JP4002020B2 - 熱交換器 - Google Patents
熱交換器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4002020B2 JP4002020B2 JP33286198A JP33286198A JP4002020B2 JP 4002020 B2 JP4002020 B2 JP 4002020B2 JP 33286198 A JP33286198 A JP 33286198A JP 33286198 A JP33286198 A JP 33286198A JP 4002020 B2 JP4002020 B2 JP 4002020B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluid
- refrigerant
- heat
- section
- compartment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- 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
- F24F3/1411—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 by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant
- F24F3/1423—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 by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant with a moving bed of solid desiccants, e.g. a rotary wheel supporting solid desiccants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2203/00—Devices or apparatus used for air treatment
- F24F2203/10—Rotary wheel
- F24F2203/1004—Bearings or driving means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2203/00—Devices or apparatus used for air treatment
- F24F2203/10—Rotary wheel
- F24F2203/1016—Rotary wheel combined with another type of cooling principle, e.g. compression cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2203/00—Devices or apparatus used for air treatment
- F24F2203/10—Rotary wheel
- F24F2203/1028—Rotary wheel combined with a spraying device
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2203/00—Devices or apparatus used for air treatment
- F24F2203/10—Rotary wheel
- F24F2203/1032—Desiccant wheel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2203/00—Devices or apparatus used for air treatment
- F24F2203/10—Rotary wheel
- F24F2203/1056—Rotary wheel comprising a reheater
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2203/00—Devices or apparatus used for air treatment
- F24F2203/10—Rotary wheel
- F24F2203/1068—Rotary wheel comprising one rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2203/00—Devices or apparatus used for air treatment
- F24F2203/10—Rotary wheel
- F24F2203/1084—Rotary wheel comprising two flow rotor segments
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に関し、特に2つの流体間の熱交換を第3の流体を介して行う熱交換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
お互いの温度差が比較的小さい大量の流体同士、例えば空調用の処理空気と冷却用の外気との熱交換には、図13に示すような直交流形熱交換器3や容積の大きい回転式熱交換器が用いられていた。このような熱交換器は、例えばデシカント空調システムで、室内に導入する処理空気Aを、室内に導入する前に外気Bにより予備的に冷却する場合等に用いられていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の熱交換器によれば、非常に容積が大きく据え付け面積が大きくなり過ぎたり、熱交換効率が劣るため十分に熱を利用することができないという問題があった。
【0004】
そこで本発明は、交換熱量の割には小型で、熱交換効率の高い熱交換器を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明による熱交換器は、図1及び図9に示すように、第1の流体Aを流す第1の区画310と;第2の流体Bを流す第2の区画320と;第1の区画310を貫通する、第1の流体Aと熱交換する第3の流体250を流す第1の流体流路251A〜Cと;第2の区画320を貫通する、第2の流体Bと熱交換する第3の流体250を流す第2の流体流路252A〜Cとを備え;第1の流体流路251A〜Cと第2の流体流路252A〜Cとは一体の流路として構成され;第3の流体250は、第1の流体流路251A〜Cから第2の流体流路252A〜Cに貫通して流れ、第1の流体流路251A〜Cの流路側伝熱面では第3の流体250は所定の圧力で蒸発し、第2の流体流路252A〜Cの流路側伝熱面では第3の流体250はほぼ前記所定の圧力で凝縮するように構成されており;第2の区画320を貫通する、第2の流体流路252A〜Cと並列して配置され、前記第2の流体と熱交換する第3の流体を流す第3の流体流路252Dをさらに備え、第3の流体流路252Dには実質的に第1の区画310を迂回して第3の流体が供給されるように構成されている。ここで、第1の流体流路が複数251A〜Cであるときは、対応する複数の第2の流体流路252A〜Cが、それぞれ一体の流路として構成される。
【0006】
このように構成すると、例えば冷媒のような第3の流体は、第1の流体流路から第2の流体流路に貫通して流れるので、第1の区画から第2の区画に熱を移動させることができ、第1の流体流路の流路側伝熱面では第3の流体は所定の圧力で蒸発するので、第3の流体は第1の流体から熱を奪うことができ、第2の流体流路の流路側伝熱面では第3の流体250はほぼ前記所定の圧力で凝縮するので、第3の流体は第2の流体に熱を与えることができる。また、これらの伝熱は蒸発伝熱、あるいは凝縮伝熱であるので、単なる伝導伝熱や対流伝熱に比べて熱伝達率がはるかに高い。また、第1の流体流路と第2の流体流路とは一体の流路として構成されているので、全体としてコンパクトになる。ここで、凝縮圧力を「ほぼ所定の圧力」としたのは、第1の流体流路から第2の流体流路に向けて流れが存在するので、僅かながら流れ損失があるためであり、実質的には同一の圧力と見てよい。
【0007】
さらに請求項2に記載のように、請求項1に記載の熱交換器では、第2の区画320を流す前記第2の流体中に水分を含ませるように構成されているのが好ましい。水分を含ませるとは、例えば水分を霧状にして含ませたり、蒸発させて含ませる。さらに具体的には、例えば、第2の流体流路252A〜Cの、区画側伝熱面に水を散布して接触させるように構成したり、第2の区画320の、第2の流体入り口に気化加湿器165を有するようにする。
【0008】
このように構成すると、第2の流体中に水分を含ませることができるので、水の蒸発潜熱を利用することができ、第2の流体による第3の流体の冷却効率が高くなる。
【0009】
上述のように請求項1に係る発明による熱交換器では、第2の区画320を貫通する、第2の流体流路252A〜Cと並列して配置され、前記第2の流体と熱交換する第3の流体を流す第3の流体流路252Dをさらに備え、第3の流体流路252Dには実質的に第1の区画310を迂回して第3の流体が供給されるように構成されている(図9)。
【0010】
このように構成すると、第3の流体流路では第1の流体流路を流れる第3の流体とは異なる相の第3の流体を流すようにすることができる。
【0011】
また、請求項3に記載のように、以上の熱交換器では、第1の流体流路251A〜Cには、主として液相の第3の流体が供給され、第3の流体流路252Dには主として気相の第3の流体が供給されるように構成されるようにするのが好ましい。このようにするには、例えば、第1の流体流路に液相の第3の流体を供給する手段、即ち前記第3の流体に気相流体が混合しているとき、液相の第3の流体から気相流体を分離する気液分離器350を備えるようにすればよい。
【0012】
このように構成すると、例えば気液分離器を利用して、気相から分離した気相を殆ど含まない液相の第3の流体を第1の流体流路に、また気相の第3の流体を第3の流体流路に流すようにすることもできる。第1の流体流路では、液相の第3の流体を蒸発させ、第3の流体流路では気相の第3の流体を凝縮させることができる。
【0013】
上記目的を達成するために、請求項4に係る発明による熱交換器は、図1に示すように、第1の流体Aを流す第1の区画310と;第2の流体Bを流す第2の区画320と;第1の区画310を貫通する、第1の流体Aと熱交換する第3の流体250を流す第1の流体流路251と;第2の区画320を貫通する、第2の流体Bと熱交換する第3の流体250を流す第2の流体流路252とを備え;第3の流体は、第1の流体流路251から第2の流体流路252に貫通して流れ、第1の流体流路251の流路側伝熱面では第3の流体は所定の圧力で蒸発し、第2の流体流路252の流路側伝熱面では第3の流体はほぼ前記所定の圧力で凝縮するように構成されており;第1の流体流路251は複数251A、251B、251C備えられ、複数の流体流路251A、251B、251Cにおける前記所定の圧力は、それぞれ異なるように構成されている。
【0014】
このような構成では、第1の区画を流れる第1の流体、あるいは第2の区画を流れる第2の流体の温度変化に応じて、複数の流体流路251A、251B、251C内の圧力は前記異なる所定の圧力の高さの順に配列される。
【0015】
このように構成すると、それぞれ異なる圧力で蒸発あるいは凝縮する複数の流体流路が、例えば高い圧力から低い圧力といったように順番に配列されているので、例えば第1の流体が顕熱を奪われる場合は、第1の流体は第1の区画内で流入から流出までの間に、温度は低下する。その温度低下に合わせて、前記所定の温度を高い方から低い方に並べれば、熱交換効率を高くすることができる。ひいては、熱の有効利用を図ることができる。
【0016】
さらに、以上の熱交換器では、第1の流体流路251及び第2の流体流路252の流路側には、スパイラル溝を形成するのが好ましく、このように構成すると、スパイラル溝により第3の流体の流れが乱される結果、熱伝達率が高くなる。また、第1の流体流路310及び第2の流体流路320の区画側伝熱面には、プレートフィンを取り付けるのが好ましく、このように構成すると、プレートフィンを備えるので、伝熱面の面積が広くなり熱伝達率を高くすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【0018】
図1は、本発明の実施の形態の前提となる構成を有する熱交換器の断面図である。図中、熱交換器300は、第1の流体である処理空気Aを流す第1の区画310と、第2の流体である外気Bを流す第2の区画320とが、1枚の隔壁301を介して隣接して設けられている。
【0019】
第1の区画310と第2の区画及び隔壁301を貫通して、第3の流体としての冷媒250を流す、流体流路としての熱交換チューブが複数本ほぼ水平に設けられている。この熱交換チューブは、第1の区画を貫通している部分は第1の流体流路としての蒸発セクション251(複数の蒸発セクションを251A、251B、251Cとする)であり、第2の区画を貫通している部分は第2の流体流路としての凝縮セクション252(複数の凝縮セクションを252A、252B、252Cとする)である。
【0020】
図1に示す実施の形態では、蒸発セクション251Aと凝縮セクション252Aとは、1本のチューブで一体の流路として構成されている。蒸発セクション251B、Cと凝縮セクション252B、Cとについても同様である。したがって、第1の区画310と第2の区画320とが、1枚の隔壁301を介して隣接して設けられていることと相まって、熱交換器300を全体として小型コンパクトに形成することができる。
【0021】
このような構造は、熱交換チューブの外径とほぼ等しい(通常は僅かに大きい)径の穴を開けた、蒸発セクション側の複数のプレートフィン、1枚の隔壁301、そして凝縮セクション側の複数のプレートフィンを穴が見通せるように並べ、それらの穴に複数の熱交換チューブを差し込んだ後に、その熱交換チューブを内部から、拡管棒、液圧、ボール通過等の手段により拡管して製造することができる。蒸発セクション側(第1の区画側)のプレートフィンと、凝縮セクション側(第2の区画側)のプレートフィンとは、異なった形態のものとしてもよい。たとえば、蒸発セクション側には、第1の流体の流れを乱すルーバや皺をつけ、第2の流体側のプレートはフラットなものにする等である。
【0022】
図1の実施の形態では、蒸発セクションは図中上から251A、251B、251Cの順番で並んでおり、凝縮セクションは図中上から252A、252B、252Cの順番で並んでいる。
【0023】
一方、第1の流体としての処理空気Aは、図中で第1の区画にダクト109を通して上から入り下から流出するように構成されている。また、第2の流体である外気Bは、図中で第2の区画にダクト171を通して下から入り上から流出するように構成されている。即ち、処理空気Aと外気Bとは互いに対向流を形成する方向に流れるように構成されている。
【0024】
さらに、第2の区画には、その上部、凝縮セクション252を構成する熱交換チューブの上方に、散水パイプ325が配置されている。散水パイプ325には、適切な間隔でノズル327が取り付けられており、散水パイプ325中を流れる水を凝縮セクション252を構成する熱交換チューブに散布するように構成されている。
【0025】
また、第2の区画の第2の流体Bの入り口には気化加湿器165が設置されている。気化加湿器165は、例えばセラミックペーパーや不織布のように、吸湿性がありしかも通気性のある材料で構成されている。
【0026】
この熱交換器300には、図2に示すように、液状の冷媒を供給し循環する手段としての冷媒循環機261を設けても良い。冷媒循環機261は例えば冷媒液を循環するポンプである。図2(a)では、ポンプ261で送られてきた冷媒液が、第1の流体流路の入り口に設けられたヘッダ235に供給され、ヘッダ235に接続された蒸発セクション251に流入し、ここで第1の区画を流れる処理空気Aと熱交換し蒸発する。蒸発した冷媒は、凝縮セクション252に流れ、ここで第2の区画を流れる外気Bと熱交換し凝縮する。凝縮して液化した冷媒は、凝縮セクションが接続されたヘッダ245に到り、ここに接続された冷媒配管を通って流下し、ヘッダ245より鉛直方向下方に置かれた液冷媒タンク262に重力で流入し貯留され、液冷媒タンク262に接続された冷媒配管を通してポンプ261の入り口に戻り、ポンプ261の吐出口に接続された吐出配管を通って、この吐出配管に接続されたヘッダ235に供給され、以上のサイクルを繰り返す。
【0027】
ここで、蒸発セクション251での蒸発圧力、ひいては凝縮セクション252に於ける凝縮圧力、即ち本発明の所定の圧力は、処理空気Aの温度と外気Bの温度とによって定まる。図1、図2に示す実施の形態による熱交換器300は、蒸発伝熱と凝縮伝熱とを利用しているので、熱伝達率が非常に優れており、熱交換効率が非常に高い。また、第3の流体としての冷媒は、蒸発セクション251から凝縮セクション252に向けて貫流するので、即ちほぼ一方向に強制的に流されるので、熱交換効率が高い。
【0028】
蒸発セクション251、凝縮セクション252を構成する熱交換チューブの内面には、ライフル銃の銃身の内面にある線状溝のようなスパイラル溝を形成する等により高性能伝熱面とするのが好ましい。内部を流れる冷媒液は、通常は内面を濡らすように流れるが、スパイラル溝を形成すれば、その流れの境界層が乱されるので熱伝達率が高くなる。
【0029】
また、第1の区画には処理空気が流れるが、熱交換チューブの外側に取り付けるフィンは、ルーバー状に加工して流体の流れを乱すようにするのが好ましい。
【0030】
第2の区画に、外気は流すが水を散布しないときは、同様にフィンは流体の流れを乱すように構成するのが好ましい。ただし、水を散布する場合は、フラットプレートフィンとして、さらに耐食コーティングを施すのが好ましい。水中に混入している可能性のある腐食物質が、蒸発により凝縮濃縮してフィン乃至はチューブを腐食しないようにするためである。また、フィンはアルミニウムまたは銅またはこれらの合金を用いるのが好ましい。
【0031】
図4を参照して、熱交換効率について説明する。図4において、高温側の流体の熱交換器入り口温度をTP1、出口温度をTP2、低温側の流体の熱交換器入り口温度をTC1、出口温度をTC2とする。ここで熱交換効率をφとすれば、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)である。
【0032】
図2(b)は、ヘッダ235と蒸発セクション251との間に、オリフィス等の絞りを挿入した場合を示す。絞りは、複数の蒸発セクション251A、251B、251Cにそれぞれ250A、250B、250Cを振り当ててある。またそれぞれに対応する凝縮セクション252A、252B、252Cには、ヘッダ245との間に、それぞれ絞り240A、240B、240Cを振り当ててある。
【0033】
このような構造において、処理空気Aは、第1の区画内では蒸発セクションを251A、251B、251Cの順番に接触するように熱交換チューブに直交して流れ、冷媒との間の熱交換を行い、入り口温度が処理空気より低温の外気Bは、第2の区画内で凝縮セクションを252C、252B、252Aの順番に接触するように熱交換チューブに直交して流れる。このような場合、冷媒の蒸発圧力(温度)あるいは凝縮圧力(温度)は、絞りでグループ化されたセクション毎に定まるが、蒸発セクションでは251A、251B、251Cの順番に、高から低になり、また凝縮セクションでは252C、252B、252Aの順番に、低から高になる。処理空気Aと外気Bの流れに注目すると、いわば対向流であるので、著しく高い熱交換効率φ、例えば80%以上の熱交換効率φも実現できる。
【0034】
ここで、複数の蒸発セクション251A、251B、251Cにおける所定の圧力である各蒸発圧力は、各蒸発セクションの入り口に独立した絞り230A、230B、230Cを設けた結果、それぞれ異なった値をとることができ、第1の区画に処理空気を、蒸発セクション251A、251B、251Cにこの順番で接触するように流し、処理空気は顕熱を奪われる結果、温度が入り口から出口にかけて低下する。その結果、蒸発セクション251A、251B、251C内の蒸発圧力は、この順番で低下することになり、蒸発温度は順番に並ぶことになる。
【0035】
全く同様に、凝縮温度はセクション252C、252B、252Aの順番に低温から高温に並ぶが、蒸発セクションと同様に、各凝縮セクションは独立した絞り240A、240B、240Cを備える結果、独立した凝縮圧力即ち凝縮温度を持つことができ、ここに外気を第2の区画の入り口から出口に向かって凝縮セクション252C、252B、252Aの順番に接触するように流す結果として、凝縮圧力はこの順番に並ぶことになる。したがって、処理空気Aと外気Bに注目すると、前記のように、いわゆる対向流形の熱交換器を形成することになり、高い熱交換効率を達成できる。
【0036】
図3を参照して、本発明の熱交換器の別の実施の形態を説明する。図3には、図2(b)に示す熱交換器において、第1の区画と第2の区画を分離して、さらに第1の流体流路と第2の流体流路も分離した場合を示した。即ち、蒸発セクション251A、251B、251Cを、それぞれ凝縮セクション252A、252B、252Cに接続した。それら第1の流体流路と第2の流体流路との間には、各セクションA、B、C毎にヘッダを設け、それらのヘッダをそれぞれ配管で接続してある。この場合も、図2(b)の場合と基本的な熱交換器としての性能は変わらないが、製作の容易性や、配置の融通性が高くなる。
【0037】
図5を参照して、本発明の実施の形態の前提となる構成を有する熱交換器300を、デシカント空調機に応用した例を説明する。
【0038】
この空調システムは、デシカント(乾燥剤)によって処理空気の湿度を下げ、処理空気の供給される空調空間を快適な環境に維持するものである。
【0039】
図5を参照して、先ず第1の流体としての処理空気Aの経路を説明する。図中、空調空間101から吸込経路であるダクト107を通して、送風機102により処理すべき空気RAを取り出す。送風機102の吐出口はダクト108によりデシカントロータ103の処理空気側入り口に接続されている。デシカントロータ103の処理空気側出口はダクト109により、図1により説明した熱交換器300の第1の区画310の入り口に接続されている。
【0040】
デシカントロータ103で水分を吸着され乾燥した処理空気はダクト109を経由して熱交換器300に到る。処理空気は、デシカントにより水分を吸着される際には吸着熱により加熱され、昇温している。
【0041】
第1の区画310では、処理空気は、蒸発セクション251で蒸発する冷媒により、冷却される。第1の区画310の処理空気出口はダクト110により処理空気冷却器210に導かれるように構成されている。乾燥し、かつある程度まで冷却された処理空気は、ここでさらに冷却され、適度な湿度でかつ適度な温度の処理空気SAとなって、ダクト111を経由して空調空間101に戻る。
【0042】
次に、熱交換器300の第2の区画320側の、第2の流体としての外気の経路を説明する。第2の区画320の入り口には、屋外OAから外気を導入するダクト171が接続されている。ダクト171により導入された外気は、気化加湿器165により加湿されて顕熱を奪われ温度が下がる。この温度の下がった外気は、第2の区画320を通過する際、凝縮セクション252の中の冷媒から熱を奪い、これを凝縮させる。
【0043】
また、熱交換チューブ252には散水パイプ325により水がスプレーされるようになっており、外気はこれによっても温度を下げられ、この外気の顕熱と、スプレーされた水の蒸発熱により、凝縮セクション252内の冷媒は凝縮する。
【0044】
第2の区画の外気出口には、ダクト172が接続されており、またダクト172の途中には、送風機160が設けられており、冷媒の凝縮に使われた外気は、ダクト172を経由して、排気EXとして屋外に排出される。
【0045】
次に、第3の流体としての冷媒の経路を説明する。図中、冷媒圧縮機260により圧縮された冷媒ガスは、圧縮機の吐出口に接続された冷媒ガス配管201を経由して再生空気加熱器(冷媒側から見れば冷却器あるいは凝縮器)220に導かれる。圧縮機260で圧縮された冷媒ガスは、圧縮熱により昇温しており、この熱で再生空気(後で説明)を加熱する。冷媒ガス自身は熱を奪われ凝縮する。
【0046】
加熱器220の冷媒出口は、熱交換器300の蒸発セクション251の入り口に冷媒経路202により接続されており、冷媒経路202の途中、蒸発セクション251の入り口近傍には、絞り230が設けられている。
【0047】
加熱器220を出た、液冷媒は絞り230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251に到り、ここで液冷媒は蒸発セクション251のチューブの内壁を濡らすように流れ蒸発して、第1の区画を流れる処理空気を冷却する。
【0048】
蒸発セクション251と凝縮セクション252とは、一連のチューブであるので、即ち一体の流路として構成されているので、蒸発した冷媒ガス(及び蒸発しなかった冷媒液)は、凝縮セクション252に流入して、第2の区画を流れる外気及びスプレーされた水により熱を奪われ凝縮する。
【0049】
凝縮セクション252の出口側は、冷媒液配管203により冷却器(冷媒側から見れば蒸発器)210に接続されている。冷媒配管203の途中には、絞り240が設けられている。絞り240の取付位置は、凝縮セクション252の直後から冷却器210の入り口までのどこでもよいが、できるだけ冷却器210の入り口直前が好ましい。絞り240後の冷媒は大気温度よりかなり低くなるので、配管の保冷が厚くなるからである。凝縮セクション252で凝縮した冷媒液は、絞り240で減圧され膨張して温度を下げて、冷却器210に入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気を冷却する。絞り230、240としては、例えばオリフィス、キャピラリチューブ、膨張弁等を用いる。
【0050】
冷却器210で蒸発してガス化した冷媒は、冷媒圧縮機260の吸込側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。
【0051】
次に、デシカントを再生する再生空気の経路を説明する。屋外から外気ダクト124により取り込まれた外気は、顕熱交換器121に送り込まれる。顕熱交換器は、ロータ形状をした熱交換器であり、2つの区画に分割されたハウジング内を、蓄熱体を充填した容積の大きいロータが回転しており、一方の区画に屋外から取り込まれたばかりの外気、他方の区画にこの外気と熱交換する流体を流すように構成されている。
【0052】
顕熱交換器121により、ある程度まで加熱された外気は、ダクト126を経て加熱器220に到り、ここでさらに冷媒ガスにより加熱され昇温した外気は、ダクト127を経て再生空気としてデシカントロータ103の再生側に導入される。
【0053】
デシカントロータ103で、デシカントを再生した再生空気は、デシカントロータと顕熱交換器121の前記他方の区画とを接続するダクト128、129を経て、顕熱交換器121に導かれる。ダクト128とダクト129との間には、送風機140が設けられており、外気を取り込み、また再生空気経路を流すのに用いられる。
【0054】
顕熱交換器121で、外気と熱交換した(外気を加熱した)再生空気はダクト130を経て、排気EXとして排出される。
【0055】
図6を参照して、図5の構成中のヒートポンプHP1の冷媒の流れ及び本発明の実施の形態の前提となる構成を有する熱交換器300の作用を説明する。図6は、冷媒HFC134aを用いた場合のモリエ線図である。この線図では横軸がエンタルピ、縦軸が圧力である。
【0056】
図中、点aは図5の冷却器210の冷媒出口の状態であり、飽和ガスの状態にある。圧力は4.2kg/cm2 、温度は10℃、エンタルピは148.83kcal/kgである。このガスを圧縮機260で吸込圧縮した状態、圧縮機260の吐出口での状態が点bで示されている。この状態は、圧力が19.3kg/cm2 、温度は78℃であり、過熱ガスの状態にある。
【0057】
この冷媒ガスは、加熱器(冷媒側から見れば凝縮器)220内で冷却され、モリエ線図上の点cに到る。この点は飽和ガスの状態であり、圧力は19.3kg/cm2 、温度は65℃である。この圧力下でさらに冷却され凝縮して、点dに到る。この点は飽和液の状態であり、圧力と温度は点cと同じく、圧力は19.3kg/cm2 、温度は65℃、そしてエンタルピは122.97kcal/kgである。
【0058】
この冷媒液は、絞り230で減圧され熱交換器300の蒸発セクション251に流入する。モリエ線図上では、点eで示されている。温度は約30℃になる。圧力は、本発明の所定の圧力であり、本実施例では4.2kg/cm2 と19.3kg/cm2 との中間の値、即ち30℃に対応する飽和圧力となる。ここでは、一部の液が蒸発して液とガスが混合した状態にある。蒸発セクション251内で、前記所定の圧力下で冷媒液は蒸発して、同圧力で飽和液線と飽和ガス線の中間の点fに到る。ここでは液は殆ど蒸発してしまっている。なお、点eにおいては、冷媒液とガスとの割合は、30℃の飽和圧力線が飽和液線と飽和ガス線を切る点のエンタルピと点dのエンタルピの差の逆比となるので、図6から明らかなように、重量比では液の方が多い。しかしながら、容積比ではガスの方が圧倒的に多いので、蒸発セクションでは大量のガスに液が混合して、その液が蒸発セクションのチューブの内面を濡らすような状態にありながら蒸発する。
【0059】
点fで示される状態の冷媒が、凝縮セクション252に流入する。凝縮セクション252では、冷媒は第2の区画を流れる外気及び/又はスプレーされた水により熱を奪われ、点gに到る。この点はモリエ線図では飽和液線上にある。温度は30℃、エンタルピは109.99kcal/kgである。
【0060】
点gの冷媒液は、絞り240で、温度10℃の飽和圧力である4.2kg/cm2 まで減圧され、10℃の冷媒液とガスの混合物として冷却器(冷媒から見れば蒸発器)210に到り、ここで処理空気から熱を奪い、蒸発してモリエ線図上の点aの状態の飽和ガスとなり、再び圧縮機260に吸入され、以上のサイクルを繰り返す。
【0061】
以上説明したように、熱交換器300内では、冷媒は蒸発セクション251では点eから点fまでの蒸発を、凝縮セクション252では、点fから点gまでの状態変化をしており、蒸発伝熱と凝縮伝熱であるため、熱伝達率が非常に高い。
【0062】
さらに、圧縮機260、加熱器(冷媒凝縮器)220、絞り230、240及び冷却器(冷媒蒸発器)210を含む圧縮ヒートポンプHP1としては、熱交換器300を設けない場合は、加熱器(凝縮器)220における点dの状態の冷媒を、絞りを介して冷却器(蒸発器)210に戻すため、冷却器(蒸発器)で利用できるエンタルピ差は148.83−122.97=25.86kcal/kgしかないのに対して、熱交換器300を設けた本発明の実施例の場合は、148.83−109.99=38.84kcal/kgになり、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33%も小さくすることができる。すなわち、圧縮機260が単段型であっても、2段型で中間段にフラッシュガスを吸入させるエコノマイザと同様な作用を持たせることができる。
【0063】
次に図7を参照して、図2(b)、図3で説明した実施の形態の熱交換器300bを用いたデシカント空調機の例を説明する。第1の流体としての処理空気の経路は、図5の場合と同じであるので説明を省略する。
【0064】
図7の実施の形態では、第2の流体としての外気がデシカントの再生空気として利用される。図中、第2の区画320の入り口には、屋外OAから外気Bを導入するダクト124が接続されている。ダクト124により導入された外気は、第2の区画320に導入され、ここを通過する際、凝縮セクション252の中の冷媒から熱を奪い、これを凝縮させる。ここで、凝縮セクション252は、セクション252C、252B、252Aを含んで構成され、この順番に凝縮温度は低温から高温に並んでいる。したがって外気は、第2の区画320からは、最も高い温度の凝縮セクション252Aに接触した後に出ることになる。第2の区画の出口は加熱器220とはダクト126で接続されており、第2の区画320である程度加熱された外気は、加熱器220に導入され、ここでさらに加熱され再生空気として、加熱器220とデシカントロータ103とを接続するダクト127を経由してデシカントロータ103に到る。
【0065】
このようにして、デシカントロータ103に導入された再生空気は、デシカントを加熱再生した後、デシカントロータ103から外気に通じるダクト128、129を通して排出される。ダクト128とダクト129との間には、送風機140が設けられており、外気を取り込み、また再生空気経路を流すのに用いられる。
【0066】
次に、第3の流体としての冷媒の経路を説明する。図中、冷媒圧縮機260により圧縮された冷媒ガスは、圧縮機の吐出口に接続された冷媒ガス配管201を経由して再生空気加熱器(冷媒からみれば凝縮器)220に導かれる。圧縮機260で圧縮された冷媒ガスは、圧縮熱により昇温しており、この熱で再生空気を加熱する。冷媒ガス自身は熱を奪われ凝縮する。
【0067】
加熱器220の冷媒出口には、冷媒配管202が接続されており、さらにヘッダ235に到り、ここで複数(図7では3本)の冷媒系統に分割され、それぞれに別の絞り230A、230B、230Cが設けられている。各絞り230A、230B、230Cは、それぞれ図1に示す蒸発セクション251A、251B、251Cに接続されている。したがって、各蒸発セクション251A、251B、251Cでは、異なった蒸発圧力ひいては異なった蒸発温度で蒸発することができるように構成されている。各絞り230A、230B、230Cは、各蒸発セクション251A、251B、251Cの入り口近傍に設けられている。絞りとしてはオリフィス、膨張弁、キャピラリチューブ等が用いられる。
【0068】
加熱器(冷媒凝縮器)220を出た、液冷媒は各絞り230A、230B、230C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、各蒸発セクション251A、251B、251Cに到り、ここで液冷媒は蒸発セクションのチューブの内壁を濡らすように流れ蒸発して、第1の区画を流れる処理空気を冷却する。
【0069】
各蒸発セクション251A、251B、251Cと各凝縮セクション252A、252B、252Cとは、一連のチューブであるので、蒸発した冷媒ガス(及び蒸発しなかった冷媒液)は、凝縮セクション252A、252B、252Cに流入して、第2の区画を流れる外気により熱を奪われ凝縮する。
【0070】
各凝縮セクション252A、252B、252Cの出口側には、それぞれ絞り240A、240B、240Cが設けられている。その先にはヘッダ245が設けられており、ヘッダ245には、冷媒配管203が接続されており、液冷媒を冷却器210に導くように構成されている。
【0071】
このような構成において、各凝縮セクション252A、252B、252Cで凝縮した冷媒液は、各絞り240A、240B、240Cで減圧され膨張して温度を下げて、ヘッダ245で合流した後冷却器210に入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気を冷却する。
【0072】
冷却器(冷媒蒸発器)210で蒸発してガス化した冷媒は、冷媒圧縮機260の吸込側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。
【0073】
図8を参照して、図7の構成中のヒートポンプHP2の冷媒の流れ及び本発明の実施の形態である熱交換器300bの作用を説明する。図8は、図6と同様な冷媒HFC134aを用いた場合のモリエ線図である。
【0074】
図中、点aは図7の冷却器210の冷媒出口の状態であり、飽和ガスの状態である。圧力は4.2kg/cm2 、温度は10℃、エンタルピは148.83kcal/kgである。このガスを圧縮機260で吸込圧縮した状態、圧縮機260の吐出口での状態が点bで示されている。この状態は、圧力が19.3kg/cm2 、温度は78℃である。
【0075】
この冷媒ガスは、加熱器(冷媒凝縮器)220内で冷却され、モリエ線図上の点cに到る。この点は飽和ガスの状態であり、圧力は19.3kg/cm2 、温度は65℃である。この圧力下でさらに冷却され凝縮して、点dに到る。この点は飽和液の状態であり、圧力と温度は点cと同じく、圧力は19.3kg/cm2 、温度は65℃、そしてエンタルピは122.97kcal/kgである。
【0076】
この冷媒液のうち、絞り230Aで減圧され蒸発セクション251Aに流入した冷媒の状態は、モリエ線図上では、点e1で示されている。温度は約43℃になる。圧力は、本発明の異なる所定の圧力の一つであり、温度43℃に対応する飽和圧力である。同様に、絞り230Bで減圧され蒸発セクション251Bに流入した冷媒の状態は、モリエ線図上では、点e2で示されており、温度は40℃、圧力は、本発明の異なる所定の圧力の別の一つであり、温度40℃に対応する飽和圧力である。同様に、絞り230Cで減圧され蒸発セクション251Cに流入した冷媒の状態は、モリエ線図上では、点e3で示されており、温度は37℃、圧力は、本発明の異なる所定の圧力に別の一つであり、温度37℃に対応する飽和圧力である。
【0077】
点e1、e2、e3のいずれにおいても、冷媒は、一部の液が蒸発して液とガスが混合した状態にある。各蒸発セクション内で、前記各所定の圧力下で冷媒液は蒸発して、それぞれ各圧力の飽和液線と飽和ガス線の中間の点f1、f2、f3に到る。
【0078】
この状態の冷媒が、各凝縮セクション252A、252B、252Cに流入する。各凝縮セクションでは、冷媒は第2の区画を流れる外気により熱を奪われ、それぞれ点g1、g2、g3に到る。これらの点はモリエ線図では飽和液線上にある。温度はそれぞれ43℃、40℃、37℃である。これらの冷媒液は、各絞りを経て、それぞれ点j1、j2、j3に到る。これらの点の圧力は10℃の飽和圧力の4.2kg/cm2 である。
【0079】
ここでは冷媒は、液とガスが混合した状態にある。これらの冷媒は一つのヘッダ245に合流するが、ここでのエンタルピは点g1、g2、g3をそれぞれに対応する冷媒の流量で重み付けして平均した値となるが、この例では約113.51である。3段であるにも拘わらず、図6の場合よりもエンタルピが高いのは、第2の区画で水をスプレーしていないからである。
【0080】
この冷媒は、冷却器(冷媒蒸発器)210で処理空気から熱を奪い、蒸発してモリエ線図上の点aの状態の飽和ガスとなり、再び圧縮機260に吸入され、以上のサイクルを繰り返す。
【0081】
以上説明したように、熱交換器300b内では、冷媒は各蒸発セクションで蒸発を、各凝縮セクションで凝縮をしており、蒸発伝熱と凝縮伝熱であるため、熱伝達率が非常に高い。しかも、第1の区画では図中上から下に流れるにしたがって高い温度から低い温度に冷却される処理空気を、それぞれ43℃、40℃、37℃と順番に並んだ温度で冷却するので、一つの温度例えば40℃で冷却する場合と比較して熱交換効率を高めることができる。凝縮セクションも同様である。即ち、第2の区画では図中下から上に流れるにしたがって低い温度から高い温度に加熱される外気(再生空気)を、それぞれ37℃、40℃、43℃と順番に並んだ温度で加熱するので、一つの温度例えば40℃で加熱する場合と比較して熱交換効率を高めることができる。
【0082】
さらに、圧縮機260、加熱器(冷媒凝縮器)220、絞り及び冷却器(冷媒蒸発器)210を含む圧縮ヒートポンプHP2としては、熱交換器300bを設けない場合は、加熱器(凝縮器)220における点dの状態の冷媒を、絞りを介して冷却器(蒸発器)210に戻すため、冷却器(蒸発器)で利用できるエンタルピ差は25.86kcal/kgしかないのに対して、熱交換器300bを設けた本発明の実施例の場合は、148.83−113.51=35.32kcal/kgになり、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27%も小さくすることができる。すなわち、圧縮機260が単段型であっても、複数型で中間段にフラッシュガスを吸入させるエコノマイザを有する場合と同様な作用を持たせることができるのは、図5の実施の形態と同様である。
【0083】
図9を参照して、本発明の第4の実施の形態である熱交換器300dを説明する。熱交換器300dは図5を参照して説明したヒートポンプHP1に熱交換器300に代えて使用して好適な熱交換器である。図中、熱交換器300dは、第1の流体である処理空気Aを流す第1の区画310と、第2の流体である外気Bを流す第2の区画320とが、1枚の隔壁301を介して隣接して設けられている点は、図1に示す熱交換器と同様である。
【0084】
また蒸発セクション251A、B、Cの配置、凝縮セクション252A、B、Cの配置、散水パイプ325、気化加湿器165、処理空気経路109、110、外気経路171の配置も図1に示す熱交換器と同様である。
【0085】
蒸発セクション251A、B、Cには、ヘッダー450A、B、Cが接続されており、各ヘッダー450A、B、Cに冷媒配管430A、430B、430Cが接続されている。また、各蒸発セクション251A、B、Cは、それぞれ1本以上の典型的には複数本(図9の例では6本)の熱交換チューブを含んで構成されており、それら複数の熱交換チューブが各ヘッダー450A、B、Cにまとめられている。
【0086】
冷媒ガス配管340は、熱交換器300dの第1の区画310をチューブ341を介して通過する。チューブ341は、隔壁301を貫通して第2の区画320を貫通して配置されている。図9の例ではチューブ341は2本並列的に配置され、各々第2の区画320を3パスして構成されている。ここでチューブ341の第2の区画320内の部分は、凝縮セクション252A、B、Cと同様に、チューブの外側にフィンが装着され熱交換を促進する構造となっている。この部分が本発明の第3の流体流路としての凝縮セクション252Dである。この凝縮セクション252Dは、凝縮セクション252Cの外気流れの上流側、凝縮セクション252Cと気化加湿器165との間に配置されている。凝縮セクション252D内では、冷媒ガスが第2の流体である外気により熱を奪われ凝縮する。なお、凝縮セクション252Dは、凝縮セクション252Aの、外気下流側に配置してもよい。
【0087】
チューブ341は、第1の区画では、ほとんど熱交換に寄与しないので、第1の区画310を事実上バイパスしていることになる。したがって第1の区画310を実際に構造的に迂回し、即ち第1の区画310の外部を通し、第2の区画内の凝縮セクション252Dに接続するように配置してもよい。
【0088】
凝縮セクション252A、B、Cの冷媒液出口側には、それぞれヘッダー455A、B、Cが設けられ、それぞれ複数本のチューブで構成されている凝縮セクション252A、B、Cをまとめている。各ヘッダーからの配管はさらに一つのヘッダー370(図10)にまとめられ、前述のようにヘッダー370は冷媒配管203により膨張弁270に接続されている。凝縮セクション252Dからの冷媒液は、凝縮セクション252Dに接続された冷媒配管345により導き出され、ヘッダー370の下流側で経路203に合流する。なお、配管345はヘッダー370に接続してもよい。
【0089】
図10を参照して、本発明の第4の実施の形態である熱交換器300dを含むヒートポンプHP3を組み込んだデシカント空調機の例を説明する。図11は図10のヒートポンプHP3の冷媒サイクルを説明するモリエ線図である。
【0090】
処理空気の経路と再生空気の経路は、図1の実施の形態の空調機の場合と同様であるので説明を省略する。
【0091】
ここで、ヒートポンプHP3の冷媒の経路を説明する。図中、冷媒圧縮機260により圧縮された冷媒ガスは、圧縮機の吐出口に接続された冷媒ガス配管201を経由して再生空気加熱器220に導かれる。圧縮機260で圧縮された冷媒ガスは、圧縮熱により昇温しており、この熱で再生空気(後で説明)を加熱する。冷媒ガス自身は熱を奪われ凝縮する。
【0092】
加熱器220の冷媒出口は、熱交換器300dの蒸発セクション251A、B、Cの入り口に冷媒経路202により接続されており、冷媒経路202の途中には、膨張弁等の絞り360が設けられており、絞り360と蒸発セクション251A、B、Cとの間には気液分離器350が設けられている。
【0093】
加熱器(冷媒側から見れば冷却器あるいは凝縮器)220を出た、液冷媒は第1の絞りとしての膨張弁360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、気液分離器350で冷媒液と冷媒ガスとに分離され、冷媒液は蒸発セクション251A、B、Cに到り、冷媒は蒸発セクションのチューブ内で蒸発して、第1の区画を流れる処理空気を冷却する。
【0094】
蒸発セクション251と凝縮セクション252とは、一連のチューブである、即ち一体の流路として構成されているので、蒸発した冷媒ガス(及び蒸発しなかった冷媒液)は、凝縮セクション252に流入して、第2の区画を流れる外気及びスプレーされた水により熱を奪われ凝縮する。
【0095】
凝縮セクション252の出口側は、冷媒液配管203により第2の絞りとしての膨張弁270に、さらに冷媒配管204により冷却器210に接続されている。凝縮セクション252で凝縮した冷媒液は、絞り270で減圧され膨張して温度を下げて、冷却器210に入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気を冷却する。絞り360、270としては、膨張弁の他例えばオリフィス、キャピラリチューブであってもよい。
【0096】
冷却器(冷媒側から見れば蒸発器)210で蒸発してガス化した冷媒は、冷媒圧縮機260の吸込側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。
【0097】
気液分離器350は、ガスと液の混合体が流入する容器と、前記ガス液混合体の流入口に対向して前記容器中に配置された邪魔板355を含んで構成されている。ガス液混合体は、邪魔板355に衝突して液がガスから分離され、ガスは前記容器のガス液混合体流入口と並んで設けられたガス流出口から流出し、ガス流出口に接続された冷媒配管340を通して熱交換器300dに流れる。冷媒液は、気液分離器の前記容器の鉛直方向下方に設けられた液流出口から流出する。液流出口には、冷媒配管430A、430B、430Cが接続されており、それぞれ蒸発セクション251A、B、Cに連通している。
【0098】
図11のモリエ線図を参照して、図10の空調システム中の本発明の実施の形態である熱交換器300dを含んで構成されるヒートポンプHP3の作用を説明する。図11は、冷媒HFC134aを用いた場合のモリエ線図である。この線図では横軸がエンタルピ、縦軸が圧力である。
【0099】
図中、点aは、点b、点c、点dは、図3のモリエ線図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、絞り360で減圧され気液分離器350に流入する。ここで、分離された冷媒ガスは、本発明の第2の圧力である、40℃に対応する飽和圧力の等圧力線と飽和ガス線との交点hの状態のガスとして、配管340を介してチューブ341に流入する。ここで外気(気化加湿器及び散水パイプからの水で冷却された外気)により熱を奪われ凝縮し、飽和液腺に到りまた典型的には過冷却されて、飽和液腺を越えて過冷却液相の点iに到る。
【0100】
また気液分離器350で分離された液は、飽和液腺上の点gの状態の液である。点iの状態の液と点gの状態の液とはヘッダー370で混合され、膨張弁270で減圧さてれ圧力4.2kg/cm2 、温度10℃の冷媒(ガスと液の混合体)になる。
【0101】
以上説明したように、本発明の実施の形態である熱交換器300dでは、蒸発セクション251A、B、Cを構成する熱交換チューブ(伝熱管)に導かれる冷媒に含まれる気相分がほとんどなくなる。そのため、蒸発セクション251A、B、Cに導かれる冷媒量は均一になり、よって蒸発セクション251A、B、Cでの蒸発による第1の流体の冷却は均一になり、また凝縮セクション252A、B、Cの伝熱管で凝縮する冷媒量は蒸発セクションで251A、B、Cで蒸発した冷媒で占められる。気相が含まれていると、特に気相を多く含む凝縮セクションでの凝縮量が多くなる不均一な伝熱となるが、液層だけであればそのような問題は起こらない。
【0102】
このようにして、各伝熱管のヒートパイプ作用(冷媒の相変化、特に蒸発と凝縮による伝熱作用)で熱伝達する熱量が伝熱管同士の間で均一化するので、熱交換器300d全体で均一な熱伝達が可能となり、伝熱に関与せずに第1の流体、第2の流体としての空気が通過してしまう不都合を防止することができる。したがって、熱交換器300dを用いた除湿空調装置においては、第1の流体としての処理空気と第2の流体としての冷却媒体(外気)あるいは再生空気との熱交換効率の向上と作動の信頼性向上を図ることができる。
【0103】
以下、具体的な数値を用いて本発明の実施例を説明する。計算条件としては、伝熱量を2USRt、蒸発温度を10℃、エコノマイザ温度を40℃、凝縮温度を65℃、冷媒をHFC134a、配管の直径を12mmとする。また伝熱管の内径を8.3mm、伝熱管の本数を40本(図9に示すように3段配列の場合、例えば各段に13本、14本、13本と千鳥配列にする)とする。ここで、図11のモリエ線図を参照して各点のエンタルピを読みとり計算すると、冷媒循環量は、2×3024/(138.83−113.51)=171.23kg/h=0.0476kg/sとなる。
【0104】
比較例:
膨張弁で膨張させた後の気液2相の冷媒を、ディストリビュータを使って、熱交換器の1パスに構成された多数の伝熱管に分岐させる。第2の熱交換器では伝熱管を1パスに配置しなければならないので、分岐数が多い。
【0105】
膨張弁直後の乾き度:(122.97−113.51)/39.42=0.242 (39.42は図11において点hと点gのエンタルピ差)
膨張弁直後の2相混合冷媒の比容積:0.00087261×(1−0.242)+0.020032×0.242)=0.00551m3 /kg
流速1(内径12mmの配管3本中):0.00551×0.0476×4/(0.012×0.012×3.14×3)=0.773m/s
流速2(40本、内径8.3の伝熱管中):0.00551×0.0476×4/(0.0083×0.0083×3.14×40)=0.121m/s
流速1では、冷媒は配管内をほぼ均一に気液混合して流動するが、伝熱管に分岐する流速2では、流速が遅すぎるので冷媒は気液2相が重力によって分離した流れとなって、上側に気相が下側に液相が流れる。このように分岐後の流速が極めて遅くなるので、気相冷媒を液層冷媒に均一に混合した状態で分配することは困難である。ひいては、分岐前と分岐後では流れの様相が異なるため、冷媒が均一に分配できない。
【0106】
実施例:
膨張弁直後の乾き度:0
膨張弁直後の液冷媒の比容積:0.00087261m3 /kg
流速3(内径12mmの配管3本中):0.00087261×0.0476(1−0.242)×4/(0.012×0.012×3.14×3)=0.0928m/s
流速4(40本、内径8.3の伝熱管中):0.00087261×0.0476(1−0.242)×4/(0.0083×0.0083×3.14×40)=0.0146m/s
このように、流速3、流速4のいずれの流速も遅く、しかも液相のみが流動するので、伝熱管に均一に分配できる。
【0107】
以上第4の実施の形態では、第2の流体は気化加湿器、散水パイプを使用して、水の気化熱で温度を下げた外気を用いる場合で説明したが、そのような場合だけでなく、図7に示す実施の形態のように再生空気を第2の区画で加熱するように構成することもできる。
【0108】
図12に、図9の熱交換器を組み込んだ除湿空調装置(図10にフロー図を示した)の典型的な機械的構造図を示す。この図に示す例では、熱交換器300dは、デシカントロータ103の鉛直方向上方、冷却器210の鉛直方向下方に配置されている。加熱器220は、冷却器210の水平方向横に、且つ回転軸を鉛直方向に向けて置かれたデシカントロータ103の上方に配置されている。気液分離器350は、加熱器220の下方で熱交換器300dの第1の区画310の近傍に配置されている。第2の区画320は、デシカントロータ103の空気流通領域外に置かれ、鉛直方向下方から上方に流れる処理空気流路内に配置されている。
【0109】
このような構造において、加熱器(冷媒凝縮器)220で凝縮された冷媒は、膨張弁360を介して気液分離器350に流入し、分離された冷媒液は第1の区画内の蒸発セクションに流入する。そして凝縮セクションで凝縮される。気液分離器350で分離された気相の冷媒は、第2の区画内の熱交換チューブに直接導かれ、ここで凝縮する。
【0110】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第3の流体は、第1の流体流路から第2の流体流路に貫通して流れるので、第1の区画から第2の区画に熱を移動させることができ、第1の流体流路の流路側伝熱面では第3の流体は所定の圧力で蒸発するので、第3の流体は第1の流体から熱を奪い、第2の流体流路の流路側伝熱面では第3の流体はほぼ前記所定の圧力で凝縮するので、第3の流体は第2の流体に熱を与える。また、これらの伝熱は蒸発伝熱、あるいは凝縮伝熱であるので、単なる伝導伝熱や対流伝熱に比べて熱伝達率がはるかに高く、例えばデシカント空調機に利用すると、熱交換効率の低い直交流形熱交換器や容積の大きい回転式熱交換器の代わりに用いて好適であり、デシカント空調機の効率を著しく高めることが可能となる。
【0111】
また気液分離器を備えるときは、冷媒ガスと冷媒液が分離されるので、本発明の熱交換器内の熱交換が均一になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態の前提となる構成を有する熱交換器の断面図である。
【図2】本発明の別の実施の形態である熱交換器の概念図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態である熱交換器の概念図である。
【図4】熱交換効率を説明するグラフである。
【図5】 本発明の実施の形態の前提となる構成を有する熱交換器の応用例を示すフロー図である。
【図6】図5の例のモリエ線図である。
【図7】図2(b)または図3に示す実施の形態である熱交換器の応用例を示すフロー図である。
【図8】図7の例のモリエ線図である。
【図9】本発明の第4の実施の形態である熱交換器の構造図である。
【図10】第4の実施の形態である熱交換器の応用例を示すフロー図である。
【図11】図10の例のモリエ線図である。
【図12】第4の実施の形態である熱交換器の応用例である除湿空調装置の機械的構造を示す模式的構造図である。
【図13】従来技術による熱交換器の斜視図である。
【符号の説明】
165 気化加湿器
251A、251B、251C 蒸発セクション
252A、252B、252C、252D 凝縮セクション
240A、240B、240C 絞り
250A、250B、250C 絞り
300 熱交換器
310 第1の区画
320 第2の区画
325 散水パイプ
350 気液分離器
Claims (4)
- 第1の流体を流す第1の区画と;
第2の流体を流す第2の区画と;
前記第1の区画を貫通する、前記第1の流体と熱交換する第3の流体を流す第1の流体流路と;
前記第2の区画を貫通する、前記第2の流体と熱交換する第3の流体を流す第2の流体流路とを備え;
前記第1の流体流路と前記第2の流体流路とは一体の流路として構成され;
前記第3の流体は、前記第1の流体流路から前記第2の流体流路に貫通して流れ、前記第1の流体流路の流路側伝熱面では前記第3の流体は所定の圧力で蒸発し、前記第2の流体流路の流路側伝熱面では前記第3の流体はほぼ前記所定の圧力で凝縮するように構成されており;
前記第2の区画を貫通する、前記第2の流体流路と並列して配置され、前記第2の流体と熱交換する第3の流体を流す第3の流体流路をさらに備え、該第3の流体流路には実質的に第1の区画を迂回して第3の流体が供給されるように構成されていることを特徴とする;
熱交換器。 - 前記第2の区画を流す前記第2の流体中に水分を含ませるように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の熱交換器。
- 前記第1の流体流路には、主として液相の第3の流体が供給され、前記第3の流体流路には主として気相の第3の流体が供給されるように構成されていることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の熱交換器。
- 第1の流体を流す第1の区画と;
第2の流体を流す第2の区画と;
前記第1の区画を貫通する、前記第1の流体と熱交換する第3の流体を流す第1の流体流路と;
前記第2の区画を貫通する、前記第2の流体と熱交換する第3の流体を流す第2の流体流路とを備え;
前記第3の流体は、前記第1の流体流路から前記第2の流体流路に貫通して流れ、前記第1の流体流路の流路側伝熱面では前記第3の流体は所定の圧力で蒸発し、前記第2の流体流路の流路側伝熱面では前記第3の流体はほぼ前記所定の圧力で凝縮するように構成されており;
前記第1の流体流路は複数備えられ、前記複数の流体流路における前記所定の圧力は、それぞれ異なるように構成されていることを特徴とする熱交換器。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33286198A JP4002020B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-11-24 | 熱交換器 |
US09/720,877 US6442951B1 (en) | 1998-06-30 | 1999-06-30 | Heat exchanger, heat pump, dehumidifier, and dehumidifying method |
PCT/JP1999/003512 WO2000000774A1 (fr) | 1998-06-30 | 1999-06-30 | Echangeur de chaleur, pompe a chaleur, deshumidificateur et procede de deshumidification |
CN 99808156 CN1308717A (zh) | 1998-06-30 | 1999-06-30 | 热交换器、热泵、除湿装置和除湿方法 |
MYPI9902995 MY127520A (en) | 1998-07-16 | 1999-07-15 | Heat exchanger, heat pump, dehumidifier, and dehumidifying method |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10-199847 | 1998-06-30 | ||
JP19984798 | 1998-06-30 | ||
JP33286198A JP4002020B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-11-24 | 熱交換器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000081288A JP2000081288A (ja) | 2000-03-21 |
JP4002020B2 true JP4002020B2 (ja) | 2007-10-31 |
Family
ID=26511787
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33286198A Expired - Lifetime JP4002020B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-11-24 | 熱交換器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4002020B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101343424B1 (ko) * | 2011-12-13 | 2013-12-20 | 한국과학기술연구원 | 재생증발식 냉방기 |
RU2631192C2 (ru) | 2013-07-11 | 2017-09-19 | ЭсЭмСи КОРПОРЕЙШН | Устройство с циркуляцией текучей среды, имеющей постоянную температуру |
-
1998
- 1998-11-24 JP JP33286198A patent/JP4002020B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000081288A (ja) | 2000-03-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6442951B1 (en) | Heat exchanger, heat pump, dehumidifier, and dehumidifying method | |
US7260945B2 (en) | Desiccant-assisted air conditioning system and process | |
CN100465569C (zh) | 热交换器及空调装置 | |
CN101548145B (zh) | 除湿 | |
WO2013094206A1 (en) | Heat and mass exchanger for liquid desiccant air conditioners | |
WO2001038799A1 (fr) | Pompe thermique et dispositif de deshumidification | |
US4667479A (en) | Air and water conditioner for indoor swimming pool | |
WO1995033161A1 (en) | Vacuum dewatering of desiccant brines | |
US6813894B2 (en) | Heat pump and dehumidifier | |
JP4002020B2 (ja) | 熱交換器 | |
JP2980603B1 (ja) | 除湿空調装置及び除湿方法 | |
US20240027110A1 (en) | Evaporative condenser and air conditioner including same | |
US9557093B2 (en) | Industrial dehumidifier system | |
JP2000356481A (ja) | 熱交換器、ヒートポンプ及び除湿装置 | |
JP3865955B2 (ja) | 圧縮ヒートポンプ | |
JP3942323B2 (ja) | ヒートポンプ及びヒートポンプを備える除湿装置 | |
JP2000171057A (ja) | 除湿空調システム | |
JP2000337657A (ja) | 除湿装置及び除湿方法 | |
JP2000088284A (ja) | 除湿空調装置 | |
JP2006162225A (ja) | 空調装置 | |
JP2000171058A (ja) | 除湿空調装置及び空調システム | |
JP3944418B2 (ja) | 除湿空調装置 | |
AU697594B2 (en) | Vacuum dewatering of desiccant brines | |
JPH11132505A (ja) | 空気調和装置 | |
JP2000065395A (ja) | 除湿空調装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20031216 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061003 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061030 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070501 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070510 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070814 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070816 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100824 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120824 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120824 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130824 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |