JP3168497U - ヒートポンプ利用の除湿再熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギ化の面や装置更新に要するイニシャルコストの面などで有利なヒートポンプ利用の除湿再熱装置を提供する。【解決手段】ヒートポンプ２の蒸発器ｅｖと冷却用熱交換器６との間で冷却用熱媒Ｃを循環させる冷却側循環路１０、及び、ヒートポンプ２の凝縮器ｃｏと再熱用熱交換器７との間で再熱用熱媒Ｈを循環させる再熱側循環路１１を備える構成において、ヒートポンプ２の蒸発器ｅｖから冷却用熱交換器６に送る冷却用熱媒Ｃを冷却する補助冷熱源機３を装備する。【選択図】図１

Description

本考案はヒートポンプ利用の除湿再熱装置に関し、詳しくは、調整対象空気を冷却除湿する冷却用熱交換器、及び、この冷却用熱交換器での冷却除湿に続いて調整対象空気を再熱する再熱用熱交換器を備えるとともに、ヒートポンプの蒸発器と冷却用熱交換器との間で冷却用熱媒を循環させる冷却側循環路、及び、ヒートポンプの凝縮器と再熱用熱交換器との間で再熱用熱媒を循環させる再熱側循環路を備えるヒートポンプ利用の除湿再熱装置に関する。

この種の除湿再熱装置は（図３参照）、ヒートポンプ２が蒸発器ｅｖにおいて吸熱するのに伴い凝縮器ｃｏにおいて放熱することを利用して、冷却用熱交換器６では、調整対象空気ＲＡを蒸発器ｅｖで冷却した冷却用熱媒Ｃと熱交換させることで冷却除湿し、続いて再熱用熱交換器７では、冷却用熱交換器６で冷却除湿した調整対象空気ＲＡを凝縮器ｃｏで加熱した再熱用熱媒Ｈと熱交換させることで再熱し、これにより、調整対象空気ＲＡを結果的に除湿前とほぼ同等の温度レベルに保った状態で除湿するものである。

そして、このヒートポンプ利用の除湿再熱装置であれば、ヒートポンプ２を用いずに、冷却用熱交換器６に供給する冷却用熱媒Ｃを冷凍機等の冷熱源機により冷却し、また、再熱用熱交換器７に供給する再熱用熱媒Ｈをボイラ等の温熱源機により加熱する除湿再熱装置に比べ、省エネルギ化を効果的に達成することができる。

ところで、蒸気圧縮式のヒートポンプ２では蒸発器ｅｖでの吸熱量Ｑｃに比べ凝縮器ｃｏでの放熱量Ｑｈの方が大きくなる（換言すれば、蒸発器ｅｖでの冷却の成績係数に比べ凝縮器ｃｏでの加熱の成績係数の方が高くなる）ことが知られている。

このことに対し、従来、図３に示すように、凝縮器ｃｏでの放熱量Ｑｈのうちの一部を熱交換器Ｎを介して屋外に廃棄する冷却塔ＣＴを付加装備し、これにより、冷却用熱交換器６における冷却負荷Ｇｃと再熱用熱交換器７における加熱負荷Ｇｈとが等しくて、凝縮器ｃｏでの放熱量Ｑｈが再熱用熱交換器７における加熱負荷Ｇｈに対して過剰になる場合に、その過剰分（余剰分＝Ｑｈ−Ｇｈ）を冷却塔から廃棄することで対応するようにしたものがある。

しかし、上記冷却塔ＣＴの如き過剰熱廃棄用の外部放熱装置を装備するものは、冷却用熱交換器６における冷却負荷Ｇｃとヒートポンプ２の蒸発器ｅｖでの吸熱量Ｑｃとが見合うようにヒートポンプの容量を選定する（略言すれば、冷却側基準で容量選定する）ものであって、冷却用熱交換器６での空気ＲＡの冷却除湿で要求される冷却用熱媒Ｃの往還温度差（即ち、冷却用熱交換器６における冷却用熱媒Ｃの入出口温度差）をヒートポンプ２において確保する必要上で、ヒートポンプ２の成績係数（ＣＯＰ）が低く制限される問題があり、この点、一層の省エネルギ化を図る上で未だ改善の余地があった。

また、ヒートポンプを用いずに、冷却用熱交換器６に供給する冷却用熱媒Ｃを冷凍機等の冷熱源機で冷却し、また、再熱用熱交換器７に供給する再熱用熱媒Ｈをボイラ等の温熱源で加熱する既設の除湿再熱装置からの装置更新として、上述の如き過剰熱廃棄用の外部放熱装置を備えるヒートポンプ利用の除湿再熱装置を設置する場合、既設の冷熱源機や温熱源機が不要になって、それら熱源機の有効利用を図ることが難しく、その分、実質的に装置更新のイニシャルコストが嵩む問題もあった。

これらの実情に鑑み、本考案の主たる課題は、ヒートポンプ利用の除湿再熱装置において合理的な熱源構成を採用することにより、上記の如き問題を効果的に解消する点にある。

本考案の第１特徴構成は、ヒートポンプ利用の除湿再熱装置に係り、その特徴は、
調整対象空気を冷却除湿する冷却用熱交換器、及び、この冷却用熱交換器での冷却除湿に続いて調整対象空気を再熱する再熱用熱交換器を備えるとともに、
ヒートポンプの蒸発器と前記冷却用熱交換器との間で冷却用熱媒を循環させる冷却側循環路、及び、前記ヒートポンプの凝縮器と前記再熱用熱交換器との間で再熱用熱媒を循環させる再熱側循環路を備えるヒートポンプ利用の除湿再熱装置であって、
前記冷却側循環路を通じて前記ヒートポンプの蒸発器から前記冷却用熱交換器に送る冷却用熱媒を冷却する補助冷熱源機を装備してある点にある。

つまり、この構成では、ヒートポンプの蒸発器で冷却した冷却用熱媒をさらに冷凍機などの補助冷熱源機で冷却して冷却用熱交換器に供給することができる。

したがって、冷却用熱交換器における冷却負荷と再熱用熱交換器における加熱負荷とが等しい場合に、ヒートポンプにおける蒸発器での吸熱量に比べ凝縮器での放熱量の方が大きいことに対し、その差分を補助冷熱源機で補う形態を採って、再熱用熱交換器における加熱負荷とヒートポンプの凝縮器での放熱量とが見合うようにヒートポンプの容量を選定する（略言すれば、再熱側基準で容量選定する）ことができる。

即ち、このことにより、先述の如き過剰熱廃棄用の外部放熱装置の付加装備を不要にすることができるとともに、ヒートポンプを容量的に小型なものにすることができる。

そしてまた、冷却用熱交換器での空気の冷却除湿で要求される冷却用熱媒の往還温度差を、ヒートポンプの蒸発器における冷却用熱媒の入出口温度差と補助冷熱源機における冷却用熱媒の入出口温度差との和により確保することができて、その分、ヒートポンプの蒸発器における冷却用熱媒の入出口温度差を小さくする（換言すれば、ヒートポンプの蒸発器における冷却用熱媒の出口温度を高くする）ことができ、これにより、ヒートポンプの成績係数を高くして省エネルギ化を一層促進することもできる。

また、冷却用熱交換器の冷却負荷がヒートポンプの下限負荷より小さくてヒートポンプの運転ができない状況でも、補助冷熱源機により冷却用熱媒を冷却して冷却用熱交換器で調整対象空気を冷却することもでき、この点で、ヒートポンプ利用の除湿再熱装置の機能性も高めることができる。

さらに、冷却用熱交換器に対する冷凍機等の冷熱源機と再熱用熱交換器に対するボイラ等の温熱源機とを各別に備える既設の除湿再熱装置からの装置更新でヒートポンプ利用の除湿再熱装置を設置する場合には、既設の冷熱源機を補助冷熱源機として利用することもでき、この点、上記の如く過剰熱廃棄用の外部放熱装置が不要なこと、及び、ヒートポンプを容量的に小型なもので済ませられることとも相俟って、装置更新のイニシャルコストも効果的に低減することができる。

本考案の第２特徴構成は、第１特徴構成のヒートポンプ利用除湿再熱装置に係り、その特徴は、
連通路により連通させた低温貯留域と高温貯留域とを備える冷却用熱媒槽を装備し、
前記冷却側循環路を形成する流路のうち、前記ヒートポンプの蒸発器から送出される冷却用熱媒を導く冷却側第１往路、及び、前記補助冷熱源機に給送する冷却用熱媒を導く冷却側第２往路を、前記冷却用熱媒槽における前記高温貯留域に接続するとともに、
前記冷却側循環路を形成する流路のうち、前記補助冷熱源機から送出される冷却用熱媒を導く冷却側第３往路、及び、前記冷却用熱交換器に給送する冷却用熱媒を導く冷却側第４往路を、前記冷却用熱媒槽における前記低温貯留域に接続してある点にある。

つまり、この構成では、冷却用熱媒槽における低温貯留域と高温貯留域との間での冷却用熱媒の自由混合を制限するように上記連通路の通過抵抗を設定しておくことで、ヒートポンプの蒸発器−冷却側第１往路−冷却用熱媒槽の高温貯留域−冷却側第２往路−補助冷熱源機−冷却側第３往路−冷却用熱媒槽の低温貯留域−冷却側第４往路−冷却用熱交換器−冷却側復路−ヒートポンプの蒸発器の順に冷却用熱媒を送って、冷却用熱媒をヒートポンプの蒸発器と補助冷熱源機と冷却用熱交換器とにわたり直列的に循環させることができる。

そして、このような冷却用熱媒槽を装備することにより、何らかの原因でヒートポンプの蒸発器に対する冷却用熱媒の循環量と、補助冷熱源機に対する冷却用熱媒の循環量とに差が生じた場合にも、その差分を連通路による熱媒流通により吸収して、上記の如きヒートポンプの蒸発器と補助冷熱源機と冷却用熱交換器とにわたる冷却用熱媒の直列的な循環を安定的に維持することができる。

また、ヒートポンプの蒸発器や補助冷熱源機から送出される冷却用熱媒の温度に変動があったとしても、冷却用熱媒槽の貯留熱媒による熱的緩衝機能により、冷却用熱交換器に供給する冷却用熱媒の温度変動を抑制することができて、冷却用熱交換器に対して所定温度の冷却用熱媒を安定的に供給することができ、これらのことで、ヒートポンプ利用の除湿再熱装置の運転安定性を高めることができる。

本考案の第３特徴構成は、第１又は第２特徴構成のヒートポンプ利用除湿再熱装置に係り、その特徴は、
連通路により連通させた低温貯留域と高温貯留域とを備える再熱用熱媒槽を装備し、
前記再熱側循環路を形成する流路のうち、前記ヒートポンプの凝縮器から送出される再熱用熱媒を導く再熱側第１往路、及び、前記再熱用熱交換器に給送する再熱用熱媒を導く再熱側第２往路を、前記再熱用熱媒槽における前記高温貯留域に接続するとともに、
前記再熱側循環路を形成する流路のうち、前記再熱用熱交換器から送出される再熱用熱媒を導く再熱側第１復路、及び、前記ヒートポンプの凝縮器に給送する再熱用熱媒を導く再熱側第２復路を、前記再熱用熱媒槽における前記低温貯留域に接続し、
前記再熱用熱媒槽における前記高温貯留域に貯留された再熱用熱媒を加熱する補助温熱源機を装備してある点にある。

つまり、この構成では、再熱用熱媒槽における低温貯留域と高温貯留域との間での再熱用熱媒の自由混合を制限するように上記連通路の通過抵抗を設定しておくことで、ヒートポンプの凝縮器−再熱側第１往路−再熱用熱媒槽の高温貯留域−再熱側第２往路−再熱用熱交換器−再熱側第１復路−再熱用熱媒槽の低温貯留域−再熱側第２復路−ヒートポンプの凝縮器の順に再熱用熱媒を送って、再熱用熱媒をヒートポンプの凝縮器と再熱用熱交換器との間で循環させることができる。

そして、このような再熱用熱媒槽を装備することにより、何らかの原因でヒートポンプの凝縮器に対する再熱用熱媒の循環量と、再熱用熱交換器の側に対する再熱用熱媒の循環量とに差が生じた場合にも、その差分を連通路による熱媒流通により吸収して、上記の如きヒートポンプの凝縮器と再熱用熱交換器との間での再熱用熱媒の循環を安定的に維持することができる。

また、ヒートポンプの凝縮器から送出される再熱用熱媒の温度に変動があったとしても、再熱用熱媒槽の貯留熱媒による熱的緩衝機能により、再熱用熱交換器に供給する再熱用熱媒の温度変動を抑制することができて、再熱用熱交換器に対して所定温度の再熱用熱媒を安定的に供給することができ、これらのことで、ヒートポンプ利用の除湿再熱装置の運転安定性を高めることができる。

さらに、再熱用熱媒槽における高温貯留域に貯留された再熱用熱媒を加熱する補助温熱源機を装備することで、冷却用熱交換器の冷却負荷がヒートポンプの下限負荷より小さくてヒートポンプの運転ができない状況でも、補助温熱源機により再熱用熱媒を加熱して再熱用熱交換器で調整対象空気を加熱することもでき、この点で、ヒートポンプ利用の除湿再熱装置の機能性も高めることができる。

本考案の第４特徴構成は、第１〜第３特徴構成いずれかのヒートポンプ利用除湿再熱装置に係り、その特徴は、
空調対象域からの排出空気を浄化する湿式浄化装置からの送出浄化空気を調整対象空気として前記冷却用熱交換器に導く導入風路、及び、前記冷却用熱交換器での冷却除湿に続き前記再熱用熱交換器で再熱した空気を空調用空気として前記空調対象域に導く導出風路とを装備してある点にある。

つまり、この構成では、空調対象域からの排出空気を湿式浄化装置で浄化するとともに、その湿式浄化装置から送出される浄化空気が湿式浄化装置での水との接触で高湿になることに対し、その高湿の浄化空気を導入風路を通じ冷却用熱交換器に導いて冷却用熱交換器で冷却除湿するとともに、それに続き再熱用熱交換器で再熱することで、空調対象域からの排出空気を空調対象域に対する空調用空気として再利用できるようにする。

そして、このように除湿再熱した浄化空気を導出風路を通じ空調対象域に導くことで、その空調対象域からの排出空気を湿式浄化装置−導入風路−冷却用熱交換器−再熱用熱交換器−導出風路−空調対象域の順に循環させる形態で、空調対象域に対する空調用空気として再利用する。

即ち、この構成によれば、上記の如く空調対象域からの排出空気を空調対象域に対する空調用空気として再利用することで、空調対象域からの排出空気の全量を廃棄する空調方式に比べ、空調コストを低減することができる。

ヒートポンプ利用除湿再熱装置の装置構成図 塗装ブース空調設備の設備構成図 従来装置の装置構成図

図１はヒートポンプ利用の除湿再熱装置を示し、ここで、１は空調機、２はヒートポンプ、３は補助冷熱源機としての冷凍機、４は補助温熱源機としてのボイラである。

空調機１には、調整対象空気ＲＡを冷却除湿する冷却用熱交換器６と、その冷却用熱交換器６で冷却除湿した調整対象空気ＲＡを再熱する再熱用熱交換器７とを装備してあり冷凍機３には、その冷凍機３に対し循環路８を通じて循環させる冷却水ＣＷを外気により冷却する冷却塔９を接続してある。

ヒートポンプ２は、圧縮機ｃｏｍ−凝縮器ｃｏ−膨張弁ｅｘ−蒸発器ｅｖの順に冷媒ｒを循環させる蒸気圧縮式ヒートポンプであり、基本的には、このヒートポンプ２の蒸発器ｅｖ（厳密には蒸発器ｅｖの吸熱源側流路）で冷却した冷水Ｃを冷却用熱媒として冷却側循環路１０を通じ空調機１の冷却用熱交換器６に循環供給することで、冷却用熱交換器６において調整対象空気ＲＡを冷却除湿する。

また、このヒートポンプ２の凝縮器ｃｏ（厳密には凝縮器ｃｏの放熱源側流路）で加熱した温水Ｈを再熱用熱媒として再熱側循環路１１を通じ空調機１の再熱用熱交換器７に循環供給することで、再熱用熱交換器７において冷却除湿後の調整対象空気ＲＡを再熱する。

ヒートポンプ２の運転では、蒸発器ｅｖでの冷水Ｃに対する冷却量Ｑｃ（即ち、蒸発器ｅｖでの蒸発冷媒ｒの吸熱量）に比べ、凝縮器ｃｏでの温水Ｈに対する加熱量Ｑｈ（即ち、凝縮器ｃｏでの凝縮冷媒ｒの放熱量）の方が圧縮機ｃｏｍの仕事分だけ大きくなる。

このことに対し、冷凍機３は、蒸発器ｅｖでの冷却量Ｑｃと凝縮器ｃｏでの加熱量Ｑｈとの差分の冷却量ΔＱｃ（＝Ｑｈ−Ｑｃ）を賄うために、冷却側循環路１０における冷却用熱交換器６への往路部分に介装してあり、これにより、この冷却除湿装置では、冷却用熱交換器６における冷却負荷Ｇｃと再熱用熱交換器７における加熱負荷Ｇｈ（再熱負荷）とが等しいことに対して、凝縮器ｃｏでの加熱量Ｑｈが再熱用熱交換器７における加熱負荷Ｇｈに見合うようにヒートポンプ２の容量を選定する再熱側基準の容量選定を採用している。

即ち、ヒートポンプ２の凝縮器ｃｏで加熱した温水Ｈを再熱用熱交換器７に供給するのに対して、ヒートポンプ２の蒸発器ｅｖで冷却した冷水Ｃを補助冷熱源機としての冷凍機３により上記の差分冷却量ΔＱだけさらに冷却して冷却用熱交換器６に供給するようにしている。

また、冷却用熱交換器６における冷却負荷Ｇｃがヒートポンプ２の下限負荷（換言すれば、蒸発器ｅｖにおける下限冷却量Ｑｃｍｉｎ）より小さくてヒートポンプ２の運転ができない状況でも、冷凍機３による冷水Ｃの冷却により冷却用熱交換器６において調整対象空気ＲＡを冷却できるようにしてある。

冷凍機３を冷却側循環路１０の往路部分に介装するにあたっては、冷却用熱媒槽としての冷水槽１２を冷却側循環路１０の往路部分に介装し、この冷水槽１２と冷凍機３との間で冷水Ｃを循環させるようにしてある。

具体的には、冷水槽１２の槽内は仕切壁１２ａにより低温貯留域１２Ａと高温貯留域１２Ｂとに区画するとともに、仕切壁１２ａの上端と貯留水面との間を連通路１２ｂとして、低温貯留域１２Ａと高温貯留域１２Ｂとの間での冷水Ｃの自由混合を制限した状態で、それら両域１２Ａ，１２Ｂを連通させてある。

そして、冷却側循環路１０を形成する流路のうち、ヒートポンプ２の蒸発器ｅｖから送出される冷水Ｃを導く冷却側第１往路１０ａ、及び、冷凍機３に給送する冷水Ｃを導く冷却側第２往路１０ｂを、冷水槽１２における高温貯留域１２Ｂに接続し、また、冷却側循環路１０を形成する流路のうち、冷凍機３から送出される冷水Ｃを導く冷却側第３往路１０ｃ、及び、冷却用熱交換器６に給送する冷水Ｃを導く冷却側第４往路１０ｄを、冷水槽１２における低温貯留域１２Ａに接続してある。

１０ｅは、冷却側循環路１０を形成する流路のうち、冷却用熱交換器６から送出される冷水Ｃをヒートポンプ２の蒸発器ｅｖに戻す冷却側復路である。

つまり、冷却側循環路１０では基本的に、冷却側の第１〜第３循環ポンプＰｃ１〜Ｐｃ３を運転することで、ヒートポンプの蒸発器ｅｖ−冷却側第１往路１０ａ−冷水槽１２の高温貯留域１２Ｂ−冷却側第２往路１０ｂ−冷凍機３−冷却側第３往路１０ｃ−冷水槽１２の低温貯留域１２Ａ−冷却側第４往路１０ｄ−冷却用熱交換器６−冷却側復路１０ｅ−ヒートポンプの蒸発器ｅｖの順に冷水Ｃを送って、冷水Ｃをヒートポンプ２の蒸発器ｅｖと冷凍機３と冷却用熱交換器６とにわたり直列的に循環させる。

また、冷水槽１２を設けることで、何らかの原因でヒートポンプ２の蒸発器ｅｖに対する冷水Ｃの循環量と冷凍機３に対する冷水Ｃの循環量とに差がある場合にも、その差分を連通路１２ｂによる冷水流通により吸収して、ヒートポンプ２の蒸発器ｅｖと冷凍機３と冷却用熱交換器６とに対する直列的な冷水循環を安定的に維持できるように、さらに、ヒートポンプ２の蒸発器ｅｖや冷凍機３から送出される冷水Ｃの温度に変動があったとしても、冷水槽１２の貯留冷水Ｃによる熱的緩衝機能により、冷却用熱交換器６に対して所定温度の冷水Ｃを安定的に供給できるようにしてある。

なお、１３は冷却側第４往路１０ｄにより冷却用熱交換器６に導く冷水Ｃの一部を分流して冷却側復路１０ｅに短絡させる冷却側バイパス路であり、１４は冷却側バイパス路１３に対する冷水Ｃの分流量を調整して冷却用熱交換器６に対する冷水Ｃの供給量を調整することで、冷却用熱交換器６での空気冷却量を調整する冷却側三方弁である。

一方、再熱側循環路１１には再熱用熱媒槽としての温水槽１５を介装し、補助温熱源機としてのボイラ４により生成した蒸気Ｓを蒸気供給路１６を通じて温水槽１５の貯留温水Ｈに吹き込むことで、その貯留温水Ｈを加熱するようにしてある。

即ち、冷却用熱交換器６における冷却負荷Ｇｃがヒートポンプ２の下限負荷（蒸発器ｅｖにおける下限冷却量Ｑｃｍｉｎ）より小さくてヒートポンプ２の運転ができない状況でも、ボイラ４による温水Ｈの加熱により再熱用熱交換器７において調整対象空気ＲＡを加熱できるようにしてある。

具体的には、温水槽１５の槽内は冷水槽１２と同様に、仕切壁１５ａにより低温貯留域１５Ａと高温貯留域１５Ｂとに区画するとともに、仕切壁１５ａの上端と貯留水面との間を連通路１５ｂとして、低温貯留域１５Ａと高温貯留域１５Ｂとの間での温水Ｈの自由混合を制限した状態で、それら両域１５Ａ，１５Ｂを連通させてある。

また、ボイラ４からの蒸気供給路１６を温水槽１５の高温貯留域１５Ｂに接続してある。

そして、再熱側循環路１１を形成する流路のうち、ヒートポンプ２の凝縮器ｃｏから送出される温水Ｈを導く再熱側第１往路１１ａ、及び、再熱用熱交換器７に給送する温水Ｈを導く再熱側第２往路１１ｂを、温水槽１５における高温貯留域１５Ｂに接続し、また、再熱側循環路１１を形成する流路のうち、再熱用熱交換器７から送出される温水Ｈを導く再熱側第１復路１１ｃ、及び、ヒートポンプ２の凝縮器ｃｏに給送する温水Ｈを導く再熱側第２復路１１ｄを、温水槽１５における低温貯留域１５Ａに接続してある。

つまり、再熱側循環路１１では基本的に、再熱側の第１，第２循環ポンプＰｈ１，Ｐｈ２を運転することで、ヒートポンプ２の凝縮器ｃｏ−再熱側第１往路１１ａ−温水槽１５の高温貯留域１５Ｂ−再熱側第２往路１１ｂ−再熱用熱交換器７−再熱側第１復路１１ｃ−温水槽１５の低温貯留域１５Ａ−再熱側第２復路１１ｄ−ヒートポンプ２の凝縮器ｃｏの順に温水Ｈを送って、温水Ｈをヒートポンプ２の凝縮器ｃｏと再熱用熱交換器７との間で循環させる。

また、温水槽１５を設けることで、何らかの原因でヒートポンプ２の凝縮器ｃｏに対する温水Ｈの循環量と、再熱用熱交換器７の側に対する温水Ｈの循環量とに差が生じた場合にも、その差分を連通路１５ｂによる熱媒流通により吸収して、ヒートポンプ２の凝縮器ｃｏと再熱用熱交換器７との間での温水Ｈの循環を安定的に維持できるように、また、ヒートポンプ２の凝縮器ｃｏから送出される温水Ｈの温度に変動があったとしても、温水槽１５の貯留温水Ｈによる熱的緩衝機能により、再熱用熱交換器７に対して所定温度の温水Ｈを安定的に供給できるようにしてある。

なお、１７は再熱側第２往路１１ｂにより再熱用熱交換器７に導く温水Ｈの一部を分流して再熱側第１復路１１ｃに短絡させる再熱側バイパス路であり、１８は再熱側バイパス路１７に対する温水Ｈの分流量を調整して再熱用熱交換器７に対する温水Ｈの供給量を調整することで、再熱用熱交換器７での空気加熱量を調整する再熱側三方弁である。

また、１９は、ボイラ４から蒸気供給路１６を通じて温水槽１５の高温貯留域１５Ｂに吹き込む蒸気Ｓの吹き込み量を調整する蒸気調整弁である。

図２は、上記の除湿再熱装置を設置する塗装ブース２０を示し、この塗装ブース２０では、搬送装置により搬入搬出される自動車ボディなどの被塗物２１を塗装作業域２２において吹き付け塗装する。

塗装作業域２２の天井部には、温湿度調整した空調用空気ＳＡを天井フィルタ２３を介して天井部全面から空調対象域として塗装作業域２２に吹き出し供給する給気チャンバ２４を設けてあり、この空調用空気ＳＡの供給により塗装作業域２２を塗装に適した所定の温湿度状態に調整する。

また、塗装作業域２２の下方には、空調用空気ＳＡの供給に伴い塗装作業域２２から浮遊塗料ミストを含む域内空気ＲＡが格子床２５を通じて下方に排出されることに対し、この排出空気ＲＡを流下板２６ａからの流下洗浄水Ｗｓとともに屈曲絞り流路２６ｂに高速通過させることで、排出空気ＲＡ中の塗料ミストを洗浄水Ｗｓに捕捉させて排出空気ＲＡを浄化する湿式浄化装置２６を配備してある。

湿式浄化装置２６で塗料ミストを捕捉した洗浄水Ｗｓは、分離装置２７により捕捉塗料分を除去して浄化した後、流下板２６ａに再度供給されて湿式浄化装置２６での塗料ミスト捕捉に循環使用される。

一方、湿式浄化装置２６からは塗装作業域２２の域温とほぼ同じ温度でありながら洗浄水Ｗｓとの接触で加湿されて高湿化した浄化空気ＲＡが送出されるが、上記の除湿再熱装置では、この湿式浄化装置２６から送出される高湿の浄化空気ＲＡを調整対象空気として導入風路２８ａを通じ前記空調機１に導き、その高湿浄化空気ＲＡを冷却用熱交換器６で冷却除湿するとともに再熱用熱交換器７で再熱する。

そして、空調機１から導出風路２８ｂに送出される除湿再熱後の浄化空気ＲＡを外調機２９で温湿度調整した調整外気ＯＡと合流させ、この合流空気（ＲＡ＋ＯＡ）を空調用空気ＳＡとして給気チャンバ２４を通じて塗装作業域２２に供給するようにしてある。

つまり、塗装作業域２２から湿式浄化装置２６を通じて排出される浄化空気ＲＡの一部を空調機１において除湿再熱することで、その浄化空気ＲＡを塗装作業域２２に対する空調用空気ＳＡとして循環使用するようにし、これにより、塗装作業域２２に供給した空調用空気ＳＡの全量を一過的に廃棄する場合に比べ、空調用空気ＳＡの調整に要するエネルギを低減するようにしてある。

なお、湿式浄化装置２６から送出される浄化空気ＲＡのうち、外調機２９から塗装作業域２２に供給する調整外気ＯＡの量に相当する量は、排気路２８ｃを通じて外部に排出する。

上記の除湿再熱装置における補助冷熱源機としての冷凍機３及び補助温熱源機としてのボイラ４は、ヒートポンプ２とともに新たに設置する新設の冷凍機やボイラであってもよいが、ヒートポンプを用いずに、冷却用熱交換器６に対する循環冷水Ｃを冷凍機により冷却し、また、再熱用熱交換器７に対する循環温水Ｈをボイラにより加熱する既設の除湿再熱装置からの装置更新として、ヒートポンプ利用の除湿再熱装置を設置する場合には、補助冷熱源機としての冷凍機３に既設の冷凍機を流用したり、補助温熱源機としてのボイラ４に既設のボイラを流量するようにしてもよい。

また、上記の例では、空調機１及びヒートポンプ２を備える１組の除湿再熱装置に対して１つの冷凍機３及び１つのボイラ４を装備するものを示したが、１つの冷凍機３及び１つのボイラ４を複数組の除湿再熱装置に対する兼用の補助冷熱源機及び兼用の補助温熱源機として用いるようにしてもよい。

図１において、３０は上記除湿再熱装置の運転制御を司る制御装置、３１はヒートポンプ２の凝縮器ｃｏから送出される温水Ｈの温度ｔｈ１を検出する第１温度センサ、３２は温水槽１５の高温貯留域１５Ｂから送出される温水Ｈの温度ｔｈ２を検出する第２温度センサ，３３は空調機１から送出される除湿再熱空気ＲＡの温度ｔｒ及び湿度ｘｒを検出する空気温湿度センサである。

そして、この除湿再熱装置では、制御装置３０による運転制御の下で、第１温度センサ３１の検出温度ｔｈ１に基づきヒートポンプ圧縮機ｃｏｍの動作周波数（インバータ周波数）を調整することで、ヒートポンプ２の凝縮器ｃｏから送出される温水Ｈの温度ｔｈ１を設定温水温度ｔｈｓ（例えば、４５℃）に自動調整するとともに、第２温度センサ３２の検出温度ｔｈ２に基づき蒸気調整弁１９の開度を調整することで、温水槽１５の高温貯留域１５Ｂから送出される温水Ｈの温度ｔｈ２を上記設定温水温度ｔｈｓに自動調整するようにしてある。

また、空気温湿度センサ３３の検出湿度ｘｒに基づき冷却側三方弁１４を調整することで、空調機１から送出される除湿再熱空気ＲＡの湿度ｘｒを設定湿度ｘｒｓに自動調整し、同様に、空気温湿度センサ３３の検出温度ｔｒに基づき再熱側三方弁１８を調整することで、空調機１から送出される除湿再熱空気ＲＡの温度ｔｒを設定温度ｔｒｓに自動調整するようにしてある。

この制御装置３０による運転制御の下で例えば冬期に除湿再熱装置の運転を開始すると、この除湿再熱装置は次のように動作する。

塗装作業域２２から排出される空気ＲＡの温度が未だ低く、また、湿式浄化装置２６における循環洗浄水Ｗｓの温度も未だ低い段階では、湿式浄化装置２６において洗浄水Ｗｓとの接触による空気加湿が進まず、冷却用熱交換器６における冷却負荷Ｇｃ（除湿負荷）が発生しない。

この為、仮にヒートポンプ２及び冷凍機３を運転しても、それらの出口冷水温度が下限温度未満となるため、ヒートポンプ２及び冷凍機３は運転されず、この状態で、蒸気調整弁１９が開かれてボイラ４からの蒸気供給による循環温水Ｈの加熱で、湿式浄化装置２６からの浄化空気ＲＡが再熱用熱交換器７において加熱される。

塗装作業域２２から排出される空気ＲＡの温度がある程度上昇し、また、湿式浄化装置２６における循環洗浄水Ｗｓの温度もある程度上昇すると、湿式浄化装置２６において洗浄水Ｗｓとの接触による空気加湿が生じるようになり、冷却用熱交換器６における冷却負荷Ｇｃ（除湿負荷）が徐々に大きくなる。

この為、出口冷水温度の設定値がヒートポンプ２よりも低い冷凍機３の方が先ず運転開始され、この為、冷凍機３による循環冷水Ｃの冷却で、湿式浄化装置２６からの浄化空気ＲＡが冷却用熱交換器６において冷却除湿され、それに続き、ボイラ４からの蒸気供給による循環温水Ｈの加熱で、冷却除湿後の浄化空気ＲＡが再熱用熱交換器７において再熱されるようになる。

塗装作業域２２から排出される空気ＲＡの温度及び湿式浄化装置２６における循環洗浄水Ｗｓの温度がさらに上昇し、それに伴い、湿式浄化装置２６での洗浄水Ｗｓとの接触による空気加湿が進んで、冷却用熱交換器６における冷却負荷Ｇｃ（除湿負荷）がある程度まで大きくなると、ヒートポンプ２の運転が開始される。

この為、冷却側ではヒートポンプ２の蒸発器ｅｖにおいて冷却された冷水Ｃが冷凍機３においてさらに冷却されて冷却用熱交換器６に供給される形態で、湿式浄化装置２６からの浄化空気ＲＡが冷却用熱交換器６において冷却除湿される。

また、再熱側では、ヒートポンプ２の凝縮器ｃｏにおいて循環温水Ｈの加熱が開始されることで、蒸気調整弁１９の開度が絞られてボイラ４からの蒸気供給量が減少し、ヒートポンプ２の凝縮器ｃｏでの循環温水Ｈの加熱と、ボイラ４からの供給蒸気による循環温水Ｈの加熱とにより、冷却除湿後の浄化空気ＲＡが再熱用熱交換器７において再熱される状態になる。

その後、塗装作業域２２から排出される空気ＲＡの温度及び湿式浄化装置２６における循環洗浄水Ｗｓの温度が安定温度まで上昇して定常化し、また、それに伴い湿式浄化装置２６から送出される浄化空気ＲＡの湿度も安定湿度まで上昇して定常化すると、ヒートポンプ２の凝縮器ｃｏから送出される温水Ｈの温度ｔｈ１が設定温水温度ｔｈｓに達するようになることで、蒸気調整弁１９が閉じられてボイラ４からの蒸気供給による循環温水Ｈの加熱が停止され定常運転に移行する。

即ち、この定常運転では、ヒートポンプ２の蒸発器ｅｖにおいて冷却された冷水Ｃを前述の差分冷却量ΔＱｃだけ冷凍機３においてさらに冷却して冷却用熱交換器６に供給する形態で、湿式浄化装置２６からの浄化空気ＲＡを冷却用熱交換器６において冷却除湿し、一方、循環温水Ｈをヒートポンプ２の凝縮器ｃｏでのみ加熱して再熱用熱交換器７に供給する形態で、冷却除湿後の浄化空気ＲＡを再熱用熱交換器７において再熱する状態になり、そして以降、この定常運転が継続される。

〔別実施形態〕
次に本考案の別の実施形態を列記する。
冷却用熱交換器６に対して循環させる冷却用熱媒Ｃ、及び、再熱用熱交換器７に対して循環させる再熱用熱媒Ｈには冷水や温水に限らず、各種水溶液など種々の液体を使用することができる。

補助冷熱源機３は冷凍機に限られるものではなく、冷却用熱媒Ｃを冷却し得るものであれば、空冷や水冷などの形式を問わず種々の冷熱源機を補助冷熱源機として採用することができ、場合によっては、冷凍機等により冷却した熱媒との熱交換により冷却用熱媒Ｃを冷却する熱交換器を補助冷熱源機とするようにしてもよい。

補助温熱源機４はボイラに限られるものではなく、温水発生装置など、再熱用熱媒Ｈを加熱し得るものであれば、種々の形式の温熱源機を補助温熱源機として採用することができ、また、ボイラや温水発生機等により加熱した熱媒との熱交換により再熱用熱媒Ｈを加熱する熱交換器を補助温熱源機とするようにしてもよい。

前述の実施形態では、冷却用熱交換器６に対して循環させる冷却用熱媒Ｃ（冷水）の流量、及び、再熱用熱交換器７に対して循環させる再熱用熱媒Ｈ（温水）の流量を三方弁１４，１８により調整するようにしたが、これらの流量調整をポンプのインバータ制御や二方弁により行なうようにする、あるいは、ポンプのインバータ制御と二方弁との組み合わせにより行なうようにしてもよい。

前述の実施形態では、冷却用熱媒槽（冷水槽１２）や再熱用熱媒槽（温水槽１５）において、仕切壁１２ａ，１５ａの上端と貯留熱媒液面との間を連通路１２ｂ，１５ｂとする例を示したが、これ限らず、冷却用熱媒槽１２や再熱用熱媒槽１５の夫々について、低温貯留域１２Ａ，１５Ａと高温貯留域１２Ｂ，１５Ｂとの連通させる連通路１２ｂ，１５ｂの具体的な構造や槽内配置は種々の変更が可能である。

場合によっては、前述の冷水槽１２の如き冷却用熱媒槽や前述の温水槽１５の如き再熱用熱媒槽を省略して、各機を管路でのみ接続するようにしてもよい。

調整対象空気ＲＡは湿式浄化装置２６で浄化した塗装ブース排気に限られるものではなく、冷却除湿とそれに続く再熱とを要する空気であれば種々の空気を調整対象空気ＲＡとすることができる。

また、湿式浄化装置２６により浄化した空気ＲＡを調整対象空気とする場合、その湿式浄化装置はどのような湿式方式で空気ＲＡを浄化するものであってもよい。

本考案によるヒートポンプ利用の除湿再熱装置は、種々の空気を種々の目的で冷却除湿及び再熱するのに用いることができる。

ＲＡ 調整対象空気
６ 冷却用熱交換器
７ 再熱用熱交換器
２ ヒートポンプ
ｅｖ 蒸発器
Ｃ 冷却用熱媒
１０ 冷却側循環路
ｃｏ 凝縮器
Ｈ 再熱用熱媒
１１ 再熱側循環路
３ 補助冷熱源機
１２ｂ 連通路
１２Ａ 低温貯留域
１２Ｂ 高温貯留域
１２ 冷却用熱媒槽
１０ａ 冷却側第１往路
１０ｂ 冷却側第２往路
１０ｃ 冷却側第３往路
１０ｄ 冷却側第４往路
１５ｂ 連通路
１５Ａ 低温貯留域
１５Ｂ 高温貯留域
１５ 再熱用熱媒槽
１１ａ 再熱側第１往路
１１ｂ 再熱側第２往路
１１ｃ 再熱側第１復路
１１ｄ 再熱側第２復路
４ 補助温熱源機
２２ 空調対象域
ＲＡ 排出空気，浄化空気
２６ 湿式浄化装置
２８ａ 導入風路
２８ｂ 導出風路

Claims (4)

1. 調整対象空気を冷却除湿する冷却用熱交換器、及び、この冷却用熱交換器での冷却除湿に続いて調整対象空気を再熱する再熱用熱交換器を備えるとともに、
   ヒートポンプの蒸発器と前記冷却用熱交換器との間で冷却用熱媒を循環させる冷却側循環路、及び、前記ヒートポンプの凝縮器と前記再熱用熱交換器との間で再熱用熱媒を循環させる再熱側循環路を備えるヒートポンプ利用の除湿再熱装置であって、
   前記冷却側循環路を通じて前記ヒートポンプの蒸発器から前記冷却用熱交換器に送る冷却用熱媒を冷却する補助冷熱源機を装備してあるヒートポンプ利用の除湿再熱装置。
2. 連通路により連通させた低温貯留域と高温貯留域とを備える冷却用熱媒槽を装備し、
   前記冷却側循環路を形成する流路のうち、前記ヒートポンプの蒸発器から送出される冷却用熱媒を導く冷却側第１往路、及び、前記補助冷熱源機に給送する冷却用熱媒を導く冷却側第２往路を、前記冷却用熱媒槽における前記高温貯留域に接続するとともに、
   前記冷却側循環路を形成する流路のうち、前記補助冷熱源機から送出される冷却用熱媒を導く冷却側第３往路、及び、前記冷却用熱交換器に給送する冷却用熱媒を導く冷却側第４往路を、前記冷却用熱媒槽における前記低温貯留域に接続してある請求項１に記載したヒートポンプ利用の除湿再熱装置。
3. 連通路により連通させた低温貯留域と高温貯留域とを備える再熱用熱媒槽を装備し、
   前記再熱側循環路を形成する流路のうち、前記ヒートポンプの凝縮器から送出される再熱用熱媒を導く再熱側第１往路、及び、前記再熱用熱交換器に給送する再熱用熱媒を導く再熱側第２往路を、前記再熱用熱媒槽における前記高温貯留域に接続するとともに、
   前記再熱側循環路を形成する流路のうち、前記再熱用熱交換器から送出される再熱用熱媒を導く再熱側第１復路、及び、前記ヒートポンプの凝縮器に給送する再熱用熱媒を導く再熱側第２復路を、前記再熱用熱媒槽における前記高温貯留域に接続し、
   前記再熱用熱媒槽における前記高温貯留域に貯留された再熱用熱媒を加熱する補助温熱源機を装備してある請求項１又は２に記載したヒートポンプ利用の除湿再熱装置。
4. 空調対象域からの排出空気を浄化する湿式浄化装置からの送出浄化空気を調整対象空気として前記冷却用熱交換器に導く導入風路、及び、前記冷却用熱交換器での冷却除湿に続き前記再熱用熱交換器で再熱した空気を空調用空気として前記空調対象域に導く導出風路とを装備してある請求項１〜３のいずれか一項に記載したヒートポンプ利用の除湿再熱装置。

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