JP2020070782A - エジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】低流量域において安定した動作が得られるエジェクタを提供する。【解決手段】エジェクタ１は、ノズル１０と、ノズル１０の周囲を取り囲むように配置された本体部２０と、ノズル１０の中心軸Ｌ方向に沿ってノズル孔１１に対し進退移動可能に配設され、かつ進退移動することでノズル孔１１における駆動流の通過断面積を変化させることにより駆動流の流量を調整するニードル４０とを備える。ノズル１０の先端開口１１ａから駆動流を噴射することにより吸引流入口を通じて吸引流を本体部２０の内部に吸引し、合流部２２において駆動流及び吸引流を合流させる。ニードル４０には軸方向の溝流路４１が設けられ、ニードル４０が前進してノズル孔１１における横断面積が最小となる喉部１１ｂに接触するときに、溝流路４１は喉部１１ｂの上流側と下流側とを連通させる。【選択図】図２

Description

本発明は、エジェクタに関する。

例えば、冷媒を循環させる回路にはエジェクタを備えたものがある。エジェクタは、先端の開口から駆動流が噴射されるノズルと、ノズルの周囲を取り囲むように配置され、ノズルの先端開口延長上となる部位に駆動流との合流部が設けられた本体部と、本体部の内部に開口するように接続された吸引管路とを備えて構成されている。このエジェクタでは、ノズルの先端開口から冷媒を駆動流として噴射すると、吸引管路を通じて冷媒が吸引流として本体部の内部に吸引され、吸引流が合流部において駆動流に合流されて下流のデフューザに至る。

エジェクタには、ノズルに形成されたノズル孔に進退可能なニードルを設けたタイプのものがある。一般的なニードルは後端側が比較的太く、先細の形状となっている。このようなエジェクタでは、ニードルを進退移動することでノズル孔における駆動流の通過断面積を変化させることにより駆動流および吸込流の流量を調整することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−４４４１２号公報

ところで、従来技術にかかるニードル付きエジェクタでは、低流量域で使用する場合にはニードルをかなり前方まで進出させ、ニードルとノズル孔との隙間である通過断面積を相当に小さくする。このような場合には、ニードルのわずかな進退や位置ずれによって隙間の閉塞や大きな流量変動が発生し、動作が不安定となる懸念がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、低流量域において安定した動作が得られるエジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるエジェクタは、中空のノズル孔が形成され先端の開口から駆動流が噴射されるノズルと、前記ノズルの周囲に吸引通路部を形成するように配置され、前記ノズルの先端開口の延長上となる部位に駆動流及び吸引流の合流部が設けられた本体部と、前記ノズルの中心軸方向に沿って前記ノズル孔に対し進退移動可能に配設され、かつ進退移動することで前記ノズル孔における駆動流の通過断面積を変化させることにより駆動流の流量を調整するニードルと、を備え、前記ノズルの先端開口から駆動流を噴射することにより前記吸引通路部を通じて吸引流を前記本体部の内部に吸引し、前記合流部において駆動流及び吸引流を合流させるエジェクタであって、前記ニードルには長手方向の連通路が設けられ、前記ニードルが前記ノズル孔における横断面積が最小となる最小開口部に接触するときに、前記連通路は前記最小開口部の上流側と下流側とを連通させるように構成されていることを特徴とする。

前記連通路は前記ニードルの外周面に設けられた複数の溝流路であり、複数の前記溝流路は前記ニードルの軸に垂直な断面において回転対称となるように設けられていてもよい。

前記連通路は、前記ニードルの長手方向に沿って螺旋状に形成されていてもよい。

前記連通路は、前記ニードルの内部に設けられた孔であってもよい。

前記通過断面積は、前記ニードルが前進するにしたがって減少し、かつ減少率が小さくなるように構成されていてもよい。

本発明にかかるエジェクタによれば、駆動流の流量が少量の低流量域において、ニードルが前進して最小開口部に接触するときに、溝流路が最小開口部の上流側と下流側とを連通させるように構成されていることから、駆動流の流量が完全に０にはならず、安定した動作が得られる。

図１は、本発明の実施の形態であるエジェクタの内部構造を模式的に示す断面側面図である。 図２は、図１に示したノズルの要部を示す断面側面図である。 図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 図４は、図１に示したノズルの要部を示す断面側面図である。 図５は、図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図６は、図１に示したノズルの変形例の要部を示す断面側面図である。 図７は、図６におけるＣ−Ｃ線断面図である。 図８は、ニードルの変位量と喉部における通過断面積との関係を示すグラフである。 図９は、図１に示したノズルの第１変形例の要部を示す断面側面図である。 図１０は、図９におけるＤ−Ｄ線断面図である。 図１１は、図１に示したノズルの第２変形例の要部を示す断面側面図である。

以下に、本発明にかかるエジェクタの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態であるエジェクタ１の内部構造を模式的に示す断面側面図である。ここで例示するエジェクタ１は、図には明示していないが、冷媒の循環回路に適用され、第１の冷媒経路を流通する冷媒を駆動流として第２の冷媒経路を流通する冷媒の吸引を行うもので、ノズル１０、本体部２０、吸引管路３０、ニードル４０を備えている。エジェクタ１の適用流体は冷媒に限らず、例えば空気を適用してもよい。

ノズル１０は、中心部にノズル孔１１を有した円筒状を成すものである。ノズル孔１１は、中心軸がノズル１０の中心軸Ｌに一致するように形成されており、通過する高圧の駆動流を減圧して先端開口１１ａより噴出するものである。このノズル孔１１は、先端開口１１ａに向かうに連れて横断面積（つまり正面からみた断面積）が漸次縮小した後に漸次拡大する形状を成しており、横断面積が最小となる喉部（最小開口部）１１ｂを有している。つまり、喉部１１ｂの内径はノズル孔１１の最小内径となっている。ノズル１０は喉部１１ｂがなく、先端開口１１ａが最も小径となっている形状でもよい。ノズル孔１１の基端側にはやや広い駆動流室１２ａが設けられている。駆動流室１２ａには側方に突出する駆動流管１２から駆動流が導入される。駆動流室１２ａの基端側はブロック１２ｂで塞がれている。ブロック１２ｂにはニードル４０が挿通する中心孔が設けられている。

本体部２０は、中心部が中空で断面が円形の筒状を成すものである。本体部２０の中空部には、吸引通路部２１、合流部２２、混合部２３およびデフューザ部２４が設けてある。吸引通路部２１は、ノズル１０の外径よりも太径となる内径を有した部分であり、本体部２０の基端部分に設けてある。つまり、ノズル１０の周囲と本体部２０との隙間のテーパ筒状の領域が吸引通路部２１となっている。合流部２２は、吸引通路部２１の先端に連続し、先端に向けて漸次内径が減少するようにテーパ状に形成した部分である。エジェクタ１では、吸引通路部２１と合流部２２とが連続する同傾斜のテーパ面を形成している。混合部２３は、合流部２２の先端に連続し、ノズル１０の先端内径よりも太径となる一様の内径を有した部分である。本体部２０の基端側には側方に突出する吸引管路３０が設けられている。吸引管路３０は吸引通路部２１と連通しており、該吸引通路部２１に低圧の吸引流が導入される。吸引通路部２１の基端側はノズル１０と一体的に構成されたノズル体１１ｃの段差壁によって塞がれている。

デフューザ部２４は、混合部２３の先端に連続し、先端に向けて漸次内径が増加するようにテーパ状に形成した部分であり、混合部２３にて混合された冷媒を昇圧させる。昇圧された混合冷媒は外部に向けて吐出されることになる。

本体部２０の中空部には、互いの軸心を合致させ、ノズル１０の先端と混合部２３との間に適宜な隙間を確保した状態でノズル１０が固定してある。すなわち、本体部２０は、ノズル１０の周囲を取り囲むように配設してあり、ノズル１０の先端開口延長上となる部位に合流部２２が位置している。ノズル１０の先端開口と本体部２０の混合部２３とは、互いに軸心が合致した状態で相互に対向している。

ノズル１０にはニードル４０が設けられている。ニードル４０は、略円柱状の形態を成す胴部４０ａと、胴部４０ａの先端側において先端に向かうに連れて漸次外径が小さくなる先端部４０ｂとを有した形状である。ニードル４０は、ノズル１０の中心軸Ｌ方向に沿って進退移動可能に配設されており、外周面とノズル孔１１の内周面との間隙で決まる駆動流の通過断面積を変化させることにより駆動流の流量を調整するものである。ニードル４０は、図示せぬ制御手段から与えられる指令に応じて進退移動する。ニードル４０の変位は、例えば冷媒循環回路の所定箇所温度に基づいて調整される。

このようなエジェクタ１では、ノズル１０の先端から冷媒を駆動流として噴射すると、吸引管路３０を通じて冷媒が吸引流として本体部２０の吸引通路部２１に吸引されることになる。本体部２０に流入された吸引流は、吸引管路３０と吸引通路部２１との流路断面積の変化に伴って加速された後、合流部２２及び混合部２３においてノズル１０から噴射された駆動流に混合され、デフューザ部２４を介して図示せぬ冷媒経路に送出されることになる。また、ニードル４０の変位に応じて喉部１１ｂにおける通過断面積が変化するため駆動流の流量が調整され、それに応じて吸引流の流量も調整されることになる。

図２は、図１に示したノズル１０の要部を示す断面側面図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。これら図２及び図３にも示すように、ニードル４０の先端部４０ｂの外周面には、複数の溝流路（連通路）４１が形成されている。本実施の形態において複数の溝流路４１は、中心軸Ｌを基準として等角度間隔に設けられる。溝流路４１の横断面は半円形である。ニードル４０においては、溝流路４１が９０°間隔で４本設けられている。複数の溝流路４１は均等な駆動流を形成するため、中心軸Ｌに垂直な断面において回転対称となるように設けられるのが望ましい。ニードル４０は図３に示す断面上で中心軸Ｌの周りを３６０／４＝９０°回転させると元の状態と重なり、回転対称となっている。これらの溝流路４１は、ニードル４０の長手方向に沿って該ニードル４０の外周面に直線状に形成されており、各溝流路４１の横断面積が先端に向かうに連れて漸次小さくなるように形成されている。つまり、各溝流路４１は、先端に向かうに連れてニードル４０の外周面からの深さが漸次小さくなっている。溝流路４１の底部４１ａは、断面視で直線状となっているが、曲線状でもよい。

ニードル４０がこのような構成を有することにより、駆動流の通過断面は、喉部１１ｂの内周面とニードル４０の外周面との間隙からなる環状流路４２と、ノズル孔１１の先端部４０ｂに形成された溝流路４１とにより構成される。また、溝流路４１の横断面積は、ノズル孔１１の先端部４０ｂにおける外周面が喉部１１ｂの内周面に接触する場合、すなわち、ノズル孔１１の外径と喉部１１ｂの内径とが略一致する場合に、必要最小限の駆動流の流量が確保できる大きさに調整されている。

そして、上記エジェクタ１には、上述したようにノズル孔１１の外周面に溝流路４１が形成されていることにより、駆動流の通過断面は該溝流路４１と環状流路４２とで構成されている。そのため、図２及び図３に示すように、ニードル４０の進出移動量を規制してエジェクタ１での駆動流の流量を比較的多量にする場合には、ニードル４０による絞りが少なくなって喉部１１ｂの内周面とニードル４０の外周面との間隙が大きくなり、駆動流の流量は、環状流路４２を通過する流量が支配的になる。

一方、図４及び図５に示すように、ニードル４０を進出移動させて駆動流の流量を比較的少量にする場合には、ニードル４０による絞りが多くなって喉部１１ｂの内周面とニードル４０の外周面との間隙が小さくなる。この場合、ニードル４０の進出移動により喉部１１ｂの内周面に対向する溝流路４１の横断面積が大きくなっているので、すなわち溝流路４１の深さが大きくなっているので、駆動流の流量は、溝流路４１を通過する流量が支配的になる。

さらに、図６及び図７に示すように、ニードル４０の外周面が喉部１１ｂに接触するまで最大限にニードル４０を進出移動させると、環状流路４２は存在しなくなるが溝流路４１により最低限の流量が確保されることになる。つまり、このようなニードル４０の最大進出の状態においても完全閉塞にはならないため駆動流の流量も０にはならず、この付近でニードル４０を進退させても挙動が不安定になることがない。

また、従来例においては仮に完全閉塞の状態からわずかに流路が開いたときには瞬間的に流体が勢いよく噴出するためニードル４０にも瞬間的に大きな流体力が作用し、冷媒が不均等に流入してニードル４０が振動する等不安定になることが考えられるが、エジェクタ１では駆動流の流量が０にはならないため、このような瞬間的な流体力が作用することがなく安定である。

図８は、ニードル４０の変位量と喉部１１ｂにおける通過断面積Ａとの関係を示すグラフである。ニードル４０は最も基端側に退縮しているときの変位ｘ０から最も前進した状態の変位ｘ_ｍａｘまで変位する。ニードル４０が基端側に退縮しているときには喉部１１ｂの位置に溝流路４１はなく、通過断面積Ａは変位ｘに対して比例的に減少する。

そして変位ｘ１に達すると溝流路４１の先端が喉部１１ｂに達する位置となり、その後は環状流路４２と溝流路４１との合計が通過断面積Ａとなる。ここで線図Ｌ１が合計の通過断面積Ａを示しており、仮想線の線図Ｌ２が環状流路４２の面積を示している。したがって、線図Ｌ１と線図Ｌ２との差が、喉部１１ｂにおける４つの溝流路４１の横断面積Ａ１を示す。溝流路４１の横断面積Ａ１は変位ｘ０から変位ｘ１では０であり、変位ｘ１から変位ｘ_ｍａｘの範囲では次第に大きくなっており、しかもその増大率も大きくなっている。ただし、変位ｘの増加にともなって通過断面積Ａが増加することはなく、通過断面積Ａは単調減少になっている。つまり、通過断面積Ａは変位ｘの増加に対して減少率が次第に緩やかになっており、変位ｘ_ｍａｘにおいては最も緩やかな傾斜を示す。また、通過断面積Ａ＞０であり、特に変位ｘ_ｍａｘにおいても微小面積ΔＡが確保されている。変位ｘ_ｍａｘでは、ニードル４０の外周面と喉部１１ｂの内周面が接触する（図６、図７参照）。

このような通過断面積Ａの特性によれば、最大の変位ｘ_ｍａｘで傾斜が最も緩やかになっていることから、この付近で変位ｘが多少増減しても通過断面積Ａの変化が少なく、流量の増減も緩やかなものとなり、安定した制御が可能となる。

以上述べたエジェクタ１によれば、駆動流の流量が少量の低流量域において、ニードル４０が前進して喉部１１ｂに接触するときに、溝流路４１が喉部１１ｂの上流側と下流側とを連通させるように構成されていることから、駆動流の流量が完全に０にはならず、安定した動作が得られる。溝流路４１を通過する流量を駆動流の流量とすることができるので、組立時等にニードル４０の中心軸がノズル孔１１の中心軸とわずかにずれてしまって環状流路４２の一部が閉塞などされても流量変動を抑制できる。よって、駆動流の流量を少量とする場合にも流量変動を抑制することができる。さらに、複数の溝流路４１は等角度間隔に設けられていることから、溝流路４１を流れる駆動流による流体力がバランスする。したがって、ニードル４０が振動したり不安定になることがない。溝流路４１は先端側から基端側に向かって漸次一様に深くなる半円形であり、駆動流が流れやすい。

（実施の形態２）
上述した実施の形態では、溝流路４１は、複数設けられ、かつニードル４０の長手方向に沿って直線状に形成されていたが、図９及び図１０に示すように、溝流路４１’は、ニードル４０の先端部４０ｂ’の外周面において、該ニードル４０の長手方向に沿って螺旋状に形成されても良い。このような構成によれば、溝流路４１’を通過した駆動流を旋回した状態で噴出することができ、吸引流である低圧冷媒との混合を促進させることができる。溝流路４１’は１本でもよいし複数本でもよい。なお、溝流路４１’は螺旋状であることからニードル４０の長手方向成分と周方向成分とが複合しているものであり、広義には長手方向の連通路といえる。

（実施の形態３）
また、喉部１１ｂにおいて上流側と下流側とを連通させる手段としてはニードル４０の外周面に設ける溝流路４１に限らず、ニードル４０の内部に設けられた孔、例えば図１１に示すような中心孔（連通路）４３を設けてもよい。このような中心孔４３によっても喉部１１ｂにおいて上流側と下流側とを連通させて、流量の安定化を図ることができる。また、本実施例ではニードル４０の軸中心を通る中心孔４３としているが、ニードル４０の中心軸Ｌ以外を通る孔としてもよい。この孔は、ニードル４０の中心軸Ｌと平行に設けられていてもよく、中心軸Ｌに対して角度を持っていてもよい。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１ エジェクタ
１０ ノズル
１１ ノズル孔
１１ａ 先端開口
１１ｂ 喉部（最小開口部）
１１ｃ ノズル体
１２ 駆動流管
１２ａ 駆動流室
１２ｂ ブロック
２０ 本体部
２１ 吸引通路部
２２ 合流部
２３ 混合部
２４ デフューザ部
３０ 吸引管路
４０ ニードル
４０ａ 胴部
４０ｂ 先端部
４１ 溝流路（連通路）
４２ 環状流路
４３ 中心孔（連通路）
Ａ 通過断面積

Claims (5)

1. 中空のノズル孔が形成され先端の開口から駆動流が噴射されるノズルと、
   前記ノズルの周囲に吸引通路部を形成するように配置され、前記ノズルの先端開口の延長上となる部位に駆動流及び吸引流の合流部が設けられた本体部と、
   前記ノズルの中心軸方向に沿って前記ノズル孔に対し進退移動可能に配設され、かつ進退移動することで前記ノズル孔における駆動流の通過断面積を変化させることにより駆動流の流量を調整するニードルと、
   を備え、前記ノズルの先端開口から駆動流を噴射することにより前記吸引通路部を通じて吸引流を前記本体部の内部に吸引し、前記合流部において駆動流及び吸引流を合流させるエジェクタであって、
   前記ニードルには長手方向の連通路が設けられ、
   前記ニードルが前記ノズル孔における横断面積が最小となる最小開口部に接触するときに、前記連通路は前記最小開口部の上流側と下流側とを連通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。
2. 前記連通路は前記ニードルの外周面に設けられた複数の溝流路であり、
   複数の前記溝流路は前記ニードルの軸に垂直な断面において回転対称となるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ。
3. 前記連通路は、前記ニードルの長手方向に沿って螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ。
4. 前記連通路は、前記ニードルの内部に設けられた孔であることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ。
5. 前記通過断面積は、前記ニードルが前進するにしたがって減少し、かつ減少率が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエジェクタ。

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