(57)【要約】【課題】  冷媒として空気を用いる空気式冷却システムを、エンジン駆動型車両等における熱機関及び／又は電気機関の動力を利用して駆動するようにしたコージェネレーションシステムにおいて、高吸湿効率を継続的に担保し、かつ、高エネルギー効率を達成することができる手段の提供。【解決手段】  第一の空気が導入される圧縮機、前記圧縮機により圧縮された前記第一の空気が導入される熱交換機及び前記熱交換機により熱交換された前記第一の空気が導入される膨張機を含み、前記第一の空気が車内冷却のために用いられる空気式冷却システムと、エンジン駆動型、モーター駆動型又はハイブリッド型車両との間のコージェネレーションシステムであって、除湿器が、前記第一の空気を除湿するために前記空気式冷却システム内に配置されており、かつ、前記熱交換機により前記第一の空気と熱交換された第二の空気及び／又は前記エンジンの排気熱により、前記除湿器の除湿剤の湿分が低減される、コージェネレーションシステム。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の空気が導入される圧縮機、前記圧縮機により圧縮された前記第一の空気が導入される熱交換機及び前記熱交換機により熱交換された前記第一の空気が導入される膨張機を含み、前記第一の空気が車内冷却のために用いられる空気式冷却システムと、エンジン駆動型、モーター駆動型又はハイブリッド型車両との間のコージェネレーションシステムであって、
除湿器が、前記第一の空気を除湿するために前記空気式冷却システム内に配置されており、かつ、前記熱交換機により前記第一の空気と熱交換された第二の空気及び／又は前記エンジンの排気熱により、前記除湿器の除湿剤の湿分が低減される、コージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記除湿器が、前記圧縮機の上流に設置されている、請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記圧縮機に導入される第一の空気の少なくとも一部が、車内の空気である、請求項１又は２記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記圧縮機と前記膨張機の少なくとも一方の駆動軸が、前記エンジンの駆動軸、前記エンジンの排気ガスを受けて回転する排気タービンの駆動軸又は前記モーターの駆動軸に接続している、請求項１〜３のいずれか一項記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記圧縮機と前記膨張機が、接続機構で接続されている、請求項１〜４のいずれか一項記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
第三の空気が導入される膨張機、前記膨張機により膨張された前記第三の空気が導入される熱交換機及び前記熱交換機により熱交換された前記第三の空気が導入される圧縮機を含み、前記熱交換機により前記第三の空気と熱交換された第四の空気が車内冷却のために用いられる空気式冷却システムと、エンジン駆動型、モーター駆動型又はハイブリッド型車両との間のコージェネレーションシステムであって、
除湿器が、前記第四の空気を除湿するために前記空気式冷却システム内に配置されており、かつ、前記熱交換機により前記第四の空気と熱交換された第三の空気及び／又は前記エンジンの排気熱により、前記除湿器の除湿剤の湿分が低減される、コージェネレーションシステム。
【請求項７】
前記除湿器が、前記熱交換機の上流又は下流に設置されている、請求項６記載のコージェネレーションシステム。
【請求項８】
前記熱交換機に導入される第四の空気の少なくとも一部が、車内の空気である、請求項６又は７記載のコージェネレーションシステム。
【請求項９】
前記膨張機と前記圧縮機の少なくとも一方の駆動軸が、前記エンジンの駆動軸、前記エンジンの排気ガスを受けて回転する排気タービンの駆動軸又は前記モーターの駆動軸に接続している、請求項６〜８のいずれか一項記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１０】
前記膨張機と前記圧縮機が、接続機構で接続されている、請求項６〜９のいずれか一項記載のコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒として空気を用いる空気式冷却システムを、エンジン駆動型、モーター駆動型又はハイブリッド型車両（例えば、自動車、バス、トラック）における熱機関及び／又は電気機関の動力を利用して駆動するようにしたコージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、自家用車の空調には、エンジンで駆動される圧縮機・凝縮器・受液器・膨張弁及び蒸発器から構成される蒸気圧縮式冷凍サイクルが用いられており、ユニット部に配される蒸発器内で冷媒が蒸発し、その蒸発潜熱によって通過する空気を冷却・除湿するという原理を採用している。ここで、冷媒としてはフロンが使用されており、フロン漏れはオゾン層破壊の問題を生じ、環境保護の点からその回避策が急務となっている。
【０００３】
このような状況下、冷媒として空気を用いた、コージェネレーションの熱機関を駆動動力にして空気サイクルをまわす空気式冷凍サイクル装置が、特許文献１で提案されている。具体的は、当該空気式冷凍サイクル装置は、給気取入口、空気圧縮機、圧縮空気冷却器、膨脹機及び冷風取出口を空気流れの順に配置してなる空気式冷凍機を構成し、これと熱機関とを、該熱機関の排気タービンの出力軸を該空気式冷凍機の空気圧縮機及び膨脹機の駆動軸に接続してなるよう構成されている（段落番号００１０）。ここで、当該空気式冷凍サイクル装置は、アイススケート、アイスホッケー、ボブスレー等の氷を用いる遊技・スポーツ施設での製氷や補氷を主目的としたものであるが、当該サイクル装置の基本構成は、自家用車の空調にも使用可能と理解される。
【特許文献１】特開平６−２０７７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車内を冷却する場合、窓や扉を開閉するため、車内温度より高い温度の空気が外部より侵入すると結露が発生する。これを防止するために、車内に導入する冷却空気を十分乾燥させる必要がある。ここで、空気を乾燥させるに際しては、吸着剤を有する吸着装置を用いることが一般的である。ここで、前記特許文献１でも同様の手法により吸湿を行っており、加えて、高吸湿効率を継続的に担保するために、ムンター式（回転式の再生機能をもつ除湿機）のほか再生と吸湿とを切替式に行う二塔式のものを使用することが提案されている（段落番号００２３）。
【０００５】
しかしながら、この前記特許文献１の技術をそのまま車両用冷却システムとして用いた場合、前記特許文献１で提案された前記高吸湿効率を継続的に担保する手段を適用すると、部品点数が増加すると共に大きなスペースが必要となることに加え、系全体のエネルギー効率（ＣＯＰ）も悪くなる。そこで、本発明は、冷媒として空気を用いる空気式冷却システムを、エンジン駆動型、モーター駆動型又はハイブリッド型車両（例えば、自動車、バス、トラック）における熱機関及び／又は電気機関の動力を利用して駆動するようにしたコージェネレーションシステムにおいて、高吸湿効率を継続的に担保し、かつ、高エネルギー効率を達成することができる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明（１）は、第一の空気が導入される圧縮機、前記圧縮機により圧縮された前記第一の空気が導入される熱交換機及び前記熱交換機により熱交換された前記第一の空気が導入される膨張機を含み、前記第一の空気が車内冷却のために用いられる空気式冷却システムと、エンジン駆動型、モーター駆動型又はハイブリッド型車両との間のコージェネレーションシステムであって、
除湿器が、前記第一の空気を除湿するために前記空気式冷却システム内に配置されており、かつ、前記熱交換機により前記第一の空気と熱交換された第二の空気及び／又は前記エンジンの排気熱により、前記除湿器の除湿剤の湿分が低減される、コージェネレーションシステムである。
【０００７】
本発明（２）は、前記除湿器が、前記圧縮機の上流に設置されている、前記発明（１）のコージェネレーションシステムである。
【０００８】
本発明（３）は、前記圧縮機に導入される第一の空気の少なくとも一部が、車内の空気である、前記発明（１）又は（２）のコージェネレーションシステムである。
【０００９】
本発明（４）は、前記圧縮機と前記膨張機の少なくとも一方の駆動軸が、前記エンジンの駆動軸、前記エンジンの排気ガスを受けて回転する排気タービンの駆動軸又は前記モーターの駆動軸に接続している、前記発明（１）〜（３）のいずれか一つのコージェネレーションシステムである。
【００１０】
本発明（５）は、前記圧縮機と前記膨張機が、接続機構で接続されている、前記発明（１）〜（４）のいずれか一つのコージェネレーションシステムである。
【００１１】
本発明（６）は、第三の空気が導入される膨張機、前記膨張機により膨張された前記第三の空気が導入される熱交換機及び前記熱交換機により熱交換された前記第三の空気が導入される圧縮機を含み、前記熱交換機により前記第三の空気と熱交換された第四の空気が車内冷却のために用いられる空気式冷却システムと、エンジン駆動型、モーター駆動型又はハイブリッド型車両との間のコージェネレーションシステムであって、
除湿器が、前記第四の空気を除湿するために前記空気式冷却システム内に配置されており、かつ、前記熱交換機により前記第四の空気と熱交換された第三の空気及び／又は前記エンジンの排気熱により、前記除湿器の除湿剤の湿分が低減される、コージェネレーションシステムである。
【００１２】
本発明（７）は、前記除湿器が、前記熱交換機の上流又は下流に設置されている、前記発明（６）のコージェネレーションシステムである。
【００１３】
本発明（８）は、前記熱交換機に導入される第四の空気の少なくとも一部が、車内の空気である、前記発明（６）又は（７）のコージェネレーションシステムである。
【００１４】
本発明（９）は、前記膨張機と前記圧縮機の少なくとも一方の駆動軸が、前記エンジンの駆動軸、前記エンジンの排気ガスを受けて回転する排気タービンの駆動軸又は前記モーターの駆動軸に接続している、前記発明（６）〜（８）のいずれか一つのコージェネレーションシステムである。
【００１５】
本発明（１０）は、前記膨張機と前記圧縮機が、接続機構で接続されている、前記発明（６）〜（９）のいずれか一つのコージェネレーションシステムである。
【００１６】
ここで、本明細書における各用語の意義について説明する。「車内」とは、狭義の車内に留まらず、冷蔵トラックの冷蔵庫や冷凍庫も包含する概念である。「冷却」とは、空気調和、冷凍、冷蔵を含む概念である。「エンジン駆動型」におけるエンジンには、ガソリンエンジン及びディーゼルエンジンを包含する。「ハイブリッド型車両」とは、複数の動力源を組み合わせて、状況に応じて動力源を同時にまたは個々に作動させて走行する自動車を意味し、例えば、エンジンとモーター（電動機）とを組合せたもの（シリーズ方式、パラレル方式、シリーズ・パラレル方式）を挙げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良形態を図面を参照しながら説明する。尚、本発明の技術的範囲は、以下の最良形態に何ら限定されるものではない。具体的には、各要素（除湿ローター、熱交換器、膨張機、圧縮機、タービン等）の位置や数は、以下の最良形態に限定されるものではない。更には、以下の説明で括弧内に記載した、温度や湿度等の数値は一例であり、何ら限定的なものではない。
【００１８】
図１は、本発明の第一の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。まず、第一の空気に関するラインを説明する。乗用車Ａ１の車内からの全戻り空気１０１と導入外気１０３とを混合させ、除湿処理空気１０５として除湿ローターＦ１の処理側Ｆａ１に送り除湿する。除湿ローターＦ１の処理側Ｆａ１に導かれて除湿された空気１０７は、除湿ローターＦ１の熱でやや温度上昇した状態で、圧縮機Ｃ１に導入されて高温高圧空気１０９となる。そして、高温高圧空気１０９は、空冷熱交換器Ｅ１により外気１２１と熱交換し、高圧空気１１１として膨張機Ｂ１に導かれる。次に、高圧空気１１１は膨張機Ｂ１により膨張され、低温空気１１３となり、乗用車Ａ１の車内に導入される。ここで、圧縮機Ｃ１と膨張機Ｂ１は、エンジンＧ１の排気タービンＤ１と同軸で接続されている。
【００１９】
次に、第二の空気に関するラインを説明する。ファンＨ１を介して導入された外気１２１は、空冷式熱交換器Ｅ１で、高温高圧空気１０９と熱交換を行い、高温空気１２３となる。当該高温空気１２３は、除湿ローターＦ１の再生側Ｆｂ１に送られ除湿ローターＦ１を乾燥させ、排気される。
【００２０】
図２は、本発明の第二の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。尚、第一の最良形態との差異は、除湿ローターの乾燥を第二の空気ではなくエンジンの排熱を利用して行っている点である。まず、第一の空気に関するラインを説明する。乗用車Ａ２の車内からの全戻り空気２０１と導入外気２０３とを混合させ、除湿処理空気２０５として除湿ローターＦ２の処理側Ｆａ２に送り除湿する。除湿ローターＦ２の処理側Ｆａ２に導かれて除湿された空気２０７は、除湿ローターＦ２の熱でやや温度上昇した状態で、圧縮機Ｃ２に導入されて高温高圧空気２０９となる。そして、高温高圧空気２０９は、空冷熱交換器Ｅ２−１により、ファンＨ２−１を通じて導入された外気２２１と熱交換し、高圧空気２１１として膨張機Ｂ２に導かれる。次に、高圧空気２１１は膨張機Ｂ２により膨張され、低温空気２１３となり、乗用車Ａ２の車内に導入される。ここで、圧縮機Ｃ２と膨張機Ｂ２は、エンジンＧ２の排気タービンＤ２と同軸で接続されている。
【００２１】
次に、エンジンの排気熱に関するラインを説明する。ファンＨ２−２を介して導入された外気２３１は、空冷式熱交換器Ｅ２−２で、エンジンからの排気ガスと熱交換を行い、高温空気２３３となる。当該高温空気２３３は、除湿ローターＦ２の再生側Ｆｂ２に送られ除湿ローターＦ２を乾燥させ、排気される。
【００２２】
図３は、本発明の第三の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。尚、第一の最良形態との差異は、エンジンの排気タービンと一番目の圧縮機が同軸となり、二番目の圧縮機が膨張機と同軸となっている点である。このような構成を採ることにより、圧縮比率が上がり膨張機でより低温の空気を得ることが可能となる。まず、第一の空気に関するラインを説明する。乗用車Ａ３の車内からの全戻り空気３０１と導入外気３０３とを混合させ、除湿処理空気３０５として除湿ローターＦ３の処理側Ｆａ３に送り除湿する。除湿ローターＦ３の処理側Ｆａ３に導かれて除湿された空気３０７は、除湿ローターＦ３の熱でやや温度上昇した状態で、圧縮機Ｃ３−１に導入されて高温高圧空気３０９となり、更に圧縮機Ｃ３−２に導入されて高温高圧空気３１１となる。そして、高温高圧空気３１１は、空冷熱交換器Ｅ３により外気３２１と熱交換し、高圧空気３１３として膨張機Ｂ３に導かれる。次に、高圧空気３１３は膨張機Ｂ３により膨張され、低温空気３１５となり、乗用車Ａ３の車内に導入される。
【００２３】
次に、第二の空気に関するラインを説明する。ファンＨ３を介して導入された外気３２１は、空冷式熱交換器Ｅ３で、高温高圧空気３１１と熱交換を行い、高温空気３２３となる。当該高温空気３２３は、除湿ローターＦ３の再生側Ｆｂ３に送られ除湿ローターＦ３を乾燥させ、排気される。
【００２４】
図４は、本発明の第四の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。ここで、第四の最良形態は、第一の最良形態から第三の最良形態と異なり、モーターで膨張機を回転させて第三の空気を負圧・低温にし、第四の空気と熱交換させて車内に吹き出すものである。まず、第三の空気に関するラインを説明する。導入外気４０１は、膨張機Ｂ４に導入されて低温空気４０３となる。そして、低温空気４０３は、熱交換器Ｅ４により第四の空気４１７と熱交換し、やや温度を上昇させた空気４０５として圧縮機Ｃ４に導かれる。次に、やや温度を上昇させた空気４０５は圧縮機Ｃ４により圧縮され、高温空気４０７となる。当該高温空気４０７は、除湿ローターＦ４の再生側Ｆｂ４に送られ除湿ローターＦ４を乾燥させ、排気される。ここで、圧縮機Ｃ４と膨張機Ｂ４は、モーターＫ４と同軸で接続されている。
【００２５】
次に、第四の空気に関するラインを説明する。乗用車Ａ４の車内からの全戻り空気４１１と導入外気４１３とを混合させ、除湿処理空気４１５として除湿ローターＦ４の処理側Ｆａ４に送り除湿する。除湿ローターＦ４の処理側Ｆａ４に導かれて除湿された空気４１７は、除湿ローターＦ４の熱でやや温度上昇した状態で、熱交換器Ｅ４に導入される。そして、熱交換器Ｅ４により第三の空気４０３と熱交換し、低温空気４１９となり、乗用車Ａ４の車内に導入される。
【００２６】
図５は、本発明の第五の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。尚、第四の最良形態との差異は、除湿ローターが熱交換した後の位置に配置されている点である。まず、第三の空気に関するラインを説明する。導入外気５０１は、膨張機Ｂ５に導入されて低温空気５０３となる。そして、低温空気５０３は、熱交換器Ｅ５により第四の空気５１５と熱交換し、やや温度を上昇させた空気５０５として圧縮機Ｃ５に導かれる。次に、やや温度を上昇させた空気５０５は圧縮機Ｃ５により圧縮され、高温空気５０７となる。当該高温空気５０７は、除湿ローターＦ５の再生側Ｆｂ５に送られ除湿ローターＦ５を乾燥させ、排気される。ここで、圧縮機Ｃ５と膨張機Ｂ５は、モーターＫ５と同軸で接続されている。
【００２７】
次に、第四の空気に関するラインを説明する。乗用車Ａ５の車内からの全戻り空気５１１と導入外気５１３とを混合させた後、当該混合空気５１５は、熱交換器Ｅ５により第三の空気５０３と熱交換し、低温空気５１７となる。そして、低温空気５１７は、除湿処理空気として除湿ローターＦ５の処理側Ｆａ５に送り除湿し、当該低温除湿空気５１９は、乗用車Ａ５の車内に導入される。
【００２８】
図６は、本発明の第六の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。尚、第四の最良形態との差異は、エンジン排気を駆動力としている点である。まず、第三の空気に関するラインを説明する。導入外気６０１は、膨張機Ｂ６に導入されて低温空気６０３となる。そして、低温空気６０３は、熱交換器Ｅ６により第四の空気６１７と熱交換し、やや温度を上昇させた空気６０５として圧縮機Ｃ６に導かれる。次に、やや温度を上昇させた空気６０５は圧縮機Ｃ６により圧縮され、高温空気６０７となる。当該高温空気６０７は、除湿ローターＦ６の再生側Ｆｂ６に送られ除湿ローターＦ６を乾燥させ、排気される。ここで、圧縮機Ｃ６と膨張機Ｂ６は、エンジンＧ６の排気タービンＤ６と同軸で接続されている。
【００２９】
次に、第四の空気に関するラインを説明する。乗用車Ａ６の車内からの全戻り空気６１１と導入外気６１３とを混合させ、除湿処理空気６１５として除湿ローターＦ６の処理側Ｆａ４に送り除湿する。除湿ローターＦ６の処理側Ｆａ６に導かれて除湿された空気６１７は、除湿ローターＦ６の熱でやや温度上昇した状態で、熱交換器Ｅ６に導入される。そして、熱交換器Ｅ６により第三の空気６０３と熱交換し、低温空気６１９となり、乗用車Ａ６の車内に導入される。
【００３０】
図７は、本発明の第七の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。尚、第四の最良形態との差異は、除湿ローターが熱交換した後の位置に配置されている点と、エンジン排気を駆動力としている点である。まず、第三の空気に関するラインを説明する。導入外気７０１は、膨張機Ｂ７に導入されて低温空気７０３となる。そして、低温空気７０３は、熱交換器Ｅ７により第四の空気７１５と熱交換し、やや温度を上昇させた空気７０５として圧縮機Ｃ７に導かれる。次に、やや温度を上昇させた空気７０５は圧縮機Ｃ７により圧縮され、高温空気７０７となる。当該高温空気７０７は、除湿ローターＦ７の再生側Ｆｂ７に送られ除湿ローターＦ７を乾燥させ、排気される。ここで、圧縮機Ｃ７と膨張機Ｂ７は、エンジンＧ７の排気タービンＤ７と同軸で接続されている。
【００３１】
次に、第四の空気に関するラインを説明する。乗用車Ａ７の車内からの全戻り空気７１１と導入外気７１３とを混合させた後、当該混合空気７１５は、熱交換器Ｅ７により第三の空気７０３と熱交換し、低温空気７１７となる。そして、低温空気７１７は、除湿処理空気として除湿ローターＦ７の処理側Ｆａ７に送り除湿し、当該低温除湿空気７１９は、乗用車Ａ７の車内に導入される。
【００３２】
本実施形態のいくつかの特徴は、単独であっても効果を発揮し、また、複合的であればなおさら効果を発揮するものである。
【実施例】
【００３３】
図１に従った空気サイクルカーエアコンを構築し、当該コージェネレーションシステムにおける冷房能力を検討した。まず、第一の空気に関するラインを説明する。乗用車Ａ１の車内（容積３ｍ３）からの全戻り空気（温度：２６℃、湿度５０％）１０１と導入外気（温度：３５℃、湿度７０％）１０３とを混合させ、除湿処理空気（温度：３０．５℃、湿度６４．７％）１０５として除湿ローターＦ１の処理側Ｆａ１に送り除湿した。除湿ローターＦ１の処理側Ｆａ１に導かれて除湿された空気（温度：５３．３℃、湿度１２．４％）１０７は、除湿ローターＦ１の熱でやや温度上昇した状態で、圧縮機Ｃ１に導入されて高温高圧空気（温度：１１０．２℃、湿度：１．２５％）１０９となった。そして、高温高圧空気１０９は、空冷熱交換器Ｅ１により外気１２１（温度：３５℃、湿度：７０％）と熱交換し、高圧空気（温度：４５℃、湿度：１８．８％）１１１として膨張機Ｂ１に導かれた。次に、高圧空気１１１は膨張機Ｂ１により膨張され、低温空気（温度：１５℃、湿度：１００％）１１３となり、乗用車Ａ１の車内に導入された。
【００３４】
次に、第二の空気に関するラインを説明する。ファンＨ１を介して導入された外気（温度：３５℃、湿度：７０％）１２１は、空冷式熱交換器Ｅ１で、高温高圧空気１０９と熱交換を行い、高温空気（温度：１００．２℃、湿度：３．８４％）となった。当該高温空気１２３は、除湿ローターＦ１の再生側Ｆｂ１に送られ除湿ローターF1を乾燥させ、排気された。このコージェネレーションシステムにおける冷房能力は、４０００〜６０００Ｗであった。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の第一の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。
【図２】図２は、本発明の第一の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。
【図３】図３は、本発明の第一の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。
【図４】図４は、本発明の第一の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。
【図５】図５は、本発明の第一の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。
【図６】図６は、本発明の第一の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。
【図７】図７は、本発明の第一の最良形態に係る空気サイクルカーエアコンのフローシートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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