JP2019132222A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昇圧特性を向上可能なポンプ装置を提供する。【解決手段】駆動流体Ａの流れを利用して吸引流体Ｂを吸引するポンプ装置１は、ノズル１３、流体導入部１４、及び、混合部１５を備える。ノズル１３は、駆動流体Ａを噴射可能な噴射口を有する。流体導入部１４は、駆動流体Ａによって吸引される吸引流体Ｂを導く。混合部１５は、ノズル１３が噴射する駆動流体Ａの下流側に設けられ、駆動流体Ａと吸引流体Ｂとを混合する。ポンプ装置１では、駆動流体Ａと吸引流体Ｂとが合流をする仮想座標平面Ｓ０において流体導入部１４に近い側を流れる吸引流体Ｂ１の圧力損失は、仮想座標平面Ｓ０において流体導入部１４から遠い側を流れる吸引流体Ｂ２の圧力損失に比べ小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプ装置に関する。

冷凍サイクルに適用されるエジェクタ等のポンプ装置について、駆動流体と吸引流体とが合流する以降の混合部におけるエジェクタの効率を上げる課題が従来からあった。そこで特許文献１には、複数の駆動ノズルが設けられたノズルのうち、中央部分に配置する中央駆動ノズルにおける流体の圧力と、周辺部分における流体の圧力とに圧力差を設け、当該圧力差を利用して混合部において駆動流体と吸引流体とを短い距離で均質に混合するポンプ装置が記載されている。

特開２００８−１３３７９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のポンプ装置ではノズルの位置と吸引流体が供給される流体導入部との位置関係によっては、ポンプ装置の昇圧特性が低下するおそれがある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、昇圧特性を向上可能なポンプ装置を提供することである。

本発明は、駆動流体（Ａ，Ａｆ）の流れを利用して吸引流体（Ｂ，Ｂ３）を吸引するポンプ装置であって、ノズル（１３，２３，３３）、流体導入部（１４，３４）、及び、混合部（１５，３５）を備える。ノズルは、噴射口（１１，１２，３２）から駆動流体を噴射する。流体導入部は、吸引される吸引流体を導く。混合部は、駆動流体と吸引流体とを混合する。本発明のポンプ装置では、駆動流体と吸引流体とが合流をする領域（Ｓ０）において流体導入部に近い側を流れる吸引流体（Ｂ１，Ｂ４）の圧力損失は、当該領域において流体導入部から遠い側を流れる吸引流体（Ｂ２，Ｂ５）の圧力損失に比べ小さい。

また、本発明のポンプ装置では、ノズル、流体導入部、及び、混合部を備えており、駆動流体と吸引流体とが合流をする領域において流体導入部に近い側を流れる吸引流体の流速は、流体導入部から遠い側を流れる吸引流体の流速よりも遅い。

また、本発明のポンプ装置では、ノズル、流体導入部、及び、混合部を備えており、流体導入部に近い側の吸引流体の流路の断面積は、流体導入部に遠い側の吸引流体の流路の断面積に比べ大きい。

本発明のポンプ装置では、駆動流体と吸引流体とが合流をする領域において流体導入部に近い側を流れる吸引流体の圧力損失が、当該領域において流体導入部から遠い側を流れる吸引流体の圧力損失に比べ小さい。また、流体導入部に近い側を流れる吸引流体の流速が、流体導入部から遠い側を流れる吸引流体の流速に比べ遅い。また、流体導入部に近い側の吸引流体の流路の断面積は、流体導入部に遠い側の吸引流体の流路の断面積に比べ大きい。本発明のポンプ装置は、これらの構成または当該構成による流体の特性によって圧力損失が小さくなるため、昇圧特性を向上することができる。

第一実施形態によるポンプ装置が適用される冷凍サイクルの模式図である。 第一実施形態によるポンプ装置の断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ部断面図である。 第一実施形態によるポンプ装置の構成を説明する模式図である。 第一実施形態によるポンプ装置の斜視図である。 第一実施形態によるポンプ装置の流体導入部接続角度と昇圧量との関係を表す図である。 第二実施形態に係るポンプ装置の断面図である。 第二実施形態によるポンプ装置の構成を説明する模式図である。 第三実施形態に係るポンプ装置の断面図である。 第三実施形態によるポンプ装置の構成を説明する模式図である。 第四実施形態によるポンプ装置の断面図である。 第五実施形態によるポンプ装置の断面図である。

以下、複数の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、他の実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第一実施形態）
第一実施形態によるポンプ装置を図１〜６に基づいて説明する。図１は、第一実施形態によるポンプ装置１が適用される冷凍サイクル１００の模式図である。ポンプ装置１が適用される冷凍サイクル１００は、ポンプ装置１、コンプレッサ５３、第１の熱交換器５４、気液分離器５５、及び、第２の熱交換器５６を有する。

冷凍サイクル１００の動作の一例を図１に基づいて以下に述べる。まず、コンプレッサ５３で圧縮された高温且つ高圧のガス冷媒が、第１の熱交換器５４で例えば外部空気と熱交換することにより凝縮液化される。この凝縮液化された高圧の液冷媒は、ポンプ装置１のノズル１３で減圧されることによって気液二相状態となる。この気液二相冷媒はノズル１３より噴出し、ポンプ装置１の流体導入部１４より吸引されたガス冷媒と混合して、ポンプ装置１の排出部１６で昇圧される。ポンプ装置１より流出した気液二相の冷媒は、気液分離器５５でガス冷媒と液冷媒とに分離される。分離された液冷媒は第２の熱交換器５６に供給され、第２の熱交換器５６で例えば送風空気と熱交換して蒸発したガス冷媒は、再びポンプ装置１の流体導入部１４にて吸引される。また、気液分離器５５で分離されたガス冷媒は再びコンプレッサ５３に吸引される。冷凍サイクル１００はこれらの一連の動作を繰り返す。

次に、ポンプ装置１の構成の詳細を図２及び図３に基づいて述べる。ポンプ装置１は、駆動流体Ａの流れを利用して吸引流体Ｂを吸引するものである。ポンプ装置１の構成の概要をポンプ装置１の断面図である図２に基づいて以下に述べる。ポンプ装置１は、噴射口１２から駆動流体Ａを噴射するノズル１３と、駆動流体Ａによって吸引される吸引流体Ｂを導く流体導入部１４と、駆動流体Ａと吸引流体Ｂが混合される混合部１５と、混合部１５から駆動流体Ａと吸引流体Ｂを外部に排出する排出部１６とを有する。

外装１７は、流体導入部１４と、混合部１５と、排出部１６との金属製の外装をいう。図２に示すように、混合部１５を通る流体の流路の中心軸をＺ軸とし、外装１７の内壁が円形である流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸をＹ軸とすると、図２は、ＺＹ平面で断面を切ったときの断面図である。なお、Ｙ軸は、流体導入部１４側が−Ｙ側になり、流体導入部１４側とは反対側が＋Ｙ側となる。

外装１７が有する壁体は、図２のＺＹ平面で見たとき、大きく分けて、流体導入部用壁１８、流体導入部用壁１９、混合部用壁２０、及び、混合部用壁２１となる。流体導入部用壁１８は、貫通孔であるノズル用穴１８１が有する。ノズル１３は、ノズル用穴１８１を通り、流体導入部用壁１８を貫いて設けられている。流体導入部用壁１８と流体導入部用壁１９との流体導入部１４側は開口した開口部１９１となっている。

混合部用壁２０は、流体導入部用壁１８の流体導入部１４とは反対側に接続している。混合部用壁２０のうち、流体導入部用壁１８との接続部１８２近傍は、管径が大きく維持される大管径部２０１である。混合部用壁２０の接続部１８２から離れ、大管径部２０１に隣接するのが、接続部１８２から離れるに従い管径が小さくなる管径変化部２０２である。さらに管径変化部２０２よりも接続部１８２から離れ管径変化部２０２に隣接するのが、管径が小さい小管径部２０３である。さらに小管径部２０３よりも接続部１８２から離れ小管径部２０３に隣接するのが、管径が接続部１８２から離れるに従い僅かに大きくなる管径小変化部２０４である。管径小変化部２０４よりも接続部１８２から離れた位置は、開口した開口部２０５となっている。

混合部用壁２１は、流体導入部用壁１９の開口部１９１とは反対側に接続している。混合部用壁２１のうち、流体導入部用壁１９との接続部１９２近傍は、接続部１９２から離れるに従い管径が小さくなる管径変化部２１２である。さらに管径変化部２１２よりも接続部１９２から離れ管径変化部２１２に隣接するのが、管径が小さい小管径部２１３である。さらに小管径部２１３よりも接続部１９２から離れ小管径部２１３に隣接するのが、管径が接続部１９２から離れるに従い僅かに大きくなる管径小変化部２１４である。管径小変化部２１４よりも接続部１９２から離れた位置は、開口した開口部２１５となっている。

図３において、混合部１５を通る流体の流路の中心軸と直交する仮想面を定義し、中心軸と交わる点を原点とする「駆動流体と吸引流体とが合流をする領域」としての仮想座標面Ｓ０を仮想面上に設定する。仮想座標面Ｓ０のＸ軸は、Ｙ軸及びＺ軸の双方と直交する軸である。また、仮想座標面Ｓ０の原点をＰとする。仮想座標面Ｓ０では、噴射口１２から噴射される駆動流体Ａと流体導入部１４から導入される吸引流体Ｂとが最初に合流する。

ノズル１３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ部断面図である図３で見たとき、その輪郭が円形で、その中心が＋Ｙ側に若干寄っている。すなわち、図３に示す仮想座標面Ｓ０では、管径変化部２０２と管径変化部２０２とによって形成される流路において、ノズル１３の流体導入部１４側の断面積は、流体導入部１４とは反対側の断面積に比べ大きくなるようノズル１３は配置されている。ここで、流路の断面積は、流体の流れ方向に垂直な断面における、流体の流れる範囲の面積を言うものとする。

ノズル１３は、図２のＺＹ平面で見たとき、ノズル用穴１８１を通り、長い流体導入部用壁１８を貫いて設けられている。つまり、ノズル１３は、ポンプ装置１の外部と、内部空間を繋いでいる。そして、ノズル１３の先端の噴射口１２は、管径変化部２０２，２１２によって囲われる空間まで突出している。

ノズル１３は、内径が比較的大きい第１の噴射口１２１と、第１の噴射口１２１に比べ内径が小さい第２の噴射口１２２との２つの噴射口１２を有する。第１の噴射口１２１の中心Ｃ１及び第２の噴射口１２２の中心Ｃ２のＸ座標は０である。第１の噴射口１２１は、その中心Ｃ１が＋Ｙ側に寄っており、第２の噴射口１２２は、その中心Ｃ２が−Ｙ側に寄っている。第１の噴射口１２１の中心Ｃ１の原点Ｐから離れた距離は、第２の噴射口１２２の中心Ｃ２の原点Ｐから離れた距離より長い。第１の噴射口１２１の面積は、第２の噴射口１２２の面積に比べ大きく、本実施形態では、その面積比は４：１である。

流体導入部１４は、流体導入部用壁１８と流体導入部用壁１９とによって囲われる空間に略一致する。混合部１５は、小管径部２０３，２１３の部位によって囲われる空間に略一致する。また、排出部１６は、管径小変化部２０４，２１４の部位によって囲われる空間に略一致する。

ポンプ装置１を流れる流体は、圧力損失が可能限り少ない流路、すなわち比較的短い流路や絞りが比較的少ない流路を多く流れようとする。一方で、絞りが多い流路を流れる流体は、圧力損失が大きくなるものの、流速は速くなる。絞りの多い流路とは、例えば、流路の断面積が小さい流路である。ポンプ装置１は、複数の噴射口１２があるため噴射口１２の噴流に偏りがあるため、流路の絞りにも偏りが生じる。

ここで、図２に示すように、吸引流体Ｂのうち、流体導入部１４に近い側を流れる方を上流側流れＢ１とし、流体導入部１４から遠い側を流れる方を下流側流れＢ２とする。ポンプ装置１は、ノズル１３によって噴射口１２から駆動流体Ａを噴射する。このとき、駆動流体Ａによって吸引される吸引流体Ｂは流体導入部１４から導かれる。流体導入部１４から導かれる吸引流体Ｂは、駆動流体Ａと合流する。このとき、上流側流れＢ１の流路の断面積が下流側流れＢ２の流路の断面積に比べ大きいポンプ装置１を流れる流体は、以下の特性を有する。
（ａ）上流側流れＢ１の圧力損失は、下流側流れＢ２の圧力損失に比べ小さい。
（ｂ）上流側流れＢ１の流速は、下流側流れＢ２の流速よりも遅い。

ポンプ装置１の構成について、仮想座標面Ｓ０とは異なるＸＹ座標平面Ｓ１上の断面図である図４に基づいて説明する。最初に、ノズル１３の第１の噴射口１２１及び第２の噴射口１２２のそれぞれについて、原点Ｐから第１の噴射口１２１及び第２の噴射口１２２のそれぞれの中心Ｃ１，Ｃ２までの方向ベクトルｒ１、ｒ２を求める。次に、第１の噴射口１２１及び第２の噴射口１２２の仮想座標面Ｓ０上の面積Ａ１、Ａ２を求める。次に、第１の噴射口１２１の仮想座標面Ｓ０上の面積Ａ１と方向ベクトルｒ１との積である第１の噴射口１２１の偏心量ベクトル（Ａ１×ｒ１）を算出する。また、第２の噴射口１２２の仮想座標面Ｓ０上の面積Ａ２と方向ベクトルｒ２との積である第２の噴射口１２２の偏心量ベクトル（Ａ２×ｒ２）を算出する。最後に、二つの偏心量ベクトルの総和である総和ベクトルＲを求める。このときの総和ベクトルＲは、仮想座標面Ｓ０上での一つのベクトルとして表すことができる

次に、求めた総和ベクトルＲのＸ成分が０となるよう、仮想座標面Ｓ０を原点Ｐを中心として回転し、総和ベクトルＲが原点ＰからＹ軸のプラス方向に向かうよう設定されたＸＹ座標平面Ｓ１を新たに設定する。第一実施形態の場合、総和ベクトルＲのＸ成分は０であるため、新たに設定されたＸＹ座標平面Ｓ１は、仮想座標面Ｓ０と同じ座標平面となる。ポンプ装置１では、図４に示すように、流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸は、ＸＹ座標平面Ｓ１の第三象限Ｑ１３又は第四象限Ｑ１４に配置するようにする。なお、総和ベクトルＲは、以下の式（１）によって求められる。なお、図４には、ＸＹ座標平面Ｓ１の第一象限Ｑ１１及び第二象限Ｑ１２も示している。

ここで、ｉは、１以上の整数を表す。

また、本実施形態では、流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸は、総和ベクトルＲに対して、１８０°±３０°の範囲に配置されている。このことは、ポンプ装置１において、流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸が配置される範囲は、原点Ｐを中心として第三象限Ｑ１３と第四象限Ｑ１４との境界（ＸＹ座標平面Ｓ１におけるＹ軸）からそれぞれ３０°の範囲であることを示している。（図４参照）。

ここで、ポンプ装置１の流体導入部１４を、図５に示す斜視図のように、Ｚ軸を回転軸として０°から１８０°まで回転させたときのポンプ装置１の昇圧特性を評価した結果を図６に示す。なお、図５に示すポンプ装置１は、回転角度が１８０°のときの状態を示している。図５において、流体導入部１４が回転角度０°の位置にあることは、図４においてＸＹ座標平面の第一象限Ｑ１１と第二象限Ｑ１２との間にあることを意味する。また、図５において、流体導入部１４が回転角度１８０°の位置にあることは、図４においてＸＹ座標平面Ｓ１の第三象限Ｑ１３と第四象限Ｑ１４との間にあることを意味する。図６に示す実験結果から、流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸を回転角０°から１８０°に変化させていくと、徐々に昇圧量が上昇し、回転角１８０°の状態になるまでに昇圧量は徐々に上昇し約２０％上昇している。

このように、第一実施形態によるポンプ装置１では、吸引流体Ｂと駆動流体Ａとが合流をするときの流体導入部１４に近い側を流れる吸引流体Ｂの圧力損失が、吸引流体Ｂと駆動流体Ａとが合流をするときの流体導入部１４から遠い側を流れる吸引流体の圧力損失に比べ小さい。また、ポンプ装置１では、流体導入部１４に近い側を流れる吸引流体Ｂの流速が、流体導入部１４から遠い側を流れる吸引流体Ｂの流速に比べ遅い。また、ポンプ装置１では、流体導入部１４に近い側の吸引流体Ｂの流路の断面積は、流体導入部１４に遠い側の吸引流体Ｂの流路の断面積に比べ大きい。これにより、ポンプ装置１は、圧力損失が少なくなるため、昇圧特性を向上することができる。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態によるポンプ装置を図７、８に基づいて説明する。第二実施形態は、ノズルが有する噴射口の数及び位置が第一実施形態と異なる。

第二実施形態によるポンプ装置２は、駆動流体Ａの流れを利用して吸引流体Ｂを吸引するものである。ポンプ装置２は、噴射口１１から駆動流体Ａを噴射するノズル２３と、駆動流体Ａによって吸引される吸引流体Ｂを導く流体導入部１４と、駆動流体Ａと吸引流体Ｂが混合される混合部１５と、混合部１５から駆動流体Ａと吸引流体Ｂを外部に排出する排出部１６とを有する。（図２、図７及び図８参照）

図７は、第二実施形態に係るポンプ装置２の図３に対応する図である。ポンプ装置２について図２に対応する図を作成すると、ノズル２３の噴射口１１以外がポンプ装置１と同じになるため、図２に対応する図は省略する。図７において、混合部１５を通る流体の流路の中心軸と直交する仮想面を定義し、その中心軸と交わる点を原点とする仮想座標面Ｓ０を第一実施形態と同様に設定する。仮想座標面Ｓ０のＸ軸は、Ｙ軸及びＺ軸の双方と直交する軸である。また、仮想座標面Ｓ０の原点をＰとする。

図７に示すように、仮想座標面Ｓ０では、管径変化部２０２と管径変化部２０２とによって形成される流路において、ノズル２３の流体導入部１４側の断面積は、流体導入部１４とは反対側の断面積に比べ大きくなるようノズル２３は配置されている。

ノズル２３は、内径が比較的大きい第３の噴射口１１３と、内径が中程度の大きさの第４の噴射口１１４と、内径が比較的小さい第５の噴射口１１５の３つの噴射口１１を有する。第３の噴射口１１３は、その中心Ｃ３が仮想座標面Ｓ０の第２象限にあり、第４の噴射口１１４は、その中心Ｃ４が仮想座標面Ｓ０の第１象限にあり、第５の噴射口１１５は、その中心Ｃ５が仮想座標面Ｓ０の第４象限にある。第３の噴射口１１３の中心Ｃ３と原点Ｐとの間の距離は、第４の噴射口１１４の中心Ｃ４と原点Ｐとの間の距離より長い。第４の噴射口１１４の中心Ｃ４と原点Ｐとの間の距離は、第５の噴射口１１５の中心Ｃ５と原点Ｐとの間の距離より長い。

ポンプ装置２の構成について、仮想座標面Ｓ０上の断面図である図７及びＸＹ座標平面Ｓ２上の断面図である図８に基づいて説明する。最初に、ノズル２３の第３の噴射口１１３、第４の噴射口１１４及び第５の噴射口１１５のそれぞれについて、仮想座標面Ｓ０上の原点Ｐから第３の噴射口１１３、第４の噴射口１１４及び第５の噴射口１１５の中心Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５までの方向ベクトルｒ３、ｒ４、ｒ５を求める。次に、第３の噴射口１１３の仮想座標面Ｓ０上の面積Ａ３と方向ベクトルｒ３との積である第３の噴射口１１３の偏心量ベクトル（Ａ３×ｒ３）を算出する。また、第４の噴射口１１４の仮想座標面Ｓ０上の面積Ａ４と方向ベクトルｒ４との積である第４の噴射口１１４の偏心量ベクトル（Ａ４×ｒ４）を算出する。また、第５の噴射口１１５の仮想座標面Ｓ０上の面積Ａ５と方向ベクトルｒ５との積である第５の噴射口１１５の偏心量ベクトル（Ａ５×ｒ５）を算出する。最後に、三つの偏心量ベクトルの総和である総和ベクトルＲを求める。このときの総和ベクトルＲは、仮想座標面Ｓ０上での一つのベクトルとして表すことができる。

第二実施形態の場合、総和ベクトルＲが原点Ｐから第１象限へと伸びていることから、その総和ベクトルＲのＸ成分を０とするよう、図７に示した仮想座標面Ｓ０から図８に示したＸＹ座標平面Ｓ２のように原点Ｐを回転軸として右回転させ、総和ベクトルＲをＸＹ座標平面Ｓ２の原点ＰからＹ軸のプラス方向に向かうようにする。ポンプ装置１では、流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸は、ＸＹ座標平面Ｓ２の第三象限Ｑ２３又は第四象限Ｑ２４に配置するようにする。なお、総和ベクトルＲは、第一実施形態の式（１）によって求められる。また、図８には、ＸＹ座標平面Ｓ２の第一象限Ｑ２１及び第二象限Ｑ２２も示している。

また、本実施形態では、総和ベクトルＲに対して１８０°±３０°の範囲に流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸が配置されている。このことは、ポンプ装置２において、流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸が配置される範囲は、原点を中心として、第三象限Ｑ２３と第四象限Ｑ２４との境界であるＹ軸からそれぞれ３０°の範囲である（図８参照）。

第二実施形態によるポンプ装置２を流れる流体は、以下の特性を有する。
（ａ）上流側流れＢ１の圧力損失は、下流側流れＢ２の圧力損失に比べ小さい。
（ｂ）上流側流れＢ１の流速は、下流側流れＢ２の流速よりも遅い。
このような構成を有し三つ以上の噴射口を有するポンプ装置２は、上述したように求められた総和ベクトルＲに基づいてＸＹ座標平面Ｓ２を設定する。流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸は、ＸＹ座標平面Ｓ２の第三象限Ｑ２３又は第四象限Ｑ２４に配置される。これにより、ポンプ装置２は、ポンプ装置１と同様に圧力損失が少なく、昇圧特性を向上することができる。

（第三実施形態）
次に、第三実施形態によるポンプ装置を図９、１０に基づいて説明する。第三実施形態は、流体導入部の配置位置の決定方法が第一実施形態と異なる。

第三実施形態によるポンプ装置３は、駆動流体Ａの流れを利用して吸引流体Ｂを吸引するものである。ポンプ装置３は、噴射口１１から駆動流体Ａを噴射するノズル２３と、駆動流体Ａによって吸引される吸引流体Ｂを導く流体導入部１４と、駆動流体Ａと吸引流体Ｂが混合される混合部１５と、混合部１５から駆動流体Ａと吸引流体Ｂを外部に排出する排出部１６とを有する。（図２、図７及び図８参照）

図９は、第三実施形態に係るポンプ装置３の図７に対応する図である。ポンプ装置３について図２に対応する図を作成すると、ノズル２３の噴射口１１以外がポンプ装置１と同じになるため、図２に対応する図は省略する。図９において、混合部１５を通る流体の流路の中心軸と直交する仮想面を定義し、その中心軸と交わる点を原点とするＸＹ座標平面Ｓ１をポンプ装置１，２と同様に仮想面上に設定する。このＸＹ座標平面Ｓ１のＸ軸は、Ｙ軸及びＺ軸の双方と直交する軸である。また、このＸＹ座標平面Ｓ１の原点をＰとする。

ポンプ装置３のノズル２３は、ポンプ装置２と同じく、内径が比較的大きい第３の噴射口１１３と、内径が中程度の大きさの第４の噴射口１１４と、内径が比較的小さい第５の噴射口１１５の３つの噴射口１１を有する。

ポンプ装置３の構成について、ＸＹ座標平面Ｓ１上の断面図である図９及びＸＹ座標平面Ｓ３上の断面図である図１０に基づいて説明する。最初に、噴射口１１のうちＸＹ座標平面Ｓ１上で断面積が最も大きい噴射口、すなわち、第３の噴射口１１３の原点Ｐから当該噴射口の中心Ｃ３までの方向ベクトルｒ３のＸ成分及びＹ成分を求める。

次に、第３の噴射口１１３の方向ベクトルｒ３のＸ成分を０とするよう、図９に示したＸＹ座標平面Ｓ１から図１０に示すＸＹ座標平面Ｓ３のように原点Ｐを回転軸として左に回転させ、方向ベクトルｒ３をＸＹ座標平面Ｓ３の原点ＰからＹ軸のプラス方向に向かうようにする。ポンプ装置３では、流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸を、ＸＹ座標平面Ｓ３の第三象限Ｑ３３又は第四象限Ｑ３４に配置するようにする。なお、ＸＹ座標平面Ｓ３の第一象限Ｑ３１及び第二象限Ｑ３２も図１０に示している。

また、本実施形態では、第３の噴射口１１３の方向ベクトルｒ３に対して１８０°±３０°の範囲に流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸が配置されている。ポンプ装置３において、流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸が配置される範囲は、原点Ｐを中心として、第三象限Ｑ２３と第四象限Ｑ２４との境界であるＹ軸からそれぞれ３０°の範囲である（図１０参照）。

第三実施形態によるポンプ装置３では、複数の噴射口１１のうち最も断面積が大きい第３の噴射口１１３の方向ベクトルｒ３に基づいて、方向ベクトルｒ３のＸ成分を０とするようＸＹ座標平面Ｓ３を設定する。流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸は、ＸＹ座標平面Ｓ３の第三象限Ｑ３３又は第四象限Ｑ３４に配置される。これにより、ポンプ装置３は、ポンプ装置１と同様に圧力損失が少なく、昇圧特性を向上することができる。

（第四実施形態）
次に、第四実施形態によるポンプ装置を図１１に基づいて説明する。第四実施形態は、流体導入部の配置位置の決定方法が第一実施形態と異なる。

第四実施形態によるポンプ装置４は、駆動流体Ａの流れを利用して吸引流体Ｂを吸引するものである。ポンプ装置１は、噴射口１２から駆動流体Ａを噴射するノズル１３と、駆動流体Ａによって吸引される吸引流体Ｂを導く流体導入部１４と、駆動流体Ａと吸引流体Ｂが混合される混合部１５と、混合部１５から駆動流体Ａと吸引流体Ｂを外部に排出する排出部１６とを有する。

図１１は、第四実施形態によるポンプ装置４の断面図である。ポンプ装置４について図２に対応する図を作成すると、ノズル１３の噴射口１２以外がポンプ装置１と同じになるため、図２に対応する図は省略する。

流体導入部１４は、混合部１５の駆動流体Ａ及び吸引流体Ｂが流れる方向に沿った流路の中心軸Ｚに沿って、ノズル１３の噴射口１２よりもノズル１３側（−Ｚ側）にある。具体的には、流体導入部１４は、図１１に示す噴射口１２が含まれる仮想座標面Ｓ０からみて混合部１５とは反対側に位置する。

また、流体導入部１４は、流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸（Ｙ軸）と大管径部２０１のとの交点ｄ１をＺ軸に沿って伸ばした線とノズル１３の第１の噴射口１２１を通る流体の流路の中心軸Ｆとの交点ｄ２に比べ、混合部１５側に配置されている。ここで、ノズル１３の第１の噴射口１２１を通る流体の流路の中心軸Ｆの代わりに、ノズルのうち最も内径が大きい噴射口の中心軸や、大管径部２０１の交点ｄ１に最も近い噴射口の中心軸を用いてもよい。

第四実施形態によるポンプ装置４では、流体導入部１４は、流体導入部１４を通る流体の流路の中心軸（Ｙ軸）と大管径部２０１との交点ｄ１をＺ軸に沿って伸ばした線とノズル１３の第１の噴射口１２１を通る流体の流路の中心軸Ｆとの交点ｄ２に比べ、混合部１５側に配置されている。これにより、ポンプ装置４では、第一実施形態と同じ効果を奏するとともに、ノズル１３において駆動流体Ａが加速される距離が長くなることによる駆動流体Ａの圧損の増大を抑制することができる。

（第五実施形態）
次に、第五実施形態によるポンプ装置を図１２に基づいて説明する。第５実施形態は、流体導入部の配置角度が第一実施形態と異なる。

第五実施形態によるポンプ装置５は、駆動流体Ａｆの流れを利用して吸引流体Ｂ３を吸引するものである。ポンプ装置５の構成の概要を図１２に基づいて以下に述べる。ポンプ装置５は、第１の噴射口３２１及び第２の噴射口３２２から構成される噴射口３２から駆動流体Ａｆを噴射するノズル３３と、駆動流体Ａｆによって吸引される吸引流体Ｂ３を導く流体導入部３４と、駆動流体Ａｆと吸引流体Ｂ３が混合される混合部３５と、混合部３５から駆動流体Ａｆと吸引流体Ｂ３を外部に排出する排出部３６とを有する。

図１２は、第五実施形態によるポンプ装置５の第一実施形態における図２に対応する図である。外装３７は、流体導入部３４と、混合部３５と、排出部３６との金属製の外装をいう。図１２の紙面上において混合部３５及び排出部３６の略中心を通る流体の流路の中心軸をＺ軸とする。外装３７の内壁が円形状に形成されている流体導入部３４を通る流体の流路の中心軸とＺ軸の交点をｄ３とする。交点ｄ３を通り、図１２の紙面奥側から手前側に沿った直線を回転軸にし、Ｚ軸と直交するように流体導入部３４を通る流体の流路の中心軸を反時計回りに回転させた軸をＹ軸とする。本実施形態では、流体導入部３４を通る流体の流路の中心軸を反時計回りに回転する角度は、２０°である。しかしながら、流体導入部３４を通る流体の流路の中心軸を反時計回りに回転する角度は、−９０°を超え＋９０°未満の範囲で変更可能である。なお、図１２では、流体導入部３４が位置する側を−Ｙ側とし、流体導入部１４とは反対側を＋Ｙ側とする。

ポンプ装置５の構成の詳細を図１２に基づいて述べる。外装３７の内壁は、図１２のＺＹ平面で見たとき、大きく分けて、流体導入部用壁３８、流体導入部用壁３９、混合部用壁４０及び混合部用壁４１を有する。流体導入部用壁３８は、貫通孔であるノズル用穴３８１を有する。ノズル３３は、ノズル用穴３８１を通り、流体導入部用壁３８を貫いて設けられている。流体導入部用壁３８と流体導入部用壁３９との間には開口部３９１が設けられている。

混合部用壁４０は、流体導入部用壁３８の開口部３９１とは反対側に接続している。混合部用壁４０のうち流体導入部用壁３８との接続部３８２の近傍には、管径が大きく維持される大管径部４０１が設けられている。混合部用壁４０の接続部３８２から離れ、大管径部４０１に隣接するのが、接続部３８２から離れるに従い管径が小さくなる管径変化部４０２である。さらに管径変化部４０２よりも接続部３８２から離れ、管径変化部４０２に隣接するのが、管径が小さい小管径部４０３である。さらに小管径部４０３よりも接続部３８２から離れ、小管径部４０３に隣接するのが、管径が接続部３８２から離れるに従い僅かに大きくなる管径小変化部４０４である。管径小変化部４０４よりも接続部３８２から離れた位置には、開口した開口部４０５が設けられている。

混合部用壁４１は、流体導入部用壁３９の開口部３９１とは反対側に接続している。混合部用壁４１のうち流体導入部用壁３９との接続部３９２の近傍には、接続部３９２から離れるに従い管径が小さくなる管径変化部４１２が設けられている。さらに管径変化部４１２よりも接続部３９２から離れ、管径変化部４１２に隣接するのが、管径が小さい小管径部４１３である。さらに小管径部４１３よりも接続部３９２から離れ、小管径部４１３に隣接するのが、管径が接続部３９２から離れるに従い僅かに大きくなる管径小変化部４１４である。管径小変化部４１４よりも接続部３９２から離れた位置には、開口した開口部４１５が設けられている。

流体導入部３４は、流体導入部用壁３８と流体導入部用壁３９とによって囲われる空間に略一致する。混合部３５は、小管径部４０３，４１３の部位によって囲われる空間に略一致する。また、排出部３６は、管径小変化部３０４，３１４の部位によって囲われる空間に略一致する。

第五実施形態によるポンプ装置５では、流体導入部１４は、流体導入部３４を通る流体の流路の中心軸が混合部３５及び排出部３６の略中心を通る流体の流路の中心軸であるＺ軸に対して９０°を除く角度で交わるよう設けられている。このような構成のポンプ装置５であっても、ポンプ装置１と同様に圧力損失が少なく、昇圧特性が向上することができる。

（他の実施形態）
第一実施形態から第三実施形態では、混合部を通る流体の流路の中心軸と直交する仮想面を定義し、その中心軸と交わる点を原点とするＸＹ座標平面Ｓ１を仮想面上に設定している。しかしながら、必ずしも混合部を通る流体の流路の中心軸と直交する仮想面を定義しなくてもよく、混合部を通る流体の流路の中心軸からずれた軸と直交する仮想面を定義しても良い。

上述の実施形態では、ポンプ装置は、冷凍サイクルに適用されとした。しかしながら、ポンプ装置は、駆動流体によって吸引流体を昇圧する機能を必要とする装置等に適用可能である。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１，２，３，４，５・・・ポンプ装置
１１，１２，３２・・・噴射口
１３，２３，３３・・・ノズル
１４，３４・・・流体導入部
１５，３５・・・混合部
Ａ，Ａｆ・・・駆動流体
Ｂ，Ｂ３・・・吸引流体
Ｂ１，Ｂ４・・・吸引流体（流体導入部に近い側を流れる吸引流体）
Ｂ２，Ｂ５・・・吸引流体（流体導入部から遠い側を流れる吸引流体）

Claims (9)

1. 駆動流体（Ａ，Ａｆ）の流れを利用して吸引流体（Ｂ，Ｂ３）を吸引するポンプ装置であって、
   前記駆動流体を噴射可能な噴射口（１１，１２，３２）を有するノズル（１３，２３，３３）と、
   前記駆動流体によって吸引される前記吸引流体を導く流体導入部（１４，３４）と、
   前記ノズルが噴射する前記駆動流体の下流側に設けられ、前記駆動流体と前記吸引流体とを混合する混合部（１５，３５）と、
   を備え、
   前記駆動流体と前記吸引流体とが合流をする領域（Ｓ０）において前記流体導入部に近い側を流れる吸引流体（Ｂ１，Ｂ４）の圧力損失は、前記領域の前記流体導入部から遠い側を流れる吸引流体（Ｂ２，Ｂ５）の圧力損失に比べ小さいポンプ装置。
2. 駆動流体の流れを利用して吸引流体を吸引するポンプ装置であって、
   前記駆動流体を噴射可能な噴射口を有するノズルと、
   前記駆動流体によって吸引される前記吸引流体を導く流体導入部と、
   前記ノズルが噴射する前記駆動流体の下流側に設けられ、前記駆動流体と前記吸引流体とを混合する混合部と、
   を備え、
   前記駆動流体と前記吸引流体とが合流をする領域において前記流体導入部に近い側を流れる吸引流体の流速は、前記領域において前記流体導入部から遠い側を流れる吸引流体の流速よりも遅いポンプ装置。
3. 駆動流体の流れを利用して吸引流体を吸引するポンプ装置であって、
   前記駆動流体を噴射可能な噴射口を有するノズルと、
   前記駆動流体によって吸引される前記吸引流体を導く流体導入部と、
   前記ノズルが噴射する前記駆動流体の下流側に設けられ、前記駆動流体と前記吸引流体とを混合する混合部と、
   を備え、
   前記駆動流体と前記吸引流体とが合流をする領域において前記流体導入部に近い側の吸引流体が流通可能な流路の断面積は、前記領域において前記流体導入部に遠い側の吸引流体が流通可能な流路の断面積に比べ大きいポンプ装置。
4. 前記混合部を通る流体の流路の中心軸と直交する仮想面を定義し、前記中心軸と交わる点を原点（Ｐ）とするＸＹ座標平面（Ｓ１，Ｓ２）を前記仮想面上に設定し、
   前記ノズルが有する複数の前記噴射口のそれぞれについての前記原点から当該噴射口の中心までの方向ベクトル（ｒｉ）と当該噴射口の前記仮想面上の面積（Ａｉ）との積である偏心量ベクトルの総和である総和ベクトル（Ｒ）を、前記ＸＹ座標平面の原点からＹ軸のプラス方向に向かうよう前記ＸＹ座標平面上のＹ軸上に設定すると、
   前記流体導入部を通る流体の流路の中心軸は、前記ＸＹ座標平面の第三象限（Ｑ１３，Ｑ２３）または第四象限（Ｑ１４，Ｑ２４）に配置される請求項１〜３のいずれか一項に記載のポンプ装置。
5. 前記流体導入部を通る流体の流路の中心軸は、前記ＸＹ座標平面の原点からの前記総和ベクトルに対して、１８０°±３０°の範囲に配置される請求項４に記載のポンプ装置。
6. 前記混合部を通る流体の流路の中心軸と直交する仮想面を定義し、前記中心軸と交わる点を原点とするＸＹ座標平面（Ｓ３）を前記仮想面上に設定し、
   前記ノズルが有する複数の前記噴射口のうち前記仮想面上の面積が最も大きい噴射口の前記原点から当該噴射口の中心までの方向ベクトルを、前記ＸＹ座標平面の原点からＹ軸のプラス方向に向かうよう前記ＸＹ座標平面上のＹ軸上に設定すると、
   前記流体導入部を通る流体の流路の中心軸は、前記ＸＹ座標平面の第三象限（Ｑ３３）または第四象限（Ｑ３４）に配置される請求項１〜３のいずれか一項に記載のポンプ装置。
7. 前記流体導入部を通る流体の流路の中心軸は、前記ＸＹ座標平面の原点からの前記方向ベクトルの方向に対して、１８０°±３０°の範囲に配置される請求項６に記載のポンプ装置。
8. 前記流体導入部は、前記混合部の前記駆動流体及び前記吸引流体が流れる方向に沿った中心軸に沿って、前記噴射口よりも前記混合部とは反対側に位置する請求項１から７のいずれか一項に記載のポンプ装置。
9. 冷凍サイクル（１００）に適用される請求項１から８のいずれか１項に記載のポンプ装置。

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