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JP4020705B2 - Heat pump and 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、ヒートポンプ及び除湿空調装置に関し、特に成績係数(COP)が高く、また運転モードの切り替え可能なヒートポンプ及び除湿空調装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、図7に示すような除湿空調装置があった。この装置は、冷媒Cを圧縮する圧縮機260と、圧縮された冷媒Cを外気Bで凝縮する凝縮器220と、凝縮した冷媒Cをソレノイドバルブを有するバイパス付き膨張弁291で減圧し、中間圧力で蒸発と凝縮を繰り返して行う中間熱交換器300’’と、ここで凝縮した冷媒Cをソレノイドバルブを有するバイパス付き膨張弁292で減圧し、これを蒸発させて空調空間101からの処理空気Aを露点温度に冷却する蒸発器210とを備える。
【0003】
この装置では、除湿運転モード時には膨張弁292のバイパスソレノイドバルブを閉として中間熱交換器300’’の蒸発と凝縮の圧力を凝縮器220の凝縮圧力と蒸発器210の蒸発圧力の中間圧力とする。また、冷房運転モード時には膨張弁292のソレノイドバルブを開として、中間熱交換器300’’の圧力を蒸発器210の蒸発圧力と等しくすることにより、中間熱交換器300’’を蒸発器の一部として作動させる。
したがって除湿運転モード時には、中間熱交換器300’’は、蒸発器210で露点温度に冷却される前後の処理空気同士の間で、冷媒を媒体として熱交換を行う。このようにして、蒸発器210で露点に冷却された処理空気Aは、熱交換器300’’で再熱される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の除湿空調装置では、除湿運転モードと冷房運転モードは可能であるが、そのまま暖房運転モードに対応することはできなかった。特に家庭用の除湿空調装置では、一つの空調機で夏季の除湿・冷房の他冬季の暖房にも対応したいという要請がある。
【0005】
そこで本発明は、運転モードの切り替え可能なヒートポンプ及び除湿空調装置を提供することを目的とする。特に、熱の汲み上げ方向の切り替え可能なヒートポンプ、除湿・冷房運転モードと暖房運転モードとを切り替え可能な除湿空調装置を提供することを目的とする。
【0006】
【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及び図2に示されるように、冷媒Cを吸込側から吸い込み吐出側から吐出し、前記冷媒Cを昇圧する昇圧機260と;昇圧機260の吸い込み側と吐出側とを切り替えることにより、第1の運転モードと第2の運転モードとを切り替える切り替え機構701と;前記第1の運転モードで冷媒Cを蒸発して第1の流体Aを冷却し、前記第2の運転モードで冷媒Cを凝縮して第1の流体Aを加熱する第1の熱交換器210と;前記第1の運転モードで冷媒Cを凝縮して第2の流体Bを加熱し、前記第2の運転モードで冷媒Cを蒸発して前記第2の流体を冷却する第2の熱交換器220と;第1の熱交換器210と第2の熱交換器220とを接続する冷媒経路202〜203中に設けられ、前記第1の運転モードで第2の熱交換器220の凝縮圧力と第1の熱交換器210の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Cの蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により第1の流体Aを冷却し、前記中間圧力凝縮により第1の流体Aを加熱し、前記第2の運転モードで第1の熱交換器210の凝縮圧力とほぼ同じ圧力で冷媒Cを凝縮し第1の流体Aを加熱する第3の熱交換器300と;第3の熱交換器300と第1の熱交換器210との間の冷媒経路203中に設けられた、絞り度が切り替え可能な第1の絞り機構292と;第2の熱交換器220と第3の熱交換器300との間の冷媒経路202中に設けられた、第2の絞り機構711とを備え;第1の流体Aは、前記第1の運転モードで、第3の熱交換器300での冷却と第1の熱交換器210での冷却と第3の熱交換器300での加熱とをこの順番で受けるように構成され;第3の熱交換器300は、前記第1の運転モードで冷媒Cが前記中間圧力蒸発を行う第1の区画310と前記中間圧力凝縮を行う第2の区画320とが形成され、前記第1の運転モードで冷媒Cが第1の区画310で複数回蛇行した後に第2の区画320で複数回蛇行してから第1の熱交換器210に向かうように構成され;第1の熱交換器210が第1の区画310と第2の区画320との間に配置される。
【0007】
昇圧機は典型的には、冷媒を吸込側から吸い込み吐出側から吐出し、切り替え機構は典型的には、前記昇圧機の吸い込み側と吐出側とを切り替えることにより、運転モードを切り替える。
【0008】
第1の運転モードは、本ヒートポンプが除湿空調に用いられる場合、典型的には除湿運転モードである。第2の運転モードは、同じく典型的には暖房運転モードである。また、第1の流体は第1の運転モードで低熱源流体であり、第2の流体は第1の運転モードで高熱源流体であり、 第1の熱交換器は除湿・冷房運転モードで蒸発器であり、第2の熱交換器は除湿・冷房運転モードで凝縮器であり、第3の熱交換器は除湿運転モードで中間熱交換器である。絞り度の切り替えは、典型的には開口面積の増減である。
【0009】
このように構成すると、切り替え機構を備えるので、第1の運転モードと第2の運転モードとを切り替えることができる。
【0010】
上記目的を達成するために、請求項2に係る発明による除湿空調装置は、例えば図1及び図2に示されるように、冷媒Cを昇圧する昇圧機260と;除湿運転モードと暖房運転モードとを切り替える切り替え機構701と;前記除湿運転モードで冷媒Cを蒸発して処理空気Aを露点温度まで冷却し、前記暖房運転モードで冷媒Cを凝縮して処理空気Aを加熱する第1の熱交換器210と;前記除湿運転モードで冷媒Cを凝縮して熱源流体Bを加熱し、前記暖房運転モードで冷媒Cを蒸発して熱源流体Bを冷却する第2の熱交換器220と;第1の熱交換器210と第2の熱交換器220とを接続する冷媒経路202〜203中に設けられ、前記除湿運転モードで第2の熱交換器220の凝縮圧力と第1の熱交換器210の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒Cの蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により処理空気Aを冷却し、前記中間圧力凝縮により処理空気Aを加熱し、前記暖房運転モードで第1の熱交換器210の凝縮圧力とほぼ同じ圧力で冷媒Cを凝縮し処理空気Aを加熱する第3の熱交換器300と;第3の熱交換器300と第1の熱交換器210との間の冷媒経路203中に設けられた、絞り度が切り替え可能な第1の絞り機構292と;第2の熱交換器220と第3の熱交換器300との間の冷媒経路202中に設けられた、第2の絞り機構711とを備え;処理空気Aは、前記除湿運転モードで、第3の熱交換器300での冷却と第1の熱交換器210での冷却と第3の熱交換器300での加熱とをこの順番で受けるように構成され;第3の熱交換器300は、前記除湿運転モードで冷媒Cが前記中間圧力蒸発を行う第1の区画310と前記中間圧力凝縮を行う第2の区画320とが形成され、前記除湿運転モードで冷媒Cが第1の区画310で複数回蛇行した後に第2の区画320で複数回蛇行してから第1の熱交換器210に向かうように構成され;第1の熱交換器210が第1の区画310と第2の区画320との間に配置される。
【0011】
昇圧機は典型的には、冷媒を吸込側から吸い込み吐出側から吐出し、切り替え機構は典型的には、前記昇圧機の吸い込み側と吐出側とを切り替えることにより、運転モードを切り替える。除湿運転モードの延長上に冷房運転モードがある。
【0012】
このように構成すると、切り替え機構を備えるので、除湿運転モードと暖房運転モードとの間で切り替えが可能となる。
【0013】
また請求項3に記載のように、請求項2に記載の除湿空調装置では、例えば図6に示すように、除湿運転モードにおける第1の熱交換器210を出る冷媒Cの過熱度を検出する第1の過熱度検出器733T、733P、734と;暖房運転モードにおける第2の熱交換器220を出る冷媒の過熱度を検出する第2の過熱度検出器732T、732P、734とを備え;第2の絞り機構711は、前記除湿運転モードでは第1の過熱度検出器733T、733P、734の検出結果に基いて絞り度を増減し、前記暖房運転モードでは第2の過熱度検出器732T、732P、734の検出結果に基いて絞り度を増減する膨張弁731を有するようにしてもよい。
【0014】
過熱度検出器は、典型的には例えば図6に示すようにその箇所の圧力を検出する圧力検出器と温度を検出する温度検出器とを含み、両検出器の検出結果に基いて過熱度を演算する。例えば電子膨張弁である。また、例えば図1に示すように均圧管と温度検出器(感温筒)722、722A、721、721Aを有する温度自動膨張弁713、712であってもよい。
【0015】
また請求項4に示すように、請求項2または請求項3に記載の除湿空調装置では、第1の絞り機構292は、第1の熱交換器210と第3の熱交換器300との間の絞り度を実質的にゼロにまで減ずることが可能であってもよい。
【0016】
第1の熱交換器210と第3の熱交換器300との間の絞り度を実質的にゼロにまで減ずると、典型的には、冷房運転モードとなる。
ここで、絞り度を実質的にゼロにするとは、絞り作用を実質的にゼロにするといってもよく、絞りが例えば開口面積を増減する調節弁のような場合は、開口面積を十分に大きくすることが該当する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号あるいは類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【0018】
図1は、本発明による第1の実施の形態であるヒートポンプHP1とそれを備える、本発明の除湿空調装置の一例である除湿空調装置21のフロー図である。この除湿空調装置21は処理空気A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と、主として顕熱を奪う冷房運転ができ、さらに処理空気Aの温度を上げる暖房運転が可能な除湿空調装置21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。
【0019】
図1を参照して、第1の実施の形態であるヒートポンプHP1及びそれを備える除湿空調装置21の構成を説明する。この除湿空調装置21は、第1の運転モードとしての除湿運転モード及びその延長上の冷房運転モードでは第1の熱交換器(蒸発器として作用する)210によって第1の流体としての処理空気Aの湿度又は温度あるいは湿度と温度を下げ、第2の運転モードとしての暖房運転モードでは第1の熱交換器(凝縮器として作用する)210によって第1の流体としての処理空気Aの温度を上げ、処理空気A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。
【0020】
図1は除湿運転の場合を示す。なお図中黒塗りの弁は閉であることを示す。弁253を白抜きにすれば冷房運転の場合となる。ここでは、便宜上除湿運転の場合の機能をもって構成を説明する。
空調空間101から処理空気Aの経路に沿って、処理空気関連の機器構成を説明する。先ず、空調空間101に接続された経路107、第3の熱交換器としての熱交換器300の中間蒸発器としての第1の区画310、経路108、処理空気Aをその露点温度に冷却する蒸発器210、経路109、熱交換器300の中間凝縮器としての第2の区画320、経路110、経路110に接続された処理空気Aを循環するための送風機102、経路111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。図中、除湿空調装置21から空調空間101に供給される空気をSA、空調空間101から除湿空調装置に戻る空気をRAとして示してある。
【0021】
また、屋外OAから第2の流体としての冷却空気(外気)Bの経路に沿って、経路124、冷媒Cを冷却して凝縮させる凝縮器220、経路125、冷却空気Bを送風するための送風機140、経路126とこの順番で配列され、そして屋外OAに排気EXするように構成されている。
【0022】
次に蒸発器210から冷媒Cの経路に沿って、ヒートポンプHP1の機器構成を説明する。図中蒸発器210、経路204、四方弁701(ポート701Aからポート701B)、経路204−1、蒸発器210で蒸発してガスになった冷媒Cを圧縮する(昇圧する)昇圧機としての圧縮機260、経路201−1、再び四方弁701(ポート701Cからポート701D)、経路201、凝縮器220、経路202、経路202に挿入配置された第2の絞り機構としての膨張弁機構711、熱交換器300の第1の区画310を流れる処理空気Aを冷却する蒸発セクション251、冷媒経路202B、熱交換器300の第2の区画320を流れる処理空気Aを加熱(再熱)する凝縮セクション252、経路203、絞り250がこの順番で配列され、そして再び蒸発器210に戻るようにして、ヒートポンプHP1が構成されている。
【0023】
ここで第1の運転モードと第2の運転モードとを切り替える切り替え機構としての四方弁711の構成を説明する。四方弁701は、4つの出入口であるポートが形成されている。すなわち、ポート701A、ポート701B、ポート701C及びポート701Dである。第1の運転モード及びその延長上である冷房運転モードでは、ポート701Aとポート701Bとが連通し、ポート701Cとポート701Dとが連通するように構成されている。また第2の運転モードでは、ポート701Aとポート701Dとが連通し、ポート701Bとポート701Cとが連通する。なお、本切り替え機構は、四方弁に限らず4個の二方弁の組合せであってもよいし、2個の三方弁の組み合わせであってもよい。
【0024】
なお、蒸発セクション251は第1の区画310中を蛇行するチューブで形成され、凝縮セクション252は第2の区画320中を蛇行するチューブで形成されている。本実施の形態では、蒸発セクション251は第1の区画310を複数回蛇行した後、経路202Bを介して凝縮セクション252に接続される。凝縮セクション252は第2の区画320を複数回蛇行した後、経路203に接続される。図中、各セクションは、処理空気Aの流れに沿った面内で蛇行するように示されているが、実際は処理空気Aの流れに直交する面内で蛇行するようにするとよい(図2参照)。但し、直交する面を複数設けて蛇行層が複数あるようにしてもよい。
【0025】
このように蒸発セクション251と凝縮セクション252とを連続した伝熱チューブで形成し、蒸発セクション251を第1の区画310内で複数回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252を第2の区画内で複数回蛇行させる構成にすると、蒸発セクション251と凝縮セクション252を接続する配管が1本乃至は最小限(2〜4本)の本数で足りるので、第1の区画310と第2の区画320とを離間して設置し易い(図2(b)(c)参照)。
【0026】
なお、冷媒Cの経路202に膨張弁機構711を配置してあるが、膨張弁機構711は、冷媒の上流側から膨張弁712と膨張弁713とを直列に配置してある。また膨張弁712をバイパスするバイパス経路202Aが設けられ、バイパス経路202Aにはチェッキ弁714が挿入配置されている。チェッキ弁(逆止弁)714の流れ方向は凝縮器220から膨張弁713に向かう方向である。
同様に、膨張弁713をバイパスするバイパス経路202Bが設けられ、バイパス経路202Bにはチェッキ弁715が挿入配置されている。チェッキ弁715の流れ方向は熱交換器300から膨張弁712に向かう方向である。また、冷媒Cの経路203に絞り250をバイパスする経路203Aを設け、経路203Aにソレノイドバルブ253を設けてある。
【0027】
膨張弁712、膨張弁713、バイパス経路202A(チェッキ弁714を含む)及びバイパス経路202B(チェッキ弁715を含む)を含んで第2の絞り機構としての膨張弁機構711が構成され、絞り250とソレノイドバルブ253を含んで第1の絞り機構292が構成されている。
【0028】
ソレノイドバルブ253が開となると、開口面積は経路203の断面積にほぼ等しくなるように形成されている。言い替えれば、ソレノイドバルブ253が開となったときは、第1の絞り機構292の絞り度が減って(開口面積が増えて)、実質的に絞りとしては作用しない程度に大きい開口を有することになる(絞り度が実質的にゼロになる)。
【0029】
言い替えれば、ソレノイドバルブ253を開とした場合は、第1の絞り機構292の開口面積を大きくし、第1の絞り機構292が実質的に絞りを形成しないように設定した場合である。ソレノイドバルブ253を閉とした場合が、第1の絞り機構292の開口面積を小さくし、第1の絞り機構292が絞りを形成するように設定した場合である。
【0030】
経路201にはそこを流れる冷媒温度を検出する温度検出器としての感温筒721が設けられ、温度検出信号が膨張弁712に送られる。また膨張弁712と経路201との間には均圧管721Aが設けられている。
同様に、経路204にはそこを流れる冷媒温度を検出する温度検出器としての感温筒722が設けられ、温度検出信号が膨張弁713に送られる。また膨張弁713と経路204との間には均圧管722Aが設けられている。
【0031】
このように構成されるので、膨張弁機構711前後の圧力の高低により、膨張弁712、713のうち膨張弁として作用する方が定まる。
第1の運転モードとしての除湿運転モード及び冷房運転モードの場合は、経路201が圧縮機260の吐出側に接続されており、第の熱交換器220側が熱交換器300側よりも高圧である。したがって、チェッキ弁715は黒塗りで示されている通り閉となっており、チェッキ弁714が開となっているので、膨張弁713が膨張弁としての作用をしている。
【0032】
次に、熱交換器300の構成を説明する。熱交換器300は、蒸発器210に流入する前後の処理空気A同士の間で、冷媒Cを介して間接的に熱交換をさせる熱交換器である。
【0033】
この熱交換器300は、蒸発器210を通過する前の処理空気Aを流す第1の区画310と、蒸発器210を通過した後の処理空気Aを流す第2の区画320とが、別々の直方体空間を構成している。両区画は、双方を流れる処理空気が混合しないように隔壁301、302が設けられており、熱交換チューブである蒸発セクション251と凝縮セクション252とを接続する配管202Bはこの2つの区画の隔壁を貫通している。
【0034】
図中、蒸発器210に導入される前の処理空気Aは、右方から経路107を通して、第1の区画310に供給され、左方から経路108を通して出て行く。また蒸発器210を通して露点温度(以下)に冷却され絶対湿度の低下した処理空気Aは、図中左方から経路109を通して第2の区画320に供給され、その右方から経路110を通して出て行く。
【0035】
ここで図1に示す場合の蒸発器210についてサーキットの概念を説明する(適宜図2(b)参照)。冷媒を伝熱チューブ中に流してその伝熱チューブの外側を流れる流体と冷媒とを熱交換させる熱交換器のサーキット数とは、冷媒を並行して流す流路の数である。図中冷媒経路203は、絞り250を出た後、蒸発器210の伝熱チューブ210A、210Bに入る直前に設けられたディストリビュータ601に接続されている。ディストリビュータ601から、冷媒経路621と冷媒経路622が分岐して、それぞれ伝熱チューブ210A、210Bに冷媒を導入するように構成されている。
【0036】
伝熱チューブ210A、210Bは、蒸発器210中で並列に冷媒を流すように配置されている。また冷媒の流れ方向は、処理空気Aの流れ方向に対して対向流となっている。図3を参照して後述するように、これは温度的な対向流でもある。
【0037】
この実施の形態では、蒸発器210のサーキットの数は2である。一方、熱交換器300では、伝熱チューブは1本が蛇行しており、サーキットの数は1である。即ち、熱交換器300の中間蒸発器部分である第1の区画310のサーキットの数は1であるから、蒸発器210のサーキットの数2よりも少ない。
【0038】
不図示であるが、第1の区画と第2の区画のサーキットの数を2として、第2の区画を出たところで合流させ、第1の絞り機構292に導くようにしてもよい。このとき蒸発器210のサーキット数は3以上とするとよい。
【0039】
図中、除湿運転モードではソレノイドバルブ253は黒塗りで示されている通り、閉になっている。熱交換器300と蒸発器210との間の冷媒配管は、絞り250を介して接続されることになり、熱交換器300における蒸発圧力及び凝縮圧力は、蒸発器210の蒸発圧力と凝縮器220の凝縮圧力との中間の圧力となる。
【0040】
温度(気温)が比較的高いときは冷房運転モードを選択し、ソレノイドバルブ253を開く。このときは、膨張弁713が作用する。特に日本の気候では、気温の高いときは、通常は絶対湿度も高い。このときは冷房運転モードを選択して、顕熱と潜熱の両方を積極的に奪うのがよい。
【0041】
ソレノイドバルブ253を開にすると、熱交換器300と蒸発器210との間の冷媒配管は、実質的に絞り無しで接続されることになり、熱交換器300内の伝熱チューブ内の圧力は蒸発セクション251と凝縮セクション252共に蒸発器210の蒸発圧力と実質的に等しくなり、熱交換器300も蒸発器210と共に蒸発器として作用する。
【0042】
なお、除湿運転モード、冷房運転モードの選択は、温度と湿度を検出して自動で行うようにしてもよいし、手動で行うようにしてもよい。湿度の高い低いは個人的好みもある。また、湿度や温度にかかわらず、強制的にとにかく温度を下げたい場合や、室内を強制的に乾燥させるためにとにかく湿度を下げたい場合もあるからである。
【0043】
次に図2の除湿空調装置の設置状態を示す模式的側面図と熱交換器の斜視図を参照して、蒸発器210と熱交換器300の構成例を具体的に説明する。(b)(c)に示すように、伝熱チューブ(細管)で構成される蒸発セクション251は多数のプレートフィンを貫通して配置されている。そして最も外側のフィンの外側でUチューブ(ユーチューブ)により互いに接続されている。このようにして、伝熱チューブは第1の区画310を蛇行しながら複数回貫通している。
【0044】
第1の区画310は、長方形のプレートフィンを多数平行に並べることにより形成される直方体の空間である。また、そのプレートフィンと細管群を収納する直方体空間の外面をプレート製のハウジングで囲むようにするとよい。ただしそのハウジングの対向する2つの面は開口しており、該開口を処理空気が通過する。
【0045】
同様に、伝熱チューブである凝縮セクション252は、第2の区画320を蛇行しながら複数回貫通している。第2の区画320も第1の区画310と同様な構造を有する直方体の空間である。
【0046】
蒸発セクション251の端部と凝縮セクション252の端部とは、配管202Bで接続されている。本実施の形態では、配管202Bは、蒸発セクション251と凝縮セクション252を構成する連続したチューブの一部として構成されている。
【0047】
以上説明したように、冷媒流路である蒸発セクション251と凝縮セクション252は、それぞれ蛇行する細管群を構成している。このようにして、蒸発セクション251から凝縮セクション252を、全体として一方向に流れる冷媒Cは、細管群中を蛇行して流れながら、蒸発セクション251で蒸発し凝縮セクション252で凝縮する間に、第1の区画310を流れる温度の高い処理空気Aからの熱を第2の区画320を流れる温度の低い処理空気Aに伝える。
【0048】
蒸発器210も同様に、伝熱チューブが多数の長方形のプレートフィンを貫通して構成されている。その構成は第1の区画310、第2の区画320と同様に直方体の空間として構成されている。そして最も外側のフィンの外側でUチューブ(ユーチューブ)により接続されている。このようにして、伝熱チューブは蛇行しながらフィンを複数回貫通している。
【0049】
本実施の形態では、蒸発セクション251、凝縮セクション252が、それぞれ処理空気Aの流れに直交する1つの平面内に蛇行して配置された1層の細管群として構成されているのに対して、蒸発器210は、処理空気Aの流れに直交する2つの平面内に蛇行して配置された2層の細管群として構成されている。
【0050】
この実施の形態では、蒸発器210の細管(伝熱チューブ)群は2つのグループ、図中上半分と下半分に分割されている。上半分の伝熱チューブ210Aと下半分の伝熱チューブ210Bは、蛇行しながら並行して又全体として処理空気の流れと対向する方向に配列されている。
【0051】
蒸発器210の伝熱チューブの層数は伝熱量に応じて決めればよい。また、熱交換器300と蒸発器210における細管群の伝熱面積の配分は、後で説明するように潜熱負荷と顕熱負荷との割合に応じて決めればよい。
【0052】
また、蒸発器210は第1の区画310と第2の区画320との間に配置されている。このように配置すると、1つの直方体空間を3つに分割して、それぞれを第1の区画310、蒸発器210、第2の区画320として構成することができ、構造が単純になる。各区画310、320と蒸発器210との間では、フィンは図示のように不連続となるように切れ目を入れるのが好ましい。隣り合う各部の温度が異なるからである。
【0053】
この構成では、同サイズ(特に同口径)の伝熱チューブからなる細管群は等間隔でフィンに貫通させて拡管してフィンに固定し、各細管の間は単純なUチューブで接続し、各区画310、320間、また蒸発器210との間は、1本又は少数の配管(あるいは細管の一部)で接続すればよいので、構成が単純で、製造も容易である。
【0054】
次に図2(a)の模式的断面図を参照して、以上説明した除湿空調装置を空調空間101の空調機として応用した例を説明する。空調空間101中即ち室内に設置される室内機中には、第1の区画310、蒸発機210、第2の区画320が一体で形成された熱交換器組立と、戻り空気RA、供給空気SAを循環させる送風機102が収納されている。送風機102としてはクロスフローファンを用いると室内機をコンパクトにまとめることができる。第1の区画310の戻り空気RAの流れの上流側には除塵フィルタが設けられている。
熱交換器300、蒸発器210の下方にはドレンパン450が備えられ、ドレンパン450からはドレンパイプが屋外に導かれている。
【0055】
戻り空気RAはフィルタを通って除塵され、第1の区画310で予冷され、蒸発器210でさらに冷却されて除湿され飽和空気となる。この飽和空気は第2の区画320で再熱されて適度な絶対湿度で適度な温度の即ち適度な相対湿度の供給空気SAとして、送風機102により空調空間101に供給される。すなわち処理空気は、(各区画と蒸発器との間に切れ目はあるものの)一見すると通常の冷房用フィンチューブ熱交換器に見える一塊のプレートフィンと細管群を一方向に通過する間に、予冷、水分除去、再熱の3つのプロセスが一気に行われ、適度な湿度と温度の供給空気SAとなる。
【0056】
空調空間101外に設置される室外機中には、凝縮器220、圧縮機260、送風機140が収納されている。そして、凝縮器220と第1の区画310の蒸発セクション251とは配管202で接続され、蒸発器210と圧縮機260とは配管203で接続されている。即ち、室内機と室外機とは2本の配管202と203だけで接続されている。なお本図では、絞り機構711は図示を省略してある。
【0057】
次に先ず図1のフロー図を参照して、冷房・除湿運転モードの場合における各機器間の冷媒Cの流れを説明し、続けて図3に示すヒートポンプHP1の第1の運転形態としての除湿運転モード時の冷媒モリエ線図を参照して、ヒートポンプHP1の作用を説明する。
【0058】
図1において、先ず第1の運転モードとしての除湿運転モード時の場合を説明する。このときは、四方弁701の切り替えにより、経路204が圧縮機260の吸い込み側に、経路201がその吐出側に接続されている。また、ソレノイドバルブ253は閉となっている。圧縮機260により圧縮された冷媒ガスCは、圧縮機260の吐出口に接続された冷媒ガス配管201−1、四方弁701、経路201を経由して凝縮器220に導かれる。圧縮機260で圧縮された冷媒ガスCは、冷却空気としての外気Bで冷却され凝縮する。
【0059】
凝縮した冷媒は、凝縮器220の冷媒出口に設けられた膨張弁機構711のチェッキ弁714を通過して、膨張弁713で絞られる。チェッキ弁714がほとんど無抵抗に冷媒を流すので膨張弁712は膨張弁としては作用しない。チェッキ弁715は逆止作用により冷媒を流さない。
【0060】
膨張弁713は、感温筒722からの経路204内の冷媒の温度に応じた信号(圧力)と経路204内の冷媒の圧力を均圧管722Aを通して受けている。
経路204内の冷媒の過熱度はその圧力と温度の関数であるので、両者を受信することにより、膨張弁713は冷媒の過熱度に応じた開閉作用を行うことができる。即ち、経路204内の冷媒(蒸発器210で蒸発した冷媒)の過熱度が高いときは開方向として冷媒流量を増やし、過熱度が低いとき(冷媒が湿っているときも含む)は閉方向として冷媒流量を減らすようにする。
これは、除湿運転モードの場合も冷房運転モードの場合も同様である。
【0061】
膨張弁機構711は、熱交換器300の蒸発セクション251の入り口に冷媒経路202により接続されている。
【0062】
凝縮器220を出た液冷媒Cは、膨張弁機構711で減圧され、膨張して一部の冷媒Cが蒸発(フラッシュ)する。その液とガスの混合した冷媒Cは、蒸発セクション251に到り、ここで液冷媒Cはプレートフィンを貫通しながら蛇行する蒸発セクション251のチューブの内壁を濡らすように繰り返し流れ蒸発して、第1の区画310を流れる、蒸発器210に流入する前の処理空気Aを冷却(予冷)する。
【0063】
蒸発セクション251である程度蒸発し、ガスと液の混合物となった冷媒は、配管202Bに導かれて、凝縮セクション252に流入する。第2の区画320を流れる処理空気A、即ち第1の区画310で予冷された後に蒸発器210で冷却除湿され、蒸発器210に流入する前より温度が低くなった処理空気Aを加熱(再熱)し、冷媒自身は熱を奪われ凝縮する。本実施の形態では蒸発セクション251と凝縮セクション252とは一連のチューブ(Uチューブを含む)で形成されている。すなわち一体の流路として構成されているので、蒸発セクション251で蒸発した冷媒ガスC(及び蒸発しなかった冷媒液C)は、凝縮セクション252に流入して凝縮することにより、物質移動と同時に熱移動を行う。
【0064】
熱交換器300の最後の凝縮セクション252の出口側は、冷媒液配管203により、蒸発器210に接続され、冷媒配管203中には絞り250、絞り250をバイパスするソレノイドバルブ253が設置されている。
【0065】
凝縮セクションで凝縮した冷媒液Cは、絞り250で減圧され膨張して温度を下げて、ディストリビュータ601を介して、配管621、622に分岐し、蒸発器210のそれぞれ伝熱チューブ210A、210Bに入り蒸発し、その蒸発熱で処理空気Aを冷却する。絞り330、250としては、例えばオリフィス、キャピラリチューブ、膨張弁等を用いる。ソレノイドバルブ253は閉となっているので、冷媒液Cはソレノイドバルブ253を通過しない。
【0066】
ここで絞り292の前後で冷媒の圧力は減圧されている。したがって、熱交換器300中の伝熱チューブ、例えば伝熱チューブ251内の冷媒の体積流量は、蒸発器210内の伝熱チューブ210A、210B内のそれよりも少ない。蒸発器210の伝熱チューブ出口では冷媒はほとんどガス化しているのに対して、熱交換器300の伝熱チューブ内では冷媒は通常は2相流であるので、さらに差がつく傾向となる。
【0067】
しかしながら本実施の形態によれば、熱交換器300のサーキット数が1に対して蒸発器210のサーキット数が2であるので、両者を構成する伝熱管のサイズを同じにしても、その中を流れる冷媒の流速の差を小さくすることができる。したがって、例えば伝熱チューブのサイズを蒸発器210内の冷媒流速が適切な値になるように選定したとき、同サイズの伝熱チューブを用いる熱交換器300の冷媒流速も適切な値とすることができる。
【0068】
蒸発器210で蒸発してガス化した冷媒Cは、再び合流して経路204を通して、四方弁711のポート701A、701Bを介して、経路204−1を通って圧縮機260の吸込側に導かれ、以上のサイクルを繰り返す。
【0069】
図中、熱交換器300の蒸発セクション251と凝縮セクション252内の冷媒Cの挙動を説明する。先ず蒸発セクション251には、液相及び気相の冷媒Cが流入する。一部が気化した、気相を僅かに含む冷媒液Cであってもよい。この冷媒Cは、蒸発セクション251を流れる間に、処理空気Aを予冷し自身は加熱され気相を増やしながら凝縮セクション252に流入する。凝縮セクション252では、冷却除湿されることにより蒸発セクション251の処理空気Aよりも温度の低くなった処理空気Aを加熱し、自身は熱を奪われ気相冷媒Cを凝縮させる。このように冷媒Cは気相と液相の相変化をしながら冷媒流路を流れ、蒸発器210で冷却される前の処理空気Aと、蒸発器210で冷却されて絶対湿度を低下させた処理空気Aとの間で熱交換させる。
【0070】
第1の運転形態の延長である冷房運転の場合は、ソレノイドバルブ253を閉から開として冷媒Cが絞り250の前後で圧力低下を起こさないようにし、第1の運転形態としての除湿運転から、冷房運転に運転形態を切り替える。このときも膨張弁713が作用しており、蒸発器210で蒸発した冷媒の過熱度が適切な値になるように冷媒流量が調節される。
【0071】
こうすることにより、絞り250前後の冷媒Cの圧力低下をほぼゼロとし、配管圧損を除いた冷媒Cの圧力低下を膨張弁機構711で発生させることができ、熱交換器300の凝縮セクション252と、蒸発セクション251における冷媒Cの圧力が、蒸発器210における冷媒Cの圧力にほぼ等しくなり、蒸発器210に加えて凝縮セクション252と、蒸発セクション251においても冷媒Cの蒸発が発生する。よって、蒸発の伝熱面積が増えるので冷房能力すなわち顕熱処理能力を増加させることができる。
【0072】
そして、除湿運転モード時では、熱交換器300を蒸発器210を通過する前後の処理空気Aのレヒート熱交換器として使うことによって冷却による結露水分量を冷房運転モード時より増やし、冷房運転モード時より除湿能力すなわち潜熱処理能力を増加させることができる。これによって、除湿運転モード時では、冷房運転モード時より速やかに湿度を下げることができ、いわゆる低顕熱比の湿度の高い室内空調負荷にも対応できる。
またさらに、除湿運転モード時には送風機102による送風量を冷房運転モード時よりも減らすことにより、結露水分量を冷房運転モード時より増やすようにしてもよい。そのために、送風機102も不図示の可変速モータにより駆動して、回転数の増減制御が可能に構成するとよい。
【0073】
本第1の実施の形態の除湿空調装置を、家庭用のエアコンに適用した場合、除湿運転を行うことによって、梅雨時や夏期夜間の就寝時に室内が冷えすぎることなく、低湿度で快適な環境を作ることができる。
【0074】
以上説明したように、本実施の形態の除湿空調装置は、空調負荷の顕熱比が可変であり、しかも除湿運転、冷房運転いずれの運転形態においても省エネルギーな運転ができる。
【0075】
次に図3のモリエ線図を参照して、ヒートポンプHP1の除湿運転モード時の作用を説明する。なお、機器等については適宜図1を参照する。図3は、混合冷媒HFC407C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。
【0076】
図中、点aは蒸発器210の冷媒出口の状態であり、冷媒Cは飽和ガスの状態にある。圧力は0.67MPa、温度は11.2℃、エンタルピは414.0kJ/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1.66MPaであり、過熱ガスの状態にある。
【0077】
この冷媒ガスCは、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1.66MPa、温度は42.9℃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、圧力は点cと同じであり、温度は38℃、エンタルピは256.9kJ/kgである。使用している冷媒が混合冷媒であるので、同圧力での凝縮でも飽和ガス線上の温度と飽和液線上の温度が異なる。
【0078】
この冷媒液Cは、膨張弁機構711で減圧され熱交換器300の蒸発セクション251に流入する。モリエ線図上では、点eで示されている。圧力は、本発明の中間圧力であり、本実施例では0.67MPaと1.66MPaとの中間の値となる。ここでは、一部の液が蒸発して液とガスが混合した状態にある。
【0079】
蒸発セクション251内で、前記中間圧力下で冷媒液C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。ここでは液の一部が蒸発しているが、冷媒液Cはある程度残っている。
【0080】
点fで示される状態の冷媒C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Cは第2の区画320を流れる低温の処理空気Aにより熱を奪われ、点gに到る。
【0081】
点gはモリエ線図では飽和液線上にある。温度は18℃、エンタルピは226.1kJ/kgである。
【0082】
点gの冷媒液Cは、絞り250で、温度5.2℃の飽和圧力である0.67MPaまで減圧され、点jに到る。この点jの冷媒Cは、5.2℃の冷媒液Cと冷媒ガスCの混合物として蒸発器210に到り、ここで処理空気A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。凝縮器におけるのと同様に、混合冷媒を使用しているので、同圧力での蒸発でも飽和ガス線上の温度と飽和液線上の温度とが異なる。
【0083】
したがって、図1のフロー図を参照して説明したように、冷媒と処理空気の流れを対向流とすると両者の流れは温度的にも対向流となる。即ち、蒸発器210に流入する際の冷媒温度は5.2℃であり流出冷媒温度11.2℃よりも低い。この低い温度の冷媒が蒸発器210を流出しようとする処理空気と接触する。したがって蒸発器210の熱交換効率を高くすることができる。
熱交換器300については、具体的な温度は省略するが、同様に冷媒と処理空気の流れを対向流とすることにより(図1参照)同様な効果を得ることができる。
【0084】
以上説明したように、熱交換器300内では、冷媒Cは蒸発セクション251では点eから点fまでと蒸発の状態変化を、凝縮セクション252では点fから点g1までと凝縮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くまた熱交換効率が高い。
【0085】
さらに、圧縮機260、凝縮器220、膨張弁機構711、絞り250及び蒸発器210を含む圧縮ヒートポンプHP1としては、熱交換器300を設けない場合は、凝縮器220における点dの状態の冷媒Cを、絞りを介して蒸発器210に戻すため、蒸発器210で利用できるエンタルピ差は414.0−256.9=157.1kJ/kgしかないのに対して、熱交換器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、414.0−226.1=187.9kJ/kgになり、同一冷却負荷に対して圧縮機260に循環するガス量を、ひいては所要動力を16%も小さくすることができる。すなわち、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。
【0086】
次に、ヒートポンプHP1の冷房運転モード時の作用を説明する。図中点dまでは除湿運転モード時と同様であるので点dまでの説明は省略する。凝縮器220を出た、冷媒Cは膨張弁機構711を通過する。この絞りを通過すると圧力は1.66MPaから0.67MPaまで減少し、図中点dから点j’に移行する。この点j’のエンタルピは、256.9kJ/kgである。そして冷媒は熱交換器300、蒸発器210で蒸発し点aに至る。
【0087】
一般に、特に日本のような温帯や亜熱帯地方における気候では、空調負荷のうち除湿負荷(潜熱負荷)の最大値は盛夏でも雨季でもそれほどの差はない。一方、顕熱負荷は例えば8月のような盛夏時には著しく増加する。そのため、冷房と除湿を兼用する空調機の設計上の最大負荷としては、盛夏時の負荷を採用しなければならない。
【0088】
それに対して、除湿運転モード時の最大負荷は、冷房運転モードの最大負荷の半分以下である。一例をあげれば、盛夏時の総負荷を100とすると、そのうち潜熱負荷は30であり、梅雨時のような雨季の総負荷は40であり、そのうち潜熱負荷は25である。
したがって、蒸発器で奪うべき熱量は、冷房運転モード時の方が除湿運転モード時に比べてはるかに多い。顕熱負荷が大きい分だけ多くなるからである。しかしながら、潜熱負荷は雨季と盛夏時とであまり変わらない。
【0089】
本発明の実施の形態によれば、冷房運転モード時には蒸発器として使用できる伝熱面積が蒸発器210に加えて熱交換器300の分が加わるので、十分な伝熱が確保できる。また除湿運転モード時には、蒸発器として使用できる伝熱面積は蒸発器210の分であり、除湿負荷に適した伝熱面積とすることができる。熱交換器300は除湿した後のいわば冷えすぎた処理空気の再熱に使用でき、同時に処理空気の予冷に使用できる。
【0090】
別の方向から見れば、冷房専用の空調機に必要十分な伝熱面積を有する蒸発器の伝熱面積を3分割し、蒸発器210、蒸発セクション251、凝縮セクション252とすればよい。即ち、冷房専用の空調機の蒸発器そのままの大きさをもって、冷媒配管を調整するだけで、冷房・除湿兼用のコンパクトで効率的な空調機を構成することができる。
【0091】
日本の気候におけるような負荷割合に対しては、熱交換器全体の伝熱面積の約40〜60%を蒸発器210に配分し、残り60〜40%の伝熱面積を蒸発セクション251と凝縮セクション252とに伝熱量に応じて配分すればよい。
【0092】
また除湿運転であっても、冷房運転であっても、熱交換器300内の冷媒の体積流量は蒸発器210内の冷媒体積流量よりも小さい。本実施の形態によれば、熱交換器300のサーキット数は1であり、蒸発器のサーキット数2よりも小さいので、除湿運転の際も冷房運転の際も、熱交換器300と蒸発器210の冷媒流速をそれぞれ同じような値にすることができ、熱伝達率の低下を防止することができる。
【0093】
図4に示す除湿空調装置21の除湿運転モード時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、ヒートポンプHP1を備えた除湿空調装置21の除湿運転モード時の作用を説明する。図4中、アルファベット記号K、X、L、M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。
【0094】
図中、空調空間101からの処理空気A(状態K)は、処理空気経路107を通して、熱交換器300の第1の区画310に送り込まれ、ここで蒸発セクション251で蒸発する冷媒Cによりある程度まで冷却される。これは蒸発器210で露点温度(以下)まで冷却される前の予備的冷却であるので予冷と呼ぶことができる。この間、蒸発セクション251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点Xに到る。点Xは飽和線上にある。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ものであってもよい。又は点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ものであってもよい。
【0095】
予冷された処理空気Aは、経路108を通して、蒸発器210に導入される。ここでは、絞り250によって減圧され、低温で蒸発する冷媒Cにより、処理空気Aはその露点温度(以下)に冷却され、水分を奪われながら、絶対湿度を低下させつつ乾球温度を下げて、点Lに到る。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。
【0096】
点Lの状態の処理空気Aは、経路109を通して熱交換器300の第2の区画320に流入する。ここでは凝縮セクション252内で凝縮する冷媒Cにより、絶対湿度一定のまま加熱され点Mに到る。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として、送風機102により吸い込まれ、空調空間101に戻される。
【0097】
熱交換器300では、蒸発セクション251での冷媒Cの蒸発により処理空気Aを予冷し、凝縮セクション252での冷媒Cの凝縮により処理空気Aを再熱する。そして蒸発セクション251で蒸発した冷媒Cは、凝縮セクション252で凝縮する。このように同じ冷媒Cの蒸発と凝縮作用により、蒸発器210で冷却される前後の処理空気A同士の熱交換を間接的に行う。
【0098】
凝縮器220には、経路124を通して外気Bが導入される。この外気Bは凝縮する冷媒Cから熱を奪い、加熱された外気Bは経路125を経由して送風機140に吸い込まれ、経路126を経由して屋外に排出される(EX)。
【0099】
ここで図4の湿り空気線図上に示す空気側のサイクルでは、第1の区画310で処理空気Aを予冷した熱量、すなわち第2の区画320で処理空気Aを再熱した熱量ΔHが熱回収分であり、蒸発器210で処理空気Aを冷却した熱量分がΔQである。また空調空間101を冷房する、冷房効果がΔiである。
【0100】
本第1の実施の形態の除湿空調装置21は、冷房運転モード時に空気・空気熱交換器としての熱交換器300を蒸発器として使用することにより、蒸発器の伝熱面積を増やして蒸発温度を上げて、冷房処理能力すなわち顕熱処理能力を増加させることができる。これによって、速やかに室温を下げることができ、いわゆる高顕熱比の、乾燥し且つ高温の室内空調負荷に対応できる。
【0101】
すなわち、冷房運転モード時においては、図4の湿り空気線図中、空調空間101(図1)(状態K)を出た処理空気Aは熱交換器の第1の区画310(図1)、蒸発器210(図1)、熱交換器の第2の区画320(図1)において冷却され、熱交換器の第2の区画320を出た処理空気Aは図中の点Xの近傍の点で表される状態にある。また冷房運転モード時には、送風機102の送風量を除湿運転モード時よりも多くするように構成するのが好ましい。このようにすると大量の顕熱を取りやすいからである。
【0102】
本実施の形態の除湿空調装置21は、除湿運転モード時に、熱交換器300を蒸発器210を通過する前後の処理空気Aのレヒート熱交換器として使うことによって冷却による結露水分量を冷房運転モード時より増やし、除湿能力すなわち潜熱処理能力を増加させることができる。これによって、除湿運転モード時では、速やかに湿度を下げることができ、いわゆる低顕熱比の湿度の高い室内空調負荷にも対応できる。
【0103】
除湿空調装置21は、空調負荷の顕熱比が可変であり、しかも除湿運転、冷房運転いずれの運転形態においても省エネルギーな運転ができる。
【0104】
次に図5のフロー図を参照して図1の除湿空調装置を暖房運転モードで運転する場合を説明する。ここでは、暖房運転モードで切り替わる機器及びその周辺の機器のみに符号をふりその他の符号は省略してある。
【0105】
まず四方弁701の切り替えにより、圧縮機260の吸込側と吐出側とを切り替える。即ち、四方弁701のポート701Aが701Dに連通し、ポート701Bが701Cに連通する。このことにより経路204は経路201−1に、経路201は経路204−1に連通する。
【0106】
またソレノイドバルブ253が開となり、絞り機構292が絞り作用を実質的にゼロとする。したがって第1の熱交換器210と第3の熱交換器300とは、ほぼ同圧となり圧縮機260の吐出圧を受けて凝縮器として作用する。
【0107】
第2の熱交換器220は、四方弁701を介して圧縮機260の吸い込み側に接続される結果、蒸発器として作用する。
【0108】
以上のように、第2の絞り機構としての膨張弁機構711の前後は、第3の熱交換器300側が第2の熱交換器220側よりも高い圧力となるので、チェッキ弁714は逆止作用をして冷媒を流さない。したがって、第1の熱交換器210と熱交換器300とで凝縮した冷媒は、膨張弁機構711のチェッキ弁715を通過して、膨張弁712で絞られる。チェッキ弁715がほとんど無抵抗に冷媒を流すので膨張弁713は膨張弁としては作用しない。
【0109】
膨張弁712は、感温筒721からの経路201内の冷媒の温度に応じた信号(圧力)と経路201内の冷媒の圧力を均圧管721Aを通して受けている。
経路201内の冷媒の過熱度はその圧力と温度の関数であるので、両者を受信することにより、膨張弁712は冷媒の過熱度に応じた開閉作用を行うことができる。即ち、経路201内の冷媒(蒸発器として作用している熱交換器220で蒸発した冷媒)の過熱度が高いときは開方向として冷媒流量を増やし、過熱度が低いとき(冷媒が湿っているときも含む)は閉方向として冷媒流量を減らすようにする。
【0110】
このようにして熱交換器220が蒸発器として作用し外気から熱を汲み上げ、熱交換器210及び熱交換器300が凝縮器として作用し、経路107〜111を通って流れる処理空気を加熱するので、除湿空調装置21は空調空間101を暖房する暖房装置として用いることができる。
冷媒のサイクルは、図3において点a、b、d、j’、aのサイクルと同様になる。温度と圧力、エンタルピは、外気温度が冬季には図示よりも一般に低温となるので図とは異なるが、作用は同様であるので重複した説明は省略する。
【0111】
図6のフロー図を参照して、第2の実施の形態の除湿空調装置22を説明する。第1の実施の形態と異なるのは、第2の絞り機構の構成である。ここでも先ず除湿運転の場合で説明する。
経路201には、過熱度検出器732を構成する圧力検出器732Pと温度検出器732Tとが設けられている。これは暖房運転モードで作動する。また経路204には、過熱度検出器733を構成する圧力検出器733Pと温度検出器733Tとが設けられている。これは除湿運転モード及び冷房運転モードで作動する。
【0112】
経路202には、電子膨張弁731が設けられている。除湿空調装置22は膨張弁コントローラ734を備えている。膨張弁コントローラ734は、典型的には、デジタルコントローラである。制御ソフトをインストールしたマイコンやパソコンであってもよい。
【0113】
電子膨張弁731は、例えばステップモータで駆動するニードルを備えたニードル弁である。ニードルはスクリューの先端に設けられており、ステッピングモータの回転に応じて、弁座部分を出入することにより、開度を調節できる。
【0114】
膨張弁コントローラ734は、圧力検出器732Pで検出される圧力と温度検出器732Tで検出される温度、又は圧力検出器733Pで検出される圧力と温度検出器733Tで検出される温度とを受信して、過熱度を演算し、演算された過熱度が適切な値となるように(モリエ線図上で飽和ガス線上の状態となるように、または少なくとも乾き状態となるように)電子膨張弁を調節する。
【0115】
除湿運転モードと冷房運転モードの場合は、圧力検出器733Pで検出される圧力と温度検出器733Tで検出される温度とに基いて、また暖房運転モードの場合は、圧力検出器732Pで検出される圧力と温度検出器732Tで検出される温度に基いて電子膨張弁を調節する。
その他の構成と作用は、第1の実施の形態と同様であるので、重複した説明を省略する。
【0116】
以上の実施の形態は、第1の区画310には、空調空間101からの戻り空気を導入するものとして説明したが、空調空間101からの戻り空気を導入せずに外気を導入してもよい。湿度と温度の高い外気は、蒸発器210で冷却する前に予冷するのが好ましく、このように構成することにより、全量外気を必要とする病院やレストランの空調を高いCOPをもって行うことができる。
【0117】
以上の実施の形態では、空調空間を空調する除湿空調装置として説明したが、本発明の除湿空調装置は、必ずしも空調空間に限らず他の除湿を必要とする空間に、一般の除湿装置として応用することもでき、本発明の除湿空調装置とはそのような場合も含むものとする。
【0118】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、切り替え機構を備えるので、第1の運転モードと第2の運転モードとの切り替えが可能なヒートポンプ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除湿空調装置の除湿運転モードのフローを示すフロー図である。
【図2】図1に示す除湿空調装置の設置状態を示す模式的側面図と熱交換器の斜視図である。
【図3】図1に示す除湿空調装置のヒートポンプのモリエ線図である。
【図4】図1の除湿空調装置の除湿運転モード時の作動を説明する湿り空気線図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態である除湿空調装置の暖房運転モードのフローを示すフロー図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態である除湿空調装置の除湿運転モードのフローを示すフロー図である。
【図7】従来の除湿空調装置のフロー図である。
【符号の説明】
21、22 除湿空調装置
101 空調空間
102、140 送風機
210 蒸発器
220 凝縮器
251 蒸発セクション
252 凝縮セクション
250 絞り
253 ソレノイドバルブ
260 圧縮機
711 第2の絞り機構
292 第1の絞り機構
300 熱交換器
310 第1の区画
320 第2の区画
701 四方弁
711 膨張弁機構
712、713 膨張弁
714、715 チェッキ弁
721、722 感温筒
731 電子膨張弁
732T、733T 温度検出器
732P、733P 圧力検出器
HP1 ヒートポンプ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat pump and a dehumidifying air conditioner, and more particularly to a heat pump and a dehumidifying air conditioner having a high coefficient of performance (COP) and capable of switching operation modes.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there has been a dehumidifying air conditioner as shown in FIG. In this apparatus, a compressor 260 that compresses the refrigerant C, a condenser 220 that condenses the compressed refrigerant C with the outside air B, and an expansion valve 291 with a bypass having a solenoid valve depressurizes the condensed refrigerant C to an intermediate pressure. The intermediate heat exchanger 300 ″ that repeatedly evaporates and condenses in the above, and the refrigerant C condensed here is decompressed by the expansion valve 292 with a bypass having a solenoid valve, and is evaporated to process air A from the conditioned space 101. And an evaporator 210 for cooling to a dew point temperature.
[0003]
In this apparatus, in the dehumidifying operation mode, the bypass solenoid valve of the expansion valve 292 is closed, and the evaporation and condensation pressure of the intermediate heat exchanger 300 ″ is set to the intermediate pressure between the condensation pressure of the condenser 220 and the evaporation pressure of the evaporator 210. . Further, in the cooling operation mode, the solenoid valve of the expansion valve 292 is opened so that the pressure of the intermediate heat exchanger 300 ″ is equal to the evaporation pressure of the evaporator 210, so that the intermediate heat exchanger 300 ″ is one of the evaporators. Operate as a part.
Therefore, in the dehumidifying operation mode, the intermediate heat exchanger 300 ″ performs heat exchange using the refrigerant as a medium between the processing air before and after being cooled to the dew point temperature by the evaporator 210. In this way, the processing air A cooled to the dew point by the evaporator 210 is reheated by the heat exchanger 300 ″.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional dehumidifying air conditioner as described above, the dehumidifying operation mode and the cooling operation mode are possible, but the heating operation mode cannot be directly supported. In particular, there is a demand for a dehumidifying air conditioner for home use to support heating in winter as well as dehumidifying and cooling in summer with a single air conditioner.
[0005]
Then, an object of this invention is to provide the heat pump and dehumidification air conditioner which can switch an operation mode. In particular, it is an object of the present invention to provide a heat pump capable of switching the direction of pumping heat and a dehumidifying air conditioner capable of switching between a dehumidifying / cooling operation mode and a heating operation mode.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a heat pump according to a first aspect of the present invention provides a booster that boosts the refrigerant C by discharging the refrigerant C from the suction side and discharging the refrigerant C from the suction side, for example, as shown in FIGS. A switching mechanism 701 that switches between the first operation mode and the second operation mode by switching between the suction side and the discharge side of the booster 260; and evaporates the refrigerant C in the first operation mode. A first heat exchanger 210 that cools the first fluid A and condenses the refrigerant C in the second operation mode to heat the first fluid A; and the refrigerant C in the first operation mode. A second heat exchanger 220 that condenses and heats the second fluid B, evaporates the refrigerant C and cools the second fluid B in the second operation mode; and a first heat exchanger 210 Refrigerant path 2 connecting the first heat exchanger 220 and the second heat exchanger 220 The refrigerant C is evaporated and condensed at a pressure intermediate between the condensation pressure of the second heat exchanger 220 and the evaporation pressure of the first heat exchanger 210 in the first operation mode. The first fluid A is cooled by the intermediate pressure evaporation, the first fluid A is heated by the intermediate pressure condensation, and is approximately the same pressure as the condensation pressure of the first heat exchanger 210 in the second operation mode. A third heat exchanger 300 that condenses the refrigerant C and heats the first fluid A; and is provided in the refrigerant path 203 between the third heat exchanger 300 and the first heat exchanger 210. A first throttling mechanism 292 whose degree of throttling is switchable; a second throttling mechanism 711 provided in the refrigerant path 202 between the second heat exchanger 220 and the third heat exchanger 300; The first fluid A is in the third heat exchanger 300 in the first mode of operation. Consists of cooling and heating in the cooling and the third heat exchanger 300 in the first heat exchanger 210 so as to receive in this order; third heat exchanger 300, in the first operating mode A first section 310 in which the refrigerant C performs the intermediate pressure evaporation and a second section 320 in which the intermediate pressure condensation is performed are formed, and the refrigerant C meanders in the first section 310 a plurality of times in the first operation mode. And then meandering multiple times in the second compartment 320 and then toward the first heat exchanger 210; the first heat exchanger 210 is between the first compartment 310 and the second compartment 320. Ru is located.
[0007]
The booster typically discharges the refrigerant from the suction side to the suction discharge side, and the switching mechanism typically switches the operation mode by switching between the suction side and the discharge side of the booster.
[0008]
The first operation mode is typically the dehumidification operation mode when the heat pump is used for dehumidification air conditioning. Similarly, the second operation mode is typically the heating operation mode. The first fluid is a low heat source fluid in the first operation mode, the second fluid is a high heat source fluid in the first operation mode, and the first heat exchanger is evaporated in the dehumidification / cooling operation mode. The second heat exchanger is a condenser in the dehumidifying / cooling operation mode, and the third heat exchanger is an intermediate heat exchanger in the dehumidifying operation mode. The change of the aperture degree is typically an increase or decrease in the opening area.
[0009]
If comprised in this way, since the switching mechanism is provided, a 1st operation mode and a 2nd operation mode can be switched.
[0010]
In order to achieve the above object, a dehumidifying air conditioner according to a second aspect of the present invention includes, for example, as shown in FIGS. 1 and 2 , a booster 260 that boosts the refrigerant C; a dehumidifying operation mode and a heating operation mode; A first heat exchange for evaporating the refrigerant C in the dehumidifying operation mode to cool the processing air A to the dew point temperature and condensing the refrigerant C in the heating operation mode to heat the processing air A A second heat exchanger 220 that condenses the refrigerant C in the dehumidifying operation mode to heat the heat source fluid B and evaporates the refrigerant C in the heating operation mode to cool the heat source fluid B; Provided in the refrigerant paths 202 to 203 that connect the second heat exchanger 210 and the second heat exchanger 220, and the condensation pressure of the second heat exchanger 220 and the first heat exchanger 210 in the dehumidifying operation mode. Between the evaporation pressure of The refrigerant C is evaporated and condensed by force, the processing air A is cooled by the intermediate pressure evaporation, the processing air A is heated by the intermediate pressure condensation, and the condensation pressure of the first heat exchanger 210 is heated in the heating operation mode. A third heat exchanger 300 that condenses the refrigerant C and heats the processing air A at substantially the same pressure as in the above; provided in the refrigerant path 203 between the third heat exchanger 300 and the first heat exchanger 210 A first throttling mechanism 292 having a switchable throttling degree; and a second throttling mechanism provided in the refrigerant path 202 between the second heat exchanger 220 and the third heat exchanger 300. 711; the processing air A performs cooling in the third heat exchanger 300, cooling in the first heat exchanger 210, and heating in the third heat exchanger 300 in the dehumidifying operation mode. It is configured to receive in this order; third heat exchanger 300, the removal A first section 310 in which the refrigerant C performs the intermediate pressure evaporation in the operation mode and a second section 320 in which the intermediate pressure condensation is performed are formed, and the refrigerant C flows in the first section 310 a plurality of times in the dehumidifying operation mode. After being meandered, configured to meander multiple times in the second compartment 320 and then toward the first heat exchanger 210; the first heat exchanger 210 is between the first compartment 310 and the second compartment 320 Ru is located between.
[0011]
The booster typically discharges the refrigerant from the suction side to the suction discharge side, and the switching mechanism typically switches the operation mode by switching between the suction side and the discharge side of the booster. A cooling operation mode is an extension of the dehumidifying operation mode.
[0012]
If comprised in this way, since the switching mechanism is provided, switching will be possible between the dehumidifying operation mode and the heating operation mode.
[0013]
Further, as described in claim 3, in the dehumidifying air conditioner described in claim 2, for example, as shown in FIG. 6, the degree of superheat of the refrigerant C exiting the first heat exchanger 210 in the dehumidifying operation mode is detected. First superheat detectors 733T, 733P, 734; and second superheat detectors 732T, 732P, 734 for detecting the superheat of the refrigerant exiting the second heat exchanger 220 in the heating operation mode; The second throttle mechanism 711 increases or decreases the throttle degree based on the detection results of the first superheat degree detectors 733T, 733P, and 734 in the dehumidifying operation mode, and the second superheat degree detector 732T in the heating operation mode. , 732P, 734 may have an expansion valve 731 that increases or decreases the degree of throttling.
[0014]
The superheat detector typically includes, for example, a pressure detector that detects the pressure at that location and a temperature detector that detects the temperature, as shown in FIG. 6, and based on the detection results of both detectors. Is calculated. For example, an electronic expansion valve. Further, for example, as shown in FIG. 1, temperature automatic expansion valves 713 and 712 having pressure equalizing tubes and temperature detectors (temperature sensing cylinders) 722, 722A, 721, and 721A may be used.
[0015]
Further, as shown in claim 4, in the dehumidifying air conditioner according to claim 2 or claim 3, the first throttle mechanism 292 is provided between the first heat exchanger 210 and the third heat exchanger 300. It may be possible to reduce the degree of throttling to substantially zero.
[0016]
When the degree of constriction between the first heat exchanger 210 and the third heat exchanger 300 is reduced to substantially zero, the cooling operation mode is typically set.
Here, when the degree of throttling is substantially zero, it may be said that the throttling action is substantially zero. When the throttling is, for example, a control valve that increases or decreases the opening area, the opening area is sufficiently large. This is true.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol or a similar code | symbol is attached | subjected to the mutually same or equivalent member, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0018]
FIG. 1 is a flow diagram of a heat pump HP1 according to a first embodiment of the present invention and a dehumidifying air conditioner 21 that is an example of the dehumidifying air conditioner according to the present invention. The dehumidifying air conditioner 21 can perform a dehumidifying operation in which the processing air A is cooled to its dew point temperature to remove moisture and then reheated to dehumidify, and a cooling operation mainly depriving sensible heat, and further heating to raise the temperature of the processing air A The dehumidifying air conditioner 21 is operable. 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.
[0019]
With reference to FIG. 1, the structure of heat pump HP1 which is 1st Embodiment, and the dehumidification air conditioner 21 provided with the same is demonstrated. This dehumidifying air conditioner 21 is processed air A as a first fluid by a first heat exchanger (acting as an evaporator) 210 in a dehumidifying operation mode as a first operation mode and a cooling operation mode on its extension. In the heating operation mode as the second operation mode, the temperature of the processing air A as the first fluid is increased by the first heat exchanger (acting as a condenser) 210 in the heating operation mode as the second operation mode. The air-conditioned space 101 supplied with the processing air A is maintained in a comfortable environment.
[0020]
FIG. 1 shows the case of dehumidifying operation. In the figure, the black valve is closed. If the valve 253 is white, the cooling operation is performed. Here, for the sake of convenience, the configuration will be described with the function of the dehumidifying operation.
A device configuration related to the processing air will be described along the path of the processing air A from the air-conditioned space 101. First, the path 107 connected to the air-conditioned space 101, the first section 310 as the intermediate evaporator of the heat exchanger 300 as the third heat exchanger, the path 108, and evaporation for cooling the processing air A to its dew point temperature. The second section 320 as an intermediate condenser of the heat exchanger 300, the path 109, the path 110, the blower 102 for circulating the processing air A connected to the path 110, and the path 111 are arranged in this order. And, it is configured to return to the air-conditioned space 101. In the figure, the air supplied from the dehumidifying air conditioner 21 to the air conditioned space 101 is indicated as SA, and the air returning from the air conditioned space 101 to the dehumidifying air conditioner is indicated as RA.
[0021]
Further, along the path of cooling air (outside air) B as the second fluid from the outdoor OA, the path 124, the condenser 220 for cooling and condensing the refrigerant C, the path 125, and the blower for blowing the cooling air B 140 and the path 126 are arranged in this order, and are configured to exhaust EX to the outdoor OA.
[0022]
Next, the device configuration of the heat pump HP1 will be described along the path from the evaporator 210 to the refrigerant C. In the figure, evaporator 210, path 204, four-way valve 701 (port 701A to port 701B), path 204-1 and compression as a booster that compresses (increases) the refrigerant C that has become gas by evaporation in evaporator 210. Machine 260, path 201-1, four-way valve 701 (port 701C to port 701D), path 201, condenser 220, path 202, expansion valve mechanism 711 as a second throttle mechanism inserted in path 202, heat An evaporating section 251 that cools the processing air A that flows through the first section 310 of the exchanger 300, a refrigerant path 202B, and a condensing section 252 that heats (reheats) the processing air A that flows through the second section 320 of the heat exchanger 300. The heat pump HP1 is configured such that the path 203 and the diaphragm 250 are arranged in this order and return to the evaporator 210 again. .
[0023]
Here, the configuration of the four-way valve 711 as a switching mechanism for switching between the first operation mode and the second operation mode will be described. The four-way valve 701 has four ports as ports. That is, the port 701A, the port 701B, the port 701C, and the port 701D. In the first operation mode and the cooling operation mode that is an extension of the first operation mode, the port 701A and the port 701B communicate with each other, and the port 701C and the port 701D communicate with each other. In the second operation mode, port 701A and port 701D communicate with each other, and port 701B and port 701C communicate with each other. The switching mechanism is not limited to a four-way valve, and may be a combination of four two-way valves or a combination of two three-way valves.
[0024]
Note that the evaporation section 251 is formed by a tube meandering in the first section 310, and the condensation section 252 is formed by a tube meandering in the second section 320. In the present embodiment, the evaporation section 251 meanders the first section 310 a plurality of times and is then connected to the condensation section 252 via the path 202B. The condensing section 252 is connected to the path 203 after meandering the second compartment 320 multiple times. In the drawing, each section is shown to meander in a plane along the flow of the processing air A, but in reality, it is preferable to meander in a plane perpendicular to the flow of the processing air A (see FIG. 2). ). However, a plurality of meandering layers may be provided by providing a plurality of orthogonal surfaces.
[0025]
In this way, the evaporation section 251 and the condensation section 252 are formed by continuous heat transfer tubes, and the evaporation section 251 is sufficiently meandered in the first section 310 a plurality of times, that is, the refrigerant flowing inside is evaporated. Later, if the condensing section 252 is configured to meander multiple times in the second compartment, the number of pipes connecting the evaporating section 251 and the condensing section 252 may be one or a minimum (2 to 4). The first section 310 and the second section 320 can be easily set apart (see FIGS. 2B and 2C).
[0026]
In addition, although the expansion valve mechanism 711 is arrange | positioned in the path | route 202 of the refrigerant | coolant C, the expansion valve mechanism 711 has arrange | positioned the expansion valve 712 and the expansion valve 713 in series from the upstream of a refrigerant | coolant. A bypass path 202A that bypasses the expansion valve 712 is provided, and a check valve 714 is inserted into the bypass path 202A. The flow direction of the check valve (check valve) 714 is a direction from the condenser 220 toward the expansion valve 713.
Similarly, a bypass path 202B that bypasses the expansion valve 713 is provided, and a check valve 715 is inserted into the bypass path 202B. The flow direction of the check valve 715 is a direction from the heat exchanger 300 toward the expansion valve 712. A path 203A that bypasses the throttle 250 is provided in the path 203 of the refrigerant C, and a solenoid valve 253 is provided in the path 203A.
[0027]
An expansion valve mechanism 711 as a second throttle mechanism is configured including the expansion valve 712, the expansion valve 713, the bypass path 202A (including the check valve 714), and the bypass path 202B (including the check valve 715). A first throttle mechanism 292 is configured including the solenoid valve 253.
[0028]
When the solenoid valve 253 is opened, the opening area is formed to be substantially equal to the cross-sectional area of the path 203. In other words, when the solenoid valve 253 is opened, the aperture of the first aperture mechanism 292 is reduced (the aperture area is increased), and the aperture is large enough not to act as an aperture. (The aperture value is substantially zero).
[0029]
In other words, when the solenoid valve 253 is opened, the opening area of the first throttle mechanism 292 is increased and the first throttle mechanism 292 is set so as not to substantially form a throttle. The case where the solenoid valve 253 is closed is the case where the opening area of the first diaphragm mechanism 292 is reduced and the first diaphragm mechanism 292 is set to form a diaphragm.
[0030]
The path 201 is provided with a temperature sensing cylinder 721 as a temperature detector for detecting the temperature of the refrigerant flowing therethrough, and a temperature detection signal is sent to the expansion valve 712. A pressure equalizing pipe 721A is provided between the expansion valve 712 and the path 201.
Similarly, the path 204 is provided with a temperature sensing cylinder 722 as a temperature detector for detecting the temperature of the refrigerant flowing therethrough, and a temperature detection signal is sent to the expansion valve 713. A pressure equalizing pipe 722 </ b> A is provided between the expansion valve 713 and the path 204.
[0031]
Since it is comprised in this way, the direction which acts as an expansion valve among expansion valves 712 and 713 is decided by the level of pressure before and after expansion valve mechanism 711.
In the case of the dehumidifying operation mode and the cooling operation mode as the first operation mode, the path 201 is connected to the discharge side of the compressor 260, and the second heat exchanger 220 side has a higher pressure than the heat exchanger 300 side. is there. Therefore, the check valve 715 is closed as shown in black, and the check valve 714 is open, so that the expansion valve 713 functions as an expansion valve.
[0032]
Next, the configuration of the heat exchanger 300 will be described. The heat exchanger 300 is a heat exchanger that indirectly exchanges heat between the processing airs A before and after flowing into the evaporator 210 via the refrigerant C.
[0033]
In this heat exchanger 300, a first section 310 for flowing the processing air A before passing through the evaporator 210 and a second section 320 for flowing the processing air A after passing through the evaporator 210 are separated. A rectangular parallelepiped space is formed. Both compartments are provided with partition walls 301 and 302 so that the processing air flowing through both sections is not mixed, and the pipe 202B connecting the evaporation section 251 and the condensation section 252 which are heat exchange tubes has the partition walls of these two sections. It penetrates.
[0034]
In the figure, the processing air A before being introduced into the evaporator 210 is supplied to the first section 310 from the right through the path 107 and exits through the path 108 from the left. Further, the processing air A cooled to the dew point temperature (below) through the evaporator 210 and having a reduced absolute humidity is supplied to the second section 320 from the left side through the path 109 and exits from the right side through the path 110. .
[0035]
Here, the concept of the circuit of the evaporator 210 in the case shown in FIG. 1 will be described (see FIG. 2B as appropriate). The number of circuits in the heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant flowing in the heat transfer tube and heat exchange between the fluid flowing outside the heat transfer tube and the refrigerant is the number of flow paths through which the refrigerant flows in parallel. In the figure, the refrigerant path 203 is connected to a distributor 601 provided after exiting the throttle 250 and immediately before entering the heat transfer tubes 210A and 210B of the evaporator 210. From the distributor 601, the refrigerant path 621 and the refrigerant path 622 are branched to introduce the refrigerant into the heat transfer tubes 210A and 210B, respectively.
[0036]
The heat transfer tubes 210 </ b> A and 210 </ b> B are arranged so that the refrigerant flows in parallel in the evaporator 210. Further, the flow direction of the refrigerant is opposite to the flow direction of the processing air A. As will be described later with reference to FIG. 3, this is also a thermal counter flow.
[0037]
In this embodiment, the number of circuits of the evaporator 210 is two. On the other hand, in the heat exchanger 300, one heat transfer tube meanders and the number of circuits is one. That is, since the number of circuits in the first section 310 that is the intermediate evaporator portion of the heat exchanger 300 is 1, it is less than the number 2 of circuits in the evaporator 210.
[0038]
Although not shown, the number of circuits in the first section and the second section may be two, and the two sections may be merged when exiting the second section and guided to the first throttling mechanism 292. At this time, the number of circuits of the evaporator 210 is preferably 3 or more.
[0039]
In the figure, in the dehumidifying operation mode, the solenoid valve 253 is closed as shown in black. The refrigerant piping between the heat exchanger 300 and the evaporator 210 is connected via the restriction 250, and the evaporation pressure and the condensation pressure in the heat exchanger 300 are the evaporation pressure of the evaporator 210 and the condenser 220. The pressure is intermediate to the condensation pressure.
[0040]
When the temperature (air temperature) is relatively high, the cooling operation mode is selected and the solenoid valve 253 is opened. At this time, the expansion valve 713 acts. Especially in the Japanese climate, when the temperature is high, the absolute humidity is usually high. At this time, it is preferable to select the cooling operation mode and actively take away both sensible heat and latent heat.
[0041]
When the solenoid valve 253 is opened, the refrigerant pipe between the heat exchanger 300 and the evaporator 210 is connected without substantial restriction, and the pressure in the heat transfer tube in the heat exchanger 300 is Both the evaporation section 251 and the condensation section 252 are substantially equal to the evaporation pressure of the evaporator 210, and the heat exchanger 300 also acts as an evaporator together with the evaporator 210.
[0042]
The selection of the dehumidifying operation mode and the cooling operation mode may be performed automatically by detecting temperature and humidity, or may be performed manually. High and low humidity also has personal preference. In addition, there are cases where it is desired to forcibly lower the temperature regardless of humidity or temperature, or cases where it is desired to lower the humidity anyway to forcibly dry the room.
[0043]
Next, a configuration example of the evaporator 210 and the heat exchanger 300 will be specifically described with reference to a schematic side view showing the installation state of the dehumidifying air conditioner in FIG. 2 and a perspective view of the heat exchanger. (B) As shown in (c), the evaporating section 251 formed of a heat transfer tube (narrow tube) is disposed through a large number of plate fins. And it is mutually connected by the U tube (you tube) outside the outermost fin. In this way, the heat transfer tube penetrates the first section 310 multiple times while meandering.
[0044]
The first section 310 is a rectangular parallelepiped space formed by arranging a large number of rectangular plate fins in parallel. Further, the outer surface of the rectangular parallelepiped space for housing the plate fins and the thin tube group may be surrounded by a plate housing. However, two opposing surfaces of the housing are open, and the processing air passes through the openings.
[0045]
Similarly, the condensing section 252 which is a heat transfer tube penetrates the second section 320 a plurality of times while meandering. The second section 320 is also a rectangular parallelepiped space having a structure similar to that of the first section 310.
[0046]
The end of the evaporation section 251 and the end of the condensing section 252 are connected by a pipe 202B. In the present embodiment, the pipe 202B is configured as a part of a continuous tube constituting the evaporation section 251 and the condensation section 252.
[0047]
As described above, the evaporating section 251 and the condensing section 252 that are refrigerant flow paths constitute meandering thin tube groups. In this way, the refrigerant C flowing in one direction from the evaporation section 251 to the condensation section 252 as a whole flows in a meandering manner in the narrow tube group, while evaporating in the evaporation section 251 and condensing in the condensation section 252. Heat from the high-temperature processing air A flowing through the first section 310 is transferred to the low-temperature processing air A flowing through the second section 320.
[0048]
Similarly, the evaporator 210 is configured such that the heat transfer tube passes through a large number of rectangular plate fins. The configuration is configured as a rectangular parallelepiped space like the first section 310 and the second section 320. And it is connected by the U tube (you tube) outside the outermost fin. In this way, the heat transfer tube penetrates the fin a plurality of times while meandering.
[0049]
In the present embodiment, the evaporating section 251 and the condensing section 252 are each configured as a single layer of thin tubes arranged in a meandering manner in one plane orthogonal to the flow of the processing air A. The evaporator 210 is configured as a two-layered thin tube group arranged meandering in two planes orthogonal to the flow of the processing air A.
[0050]
In this embodiment, the thin tube (heat transfer tube) group of the evaporator 210 is divided into two groups, an upper half and a lower half in the figure. The upper half heat transfer tube 210 </ b> A and the lower half heat transfer tube 210 </ b> B are arranged in parallel and in a direction opposite to the flow of the processing air in parallel while meandering.
[0051]
The number of layers of the heat transfer tube of the evaporator 210 may be determined according to the amount of heat transfer. Further, the distribution of the heat transfer area of the thin tube group in the heat exchanger 300 and the evaporator 210 may be determined according to the ratio of the latent heat load and the sensible heat load as will be described later.
[0052]
The evaporator 210 is disposed between the first compartment 310 and the second compartment 320. When arranged in this way, one rectangular parallelepiped space can be divided into three, and each can be configured as a first compartment 310, an evaporator 210, and a second compartment 320, and the structure is simplified. Between each compartment 310, 320 and evaporator 210, the fins are preferably scored to be discontinuous as shown. This is because the temperatures of adjacent parts are different.
[0053]
In this configuration, a thin tube group consisting of heat transfer tubes of the same size (especially the same diameter) penetrates the fins at equal intervals and is expanded and fixed to the fins, and the thin tubes are connected by simple U tubes, Since the sections 310 and 320 and the evaporator 210 may be connected by one or a small number of pipes (or a part of a narrow pipe), the configuration is simple and the manufacture is easy.
[0054]
Next, an example in which the dehumidifying air conditioner described above is applied as an air conditioner in the air-conditioned space 101 will be described with reference to a schematic cross-sectional view of FIG. In the indoor unit installed in the air-conditioned space 101, that is, indoors, a heat exchanger assembly in which the first section 310, the evaporator 210, and the second section 320 are integrally formed, the return air RA, and the supply air SA. A blower 102 that circulates is stored. If a cross flow fan is used as the blower 102, the indoor unit can be compactly assembled. A dust filter is provided on the upstream side of the flow of the return air RA in the first section 310.
A drain pan 450 is provided below the heat exchanger 300 and the evaporator 210, and a drain pipe is led to the outdoors from the drain pan 450.
[0055]
The return air RA is removed through a filter, precooled in the first section 310, further cooled by the evaporator 210, dehumidified, and becomes saturated air. The saturated air is reheated in the second section 320 and is supplied to the conditioned space 101 by the blower 102 as supply air SA having an appropriate absolute humidity and an appropriate temperature, that is, an appropriate relative humidity. That is, the process air is pre-cooled while passing in one direction through a group of plate fins and tubules (although there is a break between each compartment and the evaporator) at first glance, which looks like a normal cooling fin tube heat exchanger. The three processes of water removal and reheating are performed all at once, so that the supply air SA having an appropriate humidity and temperature is obtained.
[0056]
In an outdoor unit installed outside the air-conditioned space 101, a condenser 220, a compressor 260, and a blower 140 are housed. The condenser 220 and the evaporation section 251 of the first section 310 are connected by a pipe 202, and the evaporator 210 and the compressor 260 are connected by a pipe 203. That is, the indoor unit and the outdoor unit are connected by only two pipes 202 and 203. In this figure, the aperture mechanism 711 is not shown.
[0057]
Next, the flow of the refrigerant C between the devices in the cooling / dehumidifying operation mode will be described with reference to the flow chart of FIG. 1, followed by dehumidification as the first operation mode of the heat pump HP1 shown in FIG. The operation of the heat pump HP1 will be described with reference to the refrigerant Mollier diagram in the operation mode.
[0058]
In FIG. 1, first, the case of the dehumidifying operation mode as the first operation mode will be described. At this time, by switching the four-way valve 701, the path 204 is connected to the suction side of the compressor 260 and the path 201 is connected to the discharge side thereof. The solenoid valve 253 is closed. The refrigerant gas C compressed by the compressor 260 is guided to the condenser 220 via the refrigerant gas pipe 201-1 connected to the discharge port of the compressor 260, the four-way valve 701, and the path 201. The refrigerant gas C compressed by the compressor 260 is cooled and condensed by the outside air B as cooling air.
[0059]
The condensed refrigerant passes through the check valve 714 of the expansion valve mechanism 711 provided at the refrigerant outlet of the condenser 220 and is throttled by the expansion valve 713. Since the check valve 714 flows the refrigerant almost without resistance, the expansion valve 712 does not act as an expansion valve. The check valve 715 does not flow the refrigerant due to the check action.
[0060]
The expansion valve 713 receives a signal (pressure) corresponding to the temperature of the refrigerant in the path 204 from the temperature sensing cylinder 722 and the pressure of the refrigerant in the path 204 through the pressure equalizing pipe 722A.
Since the degree of superheat of the refrigerant in the path 204 is a function of its pressure and temperature, the expansion valve 713 can open and close according to the degree of superheat of the refrigerant by receiving both. That is, when the superheat degree of the refrigerant in the path 204 (refrigerant evaporated by the evaporator 210) is high, the refrigerant flow rate is increased as an open direction, and when the superheat degree is low (including when the refrigerant is wet), the close direction is set. Reduce the refrigerant flow rate.
This is the same in both the dehumidifying operation mode and the cooling operation mode.
[0061]
The expansion valve mechanism 711 is connected to the inlet of the evaporation section 251 of the heat exchanger 300 by the refrigerant path 202.
[0062]
The liquid refrigerant C exiting the condenser 220 is decompressed by the expansion valve mechanism 711, expands, and part of the refrigerant C evaporates (flashes). The refrigerant C mixed with the liquid and gas reaches the evaporation section 251, where the liquid refrigerant C repeatedly flows and evaporates so as to wet the inner wall of the tube of the evaporation section 251 that passes through the plate fins. The processing air A flowing through the first section 310 and before flowing into the evaporator 210 is cooled (precooled).
[0063]
The refrigerant that has evaporated to some extent in the evaporation section 251 and becomes a mixture of gas and liquid is guided to the pipe 202B and flows into the condensation section 252. The processing air A flowing through the second section 320, that is, the processing air A that has been pre-cooled in the first section 310 and then cooled and dehumidified in the evaporator 210 and cooled to a temperature lower than that before flowing into the evaporator 210 is heated (recycled). The refrigerant itself is deprived of heat and condenses. In the present embodiment, the evaporation section 251 and the condensation section 252 are formed of a series of tubes (including U tubes). That is, since it is configured as an integral flow path, the refrigerant gas C (and the refrigerant liquid C that has not evaporated) evaporated in the evaporation section 251 flows into the condensation section 252 and condenses, so that heat is transferred simultaneously with mass transfer. Move.
[0064]
The outlet side of the final condensing section 252 of the heat exchanger 300 is connected to the evaporator 210 by a refrigerant liquid pipe 203, and a throttle valve 250 and a solenoid valve 253 that bypasses the throttle 250 are installed in the refrigerant pipe 203. .
[0065]
The refrigerant liquid C condensed in the condensing section is depressurized by the restriction 250 and expanded to lower the temperature, branch to the pipes 621 and 622 through the distributor 601, and enter the heat transfer tubes 210A and 210B of the evaporator 210, respectively. It evaporates and the process air A is cooled with the heat of evaporation. As the throttles 330 and 250, for example, an orifice, a capillary tube, an expansion valve or the like is used. Since the solenoid valve 253 is closed, the refrigerant liquid C does not pass through the solenoid valve 253.
[0066]
Here, the pressure of the refrigerant is reduced before and after the restriction 292. Therefore, the volume flow rate of the refrigerant in the heat transfer tube in the heat exchanger 300, for example, the heat transfer tube 251, is smaller than that in the heat transfer tubes 210A and 210B in the evaporator 210. While the refrigerant is almost gasified at the outlet of the heat transfer tube of the evaporator 210, the refrigerant usually has a two-phase flow in the heat transfer tube of the heat exchanger 300, so that there is a tendency for further difference.
[0067]
However, according to this embodiment, since the number of circuits of the heat exchanger 300 is 1 and the number of circuits of the evaporator 210 is 2, even if the size of the heat transfer tubes constituting both is the same, The difference in the flow rate of the flowing refrigerant can be reduced. Therefore, for example, when the size of the heat transfer tube is selected so that the refrigerant flow rate in the evaporator 210 is an appropriate value, the refrigerant flow rate of the heat exchanger 300 using the heat transfer tube of the same size is also set to an appropriate value. Can do.
[0068]
Refrigerant C evaporated and gasified in the evaporator 210 joins again, passes through the path 204, passes through the ports 701 </ b> A and 701 </ b> B of the four-way valve 711, and is guided to the suction side of the compressor 260 through the path 204-1. Repeat the above cycle.
[0069]
In the figure, the behavior of the refrigerant C in the evaporation section 251 and the condensation section 252 of the heat exchanger 300 will be described. First, liquid phase and gas phase refrigerant C flows into the evaporation section 251. It may be a refrigerant liquid C that is partially vaporized and contains a slight gas phase. While the refrigerant C flows through the evaporation section 251, the processing air A is pre-cooled and is heated to flow into the condensing section 252 while increasing the gas phase. In the condensing section 252, the processing air A having a temperature lower than that of the processing air A in the evaporation section 251 is heated by being cooled and dehumidified, and the heat is taken away to condense the gas-phase refrigerant C. Thus, the refrigerant C flows through the refrigerant flow path while changing the phase between the gas phase and the liquid phase, and the processing air A before being cooled by the evaporator 210 and the evaporator 210 are cooled to lower the absolute humidity. Heat exchange with the processing air A is performed.
[0070]
In the case of the cooling operation that is an extension of the first operation mode, the solenoid valve 253 is closed to open so that the refrigerant C does not drop in pressure before and after the throttle 250, and the dehumidification operation as the first operation mode is performed. Switch operation mode to cooling operation. Also at this time, the expansion valve 713 acts, and the refrigerant flow rate is adjusted so that the superheat degree of the refrigerant evaporated in the evaporator 210 becomes an appropriate value.
[0071]
By doing so, the pressure drop of the refrigerant C before and after the throttle 250 can be made almost zero, and the pressure drop of the refrigerant C excluding the pipe pressure loss can be generated by the expansion valve mechanism 711, and the condensation section 252 of the heat exchanger 300 The pressure of the refrigerant C in the evaporation section 251 becomes substantially equal to the pressure of the refrigerant C in the evaporator 210, and the refrigerant C is evaporated in the condensation section 252 and the evaporation section 251 in addition to the evaporator 210. Therefore, since the heat transfer area of evaporation increases, the cooling capacity, that is, the sensible heat treatment capacity can be increased.
[0072]
In the dehumidifying operation mode, by using the heat exchanger 300 as a reheat heat exchanger for the processing air A before and after passing through the evaporator 210, the amount of condensed moisture due to cooling is increased compared to that in the cooling operation mode, and in the cooling operation mode. It is possible to increase the dehumidifying ability, that is, the latent heat treatment ability. Thus, in the dehumidifying operation mode, the humidity can be lowered more quickly than in the cooling operation mode, and it is possible to cope with a so-called low sensible heat ratio and high humidity indoor air conditioning load.
Furthermore, in the dehumidifying operation mode, the amount of condensed water may be increased from that in the cooling operation mode by reducing the amount of air blown by the blower 102 compared to that in the cooling operation mode. For this purpose, the blower 102 may be driven by a variable speed motor (not shown) so that the increase / decrease control of the rotational speed can be performed.
[0073]
When the dehumidifying air conditioner of the first embodiment is applied to a domestic air conditioner, a dehumidifying operation is performed so that the room is not too cold during the rainy season or at night during the summer, and the environment is comfortable with low humidity. Can be made.
[0074]
As described above, the dehumidifying air conditioner according to the present embodiment has a variable sensible heat ratio of the air conditioning load, and can perform an energy saving operation in any of the dehumidifying operation and cooling operation modes.
[0075]
Next, the operation of the heat pump HP1 in the dehumidifying operation mode will be described with reference to the Mollier diagram of FIG. Note that FIG. 1 is referred to as appropriate for devices and the like. FIG. 3 is a Mollier diagram when the mixed refrigerant HFC407C is used. In this diagram, the horizontal axis is enthalpy and the vertical axis is pressure.
[0076]
In the figure, point a is the state of the refrigerant outlet of the evaporator 210, and the refrigerant C is in a saturated gas state. The pressure is 0.67 MPa, the temperature is 11.2 ° C., and the enthalpy is 414.0 kJ / kg. A state where the gas is sucked and compressed by the compressor 260 and a state at the discharge port of the compressor 260 are indicated by a point b. In this state, the pressure is 1.66 MPa and the state is superheated gas.
[0077]
The refrigerant gas C is cooled in the condenser 220 and reaches a point c on the Mollier diagram. This point is a state of saturated gas, the pressure is 1.66 MPa, and the temperature is 42.9 ° C. Under this pressure, it is further cooled and condensed and reaches point d. This point is a saturated liquid state, the pressure is the same as the point c, the temperature is 38 ° C., and the enthalpy is 256.9 kJ / kg. Since the refrigerant used is a mixed refrigerant, the temperature on the saturated gas line differs from the temperature on the saturated liquid line even when condensing at the same pressure.
[0078]
The refrigerant liquid C is decompressed by the expansion valve mechanism 711 and flows into the evaporation section 251 of the heat exchanger 300. On the Mollier diagram, it is indicated by a point e. The pressure is an intermediate pressure according to the present invention, and in this embodiment, the pressure is an intermediate value between 0.67 MPa and 1.66 MPa. Here, a part of the liquid is evaporated and the liquid and the gas are mixed.
[0079]
In the evaporating section 251, the refrigerant liquid C evaporates under the intermediate pressure, and reaches the intermediate point f between the saturated liquid line and the saturated gas line at the same pressure. Here, a part of the liquid is evaporated, but the refrigerant liquid C remains to some extent.
[0080]
The refrigerant C in the state indicated by the point f flows into the condensation section 252. In the condensing section 252, the refrigerant C is deprived of heat by the low-temperature processing air A flowing through the second section 320 and reaches the point g.
[0081]
The point g is on the saturated liquid line in the Mollier diagram. The temperature is 18 ° C. and the enthalpy is 226.1 kJ / kg.
[0082]
The refrigerant liquid C at point g is depressurized to 0.67 MPa, which is a saturation pressure at a temperature of 5.2 ° C., by the restriction 250 and reaches point j. The refrigerant C at this point j reaches the evaporator 210 as a mixture of the refrigerant liquid C and the refrigerant gas C at 5.2 ° C., where heat is taken from the processing air A and evaporated to a point a on the Mollier diagram. The saturated gas in this state is obtained, and is again sucked into the compressor 260, and the above cycle is repeated. Since the mixed refrigerant is used as in the condenser, the temperature on the saturated gas line is different from the temperature on the saturated liquid line even when evaporation is performed at the same pressure.
[0083]
Therefore, as described with reference to the flow chart of FIG. 1, when the flow of the refrigerant and the processing air is set as a counter flow, the flow of both becomes a counter flow in terms of temperature. That is, the refrigerant temperature when it flows into the evaporator 210 is 5.2 ° C., which is lower than the outflow refrigerant temperature 11.2 ° C. This low temperature refrigerant comes into contact with the process air that is about to exit the evaporator 210. Therefore, the heat exchange efficiency of the evaporator 210 can be increased.
Although the specific temperature is omitted for the heat exchanger 300, the same effect can be obtained by making the flow of the refrigerant and the processing air counterflow (see FIG. 1).
[0084]
As described above, in the heat exchanger 300, the refrigerant C changes in the evaporation state from the point e to the point f in the evaporation section 251, and changes in the condensation state from the point f to the point g1 in the condensation section 252. The heat transfer rate is very high and the heat exchange efficiency is high.
[0085]
Further, as the compression heat pump HP1 including the compressor 260, the condenser 220, the expansion valve mechanism 711, the throttle 250, and the evaporator 210, the refrigerant C in the state of the point d in the condenser 220 when the heat exchanger 300 is not provided. Is returned to the evaporator 210 through the restriction, the difference in enthalpy available in the evaporator 210 is only 414.0-256.9 = 157.1 kJ / kg, whereas the book provided with the heat exchanger 300 In the case of the heat pump HP1 used in the embodiment, 414.0-226.1 = 187.9 kJ / kg, and the amount of gas circulated to the compressor 260 with respect to the same cooling load, and thus the required power as much as 16%. Can be small. That is, it is possible to have the same effect as the subcool cycle.
[0086]
Next, the operation of the heat pump HP1 during the cooling operation mode will be described. Since the process up to point d in the figure is the same as in the dehumidifying operation mode, the description up to point d is omitted. The refrigerant C that has left the condenser 220 passes through the expansion valve mechanism 711. When passing through this restriction, the pressure decreases from 1.66 MPa to 0.67 MPa, and shifts from point d to point j ′ in the figure. The enthalpy at this point j ′ is 256.9 kJ / kg. The refrigerant evaporates in the heat exchanger 300 and the evaporator 210 and reaches the point a.
[0087]
In general, especially in temperate and subtropical climates such as Japan, the maximum value of the dehumidification load (latent heat load) of the air conditioning load is not so different in the midsummer and rainy seasons. On the other hand, the sensible heat load increases remarkably at the time of midsummer such as August. For this reason, as the maximum design load of an air conditioner that combines cooling and dehumidification, the load during midsummer must be adopted.
[0088]
On the other hand, the maximum load in the dehumidifying operation mode is not more than half of the maximum load in the cooling operation mode. For example, if the total load in midsummer is 100, the latent heat load is 30, the total load in the rainy season such as the rainy season is 40, and the latent heat load is 25.
Therefore, the amount of heat to be taken away by the evaporator is much larger in the cooling operation mode than in the dehumidification operation mode. This is because the amount of sensible heat load increases. However, the latent heat load does not change much between the rainy season and the midsummer.
[0089]
According to the embodiment of the present invention, the heat transfer area that can be used as an evaporator in the cooling operation mode is added to the evaporator 210 in addition to the heat exchanger 300, so that sufficient heat transfer can be ensured. Further, in the dehumidifying operation mode, the heat transfer area that can be used as the evaporator is the amount of the evaporator 210 and can be a heat transfer area suitable for the dehumidifying load. The heat exchanger 300 can be used to reheat the so-cooled process air after dehumidification, and at the same time can be used to pre-cool the process air.
[0090]
When viewed from another direction, the heat transfer area of an evaporator having a heat transfer area necessary and sufficient for an air conditioner dedicated to cooling may be divided into three parts, ie, an evaporator 210, an evaporation section 251 and a condensation section 252. That is, a compact and efficient air conditioner for both cooling and dehumidification can be configured by adjusting the refrigerant pipe with the size of the evaporator of the air conditioner dedicated for cooling as it is.
[0091]
For the load ratio as in the Japanese climate, about 40-60% of the heat transfer area of the entire heat exchanger is allocated to the evaporator 210, and the remaining 60-40% of the heat transfer area is condensed with the evaporation section 251. What is necessary is just to distribute to the section 252 according to the amount of heat transfer.
[0092]
In addition, the refrigerant volume flow rate in the heat exchanger 300 is smaller than the refrigerant volume flow rate in the evaporator 210 in both the dehumidifying operation and the cooling operation. According to the present embodiment, the number of circuits of the heat exchanger 300 is 1, which is smaller than the number of circuits 2 of the evaporator. Therefore, the heat exchanger 300 and the evaporator 210 are used during the dehumidifying operation and the cooling operation. The refrigerant flow rates can be set to the same value, and a decrease in heat transfer coefficient can be prevented.
[0093]
Referring to the humid air diagram in the dehumidifying operation mode of the dehumidifying air conditioner 21 shown in FIG. 4 and referring to FIG. 1 as appropriate for the configuration, the dehumidifying air conditioner 21 having the heat pump HP1 is in the dehumidifying operation mode. The operation will be described. In FIG. 4, the state of the air in each part is shown by alphabet symbols K, X, L, and M. This symbol corresponds to the alphabet circled in the flow diagram of FIG.
[0094]
In the figure, the processing air A (state K) from the conditioned space 101 is sent to the first section 310 of the heat exchanger 300 through the processing air path 107, and to some extent by the refrigerant C evaporated in the evaporation section 251 here. To be cooled. This is pre-cooling before being cooled to the dew point temperature (below) by the evaporator 210 and can be called pre-cooling. During this time, while being precooled in the evaporating section 251, water is removed to some extent, and the point X is reached while slightly reducing the absolute humidity. Point X is on the saturation line. Or you may cool to the intermediate point of the point K and the point X in a pre-cooling step. Alternatively, it may be cooled to a point where the point X is slightly shifted to the low humidity side on the saturation line.
[0095]
The precooled process air A is introduced into the evaporator 210 through the path 108. Here, the processing air A is cooled to its dew point temperature (below) by the refrigerant C decompressed by the diaphragm 250 and evaporated at a low temperature, and the dry bulb temperature is lowered while lowering the absolute humidity while depriving moisture. Point L is reached. The thick line indicating the change from the point X to the point L is drawn out of the saturation line for convenience, but actually overlaps the saturation line.
[0096]
The processing air A in the state of the point L flows into the second section 320 of the heat exchanger 300 through the path 109. Here, the refrigerant C condensed in the condensing section 252 is heated to a point M while being kept at a constant absolute humidity. The point M is sucked by the blower 102 and returned to the conditioned space 101 as air having an appropriate relative humidity whose absolute humidity is sufficiently lower than that of the point K and whose dry bulb temperature is not too low.
[0097]
In the heat exchanger 300, the processing air A is pre-cooled by evaporation of the refrigerant C in the evaporation section 251, and the processing air A is reheated by condensation of the refrigerant C in the condensation section 252. The refrigerant C evaporated in the evaporation section 251 is condensed in the condensation section 252. Thus, heat exchange between the processing airs A before and after being cooled by the evaporator 210 is indirectly performed by the evaporation and condensation action of the same refrigerant C.
[0098]
Outside air B is introduced into the condenser 220 through the path 124. The outside air B takes heat from the condensing refrigerant C, and the heated outside air B is sucked into the blower 140 via the path 125 and discharged to the outdoors via the path 126 (EX).
[0099]
Here, in the cycle on the air side shown in the wet air diagram of FIG. 4, the amount of heat that pre-cools the processing air A in the first section 310, that is, the amount of heat ΔH that reheats the processing air A in the second section 320 is the heat. ΔQ is the amount of heat that is recovered and the processing air A is cooled by the evaporator 210. The cooling effect for cooling the air-conditioned space 101 is Δi.
[0100]
The dehumidifying air conditioner 21 according to the first embodiment uses the heat exchanger 300 as an air / air heat exchanger as an evaporator in the cooling operation mode, thereby increasing the heat transfer area of the evaporator and evaporating temperature. To increase the cooling capacity, that is, the sensible heat treatment capacity. As a result, the room temperature can be quickly lowered, and it is possible to cope with a so-called high sensible heat ratio, a dry and high temperature indoor air conditioning load.
[0101]
That is, in the cooling operation mode, in the wet air diagram of FIG. 4, the process air A exiting the conditioned space 101 (FIG. 1) (state K) is the first section 310 (FIG. 1) of the heat exchanger, The process air A cooled in the evaporator 210 (FIG. 1) and the second section 320 (FIG. 1) of the heat exchanger and exiting the second section 320 of the heat exchanger is a point in the vicinity of the point X in the figure. It is in the state represented by. In the cooling operation mode, it is preferable that the amount of air blown from the blower 102 is larger than that in the dehumidifying operation mode. This is because a large amount of sensible heat is easily obtained.
[0102]
The dehumidifying air conditioner 21 of the present embodiment uses the heat exchanger 300 as a reheat heat exchanger for the processing air A before and after passing through the evaporator 210 in the dehumidifying operation mode, thereby reducing the amount of condensed moisture due to cooling to the cooling operation mode. It is possible to increase the dehumidification capacity, that is, the latent heat treatment capacity, from the time. Accordingly, in the dehumidifying operation mode, the humidity can be quickly reduced, and it is possible to cope with a high indoor air conditioning load with a so-called low sensible heat ratio.
[0103]
The dehumidifying air conditioner 21 has a variable sensible heat ratio of the air conditioning load, and can perform an energy saving operation in any of the dehumidifying operation and cooling operation modes.
[0104]
Next, the case where the dehumidifying air conditioner of FIG. 1 is operated in the heating operation mode will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, only the devices that are switched in the heating operation mode and the peripheral devices are given the reference numerals, and the other reference numerals are omitted.
[0105]
First, the suction side and the discharge side of the compressor 260 are switched by switching the four-way valve 701. That is, the port 701A of the four-way valve 701 communicates with 701D, and the port 701B communicates with 701C. As a result, the route 204 communicates with the route 201-1 and the route 201 communicates with the route 204-1.
[0106]
Further, the solenoid valve 253 is opened, and the throttle mechanism 292 makes the throttle action substantially zero. Therefore, the first heat exchanger 210 and the third heat exchanger 300 have substantially the same pressure, receive the discharge pressure of the compressor 260, and act as a condenser.
[0107]
The second heat exchanger 220 functions as an evaporator as a result of being connected to the suction side of the compressor 260 via the four-way valve 701.
[0108]
As described above, since the pressure on the third heat exchanger 300 side is higher than that on the second heat exchanger 220 side before and after the expansion valve mechanism 711 as the second throttling mechanism, the check valve 714 is not checked. Does not flow refrigerant. Therefore, the refrigerant condensed in the first heat exchanger 210 and the heat exchanger 300 passes through the check valve 715 of the expansion valve mechanism 711 and is throttled by the expansion valve 712. Since the check valve 715 flows the refrigerant almost without resistance, the expansion valve 713 does not act as an expansion valve.
[0109]
The expansion valve 712 receives a signal (pressure) corresponding to the temperature of the refrigerant in the path 201 from the temperature sensing cylinder 721 and the pressure of the refrigerant in the path 201 through the pressure equalizing pipe 721A.
Since the degree of superheat of the refrigerant in the path 201 is a function of its pressure and temperature, the expansion valve 712 can open and close according to the degree of superheat of the refrigerant by receiving both. That is, when the superheat degree of the refrigerant in the path 201 (refrigerant evaporated by the heat exchanger 220 acting as an evaporator) is high, the refrigerant flow rate is increased in the opening direction, and when the superheat degree is low (the refrigerant is wet). In some cases, the refrigerant flow rate is reduced in the closing direction.
[0110]
In this way, the heat exchanger 220 acts as an evaporator to pump heat from the outside air, and the heat exchanger 210 and the heat exchanger 300 act as a condenser to heat the processing air flowing through the paths 107 to 111. The dehumidifying air conditioner 21 can be used as a heating device for heating the air-conditioned space 101.
The cycle of the refrigerant is the same as the cycle of points a, b, d, j ′, a in FIG. Although the temperature, pressure, and enthalpy are different from those shown in the figure because the outside air temperature is generally lower than that shown in the winter, the operation is the same, and redundant description is omitted.
[0111]
With reference to the flowchart of FIG. 6, the dehumidification air-conditioning apparatus 22 of 2nd Embodiment is demonstrated. The difference from the first embodiment is the configuration of the second aperture mechanism. Here again, the case of dehumidifying operation will be described first.
In the path 201, a pressure detector 732P and a temperature detector 732T constituting the superheat degree detector 732 are provided. This works in heating mode. The path 204 is provided with a pressure detector 733P and a temperature detector 733T constituting the superheat degree detector 733. This operates in a dehumidifying operation mode and a cooling operation mode.
[0112]
An electronic expansion valve 731 is provided in the path 202. The dehumidifying air conditioner 22 includes an expansion valve controller 734. The expansion valve controller 734 is typically a digital controller. It may be a microcomputer or a personal computer installed with control software.
[0113]
The electronic expansion valve 731 is a needle valve provided with a needle driven by, for example, a step motor. The needle is provided at the tip of the screw, and the opening degree can be adjusted by moving the valve seat portion in and out according to the rotation of the stepping motor.
[0114]
The expansion valve controller 734 receives the pressure detected by the pressure detector 732P and the temperature detected by the temperature detector 732T, or the pressure detected by the pressure detector 733P and the temperature detected by the temperature detector 733T. And calculate the degree of superheat, and adjust the electronic expansion valve so that the calculated degree of superheat will be an appropriate value (so that it will be on the saturated gas line on the Mollier diagram, or at least dry) Adjust.
[0115]
In the dehumidifying operation mode and the cooling operation mode, the pressure is detected by the pressure detector 732P based on the pressure detected by the pressure detector 733P and the temperature detected by the temperature detector 733T, and in the heating operation mode. The electronic expansion valve is adjusted based on the detected pressure and the temperature detected by the temperature detector 732T.
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, and thus redundant description is omitted.
[0116]
In the above embodiment, the return air from the conditioned space 101 is introduced into the first section 310, but outside air may be introduced without introducing the return air from the conditioned space 101. . The outside air having high humidity and temperature is preferably pre-cooled before being cooled by the evaporator 210. With this configuration, air conditioning in hospitals and restaurants that require the entire amount of outside air can be performed with a high COP.
[0117]
In the above embodiment, the dehumidifying air-conditioning apparatus that air-conditions the air-conditioned space has been described. The dehumidifying air conditioner of the present invention includes such a case.
[0118]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the switching mechanism is provided, it is possible to provide a heat pump capable of switching between the first operation mode and the second operation mode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a flow of a dehumidifying operation mode of a dehumidifying air conditioner according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side view showing the installation state of the dehumidifying air conditioner shown in FIG. 1 and a perspective view of the heat exchanger.
FIG. 3 is a Mollier diagram of a heat pump of the dehumidifying air conditioner shown in FIG. 1;
4 is a moist air diagram illustrating the operation of the dehumidifying air conditioner of FIG. 1 in the dehumidifying operation mode.
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of a heating operation mode of the dehumidifying air conditioner according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of a dehumidifying operation mode of the dehumidifying air conditioner according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart of a conventional dehumidifying air conditioner.
[Explanation of symbols]
21 and 22 Dehumidifying air-conditioning apparatus 101 Air-conditioned space 102 and 140 Blower 210 Evaporator 220 Condenser 251 Evaporating section 252 Condensing section 250 Constriction 253 Solenoid valve 260 Compressor 711 Second throttling mechanism 292 First throttling mechanism 300 Heat exchanger 310 First compartment 320 Second compartment 701 Four-way valve 711 Expansion valve mechanism 712, 713 Expansion valve 714, 715 Check valve 721, 722 Temperature sensing cylinder 731 Electronic expansion valve 732T, 733T Temperature detector 732P, 733P Pressure detector HP1 Heat pump

Claims (4)

冷媒を昇圧する昇圧機と;
第1の運転モードと第2の運転モードとを切り替える切り替え機構と;
前記第1の運転モードで前記冷媒を蒸発して第1の流体を冷却し、前記第2の運転モードで前記冷媒を凝縮して前記第1の流体を加熱する第1の熱交換器と;
前記第1の運転モードで前記冷媒を凝縮して第2の流体を加熱し、前記第2の運転モードで前記冷媒を蒸発して前記第2の流体を冷却する第2の熱交換器と;
前記第1の熱交換器と前記第2の熱交換器とを接続する冷媒経路中に設けられ、前記第1の運転モードで前記第2の熱交換器の凝縮圧力と前記第1の熱交換器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒の蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により前記第1の流体を冷却し、前記中間圧力凝縮により前記第1の流体を加熱し、前記第2の運転モードで前記第1の熱交換器の凝縮圧力とほぼ同じ圧力で前記冷媒を凝縮し前記第1の流体を加熱する第3の熱交換器と;
前記第3の熱交換器と前記第1の熱交換器との間の前記冷媒経路中に設けられた、絞り度が切り替え可能な第1の絞り機構と;
前記第2の熱交換器と前記第3の熱交換器との間の前記冷媒経路中に設けられた、第2の絞り機構とを備え;
前記第1の流体は、前記第1の運転モードで、前記第3の熱交換器での冷却と前記第1の熱交換器での冷却と前記第3の熱交換器での加熱とをこの順番で受けるように構成され;
前記第3の熱交換器は、前記第1の運転モードで前記冷媒が前記中間圧力蒸発を行う第1の区画と前記中間圧力凝縮を行う第2の区画とが形成され、前記第1の運転モードで前記冷媒が前記第1の区画で複数回蛇行した後に前記第2の区画で複数回蛇行してから前記第1の熱交換器に向かうように構成され;
前記第1の熱交換器が前記第1の区画と前記第2の区画との間に配置された;
ヒートポンプ。
A booster for boosting the refrigerant;
A switching mechanism for switching between the first operation mode and the second operation mode;
A first heat exchanger that evaporates the refrigerant in the first operation mode to cool the first fluid and condenses the refrigerant in the second operation mode to heat the first fluid;
A second heat exchanger for condensing the refrigerant in the first operation mode to heat the second fluid and evaporating the refrigerant in the second operation mode to cool the second fluid;
Provided in a refrigerant path connecting the first heat exchanger and the second heat exchanger, and in the first operation mode, the condensation pressure of the second heat exchanger and the first heat exchange. Evaporating and condensing the refrigerant at a pressure intermediate to the evaporation pressure of the vessel, cooling the first fluid by the intermediate pressure evaporation, heating the first fluid by the intermediate pressure condensation, and the second A third heat exchanger that condenses the refrigerant and heats the first fluid at a pressure substantially equal to the condensation pressure of the first heat exchanger in an operation mode;
A first throttling mechanism provided in the refrigerant path between the third heat exchanger and the first heat exchanger, the throttling degree being switchable;
A second throttle mechanism provided in the refrigerant path between the second heat exchanger and the third heat exchanger;
In the first operation mode, the first fluid performs cooling in the third heat exchanger, cooling in the first heat exchanger, and heating in the third heat exchanger. Configured to receive in order ;
The third heat exchanger includes a first section in which the refrigerant performs the intermediate pressure evaporation and a second section in which the intermediate pressure condensation is performed in the first operation mode. In the mode, the refrigerant meanders a plurality of times in the first compartment and then meanders a plurality of times in the second compartment before going to the first heat exchanger;
The first heat exchanger is disposed between the first compartment and the second compartment;
heat pump.
冷媒を昇圧する昇圧機と;
除湿運転モードと暖房運転モードとを切り替える切り替え機構と;
前記除湿運転モードで前記冷媒を蒸発して処理空気を露点温度まで冷却し、前記暖房運転モードで前記冷媒を凝縮して前記処理空気を加熱する第1の熱交換器と;
前記除湿運転モードで前記冷媒を凝縮して熱源流体を加熱し、前記暖房運転モードで前記冷媒を蒸発して前記熱源流体を冷却する第2の熱交換器と;
前記第1の熱交換器と前記第2の熱交換器とを接続する冷媒経路中に設けられ、前記除湿運転モードで前記第2の熱交換器の凝縮圧力と前記第1の熱交換器の蒸発圧力との中間の圧力で冷媒の蒸発と凝縮を行い、前記中間圧力蒸発により前記処理空気を冷却し、前記中間圧力凝縮により前記処理空気を加熱し、前記暖房運転モードで前記第1の熱交換器の凝縮圧力とほぼ同じ圧力で前記冷媒を凝縮し前記処理空気を加熱する第3の熱交換器と;
前記第3の熱交換器と前記第1の熱交換器との間の前記冷媒経路中に設けられた、絞り度が切り替え可能な第1の絞り機構と;
前記第2の熱交換器と前記第3の熱交換器との間の前記冷媒経路中に設けられた、第2の絞り機構とを備え;
前記処理空気は、前記除湿運転モードで、前記第3の熱交換器での冷却と前記第1の熱交換器での冷却と前記第3の熱交換器での加熱とをこの順番で受けるように構成され;
前記第3の熱交換器は、前記除湿運転モードで前記冷媒が前記中間圧力蒸発を行う第1の区画と前記中間圧力凝縮を行う第2の区画とが形成され、前記除湿運転モードで前記冷媒が前記第1の区画で複数回蛇行した後に前記第2の区画で複数回蛇行してから前記第1の熱交換器に向かうように構成され;
前記第1の熱交換器が前記第1の区画と前記第2の区画との間に配置された;
除湿空調装置。
A booster for boosting the refrigerant;
A switching mechanism for switching between the dehumidifying operation mode and the heating operation mode;
A first heat exchanger that evaporates the refrigerant in the dehumidifying operation mode to cool the processing air to a dew point temperature and condenses the refrigerant in the heating operation mode to heat the processing air;
A second heat exchanger for condensing the refrigerant in the dehumidifying operation mode to heat the heat source fluid and evaporating the refrigerant in the heating operation mode to cool the heat source fluid;
Provided in a refrigerant path connecting the first heat exchanger and the second heat exchanger, and in the dehumidifying operation mode, the condensation pressure of the second heat exchanger and the first heat exchanger The refrigerant is evaporated and condensed at a pressure intermediate to the evaporation pressure, the processing air is cooled by the intermediate pressure evaporation, the processing air is heated by the intermediate pressure condensation, and the first heat is heated in the heating operation mode. A third heat exchanger that condenses the refrigerant and heats the process air at approximately the same pressure as the condensation pressure of the exchanger;
A first throttling mechanism provided in the refrigerant path between the third heat exchanger and the first heat exchanger, the throttling degree being switchable;
A second throttle mechanism provided in the refrigerant path between the second heat exchanger and the third heat exchanger;
In the dehumidifying operation mode, the processing air is subjected to cooling in the third heat exchanger, cooling in the first heat exchanger, and heating in the third heat exchanger in this order. Composed of ;
In the dehumidifying operation mode, the third heat exchanger includes a first section in which the refrigerant performs the intermediate pressure evaporation and a second section in which the intermediate pressure condensation is performed. Is configured to meander multiple times in the first compartment and then meander multiple times in the second compartment before heading to the first heat exchanger;
The first heat exchanger is disposed between the first compartment and the second compartment;
Dehumidifying air conditioner.
除湿運転モードにおける第1の熱交換器を出る冷媒の過熱度を検出する第1の過熱度検出器と;
暖房運転モードにおける第2の熱交換器を出る冷媒の過熱度を検出する第2の過熱度検出器とを備え;
前記第2の絞り機構は、前記除湿運転モードでは前記第1の過熱度検出器の検出結果に基いて絞り度を増減し、前記暖房運転モードでは前記第2の過熱度検出器の検出結果に基いて絞り度を増減する膨張弁を有する;
請求項2に記載の除湿空調装置。
A first superheat detector for detecting the superheat of the refrigerant exiting the first heat exchanger in the dehumidifying operation mode;
A second superheat degree detector for detecting the superheat degree of the refrigerant exiting the second heat exchanger in the heating operation mode;
The second throttle mechanism increases or decreases the throttle degree based on the detection result of the first superheat degree detector in the dehumidifying operation mode, and the detection result of the second superheat degree detector in the heating operation mode. Having an expansion valve to increase or decrease the degree of throttling based on;
The dehumidifying air conditioner according to claim 2.
前記第1の絞り機構は、前記第1の熱交換器と前記第3の熱交換器との間の絞り度を実質的にゼロにまで減ずることが可能な、請求項2または請求項3に記載の除湿空調装置。  The first throttle mechanism can reduce a throttle degree between the first heat exchanger and the third heat exchanger to substantially zero, according to claim 2 or claim 3. Dehumidification air conditioner of description.
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