KR102193293B1

KR102193293B1 - 저압 냉매에 적합한 열교환 장치

Info

Publication number: KR102193293B1
Application number: KR1020187027873A
Authority: KR
Inventors: 시우핑 수; 리 왕
Original assignee: 존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니; 요크 (우씨) 에어 컨디셔닝 앤드 리프리져레이션 씨오., 엘티디; 존슨 컨트롤스 빌딩 이피션시 테크놀로지 (우씨) 씨오., 리미티드
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2020-12-24
Also published as: EP3423771B1; KR20180117161A; EP3423771A1; US10739047B2; JP2019507312A; JP6665312B2; US20190086128A1; WO2017151626A1

Abstract

본 개시 내용의 실시예는 열교환 장치에 관한 것으로서, 열교환 장치는 냉매를 수용하도록 구성된 응축기, 증발관 번들을 갖는 증발기, 응축기로부터 냉매의 제1 부분을 수용하고, 제1 부분이 증발기로 지향되기 전에, 냉매의 제1 부분을 팽창시키도록 구성된 스로틀링 장치, 및 토출기를 포함하고, 그러한 토출기는 고압 도관, 저압 도관, 및 배출구 도관을 가지고, 토출기는, 고압 도관을 통해서 스로틀링 장치로부터 냉매의 제1 부분을 또는 응축기로부터 냉매의 제2 부분을 수용하도록, 저압 도관을 통해서 증발기로부터 냉매의 제3 부분을 수용하도록, 제1 부분 또는 제2 부분을 제3 부분과 혼합하여 혼합 냉매를 형성하도록, 그리고 혼합 냉매를 배출구 도관을 통해서 증발기로 지향시키도록 구성된다.

Description

저압 냉매에 적합한 열교환 장치

관련 출원에 대한 상호 참조

본원은 2016년 2월 29일에 출원되고 명칭이 "저압 냉매에 적합한 열교환 장치"인 중국 특허출원 제201610112227.4호, 및 2016년 2월 29일에 출원되고 명칭이 "저압 냉매에 적합한 열교환 장치"인 중국 특허출원 제201620153761.5호에 대한 우선권 및 이익 향유를 주장하고, 그 특허출원 모두는 그 전체가 본원에서 참조로 포함된다.

기술분야

본 개시 내용은 가열, 환기, 공조, 및 냉각(HVAC&R) 시스템에 관한 것이고, 구체적으로, 저압 냉매에 적합한 열교환 장치에 관한 것이다.

열전달 효율을 향상시키고 냉매 장입(refrigerant charge)을 줄이기 위해서, 강하-막(falling-film) 증발기가 HVAC&R 시스템에 적용되었다. 불행하게도, 전형적인 강하-막 증발기는 냉매 분배기를 포함할 수 있고, 그러한 냉매 증발기는, 비교적 높은 압력의 냉매를 이용하는 시스템에서 이용되는 전형적인 강하-막 증발기로 인해서, 냉매가 비교적 큰 압력차를 생성하게 한다. 그에 따라, 저압 냉매 환경에 적합한 열교환 장치가 요구된다.

본 개시 내용의 실시예는, 열교환 장치 내의 냉매의 분배를 증가시키는 저압 냉매에 적합한 열교환 장치를 제공하는 것에 관련된다.

일부 실시예에서, 저압 냉매에 적합한 열교환 장치는 냉매를 수용하도록 구성된 응축기, 증발관 번들을 통해서 유동되는 유체와 열교환되는 관계로 냉매를 배치하도록 구성된 증발관 번들을 가지는 증발기, 증발기와 응축기 사이에 배치된 스로틀링 장치(throttling device)로서, 그러한 스로틀링 장치는 응축기로부터 냉매의 제1 부분을 수용하도록 구성되고, 스로틀링 장치는 냉매의 제1 부분을 증발기로 지향시키기 전에 적어도 냉매의 제1 부분을 팽창시키도록 구성되는, 스로틀링 장치, 및 증발기와 응축기 사이에 배치된 토출기로서, 토출기는 고압 도관, 저압 도관, 및 배출구 도관을 포함하고, 토출기는 고압 도관을 통해서 스로틀링 장치로부터 냉매의 제1 부분을 또는 응축기로부터 냉매의 제2 부분을 수용하도록 구성되고, 토출기는 저압 도관을 통해서 증발기로부터 냉매의 제3 부분을 수용하도록 구성되며, 그리고 토출기는 냉매의 제1 부분 또는 제2 부분을 냉매의 제3 부분과 혼합하여 혼합 냉매를 형성하도록 그리고 혼합 냉매를 배출구 도관을 통해서 증발기로 지향시키도록 구성되는, 토출기를 포함한다.

일부 실시예에서, 냉매 분배기, 강하-막 관 번들, 및 가스-액체 분리 챔버가 증발기 내에 배치되고, 증발관 번들은 강하-막 관 번들이다.

일부 실시예에서, 토출기의 고압 도관은 응축기의 냉매 배출구와 유체 연통되고, 토출기의 저압 도관은 증발기의 하단 부분과 유체 연통되며, 토출부의 배출구 도관은 증발기의 냉매 유입구와 유체 연통되고, 그리고 스로틀링 장치는 응축기의 냉매 배출구와 증발기의 냉매 유입구 사이에 배치된다.

일부 실시예에서, 응축기의 냉매 배출구는 증발기의 냉매 유입구와 유체 연통되고, 제1 유동 경로 관 번들 및 제2 유동 경로 관 번들이 증발기 내에 배치되며, 스로틀링 장치는 응축기의 냉매 배출구와 토출기의 고압 도관 사이에 배치되며, 토출기의 저압 도관은 증발기의 제2 유동 경로 관 번들의 하단 부분과 유체 연통되고, 그리고 토출기의 배출구 도관은 증발기의 제1 유동 경로 관 번들의 하단 부분과 유체 연통된다.

일부 실시예에서, 구획 판이 제1 유동 경로 관 번들과 제2 유동 경로 관 번들 사이에 배치될 수 있다.

일부 실시예에서, 응축기는 냉매 유입구, 냉매 배출구, 응축기 관 번들, 충돌 판, 및 부냉각기를 포함한다.

일부 실시예에서, 본 개시 내용은 열교환 장치의 이용 방법에 관한 것으로서, 그러한 방법은 응축기의 냉매 유입구를 통해서 냉매를 응축기 내에 수용하는 단계, 응축기의 냉매 배출구로부터 응축기와 증발기 사이에 배치된 스로틀링 장치로 냉매의 제1 부분을 지향시키는 단계, 스로틀링 장치로부터 냉매의 제1 부분을 또는 응축기의 냉매 배출구로부터 냉매의 제2 부분을 응축기와 증발기 사이에 배치된 토출기로 지향시키는 단계, 토출기 내의 냉매의 제1 부분 또는 제2 부분에 의해서 유발된 고압 제트 효과를 통해서 냉매의 제3 부분을 증발기로부터 토출기까지 끌어당기는 단계, 냉매의 제1 부분 또는 제2 부분을 토출기 내의 냉매의 제3 부분과 조합하여 혼합 냉매를 형성하는 단계, 및 혼합 냉매를 증발기로 지향시키는 단계를 포함한다.

본 개시 내용에 의해서 제공된 저압 냉매에 적합한 열교환 장치는 단순한 구조를 포함할 수 있고, 열전달 효율을 높일 수 있고, 및/또는 냉매 장입을 감소시킬 수 있다.

도 1은 통상적인 강하-막 증발기의 개략도이다.
도 2는, 본 개시 내용의 실시예에 따른, 저압 냉매와 함께 이용하기에 적합한 열교환 장치의 실시예의 개략도이다.
도 3은, 본 개시 내용의 실시예에 따른, 저압 냉매와 함께 이용하기에 적합한 열교환 장치의 실시예의 개략도이다.
도 4는, 본 개시 내용의 실시예에 따른, 도 2 및 도 3의 열교환 장치를 이용할 수 있는 시스템에 대한 압력-엔탈피 도표의 차트이다.

비교적 높은 압력의 냉매(예를 들어, R134a)를 이용하도록 구성된 전형적인 강하-막 증발기는 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 일반적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 예시된 실시예에서 도시된 바와 같이, 강하-막 증발기는 증발기 배출구(25), 액체 유입구(24), 냉매 분배기(22), 및/또는 증발관 번들(23)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 가스-액체 냉매(예를 들어, 2-상 냉매)가 액체 유입구(24)를 통과할 수 있고, 냉매 분배기(22)를 통과한 후에 증발기에 진입할 수 있다. 냉매가 증발기에 진입하면, 냉매 액적(예를 들어, 액체 냉매)이 증발관 번들(23) 상으로 낙하될 수 있고, 그에 따라 냉매 액적이 증발관 번들(23) 내의 유체로부터 열을 흡수하고 냉매 증기로 증발된다. 이어서, 발생된 냉매 증기는 증발기 배출구(25)를 통해서 방출되고, 여기에서 냉매 증기가 압축기에 진입할 수 있다.

냉매 분배기(22)는 증발관 번들(23) 상으로의 냉매의 균일한 분포를 향상시킬 수 있다. 그러나, 전형적인 강하-막 증발기는 비교적 높은 압력의 냉매(예를 들어, R134a)를 이용하도록 구성될 수 있다. 그에 따라, 냉매 분배기(22)는, 최종적으로 냉매를 증발관 번들(23) 위로 지향시키기 위한 고압 냉매를 수용하는 압력차를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 냉매 분배기에 걸친 압력차가 150 킬로파스칼(kPa)까지 또는 300 kPa까지 될 수 있다.

본 개시 내용의 실시예에 따라, 냉각 시스템은, R1233zd(E)와 같은 저압 냉매를 포함할 수 있다. 저압 냉매가 더 바람직할 수 있는데, 이는 그러한 냉매가 일반적으로 고압 냉매보다 더 친환경적이고 더 효율적이기 때문이다. 표 1은 (5 ℃의 증발 온도 및 36.7 ℃의 응축 온도를 갖는) 전형적인 냉각 작업 조건 하의 R1233zd(E) 및 R134a의 각각의 증발 압력과 응축 압력 사이의 비교를 보여준다. 확인되는 바와 같이, R1233zd(E)의 증발 압력(Pevap, kPA)과 응축 압력(Pcond, kPa) 사이의 차이는 R134a의 압력차의 23.1%이다. 따라서, 냉매 분배기(22)는, 고압 냉매를 증발관 번들(23) 위로 분배하기 위한 비교적 높은 압력의 냉매의 큰 압력차를 수용하도록 구성될 수 있다. 그러나, 그러한 압력차는 저압 냉매에 대해서 너무 높을 수 있고, 그에 따라 냉매 분배기(22)는 증발관 번들(23) 위로 저압 냉매를 충분히 분배하지 못할 수 있다(예를 들어, 저압 냉매는, 냉매 분배기(22)의 단부를 향해서 분산되지 않고, 단순히 냉매 분배기(22)를 통해서 낙하될 수 있다).

[표 1]

본 개시 내용의 실시예는, 스로틀링 장치를 포함하는 열교환 장치에 관한 것이다. 스로틀링 장치의 2개의 단부가 응축기의 배출구 및 증발기의 유입구에 각각 연결될 수 있다. 동작 중에, 토출기는, 토출기의 고압 도관 내의 액체에 의해서 유발된 고압 제트 효과를 이용함으로써, 증발기의 하단부로부터 액체 냉매를 수용할 수 있다. 일부 실시예에서, 토출기로부터의 액체 냉매가 스로틀링 장치를 빠져 나오는 냉매와 조합될 수 있고, 증발기의 유입구에 진입할 수 있으며, 이는 증발기의 유입구에서 증발기의 냉매 분배기로 지향될 수 있다.

실시예 1

예를 들어, 도 2는 저압 냉매에 적합한 열교환 장치의 실시예의 개략도이다. 도 2의 예시된 실시예에서 도시된 바와 같이, 열교환 장치는 응축기(101), 스로틀링 장치(112), 및 증발기(103)를 포함할 수 있다. 증발관 번들(119)(예를 들어, 강하-막 관 번들)이 증발기(103) 내에 배치되어, 냉매를, 증발관 번들(119)을 통해서 유동되는 유체와 열교환되는 관계로, 증발기(103) 내에 배치할 수 있다. 스로틀링 장치(112)에 더하여, 토출기(102)가 또한 응축기(101)와 증발기(103) 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 토출기(102)는 고압 도관(108), 저압 도관(109), 및 배출구 도관(110)을 갖는다. 그에 따라, 토출기(102)는, 증발관 번들(119) 위로의 재분배를 위해서, 증발기(103) 내의 냉매 액체를 증발기(103) 내로 역으로 지향시킬 수 있다. 응축기(101)는 냉매 유입구(104) 및 냉매 배출구(107)를 포함할 수 있다. 또한, 응축기 관 번들(118), 충돌 판(105), 및 부냉각기(106)가 응축기(101) 내에 배치될 수 있다. 유사하게, 증발기(103)는 냉매 유입구(114), 증발기(103)의 상부 부분에서 증발기(103) 내에 배치된 냉매 분배기(115), 및 냉매 분배기(115) 아래에서 증발기(103) 내에 배치된 증발관 번들(119)(예를 들어, 강하-막 관 번들)을 포함할 수 있다. 증발기(103)는 가스-액체 분리 챔버(117) 및 냉매 배출구(116)를 더 구비한다.

도 2의 예시된 실시예에서 도시된 바와 같이, 토출기(102) 및 스로틀링 장치(112)는 응축기(101)로부터 증발기(103)까지의 냉매의 유동에 병렬로 배열된다. 토출기(102)의 배출구 도관(110) 및 스로틀링 장치(112)의 배출구 도관(113)은 증발기(103)의 냉매 유입구(114)와 연통된다. 또한, 토출기(102)의 고압 도관(108) 및 스로틀링 장치(112)의 유입구 도관(111)은 응축기(101)의 냉매 배출구(107)과 연통된다(예를 들어, 냉매 배출구(107)는 응축기(101)의 하단 부분에 위치된다). 또한, 토출기(102)의 저압 도관(109)은 증발기(103)의 하단 부분과 유체 연통된다.

동작 중에, 냉매는 응축기(101)의 냉매 유입구(104)를 통해서 응축기(101)에 진입할 수 있다. 이어서, 냉매는 충돌 판(105) 상으로 지향될 수 있고, 충돌 판은 냉매를 응축기 관 번들(118) 위로 분배하여, 냉매를, 응축기 관 번들(118)을 통해서 유동되는 유체와 열교환되는 관계로 배치할 수 있다(예를 들어, 응축기 관 번들(118)을 통해서 유동되는 유체는 냉매로부터 열 에너지를 흡수하여 냉매를 냉각할 수 있다). 응축기 관 번들(118) 위를 통과한 후에, 냉매는 부냉각기(106) 위로 유동될 수 있고, 부냉각기는 부냉각기(106)의 관을 통해서 유동되는 유체를 이용하여 냉매를 더 냉각시킬 수 있다(예를 들어, 부냉각기(106)를 통해서 유동되는 유체는 냉매로부터 열 에너지를 흡수하여 냉매를 더 냉각시킬 수 있다). 이어서, 냉매는 응축기(101)의 냉매 배출구(107)를 통해서 응축기(101)의 외부로 유동될 수 있다.

응축기(101)의 냉매 배출구(107)로부터의 냉매의 제1 부분은 스로틀링 장치(112)의 유입구 도관(111)을 통해서 스로틀링 장치(112) 내로 지향될 수 있다. 냉매의 제2 부분은 토출기(102)의 고압 도관(108)을 통해서 토출기(102) 내로 지향될 수 있다. 또한, 토출기(102)의 고압 도관(108) 내의 냉매의 제2 부분에 의해서 유발된 고압 제트 효과는 토출기(102)의 저압 도관(109)을 통해서 증발기(103)의 하단 부분에 위치되는 액체 냉매를 토출기(102) 내로 지향시킬 수 있다. 고압 도관(108)을 통해서 토출기(102)에 진입하는 냉매 및 저압 도관(109)을 통해서 토출기(102)에 진입하는 냉매가 혼합되어 중간 압력의 2-상 냉매(예를 들어, 혼합 냉매)를 형성한다. 중간 압력의 2-상 냉매는 배출구 도관(110)을 통해서 증발기(103)의 유입구(114)를 향해서 유동될 수 있다. 따라서, 중간 압력의 2-상 냉매는 배출구 도관(113)을 통해서 스로틀링 장치(112)를 빠져 나오는 냉매와 혼합되어 혼합물을 형성할 수 있다. 냉매 유입구(114)를 통해서 증발기(103) 내로 지향된 후에, 혼합물은 분배기(115)를 통해서 증발관 번들(119) 위로 분배될(예를 들어, 적하될) 수 있다. 증발관 번들(119)(예를 들어, 강하-막 관 번들) 위를 통과한 혼합물은, 냉매 액체 및 냉매 증기를 서로 분리할 수 있는, 가스-액체 분리 챔버(117)에 진입할 수 있다. 냉매 증기는 냉매 배출구(116)를 통해서 압축기(도면에 미도시)로 복귀될 수 있고, 냉매 액체는 토출기(102)의 저압 도관(109)으로 지향될 수 있다.

전술한 바와 같이, 토출기(102)의 고압 도관(108) 내의 냉매 액체에 의해서 유발된 고압 제트 효과는 증발기(103)의 하단 부분에 위치되는 냉매 액체를 토출기(102)의 저압 도관(109) 내로 끌어 당긴다. 중간 압력의 2-상 냉매는, 고압 도관(108) 내의 고압 냉매 및 저압 도관(109) 내의 저압 냉매의 혼합에 의해서 형성된다. 이어서, 중간 압력의 2-상 냉매는, 스로틀링 장치(112)를 통과하고 분배를 위해서 증발기(103) 내의 냉매 분배기(115)에 진입하는, 냉매와 혼합된다. 토출기(102)로 인해서, 증가된 압력차가 냉매 분배기(115)의 냉매 상류와 냉매 분배기(115)의 냉매 하류 사이에서 발생된다. 예를 들어, 토출기(102)를 포함하는 것으로부터 초래되는 증가된 압력차는 통상적인 강하-막 증발기(예를 들어, 도 1 참조)의 압력차보다 클 수 있고, 이는 증발기(103) 내의 냉매 분배의 균일성을 개선할 수 있다.

실시예 2

도 3은 저압 냉매에 적합한 열교환 장치의 다른 실시예의 개략도이다. 도 3의 예시된 실시예로 도시된 바와 같이, 열교환 장치는 응축기(201), 스로틀링 장치(208), 및 증발기(203)를 포함할 수 있다. 또한, 토출기(202)는 응축기(201)와 증발기(203) 사이에 배치된다. 증발기(203)는 냉매 유입구(212) 및 냉매 배출구(214)를 포함할 수 있다. 증발기(203)는 또한, 제1 유동 경로 관 번들(216) 및 제2 유동 경로 관 번들(215)을 포함할 수 있는, 증발 관 번들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 유동 경로 관 번들(216)은 범람형(flooded) 관 번들이고, 제2 유동 경로 관 번들(215)은 강하-막 관 번들이다. 그러나, 다른 실시예에서, 제1 유동 경로 관 번들(216) 및 제2 유동 경로 관 번들(215)이 다른 적합한 유형의 관 번들일 수 있다. 또한, 냉매 분배기(213)가 제2 유동 경로 관 번들(215) 위에 배치될 수 있고, 구획 판(218)이 제1 유동 경로 관 번들(216)과 제2 유동 경로 관 번들(215) 사이에 장착될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 유동 경로 관 번들(216)은 제1 유동 경로 관 번들(216)의 하단 부분에서 유입구를 포함할 수 있고, 제2 유동 경로 관 번들(215)은 제2 유동 경로 관 번들(215)의 하단 부분에서 배출구를 포함할 수 있다.

도 3의 예시된 실시예에서 도시된 바와 같이, 토출기(202)는 고압 도관(211), 저압 도관(219), 및 배출구 도관(217)을 갖는다. 또한, 스로틀링 장치(208)는 유입구 도관(209) 및 배출구 도관(211)을 포함할 수 있다. 응축기(201)는, 응축기(201) 내에 배치된 냉매 유입구(204), 냉매 배출구(207), 응축기 관 번들(220), 충돌 판(205), 및/또는 부냉각기(206)를 포함한다. 도 3의 예시된 실시예에서 도시된 바와 같이, 토출기(202)의 고압 도관(211)은 스로틀링 장치(208)와 직렬로 배열되고, 응축기(201)로부터 증발기(203)까지의 냉매의 유동과 관련하여 스로틀링 장치(208)의 하류에 배치된다. 예를 들어, 고압 도관(211)은 스로틀링 장치(208)의 배출구(210)와 유체 연통될 수 있다. 또한, 토출기(202)의 저압 도관(219)은 증발기(203)의 제2 유동 경로 관 번들(215)의 배출구(예를 들어, 제2 유동 경로 관 번들(215)의 하단 부분에 배치된 배출구)와 유체 연통될 수 있다. 토출기(202)의 배출구 도관(217)은 증발기(203)의 제1 유동 경로 관 번들(216)의 유입구(예를 들어, 제1 유동 경로 관 번들(216)의 하단 부분에 배치된 유입구)와 유체 연통될 수 있다. 그에 따라, 응축기(201)의 냉매 배출구(207)는 2개의 경로로 분할되고, 제1 경로는 증발기(203)의 냉매 유입구(212)와 유체 연통되고, 제2 경로는 스로틀링 장치(208)의 유입구 도관(209)과 유체 연통된다.

도 3 및 도 4의 예시된 실시예에서 도시된 바와 같이, 냉매는 응축기(201)의 냉매 유입구(204)를 통해서 응축기(201)에 진입한다. 냉매는 충돌 판(205)에 의해서 응축기 관 번들(220) 위로 분배되어, 냉매를, 응축기 관 번들(220)을 통해서 유동되는 유체와 열교환되는 관계로 배치할 수 있다(예를 들어, 응축기 관 번들(220)을 통해서 유동되는 유체는 냉매로부터 열 에너지를 흡수하여 냉매를 냉각할 수 있다). 이어서, 냉매는 부냉각기(206)를 향해서 유동될 수 있고, 부냉각기에서 냉매는 부냉각기(206)의 관을 통해서 유동되는 유체와 열교환되는 관계로 배치됨으로써 더 냉각될 수 있다(예를 들어, 부냉각기(206)를 통해서 유동되는 유체가 냉매로부터 열 에너지를 흡수한다). 이어서, 냉매는 응축기(201)의 냉매 배출구(207)를 통해서 응축기(201)의 외부로 유동될 수 있다.

전술한 바와 같이, 냉매 배출구(207)는 응축기(201)를 빠져 나가는 냉매(예를 들어, 고온, 고압 냉매 액체)를 결국 2개의 경로로 분할할 수 있다. 예를 들어, 냉매 배출구(207)로부터의 냉매의 제1 부분이 증발기(203)의 냉매 유입구(212)를 통해서 증발기(203) 내로 지향될 수 있다. 또한, 냉매 배출구(207)로부터의 냉매의 제2 부분은 스로틀링 장치(208)의 유입구 도관(209)을 통해서 스로틀링 장치(208) 내로 지향될 수 있다. 냉매 유입구(212)를 통해서 증발기(203) 내로 지향된 냉매의 제1 부분은 분배기(213)에 의해 스로틀링될(예를 들어, 팽창될) 수 있다. 예를 들어, 냉매의 제1 부분의 압력이 Pc 로부터 Pe-1로 감소될 수 있다(예를 들어, 도 4 참조). 부가적으로, 냉매의 제1 부분의 온도가 또한 감소될 수 있다(예를 들어, 도 4는 냉매의 온도가 약 5 ℃인 것을 도시한다.) 이어서, 냉매의 제1 부분이 증발기(203)의 제2 유동 경로 관 번들(215) 위로 지향되어 냉매의 제1 부분을 제2 유동 경로 관 번들(215)을 통해서 유동되는 유체와 열교환되는 관계로 배치할 수 있다(예를 들어, 냉매의 제1 부분이 제2 유동 경로 관 번들(215)을 통해서 유동되는 유체로부터 열 에너지를 흡수할 수 있다).

또한, 스로틀링 장치(208)에 진입하는 냉매의 제2 부분이 스로틀링 장치(208)에 의해서 스로틀링될(예를 들어, 팽창될) 수 있다. 예를 들어, 냉매의 제2 부분의 압력이 Pc로부터 P3'로 감소될 수 있고(예를 들어, 도 4 참조), 냉매의 제2 부분은, 토출기(202)의 고압 도관(211) 내로 지향되기 전에, 중간 압력 냉매가 될 수 있다. 토출기(202)의 고압 도관(211) 내의 냉매의 제2 부분에 의해서 유발되는 고압 제트 효과는 증발기(203)의 제2 유동 경로 관 번들(215)의 하단 부분에서 수집된 냉매 액체(예를 들어, 냉매의 제1 부분)를 토출기(202)의 저압 도관(219) 내로 끌어 당길 수 있다. 따라서, 냉매의 제1 부분 및 냉매의 제2 부분의 양이 토출기(202) 내에서 혼합될 수 있다. 일부 실시예에서, 냉매의 제1 부분의 압력(a)이 Pe-1 로부터 Pe-2로 증가될 수 있다(예를 들어, 도 4 참조). 또한, 냉매의 제1 부분 및 냉매의 제2 부분의 혼합물의 온도가 증가될 수 있다(예를 들어, 도 4는 냉매의 온도가 약 8 ℃까지 증가한 것을 도시한다). 이어서, 냉매의 제1 부분 및 냉매의 제2 부분의 혼합물이 토출기(202)의 배출구 도관(217)을 통해서 증발기(203)의 제1 유동 경로 관 번들(216) 내로 지향되어, 냉매의 제1 부분 및 냉매의 제2 부분의 혼합물을 제1 유동 경로 관 번들(216)를 통해서 유동되는 유체와 열교환되는 관계로 배치할 수 있다(예를 들어, 냉매의 제1 부분 및 냉매의 제2 부분의 혼합물이 제1 유동 경로 관 번들(216)을 통해서 유동되는 유체로부터 열 에너지를 흡수할 수 있다). 일부 실시예에서, 냉매의 제1 부분 및 냉매의 제2 부분의 혼합물이 증발될 수 있고(예를 들어, 냉매 증기를 형성할 수 있고), 그에 따라 냉매 증기가 냉매 배출구(214)를 통해서 압축기(미도시)로 복귀될 수 있다.

도 4는, 본 개시 내용의 열교환 장치의 실시예의 하나 이상을 포함할 수 있는 냉각 사이클의 압력-엔탈피 도표이다. 도 4의 예시된 실시예에서 도시된 바와 같이, 지점("a")은 응축기(201)의 냉매 유입구(204) 내의 냉매에 상응하는 압력 및 엔탈피 값을 나타낸다. 지점("b")은 응축기(201)의 냉매 배출구(207) 내의 냉매에 상응하는 압력 및 엔탈피 값을 나타낸다. 지점("c")은 토출기(202)의 고압 도관(211) 내의 냉매에 상응하는 압력 및 엔탈피 값을 나타낸다. 지점("d")은 증발기(203) 내의 분배기(213)를 통한 냉매의 스로틀링(예를 들어, 팽창) 후의 냉매의 압력 및 엔탈피 값을 나타낸다. 지점("e", "f", 및 "n")은 토출기 내의 냉매의 압력 및 엔탈피 값을 나타낸다. 지점("g")은 토출기(202)의 배출구 도관(217) 내의 냉매에 상응하는 압력 및 엔탈피 값을 나타낸다. 지점("m")은 토출기(202)의 저압 도관 내의 냉매에 상응하는 압력 및 엔탈피 값을 나타낸다. 마지막으로, 지점("k")은 증발기(203)의 냉매 배출구(214) 내의 냉매에 상응하는 압력 및 엔탈피 값을 나타낸다.

도 2의 실시예와 비교할 때, 도 3의 예시된 실시예는 분배기(213) 상류의 냉매와 분배기(213) 하류의 냉매의 압력차를 더 증가시킬 수 있고(예를 들어, 압력차가 응축기 내의 냉매와 증발기 내의 냉매의 압력차와 실질적으로 동일할 수 있고), 그에 의해서 적어도 제2 유동 경로 관 번들(215)에 걸친 냉매 분배의 균일성을 개선할 수 있다. 또한, 도 3의 예시된 실시예는, 증발기(203)가 증가된 압력으로 냉매를 방출하게 할 수 있고, 그에 의해서 전체적인 시스템의 효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 증발기(203)로부터의 방출 냉매의 압력이 Pe-2인 반면, 증발기(103) 및/또는 전형적인 증발기로부터의 방출 냉매의 압력은 Pe-1이다. 따라서, 도 3의 실시예를 이용하는 것은 Δh1+Δh2에 의해서 표시되는 파워(power) 소비 절감을 달성할 수 있다.

특정의 특징 및 실시예만을 예시하고 설명하였지만, 청구범위에 기재된 청구대상의 신규 교시 내용 및 장점으로부터 본질적으로 벗어나지 않고도, 많은 수정 및 변화(예를 들어, 여러 요소의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율, 매개변수(예를 들어, 온도, 압력 등)의 값, 장착 배열, 재료의 이용, 색채, 배향 등의 변경)가 당업자에 의해서 이루어질 수 있을 것이다. 임의의 프로세스 또는 방법 단계의 순서 또는 서열이 대안적인 실시예에 따라서 변경되거나 재-서열화될 수 있다. 그에 따라, 첨부된 청구항이, 그러한 모든 수정 및 변화를 개시 내용의 진정한 사상 내에 포함되는 것으로 포괄하기 위한 것임을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 예시적인 실시예에 관한 간결한 설명을 제공하기 위한 노력으로서, 실제 구현예의 모든 특징을 설명하지 않았을 수 있다(즉, 현재 고려되는 본 개시 내용의 실시예의 최적의 실행 모드와 관련되지 않은 것, 또는 청구된 개시 내용을 가능하게 하는 것과 관련되지 않은 것을 설명하지 않았을 수 있다). 임의의 엔지니어링 또는 설계 프로젝트에서와 같은, 그러한 임의의 실제 구현예의 개선에서, 수많은 구현 특정 관련 결정이 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 그러한 개발 노력이 복잡할 수 있고 시간 소모적일 수 있으나, 그럼에도 불구하고, 과도한 경험이 없이도, 본 개시 내용의 이득을 취할 수 있는 당업자에게는 디자인, 제작, 및 제조를 하는 것이 일상적인 것일 수 있을 것이다.

Claims

저압 냉매에 적합한 열교환 장치로서:
냉매를 수용하도록 구성된 응축기;
증발관 번들을 통해서 유동되는 유체와 열교환되는 관계로 냉매를 배치하도록 구성된 상기 증발관 번들을 포함하는 증발기;
상기 증발기와 상기 응축기 사이에 배치된 스로틀링 장치로서, 상기 스로틀링 장치는 상기 응축기로부터 상기 냉매의 제1 부분을 수용하도록 구성되고, 상기 스로틀링 장치는 상기 냉매의 제1 부분을 상기 증발기로 지향시키기 전에 적어도 상기 냉매의 제1 부분을 팽창시키도록 구성되는, 스로틀링 장치; 및
상기 증발기와 상기 응축기 사이에 배치된 토출기로서, 상기 토출기는 고압 도관, 저압 도관, 및 배출구 도관을 포함하고,
1) 상기 토출기는 상기 고압 도관을 통해서 상기 스로틀링 장치로부터 상기 냉매의 제1 부분을 수용하도록 구성되고, 상기 토출기는 상기 저압 도관을 통해서 상기 증발기로부터 상기 냉매의 제3 부분을 수용하도록 구성되며, 그리고 상기 토출기는 상기 냉매의 제1 부분을 상기 냉매의 제3 부분과 혼합하여 혼합 냉매를 형성하도록 그리고 상기 혼합 냉매를 상기 토출기의 상기 배출구 도관을 통해서 상기 증발기로 지향시키도록 구성되고,
상기 증발기는 상기 토출기의 상기 배출구 도관을 통해 상기 토출기로부터 상기 혼합 냉매 및 상기 증발기의 냉매 유입구를 통해 상기 응축기로부터 상기 냉매의 제2 부분을 수용하도록 구성되고,
상기 응축기의 상기 배출구 도관과 유체연결되도록 구성되는 상기 증발기의 상기 냉매 유입구를 포함하거나,
또는,
2) 상기 토출기는 상기 고압 도관을 통해서 상기 응축기부터 상기 냉매의 제2 부분을 수용하도록 구성되고, 상기 토출기는 상기 저압 도관을 통해서 상기 증발기로부터 상기 냉매의 제3 부분을 수용하도록 구성되며, 그리고 상기 토출기는 상기 냉매의 제2 부분을 상기 냉매의 제3 부분과 혼합하여 혼합 냉매를 형성하도록 그리고 상기 혼합 냉매를 상기 토출기의 상기 배출구 도관을 통해서 상기 증발기로 지향시키도록 구성되며,
상기 토출기로부터 상기 혼합 냉매와 상기 스로틀링 장치로부터 상기 냉매의 제1 부분을 혼합물을 수용하도록 구성되는 상기 증발기를 포함하는 열교환 장치.
제1항에 있어서,
상기 증발관 번들 위의 상기 냉매의 분배를 증가시키기 위해서, 냉매 분배기 및 가스-액체 분리 챔버가 상기 증발기 내에 배치되는, 열교환 장치.
제1 내지 2항 중 하나에 있어서,
상기 증발관 번들은 강하-막 관 번들을 포함하는, 열교환 장치.
제1 내지 2항 중 하나에 있어서,
상기 스로틀링 장치 및 상기 토출기는 상기 응축기로부터 상기 증발기까지의 상기 냉매의 유동과 관련하여 병렬 배열로 배열되고,상기 토출기의 고압 도관은 상기 응축기의 냉매 배출구와 유체 연통되고, 상기 토출기의 저압 도관은 상기 증발기의 하단 부분과 유체 연통되며, 상기 토출기의 배출구 도관은 상기 증발기의 냉매 유입구와 유체 연통되고, 그리고 상기 스로틀링 장치는 상기 응축기의 냉매 배출구와 상기 증발기의 냉매 유입구 사이에 배치되는, 열교환 장치.
제1 내지 2항 중 하나에 있어서,
상기 스로틀링 장치 및 상기 토출기는 상기 응축기로부터 상기 증발기까지의 상기 냉매의 유동과 관련하여 직렬 배열로 배열되고,
상기 증발기의 관 번들은 제1 유동 경로 관 번들 및 제2 유동 경로 관 번들을 포함하고,
상기 제2 유동 경로 관 번들은 상기 제1 유동 경로 관 번들과 상기 증발기의 분배기 사이에 위치하고, 상기 스로틀링 장치는 상기 응축기의 냉매 배출구와 상기 토출기의 고압 도관 사이에 배치되며, 상기 토출기의 저압 도관은 상기 증발기의 제2 유동 경로 관 번들의 하단 부분과 유체 연통되고, 그리고 상기 토출기의 배출구 도관은 상기 증발기의 제1 유동 경로 관 번들의 하단 부분과 유체 연통되며,구획 판이 상기 제1 유동 경로 관 번들과 상기 제2 유동 경로 관 번들 사이에 배치되는, 열교환 장치.
제1 내지 2항 중 하나에 있어서,
상기 응축기가 냉매 유입구 및 냉매 배출구, 응축기 관 번들, 충돌 판, 및 부냉각기를 포함하는, 열교환 장치.
제1 내지 2항 중 하나에 있어서,
상기 증발관 번들은 제1 유동 경로 관 번들 및 제2 유동 경로 관 번들을 포함하고, 상기 제2 유동 경로 관 번들은 상기 제1 유동 경로 관 번들과 상기 증발기의 분배기 사이에 배치되는, 열교환 장치.
제7항에 있어서,
상기 토출기는 상기 제2 유동 경로 관 번들로부터 상기 냉매의 제2 부분을 수용하도록 구성되고, 상기 토출기의 배출구 도관은 상기 혼합 냉매를 상기 제1 유동 경로 관 번들로 지향시키도록 구성되는, 열교환 장치.
제8항에 있어서,
상기 증발기는, 상기 제1 유동 경로 관 번들과 상기 제2 유동 경로 관 번들을 서로 분리하도록 구성된 구획 판을 포함하는, 열교환 장치.
열교환 장치의 이용 방법으로서:
응축기의 냉매 유입구를 통해서 냉매를 상기 응축기 내에 수용하는 단계;
상기 응축기의 냉매 배출구로부터 상기 응축기와 증발기 사이에 배치된 스로틀링 장치로 상기 냉매의 제1 부분을 지향시키는 단계;를 포함하고,
1) 상기 스로틀링 장치로부터 상기 냉매의 제1 부분을 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 배치된 토출기로 지향시키는 단계;
상기 토출기 내의 상기 냉매의 제1 부분에 의해서 유발된 고압 제트 효과를 통해서 상기 냉매의 제3 부분을 상기 증발기로부터 상기 토출기까지 끌어당기는 단계;
상기 냉매의 제1 부분을 상기 토출기 내의 상기 냉매의 제3 부분과 조합하여 혼합 냉매를 형성하는 단계;
상기 혼합 냉매를 상기 증발기로 지향시키는 단계; 및
상기 응축기의 상기 냉매 배출구로부터 상기 증발기로 냉매의 제2 부분을 지향시키는 단계;를 포함하거나,
또는,
2) 상기 응축기의 상기 냉매 배출구로부터 상기 냉매의 제2 부분을 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 배치된 토출기로 지향시키는 단계;
상기 토출기 내의 상기 냉매의 제2 부분에 의해서 유발된 고압 제트 효과를 통해서 상기 냉매의 제3 부분을 상기 증발기로부터 상기 토출기까지 끌어당기는 단계;
상기 냉매의 제2 부분을 상기 토출기 내의 상기 냉매의 제3 부분과 조합하여 혼합 냉매를 형성하는 단계;
상기 혼합 냉매를 상기 스로틀링 장치로부터 상기 냉매의 제1 부분과 혼합하여 조합하는 단계; 및
상기 혼합 냉매 및 상기 냉매의 제1 부분의 조합을 상기 증발기로 지향시키는 단계;를 포함하는
열교환 장치의 이용 방법.
제10항에 있어서,
상기 응축기의 냉매 유입구를 통해서 냉매를 상기 응축기 내에 수용하는 단계는, 상기 냉매를 상기 응축기 내에 배치된 충돌 판을 통해서 통과시키고 상기 냉매를 상기 응축기 내에 배치된 응축기 관 번들 위로 통과시켜 액체 냉매를 형성하는 단계를 포함하는, 열교환 장치의 이용 방법.
제10 내지 11항 중 하나에 있어서,
상기 스로틀링 장치로부터 상기 냉매의 제1 부분을 또는 상기 응축기의 냉매 배출구로부터 상기 냉매의 제2 부분을 상기 토출기로 지향시키는 단계는, 상기 스로틀링 장치로부터 상기 냉매의 제1 부분을 또는 상기 냉매의 제2 부분을 상기 토출기의 고압 도관 내로 지향시키는 단계를 포함하는, 열교환 장치의 이용 방법.
제10 내지 11항 중 하나에 있어서,
상기 토출기 내의 상기 냉매의 제1 부분 또는 제2 부분에 의해서 유발된 고압 제트 효과를 통해서 상기 냉매의 제3 부분을 상기 증발기로부터 상기 토출기까지 끌어당기는 단계는, 상기 냉매의 제3 부분을 상기 토출기의 저압 도관 내로 끌어 당기는 단계를 포함하는, 열교환 장치의 이용 방법.
제10 내지 11항 중 하나에 있어서,
상기 스로틀링 장치로부터의 상기 냉매의 제1 부분 또는 상기 냉매의 제2 부분을 상기 토출기 내의 상기 냉매의 제3 부분과 조합하여 혼합 냉매를 형성하는 단계는, 중간 압력의 2-상 냉매를 상기 혼합 냉매로서 형성하는 단계를 포함하는, 열교환 장치의 이용 방법.
제10 내지 11항 중 하나에 있어서,
상기 증발기 내에서 상기 혼합 냉매의 적어도 일부를 냉매 증기로 증발시키는 단계 및 상기 냉매 증기를 증발기 배출구를 통해서 압축기로 지향시키는 단계를 포함하는, 열교환 장치의 이용 방법.
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