JP2006207397A - 遠心型エジェクタ及び流体の圧縮方法、冷熱生成システム並びに真空ポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 １次流体の損失が少なく、効果的に２次流体を圧縮することのできる遠心型エジェクタ及びこの遠心型エジェクタを用いる流体の圧縮方法、並びにこの遠心型エジェクタを備えた効率の高い冷熱生成システム、真空ポンプシステムを提供する。
【解決手段】 １次流体が噴出されるノズル７が設けられ、回転軸５ａを中心に回転するロータ６と、該ロータ６が嵌め込まれるハウジング１２を備え、ロータ６とハウジング１２の間にクリアランス１１を有し、１次流体が、該１次流体よりも全圧の低い２次流体を圧縮する遠心型エジェクタ１であって、１次流体の一部が、クリアランス１１から噴出され、２次流体が、クリアランス１１から噴出された１次流体の一部により補助的に圧縮されるものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、遠心型エジェクタ及び流体の圧縮方法、冷熱生成システム並びに真空ポンプシステムに関し、特に１次流体による２次流体の圧縮効率が高い遠心型エジェクタ及びこの遠心型エジェクタを用いる流体の圧縮方法、並びにこの遠心型エジェクタを備えた冷熱生成システム、真空ポンプシステムに関する。

従来の圧力交換式の遠心型エジェクタでは、固定されたハウジングに回転するロータが嵌め込まれており、ロータに設けられたノズルから渦巻き状に噴出される１次流体によって１次流体よりも全圧の低い２次流体を圧縮するようにしていた。この圧力交換式の遠心型エジェクタでは、ハウジングとロータの間のクリアランス（隙間）をシール手段で塞ぐようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
米国特許第５６４７２２１号明細書（図３）

しかし従来の圧力交換式の遠心型エジェクタでは（例えば、特許文献１参照）、静止しているハウジングと回転しているロータの間のクリアランスをシール手段で塞いでいるものの、相対速度を有する物体間のシールであるが故に１次流体の漏洩を完全に防止することは極めて困難であった。高速の相対速度を有する物体間のシールにおいては、両物体間に微小なクリアランスを設けて相対運動を阻害しないようにすることが一般的であり、高圧の１次流体が低圧の２次流体側へクリアランスを通じて漏れてしまい、ノズルから噴出する１次流体の圧力が低下して２次流体の圧縮効率が低下してしまうという問題点があった。また、シール目的で設けられたクリアランスは、漏洩量を抑制するためにラビリンス形状等の圧力損失が大きくなる形状とする必要がある。そのため、シールを通過して漏洩してくる１次流体は有効エネルギーを消費してしまっており、２次流体の圧縮に寄与できないばかりか、他の流れを阻害して圧縮効率を低下させてしまうという問題点があった。

さらに、仮にシール手段をロータに接触させてクリアランスを完全に塞いだ場合には、シール手段によってロータの高速回転が阻害され渦巻き状の１次流体を生成することが困難になるという問題点があった。また、シール手段をロータに接触させると、すぐにシール手段が摩耗してしまい、シール手段を頻繁に交換しなければならないという問題点があった。

本発明は、１次流体の損失が少なく、効果的に２次流体を圧縮することのできる遠心型エジェクタ及びこの遠心型エジェクタを用いる流体の圧縮方法、並びにこの遠心型エジェクタを備えた効率の高い冷熱生成システム、真空ポンプシステムを提供することを目的とする。

本発明に係る遠心型エジェクタは、１次流体が噴出されるノズルが設けられ、回転軸を中心に回転するロータと、該ロータが嵌め込まれるハウジングを備え、ロータとハウジングの間にクリアランスを有し、１次流体が、該１次流体よりも全圧の低い２次流体を圧縮する遠心型エジェクタであって、１次流体の一部が、クリアランスから噴出され、２次流体が、クリアランスから噴出された１次流体の一部により補助的に圧縮されるものである。

また本発明に係る遠心型エジェクタは、上記のロータが、２次流体を圧縮する剛体翼を備えているものである。

また本発明に係る遠心型エジェクタは、上記の剛体翼が、ロータの回転方向に対して凸の曲面状に形成されているものである。

また本発明に係る遠心型エジェクタは、上記のクリランスから噴出される１次流体が、ノズルから噴出される１次流体と略平行に噴出されるものである。

また本発明に係る遠心型エジェクタは、上記のロータが、駆動動力源により回転させられるものである。

また本発明に係る遠心型エジェクタは、上記のロータが、１次流体の噴流によって回転させられるものである。

また本発明に係る遠心型エジェクタは、上記のクリアランスにおける出口横断面面積と最小横断面面積の比が、ノズルにおける出口横断面面積と最小横断面面積の比と略同一であるものである。

また本発明に係る遠心型エジェクタは、上記のクリアランスが、ロータの回転中心からの距離をｒ、ロータとハウジングの間のクリアランスの幅をｔ（ｒ）として２π×ｒ×ｔ（ｒ）で定義される横断面面積が最小となる距離ｒ₁を有し、ｒがｒ₁より小さい範囲においては２π×ｒ×ｔ（ｒ）がｒに対して単調減少となり、ｒがｒ₁より大きい範囲においては２π×ｒ×ｔ（ｒ）がｒに対して単調増加となるようにｔ（ｒ）が設定されているものである。

本発明に係る流体の圧縮方法は、１次流体が噴出されるノズルが設けられ、回転軸を中心に回転するロータと、該ロータが嵌め込まれるハウジングを備え、ロータとハウジングの間にクリアランスを有し、１次流体が、該１次流体よりも全圧の低い２次流体を圧縮する遠心型エジェクタを用いる流体の圧縮方法であって、１次流体の一部をクリアランスから噴出し、２次流体をクリアランスから噴出した１次流体の一部により補助的に圧縮するものである。

また本発明に係る流体の圧縮方法は、上記のロータが剛体翼を備え、該剛体翼によって２次流体を圧縮するものである。

本発明に係る冷熱生成システムは、上記のいずれかの遠心型エジェクタを備えているものである。

本発明に係る真空ポンプシステムは、上記のいずれかの遠心型エジェクタを備えているものである。

本発明に係る遠心型エジェクタ及び流体の圧縮方法では、従来シールから有効エネルギーを消費しつつ漏れていた１次流体を積極的にクリアランスから噴出させることにより２次流体の圧縮に寄与させるため１次流体を無駄なく用いることができ、またノズルから噴出した１次流体や２次流体の流れを阻害することがないため、２次流体の圧縮効率を向上させることができる。

実施形態１．
図６は、本発明の実施形態１に係る遠心型エジェクタの原理を説明するための上面図及び縦断面図である。図６（ａ）は遠心型エジェクタ１００の上面図であり、一部を透明にして内部が見えるように示している。また図６（ｂ）は、遠心型エジェクタ１００の縦断面図である。なお図６に示す遠心型エジェクタ１００は、特許文献１（米国特許第５６４７２２１号明細書）に記載されたものであるが、本実施形態１に係る遠心型エジェクタ１も図６に示す遠心型エジェクタ１００と同様の原理を採用した圧力交換式の遠心型エジェクタである。
図６に示す遠心型エジェクタ１００では、２次流体供給配管１０１の内部に設置されたモータ１０２によって、ノズル１０３が設けられたロータ１０４を強制的に回転させている（図６（ａ）の矢印が回転方向）。例えばフロン、代替フロン等からなる高圧の１次流体は、１次流体供給配管１０５を通ってロータ１０４に供給され、回転しているロータ１０４のノズル１０３から噴出する。このとき、ノズル１０３から放射状に噴出する１次流体の噴流に回転力が与えられ、１次流体噴流は遠心型エジェクタ１００の中心軸から外方向に大きな速度成分を持つとともに、遠心型エジェクタ１００の上面側から見て渦巻き状の噴流となり、渦巻き型の１次流体塊１１０が生成される。なお図６に示す遠心型エジェクタ１００では、シール（図６において図示せず）を設けてハウジング１０６（固定された部分）とロータ１０４の間から漏れる１次流体を低減するようにしている。

また図６に示す遠心型エジェクタ１００では、１次流体供給配管１０５の反対側に設けられた２次流体供給配管１０１から１次流体よりも全圧の低い２次流体が供給される。なお２次流体は、例えばフロン、代替フロン等からなるものとする。遠心型エジェクタ１００に供給された２次流体は、渦巻き型の１次流体塊１１０の狭間に吸引・保持されて渦巻き状の２次流体塊１１１となる。渦巻き状の１次流体塊１１０と、渦巻き状の２次流体塊１１１の界面は、遠心型エジェクタ１００の上面側から見て直線状にはなっておらず、渦巻きの強さ（ピッチ）に応じた曲線状となっている。さらに、１次流体塊１１０と２次流体塊１１１は、ノズル１０３が設けられたロータ１０４の外側の流路１０７を流れる間に、両流体の圧力差に起因して、渦巻き状の１次流体塊１１０が膨張しつつ渦巻き状の２次流体塊１１１を容積的に圧縮し、すなわち両流体の界面を介してエネルギー（圧力）の授受を行う。渦巻き状の１次流体塊１１０と渦巻き状の２次流体塊１１１は、上記膨張・圧縮により概略等エネルギー状態となった後に混合し、環状流路１０８の内部を旋回しながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換し、流出配管１０９から流出する。

図１は、本発明の実施形態１に係る遠心型エジェクタの縦断面図である。なお本実施形態１に係る遠心型エジェクタ１は、図６に示す遠心型エジェクタ１００と同様に渦巻き状の１次流体によって渦巻き状の２次流体を圧縮する圧力交換式の遠心型エジェクタである。但し図１に示す遠心型エジェクタ１では、渦巻き状の１次流体に加えてロータ６に設けられた剛体翼１３でも２次流体を圧縮する。
図１に示す遠心型エジェクタ１は、１次流体供給配管２、２次流体供給配管３、２次流体供給配管３の内部にアーム４を介して固定されたモータ５を備えており、ハウジング１２（遠心型エジェクタ１の固定された部分）に回転自在に嵌め込まれたロータ６を回転させる。なおロータ６は回転軸５ａに取り付けられており、モータ５が回転軸５ａを回転させることによりロータ６が回転する。またロータ６には、複数のノズル７（例えば、４つ）が設けられている。なおノズル７は、ロータ６の全周に亘って設けられているのではなく、ロータ６の外周部に部分的に開口しており（図６（ａ）参照）、またノズル７には、ノズル７をノズル形状とするための絞り部７ａが設けられている。さらに図１に示す遠心型エジェクタ１はディフューザ８を備えており、ディフューザ８の内部は渦巻き状の１次流体及び渦巻き状の２次流体が通過する流路９と１次流体及び２次流体が旋回する環状流路１０となっている。なお図１に示す遠心型エジェクタ１では、図６に示す遠心型エジェクタ１００と同様に、１次流体と２次流体の混合気が流出配管（図１において図示せず）から排出されるものとする。
また本実施形態１に係る遠心型エジェクタ１では、ハウジング１２とロータ６の間にクリアランス（隙間）１１が設けられている。なお本実施形態１において、ロータ６以外の構成要素であって１次流体供給配管２等の固定された部分をハウジング１２と総称するものとする。

本実施形態１に係る遠心型エジェクタ１は、ハウジング１２に回転自在に嵌め込まれたロータ６をモータ５により強制的に回転させる構成となっている。このような遠心型エジェクタ１の構成によると、ロータ６に複数設けられたノズル７をモータ５により回転させるので、ノズル７から噴出する１次流体の噴流は、流路９内において１次流体の渦巻き流を形成する。この渦巻き流の速度成分は、遠心型エジェクタ１の中心から外方向に大きな速度成分を持つ。２次流体はこの１次流体渦巻き流の渦と渦の間に保持され、あたかも渦巻き形状の羽根で押されるようにして運搬される（図６参照）。このとき１次流体と２次流体の界面は、遠心型エジェクタ１の上面側から見て直線状にはならず、渦巻きの強さに応じた曲率を有するため、２次流体を１次流体によるせん断により巻き込む従来方式に比較してエントロピの増大、すなわち有効エネルギーの損失を低減することができる。さらに、１次流体と２次流体がその界面を介してエネルギー（圧力）を交換して概略等エネルギー状態となった後に混合するため、エネルギー状態の異なる流体が直接混合する場合に比較して有効エネルギー損失を抑制することができる。これらの効果により、遠心型エジェクタの効率が向上する。この１次流体および２次流体の渦巻き流は「非定常流(Ｎｏｎ−Ｓｔｅａｄｙ Ｆｌｏｗ）」と呼ばれている。ここに、非定常流とは、流量、速度、圧力、温度などの状態が時間的、空間的に変化する流れをいう。

図１に示すように本実施形態１に係る遠心型エジェクタ１では、ハウジング１２にロータ６が回転自在に嵌め込まれており、ロータ６は回転軸５ａを介してモータ５によって回転させられる。これによりノズル７から噴出する１次流体は、上述のように渦巻き流となる。
また本実施形態１に係る遠心型エジェクタ１では、ロータ６とハウジング１２の間のクリアランス１１が１次流体供給配管２からクリアランス導入部１１ｃを介して所定の幅を持って流路９と連通しており、クリアランス１１からも１次流体の一部を噴出するようになっている。なお本実施形態１に係る遠心型エジェクタ１では、クリアランス１１の流路９と連通する部分が単純な円盤状であるためクリアランス１１から噴出される１次流体が渦巻き状にならないが、例えば米国特許第６１３８４５６号明細書の図１７に示すような羽根をロータ６のクリアランス１１に面する部分に設けることにより、クリアランス１１から噴出される１次流体を渦巻き状にするようにしてもよい。
このクリアランス１１から噴出された１次流体は、２次流体供給配管３から供給された２次流体を補助的に圧縮する。このように本実施形態１に係る遠心型エジェクタ１では、クリアランス１１にシール等の１次流体の漏れを防止する部材を設けず、積極的にクリアランス１１から１次流体を噴出することにより２次流体を圧縮するようにしている。
なお本実施形態１に係る遠心型エジェクタ１では、図１に示すようにクリアランス１１から噴出される１次流体を、ノズル７から噴出される１次流体と平行となるように噴出している。これにより、乱流等の発生を防止することができ、１次流体の有効エネルギーの損失を抑制することができる。

本実施形態１に係る遠心型エジェクタ１のクリアランス１１の形状は、ロータ６の回転中心（図１の一点鎖線）からの距離をｒ、ロータ６とハウジング１２の間のクリアランス１２の幅をｔ（ｒ）として、２π×ｒ×ｔ（ｒ）で定義される横断面面積が最小となる距離ｒ₁を有し、ｒがｒ₁より大きい範囲においては２π×ｒ×ｔ（ｒ）がｒに対して単調増加となるようにｔ（ｒ）が設定されている。ここでクリアランス１１の幅ｔ（ｒ）とは、１次流体の流れる方向に対して垂直方向の幅をいうものとする。また、単調減少、単調増加とは、一定値である状態も含むものとする。
これは例えば図１において、クリアランス１１が一定の幅ｔ_cを保っているため、クリアランス１１の横断面面積は２π×ｒ×ｔ_cとなり、この横断面面積はクリアランス入口のｒ＝ｒ₀において最小値２π×ｒ₀×ｔ_cとなり、クリアランス出口にかけてｒが大きくなるに従い横断面面積２π×ｒ×ｔ_cが単調増加となるということである。なおクリアランス導入部１１ｃの流路断面積は、２π×ｒ₀×ｔ_cよりも大きくなるように設定してある。
上記のようにクリアランス１１の形状を設定することによって、クリアランス１１を効率よくノズルとして機能させることができる。
なお上記において、クリアランス１１の横断面面積とは、ロータ６とハウジング１２の間のクリアランス１１の幅をｔ（ｒ）として、２π×ｒ×ｔ（ｒ）で定義される全周についての面積をいうものとする。

図２は、本発明の実施形態１に係る遠心型エジェクタのロータを示す上面図である。なお図２は、図１に示す遠心型エジェクタ１のロータ６を２次流体供給配管３側から見たものである。
本実施形態１に係る遠心型エジェクタ１では、上述のようにノズル７から噴出する１次流体及びクリアランス１１から噴出する１次流体によって１次流体よりも全圧の低い２次流体を圧縮しているが、さらにロータ６に設けられた剛体翼１３によっても２次流体を圧縮している。これは２次流体を回転している剛体翼１３により遠心式圧縮機のごとく２次流体を機械的に圧縮するものである。なお図１では、剛体翼１３がロータ６の上面側（２次流体供給配管３側）に設けられている。図２（ａ）に示すように、図１に示す遠心型エジェクタ１のロータ６には、ロータ６の回転方向（図２（ａ）の矢印方向）に凸の曲面形状を有した剛体翼１３が設けられている。このように、剛体翼１３をロータ６の回転方向に対して凸状の曲面状に形成することにより、剛体翼１３における２次流体の圧縮効率を向上させることができる。
なお図２（ｂ）に示すように、ロータ６に平板状（上面側から見て直線状）の剛体翼１３を設けるようにしてもよい。また図２（ａ）に示す剛体翼１３は２次元的な曲率のみを有しているが、例えば３次元的な曲率を有する剛体翼１３を設けるようにしてもよい。

また本実施形態１では、ロータ６の駆動動力源として電動モータ等からなるモータ５を使用しているが、ロータ６の駆動動力源としてエンジン等を使用するようにしてもよい。
またロータ６の駆動動力源（モータ５等）を使用せず、ロータ６を１次流体の噴流によって回転させるようにしてもよい。これは例えばロータ６に設けられるノズル７を、ロータ６の半径方向に対して斜めに設置して、噴出する噴流の反動でいわゆるタービン若しくは風車のように回転させるものである。このような構成によっても１次流体を渦巻き状にすることができる。

本実施形態１では、従来クリアランス１１から漏れていた１次流体をクリアランス１１から積極的に噴出させることにより２次流体を補助的に圧縮するため、１次流体を無駄なく用いることができ、またクリアランス１１から漏れた１次流体が２次流体の圧縮を阻害することがないため、２次流体の圧縮効率を向上させることができる。
またロータ６に剛体翼１３が設けられ、剛体翼１３によっても２次流体を機械的に圧縮するため、さらに２次流体の圧縮効率を向上させることができる。

実施形態２．
図３は、本発明の実施形態２に係る遠心型エジェクタの縦断面図である。なお本実施形態２に係る遠心型エジェクタ１のクリアランス１１は、絞り部１１ａ及びこの絞り部１１ａに連通する拡大部１１ｂを備えており、クリアランス１１がノズル形状となっている。その他の構成要素及び動作原理は、実施形態１に係る遠心型エジェクタ１と同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。
本実施形態２に係る遠心型エジェクタ１のクリアランス１１には、流路９側から見て他の部分よりも横断面面積が小さくなった絞り部１１ａ及び絞り部１１ａに連通する拡大部１１ｂが設けられている。この絞り部１１ａ及び絞り部１１ａに連通する拡大部１１ｂはノズル形状を形成するものであり、クリアランス１１から噴出する１次流体の物理的条件（静圧やマッハ数等）を決定するものである。ここでクリアランス１１の横断面面積とは、１次流体の流れる方向に対して垂直方向の断面積をいうものとする。
なお図３では、ハウジング１２の内壁に曲面状の突起を形成して絞り１１ａを構成しているが、例えばロータ６の外壁（ハウジング１２に対向する面）に突起を設けたり、ハウジング１２の内壁及びロータ６の外壁の両方に突起を設けて絞り１１ａを構成するようにしてもよい。また絞り部１１ａは、ノズル７の絞り部７ａと同様に尖った形状に形成するようにしてもよい。

本実施形態２に係る遠心型エジェクタ１のクリアランス１１の形状は、ロータ６の回転中心（図３に一点鎖線）からの距離をｒ、ロータ６とハウジング１２の間のクリアランス１１の幅をｔ（ｒ）として、２π×ｒ×ｔ（ｒ）で定義される横断面面積が最小となる距離ｒ₁を有し、ｒがｒ₁より小さい範囲においては２π×ｒ×ｔ（ｒ）がｒに対して単調減少、ｒがｒ₁より大きい範囲においては２π×ｒ×ｔ（ｒ）がｒに対して単調増加となるようにｔ（ｒ）が設定されている。ここでクリアランス１１の幅ｔ（ｒ）とは、１次流体の流れる方向に対して垂直方向の幅をいうものとする。また、単調減少、単調増加とは、一定値である状態も含むものとする。
これは例えば図３において、クリアランス１１の横断面面積２π×ｒ×ｔ（ｒ）がｒ＝ｒ₁に位置する絞り部１１ａにおいて最小値２π×ｒ₁×ｔ（ｒ₁）となり、ｒ₀＜ｒ＜ｒ₁では、２π×ｒ×ｔ（ｒ）が単調減少、ｒ₁＜ｒでは２π×ｒ×ｔ（ｒ）が単調増加となるようにｒ（ｔ）が設定されているということである。なおクリアランス導入部１１ｃの流路断面積はクリアランス入口における横断面面積２π×ｒ₀×ｔ（ｒ₀）よりも大きくなるように設定してある。
上記のようにクリアランス１１の形状を設定することによって、クリアランス１１を効率よくノズルとして機能させることが可能となる。

さらに本実施形態２に係る遠心型エジェクタ１では、クリアランス１１における出口横断面面積と最小横断面面積の比が、ノズル７における出口横断面面積と最小横断面面積の比とほぼ同一となるように設計されている。ここで、クリアランス１１における横断面面積とは、ロータ６の回転中心からの距離をｒ、ロータ６とハウジング１２の間のクリアランス１１の幅をｔ（ｒ）として、２π×ｒ×ｔ（ｒ）で定義される全周についての面積をいうものとする。なお図３において、クリアランス１１の横断面面積が最小となる部分は絞り部１１ａの部分であり、ノズル７の横断面面積が最小となる部分は絞り部７ａの部分である。一般に、ノズル形状における出口横断面面積と最小横断面面積の比がノズルから噴出する噴流の物理的条件（静圧やマッハ数等）を決定する。通常、ノズル７は効果的に２次流体を圧縮できるような出口横断面面積と最小横断面面積の比に設計してあり、クリアランス１１の形状もこれと略同一とすることによって、クリアランス１１からの１次流体噴流が効果的に２次流体を圧縮可能となる。
なお上述した効果以外の効果については、実施形態１に係る遠心型エジェクタ１と同様である。

実施形態３．
図４は、本発明の実施形態３に係る遠心型エジェクタの縦断面図である。なお本実施形態３に係る遠心型エジェクタ１は、実施形態１及び実施形態２のようにクリアランス１１の形状が縦断面で見て直線状のものではなく、縦断面で見て曲線状に形成されているものである。またクリアランス導入部１１ｃに相当する部分はないものとする。その他の構成要素及び動作原理は、実施形態１に係る遠心型エジェクタ１と同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付している。
本実施形態３では、クリアランス１１を縦断面で見て滑らかな曲線状に形成しているため、クリアランス１１における１次流体の流路抵抗を低減することができ、１次流体の有効エネルギーの低下を防止することができる。

実施形態４．
図５は、実施形態１、実施形態２又は実施形態３に示す遠心型エジェクタを備えた冷熱生成システムのシステム構成を示した図である。なお図５に示す冷熱生成システムは例示であり、実施形態１等に係る遠心型エジェクタ１を備えた冷熱生成システムは図５に示されるものに限定されない。
図５に示す冷熱生成システムでは、遠心型エジェクタ１に一次流体の供給手段として蒸気発生器３２の駆動蒸気配管３３が接続されている。また遠心型エジェクタ１には二次流体の供給手段として蒸発器３４の二次蒸気配管３５が接続されている。また、遠心型エジェクタ１は混合気排出管３６により凝縮器３７に接続され、凝縮器３７と蒸気発生器３２は蒸気発生器戻りポンプ３８をもつ蒸気発生器戻り配管３９で接続され、凝縮器３７と蒸発器３４は減圧弁４０をもつ蒸発器戻り配管４１で接続されている。
凝縮器３７に流入する一次流体の駆動蒸気と二次蒸気の混合気は凝縮器３７の冷却水熱交換器４２により冷却され、凝縮する。凝縮した液体は、蒸気発生器戻り配管３９を経由して蒸気発生器３２に戻されると同時に、蒸発器戻り配管４１により蒸発器３４に戻される。
蒸発器３４内の二次蒸気が遠心型エジェクタ１により吸引される際に発生する二次蒸気の気化熱（蒸発潜熱）により温度低下、すなわち冷凍が発生し、蒸発器３４に接続されている冷熱負荷４３を冷却する。

なお、蒸気発生器３２に接続されている熱交換器４４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、フロン、代替フロン、水、アルコール、アンモニア、炭化水素、あるいはこれらの混合物などが利用される。
また本実施形態４では、実施形態１、実施形態２又は実施形態３に係る遠心型エジェクタ１を用いた冷熱生成システムを示しているが、実施形態１に係る遠心型エジェクタ１は例えば真空ポンプシステムに用いることもできる。この真空ポンプシステムは、例えば図５の冷熱生成システムにおいて、凝縮器３７から蒸発器戻り配管４１を経由して蒸発器３４に凝縮した液体を戻すことを行わず、蒸発器３４から２次流体を吸引のみを行うことにより構成することができる。

なお本発明に係る遠心型エジェクタ及び流体の圧縮方法、冷熱生成システム並びに真空ポンプシステムは、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。例えば図１に示す遠心型エジェクタ１において、モータ５を１次流体供給配管２の内部に設けるようにしてもよい。

本発明の実施形態１に係る遠心型エジェクタの縦断面図。 本発明の実施形態１に係る遠心型エジェクタのロータを示す上面図。 本発明の実施形態２に係る遠心型エジェクタの縦断面図。 本発明の実施形態３に係る遠心型エジェクタの縦断面図。 図５は、実施形態１、実施形態２又は実施形態３に示す遠心型エジェクタを備えた冷熱生成システムのシステム構成を示した図。 本発明の実施形態１に係る遠心型エジェクタの原理を説明するための上面図及び縦断面図。

符号の説明

１ 遠心型エジェクタ、２ １次流体供給配管、３ ２次流体供給配管、４ アーム、５ モータ、５ａ 回転軸、６ ロータ、７ ノズル、７ａ 絞り部、８ ディフューザ、９ 流路、１０ 環状流路、１１ クリアランス、１１ｃ クリアランス導入部、１２ ハウジング、１３ 剛体翼。

Claims (12)

1. １次流体が噴出されるノズルが設けられ、回転軸を中心に回転するロータと、該ロータが嵌め込まれるハウジングを備え、前記ロータと前記ハウジングの間にクリアランスを有し、前記１次流体は、該１次流体よりも全圧の低い２次流体を圧縮する遠心型エジェクタであって、
   前記１次流体の一部は、前記クリアランスから噴出され、前記２次流体は、前記クリアランスから噴出された１次流体の一部により補助的に圧縮されることを特徴とする遠心型エジェクタ。
2. 前記ロータは、前記２次流体を圧縮する剛体翼を備えていることを特徴とする請求項１記載の遠心型エジェクタ。
3. 前記剛体翼は、前記ロータの回転方向に対して凸の曲面状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の遠心型エジェクタ。
4. 前記クリランスから噴出される１次流体は、前記ノズルから噴出される１次流体と略平行に噴出されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の遠心型エジェクタ。
5. 前記ロータは、駆動動力源により回転させられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の遠心型エジェクタ。
6. 前記ロータは、前記１次流体の噴流によって回転させられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の遠心型エジェクタ。
7. 前記クリアランスにおける出口横断面面積と最小横断面面積の比は、前記ノズルにおける出口横断面面積と最小横断面面積の比と略同一であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の遠心型エジェクタ。
8. 前記クリアランスは、前記ロータの回転中心からの距離をｒ、前記ロータと前記ハウジングの間のクリアランスの幅をｔ（ｒ）として２π×ｒ×ｔ（ｒ）で定義される横断面面積が最小となる距離ｒ₁を有し、ｒがｒ₁より小さい範囲においては２π×ｒ×ｔ（ｒ）がｒに対して単調減少となり、ｒがｒ₁より大きい範囲においては２π×ｒ×ｔ（ｒ）がｒに対して単調増加となるようにｔ（ｒ）が設定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の遠心型エジェクタ。
9. １次流体が噴出されるノズルが設けられ、回転軸を中心に回転するロータと、該ロータが嵌め込まれるハウジングを備え、前記ロータと前記ハウジングの間にクリアランスを有し、前記１次流体は、該１次流体よりも全圧の低い２次流体を圧縮する遠心型エジェクタを用いる流体の圧縮方法であって、
   前記１次流体の一部を前記クリアランスから噴出し、前記２次流体を前記クリアランスから噴出した１次流体の一部により補助的に圧縮することを特徴とする流体の圧縮方法。
10. 前記ロータは剛体翼を備え、該剛体翼によって前記２次流体を圧縮することを特徴とする請求項９記載の流体の圧縮方法。
11. 請求項１〜８のいずれかに記載の遠心型エジェクタを備えていることを特徴とする冷熱生成システム。
12. 請求項１〜８のいずれかに記載の遠心型エジェクタを備えていることを特徴とする真空ポンプシステム。
    

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