JP2713814B2

JP2713814B2 - 圧縮性流体用エジェクタ

Info

Publication number: JP2713814B2
Application number: JP2310589A
Authority: JP
Inventors: 秀利西川
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1998-02-16
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JPH04184000A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は圧縮性流体用エジェクタに係り、吸引や噴射
等のために流量の大きな高速の流れを形成する装置とし
て利用できる。

〔従来の技術〕

従来より、吸引は流体や粉粒体の搬送あるいは物品の
吸着などに多用され、噴射は推進や噴霧などの分野で多
用されている。これらの吸引や噴射には流体を駆動して
流れを形成する手段が利用されており、タービン等の機
械式ポンプが多用されているほか、近年では流体駆動式
のエジェクタが用いられている。

このエジェクタは、管路の内部に下流向きに配置され
たノズル等により加速用流体を噴射し、下流側に向けて
高速の一次流れを発生させ、管路内の被駆動流体を巻き
込んで下流向きに流し、順次上流側から新たな被駆動流
体を吸込むものである。このようなエジェクタによれ
ば、上流側において負圧を発生させて吸引が行えるとと
もに、下流側には被駆動流体と加速用流体とを併せた二
次流れによる多量かつ高速の噴流が得られる。

ところで、従来のエジェクタでは一次流れを形成する
ノズルが管路内に突出するため、管路を通る流れが衝突
ないし撹乱されて効率が低下する等の問題があった。こ
れに対し、本願出願人によりコアンダ効果を利用して高
速の一次流れを形成するコアンダ式エジェクタ等が提案
されている（特願昭63−270070号、実願昭63−2120号な
ど）。これらのコアンダ式エジェクタ等では、一次流れ
が二次流れを周囲から包むように加速することで流れを
乱しにくく、効率のよい流体駆動を行うことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述したようなエジェクタ等は、一次流れに
より被駆動流体を加速するものであり、二次流れを高速
化するためにはそのエネルギに見合った多量の加速用流
体が必要となり、動作効率が低下するという問題があ
る。

また、前述したエジェクタ等は管路内の被駆動流体を
一次流れで巻き込み、二次流れとして吐出するものであ
り、上流側の管路が長く吸込み損失が大きい場合など被
駆動流体の吸込みが不足し、動作効率が低下するという
問題があった。

さらに、コアンダ効果のみにより一次流体を形成する
場合、有効な加速および偏向を行うためにコアンダ効果
を発生する湾曲した壁面が必要であり、この湾曲した壁
面が上流側からの流れ中に曝されないまでも管路内に大
きく露出するために、上流側から吸い込んだ固形物等が
衝突し、一次流れが乱される恐れがあるほか、壁面が損
傷されてコアンダ効果による所期の高速風流形成が達成
できなくなる可能性もあった。

本発明の目的は、高速で多量の流体流れを発生でき、
かつ高い動作効率が得られる圧縮性流体用エジェクタを
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、管路の周囲に当該管路内へ向けてラバール
ノズルを管路周方向に沿って互いに所定間隔離れて複数
並べて形成し、これらのラバールノズルと管路内壁との
間に所定長さの整流区間をそれぞれ形成するとともに、
前記整流区間の管路内壁開口面を当該管路の下流側に向
けて形成し、かつ前記整流区間をその全長に渡って断面
積が略一定に形成し、前記整流区間の管路内壁開口面を
周方向に連続形成したものである。

ここで、ラバールノズル（de Laval nozzle）とは、
入口側から中間部のスロートまでが絞られかつスロート
から出口側までが拡開される中細りノズル（converging
−diverging nozzle）であり、空気等の圧縮性流体の流
れを超音速域にまで加速可能なものである。

一方、ラバールノズルは断面円形の管状のものに限ら
ず、偏平な管状あるいは管路の周囲を取り巻く帯状の流
路等であってもよく、少なくとも流路の一断面（例えば
径方向断面）が中細りノズル形状をしたものであればよ
い。

また、整流区間の長さは前述のラバールノズルの特性
に応じて調整することが望ましく、その断面積は少なく
ともラバールノズルの出口側部分の断面積と同じかそれ
以上であることが望ましく、全長にわたって一定断面積
で連続することが望ましい。

そして、少なくとも整流区間において断面が絞られる
ことがないように、前述のラバールノズルないし整流区
間を複数に分割し、管路の周方向に均等配置する等とす
ることが望ましい。

〔作用〕

このような本発明においては、外側からラバールノズ
ルに空気等の圧縮性流体を送り込むことで、送り込まれ
た流体はラバールノズルで超音速領域にまで加速され、
整流区間を通って管路内壁開口面から管路内に導入され
る。

ここで、ラバールノズルの後には所定長さの整流区間
があるため、ラバールノズルから噴射された流れが背圧
や擾乱等により妨げられることがなく、ラバールノズル
における流体加速が効率よく行われることになる。

さらに、管路内壁開口面は管路の下流側に向けられて
おり、整流区間からの流れは管路内に下流向きに流入
し、これにより管路の下流側には内壁に沿った高速の一
次流れが形成される。

このため、管路内に予め存在していた流体は、高速の
一次流れに周囲から包み込むように広い面積で接触さ
れ、下流側向きに効率よく加速されて送り出される。そ
して、当該部分近傍には強い負圧が発生され、この負圧
により上流側の被駆動流体は下流側に向けて吸引され
る。

従って、管路内には上流側から下流側に向かう高速の
二次流れが効率よく形成され、これにより前記目的が達
成される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には本発明に基づく圧縮性流体用エジェクタ10
が示されている。エジェクタ10は、互いに同軸連結され
た上流側管路11と下流側管路12とを備えている。ここ
で、上流側管路11の内径Diよりも下流側管路12の内径Do
のほうが大きく形成されており、相互の連結部分には段
差部13が形成されている。

第２図にも示すように、段差部13の外周には略ドーナ
ツ状の蓄圧タンク20が配置されている。蓄圧タンク20の
内側には管路11,12内に連通する加速用流体供給管30が
形成されている。加速用流体供給管30は径方向に略一定
幅で延びる偏平なスリット状管路であり、計四本が周方
向に均等配置されている。そして、蓄圧タンク20には外
部から圧縮性流体である空気が加圧供給されており、供
給された高圧空気は蓄圧タンク20により圧力分布を周方
向に平均化されたうえ、加速用流体供給管30を通して管
路12内へと噴射される。

第３図に拡大して示すように、加速用流体供給管30は
管路11側の上流側内壁面31と、管路12側の下流側内壁面
32とに挟まれた空間により形成されている。

加速用流体供給管30の蓄圧タンク20側にはラバールノ
ズル40が形成されている。

ラバールノズル40において、各内壁面31,32は中間部
を滑らかに隆起され、これにより前後の部分より間隔が
狭いスロート41が形成されている。そして、ノズル40の
入口側からスロート41にかけての徐々に狭くなる部分に
より音速以下の流れを加速する絞り部42が形成され、ス
ロート41からノズル40の出口側にかけての徐々に拡開す
る部分により音速以上の流れを加速する拡開部43が形成
されている。

ラバールノズル40の入口側において、各内壁面31,32
はそれぞれ外向きに湾曲され、蓄圧タンク20の内側内壁
21および下流側内壁22に滑らかに連続されている。ま
た、蓄圧タンク20の下流側内壁22は凹形の円弧状に湾曲
されて外側内壁23と滑らかに連続されている。これらの
導流形状24により蓄圧タンク20内の空気がラバールノズ
ル40へと円滑に導入されるようになっている。

加速用流体供給管30のラバールノズル40に続く部分に
は整流区間50が形成されている。

整流区間50において、各内壁面31,32はそれぞれ下流
側に向けて滑らかに湾曲され、当該区間50を通過する噴
流は下流側向きに偏向される。ここで、整流区間50の断
面積は、全長にわたってラバールノズル40の出口側断面
積と等しいように設定されている。つまり、整流区間50
は略一定の断面積で連続するものである。これは、ラバ
ールノズル40により超音速まで加速された噴流を圧縮す
ることは加速性の関係から好ましくないため、断面積が
縮小するものは避けることが望ましいからである。ま
た、整流区間50の長さは、ラバールノズル40および送り
出される高速噴流に応じて所定の長さに設定されてい
る。

整流区間50の出口側において、下流側内壁面32はさら
に湾曲して管路21の内面に滑らかに連続しているが、上
流側内壁面31は段差部13で終了しており、この段差部13
に開口する整流区間50の開口面51は下流の管路12に向か
いかつやや内向きに傾斜した状態で形成されている。

なお、整流区間50の開口面51より下流側に続く内壁面
32は、段差部13つまり管路11に対して管路12が拡径する
分の凹み空間に面しており、この部分においては開口面
51からの噴流に対してコアンダ効果（壁効果）による偏
向作用が働き、開口面51と略直交方向に送り出される噴
流をさらに偏向させ、管路12の内壁面に沿って下流向き
に流すようになっている。

また、管路12は一定径D_oで下流側へ所定長さにわたっ
て延長され、加速用流体供給管30からの一次流れと被駆
動流体である管路11からの空気との混合が十分になされ
るように設定されている。

このような本実施例においては、蓄圧タンク20に加圧空
気を供給することで作動する。蓄圧タンク20に供給され
た圧縮空気は、導流形状24により集められて加速用流体
供給管30に導入される。

ここで、ラバールノズル40においては、導入された音
速以下の流れが絞り部42により加速され、スロート41で
は音速領域まで高速化される。そして、続く拡開部43は
音速以上の流れに対して加速ノズルとして作用するた
め、ラバールノズル40からの噴流は超音速域まで加速さ
れ、強い負圧を発生する。

一方、整流区間50においては、ラバールノズル40から
の高速噴流を擾乱等のない整流状態で送り出し、ラバー
ルノズル40の加速効率を高める。また、整流区間50は湾
曲されて開口面51を下流向きに配置されているととも
に、開口面51以降でコアンダ効果が生じるようになって
いるため、整流区間50を通過した高速噴流は管路12の内
壁に沿って下流側向きに吹き込まれ、当該内壁に沿った
高速で安定した一次流れを形成する。

このため、管路12内に予め充満していた空気等の流体
は、一次流れに周囲から包み込むように広い面積で接触
されて下流側向きに加速され、上流側の管路11には強い
負圧が発生される。そして、管路11の上流側開口からは
先の負圧により新たに外気等の流体が順次吸入され、管
路11,12内には上流側から下流側に向かう高速の流れが
形成される。また、管路12内では一次流れと被駆動流体
の流れとを併せて二次流れが形成され、管路12の下流側
開口からは高速で多量の二次流れが噴射される。

このような本実施例によれば、次に示すような効果が
ある。

すなわち、加速用流体供給管30においては、ラバール
ノズル40により圧縮性流体を超音速域まで加速でき、整
流区間50により加速を効率的に行うことができる。

また、加速された噴流を整流区間50の湾曲、開口面51
の配置および続く部分のコアンダ効果により効率よく下
流向きに偏向させ、管路12内壁に沿った高速で安定した
一次流れを形成することができる。

さらに、整流区間50およびラバールノズル40は各々の
開口面51と同じ幅で形成され、導入された空気が中心向
きに進むにつれて圧縮されることはなく、ラバールノズ
ル40における加速作用を十分に発揮させることができ
る。

また、蓄圧タンク20内に導流形状24を設けたため、加
速用流体供給管30への流体導入を円滑に行うことがで
き、加速用流体供給管30から噴射される一次噴流をより
安定しかつ高速なものとすることができる。

一方、整流区間50の開口面51を周方向に略連続させた
ため、加速用流体供給管30からの一次流れを略筒状と
し、上流側からの流体を周囲から包み込んで広い面積で
接触し、効率よく加速することができる。

また、整流区間50ないし開口面51周辺の形状により加
速用流体供給管30からの一次流れは管路12の内壁に沿っ
て下流側向きに流れるように確実に偏向されるため、管
路12を噴流で閉塞させて管路11からの流体の流れを妨害
することもなく、一層効率的な流体駆動を行うことがで
きる。

このため、加速用流体供給管30で形成される一次流れ
を管路12内壁に沿った高速で安定したものにできるた
め、管路11内の流体に対する下流側向きの加速駆動を強
力なものにでき、管路12の下流側開口からは高速で流量
の大きな噴射を行うことができるとともに、管路11の上
流側開口には強い負圧吸引力を発生させることができ
る。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、次に示すような変形をも含むものである。

すなわち、整流区間50の開口面51は周方向に連続する
ものに限らず、複数に分割されていてもよい。

また、ラバールノズル40の形状や長さ、整流区間50の
長さや湾曲形状、およびこれらの配置は要求される性能
や条件等に応じて設定すればよく、管路11,12や段差部1
3の形状や寸法、あるいは蓄圧タンク20や導流形状24の
形態等も実施にあたって適宜選択すればよい。

例えば、第４図に示す他の実施例においては、管路1
1,12および蓄圧タンク20は前記実施例と同様であり、加
速用流体供給管30も略同様である。しかし、本実施例に
おいては、整流区間50が直角に曲げられ、コアンダ効果
を生じる曲面が省略されており、ラバールノズル40から
の噴流は整流区間50の形状のみによって下流側向きに偏
向される。また、整流区間50の開口面51は段差部13の全
面にわたって形成され、その向きも完全に下流側に向け
られている。

このような実施例によっても前記実施例と同様な効果
が得られるとともに、整流区間50から開口面51に至る形
状により管路11からの流体流れと整流区間50からの一次
流れとの合流を円滑にできる。

一方、第５図には更に他の実施例が示されている。本
実施例においては、蓄圧タンク20が管路11に近接して形
成され、その下流側端に連なる加速用流体供給管30自体
が傾斜配置されている。ここで、加速用流体供給管30で
あるラバールノズル40および整流区間50は前記実施例と
略同様であるが、整流区間50は段差部13の開口面51まで
直線状に形成されている。

このような実施例によっても前記実施例と同様な効果
が得られるとともに、加速用流体供給管30の傾斜配置に
より蓄圧タンク20を管路11に近接させることができ、エ
ジェクタ10としての全体外径を小さくすることができ
る。

さらに、第１図に点線で示すように、管路12の下流側
開口に拡開形状のディフューザ等を取付けて噴射効率を
高めるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば圧縮性流体を
ラバールノズルおよび続く整流区間で効率よく加速して
高速噴流とし、かつ整流区間および開口面の配置により
高速噴流を下流側へ向けて噴射することにより、管路の
内壁に沿った高速で安定した一次流れを形成することが
できるとともに、この一次流れで管路内の流体を効率よ
く加速でき、強力な負圧吸引あるいは噴流形成を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は前記
第１図II−II線相当断面図、第３図は同実施例の要部を
示す拡大断面図、第４図は本発明の他の実施例の要部拡
大断面図、第５図は本発明の更に他の実施例の要部拡大
断面図である。 10…エジェクタ、11…上流側管路、12…下流側管路、20
…蓄圧タンク、30…加速用流体供給管、40…ラバールノ
ズル、50…整流区間、51…開口面。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】管路の周囲に当該管路内へ向けてラバール
ノズルを管路周方向に沿って互いに所定間隔離れて複数
並べて形成し、これらのラバールノズルと管路内壁との
間に所定長さの整流区間をそれぞれ形成するとともに、
前記整流区間の管路内壁開口面を当該管路の下流側に向
けて形成し、かつ前記整流区間をその全長に渡って断面
積が略一定に形成し、前記整流区間の管路内壁開口面を
周方向に連続形成したことを特徴とする圧縮性流体用エ
ジェクタ。