JP2022139723A - Ejector and cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エジェクタおよび冷却システムに関する。 The present invention relates to ejectors and cooling systems.
駆動流体により発生する吸引流体を当該駆動流体と混合して吐出するエジェクタが、従来から提案されている。例えば特許文献1には、デフューザの最小径部分よりも下流にあるノズル部から冷媒を噴射させることでデフューザ内に駆動流体を生じさせ、これに伴い、デフューザの最小径部分よりも上流側にある吸引口から吸引流体を吸引するエジェクタが開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ejector that mixes a suction fluid generated by a driving fluid with the driving fluid and ejects the fluid has been proposed. For example, in
特許文献1に記載されたようなエジェクタは、工場の製造機械などを冷やす媒体を冷却する冷却システムに適用される。このような冷却システムにおいては、冷媒を凝縮させる凝縮器において、例えば冷却水または空気などの冷却用流体が利用される。ここで、例えば夏季などの高温の環境において冷却用流体の温度が上昇すると、エジェクタから吐出された冷媒と冷却用流体との温度差が小さくなり、当該冷媒から冷却用流体に伝わる熱量が小さくなる。このため、エジェクタから吐出された冷媒が凝縮器により凝縮されにくくなり、エジェクタと凝縮器とを接続する流路内の圧力が上昇する。当該圧力が上昇すると、エジェクタから冷媒が吐出されにくくなることで、エジェクタに吸引される吸引流体の流量が減少し、冷却能力が低下するという問題がある。以上の事情を考慮して、本発明のひとつの態様は、高温の環境における冷却能力の低下を抑制することを目的とする。
An ejector such as that described in
本発明のひとつの態様に係るエジェクタは、第1ノズルから噴射される第1駆動流体と前記第1駆動流体の噴射に伴って吸引口から吸引される吸引流体とが混合された第1混合流体が流入する第1流入口と、前記第1混合流体を吐出する第1吐出口と、を有し、前記第1流入口から前記第1吐出口に向かって内径が単調に増加する筒状の第1デフューザ部と、前記第1吐出口から吐出される第1混合流体と、第2駆動流体とが混合された第2混合流体を吐出する第2吐出口と、前記第1吐出口から前記第2吐出口に向かって内径が漸増する第1部分と、前記第2吐出口に向かって内径が一定である第2部分と、を有する筒状の第2デフューザ部と、前記第1部分と前記第2部分との境界と前記第1流入口との間に設けられる開口部を有し、前記第2駆動流体を吐出する第2ノズルとを具備する。 An ejector according to one aspect of the present invention is a first mixed fluid obtained by mixing a first driving fluid ejected from a first nozzle and a suction fluid sucked from a suction port as the first driving fluid is ejected. and a first outlet for discharging the first mixed fluid, and the inner diameter monotonously increases from the first inlet to the first outlet. a first diffuser portion; a second outlet for discharging a second mixed fluid in which a first mixed fluid discharged from the first discharge port and a second driving fluid are mixed; a cylindrical second diffuser portion having a first portion whose inner diameter gradually increases toward the second outlet and a second portion whose inner diameter is constant toward the second outlet; and the first portion. and a second nozzle having an opening provided between the boundary with the second portion and the first inlet, and discharging the second driving fluid.
本発明のひとつの態様に係る冷却システムは、熱源との熱交換により冷媒を蒸発させる蒸気発生器と、前記蒸気発生器で蒸発した冷媒である第1駆動流体と、第1ノズルから前記第1駆動流体が噴射されることに伴って吸引口から吸引される吸引流体と、が混合された第1混合流体が流入する第1流入口と、前記第1混合流体を吐出する第1吐出口と、を有し、前記第1流入口から前記第1吐出口に向かって内径が単調に増加する、筒状の第1デフューザ部と、前記第1吐出口から吐出される第1混合流体と、前記蒸気発生器で蒸発した冷媒である第2駆動流体とが混合された第2混合流体を吐出する第2吐出口と、前記第1吐出口から前記第2吐出口に向かって内径が漸増する第1部分と、前記第2吐出口に向かって内径が一定である第2部分と、を有する筒状の第2デフューザ部と、前記第1部分と前記第2部分との境界と前記第1流入口との間に設けられる開口部を有し、前記第2駆動流体を吐出する第2ノズルとを有するエジェクタと、前記エジェクタから吐出された冷媒を冷却用流体との熱交換により凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された冷媒を前記蒸気発生器に送出するポンプと、前記凝縮器により凝縮された冷媒を減圧する膨張器と、前記膨張器により減圧された冷媒を被冷却媒体との間の熱交換により蒸発させ、蒸発した冷媒を前記吸引流体として前記吸引口に供給する蒸発器と、前記第2駆動流体が前記蒸気発生器から前記第2ノズルに供給される供給状態と、前記蒸気発生器から前記第2ノズルへの前記第2駆動流体の供給が遮断される遮断状態とを切替える切替機構とを具備する。 A cooling system according to one aspect of the present invention includes a steam generator that evaporates a refrigerant by heat exchange with a heat source; a first driving fluid that is the refrigerant evaporated in the steam generator; a first inlet into which a first mixed fluid mixed with the suction fluid sucked from the suction port as the driving fluid is ejected flows; and a first outlet for discharging the first mixed fluid. a cylindrical first diffuser portion having a monotonically increasing inner diameter from the first inlet toward the first outlet; and a first mixed fluid discharged from the first outlet; a second discharge port that discharges a second mixed fluid mixed with a second driving fluid that is a refrigerant evaporated in the steam generator; and an inner diameter that gradually increases from the first discharge port toward the second discharge port. A tubular second diffuser portion having a first portion and a second portion having a constant inner diameter toward the second outlet, a boundary between the first portion and the second portion, and the first diffuser portion. an ejector having an opening provided between the inflow port and a second nozzle for discharging the second driving fluid; a pump for sending the refrigerant condensed by the condenser to the steam generator; an expander for decompressing the refrigerant condensed by the condenser; and the refrigerant decompressed by the expander as a medium to be cooled. an evaporator that evaporates by heat exchange between and supplies the evaporated refrigerant to the suction port as the suction fluid; a supply state in which the second driving fluid is supplied from the steam generator to the second nozzle; and a switching mechanism for switching between a shutoff state in which supply of the second driving fluid from the steam generator to the second nozzle is shut off.
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法および縮尺は、実際と適宜に相違する。また、図面は、理解を容易にするために模式的に示すことがある。さらに、本発明の範囲は、本発明を特に限定する旨の記載がない限り、以下に例示する形態に限られない。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the dimensions and scale of each part in the drawings are appropriately different from the actual ones. Also, the drawings may be schematically shown for easy understanding. Furthermore, the scope of the present invention is not limited to the embodiments exemplified below unless there is a description to the effect that the present invention is specifically limited.
1.実施形態
図1は、本発明の実施形態に係る冷却システム100の構成例を示す図である。冷却システム100は、被冷却媒体Q3を冷却するシステムである。被冷却媒体Q3は、冷却システム100による冷却の目的となる媒体であり、例えば水、油または空気などの流体である。
1. Embodiment FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a
第1実施形態の冷却システム100は、図1に示すように、循環流路11と、分岐流路12と、分岐流路13と、蒸気発生器21と、エジェクタ22と、凝縮器24と、ポンプ25と、膨張器31と、蒸発器32と、切替機構40とを有する。
As shown in FIG. 1, the
循環流路11には、蒸気発生器21と、エジェクタ22と、凝縮器24と、ポンプ25とが、以上の順番で設置される。循環流路11内の冷媒は、蒸気発生器21→エジェクタ22→凝縮器24→ポンプ25→蒸気発生器21の順番で移動する。すなわち、循環流路11は、蒸気発生器21とエジェクタ22と凝縮器24とポンプ25とを環状に接続してなる。循環流路11内を移動する冷媒は、例えば、代替フロン、炭化水素、二酸化炭素またはアンモニアなどである。
A
蒸気発生器21は、温水流路91に熱源として供給される温水Q1と、循環流路11内の冷媒との熱交換により、冷媒を蒸発させる熱交換器(回収器)である。温水流路91に供給される温水Q1は、例えば工場排水または使用済み冷却水などの排温水である。
The
エジェクタ22は、流入口22aと吸引口22bと吐出口22cと流入口22dとを含む。蒸気発生器21から送出される気相の冷媒の一部は第1駆動流体X1として流入口22aに供給され、他の一部は第2駆動流体X2として流入口22dに供給される。エジェクタ22は、第1駆動流体X1により発生する静圧低下により、分岐流路12内の冷媒を吸引流体Y1として吸引口22bから吸引する。流入口22aに供給される第1駆動流体X1と、流入口22dに供給される第2駆動流体X2と、吸引口22bに供給される吸引流体Y1とが混合され、混合後の気相の冷媒が後述するデフューザにより昇圧された上で吐出口22cから吐出される。以上の説明から理解される通り、本実施形態のエジェクタ22は、蒸気発生器21で蒸発した冷媒の一部を第1駆動流体X1として流入口22aから導入し、他の一部を第2駆動流体X2として流入口22dから導入する。エジェクタ22は、第1駆動流体X1および第2駆動流体X2と、吸引口22bから導入された吸引流体Y1とを混合して吐出口22cから吐出する。エジェクタ22の詳細については、後述する。
The
凝縮器24は、エジェクタ22から吐出された気相の冷媒を凝縮させる。具体的には、凝縮器24は、放熱流路92に供給される冷却用流体Q2と、循環流路11内の冷媒との間の熱交換により、冷媒を凝縮させる。冷却用流体Q2は、例えば低温の工業用水または循環式の冷却塔から供給される冷却水である。循環流路11内の冷媒は、冷却用流体Q2に対して放熱することで凝縮する。例えば夏季などの高温の環境では、冷却用流体Q2の温度Tが上昇する場合がある。
The
ポンプ25は、凝縮器24により凝縮された液相の冷媒を蒸気発生器21に送出する液相ポンプである。循環流路11内の冷媒の圧力は、ポンプ25によりエジェクタ22が吸引流体Y1を吸引可能な圧力にまで昇圧される。
The
分岐流路12は、循環流路11から分岐する流路である。すなわち、循環流路11に流通する冷媒の一部が分岐流路12に供給される。具体的には、分岐流路12は、循環流路11のうち凝縮器24とポンプ25との間の部分N1と、エジェクタ22の吸引口22bとを接続する。すなわち、分岐流路12は、吸引流体Y1となる冷媒をエジェクタ22に供給する流路である。部分N1は、循環流路11と分岐流路12との分岐点に相当する。分岐流路12は、膨張器31と蒸発器32とを有する流路である。蒸発器32は、膨張器31とエジェクタ22の吸引口22bとの間に位置する。
The
分岐流路13は、循環流路11から分岐する流路である。すなわち、循環流路11に流通する冷媒の一部が分岐流路13に供給される。具体的には、分岐流路13は、循環流路11のうち蒸気発生器21とエジェクタ22との間の部分N2と、エジェクタ22とを接続する。すなわち、分岐流路13は、第2駆動流体X2となる冷媒をエジェクタ22に供給する流路である。部分N2は、循環流路11と分岐流路13との分岐点に相当する。分岐流路13は、後述する切替機構40を有する流路である。
The
膨張器31には、凝縮器24により凝縮された冷媒の一部が供給される。膨張器31は、分岐流路12内の冷媒を減圧することで膨張させる。膨張器31は、例えば、電子膨張弁、手動膨張弁、定圧膨張弁、オリフィスまたはキャピラリーなどの任意の形式の減圧機構である。
A portion of the refrigerant condensed by the
蒸発器32は、被冷却流路93に供給される被冷却媒体Q3と、膨張器31により減圧された液相の媒体との間の熱交換により、冷媒を蒸発させる熱交換器である。蒸発器32は、膨張器31とエジェクタ22の吸引口22bとの間に位置する。蒸発器32は、蒸発後の気相の冷媒を、吸引流体Y1としてエジェクタ22の吸引口22bに供給する。エジェクタ22からの吸引により圧力が低下した冷媒の潜熱を利用して、被冷却媒体Q3が冷却される。
The
切替機構40は、分岐流路13に設置される。具体的には、循環流路11の部分N2とエジェクタ22との間に切替機構40が位置する。切替機構40は、分岐流路13における冷媒の通過/遮断を切替える開閉弁である。すなわち、切替機構40は、蒸気発生器21から分岐流路13に供給される第2駆動流体X2を通過させる開放状態と、分岐流路13内の冷媒の流れを遮断する遮断状態との何れかに設定される。
The
切替機構40が開放状態にある場合、蒸気発生器21から送出される冷媒の一部は第1駆動流体X1としてエジェクタ22の流入口22aに供給され、冷媒の他の一部は切替機構40を通過して第2駆動流体X2としてエジェクタ22の流入口22dに供給される。他方、切替機構40が遮断状態にある場合、蒸気発生器21から送出される冷媒はエジェクタ22の流入口22aだけに供給される。すなわち、エジェクタ22の流入口22dに対する第2駆動流体X2の供給が停止される。
When the
図2は、切替機構40を制御するための構成を例示するブロック図である。図2に例示される通り、冷却システム100は、温度検出部51と制御部52とを有する。温度検出部51は、放熱流路92に供給される冷却用流体Q2の温度を検出する。任意の形式の温度センサが温度検出部51として利用される。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration for controlling the
制御部52は、温度検出部51が検出した温度に応じて切替機構40の状態を制御する。具体的には、制御部52は、切替機構40を、温度に応じて開放状態および遮断状態の何れかに制御する。制御部52は、例えばCPU(Central Processing Unit)、
DSP(Digital Signal Processor)、またはASIC(Application Specific Integra
ted Circuit)などの処理回路により実現される。
The
DSP (Digital Signal Processor) or ASIC (Application Specific Integra
ted Circuit).
制御部52は、冷却用流体Q2の温度Tが所定の閾値RHを下回る状態では、切替機構40を遮断状態に維持する。そして、温度Tが、閾値RHを下回る数値から当該閾値RHを上回る数値に変化した場合、制御部52は、切替機構40を遮断状態から開放状態に変更する。他方、冷却用流体Q2の温度Tが、所定の閾値RLを上回る数値から当該閾値RLを下回る数値に変化した場合、制御部52は、切替機構40を開放状態から遮断状態に変更する。閾値RLは、閾値RHと同等の数値(RL=RH)または当該閾値RHを下回る数値(RL<RH)である。
The
次に、冷却システム100に適用されるエジェクタ22を詳細に説明する。図3はエジェクタ22の構成例を示す断面図であり、図4はエジェクタ22の断面斜視図である。以降の説明では、相互に直交するX軸、Y軸およびZ軸を想定する。X軸、Y軸およびZ軸は、以降の説明で例示される全図において共通である。図3および図4に例示される通り、任意の地点からみてX軸に沿う一方向をX1方向と表記し、X1方向と反対の方向をX2方向と表記する。X軸方向は、X1方向およびX2方向の両方向を含む方向である。同様に、任意の地点からY軸に沿って相互に反対の方向をY1方向およびY2方向と表記する。Y軸方向は、Y1方向およびY2方向の両方向を含む方向である。また、任意の地点からZ軸に沿って相互に反対の方向をZ1方向およびZ2方向と表記する。Z軸方向は、Z1方向およびZ2方向の両方向を含む方向である。さらに、X軸とY軸とを含むX-Y平面は水平面に相当する。Z軸は鉛直方向に沿う軸線である。
Next, the
エジェクタ22は、図3に示すように、第1ノズル220と、第1ケース部221と、合流部222と、混合部223と、第1デフューザ部224と、第2デフューザ部225と、第2ケース部226と、第2ノズル227とを有する。第2ノズル227を除くこれらの要素は、一体的に構成される。
As shown in FIG. 3, the
第1ノズル220は、第1駆動流体X1が流れる通路220aを有し、X軸方向に延びる筒状の構造体である。第1ノズル220は、テーパー面220sを有する。テーパー面220sは、X1方向に向かって第1ノズル220の内径を漸少させる。第1ノズル220は、第1駆動流体X1を噴射する噴射口220bを有する。第1ノズル220のX2方向に位置する流入口220cは、循環流路11に接続される。
The
第1ケース部221は、環状空間221aを有する筐体である。環状空間221aは、第1ケース部221の内周面と第1ノズル220の外周面とで画定される空間である。環状空間221aは、エジェクタ22の軸心C1を中心としてX軸回りに第1ノズル220を包囲する。第1ケース部221は、分岐流路12に接続される開口221bを有する。
The
合流部222は、エジェクタ22のうち環状空間221aからX1方向に向かって内径が漸少する部分である。合流部222は、第1ノズル220のX1方向に位置する端部を、軸心C1を中心としてX軸回りに包囲する。混合部223は、エジェクタ22のうち合流部222からX1方向に向かって一定の内径を有する部分であり、X軸方向に延在する。当該内径は第1ノズル220の噴射口220bの内径よりも大きい。
The
第1デフューザ部224は、エジェクタ22のうち、混合部223(流入口224a)からX1方向に向かって内径が単調に増加する部分であり、筒状に構成される。前述の「内径が単調に増加する」とは、内径が減少する部分を含まないという意味である。したがって、内径が単調に増加する部分には、例えば内径が一定である部分を含んでもよい。具体的には、第1デフューザ部224は、流入口224aから吐出口224bに向かって内径が減少する部分を含まなければよく、例えば、流入口224aから吐出口224bまでの間で、内径が一定である部分を含んでもよい。
The
第1デフューザ部224は、流入口224aと吐出口224bとを有する。流入口224aは、混合部223と第1デフューザ部224との境界B1上に位置する。流入口224aは「第1流入口」の一例である。吐出口224bは、第1デフューザ部224と後述する第2デフューザ部225との境界B2上に位置する。吐出口224bは「第1吐出口」の一例である。本実施形態に係る第1デフューザ部224は、エジェクタ22のうち境界B1から境界B2にまで亘る部分である。
The
第2デフューザ部225は、流入口225cと吐出口225dとを有し、筒状に構成される。流入口225cは吐出口224bと同様に、境界B2上に位置する。流入口225cは「第2流入口」の一例である。吐出口225dは、循環流路11に接続される。吐出口225dは「第2吐出口」の一例である。第2デフューザ部225の内径は、第1デフューザ部224の内径よりも大きい。本実施形態に係る第2デフューザ部225は、第1部分225aと第2部分225bとから構成される。第1部分225aは、エジェクタ22のうち境界B2(吐出口224b)からX1方向に向かって内径が漸増する部分である。第2部分225bは、エジェクタ22のうち、境界B3からX1方向に向かって内径が一定の部分である。境界B3は、第1部分225aと第2部分225bとの境界である。
The
第2ケース部226は、環状空間226aを有する筐体であり、第1デフューザ部224および第2デフューザ部225と一体的に構成される。環状空間226aは、第1デフューザ部224の外周面と第2ケース部226の内周面とで画定される空間である。環状空間226aは、軸心C1を中心としてX軸回りに第1デフューザ部224の外周面を包囲する。環状空間226aは「環状の流路」の一例である。第2ケース部226は、分岐流路13に接続される開口226bを有する。
The
図5は、エジェクタ22をX2方向に見た模式図である。第2ノズル227は、第1デフューザ部224の内部空間を画定する筐体を貫通する空隙であり、環状空間226aと第2デフューザ部225の内部空間とに連通する。第2ノズル227は、図5に示すように、第1デフューザ部224の吐出口224bを包囲し、軸心C1を中心としてX軸回りに環状に構成される。第2ノズル227は、第2駆動流体X2を吐出する吐出口である開口部227aを有する。開口部227aは、吐出口224bと流入口225cとの境界に設けられる。すなわち、開口部227aは、境界B2上に位置する。開口部227aは「開口部」の一例である。第2ノズル227は、X1方向に向かってZ軸方向における幅が漸少するように構成される。なお、図5では、第1ケース部221および第2ケース部226の図示を省略する。
FIG. 5 is a schematic diagram of the
第1駆動流体X1が第1ノズル220の噴射口220bから合流部222に噴射されると、合流部222内の圧力が下がることに伴って開口221bから吸引流体Y1が合流部222に吸引される。合流部222で合流した第1駆動流体X1と吸引流体Y1は、混合部223において混合されて第1混合流体となった後、流入口224aから第1デフューザ部224に流入する。第1デフューザ部224に流入した第1混合流体は第1デフューザ部224により昇圧され、吐出口224bから吐出される。
When the first driving fluid X1 is injected from the
吐出口224bから吐出された第1混合流体は、流入口225cから第2デフューザ部225に流入する。ここで、切替機構40が制御部52により解放状態に制御されると、蒸気発生器21から送出される気相の冷媒の一部が第2駆動流体X2として第2ケース部226の環状空間226aに流入し、第2ノズル227の開口部227aから第2駆動流体X2が吐出される。前述の通り、第2ノズル227は、X1方向に向かってZ軸方向における幅が漸少するように構成される。すなわち、第2ノズル227のZ-Y平面における断面積が開口部227aに向かって漸少し、開口部227aにおいて最も小さくなる。従って、第2ノズル227を流れる第2駆動流体X2の流速は、開口部227aにおいて最大となり、ベンチュリ効果によって開口部227a近傍が減圧される。このため、吐出口224bから吐出された第1混合流体が開口部227a側に引き寄せられて径外方に広がり、第1部分225aの内壁面を伝いながらX1方向に移動する。特に、本実施形態の開口部227aは、図5に示すように、第1デフューザ部224の吐出口224bを包囲しているので、当該第1混合流体がより径外方に広がりやすくなる。これにより、吐出口224bから第1駆動流体X1が吐出される圧力(以下、背圧Bという)が、開口部227aから第2駆動流体X2が吐出されない場合と比較して低下する。
The first mixed fluid discharged from the
その後、第2ノズル227から噴射された第2駆動流体X2は、第2デフューザ部225において、吐出口224bから吐出された第1混合流体と混合して第2混合流体となる。第2混合流体は、第2デフューザ部225により昇圧されて吐出口225dから吐出される。なお、前述の「径外方」とは、軸心C1から第1部分225a側に向かう方向を意味する。
After that, the second driving fluid X2 ejected from the
前述の通り、高温の環境において冷却用流体Q2の温度Tが上昇すると、エジェクタ22から吐出された冷媒と冷却用流体Q2との温度差が小さくなり、当該冷媒から冷却用流体Q2に伝わる熱量が小さくなる。このため、エジェクタ22から吐出された冷媒が凝縮器24により凝縮されにくくなり、エジェクタ22と凝縮器24とを接続する循環流路11内の圧力が上昇する。当該圧力が上昇すると、エジェクタ22から冷媒が吐出されにくくなることで、エジェクタ22に吸引される吸引流体Y1の流量(すなわち分岐流路12を流通する冷媒の流量)が減少し、冷却システム100が被冷却媒体Q3を冷却する能力(以下「冷却能力」という)が低下するという問題がある。
As described above, when the temperature T of the cooling fluid Q2 rises in a high-temperature environment, the temperature difference between the refrigerant discharged from the
なお、第1駆動流体X1の圧力を増加させれば吸引流体Y1の流量は増加する。しかし、第1駆動流体X1の圧力は、蒸気発生器21における温水Q1と循環流路11内の冷媒との温度差に依存するから、第1駆動流体X1の圧力を充分に増加させることは現実的には困難である。また、温水Q1の流量を増加させることで温水Q1の温度の低下を抑制し、冷媒の蒸発温度を上昇させることで第1駆動流体X1の圧力を増加させる方法も想定される。しかし、温水流路91に温水Q1を供給するポンプ25に必要な動力が増大するから、装置全体の規模または冷却に必要なコストが増大するという問題もある。
Incidentally, if the pressure of the first drive fluid X1 is increased, the flow rate of the suction fluid Y1 is increased. However, since the pressure of the first driving fluid X1 depends on the temperature difference between the hot water Q1 in the
以上の事情を考慮して、本実施形態の冷却システム100が具備するエジェクタ22は、切替機構40が制御部52により開放状態に制御されることで、開口部227aから第2駆動流体X2を吐出する。このため、前述の通り、背圧Bが低下する。したがって、冷却用流体Q2が高温となる環境においても、エジェクタ22による吸引流体Y1の流量が充分に確保され、冷却システム100の充分な冷却能力が維持される。
In consideration of the above circumstances, the
図6は、冷却用流体Q2の温度Tとエジェクタ22の背圧Bとの関係を表すグラフである。図6においては、本実施形態の特性が実線で図示され、対比例の特性が破線で図示されている。対比例は、図7に例示される通り、本実施形態から分岐流路13および切替機構40を省略した構成である。また、対比例のエジェクタ200は、本実施形態のエジェクタ22から第2デフューザ部225、第2ケース部226および第2ノズル227を省略した構成である。さらに、図6の運転限界Bmaxは、目標の冷却能力を達成するための背圧Bの最大値である。すなわち、背圧Bが運転限界Bmaxを上回る状態では、エジェクタ22における吸引流体Y1の流量が充分に確保されず、目標の冷却能力が実現されない。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the temperature T of the cooling fluid Q2 and the back pressure B of the
図6に例示される通り、エジェクタ22の背圧Bは、冷却用流体Q2の温度Tに応じて変動する。具体的には、温度Tが高いほど背圧Bも増加する。対比例においては、冷却用流体Q2の温度Tが高温側の所定の温度T1に上昇した段階で背圧Bが運転限界Bmaxに到達する。したがって、温度T1を上回る環境では目標の冷却能力を達成できない
As illustrated in FIG. 6, the back pressure B of the
一方、本実施形態においては、冷却用流体Q2の温度Tが低温側から閾値RHに到達した段階で切替機構40が開放状態となる。すなわち、温度Tが閾値RHを上回る環境では、図6に例示される通り、エジェクタ22の背圧Bが対比例と比較して低減される。例えば、対比例のもとでは温度T1において背圧Bが運転限界Bmaxに到達するのに対し、本実施形態においては、温度T1における背圧Bが運転限界Bmaxを下回る。したがって、本実施形態においては、冷却用流体Q2が温度T1を上回る環境でも目標の冷却能力を達成できる。すなわち、本実施形態によれば、冷却システム100が動作可能な温度範囲を拡大できる。
On the other hand, in the present embodiment, the
なお、従来の冷却システムにおいては、複数のエジェクタを具備する構成が採用される場合もある。本実施形態の冷却システム100は、このような冷却システムとは対照的に、単一のエジェクタ22により充分な冷却能力が維持される。したがって、本実施形態では、複数のエジェクタを具備する冷却システムと比較して、冷却システム100を構成する上でのコストが抑えられるという利点もある。
In some cases, a conventional cooling system employs a configuration having a plurality of ejectors. In contrast to such a cooling system, the
2.変形例
以上に例示した形態に付加される具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様を、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合してもよい。
2. MODIFIED EXAMPLES Specific modified aspects added to the above-exemplified forms are exemplified below. Two or more aspects arbitrarily selected from the following examples may be combined as appropriate within a mutually consistent range.
[変形例1]
図8は、変形例に係るエジェクタ22Aの構成例を示す図である。エジェクタ22Aは、第2ケース部226と第2ノズル227の配置がエジェクタ22と異なることを除き、前述の形態のエジェクタ22と同様の構成である。エジェクタ22Aの第2ケース部226は、図8に示すように、エジェクタ22の第2ケース部226よりもX2方向に位置する。エジェクタ22Aの第2ノズル227は、エジェクタ22の第2ノズル227よりもX2方向に位置し、環状空間226aと第1デフューザ部224の内部空間とに連通する。エジェクタ22Aにおいても、前述の形態のエジェクタ22と同様に、吐出口227bから第1駆動流体X1が吐出されると共に、第2ノズル227から第2駆動流体X2が吐出される。このため、エジェクタ22Aにおいてもエジェクタ22と同様の効果が実現される。
[Modification 1]
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of an
[変形例2]
図9は、変形例に係るエジェクタ22Bの構成例を示す図である。エジェクタ22Bは、第2ノズル227の配置がエジェクタ22と異なることを除き、前述の形態のエジェクタ22と同様の構成である。エジェクタ22Bの第2ノズル227は、第1デフューザ部224と第1部分225aとをX軸方向に貫通し、環状空間226aと第2デフューザ部225の内部空間とに連通する。エジェクタ22Bにおいても、前述の形態のエジェクタ22と同様に、吐出口224bから第1駆動流体X1が吐出されると共に、第2ノズル227から第2駆動流体X2が吐出される。このため、エジェクタ22Bにおいてもエジェクタ22と同様の効果が実現される。
[Modification 2]
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of an
[変形例3]
図10は、変形例に係るエジェクタ22CをX2方向に見た模式図である。エジェクタ22Cは、第2ノズル227の構成がエジェクタ22と異なることを除き、前述の形態のエジェクタ22と同様の構成である。エジェクタ22においては、第2ノズル227が軸心C1を中心としてX軸回りに環状に構成されるがこれに限れない。第2ノズル227は、例えば図10に示すように、軸心C1を中心としてX軸回りに間欠的に形成されてもよい。なお、図10では、第1ケース部221および第2ケース部226の図示を省略する。
[Modification 3]
FIG. 10 is a schematic diagram of an
以上に説明したように、前述の実施形態では、第2ノズル227の開口部227aは、第1デフューザ部224の吐出口224bと第2デフューザ部225の流入口225cとの境界(境界B2)に設けられる。変形例1では、図8に示すように、開口部227aが流入口224aと境界B2との間に設けられる。また、変形例2では、図9に示すように、開口部227aが境界B2と境界B3との間に設けられる。したがって、第2ノズル227の開口部227aは、第1部分225aと第2部分225bとの境界B3と、第1デフューザ部224の流入口224aとの間に設けることができる。
As described above, in the above-described embodiment, the
[変形例4]
前述の形態においては、制御部52が切替機構40を制御したが、切替機構40を制御する方法は以上の例示に限定されない。例えば、冷却システム100の管理者による手動の操作に応じて切替機構40の状態が変更されてもよい。例えば、前述の形態においては、管理者が切替機構40を手動により操作することで開放状態および遮断状態の何れかに設定してもよい。なお、前述の形態のように、制御部52が切替機構40の状態を制御する構成によれば、冷却システム100の管理者の負荷を低減できる。なお、切替機構40を遮断状態から開放状態に変更する処理と、切替機構40を開放状態から遮断状態に変更する処理との一方を制御部52が実行し、他方を管理者が実行してもよい。
[Modification 4]
Although the
3.補足
本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
3. Supplement The effects described in this specification are merely descriptive or exemplary, and are not limiting. In other words, the present disclosure can provide other effects that are apparent to those skilled in the art from the description of this specification in addition to or instead of the above effects.
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present disclosure have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, the present disclosure is not limited to such examples. It is obvious that those who have ordinary knowledge in the technical field of the present disclosure can conceive of various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. is naturally within the technical scope of the present disclosure.
4.付記
以上に例示した形態から、例えば以下の構成が把握される。
4. Supplementary Note For example, the following configuration can be grasped from the above-exemplified forms.
本開示のひとつの態様(態様1)に係るエジェクタ22は、第1ノズル220から噴射される第1駆動流体X1と第1駆動流体X1の噴射に伴って吸引口22bから吸引される吸引流体Y1とが混合された第1混合流体が流入する流入口224aと、第1混合流体を吐出する吐出口224bと、を有し、流入口224aから吐出口224bに向かって内径が単調に増加する筒状の第1デフューザ部224と、吐出口224bから吐出される第1混合流体と、第2駆動流体X2とが混合された第2混合流体を吐出する吐出口225dと、吐出口224bから吐出口225dに向かって内径が漸増する第1部分225aと、吐出口225dに向かって内径が一定である第2部分225bと、を有する筒状の第2デフューザ部225と、第1部分225aと第2部分225bとの境界B3と流入口224aとの間に設けられる開口部227aを有し、第2駆動流体X2を吐出する第2ノズル227とを具備する。
The
以上の態様においては、第2ノズル227から第2駆動流体X2が吐出されることで、第2ノズル227近傍が減圧される。このため、第1デフューザ部224の吐出口224bから吐出された第1混合流体が開口部227a側に引き寄せられて径外方に広がる。これにより、吐出口224bから第1混合流体が吐出される圧力が、第2ノズル227から第2駆動流体X2が吐出されない場合と比較して低下する。したがって、凝縮器24に使用される冷却用流体Q2が高温となる環境においても、エジェクタ22による吸引流体Y1の流量が充分に確保され、冷却システム100の冷却能力が維持される。
In the above aspect, the pressure in the vicinity of the
態様1の具体例(態様2)によれば、第2デフューザ部225は、吐出口224bから吐出される第1混合流体が流入する流入口225cをさらに有し、第1デフューザ部224を包囲し、第2駆動流体X2が流れる環状空間226aをさらに具備し、第2ノズル227は、環状空間226aと第2デフューザ部225とに連通する環状のノズルであり、開口部227aは、吐出口224bと流入口225cとの境界に設けられ、吐出口224bを包囲する環状の開口部である。以上の態様では、環状の開口部227aから第2駆動流体X2が吐出されることで、環状の開口部227a近傍が減圧される。このため、第1デフューザ部224の吐出口224bから吐出された第1混合流体が環状の開口部227a側に引き寄せられて径外方に広がる。特に、以上の態様では、開口部227aが吐出口224bを包囲するように環状に構成されていることから、当該第1混合流体がより径外方に広がりやすくなる。これにより、当該吐出口224bから第1混合流体が吐出される圧力が、環状の開口部227aから第2駆動流体X2が吐出されない場合と比較して低下する。したがって、凝縮器24に使用される冷却用流体Q2が高温となる環境においても、エジェクタ22による吸引流体Y1の流量が充分に確保され、冷却システム100の冷却能力が維持される。
According to the specific example of mode 1 (mode 2), the
態様1の具体例(態様3)によれば、第1デフューザ部224を包囲し、第2駆動流体X2が流れる環状空間226aをさらに具備し、第2ノズル227は、環状空間226aと第1デフューザ部224とに連通し、開口部227aは、第1デフューザ部224と第2デフューザ部225との境界B2と、流入口224aとの間に設けられる。
According to the specific example of Mode 1 (Mode 3), the
態様1の具体例(態様4)によれば、第1デフューザ部224を包囲し、第2駆動流体X2が流れる環状空間226aをさらに具備し、第2ノズル227は、環状空間226aと第1部分225aとに連通し、開口部227aは、第1部分225aと第2部分225bとの境界B3と、第1デフューザ部224と第2デフューザ部225との境界B2と、の間に設けられる。
According to the specific example of mode 1 (mode 4), the
本開示のひとつの態様(態様5)に係る冷却システム100は、熱源との熱交換により冷媒を蒸発させる蒸気発生器21と、蒸気発生器21で蒸発した冷媒である第1駆動流体X1と、第1ノズル220から第1駆動流体X1が噴射されることに伴って吸引口22bから吸引される吸引流体Y1と、が混合された第1混合流体が流入する流入口224aと、第1混合流体を吐出する吐出口224bと、を有し、流入口224aから吐出口224bに向かって内径が単調に増加する、筒状の第1デフューザ部224と、吐出口224bから吐出される第1混合流体と、蒸気発生器21で蒸発した冷媒である第2駆動流体X2とが混合された第2混合流体を吐出する吐出口225dと、吐出口224bから吐出口225dに向かって内径が漸増する第1部分225aと、吐出口225dに向かって内径が一定である第2部分225bと、を有する筒状の第2デフューザ部225と、第1部分225aと前記第2部分225bとの境界B3と流入口224aとの間に設けられる開口部227aを有し、第2駆動流体X2を吐出する第2ノズル227とを有するエジェクタ22と、エジェクタ22から吐出された冷媒を冷却用流体Q2との熱交換により凝縮させる凝縮器24と、凝縮器24により凝縮された冷媒を蒸気発生器21に送出するポンプ25と、凝縮器24により凝縮された冷媒を減圧する膨張器31と、膨張器31により減圧された冷媒を被冷却媒体Q3との間の熱交換により蒸発させ、蒸発した冷媒を吸引流体Y1として吸引口22bに供給する蒸発器32と、第2駆動流体X2が蒸気発生器21から第2ノズル227に供給される供給状態と、蒸気発生器21から第2ノズル227への第2駆動流体X2の供給が遮断される遮断状態とを切替える切替機構40とを具備する。
A
態様5の具体例(態様6)によれば、前記供給状態と前記遮断状態とを切替える制御部52をさらに具備する。この態様では、前記供給状態と前記遮断状態とが切替えられることで、第2駆動流体X2が第2ノズル227に供給される状態と、当該供給を停止した状態とに切替えられる。
According to the specific example of aspect 5 (aspect 6), the
態様6の具体例(態様7)によれば、冷却用流体Q2の温度を検出する温度検出部51をさらに具備し、制御部52は、温度検出部51が検出した温度に応じて切替機構40の状態を制御する。この態様では、制御部52が、冷却用流体Q2の温度に応じて切替機構40の状態を制御するから、切替機構40の状態を管理者が手動で変更する負荷が軽減される。
According to the specific example of mode 6 (mode 7), the
100…冷却システム、11…循環流路、12…分岐流路、21…蒸気発生器、22…エジェクタ、22a…流入口、22b…吸引口、22c…吐出口、22d…流入口、24…凝縮器、25…ポンプ、31…膨張器、32…蒸発器、40…切替機構、51…温度検出部、52…制御部、91…温水流路、92…放熱流路、93…被冷却流路、220…第1ノズル、221…第1ケース部、221a…環状空間、222…合流部、223…混合部、224…第1デフューザ部、224a…流入口、224b…吐出口、225…第2デフューザ部、225a…第1部分、225b…第2部分、225c…流入口、225d…吐出口。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1吐出口から吐出される第1混合流体と、第2駆動流体とが混合された第2混合流体を吐出する第2吐出口と、前記第1吐出口から前記第2吐出口に向かって内径が漸増する第1部分と、前記第2吐出口に向かって内径が一定である第2部分と、を有する筒状の第2デフューザ部と、
前記第1部分と前記第2部分との境界と前記第1流入口との間に設けられる開口部を有し、前記第2駆動流体を吐出する第2ノズルと
を具備するエジェクタ。 a first inlet into which a first mixed fluid obtained by mixing a first driving fluid ejected from a first nozzle and a suction fluid sucked from a suction port along with ejection of the first driving fluid flows; a cylindrical first diffuser portion having a first discharge port for discharging one mixed fluid, the inner diameter of which monotonically increases from the first inlet toward the first discharge port;
a second outlet for ejecting a second mixed fluid in which a first mixed fluid ejected from the first outlet and a second driving fluid are mixed; a cylindrical second diffuser portion having a first portion with an inner diameter that gradually increases toward the second outlet and a second portion with a constant inner diameter toward the second outlet;
a second nozzle having an opening provided between the boundary between the first portion and the second portion and the first inlet, and ejecting the second driving fluid.
前記第1デフューザ部を包囲し、前記第2駆動流体が流れる環状の流路をさらに具備し、
前記第2ノズルは、前記環状の流路と前記第2デフューザ部とに連通する環状のノズルであり、
前記開口部は、前記第1吐出口と前記第2流入口との境界に設けられ、前記第1吐出口を包囲する環状の開口部である
請求項1に記載のエジェクタ。 The second diffuser section further has a second inlet into which the first mixed fluid discharged from the first outlet flows,
further comprising an annular flow path surrounding the first diffuser portion and through which the second driving fluid flows;
The second nozzle is an annular nozzle that communicates with the annular flow path and the second diffuser section,
The ejector according to claim 1, wherein the opening is an annular opening that is provided at a boundary between the first discharge port and the second inlet and surrounds the first discharge port.
前記第2ノズルは、前記環状の流路と前記第1デフューザ部とに連通し、
前記開口部は、前記第1デフューザ部と前記第2デフューザ部との境界と、前記第1流入口との間に設けられる
請求項1に記載のエジェクタ。 further comprising an annular flow path surrounding the first diffuser portion and through which the second driving fluid flows;
The second nozzle communicates with the annular flow path and the first diffuser section,
The ejector according to claim 1, wherein the opening is provided between a boundary between the first diffuser section and the second diffuser section and the first inlet.
前記第2ノズルは、前記環状の流路と前記第1部分とに連通し、
前記開口部は、前記第1部分と前記第2部分との境界と、前記第1デフューザ部と前記第2デフューザ部との境界と、の間に設けられる
請求項1に記載のエジェクタ。 further comprising an annular flow path surrounding the first diffuser portion and through which the second driving fluid flows;
the second nozzle communicates with the annular channel and the first portion;
The ejector according to claim 1, wherein the opening is provided between a boundary between the first portion and the second portion and a boundary between the first diffuser portion and the second diffuser portion.
前記蒸気発生器で蒸発した冷媒である第1駆動流体と、第1ノズルから前記第1駆動流体が噴射されることに伴って吸引口から吸引される吸引流体と、が混合された第1混合流体が流入する第1流入口と、前記第1混合流体を吐出する第1吐出口と、を有し、前記第1流入口から前記第1吐出口に向かって内径が単調に増加する、筒状の第1デフューザ部と、
前記第1吐出口から吐出される第1混合流体と、前記蒸気発生器で蒸発した冷媒である第2駆動流体とが混合された第2混合流体を吐出する第2吐出口と、前記第1吐出口から前記第2吐出口に向かって内径が漸増する第1部分と、前記第2吐出口に向かって内径が一定である第2部分と、を有する筒状の第2デフューザ部と、
前記第1部分と前記第2部分との境界と前記第1流入口との間に設けられる開口部を有し、前記第2駆動流体を吐出する第2ノズルと
を有するエジェクタと、
前記エジェクタから吐出された冷媒を冷却用流体との熱交換により凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器により凝縮された冷媒を前記蒸気発生器に送出するポンプと、
前記凝縮器により凝縮された冷媒を減圧する膨張器と、
前記膨張器により減圧された冷媒を被冷却媒体との間の熱交換により蒸発させ、蒸発した冷媒を前記吸引流体として前記吸引口に供給する蒸発器と、
前記第2駆動流体が前記蒸気発生器から前記第2ノズルに供給される供給状態と、前記蒸気発生器から前記第2ノズルへの前記第2駆動流体の供給が遮断される遮断状態とを切替える切替機構と
を具備する冷却システム。 a steam generator that evaporates the refrigerant by heat exchange with a heat source;
A first mixture in which the first driving fluid, which is the refrigerant evaporated in the steam generator, and the suction fluid sucked from the suction port as the first driving fluid is ejected from the first nozzle are mixed. A cylinder having a first inlet through which a fluid flows and a first outlet through which the first mixed fluid is discharged, the inner diameter of which monotonically increases from the first inlet toward the first outlet. a shaped first diffuser portion;
a second discharge port for discharging a second mixed fluid in which a first mixed fluid discharged from the first discharge port and a second driving fluid that is a refrigerant evaporated in the steam generator are mixed; a tubular second diffuser portion having a first portion whose inner diameter gradually increases from the outlet toward the second outlet and a second portion whose inner diameter is constant toward the second outlet;
a second nozzle having an opening provided between the boundary between the first portion and the second portion and the first inlet, and ejecting the second driving fluid;
a condenser that condenses the refrigerant discharged from the ejector by heat exchange with a cooling fluid;
a pump that delivers the refrigerant condensed by the condenser to the steam generator;
an expander that decompresses the refrigerant condensed by the condenser;
an evaporator that evaporates the refrigerant decompressed by the expander by heat exchange with a medium to be cooled, and supplies the evaporated refrigerant to the suction port as the suction fluid;
Switching between a supply state in which the second driving fluid is supplied from the steam generator to the second nozzle and a shutoff state in which the supply of the second driving fluid from the steam generator to the second nozzle is shut off. A cooling system comprising a switching mechanism and .
請求項5に記載の冷却システム。 The cooling system according to claim 5, further comprising a control unit that switches between the supply state and the cutoff state.
前記制御部は、前記温度検出部が検出した温度に応じて前記切替機構の状態を制御する
請求項6に記載の冷却システム。 further comprising a temperature detection unit that detects the temperature of the cooling fluid;
The cooling system according to claim 6, wherein the controller controls the state of the switching mechanism according to the temperature detected by the temperature detector.
Priority Applications (1)
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JP2021040229A JP2022139723A (en) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | Ejector and cooling system |
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