(57)【要約】【課題】温度・湿度の管理が容易で、快適な空調ができ、冷却器能力が小さくてよくエネルギー効率が高い小型化可能な空調装置の提供。【解決手段】デシカント除湿機１０１と、少なくとも凝縮器２０３および冷却器２０５を有する冷媒回路２０１を備えた電力駆動型空調機器１２１と、除湿機１０１に排熱を供給してデシカントを再生する燃料電池ＧＳと、除湿機１０１で除湿した外気を冷却器２０５に供給するライン１２２とを少なくとも備え、冷却器２０５で熱交換した空気を空調空間１００に供給する空調装置であって、空調空間１００から排出される空気の少なくとも１部をライン１２２に供給するバイパス１２３および／またはライン１２２に除湿機１０１で除湿した外気を冷却するための冷却部１２４を設ける。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デシカント除湿機と、少なくとも凝縮器および冷却器を有する冷媒回路を備えた電力駆動型空調機器と、前記除湿機に排熱を供給してデシカントを再生する燃料電池と、前記除湿機で除湿した外気を前記冷却器に供給するラインとを少なくとも備え、前記冷却器で熱交換した空気を空調空間に供給する空調装置であって、前記空調空間から排出される空気の少なくとも１部を前記ラインに供給するバイパスおよび／または前記ラインに前記除湿機で除湿した外気を冷却するための冷却部を設けたことを特徴とする空調装置。
【請求項２】
前記燃料電池の排熱または前記凝縮器で熱交換して加熱された空気および燃料電池の排熱を前記除湿機に供給してデシカントを再生することを特徴とする請求項１記載の空調装置。
【請求項３】
前記除湿機のデシカント再生用熱交換加熱器をさらに設け、前記空調空間から排出される空気の少なくとも１部を前記熱交換加熱器に供給して燃料電池の排熱と熱交換して加熱された空気を前記除湿機に供給してデシカントを再生することを特徴とする請求項１記載の空調装置。
【請求項４】
前記凝縮器で熱交換して加熱された空気をさらに前記熱交換加熱器に供給することを特徴とする請求項３記載の空調装置。
【請求項５】
燃料電池から前記電力駆動型空調機器に電源を供給することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の空調装置。
【請求項６】
燃料電池の排熱は、燃料電池から排出される排温水あるいは排ガスであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の空調装置。
【請求項７】
燃料電池は、その排熱を請求項１から請求項５のいずれかに記載の空調装置に供給したり、あるいは供給しないように切り替えることができる切り替え手段を備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デシカント除湿機を備えた空調装置に関するものであり、さらに詳しくは、デシカントの再生および処理空気の冷却・加熱に、燃料電池および電力駆動型空調機器を用いた、デシカント除湿機を備えた空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空調装置の冷房除湿処理として、例えば、凝縮器、キャピラリーチューブおよび冷却器などを有する冷媒回路を備えた電力駆動型空調機器の冷却器を冷却源として処理空気を潜熱処理して除湿するものが使用されている。
この場合、室内への外気取り入れ量が多い場合や、室内に水分が蒸発するような機器を有する場合などの室内の湿度が上昇するような条件下では、室内の湿度を一定に保つために、空気を過冷却して除湿してから再加熱するというサイクルが必要となり、本来必要な冷却温度よりも低い低温熱源が必要となり、このため冷却器で例えば１６℃程度に冷却する必要があった。
【０００３】
このような過度の冷却を行わないようにするために、図６に示すようなデシカント除湿機を備えた空調装置が提案されている。
空調される空調空間１００からの還気ＲＡは、外気ＯＡと混合され、デシカントロータ（デシカント除湿機）１０１に送られ、デシカント除湿機１０１のデシカントによって水分が吸着される。これにより絶対湿度が低下するとともに吸着熱によって温度上昇する。湿度が下がり、温度が上昇した空気は、熱交換器１０２に送られ、冷熱源１０３からの冷媒と熱交換して冷却される。冷却された空気は給気ＳＡとして空調空間１００に戻される。
【０００４】
上記過程で水分を吸着したデシカントの再生は、外気を用いて次のように行われる。すなわち、外気（ＯＡ）は熱交換器１０４に送られ、温熱源１０５からの熱媒体と熱交換し加熱されておよそ６０〜６５℃まで温度上昇し、相対湿度が低下する。相対湿度が低下した再生空気はデシカント除湿機１０１を通過してデシカントの水分を除去する。デシカント除湿機１０１を通過した再生空気は排気ＥＸとして外部に捨てられる。
【０００５】
「デシカント」とは、乾燥剤を意味し、その種類には、活性炭、活性アルミナ等がある。ディスクあるいは円柱状に回転可能に構成された「デシカント除湿機」１０１が通常用いられる。デシカント除湿機１０１は、図６に示すように処理空気経路と再生空気経路とに跨って配置され、例えば毎時数回転程度の低速で連続的に回転しており、それぞれの経路内にある部分で処理空気の除湿及び再生空気による再生が行われるようになっている。
【０００６】
冷房運転時にはデシカント除湿機１０１を再生するための温熱源１０５と、デシカント除湿機１０１を通過した処理空気を冷却するための冷熱源１０２とを同時に運転する必要があり、従来、この温熱源１０４として燃料電池の排熱を利用し、冷熱源１０３として吸収式冷凍機を利用したものや（例えば、特許文献１参照）、温熱源１０４としてマイクロガスタービン発電排熱を利用したものが提案されている（例えば、非特許文献１参照）
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２７４７３号公報
【非特許文献１】
熊本大学  広瀬  勤等著「熱のカスケード利用末端を担うデシカント空調」、「建築設備と配管工事」、発行：日本工業出版、２００１．１０．、ｐ．１〜６
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の装置では、充分な省エネルギー効果を得るという観点からは未だ改良の余地がある。
本発明の目的は、デシカントの再生および処理空気の冷却・加熱に、燃料電池および電力駆動型空調機器を用いて温度・湿度の管理が容易で、快適な空調ができ、そして冷却器能力が小さくてよく、よりエネルギー効率が高く、小型化可能で例えば家庭などに容易に導入できる空調装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の空調装置は、デシカント除湿機と、少なくとも凝縮器および冷却器を有する冷媒回路を備えた電力駆動型空調機器と、前記除湿機に排熱を供給してデシカントを再生する燃料電池と、前記除湿機で除湿した外気を前記冷却器に供給するラインとを少なくとも備え、前記冷却器で熱交換した空気を空調空間に供給する空調装置であって、前記空調空間から排出される空気の少なくとも１部を前記ラインに供給するバイパスおよび／または前記ラインに前記除湿機で除湿した外気を冷却するための冷却部を設けたことを特徴とする。
【００１０】
外気ＯＡをデシカント除湿機に送って、デシカント除湿機のデシカントによって水分を吸着・除去し、湿度が下がり、温度が上昇した空気を、電力駆動型空調機器の冷却器に送って冷媒回路の冷媒と熱交換して冷却し、冷却された空気を給気ＳＡとして空調空間に送って空調するようにすれば、室内の湿度を一定に保つために、空気を過冷却して除湿してから再加熱するというサイクルが不必要となるので、このため冷却器で例えば２０℃程度に冷却すればよく、エネルギー効率を向上できる。空調空間から排出される空気（還気ＲＡ）の少なくとも１部を前記ラインに供給するバイパスを設けて還気ＲＡをデシカント除湿機で除湿した外気と混合したり、前記ラインにデシカント除湿機で除湿した外気を冷却するための冷却部（熱交換器）を設ければ、電力駆動型空調機器の冷却器の負担をさらに軽減できるのでよりエネルギー効率を向上できる。
水分を吸着したデシカントの再生は、デシカント除湿機に燃料電池から排出される排温水あるいは排ガスなどの排熱を供給して行われる。
本発明の空調装置は、温度・湿度の管理が容易で、快適な空調ができ、そして冷却器能力が小さくてよく、よりエネルギー効率が高く、小型化可能で例えば家庭などに容易に導入できる。
【００１１】
本発明の請求項２記載の空調装置は、請求項１記載の空調装置において、前記燃料電池の排熱または前記凝縮器で熱交換して加熱された空気および燃料電池の排熱を前記除湿機に供給してデシカントを再生することを特徴とする。
【００１２】
水分を吸着したデシカントの再生を、デシカント除湿機に燃料電池から排出される排温水あるいは排ガスなどの排熱を供給したり、あるいは燃料電池から排出されるこれらの排熱とともに、電力駆動型空調機器の凝縮器で熱交換して加熱された空気を供給して行うので、よりエネルギー効率を向上できる。
【００１３】
本発明の請求項３記載の空調装置は、請求項１記載の空調装置において、前記除湿機のデシカント再生用熱交換加熱器をさらに設け、前記空調空間から排出される空気の少なくとも１部を前記熱交換加熱器に供給して燃料電池の排熱と熱交換して加熱された空気を前記除湿機に供給してデシカントを再生することを特徴とする。
【００１４】
デシカント再生用熱交換加熱器をさらに設け、空調空間から排出される空気の少なくとも１部を前記熱交換加熱器に供給して燃料電池の排熱と熱交換して加熱しておよそ６０〜６５℃まで温度上昇させ、相対湿度が低下した空気をデシカント除湿機に供給してデシカントの水分を除去しデシカントを再生するようにすれば容易にデシカントを再生でき、よりエネルギー効率を向上できる。
【００１５】
本発明の請求項４記載の空調装置は、請求項３記載の空調装置において、前記凝縮器で熱交換して加熱された空気をさらに前記熱交換加熱器に供給することを特徴とする。
【００１６】
電力駆動型空調機器の凝縮器で熱交換して加熱された空気をさらに前記デシカント再生用熱交換加熱器に供給すればさらに容易にデシカントを再生でき、よりエネルギー効率を向上できる。
【００１７】
本発明の請求項５記載の空調装置は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の空調装置において、燃料電池から前記電力駆動型空調機器に電源を供給することを特徴とする。
【００１８】
燃料電池から前記電力駆動型空調機器に電源を供給すれば、外部電源からの供給を低減ないし停止できる。
【００１９】
本発明の請求項６記載の空調装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の空調装置において、燃料電池の排熱は、燃料電池から排出される排温水あるいは排ガスであることを特徴とする。
【００２０】
燃料電池から排出される排温水あるいは排ガスを用いればデシカントの再生を容易に効率よく行うことができる。
【００２１】
本発明の請求項７記載の空調装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の空調装置において、燃料電池は、その排熱を請求項１から請求項５のいずれかに記載の空調装置に供給したり、あるいは供給しないように切り替えることができる切り替え手段を備えていることを特徴とする。
【００２２】
例えば燃料電池の排熱を利用して加熱された湯を貯湯する貯湯タンク内の湯が不必要な時期や湯の使用量が少ない場合などには、切り替え手段を操作して熱回収されていない高温の排ガスをデシカント除湿機に供給してデシカントの再生に使用し、逆に湯が必要な時期や湯の使用量が多い場合は、切り替え手段を操作して排ガスから温水を回収し排ガスをデシカント除湿機に供給しないようにすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明で使用する燃料電池の１実施の形態である固体高分子形燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ装置ＧＳ）の系統図である。
燃料電池６を用いたＰＥＦＣ装置ＧＳは、例えば、燃料電池６の他に熱回収装置ＲＤを含んでいる。
この熱回収装置ＲＤは、貯湯タンク５０、熱交換器３２、４６、７１、ポンプ３３、４７、７２とを備えた温水の循環路などで連結されている。
【００２４】
燃料電池６は、脱硫器２、改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５などからなる燃料ガス供給装置および空気ポンプ１１、水タンク２１などからなる反応空気供給装置ならびに燃料極６ａ、空気極６ｋなどの電極および水タンク２１、ポンプ４８、冷却部６ｃなどからなる燃料電池６の冷却装置を備えている。
【００２５】
燃料電池６で発電された電力は図示しないＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧され、図示しない配電系統連携インバータを介して商用電源に接続される、一方、ここから家庭や事務所などの照明や空調機などの他の電気機器用の電力として供給される。
【００２６】
このような燃料電池６を用いたＰＥＦＣ装置ＧＳでは、発電と同時に、例えば燃料電池６による発電時に発生する熱を利用して市水から温水を生成し、この温水を貯湯タンク５０に蓄えて、風呂や台所などに供給するなど、燃料電池６に使用される燃料がもつエネルギーの有効利用を図っている。
【００２７】
上記のＰＥＦＣ装置ＧＳの燃料ガス供給装置では、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧなどの原燃料１が脱硫器２に供給され、ここで原燃料から硫黄成分が除去される。
この脱硫器２を経た原燃料は、昇圧ポンプ１０で昇圧されて改質器３に供給される際に、水タンク２１から水ポンプ２２を経て温水が送られ、熱交換器１７で加熱されて生成した水蒸気と合流して、供給される。改質器３では、水素、二酸化炭素、および一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。この改質器３を経たガスは、ＣＯ変成器４に供給され、ここでは改質ガスに含まれる一酸化炭素が二酸化炭素に変成される。このＣＯ変成器４を経たガスは、ＣＯ除去器５に供給され、ここではＣＯ変成器４を経たガス中の未変成の一酸化炭素が例えば１０ｐｐｍ以下に低減され、水素濃度の嵩い水ガス（改質ガス）がパイプ６４を経て燃料電池６の燃料極６ａに供給される。
【００２８】
このとき、水タンク２１から改質器３へ供給される温水の量を調節することにより改質ガスへの水分の添加量が調節される。
反応空気供給装置では、空気ポンプ１１から水タンク２１に、空気を供給し、水タンク２１内の温水中に反応空気を泡立てつつ気相部５３に送出することによって加湿が行われる。
このようにして、燃料電池６における反応が適度に維持されるように水分を与えられた後の反応空気が水タンク２１からパイプ２５を経て燃料電池６の空気極６ｋに供給される。
【００２９】
燃料電池６では、燃料極６ａに供給された改質ガス中の水素と、空気ポンプ１１、水タンク２１の気相部５３を経て空気極６ｋへ供給された空気中の酸素との電気化学反応によって発電が行われる。
燃料電池６の冷却装置は、この電気化学反応の反応熱などで燃料電池６が過熱しないようにするため、燃料電池６の電極６ａ、６ｋに並置された冷却装置であり、冷却部６ｃに水タンク２１の温水をポンプ４８で冷却水として循環させ、この冷却水で燃料電池６内の温度が発電に適した温度（例えば７０〜８０℃程度）に保たれるように制御している。
【００３０】
改質器３における化学反応は吸熱反応であるので、加熱しながら化学反応を継続させるためのバーナ１２を有し、ここにはパイプ１３を介して原燃料が供給され、ファン１４を介して空気が供給され、パイプ１５を介して、燃料極６ａを経た未反応水素が供給される。本ＰＥＦＣ装置ＧＳの始動時には、バーナ１２にパイプ１３を介して原燃料が供給されて燃焼が行われ、起動後に、燃料電池６の温度が安定したときには、パイプ１３からの原燃料の供給が断たれ、替わりにパイプ１５を介して燃料極６ａから排出される未反応水素（オフガス）が供給されて燃焼が継続される。
【００３１】
一方、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５で行われる化学反応は発熱反応である。運転中は、発熱反応の熱により反応温度以上に昇温しないように冷却制御が行われる。
このようにして改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５および燃料電池６では所定の化学反応と発電が継続される。
【００３２】
上記改質器３とＣＯ変成器４間、ＣＯ変成器４とＣＯ除去器５間にはそれぞれ熱交換器１８、１９が接続されている。
そして各熱交換器１８、１９には水タンク２１の温水が、ポンプ２３、２４を介して循環し、これらの温水で改質器３、ＣＯ変成器４を経たガスがそれぞれ冷却される。図示しないがＣＯ除去器５と燃料電池６との間にも熱交換器を接続してＣＯ除去器５を経たガスを冷却することができる。
上記改質器３の排気系３１には熱交換器１７が接続され、水タンク２１の温水がポンプ２２を介して供給されると、この熱交換器１７で水蒸気化し、この水蒸気が原燃料と混合して改質器３に供給される。
【００３３】
ＰＥＦＣ装置ＧＳには、プロセスガスバーナ（ＰＧバーナ）３４が備えられている。
ＰＥＦＣ装置ＧＳの起動時には、改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５を経た改質ガスの組成が燃料電池６の運転に適した安定した規定値に達していないので、それが安定するまでは、このガスを燃料電池６に供給することができない。そこで、各反応器が安定するまでは、ガス組成が規定値に達していないガスをこのＰＧバーナ３４に導いて燃焼させる。
３７はＰＧバーナ３４に燃焼用空気を送るファンである。
【００３４】
そして、各反応器が安定しガス中のＣＯ濃度が規定値（例えば、１０〜２０ｐｐｍ以下）に達した後、燃料電池６に導入して発電を行う。燃料電池６での発電に使用できなかった未反応ガスは、当初ＰＧバーナ３４に導いて燃焼し、燃料電池６の温度が安定した後は、燃料電池６からのオフガスをパイプ１５経由、改質器３のバーナ１２に導入して燃焼させる。
【００３５】
すなわち、ＰＥＦＣ装置ＧＳの起動後、各反応器が温度的に安定するまでは、開閉弁９１が閉じられ、改質ガスは管路３５および開閉弁３６を経てＰＧバーナ３４に供給される。
【００３６】
各反応器が温度的に安定した場合、今度は燃料電池６の温度が作動温度（例えば７０〜８０℃）近くの温度域で安定するまで、開閉弁９１が開かれ、開閉弁９２が閉じられて、改質ガスが管路３８および開閉弁３９を経てＰＧバーナ３４に供給され、そこで燃焼される。
【００３７】
燃料電池６の温度が作動温度で安定し、連続して発電が行われるようになった場合、開閉弁９１、開閉弁９２が開かれ、開閉弁３６、開閉弁３９が閉じられて、燃料電池６を経た未反応ガス（オフガス）は管路１５を経てバーナ１２に供給される。
【００３８】
貯湯タンク５０には水道管６１を経て市水が供給される。この貯湯タンク５０に供給された市水は、ＰＥＦＣ装置ＧＳから発生する排熱によって加熱され、この昇温された温水は、温水供給管６２を通じて外部に給湯される。
例えば排気系３１には、熱交換器１７の他に、さらに別の熱交換器３２が接続され、この熱交換器３２には貯湯タンク５０の水が、ポンプ３３を介して循環し、廃熱回収が行われる。
【００３９】
またＰＧバーナ３４の排気系４５には、熱交換器４６が接続され、この熱交換器４６には、ポンプ４７を介して貯湯タンク５０の水が循環され貯湯タンク５０に熱回収が行われる。
水タンク２１には、ポンプ２３、２４、４８によって熱交換器１８、１９を経て戻る水や燃料電池６の冷却部６ｃを循環する冷却水が水管７３を経て流入する一方、水タンク２１に水を供給する水補給装置６８が接続されている。
水補給装置６８は電動弁５６と供給タンク６７およびポンプ７４などから構成されている。供給タンク６７は市水補給装置６９および燃料電池６から生じる水をパイプ７０を経て一旦貯えて水タンク２１に水を供給できるようにしたタンクである。
【００４０】
燃料電池６から生じる水には、例えば、燃料電池６の空気極６ｋから排出されたガスを熱交換器７１に導き、この熱交換器７１中をポンプ７２によって貯湯タンク５０との間を循環する水で冷却することによって得られたドレン水や燃料極６ａから排出されたガスに含まれている水がある。
【００４１】
市水補給装置６９は、電動弁７６を有する水道管５２を介して水源７８に接続されており、供給タンク６７の水量が減って水位が低下したことを水位計７９が検知したときに液面制御装置７７が電動弁７６を開き、水源７８の水圧を利用して水道管５２、水処理装置（イオン交換樹脂）５１を経て供給タンク６７に水を補給し、水タンク２１に水を供給するのに支障のない水量を保持する装置である。
水タンク２１には、タンク内の上部に常に空気部分（気相部）５３が形成されるように水の水位を保つ液面制御装置ＬＣおよび水タンク２１内の水温を設定範囲に保つ温度調節装置ＴＣとを有している。
【００４２】
液面制御装置ＬＣは、水位計５４と電動弁５６の制御装置を備えて水タンク２１内の水量を常時監視しつつ、反応用空気が、水タンク２１の中を通過する際に適度に加湿されて燃料電池６に供給されるようにタンク内に水を貯え、かつ上部に気相部５３が形成されるように水量を制御し、水位が低下した場合はポンプ７４を運転し、電動弁５６の開度を調節して供給タンク６７からパイプ８４を経て処理水を導入し、水タンク２１内の水位を設定範囲に保つようにしている。
５５は、水位計５４による水位の検出が泡立ちなどにより不安定になるのを防止する消波板である。
【００４３】
温度調節装置ＴＣは、燃料電池６の空気極６ｋに反応空気を供給する際に、水タンク２１内で適度に加湿が行えるように水の温度を例えば６０〜８０℃の温度範囲（設定温度）に保つ装置である。
この水温制御は、必要に応じて水タンク２１に備えられたヒータなどの加熱装置６３を制御するなどして行われる。
【００４４】
本発明で使用する燃料電池の排熱は、図１に示した固体高分子形燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ装置ＧＳ）の例では、熱回収されていないバーナ１２の排ガス、ＰＧバーナ３４の排ガス、燃料電池６の空気極６ｋの排ガス（温度約６０〜７５℃）などや、熱回収された後の温水（温度約６０〜７０℃）などを挙げることができる。
燃料電池ＧＳに設ける切り替え手段について次に説明する。
貯湯タンク５０内の湯が不必要な時期や湯の使用量が少ない場合などに、熱回収されていない燃料電池６の空気極６ｋの排ガスの排熱を利用する場合には、ポンプ７２を停止するか、開閉弁９０を設けたバイパスライン９３を設けて開閉弁９６を閉め開閉弁９０を開けて熱交換器７１で熱交換を行わないと、温度約６０〜７５℃の空気極６ｋの排ガスを利用できる。燃料電池６の空気極６ｋの排ガスを熱交換器７１に導かないために開閉弁９４を設けたバイパスライン９５を設け開閉弁９７を閉じ開閉弁９４を開けることによっても同様に温度約６０〜７５℃の空気極６ｋの排ガスを利用できる。
【００４５】
図２は本発明で使用する電力駆動型空調器の冷媒回路の一実施例を示す説明図である。
図２において、２０１は圧縮機２０２を備えた冷暖房用空調機などに適用できる冷媒回路である。圧縮機２０２には凝縮器２０３、キャピラリチューブ２０４及び冷却器２０５が順次接続され、冷媒回路２０１を構成している。２０６はアキュムレータを示す。圧縮機２０２で圧縮された冷媒は、凝縮器２０３で放熱して凝縮する。そして、凝縮器２０３で凝縮した冷媒は、キャピラリチューブ２０４で圧力を調整されて冷却器２０５で断熱膨張して蒸発して冷熱を発生する。冷却器２０５を例えば空調空間に配置すれば、空調空間の空気は冷却器２０５によって冷却される。
本発明においては上記のような電力駆動型空調器の冷媒回路２０１の凝縮器２０３の排熱を利用して空気を加熱したり、冷却器２０５の冷熱を利用して空気を冷却したりする。
【００４６】
（１）第１実施形態：
図３は、本発明の空調装置の１実施の形態を示す説明図である。
図３において、図１〜２に示した符号と同じ符号のものは図１〜２に示したものと同じものを示し、重複する説明を省略する。
図３に示すように、本発明の空調装置１２０は、デシカント除湿機１０１と、少なくとも凝縮器２０３および冷却器２０５を有する図示しない冷媒回路２０１を備えた電力駆動型空調機器１２１と、デシカント除湿機１０１に排熱を供給してデシカントを再生する燃料電池ＧＳ［例えば、図１に示した固体高分子形燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ装置ＧＳ）］と、デシカント除湿機１０１で除湿した外気を冷却器２０５に供給するライン１２２とを少なくとも備え、冷却器２０５で熱交換して冷却した空気を空調空間１００に給気ＳＡを供給する。そして、空調空間１００から排出される空気（還気ＲＡ）の少なくとも１部をライン１２２に供給するバイパス１２３およびライン１２２にデシカント除湿機１０１で除湿した外気を冷却するための冷却部（熱交換器）１２４を設けてある。１２５はファンであり冷却部１２４に冷却用空気を送る。
【００４７】
外気ＯＡをデシカント除湿機１０１に送って、デシカント除湿機１０１のデシカントによって水分を吸着・除去し、湿度が下がり、温度が上昇した空気を、冷却部１２４で冷却した後、電力駆動型空調機器１２１の冷却器２０５に送って図示しない冷媒回路２０１の冷媒と熱交換して冷却し、冷却された空気を給気ＳＡとして空調空間１００に送って空調するようになっている。このようにすれば、空調空間１００内の湿度を一定に保つために、空気を過冷却して除湿してから再加熱するというサイクルが不必要となるので、このため冷却器２０５で例えば２０℃程度に冷却すればよく、エネルギー効率を向上できる。
【００４８】
空調空間１００から排出される空気（還気ＲＡ）の１部は排気ＥＸとして外部に捨てられ、他はバイパス１２３を経てライン１２２に供給し、この還気ＲＡをデシカント除湿機１０１で除湿した外気と混合して利用する。このようにすることにより、電力駆動型空調機器１２１の冷却器２０５の負担をさらに軽減できるのでよりエネルギー効率を向上できる。
【００４９】
上記過程で水分を吸着したデシカントの再生は、外気を用いて次のように行われる。すなわち、デシカント除湿機１０１に燃料電池ＧＳから排出される除湿した排ガスなどの排熱を供給するとともに、外気（ＯＡ）を電力駆動型空調機器１２１の図示しない冷媒回路２０１の凝縮器２０３に送り、熱冷媒と熱交換し加熱された空気とを混合し、およそ６０〜７０℃の、相対湿度が低下した再生空気をデシカント除湿機１０１に供給して通過させてデシカントの水分を除去する。デシカント除湿機１０１を通過した再生空気は排気ＥＸとして外部に捨てる。このようにすることにより、凝縮器２０３で熱交換した外気もデシカントの再生に用いるので、燃料電池ＧＳの排熱のみをデシカントの再生に利用する場合よりエネルギー効率をより向上できる。
本発明の空調装置１２０は、温度・湿度の管理が容易で、快適な空調ができ、そして冷却器２０５の能力が小さくてよく、よりエネルギー効率が高く、小型化可能で家庭などに容易に導入できる。
【００５０】
図３中の空調空間１００内に波線で示した冷却器２０５は、冷却器２０５を室内機として使用した例を示すものである。この室内機には、徐菌手段、花粉除去手段、空調空間１００内から発生する有毒有機ガス除去手段などを備えることができる。
室内機に徐菌手段、花粉除去手段、空調空間１００内から発生する有毒有機ガス除去手段などを備えることにより、本発明の空調装置１２０は、温度・湿度の管理が容易である上、空調空間１００に徐菌、花粉除去、有毒有機ガス除去した空気を供給できるので、より快適な空調を行うことができる。
【００５１】
（２）第２実施形態：
図４は、本発明の空調装置の他の実施の形態を示す説明図である。
図４において、図１〜３に示した符号と同じ符号のものは図１〜３に示したものと同じものを示し、重複する説明を省略する。
図４に示した本発明の空調装置１２０Ａは、空調空間１００から排出される還気ＲＡのライン１２６にデシカント除湿機１０１のデシカント再生用熱交換加熱器１２７をさらに設け、空調空間１００から排出される還気ＲＡの少なくとも１部をこの熱交換加熱器１２７に供給して、燃料電池ＧＳから排出される排ガスあるいは排温水と熱交換するとともに、外気（ＯＡ）を電力駆動型空調機器１２１の図示しない冷媒回路２０１の凝縮器２０３に送り熱冷媒と熱交換して、加熱しておよそ６０〜７０℃まで温度上昇した空気をデシカント除湿機１０１に供給してデシカントを再生する以外は図３に示した本発明の空調装置１２０と同様になっている。
【００５２】
熱交換加熱器１２７に燃料電池ＧＳから排出される排ガス中に含まれる水分を取り除く機能を与えれば、熱交換加熱器１２７で熱交換され水分を取り除かれた燃料電池ＧＳの排ガスをデシカントの再生に使用することができる。
【００５３】
図５は、図４に示した本発明の空調装置の動作を説明するための湿り空気線図である。
外気ＯＡ（図４中▲１▼：３５℃、１４．２ｇＨ２  Ｏ／ｋｇ、梅雨時３５℃、２０．２ｇＨ２  Ｏ／ｋｇ）をデシカント除湿機１０１に送って、デシカント除湿機１０１のデシカントによって水分を吸着・除去し、湿度が下がり、温度が上昇した空気（図４中▲２▼：５５〜６０℃）を冷却部１２４で冷却する。その後、空調空間１００から排出される空気の少なくとも１部をバイパス１２３を経てライン１２２へ送って混合した後（図４中▲３▼：３５℃）、電力駆動型空調機器１２１の冷却器２０５に送って図示しない冷媒回路２０１の冷媒と熱交換して冷却し、冷却された空気（図４中▲４▼：１８〜２０℃）を給気ＳＡとして空調空間１００に送って空調する。
【００５４】
空調空間１００から排出される空気（図４中▲５▼：２７．６℃）の少なくとも１部をデシカント再生用熱交換加熱器１２７に供給して燃料電池ＧＳの排ガス（図４中▲７▼：６０〜８０℃）と熱交換して加熱するとともに、外気（ＯＡ）（図４中▲１▼）を電力駆動型空調機器１２１の図示しない冷媒回路２０１の凝縮器２０３に送り熱冷媒と熱交換して温度上昇させ、相対湿度が低下した空気（図４中▲６▼：４０℃）をデシカント再生用熱交換加熱器１２７に供給して燃料電池ＧＳの排ガスと熱交換して加熱して得られる再生空気（図４中▲８▼：６０〜７０℃）を、デシカント除湿機１０１に供給してデシカントの水分を除去しデシカントを再生し、デシカント除湿機１０１を通過した再生空気は排気ＥＸ（図４中▲９▼）として外部に捨てる。
本発明の空調装置１２０Ａは、凝縮器２０３で熱交換した外気と燃料電池ＧＳから排出される排ガスあるいは排温水も効率よく利用してデシカントの再生を行える上、温度・湿度の管理が容易で、快適な空調ができ、そして冷却器２０５の能力が小さくてよく、よりエネルギー効率が高く、小型化可能で家庭などに容易に導入できる。
【００５５】
本発明で使用する「デシカント」は、従来から使用されている活性炭、活性アルミナ、シリカゲル等の他、でんぷん系、セルロース系あるいはアクリルアミド、アクリル酸、アクリル酸塩、メタアクリル酸塩、スチレン、ビニルエーテル等のポリマー、コポリマー、ターポリマー等の合成樹脂系など、天然品あるいは合成品の高吸水性樹脂を用いることができる。高吸水性樹脂は吸水率が高い上、およそ６０℃程度の低温で効率よく再生できるので本発明において好ましく使用できる。
【００５６】
高吸水性樹脂の中には吸水した時、水溶性で糊状になったり、あるいは、細片状、破砕状、粒状になるものがあるが、本発明においてはいずれでも使用できるが、これらの中でも、吸水した時に細片状、破砕状、粒状になるものが好ましく使用でき、特に吸水した時に粒状になるものが、取り扱い易いので好ましく使用できる。
【００５７】
細片状を示す高吸水性樹脂としては、具体的にはアクリル酸とアクリル酸のアンモニウム塩またはアルカリ金属塩とを含むモノマーの水溶液に、０．１〜１０質量％の多価有機金属イオン架橋剤を加えて水溶液重合し、乾燥することによって得られる適度に架橋された高吸水性樹脂、あるいはアクリル酸とアクリル酸のアンモニウム塩またはアルカリ金属塩との共重合体に０．１〜１０質量％の多価有機金属イオン架橋剤を用いてポスト架橋することによって得られる、適度に架橋された高吸水性樹脂などを挙げることができる。
破砕状、粒状状を示す高吸水性樹脂としては、上記高吸水性樹脂を粉砕して所定の粒子形状に加工する方法、上記吸水性樹脂の原料化合物から重合または縮合して粒状の形で高分子化合物とする方法などが挙げられるが、とりわけ、有機溶剤中で逆相懸濁重合して得られる球状あるいは粒状のポリアクリル酸塩、ビニルアルコールとアクリル酸塩共重合体またはイソブチレンと無水マレイン酸との共重合体をケン化する方法で得られる高吸水性樹脂（例えば、平均粒径約０．００５〜５ｍｍ）などの水を吸水しても粒子が互いに非粘着性を維持する高吸水性樹脂が好ましく使用できる。
【００５８】
上記実施の形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の空調装置は、デシカント除湿機と、少なくとも凝縮器および冷却器を有する冷媒回路を備えた電力駆動型空調機器と、前記除湿機に排熱を供給してデシカントを再生する燃料電池と、前記除湿機で除湿した外気を前記冷却器に供給するラインとを少なくとも備え、前記冷却器で熱交換した空気を空調空間に供給する空調装置であって、前記空調空間から排出される空気の少なくとも１部を前記ラインに供給するバイパスおよび／または前記ラインに前記除湿機で除湿した外気を冷却するための冷却部を設けたことを特徴とするものであり、外気ＯＡをデシカント除湿機に送って、デシカント除湿機のデシカントによって水分を吸着・除去し、湿度が下がり、温度が上昇した空気を、電力駆動型空調機器の冷却器に送って冷媒回路の冷媒と熱交換して冷却し、冷却された空気を給気ＳＡとして空調空間に送って空調するようにすれば、室内の湿度を一定に保つために、空気を過冷却して除湿してから再加熱するというサイクルが不必要となるので、このため冷却器で例えば２０℃程度に冷却すればよく、エネルギー効率を向上できるという顕著な効果を奏する。
空調空間から排出される空気（還気ＲＡ）の少なくとも１部を前記ラインに供給するバイパスを設けて還気ＲＡをデシカント除湿機で除湿した外気と混合したり、前記ラインにデシカント除湿機で除湿した外気を冷却するための冷却部（熱交換器）を設ければ、電力駆動型空調機器の冷却器の負担をさらに軽減できるのでよりエネルギー効率を向上できる。
水分を吸着したデシカントの再生は、デシカント除湿機に燃料電池から排出される排温水あるいは排ガスなどの排熱を供給して容易に行うことができる。
本発明の空調装置は、温度・湿度の管理が容易で、快適な空調ができ、そして冷却器能力が小さくてよく、よりエネルギー効率が高く、小型化可能で例えば家庭などに容易に導入できる。
【００６０】
本発明の請求項２記載の空調装置は、請求項１記載の空調装置において、前記燃料電池の排熱または前記凝縮器で熱交換して加熱された空気および燃料電池の排熱を前記除湿機に供給してデシカントを再生することを特徴とするものであり、水分を吸着したデシカントの再生を、デシカント除湿機に燃料電池から排出される排温水あるいは排ガスなどの排熱を供給したり、あるいは燃料電池から排出されるこれらの排熱とともに、電力駆動型空調機器の凝縮器で熱交換して加熱された空気を供給して行うので、よりエネルギー効率を向上できるいうさらなる顕著な効果を奏する。
【００６１】
本発明の請求項３記載の空調装置は、請求項１記載の空調装置において、前記除湿機のデシカント再生用熱交換加熱器をさらに設け、前記空調空間から排出される空気の少なくとも１部を前記熱交換加熱器に供給して燃料電池の排熱と熱交換して加熱された空気を前記除湿機に供給してデシカントを再生するので、燃料電池の排ガスや排温水などの排熱を有効利用して容易にデシカントを再生でき、よりエネルギー効率を向上できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００６２】
本発明の請求項４記載の空調装置は、請求項３記載の空調装置において、前記凝縮器で熱交換して加熱された空気をさらに前記熱交換加熱器に供給するので、さらに容易にデシカントを再生でき、よりエネルギー効率を向上できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００６３】
本発明の請求項５記載の空調装置は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の空調装置において、燃料電池から前記電力駆動型空調機器に電源を供給することを特徴とするものであり、外部電源からの供給を低減ないし停止できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００６４】
本発明の請求項６記載の空調装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の空調装置において、燃料電池の排熱は、燃料電池から排出される排温水あるいは排ガスであるので、取り扱い性がよくデシカントの再生を容易に効率よく行うことができるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００６５】
本発明の請求項７記載の空調装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の空調装置において、燃料電池は、その排熱を請求項１から請求項５のいずれかに記載の空調装置に供給したり、あるいは供給しないように切り替えることができる切り替え手段を備えているので、例えば燃料電池の排熱を利用して加熱された湯を貯湯する貯湯タンク内の湯が不必要な時期や湯の使用量が少ない場合などには、切り替え手段を操作して熱回収されていない高温の排ガスをデシカント除湿機に供給してデシカントの再生に使用し、逆に湯が必要な時期や湯の使用量が多い場合は、切り替え手段を操作して排ガスから温水を回収し排ガスをデシカント除湿機に供給しないようにすることができるというさらなる顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用する燃料電池の１実施の形態である固体高分子形燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ装置ＧＳ）の系統図である。
【図２】本発明で使用する電力駆動型空調器の冷媒回路の一実施例を示す説明図である。
【図３】本発明の空調装置の１実施の形態を示す説明図である。
【図４】本発明の空調装置の他の実施の形態を示す説明図である。
【図５】図４に示した本発明の空調装置の動作を説明するための湿り空気線図である。
【図６】従来のデシカント除湿機を備えた空調装置の説明図である。
【符号の説明】
１２０、１２０Ａ  本発明の空調装置
１００  空調空間
１０１  デシカント除湿機
１２１  電力駆動型空調機器
１２２  ライン
１２３  バイパス
１２４  冷却部
１２５  ファン
１２７  デシカント再生用熱交換加熱器
２０１  冷媒回路
２０３  凝縮器
２０５  冷却器
ＧＳ  燃料電池［固体高分子形燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ装置ＧＳ）］
【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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