JP2013242049A - 複合型冷熱発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギ利用および排熱利用の平準化を可能とする複合型冷熱発生装置を提供すること。
【解決手段】複合型冷熱発生装置を吸着式ヒートポンプ２と駆動源３０と加熱要素４とで構成し、このうち加熱要素４を、（ｉ）駆動源３０の排熱により作動媒体を直接的に加熱可能であるか、または、作動媒体とは別の排熱回収媒体を介して駆動源３０の排熱により作動媒体を加熱可能な加熱部２０、３１と、（ｉｉ）駆動源３０とは異なる補助熱源３５０、３６を持ち、補助熱源３５０、３６によって作動媒体および／または排熱回収媒体を加熱可能な追い炊き部３５０と、（ｉｉｉ）加熱部２０、３１および／または追い炊き部３５０において加熱された作動媒体および／または排熱回収媒体を一時的に収容する貯槽４０と、を備えるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気エネルギおよび／または空調エネルギと、排熱と、を発生させる各種装置（例えば燃料電池システム、エンジン駆動式発電システム、エンジン駆動式ヒートポンプシステム等）と吸着式ヒートポンプとを複合化した複合型冷熱発生装置に関する。

吸着式ヒートポンプは、作動媒体（例えば水）を脱着可能な吸着剤（例えばシリカゲル）を収容する吸着部と、吸着部から脱離した気体状の作動媒体を凝縮し液化させる吸着用凝縮器と、吸着用凝縮器で液化した作動媒体を気化させる冷却部と、を持つ。吸着式ヒートポンプは、空気調和装置や冷凍機等の冷却装置と複合化して用いるのが一般的である。吸着式ヒートポンプの吸着用凝縮器においては、作動媒体が気化するときに気化潜熱が生じる。この気化潜熱によって、例えば冷却装置の熱交換媒体を直接的または間接的に冷却することができる。このことにより、空気調和装置の冷房運転時や冷凍機等の冷却効率を向上させ得る。より具体的には、例えば冷却装置が空気調和装置である場合には、室内機の冷房運転時において室内機から吐出されコンプレッサで圧縮された熱交換媒体（冷媒）を上述した気化潜熱によって予備的に冷却することができる。ここで冷却した分だけ、冷房運転時における空気調和装置のＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，成績係数；消費電力１ｋＷあたりの冷暖房効率）が向上する。

ところで、吸着式ヒートポンプにおいては、吸着剤に吸着した作動媒体を気化させるとき、および、吸着用凝縮器で凝縮し液状になった作動媒体を冷却部において気化させるときに、熱エネルギが必要になる。ここで必要な熱エネルギとして、種々の排熱を用いる方法が提案されている。例えば、発電機（駆動源）を持つコージェネレーションシステムと吸着式ヒートポンプとを複合化することで、発電機で生じる排熱を吸着式ヒートポンプで利用できる。また、吸着式ヒートポンプの気化潜熱によってコージェネレーションシステムに含まれる冷却機の冷房効率を向上させ得る。例えば特許文献１に紹介されている技術においては、エンジン駆動式ヒートポンプシステムの過冷却源として上述した吸着式ヒートポンプの気化潜熱を利用している。そして、エンジン駆動式ヒートポンプシステムに含まれるエンジンの排熱（より具体的には、エンジン冷却水の熱）を上述した熱エネルギとして利用している。

しかしコージェネレーションシステム等の駆動源を持つ装置には、一般に、吸着式ヒートポンプ以外にも排熱を必要とする要素が含まれる。例えば温水器等である。そして、このような要素（排熱利用要素と呼ぶ）において排熱が必要とされる時間帯と、吸着式ヒートポンプにおいて排熱が必要とされる時間帯とが重なる場合がある。例えば一般家庭であれば、昼間には、冷房のため駆動源が駆動して、駆動源で生じた排熱による温水が供給される一方、温水の用途は少ない。これに対して、夜間には冷房の需要が少なくなり排熱による温水を安定して供給し難くなる一方で、入浴や調理等のための温水の需要が高まる。このため、吸着式ヒートポンプに充分な量の排熱を供給し難い場合があった。または、吸着式ヒートポンプに充分な量の排熱を供給することで、他の排熱利用要素において熱エネルギが不足する可能性があった。夜間に発電機を駆動する場合にも、排熱利用要素において温水の需要が高ければ、同様に吸着式ヒートポンプと他の排熱利用要素との両方に充分に排熱を供給し難い場合があった。つまり、駆動源と吸着式ヒートポンプとを持つ従来の複合型冷熱発生装置において、駆動源の排熱を吸着式ヒートポンプに供給する場合、時間帯や季節に応じて排熱の生産および需要の多寡が生じ、季節や時間帯を通じての排熱利用を平準化し難い問題があった。ひいては、駆動源が必要するエネルギ（すなわち燃料等）を季節や時間帯を通じて平準化し難く、エネルギ利用効率を向上させ難い問題があった。

特開２０１０−１０７１５６号公報

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、エネルギ利用および排熱利用の平準化を可能とする複合型冷熱発生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の複合型冷熱発生装置は、作動媒体を吸着剤に吸着させる吸着モードと、前記吸着剤に吸着された前記作動媒体を前記吸着剤から脱離させる脱離モードとを交互に実行可能な吸着部と、前記吸着モードおよび前記脱離モードの実行に伴い前記作動媒体の気化潜熱により冷却作用を発生させる冷却部と、前記脱離モードの実行に伴い前記吸着剤から脱離した気体状の前記作動媒体を凝縮させる吸着式ヒートポンプ用凝縮器と、前記吸着モードの実行に伴い発熱した前記吸着剤と熱交換する吸着式ヒートポンプ用熱交換器と、を有する吸着式ヒートポンプと、
電気エネルギおよび／または空調エネルギと、排熱と、を発生させる駆動源と、
前記脱離モードにおける前記吸着式ヒートポンプの前記吸着部に存在する前記作動媒体を前記駆動源の排熱により直接的または間接的に加熱可能な加熱要素と、を備え、
前記加熱要素は、
前記駆動源の排熱により前記作動媒体を直接的に加熱可能であるか、または、前記作動媒体とは別の排熱回収媒体を介して前記駆動源の排熱により前記作動媒体を加熱可能な加熱部と、
前記駆動源とは異なる補助熱源を持ち、前記補助熱源によって前記作動媒体および／または前記排熱回収媒体を加熱可能な追い炊き部と、
前記加熱部および／または前記追い炊き部において加熱された前記作動媒体および／または前記排熱回収媒体を一時的に収容する貯槽と、を備えるものである。

本発明の複合型冷熱発生装置は、下記の（１）〜（３）の何れかを備えるのが好ましく、（１）〜（３）の複数を備えるのがより好ましい。
（１）前記追い炊き部の前記補助熱源は、ヒータ、バーナ、ソーラー給湯機、ヒートポンプから選ばれる少なくとも一種である。
（２）前記駆動源は、エンジンおよび／または燃料電池である。
（３）冷媒を圧縮可能なコンプレッサと、前記コンプレッサで圧縮された冷媒を熱交換させることで凝縮させる熱交換器と、凝縮した前記冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張した前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、を持つ冷却機を持ち、前記駆動源により前記コンプレッサを駆動する。

本発明の複合型冷熱発生装置は、駆動源で生じた排熱を吸着式ヒートポンプで用いる。温水器等の排熱利用要素で駆動源の排熱を必要としない場合（例えば夏場の昼間等）に、駆動源の排熱により冷熱を発生させることができ、駆動源の排熱を有効利用できる。また、駆動源に要するエネルギを有効利用できる。

また、加熱要素が追い炊き部を持つため、例えば夏期の夜間等、排熱利用要素における排熱の需要が高まり、吸着式ヒートポンプに供給できる排熱が比較的少ない場合にも、吸着式ヒートポンプの作動媒体を加熱（追い炊き）することで、充分な量の気化潜熱を得ることができる。

さらに、加熱要素が貯槽を持つことで、例えば昼間余剰となった排熱を貯蔵して夜利用することができる。貯槽は吸着式ヒートポンプに用いる排熱（つまり、加熱された排熱回収媒体および／または加熱された作動媒体）のみを収容するだけでも良いし、排熱利用要素で用いる排熱（例えば温水）をも収容しても良い。なお、加熱された排熱回収媒体および／または加熱された作動媒体のみを収容するだけであれば、貯槽としてさほど大型のものを必要としないため、装置を特に大きくする必要はない。

実施形態１に係り、吸着式ヒートポンプが第１モードであるときの複合型冷熱発生装置を模式的に表す説明図である。 実施形態１に係り、吸着式ヒートポンプが第２モードであるときの複合型冷熱発生装置を模式的に表す説明図である。 実施形態２に係り、吸着式ヒートポンプが第１モードであるときの複合型冷熱発生装置を模式的に表す説明図である。 実施形態３に係り、吸着式ヒートポンプが第１モードであるときの複合型冷熱発生装置を模式的に表す説明図である。

本発明の複合型冷熱発生装置は吸着式ヒートポンプと駆動源とを持つものとして具現化できる。駆動源としては、ガスエンジンコージェネレーションシステム、燃料電池システム、ガスヒートポンプ等を例示できる。この場合、コージェネレーションシステムやヒートポンプシステム自体が本発明の複合型冷熱発生装置となる。これらのシステムにおける駆動源（例えば、エンジンや燃料電池等）が、本発明の複合型冷熱発生装置における駆動源となる。なお、エンジンは燃料を燃焼させて動力を得る装置であれば良く、例えば内燃機関であっても良いし外燃機関であっても良い。この場合の排熱としては、主として燃焼時における熱を利用できる。駆動源が燃料電池である場合には、排熱として、主として燃料電池の酸化剤（酸素等）と燃料（水素等）との反応により生じる熱を利用できる。参考までに、ガスエンジンコージェネレーションシステムや燃料電池システムは電気エネルギと排熱とを発生させる。ガスヒートポンプは空調エネルギを発生させる。発電機付きガスヒートポンプは空調エネルギと電気エネルギとを発生させる。なお、一般的な発電機付きガスヒートポンプにおいて、発生した電気エネルギは、ガスヒートポンプの補機を駆動するために使用されている。その他、複合型冷熱発生装置が給湯器等の補助的な加熱装置を持つ場合、駆動源の排熱とともに加熱装置の排熱を利用しても良い。例えば給湯器において湯沸かし時および／または湯沸かし後に生じる排熱を利用しても良い。なお、ここでいう補助的な加熱装置は、追い炊き部を構成する補助熱源と同じであっても良いし、異なっていても良い。

以下、具体例を挙げて本発明の複合型冷熱発生装置を説明する。

（実施形態１）
実施形態１の複合型冷熱発生装置は、家庭用のコージェネレーションシステムと吸着式ヒートポンプとを複合化したものである。以下、図１、２を基に本実施形態の複合型冷熱発生装置の態様を具体的に説明する。

（複合型冷熱発生装置）
実施形態１の複合型冷熱発生装置は、空気調和装置（以下、空調装置１と呼ぶ）と、吸着式ヒートポンプ２と、駆動源３０と、加熱要素４と、排熱利用要素５とを持つ。実施形態１の複合型冷熱発生装置において吸着式ヒートポンプ２と複合化したコージェネレーションシステムは、ガスエンジン駆動式発電システムであり、このガスエンジン駆動式発電システムの駆動源はガスエンジンである。したがって実施形態１の複合型冷熱発生装置における駆動源３０もまたガスエンジンである。

加熱要素４は、加熱部（２０、３１）と追い炊き部（３５）と貯槽４０とを持つ。加熱部は後述する吸着式ヒートポンプ２の加熱通路２０と、コージェネレーションシステムの給湯器３１とを含む。したがって、加熱通路２０には給湯器３１の温水が流通する。コージェネレーションシステムの給湯器３１は、加熱部の一部と排熱利用要素５とを兼ねている。換言すると、給湯器３１の温水は、駆動源３０の排熱によって加熱される熱交換媒体であり、かつ、吸着式ヒートポンプ２の作動媒体と熱交換することで作動媒体を加熱する排熱回収媒体である。追い炊き部はソーラー温水器３５を含む。ソーラー温水器３５は、具体的には、太陽熱を得る集熱器３５０と、集熱器３５０を通る補助加熱通路３５１と、補助加熱通路３５１に流通するソーラー温水器用クーラントとを持つ。集熱器３５０は本発明の複合型冷熱発生装置における補助熱源に相当する。補助加熱通路３５１は加熱通路２０に対して熱交換可能に配置されている。ソーラー温水器用クーラントは、エチレングリコール、プロピレングリコール、防錆剤、消泡剤等の添加剤を含む。このため実施形態１においては、給湯器３１に流通する温水（水）とソーラー温水器用クーラントとを別々の流通経路（加熱通路２０、補助加熱通路３５１）に流通させ、互いに混ざり合わないようにしている。ソーラー温水器用クーラントの沸点は水の沸点よりも高い。このため、ソーラー温水器３５において日中の太陽光により加熱されたソーラー温水器用クーラントは、比較的高温になる。したがって、加熱通路２０を流通する温水は三方弁３２、分岐路２０ａを経て補助加熱通路３５１を流通するソーラー温水器用クーラントと熱交換し、さらに温度上昇する。温度上昇した温水は加熱通路２０に合流する。なお、実施形態１の複合型冷熱発生装置においては、ソーラー温水器３５はコージェネレーションシステムに含まれ、給湯器３１に接続されている。そして、加熱通路２０のなかで補助加熱通路３５１に向かう分岐路２０ａは三方弁３２によって開閉可能であり、例えば夜間等、ソーラー温水器３５で高温の温水を供給し難い場合には、分岐路２０ａを介さず（つまりソーラー温水器３５と熱交換せず）後述する貯槽４０に直接流入する。また、加熱通路２０のなかで分岐路２０ａの下流側には三方弁３３が設けられている。加熱通路２０のなかで分岐路２０ａの下流側部分は、三方弁３３を介して、加熱通路２０と給湯供給路２０ｂとに分岐している。三方弁３３により加熱通路２０と給湯供給路２０ｂとを接続すると、排熱利用要素５により温水を利用可能になる。例えば空調装置１の冷房運転を停止している場合等には、加熱通路２０と給湯供給路２０ｂとを接続し、加熱通路２０内の温水の循環を遮断（貯槽４０への温水の流入を遮断）するように三方弁３３を切り替えて、加熱通路２０の温水を排熱利用要素５で使用する。実施形態１における排熱利用要素５は給湯器３１であり、給湯供給路２０ｂを流通する温水を風呂等に供給する。夏期の昼間等、空調装置１を冷房運転し、かつ、排熱利用要素５で温水を使用しない場合には、三方弁３３によって、加熱通路２０から給湯供給路２０ｂに向けた温水の供給を停止する。また、夏期の夜間等、空調装置１による冷房運転出力が弱く、かつ、排熱利用要素５による排熱の使用量が比較的大きい場合には、三方弁３３によって、加熱通路２０から後述する貯槽４０を経て吸着式ヒートポンプ２に至る温水の量を少なくし、かつ、加熱通路２０から排熱利用要素５を経て給湯する温水の量を多くする。なお、吸着式ヒートポンプ２および排熱利用要素５に温水を供給するタイミングはこれに限らず、季節または一日を通した熱需要の変化に伴って適宜設定すれば良い。実施形態1のように夏場の日中に排熱利用要素５に要求される熱量が余り、冷房の需要が高まった場合に温水を吸着式ヒートポンプ２に供給できるように制御すれば、複合型冷熱発生装置全体のエネルギ利用効率の最適化に寄与することが可能であり、季節または一日を通したエネルギ利用の平準化を図ることが可能である。

加熱通路２０における吸着式ヒートポンプ２の吸着部２１、２２よりも上流側の位置（詳しくは、後述する第１ポート２０１よりも上流側の位置、ケース２００の外側の位置）には、タンク状の貯槽４０が取り付けられている。貯槽４０は、加熱通路２０を流通し吸着部２１、２２において作動媒体と熱交換する前の温水を収容可能である。貯槽４０の上部には入水口４０ａが形成され、貯槽４０の下部には出水口４０ｂが形成されている。出水口４０ｂは三方弁３４を介して加熱通路２０および再加熱通路２４０に接続されている。加熱通路２０を経た温水は入水口４０ａを経て貯槽４０の内部に流入する。貯槽４０内で温度低下した温水は、出水口４０ｂ、三方弁３４を経て再加熱通路２４０に流入する。つまり、貯槽４０には常に一定量の温水が収容されている。再加熱通路２４０は加熱通路２０における駆動源３０の上流側２０ｘに合流する。したがって、出水口４０ｂを経て貯槽４０の外部に流出した温水は、駆動源３０によって搬送され再度加熱される。

空調装置１は、駆動源３０で得られた電力で駆動されるとともに、後述する吸着式ヒートポンプ２の冷却部２３（過冷却器）に接続されている。なお、空調装置１は吸着式ヒートポンプ２と組み合わせて用いられるため、冷房運転可能であれば良いが、暖房運転可能な空調装置１であれば駆動源３０で生じた排熱（エンジン排熱）を暖房運転時に利用することもできる。

〔吸着式ヒートポンプの構成〕
以下、実施形態１の複合型冷熱発生装置における吸着式ヒートポンプ２の構成を説明する。

吸着式ヒートポンプ２は、空調装置１の室外機１に取り付けられている。吸着式ヒートポンプ２は、ケース２００と、ケース２００内に設けられた第１吸着部２１および第２吸着部２２と、気化潜熱を発生させる冷却部２３と、第１四方弁２１４と、第２四方弁２１５と、ケース２００に設けられた第１ポート２０１〜第８ポート２０８を持つ。第１吸着部２１および第２吸着部２２は、水等の作動媒体を吸着可能なシリカゲル、活性炭、活性アルミナ等の多孔質の吸着剤を持つ。第１四方弁２１４および第２四方弁２１５は、それぞれ、第１吸着部２１側の第１通路２１６と、第２吸着部２２側の第２通路２１７とを切り替える。具体的には、第１四方弁２１４および第２四方弁２１５を切り替えることで、後述する第１モードおよび第２モードに対応する。第１モードにおいては、第１吸着部２１側の第１通路２１６を後述する加熱通路２０に接続して、温水を第１通路２１６に流通させる。またこのとき、第２吸着部２２側の第２通路２１７を後述する冷却通路２８に接続して、後述する吸着用熱交換器２９を通過したクーラント（吸着用クーラント、実施形態１においては冷水）を第２通路２１７に流通させる。第２モードにおいては、第１吸着部２１側の第１通路２１６を冷却通路２８に接続して、第１通路２１６に吸着用クーラントを流通させる。またこのとき、第２吸着部２２側の第２通路２１７を加熱通路２０に接続して、第２通路２１７に温水を流通させる。なお、温水および冷水は、流通経路が異なり温度が異なるだけで、同じ水である。

温水の温度は、高い方が好ましいが、第１吸着部２１および第２吸着部２２内の作動媒体を加熱して蒸発させ得る程度であれば良い。冷水の温度は、低い方が好ましいが、温水の温度よりも低ければ良い。また、実施形態１においては、上述したようにコージェネレーションシステムの給湯器３１で得られた温水を吸着式ヒートポンプ２で用いているため、加熱通路２０および冷却通路６に水（温水、冷水）を流通されているが、加熱通路２０および冷却通路６に流通する媒体はこれに限定されない。例えば上述したソーラー温水器３５と同様に、何らかの溶質を含むクーラントを流通させても良い。

ケース２００の外方には、吸着剤から脱離させたガス状の作動媒体を凝縮させる吸着用凝縮器２４が配置されている。冷却部２３は、吸着用凝縮器２４で凝縮された液体状の作動媒体を連通路２２１を介して受けるとともに、液体状の作動媒体を気化させて気化潜熱により冷却作用を発生させる。吸着式ヒートポンプ２には作動媒体を循環させる作動媒体通路２２１が設けられている。図１、２に示すように、吸着式ヒートポンプ２内の作動流体通路２２０は、冷却部２３、第１弁２３１、第１吸着部２１、第２弁２３２、第８ポート２０８、吸着用凝縮器２４、第７ポート２０７、第３弁２３３、第２吸着部２２、第４弁２３４、冷却部２３を順に連通させる。さらに、作動媒体通路２２０は吸着用凝集器２４において分岐し、第１吸着部２１、第２吸着部２２を介さずに吸着用凝縮器２４と冷却部２３とを連通する連通路２２１を構成している。なお、図１に示すように、吸着用凝縮器２４、貯槽４０、冷却部２３は、この順で鉛直方向（重力方向）の上側から下側に向けて配置されている。

冷却通路２８には冷水が流通する。冷却通路２８は、冷水によって、吸着式ヒートポンプ２の第１吸着部２１および第２吸着部２２を交互に冷却する。冷却通路２８は、吸着式ヒートポンプ２の第２ポート２０２、通風可能な吸着用熱交換器２９、ポンプ２９０（吸着式ヒートポンプ用クーラント搬送手段）、第３ポート２０３を介して、吸着式ヒートポンプ２内の第１通路２１６または第２通路２１７に連絡している。

吸着式ヒートポンプ２の運転に用いられる吸着用凝縮器２４および吸着用熱交換機２９は、送風ファン１０ａ、１０ｂにより生じた冷却風で冷却される。

図１に示すように、空調装置１の冷媒流路のなかで室外機と室内機とを連絡する経路１００は、吸着式ヒートポンプ２の冷却部２３を通る。具体的には、空調装置１の冷媒は、室外機から第５ポート２０５を経て冷却部２３に至る。そして冷却部２３において冷却され、ポート２０６を経て室内機に向かう。このため空調装置１の冷媒は吸着式ヒートポンプ２によって予備的に冷却される。なお、吸着式ヒートポンプ２により冷却された冷媒は、空調装置１の室内機側に流入すれば良く、例えば過冷却器１１の上流側に流入しても良いし、過冷却器１１の下流側かつ膨張弁１２の上流側に流入しても良いが、少なくとも膨張弁１２の上流側に流入するのが良い。また、吸着式ヒートポンプ２の冷却性能と空調装置１の冷却性能とを考慮すると、過冷却器１１の上流側に流入するのが好ましい。空調装置１の室内機側において吸着式ヒートポンプ２により予備冷却され、過冷却器１１によってさらに冷却（飽和温度以下に冷却）された冷媒は、膨張弁１２で膨張し、蒸発器１３によって蒸発する。この過程において、冷媒は室内の冷房作用を発生させる。

〔吸着式ヒートポンプの動作〕
吸着式ヒートポンプ２の動作について説明する。まず、第１吸着部２１の脱離モードおよび第２吸着部２２の吸着モードを実行する第１モードについて説明する。

（第１モード）
図１に示すように、第１モードでは、第１弁２３１および第３弁２３３が閉鎖され、第２弁２３２および第４弁２３４が開放されている。この状態で、制御部９は第１四方弁２１４および第２四方弁２１５を制御する。具体的には、第１四方弁２１４によって吸着式ヒートポンプ２内の第１通路２１６を加熱通路２０における貯槽４０の下流側に接続し、第２通路２１７を冷却通路２８に接続する。貯槽４０には温水が収容されている。この温水は、温水器の温水であり駆動源３０で加熱されている。場合によっては、温水は、さらに、ソーラー温水器３５に流通するソーラー温水器用クーラントと熱交換することでより一層高温になっている。この高温のクーラントは、加熱通路２０、第１ポート２０１、第２四方弁２１５を介して第１通路２１６に供給され、第１通路２１６を介して、第１吸着部２１に収容されている吸着剤を加熱する。そして、更に第１四方弁２１４、第４ポート２０４を介して加熱通路２０に合流し、さらにポンプ３００を介して駆動源３０を通り、駆動源３０の排熱により加熱されて給湯器３１に帰還する。このように高温のクーラントで第１吸着部２１が加熱されて脱離モードを行う。更に、ポンプ２９０が作動するため、吸着用熱交換器２９で冷却された低温のクーラント（冷水）は、吸着用熱交換器２９から吐出され、冷却通路２８、ポンプ２９０、第２ポート２０２、第２四方弁２１５を介して第２通路２１７に供給され、第２通路２１７を介して第２吸着部２２に収容されている吸着剤を冷却する。このとき第２吸着部２２の熱によりクーラントは加熱され、更に、第２通路２１７、第１四方弁２１４、第３ポート２０３、冷却通路２８を介して吸着用熱交換器２９に帰還し、ファン１０ｂで生じた冷却風により冷却される。このようにクーラントで第２吸着部２２が冷却されて吸着モードを行うため、第２吸着部２２の過熱が抑えられ、第２吸着部２２における気体状の作動媒体の吸着が継続して進行する。

第１モードでは、前述したように第１吸着部２１が加熱されるため、第１吸着部２１の吸着剤に吸着されていた作動媒体（一般的には水）が第１吸着部２１から脱離して気体状となり、作動媒体通路２２０を流通しつつ第２弁２３２および第８ポート２０８を通過してケース２００の外側に移動し、さらに、吸着用凝縮器２４に移動する。そして、吸着用凝縮器２４において、ファン１０ａで生じた冷却風により冷却されて凝縮する。これにより、作動媒体は吸着用凝縮器２４において液化する。このとき吸着用凝縮器２４は凝縮熱を放出する。この場合、第１弁２３１および第３弁２３３は閉鎖されているため、第１吸着部２１から脱離した気体状の作動媒体（一般的には水蒸気）は、冷却部２３および第２吸着部２２に移動しない。吸着用凝縮器２４において凝縮した液体状の作動媒体（一般的には水）は、重力により、連通路２２１を介して冷却部２３に移動する。

また第１モードでは、冷却通路２８から第２通路２１７を流れるクーラントにより第２吸着部２２が冷却されるため、第２吸着部２２の圧力が低下する。ここで、第１弁２３１および第３弁２３３は閉鎖され、第４弁２３４は開放されるため、第２吸着部２２の圧力低下に伴い、冷却部２３の圧力が低下する。よって、冷却部２３に収容されている液体状の作動媒体の気化が進行する。冷却部２３における気体状の作動媒体（一般的には水）は、開放されている第４弁２３４を介して第２吸着部２２に移動し、第２吸着部２２に吸着される。このとき第１弁２３１および第３弁２３３は閉鎖されているため、冷却部２３における気体状の作動媒体は、第１吸着部２１および吸着用凝縮器２４には移動しない。ところで、第２吸着部において吸着剤が作動媒体を吸着する吸着作用は、発熱を誘発する。この結果、気体状の作動媒体を吸着した第２吸着部２２は加熱される。この場合、第２通路２１７を流れるクーラントにより第２吸着部２２は冷却される。よって第２吸着部２２の過剰昇温が防止され、第２吸着部２２の吸着性能が維持される。

（第２モード）
次に、第２吸着部２２の脱離モードおよび第１吸着部２１の吸着モードを実行する第２モードについて説明する。図２に示すように、第２モードでは、第１モードとは逆に、第２弁２３２および第４弁２３４が閉鎖され、第１弁２３１および第３弁２３３が開放される。この状態で、制御部９は、加熱通路２０が第２通路２１７に接続され、冷却通路２８が第１通路２１６に接続されるように、第１四方弁２１４および第２四方弁２１５を制御する。この結果、駆動源３０で加熱された高温のクーラントは、ポンプ３００の作動により、駆動源３０から加熱通路２０、第１ポート２０１、第２四方弁２１５を介して第２通路２１７に流入し、第２通路２１７を介して第２吸着部２２を加熱する。その後、クーラントは第２通路２１７、第１四方弁２１４、第４ポート２０４を介して加熱通路２０に帰還する。そしてクーラントはポンプ３００に輸液されて駆動源３０の内部に帰還する。更に、ポンプ３００が作動するため、吸着用熱交換器２９で冷却された低温のクーラントは、吸着用熱交換器２９から吐出され、冷却通路２８、第２ポート２０２、第２四方弁２１５を介して第１通路２１６に供給される。そしてクーラントは、第１通路２１６を介して第１吸着部２１を冷却し、第１四方弁２１４、第３ポート２０３、冷却通路２８を通り吸着用熱交換器２９に帰還し、吸着用熱交換器２９で冷却される。

このとき気体状の作動媒体は吸着用熱交換器２９により冷却されて凝縮する。このため吸着用熱交換器２９は凝縮熱を放出する。このように第２モードでは、駆動源３０により加熱された高温のクーラントにより第２吸着部２２が加熱されるため、第２吸着部２２に吸着されていた作動媒体が第２吸着部２２の吸着剤から脱離して気体状となる。気体状の作動媒体は、開放状態の第３弁２３３を通って作動媒体通路２２０に流出し、第７ポート２０７を介して吸着用凝縮器２４に移動し、吸着用凝縮器２４で冷却されて凝縮する。このため作動媒体は吸着用凝縮器２４において液体状になり、吸着用凝縮器２４は凝縮熱を放出する。このとき第４弁２３４および第２弁２３２は閉鎖されているため、第２吸着部２２で発生した気体状の作動媒体は、冷却部２３には移動しない。

第２モードでは、ポンプ２９０が作動し、クーラント（吸着用クーラント）により第１吸着部２１が冷却されるため、第１吸着部２１の圧力が低下する。このとき第２弁２３２は閉鎖され、第１弁２３１は開放されているため、冷却部２３の圧力が低下し、冷却部２３において作動媒体の気化が進行する。このため冷却部２３は気化潜熱により冷却される。冷却部２３の気体状の作動媒体は、第１弁２３１を介して第１吸着部２１に移動し、第１吸着部２１に吸着される。このとき第１吸着部２１は吸着熱により発熱する。しかし第１通路２１６にはクーラントが流通しているため、第１吸着部２１はクーラントにより冷却され、第１吸着部２１の過剰昇温は抑制される。

このように、吸着式ヒートポンプ２における第１吸着部２１および第２吸着部２２は、作動媒体を吸着剤に吸着して発熱する吸着モードと、吸着剤に吸着された作動媒体を吸着剤から脱離する脱離モードとを所定時間毎に交互に実行させる。所定時間は吸着剤、作動媒体の種類や量等に応じて適宜設定される。上記したように、冷房運転時には吸着式ヒートポンプ２が運転され、第１モードおよび第２モードによって冷却部２３は冷却される。このため、室外熱交換器７で凝縮され冷却部２３に流入した空調装置１用の冷媒は、冷却部２３により予備冷却される。このため、実施形態の空調装置１によると、冷房運転時の冷房効率を向上させることができる。なお、冷房運転時すなわち吸着式ヒートポンプ２の作動時には、吸着用凝縮器２４および吸着用熱交換器２９は加熱される。なお、実施形態１においては冷却部２３により冷凍サイクル（圧縮、凝縮、膨張、蒸発サイクル）回路に流通する冷媒を冷却したが、本発明の複合型冷熱発生装置においては、これに限らず種々の冷媒回路に流通する冷媒を冷却できる。例えば、冷媒の状態変化を伴わない単純な冷却水循環式冷媒回路における冷媒（冷却水）を冷却しても良い。

実施形態１においては、駆動源３０（ガスエンジン）の排熱を回収して得られた温水器３１の温水によって吸着式ヒートポンプ２の吸着部２１、２２を加熱している。このため、吸着式ヒートポンプ２によって得られた冷熱で空調装置１の冷媒を予備冷却できるため、空調装置１の冷房効率を向上させ得る。

また、吸着式ヒートポンプ２に用いる温水を貯槽４０に貯蔵しているため、駆動源３０の排熱を排熱利用要素５（例えば給湯器３１）に主として供給する場合にも、吸着式ヒートポンプ２（つまり空調装置１）においても排熱利用できる。なお、排熱利用要素５で要求される排熱の量によっては、温水を排熱利用要素５と吸着式ヒートポンプ２との両方に供給しても良い。

さらに、補助熱源（ソーラー温水器３５）により作動媒体を追い炊きしているため、作動媒体をさらに高温にでき、空調装置１による冷房効率をさらに向上させ得る。つまり、吸着式ヒートポンプ２の特性上、脱離モードにおいて吸着部２１、２２中の吸着剤と熱交換するクーラントと、吸着モードにおいて吸着部２１、２２中の吸着剤と熱交換するクーラントとの温度差が小さいと、冷却効率が低下する。しかし実施形態１においては、補助熱源（例えばソーラー温水器３５）を利用して、脱離モードにおいて吸着部２１、２２中の吸着剤と熱交換するクーラントを追い炊きしている。このことにより、上述したクーラントの温度差を増大させることができ、吸着式ヒートポンプの冷却効率を向上させ得る。ひいては、空調装置１による冷房効率の向上に寄与できる。なお、実施形態１においてはソーラー温水器３５を流通するソーラー温水器用クーラントと、排熱回収媒体（水）とは異なる種類のクーラントであったが、同種のクーラントであっても良い。この場合には、排熱回収媒体自体をソーラー温水器３５の集熱器３５０に流通させても良い。また、実施形態１においては排熱回収媒体（水）を加熱通路２０に流通させることで吸着部２１、２２の作動媒体を加熱したが、例えば駆動源３０の冷却水や排ガス等により作動媒体を加熱しても良い。この場合、駆動源３０から流出した冷却水等を加熱通路２０に流通させれば、作動媒体は排熱により直接的に加熱される。冷却水等は貯槽４０に流通させ、貯槽４０にて一時収容できる。貯槽４０から流出した冷却水等は、給湯器３１に流通させて排熱回収すれば良い。さらに、ガスバーナ等の補助熱源によって冷却水等を補助的に加熱することも可能である。排熱回収媒体により作動媒体を加熱する場合、排熱回収媒体は気体であっても良いし、固体であっても良いが、熱伝導性能を考慮すると、排熱回収媒体は流体であるのが好ましい。さらに、貯槽４０の小型化および貯槽４０において排熱回収媒体を保温収容することを考慮すると、排熱回収媒体は少なくとも貯槽４０においては液状であるのが好ましい。

（実施形態２）
図３は実施形態２の複合型冷熱発生装置を模式的に表す図である。より具体的には、図３に示す吸着式ヒートポンプ２は第１モードであり、駆動源３０に由来する排熱（温熱）を利用して第１吸着部１を加熱し、作動媒体を脱離させている。また、吸着用熱交換器に由来する冷熱を利用して第２吸着部２２を冷却している。図３に示すように、実施形態２においては、補助熱源としてソーラー温水器にかえてガスバーナ３６を用いている。このガスバーナ３６はコージェネレーションシステムの一部を構成し、給湯器３１の温水を追い炊きするためのものである。給湯器３１は実施形態１と同様に、駆動源３０の排熱を回収することで水から温水を得るものである。ガスバーナ３６は駆動源３０と同じガスを燃料として、給湯器の温水を直接的に加熱する。

貯槽４０は、温水器３１の下流側、かつ第１ポート２０１の上流側に配置されている。実施形態２の複合型冷熱発生装置において、貯槽４０の槽壁は断熱層（真空層等）を持つ。このため、貯槽４０内に収容された温水の温度変化は抑制される。つまり、貯槽４０に収容された温水の水温は下がり難い。貯槽４０の出水口４０ｂは実施形態１と同様に加熱通路２０における駆動源３０の上流側に連通している。したがって、実施形態２においても貯槽４０には常に一定量の温水が収容され、出水口４０ｂを経て貯槽４０の外部に流出した温水は、駆動源３０によって再度加熱される。

実施形態２の複合型冷熱発生装置におけるその他の要素は実施形態１の複合型冷熱発生装置と略同じである。したがって、実施形態２の複合型冷熱発生装置においても、実施形態１の複合型冷熱発生装置と同様に、駆動源３０の排熱を用いて吸着式ヒートポンプ２で冷熱を生じ、この冷熱によって空調装置１の冷媒を予備冷却することで、空調装置１の冷房効率を向上させ得る。また、吸着式ヒートポンプ２に用いる温水を貯槽に貯蔵しているため、排熱利用要素５に要求される排熱が比較的多い場合にも、空調装置１による冷房運転を効率良く行うことができる。さらに、排熱を利用しない補助熱源（つまりガスバーナ３６）によって追い炊きを行うため、排熱利用要素５の運転状況に関係なく、空調装置１にて効率良く冷房運転できる利点もある。なお、貯槽４０に収容されている温水が充分に高熱である場合には、三方弁３２を切換えて、温水をガスバーナ３６側に流通させない。このため、冷房運転に要するエネルギを低減できる。実施形態２においては、排熱回収媒体を直接加熱する補助熱源としてガスバーナ３６を用いたが、例えば電気ヒータ等の他の補助熱源を用いても良い。

（実施形態３）
図４は実施形態３の複合型冷熱発生装置を模式的に表す図である。より具体的には、図４に示す吸着式ヒートポンプ２は第１モードである。

実施形態３の複合型冷熱発生装置は、加熱通路２０を給湯器３１と別系統にし、加熱通路２０の内部に流通させる排熱回収媒体として、実施形態１におけるソーラー温水器用クーラントと同じクーラントを流通させたこと、貯槽４０を補助熱源（ガスバーナ３６）の上流側に配置したこと、加熱通路２０から駆動源３０に至る経路（加熱分岐路２５）を分岐させるとともに加熱通路２０と加熱分岐路２５とを三方弁３５によって開閉可能に接続したこと、および、貯槽４０から駆動源３０に至る再加熱通路２４０を設けなかったこと以外は実施形態２の複合型冷熱発生装置と同じものである。

実施形態３の複合型冷熱発生装置では、吸着式ヒートポンプ２の運転と加熱通路２０におけるクーラントの流通とを同期させている。つまり、吸着式ヒートポンプ２が停止している間は、クーラントの流動もまた停止する。排熱利用要素５における排熱使用量が非常に大きい場合には、三方弁３５によって加熱経路２０から加熱分岐路２５に至る通路を遮断して、クーラントを駆動源３０に流通させない。したがってこの場合には、吸着式ヒートポンプ２においては駆動源３０の排熱を利用せず、排熱利用要素５のみで排熱を利用できる。この場合、吸着式ヒートポンプ２は貯槽４０に収容されているクーラントによって加熱される。吸着式ヒートポンプ２を経たクーラント（つまり、作動媒体と熱交換し降温したクーラント）は、図４に示す第１モードにおいては、第１吸着部２１、第１四方弁２１４、第４ポート２０４を経て加熱流路２０に流入し、貯槽４０に戻される。このため貯槽４０内部におけるクーラントの温度は低下する。しかし、貯槽４０の下流側にガスバーナ３６を設けているため、貯槽４０から流出したクーラントをガスバーナ３６で加熱することができ、吸着式ヒートポンプ２に高温のクーラントを供給できる。よって、排熱が利用できない（或いは利用可能な排熱量が少量である）場合にも、空調装置１の冷房運転を効率良く行うことができる。

（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。例えば吸着部は３個以上の複数個設けても良いし、追い炊き部の補助熱源３５０や排熱利用要素５と、排熱回収媒体等として上記の実施形態で挙げたもの以外のものを利用することもできる。本発明の複合型冷熱発生装置は、各種の建屋に据え置き設置することもできるし、各種車両や船舶等に設置することもできる。

１は空調装置、２は吸着式ヒートポンプ、２０は加熱通路、２１は第１吸着部、２２は第２吸着部、２３は冷却部、２８は冷却通路、２９は吸着用熱交換器、２１４は第１四方弁、２１５は第２四方弁、２１６は第１通路、２１７は第２通路、２２１は連通路、３０は駆動源、３１は給湯器、３５はソーラー温水器、３５０は集熱器、３６はガスバーナを示す。

Claims (4)

1. 作動媒体を吸着剤に吸着させる吸着モードと、前記吸着剤に吸着された前記作動媒体を前記吸着剤から脱離させる脱離モードとを交互に実行可能な吸着部と、前記吸着モードおよび前記脱離モードの実行に伴い前記作動媒体の気化潜熱により冷却作用を発生させる冷却部と、前記脱離モードの実行に伴い前記吸着剤から脱離した気体状の前記作動媒体を凝縮させる吸着式ヒートポンプ用凝縮器と、前記吸着モードの実行に伴い発熱した前記吸着剤と熱交換する吸着式ヒートポンプ用熱交換器と、を有する吸着式ヒートポンプと、
   電気エネルギおよび／または空調エネルギと、排熱と、を発生させる駆動源と、
   前記脱離モードにおける前記吸着式ヒートポンプの前記吸着部に存在する前記作動媒体を前記駆動源の排熱により直接的または間接的に加熱可能な加熱要素と、を備え、
   前記加熱要素は、
   前記駆動源の排熱により前記作動媒体を直接的に加熱可能であるか、または、前記作動媒体とは別の排熱回収媒体を介して前記駆動源の排熱により前記作動媒体を加熱可能な加熱部と、
   前記駆動源とは異なる補助熱源を持ち、前記補助熱源によって前記作動媒体および／または前記排熱回収媒体を加熱可能な追い炊き部と、
   前記加熱部および／または前記追い炊き部において加熱された前記作動媒体および／または前記排熱回収媒体を一時的に収容する貯槽と、を備える複合型冷熱発生装置。
2. 前記追い炊き部の前記補助熱源は、ヒータ、バーナ、ソーラー給湯機、ヒートポンプから選ばれる少なくとも一種である請求項１に記載の複合型冷熱発生装置。
3. 前記駆動源は、エンジンおよび／または燃料電池である請求項１または請求項２に記載の複合型冷熱発生装置。
4. 冷媒を圧縮可能なコンプレッサと、前記コンプレッサで圧縮された冷媒を熱交換させることで凝縮させる熱交換器と、凝縮した前記冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張した前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、を持つ冷却機を持ち、
   前記駆動源により前記コンプレッサを駆動する請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の複合型冷熱発生装置。

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