JP6144854B1 - エゼクタ - Google Patents

Abstract

吐出圧力の上昇による吸入流量の減少をできるだけ抑えることが可能なエゼクタを提供すること。エゼクタ１は、第１流体が噴出するノズル１１と、ノズル１１が収容され、ノズル１１から第１流体が噴出することによって生じる負圧により第２流体が吸引される吸引室１２と、平行流路１６と、平行流路１６の下流端に連なり、下流にいくに従って流路断面積が大きくなる拡大流路とを有し、吸引室１２の第１流体および第２流体が混合して吐出されるディフューザ１４と、平行流路１６の流路断面積を増減させる流量調整バルブ２０とを備えている。

Description

本願は、第１流体が噴出されることによって生じる負圧により第２流体を吸引して第１流体と共に吐出するエゼクタに関する。

例えば特許文献１に一般的なエゼクタが開示されている。このエゼクタでは、第１流体（駆動流体）が噴射口から噴射されることによって負圧（圧力降下）が発生し、この負圧により第２流体（被駆動流体）が吸引される。そして、第１流体および第２流体は混合されディフューザ（出口）から吐出される。ディフューザには拡大流路（下流にいくに従って流路断面積が大きくなる流路）が設けられており、第１流体および第２流体の混合流体は拡大流路を流れる際に減速および昇圧される。こうしてエゼクタから吐出された混合流体は、使用箇所に供給される。

特開２０００−３５６３０５号公報

ところで、上述したようなエゼクタでは、供給先における運転条件（混合流体の使用量や使用圧力）の変更等によって吐出圧力が上昇してしまい、この吐出圧力の上昇により第２流体の吸入流量（吸引量）を確保できなくなるという問題があった。例えば、供給先における混合流体の使用量が一時的に低下したり、使用圧力が一時的に上昇操作されたりすると、エゼクタの吐出流量が減少し吐出圧力が上昇する。そして、吐出圧力が所定値を超えると、第２流体が吸引される空間の圧力が上昇し、その空間に第２流体が吸引されにくくなる。そのため、第２流体の吸入流量が著しく減少する。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吐出圧力の上昇による吸入流量の減少をできるだけ抑えることが可能なエゼクタを提供することにある。

本願に開示の技術は、上記目的を達成するために、ディフューザにおける最小の流路断面積を増減可能に構成するようにした。

本願のエゼクタは、ノズルと、吸引室と、ディフューザと、流路可変機構とを備えている。上記ノズルは、第１流体が噴出するものである。上記吸引室は、上記ノズルが収容され、該ノズルから上記第１流体が噴出することによって生じる負圧により第２流体が吸引される。上記ディフューザは、平行流路と、該平行流路の下流端に連なり、下流にいくに従って流路断面積が大きくなる拡大流路とを有し、上記吸引室の上記第１流体および上記第２流体が混合して吐出されるものである。上記流路可変機構は、上記平行流路の流路断面積を増減させるものである。

以上のように、本願のエゼクタによれば、吸引室に噴出した第１流体と吸引室に吸引された第２流体とが混合してディフューザから吐出される。第１流体および第２流体の混合流体は、ディフューザの平行流路では流速が概ね音速となり、拡大流路を流れる際に減速および昇圧される。ディフューザにおいて、平行流路は流路断面積が最小となる部分（いわゆる「のど部」）である。この状態において、吸引室の圧力（吸入圧力）とディフューザから吐出される流体の圧力（吐出圧力）とは一定の関係で維持される。つまり、エゼクタでは平行流路が圧力の臨界位置となり、吸入圧力は吐出圧力よりも低い値で維持される。

ここで、外部条件の変更により吐出圧力が上昇して所定値を超えると、平行流路における流速が音速よりも低下する。そうすると、エゼクタでは、圧力の臨界位置がなくなり、吸入圧力が吐出圧力とほぼ同等の値まで次第に上昇してゆく。この吸入圧力の上昇により、第２流体の吸入流量が著しく減少してしまう。そこで、本願のエゼクタによれば、平行流路の流路断面積を増減させる流路可変機構を設けるようにしたため、吐出圧力の上昇時に流路可変機構によって平行流路の流路断面積を減少させることにより、平行流路における流速を音速に維持することができる。これにより、平行流路において圧力の臨界位置が確保されるので、吐出圧力が上昇しても吸入圧力の上昇をできるだけ抑えることができる。したがって、第２流体の吸入流量の減少を抑えることができる。

図１は、実施形態に係るエゼクタの構成を模式的に示す図である。 図２は、制御部の動作を示すフローチャートである。 図３は、吐出圧力と吸入圧力との関係を示すグラフである。 図４は、吐出圧力と吸入流量との関係を示すグラフである。

以下、本願の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、本願に開示の技術、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に示すように、本実施形態のエゼクタ１は、高圧蒸気（第１流体）を噴出させることによって低圧蒸気（第２流体）を吸引し、これら蒸気を混合して吐出する蒸気エゼクタである。つまり、本実施形態のエゼクタ１において、高圧蒸気は駆動流体であり、低圧蒸気は吸引流体である。

エゼクタ１は、入口流路１０と、吸引室１２と、ディフューザ１４とを備えている。入口流路１０は、一端である上流端が高圧蒸気の供給元に接続されており、他端である下流端にノズル１１が設けられている。入口流路１０は、高圧蒸気が流入してノズル１１から噴出される。吸引室１２には、入口流路１０の流出端が接続され、ノズル１１が収容されている。また、吸引室１２には、低圧蒸気の吸引口１３が設けられている。吸引室１２は、ノズル１１から高圧蒸気が噴出することによって生じる負圧（圧力降下）により低圧蒸気が吸引口１３から吸引される。つまり、吸引室１２では、高圧蒸気のジェットポンプ効果によって生じる負圧により、低圧蒸気を吸引するための吸引力が発生する。

ディフューザ１４は、吸引室１２に接続され、高圧蒸気および低圧蒸気の出口流路を構成している。ディフューザ１４は、上流側から順に連なる、絞り流路１５、平行流路１６および拡大流路１７を有している。絞り流路１５は、上流端が吸引室１２に接続され、下流端に平行流路１６が連なって（接続されて）いる。絞り流路１５は、吸引室１２においてノズル１１（入口流路１０）と対向する位置に接続されている。絞り流路１５は、下流にいくに従って流路断面積（流路径）が小さくなっている。平行流路１６は、流路断面積（流路径）が一定の流路であり、下流端に拡大流路１７が連なって（接続されて）いる。拡大流路１７は、下流にいくに従って流路断面積（流路径）が大きくなっている。ディフューザ１４は、直線状の流路であり、平行流路１６の流路断面積（流路径）が最小となっている。つまり、ディフューザ１４において平行流路１６はいわゆる「のど部」を構成している。ディフューザ１４は、吸引室１２に噴出された高圧蒸気と吸引室１２に吸引された低圧蒸気とが混合して吐出されるものであり、混合蒸気が拡大流路１７を流れる際に混合蒸気を減速および昇圧するものである。

さらに、本実施形態のエゼクタ１は、流量調整バルブ２０と、圧力センサ２１と、制御部２２とを備えている。

流量調整バルブ２０は、ディフューザ１４における平行流路１６に設けられる開度可変の電動バルブである。流量調整バルブ２０は、開度を変更することによって平行流路１６の流路断面積（以下、単に断面積Ａという。）を増減させるものであり、本願の請求項に係る流路可変機構を構成している。本実施形態では、流量調整バルブ２０はボールバルブが用いられている。また、流量調整バルブ２０は、平行流路１６において拡大流路１７寄りに設けられている。

圧力センサ２１は、吸引室１２に設けられ、吸引室１２の圧力（以下、吸入圧力という。）を検出するものである。制御部２２は、圧力センサ２１から吸入圧力が送られ、その吸入圧力に基づいて流量調整バルブ２０の開度制御を行うように構成されている。具体的には図２に示すように、制御部２２は、吸入圧力が所定値よりも高いか否かを判定し（ステップＳＴ１）、所定値よりも高い場合は流量調整バルブ２０の開度（バルブ開度）を下げる（ステップＳＴ２）。なお、制御部２２は、ステップＳＴ１において吸入圧力が所定値以下であると判定すると、そのまま待機する。

〈運転動作〉
上述したエゼクタ１では、入口流路１０に流入した高圧蒸気がノズル１１から吸引室１２内に噴出されると共に、その高圧蒸気の噴出によって低圧蒸気が吸引口１３から吸引室１２内に吸引される。そして、吸引室１２の高圧蒸気および低圧蒸気は混合してディフューザ１４から吐出される。ディフューザ１４から吐出された蒸気は、使用箇所に供給される。高圧蒸気および低圧蒸気の混合蒸気は、ディフューザ１４の平行流路１６（のど部）では流速が概ね音速となり、拡大流路１７を流れる際に減速および昇圧される。この状態のエゼクタ１では、吸入圧力とディフューザ１４から吐出される混合蒸気の圧力（以下、吐出圧力という。）とは一定の関係で維持される。つまり、エゼクタ１では平行流路１６が圧力の臨界位置となり、吸入圧力は吐出圧力よりも低い値で維持される。

次に、エゼクタ１の吐出圧力が上昇した場合について説明する。混合蒸気の供給先である使用箇所において、運転状況が変動して、使用蒸気量が一時的に減少したり、使用蒸気圧力が一時的に上昇操作されたりすると、エゼクタ１の吐出流量が減少し吐出圧力が上昇する。図３に示すように、吐出圧力が所定値Ｐａ以下の場合、吸入圧力は一定の値に維持され、吐出圧力が所定値Ｐａを超えると、図３に波線で示すように吸入圧力は徐々に上昇する。つまり、吐出圧力が所定値Ｐａを超えると、平行流路１６における流速が音速よりも低下して圧力の臨界位置がなくなるため、吸入圧力が吐出圧力とほぼ同等の値まで次第に上昇してゆく。このまま何らの措置も講じなければ、吸入圧力の上昇により低圧蒸気の吸入流量が著しく減少してしまう。

この点、本実施形態のエゼクタ１では、吐出圧力が所定値Ｐａを超えると、制御部２２によって流量調整バルブ２０の開度が下げられる。これにより、平行流路１６の断面積Ａが減少するので、平行流路１６における混合蒸気の流速が音速に維持される。これにより、平行流路１６において圧力の臨界位置が確保されるので、吐出圧力が上昇しても吸入圧力は元の低い値に回復する（図３のＸ点）。つまり、吐出圧力が上昇しても吸入圧力の上昇が抑えられる。その結果、図４に示すように、従来では、吐出圧力が所定値Ｐａを超えると低圧蒸気の吸入流量が急激に減少して吸入流量を殆ど確保することができない（同図の波線）が、本実施形態によれば、吐出圧力が所定値Ｐａを超えても吸入流量の減少を抑制することができる（同図の実線）。したがって、本実施形態では低圧蒸気の吸入流量を従来よりも確保することができる（図４に示すハッチング領域）。

以上のように、上記実施形態のエゼクタ１によれば、ディフューザ１４における平行流路１６の流路断面積を増減させる流路可変機構を設けるようにしたため、吐出圧力の上昇時に平行流路１６の流路断面積を減少させることで、吐出圧力の上昇による吸入流量の減少をできるだけ抑えることができる。したがって、吐出圧力が上昇しても吸入流量を従来よりも確保することができる。

また、上記実施形態のエゼクタ１によれば、吸入圧力（吸引室１２の圧力）が所定値よりも高くなると、流路可変機構を駆動して平行流路１６の流路断面積を減少させる制御部を備えるようにした。そのため、自動で平行流路１６の流路断面積を減少させることができる。

また、上記実施形態のエゼクタ１では、流路可変機構として開度可変のバルブを用いるようにしたため、簡易な構成で平行流路１６の流路断面積を増減させることができる。

また、上記実施形態のエゼクタ１では、流量調整バルブ２０としてボールバルブを用いるようにしたため、平行流路１６において混合蒸気をできるだけ滑らかに流通させることができる。即ち、ボールバルブは弁体が球面に形成されているため、混合蒸気を弁体の球面に沿って滑らかに流すことができる。これにより、平行流路１６において混合蒸気をそれほど減速させることなく流通させることができるので、平行流路１６における混合蒸気の流速を音速に維持しやすくなる。

なお、上記実施形態のエゼクタ１では、第１流体および第２流体として、高圧蒸気および低圧蒸気を用いた形態について説明したが、本願に開示の技術は、その他の流体を用いた場合でも同様に適用することができる。

また、上記実施形態のエゼクタ１において、流量調整バルブ２０は、ボールバルブ以外のバルブであってもよいし、電動式でなく手動式のバルブであってもよい。手動式の流量調整バルブを用いた場合、上述した制御部２２および圧力センサ２１は省略される。

本願に開示の技術は、第１流体が噴出されることによって生じる負圧により第２流体を吸引して第１流体と共にディフューザから吐出するエゼクタについて有用である。

１ エゼクタ
１１ ノズル
１２ 吸引室
１４ ディフューザ
１６ 平行流路
１７ 拡大流路
２０ 流量調整バルブ（流路可変機構、バルブ）
２２ 制御部
Ａ 流路断面積

Claims (2)

1. 第１流体が噴出するノズルと、
   上記ノズルが収容され、該ノズルから上記第１流体が噴出することによって生じる負圧により第２流体が吸引される吸引室と、
   平行流路と、該平行流路の下流端に連なり、下流にいくに従って流路断面積が大きくなる拡大流路とを有し、上記吸引室の上記第１流体および上記第２流体が混合して吐出されるディフューザと、
   上記平行流路の流路断面積を増減させる流路可変機構とを備え、
   上記流路可変機構は、上記平行流路に設けられ、該平行流路の中心軸に垂直な方向から上記流路断面積を増減させる開度可変のボールバルブである
   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、
   上記吸引室の圧力が所定値よりも高くなると、上記流路可変機構を駆動して上記平行流路の流路断面積を減少させる制御部を備えている
   ことを特徴とするエゼクタ。
   

Images