KR20010109200A - 이젝터 사이클 시스템 - Google Patents

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KR20010109200A
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다케우치히로츠구
구메요시타카
오시타니히로시
오가타고타
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오카베 히로무
가부시키가이샤 덴소
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Abstract

본 발명의 이젝터 사이클 시스템에서, 이젝터(400)의 혼합부(420)는 냉매유동방향으로의 길이(L)와 상당직경(D2)을 가지며, 상기 혼합부(420)의 길이와 상당직경과의 비율(L/D2)은 120 보다 작거나 같다. 또한, 상기 이젝터(400)의 혼합부(D2)의 상당직경과 노즐(410)의 츨구측에서의 상당직경(D1)과의 비율은 1.05 - 10.의 범위이내이다. 따라서, 상기 이젝터 사이클 시스템이 작동하는 동안에 높은 이젝터 효율이 유지된다.

Description

이젝터 사이클 시스템{EJECTOR CYCLE SYSTEM}
본 발명은 이젝터를 가지는 이젝터 사이클 시스템(ejector cycle system)에 관한 것이다. 상기 이젝터에서, 고압측 냉매가 감압되어 팽창됨으로써 증발기에서 증발된 기상냉매가 그의 내부로 흡입되고, 압축기내로 흡입되어질 냉매압력이 팽창에너지를 압력에너지로 변환시킴으로써 증가된다.
이젝터 사이클 시스템에서, 이젝터 효율(ηe)이 낮을 경우, 냉동 사이클 효율이 감소된다. 예를들면, 일본국 특개소 57-129360호는 혼합부의 직경이 3 - 7mm이고, 상기 혼합부의 길이가 혼합부 직경의 8 - 12배이며, 디퓨져의 확장각이 4 - 6도이며, 상기 디퓨져의 길이가 혼합부 길이의 10 - 14배인 이젝터가 개시되어 있다. 이러한 이젝터는 본 발명자에 의해 실험 및 연구되고 있지만, 충분한 이젝터 효율(ηe)은 얻어질 수 없었다.
전술한 문제점을 고려하여, 이젝터 효율을 향상시킨 이젝터 사이클 시스템을 제공하는 것에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 증발기에서의 냉각능력(흡열능력)을 향상시킨 이젝터 사이클 시스템을 제공함에 있다.
도1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템의 개략적인 다이아그램도.
도2는 상기 제1 실시예에 따른, 이젝터의 확대된 개략 다이아그램도.
도3은 상기 제1 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템의 몰리에르(mollier) 선도(p-h 선도).
도4는 상기 제1 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템에서의 이젝터 효율(ηe)과 상당직경 비율(D2/D1) 사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도5는 상기 제1 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템에서의 혼합부의 비율(L/D2)과 이젝터 효율(ηe) 사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도6은 상기 제1 실시예에 따른, 이젝터 효율(ηe)과 팽창밸브를 사용하는 단일의 증기압축식 냉동 사이클 시스템에 대한 성능향상 비율 사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템에서의 이젝터 효율(ηe)과 상당직경 비율(D2/D1) 사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도8은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템에서의디퓨져의 확장각(θd)과 이젝터 효율(ηe) 사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도9a 및 도9b는 각각 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템의 노즐을 나타낸 개략적인 단면도.
도10a는 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템의 이젝터를 나타낸 개략적인 단면도이고, 도10b는 도10a의 우측면도.
도11a 및 도11b는 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템의 노즐을 각각 나타낸 개략적인 단면도.
도12는 본 발명의 바람직한 제7 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템의 이젝터를 나타낸 개략적인 단면도.
도13은 상기 제7 실시예에 따른, 이젝터에서의 압력증가부의 확장각(θd)과 압력증가량(P2-P1) 사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도14는 상기 제7 실시예에 따른, 이젝터에서의 압력증가량(P2-P1)과 압력증가부의 거리(L') 사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도15는 본 발명의 바람직한 제8 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템의 이젝터를 나타낸 개략적인 단면도.
도16은 본 발명의 바람직한 제9 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템의 이젝터를 나타낸 개략적인 단면도.
도17은 본 발명의 바람직한 제10 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템에서의 기-액분리기가 일체화된 이젝터의 개략적인 단면도.
도18은 본 발명의 바람직한 제11 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템에서의 기-액분리기가 일체화된 이젝터의 개략적인 단면도.
도19는 본 발명의 바람직한 제12 실시예에 따른, 노즐의 냉매출구로부터 이젝터의 디퓨져의 냉매출구까지의 냉매관련 유속과 이젝터의 냉매통로단면에서의 중앙으로부터 반경방향에서의 반경위치 사이의 관계를 나타낸 3차원 특성도.
도20은 상기 제12 실시예에 따른, 이젝터에서의 압력증가량과 노즐출구로부터의 거리(L) 사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도21은 본 발명의 바람직한 제13 실시예에 따른, 유량비(α)(Ge/Gn)가 파라메타로서 존재하고, 이산화탄소가 냉매로서 사용될때, 이젝터 사이클 시스템의 압력증가비율(β)과 이젝터 효율(ηe)사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도22는 상기 제13 실시예에 따른, 이산화탄소가 냉매로서 사용될때, 이젝터 효율(ηe)이 최대가 되는 지점에서의 압력증가비율(β)와 유량비(α)사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도23은 상기 제13 실시예에 따른, 유량비(α)(Ge/Gn)가 파라메타로서 존재하고, HFC가 냉매로서 사용될때, 이젝터 사이클 시스템의 압력증가비율(β)과 이젝터 효율(ηe)사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도24는 상기 제13 실시예에 따른, HFC가 냉매로서 사용될때 이젝터 효율(ηe)이 최대가 되는 지점에서의 압력증가비율(β)과 유량비(α) 사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도25는 본 발명의 바람직한 제14 실시예에 따른, 혼합냉매 HFC-404A(R404A)가 냉매로서 사용될때의 이젝터 사이클 시스템의 몰리에르 선도(p-h선도).
도26은 상기 제14 실시예에 따른, 이젝터 사이클 시스템에서의 혼합부의 비율(L/D2)과 이젝터 효율(ηe) 사이의 관계를 나타낸 그래프도.
도27은 본 발명의 변형예에 따른, 이젝터 사이클 시스템을 나타낸 개략적인 다이아그램.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100: 압축기 200: 방열기
300: 증발기 400: 이젝터
410: 노즐 420: 혼합부
423: 압력증가부 430: 디퓨져
440: 노즐그룹 451 - 453: 밸브
500: 기액분리기
본 발명에 따르면, 이젝터 사이클 시스템에서, 이젝터는 방열기로부터 흐르는 고압측 냉매의 압력에너지가 속도에너지로 변환됨으로써 냉매가 감압되어 팽창되도록 하는 노즐 및 상기 속도에너지가 압력에너지로 변환됨으로써 냉매압력이 상기 노즐로부터 배출된 냉매와 증발기로부터 흡입된 냉매가 혼합되는 동안에 증가되도록 하는 압력증가부를 포함한다. 상기 노즐은 확대노즐의 냉매통로에서 통로단면적이 최소가 되는 협류부(throat portion)를 가지는 확대노즐이다. 또한, 상기 확대노즐은 그의 냉매통로에서 상기 통로단면적이 보다 작게 되는 협류부와 노즐 출구 사이의 제1 치수와, 상기 협류부와 상기 협류부로부터 상측으로 흐르는 상류부 사이의 제2 치수를 가지며, 상기 제1 치수는 제2 치수보다 크다. 상기 압력증가부는 냉매유동방향으로의 길이와 최소 상당직경을 가지며, 상기 길이와 최소 상당직경과의 비율은 120 보다 작거나 같으며, 상기 압력증가부의 최소 상당직경과 상기 노즐의 출구에서의 상당직경과의 비율은 1.05 - 10.의 범위이내이다. 이 경우에, 상기 이젝터 사이클 시스템이 작동하는 동안에 높은 이젝터 효율이 유지될 수 있다.
바람직하게, 상기 압력증가부는 냉매입구로부터 압력증가부의 냉매출구까지 냉매가 실질적으로 등엔트로피 곡선을 따라 변화하는 형상을 가진다. 따라서, 상기 이젝터 효율은 한층 향상될 수 있다.
또한, 상기 압력증가부는 통로단면적을 가지는 냉매통로를 구비하며, 상기 통로단면적은 상기 압력증가부의 냉매통로내의 상류측으로부터 하류측까지 대략 일정하다. 대안으로, 상기 통로단면적은 상기 압력증가부의 냉매통로내의 상류측으로부터 하류측까지 점차 증가된다. 따라서, 상기 압력증가부의 구조는 간단히 이루어질 수 있고, 상기 이젝터는 저비용으로 용이하게 제조될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이젝터 사이클 시스템에서, 이젝터는 방열기로부터 흐르는 고압측 냉매의 압력에너지가 속도에너지로 변환됨으로써 냉매가 감압되어 팽창되도록 하는 노즐과, 증발기에서 증발된 기상냉매가 노즐로부터 분사된 고속의 냉매류에 의해 흡입되어 상기 노즐로부터 분사된 냉매와 혼합되어지도록 하는 혼합부및 상기 속도에너지가 압력에너지로 변환됨으로써 냉매압력이 증가되도록 하는 디퓨저를 포함한다. 상기 혼합부는 냉매유동방향으로의 길이와 상당직경을 가지며, 상기 길이와 상당직경과의 비율은 120 보다 작거나 같다. 또한, 상기 혼합부의 상당직경과 노즐 출구에서의 상당직경의 비율은 1.05 - 10.의 범위이내이다. 이 경우에, 상기 이젝터의 효율은 20% 이상으로 유지될 수 있다.
바람직하게, 상기 냉매는 이산화탄소이며, 상기 혼합부의 상당직경과 노즐 출구에서의 상당직경의 비율은 1.3 - 5.3.의 범위이내이다. 이 경우에 상기 이젝터 사이클 시스템이 작동하는 동안에 이젝터의 효율은 40% 이상으로 유지된다.
바람직하게, 상기 냉매는 플론(flon)이며, 상기 혼합부의 상당직경과 노즐 출구에서의 상당직경의 비율은 1.05 - 4.5.의 범위이내이다. 이 경우에 상기 이젝터 사이클 시스템이 작동하는 동안에 이젝터의 효율은 20%이상으로 유지된다.
상기 디퓨저는 통로단면적을 가진 냉매통로를 구비하며, 상기 통로단면적은 상기 디퓨저의 냉매통로내의 상류측으로부터 하류측으로 점차 증가되며, 상기 디퓨저는 그의 내벽면과 상기 디퓨저의 중심축선에 평행한 기준선에 의해 형성된 확장각(θd)을 가지며, 상기 디퓨저의 확장각(θd)은 0.2 - 34도의 범위이내이다. 좀더 바람직하게, 상기 디퓨저의 확장각(θd)은 0.2 - 7도의 범위이내이다. 따라서, 상기 이젝터 효율은 한층 더 향상될 수 있다.
바람직하게, 상기 노즐은 냉매가 노즐의 냉매입구로부터 냉매출구까지 실질적으로 등엔트로피 곡선을 따라 변화하는 형상을 가진다. 따라서, 상기 냉매가 HFC-404A, HFC-407, HFC-410과 같은 혼합냉매인 경우 조차도, 냉매가 이젝터내에서실질적으로 등엔트로피 곡선을 따라 변화하기 때문에, 상기 이젝터로부터 기-액분리기(gas-liquid separator)로 유입되는 냉매의 건조도가 더욱 작게 된다. 따라서, 상기 혼합냉매가 이젝터 사이클 시스템내에서 냉매로서 사용되는 경우 조차도, 상기 기-액분리기로부터 증발기내로 공급된 냉매에 포함된 기상냉매의 비율은 더욱 작게 되며, 냉매가 상기 기-액분리기로부터 증발기로 공급되는 동안에 발생된 압력손실은 더욱 작게될 수 있으며, 상기 증발기의 냉각능력(흡열능력)은 향상될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이젝터 사이클 시스템에서, 이젝터의 노즐은 냉매가 분사되는 냉매분사포트를 가지며, 상기 노즐은 기-액분리기내에서 상기 증발기의 기상냉매가 노즐로부터 분사된 고속 냉매류에 의해 흡입되도록 하기 위하여 상기 기-액분리기에 연결되며, 상기 냉매의 속도에너지가 압력에너지로 변환되는 동안에 상기 노즐로부터 배출된 냉매와 상기 증발기로부터 흡입된 냉매가 혼합된다. 대안으로, 이젝터의 혼합부의 냉매출구측은 상기 기-액분리기내에서 상기 혼합부로부터 흐르는 냉매의 속도에너지가 압력에너지로 변환되어 냉매압력을 증가시키도록 하기 위하여 상기 기액분리기에 연결된다. 상기 이젝터의 노즐이나 혼합부가 기액분리기와 일체로 연결되기 때문에, 상기 이젝터 사이클 시스템의 크기가 더욱 작게 이루어질 수 있으며, 상기 이젝터는 저비용으로 제조될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이젝터 사이클 시스템에서, 이젝터는 상기 방열기로부터 흐르는 고압측 냉매의 압력에너지가 속도에너지로 변환됨으로써 냉매가 감압 및 팽창되도록 하는 제1 노즐과, 상기 증발기로부터의 냉매가 흡입되어 상기 제1 노즐로부터 분사된 냉매류에 의해 분사되도록 하기 위해 상기 제1 노즐의 둘레에 배치된 제2 노즐 및 상기 속도에너지가 압력에너지로 변환됨으로써 상기 냉매의 압력이 증가되는 동안에 상기 제1 노즐로부터 분사된 냉매와 상기 제2 노즐로부터 분사된 냉매가 혼합되도록 하는 압력증가부를 포함한다. 상기 제1 노즐은 방열기로부터의 냉매가 주입되도록 하는 제1 주입포트를 가지며, 상기 제2 노즐은 상기 증발기로부터의 냉매가 주입되도록 하는 제2 주입포트를 가지며, 상기 제1 주입포트와 제2 주입포트는 냉매유동방향에서 상기 이젝터의 냉매통로에 거의 동일한 위치에 제공된다. 따라서, 상기 이젝터 사이클의 성능이 향상될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이젝터 사이클 시스템에서, 이젝터는 방열기로부터 흐르는 고압측 냉매의 압력에너지가 속도에너지로 변환됨으로써 냉매가 감압되어 팽창되도록 하는 노즐과, 증발기에서 증발된 기상냉매가 노즐로부터 분사된 고속 냉매류에 의해 흡입되어 상기 노즐로부터 분사된 냉매와 혼합되어지도록 하는 혼합부 및 상기 속도에너지가 압력에너지로 변환됨으로써 냉매압력이 증가되도록 하는 디퓨저를 포함한다. 상기 이젝터는 증발기로부터 흡입된 냉매의 유속(flow rate)과 상기 노즐로부터 배출된 냉매의 유속(flow rate)이 혼합부내에서 대략 같아진 후에 상기 혼합부로부터의 냉매가 디퓨저내로 유입되도록 하는 방식으로 구성된다. 따라서, 상기 이젝터에서, 냉매압력은 혼합부와 디퓨저내에서 충분하게 증가될 수 있고, 상기 이젝터의 효율은 향상될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이젝터 사이클 시스템에서, 이젝터는 혼합부에서의 압력증가량과 이젝터에서의 전체 압력증가량의 압력증가비율이 이산화탄소가 냉매로서사용될 경우보다 50% 이상 크거나 같아지게 설정되도록 구성된다. 바람직하게, 상기 혼합부에서의 압력증가량과 상기 이젝터에서의 전체 압력증가량의 압력증가비율은 상기 이산화탄소가 냉매로서 사용될 경우 55 - 80%의 범위이내로 설정된다.
대안으로, 이젝터는 혼합부에서의 압력증가량과 이젝터에서의 전체 압력증가량의 압력증가비율이 플론이 냉매로서 사용될 경우보다 30%이상 크거나 같아지게 설정되도록 구성된다. 바람직하게, 상기 혼합부에서의 압력증가량과 상기 이젝터에서의 전체 압력증가량의 압력증가비율은 상기 플론이 냉매로서 사용될 경우 35 - 80%의 범위이내로 설정된다. 이 경우에 이젝터 효율은 향상되어질 수 있다.
본 발명의 추가적인 목적 및 잇점들은 하기의 바람직한 실시예의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 좀더 분명해질 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술한다.
본 발명의 바람직한 제1 실시예를 도1 내지 도6을 참조하여 기술한다. 상기 제1 실시예에서, 본 발명의 이젝터 사이클 시스템은 일반적으로 차량공기조화기를 위하여, 냉매로서 이산화탄소를 사용하는 관련 사이클에 이용된다.
도1에 도시한 바와 같이, 차량엔진과 같은 구동원으로부터 구동력을 사용하는 냉매를 흡입하여 압축시키는 압축기(100)는 이젝터 사이클 시스템내에 배치된다. 방열기(기체냉각기)(200)는 상기 압축기(100)로부터 배출된 냉매가 객실 바깥의 외부공기와 열교환되어 외부공기에 의해 냉각되도록 배치된다.
증발기(300)는 객실내로 송풍되어질 공기와 상기 증발기(300)를 통하여 흐르는 액상냉매가 열교환되도록 이젝터 사이클 시스템내에 배치된다. 상기증발기(300)에 있어서, 냉각공기에 대한 냉각능력은 액상냉매의 증발에 의해 얻어질 수 있다. 이젝터(400)는 상기 증발기(300)내에서 증발된 기상냉매가 증발기내에 흡입되도록 상기 방열기(200)로부터 냉매를 감압하여 팽창시키며, 상기 압축기(100)내부로 흡입된 냉매압력을 증가시키기 위하여 팽창에너지를 압력에너지로 변환시킨다.
도2에 도시된 바와 같이, 상기 이젝터(400)는 방열기(200)로부터 흐르는 고압측 냉매의 압력에너지(압력수두(pressure head))가 속도에너지(속도수두(speed head))로 변환됨으로써 냉매를 감압하여 팽창시키는 노즐(410)과, 증발기(300)에서 증발된 기상냉매가 상기 노즐(400)로부터 배출된 고속냉매류(제트류)에 의해 흡입되도록 하는 혼합부(420) 및 상기 속도에너지가 압력에너지로 변환되도록 함으로써 상기 노즐(410)로부터의 냉매와 상기 증발기(300)로부터 흡입된 냉매가 혼합되는 동안에 상기 압축기(100)내로 흡입되어질 냉매압력이 증가되도록 하는 디퓨저(430)를 포함한다.
제1 실시예에서, 상기 노즐(410)과 혼합부(420)의 개구경(통로직경)은 상기혼합부(420)의 상당직경(equivalent diameter)(D2)과 상기 노즐(410)의 출구의 상당직경(D1)의 상당직경비율(D2/D1)이 1.05 이상이 되도록 결정된다. 여기서, 상기 상당직경은 냉매통로의 횡단면적을 원으로 변환하여 형성된 직경이다. 제1 실시예에서, 상기 노즐(410)의 출구 및 혼합부(420)가 원형이기 때문에, 상기 상당직경(D1, D2)은 각각 노즐(410)의 출구 직경과 혼합부(420)의 직경이다.
제1 실시예에서, 상기 혼합부(420)의 상당직경(D2)은 상기 디퓨저(430)에 이르기까지 일정하다. 그러나, 상기 혼합부(420)는 그의 횡단면적(S2)이 상기 디퓨저(430)를 향하여 크게 되도록 테이퍼질 수 있다. 이 경우에, 상기 혼합부(420)의 상당직경(D2)은 그의 입구에 형성된다.
상기 제1 실시예의 노즐(410)은 그의 냉매통로에서 최소통로면적을 가지는 협류부(throat portion)(교축부)(410a)를 포함한다. 도2에서, "r"은 상기 협류부(410a)의 반경치수를 가리킨다. 또한, 상기 노즐(410)은 상기 협류부(410a)와 노즐(410) 출구 사이의 치수 "B"가 상기 협류부(410a)와 상기 노즐(410)의 통로면적이 보다 작게 되는 부분 사이의 치수 "A"보다 크도록 한 확대노즐이다.
상기 이젝터(400)에서, 상기 노즐(410)의 출구로부터 배출된 냉매압력은 상기 혼합부(420)와 디퓨저(430)를 포함하는 압력증가부에서 증가된다.
도1에서, 기액분리기(500)는 상기 이젝터(400)로부터 배출된 냉매가 기액분리기로 유입되도록 배치된다. 상기 기액분리기(500)는 그의 내부에 냉매를 저장하며, 상기 이젝터(400)로부터 흐르는 냉매가 기상냉매와 액상냉매로 분리된다. 상기 기액분리기(500) 내에서 분리된 기상냉매는 상기 압축기(100)로 흡입되며, 상기 기액분리기(500) 내에서 분리된 액상냉매는 상기 증발기(300)쪽으로 흡입된다.
상기 기액분리기(500)와 증발기(300)를 연결하는 냉매통로(301)에는 상기 기액분리기(500)로부터 증발기(300)쪽으로 흐르는 냉매가 감압되도록 캐필러리 튜브 또는 고정 교축기가 제공된다. 상기 냉매통로(301)내에서의 이러한 감압에 의해, 상기 증발기(300)내의 압력(증발압력)은 충분하게 감소될 수 있다.
다음에, 제1 실시예에 따른 이젝터 사이클 시스템의 작동을 기술한다. 상기압축기(100)가 작동할 때, 기상냉매는 기액분리기(500)로부터 압축기(100)내로 흡입되고, 압축된 냉매는 방열기(200)로 배출된다. 냉매는 상기 방열기(200)내에서 냉각되어 상기 이젝터(400)로 유입된다. 상기 방열기(200)로부터의 냉매는 상기 이젝터(400)의 노즐(410)내에서 감압 및 팽창되며, 상기 증발기(300)내의 기상냉매는 상기 노즐(410)로부터의 고속냉매류에 의해 상기 혼합부(420)내로 흡입된다. 상기 증발기(300)로부터 흡입된 기상냉매와 상기 노즐(410)로부터 배출된 냉매가 혼합부(420)내에서 혼합되는 동안에, 냉매의 동적압력(속도에너지)은 상기 디퓨저(430)내에서 냉매의 정적압력(압력에너지)으로 변환된다. 그 후에, 상기 이젝터(400)의 디퓨저(430)로부터의 냉매는 기액분리기(500)로 유입된다.
다른 한편으로, 상기 증발기(300)내의 냉매가 상기 이젝터(400)내로 흡입되기 때문에, 상기 기액분리기(500)내의 액상냉매는 증발기(300)로 유입되고, 객실내로 송풍되어지는 공기로부터 열을 흡수함으로써 상기 증발기(300)내에서 증발한다.
도3은 제1 실시예에 따른 이젝터 사이클 시스템의 작동을 나타낸 몰리에르(mollier) 선도(p-h 선도)이다. 도3에서는, 도1에 도시된 상이한 위치에 냉매상태(예를들면, C1, C2...)들이 표시되어져 있다. 상기 압축기(100)의 흡입냉매압력의 증가압력(ΔP)은 상기 혼합부(420)와 디퓨져(430)의 작동효율에 따라 변화되며, 상기 노즐(410)의 냉매입구(도1에서 C2로 나타낸 점)에서의 냉매와 상기 디퓨저(430)의 냉매입구(도1에서 C3로 나타낸 점)에서의 냉매 사이의 비엔탈피 차이(specific enthalpy difference)(단열열낙차(adiabatic heat drop)(Δie)가 커지게 되는 만큼 더 커지게 된다.
다음에, 제1 실시예에 따른 이젝터 사이클 시스템의 특징(작용효과)을 기술한다. 도4는 상당직경 비율(D2/D1)과 이젝터 효율(ηe)사이의 관계를 나타낸 제1 실시예의 시뮬레이션 결과이다. 도4에서 냉매의 질량유량(이하, "냉매유량"이라 칭함)은 파라메타로서 이용된다. 도4에 도시된 바와 같이 상기 상당직경 비율(D2/D1)이 1.05 이상이 될 때, 상기 이젝터 효율(ηe)은 빠르게 증가된다. 또한, 상기 상당직경 비율(D2/D1)이 4 이상이 될 때, 상기 이젝터 효율(ηe)은 서서히 감소된다.
그러므로, 상기 상당직경 비율(D2/D1)이 1.05 이상이 될 때, 상기 이젝터 사이클 시스템이 작동하는 동안에 상기 이젝터 효율(ηe)이 유지된다(ηe 〉20%). 상기 상당직경 비율(D2/D1)은 1.05 - 10.의 범위이내에서 설정될 수 있다.
상기 상당직경 비율(D2/D1)이 1.3 - 5.3의 범위이내에서 설정될 때, 상기 이젝터 사이클 시스템이 작동하는 동안에 상기 이젝터 효율(ηe)은 40%이상에서 유지된다. 그러므로, 외기온도가 높고 상기 이젝터 사이클 시스템의 성능계수(COP)가 감소(공회전 작동에서와 같이)되어질 수 있을 지라도, 상기 제1 실시예의 이젝터 사이클 시스템은 상기 성능계수에 있어서, 냉매로서 R134a를 사용하는 일반적인 증기압축식 냉동사이클의 성능계수에 비하여 우수하다.
여기서, 상기 이젝터 효율(ηe)은 상기 이젝터(400)로 흡입되어지기 전의 냉매속도에너지를 고려하여 하기의 수식(1)과 같이 형성된다.
ηe = [ΔP(Gn + Ge)/ρg - Ge(Ue2/2)]/(Δie·Gn)
= [(Gn + Ge)Δir - Ge(Ue2/2)]/(Δie·Gn) ...(1)
상기 식에서, Gn은 상기 방열기(200)내로 흐르는 냉매유량(고압측 열 교환기)이며, Ge는 상기 증발기(300)내에 흐르는 냉매유량(저압측 열교환기)이며, Δie = i(C2)-i(C3), Δir = i(C8') - i(C8)이며, ΔP = PD- PL, Ue는 냉매의 흡입유속이며, ρg는 냉매의 흡입류기체밀도이다. 여기서, i(C2), i(C3), i(C8) 및 i(C8')은 도1에서 C2, C3, C8 및 C8'에 의해 각각 나타내어진 지점에서의 엔탈피이다.
도5는 비율(L/D2)과 이젝터 효율(ηe)사이의 관계를 나타낸 제1 실시예의 시뮬레이션 결과이다. 상기 비율(L/D2)은 혼합부(420)의 길이(L)와 상기 혼합부(420)의 상당직경(D2)의 비율이다. 도5에 도시된 바와 같이, 상기 비율(L/D2)이 170 이하일때, 상기 이젝터 효율(ηe)은 냉매로서 이산화탄소를 사용하는 이젝터 사이클 시스템에서 5%이상으로 유지될 수 있다.
제1 실시예에서, 상기 혼합부(420)에 대한 비율 (L/D2)은 120 이하에서 설정됨으로써 상기 이젝터 효율(ηe)은 20% 이상에서 유지될 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 상기 혼합부(420)의 길이(L)는 상기 노즐(410)의 냉매출구와 상기 디퓨저(430)의 냉매입구 사이의 길이이다.
상기 이젝터 효율(ηe)이 20% 이상에서 유지될 경우, 이산화탄소를 냉매로서 사용하는 이젝터 사이클 시스템의 성능계수(COP)는 도6에 도시된 바와 같이 팽창밸브를 사용하는 단일의 증기압축식 냉동 사이클 시스템과 비교하였을 때보다 대략 3% 이상으로 향상될 수 있다. 또한, R404A를 냉매로서 사용하는 이젝터 사이클 시스템의 성능계수(COP)는 단일의 증기압축식 냉동사이클 시스템과 비교하였을 때보다 대략 8% 이상으로 향상될 수 있다. 또한, R134a를 냉매로서 사용하는 이젝터 사이클 시스템의 성능계수(COP)는 단일의 증기압축식 냉동사이클 시스템과 비교하였을 때보다 대략 10% 이상으로 향상될 수 있다.
도5, 도6에서의 시뮬레이션은 상기 외기온도가 -30 내지 55℃(상기 방열기(200)가 배치된 부분 근처의 공기온도)범위 이내에서 변화될 때와, 상기 내기온도가 -30 내지 55℃(상기 증발기(300)가 배치된 부분 근처의 공기온도)범위 이내에서 변화될 때 수행된 것이다.
상기 제1 실시예에 따르면, 상기 치수 "B"는 상기 노즐(410)에서의 치수 "A" 보다 크게 설정되며, 상기 비율(L/D2)은 120보다 작거나 같게 설정되며, 상기 비율(D2/D1)은 1.05 - 10.의 범위내에서 설정된다. 따라서, 도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 냉매유량과 냉매재에 상관없이 상기 이젝터 사이클 시스템이 작동하는 동안에 이젝터 효율(ηe)은 유지될 수 있다.
본 발명의 바람직한 제2 실시예를 도7을 참조하여 기술한다. 상기 제2 실시예에서는, 플론(flon) HFC-134a(R134a)가 냉매로서 사용된다. 이 경우에, 도7에 도시된 바와 같이, 상당직경 비율(D2/D1)은 1.5 이상이 되며, 이젝터 효율(ηe)은 냉매유량에 상관없이 빠르게 향상된다. 따라서, 상기 제2 실시예에서, 이젝터 효율(ηe)은 상당직경비율(D2/D1)을 1.5 - 4.5.의 범위이내에서 설정하는 것에 의해 향상된다.
도7에 도시된 바와 같이, 플론이 냉매로서 사용되는 경우에서 조차도, 상당직경비율(D2/D1)이 1.05 이상으로 설정될 때, 이젝터 효율(ηe)은 충분히 얻어질수 있다. 상기 제2 실시예 및 하기의 실시예에서, 상기 이젝터(400)는 120 이하의 비율(L/D2)을 가지며, 확대노즐은 이들 내용에 대한 어떠한 설명이 없는 경우에도 노즐(410)로서 사용된다.
본 발명의 바람직한 제3 실시예를 도8을 참조하여 기술한다. 상기 제3 실시예에서, 상기 이젝터 효율(ηe)은 상기 디퓨저(430)의 확장각(θd)(도2에서 언급)을 최적화함으로써 향상된다. 특히, 상기 확장각(θd)은 0.2도 내지 34도 범위이내에서 설정된다. 더욱 바람직하게, 상기 확장각(θd)은 0.2 - 7도 범위이내에서 설정된다. 예를들면, 상기 제3 실시예에서, 상기 확장각(θd)은 6.5도에서 설정될 수 있다.
도8은 상기 디퓨저(430)의 확장각(θd)과 이젝터 효율(ηe) 사이의 관계를 나타낸 제3 실시예의 시뮬레이션 결과이다. 도8에 도시된 바와 같이, 상기 확장각(θd)이 0.2 내지 34도 범위내에 있을 경우, 상기 이젝터 효율(ηe)은 이산화탄소를 냉매로서 사용하는 이젝터 사이클 시스템내에서 20% 이상으로 유지될 수 있다.
도8에서의 시뮬레이션은 상기 외기온도가 -30℃ 내지 55℃(상기 방열기(200)가 배치된 부분 근처의 공기온도)범위 이내에서 변화될 때와, 상기 내기온도가 -30℃ 내지 55℃(상기 증발기(300)가 배치된 부분 근처의 공기온도)범위 이내에서 변화될 때 수행된 것이다.
도8에서 그래프 "a"는 상기 압축기(100)로부터 흡입되어질 냉매와 상기 방열기(200)의 출구측에서 열교환된 냉매 사이를 열교환시키는 내부 열교환기를 가지는 이젝터 사이클 시스템의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 또한, 도8에서, 그래프"b"는내부 열교환기가 없는 이젝터 사이클 시스템의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 제4 실시예를 도9a, 도9b를 참조하여 기술한다. 상기 제4 실시예에서, 상기 이젝터 효율(ηe)은 상기 노즐(410)의 형상을 최적화함으로써 향상된다. 특히, 상기 노즐(410)의 냉매통로는 실질적인 등엔트로피 변화가 냉매입구측로부터 냉매출구측까지의 노즐(410)내의 냉매에서 발생하도록 형성된다.
따라서, 냉매가 상기 노즐(410)내에서 단열적으로 팽창될 수 있기 때문에, 팽창에너지는 증가될 수 있으며, 이에 따라 이젝터효율(ηe)이 향상된다. 상기 디퓨저(430)에서, 냉매압력은 팽창에너지(에너지 회복)에 의해 증가될 수 있다.
본 명세서에서, 상기 실질적인 등엔트로피 변화는 냉매입구측로부터 냉매출구측까지의 노즐(410)내의 냉매에서 발생한다. 냉매입구측과 냉매출구측사이의 노즐(410)내에서 발생된 단열열낙차의 에너지를 의미하는 이러한 실질적인 등엔트로피변화는 70% 이상의 동적 에너지로 변환될 수 있다.
도9a에서, 제4 실시예에 따른 일예로서, 상기 노즐(410)은 그의 냉매통로내에서의 통로면적이 최소가 되는 협류부를 가지는 확대노즐이며, 상기 냉매입구측에서의 수축각(θn1)은 0.05도 내지 20도 사이의 범위내에 있다. 또한, 도9a에서 상기 냉매출구측에서의 확장각(θn2)은 0.05도 내지 17.5도 사이의 범위내에 있다. 도9b에서 다른 일예로서, 상기 노즐(410)은 상기 냉매통로의 통로면적이 노즐의 상기 냉매입구측으로부터 냉매출구측쪽으로 더욱 작게 되는 수축노즐이며, 상기 냉매입구측에서의 수축각(θn1)은 0.05도 내지 20도 사이의 범위내에 있다.
상기 노즐형상은 하기 수식(2), (3)의 동시 방정식에 의해 결정된다. 즉, 상기 수식(2)은 운동방정식이고, 수식(3)은 질량방정식이다.
ηn ·(h1 - h2) = (v22- v12) … (2)
상기 식에서, "h"는 비엔탈피, "v"는 냉매유속 및 ηn은 노즐효율이다.
G = ηc ·ρ ·v· A … (3)
상기 식에서, A는 단면적, G는 냉매유량, "ρ"는 밀도 및 ηc는 냉매유량의 계수이다.
본 발명의 바람직한 제5 실시예를 도10a, 도10b를 참조하여 기술한다. 상기 제5 실시예에서, 도10a, 도10b에 도시된 바와 같이, 다수의 노즐(제5 실시예에서는 3개)(410)로 구성된 노즐그룹(440)은 동심원으로 배열된다. 또한, 밸브들(451 - 453)은 상기 다수의 노즐(410)로 유입되는 냉매유량이 각각 독립적으로 제어되도록 제공된다. 확대노즐은 각 노즐(410)로서 사용되며, 제5 실시예에서의 비율(L/D)은 120보다 작거나 같게 되도록 설정된다.
상기 각 밸브들(451 - 453)의 개구도는 상기 이젝터 사이클 시스템의 작동상태에 따라 제어된다. 특히, 상기 이젝터 사이클 시스템의 온도부하가 증가하는 경우, 냉매가 흐르도록 하는 노즐의 수는 증가된다. 여기서, 상기 온도부하는 상기 증발기(300)에서 요구되는 흡열능력이나 상기 방열기(200)에서 요구되는 방열능력을 의미한다. 다른 한편으로, 상기 이젝터 사이클 시스템의 온도부하가 감소할 경우, 냉매가 흐르드록 하는 노즐의 수는 감소된다.
상기 다수의 노즐(410)이 동심원으로 배열되기 때문에, 상기 노즐그룹(440)의 크기는 일직선에 배열된 다수의 노즐(410)의 경우와 비교하였을 때 확대되는 것이 방지된다. 또한, 제5 실시예에서, 상기 노즐그룹(440)으로부터 배출된 구동냉매류와 상기 증발기(300)로부터 이젝터(400)내로 흡입된 흡입냉매류 사이의 접촉면적이 증가될 수 있다. 따라서, 상기 흡입냉매류는 상기 이젝터(400)내로 정확하게 흡입될 수 있고, 그에 따라 흡입냉매류와 구동냉매류 사이의 혼합성은 향상된다.
본 발명의 바람직한 제6 실시예를 도11a 및 도11b를 참조하여 기술한다. 상기 제6 실시예에서, 도11a 및 도11b에 도시된 바와 같이, 다수의 노즐(제6 실시예에서는 3개)(410)로 구성된 노즐그룹(440)은 동심원으로 배열된다. 또한, 밸브(454)는 상기 노즐그룹(440)으로 유입되는 냉매유량이 제어되도록 제공된다. 확대노즐은 상기 노즐(410)로서 사용되며, 제6 실시예에서의 비율(L/D)은 120 보다 작거나 같게 되도록 설정된다.
제6 실시예에서, 상기 이젝터 사이클 시스템의 온도부하가 증가할 경우, 상기 밸브(454)의 개구도가 증가되며, 그에 따라 상기 노즐그룹(440)으로 유입되는 냉매유량이 증가한다. 이에 반하여, 상기 이젝터 사이클 시스템의 온도부하가 감소할 경우, 상기 밸브(454)의 개구도는 감소되며, 그에 따라 상기 노즐그룹(440)으로 유입되는 냉매유량이 감소한다.
따라서. 제6 실시예에서, 상기 냉매유량을 제어하기 위한 밸브들의 수는 상기 다수의 노즐(410)이 각각 독립적으로 제어되는 제5 실시예와 비교하였을 때 감소될 수 있다. 도11a에서, 제6 실시예에 따른 일예로서 상기 노즐들(410)은 그로부터 축선방향으로 흐르는 냉매가 실질적으로 서로 평행하도록 배열된다. 도11b에서, 제6 실시예에 따른 다른 일예로서 상기 노즐들(410)은 그로부터 축선방향으로 흐르는 냉매가 실질적으로 서로 교차하도록 배열된다.
본 발명의 바람직한 제7 실시예를 도12 - 도14를 참조하여 기술한다. 상기 전술한 실시예에서, 상기 압력증가부는 상기 혼합부(420)와 디퓨저(430)로 명확히 분리된다. 그러나, 제7 실시예에서, 도12에 도시된 바와 같이, 상기 혼합부(420)와 디퓨저(430)는 상기 노즐(410)로부터 분사된 냉매(구동냉매류)와 상기 증발기(300)로부터 흡입된 냉매(흡입냉매류)가 혼합되는 동안에 상기 냉매압력이 증가(회복)되도록 하는 압력증가부(423)를 형성하기 위해 일체로 형성된다. 상기 압력증가부(423)에서, 상기 냉매통로의 단면적은 상류측으로부터 하류측쪽으로 증가한다.
도13은 상기 이젝터(400)내에서의 압력증가부(423)의 확장각(θd)과 압력증가량(P2-P1) 사이의 관계를 나타낸 시뮬레이션 결과이다. 여기서, 상기 압력증가량은 상기 이젝터(압력증가부(423))(400)의 냉매출구에서의 냉매압력(P2)과 상기 증발기(300)로부터 이젝터(400)내로 흡입된 냉매압력(P1) 사이의 압력차(P2-P1)이다. 도13에 도시된 바와 같이, 상기 확장각(θd)이 0.2도 내지 4도 범위이내(바람직하기로는 1.2도)일 경우, 증가 압력량은 상기 혼합부(420)와 디퓨저(430)가 상기 이젝터(400)내에서 서로 명확히 분리된 전술한 실시예들의 압력량보다 크거나 같아질 수 있다.
여기서, 시뮬레이션 조건은 제4 및 제5 실시예에서와 동일하다. 도12에 도시된 바와 같이, 상기 확장각(θd)은 상기 압력증가부(423)의 내벽면과 상기 압력증가부(423)의 중심축선에 평행한 참조라인에 의해 형성된다.
제7 실시예에서, 상기 혼합부(420)와 디퓨저(430)는 일체로 형성되는 한편 충분한 기능(압력증가 성능)이 얻어진다. 그러므로, 상기 이젝터(400)의 구조는 단순화될 수 있으며, 이에 따라 상기 이젝터(400)의 제조비용을 감소할 수 있다.
도14는 증가 압력(P2-P1)과 제7 실시예의 이젝터(400)의 압력증가부(423)의 냉매입구로부터 냉매출구까지의 거리(L') 사이의 관계 및 상기 증가 압력(P2-P1)과 상기 혼합부(420)와 디퓨저(430)가 서로 명확하게 분리된 비교예의 상기 혼합부(420)의 냉매입구로부터 냉매출구까지의 거리(L) 사이의 관계를 나타낸 그래프(시뮬레이션 결과)이다. 도14에 도시된 바와 같이, 압력손실(Pa)은 비교예에서 상기 혼합부(420)와 디퓨저(430) 사이의 연결부에서 발생한다. 그러므로, 상기 디퓨저(430)는 상기 제7 실시예에 따른 상기 이젝터(400)내에서와 같이 동일한 압력으로 냉매압력을 증가시키기 위해 충분하게 확대되어질 것이 요구된다.
즉, 상기 제7 실시예에 따른 이젝터(400)내에서, 상기 압력증가부(423)(즉, 이젝터(400))가 비교예와 비교하였을 때 짧아진 거리 ΔL'만큼 짧아지게 될 지라도, 상기 비교예에서 보다 큰 냉매압력이 얻어질 수 있으며, 이에 따라 상기 이젝터(400)의 크기를 감소시킬 수 있다.
도13에 도시된 바와 같이, 확장각(θd)이 제로인 경우 조차도, 즉 상기 압력증가부(423)의 냉매통로 단면적이 실질적으로 일정한 경우에, 상기 냉매압력은 구동냉매류와 흡입냉매류가 혼합되는 동안에 증가(회복)될 수 있다.
상기 이젝터 사이클 시스템에서, 도12에 도시된 바와 같이, 흡입냉매류를 분사하기 위한 흡입노즐(411)은 상기 구동냉매류를 분사하기 위한 노즐(410)에 대하여 축선상에 배치된다. 또한, 상기 양측 노즐(410, 411)의 냉매분사포트(410a, 411a)는 예를들어 상기 제7 실시예에서 상기 압력증가부(423)의 입구부에서의 위치에서, 실질적으로 동일한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제7 실시예의 이젝터(400)에서 조차도, 상기 노즐(410)은 확대노즐로 형성될 수 있다. 또한, 상기 압력증가부(423)가 냉매유동방향으로의 길이(L')와 최소 상당직경(D2)을 가질 경우, 상기 최소 상당직경과 길이(L')에 대한 비율은 120 보다 작거나 같게 설정될 수 있고, 상기 노즐(410)의 출구에서의 상당직경(D1)과 상기 압력증가부(423)의 최소상당직경(D2)의 비율은 1.05 - 10.의 범위이내에서 설정될 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 실시예와 유사하게, 상기 이젝터 효율(ηe)은 향상될 수 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 제8 실시예를 도15를 참조하여 기술한다. 상기 제15실시예에 도시된 바와 같이, 상기 제8 실시예는 제6 및 제7 실시예의 결합이다. 특히, 상기 다수의 노즐(410)에 의해 형성된 노즐그룹(440)이 사용되며, 상기 일체화된 압력증가부(423)가 이젝터(400)내에 형성된다.
본 발명의 바람직한 제9 실시예를 도16를 참조하여 기술한다. 상기 제9 실시예에서, 도16에 도시된 바와 같이, 상기 압력증가부(423)는 실질적인 등엔트로피 변화가 냉매입구측으로부터 냉매출구측까지 상기 압력증가부(423)내의 냉매에서 발생하도록 형성된다. 따라서, 냉매는 상기 압력증가부(423)내에서 단열적으로 팽창될 수 있으며, 이에따라 상기 이젝터 효율(ηe)이 향상될 수 있다.
본 발명의 바람직한 제10 실시예를 도17을 참조하여 기술한다. 상기 도17에 도시된 바와 같이, 상기 노즐(410)의 냉매분사포트(410a)의 일측은 상기 기액분리기(500)에 연결됨과 동시에 상기 혼합부(420)와 디퓨저(430)(압력증가부(423))가 제거된다. 즉, 상기 혼합부(420)와 디퓨저(430)(압력증가부(423))는 제공되지 않으며, 상기 노즐(410)의 냉매분사포트(410a)측은 상기 기액분리기(500)에 직접 연결된다. 이에 따라, 상기 증발기(300)에서 증발된 기상냉매는 구동냉매류에 의해 기액분리기(500)내로 흡입된다. 또한, 상기 기액분리기(500)에서, 상기 속도에너지는 증발기(300)로부터의 흡입냉매(흡입류냉매)와 상기 노즐(410)로부터의 구동냉매류가 혼합되는 동안에 압력에너지로 변환되며, 이에따라 냉매압력이 증가된다. 그 결과, 상기 이젝터 사이클 시스템의 크기가 감소될 수 있으며, 상기 이젝터 사이클 시스템의 제조비용이 감소될 수 있다.
본 발명의 바람직한 제11 실시예를 도18을 참조하여 기술한다. 상기 도18에 도시된 바와 같이, 상기 혼합부(420)의 냉매출구측은 기액분리기(500)에 연결되고, 상기 혼합부(420)로부터 배출된 냉매의 속도에너지는 압력에너지로 변환되며, 이에 따라 상기 기액분리기(500)내의 압력에너지가 증가된다. 그 결과, 상기 제11 실시예에서의 이젝터 사이클 시스템의 제조비용 또한 감소될 수 있다.
본 발명의 바람직한 제12 실시예를 도19을 참조하여 기술한다. 도19는 상기 노즐(410)의 냉매출구로부터 상기 디퓨저(430)의 냉매출구까지의 냉매유속(관련속도 Vgi/Vgno)과 상기 이젝터(400)의 냉매통로 횡단면에서의 중앙으로부터 반경방향으로의 반경위치 사이의 관계를 나타낸 시뮬레이션 결과이다. 도19의 시뮬레이션은 냉매유속분포(기체유속분포)가 중심축선에 비례하여 대칭인 것을 가정하고, 상기 노즐(410)의 출구에서의 냉매유속이 도19에서 1인 것을 가정하여 수행된 것이며, "A"는 상기 노즐(410)로부터 흐르는 제트류기상냉매를 나타내며, "B"는 상기 증발기(300)로부터 흡입된 흡입기상냉매(흡입류기체)를 나타낸다. 도19에 도시된 바와 같이, 상기 노즐(410)로부터 배출된 제트류기상냉매의 유속은 상기 제트류기상냉매가 상기 증발기(300)로부터 냉매를 흡입하여 가속시키는 동안에 더욱 낮게 된다. 그러므로, 상기 혼합부(420)의 냉매출구측(상기 디퓨져(430)의 냉매입구측)에서, 상기 제트류기상냉매의 유속감소는 도19에서 "a"로 나타낸 바와 같이, 거의 종료되고, 상기 증발기(300)로부터 흡입된 기상냉매는 도19에서 "b"로 나타낸 바와 같이 충분하게 가속된다. 즉, 상기 혼합부(420)의 냉매출구측(상기 디퓨져(430)의 냉매입구측)에서, 상기 노즐(410)로부터 배출된 기상냉매와 상기 증발기(300)로부터 흡입된 기상냉매가 혼합됨으로써 상기 증발기(300)로부터 흡입된 기상냉매의 유속이 상기 노즐(410)로부터의 기상냉매의 유속과 거의 동일하게 된다. 상기 혼합부(420)내에서 혼합된 혼합냉매는 상기 디퓨져(430)로 유입되고, 상기 냉매압력은 상기 냉매의 유속이 감소되는 동안에 상기 디퓨져(430)내에서 증가된다.
이상적인 이젝터(400)에서는, 상기 노즐(410)로부터의 구동류냉매(제트류냉매)의 운동량과 상기 증발기(300)로부터의 흡입류냉매의 운동량의 총계가 유지되도록 냉매압력이 상기 혼합부(420)내에서 증가되고, 상기 디퓨저(430)내에서 에너지가 유지되도록 냉매압력이 증가되는 것이다. 그러나, 상기 구동류냉매의 유속과 흡입류냉매의 유속은 거의 같지 않고, 그의 유속이 서로 크게 다를 경우, 속도에너지를 압력에너지로 효과적으로 변환시키는 것이 어렵다. 따라서, 이 경우에 상기 디퓨저(430)내에서의 압력증가량이 감소된다. 다른 한편으로, 구동류냉매의 유속과 흡입류냉매의 유속이 거의 같게 된 후에 동일한 단면적을 가지는 부분이 지속될 경우, 상기 디퓨저(430)로 유입되는 냉매의 유속은 표면마찰에 의해 감소되며, 그 결과 상기 디퓨저(430)내에서의 압력증가량은 감소된다.
이와같이, 상기 제12 실시예에서, 상기 혼합부(420)의 길이(L)는 상기 증발기(300)로부터의 흡입류냉매의 유속과 상기 노즐(410)로부터의 구동류냉매의 유속이 거의 같게 된 후에 냉매가 상기 디퓨저(430)로 유입되도록 적절하게 선택된다. 따라서, 상기 이젝터효율(ηe)이 한층더 증가될 수 있다.
도20에 도시된 바와 같이, 상기 흡입류냉매의 유속과 구동류냉매의 유속이 상기 혼합부에서 거의 같게 될 때, 상기 혼합부(420)내에서의 냉매압력이 거의 일정하게 되며, 압력증가비율은 거의 제로(zero)가 된다. 그러므로, 상기 노즐(410)의 출구에서의 냉매압력을 검출하는 것에 의해, 상기 흡입류냉매의 유속이 구동류냉매의 유속과 거의 같게 되는지의 여부가 결정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 제13 실시예를 도21 내지 도24를 참조하여 기술한다.
상기 이젝터(400)에서, 상기 노즐(410)로부터의 구동류냉매(제트류냉매)의 운동량과 상기 증발기(300)로부터의 흡입류냉매의 운동량의 총계가 유지되도록 냉매압력이 상기 혼합부(420)내에서 증가되고, 상기 디퓨저(430)내에서 에너지가 유지되도록 상기 냉매압력이 증가된다. 그러나, 상기 혼합부의 통로단면적(420)이 상기 혼합부(420)내에서 압력증가율을 증가시키기 위하여 증가될 때, 상기 통로단면적의 팽창량은 상기 디퓨저(430)에서 감소되며, 상기 디퓨저(430)에서의 압력증가량이 감소된다.
따라서, 상기 제13 실시예에서, 상기 혼합부(420)내에서의 압력증가량(ΔPm)과 상기 이젝터(400)내에서의 전체 압력증가량(ΔP)의 압력증가비율(β)(ΔPm/ΔP)은 이젝터 효율(ηe)이 최대가 되도록 설정된다. 여기서, 상기 전체 압력증가량(ΔP)은 상기 혼합부(420)내에서의 압력증가량(ΔPm)과 상기 디퓨저(430)내에서의 압력증가량(ΔPd)의 총계이다.
도21은 유량비(α)(Ge/Gn)가 파라메타로서 존재하고, 이산화탄소가 냉매로서 사용될 경우, 상기 압력증가율(β)과 이젝터효율(ηe)사이의 관계를 나타낸 시뮬레이션 결과이다. 여기서, Gn은 상기 방열기(200)내에서 흐르는 냉매유량이며, Ge는 상기 증발기(300)내에서 흐르는 냉매유량이다. 도22는 이젝터 효율(ηe)이 최대가 되는 지점에서의 압력증가율(β)과 유량비(α) 사이의 관계를 나타낸 그래프도이다. 도22의 시뮬레이션에서는 이산화탄소가 냉매로서 사용되며, 상기 외기온도는 15℃ - 45℃의 범위내에서 변화된다.
또한, 도23은 유량비(α)(Ge/Gn)가 파라메타로서 존재하고, HFC가 냉매로서 사용될때, 압력증가율(β)과 이젝터효율(ηe)사이의 관계를 나타낸 시뮬레이션 결과이다. 도24는 상기 이젝터 효율(ηe)이 최대가 되는 지점에서의 압력증가율(β)과 유량비(α) 사이의 관계를 나타낸 그래프도이다. 도24의 시뮬레이션에서는 HFC가 냉매로서 사용되며, 상기 외기온도는 -20℃ 내지 45℃범위내에서 변화된다.
도21 내지 도24에 도시된 바와 같이, 이산화탄소가 냉매로서 사용될 경우, 상기 압력증가율(β)은 50% 이상이거나 같아지도록 설정된다. 이 경우에, 압력증가율(β)은 55% - 80%의 범위내에서 설정되며, 상기 이젝터 효율(ηe)은 한층더 향상될 수 있다. 다른 한편으로, HFC가 냉매로서 사용될 경우, 상기 압력증가율(β)은 30% 이상이거나 같아지도록 설정된다. 이 경우에, 압력증가율(β)은 35% - 80%의 범위내에서 설정되며, 상기 이젝터 효율(ηe)은 한층더 향상될 수 있다.
전술한 실시예에서는 이산화탄소나 플론이 냉매로서 사용된다. 그러나, 냉매로서는, 프로판(propane)과 같은 에틸렌(ethylene), 에탄(ethane), 산화질소(nitrogen oxide), 탄화수소(hydrocarbon) 그룹냉매나 HFC-404A, HFC-407 또는 HFC-410과 같은 혼합냉매가 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 제14 실시예를 도25 및 도26을 참조하여 기술한다. 제14 실시예에서는, 혼합냉매 HFC-404A(R404A)가 일반적으로 냉매로서 사용된다. 상기 제14 실시예에서, 상기 이젝터 사이클 시스템의 구조는 전술한 제1 실시예와 유사하므로, 그의 설명은 생략한다.
도25는 혼합냉매 HFC-404A(R404A)가 냉매로서 사용될때, 이젝터 사이클 시스템의 p-h선도를 나타낸 것이다. 도25에서는, 도1에 나타낸 상이한 위치의 냉매상태(예를들면, C1, C2...)들이 표시되어져 있다. 또한, 라인 L(i)은 등엔트로피 곡선을 표시한다. 도25에 도시된 바와 같이, 상기 혼합냉매 HFC-404A는 상기 이젝터(400)(노즐(410))내에서 등엔트로피 변화곡선을 따라 감압된다. 그러므로, 증기압축식 냉동 사이클과 비교해서 감압직후에 냉매의 건조도가 더욱 작게 이루어질수 있다. 즉, 상기 이젝터(400)로부터 배출된 냉매는 큰 액상냉매비율을 가진다. 따라서, 작은 건조도를 가지는 기액분리기는 상기 이젝터(400)로부터 기액분리기(500)내로 공급될 수 있다.
이와같이, 상기 기액분리기(500)로부터 증발기(300)로 공급되어지는 냉매에 포함된 기상냉매비율이 크게 작아질 수 있으며, 냉매가 기액분리기(500)로부터 증발기(300)로 공급되는 동안에 발생하는 압력손실의 변화범위는 더욱 작게 된다. 따라서, 상기 증발기(300)에서의 압력변화는 더욱 작아질 수 있으며, 상기 증발기(300)에서의 냉매온도변화(증발온도변화)는 더욱 작아질 수 있다. 그 결과, 상기 증발기(300)내에서의 냉각능력(흡열능력)은 향상될 수 있다.
단일 냉매(예를들면, HFC-134a(R134a))가 사용될 경우, 상기 노즐(410)의 상류와 하류측 사이의 단열열낙차(노즐효율)는 혼합냉매 HFC-404A가 사용되는 제14 실시예와 비교하였을 때 더욱 작게 된다.
상이한 비등점을 가지는 복수종류의 냉매재들이 혼합됨으로써 혼합냉매가 얻어진다. 그러므로, 상기 혼합냉매가 사용될 경우, 상기 증발기(300)내의 온도는 쉽게 더욱 높아진다. 그러나, 상기 제14 실시예에서, 상기 혼합냉매 HFC-404A(R404A)가 사용되는 경우 조차도, 상기 증발기(300)내에서의 압력변화가 더욱 작게될 수 있기 때문에, 상기 증발기(300)내의 온도가 증가되는 것을 충분하게 억제할 수 있다.
도26은 유량비(α)(Ge/Gn)가 파라메타로서 존재하고, 상기 혼합냉매 HFC-404A(R404A)가 냉매로서 사용될 경우, 상기 혼합부(420)의 비율(L/D2)과 이젝터 효율(ηe) 사이의 관계를 나타낸 시뮬레이션 결과이다. 도26에 도시된 바와 같이, 상기 비율(L/D2)은 2-152의 범위내에서 설정되며, 상기 확장각(θd)은 0.2-70도의 범위내에서 설정될 때, 상기 이젝터 효율(ηe)은 10% 보다 크거나 같게 될 수 있다.
상기 제14 실시예에서는 상기 혼합냉매 HFC-404A(R404A)가 사용된다. 그러나, HFC-407(R407)이나 HFC-410(R410)과 같은 다른 혼합냉매가 사용될 수 있다. 이 경우에서 조차도, 상기 이젝터 효율(ηe)은 상기 혼합부(420)의 각 치수를 적절히 설정함으로써 향상될 수 있다.
비록 본 발명이 첨부된 도면을 참조하는 것에 의해 바람직한 실시예에 대하여 충분히 기술되었을지라도, 여러가지 변경이나 변형이 이 기술분야에서 숙련된 자에 의해 명백해질 것임이 주지될 것이다.
예를들면, 도27에 도시된 바와 같이 상기 이젝터 사이클 시스템에는, 상기 응축기(200)로부터 배출된 냉매와 상기 압축기(100)내로 흡입된 냉매가 열교환되도록 하는 내부 열교환기(600)가 제공되어질 수 있다.
이러한 변경이나 변형은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범주내에 있는 것으로서 이해되어질 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 이젝터의 혼합부의 길이(L)와 상당직경(D2)의 비율L/D2이 120 보다 작거나 같도록 하며, 상기 혼합부(D2)의 상당직경과 노즐 츨구측에서의 상당직경(D1)의 비율은 1.05 - 10.의 범위이내로 설정함으로써 상기 이젝터 사이클 시스템이 작동하는 동안에 높은 이젝터 효율이 유지될 수 있는 효과를 가진다.

Claims (51)

  1. 냉매를 흡입하여 압축시키기 위한 압축기(100);
    상기 압축기로부터 배출된 냉매를 냉각시키기 위한 방열기(200);
    냉매가 흡수열에 의해 증발되도록 하는 증발기(300);
    상기 방열기로부터 흐르는 고압측 냉매의 압력에너지가 속도에너지로 변환됨으로써 냉매가 감압 및 팽창되도록 하는 노즐(410)과, 상기 속도에너지가 압력에너지로 변환됨으로써 상기 노즐로부터 배출된 냉매와 상기 증발기로부터 흡입된 냉매가 혼합되는 동안에 냉매의 압력이 증가되도록 하는 압력증가부(420, 430, 423)를 가지는 이젝터(400); 및
    냉매를 저장하고 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리시키기 위한 기액분리기(500)를 포함하되,
    상기 노즐은 확대노즐의 냉매통로에서 통로단면적이 최소가 되는 지점에 협류부(410a)를 가지는 확대노즐(410)이며;
    상기 확대노즐은 상기 통로단면적이 확대노즐의 냉매통로에서 더욱 작게 되는 상기 협류부와 노즐의 출구 사이의 제1 치수(B)와, 상기 협류부와 상기 협류부로부터 상측으로 흐르는 상류부 사이의 제2 치수(A)를 가지되, 상기 제1 치수가 제2 치수보다 더 크게 되며;
    상기 압력증가부는 냉매유동방향으로의 길이(L')와 최소 상당직경(D2)을 가지며, 상기 길이와 최소 상당직경의 비율(L'/D2)이 120보다 작거나 같으며;
    상기 압력 증가부의 최소 상당직경과 노즐의 출구에서의 상당직경의 비율(D2/D1)이 1.05 - 10. 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매가 이산화탄소인 이젝터 사이클 시스템.

  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력증가부는 그의 냉매입구로부터 냉매출구까지의 등엔트로피 곡선을 따라 냉매가 실질적으로 변화하도록 하는 형상을 가지는 이젝터 사이클 시스템.

  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력증가부가 하나의 통로단면적을 가지는 냉매통로를 구비하며;
    상기 통로단면적은 압력증가부의 냉매통로에서 상류측으로부터 하류측까지 대략적으로 일정한 이젝터 사이클 시스템.

  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력증가부가 하나의 통로단면적을 가지는 냉매통로를 구비하며;
    상기 통로단면적은 압력증가부의 냉매통로에서 상류측으로부터 하류측까지 점진적으로 증가되는 이젝터 사이클 시스템.

  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 압력증가부는 그의 내벽면과 상기 압력증가부의 중심축선에 평행한 기준선에 의해 형성된 확장각(θd)을 가지며, 상기 확장각은 4도보다 낮거나 같은 이젝터 사이클 시스템.

  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐은 다수의 노즐부(410)를 가지는 노즐그룹(440)으로 구성된 이젝터 사이클 시스템.

  8. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매가 복수의 냉매재를 혼합함으로써 얻어진 혼합냉매인 이젝터 사이클 시스템.

  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 혼합냉매가 HFC-404A인 이젝터 사이클 시스템.

  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 혼합냉매가 HFC-407인 이젝터 사이클 시스템.

  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 혼합냉매가 HFC-410인 이젝터 사이클 시스템.

  12. 냉매를 흡입하여 압축시키기 위한 압축기(100);
    상기 압축기로부터 배출된 냉매를 냉각시키기 위한 방열기(200);
    냉매가 흡수열에 의해 증발되도록 하는 증발기(300);
    상기 방열기로부터 흐르는 고압측 냉매의 압력에너지가 속도에너지로 변환됨으로써 냉매가 감압 및 팽창되도록 하는 노즐(410)과, 상기 증발기에서 증발된 기상냉매가 상기 노즐로부터 분사된 고속 냉매에 의해 흡입되도록 하는 혼합부(420) 및 상기 속도에너지가 압력에너지로 변환됨으로써 상기 노즐로부터 배출된 냉매와상기 증발기로부터 흡입된 냉매가 혼합되는 동안에 냉매의 압력이 증가되도록 하는 디퓨저(430)를 가지는 이젝터(400); 및
    냉매를 저장하고 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리시키기 위한 기액분리기(500)를 포함하되,
    상기 노즐은 확대노즐의 냉매통로에서 통로단면적이 최소가 되는 지점에 협류부(410a)를 가지는 확대노즐(410)이며;
    상기 확대노즐은 상기 통로단면적이 확대노즐의 냉매통로에서 더욱 작게 되는 상기 협류부와 노즐의 출구 사이의 제1 치수(B)와, 상기 협류부와 상기 협류부로부터 상측으로 흐르는 상류부 사이의 제2 치수(A)를 가지되, 상기 제1 치수가 제2 치수보다 더 크게 되며;
    상기 혼합부는 냉매유동방향으로의 길이(L)와 상당직경(D2)을 가지며, 상기 길이와 상당직경의 비율(L/D2)이 120 보다 작거나 같으며;
    상기 혼합부의 상당직경(D2)과 노즐의 출구에서의 상당직경(D1)의 비율(D2/D1)이 1.05 - 10.의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.

  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉매가 이산화탄소이며;
    상기 혼합부의 상당직경과 노즐의 출구에서의 상당직경의 비율이 1.3 - 5.3.의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉매가 플론이며;
    상기 혼합부의 상당직경과 노즐의 출구에서의 상당직경의 비율이 1.05 - 4.5.의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.

  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 디퓨저가 통로단면적을 가지는 냉매통로를 구비하며;
    상기 통로단면적은 상기 디퓨저의 냉매통로에서 상류측으로부터 하류측까지 점진적으로 증가되며;
    상기 디퓨저는 그의 내벽면과 상기 디퓨저의 중심축선에 평행한 기준선에 의해 형성된 확장각(θd)을 가지며, 상기 디퓨저의 확장각(θd)는 0.2 - 34도 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.

  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 디퓨저의 확장각(θd)는 0.2 - 7도 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.

  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 노즐은 협류부로부터 상측으로 흐르는 냉매입구측에서의 수축각(θn1)과 상기 협류부로부터 하측으로 흐르는 냉매출구측에서의 확장각(θn2)를 가지며;
    상기 수축각(θn1)은 0.05 - 20도의 범위이내에 있으며, 상기 확장각(θn2)는 0.05 - 17.5도의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.

  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 노즐은 그의 냉매입구로부터 냉매출구까지의 등엔트로피 곡선을 따라 냉매가 실질적으로 변화하도록 하는 형상을 가지는 이젝터 사이클 시스템.

  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 노즐은 다수의 노즐부(410)를 가지는 노즐그룹(440)으로 구성되며,
    상기 노즐그룹으로 유입되는 냉매의 유량을 제어하기 위한 밸브(451-454)
    를 더 포함하는 이젝터 사이클 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 노즐부들로 유입되는 냉매의 유량을 각각 독립적으로 제어하는 다수의 밸브부(451-453)를 가지는 이젝터 사이클 시스템.

  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 노즐부는 동심원으로 배열된 이젝터 사이클 시스템.

  22. 제 12 항 내지 제 21 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매가 복수의 냉매재를 혼합함으로써 얻어진 혼합냉매인 이젝터 사이클 시스템.

  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 혼합냉매가 HFC-404A인 이젝터 사이클 시스템.

  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 혼합냉매가 HFC-407인 이젝터 사이클 시스템.

  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 혼합냉매가 HFC-410인 이젝터 사이클 시스템.

  26. 냉매를 흡입하여 압축시키기 위한 압축기(100);
    상기 압축기로부터 배출된 냉매를 냉각시키기 위한 방열기(200);
    냉매가 흡수열에 의해 증발되도록 하는 증발기(300);
    상기 방열기로부터 흐르는 고압측 냉매의 압력에너지가 속도에너지로 변환됨으로써 냉매가 감압 및 팽창되도록 하는 노즐(410); 및
    냉매를 저장하고 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리시키기 위한 기액분리기(500)를 포함하되,
    상기 노즐은 냉매가 분사되도록 하는 냉매분사부(410a)를 가지며;
    상기 노즐은 상기 기액분리기내에서, 상기 증발기내의 기상냉매가 상기 노즐로부터 분사된 고속 냉매류에 의해 흡입되며, 상기 노즐로부터 배출된 냉매와 상기 증발기로부터 흡입된 냉매가 혼합되는 동안에 상기 냉매의 속도에너지가 압력에너지로 변환되도록 하기 위해서 상기 기액 분리기에 연결된 이젝터 사이클 시스템.

  27. 냉매를 흡입하여 압축시키기 위한 압축기(100);
    상기 압축기로부터 배출된 냉매를 냉각시키기 위한 방열기(200);
    냉매가 흡수열에 의해 증발되도록 하는 증발기(300);
    상기 방열기로부터 흐르는 고압측 냉매의 압력에너지가 속도에너지로 변환됨으로써 냉매가 감압 및 팽창되도록 하는 노즐(410);
    상기 증발기내에서 증발된 기상냉매가 상기 노즐로부터 분사된 고속냉매류에 의해 흡입되며, 상기 노즐로부터 배출된 냉매와 상기 증발기로부터 흡입된 냉매가 혼합되도록 하는 혼합부(420);
    냉매를 저장하고 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리시키기 위한 기액분리기(500)를 포함하되,
    상기 혼합부의 냉매 출구측은 기액분리기내에서, 냉매압력을 증가시키기 위하여 상기 혼합부로부터 흐르는 냉매의 속도에너지가 압력에너지로 변환되도록 하기 위하여 상기 기액분리기에 연결된 이젝터 사이클 시스템.

  28. 냉매를 흡입하여 압축시키기 위한 압축기(100);
    상기 압축기로부터 배출된 냉매를 냉각시키기 위한 방열기(200);
    냉매가 흡수열에 의해 증발되도록 하는 증발기(300); 및
    상기 방열기로부터 흐르는 고압측냉매의 압력에너지가 속도에너지(411)로 변환됨으로써 냉매가 감압 및 팽창되도록 하는 제1 노즐과, 상기 증발기로부터의 냉매가 흡입되어 상기 제1 노즐로부터 분사된 냉매류에 의해 분사되도록 하기 위해 상기 제1 노즐 둘레에 배치된 제2 노즐 및 상기 속도에너지가 압력에너지로 변환됨으로써 상기 제1 노즐로부터 분사된 냉매와 상기 제2 노즐로부터 분사된 냉매가 혼합되는 동안에 상기 냉매 압력이 증가되도록 하는 압력증가부(423)를 가지는 이젝터(400)를 포함하되,
    상기 제1 노즐은 상기 방열기로부터의 냉매가 주입되는 제1 주입포트(410a)와 상기 증발기로부터의 냉매가 주입되는 제2 주입포트(411a)를 가지며;
    상기 제1 주입포트와 제2 주입포트는 냉매유동방향에서 상기 이젝터의 냉매통로에 대략적으로 동일한 위치에 제공되는 이젝터 사이클 시스템.

  29. 냉매를 흡입하여 압축시키기 위한 압축기(100);
    상기 압축기로부터 배출된 냉매를 냉각시키기 위한 방열기(200);
    냉매가 흡수열에 의해 증발되도록 하는 증발기(300);
    상기 방열기로부터 흐르는 고압측 냉매의 압력에너지가 속도에너지로 변환됨으로써 냉매가 감압 및 팽창되도록 하는 노즐(410)과, 상기 증발기에서 증발된 기상냉매가 상기 노즐로부터 분사된 고속 냉매에 의해 흡입되어 상기 노즐로부터 분사된 냉매와 혼합되어지도록 하는 혼합부(420) 및 상기 속도에너지가 압력에너지로 변환됨으로써 냉매의 압력이 증가되도록 하는 디퓨저(430)를 가지는 이젝터(400);및
    냉매를 저장하고 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리시키기 위한 기액분리기(500)를 포함하되,
    상기 이젝터는 상기 증발기로부터 흡입된 냉매의 유속과 상기 노즐로부터 분사된 냉매의 유속이 혼합부에서 대략적으로 같게 된 후에 상기 혼합부로부터의 냉매가 상기 디퓨저로 유입되는 방식으로 구성된 이젝터 사이클 시스템.

  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 노즐은 확대노즐의 냉매통로에서 통로단면적이 최소가 되는 지점에 협류부(410a)를 가지는 확대노즐(410)이며;
    상기 확대노즐은 상기 통로단면적이 확대노즐의 냉매통로에서 더욱 작게 되는 상기 협류부와 노즐의 출구 사이의 제1 치수(B)와, 상기 협류부와 상기 협류부로부터 상측으로 흐르는 상류부 사이의 제2 치수(A)를 가지되, 상기 제1 치수가 제2 치수보다 더 크게 되며;
    상기 혼합부는 냉매유동방향으로의 길이(L)와 상당직경(D2)을 가지며, 상기 길이와 상당직경의 비율(L/D2)이 120 보다 작거나 같으며;
    상기 압력증가부의 상당직경과 노즐의 출구에서의 상당직경의 비율(D2/D1)이 1.05 - 10.의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.

  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 냉매가 이산화탄소이며;
    상기 혼합부의 상당직경과 노즐의 출구에서의 상당직경의 비율이 1.3 - 5.3.의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.

  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 냉매가 플론이며;
    상기 혼합부의 상당직경과 노즐의 출구에서의 상당직경의 비율이 1.05 - 4.5.의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.

  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 디퓨저가 통로단면적을 가지는 냉매통로를 구비하며;
    상기 통로단면적은 상기 디퓨저의 냉매통로에서 상류측으로부터 하류측까지 점진적으로 증가되며;
    상기 디퓨저는 그의 내벽면과 상기 디퓨저의 중심축선에 평행한 기준선에 의해 형성된 확장각(θd)을 가지며, 상기 디퓨저의 확장각(θd)는 0.2 - 34도의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 디퓨저의 확장각(θd)는 0.2 - 7도의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.

  35. 제 29 항에 있어서,
    상기 노즐은 다수의 노즐부(410)를 가지는 노즐그룹(440)으로 구성되며,
    상기 노즐그룹으로 유입되는 냉매의 유량을 제어하기 위한 밸브(451-454)
    를 더 포함하는 이젝터 사이클 시스템.

  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 밸브가 상기 노즐부들로 유입되는 냉매의 유량을 각각 독립적으로 제어하는 다수의 밸브부(451-453)를 가지는 이젝터 사이클 시스템.

  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 노즐부는 동심원으로 배열된 이젝터 사이클 시스템.

  38. 제 29 항 내지 제 37 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매가 복수의 냉매재를 혼합함으로써 얻어진 혼합냉매인 이젝터 사이클 시스템.

  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 혼합냉매가 HFC-404A인 이젝터 사이클 시스템.

  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 혼합냉매가 HFC-407인 이젝터 사이클 시스템.

  41. 제 38 항에 있어서,
    상기 혼합냉매가 HFC-410인 이젝터 사이클 시스템.

  42. 냉매를 흡입하여 압축시키기 위한 압축기(100);
    상기 압축기로부터 배출된 냉매를 냉각시키기 위한 방열기(200);
    냉매가 흡수열에 의해 증발되도록 하는 증발기(300);
    상기 방열기로부터 흐르는 고압측 냉매의 압력에너지가 속도에너지로 변환됨으로써 냉매가 감압 및 팽창되도록 하는 노즐(410)과, 상기 증발기에서 증발된 기상냉매가 상기 노즐로부터 분사된 고속 냉매에 의해 흡입되어 상기 노즐로부터 분사된 냉매와 혼합되어지도록 하기 위한 혼합부(420) 및 상기 혼합부로부터의 냉매의 속도에너지가 압력에너지로 변환됨으로써 냉매의 압력이 증가되도록 하는 디퓨저(430)를 가지는 이젝터(400); 및
    냉매를 저장하고 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리시키기 위한 기액분리기(500)를 포함하되,
    상기 이젝터는 이산화탄소를 냉매로서 사용할 때 상기 혼합부내에서의 압력증가량(ΔPm)과 상기 이젝터내에서의 전체 압력증가량(ΔP)의 압력증가비율(ΔPm/ΔP)이 50% 보다 크거나 같게 설정되도록 구성된 이젝터 사이클 시스템.

  43. 제 42 항에 있어서,
    이산화탄소를 냉매로서 사용할 때 상기 혼합부내에서 압력증가량과 상기 이젝터내에서의 전체 압력증가량의 압력증가비율이 55 - 80%의 범위이내에서 설정되는 이젝터 사이클 시스템.
  44. 냉매를 흡입하여 압축시키기 위한 압축기(100);
    상기 압축기로부터 배출된 냉매를 냉각시키기 위한 방열기(200);
    냉매가 흡수열에 의해 증발되도록 하는 증발기(300);
    상기 방열기로부터 흐르는 고압측 냉매의 압력에너지가 속도에너지로 변환됨으로써 냉매가 감압 및 팽창되도록 하는 노즐(410)과, 상기 증발기에서 증발된 기상냉매가 상기 노즐로부터 분사된 고속 냉매에 의해 흡입되어 상기 노즐로부터 분사된 냉매와 혼합되어지도록 하는 혼합부(420) 및 상기 혼합부로부터의 냉매의 속도에너지가 압력에너지로 변환됨으로써 냉매의 압력이 증가되도록 하는 디퓨저(430)를 가지는 이젝터(400); 및
    냉매를 저장하고 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리시키기 위한 기액분리기(500)를 포함하되,
    상기 이젝터는 플론을 냉매로서 사용될 때 상기 혼합부내에서의 압력증가량(ΔPm)과 상기 이젝터내에서의 전체 압력증가량(ΔP)의 압력증가비율(ΔPm/ΔP)이 30%보다 크거나 같게 설정되도록 구성된 이젝터 사이클 시스템.

  45. 제 44 항에 있어서,
    플론을 냉매로서 사용할 때 상기 혼합부내에서의 압력증가량과 상기 이젝터내에서의 전체 압력증가량의 압력증가비율이 35 - 80%의 범위이내에서 설정되는 이젝터 사이클 시스템.

  46. 제 42 항 또는 제 43 항에 있어서,
    상기 노즐은 확대노즐의 냉매통로에서 통로단면적이 최소가 되는 지점에 협류부(410a)를 가지는 확대노즐(410)이며;
    상기 확대노즐은 상기 통로단면적이 확대노즐의 냉매통로에서 더욱 작게 되는 상기 협류부와 노즐의 출구 사이의 제1 치수(B)와, 상기 협류부와 상기 협류부로부터 상측으로 흐르는 상류부 사이의 제2 치수(A)를 가지되, 상기 제1 치수가 제2 치수보다 더 크게 된 이젝터 사이클 시스템.

  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 혼합부는 냉매유동방향으로의 길이(L)와 상당직경(D2)을 가지며, 상기 길이와 상당직경의 비율(L/D2)이 120 보다 작거나 같으며;
    상기 혼합부의 상당직경과 노즐의 출구에서의 상당직경의 비율(D2/D1)이 1.05 - 10.의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.

  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 혼합부의 상당직경과 노즐의 출구에서의 상당직경의 비율이 1.3 - 5.3.의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.

  49. 제 44 항 또는 제 45 항에 있어서,
    상기 노즐은 확대노즐의 냉매통로에서 통로단면적이 최소가 되는 지점에 협류부(410a)를 가지는 확대노즐(410)이며;
    상기 확대노즐은 상기 통로단면적이 확대노즐의 냉매통로에서 더욱 작게 되는 상기 협류부와 노즐의 출구 사이의 제1 치수(B)와, 상기 협류부와 상기 협류부로부터 상측으로 흐르는 상류부 사이의 제2 치수(A)를 가지되, 상기 제1 치수가 제2 치수보다 더 크게 된 이젝터 사이클 시스템.

  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 혼합부는 냉매유동방향으로의 길이(L)와 상당직경(D2)을 가지며, 상기 길이와 상당직경의 비율(L/D2)이 120 보다 작거나 같으며;
    상기 혼합부의 상당직경과 노즐의 출구에서의 상당직경의 비율(D2/D1)이 1.05 - 10.의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 혼합부의 상당직경과 노즐의 출구에서의 상당직경의 비율이 1.05 - 4.5.의 범위이내에 있는 이젝터 사이클 시스템.
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