(57)【要約】【課題】ポンプ効率が低下する事態を防止すること。【解決手段】ノズル部２０から噴射される駆動流体と、駆動流体の噴射に伴って吸引される吸引流体とを混合した後、ディフューザ部４０において昇圧して吐出するエジェクタ４であって、ディフューザ部４０の周囲に設けられ、ディフューザ部４０の周壁に設けた連通孔４３を介してディフューザ部４０の中空部４１に連通するチャンバ５０と、チャンバ５０の内部に連通するように設けられ、チャンバ５０の内部に吸引流体の吸引圧力を作用させる減圧管路５２とを備えている。【選択図】図２
2020148175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル部から噴射される駆動流体と、前記駆動流体の噴射に伴って吸引される吸引流体とを混合した後、ディフューザ部において昇圧して吐出するエジェクタであって、
前記ディフューザ部の周囲に設けられ、前記ディフューザ部の周壁に設けた連通孔を介して前記ディフューザ部の中空部に連通するチャンバと、
前記チャンバの内部に連通するように設けられ、前記チャンバの内部に前記吸引流体の吸引圧力を作用させる減圧経路と
を備えることを特徴とするエジェクタ。
【請求項２】
前記連通孔は、前記ディフューザ部の軸心を中心とした同一の円周上に回転対称の形状となるように開口していることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ。
【請求項３】
前記連通孔は、互いに同一形状となる複数のものが相互に等間隔となるように開口していることを特徴とする請求項２に記載のエジェクタ。
【請求項４】
前記ノズル部の周囲を覆うように設けられ、かつ下流端部が前記ディフューザ部に連続し、前記ノズル部との間に前記吸引流体が供給される本体部を備え、
前記減圧経路が前記本体部において前記ノズル部の先端よりも上流側となる部位に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載のエジェクタ。
【請求項５】
循環ポンプ、加熱熱交換器及び凝縮器が設けられ、前記循環ポンプの駆動によってこれらの間に順次冷媒を循環させる循環経路と、
前記循環経路に設けられ、前記加熱熱交換器において加熱された後の冷媒が前記駆動流体として前記ノズル部に供給され、かつ前記ディフューザ部を通過した冷媒が前記凝縮器に供給される請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載したエジェクタと、
前記循環経路において前記凝縮器及び前記循環ポンプの間に位置する部分から分岐し、前記エジェクタに対して冷媒を前記吸引流体として供給する分岐経路と、
前記分岐経路に設けられ、冷媒を減圧する膨張機構と、
前記膨張機構で減圧された冷媒を被冷却媒体との間で熱交換する蒸発器と
を備え、
前記減圧経路は、前記分岐経路において前記膨張機構よりも下流となる部位に接続されていることを特徴とする冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エジェクタ及びエジェクタを適用した冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、冷媒を循環させる回路には、エジェクタを備えたものがある。エジェクタは、先端の噴射口から駆動流体が噴射されるノズル部と、ノズル部の周囲を取り囲むように配置され、ノズル部の噴射口延長上となる部位に中空部が設けられた本体部と、本体部の中空部に開口するように接続された吸引通路とを備えて構成されている。このエジェクタでは、ノズル部の噴射口から冷媒を駆動流体として噴射すると、吸引通路を通じて外部の冷媒が本体部の中空部に吸引され、吸引された吸引流体と駆動流体とが混合された後にディフューザ部で昇圧されて吐出口から吐出される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６４０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、冷媒を昇圧するディフューザ部は、下流に向かうに従って内径が漸次増大するようにテーパ状に構成する必要がある。このため、ディフューザ部においては、壁面からの境界層剥離により渦が発生し、ポンプ効率が低下する事態を招来するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みて、ポンプ効率が低下する事態を防止することのできるエジェクタ及び冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るエジェクタは、ノズル部から噴射される駆動流体と、前記駆動流体の噴射に伴って吸引される吸引流体とを混合した後、ディフューザ部において昇圧して吐出するエジェクタであって、前記ディフューザ部の周囲に設けられ、前記ディフューザ部の周壁に設けた連通孔を介して前記ディフューザ部の中空部に連通するチャンバと、前記チャンバの内部に連通するように設けられ、前記チャンバの内部に前記吸引流体の吸引圧力を作用させる減圧経路とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、上述したエジェクタにおいて、前記連通孔は、前記ディフューザ部の軸心を中心とした同一の円周上に回転対称の形状となるように開口していることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上述したエジェクタにおいて、前記連通孔は、互いに同一形状となる複数のものが相互に等間隔となるように開口していることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上述したエジェクタにおいて、前記ノズル部の周囲を覆うように設けられ、かつ下流端部が前記ディフューザ部に連続し、前記ノズル部との間に前記吸引流体が供給される本体部を備え、前記減圧経路が前記本体部において前記ノズル部の先端よりも上流側となる部位に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
また本発明に係る冷却システムは、循環ポンプ、加熱熱交換器及び凝縮器が設けられ、前記循環ポンプの駆動によってこれらの間に順次冷媒を循環させる循環経路と、前記循環経路に設けられ、前記加熱熱交換器において加熱された後の冷媒が前記駆動流体として前記ノズル部に供給され、かつ前記ディフューザ部を通過した冷媒が前記凝縮器に供給される上述したエジェクタと、前記循環経路において前記凝縮器及び前記循環ポンプの間に位置する部分から分岐し、前記エジェクタに対して冷媒を前記吸引流体として供給する分岐経路と、前記分岐経路に設けられ、冷媒を減圧する膨張機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒を被冷却媒体との間で熱交換する蒸発器とを備え、前記減圧経路は、前記分岐経路において前記膨張機構よりも下流となる部位に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、チャンバに作用する吸引流体の吸引圧力により連通孔を通じてディフューザ部の周壁部分の圧力が低下するため、ディフューザ部を通過する冷媒が吸引され、境界層剥離が抑制されることになり、ポンプ効率が低下する事態を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態であるエジェクタを適用した冷却システムの回路図である。
【図２】図２は、図１に示した冷却システムに適用するエジェクタの断面図である。
【図３】図３は、図２に示したエジェクタの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明に係るエジェクタ及び冷却システムの好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態であるエジェクタを適用した冷却システムを示したものである。ここで例示する冷却システムは、工場排水や使用済み冷却水等の排温水から排熱を回収して被冷却媒体を冷却するもので、冷媒管路（循環経路）１によって順次接続された循環ポンプ２、加熱熱交換器３、エジェクタ４、凝縮器５を備えている。被冷却媒体としては、水や油、あるいはその他の冷媒を対象とすることができる。本実施の形態では、特に、排温水から回収した排熱により、被冷却水から冷水を生成する冷却システムを例示している。
【００１５】
循環ポンプ２は、冷媒管路１において冷媒の循環供給を行うものである。より詳細に説明すると、循環ポンプ２は例えば液相ポンプであり、冷媒をエジェクタ４の駆動圧力まで昇圧して供給するものである。加熱熱交換器３は、温水管路６に供給される排温水との間で熱交換を行うことにより、循環ポンプ２から供給された冷媒管路１の冷媒を蒸発させるものである。エジェクタ４は、加熱熱交換器３を通過した気相の冷媒と、後述の分岐管路（分岐経路）７から供給される気相の冷媒とを混合し、昇圧して下流に吐出するものである。凝縮器５は、エジェクタ４から吐出された気相の冷媒と、冷却水管路８に供給される冷却水との間で熱交換を行うことにより、冷媒管路１の冷媒を凝縮させるものである。
【００１６】
また、冷却システムには、分岐管路７が設けてある。分岐管路７は、凝縮器５を通過した後の冷媒管路１から分岐し、冷媒管路１を流通する冷媒の一部を吸引流体としてエジェクタ４に供給する吸引経路となるものである。この分岐管路７には、膨張機構９及び蒸発器１０が設けてある。膨張機構９は、凝縮器５を通過して分岐供給された冷媒を膨張させて減圧するものである。蒸発器１０は、膨張機構９を通過した後の液相の冷媒と、被冷却水管路１１に供給される被冷却水との間で熱交換を行うことにより、冷媒を蒸発させるものである。なお、膨張機構９としては電子膨張弁が最も好適であるが、用途や構成に合わせ、手動膨張弁、定圧膨張弁、温度膨張弁、オリフィス、キャピラリーなどを適宜選択しても良い。
【００１７】
図２は、上述の冷却システムに適用するエジェクタ４の詳細を示すものである。図に示すように、エジェクタ４は、ノズル部２０、本体部３０、ディフューザ部４０を備えて構成してある。
【００１８】
ノズル部２０は、中心部に冷媒通路２１を有した断面が円形の筒状を成すものである。図２中の右側に位置するノズル部２０の先端部は、先端に向けて漸次外径が減少するテーパ状を成している。ノズル部２０の冷媒通路２１は、先端に向けて漸次内径が減少するテーパ状を成し、ノズル部２０の先端面に噴射口２１ａとして開口している。ノズル部２０の基端部には、加熱熱交換器３を通過した後の冷媒管路１が接続してある。
【００１９】
本体部３０は、中心部に中空部３１を有した断面が円形の筒状を成すもので、基端が閉塞する一方、先端が開口している。本体部３０は、軸心３０Ｃがノズル部２０の軸心２０Ｃと合致するように配設してある。本体部３０の中空部３１には、基端から先端に向けて吸引部３１ａ、合流部３１ｂ、混合部３１ｃが順次構成してある。
【００２０】
吸引部３１ａは、ノズル部２０の周囲を取り囲む部分である。本実施の形態では、基端部が一定の内径を有した円筒状を成し、先端部が先端に向けて漸次内径が減少するテーパ状を成すように吸引部３１ａが構成してある。吸引部３１ａとノズル部２０との間には、環状の吸引空間３２が構成されている。この吸引部３１ａの周面には、吸引空間３２に連通するように分岐管路７が接続してある。図には明示していないが、分岐管路７の軸心７Ｃは、本体部３０の軸心３０Ｃに直交する仮想の平面上において本体部３０の軸心３０Ｃからずれており、本体部３０の軸心３０Ｃに対してねじれの位置となるように設定してあることが好ましい。
【００２１】
合流部３１ｂは、吸引部３１ａの先端に連続し、かつ先端に向けて漸次内径が減少するようにテーパ状に構成した部分である。合流部３１ｂの基端内径は、ノズル部２０の噴射口２１ａよりも太径に構成してある。混合部３１ｃは、基端が合流部３１ｂの先端に連続した一定の内径を有する部分である。図からも明らかなように、本体部３０には、混合部３１ｃの先端となる部位に外周フランジ３３が設けてある。これら吸引部３１ａ、合流部３１ｂ、混合部３１ｃは、本体部３０の軸心３０Ｃ上に設けてある。
【００２２】
ディフューザ部４０は、中心部に中空部４１を有した断面が円形の筒状を成すもので、両端が開口している。ディフューザ部４０の基端部には、外周フランジ４２が設けてある。このディフューザ部４０は、外周フランジ３３，４２を互いに接合することにより相互の軸心３０Ｃ，４０Ｃを合致させた状態で本体部３０の先端に連結してある。ディフューザ部４０の中空部４１には、基端から先端に向けて昇圧部４１ａ、吐出口部４１ｂが順次構成してある。昇圧部４１ａは、基端が混合部３１ｃの先端に連続し、先端に向けて漸次内径が増大する部分である。吐出口部４１ｂは、昇圧部４１ａの先端に連続した一定の内径を有する部分である。吐出口部４１ｂの先端には、凝縮器５との間の冷媒管路１が接続してある。これら昇圧部４１ａ、吐出口部４１ｂは、ディフューザ部４０の軸心４０Ｃ上に設けてある。
【００２３】
さらに、エジェクタ４には、ディフューザ部４０の周囲にチャンバ５０が設けてある。チャンバ５０は、ディフューザ部４０の外周に円筒状を成すチャンバ構成体５１を装着することによって構成した密閉空間である。このチャンバ５０は、ディフューザ部４０の周壁に設けた連通孔４３を介して昇圧部４１ａに連通しているとともに、減圧管路５２を介して分岐管路７に連通している。連通孔４３は、昇圧部４１ａの基端側に位置する部分においてディフューザ部４０の軸心４０Ｃを中心とした同一の円周上に互いに同一形状となる複数のものが相互に等間隔に開口するように設けてある。図には明示していないが、本実施の形態では、円周に沿ったスリット状を成す連通孔４３が複数形成してある。減圧管路５２は、分岐管路７に対して内径が小さく構成されたものである。本実施の形態では、分岐管路７においてエジェクタ４の吸引部３１ａに接続される部分よりもわずかに上流となる部位に連通している。分岐管路７に対する減圧管路５２の連通先は、膨張機構９よりも下流でエジェクタ４よりも上流であれば、いずれの箇所であっても構わない。
【００２４】
上記のように構成した冷却システムでは、循環ポンプ２を駆動することにより冷媒管路１において冷媒を循環供給するとともに、温水管路６を通じて加熱熱交換器３に排温水を供給し、かつ冷却水管路８を通じて凝縮器５に冷却水を供給すると、エジェクタ４に対しては加熱熱交換器３を通過して気相となった冷媒が駆動流体として供給されることになる。エジェクタ４では、駆動流体がノズル部２０の噴射口２１ａから本体部３０の合流部３１ｂに噴射されるため、合流部３１ｂの圧力が低下することになり、この圧力低下に伴って冷媒管路１から分岐管路７へ分岐した冷媒が吸引流体として、吸引部３１ａ及び合流部３１ｂに順次吸引される。合流部３１ｂで合流した駆動流体と吸引流体とは、混合部３１ｃにおいて混合された後、ディフューザ部４０で昇圧されて凝縮器５に吐出される。この結果、上述の冷却システムによれば、コンプレッサーを用いることなく冷媒を循環供給することができ、凝縮器５において冷却水管路８に供給される冷却水を加熱する一方、分岐管路７の蒸発器１０において吸熱することができるようになる。従って、被冷却水管路１１を通じて蒸発器１０に被冷却水を供給すれば、ランニングコストを抑えた上で、冷水を得ることが可能となる。
【００２５】
この間、エジェクタ４においては、減圧管路５２を通じてチャンバ５０に吸引流体の吸引圧力が作用するため、真空ポンプ等のアクチュエータを駆動することなく、連通孔４３を通じてディフューザ部４０における昇圧部４１ａの周壁部分の圧力が低下するようになる。従って、昇圧部４１ａを通過する冷媒がチャンバ５０に吸引され、ディフューザ部４０において境界層剥離が抑制されるようになり、渦の発生が防止されてポンプ効率が低下する事態を防止することができるようになる。しかも、チャンバ５０に吸引された冷媒は、再びエジェクタ４の吸引空間３２に供給されるため、冷媒が外部に漏出する事態を招来するおそれがない。
【００２６】
なお、上述した実施の形態では、減圧管路５２を分岐管路７に接続させるようにしているが、本発明は必ずしもこれに限定されず、例えば、図３に示す変形例のように、減圧管路５２′を本体部３０の中空部３１に連通するように接続しても良い。この場合、本体部３０に対する減圧管路５２の接続先としては、ノズル部２０の先端よりも上流側、つまり、吸引部３１ａに接続することが好ましい。なお、図３の変形例において実施の形態と同様の構成については同一の符号が付してある。
【００２７】
また、連通孔４３としては、ディフューザ部４０の軸心４０Ｃを中心とした同一の円周上に互いに同一形状となる複数のものを相互に等間隔に開口するように設けているが、複数の円周上に連通孔４３を設けるようにしても良い。
【００２８】
さらに、上述した実施の形態では、分岐管路７の軸心７Ｃが本体部３０の軸心３０Ｃに対してねじれの位置となるように設けてあるため、分岐管路７を通じて吸引空間３２に吸引された吸引流体がノズル部２０に衝突することなくノズル部２０の周面に沿って反対側まで到達し、吸引空間３２において流れに偏りを無くすことが可能である。しかしながら、本発明は、必ずしもこれに限定されない。
【符号の説明】
【００２９】
１  冷媒管路
２  循環ポンプ
３  加熱熱交換器
４  エジェクタ
５  凝縮器
７  分岐管路
９  膨張機構
１０  蒸発器
２０  ノズル部
３０  本体部
４０  ディフューザ部
４０Ｃ  軸心
４１  中空部
４３  連通孔
５０  チャンバ
５２．５２′  減圧管路
【図１】
2020148175.tif 000003
【図２】
2020148175.tif 000004
【図３】
2020148175.tif 000005