KR20020028521A - 용량 가변형 이젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압의 유체를 분출시켜 저압의 유체를 배출시키거나 응축시키는 이젝터에 관한 것으로서, 특히 흡입 유체가 유입되는 흡입부와, 상기 흡입부 내측으로 연결되어 흡입 유체를 유동시킬 수 있도록 고압의 구동 유체가 분출되는 노즐부와, 상기 흡입부에 연결되어 흡입 유체와 구동 유체가 혼합되면서 통과하는 동시에 유체의 부하 변동에 따라 길이 및 횡단면적 변화가 가능하게 형성된 가변 면적부와, 상기 가변 면적부의 끝단에 연결되어 혼합 유체의 압력이 상승되면서 배출되도록 하는 디퓨저부를 포함하여 구성됨으로써, 유체의 부하 변동에 따라 노즐부와 가변 면적부의 단면적 또는 길이가 변화될 수 있게 되어 용량 조절이 가능해짐에 따라 시스템의 전체 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

용량 가변형 이젝터{Variable capacity ejector}

본 발명은 고압의 유체를 분출시켜 저압의 유체를 배출시키거나 응축시키는 이젝터에 관한 것으로서, 특히 유체의 부하 변동에 따라 노즐부와 면적부의 단면적 또는 길이가 가변되도록 함으로써 용량 조절이 가능하여 시스템의 성능을 높일 수 있도록 한 용량 가변형 이젝터에 관한 것이다.

일반적으로 이젝터는 고압의 유체를 노즐로 분출시켜 그 주위의 저압의 유체와 운동량 교환을 통하여 저압의 유체를 보다 높은 압력으로 변환시키면서 유동시키는 장치이다.

이와 같은 이젝터는 냉동 공조 장치, 건조 및 탈취 장치, 진공 펌프, 배기 펌프, 각종 공조 시설, 연소 장치 등의 산업 전 부분에 걸쳐 폭넓게 활용되고 있다.

특히 이젝터는 냉동 시스템에서 팽창 장치나 압축기의 대용으로 사용되기도 하고, 부가적인 장치로 사용되면서 냉동 효율을 높이는 역할을 하게 된다.

도 1은 종래 기술의 이젝터가 도시된 단면도이고, 도 2는 종래 기술의 이젝터 내의 압력 변화상태가 도시된 그래프이다.

종래 기술의 이젝터는 흡입 유체(S)가 유입되는 흡입부(15)와, 상기 흡입부(15)의 내측으로 연결되어 흡입 유체(S)의 압력을 변화시킬 수 있도록 고압의 구동 유체(M)가 분출되는 노즐부(10)와, 상기 흡입부(15)에 연결되어 흡입 유체(S)와 구동 유체(M)가 혼합되면서 통과하는 일정 면적부(20)와, 상기 일정 면적부(20)의 끝단부에 형성되어 혼합 유체의 압력이 상승되면서 배출되도록 하는 디퓨저부(diffuser; 30)로 구성된다.

이와 같이 구성된 상기 이젝터의 종류에는 고압의 구동 유체(M)의 종류에 따라 공기 이젝터, 액체 이젝터, 2상 이젝터, 증기 이젝터 등으로 나눌 수 있다.

이중에서 공기 이젝터와 액체 이젝터의 경우는 주로 구동 유체(M)가 노즐부(10)로 유입되면서 유체의 압력에너지가 노즐 출구에서 거의 대부분 속도 에너지로 변환되고, 이때 흡입부(15)에 원하는 진공 압력이 형성되어 액체 또는 기체를 흡입할 수 있게 된다.

그리고 증기 이젝터의 경우는 압력 에너지와 열 에너지의 합, 즉 유체가 보유하고 있는 엔탈피가 노즐 출구에서 거의 대부분 속도 에너지로 변환되면서 액체 또는 기체를 흡입하게 된다.

이와 같이 흡입된 저압의 흡입 유체(S)는 노즐부(10)를 통과한 구동 유체(M)와 일정 면적부(20)를 통과하면서 적절히 혼합됨과 아울러 운동량 교환을 하게 되고, 디퓨저부(30)를 지나면서 압력이 상승하게 된다.

즉, 상기한 종래 기술의 이젝터는 구동 유체(M)가 노즐부(10)를 통해 흡입부(15) 내로 분출되면서 압력이 낮아지게 되고, 이에 따른 흡입부(15) 내의 압력 변화에 의해 흡입 유체(S)가 흡입부(15) 내로 유입된 다음, 상기 구동유체(M)와 함께 일정 면적부(20)를 통과하면서 혼합되고, 디퓨저부(30)를 지나면서 압력이 상승되면서 외부로 배출되는 것이다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술의 이젝터는 유체 흐름의 출구 조건에 맞게 노즐부(10)의 크기와 일정 면적부(20) 및 디퓨저부(30)의 길이 등이 정해진 상태로 설계되어 제작되기 때문에 시스템 내에 부하 변동이 발생하게 되면 용이하게 대응할 수 없는 문제점이 있다.

즉, 상기한 종래 기술의 이젝터는 설계 조건에 맞는 조건에서는 성능을 충분히 발휘할 수 있으나 시스템의 외부 조건 등이 변화하여 설계 조건과 다른 조건으로 운전될 때에는 자체적으로 부하 변동에 대응할 수 없는 구조로 이루어져 있기 때문에 각 종 시스템의 내외에 부하 변동이 발생할 경우 이젝터의 성능이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 시스템 내에 연결된 다른 부품의 손상을 유발시킬 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 노즐부와 일정 면적부의 용량 조절이 가능해지도록 구성함으로써 시스템의 부하 변동에 용이하게 대응할 수 있게 하여 전체 시스템의 성능을 높이는 동시에 안정적인 운전이 가능해지도록 하는 용량 가변형 이젝터를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 기술의 이젝터가 도시된 단면도,

도 2는 종래 기술에 따른 이젝터 내의 압력 변화 상태도,

도 3은 본 발명에 따른 용량 가변형 이젝터가 도시된 단면도,

도 4는 증발기가 두 개인 이중 증발 이젝터 사이클선도,

도 5는 이젝터가 팽창 장치로 사용된 냉동 사이클선도,

도 6a는 이젝터가 사용된 흡수식 냉동 시스템이 도시된 구성도,

도 6b는 이젝터가 사용된 태양열 냉동 시스템이 도시된 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 흡입부 60 : 노즐부

61, 62, 63 : 노즐 65a, 65b, 65c : 솔레노이드 밸브

70 : 가변 면적부 80 : 디퓨저부

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 용량 가변형 이젝터는, 흡입 유체가 유입되는 흡입부와, 상기 흡입부 내측으로 연결되어 흡입 유체를 유동시킬 수 있도록 고압의 구동 유체가 분출되는 노즐부와, 상기 흡입부에 연결되어 흡입 유체와 구동 유체가 혼합되면서 통과하는 동시에 유체의 부하 변동에 따라 길이 및 횡단면적 변화가 가능하게 형성된 가변 면적부와, 상기 가변 면적부의 끝단에 연결되어 혼합 유체의 압력이 상승되면서 배출되도록 하는 디퓨저부를 포함한 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 용량 가변형 이젝터가 도시된 단면 구성도이다.

본 발명에 따른 용량 가변형 이젝터는 흡입 유체(S)가 유입되는 흡입부(50)와, 상기 흡입부(50) 내측으로 연결되어 흡입 유체(S)를 유동시킬 수 있도록 고압의 구동 유체(M)가 분출되는 노즐부(60)와, 상기 흡입부(50)에 연결되어 흡입 유체(S)와 구동 유체(M)가 혼합되면서 통과하는 동시에 유체의 부하 변동에 따라 길이 및 횡단면적 변화가 가능하게 형성된 가변 면적부(70)와, 상기 가변 면적부(70)의 끝단에 연결되어 혼합 유체의 압력이 상승되면서 배출되도록 하는 디퓨저부(80)로 구성된다.

상기에서 노즐부(60)는 복수개의 노즐(61)(62)(63)로 이루어지고, 각 노즐(61)(62)(63)은 부하 변동에 따라 솔레노이드 밸브(65a)(65b)(65c) 등으로 개폐 조절이 가능하게 이루어진다.

그리고 상기 각 노즐(61)(62)(63)은 입구 및 출구의 크기가 서로 동일하게 이루어지거나, 입구 및 출구의 크기가 서로 상이하게 이루어져 부하의 변동에 따라 상기 솔레노이드 밸브(65a)(65b)(65c)를 제어하여 복수의 노즐을 일부 또는 전체를 선택적으로 사용할 수 있도록 구성된다.

상기에서 상기 가변 면적부(70)는 혼합 유체의 용량 변화에 따라 길이 및 횡단면적의 변화가 가능하도록 신축(flexible)소재로 이루어진다. 여기서 신축 소재는 연성의 고무재 등이 사용될 수 있다.

상기에서 디퓨저부(80)는 상기 가변 면적부(70)와 분리되어 제작된 다음, 상기 가변 면적부(70)의 끝단부에 나사 조립 등의 방법으로 연결된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 용량 가변형 이젝터의 작용을 각종 시스템에 적용하여 설명하면 다음과 같다.

도 4a와 도 4b는 냉장고 등과 같이 증발기가 두 개인 이중 증발 이젝터 사이클로서, 이 사이클은 냉장실과 냉동실에 각각 독립적인 증발기를 사용하여 냉장실과 냉동실의 효율을 높일 수 있도록 이루어져 있다.

여기서 종래 기술의 이젝터가 사용될 경우 냉장실이나 냉동실 중 어느 한쪽에 큰 부하가 발생하게 되면 그 부하에 대하여 냉동 및 냉장 효율이 떨어질 수 있는 문제가 있다.

즉, 구동 유체와 흡입 유체의 질량비에 따라 성능이 크게 바뀌는데, 부하 변동으로 어느 하나의 증발기로 더 많은 양이 흘러가게 된다면 이젝터 자체의 효율이 크게 떨어지고, 그에 따라 냉동 시스템 전체 효율도 나빠지게 되는 것이다.

하지만 본 발명의 용량 가변형 이젝터는 부하의 크기가 바뀌면 노즐부와 가변 면적부의 변화를 이용하여 적절하게 전체 사이클을 변화시켜서 시스템의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 5는 이젝터가 팽창 장치로 사용된 냉동 사이클로서, 보통 냉동 시스템에서 팽창 장치로는 전자 팽창 밸브나 모세관을 사용하나 이젝터를 이용하면 시스템 전체의 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 이 사이클 역시 부하 변동시의 신뢰성이 문제가 되는 바, 본 발명의용량 가변형 이젝터를 사용하게 되면 부하 변동에 따라 압력을 변화시킬 수 있으며, 사용자가 원하는 방향으로 부하를 변화시킬 수도 있게 된다.

즉, 이젝터에서의 출구에서의 압력은 이젝터의 전체 형상과 구동 유체와 흡입 유체의 질량비의 함수인데, 본 발명에 따른 용량 가변형 이젝터는 노즐부의 크기 즉, 분출량을 변화시킬 수 있는 동시에 가변 면적부 형상을 변화시킬 수 있으므로 이젝터의 출구쪽 압력을 원하는 방향으로 바꿀 수 있게 된다. 따라서 냉동 시스템 내의 부하 변동에 용이하게 대응할 수 있게 되어 냉동 시스템의 성능은 그만큼 향상될 수 있게 된다.

도 6a는 이젝터가 사용된 흡수식 냉동 시스템이 도시된 구성도이고, 도 6b는 이젝터가 사용된 태양열 냉동 시스템이 도시된 구성도로서, 여기서 이젝터는 압축기 역할을 하게 되는 바, 본 발명에 따른 용량 가변형 이젝터를 사용할 경우 부하 변동에 용이하게 대응할 수 있게 되어 효율과 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 용량 가변형 이젝터는 노즐부와 일정 면적부의 용량 조절이 가능해지도록 구성되어 있기 때문에 시스템의 부하 변동에 용이하게 대응할 수 있게 되어 전체 시스템의 성능을 높이는 동시에 보다 안정적인 운전이 가능해지는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 흡입 유체가 유입되는 흡입부와, 상기 흡입부 내측으로 연결되어 흡입 유체를 유동시킬 수 있도록 고압의 구동 유체가 분출되는 노즐부와, 상기 흡입부에 연결되어 흡입 유체와 구동 유체가 혼합되면서 통과하는 동시에 유체의 부하 변동에 따라 길이 및 횡단면적 변화가 가능하게 형성된 가변 면적부와, 상기 가변 면적부의 끝단에 연결되어 혼합 유체의 압력이 상승되면서 배출되도록 하는 디퓨저부를 포함한 것을 특징으로 하는 용량 가변형 이젝터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 노즐부는 복수개의 노즐로 이루어지고, 각 노즐은 부하 변동에 따라 개폐 조절이 가능하게 이루어진 것을 특징으로 하는 용량 가변형 이젝터.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 각 노즐은 입구 및 출구의 크기가 서로 동일하게 이루어진 것을 특징으로 하는 용량 가변형 이젝터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 노즐은 입구 및 출구의 크기가 서로 상이하게 이루어진 것을 특징으로 하는 용량 가변형 이젝터.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 가변 면적부는 길이 및 횡단면적의 변화가 가능하도록 신축(flexible)소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 용량 가변형 이젝터.