KR100515527B1 - 이젝터 사이클 시스템 - Google Patents

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KR100515527B1
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Abstract

이젝터 사이클 시스템(ejector cycle system)에서 가변 스로틀(variable throttle)(450)이 이젝터(400)의 상류측에 노출된다. 이젝터 사이클 시스템의 고압측 냉매의 압력이 냉매의 임계압력과 거의 같거나 높은 경우, 가변 스로틀이 완전히 개방된다. 고압측 냉매 압력이 냉매의 임계압력보다 대체로 낮은 경우, 상기 가변 스로틀의 스로틀 개방도가 완전 개방된 정도에서부터 감소하여 고압측 냉매가 가변 스로틀 및 이젝터의 두 단계로 감소된다. 따라서, 상기 이젝터 사이클 시스템이 고 열부하인 경우와 저 열부하인 두 경우 모두에서, 상기 이젝터 사이클 시스템의 성능계수(COP)가 향상될 수 있다.

Description

이젝터 사이클 시스템 {Ejector cycle system}
1. 발명의 분야
본 발명은 두단계의 냉매 감압 과정을 갖는 이젝터 사이클 시스템(ejector cycle system)에 관한 것이다.
2. 관련기술의 설명
일본국 특개평 제6-11197호에 기재된 이젝터 사이클 시스템에서, 이젝터는 저압측의 증발기에서 증발된 증발된 기체 냉매를 흡입하고, 팽창에너지를 압력에너지로 변환시킴으로써 압축기로 흡입되는 냉매의 압력을 증가시킨다. 이젝터 사이클 시스템에서, 노즐은 고정 스로틀로 형성된다. 따라서, 이젝터 사이클 시스템의 열부하가 변하는 경우, 이젝터로 유입되는 냉매의 유량이 변화하며, 노즐 내의 감압도(decompression degree)(스로틀도)가 변화한다. 구체적으로 말해, 냉각장치에서, 외부의 기온이 낮고 열 부하가 줄어드는 경우, 상기 증발기 내의 증발된 냉매의 양이 감소되며, 냉매 순환량이 감소된다. 이러한 경우에, 노즐 냉매의 감압도는 과도하게 감소하는데, 왜냐하면, 고정 스로틀에서 생성된 압력손실이 유량의 제곱에 거의 비례하기 때문이다. 따라서, 높은 열부하에서 적절한 감압도를 갖게 하기 위해 노즐이 선택되는 경우, 압축기의 배출용량이 최소가 되더라도 필요한 스로틀도를 얻을 수 없게 되며, 라디에이터에 유입되는 냉매의 유량이 필요량 이상이 된다. 그 결과, 상기 라디에이터의 유량이 과도하게 증가한다. 도6의 실선(실제 상태)에 나타난 바와 같이, 라디에이터로부터 배출되는 냉매는 라디에이터에서 충분히 냉각되지 않은 채로 이젝터의 노즐에 의해 감압된다. 따라서, 상기 이젝터 사이클 시스템의 사이클 균형이 악화되며, 상기 이젝터 사이클 시스템의 성능계수(coefficient of performance)(COP)가 감퇴된다.
한편, 낮은 열 부하에서의 적절한 감압도(스로틀도)를 얻기 위해 노즐 지름이 작게 설정되는 경우, 상기 냉매 유량이 높은 열부하에서 증가할 때, 상기 압축기의 부하가 과도하게 증가된다. 따라서, 이러한 경우, 상기 이젝터 사이클 시스템의 COP가 감소한다.
이산화탄소가 이젝터 사이클 시스템에 사용되는 경우, 고압측 냉매 압력은 높은 열부하에서 이산화탄소의 임계압력보다 높아지고, 낮은 열부하에서 임계압력보다 낮아진다. 도7은 이젝터 사이클 시스템이 에어컨에 사용되는 경우 상기, 외부 기온과 COP가 최대가 되는 적절한 노즐 지름과의 관계를 도시한 시뮬레이션(simulation) 그래프이다. 도7에서, 이젝터의 혼합부의 지름은 2.77㎜이다. 도7에서 나타난 바와 같이, 초임계(super critical) 영역에서의 적절한 노즐 지름은 2상 영역(비 초임계 영역)의 적절한 노즐 지름과 큰 차이를 보인다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고압측 냉매 압력에 따라서 감압도가 달라지는 이젝터와 가변 스로틀 유닛을 구비하는 이젝터 사이클 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 높은 COP를 유지하면서 작동되는 이젝터 사이클 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명에 의하면, 이젝터 사이클 시스템은 흡입을 위한 압축기와 압축냉매, 상기 압축기로부터 배출된 냉매를 냉각하는 라디에이터, 상기 냉매를 증발시키는 증발기, 및 이젝터로부터 유입된 냉매를 가스 냉매와 액체 냉매로 분리하기 위한 기-액 분리기를 포함한다. 상기 이젝터는 라디에이터로부터 유입된 고압 냉매의 압력에너지를 속도에너지로 변환하여 상기 고압 냉매가 감압, 팽창되게 하고, 증발기에서 증발된 가스 냉매가 흡입되게 하는 노즐과, 상기 속도 에너지가 압력에너지로 변환되도록 하여 상기 냉매의 압력이 노즐로부터 배출된 냉매와 증발기로부터 유입된 가스 냉매가 혼합되는 동안 증가하게 하는 압력 증가부를 포함한다. 상기 이젝터 사이클 시스템에서, 상기 감압 유닛은 상기 라디에이터로부터 유입되는 냉매를 감압시키기 위해 냉매의 유동 방향에서 노즐의 상류측에 배치된다. 또한, 상기 냉매의 압력이 상기 감압 유닛으로 유입되기 전에 소정의 압력과 같거나 높은 경우, 감압 유닛의 스로틀 개방도가 상기 냉매의 압력이 상기 감압 유닛에 유입되기 전에 상기 소정 압력보다 낮은 경우의 스로틀 개방도보다 커진다. 따라서, 노즐의 반경 치수가 상기 소정 압력보다 높은 압력 영역에서 적절히 설정된 경우에도, 상기 스로틀 개방도가 열 부하가 적은 상기 소정 압력보다 낮은 압력 영역에서 과도하게 감소되는 것이 방지된다. 따라서, 고열부하와 저열부하의 두 경우모두, 상기 이젝터 사이클 시스템의 COP가 효율적으로 향상될 수 있다.
예를 들면, 상기 압축기로부터 배출된 냉매의 압력이 냉매의 임계압력까지 증가하는 경우에, 상기 소정 압력은 상기 냉매의 임계압력에 설정된다. 따라서, 초 임계 영역과 2상 영역에서, 상기 이젝터 사이클 시스템의 COP가 효율적으로 향상된다.
냉매 흡입구측에서 적어도 증발기로 유입되는 냉매의 유량을 제어하기 위해, 가변 스로틀 유닛이 증발기와 기-액 분리기 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 감압 유닛의 스로틀 개방도가 커지는 경우에도, 저압측에 구비된 가변 스로틀 유닛의 개방도를 제어함으로써, 상기 이젝터 사이클 시스템의 용량이 정확히 제어될 수 있다.
또한, 상기 가변 스로틀 유닛은 팽창밸브인 것이 바람직하다. 이 경우에, 가변 스로틀 유닛의 밸브 개방도가 제어되어, 증발기의 배출구 측에서의 냉매 가열도가 소정 정도가 되게 한다. 또한, 상기 가변 스로틀 유닛이 차압 밸브(pressure difference valve)일 수 있다. 이 경우에, 차압 밸브의 밸브 개방도가 제어되어, 상기 차압 밸브의 냉매 흡입구측과 냉매 배출구측 사이의 압력차가 소정의 차이를 유지하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예를 이하 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시예에서, 본 발명은 냉매로 이산화탄소(CO2)를 사용하는 차량 에어컨의 이젝터 사이클 시스템에 전형적으로 적용된다.
본 실시예에서, 압축기(100)는 냉매(즉, 제1실시예에서 이산화탄소)를 흡입하고 압축하기 위한 차량 엔진(미도시)과 같은 구동원에 의해 구동된다. 라디에이터(즉, 고압측 열교환기)(200)에서, 상기 압축기(100)로부터 배출된 냉매는 객실 외부의 공기(외부 공기)와 열교환이 이루어진다. 상기 압축기(100)는 배출 용량(배출유량)이 제어되어 압축기(100)로 흡입될 냉매의 온도가 소정 온도가 되도록 하는 가변 용량 압축기이다.
증발기(즉, 저압측 열교환기)(300)에서, 공기를 냉각하기 위하여, 이젝터 사이클 시스템의 액체 냉매와 객실에 유입된 공기의 열교환이 이루어진다. 이젝터(400)는 증발기(300)에서 증발된 가스 냉매를 흡입하기 위하여 라디에이터(200)로 부터 유입된 고압의 냉매를 감압시키고 팽창시키며, 압축기(100)로 흡입되는 냉매의 압력을 증가시키기 위하여, 팽창에너지를 압력에너지로 변환시킨다. 냉매를 감압하기 위한 전기 가변 스로틀(450)은 냉매의 유동 방향으로 이젝터(400)의 상류측에 위치된다.
도2에 도시된 바와 같이, 상기 이젝터(400)는 노즐(410), 냉매 유동부(420), 혼합부(430) 및 디퓨저(diffuser)를 포함한다. 상기 노즐(410)은, 냉매의 압력에너지(압력 헤드)를 속도에너지(속도헤드)로 변환시킴으로써, 상기 라디에이터(430)로 부터 흘러나온 고압의 냉매를 감압시키고 팽창시킨다. 증발기(300)에서 증발된 가스 냉매는 이젝터(400)의 냉매 유동부(420)로 흘러 들어간다. 상기 증발기(300)에서 냉매 유동부(420)로 유입된 가스 냉매는 상기 노즐(410)에서 분출된 고속의 냉매에 의해 공기 혼합부(430)로 흡입되어, 상기 공기 혼합부(430)에서 노즐(410)에서 분출된 냉매와 혼합된다. 또한, 상기 디퓨저(440)에서, 상기 냉매의 속도에너지는 압력에너지로 변환되어 상기 압축기(100)로 흡입될 냉매의 압력이 증가된다. 상기 냉매 유동부(420)는 상기 혼합부(430)에 가까운 위치에서 통로 단면의 면적이 감소되도록, 원추형으로 테이퍼(taper)를 갖게 형성된다.
여기서, 상기 이젝터(400)에서 냉매 압력은 디퓨저(440)에서만이 아니라 혼합부(430)에서도 증가된다. 따라서, 상기 이젝터(400)에서, 압력 증가부가 상기 혼합부(430) 및 디퓨저(440)에 의해 형성된다. 제1실시예에서, 혼합부(430)의 단면적은 디퓨저(440)까지 일정하게 형성된다. 그러나, 상기 혼합부(430)는 테이퍼 지도록 형성되어 상기 디퓨저(440)로 갈수록 단면적이 넓어지게 할 수 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 상기 이젝터(400)로부터 흘러나온 냉매는 기-액 분리기(500)로 유입되어, 상기 기-액 분리기(500)에서 가스 냉매와 액체 냉매로 분리된다. 상기 기-액 분리기(500)에서 분리된 가스 냉매는 상기 압축기(100)로 흡입되고, 상기 분리된 액체 냉매는 증발기(300)로 흡입된다.
상기 기-액 분리기(500)는 냉매 통로를 통해 상기 증발기(300)와 연결된다. 상기 냉매 통로에서, 모세관 튜브, 고정 스로틀 및 가변 스로틀과 같은 유량제어밸브(600)가 구비될 수 있다. 냉매가 상기 유량제어밸브(600)를 통과하여 흐를 때, 소정의 압력 손실이 발생하고, 상기 증발기(300)로 흡입된 냉매가 충분히 감압된다. 또한, 상기 유량제어밸브(600)는 증발기(300)로 유입된 냉매의 유량을 제어한다.
또한, 내부의 열교환기(700)는 상기 라디에이터(200)에서의 냉매의 유동과 상기 기-액 분리기(500)에서 상기 압축기(100)로 유입되는 냉매의 유동 사이의 열교환을 수행하기 위해 배치된다.
다음으로, 상기 이젝터 사이클 시스템의 작동을 설명한다. 상기 압축기(100)가 작동하기 시작하면, 상기 기-액 분리기(500)의 가스 냉매가 상기 압축기(100)에 흡입되고, 상기 압축된 냉매는 상기 압축기(100)에서 상기 라디에이터(200)로 배출된다. 감압 전에 상기 고압측의 냉매 압력이 이산화탄소의 임계압력과 거의 같아지거나 높아지게 되면, 상기 가변 스로틀(450)이 완전 개방된다. 따라서, 상기 라디에이터(200)에서 냉각된 냉매는 상기 이젝터(400)의 노즐(410)에서 감압되며, 상기 증발기(300)의 가스 냉매는 상기 이젝터(400)로 흡입된다. 한편, 상기 고압측 냉매 압력이 대체로 상기 임계압력 이하로 떨어지면, 상기 가변 스로틀(450)의 스로틀 개방도가 완전 개방된 정도에서 소정 정도만큼 감소되어, 냉매가 상기 가변 스로틀(450)과 상기 이젝터(400)의 노즐(410) 두 단계로 감압된다. 따라서, 이러한 경우에, 라디에이터(200)로부터 배출된 냉매는 상기 가변 스로틀(450)과 상기 이젝터(400)의 노즐(410) 두 단계로 감압된다.
상기 증발기(300)로부터 흡입된 냉매와 상기 노즐(410)로부터 분출된 냉매는 상기 혼합부(430)에서 혼합되고, 냉매의 동압(dynamic pressure)은 그의 정압(hydrostatic pressure)으로 변환된다. 그 후, 상기 이젝터(400)의 냉매는 기-액 분리기(500)로 유입된다.
한편, 가스 냉매는 증발기(300)로부터 이젝터(400)로 흡입되기 때문에, 기-액 분리기(500)의 액체 냉매는 객실로 유입되는 공기로부터 열을 흡수하여 증발되기 위해 상기 증발기(300)로 유입된다.
도3은 노즐(410)의 냉매 배출구에서 디퓨저(440)의 냉매 배출구까지의 냉매 유속(상대속도 Vgi/Vgno)과 이젝터(400)의 냉매 통로 단면의 중앙부에서 반경 방향으로의 위치와의 관계를 도시한 시뮬레이션 결과이다. 상기 도3의 시뮬레이션은 상기 냉매의 유속 분포(기체 유속 분포)가 중심축에 대하여 대칭이라고 가정하고, 상기 노즐(410) 배출구에서 냉매 유속은 1이라고 가정하여 수행되었다. 도3에서, A는 노즐(410)로부터 분출되는 제트유동(jet-flow) 가스 냉매의 유동을 가리키며, B는 증발기(300)로부터 흡입된 흡입가스 냉매(흡입유동 가스)를 가리킨다. 도3에 도시된 바와 같이, 상기 노즐(410)로 부터 배출되는 제트유동 가스 냉매의 유속은 상기 분출흐름 가스 냉매가 증발기(300)로부터 유입되는 냉매를 흡입하고 가속시키면서 저하된다. 따라서, 상기 혼합부(430)의 냉매 배출구 측(디퓨저(440)의 냉매 유입측)에서, 상기 제트유동 가스 냉매의 유속 저하는 도3의 "a"로 표시된 바와 같이 거의 완료되며, 상기 증발기(300)에서 흡입된 가스 냉매는 도3의 "b"로 표시된 바와 같이 충분히 가속된다. 즉, 상기 혼합부(430)의 냉매 배출구 측(디퓨저(440)의 냉매 흡입구 측)에서, 상기 노즐(410)에서 배출된 가스 냉매와 상기 증발기(300)에서 흡입된 가스 냉매가 혼합되어 상기 증발기(300)에서 흡입된 가스 냉매의 유속이 상기 노즐(410)에서 배출된 가스 냉매의 유속과 거의 같게된다. 상기 혼합부(430)에서 혼합된 혼합냉매는 상기 디퓨저(440)에 유입되며, 상기 냉매 압력은 디퓨저(440) 내에서 상기 냉매의 유속이 저하되는 동안 증가된다.
이상적인 이젝터(400)에서, 상기 냉매압력은 상기 혼합부(430)에서 증가되어 노즐(410)로부터 배출된 구동유동 냉매(제트유동냉매)의 운동량과 증발기(300)에서 흡입되는 흡입유동 냉매의 운동량의 합이 일정하게 유지되며, 상기 냉매 압력은 디퓨저(440)에서 증가하여 그 에너지가 유지된다.
본 발명에 따르면, 상기 압축기(100)에서 배출된 고압측 냉매 압력은 임계압력과 거의 같거나 높으면, 가변 스로틀(450)은 완전히 개방되어 냉매가 상기 가변 스로틀(450)에서 감압되지 않고 상기 노즐에서 감압되게 한다. 한편, 고압측 냉매 압력이 임계압력보다 낮으면, 상기 가변 스로틀(450)의 스로틀 개방도가 완전 개방된 정도에서 감소하여 상기 냉매가 가변 스로틀(450)과 노즐(410)의 두 단계로 감압되게 한다. 따라서, 상기 노즐 지름이 초 임계 영역에서 적절히 설정되더라도, 열부하가 적은 비 임계 영역(2상 영역)에서는 감압 정도(스로틀 개방도)가 과도하게 저하되는 것을 방지한다. 따라서, 비 임계 영역에서, 라디에이터(200)에서의 복사량이 불충분해지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 임계영역과 비임계영역의 양 영역에서, 상기 이젝터 사이클 시스템의 COP가 간단한 방법으로 향상될 수 있다.
상기 노즐(410)의 반지름 치수는 고부하 작동에서 적정 스로틀을 갖도록 설정된다. 따라서, 냉매가 고부하 작동에서 최대 용량으로 압축기에서 배출되는 경우, 상기 냉매 유동은 노즐(410)에서 스로틀되어, 상기 압축기(100)로부터 배출된 고압측 냉매 압력이 상기 고압측 냉매가 라디에이터(200)에서 외부 공기와 충분한 열교환이 이루어질 수 있는 압력까지 증가된다. 따라서, 초임계 영역의 고부하 작동에서, 상기 라디에이터(200)를 통과하는 냉매 유동은 외부공기와 충분한 열교환이 이루어져, 외부 공기에 의해 충분히 냉각된다. 그러나, 본 실시예에 있어서, 상기 이젝터(400)의 노즐(410)은 고정 노즐이기 때문에, 상기 이젝터 사이클 시스템의 사이클 효율을 외부 공기가 낮은 저 부하에서 적정 값을 갖도록 유지하기가 불가능하다. 상기 저부하 작동에 있어서, 상기 압축기(100)의 배출용량은 감소될 수 있으며, 상기 사이클에서 순환하는 냉매의 유량이 감소될 수 있다. 그러나, 이 경우에, 냉매 유동의 적정 스로틀은 상기 노즐(고정노즐)(410)에 의해 수행될 수 없다. 도4에서, CON은 상기 노즐에서 한단계 스로틀을 갖는 이젝터 사이클 시스템의 작동을 도시한 것이며, PS는 상기 노즐(410) 과 가변 스로틀(450)의 두단계 스로틀을 갖는 이젝터 사이클 시스템의 작동을 도시한 것이다. 또한, 상기 두단계 스로틀에서, PF는 제1단계 감압에서의 감소 압력이며, PE는 상기 이젝터(400)에서의 감소 압력이다.
도4에 도시된 바와 같이, 상기 노즐에서 한단계 스로틀을 갖는 CON의 경우에, 상기 라디에이터(200)에 유입되는 냉매의 유량은 저부하에서의 라디에이터(200) 복사용량에 비하여 상대적으로 크고, 상기 냉매는 상기 라디에이터(200)에서 충분히 냉각될 수 없다.
본 실시예에서, 상기 가변 스로틀(450)은 상기 고정 노즐(410)의 상류측에 배치된다. 따라서, 저부하에서 상기 가변 스로틀(450)의 스로틀 개방도를 제어함으로써, 상기 이젝터 사이클 시스템에서 순환하는 냉매 양을 제한하도록 제어될 수 있다. 즉, 낮은 외부기온에서의 저부하 작동에 있어서도, 상기 이젝터 사이클 시스템의 냉매유량은 노즐(410)과 가변 스로틀(450)의 스로틀에 의해 제어되어, 상기 냉매 유량이 상기 라디에이터(200)에서 외부공기와 열교환을 충분히 수행할 수 있는 양까지 감소된다. 따라서, 상기 COP는 저부하 작동에서의 이젝터 사이클 시스템에서도 향상될 수 있다.
도5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 상기 냉매가 노즐(410)의 한단계에 의해 감압되는 고정 스로틀과 비교하는 경우에, 동력 소모가 감소된다.
전술한 실시예에서, 전기 가변 스로틀이 가변 스로틀(450)로 사용된다. 그러나 가변 스로틀(450)은 밸브와 상기 밸브를 바이패스(bypass)할 때 냉매가 항상 흐르는 블리드 홀(bleed hole)을 구비한 밸브장치로 구성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 밸브는, 상기 고압측 냉매 압력이 임계압력보다 낮은 경우에 상기 냉매 통로를 밀폐하고, 상기 고압측 냉매 압력이 입계압력과 같거나 높은 경우에 냉매 통로를 개방하도록, 전기적 또는 기계적으로 작동된다.
또한, 상기 실시예에 따르면, 유량제어밸브(600)가 증발기(300)의 흡입구 측에 배치된다. 즉, 상기 유량제어밸브(600)는 저압측에 배치된다. 따라서, 가변 스로틀(450)이 고압측 냉매 압력이 임계압력과 같거나 높아서 완전 개방된 경우라도, 상기 냉매 유량은 상기 유량제어밸브(600)에 의해 정확히 제어된다.
전술한 실시예에서, 상기 유량제어밸브(600)는 고정 스로틀 또는 가변 스로틀로 구성될 수 있다. 상기 유량제어밸브(600)가 팽창밸브와 차압 밸브(pressure difference valve)와 같은 가변 스로틀로 구성되는 경우, 상기 스로틀의 개방도는 바뀔 수 있다. 상기 유량제어밸브(600)가 팽창밸브로 구성된 경우, 상기 유량제어밸브의 개방도는 제어되어 상기 증발기(300)의 배출구에서의 냉매 가열도(heating degree)가 소정 값을 갖게된다. 반면에, 상기 유량제어밸브가 차압 밸브인 경우, 상기 유량제어밸브(600)의 개방도가 제어되어, 상기 차압 밸브(600)의 흡입구와 배출구 사이의 압력차이가 소정의 값이 된다.
전술한 실시예에서, 상기 가변 스로틀(450)의 개방도는 고압측 냉매 압력이 증가하는 만큼 증가하고, 고압측 냉매압력이 감소되는 만큼 적어지도록 연속적으로 제어될 수 있다.
전술한 실시예에서, 전기적 압축기가 가변 용량 압축기(100)를 대신하여 사용될 수 있다.
본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 그 바람직한 실시예와 관련하여 충분히 기재되었음에도 불구하고, 다양한 변형 및 변경이 동일한 기술의 숙련자에게는 명백할 것이다.
예를 들어, 상기 전술한 실시예에 따른 이젝터 사이클 시스템에서, 이산화 탄소가 냉매로 사용되었다. 그러나, 본 발명은 탄화수소(hydrocarbon) 또는 탄화불소(fluorocabon)(flon)와 같은 냉매가 사용되는 이젝터 사이클 시스템에 적용될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에서, 상기 이젝터 사이클 시스템은 차량의 에어컨에 사용되었다. 그러나, 상기 이젝터 사이클 시스템은 임의의 구획된 공간을 위한 에어컨, 냉각 유닛, 또는 가열 펌프(heat pump)를 사용하는 가열 유닛에 적용할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에서, 상기 내부 열교환기(700)는 이젝터 사이클 시스템에 구비될 수 있다. 그러나, 상기 내부 열교환기는 이젝터 사이클 시스템에서 생략될 수 있다.
전술한 실시예에서, 상기 가변 스로틀(450)은 전기적으로 작동하거나 기계적으로 작동할 수 있다.
전술한 실시예에서, 가변 스로틀(450)의 개방도는 냉매의 임계압력에 제한됨이 없이 소정 압력에 기초하여 개방되거나 밀폐될 수 있다. 즉, 상기 가변 스로틀(450)이 상기 고압측 냉매 압력이 소정 압력보다 높은 경우에 완전개방되고, 상기 가변 스로틀(450)의 개방도가 상기 고압측 냉매 압력이 소정 압력보다 낮은 경우에 상기 완전 개방된 정도에서 감소될 수 있다. 심지어 이런 경우에는, 상기 가변 스로틀(450)의 개방도는 고압측 냉매 압력이 증가하는 만큼 증가하고, 고압측 냉매압력이 감소되는 만큼 적어지도록 연속적으로 제어될 수 있다.
또한, 본 발명은 고압측 냉매 압력이 냉매의 임계압력보다 낮은 이젝터 사이클 시스템에 적용될 수 있다.
상기와 같은 변형 및 변경은 첨부된 청구항에 의해 한정되는 본 발명의 범위내로 이해할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 명백할 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 냉매가 가변 스로틀 및 노즐에 의하여 2단계로 감압되기 때문에 이젝터 사이클 시스템의 균형이 유지되고, 성능계수가 높아진다.
또한, 스로틀 되는 양이 제어되기 때문에 외부 상태에 따라서, 냉매의 유량을 조절할 수 있어서, 이젝터 사이클 시스템의 작동에 있어서, 고효율이 유지되고, 동력소모가 감소되는 또 다른 효과가 있다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이젝터 사이클 시스템을 도시한 개략도.
도2는 본 실시예에 따른 이젝터 사이클 시스템에서 사용되는 이젝터를 확대 도시한 개략도.
도3은 본 실시예 따른 노즐의 냉매 배출구로부터 디퓨저의 냉매 배출구까지의 이젝터의 냉매 통로단면의 중앙부를 기준으로 한 반경 방향의 위치와 냉매 유속과의 관계를 도시한 삼차원 특성도.
도4는 본 실시예에 따른 이젝터 사이클 시스템의 작동을 도시한 모리에 선도(Mollier diagram)(p-h선도).
도5는 본 본 발명의 실시예에서의 동력 소모율과 냉매가 이젝터 노즐(고정 스로틀)만으로 감압되는 경우의 동력 소모율을 도시한 선도.
도6은 종래 기술에 따른 이젝터 사이클 시스템의 모리에 선도(Mollier diagram)(p-h선도).
도7은 본 발명에 의해 해결된 문제점을 설명하기 위해, 적절한 노즐 지름과 외부 기온(열부하)과의 관계를 도시한 선도.
* 도면의 주요부분에 대한 설명
100 : 압축기 200 : 라디에이터
300 : 증발기 400 : 이젝터
450 : 가변 스로틀(throttle) 500 : 기-액 분리기
600 : 유량제어밸브 700 : 내부 열교환기

Claims (11)

  1. 냉매를 흡입하여 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 배출된 냉매를 냉각시키는 라디에이터;
    냉매를 증발시키기 위한 증발기;
    상기 라디에이터로부터 유입된 고압 냉매의 압력에너지를 속도에너지로 변화시켜 고압 냉매가 감압되고 팽창되며 증발기에서 증발된 가스 냉매가 흡입되는 노즐과, 상기 속도에너지가 압력에너지로 변환되어 상기 노즐로부터 배출된 냉매와 상기 증발기에서 유입된 가스 냉매가 혼합되는 동안 냉매의 압력이 증가하는 압력증가부를 구비하는 이젝터;
    상기 라디에이터로부터 배출된 냉매를 감압시키기 위해 냉매 유동 방향에서 상기 노즐의 상류측에 배치되는 감압유닛; 및
    상기 이젝터에서 유입된 가스 냉매와 액채 냉매를 분리하기 위한 기액 분리기를 포함하며;
    상기 감압유닛은 그로 유입되는 냉매 압력이 소정압력보다 낮은 경우 또는 소정압력과 같거나 그보다 높은 경우에 따라 스로틀개방도가 제어되는 제1스로틀 제어모드 및 제2스로틀 제어모드를 선택적으로 제공하되, 상기 감압유닛으로 유입되는 냉매의 압력이 소정압력과 같거나 그보다 높을 경우 상기 제2스로틀 제어모드를 제공하며, 상기 제2스로틀 제어모드에서는 상기 제1스로틀 제어모드의 스로틀 개방도보다 큰 고정된 스로틀 개방도를 갖는
    이젝터 사이클 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 압력은 냉매의 임계압력인
    이젝터 사이클 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉매가 감압 유닛에 유입되기 전에 그 압력이 상기 냉매의 임계 압력과 같거나 높은 경우, 상기 감압 유닛이 완전 개방되는
    이젝터 사이클 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉매가 감압 유닛에 유입되기 전에 그 압력이 상기 냉매의 임계 압력보다 낮은 경우, 상기 냉매가 감압 유닛으로 유입되기 전에 그 압력이 낮아진 정도로 상기 감압 유닛의 개방도가 감소하는
    이젝터 사이클 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 개방도는 상기 냉매가 상기 감압 유닛으로 유입되기 전에 그압력이 증가한 정도로 커지는
    이젝터 사이클 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기-액 분리기는 상기 압축기의 냉매 흡입구측과 조합을 이루는 냉매 배출구, 및 상기 증발기측과 조합을 이루는 액채 냉매 배출구를 구비하는
    이젝터 사이클 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    적어도 상기 증발기에 유입되는 냉매의 유량을 제어하기 위하여, 상기 증발기와 기-액 분리기 사이에 배치되는 가변 스로틀 유닛을 더 포함하는
    이젝터 사이클 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가변 스로틀 유닛은 밸브 개방도가 제어되어 상기 증발기의 배출구측 냉매 가열도가 소정 정도가 되게하는 팽창밸브로 이루어진
    이젝터 사이클 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 가변 스로틀 유닛은 밸브 개방도가 제어되어 냉매 흡입구측과 냉매 배출구측 사이의 압력차를 유지할 수 있는 차압 밸브로 이루어진
    이젝터 사이클 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 고정 스로틀을 형성하는
    이젝터 사이클 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 감압유닛은 상기 제1스로틀 제어모드에서는 스로틀된 개방도를 가지며, 상기 제2스로틀 제어모드에서 완전 개방도를 갖는
    이젝터 사이클 시스템.
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