JP4074487B2 - Dehumidifying air conditioner - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、除湿空調装置、特に動作係数(COP)の高い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15に示す。図15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に冷却する蒸発器204と、この露点温度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。これらの圧縮機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16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16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17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17において、符号K、L、Mは、図15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17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(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、本発明の第1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の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、上記熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられ、上記冷媒を減圧させ膨張させて上記冷媒の一部を蒸発させる第1の絞り手段と、上記熱交換手段の下流側の冷媒経路上に設けられ、上記冷媒を減圧させ膨張させて上記冷媒の一部を蒸発させる第2の絞り手段とを備え、上記第1の絞り手段における絞り作用を上記第2の絞り手段における絞り作用よりも大きくしたことを特徴とする除湿空調装置である。
【0010】
また、本発明の第2の態様は、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、上記熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられ、上記冷媒を減圧させ膨張させて上記冷媒の一部を蒸発させる第1の絞り手段と、上記熱交換手段の下流側の冷媒経路上に設けられ、上記冷媒を減圧させ膨張させて上記冷媒の一部を蒸発させる第2の絞り手段とを備え、上記第1の絞り手段における絞り作用を上記第2の絞り手段における絞り作用よりも大きくしたことを特徴とする除湿空調装置である。
【0011】
これらの場合において、上記第1の絞り手段及び/又は上記第2の絞り手段をオリフィス、キャピラリチューブ、又は膨張弁とすることができる。
【0012】
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処理空気を予冷でき、その予冷の熱を使って、蒸発器で露点温度に冷却した後に第2の熱交換手段において処理空気を加熱するようにすれば、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。
【0013】
また、熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられる第1の絞り手段における絞り作用を下流側の冷媒経路上に設けられる第2の絞り手段における絞り作用よりも大きくすることで、上流側の第1の絞り手段を通過する冷媒ガスを抑制して第1の熱交換手段における処理空気の冷却作用を高めると共に、第2の絞り手段によって熱交換手段内の冷媒経路に冷媒が滞留することを抑制して熱交換手段における熱交換効率を高めることができる。
【0014】
また、本発明の第2の態様においては、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TP1、出口温度をTP2、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。
【0015】
また、本発明の第3の態様の除湿空調装置は、例えば図2に示すように、冷媒を昇圧する昇圧機4と;前記冷媒を凝縮させて高熱源流体を加熱する凝縮器5と;前記冷媒を蒸発させて処理空気を露点温度まで冷却する蒸発器1と;凝縮器5と蒸発器1との間の冷媒経路中に設けられ、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前記処理空気を冷却する第1の熱交換手段21と;凝縮器5と蒸発器1との間の冷媒経路中に設けられ、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前記処理空気を加熱する第2の熱交換手段22と;第1の熱交換手段21と蒸発器1と第2の熱交換手段22とをこの順番で接続する処理空気経路と;前記熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられ、前記冷媒を減圧させ膨張させて前記冷媒の一部を蒸発させる第1の絞り手段11と;前記熱交換手段の下流側の冷媒経路上に設けられ、前記冷媒を減圧させ膨張させて前記冷媒の一部を蒸発させる第2の絞り手段12とを備え;第1の絞り手段11の上流側の乾き度が第2の絞り手段12の上流側の乾き度よりも小さくなるように構成される。
【0016】
第1、第2、第3の態様の除湿空調装置では、例えば図12、図13に示すように、第1の絞り手段412と第2の絞り手段413は絞り作用が連動して生じるように構成されてもよい。このように典型的には機械的に連動して絞り作用が生じるように構成されるが、これに限らず例えば電気的に連動するものであってもよい。
【0017】
また、上記除湿空調装置では、例えば図13に示すように、第1の絞り手段412と第2の絞り手段413は一体に構成され、1の駆動源420により駆動されるように構成してもよい。このように、一体とは典型的には機械的に一体を意味する。
【0018】
また、上記除湿空調装置では、例えば図13に示すように、第1の絞り手段412と第2の絞り手段413は、ニードル弁機構を有するようにしてもよい。
【0019】
ここで、第1、第2の絞り手段のニードル弁機構は、例えば図13に示すように、それぞれニードル412、413と該ニードルが着座する弁座402、403とを有し、第1の絞り手段412の弁座402の着座部分の直径d1が第2の絞り手段413の弁座403の着座部分の直径d2よりも小さいようにするとよい。
【0020】
また、例えば図13に示すように、第1、第2の絞り手段のニードル弁機構は、それぞれニードルと該ニードルが着座する弁座とを有し、第1の絞り手段のニードルの頂角α1が第2の絞り手段のニードルの頂角α2よりも小さいようにしてもよく、このときは第1の絞り手段の弁座の着座部分の直径d1が第2の絞り手段の弁座の着座部分の直径d2と同じか、逆に大きくてもよい場合もある。要は、両絞り手段のニードル弁が開くにつれて生じる開口の面積が、第1の絞り手段の方が、第2の絞り手段のそれよりも小さいければよい。したがって、第1の絞り手段の弁座の着座部分の直径が第2の絞り手段の弁座の着座部分の直径よりも大きくても、第1の絞り手段のニードル弁のニードルの頂角α1が、第2のそれα2に比べて十分に小さければよい。
【0021】
【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の実施の形態について図1乃至図6を参照して説明する。図1は本発明に係る空調システムの全体構成を示す図、図2は本発明の第1の実施の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。本実施の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。
【0022】
この除湿空調装置は処理空気をその露点温度に冷却して水分を除いた後に再熱して除湿する除湿運転ができる除湿空調装置である。ここで、「処理空気Aをその露点温度に冷却して除湿」というとき、処理空気Aは多少過冷却されることがあるがこのときは「露点温度以下に冷却して除湿」となるが、この概念も含むものとする。また露点温度に冷却されて水分が除かれた空気は当初の空気よりも露点温度が低下するので、当初の露点温度を基準にすると「露点温度以下に冷却して除湿」となるが、この概念も含む。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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とから構成されている。また、熱交換器2内において冷媒経路は第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61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62が形成されている。
【0026】
また、熱交換器2の第1の熱交換部21の上流側の冷媒経路42には第1の絞り手段としてのオリフィス11が配置され、第2の熱交換部22の下流側の冷媒経路43には第2の絞り手段としてのオリフィス12が配置されている。この上流側のオリフィス11の開口面積は下流側のオリフィス12の開口面積よりも小さくなっており、上流側のオリフィス11の絞り作用(減流作用)が下流側のオリフィス12の絞り作用よりも大きくなるように設定されている。
【0027】
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)。
【0028】
図3は、図2の除湿空調装置の熱交換器2における冷媒経路を示す拡大図である。蒸発セクション61と凝縮セクション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、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、凝縮セクション62d、蒸発セクション61d、蒸発セクション61e、凝縮セクション62eを有している。
【0029】
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とには、隔壁510と隔壁520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510、520を貫通して設けられている。
【0030】
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61dと蒸発セクション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、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62cと凝縮セクション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、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64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63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の内部を通過し、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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
凝縮器5を出た冷媒液は冷媒経路42に設けられたオリフィス11で減圧され膨張して一部の冷媒液が蒸発(フラッシュ)する。その液とガスの混合した冷媒は第1の熱交換部21の蒸発セクション61aに至り、ここで冷媒液は蒸発セクション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、気相を僅かに含む冷媒液であってもよい。蒸発セクション61aを流れる間に冷媒液が蒸発し、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。
【0034】
上述したように、蒸発セクション61aと凝縮セクション62aと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冷媒液)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。
【0035】
凝縮された冷媒液は、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及び凝縮セクション62d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繰り返しながら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。
【0036】
最後の凝縮セクション62eにおいて凝縮した冷媒液は、第2の熱交換部22の下流側に配置されたオリフィス12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。
【0037】
次に、本実施の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。
【0038】
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0.4MPa、温度は5℃、エンタルピは402kJ/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1.0MPaであり、過熱ガスの状態にある。
【0039】
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1.0MPa、温度は40℃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256kJ/kgである。
【0040】
この冷媒液は、オリフィス11で減圧されて等エンタルピ変化し、第1の熱交換部21の蒸発セクション61aに流入する。このときの状態は点eで示されており、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、本実施の形態では、0.4MPaと1.0MPaの間の値となる。
【0041】
蒸発セクション61a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62a及び62bに流入する。凝縮セクション62a及び62b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。
【0042】
点g1の状態の冷媒は、蒸発セクション61b及び61c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62c及び62dに流入する。凝縮セクション62c及び62d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、このときの冷媒の圧力は0.6MPa、温度は20℃、エンタルピは228kJ/kgである。同様に、更に蒸発セクション61d及び61e、凝縮セクション62eでの蒸発、凝縮を繰り返すが、図4のモリエ線図では、蒸発セクション61d及び61e、凝縮セクション62eを省略して、凝縮セクション62dがオリフィス12に接続してあるものとして示している。
【0043】
点g2の状態の冷媒液は、オリフィス12で等エンタルピ変化し、温度5℃の飽和圧力である0.4MPa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。
【0044】
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61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62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。
【0045】
ここで、昇圧機4、凝縮器5、オリフィス11、12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、オリフィスを介して蒸発器1に戻すため、蒸発器1で利用できるエンタルピ差は402−256=146kJ/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、402−228=174kJ/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%(=1−146/174)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。
【0046】
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。
【0047】
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61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。あるいは点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。
【0048】
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、オリフィス12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。
【0049】
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62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。
【0050】
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。
【0051】
上述したように、熱交換器2では、蒸発セクション61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62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61で蒸発した冷媒は、凝縮セクション62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。
【0052】
このように、本実施の形態においては、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。
【0053】
そして、本実施の形態では、上述したように、上流側のオリフィス11の開口面積が下流側のオリフィス12の開口面積よりも小さくなっており、上流側のオリフィス11の絞り作用が下流側のオリフィス12の絞り作用よりも大きくなるように設定されている。オリフィス11を冷媒ガスが通過してしまうと、この冷媒ガスが蒸発セクション61に流入して、ここで放熱してしまい蒸発セクション61における処理空気の冷却作用が下がってしまう。また、オリフィス12の開口面積を小さくすると(即ち、絞り作用を大きくすると)、オリフィス12の上流側に位置する熱交換器2内に冷媒が滞留することとなり、上述した蒸発セクション61と凝縮セクション62との間での相変化が円滑になされないこととなる。従って、本実施の形態においては、上流側のオリフィス11の開口面積を下流側のオリフィス12の開口面積よりも小さくすることとして、上流側のオリフィス11を通過する冷媒ガスを抑制して蒸発セクション61における処理空気の冷却作用を高めると共に、下流側のオリフィス12により熱交換器2内の冷媒経路に冷媒が滞留することを抑制して熱交換器2における熱交換効率を高めている。
【0054】
図6は、図2の除湿空調装置におけるオリフィス入口乾き度とオリフィスを通過し得る単位面積当たりの冷媒流量比との関係を示すグラフである。図6において、実線は圧力1.0MPa、即ち上流側のオリフィス11の入口を示しており、点線は圧力0.6MPa、即ち下流側のオリフィス12の入口を示している。図6に示すように、下流側のオリフィス12の開口面積を上流側のオリフィス11の開口面積の1/0.7倍から1/0.8倍、即ち1.25倍から1.43倍にすることが好ましい。
【0055】
なお、下流側のオリフィスと上流側のオリフィスとでは、それぞれの入口乾き度を同一とする必要はない。むしろ上流側のオリフィスの入口乾き度を下流側のオリフィスの入口乾き度よりも小さくするのが好ましい。例えば、前者を0.000〜0.002、後者を0.008〜0.010のようにする。この方が、熱交換器2内での蒸発と凝縮を確実に行うことができ、例えば冷媒液が熱交換器2内に滞留するのを防止しやすいからである。下流側のオリフィスと上流側のオリフィスとの絞り作用を適切に設定することにより、上流側と下流側のオリフィスの入口乾き度の関係を前記のようにすることができる。
【0056】
次に、本発明に係る除湿空調装置の第2の実施の形態について図7乃至図9を参照して詳細に説明する。図7は、本発明の第2の実施の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。なお、上述の第1の実施の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の実施の形態と同様である。
【0057】
本実施の形態における凝縮器5と蒸発器1とを接続する冷媒経路は、凝縮器5の下流側において複数列(図7においては3列)に分岐しており、分岐冷媒経路142〜144が形成されている。この分岐冷媒経路142〜144は、蒸発器1の上流側において1本の経路145に合流している。これらの分岐冷媒経路142〜144は、熱交換器102の第1の熱交換部121と第2の熱交換部122とをそれぞれ貫通しており、第1の熱交換部121内には、冷媒を蒸発させることによって第1の熱交換部121を流れる処理空気を冷却する蒸発セクション151が形成され、第2の熱交換部122内には、冷媒を凝縮させることによって第2の熱交換部122を流れる処理空気を加熱(再熱)する凝縮セクション152が形成されている。
【0058】
また、各分岐冷媒経路142〜144には、第1の熱交換部121の上流側にオリフィス111〜113がそれぞれ配置され、第2の熱交換部122の下流側にオリフィス114〜116がそれぞれ配置されている。この上流側のオリフィス111〜113の開口面積はそれぞれの経路における下流側のオリフィス114〜116の開口面積よりも小さくなっており、上流側のオリフィス111〜113の絞り作用(減流作用)が下流側のオリフィス114〜116の絞り作用よりも大きくなるように設定されている。
【0059】
図8は、図7の除湿空調装置の熱交換器102における分岐冷媒経路142〜144を示す拡大図である。蒸発セクション151と凝縮セクション152とを含んで構成される冷媒経路は、第1の熱交換部121と第2の熱交換部122とを交互に繰り返し貫通する。即ち、分岐冷媒経路142は、図8に示すように、凝縮器5側から順番に、蒸発セクション161a、凝縮セクション162a、凝縮セクション162b、蒸発セクション161b、蒸発セクション161c、凝縮セクション162cを有している。また同様に、分岐冷媒経路143は、蒸発セクション163a、凝縮セクション164a、凝縮セクション164b、蒸発セクション163b、蒸発セクション163c、凝縮セクション164cを有し、分岐冷媒経路144は、蒸発セクション165a、凝縮セクション166a、凝縮セクション166b、蒸発セクション165b、蒸発セクション165c、凝縮セクション166cを有している。
【0060】
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121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122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121と第2の熱交換部122との間には上述した蒸発器1が配置されている。第1の熱交換部121及び第2の熱交換部122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161aと凝縮セクション162a、蒸発セクション161bと凝縮セクション162b、蒸発セクション161cと凝縮セクション162c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167が設けられ、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161bと蒸発セクション161cの端部、蒸発セクション163bと蒸発セクション163cの端部、蒸発セクション165bと蒸発セクション165cの端部はそれぞれUチューブ168によって接続されている。同様に、凝縮セクション162aと凝縮セクション162bの端部、凝縮セクション164aと凝縮セクション164bの端部、凝縮セクション166aと凝縮セクション166bの端部もそれぞれUチューブ169によって接続されている。
【0061】
このような構成によって、例えば、冷媒経路142において、蒸発セクション161aから凝縮セクション162aに向かって流れた冷媒は、Uチューブ169により凝縮セクション162bに導かれる。凝縮セクション162bに導かれた冷媒は、更に蒸発セクション161bに流入し、Uチューブ168により蒸発セクション161cに導入され、更に凝縮セクション162c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121と第2の熱交換部122の内部を通過し、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。
【0062】
次に、各機器間の冷媒の流れについて図7及び図8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を出た冷媒液は分岐冷媒経路142〜144に分岐される。以下では、冷媒経路142を流れる冷媒を中心として説明し、他の冷媒経路143、144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。
【0063】
分岐冷媒経路142を流れる冷媒は、オリフィス111で減圧され膨張して一部の冷媒液が蒸発(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161aに至り、ここで冷媒液は蒸発セクション161a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161aには液相の冷媒が流入するが、蒸発セクション161aに流入する冷媒は、一部が気化した、気相を僅かに含む冷媒液であってもよい。蒸発セクション161aを流れる間に冷媒液が蒸発し、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。
【0064】
上述したように、蒸発セクション161aと凝縮セクション162a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161aにおいて蒸発した冷媒ガス(及び蒸発しなかった冷媒液)は凝縮セクション162aに流入する。凝縮セクション162aでは、蒸発器1で冷却除湿され、蒸発セクション161a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162bに流入する。冷媒は、凝縮セクション162b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。
【0065】
凝縮された冷媒液は、次の蒸発セクション161b及びこれに続く蒸発セクション161c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162c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。
【0066】
凝縮セクション162cにおいて凝縮した冷媒液は、第2の熱交換部122の下流側に配置されたオリフィス114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143、144を流れてきた冷媒と合流し、合流した冷媒は経路145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。
【0067】
次に、本実施の形態における除湿空調装置に含まれるヒートポンプHP2の作用について説明する。図9は図7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、図9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。
【0068】
図9において、点aは図7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0.4MPa、温度は5℃、エンタルピは402kJ/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1.0MPaであり、過熱ガスの状態にある。
【0069】
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1.0MPa、温度は40℃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256kJ/kgである。
【0070】
この冷媒液は分岐冷媒経路142〜144に分かれて熱交換器102に流入するが、まず、冷媒経路143を通る冷媒について説明する。冷媒経路143に流入した冷媒液は、オリフィス112で減圧されて等エンタルピ変化し、第1の熱交換部121の蒸発セクション163a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、本実施の形態では、0.4MPaと1.0MPaの間の値となる。
【0071】
蒸発セクション163a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164a及び164bに流入する。凝縮セクション164a及び164bでは、冷媒は第2の熱交換部122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。
【0072】
点g1の状態の冷媒は、蒸発セクション163b及び163c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164cに流入する。凝縮セクション164c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、このときの冷媒の圧力は0.6MPa、温度は20℃、エンタルピは228kJ/kgである。
【0073】
点g2の状態の冷媒液は、オリフィス115で等エンタルピ変化し、温度5℃の飽和圧力である0.4MPa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。
【0074】
同様に、冷媒経路142を通る冷媒は、オリフィス111、蒸発セクション、凝縮セクション、オリフィス114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144を通る冷媒は、オリフィス113、蒸発セクション、凝縮セクション、オリフィス116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。
【0075】
このように、熱交換器102内において、冷媒は蒸発セクション151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152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。
【0076】
ここで、昇圧機4、凝縮器5、オリフィス111〜116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102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、オリフィスを介して蒸発器1に戻すため、蒸発器1で利用できるエンタルピ差は402−256=146kJ/kgしかない。しかし、本発明に係る熱交換器102を設けた場合には、402−228=174kJ/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%(=1−146/174)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。
【0077】
本実施の形態における湿り空気線図は、上述した第1の実施の形態における図5に示す湿り空気線図と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0078】
上述したように、熱交換器102では、蒸発セクション151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152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151で蒸発した冷媒は、凝縮セクション152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。
【0079】
このように、本実施の形態においては、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。
【0080】
そして、本実施の形態では、上述したように、各冷媒経路142〜144における上流側のオリフィス111〜113の開口面積は下流側のオリフィス114〜116の開口面積よりも小さくなっており、上流側のオリフィス111〜113の絞り作用が下流側のオリフィス114〜116の絞り作用よりも大きくなるように設定されている。第1の実施の形態において説明したように、このように上流側のオリフィス111〜113の開口面積を下流側のオリフィス114〜116の開口面積よりも小さくすることとして、上流側のオリフィス111〜113を通過する冷媒ガスを抑制して蒸発セクション151における処理空気の冷却作用を高めると共に、下流側のオリフィス114〜116により熱交換器102内の分岐冷媒経路に冷媒が滞留することを抑制して熱交換器2における熱交換効率を高めている。
【0081】
本実施の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。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。
【0082】
また、本実施の形態においては、凝縮器5の下流側において複数列に分岐した分岐冷媒経路142〜144が、蒸発器1の上流側において1本の経路145に合流している例を説明したが、分岐冷媒経路142〜144を蒸発器1の内部まで延ばし、蒸発器1の下流側で合流させることとしてもよい。
【0083】
また、第1及び第2の実施の形態においては、冷媒経路に設けられる絞り手段としてオリフィスを用いた例を説明したが、これに限られないことは言うまでもない。例えば、絞り手段としてキャピラリチューブや膨張弁を用いることもできる。以下、オリフィス以外の絞り手段を用いた例について説明する。
【0084】
図10は、上述した第1の実施の形態において、オリフィスの代わりにキャピラリチューブを用いた場合のフローを模式的に示す図である。オリフィスの代わりにキャピラリチューブを用いる場合には、上流側のキャピラリチューブ13の絞り作用(減流作用)が下流側のキャピラリチューブ14の絞り作用よりも大きくなるように設定する。例えば、キャピラリチューブ13、14の長さや内径などを変化させることによって、上流側のキャピラリチューブ13の絞り作用を下流側のキャピラリチューブ14の絞り作用よりも大きくすることができる。
【0085】
図11は、上述した第1の実施の形態において、オリフィスの代わりに膨張弁を用いた場合のフローを模式的に示す図である。オリフィスの代わりに膨張弁を用いる場合には、上流側に外部均圧式の温度膨張弁15を設け、下流側に定圧膨張弁16を設ける。これらの膨張弁は電子式のものであってもよい。膨張弁15は、蒸発器1の下流側の冷媒流路を流れる冷媒の温度と圧力とによって制御され、蒸発器1の下流側の冷媒流路を流れる冷媒がドライになるようにこの膨張弁15の開度が制御される。この場合において、下流側の膨張弁16は、その開口面積が上流側の膨張弁15の開口面積よりも大きくなるように制御され、上流側の膨張弁15の絞り作用が下流側の膨張弁16の絞り作用よりも大きくなるようになっている。
【0086】
これまで本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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ことは言うまでもない。
【0087】
図12のフロー図を参照して、第5の実施の形態を説明する。本実施の形態が、図2で説明した第1の実施の形態と異なる点は、絞り11と絞り12を一体型膨張弁400に置き換えたこと、及び中間熱交換器2を中間熱交換器302に置き換えたことである。但し、中間熱交換器としては本実施の形態においても第1の実施の形態と同様に中間熱交換器2を用いてもよい。
【0088】
図12は、本発明による第5の実施の形態である除湿空調装置のフロー図であり、ヒートポンプHP3を含んでいる。まず、本除湿空調装置の構成を説明するが、第1の実施の形態と重複した説明は省略する。
【0089】
図中、空調空間100から処理空気の経路に沿った構成は、熱交換器2が302に置き換えられた点、即ち第1の熱交換部21が321に第2の熱交換部22が322に置き換えられた点を除けば、第1の実施の形態と同じである。また、凝縮器5を通る冷却空気(外気)の経路については、第1の実施の形態と変わるところはない。したがって、説明を省略する。
【0090】
次に蒸発器1から冷媒の経路に沿って、ヒートポンプHP3の機器構成を説明する。図中蒸発器1、経路40、蒸発器1で蒸発してガスになった冷媒を圧縮する(昇圧する)昇圧機としての圧縮機4、経路41、凝縮器5までは、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、凝縮器5からの冷媒経路342は一体型膨張弁400に接続されている。一体型膨張弁400の構造については、後で断面図を参照して詳しく説明する。
【0091】
経路342は一体型膨張弁400を経由して経路342Aに導かれ、該経路342Aは、第1の熱交換部321の蒸発セクション361につながっている。蒸発セクション361は、連絡配管342Bによって第2の熱交換部322の凝縮セクション362に接続されている。
【0092】
凝縮セクション362の出口側は、経路343によって一体型膨張弁400に接続されている。経路343は、一体型膨張弁400を経由して経路344に導かれ、該経路344は、蒸発器1につながっている。このようにして、ヒートポンプHP3が構成されている。
【0093】
ここで、熱交換器302の構成は以下説明する点を除き、基本的には熱交換器2と同様である。
即ち、蒸発セクション361は、第1の熱交換部321中を蛇行するチューブで形成され、凝縮セクション362は第2の熱交換部322中を蛇行するチューブで形成されている点は、第1の実施の形態と同様である。
【0094】
但し、本実施の形態では、蒸発セクション361は第1の熱交換部321を複数回蛇行した後、配管342Bにより凝縮セクション362に接続されている。凝縮セクション362は第2の熱交換部322を複数回蛇行した後、経路343に接続される。
【0095】
このように蒸発セクション321と凝縮セクション322とを連続した伝熱チューブで形成し、蒸発セクション321を第1の熱交換部361内で複数回(1往復を超える1.5回以上、典型的には2回以上)十分に蛇行させた後に、即ち内部を流れる冷媒を蒸発させた後に、凝縮セクション362を第2の熱交換部322内で同様に複数回蛇行させる構成にすると、蒸発セクション321と凝縮セクション322を接続する配管342Bが1本乃至は最小限(2〜4本)の本数で足りるので、第1の熱交換部321と第2の熱交換部322とを離間して設置し易い。
【0096】
また、蒸発セクション361と凝縮セクション362との間で、第1の実施の形態ほどには蒸発と凝縮を頻繁に繰り返すことをしないので、蒸発セクション361内で十分に冷媒を蒸発させることができる。したがって、熱交換器302内に冷媒液が滞留するという問題が起こりにくいという利点がある。
【0097】
本実施の形態の除湿空調装置は、コントローラ451、経路40に設置された圧力センサ452及び温度センサ453を備える。圧力センサ452は経路40中の圧力即ち蒸発器1の蒸発圧力乃至は圧縮機4の吸込圧力を検出し、温度センサ453は、経路40中の温度即ち蒸発器1で蒸発した冷媒の温度を検出する。コントローラ451は、圧力センサ452及び温度センサ453で検出された圧力と温度に基いて、一体型膨張弁400を開閉制御する。経路40内の冷媒の過熱度、すなわち蒸発器1で蒸発した冷媒過熱度は、経路40中を流れる冷媒の圧力と温度の関数であるので、コントローラ451により、該過熱度が所望の値になるように冷媒流量を調節することができる。
【0098】
図13の断面図を参照して、一体型膨張弁400の構成と作用を説明する。一体型膨張弁400は、中空部であるスピンドル収納室405、406、407が形成された弁本体401と該中空部に収納されたスピンドル(弁体)411、弁本体401の一端に搭載され、スピンドル411をその軸線方向に移動させるステッピングモータ420を含んで構成されている。ステッピングモータ420はステータ421とロータ422を備え、ロータ422の回転軸線はスピンドル411の軸線と一致している。
【0099】
弁本体401は、円柱または角柱状のブロックで構成され、その内部には円筒形の中空部としてスピンドル収納室405、406、407が形成されている。各スピンドル収納室の円筒の中心軸線は一致している。またスピンドル収納室405、406は一体の室であり、後述のシール414Aで分離されているものである。
円筒形のスピンドル収納室407の内径は、スピンドル収納室405、406の内径よりも大きく形成されている。
【0100】
スピンドル411の先端には角度(頂角)α1のテーパを有する弁部412が形成され、逆の端には角度α2のテーパを有する弁部413が形成されている。弁部413が当たる弁本体側、スピンドル収納室406と407の境界部には、弁座403が形成され、弁部412が当たる弁本体側、スピンドル収納室405とスピンドル収納室405に経路342からの冷媒を導く導入路部との境界部には、弁座402が形成されている。
弁座402の直径はd1、弁座403の直径はd2である。本実施の形態では、d1<d2であり、α1=α2である。
【0101】
弁座402につながる前記導入路に冷媒を導くように、弁本体401に冷媒経路342が接続されている。また同様に、スピンドル収納室405から冷媒を導出するように、弁本体401に冷媒経路342Aが、スピンドル収納室406に冷媒を導くように、弁本体401に冷媒経路343が、スピンドル収納室407から冷媒を導出するように、弁本体401に冷媒経路344が、接続されている。
【0102】
スピンドル411の軸線方向中央部、弁部412と弁部413との間の円柱個所には、該円柱箇所の外径よりも大きな外径のシール部414が形成され、シール部414の外周にはOリング(オーリング)用の溝が掘られ、該溝にはシールとしてのOリング414Aが嵌められている。
【0103】
スピンドル411の軸線方向の弁部413側の端部には、スピンドル411軸線と一致するように駆動ねじ用の雌ねじが切られている。該雌ねじには、駆動ねじ(雄ねじ)423が噛合している。駆動ねじ423は、ステッピングモータ420のロータ422軸に連結されている。
【0104】
このような構成の一体型膨張弁400では、ステッピングモータ420が回転すると、駆動ねじ423が回転し、スピンドル411が軸線方向に移動する。スピンドル411は、駆動ねじ423とスピンドル収納室405、406の内面404によりガイドされる。スピンドル411の移動量は、ロータ422の回転量に対応する。ステッピングモータ420は、コントローラ451(図12参照)からの信号により、その回転量が定められる。またスピンドル411の移動量に応じて弁部412と弁部413における絞り開口面積が定まる。弁部412と弁部413は、スピンドル411に一体に形成されているので、各絞り開口面積は連動して変化する。
【0105】
即ち、両弁部による絞り作用は連動して生じる。言い換えれば、両弁部は一体に構成され、1の駆動源としてのステッピングモータ420により駆動される。また本実施の形態では、両弁部は、ニードル弁機構となっており、該ニードル弁機構では、弁部412の着座する弁座402の着座部分の直径d1が弁部413の着座する弁座403の着座部分の直径d2よりも小さい。したがって、スピンドル411が軸線方向に移動すると、弁部412の開口面積の増加分は、弁部413のそれよりも小さい。言い換えれば、弁部412の絞り作用は、弁部413の絞り作用よりも大きいという関係を維持しながら変化する。
【0106】
一体型膨張弁420では、スピンドル収納室405内の圧力は蒸発セクション361の圧力であり、スピンドル収納室406の圧力は凝縮セクション362の圧力である。したがって、両スピンドル収納室405、406の圧力はほぼ同じ(蒸発セクション361と凝縮セクション362との流れ損失分の差だけ)であるため、シール414Aのシール力はごく軽いもので差し支えない。
【0107】
本実施の形態によれば、一体型膨張弁400を使用するので、装置がコンパクトに構成できる。また絞り作用を連動して変化させることができるので、装置内の冷媒循環量を調節する際に、熱交換器302内に冷媒液が滞留しないように(適切な2相状態に維持できるように)、熱交換器302に流入する冷媒量と流出する冷媒量のバランスをとることができる。
【0108】
以上の例では、角度α1=α2として説明したが、頂角α1<α2にすると、d1=d2とすることもできるし、逆にd1>d2とすることもできる。そのようにすれば、弁部412と弁部413の配置を図13とは逆にすることができる。
要は、両弁部412、413が開くにつれて生じる開口の面積が、弁部412の方が弁部413の開口面積よりも小さければよい。
【0109】
以上、一体型膨張弁400は、図2または図12のように蒸発セクションと凝縮セクションが単列の経路で構成され、その経路に1個の一体型膨張弁を設置する場合で説明した。しかしながらこれに限らず、図7を参照して説明したように、凝縮器5の下流側において複数列に分岐した分岐冷媒経路142〜144のそれぞれに一体型膨張弁400を設けてもよいし、また分岐冷媒経路142〜144をさらに蒸発器1の内部まで延ばして蒸発器1の下流側で合流させる場合において、各分岐経路に一体型膨張弁400を設けてもよい。
【0110】
図14のフロー図を参照して、第6の実施の形態を説明する。なお第5の実施の形態と同様な部材の符号のほとんどは図示を省略してある。本実施の形態の除湿装置は、経路343と経路344との間にバイパス経路343Aを設けた点で、第5の実施の形態と異なる。バイパス経路343Aには、バイパス弁としてのソレノイドバルブ343Bが挿入配置されている。ソレノイドバルブ343Bは、コントローラ451と信号回路により接続されている。
【0111】
ソレノイドバルブ343Bを開とした場合は、弁部413(図13参照)をバイパスして冷媒が流れる。したがって、弁部413が絞り作用をしない(絞り度がゼロ)のと同じことになる。即ち、弁部413が実質的に絞りを形成しない状態である。このときは、弁部412が絞り作用を行い、熱交換器302は蒸発器1とほぼ同じ圧力で蒸発作用を行う。即ち、本装置は冷房空調装置として作用する。
【0112】
コントローラ451は、空調空間100からの処理空気に関する、不図示の湿度検出器(及び温度検出器)からの信号に基き除湿運転モードを選択すべきか冷房運転モードを選択すべきか判定し、その判定結果に従ってソレノイドバルブ343Bに開閉を指示する信号を送信する。即ち、湿度が高く温度(気温)が比較的低いときは除湿運転モードを選択し、ソレノイドバルブ343Bを閉じ、気温が高いときは冷房運転モードを選択し、ソレノイドバルブ343Bを開とする。もちろん、除湿と冷房のモード選択は、コントローラによらず、手動で設定するようにしてもよい。
【0113】
【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処理空気を予冷でき、その予冷の熱を使って、蒸発器で露点温度に冷却した後に第2の熱交換手段において処理空気を加熱するようにすれば、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。
また、熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられる第1の絞り手段における絞り作用を下流側の冷媒経路上に設けられる第2の絞り手段における絞り作用よりも大きくすることで、上流側の第1の絞り手段を通過する冷媒ガスを抑制して第1の熱交換手段における処理空気の冷却作用を高めると共に、第2の絞り手段によって熱交換手段内の冷媒経路に冷媒が滞留することを抑制して熱交換手段における熱交換効率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の実施の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】図2の除湿空調装置におけるオリフィス入口乾き度とオリフィスを通過し得る単位面積当たりの冷媒流量比との関係を示すグラフである。
【図7】本発明の第2の実施の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の除湿空調装置の熱交換器における分岐冷媒経路を示す拡大図である。
【図9】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10】本発明の第3の実施の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11】本発明の第4の実施の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12】本発明の第5の実施の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13】一体型膨張弁の断面図である。
【図14】本発明の第6の実施の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15】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16】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17】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、102、302 熱交換器
3、6 送風機
4 昇圧機
5 凝縮器
7 ドレンパン
10 室内機
11、111〜113 オリフィス(第1の絞り手段)
12、114〜116 オリフィス(第2の絞り手段)
13、14 キャピラリチューブ
15、16 膨張弁
20 室外機
21、121、321 第1の熱交換部
22、122、322 第2の熱交換部
30〜34 処理空気経路
40〜43、145 冷媒経路
61、151、361 蒸発セクション
62、152、362 凝縮セクション
63、64、168、169 チューブ
100 空調空間
142〜144 分岐冷媒経路
400 一体型膨張弁
344 バイパス経路
343B ソレノイドバルブ
451 コントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dehumidifying air conditioner, and more particularly, to a dehumidifying air conditioner having a heat pump having a high coefficient of operation (COP) and having 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. 15, a conventional dehumidifying air conditioner includes a
[0003]
FIG. 16 is a Mollier diagram of a heat pump HP when HFC134a is used as a refrigerant in a conventional dehumidifying air conditioner. In FIG. 16, point a indicates the state of the refrigerant evaporated by the
[0004]
The refrigerant gas in the state of point b is cooled in the
[0005]
The refrigerant liquid is depressurized by the
[0006]
FIG. 17 is a moist air diagram showing an air conditioning cycle in a conventional dehumidifying air conditioner. In FIG. 17, symbols K, L, and M correspond to the path states denoted by the respective symbols in FIG. As shown in FIG. 17, in the conventional dehumidifying air conditioner, the air (state K) from the conditioned
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional dehumidifying air conditioner described above, since the cooling amount to the dew point is large, about half 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 dehumidifying air conditioner having a high operating coefficient (COP) and a high dehumidifying capacity per energy consumption. To do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such problems in the prior art, a first aspect of the present invention includes a booster that pressurizes the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant and heats the high heat source fluid, and the refrigerant Is provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator, and the condensation pressure of the condenser and the evaporation pressure of the evaporator are First heat exchange means for evaporating the refrigerant at an intermediate pressure to cool the processing air, and provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator, the condensation pressure of the condenser and the evaporation A second heat exchange means for condensing the refrigerant with a pressure intermediate to the evaporation pressure of the evaporator to heat the processing air, the first heat exchange means, the evaporator, and the second heat exchange means. The processing air path connected in this order and the cooling air upstream of the heat exchange means. Provided on a path , Depressurize and expand the refrigerant to evaporate a part of the refrigerant Provided on a refrigerant path downstream of the first throttle means and the heat exchange means. , Depressurize and expand the refrigerant to evaporate a part of the refrigerant A dehumidifying air conditioner comprising a second throttle means, wherein the throttle action of the first throttle means is larger than the throttle action of the second throttle means.
[0010]
The second aspect of the present invention is a pressure booster for boosting the refrigerant, a condenser for condensing the refrigerant to heat the high heat source fluid, and evaporating the refrigerant to cool the processing air to a dew point temperature or lower. An evaporator, a branch refrigerant path branched into a plurality of rows between the condenser and the evaporator, and provided between the condenser and the evaporator and in the branch refrigerant path. A first heat exchange means for evaporating the refrigerant at a pressure intermediate between the condensation pressure of the evaporator and the evaporation pressure of the evaporator to cool the processing air, and the branch between the condenser and the evaporator A second heat exchange means provided in the refrigerant path for condensing the refrigerant at a pressure intermediate between the condensation pressure of the condenser and the evaporation pressure of the evaporator to heat the processing air; and the first heat The exchange means, the evaporator, and the second heat exchange means are connected in this order. A process air path provided on an upstream side of the refrigerant passage of the heat exchange means , Depressurize and expand the refrigerant to evaporate a part of the refrigerant Provided on a refrigerant path downstream of the first throttle means and the heat exchange means. , Depressurize and expand the refrigerant to evaporate a part of the refrigerant A dehumidifying air conditioner comprising a second throttle means, wherein the throttle action of the first throttle means is larger than the throttle action of the second throttle means.
[0011]
In these cases, the first throttling means and / or the second throttling means can be an orifice, a capillary tube, or an expansion valve.
[0012]
With this configuration, the processing air can be pre-cooled in the first heat exchange means before cooling in the evaporator, and the second heat exchange means is used after cooling to the dew point temperature in the evaporator using the pre-cooling heat. If the processing air is heated in
[0013]
Further, by making the throttling action in the first throttling means provided on the refrigerant path upstream of the heat exchanging means larger than the throttling action in the second throttling means provided on the downstream refrigerant path, the upstream side The refrigerant gas passing through the first throttling means is suppressed to enhance the cooling action of the processing air in the first heat exchanging means, and the second throttling means causes the refrigerant to stay in the refrigerant path in the heat exchanging means. And the heat exchange efficiency in the heat exchange means can be increased.
[0014]
Moreover, in the 2nd aspect of this invention, since the working temperature of a refrigerant | coolant can be changed in steps by providing a branched refrigerant path, it becomes possible to improve heat exchange efficiency. Here, when the heat exchanger inlet temperature of the high temperature fluid is TP1, the outlet temperature is TP2, the heat exchanger inlet temperature of the low temperature fluid is TC1, and the outlet temperature is TC2, the heat exchange efficiency φ is When focusing on the cooling of the fluid, that is, when the purpose of the heat exchange is cooling, φ = (TP1−TP2) / (TP1−TC1), when focusing on the heating of the low temperature fluid, that is, the heat exchange When the purpose is heating, it is defined as φ = (TC2−TC1) / (TP1−TC1).
[0015]
Further, as shown in FIG. 2, for example, the dehumidifying air conditioner according to the third aspect of the present invention includes a
[0016]
In the dehumidifying air conditioners of the first, second, and third modes, for example, as shown in FIGS. 12 and 13, the first throttling means 412 and the second throttling means 413 are generated in conjunction with the throttling action. It may be configured. As described above, the diaphragm is typically mechanically interlocked to generate a throttle action. However, the present invention is not limited thereto, and may be electrically interlocked, for example.
[0017]
In the dehumidifying air conditioner, for example, as shown in FIG. 13, the first throttle means 412 and the second throttle means 413 may be configured integrally and driven by one
[0018]
In the dehumidifying air conditioner, for example, as shown in FIG. 13, the first throttle means 412 and the second throttle means 413 may have a needle valve mechanism.
[0019]
Here, for example, as shown in FIG. 13, the needle valve mechanism of the first and second throttle means has
[0020]
For example, as shown in FIG. 13, the needle valve mechanisms of the first and second throttle means each have a needle and a valve seat on which the needle is seated, and the apex angle α1 of the needle of the first throttle means. May be smaller than the apex angle α2 of the needle of the second throttle means. In this case, the diameter d1 of the seat portion of the valve seat of the first throttle means is equal to the seat portion of the valve seat of the second throttle means. In some cases, the diameter d2 may be the same as or larger than the diameter d2. In short, it is only necessary that the area of the opening generated as the needle valves of both the throttling means are smaller in the first throttling means than in the second throttling means. Therefore, even if the diameter of the seat portion of the valve seat of the first throttle means is larger than the diameter of the seat portion of the valve seat of the second throttle means, the apex angle α1 of the needle of the needle valve of the first throttle means is As long as it is sufficiently smaller than the second α2.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of a dehumidifying air conditioner according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an air conditioning system according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram schematically showing a flow in a dehumidifying air conditioner according to a first embodiment of the present invention. The dehumidifying air conditioner in the present embodiment cools the air (treated air) in the air-conditioned
[0022]
This dehumidifying air conditioner is a dehumidifying air conditioner capable of dehumidifying operation in which the treated air is cooled to its dew point temperature to remove moisture and then reheated to dehumidify. Here, when "processing air A is cooled to its dew point temperature and dehumidified", the processing air A may be somewhat supercooled, but in this case, it is "cooled below dew point temperature and dehumidified" This concept is also included. In addition, air that has been cooled to the dew point temperature and dehydrated has a lower dew point temperature than the original air, so if you use the original dew point temperature as a reference, it will be `` cooled below the dew point temperature and dehumidified. '' Including.
[0023]
As shown in FIG. 1, the dehumidifying air conditioner basically includes an
[0024]
As shown in FIG. 2, the path through which the processing air flows (processing air path) includes a
[0025]
On the other hand, the refrigerant path includes a
[0026]
In addition, the
[0027]
Outside air OA as cooling air is introduced into the
[0028]
FIG. 3 is an enlarged view showing a refrigerant path in the
[0029]
Here, the first
[0030]
The ends of the
[0031]
As shown in FIGS. 1 and 2, a
[0032]
Next, the flow of the refrigerant between the devices will be described with reference to FIGS. The refrigerant gas compressed by the
[0033]
The refrigerant liquid exiting the
[0034]
As described above, since the evaporating
[0035]
The condensed refrigerant liquid flows into the
[0036]
The refrigerant liquid condensed in the
[0037]
Next, the effect | action of heat pump HP1 contained in the dehumidification air conditioning apparatus 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.
[0038]
In FIG. 4, a point a indicates the state of the refrigerant evaporated in the
[0039]
The refrigerant gas in the state of point b is cooled in the
[0040]
The refrigerant liquid is depressurized by the
[0041]
In the evaporating
[0042]
The refrigerant in the state of point g1 flows into the
[0043]
The refrigerant liquid in the state of the point g2 undergoes an isenthalpy change at the
[0044]
Thus, in the
[0045]
Here, when considered as a compression heat pump HP1 including the
[0046]
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.
[0047]
The processing air (state K) from the conditioned
[0048]
The processing air pre-cooled by the first
[0049]
The processing air in the state of the point L flows into the second
[0050]
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
[0051]
As described above, in the
[0052]
Thus, in the present embodiment, the same refrigerant is used as the heat transfer medium for the evaporator that cools the processing air to the dew point (below), the precooler that precools the processing air, and the reheater that performs reheating. Since the refrigerant system is simplified to a single unit and the pressure difference between the evaporator and the condenser can be used, circulation becomes active, and phase change is performed for heat exchange for precooling and reheating. Since the accompanying boiling phenomenon can be applied, the efficiency can be increased.
[0053]
In the present embodiment, as described above, the opening area of the
[0054]
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the orifice inlet dryness and the refrigerant flow rate ratio per unit area that can pass through the orifice in the dehumidifying air conditioner of FIG. In FIG. 6, the solid line indicates the pressure of 1.0 MPa, that is, the inlet of the
[0055]
Note that it is not necessary for the downstream orifice and the upstream orifice to have the same inlet dryness. Rather, the inlet dryness of the upstream orifice is preferably smaller than the inlet dryness of the downstream orifice. For example, the former is set to 0.000 to 0.002, and the latter is set to 0.008 to 0.010. This is because evaporation and condensation in the
[0056]
Next, a second embodiment of the dehumidifying air conditioner according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram schematically showing a flow in the dehumidifying air-conditioning apparatus according to the second embodiment of the present invention. 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 is the same as that of 1st Embodiment. .
[0057]
In the present embodiment, the refrigerant path connecting the
[0058]
In addition, in each of the
[0059]
FIG. 8 is an enlarged view showing
[0060]
Here, the first
[0061]
With such a configuration, for example, the refrigerant that has flowed from the
[0062]
Next, the flow of the refrigerant between the devices will be described with reference to FIGS. The refrigerant gas compressed by the
[0063]
The refrigerant flowing through the
[0064]
As described above, since the evaporating
[0065]
The condensed refrigerant liquid flows into the
[0066]
The refrigerant liquid condensed in the condensing section 162c is decompressed and expanded by the
[0067]
Next, the effect | action of heat pump HP2 contained in the dehumidification air conditioning apparatus in this Embodiment is demonstrated. FIG. 9 is a refrigerant Mollier diagram of the heat pump HP2 included in the dehumidifying air conditioner of FIG. In the diagram shown in FIG. 9, 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.
[0068]
In FIG. 9, the point a shows the state of the refrigerant evaporated in the
[0069]
The refrigerant gas in the state of point b is cooled in the
[0070]
The refrigerant liquid is divided into branched
[0071]
In the evaporating
[0072]
The refrigerant in the state of point g1 flows into the
[0073]
The refrigerant liquid in the state of the point g2 undergoes an isenthalpy change at the
[0074]
Similarly, the refrigerant passing through the
[0075]
In this way, in the
[0076]
Here, when considering as the compression heat pump HP2 including the
[0077]
Since the wet air diagram in the present embodiment is the same as the wet air diagram shown in FIG. 5 in the first embodiment described above, the description thereof is omitted here.
[0078]
As described above, in the
[0079]
Thus, in the present embodiment, the same refrigerant is used as the heat transfer medium of the evaporator that cools the processing air below the dew point, the precooler that precools the processing air, and the reheater that performs reheating. As a result, the refrigerant system is simplified to a single unit, and the pressure difference between the evaporator and the condenser can be utilized, so that circulation becomes active, and boiling with phase change in heat exchange for precooling and reheating. Since the phenomenon can be applied, the efficiency can be increased.
[0080]
In the present embodiment, as described above, the opening area of the upstream-
[0081]
In the present embodiment, the example in which the refrigerant paths are branched in three rows has been described. However, the present invention is not limited to this, and the refrigerant paths may be branched in any number of rows. Thus, by providing the refrigerant path branched into a plurality of rows, the working temperature of the refrigerant can be changed stepwise, so that the heat exchange efficiency can be increased.
[0082]
Further, in the present embodiment, an example has been described in which the branched
[0083]
In the first and second embodiments, the example in which the orifice is used as the throttle means provided in the refrigerant path has been described, but it is needless to say that the present invention is not limited to this. For example, a capillary tube or an expansion valve can be used as the throttle means. Hereinafter, an example using a throttle means other than the orifice will be described.
[0084]
FIG. 10 is a diagram schematically showing a flow when a capillary tube is used instead of the orifice in the first embodiment described above. When a capillary tube is used instead of the orifice, the throttle action (current reducing action) of the upstream
[0085]
FIG. 11 is a diagram schematically showing a flow when an expansion valve is used instead of the orifice in the first embodiment described above. When an expansion valve is used instead of the orifice, an external pressure equalizing
[0086]
Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that 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.
[0087]
The fifth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. This embodiment is different from the first embodiment described with reference to FIG. 2 in that the
[0088]
FIG. 12 is a flowchart of the dehumidifying air conditioner according to the fifth embodiment of the present invention, which includes a heat pump HP3. First, the configuration of the present dehumidifying air conditioner will be described, but the description overlapping with that of the first embodiment will be omitted.
[0089]
In the drawing, the configuration along the path of the processing air from the conditioned
[0090]
Next, the equipment configuration of the heat pump HP3 will be described along the path from the
[0091]
The
[0092]
The outlet side of the
[0093]
Here, the configuration of the
That is, the
[0094]
However, in this embodiment, the
[0095]
In this way, the
[0096]
Further, since the evaporation and condensation are not repeated as frequently between the
[0097]
The dehumidifying air conditioner of this embodiment includes a
[0098]
The configuration and operation of the integrated
[0099]
The
The inner diameter of the cylindrical
[0100]
A valve portion 412 having a taper of angle (vertical angle) α1 is formed at the tip of the
The diameter of the
[0101]
A
[0102]
A
[0103]
A female screw for a drive screw is cut at the end of the
[0104]
In the
[0105]
That is, the throttling action by both valve portions is generated in conjunction. In other words, both valve portions are integrally formed and driven by a stepping
[0106]
In the
[0107]
According to the present embodiment, since the integrated
[0108]
In the above example, the angle α1 = α2 has been described. However, when the apex angle α1 <α2, d1 = d2 can be set, or conversely, d1> d2. If it does so, arrangement | positioning of the valve part 412 and the
In short, the area of the opening generated as both the
[0109]
As described above, the integrated
[0110]
The sixth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. Note that most of the reference numerals of the same members as those in the fifth embodiment are omitted. The dehumidifying device of the present embodiment is different from the fifth embodiment in that a
[0111]
When the
[0112]
The
[0113]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the process air can be pre-cooled in the first heat exchange means before cooling in the evaporator, and the second heat is used to cool the dew point to the second temperature after cooling to the dew point temperature. If the processing air is heated in the heat exchange means, it is possible to provide a dehumidifying air conditioner with a small energy consumption per dehumidifying amount.
Further, by making the throttling action in the first throttling means provided on the refrigerant path upstream of the heat exchanging means larger than the throttling action in the second throttling means provided on the downstream refrigerant path, the upstream side The refrigerant gas passing through the first throttling means is suppressed to enhance the cooling action of the processing air in the first heat exchanging means, and the second throttling means causes the refrigerant to stay in the refrigerant path in the heat exchanging means. And the heat exchange efficiency in the heat exchange means can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an 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;
6 is a graph showing the relationship between the orifice inlet dryness and the refrigerant flow rate ratio per unit area that can pass through the orifice in the dehumidifying air conditioner of FIG. 2. FIG.
FIG. 7 is a diagram schematically showing a flow in the dehumidifying air conditioner according to the second embodiment of the present invention.
8 is an enlarged view showing a branch refrigerant path in the heat exchanger of the dehumidifying air conditioner of FIG.
FIG. 9 is a refrigerant Mollier diagram of a heat pump included in the dehumidifying air conditioner of FIG.
FIG. 10 is a diagram schematically showing a flow in a dehumidifying air conditioner according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram schematically showing a flow in a dehumidifying air conditioner according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram schematically showing a flow in a dehumidifying air conditioner according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of an integral expansion valve.
FIG. 14 is a diagram schematically showing a flow in a dehumidifying air conditioner according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram schematically showing a flow in a conventional dehumidifying air conditioner.
FIG. 16 is a refrigerant Mollier diagram of a heat pump included in a conventional dehumidifying air conditioner.
FIG. 17 is a moist air diagram showing an air conditioning cycle in a conventional dehumidifying air conditioner.
[Explanation of symbols]
1 Evaporator
2,102,302 heat exchanger
3, 6 Blower
4 Booster
5 Condenser
7 Drain pan
10 indoor units
11, 111-113 Orifice (first throttle means)
12, 114-116 Orifice (second throttle means)
13, 14 Capillary tube
15, 16 Expansion valve
20 Outdoor unit
21, 121, 321 First heat exchange section
22, 122, 322 second heat exchange section
30-34 Process air path
40-43, 145 Refrigerant path
61, 151, 361 Evaporation section
62, 152, 362 Condensation section
63, 64, 168, 169 tubes
100 Air-conditioned space
142-144 Branch refrigerant path
400 Integrated expansion valve
344 Bypass route
343B Solenoid valve
451 controller
Claims (8)
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まで冷却する蒸発器と;
前記凝縮器と前記蒸発器との間の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の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;
前記熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられ、前記冷媒を減圧させ膨張させて前記冷媒の一部を蒸発させる第1の絞り手段と;
前記熱交換手段の下流側の冷媒経路上に設けられ、前記冷媒を減圧させ膨張させて前記冷媒の一部を蒸発させる第2の絞り手段とを備え;
前記第1の絞り手段における絞り作用を前記第2の絞り手段における絞り作用よりも大きくしたことを特徴とする除湿空調装置。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 process air to a dew point;
A first cooling unit is provided in a refrigerant path between the condenser and the evaporator, and evaporates the refrigerant at a pressure intermediate between the condensation pressure of the condenser and the evaporation pressure of the evaporator to cool the processing air. Heat exchange means;
A second refrigerant passage disposed between the condenser and the evaporator, wherein the processing air is heated by condensing the refrigerant with a pressure intermediate between the condensation pressure of the condenser and the evaporation pressure of the evaporator; Heat exchange means;
A processing air path connecting the first heat exchange means, the evaporator, and the second heat exchange means in this order;
A first throttling means provided on a refrigerant path upstream of the heat exchanging means and depressurizing and expanding the refrigerant to evaporate a part of the refrigerant;
Provided on a refrigerant path on the downstream side of the heat exchange means, and a second throttle means for evaporating a part of the refrigerant by decompressing and expanding the refrigerant;
The dehumidifying air conditioner characterized in that the throttle action of the first throttle means is larger than the throttle action of the second throttle means.
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;
前記熱交換手段の上流側の冷媒経路上に設けられ、前記冷媒を減圧させ膨張させて前記冷媒の一部を蒸発させる第1の絞り手段と;
前記熱交換手段の下流側の冷媒経路上に設けられ、前記冷媒を減圧させ膨張させて前記冷媒の一部を蒸発させる第2の絞り手段とを備え;
前記第1の絞り手段における絞り作用を前記第2の絞り手段における絞り作用よりも大きくしたことを特徴とする除湿空調装置。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 process air to a dew point;
A branched refrigerant path that branches into a plurality of rows between the condenser and the evaporator;
The process air is provided between the condenser and the evaporator and in the branch refrigerant path, and evaporates the refrigerant at a pressure intermediate between the condensation pressure of the condenser and the evaporation pressure of the evaporator. First heat exchange means for cooling;
It is provided in the branch refrigerant path between the condenser and the evaporator, and condenses the refrigerant with a pressure intermediate between the condensation pressure of the condenser and the evaporation pressure of the evaporator to A second heat exchange means for heating;
A processing air path connecting the first heat exchange means, the evaporator, and the second heat exchange means in this order;
A first throttling means provided on a refrigerant path upstream of the heat exchanging means and depressurizing and expanding the refrigerant to evaporate a part of the refrigerant;
Provided on a refrigerant path on the downstream side of the heat exchange means, and a second throttle means for evaporating a part of the refrigerant by decompressing and expanding the refrigerant;
The dehumidifying air conditioner characterized in that the throttle action of the first throttle means is larger than the throttle action of the second throttle means.
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