(57)【要約】【課題】総合効率に優れ、設備を簡素化でき、強出力を得られる空調システムを提供する。【解決手段】冷媒ヒートポンプと吸着式ヒートポンプを組み合わせた空調システム１００であって、冷媒ヒートポンプの凝縮器（３１／３２）より排出される熱を吸着式ヒートポンプの吸着塔（４２／４１）に供給することにより、吸着塔４１・４２内の吸着材の再生を行う。また、前記冷媒ヒートポンプの蒸発器１と前記吸着式ヒートポンプの蒸発器２を接続する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ヒートポンプと吸着式ヒートポンプとを少なくとも含むとともに、前記冷媒ヒートポンプの凝縮器より排出される熱を前記吸着式ヒートポンプの吸着塔に供給し、吸着材の再生が行われることを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記冷媒ヒートポンプの蒸発器と前記吸着式ヒートポンプの蒸発器を接続することを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
熱交換器Ａと、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、少なくとも上記四者を連結しながら冷媒Ｘを通過させる経路と、を少なくとも具備する冷媒ヒートポンプと、
溶媒Ｙを貯溜する蒸発器Ｂと、当該溶媒Ｙの蒸気を吸着可能な吸着材が装填された少なくとも二つの吸着塔と、該吸着塔と前記蒸発器Ｂとを連結する通路と、前記蒸発器Ｂに連通される吸着塔を切り換える切換弁と、を少なくとも具備する吸着式ヒートポンプと、
を含み、
前記熱交換器Ａ及び前記蒸発器Ｂから外部に冷熱を取り出す空調システムであって、
前記吸着式ヒートポンプにおいて前記蒸発器Ｂに連通されていない状態の前記吸着塔を、前記冷媒ヒートポンプの前記凝縮器の排熱を用いて加熱することを特徴とする、
空調システム。
【請求項４】
請求項３に記載の空調システムであって、前記冷媒ヒートポンプの熱交換器Ａと、前記吸着式ヒートポンプの蒸発器Ｂとを連結するように冷媒の経路が構成されていることを特徴とする、空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調技術に関する。
詳細には、冷媒ヒートポンプと吸着式ヒートポンプを組み合わせたハイブリッド空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷媒ヒートポンプは、例えば特許文献１に開示されている。
冷媒ヒートポンプの一般的な構成が図１に示され、この構成において、冷媒は蒸発器１で、室内冷却後の循環水から熱を奪い、圧縮機６で圧縮した上で、凝縮器３で排熱・冷却が行われる。その後、冷媒は減圧弁５を経て、蒸発器１に戻る。
【０００３】
一方、吸着式ヒートポンプは、例えば特許文献２に開示されている。
吸着式ヒートポンプの一般的な構成が図２に示され、この構成において室内冷却後の循環水は蒸発器２を通過するが、この蒸発器２は、適量の水が注入されている容器７を備えている。この容器７からは配管８が延び、当該配管８は二手に分岐して、一方が第一吸着塔４１に、他方が第二吸着塔４２に接続される。この二本の吸着塔４１・４２のそれぞれの内部には、水蒸気を吸着可能な吸着材が収容されている。
前記配管８の分岐箇所には、蒸発器２の容器７内の空間を二本の吸着塔４１・４２のうち何れか一方に択一的に接続するための、切換弁９が配置されている。
【０００４】
図２では、蒸発器２の容器７内の空間が、二つの吸着塔４１・４２のうち第一吸着塔４１側に、前記切換弁９によって接続された状態を示している。このとき、容器７内の水は蒸発して吸着塔４１内の吸着材に吸着され、その際の蒸発潜熱を利用して、容器７を通過する循環水の冷却が行われる。冷却後の循環水は室内に送られて空調に用いられた後、蒸発器２に戻って再び冷却される。
【０００５】
また、前記吸着塔４１・４２のそれぞれを通過するように配管１０が構成され、この配管１０内を、適当な熱源（例えば、ガスエンジンの排ガスや、マイクロガスタービンの廃熱、工場の余剰蒸気等）が通過するようになっている。この排ガス等の熱源が二つの吸着塔４１・４２の何れを通過するかは、当該配管１０に設置された切換弁１１・１２によって切換可能となっている。
【０００６】
以上の構成で、前記切換弁９によって蒸発器２の容器７が第一吸着塔４１側に接続されているとき（図２の状態のとき）は、排ガス等の熱源が第二吸着塔４２側を通過するように切換弁１１・１２が制御され、第二吸着塔４２内の吸着材を排ガス等の熱源により加熱して再生できるようになっている。
そして、適当なタイミング（例えば第一吸着塔４１内の吸着材が吸水限界量付近に達した時など）で、切換弁９を切り換えて、容器７内の水蒸気を今度は第二吸着塔４２側の吸着材で吸着する。第二吸着塔４２が吸着を行っている間は、排ガス等の熱源を第一吸着塔４１側に導入するように切換弁１１・１２が動作するので、水分を多く含んだ第一吸着塔４１側の吸着材は、加熱され再生されることになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２４１７８５号公報
【特許文献２】
特開平５−２７２８３２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示すような冷媒ヒートポンプは、凝縮器３で排出される熱は室外機で排出され捨てられてしまうのが一般であり、熱を十分に有効利用できているとは言い難い。
一方で、図２に示すような吸着式ヒートポンプでは、吸着材を再生するための熱源を外部から別途供給する必要があり、そのために設備が大掛かりになり易く、コストの増大要因となってしまう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、冷媒ヒートポンプと吸着式ヒートポンプとを少なくとも含むとともに、前記冷媒ヒートポンプの凝縮器より排出される熱を前記吸着式ヒートポンプの吸着塔に供給し、吸着材の再生が行われるものである。
【００１１】
請求項２においては、前記冷媒ヒートポンプの蒸発器と前記吸着式ヒートポンプの蒸発器を接続するものである。
【００１２】
請求項３においては、熱交換器Ａと、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、少なくとも上記四者を連結しながら冷媒Ｘを通過させる経路と、を少なくとも具備する冷媒ヒートポンプと、溶媒Ｙを貯溜する蒸発器Ｂと、当該溶媒Ｙの蒸気を吸着可能な吸着材が装填された少なくとも二つの吸着塔と、該吸着塔と前記蒸発器Ｂとを連結する通路と、前記蒸発器Ｂに連通される吸着塔を切り換える切換弁と、を少なくとも具備する吸着式ヒートポンプとを含み、前記熱交換器Ａ及び前記蒸発器Ｂから外部に冷熱を取り出す空調システムであって、前記吸着式ヒートポンプにおいて前記蒸発器Ｂに連通されていない状態の前記吸着塔を、前記冷媒ヒートポンプの前記凝縮器の排熱を用いて加熱するものである。
【００１３】
請求項４においては、前記冷媒ヒートポンプの熱交換器Ａと、前記吸着式ヒートポンプの蒸発器Ｂとを連結するように冷媒の経路が構成されているものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図３は本発明の空調システムの一実施形態を示す図である。
【００１５】
本実施形態における空調システム１００は、冷媒ヒートポンプと吸着式ヒートポンプを組み合わせた、ハイブリッドタイプのものである。その主要な構成要素について図３を参照して説明すると、冷媒ヒートポンプ側においては、第一蒸発器（熱交換器Ａ）１、圧縮機６、第一・第二凝縮器３１・３２、減圧弁（膨張弁）５である。また、吸着式ヒートポンプ側においては、第二蒸発器（蒸発器Ｂ）２、第一・第二吸着塔４１・４２である。
【００１６】
この空調システム１００において、冷媒Ｘの循環サイクルは図３の右側に太線矢印で、室内冷却のための溶媒Ｚのサイクルは図３の左側に、それぞれ示されている。なお、冷媒Ｘには、例えば、水、フロン、アルコール、液化二酸化炭素、アンモニアガスなどが使用できるが、これらに限定されない。また、溶媒Ｚには、例えば、水、フロン、アルコールなどが使用されるが、これらに限定されない。
【００１７】
まず冷媒Ｘの流れを説明すると、冷媒Ｘは第一蒸発器１において室内冷却後の溶媒Ｚから熱を奪い、圧縮機６で圧縮された後、後述する第二吸着塔４２の内部に至り、当該内部に配設される第一凝縮器３１で排熱・冷却が行われる。その後、冷媒Ｘは減圧弁５を経て蒸発器１に戻る。
【００１８】
次に溶媒Ｚの流れを説明すると、溶媒Ｚは前記第一蒸発器１において前記冷媒Ｘによって熱を奪われた後、室内に至って空調を行い、その後に第二蒸発器２に送られて冷却された後、第一蒸発器１に戻る。
【００１９】
前記第二蒸発器２は、前記吸着式ヒートポンプの蒸発器（図２に符号２で図示）と同様の構成である。即ち、溶媒Ｙが入れられた容器７を前記溶媒Ｚが通過するように構成してあり、当該容器７には三方バルブ１３に通ずる配管８が取り付けられ、三方バルブ１３を介して真空ポンプ１０が接続されている。ここで、溶媒Ｙには、例えば、水、フロン、アルコールなどが使用されるが、これらに限定されない。
三方バルブ１３のもう一方には、分岐状の配管８’が取り付けられ、配管８’の分岐側の一方は第一吸着塔４１に、他方は第二吸着塔４２に、それぞれ接続されている。
【００２０】
即ち、この配管８，８’の内部に、蒸発器Ｂと吸着塔４１・４２とを繋ぐ通路が構成されている。
【００２１】
二本の吸着塔４１・４２のそれぞれの内部には、水蒸気を吸着可能な吸着材が充填されている。この吸着材としては、例えばシリカゲル、ゼオライト、活性炭、アルミナ等を使用することができるが、これらに限定されない。
【００２２】
また、第一吸着塔４１の内部には第二凝縮器３２が、第二吸着塔４２の内部には第一凝縮器３１が、それぞれ配置されて、前記圧縮機６から送られた冷媒Ｘが何れかの凝縮器３１・３２にて排熱を行えるように構成している。
【００２３】
前記配管８’の分岐箇所には、吸着塔４１・４２に択一的に接続する切換弁９が配置されており、適当なタイミングで切換弁９を切り換え、容器７を他方の吸着塔に接続して吸着効率の低下を回避する構成になっている。この切換のタイミングとしては、一方の吸着塔の吸着材が吸水限界量付近に達した時や、所定時間（例えば、１時間）が経過した時が考えられる。
【００２４】
前記真空ポンプ１０と三方バルブ１３の作用について説明すると、空調システム１００の運転開始時には、三方バルブ１３の容器７側を閉じ、例えば、吸着塔４２へ通ずる配管８’を切換弁９で遮って（図３の状態）、真空ポンプ１０−吸着塔４１間を開け、吸着塔４１を減圧する。次に、三方バルブ１３の真空ポンプ側を閉じ、容器７−吸着塔４１間を開け、容器７中の溶媒Ｙの蒸発を促進させる。
なお、何らかの理由で、系内の真空度が低下するなどの異常が発生した時には、上述したように、三方バルブ１３の容器７側を閉じ、例えば、吸着塔４２へ通ずる配管８’を切換弁９で遮って、真空ポンプ１０−吸着塔４１間を開けて、吸着塔４１を減圧し、系内の真空度を高くする。
【００２５】
また、前記圧縮機６で圧縮された後の冷媒Ｘが、第一吸着塔４１内の第二凝縮器３２、又は、第二吸着塔４２内の第一凝縮器３１、のうち何れか一方を通過できるようにするための経路が、図示しない配管によって構成されている。
この配管には切換弁（符号１１・１２で略示）が配置されて、この切換弁１１・１２は、前述の第二蒸発器２の容器７が接続されていない側の吸着塔（図２の状態においては、第二吸着塔４２）を前記圧縮機６からの冷媒Ｘが通過するように、前記配管８’側の切換弁９と連動して切り換えられるよう制御される。
【００２６】
なお、上記切換弁１１・１２は、例えば図２で示した配管１０の切換弁１１・１２と、全く同様に構成することができる。
【００２７】
この構成で、圧縮機６で圧縮された後の冷媒Ｘは、吸着を行っていない側の吸着塔（図３の状態では、第二吸着塔４２）へ導入され、その内部の凝縮器（図３の状態では、第一凝縮器３１）で排熱を行うことで、吸着材を再生させることができる。
即ち、従来は捨てられていた冷媒ヒートポンプの排熱を、吸着式ヒートポンプの吸着塔の再生に利用することができるので、成績係数（即ち、有効利用エネルギー量／投入エネルギー量）を向上させることができる。
【００２８】
また、本実施形態においては、冷媒ヒートポンプの第一蒸発器（熱交換器Ａ）１と、吸着式ヒートポンプの蒸発器（蒸発器Ｂ）２とを連結するように、冷媒（溶媒Ｚ）の経路が構成されている。即ち、冷媒ヒートポンプの蒸発器における冷媒の冷熱量と、吸着式ヒートポンプの蒸発器における蒸発水の蒸発潜熱（吸着材が蒸発器内の水分を吸着することにより系内で圧力分布が生じ蒸発が進む）の双方により空調を行うので、各蒸発器の相乗効果が発揮され、冷房能力が向上する。
【００２９】
この空調システム１００で、冷媒としてＲ１３４ａ（流量は０．０２６ｋｇ／ｓｅｃ）を使用し、吸着材にはシリカゲル（両吸着塔４１・４２のそれぞれにつき２７ｋｇずつ）を使用して、検証実験を行った。
【００３０】
この検証実験において、前記圧縮機６を出た時点での冷媒は、６０℃，１．６９ＭＰａの過熱蒸気状態であった。また、前記吸着塔（４１あるいは４２）を出て減圧弁５を通過した冷媒は、０．３７５ＭＰａ，７℃の湿り蒸気状態となっていた。
【００３１】
この検証実験の結果から成績係数（有効利用エネルギー量／投入エネルギー量）を計算すると、本空調システム１００の成績係数は１０．５であり、一方、冷媒ヒートポンプのみの成績係数は４．８であった。これより、本実施形態の空調システム１００のエネルギー効率が従来よりも大幅に向上していることが確認された。
【００３２】
また、室内冷房用の循環水は、第一蒸発器１において冷媒によって冷却された後、第二蒸発器２内で蒸発水の蒸発潜熱（吸着塔４１／４２の吸着材が第二蒸発器２内の水分を吸着することにより、系内で圧力低下が生じ、また、循環水の熱を奪うことにより蒸発が進む）により、さらに冷却されることになる。
【００３３】
蒸気検証実験において、第一蒸発器１の冷房能力は３ｋＷであり、第二蒸発器２の冷房能力は３．６ｋＷであった。本空調システム１００は、この二つの蒸発器１・２を接続して同時に使用する空調システムであるから、３ｋＷ＋３．６ｋＷ＝６．６ｋＷとなり、冷凍用途にも適するような強力な出力を発揮できることが判る。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００３５】
即ち、請求項１に示すように、冷媒ヒートポンプと吸着式ヒートポンプとを少なくとも含むとともに、前記冷媒ヒートポンプの凝縮器より排出される熱を前記吸着式ヒートポンプの吸着塔に供給し、吸着材の再生が行われるので、
吸着式ヒートポンプの吸着塔の再生のために冷媒ヒートポンプの排熱を利用する構成となって、吸着塔の再生のために外部熱源を使用する必要がなくなるから、大掛かりな設備とならず、初期コスト及びランニングコストを低減できる。
また、冷媒ヒートポンプの排熱を吸着塔の再生のために有効利用でき、成績係数（有効利用エネルギー量／投入エネルギー量）を向上することができる。
【００３６】
請求項２に示すように、前記冷媒ヒートポンプの蒸発器と前記吸着式ヒートポンプの蒸発器を接続するので、
冷媒ヒートポンプの冷媒の冷熱と、吸着式ヒートポンプの蒸発水の蒸発潜熱による冷熱とが重畳される形となって、より強出力の空調システムを構成することができる。
【００３７】
請求項３に示すように、熱交換器Ａと、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、少なくとも上記四者を連結しながら冷媒Ｘを通過させる経路と、を少なくとも具備する冷媒ヒートポンプと、溶媒Ｙを貯溜する蒸発器Ｂと、当該溶媒Ｙの蒸気を吸着可能な吸着材が装填された少なくとも二つの吸着塔と、該吸着塔と前記蒸発器Ｂとを連結する通路と、前記蒸発器Ｂに連通される吸着塔を切り換える切換弁と、を少なくとも具備する吸着式ヒートポンプとを含み、前記熱交換器Ａ及び前記蒸発器Ｂから外部に冷熱を取り出す空調システムであって、前記吸着式ヒートポンプにおいて前記蒸発器Ｂに連通されていない状態の前記吸着塔を、前記冷媒ヒートポンプの前記凝縮器の排熱を用いて加熱するので、
吸着式ヒートポンプの吸着塔の再生のために冷媒ヒートポンプの排熱を利用する構成となって、吸着塔の再生のために外部熱源を使用する必要がなくなるから、大掛かりな設備とならず、初期コスト及びランニングコストを低減できる。
また、冷媒ヒートポンプの排熱を吸着塔の再生のために有効利用でき、成績係数（有効利用エネルギー量／投入エネルギー量）を向上することができる。
【００３８】
請求項４に示すように、請求項３に記載の空調システムであって、前記冷媒ヒートポンプの熱交換器Ａと、前記吸着式ヒートポンプの蒸発器Ｂとを連結するように冷媒の経路が構成されているので、
冷媒ヒートポンプの冷媒の冷熱と、吸着式ヒートポンプの蒸発水の蒸発潜熱による冷熱とが重畳される形となって、より強出力の空調システムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な冷媒ヒートポンプの空調システムを説明する図。
【図２】一般的な吸着式ヒートポンプの空調システムを説明する図。
【図３】本発明の一実施形態に係る空調システムの全体的な構成を示した図。
【符号の説明】
Ａ  空調システム
１  第一蒸発器（冷媒ヒートポンプの蒸発器）
２  第二蒸発器（吸着式ヒートポンプの蒸発器）
３１・３２  冷媒ヒートポンプの凝縮器
４１・４２  吸着式ヒートポンプの吸着塔
【図１】
2004294023.tif 000003
【図２】
2004294023.tif 000004
【図３】
2004294023.tif 000005