JP2005233511A

JP2005233511A - 空調機

Info

Publication number: JP2005233511A
Application number: JP2004043203A
Authority: JP
Inventors: Masao Hattori; 雅夫服部; Hiroki Yoshikawa; 博樹吉川; Hikoo Miyauchi; 彦夫宮内; Masahiro Miyauchi; 正裕宮内
Original assignee: DYNA AIR KK; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: DYNA AIR KK; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】ヒートポンプを構成する空調サイクルに、吸湿性液体を循環する管路を介在させ、かつ、ヒートポンプの圧縮機を駆動するガスエンジンの排熱も合わせて有効利用を図ることである。
【解決手段】ガスエンジン駆動のヒートポンプからなる室外機と、室内機とを有する空調機において、蒸発器に吸湿液循環管路を設け、この吸湿液循環管路の出口側を熱交換後の吸湿性液体を外気と接触し、熱交換する室内機としてのエアコンタクタの入口側に連結し、このエアコンタクタの出口側の循環管路を、熱交換器を介して凝縮器の入口側の供給管路に連結し、この供給管路の出口側を吸湿性液体を噴射して外気と熱交換し、外気から吸湿する室外機用再生コンタクタに連結し、この再生コンタクタの出口管路を、熱交換器を介して蒸発器の入口側に連結し、再生コンタクタに外部熱と熱交換する外部熱管路を設け、この外部熱管路にガスエンジンの排熱管路を連結したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプを構成する空調サイクルの凝縮器と蒸発器の少なくともいずれか一方に、吸湿性液体を循環する管路を介在させ、この吸湿性液体に、圧縮機用駆動源であるガスエンジンの排熱を熱交換してエネルギーの有効利用を図るようにした空調機に関するものである。

排熱源とその排熱利用技術の形態を、熱エネルギーの段階的利用の観点から述べると、以下のようになる。
（１）熱利用
これは、気体又は液体による排熱を、熱交換器を介して利用されやすい流体に熱交換して利用するもので、高温度域の排熱を利用する排熱ボイラーのような最も基本的な方法である。
（２）動力回収
排熱を熱の形で利用しないで、動力に変換して利用する方法で、例えば、ランキングサイクルと呼ばれる高低の温度差で作動する熱機関の熱源として排熱を利用し、直接動力を利用したり、発電機を駆動させて電気エネルギーを利用する形態である。
（３）ヒートポンプ
これは、排熱源より熱を汲み上げ、さらに高い温度又は中低温度の熱エネルギーに変換して利用する方法である。利用できない低温度レベルの排熱を、利用できる高い温度レベルの熱エネルギーに移動させる際、その移動熱量がヒートポンプへ投入する駆動動力の数倍となるきわめて有効な熱エネルギーに変換する方法である。
（４）直接利用
排熱を温水などの熱媒を通じて断熱したまま利用目的地まで移動させ、有効利用する最も基本的な方法である。コージェネレーション設備による地域冷暖房、原子力又は火力発電所からの温排水による魚介類の養殖、海水の淡水化など多数の実例がある。

これらの方法のうち、特に、ヒートポンプによる方法は、河川、海洋大規模熱源とヒートポンプを組み合わせた地域冷暖房システム、夜間電力と地区熱装置などを組み合わせた高効率熱利用システムの実現が期待されている（非特許文献１）。
蓄熱工学２［応用編］第４６〜４８頁、第５９頁関信弘編集１９９５年１２月２５日森北出版株式会社発行。

従来、蒸発器、圧縮機、凝縮器、減圧器を冷媒管路で連結したヒートポンプにおいて、熱から冷房冷熱を製造するには、少なくとも８５℃以上の熱媒を用意しなければならなかった。これは暖房用や給湯用よりも高い温度レベルを要求していた。日本を含め温帯、熱帯に属する多くの地域では温熱需要より冷熱需要の方が大きいが、８５℃以下の熱からは冷熱を製造することが困難だったため、それ以下の温度の排熱は無駄になることが多かった。また従来の冷房空調は、１０℃以下の冷却物体に空気を接触させる仕組みであることから、冷房装置に組み込まれたヒートポンプは、１０℃以下の低温から外気温よりも高い温度まで、大温度差間で熱の汲み上げを行う必要があり、ヒートポンプの効率、成績係数（ＣＯＰ）を低下させていた。
解決しようとする問題点は、ヒートポンプを構成する空調サイクルに、吸湿性液体を循環する管路を介在させた空調機において、ガスエンジンの排熱の有効利用を図り、高い効率、高い成績係数での運転が可能になるものを得る点にある。

本発明は、蒸発器１６、圧縮機１２、凝縮器１４、減圧器１５の経路を冷媒管路１７で連結したヒートポンプからなる室外機１０と、前記圧縮機１２を駆動するガスエンジン３１と、前記室外機１０の熱エネルギーを外気と熱交換して処理済みの冷却した空気として出力する室内機とを有し、除湿冷房・外気加湿モードで動作する空調機において、前記蒸発器１６に、吸湿性液体を循環する吸湿液循環管路４４を設け、この吸湿液循環管路４４の前記蒸発器１６における出口側を、前記蒸発器１６での熱交換後の吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換する室内機としてのエアコンタクタ１１の入口側に連結し、このエアコンタクタ１１の出口側に連結された吸湿性液体を循環する循環管路５２を、熱交換器２１を介して前記凝縮器１４の入口側の供給管路５４に連結し、この供給管路５４の前記凝縮器１４における出口側を、前記吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換するとともに、外気から吸湿する室外機用再生コンタクタ１９に連結し、この再生コンタクタ１９の出口管路５７を、前記熱交換器２１を介して前記蒸発器１６の入口側に連結し、前記再生コンタクタ１９に外部熱と熱交換する外部熱管路７０を設け、この外部熱管路７０に、前記ガスエンジン３１に結合された排熱管路７８を連結したことを特徴とする空調機である。

請求項１記載の発明によれば、除湿冷房・外気加湿モードにおいて、蒸発器１６に、吸湿性液体を循環する吸湿液循環管路４４を設け、この吸湿液循環管路４４の蒸発器１６における出口側を、蒸発器１６での熱交換後の吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換する室内機としてのエアコンタクタ１１の入口側に連結し、このエアコンタクタ１１の出口側に連結された吸湿性液体を循環する循環管路５２を、熱交換器２１を介して凝縮器１４の入口側の供給管路５４に連結し、この供給管路５４の凝縮器１４における出口側を、吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換するとともに、外気から吸湿する室外機用再生コンタクタ１９に連結し、この再生コンタクタ１９の出口管路５７を、熱交換器２１を介して蒸発器１６の入口側に連結し、再生コンタクタ１９に外部熱と熱交換する外部熱管路７０を設け、この外部熱管路７０に、前記ガスエンジン３１に結合された排熱管路７８を連結したので、室内機１１では、除湿をしつつ冷房することで、冷房効果がより効率的に行なわれる。また、除湿動作を行なった吸湿性液体は、室外機用再生コンタクタ１９で外気と接触して吸入した空気を加湿し、除湿されてもとへ戻されるが、室外機用再生コンタクタ１９でガスエンジン３１の排熱が吸湿性液体の吸湿作用を再生させる加熱・濃縮操作に有効利用できるため、ガスエンジン３１の総合効率を大幅に向上できる。ちなみに、実験結果によれば、エンジン効率２５％の場合、その排熱も同時に利用し、エンジンが消費した燃料の持つ熱量の７５％を除湿冷房に有効利用できた。
また、ガスエンジン３１の排気を、外気と熱交換するコンタクタに投入して吸湿性液体と直接接触させることにより、吸湿性液体の加熱・濃縮に有効利用できる。さらに、吸湿性液体は、食塩水、塩化リチウムなど潮解性を有する塩の溶液の他、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの吸湿性の高い多価アルコール、その他の吸湿性を有する安価な液体であって、廃液は希釈して下水に流しても公害にならないものを用いることができる。温度差を操作するヒートポンプ部分の汲み上げ温度差が低く、ＣＯＰが５以上と、効率に優れている。高濃度の塩の水溶液や多価アルコールに空気を接触させる湿式であるから、常に、除塵、除菌などの作用を有する。

請求項２記載の発明によれば、加湿暖房・補給水ありモードで動作させるために、凝縮器１４に、吸湿性液体を循環する吸湿液循環管路４４を設け、この吸湿液循環管路４４の蒸発器１６における出口側を、熱交換器２０を介して凝縮器１４での熱交換後の吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換する室内機としてのエアコンタクタ１１の入口側に連結し、このエアコンタクタ１１の出口側に連結された吸湿性液体を循環する循環管路５２を、凝縮器１４の入口側に連結し、熱交換器２０に外部熱と熱交換する外部熱管路７１を設け、この外部熱管路７１に、前記ガスエンジン３１に結合された排熱管路７８を連結し、吸湿液循環管路４４の途中に、補給水導入部６４を連結し、蒸発器１６に、吸湿性液体を循環する供給管路５４を設け、この供給管路５４の蒸発器１６における出口側を、吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換するとともに、外気から吸湿する室外機用再生コンタクタ１９に連結し、この再生コンタクタ１９の出口管路５７を、供給管路５４の前記蒸発器１６における入口側に連結したので、ガスエンジン３１の排熱を、凝縮器１４に連結した熱交換器２０内の外部熱管路７１に投入でき、すぐれた加湿暖房ができる。また、暖房モードにおける吸湿処理部と濃縮再生部とを別々に独立して構成でき、それぞれのユニットを別々にして自由な配置が可能になる。

請求項３記載の発明によれば、加湿暖房・外気吸湿モードで動作させるために、凝縮器１４に、吸湿性液体を循環する吸湿液循環管路４４を設け、この吸湿液循環管路４４の蒸発器１６における出口側を、熱交換器２０を介して凝縮器１４での熱交換後の吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換する室内機としてのエアコンタクタ１１の入口側に連結し、このエアコンタクタ１１の出口側に連結された吸湿性液体を循環する循環管路５２を、熱交換器２１を介して蒸発器１６の入口側の供給管路５４に連結し、この供給管路５４の蒸発器１６における出口側を、吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換するとともに、外気から吸湿する室外機用再生コンタクタ１９に連結し、この再生コンタクタ１９の出口管路５７を、熱交換器２１を介して凝縮器１４の入口側に連結し、熱交換器２０に外部熱と熱交換する外部熱管路７１を設け、この外部熱管路７１に、ガスエンジン３１に結合された排熱管路７８を連結したので、ガスエンジン３１の排熱を室外機用再生コンタクタ１９に投入することで、加湿暖房としてすぐれた性能が得られる。

請求項４記載の発明によれば、冷房時における蒸発器１６又は暖房時における凝縮器１４に設けられた吸湿液循環管路４４に、熱の余剰時に濃度の高い吸湿性液体を貯め込むための吸湿液リザーバタンク２２を連結したので、吸湿液リザーバタンク２２に、高密度冷熱蓄積ができる。例えば、夏季の明け方や夜間など、運転しても熱が余剰になる時間帯には、吸湿性溶液を加熱・濃縮して吸湿液リザーバタンク２２に貯めておき、冷熱負荷が高くなる日中に処理側へ投入することで、再生用エネルギー投入を増加させずに安定した除湿空調が可能である。

また、本発明は、蒸発器１６、圧縮機１２、凝縮器１４、減圧器１５の経路を冷媒管路１７で連結したヒートポンプからなる室外機１０と、前記圧縮機１２を駆動するガスエンジン３１と、前記室外機１０の熱エネルギーを外気と熱交換して処理済みの加温した空気として出力する室内機とを有し、加湿暖房・外気吸湿モードで動作する空調機において、前記凝縮器１４に、吸湿性液体を循環する吸湿液循環管路４４を設け、この吸湿液循環管路４４の前記蒸発器１６における出口側を、熱交換器２０を介して前記凝縮器１４での熱交換後の吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換する室内機としてのエアコンタクタ１１の入口側に連結し、このエアコンタクタ１１の出口側に連結された吸湿性液体を循環する循環管路５２を、熱交換器２１を介して前記蒸発器１６の入口側の供給管路５４に連結し、この供給管路５４の前記蒸発器１６における出口側を、前記吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換するとともに、外気から吸湿する室外機用再生コンタクタ１９に連結し、この再生コンタクタ１９の出口管路５７を、前記熱交換器２１を介して前記凝縮器１４の入口側に連結し、前記熱交換器２０に外部熱と熱交換する外部熱管路７１を設け、この外部熱管路７１に、前記ガスエンジン３１に結合された排熱管路７８を連結したことを特徴とする空調機である。

本発明の実施例を図１に基づき説明する。
図１において、点線を境にして、右側が室外機１０で、左側が室内機としてのエアコンタクタ１１である。
前記室外機１０は、ヒートポンプ機能の冷凍機１８に、吸湿性液体を循環する管路を組み込んだものである。
前記吸湿性液体には、食塩水、塩化リチウムなど潮解性を有する塩の溶液の他、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの吸湿性の高い多価アルコール、その他の吸湿性を有する安価な液体であって、廃液は希釈して下水に流しても公害にならないものが用いられる。
前記冷凍機１８は、圧縮機１２、熱交換器としての凝縮器１４、（膨張弁、キャピラリーチューブなどの）減圧器１５、熱交換器としての蒸発器１６が冷媒管路１７により順次閉回路として連結され、ヒートポンプを構成している。この閉回路において、４方弁１３が冷房運転（図１又は図２のように右側のバルブに切り替わっている）の場合には、図中右側の熱交換器が凝縮器１４として作用し、左側の熱交換器が蒸発器１６として作用し、また、４方弁１３が暖房運転（図３又は図４のように左側のバルブに切り替わっている）の場合には、図中左側の熱交換器が凝縮器１４として作用し、右側の熱交換器が蒸発器１６として作用する。
前記圧縮機１２には、駆動源としてガスエンジン３１が使用されている。

前記図１中、左側の熱交換器としての蒸発器１６（図２に示すように４方弁１３が右側の弁に切り換っている冷房運転時のときの蒸発器１６を指す。ただし、図３又は図４に示すように４方弁１３が左側の弁に切り換っている暖房運転時のときは、図１中、左側の凝縮器１４を指す。）には、吸湿液を循環する吸湿液循環管路４４を介して熱交換器２０が臨ませて設けられている。この熱交換器２０の内部には、前記吸湿液循環管路４４が設けられているとともに、外部熱導入部３３から前記ガスエンジン３１、その他太陽熱温排水などの外部排熱を導入する外部熱管路７１が設けられている。
また、前記図１中、右側の熱交換器としての凝縮器１４（図２に示すように４方弁１３が右側の弁に切り換っている冷房運転時のときの凝縮器１４を指す。ただし、図３又は図４に示すように４方弁１３が左側の弁に切り換っている暖房運転時のときは、図１中、右側の蒸発器１６を指す。）には、再生コンタクタ１９が連結されている。この再生コンタクタ１９は、コンタクタ筐体２３の内部に充填材２４を充填したものである。この充填材２４は、気液接触による吸湿を行なうためのもので、例えば、３００〜４０００ｍ^２／ｍ^３（充填容積）という大きな表面積を有するものからなる。前記コンタクタ筐体２３の上端部には、再生用空気６６を吸入し、かつ、排出するためのファン２６が取り付けられ、下端部には、受液タンク２５が設けられているとともに、再生用空気６６を導入する底部２８が設けられている。この再生コンタクタ１９の側部であって、前記ファン２６による排気６７側には、ドレン３０付きの熱交換器２９が設けられ、この熱交換器２９は、通風路２７を経て底部２８からコンタクタ筐体２３の内部に連通している。前記底部２８には、また、ダンパー７５の付いた排熱供給口７４が設けられ、前記ガスエンジン３１とは異なるガスタービン排気などの排温風その他の外部熱源７６を導入する。

前記蒸発器１６における吸湿液循環管路４４の入口側には、ポンプ４５が連結され、このポンプ４５には、補給水導入部６４、吸湿液リザーバタンク２２に吸湿液を出入りする吸湿液出入管４２のバルブ４３、バルブ６３、６５が連結されている。前記蒸発器１６における吸湿液循環管路４４の出口側は、前記熱交換器２０の内部を通り、ポンプ４６を経て各室内機としてのエアコンタクタ１１の噴射ノズル４７に連結されている。
前記エアコンタクタ１１からの入口側に連結された循環管路５２は、バルブ６５を介して前記ポンプ４５等に連結されるとともに、バルブ５３を介して熱交換器２１を通り、供給管路５４とバルブ５５に連結されている。この供給管路５４は、前記凝縮器１４の内部、切り替え弁７７を経て再生コンタクタ１９の噴射ノズル５６に連結されている。前記受液タンク２５には、出口管路５７が連結され、この出口管路５７は、ポンプ５８を介して戻し管路５９と、バルブ５５と循環管路６２に連結されている。前記戻し管路５９は、バルブ６０、切り替え弁７７を介して再生コンタクタ１９内の噴射ノズル６１に連結され、また、前記循環管路６２は、前記熱交換器２１を通り前記バルブ６３に連結されている。
前記ガスエンジン３１には、排熱利用のための排熱管路７８を結合し、この排熱管路７８をバルブ７２を介して外部熱導入部３３に結合するとともに、バルブ７３を介して外部熱導入部３２に結合する。

前記室内機としてのエアコンタクタ１１は、上下端が開口したコンタクタ筐体３４の内部に前記充填材２４と同様の充填材３５を充填したもので、上端開口部には、吸気と処理済空気６９を吐出するためのファン３７が取り付けられ、下端開口部には、受液タンク３６が設けられているとともに、吸入空気６８の吸気口が設けられている。この室内機としてのエアコンタクタ１１の側部には、ヒートパイプ熱交換器３８が設けられ、このヒートパイプ熱交換器３８の蒸発部３９が前記吸入空気６８の吸気口に臨ませられ、前記ヒートパイプ熱交換器３８の凝縮部４０が前記処理済空気６９の吐出口に臨ませられ、これら蒸発部３９と凝縮部４０の間をヒートパイプ４１で連結している。
この室内機としてのエアコンタクタ１１は、必要に応じて複数台１１ａ、１１ｂ、…が並列に取り付けられる。

以下、本発明の作用を図２、図３、図４に基づきモード別に説明する。
（１）除湿冷房・外気加湿モード（図２）
４方弁１３は、右側のバルブに切り替わっており、また、バルブ４３、バルブ５３、バルブ６０、バルブ６３、バルブ７３は、開放し、バルブ５５、バルブ６５、バルブ７２は、閉鎖している。
まず、一般的な上記圧縮式ヒートポンプの動作を説明すると、蒸発器１６では、冷媒が低圧の状態にあるから、冷媒管路１７内の冷媒（例えば、Ｒ−２２）は、その低圧低温の飽和温度（例えば＋１０℃）になるまで周りから吸熱して蒸発し、冷凍効果を得る。蒸発した冷媒は、圧縮機１２に送られて高圧（例えば２０気圧）下におかれることにより、高温（例えば、５０℃）の飽和温度になる。この冷媒は、凝縮器１４に送られて周囲が高温（例えば、４５℃）になるまで放熱凝縮して液化が進む。液化した高圧冷媒は、キャピラリーチューブ、膨張弁等の減圧器１５において圧力降下して低圧冷媒となり、蒸発器１６へ戻り、冷凍サイクル動作をする。

次に、吸湿液リザーバタンク２２からバルブ４３を介して供給された吸湿性液体は、ポンプ４５により蒸発器１６に送られ、入力時に３４．２℃であった吸湿性液体が吸熱され、出力時の点ａでは２７℃となり、７．１８Ｋだけ冷却される。この蒸発器１６では、熱の汲み上げ温度差が２０．９度という低い温度差で動作するので極めて効率がよい。ちなみに、一般的な空調機では、４０度以上の汲み上げ温度差を必要とする。以下、一つの実施例としてヒートポンプ圧縮機駆動動力３．７ｋｗ機を想定する。
蒸発器１６から熱交換器２０へ送られるが、この熱交換器２０では、ガスエンジン３１の排熱は、バルブ７２が閉鎖しているので、熱交換することなく、点ｂでも２７℃（流量４２．０Ｌ／ｍｉｎ）である。この２７℃の吸湿性液体は、ポンプ４６によって、各エアコンタクタ１１（１１ａ、１１ｂ、…）に送られる。これらのエアコンタクタ１１では、吸湿性液体が噴射ノズル４７でコンタクタ筐体３４内の充填材３５に噴射し、ファン３７の吸引により蒸発部３９を通って入ってきた吸入空気６８を冷却する。この冷却された処理済空気６９は、凝縮部４０を経て吐出して室内を冷房する。受液タンク３６内に貯まった吸湿性液体は、出口管路４８からその一部をポンプ５１により戻し管路４９へ循環し、噴射ノズル５０で噴霧して同様に吸入空気６８を冷却して処理済空気６９を吐出する。このようにして例えば、３４．３℃（吸気風量１５００ｍ^３／ｈ、絶対湿度１９．４０ｇ／ｋｇ）の吸入空気６８は、エアコンタクタ１１ａのように、ヒートパイプ熱交換器３８がない場合、３０．０℃（処理後風量１４３０ｍ^３／ｈ、絶対湿度６．４０ｇ／ｋｇ）の除湿処理済空気６９として吐出される。
エアコンタクタ１１ｂのように、ヒートパイプ熱交換器３８が取り付けられている場合、蒸発部３９からヒートパイプ４１を経て凝縮部４０に顕熱移動することにより、効率改善と過冷却改善を行なわれ、３２．２℃の処理済空気６９として吐出される。

各室内機としてのエアコンタクタ１１から室外機１０の循環管路５２に戻された吸湿性液体は、点ｃで３２．２℃（流量４２．４Ｌ／ｍｉｎ）となり、バルブ５３、熱交換器２１を通り、逆方向の吸湿性液体と熱交換して点ｄで３６．８℃となり、供給管路５４を介して凝縮器１４に送られる。この凝縮器１４では、冷媒の放熱により加熱され、点ｅで４３．９℃となり７．１２度だけ加熱され、切り替え弁７７を介して噴射ノズル５６（又は点ｅの温度がｇより低い時は切り替え弁７７で噴射ノズル６１に切り換えて）で再生コンタクタ１９内の充填材２４に噴射し、この噴射した吸湿性液体は、ファン２６の吸引により、吸気予熱用熱交換器２９、通風路２７、底部２８を経て入ってきた再生用空気６６（吸気温度３４．３℃、吸気風量２００４ｍ^３／ｈ、絶対湿度１９．４０ｇ／ｋｇ）によって冷却される。受液タンク２５内に溜まった吸湿性液体は、出口管路５７からその一部をポンプ５８により戻し管路５９へ循環し、噴射ノズル６１（又は点ｇの温度がｅより高い時は切り替え弁７７で噴射ノズル５６に切り換えて）で噴霧して同様に再生用空気６６によって冷却される。受液タンク２５から吐出した吸湿性液体の点ｆでの温度は、３８．８℃に下降する。また、ポンプ５８で吐出した点ｆでの量が５７．０Ｌ／ｍｉｎとすると、戻し管路５９には１５．０Ｌ／ｍｉｎを循環し、循環管路６２には４２．０Ｌ／ｍｉｎを送る。
ここで、ガスエンジン３１は、エンジン効率２５％程度と考えられるが、６０．０℃、７．４ｋｗの排熱を排熱管路７８、バルブ７３を介して外部熱導入部３２へ投入することにより、出温度は、４３．８℃となり、総合効率７５％が期待できる。
外部熱源７６としてガスエンジン３１と関係ないガスタービン排気など排気温度１５０℃の排熱が質量流量０．６ｋｇ／ｓｅｃで導入されるようにすることもできる。

このようにして例えば、名古屋市内、夏季日中標準外気条件として、３４．３℃（吸気風量２００４ｍ^３／ｈ、絶対湿度１９．４０ｇ／ｋｇ）の再生用空気６６は、３７．３℃（吸気風量２０７６ｍ^３／ｈ、絶対湿度３６．７６ｇ／ｋｇ）の高温多湿の排気６７として排気される。
このとき、熱交換器２９にて、導入された再生用空気６６と、再生コンタクタ１９内で処理された排気６７とで吸気予熱用熱交換して顕熱回収を行なう。
前記ポンプ５８による点ｆでの吸湿性液体の吐出量５７．０Ｌ／ｍｉｎのうち、循環管路６２には４２．０Ｌ／ｍｉｎを送り、点ｈで３８．８℃の吸湿性液体が熱交換器２１を通り、逆方向の吸湿性液体と熱交換して点ｉで３４．２℃となり、吸湿液循環管路４４に戻される。
なお、夏季の冷房を必要とする時季であって、明け方や夜間などの熱が余剰になる時間帯には、バルブ４３から吸湿液出入管４２を通して吸湿液リザーバタンク２２に吸湿性液体を貯め込み、飽和に近いところまでに濃度を上げておき、日中に処理側へ投入する。
以上の動作を繰り返して、除湿冷房・外気加湿が行なわれる。

（２）加湿暖房・補給水ありモード（図３）
４方弁１３は、左側のバルブに切り替わっており、また、バルブ４３、バルブ５５、バルブ６５、バルブ７２は、開放し、バルブ５３、バルブ６０、バルブ６３、バルブ７３は、閉鎖している。
したがって、このモードでは、蒸発器１６と再生コンタクタ１９側の吸湿性液体の循環路と、凝縮器１４とエアコンタクタ１１側の吸湿性液体の循環路とは、それぞれ分離独立している。
まず、一般的な上記圧縮式ヒートポンプの動作を説明すると、蒸発器１６では、冷媒が低圧の状態にあるから、冷媒管路１７内の冷媒（例えば、Ｒ−２２）は、その低圧低温の飽和温度（例えば−１５℃）になるまで周りから吸熱して蒸発し、冷凍効果を得る。蒸発した冷媒は、圧縮機１２に送られて高圧（例えば１６気圧）下におかれることにより、高温（例えば、３５℃）の飽和温度になる。この冷媒は、凝縮器１４に送られて周囲が高温（例えば、３０℃）になるまで放熱凝縮して液化が進む。液化した高圧冷媒は、減圧器１５において圧力降下して低圧冷媒となり、蒸発器１６へ戻る。

次に、凝縮器１４とエアコンタクタ１１側の吸湿性液体の循環路において、吸湿液循環管路４４の吸湿性液体は、ポンプ４５により凝縮器１４に送られる。この凝縮器１４では、入力時に１９．８℃（５９．４Ｌ／ｍｉｎ）であった吸湿性液体が加熱され、外部から約０．６Ｌ／ｍｉｎの補給水を得て、出力時の点ａでは２７℃（６０．０Ｌ／ｍｉｎ）に上昇する。吸湿性液体は希釈加熱され、その吸湿能力は低下し、加湿能力が増加する。この２５℃の低吸湿性液体は、ポンプ４６によって、熱交換器２０、点ｂを経て各エアコンタクタ１１（１１ａ、１１ｂ、…）に送られる。また、ガスエンジン３１の排熱は、バルブ７２を介して外部熱導入部３３から熱交換器２０に導入されて、熱交換する。
これらのエアコンタクタ１１では、噴射ノズル４７でコンタクタ筐体３４内の充填材３５に噴射し、ファン３７の吸引により蒸発部３９を通って入ってきた吸入空気６８を加熱して処理済空気６９を吐出して室内を暖房する。受液タンク３６内に貯まった吸湿性液体は、出口管路４８からその一部をポンプ５１により戻し管路４９へ循環し、噴射ノズル５０で噴霧して同様に吸入空気６８を冷却して加湿処理済空気６９を吐出する。このようにして例えば、１５℃（２５５１ｍ^３／ｈ）の吸入空気６８は、２５℃（３０００ｍ^３／ｈ）の処理済空気６９として吐出される。
このとき、ヒートパイプ熱交換器３８の蒸発部３９からヒートパイプ４１を経て凝縮部４０に顕熱移動することにより、効率改善を行なう。

各エアコンタクタ１１から室外機１０の循環管路５２に戻された吸湿性液体は、僅かに濃縮され、点ｃで１９．８℃（５９．４Ｌ／ｍｉｎ）となり、バルブ６５を経て吸湿液循環管路４４に戻され、以下、循環を繰り返す。再生コンタクタ１９側のエアコンタクタ１１側とは、それぞれ分離独立しており、再生コンタクタ１９側で吸湿されないので、補給水導入部６４からは、各室内機としてのエアコンタクタ１１の受液タンク３６における水位を見ながら、３６．５Ｌ／ｈ程度の水を補給する。

次に、蒸発器１６と再生コンタクタ１９側の吸湿性液体の循環路において、蒸発器１６への入力時に１３．０℃（５９．４Ｌ／ｍｉｎ）であった吸湿性液体は、蒸発器１６での冷媒の吸熱により冷却され、点ｅで７．３℃に降下し、切り替え弁７７を経て再生コンタクタ１９内で噴射ノズル５６から充填材２４に噴射する。ガスエンジン３１に連結された排熱管路７８にバルブ７３が設けられているが、このバルブ７３は閉じており、排熱が外部熱導入部３２に送られてくることはない。
再生コンタクタ１９の内部で熱交換、温度上昇して受液タンク２５内に溜まった吸湿性液体は、出口管路５７からポンプ５８により供給管路５４へ循環する。このとき、点ｆでの１３．０℃（５９．４Ｌ／ｍｉｎ）の吸湿性液体は、バルブ６０が閉鎖しているので戻し管路５９を循環することはなく、すべて再び供給管路５４を経て、蒸発器１６に熱を与え、噴射ノズル５６へ送られる。
このようにして、エンジン３１の排熱と再生用空気６６の熱、その合計が低吸湿性液体に熱交換されて蒸発器１６で有効に利用される。
以上の動作を繰り返して、加湿暖房が行なわれる。

（３）加湿暖房・外気吸湿・補給水なしモード（図４）
４方弁１３は、左側のバルブに切り替わっており、また、バルブ４３、バルブ５３、バルブ６０、バルブ６３、バルブ７２は、開放し、バルブ５５、バルブ６５、バルブ７３は、閉鎖している。
したがって、このモードでは、蒸発器１６と再生コンタクタ１９側の吸湿性液体の循環路と、凝縮器１４と室内機としてのエアコンタクタ１１側の吸湿性液体の循環路とは、互いに連通して一つの循環路を形成している。
まず、一般的な上記圧縮式ヒートポンプの動作を説明すると、蒸発器１６では、冷媒が低圧の状態にあるから、冷媒管路１７内の冷媒（例えば、Ｒ−２２）は、その低圧低温の飽和温度（例えば−１５℃）になるまで周りから吸熱して蒸発し、冷凍効果を得る。蒸発した冷媒は、圧縮機１２に送られて高圧（例えば１６気圧）下におかれることにより、高温（例えば、３５℃）の飽和温度になる。この冷媒は、凝縮器１４に送られて周囲が高温（例えば、３０℃）になるまで放熱凝縮して液化が進む。液化した高圧冷媒は、減圧器１５において圧力降下して低圧冷媒となり、蒸発器１６へ戻る。

次に、熱交換器２０に入力する直前の低吸湿性液体が２０℃あったものとすると、この吸湿性液体は、ポンプ４５により凝縮器１４に送られて加熱された後、出力時の点ａでは２５℃（６０．０Ｌ／ｍｉｎ）に上昇する。さらに熱交換器２０へ送られ、エンジン３１からバルブ７２を経て４方弁１３に送られてきた排熱により加熱され、出力時の点ｂでは２７℃（６０．０Ｌ／ｍｉｎ）に上昇する。この２７℃の低吸湿性液体は、ポンプ４６によって、各エアコンタクタ１１ａ、１１ｂ、…に送られる。これらのエアコンタクタ１１では、噴射ノズル４７でコンタクタ筐体３４内の充填材３５に噴射し、ファン３７の吸引により蒸発部３９を通って入ってきた吸入空気６８を加湿・加熱して処理済空気６９を吐出して室内を暖房する。受液タンク３６内に貯まった低吸湿性液体は、出口管路４８からその一部をポンプ５１により戻し管路４９へ循環し、噴射ノズル５０で噴霧して同様に吸入空気６８を加湿・加熱して処理済空気６９を吐出する。このようにして例えば、１５℃（１１５２ｍ^３／ｈ）の吸入空気６８は、２５℃（１２００ｍ^３／ｈ）の処理済空気６９として吐出される。
このとき、ヒートパイプ熱交換器３８の蒸発部３９からヒートパイプ４１を経て凝縮部４０に顕熱移動することにより、効率改善を行なう。

次に、各エアコンタクタ１１から室外機１０の循環管路５２に戻された吸湿性液体は、点ｃで２０℃（５９．４Ｌ／ｍｉｎ）となり、バルブ５３を経て熱交換器２１内で逆方向からの吸湿性液体と熱交換して、点ｄで８℃（５９．４Ｌ／ｍｉｎ）となり、供給管路５４を経て蒸発器１６の吸熱作用によりさらに点ｅで３℃（５９．４Ｌ／ｍｉｎ）に降下する。この吸湿性液体は、切り替え弁７７を介して再生コンタクタ１９におけるコンタクタ筐体２３内の噴射ノズル５６から充填材２４に噴射する。すると、ファン２６により吸入された１０℃（１９００ｍ^３／ｈ）の再生用空気６６と熱交換する。熱交換した再生用空気６６は、コンタクタ筐体２３内から交換機２９を経て−５℃（１８１２ｍ^３／ｈ）となって排気される。

受液タンク２５内に貯まった吸湿性液体は、出口管路５７からポンプ５８により一部（約１５Ｌ／ｍｉｎ）を戻し管路５９へ戻し、バルブ６０から噴射ノズル６１で噴射する。
吸湿性液体は、外気から吸湿しつつ、−３℃（６０．０Ｌ／ｍｉｎ）まで加熱され、出口管路５７に出力しポンプ５８で点ｆから点ｈを経て熱交換器２１へ送られ、ここで、逆方向の吸湿性液体と熱交換し、点ｉで２０℃（６０．０Ｌ／ｍｉｎ）まで加熱されてもとの吸湿液循環管路４４へ戻る。
このようにして例えば、ガスエンジン３１の排熱は、熱交換器２０にて吸湿性液体に熱交換されて有効に利用され、かつ、以上の動作を繰り返して、加湿暖房が行なわれる。
なお、吸湿性液体は、再生コンタクタ１９にて外気から吸湿するので、補給水導入部６４から水を補給することはしない。

本発明による空調機は、ガスエンジンで駆動される空調システムであれば、工場用、病院用、列車用、ビル用などの大型の空調システムとしてはもちろんのこと、民生用、家庭用、車両用など小型・軽量の空調システムにおいても利用することができる。

本発明による空調機の一実施例を示す配管図である。本発明による空調機を除湿冷房・外気加湿モードとしたときの配管図である。本発明による空調機を加湿冷房・補給水ありモードとしたときの配管図である。本発明による空調機を加湿冷房・外気吸湿・補給水なしモードとしたときの配管図である。

符号の説明

１０…室外機、１１…室内機としてのエアコンタクタ、１２…圧縮機、１３…４方弁、１４…凝縮器、１５…減圧器、１６…蒸発器、１７…冷媒管路、１８…冷凍機、１９…室外機用再生コンタクタ、２０…熱交換器、２１…熱交換器、２２…吸湿液リザーバタンク、２３…コンタクタ筐体、２４…充填材、２５…受液タンク、２６…ファン、２７…通風路、２８…底部、２９…熱交換器、３０…ドレン、３１…ガスエンジン、３２…外部熱導入部、３３…外部熱導入部、３４…コンタクタ筐体、３５…充填材、３６…受液タンク、３７…ファン、３８…熱交換器、３９…蒸発部、４０…凝縮部、４１…ヒートパイプ、４２…吸湿液出入管、４３…バルブ、４４…吸湿液循環管路、４５…ポンプ、４６…ポンプ、４７…噴射ノズル、４８…出口管路、４９…戻し管路、５０…噴射ノズル、５１…ポンプ、５２…循環管路、５３…バルブ、５４…供給管路、５５…バルブ、５６…噴射ノズル、５７…出口管路、５８…ポンプ、５９…戻し管路、６０…バルブ、６１…噴射ノズル、６２…循環管路、６３…バルブ、６４…補給水導入部、６５…バルブ、６６…再生用空気、６７…排気、６８…吸入空気、６９…処理済空気、７０…外部熱管路、７１…外部熱管路、７２…バルブ、７３…バルブ、７４…排熱供給口、７５…ダンパー、７６…外部熱源、７７…切り替え弁、７８…排熱管路。

Claims

蒸発器１６、圧縮機１２、凝縮器１４、減圧器１５の経路を冷媒管路１７で連結したヒートポンプからなる室外機１０と、前記圧縮機１２を駆動するガスエンジン３１と、前記室外機１０の熱エネルギーを外気と熱交換して処理済みの冷却した空気として出力する室内機とを有する空調機において、前記蒸発器１６に、吸湿性液体を循環する吸湿液循環管路４４を設け、この吸湿液循環管路４４の前記蒸発器１６における出口側を、前記蒸発器１６での熱交換後の吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換する室内機としてのエアコンタクタ１１の入口側に連結し、このエアコンタクタ１１の出口側に連結された吸湿性液体を循環する循環管路５２を、熱交換器２１を介して前記凝縮器１４の入口側の供給管路５４に連結し、この供給管路５４の前記凝縮器１４における出口側を、前記吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換するとともに、外気から吸湿する室外機用再生コンタクタ１９に連結し、この再生コンタクタ１９の出口管路５７を、前記熱交換器２１を介して前記蒸発器１６の入口側に連結し、前記再生コンタクタ１９に外部熱と熱交換する外部熱管路７０を設け、この外部熱管路７０に、前記ガスエンジン３１に結合された排熱管路７８を連結して、除湿冷房・外気加湿モードで動作するようにしたことを特徴とする空調機。
蒸発器１６、圧縮機１２、凝縮器１４、減圧器１５の経路を冷媒管路１７で連結したヒートポンプからなる室外機１０と、前記圧縮機１２を駆動するガスエンジン３１と、前記室外機１０の熱エネルギーを外気と熱交換して処理済みの加温した空気として出力する室内機とを有する空調機において、前記凝縮器１４に、吸湿性液体を循環する吸湿液循環管路４４を設け、この吸湿液循環管路４４の前記蒸発器１６における出口側を、熱交換器２０を介して前記凝縮器１４での熱交換後の吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換する室内機としてのエアコンタクタ１１の入口側に連結し、このエアコンタクタ１１の出口側に連結された吸湿性液体を循環する循環管路５２を、前記凝縮器１４の入口側に連結し、前記熱交換器２０に外部熱と熱交換する外部熱管路７１を設け、この外部熱管路７１に、前記ガスエンジン３１に結合された排熱管路７８を連結し、前記吸湿液循環管路４４の途中に、補給水導入部６４を連結し、前記蒸発器１６に、吸湿性液体を循環する供給管路５４を設け、この供給管路５４の前記蒸発器１６における出口側を、前記吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換するとともに、外気から吸湿する室外機用再生コンタクタ１９に連結し、この再生コンタクタ１９の出口管路５７を、前記供給管路５４の前記蒸発器１６における入口側に連結して、加湿暖房・補給水ありモードで動作するようにしたことを特徴とする空調機。
蒸発器１６、圧縮機１２、凝縮器１４、減圧器１５の経路を冷媒管路１７で連結したヒートポンプからなる室外機１０と、前記圧縮機１２を駆動するガスエンジン３１と、前記室外機１０の熱エネルギーを外気と熱交換して処理済みの加温した空気として出力する室内機とを有する空調機において、前記凝縮器１４に、吸湿性液体を循環する吸湿液循環管路４４を設け、この吸湿液循環管路４４の前記蒸発器１６における出口側を、熱交換器２０を介して前記凝縮器１４での熱交換後の吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換する室内機としてのエアコンタクタ１１の入口側に連結し、このエアコンタクタ１１の出口側に連結された吸湿性液体を循環する循環管路５２を、熱交換器２１を介して前記蒸発器１６の入口側の供給管路５４に連結し、この供給管路５４の前記蒸発器１６における出口側を、前記吸湿性液体を噴射して外気と接触し、熱交換するとともに、外気から吸湿する室外機用再生コンタクタ１９に連結し、この再生コンタクタ１９の出口管路５７を、前記熱交換器２１を介して前記凝縮器１４の入口側に連結し、前記熱交換器２０に外部熱と熱交換する外部熱管路７１を設け、この外部熱管路７１に、前記ガスエンジン３１に結合された排熱管路７８を連結して、加湿暖房・外気吸湿モードで動作するようにしたことを特徴とする空調機。
冷房時における蒸発器１６又は暖房時における凝縮器１４に設けられた吸湿液循環管路４４に、熱の余剰時に濃度の高い吸湿性液体を貯め込むための吸湿液リザーバタンク２２を連結したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の空調機。