(57)【要約】【課題】十分な耐久性を確保しつつ、エジェクタの製造原価低減を図る。【解決手段】金属粉体と樹脂バインダとを練り合わせた後、金属射出成形機にて金属粉とバインダとが混練されたスラリー状の混合物を金型に所定の圧力にて射出してノズル４１の形状を成形し、その後、樹脂バインダを除去して焼き固める。これにより、通常の焼結金属に比べて、焼結後の金属粉密度を高めることができるので、微細な空洞部等の欠陥が発生することを防止できる。したがって、ノズル４１の硬度を高くすることができるので、キャビテーションによる壊蝕を防止してノズル４１（エジェクタ４０）の耐久性を高めることができる。延いては、高い加工精度を維持しながら、短時間にてノズル４１を製造することができるので、エジェクタ４０の製造原価低減を図ることが可能となる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル（４１）から高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであるエジェクタであって、
前記ノズル（４１）は、金属粉と樹脂バインダとが練り合わされた混合物を射出成形した後、高温で焼結されたものであることを特徴とするエジェクタ。
【請求項２】
前記金属粉の平均相当粒径は、略２０μｍ以下であ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】
前記金属粉は、略球形であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエジェクタ。
【請求項４】
ノズル（４１）から高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであるエジェクタであって、
前記ノズル（４１）は、セラミック粉と樹脂バインダとが練り合わされた混合物を射出成形した後、高温で焼結されたものであることを特徴とするエジェクタ。
【請求項５】
前記セラミック粉の平均相当粒径は、略１０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載のエジェクタ。
【請求項６】
前記セラミック粉は、略球形であることを特徴とする請求項４又は５に記載のエジェクタ。
【請求項７】
前記ノズル（４１）は、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４１ａ）を有し、作動流体を超音速まで加速可能なラバールノズルであることを特徴する請求項１ないし６のいずれか１つに記載のエジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであるエジェクタ（ＪＩＳ  Ｚ  ８１２６  番号２．１．２．３等参照）に関するもので、冷媒を循環させるポンプ手段としてエジェクタを採用した冷凍機（以下、エジェクタサイクルという。）に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
エジェクタのノズルは、作動流体を減圧して流体を加速するものであり、作動流に晒される内壁形状は高い加工精度、つまり高い寸法精度及び所定の面粗度を必要とする。
【０００３】
このため、従来は、放電加工やワイヤーカッタにてノズルを製造し、切削加工にて昇圧部を製造していたが、放電加工、ワイヤーカッタ及び切削加工では、製造工数、つまり加工時間を短縮することが難しいので、エジェクタの製造原価低減を図ることが困難である。
【０００４】
ところで、金属粉を圧縮成形した後、高温で焼結する、いわゆる焼結金属では、焼結後の金属密度が９０％〜９５％程度であるので、微細な空洞部等の欠陥を有している。このため、流体を超音速まで加速可能なラバールノズル等では、微細な空洞部を基点としてキャビテーションによる壊蝕が進行し易く、十分な耐久性を有するノズルを得ることが難しい。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規なエジェクタを提供し、第２には、十分な耐久性を確保しつつ、エジェクタの製造原価低減を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、ノズル（４１）から高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであるエジェクタであって、ノズル（４１）は、金属粉と樹脂バインダとが練り合わされた混合物を射出成形した後、高温で焼結されたものであることを特徴とする。
【０００７】
これにより、通常の焼結金属に比べて、焼結後の金属粉密度を高めることができるので、微細な空洞部等の欠陥が発生することを防止できる。
【０００８】
したがって、ノズル（４１）の硬度を高くすることができるので、キャビテーションによる壊蝕を防止してノズル（４１）の耐久性を高めることができる。
【０００９】
延いては、高い加工精度を維持しながら、短時間にてノズル（４１）を製造することができるので、エジェクタ４０の製造原価低減を図ることが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、金属粉の平均相当粒径は、略２０μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、金属粉は、略球形であることを特徴とする。
【００１２】
これにより、樹脂バインダが除去され、かつ、加熱されて焼結したときに、各金属粉が均等に等方収縮するので、焼結後において、ノズル（４１）の各部寸法精度が大きく変化してしまうことを防止できる。
【００１３】
したがって、ノズル（４１）の仕上がり寸法のバラツキを小さくすることができるので、エジェクタの能力が製造ロット毎に大きくばらつくことを未然に防止できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、ノズル（４１）から高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって流体輸送を行う運動量輸送式ポンプであるエジェクタであって、ノズル（４１）は、セラミック粉と樹脂バインダとが練り合わされた混合物を射出成形した後、高温で焼結されたものであることを特徴とする。
【００１５】
これにより、通常の焼結金属に比べて、焼結後のセラミック粉密度を高めることができるので、微細な空洞部等の欠陥が発生することを防止できる。
【００１６】
したがって、ノズル（４１）の硬度を高くすることができるので、キャビテーションによる壊蝕を防止してノズル（４１）の耐久性を高めることができる。
【００１７】
延いては、高い加工精度を維持しながら、短時間にてノズル（４１）を製造することができるので、エジェクタ４０の製造原価低減を図ることが可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、セラミック粉の平均相当粒径は、略１０μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、セラミック粉は、略球形であることを特徴とする。
【００２０】
これにより、樹脂バインダが除去され、かつ、加熱されて焼結したときに、各セラミック粉が均等に等方収縮するので、焼結後において、ノズル（４１）の各部寸法精度が大きく変化してしまうことを防止できる。
【００２１】
したがって、ノズル（４１）の仕上がり寸法のバラツキを小さくすることができるので、エジェクタの能力が製造ロット毎に大きくばらつくことを未然に防止できる。
【００２２】
請求項７に記載の発明では、ノズル（４１）は、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部（４１ａ）を有し、作動流体を超音速まで加速可能なラバールノズルであることを特徴するものである。
【００２３】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係るエジェクタを車両空調装置用のエジェクタサイクルに適用したものであり、図１はフロン（１３４ａ）又は二酸化炭素を冷媒とするエジェクタサイクル１の模式図であり、図２はエジェクタ４０の模式図であり、図３はエジェクタサイクルの全体のマクロ的作動を示すｐ−ｈ線図である。
【００２５】
圧縮機１０は走行用エンジンから動力を得て冷媒を吸入圧縮する周知の可変容量型の圧縮機であり、放熱器２０は圧縮機１０から吐出した冷媒と室外空気とを熱交換して冷媒を冷却する高圧側熱交換器である。
【００２６】
また、蒸発器３０は室内に吹き出す空気と液相冷媒とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させることにより冷媒を蒸発させて室内に吹き出す空気を冷却する低圧側熱交換器である。
【００２７】
また、エジェクタ４０は冷媒を減圧膨張させて蒸発器３０にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機１０の吸入圧を上昇させるものである。
【００２８】
そして、エジェクタ４０は、図２に示すように、流入する高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル４１、ノズル４１から噴射する高い速度の冷媒流により蒸発器３０にて蒸発した気相冷媒を吸引しながら、ノズル４１から噴射する冷媒流とを混合する混合部４２、及びノズル４１から噴射する冷媒と蒸発器３０から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ４３等からなるものである。
【００２９】
このとき、混合部４２においては、駆動流の運動量と吸引流の運動量との和が保存されるように駆動流と吸引流とが混合するので、混合部４２においても冷媒の圧力が（静圧）が上昇する。
【００３０】
一方、ディフューザ４３においては、通路断面積を徐々に拡大することにより、冷媒の速度エネルギ（動圧）を圧力エネルギ（静圧）に変換するので、エジェクタ４０においては、混合部４２及びディフューザ４３の両者にて冷媒圧力を昇圧する。そこで、以下、混合部４２とディフューザ４３とを総称して昇圧部と呼ぶ。
【００３１】
なお、本実施形態では、ノズル４１から噴出する冷媒の速度を音速以上まで加速するために、図２（ｂ）に示すように、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部４１ａを有するラバールノズル（流体工学（東京大学出版会）参照）を採用しているが、勿論、先細ノズルを採用してもよいことは言うまでもない。
【００３２】
因みに、本実施形態では、喉部４１ａの径を０．５ｍｍ〜２ｍｍとし、喉部４１ａより冷媒流れ上流側のテーパ部４１ｂのテーパ角を５°〜４０°とし、喉部４１ａより冷媒流れ下流側の末広部４１ｃのテーパ角を０°〜５°としている。
【００３３】
また、図１中、気液分離器５０はエジェクタ４０から流出した冷媒が流入するとともに、その流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄える気液分離手段であり、気液分離器５０の気相冷媒流出口は圧縮機１０の吸引側に接続され、液相冷媒流出口は蒸発器３０側の流入側に接続される。絞り６０は気液分離器５０から流出した液相冷媒を減圧する減圧手段である。
【００３４】
なお、本実施形態では、冷媒を二酸化炭素として、図３に示すように、圧縮機１０にてノズル４１に流入する高圧の冷媒を冷媒の臨界圧力以上まで昇圧している。因みに、図３の●で示される符号は、図１に示す●で示される符号位置における冷媒の状態を示すものである。
【００３５】
次に、エジェクタサイクルの概略作動を述べる（図３参照）。
【００３６】
圧縮機１０から吐出した冷媒を放熱器２０側に循環させる。これにより、放熱器２０で冷媒は相変化（凝縮）することなくその温度を低下させながらエンタルピを低下させる。そしてエジェクタ４０のノズル４１に流入した冷媒は、ノズル４１にて等エントロピ的に減圧膨張して、音速以上の速度で混合部４２内に流入する。
【００３７】
このとき、混合部４２に流入した高速冷媒の巻き込み作用に伴うポンプ作用により、蒸発器３０内で蒸発した冷媒が混合部４２内に吸引されるため、低圧側の冷媒が気液分離器５０→絞り６０→蒸発器３０→エジェクタ４０（昇圧部）→気液分離器５０の順に循環する。
【００３８】
一方、蒸発器３０から吸引された冷媒（吸引流）とノズル４１から吹き出す冷媒（駆動流）とは、混合部４２にて混合しながらディフューザ４３にてその動圧が静圧に変換されて気液分離器５０に戻る。
【００３９】
次に、ノズル４１の製造方法及びその特徴を述べる。
【００４０】
図４はノズル４１の製造方法を示す製造工程表であり、本実施形態では、金属（例えば、ステンレス）製の粉体と樹脂製のバインダとを練り合わせた後、樹脂用射出成形機と同様な構造を有する金属射出成形機にて金属粉とバインダとが混練されたスラリー状の混合物を金型に所定の圧力にて射出してノズル４１の形状を成形する。
【００４１】
このとき、本実施形態では、金属粉全てを略球形とし、かつ、その平均相当粒径は、略２０μｍ以下としている。因みに、平均相当粒径とは、球形でない金属粉を同体積を有する球形に換算したときの平均直径を意味するものである。
【００４２】
次に、金型から取り出したノズル４１からバインダである樹脂を除去する脱脂工程を行った後、金属粉の焼結温度以上まで加熱してノズル４１を焼き固める。
【００４３】
なお、脱脂方法としては、真空程度まで減圧された炉内で金属粉の焼結温度未満の温度で所定時間加熱することにより、バインダを蒸発又は分解する方法等がある。
【００４４】
これにより、通常の焼結金属に比べて、焼結後の金属粉密度を高めることができるので、微細な空洞部等の欠陥が発生することを防止できる。したがって、ノズル４１の硬度を高くすることができるので、キャビテーションによる壊蝕を防止してノズル４１（エジェクタ４０）の耐久性を高めることができる。
【００４５】
延いては、高い加工精度を維持しながら、短時間にてノズル４１を製造することができるので、エジェクタ４０の製造原価低減を図ることが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態では、前述のごとく、金属粉の平均相当粒径を略２０μｍ以下として焼結後の金属粉密度を確実に高めている。なお、発明者等の試験検討によると、本実施形態に係るノズル４１は、９８％〜９９％程度の高い金属粉密度を得ることができることを確認している。
【００４７】
また、本実施形態では、金属粉全てを略球形としているので、バインダが除去され、かつ、加熱されて焼結したときに、各金属粉が均等に等方収縮するので、焼結後において、ノズル４１の各部寸法精度が大きく変化してしまうことを防止できる。したがって、ノズル４１の仕上がり寸法のバラツキを小さくすることができるので、エジェクタ４０の能力が製造ロット毎に大きくばらつくことを未然に防止できる。
【００４８】
（第２実施形態）
本実施形態は、金属粉をセラミック粉として、第１実施形態と同様な方法にてノズル４１を製造するものであり、図５は本実施形態に係るノズル４１の製造方法を示す製造工程表である。
【００４９】
なお、金属粉をセラミック粉に変更したことに伴って、平均相当粒径を略１０μｍ以下としている。
【００５０】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、焼結する前にバインダを除去（脱脂）したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば焼結（焼成）工程時にバインダを除去してもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態では、本発明に係るエジェクタ４０を空調装置用のエジェクタサイクルに適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば据え置き型空調装置、ショーケース、冷凍庫及び冷蔵庫等の冷熱を利用する冷凍機、並びに給湯器や乾燥機等の温熱を利用する冷凍機等であてもよい。
【００５２】
また、冷媒は上述の実施形態に示されたものに限定されるものではない。
【００５３】
また、高圧側の冷媒圧力は臨界圧力未満であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエジェクタの模式図である。
【図３】ｐ−ｈ線図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るノズルの製造方法を示す製造工程図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るノズルの製造方法を示す製造工程図である。
【符号の説明】
４０…エジェクタ、４１…ノズル、４１ａ…喉部、
４２…混合部、４３…ディフューザ。
【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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