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STEAM INJECTOR AND HEAT PUMP DEVICE

Patent code P150011479
File No. S2013-0939-N0
Posted date Mar 3, 2015
Application number P2013-098872
Publication number P2014-218939A
Patent number P6195235
Date of filing May 8, 2013
Date of publication of application Nov 20, 2014
Date of registration Aug 25, 2017
Inventor
  • (In Japanese)阿部 豊
  • (In Japanese)武内 孝一郎
  • (In Japanese)鈴木 裕
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人 筑波大学
  • (In Japanese)株式会社WELCON
Title STEAM INJECTOR AND HEAT PUMP DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steam injector capable of ensuring a large discharge quantity despite small size and a heat pump device using the same.
SOLUTION: A steam injector comprises a plurality of unit steam injectors each including an introduction part introducing a liquid flow of refrigerant and a steam flow of the refrigerant; a mixture part having a shape in which an internal cross-sectional area is reduced toward a forward direction of the liquid flow, mixing up the liquid flow in a jet state and the steam flow inside, and forming a refrigerant flow; a throat part formed on an output side of the mixture part; and a diffuser part having a shape in which an internal cross-sectional area increases from the throat part toward a forward direction of the refrigerant flow, and also comprises a liquid flow path and a steam flow path supplying the liquid flow and the steam flow of the refrigerant to the introduction part of each of the unit steam injectors.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)



従来、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。

Field of industrial application (In Japanese)



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。

Scope of claims (In Japanese)
【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、
を備えた複数の単位蒸気インジェクタと、
前記各単位蒸気インジェクタの各導入部に前記冷媒の液流および蒸気流のそれぞれを供給するための液流路および蒸気流路と、
を備える蒸気インジェクタであって、
当該蒸気インジェクタは、一組の構成部材が接合して形成されており、
前記一組の構成部材のそれぞれには、前記導入部、前記混合部、前記スロート部、および前記ディフューザ部を複数に分割した形状の溝または穴が形成されており、前記導入部、前記混合部、前記スロート部、および前記ディフューザ部は、前記一組の構成部材を接合したときに前記溝または前記穴によって形成される
ことを特徴とする蒸気インジェクタ。

【請求項2】
 
前記一組の構成部材は、板状であって、積層した状態で互いに接合されており、
前記複数の単位蒸気インジェクタのうち少なくとも2以上が、前記板状構成部材の主表面に沿って配列してい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】
 
前記板状構成部材の主表面に沿って配列した前記単位蒸気インジェクタの各前記導入部を連通する流路が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の蒸気インジェクタ。

【請求項4】
 
前記一組の構成部材は、板状であって、積層した状態で互いに接合されており、
前記複数の単位蒸気インジェクタのうち少なくとも2以上が、前記板状構成部材の積層方向に沿って配列していることを特徴とする請求項13のいずれか一つに記載の蒸気インジェクタ。

【請求項5】
 
前記板状構成部材の積層方向に沿って配列した前記単位蒸気インジェクタの各前記導入部を連通する流路が形成されてい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】
 
前記一組の構成部材は、積層した状態で互いに接合されており、
前記複数の単位蒸気インジェクタは、前記構成部材の積層方向に沿って延在してい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7】
 
前記一組の構成部材は拡散接合により接合していることを特徴とする請求項1~6のいずれか一つに記載の蒸気インジェクタ。

【請求項8】
 
前記単位蒸気インジェクタは、前記スロート部の内部断面積が、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8に記載の蒸気インジェクタ。

【請求項10】
 
前記スロート部の内部断面積をA1、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m1、u1、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ζN、ζT、ζD、前記液流の密度をρw、前記冷媒流の前記吐出部における吐出圧をPD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8または9に記載の蒸気インジェクタ。
【数1】
 



【請求項11】
 
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810のいずれか一つに記載の蒸気インジェクタ。

【請求項12】
 
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11に記載の蒸気インジェクタ。

【請求項13】
 
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AW、前記蒸気流が導入される領域の断面積をAS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812のいずれか一つに記載の蒸気インジェクタ。

【請求項14】
 
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13に記載の蒸気インジェクタ。

【請求項15】
 
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1~14のいずれか一つに記載の蒸気インジェクタ。

【請求項16】
 
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15に記載の蒸気インジェクタ。

【請求項17】
 
前記導入部は、液流導入部と、蒸気流導入部と、前記液流導入部と前記蒸気流導入部との間に介在する断熱層とを有することを特徴とする請求項1~16のいずれか一つに記載の蒸気インジェクタ。

【請求項18】
 
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1~17のいずれか一つに記載の蒸気インジェクタ。

【請求項19】
 
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、
を備えた複数の単位蒸気インジェクタと、
前記各単位蒸気インジェクタの各導入部に前記冷媒の液流および蒸気流のそれぞれを供給するための液流路および蒸気流路と、
を備え、
前記単位蒸気インジェクタは、前記スロート部の内部断面積が、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20】
 
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1~19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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013098872thum.jpg
State of application right Registered
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