JP2005264747A - Ejector, its operation method, and refrigerating system - Google Patents

Ejector, its operation method, and refrigerating system Download PDF

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JP2005264747A JP2004074433A JP2004074433A JP2005264747A JP 2005264747 A JP2005264747 A JP 2005264747A JP 2004074433 A JP2004074433 A JP 2004074433A JP 2004074433 A JP2004074433 A JP 2004074433A JP 2005264747 A JP2005264747 A JP 2005264747A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ejector and its operation method for minimizing reduction in efficiency of the ejector occurring when the total pressure of a secondary fluid is changed to alienate an operation point from a design point. <P>SOLUTION: In the ejector 10, the secondary fluid is sucked and/or pressurized by jet-stream of a primary fluid. An internal structure 5 is provided at the position opposing to a nozzle 2 discharging the primary fluid. The internal structure 5 has a conical tip directing to the nozzle, and a spindle or a nearly spindle shaped rear continuing from the conical shape. A mixing part 8a of the primary and the secondary fluids and a pressure-recovering part 8b of the mixture fluid are provided in the flow path between a diffuser 1 and the internal structure 5. The conical part of the tip end of the internal structure 5 is enclosed in a nozzle hole 2a of the nozzle 2, and the relative position of the nozzle 2 to the internal structure 5 is variable during the ejector operation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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及びその運転方法並びにこのエジェクタを用いた冷凍システムに関する。   The present invention relates to an ejector used for vacuum generation, compression, boosting, and the like, an operating method thereof, and a refrigeration system using the ejector.

従来のエジェクタは、ノズルとディフューザを備え、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が混合後、ディフューザによって昇圧され流出させることにしている。また、このような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。
通常、エジェクタは、一次流体と二次流体の総圧ならびにディフューザ出口圧を基準に、ノズル、ディフューザなどの構成要素が設計される。
しかし、実際の運転時には二次流体の総圧が変化することが想定されるが、この場合二次流体の総圧が設計ポイントからずれるとエジェクタの効率は急激に低下する。この理由として、ノズル出口位置で一次流体が完全膨張でなくなることがあげられる。
A conventional ejector includes a nozzle and a diffuser, and sucks a low-pressure secondary fluid by ejecting the primary fluid from the nozzle at a high speed. After the primary fluid and the secondary fluid are mixed, the pressure is increased by the diffuser and discharged. ing. When a refrigeration cycle is configured using such an ejector, an evaporator containing the secondary fluid in a liquid phase is connected to the ejector, and the secondary fluid is evaporated and sucked. The cold generated by the heat of vaporization (latent heat of vaporization) is utilized.
In general, an ejector is designed with components such as a nozzle and a diffuser based on the total pressure of the primary fluid and the secondary fluid and the diffuser outlet pressure.
However, it is assumed that the total pressure of the secondary fluid changes during actual operation. In this case, if the total pressure of the secondary fluid deviates from the design point, the efficiency of the ejector decreases rapidly. This is because the primary fluid is not completely expanded at the nozzle outlet position.

そこで、例えば特許文献1ではノズルの位置がディフューザのスロート部に対して制御自在の構造とし、二次流体の総圧によってノズルの位置を可変にする方法がとられている。しかし、この方法ではノズルののど部と出口の断面積は変化しないので、一次流体の膨張割合は同一であり、ノズル出口位置で一次流体が完全膨張でなくなってしまった場合にはエジェクタの効率低下は避けられないことになる。
一次流体の膨張割合を変化させる他の方法としては、例えば特許文献2が知られている。これは、ノズル内部にのど部から出口まで伸びる棒状のニードルを設け、ニードルの位置を調整することによって、のど部の開度とノズル出口の開度を共に可変とするものである。つまり、一次流体と二次流体が混合しその混合流体が圧力回復する機能をもつディフューザは、通常、一次流体、二次流体の総流量が最大時に適した形状に設計されているが、特許文献2のように一次流体の流量をのど部の開度で減少させると、一次流体と二次流体の総流量は大幅に低下するため、流体の通路断面積が大きくなりすぎることになる。その結果、ディフューザ内に渦や逆流が形成され、これらによりエントロピ生成が増大し、エジェクタの効率が急激に低下する課題が残る。
Therefore, for example, Patent Document 1 adopts a method in which the nozzle position is controllable with respect to the throat portion of the diffuser, and the nozzle position is made variable by the total pressure of the secondary fluid. However, this method does not change the cross-sectional area of the nozzle throat and outlet, so the expansion ratio of the primary fluid is the same, and the efficiency of the ejector decreases if the primary fluid stops being fully expanded at the nozzle outlet position. Will be inevitable.
For example, Patent Document 2 is known as another method for changing the expansion ratio of the primary fluid. In this method, a rod-shaped needle extending from the throat to the outlet is provided inside the nozzle, and the opening of the throat and the nozzle outlet are both made variable by adjusting the position of the needle. In other words, a diffuser having a function of mixing a primary fluid and a secondary fluid and recovering the pressure of the mixed fluid is usually designed in a shape suitable for a maximum total flow rate of the primary fluid and the secondary fluid. If the flow rate of the primary fluid is decreased by the opening of the throat as in 2, the total flow rate of the primary fluid and the secondary fluid is significantly reduced, and the passage cross-sectional area of the fluid becomes too large. As a result, vortices and backflows are formed in the diffuser, which increases entropy generation and leaves the ejector efficiency abruptly reduced.

一方、例えば特許文献3に開示されているエジェクタは、圧力交換と呼ばれる一次流体と二次流体の可逆的なエネルギー交換の現象を用いることで、エントロピ生成が抑制されエジェクタ効率が向上する技術であるが、二次流体の総圧が低下して運転ポイントが設計ポイントと乖離した際のエジェクタ効率の低下を回避する対策は施されていない。   On the other hand, for example, the ejector disclosed in Patent Document 3 is a technique that suppresses entropy generation and improves ejector efficiency by using a phenomenon of reversible energy exchange between a primary fluid and a secondary fluid called pressure exchange. However, no measures are taken to avoid a decrease in ejector efficiency when the total pressure of the secondary fluid decreases and the operating point deviates from the design point.

特開2002−130200号公報JP 2002-130200 A 特開2004−44412号公報JP 2004-44412 A 米国特許第6138456号明細書US Pat. No. 6,138,456

上述したように、ディフューザ形状を一定に保ったまま、ノズル出口とのど部の断面積を変化させて流量を制御する方法では、エジェクタの効率の著しい低下を伴うため、現実的ではなく、ノズルのど部の断面積を一定として二次側の流体の総圧の変化に対応するのが現実的である。   As described above, the method of controlling the flow rate by changing the cross-sectional area of the throat portion with the nozzle outlet while keeping the diffuser shape constant is accompanied by a significant decrease in the efficiency of the ejector. It is realistic to keep the cross-sectional area of the part constant and to cope with the change in the total pressure of the fluid on the secondary side.

本発明は、このような観点からなされたもので、二次流体の総圧が変化して運転ポイントが設計ポイントと乖離した際に生じるエジェクタ効率の低下を最小限とするエジェクタ及びその運転方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made from such a viewpoint, and an ejector that minimizes a decrease in ejector efficiency that occurs when the total pressure of the secondary fluid changes and the operating point deviates from the design point. It is intended to provide.

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、一次流体を噴出するノズルに対向する位置に、ノズル側を向く先端部が円錐形状で、この円錐形状に連続して後方部を紡錘形状またはこれに類似する形状とした内部構造物を設け、ディフューザは前記内部構造物との間の流路に一次流体と二次流体の混合部と混合流体の圧力回復部とを有し、前記ノズルの噴出口に前記内部構造物の先端部円錐部が内包され、運転時に前記ノズルと前記内部構造物との相対位置を可変とすることを特徴とする。   An ejector according to the present invention is an ejector that sucks and / or pressurizes a secondary fluid by a jet of a primary fluid, and has a conical tip at a position facing a nozzle that ejects the primary fluid. An internal structure having a conical shape and a rear portion having a spindle shape or a shape similar thereto is provided, and the diffuser has a primary fluid / secondary fluid mixing portion and a mixed fluid in a flow path between the inner structure and the diffuser. And a pressure cone of the nozzle, the tip of the internal structure is included in the nozzle outlet, and the relative position between the nozzle and the internal structure is variable during operation. .

このように構成することにより、ノズルのど部の断面積は一定のままで、ノズル出口断面積を最適値に制御することができるため、二次流体の総圧が変化して運転ポイントが設計ポイントと乖離した際でもエジェクタ効率の低下を抑制し高効率に保つことが可能となる。   By configuring in this way, the nozzle throat cross-sectional area remains constant and the nozzle outlet cross-sectional area can be controlled to the optimum value, so the total pressure of the secondary fluid changes and the operating point becomes the design point. Even when it deviates, it is possible to suppress a decrease in ejector efficiency and maintain high efficiency.

また、本発明のエジェクタは、二次流体の圧力もしくは温度または流量を計測する検出器を前記ディフューザに設け、該検出器の計測値に基づいて前記ノズルと前記内部構造物との相対位置を可変とする駆動手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
一次流体のノズル出口圧力は一次流体供給部の総圧とノズルのど部の断面積およびノズル出口断面積がわかれば近似的に計算で算出できるので、二次流体の圧力や温度、あるいは流量を計測することにより、ノズル出口位置の一次流体の圧力と二次流体の圧力を等しくするように制御することができる。
In the ejector of the present invention, a detector for measuring the pressure, temperature or flow rate of the secondary fluid is provided in the diffuser, and the relative position between the nozzle and the internal structure is variable based on the measured value of the detector. Control means for controlling the driving means is provided.
Since the primary fluid nozzle outlet pressure can be calculated approximately by knowing the total pressure of the primary fluid supply section, the cross-sectional area of the nozzle throat and the nozzle outlet cross-sectional area, the pressure, temperature, or flow rate of the secondary fluid can be measured. By doing so, the pressure of the primary fluid and the pressure of the secondary fluid can be controlled to be equal to each other at the nozzle outlet position.

また、本発明のエジェクタでは、前記内部構造物の先端部円錐部を羽根付き回転体としてもよい。
内部構造物の先端部円錐部を羽根付き回転体としても上記と同様の効果を奏する。
Further, in the ejector according to the present invention, the tip cone portion of the internal structure may be a bladed rotating body.
The same effect as described above can be obtained even if the tip cone portion of the internal structure is a winged rotor.

本発明のエジェクタの運転方法は、請求項1乃至3のいずれかに記載のエジェクタを運転するにあたって、ノズル出口で一次流体と二次流体が接する際の両流体の圧力を等しくするように前記ノズルと前記内部構造物との相対位置を制御する。
エジェクタの運転中に運転条件が変化した場合でも、ノズルと内部構造物との相対位置を適切に制御することにより、エジェクタ効率を高効率に保つことができる。
According to an ejector operating method of the present invention, when the ejector according to any one of claims 1 to 3 is operated, the pressure of both the fluids when the primary fluid and the secondary fluid come into contact with each other at the nozzle outlet is equalized. And the relative position of the internal structure is controlled.
Even when operating conditions change during operation of the ejector, the ejector efficiency can be kept high by appropriately controlling the relative position between the nozzle and the internal structure.

したがって、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することにより、冷凍機としての効率(COP)を向上させることが可能である。   Therefore, by configuring the refrigeration cycle using the ejector according to any one of claims 1 to 3, it is possible to improve the efficiency (COP) as a refrigerator.

以上のように、本発明のエジェクタは、ノズル位置と内部構造物との相対位置を制御することにより、運転中は一次流体が常に完全膨張に近い状態となるため、運転条件が変化した際もエジェクタ効率を高く保つことができる。さらに、ノズルのど部の断面積は一定であるため、一次流体の流量を減少させる特許文献2に記載の方法に比べて、一次流体と二次流体の総流量の減少幅は少なくて済み、これによって起こり得るエジェクタ効率の低下を抑制できる。   As described above, the ejector of the present invention controls the relative position between the nozzle position and the internal structure, so that the primary fluid is always close to full expansion during operation. Ejector efficiency can be kept high. Furthermore, since the cross-sectional area of the nozzle throat is constant, the amount of decrease in the total flow rate of the primary fluid and the secondary fluid can be reduced compared to the method described in Patent Document 2 in which the flow rate of the primary fluid is reduced. Therefore, it is possible to suppress a decrease in ejector efficiency that may occur.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明のエジェクタの概略構成図である。図2は図1のA部すなわちノズル移動機構の拡大断面図である。
このエジェクタ10は、ディフューザ1と、ディフューザ1の内部に移動可能に設けられたノズル2と、ノズル2に対向する位置に配設され、羽根3付き回転体4を保持する内部構造物5と、ノズルガイド6と、ノズル2を移動させるモータ7とから主に構成されている。
ディフューザ1は上流側に導入部11を有し、この導入部11内に上記ノズルガイド6が取り付けられている。一次流体の供給源である一次流体供給部12は一次流体供給配管13を介してノズルガイド6に接続されている。二次流体の供給源である二次流体供給部14は二次流体供給配管15を介してディフューザ1の導入部11に接続されている。ディフューザ1は混合流体流出配管16を介して他のプロセス、凝縮器、あるいは大気などへ接続されている。一次流体供給部12は、例えばボイラや加熱器などからなり、蒸気または気相状態の一次流体をノズル2に供給する。二次流体供給部14は、例えば蒸発器や真空装置などからなり、蒸気または気相状態の二次流体をディフューザ1に供給する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ejector according to the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the portion A in FIG. 1, that is, the nozzle moving mechanism.
The ejector 10 includes a diffuser 1, a nozzle 2 that is movably provided inside the diffuser 1, an internal structure 5 that is disposed at a position facing the nozzle 2, and that holds a rotating body 4 with blades 3; It is mainly composed of a nozzle guide 6 and a motor 7 for moving the nozzle 2.
The diffuser 1 has an introduction portion 11 on the upstream side, and the nozzle guide 6 is attached in the introduction portion 11. A primary fluid supply unit 12 serving as a primary fluid supply source is connected to the nozzle guide 6 via a primary fluid supply pipe 13. A secondary fluid supply unit 14 that is a supply source of the secondary fluid is connected to the introduction unit 11 of the diffuser 1 through a secondary fluid supply pipe 15. The diffuser 1 is connected to another process, a condenser, the atmosphere, or the like via a mixed fluid outlet pipe 16. The primary fluid supply unit 12 includes, for example, a boiler or a heater, and supplies steam or a primary fluid in a gas phase state to the nozzle 2. The secondary fluid supply unit 14 includes, for example, an evaporator or a vacuum device, and supplies the secondary fluid in a vapor or gas phase state to the diffuser 1.

次に、ノズル2と内部構造物5との相対位置を可変にする機構の一例を図2に示す。ここでは、一次流体を噴出するノズル2が、ノズルガイド6に対して、回転することなく直線的に移動するように設けられている。すなわち、図2に示す構成例では、ノズルガイド6は前部と後部に2分割されており、分割されたノズルガイド6の後部内部にモータ7を収納したモータハウジング20が取り付けられている。そして、ノズル2の移動手段は、駆動手段として例示されるモータ7によって回転するネジ機構21により構成されており、このネジ機構21は、モータ軸22にカップリング23を介して取り付けられたネジ軸24と、ノズル2に固定ステー25を介して取り付けられたネジ筒26とからなり、ネジ軸24の雄ネジ部とネジ筒26内の雌ネジ部を螺合させてなる構成である。また、ノズル2の回転防止のために、ノズル2上に設けた突起27をノズルガイド6の分割された前部内面にエジェクタ軸と平行に設けたガイド溝28に係合させている。なお、図2において、29は、分割されたノズルガイド6の前部とノズル2の間に装着されたシール部材、30はモータハウジング20の固定ステー、31はモータ7の固定ネジ、32はモータケーブルである。また、上記の固定ステー25、30は一次流体の流れを妨げないような流線形をした棒状の部材であり、複数半径方向に配設されている。   Next, an example of a mechanism for changing the relative position between the nozzle 2 and the internal structure 5 is shown in FIG. Here, the nozzle 2 that ejects the primary fluid is provided so as to move linearly with respect to the nozzle guide 6 without rotating. That is, in the configuration example shown in FIG. 2, the nozzle guide 6 is divided into two parts, a front part and a rear part, and a motor housing 20 that houses a motor 7 is attached inside the rear part of the divided nozzle guide 6. The moving means of the nozzle 2 is constituted by a screw mechanism 21 that is rotated by a motor 7 exemplified as a driving means. The screw mechanism 21 is a screw shaft attached to the motor shaft 22 via a coupling 23. 24 and a screw cylinder 26 attached to the nozzle 2 via a fixed stay 25, and the male screw part of the screw shaft 24 and the female screw part in the screw cylinder 26 are screwed together. Further, in order to prevent the nozzle 2 from rotating, a protrusion 27 provided on the nozzle 2 is engaged with a guide groove 28 provided on the inner surface of the divided front portion of the nozzle guide 6 in parallel with the ejector shaft. In FIG. 2, 29 is a seal member mounted between the front part of the divided nozzle guide 6 and the nozzle 2, 30 is a fixing stay of the motor housing 20, 31 is a fixing screw of the motor 7, and 32 is a motor. It is a cable. The fixed stays 25 and 30 are stream-like rod-shaped members that do not hinder the flow of the primary fluid, and are arranged in a plurality of radial directions.

上述の内部構造物5は、上流側に円錐形状の回転体4を有し、下流側部分は紡錘形状またはこれに類似する形状とされており、ディフューザ1との間の環状流路に、一次流体と二次流体の混合部8aと混合流体の圧力回復部8bとを形成する。この内部構造物5は流線形をした棒状の部材からなる複数の固定ステー33によりディフューザ1内部に取り付けられている。
円錐形状の回転体4は回転軸34により内部構造物5の本体部に回転自在に支持されており、回転体4を形成する先端部円錐部はノズル2の末広状の噴出口2a(ノズル出口とも呼ぶ)に内包されるように配置されている。つまり、円錐部の先端4aはノズル出口位置もしくはその近傍に配置されている。また、回転体4には複数の羽根3が取り付けられ、自由回転するようになっている。なお、円錐形状の回転体4に代えて、内部構造物5の先端部を図4に示すように、回転しない単なる円錐部としてもよい。
さらにまた、図4に示すように、モータ7あるいは油圧シリンダ等の駆動手段をディフューザ1の導入部11の外壁面に取り付けることによりノズル2を前進または後退させてもよい。ノズル2の駆動手段をディフューザ1の外部に設置することによりノズル移動機構が簡単に構成することができる。
The internal structure 5 described above has a conical rotator 4 on the upstream side, and the downstream portion has a spindle shape or a similar shape to the primary flow passage in the annular flow path between the diffuser 1 and the primary structure. A fluid and secondary fluid mixing portion 8a and a mixed fluid pressure recovery portion 8b are formed. The internal structure 5 is attached to the inside of the diffuser 1 by a plurality of fixed stays 33 made of a streamlined rod-like member.
The conical rotator 4 is rotatably supported by the main body portion of the internal structure 5 by a rotating shaft 34, and the distal end conical portion forming the rotator 4 has a divergent spout 2 a (nozzle outlet) of the nozzle 2. It is arranged so that it may be included. That is, the tip 4a of the conical portion is arranged at or near the nozzle outlet position. A plurality of blades 3 are attached to the rotating body 4 so as to freely rotate. Instead of the conical rotator 4, the tip of the internal structure 5 may be a simple conical portion that does not rotate as shown in FIG.
Furthermore, as shown in FIG. 4, the nozzle 2 may be moved forward or backward by attaching a driving means such as a motor 7 or a hydraulic cylinder to the outer wall surface of the introduction portion 11 of the diffuser 1. By installing the driving means for the nozzle 2 outside the diffuser 1, the nozzle moving mechanism can be easily configured.

また、一次流体供給部12にはその総圧を測定する圧力計41が取り付けられ、ディフューザ1には、二次流体の圧力を測定する圧力計42が取り付けられる。これらの圧力計41、42による各圧力の測定信号は、エジェクタ10の運転を制御する制御手段43に送られ、制御手段43は、後述するようにノズル出口位置における一次流体の圧力と二次流体の圧力が等しくなるようにモータ7を制御する。   In addition, a pressure gauge 41 that measures the total pressure is attached to the primary fluid supply unit 12, and a pressure gauge 42 that measures the pressure of the secondary fluid is attached to the diffuser 1. The pressure measurement signals from these pressure gauges 41 and 42 are sent to a control means 43 for controlling the operation of the ejector 10, and the control means 43, as will be described later, the pressure of the primary fluid and the secondary fluid at the nozzle outlet position. The motor 7 is controlled so that the pressures are equal.

図3は、この制御系の一例を示すブロック図である。ノズルのど部2bの流路断面積とノズル出口2aの流路断面積から、ノズル出口のマッハ数が近似計算できるので、ノズル出口の一次流体の圧力はノズル出口のマッハ数と一次流体供給部12の総圧から算出できる。ノズル出口の流路断面積は、内部構造物5がノズル2に内包されているので、ノズル2と内部構造物5の相対位置によって変化させることが可能であり、その値は内部構造物の先端部形状とノズル位置の関数で表される。
一方、二次流体の圧力は図1に示した圧力計42で計測する。圧力計42は通常ある一点に固定されている。ノズル位置が可変の場合は、測定点がノズル出口位置と一致するとは限らないので、圧力の測定値はノズル出口位置での値に補正する必要がある。圧力測定点とノズル出口位置での圧力の補正は、この間の流れを等エントロピと仮定し、二次流体の総圧と、ノズルの位置と二次流体の導入部(ここでは、ディフューザ1のくびれ部1a)の形状から求まる二次流体の流路断面積、一次・二次流体の比熱比から計算により補正することができる。あるいは、ノズル出口位置と圧力測定点の相対変位が通常小さいことから、ノズル出口位置における圧力を圧力測定点で近似しても支障はない。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of this control system. Since the Mach number at the nozzle outlet can be approximately calculated from the flow passage cross-sectional area of the nozzle throat 2b and the flow passage cross-sectional area of the nozzle outlet 2a, the pressure of the primary fluid at the nozzle outlet is determined by the Mach number at the nozzle outlet and the primary fluid supply unit 12. It can be calculated from the total pressure. The flow path cross-sectional area of the nozzle outlet can be changed depending on the relative position between the nozzle 2 and the internal structure 5 because the internal structure 5 is included in the nozzle 2, and the value is the tip of the internal structure. It is expressed as a function of the part shape and the nozzle position.
On the other hand, the pressure of the secondary fluid is measured by the pressure gauge 42 shown in FIG. The pressure gauge 42 is usually fixed at a certain point. When the nozzle position is variable, the measurement point does not always coincide with the nozzle outlet position, so the measured pressure value needs to be corrected to the value at the nozzle outlet position. The correction of the pressure at the pressure measurement point and the nozzle outlet position assumes that the flow between them is isentropic, the total pressure of the secondary fluid, the position of the nozzle and the inlet of the secondary fluid (here, the constriction of the diffuser 1) It can be corrected by calculation from the cross-sectional area of the secondary fluid obtained from the shape of the part 1a) and the specific heat ratio of the primary and secondary fluids. Alternatively, since the relative displacement between the nozzle outlet position and the pressure measurement point is usually small, there is no problem even if the pressure at the nozzle outlet position is approximated by the pressure measurement point.

図3に示すように、この(補正された)二次流体の圧力の測定値を目標値として、ノズル出口の一次流体の圧力の近似計算値が目標値になるようにモータ7に制御信号を出力してノズル位置を調整するフィードバック制御を行う。具体的には二次流体の(補正された)圧力が一次流体の計算でも求まるノズル出口圧力よりも高い場合は、一次流体のノズル内での膨張を小さくするために、ノズル2を内部構造物5の方向に移動させ、二次流体の補正された圧力が一次流体の計算で求まるノズル出口圧力よりも低い場合は、この逆となりノズル2を内部構造物5より開離する方向に移動させる。   As shown in FIG. 3, a control signal is sent to the motor 7 so that the approximate calculated value of the pressure of the primary fluid at the nozzle outlet becomes the target value with the measured value of the pressure of the (corrected) secondary fluid as a target value. Perform feedback control to output and adjust nozzle position. Specifically, when the pressure of the secondary fluid (corrected) is higher than the nozzle outlet pressure obtained by calculation of the primary fluid, in order to reduce the expansion of the primary fluid in the nozzle, the nozzle 2 is connected to the internal structure. When the corrected pressure of the secondary fluid is lower than the nozzle outlet pressure obtained by the calculation of the primary fluid, the opposite is true and the nozzle 2 is moved away from the internal structure 5.

次に、このエジェクタ10の動作を説明する。一次流体供給部12から一次流体供給配管13を通じてノズルガイド6内に供給された一次流体は、モータハウジング20とノズルガイド6間の環状流路を通り、さらにノズル2とネジ筒26間の環状流路を通り、ノズル2先端の噴出口2aより高速度で噴出する。二次流体は、一次流体の噴出による負圧によりディフューザ1内に吸引される。一次流体と二次流体は、ディフューザ1と内部構造物5の間の混合部8aで混合され、さらに圧力回復部8bを通過する間に速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して流出する。
このとき、二次流体の総圧の変化によりエジェクタ10の運転ポイントが設計ポイントより乖離するとエジェクタ効率が著しく低下するので、ノズル移動機構を作動させてノズル出口位置を調整することにしている。すなわち、このノズル移動機構では、ノズル2は、モータ軸22の回転によってカップリング23を介して取り付けられたネジ軸24が回転し、ノズルガイド6のガイド溝28とこの溝28に係合するノズル2の突起27とにより、ネジ軸24に螺合しているネジ筒26を直線的に前進、または後退させることができるので、これによってノズル2を内部構造物5の円錐形状の回転体4に向かって前進、または後退させることができる。
そのため、ノズルのど部2bの流路断面積は一定のままで、ノズル出口2aの一次流体の流路断面積を最適値に変化させることができ、ノズル出口位置の一次流体の圧力と二次流体の圧力を常に等しくするよう制御することができる。
Next, the operation of the ejector 10 will be described. The primary fluid supplied from the primary fluid supply unit 12 into the nozzle guide 6 through the primary fluid supply pipe 13 passes through the annular flow path between the motor housing 20 and the nozzle guide 6, and further flows between the nozzle 2 and the screw cylinder 26. It passes through the path and jets at a higher speed than the jet outlet 2a at the tip of the nozzle 2. The secondary fluid is sucked into the diffuser 1 by the negative pressure due to the ejection of the primary fluid. The primary fluid and the secondary fluid are mixed in the mixing portion 8a between the diffuser 1 and the internal structure 5, and further, the velocity energy is converted into pressure energy and flows out while passing through the pressure recovery portion 8b.
At this time, if the operating point of the ejector 10 deviates from the design point due to a change in the total pressure of the secondary fluid, the ejector efficiency is remarkably lowered. Therefore, the nozzle moving mechanism is operated to adjust the nozzle outlet position. That is, in this nozzle moving mechanism, the nozzle 2 is a nozzle that engages with the guide groove 28 of the nozzle guide 6 and the groove 28 by rotating the screw shaft 24 attached via the coupling 23 by the rotation of the motor shaft 22. 2, the screw cylinder 26 screwed into the screw shaft 24 can be linearly advanced or retreated, whereby the nozzle 2 is made into the conical rotor 4 of the internal structure 5. It can be moved forward or backward.
Therefore, the flow passage cross-sectional area of the nozzle throat portion 2b remains constant, and the flow passage cross-sectional area of the primary fluid of the nozzle outlet 2a can be changed to an optimum value. It is possible to control so that the pressure is always equal.

したがって、このエジェクタ10によれば、一次流体を噴出させるノズル2の位置と、ノズル2に対向する位置に配設された内部構造物5の先端部円錐部との相対位置を可変とすることにより、ノズルのど部断面積が一定のままで、ノズル出口の流路断面積を適切に可変とすることができるため、エジェクタの運転中に、二次流体の総圧が変化して運転条件が変化した場合でも、ノズル出口で一次流体と二次流体が接する際の両流体の圧力を等しく(完全膨張)するように制御することができるので、簡単にエジェクタ効率の低下を抑制することができ、常に高効率を保つことができる。   Therefore, according to the ejector 10, the relative position between the position of the nozzle 2 from which the primary fluid is ejected and the tip cone portion of the internal structure 5 disposed at a position facing the nozzle 2 is variable. Because the nozzle throat cross-sectional area remains constant and the flow path cross-sectional area of the nozzle outlet can be appropriately varied, the total operating pressure of the secondary fluid changes during operation of the ejector. Even in this case, it is possible to control so that the pressures of both the fluids at the time of contact between the primary fluid and the secondary fluid at the nozzle outlet are equal (complete expansion), so it is possible to easily suppress a decrease in ejector efficiency. High efficiency can always be maintained.

なお、上記の説明では検出器として圧力計を想定しているが、圧力計に代わって温度計でもよい。また、圧力や温度を計測せずに、二次流体の流量を計測してこの値が最大となるように制御してもよい。
さらに、ノズル2を固定して内部構造物5を可変とする構造にしてもよい。この場合は検出器をノズル出口断面に設置できるので二次流体の圧力を補正する必要がない。
In the above description, a pressure gauge is assumed as the detector, but a thermometer may be used instead of the pressure gauge. Further, the flow rate of the secondary fluid may be measured without measuring the pressure and temperature, and control may be performed so that this value becomes maximum.
Furthermore, the nozzle 2 may be fixed and the internal structure 5 may be variable. In this case, since the detector can be installed on the nozzle outlet cross section, there is no need to correct the pressure of the secondary fluid.

図5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。
ここでは、エジェクタ10およびノズル移動機構並びに制御装置として、図1乃至図3に示したものを用いている。また、一次流体供給部は加熱器51で構成され、加熱器51は一次流体供給配管13を介してノズルガイド6に接続されている。二次流体供給部は蒸発器52で構成され、蒸発器52は二次流体供給配管15を介してディフューザ1の導入部11に接続されている。混合流体流出配管16は凝縮器53に接続されている。また、加熱器51と凝縮器53とを接続する配管54にはポンプ、あるいは電磁弁等からなる一次流体供給制御装置55が設けられ、蒸発器52と凝縮器53とは減圧弁56を介して二次流体戻り配管57で接続されている。
凝縮器53に流入する一次流体と二次流体の混合気は凝縮器53に接続されている冷却水配管58により冷却され、凝縮する。凝縮した液は、配管54を流れ、一次流体供給装置55により加熱器51に戻されると同時に、二次流体戻り配管57、減圧弁56を介して蒸発器52に戻る。
蒸発器52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52に接続されている冷熱負荷59を冷却する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of an embodiment in which a refrigeration cycle is configured using the ejector of the present invention.
Here, the ejector 10, the nozzle moving mechanism, and the control device shown in FIGS. 1 to 3 are used. Further, the primary fluid supply unit includes a heater 51, and the heater 51 is connected to the nozzle guide 6 via the primary fluid supply pipe 13. The secondary fluid supply unit includes an evaporator 52, and the evaporator 52 is connected to the introduction unit 11 of the diffuser 1 through the secondary fluid supply pipe 15. The mixed fluid outlet pipe 16 is connected to the condenser 53. A pipe 54 connecting the heater 51 and the condenser 53 is provided with a primary fluid supply control device 55 such as a pump or an electromagnetic valve. The evaporator 52 and the condenser 53 are connected via a pressure reducing valve 56. The secondary fluid return pipe 57 is connected.
The mixture of the primary fluid and the secondary fluid flowing into the condenser 53 is cooled by a cooling water pipe 58 connected to the condenser 53 and condensed. The condensed liquid flows through the pipe 54 and is returned to the heater 51 by the primary fluid supply device 55, and at the same time returns to the evaporator 52 via the secondary fluid return pipe 57 and the pressure reducing valve 56.
A temperature drop, that is, refrigeration occurs due to vaporization heat (latent heat of evaporation) of the secondary fluid generated when the secondary fluid in the evaporator 52 is sucked by the ejector 10, and a cold load 59 connected to the evaporator 52. Cool down.

上述したエジェクタ10を用いることにより、冷凍機の運転中にエジェクタ10の運転条件が変化した場合でもノズル2と内部構造物5の相対位置を最適に制御することにより、エジェクタ効率の低下させることなく高効率に保つことができるため、冷凍機としての効率(COP)が向上する。   By using the ejector 10 described above, even when the operating condition of the ejector 10 changes during the operation of the refrigerator, the relative position between the nozzle 2 and the internal structure 5 is optimally controlled without reducing the ejector efficiency. Since it can be kept highly efficient, the efficiency (COP) as a refrigerator is improved.

なお、一次流体加熱器51に接続されている熱交換器60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、CO2、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 heat exchanger 60 connected to the primary fluid heater 51, factory exhaust heat, exhaust gas heat, and the like are used in addition to power and fuel combustion. As the primary and secondary fluid refrigerant, water, chlorofluorocarbon, alcohol, ammonia, CO 2 , hydrocarbon refrigerant, or a mixture thereof can be used.

本発明のエジェクタの構成例を示す概要図。The schematic diagram which shows the structural example of the ejector of this invention. 図1のA部の拡大断面図。The expanded sectional view of the A section of FIG. 制御系の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of a control system. 本発明のエジェクタの別の構成例を示す概要図。The schematic diagram which shows another structural example of the ejector of this invention. 本発明の冷凍システムの概要図。The schematic diagram of the refrigerating system of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ディフューザ、2 ノズル、3 羽根、4 回転体、5 内部構造物、6 ノズルガイド、7 モータ、8a 混合部、8b 圧力回復部、10 エジェクタ、11 導入部、12 一次流体供給部、13 一次流体供給配管、14 二次流体供給部、15 二次流体供給配管、16 混合流体流出配管、21 41、42 圧力計、43 制御手段、51 加熱機、52 蒸発器、53 凝縮器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diffuser, 2 nozzle, 3 blades, 4 rotator, 5 internal structure, 6 nozzle guide, 7 motor, 8a mixing part, 8b pressure recovery part, 10 ejector, 11 introduction part, 12 primary fluid supply part, 13 primary fluid Supply piping, 14 Secondary fluid supply section, 15 Secondary fluid supply piping, 16 Mixed fluid outflow piping, 21 41, 42 Pressure gauge, 43 Control means, 51 Heater, 52 Evaporator, 53 Condenser

Claims (5)

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、
一次流体を噴出するノズルに対向する位置に、ノズル側を向く先端部が円錐形状で、この円錐形状に連続して後方部を紡錘形状またはこれに類似する形状とした内部構造物を設け、
ディフューザは前記内部構造物との間の流路に一次流体と二次流体の混合部と混合流体の圧力回復部とを有し、
前記ノズルの噴出口に前記内部構造物の先端部円錐部が内包され、
運転時に前記ノズルと前記内部構造物との相対位置を可変とすることを特徴とするエジェクタ。
In an ejector that sucks and / or pressurizes a secondary fluid by a jet of the primary fluid,
At the position facing the nozzle that ejects the primary fluid, the tip part facing the nozzle side has a conical shape, and an internal structure in which the rear part is formed in a spindle shape or a similar shape to the conical shape is provided.
The diffuser has a primary fluid and secondary fluid mixing portion and a mixed fluid pressure recovery portion in a flow path between the inner structure and the inner structure.
The tip cone of the internal structure is included in the nozzle outlet,
An ejector characterized in that the relative position between the nozzle and the internal structure is variable during operation.
二次流体の圧力もしくは温度または流量を計測する検出器を前記ディフューザに設け、該検出器の計測値に基づいて前記ノズルと前記内部構造物との相対位置を可変とする駆動手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項1記載のエジェクタ。   A control for providing a detector for measuring the pressure, temperature or flow rate of the secondary fluid in the diffuser, and for controlling the driving means for changing the relative position between the nozzle and the internal structure based on the measured value of the detector. The ejector according to claim 1, further comprising means. 前記内部構造物の先端部円錐部を羽根付き回転体とすることを特徴とする請求項1記載のエジェクタ。   The ejector according to claim 1, wherein a tip cone portion of the internal structure is a rotating body with a blade. 請求項1乃至3のいずれかに記載のエジェクタを運転するにあたって、ノズル出口で一次流体と二次流体が接する際の両流体の圧力を等しくするように前記ノズルと前記内部構造物との相対位置を制御することを特徴とするエジェクタの運転方法。   When operating the ejector according to any one of claims 1 to 3, the relative position between the nozzle and the internal structure so that the pressures of both the fluids when the primary fluid and the secondary fluid are in contact with each other at the nozzle outlet are equalized. A method of operating an ejector, characterized in that control is performed. 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冷凍システム。
A refrigeration system comprising a refrigeration cycle using the ejector according to any one of claims 1 to 3.
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