JP2005307819A

JP2005307819A - エジェクタ

Info

Publication number: JP2005307819A
Application number: JP2004124476A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Fukuzumi; 幸大福住; Osayuki Inoue; 修行井上; Kiichi Irie; 毅一入江
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】外部動力を必要とするアクチュエータや複雑な制御機構を使用することなく、ノズル部とディフューザ部の間隔を可変にでき、簡単な構造によって最終到達真空度を犠牲にすることなく排気速度を速くすることができるエジェクタを提供すること。
【解決手段】ノズル部１３と、ディフューザ部１４と、該ノズル部１３とディフューザ部１４の間に形成された吸気チャンバ部１６を具備し、ノズル部１３からディフューザ部１４に向かって高圧流体１０１を噴出し、吸気チャンバ部１６を負圧にするエジェクタ１０において、ノズル部１３又はディフューザ部１４の一部を可動部（スライド弁１８）とし、該可動部を吸気チャンバ部１６にホーとを接続したガスシリンダ１９のピストン１９ａに接続させ、スライド弁１８を吸気チャンバ部１６の内圧に連動して軸方向に移動させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気や高圧水などの高圧流体を駆動源として、真空排気を行うエジェクタに関するものである。

この種のエジェクタとしては、ノズル部とディフューザ部等から構成され、蒸気や高圧の流体を駆動源として、真空排気を行うものが広く知られている。このように一般的なエジェクタの構成例を図６に示す。図示するように、エジェクタ５０は、エジェクタ本体５１にノズル部５３、該ノズル部５３に対向して配置されたディフューザ部５４、該ノズル部５３とディフューザ部５４の間に形成された吸気チャンバ部５６を具備する構成である。高圧の駆動流体１０１が駆動流体入口５２より供給され、該高圧の駆動流体１０１はノズル部５３で圧力エネルギーを運動エネルギーに変換して流速を増し、ディフューザ部５４に向かって噴出する。その際、吸気チャンバ部５６は負圧となり、真空吸気ポート５７により気体を吸い込んで真空吸気１０２を行ない、駆動流体１０１と伴に駆動流体出口５５により排出流体１０３として排出されることを利用して、真空ポンプとして機能させるものである。

通常、エジェクタはその用途仕様に応じて、ノズル部やディフューザ部等の各部を最適に設計するが、幅広い流量や圧力に対応するため、また効率を向上させるため、特許文献１、特許文献２、特許文献３に示すようにノズルの内部やディフューザ下流に絞りを設けたものや、ノズルをアクチュエータで可変にしたものなどが提案されている。
特開２００２−１３０２００号公報特開平７−１８５２８４号公報特開２００４−４４４１２号公報

本発明者らが行なった実験によると、このようなエジェクタにおいて、ノズルとディフューザの間隔が狭い場合は排気速度は遅いが最終到達真空度は良好となり、逆にノズルとディフューザの間隔が大きい場合は排気速度は速いが最終到達真空度が悪化することが確認された。即ち、真空側の圧力が高い場合はノズル部とディフューザ部の間隔を広げて排気速度を大きくし、真空側が低圧になるに従って前記間隔を次第に狭くしてゆくことができれば、最終到達真空度を犠牲にすることなく排気速度を速くすることができる。

しかしながら、ノズル部とディフューザ部の間隔を可変にするために油圧シリンダや電動モータなどといったアクチュエータを使用すると、機構が複雑になるばかりではなく、調整の手間が増えたり、故障の可能性が高くなるほか、機器が大型化し、製造コストが高くなってしまうという問題がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、外部動力を必要とするアクチュエータや複雑な制御機構を使用することなく、ノズル部とディフューザ部の間隔を可変にでき、簡単な構造によって最終到達真空度を犠牲にすることなく排気速度を速くすることができるエジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、ノズル部と、該ノズル部に対向して配置したディフューザ部と、該ノズル部とディフューザ部の間に形成された吸気チャンバ部を具備し、ノズル部からディフューザ部に向かって高圧流体を噴出し、吸気チャンバ部を負圧にするエジェクタにおいて、ノズル部又はディフューザ部の一部を可動部とし、該可動部を移動させノズル部又はディフューザ部のその開口面積を可変にする駆動制御手段を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエジェクタにおいて、駆動制御手段は、吸気チャンバ部の真空度によって可動部を移動させるように構成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のエジェクタにおいて、駆動制御手段は、吸気チャンバ部の真空度によって動作するガスシリンダ状のアクチュエータを具備し、該アクチュエータを介して可動部を移動させるように構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のエジェクタにおいて、駆動制御手段は、吸気チャンバ部の真空度によって動作するダイヤフラム又はベローズを有するアクチュエータを具備し、該アクチュエータを介して可動部を移動させるように構成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ノズル部又はディフューザ部の一部を可動部とし、該可動部の移動によりノズル部又はディフューザ部のその開口面積を可変にする駆動制御手段を設けたので、真空側、即ち吸気チャンバ部の圧力が高い場合はノズル部又はディフューザ部の開口面積を大きくして排気速度を速くし、吸気チャンバ部の圧力が低くなるに従い開口面積を大きくすることにより、最終到達真空度を犠牲にすることなく、常に排気速度が最適なところでエジェクタを運転することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、駆動制御手段は吸気チャンバ部の真空度によって可動部を移動させるように構成されているので、最終到達真空度を犠牲にすることなく、常に排気速度が最適なところでエジェクタを運転することが可能となる。また、外部動力を必要とするアクチュエータや複雑な制御機構を使用することなく簡素な構造でこのような効果が得られ、調整の手間や故障の可能性が低く、小型で低コスト化が実現できる。

請求項３に記載の発明によれば、吸気チャンバ部の真空度によって動作するガスシリンダ状のアクチュエータを具備するので、外部動力を必要とすることなく、簡単な構成でノズル部又はディフューザ部の開口面積を可変することができる。

請求項４に記載の発明によれば、吸気チャンバ部の真空度によって動作するダイヤフラム又はベローズを有するアクチュエータを具備するので、外部動力を必要とすることなく、簡単な構成でノズル部又はディフューザ部の開口面積を可変することができる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。

図１は本発明に係るエジェクタの構成例を示す断面図である。本エジェクタ１０は、図６の従来例と同様、ノズル部１３、該ノズル部１３に対向して配置されたディフューザ部１４、該ノズル部１３とディフューザ部１４の間に形成された吸気チャンバ部１６を具備する。そして高圧の駆動流体１０１をエジェクタ本体１１の駆動流体入口１２より供給することにより、該高圧の駆動流体１０１は、ノズル部１３で圧力エネルギーを運動エネルギーに変換して流速を増し、ディフューザ部１４に向かって噴出し、その際吸気チャンバ部１６は負圧となり、真空吸気ポート１７により気体を吸い込んで真空吸気１０２を行ない、駆動流体１０１と伴に駆動流体出口１５により排出流体１０３として排出されることを利用して、真空ポンプとして機能させる。

本エジェクタ１０は、ディフューザ部１４にスライド弁１８を設け、該スライド弁１８を開閉（エジェクタの軸方向に移動させる）ことにより、ディフューザ部１４の開口面積を可変にしている。即ち、ディフューザ部１４の一部を可動部であるスライド弁１８として、該スライド弁１８の軸方向の移動により開口面積を変化させるようにしている。スライド弁１８の駆動制御手段としてガスシリンダ１９を設け、該ガスシリンダ１９のポートを吸気チャンバ部１６に接続している。吸気チャンバ部１６の圧力が高い場合はガスシリンダ１９のピストン１９ａは図面右方向に移動し、スライド弁１８を開き、逆に吸気チャンバ１６の圧力が低い場合はピストン１９ａは図面左方向に移動しスライド弁１８を閉じる。即ち、吸気チャンバ部１６の真空度が低く圧力が高いとスライド弁１８が開きノズル部１３とスライド弁１８の間隔が大きくなり、ディフューザ部１４の開口面積が大きくなり排気速度が速くなる。逆に吸気チャンバ部１６の真空度が高く圧力が低いとスライド弁１８が閉じノズル部１３とスライド弁１８の間隔が小さく、ディフューザ部１４の開口面積が小さく排気速度が遅くなる。

上記のようにノズル部１３とディフューザ部１４の間隔が狭い場合には、排気速度は遅いが最終到達真空度が良好となり、逆にノズル部１３とディフューザ部１４の間隔が大きい場合には排気速度は速いが最終到達真空度は悪化することが本願発明者が行なった実験により確認されている。本実施例によれば、吸気チャンバ部１６、即ち真空側の圧力が高い場合は、ノズル部１３とディフューザ部１４の一部であるスライド弁１８の間隔が大きくなるため排気速度が大きくなる。真空側が低圧になるに従ってノズル部１３とスライド弁１８の間隔が次第に狭くなり、優れた最終到達真空度を得ることができる。即ち、最終到達真空度を犠牲にすることなく、排気速度が最適となるところでエジェクタ１０を運転できる。

また、ガスシリンダ１９のピストン１９ａの動作は吸気チャンバ部１６の真空度のみで決まり、ノズル部１３とスライド弁１８の間隔を可変にするために油圧シリンダや電動モータ等といったアクチュエータが一切必要がないため、機構（構造）が簡単で、調整の手間や故障の可能性が低く、小型化、低コスト化が可能である。

図２は本発明に係るエジェクタのディフューザ部分の拡大図を示す。ディフューザ部１４の側面に設けたスライド弁１８が破線部分Ａで示すように軸方向に移動すると、斜線Ｂで示す部分が開口する。本図ではスライド弁１８は１つだけであるが、開口部が流体の流に与える影響を考慮するとスライド弁１８はディフューザ部１４の円周上に多数設けることが望ましい。

図３は本発明に係るエジェクタのディフューザ部分の他の構成例を示す図である。２２はディフューザ部であり、ラッパ状のディフューザ部２２の側壁に円形の小孔２１が多数設けられている。２３はスライド弁で、円環状のスライド弁２３の複数のスリット２４が設けられている。スライド弁２３をディフューザ部２２の外周に円周方向に回転させ、小孔２１とスリット２４が合致した部分を開口とすることにより、実施例１と同様な効果が得られる。吸気チャンバ部１６の圧力が高い場合は、小孔２１とスリット２４が合致するようにディフューザ部２２外周にスライド弁２３を回転させ、排気速度を速くする。吸気チャンバ部１６内の真空度が高くなり圧力が低くなるに従い、小孔２１からスリット２４をずらすことにより、排気速度を遅くし、最終到達真空度を上げる。即ち、最終到達真空度を犠牲にすることなく、排気速度が最適となるところでエジェクタを運転できる。本実施例では、吸気チャンバ部１６の内部圧力の変化を直線運動に換えるアクチュエータとスライド弁２３の接続になんらかのリンク機構又はギアが必要となるが、ディフューザ部２２側壁の開口部（小孔２１）が対称的に分散されているため、開動作時に開口部が流れに与える影響を小さくできる。

図４及び図５は本発明に係るエジェクタの他の構成例を示す断面図である。本エジェクタ３０は、ノズル部３３、ディフューザ部３４、該ノズル部３３とディフューザ部３４の間に形成された吸気チャンバ部３６を具備する点は、図１のエジェクタ１０と同一であるが、ノズル部３３の先端部３８を軸方向にスライド可能とし、該先端部３８を軸方向に開閉（移動）させることによってノズル部３３とディフューザ部３４との間の開口面積が可変になるようにした。ノズル部３３はその機能上、流れの下流方向に向かって流路断面積が減少するように形成されるが、本実施例ではノズル部３３の先端部３８とその動作範囲に関して平行円筒状にして、先端部３８が軸方向にスライドできるようにした。

実施例１の場合と同様、ガスシリンダ３９を設け、該ガスシリンダ３９のポートを吸気チャンバ部３６に接続している。そしてノズル部３３の先端部３８はガスシリンダ３９のピストン３９ａに連結され、軸方向にスライドするようになっている。また、ノズル部３３の先端部３８を可動式にするにあたって、ノズル部３３から先端部３８にかけて駆動流体１０１の流路断面が急変することによって流れが乱されないように、先端部３８の上流側にテーパ面３８ａを形成した。

本実施例によれば、真空側の圧力、即ち吸気チャンバ部３６の圧力が高い場合は、図４に示すように、ガスシリンダ３９のピストン３９ａは図面左方向に移動するから、ノズル部３３の先端部３８も同様に図面左方向に移動する。これによりノズル部３３の先端部３８とディフューザ部３４との間隔が大きくなり開口面積が大きくなるため、排気速度を速くすることができる。吸気チャンバ部３６の圧力が低くなるに従って図５に示すように、ノズル部３３の先端部３８は図面の右方向に移動してディフューザ部３４との間隔が狭まって開口面積が次第に小さくなり、優れた最終到達真空度を得ることができる。即ち、最終到達真空度を犠牲にすることなく、排気速度が最適となるところでエジェクタ３０を運転できる。

上記実施例では、スライド弁１８及びノズル部３３の先端部３８を吸気チャンバ部１６、３６の内部圧力の変動に連動させて移動させるのに、ガスシリンダ１９、３９のアクチュエータを用いたが、これに限定されるものではなく、ダイヤフラムやベローズを用いたアクチュエータを使用してもよい。また、吸気チャンバとアクチュエータを流体的に直接接続する代りに、リンク機構を介して機械的に接続したり、或いは圧力センサと電動アクチュエータを用いて電気的に接続してもよい。

図７は本発明に係るエジェクタを使用する装置例として吸収冷凍機の構成例を示す図である。図において、６１は吸収器、６２は蒸発器、６３は再生器、６４は凝縮器、６５は溶液熱交換器、６６は溶液ポンプ、６７は冷媒ポンプである。冷媒を吸収した希溶液は、吸収器６１から溶液ポンプ６６により、溶液熱交換器６５の被加熱側を通り、再生器６３に導入される。再生器６３では加熱蒸気により加熱され、希溶液から冷媒が蒸発して濃縮された溶液が溶液熱交換器６５の加熱側を通り、吸収器６１に戻され、冷媒を吸収する。一方、蒸発した冷媒は凝縮器６４で冷却水により冷却されて凝縮され、蒸発器６２に入る。蒸発器６２では冷媒が冷媒ポンプ６７により循環されて蒸発し、その際蒸発熱を熱交換器７２を介して負荷側の冷水から奪い、冷水を冷却し、冷房に供する。

上記構成の吸収冷凍機は、吸収溶液にＬｉ塩水溶液等を用いる吸収冷凍機であり、冷凍機缶胴の鉄鋼材表面に四三酸化鉄ができる際、水素ガスが発生する。この水素ガスが、不凝縮ガスとして作用し、吸収器６１での吸収作用に悪影響を及ぼすと共に、各部伝熱を阻害して著しく冷凍能力を低下させるばかりではなく、機内の腐蝕発生原因となり故障を起す等の問題があった。そこで水素ガスを抽気する必要がある。

そこで吸収冷凍機の吸収器６１から水素ガスを、循環する吸収溶液によるエジェクタ６８で管７１を用いて抜出し、タンク６９に導入して気液分離し、水素ガスはタンク６９の上部に設けたパラジウムセル７０を通って機外に出ていく。このようにエジェクタ６８に本発明に係るエジェクタを使用することにより、効率良く水素ガスを抽気し、機外に排出できる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

本発明に係るエジェクタの構成例を示す断面図である。（実施例１）本発明に係るエジェクタのディフューザ部の構成例を示す図である。本発明に係るエジェクタのディフューザ部の構成例を示す図である。（実施例２）本発明に係るエジェクタの構成例を示す断面図である。（実施例３）本発明に係るエジェクタの構成例を示す断面図である。（実施例３）従来のエジェクタの構成例を示す断面図である。エジェクタを使用する吸収冷凍機の構成例を示す図である。

符号の説明

１０エジェクタ
１１エジェクタ本体
１２駆動流体入口
１３ノズル部
１４ディフューザ部
１５駆動流体出口
１６吸気チャンバ部
１７真空吸気ポート
１８スライド弁
１９ガスシリンダ
２１小孔
２２ディフューザ部
２３スライド弁
２４スリット
３０エジェクタ
３１エジェクタ本体
３２駆動流体入口
３３ノズル部
３４ディフューザ部
３５駆動流体出口
３６吸気チャンバ部
３７真空吸気ポート
３８先端部
３９ガスシリンダ
６１吸収器
６２蒸発器
６３再生器
６４凝縮器
６５溶液熱交換器
６６溶液ポンプ
６７冷媒ポンプ
６８エジェクタ
６９タンク
７０パラジウムセル
７１管
７２熱交換器

Claims

ノズル部と、該ノズル部に対向して配置したディフューザ部と、該ノズル部とディフューザ部の間に形成された吸気チャンバ部を具備し、前記ノズル部から前記ディフューザ部に向かって高圧流体を噴出し、前記吸気チャンバ部を負圧にするエジェクタにおいて、
前記ノズル部又は前記ディフューザ部の一部を可動部とし、該可動部を移動させ前記ノズル部又はディフューザ部のその開口面積を可変にする駆動制御手段を設けたことを特徴とするエジェクタ。
請求項１に記載のエジェクタにおいて、
前記駆動制御手段は、前記吸気チャンバ部の真空度によって前記可動部を移動させるように構成されていることを特徴とするエジェクタ。
請求項２に記載のエジェクタにおいて、
前記駆動制御手段は、前記吸気チャンバ部の真空度によって動作するガスシリンダ状のアクチュエータを具備し、該アクチュエータを介して前記可動部を移動させるように構成されていることを特徴とするエジェクタ。
請求項２に記載のエジェクタにおいて、
前記駆動制御手段は、前記吸気チャンバ部の真空度によって動作するダイヤフラム又はベローズを有するアクチュエータを具備し、該アクチュエータを介して前記可動部を移動させるように構成されていることを特徴とするエジェクタ。