JP2001074334A - 冷凍装置 - Google Patents

冷凍装置

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JP2001074334A JP24969799A JP24969799A JP2001074334A JP 2001074334 A JP2001074334 A JP 2001074334A JP 24969799 A JP24969799 A JP 24969799A JP 24969799 A JP24969799 A JP 24969799A JP 2001074334 A JP2001074334 A JP 2001074334A
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春成 朴
Manabu Yoshimi
学 吉見
Yuji Watabe
裕司 渡部
Ryuichi Sakamoto
隆一 坂本
Kazuo Yonemoto
和生 米本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】水を蒸発させて高効率で冷熱を生成する。 【解決手段】水を冷媒とし、該水を蒸発させて冷熱を生
成する加湿冷却器（41）及び除湿器（42）を備えてい
る。除湿器（42）で分離された水蒸気を圧縮する圧縮機
（50）を備えている。圧縮機（50）で圧縮した水蒸気を
放出する放湿器（60）を備えている。そして、圧縮機
（50）を、熱エネルギから回転動力を出力する蒸気ター
ビン（80）によって駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍装置に関し、
特に、水を直接蒸発させて冷熱を生成する冷凍装置の改
良に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、この種の冷凍装置には、特公
平５−６１０５号公報に開示されているように、蒸発器
を圧縮機によって減圧し、該蒸発器の水を蒸発させて冷
却対象を冷却するようにしているものがある。
【０００３】また、他の冷凍装置には、特開平７−４３
０３９号公報に開示されているように、アンモニア水溶
液を冷媒とする一方、透湿膜を備えた蒸発器を設けてい
るものがある。この冷凍装置の蒸発器は、透湿膜によっ
て減圧空間と冷媒通路とが区画形成され、冷媒通路から
冷媒の一部が減圧空間に蒸発透過して、冷熱である冷媒
を生成する。この冷媒が冷却対象を熱交換器で冷却する
一方、蒸発器で分離された冷媒ガスが圧縮機によって圧
縮される。その後、上記熱交換器からの冷媒は、吸収器
において圧縮された冷媒ガスを吸収し、再び蒸発器に戻
り、上述の動作を繰り返す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の冷凍装
置（特開平６−２５７８９０号）においては、水を直接
蒸発させるために、圧縮機を駆動して水蒸気を蒸発温度
の飽和蒸気圧から凝縮温度の飽和蒸気圧まで昇圧させる
必要がある。
【０００５】しかしながら、上記圧縮機の入力に関して
は何ら考慮されておらず、一般に圧縮機を電動機（モー
タ）によって駆動している。したがって、上記圧縮機を
電気エネルギによって駆動しているのみであるので、効
率の向上を図ることに限度があるという問題があった。
【０００６】一方、上記アンモニア水溶液などを利用し
た冷凍装置の場合（特開平７−４３０３９号）、腐食性
などの水溶液の性質によって装置の作動温度や作動圧力
が制限されると共に、特殊材料の使用が必要になるなど
の制限があるという問題があった。
【０００７】本発明は、斯かる点に鑑みて成されたもの
で、高効率で水を蒸発させて冷熱を生成することを目的
とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】〈発明の概要〉本発明
は、昇圧手段の入力に熱エネルギを利用するようにし
た。
【０００９】〈解決手段〉具体的に、図１に示すよう
に、本発明は、水を蒸発させて冷熱を生成する一方、発
生した水蒸気を昇圧手段（50）によって昇圧して放出す
る冷凍装置であって、上記昇圧手段（50）が、少なくと
も熱エネルギから得た機械動力によって駆動される。
【００１０】また、本発明は、水を冷媒とし、該水を蒸
発させて冷熱を生成し、水蒸気が昇圧手段（50）に吸引
される冷熱生成手段（40）と、昇圧手段（50）で昇圧し
た水蒸気を放出する放湿手段（60）と、熱エネルギから
機械動力を発生させて昇圧手段（50）を駆動する原動機
（80）とを備えていてもよい。
【００１１】また、本発明は、電気エネルギから機械動
力を発生させ、原動機（80）と共に昇圧手段（50）を駆
動する電動機（52）を備えていてもよい。
【００１２】また、上記原動機（80）は、蒸気タービン
（80）であってもよい。
【００１３】また、上記蒸気タービン（80）は、余剰の
水蒸気を利用するものであってもよい。
【００１４】また、本発明は、廃熱を利用して蒸気ター
ビン（80）に供給する水蒸気を生成するボイラ（81）を
備えていてもよい。
【００１５】また、本発明は、廃熱を利用して蒸気ター
ビン（80）に供給する水蒸気を生成するボイラ（81）
と、該ボイラ（81）で生成された水蒸気を過熱する過熱
手段とを備えていてもよい。
【００１６】また、上記ボイラ（81）は、大気圧以下の
圧力に設定されていてもよい。
【００１７】また、上記蒸気タービン（80）から排出さ
れる水蒸気が、昇圧手段（50）から排出される水蒸気と
混合されて放湿手段（60）から放出するものであっても
よい。
【００１８】また、本発明は、昇圧手段（50）で発生し
た顕熱を回収し、蒸気タービン（80）に供給される水蒸
気の生成又は水蒸気の過熱に回収熱を利用するものであ
ってもよい。
【００１９】また、上記放湿手段（60）は、水蒸気を透
過する水蒸気透過膜（61）を備え、該水蒸気透過膜（6
1）で仕切られた２つの仕切空間の水蒸気圧差によって
水蒸気を大気に放出するものであってもよい。
【００２０】また、上記冷熱生成手段（40）は、調和対
象の空気に水を供給して該空気を冷却する加湿冷却器
（41）と、該加湿冷却器（41）で冷却された空気を除湿
する除湿器（42）とを備えていてもよい。
【００２１】また、上記冷熱生成手段（40）は、調和対
象の空気を除湿する除湿器（42）と、該除湿器（42）で
除湿された空気に水を供給して該空気を冷却する加湿冷
却器（41）とを備えていてもよい。
【００２２】また、上記除湿器（42）は、水蒸気を透過
する水蒸気透過膜（4b）を備え、該水蒸気透過膜（4b）
で仕切られた２つの仕切空間の水蒸気圧差によって水蒸
気を除去するものであってもよい。
【００２３】また、上記冷熱生成手段（40）は、調和対
象の空気に水を直接に噴霧して該空気を冷却するもので
あってもよい。
【００２４】また、上記加湿冷却器（41）は、水蒸気を
透過する透湿膜を備え、該透湿膜を介して水が蒸発透過
して空気を加湿冷却するものであってもよい。
【００２５】また、上記冷熱生成手段（40）は、水の蒸
発によって生成した冷熱を調和対象の空気に与えて該空
気を冷却する蒸発冷却器（43）を備えていてもよい。
【００２６】また、上記冷熱生成手段（40）は、水の蒸
発によって冷水を生成する蒸発冷却器（43）を備えてい
てもよい。
【００２７】また、上記冷熱生成手段（40）は、水の蒸
発によって氷を生成する蒸発冷却器（43）を備えていて
もよい。
【００２８】また、上記蒸発冷却器（43）は、低圧空間
で水を直接に蒸発させるものであってもよい。
【００２９】また、上記蒸発冷却器（43）は、水蒸気を
透過する透湿膜（4f）を備え、該透湿膜（4f）を介して
水が低圧空間に蒸発透過するものであってもよい。
【００３０】また、本発明は、放湿手段（60）で放湿さ
れる外部空気の湿度を調節する調湿手段（73）を備えて
いてもよい。
【００３１】また、上記調湿手段（73）は、廃熱によっ
て外部空気を昇温させる熱交換器（7b）を備えていても
よい。
【００３２】すなわち、本発明は、例えば、ボイラ（8
1）が水を加熱して高温蒸気を生成する。この高温蒸気
が蒸気タービン（80）に供給され、原動機である蒸気タ
ービン（80）が蒸気の膨脹によって回転動力を発生す
る。
【００３３】この蒸気タービン（80）の回転動力によっ
て昇圧手段（50）が駆動する。また、上記蒸気タービン
（80）の出力と共に電動機（52）の出力によって昇圧手
段（50）を駆動してもよい。
【００３４】一方、冷熱生成手段（40）が水を蒸発させ
て冷熱を生成し、空気を冷却する。具体的に、例えば、
室内空気が加湿冷却器（41）に流入すると共に、水が加
湿冷却器（41）に供給されているので、水が空気に噴霧
される。この水が蒸発することによって、空気が冷却さ
れて飽和空気となる。
【００３５】該飽和空気が除湿器（42）の除湿空間に流
れる。この除湿器（42）においては、昇圧手段（50）が
駆動しているので、水蒸気透過膜（4b）を介して低圧空
間が形成される。この低圧空間の水蒸気圧が片側の除湿
空間の水蒸気圧よりも低いので、飽和空気の水蒸気が水
蒸気透過膜（4b）を透過して低圧空間に移動する。この
結果、上記飽和空気が除湿され、温度及び湿度が調和さ
れた空気が生成される。この調和空気が室内に供給さ
れ、該室内を冷房する。
【００３６】一方、上記放湿器（60）で分離した水蒸気
は、昇圧手段（50）に吸引されて昇圧される。昇圧され
た水蒸気は、放湿手段（60）に流れる。その際、この水
蒸気は蒸気タービン（80）から吐出される水蒸気と混合
し、放湿手段（60）に流入する。
【００３７】上記放湿器（60）には、例えば、外部空気
が流入する。特に、該放湿器（60）の高圧空間の水蒸気
圧が片側の放湿空間の水蒸気圧より高いので、水蒸気が
水蒸気透過膜（4b）を透過して放湿空間に移動する。こ
の結果、上記昇圧手段（50）及び蒸気タービン（80）か
らの水蒸気が外部空気に放出される。この水蒸気のサイ
クルを繰り返して室内が冷房される。尚、上記蒸気ター
ビン（80）は、水蒸気を大気に放出するようにしてもよ
い。
【００３８】また、他の発明は、放湿手段（60）で放湿
される外部空気が調湿手段（73）で除湿される。特に、
水蒸気が放湿された外部空気が熱交換器（7b）で加熱さ
れ、この加熱された外部空気によって調湿手段（73）の
固体吸着材又は液体吸着剤の再生が行われる。その際、
上記熱交換器（7b）に供給される熱は、燃料電池の廃熱
など各種の廃熱を利用してもよい。
【００３９】また、上記冷熱生成手段（40）は、空気を
除湿器（42）において除湿した後、加湿冷却器（41）に
おいて水を噴霧して冷却してもよく、また、上記冷熱生
成手段（40）は、冷却空気の他、冷却水又は氷を生成し
てもよい。
【００４０】また、上記加湿冷却器（41）及び蒸発冷却
器（43）は、透湿膜（4f）を介して水を透過蒸発させる
ようにしてもよい。
【００４１】また、上記蒸気タービン（80）に供給する
蒸気は、工場などで発生した余剰の水蒸気を利用しても
よく、また、ボイラ（81）は、各種の廃熱を利用して高
温蒸気を生成するようにしてもよい。
【００４２】また、上記ボイラ（81）における水蒸気の
生成（潜熱分）には各種の廃熱を利用し、その後の水蒸
気の過熱（顕熱分）は、ガス燃焼や電気ヒータ、或いは
高温反応などの過熱手段で行うようにしてもよい。
【００４３】また、上記昇圧手段（50）から吐出される
高温水蒸気の顕熱を回収し、蒸気タービン（80）に供給
される水蒸気の生成又は水蒸気の過熱に回収熱を利用す
るようにしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】したがって、本発明によれば、熱エネル
ギを利用して昇圧手段（50）を駆動するようにしたため
に、昇圧手段（50）の駆動に各種のエネルギを利用する
ことができるので、エネルギ効率の向上を図ることがで
きる。
【００４５】また、水の蒸発潜熱によって冷熱を得るの
で、環境問題を起こすことなく空調等を行うことができ
る。
【００４６】また、蒸気タービン（80）に、工場などで
発生した余剰の水蒸気を供給するようにすると、より効
率の向上を図ることができる。
【００４７】また、ボイラ（81）が各種の廃熱を利用し
て高温蒸気を生成するようにすると、燃料電池の廃熱な
どを利用することができるので、より効率の向上を図る
ことができる。
【００４８】また、上記ボイラ（81）における水蒸気の
生成に各種の廃熱を利用し、その後の水蒸気の過熱を他
の過熱手段で行うようにすると、顕熱分の熱量が少ない
ので、ＣＯＰ（成績係数）の向上を図ることができる。
【００４９】また、上記蒸気タービン（80）の水蒸気を
大気に放出するようにすると、装置全体の構成の簡略化
を図ることができる。
【００５０】また、上記昇圧手段（50）から吐出される
高温水蒸気の顕熱を回収し、蒸気タービン（80）に供給
される水蒸気の生成又は水蒸気の過熱に回収熱を利用す
るようにすると、熱回収によってより効率の向上を図る
ことができる。
【００５１】また、昇圧手段（50）からの水蒸気を放湿
器（60）の水蒸気透過膜（4b）を介して放出するように
すると、該昇圧手段（50）が水蒸気の吐出圧力を外部空
気の水蒸気圧より高くすればよく、水を凝縮させる場合
に比して昇圧量を小さくすることができる。この結果、
昇圧手段（50）の入力を小さくすることができる。同時
に、蒸気タービン（80）の膨脹比を大きくすることがで
き、該蒸気タービン（80）の出力を向上させることがで
きる。
【００５２】また、放湿手段（60）が蒸気タービン（8
0）からの水蒸気を水蒸気透過膜（4b）を介して放出す
るようにすると、膨脹比を高くすることができ、少ない
蒸気量でもって昇圧手段（50）を駆動することができ
る。
【００５３】また、冷熱生成手段（40）を加湿冷却器
（41）と除湿器（42）によって構成するようにすると、
調和空気の温度と湿度とを独立して調整することがで
き、精度のよい調和空気を生成することができる。
【００５４】また、除湿器（42）に水蒸気透過膜（4b）
を設けるようにすると、昇圧手段（50）の吸入圧力を空
気の水蒸気圧よりも低くするのみでよく、昇圧手段（5
0）の入力を小さくすることができる。
【００５５】また、上記加湿冷却器（41）に透湿膜を設
けるようにすると、スケールの発生などを防止すること
ができる。
【００５６】また、上記冷熱生成手段（40）が冷熱を空
気に与えて冷却するようにすると、空気に水が混入する
ことがないので、水分管理に厳しい条件においても適用
することができる。
【００５７】また、上記冷熱生成手段（40）が冷水を生
成するようにすると、高効率のチラー型冷凍装置を構成
することができる。
【００５８】また、上記冷熱生成手段（40）が氷を生成
するようにすると、高効率の製氷装置を構成することが
できる。
【００５９】また、蒸発冷却器（43）が透湿膜（4f）介
して水を蒸発するようにすると、スケールが昇圧手段
（50）に流れることを防止することができる。
【００６０】また、上記放湿器（60）に導入される外部
空気を調湿手段（73）で除湿するようにすると、外部空
気の水蒸気圧を低下させることができるので、昇圧手段
（50）の入力をより低減することができる。この結果、
効率の向上をより図ることができる。
【００６１】また、上記調湿手段（73）の熱交換器（7
b）に各種の廃熱を利用するようにすると、エネルギの
有効利用を図ることができる。
【００６２】
【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態１を図
面に基づいて詳細に説明する。
【００６３】図１に示すように、本実施形態の冷凍装置
（10）は、水を直接に蒸発させて冷熱を生成し、室内を
冷房する空気調和装置に構成されている。
【００６４】上記冷凍装置（10）は、冷熱を発生させる
ためのいわゆる水蒸気サイクルの水蒸気系統（20）と、
冷熱を利用する利用系統（30）とを備えている。
【００６５】上記水蒸気系統（20）は、冷熱生成手段
（40）と圧縮機（50）と放湿器（60）とを備えている。
上記利用系統（30）は、還気通路（31）と給気通路（3
2）とを備えている。該利用系統（30）は、室内空気を
吸引した調和対象であるリターン空気を冷熱生成手段
（40）に供給し、冷却された供給空気を室内に供給して
いる。
【００６６】上記冷熱生成手段（40）は、加湿冷却器
（41）と除湿器（42）とを備えている。該加湿冷却器
（41）は、給水手段（4a）が接続されると共に、利用系
統（30）の還気通路（31）が接続されている。該加湿冷
却器（41）は、室内空気であるリターン空気に水を直接
に噴霧している。そして、該加湿冷却器（41）は、水の
蒸発潜熱によってリターン空気を冷却し、飽和空気を生
成している。
【００６７】上記除湿器（42）には、加湿冷却器（41）
の飽和空気が供給されている。該除湿器（42）は、飽和
空気を所定湿度まで除湿して調和された供給空気を生成
している。具体的に、上記除湿器（42）は、水蒸気透過
膜（4b）を備え、該水蒸気透過膜（4b）によって除湿空
間と低圧空間とが区画形成されている。該低圧空間が圧
縮機（50）の吸入側に水蒸気通路（21）を介して接続さ
れている。一方、上記除湿空間には、加湿冷却器（41）
の飽和空気が供給されている。そして、上記除湿空間と
低圧空間との水蒸気圧の差によって飽和空気が除湿さ
れ、冷却された所定湿度の供給空気が生成される。上記
除湿器（42）は、供給空気を室内に利用系統（30）の給
気通路（32）を介して供給している。
【００６８】上記圧縮機（50）は、冷熱生成手段（40）
の除湿器（42）で分離された水蒸気を昇圧する昇圧手段
を構成している。該圧縮機（50）の吐出側は、水蒸気通
路（22）を介して放湿器（60）に接続されている。そし
て、該圧縮機（50）は圧縮水蒸気を放湿器（60）に吐出
している。
【００６９】上記放湿器（60）は、水蒸気を室外空気に
放出する放湿手段を構成し、水蒸気の放出系統（70）が
接続されている。具体的に、該放湿器（60）は、水蒸気
透過膜（61）を備え、該水蒸気透過膜（61）によって高
圧空間と放湿空間とが区画形成されている。該高圧空間
が圧縮機（50）の吐出側に水蒸気通路（22）を介して接
続されている。
【００７０】一方、上記放出系統（70）においては、外
部空気である室外空気を放湿空間に取り込む導入通路
（71）と、該放湿空間の加湿空気である放出空気を室外
に排出する排気通路（72）とより構成されている。上記
高圧空間は、該高圧空間の水蒸気圧が室外空気の水蒸気
圧より高ければよい。したがって、上記高圧空間と放湿
空間との水蒸気圧の差によって圧縮水蒸気が放湿空間に
移動して室外空気に放出される。
【００７１】上記圧縮機（50）の駆動軸（51）には、電
動機（52）と蒸気タービン（80）とが連結されている。
つまり、上記電動機（52）は、電気エネルギを機械動力
に変換して圧縮機（50）を駆動する。また、上記蒸気タ
ービン（80）は、熱エネルギを機械動力に変換して圧縮
機（50）を駆動する。上記蒸気タービン（80）は、ボイ
ラ（81）から蒸気が供給される一方、該ボイラ（81）に
は給水手段（82）が接続されている。
【００７２】上記ボイラ（81）は、ガス等を燃料として
給水手段（82）からの水を加熱して高温蒸気を生成し、
該高温蒸気を蒸気タービン（80）に供給している。該蒸
気タービン（80）は、蒸気の膨脹によって熱エネルギを
回転動力に変換し、出力している。そして、上記電動機
（52）は、蒸気タービン（80）と共に圧縮機（50）を駆
動する場合の他、蒸気タービン（80）の動力不足分など
を補うように構成されている。
【００７３】また、上記蒸気タービン（80）の吐出側は
水蒸気通路（83）を介して圧縮機（50）と放湿器（60）
との間の水蒸気通路（22）に接続されている。つまり、
該蒸気タービン（80）から吐出される水蒸気と圧縮機
（50）から吐出される水蒸気とが混合されて放湿器（6
0）に流れる。
【００７４】また、上記蒸気タービン（80）は、大気圧
以下の圧力に設定され、例えば、沸点が５４℃になるよ
うに設定されている。
【００７５】〈作用〉次に、上述した冷凍装置（10）の
冷却動作について説明する。
【００７６】先ず、上記ボイラ（81）は給水手段（82）
から水が供給されると共に、ガス等を燃料として水を加
熱し、高温蒸気を生成する。この高温蒸気は蒸気タービ
ン（80）に供給され、該蒸気タービン（80）が蒸気の膨
脹によって回転動力を発生する。
【００７７】この蒸気タービン（80）の回転動力によっ
て圧縮機（50）が駆動する。また、上記蒸気タービン
（80）の出力と共に電動機（52）の出力によって圧縮機
（50）が駆動する。また、上記蒸気タービン（80）の停
止時などは電動機（52）の出力のみによって圧縮機（5
0）が駆動する。
【００７８】一方、上記利用系統（30）は、室内空気を
還気通路（31）に吸引し、リターン空気として冷熱生成
手段（40）の加湿冷却器（41）に供給する。このリター
ン空気は、例えば、図２に示すＡ１の状態にある。そし
て、給水手段（4a）から水が上記加湿冷却器（41）に供
給されているので、水がリターン空気に噴霧される。こ
の水が蒸発することによって、リターン空気は冷却さ
れ、Ａ２の飽和空気となる。
【００７９】上記飽和空気は、加湿冷却器（41）から除
湿器（42）の除湿空間に流れる。この除湿器（42）にお
いては、圧縮機（50）が駆動しているので、水蒸気透過
膜（4b）を介して低圧空間が形成されている。この低圧
空間の水蒸気圧が除湿空間の水蒸気圧よりも低いので、
飽和空気の水蒸気が水蒸気透過膜（4b）を透過して低圧
空間に移動する。この結果、上記飽和空気が除湿され、
温度及び湿度が調和されたＡ３の供給空気が生成され
る。この供給空気が給気通路（32）から室内に供給さ
れ、該室内を冷房する。
【００８０】一方、上記放湿器（60）の低圧空間の水蒸
気は、圧縮機（50）に吸引されて圧縮される。つまり、
上記水蒸気は図２のＢ１からＢ２に昇圧する。この圧縮
された圧縮水蒸気は、放湿器（60）に流れる。その際、
上記圧縮水蒸気は蒸気タービン（80）から吐出される水
蒸気と混合し、その後、放湿器（60）の高圧空間に流入
する。
【００８１】上記放湿器（60）の放湿空間には、導入通
路（71）から室外空気が流入する。特に、該放湿器（6
0）の高圧空間の水蒸気圧が放湿空間の水蒸気圧より高
いので、水蒸気が水蒸気透過膜（61）を透過して放湿空
間に移動する。この結果、上記圧縮機（50）及び蒸気タ
ービン（80）からの水蒸気が室外空気に放出される。つ
まり、図２に示すＣ１の室外空気が水蒸気を吸収してＣ
２の状態の放出空気となる。この放出空気は、排気通路
（72）を経て室外に排出される。この水蒸気のサイクル
を繰り返して室内が冷房される。
【００８２】そこで、図３に示す状態図に基づき水蒸気
の移動について詳述する。
【００８３】室内のリターン空気ＲＡは、加湿冷却器
（41）においてＭw1の水が供給され、除湿器（42）から
のＭw1の水蒸気が圧縮機（50）に回収される。そし
て、供給空気ＳＡが室内に供給されると同時に、水蒸気
がまで圧縮機（50）で圧縮される。
【００８４】一方、ボイラ（81）には、熱が加えられる
と共に、Ｍw2の水が供給される。そして、の水蒸気が
ボイラ（81）から蒸気タービン（80）に供給される。こ
の蒸気タービン（80）において、のＭw2の水蒸気が
まで膨脹する。このからまでの膨脹による動力によ
って、からまでの圧縮機（50）の水蒸気圧縮が行わ
れる。
【００８５】その後、蒸気タービン（80）からのＭw2の
水蒸気と、圧縮機（50）からのＭw1の水蒸気とが合流す
る。そして、の水蒸気が放湿器（60）において室外空
気ＯＡに放出され、放出空気ＥＡとして室外に排出され
る。
【００８６】上述した冷房時において、例えば、ボイラ
（81）に加える熱は２５０℃であり、蒸気タービン（8
0）の吸入側の水蒸気圧力は１５．０kPaで、吐出側の水
蒸気圧力は３．４kPaである。また、圧縮機（50）の吸
入側の水蒸気圧力は１．３kPaで、吐出側の水蒸気圧力
は蒸気タービン（80）と同じ３．４kPaである。
【００８７】この場合、上記蒸気タービン（80）におけ
る吸入側の水蒸気圧力が１５．０kPaであるので、沸点
が５４℃となる。特に、２５０℃の熱エネルギは４６．
６５kWであり、そのうち４０．６２kWが水を蒸発させる
ための潜熱量であり、６．０３kWを水蒸気を過熱するた
めの顕熱量である。
【００８８】〈実施形態１の効果〉以上のように、本実
施形態によれば、熱エネルギを利用して圧縮機（50）を
駆動するようにしたために、圧縮機（50）の駆動に各種
のエネルギを利用することができるので、エネルギ効率
の向上を図ることができる。
【００８９】また、水の蒸発潜熱によって冷熱を得るの
で、環境問題を起こすことなく空調を行うことができ
る。
【００９０】また、上記蒸気タービン（80）からの水蒸
気を放湿器（60）の水蒸気透過膜（61）を介して放出す
るので、膨脹比を高くすることができ、少ない蒸気量で
もって圧縮機（50）を駆動することができる。
【００９１】また、上記圧縮機（50）からの水蒸気を放
湿器（60）の水蒸気透過膜（61）を介して放出するの
で、圧縮機（50）は水蒸気の吐出圧力を室外空気の水蒸
気圧より高くすればよく、水を凝縮させる場合に比して
昇圧量を小さくすることができる。この結果、圧縮機
（50）の入力を小さくすることができる。同時に、蒸気
タービン（80）の膨脹比を大きくすることができ、該蒸
気タービン（80）の出力を向上させることができる。
【００９２】また、上記冷熱生成手段（40）を加湿冷却
器（41）と除湿器（42）によって構成しているので、調
和空気である供給空気の温度と湿度とを独立して調整す
ることができ、精度のよい供給空気を生成することがで
きる。
【００９３】また、上記除湿器（42）に水蒸気透過膜
（4b）を設けているので、圧縮機（50）の吸入圧力をリ
ターン空気の水蒸気圧よりも低くするのみでよく、圧縮
機（50）の入力を小さくすることができる。
【００９４】
【発明の実施の形態２】次に、本発明の実施形態２を図
面に基づいて詳細に説明する。
【００９５】図４に示すように、本実施形態の冷凍装置
（10）は、放出系統（70）に調湿手段（73）を設けたも
のである。
【００９６】該調湿手段（73）は、導入通路（71）と排
気通路（72）との間に配置されたロータ部材（7a）を備
え、いわゆるロータリ式除湿器と同様に構成されてい
る。該ロータ部材（7a）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ている。そして、該ロー
タ部材（7a）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に接触させる湿度媒体を構成し
ている。該固体吸着剤は、多孔性の無機化合物を主成分
として構成される。
【００９７】上記ロータ部材（7a）は、導入通路（71）
の室外空気が通過し、該室外空気中の水分がロータ部材
（7a）の固体吸着剤に吸着される。これによって、室外
空気が除湿される。
【００９８】一方、上記ロータ部材（7a）は、排気通路
（72）の放出空気がロータ部材（7a）を通過し、ロータ
部材（7a）の固体吸着剤に吸着された水分が脱着して該
放出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。
【００９９】つまり、上記ロータ部材（7a）は回転駆動
し、室外空気から吸湿した部分が移動し、放出空気に放
湿して固体吸着剤から水分が脱着されて再生される。こ
の動作を繰り返して、連続的に室外空気の除湿を行う。
【０１００】また、上記放湿器（60）とロータ部材（7
a）の間の排気通路（72）には、熱交換器（7b）が設け
られている。該熱交換器（7b）には、高温の熱媒体が流
れる媒体通路が接続されている。そして、上記熱媒体と
放出空気とが熱交換して該放出空気が加熱される。この
放出空気がロータ部材（7a）を流れるので、ロータ部材
（7a）の固体吸着剤の再生に熱媒体の熱が利用される。
尚、上記熱媒体の熱には、燃料電池の廃熱など各種の廃
熱を利用してもよい。
【０１０１】つまり、図５に示すように、導入通路（7
1）に取り込まれる室外空気はＣ３の状態にあり、この
室外空気がロータ部材（7a）の通過によって除湿されて
Ｃ４の状態となる。この除湿された室外空気が放湿器
（60）において水蒸気を吸収し、Ｃ５の状態となる。水
蒸気を吸収した放出空気は排気通路（72）を通り、熱交
換器（7b）で加熱され、Ｃ６の状態となる。加熱された
放出空気は、ロータ部材（7a）の通過によってさらに加
湿され、Ｃ７の状態となって室外に放出される。
【０１０２】したがって、本実施形態によれば、放湿器
（60）に導入される室外空気の水蒸気圧が調湿手段（7
3）によって低下させることができるので、圧縮機（5
0）の入力をより低減することができる。この結果、効
率の向上をより図ることができる。
【０１０３】また、上記調湿手段（73）の熱交換器（7
b）では各種の廃熱を利用して放出空気が加熱されるの
で、エネルギの有効利用を図ることができる。その他の
構成並びに作用及び効果は実施形態１と同様である。
【０１０４】
【発明の実施の形態３】次に、本発明の実施形態３を図
面に基づいて詳細に説明する。
【０１０５】図６に示すように、本実施形態は、実施形
態２の固体吸着剤を用いた調湿手段（73）に代えて、液
体吸収剤を用いた調湿手段（73）を設けたものである。
【０１０６】つまり、本実施形態の調湿手段（73）は、
吸湿部（7d）と放湿部（7e）とポンプ（7f）とを順に液
配管（7g）で接続して成る循環回路（7h）によって構成
されている。この循環回路（7h）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、吸水性樹脂等が挙げ
られる。
【０１０７】上記吸湿部（7d）は、導入通路（71）の途
中に配置されている。該吸湿部（7d）には、水分が透過
可能な疎水性多孔膜が設けられて空気側空間と液側空間
とが区画形成されている。該空気側空間には導入通路
（71）が接続されて室外空気が流れる。一方、上記液側
空間には液配管（7g）が接続されて液体吸収剤が流れ
る。そして、上記吸湿部（7d）において、室外空気と液
体吸収剤とが疎水性多孔膜を介して間接的に接触し、該
室外空気の水分が液体吸収剤に吸収され、室外空気が除
湿される。
【０１０８】上記放湿部（7e）は、吸湿部（7d）と同様
に構成されて排気通路（72）の途中に配置されている。
つまり、該放湿部（7e）は、疎水性多孔膜を備え、排気
通路（72）から空気側空間を流れる放出空気と、液配管
（7g）から液側空間を流れる液体吸収剤とが疎水性多孔
膜を介して間接的に接触する。そして、上記放出空気に
より加熱されて液体吸収剤の水分が脱着し、該水分が放
出空気へと移動し、液体吸収剤の再生が行われる。
【０１０９】更に、上記液体吸収剤は、ポンプ（7f）に
よって循環回路（7h）を循環し、室外空気の除湿が連続
して行われる。
【０１１０】尚、上記吸湿部（7d）及び放湿部（7e）に
おいて、空気と液体吸収剤とを透湿膜（4f）等を介して
間接的に接触させるようにしている。しかし、空気と液
体吸収剤とを直接に接触させるようにしてもよい。その
他の構成並びに作用及び効果は実施形態１及び実施形態
２と同様である。
【０１１１】
【発明の実施の形態４】次に、本発明の実施形態４を図
面に基づいて詳細に説明する。
【０１１２】図７に示すように、本実施形態の冷熱生成
手段（40）は、実施形態１の冷熱生成手段（40）が加湿
冷却器（41）と除湿器（42）とを順に配置したのに代え
て、除湿器（42）と加湿冷却器（41）との順に逆に配置
したものである。
【０１１３】したがって、還気通路（31）を流れるリタ
ーン空気は、先ず、除湿器（42）において水蒸気が除去
され、この水蒸気が圧縮機（50）に吸引される。その
後、上記リターン空気は、加湿冷却器（41）に流れ、水
が給水手段（4a）より噴霧されて冷却される。この結
果、温度及び湿度が調節された供給空気が生成され、該
供給空気が室内に供給される。その他の構成並びに作用
及び効果は実施形態１と同様である。
【０１１４】
【発明の実施の形態５】次に、本発明の実施形態５を図
面に基づいて詳細に説明する。
【０１１５】図８に示すように、本実施形態の冷熱生成
手段（40）は、実施形態１の冷熱生成手段（40）が加湿
冷却器（41）と除湿器（42）とより構成したのに代え
て、蒸発冷却器（43）で構成したものである。
【０１１６】上記蒸発冷却器（43）は、伝熱部材（4c）
を備えて空気側空間（4d）と蒸発側空間（4e）とが区画
形成されている。該空気側空間（4d）には、利用系統
（30）の還気通路（31）と給気通路（32）とが接続され
ている。一方、上記蒸発側空間（4e）には給水手段（4
a）と水蒸気通路（21）とが接続されている。
【０１１７】そして、上記蒸発側空間（4e）に供給され
た水が該蒸発側空間（4e）において蒸発し、冷熱を生成
する。水蒸気は圧縮機（50）に吸引される。一方、上記
冷熱は伝熱部材（4c）を介してリターン空気に伝導し、
該リターン空気が冷却され、調和された供給空気とな
る。この供給空気が室内に供給される。
【０１１８】したがって、本実施形態によれば、リター
ン空気に水が混入することがないので、水分管理に厳し
い条件においても適用することができる。その他の構成
並びに作用及び効果は実施形態１と同様である。
【０１１９】
【発明の実施の形態６】次に、本発明の実施形態６を図
面に基づいて詳細に説明する。
【０１２０】図９に示すように、本実施形態における冷
熱生成手段（40）は、実施形態１の冷熱生成手段（40）
が冷却空気を生成するのに代えて、冷却水を生成するも
のである。
【０１２１】上記冷熱生成手段（40）は、蒸発冷却器
（43）を備えている。該蒸発冷却器（43）には、利用系
統（30）の給水通路（33）と冷熱通路（34）とが接続さ
れると共に、水蒸気通路（21）が接続されている。上記
蒸発冷却器（43）は、内部が低圧空間に構成され、水が
直接蒸発するように構成されている。
【０１２２】そして、上記給水通路（33）は、例えば、
冷却物を冷却した後のリターン水が流れ、このリターン
水が蒸発冷却器（43）に流入する。このリターン水の一
部が蒸発して冷却水が生成される。この冷却水が冷熱通
路（34）を流れて冷却物に供給され、該冷却物を冷却す
る。一方、蒸発した水蒸気は水蒸気通路（21）を流れて
圧縮機（50）に吸引される。
【０１２３】したがって、本実施形態では、冷水を生成
することができるので、高効率のチラー型冷凍装置（1
0）を構成することができる。その他の構成並びに作用
及び効果は実施形態１と同様である。
【０１２４】尚、本実施形態では、冷水を生成するよう
にしたが、氷を生成するようにしてもよい。この場合、
高効率の製氷装置を構成することができる。
【０１２５】
【発明の実施の形態７】次に、本発明の実施形態７を図
面に基づいて詳細に説明する。
【０１２６】図１０に示すように、本実施形態の冷熱生
成手段（40）は、実施形態６の冷熱生成手段（40）が水
を直接蒸発させるのに代えて、透湿膜（4f）を介して蒸
発させるようにしたものである。
【０１２７】つまり、上記冷熱生成手段（40）は、蒸発
冷却器（43）を備えている。該蒸発冷却器（43）は、透
湿膜（4f）が設けられて低圧空間と冷却空間とが形成さ
れている。上記低圧空間には水蒸気通路（21）が接続さ
れている。一方、上記冷却空間には、利用系統（30）の
給水通路（33）と冷熱通路（34）とが接続されている。
【０１２８】そして、上記給水通路（33）から水が蒸発
冷却器（43）に流入する。この水の一部が透湿膜（4f）
を介して低圧空間に透過蒸発して冷却水が生成される。
この冷却水が冷熱通路（34）を流れる。一方、蒸発した
水蒸気は水蒸気通路（21）を流れて圧縮機（50）に吸引
される。
【０１２９】したがって、本実施形態では、透湿膜（4
f）介して水が蒸発するので、スケールが圧縮機（50）
に流れることを防止することができる。その他の構成並
びに作用及び効果は実施形態１及び実施形態６と同様で
ある。
【０１３０】
【発明の他の実施の形態】上記実施形態１においては、
原動機として蒸気タービン（80）を用いたが、ガスター
ビンを原動機（80）として用いてもよい。
【０１３１】また、昇圧手段は、圧縮機（50）に限られ
ず、要するに水蒸気を昇圧するものであればよい。
【０１３２】また、本発明の１つの形態としては、電動
機（52）を設けなくともよい。
【０１３３】また、上記蒸気タービン（80）に供給する
蒸気は、工場などで発生した余剰の水蒸気を利用しても
よい。
【０１３４】また、実施形態１においては、ボイラ（8
1）にガス燃料などを用いたが、各種の廃熱を利用して
高温蒸気を生成するようにしてもよい。この場合、燃料
電池（コージェネレーションシステム）の廃熱などを利
用することができるので、より効率の向上を図ることが
できる。
【０１３５】また、実施形態１においては、ボイラ（8
1）にガス燃料などを用いたが、ボイラ（81）と共に、
ガス燃焼や電気ヒータ、或いは高温反応などの過熱手段
を備えていてもよい。つまり、水蒸気の生成（潜熱分）
には、ボイラ（81）で各種の廃熱を利用し、その後の水
蒸気の過熱（顕熱分）には、ガス燃焼などによる過熱手
段を用いるようにしてもよい。この場合、顕熱分の熱量
が少ないので、ＣＯＰ（成績係数）の向上を図ることが
できる。
【０１３６】また、上記蒸気タービン（80）が排出する
水蒸気は、大気に放出するようにしてもよい。つまり、
蒸気タービン（80）の吐出圧力が大気圧以上でる場合、
水蒸気を直接に大気に放出する。この場合、装置全体の
構成の簡略化を図ることができる。
【０１３７】また、上記圧縮機（50）から吐出される高
温水蒸気の顕熱を回収し、蒸気タービン（80）に供給さ
れる水蒸気の生成又は水蒸気の過熱に回収熱を利用する
ようにしてもよい。この場合、上記熱回収によってより
効率の向上を図ることができる。
【０１３８】また、上記実施形態１の加湿冷却器（41）
は、水を直接に噴霧するようにしたが、該加湿冷却器
（41）に透湿膜を設け、該透湿膜を介して水を透過蒸発
させるようにしてもよい。この場合、スケールの発生な
どを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の冷凍装置を示す概略構成
図である。
【図２】実施形態１の冷却動作を示す空気線図である。
【図３】実施形態１の冷却動作を示す状態説明図であ
る。
【図４】本発明の実施形態２の冷凍装置を示す概略構成
図である。
【図５】実施形態２の冷却動作を示す空気線図である。
【図６】本発明の実施形態３の冷凍装置を示す概略構成
図である。
【図７】本発明の実施形態４の冷熱生成手段を示す概略
構成図である。
【図８】本発明の実施形態５の冷熱生成手段を示す概略
構成図である。
【図９】本発明の実施形態６の冷熱生成手段を示す概略
構成図である。
【図１０】本発明の実施形態７の冷熱生成手段を示す概
略構成図である。
【符号の説明】 10 冷凍装置 20 水蒸気系統 30 利用系統 40 冷熱生成手段 41 加湿冷却器 42 除湿器 43 蒸発冷却器 4b 水蒸気透過膜 4f 透湿膜 50 圧縮機（昇圧手段） 52 電動機 60 放湿器（放湿手段） 61 水蒸気透過膜 70 放出系統 73 調湿手段 7b 熱交換器 80 蒸気タービン（原動機） 81 ボイラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 裕司 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 坂本 隆一 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 米本 和生 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Ｆターム(参考） 3L053 BC10 3L055 AA10 BB20 DA20

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水を蒸発させて冷熱を生成する一方、発
    生した水蒸気を昇圧手段（50）によって昇圧して放出す
    る冷凍装置であって、 上記昇圧手段（50）が、少なくとも熱エネルギから得た
    機械動力によって駆動されることを特徴とする冷凍装
    置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 水を冷媒とし、該水を蒸発させて冷熱を生成し、水蒸気
    が昇圧手段（50）に吸引される冷熱生成手段（40）と、 昇圧手段（50）で昇圧した水蒸気を放出する放湿手段
    （60）と、 熱エネルギから機械動力を発生させて昇圧手段（50）を
    駆動する原動機（80）とを備えていることを特徴とする
    冷凍装置。
  3. 【請求項３】 請求項２において、 電気エネルギから機械動力を発生させ、原動機（80）と
    共に昇圧手段（50）を駆動する電動機（52）を備えてい
    ることを特徴とする冷凍装置。
  4. 【請求項４】 請求項２において、 原動機（80）は、蒸気タービン（80）であることを特徴
    とする冷凍装置。
  5. 【請求項５】 請求項４において、 蒸気タービン（80）は、余剰の水蒸気を利用するもので
    あることを特徴とする冷凍装置。
  6. 【請求項６】 請求項４において、 廃熱を利用して蒸気タービン（80）に供給する水蒸気を
    生成するボイラ（81）を備えていることを特徴とする冷
    凍装置。
  7. 【請求項７】 請求項４において、 廃熱を利用して蒸気タービン（80）に供給する水蒸気を
    生成するボイラ（81）と、 該ボイラ（81）で生成された水蒸気を過熱する過熱手段
    とを備えていることを特徴とする冷凍装置。
  8. 【請求項８】 請求項６又は７において、 ボイラ（81）は、大気圧以下の圧力に設定されているこ
    とを特徴とする冷凍装置。
  9. 【請求項９】 請求項４において、 蒸気タービン（80）から排出される水蒸気は、昇圧手段
    （50）から排出される水蒸気と混合されて放湿手段（6
    0）から放出されることを特徴とする冷凍装置。
  10. 【請求項１０】 請求項４において、 昇圧手段（50）で発生した顕熱を回収し、蒸気タービン
    （80）に供給される水蒸気の生成又は水蒸気の過熱に回
    収熱を利用することを特徴とする冷凍装置。
  11. 【請求項１１】 請求項４において、 放湿手段（60）は、水蒸気を透過する水蒸気透過膜（6
    1）を備え、該水蒸気透過膜（61）で仕切られた２つの
    仕切空間の水蒸気圧差によって水蒸気を大気に放出する
    ことを特徴とする冷凍装置。
  12. 【請求項１２】 請求項２において、 冷熱生成手段（40）は、調和対象の空気に水を供給して
    該空気を冷却する加湿冷却器（41）と、該加湿冷却器
    （41）で冷却された空気を除湿する除湿器（42）とを備
    えていることを特徴とする冷凍装置。
  13. 【請求項１３】 請求項２において、 冷熱生成手段（40）は、調和対象の空気を除湿する除湿
    器（42）と、該除湿器（42）で除湿された空気に水を供
    給して該空気を冷却する加湿冷却器（41）とを備えてい
    ることを特徴とする冷凍装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１２又は１３において、 除湿器（42）は、水蒸気を透過する水蒸気透過膜（4b）
    を備え、該水蒸気透過膜（4b）で仕切られた２つの仕切
    空間の水蒸気圧差によって水蒸気を除去することを特徴
    とする冷凍装置。
  15. 【請求項１５】 請求項２において、 冷熱生成手段（40）は、調和対象の空気に水を直接に噴
    霧して該空気を冷却することを特徴とする冷凍装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１３又は１４において、 加湿冷却器（41）は、水蒸気を透過する透湿膜を備え、
    該透湿膜を介して水が蒸発透過して空気を加湿冷却する
    ことを特徴とする冷凍装置。
  17. 【請求項１７】 請求項２において、 冷熱生成手段（40）は、水の蒸発によって生成した冷熱
    を調和対象の空気に与えて該空気を冷却する蒸発冷却器
    （43）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
  18. 【請求項１８】 請求項２において、 冷熱生成手段（40）は、水の蒸発によって冷水を生成す
    る蒸発冷却器（43）を備えていることを特徴とする冷凍
    装置。
  19. 【請求項１９】 請求項２において、 冷熱生成手段（40）は、水の蒸発によって氷を生成する
    蒸発冷却器（43）を備えていることを特徴とする冷凍装
    置。
  20. 【請求項２０】 請求項１７から１９の何れか１項にお
    いて、 蒸発冷却器（43）は、低圧空間で水を直接に蒸発させる
    ことを特徴とする冷凍装置。
  21. 【請求項２１】 請求項１８又は１９において、 蒸発冷却器（43）は、水蒸気を透過する透湿膜（4f）を
    備え、該透湿膜（4f）を介して水が低圧空間に蒸発透過
    することを特徴とする冷凍装置。
  22. 【請求項２２】 請求項２において、 放湿手段（60）で放湿される外部空気の湿度を調節する
    調湿手段（73）を備えていることを特徴とする冷凍装
    置。
  23. 【請求項２３】 請求項２２において、 調湿手段（73）は、廃熱によって外部空気を昇温させる
    熱交換器（7b）を備えていることを特徴とする冷凍装
    置。
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