JP2003214698A - Gas-liquid contacting device and heat pump having device - Google Patents

Gas-liquid contacting device and heat pump having device

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JP2003214698A
JP2003214698A JP2002017125A JP2002017125A JP2003214698A JP 2003214698 A JP2003214698 A JP 2003214698A JP 2002017125 A JP2002017125 A JP 2002017125A JP 2002017125 A JP2002017125 A JP 2002017125A JP 2003214698 A JP2003214698 A JP 2003214698A
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JP
Japan
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gas
liquid
refrigerant
receiving space
heat
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JP2002017125A
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Japanese (ja)
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Tetsuya Ishii
徹哉 石井
Susumu Yashiro
進 屋代
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Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Publication date
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  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent intake of gas in an outflow passage for liquid in a device contacting the gas and liquid and causing physical or chemical change. <P>SOLUTION: Water (the liquid) is sent into a heating system 20 from a lower side part of an evaporator 13 of the heat pump 10, and it is heated and sent to an upper side part. By this, the water in the evaporator 13 flows down. A partition plate 16 is provided in the lower side part of the evaporator 13. Air entrained water is injected into a space 13b lower than the partition plate 16 from a refrigerant passage 11a. The air rises against a stream as bubbles in water in the space 13a above the plate 16 through a multiplicity of small holes 16a of the partition plate 16. A funnel shaped intake member 17 (a liquid outflow part) is provided in an upstream end of a heating passage 21 of the heating system 20. By this, an intake of the bubbles is prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、気体と液体を接
触させて両者間に物理的又は化学的変化を起こさせる装
置、及び該装置を蒸発器又は凝縮器として有するヒート
ポンプに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for bringing a gas and a liquid into contact with each other to cause a physical or chemical change therebetween, and a heat pump having the apparatus as an evaporator or a condenser.

【0002】[0002]

【発明の技術的背景】一般にヒートポンプは、冷媒を膨
張弁、蒸発器、圧縮機、凝縮器の順に循環させる冷媒循
環路を有している。冷媒は、膨張弁で膨張され、蒸発器
で蒸発され、圧縮機で圧縮され、凝縮器で凝縮される。
また、出願人は、先の出願(特願2001−72419
号等)において、冷媒に空気等の非凝縮性気体を混入す
ることを提案した。更に、この気体混入方式において例
えば蒸発器の下側部から液相冷媒を取り出して熱源で加
温したうえで蒸発器の上側部に戻すことを提案した。こ
れによって、蒸発器では、液相冷媒が上から下に流れる
一方、これと対向するように上記非凝縮性気体の気泡が
液相冷媒内を上昇する。この気泡中に冷媒分子が蒸発
(熱量が液体から気体に移動)し、出力の向上等を図る
ことができる。しかし、蒸発器の下側部から上記熱源へ
延びる配管(液体流出路)に、液相冷媒だけでなく気泡
も一緒に取込まれるおそれがある。そうすると、上記配
管に設けた送液ポンプが破損したり、送液性能が損なわ
れたり、上記熱源との熱交換効率が低下したりするとい
う不具合を招くことになる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Generally, a heat pump has a refrigerant circulation path for circulating a refrigerant in the order of an expansion valve, an evaporator, a compressor, and a condenser. The refrigerant is expanded by the expansion valve, evaporated by the evaporator, compressed by the compressor, and condensed by the condenser.
In addition, the applicant is a prior application (Japanese Patent Application No. 2001-72419).
No.), it was proposed to mix non-condensable gas such as air into the refrigerant. Further, in this gas mixing method, it was proposed that, for example, the liquid-phase refrigerant be taken out from the lower part of the evaporator, heated by a heat source, and then returned to the upper part of the evaporator. As a result, in the evaporator, the liquid-phase refrigerant flows downward from above, while the bubbles of the non-condensable gas rise in the liquid-phase refrigerant so as to face the liquid-phase refrigerant. Refrigerant molecules evaporate in the bubbles (heat quantity moves from liquid to gas), and output can be improved. However, not only the liquid-phase refrigerant but also the bubbles may be taken into the pipe (liquid outflow passage) extending from the lower side of the evaporator to the heat source. Then, the liquid feed pump provided in the pipe is damaged, the liquid feed performance is impaired, and the efficiency of heat exchange with the heat source is reduced.

【0003】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、上記蒸発器のように
気体と液体を接触させて物理的又は化学的変化を起こさ
せる装置において、液体のための流出路に気体が取込ま
れないようにすることにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an apparatus for bringing a gas and a liquid into contact with each other to cause a physical or chemical change, such as the above-mentioned evaporator. The purpose is to prevent gas from being taken into the outflow path for liquids.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的達成のために、
本発明は、気体と液体を接触させて物理的又は化学的変
化を起こさせる装置に関する。この気液接触装置は、上
記液体のための受容空間を有する装置本体と、上記液体
を上記受容空間から出す液体流出部と、上記気体を上記
受容空間の液体内に注入する気体注入部とを具備してい
る。上記受容空間には、上側部に上記液体の流入部が配
され、下側部に上記液体流出部と上記気体注入部が配さ
れているのが望ましい。上記液体流出部は、受容空間内
に臨むとともに下方に延びる取込み口を有している。こ
の取込み口において下側部の流通断面積よりも上記受容
空間内に臨む上端開口が大きい。これによって、気体の
取込みを防止することができる。
[Means for Solving the Problems] To achieve the above object,
The present invention relates to an apparatus for bringing a gas and a liquid into contact with each other to cause a physical or chemical change. This gas-liquid contact device includes a device body having a receiving space for the liquid, a liquid outflow portion for discharging the liquid from the receiving space, and a gas injecting portion for injecting the gas into the liquid in the receiving space. It has. In the receiving space, it is preferable that the liquid inflow portion is arranged on the upper side and the liquid outflow portion and the gas injecting portion are arranged on the lower side. The liquid outflow portion has an intake port which faces the receiving space and extends downward. In this intake port, the upper end opening facing the receiving space is larger than the flow cross-sectional area of the lower side portion. This makes it possible to prevent the intake of gas.

【0005】上記取込み口は、逆錐形状をなし、下に向
かうにしたがって流通断面積が連続的に小さくなってい
ることが望ましい。上記気体注入部は、上記受容空間内
に臨む多数の注入口を有していることが望ましい。これ
ら注入口は、互いに分散されており、好ましくは受容空
間の断面上に均一に配されている。更に、上記気体注入
部が、上記受容空間の下側部を上下に仕切るとともに多
数の小孔を有する仕切り板と、この仕切り板より下側の
空間に上記気体を導入する導入部とを含み、これによっ
て上記仕切り板の下側空間が上記気体の注入路の一部に
なるとともに、上記小孔が上記注入口を構成しているこ
とが望ましい。上記液体取込み口の上端開口は、上記仕
切り板より上に配されていることが望ましい。
It is desirable that the intake port has an inverted pyramidal shape, and that the flow cross-sectional area is continuously reduced as it goes downward. It is desirable that the gas injection section has a large number of injection ports that face the receiving space. The inlets are distributed with respect to one another and are preferably evenly arranged on the cross section of the receiving space. Furthermore, the gas injecting section includes a partition plate having a large number of small holes and vertically partitioning the lower part of the receiving space, and an introducing section for introducing the gas into the space below the partition plate, As a result, it is desirable that the lower space of the partition plate becomes a part of the gas injection path, and the small hole constitutes the injection port. The upper end opening of the liquid intake port is preferably arranged above the partition plate.

【0006】上記物理的又は化学的変化の例として、気
体と液体の一方から他方への熱量の移動がある。このと
き、当該気液接触装置は熱交換器として提供される。移
動する熱は、顕熱の場合だけでなく潜熱の場合も含む。
後述するように、気液接触装置がヒートポンプの蒸発器
又は凝縮器として提供される場合には、潜熱として移動
することになる。その他、上記変化として、気体又は液
体の一方が他方の構成成分を吸収したり(例えば酸素等
の吸収・抽出装置)、気体と液体間で化学反応を起こし
たりするもの(反応装置)等が挙げられる。
An example of the physical or chemical change is the transfer of heat quantity from one of gas and liquid to the other. At this time, the gas-liquid contact device is provided as a heat exchanger. The transferred heat includes not only sensible heat but also latent heat.
As described below, when the gas-liquid contact device is provided as an evaporator or a condenser of a heat pump, it will move as latent heat. In addition, as the above-mentioned change, one in which one of a gas and a liquid absorbs the other constituent component (for example, an absorption / extraction device for oxygen etc.), or a chemical reaction occurs between the gas and the liquid (reaction device), etc. To be

【0007】また、本発明は、上記気液接触装置を蒸発
器として有するヒートポンプにも係る。このヒートポン
プでは、冷媒としての上記液体の分子が上記気体中に蒸
発することをもって上記物理的又は化学的変化としてい
る。蒸発した気相冷媒分子と上記気体が圧縮機に吸い込
まれて圧縮される。このヒートポンプにおける気液接触
装置すなわち蒸発器の液体流出部は、上記冷媒を加温後
蒸発器に戻す加温系又は冷媒の冷熱を利用する冷熱利用
系に連なっている。冷熱利用系として、例えば室内の冷
房器や冷水供給器等がある。室内冷房器等を通過後の冷
媒は、上記加温系と同様に蒸発器に戻すようにするのが
望ましい。この場合、上記液体流入部を経て上記受容空
間の上側部に戻すのが望ましい。
The present invention also relates to a heat pump having the vapor-liquid contact device as an evaporator. In this heat pump, the physical or chemical change is caused by the molecules of the liquid serving as a refrigerant being evaporated into the gas. The vaporized refrigerant molecules and the gas are sucked into the compressor and compressed. The gas-liquid contact device in this heat pump, that is, the liquid outflow portion of the evaporator is connected to a heating system for returning the refrigerant to the evaporator after heating, or a cold heat utilization system for utilizing the cold heat of the refrigerant. Examples of the cold heat utilization system include an indoor air conditioner and a cold water supply device. It is desirable that the refrigerant after passing through the indoor air conditioner or the like be returned to the evaporator as in the heating system. In this case, it is desirable to return to the upper side of the receiving space via the liquid inflow portion.

【0008】更に、本発明は、上記気液接触装置を凝縮
器として有するヒートポンプにも係る。このヒートポン
プでは、上記気体が気相冷媒分子を含んだ状態で圧縮機
で圧縮された後上記気体注入部を経て上記受容空間に注
入される。そして、上記気相冷媒分子が、凝縮して液相
となり、液相冷媒としての上記液体に溶け込むことをも
って上記変化としている。このヒートポンプにおける気
液接触装置すなわち凝縮器の液体流出部は、上記冷媒の
熱を利用する熱利用系又は冷媒を冷却後凝縮器に戻す冷
却系に連なっている。熱利用系として、給湯系や室内暖
房器等がある。これら熱利用系を通過後の冷媒は、上記
冷却系と同様に凝縮器に戻すようにするのが望ましい。
この場合、上記液体流入部を経て上記受容空間の上側部
に戻すのが望ましい。
Furthermore, the present invention also relates to a heat pump having the gas-liquid contact device as a condenser. In this heat pump, the gas containing the gas-phase refrigerant molecules is compressed by the compressor and then injected into the receiving space through the gas injection unit. Then, the vapor phase refrigerant molecules are condensed into a liquid phase and melted in the liquid as the liquid phase refrigerant to cause the change. The gas-liquid contact device in the heat pump, that is, the liquid outflow portion of the condenser is connected to a heat utilization system that utilizes the heat of the refrigerant or a cooling system that returns the refrigerant to the condenser after cooling. The heat utilization system includes a hot water supply system and an indoor heater. It is desirable that the refrigerant after passing through these heat utilization systems be returned to the condenser in the same manner as the cooling system.
In this case, it is desirable to return to the upper side of the receiving space via the liquid inflow portion.

【0009】本発明に係るヒートポンプの冷媒は、常温
常圧で液体の凝縮性流体(例えば水)であることが望ま
しく、これと接触させる気体は、空気等の非凝縮性気体
(気相冷媒分子を含有すること有り)であることが望ま
しい。この気体は、未飽和状態で上記気体注入部から蒸
発器の液体内に混入される。
The heat pump refrigerant according to the present invention is preferably a liquid condensable fluid (eg, water) at room temperature and normal pressure, and the gas to be brought into contact with the refrigerant is a non-condensable gas such as air (gas phase refrigerant molecule). May be included) is desirable. This gas is mixed into the liquid of the evaporator from the gas injection part in an unsaturated state.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
面を参照して説明する。図1に示すように、給湯用ヒー
トポンプシステムSは、水冷媒ヒートポンプ10と加温
系20と熱利用系30を備えている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the hot water supply heat pump system S includes a water-refrigerant heat pump 10, a heating system 20, and a heat utilization system 30.

【0011】ヒートポンプ10は、膨張弁12(膨張手
段)と蒸発器13(蒸発手段、気液接触装置)と圧縮機
14(圧縮手段)と凝縮器15(凝縮手段、気液接触装
置)とを備えている。蒸発器13と凝縮器15は、それ
ぞれ上下に延びるタンク(装置本体)で構成されてい
る。これら器13,15の内部(受容空間)には、冷媒
として水(常温常圧で液相の凝縮性流体)が蓄えられて
いる。凝縮器15の上端部(上側部)から冷媒通路11
aが延び、蒸発器13の下端部(下側部)に連なってい
る。冷媒通路11aに、膨張弁12が設けられている。
蒸発器13の上端部(上側部)から冷媒通路11bが延
び、凝縮器15の下端部(下側部)に連なっている。冷
媒通路11bに、圧縮機14が設けられている。冷媒通
路11a,11bによって、冷媒循環路11が構成され
ている。
The heat pump 10 includes an expansion valve 12 (expansion means), an evaporator 13 (evaporation means, gas-liquid contact device), a compressor 14 (compression device), and a condenser 15 (condensing device, gas-liquid contact device). I have it. Each of the evaporator 13 and the condenser 15 is composed of a tank (apparatus body) extending vertically. Water (a liquid-phase condensable fluid at room temperature and atmospheric pressure) is stored as a refrigerant inside these vessels 13 and 15 (reception space). From the upper end (upper part) of the condenser 15 to the refrigerant passage 11
a extends and is connected to the lower end (lower side) of the evaporator 13. An expansion valve 12 is provided in the refrigerant passage 11a.
The refrigerant passage 11b extends from the upper end (upper side) of the evaporator 13 and is connected to the lower end (lower side) of the condenser 15. The compressor 14 is provided in the refrigerant passage 11b. The refrigerant passage 11a, 11b constitutes the refrigerant circulation path 11.

【0012】膨張弁12より上流側(凝縮器15側)の
冷媒通路11aには、大気開放路11c(空気混入路)
が連ねられている。これによって、外界の空気(非凝縮
性の気体)が、大気開放路11cから通路11aに取り
込まれ、液相の冷媒用水に混入されている。
The refrigerant passage 11a on the upstream side of the expansion valve 12 (condenser 15 side) has an atmosphere opening passage 11c (air mixing passage).
Are lined up. As a result, the outside air (non-condensable gas) is taken into the passage 11a from the atmosphere open passage 11c and mixed in the liquid refrigerant water.

【0013】蒸発器13には、上記加温系20が接続さ
れている。加温系20は、蒸発器13の下側部から延び
て蒸発器13の上側部に連なる加温路21を有し、この
加温路21に送液ポンプ22と熱源23が順次設けられ
ている。送液ポンプ22によって、蒸発器13の下側部
の水が加温路21に取込まれ、熱源23で例えば約60
℃まで加温された後、蒸発器13の上側部に送られるよ
うになっている。この加温系20での水の流量は、例え
ば毎分10リットルである。これは、上記冷媒通路11
aからの流量と比べて非常に大きく、例えば数百倍であ
る。したがって、蒸発器13内の水は、大略上から下へ
流れることになる。
The heating system 20 is connected to the evaporator 13. The heating system 20 has a heating passage 21 extending from a lower side portion of the evaporator 13 and connected to an upper side portion of the evaporator 13, and a liquid feed pump 22 and a heat source 23 are sequentially provided in the heating passage 21. There is. Water in the lower side of the evaporator 13 is taken into the heating passage 21 by the liquid feed pump 22, and the heat source 23 heats the water, for example, about 60
After being heated to ℃, it is sent to the upper part of the evaporator 13. The flow rate of water in the heating system 20 is, for example, 10 liters per minute. This is the refrigerant passage 11
The flow rate from a is very large, for example, several hundred times. Therefore, the water in the evaporator 13 generally flows from top to bottom.

【0014】熱源23としては、燃料電池が用いられて
いるが、これに限定されるものではなく、太陽熱集熱
器、フロンを冷媒とする他のヒートポンプ等を用いても
よい。
Although a fuel cell is used as the heat source 23, the heat source 23 is not limited to this, and a solar heat collector, another heat pump using CFC as a refrigerant, or the like may be used.

【0015】凝縮器15には、上記熱利用系30が接続
されている。熱利用系30は、貯湯槽31と、この貯湯
槽31の下側部から延びて凝縮器15の上端部(上側
部)に連なる送水路34と、凝縮器15の下側部から延
びて貯湯槽31の上側部に連なる送湯路35と、この送
湯路35に設けられた送液ポンプ36と、貯湯槽31の
下端部に連なる給水管32と、貯湯槽31の上端部から
延びる給湯管33を備えている。給水管32から供給さ
れた水で貯湯槽31内が満たされている。そして、貯湯
槽31の下側部の比較的低温の水が、送水路34を通っ
て凝縮器15に送られる一方、凝縮器15の下側部の熱
湯が、送湯路35を通って貯湯槽31の上側部に送ら
れ、更に給湯管33を伝って給湯に供されるようになっ
ている。これによって、凝縮器15内の水は、上から下
へ流れることになる。
The heat utilization system 30 is connected to the condenser 15. The heat utilization system 30 includes a hot water storage tank 31, a water supply passage 34 extending from a lower side portion of the hot water storage tank 31 and connected to an upper end portion (upper side portion) of the condenser 15, and a hot water storage passage extending from a lower side portion of the condenser 15. A hot water supply passage 35 connected to the upper side of the tank 31, a liquid feed pump 36 provided in the hot water supply passage 35, a water supply pipe 32 connected to the lower end of the hot water storage tank 31, and a hot water supply extending from the upper end of the hot water storage tank 31. A tube 33 is provided. The hot water storage tank 31 is filled with water supplied from the water supply pipe 32. The relatively low-temperature water in the lower part of the hot water storage tank 31 is sent to the condenser 15 through the water supply passage 34, while the hot water in the lower part of the condenser 15 passes through the hot water supply passage 35 to store hot water. It is sent to the upper part of the tank 31 and further supplied to the hot water through the hot water supply pipe 33. This causes the water in the condenser 15 to flow from top to bottom.

【0016】本発明の最も特徴的な部分について説明す
る。蒸発器13の下側部には、仕切り板16が設けられ
ている。この仕切り板16によって、蒸発器13の内部
が、上側の主空間13a(受容空間の主部)と下側の小
空間(気体注入路の一部)13bとに仕切られている。
小空間13bに冷媒通路11aの下流端(導入部)が連
なっている。
The most characteristic part of the present invention will be described. A partition plate 16 is provided on the lower side of the evaporator 13. The partition plate 16 partitions the inside of the evaporator 13 into an upper main space 13a (main part of the receiving space) and a lower small space (part of the gas injection path) 13b.
The downstream end (introduction part) of the refrigerant passage 11a is connected to the small space 13b.

【0017】図1及び図2に示すように、仕切り板16
には、上下の空間13a,13bを連ねる多数の小孔1
6a(注入口)が形成されている。各孔16aの直径
は、例えば0.6mmである。これら孔16aは、例え
ば1cm間隔で仕切り板16の全域に及ぶように格子状
に均一に並べられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the partition plate 16
Is a large number of small holes 1 connecting the upper and lower spaces 13a and 13b.
6a (injection port) is formed. The diameter of each hole 16a is, for example, 0.6 mm. The holes 16a are evenly arranged in a grid pattern so as to extend over the entire area of the partition plate 16 at intervals of 1 cm, for example.

【0018】仕切り板16の中央部の上面には、液体取
込み部材17(液体流出部)が設けられている。液体取
込み部材17は、逆錐形状(漏斗状)をなしている。す
なわち、液体取込み部材17は、流路を上から下に向け
た取込み口17aを有している。取込み口17aの流通
断面積は、下に向かうにしたがって連続的に小さくなっ
ている。したがって、取込み口17aにおいて主空間1
3aに臨む上端開口が下端部の流通断面積より大きくな
っている。取込み口17aの下端部に、上記加温路21
の上流端が連なっている。
A liquid intake member 17 (liquid outflow portion) is provided on the upper surface of the central portion of the partition plate 16. The liquid intake member 17 has an inverted cone shape (funnel shape). That is, the liquid intake member 17 has an intake port 17a whose flow path is directed from top to bottom. The flow cross-sectional area of the intake port 17a continuously decreases as it goes downward. Therefore, at the intake 17a, the main space 1
The upper end opening facing 3a is larger than the flow cross-sectional area of the lower end. At the lower end portion of the intake port 17a, the heating passage 21
The upstream end of is connected.

【0019】同様にして、図1に示すように、凝縮器1
5の下側部には、内部を上側の主空間15a(受容空間
の主部)と下側の小空間(気体注入路の一部)15bと
に仕切る仕切り板18が設けられている。小空間15b
に冷媒通路11bの下流端(導入部)が連なっている。
仕切り板18の全域には、多数の小孔18a(注入口)
が均一に形成されている。仕切り板18の中央部の上面
には、漏斗状の液体取込み部材19(液体流出部)が設
けられている。この液体取込み部材19の取込み口19
aの下端部に、上記送湯路35の上流端が連なってい
る。
Similarly, as shown in FIG. 1, the condenser 1
A partition plate 18 for partitioning the inside into an upper main space 15a (main part of the receiving space) and a lower small space (a part of the gas injection path) 15b is provided in the lower part of the No. 5. Small space 15b
Is connected to the downstream end (introduction part) of the refrigerant passage 11b.
A large number of small holes 18a (injection ports) are provided in the entire area of the partition plate 18.
Are formed uniformly. A funnel-shaped liquid intake member 19 (liquid outflow portion) is provided on the upper surface of the central portion of the partition plate 18. Intake port 19 of this liquid intake member 19
The upstream end of the hot water supply passage 35 is connected to the lower end of a.

【0020】作用を説明する。圧縮機14を駆動する
と、その吸引作用によって冷媒通路部11aの空気混じ
りの冷媒用水が膨張弁12で膨張、減圧される。これに
よって、冷媒用水中の空気を確実に未飽和状態にするこ
とができる。この未飽和空気を含む冷媒用水が、蒸発器
13下部の小空間13bに注入される。
The operation will be described. When the compressor 14 is driven, the suction valve action causes the expansion valve 12 to expand and depressurize the refrigerant water containing air in the refrigerant passage portion 11a. As a result, the air in the coolant water can be surely brought into an unsaturated state. The coolant water containing the unsaturated air is injected into the small space 13b below the evaporator 13.

【0021】小空間13bに注入された水中の未飽和空
気は、仕切り板16の小孔16aを通って主空間13a
に入る。そして、主空間13a内の水中を気泡となって
水流と対向するようにして上昇する。この上昇途中の気
泡内に周りの水分子が蒸発し(気体と液体が接触して物
理的又は化学的変化を起し)、水の潜熱が奪われる(熱
量が液体から気体に移動する)。すなわち、蒸発器24
の水面(自由液面)からだけでなく水中においても水分
子の蒸発を起こすことができる。これによって、圧縮機
25が小型であっても十分な蒸発量を得ることができ
る。しかも、小孔16aが仕切り板16の全域にわたっ
て多数均一に配されているので、気泡を多数形成して水
中の隅々まで行き渡らせることができる。これによっ
て、蒸発量を一層増やすことができ、蒸発器13の小型
化を図ることができる。
The unsaturated air in the water injected into the small space 13b passes through the small holes 16a of the partition plate 16 and the main space 13a.
to go into. Then, the water in the main space 13a becomes bubbles and rises so as to face the water flow. Surrounding water molecules evaporate in the ascending bubbles (the gas and the liquid come into contact with each other to cause a physical or chemical change), and the latent heat of the water is taken away (the amount of heat moves from the liquid to the gas). That is, the evaporator 24
Evaporation of water molecules can occur not only from the water surface (free liquid surface) of but also in water. Thereby, even if the compressor 25 is small, a sufficient amount of evaporation can be obtained. Moreover, since the small holes 16a are evenly arranged over the entire area of the partition plate 16, it is possible to form a large number of bubbles and spread them throughout the water. Thereby, the amount of evaporation can be further increased, and the evaporator 13 can be downsized.

【0022】また、上記加温系20によって蒸発器13
の主空間13a内の水温が高められているので、蒸発量
をより一層増やすことができる。ここで、主空間13a
内の水は、液体取込み部材17の取込み口17aを通っ
て加温系20の加温路21に送られる。この時、取込み
口17aが逆錐形状になっているので、水は取込み口1
7aの上端開口にゆっくりと取り込まれ、その後次第に
流速を増していく。したがって、取込み口17aの上端
開口付近では水の流速(図2の太線矢印)よりも気泡の
上昇速度(図2の細線矢印)のほうが大きい。これによ
って、気泡は、取込み口17aの開口付近でも上昇する
ことができ、水と一緒に取込み口17aに取り込まれる
ことがない。この結果、送液ポンプ22が破損したり、
送液性能が損なわれたり、熱源23との熱交換効率が低
下したりするのを防止することができる。
Further, the evaporator 13 is provided by the heating system 20.
Since the water temperature in the main space 13a is increased, the evaporation amount can be further increased. Here, the main space 13a
The water in the inside is sent to the heating passage 21 of the heating system 20 through the intake 17a of the liquid intake member 17. At this time, since the intake port 17a is in the shape of an inverted cone, water is absorbed in the intake port 1a.
It is slowly taken into the upper opening of 7a, and then the flow velocity is gradually increased. Therefore, in the vicinity of the upper end opening of the intake port 17a, the rising speed of bubbles (thin line arrow in FIG. 2) is higher than the flow velocity of water (thick line arrow in FIG. 2). Thereby, the bubbles can rise even near the opening of the intake port 17a and are not taken into the intake port 17a together with water. As a result, the liquid feed pump 22 is damaged,
It is possible to prevent the liquid transfer performance from being impaired and the efficiency of heat exchange with the heat source 23 to be reduced.

【0023】上記の気泡は、やがて蒸発器13の水面か
ら出る。これによって、多量の水分子(気相)と空気が
圧縮機14に吸い込まれ吐出される。したがって、水分
子だけを吸い込むよりも圧縮機14の吸込圧が上昇し、
圧縮比を小さくすることができる。これによって、圧縮
機14を確実に小型化できる。
The above-mentioned bubbles eventually come out of the water surface of the evaporator 13. As a result, a large amount of water molecules (gas phase) and air are sucked into the compressor 14 and discharged. Therefore, the suction pressure of the compressor 14 is higher than that of sucking only water molecules,
The compression ratio can be reduced. This ensures that the compressor 14 can be downsized.

【0024】圧縮機14から吐出された多量の水分子
(気相)と空気は、凝縮器15下部の小空間15bに注
入される。そして、仕切り板18の小孔18aを通って
主空間15aに入り、主空間15a内の水中を気泡とな
って水流と対向するようにして上昇する。この上昇途中
の気泡内の水分子が凝縮し、周りの水(液相)に溶け込
む(気体と液体が接触して物理的又は化学的変化を起
す)。この時、凝縮熱が発生する(熱量が気体から液体
に移動する)。個々の水分子は大きな潜熱を有し、しか
も多量の水分子が凝縮するため、多量の凝縮熱を発生さ
せることができる。この多量の凝縮熱によって、凝縮器
15内の水温を十分に高温にすることができる。この高
温水を液体取込み部材19で取り込み、貯湯槽31に送
って給湯に供することができる。この時、上記蒸発器1
3と同様に液体取込み部材19の取込み口19aが逆錐
形状になっているので、気泡が水と一緒に取込み口19
aに取り込まれることはない。この結果、送液ポンプ3
6を保護し、送液性能を維持することができる。
A large amount of water molecules (gas phase) and air discharged from the compressor 14 are injected into the small space 15b below the condenser 15. Then, it passes through the small holes 18a of the partition plate 18 and enters the main space 15a, and the water in the main space 15a becomes bubbles to rise so as to face the water flow. The water molecules in the bubbles on the way of ascending condense and dissolve in the surrounding water (liquid phase) (the gas and the liquid come into contact with each other to cause a physical or chemical change). At this time, heat of condensation is generated (the amount of heat moves from gas to liquid). Since each water molecule has a large latent heat and a large amount of water molecules are condensed, a large amount of heat of condensation can be generated. Due to this large amount of heat of condensation, the water temperature in the condenser 15 can be made sufficiently high. This high temperature water can be taken in by the liquid intake member 19 and sent to the hot water storage tank 31 for hot water supply. At this time, the evaporator 1
Since the intake port 19a of the liquid intake member 19 is in the shape of an inverted pyramid as in the case of 3, air bubbles are taken into the intake port 19a together with water.
It is not captured by a. As a result, the liquid delivery pump 3
6 can be protected and the liquid transfer performance can be maintained.

【0025】本発明は、上記実施形態に限定されず、種
々の形態を採用可能である。例えば、膨張後の液相冷媒
と気体を別々の配管で蒸発器の下側部に注入するように
してもよい。非凝縮性の気体として空気のほかヘリウム
や窒素等を用いてもよい。熱利用系として貯湯槽に代え
て暖房器を凝縮器に熱的に接続することによって暖房用
ヒートポンプシステムを構成してもよい。蒸発器に、加
温系に代えて冷房器や冷水供給器等の冷熱利用系を熱的
に接続することによって冷房用ヒートポンプシステムや
冷水供給用ヒートポンプシステムを構成してもよい。こ
の場合、凝縮器には熱利用系に代えて凝縮熱を放熱する
冷却系を接続するとよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various forms can be adopted. For example, the expanded liquid-phase refrigerant and the gas may be injected into the lower part of the evaporator through separate pipes. As the non-condensable gas, helium, nitrogen or the like may be used in addition to air. A heat pump system for heating may be configured by thermally connecting a heater to the condenser as a heat utilization system instead of the hot water storage tank. A heat pump system for cooling or a heat pump system for supplying cold water may be configured by thermally connecting a cold heat utilization system such as a cooler or a cold water supplier to the evaporator instead of the heating system. In this case, a cooling system that radiates the heat of condensation may be connected to the condenser instead of the heat utilization system.

【0026】本発明の気液接触装置は、蒸発器・凝縮器
以外の熱交換器や、気体と液体の一方が他方の構成成分
を吸収(例えば水(液体)が空気(気体)中の酸素を吸
収)する吸収・抽出装置や、気体と液体どうしが化学反
応を起す反応装置等にも適用できる。
The gas-liquid contactor of the present invention is a heat exchanger other than the evaporator / condenser, or one of gas and liquid absorbs the other constituent component (for example, water (liquid) is oxygen in air (gas)). It can also be applied to an absorption / extraction device that absorbs () and a reaction device that causes a chemical reaction between gas and liquid.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る気液
接触装置によれば、液体流出部の取込み口から気体が取
込まれるのを防止することができる。気体の注入口を互
いに分散させて多数設けることによって、物理的又は化
学的変化を広範囲に起すことができ、装置の小型化を図
ることができる。受容空間に小孔付きの仕切り板を設け
ることによって、上記注入口を簡単に構成することがで
きる。上記気液接触装置をヒートポンプの蒸発器や凝縮
器に適用すれば、出力向上を図ることができるととも
に、加温系や熱利用系等に気体が取込まれるのを防止で
き、これら系の送液ポンプの損傷等を防止することがで
きる。
As described above, according to the gas-liquid contact device of the present invention, it is possible to prevent gas from being taken in through the inlet of the liquid outflow portion. By disposing a large number of gas inlets dispersed in each other, physical or chemical changes can be caused in a wide range, and the device can be downsized. By providing the partition plate with the small holes in the receiving space, the injection port can be easily configured. If the gas-liquid contactor is applied to an evaporator or condenser of a heat pump, the output can be improved and gas can be prevented from being taken into a heating system or a heat utilization system. It is possible to prevent damage to the liquid pump.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る給湯用ヒートポンプ
システムを示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a hot water supply heat pump system according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記システムの蒸発器における主要部を示す解
説正面図である。
FIG. 2 is an explanatory front view showing a main part of the evaporator of the system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

S 給湯用ヒートポンプシステム 10 水冷媒ヒートポンプ 13 蒸発器(気液接触装置、熱交換器) 13a 主空間(受容空間の主部) 13b 小空間(気体注入路の一部) 14 圧縮機 15 凝縮器(気液接触装置、熱交換器) 15a 主空間(受容空間の主部) 15b 小空間(気体注入路の一部) 16,18 仕切り板 16a,18a 小孔(注入口) 17,19 液体取込み部材(液体流出部) 17a,19a 取込み口 20 加温系 30 熱利用系 S Hot water supply heat pump system 10 Water Refrigerant Heat Pump 13 Evaporator (gas-liquid contact device, heat exchanger) 13a Main space (main part of reception space) 13b Small space (part of gas injection path) 14 compressor 15 Condenser (gas-liquid contact device, heat exchanger) 15a Main space (main part of receiving space) 15b Small space (part of gas injection path) 16,18 Partition board 16a, 18a Small hole (injection port) 17, 19 Liquid intake member (liquid outflow part) 17a, 19a Intake port 20 heating system 30 heat utilization system

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // H01M 8/00 H01M 8/00 Z ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) // H01M 8/00 H01M 8/00 Z

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 気体と液体を接触させて物理的又は化学
的変化を起こさせる装置であって、上記液体のための受
容空間を有する装置本体と、上記受容空間の下側部に配
されて上記液体を上記受容空間から出す液体流出部と、
上記受容空間の下側部に配されて上記気体を上記受容空
間の液体内に注入する気体注入部とを具備し、上記液体
流出部が、受容空間内に臨むとともに下方に延びる取込
み口を有し、この取込み口において下側部の流通断面積
よりも上記受容空間内に臨む上端開口が大きいことを特
徴とする気液接触装置。
1. A device for bringing a gas and a liquid into contact with each other to cause a physical or chemical change, the device main body having a receiving space for the liquid, and a device disposed below the receiving space. A liquid outflow portion for discharging the liquid from the receiving space,
A gas injecting portion disposed below the receiving space for injecting the gas into the liquid in the receiving space, wherein the liquid outflow portion has an intake port facing the receiving space and extending downward. A gas-liquid contact device, wherein an upper end opening facing the receiving space is larger than a flow cross-sectional area of a lower portion of the intake port.
【請求項2】 上記取込み口が、逆錐形状をなし、下に
向かうにしたがって流通断面積が連続的に小さくなって
いることを特徴とする請求項1に記載の気液接触装置。
2. The gas-liquid contactor according to claim 1, wherein the intake port has an inverted pyramidal shape, and the flow cross-sectional area is continuously reduced as it goes downward.
【請求項3】 上記気体注入部が、上記受容空間内に臨
むとともに互いに分散された多数の注入口を有している
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の気液接触装
置。
3. The gas-liquid contactor according to claim 1, wherein the gas injection part has a large number of injection ports which face the inside of the receiving space and are dispersed in each other.
【請求項4】 上記気体注入部が、上記受容空間の下側
部を上下に仕切るとともに多数の小孔を有する仕切り板
と、この仕切り板より下側の空間に上記気体を導入する
導入部とを含み、これによって上記仕切り板の下側空間
が上記気体の注入路の一部になるとともに、上記小孔が
上記注入口を構成していることを特徴とする請求項3に
記載の気液接触装置。
4. A partition plate, wherein the gas injection part partitions the lower part of the receiving space into upper and lower parts and has a large number of small holes, and an introducing part for introducing the gas into a space below the partition plate. The gas-liquid according to claim 3, wherein the space below the partition plate becomes a part of the gas injecting path, and the small hole constitutes the injecting port. Contact device.
【請求項5】 上記変化が、上記気体と上記液体の一方
から他方への熱量の移動であり、熱交換器として提供さ
れることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の気
液接触装置。
5. The gas according to claim 1, wherein the change is a transfer of heat quantity from one of the gas and the liquid to the other and is provided as a heat exchanger. Liquid contact device.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかに記載の気液接触
装置を蒸発器として有し、冷媒としての上記液体の分子
が上記気体中に蒸発することをもって上記変化とし、蒸
発した気相冷媒分子と上記気体が圧縮機に吸い込まれて
圧縮されるヒートポンプであって、上記液体流出部が、
上記冷媒を加温後蒸発器に戻す加温系又は冷媒の冷熱を
利用する冷熱利用系に連なっていることを特徴とするヒ
ートポンプ。
6. The vapor-liquid contact device according to any one of claims 1 to 5 is provided as an evaporator, and when the molecules of the liquid as a refrigerant are vaporized into the gas, the change is made, and the vaporized gas is evaporated. A heat pump in which a phase refrigerant molecule and the gas are sucked into a compressor and compressed, wherein the liquid outflow portion is
A heat pump, characterized in that the heat pump is connected to a heating system for returning the refrigerant to the evaporator after heating or a cold heat utilization system for utilizing the cold heat of the refrigerant.
【請求項7】 請求項1〜5の何れかに記載の気液接触
装置を凝縮器として有し、上記気体が気相冷媒分子を含
んだ状態で圧縮機で圧縮された後上記気体注入部を経て
上記受容空間に注入され、上記気相冷媒分子が凝縮して
液相となり、液相冷媒としての上記液体に溶け込むこと
をもって上記変化とするヒートポンプであって、上記液
体流出部が、上記冷媒の熱を利用する熱利用系又は冷媒
を冷却後凝縮器に戻す冷却系に連なっていることを特徴
とするヒートポンプ。
7. A gas-liquid contact device according to any one of claims 1 to 5 as a condenser, wherein the gas is compressed by a compressor in a state of containing gas-phase refrigerant molecules, and then the gas injection part. Injected into the receiving space via, the gas-phase refrigerant molecules are condensed into a liquid phase, which is a heat pump that changes by dissolving in the liquid as a liquid-phase refrigerant, wherein the liquid outflow portion is the refrigerant. A heat pump that is connected to a heat utilization system that utilizes the heat of or a cooling system that returns the refrigerant to the condenser after cooling.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015108498A (en) * 2013-10-24 2015-06-11 パナソニックIpマネジメント株式会社 Refrigeration cycle device
CN112814754A (en) * 2021-01-21 2021-05-18 中国科学院力学研究所 Contact type evaporator and application system and method thereof

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