JP3874623B2

JP3874623B2 - Heat pump and dehumidifying air conditioner

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Publication number: JP3874623B2
Application number: JP2001120331A
Authority: JP
Inventors: 健作前田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: JP2002318029A

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。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空調システムの構成を図９に示す。図９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２０１、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１０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１０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０．３４ＭＰａ、温度は５℃、エンタルピは４００．９ｋＪ／ｋｇ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２０２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０．９４ＭＰａ、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。
【０００６】
図１１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１１において、符号Ｋ、Ｌ、Ｍは、図９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１１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３０％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（ＣＯＰ）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。
【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の冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の凝縮温度と上記蒸発器の蒸発温度との中間の温度で冷媒を加熱し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の冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の凝縮温度と上記蒸発器の蒸発温度との中間の温度で冷媒を冷却し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、上記第２の熱交換手段を通過した冷媒を上記第１の熱交換手段に流す還流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の冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の凝縮温度と上記蒸発器の蒸発温度との中間の温度で冷媒を加熱し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の冷媒経路中に設けられ、上記凝縮器の凝縮温度と上記蒸発器の蒸発温度との中間の温度で冷媒を冷却し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、上記第２の熱交換手段を通過した冷媒を上記第１の熱交換手段に流す還流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。
【００１２】
また、冷媒を顕熱変化させて熱交換を行うことができるので、蒸発器で利用できるエンタルピ差を大きくすることができ、冷凍効果を向上し、ひいては除湿能力を高めることができる。
【００１３】
【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５を参照して説明する。図１は第１の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）ＲＡ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ＳＡが空調空間１００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。
【００１４】
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１００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、冷媒を加熱して処理空気を冷却する第１の熱交換部２１と、冷媒を冷却し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。
【００１５】
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。
【００１６】
一方、冷媒が流通する冷媒経路は、図２に示すように、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と熱交換器２とを接続する経路４２と、熱交換器２と蒸発器１とを接続する経路４３と、熱交換器２を通過した冷媒を熱交換器２を通過する前の冷媒に合流させる還流経路４４とから構成されている。還流経路４４には、冷媒を循環させるポンプ４５が設けられている。また、熱交換器２内において冷媒経路は第２の熱交換部２２と第１の熱交換部２１とをそれぞれ交互に貫通しており、第１の熱交換部２１内には、冷媒を加熱することによって第１の熱交換部２１を流れる空気Ｋを冷却する冷媒加熱セクション６１が形成され、第２の熱交換部２２内には、冷媒を冷却することによって第２の熱交換部２２を流れる空気Ｌを加熱する冷媒冷却セクション６２が形成されている。また、第２の熱交換部２２の下流側の冷媒経路４３には絞り５１が配置されている。この絞り５１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。
【００１７】
また、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）。
【００１８】
図３は、図２の除湿装置の熱交換器２内の冷媒経路を示す拡大図である。冷媒加熱セクション６１と冷媒冷却セクション６２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、熱交換器２内の冷媒経路は、図３に示すように、凝縮器５側から順番に、冷媒加熱セクション６１ａ、冷媒冷却セクション６２ａ及び６２ｂ、冷媒加熱セクション６１ｂ及び６１ｃ、冷媒冷却セクション６２ｃ及び６２ｄ、冷媒加熱セクション６１ｄ及び６１ｅ、冷媒冷却セクション６２ｅを有している。
【００１９】
ここで、蒸発器１を通過する前の空気Ｋを流す第１の熱交換部２１と、蒸発器１を通過した後の空気Ｌ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いる。これらの直方体空間内には、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。第１の熱交換部２１と第２の熱交換部２２とは、隔壁２３と隔壁２４とが隣接してそれぞれ設けられており、熱交換チューブはこの２つの隔壁２３、２４を貫通して設けられている。熱交換器２は、別の形態として１つの直方体の空間を１つの隔壁で分割して、熱交換チューブがこの隔壁を貫通して、第１の熱交換部と第２の熱交換部とを交互に貫通するように構成してもよい。
【００２０】
冷媒加熱セクション６１ｂと冷媒加熱セクション６１ｃの端部、冷媒加熱セクション６１ｄと冷媒加熱セクション６１ｅの端部はそれぞれＵチューブ（ユーチューブ）６３によって接続されている。同様に、冷媒冷却セクション６２ａと冷媒冷却セクション６２ｂの端部、冷媒冷却セクション６２ｃと冷媒冷却セクション６２ｄの端部もそれぞれＵチューブ６４によって接続されている。このような構成によって、冷媒経路４２において、冷媒加熱セクション６１ａから冷媒冷却セクション６２ａに向かって流れた冷媒は、Ｕチューブ６４により冷媒冷却セクション６２ｂに導かれる。冷媒冷却セクション６２ｂに導かれた冷媒は、更に冷媒加熱セクション６１ｂに流入し、Ｕチューブ６３により冷媒加熱セクション６１ｃに導入され、更に冷媒冷却セクション６２ｃに流入する。このように熱交換器２内の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、温度の高い空気と温度の低い空気に交互に接触するようになっている。
【００２１】
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。
【００２２】
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を出た冷媒液は、還流経路４４を介して供給される冷媒液と合流して第１の熱交換部２１の冷媒加熱セクション６１ａに至り、ここで冷媒液は冷媒加熱セクション６１ａのチューブの内壁を濡らすように流れる。この冷媒加熱セクション６１ａには液相の冷媒が流入する。冷媒液が冷媒加熱セクション６１ａを流れる間に、蒸発器１に流入する前の処理空気が冷却（予冷）され、冷媒液自身は加熱される。
【００２３】
熱交換器２内の冷媒経路は一連のチューブにより構成されているので、上記冷媒加熱セクション６１ａにおいて加熱された冷媒液は冷媒冷却セクション６２ａに流入する。冷媒冷却セクション６２ａでは、蒸発器１で冷却除湿され、冷媒加熱セクション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ながら、次の冷媒冷却セクション６２ｂに流入する。冷媒は、冷媒冷却セクション６２ｂを流れる間に、低温の処理空気で更に熱を奪われて冷却される。
【００２４】
次に、冷媒液は、次の冷媒加熱セクション６１ｂ及びこれに続く冷媒加熱セクション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。更に冷媒冷却セクション６２ｃ及び冷媒冷却セクション６２ｄに冷媒液が流入して処理空気が加熱（再熱）される。このように、冷媒は液相の状態で熱交換器内の冷媒経路を流れ、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。
【００２５】
最後の冷媒冷却セクション６２ｅにおいて冷却された冷媒液は、ポンプ４５によって還流経路４４に導かれる流れと、第２の熱交換部２２の下流側に配置された絞り５１に向かう流れとに分かれる。ポンプ４５によって還流経路４４に導かれた冷媒液は、上述したように、第１の熱交換部２１に流入する前の冷媒液と合流し、再び冷媒加熱セクション６１及び冷媒冷却セクション６２において加熱と冷却が行われる。一方、絞り５１に至った冷媒液は、この絞り５１で減圧され膨張して温度が下がる。そして、冷媒は蒸発器１に至り、この蒸発器１において蒸発する。この冷媒の蒸発熱で第１の熱交換部２１を通った処理空気Ｘが冷却される。蒸発器１で蒸発してガス化した冷媒は、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。
【００２６】
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４は図２の除湿空調装置に含まれるヒートポンプＨＰ１の冷媒モリエ線図である。なお、図４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。ＨＦＣ１３４ａ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。
【００２７】
図４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０．３５０ＭＰａ、温度は５℃、エンタルピは４０１．５ｋＪ／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０．９６３ＭＰａであり、過熱ガスの状態にある。
【００２８】
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０．９６３ＭＰａ、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２５３．４ｋＪ／ｋｇである。
【００２９】
この冷媒液は、還流経路４４を介して供給される冷媒液と合流した後、第１の熱交換部２１の冷媒加熱セクション６１ａに流入する。このときの状態は点ｅで示されており、過冷却液の状態となっている。そして、冷媒加熱セクション６１ａ内で、凝縮器５における冷媒の凝縮温度と蒸発器１における冷媒の蒸発温度との中間の温度で冷媒液が加熱される。
【００３０】
そして、この冷媒液は、冷媒冷却セクション６２ａ及び６２ｂに流入し、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冷却されて点ｆ１で示される状態となる。このときの冷媒液の温度は１８℃、エンタルピは２２４．７ｋＪ／ｋｇである。なお、図４における点ｆ１、点ｆ２、点ｆ３、点ｇ１、点ｇ２は、便宜上、縦軸方向にずらして図示されているが、実際には点ｅ及び点ｄとほぼ同一の圧力を有する点である。
【００３１】
点ｆ１の状態の冷媒は、冷媒加熱セクション６１ｂ及び６１ｃにおいて加熱されて点ｇ１の状態に至る。そして、点ｇ１の状態の冷媒は、冷媒冷却セクション６２ｃ及び６２ｄに流入し、ここで冷却されて点ｆ２の状態に至り、更に、冷媒加熱セクション６１ｄ及び６１ｅに流入する。冷媒加熱セクション６１ｄ及び６１ｅにおいて冷媒は加熱されて点ｇ２の状態に至る。その後、冷媒は、更に冷媒冷却セクション６２ｅに流入して、ここで冷却されて点ｆ３の状態に至る。このときの冷媒液の温度は１８℃、エンタルピは２２４．７ｋＪ／ｋｇである。
【００３２】
点ｆ３の状態の冷媒液の一部は、上述したように還流経路４４を通って第１の熱交換部２１を通過する前の冷媒液に合流されるが、残りの冷媒液は、絞り５１で、温度１８℃の飽和圧力である０．３５０ＭＰａ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。
【００３３】
このように、熱交換器２内において、冷媒は、冷媒加熱セクション６１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加熱の顕熱変化を、冷媒冷却セクション６２では点ｅから点ｆ１、点ｇ１から点ｆ２、あるいは点ｇ２から点ｆ３までといったように冷却の顕熱変化をしているため、熱伝達率が非常に高く、また熱交換効率が高い。
【００３４】
ここで、昇圧機４、凝縮器５、絞り５１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４０１．５−２５３．４＝１４８．１ｋＪ／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、４０１．５−２２４．７＝１７６．８ｋＪ／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１６％（＝１−１４８．１／１７６．８）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。
【００３５】
このように、本実施形態における除湿空調装置によれば、冷媒を顕熱変化させて熱交換を行うことができるので、蒸発器１で利用できるエンタルピ差を大きくすることができ、冷凍効果を向上し、ひいては除湿能力を高めることができる。
【００３６】
図５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５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、冷媒加熱セクション６１内で加熱され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、冷媒加熱セクション６１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。
【００３７】
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５１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５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。
【００３８】
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、冷媒冷却セクション６２内で冷却される冷媒により、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。
【００３９】
ここで、図５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。
【００４０】
上述したように、熱交換器２では、冷媒加熱セクション６１での冷媒により処理空気を予冷し、冷媒冷却セクション６２での冷媒により処理空気を再熱する。そして冷媒加熱セクション６１で加熱された冷媒は、冷媒冷却セクション６２で冷却される。このように同じ冷媒の加熱と冷却作用により、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。
【００４１】
上述の実施形態においては凝縮器を用いて冷却空気としての外気ＯＡを加熱することとしたが、第２の熱交換部において加熱された空気を凝縮器を用いて更に加熱（レヒート）することとしてもよい。図６には、上述の実施形態の除湿空調装置において、第２の熱交換部２２で加熱された空気を凝縮器５で加熱（レヒート）して、これを空調空間１００に供給する場合の構成例を示す。なお、図６の例では、蒸発器１と熱交換器２との間に送風機３が設置されているが、この位置に限られるものではない。
【００４２】
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７及び図８を参照して説明する。図７は、第２の実施形態における除湿装置内のフローを模式的に示す図、図８は図７の除湿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。
【００４３】
本実施形態においては、冷媒加熱用の第１の熱交換器１２１と冷媒冷却用の第２の熱交換器１２２とが設けられている。処理空気経路は、図７に示すように、空調空間１００と第１の熱交換器１２１とを接続する経路１３０と、第１の熱交換器１２１と蒸発器１とを接続する経路１３１と、蒸発器１と送風機１０３とを接続する経路１３２と、送風機１０３と第２の熱交換器１２２とを接続する経路１３３と、第２の熱交換器１２２と凝縮器５とを接続する経路１３４と、凝縮器５と空調空間１００とを接続する経路１３５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、第１の熱交換器１２１と蒸発器１と第２の熱交換器１２２とが順番に接続されている。
【００４４】
一方、冷媒が流通する冷媒経路は、図７に示すように、蒸発器１と昇圧機４とを接続する経路１４０と、昇圧機４と凝縮器５とを接続する経路１４１と、凝縮器５と第２の熱交換器１２２とを接続する経路１４２と、第２の熱交換器１２２と蒸発器１とを接続する経路１４３と、第２の熱交換器１２２を通過した冷媒を第１の熱交換器２に流入させた後、これを第２の熱交換器１２２を通過する前の冷媒に合流させる還流経路１４４とから構成されている。冷媒経路は第１の熱交換器１２１及び第２の熱交換器１２２の内部をそれぞれ蛇行しており、第１の熱交換器１２１では、冷媒を加熱することによって第１の熱交換器１２１を流れる空気を冷却し、第２の熱交換器１２２では、冷媒を冷却することによって第２の熱交換器１２２を流れる空気を加熱する。
【００４５】
次に、各機器間の冷媒の流れについて図７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１４１を経由して凝縮器５に導かれ、第２の熱交換器１２２で加熱された空気を加熱（レヒート）して冷媒自身は凝縮する。凝縮器５を出た冷媒液は、還流経路１４４を介して供給される冷媒液と合流して液相の冷媒として第２の熱交換器１２２に至り、ここで蒸発器１で冷却除湿された処理空気が加熱（再熱）され、冷媒自身は熱を奪われ冷却される。
【００４６】
第２の熱交換器１２２において冷却された冷媒液は、ポンプ４５によって還流経路１４４に導かれる流れと、第２の熱交換部１２２の下流側に配置された絞り５１に向かう流れとに分かれる。ポンプ４５によって還流経路１４４に導かれた冷媒液は、第１の熱交換器１２１に至り、ここで蒸発器１に流入する前の処理空気が冷却（予冷）され、冷媒液自身は加熱される。第１の熱交換器１２１において加熱された冷媒液は、上述したように、第２の熱交換器１２２に流入する前の冷媒液と合流し、再び第２の熱交換器１２２において冷却される。一方、絞り５１に至った冷媒液は、この絞り５１で減圧され膨張して温度が下がる。そして、冷媒は蒸発器１に至り、この蒸発器１において蒸発する。この冷媒の蒸発熱で第１の熱交換器１２１を通った空気が冷却される。蒸発器１で蒸発してガス化した冷媒は、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。
【００４７】
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ＨＰ２の作用について図８を参照して説明する。
図８において点ａから点ｄまでは、図４に示される第１の実施形態の場合と同様であるので説明を省略する。点ｄの状態の冷媒液は、還流経路１４４を介して供給される冷媒液と合流した後、第２の熱交換器１２２に流入する。このときの状態は点ｅで示されており、過冷却液の状態となっている。そして、第２の熱交換器１２２内で、凝縮器５における冷媒の凝縮温度と蒸発器１における冷媒の蒸発温度との中間の温度で冷媒液が冷却され、点ｆ１で示される状態となる。ここでも冷媒は過冷却液の状態となっており、このときの冷媒液の温度は１４℃、エンタルピは２１９．１ｋＪ／ｋｇである。
【００４８】
そして、点ｆ１で示される状態の冷媒液のうち、還流経路１４４を通る冷媒液はポンプ４５によって昇圧されて点ｆ２で示される状態となる。そして、この冷媒液は第１の熱交換器１２１に流入し、この第１の熱交換器１２１内で加熱されて点ｇで示される状態となる。このときの冷媒液の温度は１７℃である。そして、点ｇで示される状態の冷媒液は、第２の熱交換器１２２に流入する前の冷媒と合流して点ｅで示される状態となる。一方、点ｆ１で示される状態の冷媒液の残りは、絞り５１で、温度１４℃の飽和圧力である０．３５０ＭＰａ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。なお、図８においては、点ｅ−点ｆ１間を結ぶ線と点ｄ−点ｇ間を結ぶ線とはずらして図示されているが、実際にはこれらの線は重なっている。
【００４９】
ここで、昇圧機４、凝縮器５、絞り５１及び蒸発器１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１２１、１２２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４０１．５−２５３．４＝１４８．１ｋＪ／ｋｇしかない。しかし、本発明に係る熱交換器１２１、１２２を設けた場合には、４０１．５−２１９．１＝１８２．４ｋＪ／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１９％（＝１−１４８．１／１８２．４）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。
【００５０】
このように、本実施形態における除湿空調装置によれば、冷媒液の顕熱変化を更に大きくすることができるので、蒸発器１で利用できるエンタルピ差を大きくすることができ、冷凍効果を向上し、ひいては除湿能力を高めることができる。
【００５１】
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、各冷媒経路の第１の熱交換部における冷媒加熱セクションの数、第２の熱交換部における冷媒冷却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、上述の実施形態においては空調空間を空調する除湿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。
【００５２】
【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、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。
【００５３】
また、冷媒を顕熱変化させて熱交換を行うことができるので、蒸発器で利用できるエンタルピ差を大きくすることができ、冷凍効果を向上し、ひいては除湿能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る除湿空調システムの全体構成を示す図である。
【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。
【図３】図２の除湿空調装置の熱交換器における冷媒経路を示す拡大図である。
【図４】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。
【図５】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】本発明の他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。
【図７】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。
【図８】図７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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【符号の説明】
１蒸発器
２熱交換器
３、６、１０３送風機
４昇圧機
５凝縮器
７ドレンパン
１０室内機
２０室外機
２１第１の熱交換部
２２第２の熱交換部
４５ポンプ
５０、５１絞り
３０〜３４、４０〜４３、４６〜４８、１３０〜１３５、１４０〜１４４経路
６１冷媒加熱セクション
６２冷媒冷却セクション
１００空調空間
１２１、１２２熱交換器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat pump and a dehumidifying air conditioner, and more particularly to a heat pump having a high coefficient of operation (COP) and a dehumidifying air conditioner having such a heat pump and a high dehumidifying capacity per energy consumption.
[0002]
[Prior art]
The configuration of a conventional air conditioning system is shown in FIG. As shown in FIG. 9, the conventional dehumidifying air conditioner includes a compressor 201 that compresses refrigerant, a condenser 202 that condenses the refrigerant compressed by the compressor 201 with outside air OA, and an expansion valve 203 that condenses the condensed refrigerant. The evaporator 204 that depressurizes and evaporates the refrigerant to cool the processing air from the air-conditioned space 100 to a dew point temperature or lower, and the processing air cooled to the dew point or lower on the downstream side of the condenser 202 upstream of the expansion valve 203. And a reheater 205 for reheating with the refrigerant on the side. The compressor 201, the condenser 202, the reheater 205, the expansion valve 203, and the evaporator 204 constitute a heat pump HP that pumps heat from the process air flowing through the evaporator 204 to the outside air OA flowing through the condenser 202.
[0003]
FIG. 10 is a Mollier diagram of a heat pump HP when HFC134a is used as a refrigerant in a conventional dehumidifying air conditioner. In FIG. 10, a point a indicates the state of the refrigerant evaporated by the evaporator 204, and the refrigerant at this time is in a saturated gas state. The refrigerant pressure is 0.34 MPa, the temperature is 5 ° C., and the enthalpy is 400.9 kJ / kg. Point b shows a state where the gas is sucked and compressed by the compressor 201, that is, a state at the discharge port of the compressor 201, and the refrigerant at this time is in a superheated gas state.
[0004]
The refrigerant gas in the state of point b is cooled in the condenser 202 and reaches the state indicated by point c. The refrigerant at this time is in a saturated gas state, the pressure is 0.94 MPa, and the temperature is 38 ° C. The refrigerant is further cooled and condensed under this pressure to reach the state indicated by point d. The refrigerant at this time is in a saturated liquid state, and its pressure and temperature are the same as the pressure and temperature at point c. The enthalpy at this time is 250.5 kJ / kg.
[0005]
The refrigerant liquid is depressurized by the expansion valve 203 and is depressurized to 0.34 MPa, which is a saturation pressure at a temperature of 5 ° C., and reaches a state indicated by a point e. The refrigerant in the state of point e reaches the evaporator 204 as a mixture of a refrigerant liquid and a gas at 5 ° C., takes heat from the processing air in the evaporator 204 and evaporates to become a saturated gas in the state shown by the point a. . This saturated gas is again sucked into the compressor 201, and the above-described cycle is repeated.
[0006]
FIG. 11 is a moist air diagram showing an air conditioning cycle in a conventional dehumidifying air conditioner. In FIG. 11, symbols K, L, and M correspond to the path states with the respective symbols in FIG. 9. As shown in FIG. 11, in the conventional dehumidifying air conditioner, the air (state K) from the conditioned space 100 is cooled below the dew point temperature by the evaporator 204, and the dry bulb temperature decreases and the absolute humidity decreases. State L is reached. This state L is on the saturation line in the wet air diagram. The air in the state L is reheated by the reheater 205, the dry bulb temperature rises while the absolute humidity is constant, reaches the state M, and is supplied to the conditioned space 100. In this state M, both absolute humidity and dry bulb temperature are lower than in state K.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional dehumidifying air conditioner described above, since there is a large amount of cooling to the dew point, about 30% of the refrigeration effect in the evaporator of the heat pump is consumed to take away the sensible heat load, and the dehumidifying capacity per power consumption (Dehumidification performance) was low. Further, when a single-stage compressor is used as the compressor of the heat pump, it becomes a compression refrigeration cycle of one-stage compression, has a low operating coefficient (COP), and a large amount of power consumption per dehumidification amount.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a heat pump having a high coefficient of operation (COP) and a dehumidifying air conditioner having a high dehumidifying capacity per energy consumption.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such problems in the prior art, an aspect of the present invention includes a booster that boosts the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant and heats the high heat source fluid, and evaporates the refrigerant. An evaporator that cools the low heat source fluid and a refrigerant path between the condenser and the evaporator, and the refrigerant is cooled at a temperature intermediate between the condensation temperature of the condenser and the evaporation temperature of the evaporator. First heat exchange means for heating and cooling the low heat source fluid, and provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator, and the condensation temperature of the condenser and the evaporation temperature of the evaporator, The second heat exchange means for cooling the refrigerant at an intermediate temperature to heat the low heat source fluid, the first heat exchange means, the evaporator, and the second heat exchange means are connected in this order. The low-heat-source fluid path and the refrigerant that has passed through the second heat exchange means A heat pump, characterized in that a return path for flowing the heat exchange means.
[0010]
In another aspect of the present invention, a booster that pressurizes the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant and heats the high heat source fluid, and evaporates the refrigerant to cool the processing air to a dew point temperature or lower. Provided in the refrigerant path between the evaporator and the condenser and the evaporator, the refrigerant is heated at a temperature intermediate between the condensation temperature of the condenser and the evaporation temperature of the evaporator to The first heat exchange means for cooling and the refrigerant path between the condenser and the evaporator are provided to cool the refrigerant at a temperature intermediate between the condensation temperature of the condenser and the evaporation temperature of the evaporator. A second heat exchange means for heating the treatment air, a treatment air path for connecting the first heat exchange means, the evaporator and the second heat exchange means in this order, and the second heat exchange means. A reflux path through which the refrigerant that has passed through the first heat exchange means flows to the first heat exchange means. A dehumidifying air-conditioning apparatus, characterized in that the.
[0011]
With such a configuration, the low heat source fluid can be precooled in the first heat exchanging means before cooling in the evaporator, and the heat of the precooling is used in the second heat exchanging means after cooling in the evaporator. Provided is a dehumidifying air conditioner that consumes less energy per dehumidifying amount by heating the low heat source fluid, using the processing air as a low heat source, and cooling the processing air below the dew point temperature with an evaporator. It becomes possible.
[0012]
In addition, since heat exchange can be performed by changing the sensible heat of the refrigerant, the enthalpy difference that can be used in the evaporator can be increased, the refrigeration effect can be improved, and the dehumidifying ability can be increased.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of a dehumidifying air-conditioning apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an air conditioning system in the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram schematically showing a flow in a dehumidifying air conditioner in the first embodiment. The dehumidifying air conditioner in the present embodiment cools and dehumidifies the air (process air) RA in the air-conditioned space 100 below its dew point temperature, and includes a heat pump HP1 inside. The treated air SA whose humidity has been lowered by the dehumidifying air conditioner is returned to the conditioned space 100, whereby the conditioned space 100 is maintained in a comfortable environment.
[0014]
As shown in FIG. 1, the dehumidifying air conditioner basically includes an indoor unit 10 installed in the air-conditioned space 100 and an outdoor unit 20 installed outside (outdoor) the air-conditioned space 100. The indoor unit 10 of the dehumidifying air conditioner includes a refrigerant evaporator 1 that evaporates the refrigerant, a heat exchanger 2 that performs heat exchange between the refrigerant and the processing air, and a blower 3 that circulates the processing air. Yes. The heat exchanger 2 performs heat exchange indirectly between the processing air before and after flowing into the evaporator 1 via the refrigerant, and heat is used to cool the processing air by heating the refrigerant. An exchange unit 21 and a second heat exchange unit 22 that cools the refrigerant and heats the processing air are provided. The outdoor unit 20 of the dehumidifying air conditioner includes a booster 4 that compresses the refrigerant, a refrigerant condenser 5 that cools and condenses the refrigerant, and a blower 6 that blows cooling air.
[0015]
As shown in FIG. 2, the path through which the processing air flows (processing air path) includes a path 30 connecting the air-conditioned space 100 and the first heat exchange unit 21 of the heat exchanger 2, and a first heat exchange unit. 21, a path 31 connecting the evaporator 1 to the evaporator 1, a path 32 connecting the evaporator 1 and the second heat exchange part 22 of the heat exchanger 2, and a connection between the second heat exchange part 22 and the blower 3. And a path 34 that connects the blower 3 and the air-conditioned space 100. The first heat exchanging part 21 of the heat exchanger 2, the evaporator 1 and the second heat exchanging part 22 of the heat exchanger 2 are sequentially connected by such a processing air path.
[0016]
On the other hand, as shown in FIG. 2, the refrigerant path through which the refrigerant flows is a path 40 that connects the evaporator 1 and the booster 4, a path 41 that connects the booster 4 and the condenser 5, and the condenser 5. The path 42 connecting the heat exchanger 2 and the path 43 connecting the heat exchanger 2 and the evaporator 1 and the refrigerant that has passed through the heat exchanger 2 merged with the refrigerant before passing through the heat exchanger 2 And a reflux path 44 to be made. The reflux path 44 is provided with a pump 45 for circulating the refrigerant. Further, in the heat exchanger 2, the refrigerant path alternately passes through the second heat exchange unit 22 and the first heat exchange unit 21, and heats the refrigerant in the first heat exchange unit 21. As a result, a refrigerant heating section 61 for cooling the air K flowing through the first heat exchanging portion 21 is formed, and the second heat exchanging portion 22 is formed in the second heat exchanging portion 22 by cooling the refrigerant. A refrigerant cooling section 62 for heating the flowing air L is formed. A throttle 51 is disposed in the refrigerant path 43 on the downstream side of the second heat exchange unit 22. As this throttle 51, for example, an orifice, a capillary tube, an expansion valve, or the like can be used.
[0017]
Further, outside air OA as cooling air is introduced into the condenser 5 via a path 46. The outside air OA takes heat from the refrigerant that condenses, and the heated outside air is sucked into the blower 6 via the path 47 and discharged to the outside via the path 48 (EX).
[0018]
FIG. 3 is an enlarged view showing a refrigerant path in the heat exchanger 2 of the dehumidifying device of FIG. The refrigerant path configured to include the refrigerant heating section 61 and the refrigerant cooling section 62 passes through the first heat exchange unit 21 and the second heat exchange unit 22 alternately and repeatedly. That is, as shown in FIG. 3, the refrigerant path in the heat exchanger 2 is arranged in order from the condenser 5 side, the refrigerant heating section 61a, the refrigerant cooling sections 62a and 62b, the refrigerant heating sections 61b and 61c, and the refrigerant cooling section 62c. And 62d, refrigerant heating sections 61d and 61e, and refrigerant cooling section 62e.
[0019]
Here, the first heat exchanging part 21 that flows the air K before passing through the evaporator 1 and the second heat exchanging part 22 that flows the air L after passing through the evaporator 1 are separate rectangular parallelepiped spaces. Is housed in. In these rectangular parallelepiped spaces, a plurality of heat exchange tubes are arranged in parallel as refrigerant paths on a plane orthogonal to the air flow. The first heat exchange unit 21 and the second heat exchange unit 22 are provided with a partition wall 23 and a partition wall 24 adjacent to each other, and a heat exchange tube is provided through the two partition walls 23 and 24. It has been. As another form, the heat exchanger 2 divides one rectangular parallelepiped space into one partition, and a heat exchange tube passes through the partition to connect the first heat exchange unit and the second heat exchange unit. You may comprise so that it may penetrate alternately.
[0020]
The end portions of the refrigerant heating section 61b and the refrigerant heating section 61c, and the end portions of the refrigerant heating section 61d and the refrigerant heating section 61e are connected by a U-tube 63, respectively. Similarly, the end portions of the refrigerant cooling section 62a and the refrigerant cooling section 62b, and the end portions of the refrigerant cooling section 62c and the refrigerant cooling section 62d are also connected by the U tube 64, respectively. With this configuration, the refrigerant that has flowed from the refrigerant heating section 61 a toward the refrigerant cooling section 62 a in the refrigerant path 42 is guided to the refrigerant cooling section 62 b by the U tube 64. The refrigerant guided to the refrigerant cooling section 62b further flows into the refrigerant heating section 61b, is introduced into the refrigerant heating section 61c through the U tube 63, and further flows into the refrigerant cooling section 62c. Thus, the refrigerant path in the heat exchanger 2 is composed of meandering narrow tube groups, and the narrow tube groups pass through the first heat exchanging part 21 and the second heat exchanging part 22 while meandering, and the temperature is high. It comes into contact with air and air of low temperature alternately.
[0021]
As shown in FIGS. 1 and 2, a drain pan 7 is provided inside the indoor unit 10 of the dehumidifying air conditioner. The drain pan 7 is not only located in the evaporator 1 but also below the heat exchanger 2. It is preferable to provide a cover. In the first heat exchanging part 21 of the heat exchanger 2, the processing air is mainly precooled. However, since some moisture may condense here, it is particularly provided below the first heat exchanging part 21. preferable.
[0022]
Next, the flow of the refrigerant between the devices will be described with reference to FIGS.
The refrigerant gas compressed by the booster 4 is led to the condenser 5 via the refrigerant gas pipe 41 connected to the discharge port of the booster 4, and is cooled and condensed by the outside air OA as cooling air. The refrigerant liquid exiting the condenser 5 joins with the refrigerant liquid supplied via the reflux path 44 and reaches the refrigerant heating section 61a of the first heat exchanging section 21, where the refrigerant liquid flows into the refrigerant heating section 61a. Flows to wet the inner wall of the tube. Liquid refrigerant flows into the refrigerant heating section 61a. While the refrigerant liquid flows through the refrigerant heating section 61a, the processing air before flowing into the evaporator 1 is cooled (precooled), and the refrigerant liquid itself is heated.
[0023]
Since the refrigerant path in the heat exchanger 2 is constituted by a series of tubes, the refrigerant liquid heated in the refrigerant heating section 61a flows into the refrigerant cooling section 62a. In the refrigerant cooling section 62a, the processing air having been cooled and dehumidified by the evaporator 1 and having a temperature lower than that of the processing air in the refrigerant heating section 61a is heated (reheated). It flows into the cooling section 62b. While the refrigerant flows through the refrigerant cooling section 62b, the refrigerant is further deprived of heat by the low-temperature processing air and cooled.
[0024]
Next, the refrigerant liquid flows into the next refrigerant heating section 61b and the subsequent refrigerant heating section 61c, and the processing air before flowing into the evaporator 1 is cooled (precooled) in the same manner as described above. Further, the refrigerant liquid flows into the refrigerant cooling section 62c and the refrigerant cooling section 62d, and the processing air is heated (reheated). Thus, the refrigerant flows through the refrigerant path in the heat exchanger in the liquid state, and the processing air before being cooled by the evaporator 1 and the processing air that has been cooled by the evaporator 1 and reduced in absolute humidity, Indirect heat exchange between the two.
[0025]
The refrigerant liquid cooled in the last refrigerant cooling section 62 e is divided into a flow guided to the reflux path 44 by the pump 45 and a flow toward the throttle 51 disposed on the downstream side of the second heat exchange unit 22. As described above, the refrigerant liquid led to the reflux path 44 by the pump 45 merges with the refrigerant liquid before flowing into the first heat exchanging portion 21, and is heated again in the refrigerant heating section 61 and the refrigerant cooling section 62. Cooling takes place. On the other hand, the refrigerant liquid reaching the throttle 51 is depressurized by the throttle 51 and expands to lower its temperature. Then, the refrigerant reaches the evaporator 1 and evaporates in the evaporator 1. The processing air X that has passed through the first heat exchange unit 21 is cooled by the evaporation heat of the refrigerant. The refrigerant evaporated and gasified by the evaporator 1 is guided to the suction side of the booster 4. Then, the above cycle is repeated.
[0026]
Next, the effect | action of heat pump HP1 contained in the dehumidification air conditioner in this embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a refrigerant Mollier diagram of the heat pump HP1 included in the dehumidifying air conditioner of FIG. In the diagram shown in FIG. 4, HFC134a is used as the refrigerant, and the horizontal axis represents enthalpy and the vertical axis represents pressure. Not only HFC134a but also HFC407C and HFC410A can be used as refrigerants, and when these refrigerants are used, the operating pressure region shifts to a higher pressure side than in the case of HFC134a.
[0027]
In FIG. 4, a point a indicates the state of the refrigerant evaporated in the evaporator 1 of FIG. 2, and the refrigerant at this time is in a saturated gas state. The pressure of the refrigerant is 0.350 MPa, the temperature is 5 ° C., and the enthalpy is 401.5 kJ / kg. Point b shows the state in which this gas is sucked and compressed by the booster 4, that is, the state at the discharge port of the booster 4, and the refrigerant at this time has a pressure of 0.963 MPa and is in a superheated gas state. .
[0028]
The refrigerant gas in the state of point b is cooled in the condenser 5 and reaches the state indicated by point c. The refrigerant at this time is in a saturated gas state, the pressure is 0.963 MPa, and the temperature is 38 ° C. The refrigerant is further cooled and condensed under this pressure to reach the state indicated by point d. The refrigerant at this time is in a saturated liquid state, and its pressure and temperature are the same as the pressure and temperature at point c. The enthalpy at this time is 253.4 kJ / kg.
[0029]
The refrigerant liquid merges with the refrigerant liquid supplied via the reflux path 44 and then flows into the refrigerant heating section 61 a of the first heat exchange unit 21. The state at this time is indicated by a point e, which is a supercooled liquid state. In the refrigerant heating section 61a, the refrigerant liquid is heated at a temperature intermediate between the refrigerant condensation temperature in the condenser 5 and the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 1.
[0030]
Then, the refrigerant liquid flows into the refrigerant cooling sections 62a and 62b, and the refrigerant is cooled by the low-temperature processing air flowing through the second heat exchanging section 22 to be in a state indicated by a point f1. The temperature of the refrigerant liquid at this time is 18 ° C., and the enthalpy is 224.7 kJ / kg. Note that the points f1, f2, f3, g1, and g2 in FIG. 4 are shown shifted in the vertical axis for convenience, but actually have substantially the same pressure as the points e and d. Is a point.
[0031]
The refrigerant in the state of the point f1 is heated in the refrigerant heating sections 61b and 61c to reach the state of the point g1. The refrigerant in the state of point g1 flows into the refrigerant cooling sections 62c and 62d, where it is cooled to reach the state of point f2, and further flows into the refrigerant heating sections 61d and 61e. In the refrigerant heating sections 61d and 61e, the refrigerant is heated to the state of point g2. Thereafter, the refrigerant further flows into the refrigerant cooling section 62e, where it is cooled and reaches the state of point f3. The temperature of the refrigerant liquid at this time is 18 ° C., and the enthalpy is 224.7 kJ / kg.
[0032]
A part of the refrigerant liquid in the state of the point f3 is merged with the refrigerant liquid before passing through the first heat exchanging portion 21 through the reflux path 44 as described above, but the remaining refrigerant liquid is throttled 51. Thus, the pressure is reduced to 0.350 MPa, which is a saturation pressure at a temperature of 18 ° C., and a state indicated by a point h is reached. The refrigerant in the state at the point h reaches the evaporator 1 as a mixture of a refrigerant liquid and a gas at 5 ° C., where heat is taken from the processing air and evaporated to become a saturated gas as indicated by the point a. This saturated gas is again sucked into the booster 4, and the above-described cycle is repeated.
[0033]
Thus, in the heat exchanger 2, the refrigerant changes the sensible heat of the heating from the point f 1 to the point g 1 in the refrigerant heating section 61 or from the point f 2 to the point g 2, and from the point e in the refrigerant cooling section 62. Since the sensible heat of cooling is changed from point f1, point g1 to point f2, or from point g2 to point f3, the heat transfer coefficient is very high and the heat exchange efficiency is high.
[0034]
Here, when considered as a compression heat pump HP1 including the booster 4, the condenser 5, the throttle 51 and the evaporator 1, when the heat exchanger 2 according to the present invention is not provided, the state of the point d in the condenser 5 is Since the refrigerant is returned to the evaporator 1 through the throttle, the enthalpy difference that can be used in the evaporator 1 is only 401.5-253.4 = 148.1 kJ / kg. However, when the heat exchanger 2 according to the present invention is provided, 401.5-224.7 = 176.8 kJ / kg, and the amount of gas circulated to the compressor with respect to the same cooling load is reduced. Can be reduced by 16% (= 1-148.1 / 176.8). That is, it is possible to have the same action as the subcool cycle.
[0035]
Thus, according to the dehumidifying air conditioner of this embodiment, heat exchange can be performed by changing the sensible heat of the refrigerant, so that the enthalpy difference that can be used in the evaporator 1 can be increased and the refrigeration effect is improved. As a result, the dehumidifying ability can be increased.
[0036]
FIG. 5 is a moist air diagram showing an air conditioning cycle in the dehumidifying air conditioner of FIG. In FIG. 5, symbols K, L, M, and X correspond to the path states denoted by the respective symbols in FIG. 2.
The processing air (state K) from the conditioned space 100 is sent to the first heat exchange unit 21 of the heat exchanger 2 through the processing air path 30 and is heated to some extent by the refrigerant heated in the refrigerant heating section 61. To be cooled. Since this is preliminary cooling before the evaporator 1 cools to the dew point temperature or lower, it can be called precooling. The process air reaches a point X on the saturation line while being precooled in the refrigerant heating section 61 while removing moisture to some extent and slightly reducing the absolute humidity. Or it is good also as cooling to the intermediate point of the point K and the point X in a pre-cooling stage. Or it is good also as cooling to the point which moved to the low humidity side somewhat on the saturation line beyond the point X.
[0037]
The processing air pre-cooled by the first heat exchange unit 21 is introduced into the evaporator 1 through the path 31. In the evaporator 1, the processing air is cooled below its dew point temperature by the refrigerant that is depressurized by the throttle 51 and evaporated at a low temperature, and the dry bulb temperature is lowered while lowering the absolute humidity while depriving moisture. L is reached. In FIG. 5, the thick line indicating the change from the point X to the point L is drawn away from the saturation line for convenience, but actually overlaps the saturation line.
[0038]
The processing air in the state of the point L flows into the second heat exchanging part 22 of the heat exchanger 2 through the path 32 and is heated by the refrigerant cooled in the refrigerant cooling section 62 while keeping the absolute humidity constant. It reaches M. The point M is air having an appropriate relative humidity whose absolute humidity is sufficiently lower than that of the point K and the dry bulb temperature is not too low. The air in the state of point M is sucked by the blower 3 and returned to the conditioned space 100 through the path 34.
[0039]
Here, in the cycle on the processing air side shown on the wet air diagram of FIG. 5, the amount of heat obtained by pre-cooling the processing air in the first heat exchange unit 21, that is, the processing air is reheated in the second heat exchange unit 22. The amount of heat ΔH is the amount of heat recovery, and the amount of heat obtained by cooling the processing air with the evaporator 1 is ΔQ. The cooling effect for cooling the air-conditioned space 100 is Δi.
[0040]
As described above, in the heat exchanger 2, the processing air is precooled by the refrigerant in the refrigerant heating section 61, and the processing air is reheated by the refrigerant in the refrigerant cooling section 62. The refrigerant heated in the refrigerant heating section 61 is cooled in the refrigerant cooling section 62. Thus, heat exchange between the processing air before and after being cooled by the evaporator 1 is indirectly performed by the heating and cooling actions of the same refrigerant.
[0041]
In the above-described embodiment, the outside air OA as the cooling air is heated using the condenser. However, the air heated in the second heat exchange unit is further heated (reheated) using the condenser. Also good. FIG. 6 shows a configuration in the case where the air heated by the second heat exchanging unit 22 is heated (reheated) by the condenser 5 and supplied to the conditioned space 100 in the dehumidifying air conditioner of the above-described embodiment. An example is shown. In addition, in the example of FIG. 6, although the air blower 3 is installed between the evaporator 1 and the heat exchanger 2, it is not restricted to this position.
[0042]
Next, a second embodiment of the dehumidifying air conditioner according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram schematically showing a flow in the dehumidifying device in the second embodiment, and FIG. 8 is a refrigerant Mollier diagram of the heat pump HP2 included in the dehumidifying device of FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member or element which has the same effect | action or function as the member or element in the above-mentioned 1st Embodiment, and the part which is not demonstrated in particular is the same as that of 1st Embodiment.
[0043]
In the present embodiment, a first heat exchanger 121 for heating the refrigerant and a second heat exchanger 122 for cooling the refrigerant are provided. As shown in FIG. 7, the processing air path includes a path 130 that connects the conditioned space 100 and the first heat exchanger 121, a path 131 that connects the first heat exchanger 121 and the evaporator 1, and A path 132 connecting the evaporator 1 and the blower 103, a path 133 connecting the blower 103 and the second heat exchanger 122, and a path 134 connecting the second heat exchanger 122 and the condenser 5 , And a path 135 connecting the condenser 5 and the air-conditioned space 100. The first heat exchanger 121, the evaporator 1, and the second heat exchanger 122 are sequentially connected by such a processing air path.
[0044]
On the other hand, as shown in FIG. 7, the refrigerant path through which the refrigerant flows is a path 140 that connects the evaporator 1 and the booster 4, a path 141 that connects the booster 4 and the condenser 5, and the condenser 5. And a path 142 connecting the second heat exchanger 122, a path 143 connecting the second heat exchanger 122 and the evaporator 1, and the refrigerant that has passed through the second heat exchanger 122 is supplied to the first heat exchanger 122. After flowing into the heat exchanger 2, it is composed of a reflux path 144 that joins the refrigerant before passing through the second heat exchanger 122. The refrigerant path meanders inside the first heat exchanger 121 and the second heat exchanger 122, respectively. In the first heat exchanger 121, the first heat exchanger 121 is moved by heating the refrigerant. The flowing air is cooled, and the second heat exchanger 122 heats the air flowing through the second heat exchanger 122 by cooling the refrigerant.
[0045]
Next, the flow of the refrigerant between the devices will be described with reference to FIG.
The refrigerant gas compressed by the booster 4 is led to the condenser 5 via the refrigerant gas pipe 141 connected to the discharge port of the booster 4 and heats the air heated by the second heat exchanger 122. (Reheat) and the refrigerant itself condenses. The refrigerant liquid exiting the condenser 5 merges with the refrigerant liquid supplied via the reflux path 144 to reach the second heat exchanger 122 as a liquid phase refrigerant, where it is cooled and dehumidified by the evaporator 1. The processing air is heated (reheated), and the refrigerant itself is deprived of heat and cooled.
[0046]
The refrigerant liquid cooled in the second heat exchanger 122 is divided into a flow guided to the reflux path 144 by the pump 45 and a flow toward the throttle 51 arranged on the downstream side of the second heat exchange unit 122. The refrigerant liquid led to the reflux path 144 by the pump 45 reaches the first heat exchanger 121, where the processing air before flowing into the evaporator 1 is cooled (precooled), and the refrigerant liquid itself is heated. . As described above, the refrigerant liquid heated in the first heat exchanger 121 merges with the refrigerant liquid before flowing into the second heat exchanger 122 and is cooled again in the second heat exchanger 122. . On the other hand, the refrigerant liquid that has reached the throttle 51 is decompressed by the throttle 51 and expands to lower its temperature. Then, the refrigerant reaches the evaporator 1 and evaporates in the evaporator 1. The air passing through the first heat exchanger 121 is cooled by the heat of evaporation of the refrigerant. The refrigerant evaporated and gasified by the evaporator 1 is guided to the suction side of the booster 4. Then, the above cycle is repeated.
[0047]
Next, the effect | action of heat pump HP2 contained in the dehumidification air conditioner in this embodiment is demonstrated with reference to FIG.
In FIG. 8, points a to d are the same as those in the first embodiment shown in FIG. The refrigerant liquid in the state of point d joins with the refrigerant liquid supplied via the reflux path 144 and then flows into the second heat exchanger 122. The state at this time is indicated by a point e, which is a supercooled liquid state. Then, in the second heat exchanger 122, the refrigerant liquid is cooled at a temperature intermediate between the refrigerant condensing temperature in the condenser 5 and the refrigerant evaporating temperature in the evaporator 1, and a state indicated by a point f1 is obtained. Again, the refrigerant is in the state of supercooled liquid. At this time, the temperature of the refrigerant liquid is 14 ° C., and the enthalpy is 219.1 kJ / kg.
[0048]
And among the refrigerant | coolants liquid of the state shown by the point f1, the refrigerant | coolant liquid which passes the recirculation | reflux path | route 144 is pressure | voltage-risen by the pump 45, and will be in the state shown by the point f2. The refrigerant liquid flows into the first heat exchanger 121 and is heated in the first heat exchanger 121 to be in a state indicated by a point g. The temperature of the refrigerant liquid at this time is 17 ° C. And the refrigerant | coolant liquid of the state shown by the point g merges with the refrigerant | coolant before flowing in into the 2nd heat exchanger 122, and will be in the state shown by the point e. On the other hand, the remainder of the refrigerant liquid in the state indicated by the point f1 is reduced to 0.350 MPa, which is the saturation pressure at a temperature of 14 ° C., by the throttle 51 and reaches the state indicated by the point h. The refrigerant in the state at the point h reaches the evaporator 1 as a mixture of a refrigerant liquid and a gas at 5 ° C., where heat is taken from the processing air and evaporated to become a saturated gas as indicated by the point a. This saturated gas is again sucked into the booster 4, and the above-described cycle is repeated. In FIG. 8, although the line connecting the point e and the point f1 is illustrated as being shifted from the line connecting the point d and the point g, these lines are actually overlapped.
[0049]
Here, when considering as a compression heat pump HP2 including the booster 4, the condenser 5, the throttle 51 and the evaporator 1, when the heat exchangers 121 and 122 according to the present invention are not provided, the point d in the condenser 5 is Since the refrigerant in the state is returned to the evaporator 1 through the throttle, the enthalpy difference that can be used in the evaporator 1 is only 401.5-253.4 = 148.1 kJ / kg. However, when the heat exchangers 121 and 122 according to the present invention are provided, 401.5-219.1 = 182.4 kJ / kg, and the amount of gas circulating to the compressor for the same cooling load is The required power can be reduced by 19% (= 1-148.1 / 182.4). That is, it is possible to have the same action as the subcool cycle.
[0050]
Thus, according to the dehumidifying air conditioner of this embodiment, the sensible heat change of the refrigerant liquid can be further increased, so that the enthalpy difference that can be used in the evaporator 1 can be increased and the refrigeration effect is improved. As a result, the dehumidifying ability can be increased.
[0051]
Although one embodiment of the present invention has been described so far, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea. For example, the number of refrigerant heating sections in the first heat exchange section of each refrigerant path and the number of refrigerant cooling sections in the second heat exchange section are not limited to those shown in the drawing. Further, in the above-described embodiment, the dehumidifying device that air-conditions the air-conditioned space has been described as an example. .
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the low heat source fluid can be pre-cooled in the first heat exchange means before cooling in the evaporator, and the second heat is used after the cooling in the evaporator. Since the low heat source fluid can be heated in the heat exchanging means, it is possible to provide a dehumidifying air conditioner with a small energy consumption per dehumidifying amount.
[0053]
In addition, since heat exchange can be performed by changing the sensible heat of the refrigerant, the enthalpy difference that can be used in the evaporator can be increased, the refrigeration effect can be improved, and the dehumidifying ability can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a dehumidifying air conditioning system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a flow in the dehumidifying air conditioner according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view showing a refrigerant path in the heat exchanger of the dehumidifying air conditioner of FIG. 2;
FIG. 4 is a refrigerant Mollier diagram of a heat pump included in the dehumidifying air conditioner of FIG.
FIG. 5 is a moist air diagram showing an air conditioning cycle in the dehumidifying air conditioner of FIG. 2;
FIG. 6 is a diagram schematically showing a flow in a dehumidifying air conditioner according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram schematically showing a flow in a dehumidifying air conditioner according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a refrigerant Mollier diagram of a heat pump included in the dehumidifying air conditioner of FIG.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a flow in a conventional dehumidifying air conditioner.
FIG. 10 is a refrigerant Mollier diagram of a heat pump included in a conventional dehumidifying air conditioner.
FIG. 11 is a moist air diagram showing an air conditioning cycle in a conventional dehumidifying air conditioner.
[Explanation of symbols]
1 Evaporator
2 Heat exchanger
3, 6, 103 Blower
4 Booster
5 Condenser
7 Drain pan
10 indoor units
20 Outdoor unit
21 1st heat exchange part
22 2nd heat exchange part
45 pump
50, 51 aperture
30-34, 40-43, 46-48, 130-135, 140-144 route
61 Refrigerant heating section
62 Refrigerant cooling section
100 Air-conditioned space
121, 122 heat exchanger

Claims

A booster for boosting the refrigerant;
A condenser for condensing the refrigerant to heat the high heat source fluid;
An evaporator for evaporating the refrigerant to cool the low heat source fluid;
Provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator, and heats the refrigerant at a temperature intermediate between the condensation temperature of the condenser and the evaporation temperature of the evaporator to cool the low heat source fluid. 1 heat exchange means;
Provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator, and heats the low heat source fluid by cooling the refrigerant at a temperature intermediate between the condensation temperature of the condenser and the evaporation temperature of the evaporator. Two heat exchange means;
A low heat source fluid path connecting the first heat exchange means, the evaporator and the second heat exchange means in this order;
A heat pump comprising: a reflux path through which the refrigerant that has passed through the second heat exchange means flows to the first heat exchange means.

A booster for boosting the refrigerant;
A condenser for condensing the refrigerant to heat the high heat source fluid;
An evaporator for evaporating the refrigerant and cooling the processing air to a dew point temperature or lower;
A cooling medium that is provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator and cools the processing air by heating the refrigerant at a temperature intermediate between the condensation temperature of the condenser and the evaporation temperature of the evaporator; Heat exchange means,
A second cooling medium provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator to cool the refrigerant at a temperature intermediate between the condensation temperature of the condenser and the evaporation temperature of the evaporator to heat the processing air; Heat exchange means,
A processing air path connecting the first heat exchanging means, the evaporator and the second heat exchanging means in this order;
A dehumidifying air conditioner comprising: a reflux path through which the refrigerant that has passed through the second heat exchanging means flows into the first heat exchanging means.