KR20060121757A - 이젝터 및 이젝터 사이클 장치 - Google Patents

이젝터 및 이젝터 사이클 장치 Download PDF

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KR20060121757A
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신 니시다
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가부시키가이샤 덴소
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Abstract

본 발명에 따른 이젝터 사이클 장치는, 냉매를 흡입압축하는 압축기(10), 상기 압축기로부터 배출되는 고압냉매의 열을 방출하는 방열기(20), 이젝터(30), 상기 방열기와 이젝터의 노즐부 사이의 냉매유로로부터 분기되며, 상기 이젝터의 흡입구에 결합되는 분기유로(55), 상기 분기유로에 배치되며 냉매를 감압하는 스로틀유닛(40), 및 상기 분기유로에서 스로틀유닛의 냉매흐름의 하류측에 배치되며 냉매를 증발시키는 증발기(50)를 포함한다. 따라서, 상기 이젝터의 흡입성능이 저하되는 경우에도, 상기 증발기를 통해 냉매는 흐를 수 있다.
이젝터, 이젝터 사이클 장치, 방열기, 스로틀유닛, 분기유로, 증발기

Description

이젝터 및 이젝터 사이클 장치{EJECTOR AND EJECTOR CYCLE DEVICE}
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클(이젝터 사이클 장치)을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도2는 본 발명의 제2실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도3은 본 발명의 제3실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도4는 본 발명의 제4실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도5는 본 발명의 제5실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도6은 본 발명의 제6실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도7은 본 발명의 제7실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도8은 도7의 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클에서의 p-h 선도.
도9는 본 발명의 제8실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클(이젝터 사이클 장치)을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도10은 도9의 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클에서의 p-h 선도.
도11은 본 발명의 제9실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클(이젝터 사이클 장치)을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도12는 본 발명의 제10실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클(이젝터 사이클 장치)을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도13은 본 발명의 제11실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클(이젝터 사이클 장치)을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도14는 도13의 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클에서의 p-h 선도.
도15는 본 발명의 제12실시예에 따른 이젝터를 이용한 이젝터 사이클 장치에서의 냉방운전모드를 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도16은 도15의 이젝터 사이클 장치에서의 난방운전모드를 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도17은 본 발명의 제13실시예에 따른 이젝터 사이클 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도18은 본 발명의 제14실시예에 따른 이젝터 사이클 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도19는 본 발명의 제15실시예에 따른 이젝터 사이클 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도20은 본 발명의 제16실시예에 따른 이젝터 사이클 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도21은 본 발명의 제17실시예에 따른 이젝터 사이클 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도22는 본 발명의 제18실시예에 따른 이젝터 사이클 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도23은 본 발명의 제18실시예에 따른 이젝터의 단면도.
도24a는 이젝터의 냉매유로면적이 수축(스로틀)된 상태를 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도24b는 이젝터의 냉매유로면적이 확장된 상태를 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도25는 본 발명의 제19실시예에 따른 이젝터 사이클 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도26은 본 발명의 제19실시예에 따른 이젝터를 개략적으로 나타낸 단면도.
도27은 본 발명의 제20실시예에 따른 이젝터를 개략적으로 나타낸 단면도.
도28은 본 발명의 제18실시예의 변형에 따른 이젝터에 고정스로틀을 추가해서 나타낸 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10, 111: 압축기 20, 112: 방열기
30, 114, 130, 140: 이젝터 34: 유량제어유닛
40: 스로틀유닛 50: 증발기
60: 기액분리기 70: 열회수유닛
80: 체크밸브 116: 제1증발기
119: 제2증발기 160: 유로스위칭유닛
본 발명은 이젝터 및 상기 이젝터를 이용한 이젝터 사이클 장치에 관한 것이다. 상기 이젝터 사이클 장치는 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클용으로 적절하게 이용될 수 있다.
종래의 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클은, 예를 들면 일본특허 제3322263호(미국특허 제6,477,857호, 미국특허 제6,574,987호에 대응)에 제안되어 있고, 상기 일본특허 제3322263호에 제안된 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클은 증발기에 액상냉매만을 유입시키는 이젝터와 기액분리기를 이용한다. 또한, 일본특허공개 제2005-37093호(미국특허공개 제2005/0011221호에 대응)에는 증기 압축식 냉동 사이클이 제안되어 있고, 상기 증기 압축식 냉동 사이클은 기액분리기와 증발기 사이에 위치되는 차압밸브 및 상기 차압밸브와 직렬로 배치되는 체크밸브를 포함하며, 상기 차압밸브는 그 자체의 전후 사이의 차압이 이젝터의 전후 사이의 차압에 대략 비례적으로 제어되고, 상기 체크밸브는 기액분리기의 액체냉매출구로부터 냉매가 유출되는 방향으로만 냉매를 흐르게 한다.
그러나, 전술한 종래의 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클은 이젝터의 성능이 저하되는 경우, 특히 외부 공기 온도가 저하되는 경우, 상기 증발기를 통해 흐르는 냉매의 양이 감소되어 증발기의 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점 때문에, 상기 이젝터의 성능이 저하되는 경우에도, 상기 냉매가 증발기를 통해 흐를 수 있는 사이클 구조를 제공할 필요가 있다.
또한, 이젝터를 이용하여 저온측의 열을 고온측으로 이동시키는 증기 압축식 히트 펌프 사이클이 미국특허 제6,550,265호에 제안되어 있다. 상기 문헌에 제공된 이젝터식 히트 펌프 사이클은 두개의 4방향밸브를 이용하여 고온측과 저온측 사이의 두개의 열교환기를 스위칭(switchiing)할 수 있도록 제공된다.
그러나, 두개의 4방향밸브로 이루어진 히트 펌프 사이클은 비용을 증가시키며, 또한 상기 4방향밸브의 장착이 쉽지 않은 문제점이 있다.
또한, 공지된 이젝터 사이클 장치는 이젝터의 노즐부와 상기 노즐부와 별개의 감압수단이 서로 일체로 이루어지고, 이를 이용하여 크기가 감소되는 구조(예를 들면, 미국특허 제6,871,506호에 대응하는 일본특허공개 제2004-44906호에 제안됨)로 이루어져 있다.
상기 일본특허공개 제2004-44906호에 제안된 사이클에서, 방열기의 하류측에 가변스로틀과 일체화된 이젝터가 연결되고, 상기 이젝터의 하류측에 어큐뮬레이터(accumulator)가 연결되며, 상기 어큐뮬레이터의 액상냉매출구는 증발기의 입구 에 연결되고, 상기 증발기의 출구는 이젝터의 냉매흡입부에 연결된다. 따라서, 상기 증발기에 의해 흡입되는 냉매량은 이젝터의 흡입능력에만 의존된다. 이와 같은 문제점 때문에, 상기 사이클의 고압과 저압 사이의 차이는 작으며, 이에 따라 상기 이젝터의 입력은 감소되고, 상기 이젝터의 흡입능력은 감소되며, 상기 증발기의 냉매유량(flow rate of refrigerant)이 감소된다. 이러한 경우, 상기 증발기는 완전한 냉각능력을 구현하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 이젝터의 흡입성능이 저하되는 경우에도 증발기로 냉매가 유입되는 이젝터를 구비한 이젝터 사이클 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 냉매 사이클에서 간단한 구조로 고온측과 저온측이 스위칭될 수 있는 이젝터를 구비한 이젝터 사이클 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고온측과 저온측 사이에서 스위칭이 가능하며 비용을 감소시킬 수 있는 이젝터 사이클 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 간단한 분기유로 구조를 갖는 이젝터와 상기 이젝터를 이용한 이젝터 사이클 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 간단한 구조로 스로틀유닛과 일체로 이루어지는 이젝터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 일관점에 따른 이젝터 사이클 장치는, 냉매를 흡입압축하는 압축기; 상기 압축기로부터 배출되는 고압냉매의 열을 방출하는 방열기; 상기 방열기의 하류측의 고압냉매의 압력에너지를 속도에너지로 변환해서 냉매를 감압팽창시키는 노즐부와 상기 노즐부로부터의 분출흐름에 의해 냉매를 흡입하는 흡입구가 구비되는 이젝터; 상기 방열기와 이젝터의 노즐부 사이의 냉매유로로부터 분기되며, 상기 이젝터의 흡입구에 결합되는 분기유로; 상기 분기유로에 배치되며 냉매를 감압하는 스로틀유닛(스로틀수단); 및 상기 분기유로에서 스로틀유닛의 냉매흐름의 하류측에 배치되며 냉매를 증발시키는 증발기를 포함한다. 따라서, 상기 이젝터의 흡입능력이 낮은 외부 공기 온도에서 저하되는 경우에도, 상기 증발기로 냉매를 유도할 수 있으며, 상기 증발기의 냉각능력은 유지될 수 있다.
예를 들어, 상기 방열기와 이젝터 사이의 냉매유로에 유량제어유닛이 배치되어 냉매유량을 제어할 수 있다. 이 경우, 사이클 전체에서의 냉매유량은 용이하게 조정될 수 있다.
냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리해서 상기 압축기에 기상냉매를 공급하며 상기 액상냉매를 축적하기 위하여 상기 이젝터의 출구와 압축기 사이에 기액분리기가 위치될 수 있다. 또한, 상기 방열기에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터에서 유출되어 상기 압축기에 의해 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하기 위해 상기 이젝터와 압축기 사이에 열회수유닛이 위치될 수 있다. 또한, 상기 방열기에서 유출되는 냉매와 상기 기액분리기에서 유출되어 상기 압축기에 의해 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하기 위해 상기 기액분리기와 압축기 사이에 열회수유닛이 위치될 수 있다. 또한, 상기 방열기에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터에서 유출되어 상기 기액분리기로 유입되는 냉매 사이에서 열을 교환하기 위해 상기 이젝터와 기액분리기 사이에 열회수유닛이 위치될 수 있다. 따라서, 상기 열회수유닛을 이용하여 열은 효율적으로 회수될 수 있다.
또한, 상기 방열기에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터에서 유출되어 상기 압축기에 의해 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하기 위해 상기 이젝터와 압축기 사이에 복수의 열회수부재가 위치될 수 있다. 이 경우, 상기 열회수부재의 복수의 저압냉매유로 사이에 기액분리기가 위치될 수 있다.
상기 이젝터 사이클 장치에서, 상기 기액분리기로부터 액상냉매를 흡입하도록 액체냉매공급유로는 배치될 수 있고, 상기 기액분리기에서 유출되는 방향으로 냉매흐름을 허용하도록 비반환수단은 액체냉매공급유로에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 액체냉매공급유로로부터 공급되는 액상냉매는 증발기의 냉매흐름 상류측으로 유입되게 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 이젝터 사이클 장치는, 냉매를 압축하고 배출하는 압축기; 고압냉매를 감압되기 전에 유도하기 위한 입구를 갖는 노즐부, 상기 노즐부로부터 냉매의 분출흐름에 의해 냉매가 흡입되는 흡입구, 및 상기 노즐 및 흡입구로부터 냉매를 배출하는 배출구가 구비되며, 상기 압축기에 의해 냉매가 순환되는 냉매순환유로에 배치되는 이젝터; 상기 이젝터의 입구 및 이젝터의 흡입구에 결합되는 분기유로; 상기 분기유로에 배치되는 열교환기; 및 상기 이젝터의 입구로 고압냉매가 공급되며 상기 열교환기로부터 흡입구로 냉매가 흐르는 제1모드와 상기 배출구로 고압냉매가 공급되며 상기 이젝터의 흡입구로부터 열교환기로 냉매가 흐르는 제2모드 사이를 스위칭하는 유로스위칭유닛을 포함한다. 따라서, 상기 사이클에서의 간단한 구조로도 고온측과 저온측은 스위칭될 수 있다.
상기 열교환기는 제1열교환기로서 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1모드에서는 제1열교환기를 저온으로 이르게 하고 제2모드에서는 제1열교환기를 고온으로 이르도록 상기 이젝터의 입구와 제1열교환기 사이에 스로틀유닛이 위치될 수 있다. 또한, 제1모드에서는 고온으로 이르게 하고 제2모드에서는 저온으로 이르도록 상기 냉매순환유로에 제2열교환기가 배치될 수 있다.
이 경우에도, 상기 제2열교환기에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터에서 유출되어 상기 압축기에 의해 흡입되는 냉매 사이의 제1모드에서 열을 교환하기 위해 상기 이젝터와 압축기 사이에 열회수유닛이 위치될 수 있다.
또한, 상기 제2열교환기측에 제2이젝터와 제2분기유로가 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제2이젝터는 제1열교환기의 하류측의 고압냉매가 제2모드시에 흐르는 입구를 가지고, 상기 제2분기유로는 제1이젝터의 입구의 상류측의 냉매순환유로로부터 제2이젝터의 흡입구로 분기되는 냉매흐름을 유도하고, 상기 제2열교환기는 제2분기유로에 배치되며 냉매를 증발시켜서 제2모드에서 냉각능력이 구현된다.
본 발명의 또 다른 관점에 따른 냉매 사이클용 이젝터는, 냉매를 감압팽창시키는 노즐부; 상기 노즐부로부터 분출되는 고속의 냉매에 의해 냉매가 흡입되는 흡입부; 상기 노즐부로부터 분출되는 냉매와 상기 흡입부로부터 흡입되는 냉매를 혼 합하고 가압하기 위한 디퓨저부; 상기 노즐부의 상류측과 연통하는 제1연결부; 상기 디퓨저부의 하류측과 연통하는 제2연결부; 상기 흡입부와 연통하는 제3연결부; 및 상기 노즐부의 상류측과 연통하는 제4연결부를 포함한다. 따라서, 상기 이젝터의 분기된 냉매유로는 간단하게 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제4연결부와 유사하게, 제5 및 제6연결부 등을 간단하게 형성할 수 있다.
예를 들어, 제어기구는 상기 노즐부의 개방을 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어기구는 제4연결부를 통과하는 냉매유로의 개방을 제어하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 제어기구는 노즐부의 냉매유로에 배치되는 니들이 제공될 수 있고, 상기 제4연결부를 통과하는 냉매유로의 일단은 노즐의 냉매유로에서 니들의 표면측에 대향되게 개방될 수 있다. 또한, 스로틀수단은 상기 제4연결부를 통해 흐르는 냉매흐름을 스로틀하도록 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 스로틀수단은 제4연결부와 제1연결부 사이에 위치될 수 있고, 상기 스로틀수단은 제4연결부에 연결되는 냉매유로에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따른 증발기를 구비한 냉매 사이클용 이젝터는, 냉매를 감압팽창시키는 노즐부와 상기 노즐부로부터 분출되는 고속의 냉매에 의해 상기 증발기로부터 냉매가 흡입되는 흡입부를 구비한 이젝터부; 상기 노즐부의 상류측에서 분기되어 증발기의 상류측으로 유출되는 냉매를 감압하며 상기 이젝터와 일체로 이루어지는 스로틀유닛을 포함한다. 그러므로, 상기 스로틀수단(예를 들면, 스로틀유닛)과 이젝터는 일체화된 구조로 제공될 수 있다.
이 경우, 상기 노즐부 및 스로틀유닛의 적어도 하나는 냉매유로면적을 변경 하도록 이루어질 수 있다. 또한, 상기 스로틀유닛은 노즐부를 수용하는 하우징에 수용될 수 있다.
또한, 상기 노즐부는 냉매유로면적을 변경할 수 있는 가변노즐부로 이루어질 수 있고, 상기 스로틀유닛은 냉매유로면적을 변경할 수 있는 가변스로틀기구로 이루어질 수 있고, 상기 가변노즐부의 냉매유로면적과 상기 가변스로틀기구의 냉매유로면적은 공동의 유로면적제어수단에 의해 변경될 수 있다. 이 경우, 상기 유로면적제어수단은 상기 가변노즐부의 냉매유로면적과 상기 가변스로틀기구의 냉매유로면적을 동시에 축소 또는 확장시킬 수 있다.
또한, 상기 스로틀유닛은 노즐부를 수용하는 하우징의 외부에 배치될 수 있고, 상기 스로틀유닛은 약 5cm 이하의 길이를 갖는 냉매파이프에 의해 하우징에 일체로 결합될 수 있다. 또한, 상기 가변노즐부와 가변스로틀기구는 하나의 구동부품에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따른 이젝터 사이클 장치는, 냉매를 감압팽창시키는 노즐부와 상기 노즐부로부터 분출되는 고속의 냉매에 의해 냉매를 흡입하는 흡입부를 구비한 이젝터; 상기 노즐부의 상류측에서 분기되어 이젝터에 의해 흡입되는 냉매를 증발시키는 증발기; 및 상기 노즐부의 상류측에서 분기되는 냉매를 감압팽창시켜서 상기 증발기에 냉매를 공급하는 스로틀수단 을 포함한다. 이 경우, 상기 스로틀수단은 이젝터와 일체로 이루어진다. 따라서, 상기 이젝터 사이클 장치의 구조는 간단하게 이루어질 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
(제1실시예)
이하, 본 발명의 제1실시예를 도1을 참조하여 설명한다. 도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클(이젝터 사이클 장치)을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 실시예에서, 본 발명에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클은 냉매로서 이산화탄소(CO2)를 이용하는 차량용 공조기에 이용될 수 있다.
압축기(10)는 구동엔진(미도시) 같은 구동원으로부터 구동력이 공급되어 냉매를 흡입압축한다. 상기 압축기(10)에 의해 흡입된 냉매의 온도가 소정 온도로 되도록, 본 실시예에서의 압축기(10)는 배출냉매유량(flow rate of discharge refrigerant)(배출냉매율)을 가변적으로 제어(조절)하는 가변용량압축기(variable displacement compressor)로 이용된다. 상기 배출냉매유량(배출냉매율)은 전자제어유닛(미도시)에 의해 제어된다. 방열기(20)는 상기 압축기(10)로부터 배출된 냉매와 송풍기(미도시)로부터 송풍된 차량실의 외부 공기 사이의 열을 교환해서 냉매를 냉각시키는 고압측 열교환기이다.
이젝터(30)는 방열기(20)에서 유출되는 냉매를 감압팽창시키며, 후술할 증발기(50)에서 증발하는 기상냉매를 흡입부(33)로부터 흡입하고, 팽창에너지를 압력에너지로 변환시켜서 압축기(10)의 흡입압력을 증가시킨다. 상기 이젝터(30)에서 유 출되는 냉매는 압축기(10)에 의해 흡입된다. 이러한 방식으로, 상기 이젝터 사이클 장치의 냉매순환유로가 형성된다.
상기 냉매순환유로에서, 상기 이젝터(30)의 흡입부(33)로 유입되는 분기된 냉매를 포함하는 분기유로(55)의 분기점은 방열기(20)와 이젝터(30)의 후술할 노즐(31) 사이에 위치된다. 상기 분기유로(55)에는 차량실로 송풍되는 공기와 액상냉매 사이에서 열을 교환하여 액상냉매를 증발시켜서 냉각능력을 구현하는 저압력측 열교환기로서의 증발기(50)가 배치된다.
또한, 상기 증발기(50)의 냉매흐름의 상류측에는 스로틀유닛(40)(본 실시예에서, 모세관 같은 고정스로틀)이 배치되고, 상기 스로틀유닛(40)은 증발기(50)에 의해 흡입된 냉매를 감압시켜서 증발기(50)에서의 압력(증발압력)을 확실하게 감소시키며 증발기(50)로 유입되는 냉매유량을 제어한다.
도1에 나타낸 바와 같이, 상기 이젝터(30)는, 상기 방열기(20)에서 유출되는 고압냉매의 압력에너지를 속도에너지(속도헤드)로 변환하여 냉매를 감압팽창시키는 노즐(31); 상기 증발기(50)에서 증발되는 기상냉매를 흡입하는 흡입부(33); 상기 노즐(31)로부터 분출되는 고속의 냉매흐름(분출흐름(jet flow))에 의해 흡입부(33)로부터 냉매를 흡입하면서 상기 노즐(31)로부터 분출된 냉매와 상기 증발기(50)로부터 흡입된 냉매를 혼합하는 혼합부; 및 상기 혼합부에서 유출되는 냉매의 속도에너지를 압력에너지로 변환하여 냉매의 압력을 증가(증압)시키는 디퓨저부를 포함한다.
또한, 상기 흡입부(33)의 상측은 유로의 단면적이 혼합부에 가까워질수록 점 차 축소되는 원뿔테이퍼 형상으로 형성된다. 상기 디퓨저부는 유로의 단면적이 냉매출구에 가까워질수록 점차 확대되는 원뿔테이퍼 형상으로 형성된다.
이하, 전술한 구조를 이용한 증기 압축식 냉매 사이클의 작동을 설명한다. 상기 압축기(10)가 구동되는 경우, 흡입측으로부터 기상냉매는 압축기(10)에 흡입되고, 상기 압축된 냉매는 방열기로 배출된다. 상기 방열기(20)에 의해 냉각된 냉매는 이젝터(30)의 노즐(31)로 유입되는 구동흐름 및 스로틀유닛(40)과 증발기(50)를 통과하는 흡입흐름으로 분기된다.
상기 노즐(31)로 유입되는 냉매는 감압팽창되어 증발기(50)에서 냉매를 흡입한다. 상기 증발기(50)로부터 흡입된 흡입흐름의 냉매는 혼합부에서 노즐(31)로부터 분출된 구동흐름의 냉매와 혼합된다. 상기 혼합된 냉매는 디퓨저부에 의해 동압이 정압으로 변환되고, 압축기(10)로 되돌아간다(환류된다). 한편, 상기 흡입흐름의 냉매는 스로틀유닛(40)(스로틀수단)에 의해 감압되고, 상기 증발기(50)로 유입되며, 상기 차량실로 송풍되는 공기로부터 열을 흡수하여 증발되고, 그리고 상기 이젝터(30)에 의해 흡입된다.
이 경우, 상기 구동흐름의 운동량과 흡입흐름의 운동량의 합이 보존되도록, 상기 혼합부에서 구동흐름은 흡입흐름과 혼합된다. 그러므로, 상기 냉매의 압력(정압)은 혼합부에서도 증가된다. 한편, 전술한 바와 같이 상기 디퓨저부에서, 상기 유로의 단면적은 점차 확대되고, 이에 따라 상기 냉매의 속도에너지(동압)는 압력에너지(정압)로 변환된다. 따라서, 상기 이젝터(30)에서, 상기 냉매의 압력은 혼합부 및 디퓨저부의 모두에서 증가된다.
상기 혼합부와 디퓨저부는 대개 증압부(압력증가부)(32)로 이루어진다. 다시 말해서, 이상적인 이젝터(30)에서, 상기 구동흐름의 운동량과 흡입흐름의 운동량의 합이 보존되도록 상기 냉매의 압력은 혼합부에서 증가되고, 상기 에너지가 보존되도록 상기 냉매의 압력은 디퓨저부에서 증가된다.
이하, 본 실시예의 특징 및 효과에 대해 설명한다. 본 실시예의 이젝터 사이클 장치는, 상기 냉매를 흡입해서 압축하는 압축기(10); 상기 압축기(10)로부터 배출되는 고압냉매의 열을 방열하는 방열기(20); 상기 방열기(20) 하류측의 고압냉매의 압력에너지를 속도에너지로 변환하여 상기 냉매를 감압팽창시켜서 냉매를 흡입하는 이젝터(30); 상기 이젝터(30)에 냉매가 흡입되도록, 상기 압축기(10), 방열기(20), 및 이젝터(30)를 포함하며 냉매가 순환되는 냉매순환유로의 이젝터(30)와 방열기(20) 사이의 분기점으로부터 분기되는 냉매흐름을 유도하는 분기유로(55); 상기 분기유로(55)에 배치되어 냉매흐름을 감압하는 스로틀유닛(40); 및 상기 분기유로(55)에서 스로틀유닛(40)의 냉매흐름의 하류측에 배치되어 상기 냉매를 증발시켜서 냉각능력을 구현하는 증발기(50)를 포함한다.
이와 같은 실시예에 따르면, 상기 이젝터(30)의 상류측에서, 상기 냉매흐름은 냉매순환유로로서의 이젝터(30)로 유입되는 구동흐름 및 분기유로(55)로서의 증발기(50)로 유입되는 흡입흐름으로 분기된다. 그러므로, 상기 이젝터(30)의 흡입성능이 외부 공기 온도의 저하로 인해 감소되는 경우에도, 상기 증발기(50)를 통해 냉매가 흐르는 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클이 구현된다.
또한, 상기 이젝터(30)의 출구에서의 압력은 이젝터(30)의 압력증가작용으로 인해 증가된 압력만큼 증발기(50)의 압력보다 높게 이루어지고, 이에 따라 상기 압축기(10)의 흡입압력도 증발기(50)의 출구에서의 압력보다 높다. 다시 말해서, 전술한 바와 같이 상기 이젝터(30)가 이용된 간단한 사이클 구조에서도, 상기 증발기(50)가 저압과 저온에서 계속 유지되는 동안에 엔탈피의 차이를 증가시킴에 의해 냉동능력은 효율적으로 향상될 수 있으며 상기 압축기(10)의 흡입압력도 효율적으로 증가될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 간단한 구조에서도 압축동력을 적절하게 감소시킬 수 있으며, 상기 이젝터(30)를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클의 (냉동)성능계수(Coefficient Of performance; COP)를 향상시킬 수 있다.
(제2실시예)
도2는 본 발명의 제2실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클(이젝터 사이클 장치)을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 발명의 제2실시예에서는 제1실시예와 다른 특징을 주로 설명한다. 본 실시예에서, 상기 방열기(20), 노즐부(31), 및 분기유로(55) 사이의 냉매순환유로에 상기 냉매유량을 제어(조절)하는 유량제어수단으로서의 유량제어밸브(45)가 배치된다.
상기 제1실시예의 기본 사이클 구조에서, 상기 냉매유량을 제어하기 위하여 상기 이젝터(30)를 가변유량식 이젝터로 이용하는 경우에서, 상기 구동흐름의 유량이 감소되는 경우에, 상기 압축기(10)를 통해 흐르는 전체의 냉매유량이 많이 변화되지 않도록 상기 흡입흐름의 유량은 증가된다. 이러한 경우, 상기 냉매유량은 기대하는 만큼 제어되지 않을 수 있다.
본 제2실시예의 이젝터 사이클 장치에서, 상기 분기유로(55)의 분기점의 상 류측에 유량제어밸브(45)를 배치함으로써, 상기 구동흐름과 흡입흐름 사이의 유량비를 변화시키지 않고 전체의 냉매유량을 용이하게 제어할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 유량제어밸브(45)는 유량을 가변적으로 제어할 수 있는 전기유량제어밸브(45)로 될 수 있으며, 고정유량제어유닛(고정제어유량수단)으로 될 수 있다.
(제3실시예)
도3은 본 발명의 제3실시예에 따른 이젝터(30)를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 발명의 제3실시예에서는 전술한 각 실시예와 다른 특징을 주로 설명한다. 본 실시예에서, 상기 순환하는 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하고, 상기 압축기(10)로 기상냉매만을 공급하며, 상기 액상냉매를 축적하는 기액분리기(vapor/liquid separator)(60)는 상기 이젝터(30)의 출구와 압축기(10) 사이에 위치된다.
도3의 기액분리기(60)는 상기 이젝터(30)에서 유출되는 냉매가 흐르며, 상기 흐르는 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하여 상기 액상냉매를 축적하는 어큐뮬레이터(accumulator)이다. 상기 분리된 기상냉매는 압축기(10)로 흡입되고, 상기 분리된 액상냉매는 기액분리기(60)에 축적된다. 상기 기액분리기(60)가 제1실시예의 기본 사이클 구조에 배치되는 경우, 상기 기액분리기(60)는 냉매를 기체와 액체로 분리하며 분리된 액상냉매를 축적하는 어큐뮬레이터로서 이용된다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 상기 액상냉매가 압축기(10)로 되돌아와서(환류돼서) 상기 압축기(10)에 의해 압축되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 상기 사이클에서 순환되는 냉매량을 적절한 양으로 제어할 수 있다. 또한, 전술한 일본특허 제3322263호에 제안된 증발기(50)로 액상냉매를 유출시키기 위한 파이프는 필요 없으며, 이에 따라 상기와 같은 파이프나 탱크가 필요없는 통상의 기액분리기(60)가 이용될 수 있고, 그 결과 비용은 감소될 수 있다. 본 제3실시예에서, 상기 액상냉매가 압축기(10)로 환류되는 것이 문제되지 않는 경우, 상기 제1실시예에서와 같이 기액분리기(60)가 없는 구조가 이용될 수도 있다.
(제4실시예)
도4는 본 발명의 제4실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 발명의 제4실시예에서는 전술한 각 실시예와 다른 특징을 주로 설명한다. 본 실시예에서, 상기 방열기(20)에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터(30)에서 유출되어 압축기(10)로 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하는 열회수유닛으로서의 내부열교환기(70)는 상기 이젝터(30)와 압축기(10) 사이에 위치된다. 이에 따르면, 상기 이젝터(30)에서 유출되는 액체냉매의 잠열은 상기 내부열교환기(70)를 이용하여 증발기(50)의 입구에서 엔탈피를 감소시킴에 의해 회수될 수 있다.
또한, 상기 기액분리기(60)는 이젝터(30)와 압축기(10) 사이에 위치될 수 있다. 상기 방열기(20)에서 유출되는 냉매와 상기 기액분리기(60)에서 유출되어 압축기(10)로 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하는 내부열교환기(70)는 상기 기액분리기(60)와 압축기(10) 사이에 위치된다. 이에 따르면, 상기 내부열교환기(70)는 기액분리기(60)의 하류측에서 열교환을 수행할 수 있다. 그 결과, 상기 압축기(10)로 액상냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
(제5실시예)
도5는 본 발명의 제5실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클(이젝터 사이클 장치)을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 발명의 제5실시예에서는 전술한 각 실시예와 다른 특징을 주로 설명한다. 본 실시예에서, 상기 기액분리기(60)는 이젝터(30)와 압축기(10) 사이에 위치된다. 상기 방열기(20)에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터(30)에서 유출되어 기액분리기(60)로 유입되는 냉매 사이에서 열을 교환하는 내부열교환기(70)는 상기 이젝터(30)와 압축기(10) 사이에 위치된다. 이에 따르면, 상기 내부열교환기(70)는 기액분리기(60)의 상류측에서 열교환을 수행할 수 있다. 이에 의하여, 상기 압축기(10)로 액상냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 압축기(10)의 배출온도가 과도하게 증가되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 고압측 파이프 등의 내구성을 향상시킬 수 있다.
(제6실시예)
도6은 본 발명의 제6실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클(이젝터 사이클 장치)을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 발명의 제6실시예에서는 전술한 각 실시예와 다른 특징을 주로 설명한다. 본 실시예에서, 상기 방열기(20)에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터(30)에서 유출되어 압축기(10)로 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하는 열회수유닛으로서의 복수의 내부열교환기(70A, 70B)는 상기 이젝터(30)와 압축기(10) 사이에 위치된다. 상기 기액분리기(60)는 복수의 내부열교환기(70A, 70B)의 복수의 저압냉매유로(72a, 72b) 사이에 위치된다. 이와 관련해서, 도면부호 71a, 71b는 방열기(20)에서 유출되는 냉매가 통과하는 내 부열교환기(70A, 70B)의 고압냉매유로를 나타낸다.
이에 따르면, 상기 복수의 내부열교환기(70A, 70B)가 배치되며, 상기 내부열교환기(70A, 70B)의 복수의 저압냉매유로(72a, 72b) 사이에 상기 기액분리기(60)가 배치된다. 이에 의하여, 상기 이젝터(30)의 출구와 기액분리기(60)의 출구 사이에서 열은 교환된다. 따라서, 상기 기액분리기(60)의 출구에서의 냉매를 냉각시킴으로써 고압냉매는 냉각될 수 있고, 상기 내부열교환기(70A, 70B)의 출구에서의 냉매온도는 상기 이젝터(30)의 출구에서의 냉매(특히, 액상냉매)에 의해 낮아질 수 있다. 이에 따라, 상기 냉동능력 및 사이클 효율은 향상될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 이젝터(30)의 출구에서의 냉매와 상기 기액분리기(60)의 출구에서의 냉매의 흐름 순서는 도6에 나타나 있지만, 상기 흐름 순서는 반대로 될 수 있다. 또한, 상기 내부열교환기(70A, 70B) 및 기액분리기(60)는 일체화된 모듈로 이루어질 수 있다.
(제7실시예)
도7은 본 발명의 제7실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 도8은 도7의 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클에서의 p-h 선도이다. 본 발명의 제7실시예에서는 전술한 각 실시예와 다른 특징을 주로 설명한다. 본 실시예에서, 상기 방열기(20)에서 분기유로(55)로 유입되는 냉매는 내부열교환기(70)를 유통하는 냉매로 이용된다.
본 실시예에 따르면, 상기 내부열교환기(70)는, 도7에 나타낸 바와 같이 분기유로(55)에서 이젝터(30)의 상류측에 배치되고, 상기 이젝터(30)에서 유출되는 냉매와 열교환을 수행하기 위해 상기 분기유로(55)의 흡입흐름측에 제공된다. 따라서, 상기 이젝터(30)의 입구에서의 서브쿨(sub-cool)이 증가되는 것을 방지할 수 있고, 상기 이젝터(30)에서의 팽창손실에너지를 감소시키지 않고 냉동 사이클을 운전할 수 있으며, 이에 따라 상기 이젝터(30)의 증압량이 증대될 수 있다. 또한, 상기 증발기(50)의 증발온도가 낮아지는 것을 방지할 수 있고, 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 도8의 "a"-"g"는 도7의 이젝터 사이클 장치의 "a"-"g" 위치에 각각 대응하는 작동상태를 나타낸 것이다.
(제8실시예)
도9는 본 발명의 제8실시예에 따른 이젝터(30)를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클(이젝터 사이클 장치)을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 도10은 도9의 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클에서의 p-h 선도이다. 본 발명의 제8실시예에서는 전술한 각 실시예와 다른 특징을 주로 설명한다.
본 실시예에서, 상기 기액분리기(60)는 이젝터(30)와 압축기(10) 사이에 위치되고, 상기 분기유로(55)로 유입되는 냉매와 상기 기액분리기(60)에서 유출되어 압축기(10)로 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하는 내부열교환기(70)는 상기 기액분리기(60)와 압축기(10) 사이에 위치된다.
본 실시예에 따르면, 상기 제7실시예의 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클에서, 상기 내부열교환기(70)의 저압냉매유로(72)는 기액분리기(60)와 압축기(10) 사이에 위치된다. 이에 따라, 상기 압축기(10)의 흡입과열량(amount of suction superheat)(도10의 p-h 선도에서 "d"점에서 "a"점까지)은 증가되어 상기 압축기(10)의 흡입밀도를 감소시키고, 이에 의하여 상기 냉매유량은 감소된다. 또한, 이에 따라 상기 압축기(10)의 압축동력은 저감될 수 있다. 도10의 "a"-"g"는 도9의 이젝터 사이클 장치의 "a"-"g" 위치에 각각 대응하는 작동상태를 나타낸 것이다.
(제9실시예)
도11은 본 발명의 제9실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 실시예는 상기 방열기(20)에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터(30)에서 유출되어 압축기(10)로 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하는 열회수유닛으로서의 복수의 내부열교환기(70A, 70B)는 상기 이젝터(30)와 압축기(10) 사이에 위치되고; 상기 기액분리기(60)가 복수의 내부열교환기(70A, 70B)의 복수의 저압냉매유로(72a, 72b) 사이에 위치되는 제6실시예와 유사하다. 본 실시예에서, 상기 분기유로(55)로 유입되는 냉매와 상기 이젝터(30)에서 유출되어 압축기(10)로 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하는 열회수유닛으로서의 복수의 내부열교환기(70A, 70B)가 배치되고, 상기 복수의 내부열교환기(70A, 70B)의 복수의 저압냉매유로(72a, 72b) 사이에 기액분리기(60)가 위치된다.
본 실시예에 따르면, 상기 복수의 내부열교환기(70A, 70B)가 배치되며, 상기 복수의 저압냉매유로(72a, 72b) 사이에 상기 기액분리기(60)가 위치된다. 이에 의하여, 상기 이젝터(30)의 출구와 기액분리기(60)의 출구 사이에서 열은 교환된다. 따라서, 상기 기액분리기(60)의 출구에서의 냉매를 냉각시킴으로써 고압냉매는 냉각될 수 있고, 상기 내부열교환기(70A, 70B)의 출구에서의 냉매온도는 상기 이젝 터(30)의 출구에서의 냉매(특히, 액체냉매)에 의해 낮아질 수 있다. 이에 따라, 상기 냉동능력 및 사이클 효율은 더 향상될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 이젝터(30)의 출구에서의 냉매와 상기 기액분리기(60)의 출구에서의 냉매의 흐름 순서는 도11에 나타나 있지만, 상기 흐름 순서는 반대로 될 수 있다. 또한, 상기 내부열교환기(70A, 70B) 및 기액분리기(60)는 일체화된 모듈로 이루어질 수 있다.
(제10실시예)
도12는 본 발명의 제10실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클(이젝터 사이클 장치)을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 발명의 제10실시예에서는 전술한 각 실시예와 다른 특징을 주로 설명한다. 본 실시예에서, 상기 기액분리기(60)로부터 액상냉매를 배출하는 액체냉매공급유로(65) 및 상기 액체냉매공급유로(65)에 배치되어 기액분리기(60)에서 유출되는 방향으로만 냉매흐름을 허용하는 체크밸브(체크수단, 체크유닛)(80)가 배치되고, 이에 따라 상기 액체냉매공급유로(65)로부터 공급되는 액상냉매는 증발기(50)의 냉매흐름의 상류측으로 유입된다.
상기 기액분리기(60)는 이젝터(30)로부터 배출되는 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리해서 상기 액체냉매공급유로(65)로부터 증발기(50)의 상류측으로 액상냉매를 환류시키고, 이에 의하여 상기 증발기(50)를 통해 흐르는 냉매량을 증대시킨다. 본 실시예에 따르면, 상기 증발기(50)에서의 엔탈피 차이를 증대시킴에 의해 냉동능력은 향상될 수 있으며, 상기 압축기(10)의 흡입압력의 증가에 의해 동력은 저감될 수 있고, 이에 의하여 (냉동)성능계수(COP)를 크게 향상시킬 수 있다.
상기 액체냉매공급유로(65)에는 압력을 제어하기 위한 차압밸브가 제공될 필요는 없지만, 상기 체크밸브(80)만은 제공될 필요가 있다. 본 실시예에서, 상기 기액분리기(60)에 액체냉매가 거의 없는 경우, 상기 증발기(50)로 기체냉매가 유입되어 압력손실이 증가되고, 이에 의하여 상기 냉매가 기액분리기(60)에서 유출되는 것을 방지할 수 있다. 반대로, 상기 기액분리기(60)에 액체냉매가 많이 있는 경우, 압력손실은 감소되어 상기 증발기(50)로 액체냉매가 많이 유입된다. 이러한 방식에서, 상기 기액분리기(60)로부터의 냉매유량은 자동적으로 제어(조절)될 수 있다.
이러한 작용이 적절하게 이루어지기 위해서, 상기 액체냉매가 기액분리기(60)에서 취출되는 고도(높이)는 조정될 수 있다. 또한, 상기 체크밸브(80)에는 압력 차이를 발생시키기 위해 고정스로틀이 제공될 수 있다. 또한, 상기 스로틀유닛(40)은 가변스로틀로 이루어질 필요는 없지만, 가변스로틀로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 이젝터(30)는 냉매유량을 제어할 수 있는 가변스로틀기구(34)를 갖는 가변이젝터(30)이다. 이에 따르면, 상기 냉매유량은 가변이젝터(30)의 가변스로틀기구(34)에 의해 제어될 수 있고, 이에 따라 상기 분기유로(55)의 스로틀유닛(40)은 모세관 같은 고정스로틀로 이루어질 수 있다.
(제11실시예)
도13은 본 발명의 제11실시예에 따른 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 실시예에서, 도12의 이젝터를 이용 한 증기 압축식 냉동 사이클에 내부열교환기(70)가 배치된다. 도14는 도13의 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클에서의 p-h 선도이다. 도14의 "a"-"j"는 도13의 이젝터 사이클 장치의 "a"-"j" 위치에 각각 대응하는 작동상태를 나타낸 것이다. 이에 따르면, 상기 제8실시예에와 유사하게, 상기 제10실시예의 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클에서, 특히 상기 내부열교환기(70)의 저압냉매유로(72)가 기액분리기(60)와 압축기(10) 사이에 제공된다. 따라서, 상기 압축기(10)의 흡입과열량(도14의 p-h 선도에서 "g"점에서 "a"점까지)은 증가되어 상기 압축기(10)의 흡입밀도를 감소시키고, 이에 의하여 상기 냉매유량은 감소된다. 또한, 이에 따라 상기 압축기(10)의 압축동력은 저감될 수 있다.
또한, 이러한 구조는 초임계압력(supercritical pressure)의 냉동 사이클에서도 유효하다. 본 실시예에서, 상기 내부열교환기(70)의 고압냉매유로(71)는, 방열기(20)의 유출측(outflow side)에 배치되지만, 상기 제7실시예 내지 제9실시예와 유사하게 분기유로(55)의 유입측(inflow side)에 배치될 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 상기 내부열교환기(70)의 저압냉매유로(72)는 기액분리기(60)와 압축기(10) 사이에 배치된다. 그러나, 상기 제5실시예 및 제7실시예와 유사하게, 상기 내부열교환기(70)의 저압냉매유로(72)는 이젝터(30)와 기액분리기(60) 사이에 배치될 수 있고, 또는 상기 제6실시예 및 제9실시예와 유사하게, 복수의 내부열교환기(70A, 70B)가 양측으로 배치될 수 있다.
전술한 실시예에서, 상기 이젝터 사이클 장치는 통상적으로 차량용 공조기로 이용된다. 그러나, 상기 이젝터 사이클 장치는 온수기 같은 가열유닛 및 차량 장착 식과 고정식을 포함하는 냉동과 냉각기 같은 냉각유닛으로 이용될 수 있다. 또한, 전술한 실시예에서, 이산화탄소(CO2)를 이용한 임계압력 사이클은 이젝터 사이클 장치에서 냉동 사이클로 이용될 수 있다. 그러나, 고압냉매의 압력이 냉매의 임계압력보다 낮은 이젝터를 이용한 이젝터 사이클 장치가 이용될 수 있고, 상기 냉매는 탄화수소(HC)계의 자연냉매 또는 프레온계의 냉매가 이용될 수 있다.
또한, 전술한 실시예에서, 상기 가변용량압축기는 압축기(10)로 이용된다. 그러나, 상기 압축기의 회전수를 용이하게 제어할 수 있는 전기작동압축기가 이용될 수 있다. 또한, 상기 고정이젝터(30)가 전술한 실시예에서 이용될 수 있지만, 상기 이젝터(30)의 노즐(31)의 냉매흐름 상류측에 스로틀유닛(미도시)이 배치되고, 상기 스로틀유닛과 노즐(31)의 이단계로 냉매를 감압시키는 것이 바람직하다.
상기 유량을 제어할 수 있는 고정이젝터(30)는 전술한 제1실시예 내지 제9실시예에서 이용되지만, 상기 유량을 제어할 수 있는 기계 또는 전기가변이젝터(30)가 이용될 수 있다. 상기 이젝터(30)의 유량은 압축기(10)의 유량 제어(온-오프 제어 포함)로 제어될 수 있다. 또한, 상기 방열기(20)의 출구에서의 냉매상태(압력 또는 온도) 또는 상기 증발기(50)의 출구에서의 냉매상태(압력 또는 온도)에 따라서 이젝터(30)에 배치되는 가변스로틀기구에 의해 상기 이젝터(30)의 유량은 제어될 수 있다.
(제12실시예)
이하, 본 발명의 제12실시예를 도15 및 도16을 참조하여 설명한다. 도15는 본 발명의 제12실시예에 따른 이젝터를 이용한 이젝터 사이클 장치의 개략적인 다이어그램과, 냉각운전모드, 예를 들어 냉방운전모드를 나타낸 것이다. 또한, 도16은 도15의 이젝터 사이클 장치에서의 가열운전모드, 예를 들어 난방운전모드를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
상기 냉각운전모드는 이용측 열교환기로서의 실내열교환기 또는 차량장착열교환기에서 저온으로 되도록 피냉각매체로서의 공조용 공기나 물을 냉각하는 운전모드이다. 상기 냉각운전모드는 공조기로 이용되는 경우에 냉방운전으로 될 수 있거나, 또는 상기 냉각운전모드는 냉장고나 냉동고로 이용되는 경우에 냉장 및 냉동운전으로 될 수 있다.
상기 가열운전모드는 이용측 열교환기로서의 실내열교환기 또는 차량장착열교환기에서 고온으로 되도록 피가열매체로서의 공조용 공기나 물을 가열하는 운전모드이다. 상기 가열운전모드는 공조기로 이용되는 경우에 난방운전으로 될 수 있거나, 상기 가열운전모드는 고온저장유닛으로 이용되는 경우에 가온운전(temperature heating operation)으로 될 수 있거나, 또는 상기 가열운전모드는 온수기로 이용되는 경우에 탕비운전(water heating operation)으로 될 수 있다. 본 실시예에서, 본 발명에 따른 이젝터 사이클 장치는 냉매로서 이산화탄소(CO2)를 이용하는 차량용 공조기에 적용될 수 있다.
상기 압축기(10)는 구동엔진(미도시) 같은 구동원으로부터 구동력이 공급되어 냉매를 흡입압축한다. 상기 압축기(10)에 의해 흡입된 냉매의 온도가 소정 온도 로 되도록 본 실시예에서의 압축기(10)는 배출유량(배출용량)을 가변적으로 제어(조절)하는 가변용량압축기를 이용한다. 상기 압축기(10)의 배출유량(배출용량)은 제어수단으로서의 전자제어유닛(100)에 의해 제어된다. 상기 압축기(10)의 배출측에 유로스위칭유닛(passage switching unit)으로서의 4방향밸브(160)가 연결되고, 상기 압축기(10)로부터 배출되는 고압냉매는 후술할 실외열교환기(20)(예를 들면, 냉각운전모드에서의 방열기) 또는 이젝터(30)의 출구에 스위칭되어 공급된다. 상기 4방향밸브(160)는 전자제어유닛(100)에 의해 제어된다.
제2열교환기로서의 실외열교환기(160)는 내부에서 흐르는 냉매와 송풍기(미도시)로부터 송풍된 외부 유체로서의 차량실의 외부 공기 사이에서 열을 교환하는 열교환기이다. 또한, 제1열교환기로서의 실내열교환기(50)(예를 들면, 냉각운전모드로서의 증발기)는 내부에서 흐르는 냉매와 송풍기(미도시)로부터 차량실로 송풍되는 외부 유체로서의 공조용 공기 사이에서 열을 교환하는 열교환기이다.
도면부호 40은 냉매흐름을 감압하기 위한 모세관(고정스로틀) 같은 스로틀유닛이다. 상기 이젝터(30)는, 실외열교환기(20)에서 유출되는 냉매를 노즐부(31)에 의해 감압팽창시키고, 상기 실내열교환기(50)에서 증발된 기상냉매를 흡입부(33)에서 흡입하며, 팽창에너지를 압력에너지로 변환해서 상기 압축기(10)의 흡입압력을 증가시킨다. 상기 이젝터(30)에서 유출되는 냉매는 압축기(10)로 흡입된다. 이러한 방식에서, 냉매순환유로는 이젝터 사이클 장치에 형성된다.
상기 이젝터(30)는, 상기 노즐부(31)의 대경(큰 직경)측과 연통하는 제1연결부; 상기 노즐부(31)로부터의 분출흐름(jet flow)의 하류측에 위치되며 상기 이젝 터(30)의 디퓨저부와 연통하는 제2연결부; 및 상기 노즐부(31)의 소경(작은 직경)측 주위에 형성되는 흡입공간과 연통하는 제3연결부를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 냉각운전 중의 제2연결부와 제3연결부의 냉매흐름의 방향은 가열운전 시에 반대로 된다. 상기 냉각운전에서, 상기 제2연결부는 이젝터(30)의 출구로 이루어지고, 상기 제3연결부는 이젝터(30)의 흡입구로 이루어진다. 상기 가열운전에서, 상기 제2연결부는 이젝터(30)의 입구로 이루어지고, 상기 제3연결부는 이젝터(30)의 출구로 이루어진다.
상기 냉매순환유로에서, 상기 실외열교환기(20)와 노즐부(31) 사이에 분기점이 배치되고, 상기 분기점을 흡입부(33)에 연결하기 위한 분기유로(55)가 제공된다. 또한, 상기 스로틀유닛(40)은 분기유로(55)의 분기점측에 배치되고, 상기 실내열교환기(50)는 분기유로(55)의 흡입부(33)에 배치된다.
이하, 전술한 구조의 이젝터 사이클 장치의 작동에 대해 설명한다. 먼저, 도15에 나타낸 바와 같이 상기 실내열교환기(50)가 저온측의 증발기로서 이용되는 냉방운전모드(본 발명의 제1모드)에 대해서 설명한다. 상기 압축기(10)가 구동되는 경우, 기상냉매는 흡입측에서 압축기(10)로 흡입되고, 상기 압축된 냉매는 4방향밸브(160)에 의해 실외열교환기(20)로 배출된다. 상기 실외열교환기(20)의 외부 공기에 의해 냉각된 냉매는 이젝터(30)의 노즐(31)로 유입되는 구동흐름 및 스로틀유닛(40)과 실내역교환기(50)를 통과하는 흡입흐름으로 분기된다.
상기 노즐(31)로 유입되는 냉매는 감압팽창되어 증발기(50)에서 냉매를 흡입한다. 상기 증발기(50)로부터 이젝터(30)의 흡입부(33)로 흡입된 흡입흐름의 냉매 는 혼합부에서 노즐(31)로부터 분출된 구동흐름의 냉매와 혼합된다. 상기 혼합된 냉매는 디퓨저부에 의해 동압이 정압으로 변환되고, 상기 이젝터(30)에서 유출되는 냉매는 4방향밸브(160)를 통해 압축기(10)로 되돌아간다(환류된다). 한편, 상기 흡입흐름의 냉매는 스로틀유닛(40)에 의해 감압되고, 상기 실내열교환기(50)로 유입된다. 상기 실내열교환기(50)로 유입되는 냉매는 상기 차량실로 송풍되는 공조용 공기로부터 열을 흡수하여 증발되고, 이에 따라 상기 공조용 공기가 냉각되며, 그리고 상기 이젝터(30)의 흡입부(33)로 흡입된다.
이 경우, 상기 이젝터(30)의 혼합부에서, 상기 구동흐름의 운동량과 흡입흐름의 운동량의 합이 보존되도록, 상기 노즐(31)로부터의 구동흐름은 실내열교환기(50)로부터의 흡입흐름과 혼합된다. 그러므로, 상기 냉매의 압력(정압)은 혼합부에서도 증가된다. 또한, 전술한 바와 같이 상기 이젝터(30)의 디퓨저부에서, 상기 유로의 단면적은 점차 확대되고, 이에 따라 상기 냉매의 속도에너지(동압)는 압력에너지(정압)로 변환된다. 따라서, 상기 이젝터(30)에서, 상기 냉매의 압력은 혼합부 및 디퓨저부의 모두에서 증가된다.
이에 따라, 상기 혼합부와 디퓨저부는 대개 증압부(압력증가부)(32)로 이루어진다. 다시 말해서, 이상적인 이젝터(30)에서, 상기 구동흐름의 운동량과 흡입흐름의 운동량의 합이 보존되도록 상기 냉매의 압력은 혼합부에서 증가되고, 상기 에너지가 보존되도록 상기 냉매의 압력은 디퓨저부에서 증가된다.
다음으로, 도16에 나타낸 바와 같이 상기 실내열교환기(50)가 고온측으로 이루어지는 난방운전모드(본 발명의 제2모드)에 대해서 설명한다. 상기 압축기(10)가 구동되는 경우, 기상냉매는 흡입측에서 압축기(10)로 흡입되고, 상기 압축된 냉매는 4방향밸브(160)에 의해 이젝터(30)의 출구측(디퓨저측)으로 공급된다.
상기 이젝터(30)의 제2연결부로부터 공급된 냉매는 디퓨저부와 혼합부를 통해 흘러서 상기 노즐부(31)의 소경(작은 직경)측의 팁에 도달한다. 이 경우, 상기 노즐부(31)의 팁은 작은 직경으로 개구되어 있기 때문에, 상기 냉매는 거의 노즐부(31)로 유입되지 않고, 상기 노즐부(31) 주위의 흡입공간으로 유입되어 제3연결부(흡입부(33))로 유출된다.
그 결과, 냉매는 이젝터(30)의 유체펌프로서의 흐름 방향과 반대로 흘러서(역류해서) 열교환기(50)로 유입된다. 따라서, 상기 이젝터(30)의 노즐부(31)가 항상 개구되어 있거나 또는 상기 노즐부의 유로를 폐쇄할 수 있는 밸브가 제공되어 있지 않은 경우에도, 상기 노즐부(31)로 많은 양의 냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 노즐부(31)의 유로를 개폐할 수 있는 밸브로서의 니들밸브가 상기 이젝터(30)의 노즐부(31)에 제공되는 경우, 상기 니들밸브를 페쇄하기 위한 구동기구를 제공하고, 상기 구동기구를 제어하기 위한 수단을 제어유닛(100)에 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 노즐부(31)의 상류측, 즉 상기 열교환기(20)의 유로에 개폐밸브가 제공될 수 있고, 상기 개폐밸브는 제어유닛(100)에 의해 개폐될 수 있다.
상기 이젝터(30)를 유통하여 흡입부(33)에서 유출되는 냉매는 실내열교환기(50)를 통해 흐르며 상기 차량실로 유입되는 공조용 공기를 가열하여 냉각된다. 상기 실내열교환기에서 유출되는 냉매는 스로틀유닛(40)에 의해 감압되고, 그리고 실외열교환기(20)로 유입되어 외부 공기로부터 열을 흡수해서 증발한다. 상기 실외열교환기(20)에서 유출되는 냉매는 4방향밸브(160)를 통해서 압축기(10)로 환류된다.
이하, 본 발명의 제12실시예에 따른 특징 및 효과에 대해 설명한다. 본 실시예의 이젝터 사이클 장치는, 냉매를 흡입, 압축, 및 배출하는 압축기(10); 상기 압축기(10)에 의해 냉매가 흐르는 냉매순환유로에 배치되며, 입구와 배출구가 직렬로 연결되고, 상기 입구로부터 공급되는 고압냉매를 배출구로 분출하여 상기 흡입부(33)로부터 냉매를 흡입해서 배출구로 전달하는 이젝터(30); 상기 입구를 흡입부(33)에 연결하는 분기유로(55); 상기 분기유로(55)에 배치되는 실내열교환기(50); 및 4방향밸브(160)를 포함한다. 상기 이젝터(30)의 노즐(31)의 입구로 고압냉매가 공급되며 상기 실내열교환기(50)로부터 흡입부(33)로 냉매가 흐르는 제1모드 및 상기 이젝터(30)의 배출구로 고압냉매가 공급되며 상기 흡입부(33)로부터 실내열교환기(50)로 냉매가 흐르는 제2모드 사이를 상기 4방향밸브(160)는 스위칭한다.
본 실시예에서, 상기 압축기(10)로부터 배출되는 고압냉매의 흐름은 4방향밸브(160)에 의해서 상기 이젝터(30)의 입구로의 흐름과 배출구로의 흐름 사이에서 스위칭된다. 상기 압축기(10)로부터 배출되는 고압냉매가 배출구로 흐르는 경우, 상기 이젝터(30)는 간단한 파이프 같이 냉매가 흐르는 유로로서 기능을 한다.
이에 따르면, 상기 이젝터 사이클 장치의 고온측 및 저온측은 간단한 구조로 스위칭될 수 있다. 그러므로, 비용을 감소시킬 수 있으며, 이러한 사이클의 장착성 을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에서, 상기 실내열교환기(50)가 제1열교환기로 이용되며 상기 실외열교환기(20)가 제2열교환기로 이용되는 경우, 상기 이젝터(30)와 압축기(10) 사이에 제3열교환기가 위치될 수 있다. 상기 제3열교환기는, 실내열교환기(50)와 별개로 이루어질 수 있고, 상기 실내열교환기(50)와는 독립적으로 공기가 흐르도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 제3열교환기는, 실내열교환기(50)와 일체로 이루어질 수 있고, 상기 실내열교환기(50)와 직렬로 공기가 흐르도록 배치될 수 있다.
상기 제1모드에서는 실내열교환기(50)를 저온으로 이르게 하고, 제2모드에서는 실내열교환기(50)를 고온으로 이르게 하는 스로틀유닛(40)은 이젝터(30)의 노즐(31)의 입구와 실내열교환기(50) 사이에 위치된다. 상기 제1모드에서는 고온으로 이르게 하고, 제2모드에서는 저온으로 이르게 하는 실외열교환기(20)가 냉매순환유로에 배치된다. 이에 따르면, 저온측의 열을 고온측으로 이동시키는 증기 압축식 히트 펌프 사이클은 실내열교환기(50)와 실외열교환기(20) 사이에 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 냉매로서 이산화탄소(CO2)가 이용되기 때문에, 고압측의 냉매압력은 임계압력보다 크다. 상기 임계압력보다 작은 압력을 갖는 기체와 액체가 혼합된 두상(two-phase)의 흐름 상태에서, 상기 노즐부(31)에서의 냉매흐름 속도는 액체와 기체의 슬립(속도의 비평형)에 의해 감소되고, 이에 따라 상기 이젝터(30)의 효율인 압력의 증가량(증압량)은 저하된다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 고압냉매를 초임계압력으로 작동시킴으로써, 상기 이젝터(30)에서의 냉매는 단상흐 름으로 이루어진다. 이에 따라, 상기 이젝터(30)의 효율은 증가될 수 있고, 상기 이젝터(30)의 압력의 증가량은 증대되며, 냉각성능은 향상될 수 있다.
(제13실시예)
도17은 본 발명의 제13실시예에 따른 이젝터 사이클 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 실시예에서는 전술한 제12실시예와 다른 부분을 주로 설명한다. 본 실시예에서, 상기 제1모드시에 상기 실외열교환기(20)에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터(30)에서 유출되어 압축기(10)로 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하는 열회수유닛으로서의 내부열교환기(70)는 상기 이젝터(30)와 압축기(10) 사이에 위치된다.
이에 따르면, 상기 실내열교환기(50)의 입구에서 엔탈피를 감소시키는 작용은 이중파이프 같은 내부열교환기(70)를 제공함에 의해 서브쿨을 증대시킴으로써 발생된다. 따라서, 상기 실내열교환기(50)의 입구 및 출구 사이의 엔탈피 차이는 커질 수 있으며, 이에 따라 상기 실내열교환기(50)의 냉각성능은 향상될 수 있다.
상기 내부열교환기(70)를 갖는 냉동 사이클에서, 상기 압축기(10)의 흡입측의 과열도(degree of superheat)는 증가되고, 상기 압축기(10)의 배출온도는 내부열교환기(70)가 없는 종래의 냉동 사이클에 비해 증가된다. 그러나, 본 발명에서, 흡입압력은 이젝터(30)의 압력 증가(증압) 효과에 의해 커질 수 있고, 이에 따라 상기 배출온도가 증가되는 것을 방지할 수 있다. 본 실시예에서, 도17에 나타낸 바와 같이, 상기 내부열교환기(70)의 고압냉매유로(71)는 실외열교환기(20)와 노즐(31)의 입구 사이에 제공되고, 상기 내부열교환기(70)의 저압냉매유로(72)는 이 젝터(30)의 출구와 압축기(10)의 흡입부 사이에 제공된다. 상기 내부열교환기(70)의 고압냉매유로(71)는 분기유로(55)의 분기점과 노즐부(31) 사이에 위치될 수 있다.
(제14실시예)
도18은 본 발명의 제14실시예에 따른 이젝터 사이클 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 실시예에서는 전술한 제12 및 제13실시예와 다른 부분을 주로 설명한다. 본 실시예에서, 상기 분기유로(55)로 유입되는 냉매는 내부열교환기(70)를 유통하는(통해 흐르는) 냉매로 이용된다. 즉, 도18에 나타낸 바와 같이, 상기 내부열교환기(70)의 제1냉매유로(71)는 분기유로(55)에 제공되고, 상기 내부열교환기(70)의 제2냉매유로(72)는 이젝터(30)의 출구측(디퓨저측)에 제공된다. 본 실시예에 따르면, 상기 실내열교환기(50)의 입구에서 엔탈피를 감소시키는 작용은 서브쿨을 증대시킴으로써 발생된다. 따라서, 상기 실내열교환기(50)의 입구 및 출구 사이의 엔탈피 차이는 커질 수 있으며, 이에 따라 상기 실내열교환기(50)의 냉각성능은 향상될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 상기 이젝터(30)와 압축기(10) 사이에 부가적인 열교환기(제3열교환기)가 위치되는 경우, 상기 실내열교환기(50) 출구에서의 엔탈피는 감소되고, 이에 따라 냉각운전모드에서 상기 실내열교환기(50)로부터의 냉매가 합류하는 제3열교환기 입구에서의 엔탈피는 감소된다. 따라서, 상기 냉각운전모드에서 제3열교환기의 냉각성능은 향상될 수 있다.
(제15실시예)
도19는 본 발명의 제15실시예에 따른 이젝터 사이클 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 실시예에서는 전술한 제12 및 제14실시예와 다른 부분을 주로 설명한다. 본 실시예에서, 상기 차량실로 송풍되는 공조용 공기와 냉매 사이에서 열을 교환하는 제3열교환기(51)는 이젝터(30)와 압축기(10) 사이에 위치되고, 상기 흡입부(33)와 실내열교환기(50) 사이에 제2스로틀유닛(41)(스로틀수단)이 위치된다.
이에 따르면, 난방운전모드(제2모드)의 경우, 상기 압축기(10)로부터 배출되는 고압냉매는 열교환기(51)를 통해 흘러서 외부 유체(외부 공기)를 가열할 수 있는 상태로 된다. 이때, 상기 이젝터(30)를 통해 흐르는 고압냉매는 제2스로틀유닛(41)에 의해 감압되고, 상기 고압냉매는 실내열교환기(50)를 통해 흘러서 외부 유체(외부 공기)를 냉각시킬 수 있는 상태로 된다. 따라서, 상기 공조용 공기가 실내열교환기(50)와 제3열교환기(51)를 통해 연속해서 흐르는 경우, 상기 공조용 공기는 제습(dehumidify)될 수 있으며 적절한 온도로 가열될 수 있다.
한편, 상기 제2스로틀유닛(41)이 완전히 개방되는 경우, 상기 제3열교환기(51)와 실내열교환기(50) 모두는 난방열교환기로서 기능을 한다. 또한, 상기 제2스로틀유닛(41)의 스로틀 정도를 제어하여 공기를 제습 및 가열시킬 수 있다. 또한, 상기 실내열교환기(50) 및 제3열교환기(51)는 일체화된 유닛으로 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 실내열교환기(50) 및 제3열교환기(51)가 일체로 이루어지는 경우, 비용을 감소시킬 수 있으며, 상기 열교환기(50, 51) 사이의 여분의 공간을 제거할 수 있고, 이에 따라 상기 열교환기(50, 51)의 장착성을 향상시킬 수 있다.
(제16실시예)
도20은 본 발명의 제16실시예에 따른 이젝터 사이클 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 본 실시예에서는 전술한 제12 내지 제15실시예와 다른 부분을 주로 설명한다. 본 실시예에서, 상기 이젝터(30)는 제1이젝터로 이용되고, 상기 실외열교환기(20)측에 제2이젝터(35)와 제2분기유로(56)가 제공된다. 상기 이젝터 사이클 장치에서, 상기 난방운전모드(제2모드)시에, 상기 실내열교환기(50)의 상류측의 고압냉매는 제2이젝터(35)의 노즐부(31) 입구로 유입된다. 또한, 상기 제2분기유로(56)는 냉매순환유로로부터 분기된 냉매흐름을 유도하고, 상기 실외열교환기(20)는 제2분기유로(56)에 배치되며 냉매를 증발시킨다.
상기 냉방운전모드(제1모드)에서, 상기 제2이젝터(35)는 냉매유로로만 이용된다.
상기 이젝터(30)의 증압 효과에 의한 압축기(10)의 동력 저감은 냉방 및 난방운전모드에서 필요하다. 그러나, 상기 제12실시예의 구조에서, 상기 이젝터(30)의 효과는 냉방운전모드에서 발생될 수 있지만, 난방운전모드에서 상기 사이클은 일반적인 팽창 밸브 사이클과 유사하다. 본 실시예에 따르면, 상기 제2이젝터(35)는 실외열교환기(20)측에 배치된다. 그러므로, 상기 난방운전모드에서, 상기 압축기(10)의 동력 저감 효과는 이젝터(35)의 증압 효과에 의해 발생될 수 있다. 도20에 나타낸 바와 같이, 상기 제2이젝터(35)와 압축기(10) 사이에 제4열교환기(21)가 위치된다.
(제17실시예)
도21은 본 발명의 제17실시예에 따른 이젝터 사이클 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 전술한 제12 내지 제16실시예에서, 상기 4방향밸브(160)에 의한 냉매흐름 방향의 스위칭은 난방운전과 냉방운전 사이의 스위칭을 위해 수행된다. 그러나, 본 실시예에서, 상기 4방향밸브(160)는 히트 펌프 사이클의 냉각운전에서 실내열교환기(50)의 제상(removing of frost, defrosting)을 위해 제어된다. 상기 히트 펌프 사이클이 연속해서 제1모드(냉방운저)로 운전되는 경우, 상기 저온으로 이르게 하는 실내열교환기(50)(증발기)는 그 위에 서리가 발생될 수 있다.
특히, 상기 제1열교환기로 이용되는 실내열교환기(50)는 제3열교환기(51)(도19 참조)보자 저온에서 작동하므로 제상수단이 제공될 필요가 있다. 또한, 제상시간은 히트 펌프 능력에 영향을 주기 때문에, 상기 제상수단은 즉각적인 효과가 있어야 하며 제상을 위한 시간은 짧은 것이 바람직하다. 따라서, 전술한 제12 내지 제16실시예와 유사하게, 상기 4방향밸브(160)는 냉매흐름의 방향이 반대로 되도록 스위칭되고, 이에 의하여 제상을 행한다. 이에 따르면, 상기 4방향밸브(160)를 스위칭하는 간단한 작동만으로 짧은 시간 안에 고효율로 제상이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 이젝터(30)의 노즐부(31)를 통해 흐르는 냉매흐름은 차단되도록 이루어질 수 있다. 또한, 냉매가 흡입부(33)에서 유출되는 경우, 상기 노즐부(31)의 냉매흐름은 차단되게 이루어질 수 있다. 이에 따르면, 냉매가 흡입부(33)로부터 제1열교환기(50)로 흐르는 모드에서, 상기 노즐부(31)를 통해 흐르는 냉매흐름을 차단시켜서 고온의 냉매를 손실 없이 제1열교환기(50)를 통해 흐르게 할 수 있고, 이에 따라 상기 제1열교환기(50)의 제상성능은 향상될 수 있다.
간단히 말해서, 본 실시예의 서리를 제거하는 운전(제상운전)에 따르면, 서리는 짧은 시간 내에 고효율로 제거될 수 있다. 상기 노즐부(31)를 통해 흐르는 냉매를 차단할 수 있는 구조는, 가변노즐기구(미도시)를 완전히 폐쇄하는 것에 의해 실현될 수 있고, 상기 노즐부(31)의 냉매흐름 상류측에 개폐수단(미도시)을 배치하여 실현될 수 있다. 또한, 이러한 제상방법은 이젝터식 히프 펌프 사이클에 한정되는 것은 아니고, 통상의 이젝터를 이용한 증기 압축식 냉동 사이클에도 적용될 수 있다.
상기 서리의 발생이 열교환기(50)에 배치된 온도센서(미도시)로 제상시에 검출되며 소정 온도 이하로 소정 시간보다 긴 시간 동안 운전이 연속해서 이루어지는 경우, 상기 4방향밸브(160)에 의해 냉매흐름은 반전되어 제상운전을 시작한다. 또한, 상기 압축기(10)의 일체의 운전시간은 각 소정의 외부 공기의 온도 범위마다 미리 결정될 수 있다. 이 경우, 상기 소정의 일체의 운전 시간이 도달할 때마다 상기 제상운전은 시작된다. 상기 제상운전은 4방향밸브(160)를 냉각운전상태에서 소정 시간 동안 또는 제상 효과가 온도센서(50b)에 의해 검출될 때까지 가열운전상태로 되게 함으로써 제공된다.
또한, 더운 공기가 냉각되는 공간으로 송풍되는 것을 방지하기 위해서, 상기 증발기(50)의 송풍기(50a)는 제상운전시에 정지질 수 있다. 또한, 상기 열교환기(50)로 고온냉매를 확실하게 흐르도록 하기 위해 제상운전 동안에 상기 이젝터(30)는 완전히 폐쇄가능한 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 도21의 사이클은 냉각운전을 위한 전용 사이클로 이용되는 것이 바람직하다.
상기 냉각운전을 위한 전용 사이클의 경우에서, 상기 실내열교환기(50)의 제상운전이 필요한 경우, 상기 4방향밸브(160)는 제상운전상태로 반전된다. 또한, 도21에서, 상기 사이클은 가열운전을 위한 전용 사이클로 이용될 수 있고, 이는 상기 분기유로에 배치되는 열교환기(50)를 실외열교환기로 이용하며 열교환기(20)를 이용측 열교환기로서의 실내열교환기로 이용함으로써 이루어질 수 있다. 이와 같은 경우에서, 상기 실외열교환기(50)의 제상운전이 필요한 경우, 상기 4방향밸브(160)는 제상운전상태로 반전된다.
본 실시예에 따르면, 상기 이젝터(30)의 상류측과 이젝터(30)의 흡입부 사이에 연결되는 열교환기(50)에서 제상의 필요성이 발생되는 경우, 상기 이젝터(30)의 출구로부터 고압냉매가 공급되며 상기 이젝터(30)의 흡입부(33)를 통해 열교환기(50)로 고압냉매가 공급되어서 상기 제상운전은 수행된다. 그 결과, 냉각운전에서 통상적으로 증발기로 이용되는 열교환기(50)의 제상은 간단한 구조 및 제어에 의해 구현될 수 있다.
도19 및 도20을 제외한 전술한 실시예에서, 상기 냉동 사이클은 하나 이상의 이젝터(30) 및 하나 이상의 열교환기(50)를 구비한다. 상기 열교환기(50)는 이젝터(30)의 흡입부와 이젝터(30)의 노즐입구부 사이의 부라인(secondary line)에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 열교환기(50)는 열교환기를 통과하는 냉매와 냉각이나 가열되도록 하는 외부매체 사이에서 열을 교환한다. 예를 들어, 상기 냉각운전의 경우, 상기 열교환기(50)는 냉각실 내부에 위치되는 열교환기이다. 반면에, 상기 가열운전의 경우, 상기 열교환기(50)는 가열실 외부에 위치되는 열교환기이다. 상기 사이클은 이젝터(30)의 출구부와 압축기(10) 사이의 주라인(primary line)에 외부열교환기를 구비하고 있지 않다. 상기 사이클은 주라인에 하나 이상의 내부열교환기를 포함할 수 있다. 상기 스로틀 구성부품(40, 45, 34)의 개방 정도 및 상기 압축기(10)의 작동 같은 하나 이상의 작동요소를 제어함으로써 열교환기(50)에서 소정의 냉각 또는 가열성능이 달성되도록 도15에 나타낸 바와 같은 제어기(100)가 상기 사이클에 구비될 수 있다. 상기 압축기(10)는 온-오프 클러치를 갖는 고정용량식, 가변용량식, 또는 모터구동식으로 이루어질 수 있다. 상기 스로틀 구성부품(40, 45, 34)은 그 내부의 스로틀유로의 개방 정도를 조정할 수 있는 전자기밸브로 이루어질 수 있다. 상기 실시예에서, 상기 제어기(100)는 압축기(10)로 유입되는 액체냉매의 양을 상기 압축기(10)에 따라 허용되는 소정 양 이하로 유지하기 위한 작동요소를 제어한다. 예를 들면, 상기 제어기(100)는 건조상태 또는 과열상태에서 압축기(10)의 흡입부의 냉매를 유지하기 위해 밸브(40) 및 압축기(10)를 제어한다.
(제18실시예)
도22는 본 발명의 제18실시예에 따른 이젝터 및 이젝터 사이클 장치를 차량용 공조 및 냉동장치에 적용되는 일예를 나타낸 것이다.
먼저, 상기 이젝터 사이클 장치에 냉매를 순환시키는 냉매순환유로(110)가 제공된다. 상기 냉매순환유로(110)에서, 압축기(111)는 냉매를 흡입, 압축, 및 배출하고, 상기 압축기(111)는 전자기클러치(111a) 및 벨트를 통해서 차량구동엔진(미도시)에 의해 회전구동된다.
본 실시에에서는 외부로부터의 제어신호에 의해 배출용량을 연속적으로 제어할 수 있는 경사판식 가변용량압축기(swash plate type variable displacement compressor)가 이용된다. 상기 배출용량은, 냉매를 흡입압축하는 작동공간의 기하학적인 용적을 의미하고, 피스토 스트로크의 상사점과 하사점 사이의 실린더 용적을 의미한다.
상기 경사판식 가변용량압축기에서, 상기 경사판의 경사각을 변경시키며 피스톤 스트로크를 변화시키는 배출압력 및 흡입압력을 이용해서 경사챔버(미도시)의 압력은 제어되고, 이에 의하여 상기 배출용량은 대략 0%에서 100%의 범위에서 연속적으로 변화될 수 있다.
상기 압축기(111)는 경사챔버의 압력을 제어하기 위해 전자기용량제어밸브(111b)를 구비한다. 상기 압축기(111)의 흡입측의 저압냉매의 압력에 의해 힘(F1)을 발생시키는 압력반응기구(미도시) 및 상기 저압냉매의 압력(Ps)에 의한 힘(F1)에 대항되는 전자기력(F2)을 발생시키는 전자기기구(미도시)는 상기 전자기용량제어밸브(111b)에 제공된다.
상기 전자기기구의 전자기력(F2)은 후술할 공조제어유닛(A/C ECU)(122)으로부터 출력되는 제어전류에 의해 결정된다. 상기 저압냉매의 압력(Ps)에 대응하는 힘(F1)과 전자기력(F2)에 따라 변위되는 밸브몸체(미도시)에 의해 경사챔버로 유도되는 고압냉매율(rate of high-pressure refrigerant)을 변경시킴으로써, 상기 경사챔버의 압력은 변경된다.
또한, 상기 압축기(111)의 배출용량은 경사챔버의 압력을 제어하여 대략 0% 에서 100%의 범위에서 연속적으로 변경될 수 있다. 따라서, 상기 배출용량을 약 0%로 감소시킴으로써, 상기 압축기(111)는 작동이 대략 정지된 상태로 될 수 있다. 그러므로, 상기 압축기(111)의 회전샤프트는 풀리 및 벨트(V)를 통해서 차량 엔진에 항상 결합되는 클러치리스(clutch-less) 구조가 이용될 수 있다.
상기 압축기(111)의 냉매 배출측에 냉매방열기(112)가 배치된다. 상기 방열기(112)는 압축기(111)로부터 배출되는 고압냉매와 방열기(112)용 송풍기(112a)에 의해 송풍되는 외부 공기 사이에서 열을 교환하여 상기 고압냉매를 냉각하는 열교환기이다. 상기 방열기(112)용 송풍기(112a)는 구동전기모터(112b)에 의해 구동되고, 상기 구동전기모터(112b)는 후술할 공조제어유닛(122)으로부터 인가전압이 출력되는 경우에 회전구동된다. 또한, 본 실시예에서, 상기 사이클에서 순환되는 냉매로는 통상의 프레온계의 냉매가 이용되고, 이에 따라 상기 이젝터 사이클 장치는 고압이 냉매의 임계압력보다 크지 않은 아임계압력(subcritical pressure) 사이클로 이루어진다. 따라서, 상기 방열기(112)는 냉매를 응축하는 응축기로 이용된다.
상기 방열기(112)의 하류측에 냉매 파이프(113)를 통해서 이젝터(114)가 연결된다. 본 실시예에서의 이젝터(114)는 냉매의 압력을 감소시키는 감압수단의 기능을 수행하고, 또한 상기 이젝터(114)는 고속으로 분출되는 냉매흐름의 흡입작용(혼입작용(entraining action))에 의해 냉매를 순한시키는 냉매순환수단의 기능을 수행한다. 또한, 상기 이젝터(114)는 후술할 분기유로(118)의 분기점 및 분기유로(118)로 유입되는 냉매를 감압하는 감압수단의 기능을 수행한다.
본 실시예에서의 이젝터(114) 구조를 도23을 참조하여 설명한다. 도23은 본 발명의 제18실시예에 따른 이젝터의 단면도이다. 상기 이젝터(114)는 하우징(114a), 노즐부(114b), 디퓨저부(114c), 및 유로면적제어기구(115)를 포함한다.
상기 하우징(114a)은 이젝터(114)의 구성부품을 고정 및 보호하는 역할을 한다. 상기 하우징(114a)은, 냉매파이프(113)에서 유출되는 냉매를 이젝터(114)로 유입하는 냉매유입구(114d)(제1연결부); 상기 냉매유입구(114d)로부터 유입된 냉매를 분기유로(118a)로 유출하는 분기냉매유출구(114e)(제4연결부); 및 상기 노즐부(114b)의 냉매분출구(114h)와 연통하는 방식으로 배치되며 상기 분기유로(118b)로부터 냉매를 흡입하는 냉매흡입구(114f)(제3연결부)를 포함한다.
상기 냉매파이프(113)는 냉매유입구(114d)에 결합되고, 상기 분기유로(118b)는 냉매흡입구(114f)에 결합되며, 상기 분기유로(118a)는 분기냉매유출구(114e)에 관통하는 방식으로 결합된다. 이러한 결합부는 냉매의 누출이 방지되도록 브레이징으로 접합된다.
상기 노즐부(114b)는, 냉매의 냉매유로면적을 축소시키고, 냉매를 등엔트로피 방법으로 감압팽창시키며, 상기 하우징(114a)에 고정된다.
상기 노즐부(114b)는, 상기 냉매유입구(114d)를 노즐부(114b)의 내부와 연통시켜서 냉매를 노즐부(114b)로 유입시키는 냉매유입구(114g); 상기 노즐부(114b)로 유입되는 냉매를 냉매유입구(114g)로부터 후술할 혼합부(114j)로 분출하는 냉매분출구(114h); 및 상기 냉매분출구(114h)의 상류측에 배치되며 상기 노즐부(114b)의 내부를 분기냉매유출구(114e)와 연통시키는 분기냉매유출구(114i)를 포함한다.
또한, 상기 분기냉매유출구(114e)를 관통하는 분기유로(118a)는 냉매의 누출 을 방지하기 위해 브레이징 등으로 분기냉매유출구(114i)에 결합된다.
또한, 상기 혼합부(114j)는 하우징(114a)의 냉매분출구(114h)의 냉매흐름 하류측에 형성된다. 상기 혼합부(114j)는 냉매분출구(114h)에서 분출되는 냉매를 상기 냉매흡입구(114f)로부터 흡입된 냉매와 혼합하기 위해 제공된다.
압력증가부(증압부)를 형성하는 디퓨저부(114c)는 혼합부(114j)의 냉매흐름 하류측에 배치된다. 상기 디퓨저부(114c)는, 냉매의 유로면적을 점차 확대하는 형상으로 형성되고, 상기 냉매흐름을 감속해서 냉매의 압력을 증대시키는 작용을 한다. 다시 말해서, 상기 디퓨저부(114c)는 냉매의 속도에너지를 냉매의 압력에너지로 변환한다.
또한, 상기 디퓨저부(114c)는 디퓨저부(114c)를 관통하는 냉매가 유출되는 디퓨저유출구(114l)(제2연결부)를 구비한다. 또한, 상기 디퓨저부(114c)는 냉매의 누출을 방지하기 위해 브레이징 등으로 접합된다.
상기 유로면적제어기구(115)는 냉매의 누출을 방지하기 위해 실링부재 등을 통해서 스크류 등을 이용하여 하우징(114a)의 노즐부(114b) 상부측(도23의 상측)에 고정된다. 상기 이젝터(114)와 유로면적제어기구(115)는 일체화된 구조로 이루어질 수 있다.
상기 유로면적제어기구(115)는 니들(115a) 및 구동부품(115b)로 이루어진다. 상기 니들(115a)은 노즐부(114b)의 내부유로와 거의 유사한 형상인 세장형의 뾰족한 팁부 및 로터(115c)에 결합되는 샤프트부를 갖는다. 상기 니들(115a)의 샤프트부는 스크류 형상의 결합부에 의해 로터(115c)에 결합되고, 이에 따라 상기 스크류 형상의 결합부가 회전되는 경우에 상기 니들(115a)의 샤프트부는 노즐부(114b)의 길이방향(도23에서 화살표로 나타낸 방향)으로 이동될 수 있다.
상기 구동부품(115b)은 공지된 스테핑모터로 이루어진다. 후술할 공조제어유닛(122)으로부터 제어신호(펄스신호)가 출력되는 경우, 상기 구동부품(115b)의 로터(115c)는 회전된다. 상기 로터(115c)가 회전되는 경우, 상기 로터(115c)의 스크류 형상의 결합부는 회전되어 니들(115a)을 이동시킨다.
상기 냉매분출구(114h) 및 분기냉매유출구(114i)를 통해 흐르는 냉매량의 제어를 도24a 및 도24b를 참조하여 설명한다. 도24a는 니들(115a)이 냉매분출구(114h)에 가까워지는 방향(도24a에서 화살표 A로 나타낸 방향)으로 이동되는 상태를 나타낸 것이다.
먼저, 상기 니들(115a)과 분기냉매유출구(114i)의 상류부 사이에 형성되는 환형의 간극은 분기냉매유출구(114i) 및 냉매분출구(114h)를 통과하는 스로틀유로(C)로 이루어진다. 상기 니들(115a)이 냉매분출구(114h)에 가까워지는 방향으로 이동되는 경우, 상기 스로틀유로(C)의 면적은 축소된다.
이와 동시에, 상기 냉매분출구(114h)와 니들(115a)의 팁부 사이에 형성되는 환형의 간극은 냉매분출구(114h)를 통과하는 스로틀유로(D)로 이루어진다. 상기 니들(115a)이 냉매분출구(114h)에 가까워지는 방향으로 이동되는 경우, 상기 스로틀유로(D)의 면적도 축소된다.
상기 스로틀유로(C)를 통과하는 냉매는 분기냉매유출구(114i)를 통해 분기유로(118a)로 흐른다. 이와 동시에, 상기 분기유로(118a)로 유출되지 않는 냉매는 스 로틀유로(D)를 통과해서 냉매분출구(114h)로부터 배출된다. 다시 말해서, 냉매는 스로틀유로(C)의 하류측에서 분기된다.
도24b는 니들(115a)이 냉매분출구(114h)로부터 멀어지는 방향(도24b에서 화살표 B로 나타낸 방향)으로 이동되는 상태를 나타낸 것이다. 상기 니들(115a)이 이러한 B방향으로 이동되는 경우, 상기 스로틀유로(C)의 면적은 도24a에 비해 확대되고, 상기 스로틀유로(D)의 면적도 확대된다.
따라서, 상기 니들(115a)이 구동부품(115b)에 의해 이동되는 경우, 상기 분기유로(118a)로 분기되는 냉매유로면적 및 상기 노즐부(114b)의 냉매분출구(114h)로부터 분출되는 냉매유로면적은 변경된다.
다시 말해서, 본 실시예에서, 상기 니들(115a)은 유로면적제어수단이고, 상기 노즐부(114b)와 니들(115a)로 이루어지는 스로틀유로(C)는 가변스로틀기구이다. 또한, 본 실시예에서, 상기 이젝터(114)의 냉매분출구(114h) 상류측에서 냉매가 분기되는 구조는 상기 노즐부(114b)의 하류측에서 냉매가 분기되는 구조를 포함한다.
다음으로, 상기 이젝터(114)의 디퓨저부(114c)의 냉매흐름 하류측에 제1증발기(116)가 연결된다. 상기 제1증발기(116)는, 차량에 장착되는 공조유닛(미도시)의 케이스부재에 배치되며, 차량실의 공조용 공기를 냉각시키는 작동을 수행한다.
구체적으로, 상기 차량실의 공조용 공기는 차량실 공조유닛의 제1증발기용 송풍기(116a)에 의해 제1증발기(116)로 송풍된다. 그리고, 상기 이젝터(114)에 의해 감소되는 압력을 갖는 저압냉매는 차량실의 공조용 공기로부터 열을 흡수해서 증발시키고, 이에 의하여 상기 차량실의 공조용 공기는 냉각되어서 냉각능력이 구 현된다.
상기 제1증발기용 송풍기(116a)는 구동전기모터(116b)에 의해 구동되고, 상기 구동전기모터(116b)가 후술할 공조제어유닛(122)으로부터 출력되는 인가전압을 갖는 경우에 상기 구동전기모터(116b)는 회전구동된다.
상기 제1증발기(116)의 냉매흐름 하류측에 기상냉매를 액상냉매에서 분리하는 어큐뮬레이터(117)가 연결된다. 또한, 상기 어큐뮬레이터(117)의 기상냉매 하류측은 압축기(111)에 연결되고, 이에 따라 상기 어큐뮬레이터(117)에서 유출되는 기상냉매는 압축기(111)에 의해 흡입되어 다시 냉매순환유로(110)에서 순환된다.
상기 분기유로(118)는 이젝터(114)의 분기냉매유출구(114e)에 연결된다. 상기 분기유로(118)는 이젝터(114)의 분기냉매유출구(114e)를 제2증발기(119)의 입구에 연결하는 분기유로(118a) 및 상기 제2증발기(119)의 출구를 이젝터(114)의 냉매흡입구(114f)에 연결하는 분기유로(118b)로 이루어진다.
상기 제2증발기(119)는, 차량실에 장착되는 냉장고(미도시)에 배치되고, 상기 냉장고의 내부를 냉각하는 냉각작동을 수행한다.
예를 들어, 상기 냉장고의 공기는 제2증발기용 송풍기(119a)에 의해 냉장고의 내부를 냉각하는 공기로서 제2증발기(119)로 송풍된다. 그리고, 상기 이젝터(114)에 의해 감소되는 압력을 갖는 저압냉매는 냉장고의 내부를 냉각하는 공기로부터 열을 흡수하여 상기 제2증발기(119)에서 증발시키고, 이에 의하여 상기 냉장고의 내부를 냉각하는 공기는 냉각된다.
상기 제2증발기용 송풍기(119a)는 구동전기모터(119b)에 의해 구동되고, 상 기 구동전기모터(119b)가 후술할 공조제어유닛(122)으로부터 출력되는 인가전압을 갖는 경우에 상기 구동전기모터(119b)는 회전구동된다.
또한, 본 실시예에는 상기 어큐뮬레이터(117)의 액상냉매측을 제2증발기(119)의 입구에 연결하는 냉매유도유로(120)가 제공된다. 상기 냉매유도유로(120)는 어큐뮬레이터(117)의 액상냉매를 제2증발기(119)로 유도하는 냉매유로이다. 상기 어큐뮬레이터(117)로부터 제2증발기(119)로만 냉매가 흐르게 하는 체크밸브(121)는 냉매유도유로(120)에 배치된다.
상기 공조제어유닛(122)은 중앙처리장치(CPU), 롬(ROM), 및 램(RAM) 등을 포함하는 공지된 마이크로컴퓨터와 주변회로로 이루어진다. 상기 공조제어유닛(122)은 롬에 기억된 제어프로그램에 기초해서 각종 계산 및 처리를 수행하여 상기 각종 부품(11a, 111b, 112b, 115b, 116b, 119b)의 작동을 제어한다.
또한, 상기 공조제어유닛(122)에 각종 센서그룹으로부터의 검출신호 및 각종 조작패널(미도시)로부터의 조작신호가 입력된다. 구체적으로, 상기 센서 그룹은 제2증발기(119)의 출구에서 냉매의 온도(Ts2)를 검출하는 온도센서(123) 및 상기 제2증발기(119)의 출구에서 냉매의 압력(Ps2)을 검출하는 압력센서(124)를 포함한다. 또한, 상기 조작패널에는 냉각되는 공간의 냉각온도를 셋팅하는 온도셋팅스위치 등이 제공된다.
다음으로, 전술한 구조에서의 본 실시예의 작동을 설명한다. 상기 압축기(111)가 차량 엔진에 의해 구동되는 경우, 상기 압축기(111)에 의해 냉매는 흡입압축되어 고온 및 고압의 상태로 되어서 배출된다. 그리고, 상기 압축기(111)로부 터 배출되는 냉매는 방열기(112)로 유입된다. 상기 방열기(112)에서, 고온냉매는 외부 공기에 의해 냉각되어서 응축된다. 상기 방열기(112)에서 유출되는 액상냉매는 냉매파이프(113), 이젝터(114)의 냉매유입구(114d), 및 냉매유입구(114g)를 통해서 노즐부(114b)로 유입된다.
상기 공조제어유닛(122)은 온도센서(123)의 검출값(Ts2)과 압력센서(124)의 검출값(Ps2)에 기초하여 상기 제2증발기(119)의 출구에서 냉매의 과열도를 계산한다. 상기 과열도가 소정 범위에서 이루어지도록, 상기 공조제어유닛(122)은 이젝터(114)의 분기냉매유출구(114e)로부터 제2증발기(119)에 공급되는 냉매의 유량을 변경한다.
구체적으로, 상기 제2증발기(119)의 출구에서 냉매의 과열도가 소정 값보다 크게 이루어지는 경우, 상기 분기냉매유출구(114e)에서 냉매의 유량이 작아지도록 상기 공조제어유닛(122)은 유로면적제어기구(115)의 구동부품(115b)으로 제어신호(펄스신호)를 출력해서 상기 니들(115a)을 도24a의 A방향으로 이동시키고, 이에 의하여 상기 스로틀유로(C)를 축소시킨다. 한편, 상기 냉매의 과열도가 소정 값보다 작게 이루어지는 경우, 상기 분기냉매유출구(114e)에서 냉매유량이 커지도록 상기 공조제어유닛(122)은 구동부품(115b)으로 제어신호(펄스신호)를 출력해서 상기 니들(115a)을 도24b의 B방향으로 이동시키고, 이에 의하여 상기 스로틀유로(C)를 확대시킨다.
또한, 상기 니들(115a)이 전술한 바와 같이 이동되는 경우, 상기 분기냉매유출구(114e)로부터 제2증발기(119)에 공급되는 냉매유량뿐만 아니라 상기 냉매분출 구(114h)에서 분출되는 냉매유량도 변경된다.
여기에서, 상기 방열기(112)에서 유출되는 냉매가 이젝터(114)의 노즐부(114b) 상류측에서 분기되는 이젝터 사이클 장치에서, 상기 냉매분출구(114h)에서 분출되어 제1증발기(116)로 유입되는 냉매유량과 상기 분기냉매유출구(114e)로부터 제2증발기(119)로 유입되는 냉매유량의 합은 상기 방열기(112)에서 유출되는 냉매유량과 같다.
이와 같은 이유 때문에, 상기 사이클 전체에서 높은 냉각능력을 구현하기 위해서, 상기 방열기(112)에서 유출되는 냉매는 제1증발기(116) 및 제2증발기(119)로 적절하게 분배될 필요가 있다.
따라서, 본 실시예의 이젝터 사이클 장치는 상기 냉매분출구(114h)에서의 냉매유량과 상기 분기냉매유출구(114e)에서의 냉매유량이 서로 연동되어 변화되도록 셋팅된다. 그러므로, 상기 증발기(116, 119) 사이의 유량비는 셋팅될 수 있으며, 이에 따라 상기 제2증발기(119)의 출구에서 냉매의 과열도가 소정 값으로 이루어지는 경우에 사이클 전체에서 높은 냉각능력이 달성될 수 있다. 상기 이젝터 사이클 장치는 분기냉매유출구(114e)와 노즐부(114b)의 형상 및 상기 니들(115a)의 크기를 적절하게 형성하여 실현될 수 있다.
전술한 방법으로 유량이 결정되며 상기 냉매분출구(114h)에서 분출되는 냉매는 제1증발기(116)의 제1증발기용 송풍기(116a)에서 송풍된 공기로부터 열을 흡수하여 냉각능력이 구현된다. 상기 제1증발기(116)에서 유출되는 냉매는, 상기 어큐뮬레이터(117)로 유입되고, 액상냉매와 기상냉매로 분리된다. 상기 분리된 기상냉 매는 압축기(111)에 의해 다시 흡입된다.
상기 분기냉매유출구(114e)로부터 분기유로(118a)로 유입되는 냉매는 제2증발기(119)를 통해 흐른다. 또한, 상기 어큐뮬레이터(117)에 분리된 액상냉매도 이젝터(114)의 흡입작용에 의해 제2증발기(119)로 흡입된다.
이러한 방법에서, 상기 어큐뮬레이터(117)에 의해 액상냉매가 흡입되는 것에 의해서도 상기 제2증발기(119)를 통해 흐르는 냉매유량은 제어될 수 있다. 따라서, 상기 증발기(116, 119) 사이의 유량비는 사이클 전체의 냉각능력을 더 증대시킬 수 있는 값에 가까워질 수 있다.
상기 제2증발기(119)로 유입되는 냉매는 제2증발기용 송풍기(119a)에 의해 송풍된 공기로부터 열을 흡수하여 냉각능력이 구현된다. 상기 제2증발기(119)에서 증발된 기상냉매는, 분기유로(118b)를 통해서 이젝터(114)의 냉매흡입구(113d)로부터 이젝터(114)에 의해 흡입되고, 상기 혼합부에서 노즐부(114b)를 통해 흐르는 액상냉매와 혼합되어 제1증발기(116)로 유입된다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에서, 상기 이젝터(114)의 디퓨저부(114c) 하류측의 냉매는 제1증발기(116)에 공급되고, 상기 분기냉매유출구(114e)로부터 감압된 냉매는 제2증발기(119)에도 공급될 수 있다. 따라서, 상기 제1증발기(116)와 제2증발기(119)에서 동시에 냉각작동이 구현될 수 있다.
상기 냉각작동에서, 상기 제1증발기(116)의 냉매의 증발압력은 상기 디퓨저부(114c)에 의해 증압된 냉매의 압력이다. 상기 제2증발기(119)의 출구는 냉매흡입구(114f)에 연결되기 때문에, 상기 노즐부(113a)에 의해 감압된 직후의 가장 낮은 냉매의 압력은 제2증발기(119)에 적용될 수 있다.
이에 따라, 상기 제2증발기(119)의 냉매의 증발압력(증발온도)은 제1증발기의 냉매의 증발압력(증발온도)보다 낮게 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 제1증발기(116)는 차량실의 공조용으로 이용될 수 있고, 상기 제2증발기(119)는 차량실에 장착된 냉장고용으로 이용될 수 있다.
상기 압축기(111)의 흡입압력은 이젝터(114)의 디퓨저부(114c)의 증압작용에 의해 증가되기 때문에, 상기 압축기(111)의 압축일양(amount of compression work)은 압축기(111)의 흡입압력의 증가만큼 감소될 수 있다. 즉, 상기 압축기(111)의 동력절감 효과가 발생될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 상기 이젝터(114)의 냉매분출구(114h)에서 분출되는 냉매를 감압해서 유량을 제어하는 가변노즐부 및 상기 분기냉매유출구(114e)에서 유출되는 냉매를 감압해서 유량을 제어하는 가변스로틀기구는 이젝터(114)와 일체로 이루어진다. 따라서, 상기 분기유로(118a)에 냉매를 감압팽창시키는 스로틀유닛을 배치할 필요가 없어서 상기 이젝터 사이클 장치의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 상기 구동부품(115b)에 의해 니들(115a)(유로면적제어수단)을 이동시킴으로써 상기 스로틀유로(C, D)는 서로 연동되어 제어될 수 있다. 따라서, 상기 가변노즐부를 통해 흐르는 냉매유량과 상기 가변스로틀기구를 통해 흐르는 냉매유량 사이의 유량비의 변동은 감소될 수 있다. 그 결과, 이러한 유량비를 상기 증발기(116, 119) 사이의 적절한 유량비로 제어하는 것이 용이하고, 상기 증발기(116, 119) 사이의 유량비의 변동을 방지할 수 있다.
(제19실시예)
전술한 제18실시예의 이젝터 사이클 장치에는 어큐뮬레이터(117), 냉매유도유로(120), 체크밸브(121), 온도센서(123), 및 압력센서(124)가 제공된다. 그러나, 도25에 나타낸 바와 같이, 본 실시예서는 상기 부품이 제거되고, 상기 방열기(112)의 하류측 냉매파이프(113)에 기상냉매를 액상냉매로부터 분리하는 리시버(131), 상기 제1증발기(116)의 출구에서 냉매의 온도(Ts1)를 검출하는 온도센서(133), 및 상기 제1증발기(116)의 출구에서 냉매의 압력(Ps1)을 검출하는 압력센서(134)가 제공된다.
상기 어큐뮬레이터(117)는 제거되기 때문에, 상기 압축기(111)는 제1증발기(116)의 하류측에 연결된다. 상기 온도센서(133)와 압력센서(134)의 검출값은 공조제어유닛(122)에 입력된다.
또한, 전술한 제18실시예의 이젝터(114)에서, 상기 노즐부(114b)로 이루어지는 분기냉매유출구(114i)를 통해서 분기냉매유출구(114e)로 유출되는 냉매를 감압하는 가변스로틀기구는 스로틀유로(C)로 이루어진다. 그러나, 본 실시예에서, 상기 이젝터(114)는 제거되고, 상기 가변스로틀기구를 구비하지 않은 이젝터(130)가 제공된다.
전술한 제18실시예와 유사하게, 제19실시예의 이젝터(130)의 구조를 도26을 참조하여 설명한다. 도26은 본 발명의 제19실시예에 따른 이젝터를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 상기 이젝터(130)는, 하우징(130a), 노즐부(130b), 디퓨저부(130c), 및 유로면적제어기구(132)를 포함한다.
전술한 제18실시예와 유사하게, 상기 하우징(130a)은 냉매유입구(130d)(제1연결부) 및 냉매흡입구(130f)(제3연결부)를 구비한다. 또한, 상기 하우징(130a)은 냉매유입구(130d)로부터 유입된 냉매를 분기유로(118a)로 유출하는 분기냉매유출구(130e)(제4연결부)를 구비한다. 또한, 상기 냉매파이프(113)는 냉매유입구(130d)에 결합되고, 상기 냉매흡입구(130f)에 분기유로(118b)가 결합되며, 상기 분기유로(118a)는 분기냉매유출구(130e)에 결합된다.
상기 노즐부(130b)는 냉매유입구(130g) 및 냉매분출구(130h)를 구비한다. 상기 노즐부(130b)는 노즐부(130b)의 내부와 분기냉매유출구(130e)를 연통시키는 분기냉매유출구(130i)를 구비한다. 후술할 유로면적제어기구(132)의 니들(132a)이 이동되는 경우에도, 상기 분기냉매유출구(130e)의 냉매유량이 변화되지 않는 위치에 상기 분기냉매유출구(130i)가 배치된다. 따라서, 상기 이젝터(130)에는 가변스로틀기구가 제공되지 않는다.
그리고, 상기 노즐부(130b)의 내부로부터 분기냉매유출구(130e)로 유출되는 냉매를 감압팽창시키기 위하여, 상기 하우징(130a)은 그 내부에 배치되는 고정스로틀(130k)을 구비한다. 본 실시예에서, 상기 고정스로틀(130k)은 하우징(130a)에 배치되지만, 상기 분기유로(118a)의 파이프에 배치될 수도 있다. 또한, 본 실시예의 고정스로틀(130k)은 구체적으로 오리피스이지만, 모세관으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 노즐부(130b)의 냉매분출구(130h)에서 분출되는 냉매유량을 제어하기 위하여 유로면적제어기구(132)가 셋팅된다. 전술한 제18실시예와 유사하게, 상기 유로면적제어기구(132)는 니들(132a), 구동부품(132b), 및 로터(132c)를 포함한다. 상기 유로면적제어기구(132)는 니들(132a)을 이동시켜서 노즐부(130b)의 냉매분출구(130h)의 냉매유량을 변경한다.
상기 공조제어유닛(122)으로부터 제어신호가 구동부품(132b)에 출력된다. 본 제19실시예의 다른 부분은 상기 제18실시예와 동일할 수 있다.
전술한 제18실시예와 유사하게, 상기 구조를 갖는 본 실시예의 작동을 설명한다. 상기 압축기(111)로부터 배출되는 냉매는, 상기 방열기(112)에 의해 냉각되고, 상기 리시버(131)에 의해 기상냉매와 액상냉매로 분리된다. 상기 리시버(131)에서 유출되는 액상냉매는 냉매유입구(130d)와 이젝터(130)의 냉매유입구(130g)를 통해서 노즐부(130b)로 유입된다.
상기 공조제어유닛(122)은 온도센서(133)의 검출값(Ts1)과 압력센서(134)의 검출값(Ps1)에 기초하여 상기 제1증발기(116)의 출구에서 냉매의 과열도를 계산한다. 상기 과열도가 소정 범위에서 이루어지도록, 상기 공조제어유닛(122)은 전술한 제18실시예와 유사하게 니들(132a)을 이동시켜서 스로틀유로(D)의 면적을 변경하여 이젝터(130)의 냉매분출구(130h)에서 분출되는 냉매유량을 변경한다.
따라서, 상기 제1증발기(116)의 출구에서 냉매의 과열도가 소정 값으로 이루어지는 경우에 상기 사이클 전체에서 높은 냉각능력이 구현될 수 있는 증발기(116, 119) 사이의 유량비로 되도록, 상기 분기냉매유출구(130e)에 형성되는 고정스로틀(130k)의 냉매의 유로면적은 소정 크기로 미리 형성될 수 있다.
상기 노즐부(130b)의 냉매분출구(130h)의 냉매유량과 상기 고정스로틀(130k)의 냉매유량이 결정되어 상기 냉매분출구(130h)를 통해 흐르는 냉매는 제1증발 기(116)에서 높은 냉각능력이 구현된다. 상기 제1증발기(116)에서 유출되는 냉매는 압축기(111)에 의해 다시 흡입된다. 상기 제1증발기(116)의 출구에서의 냉매는 소정의 과열도를 갖는 기상냉매로 이루어지고, 이에 따라 상기 압축기(111)로 액상냉매가 흡입되지 않는다.
상기 고정스로틀(130k)을 통해 흐르는 냉매는 분기유로(118a)를 통해 제2증발기(119)로 유입된다. 그리고, 상기 냉매는 제2증발기(119)에서 냉각능력이 구현되어 상기 분기유로(118b)를 통해 이젝터(130)의 냉매흡입구(130d)로부터 이젝터(130)로 흡입된다. 그리고, 상기 냉매는 혼합부(130j)에서 노즐부(130b)를 통해 흐르는 액상냉매와 혼합되어 제1증발기(116)로 유입된다.
전술한 바와 같이 제18실시예와 유사하게 본 실시에에서도, 상기 제1증발기(116)와 제2증발기(119)에서 냉각작동은 동시에 수행될 수 있고, 상기 제2증발기(119)의 냉매의 증발압력은 제1증발기(116)의 냉매의 증발압력에 비해 감소될 수 있다. 또한, 상기 압축기(111)의 압축일양은 감소되어 동력절감 효과가 발생될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 상기 이젝터(130)의 냉매분출구(130h)에서 분출되는 냉매를 감압해서 냉매의 유량을 제어하는 가변노즐부 및 상기 분기냉매유출구(130e)를 통해 흐르는 냉매를 감압해서 냉매의 유량을 제어하는 고정스로틀(130k)은 이젝터(130)와 일체로 이루어진다. 따라서, 상기 분기유로(118)에 냉매를 감압시키는 고정스로틀을 배치할 필요가 없어서 상기 이젝터 사이클 장치의 크기는 감소될 수 있다.
또한, 상기 가변노즐부를 통해 흐르는 냉매유량은 니들(132a) 및 구동부품(132b)에 의해 변경되어 상기 증발기(116, 119) 사이의 유량비를 제어할 수 있다. 따라서, 간단한 구조로 사이클 전체에서 높은 냉각능력이 구현될 수 있다.
(제20실시예)
전술한 제18실시예의 이젝터(114)는, 상기 노즐부(114b) 및 니들(115a)에 의해 이젝터(114)의 냉매분출구(114h)에서 분출되는 냉매를 감압해서 유량을 제어하고, 상기 분기냉매유출구(114e)에서 분기유로(118a)로 유출되는 냉매를 감압해서 유량을 제어한다. 그러나, 본 제20실시예에서, 상기 이젝터(114)는 제거되고, 이젝터(140)가 배치된다. 본 실시예의 다른 부분은 상기 제18실시예와 동일하다.
본 제20실시예의 이젝터(140)의 구조를 도27을 참조하여 설명한다. 도27은 본 발명의 제20실시예에 따른 이젝터를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 상기 이젝터(140)는, 하우징(140a), 노즐부(140b), 디퓨저부(140c), 유로면적제어기구(141), 결합파이프(142), 및 가변스로틀기구(143)를 포함한다.
전술한 제19실시예와 유사하게, 상기 하우징(140a)은 냉매유입구(140d)(제1연결부) 및 냉매흡입구(140f)(제3연결부)를 구비한다. 또한, 상기 하우징(140a)은 냉매유입구(140d)로부터 유입된 냉매를 결합파이프(142)로 유출하는 결합파이프유출구(140e)를 구비한다. 또한, 상기 냉매파이프(113)는 냉매유입구(140d)에 결합되고, 상기 냉매흡입구(140f)에 분기유로(118b)가 결합되며, 상기 결합파이프(142)는 스로틀기구유출구(140e)에 결합된다.
전술한 제19실시예와 유사하게, 상기 노즐부(140b)는 냉매유입구(140g) 및 냉매분출구(140h)를 구비한다. 또한, 상기 노즐부(140b)는 노즐부(140b)의 내부와 결합파이프유출구(140e)를 연통시키는 결합파이프유출구(140i)를 구비한다. 상기 결합파이프유출구(140e)에서 유출되는 냉매유량이 유로면적제어기구(141)에 의해 변화되지 않는 위치에 상기 결합파이프유출구(140i)가 배치된다. 따라서, 상기 이젝터(130)에는 가변스로틀기구가 제공되지 않는다.
또한, 상기 디퓨저부(140c)와 유로면적제어기구(141)는 전술한 제19실시예와 유사한 방법으로 이루어진다. 상기 유로면적제어기구(141)는 니들(141a), 구동부품(141b), 및 로터(141c)로 이루어진다. 상기 결합파이프(142)는, 후술할 결합파이프유입구(143d)에 결합파이프유출구(143e)를 연결하는 냉매파이프이고, 예를 들면 약 5cm 이하의 작은 길이를 갖는다.
다음으로, 상기 가변스로틀기구(143)는 가변스로틀하우징(143a), 스로틀부(143b), 및 유로면적제어기구(143c)를 포함한다. 상기 가변스로틀하우징(143a)은 상기 결합파이프(142)에서 유출되는 냉매를 가변스로틀기구(143)로 유입하는 결합파이프유입구(143d) 및 상기 결합파이프유입구(143d)로부터 유입된 냉매를 분기유로(18a)로 유출하는 분기냉매유출구(143e)(제4연결부)를 포함한다.
상기 결합파이프(142)는 결합파이프유입구(143d)에 결합되고, 상기 분기유로(18B)는 분기냉매유출구(143e)에 결합되며, 상기 결합부는 냉매의 누출이 방지되도록 브레이징으로 접합된다.
상기 스로틀부(143b)는 상기 스로틀부(143b)의 내부와 결합파이프유입구(143d)를 연통시켜서 상기 스로틀부(143b)로 냉매를 유입하는 냉매유입구(143f) 및 상기 냉매유입구(143f)로부터 스로틀부(143b)로 유입되는 냉매를 감압팽창시키는 냉매감압구(143g)를 포함한다.
상기 유로면적제어기구(141)와 유사한 유로면적제어기구(143c)는, 니들(143h), 구동부품(143i), 및 로터(143j)를 포함한다. 상기 유로면적제어기구(143c)는 니들(143h)을 이동시켜서 상기 냉매감압구(143g)를 통해 흐르는 냉매유량을 변경하여 상기 냉매를 갑압팽창시킨다.
따라서, 상기 이젝터(140)와 유로면적제어기구(141)는 서로 일체화된 구조로 결합될 수 있다. 상기 이젝터(140)의 하우징(143a)과 상기 가변스로틀기구(143)의 가변스로틀하우징(143a)은 약 5cm 이하의 길이를 갖는 결합파이프(142)에 의해 서로 분리될 수 없는 상태로 일체화되게 결합될 수 있다. 상기 하우징(140), 결합파이프(142), 및 가변스로틀하우징(143a)은 실링부재 등을 통해서 스크류에 의해 서로 분리될 수 있는 상태로 결합될 수 있다.
전술한 제18실시예와 유사하게, 상기 구조를 갖는 본 실시예의 작동을 설명한다. 상기 압축기(111)로부터 배출되는 냉매는, 방열기(112)에 의해 냉각되고, 상기 이젝터(140)의 냉매유입구(140d)로부터 이젝터(140)로 유입된다. 상기 이젝터(140)로 유입되는 냉매는, 상기 노즐부(140b)의 냉매분출구(140h) 하류측에서 분기되고, 상기 결합파이프(142)로 유입되는 냉매와 상기 냉매분출구(140h)로부터 분출되는 냉매로 분기된다. 상기 결합파이프(142)로 유입되는 냉매는 가변스로틀기구(143)의 스로틀부(143b)로 유입된다.
상기 공조제어유닛(122)은 온도센서(123)의 검출값(Ts2)과 압력센서(124)의 검출값(Ps2)에 기초하여 상기 제2증발기(119)의 출구에서 냉매의 과열도를 계산한다. 그리고, 상기 과열도가 소정 범위에서 이루어지도록, 상기 공조제어유닛(122)은 이젝터(140)와 일체로 이루어지는 가변스로틀기구(143)의 냉매유량을 제어한다. 구체적으로, 상기 공조제어유닛(122)은 냉매감압구(143g)를 통해 흐르는 냉매유량을 변경하기 위하여 구동부품(143j)에 제어신호를 출력해서 상기 니들(143h)을 이동시킨다.
또한, 전술한 제19실시예와 유사하게, 상기 공조제어유닛(122)은 증발기(116, 119) 사이의 유량비가 사이클 전체에서 높은 냉각능력을 구현할 수 있도록 이젝터(140)의 냉매분출구(140h)로부터 분출되는 냉매유량을 변경한다.
전술한 바와 같이, 상기 공조제어유닛(122)은 가변스로틀기구(143)의 냉매감압구(143g)의 냉매유량과 상기 노즐부(140b)의 냉매분출구(140h)에서 분출되는 냉매유량을 결정해서 상기 노즐부(140b)를 통해 흐르는 냉매는 제1증발기(116)에서 높은 냉각능력이 구현된다. 상기 제1증발기(116)에서 유출되는 냉매는 압축기(111)에 의해 다시 흡입된다. 상기 냉매감압구(143g)를 통해 분기유로(118a)로 유출되는 냉매는, 제2증발기(119)에서 냉각능력이 구현되고, 상기 분기유로(118b)를 통해서 이젝터(130)의 냉매흡입구(130d)에 의해 흡입된다.
전술한 제18실시예와 유사하게, 이러한 구조에서도, 상기 제1증발기(116)와 제2증발기(119)에서 냉각작동은 동시에 수행될 수 있다. 또한, 상기 제2증발기(119)의 냉매의 증발압력은 제1증발기(116)의 냉매의 증발압력에 비해 감소될 수 있다. 또한, 상기 압축기(111)의 압축일양은 감소되어 동력절감 효과가 발생될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 상기 가변스로틀기구(143)는 이젝터(140)와 일체로 이루어진다. 따라서, 상기 분기유로(118)에 스로틀기구를 배치할 필요가 없어서 상기 이젝터 사이클 장치의 크기 및 무게는 감소될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 상기 가변노즐부를 통해 흐르는 냉매유량과 상기 가변스로틀기구를 통해 흐르는 냉매유량은 개별적으로 변경될 수 있다. 따라서, 상기 노즐부(140b)를 통해 제1증발기(116)로 흐르는 냉매유량과 상기 분기유로(118)를 통해 제2증발기(119)로 흐르는 냉매유량은 개별적으로 제어될 수 있다. 그러므로, 사이클 전체에서 높은 냉각능력이 구현될 수 있다.
(다른 실시예)
본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다음의 방법과 같이 다양하게 변경될 수 있다.
전술한 제19실시예에서, 상기 가변노즐부(130b)와 고정스로틀(130k)을 구비하는 이젝터(130)가 이용된다. 그러나, 상기 노즐부의 냉매유로의 면적이 고정되며 상기 분기유로(118a)로 유출되는 냉매를 감압하는 가변스로틀기구를 갖는 이젝터(가 이용되는 경우에도, 전술한 제19실시예와 동일한 효과가 발생될 수 있다.
전술한 제20실시예에서, 상기 가변노즐부(140b)의 구동부품(141b)과 상기 가변스로틀기구(143)의 구동부품(143j)은 분리되게 이루어진다. 그러나, 상기 가변노즐부(140b)의 니들(141a)과 상기 가변스로틀기구(143)의 니들(143h)은 서로 결합될 수 있고, 상기 두 니들(141a, 143h)은 하나의 구동부품에 의해 제어될 수 있다.
전술한 제18 내지 제20실시예에서, 상기 제1증발기(116)는 차량실용의 공조를 위해 이용되고, 상기 제2증발기(119)는 차량용 냉장고로 이용되는 일예를 설명하였다. 그러나, 상기 제1증발기(116)에 의해 냉각되는 공간과 상기 제2증발기(119)에 의해 냉각되는 공간은 동일할 수 있다.
전술한 제18 내지 제20실시예에서, 상기 가변용량압축기가 압축기(111)로 이용되지만, 상기 압축기(111)로서 고정용량압축기나 전기구동압축기도 이용될 수 있다. 또한, 상기 고정용량압축기의 경우, 전자기클러치에 의해 작동상태와 비작동상태의 비율(가동율)을 제어하여 냉매배출능력을 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전기구동압축기의 경우, 회전수를 제어하여 냉매배출능력을 제어하는 것이 바람직하다.
전술한 제18 내지 제20실시예에서, 상기 냉동 사이클의 고압이 냉매의 임계압력보다 크지 않은 아임계압력 사이클의 일예를 설명하였지만, 본 발명은 냉동 사이클의 고압이 냉매의 임계압력보다 큰 초임계압력 사이클에 적용될 수 있다.
전술한 제18실시예에서, 상기 제2증발기(119)의 출구에서 냉매의 과열도에 기초해서 냉매유량은 제어된다. 전술한 제19실시예에서, 상기 제1증발기(116)의 출구에서 냉매의 과열도에 기초해서 냉매유량은 제어된다. 그러나, 상기 냉매유로의 면적은 압축기(111)로부터 배출되는 냉매유량, 상기 방열기(112)의 출구에서의 냉매온도와 냉매압력, 및 과냉각 등에 기초해서 제어될 수 있다.
예를 들면, 상기 압축기(111)에 의해 냉매가 초임계압력 상태로 이루어질 때까지 증압되는 사이클에서, 상기 방열기(112)에서 방열되는 냉매는 액상으로 이루 어지지 않는다. 따라서, 상기 방열기(112)의 출구에서의 냉매의 온도와 압력에 기초해서 상기 이젝터의 노즐부의 냉매유로면적과 상기 분기유로의 스로틀유닛의 냉매유로면적을 제어할 필요만 있다.
전술한 제18 내지 제20실시예에서, 스테핑모터에 의해 구동되는 유량제어밸브는 유로면적제어기구(115, 132, 141) 및 가변스로틀기구(143)로 이용될 수 있지만, 다른 유량제어밸브도 이용될 수 있다. 예를 들면, 다른 특성을 갖는 복수의 고정스로틀을 이용해서 스위칭하는 가변스로틀유닛을 이용할 수 있다. 또한, 전술한 각 실시예의 기계가변스로틀기구 및 전기가변스로틀기구를 조합해서 이용할 수도 있다.
예를 들면, 도28에 나타낸 바와 같이, 전술한 제18실시예의 이젝터(114)는 고정스로틀(114k)을 통해서 분기유로(118a)에 연결될 수 있다. 상기 고정스로틀(114k)로서 오리피스 또는 모세관이 이용될 수 있다.
전술한 제18 내지 제20실시예에서, 상기 제1증발기(116) 및 제2증발기(119)가 이용되지만, 상기 증발기의 수는 증가될 수 있다. 즉, 3개 이상의 증발기가 이용될 수 있다. 증가된 증발기에 공급되는 냉매를 감압팽창시키는 스로틀유닛(스로틀수단)은 이젝터와 일체로 이루어질 수 있다. 이에 따르면, 상기 이젝터 사이클 장치의 크기 및 무게는 더 감소될 수 있다.
예를 들면, 전술한 제18 내지 제20실시예에의 구조에서, 상기 방열기(112)의 출구와 이젝터(114)의 냉매유입구(114d) 사이의 부분을 상기 제1증발기(116)의 출구와 어큐뮬레이터(117) 사이의 부분에 연결하는 제2분기유로가 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2분기유로에 스로틀유닛(스로틀수단)과 제3증발기가 배치될 수 있고, 상기 제2분기유로에 배치되는 스로틀유닛은 이젝터(114)와 일체로 이루어질 수 있다.
전술한 실시예에서, 본 발명에 따른 이젝터 및 이젝터 사이클 장치는 차량용 공조유닛에 적용된다. 그러나, 본 발명에 따른 이젝터 및 이젝터 사이클 장치는 차량용 냉장기, 고정냉장고, 고정냉동기, 냉방유닛, 및 온수기용의 히트 펌프 사이클에 적용될 수 있다.
전술한 실시예에서, 프레온계의 냉매, 이산화탄소(CO2)계의 냉매, 또는 탄화수소(HC)계의 냉매는 냉매로서 이용될 수 있다. 여기에서, 프레온(Feron)의 용어는 탄소(carbon), 불소(fluorine), 염소(chlorine), 및 수소(hydrogen)를 포함하는 유기화합물의 일반적인 용어를 의미하고, 상기 프레온은 냉매로 널리 이용된다.
상기 프레온계의 냉매는 수소화염화불화탄소(hydrochlorofluorocarbon; HCFC)계의 냉매 및 수소불화탄소(hydrofluorocarbon; HFC)계의 냉매를 포함하고, 상기 프레온계의 냉매는 오존층을 파괴하지 않기 때문에 프레온을 대체할 수 있는 냉매이다.
또한, 상기 탄화수소(hydrocarbon; HC)계의 냉매는 수소 및 탄소를 포함하며 자연에 존재하는 냉매 물질이다. 상기 탄화수소계의 냉매는 R600a(이소부탄(isobutane)) 및 R290(프로판(propane))을 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 이젝터의 흡입성능이 저하되는 경우에도 증발기로 냉매를 유도할 수 있으므로 냉각능력은 유지될 수 있으며, 사이클 전체에서의 냉매유량을 용이하게 조정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 냉동 사이클에서 간단한 구조로 고온측과 저온측을 스위칭시킬 수 있으며, 열회수유닛을 이용하여 열은 효율적으로 회수할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명은 고온측과 저온측 사이에서 스위칭이 가능하며 비용을 감소시킬 수 있고, 간단한 분기유로 구조를 갖으며 간단한 구조로 스로틀유닛과 일체로 이루어지는 이젝터를 제공할 수 있는 효과도 있다.

Claims (39)

  1. 냉매를 흡입압축하는 압축기;
    상기 압축기로부터 배출되는 고압냉매의 열을 방출하는 방열기;
    상기 방열기의 하류측의 고압냉매의 압력에너지를 속도에너지로 변환해서 냉매를 감압팽창시키는 노즐부와 상기 노즐부로부터의 분출흐름에 의해 냉매를 흡입하는 흡입구가 구비되는 이젝터;
    상기 방열기와 이젝터의 노즐부 사이의 냉매유로로부터 분기되며, 상기 이젝터의 흡입구에 결합되는 분기유로;
    상기 분기유로에 배치되며 냉매를 감압하는 스로틀유닛; 및
    상기 분기유로에서 스로틀유닛의 냉매흐름의 하류측에 배치되며 냉매를 증발시키는 증발기
    를 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열기와 이젝터 사이의 냉매유로에 배치되며 냉매유량을 제어하는 유량제어유닛
    을 더 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이젝터의 출구와 압축기 사이에 위치되고, 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리해서 상기 압축기에 기상냉매를 공급하며 상기 액상냉매를 축적하는 기액분리기
    를 더 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열기에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터에서 유출되어 상기 압축기에 의해 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하기 위해 상기 이젝터와 압축기 사이에 위치되는 열회수유닛
    을 더 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 방열기에서 유출되는 냉매와 상기 기액분리기에서 유출되어 상기 압축기에 의해 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하기 위해 상기 기액분리기와 압축기 사이에 위치되는 열회수유닛
    을 더 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 방열기에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터에서 유출되어 상기 기액분리기로 유입되는 냉매 사이에서 열을 교환하기 위해 상기 이젝터와 기액분리기 사이에 위치되는 열회수유닛
    을 더 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 방열기에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터에서 유출되어 상기 압축기에 의해 흡입되는 냉매 사이에서 열을 교환하며 상기 이젝터와 압축기 사이에 위치되는 복수의 열회수부재
    를 더 포함하며,
    상기 열회수부재의 복수의 저압냉매유로 사이에 기액분리기가 위치되는
    이젝터 사이클 장치.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분기유로로 유입되는 냉매는 열회수유닛을 통해 방열기에서 유출되는 냉매로 이용되는
    이젝터 사이클 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 이젝터와 압축기 사이에 위치되는 기액분리기; 및
    상기 방열기로부터 분기유로로 냉매가 흐르는 제1냉매유로와 상기 기액분리기에서 유출되는 기상냉매가 압축기로 흡입되는 제2냉매유로를 갖는 열회수유닛
    을 더 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 기액분리기로부터 액상냉매를 흡입하는 액체냉매공급유로; 및
    상기 액체냉매공급유로에 배치되며 상기 기액분리기에서 유출되는 방향으로 냉매흐름을 허용하는 비반환수단
    을 더 포함하며,
    상기 액체냉매공급유로로부터 공급되는 액상냉매는 증발기의 냉매흐름 상류측으로 유입되게 이루어지는
    이젝터 사이클 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이젝터는 냉매유량을 제어할 수 있는 가변스로틀기구를 갖는 가변이젝터인
    이젝터 사이클 장치.
  12. 냉매를 압축하고 배출하는 압축기;
    고압냉매를 감압되기 전에 유도하기 위한 입구를 갖는 노즐부, 상기 노즐부로부터 냉매의 분출흐름에 의해 냉매가 흡입되는 흡입구, 및 상기 노즐 및 흡입구로부터 냉매를 배출하는 배출구가 구비되며, 상기 압축기에 의해 냉매가 순환되는 냉매순환유로에 배치되는 이젝터;
    상기 이젝터의 입구 및 이젝터의 흡입구에 결합되는 분기유로;
    상기 분기유로에 배치되는 열교환기; 및
    상기 이젝터의 입구로 고압냉매가 공급되며 상기 열교환기로부터 흡입구로 냉매가 흐르는 제1모드와 상기 배출구로 고압냉매가 공급되며 상기 이젝터의 흡입구로부터 열교환기로 냉매가 흐르는 제2모드 사이를 스위칭하는 유로스위칭유닛
    을 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 열교환기는 제1열교환기로서 배치되며,
    상기 제1모드에서는 제1열교환기를 저온으로 이르게 하고 제2모드에서는 제1열교환기를 고온으로 이르게 하며, 상기 이젝터의 입구와 제1열교환기 사이에 위치되는 스로틀유닛; 및
    제1모드에서는 고온으로 이르게 하고 제2모드에서는 저온으로 이르게 하며, 상기 냉매순환유로에 배치되는 제2열교환기
    를 더 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2열교환기에서 유출되는 냉매와 상기 이젝터에서 유출되어 상기 압축기에 의해 흡입되는 냉매 사이의 제1모드에서 열을 교환하며 상기 이젝터와 압축기 사이에 위치되는 열회수유닛
    을 더 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 분기유로로 유입되는 냉매는 열회수유닛을 통해 흐르는 냉매로 이용되 는
    이젝터 사이클 장치.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이젝터와 압축기 사이에 위치되며 냉매와 외부 유체 사이에서 열을 교환하는 제3열교환기;
    상기 이젝터의 흡입구와 제1열교환기 사이에 위치되는 제2스로틀유닛
    을 더 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1열교환기는 제3열교환기와 일체로 이루어지는
    이젝터 사이클 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 열교환기는 제1열교환기로 이용되고,
    상기 제2열교환기측에 배치되는 제2이젝터와 제2분기유로
    를 더 포함하며,
    상기 제2이젝터는 제1열교환기의 하류측의 고압냉매가 제2모드시에 흐르는 입구를 가지고;
    상기 제2분기유로는 제1이젝터의 입구의 상류측의 냉매순환유로로부터 제2이젝터의 흡입구로 분기되는 냉매흐름을 유도하고;
    상기 제2열교환기는 제2분기유로에 배치되며 냉매를 증발시켜서 제2모드에서 냉각능력이 구현되는
    이젝터 사이클 장치.
  19. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기로부터 배출되는 고압냉매의 압력은 임계압력 이상으로 이루어지는
    이젝터 사이클 장치.
  20. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기의 제상운전이 필요한 경우, 상기 유로스위칭유닛은 제상운전으로서의 제2모드로 스위칭되는
    이젝터 사이클 장치.
  21. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡입구에서 냉매가 유출되는 경우, 상기 노즐부는 냉매흐름을 차단하기 위해 배치되는
    이젝터 사이클 장치.
  22. 냉매를 감압팽창시키는 노즐부;
    상기 노즐부로부터 분출되는 고속의 냉매에 의해 냉매가 흡입되는 흡입부;
    상기 노즐부로부터 분출되는 냉매와 상기 흡입부로부터 흡입되는 냉매를 혼합하고 가압하기 위한 디퓨저부;
    상기 노즐부의 상류측과 연통하는 제1연결부;
    상기 디퓨저부의 하류측과 연통하는 제2연결부;
    상기 흡입부와 연통하는 제3연결부; 및
    상기 노즐부의 상류측과 연통하는 제4연결부
    를 포함하는 냉매 사이클용 이젝터.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 노즐부의 개방을 제어하는 제어기구
    를 더 포함하는 이젝터.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제어기구는 제4연결부를 통과하는 냉매유로의 개방을 제어하도록 배치되는
    이젝터.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제어기구는 노즐부의 냉매유로에 배치되는 니들을 구비하고;
    상기 제4연결부를 통과하는 냉매유로의 일단은 노즐의 냉매유로에서 니들의 표면측에 대향되게 개방되는
    이젝터.
  26. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 제4연결부를 통해 흐르는 냉매흐름을 스로틀하는 스로틀유닛
    을 더 포함하는 이젝터.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 스로틀유닛은 제4연결부와 제1연결부 사이에 위치되는
    이젝터.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 스로틀유닛은 제4연결부에 연결되는 냉매유로에 배치되는
    이젝터.
  29. 제22항에 따른 이젝터의 제3연결부에 일단이 연결되고 제22항에 따른 이젝터의 제4연결부에 타단이 연결되는 열교환기
    를 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    제22항에 따른 이젝터의 제2연결부에 일단이 연결되는 다른 열교환기
    를 더 포함하는 이젝터 사이클 장치.
  31. 증발기를 구비한 냉매 사이클용 이젝터로서,
    냉매를 감압팽창시키는 노즐부와 상기 노즐부로부터 분출되는 고속의 냉매에 의해 상기 증발기로부터 냉매가 흡입되는 흡입부를 구비한 이젝터부;
    상기 노즐부의 상류측에서 분기되어 증발기의 상류측으로 유출되는 냉매를 감압하며 상기 이젝터와 일체로 이루어지는 스로틀유닛
    을 포함하는 이젝터.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 노즐부 및 스로틀유닛의 적어도 하나는 냉매유로면적을 변경하도록 이루어지는
    이젝터.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서,
    상기 노즐부를 수용하는 하우징
    을 더 포함하며,
    상기 하우징에 스로틀유닛이 수용되는
    이젝터.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 노즐부는 냉매유로면적을 변경할 수 있는 가변노즐부이고;
    상기 스로틀유닛은 냉매유로면적을 변경할 수 있는 가변스로틀기구이고;
    상기 가변노즐부의 냉매유로면적과 상기 가변스로틀기구의 냉매유로면적은 공동의 유로면적제어수단에 의해 변경되는
    이젝터.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 유로면적제어수단은
    상기 가변노즐부의 냉매유로면적과 상기 가변스로틀기구의 냉매유로면적을 동시에 축소 또는 확장시키는
    이젝터.
  36. 제31항 또는 제32항에 있어서,
    상기 증발기의 하류측에서 냉매를 흡입하는 냉매흡입구; 및
    상기 노즐부를 수용하는 하우징
    을 더 포함하며,
    상기 하우징의 외부에 스로틀유닛이 배치되고;
    상기 스로틀유닛은 약 5cm 이하의 길이를 갖는 냉매파이프에 의해 하우징에 일체로 결합되는
    이젝터.
  37. 제32항에 있어서,
    상기 노즐부는 냉매유로면적을 변경할 수 있는 가변노즐이고;
    상기 스로틀유닛은 냉매유로면적을 변경할 수 있는 가변스로틀기구이고;
    상기 가변노즐부와 가변스로틀기구는 하나의 구동부품에 의해 제어되는
    이젝터.
  38. 제31항 또는 제32항에 있어서,
    적어도 상기 노즐을 수용하는 하우징
    을 더 포함하며,
    상기 노즐부의 상류측에서 분기되는 냉매는 하우징에서 분기되는
    이젝터.
  39. 냉매를 감압팽창시키는 노즐부와 상기 노즐부로부터 분출되는 고속의 냉매에 의해 냉매를 흡입하는 흡입부를 구비한 이젝터;
    상기 노즐부의 상류측에서 분기되어 이젝터에 의해 흡입되는 냉매를 증발시키는 증발기; 및
    상기 노즐부의 상류측에서 분기되는 냉매를 감압팽창시켜서 상기 증발기에 냉매를 공급하는 스로틀수단
    을 포함하며,
    상기 스로틀수단은 이젝터와 일체로 이루어지는
    이젝터 사이클 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101503012B1 (ko) * 2013-05-30 2015-03-17 서울대학교산학협력단 증기분사를 이용한 히트펌프 시스템
KR20230064639A (ko) * 2021-11-02 2023-05-11 한국철도기술연구원 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템

Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007051833A (ja) * 2005-08-18 2007-03-01 Denso Corp エジェクタ式冷凍サイクル
DE102007028252B4 (de) * 2006-06-26 2017-02-02 Denso Corporation Kältemittelkreisvorrichtung mit Ejektorpumpe
JP4265677B2 (ja) * 2007-06-20 2009-05-20 株式会社デンソー エジェクタ式冷凍サイクル用ユニット
JP4501984B2 (ja) 2007-10-03 2010-07-14 株式会社デンソー エジェクタ式冷凍サイクル
JP4597180B2 (ja) * 2007-11-06 2010-12-15 本田技研工業株式会社 車両用空調システム
US10101059B2 (en) 2007-11-27 2018-10-16 The Curators Of The University Of Missouri Thermally driven heat pump for heating and cooling
DE102008005076A1 (de) * 2008-01-18 2009-07-23 Valeo Klimasysteme Gmbh Kältemittelkreis und Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises
JP4832458B2 (ja) * 2008-03-13 2011-12-07 株式会社デンソー 蒸気圧縮式冷凍サイクル
JP4760843B2 (ja) * 2008-03-13 2011-08-31 株式会社デンソー エジェクタ装置およびエジェクタ装置を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル
JP2009222255A (ja) 2008-03-13 2009-10-01 Denso Corp 蒸気圧縮式冷凍サイクル
US20100251759A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 Occhipinti Gasper C Liquid pressure cycle having an ejector
US8763408B2 (en) * 2009-10-01 2014-07-01 The Curators Of The University Of Missouri Hybrid thermoelectric-ejector cooling system
US8628025B2 (en) * 2010-03-09 2014-01-14 GM Global Technology Operations LLC Vehicle waste heat recovery system and method of operation
US9759462B2 (en) * 2010-07-23 2017-09-12 Carrier Corporation High efficiency ejector cycle
CN103003642B (zh) * 2010-07-23 2015-07-08 开利公司 喷射器循环
JP5533483B2 (ja) * 2010-09-16 2014-06-25 株式会社デンソー 圧縮機のトルク推定装置
ES2594349T3 (es) 2010-11-30 2016-12-19 Carrier Corporation Eyector
WO2012108982A1 (en) * 2011-02-09 2012-08-16 Carrier Corporation Ejector
JP5665963B2 (ja) 2011-02-25 2015-02-04 株式会社前川製作所 超電導ケーブル冷却システム
JP5413393B2 (ja) * 2011-03-28 2014-02-12 株式会社デンソー 冷媒分配器および冷凍サイクル
JP5482767B2 (ja) * 2011-11-17 2014-05-07 株式会社デンソー エジェクタ式冷凍サイクル
GB2511666B (en) * 2011-11-30 2016-06-29 Mitsubishi Electric Corp Refrigeration cycle device with function of returning lubricating oil to compressor, equipment, and refrigeration cycle method
DE102012011278A1 (de) 2012-06-08 2013-12-12 Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg Ejektor für einen Kältemittelkreislauf, Kältemittelkreislauf mit einem Ejektor und Wärmepumpe mit einem Ejektor
KR102034582B1 (ko) * 2012-07-24 2019-11-08 엘지전자 주식회사 냉동 사이클 및 냉동 사이클을 포함하는 냉장고
JP6073652B2 (ja) * 2012-11-09 2017-02-01 サンデンホールディングス株式会社 車両用空気調和装置
JP6090104B2 (ja) * 2012-12-13 2017-03-08 株式会社デンソー エジェクタ
EP2942585B1 (en) * 2012-12-27 2021-03-17 Mitsubishi Electric Corporation Refrigeration cycle device
JP6115344B2 (ja) * 2013-06-18 2017-04-19 株式会社デンソー エジェクタ
US9398722B1 (en) * 2013-09-03 2016-07-19 Mainstream Engineering Corporation Cold plate with insertable integrated thermostatic expansion device and sensing element
US20160327319A1 (en) 2014-01-30 2016-11-10 Carrier Corporation Ejectors and Methods of Manufacture
US10060394B2 (en) * 2014-09-10 2018-08-28 Denso International America, Inc. Evaporative system
JP6319043B2 (ja) * 2014-10-24 2018-05-09 株式会社デンソー エジェクタ式冷凍サイクル
US9897363B2 (en) 2014-11-17 2018-02-20 Heatcraft Refrigeration Products Llc Transcritical carbon dioxide refrigeration system with multiple ejectors
ES2574932B1 (es) * 2014-12-22 2017-02-13 Mariano LARA JURADO Procedimiento para incrementar el rendimiento de una instalación frigorífica productora de hielo
EP3295093B1 (en) 2015-05-12 2022-10-19 Carrier Corporation Ejector refrigeration circuit and method of operating such a circuit
US20170003040A1 (en) * 2015-07-02 2017-01-05 General Electric Company Packaged terminal air conditioner unit
CN106322807B (zh) 2015-07-03 2021-05-28 开利公司 喷射器热泵
KR101728955B1 (ko) 2015-07-23 2017-04-21 고려대학교 산학협력단 가변형 이젝터 및 이를 갖는 냉동 사이클장치
JP6323489B2 (ja) 2015-08-04 2018-05-16 株式会社デンソー ヒートポンプシステム
US10156402B1 (en) * 2015-10-12 2018-12-18 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Systems and methods for spray cooling
WO2017192302A1 (en) * 2016-05-03 2017-11-09 Carrier Corporation Ejector-enhanced heat recovery refrigeration system
CN107351624B (zh) * 2016-05-10 2020-08-25 比亚迪股份有限公司 热泵空调系统及电动汽车
US10113776B2 (en) * 2016-07-20 2018-10-30 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Packaged terminal air conditioner unit
US10830499B2 (en) 2017-03-21 2020-11-10 Heatcraft Refrigeration Products Llc Transcritical system with enhanced subcooling for high ambient temperature
JP2018178781A (ja) * 2017-04-05 2018-11-15 株式会社デンソー エジェクタ及びこれを用いた燃料電池システム並びに冷凍サイクルシステム
WO2019060752A1 (en) 2017-09-25 2019-03-28 Johnson Controls Technology Company TWO STEP OIL ENGINE EJECTOR SYSTEM
EP3486580A1 (en) * 2017-11-15 2019-05-22 Sergio Girotto An improved refrigeration circuit
RU180821U1 (ru) * 2018-01-09 2018-06-25 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический комплекс "Криогенная техника" Холодильная установка для провизионных кладовых
RU2019103187A (ru) 2018-02-06 2020-08-05 Кэрриер Корпорейшн Рекуперация энергии от горячего газа в перепускной линии
PT110900B (pt) 2018-08-01 2021-11-04 Univ Do Porto Ejetor de geometria variável para aplicações de arrefecimento e sistema de arrefecimento compreendendo o ejetor de geometria variável
EP3926256A1 (en) 2018-09-10 2021-12-22 Carrier Corporation Ejector heat pump operation
KR102585120B1 (ko) 2018-11-01 2023-10-05 제주대학교 산학협력단 열 구동 냉동 시스템
CN111692771B (zh) * 2019-03-15 2023-12-19 开利公司 喷射器和制冷系统
US11267318B2 (en) 2019-11-26 2022-03-08 Ford Global Technologies, Llc Vapor injection heat pump system and controls
US20230182535A1 (en) * 2021-12-14 2023-06-15 Ford Global Technologies, Llc Heat pump for a vehicle
US11725858B1 (en) 2022-03-08 2023-08-15 Bechtel Energy Technologies & Solutions, Inc. Systems and methods for regenerative ejector-based cooling cycles
KR20230147870A (ko) 2022-04-15 2023-10-24 현대자동차주식회사 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5236534A (en) 1975-09-18 1977-03-19 Nat Res Inst Metals Arc welding process for controlling molten pond by gaseous jet stream
JPS52140046A (en) 1976-05-18 1977-11-22 Toshiba Corp Freezing device
DE2834075A1 (de) 1978-08-03 1980-02-28 Audi Nsu Auto Union Ag Kompressions-waermepumpe
JPH0752038B2 (ja) 1987-12-10 1995-06-05 松下電器産業株式会社 冷凍サイクル装置
JPH035674A (ja) 1989-06-01 1991-01-11 Hitachi Ltd 冷媒回路
JPH05312421A (ja) 1992-05-14 1993-11-22 Nippondenso Co Ltd 冷凍装置
JPH0618121A (ja) 1992-06-30 1994-01-25 Nippondenso Co Ltd エンジン駆動ヒートポンプ空調装置
JPH06109338A (ja) 1992-09-25 1994-04-19 Morikawa Sangyo Kk 冷凍機回路及びこれを用いたガス回収装置
JPH08166172A (ja) 1994-12-14 1996-06-25 Sanyo Electric Co Ltd 冷凍装置
KR20010037714A (ko) * 1999-10-19 2001-05-15 구자홍 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템
JP4277397B2 (ja) 1999-12-02 2009-06-10 三菱電機株式会社 冷凍装置
EP1589301B1 (en) 2000-03-15 2017-06-14 Denso Corporation Ejector cycle system with critical refrigerant pressure
KR100346272B1 (ko) * 2000-05-31 2002-07-26 엘지전자주식회사 측관과 이젝터가 마련된 냉동냉장시스템
JP4639541B2 (ja) 2001-03-01 2011-02-23 株式会社デンソー エジェクタを用いたサイクル
JP2002310584A (ja) 2001-04-16 2002-10-23 Matsushita Refrig Co Ltd 除湿機用熱交換器
JP4032875B2 (ja) * 2001-10-04 2008-01-16 株式会社デンソー エジェクタサイクル
JP4254126B2 (ja) 2002-01-15 2009-04-15 株式会社デンソー 蒸気圧縮式冷凍サイクル用のエジェクタ
JP4069656B2 (ja) 2002-03-29 2008-04-02 株式会社デンソー 蒸気圧縮式冷凍機
JP3928471B2 (ja) 2002-04-26 2007-06-13 株式会社デンソー 車両用空調装置
JP2004044906A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Denso Corp エジェクタサイクル
JP4000966B2 (ja) * 2002-09-12 2007-10-31 株式会社デンソー 蒸気圧縮式冷凍機
JP2004108615A (ja) 2002-09-13 2004-04-08 Mayekawa Mfg Co Ltd エジェクタ付き蒸気圧縮式冷凍サイクル
JP4410980B2 (ja) 2002-09-19 2010-02-10 三菱電機株式会社 冷凍空調装置
JP2004142506A (ja) 2002-10-22 2004-05-20 Denso Corp 車両用空調装置
JP2004212019A (ja) 2003-01-08 2004-07-29 Keikon Ryu 冷凍システム
JP2004257694A (ja) 2003-02-27 2004-09-16 Denso Corp 蒸気圧縮式冷凍機
JP2005037093A (ja) 2003-07-18 2005-02-10 Tgk Co Ltd 冷凍サイクル
US7254961B2 (en) 2004-02-18 2007-08-14 Denso Corporation Vapor compression cycle having ejector
CN1291196C (zh) * 2004-02-18 2006-12-20 株式会社电装 具有多蒸发器的喷射循环

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101503012B1 (ko) * 2013-05-30 2015-03-17 서울대학교산학협력단 증기분사를 이용한 히트펌프 시스템
KR20230064639A (ko) * 2021-11-02 2023-05-11 한국철도기술연구원 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템

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