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蒸気インジェクタおよびヒートポンプ装置

国内特許コード P150011478
整理番号 S2013-0941-N0
掲載日 2015年3月3日
出願番号 特願2013-098752
公開番号 特開2014-218937
出願日 平成25年5月8日(2013.5.8)
公開日 平成26年11月20日(2014.11.20)
発明者
  • 阿部 豊
  • 武内 孝一郎
  • 鈴木 裕
出願人
  • 国立大学法人 筑波大学
  • 株式会社WELCON
発明の名称 蒸気インジェクタおよびヒートポンプ装置
発明の概要 【課題】吐出圧がより高い蒸気インジェクタおよびこれを用いたヒートポンプ装置を提供すること。
【解決手段】冷媒の液流と前記冷媒の蒸気流とを導入する導入部と、前記液流の進行方向に向かって内部断面積が縮小する形状を有し、内部において噴流状の前記液流と前記蒸気流とを混合して冷媒流を形成する混合部と、前記混合部の出力側に形成されたスロート部と、前記スロート部から前記冷媒流の進行方向に向かって内部断面積が拡大する形状を有し、圧力が高められた前記冷媒流を吐出部から吐出するディフューザ部と、を備え、前記スロート部の内部断面積は、前記スロート部の内部断面積を減少させたときに前記ディフューザ部の吐出部から吐出される前記冷媒流の吐出圧が非線形的に増加する臨界断面積より小さい断面積であることを特徴とする蒸気インジェクタ。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



エジェクタを用いた冷凍サイクルが開示されている(例えば特許文献1、非特許文献1参照)。この冷凍サイクルでは、膨張弁を用いた冷凍サイクルにおいては膨張弁で渦として損失していたエネルギーを、エジェクタによりコンプレッサの仕事として回収することにより、COPを向上させた高効率冷凍サイクルが実現されているとされている。





一方、小型の蒸気インジェクタとして、スロート部の内径が6.0mmのものが開示されている(例えば非特許文献2参照)。この蒸気インジェクタによれば、入力された蒸気の圧力と比較してより高い吐出圧が得られている。

産業上の利用分野



本発明は、蒸気インジェクタおよびこれを用いたヒートポンプ装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
冷媒の液流と前記冷媒の蒸気流とを導入する導入部と、
前記液流の進行方向に向かって内部断面積が縮小する形状を有し、内部において噴流状の前記液流と前記蒸気流とを混合して冷媒流を形成する混合部と、
前記混合部の出力側に形成されたスロート部と、
前記スロート部から前記冷媒流の進行方向に向かって内部断面積が拡大する形状を有し、圧力が高められた前記冷媒流を吐出部から吐出するディフューザ部と、
を備え、
前記スロート部の内部断面積は、前記スロート部の内部断面積を減少させたときに前記ディフューザ部の吐出部から吐出される前記冷媒流の吐出圧が非線形的に増加する臨界断面積より小さい断面積であることを特徴とする蒸気インジェクタ。

【請求項2】
前記スロート部の内部断面積は、前記スロート部の内部断面積の変化に対する前記冷媒流の吐出圧の変化を表す曲線の1階微分係数が0より小さい、または2階微分係数が0より大きい内部断面積であることを特徴とする請求項1に記載の蒸気インジェクタ。

【請求項3】
前記スロート部の内部断面積をA、前記導入部における前記液流の質量流量、流速をそれぞれmw0、uw0、前記導入部における前記蒸気流の質量流量、流速をそれぞれms0、us0、前記スロート部における前記冷媒流の質量流量、流速をそれぞれm、u、前記混合部、前記スロート部、前記ディフューザ部における圧力損失係数をそれぞれζ、ζ、ζ、前記液流の密度をρ、前記冷媒流の前記吐出部における吐出圧をPとすると、以下の式(1)が成り立つことを特徴とする請求項1または2に記載の蒸気インジェクタ。
【数1】



【請求項4】
前記スロート部の内部断面は円形であり、該内部断面の直径は2mm以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一つに記載の蒸気インジェクタ。

【請求項5】
前記内部断面の直径は1mm以下であることを特徴とする請求項4に記載の蒸気インジェクタ。

【請求項6】
前記混合部において、前記液流が導入される領域の断面積をAW0、前記蒸気流が導入される領域の断面積をAs0とすると、As0/Aw0は、7以上30以下であることを特徴とする請求項1~5のいずれか一つに記載の蒸気インジェクタ。

【請求項7】
前記As0/Aw0は、10以上20以下であることを特徴とする請求項6に記載の蒸気インジェクタ。

【請求項8】
前記混合部の内部から外気に連通するように形成されたドレイン管をさらに備えることを特徴とする請求項1~7のいずれか一つに記載の蒸気インジェクタ。

【請求項9】
前記ドレイン管には逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の蒸気インジェクタ。

【請求項10】
前記冷媒は水または代替フロンであることを特徴とする請求項1~9のいずれか一つに記載の蒸気インジェクタ。

【請求項11】
冷媒を圧縮する圧縮器と、
前記冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記冷媒の蒸気流と、前記冷媒の液流とが導入され、圧力が高められた冷媒流を前記ディフューザ部の吐出部から吐出する請求項1~10のいずれか一つに記載の蒸気インジェクタと、
を備えることを特徴とするヒートポンプ装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013098752thum.jpg
出願権利状態 公開
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