(57)【要約】【課題】ハウジングと、第１および第２の流体入口とを有するエジェクタ、および、その操作方法を提供する。【解決手段】エジェクタは、流体出口と、ハウジング内に配置され、第１の流体出口に連結された流体ノズルとをさらに有する。流体ノズルは、第１の圧力Ｐ１で第１の流体入口から入る第１の流体の圧力が、流体ノズルを通過した後には第２の圧力Ｐ２となるよう構成される。圧力Ｐ２は、圧力Ｐ１より低い。エジェクタは、混合ゾーンを有し、第１の流体が混合ゾーンを通過するときに第２の流体と混じり合うよう第２の流体を引き込むように構成されている。エジェクタは、流体出口に向かう方向に寸法が増大する断面積を有する拡散領域をさらに有する。第１の流体と第２の流体との混合物は、流体出口を介し、第３の圧力でエジェクタを出て行く。混合ゾーンに対する流体ノズルの出口位置は、圧力Ｐ１、Ｐ２、および／またはＰ３に基づき調整される。
2015521703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エジェクタであって、
ハウジングと、
流体入口圧力Ｐ１を有する第１の流体が流入する第１の流体入口と、
第２の流体入口と、
前記ハウジング内に配置され、前記第１の流体入口に連結される流体ノズルと、
前記第１の流体が通過するときに前記第２の流体入口から第２の流体を引き込むことにより、前記第１の流体と第２の流体とを混合させる混合ゾーンと、
前記第１の流体と前記第２の流体との混合物が前記エジェクタを出て行くときに通過する流体出口と、を備え、
前記第１の流体は、前記流体ノズルを通過した後、前記流体入口圧力Ｐ１より低い流体ノズル出口圧力を有し、
前記混合ゾーンに対する前記流体ノズルの出口位置は、前記流体入口圧力Ｐ１、および／または、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物の圧力に基づき調整される、
エジェクタ。
【請求項２】
前記混合ゾーンに対する前記流体ノズルの前記出口位置は、前記流体入口圧力Ｐ１、および／または、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物の圧力に基づき自動調整される、請求項１に記載のエジェクタ。
【請求項３】
前記流体ノズルの前記出口位置を自動調整する受動的構造を備える、請求項２に記載のエジェクタ。
【請求項４】
前記流体入口圧力Ｐ１、および／または、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物の圧力に基づき、前記流体ノズルの前記出口位置を調整するアクチュエータをさらに備える、請求項１に記載のエジェクタ。
【請求項５】
前記第１の流体の圧力は、前記流体ノズルを通過後、前記流体入口圧力Ｐ１より低い第２の圧力Ｐ２となり、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物の前記エジェクタを出るときの圧力は、第３の圧力Ｐ３であり、
前記混合ゾーンに対する前記流体ノズルの前記出口位置は、前記流体入口圧力Ｐ１、前記第２の圧力Ｐ２、および／または、前記第３の圧力Ｐ３に基づき調整される、請求項１から４のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項６】
前記流体出口に向かう方向に寸法が増大する断面積を有し、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物が前記流体出口を介して前記エジェクタを出るときの圧力が第３の圧力Ｐ３となるように内部が形成された拡散部をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項７】
前記混合ゾーンに加えて設けられ、前記エジェクタの前記流体出口に向かう方向に寸法が縮小する断面積を有し、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物が前記エジェクタを出る前に集まるように形成される先細り領域を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項８】
前記混合ゾーンは、先細りする形状を有する領域として設けられ、前記エジェクタの前記流体出口に向かう方向に寸法が縮小する断面積を有し、混合中または混合後に、および、前記エジェクタを出る前に、前記第１の流体および前記第２の流体が集まるように形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項９】
前記圧力Ｐ２が前記エジェクタ内の他の圧力より高い場合、前記流体ノズルの前記流体出口が先細り領域から離れるように移動する、請求項５または６から８のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１０】
圧力Ｐ３が前記エジェクタ内の他の圧力より高い場合、前記流体ノズルの前記流体出口が先細り領域内にまたは前記先細り領域に向かって移動する、請求項５または６もしくは７のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１１】
前記エジェクタの相対位置を調整する長さは、前記エジェクタ内の他の圧力に対する圧力Ｐ２の変化に比例する、請求項５または６から９のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１２】
前記エジェクタの相対位置を調整する長さは、前記エジェクタ内の他の圧力に対する圧力Ｐ３の変化に比例する、請求項５または６から９のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１３】
前記流体ノズルの周囲の少なくとも一部を密閉するダイヤフラムをさらに備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１４】
前記ダイヤフラムまたは前記エジェクタの他の部分が前記流体ノズルを調整された位置に配置するための十分な反力を生じるまで、前記流体ノズルまたは前記流体ノズルの一部は移動する、請求項１３に記載のエジェクタ。
【請求項１５】
前記ダイヤフラムは、前記流体ノズルの少なくとも一部を囲む、請求項１３または１４に記載のエジェクタ。
【請求項１６】
前記ダイヤフラムは、 適切なポリマー材料で形成される、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１７】
剛性の可動壁部を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１８】
前記可動壁部は、バネに連結される、請求項１７に記載のエジェクタ。
【請求項１９】
前記バネが前記流体ノズルを調整された位置に配置するための十分な反力を生ずるまで前記流体ノズルまたは前記流体ノズルの一部が前記可動壁部と共に移動するよう、前記可動壁部は、前記流体ノズルに直接または間接的に連結される、請求項１８に記載のエジェクタ。
【請求項２０】
前記エジェクタの前記流体ノズルの一部分または近くの圧力が前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物の圧力に比例するか、あるいは、略等しくなるように設けられる導管をさらに備え、前記流体ノズルの前記一部分は、混じり合っていない前記第１の流体および前記第２の流体とは隔てられている、請求項１から１９のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項２１】
前記導管は、前記流体ノズルの一部分または近くの圧力が前記圧力Ｐ２に比例するか、あるいは、略等しくなるように設けられ、前記流体ノズルの前記一部分は、混じり合っていない前記第１の流体および前記第２の流体とは隔てられている、請求項５に従属した請求項２０に記載のエジェクタ。
【請求項２２】
前記導管は、ダイヤフラムまたは可動壁部の側部に前記圧力Ｐ２に比例するかまたは略等しい圧力がかかるように配置され、前記圧力Ｐ２が前記エジェクタ内の他の圧力より高くなると、前記流体ノズルまたは前記流体ノズルの一部分が前記エジェクタの前記混合ゾーンから離れるように移動する、請求項２１に記載のエジェクタ。
【請求項２３】
前記導管は、前記流体ノズルの一部分または近くの圧力が前記圧力Ｐ３に比例するか、あるいは、略等しくなるように設けられ、前記流体ノズルの前記一部分は、混じり合っていない前記第１の流体および前記第２の流体とは隔てられている、請求項２０に記載のエジェクタ。
【請求項２４】
前記導管は、ダイヤフラムまたは可動壁部の側部に前記圧力Ｐ３に比例するかまたは略等しい圧力がかかるように配置され、前記圧力Ｐ３が前記エジェクタ内の他の圧力より高くなると、前記流体ノズルまたは前記流体ノズルの一部分が前記エジェクタの前記混合ゾーン内にまたは前記混合ゾーンに向かって移動する、請求項２３に記載のエジェクタ。
【請求項２５】
エジェクタを操作する方法であって、
第１の圧力を有する第１の流体が流入するステップと、
第２の流体が流入するステップと、
前記第１の流体の圧力が前記第１の圧力より低い第２の圧力まで低下するように前記第１の流体をエジェクタの流体ノズルに流すステップと、
前記第２の流体と前記第１の流体とが混合ゾーンで混じり合うよう第２の流体を引き込むステップと、  前記第１の圧力、前記第２の圧力、および／または、エジェクタ出口圧力に基づき、前記エジェクタの前記混合ゾーンに対する前記流体ノズルの出口位置を調整するステップと、
を含む方法。
【請求項２６】
前記エジェクタの前記混合ゾーンに対する前記流体ノズルの前記出口位置を調整するステップは、前記流体ノズルの前記出口位置を自動調整するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記混合ゾーンは、先細りする領域である、請求項２５または２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記混合ゾーンは、先細りする形状を有する領域として設けられる、請求項２５または２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ソーラー冷却システムに用いられるエジェクタ、および、その操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調装置、冷蔵ユニット等の従来の冷却装置は、相当量の電気エネルギーを必要とする。多くの場合、電気エネルギーは発電所で化石燃料を燃焼させて得るため、好ましくない汚染物質や温室効果ガスが発生してしまう。
【０００３】
光起電性ソーラーパネルを用いて太陽光を電気エネルギーに変え、それを冷却装置のコンプレッサに用いることができる。これによって化石燃料の使用を減らすことができるが、効率は下がるので、コストが高くなってしまう。それに代わるものとして、太陽熱エネルギーによって動作し、従来の電気部品の代わりにエジェクタを備えた冷却装置がある。しかしながら、エジェクタは、最も効率的に動作するための予め決められた動作条件（例えば、流体の温度および圧力）に合わせて設計されている。
したがって、予め決められた動作条件で動作させないと、エジェクタの効率は低下する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】イームズ、ＩＷ、アフォーンラタナ、Ｓ、および、ハイダー、Ｈ（Eames, IW, Aphornratana, S & Haider, H）著、１９９５、「小型スチームジェット冷却器の理論および実験的研究」、インターナショナルジャーナルオブリフリジェレーション、第１８巻−６、３７８〜８６頁
【非特許文献２】ファン  Ｂ、ペトレンコ  Ｖ、チャン  Ｊ、リン  Ｃ、および、フー  Ｓ（Huang B., Petrenko V., Chang J, Lin C., Hu S.）著、「エジェクタ冷却サイクルをボトミングサイクルとして用いた複合サイクル冷却システム」、インターナショナルジャーナルオブリフリジェレーション２４（２００１年）３９１〜３９９頁
【非特許文献３】シュ  Ｃ、および、ウェン  Ｌ著「エジェクタ性能評価のためのショックサークル法」エネルギー変換および管理第４８巻、２５３３〜２５４１頁、２００７年
【非特許文献４】イームズ  ＩＷ著「超音速ジェットポンプ設計の新処方：一定運動量変化率法」応用熱工学第２２巻、１２１〜１３１頁、２００２年
【発明の概要】
【０００５】
本発明にしたがうエジェクタは、ハウジングと、流体入口圧力Ｐ１を有する第１の流体が流入する第１の流体入口と、第２の流体入口と、ハウジング内に配置され、第１の流体入口に連結される流体ノズルと、第１の流体が通過するときに第２の流体入口から第２の流体を引き込むことにより、第１の流体と第２の流体とを混合させる混合ゾーンと、第１の流体と第２の流体との混合物がエジェクタを出て行くときに通過する流体出口と、を備え、第１の流体は、流体ノズルを通過した後、流体入口圧力Ｐ１より低い流体ノズル出口圧力を有し、混合ゾーンに対する流体ノズルの出口位置は、流体入口圧力Ｐ１、および／または、第１の流体と第２の流体との混合物の圧力に基づき調整される。
【０００６】
混合ゾーンに対する流体ノズルの出口位置は、流体入口圧力Ｐ１、および／または、第１の流体と第２の流体との混合物の圧力に基づき自動調整されてよい。例えば、エジェクタは、流体ノズルの出口位置を自動調整する受動的構造を備えてよい。あるいは、エジェクタは、流体入口圧力Ｐ１、および／または、第１の流体と第２の流体との混合物の圧力に基づき、流体ノズルの出口位置を調整するアクチュエータを備えてもよい。
【０００７】
一実施形態では、第１の流体の圧力は、流体ノズルを通過後、流体入口圧力Ｐ１より低い第２の圧力Ｐ２となり、第１の流体と第２の流体との混合物のエジェクタを出るときの圧力は、第３の圧力Ｐ３であり、混合ゾーンに対する流体ノズルの出口位置は、流体入口圧力Ｐ１、第２の圧力Ｐ２、および／または、第３の圧力Ｐ３に基づき調整される。
【０００８】
一般的に、エジェクタは、流体出口に向かう方向に寸法が増大する断面積を有し、第１の流体と第２の流体との混合物が流体出口を介してエジェクタを出るときの圧力が第３の圧力Ｐ３となるように内部が形成された拡散部を備えてよい。
【０００９】
エジェクタは、混合ゾーンに加えて設けられ、エジェクタの流体出口に向かう方向に寸法が縮小する断面積を有し、第１の流体と第２の流体との混合物がエジェクタを出る前に集まるように形成される先細り領域を有してよい。
【００１０】
あるいは、混合ゾーンは、先細りする形状を有する領域として設けられ、エジェクタの流体出口に向かう方向に寸法が縮小する断面積を有し、混合中または混合後に、および、エジェクタを出る前に、第１の流体および第２の流体が集まるように形成されてよい。
【００１１】
混合された第１および第２の流体の圧力（Ｐ２またはＰ３）がエジェクタ内の他の圧力に対して変化した場合、流体ノズル（通常は流体ノズル全体）の出口が先細り領域に向かって移動するかまたは先細り領域から離れるように移動してよい。
【００１２】
流体ノズル（通常は流体ノズル全体）の出口は、Ｐ２が高い場合は先細り領域から離れるように移動し、Ｐ３が高い場合は先細り領域に向かって移動してよい。
【００１３】
本発明の実施形態は、優れた実用上の利点を有する。流体ノズルの理想位置は、Ｐ１、Ｐ２、および／または、Ｐ３に依存する。したがって、流体ノズルの相対位置を調整することにより、エジェクタの効率を高める。
【００１４】
一実施形態では、エジェクタの相対位置を調整する長さは、エジェクタ内の他の圧力に対する混合された第１の流体および第２の流体の圧力（Ｐ２またはＰ３）の変化に比例する。
【００１５】
エジェクタの流体ノズルの一部分または近くの圧力が第１の流体と第２の流体との混合物の圧力に比例するか、あるいは、略等しくなるように設けられる導管をさらに備えてよく、流体ノズルの一部分は、混じり合っていない第１の流体および第２の流体とは隔てられている。
【００１６】
一実施形態では、流体ノズルの一部分または近くの圧力が圧力Ｐ２またはＰ３に比例するか、あるいは、略等しくなるように設けられた導管を備えてよく、流体ノズルの一部分は、混じり合っていない第１の流体および第２の流体とは隔てられている。
【００１７】
エジェクタは、ダイヤフラムを備えてよい。ダイヤフラムは、流体ノズルの周囲の少なくとも一部を密閉してよい。ダイヤフラムまたはエジェクタの他の部分が流体ノズルを調整された位置に配置するための十分な反力を生じるまで、流体ノズルまたは流体ノズルの一部は移動してよい。
【００１８】
ダイヤフラムは、流体ノズルを囲むか、または、流体ノズルの一部の周りにのみ配置されてよい。ダイヤフラムは、一般的に、 適切なポリマー材料で形成されてよい。
【００１９】
あるいは、エジェクタは、バネに連結された剛性の可動壁部を有してよい。バネが流体ノズルを調整された位置に配置するための十分な反力を生ずるまで流体ノズルまたは流体ノズルの一部が可動壁部と共に移動するよう、可動壁部は、流体ノズルに直接または間接的に連結されてよい。
【００２０】
導管は、ダイヤフラムまたは可動壁部の側部に圧力Ｐ２に比例するかまたは略等しい圧力がかかるように配置され、圧力Ｐ２がエジェクタ内の他の圧力より高くなると、流体ノズルまたは流体ノズルの一部分がエジェクタの混合ゾーンから離れるように移動してよい。
【００２１】
混合された第１および第２の流体の圧力がＰ３より高いと、ノズルまたはノズルの一部がエジェクタの混合ゾーンから離れるように移動する。
【００２２】
さらに、エジェクタは、一般的に、混合された第１および第２の流体の圧力がＰ３より低いと、ノズルまたはノズルの一部がエジェクタの混合ゾーンに向かって移動する。
【００２３】
本発明は、エジェクタを操作する方法も提供する。方法は、第１の圧力を有する第１の流体が流入するステップと、第２の流体が流入するステップと、第１の流体の圧力が第１の圧力より低い第２の圧力まで低下するように第１の流体をエジェクタの流体ノズルに流すステップと、第２の流体と第１の流体とが混合ゾーンで混じり合うよう第２の流体を引き込むステップと、第１の圧力、第２の圧力、および／または、エジェクタ出口圧力に基づき、エジェクタの混合ゾーンに対する流体ノズルの出口位置を調整するステップと、を含む。
【００２４】
エジェクタの混合ゾーンに対する流体ノズルの出口位置を調整するステップは、流体ノズルの出口位置を自動調整するステップを含んでよい。
【００２５】
混合ゾーンは、先細りする領域であるか、あるいは、先細りする形状を有する領域として設けられてよい。
【００２６】
本発明をより完全に理解すべく、以下に本発明の特定の実施形態を説明する。説明は、添付の図面を参照して行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態にしたがうエジェクタを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にしたがうエジェクタの斜視側面図である。
【図３】本発明の一実施形態にしたがうエジェクタの斜視側面図である。
【図４】本発明の一実施形態にしたがうエジェクタの操作方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の特定の実施形態にしたがうエジェクタを含む熱ポンプの動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図１から３を参照して、本発明の一実施形態にしたがうエジェクタ１００について説明する。エジェクタ１００は、後に図５を参照してさらに詳細に説明する冷却サイクルの熱ポンプを駆動するために操作されてよい。この場合、エジェクタ１００は、従来の電動コンプレッサの代わりに用いられてよい。
【００２９】
エジェクタ１００は、略円筒状の本体１０２を有する。本体１０２は、ノズルハウジング１０４およびディフューザ部１０６を有する。流体ノズル１０８は、ノズルハウジング１０４内に配置される。本体１０２は、先細りする形状の領域１１０である混合ゾーンを含み、エジェクタ１００の軸に沿ってノズル１０８から遠ざかる方向に縮小する断面積を有する。ディフューザ部１０６は、エジェクタ１００の軸に沿ってノズル１０８から遠ざかる方向に増大する断面積を有する拡散領域１１８を含む。
【００３０】
エジェクタ１００は、冷媒などの第１の流体が流入する第１の入口１１４を有する。さらに、エジェクタ１００は、冷媒であってもよい第２の流体が流入する第２の入口１１６も有する。第１および第２の流体の種類は異なってよいことが当業者には理解できよう。例えば、第１および／または第２の流体は、空気、水、水蒸気、気体冷媒、あるいは、他のいかなる適切な流体であってよい。ノズル１０８を通過する前の第１の流体の圧力は、Ｐ１である。ノズル１０８は、第１の流体がノズル１０８を通過して出ていくときに第１の流体を拡散させる拡散領域１０９を有する。ノズル１０８を出た第１の流体は、先細り領域１１０でさらに拡散し、圧力が低下してＰ２となる（流体の速度は上昇する）。エジェクタ１００の動作中、圧力Ｐ２は、第２の流体が第２の入り口１１６を介して先細り領域１１０の混合ゾーンに引き込まれ、第１の流体と混合されるのに十分な低さになる。第１の流体と第２の流体との混合物は、先細り領域１１０、円筒状領域１１２、拡散領域１１８と通過し、圧力Ｐ３でエジェクタ１００を出る。その結果、エジェクタ１００は、第２の流体の圧力を高めるポンプまたはコンプレッサとして機能する。
【００３１】
エジェクタ１００が第２の流体を圧送する効率は、エジェクタ１００の所定の設計に応じた圧力Ｐ１、Ｐ２、および、Ｐ３の差を含むさまざまな動作パラメータに依存する。例えば、Ｐ１よりＰ３が大きい場合、Ｐ３を小さくするために、ノズル１０８は、より先細り領域の細くなっている側に位置する必要がある。
【００３２】
ノズル１０８は、Ｐ３、Ｐ２、および、Ｐ１の関数としてのノズル１０８の位置決めが可能であるように、エジェクタ１００の軸に沿って移動可能である。本実施形態では、ノズル１０８は、ホルダ１２１を有し、このホルダ１２１内をエジェクタ１００の軸に沿って摺動する。エジェクタ１００は、ノズル１０８を囲んで密閉するダイヤフラム１１９を有する。さらに、エジェクタ１００は、拡散領域１１８の端部と、ダイヤフラム１１９の背後の部分１２３とを接続する導管１２２を有する。したがって、本実施形態では、ダイヤフラム背後部１２３の圧力は、圧力Ｐ３に比例するかまたは実質的に等しくなる。その結果、ダイヤフラム背後部１２３内の圧力がダイヤフラム１１９およびノズル１０８にかかることによって、ノズル１０８は、ダイヤフラム１１９が十分な反力を生じるように十分膨張する位置まで移動する。これによってノズル１０８は調整位置に配置される。ダイヤフラム１１９は、ノズル１０８の調整位置が実質的に理想であるか、あるいは、エジェクタ１００の他の圧力よりも圧力Ｐ３に依存する動作条件が少なくとも向上するように構成されてよい。
【００３３】
ノズルホルダ１２１は、圧力Ｐ１、Ｐ２、または、Ｐ３の急速な変動によってノズル１０８の位置が変化しないようにノズル１０８の動きを制するための機能を備えている。圧力の急速な変動は、エジェクタ１００における圧力波または衝撃波によって生じうる。ノズル１０８の動きは、ノズルホルダ１２１内での摩擦によって制してよい。この摩擦は、ノズルホルダ１２１内に可撓性リング１３０を設けることによって提供しうる。
【００３４】
当業者であれば、エジェクタ１００を別の形態で設けてよいことが理解できよう。例えば、ダイヤフラム１１９は、ノズル１０８の一部のみを囲い、残りの部分は中実であってよい。さらに、ダイヤフラム１１９は、図１に示された以外の位置に配置されてもよい。例えば、ダイヤフラム１１９は、エジェクタ１００内のより内側にノズル１０８に沿って配置されてよい。さらに、ダイヤフラム１１９は、反力によってノズル１０８を調整位置に配置するための適切なバネ機構（例えば、伸縮バネ）に置き換えることもできる。この場合、エジェクタ１００は、ダイヤフラム１１９を必ずしも有しなくてよく、バネ機構が十分な反力を生じるまで、圧力Ｐ３によって可動ノズル１０８に取り付けられた剛壁（図示せず）を押すことにより、ノズル１０８を移動させる。また、ホルダ１２１は、任意の適切な形態で設けられてもよく、あるいは、なくてもよい。例えば、ダイヤフラム１１９または剛壁は、ノズル１０８を保持するよう設けられてよい。さらに、導管１２２の端部は、先細り領域１１０または円筒状領域１１２におけるノズル１０８の出口近くに配置されてよい。さらに、エジェクタ１００は、必ずしも先細り領域を有さなくてよい。例えば、混合ゾーンは、拡散領域１１８に含まれてよい。さらなる変形例では、エジェクタ１００は、Ｐ１、Ｐ２、または、Ｐ３の関数としての流体ノズル１０８の位置を調整するアクチュエータを有してよい。例えば、エジェクタ１００は、Ｐ１、Ｐ２、または、Ｐ３の変化を感知し、アクチュエータを制御するために用いられる出力信号を生成する圧力センサを有してよい。
【００３５】
ダイヤフラム１１９は、 例えば、適切なゴムまたは薄い金属材料などの適切な可撓性を有する適切なポリマー材料であってよい。
【００３６】
上述のごとく、 第１および第２の流体は、例えば、冷媒であってよく、ヒドロフルオロカーボン、炭化水素、二酸化炭素、アンモニア、アルコール、および、水を含むものが例として挙げられる。
【００３７】
図４は、本発明の一実施形態にしたがう、エジェクタ１００を操作する方法を示す。方法４００は、第１の流体が流入する４０２、および、第２の流体が流入するステップ４０４を含む。方法４００は、また、第１の流体の圧力が、第１の流体の圧力より低い第２の流体まで下がるように、エジェクタ１００のノズル１０８に第１の流体を流すステップを含む。方法４００は、さらに、ノズル１０８の出口を出た第１の流体と混ざるよう第２の流体を引き込むステップ（４０８）と、第１の圧力および／または第１および第２の流体の混合流体の圧力に基づき、エジェクタ１００の混合ゾーンに対するノズル１０８の出口の位置を調整するステップ（４１０）とを含む。ステップ４０８は、流体ノズル１０８の出口の位置を自動調整するステップを含んでよい。
【００３８】
次に、図５を参照して、熱ポンプ冷却サイクルにおけるエジェクタ１００の動作をより詳しく説明する。
【００３９】
熱ポンプ冷却サイクル５００は、本実施形態では、高温サブサイクル５１０および低温サブサイクル５１２を含む。高温サブサイクル５１０では、熱源（例えば集熱器５０４）からの熱が蒸気発生器５１４を介してエジェクタ１００へと伝達される間に、蒸気発生器５１４内のエジェクタサイクル作動流体が冷媒の飽和温度よりわずかに高い温度で蒸発する。その後、蒸気は、エジェクタ１００へと流れ、エジェクタ１００のノズル１０８によって加速され（かつ減圧される）。
【００４０】
エジェクタ１００を動作させるためには、ポンプ５１６によって圧力差を生じさせる必要があるが、液体が圧縮されている最中なので、消費電力は比較的少なくてすむ。
【００４１】
蒸気発生器５１４および蒸発器５１８からの流体は、エジェクタ１００内で混合され、その結果生じた混合流体は、圧縮衝撃を受ける。このように、熱圧縮は、従来の熱ポンプにおける電動コンプレッサに取って代わる。さらに、エジェクタ１００から発生する亜音速流がコンデンサ５２０へと流れ込むよう、エジェクタ１００の拡散領域で圧縮が起きる。ノズル１０８の出口の位置が調整（自動調整など）されるので、エジェクタ１００は、動作圧力が変化した場合でも効率を高めることができる。
【００４２】
コンデンサ５２０では、作動流体（冷媒）から周囲へと熱が排出され、冷媒が凝縮されて液体となり、コンデンサ５２０を出る。
【００４３】
コンデンサ５２０を出た液体冷媒は、その後２つの流れに分岐する。一方は、膨張弁５２２を介して減圧された後に蒸発器５１８へと入り、他方は、冷媒ポンプ５１６を介して増圧された後に蒸気発生器５１４へと戻される。冷媒流体は、冷却されている環境から吸熱しつつ蒸発器５１８内で蒸発し、その後、エジェクタ１００へと戻されてサイクルを終了する。
【００４４】
エジェクタの性能をモデル化する方法は、多数ある。モデル化は、非理想的挙動を微修正した熱力学の圧縮性流れの理論に基づくか、あるいは、計算流体力学および／または有限要素解析を用いて数値的に導いてもよい。
以下の文献を参考にモデル化してもよい。
非特許文献１
非特許文献２
非特許文献３
非特許文献４
【００４５】
これまで本発明を特定の実施形態によって説明してきたが、本発明を他のさまざまな形態で実現できることが当業者には明らかであろう。例えば、本発明のエジェクタは、流入および流出流体が空気、水、あるいは、他のタイプの適切な流体であるシステムにも用いられうることが当業者には理解できよう。さらに、流入流体の少なくとも一部は、気体媒体であってよく、流出流体は、液体媒体であってよい。あるいは、流入流体の少なくとも一部は液体媒体であってよく、流出流体は、気体媒体であってよい。
【００４６】
先行技術文献としての出版物は、オーストラリアまたは他の国における当業者の一般常識の一部というわけではない。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成25年11月29日(2013.11.29)
【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】
エジェクタであって、
ハウジングと、
流体入口圧力Ｐ１を有する第１の流体が流入する第１の流体入口と、
第２の流体入口と、
前記ハウジング内に配置され、前記第１の流体入口に連結される流体ノズルと、
前記第１の流体が通過するときに前記第２の流体入口から第２の流体を引き込むことにより、前記第１の流体と第２の流体とを混合させる混合ゾーンと、
前記第１の流体と前記第２の流体との混合物が前記エジェクタを出て行くときに通過する流体出口と、
導管と、
を備え、
前記第１の流体は、前記流体ノズルを通過した後、前記流体入口圧力Ｐ１より低い流体ノズル出口圧力を有し、
前記混合ゾーンに対する前記流体ノズルの出口位置は、前記流体入口圧力Ｐ１、および／または、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物の圧力に基づき調整され、
前記エジェクタの前記流体ノズルにおけるまたは近くの前記導管の一部分の圧力は、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物の圧力に比例するか、あるいは、略等しくなり、
前記エジェクタの前記流体ノズルのまたは近くの前記導管の前記一部分は、混じり合っていない前記第１の流体および前記第２の流体とは隔てられている、
エジェクタ。
【請求項２】
前記混合ゾーンに対する前記流体ノズルの前記出口位置は、前記流体入口圧力Ｐ１、および／または、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物の圧力に基づき自動調整される、請求項１に記載のエジェクタ。
【請求項３】
前記流体ノズルの前記出口位置を自動調整する受動的構造を備える、請求項２に記載のエジェクタ。
【請求項４】
前記流体入口圧力Ｐ１、および／または、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物の圧力に基づき、前記流体ノズルの前記出口位置を調整するアクチュエータをさらに備える、請求項１に記載のエジェクタ。
【請求項５】
前記第１の流体の圧力は、前記流体ノズルを通過後、前記流体入口圧力Ｐ１より低い第２の圧力Ｐ２となり、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物の前記エジェクタを出るときの圧力は、第３の圧力Ｐ３であり、
前記混合ゾーンに対する前記流体ノズルの前記出口位置は、前記流体入口圧力Ｐ１、前記第２の圧力Ｐ２、および／または、前記第３の圧力Ｐ３に基づき調整される、請求項１から４のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項６】
前記流体出口に向かう方向に寸法が増大する断面積を有し、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物が前記流体出口を介して前記エジェクタを出るときの圧力が第３の圧力Ｐ３となるように内部が形成された拡散部をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項７】
前記混合ゾーンに加えて設けられ、前記エジェクタの前記流体出口に向かう方向に寸法が縮小する断面積を有し、前記第１の流体と前記第２の流体との前記混合物が前記エジェクタを出る前に集まるように形成される先細り領域を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項８】
前記混合ゾーンは、先細りする形状を有する領域として設けられ、前記エジェクタの前記流体出口に向かう方向に寸法が縮小する断面積を有し、混合中または混合後に、および、前記エジェクタを出る前に、前記第１の流体および前記第２の流体が集まるように形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項９】
前記圧力Ｐ２が前記エジェクタ内の他の圧力より高い場合、前記流体ノズルの前記流体出口が前記先細り領域から離れるように移動する、請求項５または６から８のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１０】
前記圧力Ｐ３が前記エジェクタ内の他の圧力より高い場合、前記流体ノズルの前記流体出口が前記先細り領域内にまたは前記先細り領域に向かって移動する、請求項５または６もしくは７のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１１】
前記エジェクタの相対位置を調整する長さは、前記エジェクタ内の他の圧力に対する前記圧力Ｐ２の変化に比例する、請求項５または６から９のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１２】
前記エジェクタの相対位置を調整する長さは、前記エジェクタ内の他の圧力に対する前記圧力Ｐ３の変化に比例する、請求項５または６から９のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１３】
前記流体ノズルの周囲の少なくとも一部を密閉するダイヤフラムをさらに備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１４】
前記ダイヤフラムまたは前記エジェクタの他の部分が前記流体ノズルを調整された位置に配置するための十分な反力を生じるまで、前記流体ノズルまたは前記流体ノズルの一部は移動する、請求項１３に記載のエジェクタ。
【請求項１５】
前記ダイヤフラムは、前記流体ノズルの少なくとも一部を囲む、請求項１３または１４に記載のエジェクタ。
【請求項１６】
前記ダイヤフラムは、 適切なポリマー材料で形成される、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１７】
剛性の可動壁部を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のエジェクタ。
【請求項１８】
前記可動壁部は、バネに連結される、請求項１７に記載のエジェクタ。
【請求項１９】
前記バネが前記流体ノズルを調整された位置に配置するための十分な反力を生ずるまで前記流体ノズルまたは前記流体ノズルの一部が前記可動壁部と共に移動するよう、前記可動壁部は、前記流体ノズルに直接または間接的に連結される、請求項１８に記載のエジェクタ。
【請求項２０】
前記導管は、前記流体ノズルにおけるまたは近くの前記導管の一部分の圧力が前記圧力Ｐ２に比例するか、あるいは、略等しくなるように設けられ、前記導管の前記一部分は、混じり合っていない前記第１の流体および前記第２の流体とは隔てられている、請求項５に記載のエジェクタ。
【請求項２１】
前記導管は、ダイヤフラムまたは可動壁部の側部に前記圧力Ｐ２に比例するかまたは略等しい圧力がかかるように配置され、前記圧力Ｐ２が前記エジェクタ内の他の圧力より高くなると、前記流体ノズルまたは前記流体ノズルの一部分が前記エジェクタの前記混合ゾーンから離れるように移動する、請求項２０に記載のエジェクタ。
【請求項２２】
前記導管は、前記流体ノズルにおけるまたは近くの前記導管の一部分の圧力が前記圧力Ｐ３に比例するか、あるいは、略等しくなるように設けられ、前記導管の前記一部分は、混じり合っていない前記第１の流体および前記第２の流体とは隔てられている、請求項５に記載のエジェクタ。
【請求項２３】
前記導管は、ダイヤフラムまたは可動壁部の側部に前記圧力Ｐ３に比例するかまたは略等しい圧力がかかるように配置され、前記圧力Ｐ３が前記エジェクタ内の他の圧力より高くなると、前記流体ノズルまたは前記流体ノズルの一部分が前記エジェクタの前記混合ゾーン内にまたは前記混合ゾーンに向かって移動する、請求項２２に記載のエジェクタ。
【請求項２４】
エジェクタを操作する方法であって、
第１の圧力を有する第１の流体が流入するステップと、
第２の流体が流入するステップと、
前記第１の流体の圧力が前記第１の圧力より低い第２の圧力まで低下するように前記第１の流体をエジェクタの流体ノズルに流すステップと、
前記第２の流体と前記第１の流体とが混合ゾーンで混じり合うよう第２の流体を引き込むステップと、
前記第１の圧力、前記第２の圧力、および／または、エジェクタ出口圧力に基づき、前記エジェクタの前記混合ゾーンに対する前記流体ノズルの出口位置を調整するステップと、
を含み、
前記エジェクタの前記流体ノズルにおけるまたは近くの導管の一部分の圧力は、前記第１の流体と前記第２の流体との混合物の圧力に比例するか、あるいは、略等しくなり、
前記エジェクタの前記流体ノズルのまたは近くの前記導管の前記一部分は、混じり合っていない前記第１の流体および前記第２の流体とは隔てられている、
方法。
【請求項２５】
前記エジェクタの前記混合ゾーンに対する前記流体ノズルの前記出口位置を調整するステップは、前記流体ノズルの前記出口位置を自動調整するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記混合ゾーンは、先細りする領域である、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記混合ゾーンは、先細りする形状を有する領域として設けられる、請求項２４または２５に記載の方法。
【国際調査報告】
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