JP2007527494A - ヒートポンプ方式を利用する湿度制御 - Google Patents

Abstract

湿度制御を実現する蒸気圧縮システムは、少なくとも１つの冷却回路と少なくとも１つのヒートポンプ作動自在回路とを含む複数の蒸気圧縮回路を備える。これらの複数の回路は、空気流に作用するように適応され、これにより、第１の部分が前記少なくとも１つの冷却回路（１４、１６）により冷却され、かつ第２の部分がヒートポンプ作動自在回路（１２）により加熱される。これにより、所望の空気流温度に維持しながら空気流を除湿できる。その結果、システムは、３つの作動モード、すなわち、低顕熱容量と複数のステップの負荷軽減を伴った、冷却モード、加熱モード、および除湿モードを有する。さらに、システム信頼性と複雑性が改善され、また作動と制御の機能が向上される。

Description

本発明は、蒸気圧縮システム、特に、湿度と顕熱容量を制御するシステムおよびそのシステムを作動する方法とに関する。

湿度制御と温度制御を実施するために、加熱、換気、空調および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）のシステムに組込まれるもののような蒸気圧縮システムが必要とされることが多い。

湿度制御機能は、湿分を空気流から、必要に応じて凝縮除去するように、空気流を冷却することにより、一般的に実施される。残念ながら、これにより、空気流の過大な冷却が生じ、使用者の要求を超えてしまうことがある。

この問題を解決する種々の方法が知られており、それらの方法の大部分は、蒸気圧縮回路からの高温ガスを利用して、冷却かつ除湿された空気流を再加熱するステップを採用している。この高温ガスは、空気を再加熱して所望の最終空気を生成するように、冷却かつ除湿された空気と熱交換できる。

残念ながら、そのようなシステムには特に、低温周囲条件の下で問題があり、それらの問題の大半が、冷媒の充填流動（ｃｈａｒｇｅ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）と種々の環境条件におけるシステム性能の大幅な変動とに関連した問題である。凝縮器コイル周りの冷媒バイパスを利用する他の方法も、同様な問題を有する。さらに、「温かい液体」の再加熱のような他の方法は、顕熱容量を低く維持することができない。

したがって、温度制御と湿度制御とを容易に達成する改良されたシステム、およびそのシステムを作動する方法についての必要性が依然ある。
したがって、本発明の主な目的は、そのようなシステムと方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、冷却、加熱および／または除湿に有用であることに万能であるシステムと方法を提供することにある。

本発明の他の目的と利点を以下に説明する。

本発明によれば、上述の目的と利点は容易に達成されている。

本発明によれば、少なくとも１つの冷却回路と少なくとも１つのヒートポンプ作動自在回路とを含む複数の蒸気圧縮回路を備える、湿度制御を実現する蒸気圧縮システムが提供され、上述の複数の回路は、空気流に作用するように適応され、これにより、第１の部分が上述の少なくとも１つの冷却回路により冷却され、かつ第２の部分が上述のヒートポンプ作動自在回路により加熱され、これにより、所望の空気流温度に維持しながら上述の空気流を除湿できる。

さらに本発明によれば、処理される空気流を付与するステップと、少なくとも１つの冷却回路及び少なくとも１つのヒートポンプ作動自在回路を含む複数の蒸気圧縮回路を備えた蒸気圧縮システムを設けるステップと、冷却かつ除湿された流れを生成するように、上述の空気流の第１の部分を上述の少なくとも１つの冷却回路へ供給するステップと、加熱された流れを生成するように、上述の空気流の第２の部分を上述の少なくとも１つのヒートポンプ作動自在回路へ供給し、これにより、所望の空気温度を維持しながら上述の空気流を除湿できるステップと、を含んだ空気流の温度と湿度を制御する方法が提供される。

本発明の好ましい実施例の詳細は、添付図面を参照して以下に説明される。

本発明は、蒸気圧縮システムおよびそのシステムを作動する方法に関し、これにより、必要に応じて、除湿、ならびに好都合には、冷却、加熱および顕熱容量の減少が実現される。

本発明によれば、この機能性は、好ましくは可逆的な仕方でヒートポンプとして作動するために、多回路システムの回路を適応することにより達成され、これにより、調整される空気の一部分を加熱できる一方、他の蒸気圧縮回路は、空気を除湿するように冷却する。これは、必要に応じて順次に、または個別に実施できる。

図１には、本発明に従うシステム１０を概略図示したものであり、そのシステムは、複数の回路１２、１４、１６を備え、それぞれの回路が、圧縮機１８、屋外コイル２０、膨張装置２２および屋内コイル２４を有するように図示される。空気流２６が、必要に応じて処理されるように、屋内コイル２４を通過する。

本発明によれば、複数の回路１２、１４、１６は、（この実施例では回路１２内に可逆弁２８を配置することによって）ヒートポンプとして作動自在である回路１２を含む。他の回路、この実施例では回路１４、１６は、所望の冷却機能を実施するように構成される。かくして、この実施例における回路１４、１６は、蒸発器空気２６の部分３０、３２を冷却するように機能し、それによって、それらの空気部分から水分が除去される。同時に、ヒートポンプとして作動自在な回路１２は、蒸発器空気２６の部分３４を加熱するように機能し、そしてこれらの空気部分が下流側で混合されることによって、必要に応じて、湿度が減少され、かつ顕熱容量を減少またはほぼ無くすことができる空気流を生じる。

この図面は、空気流２６の部分３０、３２および３４の個別または並列の処理を示す。代わりに、たとえば、空気流の部分３２を空気流の部分３０へ供給し、ついで再加熱のために空気流の部分３４へ供給することにより空気流２６を順次に処理することは、本発明の範囲に十分に入る。また、２つの部分を直列に、かつ第３の部分を並列に接続することにより、同一の方法で直列的および並列的に空気流２６を処理できる。

加えて、空気流２６またはその部分を、必要に応じて、未処理空気、たとえば、屋外空気やコイル２４で処理されない空気と混合できる。

図１に図示される回路１２、１４、１６は、当該分野に通常の知識を有する者に周知のように、コイル２０、２４において所望の機能を実施するように冷媒に作用する種々の構成部材間の冷媒ラインに沿って冷媒を通過させることによって作動する。

本発明に従うシステム１０は好都合には、回路１４、１６が、部分２０、３２の除湿のために冷却回路として作動する残りのユニットと組合せて、部分３４が通過するコイル２４内で冷媒を加熱媒体として使用させる。システム１０は、冷却回路により調整された空気から湿分（潜熱負荷）を除去するために、戻り空気を冷却させる。その間に、ヒートポンプ回路は、熱を加え、その結果、ユニットの全体の顕熱容量を減少するのに使用されるので、冷却された空気流と加熱された空気流が、たとえば、供給ファン空間内で一旦混合されると、所望の乾球（ｄｒｙ ｂｕｌｂ）条件を、占有空間内で維持できる。

好都合には、システム１０の３つの独立した作動モードを実現できるように、回路１２、１４、１６を制御できることを理解すべきである。

先ず、システム１０は全冷却モードで作動でき、そこにおいて、可逆弁２８は、回路１４と１６と共に回路１２が冷却回路として作動するように、構成される。このモードで、全冷却容量は、所望の除湿及び冷却を実現するように提供される。回路１２用の容量を切替えることなく、この同一の機能を、回路１２をラインから外し、かつ回路１４、１６だけを独立して作動させることによっても、実現できることを理解すべきである。

第２の作動モードは、上述のように、低顕熱除湿モードとここで呼ばれるものであり、このモードにおいて、空気流の除湿は、ヒートポンプ作動自在回路を用いて再加熱されているため、空気流への最小冷却で実施される。低顕熱容量の冷却または加熱は、特定の瞬間において作動するヒートポンプと冷却回路との数に応じて達成できることを理解すべきである。

最後に、システム１０は、回路１４、１６をほぼ非作動の状態にして、ヒートポンプとして作動するように構成される回路１２を用いた加熱モードで作動できる。本発明に従うシステム１０のこの柔軟性により、かなりの利点が得られる。さらに、従来のシステムに生じる問題が克服される。

上述のように、高温ガスシステムは、一般的に低温周囲条件における冷媒の流動と大幅の容量変動による問題を有する恐れがある。本発明のシステムは、この問題を無くし、かつ低温周囲条件におけるシステム性能の信頼性を向上する。加えて、システム信頼性と制御機能は、上述の条件をより正確に合致（マッチング）させたり、始動／停止サイクル数を大幅に減少させたりすることで、向上する。また加熱回路または冷却回路のそれぞれには、負荷軽減または容量減少を行う内部手段が設けられて、システム作動をさらに改良することに留意すべきである。

同様に、温かい液体を使用するシステムにおいて、これらのシステムでは一般的である空間過冷却の問題が無くなる。

本発明は、改良された乾球制御と湿度除去を提供すること、およびさらに本発明は、コスト削減とシステム複雑性の緩和が実現されることを容易に理解すべきである。

図１に図示されるシステム１０は、３つの回路を示すが、その中の１つの回路を冷却回路とヒートポンプとの間に構成してもよく、追加回路を設けることは本発明の範囲に十分に入り、そこにおいて、一つもしくは複数の回路をヒートポンプとして作動させ、かつ一つもしくは複数の回路を冷却モードで作動させ得ることを理解すべきである。

図示される本発明は、空気流の一部分を冷却回路で処理でき、かつ異なる部分をヒートポンプ回路で処理できるが、代わりに、この空気を順次に処理すること、すなわち、全体の空気流を冷却コイルで処理し、ついで全体の空気流をヒートポンプコイルで処理することは、本発明の範囲内であることをさらに理解すべきである。

加熱回路と冷却回路とにより処理された空気を、未処理空気の一部分と組合せるか又は混合でき、また空気のこれらの部分のいずれかを、屋外環境から導入できるか、または調整された空間から再循環できることを理解すべきである。

このシステムは、任意の数の冷却回路と加熱回路から構成でき、またこれらの回路を、種々のサイズの構成部材を有するように設けることができることも理解すべきである。

本発明は、ここで説明かつ示される説明図に限定されるものではなく、その説明図は、本発明を実施する最良の態様の単なる説明用のものであるとみなされ、かつ構成部材の形態、サイズ、配置の変更、および作動の詳細の変更が容易であることを理解すべきである。むしろ本発明は、特許請求の範囲に明示される趣旨と範囲に入る全てのそのような変更を包含しようとするものである。

本発明に従うシステムの概略図である。

Claims (12)

1. 少なくとも１つの冷却回路と少なくとも１つのヒートポンプ作動自在回路とを含む複数の蒸気圧縮回路を備えた、湿度制御を実現する蒸気圧縮システムであって、
   前記複数の回路は、空気流に作用するように適応され、これにより、第１の部分が前記少なくとも１つの冷却回路により冷却され、かつ第２の部分が前記ヒートポンプ作動自在回路により加熱され、これにより、所望の空気流温度に維持しながら前記空気流を除湿できることを特徴とする蒸気圧縮システム。
2. 前記少なくとも１つのヒートポンプ作動自在回路は、冷却回路として、およびヒートポンプ回路として選択的に作動自在であり、これにより、前記システムは、
   前記複数の回路が冷却回路として作動される冷却モードと、
   前記少なくとも１つの冷却回路が、前記第１の部分を冷却するように作動され、かつ前記少なくとも１つのヒートポンプ作動自在回路が、前記第２の部分を加熱するように作動される低顕熱除湿モードと、
   前記少なくとも１つのヒートポンプ作動自在回路がヒートポンプとして作動されかつ前記少なくとも１つの冷却回路が非作動状態である加熱モードと、
   を含んだ、少なくとも３つの作動モードで作動可能であることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
3. 前記回路は内部負荷軽減機能を有し、これにより、前記空気流の温度と湿度を制御できることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
4. 前記回路は、単一の空気流を順次処理するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
5. 前記回路は、前記第１の部分と前記第２の部分とを並列で処理するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
6. 前記回路は、前記第１の部分と前記第２の部分とを含む、直列部分と並列部分とを組み合わせて、前記空気流を処理するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
7. 処理される空気流を付与するステップと、
   少なくとも１つの冷却回路及び少なくとも１つのヒートポンプ作動自在回路を含む複数の蒸気圧縮回路を備えた蒸気圧縮システムを設けるステップと、
   冷却かつ除湿された流れを生成するように、前記空気流の第１の部分を前記少なくとも１つの冷却回路へ供給するステップと、
   加熱された流れを生成するように、前記空気流の第２の部分を前記少なくとも１つのヒートポンプ作動自在回路へ供給し、これにより、所望の空気温度に維持しながら前記空気流を除湿できるステップと、
   を含んだ空気流の温度と湿度を制御する方法。
8. 前記第１の部分と前記第２の部分とが個別に処理され、ついで混合されて、混合空気流を生成することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の部分と前記第２の部分における流量を選択的に制御し、これにより、前記組合せ空気流の温度と湿度を制御できるステップをさらに含んだ請求項８に記載の方法。
10. 前記空気流は、前記第１の部分として前記少なくとも１つの冷却回路へ供給され、かつ引続いて前記第２の部分として前記ヒートポンプ作動自在回路へ供給されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
11. 前記第１の部分と前記第２の部分とを含む、直列部分と並列部分とを組み合わせて前記空気流を処理するステップをさらに含んだ請求項７に記載の方法。
12. 未処理の空気流を、前記第１の部分及び前記第２の部分の少なくともいずれかの部分と混合するステップをさらに含んだ請求項７に記載の方法。

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