KR102120686B1 - Heat pump system using two phase radial outflow turbine - Google Patents

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조종재
신형기
노철우
이범준
조준현
최봉수
이길봉
나호상
백영진
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한국에너지기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a heat pump system to which a two-phase flow turbine is applied, which includes: a compressor for compressing a refrigerant; a condenser for condensing the refrigerant compressed by the compressor by heat exchange with indoor air; and a turbine that is driven by a liquid refrigerant introduced from the condenser and discharges the two-phase refrigerant in which a liquid state and a gaseous state are mixed. The heat pump system has an advantage in that the turbine may take a role of an expansion valve and a gas-liquid separator by providing the turbine between the condenser and an evaporator, wherein the turbine discharges the refrigerant in an abnormal state in which the gaseous state and the liquid state are mixed, and among the refrigerants in the abnormal state, a gaseous refrigerant is guided to a gaseous refrigerant flow path, and a liquid refrigerant is guided to a liquid refrigerant flow path. In addition, the turbine is driven by the refrigerant from the condenser, and power can be generated from a generator connected to the turbine. Therefore, the power produced can be used to drive the compressor or used to charge the battery of an electric vehicle to improve efficiency.

Description

이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템{Heat pump system using two phase radial outflow turbine}Heat pump system using two phase radial outflow turbine

본 발명은 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 팽창 밸브와 기액 분리기 대신 이상류 터빈을 사용함으로써, 증기를 인젝션하면서 전력도 생산할 수 있으므로 사이클의 성능이 향상될 수 있는 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a heat pump system to which an ideal flow turbine is applied, and more specifically, by using an ideal flow turbine instead of an expansion valve and a gas-liquid separator, power can be produced while injecting steam, thereby improving cycle performance. The present invention relates to a heat pump system to which a flow turbine is applied.

일반적으로 내연 기관이 구비되지 않은 전기 자동차는 차실을 난방시킬 때 내연 기관의 폐열을 이용할 수 없다. 따라서, 전기 자동차의 공조 장치는 히트 펌프 시스템의 압축기로부터 토출된 고온 고안 냉매를 이용하여 차실을 난방하도록 구성된다. Generally, an electric vehicle without an internal combustion engine cannot use the waste heat of the internal combustion engine when heating the vehicle cabin. Accordingly, the air conditioning apparatus of the electric vehicle is configured to heat the vehicle cabin by using a high-temperature design refrigerant discharged from the compressor of the heat pump system.

그러나, 전기 자동차는 주행용 전동 모터를 구동시키기 위한 전력과 상기 공조 장치의 압축기를 구동시키기 위한 전력이 필요한 바, 난방 부하가 높아서 상기 압축기에 의해 소비되는 전력량이 증가하는 경우, 주행용 전동 모터가 소비할 수 있는 전력량이 감소하게 되므로, 차량의 주행 거리가 감소되는 문제점이 있다.However, the electric vehicle requires electric power for driving the electric motor for driving and electric power for driving the compressor of the air conditioning device. When the heating load is high and the amount of power consumed by the compressor increases, the electric motor for driving is Since the amount of power that can be consumed is reduced, there is a problem that the driving distance of the vehicle is reduced.

한국공개특허 제10-2013-0116325호Korean Patent Publication No. 10-2013-0116325

본 발명의 목적은, 성능이 보다 향상될 수 있는 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a heat pump system is applied to the ideal flow turbine can be improved performance.

본 발명에 따른 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 실내 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기와; 상기 응축기로부터 유입된 액체 상태의 냉매에 의해 구동되고, 액체 상태와 기체 상태가 혼합된 이상(two-phase) 상태의 냉매를 토출하는 터빈과; 상기 터빈의 회전축에 연결되어 전력을 생성하여, 생성된 전력을 상기 압축기에 제공하는 발전기와; 상기 터빈에 연결되어, 상기 이상 상태의 냉매를 토출하는 터빈 토출유로와; 상기 터빈 토출유로에서 하방향으로 분기되어, 상기 터빈에서 토출된 액체 상태의 냉매가 상기 하방향으로 흐르도록 안내하는 액상 냉매유로와; 상기 터빈 토출유로에서 상방향으로 분기되어, 상기 터빈에서 토출된 기체 상태의 냉매가 상기 상방향으로 흐르도록 안내하는 기상 냉매유로와; 상기 액상 냉매유로에 연결되어, 상기 액체 상태의 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 증발시키고, 증발된 냉매를 상기 압축기로 토출하는 증발기와; 상기 기상 냉매유로에 연결되어, 상기 기체 상태의 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 유로를 포함한다.Heat pump system is applied to the ideal flow turbine according to the present invention, a compressor for compressing the refrigerant; A condenser that heats and condenses the refrigerant compressed in the compressor with indoor air; A turbine that is driven by the refrigerant in the liquid state introduced from the condenser and discharges a two-phase refrigerant in which the liquid state and the gas state are mixed; A generator connected to the rotational shaft of the turbine to generate electric power to provide the generated electric power to the compressor; A turbine discharge flow path connected to the turbine to discharge the refrigerant in the abnormal state; A liquid refrigerant flow path branched downward from the turbine discharge flow path and guiding the liquid state refrigerant discharged from the turbine to flow in the downward direction; A gas phase refrigerant flow path branched upward from the turbine discharge flow path and guiding the refrigerant in the gaseous state discharged from the turbine to flow in the upward direction; An evaporator connected to the liquid refrigerant passage to exchange the liquid refrigerant with outdoor air for evaporation, and discharge the evaporated refrigerant to the compressor; It is connected to the gas phase refrigerant flow path, and includes an injection flow path for injecting the refrigerant in the gas phase to the compressor.

본 발명의 다른 측면에 따른 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템은,냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 실내 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기와; 상기 응축기로부터 유입된 액체 상태의 냉매에 의해 구동되고, 액체 상태와 기체 상태가 혼합된 이상(two-phase) 상태의 냉매를 토출하는 터빈과; 상기 터빈의 회전축에 연결되어 전력을 생성하여, 생성된 전력을 상기 압축기에 제공하는 발전기와; 상기 터빈에 연결되어, 상기 이상 상태의 냉매를 상기 터빈의 반경방향으로 토출하도록 형성된 터빈 토출유로와; 상기 터빈 토출유로에 구비되고 단면적이 점차 확장되게 형성된 디퓨저와; 상기 터빈 토출유로에서 복수개가 하방향으로 분기되어, 상기 터빈에서 토출된 액체 상태의 냉매가 상기 하방향으로 흐르도록 안내하는 액상 냉매유로와; 상기 복수의 액상 냉매유로들의 하부에 연결되어, 상기 복수의 액상 냉매유로들에서 나온 상기 액체 상태의 냉매를 모아서 상기 증발기로 안내하도록 링 형상으로 형성된 액상 냉매 수집유로와; 상기 터빈 토출유로에서 복수개가 상방향으로 분기되어, 상기 터빈에서 토출된 기체 상태의 냉매가 상기 상방향으로 흐르도록 안내하는 기상 냉매유로와; 상기 복수의 기상 냉매 유로들의 상부에 연결되어, 상기 복수의 기상 냉매 유로들을 통해 유입된 상기 기체 상태의 냉매를 모아서 상기 인젝션 유로로 안내하는 기상 냉매 수집유로와; 상기 액상 냉매 수집유로에 연결되어, 상기 액체 상태의 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 증발시키고, 증발된 냉매를 상기 압축기로 토출하는 증발기와; 상기 기상 냉매 수집유로에 연결되어, 상기 기체 상태의 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 유로를 포함하고, 상기 액상 냉매 유로는, 상기 터빈 토출유로에 연결되고, 하방향으로 갈수록 단면적이 확장되고, 상기 터빈의 축방향에서 멀어지는 방향으로 하향 경사지게 형성된 제1경사 유로와, 상기 제1경사 유로의 하부에 연통되고, 하방향으로 갈수록 단면적이 축소되고, 상기 터빈의 축방향을 향한 방향으로 하향 경사지게 형성된 제2경사 유로를 포함하고, 상기 기상 냉매 유로는, 상기 터빈의 축방향을 향한 방향으로 상향 경사지게 형성된 경사면을 포함한다.Heat pump system is applied to the ideal flow turbine according to another aspect of the present invention, a compressor for compressing the refrigerant; A condenser that heats and condenses the refrigerant compressed in the compressor with indoor air; A turbine that is driven by the refrigerant in the liquid state introduced from the condenser and discharges a two-phase refrigerant in which the liquid state and the gas state are mixed; A generator connected to the rotational shaft of the turbine to generate electric power to provide the generated electric power to the compressor; A turbine discharge passage connected to the turbine and formed to discharge the refrigerant in the abnormal state in a radial direction of the turbine; A diffuser provided in the turbine discharge passage and formed to gradually expand its cross-sectional area; A plurality of liquid refrigerant flow paths for guiding a plurality of liquid refrigerant discharged from the turbine to flow downward in the downward direction in the turbine discharge flow path; A liquid refrigerant collecting passage formed in a ring shape to be connected to a lower portion of the plurality of liquid refrigerant passages to collect the refrigerant in the liquid state from the plurality of liquid refrigerant passages and guide the evaporator to the evaporator; A plurality of gas phase refrigerant passages for guiding the refrigerant in the gaseous state discharged from the turbine to flow upward in a plurality of branches in the turbine discharge passage; A gaseous refrigerant collection passage connected to an upper portion of the plurality of gaseous refrigerant passages and collecting the gaseous refrigerant flowing through the plurality of gaseous refrigerant passages and guiding them to the injection passage; An evaporator connected to the liquid refrigerant collection flow path to exchange the liquid refrigerant with outdoor air for evaporation, and discharge the evaporated refrigerant to the compressor; It is connected to the gaseous refrigerant collection flow path, and includes an injection flow path for injecting the gaseous refrigerant into the compressor, and the liquid refrigerant flow path is connected to the turbine discharge flow path, and the cross-sectional area expands toward the downward direction. A first inclined flow path formed downwardly inclined in a direction away from the axial direction of the turbine, and a communication section connected to a lower portion of the first inclined flow path, the cross-sectional area decreases toward the downward direction, and is formed downwardly inclined in the direction toward the axial direction of the turbine Two inclined flow paths, and the gas phase refrigerant flow path includes an inclined surface formed to be inclined upward in the direction toward the axial direction of the turbine.

본 발명에 따른 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템은, 전기 자동차용 공기조화장치에 적용하는 히트펌프 시스템에 있어서, 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 실내 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기와; 상기 응축기로부터 유입된 액체 상태의 냉매에 의해 구동되고, 액체 상태와 기체 상태가 혼합된 이상(two-phase) 상태의 냉매를 토출하는 터빈과; 상기 터빈의 회전축에 연결되어 전력을 생성하여, 생성된 전력을 상기 압축기에 제공하는 발전기와; 상기 터빈에 연결되어, 상기 이상 상태의 냉매를 상기 터빈의 반경방향으로 토출하도록 형성된 터빈 토출유로와; 상기 터빈 토출유로에 구비되고 단면적이 점차 확장되게 형성된 디퓨저와; 상기 터빈 토출유로에서 하방향으로 분기되어, 상기 터빈에서 토출된 액체 상태의 냉매가 상기 하방향으로 흐르도록 안내하는 액상 냉매유로와; 상기 터빈 토출유로에서 상방향으로 분기되어, 상기 터빈에서 토출된 기체 상태의 냉매가 상기 상방향으로 흐르도록 안내하는 기상 냉매유로와; 상기 액상 냉매유로에 연결되어, 상기 액체 상태의 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 증발시키고, 증발된 냉매를 상기 압축기로 토출하는 증발기와; 상기 기상 냉매유로에 연결되어, 상기 기체 상태의 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 유로를 포함하고, 상기 액상 냉매 유로는, 상기 터빈 토출유로에 연결되고, 하방향으로 갈수록 단면적이 확장되고, 상기 터빈의 축방향에서 멀어지는 방향으로 하향 경사지게 형성된 제1경사 유로와, 상기 제1경사 유로의 하부에 연통되고, 하방향으로 갈수록 단면적이 축소되고, 상기 터빈의 축방향을 향한 방향으로 하향 경사지게 형성된 제2경사 유로를 포함하고, 상기 기상 냉매 유로는, 상기 터빈의 축방향을 향한 방향으로 상향 경사지게 형성된 경사면을 포함한다.A heat pump system to which an ideal current turbine according to the present invention is applied comprises: a heat pump system applied to an air conditioner for an electric vehicle, comprising: a compressor for compressing a refrigerant; A condenser that heats and condenses the refrigerant compressed in the compressor with indoor air; A turbine that is driven by the refrigerant in the liquid state introduced from the condenser and discharges a two-phase refrigerant in which the liquid state and the gas state are mixed; A generator connected to the rotational shaft of the turbine to generate electric power to provide the generated electric power to the compressor; A turbine discharge passage connected to the turbine and formed to discharge the refrigerant in the abnormal state in a radial direction of the turbine; A diffuser provided in the turbine discharge passage and formed to gradually expand its cross-sectional area; A liquid refrigerant flow path branched downward from the turbine discharge flow path and guiding the liquid state refrigerant discharged from the turbine to flow in the downward direction; A gas phase refrigerant flow path branched upward from the turbine discharge flow path and guiding the refrigerant in the gaseous state discharged from the turbine to flow in the upward direction; An evaporator connected to the liquid refrigerant passage to exchange the liquid refrigerant with outdoor air for evaporation, and discharge the evaporated refrigerant to the compressor; It is connected to the gaseous refrigerant flow path, and includes an injection flow path for injecting the refrigerant in the gas phase to the compressor, the liquid refrigerant flow path is connected to the turbine discharge flow path, the cross-sectional area is expanded toward the downward direction, the turbine The first inclined flow path formed inclined downward in the direction away from the axial direction of the second communication section, the second inclined downward direction in communication with the lower portion of the first inclined flow path, the cross-sectional area decreases toward the axial direction of the turbine An inclined flow path, and the gas phase refrigerant flow path includes an inclined surface formed to be inclined upward in the direction toward the axial direction of the turbine.

본 발명은, 응축기와 증발기 사이에 터빈을 구비함으로써, 터빈에서 기체 상태와 액체 상태가 혼합된 이상 상태의 냉매를 토출하고, 상기 이상 상태의 냉매 중에서 기상 냉매는 기상 냉매 유로를로 안내되고, 상기 이상 상태의 냉매 중 액상 냉매는 액상 냉매 유로로 안내되어, 상기 터빈이 팽창 밸브와 기액분리기의 역할을 대신할 수 있는 이점이 있다.The present invention, by providing a turbine between the condenser and the evaporator, the gas phase and the liquid state in the turbine to discharge the refrigerant in an abnormal state, gas phase refrigerant among the refrigerant in the abnormal state is guided to the gas phase refrigerant flow path, the Among the refrigerants in the abnormal state, the liquid refrigerant is guided to the liquid refrigerant passage, and thus, the turbine has an advantage that the expansion valve and the gas-liquid separator can be replaced.

또한, 터빈은 응축기에서 나온 냉매로 구동되고, 상기 터빈에 연결된 발전기에서 전력을 생산할 수 있으므로, 생산된 전력은 압축기를 구동하는 데 사용되거나 전기 자동차의 배터리를 충전하는 데 사용하여 효율이 향상될 수 있다. In addition, since the turbine is driven by the refrigerant from the condenser and can generate power from the generator connected to the turbine, the generated power can be used to drive the compressor or be used to charge the battery of an electric vehicle, thus improving efficiency. have.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이상류 터빈을 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing the configuration of a heat pump system to which an ideal current turbine according to an embodiment of the present invention is applied.
2 is a view showing an ideal flow turbine according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예에 따른 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템은, 전기자동차용 공기조화장치에 적용하는 것으로 예를 들어 설명한다. The heat pump system to which the ideal current turbine according to the embodiment of the present invention is applied is described as an example of being applied to an air conditioning apparatus for an electric vehicle.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이상류 터빈을 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing the configuration of a heat pump system to which an ideal current turbine according to an embodiment of the present invention is applied. 2 is a view showing an ideal flow turbine according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템은, 압축기(10), 응축기(20), 터빈(30), 발전기(40) 및 증발기(50)를 포함한다. 1 and 2, the heat pump system to which the ideal flow turbine according to an embodiment of the present invention is applied is a compressor 10, a condenser 20, a turbine 30, a generator 40, and an evaporator 50 It includes.

상기 압축기(10)는, 냉매를 압축한다.The compressor 10 compresses the refrigerant.

상기 응축기(20)는, 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매를 실내 공기와 열교환시켜, 상기 냉매는 응축시키고 상기 실내 공기는 가열하게 된다. The condenser 20 heats the refrigerant compressed by the compressor 10 with indoor air, condensing the refrigerant and heating the indoor air.

상기 터빈(30)은, 상기 응축기(20)에 연결된다. 상기 터빈(30)은, 상기 응축기(20)로부터 액체 상태의 냉매를 흡입하고, 흡입된 액체 상태의 냉매에 의해 구동된 후, 액체 상태와 기체 상태가 혼합된 이상(two-phase) 상태의 냉매를 토출한다.The turbine 30 is connected to the condenser 20. The turbine 30 sucks the refrigerant in the liquid state from the condenser 20, and after being driven by the sucked liquid refrigerant, the two-phase refrigerant in which the liquid state and the gas state are mixed To discharge.

상기 터빈(30)은, 상기 액체 상태의 냉매가 축방향으로 유입된 후, 상기 이상 상태의 냉매를 반경 방향으로 토출하는 외향 반경류 터빈(Radial outflow turbine)이 사용된다.As the turbine 30, a radial outflow turbine is used to discharge the refrigerant in the abnormal state in the radial direction after the refrigerant in the liquid state flows in the axial direction.

상기 터빈(30)의 흡입구에는 터빈 흡입유로(31)가 연결되고, 토출구에는 터빈 토출유로(32)가 연결된다.A turbine suction passage 31 is connected to the suction port of the turbine 30, and a turbine discharge passage 32 is connected to the discharge port.

상기 터빈 흡입유로(31)는 상기 응축기(20)에서 나온 액체 상태의 냉매를 상기 터빈(30)의 축방향으로 유입되도록 안내하는 유로이다. 상기 터빈 흡입유로(31)는 상하방향으로 길게 형성되고, 상기 액체 상태의 냉매가 상기 터빈(30)을 향해 상방향으로 흐르도록 안내한다.The turbine suction passage 31 is a flow path guiding the refrigerant in the liquid state from the condenser 20 to be introduced in the axial direction of the turbine 30. The turbine suction passage 31 is formed long in the vertical direction, and guides the refrigerant in the liquid state to flow upward toward the turbine 30.

상기 터빈 토출유로(32)는, 상기 터빈(30)에서 나온 상기 이상 상태의 냉매를 반경방향으로 토출하는 반경방향 유로이다. 상기 터빈 토출유로(32)는, 상기 터빈(30)의 외측을 감싸도록 형성되고, 방사형, 원판 형상 및 링 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.The turbine discharge flow path 32 is a radial flow path that discharges the abnormal state refrigerant from the turbine 30 in the radial direction. The turbine discharge passage 32 is formed to surround the outside of the turbine 30, and may be formed in any one of a radial shape, a disk shape, and a ring shape.

상기 터빈 토출유로(32)에는 단면적이 점차 확장되게 형성된 디퓨저(80)가 구비된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 디퓨저(80)는 필요에 따라 구비 가능하며, 필요에 따라 개도 조절도 가능하다. The turbine discharge passage 32 is provided with a diffuser 80 formed to gradually expand its cross-sectional area. However, the present invention is not limited thereto, and the diffuser 80 may be provided as needed, and the opening degree may be adjusted as necessary.

상기 터빈 토출유로(32)는, 기상 냉매유로(70)와 액상 냉매유로(60)로 분기된다.The turbine discharge passage 32 is branched into a gas phase refrigerant passage 70 and a liquid refrigerant passage 60.

상기 기상 냉매유로(70)는, 상기 터빈 토출유로(32)에서 상방향(Y)으로 분기되어, 상기 터빈 토출유로(32)를 통해 토출된 상기 이상 상태의 냉매 중 기체 상태의 냉매를 상방향(Y)으로 흐르도록 안내하는 유로이다. The gaseous refrigerant flow path 70 is branched upward from the turbine discharge flow path 32 to Y, and gaseous refrigerant among the abnormal refrigerant discharged through the turbine discharge flow path 32 is upward. It is a flow path guiding the flow to (Y).

상기 기상 냉매유로(70)는, 상기 터빈(30)의 축방향(C)을 향한 방향으로 상향 경사지게 형성된 제1경사면(70a)을 포함한다. 즉, 상기 기상 냉매 유로(70)는, 상기 터빈(30)의 축방향(C)을 향한 방향으로 제1각도(θ1)로 기울어지게 형성되어, 액체 상태의 냉매가 유입될 경우 상기 제1경사면(70a)을 따라 하방향으로 흘러 내려가고, 상기 기체 상태의 냉매만이 상방향으로 흐르도록 안내할 수 있다. 상기 기상 냉매유로(70)는 단면적이 일정하게 형성되는 것도 가능하고, 적어도 일측면만이 상기 제1경사면(70a)을 갖도록 형성되는 것도 가능하다. The gas phase refrigerant passage 70 includes a first inclined surface 70a formed to be inclined upward in the direction toward the axial direction C of the turbine 30. That is, the gas phase refrigerant flow path 70 is formed to be inclined at a first angle θ1 in a direction toward the axial direction C of the turbine 30, and when the refrigerant in a liquid state flows in, the first inclined surface It can be guided to flow downward along the 70a, and only the refrigerant in the gaseous state flows upward. The gaseous refrigerant flow path 70 may be formed to have a constant cross-sectional area, and at least one side may be formed to have the first inclined surface 70a.

상기 기상 냉매유로(70)는, 상기 터빈 토출유로(32)의 원주방향을 따라 서로 소정 간격 이격된 위치에 복수개가 구비된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 기상 냉매유로(70)는 단일 유로로 형성되는 것도 물론 가능하다. It will be described, for example, that the gas phase refrigerant passage 70 is provided at a plurality of positions spaced apart from each other along a circumferential direction of the turbine discharge passage 32. However, the present invention is not limited thereto, and the gaseous refrigerant flow path 70 may be formed of a single flow path.

상기 복수의 기상 냉매유로들(70)의 상부에는 기상 냉매 수집유로(71)가 연결된다.A gaseous refrigerant collection passage 71 is connected to an upper portion of the plurality of gaseous refrigerant passages 70.

상기 기상 냉매 수집유로(71)는, 상기 복수의 기상 냉매 유로들(70)에서 각각 나온 상기 기체 상태의 냉매를 모아서 후술하는 인젝션 유로(72)로 안내하는 유로이다. 상기 기상 냉매 수집유로(71)는 링 형상 또는 원판 형상으로 형성될 수 있다. The gaseous refrigerant collection passage 71 is a passage that collects the gaseous refrigerants from the plurality of gaseous refrigerant passages 70 and guides them to the injection passage 72 described later. The gaseous refrigerant collecting passage 71 may be formed in a ring shape or a disc shape.

상기 액상 냉매유로(60)는, 상기 터빈 토출유로(32)에서 하방향(-Y)으로 분기되어, 상기 터빈 토출유로(32)를 통해 토출된 상기 이상 상태의 냉매 중 액체 상태의 냉매를 상기 하방향(-Y)으로 흐르도록 안내하는 유로이다. The liquid refrigerant passage 60 is branched in the downward direction (-Y) from the turbine discharge passage 32, the refrigerant in the liquid state among the abnormal refrigerant discharged through the turbine discharge passage 32 is the It is a flow path guiding to flow in the downward direction (-Y).

상기 액상 냉매유로(60)는, 상기 하방향(-Y)으로 길게 형성됨으로써, 상기 액체 상태의 냉매가 중력 방향인 상기 하방향(-Y)으로 흐르도록 안내할 수 있다. 상기 액상 냉매유로(60)는 상기 액체 상태의 냉매가 하방향으로 보다 원활하게 흐르도록 상기 중력 방향에 대해 소정 각도로 하향 경사지게 형성된 경사면을 포함한다. The liquid refrigerant passage 60 may be formed to be elongated in the downward direction (-Y), thereby guiding the refrigerant in the liquid state to flow in the downward direction (-Y) in the gravitational direction. The liquid refrigerant passage 60 includes an inclined surface formed to be inclined downward at a predetermined angle with respect to the gravity direction so that the refrigerant in the liquid state flows more smoothly in the downward direction.

즉, 도 2를 참조하면, 상기 액상 냉매유로(60)는, 제1경사유로(61)와 제2경사유로(62)를 포함한다.That is, referring to FIG. 2, the liquid refrigerant passage 60 includes a first inclined passage 61 and a second inclined passage 62.

상기 제1경사유로(61)는, 상기 터빈 토출유로(32)에 직접 연결되고, 적어도 일부분이 하방향으로 갈수록 단면적이 확장되도록 하향 경사지게 형성된다. The first inclined flow path 61 is directly connected to the turbine discharge flow path 32, and is formed to be inclined downward so that at least a portion thereof increases in a downward direction to expand its cross-sectional area.

상기 제1경사유로(61)는, 상기 터빈(30)의 축방향(C)을 향한 방향에서 멀어지는 방향으로 하향 경사지게 형성된 제2경사면(61a)을 포함한다. 즉, 상기 제1경사유로(61)는, 상기 터빈(30)의 축방향(C)을 향한 방향에서 멀어지는 방향으로 제2각도(θ2)로 기울어지게 형성되어, 상기 터빈 토출유로(32)에서 토출된 상기 액체 상태의 냉매가 상기 제2경사면(61a)에 부딪혀서 상기 하방향(-Y)으로 흘러내릴 수 있다.The first inclined flow path 61 includes a second inclined surface 61a formed to be inclined downward in a direction away from the direction toward the axial direction C of the turbine 30. That is, the first inclined flow path 61 is formed to be inclined at a second angle θ2 in a direction away from the direction toward the axial direction C of the turbine 30, in the turbine discharge flow path 32 The discharged refrigerant in the liquid state may strike the second inclined surface 61a and flow down in the downward direction (-Y).

상기 제2경사유로(62)는, 상기 제1경사유로(61)의 하부에 연통되고 상기 하방향(-Y)으로 갈수록 단면적이 축소되도록 하향 경사지게 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 제2경사유로(62)는, 상기 터빈(30)의 축방향(C)을 향한 방향으로 제3각도(θ3)로 기울어지게 형성된 제3경사면(62a)을 포함한다. For example, the second inclined flow path 62 is formed to be inclined downward so as to communicate with a lower portion of the first inclined flow path 61 and decrease in cross-sectional area toward the downward direction (-Y). That is, the second inclined flow path 62 includes a third inclined surface 62a formed to be inclined at a third angle θ3 in a direction toward the axial direction C of the turbine 30.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제2경사유로(62)는, 상기 중력방향에 대해 경사지되 단면적은 일정하게 형성되는 것도 가능하고, 적어도 일측면만이 상기 제3경사면(62a)을 갖도록 형성되는 것도 가능하다. However, the present invention is not limited thereto, and the second inclined flow path 62 may be inclined with respect to the gravitational direction, but a cross-sectional area may be uniformly formed, and at least one side is formed to have the third inclined surface 62a. It is also possible.

상기 액상 냉매유로(60)는, 상기 터빈 토출유로(32)의 원주방향을 따라 서로 소정 간격 이격된 위치에 복수개가 구비된다. A plurality of the liquid refrigerant passages 60 are provided at positions spaced apart from each other by a predetermined distance along the circumferential direction of the turbine discharge passage 32.

상기 복수의 액상 냉매유로들(60)의 하부에는 액상 냉매 수집유로(63)가 연결된다.A liquid refrigerant collection flow path 63 is connected to a lower portion of the liquid refrigerant flow paths 60.

상기 액상 냉매 수집유로(63)는, 상기 복수의 액상 냉매 유로들(60)에서 각각 나온 상기 액체 상태의 냉매를 모아서 상기 증발기(50)에 연결된 증발기 흡입유로(51)로 안내하는 유로이다. The liquid refrigerant collection flow path 63 is a flow path that collects the liquid refrigerant from each of the plurality of liquid refrigerant flow paths 60 and guides them to the evaporator suction flow path 51 connected to the evaporator 50.

상기 액상 냉매 수집유로(63)는 링 형상인 것으로 예를 들어 설명하고, 상기 터빈 흡입유로(31)가 상기 액상 냉매 수집유로(63)의 중심을 관통하는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 액상 냉매 수집유로(63)는 링 형상 외에 다른 형상으로 형성되는 것도 물론 가능하다. The liquid refrigerant collecting passage 63 will be described, for example, as having a ring shape, and the turbine suction passage 31 will be described as passing through the center of the liquid refrigerant collecting passage 63. However, the present invention is not limited thereto, and the liquid refrigerant collecting passage 63 may be formed in a shape other than a ring shape.

상기 발전기(40)는, 상기 터빈(30)의 회전축에 연결되어 상기 터빈(30)의 구동에 의해 전력을 생성한다. 상기 발전기(40)에서 생성된 전력 중 적어도 일부는, 상기 압축기(10)를 구동하는 데 사용될 수 있다. The generator 40 is connected to a rotating shaft of the turbine 30 to generate electric power by driving the turbine 30. At least some of the power generated by the generator 40 may be used to drive the compressor 10.

상기 증발기(50)는, 상기 액상 냉매유로(60), 상기 액상 냉매 수집유로(63)를 통과한 상기 액체 상태의 냉매를 실외 공기와 열교환시켜, 상기 냉매를 증발시키고 증발된 냉매는 상기 압축기(10)로 토출한다. The evaporator 50 heats the liquid refrigerant passing through the liquid refrigerant passage 60 and the liquid refrigerant collection passage 63 with outdoor air to evaporate the refrigerant and evaporate the refrigerant to the compressor ( 10).

상기 증발기 흡입유로(51)에는 상기 증발기(50)로 흡입되는 상기 액체 상태의 냉매량을 조절하기 위한 증발기 흡입밸브(52)가 설치된다.An evaporator suction valve 52 for adjusting the amount of refrigerant in the liquid state sucked into the evaporator 50 is installed in the evaporator suction passage 51.

한편, 상기 인젝션 유로(72)는, 상기 기상 냉매유로(70)에 연결되어, 상기 기체 상태의 냉매를 상기 압축기(10)로 인젝션하는 유로이다. Meanwhile, the injection flow path 72 is a flow path connected to the gas phase refrigerant flow path 70 to inject the gaseous refrigerant into the compressor 10.

상기 인젝션 유로(72)에는 인젝션되는 냉매량을 조절하기 위한 인젝션 밸브(73)가 설치된다. An injection valve 73 for adjusting the amount of refrigerant injected is installed in the injection channel 72.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 작동을 설명하면, 다음과 같다.When explaining the operation according to the embodiment of the present invention configured as described above, as follows.

상기 압축기(10)에서 나온 냉매는 상기 응축기(20)에서 응축된 후, 상기 터빈(30)으로 유입된다.The refrigerant from the compressor 10 is condensed in the condenser 20 and then flows into the turbine 30.

상기 터빈(30)은, 상기 응축기(20)로부터 나와 축방향으로 유입된 상기 액체 상태의 냉매에 의해 구동된다.The turbine 30 is driven by the refrigerant in the liquid state flowing out of the condenser 20 and flowing in the axial direction.

상기 터빈(30)의 구동시, 상기 발전기(40)는 전력을 생성하게 된다. When the turbine 30 is driven, the generator 40 generates electric power.

또한, 상기 터빈(30)에서 나온 냉매는 상기 터빈(30)을 통과하면서 압력이 낮아지므로, 팽창 장치의 기능을 대신할 수 있다. In addition, since the refrigerant from the turbine 30 passes through the turbine 30 and the pressure is lowered, it can replace the function of the expansion device.

상기 터빈(30)을 구동시키고 나온 냉매는 액체 상태와 기체 상태가 혼합된 이상 상태의 냉매이다. The refrigerant that drives the turbine 30 is an abnormal state in which a liquid state and a gas state are mixed.

상기 터빈 토출유로(32)를 통해 나온 냉매는 상기 디퓨저(80)를 통과하면서 고속 저압에서 저속 고압 상태로 토출될 수 있다.The refrigerant discharged through the turbine discharge passage 32 may be discharged from a high speed low pressure to a low speed high pressure state while passing through the diffuser 80.

상기 터빈 토출유로(32)에서는 상기 이상 상태의 냉매가 반경방향으로 토출된다. In the turbine discharge passage 32, the refrigerant in the abnormal state is discharged in the radial direction.

상기 이상 상태의 냉매 중에서 상기 기체 상태의 냉매는 상기 기상 냉매 유로(70)를 통해 상기 상방향(Y)으로 이동한다.Among the refrigerants in the abnormal state, the refrigerant in the gaseous state moves in the upward direction (Y) through the gas phase refrigerant passage 70.

상기 이상 상태의 냉매 중에서 상기 액체 상태의 냉매는 상기 액상 냉매 유로(60)를 통해 상기 하방향(-Y)으로 흘러 내리게 된다.Among the refrigerants in the abnormal state, the refrigerant in the liquid state flows down in the downward direction (-Y) through the liquid refrigerant passage 60.

이 때, 상기 액상 냉매 유로(60) 중에서 상기 제1경사 유로(61)의 제2경사면(61a)에 부딪혀서 상기 하방향(-Y)으로 보다 원활하게 흘러내릴 수 있다. At this time, among the liquid refrigerant passages 60, the second inclined surface 61a of the first inclined passage 61 may be bumped to flow more smoothly in the downward direction (-Y).

또한, 상기 액체 상태의 냉매 중 일부가 상기 기상 냉매 유로(70)로 유입되더라도 상기 기상 냉매 유로(70)의 제1경사면(70a)을 따라 다시 상기 하방향(-Y)으로 흘러내릴 수 있다. In addition, even if a part of the refrigerant in the liquid state flows into the gas phase refrigerant passage 70, it may flow down along the first inclined surface 70a of the gas phase refrigerant passage 70 again in the downward direction (-Y).

따라서, 상기 터빈(30)에서 상기 기체 상태의 냉매와 상기 액체 상태의 냉매가 혼합되어 토출되더라도 상기 기상 냉매유로(70)와 상기 액상 냉매유로(60)로 각각 분리될 수 있다.Therefore, even if the gaseous refrigerant and the liquid refrigerant are mixed and discharged from the turbine 30, the gaseous refrigerant flow path 70 and the liquid refrigerant flow path 60 may be separated from each other.

상기 기상 냉매유로(70)를 통과한 기체 상태의 냉매는 상기 인젝션 유로(72)를 통해 상기 압축기(10)로 인젝션된다.The gaseous refrigerant passing through the gaseous refrigerant passage 70 is injected into the compressor 10 through the injection passage 72.

상기 액상 냉매유로(60)를 통과한 액체 상태의 냉매는 상기 증발기(50)로 흡입된다. The liquid refrigerant passing through the liquid refrigerant passage 60 is sucked into the evaporator 50.

상기와 같이, 본 발명에서는 상기 응축기(20)와 상기 증발기(50)사이에 상기 터빈(30)을 구비함으로써, 팽창 밸브나 기액분리기를 사용하지 않고, 상기 터빈(30)이 팽창 밸브와 기액분리기의 역할을 대신하면서 발전도 할 수 있는 이점이 있다. As described above, in the present invention, by providing the turbine 30 between the condenser 20 and the evaporator 50, without using an expansion valve or gas-liquid separator, the turbine 30 is an expansion valve and a gas-liquid separator It has the advantage of being able to develop while taking over the role of.

상기 발전기(40)에서 생성된 전력은 상기 압축기(10)를 구동하는 데 사용되거나, 상기 전기 자동차의 배터리를 충전하는 데 사용할 수 있으므로, 성능도 향상될 수 있다.The power generated by the generator 40 can be used to drive the compressor 10 or can be used to charge the battery of the electric vehicle, so performance can be improved.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10: 압축기 20: 응축기
30: 터빈 31: 터빈 흡입유로
32: 터빈 토출유로 40: 발전기
50: 증발기 60: 액상 냉매 유로
61: 제1경사 유로 62: 제2경사 유로
70: 기상 냉매 유로10: compressor 20: condenser
30: turbine 31: turbine suction passage
32: turbine discharge passage 40: generator
50: evaporator 60: liquid refrigerant flow path
61: first slope euro 62: second slope euro
70: gas phase refrigerant passage

Claims (11)

냉매를 압축하는 압축기와;
상기 압축기에서 압축된 냉매를 실내 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기와;
상기 응축기로부터 유입된 액체 상태의 냉매에 의해 구동되고, 액체 상태와 기체 상태가 혼합된 이상(two-phase) 상태의 냉매를 토출하는 터빈과;
상기 터빈의 회전축에 연결되어 전력을 생성하여, 생성된 전력을 상기 압축기에 제공하는 발전기와;
상기 터빈에 연결되어, 상기 이상 상태의 냉매를 토출하는 터빈 토출유로와;
상기 터빈 토출유로에서 하방향으로 분기되어, 상기 터빈에서 토출된 액체 상태의 냉매가 상기 하방향으로 흐르도록 안내하는 액상 냉매유로와;
상기 터빈 토출유로에서 상방향으로 분기되어, 상기 터빈에서 토출된 기체 상태의 냉매가 상기 상방향으로 흐르도록 안내하는 기상 냉매유로와;
상기 액상 냉매유로에 연결되어, 상기 액체 상태의 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 증발시키고, 증발된 냉매를 상기 압축기로 토출하는 증발기와;
상기 기상 냉매유로에 연결되어, 상기 기체 상태의 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 유로를 포함하고,
상기 액상 냉매 유로는,
중력 방향에 대해 소정 각도로 하향 경사지게 형성된 경사면을 포함하고,
상기 터빈 토출유로에 연결되고, 하방향으로 갈수록 단면적이 확장되도록 하향 경사지게 형성된 제1경사 유로와,
상기 제1경사 유로의 하부에 연통되고, 하방향으로 갈수록 단면적이 축소되도록 하향 경사지게 형성된 제2경사 유로를 포함하는 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템.A compressor for compressing the refrigerant;
A condenser that heats and condenses the refrigerant compressed in the compressor with indoor air;
A turbine that is driven by the refrigerant in the liquid state introduced from the condenser and discharges a two-phase refrigerant in which the liquid state and the gas state are mixed;
A generator connected to the rotational shaft of the turbine to generate electric power to provide the generated electric power to the compressor;
A turbine discharge flow path connected to the turbine to discharge the refrigerant in the abnormal state;
A liquid refrigerant flow path branched downward from the turbine discharge flow path and guiding the liquid state refrigerant discharged from the turbine to flow in the downward direction;
A gas phase refrigerant flow path branched upward from the turbine discharge flow path and guiding the refrigerant in the gaseous state discharged from the turbine to flow in the upward direction;
An evaporator connected to the liquid refrigerant passage to exchange the liquid refrigerant with outdoor air for evaporation, and discharge the evaporated refrigerant to the compressor;
It is connected to the gas phase refrigerant flow path, and includes an injection flow path for injecting the refrigerant in the gas phase to the compressor,
The liquid refrigerant flow path,
It includes an inclined surface formed to be inclined downward at a predetermined angle with respect to the direction of gravity,
A first inclined flow path connected to the turbine discharge flow path and inclined downward so that the cross-sectional area expands toward the downward direction;
A heat pump system applied with an ideal flow turbine comprising a second inclined flow path communicating with a lower portion of the first inclined flow path and being inclined downward so that a cross-sectional area decreases toward downward. 청구항 1에 있어서,
상기 터빈은, 상기 액체 상태의 냉매가 축방향으로 유입된 후, 상기 이상 상태의 냉매를 반경 방향으로 토출하는 외향 반경류 터빈을 포함하는 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
The turbine, the heat pump system is applied to the ideal flow turbine including an outward radial flow turbine for discharging the refrigerant in the abnormal state in the radial direction after the refrigerant in the liquid state flows in the axial direction. 청구항 1에 있어서,
상기 터빈 토출유로에 구비되고 단면적이 점차 확장되게 형성된 디퓨저를 더 포함하는 히트펌프 시스템. The method according to claim 1,
A heat pump system further comprising a diffuser provided in the turbine discharge passage and formed to gradually expand in cross-sectional area. 청구항 1에 있어서,
상기 터빈 토출유로는,
상기 이상 상태의 냉매를 상기 터빈의 반경방향으로 안내하도록 상기 반경방향으로 형성된 유로인 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
The turbine discharge flow path,
A heat pump system to which the abnormal flow turbine, which is a flow path formed in the radial direction, is applied to guide the refrigerant in the abnormal state in the radial direction of the turbine. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 액상 냉매 유로는, 상기 터빈 토출유로의 원주방향을 따라 서로 소정간격 이격된 위치에 복수개가 구비되고,
상기 복수의 액상 냉매 유로들의 하부에는, 상기 복수의 액상 냉매 유로들을 통해 나온 상기 액체 상태의 냉매를 모아서 상기 증발기로 안내하는 액상 냉매 수집유로가 연결된 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
A plurality of the liquid refrigerant passages are provided at positions spaced apart from each other in a circumferential direction of the turbine discharge passage,
A heat pump system is applied to the lower portion of the plurality of liquid refrigerant flow paths, and an ideal current turbine connected to a liquid refrigerant collection flow path for collecting the liquid refrigerant flowing through the liquid refrigerant paths and guiding them to the evaporator. 청구항 1에 있어서,
상기 기상 냉매 유로는,
상기 터빈의 축방향을 향한 방향으로 상향 경사지게 형성된 경사면을 포함하는 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
The gas phase refrigerant passage,
Heat pump system is applied to the ideal flow turbine including a slope formed inclined upward in the direction toward the axial direction of the turbine. 청구항 1에 있어서,
상기 기상 냉매 유로는, 상기 터빈 토출유로의 원주방향을 따라 서로 소정간격 이격된 위치에 복수개가 구비되고,
상기 복수의 기상 냉매 유로들의 상부에는, 상기 복수의 기상 냉매 유로들을 통해 나온 상기 기체 상태의 냉매를 모아서 상기 인젝션 유로로 안내하는 기상 냉매 수집유로가 연결된 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
A plurality of the gas phase refrigerant passages are provided at positions spaced apart from each other in a circumferential direction of the turbine discharge passage,
A heat pump system is applied to the upper portion of the plurality of gaseous refrigerant passages to which a gaseous refrigerant collection passage connecting the gaseous refrigerant flowing through the plurality of gaseous refrigerant passages is guided to the injection passage. 냉매를 압축하는 압축기와;
상기 압축기에서 압축된 냉매를 실내 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기와;
상기 응축기로부터 유입된 액체 상태의 냉매에 의해 구동되고, 액체 상태와 기체 상태가 혼합된 이상(two-phase) 상태의 냉매를 토출하는 터빈과;
상기 터빈의 회전축에 연결되어 전력을 생성하여, 생성된 전력을 상기 압축기에 제공하는 발전기와;
상기 터빈에 연결되어, 상기 이상 상태의 냉매를 상기 터빈의 반경방향으로 토출하도록 형성된 터빈 토출유로와;
상기 터빈 토출유로에 구비되고 단면적이 점차 확장되게 형성된 디퓨저와;
상기 터빈 토출유로에서 복수개가 하방향으로 분기되어, 상기 터빈에서 토출된 액체 상태의 냉매가 상기 하방향으로 흐르도록 안내하는 액상 냉매유로와;
상기 복수의 액상 냉매유로들의 하부에 연결되어, 상기 복수의 액상 냉매유로들에서 나온 상기 액체 상태의 냉매를 모아서 증발기를 안내하도록 링 형상으로 형성된 액상 냉매 수집유로와;
상기 터빈 토출유로에서 복수개가 상방향으로 분기되어, 상기 터빈에서 토출된 기체 상태의 냉매가 상기 상방향으로 흐르도록 안내하는 기상 냉매유로와;
상기 복수의 기상 냉매 유로들의 상부에 연결되어, 상기 복수의 기상 냉매 유로들을 통해 유입된 상기 기체 상태의 냉매를 모아서 상기 인젝션 유로로 안내하는 기상 냉매 수집유로와;
상기 액상 냉매 수집유로에 연결되어, 상기 액체 상태의 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 증발시키고, 증발된 냉매를 상기 압축기로 토출하는 증발기와;
상기 기상 냉매 수집유로에 연결되어, 상기 기체 상태의 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 유로를 포함하고,
상기 액상 냉매 유로는, 상기 터빈 토출유로에 연결되고, 하방향으로 갈수록 단면적이 확장되고, 상기 터빈의 축방향에서 멀어지는 방향으로 하향 경사지게 형성된 제1경사 유로와, 상기 제1경사 유로의 하부에 연통되고, 하방향으로 갈수록 단면적이 축소되고, 상기 터빈의 축방향을 향한 방향으로 하향 경사지게 형성된 제2경사 유로를 포함하고,
상기 기상 냉매 유로는, 상기 터빈의 축방향을 향한 방향으로 상향 경사지게 형성된 경사면을 포함하는 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템.A compressor for compressing the refrigerant;
A condenser that heats and condenses the refrigerant compressed in the compressor with indoor air;
A turbine that is driven by the refrigerant in the liquid state introduced from the condenser and discharges a two-phase refrigerant in which the liquid state and the gas state are mixed;
A generator connected to the rotational shaft of the turbine to generate electric power to provide the generated electric power to the compressor;
A turbine discharge passage connected to the turbine and formed to discharge the refrigerant in the abnormal state in a radial direction of the turbine;
A diffuser provided in the turbine discharge passage and formed to gradually expand its cross-sectional area;
A plurality of liquid refrigerant flow paths for guiding a plurality of liquid refrigerant discharged from the turbine to flow downward in the downward direction in the turbine discharge flow path;
A liquid refrigerant collecting passage formed in a ring shape to be connected to a lower portion of the plurality of liquid refrigerant passages to collect the liquid refrigerant from the plurality of liquid refrigerant passages and guide the evaporator;
A plurality of gas phase refrigerant passages for guiding the refrigerant in the gaseous state discharged from the turbine to flow upward in a plurality of branches in the turbine discharge passage;
A gaseous refrigerant collection passage connected to an upper portion of the plurality of gaseous refrigerant passages, collecting the gaseous refrigerant flowing through the plurality of gaseous refrigerant passages and guiding them to the injection passage;
An evaporator connected to the liquid refrigerant collection flow path to exchange the liquid refrigerant with outdoor air for evaporation, and discharge the evaporated refrigerant to the compressor;
It is connected to the gas phase refrigerant collection flow path, and includes an injection flow path for injecting the refrigerant in the gas phase to the compressor,
The liquid refrigerant passage is connected to the turbine discharge passage, the cross-sectional area increases toward the downward direction, and a first inclined passage formed downwardly in a direction away from the axial direction of the turbine, and communicating with a lower portion of the first inclined passage And a second inclined flow path formed to be inclined downward in the direction toward the axial direction of the turbine.
The gas phase refrigerant flow path, the heat pump system is applied to the ideal flow turbine including a slope formed inclined upward in the direction toward the axial direction of the turbine. 전기 자동차용 공기조화장치에 적용하는 히트펌프 시스템에 있어서,
냉매를 압축하는 압축기와;
상기 압축기에서 압축된 냉매를 실내 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기와;
상기 응축기로부터 유입된 액체 상태의 냉매에 의해 구동되고, 액체 상태와 기체 상태가 혼합된 이상(two-phase) 상태의 냉매를 토출하는 터빈과;
상기 터빈의 회전축에 연결되어 전력을 생성하여, 생성된 전력을 상기 압축기에 제공하는 발전기와;
상기 터빈에 연결되어, 상기 이상 상태의 냉매를 상기 터빈의 반경방향으로 토출하도록 형성된 터빈 토출유로와;
상기 터빈 토출유로에 구비되고 단면적이 점차 확장되게 형성된 디퓨저와;
상기 터빈 토출유로에서 하방향으로 분기되어, 상기 터빈에서 토출된 액체 상태의 냉매가 상기 하방향으로 흐르도록 안내하는 액상 냉매유로와;
상기 터빈 토출유로에서 상방향으로 분기되어, 상기 터빈에서 토출된 기체 상태의 냉매가 상기 상방향으로 흐르도록 안내하는 기상 냉매유로와;
상기 액상 냉매유로에 연결되어, 상기 액체 상태의 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 증발시키고, 증발된 냉매를 상기 압축기로 토출하는 증발기와;
상기 기상 냉매유로에 연결되어, 상기 기체 상태의 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 유로를 포함하고,
상기 액상 냉매 유로는, 상기 터빈 토출유로에 연결되고, 하방향으로 갈수록 단면적이 확장되고, 상기 터빈의 축방향에서 멀어지는 방향으로 하향 경사지게 형성된 제1경사 유로와, 상기 제1경사 유로의 하부에 연통되고, 하방향으로 갈수록 단면적이 축소되고, 상기 터빈의 축방향을 향한 방향으로 하향 경사지게 형성된 제2경사 유로를 포함하고,
상기 기상 냉매 유로는, 상기 터빈의 축방향을 향한 방향으로 상향 경사지게 형성된 경사면을 포함하는 이상류 터빈이 적용된 히트펌프 시스템.In the heat pump system applied to the air conditioning system for an electric vehicle,
A compressor for compressing the refrigerant;
A condenser that heats and condenses the refrigerant compressed in the compressor with indoor air;
A turbine that is driven by the refrigerant in the liquid state introduced from the condenser and discharges a two-phase refrigerant in which the liquid state and the gas state are mixed;
A generator connected to the rotational shaft of the turbine to generate electric power to provide the generated electric power to the compressor;
A turbine discharge passage connected to the turbine and formed to discharge the refrigerant in the abnormal state in a radial direction of the turbine;
A diffuser provided in the turbine discharge passage and formed to gradually expand its cross-sectional area;
A liquid refrigerant flow path branched downward from the turbine discharge flow path and guiding the liquid state refrigerant discharged from the turbine to flow in the downward direction;
A gas phase refrigerant flow path branched upward from the turbine discharge flow path and guiding the refrigerant in the gaseous state discharged from the turbine to flow in the upward direction;
An evaporator connected to the liquid refrigerant passage to exchange the liquid refrigerant with outdoor air for evaporation, and discharge the evaporated refrigerant to the compressor;
It is connected to the gas phase refrigerant flow path, and includes an injection flow path for injecting the refrigerant in the gas phase to the compressor,
The liquid refrigerant passage is connected to the turbine discharge passage, the cross-sectional area increases toward the downward direction, and a first inclined passage formed downwardly in a direction away from the axial direction of the turbine, and communicating with a lower portion of the first inclined passage And a second inclined flow path formed to be inclined downward in the direction toward the axial direction of the turbine.
The gas phase refrigerant flow path, the heat pump system is applied to the ideal flow turbine including a slope formed inclined upward in the direction toward the axial direction of the turbine.
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