JP2015518423A - ソーラエネルギーシステムの部品を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本開示はソーラエネルギーシステムの部品を製造する方法を提供する。この方法は、チューブを用意するステップを備える。チューブは少なくとも特定長さのチューブがその内部と外部との間の圧力が適切に異なると変形する材料を含む。この方法は、特定長さのチューブを受容するように配置される、キャビティを有するダイを用意するステップを備える。キャビティは、ソーラエネルギーシステムの部品の形状に対応する形状を定める。さらに方法は、ダイのキャビティに特定長さのチューブを位置決めするステップを備える。さらに方法は、特定長さのチューブの少なくとも一部が、ソーラエネルギーシステムの部品の形状に対応する形状に拡張するように、特定長さのチューブの内部における流体の相対圧力を、キャビティ内の圧力及び特定長さのチューブの内部の外側の圧力に対して増加するステップを備える。

Description

本発明はソーラエネルギーシステムの部品を製造する方法に関し、特に、限定されるものではないが、ソーラ冷却システムのようなソーラエネルギーシステムのイジェクタを製造するための方法に関する。

冷暖房及び冷蔵ユニットのような冷却システムは、かなりの量の電気エネルギーを必要とする。ここで、かなりの量の電気エネルギーは、たいてい汚染及び温室ガスの排出に関係する石化燃料から生成される。

光起電性のソーラパネル（Photovoltaic solar panels）は太陽の光を電気に変換するために用いられる。そして、冷却システムのコンプレッサに電気を供給する。これは、石化燃料の消費を削減するかもしれないが、効率は相対的に低く、さらに資本費用は相対的に高い。

蒸気駆動イジェクタ熱ポンプ冷却システムが、石化燃料により動力が供給される蒸気ボイラが装備された建築物内における非常に大きな空間の冷暖房のために用いられている。大きなサイズの最適な適用の限界を超えたイジェクタ熱ポンプ冷却システムの適用は、少なくともある程度、大きなスケールの効率的及び廉価な適切なイジェクタが困難であることがはっきりしているので、商業的に成功ではない。

本発明の第１態様によれば、ソーラエネルギーシステムの部品を製造する方法が提供される。この方法は、
少なくとも特定長さのチューブがその内部と外部との間の圧力が適切に異なると変形する材料を含むチューブを用意するステップと、
特定長さのチューブを受容するように配置される、ソーラエネルギーシステムの部品の形状に対応する形状を定める、キャビティを有するダイを用意するステップと、
ダイのキャビティに特定長さのチューブを位置決めするステップと、
特定長さのチューブの少なくとも一部が、ソーラエネルギーシステムの部品の形状に対応する形状に拡張するように、特定長さのチューブの内部における流体の相対圧力を、キャビティ内の圧力及び特定長さのチューブの内部の外側の圧力に対して増加するステップとを備える。

ソーラエネルギーシステムの部品は、イジェクタであり、流体をポンピングするために配置される。イジェクタはソーラ冷却アプリケーションに適する冷却イジェクタである。

本発明の実施形態は、比較的に速いレートで、かつ典型的にはエネルギー消費を削減して、イジェクタの製造を容易にする。

本発明の第２態様によれば、ソーラエネルギーシステムのイジェクタを製造する方法が提供される。この方法は、
少なくとも特定長さのチューブがその内部と外部との間の圧力が適切に異なると変形する材料を含むチューブを用意するステップと、
特定長さのチューブを受容するように配置される、イジェクタの形状に対応する形状を定める、キャビティを有するダイを用意するステップと、
ダイのキャビティに特定長さのチューブを位置決めするステップと、
特定長さのチューブの少なくとも一部が、イジェクタの形状に対応する形状に拡張するように、特定長さのチューブの内部における流体の相対圧力を、キャビティ内の圧力及び特定長さのチューブの内部の外側の圧力に対して増加するステップとを備える。

イジェクタは流体をポンピングするために配置される。イジェクタはソーラ冷却アプリケーションに適する冷却イジェクタである。

以下の記載は、本発明の第１及び第２態様が有する特徴を紹介する。

一実施形態にあって、相対圧力を増加するステップは、特定長さのチューブの少なくとも一部が、特定長さのチューブの一部がダイのキャビティに接触するまでに拡張されるように、実行される。

特定長さのチューブの内部における流体の相対圧力を、キャビティ内の圧力及び特定長さのチューブの内部の外側の圧力に対して増加するステップは、チューブの内部内の圧力を増加することを含む。代替的に、特定長さのチューブの内部における流体の相対圧力を、キャビティ内の圧力及び特定長さのチューブの内部の外側の圧力に対して増加するステップは、キャビティ内の圧力及び特定長さのチューブの内部の外側の流体の圧力を減少してもよい。

一つの詳細な実施形態にあって、チューブを用意するステップはチューブを形作ることを含む。例えば、チューブは初期にはイジェクタの狭いスロート（throat）部の外径よりも広いチューブ外径を有する。さらに方法は、チューブが不均一な外径を有するようにチューブの外径を局部的に低減することを含む。例えば、この方法は、イジェクタのスロート部にてチューブの外径を部分的に低減することを含む。チューブの外径を低減するステップは、回転のスエージ加工（swaging）のような適切なプロセスを含んでよい。チューブの外径は選択されて、チューブの外径を低減することは、チューブの内部内における相対的な圧力を増加するステップが、均一でかつより小さな外径を有するチューブの使用に比較して少ない拡張になるように、実行される。結果的に、拡張の結果として、チューブの材料の裂けの可能性も低減される。

さらに、チューブを用意するステップは、チューブ材料の付加量が特定長さのチューブの他の領域よりも、より拡張にさらされる特定長さのチューブの一領域に配置されるように、予め形成されるか又は予め機械加工されたチューブ材料を用いる。結果的に、拡張の結果として、チューブの材料の裂けの可能性もさらに低減される。

本発明は、さらに、相対的な圧力を増加するステップよりも前又はそのステップの間に特定長さのチューブを加熱するステップをも含む。特定長さのチューブを加熱することは、材料の加工硬化（work hardening）を減じるかもしれない。一実施形態にあって、チューブは金属材料を含み、さらに特定長さのチューブは、金属材料が脆性状態から延性状態に変化する遷移温度を上回る温度に加熱される。チューブの材料は、熱処理された材料のフォームにて用意され、さらに方法は、イジェクタの形成の後に材料特性を向上するためにチューブ材料を加熱処理することを含んでもよい。

一実施形態にあって、相対圧力を増加するステップは、周方向応力が特定長さのチューブの少なくとも一部に誘発され、さらに周方向応力が特定長さの一部の降伏強度（yield strength）よりも大きいように、実行される。

チューブは、金属材料を含む必要はなく、代替的に他の適切な材料を含んでよい。例えば、チューブは、高分子材料、ガラス又はセラミックのような非金属材料を含む。適切な金属材料の例としては、鋼、銅、アルミニウム、真鍮、炭素鋼、合金、及び比較的低炭素成分を含む高延伸スチールを含む。

一実施形態にあって、本発明は、特定長さのチューブを拡張している間に軸方向の圧縮を、特定長さのチューブに加えるステップを備える。拡張の間に軸方向の圧縮を特定長さのチューブに加えるのは、チューブ材料の破裂の危険性を低減する。方法は、さらに特定長さのチューブとダイとの間に潤滑油を配置するステップを備える。潤滑油は、チューブとダイとの間の摩擦を低減する。潤滑油は、例えば、二硫化モリブデンであってもよいが、他の適切な潤滑油が用いられもよい。適切な代替の潤滑油は、グラファイト、窒化ホウ素、チョーク、カルシウムフッ化物、セリウムフッ化物、及び二硫化タングステンを含む。

イジェクタの形状に関する形状は、イジェクタの圧縮部の形状を含む。前記形状は、圧縮部及びノズルハウジングが一体に形成されるようにイジェクタのノズルハウジングを含む。

特定長さのチューブの内部の流体は、典型的には液状物質であり、前記方法は特定長さのチューブの内部を液状物質で満たすステップを備える。流体は、実質的に有害ないかなる効果をこうむることなく、チューブ材料の熱処置のための適切な温度に流体が加熱されるように選択される。流体は、圧縮されるか及び／又はダイから外されるときに流体が蒸発しないように通常、選択される。流体は、典型的には可燃性ではない。例えば、流体はシリコン油であってもよい。

本発明の一実施形態にあって、ダイが配置され、チューブ材料は、特定長さのチューブの内部における相対圧力が低減されると、チューブが径にあってわずかに収縮（「スプリングバック」）されるように、選択される。これは特定長さのチューブのダイからの分離を容易にする。このような径の収縮はチューブ材料に依存し、全ての材料がそのような収縮を示すものではないことが正しく理解されるであろう。

本方法は、流体の温度を局部的又は全体的に制御するステップを備えてもよい。この流体の温度を制御するためのステップは、多くの利点を提供する。例えば、適度な加熱温度は、チューブの破裂を導くかもしれない材料における局部的なストレスを防ぐのを支援するために用いられる。いくつかの場合にあって、チューブ材料は、特定長さの拡張の後に、急速冷却にさらされてもよい。

本発明の一実施形態にあって、方法は流体の一時的な圧力特性を判断するステップを備え、このステップは特定長さのチューブの内部の相対圧力の増加の比率と特定長さのチューブの内部の相対圧力の低減の比率を判断することを含む。相対圧力を増加するステップは判断された一時的な圧力特性によって少なくとも部分的に特定される。

本発明は、発明の詳細な説明における実施形態からより十分に理解されるであろう。説明には、添付の図面についての参照番号が適用される。

本発明の実施形態に従ってイジェクタを製造するための方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に従って製造されるイジェクタの概略的な断面図である。 本発明の実施形態に従って製造されるイジェクタの圧縮部の概略的な（ワイヤフレーム）の斜視図である。 図２の圧縮部の立体的な斜視図である。 図２の圧縮部の側面図である。 本発明の実施形態に従って図２の圧縮部を製造するために用いられる一つのダイの二つの部分の断面図である。 図２の圧縮部が本発明の実施形態に従って製造される、チューブ周辺に位置決めされた図６のダイを示す図である。 本発明の実施形態に従うイジェクタ冷却システムの一具現化例の概略的な構成図である。

本発明の複数の実施形態は、イジェクタのような、ソーラエネルギーシステムの部品を製造するための方法に関する。

先ず始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態についての方法１０を説明する。さらに詳細な方法の説明は、図２乃至８を参照して以下に記載される。

ソーラエネルギーシステムの部品を製造するための方法１０は、チューブを用意する始めのステップ１２を備える。チューブは銅又は他の適切な材料からなる。チューブ材料は、チューブが、チューブの内部と外部の間の圧力が適切に異なるときに変形するように、選択される。詳細を後述するように、チューブは、チューブの径が局部的に減少されるように処理される部分を備える。ステップ１４では、特定長さのチューブを受容するように配置されるキャビティを有する型（die、ダイという）が用意される。キャビティは、ソーラエネルギーシステムの部品の形状に対応する形状を定める。

ステップ１６では、特定長さのチューブをダイのキャビティに位置決めする。ステップ１８では、特定長さのチューブの少なくとも一部が、ソーラエネルギーシステムの部品の形状に対応する形状まで拡張するように、特定長さのチューブの内部内の、キャビティ内及び特定長さのチューブの内部の外に対する相対液圧を増加する。

ここで図２を参照しながら、本発明の実施形態のさらに詳細を説明する。図２は本発明に従った方法を用いて形成されたイジェクタ２０を示す。イジェクタ２０は、冷却サイクルにて加熱ポンプを駆動するように動作する。この場合、イジェクタは電気的に駆動される圧縮器の代わりに用いられる。イジェクタ２０は、可動する部品を備えないので、広範囲な商業及び家庭の使用に最適である。イジェクタ２０は、圧縮効果を発生するために電気エネルギーよりもむしろ熱エネルギーを用いる。図８は、熱エネルギーをイジェクタ２０に供給する、ソーラパネル２０４を備えるソーラ冷却システム２００の具体例を示す。

図２に示された具体例にあって、イジェクタ２０は、部分的に閉鎖される端部２５と開口端部２９を有する中空体２２を備える。イジェクタ２０は、しばしば円筒形とされるが、この実施形態にあっては、実質的に中央軸３６周りに対称とされる。中空体２２は、圧縮部３４に取り付けられるノズルハウジング４２を有する。ノズル３０は中空体２２の部分的に閉鎖される端部２５を貫通する。ノズル３０は、中空体２２の外側の入口３８及び中空体２２の内側の出口４０を有する。ノズル３０は、入口３８と出口４０の中間のくびれ部３１を有する。

他のデザインが予想されることが容易に理解されるであろう。例えば、両方の端部２５、２９は開放されていてもよいし、イジェクタ２０は蒸発器の流れが開放端部２５を通して軸方向に流れるように配置されてもよいし、さらにノズル３０がノズルハウジング４２の側部を介してイジェクタ２０の中空体２２に入ってもよい。さらに、デザインが環状の形状とされるノズル及び複数ノズルが予想されることも理解されるであろう。

ノズルハウジング４２は、エントリチャンバ２４を定める。エントリチャンバ２４の壁３２は、そこにて形成されるエントレイン流（entrained flow）の入口３４を形成する。圧縮部４４はエントリチャンバ２４と繋がっている混合チャンバ２６を定める。圧縮部４４は、拡散チャンバ２８と、混合及び拡散チャンバと繋がる中間チャンバ２７をも定める。図３乃至５は、イジェクタ２０の圧縮部４４を示す。

圧縮部４４を製造するための方法の実施形態は、図６及び７を参照して説明される。図６は、ダイ１００の断面図である。ダイ１００は、通常、円筒状であり、初めは相互に分離されているダイ部品１０１及び１０２を含む。ダイ１００は、ダイ部品１０１及び１０２が一緒にされたときに形成される。ダイ１００は、例えば図２に示されるイジェクタ２０のようなイジェクタの一部の形状を相補する形状を有する内部空間を有して形成される。

イジェクタ部を形成するためにチューブ１０４をダイ１００に挿入する前に、チューブ１０４は、変形又は機械加工されてもよい。この具体例にあって、チューブ１０４は初期にはイジェクタ２０の狭いスロート（throat）部の外径よりも広いチューブ外径を有する。この方法は、チューブ１０４が不均一な外径を有する（図６及び７には示されない）ように、チューブ１０４のスロート部の外径を局部的に低減することを含む。この具体例にあって、このチューブ１０４の外径は、回転するスエージ加工（swaging）を用いて局部的に低減される。チューブ１０４の外径は選択され、チューブ１０４の外径の低減は、イジェクタ部の構成に要求される拡張が低減されるように、実行される。結果的に、拡張の結果として、チューブ１０４の材料の裂けの可能性も低減される。

さらに、チューブ１０４は、チューブ材料の付加量がチューブの他の領域よりも、より拡張にさらされるチューブの一領域に配置されるように予め機械加工されてもよい。

チューブ１０４はその後、ダイ部分１０１、１０２に離隔された間に挿入される。流体１１０がその後にチューブの第１端部１１２に導入される。流体は、シリコンオイルであってよく、有害な効果を引き起こしてしまう流体を用いることなく、チューブをアニーリングするために、適切な温度に加熱される好ましい流体である。流体が加熱されるか、又は減圧されたときに、及び特にチューブがダイから外されたときに、蒸発することのない流体であることが好ましい。さらに流体は可燃性でないことが好ましい。チューブの第２端部１１４は例えば、締め付け閉鎖されるか又は蓋を被せられる。チューブ内の流体１１０の圧力は、その後、適切なポンプを用いて増加される。この実施形態にあって、ポンプは、ピストンタイプポンプであるが、他の実施形態では適切なポンプ、例えば制限されるものではないが、回転型の排水ポンプ、往復運動タイプのポジティブ排水ポンプ（ピストン又は膜ポンプのような）、及び線形タイプのポジティブ排水ポンプ（ロープポンプ又はチェインポンプのような）を備える具体例であってもよい。

チューブ内の増加された流体圧力は、チューブの周方向強さよりも大きいチューブの周方向応力（hoop stress）が、チューブ１０４を、ダイ部１０１、１０２のそれぞれのダイ部１０６、１０８に接触するように可塑的に変形するように誘発される。

全般的に、しかし必然的に、流体圧力の増加の間、ダイ部１０６、１０８は、例えばクランプ又は万力のような機械的な押圧により保持される。

チューブ１０４は、適切な材料によってなる。図４乃至７の具体例にあって、チューブ１０４は銅又はステンレス鋼のチューブである。チューブ材料の他の具体例は、低炭素含有の高延伸スチールを含む。いくつかの具現化例にあって、チューブは、高分子材料、ガラス又はセラミックを含む。

流体の圧力によってチューブの壁が外側に向かってあおられると生じる、チューブの壁が薄くなることを補償するために流体圧力が増加されると、軸方向の圧縮がチューブ１０４に適用される。例えば、チューブ１０４は、液体ピストン、ラック及びピニオン又は他の適切な圧縮手段によって、一緒に動くようにされる顎部によってダイ１００の両側部の二つの点にて捉まれる。全般的に、チューブ１０４に適用される軸方向の張力は、そのアプリケーションよりも前に判断される。これは、プロセスのコンピュータによる有限エレメント分析を用いて判断されてもよい。製造の間、チューブ１０４は、材料の局部的な薄さという結果をもたらすように、ダイ１００にあって拡張される。これは、チューブの破裂をまねく可能性がある。軸方向の張力の適用がこの望まれない副作用を和らげる。

潤滑油が、チューブ１０４とダイ部１０６、１０８の間に配置される。潤滑油は、例えば、二硫化モリブデンであってもよいが、他の適切な潤滑油が用いられもよい。潤滑油は、軸方向の圧縮をチューブに適用している間に好都合である。

チューブ１０４は、材料の脆性延性遷移温度より上に、拡張の前に加熱される。方法は、銅チューブにあっては１０８５℃当たりの、チューブ材料の溶融温度を下回って実行されもする。材料に応じて脆性延性遷移温度及び溶融温度の値が変動することが理解されるであろう。チューブ１０４の材料は、熱処理される形状にあっても適用される。

流体圧力はその後、チューブ１０４の外側面がダイ面１０６、１０８の全体に接触するように、チューブ１０４がダイ１０４内で拡張されるまで増加される。その後、圧力がかけられる。少なくともいくつかの適切なチューブ材料にあって、チューブ１０４が、液体の圧力が低減されると、収縮（「スプリングバック」）するように、ダイ１００は形成される。

イジェクタ２０の形成された部分は、その後に、機械加工され、さらにイジェクタ２０を形成するための周知の技術を用いて処理される。

流体の温度は方法を改良するために制御されてもよい。流体の温度を制御するためのステップは、多くの利点を提供する。例えば、適度な加熱温度は、チューブの破裂を導くかもしれない材料における局部的なストレスを防ぐのを支援するために用いられる。いくつかの場合にあって、チューブ材料は、急速冷却にさらされてもよく、これは冷却流体をチューブに収容することによって達成される。さらに、油圧成形の後に冷却流体を収容することは、ダイからチューブが除去されるのを十分に容易にするようにチューブを縮小させる。

一時的な圧力特性はダイにチューブを配置するよりも前に判断される。これは、例えば本発明に係る方法のコンピュータによる有限エレメント分析によって判断されてもよい。流体の圧力は、コンピュータによる有限エレメント分析の出力によって定められるように増加及び／又は減少されてもよい。

圧縮部を形成するために増加された圧力によりチューブが変形された後、万力又は圧力が解放されてダイ部１０６及び１０８が分離される。流体は形成された圧縮部から排出され、続いてチューブはダイから取り出され、さらに洗浄される。圧縮部４４は、もし必要ならば、機械加工されるか、または削って仕上げられ、さらに、制限されるものではないが、ろう付け、溶接又は接着剤の使用を含む適切な手段によりノズルハウジング４２に取り付けられる。一実施形態にあって、相補的なネジ筋（山）が圧縮部４４及びノズルハウジング４２に形成され、ノズルハウジング４２を圧縮部４４に取付けるために、圧縮部４４及びノズルハウジング４２は噛み合わせられる。

代替的に、ダイは圧縮部３４及びノズルハウジング４２が一体に形成されるようにノズルハウジング４２の構成を扱いやすいようにするために構成されてもよい。

イジェクタ２０の動作は、図３及び８を参照することにより全体的に理解されると思われる。蒸気源は、ノズル３０の外側端部３８に結合される。蒸気はノズル３０を通過し、内側端部４０を通って、ノズルを離れる。イジェクタ２０を通る蒸気の通路は、エントレイン流の入口３４にて、圧力の減少を引き起こす。エントレイン流の入り口３４は、制限されるものではないが、ヒドロフルオロカーボン、ヒドロカーボン、アルコール及び水を含む具体例のような、冷却剤となる流体を有する容器とつながる。図８の具現化例にあって、容器は蒸発器２０８内に収容される。エントレイン流の入り口３４における相対的に低い圧力は、容器内の残留冷却剤を順番に冷却する冷却水の蒸発を引き起こす。冷却された冷却剤は、冷暖房のような続いて起こる冷却アプリケーションのために用いられる。

加熱ポンプ冷却サイクルは、高温度サブサイクル２１０及び低温度サブサイクル２１２を含む。高温度サブサイクル２１０にあって、熱は熱源（太陽光集積装置２０４のような）から蒸気発生器を介してイジェクタ２０に伝達され、冷却剤の飽和温度をわずかに上回る温度にて蒸気発生器内の流体を作動するイジェクタサイクルの蒸発を引き起こす。蒸気はその後、ノズル３０を介して、流体が加速されるイジェクタに流れる。

ポンプ２０１はイジェクタ２０を動作する異なる圧力を発生することを要求されるが、流体が圧縮されるために、電気は相対的に小さいことが要求される。加熱ポンプ内の他の全ての部品は従来のものであっても又は従来のものでなくてもよい。

蒸気エンタルピーの大部分は、運動エネルギーに変換されるので、エネルギーの保存は、入口ハウジング２２内の蒸気温度及び圧力が非常に小さいことを示唆する。入口ハウジング内の低圧力は、蒸発器からの蒸気の流れを引き出すように作用する。

蒸気発生器と蒸発器の流れは、インジェクタの中で混合され、さらに混合された流れは圧縮ショックを経験する。このように熱の圧縮は、従来の熱ポンプにおける電気的な圧縮に代わる。さらなる圧縮が、イジェクタから現れた音速以下の流れが次にコンデンサ２０６に流れ込むように拡散チャンバにて生じる。

コンデンサ２０６では、熱は作動流体（冷却剤）から周辺に除去され、結果としてコンデンサの出口にて凝縮された冷却剤液体となる。イジェクタ２０は、この点にて冷却剤の飽和温度がコンデンサ冷却媒体よりも高くなるように、十分な出口圧力を提供する必要があり、さもなければ熱は除去されず、さらにサイクルは動作をやめる。これはイジェクタの機能不全モードであり、過度の凝縮の背圧（condensing backpressure）によって引き起こされる。機能不全は、例えば蒸気発生器２１４からの発生器の大きな圧力及び温度の適用によって克服することができる。

コンデンサ２０６を離れた液体の冷却剤は、その後、拡張弁を介しての減圧の後、蒸発器２０８に入る一つと、冷却ポンプ２０１を介して増加する圧力を受けた後に蒸気発生器２１４に循環して戻る他という、二つの流れに分離される。冷却流体は、蒸気に蒸発され、周囲からの熱を吸収し、冷却され、イジェクタ２０に運ばれて、サイクルは完結する。

イジェクタ熱ポンプサイクルは、蒸発より前のサブ冷却することから及び圧縮を通しての過熱最小化することから、利益を得る。

イジェクタ機能は、冷却剤の選択の自由を提供しつつ、かつ圧縮器の潤滑油の互換性の要求によっても複雑とはされない。さらに、蒸気発生器及び蒸発器の両方のポートは本質的に開放チューブなので、液体の詰まりを許容する。

イジェクタの性能をモデル化する手段が多数ある。モデル化は、非理想反応用のマイナ調整を伴う熱力学の圧縮流理論、又はコンピュータによる流体力学を用いる計算上から得られるか、及び／又は有限のエレメント分析に基づいている。モデリングは以下の参照文献を援用できる。

Eames, IW, Aphornratana, S & Haider, H 1995, ‘A theoretical and experimental study of a small-scale steam jet refrigerator’, International Journal of Refrigeration, vol.18, no. 6, pp. 378-86.

Huang B., Petrenko V., Chang J, Lin C., Hu S., ‘A combined cycle refrigeration system using ejector cooling cycle as bottoming cycle’, Journal of Refrigeration 24 (2001) 391-399.

Zhu C., Wen L., Shock Circle method for ejector performance evaluation, Energy Conversion and Management, Vol 48, pp2533-2541, 2007.

Eames I., ‘A new prescription for the design of supersonic jet pumps: the cpmstamt rate of momentum change method’, Applied Thermal Engineering, Vol 22,
pp121-131, 2002.

コンピュータによる流体力学（Computational Fluid Dynamics（ＣＦＤ））は、ハードウェアによるコンピュータの性能の進歩を伴って過去１０年に亘って成熟した。これにより、超音波ショック効果、実在ガス反応、準安定性冷却剤状態、境界層流、境界層はがれなどを含めた詳細なイジェクタプロセスを研究者に研究させている。実在ガスモデルに関係するかなり高い乱流超音波圧縮流の複雑さのため、高度に発達したＣＦＤパッケージのみがイジェクタモデリングに適切なのかもしれない。イジェクタモデルは、Fluent又はANSYS CFD、又は他の適切なソフトを用いる。

乱流モデルの選択は、ＣＦＤモデリングために必要とされる。標準的なk-ε乱流モデルは十分ではない。特に、ハイブリッドk-ω-sst モデルは、Bsrtosiewicz Y., Aidoun Z., Desevaux P., Mercadier Y.,によって記載される、超音波イジェクタモデリングのための６つの乱流モデルの評価におけるＣＦＤ実験インテグレーション（CFD experiments integration in the evaluation of six turbulence models for supersonic ejector modelling）、ＣＦＤインテグレーションの処置及び実験（Proceedings of Integrating CFD and Experiments）、Glasgow, 2003）によって良好な結果が提供されると思われる。

実際のインジェクタ流の描写は、透明なイジェクタによって提供される先進のビジュアライゼーション（visualisation）技術によって提供される。

開示された実施形態については、多数の変形及び／又は改良が作られることは明らかである。それゆえ、本実施形態は、例示されたすべての具体例にあって考慮されるが、制限されるものではない。例えば、イジェクタの部品は、チューブ１０４の内側領域内の相対圧力が増加されることになる、チューブ１０４の外側の領域についての圧力を低減することによって形成されてもよい。

以前の公報としての参照は、オーストラリア又は他の国における当業者の共通の全般的な知識の一部の承認ではない。

Claims (22)

1. 少なくとも特定長さのチューブがその内部と外部との間の圧力が適切に異なると変形する材料を含むチューブを用意するステップと、
   特定長さのチューブを受容するように配置される、ソーラエネルギーシステムの部品の形状に対応する形状を定める、キャビティを有するダイを用意するステップと、
   ダイのキャビティに特定長さのチューブを位置決めするステップと、
   特定長さのチューブの少なくとも一部が、ソーラエネルギーシステムの部品の形状に対応する形状に拡張するように、特定長さのチューブの内部における流体の相対圧力を、キャビティ内の圧力及び特定長さのチューブの内部の外側の圧力に対して増加するステップと
   を備えるソーラエネルギーシステムの部品を製造するための方法。
2. 前記ソーラエネルギーシステムの部品は、イジェクタである請求項１記載の方法。
3. 少なくとも特定長さのチューブがその内部と外部との間の圧力が適切に異なると変形する材料を含むチューブを用意するステップと、
   特定長さのチューブを受容するように配置される、イジェクタの形状に対応する形状を定める、キャビティを有するダイを用意するステップと、
   ダイのキャビティに特定長さのチューブを位置決めするステップと、
   特定長さのチューブの少なくとも一部が、イジェクタの形状に対応する形状に拡張するように、特定長さのチューブの内部における流体の相対圧力を、キャビティ内の圧力及び特定長さのチューブの内部の外側の圧力に対して増加するステップと
   を備えるソーラエネルギーシステムのイジェクタを製造するための方法。
4. 特定長さのチューブの内部における流体の相対圧力を、キャビティ内の圧力及び特定長さのチューブの内部の外側の圧力に対して増加するステップは、チューブの内部内の圧力を増加することを含む請求項１〜３のいずれか一項記載の方法。
5. チューブを用意するステップはチューブを形作ることを含み、さらに前記方法はチューブが不均一な外径を有するようにチューブの外径を局部的に低減することを含む請求項１〜４のいずれか一項記載の方法。
6. チューブの外径は選択されて、チューブの外径を低減することは、チューブの内部内における相対的な圧力を増加するステップが、均一でかつより小さな外径を有するチューブの使用に比較して少ない拡張になるように、実行される請求項５記載の方法。
7. チューブを用意するステップは、チューブ材料の付加量が特定長さのチューブの他の領域よりも、より拡張にさらされる特定長さのチューブの一領域に配置されるように、予め形成されるか又は予め機械加工されたチューブ材料を用いる請求項１〜６のいずれか一項記載の方法。
8. 相対的な圧力を増加するステップよりも前又はそのステップの間に特定長さのチューブを加熱するステップを含む請求項１〜７のいずれか一項記載の方法。
9. チューブは金属材料を含み、さらに特定長さのチューブは、金属材料が脆性状態から延性状態に変化する遷移温度を上回る温度に加熱される請求項８記載の方法。
10. 相対圧力を増加するステップは、周方向応力が特定長さのチューブの少なくとも一部に誘発され、さらに周方向応力が特定長さの一部の降伏強度（yield strength）よりも大きいように、実行される請求項１〜９のいずれか一項記載の方法。
11. チューブは非金属材料を含む請求項１〜８のいずれか一項記載の方法。
12. 特定長さのチューブを拡張している間に軸方向の圧縮を、特定長さのチューブに加える請求項１〜１１のいずれか一項記載の方法。
13. 特定長さのチューブとダイとの間に潤滑油を配置するステップを備える請求項１〜１２のいずれか一項記載の方法。
14. ソーラエネルギーシステムのイジェクタ又は部品の形状に関係する形状は前記イジェクタの圧縮部の形状を含む請求項１〜１３のいずれか一項記載の方法。
15. 前記形状は、圧縮部及びノズルハウジングが一体に形成されるようにイジェクタのノズルハウジングを含む請求項１４記載の方法。
16. 流体は液状物質であり、前記方法は特定長さのチューブの内部を液状物質で満たすステップを備える請求項１〜１５のいずれか一項記載の方法。
17. ダイが配置され、チューブ材料は、特定長さのチューブの内部における相対圧力が低減されると、チューブが径にあってわずかに収縮されるように、選択される請求項１〜１６のいずれか一項記載の方法。
18. 流体の温度を制御するステップを備える請求項１〜１７のいずれか一項記載の方法。
19. 液体の温度を制御するステップは、特定長さのチューブの拡張の後に、そのチューブ材料を急速冷却する請求項１８記載の方法。
20. 流体の一時的な圧力特性を判断するステップを備える請求項１８又は１９記載の方法。
21. 特定長さのチューブの内部の相対圧力の増加の比率と特定長さのチューブの内部の相対圧力の低減の比率を判断することを含む請求項２０記載の方法。
22. 相対圧力を増加するステップは判断された一時的な圧力特性によって少なくとも部分的に特定される請求項２０又は２１記載の方法。

Images