JPH01105000A - 真空エゼクタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、真空エゼクタ装置に係り、特に、駆動流体と
して凝縮性ガスを用いるものに好適な真空エゼクタ装置
に関するものである。

［従来の技術］ 一般に真空エゼクタは、水蒸気などを邪動源とし、可動
部分の無い簡便な構造のものであるから、広く用いられ
ている。

真空エゼクタは、例えば、日本機械学会論文集（第２部
）２６巻１６５号（昭３５．５）７３８頁の第２図に示
すように、ノズル、吸引室、ディフューザからなる構造
であるが、駆動蒸気圧力が散気圧では、過熱度が士数度
でも１０前後の圧縮比（エゼクタ出口圧力／吸引圧力）
が得られるのに、駆動蒸気圧力が１気圧以下になると圧
縮比が急激に低下するという問題があった。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来技術では、！ＩＩ動流体圧力が低く、したかっ
て駆動流体の密度が低い場合、流路壁面に液相膜が生じ
ると、吸引性能が大幅に低下する問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、駆動流体の密度が低い場合でも、流路壁面
に液相膜が生じることなく、吸引性能の低下しない真空
エゼクタ装置の提供を、その目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る真空エゼクタ
装置の構成は、駆動流体を加速するノズルと、流体を吸
引する吸引室と、駆動流体および吸引流体の混合流体を
昇圧するディフューザとを備え、上記駆動流体、吸引流
体の一方ないし両方が凝縮性ガスであり、かつ、ノズル
出口の駆動流体、吸引流体の一方ないし両方が二相流で
ある真空エゼクタ装置において、流体通過壁面のうち少
なくともディフューザ壁面を外部から加熱する加熱手段
を設けたものである。

［作用］ 上記の技術的手段によれば、真空エゼクタの流路壁面、
少なくともディフューザ壁面が加熱され壁面に液相膜が
生じないので、駆動流体の密度が低い場合でもディフュ
ーザの性能が低下しないことになり、駆動流体の密度が
高い場合に相当する吸引性能を実現することができる。

［実施例］ 以下、本発明の各実施例を第１図ないし第１３図を参照
して説明する。

まず、真空エゼクタ装置自体の各実施例を第１図ないし
第８図を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る真空エゼクタ装置の
略示構成図、第２図ないし第４図は、ディフューザ壁面
における液相膜発生の影響を示す模式図、第５図は、本
発明の定量的効果を示す図である。各図において太い矢
印は流体の流れ方向を示す。

第１図に示すように、凝縮性ガスである駆動流体１は、
ノズル２により加速され、吸引室として機能する混合室
３へ流入する。混合室３では、吸引流体４は駆動流体１
と混合して高速の混合流体５となる。混合流体５はディ
フューザ６によって昇圧される。

ノズル２．混合室３、ディフューザ６は、高温室７の中
に設けられて、ノズル２、混合室３、ディフューザ６の
流体通過壁面が高温に保たれるようになっている。した
がって、駆動流体１．吸引流体４．混合流体５が前記の
流体通過壁面で凝縮せず、また、これらの流体が気液二
相流である場合は、その液相が壁面に付着しても直ちに
蒸発して、液相の膜が生じないようになっている。

高温室７は、高温の雰囲気により高温に保たれている。

高温の雰囲気は燃焼ガスなどのガス体。

あるいは高温の液体により実現されるものである。

第１図の真空エゼクタ装置によれば、低圧で作動する真
空エゼクタの吸引性能を大幅に向上することができる。

ここで、流路壁面における液相膜生成の影響を以下に説
明する。

ノズル壁面における液相膜の発生は、駆動流体の運動エ
ネルギを減殺する点でエゼクタの吸引性能を低下させる
。すなわち、液相膜となって壁面に付着する駆動流体の
一部は、当初持っていた運動エネルギを失う。

さらに、第２図に示すように、液相膜８は液滴９となっ
て飛散するが、その際、壁から離れ元部分の駆動流体の
運動エネルギを吸収する。このため、ディフューザへ流
入する状態の駆動流体の運動エネルギは、ノズル壁面の
液相膜８の生成が無い場合に比べて減少するのでエゼク
タの吸引性能が減少する。

ディフューザ壁面での液相膜生成はさらに影響が大きい
、これはノズルの場合のような液相膜生成と液滴の飛散
による運動エネルギの損失に加え、第３図に示すように
液相膜８が、あたかも極めて厚い境界層のように作用し
て（液相膜は流速が遅いため）衝撃波が擬似衝撃波１０
の形になって高い圧力上昇が得られないからである。

ディフューザ壁面の液相膜の発生を防止すると。

第４図に示すような強い衝撃波１１が生じて高い圧力上
昇が得られる。

このような壁面における液相膜の影響は、坊区動流体の
密度が低くなると大きくなる。駆動流体密度が高い場合
は駆動流体の運動エネルギの絶対値が大きく、液相膜発
生による運動エネルギ損失の比率が少いとともに、駆動
流体の熱エネルギの絶対値が大きいため壁面での凝縮が
生じにくく液相膜そのものの発達が少いことによる。

第５図は、凝縮性ガスに係る水蒸気を駆動流体とした場
合の真空エゼクタの最も主要な性能であるエゼクタ出口
圧力に対する吸引圧力の比が、駆動流体圧力とディフュ
ーザ壁面での液相膜発生防止の有無により、どのように
変化するかを示すもので、駆動圧力が低い場合、したが
って吸引圧力の絶対値も低い場合に、壁面加熱の効果が
著しいことがわかる。

第６図は、本発明の他の実施例に係る真空エゼクタ装置
の略示構成図である。図中、第１図と同一符号のものは
同等部分であるから、その説明を省略する。

第６図の実施例では、流体通過壁面における液相膜発生
の影響のもっとも大きいディフューザ６の入口から喉部
までを高温室７Ａで包囲しており。

第１図の実施例と同様の効果が期待されるほか、高温室
が小形ですむという利点がある。

第７図は、本発明のさらに他の実施例に係る真空エゼク
タ装置の略示構成図である。図中、第１図と同一符号の
ものは同等部分であるから、その説明を省略する。

第７図の実施例では、ディフューザ６の外周を直接加熱
する電気ヒータ、高温パイプなどの加熱器１２を囲繞さ
せ、これによって流路壁面を加熱するものである。

第７図の実施例によれば、先の第１図の実施例と同様の
効果が期待される。

第８図は、本発明のさらに他の実施例に係る真空エゼク
タ装置の略示構成図である。図中、第７図と同一符号の
ものは同等部分であるから、その説明を省略する。

第８図の実施例では、ディフューザ６の外周を直接加熱
するバーナ１３を設けたもので、これによって流路壁面
を加熱するものである。

第８図の実施例によれば、第７図の実施例と全く同様の
効果が期待される。

次に１本発明の真空エゼクタ装置を吸収式冷凍機に適用
した場合の一実施例を第９図ないし第１１図を参照して
説明する。

第９図は、−船釣な吸引式冷凍機のサイクル系統図、第
１０図は、本発明の一実施例に係る蒸気エゼクタを適用
した吸引式冷凍器の要部系統図、第１１図は、蒸気エゼ
クタ取付けの他の例を示す部分図である。

第９図に示す吸収式冷凍機において、蒸発器１４内は約
１／１００気圧に保たれている。この蒸発器１４内で、
冷媒に係る水は、冷媒ポンプ１５により、冷水が流通す
る伝熱管１６上に撒布され、冷水の熱を奪って蒸発する
。これにより冷却作用が発生する。

蒸発した冷媒蒸気は、伝熱管１７内を通る冷却水による
冷却によって低圧に保たれた吸収器１８へ流れ込み、こ
こで溶液ポンプ１９により撒布された臭化リチウム水溶
液に吸収され、臭化リチウム水溶液は薄くなる。この稀
溶液は、溶液ポンプ１９により熱交換器２０を経て、一
部は高温再生器２１へ、残りは低温再生器２２へ送り込
まれ、高温再生器２１では直接熱源（ボイラ）により加
熱され蒸気と濃溶液に分離される。また、低温再生器２
２では、高温再生器２１で発生した蒸気により加熱され
蒸気と濃溶液に分離される。このようにして濃縮された
溶液は、再び熱交換器２ｏを経て吸収器１８内に導かれ
る。低温再生器２２で溶液を加熱し凝縮したドレンは凝
縮器２３へ導かれる。

また、低温再生器２２で発生した蒸気は、凝縮器２３で
凝縮する。このようにしてできた凝縮冷媒は蒸発器１４
へ導かれサイクルを一巡する。

次に、この吸収式冷凍機に真空エゼクタ装置を適用した
実施例を第１０図により説明する。

高温再生器２１内で発生した蒸気（５００〜６００　ｎ
ｍＨｇａ）は、高温再生器２１内に装備された蒸気エゼ
クタ２５の駆動側から駆動流体として進入し、これによ
り吸収器１８から吸引流体に係る不凝縮ガス（低圧冷媒
蒸気を含む）を真空エゼクタに係る蒸気エゼクタ２５で
吸′引昇圧（５０〜６０ｗ＋Ｈｇａ）する。

この過程で、蒸気エゼクタ２５内で発生する凝縮冷媒は
、高温再生器２１内の冷媒蒸気が真空エゼクタ２５を包
囲して加熱しているので再蒸発し、蒸気エゼクタ２５内
に溜ることはない。

このようにして安定に吸引昇圧した不凝縮ガスと冷媒蒸
気は、吸収室２６に送り込まれる。吸収室２６には溶液
ポンプ１９により臭化リチウム水溶液が送り込まれこの
水溶液の流れに蒸気エゼクタ２５からの蒸気が導入され
て冷媒蒸気は吸収され、また不凝縮ガスは巻き込まれて
気液分離器２７へ流れ込む。ここで不凝縮ガスは分離さ
れ上方の貯気タンク２８へ導かれる。また、冷媒蒸気を
吸収した溶液は再び吸収器１８へ戻る。

分離タンク２７の溶液を破線で示すようにＵシールを介
して吸収器１８に戻してもよい。

次に、上記吸収式冷凍機に蒸気エゼクタを適用した他の
実施例を第１１図に示す。

第１１図の実施例では、真空エゼクタに係る蒸気エゼク
タ２５Ａを高温再生器２１の壁面２１ａに装備している
。

高温再生器２１の壁面２１ａの有する熱（冷媒蒸気の加
熱による熱）を、熱伝導により奪うことによって、蒸気
エゼクタ２５Ａ内の冷媒凝縮を再蒸発させ、蒸気エゼク
タ２５Ａ内に凝縮冷媒が溜ることを防止している。

このように、本実施例によれば、少量の駆動蒸気で不凝
縮ガス（低圧冷媒蒸気を含む）を比較的容易に油気でき
る圧力にまで吸引昇圧する蒸気エゼクタを、既存する冷
媒蒸気によって加熱することによって、新たに加熱用の
熱源を設けることなしに、安定運転を得ることが可能で
ある。また、エゼクタを駆動蒸気の雰囲気中に装備する
ことから、駆動冷媒蒸気配管を省略し、構成に必要な空
間を小さくすることができる。

次に、本発明の真空エゼクタ装置を他の吸収式冷凍機に
適用した一実施例を第１２図を参照して説明する。

第１２図は１本発明の他の実施例に係る蒸気エゼクタを
適用した吸収式冷凍機のサイクル系統図である。図中、
第１図と同一符号のもめは同一機能の真空エゼクタ装置
、第９図と同一系の符号は同等部または同等機能部を示
している。

第１２図において、２１Ａは高温再生器、２２Ａは低温
再生器、２３Ａは凝縮器、１４Ａは蒸発器、１８Ａは吸
収器、１９は溶液ポンプ、２９は低温熱交換器、３０は
高温燕麦換器、１５は冷媒ポンプである。

高温再生器２１Ａは、臭化リチウム水溶液を外部熱源に
、より加熱して冷媒蒸気を発生させ濃縮させる。低温再
生器２２Ａは、高温再生器２１Ａで発生した冷媒蒸気を
加熱源として溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させ濃縮さ
せる。凝縮器２３Ａは、低温再生器２２Ａで発生した冷
媒蒸気および低温再生器２２Ａで凝縮した液冷媒を冷却
媒体で冷却して凝縮液化させ蒸発器１４Ａに送る。蒸発
器１４Ａは、高温再生器２１Ａで発生した冷媒蒸気が低
温再生器２２Ａを加熱して凝縮液化した液冷媒と、凝縮
器２３Ａからの液冷媒とを蒸発気化させて冷房作用を発
生する。吸収器１８Ａは、高温再生器２ＬＡおよび低温
再生器２２Ａからの濃溶液を冷却媒体で冷却し蒸発器１
４Ａからの冷媒蒸気を吸収させる。吸収器１８Ａで冷媒
蒸気を吸収して稀釈された溶液は、溶液ポンプ１９で高
温再生器２１Ａおよび低温再生器２２Ａにそれぞれ送ら
れてサイクルを一巡する。

ここで、低温熱交換器２９は、吸収器１８Ａから高、低
温再生器２１Ａ、２２Ａへ送る稀溶液と。

高、低温再生器２１Ａ、２２Ａから吸収器１８Ａに戻る
濃溶液とを熱交換させる。また、高温熱交換器３０は、
高温再生器２１Ａへ入る稀溶液と出てきた濃溶液とを熱
交換させる。

蒸気エゼクタ２５Ｂは、ノズル２、混合室３゜ディフュ
ーザ６から構成され、ノズル２は、低温再生器２２Ａの
冷媒蒸気ヘッダ３１の上部と電磁弁４１．蒸気管４ｏで
連絡され、蒸気管４°０は、燃焼排気ガスダクト３９内
で加熱される過熱熱交換器４３が設けられている。

ｌ）高温再生器２１Ａの蒸気圧力が十分に高いこと、 ２）過熱熱交換器４３および蒸気エゼクタ２５Ｂが燃焼
排気ガスで十分加熱されていること、３）冷房運転条件
であること、 などの３つの要件が満足されている場合に電磁弁４１が
開放されて、高温再生器２１Ａの冷媒蒸気が蒸気エゼク
タ２５Ｂノズル２から噴出される。

ノズル２から噴出する蒸気（駆動流体）により低圧が発
生して、混合室３に連結された吸収器１８Ａの抽気管４
４から冷媒蒸気とともに不凝縮ガス（吸引流体）が抽気
されて、ディフューザ６で昇圧される。ディフューザ６
は油気吸収器３４に連結されている。溶液ポンプ１９の
吐出側から分岐した稀溶液導管４５から供給される吸収
器１８Ａ内圧力とほぼ同じ蒸気圧の低温の稀溶液が抽気
吸収器３４に供給され、ディフューザ６からの油気の冷
媒蒸気を溶液に吸収するときに、不凝縮ガスを気液降下
管２６に溶液とともにだき込み、送気液ポンプ作用で圧
縮して気液分離器２７に送り、不凝縮ガス気泡は浮力に
より浮上して貯気タンク２８に送られ、稀溶液は戻り管
３８を経由して吸引器１８Ａに戻る。

ところで、一般に蒸気エゼクタ２５Ｂは、吸引圧力と放
射圧力すなわちディフューザ６出口圧力との比はほぼ一
定値であり、それ以上に放射圧力が高圧になると混合室
３に駆動蒸気が逆流する現象が起こる。この逆流現象が
起こると、吸収器１８Ａ内に抽気管４４を経由して高温
再生器２１Ａの不凝縮ガスが送り込まれる不具合が起こ
る。しかも、機内でもっとも不凝縮ガスを発生する箇所
は高温の溶液がある高温再生器２ＬＡである。

本実施例では、ディフューザ６の出口側に、油気箇所で
ある吸引器１８Ａとほぼ同じ圧力になる油気吸収器３４
を接続したので、混合室３の圧力と放射圧力との比をほ
ぼ一定にできるため、一般のエゼクタに装備されている
ような吸引部の逆流防止弁が不要であり、機器の信頼性
向上を図ることができる。

なお、貯気タンク２８の貯気ガスは、真空ポンプあるい
は水エゼクタ等の排気手段で適宜排気する。

また、暖房時、高温再生器２１Ａに接続した温水器（図
示せず）から温水を取出す方式では、電磁弁４１を閉止
するだけで低圧部に冷媒蒸気を流さないようにでき、油
気系統の冷暖房切換えが容易であるという利点がある。

さらに、第１２図の実施例では、高温再生器２１Ａから
の駆動蒸気を低温再生器２２Ａの冷媒蒸気ヘッダ３１の
上部から分岐したため、高温再生器２１Ａの不凝縮ガス
を効率よく抽気できる。すなわち蒸気管４０が抽気管の
作用を兼ねるので、油気蒸気を節約できるという利点が
ある。

次に、第１３図は、第１２図と同様の蒸気エゼクタを適
用した他の吸収式冷凍機のサイクル系統図である。図中
、第１２図と同一符号のものは同一部分であるから、そ
の説明を省略する。

第１３図の実施例では、第１２図における油気吸収器３
４の代わりに、蒸発器１４Ａの低温の液冷媒が供給され
る吸収室２６Ａとしたこと、吸収器油気管４４に電磁弁
４８を設けたこと、気液分離器２７から蒸発器１４Ａに
液冷媒が戻る導管４９が凝縮器２３Ａから蒸発器１４Ａ
に液冷媒が戻る導管と立ち上り部５０で共用されている
こと等が、第１２図の実施例と異なっている。

第１３図の実施例では、冷媒だけで抽気系がまとめられ
ているので、保守点検作業時に冷媒が溶液で汚れないと
いう利点がある。また、吸収室２６Ａに凝縮器油気管４
７を接続したため、蒸気エゼクタ２５Ｂの駆動蒸気系の
電磁弁４１および電磁弁４８を閉止して、吸引器１８Ａ
からの油気を閉止した場合でも、凝縮器２３Ａから連続
的に油気でき、少ない熱損失で油気できる利点がある。

このような第１２図、第１３図の各実施例の特徴をまと
めると次のとおりである。

第１２図の実施例では、凝縮器油気の蒸気エゼクタ２５
Ｂの吐出側に設けられる抽気吸収器３４の廂動液が、溶
液ポンプ１９吐出の稀溶液であることを特徴とする。駆
動液の溶液密度が大きいため、不凝縮ガスを貯気タンク
２８に貯気できる。

一方、第１３図の実施例では、蒸気エゼクタ２５Ｂの吐
出側に設けられる吸引室２６Ａの駆動液が、冷媒ポンプ
１５吐出の低温の液冷媒であることを特徴とする。

気液分離器２７から蒸発器１４Ａに戻す冷媒配管４９が
、凝縮器２３Ａ→蒸発器１４Ａの液冷媒導管と立ち上り
部５０を介して共用されている。

この結果、Ｕ字管の構成する前記冷媒導管内の液冷媒が
、低温の液冷媒と混合して自己蒸発しにくくなり、液シ
ール破れが起こりにくくなるため、凝縮器２３Ａ→蒸発
器１４Ａの蒸発吹き抜けが起こらなくなり、サイクルの
性能低下を防止できる。

同時に、蒸気吹き抜けとともに発生する不凝縮ガスの低
圧シェル（蒸発器１４Ａ、吸収器１８Ａ）への流入を防
止できる。したがって、不凝縮ガスによる吸収器１８Ａ
の冷媒吸収阻害が防止できる。

なお前述の各実施例では、本発明の真空エゼクタ装置を
、代表的な２つの形式の吸収式冷凍機の不凝縮ガス油気
装置に適用した伯について説明したが、本発明の真空エ
ゼクタ装置は前述の吸収式冷凍機以外の製品にも適用し
うろことは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上述べたように１本発明によれば、駆動流体の密度が
低い場合でも、流路壁面に液相膜が生じることなく、吸
引性能の低下しない真空エゼクタ装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る真空エゼクタ装置の
略示構成図、第２図ないし第４図は、ディフューザ壁面
における液相膜発生の影響を示す模式図、第５図は、本
発明の定量的効果を示す図、第６図は、本発明の他の実
施例に係る真空エゼクタ装置の略示構成図、第７図は１
本発明のさらに他の実施例に係る真空エゼクタ装置の略
示構成図、第８図は、本発明のさらに他の実施例に係る
真空エゼクタ装置の略示構成図、第９図は、−船釣な吸
収式冷凍機のサイクル系統図、第１０図は１本発明の一
実施例に係る蒸気エゼクタを適用した吸収式冷凍機の要
部系統図、第１１図は、蒸気エゼクタ取付けの他の例を
示す部分図、第１２図は、本発明の他の実施例に係る蒸
気エゼクタを適用した吸収式冷凍機のサイクル系統図、
第１３図は、第１２図と同様の蒸気エゼクタを適用した
他の吸収式冷凍機のサイクル系統図である。 １・・・駆動流体、２・・・ノズル、３・・・混合室、
４・・・吸引流体、５・・・混合流体、６・・・ディフ
ューザ、７゜７Ａ・・・高温室、１２・・・加熱器、１
３・・・バーナ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、駆動流体を加速するノズルと、流体を吸引する吸引
   室と、駆動流体および吸引流体の混合流体を昇圧するデ
   ィフューザとを備え、上記駆動流体、吸引流体の一方な
   いし両方が凝縮性ガスであり、かつ、ノズル出口の駆動
   流体、吸引流体の一方ないし両方が二相流である真空エ
   ゼクタ装置において、流体通過壁面のうち少なくともデ
   ィフューザ壁面を外部から加熱する加熱手段を設けたこ
   とを特徴とする真空エゼクタ装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、加熱手
   段を、少なくともディフューザの入口から喉部までを包
   囲した高温室としたことを特徴とる真空エゼクタ装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、加熱手
   段を、少なくともディフューザ外周を直接加熱するもの
   としたことを特徴とする真空エゼクタ装置。