JP3253021B1 - ヒートポンプ及び除湿空調装置 - Google Patents
ヒートポンプ及び除湿空調装置Info
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- JP3253021B1 JP3253021B1 JP2001059330A JP2001059330A JP3253021B1 JP 3253021 B1 JP3253021 B1 JP 3253021B1 JP 2001059330 A JP2001059330 A JP 2001059330A JP 2001059330 A JP2001059330 A JP 2001059330A JP 3253021 B1 JP3253021 B1 JP 3253021B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
- F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
- F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
- F24F3/1405—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification in which the humidity of the air is exclusively affected by contact with the evaporator of a closed-circuit cooling system or heat pump circuit
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- F24F3/153—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification with subsequent heating, i.e. with the air, given the required humidity in the central station, passing a heating element to achieve the required temperature
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
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- Thermal Sciences (AREA)
- Central Air Conditioning (AREA)
- Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
Abstract
【要約】
【課題】 動作係数(COP)の高いヒートポンプ及び
エネルギー消費量当たりの除湿能力の高い除湿空調装置
を提供する。 【解決手段】 冷媒を昇圧する昇圧機4と、冷媒を凝縮
させる凝縮器5と、冷媒を蒸発させて処理空気を露点温
度以下まで冷却する蒸発器1と、凝縮器5と蒸発器1と
の間で複数列に分岐する分岐冷媒経路42〜44と、凝
縮器5の凝縮圧力と蒸発器1の蒸発圧力との中間の圧力
で冷媒を蒸発させて処理空気を冷却する第1の熱交換部
21と、凝縮器5の凝縮圧力と蒸発器1の蒸発圧力との
中間の圧力で冷媒を凝縮させて処理空気を加熱する第2
の熱交換部22と、第1の熱交換部21と蒸発器1と第
2の熱交換部22とをこの順番で接続する処理空気経路
とを備えた。
エネルギー消費量当たりの除湿能力の高い除湿空調装置
を提供する。 【解決手段】 冷媒を昇圧する昇圧機4と、冷媒を凝縮
させる凝縮器5と、冷媒を蒸発させて処理空気を露点温
度以下まで冷却する蒸発器1と、凝縮器5と蒸発器1と
の間で複数列に分岐する分岐冷媒経路42〜44と、凝
縮器5の凝縮圧力と蒸発器1の蒸発圧力との中間の圧力
で冷媒を蒸発させて処理空気を冷却する第1の熱交換部
21と、凝縮器5の凝縮圧力と蒸発器1の蒸発圧力との
中間の圧力で冷媒を凝縮させて処理空気を加熱する第2
の熱交換部22と、第1の熱交換部21と蒸発器1と第
2の熱交換部22とをこの順番で接続する処理空気経路
とを備えた。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプ及び
除湿空調装置、特に動作係数(COP)の高いヒートポ
ンプ及びこのようなヒートポンプを備え、エネルギー消
費量当たりの除湿能力の高い除湿空調装置に関するもの
である。
除湿空調装置、特に動作係数(COP)の高いヒートポ
ンプ及びこのようなヒートポンプを備え、エネルギー消
費量当たりの除湿能力の高い除湿空調装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来の空調システムの構成を図10に示
す。図10に示すように、従来の除湿空調装置は、冷媒
を圧縮する圧縮機201と、圧縮機201により圧縮さ
れた冷媒を外気OAで凝縮する凝縮器202と、凝縮さ
れた冷媒を膨張弁203で減圧し冷媒を蒸発させて空調
空間100からの処理空気を露点温度以下に冷却する蒸
発器204と、この露点以下に冷却された処理空気を、
凝縮器202の下流側で膨張弁203の上流側の冷媒で
再熱する再熱器205とを備えている。これら圧縮機2
01、凝縮器202、再熱器205、膨張弁203及び
蒸発器204によって、蒸発器204を流れる処理空気
から凝縮器202を流れる外気OAに熱を汲み上げるヒ
ートポンプHPが構成されている。
す。図10に示すように、従来の除湿空調装置は、冷媒
を圧縮する圧縮機201と、圧縮機201により圧縮さ
れた冷媒を外気OAで凝縮する凝縮器202と、凝縮さ
れた冷媒を膨張弁203で減圧し冷媒を蒸発させて空調
空間100からの処理空気を露点温度以下に冷却する蒸
発器204と、この露点以下に冷却された処理空気を、
凝縮器202の下流側で膨張弁203の上流側の冷媒で
再熱する再熱器205とを備えている。これら圧縮機2
01、凝縮器202、再熱器205、膨張弁203及び
蒸発器204によって、蒸発器204を流れる処理空気
から凝縮器202を流れる外気OAに熱を汲み上げるヒ
ートポンプHPが構成されている。
【0003】図11は、従来の除湿空調装置において、
冷媒としてHFC134aを用いた場合のヒートポンプ
HPのモリエ線図である。図11において、点aは蒸発
器204で蒸発した冷媒の状態を示しており、このとき
の冷媒は飽和ガスの状態にある。冷媒の圧力は0.34
MPa、温度は5℃、エンタルピは400.9kJ/k
gである。点bはガスを圧縮機201で吸込圧縮した状
態、即ち圧縮機201の吐出口での状態を示しており、
このときの冷媒は過熱ガスの状態にある。
冷媒としてHFC134aを用いた場合のヒートポンプ
HPのモリエ線図である。図11において、点aは蒸発
器204で蒸発した冷媒の状態を示しており、このとき
の冷媒は飽和ガスの状態にある。冷媒の圧力は0.34
MPa、温度は5℃、エンタルピは400.9kJ/k
gである。点bはガスを圧縮機201で吸込圧縮した状
態、即ち圧縮機201の吐出口での状態を示しており、
このときの冷媒は過熱ガスの状態にある。
【0004】点bの状態にある冷媒ガスは、凝縮器20
2内で冷却され、点cで示される状態に至る。このとき
の冷媒は飽和ガスの状態であり、その圧力は0.94M
Pa、温度は38℃である。冷媒はこの圧力下で更に冷
却され凝縮して点dで示される状態に至る。このときの
冷媒は飽和液の状態であり、その圧力と温度は点cにお
ける圧力及び温度と同じである。このときのエンタルピ
は250.5kJ/kgである。
2内で冷却され、点cで示される状態に至る。このとき
の冷媒は飽和ガスの状態であり、その圧力は0.94M
Pa、温度は38℃である。冷媒はこの圧力下で更に冷
却され凝縮して点dで示される状態に至る。このときの
冷媒は飽和液の状態であり、その圧力と温度は点cにお
ける圧力及び温度と同じである。このときのエンタルピ
は250.5kJ/kgである。
【0005】この冷媒液は、膨張弁203で減圧され、
温度5℃の飽和圧力である0.34MPaまで減圧され
て点eで示される状態に至る。点eの状態における冷媒
は、5℃の冷媒液とガスの混合物として蒸発器204に
至り、蒸発器204において処理空気から熱を奪い、蒸
発して、点aで示される状態の飽和ガスとなる。この飽
和ガスは再び圧縮機201に吸入され、上述したサイク
ルが繰り返される。
温度5℃の飽和圧力である0.34MPaまで減圧され
て点eで示される状態に至る。点eの状態における冷媒
は、5℃の冷媒液とガスの混合物として蒸発器204に
至り、蒸発器204において処理空気から熱を奪い、蒸
発して、点aで示される状態の飽和ガスとなる。この飽
和ガスは再び圧縮機201に吸入され、上述したサイク
ルが繰り返される。
【0006】図12は、従来の除湿空調装置における空
調サイクルを示す湿り空気線図である。図12におい
て、符号K、L、Mは、図10においてそれぞれの符号
を付した経路状態に対応している。図12に示すよう
に、従来の除湿空調装置において、空調空間100から
の空気(状態K)は、蒸発器204で露点温度以下に冷
却され、乾球温度が低下すると共に絶対湿度が低下して
状態Lに至る。この状態Lは湿り空気線図において飽和
線上にある。状態Lの空気は再熱器205で再熱され、
絶対湿度一定のまま乾球温度が上昇して状態Mに至り、
空調空間100に供給される。この状態Mは、状態Kと
比べて絶対湿度、乾球温度共に低い。
調サイクルを示す湿り空気線図である。図12におい
て、符号K、L、Mは、図10においてそれぞれの符号
を付した経路状態に対応している。図12に示すよう
に、従来の除湿空調装置において、空調空間100から
の空気(状態K)は、蒸発器204で露点温度以下に冷
却され、乾球温度が低下すると共に絶対湿度が低下して
状態Lに至る。この状態Lは湿り空気線図において飽和
線上にある。状態Lの空気は再熱器205で再熱され、
絶対湿度一定のまま乾球温度が上昇して状態Mに至り、
空調空間100に供給される。この状態Mは、状態Kと
比べて絶対湿度、乾球温度共に低い。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の除湿空調装置においては、露点までの冷却量が
多いためヒートポンプの蒸発器における冷凍効果のうち
半分程度が顕熱負荷を奪うのに消費され、電力消費量当
たりの除湿能力(除湿性能)が低かった。また、ヒート
ポンプの圧縮機として単段圧縮機を用いる場合には、1
段圧縮の圧縮式冷凍サイクルになり、動作係数(CO
P)が低く、除湿量当たりの電力消費量が大きかった。
た従来の除湿空調装置においては、露点までの冷却量が
多いためヒートポンプの蒸発器における冷凍効果のうち
半分程度が顕熱負荷を奪うのに消費され、電力消費量当
たりの除湿能力(除湿性能)が低かった。また、ヒート
ポンプの圧縮機として単段圧縮機を用いる場合には、1
段圧縮の圧縮式冷凍サイクルになり、動作係数(CO
P)が低く、除湿量当たりの電力消費量が大きかった。
【0008】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、動作係数(COP)の高いヒー
トポンプ及びエネルギー消費量当たりの除湿能力の高い
除湿空調装置を提供することを目的とする。
鑑みてなされたもので、動作係数(COP)の高いヒー
トポンプ及びエネルギー消費量当たりの除湿能力の高い
除湿空調装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような従来技術にお
ける問題点を解決するために、本発明の一態様は、冷媒
を昇圧する昇圧機と、上記冷媒を凝縮させて高熱源流体
を加熱する凝縮器と、上記冷媒を蒸発させて低熱源流体
を冷却する蒸発器と、上記凝縮器と上記蒸発器との間で
複数列に分岐する分岐冷媒経路と、上記凝縮器と上記蒸
発器との間であって上記分岐冷媒経路中に設けられ、上
記凝縮器の凝縮圧力と上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上記低熱源流体を冷却する第1
の熱交換手段と、上記凝縮器と上記蒸発器との間であっ
て上記分岐冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の凝縮圧
力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮
させて上記低熱源流体を加熱する第2の熱交換手段と、
上記第1の熱交換手段と上記蒸発器と上記第2の熱交換
手段とをこの順番で接続する低熱源流体経路とを備えた
ことを特徴とするヒートポンプである。
ける問題点を解決するために、本発明の一態様は、冷媒
を昇圧する昇圧機と、上記冷媒を凝縮させて高熱源流体
を加熱する凝縮器と、上記冷媒を蒸発させて低熱源流体
を冷却する蒸発器と、上記凝縮器と上記蒸発器との間で
複数列に分岐する分岐冷媒経路と、上記凝縮器と上記蒸
発器との間であって上記分岐冷媒経路中に設けられ、上
記凝縮器の凝縮圧力と上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上記低熱源流体を冷却する第1
の熱交換手段と、上記凝縮器と上記蒸発器との間であっ
て上記分岐冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の凝縮圧
力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒を凝縮
させて上記低熱源流体を加熱する第2の熱交換手段と、
上記第1の熱交換手段と上記蒸発器と上記第2の熱交換
手段とをこの順番で接続する低熱源流体経路とを備えた
ことを特徴とするヒートポンプである。
【0010】また、本発明の他の一態様は、冷媒を昇圧
する昇圧機と、上記冷媒を凝縮させて高熱源流体を加熱
する凝縮器と、上記冷媒を蒸発させて処理空気を露点温
度以下まで冷却する蒸発器と、上記凝縮器と上記蒸発器
との間で複数列に分岐する分岐冷媒経路と、上記凝縮器
と上記蒸発器との間であって上記分岐冷媒経路中に設け
られ、上記凝縮器の凝縮圧力と上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上記処理空気を冷却す
る第1の熱交換手段と、上記凝縮器と上記蒸発器との間
であって上記分岐冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の
凝縮圧力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒
を凝縮させて上記処理空気を加熱する第2の熱交換手段
と、上記第1の熱交換手段と上記蒸発器と上記第2の熱
交換手段とをこの順番で接続する処理空気経路とを備え
たことを特徴とする除湿空調装置である。
する昇圧機と、上記冷媒を凝縮させて高熱源流体を加熱
する凝縮器と、上記冷媒を蒸発させて処理空気を露点温
度以下まで冷却する蒸発器と、上記凝縮器と上記蒸発器
との間で複数列に分岐する分岐冷媒経路と、上記凝縮器
と上記蒸発器との間であって上記分岐冷媒経路中に設け
られ、上記凝縮器の凝縮圧力と上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上記処理空気を冷却す
る第1の熱交換手段と、上記凝縮器と上記蒸発器との間
であって上記分岐冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の
凝縮圧力と上記蒸発器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒
を凝縮させて上記処理空気を加熱する第2の熱交換手段
と、上記第1の熱交換手段と上記蒸発器と上記第2の熱
交換手段とをこの順番で接続する処理空気経路とを備え
たことを特徴とする除湿空調装置である。
【0011】このような構成により、蒸発器での冷却の
前に第1の熱交換手段において低熱源流体を予冷でき、
その予冷の熱を使って、蒸発器での冷却の後に第2の熱
交換手段において低熱源流体を加熱し、また、処理空気
を低熱源とし、蒸発器で処理空気を露点温度以下に冷却
するようにすれば、除湿量当たりのエネルギー消費量が
小さい除湿空調装置を提供することが可能となる。
前に第1の熱交換手段において低熱源流体を予冷でき、
その予冷の熱を使って、蒸発器での冷却の後に第2の熱
交換手段において低熱源流体を加熱し、また、処理空気
を低熱源とし、蒸発器で処理空気を露点温度以下に冷却
するようにすれば、除湿量当たりのエネルギー消費量が
小さい除湿空調装置を提供することが可能となる。
【0012】更に、分岐冷媒経路を設けることによっ
て、冷媒の作用温度を段階的に変化させることができる
ので、熱交換効率を高めることが可能となる。ここで、
熱交換効率φは、高温側の流体の熱交換器入口温度をT
P1、出口温度をT、低温側の流体の熱交換器入口温度
をTC1、出口温度をTC2としたとき、高温側の流体
の冷却に注目した場合、即ち、熱交換の目的が冷却の場
合は、φ=(TP1−TP2)/(TP1−TC1)、
低温の流体の加熱に注目した場合、即ち、熱交換の目的
が加熱の場合は、φ=(TC2−TC1)/(TP1−
TC1)と定義されるものである。
て、冷媒の作用温度を段階的に変化させることができる
ので、熱交換効率を高めることが可能となる。ここで、
熱交換効率φは、高温側の流体の熱交換器入口温度をT
P1、出口温度をT、低温側の流体の熱交換器入口温度
をTC1、出口温度をTC2としたとき、高温側の流体
の冷却に注目した場合、即ち、熱交換の目的が冷却の場
合は、φ=(TP1−TP2)/(TP1−TC1)、
低温の流体の加熱に注目した場合、即ち、熱交換の目的
が加熱の場合は、φ=(TC2−TC1)/(TP1−
TC1)と定義されるものである。
【0013】また、本発明の好ましい一態様において
は、上記分岐冷媒経路が、上記蒸発器の内部を並列に延
び、該蒸発器の下流側で合流する。この場合において、
上記分岐冷媒経路のうち、温度が高い処理空気と熱交換
をする冷媒が通過する冷媒経路には、温度が低い処理空
気と熱交換する冷媒を上記冷媒経路を通過した冷媒によ
り昇圧するエゼクタを設置してもよい。
は、上記分岐冷媒経路が、上記蒸発器の内部を並列に延
び、該蒸発器の下流側で合流する。この場合において、
上記分岐冷媒経路のうち、温度が高い処理空気と熱交換
をする冷媒が通過する冷媒経路には、温度が低い処理空
気と熱交換する冷媒を上記冷媒経路を通過した冷媒によ
り昇圧するエゼクタを設置してもよい。
【0014】このような構成により、蒸発器の作用温度
が上昇するので、理論冷凍効果が増加し、理論圧縮仕事
が減少して効率を高めることが可能となる。また、冷媒
の比体積が減少するので、昇圧機で吸引する冷媒の流量
が増加する。従って、冷凍効果の増加に伴って除湿量が
増加し、効率を高めることができる。
が上昇するので、理論冷凍効果が増加し、理論圧縮仕事
が減少して効率を高めることが可能となる。また、冷媒
の比体積が減少するので、昇圧機で吸引する冷媒の流量
が増加する。従って、冷凍効果の増加に伴って除湿量が
増加し、効率を高めることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る除湿空調装置
の第1の実施形態について図1乃至図6を参照して説明
する。図1は本実施形態における空調システムの全体構
成を示す図、図2は第1の実施形態における除湿空調装
置内のフローを模式的に示す図である。本実施形態にお
ける除湿空調装置は、空調空間100内の空気(処理空
気)をその露点温度以下に冷却して除湿するものであ
り、内部にヒートポンプHP1を含んでいる。除湿空調
装置によって湿度が下げられた処理空気が空調空間10
0に戻されることによって、空調空間100が快適な環
境に維持される。
の第1の実施形態について図1乃至図6を参照して説明
する。図1は本実施形態における空調システムの全体構
成を示す図、図2は第1の実施形態における除湿空調装
置内のフローを模式的に示す図である。本実施形態にお
ける除湿空調装置は、空調空間100内の空気(処理空
気)をその露点温度以下に冷却して除湿するものであ
り、内部にヒートポンプHP1を含んでいる。除湿空調
装置によって湿度が下げられた処理空気が空調空間10
0に戻されることによって、空調空間100が快適な環
境に維持される。
【0016】除湿空調装置は、図1に示すように、空調
空間100内に設置される室内機10と、空調空間10
0の外部(室外)に設置される室外機20とから基本的
に構成されている。除湿空調装置の室内機10は、冷媒
を蒸発させる冷媒蒸発器1と、冷媒と処理空気との間で
熱交換を行う熱交換器2と、処理空気を循環するための
送風機3とを備えている。熱交換器2は、蒸発器1に流
入する前後の処理空気同士の間で、冷媒を介して間接的
に熱交換を行うものであり、冷媒を蒸発させて処理空気
を冷却する第1の熱交換部21と、冷媒を凝縮させて処
理空気を加熱する第2の熱交換部22とを備えている。
また、除湿空調装置の室外機20は、冷媒を圧縮する昇
圧機4と、冷媒を冷却して凝縮させる冷媒凝縮器5と、
冷却空気を送風するための送風機6とを備えている。
空間100内に設置される室内機10と、空調空間10
0の外部(室外)に設置される室外機20とから基本的
に構成されている。除湿空調装置の室内機10は、冷媒
を蒸発させる冷媒蒸発器1と、冷媒と処理空気との間で
熱交換を行う熱交換器2と、処理空気を循環するための
送風機3とを備えている。熱交換器2は、蒸発器1に流
入する前後の処理空気同士の間で、冷媒を介して間接的
に熱交換を行うものであり、冷媒を蒸発させて処理空気
を冷却する第1の熱交換部21と、冷媒を凝縮させて処
理空気を加熱する第2の熱交換部22とを備えている。
また、除湿空調装置の室外機20は、冷媒を圧縮する昇
圧機4と、冷媒を冷却して凝縮させる冷媒凝縮器5と、
冷却空気を送風するための送風機6とを備えている。
【0017】処理空気が流通する経路(処理空気経路)
は、図2に示すように、空調空間100と熱交換器2の
第1の熱交換部21とを接続する経路30と、第1の熱
交換部21と蒸発器1とを接続する経路31と、蒸発器
1と熱交換器2の第2の熱交換部22とを接続する経路
32と、第2の熱交換部22と送風機3とを接続する経
路33と、送風機3と空調空間100とを接続する経路
34とから構成されている。このような処理空気経路に
よって、熱交換器2の第1の熱交換部21と蒸発器1と
熱交換器2の第2の熱交換部22とが順番に接続されて
いる。
は、図2に示すように、空調空間100と熱交換器2の
第1の熱交換部21とを接続する経路30と、第1の熱
交換部21と蒸発器1とを接続する経路31と、蒸発器
1と熱交換器2の第2の熱交換部22とを接続する経路
32と、第2の熱交換部22と送風機3とを接続する経
路33と、送風機3と空調空間100とを接続する経路
34とから構成されている。このような処理空気経路に
よって、熱交換器2の第1の熱交換部21と蒸発器1と
熱交換器2の第2の熱交換部22とが順番に接続されて
いる。
【0018】一方、冷媒経路は、蒸発器1と昇圧機4と
を接続する経路40と、昇圧機4と凝縮器5とを接続す
る経路41と、凝縮器5と蒸発器1とを接続する経路と
から構成される。ここで、凝縮器5と蒸発器1とを接続
する経路は、凝縮器5の下流側において複数列(図2に
おいては3列)に分岐しており、分岐冷媒経路42〜4
4が形成されている。この分岐冷媒経路42〜44は、
蒸発器1の上流側において1本の経路45に合流してい
る。
を接続する経路40と、昇圧機4と凝縮器5とを接続す
る経路41と、凝縮器5と蒸発器1とを接続する経路と
から構成される。ここで、凝縮器5と蒸発器1とを接続
する経路は、凝縮器5の下流側において複数列(図2に
おいては3列)に分岐しており、分岐冷媒経路42〜4
4が形成されている。この分岐冷媒経路42〜44は、
蒸発器1の上流側において1本の経路45に合流してい
る。
【0019】凝縮器5には、経路46を介して冷却空気
としての外気OAが導入される。この外気OAは凝縮す
る冷媒から熱を奪い、加熱された外気は経路47を経由
して送風機6に吸い込まれ、経路48を経由して屋外に
排出される(EX)。
としての外気OAが導入される。この外気OAは凝縮す
る冷媒から熱を奪い、加熱された外気は経路47を経由
して送風機6に吸い込まれ、経路48を経由して屋外に
排出される(EX)。
【0020】分岐冷媒経路42〜44は、熱交換器2の
第1の熱交換部21と第2の熱交換部22とをそれぞれ
貫通しており、第1の熱交換部21内には、冷媒を蒸発
させることによって第1の熱交換部21を流れる処理空
気を冷却する蒸発セクション51が形成され、第2の熱
交換部22内には、冷媒を凝縮させることによって第2
の熱交換部22を流れる処理空気を加熱(再熱)する凝
縮セクション52が形成されている。また、各分岐冷媒
経路42〜44には、第1の熱交換部21の上流側に絞
り11〜13がそれぞれ配置され、第2の熱交換部22
の下流側に絞り14〜16がそれぞれ配置されている。
これらの絞り11〜16として、例えば、オリフィス、
キャピラリチューブ、膨張弁などを用いることができ
る。
第1の熱交換部21と第2の熱交換部22とをそれぞれ
貫通しており、第1の熱交換部21内には、冷媒を蒸発
させることによって第1の熱交換部21を流れる処理空
気を冷却する蒸発セクション51が形成され、第2の熱
交換部22内には、冷媒を凝縮させることによって第2
の熱交換部22を流れる処理空気を加熱(再熱)する凝
縮セクション52が形成されている。また、各分岐冷媒
経路42〜44には、第1の熱交換部21の上流側に絞
り11〜13がそれぞれ配置され、第2の熱交換部22
の下流側に絞り14〜16がそれぞれ配置されている。
これらの絞り11〜16として、例えば、オリフィス、
キャピラリチューブ、膨張弁などを用いることができ
る。
【0021】図3は、図2の除湿空調装置の熱交換器2
における分岐冷媒経路42〜44を示す拡大図である。
蒸発セクション51と凝縮セクション52とを含んで構
成される冷媒経路は、第1の熱交換部21と第2の熱交
換部22とを交互に繰り返し貫通する。即ち、分岐冷媒
経路42は、図3に示すように、凝縮器5側から順番
に、蒸発セクション61a、凝縮セクション62a、凝
縮セクション62b、蒸発セクション61b、蒸発セク
ション61c、凝縮セクション62cを有している。ま
た同様に、分岐冷媒経路43は、蒸発セクション63
a、凝縮セクション64a、凝縮セクション64b、蒸
発セクション63b、蒸発セクション63c、凝縮セク
ション64cを有し、分岐冷媒経路44は、蒸発セクシ
ョン65a、凝縮セクション66a、凝縮セクション6
6b、蒸発セクション65b、蒸発セクション65c、
凝縮セクション66cを有している。
における分岐冷媒経路42〜44を示す拡大図である。
蒸発セクション51と凝縮セクション52とを含んで構
成される冷媒経路は、第1の熱交換部21と第2の熱交
換部22とを交互に繰り返し貫通する。即ち、分岐冷媒
経路42は、図3に示すように、凝縮器5側から順番
に、蒸発セクション61a、凝縮セクション62a、凝
縮セクション62b、蒸発セクション61b、蒸発セク
ション61c、凝縮セクション62cを有している。ま
た同様に、分岐冷媒経路43は、蒸発セクション63
a、凝縮セクション64a、凝縮セクション64b、蒸
発セクション63b、蒸発セクション63c、凝縮セク
ション64cを有し、分岐冷媒経路44は、蒸発セクシ
ョン65a、凝縮セクション66a、凝縮セクション6
6b、蒸発セクション65b、蒸発セクション65c、
凝縮セクション66cを有している。
【0022】ここで、蒸発器1を通過する前の処理空気
を流す第1の熱交換部21と、蒸発器1を通過した後の
処理空気を流す第2の熱交換部22とは、別々の直方体
空間に収容されており、これら第1の熱交換部21と第
2の熱交換部22との間には上述した蒸発器1が配置さ
れている。参考までに、冷媒経路が分岐していない場合
の熱交換器及び蒸発器の配置を図4(a)及び図4
(b)に示す。図4(a)は正面側から見た斜視図、図
4(b)は背面側から見た斜視図である。
を流す第1の熱交換部21と、蒸発器1を通過した後の
処理空気を流す第2の熱交換部22とは、別々の直方体
空間に収容されており、これら第1の熱交換部21と第
2の熱交換部22との間には上述した蒸発器1が配置さ
れている。参考までに、冷媒経路が分岐していない場合
の熱交換器及び蒸発器の配置を図4(a)及び図4
(b)に示す。図4(a)は正面側から見た斜視図、図
4(b)は背面側から見た斜視図である。
【0023】第1の熱交換部21及び第2の熱交換部2
2には、処理空気の流れに直交する面に複数本の熱交換
チューブが冷媒経路として平行に配置されている。蒸発
セクション61aと凝縮セクション62a、蒸発セクシ
ョン61bと凝縮セクション62b、蒸発セクション6
1cと凝縮セクション62cといった対応するセクショ
ン間には、蒸発器1を跨ぐチューブが設けられ(図4
(b)参照)、対応する蒸発セクションと凝縮セクショ
ンとが互いに接続される。また、蒸発セクション61b
と蒸発セクション61cの端部、蒸発セクション63b
と蒸発セクション63cの端部、蒸発セクション65b
と蒸発セクション65cの端部はそれぞれUチューブ
(ユーチューブ)68によって接続されている。同様
に、凝縮セクション62aと凝縮セクション62bの端
部、凝縮セクション64aと凝縮セクション64bの端
部、凝縮セクション66aと凝縮セクション66bの端
部もそれぞれUチューブ69によって接続されている
(図4(a)参照)。
2には、処理空気の流れに直交する面に複数本の熱交換
チューブが冷媒経路として平行に配置されている。蒸発
セクション61aと凝縮セクション62a、蒸発セクシ
ョン61bと凝縮セクション62b、蒸発セクション6
1cと凝縮セクション62cといった対応するセクショ
ン間には、蒸発器1を跨ぐチューブが設けられ(図4
(b)参照)、対応する蒸発セクションと凝縮セクショ
ンとが互いに接続される。また、蒸発セクション61b
と蒸発セクション61cの端部、蒸発セクション63b
と蒸発セクション63cの端部、蒸発セクション65b
と蒸発セクション65cの端部はそれぞれUチューブ
(ユーチューブ)68によって接続されている。同様
に、凝縮セクション62aと凝縮セクション62bの端
部、凝縮セクション64aと凝縮セクション64bの端
部、凝縮セクション66aと凝縮セクション66bの端
部もそれぞれUチューブ69によって接続されている
(図4(a)参照)。
【0024】このような構成によって、例えば、冷媒経
路42において、蒸発セクション61aから凝縮セクシ
ョン62aに向かって流れた冷媒は、Uチューブ69に
より凝縮セクション62bに導かれる。凝縮セクション
62bに導かれた冷媒は、更に蒸発セクション61bに
流入し、Uチューブ68により蒸発セクション61cに
導入され、更に凝縮セクション62cに流入する。この
ように冷媒経路は蛇行する細管群により構成され、この
細管群は蛇行しながら第1の熱交換部21と第2の熱交
換部22内部を通過し、温度の高い処理空気と温度の低
い処理空気に交互に接触するようになっている。
路42において、蒸発セクション61aから凝縮セクシ
ョン62aに向かって流れた冷媒は、Uチューブ69に
より凝縮セクション62bに導かれる。凝縮セクション
62bに導かれた冷媒は、更に蒸発セクション61bに
流入し、Uチューブ68により蒸発セクション61cに
導入され、更に凝縮セクション62cに流入する。この
ように冷媒経路は蛇行する細管群により構成され、この
細管群は蛇行しながら第1の熱交換部21と第2の熱交
換部22内部を通過し、温度の高い処理空気と温度の低
い処理空気に交互に接触するようになっている。
【0025】なお、図1及び図2に示すように、除湿空
調装置の室内機10の内部にはドレンパン7が設けられ
ているが、このドレンパン7は蒸発器1だけでなく、熱
交換器2の下方もカバーするように設けるのが好まし
い。熱交換器2の第1の熱交換部21においては処理空
気を主として予冷するが、一部の水分はここで結露する
ことがあるので、特に第1の熱交換部21の下方に設け
るのが好ましい。
調装置の室内機10の内部にはドレンパン7が設けられ
ているが、このドレンパン7は蒸発器1だけでなく、熱
交換器2の下方もカバーするように設けるのが好まし
い。熱交換器2の第1の熱交換部21においては処理空
気を主として予冷するが、一部の水分はここで結露する
ことがあるので、特に第1の熱交換部21の下方に設け
るのが好ましい。
【0026】次に、各機器間の冷媒の流れについて図2
及び図3を参照して説明する。昇圧機4により圧縮され
た冷媒ガスは、昇圧機4の吐出口に接続された冷媒ガス
配管41を経由して凝縮器5に導かれ、冷却空気として
の外気OAで冷却され凝縮する。凝縮器5を出た液冷媒
は分岐冷媒経路42〜44に分岐される。以下では、冷
媒経路42を流れる冷媒を中心として説明し、他の冷媒
経路43、44を流れる冷媒についての説明はこれと同
様であるので省略する。
及び図3を参照して説明する。昇圧機4により圧縮され
た冷媒ガスは、昇圧機4の吐出口に接続された冷媒ガス
配管41を経由して凝縮器5に導かれ、冷却空気として
の外気OAで冷却され凝縮する。凝縮器5を出た液冷媒
は分岐冷媒経路42〜44に分岐される。以下では、冷
媒経路42を流れる冷媒を中心として説明し、他の冷媒
経路43、44を流れる冷媒についての説明はこれと同
様であるので省略する。
【0027】分岐冷媒経路42を流れる冷媒は、絞り1
1で減圧され膨張して一部の液冷媒が蒸発(フラッシ
ュ)する。その液とガスの混合した冷媒は蒸発セクショ
ン61aに至り、ここで液冷媒は蒸発セクション61a
のチューブの内壁を濡らすように流れる。蒸発セクショ
ン61aには液相の冷媒が流入するが、蒸発セクション
61aに流入する冷媒は、一部が気化した、気相を僅か
に含む液冷媒であってもよい。蒸発セクション61aを
流れる間に液冷媒が蒸発し、蒸発器1に流入する前の処
理空気が冷却(予冷)され、冷媒自身は加熱され気相を
増やす。
1で減圧され膨張して一部の液冷媒が蒸発(フラッシ
ュ)する。その液とガスの混合した冷媒は蒸発セクショ
ン61aに至り、ここで液冷媒は蒸発セクション61a
のチューブの内壁を濡らすように流れる。蒸発セクショ
ン61aには液相の冷媒が流入するが、蒸発セクション
61aに流入する冷媒は、一部が気化した、気相を僅か
に含む液冷媒であってもよい。蒸発セクション61aを
流れる間に液冷媒が蒸発し、蒸発器1に流入する前の処
理空気が冷却(予冷)され、冷媒自身は加熱され気相を
増やす。
【0028】上述したように、蒸発セクション61aと
凝縮セクション62aは一連のチューブにより構成され
ているので、上記蒸発セクション61aにおいて蒸発し
た冷媒ガス(及び蒸発しなかった液冷媒)は凝縮セクシ
ョン62aに流入する。凝縮セクション62aでは、蒸
発器1で冷却除湿され、蒸発セクション61aの処理空
気よりも温度の低くなった処理空気が加熱(再熱)さ
れ、冷媒自身は熱を奪われ気相冷媒を凝縮させながら、
次の凝縮セクション62bに流入する。冷媒は、凝縮セ
クション62bを流れる間に、低温の処理空気で更に熱
を奪われ気相冷媒を更に凝縮させる。
凝縮セクション62aは一連のチューブにより構成され
ているので、上記蒸発セクション61aにおいて蒸発し
た冷媒ガス(及び蒸発しなかった液冷媒)は凝縮セクシ
ョン62aに流入する。凝縮セクション62aでは、蒸
発器1で冷却除湿され、蒸発セクション61aの処理空
気よりも温度の低くなった処理空気が加熱(再熱)さ
れ、冷媒自身は熱を奪われ気相冷媒を凝縮させながら、
次の凝縮セクション62bに流入する。冷媒は、凝縮セ
クション62bを流れる間に、低温の処理空気で更に熱
を奪われ気相冷媒を更に凝縮させる。
【0029】凝縮された液冷媒は、次の蒸発セクション
61b及びこれに続く蒸発セクション61cに流入し、
上記と同様にして蒸発器1に流入する前の処理空気が冷
却(予冷)される。更に凝縮セクション62cに冷媒ガ
スが流入して処理空気が加熱(再熱)される。このよう
に、冷媒は気相と液相の相変化をしながら分岐冷媒経路
を流れ、蒸発器1で冷却される前の処理空気と、蒸発器
1で冷却されて絶対湿度を低下させた処理空気との間で
間接的に熱交換が行われる。
61b及びこれに続く蒸発セクション61cに流入し、
上記と同様にして蒸発器1に流入する前の処理空気が冷
却(予冷)される。更に凝縮セクション62cに冷媒ガ
スが流入して処理空気が加熱(再熱)される。このよう
に、冷媒は気相と液相の相変化をしながら分岐冷媒経路
を流れ、蒸発器1で冷却される前の処理空気と、蒸発器
1で冷却されて絶対湿度を低下させた処理空気との間で
間接的に熱交換が行われる。
【0030】凝縮セクション62cにおいて凝縮した液
冷媒は、第2の熱交換部22の下流側に配置された絞り
14で減圧され膨張して温度が下がる。そして、他の分
岐冷媒経路43、44を流れてきた冷媒と合流し、合流
した冷媒は経路45を通って蒸発器1に至る。蒸発器1
では冷媒が蒸発し、その蒸発熱で処理空気が冷却され
る。蒸発器1で蒸発してガス化した冷媒は、経路40を
通って昇圧機4の吸込側に導かれる。そして、上述のサ
イクルが繰り返される。
冷媒は、第2の熱交換部22の下流側に配置された絞り
14で減圧され膨張して温度が下がる。そして、他の分
岐冷媒経路43、44を流れてきた冷媒と合流し、合流
した冷媒は経路45を通って蒸発器1に至る。蒸発器1
では冷媒が蒸発し、その蒸発熱で処理空気が冷却され
る。蒸発器1で蒸発してガス化した冷媒は、経路40を
通って昇圧機4の吸込側に導かれる。そして、上述のサ
イクルが繰り返される。
【0031】次に、本実施形態における除湿空調装置に
含まれるヒートポンプHP1の作用について説明する。
図5は図2の除湿空調装置に含まれるヒートポンプHP
1の冷媒モリエ線図である。なお、図5に示す線図にお
いては、冷媒としてHFC134aを用いており、横軸
にエンタルピ、縦軸に圧力が取られている。HFC13
4aに限らず、HFC407CやHFC410Aを冷媒
として利用することもでき、これらの冷媒を用いた場合
には、作動圧力領域がHFC134aの場合よりも高圧
側にシフトする。
含まれるヒートポンプHP1の作用について説明する。
図5は図2の除湿空調装置に含まれるヒートポンプHP
1の冷媒モリエ線図である。なお、図5に示す線図にお
いては、冷媒としてHFC134aを用いており、横軸
にエンタルピ、縦軸に圧力が取られている。HFC13
4aに限らず、HFC407CやHFC410Aを冷媒
として利用することもでき、これらの冷媒を用いた場合
には、作動圧力領域がHFC134aの場合よりも高圧
側にシフトする。
【0032】図5において、点aは図2の蒸発器1で蒸
発した冷媒の状態を示しており、このときの冷媒は飽和
ガスの状態にある。冷媒の圧力は0.234MPa、温
度は5℃、エンタルピは395.1kJ/kgである。
点bはこのガスを昇圧機4で吸込圧縮した状態、即ち昇
圧機4の吐出口での状態を示しており、このときの冷媒
は、圧力が0.706MPaであり、過熱ガスの状態に
ある。
発した冷媒の状態を示しており、このときの冷媒は飽和
ガスの状態にある。冷媒の圧力は0.234MPa、温
度は5℃、エンタルピは395.1kJ/kgである。
点bはこのガスを昇圧機4で吸込圧縮した状態、即ち昇
圧機4の吐出口での状態を示しており、このときの冷媒
は、圧力が0.706MPaであり、過熱ガスの状態に
ある。
【0033】点bの状態にある冷媒ガスは、凝縮器2内
で冷却され、点cで示される状態に至る。このときの冷
媒は飽和ガスの状態であり、その圧力は0.706MP
a、温度は38℃である。冷媒はこの圧力下で更に冷却
され凝縮して点dで示される状態に至る。このときの冷
媒は飽和液の状態であり、その圧力と温度は点cにおけ
る圧力及び温度と同じである。このときのエンタルピは
237.4kJ/kgである。
で冷却され、点cで示される状態に至る。このときの冷
媒は飽和ガスの状態であり、その圧力は0.706MP
a、温度は38℃である。冷媒はこの圧力下で更に冷却
され凝縮して点dで示される状態に至る。このときの冷
媒は飽和液の状態であり、その圧力と温度は点cにおけ
る圧力及び温度と同じである。このときのエンタルピは
237.4kJ/kgである。
【0034】この冷媒液は分岐冷媒経路42〜44に分
かれて熱交換器2に流入するが、まず、冷媒経路43を
通る冷媒について説明する。冷媒経路43に流入した冷
媒液は、絞り12で減圧され、第1の熱交換部21の蒸
発セクション63aに流入する。このときの状態は点e
で示されており、一部の液が蒸発して液とガスが混合し
た状態となっている。このときの圧力は、凝縮器5の凝
縮圧力と蒸発器1の蒸発圧力との中間圧力であり、本実
施形態では、0.234MPaと0.706MPaの間
の値となる。
かれて熱交換器2に流入するが、まず、冷媒経路43を
通る冷媒について説明する。冷媒経路43に流入した冷
媒液は、絞り12で減圧され、第1の熱交換部21の蒸
発セクション63aに流入する。このときの状態は点e
で示されており、一部の液が蒸発して液とガスが混合し
た状態となっている。このときの圧力は、凝縮器5の凝
縮圧力と蒸発器1の蒸発圧力との中間圧力であり、本実
施形態では、0.234MPaと0.706MPaの間
の値となる。
【0035】蒸発セクション63a内で、上記中間圧力
下で冷媒液が蒸発して、同圧力で飽和液線と飽和ガス線
の中間に位置する点f1の状態となる。この状態では液
の一部が蒸発しているが、冷媒液はかなり残っている。
そして、点f1で示される状態の冷媒が、凝縮セクショ
ン64a及び64bに流入する。凝縮セクション64a
及び64bでは、冷媒は第2の熱交換部22を流れる低
温の処理空気により熱を奪われ、点g1の状態に至る。
下で冷媒液が蒸発して、同圧力で飽和液線と飽和ガス線
の中間に位置する点f1の状態となる。この状態では液
の一部が蒸発しているが、冷媒液はかなり残っている。
そして、点f1で示される状態の冷媒が、凝縮セクショ
ン64a及び64bに流入する。凝縮セクション64a
及び64bでは、冷媒は第2の熱交換部22を流れる低
温の処理空気により熱を奪われ、点g1の状態に至る。
【0036】点g1の状態の冷媒は、蒸発セクション6
3b及び63cに流入し、ここで熱を奪われ液相を増や
して点f2の状態に至り、更に、凝縮セクション64c
に流入する。凝縮セクション64cにおいて、冷媒は液
相を増やして点g2の状態に至る。点g2はモリエ線図
では飽和液線上に位置しており、このときの冷媒の温度
は18℃、エンタルピは209.5kJ/kgである。
3b及び63cに流入し、ここで熱を奪われ液相を増や
して点f2の状態に至り、更に、凝縮セクション64c
に流入する。凝縮セクション64cにおいて、冷媒は液
相を増やして点g2の状態に至る。点g2はモリエ線図
では飽和液線上に位置しており、このときの冷媒の温度
は18℃、エンタルピは209.5kJ/kgである。
【0037】点g2の状態の冷媒液は、絞り15で、温
度5℃の飽和圧力である0.234MPaまで減圧され
て点hで示される状態に至る。点hの状態における冷媒
は、5℃の冷媒液とガスの混合物として蒸発器1に至
り、ここで処理空気から熱を奪い、蒸発して点aで示さ
れる状態の飽和ガスとなる。この飽和ガスは再び昇圧機
4に吸入され、上述したサイクルが繰り返される。
度5℃の飽和圧力である0.234MPaまで減圧され
て点hで示される状態に至る。点hの状態における冷媒
は、5℃の冷媒液とガスの混合物として蒸発器1に至
り、ここで処理空気から熱を奪い、蒸発して点aで示さ
れる状態の飽和ガスとなる。この飽和ガスは再び昇圧機
4に吸入され、上述したサイクルが繰り返される。
【0038】同様に、冷媒経路42を通る冷媒は、絞り
11、蒸発セクション、凝縮セクション、絞り14を通
り、点j、点i1、点k1、点i2、点k2で示される
状態を経て点lで示される状態に至る。冷媒経路44を
通る冷媒は、絞り13、蒸発セクション、凝縮セクショ
ン、絞り16を通り、点m、点n1、点o1、点n2、
点o2で示される状態を経て点pで示される状態に至
る。
11、蒸発セクション、凝縮セクション、絞り14を通
り、点j、点i1、点k1、点i2、点k2で示される
状態を経て点lで示される状態に至る。冷媒経路44を
通る冷媒は、絞り13、蒸発セクション、凝縮セクショ
ン、絞り16を通り、点m、点n1、点o1、点n2、
点o2で示される状態を経て点pで示される状態に至
る。
【0039】このように、熱交換器2内において、冷媒
は蒸発セクション51では点eから点f1、あるいは点
g1から点f2までといったように蒸発の状態変化を、
凝縮セクション52では、点f1から点g1、あるいは
点f2から点g2までといったように凝縮の状態変化を
しており、蒸発伝熱と凝縮伝熱が行われているため、熱
伝達率が非常に高く、また熱交換効率が高い。
は蒸発セクション51では点eから点f1、あるいは点
g1から点f2までといったように蒸発の状態変化を、
凝縮セクション52では、点f1から点g1、あるいは
点f2から点g2までといったように凝縮の状態変化を
しており、蒸発伝熱と凝縮伝熱が行われているため、熱
伝達率が非常に高く、また熱交換効率が高い。
【0040】ここで、昇圧機4、凝縮器5、絞り11〜
16及び蒸発器1を含む圧縮ヒートポンプHP1として
考えると、本発明に係る熱交換器2を設けない場合に
は、凝縮器5における点dの状態の冷媒を、絞りを介し
て蒸発器1に戻すため、蒸発器1で利用できるエンタル
ピ差は395.1−237.4=157.7kJ/kg
しかない。しかし、本発明に係る熱交換器2を設けた場
合には、395.1−209.5=185.6kJ/k
gとなり、同一冷却負荷に対して圧縮機に循環するガス
量を、ひいては所要動力を15%(=1−157.7/
185.6)も小さくすることができる。即ち、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。
16及び蒸発器1を含む圧縮ヒートポンプHP1として
考えると、本発明に係る熱交換器2を設けない場合に
は、凝縮器5における点dの状態の冷媒を、絞りを介し
て蒸発器1に戻すため、蒸発器1で利用できるエンタル
ピ差は395.1−237.4=157.7kJ/kg
しかない。しかし、本発明に係る熱交換器2を設けた場
合には、395.1−209.5=185.6kJ/k
gとなり、同一冷却負荷に対して圧縮機に循環するガス
量を、ひいては所要動力を15%(=1−157.7/
185.6)も小さくすることができる。即ち、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。
【0041】図6は図2の除湿空調装置における空調サ
イクルを示す湿り空気線図である。図6において、符号
K、L、M、Xは、図2においてそれぞれの符号を付し
た経路状態に対応している。空調空間100からの処理
空気(状態K)は、処理空気経路30を通って、熱交換
器2の第1の熱交換部21に送り込まれ、蒸発セクショ
ン51内で蒸発する冷媒によりある程度まで冷却され
る。これは蒸発器1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。処理空
気は、蒸発セクション51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
飽和線上にある点Xに至る。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こととしてもよい。また
は点Xを越えて、多少飽和線上を低湿度側に移行した点
まで冷却されることとしてもよい。
イクルを示す湿り空気線図である。図6において、符号
K、L、M、Xは、図2においてそれぞれの符号を付し
た経路状態に対応している。空調空間100からの処理
空気(状態K)は、処理空気経路30を通って、熱交換
器2の第1の熱交換部21に送り込まれ、蒸発セクショ
ン51内で蒸発する冷媒によりある程度まで冷却され
る。これは蒸発器1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。処理空
気は、蒸発セクション51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
飽和線上にある点Xに至る。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こととしてもよい。また
は点Xを越えて、多少飽和線上を低湿度側に移行した点
まで冷却されることとしてもよい。
【0042】第1の熱交換部21で予冷された処理空気
は、経路31を通って、蒸発器1に導入される。蒸発器
1では、絞り14〜16によって減圧された、低温で蒸
発する冷媒によって、処理空気が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に至る。図6において、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。
は、経路31を通って、蒸発器1に導入される。蒸発器
1では、絞り14〜16によって減圧された、低温で蒸
発する冷媒によって、処理空気が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に至る。図6において、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。
【0043】点Lの状態の処理空気は、経路32を通っ
て熱交換器2の第2の熱交換部22に流入し、凝縮セク
ション52内で凝縮する冷媒により、絶対湿度一定のま
ま加熱され点Mに至る。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
空気である。この点Mの状態の空気は送風機3により吸
い込まれ、経路34を通って空調空間100に戻され
る。
て熱交換器2の第2の熱交換部22に流入し、凝縮セク
ション52内で凝縮する冷媒により、絶対湿度一定のま
ま加熱され点Mに至る。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
空気である。この点Mの状態の空気は送風機3により吸
い込まれ、経路34を通って空調空間100に戻され
る。
【0044】ここで、図6の湿り空気線図上に示す処理
空気側のサイクルでは、第1の熱交換部21で処理空気
を予冷した熱量、即ち第2の熱交換部22で処理空気を
再熱した熱量ΔHが熱回収分であり、蒸発器1で処理空
気を冷却した熱量分がΔQである。また空調空間100
を冷房する、冷房効果がΔiである。
空気側のサイクルでは、第1の熱交換部21で処理空気
を予冷した熱量、即ち第2の熱交換部22で処理空気を
再熱した熱量ΔHが熱回収分であり、蒸発器1で処理空
気を冷却した熱量分がΔQである。また空調空間100
を冷房する、冷房効果がΔiである。
【0045】上述したように、熱交換器2では、蒸発セ
クション51での冷媒の蒸発により処理空気を予冷し、
凝縮セクション52での冷媒の凝縮により処理空気を再
熱する。そして蒸発セクション51で蒸発した冷媒は、
凝縮セクション52で凝縮する。このように同じ冷媒の
蒸発と凝縮作用により、蒸発器1で冷却される前後の処
理空気同士の熱交換が間接的に行われる。
クション51での冷媒の蒸発により処理空気を予冷し、
凝縮セクション52での冷媒の凝縮により処理空気を再
熱する。そして蒸発セクション51で蒸発した冷媒は、
凝縮セクション52で凝縮する。このように同じ冷媒の
蒸発と凝縮作用により、蒸発器1で冷却される前後の処
理空気同士の熱交換が間接的に行われる。
【0046】このように、本実施形態においては、処理
空気を露点以下に冷却する蒸発器と、処理空気を予冷却
する予冷却器と、再加熱を行う再加熱器の熱伝達媒体を
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、凝縮器間の圧力差を利用できるた
め循環が能動的になり、更に予冷、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。
空気を露点以下に冷却する蒸発器と、処理空気を予冷却
する予冷却器と、再加熱を行う再加熱器の熱伝達媒体を
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、凝縮器間の圧力差を利用できるた
め循環が能動的になり、更に予冷、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。
【0047】上述の実施形態においては冷媒経路を3列
に分岐させた例を説明したが、これに限られるものでは
なく、冷媒経路を何列に分岐させてもよい。図7は、本
発明に係る除湿空調装置における分岐冷媒経路の列数と
温度効率との関係を示すグラフである。図7から、分岐
冷媒経路の列数を多くすれば温度効率が向上することが
推測できる。このように、複数列に分岐した冷媒経路を
設けることによって、冷媒の作用温度を段階的に変化さ
せることができるので、熱交換効率を高めることが可能
となる。
に分岐させた例を説明したが、これに限られるものでは
なく、冷媒経路を何列に分岐させてもよい。図7は、本
発明に係る除湿空調装置における分岐冷媒経路の列数と
温度効率との関係を示すグラフである。図7から、分岐
冷媒経路の列数を多くすれば温度効率が向上することが
推測できる。このように、複数列に分岐した冷媒経路を
設けることによって、冷媒の作用温度を段階的に変化さ
せることができるので、熱交換効率を高めることが可能
となる。
【0048】次に、本発明に係る除湿空調装置の第2の
実施形態について図8及び図9を参照して説明する。図
8は第2の実施形態における除湿空調装置内のフローを
模式的に示す図、図9は図8の除湿空調装置に含まれる
ヒートポンプHP2の冷媒モリエ線図である。なお、上
述の第1の実施形態における部材又は要素と同一の作用
又は機能を有する部材又は要素には同一の符号を付し、
特に説明しない部分については第1の実施形態と同様で
ある。
実施形態について図8及び図9を参照して説明する。図
8は第2の実施形態における除湿空調装置内のフローを
模式的に示す図、図9は図8の除湿空調装置に含まれる
ヒートポンプHP2の冷媒モリエ線図である。なお、上
述の第1の実施形態における部材又は要素と同一の作用
又は機能を有する部材又は要素には同一の符号を付し、
特に説明しない部分については第1の実施形態と同様で
ある。
【0049】本実施形態においても、凝縮器5の下流側
において冷媒経路が複数列に分岐しており、分岐冷媒経
路142〜144が形成されているが、この分岐冷媒経
路142〜144が冷媒蒸発器101の内部まで延びて
おり、蒸発器101の下流側で合流している点が上述の
第1の実施形態と異なる。これらの分岐冷媒経路142
〜144のうち、温度が高い処理空気と熱交換をする冷
媒が通過する冷媒経路、即ち分岐冷媒経路142には、
温度が低い処理空気と熱交換をする冷媒、即ち冷媒経路
144を通過した冷媒を昇圧するエゼクタ8が設置され
ている。
において冷媒経路が複数列に分岐しており、分岐冷媒経
路142〜144が形成されているが、この分岐冷媒経
路142〜144が冷媒蒸発器101の内部まで延びて
おり、蒸発器101の下流側で合流している点が上述の
第1の実施形態と異なる。これらの分岐冷媒経路142
〜144のうち、温度が高い処理空気と熱交換をする冷
媒が通過する冷媒経路、即ち分岐冷媒経路142には、
温度が低い処理空気と熱交換をする冷媒、即ち冷媒経路
144を通過した冷媒を昇圧するエゼクタ8が設置され
ている。
【0050】図9において、点aは図8の蒸発器101
で蒸発した冷媒の状態を示しており、このときの冷媒は
飽和ガスの状態にある。圧力は0.262MPa、温度
は8℃、エンタルピは396.8kJ/kgである。点
bはこのガスを昇圧機4で吸込圧縮した状態、即ち昇圧
機4の吐出口での状態を示しており、このときの冷媒
は、圧力が0.706MPaであり、過熱ガスの状態に
ある。
で蒸発した冷媒の状態を示しており、このときの冷媒は
飽和ガスの状態にある。圧力は0.262MPa、温度
は8℃、エンタルピは396.8kJ/kgである。点
bはこのガスを昇圧機4で吸込圧縮した状態、即ち昇圧
機4の吐出口での状態を示しており、このときの冷媒
は、圧力が0.706MPaであり、過熱ガスの状態に
ある。
【0051】点bの状態にある冷媒ガスは、凝縮器5内
で冷却され、点cで示される状態に至る。このときの冷
媒は飽和ガスの状態であり、その圧力は0.706MP
a、温度は38℃である。冷媒はこの圧力下で更に冷却
され凝縮して点dで示される状態に至る。このときの冷
媒は飽和液の状態であり、その圧力と温度は点cにおけ
る圧力及び温度と同じである。このときのエンタルピは
237.4kJ/kgである。
で冷却され、点cで示される状態に至る。このときの冷
媒は飽和ガスの状態であり、その圧力は0.706MP
a、温度は38℃である。冷媒はこの圧力下で更に冷却
され凝縮して点dで示される状態に至る。このときの冷
媒は飽和液の状態であり、その圧力と温度は点cにおけ
る圧力及び温度と同じである。このときのエンタルピは
237.4kJ/kgである。
【0052】冷媒経路143に流入した冷媒液は、絞り
12で減圧され、点eの状態に至る。このときの圧力
は、凝縮器5の凝縮圧力と蒸発器101の蒸発圧力との
中間圧力であり、本実施形態では、0.262MPaと
0.706MPaの間の値となる。その後、冷媒は第1
の熱交換部21の蒸発セクションと第2の熱交換部22
の凝縮セクションとを交互に通り、点f1、点g1、点
f2、点g2で示される状態を経て、絞り15で、温度
8℃の飽和圧力である0.262MPaまで減圧されて
点hで示される状態に至る。点hの状態における冷媒
は、8℃の冷媒液とガスの混合物として蒸発器101に
至り、ここで処理空気から熱を奪い、蒸発して点aで示
される状態の飽和ガスとなる。この飽和ガスは再び昇圧
機4に吸入され、上述したサイクルが繰り返される。
12で減圧され、点eの状態に至る。このときの圧力
は、凝縮器5の凝縮圧力と蒸発器101の蒸発圧力との
中間圧力であり、本実施形態では、0.262MPaと
0.706MPaの間の値となる。その後、冷媒は第1
の熱交換部21の蒸発セクションと第2の熱交換部22
の凝縮セクションとを交互に通り、点f1、点g1、点
f2、点g2で示される状態を経て、絞り15で、温度
8℃の飽和圧力である0.262MPaまで減圧されて
点hで示される状態に至る。点hの状態における冷媒
は、8℃の冷媒液とガスの混合物として蒸発器101に
至り、ここで処理空気から熱を奪い、蒸発して点aで示
される状態の飽和ガスとなる。この飽和ガスは再び昇圧
機4に吸入され、上述したサイクルが繰り返される。
【0053】また、冷媒経路142に流入した冷媒液
は、絞り11、蒸発セクション、凝縮セクション、絞り
14を通り、点j、点i1、点k1、点i2、点k2で
示される状態を経て点lで示される状態に至る。点lで
示される状態の冷媒は、蒸発器101に至り、ここで処
理空気から熱を奪い、蒸発して点qで示される状態とな
る。一方、冷媒経路144に流入した冷媒液は、絞り1
3、蒸発セクション、凝縮セクション、絞り16を通
り、点m、点n1、点o1、点n2、点o2で示される
状態を経て点pで示される状態に至る。
は、絞り11、蒸発セクション、凝縮セクション、絞り
14を通り、点j、点i1、点k1、点i2、点k2で
示される状態を経て点lで示される状態に至る。点lで
示される状態の冷媒は、蒸発器101に至り、ここで処
理空気から熱を奪い、蒸発して点qで示される状態とな
る。一方、冷媒経路144に流入した冷媒液は、絞り1
3、蒸発セクション、凝縮セクション、絞り16を通
り、点m、点n1、点o1、点n2、点o2で示される
状態を経て点pで示される状態に至る。
【0054】点pで示される状態の冷媒は、蒸発器10
1に至り、ここで処理空気から熱を奪い、蒸発して点r
で示される状態となる。点rで示される状態の冷媒は、
冷媒経路142に設置されたエゼクタ8によって昇圧さ
れる。即ち、エゼクタ8において、点qで示される状態
の高圧の冷媒によって、点rで示される状態の低圧の冷
媒が昇圧される。これにより、点rで示される状態の冷
媒と点qで示される状態の冷媒は点aで示される状態の
飽和ガスとなる。このように、エゼクタ8を設置するこ
とにより、蒸発器の作用温度が上昇するので、理論冷凍
効果が増加し、理論圧縮仕事が減少して効率を高めるこ
とが可能となる。また、冷媒の比体積が減少するので、
昇圧機で吸引する冷媒の流量が増加する。従って、冷凍
効果の増加に伴って除湿量が増加し、効率を高めること
ができる。
1に至り、ここで処理空気から熱を奪い、蒸発して点r
で示される状態となる。点rで示される状態の冷媒は、
冷媒経路142に設置されたエゼクタ8によって昇圧さ
れる。即ち、エゼクタ8において、点qで示される状態
の高圧の冷媒によって、点rで示される状態の低圧の冷
媒が昇圧される。これにより、点rで示される状態の冷
媒と点qで示される状態の冷媒は点aで示される状態の
飽和ガスとなる。このように、エゼクタ8を設置するこ
とにより、蒸発器の作用温度が上昇するので、理論冷凍
効果が増加し、理論圧縮仕事が減少して効率を高めるこ
とが可能となる。また、冷媒の比体積が減少するので、
昇圧機で吸引する冷媒の流量が増加する。従って、冷凍
効果の増加に伴って除湿量が増加し、効率を高めること
ができる。
【0055】ここで、昇圧機4、凝縮器5、絞り11〜
16及び蒸発器101を含む圧縮ヒートポンプHP2と
して考えると、本発明に係る熱交換器2を設けない場合
には、凝縮器5における点dの状態の冷媒を、絞りを介
して蒸発器1に戻すため、蒸発器101で利用できるエ
ンタルピ差は396.8−237.4=159.4kJ
/kgしかない。しかし、本発明に係る熱交換器2を設
けた場合には、396.8−209.5=187.3k
J/kgとなり、同一冷却負荷に対して圧縮機に循環す
るガス量を、ひいては所要動力を15%(=1−15
9.4/187.3)も小さくすることができる。即
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。
16及び蒸発器101を含む圧縮ヒートポンプHP2と
して考えると、本発明に係る熱交換器2を設けない場合
には、凝縮器5における点dの状態の冷媒を、絞りを介
して蒸発器1に戻すため、蒸発器101で利用できるエ
ンタルピ差は396.8−237.4=159.4kJ
/kgしかない。しかし、本発明に係る熱交換器2を設
けた場合には、396.8−209.5=187.3k
J/kgとなり、同一冷却負荷に対して圧縮機に循環す
るガス量を、ひいては所要動力を15%(=1−15
9.4/187.3)も小さくすることができる。即
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。
【0056】さてこれまで本発明の一実施形態について
説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、そ
の技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施
されてよいものである。例えば、各分岐冷媒経路におけ
る第1の熱交換部における蒸発セクションの数、第2の
熱交換部における凝縮セクションの数は図示のものに限
られるものではない。また、熱交換器における冷媒経路
の順序について、上述の実施形態における熱交換器の入
口部の第1の熱交換部を第2の熱交換部と入れ替えて、
第2の熱交換部、第1の熱交換部、第2の熱交換部とい
う順序にしてパス数を増やすこともできる。更に、上述
の実施形態においては空調空間を空調する除湿空調装置
を例として説明したが、必ずしも空調空間に限らず、本
発明の除湿装置を、他の除湿を必要とする空間に応用す
ることもできる。
説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、そ
の技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施
されてよいものである。例えば、各分岐冷媒経路におけ
る第1の熱交換部における蒸発セクションの数、第2の
熱交換部における凝縮セクションの数は図示のものに限
られるものではない。また、熱交換器における冷媒経路
の順序について、上述の実施形態における熱交換器の入
口部の第1の熱交換部を第2の熱交換部と入れ替えて、
第2の熱交換部、第1の熱交換部、第2の熱交換部とい
う順序にしてパス数を増やすこともできる。更に、上述
の実施形態においては空調空間を空調する除湿空調装置
を例として説明したが、必ずしも空調空間に限らず、本
発明の除湿装置を、他の除湿を必要とする空間に応用す
ることもできる。
【0057】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、蒸発器
での冷却の前に第1の熱交換手段において低熱源流体を
予冷でき、その予冷の熱を使って、蒸発器での冷却の後
に第2の熱交換手段において低熱源流体を加熱すること
ができるので、動作係数の高いヒートポンプを提供する
ことが可能となる。また、処理空気を低熱源とし、蒸発
器で処理空気を露点温度以下に冷却するようにすれば、
除湿量当たりのエネルギー消費量が小さい除湿空調装置
を提供することが可能となる。更に、分岐冷媒経路を設
けることによって、冷媒の作用温度を段階的に変化させ
ることができるので、熱交換効率を高めることが可能と
なる。
での冷却の前に第1の熱交換手段において低熱源流体を
予冷でき、その予冷の熱を使って、蒸発器での冷却の後
に第2の熱交換手段において低熱源流体を加熱すること
ができるので、動作係数の高いヒートポンプを提供する
ことが可能となる。また、処理空気を低熱源とし、蒸発
器で処理空気を露点温度以下に冷却するようにすれば、
除湿量当たりのエネルギー消費量が小さい除湿空調装置
を提供することが可能となる。更に、分岐冷媒経路を設
けることによって、冷媒の作用温度を段階的に変化させ
ることができるので、熱交換効率を高めることが可能と
なる。
【図1】本発明に係るシステムの全体構成を示す図であ
る。
る。
【図2】本発明の第1の実施形態における除湿空調装置
内のフローを模式的に示す図である。
内のフローを模式的に示す図である。
【図3】図2の除湿空調装置の熱交換器における分岐冷
媒経路を示す拡大図である。
媒経路を示す拡大図である。
【図4】冷媒経路が分岐していない場合の熱交換器及び
蒸発器の配置を示す斜視図である。
蒸発器の配置を示す斜視図である。
【図5】図2の除湿空調装置に含まれるヒートポンプの
冷媒モリエ線図である。
冷媒モリエ線図である。
【図6】図2の除湿空調装置における空調サイクルを示
す湿り空気線図である。
す湿り空気線図である。
【図7】本発明に係る除湿空調装置における分岐冷媒経
路の列数と温度効率との関係を示すグラフである。
路の列数と温度効率との関係を示すグラフである。
【図8】本発明の第2の実施形態における除湿空調装置
内のフローを模式的に示す図である。
内のフローを模式的に示す図である。
【図9】図8の除湿空調装置に含まれるヒートポンプの
冷媒モリエ線図である。
冷媒モリエ線図である。
【図10】従来の除湿空調装置内のフローを模式的に示
す図である。
す図である。
【図11】従来の除湿空調装置に含まれるヒートポンプ
の冷媒モリエ線図である。
の冷媒モリエ線図である。
【図12】従来の除湿空調装置における空調サイクルを
示す湿り空気線図である。
示す湿り空気線図である。
1、101 蒸発器 2 熱交換器 3、6 送風機 4 昇圧機 5 凝縮器 7 ドレンパン 8 エゼクタ 10 室内機 11〜16 絞り 20 室外機 21 第1の熱交換部 22 第2の熱交換部 30〜34、40〜48、142〜144 経路 51 蒸発セクション 52 凝縮セクション 67〜69 チューブ 100 空調空間
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−211668(JP,A) 特開2000−356481(JP,A) 特開2001−21175(JP,A) 特開2001−215030(JP,A) 特許2761379(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24F 3/06 F24F 3/153 F25B 29/00
Claims (4)
- 【請求項1】 冷媒を昇圧する昇圧機と、 前記冷媒を凝縮させて高熱源流体を加熱する凝縮器と、 前記冷媒を蒸発させて低熱源流体を冷却する蒸発器と、 前記凝縮器と前記蒸発器との間で複数列に分岐する分岐
冷媒経路と、 前記凝縮器と前記蒸発器との間であって前記分岐冷媒経
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低熱源
流体を冷却する第1の熱交換手段と、 前記凝縮器と前記蒸発器との間であって前記分岐冷媒経
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低熱源
流体を加熱する第2の熱交換手段と、 前記第1の熱交換手段と前記蒸発器と前記第2の熱交換
手段とをこの順番で接続する低熱源流体経路とを備えた
ことを特徴とするヒートポンプ。 - 【請求項2】 冷媒を昇圧する昇圧機と、 前記冷媒を凝縮させて高熱源流体を加熱する凝縮器と、 前記冷媒を蒸発させて処理空気を露点温度以下まで冷却
する蒸発器と、 前記凝縮器と前記蒸発器との間で複数列に分岐する分岐
冷媒経路と、 前記凝縮器と前記蒸発器との間であって前記分岐冷媒経
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
気を冷却する第1の熱交換手段と、 前記凝縮器と前記蒸発器との間であって前記分岐冷媒経
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
気を加熱する第2の熱交換手段と、 前記第1の熱交換手段と前記蒸発器と前記第2の熱交換
手段とをこの順番で接続する処理空気経路とを備えたこ
とを特徴とする除湿空調装置。 - 【請求項3】 前記分岐冷媒経路は、前記蒸発器の内部
を並列に延び、該蒸発器の下流側で合流することを特徴
とする請求項2に記載の除湿空調装置。 - 【請求項4】 前記分岐冷媒経路のうち、温度が高い処
理空気と熱交換をする冷媒が通過する冷媒経路には、温
度が低い処理空気と熱交換する冷媒を前記冷媒経路を通
過した冷媒により昇圧するエゼクタを設置したことを特
徴とする請求項3に記載の除湿空調装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001059330A JP3253021B1 (ja) | 2001-03-02 | 2001-03-02 | ヒートポンプ及び除湿空調装置 |
CNB02808263XA CN1223804C (zh) | 2001-03-02 | 2002-03-01 | 热泵及去湿空气调节装置 |
PCT/JP2002/001897 WO2002070958A1 (en) | 2001-03-02 | 2002-03-01 | Heat pump and dehumidifying air-conditioning apparatus |
EP02701662A EP1370809A4 (en) | 2001-03-02 | 2002-03-01 | HEAT PUMP AND DEHUMIDIFICATION AIR CONDITIONING |
US10/468,832 US20040118133A1 (en) | 2001-03-02 | 2002-03-01 | Heat pump and dehumidifying air-conditioning apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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