JPS61140750A - ヒ−トポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ この発明は、空調装置等に使用されるピー１〜ポンプ装
置に関する。

［発明の技術的背明および問題点］ 従来のピー１−ポンプ装置としては、例えば満液式蒸発
器を用いたものが知られている。この満液式蒸発器は作
動媒体を蒸発器に満たし、この蒸発器（３低温熱源流体
を通し、低温熱源流体から熱を奪うようにしたものであ
る。従って、作動媒体を蒸発器自体Ｃ再循環ざ１！るた
めのポンプ等を必要とすることなく、これに伴なう成績
係数の低下が避けられるという利貞がある。

しかしながら、このような満液式蒸発器では、蒸発ガス
ｌ）＜蒸発器内に満たされた作動媒体の液中を上品して
分離されるものであるため、蒸発圧力が低くなろど液面
ヘッド圧による液面深さの影響が顕著に現れるものとな
る。特に、高湿の熱出力を１ｑるピー１ヘボンブ装置に
適し！ご作動媒体は一般に蒸気圧が低く、蒸発器内での
作動媒体の圧力は非常に低くなり、性佳が著しく低下す
る恐れがあった。

これに対し、第２図に示′ＩＪ、うな流下液股式蒸発器
が考えられる。この流下液膜式蒸発器はシェル１０１に
よっで熱交１φ室１０３が区画形成され、この熱交換室
１０３内に低温熱源流体を通ず複数の伝熱管１０５が備
えられている。この伝熱管１０５の１一部には液分配板
１０７が設置Ｊられている。

熱交換室１０３の液分配板１０７１：と下部液相側とは
循環パイプ１０９で連通接続され、この循環パイプ１０
９には循環ポンプ１１１が介設されている。ぞして、図
外の膨張弁で膨張され気液二相流となっｔ：作動媒体が
液分配板１０７上に供給される。液分配板１０７＋に供
給された作動媒体は液分配板１０７上で均平され、各伝
熱管１０５に治って流下する。伝熱管１０５に沿って流
下ηる作動媒体は流下途中て゛蒸発し、一部が熱交換室
１０３のＦ部液相側に溜る。こうして下部液相側に溜っ
た作動媒体は循環ポンプ１１１で汲み上げられ、循環パ
イプ１０９を通り再び液分配板１０７上に供給され、新
たに供給された作動媒体と合流される。そしＣ１このよ
うな流下液膜式テ発器では、各伝熱管１０５の周間に作
動媒体の薄い液膜が形成され、この薄い液膜が蒸発する
ため満液式蒸発器のように液面深さの影響を受けること
がなく、作動媒体の蒸発圧力が低い場合にも性能低下を
抑制御ることかできる。

反面、このＪ：うな流下液膜式蒸発器では伝熱管１０５
を流下させろ過稈で作動媒体をすべて蒸発さくＪｌよう
とすると液膜が薄くなりすぎ、伝熱管１０５の下部側で
液膜が破断してしまって乾いた部分ができる、いわゆる
ドライアウトが発生し、伝熱性能が著しく低下する恐れ
がある。このため、液分配板１０７上には蒸発する液量
の数倍の液を供給し、熱交換室１０３の下部に溜る未蒸
発の作動媒体を循曲ポンプ１１１により再び液分配板１
０７１−に房すようにしていた。しかしながら、このよ
うに循環ポンプ１１１を設けると、これを駆動する新た
な動力を必要とするので、結里的にヒートポンプ装置の
成績係数低下を招くものとなる。

［発明の目的］ この発明は、上記の問題点に鑑み創案されたもので、蒸
発器とし−Ｃ流下液膜式蒸発器を用いながら循環ポンプ
とこれを駆動するａＪ力を必要どせず、成績係数の向−
１−を図ることができるヒートポンプ装置の提供を目的
どり−る。

［発明の概要］ １−開目的を達成するＩこめにこの発明は、４ノイクル
内部に封入された作動媒体を圧縮する圧縮機と、この圧
縮機’７”１Ｎ−縮された作動媒体を凝縮させ被加熱流
体どの間で熱交１勢を行／ｆわｌる凝縮器と、この凝縮
２：で凝縮された作動媒体を低温熱源流体の通路を形成
覆る伝熱管円囲に拾−）（流下蒸発さけながら低温熱源
流体との間で熱交換を行なわせる流下液膜式蒸発器と、
この流下液膜式蒸発器と前記凝縮器との間に介設され凝
縮器側からの作動媒体を流下液膜式蒸発器側へ１１ｔ１
用するＴジ１クタとを備え、前記流下液膜式蒸発器の下
部液相側を前記エジェクタの吸込側に接続する構成とし
た。

［発明の効架］ この発明の構成に、１＝れば、蒸発器どして流下液膜式
蒸発器を用いるため、作動媒体の蒸発圧力が低くても液
面深さの影響を受１ｉｊず、性能低下の抑制を図ること
がでる。しかも、流下液膜式蒸発器の下部液相側からの
作動媒体の循環をエジェクタで行なうようにしたため、
循環ポンプとこれを駆動する動力を必要とせず、成績係
数の向上を図ることができる。

［発明の実施例１ １ス下、この発明の一実施例を第１図に基づき説明する
。

第１図はヒートポンプ装置のリイクル構成図を示すもの
で、圧縮機１ど凝縮器３と流下液膜式蒸発器５とを備え
ている。

前記圧縮ｌｌ１１は駆動モータ７によって駆動されろＪ
ζうに構成２Ｘれ、サイクル内部に封入された作Ｗ＋媒
体を圧縮するように構成されている。前記凝縮器３は圧
縮機１で圧縮された作動媒体を凝縮させるように構成さ
れ、被加熱流体△が通過するように構成されている。こ
の凝縮器３は吐出蒸気配管９を介して前記圧縮機１の吋
出ボートに接続さ１’１．Ｔいる。

前記流下液膜式蒸発器５はシェル１１によって区画形成
された熱交換室１３を（Ｒ＾え、この熱交換室１３内に
低温熱源流体Ｂの通路を形成する複数の伝熱管１５が設
けられている。熱交換室１３の上部には液分配板１７が
備えられている。この液分配板１７と前記各伝熱管１５
との間には隙間１９が形成されている。イして、この流
下液膜式蒸発器５の熱交換室１３１．；Ｌ吸込蒸気配管
２１を介して前記圧縮機１の吸込側に接続されている。

一方、前記凝縮器３ど流下液膜式蒸発器５との間にはｔ
ｉ服弁２３が介設され、この膨張弁２３は液配管２５を
介して前記凝縮器３に接続されている。また、この膨張
弁２３はエジェクタ２７を介設した気液配管２９を介し
て前記流下液膜式蒸発器５の熱交換室１３における液分
配板１７十に接続されている。このＴジ■クタ２７は駆
動側２７ａが膨張弁２３側にＩＰ′Ｃ続され、蘭出側２
７ｂが前記流下液膜式蒸発器５側に接続されている。し
たがって、このエジェクタ２７は流下液膜式蒸発器５と
凝縮器３どの間に介設され、凝縮器３側からの作動媒体
を流下液膜式蒸発器５側へ噴出するように構成されてい
る。さらに、前記流下液膜式蒸発器５の熱交換室１３は
下部液相側において循環パイプ３１を介し、前記エジェ
クタ２７の吸込側２７Ｃに接続されている。

次に上記一実施例の作用について述べる。

駆動モータ７により圧縮機１を駆動すると、［１イクル
内部の作動媒体が圧縮され、吐出蒸気配管９を介して凝
縮器３に流入する。凝縮器３に流入した作動媒体は凝縮
液化され、凝縮器３を流れる被加熱流体Δとの間で熱交
換を行ない、被加熱流体へを加熱する。

凝縮器３で凝縮液化された作１ＦＩＩ媒体は液配管２５
を介して膨張弁２３に至る。膨張弁２３に〒つだ作動媒
体は膨張されて気液二相流となり、エジェクタ２７の駆
動側２７ａから流入され、噴出側２７ｂから噴出される
。

■ジエクタ２７の噴出側２７ｂから噴出された気液＝−
相流の作動媒体は気液配管２９を介して流下液模式蒸発
器５の熱交換室１３における液分配板１７上に供給され
る。液分配板１７上に供給された作動媒体は液分配板１
７上で均平され、各隙間１９から各伝熱管１５を流下す
る。この伝熱管１５を流下する作動媒体は伝熱管１５の
周間に薄い液膜を形成しつつ流下して蒸発する。この時
、作動媒体が流下過程で全て蒸発してしまうと、伝熱管
１５の下方でドライアウトが発生し、伝熱性能が低下す
るため、作動媒体は蒸発する液量以上のものが流下され
Ｃいる。このため熱交換室１３の下部には未蒸発の作動
媒体が溜る。

この下部液相における作動媒体は循環パイプ３１を介し
てｘｒジ［フタ２７の吸込側２７ｃに、エジェクタ２７
の吸込作用によって吸込まれ、膨張弁２３側から吸込ま
れた作１ＦｉＪＩ媒体と合流される。

そして、再び液分配板１７１−に供給され、上記の蒸発
作用が繰返される。この蒸発過程において、伝熱管１５
内部を通る低温熱源流体Ｂとの間で熱交換が行なわれ、
低温熱源流休日から熱を奪う。

蒸発した作動媒体は吸込蒸気配管２１を介して前記圧縮
ｍ’＋に吸込まれる。以上のサイクルが繰返され、低温
熱源流体Ｂから熱を奪い、被加熱流体△を加熱して高湿
田力を得ることができる。

この場合、−サイクルを循環する作動媒体は、高温の熱
出力に適したものであるため、蒸気圧が低いが、流下液
膜式蒸発器５内で伝熱管１５周間を流下しつつ蒸発され
るため、作動媒体の液面深さの影響を受（〕ず、性能低
下の抑制を図ることができる。また、熱交換室１３の下
部液相に溜った作動媒体は、■ジＩクタ２７の吸込噴出
作用によって液分配板１７上に循環供給されるため、循
環ポンプ及びこれを駆動する動力を必要とすることなく
、成績係数の向上が図られている。

＞１お、この発明は上記一実施例に限定されるものでは
ない。例えば、伝熱管１５を水平多段の伝熱管とし、水
平型の流下液膜式蒸発器とすることもできる。また、膨
張弁２３を省略すること！−）できる。さらに、この発
明は冷凍機として応用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るサイクル構成図、第
２図に１この発明の前提となった流下液膜式蒸発器の構
成図である。 １・・・Ｈ−縮機、こ３・・・凝縮器、５・・・流下液
膜式蒸発器、１５・・・１．ｉ；熱管、２７・・・エジ
ェクタ、Ａ・・・被加熱流体、Ｂ・・・低温熱源流体。 手続ン市正伊ゴ（１１ざｔ〉 昭和６１年　３月１２日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿 １、事件の表示 昭和５９年　特許願第２６０６４５号 ２、発明の名称 蒸発器 ３、補正をする者 １１ｒ−１どの関係　特許出願人 住所（居所）　神奈川１１Ｍ川崎市幸区堀川町７２番地
氏名（名称＞　　　（３０７）株式会社　東　芝代表省
　　イｈ　波　正　− ４、代　理　人　　　郵便番号　１０５住　所　　　　
東京都港区虎ノ門１丁目２番３号虎ノ門第−ビル５階 （発送日　　昭和　　年　　月　　日）６、補正の対象 明細書全文 ７、補正の内容 ジョウハツキ （１）明細ｐ；の発明の名称を１蒸発器」と補正する。 （２）明細内全文を別紙のとおり補正する。 ８、添イ４占ｔ〔１の目録 全文袖１Ｆ明細店　　　　　　　　　　　　１通以上 明　　　　Ｓ　　　　　書　　（全一文箱′正）１、発
明の名称 蒸発器 ２、特許請求の範囲 熱交換室を区画形成するシーｒルと、このシェル内に設
けられた内部を熱源流体が流れる伝熱管とを備え、前記
伝熱管の上部側から伝熱管の周間に沿って未蒸発の作動
媒体を流下させながら熱源流体との間で熱交換を行う蒸
発器において、前記シェル外から供給される作動媒体を
駆動流体とするエンジェクタをシェル外設け、前記蒸発
器の下部液相側を前記丁ジ■クタの吸込側に接続したこ
とを特徴とする蒸発器。 ３、発明の詳細な説明 「産業上の利用分野］ この発明は、ヒートポンプ装置あるいは冷凍機等に用い
る蒸発器に関づる。 ［発明の技術的背票および問題点］ 従来の蒸発器としては、例えば満液式蒸発器が知られて
いる。この満液式蒸発器は作動媒体を蒸発器に満たし、
この蒸発器に低温熱源流体を通し、低温熱源流体から熱
を奪うようにしたものである。従って、作動媒体を蒸発
器自体で再循環さけるためのポンプ等を必要どすること
なく、これに伴なう成績係数の低下が避けられるという
利点がある。 しかしながら、このような満液式蒸発器では、蒸発圧力
が低くなると液面ヘッド圧による液面深さの影響が顕著
に現れるものとなる。特に、高温の熱出力を得るヒート
ポンプ装置に適した作動媒体は一般に蒸気圧が低く、蒸
発器内での作動媒体の圧力は非常に低くなり、性能が著
しく低下する恐れがあった。 これに対し、第２図に示づような流下液膜式蒸発器が考
えられる。この流下液膜式蒸発器はシェル１０１によっ
て熱交換室１０３が区画形成され、この熱交換室１０３
内に低温熱源流体を通す複数の伝熱管１０５が備えられ
ている。この伝熱管１０５の上部には液分配板１０７が
設けられている。 熱交換室１０３の液分配板１０７上と下部液相側どば循
環バイブ１０９で連通接続され、この循環バイブ１０９
には循環ポンプ１１１が介設されている。イして、図外
の膨張弁で彫版され気液二相流となった作動媒体が液分
配板１０７十に供給される。液分配板１０７上に供給さ
れた作動媒体は液分配板１０７土で均平され、各伝熱管
１０５に沿って流下する。伝熱管１０５に沿って流下す
る作動媒体は流下途中で一部が蒸発し、未蒸発液が熱交
換室１０３の下部液相側に溜る。こうして下部液相側に
溜った作動媒体は循環ポンプ１１１で汲み上げられ、循
環バイブ１０９を通り再び液分配板１０７上に供給され
、新たに供給された作動媒体と合流される。そして、こ
のような流下液膜式蒸発器では、各伝熱管１０５の周間
に作動媒体の薄い液膜が形成され、この薄い液膜が蒸発
ザるため満液式蒸発器のように液面深さの影響を受ける
ことがなく、作動媒体の蒸発圧力が低い場合にも性能低
下を抑制することができる。 反面、このような流下液膜式蒸発器では伝熱管１０５を
流下させる過程で作！？７Ｊｔ！ｉ体をすべて蒸発させ
ようとすると液膜が薄くなりすぎ、伝熱管１０５の下部
側で液膜が破断してしまっ−（乾いた部分ができる、い
わゆるドライアウトが発生し、伝熱ゼＩ能が署しく低下
ηる恐れがある。このため、液分配板１０７上には蒸発
する液量の数倍の液を供給し、熱交換室１０３の下部に
溜る未蒸発の作動媒体を循環ポンプ１１１により再び液
分配板１０７上に戻ＩＪ−ようにしていた。しかしなが
ら、このように循環ポンプ１１１を設けると、これを駆
動する新たな動力を必要とするので、結果的にヒートポ
ンプ装置の成績係数低下を招くものとなる。 ［発明の目的］ この発明は、上記の問題点に鑑み創案されたもので、伝
熱管の上部側から伝熱管の周間に沿って未蒸発の作動媒
体を流下させながら熱源流体との間で熱交換を行なう蒸
発器でありながら循環ポンプとこれを駆動する動力を必
要とせず、成績係数の向上を図ることができる蒸発器の
提供を目的とする。 ［発明の概要］ 上記目的を達成するためにこの発明は、熱交換室を区画
形成ブーるシェルと、このシェル内に設けられた内部を
熱源流体が流れる伝熱管とを備え、前記伝熱管の上部側
から伝熱管の周間に沿って未蒸発の作動媒体を流下させ
ながら熱源流体との間で熱交換を行う蒸発器において、
前記シェル外から供給される作動媒体を駆動流体とする
エジェクタをシェル外股（プ、前記蒸発器の下部液相側
を前記エジェクタの吸込側に接続する構成とした。 ［発明の効果］ この発明の構成によれば、伝熱管の周間に沿って未蒸発
の作動媒体を流下させるため、作動媒体の蒸発圧力が低
くても液面深さの影響を受けず、性能低下の抑制を図る
ことがでる。しかも、シェルの下部液相側からの作動媒
体の再循環をエジェクタで行なうようにしたため、循環
ポンプとこれを駆動する動力を必要とゼず、成績係数の
向上を図ることができる。 １Ｒ明の実施例コ 以下、この発明の一実施例を第１図に基づき説明する。 Ｍ１図はヒートポンプ装置のサイクル構成図を示すもの
で、圧縮機１と凝縮器３と蒸発器として流下液膜式蒸発
器５とを備えている。 前記圧縮機１は駆動モータ７によって駆動されるように
構成され、サイクル内部に封入された作動媒体を圧縮す
るように構成されている。前記凝縮器３は圧縮機１で圧
縮された作動媒体を凝縮させるように構成され、被加熱
流体Ａが通過するように構成されている。この凝縮器３
は吐出蒸気配管９を介して前記圧縮機１の吐出ポートに
接続されている。 前記流下液膜式蒸発器５はシェル１１によって区画形成
された熱交換室１３を備え、この熱交換室１３内に低温
熱源流体Ｂの通路を形成する複数の伝熱＠１５が設けら
れている。熱交換室１３の上部には液分配板１７が備え
られている。この液分配板１７と前記各伝熱管１５との
間には隙間１９が形成されている。イして、この流下液
膜式蒸発器５の熱交換室１３は吸込蒸気配管２１を介し
て前記圧縮機１の吸込側に接続されている。 一方、前記凝縮器３と流下液膜式蒸発器５との間には膨
張弁２３が介設され、この膨張弁２３は液配管２５を介
して前記凝縮器３に接続されている。また、この膨張弁
２３はエジェクタ２７を介設した気液配管２９を介して
前記流下Ｗｌ！Ｊ式蒸発器５の熱交換室１３におＣブる
液分配板１７上に接続されている。この■ジ］−クタ２
７は駆動側２７８′ｈ＜膨張弁２３側に接続され、噴出
側２７ｂが前記流下液膜式蒸発器５側に接続されている
。したがって、このエジェクタ２７は流下液膜式蒸発器
５ど凝縮器３との間に介設され、凝縮器３側からの作動
媒体を駆動流体とするように構成されている。さらに、
前記流下液膜式蒸発器５の熱交換室１３は下部液相側に
おいて循環バイブ３１を介し、前記エジェクタ２７の吸
込側２７ｃに接続されている。 次に上記一実施例の作用について述べる。 駆動モータ７により圧縮機１を駆動すると、サイクル内
部の作動媒体が圧縮され、吐出蒸気配管９を介して凝縮
器３に流入でる。凝縮器３に流入した作動媒体は凝縮液
化され、凝縮器３を流れる被加熱流体へとの間で熱交換
を行ない、被加熱流体へを加熱する。 凝縮器３で凝縮液化された作動媒体は液配管２５を介し
て膨張弁２３に至る。膨張弁２３に至った作動媒体は膨
張されて気液−相流となり、■ジェッタ２フの駆動側２
７ａから流入され、噴出側２７ｂから噴出される。 ■ジ■クタ２７の噴出側２７ｂから噴出された気液二相
流の作動媒体は気液配管２９を介して流下液膜式蒸発器
５の熱交換室１３にお４フる液分配板１７上に供給され
る。液分配板１７上に供給された作動媒体は液分配板１
７上で均平され、各隙間１９から各伝熱管１５を流下す
る。この伝熱管１５を流下する作動媒体は伝熱管１５の
周間に薄い液膜を形成しつつ流下して蒸発する。この時
、作動媒体が流下過程で全て蒸発してしまうと、伝熱管
１５の下方でドライアウトが発生し、伝熱性能が低下す
るため、作動媒体は蒸発する液量以上のものが流下され
ている。このため熱交換９１３の下部には未蒸発の作動
媒体が溜る。 この下部液相側における作動媒体は循環パイプ３１を介
してニジ゛「フタ２７の吸込側２７ｃに、■ジェッタ２
フの吸込作用によって吸込まれ、膨張弁２３側から流入
した作動媒体と合流される。 ぞして、再び液分配板１７上に供給され、上記の蒸発作
用が繰返される。この蒸発過程において、伝熱管１５内
部を通る低温熱源流体Ｂとの間で熱交換が行なわれ、低
温熱源流体８から熱を奪う。 蒸発した作動媒体は吸込蒸気配管２１を介して前記圧縮
機１に吸込まれる。以上のサイクルが繰返され、低温熱
源流体Ｂから熱を苛い、被加熱流体Ａを加熱して高温出
力を得ることができる。 この場合、サイクルを循環する作動媒体は、高温の熱出
力に適したものであるため、蒸気圧が低いが、流下液膜
式蒸発器５内で伝熱管１５周間を流下しつつ蒸発される
ため、作動媒体の液面深さの影響を受けず、性能低下の
抑制を図ることがで一８＝ きる。また、熱交換室１３の下部液相側に溜った作動媒
体は、■ジＴクタ２７の吸込作用によって液分配板１７
上に循環供給されるたり）、循環ポンプ及びこれを駆動
する動力を必要とすることなく、成績係数の向上が図ら
れている。 なお、この発明は上記−実施例に限定されるものではな
い。例えば、伝熱管１５を水平多段の伝熱管とし、水平
型の流下液膜式蒸発器とすることもできる。また、膨張
弁２３を省略することもできる。さらに、この発明は冷
凍機に応用覆ることもできる。 ４、図面の簡単な説明 第１図はこの発明の一実施例に係るサイクル構成図、第
２図はこの発明の前提となった流下液膜式蒸発器の構成
図である。 ５・・・流下液膜式蒸発器　１１・・・シェル１５・・
・伝熱管　２７・・・エジェクタＢ・・・低温熱源流体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. サイクル内部に封入された作動媒体を圧縮する圧縮機と
   、この圧縮機で圧縮された作動媒体を凝縮させ被加熱流
   体との間で熱交換を行なわせる凝縮器と、この凝縮器で
   凝縮された作動媒体を低温熱源流体の通路を形成する伝
   熱管周間に沿つて流下蒸発させながら低温熱源流体との
   間で熱交換を行なわせる流下液膜式蒸発器と、この流下
   液膜式蒸発器と前記凝縮器との間に介設され凝縮器側か
   らの作動媒体を流下液膜式蒸発器側へ噴射するエジエク
   タとを備え、前記流下液膜式蒸発器の下部液相側を前記
   エジエクタの吸込側に接続したことを特徴とするヒート
   ポンプ装置。