JP2018178781A - エジェクタ及びこれを用いた燃料電池システム並びに冷凍サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】駆動流体を外側ノズルから噴出させた際のエネルギー効率に優れたエジェクタ、及びこれを用いた燃料電池システム並びに冷凍サイクルシステムを提供すること。
【解決手段】エジェクタ１は、互いに同軸に配され、駆動流体を噴出する内側ノズル２及び外側ノズル３と、外側ノズル３の外周側に配され、内側ノズル２及び外側ノズル３の少なくとも一方から噴出する噴流によって吸引流体を吸引する吸引部１１と、噴流として噴出した駆動流体と、吸引部１１から吸引された吸引流体とを混合する混合部１２と、混合部１２において駆動流体と吸引流体とが混合された混合流体を減速させつつ吐出するディフューザ部１３と、を有する。内側ノズル２の出口である内側出口２１は、外側ノズル３の出口である外側出口３１よりも、内側ノズル２及び外側ノズル３の軸方向Ｘにおける上流側に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、エジェクタ及びこれを用いた燃料電池システム並びに冷凍サイクルシステムに関する。

例えば、燃料電池システムや冷凍サイクルシステムにおいては、ノズルから噴出する駆動流体の噴流によって、吸引流体を吸引し、吸引流体を駆動流体とともに、ディフューザ部から吐出するよう構成された、エジェクタが用いられることがある。
かかるエジェクタとして、互いに同軸に配された第１段ノズル及び第２段ノズルとを備えたものが、特許文献１に開示されている。

特開２００６−１８３５８６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたエジェクタは、内側の第２段ノズルの入口が、外側の第１段ノズルの出口よりも、下流側に突出している。それゆえ、第１段ノズルから噴出する噴流が、外周側へ拡がりやすい。その結果、吸引流体を吸引する吸引力を効果的に向上させることが困難であり、エジェクタのエネルギー効率を向上させにくい。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、駆動流体を外側ノズルから噴出させた際のエネルギー効率に優れたエジェクタ、及びこれを用いた燃料電池システム並びに冷凍サイクルシステムを提供しようとするものである。

本発明の第１の態様は、互いに同軸に配され、駆動流体を噴出する内側ノズル（２）及び外側ノズル（３）と、
上記外側ノズルの外周側に配され、上記内側ノズル及び上記外側ノズルの少なくとも一方から噴出する噴流によって吸引流体を吸引する吸引部（１１）と、
上記噴流として噴出した上記駆動流体と、上記吸引部から吸引された上記吸引流体とを混合する混合部（１２）と、
上記混合部において上記駆動流体と上記吸引流体とが混合された混合流体を減速させつつ吐出するディフューザ部（１３）と、を有し、
上記内側ノズルの出口である内側出口（２１）は、上記外側ノズルの出口である外側出口（３１）よりも、上記内側ノズル及び上記外側ノズルの軸方向（Ｘ）における上流側に配置されている、エジェクタ（１）にある。

本発明の第２の態様は、燃料電池（４１）と、該燃料電池に燃料ガス（Ｆ１）を供給する燃料ガス供給路（４２）と、を備えた燃料電池システム（４）であって、
上記燃料ガス供給路には、上記エジェクタが設けてある、燃料電池システムにある。

本発明の第３の態様は、上記エジェクタを備えた、冷凍サイクルシステム（５）であって、
冷媒を吸入圧縮して昇圧させる圧縮機（５１）と、
上記圧縮機から吐出された冷媒を冷却する放熱器（５２）と、
冷媒を蒸発させて吸熱する蒸発器（５３）と、
上記放熱器から流出する冷媒を上記駆動流体として導入すると共に、上記蒸発器にて蒸発した気相冷媒を上記吸引流体として吸引し、上記駆動流体と上記吸引流体との混合流体を吐出する上記エジェクタと、
上記エジェクタから吐出された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して、気相冷媒を上記圧縮機に供給し、液相冷媒を上記蒸発器に供給する気液分離器（５４）とを有する、冷凍サイクルシステムにある。

上記第１の態様にかかるエジェクタは、上記内側出口が、上記外側出口よりも、軸方向における上流側に配置されている。これにより、外側ノズルから噴出する噴流が、内側ノズルの影響を受けにくい。それゆえ、外側ノズルからの噴流が外側に拡がることを抑制することができる。そのため、噴流の全体が軸方向に向かいやすく、吸引流体の吸引力を向上させやすい。その結果、駆動流体を外側ノズルから噴出させた際のエネルギー効率を向上させることができる。

上記第２の態様にかかる燃料電池システムは、上記エジェクタを用いている。それゆえ、特に、燃料ガスをエジェクタの外側ノズルに流す場合において、燃料電池システムのエネルギー効率を向上させることができる。

上記第３の態様にかかる冷凍サイクルシステムは、上記エジェクタを用いている。それゆえ、特に、冷媒をエジェクタの外側ノズルに流す場合において、冷凍サイクルシステムのエネルギー効率を向上させることができる。

以上のごとく、上記態様によれば、駆動流体を外側ノズルから噴出させた際のエネルギー効率に優れたエジェクタ、及びこれを用いた燃料電池システム並びに冷凍サイクルシステムを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、エジェクタの斜視図。 図１のII−II線矢視断面図。 実施形態１における、内側ノズル及び外側ノズルの出口付近の断面図。 実施形態１における、内側ノズル及び外側ノズルの出口付近の斜視図。 実施形態１における、外側ノズルに駆動流体を流す場合の噴流を説明する断面説明図。 実施形態１における、内側ノズルに駆動流体を流す場合の噴流を説明する断面説明図。 比較形態における、内側ノズル及び外側ノズルの出口付近の断面図。 比較形態における、外側ノズルに駆動流体を流す場合の噴流を説明する断面説明図。 比較形態における、内側ノズルに駆動流体を流す場合の噴流を説明する断面説明図。 実験例における、外側ノズルに駆動流体を流す場合の解析結果のグラフ。 実験例における、内側ノズルに駆動流体を流す場合の解析結果のグラフ。 実施形態２における、エジェクタの一部の断面図。 実施形態３における、燃料電池システムの説明図。 実施形態４における、冷凍サイクルシステムの説明図。

（実施形態１）
エジェクタに係る実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
本実施形態のエジェクタ１は、図１、図２に示すごとく、内側ノズル２及び外側ノズル３と、吸引部１１と、混合部１２と、ディフューザ部１３と、を有する。

内側ノズル２及び外側ノズル３は、互いに同軸に配され、駆動流体を噴出する。吸引部１１は、外側ノズル３の外周側に配され、内側ノズル２及び外側ノズル３の少なくとも一方から噴出する噴流によって吸引流体を吸引する。混合部１２は、噴流として噴出した駆動流体と、吸引部１１から吸引された吸引流体とを混合する。ディフューザ部１３は、混合部１２において駆動流体と吸引流体とが混合された混合流体を減速させつつ吐出する。

図２〜図４に示すごとく、内側ノズル２の出口である内側出口２１は、外側ノズル３の出口である外側出口３１よりも、軸方向Ｘにおける上流側に配置されている。なお、軸方向Ｘは、内側ノズル２及び外側ノズル３の軸方向である。

内側ノズル２及び外側ノズル３は、いずれも、軸方向Ｘに直交する平面による断面の形状が、円形である。そして、内側ノズル２と外側ノズル３とは、図３、図４に示すごとく、中心軸Ｘ０を一致させた状態で、同心状に配置されている。図１、図２に示すごとく、内側ノズル２の入口２２と、外側ノズル３の入口３２とは、エジェクタ１における入口側端部に配されている。内側ノズル２及び外側ノズル３は、それぞれ軸方向Ｘに平行な円筒部２３、３３と、円筒部２３、３３の下流端から下流に向かうにつれて縮径するテーパ部２４、３４とを有する。円筒部２３、３３の上流端が、入口２２、３２であり、テーパ部２４、３４の下流端が、内側出口２１及び外側出口３１である。

テーパ部２４が軸方向Ｘに対してなす角度は、テーパ部３４が軸方向Ｘに対してなす角度よりも小さい。テーパ部２４が軸方向Ｘに対してなす角度は、例えば、５〜４０°である。テーパ部３４が軸方向Ｘに対してなす角度は、例えば、１０〜４５°である。

外側ノズル３の外周側に形成された吸引部１１も、軸方向Ｘに直交する平面による断面の形状が、円形である。そして、外側ノズル３の外壁と、エジェクタ１本体の外壁１４との間に、吸引部１１が形成されている。エジェクタ１の外壁１４は、略円筒形状に形成されており、吸引部１１の外周部分と、混合部１２の外周部分と、ディフューザ部１３の外周部分とにわたり、エジェクタ１の長手方向の全体にわたり連続して形成されている。混合部１２及びディフューザ部１３も、軸方向Ｘに直交する平面による断面の形状が、円形である。また、ディフューザ部１３は、下流側へ向かうにつれて徐々に拡径する部分を備える。

吸引部１１への吸引流体の入口は、軸方向Ｘの上流端に設けてもよいし、径方向の外側における外壁１４に設けてもよい。ただし、この場合、吸引部１１の入口は、少なくとも外側出口３１よりも上流側にある。図示は省略するが、内側ノズル２及び外側ノズル３は、エジェクタ１の外壁１４に対して、例えば、エジェクタ１の入口付近において部分的に固定されている。

上述のように、内側ノズル２の内側出口２１は、外側ノズル３の外側出口３１よりも、軸方向Ｘにおいて上流側に配置されている。図３に示すごとく、軸方向Ｘにおける内側出口２１と外側出口３１との間の距離である出口間距離ａは、内側出口２１の開口直径ｄの１．８倍以下である。さらに好ましくは、出口間距離ａは、内側出口２１の開口直径ｄ以下である。

また、軸方向出口間距離ａは、内側出口２１の開口半径ｄ／２以上であることが好ましい。
図２、図３に示すごとく、軸方向Ｘに沿った断面において、内側出口２１と外側出口３１とを繋ぐ直線Ｌ１が軸方向Ｘに対してなす角度θは、内側ノズル２からの噴流の拡がり方向ｓが軸方向Ｘに対してなす角度である拡がり角度η（図６参照）よりも、大きい。

すなわち、図３に示すごとく、内側ノズル２及び外側ノズル３の中心軸Ｘ０を含む断面において、内側出口２１と外側出口３１とを繋ぐ直線をＬ１とする。この直線Ｌ１が軸方向Ｘ、すなわち中心軸Ｘ０に対してなす角度をθとする。一方、図６に示すごとく、中心軸Ｘ０を含む平面による断面において、内側ノズル２からの噴流の拡がり方向ｓが、軸方向Ｘ、すなわち中心軸Ｘ０に対してなす角度を、拡がり角度ηとする。このとき、θ＞ηとなるようにする。なお、拡がり方向ｓは、内側出口２１から出た噴流の最外周の流れの向きのうち、軸方向Ｘにおける外側出口３１までの間の平均の向きをいうものとする。

ここで、噴流の拡がり角度ηは、圧縮性流体力学の膨脹理論に基づき、ノズル入口の駆動流体の圧力とノズル出口の駆動流体の圧力との圧力比から求めることができる。つまり、内側ノズル２に駆動流体を流す場合において、内側ノズル２の入口２２における圧力Ｐ２２と、内側出口２１における圧力Ｐ２１との比から、圧力比Ｐ２１／Ｐ２２が得られる。この圧力比Ｐ２１／Ｐ２２が決まると、圧縮性流体力学の膨脹理論に基づいて、内側ノズル２の内側出口２１からの噴流の拡がり角度ηが決まる。この膨脹理論については、下記参考文献の第８２〜８５頁に詳しい。
〔参考文献〕松尾一泰著、「圧縮性流体力学〜内部流れの理論と解析〜」、理工学社、１９９４年１１月１０日、第１版第１刷発行

外側出口３の開口直径は、内側出口２１の開口直径ｄよりも大きい。また、軸方向Ｘにおける内側出口２１の位置における外側ノズル３の流路は、外側ノズル３の外壁と、内側ノズル２の外壁との間の環状の領域となる。この環状領域の面積は、例えば、内側出口２１の面積の１．２〜３倍程度とすることができる。

本実施形態のエジェクタ１においては、図５、図６に示すごとく、内側ノズル２又は外側ノズル３に、駆動流体を流す。駆動流体は、内側ノズル２と外側ノズル３との双方に流すこともできる。しかし、原則としては、内側ノズル２と外側ノズル３とのいずれか一方に、駆動流体を流す。或いは、駆動流体は、内側ノズル２と外側ノズル３との一方に、主として流す。

流す駆動流体の流量が比較的多いときは、図５に示すごとく、外側ノズル３を用い、流す駆動流体の流量が比較的少ないときは、図６に示すごとく、内側ノズル２を用いる。この使い分けは、エジェクタ１に流す流体の温度、物性、その他各種条件に応じて、適宜設定することができる。

図５、図６において、矢印ｆ１は駆動流体の流れを示す。矢印ｆ２は、吸引流体の流れを示す。矢印ｆ３は、混合流体の流れを示す。また、矢印ｓは、上述したように、噴流の拡がり方向を示す。後述する図８、図９においても同様である。

内側ノズル２の入口２２又は外側ノズル３の入口３２からエジェクタ１に導入された駆動流体は、内側出口２１又は外側出口３１から混合部１２へ、噴流となって噴出する。この噴流は、音速もしくはそれを超える超音速の噴流となる。この噴流によって、吸引部１１から吸引流体が吸引される。つまり、エジェクタ１内における、内側出口２１及び外側出口３１の付近の圧力が、噴流によって減圧されることにより、吸引部１１において吸引力が生じる。

そして、混合部１２において、吸引流体が駆動流体と混合されて、混合流体となる。混合流体は、ディフューザ部１３において、徐々に減速しつつ、圧力が上昇しながら、出口側へ向かう。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記エジェクタ１は、内側出口２１が、外側出口３１よりも、軸方向Ｘにおける上流側に配置されている。これにより、外側ノズル３から噴出する噴流が、内側ノズル２の影響を受けにくい。それゆえ、図５の矢印ｓに示すように、外側ノズル３からの噴流が外側に拡がることを抑制することができる。そのため、噴流の全体が軸方向Ｘに向かいやすく、吸引流体の吸引力を向上させやすい。その結果、駆動流体を外側ノズル３から噴出させた際のエネルギー効率を向上させることができる。

また、軸方向Ｘに沿った断面において、内側出口２１と外側出口３１とを繋ぐ直線Ｌ１が軸方向Ｘに対してなす角度θは、内側ノズル２からの噴流の拡がり角度ηよりも、大きい。これにより、駆動流体を内側ノズル２から噴出させた際、その噴流が外側ノズル３によって妨げられることを防ぐことができる。さらには、内側ノズル２から噴出した超音速の噴流が、外側ノズル３にガイドされながら乱れることなく加速される。

また、内側出口２１と外側出口３１との間の出口間距離ａは、内側出口２１の開口直径ｄの１．８倍以下である。これにより、後述の実験例にも示すように、内側ノズル２からの噴流が、外側ノズル３に妨げられて、乱れることを、効果的に抑制することができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、駆動流体を外側ノズルから噴出させた際のエネルギー効率に優れたエジェクタを提供することができる。

（比較形態）
エジェクタの比較形態について、図７〜図９を参照して説明する。
比較形態のエジェクタ９においては、図７に示すごとく、外側ノズル９３の外側出口９３１が、内側ノズル９２の内側出口９２１よりも、軸方向Ｘにおける下流側に配置されている。すなわち、外側ノズル９３が、内側ノズル９２よりも、下流側に突出している。
その他の構成は、実施形態１と同様である。なお、比較形態において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

比較形態のエジェクタ９においては、図８に示すごとく、外側ノズル９３から駆動流体を噴出した際、内側ノズル９２の影響によって噴流が乱れ、外側へ大きく拡がってしまう。すなわち、噴流の拡がり方向ｓが、大きく外側を向いてしまう。そのため、軸方向Ｘの下流側へ向かう噴流が阻害され、吸引部１１における吸引流体の吸引力が低下するおそれがある。
なお、図９に示すごとく、内側ノズル９２から駆動流体を噴出する場合には、特に外側ノズル９３が噴流の妨げとなることもないため、吸引流体の吸引力を確保することはできる。

（実験例）
本実験例においては、図１０、図１１に示すごとく、実施形態１のエジェクタ１と、比較形態のエジェクタ９とについて、エジェクタ性能を解析した。
すなわち、数値流体力学（略称ＣＦＤ）を用いて、各エジェクタ１、９における圧縮性流体の流れを解析した。そして、吸引部１１の入口の圧力に対するエジェクタの出口の圧力の、昇圧分の圧力差ΔＰを算出し、エジェクタ性能として評価した。このエジェクタ性能を示す圧力差ΔＰを、軸方向Ｘにおける内側ノズル２、９２の内側出口２１、９２１と外側ノズル３、９３の外側出口３１、９３１との距離Ｄを種々変更して、解析した。また、吸引部１１における吸引流体の流量は一定とした。また、この解析は、外側ノズル３、９３に駆動流体を流した場合と、内側ノズル２、９２に駆動流体を流した場合とにつき、それぞれ行った。

解析結果を、図１０、図１１に示す。図１０が、外側ノズル３、９３に駆動流体を流した場合の解析結果であり、図１１が、内側ノズル２、９２に駆動流体を流した場合の解析結果である。図１０、図１１の各グラフにおいて、横軸が距離Ｄを示し、縦軸が圧力差ΔＰを示す。距離Ｄは、内側出口２１、９２１の直径ｄに対する比によって表す。ここでの距離Ｄは、外側ノズル３、９３が、内側ノズル２、９２よりも下流側へ突出する方を正とした。

つまり、実施形態１のエジェクタ１は、Ｄ＜０であり、比較形態のエジェクタ９は、Ｄ＞０である。また、実施形態１にて示した出口間距離ａは、ａ＝−Ｄとなる。また、縦軸の下端は、圧力差ΔＰ＝０を示し、上側へ行くほど、圧力差ΔＰが大きくなり、エジェクタ性能が優れていることを示す。なお、図１０と図１１とでは、縦軸のスケールが異なり、図１１の方が、一目盛の差圧が小さい。

外側ノズル３、９３に駆動流体を流す場合、図１０から分かるように、Ｄ＜０とした方が、Ｄ＞０とするよりも、圧力差ΔＰが大きくなる。すなわち、実施形態１のエジェクタ１は、比較形態のエジェクタ９よりも、エジェクタ性能が優れている。特に、Ｄ≦−０．５ｄにおいて、確実に、圧力差ΔＰが大きくなっている。それゆえ、内側出口２１と外側出口３１との間の出口間距離ａは、内側出口２１の開口半径ｄ／２以上であることが好ましいと言える。

一方、内側ノズル２、９２に駆動流体を流す場合、図１１から分かるように、Ｄ＜０としても、Ｄ＝−１．８ｄまでは、エジェクタ性能が、Ｄ＞０の場合と変わらない。それゆえ、内側出口２１を外側出口３１よりも、下流側に大きく後退させすぎなければ、内側ノズル２に駆動流体を流す場合においても、実施形態１のエジェクタ１のエジェクタ性能を充分に維持することができる。

また、Ｄ≧−１．０ｄにおいて、エジェクタ性能が特に安定して高く維持されている。それゆえ、内側出口２１と外側出口３１との間の出口間距離ａは、内側出口２１の開口直径ｄ以下であることがより好ましい。

（実施形態２）
本実施形態のエジェクタ１は、図１２に示すごとく、出口間距離ａを調整するノズル調整部１５を有する。
ノズル調整部１５は、内側ノズル２を、外側ノズル３に対して、軸方向Ｘに移動させることができるよう構成されている。例えば、内側ノズル２の入口２２を、内側出口２１と反対側に延長した部分に、例えば電動アクチュエータからなるノズル調整部１５を配設する。これにより、内側ノズル２を、外側ノズル３に対して、軸方向Ｘに移動させることを可能とする。そして、内側出口２１と外側出口３１との間の出口間距離ａの微調整を行うことができるよう構成されている。

なお、ノズル調整部は、外側ノズル３を移動させることにより、出口間距離ａを調整できるような構成とすることもできる。
その他の構成は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本実施形態においては、例えば、駆動流体の流量や、圧力、温度など、作動条件に応じて、出口間距離ａを適宜調整することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態３）
本実施形態は、図１３に示すごとく、エジェクタ１を用いた燃料電池システム４の実施形態である。
本実施形態の燃料電池システム４は、燃料電池４１と、燃料電池４１に燃料ガスＦ１を供給する燃料ガス供給路４２と、を備える。そして、燃料ガス供給路４２に、エジェクタ１が設けてある。このエジェクタ１として、実施形態１に示したものを用いることができる。

燃料電池システム４は、燃料電池４１から排出された排出燃料ガスの一部である循環ガスＦ２を燃料ガス供給路４２に循環させる循環路４３を備えている。循環路４３には、凝縮器４３１が設けてある。これにより、循環路４３を通る循環ガスＦ２に含まれる水分を除去して、燃料ガス供給路４２に戻すことができるよう構成されている。

すなわち、循環路４３は、燃料ガス供給路４２に設けたエジェクタ１の吸引部１１に接続されている。また、燃料ガス供給路４２における、エジェクタ１の上流側には、燃料ガスＦ１の流量を調整する流量調整部４２１が設けてある。

燃料ガス供給路４２においては、流量調整部４２１において流量が調整された燃料ガスＦ１が、駆動流体として、エジェクタ１に導入される。すなわち、燃料ガスＦ１は、内側ノズル２又は外側ノズル３に、駆動流体として導入される。このとき、燃料ガスＦ１は、その流量に応じて、内側ノズル２と外側ノズル３とのいずれかを選択して、導入される。これに伴い、循環路４３から、循環ガスＦ２が、吸引部１１を通じて、吸引流体として、エジェクタ１内に吸引される。そして、燃料ガスＦ１と循環ガスＦ２とが、エジェクタ１内の混合部１２において混合され、ディフューザ部１３において昇圧されながら、エジェクタ１から排出される。そして、燃料ガスＦ１と循環ガスＦ２との混合流体が、燃料電池４１に導入される。

本実施形態においては、燃料ガス供給路４２にエジェクタ１を設けることで、効率的に循環ガスＦ２を循環させると共に、燃料ガスＦ１と循環ガスＦ２との混合ガスを効率的に燃料電池４１へ送ることができる。その結果、高効率の燃料電池システム４を実現することができる。特に、燃料ガスＦ１をエジェクタ１の外側ノズル３に流す場合において、エネルギー効率を向上させることができる。すなわち、燃料ガスＦ１の流量が多い場合において、特に効果的に、エネルギー効率を向上させることができる。

（実施形態４）
本実施形態は、図１４に示すごとく、エジェクタ１を用いた冷凍サイクルシステム５の実施形態である。
本実施形態の冷凍サイクルシステム５は、圧縮機５１と、放熱器５２と、蒸発器５３と、気液分離器５４と共に、実施形態１に示すエジェクタ１を有する。

圧縮機５１は、冷媒を吸入圧縮して昇圧させる。放熱器５２は、圧縮機５１から吐出された冷媒を冷却する。蒸発器５３は、冷媒を蒸発させて吸熱する。気液分離器５４は、エジェクタ１から吐出された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して、気相冷媒を圧縮機５１に供給し、液相冷媒を蒸発器５３に供給する。

そして、エジェクタ１は、放熱器５２から流出する冷媒を駆動流体として導入すると共に、蒸発器５３にて蒸発した気相冷媒を吸引流体として吸引する。また、エジェクタ１は、駆動流体と吸引流体との混合流体を吐出して、気液分離器５４へ送る。

放熱器５２とエジェクタ１との間には、流量調整部５５が設けられている。これにより、エジェクタ１の内側ノズル２又は外側ノズル３に駆動流体として導入される冷媒の流量が調整される。エジェクタ１における内側ノズル２又は外側ノズル３には、放熱器５２側からの冷媒が、駆動流体として導入される。これに伴い、エジェクタ１の吸引部１１から、蒸発器５３において蒸発した気相冷媒が、吸引流体として導入される。そして、エジェクタ１の混合部１２において、駆動流体としての冷媒と吸引流体としての冷媒が混合され、混合流体となる。混合流体となった冷媒は、エジェクタ１のディフューザ部１３において減速されると共に昇圧されて吐出される。昇圧されて吐出された冷媒は、気液分離器５４へ送られる。

そして、気液分離器５４から、液相冷媒が、蒸発器５３へ送られる。蒸発器５３において、液相冷媒が蒸発することにより、冷凍機能が発揮される。また、気液分離器５４から、高圧の気相冷媒が、圧縮器５１へ送られる。圧縮機５１は、気相冷媒を圧縮して、超臨界圧力まで昇圧する。なお、冷媒としては、例えば、二酸化炭素が用いられる。

本実施形態においては、上記実施形態１に開示のエジェクタ１を用いて、冷凍サイクルシステム５を構築している。それゆえ、気液分離器５４へ送られる冷媒の圧力を効率的に高めることができる。その結果、高効率の冷凍サイクルシステム５を実現することができる。特に、冷媒をエジェクタ１の外側ノズル３に流す場合において、エネルギー効率を向上させることができる。すなわち、冷媒の流量が多い場合において、特に効果的に、エネルギー効率を向上させることができる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１ エジェクタ
１１ 吸引部
１２ 混合部
１３ ディフューザ部
２ 内側ノズル
２１ 内側出口
３ 外側ノズル
３１ 外側出口
４ 燃料電池システム
５ 冷凍サイクルシステム

Claims (8)

1. 互いに同軸に配され、駆動流体を噴出する内側ノズル（２）及び外側ノズル（３）と、
   上記外側ノズルの外周側に配され、上記内側ノズル及び上記外側ノズルの少なくとも一方から噴出する噴流によって吸引流体を吸引する吸引部（１１）と、
   上記噴流として噴出した上記駆動流体と、上記吸引部から吸引された上記吸引流体とを混合する混合部（１２）と、
   上記混合部において上記駆動流体と上記吸引流体とが混合された混合流体を減速させつつ吐出するディフューザ部（１３）と、を有し、
   上記内側ノズルの出口である内側出口（２１）は、上記外側ノズルの出口である外側出口（３１）よりも、上記内側ノズル及び上記外側ノズルの軸方向（Ｘ）における上流側に配置されている、エジェクタ（１）。
2. 上記軸方向に沿った断面において、上記内側出口と上記外側出口とを繋ぐ直線（Ｌ１）が上記軸方向に対してなす角度（θ）は、上記内側ノズルからの噴流の拡がり方向ｓが軸方向に対してなす角度である拡がり角度（η）よりも、大きい、請求項１に記載のエジェクタ。
3. 上記軸方向における上記内側出口と上記外側出口との間の距離である出口間距離（ａ）は、上記内側出口の開口直径（ｄ）の１．８倍以下である、請求項１又は２に記載のエジェクタ。
4. 上記出口間距離は、上記内側出口の開口直径以下である、請求項３に記載のエジェクタ。
5. 上記軸方向における上記内側出口と上記外側出口との間の距離である出口間距離（ａ）は、上記内側出口の開口半径（ｄ／２）以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエジェクタ。
6. 上記出口間距離を調整するノズル調整部（１５）を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエジェクタ。
7. 燃料電池（４１）と、該燃料電池に燃料ガス（Ｆ１）を供給する燃料ガス供給路（４２）と、を備えた燃料電池システム（４）であって、
   上記燃料ガス供給路には、請求項１〜６のいずれか一項に記載のエジェクタが設けてある、燃料電池システム。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のエジェクタを備えた、冷凍サイクルシステム（５）であって、
   冷媒を吸入圧縮して昇圧させる圧縮機（５１）と、
   上記圧縮機から吐出された冷媒を冷却する放熱器（５２）と、
   冷媒を蒸発させて吸熱する蒸発器（５３）と、
   上記放熱器から流出する冷媒を上記駆動流体として導入すると共に、上記蒸発器にて蒸発した気相冷媒を上記吸引流体として吸引し、上記駆動流体と上記吸引流体との混合流体を吐出する上記エジェクタと、
   上記エジェクタから吐出された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して、気相冷媒を上記圧縮機に供給し、液相冷媒を上記蒸発器に供給する気液分離器（５４）とを有する、冷凍サイクルシステム。

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