JP2000249366A

JP2000249366A - ヒートポンプとそれを用いる除湿装置及び除湿方法

Info

Publication number: JP2000249366A
Application number: JP11047537A
Authority: JP
Inventors: Kensaku Maeda; 健作前田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ＣＯＰの高いヒートポンプ、除湿空調装置、
除湿方法。【解決手段】冷媒圧縮機２６０、圧縮冷媒から高温流
体Ｂにより熱を奪い冷媒を第１圧力下で凝縮させる第１
熱交換器２２０、凝縮冷媒を第２圧力に減圧する第１絞
り３６０、第２圧力下で第１流体Ａの熱により第１絞り
３６０で減圧された冷媒を蒸発させ冷媒から第２流体Ｃ
により熱を奪い凝縮する第２熱交換器３００、凝縮後に
冷媒を第３圧力に減圧する第２絞り２７０、第３圧力下
で低温流体Ａから熱を与えて第２絞り２７０で減圧した
冷媒を蒸発させる第３熱交換器２１０、第１絞り３６０
と第２熱交換器３００の間に第２圧力に減圧された冷媒
を冷媒液と冷媒ガスに分離する気液分離器３５０を備
え、冷媒圧縮機２６０は第１圧力と第３圧力の中間圧力
でガスを吸入する中間ポート２６０ａを有し、気液分離
器３５０で分離された冷媒ガスを中間ポート２６０ａに
吸入させるヒートポンプ、除湿装置、除湿方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプとそ
れを用いる除湿装置及び除湿方法に関し、特に熱交換器
を利用したエコノマイザを有する圧縮ヒートポンプとそ
のような圧縮ヒートポンプを用いる除湿装置及び除湿方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０に示すように、従来からヒートポ
ンプを熱源とした所謂デシカント空調システムがあっ
た。図１０の空調システムでは、ヒートポンプとして、
圧縮機２６０を用いた圧縮ヒートポンプＨＰが用いられ
ている。この空調システムは、デシカントロータ１０３
により水分を吸着される処理空気Ａの経路と、加熱源に
よって加熱されたのち前記水分吸着後のデシカントロー
タ１０３を通過してデシカント中の水分を脱着して再生
する再生空気Ｂの経路を有し、水分を吸着された処理空
気とデシカントロータ１０３のデシカント（乾燥剤）を
再生する前かつ加熱源により加熱される前の再生空気と
の間に顕熱熱交換器１０４を有する空調機と、圧縮ヒー
トポンプＨＰとを有し、前記圧縮ヒートポンプＨＰの高
熱源を加熱源として前記空調機の再生空気を加熱器２２
０で加熱してデシカントの再生を行うとともに、圧縮ヒ
ートポンプの低熱源を冷却熱源として冷却器２１０で前
記空調機の処理空気の冷却を行うものである。

【０００３】そして、この空調システムでは、圧縮ヒー
トポンプＨＰがデシカント空調機の処理空気の冷却と再
生空気の加熱を同時に行うよう構成したことで、圧縮ヒ
ートポンプＨＰに外部から加えた駆動熱によって圧縮ヒ
ートポンプＨＰが処理空気の冷却効果を発生させ、さら
にヒートポンプ作用で処理空気から汲み上げた熱と圧縮
ヒートポンプＨＰの駆動熱を合計した熱でデシカントの
再生が行えるため、外部から加えた駆動エネルギの多重
効用化を図ることができ、高い省エネルギ効果が得られ
る。また、顕熱熱交換器１０４と加熱器２２０との間の
再生空気とデシカントロータ１０３を出た再生空気との
熱交換器１２１が設けられ、さらに省エネルギー効果を
高めている。

【０００４】ここで、図１１の湿り空気線図を参照して
図１０に示されるデシカント空調機の作用を説明する。
図１１中、アルファベットＫ〜Ｐ、Ｑ〜Ｘで、空気の状
態を示す。この記号は、図１０のフロー図中に丸で囲ん
だアルファベットに対応する。

【０００５】図１１において、空調空間１０１からの処
理空気（状態Ｋ）は、デシカントロータ１０３でデシカ
ントにより水分を吸着されて絶対湿度を下げるととも
に、デシカントの吸着熱により乾球温度を上げて状態Ｌ
に到り、さらに顕熱熱交換器１０４で、絶対湿度一定の
まま冷却され状態Ｍの空気になり、冷却器２１０に入
る。ここでさらに絶対湿度一定で冷却されて状態Ｎの空
気になり、加湿器１０５により加湿されることにより乾
球温度を下げて状態Ｐの空気となり、空調空間１０１に
戻される。一方、状態Ｑの外気が顕熱熱交換器１０４に
送られ、ここで処理空気を冷却することにより自身は加
熱されて状態Ｒになり、熱交換器１２１に入り、さらに
加熱されて状態Ｓに、そして加熱器２２０で加熱され状
態Ｔになり、デシカントロータ１０３でデシカントを再
生することにより自身は絶対湿度が高く、乾球温度は下
がって状態Ｕとなり、熱交換器１２１で再生空気を加熱
することにより自身は乾球温度を下げて状態Ｖの空気と
なって排気ＥＸされる。

【０００６】さらに、図１２のモリエ線図を参照して図
１０に示される圧縮ヒートポンプＨＰの作用を説明す
る。図１２に示すのは冷媒ＨＦＣ１３４ａのモリエ線図
である。点ａは冷却器２１０で蒸発した冷媒の状態を示
し、飽和ガスの状態にある。圧力は４．２ｋｇ／ｃｍ
² 、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。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。この冷媒液は、膨張弁２７０で減圧され、温度１
０℃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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来のヒ
ートポンプによれば、単位重量当たりの冷媒の冷却効果
を示すエンタルピ差は、冷媒の蒸発圧力における飽和ガ
ス線のエンタルピと凝縮圧力における飽和液線のエンタ
ルピとの差、即ち図１２の例では１４８．８３−１２
２．９７＝２５．８６ｋｃａｌ／ｋｇであり、必ずしも
大きくはないので、圧縮ヒートポンプＨＰの成績係数Ｃ
ＯＰが低くならざるを得なかった。またそのようなヒー
トポンプを用いるデシカント空調機（除湿装置）もまた
ＣＯＰが低くならざるを得なかった。

【０００８】そこで本発明は、ＣＯＰの高いヒートポン
プとそれを用いる除湿装置及び除湿方法を提供すること
を目的としている。

【０００９】

【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に係る発明によるヒートポンプは、例えば
図１に示されるように、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機２６
０と；冷媒圧縮機２６０で圧縮された冷媒から高温流体
Ｂにより熱を奪って該冷媒を第１の圧力下で凝縮させる
第１の熱交換器２２０と；第１の熱交換器２２０で凝縮
した冷媒を第２の圧力に減圧する第１の絞り３６０と；
前記第２の圧力下で第１の流体Ａからの熱により第１の
絞り３６０で減圧された冷媒を蒸発させ、前記蒸発させ
た後に前記冷媒から第２の流体Ｃにより熱を奪って該冷
媒を凝縮させる第２の熱交換器３００と；第２の熱交換
器３００で凝縮した後に前記冷媒を第３の圧力に減圧す
る第２の絞り２７０と；前記第３の圧力下で、低温流体
Ａから熱を与えて、第２の絞り２７０で減圧した冷媒を
蒸発させるように構成された第３の熱交換器２１０と；
第１の絞り３６０と第２の熱交換器３００との間に、前
記第２の圧力に減圧された前記冷媒を冷媒液と冷媒ガス
とに分離する気液分離器３５０とを備え；冷媒圧縮機２
６０は、前記第１の圧力と前記第３の圧力との中間の圧
力でガスを吸入する中間ポート２６０ａを有し、気液分
離器３５０で分離された冷媒ガスを中間ポート２６０ａ
に吸入させるように構成されたこと特徴とする。典型的
には、気液分離器３５０で分離された冷媒液は、第２の
熱交換器３００に流されるように構成される。

【００１０】このように構成すると、第２の熱交換器を
備え、第２の熱交換器は、第１の流体例えば処理空気を
冷媒の蒸発により冷却し、蒸発した冷媒を第２の流体例
えば外気により冷却して凝縮するように構成されている
ので、伝熱係数の高い蒸発伝熱と凝縮伝熱を利用できる
ため、高い熱伝達率をもって第１の流体と第２の流体と
の伝熱を達成できる。また、第１の流体と第２の流体と
の伝熱を冷媒を介して行うので、ヒートポンプの構成要
素の配置が容易になる。また気液分離器を備えるので、
ここで分離した冷媒ガスを圧縮機の中間ポートに導くこ
とができる。したがって、冷媒サイクルをいわゆるエコ
ノマイザサイクルとして構成することもできる。

【００１１】さらに低温流体を第１の流体例えば処理空
気とすれば、処理空気を第２の熱交換器で冷却した後
に、第３の熱交換器でさらに冷却することができる。

【００１２】また、気液分離器３５０で分離された冷媒
液を、第２の熱交換器としての処理空気冷却器３００、
特に第１の流体流路としての蒸発セクション２５１に流
すように構成するときは、蒸発により例えば処理空気を
冷却するために処理空気冷却器３００に流入させる冷媒
を液相を主体とするようにでき、また例えば外気により
凝縮させる冷媒の気相分を一様にすることができる。

【００１３】さらに請求項２に記載のように、気液分離
器３５０と中間ポート２６０ａとの間に第３の絞り２６
２を備えるようにしてもよい。このときは第３の絞り
で、第２の圧力と中間ポートの吸い込み圧力との差圧を
調整できる。

【００１４】さらに、請求項３に記載され、例えば図２
に示されるように、以上のヒートポンプでは、第２の熱
交換器３００は、前記第１の流体Ａを流す第１の区画３
１０と；前記第２の流体Ｃ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
る前記冷媒を流す第１の流体流路２５１と；第２の区画
３２０を貫通する、第２の流体Ｃと熱交換する前記冷媒
を流す第２の流体流路２５２とを備え；前記冷媒は、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前記
冷媒は前記第２の圧力下で蒸発し、第２の流体流路２５
２の流路側伝熱面では前記冷媒はほぼ前記第２の圧力下
で凝縮するように構成してもよい。

【００１５】このように構成すると、冷媒は第１の流体
流路２５１から第２の流体流路２５２に貫通して流れ、
全体として一方向に流れるので伝熱係数が高い。

【００１６】前記目的を達成するために、請求項４に係
る発明による除湿装置は、図１に示されるように、請求
項１乃至請求項３のいずれかに記載のヒートポンプＨＰ
１と；第２の熱交換器３００に対して第１の流体Ａの流
れの上流側に設けられ、第１の流体Ａ中の水分を吸着す
るデシカントを有する水分吸着装置１０３とを備える。

【００１７】このように構成すると、第２の熱交換器に
対して第１の流体の流れの上流側に設けられ、第１の流
体Ａ中の水分を吸着するデシカントを有する水分吸着装
置とを備えるので、デシカントで水分を吸着された第１
の流体を第２の熱交換器で冷却することができる。

【００１８】さらに水分吸着装置１０３は、前記第１の
熱交換器２２０に対して、前記高温流体の下流側に設け
られ、前記高温流体によりデシカントに含まれる水分を
脱着するように構成してもよい。このときは、第１の熱
交換器で加熱された高温流体によりデシカントを再生す
ることができる。

【００１９】前記目的を達成するために、請求項５に係
る発明による流体の除湿方法は、例えば図１の熱交換器
２２０により、第１の圧力で冷媒を凝縮させる第１工程
と；例えば絞り３６０により、前記第１の圧力で凝縮し
た冷媒を第２の圧力に減圧して冷媒の一部を蒸発させる
第２工程と；前記第２工程で蒸発した一部の冷媒ガスと
残りの冷媒液とを、例えば気液分離器３５０で、分離す
る第３工程と；前記分離した冷媒液を、例えば第１の流
体流路２５１（図２）において、ほぼ前記第２の圧力下
で蒸発させて、その蒸発する冷媒で第１の流体を冷却す
る第４工程と；前記第４工程で蒸発した冷媒ガスを、例
えば第２の流体流路２５２（図２）において、ほぼ前記
第２の圧力下で凝縮させる第５工程と；前記第５工程で
凝縮した冷媒を、例えば絞り２７０で、第３の圧力に減
圧する第６工程と；前記第６工程で減圧した冷媒を、例
えば熱交換器２１０で、蒸発させて前記第１の流体Ａを
冷却する第７工程と；前記第７工程で蒸発した冷媒ガス
を、例えば圧縮機２６０により、前記第１の圧力まで昇
圧する第８工程と；前記第３工程で分離した冷媒ガス
を、前記第８工程で昇圧される冷媒ガスと、例えば圧縮
機の中間ポート２６０ａにおいて、前記昇圧途中で合流
させる第９工程と；前記第１の流体中の水分を、例えば
水分吸着装置１０３のデシカントで吸着する第１０工程
と；前記第１工程で凝縮する冷媒により高温流体Ｂを加
熱し、該加熱された高温流体で、前記第１０工程で水分
を吸着したデシカントから水分を脱着して該デシカント
を再生する第１１工程とを備える。典型的には第１の流
体は除湿空調装置の処理空気であり、高温流体は再生空
気である。

【００２０】このように構成すると、気液分離工程とし
ての第３工程を備え、分離した冷媒液を蒸発させて第１
の流体を冷却する第４工程と、第４工程で蒸発した冷媒
ガスを凝縮させる第５工程とを備えるので、熱伝達率の
高い蒸発伝熱と凝縮伝熱を利用できる。また気液分離工
程で分離された冷媒ガスを第８工程で昇圧される冷媒ガ
スと昇圧途中で合流させる第９工程とを備えるので、い
わゆるエコノマイザサイクルを実現できる。

【００２１】

【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あるいは類似
符号を付し、重複した説明は省略する。

【００２２】図１を参照して、本発明の第１の実施の形
態である圧縮ヒートポンプＨＰ１及びヒートポンプＨＰ
１を含んで構成される本発明の第２の実施の形態である
除湿空調装置（空調システム）の構成を説明する。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１０１
を快適な環境に維持するものである。

【００２３】図中、空調空間１０１から処理空気Ａの経
路に沿って、処理空気を循環するための送風機１０２、
デシカントを充填した水分吸着装置としてのデシカント
ロータ１０３、本発明の第２の熱交換器としての処理空
気冷却器３００、第３の熱交換器としての冷媒蒸発器
（処理空気から見れば冷却器）２１０とこの順番で配列
され、そして空調空間１０１に戻るように構成されてい
る。

【００２４】また、屋外ＯＡから再生空気Ｂの経路に沿
って、デシカントロータ１０３に入る前の再生空気と後
の再生空気とを熱交換する熱交換器１２１、第１の熱交
換器としての冷媒凝縮器（再生空気から見れば加熱器）
２２０、デシカントロータ１０３、再生空気を循環する
ための送風機１４０、熱交換器１２１とこの順番で配列
され、そして屋外に排気ＥＸするように構成されてい
る。

【００２５】また、屋外ＯＡから冷却流体としての外気
Ｃの経路に沿って、処理空気冷却器３００、冷却流体を
循環するための送風機１６０がこの順番で配列され、そ
して屋外に排気ＥＸするように構成されている。

【００２６】冷媒蒸発器２１０から冷媒の経路に沿っ
て、冷媒蒸発器で蒸発してガスになった冷媒を圧縮する
圧縮機２６０、冷媒凝縮器２２０、絞り３６０、気液分
離器３５０、処理空気冷却器３００、絞り２７０がこの
順番で配列され、そして再び冷媒蒸発器２１０に戻るよ
うになっている。

【００２７】ここで圧縮機２６０は、冷媒蒸発器２１０
における蒸発圧力と冷媒凝縮器２２０における凝縮圧力
との中間圧力を与える中間ポート２６０ａを備えてお
り、気液分離器３５０と該中間ポート２６０ａとは冷媒
ガス配管３４０で接続されている。気液分離器３５０と
該中間ポート２６０ａとの間の冷媒ガス配管３４０に
は、絞り２６２が挿入配置されている。このようにし
て、ヒートポンプＨＰ１が構成されている。

【００２８】デシカントロータ１０３は、図１３に示す
ように回転軸ＡＸ回りに回転する厚い円盤状のロータと
して形成されており、そのロータ中には、気体が通過で
きるような隙間をもってデシカントが充填されている。
例えばチューブ状の乾燥エレメント１０３ａを、その中
心軸線が回転軸ＡＸと平行になるように多数束ねて構成
している。このロータ１０３は回転軸ＡＸ回りに一方向
に回転するように構成されている。また、処理空気Ａの
流路と再生空気Ｂの流路とは、回転軸ＡＸを含む平面を
含み、デシカントロータ１０３の厚さ方向表面に端部が
近接して設けられた仕切り板で分離されており、処理空
気Ａと再生空気Ｂとが回転軸ＡＸに平行に流れ込み流れ
出るように構成されている。このように、各乾燥エレメ
ント１０３ａは、ロータ１０３が回転するにつれて、処
理空気Ａ及び再生空気Ｂと交互に接触するように配置さ
れている。

【００２９】なお図１３では、デシカントロータ１０３
の外周部の一部を破断して示してある。図ではデシカン
トロータ１０３の外周部と乾燥エレメント１０３ａの一
部に隙間があるかのように図示されているが、実際には
乾燥エレメント１０３ａは束になって円盤全体にぎっし
りと詰まっている。

【００３０】このような装置において、典型的には処理
空気Ａ（図中白抜き矢印で示す）と再生空気Ｂ（図中黒
塗りつぶし矢印で示す）とは、回転軸ＡＸに平行に、そ
れぞれ円形のデシカントロータ１０３のほぼ半分の領域
を、対向流形式で流れるように構成されている。

【００３１】デシカントは、粒状にしてチューブ状の乾
燥エレメント１０３ａ中に充填してもよいし、チューブ
状乾燥エレメント１０３ａそのものをデシカントで形成
してもよいし、乾燥エレメント１０３ａにデシカントを
塗布してもよいし、乾燥エレメント１０３ａを多孔質の
材料で構成し、その材料にデシカントを含ませてもよ
い。乾燥エレメント１０３ａは、図示のように断面が円
形の筒状に形成してもよいし、六角形の筒状に形成し、
束ねて全体としてハニカム状に構成してもよい。いずれ
にしても、円盤状のロータ１０３の厚さ方向に、空気は
流れるように構成されている。

【００３２】熱交換器１２１としては、大量の再生空気
を通過させなければならないので、例えば図１４に示す
ように、低温の再生空気Ｂ１と高温の再生空気Ｂ２とを
直交して流す直交流型の熱交換器や、図１３のデシカン
トロータと類似した構造で、乾燥エレメントの代わりに
熱容量の大きい蓄熱材を充填した回転熱交換器を用い
る。このときは、図１３の処理空気Ａに低温再生空気Ｂ
１が、再生空気Ｂに高温再生空気Ｂ２が対応する。

【００３３】次に図２を参照して、ヒートポンプＨＰ１
に利用して好適な第２の熱交換器の構成の一例を説明す
る。図中、熱交換器３００は、第１の流体としての処理
空気Ａを流す第１の区画３１０と、第２の流体としての
冷却流体である外気Ｃ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。

【００３４】第１の区画３１０と第２の区画３２０及び
隔壁３０１を貫通して、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、２５１
Ｃとする。以下複数の蒸発セクションを個別に論じる必
要のないときは単に２５１という）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、２５
２Ｂ、２５２Ｃとする。以下複数の凝縮セクションを個
別に論じる必要のないときは単に２５２という）であ
る。

【００３５】図２に示す熱交換器の形態では、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。

【００３６】図２の熱交換器の形態では、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、凝縮セクションも図中上から２５２Ａ、２
５２Ｂ、２５２Ｃの順番で並んでいる。

【００３７】一方、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、冷却流体である外気Ｃ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。

【００３８】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２
５２を構成する熱交換チューブに、あるいは外気Ｃ中に
散布するように構成されている。

【００３９】また、第２の区画の第２の流体としての冷
却流体である外気Ｃ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。

【００４０】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、
即ち第２の圧力は、処理空気Ａの温度と冷却流体である
外気Ｃの温度とによって定まる。図２に示す熱交換器３
００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、処理空気と冷却流体としての外気との
間の熱交換効率が高い。

【００４１】ここで、熱交換効率φとは、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。

【００４２】蒸発セクション２５１、凝縮セクション２
５２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。

【００４３】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。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
ニウムまたは銅あるいはこれらの合金を用いるのが好ま
しい。

【００４４】図３を参照して、また構成については適宜
図１を参照して、第２の実施の形態である除湿空調装置
の作用を説明する。図３中、アルファベット記号Ｄ、
Ｅ、Ｋ〜Ｎ、Ｑ〜Ｘにより、各部における空気の状態を
示す。この記号は、図１のフロー図中で丸で囲んだアル
ファベットに対応する。

【００４５】先ず処理空気Ａの流れを説明する。図３に
おいて、空調空間１０１からの処理空気（状態Ｋ）は、
処理空気経路１０７を通して、送風機１０２により吸い
込まれ、処理空気経路１０８を通してデシカントロータ
１０３に送り込まれる。ここで乾燥エレメント１０３ａ
（図１３）中のデシカントにより水分を吸着されて絶対
湿度を下げるとともに、デシカントの吸着熱により乾球
温度を上げて状態Ｌに到る。この空気は処理空気経路１
０９を通して処理空気冷却器３００の第１の区画３１０
に送られ、ここで絶対湿度一定のまま蒸発セクション２
５１（図２）内で蒸発する冷媒により冷却され状態Ｍの
空気になり、経路１１０を通して冷却器２１０に入る。
ここでやはり絶対湿度一定でさらに冷却されて状態Ｎの
空気になる。この空気は、乾燥し冷却され、適度な湿度
でかつ適度な温度の処理空気ＳＡとして、ダクト１１１
を経由して空調空間１０１に戻される。

【００４６】次に再生空気Ｂの流れを説明する。図３に
おいて、屋外ＯＡからの再生空気（状態Ｑ）は、再生空
気経路１２４を通して吸い込まれ、熱交換器１２１に送
り込まれる。ここで排気すべき温度の高い再生空気（後
述の状態Ｕの空気）と熱交換して乾球温度を上昇させ状
態Ｒの空気になる。この空気は経路１２６を通して、冷
媒凝縮器（再生空気から見れば加熱器）２２０に送り込
まれ、ここで加熱されて乾球温度を上昇させ状態Ｔの空
気になる。この空気は経路１２７を通して、デシカント
ロータ１０３に送り込まれ、ここで乾燥エレメント１０
３ａ（図１３）中のデシカントから水分を奪い、即ち水
分を脱着しこれを再生して、自身は絶対湿度を上げると
ともに、デシカントの水分脱着熱により乾球温度を下げ
て状態Ｕに到る。この空気は経路１２８を通して、再生
空気を循環するための送風機１４０に吸い込まれ、経路
１２９を通して熱交換器１２１に送り込まれ、先に説明
したように、デシカントロータ１０３に送り込まれる前
の再生空気（状態Ｑの空気）と熱交換して、自身は温度
を下げて状態Ｖの空気となり、経路１３０を通して排気
ＥＸされる。

【００４７】次に第２の流体としての冷却流体である外
気Ｃの流れを説明する。外気Ｃ（状態Ｑ）は、屋外ＯＡ
から経路１７１を通して処理空気冷却器３００の第２の
区画３２０に送り込まれる。ここでは先ず加湿器１６５
で水分を吸収し、等エンタルピ変化をして絶対湿度を上
げるとともに乾球温度を下げて、状態Ｄの空気となる。
状態Ｄは湿り蒸気線図のほぼ飽和線上にある。この空気
は、第２の区画３２０内でさらに散水パイプ３２５で供
給されスプレーされる水を吸収しつつ、凝縮セクション
２５２内の冷媒を冷却する。この空気は、ほぼ飽和線に
そって絶対湿度と乾球温度を上昇させ、状態Ｅの空気に
なり、経路１７２を通して、経路１７２の途中に設けら
れている送風機１６０により排気ＥＸされる。

【００４８】ここでさらに図３を参照して、加湿器１６
５、散水パイプ３２５の作用を説明する。以上のような
空調装置では、図３の湿り空気線図上に示す空気側のサ
イクルで判るように、該装置のデシカントの再生のため
に再生空気に加えられた熱量をΔＨ、処理空気から汲み
上げる熱量をΔｑ、圧縮機の駆動エネルギーをΔｈとす
ると、ΔＨ＝Δｑ＋Δｈである。この熱量ΔＨによる再
生の結果得られる冷房効果ΔＱは、水分吸着後の処理空
気（状態Ｌ）と熱交換させる外気（状態Ｑ）の温度が低
いほど大きくなる。即ち図中ΔＱ−Δｑが大きくなるほ
ど大きくなる。したがって、冷却流体としての外気に散
水等するのは冷房効果を高めるのに有用である。図３中
で、状態Ｌと状態Ｍとの中間に位置する状態Ｍ’と、状
態Ｍと状態Ｎとの中間に位置する状態Ｎ’として示した
点は、気化加湿器１６５と散水パイプ３２５を用いない
場合の、それぞれ状態Ｍ、状態Ｎの位置を概念的に示し
たものである。

【００４９】ここで図１に戻って、ヒートポンプＨＰ１
の構成と作用を説明する。図中、冷媒圧縮機２６０によ
り圧縮された冷媒ガスは、圧縮機２６０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２
２０に導かれるように構成されている。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。

【００５０】加熱器２２０の冷媒出口は、熱交換器３０
０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３
６０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。

【００５１】加熱器（冷媒側から見れば冷却器あるいは
凝縮器）２２０から第１の圧力をもって出た、液冷媒は
第１の絞りとしての膨張弁３６０で第２の圧力まで減圧
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、その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。

【００５２】蒸発セクション２５１と凝縮セクション２
５２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。

【００５３】凝縮セクション２５２の出口側は、凝縮セ
クション２５２Ａ、Ｂ、Ｃを集合するヘッダに接続さ
れ、そのヘッダは冷媒液配管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
第２の圧力下で凝縮した冷媒液は、絞り２７０で第３の
圧力に減圧され膨張して温度を下げて、冷却器２１０に
入り蒸発し、その蒸発熱で第１の流体あるいは低温流体
としての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。

【００５４】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。

【００５５】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を通して圧縮機２６０の
中間ポート２６０ａに流れる。気液分離器３５０の冷媒
ガスの出口付近には、不図示のエリミネータを設けても
よい。冷媒液は、気液分離器３５０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。

【００５６】なお主として冷媒の種類と第１の流体の温
度と第２の流体の温度とによって定まる第２の圧力に対
応する圧力になるように、中間ポート２６０ａの圧力を
定める。即ち圧縮機２６０における中間ポート２６０ａ
の位置を定める。この両者の圧力がほぼ同一であれば、
図１に示す第３の絞り２６２は不要である。

【００５７】しかしながら一般に、第１の流体としての
処理空気の温度は、空調空間１０１の空調負荷、その中
の人間の好みによって変化させる必要があり、また第２
の流体としての外気の温度は季節によって、また１日の
時間によっても変化する。したがって、これらの変化に
柔軟に対応するためには、中間ポート２６０ａの吸い込
み圧力は、第２の圧力として考えられる最低の圧力と同
じに、あるいはそれよりも僅かに低くなるように設計
し、両者の圧力差を補償するために第３の絞り２６２を
用いる。絞り２６２は、図中ではオリフィスであるもの
として示してあるが、絞り度を調節できる手動弁、自動
調節弁であってもよい。自動調節弁の場合は、不図示の
例えば第２の圧力を設定された値に調節する調節器から
の信号を受信して、作動するようにしてもよい。

【００５８】図４のモリエ線図を参照して、図１の空調
システム中の本発明の第１の実施の形態であるヒートポ
ンプＨＰ１の作用をさらに説明する。図４は、冷媒ＨＦ
Ｃ１３４ａ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。

【００５９】図中、点ａは図１の冷媒蒸発器２１０の冷
媒出口の状態であり、飽和ガスの状態にある。第１の圧
力としての蒸発圧力は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で吸込み、第２の圧力まで圧縮
した状態、即ち中間ポート２６０ａの圧力での状態が点
ｋで示されている。この状態は圧力は４０℃の飽和圧力
である。ここで流れの圧力損失は無視するものとする。
また図４（ａ）は、第３の絞り２６２が無い場合、ある
いは絞りとしての調節弁が全開の場合を示している。

【００６０】点ｋの状態の冷媒ガスと、後述のように中
間ポート２６０ａから圧縮機に流入する点ｈの状態の飽
和ガスとが混合し、点ｍの状態のガスとして、圧縮機２
６０によりさらに圧縮され、点ｂに到る。点ｂでは冷媒
ガスは、圧力が１９．３ｋｇ／ｃｍ² 、温度は約７５℃
であり、過熱ガスの状態にある。

【００６１】この冷媒ガスは、冷媒凝縮器２２０内で冷
却され、モリエ線図上の点ｃに到る。点ｃ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。

【００６２】点ｄの状態の冷媒液は、絞り３６０で減圧
され気液分離器３５０に流入し点ｓに到る。点ｓの状態
の冷媒ガスは、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上の飽和ガス線との交点ｈの
状態のガスと、飽和液線との交点ｅの状態の液とに分離
される。点ｈの状態の冷媒ガスは、配管３４０を介し
て、圧縮機２６０の中間ポート２６０ａに流入する。前
述のように、ここで点ｋの状態の冷媒ガスと混合し、点
ｍの状態のガスとなり、圧縮機２６０の中間ポート２６
０ａ以降の圧縮行程を受ける。

【００６３】ここで点ｓにおいては、冷媒液とガスとの
割合は、第２の圧力の等圧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（点ｓ）のエンタルピの差の
逆比となるのであるから、点ｅの状態の液の重量流量と
点ｈの状態のガスの重量流量との比は、線分ｓｈ：線分
ｅｓに等しい。また以下説明するように、点ｅの状態の
液が蒸発器２１０を経由して点ｋに到るのであるから、
点ｋの状態のガスの量は、点ｅの状態の液の量に等し
い。したがって、点ｍの等圧線上での位置は、線分ｈ
ｍ：線分ｍｋ＝線分ｓｈ：線分ｅｓである。

【００６４】気液分離器３５０で分離された点ｅの状態
の冷媒液は、第２の熱交換器である処理空気冷却器３０
０の蒸発セクション２５１に流入する。気液分離器３５
０と蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃとは、それぞれ冷
媒配管４３０Ａ、Ｂ、Ｃで接続されている。このように
して、蒸発セクション２５１Ａ、Ｂ、Ｃには、ほとんど
液だけが流入する。

【００６５】蒸発セクション２５１内で、前記第２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
っていてもよいし、一部の液が残っていてもよい（図４
（ａ）には一部の液が残っている状態を示してある）。

【００６６】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４０℃、エンタルピは１
１３．５１ｋｃａｌ／ｋｇである。点ｅと点ｇとは、ほ
ぼ一致している。冷媒が蒸発セクション２５１と凝縮セ
クション２５２とを流れるときの圧力損失分のずれが存
在するだけである。

【００６７】点ｇの冷媒液は、絞り２７０で、温度１０
℃の飽和圧力である（第３の圧力としての）４．２ｋｇ
／ｃｍ² まで減圧され、１０℃の冷媒液とガスの混合物
として冷媒蒸発器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。

【００６８】以上説明したように、処理空気冷却器３０
０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。

【００６９】さらに、圧縮機２６０、冷媒凝縮器（再生
空気加熱器）２２０、絞り３６０、２７０及び冷媒蒸発
器２１０を含む圧縮ヒートポンプとしては、気液分離器
３５０及び処理空気冷却器３００を設けない場合は、冷
媒凝縮器２２０における点ｄの状態の冷媒を、絞りを介
して冷媒蒸発器２１０に戻すため、冷媒蒸発器２１０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、気液
分離器３５０及び処理空気冷却器３００を設けた本実施
の形態で用いるヒートポンプＨＰ１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著しく（１５％前後も）小さくする
ことができる。いわゆるエコノマイザサイクルである。
即ち、気液分離器３５０及び処理空気冷却器３００を設
けるので、高い熱伝達率をもって処理空気と外気との熱
交換ができる上に、所要動力を大幅に低減することがで
きる。

【００７０】ここで圧縮機２６０は、多段圧縮機（遠心
圧縮機であるか往復動圧縮機であるかを問わない）であ
れば、段間に中間ポート２６０ａをとることによって以
上のようなサイクルを実現できる。また単段圧縮機であ
っても、後述のような方法で中間ポート２６０ａをとっ
て以上のようなサイクルを実現できる。

【００７１】以上説明したように、本発明の実施の形態
では気液分離器３５０を備えるので、熱交換器３００の
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の流体であ
る処理空気の冷却は均一になり、また凝縮セクション２
５２Ａ、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。

【００７２】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３００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３００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。

【００７３】次に図４（ｂ）に示すモリエ線図の一部抽
出図（点ｈ及び圧縮機２６０による圧縮行程付近のみを
抽出）を参照して、第３の絞り２６２が設けられている
場合のモリエ線図を説明する。第２の圧力と圧縮機の中
間ポート２６０ａの吸い込み圧力を考えると、第２の圧
力は主として第１の流体である処理空気及び第２の流体
である外気の温度で支配される。このとき処理空気及び
外気の温度で定まる圧力よりも、中間ポート２６０ａの
圧力が高いと、気液分離器３５０から中間ポート２６０
ａへの冷媒ガスの流れが生じない。したがって圧縮機２
６０の構造（中間ポート２６０ａの開口位置）で定まる
中間ポート圧力は、処理空気及び外気の温度で定まる圧
力よりも低くなるように設計する必要がある。このよう
にして設定された両者の圧力差（ｈ−ｈ’）は、冷媒経
路３４０に設けられたオリフィス、手動弁、調節弁等の
絞り２６２により補償される。

【００７４】また万一中間ポート２６０ａの圧力が第２
の圧力よりも高くなったとしても中間ポート２６０ａ側
から気液分離器３５０側への冷媒ガスの逆流が生じない
ように気液分離器３５０から中間ポート２６０ａ向きの
（不図示の）逆止弁を設けるのが好ましい。

【００７５】図４（ｂ）において、点ｈの状態の冷媒ガ
スは、中間ポート２６０ａの圧力まで絞り２６２により
等エンタルピで減圧され、点ｈ’に到り、圧縮機２６０
の前半部で圧縮された点ｋ’の状態のガスと混合して点
ｍ’の状態のガスとなる。そして圧縮されて点ｂに到
る。このような設計をしておけば、処理空気あるいは外
気の温度が多少変動しても、処理空気と外気の安定した
熱交換サイクルとエコノマイザサイクルの運転が可能で
ある。

【００７６】次に図５を参照して、第３の実施の態様で
あるヒートポンプＨＰ２を組み込んだ第４の実施の形態
の除湿空調装置を説明する。処理空気冷却器３００ｂの
第２の区画に流す冷却流体として水を用いる点を除け
ば、第１、第２の実施の形態と構成及び作用は同様であ
る。図中、屋外に設置された冷却塔４７０で、夏場で約
３２℃に冷却された冷却水が、冷却塔４７０の底部に接
続された冷却水配管４７１を通して、冷却水ポンプ４６
０の吸込口に導かれ、その吐出口に接続された冷却水配
管４７２を通して、処理空気冷却器３００ｂの第２の区
画３２０に送り込まれる。

【００７７】処理空気冷却器３００ｂの第２の区画３２
０では、熱交換チューブに直交するように設けられた邪
魔板をぬって、冷却水は熱交換チューブの外側をチュー
ブに直交して流れる。第２の区画３２０の冷却水出口に
は冷却水配管４７３が接続されており、処理空気冷却器
３００ｂで温度が上昇した冷却水を冷却塔４７０に戻す
ように構成されている。このようにして、図１の第１、
第２の実施の形態においては、外気により凝縮セクショ
ンで冷媒を凝縮させたのに対して、第３、第４の実施の
形態では、冷却水により凝縮セクションで冷媒を凝縮さ
せている。ヒートポンプＨＰ２の冷媒サイクルは、図４
と同様であるので重複した説明は省略する。

【００７８】次に、図６の表を参照して、本発明の第２
の実施の形態である除湿空調装置の運転モードと各機器
の作動を説明する。表に示されるように、第２の実施の
形態の除湿空調装置は、冷房運転モードと除湿運転モー
ドの運転が可能である。冷房運転モードでは、デシカン
トロータ１０３、送風機１０２、送風機１４０、送風機
１６０、水スプレイ３２５、圧縮機２６０の全てが、運
転されまたは作動している。冷却流体、冷媒等の流れは
既にこれまでに説明した通りである。

【００７９】除湿モードでは、デシカントロータ１０
３、送風機１０２、送風機１４０、圧縮機２６０は、運
転されているが、送風機１６０は停止され、水スプレイ
３２５は作動していない。このときは、図１において、
冷却流体である外気Ｃが流れておらず、水も第２の区画
３２０に散布されないので、絞り３６０と絞り２７０の
間で冷媒からほとんど熱が奪われない。もっともこのと
きは、第２の圧力は圧縮機２６０の中間ポート２６０ａ
の吸い込み圧力で決まるので、処理空気はその吸い込み
圧力に対応する温度により冷却されるが、その冷却にあ
ずかって蒸発した冷媒も膨張弁２７０を介して蒸発器２
１０に送られるので、結局処理空気は蒸発器２１０のみ
で冷却された場合とあまり変わらないことになる。

【００８０】したがって、図３の湿り空気線図で考えれ
ば、状態Ｌと状態Ｍとの間の冷却がほとんどなくなり、
処理空気はデシカントロータ１０３により除湿された後
に冷媒蒸発器２１０による冷却がされるだけになるの
で、処理空気の空調空間に戻される状態は、状態Ｋと比
べて絶対湿度が低く、乾球温度は状態Ｋとあまり変わら
ない状態となる。即ちこの運転モードは、基本的に除湿
運転モードである。なお、図５の第３、第４の実施の形
態では、冷却水ポンプ４６０を停止すれば、以上説明し
たのと同様な除湿運転モードが可能である。また除湿運
転モードでも気液分離器３５０は作動するので、エコノ
マイザサイクルは有効である。

【００８１】図７に、図１のフローを有する第１の実施
の形態であるヒートーポンプＨＰ１を含んで構成される
第２の実施の形態である除湿空調装置の典型的な機械的
配置の例を示す。この機械的配置では、熱交換器３００
は、デシカントロータ１０３の鉛直方向上方、冷却器２
１０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３００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１０
３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。

【００８２】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、圧縮機２６０の中間ポート２６０ａに導か
れ、ここで圧縮機２６０に吸入される。

【００８３】図８を参照して、本発明の実施の形態に使
用して好適な圧縮機としてスクロール圧縮機を用いた場
合の具体例を説明する。本図は、スクロール圧縮機の回
転軸の軸線方向に見た断面図である。スクロール圧縮機
は、２つの渦巻きの組合せによって流体の圧縮やポンプ
作用を行うものである。図中、渦巻き状のスクロール２
６０ｄは不図示のケーシングに相対的に固定された固定
スクロールである。別の渦巻き状の揺動スクロール２６
０ｃが、固定スクロール２６０ｄに、両者の中心をほぼ
一致させて組み立てられている。そのほぼ中心に位置す
る、不図示のケーシングに吐き出し口２６０ｂが設けら
れている。

【００８４】揺動スクロール２６０ｃは、固定スクロー
ル２６０ｄに接して揺動運動する。その接っする位置２
箇所と２つのスクロールの間には三日月状の圧縮室２６
０ｅが形成される。この圧縮室２６０ｅは、揺動スクロ
ールの揺動運動によって、次第に容積を減じながら周辺
部から中心部、即ち吐き出し口２６０ｂに向かって移動
する。その結果流体は圧縮され、吐き出し口２６０ｂか
ら排出される。三日月状の圧縮室は、同一形状のものが
対で形成され、中央部で合体する。揺動スクロール２６
０ｃの運動によって周辺部で流体の吸入が行われ、三日
月状の圧縮室２６０ｅが形成されることによって吸入行
程が完了する。スクロールの巻数は通常３巻前後であ
り、この場合は３対の圧縮室が形成されることになる。
流体の流れは、一方向で、吸入・圧縮・吐き出しが連続
的に行われる。スクロールの形状は、円のインボリュー
トや円弧を組み合わせたものである。スクロール圧縮機
に用いられる渦巻きの枚数を増やせば増やすほど、一回
転当たりの脈動幅が小さくなる。

【００８５】図中、破線で示す中間ポート２６０ａは、
不図示のケーシングの周辺部と中央部との中間の位置に
設けられている。この位置は、欲しい中間圧力に応じて
定めればよい。中央部に近くすればするほど中間圧力は
高くなる。

【００８６】以上説明したスクロール圧縮機は揺動式で
あるが、対のスクロールの両方が各々の中心回りに回転
して圧縮作用やポンプ作用を行う回転式であってもよ
い。この場合、例えばスクロール２６０ｃが、駆動軸に
連結された駆動スクロール、スクロール２６０ｄが、駆
動スクロール２６０ｃによって駆動される従動スクロー
ルとすればよい。このときも２つのスクロールの相対的
位置関係は、揺動式の場合と同じであるので重複した説
明は省略する。

【００８７】図９を参照して、本発明の実施の形態に使
用して好適な圧縮機としてスクリュー圧縮機を用いた場
合の具体例を説明する。本図は、スクリュー圧縮機の２
つのスクリューの噛み合い状態を示す一部断面斜視図で
ある。図中、スクリュー圧縮機２６１のスクリューを収
容するケーシング２６１ｈは、前面部分を切断除去して
示されている。

【００８８】図中、ケーシング２６１ｈの内部に、ねじ
れた歯形を持つ一対のロータ、凸形の歯形を有する雄ロ
ータ２６１ｃと、凹形の歯形を有する雌ロータ２６１ｄ
とが組み込まれている。各ロータはケーシング２６１ｈ
の両端にある軸受で平行に支持されている。無給油式の
場合は、両ロータ間の隙間を適正値に保ち、また互いに
接触することなく回転することができるように、軸端に
は同期歯車が配置される。

【００８９】図中矢印で示されているように、上側に配
置されている雄ロータ２６１ｃは図中左側から見て反時
計方向、下側に配置されている雌ロータ２６１ｄは時計
方向に回転するように構成されている。このとき、図中
右方向に吐き出し端２６１ｂが、左方向に吸い込み端２
６１ｇが位置する。またケーシングの左端に吸い込み口
２６１ｆが位置する。

【００９０】このような構成において、上述のような方
向にロータを回転させると、雄ロータ２６１ｃと雌ロー
タ２６１ｄとケーシング２６１ｈとで形成される空間
が、図中左から右に向かって、１’−１’から２’−
２’、３’−３’、４’−４’と、回転と共に増加す
る。この空間の増加に伴い、気体は吸い込み端側から空
間に吸い込まれる。十分に気体を吸い込んだ状態で、雄
雌ロータ間の空間は、吸い込み端と遮断されて回転を続
け、今度は吸い込んだ気体を圧縮する。

【００９１】このようにして、吸い込み、圧縮、吐き出
しの行程を次々に歯形が連続して行うので、トルク変動
や気体の流れの脈動が小さく、また回転体のバランスが
よいので振動が低く、高速回転に適し小型に構成するこ
とができる。

【００９２】このようなスクリュー圧縮機において、吐
出端２６１ｂと吸い込み端２６１ｇとの中間位置の、ケ
ーシング２６１ｈに中間ポート２６１ａ（破線で示す）
が設けられている。中間ポート２６１ａの圧力は、吸い
込み圧力と吐出圧力との中間のいずれかの圧力である。
ロータの軸方向のどの位置に配置するかによって中間ポ
ートの圧力を自由に選択することができる。このような
スクリュー圧縮機２６１を、図１または図５の圧縮機２
６０に代えて用いることができる。

【００９３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１の圧
力よりも減圧した第２の圧力下で冷媒を蒸発させ、また
凝縮する第２の熱交換器を備えるので、高い熱伝達率の
熱交換が行われ、さらに第２の圧力下で生じた冷媒ガス
を分離して圧縮機の中間ポートに吸入させるので、第２
の熱交換器の熱交換を安定させることができ、また冷媒
の単位量当たりのエンタルピ差を大きくでき、そのため
ＣＯＰが著しく改善されたヒートポンプを提供すること
が可能となる。

【００９４】また、そのようなヒートポンプを水分吸着
装置と組み合わせれば、ヒートポンプを水分吸着装置で
水分を吸着された第１の流体を冷却するのに利用するこ
とができ、著しく効率を高めた除湿装置を提供すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であるヒートポンプ
を含む、第２の実施の形態である除湿空調装置のフロー
チャートである。

【図２】図１のヒートポンプに使用して好適な熱交換器
の模式的断面図である。

【図３】図１の除湿空調装置の作動を説明する湿り空気
線図である。

【図４】第１の実施の形態であるヒートポンプのモリエ
線図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態であるヒートポンプ
を含む、第４の実施の形態である除湿空調装置のフロー
チャートである。

【図６】本発明の実施の形態である除湿空調装置の運転
モードと各機器の作動を示す表を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態である除湿空調装置
の実際の構造の例を示す模式的正面断面図である。

【図８】本発明の実施の形態に用いて好適なスクロール
圧縮機の模式的断面図である。

【図９】本発明の実施の形態に用いて好適なスクリュー
圧縮機の模式的一部断面斜視図である。

【図１０】従来の除湿空調装置のフローチャートであ
る。

【図１１】図１０に示す従来の除湿空調装置の作動を説
明する湿り空気線図である。

【図１２】図１０に示す従来の除湿空調装置に使用され
ているヒートポンプのモリエ線図である。

【図１３】デシカントロータの構造の一例を示す斜視図
である。

【図１４】直交流型熱交換器の一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０１空調空間１０２、１４０、１６０送風機１０３デシカントロータ１２１熱交換器１６５気化加湿器２１０冷媒蒸発器２２０冷媒凝縮器２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｃ蒸発セクション２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃ凝縮セクション２６０、２６１圧縮機２６２絞り２７０絞り３００、３００ｂ処理空気冷却器３１０第１の区画３２０第２の区画３２５散水パイプ３５０気液分離器３６０絞り４７０冷却塔５０１、５０２、５０３フィルターＨＰ１、ＨＰ２ヒートポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２５Ｂ 6/04 Ｆ２５Ｂ 6/04 ＢＦ２８Ｄ 21/00 Ｆ２８Ｄ 21/00 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を圧縮する冷媒圧縮機と；前記冷媒
圧縮機で圧縮された冷媒から高温流体により熱を奪って
該冷媒を第１の圧力下で凝縮させる第１の熱交換器と；
前記第１の熱交換器で凝縮した冷媒を第２の圧力に減圧
する第１の絞りと；前記第２の圧力下で第１の流体から
の熱により前記第１の絞りで減圧された冷媒を蒸発さ
せ、前記蒸発させた後に前記冷媒から第２の流体により
熱を奪って該冷媒を凝縮させる第２の熱交換器と；前記
第２の熱交換器で凝縮した後に前記冷媒を第３の圧力に
減圧する第２の絞りと；前記第３の圧力下で、低温流体
から熱を与えて、前記第２の絞りで減圧した冷媒を蒸発
させるように構成された第３の熱交換器と；前記第１の
絞りと前記第２の熱交換器との間に、前記第２の圧力に
減圧された前記冷媒を冷媒液と冷媒ガスとに分離する気
液分離器とを備え；前記冷媒圧縮機は、前記第１の圧力
と前記第３の圧力との中間の圧力でガスを吸入する中間
ポートを有し、前記気液分離器で分離された冷媒ガスを
前記中間ポートに吸入させるように構成されたことを特
徴とする；ヒートポンプ。
【請求項２】前記気液分離器と前記中間ポートとの間
に第３の絞りを備えることを特徴とする、請求項１に記
載のヒートポンプ。
【請求項３】前記第２の熱交換器は、前記第１の流体を流す第１の区画と；前記第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前記冷媒を流す第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
換する前記冷媒を流す第２の流体流路とを備え；前記冷
媒は、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
記冷媒は前記第２の圧力下で蒸発し、前記第２の流体流
路の流路側伝熱面では前記冷媒はほぼ前記第２の圧力下
で凝縮するように構成されていることを特徴とする；請
求項１または請求項２に記載のヒートポンプ。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
記載のヒートポンプと；前記第２の熱交換器に対して前
記第１の流体の流れの上流側に設けられ、前記第１の流
体中の水分を吸着するデシカントを有する水分吸着装置
とを備えることを特徴とする；除湿装置。
【請求項５】第１の圧力で冷媒を凝縮させる第１工程
と；前記第１の圧力で凝縮した冷媒を第２の圧力に減圧
して冷媒の一部を蒸発させる第２工程と；前記第２工程
で蒸発した一部の冷媒ガスと残りの冷媒液とを分離する
第３工程と；前記分離した冷媒液をほぼ前記第２の圧力
下で蒸発させて、その蒸発する冷媒で第１の流体を冷却
する第４工程と；前記第４工程で蒸発した冷媒ガスをほ
ぼ前記第２の圧力下で凝縮させる第５工程と；前記第５
工程で凝縮した冷媒を第３の圧力に減圧する第６工程
と；前記第６工程で減圧した冷媒を蒸発させて前記第１
の流体を冷却する第７工程と；前記第７工程で蒸発した
冷媒ガスを前記第１の圧力まで昇圧する第８工程と；前
記第３工程で分離した冷媒ガスを、前記第８工程で昇圧
される冷媒ガスと、前記昇圧途中で合流させる第９工程
と；前記第１の流体中の水分を、デシカントで吸着する
第１０工程と；前記第１工程で凝縮する冷媒により高温
流体を加熱し、該加熱された高温流体で、前記第１０工
程で水分を吸着したデシカントから水分を脱着して該デ
シカントを再生する第１１工程とを備えることを特徴と
する；流体の除湿方法。