JP7172331B2 - エジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから吐出した駆動流と吸引流とを合流する合流部における渦の発生を抑えてエジェクタ効率の低下を抑止することができるエジェクタに関する。

例えば、冷媒を循環させる回路にはエジェクタを備えたものがある。エジェクタは、先端の開口から駆動流が噴射されるノズルと、ノズルの周囲を取り囲むように配置され、ノズルの先端開口延長上となる部位に駆動流との合流部が設けられた本体部と、本体部の内部に開口するように接続された吸引管路とを備えて構成されている。このエジェクタでは、ノズルの先端開口から冷媒を駆動流として噴射すると、吸引管路を通じて冷媒が吸引流として本体部の内部に吸引され、吸引流が合流部において駆動流に合流されて下流のディフューザに至る（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２－２２２９５号公報

ところで、ノズルから吐出した駆動流は、合流部で吸引流と合流して混合部に流入するが、流路軸の傾きやズレ、あるいは噴流の広がりにより、流れの一部が混合部入口付近の合流部壁面に衝突し、合流部壁面に沿って逆流する渦が発生し、渦損失が生じる（図５参照）。また、吸引流は、駆動流を吐出するノズルを本体部のない中空部に配置する関係上、一般に、本体部の側面からから流入する。このため、駆動流の流路軸を通る面内だけでなく、流路軸に直交する面内にも流れ（二次流れ）が生じ、渦損失が生じる（図６参照）。この結果、混合部では渦の発生によって損失が生じ、エジェクタ効率が低下してしまうという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノズルから吐出した駆動流と吸引流とを合流する合流部における渦の発生を抑えてエジェクタ効率の低下を抑止することができるエジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるエジェクタは、先端の開口から駆動流が噴射されるノズルと、前記ノズルの周囲を取り囲むように配置され、前記ノズルの先端開口の延長上となる部位に駆動流との合流部が設けられた本体部と、を備え、前記ノズルの先端開口から駆動流を噴射することにより吸引流入口を通じて吸引流を前記本体部の内部に吸引し、前記合流部において駆動流と吸引流とを合流させ、合流した駆動流と吸引流とを混合させる下流の混合部に導出するエジェクタであって、前記本体部の前記合流部には下流に向けて漸次内径が小さくなる内周テーパ面が設けられ、前記合流部内に固定されたガイド部材を有し、前記ガイド部材は、前記ノズルの軸心を中心軸とし、下流に向けて漸次内径が小さくなる内側円錐流路を形成する円錐管を有し、前記円錐管の外周面と前記本体部の前記内周テーパ面との間に外側円錐流路を形成することを特徴とする。

また、本発明にかかるエジェクタは、上記の発明において、前記ガイド部材は、前記ノズルと前記合流部の下流端面とからそれぞれ離隔して配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかるエジェクタは、上記の発明において、前記円錐管の上流側開口は前記ノズルの先端開口よりも下流側に設けられることを特徴とする。

また、本発明にかかるエジェクタは、上記の発明において、前記円錐管の上流側開口の径は前記ノズルの先端開口の径よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明にかかるエジェクタは、上記の発明において、前記円錐管の下流側開口の径は前記合流部の下流側開口の径よりも小さいことを特徴とする。

また、本発明にかかるエジェクタは、上記の発明において、前記ガイド部材は、前記円錐管の外周テーパ面と前記本体部の前記内周テーパ面との間の外側円錐流路を複数の流路に分割する分割壁を有することを特徴とする。

また、本発明にかかるエジェクタは、上記の発明において、前記分割壁は前記中心軸に対して放射状に形成されたことを特徴とする。

また、本発明にかかるエジェクタは、上記の発明において、前記分割壁は前記内周テーパ面と当接する部分に外周テーパ面を有することを特徴とする。

本発明によれば、ノズルから吐出した駆動流と吸引流とを合流する合流部における渦の発生を抑えてエジェクタ効率の低下を抑止することができる。

図１は、本発明の実施の形態であるエジェクタの断面側面図である。 図２は、図１に示したエジェクタのＡ－Ａ線断面図である。 図３は、図１に示したガイド部材の構成を示す斜視図である。 図４は、ノズル、ガイド部材及び混合部の間の開口口径の関係と、駆動流及び吸引流の流れを示す図である。 図５は、従来のエジェクタの構成及び合流部内の駆動流及び吸引流の流れを示す図である。 図６は、図５に示したエジェクタのＢ－Ｂ線断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係るエジェクタの好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の実施の形態であるエジェクタの要部を示したものである。ここで例示するエジェクタは、図には明示していないが、冷媒の循環回路に適用され、第１の冷媒経路を流通する冷媒を駆動流として第２の冷媒経路を流通する冷媒の吸引を行うもので、ノズル１０、本体部２０、ガイド部材３０を備えている。なお、図３は、ガイド部材３０の構成を示す斜視図である。

ノズル１０は、中心部に冷媒通路１１を有した円筒状を成すものである。ノズル１０の先端部は、先端（図１において右側）に向けて漸次外径が減少するテーパ状を成し、かつ内部の冷媒通路１１についても先端に向けて漸次内径が減少するように構成してある。図には明示していないが、このノズル１０の冷媒通路１１には、基端部に第１の冷媒経路が接続してある。

本体部２０は、中心部が中空で断面が円形の柱状を成すものである。本体部２０の中空部には、吸引通路部２１、合流部２２及び混合部２３が設けてある。吸引通路部２１は、ノズル１０の外径よりも太径となる一様の内径を有した部分であり、本体部２０の基端部分に設けてある。合流部２２は、吸引通路部２１の先端に連続し、ノズル１０の先端から、先端に向けて漸次内径が減少するようにテーパ状に形成した部分である。混合部２３は、合流部２２の先端に連続し、一様の内径を有した部分である。さらに、混合部２３の先端には、先端に向けて漸次内径が増大するディフューザ部（昇圧部）２４が接続してある。

合流部２２には、ガイド部材３０が設けられる。本体部２０の合流部２２には下流に向けて漸次内径が小さくなる内周テーパ面２０ａが設けられる。ガイド部材３０は、合流部２２内であって合流部２２の上流端面ＳＡと合流部２２の下流端面ＳＢとからそれぞれ離隔して配置され、ノズル１０の軸心を中心軸Ｃとし、下流に向けて漸次内径が小さくなる円錐管３１と、円錐管３１の外周テーパ面３１ａと本体部２０の内周テーパ面２０ａとの間の外側円錐流路Ｌ２０を中心軸Ｃに対して放射状に複数の流路に分割する分割壁３２とを有する。なお、上流端面ＳＡは、本体部２０の中空部であって、ノズル１０の先端を通り、ノズル１０の軸心(中心軸Ｃ)と直交する平面である。また、下流端面ＳＢは、混合部２３の上流側開口端面である。図１～図３では、４つの分割壁３２を設けているので、外側円錐流路Ｌ２０は、円錐管３１の周回りに４分割される。なお、円錐管３１の管内は、内側円錐流路Ｌ１０を形成する。

ガイド部材３０は、合流部２２内で、分割壁３２の外側テーパ面３２ａと本体部２０の内周テーパ面２０ａとが当接した状態で設けられる。

図４に示すように、ガイド部材３０の内側円錐流路Ｌ１０の上流側開口径ｄ２は、ノズル１０の先端開口径ｄ１よりも大きく形成されている。また、ガイド部材３０の内側円錐流路Ｌ１０の下流側開口径ｄ３は、混合部２３の上流側開口径ｄ４よりも小さく形成されている。なお、上流側開口径ｄ２は、下流側開口径ｄ３よりも大きい。

したがって、内側円錐流路Ｌ１０及び外側円錐流路Ｌ２０は、ともに下流に向けて流路断面積が小さくなる。そして、ガイド部材３０の内側円錐流路Ｌ１０の上流側開口径ｄ２は、ノズル１０の先端開口径ｄ１よりも大きく形成されているため、内側円錐流路Ｌ１０には駆動流が流れ、外側円錐流路Ｌ２０には吸引流が流れる。さらに、外側円錐流路Ｌ２０を流れる吸引流は、分割壁３２によって中心軸Ｃ方向に整流される。

従来のエジェクタは、図５に示すように、合流部２２にガイド部材３０を設けていなかったので、ノズル１０から吐出する駆動流の噴流は、流れの一部が混合部２３の入口付近の内周テーパ面２０ａに衝突し、内周テーパ面２０ａに沿って逆流する渦Ｆ１１が発生し、渦損失が生じていた。また、吸引流が本体部２０の側面から流入すると、図６に示すように、中心軸Ｃに直交する面内にも流れ（二次流れ）による渦Ｆ１２が発生し、渦損失が生じていた。

これに対し、本実施の形態では、図４に示すように、ノズル１０から吐出する駆動流の噴流は、内側円錐流路Ｌ１０内に導入されるため、内側円錐流路Ｌ１０の内壁面によって噴流の広がりを抑えることができることから、渦Ｆ１１の発生による渦損失を抑制することができる。

また、外側円錐流路Ｌ２０は、分割壁３２によって周方向に分割されているため、外側円錐流路Ｌ２０を通る吸引流は、中心軸Ｃ方向に整流されるため、二次流れによる渦Ｆ１２の発生による渦損失を抑制することができる。

さらに、吸引流は外側円錐流路Ｌ２０を流れるため、吸引流の圧力損失増大を抑制することができる。

本実施の形態では、これらの作用によってエジェクタ効率の低下を抑止することができる。

なお、上述した実施の形態では、冷媒の循環回路に適用され、第１の冷媒経路を流通する冷媒を駆動流として第２の冷媒経路を流通する冷媒の吸引を行うエジェクタを例示しているが、その他の流体を駆動流及び吸引流とする回路に適用することも可能である。この場合、流体としては気体もしくは液体であっても良いし、液体と気体との気液二相混合流体であっても構わない。

また、円錐管３１、内側円錐流路Ｌ１０及び外側円錐流路Ｌ２０の形状は完全な円錐形状である必要はなく、本明細書記載の実施の形態で示したような円錐形状の一部である円錐台形状が含まれることはもちろん、円錐形状の一部壁面部に凹凸や空隙を設けたものや、頂角が異なる複数の円錐を途中で結合した形状、徐々に頂角が異なるように先端方向に向かって丸みを帯びさせた形状なども含まれる。さらに、目的に応じて多角錐など他の錐体形状を適宜用いてもよい。また、上述した実施の形態では、ガイド部材３０が４つの分割壁３２を設けていたが、これに限らず、分割壁３２は、３つ以上であればよい。また、分割壁３２を、内周テーパ面２０ａに取り付け、円錐管３１の外周面と分割壁３２の内側テーパ面とを結合するようにしてもよい。

なお、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

１０ ノズル
１１ 冷媒通路
２０ 本体部
２０ａ 内周テーパ面
２１ 吸引通路部
２２ 合流部
２３ 混合部
２４ ディフューザ部
３０ ガイド部材
３１ 円錐管
３１ａ 外周テーパ面
３２ 分割壁
３２ａ 外側テーパ面
Ｃ 中心軸
ｄ１ 先端開口径
ｄ２ 上流側開口径
ｄ３ 下流側開口径
ｄ４ 上流側開口径
Ｆ１１，Ｆ１２ 渦
Ｌ１０ 内側円錐流路
Ｌ２０ 外側円錐流路
ＳＡ 上流端面
ＳＢ 下流端面

Claims (7)

1. 先端の開口から駆動流が噴射されるノズルと、
   前記ノズルの周囲を取り囲むように配置され、前記ノズルの先端開口の延長上となる部位に駆動流との合流部が設けられた本体部と、
   を備え、前記ノズルの先端開口から駆動流を噴射することにより前記ノズルに対応する前記本体部の側面に設けられた吸引流入口を通じて吸引流を前記本体部の内部に吸引し、前記合流部において駆動流と吸引流とを合流させ、合流した駆動流と吸引流とを混合させる下流の混合部に導出するエジェクタであって、
   前記本体部の前記合流部には下流に向けて漸次内径が小さくなる内周テーパ面が設けられ、
   前記合流部内に固定されたガイド部材を有し、
   前記ガイド部材は、前記ノズルの軸心を中心軸とし、下流に向けて漸次内径が小さくなる内側円錐流路を形成する円錐管を有し、
   前記円錐管の外周面と前記本体部の前記内周テーパ面との間に下流側に向けて漸次断面積が小さくなる外側円錐流路を形成し、
   前記ガイド部材は、前記円錐管の外周テーパ面と前記本体部の前記内周テーパ面との間の外側円錐流路を複数の流路に分割する分割壁を有することを特徴とするエジェクタ。
2. 前記ガイド部材は、前記ノズルと前記合流部の下流端面とからそれぞれ離隔して配置されることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ。
3. 前記円錐管の上流側開口は前記ノズルの先端開口よりも下流側に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエジェクタ。
4. 前記円錐管の上流側開口の径は前記ノズルの先端開口の径よりも大きいことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のエジェクタ。
5. 前記円錐管の下流側開口の径は前記合流部の下流側開口の径よりも小さいことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載のエジェクタ。
6. 前記分割壁は前記中心軸に対して放射状に形成されたことを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載のエジェクタ。
7. 前記分割壁は前記内周テーパ面と当接する部分に外周テーパ面を有することを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載のエジェクタ。

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