(57)【要約】  熱交換装置（３００）は、第１熱交換器（１４）、エジェクタ（１１）、第１抽出器（１２）、第１ポンプ（１３）及び液経路（１５）を備えている。エジェクタ（１１）は、冷媒蒸気と第１熱交換器（１４）から流出した冷媒液とを用いて冷媒混合物を生成する。第１抽出器（１２）は、エジェクタ（１１）から冷媒混合物を受け取り、冷媒混合物から冷媒液を抽出する。第１ポンプ（１３）は、液経路（１５）に設けられている。冷媒液は、第１ポンプ（１３）によって第１抽出器（１２）からエジェクタ（１１）に圧送される。
2014057656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒液が流れる第１熱交換器と、
外部から供給された冷媒蒸気と、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液とを用いて冷媒混合物を生成するエジェクタと、
前記エジェクタから前記冷媒混合物を受け取り、前記冷媒混合物から前記冷媒液を抽出する第１抽出器と、
前記第１抽出器から前記第１熱交換器を経由して前記エジェクタに至る液経路と、
前記液経路に設けられ、前記冷媒液を前記第１抽出器から前記エジェクタに圧送する第１ポンプと、
を備えた、熱交換装置。
【請求項２】
前記第１ポンプは、前記第１抽出器と前記第１熱交換器との間において前記液経路に設けられている、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記第１熱交換器と前記エジェクタとの間において前記液経路に設けられ、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液を前記エジェクタに圧送する第２ポンプをさらに備えた、請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記第２ポンプのポンプヘッドは、前記第１ポンプのポンプヘッドよりも高く設定されている、請求項３に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記第１熱交換器と前記第２ポンプとの間において前記液経路に設けられ、前記第２ポンプに前記冷媒液が選択的に供給されるように前記第１熱交換器から流出した前記冷媒から前記冷媒液を抽出する第２抽出器をさらに備えた、請求項３に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記第２抽出器は、前記冷媒液と前記冷媒蒸気とを分離する気液分離器である、請求項５に記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記第１ポンプは、前記第１熱交換器と前記エジェクタとの間において前記液経路に設けられている、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記第１抽出器は、前記冷媒液と前記冷媒蒸気とを分離する気液分離器である、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記エジェクタは、前記冷媒液が供給される第１ノズルと、前記冷媒蒸気が吸い込まれる第２ノズルと、前記第１ノズルからの前記冷媒液と前記第２ノズルからの前記冷媒蒸気とを混合して前記冷媒混合物を生成する混合部と、前記冷媒混合物を減速することによって静圧を回復させるディフューザ部と、を有する、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項１０】
前記エジェクタから吐出された前記冷媒混合物の圧力は、前記エジェクタに吸い込まれる前記冷媒蒸気の圧力より高く、前記エジェクタに供給される前記冷媒液の圧力より低い、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項１１】
前記冷媒が水を含む、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項１２】
冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
冷媒液が流れる第１熱交換器と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒蒸気と、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液とを用いて冷媒混合物を生成するエジェクタと、
前記エジェクタから前記冷媒混合物を受け取り、前記冷媒混合物から前記冷媒液を抽出する第１抽出器と、
前記第１抽出器から前記第１熱交換器を経由して前記エジェクタに至る液経路と、
前記液経路に設けられ、前記冷媒液を前記第１抽出器から前記エジェクタに圧送する第１ポンプと、
前記冷媒液を貯留し、前記冷媒液を蒸発させることによって前記圧縮機で圧縮されるべき前記冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液又は前記蒸発器に貯留された前記冷媒液を加熱するための熱媒体が流れる第２熱交換器と、
前記第２熱交換器を経由して前記冷媒液又は前記熱媒体を循環させる循環路と、
前記循環路に設けられ、前記冷媒液を前記蒸発器から前記第２熱交換器に圧送する他のポンプと、
を備えた、ヒートポンプ装置。
【請求項１３】
前記第１ポンプは、前記第１抽出器と前記第１熱交換器との間において前記液経路に設けられている、請求項１２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１４】
前記第１熱交換器と前記エジェクタとの間において前記液経路に設けられ、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液を前記エジェクタに圧送する第２ポンプをさらに備えた、請求項１３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１５】
前記第１ポンプの出口圧力は、前記第２ポンプの出口圧力よりも低い、請求項１４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１６】
前記第１熱交換器と前記第２ポンプとの間において前記液経路に設けられ、前記第２ポンプに前記冷媒液が選択的に供給されるように前記第１熱交換器から流出した前記冷媒から前記冷媒液を抽出する第２抽出器をさらに備えた、請求項１４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１７】
前記第１ポンプは、前記第１熱交換器と前記エジェクタとの間において前記液経路に設けられている、請求項１２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１８】
前記エジェクタは、前記冷媒液が供給される第１ノズルと、前記冷媒蒸気が吸い込まれる第２ノズルと、前記第１ノズルからの前記冷媒液と前記第２ノズルからの前記冷媒蒸気とを混合して前記冷媒混合物を生成する混合部と、前記冷媒混合物を減速することによって静圧を回復させるディフューザ部と、を有する、請求項１２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１９】
前記エジェクタから吐出された前記冷媒混合物の圧力は、前記エジェクタに吸い込まれる前記冷媒蒸気の圧力より高く、前記エジェクタに供給される前記冷媒液の圧力より低い、請求項１２に記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置及びヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ装置の典型例は、空気調和装置、冷凍冷蔵庫、給湯機などの機器に使用された冷凍サイクル装置である。従来の冷凍サイクル装置には、冷媒として、フロン又は代替フロンが使用されている。しかし、これらの冷媒は、オゾン層の破壊、地球温暖化などの環境問題を抱えている。特許文献１には、地球環境に対する負荷が極めて小さい冷媒として水を用いた冷凍サイクル装置が開示されている。特許文献１に開示された冷凍サイクル装置を図１２に示す。【０００３】
冷凍サイクル装置１００は、蒸発器１１０、凝縮器１２０、第１循環路１５０及び第２循環路１６０を備えている。蒸発器１１０の上部は、第１連通路１３０によって凝縮器１２０の上部に接続されている。第１連通路１３０には、圧縮機１３１及び１３２が設けられている。蒸発器１１０の下部は、第２連通路１４０によって凝縮器１２０の下部に接続されている。【０００４】
また、地球環境に対する負荷を減らす目的で、冷凍サイクル装置の効率を高めることが求められている。特許文献２には、冷媒の膨張エネルギーを回収する手段としてエジェクタを用いた冷凍サイクル装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２２０１２号公報
【特許文献２】米国特許第３７０１２６４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、水のように常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／JIS Z8703）での飽和蒸気圧が負圧の冷媒を用いた熱交換装置又はヒートポンプ装置には、更なる性能改善が求められている。熱交換装置又はヒートポンプ装置の性能を改善するためには、冷媒の圧力を効率的に上げるための技術が不可欠である。【０００７】
本発明の目的は、冷媒の圧力を効率的に上げるための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本開示は、
冷媒液が流れる第１熱交換器と、
外部から供給された冷媒蒸気と、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液とを用いて冷媒混合物を生成するエジェクタと、
前記エジェクタから前記冷媒混合物を受け取り、前記冷媒混合物から前記冷媒液を抽出する第１抽出器と、
前記第１抽出器から前記第１熱交換器を経由して前記エジェクタに至る液経路と、
前記液経路に設けられ、前記冷媒液を前記第１抽出器から前記エジェクタに圧送する第１ポンプと、
を備えた、熱交換装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
上記の技術によれば、冷媒の圧力を効率的に上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートポンプ装置の構成図
【図２】エジェクタの断面図
【図３Ａ】図１２に示す従来の冷凍サイクル装置におけるモリエル線図
【図３Ｂ】本実施形態のヒートポンプ装置におけるモリエル線図
【図４】変形例１に係るヒートポンプ装置の構成図
【図５】変形例２に係るヒートポンプ装置の構成図
【図６】変形例３に係るヒートポンプ装置の構成図
【図７】変形例３のヒートポンプ装置におけるモリエル線図
【図８】変形例４に係る熱交換装置の構成図
【図９】変形例５に係る熱交換装置の構成図
【図１０】変形例６に係る熱交換装置の構成図
【図１１】変形例７に係る熱交換装置の構成図
【図１２】従来の冷凍サイクル装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１２に示す冷凍サイクル装置１００の性能を例えば冷房用途で十分に発揮させるためには、外気温よりも十分に高い温度の冷媒液を生成する必要がある。凝縮器１２０で生成される冷媒液の温度は凝縮器１２０に供給された冷媒蒸気の圧力に依存する。具体的に、凝縮器１２０に供給されるべき冷媒蒸気の圧力は、高温の冷媒液の飽和圧力より高い必要がある。冷凍サイクル装置１００では、凝縮器１２０は単なる凝縮器にすぎず、冷媒の圧力を上げる機能を持っていない。そのため、高温の冷媒液を生成するためには凝縮器１２０の前段に高圧の冷媒蒸気を生成できる蒸気源が必要である。冷媒蒸気の圧力が低いと高温の冷媒液を生成することができず、冷凍サイクル装置１００を運転可能な条件が限定的となる。
【００１２】
本発明者らは、冷凍サイクル装置（ヒートポンプ装置）の運転範囲を拡大し、更なる性能の改善を図るべく、低圧の冷媒蒸気から高温の冷媒液を生成するための技術を検討した。その結果、本明細書に開示する技術を想到するに至った。
【００１３】
本開示の第１態様は、
冷媒液が流れる第１熱交換器と、
外部から供給された冷媒蒸気と、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液とを用いて冷媒混合物を生成するエジェクタと、
前記エジェクタから前記冷媒混合物を受け取り、前記冷媒混合物から前記冷媒液を抽出する第１抽出器と、
前記第１抽出器から前記第１熱交換器を経由して前記エジェクタに至る液経路と、
前記液経路に設けられ、前記冷媒液を前記第１抽出器から前記エジェクタに圧送する第１ポンプと、
を備えた、熱交換装置を提供する。
【００１４】
本態様によれば、エジェクタには、第１熱交換器から流出した冷媒液が供給される。この冷媒液は、第１熱交換器において冷却された冷媒液である。エジェクタには、外部から冷媒蒸気も供給される。エジェクタの内部の圧力は、供給された冷媒液の温度に応じて冷媒蒸気の圧力よりも低い圧力まで下がる。そのため、冷媒蒸気は、エジェクタの蒸気ノズルに膨張及び加速しながら連続的に吸入される。さらに、冷媒蒸気は、（ａ）冷媒蒸気と冷媒液との間の温度差と、（ｂ）冷媒蒸気と冷媒液との間のエネルギーの輸送及び冷媒蒸気と冷媒液との間の運動量の輸送による圧力上昇と、によって凝縮する。つまり、エジェクタは、冷媒蒸気と冷媒液とを用いて冷媒混合物を生成する。エジェクタを凝縮器として機能させることができる。エジェクタで生成された冷媒混合物は、第１抽出器に送られる。
【００１５】
例えば、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒を用いた場合、冷媒蒸気の体積は冷媒液の体積に対して約１０万倍と大きくなる。エジェクタの作動状態によっては第１抽出器から第１熱交換器に至る液経路に冷媒蒸気が入る。このような条件の場合、ポンプによって冷媒を圧送することが困難となり、熱交換装置の運転を継続することが困難となる。
【００１６】
しかし、第１態様では、冷媒混合物が第１抽出器に送られ、第１抽出器において冷媒混合物から冷媒液が抽出される。抽出された冷媒液が第１熱交換器に送られる。従って、第１抽出器から第１熱交換器を経由してエジェクタに至る液経路の中を冷媒液で満たすことができ、液経路に配置された第１ポンプを用いて、第１抽出器から第１熱交換器へと冷媒液を搬送し続けることができる。
【００１７】
以上の理由により、低圧の冷媒蒸気から高温の冷媒液を生成でき、ひいては熱交換装置の運転範囲も拡大する。
【００１８】
本開示の第２態様は、第１態様に加え、前記第１ポンプは、前記第１抽出器と前記第１熱交換器との間において前記液経路に設けられている、熱交換装置を提供する。
【００１９】
本開示の第３態様は、第２態様に加え、前記第１熱交換器と前記エジェクタとの間において前記液経路に設けられ、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液を前記エジェクタに圧送する第２ポンプをさらに備えた、熱交換装置を提供する。本態様によれば、第１熱交換器に送られるべき冷媒液の圧力を抑えることができる。そのため、第１熱交換器の耐圧強度を抑えることができる。
【００２０】
本開示の第４態様は、第３態様に加え、前記第２ポンプのポンプヘッドは、前記第１ポンプのポンプヘッドよりも高く設定されている、熱交換装置を提供する。本態様によれば、第１ポンプの負荷を減らせる。
【００２１】
本開示の第５態様は、第３又は第４態様に加え、前記第１熱交換器と前記第２ポンプとの間において前記液経路に設けられ、前記第２ポンプに前記冷媒液が選択的に供給されるように前記第１熱交換器から流出した前記冷媒から前記冷媒液を抽出する第２抽出器をさらに備えた、熱交換装置を提供する。本態様によれば、第１熱交換器において冷媒が気液二相状態に変化したとしても、第２ポンプが冷媒液のみを吸い込むことができ、エジェクタに冷媒液を安定的に供給できる。
【００２２】
本開示の第６態様は、第５態様に加え、前記第２抽出器は、前記冷媒液と前記冷媒蒸気とを分離する気液分離器である、熱交換装置を提供する。
【００２３】
本開示の第７態様は、第１態様に加え、前記第１ポンプは、前記第１熱交換器と前記エジェクタとの間において前記液経路に設けられている、熱交換装置を提供する。第７態様の熱交換装置では、第１ポンプに吸い込まれるべき冷媒液が第１熱交換器で冷却されることによって、第１ポンプの有効吸込ヘッド（ＮＰＳＨａ）が増加する。従って、冷媒液の冷却によって増えた有効吸込ヘッドに相当する分だけ、第１ポンプに加わる位置ヘッドを低減することが可能であり、ひいては熱交換装置を小型化することが可能である。このことは、特に、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒を用いた熱交換装置にとって望ましい。
【００２４】
本開示の第８態様は、第１〜第７態様のいずれか１つに加え、前記第１抽出器は、前記冷媒液と前記冷媒蒸気とを分離する気液分離器である、熱交換装置を提供する。
【００２５】
なお、第１抽出器及び第２抽出器は、必ずしも冷媒液と冷媒蒸気とを分離するものである必要はない。第１抽出器及び第２抽出器は、冷媒蒸気を生じさせることなく、冷媒液を抽出できるものであってもよい。
【００２６】
本開示の第９態様は、第１〜第８態様のいずれか１つに加え、前記エジェクタは、前記冷媒液が供給される第１ノズルと、前記冷媒蒸気が吸い込まれる第２ノズルと、前記第１ノズルからの前記冷媒液と前記第２ノズルからの前記冷媒蒸気とを混合して前記冷媒混合物を生成する混合部と、前記冷媒混合物を減速することによって静圧を回復させるディフューザ部と、を有する、熱交換装置を提供する。このような構造のエジェクタにおいて、冷媒の温度及び圧力が上昇する。
【００２７】
本開示の第１０態様は、第１〜第９態様のいずれか１つに加え、前記エジェクタから吐出された前記冷媒混合物の圧力は、前記エジェクタに吸い込まれる前記冷媒蒸気の圧力より高く、前記エジェクタに供給される前記冷媒液の圧力より低い、熱交換装置を提供する。本態様によれば、冷媒の圧力を効率的に上げることができる。
【００２８】
本開示の第１１態様は、第１〜第１０態様のいずれか１つに加え、前記冷媒が水を含む、熱交換装置を提供する。
【００２９】
本開示の第１２態様は、
冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
冷媒液が流れる第１熱交換器と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒蒸気と、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液とを用いて冷媒混合物を生成するエジェクタと、
前記エジェクタから前記冷媒混合物を受け取り、前記冷媒混合物から前記冷媒液を抽出する第１抽出器と、
前記第１抽出器から前記第１熱交換器を経由して前記エジェクタに至る液経路と、
前記液経路に設けられ、前記冷媒液を前記第１抽出器から前記エジェクタに圧送する第１ポンプと、
前記冷媒液を貯留し、前記冷媒液を蒸発させることによって前記圧縮機で圧縮されるべき前記冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液又は前記蒸発器に貯留された前記冷媒液を加熱するための熱媒体が流れる第２熱交換器と、
前記第２熱交換器を経由して前記冷媒液又は前記熱媒体を循環させる循環路と、
前記循環路に設けられ、前記冷媒液を前記蒸発器から前記第２熱交換器に圧送する他のポンプと、
を備えた、ヒートポンプ装置を提供する。
【００３０】
常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒を用いたヒートポンプ装置の性能を十分に発揮させるためには、外気温よりも十分に高い温度の冷媒液を生成する必要がある。図１２に示す冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１３１及び１３２によって、凝縮器１２０に供給されるべき冷媒蒸気の圧力が高温の冷媒液の飽和圧力よりも高い圧力まで上げられる。しかし、冷凍サイクル装置１００のように、圧縮機１３１及び１３２（詳細には、遠心式圧縮機１３１及び容積式圧縮機１３２）を用いた場合、冷凍サイクル装置１００が全体として大型化する傾向にある。特に、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒を用いた場合、冷媒の体積流量が非常に大きいので、冷凍サイクル装置１００の中で遠心式圧縮器１３１及び容積式圧縮機１３２の占めるスペースの割合が大きくなりがちである。
【００３１】
本態様によれば、エジェクタに供給された冷媒液を駆動流として利用し、圧縮機からの冷媒蒸気をエジェクタに吸入させる。エジェクタは、冷媒液と冷媒蒸気とを用いて冷媒混合物を生成する。圧縮機が担うべき仕事を減らせるので、圧縮機での圧力比を大幅に削減しつつ、従来と比較して同等又はそれ以上のヒートポンプ装置の効率を達成できる。また、ヒートポンプ装置を小型化することも可能となる。
【００３２】
本開示の第１３態様は、第１２態様に加え、前記第１ポンプは、前記第１抽出器と前記第１熱交換器との間において前記液経路に設けられている、ヒートポンプ装置を提供する。
【００３３】
本開示の第１４態様は、第１３態様に加え、前記第１熱交換器と前記エジェクタとの間において前記液経路に設けられ、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液を前記エジェクタに圧送する第２ポンプをさらに備えた、ヒートポンプ装置を提供する。本態様によれば、第１熱交換器に送られるべき冷媒液の圧力を抑えることができる。そのため、第１熱交換器の耐圧強度を抑えることができる。
【００３４】
本開示の第１５態様は、第１４態様に加え、前記第１ポンプの出口圧力は、前記第２ポンプの出口圧力よりも小さい、ヒートポンプ装置を提供する。本態様によれば、第１熱交換器に送られるべき冷媒液の圧力を抑えることができる。そのため、第１熱交換器の耐圧強度を抑えることができる。
【００３５】
本開示の第１６態様は、第１４又は第１５態様に加え、前記第１熱交換器と前記第２ポンプとの間において前記液経路に設けられ、前記第２ポンプに前記冷媒液が選択的に供給されるように前記第１熱交換器から流出した前記冷媒から前記冷媒液を抽出する第２抽出器をさらに備えた、ヒートポンプ装置を提供する。本態様によれば、第１熱交換器において冷媒が気液二相状態に変化したとしても、第２ポンプが冷媒液のみを吸い込むことができ、エジェクタに冷媒液を安定的に供給できる。
【００３６】
本開示の第１７態様は、第１２態様に加え、前記第１ポンプは、前記第１熱交換器と前記エジェクタとの間において前記液経路に設けられている、ヒートポンプ装置を提供する。本態様によれば、第７態様と同じ効果が得られる。
【００３７】
本開示の第１８態様は、第１２〜第１７態様のいずれか１つに加え、前記エジェクタは、前記冷媒液が供給される第１ノズルと、前記冷媒蒸気が吸い込まれる第２ノズルと、前記第１ノズルからの前記冷媒液と前記第２ノズルからの前記冷媒蒸気とを混合して前記冷媒混合物を生成する混合部と、前記冷媒混合物を減速することによって静圧を回復させるディフューザ部と、を有する、ヒートポンプ装置を提供する。このような構造のエジェクタにおいて、冷媒の温度及び圧力が上昇する。
【００３８】
本開示の第１９態様は、第１２〜第１８態様のいずれか１つに加え、前記エジェクタから吐出された前記冷媒混合物の圧力は、前記エジェクタに吸い込まれる前記冷媒蒸気の圧力より高く、前記エジェクタに供給される前記冷媒液の圧力より低い、ヒートポンプ装置を提供する。本態様によれば、エジェクタに供給された冷媒液を駆動流として利用できる。その結果、簡易な構成により、エジェクタを凝縮器として機能させることができる。圧縮機での圧力比を大幅に削減しつつ、従来と比較して同等又はそれ以上のヒートポンプ装置の効率を達成できる。
【００３９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではない。
【００４０】
図１に示すように、本実施形態のヒートポンプ装置２００（冷凍サイクル装置）は、第１熱交換ユニット１０、第２熱交換ユニット２０、圧縮機３１及び蒸気経路３２を備えている。第１熱交換ユニット１０及び第２熱交換ユニット２０は、それぞれ、放熱側回路及び吸熱側回路を形成している。第２熱交換ユニット２０で生成された冷媒蒸気が圧縮機３１及び蒸気経路３２を経由して第１熱交換ユニット１０に供給される。
【００４１】
ヒートポンプ装置２００には、常温での飽和蒸気圧が負圧（絶対圧で大気圧よりも低い圧力）の冷媒が充填されている。そのような冷媒としては、水、アルコール又はエーテルを主成分として含む冷媒が挙げられる。ヒートポンプ装置２００の運転時において、ヒートポンプ装置２００の内部の圧力は大気圧よりも低い。圧縮機３１の入口の圧力は、例えば、０．５〜５ｋＰａＡの範囲にある。圧縮機３１の出口の圧力は、例えば、５〜１５ｋＰａＡの範囲にある。冷媒として、凍結防止などの理由から、水を主成分として含み、エチレングリコール、ナイブライン、無機塩類などが質量％に換算して１０〜４０％混合された冷媒を用いることもできる。「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。
【００４２】
第１熱交換ユニット１０は、エジェクタ１１、第１抽出器１２、第１ポンプ１３及び第１熱交換器１４を備えている。エジェクタ１１、第１抽出器１２、第１ポンプ１３及び第１熱交換器１４が配管１５ａ〜１５ｄによってこの順番で環状に接続されている。
【００４３】
図２に示すように、エジェクタ１１は、第１ノズル４０、第２ノズル４１、混合部４２及びディフューザ部４３を有する。第１ノズル４０は配管１５ｄによって第１熱交換器１４に接続されている。配管１５ｄを通じて、第１熱交換器１４から流出した冷媒液が駆動流として第１ノズル４０に供給される。第２ノズル４１には蒸気経路３２が接続されている。第１ノズル４０から噴射される冷媒液の温度は、第１熱交換器１４によって下げられている。そのため、第１ノズル４０からの冷媒液の噴射により、混合部４２の圧力が蒸気経路３２の圧力より低くなる。その結果、蒸気経路３２を通じて、大気圧以下の圧力を有する冷媒蒸気が第２ノズル４１に連続的に吸い込まれる。第１ノズル４０から加速しながら噴射された冷媒液と、第２ノズル４１から膨張及び加速しながら噴射された冷媒蒸気は、混合部４２で混合される。そして、冷媒液と冷媒蒸気との間の温度差に起因する第１の凝縮と、冷媒液と冷媒蒸気との間のエネルギーの輸送及び冷媒液と冷媒蒸気との間の運動量の輸送に基づく昇圧効果に起因する第２の凝縮とによって、クオリティ（乾き度）の小さい冷媒混合物が生成される。この冷媒混合物のクオリティがゼロでない場合、冷媒混合物の流速が二相流の音速を超えることで急激な圧力上昇が起こり、さらに凝縮が促進される。生成した冷媒混合物は、液相状態又はクオリティの非常に小さい気液二相状態の冷媒である。その後、ディフューザ部４３は、冷媒混合物を減速することによって静圧を回復させる。このような構造のエジェクタ１１において、冷媒の温度及び圧力が上昇する。
【００４４】
また、エジェクタ１１は、ニードルバルブ４４及びサーボアクチュエータ４５を備えている。ニードルバルブ４４及びサーボアクチュエータ４５は、駆動流としての冷媒液の流量を調整するための流量調整器である。ニードルバルブ４４によって、第１ノズル４０の先端のオリフィスの断面積を変更できる。サーボアクチュエータ４５によって、ニードルバルブ４４の位置が調節される。これにより、第１ノズル４０を流れる冷媒液の流量を調整できる。
【００４５】
第１抽出器１２は、エジェクタ１１から冷媒混合物を受け取り、冷媒混合物から冷媒液を抽出する。つまり、第１抽出器１２は、冷媒液と冷媒蒸気とを分離する気液分離器としての役割を担っている。第１抽出器１２からは基本的に冷媒液のみが取り出される。第１抽出器１２は、例えば、断熱性を有する耐圧容器によって形成されている。これにより、エジェクタ１１の出口側の温度及び圧力が下がることを防止できるため、冷媒混合物がエジェクタ１１において昇温及び昇圧することが容易になる。第１抽出器１２は、望ましくは、エジェクタ１１において昇温及び昇圧された冷媒混合物の温度及び圧力が、それぞれ維持されるように構成されている。第１抽出器１２の構造は特に限定されない。配管１５ｂ〜１５ｄは、第１抽出器１２から第１熱交換器１４を経由してエジェクタ１１に至る液経路１５を形成している。第１ポンプ１３は、第１抽出器１２の液出口と第１熱交換器１４の入口との間において液経路１５に設けられている。第１ポンプ１３によって、第１抽出器１２に貯留された冷媒液が第１熱交換器１４に圧送される。第１ポンプ１３の吐出圧力は大気圧よりも低い。第１ポンプ１３は、当該第１ポンプ１３の吸入口から第１抽出器１２の中の冷媒液の液面までの高さが必要吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置されている。
【００４６】
第１熱交換器１４は、フィンチューブ熱交換器、シェルチューブ熱交換器などの公知の熱交換器によって形成されている。ヒートポンプ装置２００が室内の冷房を行う空気調和装置である場合、第１熱交換器１４は室外に配置され、室外の空気を冷媒液によって加熱する。
【００４７】
第２熱交換ユニット２０は、蒸発器２１、ポンプ２２（第３ポンプ）及び第２熱交換器２３を有する。蒸発器２１は、冷媒液を貯留し、冷媒液を蒸発させることによって圧縮機３１で圧縮されるべき冷媒蒸気を生成する。蒸発器２１、ポンプ２２及び第２熱交換器２３が配管２４ａ〜２４ｃによって環状に接続されている。蒸発器２１は、例えば、断熱性を有する耐圧容器によって形成されている。配管２４ａ〜２４ｃは、蒸発器２１に貯留された冷媒液を第２熱交換器２３を経由して循環させる循環路２４を形成している。ポンプ２２は、蒸発器２１の液出口と第２熱交換器２３の入口との間において循環路２４に設けられている。ポンプ２２によって、蒸発器２１に貯留された冷媒液が第２熱交換器２３に圧送される。ポンプ２２の吐出圧力は大気圧よりも低い。ポンプ２２は、当該ポンプ２２の吸入口から蒸発器２１の中の冷媒液の液面までの高さが必要吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置されている。
【００４８】
第２熱交換器２３は、フィンチューブ熱交換器、シェルチューブ熱交換器などの公知の熱交換器によって形成されている。ヒートポンプ装置２００が室内の冷房を行う空気調和装置である場合、第２熱交換器２３は室内に配置され、室内の空気を冷媒液によって冷却する。
【００４９】
本実施形態において、蒸発器２１は、循環路２４を循環することによって加熱された冷媒液を内部で直接的に蒸発させる熱交換器である。蒸発器２１に貯留された冷媒液は、循環路２４を循環する冷媒液に直接接触する。つまり、蒸発器２１の中の冷媒液の一部が第２熱交換器２３で加熱されて、飽和状態の冷媒液を加熱する熱源として使用される。配管２４ａの上流端は、蒸発器２１の下部に接続されていることが望ましい。配管２４ｃの下流端は、蒸発器２１の中間部に接続されていることが望ましい。なお、第２熱交換ユニット２０は、蒸発器２１に貯留された冷媒液が循環路２４を循環する他の冷媒液と混ざらないように構成されていてもよい。例えば、蒸発器２１がシェルチューブ熱交換器のような熱交換構造を有している場合、循環路２４を循環する熱媒体によって蒸発器２１に貯留された冷媒液を加熱し、蒸発させることができる。第２熱交換器２３には、蒸発器２１に貯留された冷媒液を加熱するための熱媒体が流れる。
【００５０】
蒸気経路３２は、上流部分３２ａ及び下流部分３２ｂを有する。蒸気経路３２には、圧縮機３１が配置されている。蒸気経路３２の上流部分３２ａによって蒸発器２１の上部が圧縮機３１の吸入口に接続されている。蒸気経路３２の下流部分３２ｂによって圧縮機３１の吐出口がエジェクタ１１の第２ノズル４１に接続されている。圧縮機３１は、遠心式圧縮機又は容積式圧縮機である。蒸気経路３２には、複数の圧縮機が設けられていてもよい。圧縮機３１は、上流部分３２ａを通じて第２熱交換ユニット２０の蒸発器２１から冷媒蒸気を吸い込み、圧縮する。圧縮された冷媒蒸気は、下流部分３２ｂを通じてエジェクタ１１に供給される。
【００５１】
本実施形態によれば、エジェクタ１１において冷媒の温度及び圧力が上げられる。圧縮機３１が担うべき仕事を減らせるので、圧縮機３１での圧力比を大幅に削減しつつ、従来と比較して同等又はそれ以上のヒートポンプ装置２００の効率を達成できる。また、ヒートポンプ装置２００を小型化することも可能となる。
【００５２】
ヒートポンプ装置２００は、冷房専用の空気調和装置に限定されない。第１熱交換器１４が吸熱用熱交換器として機能し、第２熱交換器２３が放熱用熱交換器として機能するように、四方弁、三方弁などの流路切替部が設けられていてもよい。このようにすれば、冷房運転と暖房運転とを切り替え可能な空気調和装置が得られる。また、ヒートポンプ装置２００は、空気調和装置に限定されず、チラー、蓄熱装置などの他の装置であってもよい。第１熱交換器１４の加熱対象及び第２熱交換器２３の冷却対象は、空気以外の気体又は液体であってもよい。
【００５３】
また、第１熱交換ユニット１０から第２熱交換ユニット２０に冷媒を戻すための戻し経路３３が設けられていてもよい。戻し経路３３には、キャピラリ、膨張弁などの膨張機構３４が設けられている。本実施形態では、第１抽出器１２に貯留された冷媒を蒸発器２１に転送できるように、戻し経路３３によって第１抽出器１２と蒸発器２１とが接続されている。典型的には、第１抽出器１２の下部と蒸発器２１の下部とが戻し経路３３によって接続される。冷媒液は、膨張機構３４において減圧されながら、戻し経路３３を通って第１抽出器１２から蒸発器２１に戻される。
【００５４】
なお、戻し経路３３は、第１熱交換ユニット１０のどの位置から分岐していてもよい。例えば、戻し経路３３は、エジェクタ１１と第１抽出器１２とを接続している配管１５ａから分岐していてもよいし、第１抽出器１２の上部から分岐していてもよい。さらに、第１熱交換ユニット１０から第２熱交換ユニット２０に冷媒を戻すことは必須ではない。例えば、第１熱交換ユニット１０は、余分な冷媒を適宜排出できるように構成されていてもよく、第２熱交換ユニット２０は、冷媒を適宜補充できるように構成されていてもよい。
【００５５】
次に、ヒートポンプ装置２００の運転について説明する。
【００５６】
図３Ａは、エジェクタを有さない従来の冷凍サイクル装置１００（図１２参照）におけるモリエル線図である。蒸発器１１０に貯留された冷媒液は、蒸発器１１０の内部で蒸発して冷媒蒸気に変化する（点ａ→点ｂ）。冷媒蒸気は、圧縮機１３１及び１３２において圧縮される（点ｂ→点ｃ）。簡略のため、圧縮機１３１と圧縮機１３２との間に設けられた中間冷却器を無視する。圧縮された冷媒蒸気は、凝縮器１２０において冷却されて凝縮する（点ｃ→点ｄ）。凝縮器１２０に貯留された冷媒液は、ポンプによって熱交換器に圧送される（点ｄ→点ｅ）。冷媒液は、熱交換器において冷却される（点ｅ→点ｆ）。冷却された冷媒液は、凝縮器１２０に戻される（点ｆ→点ｄ）。冷媒液の一部は、第２連通路１４０を通じて蒸発器１１０に戻される（点ｄ→点ａ）。
【００５７】
図３Ｂは、本実施形態のヒートポンプ装置２００におけるモリエル線図である。破線は、図３Ａで説明したサイクルの一部を表している。蒸発器２１に貯留された冷媒液は、蒸発器２１の内部で蒸発して冷媒蒸気に変化する（点Ａ→点Ｂ）。冷媒蒸気は、圧縮機３１において圧縮される（点Ｂ→点Ｃ）。圧縮された冷媒蒸気は、エジェクタ１１に吸い込まれ、第１熱交換器１４から流出した冷媒液と混合される（点Ｃ→点Ｄ）。冷媒蒸気と冷媒液との冷媒混合物は、エジェクタ１１において昇温及び昇圧される（点Ｄ→点Ｅ）。詳細には、エジェクタ１１において冷媒蒸気が熱を放出しながら凝縮する。従って、冷媒混合物の温度も上昇する。冷媒混合物は、液相状態又は気液二相状態の冷媒である。エジェクタ１１の出口の冷媒の状態は、ヒートポンプ装置２００の運転条件に応じて変化する。エジェクタ１１の出口で冷媒が完全に液相状態であること、言い換えれば、冷媒のクオリティがゼロであることが理想的である。冷媒混合物は、エジェクタ１１から第１抽出器１２に送られ、冷媒液と冷媒蒸気とに分離される。第１抽出器１２に貯留された冷媒液は、第１ポンプ１３によって第１熱交換器１４に圧送される（点Ｅ→点Ｆ）。冷媒液は、第１熱交換器１４において冷却される（点Ｆ→点Ｇ）。第１熱交換器１４は、第１ポンプ１３によって昇圧された冷媒液を過冷却域まで冷却する。冷却された冷媒液は、エジェクタ１１に駆動流として供給される（点Ｇ→点Ｄ）。冷媒液の一部は、第１抽出器１２又は配管１５ａから蒸発器２１へと戻されてもよい（点Ｅ→点Ａ）。
【００５８】
また、点Ｄ、点Ｅ及び点Ｇから理解できるように、エジェクタ１１から吐出された冷媒混合物の圧力は、エジェクタ１１に吸い込まれる冷媒蒸気の圧力より高く、エジェクタ１１に供給される冷媒液の圧力より低い。言い換えれば、エジェクタ１１の出口における圧力は、エジェクタ１１の第２ノズル４１への入口における圧力よりも高く、エジェクタ１１の第１ノズル４０への入口における圧力よりも低い。このような圧力関係により、冷媒の圧力を効率的に上げることができる。本実施形態によれば、エジェクタ１１を凝縮器として機能させることができる。
【００５９】
エジェクタ１１の出口における圧力は、例えば、６〜１０００ｋＰａＡの範囲にある。エジェクタ１１の第２ノズル４１への入口における圧力は、例えば、５〜１５ｋＰａＡの範囲にある。エジェクタ１１の第１ノズル４０への入口における圧力は、例えば、３００〜１５００ｋＰａＡの範囲にある。
【００６０】
図３Ａと図３Ｂとを比較すると理解できるように、図３Ｂのサイクルにおいて圧縮機３１が担うべき仕事は、図３Ａのサイクルにおいて圧縮機１３１及び１３２が担うべき仕事よりも小さい。つまり、本実施形態によれば、圧縮機３１での圧力比を減らせる。例えば、冷媒として水を使用した場合、エジェクタ１１に数百ｋＰａ〜数ＭＰａの範囲の圧力を有する冷媒液を駆動流として供給することによって、圧縮機３１での圧力比を約３０％減らせる。
【００６１】
図３Ｂのサイクルでは、第１熱交換器１４での放熱量が増加しているように見える。しかし、冷媒液の循環量が減少しているので、図３Ａのサイクルと図３Ｂのサイクルとの間で放熱量に大きな差は無い。また、図３Ｂのサイクルでは、第１ポンプ１３の仕事が増加しているが、圧縮機３１の仕事の減少を考慮すれば、ヒートポンプ装置２００の効率（ＣＯＰ：coefficient of performance）は、従来の冷凍サイクル装置１００の効率と同等かそれを上回る。
【００６２】
また、本実施形態のヒートポンプ装置２００によれば、より高温の冷媒液を容易に生成することができる。つまり、気候が比較的温暖な地域から、砂漠地域、熱帯地域など外気温の非常に高い地域まで、幅広い地域でヒートポンプ装置２００を冷房用途で使用できる。また、ヒートポンプ装置２００を暖房用途で使用する場合にも次のような効果が得られる。すなわち、圧縮機３１のモータに使用された永久磁石の減磁を防止するために、圧縮機３１の吐出冷媒の温度は制限される可能性がある。しかし、本実施形態によれば、エジェクタ１１によってより高温の冷媒液を生成できるので、圧縮機３１の吐出冷媒の温度を抑制しつつ、高温暖房が可能となる。また、暖房用途だけでなく、ヒートポンプ装置２００を給湯用途に使用する場合においても、より高温の給湯に対応することが可能となる。
【００６３】
なお、蒸発器２１に貯留された冷媒液は、ポンプ２２によって第２熱交換器２３に圧送され、第２熱交換器２３において室内空気などの熱媒体から吸熱した後、蒸発器２１に戻る。蒸発器２１の冷媒液は、減圧下での沸騰により蒸発し、蒸発した冷媒蒸気が圧縮機３１に吸入される。
【００６４】
本実施形態のヒートポンプ装置２００では、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒が使用されている。水を主成分として含む冷媒を例に挙げると、冷媒蒸気の体積が冷媒液の体積の約１０万倍と大きい。そのため、液経路１５に冷媒蒸気が入ると、非常に大きいポンプ動力が必要となる。
【００６５】
本実施形態によれば、エジェクタ１１で生成された冷媒混合物が第１抽出器１２に送られ、第１抽出器１２において冷媒混合物から冷媒液が抽出される。第１抽出器１２の液出口と第１熱交換器１４の入口との間において液経路１５に第１ポンプ１３が設けられている。第１抽出器１２で抽出された冷媒液が第１ポンプ１３によって第１熱交換器１４に送られる。このような構成によれば、第１抽出器１２から第１熱交換器１４を経てエジェクタ１１に至る液経路１５の中を冷媒液で満たし、第１ポンプ１３によって冷媒液を第１熱交換器１４及びエジェクタ１１に圧送し続けることができる。言い換えれば、液経路１５に冷媒蒸気が入ることを防止できる。
【００６６】
（変形例１）
図４に示すように、変形例１のヒートポンプ装置２０１は、図１を参照して説明したヒートポンプ装置２００の第１熱交換ユニット１０と異なる構成の第１熱交換ユニット１０Ｂを有する。具体的に、ヒートポンプ装置２０１は、第２ポンプ１６をさらに備えている。ヒートポンプ装置２０１のその他の構成は、図１を参照して説明したヒートポンプ装置２００と同一である。
【００６７】
第２ポンプ１６は、第１熱交換器１４の出口とエジェクタ１１との間において液経路１５に設けられている。第２ポンプ１６によって、第１熱交換器１４から流出した冷媒液がエジェクタ１１に圧送される。本変形例では、液経路１５が配管１５ｂ〜１５ｅによって形成されている。第２ポンプ１６の働きによって、第１ポンプ１３の負荷を減らせる。
【００６８】
ヒートポンプ装置２０１において、第１ポンプ１３の出口圧力は、第２ポンプ１６の出口圧力よりも小さい。また、第２ポンプ１６のポンプヘッド（pump head）は、第１ポンプ１３のポンプヘッドよりも高く設定されている。言い換えれば、第２ポンプ１６の入口圧力と出口圧力との差が、第１ポンプ１３の入口圧力と出口圧力との差よりも大きい。このような圧力関係によれば、第１熱交換器１４に送るべき冷媒液の圧力を抑えることができる。そのため、第１熱交換器１４の耐圧強度を抑えることができる。また、冷媒液の圧力を複数回に分けて上げるので、ポンプ１３及び１６のそれぞれにおける昇圧幅は比較的小さい。従って、ポンプ１３及び１６の高速回転及び大型化を回避でき、ひいては高効率なポンプをポンプ１３及び１６として使用できる。
【００６９】
（変形例２）
図５に示すように、変形例２のヒートポンプ装置２０２は、図１を参照して説明したヒートポンプ装置２００の第１熱交換ユニット１０と異なる構成の第１熱交換ユニット１０Ｃを有する。具体的に、ヒートポンプ装置２０２は、第２ポンプ１６及び第２抽出器１７をさらに備えている。ヒートポンプ装置２０２のその他の構成は、図１を参照して説明したヒートポンプ装置２００と同一である。
【００７０】
第２ポンプ１６は、変形例１で説明したものと同一であり、第２抽出器１７に貯留された冷媒液をエジェクタ１１に圧送するように第２抽出器１７の液出口とエジェクタ１１との間において液経路１５に設けられている。
【００７１】
第２抽出器１７は、第１熱交換器１４の出口と第２ポンプ１６の入口との間において液経路１５に設けられている。第２抽出器１７によれば、第２ポンプ１６に冷媒液が選択的に供給されるように、第１熱交換器１４から流出した冷媒から冷媒液を抽出できる。つまり、第２抽出器１７は、冷媒液と冷媒蒸気とを分離する気液分離器としての役割を担っている。第２抽出器１７からは基本的に冷媒液のみが取り出される。第２抽出器１７は、例えば、断熱性を有する耐圧容器によって形成されている。ただし、冷媒液を抽出できる限りにおいて、第２抽出器１７の構造は特に限定されない。本変形例では、液経路１５が配管１５ｂ〜１５ｆによって形成されている。このような構成によれば、第１熱交換器１４から流出した冷媒が気液二相状態であったとしても、第２ポンプ１６が冷媒液のみを吸い込むことができ、エジェクタ１１に冷媒液を安定的に供給できる。つまり、本変形例によれば、ヒートポンプ装置２０２をより安定的に運転できる。
【００７２】
また、第１抽出器１２に加えて第２抽出器１７が設けられていると、次のような効果も得られる。ヒートポンプ装置２０２の運転が停止しているとき、冷媒は、重力によってヒートポンプ装置２０２の概ね下半分の部分に溜まる。ここで、第１熱交換器１４は、ガス抜きの必要性の理由から、鉛直方向における上部に出口を有している。従って、ヒートポンプ装置２０２の起動時には、第１熱交換器１４からガス（冷媒蒸気）が排出される。このガスが第２ポンプ１６に吸い込まれると、第２ポンプ１６が冷媒を圧送することが困難となる可能性がある。しかし、第２抽出器１７が設けられていると、第２抽出器１７が気液分離器として機能し、ヒートポンプ装置２０２の起動時においても冷媒液が選択的に第２ポンプ１６に供給されるため、第２ポンプ１６が正常に起動でき、ひいてはヒートポンプ装置２０２が安定的に起動できる。
【００７３】
（変形例３）
図６に示すように、変形例３のヒートポンプ装置２０３は、図１を参照して説明したヒートポンプ装置２００の第１熱交換ユニット１０と異なる構成の第１熱交換ユニット１０Ｄを有する。具体的に、ヒートポンプ装置２０３において、第１ポンプ１３は、第１熱交換器１４の出口とエジェクタ１１の入口との間において液経路１５に設けられている。エジェクタ１１の第１ノズル４０と第１ポンプ１３とが配管１５ｄによって接続されている。ヒートポンプ装置２０３のその他の構成は、図１を参照して説明したヒートポンプ装置２００と同一である。
【００７４】
第１ポンプ１３によって、第１抽出器１２に貯留された冷媒液が第１熱交換器１４を経由してエジェクタ１１に圧送される。第１ポンプ１３の吐出圧力は大気圧よりも低い。第１ポンプ１３は、当該第１ポンプ１３の吸入口から第１抽出器１２の中の冷媒液の液面までの高さ及び第１熱交換器１４での冷媒液の温度の低下を考慮に入れた有効吸込ヘッドが必要吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置されている。第１ポンプ１３に吸い込まれるべき冷媒液が第１熱交換器１４で冷却されることによって、第１ポンプ１３の有効吸込ヘッドが増加する。従って、第１ポンプ１３にかかる位置ヘッドを低減することが可能である。この場合、第１熱交換ユニット１０を小型化することが可能である。
【００７５】
第１ポンプ１３は、例えば、重力方向において第１抽出器１２の底面よりも下方に位置している。このような位置に第１ポンプ１３が配置されていると、ヒートポンプ装置２００の停止後、再起動するときに第１ポンプ１３がガスを吸い込むことを防止できる。
【００７６】
図７は、本変形例のヒートポンプ装置２０３におけるモリエル線図である。点Ａ〜点Ｅまでのプロセスは、図３Ｂを参照して説明した通りである。第１抽出器１２に貯留された冷媒液は、第１熱交換器１４に送られ、第１熱交換器１４において過冷却域まで冷却される（点Ｅ→点Ｆ）。冷却された冷媒液は、第１ポンプ１３によって昇圧される（点Ｆ→点Ｇ）。昇圧された冷媒液は、エジェクタ１１に駆動流として供給される（点Ｇ→点Ｄ）。
【００７７】
本変形例によれば、エジェクタ１１で生成された冷媒混合物が第１抽出器１２に送られ、第１抽出器１２において冷媒混合物から冷媒液が抽出され、第１熱交換器１４に送られる。第１熱交換器１４の出口とエジェクタ１１の入口との間において液経路１５に第１ポンプ１３が設けられている。第１抽出器１２で抽出された冷媒液が第１熱交換器１４で冷却され、第１ポンプ１３に吸い込まれる。このような構成によれば、第１抽出器１２から第１熱交換器１４を経てエジェクタ１１に至る液経路１５の中を冷媒液で満たし、第１ポンプ１３によって冷媒液をエジェクタ１１に圧送し続けることができる。言い換えれば、液経路１５に冷媒蒸気が入ることを防止できる。
【００７８】
なお、変形例２のヒートポンプ装置２０２に本変形例の構成を採用してもよい。すなわち、変形例２のヒートポンプ装置２０２において、第１熱交換器１４が第１抽出器１２と第１ポンプ１３との間に位置していてもよい。
【００７９】
（変形例４〜７）
図８、図９、図１０及び図１１に示すように、熱交換装置３００，３０１，３０２及び３０３は、それぞれ、図１、図４、図５及び図６を参照して説明したヒートポンプ装置２００，２０１，２０２及び２０３の第１熱交換ユニット１０，１０Ｂ，１０Ｃ及び１０Ｄに対応している。つまり、ヒートポンプ装置２００，２０１，２０２及び２０３から圧縮機３１及び第２熱交換ユニット２０を省略したとしても、第１熱交換ユニット１０，１０Ｂ，１０Ｃ及び１０Ｄは、それぞれ、熱交換装置３００，３０１，３０２及び３０３として機能しうる。具体例として、圧縮機３１及び蒸発器２１に代わる蒸気供給源からエジェクタ１１に冷媒蒸気が供給される場合が挙げられる。エジェクタ１１において冷媒の温度が上昇するので、第１熱交換器１４において、優れた暖房効果が発揮されうる。蒸気供給源は特に限定されない。例えば、ボイラーによって冷媒蒸気を生成することができる。また、太陽熱又は工場の排熱を熱源として使用し、熱交換器によって冷媒蒸気を生成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本明細書に開示された熱交換装置及びヒートポンプ装置は、家庭用エアコン、業務用エアコンなどの空気調和装置に特に有用である。
【図１】
2014057656.tif 000003
【図２】
2014057656.tif 000004
【図３Ａ】
2014057656.tif 000005
【図３Ｂ】
2014057656.tif 000006
【図４】
2014057656.tif 000007
【図５】
2014057656.tif 000008
【図６】
2014057656.tif 000009
【図７】
2014057656.tif 000010
【図８】
2014057656.tif 000011
【図９】
2014057656.tif 000012
【図１０】
2014057656.tif 000013
【図１１】
2014057656.tif 000014
【図１２】
2014057656.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月28日(2014.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
冷媒液が流れる第１熱交換器と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒蒸気と、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液とを用いて冷媒混合物を生成するエジェクタと、
前記エジェクタから前記冷媒混合物を受け取り、前記冷媒混合物から前記冷媒液を抽出する第１抽出器と、
前記第１抽出器から前記第１熱交換器を経由して前記エジェクタに至る液経路と、
前記液経路に設けられ、前記冷媒液を前記第１抽出器から前記エジェクタに圧送する第１ポンプと、
前記冷媒液を貯留し、前記冷媒液を蒸発させることによって前記圧縮機で圧縮されるべき前記冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液又は前記蒸発器に貯留された前記冷媒液を加熱するための熱媒体が流れる第２熱交換器と、
前記第２熱交換器を経由して前記冷媒液又は前記熱媒体を循環させる循環路と、
前記循環路に設けられ、前記冷媒液を前記蒸発器から前記第２熱交換器に圧送する他のポンプと、
を備えた、ヒートポンプ装置。
【請求項１３】
前記第１ポンプは、前記第１抽出器と前記第１熱交換器との間において前記液経路に設けられている、請求項１２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１４】
前記第１熱交換器と前記エジェクタとの間において前記液経路に設けられ、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液を前記エジェクタに圧送する第２ポンプをさらに備えた、請求項１３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１５】
前記第１ポンプの出口圧力は、前記第２ポンプの出口圧力よりも低い、請求項１４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１６】
前記第１熱交換器と前記第２ポンプとの間において前記液経路に設けられ、前記第２ポンプに前記冷媒液が選択的に供給されるように前記第１熱交換器から流出した前記冷媒から前記冷媒液を抽出する第２抽出器をさらに備えた、請求項１４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１７】
前記第１ポンプは、前記第１熱交換器と前記エジェクタとの間において前記液経路に設けられている、請求項１２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１８】
前記エジェクタは、前記冷媒液が供給される第１ノズルと、前記冷媒蒸気が吸い込まれる第２ノズルと、前記第１ノズルからの前記冷媒液と前記第２ノズルからの前記冷媒蒸気とを混合して前記冷媒混合物を生成する混合部と、前記冷媒混合物を減速することによって静圧を回復させるディフューザ部と、を有する、請求項１２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１９】
前記エジェクタから吐出された前記冷媒混合物の圧力は、前記エジェクタに吸い込まれる前記冷媒蒸気の圧力より高く、前記エジェクタに供給される前記冷媒液の圧力より低い、請求項１２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項２０】
前記第２ポンプのポンプヘッドは、前記第１ポンプのポンプヘッドよりも高く設定されている、請求項１４に記載のヒートポンプ装置。
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月3日(2015.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
冷媒液が流れる第１熱交換器と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒蒸気と、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液とを用いて冷媒混合物を生成するエジェクタと、
前記エジェクタから前記冷媒混合物を受け取り、前記冷媒混合物から前記冷媒液を抽出する第１抽出器と、
前記第１抽出器から前記第１熱交換器を経由して前記エジェクタに至る液経路と、
前記液経路に設けられ、前記冷媒液を前記第１抽出器から前記エジェクタに圧送する第１ポンプと、
前記冷媒液を貯留し、前記冷媒液を蒸発させることによって前記圧縮機で圧縮されるべき前記冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
前記蒸発器に貯留された前記冷媒液又は前記蒸発器に貯留された前記冷媒液を加熱するための熱媒体が流れる第２熱交換器と、
前記第２熱交換器を経由して前記冷媒液又は前記熱媒体を循環させる循環路と、
前記循環路に設けられ、前記冷媒液を前記蒸発器から前記第２熱交換器に圧送する、又は、前記熱媒体を圧送する他のポンプと、
を備えた、ヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記第１ポンプは、前記第１抽出器と前記第１熱交換器との間において前記液経路に設けられている、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記第１熱交換器と前記エジェクタとの間において前記液経路に設けられ、前記第１熱交換器から流出した前記冷媒液を前記エジェクタに圧送する第２ポンプをさらに備えた、請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記第１ポンプの出口圧力は、前記第２ポンプの出口圧力よりも低い、請求項３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記第１熱交換器と前記第２ポンプとの間において前記液経路に設けられ、前記第２ポンプに前記冷媒液が選択的に供給されるように前記第１熱交換器から流出した前記冷媒から前記冷媒液を抽出する第２抽出器をさらに備えた、請求項３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記第１ポンプは、前記第１熱交換器と前記エジェクタとの間において前記液経路に設けられている、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記エジェクタは、前記冷媒液が供給される第１ノズルと、前記冷媒蒸気が吸い込まれる第２ノズルと、前記第１ノズルからの前記冷媒液と前記第２ノズルからの前記冷媒蒸気とを混合して前記冷媒混合物を生成する混合部と、前記冷媒混合物を減速することによって静圧を回復させるディフューザ部と、を有する、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記エジェクタから吐出された前記冷媒混合物の圧力は、前記エジェクタに吸い込まれる前記冷媒蒸気の圧力より高く、前記エジェクタに供給される前記冷媒液の圧力より低い、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
前記第２ポンプのポンプヘッドは、前記第１ポンプのポンプヘッドよりも高く設定されている、請求項３に記載のヒートポンプ装置。
【国際調査報告】
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