JP6088719B1 - エゼクタ及びそれを備えた真空発生装置 - Google Patents

Abstract

エゼクタ（４０）は、第１流体を噴出するノズル（４１）と、ノズル（４１）からの第１流体の噴出により生じる圧力低下によって第２流体を吸引する吸引室（４２）と、ノズル（４１）から噴出された第１流体と吸引室（４２）に吸引された第２流体とを昇圧させながら排出するディフューザ（４３）と、ディフューザ（４３）の下流に設けられたオリフィス板（４４）とを備えている。

Description

ここに開示された技術は、エゼクタ及びそれを備えた真空発生装置に関するものである。

従来より、エゼクタ及びそれを備えた真空発生装置が知られている。例えば、特許文献１に開示された真空発生装置は、タンクに貯留された流体を第１流体としてポンプ及びエゼクタを介して循環させることによって、エゼクタに吸引力を発生させ、第２流体を吸引している。

特開２０１４−１５６８１４号公報

このようなエゼクタにおいては、第２流体を所望の通りに吸引できるようにノズル及びディフューザが設計されている。

しかしながら、そのように設計されたノズル及びディフューザを備えたエゼクタであっても、エゼクタとして適切に機能しなければ、第２流体を所望の通りに吸引することは難しい。例えば、ディフューザを通過する流体が十分に昇圧しない場合があり、そのような場合には、エゼクタが適切に機能しない。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、エゼクタを適切に機能させることにある。

ここに開示されたエゼクタは、第１流体を噴出するノズルと、上記ノズルからの上記第１流体の噴出により生じる圧力低下によって第２流体を吸引する吸引室と、上記ノズルから噴出された上記第１流体と上記吸引室に吸引された上記第２流体とを昇圧させながら排出するディフューザと、上記ディフューザの下流に設けられた流体抵抗部とを備えている。

また、ここに開示された真空発生装置は、上記エゼクタと、上記ディフューザを通過した上記第１流体及び上記第２流体を貯留するタンクと、上記タンクに接続され、該タンク内の流体を上記第１流体として上記エゼクタに圧送するポンプとを備え、上記タンク内の流体を上記ポンプ及び上記エゼクタを介して還流させることによって、上記エゼクタを介して上記第２流体を吸引する。

上記エゼクタによれば、上記ディフューザの下流に上記流体抵抗部を設けることによって、ディフューザを通過する流体を十分に昇圧させることができる。その結果、エゼクタを適切に機能させることができる。

上記真空発生装置によれば、上記ディフューザの下流に上記流体抵抗部を設けることによって、ディフューザを通過する流体を十分に昇圧させることができる。その結果、エゼクタを適切に機能させることができ、ひいては、第２流体を適切に吸引することができる。

図１は、実施形態に係る真空蒸気加熱システムの概略構成を示す配管系統図である。 図２は、真空発生装置の概略構成図である。 図３は、真空不発現象とオリフィス板の開口率及び循環水温との関係を示すグラフである。 図４は、エゼクタにおける真空度と吸引量との関係を示すグラフである。

以下、例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１は、実施形態に係る真空蒸気加熱システム１の概略構成を示す配管系統図である。

真空蒸気加熱システム（以下、「加熱システム」という）１は、対象物を蒸気で加熱する反応釜２０と、蒸気生成部（図示省略）から蒸気を反応釜２０に供給する蒸気供給菅１１と、反応釜２０で発生したドレンを排出する排出管１３と、排出管１３を介してドレンを吸引する真空発生装置３０とを備えている。加熱システム１は、流体回路１０を備えており、流体回路１０には、蒸気供給菅１１と、反応釜２０と、排出管１３と、真空発生装置３０とが含まれている。加熱システム１は、反応釜２０に収容された対象物を大気圧以下の飽和蒸気によって加熱する。

反応釜２０は、対象物が収容される釜本体２１と、釜本体２１の略全周に亘って形成されたジャケット部２２とを有している。ジャケット部２２には、蒸気供給菅１１が接続されている。蒸気供給菅１１には、開閉弁である供給弁１４が設けられている。蒸気生成部で生成された蒸気が、蒸気供給管１１を介してジャケット部２２に供給される。反応釜２０では、ジャケット部２２に供給された蒸気が釜本体２１の内部の対象物と間接的に熱交換して凝縮（液化）し、対象物が加熱される。つまり、対象物は、蒸気の凝縮潜熱が与えられることで加熱される。

排出管１３は、一端（流入端）がジャケット部２２の下端部に接続され、他端（流出端）が真空発生装置３０に接続されている。排出管１３は、ジャケット部２２で蒸気が凝縮して発生したドレン（復水）を排出する。排出管１３には、流入したドレンのみを自動的に排出するスチームトラップ１５が設けられている。

真空発生装置３０は、ドレンを貯留するドレンタンク３１と、ドレンタンク３１内のドレンを圧送するポンプ３２と、排出管１３を介して反応釜２０からドレンを吸引するエゼクタ４０とを有している。ドレンタンク３１、ポンプ３２及びエゼクタ４０は、配管３４で接続されており、ドレンタンク３１、ポンプ３２及びエゼクタ４０を含む循環流路が形成されている。真空発生装置３０は、ドレンタンク３１に貯留されたドレンをポンプ３２及びエゼクタ４０を介して循環させることによって、エゼクタ４０に吸引力を発生させ、反応釜２０からドレンを吸引する。

図２に、真空発生装置３０の概略構成図を示す。配管３４は、ドレンタンク３１とポンプ３２とを接続する第１配管３４ａと、ポンプ３２とエゼクタ４０とを接続する第２配管３４ｂと、エゼクタ４０とドレンタンク３１とを接続する第３配管３４ｃとを有している。ドレンタンク３１は、タンクの一例である。ポンプ３２は、モータ３５により駆動される。

エゼクタ４０は、第１流体を噴出するノズル４１と、ノズル４１からの第１流体の噴出により生じる負圧によって第２流体を吸引する吸引室４２と、ノズル４１から噴出された第１流体と吸引室４２に吸引された第２流体とを昇圧させながら排出するディフューザ４３と、ディフューザ４３の下流に設けられた２枚のオリフィス板４４とを備えている。

ノズル４１は、第２配管３４ｂの下流端に接続されている。ノズル４１の少なくとも噴出口４１ａは、吸引室４２に収容されている。

吸引室４２は、ディフューザ４３の少なくとも上流端部も収容している。また、吸引室４２には、排出管１３の流出端が接続されている。吸引室４２では、ノズル４１から第１流体が噴出することによって生じる負圧（圧力降下）により第２流体が排出管１３から吸引される。つまり、吸引室４２では、第１流体のジェットポンプ効果によって生じる負圧により、第２流体を吸引するための吸引力が発生する。

ディフューザ４３は、直線状の流路を有している。ディフューザ４３の流路断面積は、上流から下流に向かって拡大している。そのため、ディフューザ４３を通過する流体は、ディフューザ４３を上流から下流へ流れるに従って減速すると共に昇圧する。ディフューザ４３の下流端に第３配管３４ｃが接続されている。

オリフィス板４４は、中央に円形の開口４４ａを有する円盤状の部材である。オリフィス板４４は、流体抵抗部の一例である。オリフィス板４４は、第３配管３４ｃに配置されている。詳しくは、上流側オリフィス板４４は、第３配管３４ｃの上流端、即ち、ディフューザ４３と第３配管３４ｃとの接続部に配置されている。下流側オリフィス板４４は、第３配管３４ｃの下流端、即ち、第３配管３４ｃとドレンタンク３１との接続部に配置されている。ディフューザ４３と第３配管３４ｃとは、互いにフランジ部を介して接続されており、上流側オリフィス板４４は、ディフューザ４３のフランジ部と第３配管３４ｃのフランジ部とに挟み込まれている。第３配管３４ｃとドレンタンク３１とは、互いにフランジ部を介して接続されており、下流側オリフィス板４４は、第３配管３４ｃのフランジ部とドレンタンク３１のフランジ部とに挟み込まれている。

上流側オリフィス板４４の開口４４ａの面積は、第３配管３４ｃのうち当該オリフィス板４４の下流側部分の流路断面積よりも小さくなっている。同様に、下流側オリフィス板４４の開口４４ａの面積は、第３配管３４ｃのうち当該オリフィス板４４の上流側部分の流路断面積よりも小さくなっている。つまり、上流側及び下流側オリフィス板４４は、ディフューザ４３の下流側の流路の流路断面積を絞る機能を有している。

上流側オリフィス板４４の開口４４ａの面積は、下流側オリフィス板４４の開口４４ａの面積と同じである。本実施形態では、第３配管３４ｃの流路断面積は、上流から下流に亘って一様なので、上流側オリフィス板４４における第３配管３４ｃの流路断面積に対する開口４４ａの面積の比（開口４４ａの面積／第３配管３４ｃの流路断面積であり、以下「開口率」という）は、下流側オリフィス板４４の開口率と等しい。

このように構成された真空発生装置３０においては、ドレンタンク３１内のドレンがポンプ３２により昇圧されエゼクタ４０のノズル４１に第１流体として供給される。ノズル４１から吸引室４２へドレンが噴出することによってノズル４１の周囲に負圧が生じ、反応釜２０のドレンが排出管１３を介して第２流体として吸引室４２に吸引される。ノズル４１から噴出したドレンと排出管１３から吸引されたドレンとは吸引室４２で混合され、ディフューザ４３を介して排出される。このとき、ドレンは、ディフューザ４３を下流側へ流れるに従って減速すると共に昇圧する。最終的に、ドレンは、ドレンタンク４１へ流入する。こうして、反応釜２０のドレンは、ドレンタンク３１に回収される。

ここで、ディフューザ４３の下流側にオリフィス板４４を設けることによって、エゼクタ４０を適切に機能させることができ、反応釜２０からドレンを適切に吸引することができる。

詳しくは、ディフューザ４３の下流側にオリフィス板４４を設けることによって、ディフューザ４３の下流側の流路における流体抵抗を大きくして、ディフューザ４３の下流側の流路での圧力を増大させることができる。それにより、ディフューザ４３を通過する流体を十分に昇圧させることができる。仮に、ディフューザ４３の下流側の圧力が小さい場合には、ディフューザ４３を通過する流体が十分に昇圧しない。 エゼクタ４０においては、ノズル４１の入口とディフューザ４３の出口との圧力差等を前提にノズル４１及びディフューザ４３が設計されているので、圧力差が小さくなり過ぎると、吸引室４２における負圧を適切に発生させることができない。それに対し、ディフューザ４３の下流側にオリフィス板４４を設けることによって、ディフューザ４３を通過する流体を十分に昇圧させることができるので、吸引室４２における負圧を適切に発生させることができる。つまり、エゼクタ４０を適切に機能させることができる。

さらに、ディフューザ４３により流体を十分に昇圧させることができるか否かは、ディフューザ４３の下流側の圧力だけでなく、真空発生装置３０を循環するドレンの水温（以下、「循環水温」と称する）にも依存する。循環水温が高くなると、ドレンの粘度が小さくなるので、ドレンがディフューザ４３を通過する際の圧力上昇（圧力回復）が低減される。つまり、循環水温が高くなるほど、吸引室４２における負圧を適切に発生させることができなくなる。

図３に、吸引室４２で負圧を適切に発生させることができない現象（以下、「真空不発現象」という）と、オリフィス板４４の開口率及び循環水温との関係を示す。図３における実線は、オリフィス板４４を１枚だけ設けた場合の真空不発現象が発生する境界線を示している。境界線よりも上側（即ち、循環水温が高い側）の領域（実線の場合は、図中のハッチング領域）において真空不発現象が発生する。図３における破線は、オリフィス板４４を２枚設けた場合の真空不発現象が発生する境界線を示している。

オリフィス板４４を設けない場合（開口率１００％に相当）に真空不発現象が発生しない境界となる循環水温（以下、「境界水温」と称する）は、Ｔ１である。図３からわかるように、オリフィス板４４の開口４４ａを小さくするほど、境界水温を高くすることができる。つまり、真空不発現象を生じさせない循環水温を高めることができる。さらに、オリフィス板４４を１枚から２枚にすることによって、境界水温をさらに高めることができる（破線参照）。これは、オリフィス板４４が増えると、ディフューザ４３の下流側の流路での圧力がより上昇するためである。

しかしながら、オリフィス板４４の開口率を小さくして流体抵抗が大きくなり過ぎると、第３配管３４ｃを流通するドレンの流量、即ち、ディフューザ４３を通過するドレンの流量が減少してしまう。その結果、排出管１３を介して反応釜２０から吸引するドレンの流量も減少してしまう。

それに対し、オリフィス板４４を複数設けることによって、流量を確保しつつ流体抵抗を増大させることができる。図４は、エゼクタにおける真空度と吸引量との関係を示すグラフである。図４において、実線は開口率６０％のオリフィス板４４を１枚だけ設けた場合を示し、破線は開口率７５％のオリフィス板４４を２枚設けた場合を示している。真空度が高い(例えば、真空度１００ｋＰａＧ)場合、即ち、エゼクタ４０が適切に機能している場合において、開口率７５％のオリフィス板４４を２枚設ける構成の方が、開口率６０％のオリフィス板４４を１枚だけ設ける構成よりも吸引量が大きくなっている。開口率６０％のオリフィス板４４を１枚だけ設ける構成は、境界水温を十分に高めることができるものの（図３参照）、開口率が小さ過ぎて吸引量が低減してしまう。それに対し、開口率７５％のオリフィス板４４を２枚設ける構成は、境界水温を十分に高めることができるだけでなく（図３参照）、吸引量を確保することもできる。つまり、オリフィス板４４の枚数を増やすことによって、開口率を大きくして吸引量を確保しつつ、境界水温を高めることができる。

以上のように、エゼクタ４０は、第１流体を噴出するノズル４１と、ノズル４１からの第１流体の噴出により生じる圧力低下によって第２流体を吸引する吸引室４２と、ノズル４１から噴出された第１流体と吸引室４２に吸引された第２流体とを昇圧させながら排出するディフューザ４３と、ディフューザ４３の下流に設けられたオリフィス板４４とを備えている。

この構成によれば、ディフューザ４３の下流にオリフィス板４４を設けることによって、ディフューザ４３の下流側の流路の圧力を増大させることができる。これにより、ディフューザ４３を通過する流体を十分に昇圧させることができ、その結果、エゼクタ４０を適切に機能させることができる。

例えば、エゼクタ４０、さらには、真空発生装置３０の小型化を図る上で、配管３４（特に、第３配管３４ｃ）が短い場合がある。このような場合、ディフューザ４３の下流側の圧力が小さくなる傾向にあり、ディフューザ４３を通過する流体の昇圧が不十分となる虞がある。そのような構成であっても、オリフィス板４４を設けることによって、ディフューザ４３を通過する流体を十分に昇圧させることができる。つまり、オリフィス板４４を設ける構成は、小型のエゼクタ４０及び真空発生装置３０に特に有効である。

また、オリフィス板４４は流路断面積を外側から絞るので、外側に拡がりながら流れる流体に対して流体の流れを阻害し過ぎることなく、流体に適度な圧損を与えることができる。

また、オリフィス板４４は複数設けられているので、ディフューザ４３を通過する流体の流量を小さくし過ぎることなく、ディフューザ４３の下流側の流路の圧力を増大させることができる。

さらに、オリフィス板４４の開口４４ａの面積は、オリフィス板４４抵抗部の前後の流路断面積よりも小さくなっている。

つまり、オリフィス板４４は、流路を絞ることによって流体抵抗を増大させている。

また、真空発生装置３０は、エゼクタ４０と、ディフューザ４３を通過した第１流体及び第２流体を貯留するドレンタンク３１と、ドレンタンク３１に接続され、ドレンタンク３１内の流体を第１流体としてエゼクタ４０に圧送するポンプ３２とを備え、ドレンタンク３１内の流体をポンプ３２及びエゼクタ４０を介して還流させることによって、エゼクタ４０を介して第２流体を吸引する。

この構成によれば、前述の如くエゼクタ４０を適切に機能させることができるので、第２流体をエゼクタ４０を介して適切に吸引することができる。

尚、エゼクタ４０及び真空発生装置３０は、真空蒸気加熱システム１だけでなく、それ以外のシステムにも適用し得る。例えば、蒸気加熱だけでなく、冷却も行うシステムにエゼクタ４０及び真空発生装置３０を適用してもよい。また、システムで用いられる蒸気は、大気圧以下の蒸気に限られるものではない。

さらに、エゼクタ４０は、水を流通させているが、液体エゼクタに限られるものではない。すなわち、エゼクタ４０は、気体を流通させるものであってもよい。

また、上記実施形態においては、流体抵抗部としてオリフィス板を採用しているが、流体抵抗部は、その前後の部分よりも流体抵抗を増大させる限りは任意の構成を採用することができる。例えば、流体抵抗部は、流路断面積を徐々に絞る絞り部、流路断面積を小さくすることが可能な弁、蛇腹管等であってもよい。

さらに、上記実施形態においては、流体抵抗部としてのオリフィス板４４が２枚設けられているが、流体抵抗部は１つであっても、３つ以上であってもよい。

ここに開示された技術は、エゼクタ及びそれを備えた真空発生装置について有用である。

１ 真空蒸気加熱システム
３０ 真空発生装置
３１ ドレンタンク（タンク）
３２ ポンプ
４０ エゼクタ
４１ ノズル
４２ 吸引室
４３ ディフューザ
４４ オリフィス（流体抵抗部）

Claims (4)

1. 第１流体を噴出するノズルと、
   上記ノズルからの上記第１流体の噴出により生じる圧力低下によって第２流体を吸引する吸引室と、
   上記ノズルから噴出された上記第１流体と上記吸引室に吸引された上記第２流体とを昇圧させながら排出するディフューザと、
   上記ディフューザの下流に設けられた流体抵抗部とを備え、
   上記流体抵抗部は、複数設けられていることを特徴とするエゼクタ。
2. 請求項１に記載のエゼクタにおいて、
   上記流体抵抗部の流路断面積は、該流体抵抗部の前後の流路断面積よりも小さくなっていることを特徴とするエゼクタ。
3. 請求項１又は２に記載のエゼクタにおいて、
   上記流体抵抗部は、オリフィス板で構成されていることを特徴とするエゼクタ。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載のエゼクタと、
   上記ディフューザを通過した上記第１流体及び上記第２流体を貯留するタンクと、
   上記タンクに接続され、該タンク内の流体を上記第１流体として上記エゼクタに圧送するポンプとを備え、
   上記タンク内の流体を上記ポンプ及び上記エゼクタを介して還流させることによって、上記エゼクタを介して上記第２流体を吸引する真空発生装置。
   

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