increases, so that the cooling capacity, that is, the sensible heat treatment capacity can be increased.
[0064]
Then, in the dehumidifying operation mode, the amount of water condensed due to cooling is increased from that in the cooling operation mode by using the heat exchanger 300 as a reheat heat exchanger for the processing air A before and after passing through the evaporator 210, and in the cooling operation mode. The dehumidifying ability, that is, the latent heat treatment ability can be increased. Thereby, in the dehumidifying operation mode, the humidity can be reduced more quickly than in the cooling operation mode, and it is possible to cope with a so-called low sensible heat ratio and high humidity indoor air conditioning load.
Further, in the dehumidifying operation mode, the amount of dew condensation may be increased from that in the cooling operation mode by reducing the amount of air blown by the blower 102 from that in the cooling operation mode. For this purpose, it is preferable that the blower 102 is also driven by a variable speed motor (not shown) so that the increase / decrease control of the rotation speed can be performed.
[0065]
When the dehumidifying air conditioner of the first embodiment is applied to a home air conditioner, a dehumidifying operation is performed so that the room does not become too cold during the rainy season or when sleeping at night in the summer, and a low humidity and comfortable environment is provided. Can be made.
[0066]
As described above, the dehumidifying air conditioner of the present embodiment has a variable sensible heat ratio of the air conditioning load, and can perform energy-saving operation in both the dehumidifying operation and the cooling operation.
[0067]
Next, the operation of the heat pump HP1 in the dehumidifying operation mode will be described with reference to the Mollier diagram of FIG. Note that FIG. 1 is appropriately referred to for devices and the like. FIG. 3 is a Mollier diagram when the refrigerant HFC134a is used. In this diagram, the horizontal axis is enthalpy, and the vertical axis is pressure. In addition, examples of the refrigerant C suitable for the heat pump and the dehumidifying air conditioner of the present invention include HFC407C and HFC410A. In these refrigerants C, the operating pressure range shifts to a higher pressure side than the HFC 134a.
[0068]
In the figure, point a is the state of the refrigerant outlet of the evaporator 210, and the refrigerant C is in the state of a saturated gas. The pressure is 0.34 MPa, the temperature is 5 ° C., and the enthalpy is 400.9 kJ / kg. The state where the gas is sucked and compressed by the compressor 260 and the state at the discharge port of the compressor 260 are indicated by a point b. In this state, the pressure is 0.94 MPa, and the state is a superheated gas.
[0069]
This refrigerant gas C is cooled in the condenser 220 and reaches a point c on the Mollier diagram.
This point is a saturated gas state, the pressure is 0.94 MPa, and the temperature is 38 ° C.
Under this pressure, it is further cooled and condensed to reach point d. This point is a saturated liquid state, the pressure and temperature are the same as point c, and the enthalpy is 250.5 kJ / kg.
[0070]
The refrigerant liquid C is decompressed by the throttle 330 and flows into the evaporating section 251 of the heat exchanger 300. On the Mollier diagram, it is indicated by a point e. The pressure is an intermediate pressure of the present invention, and has a value intermediate between 0.34 MPa and 0.94 MPa in the present embodiment. Here, a state in which a part of the liquid is evaporated and the liquid and the gas are mixed.
[0071]
In the evaporating section 251, the refrigerant liquid C evaporates under the intermediate pressure and reaches a point f between the saturated liquid line and the saturated gas line at the same pressure. Here, a part of the liquid has evaporated, but the refrigerant liquid C remains to some extent.
[0072]
The refrigerant C in the state indicated by the point f flows into the condensation section 252. In the condensing section 252, the refrigerant C is deprived of heat by the low temperature process air A flowing through the second section 320, and reaches the point g.
[0073]
Point g is on the saturated liquid line in the Mollier diagram. The temperature is 18 ° C. and the enthalpy is 223.3 kJ / kg.
[0074]
The refrigerant liquid C at point g is reduced in pressure by the throttle 250 to 0.34 MPa, which is a saturation pressure at a temperature of 5 ° C., and reaches point j. The refrigerant C at this point j reaches the evaporator 210 as a mixture of the refrigerant liquid C and the refrigerant gas C at 5 ° C., where it deprives the processing air A of heat, evaporates and evaporates to the state at the point a on the Mollier diagram. , And is sucked into the compressor 260 again, and the above cycle is repeated.
[0075]
As described above, in the heat exchanger 300, the refrigerant C changes the state of evaporation from the point e to the point f in the evaporating section 251, and changes the state of condensation from the point f to the point g1 in the condensing section 252. The heat transfer is very high and the heat exchange efficiency is high because of the evaporation heat transfer and the condensation heat transfer.
[0076]
As in the prior art, when the refrigerant is moved back and forth between the evaporating section 251 and the condensing section 252 and the evaporation and the condensation are repeatedly performed, the refrigerant can be repeatedly used as a heat transfer medium. However, there is a problem that the flexibility of the arrangement of the evaporating section 251 and the condensing section 252 is low.
[0077]
Here, the refrigerant is evaporated in the evaporating section 251 to pre-cool the processing air A, and the amount of cold required for the pre-cooling is smaller than the amount of cold required for removing moisture in the evaporator 210 (described later). (See FIG. 4). The amount of pre-cooling cold is, at a high level, about the same as the amount of water removed by the evaporator 210. In this embodiment, the flow of the refrigerant is one-way from the evaporating section 251 to the condensing section 252 in consideration of such a balance between the amount of pre-cooling and the amount of water for removing moisture. Can be enjoyed the advantage of high flexibility.
[0078]
Further, when the heat exchanger 300 is not provided as the compression heat pump HP1 including the compressor 260, the condenser 220, the throttles 330 and 250, and the evaporator 210, the refrigerant C in the state of the point d in the condenser 220 is throttled. In this embodiment, the heat exchanger 300 is provided, whereas the enthalpy difference available in the evaporator 210 is only 400.9-250.5 = 150.4 kJ / kg. In the case of the heat pump HP1 used in the above, 400.9-223.3 = 177.6 kJ / kg, and the amount of gas circulating to the compressor 260 for the same cooling load and, consequently, the required power must be reduced by 15%. Can be. That is, the same operation as in the subcool cycle can be provided.
[0079]
Next, the operation of the heat pump HP1 in the cooling operation mode will be described. The operation up to point d in the figure is the same as in the dehumidifying operation mode, and the description up to point d is omitted. After exiting the condenser 220, the refrigerant C passes through a throttle 330. After passing through the throttle, the pressure decreases from 0.94 MPa to 0.34 MPa, and shifts from point d to point j ′ in the drawing. The enthalpy at this point j ′ is 250.5 kJ / kg, and the temperature is 5 ° C. Then, the refrigerant evaporates in the heat exchanger 300 and the evaporator 210 and reaches the point a.
[0080]
Here, the dehumidification load and the cooling load will be described. Especially in climates such as Japan in temperate and subtropical regions, the maximum value of the dehumidification load (latent heat load) of the air conditioning load is not so different between the midsummer and the rainy season. On the other hand, the sensible heat load increases remarkably in the middle of summer, for example, in August. Therefore, as a design maximum load of an air conditioner that combines cooling and dehumidification, a load at the time of high summer must be adopted.
[0081]
On the other hand, the maximum load in the dehumidifying operation mode is equal to or less than half of the maximum load in the cooling operation mode. As an example, assuming that the total load at midsummer is 100, the latent heat load is 30 and the total load in the rainy season such as the rainy season is 40, and the latent heat load is 25.
Therefore, the amount of heat to be taken by the evaporator is much larger in the cooling operation mode than in the dehumidification operation mode. This is because the increase in the sensible heat load increases. However, the latent heat load does not change much between the rainy season and midsummer.
[0082]
According to the embodiment of the present invention, in the cooling operation mode, a heat transfer area usable as the evaporator is added to the heat exchanger 300 in addition to the evaporator 210, so that sufficient heat transfer can be secured. In the dehumidifying operation mode, the heat transfer area that can be used as the evaporator corresponds to the evaporator 210, and can be a heat transfer area suitable for the dehumidification load. The heat exchanger 300 can be used for reheating the so-called excessively cooled process air after dehumidification, and can be used for pre-cooling the process air at the same time.
[0083]
When viewed from another direction, the heat transfer area of the evaporator having a heat transfer area necessary and sufficient for the air conditioner dedicated to cooling may be divided into three parts to form the evaporator 210, the evaporating section 251, and the condensing section 252. That is, a compact and efficient air conditioner for both cooling and dehumidification can be configured by adjusting the refrigerant pipes with the same size as the evaporator of the air conditioner dedicated to cooling.
[0084]
For a climate having the above load ratio, about 40 to 60% of the heat transfer area of the entire heat exchanger is distributed to the evaporator 210, and the remaining 60 to 40% of the heat transfer area is condensed with the evaporator section 251. What is necessary is just to distribute to the section 252 according to the heat transfer amount.
[0085]
The operation of the dehumidifying air conditioner 21 in the dehumidifying operation mode will be described with reference to the psychrometric chart in the dehumidifying operation mode of the dehumidifying air conditioner 21 shown in FIG. In FIG. 4, the state of air in each part is indicated by alphabetic symbols K, X, L, and M. This symbol corresponds to the circled alphabet in the flow diagram of FIG. In addition, this diagram can be applied to a dehumidifying air conditioner according to another embodiment, which will be described later, with respect to the psychrometric chart.
[0086]
In the figure, the processing air A (state K) from the air-conditioned space 101 is sent through the processing air path 107 to the first section 310 of the heat exchanger 300, where the refrigerant C evaporates in the evaporating section 251 to some extent. Cooled. This is pre-cooling before being cooled to the dew point temperature (below) by the evaporator 210, so it can be called pre-cooling. During this time, while being pre-cooled in the first section 310 where the evaporating section 251 is located, the water reaches a point X while removing a certain amount of water and slightly reducing the absolute humidity. Point X is on the saturation line. Alternatively, in the pre-cooling stage, cooling to an intermediate point between the points K and X may be performed. Alternatively, the cooling may be performed to a point beyond the point X to a point slightly shifted on the saturation line to the low humidity side.
[0087]
The pre-cooled process air A is introduced into the evaporator 210 through the path 108.
Here, the processing air A is cooled to its dew point temperature (below) by the refrigerant C, which is decompressed by the expansion valve 250 and evaporates at a low temperature. To point L. The bold line indicating the change from the point X to the point L is drawn shifted from the saturation line for convenience, but actually overlaps the saturation line.
[0088]
The processing air A in the state of the point L flows into the second section 320 of the heat exchanger 300 through the path 109. Here, the refrigerant C is heated by the refrigerant C condensing in the condensing section 252 while keeping the absolute humidity constant, and reaches the point M. At the point M, the absolute humidity is sufficiently lower than the point K, and the dry-bulb temperature is not too low.
[0089]
In the heat exchanger 300, the processing air A is precooled by evaporating the refrigerant C in the evaporating section 251, and the processing air A is reheated by condensing the refrigerant C in the condensing section 252. The refrigerant C evaporated in the evaporation section 251 is condensed in the condensation section 252. As described above, the heat exchange between the process airs A before and after being cooled by the evaporator 210 is indirectly performed by the same evaporation and condensation of the refrigerant C.
[0090]
Outside air B is introduced into the condenser 220 through a path 124. The outside air B removes heat from the condensing refrigerant C, and the heated outside air B is sucked into the blower 140 via the path 125 and discharged outside via the path 126 (EX).
[0091]
Here, in the air-side cycle shown on the psychrometric chart of FIG. 4, the heat quantity of pre-cooling the processing air A in the first section 310, that is, the heat quantity ΔH of reheating the processing air A in the second section 320 is ΔQ is the amount of heat recovered from the processing air A by the evaporator 210. The cooling effect of cooling the air-conditioned space 101 is Δi.
[0092]
As shown in the drawing, since ΔH ≦ ΔQ, the evaporating section 251 as the heat transfer tube of the intermediate evaporator and the condensing section 252 as the heat transfer tube of the intermediate condenser are connected in one way. The refrigerant does not dry out in the heat exchanger, and the amount of heat transfer does not run short.
[0093]
The dehumidifying air-conditioning apparatus 21 of the first embodiment increases the heat transfer area of the evaporator by using the heat exchanger 300 as the air-air heat exchanger in the cooling operation mode to increase the evaporator temperature. To increase the cooling capacity, that is, the sensible heat treatment capacity. As a result, the room temperature can be quickly lowered, and it is possible to cope with a so-called high sensible heat ratio, a dry and high-temperature indoor air conditioning load.
[0094]
That is, in the cooling operation mode, in the psychrometric chart of FIG. 4, the processing air A that has left the air-conditioned space 101 (FIG. 1) (state K) is the first section 310 (FIG. 1) of the heat exchanger. The evaporator 210 (FIG. 1), cooled in the second section 320 of the heat exchanger (FIG. 1), and the process air A exiting the second section 320 of the heat exchanger is treated at a point near point X in the figure. In the state represented by. In the cooling operation mode, it is preferable that the air flow rate of the blower 102 is set to be larger than that in the dehumidification operation mode. This is because a large amount of sensible heat can be easily obtained in this manner.
[0095]
The dehumidifying air conditioner 21 of the present embodiment uses the heat exchanger 300 as a reheat heat exchanger for the processing air A before and after passing through the evaporator 210 in the dehumidifying operation mode, thereby reducing the amount of water condensed by cooling in the cooling operation mode. It is possible to increase the dehumidifying ability, that is, the latent heat treatment ability. Thereby, in the dehumidifying operation mode, the humidity can be quickly reduced, and it is possible to cope with a so-called low sensible heat ratio and a high humidity indoor air conditioning load.
[0096]
The dehumidifying air conditioner 21 has a variable sensible heat ratio of the air conditioning load, and can perform energy-saving operation in both the dehumidifying operation and the cooling operation.
[0097]
Next, another embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 5 is a flowchart of the dehumidifying air conditioner 22 according to the second embodiment of the present invention. The dehumidifying air conditioner 22 includes a heat pump HP2 as a component.
[0098]
The equipment configuration related to the processing air along the path of the processing air A from the air-conditioned space 101 and the equipment configuration along the path of the cooling air (outside air) B as the high heat source fluid from the outdoor OA are all the first embodiment. Since it is the same as in the case of the embodiment, repeated description will be omitted.
[0099]
The device configuration of the heat pump HP2 along the path of the refrigerant C from the evaporator 210'-1 is basically the same except for the structure of the evaporator 210'-1. Hereinafter, the description of the same configuration will be omitted, and the description will be focused on the different parts.
[0100]
Here, the circuit concept of the evaporator 210'-1 shown in FIG. 5 will be described. The number of circuits of the heat exchanger that causes the refrigerant to flow through the heat transfer tube and exchange heat between the refrigerant and the fluid flowing outside the heat transfer tube is the number of flow paths through which the refrigerant flows in parallel. In the figure, the refrigerant path 203 is connected to a distributor 601 provided immediately after entering the heat transfer tubes 210A and 210B of the evaporator 210'-1 after exiting the throttle 250. The refrigerant path 621 and the refrigerant path 622 branch from the distributor 601 and are configured to introduce the refrigerant into the heat transfer tubes 210A and 210B, respectively.
[0101]
The heat transfer tubes 210A and 210B are arranged so that the refrigerant flows in parallel in the evaporator 210'-1. The flow direction of the refrigerant is opposite to the flow direction of the processing air A. This is preferably a countercurrent flow in temperature.
[0102]
In this embodiment, the number of circuits in the evaporator 210'-1 is two. On the other hand, in the heat exchanger 300, one heat transfer tube meanders, and the number of circuits is one. That is, since the number of circuits in the first section 310, which is the intermediate evaporator portion of the heat exchanger 300, is 1, it is smaller than the number of circuits in the evaporator 210'-1.
[0103]
Next, a third embodiment will be described with reference to a partial view of FIG. This partial diagram shows the heat exchanger 300'-1 and the evaporator 210'-2 and their surroundings extracted. The other parts are the same as in FIG. 5 and are not shown. In the figure, a refrigerant path 202 is connected to a distributor 603 after a throttle mechanism 291, and two refrigerant pipes 625 and 626 branch from the distributor 603. The refrigerant pipe 625 is connected to the heat transfer tube 251A, and the refrigerant pipe 626 is connected to the heat transfer tube 251B. The heat transfer tubes 251A and 251B are arranged so that the refrigerant flows in parallel in the first section (intermediate evaporator portion) 310 '. That is, the number of circuits in the first section 310 'is two. The flow direction of the refrigerant is opposite to the flow direction of the processing air A.
[0104]
The heat transfer tube 251A is connected to a heat transfer tube 252A meandering in a second section (intermediate evaporator portion) 320 'via a pipe 202B-1 when the heat transfer tube 251A exits the first section 310'. The heat transfer tube 251B is connected to a heat transfer tube 252B arranged in a meandering manner in the second section 320 'via a pipe 202B-2. Further, the heat transfer tubes 252A and 252B are arranged so that the refrigerant flows in parallel in the second section 320 ′. That is, the number of circuits in the second section 320 'is two. Also in this case, the flow direction of the refrigerant is opposite to the flow direction of the processing air A.
[0105]
In the present embodiment, the refrigerant pipe connecting the first section 310 'and the second section 320' is one pipe for each circuit, that is, the refrigerant pipes 202B-1 and 202B-2, respectively. Since there are two circuits, there are two connection pipes.
[0106]
When the heat transfer tubes 252A and 252B exit the second section 320 ', they are connected to the merge header 604 and merge.
[0107]
The refrigerant path from the expansion mechanism 292 is connected to the distributor 601, from which it branches into four refrigerant pipes 621, 622, 623, and 624. These four refrigerant pipes are respectively connected to four parallel meandering heat transfer tubes in the evaporator 210 '. That is, the number of circuits of the evaporator 210 'is four. After exiting the evaporator 210 ′, the four heat transfer tubes are connected to the merge header 602 and merge. The coolant path 204 is connected to the junction header 602. The rest is the same as the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
In this embodiment, the number of circuits of the intermediate heat exchanger 300'-1 is two, which is less than the number of circuits of the evaporator 210 '. The number of circuits of the evaporator 210 'may be three.
[0108]
The circuit of the heat exchanger 300 ′-1 is configured to be joined to the merge header 604, squeezed by the squeezing mechanism 292, and re-divided to the circuit of the evaporator 210 ′. Even if the evaporation and condensation of the gas are uneven in each circuit, the unevenness is not introduced into the evaporator 210. Further, the aperture mechanism can be integrated, and the structure can be simplified.
[0109]
In (a), the intermediate heat exchanger 300'-1 has been described as being connected by one pipe for each circuit, that is, the refrigerant pipes 202B-1 and 202B-2, respectively. As shown in the intermediate heat exchanger 300'-2 of the fourth embodiment, the heat transfer tubes of a plurality of circuits may be combined into one pipe at the outlet of the first section and guided to the second section. Good.
[0110]
In the present embodiment, the heat transfer tubes in the evaporating section of the first section are combined into a merge header 603-1 and guided to the branch header 604-1 by one pipe 202B. From the branch header 604-1, it branches to a plurality of tubes of the condensation section 252. The flow passage area of the pipe 202B may be substantially equal to the flow passage area of the heat transfer tube × the number of circuits. The rest is the same as the third embodiment of FIG.
[0111]
The intermediate heat exchanger 300'-3 according to the fifth embodiment will be described with reference to the partial flowchart of FIG. In the present embodiment, the evaporating section of the first section and the condensing section of the second section are each composed of three circuits. The three circuits of the evaporating section are combined into one merging header, and are led to the branch header of the condensing section by one connecting pipe 202B. From the branch header, three circuit heat transfer tubes in the condensing section branch.
[0112]
As described above, even when the circuit of the intermediate evaporator and the circuit of the intermediate condenser that meander 1.5 times or more and the circuit of the intermediate condenser are connected with one tube for each circuit, the circuit of the intermediate evaporator and the circuit that meanders 1 or more times Even when the circuits of the condenser are connected together by one pipe, the number of pipes connecting the two can be minimized, so that the structure is simplified and the flexibility of arrangement of the intermediate evaporator and the intermediate condenser is provided. Is high.
[0113]
In the above embodiment, the description has been made on the assumption that the return air from the air-conditioned space 101 is introduced into the first section. However, the outside air may be introduced without introducing the return air from the air-conditioned space 101. It is preferable that the outside air having high humidity and temperature be pre-cooled before being cooled by the evaporator 210. With such a configuration, air conditioning in a hospital or a restaurant requiring the entire amount of outside air can be performed with a high COP.
[0114]
In the embodiment described above, the evaporator 210 that cools the processing air A to the dew point (below), the heat exchanger 300 that is a pre-cooler that pre-cools the processing air A, and the re-heater that performs re-heating are provided. Since the same refrigerant is used as the heat transfer medium of the heat exchanger 300, the refrigerant system is simply simplified, and circulation can be actively performed because the pressure difference between the evaporator 210 and the condenser 220 can be used. In addition, since the boiling phenomenon accompanying a phase change can be applied to the heat exchange of precooling and reheating, the efficiency can be increased.
[0115]
In the above embodiments, the dehumidifying air-conditioning apparatus for air-conditioning the air-conditioned space has been described. The dehumidifying air conditioner of the present invention includes such a case.
[0116]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the heat transfer tube passes through the flow of the processing air in a meandering manner over one reciprocation, the refrigerant evaporates sufficiently in the intermediate evaporator and sufficiently in the intermediate condenser. To condense. When the heat transfer tube of the intermediate evaporator and the heat transfer tube of the intermediate condenser are connected without going back and forth, it is possible to provide a dehumidifying air conditioner with a simple structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart of a dehumidifying air conditioner according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side view showing an installation state of the dehumidifying air conditioner shown in FIG. 1 and a perspective view of a heat exchanger.
FIG. 3 is a Mollier diagram of a heat pump of the dehumidifying air conditioner shown in FIG.
FIG. 4 is a psychrometric chart for explaining the operation of the dehumidifying air conditioner of FIG. 1 in a dehumidifying operation mode.
FIG. 5 is a flowchart of a dehumidifying air conditioner according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partial flow chart showing an intermediate heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart of a conventional dehumidifying air conditioner.
[Explanation of symbols]
21 Dehumidifying air conditioner 101 Air conditioning space 102, 140 Blower 210 Evaporator 220 Condenser 251A, 251B Evaporation section 252A, 252B Condensing section 250 Restrictor 253 Solenoid valve 260 Compressor 291 Second restrictor mechanism 292 First restrictor mechanism 300, 300 '-1 Heat exchanger 310, 310' First section 320, 320 'Second section 330 Restriction 335 Restriction 336 Solenoid valve HP1 Heat pump

Claims (6)

冷媒を蒸発して処理空気を冷却する蒸発器と;
前記蒸発した冷媒を昇圧する昇圧機と;
前記昇圧された冷媒を凝縮する凝縮器と;
前記凝縮器と前記蒸発器との間の冷媒経路中に設けられ、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を蒸発させて前記処理空気を冷却する中間蒸発器と;
前記凝縮器と前記蒸発器との間の冷媒経路中に設けられ、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮させて前記処理空気を加熱する中間凝縮器と;
前記中間蒸発器と前記蒸発器と前記中間凝縮器とをこの順番で接続する処理空気経路と;
前記中間凝縮器の下流側の冷媒経路中に設けられる第1の絞り機構と;
前記中間蒸発器の上流側の冷媒経路中に設けられる第2の絞り機構とを備え;前記中間蒸発器は前記処理空気の流れ中を1往復を越えて蛇行して貫通する伝熱チューブを含んで構成され;
前記中間凝縮器は前記処理空気の流れ中を1往復を越えて蛇行して貫通する伝熱チューブを含んで構成され;
前記中間蒸発器の伝熱チューブと前記中間凝縮器の伝熱チューブとは接続されている;
除湿空調装置。
An evaporator for evaporating the refrigerant to cool the processing air;
A booster for boosting the evaporated refrigerant;
A condenser for condensing the pressurized refrigerant;
Intermediate evaporation that is provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator, and evaporates refrigerant at a pressure intermediate between the condensation pressure of the condenser and the evaporation pressure of the evaporator to cool the processing air. Vessel and;
Intermediate condensation that is provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator and condenses the refrigerant at a pressure intermediate between the condensation pressure of the condenser and the evaporation pressure of the evaporator to heat the processing air Vessel and;
A processing air path connecting the intermediate evaporator, the evaporator, and the intermediate condenser in this order;
A first throttle mechanism provided in a refrigerant path downstream of the intermediate condenser;
A second throttle mechanism provided in a refrigerant path on the upstream side of the intermediate evaporator; the intermediate evaporator includes a heat transfer tube penetrating in a meandering manner over one reciprocation in the flow of the processing air. Consisting of;
The intermediate condenser comprises a heat transfer tube passing through the process air stream in a meandering manner for more than one round trip;
The heat transfer tube of the intermediate evaporator and the heat transfer tube of the intermediate condenser are connected;
Dehumidifying air conditioner.
前記中間蒸発器と前記蒸発器と前記中間凝縮器は、この順番で、前記処理空気の流路に沿って一直線上に配列された、請求項1に記載の除湿空調装置。The dehumidifying air conditioner according to claim 1, wherein the intermediate evaporator, the evaporator, and the intermediate condenser are arranged in a straight line in this order along a flow path of the processing air. 前記中間蒸発器と中間凝縮器とは、前記伝熱チューブが蛇行して貫通する平行に配列した複数のプレートフィンを有する、請求項1または請求項2に記載の除湿空調装置。The dehumidifying air-conditioning apparatus according to claim 1, wherein the intermediate evaporator and the intermediate condenser have a plurality of plate fins arranged in parallel through which the heat transfer tubes meander. 前記中間蒸発器と前記中間凝縮器の、それぞれが含む前記伝熱チューブは、それぞれ前記冷媒を並行して流す1以上のサーキットを構成し、前記中間蒸発器の1のサーキットの伝熱チューブと該中間蒸発器の1のサーキットと対応する前記中間凝縮器の1のサーキットの伝熱チューブとは、1の経路で接続されている、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の除湿空調装置。The heat transfer tubes included in each of the intermediate evaporator and the intermediate condenser constitute one or more circuits through which the refrigerant flows in parallel, and the heat transfer tubes of one circuit of the intermediate evaporator and the heat transfer tubes. 4. The dehumidifier according to claim 1, wherein one circuit of the intermediate evaporator and a corresponding heat transfer tube of one circuit of the intermediate condenser are connected by one path. 5. Air conditioner. 冷媒を蒸発して処理空気を冷却する蒸発器と;
前記蒸発した冷媒を昇圧する昇圧機と;
前記昇圧された冷媒を凝縮する凝縮器と;
前記凝縮器と前記蒸発器との間の冷媒経路中に設けられ、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を蒸発させて前記処理空気を冷却する中間蒸発器と;
前記凝縮器と前記蒸発器との間の冷媒経路中に設けられ、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮させて前記処理空気を加熱する中間凝縮器と;
前記中間蒸発器と前記蒸発器と前記中間凝縮器とをこの順番で接続する処理空気経路と;
前記中間凝縮器の下流側の冷媒経路中に設けられる第1の絞り機構と;
前記中間蒸発器の上流側の冷媒経路中に設けられる第2の絞り機構とを備え;前記中間蒸発器は前記処理空気の流れ中を1往復以上蛇行して貫通する伝熱チューブを含んで構成され;
前記中間凝縮器は前記処理空気の流れ中を1往復以上蛇行して貫通する伝熱チューブを含んで構成され;
前記中間蒸発器と前記中間凝縮器、それぞれが含む前記伝熱チューブは、それぞれ前記冷媒を並行して流す複数のサーキットを構成し、前記中間蒸発器の複数のサーキットの伝熱チューブと前記中間凝縮器の複数のサーキットとの伝熱チューブとは、それぞれまとめて1の経路で接続されている;
除湿空調装置。
An evaporator for evaporating the refrigerant to cool the processing air;
A booster for boosting the evaporated refrigerant;
A condenser for condensing the pressurized refrigerant;
Intermediate evaporation that is provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator, and evaporates refrigerant at a pressure intermediate between the condensation pressure of the condenser and the evaporation pressure of the evaporator to cool the processing air. Vessel and;
Intermediate condensation that is provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator and condenses the refrigerant at a pressure intermediate between the condensation pressure of the condenser and the evaporation pressure of the evaporator to heat the processing air Vessel and;
A processing air path connecting the intermediate evaporator, the evaporator, and the intermediate condenser in this order;
A first throttle mechanism provided in a refrigerant path downstream of the intermediate condenser;
A second throttle mechanism provided in a refrigerant path on an upstream side of the intermediate evaporator; the intermediate evaporator includes a heat transfer tube penetrating one or more times in the flow of the processing air in a meandering manner. Done;
The intermediate condenser includes a heat transfer tube penetrating one or more times in the flow of the processing air in a meandering manner;
The intermediate evaporator and the intermediate condenser, the heat transfer tubes included therein each constitute a plurality of circuits through which the refrigerant flows in parallel, and the heat transfer tubes of the plurality of circuits of the intermediate evaporator and the intermediate condensation tubes. The heat transfer tubes with the multiple circuits of the vessel are connected together in one path;
Dehumidifying air conditioner.
冷媒を蒸発して処理空気を冷却する蒸発器と;
前記蒸発した冷媒を昇圧する昇圧機と;
前記昇圧された冷媒を凝縮する凝縮器と;
前記凝縮器と前記蒸発器との間の冷媒経路中に設けられ、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を蒸発させて前記処理空気を冷却する中間蒸発器と;
前記凝縮器と前記蒸発器との間の冷媒経路中に設けられ、前記凝縮器の凝縮圧力と前記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮させて前記処理空気を加熱する中間凝縮器と;
前記中間蒸発器と前記蒸発器と前記中間凝縮器とをこの順番で接続する処理空気経路と;
前記中間凝縮器の下流側の冷媒経路中に設けられる第1の絞り機構と;
前記中間蒸発器の上流側の冷媒経路中に設けられる第2の絞り機構とを備え;前記中間蒸発器は前記処理空気の流れ中を蛇行して貫通する伝熱チューブを含んで構成され;
前記中間凝縮器は前記処理空気の流れ中を蛇行して貫通する伝熱チューブを含んで構成され;
前記中間蒸発器の伝熱チューブと前記中間凝縮器の伝熱チューブとは一方通行で接続されている;
除湿空調装置。
An evaporator for evaporating the refrigerant to cool the processing air;
A booster for boosting the evaporated refrigerant;
A condenser for condensing the pressurized refrigerant;
Intermediate evaporation that is provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator, and evaporates refrigerant at a pressure intermediate between the condensation pressure of the condenser and the evaporation pressure of the evaporator to cool the processing air. Vessel and;
Intermediate condensation that is provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator and condenses the refrigerant at a pressure intermediate between the condensation pressure of the condenser and the evaporation pressure of the evaporator to heat the processing air Vessel and;
A processing air path connecting the intermediate evaporator, the evaporator, and the intermediate condenser in this order;
A first throttle mechanism provided in a refrigerant path downstream of the intermediate condenser;
A second throttle mechanism provided in a refrigerant path on the upstream side of the intermediate evaporator; the intermediate evaporator includes a heat transfer tube penetrating in a meandering manner in the flow of the processing air;
The intermediate condenser comprises a heat transfer tube penetrating in a meandering manner in the flow of the processing air;
The heat transfer tube of the intermediate evaporator and the heat transfer tube of the intermediate condenser are connected in one way;
Dehumidifying air conditioner.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016159218A (en) * 2015-02-27 2016-09-05 株式会社日立空調Se Dehumidifying drying equipment

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