JP6678310B2 - エジェクタ及びヒートポンプ装置 - Google Patents
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Description
本開示は、一流体微粒化ノズルを備えたエジェクタ及びそのエジェクタを用いたヒートポンプ装置に関する。
微粒化技術は、液体燃料の燃焼技術などのエネルギー関連技術に加え、噴霧塗装、噴霧乾燥、調湿、農薬散布、消火などの各種産業分野に応用されている。噴霧ノズルに要求される性能は、噴霧ノズルの用途によって様々である。また、噴霧ノズルの微粒化原理については、乱流による微粒化、噴霧を広げることによって形成された薄膜を分裂させることを含む微粒化、遠心力を用いた微粒化、液糸を形成して分裂させることを含む微粒化、二流体の相互作用による微粒化など、様々な原理が検討されている。
エジェクタは、真空ポンプ、冷凍サイクル装置などの様々な機器に減圧手段として使用されている。図９に示すように、特許文献１に記載された冷凍サイクル装置２００は、圧縮機１０２、凝縮器１０３、エジェクタ１０４、セパレータ１０５及び蒸発器１０６を備えている。エジェクタ１０４は、駆動流としての冷媒液を凝縮器１０３から受け取り、蒸発器１０６から供給された冷媒蒸気を吸入及び昇圧させてセパレータ１０５に向けて吐出する。セパレータ１０５において冷媒液と冷媒蒸気とが分離される。圧縮機１０２は、エジェクタ１０４によって昇圧された冷媒蒸気を吸入する。これにより、圧縮機１０２の圧縮仕事が低減し、冷凍サイクルのＣＯＰ（coefficient of performance）が向上する。
図１０に示すように、エジェクタ１０４は、ノズル１４０、吸引口１４１、混合部１４２及び昇圧部１４３を有する。ノズル１４０の出口の近くには、ノズル１４０の内部と外部とを連通する複数の連通口１４４が設けられている。冷媒蒸気は、吸引口１４１からエジェクタ１０４に吸い込まれる。吸い込まれた冷媒蒸気の一部が連通口１４４を通じてノズル１４０の内部に導かれる。また、エジェクタ１０４のノズル１４０は、出口の近くに縮径部を有する。縮径部において冷媒の流速が上がり、圧力が下がる。したがって、ノズル１４０に供給された冷媒（駆動流）は、縮径部において液相から気液二相へと変化する。しかし、過冷却状態の液体を駆動流とする場合には相変化が起こらないため、駆動流を微粒化することができない。
図１１に示すように、特許文献２に記載されたエジェクタ３００は、第１ノズル３０１、第２ノズル３０２、霧化機構３０３及び混合部３０４を備えている。第１ノズル３０１には、液相の作動流体が供給される。気相の作動流体が第２ノズル３０２に吸い込まれる。霧化機構３０３は、第１ノズル３０１の先端部に配置されており、液相の作動流体を液相状態のまま霧化させる。霧化機構３０３で生成された霧状の作動流体と第２ノズル３０２に吸い込まれた気相の作動流体とが混合部３０４で混合され、流体混合流（merged fluid flow）が生成される。
図１２に示すように、霧化機構３０３は、噴射部３０６及び衝突面形成部３０７を有する。噴射部３０６は、第１ノズル３０１の先端部に取り付けられた部分である。噴射部３０６には、複数のオリフィス３０８が形成されている。複数のオリフィス３０８は、第１ノズル３０１と混合部３０４とを連通するように、筒状の噴射部３０６の底部を貫通している。これらのオリフィス３０８を通じて、冷媒液が第１ノズル３０６から衝突面形成部３０７に向けて噴射される。衝突面形成部３０７は、噴射部３０６からの噴流を衝突させるべき衝突面３０９を有する部分であり、軸部３１０及び裾部３１１によって構成されている。
エジェクタの性能は、駆動流と吸引流との間の運動量の輸送が効率的に行われるかどうかに依存する。この観点において、特許文献２のエジェクタ３００には更なる改良の余地が残されている。
本開示は、エジェクタの性能を向上させるための技術を提供することを目的とする。
すなわち、本開示は、
液相の作動流体が供給される第１ノズルと、
気相の前記作動流体が吸い込まれる第２ノズルと、
前記第１ノズルの先端部に配置され、液相の前記作動流体を液相状態のまま霧化させる霧化機構と、
前記霧化機構で生成された霧状の前記作動流体と前記第２ノズルに吸い込まれた気相の前記作動流体とを混合して流体混合流を生成する混合室と、
を備えたエジェクタであって、
前記霧化機構は、オリフィスと、前記オリフィスの中心軸の延長線上に設けられた衝突板とを有し、
前記衝突板は、前記オリフィスの前記中心軸に対して傾斜した衝突面を含み、
前記オリフィスの前記中心軸と前記衝突面との交点を基準点と定義し、前記オリフィスの前記中心軸を含み、かつ前記衝突面に垂直に交差する平面を基準面と定義し、前記基準面と前記エジェクタの出口側における前記衝突面の輪郭線との交点を衝突端点と定義し、前記基準点と前記衝突端点とを結ぶ線分を第１基準線と定義し、前記第１基準線を含み、かつ前記基準面に垂直な面を投影面と定義し、
前記投影面に前記衝突板を正射影したとき、前記衝突板の投影像において、前記衝突面の前記輪郭線上の少なくとも１点が、前記衝突端点を含む線であって、前記第１基準線に垂直な第２基準線に対して前記基準点の側に位置している、エジェクタを提供する。
液相の作動流体が供給される第１ノズルと、
気相の前記作動流体が吸い込まれる第２ノズルと、
前記第１ノズルの先端部に配置され、液相の前記作動流体を液相状態のまま霧化させる霧化機構と、
前記霧化機構で生成された霧状の前記作動流体と前記第２ノズルに吸い込まれた気相の前記作動流体とを混合して流体混合流を生成する混合室と、
を備えたエジェクタであって、
前記霧化機構は、オリフィスと、前記オリフィスの中心軸の延長線上に設けられた衝突板とを有し、
前記衝突板は、前記オリフィスの前記中心軸に対して傾斜した衝突面を含み、
前記オリフィスの前記中心軸と前記衝突面との交点を基準点と定義し、前記オリフィスの前記中心軸を含み、かつ前記衝突面に垂直に交差する平面を基準面と定義し、前記基準面と前記エジェクタの出口側における前記衝突面の輪郭線との交点を衝突端点と定義し、前記基準点と前記衝突端点とを結ぶ線分を第１基準線と定義し、前記第１基準線を含み、かつ前記基準面に垂直な面を投影面と定義し、
前記投影面に前記衝突板を正射影したとき、前記衝突板の投影像において、前記衝突面の前記輪郭線上の少なくとも１点が、前記衝突端点を含む線であって、前記第１基準線に垂直な第２基準線に対して前記基準点の側に位置している、エジェクタを提供する。
上記の技術によれば、エジェクタの性能が向上する。
エジェクタの性能は、駆動流と吸引流との間の運動量の輸送が効率的に行われるかどうかに依存する。駆動流が液体であり、吸引流が気体である場合には、運動量の輸送に関与する気液界面を拡大する必要がある。エジェクタの効率を最大にする（駆動エネルギーを最小にする＝総凝縮量を吸入蒸気量と等しくする）ことを考慮すると、一流体微粒化技術をエジェクタに適用する必要がある。
特許文献２のエジェクタ３００の霧化機構３０３によれば、噴射部３０６からの噴流が衝突面３０９に衝突し、薄い液膜となる。液膜は、混合部３０４の空間に飛び出した後、液膜自身の不安定現象によって多数の粒子へと分裂する。液膜が薄くなればなるほど微細な粒子が生成される。衝突面３０９から混合部３０４の空間に飛び出す液膜の厚さは、液膜の速度の低下にともなって増加する。液膜の速度は、液膜の移動距離の増加にともなって低下する。そのため、衝突面３０９における液膜の広がり角が大きければ大きいほど、液膜の厚さが増し、液膜の分裂によって生成する粒子の直径も大きくなる。粒子の直径が大きいと、混合部３０４における運動量の輸送の効率も上がらず、エジェクタの性能も上がらない。つまり、霧化機構を備えたエジェクタにとって、薄い液膜を生成することが性能向上の１つの鍵を握っている。
本開示の第１態様のエジェクタは、
液相の作動流体が供給される第１ノズルと、
気相の前記作動流体が吸い込まれる第２ノズルと、
前記第１ノズルの先端部に配置され、液相の前記作動流体を液相状態のまま霧化させる霧化機構と、
前記霧化機構で生成された霧状の前記作動流体と前記第２ノズルに吸い込まれた気相の前記作動流体とを混合して流体混合流を生成する混合室と、
を備えたエジェクタであって、
前記霧化機構は、オリフィスと、前記オリフィスの中心軸の延長線上に設けられた衝突板とを有し、
前記衝突板は、前記オリフィスの前記中心軸に対して傾斜した衝突面を含み、
前記オリフィスの前記中心軸と前記衝突面との交点を基準点と定義し、前記オリフィスの前記中心軸を含み、かつ前記衝突面に垂直に交差する平面を基準面と定義し、前記基準面と前記エジェクタの出口側における前記衝突面の輪郭線との交点を衝突端点と定義し、前記基準点と前記衝突端点とを結ぶ線分を第１基準線と定義し、前記第１基準線を含み、かつ前記基準面に垂直な面を投影面と定義し、
前記投影面に前記衝突板を正射影したとき、前記衝突板の投影像において、前記衝突面の前記輪郭線上の少なくとも１点が、前記衝突端点を含む線であって、前記第１基準線に垂直な第２基準線に対して前記基準点の側に位置している。
液相の作動流体が供給される第１ノズルと、
気相の前記作動流体が吸い込まれる第２ノズルと、
前記第１ノズルの先端部に配置され、液相の前記作動流体を液相状態のまま霧化させる霧化機構と、
前記霧化機構で生成された霧状の前記作動流体と前記第２ノズルに吸い込まれた気相の前記作動流体とを混合して流体混合流を生成する混合室と、
を備えたエジェクタであって、
前記霧化機構は、オリフィスと、前記オリフィスの中心軸の延長線上に設けられた衝突板とを有し、
前記衝突板は、前記オリフィスの前記中心軸に対して傾斜した衝突面を含み、
前記オリフィスの前記中心軸と前記衝突面との交点を基準点と定義し、前記オリフィスの前記中心軸を含み、かつ前記衝突面に垂直に交差する平面を基準面と定義し、前記基準面と前記エジェクタの出口側における前記衝突面の輪郭線との交点を衝突端点と定義し、前記基準点と前記衝突端点とを結ぶ線分を第１基準線と定義し、前記第１基準線を含み、かつ前記基準面に垂直な面を投影面と定義し、
前記投影面に前記衝突板を正射影したとき、前記衝突板の投影像において、前記衝突面の前記輪郭線上の少なくとも１点が、前記衝突端点を含む線であって、前記第１基準線に垂直な第２基準線に対して前記基準点の側に位置している。
第１態様によれば、衝突面上における液膜の速度の低下が抑制されるので薄い液膜を形成することができる。薄い液膜の分裂によって直径の小さい粒子が形成される。これにより、運動量の輸送の効率が向上し、エジェクタの性能も向上する。
本開示の第２態様は、例えば、第１態様のエジェクタの前記衝突板の前記投影像において、前記衝突面の前記輪郭線から前記第２基準線までの距離が、前記衝突端点から遠ざかるにつれて連続的又は段階的に拡大している。第２態様によれば、エジェクタに要求される能力及び圧力比がともに低い場合でもエジェクタの性能を向上させることができる。
本開示の第３態様は、例えば、第１又は第２態様のエジェクタの前記衝突板の前記投影像において、前記衝突面の前記輪郭線から前記第２基準線までの距離の最大値は、前記第１基準線の長さ以下である。第３態様によれば、エジェクタに要求される能力が低く、エジェクタに要求される圧力比が高い場合でもエジェクタの性能を向上させることができる。
本開示の第４態様のエジェクタは、
液相の作動流体が供給される第１ノズルと、
気相の前記作動流体が吸い込まれる第２ノズルと、
前記第１ノズルの先端部に配置され、液相の前記作動流体を液相状態のまま霧化させる霧化機構と、
前記霧化機構で生成された霧状の前記作動流体と前記第２ノズルに吸い込まれた気相の前記作動流体とを混合して流体混合流を生成する混合室と、
を備えたエジェクタであって、
前記霧化機構は、オリフィスと、前記オリフィスの中心軸の延長線上に設けられた衝突板とを有し、
前記衝突板は、前記オリフィスの前記中心軸に対して傾斜した衝突面を含み、
（ａ）前記エジェクタの出口側における前記衝突面の輪郭線上の点の位置が前記エジェクタの中心軸に平行な方向に関して変化している、及び、（ｂ）前記衝突面の前記輪郭線は、前記エジェクタの前記出口に向かって凸の部分を含む、からなる群より選ばれる少なくとも１つの要件を満たす。
液相の作動流体が供給される第１ノズルと、
気相の前記作動流体が吸い込まれる第２ノズルと、
前記第１ノズルの先端部に配置され、液相の前記作動流体を液相状態のまま霧化させる霧化機構と、
前記霧化機構で生成された霧状の前記作動流体と前記第２ノズルに吸い込まれた気相の前記作動流体とを混合して流体混合流を生成する混合室と、
を備えたエジェクタであって、
前記霧化機構は、オリフィスと、前記オリフィスの中心軸の延長線上に設けられた衝突板とを有し、
前記衝突板は、前記オリフィスの前記中心軸に対して傾斜した衝突面を含み、
（ａ）前記エジェクタの出口側における前記衝突面の輪郭線上の点の位置が前記エジェクタの中心軸に平行な方向に関して変化している、及び、（ｂ）前記衝突面の前記輪郭線は、前記エジェクタの前記出口に向かって凸の部分を含む、からなる群より選ばれる少なくとも１つの要件を満たす。
本開示の第５態様は、例えば、第４態様のエジェクタにおいて、前記オリフィスの前記中心軸と前記衝突面との交点を基準点と定義し、前記オリフィスの前記中心軸を含み、かつ前記衝突面に垂直に交差する平面を第１基準面と定義し、前記衝突面の前記輪郭線と前記第１基準面との交点を衝突端点と定義し、前記衝突端点を含み、かつ前記エジェクタの中心軸に垂直な平面を第２基準面と定義したとき、前記衝突面の前記輪郭線から前記第２基準面までの距離が、前記衝突端点から遠ざかるにつれて連続的又は段階的に拡大している。
本開示の第６態様は、例えば、第５態様のエジェクタにおいて、前記衝突面の前記輪郭線から前記第２基準面までの距離の最大値は、前記基準点から前記第２基準面までの距離以下である。
第４〜第６態様によれば、第１〜第３態様と同じ効果が得られる。
本開示の第７態様のヒートポンプ装置は、
冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
冷媒液が流れる熱交換器と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒蒸気と、前記熱交換器から流出した前記冷媒液とを用いて冷媒混合流を生成する、第１〜第６態様のいずれか１つのエジェクタと、
前記エジェクタから前記冷媒混合流を受け取り、前記冷媒混合流から前記冷媒液を抽出する抽出器と、
前記抽出器から前記熱交換器を経由して前記エジェクタに至る液経路と、
前記冷媒液を貯留し、前記冷媒液を蒸発させることによって前記圧縮機で圧縮されるべき前記冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
を備えたものである。
冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
冷媒液が流れる熱交換器と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒蒸気と、前記熱交換器から流出した前記冷媒液とを用いて冷媒混合流を生成する、第１〜第６態様のいずれか１つのエジェクタと、
前記エジェクタから前記冷媒混合流を受け取り、前記冷媒混合流から前記冷媒液を抽出する抽出器と、
前記抽出器から前記熱交換器を経由して前記エジェクタに至る液経路と、
前記冷媒液を貯留し、前記冷媒液を蒸発させることによって前記圧縮機で圧縮されるべき前記冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
を備えたものである。
第７態様によれば、エジェクタに供給された冷媒液を駆動流として利用し、圧縮機からの冷媒蒸気をエジェクタに吸入させる。エジェクタは、冷媒液と冷媒蒸気とを用いて冷媒混合流を生成する。圧縮機が担うべき仕事を減らせるので、圧縮機での圧縮比を大幅に削減しつつ、従来と比較して同等又はそれ以上のヒートポンプ装置の効率を達成できる。また、ヒートポンプ装置を小型化することも可能となる。
本開示の第８態様は、例えば、第７態様のヒートポンプ装置において、前記エジェクタから吐出された前記冷媒混合流の圧力は、前記エジェクタに吸い込まれる前記冷媒蒸気の圧力より高く、前記エジェクタに供給される前記冷媒液の圧力より低い。第８態様によれば、冷媒の圧力を効率的に上げることができる。
本開示の第９態様は、例えば、第７又は第８態様のヒートポンプ装置において、前記冷媒は、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒である。
本開示の第１０態様は、例えば、第７〜第９態様のいずれか１つのヒートポンプ装置において、前記冷媒は、主成分として水を含む。主成分が水の冷媒は、環境に対する負荷が小さい。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
図１に示すように、エジェクタ１１は、第１ノズル４０、第２ノズル４１、混合部４２、ディフューザ部４３及び霧化機構４４を有する。ディフューザ部４３は省略されていてもよい。第１ノズル４０は、エジェクタ１１の中心部に配置された筒状の部分である。第１ノズル４０には、駆動流としての冷媒液（液相の作動流体）が供給される。第２ノズル４１は、第１ノズル４０の周りに環状の空間を形成している部分である。第２ノズル４１に冷媒蒸気（気相の作動流体）が吸い込まれる。混合部４２は、第１ノズル４０及び第２ノズル４１の両方に連通している筒状の部分である。混合部４２は、混合室としての内部空間を有する。霧化機構４４は、混合部４２に面するように第１ノズル４０の先端部に配置されている。霧化機構４４は、冷媒液を液相状態のまま霧化させる機能を有する。霧化機構４４で生成された霧状の冷媒と第２ノズル４１に吸い込まれた冷媒蒸気とが混合部４２で混合され、冷媒混合流（流体混合流）が生成される。ディフューザ部４３は、混合部４２に連通している筒状の部分であって、冷媒混合流をエジェクタ１１の外部に吐出させる開口部を有する。ディフューザ部４３の内径は、上流側から下流側に向かって徐々に拡大している。ディフューザ部４３において、冷媒混合流の速度が減らされ、これにより、冷媒混合流の静圧が回復する。ディフューザ部４３が省略されている場合には、混合部４２にて冷媒混合流の静圧が回復する。第１ノズル４０、第２ノズル４１、混合部４２、ディフューザ部４３及び霧化機構４４は、共通の中心軸Ｏを持っている。
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、霧化機構４４は、噴射部５１及び衝突板５３（衝突面形成部）を有する。噴射部５１は、第１ノズル４０の先端部に取り付けられた部分である。噴射部５１には、複数のオリフィス５１ａ及び５１ｂ（噴射口）が形成されている。複数のオリフィス５１ａ及び５１ｂは、第１ノズル４０と混合部４２とを連通するように、噴射部５１を貫通している。衝突板５３は、オリフィス５１ａ及び５１ｂの中心軸５２ａ及び５２ｂの延長線上に設けられている。複数のオリフィス５１ａ及び５１ｂを通じて、冷媒液が第１ノズル４０から衝突板５３に向けて噴射される。すなわち、噴射部５１は、冷媒液の噴流（jet）を生成することができる。衝突板５３には、複数のオリフィス５１ａ及び５１ｂから噴射された複数の噴流のそれぞれが衝突する。これにより、微細噴霧流が生成される。
衝突板５３は、噴射部５１から噴射された噴流が衝突する衝突面として、第１主面５３ｐ及び第２主面５３ｑを有する。第１主面５３ｐ及び第２主面５３ｑは、それぞれ、エジェクタ１１の出口に向かって延びている。複数のオリフィス５１ａ及び５１ｂは、複数の第１オリフィス５１ａ及び複数の第２オリフィス５１ｂを含む。複数の第１オリフィス５１ａは、衝突板５３の第１主面５３ｐの側に配置されている。複数の第２オリフィス５１ｂは、衝突板５３の第２主面５３ｑの側に配置されている。第１オリフィス５１ａから噴射された噴流が衝突板５３の第１主面５３ｐに衝突する。第２オリフィス５１ｂから噴射された噴流が衝突板５３の第２主面５３ｑに衝突する。このように、霧化機構４４は、衝突板５３の両面に噴流が衝突するように構成されている。「主面」とは、最も広い面積を有する面を意味する。
本実施形態のように、衝突板５３の両面に冷媒液の噴流をそれぞれ衝突させたとき、噴流の膜は、衝突板５３の両面に形成される。したがって、一方の面で液ダレが発生したとしても、液ダレは、他方の面の噴流の膜に巻き込まれて微粒化される。つまり、本実施形態における霧化機構４４によれば、液ダレの発生を抑制しつつ、効率的に噴霧流を生成することができる。
図２Ａに示すように、本実施形態において、衝突板５３は、噴射部５１の表面からエジェクタ１１の出口に向かって延びている筒状の部分である。第１主面５３ｐ及び第２主面５３ｑは、ともに環状の面である。詳細には、第１主面５３ｐは、エジェクタ１１の出口に近づくにつれて、中心軸Ｏから第１主面５３ｐまでの距離が増加するように形成されている。第２主面５３ｑは、エジェクタ１１の出口に近づくにつれて、中心軸Ｏから第２主面５３ｑまでの距離が減少するように形成されている。このような形状の衝突板５３によって、混合部４２に向けて噴霧流を均一に供給することができる。
図２Ａに示すように、第１オリフィス５１ａの中心軸５２ａは、衝突板５３の第１主面５３ｐに対して傾斜しており、衝突板５３と交差する。第２オリフィス５１ｂの中心軸５２ｂは、衝突板５３の第２主面５３ｑに対して傾斜しており、衝突板５３と交差する。また、第１オリフィス５１ａの中心軸５２ａ及び第２オリフィス５１ｂの中心軸５２ｂは、それぞれ、混合部４２の内壁面４２ｐに対して傾斜していてもよい。オリフィス５１ａ及び５１ｂの開口形状（断面形状）は特に限定されない。オリフィス５１ａ及び５１ｂの開口形状は、例えば、円形、楕円形又は矩形である。オリフィス５１ａ及び５１ｂの形状、数、配置などを適切に定めることによって、噴霧流における液滴の大きさを均一化することが可能である。
図２Ｂに示すように、複数の第１オリフィス５１ａは、衝突板５３の第１主面５３ｐに沿って、等角度間隔で配置されている。つまり、複数の第１オリフィス５１ａが第１の仮想円Ｃ１の上に配置されている。同様に、複数の第２オリフィス５１ｂは、衝突板５３の第２主面５３ｑに沿って、等角度間隔で配置されている。つまり、複数の第２オリフィス５１ｂは、第１の仮想円Ｃ１と同心の関係にある第２の仮想円Ｃ２の上に配置されている。中心軸Ｏの周りの同じ角度位置に第１オリフィス５１ａと第２オリフィス５１ｂの組が配置されている。環状の第１主面５３ｐは、第１の仮想円Ｃ１及び第２の仮想円と同心の関係にある。環状の第２主面５３ｑも、第１の仮想円Ｃ１及び第２の仮想円Ｃ２と同心の関係にある。このような配置によれば、冷媒液の回り込みによる液ダレが十分に抑制される。また、複数の第１オリフィス５１ａが軸対称に配置されており、複数の第２オリフィス５１ｂが軸対称に配置されている。そのため、噴霧流における液滴の直径のバラツキが抑制される。なお、第１オリフィス５１ａの数は、第２オリフィス５１ｂの数に一致していてもよいし、異なっていてもよい。
図３に示すように、エジェクタ１１の中心軸Ｏに垂直な断面において、混合部４２の内壁面４２ｐが円形を示す。本実施形態において、衝突面としての第１主面５３ｐ及び第２主面５３ｑがそれぞれ環状の面である。したがって、噴霧流も混合部４２において環状に拡散する。混合部４２の断面形状が霧化機構４４におけるオリフィス５１ａ及び５１ｂの配置と相似関係にある、言い換えれば、混合部４２の断面形状が噴霧流の拡散形状と相似関係にあることにより、エジェクタ１１の体積効率を向上させることが可能となる。
本実施形態において、混合部４２は、断面積（内径）が漸減している部分と一定の断面積（内径）を有する部分とで構成されている。ただし、断面積が漸減している部分のみで混合部４２が構成されていてもよい。
エジェクタ１１によれば、第１ノズル４０に入力された液相の駆動流と第２ノズル４１に入力された気相の吸引流とが混合部４２（混合室）で混合され、冷媒混合流が生成される。第１ノズル４０に入力された液相の駆動流は、霧化機構４４によって微細噴霧流となり、混合部４２に流入する。冷媒混合流を生成する過程で、液相の駆動流の運動量が気相の吸引流へと輸送されることで冷媒混合流の圧力が上昇し、吸引流が凝縮することで冷媒混合流の温度が上昇する。霧化機構４４には、一流体微粒化原理が適用されている。具体的に、霧化機構４４は、オリフィス５１ａ及び５１ｂから液相の駆動流を噴射することで液柱状の噴流を形成する。液柱状の噴流が衝突板５３に衝突して液膜が形成される。衝突板５３の先端部から液膜が空間に吐出され、液膜は微細な粒子へと変化する。
先に説明したように、エジェクタ１１の性能を向上させるためには、衝突面（第１主面５３ｐ及び第２主面５３ｐ）において薄い液膜が形成され、薄い液膜の分裂によって微細な粒子（液滴）が生成されることが重要である。均一な厚さの薄い液膜を形成するために、本実施形態のエジェクタ１１の霧化機構４４は、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する構造を有する。図４Ａは、衝突板５３の一部をエジェクタ１１の中心軸Ｏに平行な投影面に投影することによって得られた部分投影図である。図４Ｂは、衝突板５３の展開図である。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、オリフィス５３ａの中心軸５２ａ（図２Ａ参照）と第１主面５３ｐ（衝突面）との交点を基準点８０と定義する。オリフィス５１ａの中心軸５２ａ（噴流の中心軸）を含み、かつ第１主面５３ｐに垂直に交差する平面を基準面８１と定義する。基準面８１とエジェクタ１１の出口側における第１主面５３ｐの輪郭線５４との交点を衝突端点８２と定義する。基準点８０と衝突端点８２とを結ぶ線分を第１基準線８３と定義する。第１基準線８３を含み、かつ基準面８１に垂直な面を投影面８４と定義する。図４Ａにおいて、基準面８１は紙面に垂直である。投影面８４に衝突板５３を正射影したとき、衝突板５３の投影像において、第１主面５３ｐの輪郭線５４上の少なくとも１点が、衝突端点８２を含む線であって、第１基準線８３に垂直な第２基準線８５に対して基準点８０の側に位置している。本実施形態では、衝突板５３の投影像において、第１主面５３ｐの輪郭線５４の全部が第２基準線８５に対して基準点８０の側に位置している。
言い換えれば、本実施形態において、エジェクタ１１の出口側における第１主面５３ｐの輪郭線５４上の点の位置がエジェクタ１１の中心軸Ｏに平行な方向に関して変化している。さらに言い換えれば、第１主面５３ｐの輪郭線５４は、エジェクタ１１の出口に向かって凸の部分を含んでいる。凸の部分は、オリフィス５３ａからの噴流が衝突する位置（角度位置）にある。中心軸Ｏの周りにおける凸の部分の位置（角度位置）は、オリフィス５３ａが形成されている位置（角度位置）に一致している。このような構造によれば、以下に説明する効果が得られる。
まず、図５Ａを参照して、特許文献２に記載されたエジェクタ３００の霧化機構３０３について説明する。オリフィス３０８からの噴流は、衝突面３０９に衝突する。噴流が放射状に拡がることによって薄い液膜３１３が形成される。衝突面３０９から飛び出した薄い液膜３１３は、液膜自体の不安定現象によって細かい粒子３１５へと分裂する。液膜３１３が薄ければ薄いほど、液膜３１３の速度が速ければ速いほど、液膜３１３は細かく分裂する。しかし、境界層の発達に起因して、薄い液膜３１３は、衝突面３０９を流れる過程で減速及び厚膜化する。エジェクタ３００の出口側における衝突面３０９の輪郭線上の点の位置がエジェクタ３００の中心軸に平行な方向に関して不変（一定）なので、衝突面３０９上において液膜３１３の両端部の進む距離は、衝突面３０９において液膜３１３の中心部の進む距離よりも長い。その結果、図５Ｂに示すように、幅方向における液膜３１３の両端部の厚さが液膜３１３の中心部の厚さを上回り、粒子３１５の直径も増加する。
図６Ａに示すように、本実施形態によれば、第１主面５３ｐの輪郭線５４上の少なくとも１点が第２基準線８５に対して基準点８０の側に位置している（図４Ａ参照）。そのため、第１主面５３ｐ上において液膜５５の両端部の進む距離は、第１主面５３ｐにおいて液膜５５の中心部の進む距離に概ね等しく、液膜５５の両端部の減速が抑制される。図６Ｂに示すように、均一かつ薄い液膜５５を形成することができる。空間（混合部４２）に飛び出した液膜５５が分裂して形成される粒子５６の直径も小さい。その結果、気相の冷媒と液相の冷媒（液相の冷媒の粒子）との間の運動量の輸送が効率的に進むので、エジェクタ１１の性能も向上する。また、本実施形態によれば、十分に高い性能（圧力比及び効率）が達成されている場合には、エジェクタのサイズを縮小することが可能になる。
また、エジェクタに要求される能力が小さい場合、エジェクタに要求される圧力比が低い場合、又は、その両方を満たす場合には、駆動流の流量を減少させる必要がある。この場合、オリフィスからの噴流の速度が低下し、液膜の流量も減少する。噴流の速度が遅く、かつ、液膜の流量が少ない場合には、幅方向における液膜の両端部の速度の低下が顕著になり、液膜から形成される粒子の直径も拡大しやすい。「エジェクタに要求される能力」は、昇圧するべき蒸気の流量を意味する。「エジェクタに要求される圧力比」は、エジェクタの入口の全圧に対するエジェクタの出口の静圧の比であり、出口において流体が二相流の場合は飽和圧力を意味する。
図４Ａに示すように、本実施形態によれば、衝突板５３の投影像において、第１主面５３ｐの輪郭線５４から第２基準線８５までの距離は、衝突端点８２から遠ざかるにつれて連続的に拡大している。このような構成によれば、液膜５５の流量が少ない場合においても、液膜５５の減速が抑制され、十分に薄い液膜５５が形成される。そのため、液膜５５の分裂によって形成される粒子５６の直径も十分に小さいものとなる。なお、衝突端点８２を含み、かつエジェクタ１１の中心軸Ｏに垂直な平面を第２基準面１８５と定義することもできる。この場合、第１主面５３ｐの輪郭線５４から第２基準面１８５までの距離が、衝突端点８２から遠ざかるにつれて連続的に拡大している。
また、本実施形態によれば、平均的に液膜５５の減速が抑制されるため、衝突板５３の先端部において、表面張力によって衝突板５３の裏側へ回り込む冷媒液が減少し、液ダレも抑制される。
図４Ａに示すように、本実施形態によれば、衝突板５３の投影像において、第１主面５３ｐの輪郭線５４から第２基準線８５までの距離の最大値は、第１基準線８３の長さ以下である。詳細には、第１主面５３ｐの輪郭線５４から第２基準線８５までの距離の最大値が第１基準線８３の長さに概ね等しい。このような構成によれば、噴流の速度が速く、かつ液膜の流量が少ない場合においても、液膜５５の減速が抑制され、跳水の発生も防止される。その結果、液膜５５の両端部の厚さの増大が抑制され、液膜５５の分裂によって形成される粒子５６の直径も十分に小さいものとなる。なお、第２基準面１８５を定義した場合、第１主面５３ｐの輪郭線５４から第２基準面１８５までの距離の最大値は、基準点８０から第２基準面１８５までの距離以下でありうる。「跳水」は、ある一定の距離を流れた時点で、液膜が不連続に厚膜化する現象を意味する。
また、本実施形態によれば、衝突板５３の噴流が衝突する部分以外に空間が形成される。言い換えれば、衝突板５３の先端部に周期的な凹凸形状が付与されている。この場合、凹形状の部分において衝突板５３の一方の面（第１主面５３ｐ）と他方の面（第２主面５３ｑ）との間のガス（気相の冷媒）の拡散が促進される。その結果、衝突板５３の表裏の圧力分布による噴霧方向の変化が抑制される。
なお、図７Ａ及び図７Ｂに示す変形例によれば、衝突板１５３の投影像において、第１主面５３ｐの輪郭線５４から第２基準線８５までの距離の最大値が第１基準線８３の長さ未満である。本変形例の衝突板１５３によっても、図４Ａ及び図４Ｂに示す衝突板５３と同じ効果が得られる。第２基準面１８５を定義した場合、第１主面５３ｐの輪郭線５４から第２基準面１８５までの距離の最大値は、基準点８０から第２基準面１８５までの距離未満でありうる。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、本実施形態によれば、第１主面５３ｐの輪郭線５４は曲線と直線との組み合わせで形成されている。ただし、図７Ａ及び図７Ｂに示す衝突板１５３のように、第１主面５３ｐの輪郭線５４は曲線のみで形成されていてもよい。さらに、図７Ｃに示す衝突板２５３のように、第１主面５３ｐの輪郭線５４は直線のみで形成されていてもよい。図７Ａ及び図７Ｃに示す衝突板１５３及び２５３によっても、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明した衝突板５３と同じ効果が得られる。
図７Ｄに示す衝突板３５３によれば、第１主面５３ｐの輪郭線５４から第２基準線８５（第２基準面１８５）までの距離は、衝突端点８２から遠ざかるにつれて段階的に拡大している。図７Ｄに示す衝突板３５３によっても、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明した衝突板５３と同じ効果が得られる。
また、図４Ａ〜図７Ｄを参照して説明した構造は、第２オリフィス５１ｂと第２主面５３ｑとの間に成立していてもよい。図４Ａ〜図７Ｄを参照して説明した構造は、第２オリフィス５１ｂと第２主面５３ｑとの間にのみ成立していてもよい。
実施形態及び変形例のそれぞれにおいて、衝突板５３，１５３，２５２及び３５３は筒状である。ただし、霧化機構４４に適した衝突板の形状は、筒状に限定されない。例えば、平板状の衝突板をエジェクタ１１の霧化機構４４に採用することができる。
また、衝突板５３には、第１主面５３ｐに面する第１オリフィス５１ａと第２主面５３ｑに面する第２オリフィス５１ｂとの一方のみが設けられていてもよい。
（エジェクタを用いたヒートポンプ装置の実施形態）
図８に示すように、本実施形態のヒートポンプ装置１００（冷凍サイクル装置）は、第１熱交換ユニット１０、第２熱交換ユニット２０、圧縮機３１及び蒸気経路３２を備えている。第１熱交換ユニット１０及び第２熱交換ユニット２０は、それぞれ、放熱側回路及び吸熱側回路を形成している。第２熱交換ユニット２０で生成された冷媒蒸気が圧縮機３１及び蒸気経路３２を経由して第１熱交換ユニット１０に供給される。
図８に示すように、本実施形態のヒートポンプ装置１００（冷凍サイクル装置）は、第１熱交換ユニット１０、第２熱交換ユニット２０、圧縮機３１及び蒸気経路３２を備えている。第１熱交換ユニット１０及び第２熱交換ユニット２０は、それぞれ、放熱側回路及び吸熱側回路を形成している。第２熱交換ユニット２０で生成された冷媒蒸気が圧縮機３１及び蒸気経路３２を経由して第１熱交換ユニット１０に供給される。
ヒートポンプ装置１００には、常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／JIS Z8703）での飽和蒸気圧が負圧（絶対圧で大気圧よりも低い圧力）の冷媒が充填されている。そのような冷媒としては、水、アルコール又はエーテルを主成分として含む冷媒が挙げられる。ヒートポンプ装置１００の運転時において、ヒートポンプ装置１００の内部の圧力は大気圧よりも低い。圧縮機３１の入口の圧力は、例えば、０．５〜５ｋＰａＡの範囲にある。圧縮機３１の出口の圧力は、例えば、５〜１５ｋＰａＡの範囲にある。冷媒として、凍結防止などの理由から、水を主成分として含み、エチレングリコール、ナイブライン、無機塩類などが質量％に換算して１０〜４０％混合された冷媒を用いることもできる。「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。
第１熱交換ユニット１０は、エジェクタ１１、第１抽出器１２、第１ポンプ１３及び第１熱交換器１４を備えている。エジェクタ１１、第１抽出器１２、第１ポンプ１３及び第１熱交換器１４が配管１５ａ〜１５ｄによってこの順番で環状に接続されている。
エジェクタ１１は、配管１５ｄによって第１熱交換器１４に接続され、蒸気経路３２によって圧縮機３１に接続されている。エジェクタ１１には、第１熱交換器１４から流出した冷媒液が駆動流として供給され、圧縮機３１で圧縮された冷媒蒸気が吸引流として供給される。エジェクタ１１は、クオリティ（乾き度）の小さい冷媒混合流を生成し、第１抽出器１２に供給する。冷媒混合流は、液相状態又はクオリティの非常に小さい気液二相状態の冷媒である。エジェクタ１１から吐出された冷媒混合流の圧力は、例えば、エジェクタ１１に吸い込まれる冷媒蒸気の圧力より高く、エジェクタ１１に供給される冷媒液の圧力より低い。
第１抽出器１２は、エジェクタ１１から冷媒混合流を受け取り、冷媒混合流から冷媒液を抽出する。つまり、第１抽出器１２は、冷媒液と冷媒蒸気とを分離する気液分離器としての役割を担っている。第１抽出器１２からは基本的に冷媒液のみが取り出される。第１抽出器１２は、例えば、断熱性を有する耐圧容器によって形成されている。ただし、冷媒液を抽出できる限り、第１抽出器１２の構造は特に限定されない。配管１５ｂ〜１５ｄは、第１抽出器１２から第１熱交換器１４を経由してエジェクタ１１に至る液経路１５を形成している。第１ポンプ１３は、第１抽出器１２の液出口と第１熱交換器１４の入口との間において液経路１５に設けられている。第１ポンプ１３によって、第１抽出器１２に貯留された冷媒液が第１熱交換器１４に圧送される。第１ポンプ１３の吐出圧力は大気圧よりも低い。第１ポンプ１３は、当該第１ポンプ１３の吸入口から第１抽出器１２の中の冷媒液の液面までの高さを考慮に入れた有効吸込ヘッドが必要吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置されている。第１ポンプ１３は、第１熱交換器１４の出口とエジェクタ１１の液入口との間に配置されていてもよい。
第１熱交換器１４は、フィンチューブ熱交換器、シェルチューブ熱交換器などの公知の熱交換器によって形成されている。ヒートポンプ装置１００が室内の冷房を行う空気調和装置である場合、第１熱交換器１４は室外に配置され、室外の空気を冷媒液によって加熱する。
第２熱交換ユニット２０は、蒸発器２１、ポンプ２２（第３ポンプ）及び第２熱交換器２３を有する。蒸発器２１は、冷媒液を貯留し、冷媒液を蒸発させることによって圧縮機３１で圧縮されるべき冷媒蒸気を生成する。蒸発器２１、ポンプ２２及び第２熱交換器２３が配管２４ａ〜２４ｃによって環状に接続されている。蒸発器２１は、例えば、断熱性を有する耐圧容器によって形成されている。配管２４ａ〜２４ｃは、蒸発器２１に貯留された冷媒液を第２熱交換器２３を経由して循環させる循環路２４を形成している。ポンプ２２は、蒸発器２１の液出口と第２熱交換器２３の入口との間において循環路２４に設けられている。ポンプ２２によって、蒸発器２１に貯留された冷媒液が第２熱交換器２３に圧送される。ポンプ２２の吐出圧力は大気圧よりも低い。ポンプ２２は、当該ポンプ２２の吸入口から蒸発器２１の中の冷媒液の液面までの高さが必要吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置されている。
第２熱交換器２３は、フィンチューブ熱交換器、シェルチューブ熱交換器などの公知の熱交換器によって形成されている。ヒートポンプ装置１００が室内の冷房を行う空気調和装置である場合、第２熱交換器２３は室内に配置され、室内の空気を冷媒液によって冷却する。
本実施形態において、蒸発器２１は、循環路２４を循環することによって加熱された冷媒液を内部で直接的に蒸発させる熱交換器である。蒸発器２１に貯留された冷媒液は、循環路２４を循環する冷媒液に直接接触する。つまり、蒸発器２１の中の冷媒液の一部が第２熱交換器２３で加熱されて、飽和状態の冷媒液を加熱する熱源として使用される。配管２４ａの上流端は、蒸発器２１の下部に接続されていることが望ましい。配管２４ｃの下流端は、蒸発器２１の中間部に接続されていることが望ましい。なお、第２熱交換ユニット２０は、蒸発器２１に貯留された冷媒液が循環路２４を循環する他の冷媒液と混ざらないように構成されていてもよい。例えば、蒸発器２１がシェルチューブ熱交換器のような熱交換構造を有している場合、循環路２４を循環する熱媒体によって蒸発器２１に貯留された冷媒液を加熱し、蒸発させることができる。第２熱交換器２３には、蒸発器２１に貯留された冷媒液を加熱するための熱媒体が流れる。
蒸気経路３２は、上流部分３２ａ及び下流部分３２ｂを有する。蒸気経路３２には、圧縮機３２が配置されている。蒸気経路３２の上流部分３２ａによって蒸発器２１の上部が圧縮機３２の吸入口に接続されている。蒸気経路３２の下流部分３２ｂによって圧縮機３２の吐出口がエジェクタ１１の第２ノズル４１に接続されている。圧縮機３２は、遠心式圧縮機又は容積式圧縮機である。蒸気経路３２には、複数の圧縮機が設けられていてもよい。圧縮機３２は、上流部分３２ａを通じて第２熱交換ユニット２０の蒸発器２１から冷媒蒸気を吸い込み、圧縮する。圧縮された冷媒蒸気は、下流部分３２ｂを通じてエジェクタ１１に供給される。
本実施形態によれば、エジェクタ１１において冷媒の温度及び圧力が上げられる。圧縮機３１が担うべき仕事を減らせるので、圧縮機３１での圧縮比を大幅に削減しつつ、従来と比較して同等又はそれ以上のヒートポンプ装置１００の効率を達成できる。また、ヒートポンプ装置１００を小型化することも可能となる。
ヒートポンプ装置１００は、冷房専用の空気調和装置に限定されない。第１熱交換器１４が吸熱用熱交換器として機能し、第２熱交換器２３が放熱用熱交換器として機能するように、四方弁、三方弁などの流路切替部が設けられていてもよい。このようにすれば、冷房運転と暖房運転とを切り替え可能な空気調和装置が得られる。また、ヒートポンプ装置１００は、空気調和装置に限定されず、チラー、蓄熱装置などの他の装置であってもよい。第１熱交換器１４の加熱対象及び第２熱交換器２３の冷却対象は、空気以外の気体又は液体であってもよい。
また、第１熱交換ユニット１０から第２熱交換ユニット２０に冷媒を戻すための戻し経路３３が設けられていてもよい。戻し経路３３には、キャピラリ、膨張弁などの膨張機構３４が設けられている。本実施形態では、第１抽出器１２に貯留された冷媒を蒸発器２１に転送できるように、戻し経路３３によって第１抽出器１２と蒸発器２１とが接続されている。典型的には、第１抽出器１２の下部と蒸発器２１の下部とが戻し経路３３によって接続される。冷媒液は、膨張機構３４において減圧されながら、戻し経路３３を通って第１抽出器１２から蒸発器２１に戻される。
なお、戻し経路３３は、第１熱交換ユニット１０のどの位置から分岐していてもよい。例えば、戻し経路３３は、エジェクタ１１と第１抽出器１２とを接続している配管１５ａから分岐していてもよいし、第１抽出器１２の上部から分岐していてもよい。さらに、第１熱交換ユニット１０から第２熱交換ユニット２０に冷媒を戻すことは必須ではない。例えば、第１熱交換ユニット１０は、余分な冷媒を適宜排出できるように構成されていてもよく、第２熱交換ユニット２０は、冷媒を適宜補充できるように構成されていてもよい。
本明細書に開示されたエジェクタ及びヒートポンプ装置は、蒸気を利用した温水暖房装置、家庭用エアコン、業務用エアコンなどの空気調和装置、給湯機などのデバイスに有用である。
１１ エジェクタ
１２ 第１抽出器
１３ 第１ポンプ
１４ 第１熱交換器
１５ 液経路
１５ａ〜１５ｄ 配管
２１ 蒸発器
２２ 第２ポンプ
２３ 第２熱交換器
２４ 循環路
３１ 圧縮機
３２ 蒸気経路
４０ 第１ノズル
４１ 第２ノズル
４２ 混合部
４３ ディフューザ
４４ 霧化機構
５１ 噴射部
５１ａ 第１オリフィス
５１ｂ 第２オリフィス
５２ａ 第１オリフィスの中心軸
５２ｂ 第２オリフィスの中心軸
５３，１５３，２５３，３５３ 衝突板
５３ｐ 第１主面（衝突面）
５３ｑ 第２主面（衝突面）
５４ 輪郭線
８０ 基準点
８１ 基準面
８２ 衝突端点
８３ 第１基準線
８４ 投影面
８５ 第２基準線
１００ ヒートポンプ装置
Ｏ 中心軸
１２ 第１抽出器
１３ 第１ポンプ
１４ 第１熱交換器
１５ 液経路
１５ａ〜１５ｄ 配管
２１ 蒸発器
２２ 第２ポンプ
２３ 第２熱交換器
２４ 循環路
３１ 圧縮機
３２ 蒸気経路
４０ 第１ノズル
４１ 第２ノズル
４２ 混合部
４３ ディフューザ
４４ 霧化機構
５１ 噴射部
５１ａ 第１オリフィス
５１ｂ 第２オリフィス
５２ａ 第１オリフィスの中心軸
５２ｂ 第２オリフィスの中心軸
５３，１５３，２５３，３５３ 衝突板
５３ｐ 第１主面（衝突面）
５３ｑ 第２主面（衝突面）
５４ 輪郭線
８０ 基準点
８１ 基準面
８２ 衝突端点
８３ 第１基準線
８４ 投影面
８５ 第２基準線
１００ ヒートポンプ装置
Ｏ 中心軸
Claims (10)
- 液相の作動流体が供給される第１ノズルと、
気相の前記作動流体が吸い込まれる第２ノズルと、
前記第１ノズルの先端部に配置され、液相の前記作動流体を液相状態のまま霧化させる霧化機構と、
前記霧化機構で生成された霧状の前記作動流体と前記第２ノズルに吸い込まれた気相の前記作動流体とを混合して流体混合流を生成する混合室と、
を備えたエジェクタであって、
前記霧化機構は、複数のオリフィスと、前記複数のオリフィスの中心軸の延長線上に設けられた衝突板とを有し、
前記衝突板は、前記複数のオリフィスの前記中心軸に対して傾斜した衝突面を含み、
前記衝突面は、前記衝突板の両面に配置された第１主面及び第２主面を有し、
前記複数のオリフィスは、第１オリフィスと第２オリフィスとを含み、
前記第１オリフィスから噴射された前記作動流体の噴流が前記第１主面に衝突し、前記第２オリフィスから噴射された前記作動流体の噴流が前記第２主面に衝突し、
前記第１オリフィス又は前記第２オリフィスの前記中心軸と前記衝突面との交点を基準点と定義し、前記第１オリフィス又は前記第２オリフィスの前記中心軸を含み、かつ前記衝突面に垂直に交差する平面を基準面と定義し、前記基準面と前記エジェクタの出口側における前記衝突面の輪郭線との交点を衝突端点と定義し、前記基準点と前記衝突端点とを結ぶ線分を第１基準線と定義し、前記第１基準線を含み、かつ前記基準面に垂直な面を投影面と定義し、
前記投影面に前記衝突板を正射影したとき、前記衝突板の投影像において、前記衝突面の前記輪郭線上の少なくとも１点が、前記衝突端点を含む線であって、前記第１基準線に垂直な第２基準線に対して前記基準点の側に位置している、エジェクタ。 - 前記衝突板の前記投影像において、前記衝突面の前記輪郭線から前記第２基準線までの距離が、前記衝突端点から遠ざかるにつれて連続的又は段階的に拡大している、請求項１に記載のエジェクタ。
- 前記衝突板の前記投影像において、前記衝突面の前記輪郭線から前記第２基準線までの距離の最大値は、前記第１基準線の長さ以下である、請求項１又は２に記載のエジェクタ。
- 液相の作動流体が供給される第１ノズルと、
気相の前記作動流体が吸い込まれる第２ノズルと、
前記第１ノズルの先端部に配置され、液相の前記作動流体を液相状態のまま霧化させる霧化機構と、
前記霧化機構で生成された霧状の前記作動流体と前記第２ノズルに吸い込まれた気相の前記作動流体とを混合して流体混合流を生成する混合室と、
を備えたエジェクタであって、
前記霧化機構は、複数のオリフィスと、前記複数のオリフィスの中心軸の延長線上に設けられた衝突板とを有し、
前記衝突板は、前記複数のオリフィスの前記中心軸に対して傾斜した衝突面を含み、
前記衝突面は、前記衝突板の両面に配置された第１主面及び第２主面を有し、
前記複数のオリフィスは、第１オリフィスと第２オリフィスとを含み、
前記第１オリフィスから噴射された前記作動流体の噴流が前記第１主面に衝突し、前記第２オリフィスから噴射された前記作動流体の噴流が前記第２主面に衝突し、
（ａ）前記エジェクタの出口側における前記衝突面の輪郭線上の点の位置が前記エジェクタの中心軸に平行な方向に関して変化している、及び、（ｂ）前記衝突面の前記輪郭線は、前記エジェクタの前記出口に向かって凸の部分を含む、からなる群より選ばれる少なくとも１つの要件を満たす、エジェクタ。 - 前記第１オリフィス又は前記第２オリフィスの前記中心軸と前記衝突面との交点を基準点と定義し、前記第１オリフィス又は前記第２オリフィスの前記中心軸を含み、かつ前記衝突面に垂直に交差する平面を第１基準面と定義し、前記衝突面の前記輪郭線と前記第１基準面との交点を衝突端点と定義し、前記衝突端点を含み、かつ前記エジェクタの中心軸に垂直な平面を第２基準面と定義したとき、
前記衝突面の前記輪郭線から前記第２基準面までの距離が、前記衝突端点から遠ざかるにつれて連続的又は段階的に拡大している、請求項４に記載のエジェクタ。 - 前記衝突面の前記輪郭線から前記第２基準面までの距離の最大値は、前記基準点から前記第２基準面までの距離以下である、請求項５に記載のエジェクタ。
- 冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
冷媒液が流れる熱交換器と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒蒸気と、前記熱交換器から流出した前記冷媒液とを用いて冷媒混合流を生成する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエジェクタと、
前記エジェクタから前記冷媒混合流を受け取り、前記冷媒混合流から前記冷媒液を抽出する抽出器と、
前記抽出器から前記熱交換器を経由して前記エジェクタに至る液経路と、
前記冷媒液を貯留し、前記冷媒液を蒸発させることによって前記圧縮機で圧縮されるべき前記冷媒蒸気を生成する蒸発器と、
を備えた、ヒートポンプ装置。 - 前記エジェクタから吐出された前記冷媒混合流の圧力は、前記エジェクタに吸い込まれる前記冷媒蒸気の圧力より高く、前記エジェクタに供給される前記冷媒液の圧力より低い、請求項７に記載のヒートポンプ装置。
- 前記冷媒は、常温での飽和蒸気圧が負圧の冷媒である、請求項７又は８に記載のヒートポンプ装置。
- 前記冷媒は、主成分として水を含む、請求項７〜９のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
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