JP2005155571A - Ejector and refrigerating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空生成、圧縮、昇圧などに供されるエジェクタに関し、特に一次流体の流れを非定常流とするようにしたエジェクタ、およびこれを用いた冷凍システムに関する。 The present invention relates to an ejector that is used for vacuum generation, compression, pressure increase, and the like, and more particularly, to an ejector that makes a primary fluid flow unsteady and a refrigeration system using the ejector.
従来のエジェクタは、ディフューザ内部に設けられたノズルから一次流体を高速度で噴射することによって低圧の二次流体を吸引し、一次流体と二次流体の間で圧力変換(エネルギー交換)を伴ってディフューザから流出させることにしている。エジェクタを用いて冷凍サイクルを構成する場合には、上記二次流体が液相の状態で入っている蒸発器をエジェクタに接続し、上記二次流体が蒸発・吸引される際に発生する気化熱(蒸発潜熱)により発生する冷熱を利用する。
従来のエジェクタでは、一次流体と二次流体が接する界面において、一次流体の噴流によりせん断的に二次流体を巻き込みつつ混合させるものであるため、つまり吸引過程が一次流体と二次流体の速度差などに起因する両流体間境界領域での乱れや渦による巻き込みに基づいているため、エントロピの増大すなわち有効エネルギーの損失は避けられないものとなっていた。また、高エネルギー状態の一次流体と低エネルギー状態の二次流体が直接混合するため、ここでも有効エネルギーの損失は避けられないものとなっていた。これらの要因により、従来のエジェクタは効率が非常に低いものであった。
A conventional ejector sucks a low-pressure secondary fluid by injecting a primary fluid from a nozzle provided inside the diffuser at a high speed, and involves pressure conversion (energy exchange) between the primary fluid and the secondary fluid. We will let it flow out of the diffuser. When a refrigeration cycle is configured using an ejector, the vaporization heat generated when the secondary fluid is evaporated and sucked by connecting the evaporator containing the secondary fluid in a liquid phase state to the ejector. The cold generated by (evaporation latent heat) is used.
In a conventional ejector, the secondary fluid is sheared and mixed by the jet of the primary fluid at the interface where the primary fluid and the secondary fluid are in contact with each other, that is, the suction process is the difference in velocity between the primary fluid and the secondary fluid. Therefore, entropy increase, that is, loss of effective energy is inevitable because it is based on turbulence and vortex entrainment in the boundary region between both fluids. Moreover, since the primary fluid in a high energy state and the secondary fluid in a low energy state are directly mixed, a loss of effective energy is inevitable here. Due to these factors, the conventional ejector has a very low efficiency.
これらの問題を解決するための手段として、ノズルから噴出される一次流体を非定常流とするエジェクタを本出願人は既に提案している(特許文献1参照)。
特許文献1に開示された発明においては、高エネルギー状態の一次流体と低エネルギー状態の二次流体が直接接触する際、両流体の界面が、それらの流れ方向に対してほぼ鉛直になるように流体を交互に流動させることにより、両流体間のエネルギー授受が可逆的に行われるため、混合に際してのエネルギー損失を低減する効果を狙っている。そのための手段として、一次流体を間欠または脈動状態の非定常流とすることが発明されている。
In the invention disclosed in
特許文献1に開示された発明においては、一次流体の流量を周期的に変化させているので、時間あたりに流れる一次流体の流量は定常的な流れを形成する場合と比較して減少してしまうことが避けられなかった。すなわち、理想的な間欠流が形成された場合には、時間あたりの流量は定常的な流れが形成されている場合の50%程度に減少する。そのため、エネルギーの変換効率は高まるものの、利用できる一次流体流量が減少するため、従来と同等のエネルギーを得るためにはエジェクタ装置を大型化する必要があった。
In the invention disclosed in
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、ノズルより一次流体の非定常流を噴出するようにするとともに、時間あたりの一次流体の流量を大幅に減少させることのないようにした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。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and an unsteady flow of the primary fluid is ejected from the nozzle, and the flow rate of the primary fluid per hour is not significantly reduced. An object is to provide an ejector and a refrigeration system using the ejector.
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、一次流体と二次流体の界面がエジェクタ軸方向に対してほぼ垂直となるように、一次流体の非定常流を噴出する複数のノズルを有するノズルヘッダを備えたことを特徴とする。
ここに、非定常流とは、一次流体の流れが間欠流または脈動流であることをいう。「間欠流」とは、間欠的に流体が一方向に流動する流れをいい、流体の流量が0となる瞬間があるものである。「脈動流」は、流体の流量が主流方向に時間変動する形態で、流量が最小となった瞬間でも0にはならないものを指す。
In the ejector according to the present invention, the primary fluid is sucked and / or pressurized by the jet of the primary fluid, and the primary fluid and the secondary fluid have an interface substantially perpendicular to the ejector axial direction. A nozzle header having a plurality of nozzles for ejecting the unsteady flow is provided.
Here, the unsteady flow means that the flow of the primary fluid is an intermittent flow or a pulsating flow. “Intermittent flow” refers to a flow in which a fluid intermittently flows in one direction, and there is a moment when the flow rate of the fluid becomes zero. “Pulsating flow” refers to a fluid flow rate that fluctuates with time in the main flow direction and does not become zero even at the moment when the flow rate is minimized.
本発明のエジェクタにおいては、ノズルヘッダに、一次流体と二次流体の界面がエジェクタ軸方向に対してほぼ垂直となるように、一次流体の非定常流を噴出する複数のノズルを設けているので、時間あたりの一次流体流量を大幅に減ずるようなことがなく、むしろ利用できる一次流体流量を増加させることが可能となる。そのため、エジェクタ装置の小型化が可能となる。また、各ノズルから噴出する一次流体を非定常流かつ二次流体との界面を流れ方向に鉛直としたことにより、二次流体の吸引・混合時の有効エネルギー損失が低減し、エジェクタの効率が向上する。 In the ejector of the present invention, the nozzle header is provided with a plurality of nozzles for ejecting the unsteady flow of the primary fluid so that the interface between the primary fluid and the secondary fluid is substantially perpendicular to the ejector axial direction. The primary fluid flow rate per hour is not significantly reduced, but rather the available primary fluid flow rate can be increased. Therefore, the ejector device can be downsized. In addition, by making the primary fluid ejected from each nozzle unsteady and the interface with the secondary fluid perpendicular to the flow direction, the effective energy loss during suction and mixing of the secondary fluid is reduced, and the efficiency of the ejector is reduced. improves.
また、本発明のエジェクタにおいては、前記複数のノズルが一次流体の周期的なオン/オフを繰り返すように一次流体制御装置をさらに備えたことを特徴とする。
一次流体制御装置により、各ノズルは周期的な間欠流を発生し、ノズルから噴出される一次流体流量の総和をどの時間においてもほぼ一定になるようにすることができる。
そのためには、前記ノズルヘッダにおいて、前記複数のノズルを全体的に均等に、または同一円周上に均等に配置するのが好ましい。
In the ejector of the present invention, a primary fluid control device is further provided so that the plurality of nozzles repeats periodic on / off of the primary fluid.
With the primary fluid control device, each nozzle generates a periodic intermittent flow, and the sum of the primary fluid flow rates ejected from the nozzles can be made almost constant at any time.
For this purpose, in the nozzle header, it is preferable that the plurality of nozzles be arranged uniformly or evenly on the same circumference.
本発明の冷凍システムは、請求項1乃至3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。
本発明のエジェクタを用いると、ディフーザを通過する流体の流量を減ずることなく、圧力交換が可能であるので、エジェクタの効率が向上し、そのため、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。
The refrigeration system of the present invention is characterized in that a refrigeration cycle is configured by using the ejector according to any one of
When the ejector of the present invention is used, pressure exchange is possible without reducing the flow rate of the fluid passing through the diffuser, thereby improving the efficiency of the ejector. Therefore, the flow rate ratio of the secondary fluid to the primary fluid (= [two Secondary fluid flow rate] / [primary fluid flow rate]) is increased, and the efficiency (COP) of the refrigerator is improved.
以上のように、本発明のエジェクタは、時間あたりの一次流体流量を大幅に減ずることなく圧力交換が可能であるので、有効エネルギーの損失が抑制され、エジェクタ効率が大幅に向上する効果がある。
また、本発明のエジェクタを用いた冷凍システムは、冷熱量を増加させることができるので、冷凍機としての効率(COP)が向上する効果がある。
As described above, the ejector according to the present invention can exchange pressure without significantly reducing the primary fluid flow rate per hour, so that the loss of effective energy is suppressed and the ejector efficiency is greatly improved.
In addition, since the refrigeration system using the ejector of the present invention can increase the amount of cold heat, there is an effect of improving the efficiency (COP) as a refrigerator.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明のエジェクタの基本原理を説明するための概略構成図である。
このエジェクタ1は、複数のノズル2を有するノズルヘッダ3と、ノズルヘッダ3を中心軸上に設置したディフューザ4とから主として構成されている。また、複数のノズル2はノズルヘッダ3において同一円周上に均等に配置されているが、ノズル2の配置や個数等は特に限定されるものではない。5は各ノズル2から噴出する一次流体を非定常流(間欠流または脈動流)として制御するための一次流体制御装置である。この一次流体制御装置5を介してノズルヘッダ3と一次流体加熱装置6とが一次流体供給配管7により接続されている。一次流体加熱装置6にはポンプなどからなる一次流体供給装置8が接続されている。ディフューザ4の二次流体導入部9には二次流体供給配管10の一端が接続され、その配管10の他端は二次流体の供給源である二次流体供給装置11に接続されている。そして、このエジェクタ1内で混合した一次流体、二次流体の吐出流は流出配管12を通して他のプロセスや凝縮器、あるいは大気などへ使用目的に応じて供給、あるいは排出される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining the basic principle of an ejector according to the present invention.
The
図2は本発明における一次流体の流れのパターンを模式的に示したものである。ノズル2は簡便のため2個のノズルを交互に切り替えるものとして説明する。実際には2個以上であればノズルはいくつあってもよい。
上記一次流体制御装置5は、ノズル2a、2bへの流路を交互にON/OFFする。そのため、それぞれのノズル2a、2bより位相をずらしながら一次流体の間欠流(高圧の一次流体塊)14が発生する。
この複数のノズル2a、2bの切り替え作用により、ある時間で現象をとらえた場合、ディフューザ4内には局所的な一次流体の疎密な圧力分布が生じることになる。これらノズル2a、2bの近傍では周期的な疎密な間欠流(高圧の一次流体塊)14が生成されるため、二次流体はこの一次流体の疎密な間欠流(高圧の一次流体塊)14の界面と界面の間に入り込み局所的にエネルギーの可逆的な授受が行われる。しかも、その界面は流体の流れ方向(エジェクタ軸方向)にほぼ鉛直となっているため、有効エネルギーの損失が抑制され、したがってエジェクタの効率が向上する。
さらにまた、一方のノズル2aから一次流体が噴出していない時間には他方のノズル2bから一次流体が噴出しているので、ノズルヘッダ3の全体でみると常に一次流体が噴出していることになり、間欠流による単位時間あたりの一次流体流量を減少させることなく、むしろ増加させることができる。ただし、各ノズルの口径、噴射圧力、噴射時間を適切に設定することが必要である。また、一次流体流量の増加によりエジェクタ1の小型化が可能となる。
FIG. 2 schematically shows the flow pattern of the primary fluid in the present invention. For the sake of simplicity, the
The primary
When the phenomenon is detected in a certain time by the switching action of the plurality of
Furthermore, since the primary fluid is ejected from the
図3は本発明における一次流体制御装置の一構成例を示す図で、図4はノズルヘッダの正面図、図5はシャッター機構のシャッターの正面図である。
この例では、一次流体制御装置5をノズルヘッダ3内で回転するシャッター機構15として構成したものである。シャッター機構15は、回転軸16にシャッター17を取り付け、この回転軸16を図示しない駆動モータで回転することにより、ノズル2への流路をON/OFFする。ノズル2はノズルヘッダ3において同一円周上に均等に配置されており、ノズル2の数はこの例では8個としており、そのうちの4個のノズル2への流路が同時にON/OFFするようにシャッター17に切欠き状の開口部18(図5参照)、または貫通孔19(図3参照)が設けられている。
したがって、このシャッター17が1回転することにより、1つ1つのノズル2は4回のON/OFFを行うので、4周期分の間欠流を発生することができ、一次流体流量の総和をどの時間においてもほぼ一定にすることができる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the primary fluid control device according to the present invention, FIG. 4 is a front view of the nozzle header, and FIG. 5 is a front view of the shutter of the shutter mechanism.
In this example, the primary
Therefore, when the
図6は本発明における一次流体制御装置の別の構成例を示す図である。この例では、一次流体制御装置5を各々のノズル2の流路の開閉を行う電磁弁切替装置20として構成したものである。ノズル2はノズルヘッダ3において全体的に均等に配置されている。各ノズル2の流路には電磁弁21が取り付けられ、それらの上流側は前記一次流体供給配管7に集合している。そして、外部の電磁弁制御コントローラ22によって電磁弁21を順次1つずつ、または複数同時に、切り替えることにより、各々のノズル2が間欠流を発生する。
FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of the primary fluid control device in the present invention. In this example, the primary
一次流体制御装置としては、上記の構成例のほかに、特許文献1に開示された、一次流体供給配管内に設けた内管の周期的加熱制御方式(バブル方式)、一次流体供給装置の周期的供給制御方式(ダイヤフラムポンプ等のポンプ方式)、一次流体加熱装置への高電場の周期的印加制御方式などを利用することができ、また、一次流体供給をスイッチングを行う流体素子により制御する方式を利用することもできる。
As the primary fluid control device, in addition to the above configuration example, the periodic heating control method (bubble method) of the inner pipe provided in the primary fluid supply pipe disclosed in
図7は本発明のエジェクタの別の構成例を示す図である。この図に示すように、ノズルヘッダ3と一次流体制御装置5は、二次流体導入部9の後端壁9aを挟んで内外に設置することもできる。このように構成することにより、一次流体制御装置5を外部に設置できるので、エジェクタ内部の構成が簡潔となり、設計やメンテナンスが容易となる。
FIG. 7 is a diagram showing another configuration example of the ejector of the present invention. As shown in this figure, the
図8は本発明のエジェクタを用いて冷凍サイクルを構成した実施形態の一例を示す概要図である。
エジェクタ1は、複数のノズル2を設けたノズルヘッダ3、ディフューザ4、一次流体制御装置5により主として構成される。ノズルヘッダ3は、一次流体制御装置5を介して、一次流体供給配管7により一次流体加熱装置6、一次流体供給装置8に接続されている。また、エジェクタ1は二次流体供給配管10を介して蒸発器31に接続されている。エジェクタ1の流出側には流出配管12を介して凝縮器32が接続されている。凝縮器32に流入する一次流体と二次流体の混合気は凝縮器32に接続されている冷却水配管33により冷却され、凝縮する。凝縮した液は、配管34を流れ、一次流体供給装置8により一次流体加熱装置6に戻されると同時に、二次流体戻り配管35、減圧弁36を介して蒸発器31に戻る。
蒸発器31内の二次流体がエジェクタ1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31に接続されている冷熱負荷37を冷却する。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of an embodiment in which a refrigeration cycle is configured using the ejector of the present invention.
The
A temperature drop, that is, refrigeration occurs due to vaporization heat (evaporation latent heat) of the secondary fluid generated when the secondary fluid in the evaporator 31 is sucked by the
このエジェクタ1を用いることにより、上述したようにディフューザ4を通過する流体の吐出量を減ずることなく、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、つまり冷熱量が増大するため、冷凍機としての効率(COP)が向上する。
By using this
なお、一次流体加熱装置6に接続されている熱交換器38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、炭化水素系冷媒、あるいはこれらの混合物などが利用可能である。
In addition, as a heat source of the
1 エジェクタ、2 ノズル、3 ノズルヘッダ、4 ディフューザ、5 一次流体制御装置、6 一次流体加熱装置、7 一次流体供給配管、8 一次流体供給装置、9 二次流体導入部、10 二次流体供給配管、11 二次流体供給装置、12 流出配管、14 間欠流(高圧の一次流体塊)、15 シャッター機構、16 回転軸、17 シャッター、20 電磁弁切替装置、21 電磁弁、22 電磁弁制御コントローラ、31 蒸発器、32 凝縮器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
A refrigeration system comprising a refrigeration cycle using the ejector according to any one of claims 1 to 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003398750A JP2005155571A (en) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | Ejector and refrigerating system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003398750A JP2005155571A (en) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | Ejector and refrigerating system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005155571A true JP2005155571A (en) | 2005-06-16 |
Family
ID=34723510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2003398750A Withdrawn JP2005155571A (en) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | Ejector and refrigerating system |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005155571A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011179333A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Honda Motor Co Ltd | Fuel circulating device |
WO2022112424A1 (en) | 2020-11-26 | 2022-06-02 | Cellcentric Gmbh & Co. Kg | Anode circuit |
-
2003
- 2003-11-28 JP JP2003398750A patent/JP2005155571A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
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JP2011179333A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Honda Motor Co Ltd | Fuel circulating device |
WO2022112424A1 (en) | 2020-11-26 | 2022-06-02 | Cellcentric Gmbh & Co. Kg | Anode circuit |
DE102020007228A1 (en) | 2020-11-26 | 2022-06-02 | Cellcentric Gmbh & Co. Kg | anode circuit |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070206 |