(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動流体の流れを利用して被駆動流体を吸引するエジェクタ、を用いた流体循環システムであって、
前記エジェクタは、
内部に空間が形成されたケースと、
前記ケースの内部において、噴射口から駆動流体を噴射するノズルと、
吸引される被駆動流体を前記ケースの内部に導く第１吸引部及び第２吸引部と、を備え、
前記第１吸引部の下流側端部には、被駆動流体の出口である第１吸引口が形成され、
前記第２吸引部の下流側端部には、被駆動流体の出口である第２吸引口が形成され、
前記ケースの内部において、前記第１吸引口及び前記第２吸引口は、駆動流体が流れる方向における座標が互いに異なる位置にそれぞれ形成されており、
被駆動流体が流れる流路である第１流路（４０６，４０８，５４３）と、
被駆動流体が流れる流路であって、その内部の圧力が前記第１流路の内部の圧力よりも低い第２流路（４０７，４０９，５５８）と、を備え、
前記第１吸引部には前記第１流路が接続され、前記第２吸引部には前記第２流路が接続されている流体循環システム。
【請求項２】
駆動流体の流れを利用して被駆動流体を吸引するエジェクタ、を用いた流体循環システムであって、
前記エジェクタは、
内部に空間が形成されたケースと、
前記ケースの内部において、噴射口から駆動流体を噴射するノズルと、
吸引される被駆動流体を前記ケースの内部に導く第１吸引部及び第２吸引部と、を備え、
前記第１吸引部の下流側端部には、被駆動流体の出口である第１吸引口が形成され、
前記第２吸引部の下流側端部には、被駆動流体の出口である第２吸引口が形成され、
前記ケースの内部において、前記第１吸引口及び前記第２吸引口は、駆動流体が流れる方向における座標が互いに異なる位置にそれぞれ形成されており、
冷媒を凝縮させる凝縮器（４２０）と、
冷媒を蒸発させる第１蒸発器及（４３１）び第２蒸発器（４３２）と、を備えた冷凍サイクル（４００）として構成されており、
前記第２蒸発器の内部における冷媒の圧力は、前記第１蒸発器の内部における冷媒の圧力よりも低くなっており、
前記ノズルからは、前記凝縮器から排出された冷媒が駆動流体として噴射され、
前記第１吸引部においては、前記第１蒸発器から排出された冷媒が被駆動流体として吸引され、
前記第２吸引部においては、前記第２蒸発器から排出された冷媒が被駆動流体として吸引される流体循環システム。
【請求項３】
駆動流体の流れを利用して被駆動流体を吸引するエジェクタ、を用いた流体循環システムであって、
前記エジェクタは、
内部に空間が形成されたケースと、
前記ケースの内部において、噴射口から駆動流体を噴射するノズルと、
吸引される被駆動流体を前記ケースの内部に導く第１吸引部及び第２吸引部と、を備え、
前記第１吸引部の下流側端部には、被駆動流体の出口である第１吸引口が形成され、
前記第２吸引部の下流側端部には、被駆動流体の出口である第２吸引口が形成され、
前記ケースの内部において、前記第１吸引口及び前記第２吸引口は、駆動流体が流れる方向における座標が互いに異なる位置にそれぞれ形成されており、
原燃料ガス及び水蒸気の供給を受けて水蒸気改質を行い、これにより燃料ガスを生成する改質器（５２０）と、
燃料ガスの供給を受けて発電するセルスタック（５１０）と、を備えた燃料電池システム（５００）として構成されており、
前記ノズルからは水蒸気が駆動流体として噴射され、
前記第１吸引部及び前記第２吸引部のうち一方においては、原燃料ガスが被駆動流体として吸引され、
前記第１吸引部及び前記第２吸引部のうち他方においては、発電に寄与することなく前記セルスタックから排出された残余の燃料ガスが被駆動流体として吸引される流体循環システム。
【請求項４】
前記ノズルから駆動流体が噴射されているときには、
前記ケースの内部において、前記第２吸引口の位置における圧力が、前記第１吸引口の位置における圧力よりも低い状態となる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流体循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動流体の流れを利用して被駆動流体を吸引するエジェクタ、及びこれを用いた流体循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エジェクタは、ノズルから噴射される駆動流体の膨張エネルギーを運動エネルギーに変換し、その吸引作用によって被駆動流体を吸引する流体ポンプである。エジェクタは、例えば冷凍サイクルや燃料電池システム等のような、流体を循環させる流体循環システムにおいて広く用いられている。例えば、下記特許文献１に記載の冷凍サイクルにおいては、凝縮器から排出された冷媒の流れを利用し、蒸発器から排出された冷媒を吸引するための装置として、エジェクタが用いられている。
【０００３】
このような構成においては、凝縮器から排出された冷媒が駆動流体に該当し、蒸発器から排出された冷媒が被駆動流体に該当する。また、上記構成におけるエジェクタは、蒸発器の上流側において冷媒を減圧させるための膨張弁としても機能する。このような構成の冷凍サイクルでは、圧縮機の動作がエジェクタによって補助されるので、圧縮機の動作負荷が軽減される。その結果、冷凍サイクルの動作効率を高めることができる。
【０００４】
下記特許文献１に記載の冷凍サイクルは、蒸発温度が高くなる蒸発器（以下では「高温蒸発器」とも称する）と、蒸発温度が低くなる蒸発器（以下では「低温蒸発器」とも称する）とを備えている。高温蒸発器から排出された冷媒の流れと、低温蒸発器から排出された冷媒の流れとは、合流して１つの流れとなった後に被駆動流体としてエジェクタに吸引される。このように、流体循環システムにおいては、被駆動流体の流れる経路が２つ以上存在する場合がある。
【０００５】
下記特許文献１に記載の冷凍サイクルにおいては、高温蒸発器及び低温蒸発器の上流側部分において、冷媒の流路が２つに分岐している。また、上記の分岐箇所と低温蒸発器との間には、圧力損失発生手段としての絞りが設けられている。このため、低温蒸発器に供給される冷媒の圧力は低くなり、これにより低温蒸発器の内部における冷媒の温度は低くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２４９３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の冷凍サイクルにおいては、高温蒸発器から排出された冷媒と、低温蒸発器から排出された冷媒とが、エジェクタに吸引される前において（一方が減圧されることなく）そのまま合流するような構成となっている。このため、高温蒸発器の内部における冷媒と、低温蒸発器の内部における冷媒との間における圧力差は、比較的小さくなっていると考えられる。この圧力差を大きくし、高温蒸発器と低温蒸発器との間における温度差を大きくするためには、高温蒸発器の下流側であり且つ上記の合流箇所よりも上流側となる位置に追加の絞りを配置することが考えられる。
【０００８】
しかしながら、上記の位置に絞りを配置した場合には、冷媒が当該絞りを通過する際の膨張仕事が無駄に捨てられることになってしまう。この場合、被駆動流体である冷媒がエジェクタに吸引される際における比エンタルピが上昇し、エジェクタによる昇圧性能が低下するので、冷凍サイクルの動作効率を十分に向上させることができなくなってしまう。
【０００９】
このように、被駆動流体の流れる経路が少なくとも２つ存在し、それぞれの経路における流体の圧力が互いに異なっているような構成の流体循環システムにおいては、その動作効率を更に向上させる余地があった。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被駆動流体の流れる経路が少なくとも２つ存在する流体循環システムに用いられた場合において、当該流体循環システムの動作効率を向上させることのできるエジェクタ、及びこれを用いた流体循環システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る流体循環システムに用いられるエジェクタは、内部に空間が形成されたケース（１００）と、ケースの内部において、噴射口（３２０）から駆動流体を噴射するノズル（３００）と、吸引される被駆動流体をケースの内部に導く第１吸引部（２１０）及び第２吸引部（２２０）と、を備える。また、第１吸引部の下流側端部には、被駆動流体の出口である第１吸引口（２１１）が形成され、第２吸引部の下流側端部には、被駆動流体の出口である第２吸引口（２２１）が形成されている。ケースの内部において、第１吸引口及び第２吸引口は、駆動流体が流れる方向における座標が互いに異なる位置にそれぞれ形成されている。この流体循環システムは、被駆動流体が流れる流路である第１流路（４０６，４０８，５４３）と、被駆動流体が流れる流路であって、その内部の圧力が前記第１流路の内部の圧力よりも低い第２流路（４０７，４０９，５５８）と、を備え、前記第１吸引部には前記第１流路が接続され、前記第２吸引部には前記第２流路が接続されている。
【００１２】
このような構成のエジェクタが動作しているとき、すなわち、ノズルから駆動流体が噴射されているときには、ケースの内部における圧力分布は均一とはなっていない。具体的には、ケース内部の圧力が、駆動流体が流れる方向の位置（座標）により変化している状態となっている。このため、エジェクタの内部構造を適宜設計することで、第１吸引口の位置における圧力と、第２吸引口の位置における圧力とを互いに異ならせることができる。例えば、第２吸引口の位置における圧力が、第２吸引口における圧力よりも低くなるように、エジェクタを構成することができる。
【００１３】
このような構成のエジェクタを、被駆動流体の流れる経路が少なくとも２つ存在する流体循環システムに用いる場合には、２つの被駆動流体の流れを予め合流させることなく、それぞれの経路をエジェクタに接続することができる。被駆動流体が流れる経路のうち圧力が低い方の経路を「低圧側経路」とし、圧力が高い方の経路を「高圧側経路」とすると、第１吸引部に高圧側経路の下流側端部を接続し、第２吸引部に低圧側経路の下流側端部を接続することが望ましい。
【００１４】
この場合には、高圧側経路と低圧側経路との間における圧力差が、エジェクタの内部における既存の圧力差によって吸収されることとなる。従って、高圧側経路の途中に絞りを設けることなく、高圧側経路と低圧側経路との間における圧力差を維持することができる。被駆動流体が絞りを通過する際の膨張仕事、すなわち、絞りにおいて無駄に捨てられてしまうはずであったエネルギーが回収されることとなるので、エジェクタの昇圧性能が向上する。その結果、エジェクタを用いた流体循環システムの動作効率も向上する。
【００１５】
尚、第１吸引部から吸引される被駆動流体と、第２吸引部から吸引される被駆動流体とは、互いに同種の流体であってもよく、異種の流体であってもよい。また、両者のうち少なくとも一方が、駆動流体と同種の流体であってもよく、異種の流体であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、被駆動流体の流れる経路が少なくとも２つ存在する流体循環システムに用いられた場合において、当該流体循環システムの動作効率を向上させることのできるエジェクタ、及びこれを用いた流体循環システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエジェクタの構成を示す図である。
【図２】エジェクタの内部における圧力分布を示す図である。
【図３】図１のエジェクタを用いた冷凍サイクルの構成を示す図である。
【図４】図３の冷凍サイクルの各部における、冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るエジェクタの構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るエジェクタの構成を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係るエジェクタの構成を示す図である。
【図８】図１のエジェクタを用いた燃料電池システムの構成を示す図である。
【図９】本発明の比較例に係るエジェクタ、及びこれを用いた冷凍サイクルの構成を示す図である。
【図１０】図９の冷凍サイクルの各部における、冷媒の状態を示すモリエル線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態に係るエジェクタ１０は、駆動流体の流れを利用して被駆動流体を吸引する流体ポンプとして機能するものである。エジェクタ１０は、ケース１００と、ノズル３００と、第１吸引部２１０と、第２吸引部２２０と、を備えている。
【００２０】
ケース１００は、内部に空間が形成された筒状の部材である。当該空間は直線状の流路として形成されている。図１では、ケース１００の内部の空間において流体の流れる方向が点線の矢印ＤＬ１で示されている。ケース１００は、流体の流れる方向に対して垂直な断面の形状が円形となっている。ただし、その直径（断面の内径及び外径）は、上記方向に沿った各部において異なっている。ケース１００のうち上流側（図１では左側）の端部は、壁１１１により塞がれている。ケース１００のうち下流側（図１では右側）の端部には、流体の出口である排出口１３１が形成されている。
【００２１】
ケース１００は、本体部１１０と、混合部１２０と、ディフューザ部１３０と、を有しており、これらが一体となるように形成されている。本体部１１０は、ケース１００のうち最も上流側の部分である。本体部１１０のうち混合部１２０側の部分はテーパー状に形成されており、下流側に行くほどその内径が小さくなっている。後に説明するように、本実施形態における本体部１１０は、第１吸引部２１０や第２吸引部２２０を通ってエジェクタ１０に吸引された被駆動流体を受け入れる部分となっている。
【００２２】
混合部１２０は、ケース１００のうち本体部１１０よりも下流側の部分であり、ディフューザ部１３０よりも上流側の部分である。混合部１２０は円筒形状となっており、その内径は位置に寄らず概ね一定である。後に説明するように、混合部１２０は、駆動流体と被駆動流体とが混合されながら流れる部分となっている。
【００２３】
ディフューザ部１３０は、ケース１００のうち最も下流側の部分である。ディフューザ部１３０はテーパー状に形成されており、下流側に行くほどその内径が大きくなっている。後に説明するように、ディフューザ部１３０は、混合部１２０を通過した流体（駆動流体及び被駆動流体）が、引き続きその圧力を上昇させながら流れる部分となっている。ディフューザ部１３０の下流側端部には、既に述べたように排出口１３１が形成されている。
【００２４】
ノズル３００は、ケース１００の内部において駆動流体を噴射するための部材である。ノズル３００は略円筒形状となっており、その内部には直線状の空間が形成されている。当該空間が、駆動流体の流れる流路となっている。ノズル３００の中心軸はケース１００の中心軸に一致している。ノズル３００は、ケース１００の壁１１１を垂直に貫いた状態で、ケース１００に対して固定されている。
【００２５】
ノズル３００のうち上流側の端部は、ケース１００の外側に向けて突出している。当該端部には、駆動流体の入口である供給口３１０が形成されている。ノズル３００のうち下流側の端部近傍の部分はテーパー状に形成されており、下流側に行くほどその内径が小さくなっている。ノズル３００の下流側の端部には、駆動流体の出口である噴射口３２０が形成されている。供給口３１０からノズル３００に供給された駆動流体は、その流速を高めながらノズル３００の内部を流れた後、ケース１００の内部において噴射口３２０から噴射される。駆動流体が流れて噴射される方向は、混合部１２０及びディフューザ部１３０を流体が流れる方向、すなわち図１の矢印ＤＬ１で示される方向と同一である。以下では、当該方向のことを「噴射方向」とも称する。
【００２６】
第１吸引部２１０は円筒形状の配管であって、その一端がケース１００のうち本体部１１０の側壁１１２に接続されている。第１吸引部２１０の内部空間と、本体部１１０の内部空間とは繋がっている。第１吸引部２１０は、エジェクタ１０に吸引される被駆動流体をケース１００の内部に導くための部分となっている。第１吸引部２１０の中心軸は、ケース１００の中心軸に対して垂直に交差している。本実施形態では、第１吸引部２１０はケース１００と一体に形成されている。第１吸引部２１０の下流側端部、すなわち第１吸引部２１０と側壁１１２との接続部分には、被駆動流体の出口である第１吸引口２１１が形成されている。
【００２７】
第２吸引部２２０は円筒形状の配管であって、その一端がケース１００のうち本体部１１０の側壁１１２に接続されている。第２吸引部２２０が側壁１１２に接続されている位置は、第１吸引部２１０が側壁１１２に接続されている位置よりも噴射方向における下流側となっている。
【００２８】
第２吸引部２２０の内部空間と、本体部１１０の内部空間とは繋がっている。第１吸引部２１０と同様に、第２吸引部２２０は、エジェクタ１０に吸引される被駆動流体をケース１００の内部に導くための部分となっている。第２吸引部２２０の中心軸は、ケース１００の中心軸に対して垂直に交差している。本実施形態では、第２吸引部２２０はケース１００と一体に形成されている。第２吸引部２２０の下流側端部、すなわち第２吸引部２２０と側壁１１２との接続部分には、被駆動流体の出口である第２吸引口２２１が形成されている。
【００２９】
尚、エジェクタ１０を噴射方向に沿って見た場合において、第１吸引部２１０の中心軸と、第２吸引部２２０の中心軸とのなす角は、０度であってもよくそれ以外の角度であってもよい。
【００３０】
ノズル３００の噴射口３２０から駆動流体が噴射されると、駆動流体の流れに起因して、ケース１００の内部における圧力は低下する。これにより、第１吸引部２１０及び第２吸引部２２０のそれぞれから被駆動流体が吸引され、本体部１１０の内部に流入する。吸引されたそれぞれの被駆動流体は、混合部１２０において駆動流体と合流し、駆動流体と混合されながら下流側に向かって流れる。その際、混合流体の圧力は、下流側に行くに従って次第に大きくなる。混合流体は、引き続き圧力を上昇させながらディフューザ部１３０を流れた後、排出口１３１から外部へと排出される。
【００３１】
図２を参照しながら、ケース１００の内部における圧力の分布について説明する。図２の下部に示されたグラフには、ノズル３００から駆動流体が噴射されているときの、ケース１００の内部における圧力分布が示されている。図２の横軸は、駆動流体が流れる方向、すなわち点線ＤＬ１で示される噴射方向における座標を示している。当該座標のことを、以下では「ｘ座標」とも表記することがある。
【００３２】
図２では、第１吸引口２１１のｘ座標がｘ１として示されており、第２吸引口２２１のｘ座標がｘ２として示されており、噴射口３２０のｘ座標がｘ３として示されている。このように、本実施形態における第１吸引口２１１及び第２吸引口２２１は、駆動流体が流れる方向における座標が互いに異なる位置にそれぞれ形成されている。また、図２では、混合部１２０の下流側端部におけるｘ座標がｘ４として示されており、排出口１３１のｘ座標がｘ５として示されている。
【００３３】
図２の線ＰＬ１は、ケース１００の中心軸上における圧力分布を示すグラフである。従って、線ＰＬ１のうちｘ３よりも上流側（左側）の部分は、ノズル３００の内部における駆動流体の圧力分布を示している。また、線ＰＬ１のうちｘ３よりも下流側（右側）の部分は、混合部１２０やディフューザ部１３０の内部における混合流体の圧力分布を示している。
【００３４】
図２の線ＰＬ２は、本体部１１０の内部のうち、ノズル３００の周囲の空間における圧力分布を示している。
【００３５】
線ＰＬ１で示されるように、外部から駆動流体が供給されることに伴って、ノズル３００の内部における圧力（Ｐ４）は比較的高くなっている。駆動流体の圧力は、噴射口３２０に近づくに従って次第に低くなって行き、噴射口３２０から噴射された直後の位置において最も低い圧力（Ｐ１）となる。
【００３６】
線ＰＬ２で示されるように、本体部１１０のうち上流側、すなわち壁１１１の近傍における圧力は、ノズル３００内の圧力（Ｐ４）よりも低く、且つ、噴射口３２０の近傍における圧力（Ｐ１）よりも高い。ただし、噴射口３２０に近づくに従って、噴射される駆動流体の流れの影響により本体部１１０内の圧力は低くなって行く。線ＰＬ２と線ＰＬ１とは、ｘ座標がｘ３の位置から下流側において互いに重なっている。
【００３７】
既に述べたように、ｘ３よりも下流側の部分においては、駆動流体と被駆動流体との混合流体が、下流側に行くに従って昇圧されながら流れている。このため、ケース１００の内部においては、噴射口３２０の位置（ｘ３）において圧力が最も低くなっている。つまり、噴射口３２０から上流側又は下流側に向けて遠ざかるほど、ケース１００内の圧力は高くなっている。
【００３８】
本実施形態では、駆動流体が流れる方向（矢印ＤＬ１の噴射方向）における噴射口３２０から第２吸引口２２１までの距離が、同方向における噴射口３２０から第１吸引口２１１までの距離よりも短くなっている。ノズル３００から駆動流体が噴射されているときには、上記のような構成において図２のような圧力分布がケース１００内で生じている。その結果、第２吸引口２２１の位置（ｘ２）における圧力（Ｐ２）が、第１吸引口２１１の位置（ｘ１）における圧力（Ｐ３）よりも低い状態となっている。換言すれば、第１吸引口２１１と第２吸引口２２１との間において圧力差が生じた状態となるように、第１吸引部２１０や第２吸引部２２０のそれぞれの位置が決定されている。このような圧力差を生じさせることの効果については、後に説明する。
【００３９】
エジェクタ１０を用いた流体循環システムの一例について、図３を参照しながら説明する。図３には、例えば車両用空調装置に用いられる冷凍サイクル４００の構成が模式的に示されている。冷凍サイクル４００は、エジェクタ１０の他に、圧縮機４１０と、凝縮器４２０と、第１蒸発器４３１と、第２蒸発器４３２と、気液分離器４４０と、を備えている。
【００４０】
圧縮機４１０は、冷媒を圧縮して凝縮器４２０側に送り出し、これにより冷凍サイクル４００において冷媒を循環させるための装置である。圧縮機４１０は、外部から電力の供給を受けて動作する。従って、圧縮機４１０の動作負荷が大きくなるほど、圧縮機４１０では大きな電力（エネルギー）が消費されてしまうこととなる。冷凍サイクルの動作効率を向上させるためには、圧縮機４１０の動作負荷を可能な限り小さく抑えることが望ましい。
【００４１】
圧縮機４１０から送り出された冷媒は、配管４０１を通って凝縮器４２０に供給される。凝縮器４２０は、圧縮機４１０において高温となった冷媒と空気との間で熱交換を行わせ、冷媒を凝縮させるための熱交換器である。冷媒は、凝縮器４２０を通過する際において凝縮し、気相から液相へと変化する。その後、冷媒は配管４０２を通ってエジェクタ１０の供給口３１０に供給される。つまり、本実施形態では、凝縮器４２０から排出された冷媒が、駆動流体としてノズル３００から噴射される。その際、図２に示されるように、冷媒の圧力はＰ４からＰ１へと大きく低下する。冷凍サイクル４００においては、エジェクタ１０が所謂「膨張弁」として機能する。
【００４２】
ノズル３００から噴射された冷媒は、第１蒸発器４３１等から吸引された冷媒と共にエジェクタ１０の内部において昇圧され、排出口１３１から排出される。その後、冷媒は配管４０３を通って気液分離器４４０に供給される。
【００４３】
気液分離器４４０は、内部において気相の冷媒と液相の冷媒とを分離するために設けられた容器である。気液分離器４４０の上方側部分と圧縮機４１０との間は、配管４０４によって接続されている。このため、エジェクタ１０から排出された冷媒のうち気相の冷媒のみが、圧縮機４１０に吸引され、再び凝縮器４２０に向かって流れる。
【００４４】
気液分離器４４０の下方側部分には配管４０５の一端が接続されている。配管４０５の他端側は、配管４０６と配管４０７とに分岐している。配管４０６は、気液分離器４４０から排出された液相の冷媒を、第１蒸発器４３１に供給するための配管である。配管４０７は、気液分離器４４０から排出された液相の冷媒を、第２蒸発器４３２に供給するための配管である。
【００４５】
第１蒸発器４３１は、気液分離器４４０を経由してエジェクタ１０から供給される低圧の冷媒と、空気との間で熱交換を行わせ、冷媒を蒸発させるための熱交換器である。冷媒は、第１蒸発器４３１を通過する際において蒸発し、液相から気相へと変化する。その後、冷媒は配管４０８を通ってエジェクタ１０の第１吸引部２１０に吸引される。つまり、本実施形態では、第１蒸発器４３１から排出された冷媒が、第１吸引部２１０において被駆動流体として吸引される。配管４０８は、被駆動流体が流れる「第１流路」に該当するものであって、その下流側端部が第１吸引部２１０に接続されている。
【００４６】
第１蒸発器４３１と同様に、第２蒸発器４３２も、気液分離器４４０を経由してエジェクタ１０から供給される低圧の冷媒と、空気との間で熱交換を行わせ、冷媒を蒸発させるための熱交換器として構成されている。冷媒は、第２蒸発器４３２を通過する際において蒸発し、液相から気相へと変化する。その後、冷媒は配管４０９を通ってエジェクタ１０の第２吸引部２２０に吸引される。つまり、本実施形態では、第２蒸発器４３２から排出された冷媒が、第２吸引部２２０において被駆動流体として吸引される。配管４０９は、被駆動流体が流れる「第２流路」に該当するものであって、その下流側端部が第２吸引部２２０に接続されている。
【００４７】
配管４０５の途中には絞り４１１が設けられている。また、配管４０７の途中には絞り４１２が設けられている。冷媒は、それぞれの絞りを通過する際においてその圧力を低下させる。このため、冷凍サイクル４００が動作しているときには、第２蒸発器４３２の内部における冷媒の圧力は、第１蒸発器４３１の内部における冷媒の圧力よりも低くなっている。その結果として、第２蒸発器４３２の内部における冷媒の温度は、第１蒸発器４３１の内部における冷媒の温度よりも低くなっている。
【００４８】
このような構成により、第１蒸発器４３１を通過した空気の温度と、第２蒸発器４３２を通過した空気の温度とを異ならせることができる。このため、冷凍サイクル４００を備えた空調装置は、複数の冷却対象空間のそれぞれにおける冷房を、異なる設定温度で同時に行うことが可能となっている。
【００４９】
絞り４１２が設けられていることにより、配管４０９の内部における冷媒の圧力は、配管４０８の内部における冷媒の圧力よりも低くなっている。本実施形態では、低圧側の配管４０８が、図２に示されるように低圧（Ｐ２）となっている第２吸引部２２０に接続されている。また、高圧側の配管４０９が、図２に示されるように高圧（Ｐ３）となっている第１吸引部２１０に接続されている。このため、配管４０８の途中に絞りが設けられていない構成でありながら、第１蒸発器４３１と第２蒸発器４３２との間における冷媒の圧力差が維持されている。
【００５０】
冷凍サイクル４００が動作しているときの、各部における冷媒の状態について、図４を参照しながら説明する。図４は所謂モリエル線図であって、その横軸は冷媒の比エンタルピであり、その縦軸は冷媒の圧力である。また、臨界点ＣＰよりも左側に描かれた点線Ｌ１は飽和液線であり、臨界点ＣＰよりも右側に描かれた点線Ｌ２は飽和蒸気線である。以下では、それぞれ「飽和液線Ｌ１」及び「飽和蒸気線Ｌ２」と表記する。
【００５１】
図４では、冷凍サイクル４００の各部における冷媒の状態を表す状態点が、状態点Ｓ０１乃至Ｓ１２として示されている。状態点Ｓ０１は、圧縮機４１０から排出され、凝縮器４２０に流入する直前における冷媒の状態を表している。状態点Ｓ０２は、凝縮器４２０から排出された直後における冷媒の状態を表している。状態点Ｓ０１から状態点Ｓ０２に移行する際には、冷媒が凝縮されることに伴ってその比エンタルピが減少する。
【００５２】
状態点Ｓ０３は、ノズル３００の内部のうち、噴射口３２０から噴射される直前における冷媒の状態を表している。状態点Ｓ０２から状態点Ｓ０３に移行する際には、冷媒の膨張エネルギーが運動エネルギーに変換されることに伴って、冷媒の圧力及び比エンタルピが減少する。
【００５３】
状態点Ｓ０４は、混合部１２０における冷媒の状態を表している。当該冷媒は、噴射口３２０から噴射された冷媒（駆動流体）と、第１蒸発器４３１及び第２蒸発器４３２から排出された冷媒（被駆動流体）とが混合された直後の冷媒である。状態点Ｓ０３から状態点Ｓ０４への変化は、上記のような駆動流体と被駆動流体との混合によって生じるものである。
【００５４】
状態点Ｓ０５は、エジェクタ１０の出口、すなわち排出口１３１における冷媒の状態を表している。状態点Ｓ０４から状態点Ｓ０５に移行する際には、エジェクタ１０の内部で昇圧されることによって冷媒の圧力が上昇している。また、それに伴い冷媒の比エンタルピも増加している。
【００５５】
状態点Ｓ０６は、圧縮機４１０に吸引される直前における冷媒の状態を表している。状態点Ｓ０６で示される冷媒は、気液混合の状態から気液分離器４４０を通過した直後の気相冷媒である。従って、状態点Ｓ０６は飽和蒸気線Ｌ２上の状態点となっている。冷媒が圧縮機４１０で圧縮されると、冷媒の状態は状態点Ｓ０６から状態点Ｓ０１に移行する。その際、圧縮されることに伴って、冷媒の圧力及び比エンタルピはいずれも増加する。
【００５６】
状態点Ｓ０７は、気液分離器４４０と絞り４１１との間における冷媒の状態を表している。状態点Ｓ０７で示される冷媒は、気液混合の状態から気液分離器４４０を通過した直後の液相冷媒である。従って、状態点Ｓ０７は飽和液線Ｌ１上の状態点となっている。
【００５７】
状態点Ｓ０８は、絞り４１１を通過した直後における冷媒の状態を表している。絞り４１１を通過する際における冷媒の位置エネルギー変化や運動エネルギー変化は無視することができる程度である。従って、状態点Ｓ０７から状態点Ｓ０８に移行する際には、冷媒の圧力のみが減少し、冷媒の比エンタルピは殆ど変化しない。
【００５８】
状態点Ｓ０９は、絞り４１２を通過した直後における冷媒の状態を表している。絞り４１２を通過する際における冷媒の位置エネルギー変化や運動エネルギー変化は無視することができる程度である。従って、状態点Ｓ０８から状態点Ｓ０９に移行する際においても、冷媒の圧力のみが減少し、冷媒の比エンタルピは殆ど変化しない。
【００５９】
状態点Ｓ１０は、第１蒸発器４３１から排出された直後における冷媒の状態を表している。状態点Ｓ０８から状態点Ｓ１０に移行する際には、冷媒が蒸発することに伴ってその比エンタルピが増加する。またその際には冷媒の圧力が僅かに減少する。第１蒸発器４３１から排出された冷媒は、第１吸引部２１０からエジェクタ１０の内部に吸引される。その後、本体部１１０の内部を、高圧側の第１吸引口２１１から、低圧側の第２吸引口２２１に向かって移動する。状態点Ｓ１２は、このように移動する冷媒が第２吸引口２２１の位置に到達した際における冷媒の状態を表している。状態点Ｓ１０から状態点Ｓ１２に移行する際には、冷媒の状態は等エントロピ線Ｌ３に沿って変化する。その際、冷媒の比エンタルピは減少する。
【００６０】
第１吸引口２１１から第２吸引口２２１に移動した冷媒は、駆動流体であるノズル３００からの冷媒と合流する。その結果、冷媒の状態を示す状態点は、状態点Ｓ１２から状態点Ｓ０４に移行する。
【００６１】
状態点Ｓ１１は、第２蒸発器４３２から排出された直後における冷媒の状態を表している。状態点Ｓ０９から状態点Ｓ１１に移行する際には、冷媒が蒸発することに伴ってその比エンタルピが増加する。またその際には冷媒の圧力が僅かに減少する。第２蒸発器４３２から排出された冷媒は、第２吸引部２２０からエジェクタ１０の内部に吸引された後、駆動流体であるノズル３００からの冷媒と合流する。その結果、冷媒の状態を示す状態点は状態点Ｓ１１から状態点Ｓ０４に移行する。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係る冷凍サイクル４００では、被駆動流体の流れる経路として、第１蒸発器４３１を通る第１の経路（配管４０６及び配管４０８）と、第２蒸発器４３２を通る第２の経路（配管４０７及び配管４０９）とを有している。これらのうち、第２の経路の内部における冷媒の圧力は、第１の経路の内部における冷媒の圧力よりも低くなっている。このような第２の経路の下流側端部が、低圧側の第２吸引部２２０に接続されている。また、第１の経路の下流側端部が、高圧側の第１吸引部２１０に接続されている。
【００６３】
このような構成とすることの効果を説明するために、比較例に係る冷凍サイクル４００Ｄについて説明する。図９には、冷凍サイクル４００Ｄの構成が示されている。冷凍サイクル４００Ｄのうち、冷凍サイクル４００と共通の構成要素には、図３に示されるものと同一の符号が付されている。
【００６４】
冷凍サイクル４００Ｄが備えるエジェクタ１０Ｄは、図１に示されるエジェクタ１０から第１吸引部２１０を無くしたものである。つまり、エジェクタ１０Ｄは、従来のエジェクタと同様に、被駆動流体を吸引するための部分（第２吸引部２２０）を１つだけ有する構成となっている。エジェクタ１０Ｄのその他の構成については、エジェクタ１０の構成と同一である。
【００６５】
冷凍サイクル４００Ｄでは、配管４０８の下流側端部と配管４０９の下流側端部とが、配管４０９Ｄの一端に接続されている。配管４０９Ｄの他端側は、エジェクタ１０Ｄの第２吸引部２２０に接続されている。このように、冷凍サイクル４００Ｄでは、第１蒸発器４３１から排出された冷媒と、第２蒸発器４３２から排出された冷媒とが、予め合流した後にエジェクタ１０Ｄに吸引される構成となっている。
【００６６】
尚、配管４０８の途中には絞り４１３が設けられている。これにより、第１蒸発器４３１の内部における冷媒と、第２蒸発器４３２の内部における冷媒と、の間における圧力差（及びその結果としての温度差）が維持されている。
【００６７】
冷凍サイクル４００Ｄが動作しているときの、各部における冷媒の状態について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、図４と同様に描かれたモリエル線図である。図１０に示される「Ｓ０１」等の符号が意味するところは、図４に示される各符号が意味するところと概ね同じである。例えば、図１０における状態点Ｓ０１は、冷凍サイクル４００Ｄの圧縮機４１０から排出され、凝縮器４２０に流入する直前における冷媒の状態を表している。ただし、互いに同一の符号が付された状態点であっても、それぞれの状態点で示される冷媒の圧力や比エンタルピの大きさが互いに異なっている場合がある。以下では、図４と異なる部分についてのみ説明し、図４と共通する部分については適宜説明を省略する。
【００６８】
冷凍サイクル４００Ｄでは、第１蒸発器４３１を通った直後における冷媒（状態点Ｓ１０）は、絞り４１３を通ることによって更にその圧力を低下させた後にエジェクタ１０Ｄに吸引される。冷媒が絞り４１３を通る際において、冷媒の状態は状態点Ｓ１０から状態点Ｓ１２へと変化する。
【００６９】
このとき、例えば状態点Ｓ０７から状態点Ｓ０８に移行する場合と同様に、冷媒の比エンタルピはほとんど変化しない。その結果、（図４のように）冷媒の状態が等エントロピ線に沿って変化する場合に比べると、エジェクタ１０Ｄに吸引される直前における冷媒の比エンタルピは大きくなっている。つまり、図１０の状態点Ｓ１２で表される冷媒の比エンタルピは、図４の状態点Ｓ１２で表される冷媒の比エンタルピよりも大きい。これは、絞り４１３を通過した直後において冷媒の流れが乱れることにより、一部の運動エネルギーが熱エネルギーに変化したためである。換言すれば、冷凍サイクル４００Ｄにおいては、絞り４１３を通過する際における冷媒の膨張仕事（上記のような比エンタルピの差）が、無駄に捨てられてしまうこととなる。
【００７０】
その結果、図１０では、状態点Ｓ０４で示される比エンタルピが図４の場合よりも大きくなっている。これにより、エジェクタ１０Ｄの内部における昇圧量が、エジェクタ１０の内部における昇圧量よりも小さくなっている。従って、図１０の状態点Ｓ０５で示される冷媒の圧力は、図４の状態点Ｓ０５で示される冷媒の圧力よりも低い。
【００７１】
図４に示されている例と同じ様に冷凍サイクル４００Ｄを機能させるためには、エジェクタ１０Ｄから排出された冷媒（状態点Ｓ０５）を、状態点Ｓ０１で示される圧力となるまで圧縮機４１０によって圧縮しなければならない。尚、図１０の状態点Ｓ０１で示される圧力は、図４の状態点Ｓ０１で示される圧力と同一である。
【００７２】
冷媒を圧縮し、状態点Ｓ０５から状態点Ｓ０１に移行させるために必要な動力は、図４の例よりも図１０の例の方が大きくなる。つまり、冷凍サイクル４００Ｄにおいては、第１蒸発器４３１と第２蒸発器４３２との間で圧力差を維持するために絞り４１３が設けられた結果として、圧縮機４１０の動作負荷が大きくなってしまっている。
【００７３】
これに対し、図３及び図４に示される冷凍サイクル４００では、配管４０８の途中に絞り４１３が設けられていない構成でありながら、第１蒸発器４３１と第２蒸発器４３２との間における冷媒の圧力差が維持されている。図２乃至図４を参照しながら説明したように、上記圧力差は、エジェクタ１０の内部で生じている既存の圧力分布を利用することによって実現されている。
【００７４】
また、冷凍サイクル４００では、図２に示される構成のエジェクタ１０を用いることにより、第１蒸発器４３１の下流側で無駄に捨てられてしまう膨張仕事が生じない構成となっている。圧縮機４１０の動作負荷が軽減されるので、図９に示される構成の冷凍サイクル４００Ｄと比較した場合において、冷凍サイクル４００の動作効率が向上している。
【００７５】
尚、冷凍サイクル４００では、被駆動流体の流れる経路が２つ存在している。このような態様に替えて、被駆動流体の流れる経路が３つ以上存在しているような態様であってもよい。その場合には、被駆動流体の流れる経路の数と同数の吸引部（第１吸引部２１０や第２吸引部２２０に相当するもの）が、エジェクタ１０に備えられることとなる。また、被駆動流体の流れる経路のそれぞれのおける圧力の大きさと、エジェクタ１０の内部における圧力分布とに応じて、エジェクタ１０に対する各経路の接続先（吸引部）が決定されることとなる。
【００７６】
本発明の第２実施形態について、図５を参照しながら説明する。第２実施形態に係るエジェクタ１０Ａは、第１吸引部２１０が設けられている位置、及び第２吸引部２２０が設けられている位置において、第１実施形態と異なっている。その他の点においては第１実施形態と同じである。
【００７７】
本実施形態においては、第１吸引部２１０及び第２吸引部２２０が本体部１１０の側壁１１２に接続されているのではなく、いずれも混合部１２０に接続されている。図５においては、第１吸引口２１１のｘ座標がｘ１１として示されており、第２吸引口２２１のｘ座標がｘ１２として示されている。ｘ１１及びｘ１２はいずれも、噴射口３２０のｘ座標（ｘ３）よりも排出口１３１側の座標となっている。
【００７８】
第１実施形態に係るエジェクタ１０においては、駆動流体が流れる方向（噴射方向）おいて噴射口３２０よりも上流側となる位置に、第１吸引口２１１及び第２吸引口２２１のいずれもが形成されていた。これに対し、第２実施形態に係るエジェクタ１０Ａにおいては、駆動流体が流れる方向おいて噴射口３２０よりも下流側となる位置に、第１吸引口２１１及び第２吸引口２２１のいずれもが形成されている。
【００７９】
本実施形態でも、駆動流体が流れる方向（矢印ＤＬ１の噴射方向）における噴射口３２０から第２吸引口２２１までの距離が、同方向における噴射口３２０から第１吸引口２１１までの距離よりも短くなっている。このため、図２の下方に示されたグラフを見ると明らかなように、ノズル３００から駆動流体が噴射されているときには、第２吸引口２２１の位置（ｘ１２）における圧力が、第１吸引口２１１の位置（ｘ１１）における圧力よりも低い状態となる。従って、図３の冷凍サイクル４００において、エジェクタ１０をエジェクタ１０Ａに置き換えた場合であっても、これまでに説明したものと同一の効果を奏する。
【００８０】
本発明の第３実施形態について、図６を参照しながら説明する。第３実施形態に係るエジェクタ１０Ｂは、第１吸引部２１０が設けられている位置、及び第２吸引部２２０が設けられている位置において、第１実施形態と異なっている。その他の点においては第１実施形態と同じである。
【００８１】
本実施形態においては、第２吸引部２２０が本体部１１０の側壁１１２ではなく混合部１２０に接続されている。第１吸引部２１０は、本実施形態においても本体部１１０の側壁１１２に接続されている。ただし、第２吸引部２２０の接続位置が上記のように変更されたことに伴って、第１吸引部２１０の接続位置は、図２に示される第１吸引部２１０の位置よりも僅かに排出口１３１側寄りの位置となっている。
【００８２】
図６においては、第１吸引口２１１のｘ座標がｘ２１として示されており、第２吸引口２２１のｘ座標がｘ２２として示されている。ｘ２１は噴射口３２０のｘ座標（ｘ３）よりも壁１１１側の座標となっている。ｘ２２は噴射口３２０のｘ座標（ｘ３）よりも排出口１３１側の座標となっている。
【００８３】
つまり、第３実施形態に係るエジェクタ１０Ｂにおいては、駆動流体が流れる方向（矢印ＤＬ１の噴射方向）において噴射口３２０よりも上流側となる位置に第１吸引口２１１が形成されており、噴射口３２０よりも下流側となる位置に第２吸引口２２１が形成されている。また、駆動流体が流れる方向における噴射口３２０から第２吸引口２２１までの距離が、同方向における噴射口３２０から第１吸引口２１１までの距離よりも短くなっている。このため、図２の下方に示されたグラフを見ると明らかなように、ノズル３００から駆動流体が噴射されているときには、第２吸引口２２１の位置（ｘ２２）における圧力が、第１吸引口２１１の位置（ｘ２１）における圧力よりも低い状態となる。従って、図３の冷凍サイクル４００において、エジェクタ１０をエジェクタ１０Ｂに置き換えた場合であっても、これまでに説明したものと同一の効果を奏する。
【００８４】
尚、駆動流体が流れる方向における噴射口３２０から第２吸引口２２１までの距離が、同方向における噴射口３２０から第１吸引口２１１までの距離よりも長くなっているような態様であってもよい。この場合、第１吸引部２１０の機能と、第２吸引部２２０の機能とが互いに入れ替わることとなる。つまり、第１吸引部２１０には第２蒸発器４３２からの配管４０９が接続され、第２吸引部２２０には第１蒸発器４３１からの配管４０８が接続されることとなる。
【００８５】
本発明の第４実施形態について、図７を参照しながら説明する。第４実施形態に係るエジェクタ１０Ｃは、第１吸引部２１０及び第２吸引部２２０のそれぞれの構成において、第１実施形態と異なっている。その他の点においては第１実施形態と同じである。
【００８６】
本実施形態においては、第１吸引部２１０が円筒形状の部材として形成されており、本体部１１０の壁１１１を貫いた状態でケース１００に固定されている。第１吸引部２１０の中心軸は、ケース１００の中心軸と平行である。このため、第１吸引部２１０を被駆動流体が流れる方向（矢印ＡＲ１で示される第１方向）は、ノズル３００から駆動流体が噴射される方向と同一の方向となっている。
【００８７】
第２吸引部２２０についても同様である。第２吸引部２２０は円筒形状の部材として形成されており、本体部１１０の壁１１１を貫いた状態でケース１００に固定されている。第２吸引部２２０の中心軸は、ケース１００の中心軸と平行である。このため、第２吸引部２２０を被駆動流体が流れる方向（矢印ＡＲ２で示される第２方向）は、ノズル３００から駆動流体が噴射される方向と同一の方向となっている。
【００８８】
第１吸引部２１０と第２吸引部２２０とは、本体部１１０の内側に配置された部分の長さにおいて互いに異なっている。図７においては、第１吸引口２１１のｘ座標がｘ３１として示されており、第２吸引口２２１のｘ座標がｘ３２として示されている。ｘ３１及びｘ３２はいずれも、噴射口３２０のｘ座標（ｘ３）よりも壁１１１側の座標となっている。
【００８９】
本実施形態では、第２吸引部２２０の方が、第１吸引部２１０よりも更に下流側（排出口１３１側）に向かって伸びている。このため、駆動流体が流れる方向（矢印ＤＬ１の噴射方向）における噴射口３２０から第２吸引口２２１までの距離は、同方向における噴射口３２０から第１吸引口２１１までの距離よりも短くなっている。
【００９０】
このため、図２の下方に示されたグラフを見ると明らかなように、ノズル３００から駆動流体が噴射されているときには、第２吸引口２２１の位置（ｘ３２）における圧力が、第１吸引口２１１の位置（ｘ３１）における圧力よりも低い状態となる。従って、図３の冷凍サイクル４００において、エジェクタ１０をエジェクタ１０Ｃに置き換えた場合であっても、これまでに説明したものと同一の効果を奏する。
【００９１】
また、エジェクタ１０Ｃにおいては、駆動流体の流れる方向と、被駆動流体の流れる方向とが概ね平行となる。駆動流体と被駆動流体との衝突が生じにくいので、流体の流れが乱れて一部の運動エネルギーが熱エネルギーに変化してしまう現象が抑制される。その結果、エジェクタ１０Ｃにおける流体の昇圧を効率よく生じさせることができる。
【００９２】
尚、第１吸引部２１０及び第２吸引部２２０のうち一方のみの中心軸が、ケース１００の中心軸と平行となっているような態様であってもよい。つまり、第１吸引部２１０及び第２吸引部２２０のうち一方のみを図７に示されるような構成とし、他方については図１等に示されるような構成としてもよい。
【００９３】
エジェクタ１０等は、図３に示される冷凍サイクル以外の流体循環システムにも用いることができる。図８には、エジェクタ１０を用いた流体循環システムの他の例として、燃料電池システム５００が示されている。燃料電池システム５００は、エジェクタ１０の他に、セルスタック５１０と、燃焼器５３０と、改質器５２０と、を備えている。
【００９４】
セルスタック５１０は、複数の単セル（不図示）の集合体である。それぞれの単セルは、固体酸化物形の燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：ＳＯＦＣ）であって、平板状の固体電解質の一方側の面に燃料極（アノード）が形成され、他方側の面に空気極（カソード）が形成された構成となっている。これら燃料極及び空気極は、いずれも導電性のセラミックスで形成された多孔質体である。
【００９５】
セルスタック５１０には、配管５５６と、配管５６４とが接続されている。配管５５６は、後述の改質器５２０において生成された水素含有ガス（以下、「燃料ガス」とも称する）をセルスタック５１０に供給するための配管である。配管５５６を通ってセルスタック５１０に供給された燃料ガスは、それぞれの単セルの燃料極に到達し、発電に供される。
【００９６】
配管５６４は、後述の空気ブロア５６２から送り込まれた発電用の空気（酸化剤）をセルスタック５１０に供給するための配管である。配管５６４を通ってセルスタック５１０に供給された空気は、それぞれの単セルの空気極に到達し、発電に供される。
【００９７】
燃焼器５３０は、発電に寄与することなくセルスタック５１０から排出された残余の燃料ガスを燃焼させるためのバーナーである。燃焼器５３０には、配管５５７と、配管５６５と、配管５９１とがそれぞれ接続されている。
【００９８】
配管５５７は、セルスタック５１０から排出された残余の燃料ガスを燃焼器５３０に供給するための配管である。配管５５７は、一端がセルスタック５１０に接続されており、他端が燃焼器５３０に接続されている。
【００９９】
配管５６５は、発電に寄与することなくセルスタック５１０から排出された残余の空気を、燃焼器５３０に供給するための配管である。配管５６５は、一端がセルスタック５１０に接続されており、他端が燃焼器５３０に接続されている。
【０１００】
燃焼器５３０では、配管５５７を通った残余の燃料ガスと、配管５６５を通った残余の空気との混合気体が燃焼し、高温の燃焼排ガスが生じる。配管５９１は、このように生じた燃焼排ガスを外部に排出するための配管である。配管５９１は、その一端が燃焼器５３０に接続されている。また、配管５９１の他端側は２つの配管（配管５９２、配管５９５）に分岐している。
【０１０１】
配管５９２は、配管５９１の下流側端部と後述の熱交換器５８０とを繋ぐ配管である。配管５９２を通って熱交換器５８０に供給された燃焼排ガスは、熱交換器５８０における熱交換に供された後、配管５９４を通って外部に排出される。
【０１０２】
配管５９５は、配管５９１の下流側端部と後述の熱交換器５７０とを繋ぐ配管である。配管５９５を通って熱交換器５７０に供給された燃焼排ガスは、熱交換器５７０における熱交換に供された後、配管５９６を通って外部に排出される。
【０１０３】
改質器５２０は、原燃料ガス（都市ガス）及び水蒸気の供給を受けて水蒸気改質を行い、これにより燃料ガスを生成するものである。改質器５２０には、配管５５６の上流側端部が接続されている。また、改質器５２０には、配管５５５の下流側端部も接続されている。配管５５５は、改質器５２０に原燃料ガス及び水蒸気等を供給するための配管である。配管５５５の上流側端部は、エジェクタ１０の排出口１３１に接続されている。
【０１０４】
改質器５２０の内部には、アルミナの球体表面にニッケル等の触媒金属を担持させてなる改質触媒（不図示）が多数充填されている。配管５５５を通った原燃料ガス及び水蒸気が改質器５２０に供給されると、これらが改質触媒に触れることによって水蒸気改質反応が生じ、燃料ガスが生成される。既に述べたように、燃料ガスは、配管５５６を通ってセルスタック５１０に供給される。
【０１０５】
尚、改質器５２０において水蒸気改質反応が生じるためには、改質器５２０及び内部の改質触媒が高温（約７００℃）となっている必要がある。また、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、反応を維持するためには、外部から改質器５２０に対して継続的に熱が加えられる必要がある。本実施形態では、燃焼排ガスが通る配管５９２の一部が改質器５２０の近傍に配置されている。具体的には、配管５９２の一部が改質器５２０の外壁面に接しており、配管５９２を通る燃焼排ガスの熱が改質器５２０に伝達されるような構成となっている。燃焼排ガスの熱によって、改質器５２０の内部における水蒸気改質反応が維持される。
【０１０６】
セルスタック５１０に供給される空気の流れについて説明する。空気は、空気供給源５６０から配管５６１を通って燃料電池システム５００に供給され、空気ブロア５６２によってセルスタック５１０に送り込まれる。配管５６１は、空気供給源５６０と空気ブロア５６２とを繋ぐ配管である。本実施形態においては、空気供給源５６０は大気である。
【０１０７】
空気ブロア５６２とセルスタック５１０との間には、熱交換器５８０が設けられている。空気ブロア５６２と熱交換器５８０との間は配管５６３で繋がれており、熱交換器５８０とセルスタック５１０との間は配管５６４で繋がれている。熱交換器５８０は、配管５９２を通る高温の燃焼排ガスと、配管５６３を通る空気との間で熱交換を行わせることにより、空気を加熱するための熱交換器である。空気は、熱交換器５８０において加熱されその温度を上昇させた後に、配管５６４を通ってセルスタック５１０に供給される。
【０１０８】
改質器５２０に供給される水蒸気の流れについて説明する。水蒸気の原料となる液体の水は、水供給源５５０から配管５５１を通って燃料電池システム５００に供給され、水供給ポンプ５５２によって改質器５２０側に送り込まれる。ただし、水供給ポンプ５５２と改質器５２０との間は直結されておらず、両者の間には熱交換器５７０とエジェクタ１０とが配置されている。本実施形態では、水供給源５５０は給水タンクである。
【０１０９】
水供給ポンプ５５２と熱交換器５７０との間は配管５５３で繋がれており、熱交換器５７０とエジェクタ１０との間は配管５５４で繋がれている。配管５５４の下流側端部は、エジェクタ１０のうち供給口３１０に接続されている。
【０１１０】
熱交換器５７０は、配管５９５を通る高温の燃焼排ガスと、配管５５３を通る水との間で熱交換を行わせることにより、水を加熱して水蒸気を生成するための熱交換器である。水は、熱交換器５７０において加熱され水蒸気となった後に、配管５５４を通ってエジェクタ１０の供給口３１０に供給される。これにより、エジェクタ１０の内部では、ノズル３００の噴射口３２０から水蒸気が噴射される。つまり、本実施形態では、熱交換器５７０において生成された水蒸気が、駆動流体としてノズル３００から噴射される。
【０１１１】
改質器５２０に供給される原燃料ガスの流れについて説明する。原燃料ガスである都市ガスは、原燃料供給源５４０から配管５４１を通って燃料電池システム５００に供給され、ガスブロア５４２によって改質器５２０側に送り込まれる。ただし、ガスブロア５４２と改質器５２０との間は直結されておらず、両者の間にはエジェクタ１０が配置されている。本実施形態では、原燃料供給源５４０はガスメータである。
【０１１２】
ガスブロア５４２とエジェクタ１０との間は配管５４３で繋がれている。配管５４３の下流側端部は、エジェクタ１０のうち第１吸引部２１０に接続されている。本実施形態では、ガスブロア５４２から送り込まれた原燃料ガスが、第１吸引部２１０において被駆動流体として吸引される。配管５４３は、被駆動流体が流れる「第１流路」に該当するものである。第１吸引部２１０において吸引された原燃料ガスは、エジェクタ１０の内部において水蒸気等と混合され、配管５５５を通って改質器５２０に供給される。
【０１１３】
セルスタック５１０と燃焼器５３０とを繋ぐ配管５５７は途中で分岐しており、分岐した配管５５８の下流側端部がエジェクタ１０の第２吸引部２２０に接続されている。本実施形態では、配管５５７を流れる残余の燃料ガスの一部が、配管５５８をエジェクタ１０に向かって流れた後、第２吸引部２２０において被駆動流体として吸引される。配管５５８は、被駆動流体が流れる「第２流路」に該当するものである。第２吸引部２２０において吸引された残余の燃料ガスは、エジェクタ１０の内部において水蒸気及び原燃料ガスと混合され、配管５５５を通って改質器５２０に供給される。このような構成により、残余の燃料ガスに含まれる水蒸気や水素が、水蒸気改質や発電のために再利用される。
【０１１４】
本実施形態では、液体の水が水供給ポンプ５５２によって加圧され、その後に水蒸気となって駆動用流体として用いられる。このため、気体がポンプによって加圧され、当該気体が駆動用流体として用いられるような態様と比べると、加圧に要するエネルギーが非常に小さくなっている。水供給ポンプ５５２の動作のために必要なエネルギーが小さいので、燃料電池システム５００の動作効率が高くなっている。
【０１１５】
本実施形態では、配管５５８の内部における残余の燃料ガスの圧力よりも、配管５４３の内部における原燃料ガスの圧力の方が高くなるように、ガスブロア５４２の動作が制御されている。尚、配管５５８の内部における残余の燃料ガスの圧力よりも、配管５４３の内部における原燃料ガスの圧力の方が低い場合には、配管５４３が第２吸引部２２０に接続され、配管５５８が第１吸引部２１０に接続された方が望ましい。
【０１１６】
尚、エジェクタ１０に替えて、エジェクタ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのいずれかが燃料電池システム５００に用いられるような態様であってもよい。
【０１１７】
また、エジェクタ１０等は、冷凍サイクル４００や燃料電池システム５００の他にも、様々な種類の流体循環システムにおいて用いることができる。
【０１１８】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１１９】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ：エジェクタ
１００：ケース
２１０：第１吸引部
２１１：第１吸引口
２２０：第２吸引部
２２１：第２吸引口
３００：ノズル
３２０：噴射口
４００，４００Ｄ：冷凍サイクル
５００：燃料電池システム
５２０：改質器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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