エジェクタおよび冷凍システム
【課題】 エジェクタ効率を向上するとともに、装置の小型化が可能なエジェクタ、およびこれを用いた冷凍システムを提供する。
【解決手段】 一次流体の噴流によって二次流体の吸引および／または昇圧を行うエジェクタにおいて、エジェクタ本体１内に複数段のエジェクタ部１０Ａ、１０Ｂを設ける。
【解決手段】 一次流体の噴流によって二次流体の吸引および／または昇圧を行うエジェクタにおいて、エジェクタ本体１内に複数段のエジェクタ部１０Ａ、１０Ｂを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空生成、圧縮、昇圧などに利用されるエジェクタ、およびこれを用いた冷凍システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的なエジェクタは、一つのノズルと一つの混合部と一つのディフューザを備え、そのノズルから一次流体を高速度で噴射させることによって低圧の二次流体を吸引し、混合部で一次流体と二次流体を混合させた後、その混合流体をディフューザによって昇圧し流出させる構造となっている。この場合において、ノズルからの一次流体噴流が超音速状態となる超音速エジェクタでは、ディフューザによる圧力回復時に強い衝撃波（垂直衝撃波に近い衝撃波）が形成される。この強い衝撃波はエントロピ生成量を増大させ、有効エネルギーの損失を招く。その結果、従来の超音速エジェクタは効率が非常に低いものであった。
【０００３】
また、従来より提案されているエジェクタの効率向上手段の大部分は、一次流体と二次流体の混合を促進するものである。例えば、特許文献１では、ノズルより噴出する一次流体を混合部内で拡散させる拡散手段を設けることにより一次流体と二次流体の混合の均一化を促進させている。具体的には、拡散手段としてスワラーやニードル弁をノズルに対向させて配設し、ノズルからの一次流体を例えばニードル弁の先端部の円錐面に衝突させることにより、一次流体の流れに大きな乱れを生じさせて拡散混合を行う技術である。
しかしながら、一次流体流に大きな乱れを生じさせることは、一次流体と二次流体の混合を促進するには効果はあるものの、反面流れの乱れによるエントロピ生成量の増大を伴うため、エジェクタの効率向上の効果は限定的なものとなる。
【０００４】
一方、ノズルを複数設けることにより一次流体と二次流体の接触面積を増大させて一次流体と二次流体の拡散混合を促進させるエジェクタも開示されている（例えば、特許文献２、３参照）。しかし、いずれも二次流体の昇圧比（エジェクタ出口の圧力／二次流体の圧力）はノズルを複数設けても一つのノズルの場合と同じであるため、混合部で強い衝撃波（垂直衝撃波に近い衝撃波）が形成されることに変わりはなく、接触面積の増大によるエジェクタの効率向上の効果は限定的なものになる。
【０００５】
これに対し、従来より多段式のエジェクタが知られている。これは、一組のノズルとディフューザで構成されるエジェクタの出口が、次段の一組のノズルとディフューザで構成されるエジェクタの二次流体導入管に接続されて多段のエジェクタを構成するものである。これによって二次流体の昇圧比を大きくできるといった高性能化が図られるが、エジェクタが直列に連なるため、装置が大型化する問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２９６４号公報
【特許文献２】特開平７−１６７１００号公報
【特許文献３】特開平１１−１４８７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エジェクタ効率を向上するとともに、装置の小型化が可能なエジェクタ、およびこれを用いた冷凍システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るエジェクタは、一次流体の噴流によって二次流体の吸引および／または昇圧を行うエジェクタにおいて、エジェクタ本体内に複数段のエジェクタ部を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明のエジェクタは、エジェクタ本体内に複数段のエジェクタ部を有するものとしたので、各段のエジェクタ部における一次流体とその一次流体の噴流によって吸引される二次流体の混合流体とエジェクタ出口の圧力比を小さくすることが可能となり、それによって各段の混合部における衝撃波を弱くすることができるため、エントロピの生成が抑制され、エジェクタの効率を向上させることができる。
また、一つのエジェクタ本体内に複数段のエジェクタ部を設けたものであるので、装置の小型化が可能である。
【００１０】
また、一次流体の噴流を形成する複数のノズルを前記エジェクタ本体の半径方向と軸方向の両方向にずらして配置することにより、前記複数段のエジェクタ部をコンパクトに構成することができる。
【００１１】
この場合において、前段のノズルは後段のノズルの外周上に配置されていることが好ましく、一次流体と二次流体の混合部を多段に構成することができる。
【００１２】
また、前段のノズルにおける膨張比が後段のノズルにおける膨張比よりも大きくなるように各段のノズルの断面形状を形成するとよい。
このように構成することによって、一次流体噴流は完全膨張に近くなるため、後段あるいは最終段のノズルからの一次流体噴流によって吸引される二次流体（前段ノズルからの一次流体との混合流体を含む）との混合の際に発生する衝撃波を弱めることができ、エントロピ生成を抑制することができる。
【００１３】
本発明のエジェクタは、上述した構成により各段の混合部における垂直衝撃波を弱めることが可能であるが、さらに、少なくとも最終段のノズルに対向して斜め衝撃波生成体を設けることにより、最終段の混合部において斜め衝撃波を発生させることで、更なるエントロピ生成を抑制することができ、エジェクタの効率を向上させることができる。
【００１４】
また、最終段のノズルに対向して、自由回転する羽根付きの円錐体からなる回転体を設けることにしてもよい。
この構成によると、最終段ノズルからの一次流体噴流が羽根付き回転体に衝突して該回転体が回転することにより、その一次流体噴流にらせん流を発生させることができる。そのため、一次流体噴流によって吸引される前段エジェクタ部からの混合流体の塊が、この一次流体らせん流の狭間に保持されて流動し、その間に両流体が混合していくため、運動エネルギーから圧力エネルギーへの変換が効率よく行われることになる。よって、エントロピの生成を抑制することができ、エジェクタの効率を向上させることができる。
【００１５】
本発明の冷凍システムは、上述した本発明のエジェクタを用いて冷凍サイクルを構成するものである。
本発明のエジェクタは、上述のようにエントロピの生成が抑制され、エジェクタの効率が向上するため、このエジェクタを用いて冷凍サイクルを構成することにより、一次流体に対する二次流体の流量比（＝［二次流体流量］／［一次流体流量］）が増大し、冷凍機としての効率（ＣＯＰ）が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１におけるエジェクタの概要を示す構成図、図２、図３は図１のＡ−Ａ（第１段ノズルののど部位置における）断面図およびＢ−Ｂ（第１段混合部位置における）断面図である。
図１に示すエジェクタ１０は、エジェクタ本体１内に複数段のエジェクタ部１０Ａ、１０Ｂを設けたものである。ここでは、エジェクタ部は２段式で構成されているが、構成段数は２段に限定されるものではない。
前段の第１段エジェクタ部１０Ａは、一次流体の噴流を形成する第１段ノズル２と、一次流体の噴流により吸引される二次流体の第１段導入部３と、一次流体と二次流体を混合する第１段混合部４と、第１段混合流体の圧力を昇圧する第１段ディフューザ部５とから構成されている。
後段の第２段エジェクタ部１０Ｂは、一次流体の噴流を形成する第２段ノズル６と、一次流体の噴流により吸引される第１段混合流体の第２段導入部７と、一次流体と第１段混合流体を混合する第２段混合部８と、第２段混合流体の圧力を昇圧する第２段ディフューザ部９とから構成されている。
なお、上述の一次流体および二次流体はいずれも空気や冷媒ガス等の気体、または蒸気等の気液二相状態の流体である。
【００１８】
このように、エジェクタ本体１内には、一次流体の噴流を形成する複数のノズル２、６が設けられており、前段の第１段ノズル２は、後段の第２段ノズル６の外周上に環状の噴出口をもつ流路形状（ノズル断面形状）により形成されている。
第２段ノズル６は、筒状の流路を有し、エジェクタ本体１内にほぼ同心状に配置され（第１段ノズル２も同心状に配置される）、かつ第１段ノズル２に対して下流側に配置されている。すなわち、第１段ノズル２と第２段ノズル６は、エジェクタ本体１の半径方向と軸方向の両方向にずらして配置されている。これにより、複数段のエジェクタ部をコンパクトに構成することができる。
【００１９】
次に、上記のように構成されたエジェクタの動作について説明する。
第１段エジェクタ部１０Ａの第１段ノズル２は、第２段ノズル６の外周面との間で形成される環状の流路形状をしており、この環状の第１段ノズル２内で一次流体を超音速にまで減圧膨張させる。二次流体は、第１段ノズル２の外周面との間で形成される環状の流路形状を有する第１段導入部３より第１段ノズル２からの一次流体の噴流によって吸引され、第１段混合部４で一次流体と二次流体を混合し、さらに第１段混合部４と第１段ディフューザ部５で第１段混合流体の圧力を適切な昇圧比にまで昇圧する。
この第１段ディフューザ部５と第２段導入部７は接続されており、第１段エジェクタ部１０Ａからの第１段混合流体は第２段エジェクタ部１０Ｂの二次流体として、第２段ノズル６からの一次流体の噴流により吸引される。ついで、平行な流路形状からなる第２段混合部８でこれらの流体が混合し、第２段混合部８と第２段ディフューザ部９でこの第２段混合流体の圧力を適切な昇圧比にまで昇圧する。そして、エジェクタ本体１から排出される第２段混合昇圧流体は、他のプロセスや凝縮器、あるいは大気などへ接続されている。
【００２０】
このように、本実施形態のエジェクタ１０は、一つのエジェクタ本体１内に流体の流れ方向に複数段のエジェクタ部１０Ａ、１０Ｂを備える構成としたので、複数段の混合部４、８により流体の昇圧比（圧力比）を分配することが可能となり、そのため各段の混合部４、８において衝撃波を弱めることが可能となる。したがって、エントロピの生成が抑制されるためエジェクタの効率が向上する。
さらに、エジェクタ本体１は複数段のノズル２、６を内包するため、従来の直列式の多段式エジェクタと比べて装置の小型化が可能である。
【００２１】
また、各段における一次流体噴流がノズル出口で衝撃波を形成しないために、各段のノズル２、６は完全膨張に近くなるよう断面形状が形成されている。したがって、第１段ノズル２における膨張比は第２段ノズル６における膨張比よりも大きくなるように各段のノズル２、６の断面形状が形成されている。
【００２２】
図４は、本実施形態のエジェクタの性能と従来のエジェクタの性能を数値解析で求めた結果を示すものである。ここで、従来のエジェクタとは、先に述べたように一つのノズルと一つの混合部と一つのディフューザを備えたものである。つまり、エジェクタ本体内に一つのノズルを設けたもので、図１の第２段エジェクタ部のみを有するものである。以下、図４のエジェクタの性能曲線を求めるにあたっての各種の条件について述べる。
【００２３】
本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタに使用する一次流体と二次流体の流体の種類は同一で、それらの温度、圧力の条件も同一である。設計点はいずれのエジェクタもエジェクタ出口と二次流体の圧力比（Ｐout／Ｐs）をある値で同一とした。また、本実施形態のエジェクタのノズルのど部の総断面積（第１段ノズルのど部断面積＋第２段ノズルのど部断面積）は従来のエジェクタのノズルのど部断面積と同一である。したがって、本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタの一次流体の質量流量（蒸気消費量）は同一となる。さらに、本実施形態のエジェクタの第１段ノズルと第２段ノズルののど部断面積比を１：２に設定した。ただし、この断面積比はこの比率に限定されるものではない。また、本実施形態のエジェクタの第１段混合部および第２段混合部はいずれも平行な等断面積の流路形状とし、また従来のエジェクタの一次流体と二次流体の混合部も同様に平行な等断面積の流路形状とした。
【００２４】
上述した条件で本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタの最適設計を行った。図４は上述の条件で最適設計した本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタの性能を、エジェクタ出口と二次流体の圧力比でプロットしたものである。なお、同一運転条件においては、二次流体と一次流体の質量流量比（ｍｓ／ｍｐ）が大きいほどエジェクタの性能は高いことが知られている。
【００２５】
図４より、本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタのいずれも、エジェクタ出口圧力と二次流体の圧力の比Ｐout／Ｐsが設計点よりも小さいときは、二次流体と一次流体の質量流量比が一定すなわち性能が一定となっており、逆に設計点よりＰout／Ｐsが大きくなると、質量流量比は急激に低下する（臨界点）。この特徴は一般的なエジェクタの性能特性として良く知られているものであり、エジェクタは性能を最大にするためにこの臨界点を設計点として設計されることが多い。この意味において、本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタの設計形状は概ね最適化されているといえる。
本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタの性能を比較すると、本実施形態のエジェクタの性能は従来のエジェクタに比べて約１５％高くなった。
【００２６】
本実施形態のエジェクタが高性能になったのは、以下の理由による。
一次流体と二次流体が混合する混合部で発生する強い衝撃波に基づくエントロピ生成を抑制するためには、それらの混合流体とエジェクタ出口の圧力比（昇圧比）を小さくして衝撃波を弱くすることが必要である。一次流体と二次流体の圧力、およびエジェクタ出口の圧力は通常運転（設計）条件で定められるので、上記圧力比を小さくするには、衝撃波上流での混合流体の圧力を高く（マッハ数を小さく）すればよい。その手段として、本実施形態のエジェクタはエジェクタ本体１内に複数段のエジェクタ部１０Ａ、１０Ｂを備える構成としたものであり、この構成によるエジェクタ効率向上のメカニズムは、
（１）第１段ノズルからの一次流体の噴流で二次流体を吸引混合し、第２段ノズルで吸引する流体の圧力を高くする。この際、第１段エジェクタ部での圧力比（昇圧比）は、最終段エジェクタ部の出口と第１段エジェクタ部で吸引される二次流体の圧力比（昇圧比）より小さいため、第１段エジェクタ部の混合部の衝撃波も弱くなる、
（２）上記（１）により第２段ノズルでの一次流体の膨張を抑制でき、一次流体の第２段ノズル出口での圧力を高くする（マッハ数を小さくする）、
（３）上記（１）と（２）により第２段混合部と第２段ディフューザ部で混合される混合流体の衝撃波上流の圧力がさらに高くなる（マッハ数が小さくなる）、ということになる。
【００２７】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２におけるエジェクタの概略構成図で、図６は図５のＣ−Ｃ断面図である。
上述の実施形態１では、第１段ノズル２を第２段ノズル６の外周上に環状の流路を有する構成としたが、本実施形態では個々に筒状の流路を有する構成としたものである。本実施形態の第１段ノズル２は、第２段ノズル６の周りにほぼ同心状に配置され、エジェクタ本体１の二次流体の導入壁１１に第２段ノズル６とともに取り付けられている。二次流体は、エジェクタ本体１の外周部に設けられた導入口１２より第１段ノズル２からの一次流体の噴流によって吸引導入される。なお、図５では導入口１２はエジェクタ本体１の外周部の一側に設けられているが、両側に設けてもよい。その他の構成は実施形態１と同様であり、同様の作用効果が得られる。
【００２８】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３におけるエジェクタの概略構成図である。
本実施形態では、第１段ノズル２および第２段ノズル６のそれぞれに対向して斜め衝撃波生成体１３、１４を設けたものである。すなわち、実施形態１のエジェクタに斜め衝撃波生成体１３、１４を付加したものである。ここで、斜め衝撃波生成体とは、ノズルから噴出する一次流体流に斜め衝撃波を発生させる機構である。また、流体の流れ方向に垂直な衝撃波を垂直衝撃波といい、それよりも傾いたものを斜め衝撃波という。また、衝撃波とは、密度がステップ的に変化する波面をいう。衝撃波の厚さはごく薄なので、一般的には不連続面として取り扱われる。衝撃波の傾き（衝撃波角）は小さければ小さいほど、エントロピ生成量も少なくてすむ。ただし、衝撃波角が小さければ、斜め衝撃波による圧力回復の効果も小さくなるため、衝撃波角は１０゜〜６０゜、より好ましくは３０゜〜４０゜の範囲とするのがよい。
【００２９】
第１段ノズル２に対向する斜め衝撃波生成体１３は、第２段ノズル６の外周部に環状の隆起部を設けることにより形成されている。第２段ノズル６に対向する斜め衝撃波生成体１４は、上流側の先端部が円錐形状をなし、下流側の後方部が円錐形状もしくは紡錘形状をしており、放射状に設けられたアーム部材（図示せず）を介してエジェクタ本体１内に固定されている。また、斜め衝撃波生成体１４の第２段ノズル６に対する設置位置は特に限定されない。例えば、円錐部１４ａの先端位置が、図７に示すように第２段ノズル６の噴出口端面位置に一致していてもよいし、下流側へ離れていてもよく、また噴出口内部へ入り込んでいてもよい。
【００３０】
この斜め衝撃波生成体１４により、第２段混合部８はエジェクタ本体１の内周面と斜め衝撃波生成体１４の円錐面とこれに続く円柱面との間に漸次流路が縮小し、ついで平行な環状流路に続く流路形状に形成されている。そして、斜め衝撃波生成体１４の後部の円錐部または紡錘部１４ｂが第２段ディフューザ部９内に配置されて、漸次流路が拡大するラッパ形状の第２段ディフューザ部９に連続している。
【００３１】
本実施形態のエジェクタでは、第１段エジェクタ部１０Ａの第１段ノズル２より一次流体を超音速で噴出させると、その一次流体噴流は斜め衝撃波生成体１３の傾斜面に衝突して斜め衝撃波を発生する。それと同時に第１段ノズル２からの一次流体噴流により二次流体を第１段導入部３から吸引する。斜め衝撃波は、第１段混合部のエジェクタ本体内周面もしくは亜音速である二次流体と斜め衝撃波生成体１３の傾斜面との間で反射を繰り返す。すなわち、吸引された二次流体の流れが壁のように働き、その二次流体との接触面では斜め衝撃波は膨張波を生成し、さらに下流でこれらを繰り返しながら除々に減速していく。一方、一次流体はこのような斜め衝撃波を伴いながら第１段混合部４で二次流体と混合し、第１段混合流体の圧力を第１段混合部４と第１段ディフューザ部５で徐々に高めていく。なお、膨張波の部分は加速されるが、圧力は低くなり、かつエントロピの生成はない。
また、第２段エジェクタ部１０Ｂにおいても、第２段ノズル６からの一次流体噴流が斜め衝撃波生成体１４の傾斜面（円錐面）に衝突して斜め衝撃波を発生するとともに、上述のように昇圧された第１段混合流体を吸引する。そして同様に、この斜め衝撃波は、第２段混合部内周面もしくは亜音速である第１段混合流体と斜め衝撃波生成体１４の円錐面との間で反射を繰り返す。すなわち、吸引された第１段混合流体の流れが壁のように働き、その第１段混合流体との接触面では斜め衝撃波は膨張波を生成し、さらに下流でこれらを繰り返しながら除々に減速していく。一方、一次流体はこのような斜め衝撃波を伴いながら第２段混合部８で第１段混合流体と混合し、第２段混合流体の圧力を第２段混合部８と第２段ディフューザ部９で徐々に高めていく。なお、第２段混合部８においても膨張波の部分は加速されるが、圧力は低くなり、かつエントロピの生成はない。
【００３２】
斜め衝撃波は弱い衝撃波で一次流体の有効エネルギーの低下は僅かであるが、一方で斜め衝撃波通過後の一次流体の静圧は大きく上昇する。したがって、エジェクタ本体１と各斜め衝撃波生成体１３、１４間に形成される各段の混合部４、８において、流路の断面積が漸次縮小するように形成されているため、強い衝撃波（垂直衝撃波に近い衝撃波）の発生を抑制しつつ、一次流体と二次流体の混合流体は、斜め衝撃波によって効率よく圧力が上昇し、マッハ数１以下まで減速する。また、第２段ディフューザ部９では流路の断面積が漸次拡大するように形成されているため、圧力を徐々に回復し、その結果、有効エネルギーの損失は低減されエジェクタの効率が向上する。
さらに、本発明のエジェクタは、一次流体が斜め衝撃波生成体１４の先端円錐部１４ａにより円錐状に分岐するために一次流体と二次流体間の接触面積が大きくなり、一次流体と第１段混合流体との混合が十分に行われる効果もある。また、斜め衝撃波生成体１４は先端部が円錐形状でその下流側も円錐形あるいは紡錘形状となっており、一次流体の乱れを極力抑制している。そのため、一次流体と第１段混合流体の混合過程においても流れの乱れによるエントロピ生成量を抑制でき、よってエジェクタの効率が向上する。
【００３３】
斜め衝撃波生成体は、必ずしも各段のノズル２、ノズル６の全部に対向して設ける必要はないが、少なくとも最終段のノズル６には斜め衝撃波生成体１４を設けることが好ましい。
【００３４】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４におけるエジェクタの概略構成図で、図９は図８のＤ−Ｄ断面図である。
本実施形態では、第２段ノズル６に対向して、自由回転する羽根１５付きの円錐体からなる回転体１６を設けたものである。羽根１５付きの回転体１６は、エジェクタ本体１内に放射状のアーム部材（図示せず）を介して固定された紡錘状部材１７の先端部に回転軸１８により回転自在に支持されている。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００３５】
本実施形態のエジェクタでは、第２段ノズル６からの一次流体噴流によって羽根１５付き回転体１６を自由回転させ、これにより一次流体のらせん流を発生させることができる。これにより、第２段ノズル６からの一次流体噴流によって吸引される第１段混合流体の塊が、一次流体のらせん流の狭間に保持されて流動し、その間にらせん流の一次流体と第１段混合流体とを第２段混合部８で混合させながら第２段ディフューザ部９で第２段混合流体の圧力を昇圧回復させる。
したがって、運動エネルギーから圧力エネルギーへの変換が効率よく行われるため、エントロピの生成が抑制され、エジェクタ効率が向上する効果がある。
【００３６】
実施の形態５．
図１０は、一例として前述の実施形態１によるエジェクタを用いて冷凍サイクルを構成した実施形態を示す概念図である。
エジェクタ１０は、前述のように、エジェクタ本体１内に複数段のエジェクタ部１０Ａ、１０Ｂを有するものとして構成されている。第１段、第２段ノズル２、６は、一次流体供給配管２１を介して一次流体加熱装置２０に接続されている。一次流体加熱装置２０には一次流体を加熱するための、例えば熱交換器２２を備えている。また、蒸発器２４が二次流体供給配管２３を介してエジェクタ１０の第１段導入部３に接続されている。エジェクタ１０の流出側には流出配管２５を介して凝縮器２６が接続されている。凝縮器２６に流入する一次流体と二次流体の混合気は凝縮器２６に接続されている冷却水配管２７により冷却され、凝縮する。凝縮した液は、配管２８を流れ、ポンプ等の一次流体供給装置２９により一次流体加熱装置２０に戻されると同時に、二次流体戻り配管３０、減圧弁３１を介して蒸発器２４に戻る。
蒸発器２４内の二次流体がエジェクタ１０により吸引される際に発生する二次流体の気化熱（蒸発潜熱）により温度低下、すなわち冷凍が発生し、蒸発器２４に接続されている冷熱負荷３２を冷却する。
【００３７】
このエジェクタ１０を用いることにより、上述したようにエジェクタの効率が向上するため、一次流体に対する二次流体の流量比（＝［二次流体流量］／［一次流体流量］）が増大し、冷凍機としての効率（ＣＯＰ）が向上する。
【００３８】
なお、一次流体加熱装置２０に接続されている熱交換器２２の熱源としては、電力や燃料の燃焼によるもののほか、工場排熱や排ガス熱なども利用される。また、一次、二次流体の冷媒としては、水、フロン、アルコール、アンモニア、あるいはこれらの混合物などが利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるエジェクタの概略構成図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】実施の形態１のエジェクタと従来のエジェクタの性能曲線図。
【図５】本発明の実施形態２におけるエジェクタの概略構成図。
【図６】図５のＣ−Ｃ断面図。
【図７】本発明の実施の形態３におけるエジェクタの概略構成図。
【図８】本発明の実施の形態４におけるエジェクタの概略構成図。
【図９】図８のＤ−Ｄ断面図。
【図１０】本発明の冷凍システムの一例を示す概要図。
【符号の説明】
【００４０】
１ エジェクタ本体
２ 第１段ノズル
３ 第１段導入部
４ 第１段混合部
５ 第１段ディフューザ部
６ 第２段ノズル
７ 第２段導入部
８ 第２段混合部
９ 第２段ディフューザ部
１０ エジェクタ
１０Ａ 第１段エジェクタ部
１０Ｂ 第２段エジェクタ部
１１ 導入壁
１２ 導入口
１３、１４ 斜め衝撃波生成体
１５ 羽根、
１６ 回転体
１７ 紡錘状部材
１８ 回転軸
２０ 一次流体加熱装置
２１ 一次流体供給配管
２３ 二次流体供給配管
２４ 蒸発器
２６ 流出配管
２７ 凝縮器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空生成、圧縮、昇圧などに利用されるエジェクタ、およびこれを用いた冷凍システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的なエジェクタは、一つのノズルと一つの混合部と一つのディフューザを備え、そのノズルから一次流体を高速度で噴射させることによって低圧の二次流体を吸引し、混合部で一次流体と二次流体を混合させた後、その混合流体をディフューザによって昇圧し流出させる構造となっている。この場合において、ノズルからの一次流体噴流が超音速状態となる超音速エジェクタでは、ディフューザによる圧力回復時に強い衝撃波（垂直衝撃波に近い衝撃波）が形成される。この強い衝撃波はエントロピ生成量を増大させ、有効エネルギーの損失を招く。その結果、従来の超音速エジェクタは効率が非常に低いものであった。
【０００３】
また、従来より提案されているエジェクタの効率向上手段の大部分は、一次流体と二次流体の混合を促進するものである。例えば、特許文献１では、ノズルより噴出する一次流体を混合部内で拡散させる拡散手段を設けることにより一次流体と二次流体の混合の均一化を促進させている。具体的には、拡散手段としてスワラーやニードル弁をノズルに対向させて配設し、ノズルからの一次流体を例えばニードル弁の先端部の円錐面に衝突させることにより、一次流体の流れに大きな乱れを生じさせて拡散混合を行う技術である。
しかしながら、一次流体流に大きな乱れを生じさせることは、一次流体と二次流体の混合を促進するには効果はあるものの、反面流れの乱れによるエントロピ生成量の増大を伴うため、エジェクタの効率向上の効果は限定的なものとなる。
【０００４】
一方、ノズルを複数設けることにより一次流体と二次流体の接触面積を増大させて一次流体と二次流体の拡散混合を促進させるエジェクタも開示されている（例えば、特許文献２、３参照）。しかし、いずれも二次流体の昇圧比（エジェクタ出口の圧力／二次流体の圧力）はノズルを複数設けても一つのノズルの場合と同じであるため、混合部で強い衝撃波（垂直衝撃波に近い衝撃波）が形成されることに変わりはなく、接触面積の増大によるエジェクタの効率向上の効果は限定的なものになる。
【０００５】
これに対し、従来より多段式のエジェクタが知られている。これは、一組のノズルとディフューザで構成されるエジェクタの出口が、次段の一組のノズルとディフューザで構成されるエジェクタの二次流体導入管に接続されて多段のエジェクタを構成するものである。これによって二次流体の昇圧比を大きくできるといった高性能化が図られるが、エジェクタが直列に連なるため、装置が大型化する問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２９６４号公報
【特許文献２】特開平７−１６７１００号公報
【特許文献３】特開平１１−１４８７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エジェクタ効率を向上するとともに、装置の小型化が可能なエジェクタ、およびこれを用いた冷凍システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るエジェクタは、一次流体の噴流によって二次流体の吸引および／または昇圧を行うエジェクタにおいて、エジェクタ本体内に複数段のエジェクタ部を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明のエジェクタは、エジェクタ本体内に複数段のエジェクタ部を有するものとしたので、各段のエジェクタ部における一次流体とその一次流体の噴流によって吸引される二次流体の混合流体とエジェクタ出口の圧力比を小さくすることが可能となり、それによって各段の混合部における衝撃波を弱くすることができるため、エントロピの生成が抑制され、エジェクタの効率を向上させることができる。
また、一つのエジェクタ本体内に複数段のエジェクタ部を設けたものであるので、装置の小型化が可能である。
【００１０】
また、一次流体の噴流を形成する複数のノズルを前記エジェクタ本体の半径方向と軸方向の両方向にずらして配置することにより、前記複数段のエジェクタ部をコンパクトに構成することができる。
【００１１】
この場合において、前段のノズルは後段のノズルの外周上に配置されていることが好ましく、一次流体と二次流体の混合部を多段に構成することができる。
【００１２】
また、前段のノズルにおける膨張比が後段のノズルにおける膨張比よりも大きくなるように各段のノズルの断面形状を形成するとよい。
このように構成することによって、一次流体噴流は完全膨張に近くなるため、後段あるいは最終段のノズルからの一次流体噴流によって吸引される二次流体（前段ノズルからの一次流体との混合流体を含む）との混合の際に発生する衝撃波を弱めることができ、エントロピ生成を抑制することができる。
【００１３】
本発明のエジェクタは、上述した構成により各段の混合部における垂直衝撃波を弱めることが可能であるが、さらに、少なくとも最終段のノズルに対向して斜め衝撃波生成体を設けることにより、最終段の混合部において斜め衝撃波を発生させることで、更なるエントロピ生成を抑制することができ、エジェクタの効率を向上させることができる。
【００１４】
また、最終段のノズルに対向して、自由回転する羽根付きの円錐体からなる回転体を設けることにしてもよい。
この構成によると、最終段ノズルからの一次流体噴流が羽根付き回転体に衝突して該回転体が回転することにより、その一次流体噴流にらせん流を発生させることができる。そのため、一次流体噴流によって吸引される前段エジェクタ部からの混合流体の塊が、この一次流体らせん流の狭間に保持されて流動し、その間に両流体が混合していくため、運動エネルギーから圧力エネルギーへの変換が効率よく行われることになる。よって、エントロピの生成を抑制することができ、エジェクタの効率を向上させることができる。
【００１５】
本発明の冷凍システムは、上述した本発明のエジェクタを用いて冷凍サイクルを構成するものである。
本発明のエジェクタは、上述のようにエントロピの生成が抑制され、エジェクタの効率が向上するため、このエジェクタを用いて冷凍サイクルを構成することにより、一次流体に対する二次流体の流量比（＝［二次流体流量］／［一次流体流量］）が増大し、冷凍機としての効率（ＣＯＰ）が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１におけるエジェクタの概要を示す構成図、図２、図３は図１のＡ−Ａ（第１段ノズルののど部位置における）断面図およびＢ−Ｂ（第１段混合部位置における）断面図である。
図１に示すエジェクタ１０は、エジェクタ本体１内に複数段のエジェクタ部１０Ａ、１０Ｂを設けたものである。ここでは、エジェクタ部は２段式で構成されているが、構成段数は２段に限定されるものではない。
前段の第１段エジェクタ部１０Ａは、一次流体の噴流を形成する第１段ノズル２と、一次流体の噴流により吸引される二次流体の第１段導入部３と、一次流体と二次流体を混合する第１段混合部４と、第１段混合流体の圧力を昇圧する第１段ディフューザ部５とから構成されている。
後段の第２段エジェクタ部１０Ｂは、一次流体の噴流を形成する第２段ノズル６と、一次流体の噴流により吸引される第１段混合流体の第２段導入部７と、一次流体と第１段混合流体を混合する第２段混合部８と、第２段混合流体の圧力を昇圧する第２段ディフューザ部９とから構成されている。
なお、上述の一次流体および二次流体はいずれも空気や冷媒ガス等の気体、または蒸気等の気液二相状態の流体である。
【００１８】
このように、エジェクタ本体１内には、一次流体の噴流を形成する複数のノズル２、６が設けられており、前段の第１段ノズル２は、後段の第２段ノズル６の外周上に環状の噴出口をもつ流路形状（ノズル断面形状）により形成されている。
第２段ノズル６は、筒状の流路を有し、エジェクタ本体１内にほぼ同心状に配置され（第１段ノズル２も同心状に配置される）、かつ第１段ノズル２に対して下流側に配置されている。すなわち、第１段ノズル２と第２段ノズル６は、エジェクタ本体１の半径方向と軸方向の両方向にずらして配置されている。これにより、複数段のエジェクタ部をコンパクトに構成することができる。
【００１９】
次に、上記のように構成されたエジェクタの動作について説明する。
第１段エジェクタ部１０Ａの第１段ノズル２は、第２段ノズル６の外周面との間で形成される環状の流路形状をしており、この環状の第１段ノズル２内で一次流体を超音速にまで減圧膨張させる。二次流体は、第１段ノズル２の外周面との間で形成される環状の流路形状を有する第１段導入部３より第１段ノズル２からの一次流体の噴流によって吸引され、第１段混合部４で一次流体と二次流体を混合し、さらに第１段混合部４と第１段ディフューザ部５で第１段混合流体の圧力を適切な昇圧比にまで昇圧する。
この第１段ディフューザ部５と第２段導入部７は接続されており、第１段エジェクタ部１０Ａからの第１段混合流体は第２段エジェクタ部１０Ｂの二次流体として、第２段ノズル６からの一次流体の噴流により吸引される。ついで、平行な流路形状からなる第２段混合部８でこれらの流体が混合し、第２段混合部８と第２段ディフューザ部９でこの第２段混合流体の圧力を適切な昇圧比にまで昇圧する。そして、エジェクタ本体１から排出される第２段混合昇圧流体は、他のプロセスや凝縮器、あるいは大気などへ接続されている。
【００２０】
このように、本実施形態のエジェクタ１０は、一つのエジェクタ本体１内に流体の流れ方向に複数段のエジェクタ部１０Ａ、１０Ｂを備える構成としたので、複数段の混合部４、８により流体の昇圧比（圧力比）を分配することが可能となり、そのため各段の混合部４、８において衝撃波を弱めることが可能となる。したがって、エントロピの生成が抑制されるためエジェクタの効率が向上する。
さらに、エジェクタ本体１は複数段のノズル２、６を内包するため、従来の直列式の多段式エジェクタと比べて装置の小型化が可能である。
【００２１】
また、各段における一次流体噴流がノズル出口で衝撃波を形成しないために、各段のノズル２、６は完全膨張に近くなるよう断面形状が形成されている。したがって、第１段ノズル２における膨張比は第２段ノズル６における膨張比よりも大きくなるように各段のノズル２、６の断面形状が形成されている。
【００２２】
図４は、本実施形態のエジェクタの性能と従来のエジェクタの性能を数値解析で求めた結果を示すものである。ここで、従来のエジェクタとは、先に述べたように一つのノズルと一つの混合部と一つのディフューザを備えたものである。つまり、エジェクタ本体内に一つのノズルを設けたもので、図１の第２段エジェクタ部のみを有するものである。以下、図４のエジェクタの性能曲線を求めるにあたっての各種の条件について述べる。
【００２３】
本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタに使用する一次流体と二次流体の流体の種類は同一で、それらの温度、圧力の条件も同一である。設計点はいずれのエジェクタもエジェクタ出口と二次流体の圧力比（Ｐout／Ｐs）をある値で同一とした。また、本実施形態のエジェクタのノズルのど部の総断面積（第１段ノズルのど部断面積＋第２段ノズルのど部断面積）は従来のエジェクタのノズルのど部断面積と同一である。したがって、本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタの一次流体の質量流量（蒸気消費量）は同一となる。さらに、本実施形態のエジェクタの第１段ノズルと第２段ノズルののど部断面積比を１：２に設定した。ただし、この断面積比はこの比率に限定されるものではない。また、本実施形態のエジェクタの第１段混合部および第２段混合部はいずれも平行な等断面積の流路形状とし、また従来のエジェクタの一次流体と二次流体の混合部も同様に平行な等断面積の流路形状とした。
【００２４】
上述した条件で本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタの最適設計を行った。図４は上述の条件で最適設計した本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタの性能を、エジェクタ出口と二次流体の圧力比でプロットしたものである。なお、同一運転条件においては、二次流体と一次流体の質量流量比（ｍｓ／ｍｐ）が大きいほどエジェクタの性能は高いことが知られている。
【００２５】
図４より、本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタのいずれも、エジェクタ出口圧力と二次流体の圧力の比Ｐout／Ｐsが設計点よりも小さいときは、二次流体と一次流体の質量流量比が一定すなわち性能が一定となっており、逆に設計点よりＰout／Ｐsが大きくなると、質量流量比は急激に低下する（臨界点）。この特徴は一般的なエジェクタの性能特性として良く知られているものであり、エジェクタは性能を最大にするためにこの臨界点を設計点として設計されることが多い。この意味において、本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタの設計形状は概ね最適化されているといえる。
本実施形態のエジェクタと従来のエジェクタの性能を比較すると、本実施形態のエジェクタの性能は従来のエジェクタに比べて約１５％高くなった。
【００２６】
本実施形態のエジェクタが高性能になったのは、以下の理由による。
一次流体と二次流体が混合する混合部で発生する強い衝撃波に基づくエントロピ生成を抑制するためには、それらの混合流体とエジェクタ出口の圧力比（昇圧比）を小さくして衝撃波を弱くすることが必要である。一次流体と二次流体の圧力、およびエジェクタ出口の圧力は通常運転（設計）条件で定められるので、上記圧力比を小さくするには、衝撃波上流での混合流体の圧力を高く（マッハ数を小さく）すればよい。その手段として、本実施形態のエジェクタはエジェクタ本体１内に複数段のエジェクタ部１０Ａ、１０Ｂを備える構成としたものであり、この構成によるエジェクタ効率向上のメカニズムは、
（１）第１段ノズルからの一次流体の噴流で二次流体を吸引混合し、第２段ノズルで吸引する流体の圧力を高くする。この際、第１段エジェクタ部での圧力比（昇圧比）は、最終段エジェクタ部の出口と第１段エジェクタ部で吸引される二次流体の圧力比（昇圧比）より小さいため、第１段エジェクタ部の混合部の衝撃波も弱くなる、
（２）上記（１）により第２段ノズルでの一次流体の膨張を抑制でき、一次流体の第２段ノズル出口での圧力を高くする（マッハ数を小さくする）、
（３）上記（１）と（２）により第２段混合部と第２段ディフューザ部で混合される混合流体の衝撃波上流の圧力がさらに高くなる（マッハ数が小さくなる）、ということになる。
【００２７】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２におけるエジェクタの概略構成図で、図６は図５のＣ−Ｃ断面図である。
上述の実施形態１では、第１段ノズル２を第２段ノズル６の外周上に環状の流路を有する構成としたが、本実施形態では個々に筒状の流路を有する構成としたものである。本実施形態の第１段ノズル２は、第２段ノズル６の周りにほぼ同心状に配置され、エジェクタ本体１の二次流体の導入壁１１に第２段ノズル６とともに取り付けられている。二次流体は、エジェクタ本体１の外周部に設けられた導入口１２より第１段ノズル２からの一次流体の噴流によって吸引導入される。なお、図５では導入口１２はエジェクタ本体１の外周部の一側に設けられているが、両側に設けてもよい。その他の構成は実施形態１と同様であり、同様の作用効果が得られる。
【００２８】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３におけるエジェクタの概略構成図である。
本実施形態では、第１段ノズル２および第２段ノズル６のそれぞれに対向して斜め衝撃波生成体１３、１４を設けたものである。すなわち、実施形態１のエジェクタに斜め衝撃波生成体１３、１４を付加したものである。ここで、斜め衝撃波生成体とは、ノズルから噴出する一次流体流に斜め衝撃波を発生させる機構である。また、流体の流れ方向に垂直な衝撃波を垂直衝撃波といい、それよりも傾いたものを斜め衝撃波という。また、衝撃波とは、密度がステップ的に変化する波面をいう。衝撃波の厚さはごく薄なので、一般的には不連続面として取り扱われる。衝撃波の傾き（衝撃波角）は小さければ小さいほど、エントロピ生成量も少なくてすむ。ただし、衝撃波角が小さければ、斜め衝撃波による圧力回復の効果も小さくなるため、衝撃波角は１０゜〜６０゜、より好ましくは３０゜〜４０゜の範囲とするのがよい。
【００２９】
第１段ノズル２に対向する斜め衝撃波生成体１３は、第２段ノズル６の外周部に環状の隆起部を設けることにより形成されている。第２段ノズル６に対向する斜め衝撃波生成体１４は、上流側の先端部が円錐形状をなし、下流側の後方部が円錐形状もしくは紡錘形状をしており、放射状に設けられたアーム部材（図示せず）を介してエジェクタ本体１内に固定されている。また、斜め衝撃波生成体１４の第２段ノズル６に対する設置位置は特に限定されない。例えば、円錐部１４ａの先端位置が、図７に示すように第２段ノズル６の噴出口端面位置に一致していてもよいし、下流側へ離れていてもよく、また噴出口内部へ入り込んでいてもよい。
【００３０】
この斜め衝撃波生成体１４により、第２段混合部８はエジェクタ本体１の内周面と斜め衝撃波生成体１４の円錐面とこれに続く円柱面との間に漸次流路が縮小し、ついで平行な環状流路に続く流路形状に形成されている。そして、斜め衝撃波生成体１４の後部の円錐部または紡錘部１４ｂが第２段ディフューザ部９内に配置されて、漸次流路が拡大するラッパ形状の第２段ディフューザ部９に連続している。
【００３１】
本実施形態のエジェクタでは、第１段エジェクタ部１０Ａの第１段ノズル２より一次流体を超音速で噴出させると、その一次流体噴流は斜め衝撃波生成体１３の傾斜面に衝突して斜め衝撃波を発生する。それと同時に第１段ノズル２からの一次流体噴流により二次流体を第１段導入部３から吸引する。斜め衝撃波は、第１段混合部のエジェクタ本体内周面もしくは亜音速である二次流体と斜め衝撃波生成体１３の傾斜面との間で反射を繰り返す。すなわち、吸引された二次流体の流れが壁のように働き、その二次流体との接触面では斜め衝撃波は膨張波を生成し、さらに下流でこれらを繰り返しながら除々に減速していく。一方、一次流体はこのような斜め衝撃波を伴いながら第１段混合部４で二次流体と混合し、第１段混合流体の圧力を第１段混合部４と第１段ディフューザ部５で徐々に高めていく。なお、膨張波の部分は加速されるが、圧力は低くなり、かつエントロピの生成はない。
また、第２段エジェクタ部１０Ｂにおいても、第２段ノズル６からの一次流体噴流が斜め衝撃波生成体１４の傾斜面（円錐面）に衝突して斜め衝撃波を発生するとともに、上述のように昇圧された第１段混合流体を吸引する。そして同様に、この斜め衝撃波は、第２段混合部内周面もしくは亜音速である第１段混合流体と斜め衝撃波生成体１４の円錐面との間で反射を繰り返す。すなわち、吸引された第１段混合流体の流れが壁のように働き、その第１段混合流体との接触面では斜め衝撃波は膨張波を生成し、さらに下流でこれらを繰り返しながら除々に減速していく。一方、一次流体はこのような斜め衝撃波を伴いながら第２段混合部８で第１段混合流体と混合し、第２段混合流体の圧力を第２段混合部８と第２段ディフューザ部９で徐々に高めていく。なお、第２段混合部８においても膨張波の部分は加速されるが、圧力は低くなり、かつエントロピの生成はない。
【００３２】
斜め衝撃波は弱い衝撃波で一次流体の有効エネルギーの低下は僅かであるが、一方で斜め衝撃波通過後の一次流体の静圧は大きく上昇する。したがって、エジェクタ本体１と各斜め衝撃波生成体１３、１４間に形成される各段の混合部４、８において、流路の断面積が漸次縮小するように形成されているため、強い衝撃波（垂直衝撃波に近い衝撃波）の発生を抑制しつつ、一次流体と二次流体の混合流体は、斜め衝撃波によって効率よく圧力が上昇し、マッハ数１以下まで減速する。また、第２段ディフューザ部９では流路の断面積が漸次拡大するように形成されているため、圧力を徐々に回復し、その結果、有効エネルギーの損失は低減されエジェクタの効率が向上する。
さらに、本発明のエジェクタは、一次流体が斜め衝撃波生成体１４の先端円錐部１４ａにより円錐状に分岐するために一次流体と二次流体間の接触面積が大きくなり、一次流体と第１段混合流体との混合が十分に行われる効果もある。また、斜め衝撃波生成体１４は先端部が円錐形状でその下流側も円錐形あるいは紡錘形状となっており、一次流体の乱れを極力抑制している。そのため、一次流体と第１段混合流体の混合過程においても流れの乱れによるエントロピ生成量を抑制でき、よってエジェクタの効率が向上する。
【００３３】
斜め衝撃波生成体は、必ずしも各段のノズル２、ノズル６の全部に対向して設ける必要はないが、少なくとも最終段のノズル６には斜め衝撃波生成体１４を設けることが好ましい。
【００３４】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４におけるエジェクタの概略構成図で、図９は図８のＤ−Ｄ断面図である。
本実施形態では、第２段ノズル６に対向して、自由回転する羽根１５付きの円錐体からなる回転体１６を設けたものである。羽根１５付きの回転体１６は、エジェクタ本体１内に放射状のアーム部材（図示せず）を介して固定された紡錘状部材１７の先端部に回転軸１８により回転自在に支持されている。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００３５】
本実施形態のエジェクタでは、第２段ノズル６からの一次流体噴流によって羽根１５付き回転体１６を自由回転させ、これにより一次流体のらせん流を発生させることができる。これにより、第２段ノズル６からの一次流体噴流によって吸引される第１段混合流体の塊が、一次流体のらせん流の狭間に保持されて流動し、その間にらせん流の一次流体と第１段混合流体とを第２段混合部８で混合させながら第２段ディフューザ部９で第２段混合流体の圧力を昇圧回復させる。
したがって、運動エネルギーから圧力エネルギーへの変換が効率よく行われるため、エントロピの生成が抑制され、エジェクタ効率が向上する効果がある。
【００３６】
実施の形態５．
図１０は、一例として前述の実施形態１によるエジェクタを用いて冷凍サイクルを構成した実施形態を示す概念図である。
エジェクタ１０は、前述のように、エジェクタ本体１内に複数段のエジェクタ部１０Ａ、１０Ｂを有するものとして構成されている。第１段、第２段ノズル２、６は、一次流体供給配管２１を介して一次流体加熱装置２０に接続されている。一次流体加熱装置２０には一次流体を加熱するための、例えば熱交換器２２を備えている。また、蒸発器２４が二次流体供給配管２３を介してエジェクタ１０の第１段導入部３に接続されている。エジェクタ１０の流出側には流出配管２５を介して凝縮器２６が接続されている。凝縮器２６に流入する一次流体と二次流体の混合気は凝縮器２６に接続されている冷却水配管２７により冷却され、凝縮する。凝縮した液は、配管２８を流れ、ポンプ等の一次流体供給装置２９により一次流体加熱装置２０に戻されると同時に、二次流体戻り配管３０、減圧弁３１を介して蒸発器２４に戻る。
蒸発器２４内の二次流体がエジェクタ１０により吸引される際に発生する二次流体の気化熱（蒸発潜熱）により温度低下、すなわち冷凍が発生し、蒸発器２４に接続されている冷熱負荷３２を冷却する。
【００３７】
このエジェクタ１０を用いることにより、上述したようにエジェクタの効率が向上するため、一次流体に対する二次流体の流量比（＝［二次流体流量］／［一次流体流量］）が増大し、冷凍機としての効率（ＣＯＰ）が向上する。
【００３８】
なお、一次流体加熱装置２０に接続されている熱交換器２２の熱源としては、電力や燃料の燃焼によるもののほか、工場排熱や排ガス熱なども利用される。また、一次、二次流体の冷媒としては、水、フロン、アルコール、アンモニア、あるいはこれらの混合物などが利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるエジェクタの概略構成図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】実施の形態１のエジェクタと従来のエジェクタの性能曲線図。
【図５】本発明の実施形態２におけるエジェクタの概略構成図。
【図６】図５のＣ−Ｃ断面図。
【図７】本発明の実施の形態３におけるエジェクタの概略構成図。
【図８】本発明の実施の形態４におけるエジェクタの概略構成図。
【図９】図８のＤ−Ｄ断面図。
【図１０】本発明の冷凍システムの一例を示す概要図。
【符号の説明】
【００４０】
１ エジェクタ本体
２ 第１段ノズル
３ 第１段導入部
４ 第１段混合部
５ 第１段ディフューザ部
６ 第２段ノズル
７ 第２段導入部
８ 第２段混合部
９ 第２段ディフューザ部
１０ エジェクタ
１０Ａ 第１段エジェクタ部
１０Ｂ 第２段エジェクタ部
１１ 導入壁
１２ 導入口
１３、１４ 斜め衝撃波生成体
１５ 羽根、
１６ 回転体
１７ 紡錘状部材
１８ 回転軸
２０ 一次流体加熱装置
２１ 一次流体供給配管
２３ 二次流体供給配管
２４ 蒸発器
２６ 流出配管
２７ 凝縮器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次流体の噴流によって二次流体の吸引および／または昇圧を行うエジェクタにおいて、エジェクタ本体内に複数段のエジェクタ部を有することを特徴とするエジェクタ。
【請求項２】
一次流体の噴流を形成する複数のノズルが前記エジェクタ本体の半径方向と軸方向の両方向にずらして配置されていることを特徴とする請求項１記載のエジェクタ。
【請求項３】
前段のノズルが後段のノズルの外周上に配置されていることを特徴とする請求項２記載のエジェクタ。
【請求項４】
前段のノズルにおける膨張比が後段のノズルにおける膨張比よりも大きくなるように各段のノズルの断面形状が形成されていることを特徴とする請求項２または３記載のエジェクタ。
【請求項５】
少なくとも最終段のノズルに対向して斜め衝撃波生成体が設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のエジェクタ。
【請求項６】
最終段のノズルに対向して、自由回転する羽根付きの円錐体からなる回転体が設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のエジェクタ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のエジェクタを用いて冷凍サイクルを構成したことを特徴とする冷凍システム。
【請求項１】
一次流体の噴流によって二次流体の吸引および／または昇圧を行うエジェクタにおいて、エジェクタ本体内に複数段のエジェクタ部を有することを特徴とするエジェクタ。
【請求項２】
一次流体の噴流を形成する複数のノズルが前記エジェクタ本体の半径方向と軸方向の両方向にずらして配置されていることを特徴とする請求項１記載のエジェクタ。
【請求項３】
前段のノズルが後段のノズルの外周上に配置されていることを特徴とする請求項２記載のエジェクタ。
【請求項４】
前段のノズルにおける膨張比が後段のノズルにおける膨張比よりも大きくなるように各段のノズルの断面形状が形成されていることを特徴とする請求項２または３記載のエジェクタ。
【請求項５】
少なくとも最終段のノズルに対向して斜め衝撃波生成体が設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のエジェクタ。
【請求項６】
最終段のノズルに対向して、自由回転する羽根付きの円錐体からなる回転体が設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のエジェクタ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のエジェクタを用いて冷凍サイクルを構成したことを特徴とする冷凍システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１８３５８６（Ｐ２００６−１８３５８６Ａ）
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７９０６６（Ｐ２００４−３７９０６６）
【出願日】平成１６年１２月２８日（２００４．１２．２８）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２８日（２００４．１２．２８）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
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