JP2000329375A

JP2000329375A - 空調装置、空調冷凍システム及び空調装置の運転方法

Info

Publication number: JP2000329375A
Application number: JP11135422A
Authority: JP
Inventors: Kensaku Maeda; 健作前田; Yoshiro Fukasaku; 善郎深作
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高いシステム効率で空調することのできる空
調装置、空調冷凍システム及び空調装置の運転方法を提
供する。【解決手段】デシカントを有する水分吸着装置１０３
と、再生空気と第１の冷媒とを熱交換させる第１の熱交
換器２２０と、顕熱交換器１０４と、処理空気と第１の
冷媒とを熱交換させる第２の熱交換器２１０と、第１の
熱交換器と第２の熱交換器とに介在する第１の圧縮機２
６０と、第１の熱交換器と第２の熱交換器とに介在する
ジョイント熱交換器３０と、第１の圧縮機の吸込口２６
０Ａ及び吐出口２６０Ｂと、第１の熱交換器及び第２の
熱交換器とを選択的に接続する第１の切替装置２６５と
を備え、ジョイント熱交換器は、第２の冷媒が導入さ
れ、第１の冷媒と前記第２の冷媒との間で熱交換可能に
構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調装置、空調装
置と連結した空調冷凍システム及び空調装置の運転方法
に関し、特に空調空間を空調するデシカントを用いた除
湿空調装置と、その空調空間内部に設置された冷凍ケー
ス等に冷媒を供給する冷凍機系を併設する冷凍空調シス
テム、及びそのような空調装置の運転方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図８に示すように、従来から熱源として
ヒートポンプを所謂デシカント空調機と組合せた空調装
置があった。図８の空調装置では、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。この空調装置は、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Ａ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
Ｂとの間に顕熱交換器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で
は前記空調機の再生空気Ｂを高熱源としてこれを加熱器
２２０で加熱し、前記空調機の処理空気Ａを低熱源とし
て、これを冷却器２１０で冷却するものである。

【０００３】ここで、図９の湿り空気線図を参照して図
８に示されるデシカント空調機の作用を説明する。図９
中、アルファベットＫ〜Ｎ、Ｑ〜Ｕで、空気の状態を示
す。この記号は、図８のフロー図中に丸で囲んだアルフ
ァベットに対応する。

【０００４】図９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、空調空間１０１に戻される。一方、状態Ｑの外気が
送風機１４０により顕熱交換器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、次に加熱器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の
空気となって排気ＥＸされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のような、処理空
気をヒートポンプの低熱源とする従来のハイブリッドデ
シカント空調機では、空調負荷が顕熱負荷の小さい除湿
負荷を中心とするものである場合、処理空気から熱回収
できなかった。無理に熱回収すれば空調空間の温度が必
要以上に冷えてしまうという問題があった。このような
とき、デシカント再生後の再生空気から熱回収する方法
もあるが、システム効率が悪かった。

【０００６】また、例えばスーパーマーケットやコンビ
ニエンスストアのように、空調空間に冷凍ショーケース
等を有する冷凍機系を併設する施設では、施設全体のエ
ネルギー効率の改善が望まれていた。

【０００７】したがって本発明は、空調負荷が潜熱負荷
に対して顕熱負荷が小さくなることがあるような施設で
も高いシステム効率で空調することのできる空調装置、
空調冷凍システム及び空調装置の運転方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【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に係る発明による空調装置は、例えば図１
に示すように、処理空気中の水分を吸着し、再生空気で
水分を脱着されるデシカントを有する水分吸着装置１０
３と；前記デシカントを再生する再生空気経路中の水分
吸着装置１０３の上流側に設置され、前記再生空気と第
１の冷媒とを熱交換させる第１の熱交換器２２０と；前
記処理空気経路中の前記水分吸着装置１０３の下流側に
設置され、前記処理空気と前記第１の冷媒とを熱交換さ
せる第２の熱交換器２１０と；第１の熱交換器２２０と
第２の熱交換器２１０とに介在する第１の圧縮機２６０
と；第１の熱交換器２２０と第２の熱交換器２１０とに
介在するジョイント熱交換器３０と；第１の圧縮機２６
０の吸込口２６０Ａ及び吐出口２６０Ｂと、第１の熱交
換器２２０及び第２の熱交換器２１０とを選択的に接続
する第１の切替装置２６５とを備え；ジョイント熱交換
器３０は、第２の冷媒が導入され、前記第１の冷媒と前
記第２の冷媒との間で熱交換可能に構成される。

【０００９】さらに前記処理空気経路中の水分吸着装置
１０３の下流側、且つ前記再生空気経路中の第１の熱交
換器２２０の上流側に設置された顕熱交換器１０４を備
えるのが好ましい。このとき顕熱交換器１０４は前記処
理空気経路中の前記水分吸着装置１０３の下流側で、第
２の熱交換器２１０の上流側に設置されるのが好まし
い。

【００１０】このように構成すると、ジョイント熱交換
器を備えるので、第２の冷媒から第１の冷媒に熱を与え
ることができる。

【００１１】さらに請求項２に記載のように、請求項１
に記載の空調装置では、ジョイント熱交換器３０に液相
の前記第２の冷媒と気相の前記第２の冷媒とを選択的に
導入する、第２の切替装置２５Ａ、２５Ｂを備えるよう
にしてもよい。このときは、液相の第２の冷媒あるいは
気相の第２の冷媒から熱を得ることができる。

【００１２】この発明ではさらに、第１の切替装置２６
５と第２の切替装置２５Ａ、２５Ｂとを連動して切り換
えるコントローラを備えるのが好ましい。このように構
成すると、所望の運転モードに合わせて、第１の切替装
置と第２の切替装置とを自動的に切替設定することがで
きる。

【００１３】ここで、ジョイント熱交換器には、液相、
気相の第２の冷媒を選択的に導入するが、いずれも導入
しないとの選択をしてもよい。例えば冷房モードの運転
時である。

【００１４】前記目的を達成するために、請求項３に係
る発明による空調冷凍システムは、例えば図１に示すよ
うに、請求項１または請求項２に記載の空調装置１００
と；ジョイント熱交換器３０に第２の冷媒を供給する冷
凍機１０を備え；冷凍機１０は、前記第２の冷媒を圧縮
する第２の圧縮機１６と；第２の圧縮機１６が圧縮する
第２の冷媒を凝縮する凝縮器１５とを有し；ジョイント
熱交換器３０に選択的に導入される気相の冷媒は第２の
圧縮機１６を介して供給され、液相の冷媒は凝縮器１５
を介して供給されるように構成される。凝縮器１５とジ
ョイント熱交換器３０との間には受液器１７を備えても
よい。

【００１５】さらに請求項４に記載のように、請求項３
に記載の冷凍空調システムでは、凝縮器１５あるいはジ
ョイント熱交換器３０を介した液相の前記第２の冷媒を
蒸発させて被冷却物を冷却する、前記処理空気の供給さ
れる空間６０内に設置された冷媒蒸発器４１を備えるよ
うにしてもよい。冷媒蒸発器は例えば冷凍ショウケース
内の空気を冷却するものである。

【００１６】このように構成すると、冷媒蒸発器から汲
み上げた熱をジョイント熱交換器を介して第１の冷媒に
与えることができる。

【００１７】前記目的を達成するために、請求項５に記
載の空調装置の運転方法は、請求項２に記載の空調装置
の運転方法であって；第１の圧縮機の吐出口２６０Ｂを
第１の熱交換器２２０に接続し、第１の圧縮機の吸込口
２６０Ａを第２の熱交換器２１０に接続し；ジョイント
熱交換器３０に、液相の前記第２の冷媒を導入すること
を特徴とする。このようにすると、例えば除湿モードの
運転ができる。

【００１８】また請求項６に記載のように、第１の圧縮
機の吐出口２６０Ｂを第２の熱交換器２１０に接続し、
第１の圧縮機の吸込口２６０Ａを第１の熱交換器２２０
に接続し；ジョイント熱交換器３０に、気相の前記第２
の冷媒を導入するようにしてもよい。このようにする
と、例えば暖房モードの運転ができる。

【００１９】

【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。

【００２０】図１のフロー図を参照して、第１の実施の
形態である除湿空調装置の構成、除湿空調装置を含む空
調冷凍システムの構成、及び除湿空調装置の運転方法を
説明する。この空調装置１００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６０を快適な環境に維持するものである。
また、空調空間６０には冷凍ショーケース５０が設置さ
れており、冷凍ショーケース５０を冷凍するための冷凍
機１０が除湿空調装置１００とは別個に設置されてい
る。

【００２１】まず除湿空調装置１００について、処理空
気の流れの経路に沿って配置された構成機器を説明す
る。図中、戻り空気ＲＡ（空調空間６０からの経路は不
図示）は空調空間６０からの戻り空気である。機器は、
空調空間６０から処理空気Ａの経路に沿って、処理空気
Ａを循環するための送風機１０２、デシカントを充填し
たデシカントロータ１０３、処理空気Ａと外気である再
生空気Ｂとを熱交換する顕熱交換器１０４、第２の熱交
換器としての処理空気熱交換器２１０がこの順番で配列
され、そして空調空間６０に戻るように構成されてい
る。

【００２２】デシカントロータ１０３は、回転軸ＡＸ１
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
の乾燥エレメントを、その中心軸が回転軸ＡＸ１と平行
になるように多数束ねて構成している。このロータは回
転軸ＡＸ１回りに、電動機等の駆動機１０５により一方
向に回転し、また処理空気Ａと再生空気Ｂとが回転軸Ａ
Ｘ１に平行に流れ込み又流れ出るように構成されてい
る。各乾燥エレメントは、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
に構成される。

【００２３】乾燥エレメントは束になってデシカントロ
ータ１０３の円盤全体にぎっしりと詰まっている。一般
に処理空気Ａと再生空気Ｂとは、回転軸ＡＸ１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。

【００２４】顕熱交換器１０４は、本実施の形態ではデ
シカントロータ１０３と同様なロータ構造を有したロー
タリー熱交換器を用いている。ただし、ロータリー熱交
換器１０４では、デシカントの代わりに、熱容量が大き
くまた熱伝導率の高い金属製ハニカムを蓄熱体として充
填してある。ロータリー熱交換器１０４は、回転軸ＡＸ
２回りに、電動機等の駆動機（不図示）により一方向に
回転するように構成されている。別の実施の形態では、
ロータリー熱交換器１０４の代わりに、直交流型の熱交
換器を使用してもよい。

【００２５】次に再生空気Ｂの流れの経路に沿って配置
された構成機器を説明する。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に入る前であっ
て加熱される前の再生空気Ｂと処理空気Ａとを熱交換す
る顕熱交換器１０４、第１の熱交換器としての再生空気
熱交換器２２０、デシカントロータ１０３、再生空気Ｂ
を循環するための送風機１４０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】次に除湿空調装置１００の熱源であるヒー
トポンプＨＰ１に用いられている第１の冷媒の流れの経
路に沿って配置された構成機器を説明する。再生空気熱
交換器２２０と処理空気熱交換器２１０との間には、第
１の冷媒を圧縮する圧縮機２６０が設置されている。さ
らに圧縮機２６０の冷媒吸入口２６０Ａと冷媒吐出口２
６０Ｂとを、再生空気熱交換器２２０と処理空気熱交換
器２１０とに選択的に接続する第１の切替装置である４
方弁２６５が設けられている。４方弁２６５は、吸入口
２６０Ａとは冷媒経路２６２で、吐出口２６０Ｂとは冷
媒経路２６１で、再生空気熱交換器２２０とは冷媒経路
２０１で、処理空気熱交換器２１０とは冷媒経路２０６
で接続されている。

【００２７】図１は、４方弁が除湿モードの場合に設定
されている場合である。即ち、経路２６１が経路２０１
に、経路２６２が経路２０６に接続されている。したが
って圧縮機２６０で圧縮され吐出された冷媒は、再生空
気熱交換器２２０に送られ、圧縮機２６０には、処理空
気熱交換器２１０からの冷媒が吸入される。

【００２８】再生空気熱交換器２２０と処理空気熱交換
器２１０との間には、ジョイント熱交換器３０が設けら
れ、さらに再生空気熱交換器２２０とジョイント熱交換
器３０との間には、絞りである膨張弁２７０Ｂ１が設け
られ、ジョイント熱交換器３０と処理空気熱交換器２１
０との間には、絞りである膨張弁２７０Ａ１が設けられ
ている。膨張弁２７０Ｂ１にはチェッキ弁２７０Ｂ２が
並行して設けられている。チェッキ弁は１方向弁であ
り、流れを許す方向はジョイント熱交換器３０から再生
空気熱交換器２２０の方向である。再生空気熱交換器２
２０と膨張弁２７０Ｂ１乃至はチェッキ弁２７０Ｂ２と
は冷媒経路２０２で接続されており、膨張弁２７０Ｂ１
乃至はチェッキ弁２７０Ｂ２とジョイント熱交換器３０
とは冷媒経路２０３で接続されている。

【００２９】同様に、膨張弁２７０Ａ１にはチェッキ弁
２７０Ａ２が並行して設けられている。チェッキ弁２７
０Ａ２の流れを許す方向はジョイント熱交換器３０から
処理空気熱交換器２１０の方向である。ジョイント熱交
換器３０と膨張弁２７０Ａ１乃至はチェッキ弁２７０Ａ
２とは冷媒経路２０４で接続されており、膨張弁２７０
Ａ１乃至はチェッキ弁２７０Ａ２と処理空気熱交換器２
１０とは冷媒経路２０５で接続されている。

【００３０】なお、絞り２７０Ａ１、２７０Ｂ１は、減
圧弁であり、開度一定のオリフィス、キャピラリチュー
ブであってもよいが、図１の場合は冷媒温度により開度
を調節できる膨張弁を用いる場合で示してある。

【００３１】経路２０６には、その中を流れる冷媒の温
度を検出する温度センサ２７５Ａが取り付けられてお
り、温度センサ２７５Ａは膨張弁２７０Ｂ１に接続され
ている。膨張弁Ｂ１は温度センサ２７５Ａの検出する温
度に従って開度を調節できるようになっている。同様
に、経路２０１には、その中を流れる冷媒の温度を検出
する温度センサ２７５Ｂが取り付けられており、温度セ
ンサ２７５Ｂは膨張弁２７０Ａ１に接続されている。膨
張弁Ａ１は温度センサ２７５Ｂの検出する温度に従って
開度を調節できるようになっている。

【００３２】ジョイント熱交換器３０は、除湿空調装置
１００と後述の冷凍機系１０とを、熱的に結合（ジョイ
ント）するものであり、ヒートポンプＨＰ１の作動冷媒
である第１の冷媒を通す構成部３０Ａと、冷凍機系１０
の作動冷媒である第２の冷媒を通す構成部３０Ｂとを含
んで構成される。構造は、例えばシェルアンドチューブ
構造、プレート構造とする。

【００３３】シェルアンドチューブ構造の場合、例えば
構成部Ａがチューブ側であるとすれば、構成部３０Ｂは
シェル側になる。逆であってもよい。このようにして構
成部３０Ａを流れる流体と、構成部３０Ｂを流れる流体
とは、熱交換関係に置かれる。

【００３４】また蓄熱媒体（例えば水、その他ブライン
類）中にチューブバンドルを浸漬し、該蓄熱媒体を撹拌
したり、チューブバンドル間を循環させるように構成し
てもよい。このように構成すると、蓄熱媒体が伝熱媒体
として機能する他、もちろん蓄熱機能も有しているの
で、空調負荷と冷凍負荷との間の時間的アンバランスを
吸収することができる。

【００３５】次に冷凍機系１０の構成を説明する。冷凍
機のコンデンシングユニットは、作動媒体である第２の
冷媒を圧縮する圧縮機１６と、圧縮機１６で圧縮された
冷媒を凝縮する凝縮器１５と、凝縮器１５で凝縮された
第２の冷媒を収容する受液器１７とを備える。本実施の
形態では、凝縮器１５は空冷式であり、凝縮器１５に空
気を流すファン２０が、さらに備えられている。

【００３６】圧縮機１６から凝縮器１５への冷媒経路
は、途中で経路２３に分岐しており、経路２３には２方
弁２５Ａが設けられている。２方弁２５Ａは、経路２１
により、ジョイント熱交換器の構成部３０Ｂに接続され
ている。２方弁２５Ａと後述の３方弁２５Ｂ及びこれら
を接続する配管経路を含んで、本発明の第２の切替装置
が構成されている。

【００３７】受液器１７の下部からは冷媒（液）経路１
３が導出されており、３方弁２５Ｂの第１の口に接続さ
れ３方弁２５Ｂの第２の口は経路２４に接続され、経路
２４は経路２１に合流している。３方弁２５Ｂの第３の
口は、経路２２によりジョイント熱交換器３０の構成部
３０Ｂに接続されている。経路２２は、経路１１に分岐
しており、経路１１は後述の蒸発器４１に第２の冷媒を
送るように構成されている。

【００３８】一方、空調空間６０には、冷凍ショーケー
ス５０が設置されており、冷凍ショーケース５０には、
蒸発器４１が付属している。蒸発器４１には経路１１が
接続されており、経路１１には絞りである膨張弁４０が
設けられている。蒸発器４１と圧縮機１６とは、冷媒経
路１２で接続されている。経路１２は冷媒ガス配管であ
る。

【００３９】４方弁２６５、２方弁２５Ａ、３方弁２５
Ｂ、ファン２０を切替制御する制御装置として、コント
ローラ５０１が備えられており、各機器との間を電気的
に接続されている。但し電気的に限らず、空気圧による
ものであってもよい。

【００４０】コントローラ５０１には、運転モード毎に
第１の切替装置２６５、第２の切替装置２５Ａ、２５Ｂ
の切替設定態様が記憶されており、運転モードを指定す
ると、それに応じた位置に切り換える。また空調空間６
０の温度、湿度を検出器（不図示）で検出して、自動的
に運転モードを決めて切替を行うようにしてもよい。

【００４１】図４の湿り空気線図を参照して、また構成
については適宜図１を参照して、第１の実施の形態の除
湿モード運転の作用を説明する。図４中、アルファベッ
ト記号Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ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。

【００４２】先ず処理空気Ａの流れを説明する。図４に
おいて、空調空間６０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１０９を通してデシカントロータ１
０３に送り込まれる。ここで乾燥エレメント中のデシカ
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１１０を通して顕熱交
換器１０４に送られ、ここで絶対湿度一定のまま冷却さ
れ、状態Ｍの空気になり経路１１１を通して処理空気熱
交換器１１２に送られる。処理空気熱交換器１１２を通
過することにより状態Ｎの空気になり、空調空間６０に
戻される。湿り空気線図上で状態Ｍと状態Ｎとがほとん
ど重なっているのは、後述のように、除湿運転において
は処理空気熱交換器では冷媒がほとんど蒸発しないから
である。

【００４３】次に再生空気Ｂの流れを説明する。図４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、顕熱交換器１０４に
送り込まれる。ここで状態Ｌの処理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
１２５を通して、再生空気熱交換器２２０（除湿モード
運転では冷媒凝縮器、再生空気から見れば加熱器として
機能する）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
でデシカントから水分を奪いこれを再生して、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１２
８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を通して排気ＥＸされる。

【００４４】以上のように、処理空気では状態Ｋと状態
Ｍの温度差と湿度差が冷房効果であり、状態Ｋの高い絶
対湿度と状態Ｍの低い絶対湿度の差で除湿負荷を処理す
る。またこの実施の形態の除湿モード運転は、状態Ｋの
乾球温度と状態Ｍの乾球温度とは、ほとんど等しい。即
ち顕熱負荷が小さく、さらには殆どゼロ（または顕熱負
荷がマイナスであり）除湿負荷が大きい空調負荷に対処
するのに適する。

【００４５】また、再生空気では状態Ｒと状態Ｔとの温
度差（エンタルピ差）がヒートポンプの排熱に相当し、
これは圧縮ヒートポンプＨＰ１がジョイント熱交換器３
０で（場合によっては一部は冷媒蒸発器２１０で）回収
する熱Δｑと圧縮機２６０を駆動する駆動機の動力Δｈ
との合計に等しい。

【００４６】図１に戻り、ヒートポンプＨＰ１の冷媒系
統の作用を説明する。これは第１の実施の形態の空調装
置を除湿モードで運転する場合である。即ち、４方弁２
６５が、圧縮機２６０の吐出口２６０Ｂを再生空気熱交
換器２２０に接続し、処理空気熱交換器２１０を圧縮機
の吸入口２６０Ａに接続するように設定されている。

【００４７】圧縮機２６０が吐出する第１の冷媒は、経
路２６１、経路２０１を通して再生空気熱交換器２２０
に送られ、ここで再生空気により熱を奪われ凝縮する。
逆に再生空気は加熱される。

【００４８】再生空気熱交換器２２０で凝縮した冷媒
は、経路２０２を通して膨張弁２７０Ｂ１で減圧され一
部がフラッシュ（気化）し、経路２０３を通ってジョイ
ント熱交換器３０の構成部３０Ａに到り、ここで蒸発
し、構成部３０Ｂを流れる第２の冷媒を冷却する。蒸発
する第１の冷媒は、ここで第２の冷媒から熱を回収した
ことになる。膨張弁２７０Ｂ１と並列に設けられたチェ
ッキ弁２７０Ｂ２は、流れを許す方向がジョイント熱交
換器３０から再生空気熱交換器２２０の方向なので、冷
媒は全て膨張弁２７０Ｂ１を流れる。

【００４９】構成部３０Ａで蒸発した冷媒は、経路２０
４を通り、膨張弁２７０Ａ１及び並列に設けられたチェ
ッキ弁２７０Ａ２を介して、さらに経路２０５を通って
処理空気熱交換器２１０に到る。膨張弁２７０Ａ１と並
列に設けられたチェッキ弁２７０Ａ２は、流れを許す方
向がジョイント熱交換器３０から処理空気熱交換器２１
０の方向なので、冷媒はほとんど圧力損失なくチェッキ
弁２７０Ａ２の方を流れる。但し、冷媒は膨張弁２７０
Ａ１を漏れて流れてもよい。

【００５０】処理空気熱交換器２１０を介した第１の冷
媒は、経路２０６を通って、４方弁２６５を介して、圧
縮機２６０の吸入口２６０Ａに到り、以上のサイクルを
繰り返す。

【００５１】先に説明した膨張弁２７０Ｂ１は、温度セ
ンサ２７５Ａと接続されている。温度センサ２７５Ａ
は、経路２０６内を流れる冷媒の温度に応じて、膨張弁
２７０Ｂ１を開閉する。即ち、冷媒液が経路２０６に流
入しているようであれば、閉方向に操作し、過熱度が高
ければ開方向に操作する。このようにして、経路２０６
を流れる冷媒は、飽和状態あるいは過熱状態に維持さ
れ、圧縮機が冷媒液を吸入するのを防止する。

【００５２】典型的な除湿モード運転では、第１の冷媒
は構成部３０Ａで殆ど蒸発してしまうので、処理空気熱
交換器２１０は冷媒ガスが通過するだけである。しかし
ながら、ジョイント熱交換器３０で蒸発しきれなかった
第１の冷媒があったとしても、処理空気熱交換器２１０
で蒸発するので、圧縮機に液が流れ込むことが防止され
る。

【００５３】次に、冷凍機１０の系統の作用を説明す
る。除湿モードの運転では、２方弁２５Ａは閉じられて
おり、３方弁２５Ｂは、経路１３と経路２４とを連通
し、経路１３と経路１１とは遮断するように設定され
る。図中、２方弁あるいは３方弁で、黒く塗りつぶした
方向には遮断され、白抜きの方向には連通していること
を示す。このような切替は、コントローラ５０１が行
う。

【００５４】第２の圧縮機１６で圧縮された第２の冷媒
ガスは、経路２３は通ることなく、全て凝縮器１５に送
られる。ここでファン２０により送風される外気により
冷却され、凝縮して受液器１７に収容される。ここに溜
められた冷媒液は、経路１３を通って、３方弁２５Ｂを
介し、さらに経路２４、経路２１を通って、ジョイント
熱交換器３０に送られる。送るための圧力としては、圧
縮機１６による冷媒圧力を利用する。構成部３０Ｂを流
れる第２の冷媒（液）は、構成部３０Ａで蒸発する第１
の冷媒と熱交換して、過冷却される。過冷却された第２
の冷媒は、経路２２、経路１１を通って、膨張弁４０に
到り、ここで減圧され、蒸発器４１で蒸発する。この蒸
発によりショーケース５０内の食品等を冷凍する。

【００５５】蒸発器４１で蒸発してガスとなった第２の
冷媒は、経路１２を通って圧縮機１６に戻り、このサイ
クルを繰り返す。

【００５６】以上のように除湿モード運転によれば、除
湿空調装置１００では、処理空気を処理空気熱交換器２
１０で殆ど冷却しないので、あまり温度は低くなく湿度
は十分に低い処理空気が空調空間に送られる。一方、シ
ョーケースを冷却する第２の冷媒は、ジョイント熱交換
器３０で過冷却されるので、冷凍効果を著しく高めるこ
とができる。このように冷凍機系と空調機系とをジョイ
ントして運転することにより、冷凍機の排熱を除湿に利
用することができシステム全体の効率を向上することが
できる。

【００５７】従来は、特に夏季における空調空間の冷房
は、空気を冷やすことによって行われていた。したがっ
て、室内の湿度が高くなる傾向があり、冷凍機系のショ
ーケースへの着霜が多く、デフロスト運転によるエネル
ギーロスが多かったし、食品の劣化も問題となってい
た。しかしながら、本発明の実施の形態によればこのよ
うな問題が解決される。なお、除湿運転時にジョイント
熱交換器３０で第１の冷媒が完全には蒸発せず、したが
って冷媒の一部が第２の熱交換器２１０で蒸発して給気
温度が下がって室内が寒くなる場合には、一時的に弁２
５Ａを開いてガス冷媒をジョイント熱交換気３０に導入
するようにしてもよい。

【００５８】図２を参照して、第１の実施の形態の空調
冷凍システムを冷房モードで運転する場合の作用を説明
する。この場合、図１の除湿モード運転と異なるのは、
３方弁２５Ｂが経路１３と経路１１とを連通するよう
に、経路２４は遮断するように設定されている点であ
る。したがって、ジョイント熱交換器３０の構成部３０
Ｂには第２の冷媒が流れない。

【００５９】処理空気、再生空気の流れは、図１の場合
と同様なので重複した説明は省略する。

【００６０】このような設定においては、再生空気熱交
換器２２０で凝縮した第１の冷媒液は、膨張弁２７０Ｂ
１で減圧されるものの、その冷媒は構成部３０Ａは素通
りして、処理空気熱交換器２１０に到り、ここで蒸発し
て処理空気を冷却する。したがって、空調空間６０に
は、除湿され且つ十分に乾球温度も低い処理空気が供給
されるので、空調空間６０を冷房することができる。

【００６１】処理空気の流れの重複説明は省略したが、
図４で追加説明をすれば、図のように点Ｍと点Ｎが重な
ることなく、状態Ｎの点が左方向即ち乾球温度が低い方
向に移動する。

【００６２】冷凍機１０の系統は、除湿空調装置とジョ
イントすることなく、独立して運転される。したがっ
て、受液器１７に溜められた第２の冷媒の液は、経路１
３、３方弁２５Ｂ、経路１１、膨張弁を介して蒸発器４
１に送られる。第２の冷媒の液は、ジョイント熱交換器
３０で過冷却されないので、通常の冷凍効果をもって運
転されることになる。

【００６３】図３を参照して、第１の実施の形態の空調
冷凍システムを暖房モードで運転する場合の作用を説明
する。この場合、図１の除湿モード運転と異なるのは、
２方弁２５Ａが開となっている（圧縮機１６の吐出口が
構成部３０Ｂと連通している）点、３方弁２５Ｂが図２
の場合と同様に経路１３と経路１１とを連通する（受液
器１７と膨張弁４０とを接続する）ように、経路２４は
遮断するように設定されている点である。したがって、
ジョイント熱交換器３０の構成部３０Ｂには冷凍機１０
の系統の中でも特に圧縮機１６から吐出される冷媒が流
入する。

【００６４】処理空気、再生空気の流れは、図１の場合
と同様なので重複した説明は省略する。但し後述のよう
に、送風機１４０を停止して再生空気を流さないように
した運転も、暖房モード運転として可能である。

【００６５】このような設定においては、第１の圧縮機
２６０で圧縮された第１の冷媒は、吐出口２６０Ｂから
吐出され、経路２６１を通って、４方弁２６５を介し、
経路２０６を通って処理空気熱交換器２１０に到る。こ
こで、空調空間６０に供給される前の処理空気を加熱し
て、冷媒は凝縮する。

【００６６】このように、処理空気は第１の冷媒により
加熱されるので、空調空間６０を暖房する、暖房運転モ
ードで運転されていることになる。

【００６７】処理空気熱交換器２１０で凝縮して液とな
った第１の冷媒は、膨張弁２７０Ａ１で減圧され、一部
をフラッシュさせ構成部３０Ａに到る。構成部３０Ａで
第１の冷媒は蒸発して、構成部３０Ｂを通る第２の冷媒
から熱を奪う。膨張弁２７０Ａ１と並列に設置されたチ
ェッキ弁２７０Ａ２は、流れ方向が逆なので遮断されて
いる。

【００６８】構成部３０Ａで蒸発した冷媒は、チェッキ
弁２７０Ｂ２に到る。この冷媒の流れ方向は、チェッキ
弁２７０Ｂ２の流れ方向と一致しているので、ここを実
質的な圧力損失無しに通過して、再生空気熱交換器２２
０に到る。冷媒は殆どが構成部３０Ａで蒸発してしまっ
ているので、再生空気熱交換器２２０は典型的には素通
りする。再生空気熱交換器２２０を通過した冷媒は、経
路２０１を通って、４方弁２６５を介して圧縮機２６０
の吸入口２６０Ａに吸入される。

【００６９】膨張弁２７０Ａ１は、経路２０１に設けら
れた温度センサ２７５Ｂからの信号により開閉、調節さ
れる。即ち、経路２０１中を流れる冷媒が、飽和状態あ
るいは過熱状態にあるのを保証するように膨張弁２７０
Ａ１を調節する。前述のように典型的には、第１の冷媒
は構成部３０Ａで殆どが蒸発し、再生空気熱交換器２２
０では蒸発させる必要がない。したがって、再生空気を
再生空気熱交換器２２０に流す必要がないので、送風機
１４０は停止しておいてもよい。またデシカントロータ
１０３の回転も停止してもよいし、顕熱交換器１０４を
停止してもよい。

【００７０】しかしながら、構成部３０Ａで蒸発せずに
流入した冷媒を、再生空気熱交換器２２０で蒸発させて
もよい。このときは、少なくとも送風機１４０は運転状
態に置く。

【００７１】処理空気の流れの重複説明は省略したが、
図４で追加説明をすれば、Ｎ点はＫ点の右方向に位置す
る。即ち、絶対湿度一定のまま乾球温度が高くなる。前
述のように、再生空気は通常は流さないので説明を省略
する。

【００７２】同じく図３を参照して冷凍機１０の系統を
説明する。圧縮機１６により吐出された第２の冷媒は、
２方弁２５Ａを通過して経路２１を通って、構成部３０
Ｂに流入する。ここで構成部３０Ａを流れる第１の冷媒
と熱交換して、熱を奪われ凝縮する。凝縮した冷媒は経
路２２、経路１１を通って膨張弁４０で減圧され蒸発器
４１に到る。ここで蒸発した冷媒は経路１２を通って圧
縮機１６に戻る。

【００７３】典型的な暖房運転では、ファン２０は停止
するが、暖房負荷が小さいときはファン２０を運転し、
凝縮器１５での凝縮を行ってもよい。そのときは、凝縮
器１５で凝縮した第２の冷媒は、受液器１７に収容貯留
される。貯留された冷媒は、経路１３を通して、３方弁
２５Ｂを介して経路２２に合流させ、経路１１を通して
蒸発器４１に供給してもよい。

【００７４】以上説明したように、第１及び第２の実施
の形態では、本発明の第２の切替装置は、２方弁２５Ａ
と３方弁２５Ｂとを含んで構成され、これらの切替によ
り、構成部３０Ｂに第２の冷媒を供給したりしなかった
り、あるいは供給する場合は、液相の第２の冷媒を供給
するか気相の第２の冷媒を供給するか選択することがで
きる。しかしながら、第２の切替装置は２つの別個の弁
とせずに、一体の弁として構成してもよい。

【００７５】図３に示すような暖房モードの運転では、
冷凍機１０の排熱を回収して暖房に使用するので、外気
に比べて高い温度の熱源で暖房できる。したがってヒー
トポンプＨＰ１の低圧側の圧力が高く、第１の冷媒の比
容積が小さくなり、冷媒循環量が増す。即ち暖房熱量が
多くなる。またヒートポンプＨＰ１の圧縮比（圧縮機２
６０の圧縮比）が小さくなり、圧縮動力が少なくて済
む。さらに外気熱交換器のように（ジョイント熱交換器
３０がなければ、例えば再生空気熱交換器２２０が外気
熱交換器として用いられる）、着霜がないため、空調機
のデフロストが不要になり、エネルギーロスが減少す
る。

【００７６】本発明の実施の形態では、圧縮機１６を駆
動する電動機をインバーター電動機とし、ＯＮ−ＯＦＦ
運転をすることなく冷凍負荷、乃至は空調負荷の変化に
対応するように構成してもよい。このように構成する
と、冷凍機を連続運転しながら、負荷のバランスをとる
ことができる。

【００７７】図５のフロー図を参照して、第２の実施の
形態である除湿空調装の構成、除湿空調装置を含む空調
冷凍システムの構成、及び除湿空調装置の運転方法を説
明する。図５は、第２の実施の形態の空調冷凍システム
中の除湿空調装置を、除湿モードで運転する場合で示し
ている。

【００７８】第２の実施の形態が第１の実施の形態と異
なるのは、第１の冷媒の構成部３０Ａ回りの経路の構成
である。図中、構成部３０Ａに冷媒を出入させる経路は
経路３１と経路３２であり、経路３２には膨張弁２７０
が設けられている。また第２の４方弁２８０が、経路２
０２と経路２０５とを、経路３１と経路３２とに選択的
に接続するように備えられている。

【００７９】図５に示される除湿モードの運転では、
（第１の）４方弁２６５は図１に示されているのと同様
な設定であり、第２の４方弁２８０は経路２０２と経路
３２、経路３１と経路２０５を接続するように設定され
ている。

【００８０】このような構成では、再生空気熱交換器２
２０で凝縮した第１の冷媒は、経路２０２を通って、第
２の４方弁を介し、経路３２及び膨張弁２７０を介し
て、フラッシュし、構成部３０Ａで蒸発する。そして経
路３１、第２の４方弁２８０、経路２０５を通って、処
理空気熱交換器２１０を通過して圧縮機２６０に到る。
冷媒サイクルの作用は図１の場合と同様である。但し構
成は、第２の４方弁を設けたので、第１の実施の形態で
は膨張弁２７０Ａ１、２７０Ｂ１の２個及び並列のチェ
ッキ弁２７０Ａ２、２７０Ｂ２の２個を必要としたのに
対して、膨張弁２７０の１個で済む点が異なる。本実施
の形態のヒートポンプＨＰ２は、この構成部３０Ａ回り
の構成を除けば、ヒートポンプＨＰ１と同様である。

【００８１】また図５の第２の実施の形態では、第１の
４方弁２６５、第２の４方弁２８０、２方弁２５Ａ、３
方弁２５Ｂを切替制御し、ファン２０を発停制御するの
に、（第１の）コントローラ５０１を備えるが、さらに
膨張弁２７０を電子膨張弁とし、電子膨張弁２７０と温
度センサ２１５Ａ、２１５Ｂとを制御する第２のコント
ローラ５０２を備える。そして第１のコントローラ５０
１は、第２のコントローラ５０２も併せて制御する。電
子膨張弁２７０は、第２のコントローラ５０２により、
２つの温度センサ２１５Ａ、２１５Ｂのいずれを用いて
制御すべきかを定めることができる。

【００８２】冷凍機１０の系統、ショーケース５０の系
統の構成と作用は、第１の実施の形態と同様であるので
重複した説明は省略する。

【００８３】図６は、第２の実施の形態の空調冷凍シス
テムを冷房モードで運転する場合を示すフロー図であ
る。図２の場合と異なり、第２の４方弁２８０を備え、
経路２０２と経路３１とを、経路３２と経路２０５とを
それぞれ接続するので、再生空気熱交換器２２０で凝縮
した第１の冷媒は、構成部３０Ａを通過して膨張弁２７
０で減圧されて、処理空気熱交換器２１０に到る。その
他の作用は図２の場合と同様であり、冷房モードの運転
がされる。

【００８４】図７は、第２の実施の形態の空調冷凍シス
テムを暖房モードで運転する場合を示すフロー図であ
る。図３の場合と異なり、第２の４方弁２８０を備え、
経路２０２と経路３１とを、経路３２と経路２０５とを
それぞれ接続するので、処理空気熱交換器２１０で凝縮
した第１の冷媒は、膨張弁２７０で減圧されて、構成部
３０Ａで蒸発し、生成空気熱交換器２２０に到る。その
他の作用は図３の場合と同様であり、暖房モードの運転
がされる。

【００８５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ジョイン
ト熱交換器を設けたので、第２の冷媒から第１の冷媒に
熱を与えることが可能となる。

【００８６】さらに第２の切替装置を備えるようにすれ
ば、ジョイント熱交換器には第２の冷媒を液相で導入す
るか気相で導入するか選択することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態である空調冷凍システムを除
湿モードで運転する場合のフロー図である。

【図２】第１の実施の形態である空調冷凍システムを冷
房モードで運転する場合のフロー図である。

【図３】第１の実施の形態である空調冷凍システムを暖
房モードで運転する場合のフロー図である。

【図４】第１の実施の形態である空調冷凍システムを除
湿モードで運転する場合の湿り空気線図である。

【図５】第２の実施の形態である空調冷凍システムを除
湿モードで運転する場合のフロー図である。

【図６】第２の実施の形態である空調冷凍システムを冷
房モードで運転する場合のフロー図である。

【図７】第２の実施の形態である空調冷凍システムを暖
房モードで運転する場合のフロー図である。

【図８】従来の除湿空調装置のフロー図である。

【図９】図８の除湿空調装置の湿り空気線図である。

【符号の説明】

１０冷凍機１５凝縮器１６第２の圧縮機１７受液器２０ファン３０ジョイント熱交換器２５Ａ２方弁２５Ｂ３方弁４０膨張部４１蒸発器５０ショーケース６０空調空間１００除湿空調装置１０２送風機１０３デシカントロータ１０４顕熱交換器１４０送風機２１０処理空気熱交換器２２０再生空気熱交換器２６０圧縮機２６５第１の４方弁２７０、２７０Ａ１、２７０Ｂ１膨張弁２７０Ａ２、２７０Ｂ２チェッキ弁２８０第２の４方弁５０１第１のコントローラ５０２第２のコントローラＨＰ１、ＨＰ２ヒートポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理空気中の水分を吸着し、再生空気で
水分を脱着されるデシカントを有する水分吸着装置と；
前記デシカントを再生する再生空気経路中の前記水分吸
着装置の上流側に設置され、前記再生空気と第１の冷媒
とを熱交換させる第１の熱交換器と；前記処理空気経路
中の前記水分吸着装置の下流側に設置され、前記処理空
気と前記第１の冷媒とを熱交換させる第２の熱交換器
と；前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器とに介在
する第１の圧縮機と；前記第１の熱交換器と前記第２の
熱交換器とに介在するジョイント熱交換器と；前記第１
の圧縮機の吸込口及び吐出口と、前記第１の熱交換器及
び前記第２の熱交換器とを選択的に接続する第１の切替
装置とを備え；前記ジョイント熱交換器は、第２の冷媒
が導入され、前記第１の冷媒と前記第２の冷媒との間で
熱交換可能に構成された；空調装置。
【請求項２】前記ジョイント熱交換器に液相の前記第
２の冷媒と気相の前記第２の冷媒とを選択的に導入す
る、第２の切替装置を備える；請求項１に記載の空調装
置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の空調装
置と；前記ジョイント熱交換器に第２の冷媒を供給する
冷凍機を備え；前記冷凍機は、前記第２の冷媒を圧縮す
る第２の圧縮機と；前記第２の圧縮機が圧縮する第２の
冷媒を凝縮する凝縮器とを有し；前記ジョイント熱交換
器に選択的に導入される気相の冷媒は前記第２の圧縮機
を介して供給され、液相の冷媒は前記凝縮器を介して供
給されるように構成された；空調冷凍システム。
【請求項４】前記凝縮器あるいは前記ジョイント熱交
換器を介した液相の前記第２の冷媒を蒸発させて被冷却
物を冷却する、前記処理空気の供給される空間内に設置
された冷媒蒸発器を備える、請求項３に記載の空調冷凍
システム。
【請求項５】請求項２に記載の空調装置を運転する方
法であって；前記第１の圧縮機の吐出口を前記第１の熱
交換器に接続し、前記第１の圧縮機の吸込口を前記第２
の熱交換器に接続し；前記ジョイント熱交換器に、液相
の前記第２の冷媒を導入する；空調装置の運転方法。
【請求項６】請求項２に記載の空調装置を運転する方
法であって；前記第１の圧縮機の吐出口を前記第２の熱
交換器に接続し、前記第１の圧縮機の吸込口を前記第１
の熱交換器に接続し；前記ジョイント熱交換器に、気相
の前記第２の冷媒を導入する；空調装置の運転方法。