JP2021042863A - 除湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潜熱負荷を処理することができるだけでなく、積極的に顕熱負荷を処理することができる除湿装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】それぞれ第１の冷媒ＸＡが通る、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、および蒸発器４と、第１の冷媒ＸＡの流路における凝縮器２の後段に設けられて、第１の冷媒ＸＡと、この第１の冷媒ＸＡとは別の第２の冷媒ＸＢ（Ｗ１）との間で熱の授受を行う熱交換器８と、を備え、蒸発器２により冷却除湿した空気Ａ２を凝縮器２で再熱する再熱除湿処理をできる除湿装置５０であって、再熱量を調整可能な構成にしている。【選択図】図１

Description

本発明は、空気の再熱除湿を行う除湿装置に関する。

蒸発圧縮式ヒートポンプを備え、空気の再熱除湿を行う除湿装置は既に知られている。図１５に示すように、この種の従来の除湿装置１００は、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、および蒸発器４と、これらを接続する冷媒流路５（５Ａ〜５Ｄ）と、送風機６など、を備えている。この除湿装置１００の蒸発圧縮式ヒートポンプ内では、冷媒ＸＡが循環している。そして、蒸発器４では、液状の冷媒ＸＡ（冷媒液とも称す）が、蒸発器４に導入される空気（導入空気とも称す）Ａ１から熱を受けて蒸発し、凝縮器２では、気化された冷媒ＸＡ（冷媒ガスとも称す）が、蒸発器４を通った空気を加熱して、冷媒ガスが液化するよう構成されている。

この蒸発圧縮式ヒートポンプを通る過程で、蒸発圧縮式ヒートポンプに導入された空気（導入空気）Ａ１は、蒸発器４にて冷却除湿された（この冷却除湿された空気を空気Ａ２とも称する）後、凝縮器２にて再熱され、除湿空気（空気Ａ３）として空調対象（再熱除湿の対象）となる空調領域Ｓに供給される。このように、除湿装置１００によって、空調領域Ｓの潜熱負荷を処理することができる。

ただし、除湿装置１００においては、その構成により、冷媒ガスが空気へ与える熱量Ｈ２は冷媒液が空気Ａ１から受けた熱量Ｈ１と圧縮機１の仕事分の入熱の和となるため、再熱後の空気Ａ３は、この除湿装置１００に導入される導入空気Ａ１に比べて、高い温度となる。

すなわち、従来の除湿装置１００では空調領域Ｓの除湿（潜熱負荷の処理）ができるものの、空調領域Ｓを温めてしまうものであった。なお、図１５に示す構成と概略的に同様な構成の除湿装置が、例えば、特許文献１などに開示されている。

また、図１６に示すように、除湿装置１００の構成に加えて、前記冷媒ＸＡとは別の冷媒ＸＢが循環される熱交換器８を備えた除湿装置１０１がある。熱交換器８には、冷媒ＸＢが循環する配管７Ａ、７Ｂが接続され、熱交換器８では、冷媒ＸＡと冷媒ＸＢとの間で熱の授受が行われる。この除湿装置１０１では、熱交換器８を設けることにより、除湿装置１００と比較して、再熱量を抑えることができて、供給する空気Ａ３が適度な温度に再熱されるよう構成されている。なお、圧縮機１から出た冷媒ＸＡの全量が凝縮器２に導入され、凝縮器２から出た冷媒ＸＡの全量が熱交換器８に導入されるよう構成されている。

特開２００２−３４９８９９号公報

上記のような構成の従来の除湿装置１００、１０１は、凝縮器２による再熱量が一定である。このため、従来の除湿装置１００では、導入された空気Ａ１よりも高い温度の空気Ａ３しか空調領域Ｓへ供給できない。また、従来の除湿装置１０１では、導入された空気Ａ１よりも低い温度の空気Ａ３を供給することは可能であるが、再熱量は除湿装置１０１の設計によりほぼ決定され、運用時の再熱量は成り行きに任せたものであった。

このように、再熱除湿を行う従来の除湿装置１００、１０１は、専ら潜熱負荷を処理する装置である。したがって、室内の空気調和を目的とする場合には、これらの除湿装置１００、１０１（潜熱処理装置）に、顕熱を処理する装置を併用することが一般的である。なお、このように潜熱処理装置と顕熱処理装置とを併用して空気調和する方式は、潜熱顕熱分離空調（システム）と呼ばれている。

このような潜熱顕熱分離空調において、例えば、空調領域Ｓの顕熱負荷の時間的変化が大きい場合や空調冷房の起動時などに、空調領域Ｓの温度が外気温度と同程度であった場合には、空調領域Ｓを適温まで下げようとしても、従来の除湿装置１００、１０１だけではこれに対処することができなかったり、空調領域Ｓの顕熱負荷を十分には処理することができなかったりしていた。

本発明は上記課題を解決するもので、潜熱負荷を処理することができるだけでなく、積極的に顕熱負荷を処理することもできる除湿装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、それぞれ第１の冷媒が通る、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器と、前記第１の冷媒の流路における前記凝縮器の後段に設けられて、第１の冷媒と、この第１の冷媒とは別の第２の冷媒との間で熱の授受を行う熱交換器と、を備え、蒸発器により冷却除湿した空気を凝縮器で再熱する再熱除湿処理をできる除湿装置であって、再熱量を調整可能な構成にしていることを特徴とする。

この構成において、主に潜熱処理を行う場合には、蒸発器にて冷却除湿した後、凝縮器にて再熱し、除湿空気を空調対象（再熱除湿の対象）となる空調領域に供給する。すなわち、これにより、空調領域の潜熱負荷を処理する。また、例えば、空調領域に多くの人が入室して顕熱負荷が急激に増加する場合や、別途の空調設備の空調冷房の起動時などに空調領域を素早く冷却する必要がある場合には、再熱量を減少させることで、潜熱負荷の処理だけでなく、必要に応じて顕熱負荷も積極的に処理することができる。

また、本発明は、凝縮器へ送る第１の冷媒の量を調整する流量調整弁を有し、凝縮器の再熱量を変化させる際には、前記流量調整弁により凝縮器に送る第１の冷媒の量を調整することを特徴とする。

この構成によれば、流量調整弁により凝縮器に送る第１の冷媒の量を調整する比較的簡単な構成で再熱量を変化させることができる。なお、凝縮器に送る第１の冷媒の量を減少させて再熱量を調整する際には、凝縮器で処理できる熱量が減少するため、減少分の熱量は熱交換器にて処理し、当該除湿装置の系内のヒートバランスを保つ。また、凝縮器に第１の冷媒を通さず、熱交換器により第１の冷媒の熱量を全て処理することで、再熱なしの空気を空調領域に供給することができる。

また、本発明は、前記凝縮器として、互いに処理量の異なるまたは同じ処理量を持つ複数の凝縮器が設けられることを特徴とする。この構成によれば、必要再熱量に応じた互いに処理量の異なるまたは同じ処理量を持つ複数の凝縮器を選択または組み合わせて使用することで、再熱量を調整することができる。また、複数設けた凝縮器に第１の冷媒を通さず、熱交換器にて第１の冷媒の熱量を全て処理することで、再熱なしの空気を空調領域に供給することができる。また、複数の凝縮器として、処理量が互いに異なるものを用いることで、処理量が同じものを用いた場合よりも、合計処理量を可変できる組み合わせが多くなり、必要再熱量に、より良好に対応可能となる。

また、本発明は、前記熱交換器への冷媒通路が、第２の冷媒としての水と前記第１の冷媒とで熱交換させる熱交換器であり、再熱量を調整する際は、この熱交換器により、当該除湿装置の系内の余剰熱を系外へ放出することを特徴とする。ここで、前記熱交換器は、再熱量の変化に追従して、その処理量を可変させる必要があり、前記熱交換器で処理すべき熱量に応じた第２の冷媒の量を調整できなければならない。また、再熱が無い状態で対応可能とするため、前記熱交換器は、第１の冷媒の全量を処理できる能力を持つことが好適である。

この構成により、前記凝縮器にて再熱量を調整する場合において（再熱しない場合を含む）、当該除湿装置の系内のヒートバランスを良好に保つことができる。

また、本発明は、前記熱交換器が、外気などの空気と前記第１の冷媒とで熱交換する熱交換器であり、再熱量の調整を行う際には、当該除湿装置の系内の余剰熱を、空気により系外に放出することを特徴とする。

前記熱交換器は、再熱量の変化に追従して、その処理量を可変させる必要があり、熱交換器で処理すべき熱量に応じた空気の量を調整できなければならない。また、再熱が無い状態で対応可能とするため、第１の冷媒の全量を処理できる能力を持つ、空気と第１の冷媒との間で熱交換する熱交換器を備えることが好適である。上記構成によれば、熱交換器が、外気などの空気と前記第１の冷媒とで熱交換する熱交換器であるので、前記凝縮器にて再熱量を調整する場合において（再熱しない場合を含む）、当該除湿装置の系内のヒートバランスを良好に保つことができる。

また、本発明は、前記熱交換器への冷媒通路が、空調領域に臨んで配置される放射パネルまたは高顕熱型のファンコイルユニットに接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、当該除湿装置の熱交換器と放射パネル（または高顕熱型のファンコイルユニット）で使われる冷媒として同じ温度帯（例えば約１６℃〜２０℃）の冷水を共用することができる。したがって、一般的な空調装置で多く使われている冷媒液温度域である約７℃〜１０℃程度の場合と比較して、冷媒液源装置の使用エネルギーを抑えることができる。また、約１６℃〜２０℃の冷媒液であれば、地下水を利用可能であり、この場合には冷媒液源装置を備えない潜熱顕熱分離空調システムを実現でき、従来の潜熱顕熱分離空調システムに比べて大きな省エネルギー効果がある。

また、本発明は、蒸発器前段で空気を予め冷却するプレクーラーを有することを特徴とする。この構成によれば、蒸発器前段で空気を少なくとも飽和温度まで冷却することによる以下のような問題を解消できる。つまり、プレクーラーが無い場合には、第１の冷媒の蒸発温度を低めに設定しなければならず、この蒸発温度が０℃以下となることもあり、蒸発器と空気の接触面において、霜が付いたり、結露水の氷結が生じたりし、これにより、蒸発器の伝熱係数を著しく低下させたり、空気の流路が閉塞されたりする恐れがある。これに対して、プレクーラーを有する構成によれば、蒸発器の前段で導入する空気を少なくとも飽和温度まで冷却することにより、蒸発器における第１の冷媒の蒸発温度を高めに設定することができるため、上記問題を解消することができる。また、当該除湿装置と顕熱処理装置とを合わせて、放射パネルや高顕熱型ファンコイルユニット等と組み合わせたシステムにおいては、プレクーラーの冷媒液の種類や温度帯を放射パネルや高顕熱型ファンコイルユニット等と共有することができる利点もある。

また、本発明は、非空調領域からの空気と空調領域からの空気との顕熱および潜熱を交換する全熱交換器、または非空調領域からの空気と空調領域からの空気との顕熱を交換する顕熱交換器を有することを特徴とする。

この構成によれば、全熱交換器や顕熱交換器により、空調領域から排出される空気から、空調領域に導入される空気へ顕熱や潜熱の熱回収を行うことができ、当該除湿装置で処理すべき負荷低減を図り、ひいては当該除湿装置の小型化を図ることができる。

また、本発明は、除湿運転時のヒートポンプサイクルにおける第１の冷媒の流路を、除湿運転時とは逆のヒートポンプサイクルへ切り替えて空気を加熱処理可能とする四方弁と、加熱後の空気を加湿できる加湿器と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、四方弁により冷媒の流路を切り替えることで、空気を加熱することができる。また、加湿器を設けることで、加熱された空気の加湿を行えるだけでなく、状況に応じて除湿や加湿を行う調湿機として扱うことができる。

本発明によれば、それぞれ第１の冷媒が通る、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器と、前記第１の冷媒の流路における前記凝縮器の後段に設けられて、第１の冷媒と、この第１の冷媒とは別の第２の冷媒との間で熱の授受を行う熱交換器と、を備え、蒸発器により冷却除湿した空気を凝縮器で再熱する再熱除湿処理をできる除湿装置において、再熱量を調整可能な構成にすることにより、主に潜熱処理を行う場合に、空調領域の潜熱負荷を処理することができるだけでなく、例えば、空調領域に多くの人が入室して顕熱負荷が急激に増加する場合や、別途の空調設備の空調冷房の起動時などに空調領域を素早く冷却する必要がある場合に、再熱量を減少させることで、潜熱負荷の処理だけでなく、必要に応じて顕熱負荷も積極的に処理することができる。

本発明の実施の形態（第１の実施の形態）に係る除湿装置を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る除湿装置を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る除湿装置を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る除湿装置を示す図である。 第４の実施の形態に係る除湿装置の凝縮器を選択または組み合わせて使用した場合の、全熱処理量に対する再熱顕熱量の割合を示した図である。 本発明の第５の実施の形態に係る除湿装置を示す図である。 本発明の第６の実施の形態に係る除湿装置を示す図である。 本発明の第７の実施の形態に係る除湿装置を示す図である。 本発明の第８の実施の形態に係る除湿装置を示す図である。 本発明の第９の実施の形態に係る除湿装置を示す図である。 本発明の第１０の実施の形態に係る除湿装置を示す図である。 同除湿装置により再熱量を変更した場合の各空気の温度状態（すなわち、再熱による影響）を示す図である。 本発明の第１１の実施の形態に係る除湿装置を示す図である。 本発明の第１２の実施の形態に係る除湿装置を示す図である。 従来の除湿装置を示す図である。 従来の他の除湿装置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る除湿装置を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る除湿装置を示す。図１に示すように、この除湿装置５０は、それぞれ第１の冷媒ＸＡが通る、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、および蒸発器４と、これらを接続する冷媒流路５（５Ａ〜５Ｇなど）と、送風機６など、からなるいわゆる蒸発圧縮式ヒートポンプを備えている。また、除湿装置５０は、第１の冷媒ＸＡの流路における凝縮器２の後段に、第１の冷媒ＸＡとこの第１の冷媒ＸＡとは別の第２の媒体ＸＢとの間で熱の授受を行う熱交換器８を備えている。熱交換器８には、冷媒ＸＢが循環する配管７Ａ、７Ｂが接続され、熱交換器８では、冷媒ＸＡと冷媒ＸＢとの間で熱の授受が行われる。

蒸発器４では液状の冷媒ＸＡ（冷媒液とも称す）が、蒸発器４に導入される空気（導入空気とも称す）Ａ１から熱を受けて蒸発し、凝縮器２では、気化された冷媒ＸＡ（冷媒ガスとも称す）が、蒸発器４を通った空気Ａ２と熱交換され、前記冷媒ガスが液化するよう構成されている。また、この蒸発圧縮式ヒートポンプを通る過程で、蒸発圧縮式ヒートポンプに導入された空気（導入空気）Ａ１が、蒸発器４にて冷却除湿された（冷却除湿された空気Ａ２）後、凝縮器２にて再熱され、除湿空気（供給空気）Ａ３として空調対象（再熱除湿の対象）となる空調領域Ｓに供給できるようになっている。これにより、この除湿装置５０によって、空調領域Ｓの空気Ａ１を再熱除湿処理できる、すなわち、空調領域Ｓの潜熱負荷を処理することができるように構成されている。

この除湿装置５０では、上記構成に加えて、再熱量を調整可能な構成にしている。この実施の形態（第１の実施の形態）では、除湿装置５０は、凝縮器２へ送る第１の冷媒ＸＡの量を調整する流量調整弁２１、２２を有し、凝縮器２の再熱量を変化させる際には、流量調整弁２２により凝縮器２に送る第１の冷媒ＸＡの量を調整するようになっている。つまり、除湿装置５０において、圧縮機１から出る第１の冷媒ＸＡを送り出す流路５Ａが、凝縮器２側と熱交換器８側とに分岐されており、凝縮器２側に接続される流路５Ｆに流量調整弁（凝縮器側流量調整弁とも称す）２１が設けられ、熱交換器８側に接続される流路５Ｇに流量調整弁（熱交換器側流量調整弁とも称す）２２が設けられている。なお、流量調整弁２１、２２は、弁の開度を制御して調整できる自動制御弁から構成すると好適である。また、図１における２３は逆止弁であり、この逆止弁２３により凝縮器２から出される第１の冷媒ＸＡが逆流することなく熱交換器８側に送り出される。

また、除湿装置５０には、制御部２０が設けられており、制御部２０により凝縮器側流量調整弁２１を通して凝縮器２に送られる第１の冷媒ＸＡの量（割合）が調整され、残りの第１の冷媒ＸＡは熱交換器側流量調整弁２２を通して、直接、熱交換器８に送られる。また、図１における１５は、空調領域Ｓからの空気を吸引する還気経路のダクトである（簡略的に図示する）。また、２４は、還気経路のダクト１５内に配置されて空調領域Ｓの温度を測定する温度センサ、２５は、還気経路のダクト１５内に配置されて空調領域Ｓの湿度を測定する湿度センサである。温度センサ２４や湿度センサ２５は、制御部２０に接続されている。なお、温度センサ２４や湿度センサ２５は、空調領域Ｓに臨んで配置されたり、蒸発器４への空気Ａ１の導入箇所に配置されていたりしてもよい。また、空調領域Ｓには別途に、主として顕熱処理を行う空調設備（図示せず）が設けられている。

この実施の形態では、熱交換器８により、第２の冷媒ＸＢとしての水Ｗ１と第１の冷媒ＸＡとで熱交換させる。そして、再熱量を調整する際は、この熱交換器８により、当該除湿装置５０の系内の余剰熱を系外へ放出するようになっている。なお、第１の冷媒ＸＡとしては代替フロンが好適であるが、これに限るものではなく、各種の冷媒を使用できる。ここで、熱交換器８は、再熱量の変化に追従して、その処理量を可変させる必要があり、熱交換器８で処理すべき熱量に応じた第２の冷媒ＸＢの量を調整できる。また、熱交換器８は、再熱が無い状態で対応可能とされており、第１の冷媒ＸＡの全量を処理できる能力を持っている。

上記構成において、主に潜熱処理を行う場合（空調領域Ｓの湿度が高くなった場合など）には、凝縮器側流量調整弁２１が完全に開けられる一方、熱交換器側流量調整弁２２が完全に閉じられる。これにより、圧縮機１から出された第１の冷媒ＸＡの全量が凝縮器２に送られる。したがって、空調領域Ｓから排気された空気Ａ１は、蒸発器４にて冷却除湿された後、凝縮器２にて再熱され、除湿空気（供給空気Ａ３）が空調領域Ｓに供給される。すなわち、このようにして、この除湿装置５０により、空調領域Ｓの潜熱負荷が処理される（除湿される）。

また、例えば、空調領域Ｓに多くの人が入室して顕熱負荷が急激に増加する場合や、別途の空調設備の空調冷房の起動時などに空調領域Ｓを素早く冷却する必要がある場合（空調領域Ｓの温度が高くなった場合など）には、凝縮器側流量調整弁２１を通過する第１の冷媒ＸＡの量が減少するとともに熱交換器側流量調整弁２２を通過する第１の冷媒ＸＡの量が増加するように、制御部２０により流量調整弁２１、２２を調整する。すなわち、この際には、空調領域Ｓの温度が高くなるので、これを温度センサ２４により検知して、制御部２０により、凝縮器側流量調整弁２１はその開度が減少するように調整され、熱交換器側流量調整弁２２はその開度が増加するように調整される。なお、顕熱負荷の増加量が多い場合や、空調領域Ｓをより素早く冷却する必要がある場合には、凝縮器側流量調整弁２１の開度がより小さくなるように減少させるとともに、熱交換器側流量調整弁２２の開度がより大きくなるように調整する。

例えば、以下のように、当該除湿装置５０を再熱制御してもよい。設定室温ａと空調領域Ｓの実際の温度ｂとの差ΔＴ（＝ａ−ｂ）に応じて、第１の冷媒ＸＡの全冷媒量（熱交換器８）に対する凝縮器２に送る冷媒量の割合Ｃが、以下の（表１）で示す状態となるように再熱制御する。このような再熱制御が好適であるが、これに限るものではなく、差ΔＴの温度範囲や冷媒量の割合Ｃを設定変更可能に構成してもよい。

これにより、主に潜熱処理を行う場合よりも、凝縮器２に送る第１の冷媒ＸＡの量が減少して凝縮器２による再熱量が減少し、この結果、主に潜熱処理を行う場合よりも、温度の低い空気（供給空気）Ａ３を空調領域Ｓに供給できる。なお、このように、凝縮器２に送る第１の冷媒ＸＡの量を減少させて再熱量を調整する際には、凝縮器２で処理できる熱量が減少するため、減少分の熱量は熱交換器８にて処理され、除湿装置５０の系内のヒートバランスが良好に保たれる。

このように、上記構成の除湿装置５０によれば、潜熱負荷の処理だけでなく、必要に応じて顕熱負荷も積極的に処理することができる。さらに、空調領域Ｓの顕熱負荷変動の際、その程度は状況に応じて異なるので、除湿装置５０では、必要な顕熱処理量に応じて、適度に再熱量を変化させることができる。また、凝縮器２に送る冷媒量の割合Ｃが表１において「０％」と示しているように、除湿装置５０では、凝縮器２に第１の冷媒ＸＡを通さず、熱交換器８に第１の冷媒ＸＡを全て通して第１の冷媒ＸＡの熱量を全て処理することで、再熱なしの空気を空調領域Ｓに供給することができる。

なお、上記構成の除湿装置５０における熱交換器８は、再熱量の変化に追従して、その処理量を可変させる必要があり、熱交換器８で処理すべき熱量に応じた第２の冷媒ＸＢの量を調整できなければならない。また、再熱が無い状態で対応可能とするため、第１の冷媒ＸＡの全量を処理できる能力を持つ熱交換器８を備えることが好適である。また、第１の冷媒ＸＡを圧縮機１から直接に熱交換器８に送る場合には、熱交換器８が凝縮器（つまり凝縮器２とは別の第２の凝縮器）として機能する。

この実施の形態では、熱交換器８が、第２の冷媒ＸＢとしての水Ｗ１と第１の冷媒ＸＡとで熱交換させる熱交換器８であり、再熱量を調整する際は、この熱交換器８により、当該除湿装置の系内の余剰熱を系外へ放出するように構成している。そして、この構成により、第２の冷媒ＸＢとして水Ｗ１、Ｗ２を用いることで、凝縮器２にて再熱量を調整する場合において（再熱しない場合を含む）、除湿装置５０の系内のヒートバランスを良好に保つことができる。また、このように第２の冷媒ＸＢとして水Ｗ１、Ｗ２を用いる場合には、後述するように、第２の冷媒ＸＢとして外気などの空気Ｂ１、Ｂ２を用いる場合と比較して、単位質量当たりの熱容量が極めて大きいため、少ない質量で同じ熱量を動かすことができる利点もある。

なお、上記実施の形態では、除湿装置５０に、制御部２０や温度センサ２４、湿度センサ２５を設けて、空調領域Ｓに多くの人が入室して顕熱負荷が急激に増加する場合や、別途の空調設備の空調冷房の起動時などに、空調領域Ｓの温度が高くなるので、これを温度センサ２４により検知して、制御部２０により、凝縮器側流量調整弁２１の開度が減少するように調整した場合を述べた。しかし、これに限るものではなく、例えば、このように再熱量を減少させるための、手動のスイッチなどを設けて、人が手動操作により、切替え可能に構成してもよい。

また、図２に示すように、上記構成要素に加えて、第１の冷媒ＸＡの流路を切替可能な四方弁９を設けて、除湿装置５１を構成してもよい（第１の実施の形態の変形例である第２の実施の形態）。すなわち、図２において、点線で示す流路となるように四方弁９を切り替えることにより、一時的に蒸発器４の表面を加熱乾燥させて除湿装置５１をより良好な状態でメンテナンスできるように構成してもよい。また、図２に示すように、第１の冷媒ＸＡの流路における圧縮機１の前段に、凝縮器として機能する箇所で液化した第１の冷媒ＸＡを一時的に貯留する受液器１０を設けると、液化した第１の冷媒ＸＡが圧縮機１に入って圧縮機１が損傷することなどを防止できるため好適であるが、これに限るものではない。

また、図１や図２に示す除湿装置５０、５１では、熱交換器８が、第２の冷媒ＸＢとしての水と第１の冷媒ＸＡとで熱交換させる熱交換器８であったが、これに代えて、図３に示す除湿装置５２のように、熱交換器１６が、第２の冷媒ＸＢとしての外気などの空気Ｂ１、Ｂ２と第１の冷媒ＸＡとで熱交換する熱交換器１６であってもよい（第３の実施の形態）。そして、再熱量の調整を行う際には、当該除湿装置５２の系内の余剰熱を、空気Ｂ１、Ｂ２により系外に放出するように構成する。

但し、この構成においては、熱交換器１６は、再熱量の変化に追従して、その処理量を可変させる必要があり、熱交換器１６で処理すべき熱量に応じた空気の量を調整できなければならない。また、再熱が無い状態で対応可能とするため、熱交換器１６は、第１の冷媒ＸＡの全量を処理できる能力を備えて、空気と第１の冷媒ＸＡとの間で熱交換する必要がある。

上記構成によれば、熱交換器１６が、外気などの空気Ｂ１、Ｂ２と第１の冷媒ＸＡとで熱交換するので、凝縮器２にて再熱量を調整する場合において（再熱しない場合を含む）、当該除湿装置５２の系内のヒートバランスを良好に保つことができる。

図４は本発明の第４の実施の形態に係る除湿装置５３を示す。この除湿装置５３では、凝縮器２として、互いに処理量の異なる複数（図４に示す除湿装置５３では３つ）の凝縮器２Ａ、２Ｂ、２Ｃが設けられている。これらの凝縮器２Ａ〜２Ｃは、マニホールド１１Ａ、１１Ｂにより並列に接続されている。なお、各凝縮器２Ａ〜２Ｃにそれぞれ開閉弁３１や逆止弁２３を設けて接続したり、マニホールド１１Ａと熱交換器８の間にも開閉弁３２を設けて接続したりすると好適である。なお、開閉弁３１、３２は、制御動作により全開位置と全閉位置との２位置に切り替えられる自動制御切替弁により構成すると好適である。しかし、これに限るものではなく、開閉弁３２については、これに代えて、制御動作により流量を調整可能な流量調整弁を用いてもよい。また、凝縮器２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、これらを合わせた処理量を１００％とした場合に、例えば、６０％、３０％、１０％の処理量とされているが、これに限るものではない。なお、この実施の形態では、処理量が互いに異なる凝縮器２Ａ、２Ｂ、２Ｃを用いた場合を述べたが、これに代えて、同じ処理量の凝縮器を複数設けてもよい。例えば２つの凝縮器２Ａ、２Ｂで、これらを合わせた処理量を１００％とした場合に、それぞれ、２つの凝縮器２Ａ、２Ｂが同じ処理量を有したり（それぞれ５０％の処理量であったり）、４つの凝縮器２Ａ〜２Ｄが同じ処理量を有したり（それぞれ２５％の処理量であったり）してもよい。

上記構成において、主に潜熱処理を行う場合（空調領域Ｓの湿度が高くなった場合など）には、全ての凝縮器２Ａ〜２Ｃが作動されるように、各開閉弁３１が開けられる。これにより、圧縮機１から出された第１の冷媒ＸＡが各凝縮器２Ａ〜２Ｃに送られる。したがって、空調領域Ｓから排気された空気Ａ１は、蒸発器４にて冷却除湿された後、凝縮器２Ａ〜２Ｃにて再熱され、除湿空気（供給空気Ａ３）が空調領域Ｓに供給される。すなわち、これにより、空調領域Ｓの潜熱負荷が処理される（除湿される）。

また、例えば、空調領域Ｓに多くの人が入室して顕熱負荷が急激に増加する場合や、別途の空調設備の空調冷房の起動時などに空調領域Ｓを素早く冷却する必要がある場合（空調領域Ｓの温度が高くなった場合など）には、必要再熱量に応じた互いに処理量の異なる複数の凝縮器２Ａ〜２Ｃを選択または組み合わせて使用することで、再熱量が調整される。凝縮器２Ａ〜２Ｃが例えば上記した処理量である場合には、これらの凝縮器２Ａ〜２Ｃを選択または組み合わせて使用することで、０％、１０％、３０％、４０％、６０％、７０％、９０％、１００％の再熱量とすることが可能である。また、何れの凝縮器２Ａ〜２Ｃにも第１の冷媒ＸＡを通さず、熱交換器８にて第１の冷媒ＸＡの熱量を全て処理することで、再熱なしの空気Ａ３を空調領域Ｓに供給することができる。

なお、このように、凝縮器２として、複数の凝縮器２Ａ、２Ｂ、２Ｃを設けている場合には、図４に示すように、熱交換器８が、第２の冷媒ＸＢとしての水Ｗ１と第１の冷媒ＸＡとで熱交換させる熱交換器８であり、再熱量を調整する際は、この熱交換器８により、当該除湿装置５３の系内の余剰熱を系外へ放出する。

なお、図５に、それぞれ、これらの凝縮器２Ａ〜２Ｃを選択または組み合わせて使用することで、０％、１０％、３０％、４０％、６０％、７０％、９０％、１００％の凝縮器有効割合（凝縮器２Ａ〜２Ｃによる有効な伝熱面積の割合）とした場合（横軸）の、全熱処理量（蒸発器４における全熱処理量）に対する、これらの凝縮器２Ａ〜２Ｃによる再熱顕熱量の割合を縦軸に示した結果を示す。なお、曲線はこれらの値を概略的に接続したもので、図５に示すように、これらの凝縮器２Ａ〜２Ｃを選択または組み合わせて使用することで、再熱顕熱量を良好に制御できることがわかる。

しかし、これに限るものではなく、図６に示すように、熱交換器１６が、外気などの空気Ｂ１、Ｂ２と第１の冷媒ＸＡとで熱交換する熱交換器１６であってもよい（第５の実施の形態）。そして、再熱量の調整を行う際には、当該除湿装置５４の系内の余剰熱を、空気Ｂ１、Ｂ２により系外に放出するように構成する。また、複数の凝縮器２Ａ〜２Ｃは互いに処理量が異なっていると好適であるが、これに限るものではなく、同じである場合（例えば２つの凝縮器２Ａ、２Ｂで、これらを合わせた処理量を１００％とした場合に、それぞれ、５０％ずつであるなど）でも構成することは可能である。

この構成によっても、主に潜熱処理を行う場合（空調領域Ｓの湿度が高くなった場合など）には、全ての凝縮器２Ａ〜２Ｃを作動させて除湿空気（供給空気Ａ３）を空調領域Ｓに供給し、空調領域Ｓの潜熱負荷を処理する（除湿する）ことができる。また、例えば、空調領域Ｓに多くの人が入室して顕熱負荷が急激に増加する場合や、別途の空調設備の空調冷房の起動時などに空調領域Ｓを素早く冷却する必要がある場合（空調領域Ｓの温度が高くなった場合など）でも、必要再熱量に応じた複数の凝縮器２Ａ〜２Ｃを選択または組み合わせて使用することで再熱量を調整でき、当該除湿装置５４の系内の余剰熱を、空気Ｂ１、Ｂ２により系外に放出することができる。

また、複数の凝縮器２Ａ、２Ｂ、２Ｃとして、処理量が互いに異なるものを用いることで、処理量が同じものを用いた場合よりも、合計処理量を可変できる組み合わせが多くなり、必要再熱量に、より良好に対応可能となる利点がある。なお、この実施の形態では、凝縮器２Ａ〜２Ｃが３つである場合を図示したが、これに限るものではなく、凝縮器２は２つ、または４つ以上設けられていてもよい。なお、例えば５つの同じ再熱量の凝縮器を設けて、０％、２０％、４０％、６０％、８０％、１００％の再熱量（凝縮器有効割合）とした場合に、上記と同様に、設定室温ａと空調領域Ｓの実際の温度ｂとの差ΔＴ（＝ａ−ｂ）に応じて、第１の冷媒ＸＡの全冷媒量（熱交換器８、１６への冷媒量）に対する凝縮器２に送る冷媒量の割合Ｃが、上記した（表１）で示す状態となるように再熱制御してもよい。なお、差ΔＴの値や冷媒量の割合Ｃを設定変更可能に構成してもよい。

図７は本発明の第６の実施の形態に係る除湿装置５５を示す。この除湿装置５５では、空調領域Ｓに臨んで配置される放射パネル２６を有しており、この放射パネル２６に流される冷媒として、熱交換器８に通される第２の冷媒ＸＢと同じものが用いられている（共用されている）。なお、図示しないが、放射パネル２６に代えて高顕熱型のファンコイルユニットを設けてもよく、この場合にも、ファンコイルユニットに流される冷媒として、熱交換器８に通される第２の冷媒ＸＢと同じものが用いられる（共用されている）。なお、第２の冷媒ＸＢとしては水が好適であるが、これに限るものではない。また、図７における１２Ａ、１２Ｂは冷媒ＸＢを循環させる配管である。また、放射パネル２６の配設場所としては、空調領域Ｓの天井に配置すると好適であるが、これに限るものではなく、側壁に配置したり、床に設置したりしてもよい。また、高顕熱型のファンコイルユニットの配設場所としては、空調領域Ｓの天井に配置すると好適であるが、これに限るものではなく、天井裏に配置したり、床に設置したりしてもよい。

ここで、従来より多く用いられている一般的な除湿装置では、冷媒液は約７℃〜１０℃程度の低温域のものが用いられている。これに対して、一般的な顕熱処理装置では、約１６℃〜２０℃程度（高温域）の冷媒液が使用されている。したがって、除湿装置と顕熱処理装置とを備えた従来の潜熱顕熱分離空調システムでは、２つの温度域の冷媒液が必要となっており、このため、高温域と低温域とのそれぞれの冷媒液源装置を別々に備える必要があった。また、これに加えて、冷媒液の流路も２つの温度域に分けて準備する必要があるため、潜熱顕熱分離空調システムとしての設備の大型化による設備費および運転費のコストアップが問題点となっていた。

これに対して、本実施の形態の構成（除湿装置５５と顕熱処理装置とからなる潜熱顕熱分離空調システム）によれば、冷水などの冷媒液を共有で使用でき、一般的な空調装置で多く使われている冷媒液温度域である約７℃〜１０℃程度の場合と比較して、冷媒液源装置の使用エネルギーを抑えることができる。また、潜熱顕熱分離空調システムで使用する約１６℃〜２０℃の冷媒液であれば、地下水を利用可能であり、この場合には冷媒液源装置を備えない顕熱潜熱分離空調システムを実現でき、従来の潜熱顕熱分離空調システムと比較して大きな省エネルギー効果がある。

図８は本発明の第７の実施の形態に係る除湿装置５６を示す。この除湿装置５６では、図７に示す第６の実施の形態に係る除湿装置５５の構成要素に加えて、さらに、蒸発器４の前段で空気Ａ１を予め冷却するプレクーラー２７を有している。配管１３Ａ、１３Ｂを通してプレクーラー２７に流される冷媒としては、熱交換器８に通される第２の冷媒ＸＢと同じものが用いられる（共用されている）。

ここで、プレクーラーが無い場合には、蒸発器４で、空気Ａ１を所定の湿度まで除湿しようとしたとき、空気Ａ１の条件次第では冷媒ＸＡの蒸発温度を低めに設定しなければならず、この蒸発温度が０℃以下となることもある。この場合、蒸発器４と空気Ａ１の接触面において、霜が付いたり、結露水の氷結が生じたりし、これにより、蒸発器４の伝熱係数を著しく低下させたり、空気Ａ１の流路が閉塞されたりする恐れがある。

これに対して、上記のように、プレクーラー２７を有する構成によれば、蒸発器４の前段で空気Ａ１を少なくとも飽和温度まで冷却する（図８においてＡ１１は冷却空気を示す）ことにより、蒸発器４における冷媒ＸＡの蒸発温度は、プレクーラー２７を設けない場合に比べ、高めに設定することができるため、上記問題点（蒸発器４と空気Ａ１１の接触面において、霜が付いたり、結露水の氷結が生じたりする問題など）を解消しやすい。また、当該除湿装置５６と顕熱処理装置とを合わせて、放射パネル２６や高顕熱型ファンコイルユニット等と組み合わせたシステムにおいては、プレクーラー２７の冷媒液の種類や温度帯を放射パネル２６や高顕熱型ファンコイルユニット等と共有することができる利点がある。

なお、上記第７の実施の形態に係る除湿装置５６では、凝縮器２が１つ設けられている場合を図８に示したが、これに代えて、図９に示すように、上記第４の実施の形態と同様に、凝縮器２として、互いに処理量の異なる複数の凝縮器２Ａ〜２Ｃを設けて、除湿装置５７を構成してもよい（第８の実施の形態）。

図１０は本発明の第９の実施の形態に係る除湿装置５８を示す。この除湿装置５８では、図８に示す第７の実施の形態に係る除湿装置５６の構成要素に加えて、室外からの空気Ｅと除湿対象空間としての室内である空調領域Ｓからの空気Ａ１と顕熱および潜熱を交換する全熱交換器２８が設けられている。すなわち、除湿装置５８は、新鮮な空気Ｅを屋外から空調領域Ｓに取り入れ、空調領域Ｓの空気Ａ１を屋外へ排出する第一種換気機能を付加している。なお、全熱交換器２８に代えて、室外からの空気Ｅと除湿対象空間である室内からの空気Ａ１との顕熱を交換する顕熱交換器を設けてもよい。なお、図１０における６Ｂは送風機である。なお、顕熱および潜熱を交換する空気Ｅとしては室外からの空気Ｅが好適であるが、これに限るものではなく、空調領域Ｓ以外の領域である非空調領域からの空気であればよい。なお、この場合でも、温度センサ２４や湿度センサ２５は、空調領域Ｓの空気を排出するダクト１５内に配置したり、空調領域Ｓに臨んで配置したりしてもよいが、あるいは、全熱交換器２８や顕熱交換器の空調領域Ｓからの空気導入箇所に配置してもよい。

この構成によれば、全熱交換器２８による全熱交換、または顕熱交換器による顕熱交換をすることで熱回収することができるため、全熱交換器２８や顕熱交換器が設けられていない場合（単に空調領域Ｓからの空気Ａ１を排出し、室外からの空気Ｅを排出する場合）と比較して、高い省エネルギー効果を得られる。また、単に空調領域Ｓからの空気Ａ１を排出し、室外からの空気Ｅを排出する場合よりも、凝縮器２や蒸発器４、圧縮機１の各構成要素を、それぞれ熱交換する機能が小さいもので済ますことができるので、小型化することができ、ひいては、当該除湿装置５８全体の小型化を図ることができる。

なお、上記第９の実施の形態に係る除湿装置５８では、凝縮器２としては１つ設けられている場合を図１０に示したが、これに代えて、図１１に示すように、上記第４、第８の実施の形態と同様に、凝縮器２として、複数の凝縮器２Ａ〜２Ｃを設けて、除湿装置５９を構成してもよい（第１０の実施の形態）。

ここで、図１１に示す構成の除湿装置５９において、人為的に再熱量を変更した場合の各空気の温度状態（すなわち、再熱による影響）の実験結果を図１２に示す。図１２において、横軸は経過時間（例えば、「１：０８」は１分８秒を示す）、図１２の上部領域はそれぞれ温度を示しており、Ｔ１は室外からの空気Ｃの温度、Ｔ２は空調領域Ｓから戻ってきた空気Ａ１と熱交換した空気Ａ１２の温度、Ｔ３はプレクーラー２７を通過した後の空気Ａ１３の温度、Ｔ４は蒸発器４を通過した後の空気Ａ２の温度、Ｔ５は全ての凝縮器２Ａ〜２Ｃを通過した後の空気Ａ３の温度である。また、図１２の下部領域はそれぞれ再熱温度差（再熱量に応じた蒸発器４の出口と凝縮器２Ａ〜２Ｃの出口側との温度差Ｔ５−Ｔ４）を示している。図１２に示すように、除湿装置５９において、再熱量の調整に応じて空調領域Ｓに供給する空気Ａ３の温度Ｔ５を調整できる。

図１３は本発明の第１１の実施の形態に係る除湿装置６０を示す。この除湿装置６０では、図１０に示す第９の実施の形態に係る除湿装置５８の構成要素に加えて、除湿運転時のヒートポンプサイクルにおける第１の冷媒の流路を、除湿運転時とは逆のヒートポンプサイクルへ切り替えて空気を加熱処理可能とする四方弁９と、加熱後の空気を加湿できる加湿器２９と、が設けられている。なお、図１３におけるＤは加湿用の水、１４は水供給路である。

この構成によれば、四方弁９により冷媒の流路を切り替える（四方弁９の流路を図１３における点線部側に切り替える）ことで、空気を加熱することができる。また、加湿器２９を設けることで、加熱された空気の加湿を行えるだけでなく、状況に応じて除湿や加湿を行う調湿機として扱うことができる。

なお、上記第１１の実施の形態に係る除湿装置６０では、凝縮器２としては１つ設けられている場合を図１３に示したが、これに代えて、図１４に示すように、上記第４、第８などの実施の形態と同様に、凝縮器２として、複数の凝縮器２Ａ〜２Ｃを設けて、除湿装置６１を構成してもよい（第１２の実施の形態）。

１ 圧縮機
２、２Ａ〜２Ｃ 凝縮器
３ 膨張弁
４ 蒸発器
５（５Ａ〜５Ｉなど） 冷媒流路
６、６Ｂ 送風機
８、１６ 熱交換器
９ 四方弁
１１Ａ、１１Ｂ マニホールド
２０ 制御部
２１、２２、３２ 流量調整弁
２３ 逆止弁
２４ 温度センサ
２５ 湿度センサ
２６ 放射パネル
２７ プレクーラー
２８ 全熱交換器
２９ 加湿器
３１ 開閉弁
５０〜６１ 除湿装置
Ｓ 空調領域

Claims (9)

1. それぞれ第１の冷媒が通る、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器と、
   前記第１の冷媒の流路における前記凝縮器の後段に設けられて、第１の冷媒と、この第１の冷媒とは別の第２の冷媒との間で熱の授受を行う熱交換器と、
   を備え、
   蒸発器により冷却除湿した空気を凝縮器で再熱する再熱除湿処理をできる除湿装置であって、
   再熱量を調整可能な構成にしていることを特徴とする除湿装置。
2. 凝縮器へ送る第１の冷媒の量を調整する流量調整弁を有し、凝縮器の再熱量を変化させる際には、前記流量調整弁により凝縮器に送る第１の冷媒の量を調整することを特徴とする請求項１に記載の除湿装置。
3. 前記凝縮器として、互いに処理量の異なるまたは同じ処理量を持つ複数の凝縮器が設けられることを特徴とする請求項１に記載の除湿装置。
4. 前記熱交換器が、第２の冷媒としての水と前記第１の冷媒とで熱交換させる熱交換器であり、
   再熱量を調整する際は、この熱交換器により、当該除湿装置の系内の余剰熱を系外へ放出することを特徴とする請求項１に記載の除湿装置。
5. 前記熱交換器が、外気などの空気と前記第１の冷媒とで熱交換する熱交換器であり、
   再熱量の調整を行う際には、当該除湿装置の系内の余剰熱を、空気により系外に放出することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の除湿装置。
6. 前記熱交換器への冷媒通路が、空調領域に臨んで配置される放射パネルまたは高顕熱型のファンコイルユニットに接続されていることを特徴とする請求項１または４に記載の除湿装置。
7. 蒸発器前段で空気を予め冷却するプレクーラーを有することを特徴とする請求項１、４、６の何れか１項に記載の除湿装置。
8. 非空調領域からの空気と空調領域からの空気との顕熱および潜熱を交換する全熱交換器、または非空調領域からの空気と空調領域からの空気との顕熱を交換する顕熱交換器を有することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の除湿装置。
9. 除湿運転時のヒートポンプサイクルにおける第１の冷媒の流路を、除湿運転時とは逆のヒートポンプサイクルへ切り替えて空気を加熱処理可能とする四方弁と、加熱後の空気を加湿できる加湿器と、を有することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の除湿装置。
   

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