(57)【要約】【課題】冷媒の圧力を効率的に上げるための技術を提供する。【解決手段】熱交換装置（３００）は、熱交換器（１４）、ポンプ（１３）、エジェクタ（１１）、抽出器（１２）及び液面センサ（１７）を備えている。エジェクタ（１１）は、冷媒蒸気と熱交換器（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。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。冷媒液は、熱交換器（１４）を経由して、ポンプ（１３）によって抽出器（１２）からエジェクタ（１１）に圧送される。抽出器（１２）における冷媒液の液面ＬＶは、例えば、抽出器（１２）の全容量が冷媒液で満たされるように制御される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒液が流れる熱交換器と、
外部から供給された冷媒蒸気と、前記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、前記熱交換器に供給されるべき前記冷媒液を前記冷媒混合物から抽出する抽出器と、
前記抽出器に貯留された前記冷媒液の液面の位置を検出する液面センサと、
を備えた、熱交換装置。
【請求項２】
前記液面センサの検出結果に基づき、前記冷媒液の液面の位置を制御する制御器をさらに備えた、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記抽出器の全容量が前記冷媒液で満たされるように前記冷媒液の液面の位置を制御する、請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記エジェクタと前記抽出器とを接続する配管をさらに備え、
前記制御器は、前記抽出器の全容量が前記冷媒液で満たされ、かつ、前記配管の内部に前記冷媒液の液面が位置するように、前記冷媒液の液面の位置を制御する、請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記抽出器は、前記エジェクタに近づくにつれて断面積が徐々に縮小している首部を有する容器であり、
前記制御器は、前記首部に前記冷媒液の液面が位置するように、前記冷媒液の液面の位置を制御する、請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記エジェクタ、前記抽出器及び前記熱交換器を含む循環回路とは異なる部分に向けて前記抽出器から前記冷媒液を排出するための排出経路と、
前記排出経路に配置された弁と、
をさらに備え、
前記制御器は、前記液面センサからの信号を取得して前記弁を制御することによって前記冷媒液の液面の位置を制御する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項７】
冷媒液が流れる熱交換器と、
外部から供給された冷媒蒸気と、前記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、前記熱交換器に供給されるべき前記冷媒液を前記冷媒混合物から抽出する抽出器と、
前記エジェクタと前記抽出器との間に配置され、前記エジェクタから吐出された前記冷媒混合物から動力を回収する動力回収機構と、
を備えた、熱交換装置。
【請求項８】
前記動力回収機構は、タービンを含む、請求項７に記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記冷媒は、常温での飽和蒸気圧が負圧の物質である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換装置を備えたヒートポンプ装置。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換装置を運転する方法であって、
前記抽出器に貯留された前記冷媒液の液面の位置を前記液面センサで検出するステップを含む、熱交換装置の運転方法。
【請求項１２】
前記液面センサの検出結果に基づき、前記冷媒液の液面の位置を制御するステップをさらに含む、請求項１１に記載の熱交換装置の運転方法。
【請求項１３】
前記冷媒液の液面の位置を制御するステップにおいて、前記抽出器の全容量が前記冷媒液で満たされるように前記冷媒液の液面の位置を制御する、請求項１２に記載の熱交換装置の運転方法。
【請求項１４】
前記熱交換装置は、前記エジェクタと前記抽出器とを接続する配管をさらに備え、
前記冷媒液の液面の位置を制御するステップにおいて、前記抽出器の全容量が前記冷媒液で満たされ、かつ、前記配管の内部に前記冷媒液の液面が位置するように、前記冷媒液の液面の位置を制御する、請求項１２に記載の熱交換装置の運転方法。
【請求項１５】
前記抽出器は、前記エジェクタに近づくにつれて断面積が徐々に縮小している首部を有する容器であり、
前記冷媒液の液面の位置を制御するステップにおいて、前記首部に前記冷媒液の液面が位置するように、前記冷媒液の液面の位置を制御する、請求項１２に記載の熱交換装置の運転方法。
【請求項１６】
前記冷媒液の液面の位置を制御するステップは、前記エジェクタ、前記抽出器及び前記熱交換器を含む循環回路とは異なる部分に向けて前記抽出器から前記冷媒液を排出するステップと、前記抽出器から前記異なる部分への前記冷媒液の排出量を調節するステップと、を含む、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の熱交換装置の運転方法。
【請求項１７】
前記冷媒は、常温での飽和蒸気圧が負圧の物質である、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の熱交換装置の運転方法。
【請求項１８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換装置を含むヒートポンプ装置を運転する方法であって、
前記抽出器に貯留された前記冷媒液の液面の位置を液面センサで検出するステップを含む、ヒートポンプ装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置、ヒートポンプ装置及びそれらの運転方法に関する。
【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１１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、
冷媒液が流れる熱交換器と、
外部から供給された冷媒蒸気と、前記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、前記熱交換器に供給されるべき前記冷媒液を前記冷媒混合物から抽出する抽出器と、
前記抽出器に貯留された前記冷媒液の液面の位置を検出する液面センサと、
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。また、抽出器に貯留された冷媒液の液面の位置を検出することによって、冷媒液の液面の位置を適切な位置に合わせること、又は冷媒液の液面の位置を適切な範囲に収めることが可能となる。これにより、冷媒混合物がエジェクタの出口で持っている運動量を効率的に回収できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１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３】エジェクタと抽出器との接続部の拡大断面図
【図４】エジェクタと他の抽出器との接続部の拡大断面図
【図５Ａ】図１１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５Ｂ】第１実施形態のヒートポンプ装置におけるモリエル線図
【図６】変形例１に係るヒートポンプ装置の構成図
【図７】第２実施形態に係るヒートポンプ装置の構成図
【図８】変形例２に係る熱交換装置の構成図
【図９】変形例３に係る熱交換装置の構成図
【図１０】変形例４に係る熱交換装置の構成図
【図１１】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】
従来の冷凍サイクル装置のように、凝縮器から蒸発器に向かって流れる冷媒をエジェクタの駆動流として利用する場合には、サイクルの高低圧差に起因する膨張エネルギー以上の昇圧効果は期待できない。
【００１２】
一方、本出願に先行する国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１３／００５９８３（出願日２０１３年１０月８日、優先日２０１２年１０月１０日）において、本発明者らは、エジェクタを備えた熱交換装置及びヒートポンプ装置を開示する。これらの熱交換装置及びヒートポンプ装置において、ポンプによって圧力が高められた冷媒液がエジェクタに供給される。つまり、十分なエネルギーを持った冷媒液が駆動流としてエジェクタに入力される。熱交換装置及びヒートポンプ装置の効率を高めるためには、エジェクタによる昇圧効果を高め、ポンプの動力を減らすことが重要である。
【００１３】
本開示の第１態様は、
冷媒液が流れる熱交換器と、
外部から供給された冷媒蒸気と、前記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、前記熱交換器に供給されるべき前記冷媒液を前記冷媒混合物から抽出する抽出器と、
前記抽出器に貯留された前記冷媒液の液面の位置を検出する液面センサと、
を備えた、熱交換装置を提供する。
【００１４】
本開示の第２態様は、第１態様に加え、前記液面センサの検出結果に基づき、前記冷媒液の液面の位置を制御する制御器をさらに備えた、熱交換装置を提供する。冷媒液の液面の位置を適切な位置に合わせること、又は適切な範囲に収めることによって、エジェクタの出口で冷媒混合物が持っている運動量を効率的に回収できる。
【００１５】
本開示の第３態様は、第２態様に加え、前記制御器は、前記抽出器の全容量が前記冷媒液で満たされるように前記冷媒液の液面の位置を制御する、熱交換装置を提供する。第３態様によれば、液面の乱れに起因する運動量の消失を抑えつつ、冷媒混合物の持つ運動量を圧力として回収することが可能である。結果として、エジェクタによる運動量の回収効率が向上する。
【００１６】
本開示の第４態様は、第２態様に加え、前記エジェクタと前記抽出器とを接続する配管をさらに備え、前記制御器は、前記抽出器の全容量が前記冷媒液で満たされ、かつ、前記配管の内部に前記冷媒液の液面が位置するように、前記冷媒液の液面の位置を制御する、熱交換装置を提供する。第４態様によれば、第３態様と同じ効果が得られる。
【００１７】
本開示の第５態様は、第２態様に加え、前記抽出器は、前記エジェクタに近づくにつれて断面積が徐々に縮小している首部を有する容器であり、前記制御器は、前記首部に前記冷媒液の液面が位置するように、前記冷媒液の液面の位置を制御する、熱交換装置を提供する。第５態様においても、液面が抽出器の入口部に位置している場合と同じ効果が得られる。
【００１８】
本開示の第６態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、前記エジェクタ、前記抽出器及び前記熱交換器を含む循環回路とは異なる部分に向けて前記抽出器から前記冷媒液を排出するための排出経路と、前記排出経路に配置された弁と、をさらに備え、前記制御器は、前記液面センサからの信号を取得して前記弁を制御することによって前記冷媒液の液面の位置を制御する、熱交換装置を提供する。冷媒液の液面の位置を適切な位置に合わせること、又は適切な範囲に収めることによって、エジェクタの出口で冷媒混合物が持っている運動量を効率的に回収できる。
【００１９】
本開示の第７態様は、
冷媒液が流れる熱交換器と、
外部から供給された冷媒蒸気と、前記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、前記熱交換器に供給されるべき前記冷媒液を前記冷媒混合物から抽出する抽出器と、
前記エジェクタと前記抽出器との間に配置され、前記エジェクタから吐出された前記冷媒混合物から動力を回収する動力回収機構と、
を備えた、熱交換装置を提供する。
【００２０】
動力回収機構によって、エジェクタの出口において冷媒混合物が持っている運動量を回収できる。
【００２１】
本開示の第８態様は、第７態様に加え、前記動力回収機構は、タービンを含む、熱交換装置を提供する。タービンを使用すれば、回収した動力をポンプの軸動力として使用することもできるし、電力に変換した後、熱交換装置の消費電力の一部として使用することもできる。
【００２２】
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、前記冷媒は、常温での飽和蒸気圧が負圧の物質である、熱交換装置を提供する。
【００２３】
本開示の第１０態様は、第１〜第９態様のいずれか１つの熱交換装置を備えたヒートポンプ装置を提供する。
【００２４】
本開示の第１１態様は、第１〜第６態様のいずれか１つの熱交換装置を運転する方法であって、前記抽出器に貯留された前記冷媒液の液面の位置を液面センサで検出するステップを含む、熱交換装置の運転方法を提供する。第１１態様によれば、第１態様と同じ効果が得られる。
【００２５】
本開示の第１２態様は、第１１態様に加え、前記液面センサの検出結果に基づき、前記冷媒液の液面の位置を制御するステップをさらに含む、熱交換装置の運転方法を提供する。第１２態様によれば、第２態様と同じ効果が得られる。
【００２６】
本開示の第１３態様は、第１２態様に加え、前記冷媒液の液面の位置を制御するステップにおいて、前記抽出器の全容量が前記冷媒液で満たされるように前記冷媒液の液面の位置を制御する、熱交換装置の運転方法を提供する。第１３態様によれば、第３態様と同じ効果が得られる。
【００２７】
本開示の第１４態様は、第１２態様に加え、前記熱交換装置は、前記エジェクタと前記抽出器とを接続する配管をさらに備え、前記冷媒液の液面の位置を制御するステップにおいて、前記抽出器の全容量が前記冷媒液で満たされ、かつ、前記配管の内部に前記冷媒液の液面が位置するように、前記冷媒液の液面の位置を制御する、熱交換装置の運転方法を提供する。第１４態様によれば、第３態様と同じ効果が得られる。
【００２８】
本開示の第１５態様は、第１２態様に加え、前記抽出器は、前記エジェクタに近づくにつれて断面積が徐々に縮小している首部を有する容器であり、前記冷媒液の液面の位置を制御するステップにおいて、前記首部に前記冷媒液の液面が位置するように、前記冷媒液の液面の位置を制御する、熱交換装置の運転方法を提供する。第１５態様によれば、第５態様と同じ効果が得られる。
【００２９】
本開示の第１６態様は、第１１〜第１５態様のいずれか１つに加え、前記冷媒液の液面の位置を制御するステップは、前記エジェクタ、前記抽出器及び前記熱交換器を含む循環回路とは異なる部分に向けて前記抽出器から前記冷媒液を排出するステップと、前記抽出器から前記異なる部分への前記冷媒液の排出量を調節するステップと、を含む、熱交換装置の運転方法を提供する。第１６態様によれば、第６態様と同じ効果が得られる。
【００３０】
本開示の第１７態様は、第１１〜第１６態様のいずれか１つに加え、前記冷媒は、常温での飽和蒸気圧が負圧の物質である、熱交換装置の運転方法を提供する。
【００３１】
本開示の第１８態様は、第１〜第６態様のいずれか１つの熱交換装置を含むヒートポンプ装置を運転する方法であって、前記抽出器に貯留された前記冷媒液の液面の位置を液面センサで検出するステップを含む、ヒートポンプ装置の運転方法を提供する。第１８態様によれば、第１態様と同じ効果が得られる。
【００３２】
本開示の第１９態様は、
冷媒液が流れる熱交換器と、
外部から供給された冷媒蒸気と、前記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、前記熱交換器に供給されるべき前記冷媒液を前記冷媒混合物から抽出する抽出器と、
を備えた熱交換装置を運転する方法であって、
前記抽出器の全容量が前記冷媒液で満たされるように前記冷媒液の液面の位置を制御するステップを含む、熱交換装置の運転方法を提供する。
【００３３】
本開示の第２０態様は、
冷媒液が流れる熱交換器と、
外部から供給された冷媒蒸気と、前記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、前記熱交換器に供給されるべき前記冷媒液を前記冷媒混合物から抽出する抽出器と、
を備えた熱交換装置を運転する方法であって、
前記抽出器は、前記エジェクタに近づくにつれて断面積が徐々に縮小している首部を有する容器であり、
前記首部に前記冷媒液の液面が位置するように、前記冷媒液の液面の位置を制御するステップを含む、熱交換装置の運転方法を提供する。
【００３４】
第１９態様によれば、第３態様と同じ効果が得られる。第２０態様によれば、第５態様と同じ効果が得られる。
【００３５】
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、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００３６】
［第１実施形態］
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、蒸気経路３２、膨張機構３４及び戻し経路３３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。膨張機構３４及び戻し経路３３を経由して、冷媒液が第１熱交換ユニット１０から第２熱交換ユニット２０に戻される。
【００３７】
ヒートポンプ装置２００には、常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／JIS Z8703）での飽和蒸気圧が負圧（絶対圧で大気圧よりも低い圧力）の物質を主成分として含む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ができる。「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。
【００３８】
第１熱交換ユニット１０は、エジェクタ１１、抽出器１２、ポンプ１３（第１ポンプ）及び第１熱交換器１４を備えている。エジェクタ１１、抽出器１２、ポンプ１３及び第１熱交換器１４が流路（配管）１５ａ〜１５ｄによってこの順番で環状に接続されている。
【００３９】
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は流路１５ｄによって第１熱交換器１４に接続されている。流路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。
【００４０】
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。
【００４１】
抽出器１２は、エジェクタ１１から冷媒混合物を受け取り、第１熱交換器１４に供給されるべき冷媒液を冷媒混合物から抽出する。つまり、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。抽出器１２からは基本的に冷媒液のみが取り出される。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。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。抽出器１２の構造は特に限定されない。流路１５ｂ〜１５ｄは、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。ポンプ１３は、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。ポンプ１３によって、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。ポンプ１３の吐出圧力は大気圧よりも低い。ポンプ１３は、当該ポンプ１３の吸入口から抽出器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。
【００４２】
抽出器１２には、液面センサ１７が設けられている。液面センサ１７は、抽出器１２に貯留された冷媒液の液面の位置を検出するためのものである。液面センサ１７の検出信号は、制御器１９に入力される。液面センサ１７の種類は特に限定されない。本実施形態では、２つ（複数）の圧力センサ１７ａ及び１７ｂが液面センサ１７（圧力式液面センサ）を形成している。圧力センサ１７ａは、抽出器１２の入口近傍に設けられており、抽出器１２の入口近傍における圧力を検出する。圧力センサ１７ａは、流路１５ａに設けられていてもよい。圧力センサ１７ｂは、抽出器１２の底部に設けられており、抽出器１２の底部における圧力を検出する。圧力センサ１７ａによって検出された圧力と圧力センサ１７ｂによって検出された圧力との差は、冷媒液の液面の位置に依存するので、この差から液面の位置を推定できる。もちろん、液面センサ１７として、フロート式液面センサ、超音波式液面センサ、静電容量式液面センサ、光学式液面センサなどの公知の液面センサを使用できる。
【００４３】
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。
【００４４】
第２熱交換ユニット２０は、蒸発器２１、ポンプ２２（第２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が流路（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。流路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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。流路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。流路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。
【００４７】
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。
【００４８】
戻し経路３３は、上流部分３３ａ及び下流部分３３ｂを有する。戻し経路３３には、膨張機構３４が配置されている。戻し経路３３の上流部分３３ａによって抽出器１２の底部が膨張機構３４の入口に接続されている。戻し経路３３の下流部分３３ｂによって蒸発器２１の底部が膨張機構３４の出口に接続されている。つまり、抽出器１２に貯留された冷媒液を蒸発器２１に転送できるように、戻し経路３３によって抽出器１２と蒸発器２１とが接続されている。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を通って抽出器１２から蒸発器２１に戻される。膨張機構３４としては、戻し経路３３における冷媒液の流れを許容すること、及び、止めることができるものであれば特に限定されない。膨張機構３４は、電動膨張弁のように開度を多段階で変更可能な弁であってもよいし、開閉弁であってもよい。
【００４９】
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、流路１５ａ〜１５ｄのいずれか１つから分岐していてもよいし、抽出器１２の中間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、余分な冷媒を外部へと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。
【００５０】
制御器１９は、膨張機構３４を制御するためのものである。制御器１９には、液面センサ１７からの検出信号が入力される。制御器１９として、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置などを含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）を使用できる。制御器１９は、ヒートポンプ装置２００の全体を制御するための制御器であってもよい。すなわち、制御器１９は、膨張機構３４以外の制御対象、例えば、ポンプ１３、ポンプ２２、圧縮機３１などを制御するように構成されていてもよい。
【００５１】
本実施形態において、制御器１９は、液面センサ１７からの信号を取得して膨張機構３４を制御することによって、抽出器１２における冷媒液の液面の位置を制御する。詳細には、制御器１９は、液面センサ１７の検出結果に基づき、膨張機構３４の開度を調節する。例えば、液面センサ１７によって検出された液面の位置が所望の位置よりも低い場合、膨張機構３４の開度を減らす又は膨張機構３４を閉じる。これにより、戻し経路３３を流れる冷媒液の量が減少し、液面の位置が上昇する。液面センサ１７によって検出された液面の位置が所望の位置よりも高い場合、膨張機構３４の開度を増やす又は膨張機構３４を開く。これにより、液面の位置が下がる。冷媒液の液面の位置を適切な位置に合わせること、又は適切な範囲に収めることによって、エジェクタ１１の出口で冷媒混合物が持っている運動量を効率的に回収できる。
【００５２】
図３に示すように、エジェクタ１１は、流路１５ａを形成している配管（以下、「配管１５ａ」とも称する）によって抽出器１２に接続されている。本実施形態において、配管１５ａは、管継ぎ手である。抽出器１２の入口部１２ａに配管１５ａを接続できるように、抽出器１２の入口部１２ａは、管形状を有している。詳細には、配管１５ａは、フランジ管継ぎ手である。抽出器１２の入口部１２ａ及びエジェクタ１１の出口部（ディフューザ部４３の開口部）には、それぞれ、フランジが設けられている。もちろん、フランジ接続に代えて、クランプ接続などの他の接続構造によって、配管１５ａがエジェクタ１１及び抽出器１２に接続されていてもよい。
【００５３】
図３に示す例において、エジェクタ１１の開口径、配管１５ａの内径及び抽出器１２の入口部１２ａの開口径は、互いに一致している。ただし、これらは、互いに少しずつ相違していてもよい。エジェクタ１１の開口径、配管１５ａの内径及び抽出器１２の入口部１２ａの開口径は、特に限定されず、ヒートポンプ装置２００の能力に応じて決められる。
【００５４】
一般に、エジェクタにおいて、駆動流が冷媒液であり、吸引流が冷媒蒸気である場合、エジェクタの混合部において、冷媒は気液二相流となる。駆動流の流速が吸引流の流速よりも速い場合、駆動流から吸引流への運動量の輸送が起こる。これにより、エジェクタの内部の圧力が入口から出口に向かって上昇する。さらに、気液二相状態で冷媒の圧力が上げられる場合には、圧力上昇に起因する凝縮が発生する。すなわち、エジェクタの入口から出口まで駆動流から吸引流への運動量の輸送が起こるとき、エジェクタは最も高い効率を示す。従って、エジェクタの出口において、吸引流である冷媒蒸気の流速及び駆動流である冷媒液の流速がゼロとなる条件がエネルギー収支の観点で最適である。
【００５５】
ただし、駆動流から吸引流への運動量の輸送は、駆動流と吸引流との速度差に起因するため、運動量をより十分に回収するためには、エジェクタの出口近傍において、速度差が極めて小さいことが必要である。そのため、エネルギー収支の観点で最適なエジェクタは、非常に大きい設計寸法を有することになる。限られた寸法の範囲内でエジェクタが設計される場合及び装置の小型化が優先される場合には、エジェクタの出口において、駆動流にはある程度の流速が残る。従って、エジェクタの出口で駆動流が持っている運動量を何らかの方法で回収できれば、小型化と高効率化とを両立したエジェクタを提供できる。
【００５６】
なお、エジェクタの出口で駆動流が持っている運動量が消失する理由は、以下の通りである。例えば、鉛直方向における抽出器の中央付近に液面がある場合、液面の表面積は、エジェクタの出口の開口面積よりも遥かに大きい。この場合、エジェクタから吐出された冷媒混合物が広い液面に衝突し、液面の乱れ（液面の変形、渦損失など）によって運動量は消失する。また、抽出器の内部に衝突板などの障害物が配置されている場合、冷媒混合物が障害物に衝突する際に発生する力積及び圧力損失によって、運動量が消失する。
【００５７】
一方、本実施形態では、ヒートポンプ装置２００が通常運転を実行しているとき、冷媒液の液面ＬＶが抽出器１２の入口部１２ａに位置している。制御器１９は、抽出器１２の全容量が冷媒液で満たされるように冷媒液の液面ＬＶの位置を制御する。言い換えれば、液面ＬＶが抽出器１２の入口部１２ａに位置するように、制御器１９が膨張機構３４を制御する。抽出器１２は冷媒液で満たされる。すなわち、エジェクタ１１から吐出された冷媒混合物は、エジェクタ１１の出口の開口面積と概ね等しい面積を有する液面ＬＶに直接衝突する。そのため、液面ＬＶの乱れに起因する運動量の消失を抑えつつ、冷媒混合物の持つ運動量を圧力として回収することが可能である。結果として、エジェクタ１１による運動量の回収効率が向上する。
【００５８】
本明細書において、「ヒートポンプ装置２００の通常運転」は、始動過程、停止過程などの過渡期以外の期間に実行される運転を意味し、液面の位置が概ね一定の位置に保たれる運転を意味する。ヒートポンプ装置２００の運転が停止しているとき、抽出器１２における冷媒液の液面は、例えば、鉛直方向における抽出器１２の中央付近に位置する。ヒートポンプ装置２００の運転を開始すると、液面が徐々に上昇する。ヒートポンプ装置２００の運転を停止すると、抽出器１２の中央付近まで液面が低下する。
【００５９】
また、「抽出器１２の全容量が冷媒液で満たされる」とは、本実施形態では、配管１５ａ（又はエジェクタ１１）を抽出器１２に接続するために抽出器１２に設けられた部分、つまり、管形状の入口部１２ａに液面ＬＶが位置していることを意味する。入口部１２ａの容量は十分に小さいため無視できる。
【００６０】
本実施形態において、エジェクタ１１の縦軸Ｏは重力方向に平行である。従って、エジェクタ１１から吐出された冷媒混合物は、重力によって加速されつつ、液面ＬＶに対して垂直に衝突する。これにより、より効率的な運動量の回収を期待できる。エジェクタ１１から吐出された流体である冷媒混合物は、冷媒液の粒子の流れを形成する。運動量の損失を生じさせずに冷媒液の粒子の流れ方向を変更することは難しい。この観点においても、エジェクタ１１が縦置き（縦軸Ｏが重力方向に平行）であることが有利である。
【００６１】
本実施形態において、配管１５ａは、曲がった部分を有さない直管である。エジェクタ１１の縦軸Ｏは、配管１５ａの中心を通っている。同様に、エジェクタ１１の縦軸Ｏは、抽出器１２の入口部１２ａの中心を通っている。言い換えれば、エジェクタ１１、配管１５ａ及び抽出器１２の入口部１２ａは、縦軸Ｏを共有している。このような構成によれば、エジェクタ１１から吐出された冷媒混合物を配管１５ａの内面になるべく衝突させず、抽出器１２に導入することが可能である。その結果、エジェクタの効率の更なる向上が期待できる。配管１５ａの長さは、エジェクタ１１から吐出された冷媒混合物を液面ＬＶに衝突させることに基づく運動量の回収の効果を得ることができるように調整されうる。これにより、液面ＬＶまでをエジェクタ１１とみなすことができる。
【００６２】
また、図３において破線で示すように、冷媒液の液面ＬＶは、配管１５ａの内部に位置していてもよい。制御器１９は、抽出器１２の全容量が冷媒液で満たされ、かつ、配管１５ａの内部に冷媒液の液面ＬＶが位置するように、冷媒液の液面ＬＶの位置を制御する。言い換えれば、液面ＬＶが配管１５ａの内部に位置するように、制御器１９が膨張機構３４を制御する。この場合、液面ＬＶが抽出器１２の入口部１２ａに位置している場合と同じ効果が得られる。
【００６３】
さらに、抽出器１２の形状に種々の変更を加えることも可能である。抽出器１２は、例えば、図４に示すような形状を有していてもよい。図４に示すように、この抽出器１２は、入口部１２ａ、首部１２ｂ及び胴部１２ｃで構成されている。入口部１２ａの構造は、先に説明した通りである。首部１２ｂは、入口部１２ａに隣接する部分であって、エジェクタ１１に近づくにつれて断面積（横断面積）が徐々に縮小している部分である。胴部１２ｃは、首部１２ｂに隣接する部分である。胴部１２ｃの断面積は、例えば一定である。
【００６４】
このような形状の抽出器１２をヒートポンプ装置２００に使用した場合、例えば、首部１２ｂに冷媒液の液面ＬＶが位置するように、制御器１９は、冷媒液の液面ＬＶの位置を制御する。効率面ではやや劣るものの、液面ＬＶが首部１２ｂに位置している場合にも、液面ＬＶが抽出器１２の入口部１２ａに位置している場合と同じ効果が得られる。
【００６５】
なお、配管１５ａは、省略されていてもよい。すなわち、フランジ接続などの接続構造によって、エジェクタ１１が抽出器１２に直接固定されていてもよい。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
次に、ヒートポンプ装置２００の運転について説明する。
【００６９】
図５Ａは、エジェクタを有さない従来の冷凍サイクル装置１００（図１１参照）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）。
【００７０】
図５Ｂ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５Ａ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から抽出器１２に送られ、冷媒液と冷媒蒸気とに分離される。抽出器１２に貯留された冷媒液は、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、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、抽出器１２又は流路１５ａ〜１５ｄから蒸発器２１へと戻されてもよい（点Ｅ→点Ａ）。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
ヒートポンプ装置２００の運転を開始した後、抽出器１２に貯留された冷媒液の液面ＬＶの位置を液面センサ１７で検出する。液面センサ１７の検出結果に基づき、冷媒液の液面ＬＶの位置を制御する。蒸気経路３２の冷媒蒸気の質量流量が戻し経路３３の冷媒液の質量流量を上回るように、膨張機構３４の開度を調節する又は膨張機構３４を閉じる。すると、抽出器１２における冷媒液の液面ＬＶの位置は徐々に上昇する。液面ＬＶの位置が抽出器１２の入口部１２ａ、配管１５ａ又は首部１２ｂに到達したら、例えば蒸気経路３２と同じ質量流量にて、抽出器１２から蒸発器２１に冷媒液が戻されるように、膨張機構３４の開度を調節する。
【００７４】
図５Ａと図５Ｂとを比較すると理解できるように、図５Ｂのサイクルにおいて圧縮機３１が担うべき仕事は、図５Ａ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。
【００７５】
図５Ｂ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５Ａのサイクルと図５Ｂのサイクルとの間で放熱量に大きな差は無い。また、図５Ｂのサイクルでは、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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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抽出器１２に送られ、抽出器１２において冷媒混合物から冷媒液が抽出される。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にポンプ１３が設けられている。抽出器１２で抽出された冷媒液がポンプ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、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、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。
【００８０】
（変形例１）
図６に示すように、変形例１に係るヒートポンプ装置２０２は、抽出器１２に接続されたバッファ回路５５を備えている。バッファ回路５５には、バッファタンク５１及びポンプ５３が設けられている。ポンプ５３は、例えば、正回転及び逆回転が可能なポンプである。ポンプ５３を一方の方向に回転させると、抽出器１２からバッファタンク５１に冷媒液が退避させられる。ポンプ５３を他方の方向に回転させると、バッファタンク５１から抽出器１２に冷媒液が補充される。つまり、バッファ回路５５によって、抽出器１２における冷媒液の液面ＬＶの位置を変更することができる。
【００８１】
（その他）
第１熱交換ユニット１０において、ポンプ１３の位置は特に限定されない。ポンプ１３は、第１熱交換器１４の出口とエジェクタ１１の入口との間に設けられていてもよい。また、ポンプ１３に加えて、第１熱交換器１４の出口とエジェクタ１１の入口との間に別のポンプが設けられていてもよい。第１熱交換器１４の出口とエジェクタ１１の入口との間に別の抽出器が設けられていてもよい。
【００８２】
［第２実施形態］
図７に示すように、第２実施形態に係るヒートポンプ装置２０４は、図１を参照して説明したヒートポンプ装置２００の構成に加え、動力回収機構１６を備えている。動力回収機構１６によって、エジェクタ１１の出口において冷媒混合物が持っている運動量を回収できる。
【００８３】
動力回収機構１６は、例えば、タービンである。「タービン」は、流体の運動エネルギーを機械の回転運動のエネルギーへと変換する流体機械を意味する。つまり、ペルトン水車のような機械も本明細書における「タービン」の概念に含まれる。タービンを使用すれば、回収した動力をポンプ１３の軸動力として使用することもできるし、電力に変換した後、ヒートポンプ装置２０４の消費電力の一部として使用することもできる。これにより、ポンプ１３の動力を減らすことができる又はヒートポンプ装置２０４の消費電力を減らすことができる。
【００８４】
なお、本実施形態においても、液面センサ１７が抽出器１２に設けられている。ただし、本実施形態において冷媒液の液面の位置は特に限定されず、例えば、鉛直方向における抽出器１２の中央付近にある。
【００８５】
（変形例２〜４）
図８、図９及び図１０に示すように、熱交換装置３００，３０２及び３０４は、それぞれ、図１、図６及び図７を参照して説明したヒートポンプ装置２００，２０２及び２０４の一部に対応している。図８に示すように、熱交換装置３００は、ヒートポンプ装置２００（図１）における第１熱交換ユニット１０、戻し経路３３、膨張機構３４及び制御器１９を含む。図９に示すように、熱交換装置３０２は、ヒートポンプ装置２０２（図６）における第１熱交換ユニット１０、戻し経路３３、膨張機構３４、バッファ回路５５及び制御器１９を含む。図１０に示すように、熱交換装置３０４は、ヒートポンプ装置２０４（図７）における第１熱交換ユニット１０Ａ、戻し経路３３、膨張機構３４及び制御器１９を含む。つまり、ヒートポンプ装置２００，２０２及び２０４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、残余の部分は、それぞれ、熱交換装置３００，３０２及び３０４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、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、ある熱交換器によって冷媒蒸気を生成することもできる。
【００８６】
熱交換装置３００及び３０２においても、抽出器１２における冷媒液の液面ＬＶの位置は、第１実施形態で説明した位置に制御される。熱交換装置３００，３０２及び３０４において、戻し経路３３は、エジェクタ１１、抽出器１２及び熱交換器１４を含む液経路１５（循環回路）とは異なる部分に向けて抽出器１２から冷媒液を排出するための排出経路でありうる。「異なる部分」は、冷媒液の再処理装置であってもよいし、ボイラーなどの蒸気供給源であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
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。
【符号の説明】
【００８８】
１０，１０Ａ  第１熱交換ユニット
１１  エジェクタ
１２  抽出器
１２ａ  抽出器の入口部
１２ｂ  抽出器の首部
１３  ポンプ
１４  第１熱交換器
１５  液経路
１５ａ〜１５ｄ  流路
１６  動力回収機構
１７  液面センサ
１９  制御器
２０  第２熱交換ユニット
２１  蒸発器
２２  ポンプ
２３  第２熱交換器
２４  循環路
３１  圧縮機
３２  蒸気経路
３３  戻し経路
３４  膨張機構
５５  バッファ回路
２００，２０２，２０４  ヒートポンプ装置
３００，３０２，３０４  熱交換装置
【図１】
2015158311.tif 000003
【図２】
2015158311.tif 000004
【図３】
2015158311.tif 000005
【図４】
2015158311.tif 000006
【図５Ａ】
2015158311.tif 000007
【図５Ｂ】
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【図６】
2015158311.tif 000009
【図７】
2015158311.tif 000010
【図８】
2015158311.tif 000011
【図９】
2015158311.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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