(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物を冷却する冷凍装置であって、
吸熱空気を取り込んで減圧する膨張機（22）と、膨張機（22）で減圧された吸熱空気が冷却対象物から吸熱する吸熱部（30）と、吸熱部（30）で吸熱した吸熱空気を圧縮する圧縮機（21）とを有する空気サイクル部（11）と、
吸熱空気を除湿して上記空気サイクル部（11）の膨張機（22）に供給する除湿手段（60）とを備えており、
上記除湿手段（60）は、吸湿と放湿とを行う湿度媒体を備え、該湿度媒体が吸湿して吸熱空気を除湿し、且つ該湿度媒体が放湿して再生されるように構成され、
更に、上記除湿手段（60）は、湿度媒体が空気サイクル部（11）で圧縮された吸熱空気に対して放湿するように構成されている冷凍装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍装置において、
除湿手段（60）で除湿されて空気サイクル部（11）へ供給される吸熱空気と、冷却対象物から吸熱した減圧状態の吸熱空気とを熱交換させる内部熱交換器（15）を備えている冷凍装置。
【請求項３】
請求項２に記載の冷凍装置において、
内部熱交換器（15）は、冷却対象物から吸熱した減圧状態の吸熱空気に対して水分を供給し、該水分の蒸発潜熱を空気サイクル部（11）へ供給される吸熱空気の冷却に利用するように構成されている冷凍装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つに記載の冷凍装置において、
空気サイクル部（11）で減圧された吸熱空気を加湿により冷却する加湿冷却手段（90）を備える一方、
上記空気サイクル部（11）は、加湿冷却手段（90）で冷却された吸熱空気が冷却対象物から吸熱するように構成されている冷凍装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つに記載の冷凍装置において、
空気サイクル部（11）は、冷却対象物から吸熱する吸熱空気に対して水分を供給し、該水分の蒸発潜熱を冷却対象物からの吸熱に利用するように構成されている冷凍装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一つに記載の冷凍装置において、
空気サイクル部（11）は、冷却対象物である被冷却空気から吸熱するように構成される一方、被冷却空気中で凝縮した水分を該被冷却空気から吸熱する吸熱空気に対して供給し、該水分の蒸発潜熱を被冷却空気からの吸熱に利用するように構成されている冷凍装置。
【請求項７】
請求項１に記載の冷凍装置において、
空気サイクル部（11）は、吸熱部（30）において冷却対象物である被冷却空気から吸熱するように構成される一方、
吸熱部（30）は、水分が透過可能な仕切部材によって被冷却空気と吸熱空気とを仕切り、該仕切部材の両側における圧力差に基づいて被冷却空気中で凝縮した水分を吸熱空気に対して供給し、該水分の蒸発潜熱を被冷却空気からの吸熱に利用するように構成されている冷凍装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一つに記載の冷凍装置において、
空気サイクル部（11）で圧縮過程にある吸熱空気中で水分が蒸発するように吸熱空気に水分を供給する給水手段（99）を備えている冷凍装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一つに記載の空気調和装置において、
空気サイクル部（11）は、空気サイクル動作を行って減圧状態の吸熱空気が冷却対象物から吸熱する運転と、空気サイクル動作を停止し且つ取り込んだ常圧状態の吸熱空気が冷却対象物から吸熱する運転とを行うように構成されている冷凍装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の冷凍装置において、
除湿手段（60）の湿度媒体は、水分を吸着する固体吸着剤を備えている冷凍装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の冷凍装置において、
除湿手段（60）の湿度媒体は、円板状で厚さ方向に空気が通過可能に形成されて通過する空気と固体吸着剤とを接触させるロータ部材（61）により構成される一方、
除湿手段（60）は、上記ロータ部材（61）を通過する吸熱空気から該ロータ部材（61）が吸湿する吸湿部（62）と、上記ロータ部材（61）を通過する吸熱空気に対して該ロータ部材（61）が放湿する放湿部（63）と、上記ロータ部材（61）が吸湿部（62）と放湿部（63）との間で移動するように該ロータ部材（61）を回転駆動する駆動機構とを備えている冷凍装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の冷凍装置において、
除湿手段（60）の湿度媒体は、水分を吸収する液体吸収剤により構成されている冷凍装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の冷凍装置において、
除湿手段（60）は、液体吸収剤から放湿させるために該液体吸収剤を空気サイクル部（11）で圧縮された吸熱空気により加熱するように構成されている冷凍装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の冷凍装置において、
除湿手段（60）は、液体吸収剤と吸熱空気とが接触して該液体吸収剤が吸湿する吸湿部（65）と、液体吸収剤と吸熱空気とが接触して該液体吸収剤が放湿する放湿部（66）とを有して上記吸湿部（65）と放湿部（66）の間で液体吸収剤を循環させる循環回路（64）より構成されている冷凍装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の冷凍装置において、
空気サイクル部（11）で圧縮された吸熱空気を加熱して除湿手段（60）へ供給する加熱手段（101）を備えている冷凍装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の冷凍装置において、
空気サイクル部（11）で圧縮される直前の吸熱空気を加熱する加熱手段（101）を備えている冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気サイクルを用いた冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空気サイクルを行う冷凍機は、例えば、日本冷凍協会発行「新版  冷凍空調便覧  第４版  基礎編」p.45〜p.48に開示されている。また、特開平５−２３８４８９号公報には、空気サイクルを利用した空気調和装置が開示されている。空気サイクルによれば、フロン冷媒をはじめとする人工合成冷媒を使用することなく冷凍動作が可能となるため、近年、地球環境への関心が高まる中で注目を集めている。
【０００３】
具体的に、上記公報の空気調和装置は、膨張機と熱交換器と圧縮機とが順に接続されて空気サイクルを行う回路を備えている。この回路には、第１の空気が空気サイクルの作動流体として取り込まれる。取り込まれた第１の空気は、膨張機で大気圧以下に減圧されて低温となる。低温となった第１の空気は、熱交換器において第２の空気と熱交換を行う。この熱交換により第２の空気を冷却し、冷却した第２の空気を室内に供給して冷房を行うようにしている。熱交換器で第２の空気から吸熱した第１の空気は、圧縮機で大気圧まで圧縮されて上記回路から排出される。
【０００４】
また、上記空気調和装置では、膨張機がタービン装置で構成され、圧縮機がターボ圧縮機で構成されている。膨張機及び圧縮機の各羽根車は、互いにタービン軸で連結されている。そして、タービン軸にモータを連結し、このモータで圧縮機及び膨張機を駆動している。また、空気が膨張機で膨張する際の膨張仕事は、タービン軸を介して圧縮機の駆動力として回収している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の装置では、取り込んだ空気をそのまま膨張機で膨張させている。従って、膨張機で空気が膨張する間には、該空気中で水分が凝縮する。つまり、空気が膨張する際の膨張仕事の一部は、水分の凝縮熱として該水分に奪われてしまう。このため、上記装置では、膨張機における空気の膨張仕事を充分に回収することができないという問題があった。そして、膨張仕事の回収が不充分となると圧縮機を駆動するための動力が増大し、これに起因してＣＯＰ（成績係数）の低下を招くという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、空気サイクルを利用した冷凍装置において、空気の圧縮に要する動力を低減してＣＯＰの向上を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
−解決手段−
本発明が講じた第１の解決手段は、冷却対象物を冷却する冷凍装置を対象としている。そして、吸熱空気を取り込んで減圧する膨張機（22）と、膨張機（22）で減圧された吸熱空気が冷却対象物から吸熱する吸熱部（30）と、吸熱部（30）で吸熱した吸熱空気を圧縮する圧縮機（21）とを有する空気サイクル部（11）と、吸熱空気を除湿して上記空気サイクル部（11）の膨張機（22）に供給する除湿手段（60）とを設けるものである。
【０００８】
また、上記第１の解決手段において、除湿手段（60）は、吸湿と放湿とを行う湿度媒体を備え、該湿度媒体が吸湿して吸熱空気を除湿し、且つ該湿度媒体が放湿して再生されるように構成され、更には湿度媒体が空気サイクル部（11）で圧縮された吸熱空気に対して放湿するように構成される。
【０００９】
本発明が講じた第２の解決手段は、上記第１の解決手段において、除湿手段（60）で除湿されて空気サイクル部（11）へ供給される吸熱空気と、冷却対象物から吸熱した減圧状態の吸熱空気とを熱交換させる内部熱交換器（15）を設けるものである。
【００１０】
本発明が講じた第３の解決手段は、上記第２の解決手段において、内部熱交換器（15）は、冷却対象物から吸熱した減圧状態の吸熱空気に対して水分を供給し、該水分の蒸発潜熱を空気サイクル部（11）へ供給される吸熱空気の冷却に利用するように構成されるものである。
【００１１】
本発明が講じた第４の解決手段は、上記第１〜第３の何れか１の解決手段において、空気サイクル部（11）で減圧された吸熱空気を加湿により冷却する加湿冷却手段（90）を設ける一方、上記空気サイクル部（11）は、加湿冷却手段（90）で冷却された吸熱空気が冷却対象物から吸熱するように構成されるものである。
【００１２】
本発明が講じた第５の解決手段は、上記第１〜第４の何れか１の解決手段において、空気サイクル部（11）は、冷却対象物から吸熱する吸熱空気に対して水分を供給し、該水分の蒸発潜熱を冷却対象物からの吸熱に利用するように構成されるものである。
【００１３】
本発明が講じた第６の解決手段は、上記第１〜第５の何れか１の解決手段において、空気サイクル部（11）は、冷却対象物である被冷却空気から吸熱するように構成される一方、被冷却空気中で凝縮した水分を該被冷却空気から吸熱する吸熱空気に対して供給し、該水分の蒸発潜熱を被冷却空気からの吸熱に利用するように構成されるものである。
【００１４】
本発明が講じた第７の解決手段は、上記第１の解決手段において、空気サイクル部（11）は、吸熱部（30）において冷却対象物である被冷却空気から吸熱するように構成される一方、吸熱部（30）は、水分が透過可能な仕切部材によって被冷却空気と吸熱空気とを仕切り、該仕切部材の両側における圧力差に基づいて被冷却空気中で凝縮した水分を吸熱空気に対して供給し、該水分の蒸発潜熱を被冷却空気からの吸熱に利用するように構成されるものである。
【００１５】
本発明が講じた第８の解決手段は、上記第１〜第７の何れか１の解決手段において、空気サイクル部（11）で圧縮過程にある吸熱空気中で水分が蒸発するように吸熱空気に水分を供給する給水手段（99）を設けるものである。
【００１６】
本発明が講じた第９の解決手段は、上記第１〜第８の何れか１の解決手段において、空気サイクル部（11）は、空気サイクル動作を行って減圧状態の吸熱空気が冷却対象物から吸熱する運転と、空気サイクル動作を停止し且つ取り込んだ常圧状態の吸熱空気が冷却対象物から吸熱する運転とを行うように構成されるものである。
【００１７】
本発明が講じた第１０の解決手段は、上記第１の解決手段において、除湿手段（60）の湿度媒体には、水分を吸着する固体吸着剤を設けるものである。
【００１８】
本発明が講じた第１１の解決手段は、上記第１０の解決手段において、除湿手段（60）の湿度媒体は、円板状で厚さ方向に空気が通過可能に形成されて通過する空気と固体吸着剤とを接触させるロータ部材（61）により構成される一方、除湿手段（60）には、上記ロータ部材（61）を通過する吸熱空気から該ロータ部材（61）が吸湿する吸湿部（62）と、上記ロータ部材（61）を通過する吸熱空気に対して該ロータ部材（61）が放湿する放湿部（63）と、上記ロータ部材（61）が吸湿部（62）と放湿部（63）との間で移動するように該ロータ部材（61）を回転駆動する駆動機構とを設けるものである。
【００１９】
本発明が講じた第１２の解決手段は、上記第１の解決手段において、除湿手段（60）の湿度媒体は、水分を吸収する液体吸収剤により構成されるものである。
【００２０】
本発明が講じた第１３の解決手段は、上記第１２の解決手段において、除湿手段（60）は、液体吸収剤から放湿させるために該液体吸収剤を空気サイクル部（11）で圧縮された吸熱空気により加熱するように構成されるものである。
【００２１】
本発明が講じた第１４の解決手段は、上記第１２の解決手段において、除湿手段（60）は、液体吸収剤と吸熱空気とが接触して該液体吸収剤が吸湿する吸湿部（65）と、液体吸収剤と吸熱空気とが接触して該液体吸収剤が放湿する放湿部（66）とを有して上記吸湿部（65）と放湿部（66）の間で液体吸収剤を循環させる循環回路（64）より構成されるものである。
【００２２】
本発明が講じた第１５の解決手段は、上記第１の解決手段において、空気サイクル部（11）で圧縮された吸熱空気を加熱して除湿手段（60）へ供給する加熱手段（101）を設けるものである。
【００２３】
本発明が講じた第１６の解決手段は、上記第１の解決手段において、空気サイクル部（11）で圧縮される直前の吸熱空気を加熱する加熱手段（101）を設けるものである。
【００２４】
−作用−
上記第１の解決手段では、除湿手段（60）が吸熱空気を除湿して空気サイクル部（11）へ供給する。空気サイクル部（11）は除湿された吸熱空気を取り込み、この吸熱空気を作動流体として空気サイクルを行う。つまり、吸熱空気を膨張機（22）で減圧する。吸熱部（30）では、減圧した吸熱空気に冷却対象物からの熱を吸熱させる。この吸熱により、冷却対象物が冷却される。圧縮機（21）では、吸熱部（30）で吸熱した吸熱空気が圧縮される。圧縮された吸熱空気は、空気サイクル部（11）から排出される。空気サイクル部（11）が取り込む吸熱空気は予め除湿されているため、膨張機（22）で膨張する際に吸熱空気中で水分の凝縮は生じない。
【００２５】
また、上記第１の解決手段では、除湿手段（60）の湿度媒体が吸熱空気から吸湿し、吸熱空気が除湿される。また、湿度媒体は、吸熱空気から吸湿した水分を放湿する。この放湿により、湿度媒体が再生される。再生された湿度媒体は、再び吸熱空気からの吸湿を行う。
【００２６】
また、上記第１の解決手段では、除湿手段（60）の湿度媒体が空気サイクル部（11）で圧縮された吸熱空気に対して放湿する。該吸熱空気は、空気サイクル部（11）における吸熱と圧縮とによって高温となっている。従って、上記湿度媒体は、高温の吸熱空気に対して放湿し、再生される。
【００２７】
上記第２の解決手段では、内部熱交換器（15）において、空気サイクル部（11）へ供給される前の吸熱空気と、空気サイクル部（11）において減圧状態とされた吸熱空気とが熱交換を行う。つまり、空気サイクル部（11）で減圧された吸熱空気は、冷却対象物からの吸熱を行うが、吸熱後においても空気サイクル部（11）へ供給される前より低温である場合がある。この様な場合には、内部熱交換器（15）での熱交換によって、空気サイクル部（11）へ供給される吸熱空気の温度が低下する。
【００２８】
上記第３の解決手段では、内部熱交換器（15）内の減圧状態の吸熱空気に対して水分が供給される。供給された水分は、空気サイクル部（11）へ供給される前の吸熱空気から吸熱して蒸発する。つまり、空気サイクル部（11）へ供給される前の吸熱空気を冷却するために、水分の蒸発潜熱が利用される。
【００２９】
上記第４の解決手段では、加湿冷却手段（90）が空気サイクル部（11）で減圧された吸熱空気に対して水分を供給する。ここで、吸熱空気は除湿手段（60）で除湿されているため、膨張後においても飽和空気とはならない。従って、該水分は吸熱空気中で蒸発し、吸熱空気が冷却される。つまり、吸熱空気は、膨張により温度低下した後に、更に加湿冷却手段（90）で冷却される。その後、吸熱空気が冷却対象物から吸熱する。
【００３０】
上記第５の解決手段では、空気サイクル部（11）において冷却対象物から吸熱を行いつつある吸熱空気に対して水分が供給される。供給された水分は、冷却対象物から吸熱して蒸発する。つまり、空気サイクル部（11）では、減圧された吸熱空気と該吸熱空気に供給された水分との双方が冷却対象物から吸熱し、該水分の蒸発潜熱が冷却対象物からの吸熱に利用される。
【００３１】
上記第６の解決手段では、冷却対象物である被冷却空気の冷却が行われる。冷却された被冷却空気中では、水分が凝縮してドレン水となる。空気サイクル部（11）は、減圧されて被冷却空気から吸熱しつつある吸熱空気に対して上記ドレン水を供給する。供給されたドレン水は、吸熱空気中で被冷却空気から吸熱して蒸発する。つまり、空気サイクル部（11）では、減圧された吸熱空気と該吸熱空気に供給されたドレン水との双方が被冷却空気から吸熱し、該ドレン水の蒸発潜熱が被冷却空気からの吸熱に利用される。
【００３２】
上記第７の解決手段では、冷却対象物である被冷却空気の冷却が行われる。具体的に、吸熱部（30）において仕切部材を介して吸熱空気と被冷却空気とが熱交換を行う。冷却された被冷却空気中では、水分が凝縮してドレン水となる。吸熱部（30）では、吸熱空気は減圧状態であるのに対し、被冷却空気は常圧状態である。このため、上記ドレン水は、仕切部材の両側における圧力差によって該仕切部材を通過し、減圧状態の吸熱空気に供給される。
【００３３】
供給されたドレン水は、吸熱空気中で被冷却空気から吸熱して蒸発する。つまり、吸熱部（30）では、減圧された吸熱空気と該吸熱空気に供給されたドレン水との双方が被冷却空気から吸熱し、該ドレン水の蒸発潜熱が被冷却空気からの吸熱に利用される。
【００３４】
上記第８の解決手段では、給水手段（99）が吸熱空気に水分を供給する。該水分は、空気サイクル部（11）において圧縮されつつある吸熱空気中で蒸発する。この水分の蒸発によって、圧縮後の吸熱空気のエンタルピが低下する。
【００３５】
上記第９の解決手段では、空気サイクル動作を行う運転と空気サイクル動作を停止する運転とが行われる。前者の運転時には、空気サイクル部（11）が吸熱空気を取り込んで減圧し、減圧した吸熱空気が冷却対象物から吸熱する。後者の運転時には、空気サイクル部（11）が吸熱空気を取り込み、取り込まれた吸熱空気は減圧されることなく冷却対象物から吸熱する。
【００３６】
空気サイクル動作を停止する運転は、次のような場合に行われる。例えば、空気サイクル部（11）が吸熱空気として室外空気を取り込むことがある。このため、冬期などの外気温度が低い状態では、空気サイクル動作を行わなくても低温の室外空気のみによって冷却対象物の冷却が可能な場合がある。従って、この様な運転状態では、空気サイクル動作を停止して冷却対象物の冷却を行う。
【００３７】
上記第１０の解決手段では、水分が固体吸着剤に吸着されることによって湿度媒体は吸湿を行う。また、水分が固体吸着剤から脱着することによって湿度媒体は放湿を行う。
【００３８】
上記第１１の解決手段では、円板状のロータ部材（61）によって湿度媒体が構成される。ロータ部材（61）の一部が吸湿部（62）で吸熱空気と接触して水分を吸湿する。ロータ部材（61）は駆動機構に回転駆動され、ロータ部材（61）の吸湿した部分が放湿部（63）に移動する。放湿部（63）ではロータ部材（61）が空気サイクル部（11）からの吸熱空気と接触して水分を放湿する。これによって、湿度媒体であるロータ部材（61）が再生される。その後、ロータ部材（61）の再生された部分が再び吸湿部（62）に移動し、この動作を繰り返す。
【００３９】
上記第１２の解決手段では、水分が液体吸収剤に吸収されることによって湿度媒体は吸湿を行う。また水分が液体吸収剤から脱着することによって湿度媒体は放湿を行う。
【００４０】
上記第１３の解決手段では、空気サイクル部（11）に供給される前の吸熱空気から液体吸収剤が水分を吸収する。この液体吸収剤は、空気サイクル部（11）で圧縮された温度の高い吸熱空気によって加熱され、放湿しやすい状態とされた上で該吸熱空気に放湿する。この放湿によって液体吸収剤が再生される。
【００４１】
上記第１４の解決手段では、液体吸収剤が吸湿部（65）で吸熱空気の水分を吸収し、これによって吸熱空気が除湿される。この液体吸収剤は、循環回路（64）内を流れて放湿部（66）に至る。放湿部（66）では、液体吸収剤が空気サイクル部（11）からの吸熱空気に対して放湿し、これによって液体吸収剤が再生される。再生された液体吸収剤は、循環回路（64）内を流れて再び吸湿部（65）に至り、この循環を繰り返す。尚、吸湿部（65）及び放湿部（66）では、空気と液体吸収剤とを直接接触させてもよく、透湿膜等を介して間接的に接触させてもよい。
【００４２】
上記第１５の解決手段では、加熱手段（101）が空気サイクル部（11）で圧縮された吸熱空気を加熱する。つまり、圧縮されて温度上昇した吸熱空気は、加熱手段（101）で更に加熱されて昇温する。その後、吸熱空気は除湿手段（60）へ供給され、湿度媒体が吸熱空気に対して放湿して再生される。つまり、加熱手段（101）が吸熱空気に供給する熱は、湿度媒体の再生のために利用される。
【００４３】
上記第１６の解決手段では、加熱手段（101）が空気サイクル部（11）で圧縮される直前の吸熱空気を加熱する。加熱手段（101）により加熱された吸熱空気は、その後、圧縮されて除湿手段（60）へ供給される。つまり、加熱手段（101）での加熱により予め昇温された吸熱空気は、圧縮されて更に温度上昇する。そして、除湿手段（60）では、湿度媒体が吸熱空気に対して放湿して再生される。つまり、加熱手段（101）が吸熱空気に供給する熱は、湿度媒体の再生のために利用される。
【００４４】
【発明の効果】
上記の解決手段によれば、吸熱空気を予め除湿手段（60）で除湿してから空気サイクル部（11）で膨張させているため、膨張過程における吸熱空気中での水分の凝縮を防ぐことができる。従って、吸熱空気が膨張する際の膨張仕事が水分の凝縮により消費されるのを回避でき、膨張仕事を確実に回収することができる。この結果、回収した膨張仕事を空気サイクル部（11）における吸熱空気の圧縮に利用することができ、圧縮に要する動力を削減してＣＯＰの向上を図ることができる。
【００４５】
上記第２，第３の解決手段では、内部熱交換器（15）を設けるようにしている。従って、吸熱後における吸熱空気が膨張前の吸熱空気よりも低温となる場合には、両者の熱交換によって膨張前の吸熱空気を冷却することができる。このため、膨張前の吸熱空気の温度を低下させることができる。特に、上記第４の解決手段によれば、水分の蒸発潜熱を利用して膨張前の吸熱空気を冷却でき、該吸熱空気の温度を一層低下させることができる。この結果、吸熱空気の圧縮に要する動力を削減することができ、ＣＯＰを一層向上させることができる。
【００４６】
上記第４の解決手段によれば、膨張により温度低下した後に、更に加湿冷却手段（90）で冷却された吸熱空気を用いて、冷却対象物の冷却を行うことができる。また、上記第５〜第７の解決手段によれば、冷却対象物から吸熱しつつある吸熱空気に水分を供給し、該水分の蒸発潜熱を利用して冷却対象物を冷却することができる。このため、上記各解決手段によれば、吸熱空気の圧縮に要する動力を増加させることなく、水分の供給のみによって冷却能力を増大させることができる。従って、冷却能力の増大によりＣＯＰの向上を図ることができる。
【００４７】
更に、上記第６，第７の解決手段によれば、冷却対象物である被冷却空気中で生じたドレン水を吸熱空気に供給し、該ドレン水の蒸発潜熱を被冷却空気の冷却に利用することができる。このため、被冷却空気の冷却により生じるドレン水の排水処理が不要となり、構成の簡略化を図ることができる。
【００４８】
上記第８の解決手段によれば、圧縮過程の吸熱空気中で水分を蒸発させることによって、圧縮後の吸熱空気のエンタルピを低下させることができる。このため、圧縮前後における吸熱空気のエンタルピ差を縮小でき、圧縮に要する動力を削減することができる。従って、本解決手段によれば、ＣＯＰを一層向上させことができる。
【００４９】
上記第９の解決手段によれば、空気サイクル動作を行わなくても冷却対象を充分に冷却できる場合には、空気サイクル動作を停止した運転を行うことができる。このため、無用の空気サイクル動作を回避することができ、冷却対象物の冷却に要するエネルギを削減することができる。
【００５０】
上記の解決手段によれば、吸放湿を行う湿度媒体を用いて除湿手段（60）を構成することができる。また、上記の解決手段によれば、空気サイクル部（11）からの高温の吸熱空気が有するエネルギを湿度媒体の再生に利用することができ、エネルギの有効利用を図ることができる。また、上記第１０〜第１４の解決手段によれば、固体吸着剤や液体吸収剤などの湿度媒体を用いることによって除湿手段（60）の構成を具体化することができる。
【００５１】
上記第１５，第１６の解決手段によれば、加熱手段（101）が吸熱空気に供給する熱を利用して、湿度媒体の再生を行うことができる。ここで、湿度媒体の再生を確実に行うためには、空気サイクル部（11）から除湿手段（60）へ送られる吸熱空気の温度を充分に高めて該吸熱空気の相対湿度を低下させる必要がある。これに対し、上記各実施形態によれば、加熱手段（101）において吸熱空気を加熱することができる。このため、圧縮後の吸熱空気の温度を維持しつつ、空気サイクル部（11）における吸熱空気の圧縮比を小さくすることができる。従って、湿度媒体の再生を充分に行いつつ、吸熱空気の圧縮に要する動力を削減してＣＯＰの向上を図ることができる。
【００５２】
【発明の実施の形態１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００５３】
図１に示すように、本実施形態の冷凍装置は、室内空気を冷却して冷房を行う空気調和装置（10）に構成されている。従って、本実施形態では、室内空気が冷却対象物、即ち被冷却空気とされている。上記空気調和装置（10）は、空気サイクル部（11）と、除湿手段である除湿機構（60）と、内部熱交換器（15）とを備えている。上記空気サイクル部（11）は、サイクル回路（20）を備えている。
【００５４】
上記サイクル回路（20）は、膨張機（22）と、吸熱器である熱交換器（30）と、圧縮機（21）とを順にダクト接続して成り、吸熱空気が流れて空気サイクル動作を行うように構成されている。このサイクル回路（20）は、膨張機（22）の入口側に接続される入口ダクト（23）と、圧縮機（21）の出口側に接続される出口ダクト（24）とを備えている。入口ダクト（23）は、一端が室外に開口して室外空気を吸熱空気として取り込み、取り込んだ吸熱空気を膨張機（22）へ供給する。出口ダクト（24）は、一端が室外に開口して圧縮機（21）からの吸熱空気を室外へ排出する。
【００５５】
上記圧縮機（21）と膨張機（22）は、互いに回転軸（36）によって連結されている。この回転軸（36）には、モータ（35）が連結されている。圧縮機（21）は、モータ（35）によって回転駆動される。
【００５６】
上記熱交換器（30）には、吸熱側通路（32）が区画形成されている。吸熱側通路（32）は、一端が上記膨張機（22）と、他端が圧縮機（21）とそれぞれダクト接続され、内部を吸熱空気が流れる。そして、この熱交換器（30）は、吸熱側通路（32）の吸熱空気と被冷却空気である室内空気とを熱交換させるように構成されている。
【００５７】
上記除湿機構（60）は、入口ダクト（23）及び出口ダクト（24）の途中に設けられている。この除湿機構（60）は、ロータ部材（61）、吸湿部（62）及び放湿部（63）を備えて、いわゆるロータリ式の除湿器と同様に構成されている。
【００５８】
上記ロータ部材（61）は、円板状で且つ厚さ方向に空気を通過させるように形成される。このロータ部材（61）は、水分を吸着する固体吸着剤を備え、通過する空気を固体吸着剤とを接触させる湿度媒体を構成している。また、ロータ部材（61）には、図示しないが、駆動機構である駆動モータが連結され、駆動モータで回転駆動されて吸湿部（62）と放湿部（63）との間を移動する。ロータ部材（61）の固体吸着剤は、多孔性の無機化合物を主成分として構成される。該無機化合物は、細孔径が０．１〜２０ｎｍ程度で水分を吸着するものが選ばれる。
【００５９】
上記吸湿部（62）は、入口ダクト（23）の途中に配置されている。吸湿部（62）では、入口ダクト（23）内の吸熱空気がロータ部材（61）を通過し、該吸熱空気中の水分がロータ部材（61）の固体吸着剤に吸着される。これによって、吸熱空気が除湿される。
【００６０】
上記放湿部（63）は、出口ダクト（24）の途中に配置されている。放湿部（63）では、出口ダクト（24）内の吸熱空気がロータ部材（61）を通過し、ロータ部材（61）の固体吸着剤に吸着された水分が脱着して該吸熱空気中に放湿される。これによって、固体吸着剤が再生される。
【００６１】
上述のように、ロータ部材（61）は、駆動モータで駆動されて吸湿部（62）と放湿部（63）との間を移動する。そして、吸湿部（62）で吸熱空気から吸湿したロータ部材（61）の部分は、ロータ部材（61）の回転に伴って放湿部（63）に移動する。放湿部（63）ではロータ部材（61）の固体吸着剤から水分が脱着されて再生される。つまり、ロータ部材（61）が吸熱空気に対して放湿する。その後、ロータ部材（61）の再生された部分は、再び吸湿部（62）に移動する。以上の動作を繰り返すことによって、除湿機構（60）が連続的に吸熱空気の除湿を行う。
【００６２】
上記内部熱交換器（15）には、第１通路（16）と第２通路（17）とが区画形成されている。第１通路（16）は、入口ダクト（23）における吸湿部（62）と膨張機（22）の間に接続されている。この第１通路（16）には、除湿機構（60）で除湿されて膨張機（22）へ供給される吸熱空気が流れる。第２通路（17）は、サイクル回路（20）における熱交換器（30）と圧縮機（21）の間に接続されている。この第２通路（17）には、熱交換器（30）で室内空気と熱交換した減圧状態の吸熱空気が流れる。そして、この内部熱交換器（15）は、第１通路（16）の吸熱空気と第２通路（17）の吸熱空気とを熱交換させるように構成されている。
【００６３】
−運転動作−
次に、上記空気調和装置（10）の運転動作について、図２の空気線図を参照しながら説明する。
【００６４】
サイクル回路（20）では、点Ａの状態の室外空気が入口ダクト（23）から吸熱空気として取り込まれる。この吸熱空気は、除湿機構（60）の吸湿部（62）でロータ部材（61）と接触して除湿され、等エンタルピ変化によって絶対湿度が低下して温度が上昇し、点Ａの状態から点Ｂの状態となる。
【００６５】
点Ｂの状態の吸熱空気は、再び入口ダクト（23）を通って内部熱交換器（15）の第１通路（16）へ流入する。内部熱交換器（15）では、第１通路（16）の吸熱空気と第２通路（17）の吸熱空気とが熱交換する。そして、点Ｂの状態の吸熱空気は、第１通路（16）を流れる間に冷却されて点Ｃの状態となる。
【００６６】
点Ｃの状態の吸熱空気は、再び入口ダクト（23）を通って膨張機（22）に供給される。膨張機（22）では、点Ｃの状態の吸熱空気が膨張し、絶対湿度一定で温度及び圧力が低下して点Ｄの状態となる。
【００６７】
点Ｄの状態の吸熱空気は、熱交換器（30）の吸熱側通路（32）に流入し、吸熱側通路（32）を流れる間に室内空気と熱交換を行う。そして、点Ｄの状態の吸熱空気が室内空気から吸熱し、温度上昇して点Ｅの状態となる一方、室内空気が冷却される。この室内空気の冷却によって、室内の冷房を行う。
【００６８】
点Ｅの状態の吸熱空気は、内部熱交換器（15）の第２通路（17）へ流入する。上述のように、内部熱交換器（15）では、第１通路（16）の吸熱空気と第２通路（17）の吸熱空気とが熱交換する。そして、点Ｅの状態の吸熱空気は、第２通路（17）を流れる間に加熱されて点Ｆの状態となる。
【００６９】
点Ｆの状態の吸熱空気は、圧縮機（21）に供給される。圧縮機（21）では、点Ｆの状態の吸熱空気が圧縮され、絶対湿度一定で温度及び圧力が上昇して点Ｇの状態となる。
【００７０】
点Ｇの状態の吸熱空気は、出口ダクト（24）を通って除湿機構（60）の放湿部（63）へ流入する。放湿部（63）では吸熱空気とロータ部材（61）とが接触し、ロータ部材（61）が吸熱空気に対して放湿する。そして、点Ｇの状態の吸熱空気は、等エンタルピ変化によって絶対湿度が上昇して温度が低下し、点Ｇの状態から点Ｈの状態となる。点Ｈの状態の吸熱空気は、再び出口ダクト（24）を通って室外に排出される。
【００７１】
除湿機構（60）では、ロータ部材（61）が回転駆動される。そして、このロータ部材（61）が吸湿部（62）と放湿部（63）との間を移動し、吸湿部（62）での吸湿と放湿部（63）での放湿とを繰り返す。これによって、吸熱空気の除湿が連続して行われる。
【００７２】
−実施形態１の効果−
本実施形態１では、除湿機構（60）で吸熱空気を予め除湿してから膨張機（22）へ供給しているため、膨張機（22）において、膨張過程にある吸熱空気中で水分が凝縮するのを防ぐことができる。この結果、吸熱空気が膨張する際の膨張仕事が水分の凝縮により消費されるのを回避でき、膨張仕事を確実に回収することができる。上述のように、膨張機（22）と圧縮機（21）とは、回転軸（36）で連結されている。従って、膨張機（22）で回収した膨張仕事を圧縮機（21）の回転駆動力として利用することができ、モータ（35）への入力を削減してＣＯＰの向上を図ることができる。
【００７３】
また、本実施形態１では、内部熱交換器（15）を設けている。従って、除湿機構（60）で除湿された吸熱空気を内部熱交換器（15）での熱交換により冷却してから膨張機（22）へ供給することができる。このため、膨張機（22）入口における吸熱空気の温度を低下させることができ、膨張機（22）出口における吸熱空気の温度を維持しつつ、膨張機（22）での膨張比を小さくすることができる。この結果、圧縮機（21）における圧縮比を小さくすることができ、モータ（35）への入力を削減してＣＯＰを一層向上させることができる。
【００７４】
【発明の実施の形態２】
本発明の実施形態２は、上記実施形態１において、水導入部（42）を設けるものである。その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００７５】
図３に示すように、上記水導入部（42）は、熱交換器（30）の吸熱側通路（32）に設けられている。水導入部（42）には、水分が透過可能な透湿膜が設けられ、透湿膜の一方に水側空間が形成されると共に、透湿膜を隔てて水側空間の反対側は熱交換器（30）の吸熱側通路（32）に構成されている。この水側空間には水配管（50）が接続され、その内部に水道水等が供給される。そして、水導入部（42）では、水側空間の水分が透湿膜を透過して吸熱側通路（32）の吸熱空気へ供給される。
【００７６】
上述のように、水導入部（42）は、吸熱側通路（32）の吸熱空気に水分を供給する。そして、吸熱側通路（32）では、吸熱空気が室内空気から吸熱すると共に、吸熱空気に供給された水分も室内空気から吸熱して蒸発する。つまり、上記水導入部（42）は、室内空気の冷却に蒸発潜熱を利用するために吸熱側通路（32）の吸熱空気へ水分を供給する水分供給手段を構成している。
【００７７】
−運転動作−
次に、上記空気調和装置（10）の運転動作について、図４の空気線図を参照しながら説明する。尚、図４において図２と同じ符号を付した点は、同じ状態を示している。
【００７８】
サイクル回路（20）では、点Ａの状態の室外空気が入口ダクト（23）から吸熱空気として取り込まれる。この吸熱空気は、上記実施形態１と同様に、点Ｂ，点Ｃの状態を経て点Ｄの状態となる。つまり、点Ａの状態の吸熱空気は、除湿機構（60）で除湿されて点Ｂの状態となり、内部熱交換器（15）で冷却されて点Ｃの状態となり、膨張機（22）で膨張して点Ｄの状態となる。
【００７９】
点Ｄの状態の吸熱空気は、熱交換器（30）の吸熱側通路（32）に流入し、吸熱側通路（32）を流れる間に室内空気と熱交換を行う。また、吸熱側通路（32）の吸熱空気には水導入部（42）から水分が供給され、該水分が吸熱空気中で蒸発する。そして、点Ｄの状態の吸熱空気と該吸熱空気に供給された水分とが室内空気から吸熱し、室内空気が冷却される。この室内空気の冷却によって、室内の冷房を行う。一方、点Ｄの状態の吸熱空気は、吸熱と水分の蒸発により飽和空気となり、その後、飽和空気の状態を保ったまま絶対湿度及び温度が上昇して点Ｉの状態となる。
【００８０】
ここで、点Ｉの状態における温度は、上記実施形態１における熱交換器（30）出口の吸熱空気温度（図２における点Ｅ）と等しい。しかしながら、本実施形態では、吸熱空気に加えて水導入部（42）が供給する水分も室内空気から吸熱する。つまり、吸熱空気の顕熱変化に加え、上記水分の潜熱変化によっても室内空気の冷却が行われる。このため、本実施形態では、実施形態１に比して、室内空気からの吸熱量、即ち冷却能力が増大している。
【００８１】
点Ｉの状態の吸熱空気は、内部熱交換器（15）の第２通路（17）へ流入する。実施形態１と同様に、内部熱交換器（15）では、第１通路（16）の吸熱空気と第２通路（17）の吸熱空気とが熱交換する。そして、点Ｉの状態の吸熱空気は、第２通路（17）を流れる間に加熱されて点Ｊの状態となる。
【００８２】
点Ｊの状態の吸熱空気は、圧縮機（21）に供給される。圧縮機（21）では、点Ｊの状態の吸熱空気が圧縮され、絶対湿度一定で温度及び圧力が上昇して点Ｋの状態となる。
【００８３】
点Ｋの状態の吸熱空気は、出口ダクト（24）を通って除湿機構（60）の放湿部（63）へ流入する。放湿部（63）では吸熱空気とロータ部材（61）とが接触し、ロータ部材（61）が吸熱空気に対して放湿する。そして、点Ｋの状態の吸熱空気は、等エンタルピ変化によって絶対湿度が上昇して温度が低下し、点Ｋの状態から点Ｌの状態となる。点Ｌの状態の吸熱空気は、再び出口ダクト（24）を通って室外に排出される。
【００８４】
除湿機構（60）では、ロータ部材（61）が回転駆動される。そして、このロータ部材（61）が吸湿部（62）と放湿部（63）との間を移動し、吸湿部（62）での吸湿と放湿部（63）での放湿とを繰り返す。これによって、吸熱空気の除湿が連続して行われる。
【００８５】
−実施形態２の効果−
本実施形態２によれば、実施形態１の効果に加えて、以下の効果が得られる。
【００８６】
つまり、熱交換器（30）に水導入部（42）を設け、該水導入部（42）によって冷却対象物から吸熱しつつある吸熱空気へ水分を供給している。このため、水導入部（42）により供給された水分の蒸発潜熱を利用して、室内空気の冷却を行うことができる。この結果、モータ（35）への入力を増大させることなく、水導入部（42）からの水分供給のみによって冷却能力を増大させることができ、冷却能力の増大によってＣＯＰの向上を図ることができる。
【００８７】
−実施形態２の変形例１−
上記実施形態２では、熱交換器（30）に水導入部（42）を設け、水配管（50）からの水を吸熱側通路（32）内の吸熱空気に供給している。これに対し、熱交換器（30）で室内空気を冷却することにより生じるドレン水を利用し、該ドレン水を吸熱側通路（32）内の吸熱空気に供給するようにしてもよい。
【００８８】
具体的に、熱交換器（30）には、水分が透過可能な仕切部材である水分透過膜を設ける。この水分透過膜は、上記水導入部（42）の透湿膜と同様のものである。そして、水分透過膜によって吸熱側通路（32）を区画形成し、該水分透過膜を挟んで被冷却空気である室内空気と吸熱側通路（32）の吸熱空気とが熱交換を行う。
【００８９】
その際、冷却により室内空気中の水分が凝縮し、ドレン水が発生する。このドレン水は、水分透過膜の両側における圧力差によって該水分透過膜を通過し、吸熱側通路（32）内の吸熱空気に供給される。つまり、室内空気は大気圧であるのに対し、吸熱側通路（32）の吸熱空気は膨張機（22）での膨張によって減圧状態となっている。このため、水分透過膜の両側では圧力差が生じ、この圧力差を駆動力としてドレン水が水分透過膜を通過する。
【００９０】
吸熱側通路（32）の吸熱空気に供給されたドレン水は、室内空気から吸熱して蒸発する。そして、該ドレン水の蒸発潜熱が室内空気の冷却に利用される。このため、室内空気の冷却により生じるドレン水の排水処理が不要となり、この排水処理に要する構成を省略して構成の簡略化を図ることができる。
【００９１】
−実施形態２の変形例２−
上記実施形態２では、一体の熱交換器（30）に水導入部（42）を設けるようにしている。これに対し、図５に示すように、熱交換器（30）を第１熱交換部（30a）と第２熱交換部（30b）の２つの部分で構成し、第２熱交換部（30b）のみに水導入部（42）を設けるようにしてもよい。
【００９２】
第１熱交換部（30a）及び第２熱交換部（30b）は、共に上記実施形態２の熱交換器（30）と同様に構成されている。つまり、各熱交換部（30a,30b）は、吸熱側通路（32）が区画形成され、吸熱側通路（32）の吸熱空気と被冷却空気である室内空気とを熱交換させるように構成されている。各熱交換部（30a,30b）は、サイクル回路（20）における膨張機（22）と圧縮機（21）の間に設けられている。第１熱交換部（30a）は膨張機（22）側に配置され、第２熱交換部（30b）は圧縮機（21）側に配置されている。
【００９３】
第２熱交換部（30b）には、水導入部（42）が設けられている。該水導入部（42）は、上記実施形態２と同様に構成されており、第２熱交換部（30b）における吸熱側通路（32）内の吸熱空気に水分を供給する。
【００９４】
そして、第１熱交換部（30a）では、吸熱側通路（32）内の吸熱空気が室内空気から吸熱する。また、第２熱交換部（30b）では、吸熱側通路（32）内の吸熱空気と水導入部（42）が供給する水分とが室内空気から吸熱し、該水分が蒸発する。
【００９５】
【発明の実施の形態３】
本発明の実施形態３は、上記実施形態２において、加湿冷却手段である加湿冷却器（90）と、加熱手段である加熱熱交換器（101）とを設けるものである。以下、実施形態２と異なる構成について説明する。
【００９６】
図６に示すように、上記加湿冷却器（90）は、サイクル回路（20）における膨張機（22）と熱交換器（30）の間に設けられている。加湿冷却器（90）には、水分が透過可能な透湿膜が設けられ、この透湿膜によって隔てられて空気側空間と水側空間とが区画形成されている。該空気側空間の一端は膨張機（22）と接続され、他端は熱交換器（30）の吸熱側通路（32）と接続されており、吸熱空気が流れる。該水側空間には水配管（50）が接続されて、その内部に水道水等が供給される。そして、加湿冷却器（90）は、透湿膜を透過させて水側空間の水分を空気側空間の吸熱空気へ供給し、供給した水分が吸熱空気中で蒸発することによって吸熱空気を冷却するように構成されている。
【００９７】
上記加熱熱交換器（101）は、出口ダクト（24）における放湿部（63）の上流側に設けられている。加熱熱交換器（101）には、冷却水配管（102）が接続されている。冷却水配管（102）は、両端が廃熱源である燃料電池（100）に接続され、冷却水が流通している。加熱熱交換器（101）は、出口ダクト（24）内の吸熱空気と冷却水配管（102）内の冷却水とを熱交換させ、燃料電池（100）からの廃熱を該吸熱空気に供給するように構成されている。そして、加熱熱交換器（101）で加熱された吸熱空気が除湿機構（60）の放湿部（63）へ流れ、燃料電池（100）からの廃熱がロータ部材（61）の固体吸着剤を再生するために利用される。
【００９８】
−運転動作−
次に、上記空気調和装置（10）の運転動作について、図７の空気線図を参照しながら説明する。尚、図７において図４と同じ符号を付した点は、同じ状態を示している。
【００９９】
サイクル回路（20）では、点Ａの状態の室外空気が入口ダクト（23）から吸熱空気として取り込まれる。この吸熱空気は、上記実施形態１と同様に、点Ｂの状態を経て点Ｃの状態となる。つまり、点Ａの状態の吸熱空気は、除湿機構（60）で除湿されて点Ｂの状態となり、内部熱交換器（15）で冷却されて点Ｃの状態となる。
【０１００】
点Ｃの状態の吸熱空気は、膨張機（22）へ供給されて膨張する。ここで、本実施形態における膨張機（22）での膨張比は、上記実施形態２よりも小さく設定されている。このため、点Ｃの状態の吸熱空気は膨張機（22）で膨張し、点Ｄの状態よりも高温の点Ｄ’の状態となる。
【０１０１】
点Ｄ’の状態の吸熱空気は、加湿冷却器（90）へ流入する。加湿冷却器（90）では吸熱空気に水分が供給され、該水分が吸熱空気中で蒸発する。そして、加湿冷却器（90）では、吸熱空気の絶対湿度が上昇すると共に温度が低下して点Ｍの状態となる。点Ｍの状態で、吸熱空気は飽和空気となっている。
【０１０２】
点Ｍの状態の吸熱空気は、熱交換器（30）の吸熱側通路（32）に流入し、吸熱側通路（32）を流れる間に室内空気と熱交換を行う。また、吸熱側通路（32）の吸熱空気には水導入部（42）から水分が供給され、該水分が吸熱空気中で蒸発する。そして、点Ｍの状態の吸熱空気と該吸熱空気に供給された水分とが室内空気から吸熱し、室内空気が冷却される。この室内空気の冷却によって、室内の冷房を行う。一方、点Ｍの状態の吸熱空気は、吸熱と水分の蒸発によって、飽和空気の状態を保ったまま絶対湿度及び温度が上昇して点Ｉの状態となる。
【０１０３】
点Ｉの状態の吸熱空気は、上記実施形態１と同様に、内部熱交換器（15）で加熱されて点Ｊの状態となる。
【０１０４】
点Ｊの状態の吸熱空気は、圧縮機（21）へ供給されて圧縮される。ここで、本実施形態における圧縮機（21）での圧縮比は、上述の膨張機（22）における膨張比に対応して、上記実施形態２よりも小さく設定されている。このため、点Ｊの状態の吸熱空気は圧縮機（21）で圧縮され、点Ｋの状態よりも低温の点Ｋ’の状態となる。
【０１０５】
点Ｋ’の状態の吸熱空気は、出口ダクト（24）を通って加熱熱交換器（101）に流入する。加熱熱交換器（101）では、吸熱空気と燃料電池（100）からの冷却水とが熱交換を行い、吸熱空気が加熱されて点Ｋの状態となる。
【０１０６】
点Ｋの状態の吸熱空気は、出口ダクト（24）を通って除湿機構（60）の放湿部（63）へ流入する。放湿部（63）では、実施形態１と同様にしてロータ部材（61）が再生される。そして、点Ｋの状態の吸熱空気は、等エンタルピ変化によって絶対湿度が上昇して温度が低下し、点Ｋの状態から点Ｌの状態となる。点Ｌの状態の吸熱空気は、再び出口ダクト（24）を通って室外に排出される。
【０１０７】
−実施形態３の効果−
本実施形態３によれば、上記実施形態２の効果に加え、加湿冷却器（90）及び加熱熱交換器（101）の設置によりＣＯＰを向上させることができる。以下、この点について、図７の空気線図を参照しながら説明する。
【０１０８】
上記実施形態２では、膨張機（22）の入口（点Ｃ）と出口（点Ｄ）における吸熱空気の比エンタルピ差はΔｈe'となる。また、熱交換器（30）入口（点Ｄ）と出口（点Ｉ）における吸熱空気の比エンタルピ差はΔｈr'となる。
【０１０９】
一方、本実施形態３では、加湿冷却器（90）を設け、膨張機（22）での膨張比を実施形態２よりも小さく設定している。従って、膨張機（22）の入口（点Ｃ）と出口（点Ｄ’）における吸熱空気の比エンタルピ差はΔｈeとなる。また、熱交換器（30）の入口（点Ｍ）と出口（点Ｉ）における吸熱空気の比エンタルピ差はΔｈrとなる。即ち、本実施形態では、上記実施形態２に比して、上記吸熱空気の各比エンタルピ差がそれぞれΔｈだけ減少する。
【０１１０】
ここで、膨張機（22）出入口での比エンタルピ差は、モータ（35）への入力と比例関係にある。即ち、熱交換器（30）出入口での比エンタルピ差と膨張機（22）出入口での比エンタルピ差との比は、ＣＯＰに比例する。そこで、本実施形態３と上記実施形態２とを比較すると、比エンタルピ差Δｈr'と比エンタルピ差Δｈe'との間には、Δｈr'＞Δｈe'の関係がある。このことから、以下の関係が導かれる。
(Δｈr/Δｈe) ＝ (Δｈr'-Δｈ)/(Δｈe'-Δｈ) ＞ (Δｈr'/Δｈe')
【０１１１】
従って、本実施形態３によれば、上記実施形態２に比して、熱交換器（30）出入口での比エンタルピ差と膨張機（22）出入口での比エンタルピ差との比を大きくすることができ、ＣＯＰを向上させることが可能となる。
【０１１２】
また、膨張機（22）での膨張比を小さく設定したことに伴って、本実施形態では圧縮機（21）出口における吸熱空気の温度が低下する。しかしながら、本実施形態では、加熱熱交換器（101）を設け、燃料電池（100）の廃熱で吸熱空気を加熱している。このため、除湿機構（60）の放湿部（63）へ流入する際の吸熱空気の温度を、上記実施形態２と等しい温度（点Ｋ）に維持できる。このため、ロータ部材（61）の再生については、上記実施形態２と同様の条件で行うことができる。
【０１１３】
−実施形態３の変形例−
上記実施形態３では、加熱熱交換器（101）を出口ダクト（24）に設けるようにしている。これに対し、図８に示すように、加熱熱交換器（101）をサイクル回路（20）における内部熱交換器（15）と圧縮機（21）の間に設けるようにしてもよい。
【０１１４】
本変形例では、内部熱交換器（15）の第２通路（17）を流れて加熱され、その後、更に加熱熱交換器（101）で加熱された吸熱空気が、圧縮機（21）で圧縮される。そして、圧縮機（21）で圧縮された吸熱空気が除湿機構（60）の放湿部（63）へ流入し、ロータ部材（61）が再生される。
【０１１５】
本変形例では、サイクル回路（20）における圧縮機（21）上流側の吸熱空気を加熱している。つまり、加熱熱交換器（101）では、圧縮される前の吸熱空気と燃料電池（100）からの冷却水とが熱交換を行う。ここで、圧縮前の吸熱空気は、圧縮後の吸熱空気よりも低温である。従って、本実施形態では、加熱熱交換器（101）において熱交換を行う流体の温度差を拡大することができる。このため、加熱熱交換器（101）における熱交換量を増大させることができ、燃料電池（100）の廃熱を一層有効に利用することができる。
【０１１６】
【発明の実施の形態４】
本発明の実施形態４は、図９に示すように、上記実施形態３における加湿冷却器（90）に代えて（図６参照）、内部熱交換器（15）に水導入部（18）を設けるものである。この水導入部（18）は、熱交換器（30）に設けられた水導入部（42）とほぼ同様に構成されている。
【０１１７】
具体的に、上記水導入部（18）には、水分が透過可能な透湿膜が設けられ、透湿膜の一方に水側空間が形成されると共に、透湿膜を隔てて水側空間の反対側は内部熱交換器（15）の第２通路（17）に構成されている。この水側空間には水配管（50）が接続され、その内部に水道水等が供給される。水導入部（18）では、水側空間の水分が透湿膜を透過して第２通路（17）の吸熱空気へ供給される。そして、第２通路（17）の吸熱空気で水分が蒸発し、該水分の蒸発潜熱を利用して第１通路（16）における吸熱空気の冷却が行われる。
【０１１８】
−運転動作−
次に、上記空気調和装置（10）の運転動作について、図１０の空気線図を参照しながら説明する。尚、図１０において図７と同じ符号を付した点は、同じ状態を示している。
【０１１９】
サイクル回路（20）では、点Ａの状態の室外空気が入口ダクト（23）から吸熱空気として取り込まれる。この吸熱空気は、上記実施形態１と同様に、除湿機構（60）で除湿されて点Ｂの状態となる。
【０１２０】
点Ｂの状態の吸熱空気は、内部熱交換器（15）の第１通路（16）へ流入し、第２通路（17）の吸熱空気と熱交換する。その間、第２通路（17）の吸熱空気には水導入部（18）から水分が供給され、該水分が第１通路（16）の吸熱空気から吸熱して蒸発する。そして、点Ｂの状態の吸熱空気は、第１通路（16）を流れる間に冷却され、点Ｃの状態よりも低温の点Ｃ’の状態となる。
【０１２１】
点Ｃ’の状態の吸熱空気は、膨張機（22）に流入して膨張し、絶対湿度一定で温度及び圧力が低下して点Ｄの状態となる。ここで、本実施形態では、内部熱交換器（15）において、吸熱空気が点Ｃの状態よりも低温の点Ｃ’の状態にまで冷却される。従って、本実施形態では、膨張機（22）での膨張比を上記実施形態２よりも小さく設定できる。
【０１２２】
点Ｄの状態の吸熱空気は、熱交換器（30）の吸熱側通路（32）に流入し、吸熱側通路（32）を流れる間に室内空気と熱交換を行う。また、吸熱側通路（32）の吸熱空気には水導入部（42）から水分が供給され、該水分が吸熱空気中で蒸発する。そして、点Ｄの状態の吸熱空気と該吸熱空気に供給された水分とが室内空気から吸熱し、室内空気が冷却される。この室内空気の冷却によって、室内の冷房を行う。一方、点Ｄの状態の吸熱空気は、吸熱と水分の蒸発により飽和空気となり、その後、飽和空気の状態を保ったまま絶対湿度及び温度が上昇し、点Ｉの状態よりも絶対湿度及び温度の低い点Ｉ’の状態となる。
【０１２３】
点Ｉ’の状態の吸熱空気は、内部熱交換器（15）の第２通路（17）へ流入する。第２通路（17）の吸熱空気には、水導入部（18）から水分が供給される。第２通路（17）では、吸熱空気と供給された水分とが第１通路（16）の吸熱空気から吸熱し、吸熱と水分の蒸発によって、吸熱空気が点Ｉ’の状態から点Ｉの状態を経て点Ｊの状態となる。
【０１２４】
点Ｊの状態の吸熱空気は、上記実施形態３と同様に、点Ｋ’，点Ｋの状態を経て点Ｌの状態となる。つまり、点Ｊの状態の吸熱空気は、圧縮機（21）で圧縮されて点Ｋ’の状態となり、加熱熱交換器（101）で加熱されて点Ｋの状態となり、除湿機構（60）の放湿部（63）でロータ部材（61）から放湿されて点Ｌの状態となる。点Ｌの状態の吸熱空気は、出口ダクト（24）を通って室外に排出される。
【０１２５】
−実施形態４の効果−
本実施形態４によれば、上記実施形態３と同様の効果が得られる。つまり、内部熱交換器（15）に水導入部（18）を設置したことにより、ＣＯＰを向上させることができる。以下、この点について、図１０の空気線図を参照しながら説明する。
【０１２６】
上記実施形態２では、膨張機（22）の入口（点Ｃ）と出口（点Ｄ）における吸熱空気の比エンタルピ差はΔｈe'となる。また、熱交換器（30）入口（点Ｄ）と出口（点Ｉ）における吸熱空気の比エンタルピ差はΔｈr'となる。
【０１２７】
一方、本実施形態４では、内部熱交換器（15）に水導入部（18）を設け、熱交換器（30）の水導入部（42）での加湿量と膨張機（22）における膨張比とを実施形態２よりも小さく設定している。従って、膨張機（22）の入口（点Ｃ’）と出口（点Ｄ）における吸熱空気の比エンタルピ差はΔｈeとなる。また、熱交換器（30）の入口（点Ｄ）と出口（点Ｉ’）における吸熱空気の比エンタルピ差はΔｈrとなる。更に、内部熱交換器（15）では、第２通路（17）内の吸熱空気が水分の蒸発により点Ｉ’から点Ｉに変化する一方、第１通路（16）では吸熱空気が点Ｃよりも低温の点Ｃ’にまで冷却される。このため、点Ｉ’と点Ｉにおける吸熱空気の比エンタルピ差と、点Ｃと点Ｃ’における吸熱空気の比エンタルピ差とは共にΔｈとなり、本実施形態では、上記実施形態２に比して、上記吸熱空気の各比エンタルピ差がそれぞれΔｈだけ減少する。
【０１２８】
上述のように、熱交換器（30）出入口での比エンタルピ差と膨張機（22）出入口での比エンタルピ差との比は、ＣＯＰに比例する。従って、本実施形態４においても、上記実施形態３と同様に、以下の関係が成立する。
(Δｈr/Δｈe) ＝ (Δｈr'-Δｈ)/(Δｈe'-Δｈ) ＞ (Δｈr'/Δｈe')
【０１２９】
従って、本実施形態４によれば、上記実施形態２に比して、熱交換器（30）出入口での比エンタルピ差と膨張機（22）出入口での比エンタルピ差との比を大きくすることができ、ＣＯＰを向上させることが可能となる。
【０１３０】
【発明の実施の形態５】
本発明の実施形態５は、上記実施形態２において、給水手段である給水器（99）を設けるものである。以下、実施形態２と異なる構成について説明する。
【０１３１】
図１１に示すように、上記給水器（99）は、サイクル回路（20）における内部熱交換器（15）と圧縮機（21）の間であって、該圧縮機（21）のすぐ上流側に配置されている。給水器（99）は、サイクル回路（20）における減圧状態の吸熱空気に水分を供給するように構成されている。給水器（99）から吸熱空気に供給された水分は、該吸熱空気が圧縮機（21）で圧縮される過程で蒸発する。
【０１３２】
本実施形態の空気調和装置（10）の運転動作は、上記実施形態２とほぼ同様であり、圧縮機（21）内の吸熱空気中で水分が蒸発する点のみで相違する。
【０１３３】
−実施形態５の効果−
本実施形態５では、圧縮機（21）で吸熱空気が圧縮される過程において、該吸熱空気中で水分を蒸発させるようにしている。従って、圧縮機（21）出口における吸熱空気のエンタルピを低下させることができ、圧縮機（21）出入口での吸熱空気のエンタルピ差を縮小することができる。このため、圧縮に要する動力、即ちモータ（35）への入力を削減することができ、ＣＯＰを一層向上させことができる。
【０１３４】
【発明の実施の形態６】
本発明の実施形態６は、一年を通じて冷房を要する部屋、例えば大型コンピュータが設置されている部屋などを冷房するための空気調和装置（10）に構成されている。そして、これに対応して、上記空気調和装置（10）は、空気サイクル動作を行って室内空気を冷却する運転と、空気サイクル動作を停止し且つ取り込んだ室外空気によって室内空気を冷却する運転との両方が可能に構成されている。
【０１３５】
図１２及び図１３に示すように、上記空気調和装置（10）は、上記実施形態１に切換弁（111,112）等を追加することにより構成されている。以下、実施形態１と異なる構成について説明する。
【０１３６】
入口ダクト（23）における内部熱交換器（15）と膨張機（22）の間には、第１切換弁（111）が設けられている。第１切換弁（111）には、第１バイパスダクト（113）の一端が接続されている。第１バイパスダクト（113）の他端は、サイクル回路（20）における膨張機（22）と熱交換器（30）の間に接続されている。第１バイパスダクト（113）には、バイパス用ファン（114）が設けられている。バイパス用ファン（114）は、第１バイパスダクト（113）の一端側から他端側へ空気を流通させるように構成されている。
【０１３７】
第１切換弁（111）は、入口ダクト（23）の内部熱交換器（15）側と膨張機（22）側とを連通させ、且つ第１バイパスダクト（113）と入口ダクト（23）とを遮断する状態（図１２参照）と、入口ダクト（23）の内部熱交換器（15）側と膨張機（22）側とを遮断し、且つ入口ダクト（23）の内部熱交換器（15）側と第１バイパスダクト（113）とを連通させる状態（図１３参照）とに切り換わるように構成されている。
【０１３８】
サイクル回路（20）における熱交換器（30）と内部熱交換器（15）の間には、第２切換弁（112）が設けられている。第２切換弁（112）には、第２バイパスダクト（115）の一端が接続されている。第２バイパスダクト（115）の他端は、出口ダクト（24）における圧縮機（21）と放湿部（63）との間に接続されている。
【０１３９】
第２切換弁（112）は、熱交換器（30）の吸熱側通路（32）と内部熱交換器（15）の第２通路（17）とを連通させ、且つ吸熱側通路（32）及び第２通路（17）と第２バイパスダクト（115）とを遮断する状態（図１２参照）と、熱交換器（30）の吸熱側通路（32）と内部熱交換器（15）の第２通路（17）とを遮断し、且つ吸熱側通路（32）と第２バイパスダクト（115）とを連通させる状態（図１３参照）とに切り換わるように構成されている。
【０１４０】
−運転動作−
次に、上記空気調和装置（10）の運転動作について説明する。
【０１４１】
夏期などの外気温度が室内温度よりも高い場合には、第１切換弁（111）及び第２切換弁（112）が図１２に示すように切り換えられる。この状態で、空気サイクル部（11）において吸熱空気は上記実施形態１と同様に流通し、空気サイクル動作が行われる。そして、熱交換器（30）では減圧されて低温となった吸熱空気が室内空気と熱交換し、室内空気が冷却されて冷房が行われる。
【０１４２】
一方、冬期などの外気温度が室内温度よりも低い場合には、第１切換弁（111）及び第２切換弁（112）が図１３に示すように切り換えられる。この状態で、空気サイクル部（11）において吸熱空気は膨張機（22）、内部熱交換器（15）及び圧縮機（21）をバイパスして流通する。このため、空気サイクル部（11）では空気サイクル動作が停止され、入口ダクト（23）から取り込まれた室外空気がそのまま熱交換器（30）の吸熱側通路（32）に供給される。
【０１４３】
具体的に、入口ダクト（23）から吸熱空気として取り込まれた室外空気は、第１バイパスダクト（113）を通って吸熱側通路（32）に流入する。吸熱側通路（32）では、室外空気である吸熱空気が室内空気と熱交換し、室内空気が冷却される。その後、吸熱空気は、第２バイパスダクト（115）を流れ、出口ダクト（24）を通って室外に排出される。
【０１４４】
−実施形態６の効果−
本実施形態６によれば、冬期のように外気温度が低い場合には、切換弁（111,112）の切り換え等によって室外空気をそのまま熱交換器（30）の吸熱側通路（32）へ導入する運転を行うことができる。このため、無用の空気サイクル動作を回避することができ、より少ないエネルギで室内を冷房することができる。このため、一年を通じての冷房に要するエネルギを削減することができ、冷房に要するコストを削減することができる。
【０１４５】
【発明のその他の実施の形態】
−第１の変形例−
上記の各実施形態では固体吸着剤を用いて除湿機構（60）を構成するようにしたが、これに代えて、液体吸収剤を用いて除湿機構（60）を構成するようにしてもよい。以下、液体吸収剤を用いた除湿機構（60）について、上記実施形態１に適用した場合を例に説明する。
【０１４６】
図１４に示すように、本変形例の除湿機構（60）は、吸湿部（65）と放湿部（66）とポンプ（67）とを順に液配管（68）で接続して成る循環回路（64）によって構成されている。この循環回路（64）には、液体吸収剤として金属ハロゲン化物の水溶液が充填されている。この種の金属ハロゲン化物としては、LiCl、LiBr、CaCl2等が例示される。尚、この液体吸収剤を親水性の有機化合物の水溶液としてもよい。この種の有機化合物としては、エチレングリコール、グリセリン、吸水性樹脂等が例示される。
【０１４７】
上記吸湿部（65）は、入口ダクト（23）の途中に配置されている。吸湿部（65）には、水分が透過可能な疎水性多孔膜が設けられ、この疎水性多孔膜によって隔てられて空気側空間と液側空間とが区画形成されている。該空気側空間には入口ダクト（23）が接続され、その内部を吸熱空気が流れる。該液側空間には液配管（68）が接続され、その内部を液体吸収剤が流れる。そして、吸湿部（65）では、空気側空間の吸熱空気と液側空間の液体吸収剤とが疎水性多孔膜を介して間接的に接触し、該吸熱空気に含まれる水分が疎水性多孔膜を透過して該液体吸収剤に吸収される。つまり、吸湿部（65）では、吸熱空気の除湿が行われる。
【０１４８】
上記放湿部（66）は、吸湿部（65）と同様に構成されて出口ダクト（24）の途中に配置されている。放湿部（66）は、疎水性多孔膜を備えると共に、空気側空間と液側空間とが区画形成されている。該空気側空間には出口ダクト（24）が接続され、その内部を吸熱空気が流れる。該液側空間には液配管（68）が接続され、その内部を液体吸収剤が流れる。そして、放湿部（66）では、空気側空間の吸熱空気と液側空間の液体吸収剤とが疎水性多孔膜を介して間接的に接触し、吸熱空気との熱交換によって液体吸収剤が加熱される。そして、この加熱によって液体吸収剤の水分が脱着し、脱着した水分が吸熱空気へと移動する。つまり、放湿部（66）では、液体吸収剤の再生が行われる。
【０１４９】
上記循環回路（64）ではポンプ（67）によって内部を液体吸収剤が循環し、これによって、吸熱空気の除湿が連続して行われる。つまり、吸湿部（65）で吸熱空気中の水分を吸収した液体吸収剤は、液配管（68）を流れて放湿部（66）に入る。放湿部（66）では、液体吸収剤は、加熱されると共に吸熱空気に対して放湿する。これによって、液体吸収剤が再生される。再生された液体吸収剤は、液配管（68）を流れて再び吸湿部（65）に入り、この循環を繰り返す。
【０１５０】
−第２の変形例−
上記各実施形態では、室内空気を冷却対象物とし、熱交換器（30）において室内空気を冷却して冷房を行うようにしている。これに対し、熱交換器（30）において水を冷却して冷水を生成し、該冷水によって室内空気を冷却して冷房を行うようにしてもよい。
【０１５１】
また、上記各実施形態では、冷凍装置の冷却対象物を室内空気とし、空調を行うようにしている。これに対し、機器冷却用の冷却水を冷却対象物とし、熱交換器（30）において冷却した冷却水によって、冷却を要する機器からの放熱を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態１に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】  実施形態１に係る空気調和装置の動作を示す空気線図である。
【図３】  実施形態２に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。
【図４】  実施形態２に係る空気調和装置の動作を示す空気線図である。
【図５】  実施形態２の変形例に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。
【図６】  実施形態３に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。
【図７】  実施形態３に係る空気調和装置の動作を示す空気線図である。
【図８】  実施形態３の変形例に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。
【図９】  実施形態４に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。
【図１０】  実施形態４に係る空気調和装置の動作を示す空気線図である。
【図１１】  実施形態５に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。
【図１２】  実施形態６に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。
【図１３】  実施形態６に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。
【図１４】  その他の実施形態に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
（11）  空気サイクル部
（15）  内部熱交換器
（21）  圧縮機
（22）  膨張機
（30）  熱交換器（吸熱部）
（60）  除湿機構（除湿手段）
（61）  ロータ部材
（62）  吸湿部
（63）  放湿部
（64）  循環回路
（65）  吸湿部
（66）  放湿部
（90）  加湿冷却器（加湿冷却手段）
（99）  給水器（給水手段）
（101） 加熱熱交換器（加熱手段）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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