KR20070082543A - 냉매유량 제어장치 및 이를 이용한 이젝터 냉동사이클시스템 - Google Patents

냉매유량 제어장치 및 이를 이용한 이젝터 냉동사이클시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치는 분기부(A)로부터 분기된 제1 냉매류의 냉매를 감압시키기 위한 노즐부(16)를 갖는 이젝터(15, 31, 33), 상기 이젝터로부터 배출되는 냉매를 증발시키기 위한 제1증발기(20), 상기 분기부로부터 분기된 제2 냉매류의 냉매를 감압시키기 위한 스로틀 부재(21, 25, 27, 30), 상기 스로틀 부재의 상류와 상기 이젝터의 냉매 흡입구(17b) 하류 사이에 배치되는 제2증발기(22) 및 상기 노즐부와 스로틀 수단 중 하나의 냉매 통로 면적(Anoz, Ae)을 조절하기 위하여 변형되는 온도감지 변형부재(19d)를 구비하는 조절장치(19)를 포함한다. 상기 조절 장치는 이젝터의 노즐부에 의하여 감압되는 냉매 유량(Gnoz)과 이젝터의 냉매 흡입구로 흡입되는 냉매 유량(Ge)의 유량비를 조절하도록 제공될 수 있다.
냉동사이클, 이젝터, 노즐부, 냉매통로면적, 노즐통로면적, 조절장치

Description

냉매유량 제어장치 및 이를 이용한 이젝터 냉동사이클 시스템{REFRIGERANT FLOW-AMOUNT CONTROLLING DEVICE AND EJECTOR REFRIGERANT CYCLE SYSTEM USING THE SAME}
도1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 이젝터 냉동사이클 시스템을 나타낸 개략도.
도2는 제1실시 예에 따른 이젝터를 나타낸 단면도.
도3은 제1실시 예에 따른 온도 및 스프링상수 간의 관계를 나타낸 그래프.
도4는 제1실시 예에 따른 이젝터의 온도와 노즐통로면적 간의 관계를 나타낸 그래프.
도5는 제1실시 예에 따른 이젝터와 제1 및 제2증발기의 일체형 유닛을 나타낸 사시도.
도6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 이젝터 냉동사이클 시스템을 나타낸 개략도.
도7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 이젝터 냉동사이클 시스템을 나타낸 개략도.
도8은 제3실시 예에 따른 가변 스로틀을 나타낸 단면도.
도9는 본 발명의 제4실시 예에 따른 이젝터 냉동사이클 시스템을 나타낸 개략도.
도10은 본 발명의 제5실시 예에 따른 이젝터 냉동사이클 시스템을 나타낸 개략도.
도11은 제5실시 예에 따른 이젝터를 나타낸 단면도.
도12는 본 발명의 제6실시 예에 따른 이젝터를 나타낸 단면도.
도13은 본 발명의 제7실시 예에 따른 이젝터를 나타낸 단면도.
도14는 본 발명의 제8실시 예에 따른 이젝터를 나타낸 단면도.
도15는 본 발명의 실시 예들에 따른 면적비(Anoz/(Anoz+Ae))와 사이클 효율(COP) 간의 관계를 나타낸 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11: 압축기 12: 라디에이터
15, 31, 33: 이젝터 16: 노즐부
17b: 냉매흡입구 17d: 디퓨져부
19: 통로면적 조절장치 19b, 32b: 니들부
19d, 31a: 형상기억 스프링 20: 제1증발기
21: 열팽창밸브 22: 제2증발기
25: 고정 스로틀 27: 가변 스로틀
30: 고압제어밸브
본 발명은 냉매유량 제어장치 및 이젝터를 구비한 이젝터 냉동사이클 시스템에 관한 것이다. 예를 들면, 냉매유량 제어장치는 이젝터 냉동사이클 시스템용으로 적합하다.
일본 특허공개 제2005-308380호 공보(미국특허 제2005/0268644호 공보)에서는, 이젝터의 노즐 상류 측에 분기부가 제공되는 이젝터 냉동사이클 시스템을 제안하고 있다. 이러한 사이클 시스템에서, 상기 분기부로부터의 하나의 냉매류는 이젝터의 노즐부로 흐르고, 상기 분기부로부터의 다른 하나의 냉매류는 이젝터의 냉매 흡입구로 흐른다.
또한 상기 이젝터로부터 배출되는 냉매를 증발시키기 위하여 제1증발기가 배치되고, 상기 분기부와 냉매 흡입구 사이에 스로틀 기구 및 제2증발기가 배치된다. 따라서 상기 스로틀 기구에서 감압된 냉매는 제2증발기로 흐르고, 상기 이젝터의 냉매 흡입구로 흡입된다.
이러한 이젝터 냉동사이클 시스템에서, 상기 분기부를 통과하는 냉매의 유량(Gn)은 상기 분기부로부터 노즐부로 흐르는 냉매의 유량(Gnoz)과 상기 제2증발기를 통해 분기부로부터 냉매 흡입구로 흐르는 냉매의 유량(Ge)의 합(즉, Gn = Gnoz + Ge)이다. 따라서 상기 분기부로부터 노즐부로 흐르는 냉매 유량(Gnoz)이 증가할 경우, 상기 분기부로부터 냉매 흡입구로 흐르는 냉매 유량(Ge)은 감소하며, 이에 따라 제2증발기의 냉각성능은 감소된다. 이에 반하여, 상기 분기부로부터 냉매 흡입구로 흐르는 냉매 유량(Ge)이 증가할 경우, 상기 분기부로부터 노즐부로 흐르는 냉매 유량(Gnoz)은 감소하며, 이에 따라 상기 이젝터에서의 냉매흡입능력 및 압력증가량은 감소한다.
따라서 상기 분기부에서의 냉매 유량(Gn)을 노즐로 흐르는 냉매 유량(Gnoz)과 이젝터의 냉매 흡입구로 흐르는 냉매 유량(Ge)으로 적절히 분배하는 것이 어렵고, 이에 따라 사이클 시스템의 전체 사이클에서 높은 효율을 갖는 것이 어렵게 된다. 즉, 상기 분기부로부터 냉매 흡입구로 흐르는 냉매 유량(Ge)과 분기부로부터 노즐부로 흐르는 냉매 유량(Gnoz) 간의 유량비가 사이클 시스템의 냉방부하에 따라 적절히 제어되는 것이 어려운 문제점이 있다.
따라서 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 냉동사이클의 냉방부하에 따라 이젝터의 노즐로 흐르는 냉매 유량과 이젝터의 냉매 흡입구로 흐르는 냉매유량 간의 유량비를 적절히 제어할 수 있는 냉매유량 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 이젝터의 노즐부로 흐르는 냉매유량과 이젝터의 냉매 흡입구로 흐르는 냉매유량의 유량비가 적절히 조절될 수 있는 이젝터 냉동사이클 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은 유량비를 적절히 조절함으로써 사이클 효율을 향상시킬 수 있는 이젝터 냉동사이클 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1관점에 따르면, 라디에이터로부터의 냉매가 분기부에서 제1냉매류의 냉매와 제2냉매류의 냉매로 분할되는 이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치는, 상기 제1냉매류를 감압하기 위한 노즐부 및 상기 노즐부로부터 분사된 고속의 냉매 흐름에 의하여 냉매가 흡입되는 냉매 흡입구를 구비하는 이젝터; 상기 이젝터로부터 배출되는 냉매를 증발시키기 위한 제1증발기; 상기 제2냉매류의 냉매를 감압 및 팽창시키기 위한 스로틀 수단; 상기 스로틀 수단의 하류와 상기 냉매 흡입구의 상류 사이에 배치되고, 상기 냉매를 증발시키는 제2증발기; 및 상기 노즐부와 스로틀 수단의 냉매 통로 면적을 조절하기 위하여 상기 사이클 시스템의 냉매 온도의 변화에 따라 변형되는 온도감지 변형부재를 구비하는 조절장치를 포함한다. 또한 상기 조절장치는 상기 이젝터의 노즐부에 의하여 감압되는 제1냉매 유량과 상기 이젝터의 냉매 흡입구로 흡입되는 제2냉매 유량의 유량비를 조절하도록 제공된다. 따라서 냉동사이클의 냉방부하의 변화에 따라 유량비를 적절히 조절할 수 있다.
예를 들면, 상기 하나의 냉매 통로 면적은 노즐부의 냉매 통로 면적 또는 스로틀 수단의 냉매 통로 면적이다. 또한 상기 조절장치는 상기 하나의 냉매 통로 면적을 변화시켜, 상기 노즐부의 냉매 통로 면적과 상기 스로틀 수단의 냉매 통로 면적의 합에 대한 상기 노즐부의 냉매 통로 면적의 면적비가 0.8 이하로 되도록 한 다.
본 발명의 제2관점에 따르면, 이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치는, 라디에이터의 하류의 분기부로부터 분할되는 제1냉매류의 냉매를 감압하기 위한 노즐부 및 상기 노즐부로부터 분사된 고속의 냉매 흐름에 의하여 냉매가 흡입되는 냉매 흡입구를 구비하는 이젝터; 상기 이젝터로부터 배출되는 냉매를 증발시키기 위한 제1증발기; 상기 분기부로부터 분할된 제2냉매류의 냉매를 감압 및 팽창시키기 위한 스로틀 수단; 및 상기 스로틀 수단의 하류와 상기 냉매 흡입구의 상류 사이에 배치되고, 상기 냉매를 증발시키는 제2증발기를 포함한다. 상기 냉매유량 제어장치에서, 상기 이젝터 및 스로틀 수단 중 하나는 상기 라디에이터의 하류 측 냉매의 압력이 소정 값에 근접하도록 상기 라디에이터의 하류 측 냉매의 온도에 기초하여 냉매 통로 면적을 조절하고, 상기 이젝터 및 스로틀 수단 중 다른 하나는 상기 이젝터의 노즐부에 의하여 감압된 제1 냉매유량과 상기 이젝터의 냉매 흡입구로 흡입된 제2 냉매유량의 유량비를 조절하도록 그 다른 하나의 냉매 통로 면적을 변화시키는 온도감지 변형부재를 구비한다. 그러므로 상기 이젝터 냉동사이클 시스템에서의 전체 유량은 이젝터 및 스로틀 수단 중 하나에 의하여 제어될 수 있고, 상기 제1 냉매 유량과 제2 냉매 유량 간의 유량비는 상기 이젝터 및 스로틀 수단 중 다른 하나에 의하여 제어될 수 있다. 따라서 사이클 효율은 전체 사이클에서 효과적으로 증가할 수 있다.
본 발명의 제3관점에 따르면, 이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치는, 라디에이터의 하류 분기부로부터 분할된 제1냉매류의 냉매를 감압하기 위한 노즐부, 상기 노즐부로부터 분사된 고속의 냉매 흐름에 의하여 냉매가 흡입되는 냉매 흡입구, 및 상기 노즐부로부터 분사된 냉매와 상기 냉매 흡입구로부터 흡입된 냉매가 혼합된 혼합 냉매의 압력을 압력 증가량만큼 증가시키는 디퓨져부를 구비하는 이젝터; 상기 이젝터로부터 배출되는 냉매를 증발시키기 위한 제1증발기; 상기 분기부로부터 분할된 제2냉매류의 냉매를 감압 및 팽창시키기 위한 스로틀 수단; 상기 스로틀 수단의 하류와 상기 냉매 흡입구의 상류 사이에 배치되고, 상기 냉매를 증발시키는 제2증발기; 및 상기 노즐부로 흐르는 제1 냉매유량과 상기 냉매 흡입구로 흡입되는 제2냉매 유량의 유량비를 상기 이젝터의 디퓨져부의 압력 증가량에 기초하여 조절하는 조절수단을 포함한다.
대체로, 상기 이젝터는 노즐부에서의 냉매 감압 동안에 냉매 흡입구로부터 냉매를 흡입하고, 상기 디퓨져부에서 냉매 압력을 증가시킴으로써 팽창 손실 에너지를 회수한다. 전체 팽창 손실 에너지(E)가 회수될 경우, 상기 전체 팽창 손실 에너지(E)는 디퓨져부의 제2냉매 유량(Ge)과 압력 증가량(△P)의 곱(Ge × △P)이다. 그러므로 제1냉매 유량(Gnoz)이 소정 값이 될 경우, 상기 제1냉매 유량과 제2냉매 유량 간의 유량비는 압력 증가량을 제어함으로써 적절한 값으로 제어될 수 있다. 따라서 유량비를 적절히 제어할 수 있고, 이에 따라 사이클 효율은 증가할 수 있다. 예를 들면, 상기 조절수단은 스로틀 수단 또는 이젝터 내에 제공될 수 있다.
제1 내지 제3 관점 중 하나에 따른 냉매유량 제어장치에서, 상기 사이클 시스템의 냉매 온도는 노즐부 또는 스로틀 수단에 의하여 감압된 후의 저압 측 냉매의 온도이거나, 노즐부 및 스로틀 수단 중 적어도 하나에 의하여 감압되기 전의 고 압 측 냉매의 온도로 될 수 있다. 또한 상기 온도감지 변형부재는 사이클 시스템에서의 냉매 온도에 따라 변하는 스프링 상수를 갖는 스프링 부재로 이루어질 수 있다.
제1 내지 제3 관점 중 하나에 따른 냉매유량 제어장치에서, 상기 제1증발기, 제2증발기 및 이젝터는 일체화된 유닛을 형성하도록 일체로 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 증발기는 냉매가 분배되고 집합되기 위한 제1헤더 탱크를 포함하고, 상기 제2증발기는 냉매가 분배되고 집합되기 위한 제2헤더 탱크를 포함할 경우, 상기 이젝터의 길이방향은 상기 제1헤더 탱크의 길이방향과 상기 제2헤더 탱크의 길이방향에 평행하게 설정될 수 있다. 또한 상기 이젝터는 냉매 흡입구를 갖는 이젝터 바디 및 상기 노즐부와 이젝터 바디를 수용하기 위한 이젝터 하우징을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 이젝터 하우징, 상기 제1증발기 및 제2증발기는 일체로 결합될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이젝터 냉동사이클 시스템은 제1 내지 제3 관점 중 하나에 따른 냉매유량 제어장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
(제1실시 예)
본 발명의 제1실시 예를 도1 내지 도5를 참조하여 설명한다. 도1은 제1실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템을 나타낸 것이다.
먼저, 상기 이젝터 냉동사이클 시스템(10)에서 압축기(11)는 냉매를 흡입, 압축 및 토출한다. 상기 압축기(11)는 차량 구동 엔진(미도시)으로부터 풀리 및 벨트를 통해 전달되는 구동력에 의하여 회전가능하게 구동된다. 예를 들면, 본 실시 예에서, 외부로부터의 제어 신호에 의하여 토출 용량을 연속적으로 가변 제어할 수 있는 공지의 스와시 플레이트(swash plate)방식 가변용량형 압축기가 상기 압축기(11)로서 채용된다.
상기 토출 용량은 냉매가 흡입 및 압축되는 작동 공간의 기하학적 용적으로서, 구체적으로 피스톤 스트로크의 상사점과 하사점 간의 실린더 용적을 의미한다. 상기 토출 용량을 변화시킴으로써, 상기 압축기(11)의 토출 능력은 조절될 수 있다. 이러한 토출 용량의 변화는 압축기(11)에 구성된 스와시 플레이트 챔버(미도시)의 압력(Pc)을 제어하여 스와시 플레이트의 경사각을 변화시켜 피스톤의 스트로크를 변화시킴으로써 실행된다.
상기 압축기(11)의 스와시 플레이트 챔버의 압력(Pc)은 후술할 공조제어유닛(23)(A/C ECU)의 출력신호에 의하여 구동되는 전자기 용량제어밸브(11a)를 이용하여 스와시 플레이트 챔버로 유입되는 흡입냉매압력(Ps)에 대한 토출냉매압력(Pd)의 비율을 변화시킴으로써 제어된다. 이에 따라, 상기 압축기(11)는 약 0% 내지 100%의 범위 내에서 토출 용량을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
또한 상기 압축기(11)는 약 0% 내지 100%의 범위 내에서 토출 용량을 연속적으로 변화시킬 수 있기 때문에, 상기 압축기(11)는 토출 용량을 거의 0%로 감소시킴으로써 실질적으로 작동 정지 상태로 될 수 있다. 그러므로 본 실시 예는 압축기(11)의 회전 샤프트가 풀리 및 벨트를 통해 차량 구동 엔진에 항상 연결되는 클 러치-리스(clutch-less) 구성을 채용한다. 물론, 가변용량형 압축기가 상기 압축기(11)로서 이용되는 경우라도, 전자기 클러치를 통해 차량 구동 엔진으로부터 동력을 압축기(11)로 전달할 수 있다.
또한 상기 압축기(11)로서 고정용량형 압축기가 채용될 경우, 상기 압축기는 작동 비율, 즉 온-오프 작동 비율의 제어를 제어하는 전자기클러치에 의하여 간헐적으로 작동될 수 있고, 이에 따라 압축기의 토출 능력을 제어할 수 있다. 또한 전기모터에 의하여 회전가능하게 구동되는 전기 압축기는 인버터 등의 주파수의 제어에 의하여 제어될 수 있고, 이에 따라 압축기의 토출 능력을 제어할 수 있다.
상기 압축기(11)의 냉매흐름 하류 측에는 라디에이터(12)가 연결된다. 상기 라디에이터(12)는 압축기(11)로부터 토출된 고압 냉매와 송풍팬(12a)에 의하여 송풍된 외부공기(즉, 차량 객실 외측 공기) 간을 열교환하여 냉매의 열을 방열시키도록 고압 냉매를 냉각시키는 열교환기이다. 상기 송풍팬(12a)은 모터(12b)에 의하여 구동되는 전기 작동 팬이다. 또한 상기 모터(12b)는 후술할 공조제어유닛(23)으로부터 출력된 제어 전압에 의하여 회전가능하게 구동된다.
제1실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템(10)에서는 통상적인 프레온계 냉매가 냉매로서 사용되고, 고압 냉매의 압력이 냉매의 초임계 압력 이상으로 증가하지 않는 아임계 사이클이 구성된다. 따라서 상기 라디에이터(12)는 냉매를 냉각 및 응축하기 위한 응축기로서 제공된다.
상기 라디에이터(12)의 하류 측에는 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하여 액상 냉매를 내부에 저장하기 위한 기액 분리 유닛으로서 제공되는 리시버(13) 가 배치된다. 상기 리시버(13)의 하류 측에는 냉매 파이프(14)가 연결되고, 상기 리시버(13)에 의하여 분리된 액상 냉매는 상기 냉매 파이프(14)로 흐른다.
상기 냉매 파이프(14)에는 냉매 흐름을 두 개의 흐름으로 분기하기 위한, 즉, 하나의 흐름은 냉매 파이프(14a)를 통해 노즐부(16)로 흐르고, 다른 하나의 흐름은 냉매 파이프(14b)를 통해 이젝터(15)의 냉매 흡입구(17b)로 흐르도록 하기 위한 분기부(A)가 제공된다.
상기 이젝터(15)의 노즐부(16)는 냉매를 감압시키기 위한 감압수단으로서 제공되고, 상기 노즐부(16)로부터 고속으로 분사되는 냉매류의 흡입 작용에 의하여 냉매를 순환시키기 위한 냉매 순환 수단으로서 작용한다. 이하 제1실시 예의 이젝터(15)의 상세한 구성을 도2 내지 도4를 참조하여 설명한다. 도2는 이젝터(15)의 단면도이다. 제1실시 예의 이젝터(15)는 노즐부(16), 이젝터 바디(17), 이젝터 하우징(18) 및 통로면적 조절장치(19)를 포함한다.
상기 노즐부(16)는 냉매의 흐름방향 측으로 테이퍼진 선단부를 갖는 대략 원통형상을 갖는다. 상기 노즐부(16)는 등엔트로피적으로 냉매를 감압하고 팽창시키도록 그 테이퍼진 형상을 따라 냉매의 통로면적을 작은 범위로 조절(throttle)한다. 또한 상기 노즐부(16)는 상기 선단부로부터 냉매가 분사되는 냉매 분사구(16a)를 구비하고, 상기 분기부(A)에서 분기된 냉매를 노즐부(16)로 흐르도록 하는 노즐부 냉매입구(16b)가 측면부에 구비된다.
상기 노즐부(16)는 압입-끼워맞춤 등에 의하여 이젝터 바디(17) 내측에 고정되어, 그 압입-끼워맞춤부(고정부)로부터 냉매의 누출을 방지한다. 상기 고정부로 부터 냉매의 누출을 방지하기 위하여, 상기 노즐부(16)는 부착, 용접, 압접, 솔더링 등과 같은 연결 수단에 의하여 연결 고정될 수 있다.
상기 이젝터 바디(17)는 대략 원통형상을 가지며, 상기 노즐부(16)를 지지 고정한다. 상기 이젝터 바디(17)는 냉매 흡입구(17b), 혼합부(17c) 및 디퓨져부(17d)를 포함한다. 상기 냉매 흡입구(17b)는 후술할 제2증발기(22)의 하류 측의 냉매가 이젝터 바디(17)로 흡입되는 흡입구이고, 상기 노즐부(16)의 냉매 분사구(16a)와 연통되게 제공된다.
상기 혼합부(17c)는 냉매 분사구(16a)로부터 분사된 고속 냉매 흐름과 냉매 흡입구(17b)로부터 흡입된 흡입 냉매를 혼합하기 위한 공간이며, 상기 노즐부(16)와 냉매 흡입구(17b)의 하류 측에 배치된다.
상기 디퓨져부(17d)는 상기 혼합부(17c)의 하류 측에 배치되는 압력증가부이고, 냉매 압력을 증가시키기 위하여 냉매 흐름 속도를 감소시키도록 채용된다. 상기 디퓨져부(17d)는 냉매의 통로 면적을 점차 증가시키는 형태로 형성되고, 냉매 압력을 증가시키도록 냉매 흐름의 속도를 감소시키는 기능, 즉 냉매의 속도에너지를 압력에너지로 전환하는 기능을 하다.
상기 이젝터 바디(17)는 분기부(A)에 의해 분기된 냉매가 노즐부 냉매 입구(16b)로 흐르는 바디 냉매입구(17e)를 구비한다. 또한 상기 이젝터 바디(17)는 부착부로부터 냉매의 누출을 방지하기 위하여 접착제 등으로 이젝터 하우징(18)의 내측에 고정된다. 또한 상기 이젝터 바디(17)는 오링 등의 밀봉재를 통해 이젝터 하우징(18)에 고정될 수 있다.
상기 이젝터 하우징(18)은 대략 원통형상을 가지며, 상기 이젝터(15)의 구성요소들(16, 17, 18)을 고정하고 보호하도록 제공된다.
상기 이젝터 하우징(18)은 냉매 파이프(14a)와 이젝터 바디(17)의 바디 냉매입구(17e) 사이를 연통하기 위한 고압 냉매 입구(18a) 및 상기 분기 파이프(14b)와 이젝터 바디(17)의 냉매 흡입구(17b) 사이를 연통하기 위한 흡입 냉매 입구(18b)를 제공한다. 상기 이젝터 하우징(18)은 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매가 후술할 제1증발기(20)의 상류 측으로 흐르도록 하기 위한 냉매 흐름 출구(18c) 및 상기 통로면적 조절장치(19)의 내측과 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매 사이를 연통하기 위한 냉매 연통구(18d)를 더 제공한다.
상기 이젝터 하우징(18)은 각각 입구 및 출구(18a 내지 18d)에 연결되는 냉매 파이프(14a, 14b)를 구성하는 재료와 동일한 재료(예들 들면, 알루미늄)로 이루어진다. 이들 파이프부는 연결부로부터 냉매의 누출을 방지하기 위하여 입구 및 출구에서 각각 브레이징된다.
상기 통로면적 조절장치(19)는 바디부(19a), 니들부(19b), 편향 스프링(19c) 및 형상기억 스프링(19d)을 포함한다. 상기 바디부(19a)는 니들부(1b)에 이젝터(15)의 길이방향으로 슬라이딩가능하게 지지되고, 상기 편향 스프링(19c) 및 형상기억 스프링(19d)을 내부에 수용하며, 상기 이젝터 하우징(18)의 내측에 고정된다.
또한 상기 바디부(19a)에는 냉매 연통 파이프(19f) 및 냉매 연통공(19e)이 제공되어, 이젝터 하우징(18)의 냉매 연통구(18d)를 통해 상기 디퓨져부(17d)의 출 구 측 냉매를 공간(형상기억 스프링(19d)을 수용하는 공간)으로 연통시킨다.
상기 니들부(19b)는 대략 바늘과 같은 장방형으로 이루어지며, 그 니들부(19b)의 길이방향 축이 상기 노즐부(16)의 냉매 분사구(16a)의 축과 일치하도록 동축으로 배치된다. 상기 노즐부(16)의 니들부(19b)의 선단부는 테이퍼지고, 상기 냉매 분사구(16a)의 대략 중심에 배치된다.
그러므로 상기 니들부(19b)의 선단부와 상기 냉매 분사구(16a) 사이의 간극은 그 내부 분사구(16a)로부터 분사되는 냉매의 스로틀 통로를 구성한다. 전술한 바와 같이, 상기 니들부(19b)는 바디부(19a)에 대하여 이젝터(15)의 길이방향으로 슬라이딩가능하게 지지되기 때문에, 상기 니들부(19b)의 이동은 노즐 냉매통로(노즐 스토를 통로)의 면적(Anoz)을 변화시킨다.
상기 니들부(19b)가 바디부(19a)에 의하여 슬라이딩가능하게 지지되기 때문에, 상기 니들부(19b)와 바디부(19a) 사이의 슬라이딩부에는 간극이 제공된다. 제1실시 예에서, 상기 슬라이딩부의 거리(밀봉 길이)는 그 슬라이딩부로부터 냉매의 누출을 방지하도록 충분히 확보된다. 상기 니들부(19b) 측에서 미로식 밀봉(labyrinth seal)을 구성하는 수단 또는 오링을 통해 상기 바디부(19a)에 의하여 니들부(19b)를 슬라이딩가능하게 지지하기 위한 수단이 냉매의 누출을 방지하기 위하여 채용될 수 있음을 명백히 알 수 있다.
상기 니들부(19b)는 그의 타단부에 배치되는 디스크형 스프링 베어링을 구비한다. 상기 니들부(19b)의 스프링 베어링은 편향 스프링(19c) 및 형상기억 스프링(19d)으로부터 하중을 받는다. 상기 편향 스프링(19c)은 코일 스프링이고, 상기 니들부(19b)가 노즐부(16)의 냉매 분사구(16a)에 근접하는 방향 또는 노즐통로 면적(Anoz)을 감소시키는 방향으로 상기 니들부(19b)의 스프링 베어링부로 하중을 작용시킨다.
한편, 상기 형상기억 스프링(19d)은 상기 니들부(19b)가 노즐부(16)의 냉매 분사구(16a)로부터 멀어지게 이동하는 방향 또는 노즐 통로 면적(Anoz)을 확장시키는 방향으로 상기 니들부(19b)의 스프링 베이링부에 하중을 작용시킨다.
이하 상기 형상기억 스프링의 구성에 대해서 상세히 설명한다. 상기 형상기억 스프링(19d)은 형상기억합금으로 이루어지고, 코일 스프링과 동일한 형상을 갖는다. 상기 형상기억 스프링(19d)은 소정 온도에서 소정의 스프링상수를 갖는 코일스프링으로서 기능을 하지만, 상기 스프링상수는 스프링의 변형을 발생시키는 냉매 온도의 변화에 따라 가변된다.
본 실시 예의 형상기억 스프링(19d)은 도3에 나타낸 바와 같은 온도의 증가와 함께 증가하는 스프링 상수를 갖도록 구성된다. 그러므로 상기 형상기억 스프링(19d)은 사이클의 냉매 온도(즉, 노즐부(16) 또는 열팽창밸브(21)에 의하여 감압된 후의 저압 냉매 온도)의 증가와 함께 축 방향으로 연장하도록 변형된다. 이는 상기 니들부(19b)가 냉매 분사구(16a)로부터 멀어지는 방향, 즉 도4에 나타낸 바와 같이 온도의 증가와 함께 노즐 통로 면적(Anoz)을 확장시키는 방향)으로 변위되도록 한다.
또한 본 실시 예에서, 내부에 상기 형상기억 스프링(19d)을 수용하기 위한 상기 바디부(19a)의 공간은 전술한 바와 같이 상기 이젝터 하우징(18)의 냉매 연통 구(18d)와 상기 바디부(19a)의 냉매 연통공(19e)을 통해 상기 디퓨져부(17d)의 출구측 냉매와 연통한다. 그러므로 상기 형상기억 스프링(19d)은 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매의 온도 변화에 따라 변형된다.
따라서 제1실시 예에서, 상기 통로면적 조절장치(19)에서의 냉매 온도는 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매의 온도이며, 상기 형상기억 스프링(19d)은 온도감지 변형부재로서 제공되고, 상기 통로면적 조절장치(19)는 유량조절장치로서 제공된다.
본 실시 예의 이젝터(15)는 노즐부(16)가 고정된 이젝터 바디(17)를 이젝터 하우징(18)의 내측에 고정한 다음, 상기 통로면적 조절장치(19)를 이젝터 하우징(18)의 내측에 고정함으로써 용이하게 구성될 수 있다.
다음으로, 도1에 나타낸 바와 같이 이젝터(15)의 디퓨져부(17d)의 출구 측에는 제1증발기(20)가 배치된다. 상기 제1증발기(20)는 이젝터(15)의 노즐부(16)에 의하여 감압된 저압 냉매와 상기 송풍팬(20a)에 의하여 송풍되고 저압 냉매가열을 흡열하는 공기 간을 열교환하여 상기 공기를 냉각시키는 열교환기이다.
상기 송풍팬(20a)은 모터(20b)에 의하여 전기적으로 구동되는 작동 팬이다. 상기 모터(20b)는 후술할 공조제어유닛(23)으로부터 출력되는 제어전압에 의하여 회전가능하게 구동된다. 상기 제1증발기(20)의 냉매 흐름 하류 측은 압축기(11)의 흡입 측에 연결된다.
상기 분기부(A)에 의하여 분기되는 다른 하나의 냉매가 흐르는 분기 파이프(14b)에는 열팽창밸브(21) 및 제2증발기(22)가 배치된다. 상기 열팽창밸브(21)는 제1증발기(20)의 출구 측 냉매의 과열도에 따라 그의 밸브 바디부(미도시)의 냉매 통로 면적(As)을 조절하고, 이에 따라 상기 열팽창밸브(21)의 밸브 바디부를 통과하는 냉매를 감압시키고, 상기 냉매 흐름의 제어를 실행하도록 냉매의 유량을 조절하여 상기 제1증발기(20)의 출구 측 냉매의 과열도가 소정값에 근접하도록 한다. 상기 열팽창밸브(21)는 본 실시 예의 스로틀 수단을 구성한다.
상기 열팽창밸브(21)의 냉매 통로면적(Ae)은 상기 제1증발기(20)의 출구 측 냉매의 과열도가 소정 값이 되도록 조절된다. 제1실시 예의 사이클 구성에서, 상기 이젝터(15)의 노즐부(16)의 노즐 통로 면적(Anoz)은 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매 온도(냉동사이클의 냉매 온도)에 따라 변한다.
제1실시 예에서, 상기 이젝터(15)의 열팽창밸브(21) 및 통로면적 조절장치(19)는 면적비α(α = Anoz/(Anoz + Ae))가 0.8 이하(도15 참조)가 되도록 구성된다. 상기 이젝터 냉동사이클 시스템(1)에서의 이러한 구성은, 예를 들면 상기 통로면적 조절장치(19)의 니들부(19b)에 위치결정부를 제공하여 니들부(19b)의 이동 범위를 제한하거나, 상기 열팽창밸브(21)의 밸브바디의 이동범위를 제한함으로써 용이하게 구현될 수 있다.
도15는 압축기(11)의 회전속도가 750rpm 및 1250rpm일 경우, 면적비α(α = Anoz/(Anoz + Ae))와 사이클 효율(COP) 간의 관계를 나타낸 그래프이다. 도15의 그래프는 외기 온도가 45℃이고, 내기 온도(상대 습도 50%)가 40℃인 상태에서 실행한 것이다.
이러한 면적비α는 노즐부(16)에 의하여 감압 및 팽창되는 냉매 유량(Gnoz) 에 대하여 열팽창밸브(21)를 통해 냉매 흡입구(17b)로 흡입되는 냉매 유량의 유량비η(η = Ge/Gnoz)를 결정한다. 도15에 따르면, 상기 면적비α(α = Anoz/(Anoz + Ae))가 0.8보다 클 경우, 유량비η(η = Ge/Gnoz)는 크게 감소하고, 이에 따라 상기 제2증발기(22)의 냉각성능을 감소시킨다. 상기 면적비α(α = Anoz/(Anoz + Ae))를 0.8 이하로 조절함으로써, 상기 제2증발기의 냉각성능이 크게 감소하는 것을 방지할 수 있다.
제1실시 예에 따르면, 상기 유량비η(η = Ge/Gnoz)는 이젝터 냉동사이클 시스템의 전체 사이클에서 높은 사이클 효율을 발휘하도록 소정의 냉방부하 하에서 적절한 값으로 조절될 수 있다. 이러한 조절은 이젝터(15)의 편향 스프링(19c)의 스프링 상수와 세팅 하중을 변화시킴으로써 용이하게 실행될 수 있다.
상기 제2증발기(22)는 흡열 작용을 발휘하도록 상기 열팽창밸브(21)의 하류 측의 냉매를 증발시키기 위한 흡열기이다. 본 실시 예에서, 도5의 개략적인 사시도에서 나타낸 바와 같이, 상기 제1증발기(20) 및 제2증발기(22)는 예로서 일체형 구조로 조립될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1증발기(2)의 구성요소와 상기 제2증발기(22)의 구성요소는 알루미늄으로 이루어지고, 일체화된 구조로 브레이징된다.
그러므로 전술한 송풍팬(20a)에 의하여 송풍된 공기는 화살표 B방향으로 흐르고, 상기 제1증발기(20)에 의하여 1차적으로 냉각된 다음, 상기 제2증발기(22)에 의하여 냉각된다. 다시 말해서, 상기 제1증발기(20) 및 제2증발기(22)는 동일한 냉방대상공간을 냉각시킨다.
또한 도5에 나타낸 바와 같이, 상기 이젝터(15)는 제1증발기(20)와 제2증발 기(22)에 일체로 브레이징될 수 있다. 구체적으로, 상기 이젝터 하우징(18)은 이젝터(15)의 길이방향이 제1 및 제2증발기(20, 22)의 헤더 탱크(20c, 22a)의 길이방향과 평행하게 되도록 제1증발기(20)와 제2증발기(22)의 제1 및 제2헤더 탱크(20c, 22a) 사이에 연결된다.
일반적인 기술에서 공지된 바와 같이, 상기 제1 및 제2헤더 탱크(20c, 22a)는 제1 및 제2증발기(20, 22)로 또는 그로부터 냉매 흐름이 분배되고 집합되기 위한 것이다. 그러므로 상기 헤더 탱크(20c, 22a)는 제1 및 제2증발기(20, 22)와 이젝터 하우징(18)의 각 입구 및 출구(18a 내지 18d) 사이의 연결 거리를 짧게 함으로써 용이하게 연결될 수 있다.
상기 이젝터(15)의 길이 방향이 상기 제1 및 제2 헤더 탱크(20c, 22a)의 길이 방향과 평행하기 때문에, 상기 이젝터(15)는 화살표 B의 공기 흐름 방향으로 불필요하게 돌출되는 것을 방지할 수 있어, 냉매유량 제어장치의 사이즈 및 전체 사이클의 사이즈를 감소시킬 수 있다. 도1에서 이점쇄선으로 둘러싸인 부분은 본 실시 예의 냉매유량 제어장치를 구성한다.
또한 상기 이젝터 하우징(18)은 제1증발기(20)와 제2증발기(22)에 브레이징된다. 브레이징 이후, 상기 노즐부(16), 이젝터 바디(17) 및 통로면적 조절장치(19)는 상기 이젝터 하우징(18)의 내측에 고정될 수 있다. 그 결과, 상기 노즐부(16) 등은 브레이징의 고온으로 인하여 열적 변형되는 것으로부터 방지될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄의 브레이징 온도는 약 600℃이다.
도5는 도2와 대응 관계의 명확화를 위한 이젝터(15) 부분을 나타낸 것이다. 또한 제1실시 예에서, 상기 이젝터(15), 제1 및 제2증발기(20, 22) 및 열팽창밸브(21)(도1의 이점쇄선에 의하여 둘러싸인 부분)는 이젝터 냉동사이클 시스템(10)의 유량을 조절하기 위한 유량 제어장치를 구성한다.
상기 공조 제어유닛(23)은 CPU, ROM, RAM 등 및 그의 주변 회로를 포함하는 공지의 마이크로컴퓨터로 구성된다. 상기 공조제어유닛(23)은 전술한 각종 장치(11a, 12b, 20b)의 동작을 제어하기 위하여 ROM에 저장된 제어 프로그램에 기초한 각종 연산 및 처리를 실행한다.
또한 상기 공조제어유닛(23)에는 각종 센서 군으로부터의 검출신호 및 작동 패널(미도시)로부터의 여러 동작신호가 입력된다. 구체적으로, 상기 센서 군으로서, 외기 온도(즉, 차량 객실 외측의 온도)를 검출하기 위한 외부 공기 센서 등이 제공된다. 또한 상기 작동 패널에는 냉동장치를 동작시키기 위한 작동 스위치, 냉방대상공간의 냉각 온도를 세팅하기 위한 온도 셋팅스위치 등이 제공된다.
다음으로, 전술한 구성을 갖는 이젝터 냉동사이클 시스템(10)의 제1실시 예에 대한 동작을 설명한다. 먼저, 차량 구동엔진이 작동될 경우, 회전 구동력은 차량 구동엔진으로부터 압축기(11)로 전달된다. 또한 작동 스위치의 동작 신호가 작동 패널로부터 공조제어유닛(23)으로 입력될 경우, 상기 공조제어유닛(23)으로부터의 출력신호는 미리 기억된 제어 프로그램에 기초하여 전자식 용량제어밸브(11a)로 출력된다.
상기 압축기(11)의 토출 용량은 이러한 출력 신호에 의하여 결정된다. 상기 압축기(11)는 제1증발기(20)의 하류 측 기상 냉매를 흡입하고, 그로부터 압축된 냉 매를 토출한다. 상기 압축기(11)로부터 토출된 고온 고압 기상 냉매는 냉각될 라디에이터(12)로 흐르고, 상기 라디에이터(12)에서 외부 공기에 의하여 응축된다. 상기 라디에이터(12)에서 응축된 냉매는 리시버(13)에 의하여 기상 냉매와 액상 냉매로 분리된다. 그런 다음, 상기 리시버(13)로부터 흐르는 액상 냉매는 분기부(A)에 의하여 냉매 파이프(14a)와 분기 파이프(14b)로 분배된다.
상기 분기부(A)로부터 냉매 파이프(14a)로 흐르는 냉매는 고압 냉매입구(18a), 이젝터바디 냉매입구(17e) 및 노즐부 냉매입구(18a)를 통해 노즐부(16)로 흐른다. 상기 노즐부(16)로 흐르는 냉매는 그 노즐부(16)에 의하여 감압되고 팽창된다. 상기 감압 및 팽창 동안 냉매의 압력 에너지는 속도에너지로 전환되기 때문에, 상기 냉매는 노즐부(16)의 냉매 분사구(16a)로부터 고속으로 분사된다.
상기 분사구(16a)로부터 분사된 고속 냉매 흐름의 냉매흡입작용은 냉매 흡입구(17b)로부터 제2증발기(22)를 통과하는 냉매를 흡입한다. 상기 노즐부(16)로부터 분사된 냉매와 상기 냉매 흡입구(17b)로부터 흡입된 냉매는 상기 노즐부(16)의 하류 측의 혼합부(17c)에서 혼합되어 디퓨져부(17d)로 흐른다. 상기 디퓨져부(17d)에서, 상기 냉매의 속도에너지는 통로 면적을 확장시킴으로써 압력 에너지로 전환되고, 그 결과 냉매의 압력이 증가한다.
상기 이젝터(15)의 디퓨져부(17d)로부터 흐르는 냉매는 저압냉매가 송풍팬(20a)의 송풍 공기로부터 열을 흡열하여 증발되는 제1증발기(20)로 흐른다. 상기 제1증발기(20)를 통과한 냉매는 압축기(11)에 의하여 다시 흡입되고 압축된다.
상기 분기부(A)로부터 분기파이프(14b)로 분기된 냉매는 열팽창밸브(21)에 의하여 감압되고, 이에 따라 상기 열팽창밸브(21)에 의하여 조절된 유량을 가지며, 그런 다음 제2증발기(22)로 흐른다. 상기 열팽창밸브(21)는 제1증발기(20)의 출구 측에서의 냉매의 과열도가 소정 값에 근접하도록 밸브 바디부의 냉매 통로면적(Ae)을 조절한다. 그러므로 상기 제1증발기(20)의 하류 측에서의 냉매는 소정의 과열도를 갖는 기상 냉매로 되며, 이에 따라 상기 압축기(11)로 액상 냉매가 흐르는 것을 방지한다.
상기 열팽창밸브(21)로부터 제2증발기(22)로 흐르는 저압 냉매는 제1증발기(20)에 의하여 냉각된 송풍팬(20a)이 송풍 공기로부터 열을 흡열하여 상기 냉매는 증발한다. 그리고, 상기 제2증발기에서 증발된 냉매는 흡입구측 파이프(14d)를 통해 이젝터(15)의 냉매 흡입구(17b)로 흡입되고, 상기 노즐부(16)를 통과한 액상 냉매와 혼합부(17c)에서 혼합된다. 상기 혼합부(17c)에서 혼합된 냉매는 디퓨져(17d)를 통해 흐르고, 상기 디퓨져부(17d)에서 승압된다.
본 실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템(10)이 전술한 바와 같이 동작함에 따라, 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매는 제1증발기(20)로 공급되고, 상기 열팽창밸브(21)로부터 흐르는 냉매는 제2증발기(22)로 공급된다. 따라서 상기 제1증발기와 제2증발기(22)는 동시에 냉각작용을 발휘한다.
상기 제1증발기(20)의 냉매 증발 압력은 상기 디퓨져부(17d)에 의해 증가된 후의 압력이고, 한편 상기 제2증발기(22)의 냉매 출구 측은 이젝터(15)의 냉매 흡입구(17b)에 연결되며, 상기 제2증발기(22)로 노즐부(16)에서 감압된 바로 직후의 가장 낮은 압력을 제공할 수 있다. 그러므로 상기 제2증발기(22)의 냉매 증발 압 력(냉매 증발 온도)은 제1증발기의 냉매 증발 압력보다 낮게 설정될 수 있다.
또한 상기 압축기(11)의 압축 일량(work rate)은 디퓨져부(17d)의 압력 증가 작용에 따른 압축기(11)의 흡입 압력 증가량에 의하여 감소할 수 있고, 동력절약효과를 발휘할 수 있다. 상기 유량비η는 소정의 냉방부하 하에서 적절한 값으로 미리 조절되어, 전체 사이클에서 높은 사이클 효율을 얻을 수 있다.
제1실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템(10)에 따르면, 냉방부하가 증가할 경우, 상기 제1증발기의 하류 측 냉매의 과열도 또한 증가한다. 이 경우, 상기 과열도를 소정 범위 내에서 조절하기 위하여, 상기 열팽창밸브(21)는 그의 밸브 바디부의 냉매 통로 면적(Ae)을 증가시킨다.
냉방부하의 증가는 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측의 냉매 온도를 증가시킨다. 그러므로 이러한 냉매 온도의 증가는 도3에 나타낸 바와 같이 형상기억 스프링(19d)의 스프링 상수를 증가시켜, 상기 니들부(19b)는 노즐부(16)의 노즐 통로면적(Anoz)을 확장하도록 이동된다.
이에 반하여, 상기 냉방부하가 감소할 경우, 상기 제1증발기(20)의 하류 측 냉매의 과열도 또한 감소하고, 이에 따라 상기 과열도를 소정 범위로 조절하기 위하여, 상기 열팽창밸브(21)는 그의 밸브 바디부의 냉매 통로면적(Ae)을 축소시킨다. 또한 이는 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측의 냉매 온도(사이클의 온도)를 감소시키고, 그 결과 상기 형상기억합금(19d)의 스프링 상수를 감소시켜, 상기 니들부(19b)는 노즐부(16)의 노즐 통로 면적(Anoz)을 감소시키도록 이동된다.
제1실시 예에 따르면, 상기 열팽창밸브(21)의 냉매 통로 면적(Ae)과 상기 노 즐부(16)의 노즐 통로 면적(Anoz)은 냉방부하의 증가 또는 감소에 따라 동시에 확대 또는 축소되고, 이에 따라 상기 유량비η는 적절한 값으로 유지된다. 그 결과, 상기 이젝터 냉동사이클 시스템(10)의 냉동 사이클에서 냉방부하가 변화더라도, 상기 이젝터 냉동사이클 시스템(10)에 대하여 제1실시 예의 유량제어장치를 적절히 이용함으로써, 전체 사이클에서 높은 사이클 효율을 갖고 작동될 수 있다.
(제2 실시 예)
이하, 도6을 참조하여 본 발명의 제2실시 예를 설명한다.
전술한 제1실시 예에서, 열팽창밸브(21)는 제1증발기(20)의 하류 측 냉매의 과열도가 소정 범위에 있도록 냉매 통로 면적(Ae)을 제어한다. 그러나, 제2실시 예에서는, 도6에 나타낸 바와 같이, 상기 열팽창밸브(21)는 제공되지 않고, 다른 열팽창밸브(24)가 리시버(13)의 하류 측과 분기부(A)의 상류 측 사이에 배치된다.
상기 열팽창밸브(24)는 전술한 제1실시 예의 열팽창밸브(21)의 구성과 동일한 구성을 가지며, 제1증발기(20)의 하류 측의 냉매 과열도가 소정 범위에 있도록 그의 개방도를 제어하는 것이다. 또한 제2실시 예에서, 상기 분기 파이프(14b)의 제2증발기(22)의 상류 측에 고정 스로틀(25)이 배치된다.
상기 고정 스로틀(25)은 모세관 또는 오리피스로 구성될 수 있다. 그러므로 제2실시 예의 고정 스로틀(25)의 냉매 통로 면적(Ae)은 변화하지 않는다. 또한 제2실시 예에 있어, 소정의 냉방부하 하에서 상기 유량비η는 전체 사이클에서 높은 사이클 효율을 발휘할 수 있는 값으로 조절된다.
본 실시 예의 다른 구성요소들은 전술한 제1실시 예의 구성요소들과 동일하 다. 도6에서, 제1실시 예의 전체 구성도(도1)에서의 구성과 동일하거나 유사한 기능을 갖는 구성에 대하여 동일 참조 부호를 부여하였다. 도6에서 이점쇄선으로 둘러싸인 부분은 본 실시 예의 냉매유량 제어장치를 구성한다.
전술한 구성을 갖는 본 실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템이 작동될 경우, 제1실시 예와 마찬가지로, 압축기(11)가 작동하고, 상기 압축기(11)로부터 토출된 냉매는 라디에이터(12)에 의하여 냉각 및 응축되며, 상기 라디에이터(12)의 하류 측 냉매는 리시버(13)에 의하여 기상 냉매와 액상 냉매로 분리된다. 상기 리시버(13)로부터의 액상 냉매는 열팽창밸브(24)를 통과한 다음, 분기부(A)로부터 냉매 파이프(14a) 측과 분기 파이프(14b) 측으로 분배된다.
제1실시 예와 마찬가지로, 상기 열팽창밸브(24)는 제1실시 예의 열팽창밸브(21)와 같이 제1증발기(20)의 출구 측 냉매의 과열도가 소정 값에 근접하도록 그의 밸브 바디부의 냉매 통로 면적을 조절한다. 그러므로 상기 제1증발기(20)의 하류 측 냉매는 소정의 과열도를 갖는 기상 냉매 상태로 되고, 이에 따라 액상 냉매가 압축기(11)로 흐르는 것을 방지한다.
상기 분기부(A)로부터 냉매 파이프(14a)로 흐른 냉매는 노즐부(16)에 의하여 감압 팽창되고, 제2증발기(22)에서 열을 흡열한 후의 냉매와 혼합되며, 상기 디퓨져부(17d)에 의하여 승압되어 제1증발기(20)로 흐른다. 상기 제1증발기(20)로 흐르는 냉매는 제1증발기(20)에서 흡열 작용을 발휘하고, 압축기(11)로 흡입된다.
이에 반하여, 상기 분기부(A)로부터 분기 파이프(14b)로 흐른 냉매는 고정 스로틀(25)에 의하여 감압되어 제2증발기(22)로 흐른다. 그런 다음, 상기 냉매는 제2증발기(22)에서 흡열 작용을 발휘하고, 이젝터(15)의 냉매 흡입구(17b)로 흡입되며, 혼합부(17c)에서 노즐부(16)를 통과한 액상 냉매와 혼합되어 디퓨져부(17d)로 흐른다. 그러므로 본 실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템의 동작은 제1실시 예와 동일한 효과를 이룰 수 있다.
또한 본 실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템에 따르면, 냉방부하가 증가할 경우, 상기 제1증발기(20)의 하류 측 냉매의 과열도는 증가하고, 이에 따라 상기 과열도를 소정 범위로 조절하기 위하여, 상기 열팽창밸브(24)는 그의 밸브바디부의 냉매 통로 면적(Ae)을 증가시킨다. 즉, 상기 제1 및 제2증발기(20, 22)로 공급되는 냉매 유량은 증가한다.
제2실시 예에서, 상기 제1 및 제2증발기(20, 22)로 공급되는 냉매의 유량을 증가시키기 위하여, 공조제어유닛(23)은 압축기(11)의 토출 용량을 증가시켜 압축기(11)로부터 토출되는 냉매의 유량을 증가시킨다. 물론, 전기 모터에 의하여 회전가능하게 구동되는 전기 압축기를 채용하는 이젝터 냉동사이클 시스템 또한 압축기의 회전수를 증가시켜 토출되는 유량을 증가시킬 수 있다.
전술한 도15에서, 사이클 효율(COP)의 변화는 압축기(11)의 회전수를 실험적으로 변화시킴으로써 냉방부하가 변화되는 경우를 작성한 것이다. 도15로부터 알 수 있듯이, 압축기의 회전수(토출되는 유량)가 증가함에 따라, 사이클 효율(COP)이 피크가 되는 면적비α는 회전수를 증가시키기 전의 면적비보다 크다. 이는 냉방부하가 증가할 경우, 상기 노즐부(16)의 노즐 통로 면적(Anoz)이 증가하는 것임을 의미한다. 즉, 노즐부에 의하여 감압 및 팽창되는 냉매 유량(Gnoz)을 증가시킬 필요 가 있음을 의미한다.
이러한 이유는 다음과 같다. 예를 들면, 제1 및 제2증발기(20, 22)에서 열교환하는 공기의 온도 및 절대습도가 높아져 냉방부하를 증가시키는 경우, 높아진 온도 및 절대습도를 갖는 공기는 바람이 불어오는 측에 배치된 제1증발기(20)에 의하여 충분히 냉각 및 제습되고, 상기 제2증발기(22)에 의하여 더 냉각된다. 이러한 이유로, 상기 제1증발기(20)의 냉각부하는 제2증발기(22)의 냉각부하보다 높아지고, 노즐부에 의하여 감압 및 팽창되는 냉매 유량(Gnoz)을 증가시킬 필요가 있다.
제2실시 예에 있어, 사이클에서 냉방부하가 증가할 경우, 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매의 온도 또한 제1실시 예와 같이 증가한다. 이는 형상기억 스프링(19d)의 스프링 상수를 증가시키고, 그 결과 노즐부의 노즐 통로 면적(Anoz)을 증가시킨다. 그러므로 상기 노즐부에 의하여 감압 및 팽창되는 냉매 유량(Gnoz)은 증가할 수 있고, 유량비η는 냉방부하의 증가에 따른 적절한 값으로 될 수 있다.
이에 반하여, 냉방부하가 감소할 경우, 상기 형상기억 스프링(19d)의 스프링 상수는 제1실시 예와 같이 감소하여, 상기 니들부(19b)는 노즐 통로 면적(Anoz)을 감소시키도록 이동된다. 즉, 면적비α의 감소는 노즐부에 의하여 감압 및 팽창되는 냉매 유량(Gnoz)을 감소시킨다. 그 결과, 상기 유량비η는 적절한 값으로 설정될 수 있다.
본 실시 예에서, 상기 노즐 통로 면적(Anoz)은 냉방부하의 증가 또는 감소에 따라 확장 또는 감소할 수 있고, 이에 따라 유량비η는 적절한 값으로 변화될 수 있다. 그 결과, 냉방부하가 변화는 경우라도, 상기 사이클은 높은 사이클 효율을 갖고 동작할 수 있다.
(제3실시 예)
이하, 본 발명의 제3실시 예를 도7 및 도8을 참조하여 설명한다.
전술한 제2실시 예는 제1실시 예에서와 같이 사이클 내부의 냉매 온도의 변화에 따라 노즐 통로 면적(Anoz)을 변화시키도록 적용하는 통로 면적 조절장치(19)를 포함하는 이젝터(15)를 채용한다. 그러나 본 실시 예에서는 제1실시 예의 통로면적 조절장치(19)를 채용하지 않는 이젝터(26)가 도7에 나타낸 바와 같이 채용된다. 그러므로 본 실시 예의 노즐부(16)의 노즐 통로 면적(Anoz)은 변화지 않는다.
또한 도6의 사이클 구성과 비교해서 제2실시 예의 고정 스로틀 대신에, 상기 사이클에서 냉매 온도의 변화에 따라 냉매 통로 면적(Ae)(스로틀 통로 면적)을 가변시키기 위하여 가변 스로틀(27)이 채용된다. 다음으로 도8을 참조하여 가변 스로틀(27)을 상세히 설명한다. 도8은 가변 스로틀(27)의 단면도이다.
상기 가변 스로틀(27)은 냉매를 감압하고, 냉매의 유량을 조절하기 위한 가압수단으로서 제공되고, 하우징부(27a), 바디부(27b), 니들부(27c), 편향 스프링(27d) 및 형상기억 스프링(27e)을 포함한다. 상기 하우징부(27a)는 대략 원통형상으로 이루어지며, 가변 스로틀(27)의 구성요소들을 고정하고 보호하도록 제공된다.
상기 하우징부(27a)에는 냉매를 분기 파이프(14b)로부터 하우징부(27a)로 흐르도록 하는 고압냉매 입구(27f), 냉매를 전술한 동일한 방식으로 분기 파이 프(14b)를 통해 하우징부(27a)의 내측으로부터 제2증발기(22)로 흐르도록 하는 냉매 출구(27g) 및 형상기억 스프링(27e)을 배치하기 위한 상기 가변 스로틀(27) 내의 공간과 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매를 연통시키기 위한 냉매 연통구(27h)가 제공된다.
상기 하우징부(27a)는 냉매 입구 및 출구(27f 내지 27h) 각각에 연결되는 각 냉매 파이프(14b) 등과 동일한 재료(예를 들면, 알루미늄)로 이루어진다. 이들 냉매 파이프(14b) 등은 각 연결부에 브레이징되어 그 연결부로부터 냉매의 누출을 방지한다.
상기 바디부(27b)는 가변 스로틀(27)의 길이방향으로 니들부(27c)를 슬라이딩가능하게 지지하고, 그 내부에 상기 편향 스프링(27d) 및 형상기억 스프링(27e)을 수용하며, 상기 하우징부(27a) 내측에 고정된다. 상기 바디부(27b)에는 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매를 상기 하우징(27)의 냉매 연통 파이프(27i) 및 냉매 연통구(27h)를 통해 상기 형상기억 스프링(27e)을 수용하기 위한 공간과 연통시키기 위한 냉매 연통공(27j)이 제공된다.
상기 니들부(27c)는 전술한 제1실시 예의 통로면적 조절장치(19)의 니들부(19b)와 동일한 구성을 갖는다. 상기 니들부(27c)는 그 니들부(27c)의 길이방향 축이 상기 하우징부(27a)의 냉매 출구(27g)의 축과 일치하도록 동축 상으로 배치된다. 그러므로 상기 니들부(27c)의 선단부와 상기 냉매 출구(27g) 간의 간극은 냉매 출구(27g)로부터 냉매가 흐르기 위한 냉매 통로를 구성한다. 상기 니들부(27c)의 이동은 가변 스로틀(27)의 냉매 통로의 면적(Ae)을 변화시킨다.
또한 상기 니들부(27c)는 상기 편향 스프링(27d) 및 형상기억 스프링(27e)의 하중을 제공받는 디스크형 스프링 베어링이 구성되어 있다. 상기 편향 스프링(27d) 및 형상기억 스프링(27e)은 전술한 제1실시 예의 편향 스프링(19c) 및 형상기억 스프링(19d)과 동일한 구성을 갖는다.
제3실시 예에서, 상기 편향 스프링(27d)은 상기 니들부(27c)가 냉매 출구(27g)로부터 멀어지는 방향, 즉 냉매 통로 면적(Ae)이 확장하는 방향으로 상기 니들부(27c)의 스프링 베어링에 하중을 작용시킨다. 이에 반하여, 상기 형상기억 스프링(27e)은 상기 니들부(27c)가 냉매 출구(27g)에 근접하는 방향으로, 즉 냉매 통로 면적(Ae)을 감소시키는 방향으로 상기 니들부(27c)의 스프링 베어링에 하중을 작용시킨다.
또한 제3실시 예에서, 상기 형상기억 스프링(27e)을 수용하기 위한 바디부(27d)의 공간은 상기 하우징부(27a)의 냉매 연통구(27h) 및 상기 바디부(27a)의 냉매 연통공(27j)을 통해 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매와 연통하다. 그러므로 상기 형상기억 스프링(19d)은 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매 온도의 증가에 의해 냉매 통로 면적(Ae)을 감소시키거나, 상기 냉매 온도의 감소에 의해 냉매 통로 면적(Ae)을 확장하도록 변형된다.
제3실시 예에 따르면, 상기 바디부(27b)의 공간과 연통될 상기 사이클에서의 냉매 온도는 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매 온도에 대응하고, 상기 형상기억 스프링(27e)은 온도감지 변형부재로서 제공되며, 상기 가변 스로틀(27)은 스로틀 수단뿐만 아니라 유량조절장치로서 제공된다. 또한 제3실시 예에서, 유량비η는 소 정의 냉방부하 하에서 전체 사이클에서의 높은 사이클 효율을 발휘할 수 있는 값으로 조절된다.
제3실시 예의 다른 구성요소들은 제2실시 예의 구성요소들과 동일한 구성을 갖는다. 도7에서, 제2실시 예의 전체 구성도(도6)에서의 구성과 동일하거나 유사한 기능을 갖는 구성에 대하여 동일 참조 부호를 부여하였다. 도7에서 이점쇄선으로 둘러싸인 부분은 제3실시 예의 냉매유량 제어장치를 구성한다.
전술한 구성을 갖는 제3실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템이 작동할 경우, 상기 사이클 구성요소들은 상기한 제2실시 예와 동일한 방식으로 작동한다. 냉방부하가 증가할 경우, 제1실시 예와 같이 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매의 온도 또한 증가하고, 그 결과 냉매통로면적(Ae)(스로틀 통로면적)을 감소시키도록 상기 가변 스로틀(27)의 형상기억 스프링(27e)의 스프링 상수를 증가시킨다.
상기 가변 스로틀(27)의 냉매통로면적(Ae)이 감소할 경우, 노즐부(16)의 노즐 통로 면적(Anoz)은 변하지 않아, 상기 냉매 유량(Gnoz)을 증가시킬 수 있다. 이에 반하여, 상기 냉방부하가 감소할 경우, 상기 형상기억 스프링(27e)의 스프링 상수는 감소되고, 그러므로 상기 가변 스로틀(27)의 냉매 통로 면적(Ae)은 확장된다. 상기 가변 스로틀(27)의 냉매 통로 면적(Ae)의 확장은 노즐 통로 면적(Gnoz)을 감소시킨다. 따라서 상기 가변 스로틀(27)의 냉매 통로 면적(Ae)은 냉방부하의 증가 또는 감소에 따라 확장 또는 감소하고, 이에 따라 유량비η는 적절한 값으로 변화될 수 있다. 그 결과, 제3실시 예에서도 제2실시 예와 동일한 효과를 이룰 수 있다.
(제4실시 예)
도9는 제4실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템의 전체 구성을 나타낸 것이다. 본 실시 예에서, 냉매로서 이산화탄소가 채용되고, 압축기(11)는 고압측 냉매 압력이 임계 냉매 압력 이상이 될 때까지 냉매를 압축한다. 그러므로 본 실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템은 냉매가 라디에이터(12)에서 응축되지 않는 초임계 사이클을 구성한다. 이 경우, 상기 라디에이터(12)는 가스 쿨러로서 이용된다.
또한 상기 라디에이터(12)의 하류 측에는 내부 열교환기(28)가 배치된다. 상기 내부 열교환기(28)는 라디에이터(12)로부터 흐르는 냉매와 압축기(11)로 흡입되는 냉매 간을 열교환하여 상기 라디에이터(12)로부터 흐르는 냉매의 열을 방출한다. 이는 제1 및 제2증발기(20, 22) 각각의 냉매 입구와 냉매 출구 사이의 냉매의 엔탈피 차를 증가시키고, 이에 따라 이젝터 냉동사이클 시스템에서 사이클의 냉동능력을 증가시킨다.
상기 내부 열교환기(28)에는 냉매 파이프(14)가 연결되고, 냉매 흐름을 분기하기 위한 분기부(A)는 제1실시 예와 동일한 방식으로 내부 열교환기(28)의 하류 측 냉매 파이프(14)에 배치된다. 상기 분기부(A)에 의하여 분기된 하나 냉매는 냉매 파이프(14a)를 통해 이젝터(15)의 노즐부(16)로 흐르고, 상기 분기부(A)에 의하여 분기된 다른 냉매는 분기 파이프(14b)를 통해 이젝터(15)의 냉매 흡입구(17b)측으로 흐른다. 그러므로 본 실시 예에서 리시버(13)는 제공되지 않는다.
또한 제4실시 예에서, 제1증발기(20)의 하류 측에는 어큐물레이터(29)가 연결된다. 상기 어큐물레이터(29)는 탱크 형태로 형성되고, 상기 제1증발기(20)의 하 류 측에서 기상 및 액상 상태의 냉매를 밀도차에 의하여 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하기 위한 기액 분리 유닛이다. 그러므로 상기 기상 냉매는 상기 어큐물레이터(29)의 탱크형상 내부공간의 수직 방향 상부 측에 집합되고, 반면 액상 냉매는 그의 수직방향 하부 측에 집합된다.
또한 상기 탱크형 어큐물레이터(29)의 상부에는 기상 냉매 출구가 제공된다. 상기 기상 냉매 출구는 압축기(11)의 흡입 측에 연결되는 냉매 출구 측을 갖는 내부 열교환기(28)의 저압 냉매 통로에 연결된다.
제4실시 예에서, 전술한 제1실시 예의 열팽창밸브(21)는 제공되지 않으며, 고압제어밸브(30)가 채용된다. 상기 고압제어밸브(30)는 기계식 가변 스로틀 장치이다. 그리고, 상기 고압제어밸브(30)는 내부 열교환기(28)의 하류 측 고압 냉매의 온도에 따라 그의 밸브부(미도시)의 냉매 통로 면적(Ae)을 조절하도록 설계되어, 상기 내부 열교환기(28)의 하류 측 고압 냉매의 압력을 소정 범위로 조절한다. 또한 상기 고압제어밸브(30)는 그 고압제어밸브(30)를 통과한 냉매(제2증발기(22)로 흐르는 냉매)를 감압 팽창시키기 위한 것이다.
보다 구체적으로, 상기 고압제어밸브(30)의 밸브 바디는 압력반응기구로서 제공되는 다이아프램 기구(30a)에 연결되고, 상기 다이아프램 기구(30a)는 온도감지 실린더(30b)의 충전가스 매체의 압력(즉, 내부 열교환기(28)의 하류 측의 고압 냉매의 온도에 따른 압력) 및 균압(勻壓) 파이프(30c)로 유입되는 내부 열교환기(28)의 고압 냉매 통로의 하류 측 고압 냉매의 압력에 대응하여 밸브 바디를 변위시킨다. 그러므로 상기 고압제어밸브(30)는 제4실시 예의 스로틀 수단을 구성한 다.
또한 제4실시 예인 경우에서도, 유량비η는 사이클 전체에서 높은 사이클 효율을 발휘하도록 소정 냉방부하 하에서 조절될 수 있다. 본 실시 예의 구성요소들은 제4실시 예와 동일한 구성요소를 갖는다. 도9에서, 제1실시 예의 전체 구성도(도1)에서의 구성과 동일하거나 유사한 기능을 갖는 구성에 대하여 동일 참조 부호를 부여하였다. 도9에서 이점쇄선으로 둘러싸인 부분은 본 실시 예의 냉매유량 제어장치를 구성한다.
본 실시 예에서, 이젝터(15)의 노즐부(16)의 노즐 통로 면적(Anoz)과 고압제어밸브(30)의 밸브 바디부의 냉매 통로 면적(Ae)이 최소 면적으로 되는 경우라도, 상기 노즐부(16)와 밸브 바디부는 소정 유량의 냉매가 통과하도록 구성된다. 다시 말해서, 상기 이젝터(15)의 노즐부(16)와 상기 고압제어밸브(30)의 밸브 바디부는 완전 폐쇄되지 않게 구성된다.
제4실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템에서, 냉매는 상기 이젝터(15) 측 및 고압제어밸브(30) 측으로 확실하게 분기되고 공급될 수 있다. 이러한 구성은 예를 들면 니들부의 이동가능 범위를 제한하도록 통로 면적 조절장치(19)의 니들부(19b)의 위치결정부를 제공하고, 상기 고압제어밸브(30)의 밸브 바디부의 이동가능 범위를 제한함으로써 용이하게 실현될 수 있다.
전술한 구성을 갖는 제4실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템이 작동할 경우, 압축기(11)가 작동하여 냉매의 압력을 초임계 압력 이상으로 승압하고, 이후 상기 냉매는 압축기(11)로부터 토출된다. 상기 압축기(11)로부터 토출된 고압 냉매의 열 은 라디에이터(12)와 내부 열교환기(28)를 통해 순차적으로 방열되고, 이에 따라 상기 고압 냉매의 엔탈피는 감소한다. 그리고, 상기 냉매는 분기부(A)로부터 냉매 파이프(14a) 측과 분기 파이프(14b) 측으로 분배된다.
전술한 고압 냉매는 분기 파이프(14b)에 배치된 상기한 고압제어밸브(30)에 의하여 소정 값으로 조절된 압력을 갖는다. 구체적으로, 상기 고압 냉매의 압력은 내부 열교환기(28)의 출구 측 냉매의 온도에 따라 사이클 효율(COP)이 최대가 되도록 고압으로 조절된다. 임계 압력 이상의 고압측 냉매 압력을 갖는 사이클에서는 상기 압축기(11)의 소비동력이 커지기 때문에, 제1실시 예와 같이, 상기 고압측 냉매의 압력 제어는 사이클 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 분기부(A)로부터 냉매 파이프(14a)를 통과한 냉매는 제1실시 예와 같이 노즐부(16)에 의하여 감압 팽창되고, 제2증발기(22)에서 흡열한 후 냉매 흡입구(17b)로 흡입된 냉매와 혼합부(17c)에서 혼합된 다음, 디퓨져부(17d)에 의하여 증가된 압력을 갖는다. 이후, 상기 냉매는 디퓨져부(17d)로부터 제1증발기(20)로 흐른다.
상기 제1증발기(20)로 흐르는 냉매는 그 제1증발기(20)에서 흡열 작용을 발휘하고, 이후 어큐물레이터(29)로 흐른다. 상기 어큐물레이터(29)로 흐르는 냉매는 기상 냉매와 액상 냉매로 분할되고, 상기 압축기(11)로 흡입될 기상 냉매는 내부 열교환기(28)에서 라디에이터(12)의 하류 측 고압 냉매와 열교환한다.
이에 반하여, 상기 분기부(A)로부터 분기 파이프(14b)로 분기된 냉매는 고압제어밸브(30)에 의하여 감압되어 제2증발기(22)로 흐른다. 상기 냉매는 제2증발 기(22)에서 흡열 작용을 발휘하고 이젝터(15)의 냉매 흡입구(17b)로 흡입되며, 노즐부(16)를 통과한 액상 냉매와 혼합부(17c)에서 혼합된다. 상기 혼합된 냉매는 디퓨져부를 통과하여 제1증발기(20)로 흐른다. 그러므로 본 실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템의 동작에서도 제1실시 예와 동일한 효과를 이룰 수 있다.
제4실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템에 따르면, 고압측 냉매 압력이 고압측 냉매 온도에 기초하여 제어되기 때문에, 초임계 사이클에서의 사이클 효율은 향상될 수 있다. 또한 상기 사이클의 냉동능력은 내부 열교환기(28)에 의하여 증가되고, 이에 따라 사이클 효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 제4실시 예에서, 상기 라디에이터(12)에서 냉매와 열교환하는 공기의 온도가 증가하여 냉방부하를 증가시킬 경우, 상기 라디에이터(12)의 하류 측(구체적으로, 내부 열교환기(28)의 하류 측) 고압 냉매의 온도는 증가한다. 그러므로 상기 고압제어밸브(30)는 고압 냉매의 온도 증가에 기초하여 냉매 통로 면적(Ae)을 변화시킨다.
이 경우, 냉방부하가 증가하기 때문에, 상기 고압제어밸브(30)의 냉매 통로 면적(Ae)은 확장되어 상기 고압제어밸브(30)를 통과하는 냉매의 유량을 증가시킨다. 또한 본 실시 예에서, 냉방부하의 증가는 제1실시 예와 같이 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매의 온도를 증가시키고, 형상기억 스프링(19d)의 스프링 상수를 증가시켜 노즐 통로 면적(Anoz)을 증가시킨다.
이에 반하여, 상기 냉방부하가 감소할 경우, 상기 고압제어밸브(30)는 냉매 통로 면적(Ae)을 감소시켜 상기 고압제어밸브(30)를 통과하는 냉매의 유량을 감소 시킨다. 또한 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매의 온도는 낮아지고, 상기 노즐 통로 면적(Anoz)을 감소시키도록 상기 형상기억 스프링(19d)의 스프링 상수를 감소시킨다.
다시 말해서, 상기 고압제어밸브(30)의 냉매 통로 면적(Ae)과 노즐 통로 면적(Anoz)은 냉방부하의 증가 또는 감소에 따라 동시에 확장 또는 감소하고, 이에 따라 유량비η는 적절한 값으로 유지된다. 그 결과, 냉방부하가 변화하는 경우라도, 상기 사이클은 높은 사이클 효율을 갖고 작동될 수 있다.
(제5실시 예)
이하 본 발명의 제5실시 예를 도10 및 도11을 참조하여 설명한다.
제5실시 예에서, 제1실시 예의 이젝터(15) 대신에, 도10에 나타낸 바와 같은 이젝터(15)가 채용된다. 상기 이젝터(15)는 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매와 디퓨져부(17d)의 입구 측 냉매 간의 압력 차인 압력 증가량(△P)만큼 노즐부(16)의 노즐 통로 면적(Anoz)을 변화시킬 수 있다.
상기 이젝터(31)의 구성을 도11을 참조하여 상세히 설명한다. 상기 이젝터(31)의 기본 구성은 제1실시 예의 이젝터(15)(도2 참조)와 유사하고, 따라서 제1실시 예의 전체 구성도와 동일하거나 유사한 기능을 갖는 구성에 대하여 동일 참조 부호를 부여하였다
상기 이젝터(31)는 노즐부(16), 이젝터 바디(17), 이젝터 하우징(18) 및 통로면적 조절장치(32)를 포함한다. 상기 이젝터(31)의 노즐부(16) 및 이젝터 바디(17)는 제1실시 예의 이젝터(15)와 동일한 구성을 갖는다.
상기한 제1실시 예의 입구 및 출구(18a 내지 18d)에 부가하여, 상기 이젝터 하우징(18)에는 통로면적 조절장치(32)의 내측과 디퓨져부(17d)의 입구 측 냉매 사이를 연통시키기 위한 냉매 연통구(18e)가 제공된다.
상기 통로면적 조절장치(32)는 바디부(32a), 니들부(32b) 및 편향 스프링(32c)을 포함한다. 상기 바디부(32a)는 이젝터(31)의 길이방향으로 상기 니들부(32b)를 슬라이딩가능하게 지지하고, 그 내부에 상기 편향 스프링(32c)을 수용한다. 상기 바디부(32a)에는 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매를 연통시키기 위한 출구 측 압력챔버(32d) 및 상기 디퓨져부(17d)의 입구 측 냉매를 연통시키기 위한 입구 측 압력챔버(32e)가 배치된다.
또한 상기 바디부(32b)는 상기 이젝터 하우징(18)의 냉매 연통 파이프(32f)와 냉매 연통구(18d)를 통해 상기 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매를 상기 출구 측 냉매챔버(32d)와 연통시키기 위한 냉매 연통공(32g) 및 상기 이젝터 하우징(18)의 냉매 연통 파이프(32h)와 냉매 연통구(18e)를 통해 상기 디퓨져부(17d)의 입구 측 냉매를 상기 입구 측 냉매챔버(32e)와 연통시키기 위한 냉매 연통공(32i)을 포함한다.
상기 니들부(32b)는 제1실시 예의 니들부(19b)와 동일한 구성을 가지며, 상기 노즐부(16)의 노즐 통로 면적(Anoz)은 제1실시 예와 동일한 방식으로 형성된다. 또한 상기 니들부(32b)는 바디부(32a)의 내부 공간을 출구 측 압력챔버(32d)와 입구 측 압력챔버(32e)로 구획하기 위한 실린더부(32j)를 포함한다.
상기 입구 측 압력챔버(32e) 측의 실린더부(32j) 표면은 편향 스프링(32c)의 하중 및 상기 입구 측 압력챔버(32e)의 압력(즉, 디퓨져부(17d)의 냉매 압력)을 제공받는 압력 수용부로서 제공되고, 상기 출구 측 압력챔버(32d)의 실린더부(32j) 표면은 출구 측 압력챔버(32d)의 압력(즉, 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매 압력)을 제공받는 다른 압력 수용부로서 제공된다.
또한 제5실시 예의 니들부(32b)는 바디부(32a)에 의하여 슬라이딩가능하게 지지되기 때문에, 상기 실린더부(32j)와 상기 바디부(32a)의 내면 사이의 슬라이딩부에는 간극이 제공된다. 본 실시 예에서, 상기 슬라이딩부의 거리(밀봉 길이)는 충분히 확보되어 그 슬라이딩부로부터 냉매가 누출되는 것을 방지한다.
상기 슬라이딩부로부터 냉매의 누출을 방지하기 위하여, 상기 실린더부(32j) 측에 미로식 밀봉을 구성하기 위한 수단 또는 상기 실린더부(32j)와 바디부(32a) 사이의 슬라이딩부에 오링을 배치하기 위한 수단을 채용할 수 있다.
상기 편향 스프링(32c)은 제1실시 예의 편향 스프링(19c)과 동일한 구성을 가지며, 니들부(32b)가 노즐부(16)의 냉매 분사구(16a)로부터 멀어지는 방향으로, 즉 노즐 통로 면적(Anoz)을 확장시키는 방향으로 상기 니들부(32b)의 실린더부(32j)에 하중을 작용시키도록 설계된다.
제5실시 예에 따르면, 상기 디퓨져부(17d)에서의 압력 증가량(△P)이 소정 값으로 될 경우, 유량비η는 적절한 값으로 조절될 수 있어 전체 사이클에서 높은 사이클 효율을 발휘한다. 본 실시 예의 다른 구성요소들은 제1실시 예와 동일한 구성을 갖는다.
그러므로 본 실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템의 작동은 제1실시 예와 동 일한 효과를 이룰 수 있다. 또한 제5실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템에 따르면, 상기 이젝터(31)의 디퓨져부(17d)에서 압력증가량(△P)이 증가할 경우, 상기 출구 측 냉매챔버(32d)의 냉매 압력은 입구 측 냉매챔버(32e)의 냉매 압력에 대하여 증가한다.
이러한 이유로, 상기 니들부(32d)의 실린더부(32j)의 압력 수용부에 의하여 제공받는 하중 중, 상기 출구 측 압력챔버(32d) 측으로부터 입구 측 압력챔버(32e) 측으로 향하는 하중은 증가한다. 이는 노즐 통로 면적(Anoz)을 감소시키는 방향으로 상기 니들부(32b)를 변위시킨다. 상기 노즐 통로 면적(Anoz)이 감소함에 따라, 상기 냉매 유량(Gnoz)도 감소하고, 그 결과 냉매 유량(Ge)을 증가시킨다. 상기 냉매 유량(Ge)이 증가할 경우, 상기 디퓨져부(17d)에서의 압력 증가량(△P)은 소정 값에 근접하게 감소하고, 이에 따라 유량비η는 전술한 적절한 값에 근접한다.
한편, 상기 디퓨져부(17d)에서의 압력증가량(△P)이 감소할 경우, 상기 실린더부(32j)의 압력 수용부에 의하여 제공받는 하중 중, 상기 출구 측 압력챔버(32d) 측으로부터 입구 측 압력챔버(32e)로 향하는 하중은 감소한다. 이는 상기 노즐 통로 면적(Anoz)을 확장시키는 방향으로 상기 니들부(32b)를 변위시킨다. 상기 노즐 통로 면적(Anoz)이 확장됨에 따라, 상기 냉매 유량(Gnoz)은 증가하고, 그 결과 냉매 유량(Ge)은 감소한다. 상기 냉매 유량(Ge)이 감소함에 따라, 상기 압력증가량(△P)은 소정 값에 근접하도록 증가하고, 이에 따라 유량비η는 적절한 값에 근접한다.
제5실시 예에 따르면, 상기 노즐 통로 면적(Anoz)이 디퓨져부(17d)에서의 압 력증가량(△P)에서의 증가 또는 감소에 따라 증가 또는 감소하고, 이에 따라 유량비η는 적절한 값으로 변할 수 있으며, 그러므로 사이클은 높은 사이클 효율을 갖고 작동될 수 있다.
(제6실시 예)
이하 본 발명의 제6실시 예를 도12를 참조하여 설명한다.
제6실시 예에서, 도12의 단면도에 나타낸 바와 같이 제5실시 예의 이젝터(31)에 형상기억 스프링(31a)이 추가된 것이다. 상기 형상기억 스프링(31a)은 노즐부(16)에서 니들부(32b)의 스프링 베어링으로 하중을 작용시킨다.
상기 형상기억 스프링(31a)은 제1실시 예의 형상기억 스프링(19d)과 동일한 구성을 갖는다. 그러므로 상기 형상기억 스프링(31a)은 온도의 증가에 따라 축방향으로 연장하도록 변형된다. 이러한 이유로, 상기 니들부(32a)는 냉매의 온도의 증가에 따라 냉매 분사구(16a)로부터 멀어지는 방향, 즉 노즐 통로 면적(Anoz)을 확장시키는 방향으로 변위된다.
또한 상기 형상기억 스프링(31a)은 노즐부(16) 내에 배치되고, 그러므로 냉매 통로(14a)로부터 노즐부(16)로 흐르는 냉매 온도의 변화에 따라 변형된다. 본 실시 예들의 다른 구성요소들은 전술한 제5실시 예와 동일한 구성을 갖는다. 따라서 본 실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템은 제5실시 예와 동일한 효과를 이루도록 작동된다.
제6실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템에 따르면, 상기 형상기억 스프링(31a)은 노즐부(16)에 배치되기 때문에, 상기 냉매 통로(14a)로부터 노즐부(16) 로 흐르는 냉매 온도의 증가는 노즐 통로 면적(Anoz)을 확장시킬 수 있다.
예를 들면, 라디에이터(12)에 의해 열교환하는 공기의 온도는 냉방부하를 증가시키도록 증가하고, 열팽창밸브(21)는 냉매 유량을 증가시키도록 그 내부에서 냉매 통로 면적(Ae)을 증가시킨다. 상기 라디에이터(12)에 의해 열교환하기 위한 공기의 온도 증가는 그 라디에이터(12)의 하류 측 냉매의 온도를 증가시키고, 그 결과 상기 냉매 통로(14a)로부터 노즐부(16)로 흐르는 냉매의 온도는 증가한다. 그러므로 이 경우, 상기 형상기억 스프링(31a)은 노즐 통로 면적(Anoz)을 확장시킨다.
이에 반하여, 상기 라디에이터(12)에 의해 열교환하는 공기의 온도가 냉방부하를 감소시키도록 감소할 경우, 상기 열팽창밸브(21)는 냉매 유량을 감소시키도록 냉매 통로 면적(Ae)을 감소시킨다. 상기 라디에이터(12)에 의해 열교환하기 위한 공기의 온도 감소는 냉매 통로(14a)로부터 노즐부(16)로 흐르는 냉매의 온도를 감소시키고, 이에 따라 상기 형상기억 스프링(31a)은 노즐 통로 면적(Anoz)을 감소시킨다.
본 발명의 제6실시 예에 따르면, 상기 열팽창밸브(21)의 냉매 통로 면적(Ae)과 노즐 통로 면적(Anoz)은 냉방부하의 증가 또는 감소에 따라 확장 또는 감소하고, 이에 따라 유량비η는 소정 값으로 유지된다. 그 결과, 상기 이젝터 냉동사이클 시스템에서 냉방부하가 변화되는 경우라도, 상기 사이클은 높은 사이클 효율로 작동될 수 있다.
(제7 실시 예)
이하, 본 발명의 제7실시 예를 도13을 참조하여 설명한다.
제7실시 예에서는, 제5실시 예의 이젝터(31) 대신에, 도13에 나타낸 이젝터(33)가 사용된다. 도13은 이젝터(33)의 단면도이다. 상기 이젝터(33)는 제1실시 예의 이젝터(15)(도2 참조)와 동일한 구성을 가지며, 따라서 동일하거나 유사한 기능을 갖는 구성요소들에 대해서는 동일 부호를 부여하였다.
상기 이젝터(33)는 노즐부(16), 이젝터 바디(17), 이젝터 하우징(18) 및 통로면적 조절장치(19)를 포함한다. 상기 노즐부(16), 이젝터 바디(17) 및 이젝터 하우징(18)은 전술한 제1실시 예의 이젝터(15)와 동일한 구성을 갖는다.
제7실시 예의 통로면적 조절장치(19)에서, 제1실시 예의 구성과 비교해 볼 때, 도2에 나타낸 형상기억 스프링(19d)은 제공되지 않으며, 상기 니들부(19b)를 상기 노즐부(16)의 냉매 분사구(16a)로부터 멀어지는 방향으로, 즉 노즐통로면적(Anoz)을 확장시키는 방향으로 상기 니들부(19b)의 스프링 베어링에 하중을 가하도록 편향 스프링(19c)이 채용된다.
상기 노즐부(16) 측 니들부(19b)의 선단부는 노즐부(16)의 냉매 분사구(16a)로부터 디퓨져부(17d) 측으로 돌출하고, 상기 돌출부는 디퓨져부(17d)의 입구 측 냉매의 압력을 제공받는다. 한편, 상기 니들부(19b)와 바디부(19a) 사이의 슬리이딩부에서 상기 니들부(19a)의 축방향에 직교하는 단면적은 전술한 돌출부의 축방향에 직교하는 단면적과 동일한 면적을 갖는다.
또한 제7실시 예에 따르면, 상기 디퓨져부(17d)에서의 압력 증가량(△P)이 소정 값에 다다르는 경우, 유량비η는 전체 사이클에서 높은 사이클 효율을 발휘할 수 있는 값으로 조절될 수 있다. 본 실시 예의 다른 구성요소들은 제1실시 예와 동 일한 구성을 갖는다.
그러므로 본 실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템의 동작은 제5실시 예와 동일한 효과를 이룰 수 있다. 구체적으로, 상기 이젝터(33)의 디퓨져부(17d)에서의 압력 증가량(△P)이 증가할 경우, 상기 바디부(19a) 내측의 냉매 압력은 니들부(19b)의 선단부에서의 냉매 압력에 대하여 증가한다, 그러므로 상기 니들부(19b)에 의하여 제공받는 하중 중에서 상기 바디부(19a) 측에서 노즐부(16)로 향하는 하중이 증가한다.
이는 상기 니들부(32b)를 냉매 통로 면적(Anoz)이 감소하는 방향으로 변위시킨다. 상기 노즐 통로 면적(Anoz)이 감소함에 따라, 상기 냉매 유량(Ge)은 증가하고, 그런 다음 압력 증가량(△P)은 소정 값에 근접하게 감소하며, 이에 따라 유량비η는 적절한 값에 근접하게 된다.
한편, 상기 압력 증가량(△P)이 감소할 경우, 상기 노즐부(19b)에 의하여 제공받는 하중 중에서 상기 바디부(19a) 측에서 노즐부(16) 측으로 향하는 하중은 감소한다. 이는 상기 노즐부(32b)를 노즐 통로 면적(Anoz)이 확장되는 방향으로 변위시킨다. 상기 노즐 통로 면적(Anoz)이 확장함에 따라, 상기 냉매 유량(Ge)은 감소하고, 이후 압력 증가량(△P)은 소정 값에 근접하도록 증가하여, 유량비η는 적절한 값으로 근접하게 된다. 그러므로 본 실시 예는 제5실시 예와 동일한 효과를 이룰 수 있다.
(제8실시 예)
이하, 본 발명의 제8실시 예를 도14를 참조하여 설명한다. 제8실시 예에서, 도14의 단면도에서 나타낸 제7실시 예의 이젝터(33)에 형상기억 스프링(31a)이 추가된다. 상기 형상기억 스프링(31a)은 제6실시 예와 동일한 방식으로 니들부(16)에 구성된 니들부(32b)의 스프링 베어링에 하중을 인가한다.
다른 구성요소들은 제6실시 예와 동일한 구성을 갖는다. 그러므로 본 실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템의 동작은 제6실시 예와 동일한 효과를 이룰 수 있다.
(다른 실시 예들)
본 발명은 전술한 실시 예들에 한정되지 않고, 다음의 실시 예로 다양하게 변경될 수 있다.
(1) 전술한 제1실시 예에서, 제1증발기(20)의 하류측 냉매의 과열도를 제어하기 위하여 제2증발기(22)의 상류 측에 열팽창밸브(21)가 스로틀 수단으로서 사용될 수 있고, 이젝터(15)는 사이클의 냉매 온도에 따라 노즐 통로 면적(Anoz)을 변화시킬 수 있다. 또한 상기 제1증발기(20)의 하류 측 냉매의 과열도는 이젝터 측에서 제어될 수 있고, 상기 냉매 통로 면적(Ae)은 스로틀 수단 측에서 사이클의 냉매 온도에 따라 변화될 수 있다.
전술한 실시 예들에서, 예를 들면, 사이클의 온도는 노즐부(16) 또는 열적 수단(21, 25, 27)에 의하여 감압된 후의 저압 냉매의 온도이다. 그러나, 상기 사이클의 온도는 노즐부(16) 또는 열적 수단에 의하여 감압되기 전의 고압 냉매의 온도일 수 있다.
이 경우, 특히 열팽창밸브는 제1실시 예의 분기부(A) 또는 노즐부(16) 사이 에 채용되거나, 통로면적 조절수단(19)에 적용될 수 있다. 또한 상기 스로틀 수단은 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매의 온도의 증가에 따라 냉매 통로 면적을 증가시키도록 형상기억 스프링을 이용하여 밸브 바디부를 변위시키기 위하여 구성될 수 있고, 이에 따라 제1실시 예와 동일한 효과를 이룰 수 있다.
(2) 전술한 제1 내지 제3실시 예들에서, 온도감지 변형부재를 구성하는 형상기억 스프링(19d, 27e)은 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매의 온도에 기초하여 변형되지만, 다른 부분의 냉매 온도에 기초하여 변형될 수 있다. 예를 들면, 제2증발기(22)의 하류 측 냉매의 온도, 제1증발기(20)의 하류 측 냉매의 온도, 또는 제1 및 제2증발기(20, 22) 내부의 냉매의 온도 등의 저압 측 냉매의 온도가 적용될 수 있다. 또한 전술한 제6 및 제8실시 예들과 같이, 고압 측 냉매의 온도에 기초하여 스프링이 변형될 수 있다.
(3) 전술한 제2 및 제3실시 예들에서, 이젝터(15) 및 가변 스로틀(27)은 각각 사이클의 냉매 온도에 따라 노즐 통로 면적(Anoz)과 냉매 통로 면적(Ae)을 개별적으로 변화시킨다. 그러나, 상기 이젝터(15) 및 가변 스로틀(27)은 사이클의 냉매 온도에 따라 노즐 통로 면적(Anoz)과 냉매 통로 면적(Ae)을 동시에 변화시킬 수 있다. 또한 상기 노즐 통로 면적(Anoz)과 냉매 통로 면적(Ae)은 동시에 변화될 수 있고, 면적비α는 0.8 이하로 제어될 수 있다.
(4) 전술한 제4실시 예에서, 스로틀 수단으로서 제공되는 고압 제어 밸브(30)는 라디에이터(12)의 하류 측 냉매의 압력을 제어하고, 이젝터(15)는 유량비η를 조절한다. 그러나, 상기 라디에이터(12)의 하류 측 냉매의 압력은 이젝터 측 에서 제어될 수 있고, 유량비η는 스로틀 수단 측에서 조절될 수 있다.
예를 들면, 상기 고압 제어 밸브(30)의 구성은 이젝터(15)의 통로면적 조절장치(19)에 적용될 수 있고, 형상기억 스프링은 디퓨져부(17d)의 출구 측 냉매의 온도의 증가에 따라 냉매 통로 면적을 증가시키는 스로틀 수단으로서 밸브 바디를 변위시킬 수 있다. 이는 제4실시 예와 동일한 효과를 이룰 수 있다.
(5) 전술한 제5 내지 제8실시 예들은 고압 측 냉매의 압력이 냉매의 초임계 압력 이상이 아닌 사이클을 예시로 설명하였다. 그러나, 제5 내지 제8실시 예들의 이젝터(31, 33)는 초임계 사이클에 적용될 수 있다. 다시 말해서, 초임계 사이클에서, 유량비η는 디퓨져부(17d)의 압력 증가량(△P)에 기초하여 제어될 수 있다.
(6) 본 발명이 냉매유량 제어장치는 내부 열교환기 없이 전술한 제1 내지 제3 및 제5 내지 제8실시 예의 이젝터 냉동사이클 시스템에 적용되지만, 이들 사이클은 내부 열교환기를 채용할 수 있다. 이러한 구성을 통해, 제4실시 예와 같이, 제1 및 제2증발기(20, 22)에서의 냉매 입구와 냉매 출구 사이의 냉매의 엔탈피 차는 증가하고, 이에 따라 사이클의 냉동능력을 증가시킬 수 있다.
(7) 전술한 실시 예들에 채용된 열팽창밸브(21, 24) 및 고압 제어밸브(30)는 순 기계적인 유량 제어장치를 갖는다. 그러나, 전기적 방식으로 냉매 통로 면적을 변화시킬 수 있는 다른 유량 제어장치가 채용될 수 있다. 이 경우, 예를 들면, 상기 열팽창밸브(21)에는 제1증발기(20)의 하류 측 냉매의 온도와 압력을 검출하기 위한 검출 수단이 제공될 수 있고, 검출된 값에 기초하여 제1증발기(20)의 하류 측 냉매의 과열도가 소정 범위로 되도록 제어될 수 있다.
(8) 전술한 실시 예들에서, 제1증발기(20) 및 제2증발기(22)는 냉각대상공간을 냉각하기 위하여 내부 열교환기로서 구성되고, 상기 라디에이터(12)는 열을 외부 공기로 방열하기 위한 외부 열교환기로서 구성된다. 또한 본 발명은 제1증발기(20)와 제2증발기(22)가 공기 등의 열원으로부터 열을 흡열하기 위한 외부 열교환기로서 구성될 수 있고, 상기 라디에이터(12)는 공기 또는 물 등 가열될 유체를 가열하기 위한 내부 열교환기로서 구성된다.
(9) 전술한 실시 예들에서, 고압측 냉매는 압축기로부터 토출되고, 이젝터의 노즐부 또는 스로틀 수단에 의하여 감압되기 전의 냉매를 의미한다. 이에 반하여, 고압측 냉매는 노즐 및 스로틀 수단 중 적어도 하나에 의하여 감압된 후의 냉매를 의미한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 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.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉동사이클의 냉방부하에 따라 이젝터의 노즐로 흐르는 냉매 유량과 이젝터의 냉매흡입구로 흐르는 냉매유량 간의 유량비를 적절히 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 유량비를 적절히 조절함으로써 사이클 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (32)

  1. 냉매를 압축하기 위한 압축기 및 상기 압축기로부터 토출된 고온 고압 냉매를 냉각시키기 위한 라디에이터를 포함하며, 상기 라디에이터로부터의 냉매는 분기부에서 제1냉매류의 냉매 및 제2냉매류의 냉매로 분할되는 이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치로서,
    상기 제1냉매류의 냉매를 감압하기 위한 노즐부 및 상기 노즐부로부터 분사된 고속의 냉매 흐름에 의하여 냉매가 흡입되는 냉매 흡입구를 구비하는 이젝터;
    상기 이젝터로부터 배출되는 냉매를 증발시키기 위한 제1증발기;
    상기 제2냉매류의 냉매를 감압 및 팽창시키기 위한 스로틀 수단;
    상기 스로틀 수단의 하류와 상기 냉매 흡입구의 상류 사이에 배치되고, 상기 냉매를 증발시키는 제2증발기; 및
    상기 노즐부와 스로틀 수단의 냉매 통로 면적을 조절하기 위하여 상기 사이클 시스템의 냉매 온도의 변화에 따라 변형되는 온도감지 변형부재를 구비하는 조절장치
    를 포함하며.
    상기 조절장치는 상기 이젝터의 노즐부에 의하여 감압되는 제1냉매 유량과 상기 이젝터의 냉매 흡입구로 흡입되는 제2냉매 유량의 유량비를 조절하도록 제공되는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 통로 면적 중 하나는 상기 노즐부의 냉매 통로 면적인
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 통로 면적 중 하나는 상기 스로틀 수단의 냉매 통로 면적인
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조절장치는 하나의 냉매 통로 면적을 변화시켜 상기 노즐부의 냉매 통로 면적과 상기 스로틀 수단의 냉매 통로 면적의 합에 대한 상기 노즐부의 냉매 통로 면적의 비율이 0.8 이하로 되는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이젝터의 노즐부와 스로틀 수단 중 하나는
    상기 라디에이터의 하류 측 냉매의 압력이 소정 값에 근접하도록 상기 라디에이터의 하류 측 냉매의 온도에 기초하여 냉매 통로 면적을 변화시키는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이젝터는 상기 노즐부로부터 분사된 냉매와 상기 냉매 흡입구로부터 흡입된 냉매의 혼합 냉매 압력을 압력증가량만큼 증가시키는 디퓨져부를 더 포함하고;
    상기 조절장치는 상기 제1냉매 유량과 제2냉매 유량의 유량비를 상기 이젝터의 디퓨져부에서의 압력 증가량에 기초하여 조절하는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이클 시스템의 냉매 온도는 상기 노즐부 또는 스로틀 수단에 의하여 감압된 후의 저압 측 냉매의 온도인
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이클 시스템의 냉매 온도는 상기 노즐부 및 스로틀 수단 중 적어도 하나에 의하여 감압되기 전의 고압 측 냉매의 온도인
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도감지 변형부재는 상기 사이클 시스템의 냉매 온도에 따라 변화되는 스프링 상수를 갖는 스프링 부재로 이루어지는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1증발기, 상기 제2증발기 및 상기 이젝터는 일체화된 유닛으로 일체로 결합되는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1증발기는 냉매가 분배되고 집합되기 위한 제1헤더 탱크를 포함하고;
    상기 제2증발기는 냉매가 분배되고 집합되기 위한 제2헤더 탱크를 포함하며;
    상기 이젝터는 상기 제1헤더 탱크의 길이방향과 상기 제2헤더 탱크의 길이방향에 평행하는 길이방향을 갖는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 이젝터는 냉매 흡입구를 갖는 이젝터 바디 및 상기 노즐부와 이젝터 바디를 수용하기 위한 이젝터 하우징을 더 포함하며;
    상기 이젝터 하우징, 상기 제1증발기 및 상기 제2증발기는 일체로 결합하는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  13. 냉매를 압축하기 위한 압축기 및 상기 압축기로부터 토출된 고온 고압 냉매를 냉각시키기 위한 라디에이터를 포함하며, 상기 라디에이터로부터의 냉매는 분기부에서 제1냉매류의 냉매 및 제2냉매류의 냉매로 분할되는 이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치로서,
    상기 제1냉매류의 냉매를 감압하기 위한 노즐부 및 상기 노즐부로부터 분사된 고속의 냉매 흐름에 의하여 냉매가 흡입되는 냉매 흡입구를 구비하는 이젝터;
    상기 이젝터로부터 배출되는 냉매를 증발시키기 위한 제1증발기;
    상기 제2냉매류의 냉매를 감압 및 팽창시키기 위한 스로틀 수단; 및
    상기 스로틀 수단의 하류와 상기 냉매 흡입구의 상류 사이에 배치되고, 상기 냉매를 증발시키는 제2증발기
    를 포함하며,
    상기 이젝터 및 스로틀 수단 중 하나는 상기 라디에이터의 하류 측 냉매의 압력이 소정 값에 근접하도록 상기 라디에이터의 하류 측 냉매의 온도에 기초하여 냉매 통로 면적을 조절하고,
    상기 이젝터 및 스로틀 수단 중 다른 하나는 상기 이젝터의 노즐부에 의하여 감압된 제1 냉매유량과 상기 이젝터의 냉매 흡입구로 흡입된 제2 냉매유량의 유량비를 조절하도록 그 다른 하나의 냉매 통로 면적을 변화시키는 온도감지 변형부재를 구비하는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 압축기로부터 토출된 냉매는 냉매의 임계 압력 이상인
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 냉매는 이산화탄소인
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이젝터 및 스로틀 수단 중 하나는 내부 열교환기의 통로의 하류 측 냉매의 온도에 기초하여 냉매 통로 면적을 조절하고,
    상기 라디에이터로부터의 냉매는 압축기로 흡입될 저압 냉매와 열교환을 실행하도록 흐르는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  17. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이젝터 및 스로틀 수단 중 적어도 하나는, 그의 냉매 통로 면적이 가장 작을 경우에도 냉매가 소정량 통과하도록 구성되는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  18. 냉매를 압축하기 위한 압축기 및 상기 압축기로부터 토출된 고온 고압 냉매를 냉각시키기 위한 라디에이터를 포함하며, 상기 라디에이터로부터의 냉매는 분기부에서 제1냉매류의 냉매 및 제2냉매류의 냉매로 분할되는 이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치로서,
    상기 제1냉매류의 냉매를 감압하기 위한 노즐부, 상기 노즐부로부터 분사된 고속의 냉매 흐름에 의하여 냉매가 흡입되는 냉매 흡입구, 및 상기 노즐부로부터 분사된 냉매와 상기 냉매 흡입구로부터 흡입된 냉매의 혼합 냉매의 압력을 압력 증가량만큼 증가시키는 디퓨져부를 구비하는 이젝터;
    상기 이젝터로부터 배출되는 냉매를 증발시키기 위한 제1증발기;
    상기 제2냉매류의 냉매를 감압 및 팽창시키기 위한 스로틀 수단;
    상기 스로틀 수단의 하류와 상기 냉매 흡입구의 상류 사이에 배치되고, 상기 냉매를 증발시키는 제2증발기; 및
    상기 노즐부로 흐르는 제1 냉매유량과 상기 냉매 흡입구로 흡입되는 제2냉매 유량의 유량비를 상기 이젝터의 디퓨져부의 압력 증가량에 기초하여 조절하는 조절수단을 포함하는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 조절수단은 스로틀 수단인
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 조절수단은 상기 이젝터에 제공되는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 이젝터는 상기 노즐부의 냉매 통로 면적을 변화시키기 위한 니들부를 포함하며,
    상기 니들부는 상기 압력증가량이 소정 범위로 되도록 상기 압력 증가량에 기초하여 변위되는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 니들부는 상기 디퓨져부의 입구 측 냉매 압력과 상기 디퓨져부의 출구 측 냉매 압력을 제공받는 압력 수용부를 구비하는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 이젝터는 상기 사이클 시스템의 냉매 온도의 변화에 따라 변형되는 온도감지 변형부재를 포함하며,
    상기 온도감지 변형부재는 상기 니들부를 변위시키도록 위치되는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  24. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이클 시스템의 냉매 온도는 상기 노즐부 또는 스로틀 수단에 의하여 감압된 후의 저압 측 냉매의 온도인
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  25. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이클 시스템의 냉매 온도는 상기 노즐부 및 스로틀 수단 중 적어도 하나에 의하여 감압되기 전의 고압 측 냉매의 온도인
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  26. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도감지 변형부재는 상기 사이클 시스템이 냉매 온도에 따라 변화되는 스프링 상수를 갖는 스프링 부재로 이루어지는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  27. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1증발기, 상기 제2증발기 및 상기 이젝터는 일체화된 유닛을 형성하도록 일체로 결합되는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제1증발기는 냉매가 분배되고 집합되는 제1헤더 탱크를 포함하고,
    상기 제2증발기는 냉매가 분배되고 집합되는 제2헤더 탱크를 포함하며,
    상기 이젝터는 상기 제1헤터 탱크의 길이 방향과 상기 제2헤더 탱크의 길이 방향에 평행하는 길이 방향을 갖는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 이젝터는 냉매 흡입구를 갖는 이젝터 바디 및 상기 노즐부와 이젝터 바디를 수용하기 위한 이젝터 하우징을 더 포함하며,
    상기 이젝터 하우징, 상기 제1증발기 및 상기 제2증발기는 일체로 결합되는
    이젝터 냉동사이클 시스템의 냉매유량 제어장치.
  30. 냉매가 순환되는 냉동사이클을 갖는 이젝터 냉동사이클 시스템으로서,
    냉매를 압축하기 위한 압축기;
    상기 압축기로부터 토출된 고압 고온 냉매를 냉각하기 위한 라디에이터;
    상기 라디에이터로부터의 냉매를 제1냉매류의 냉매와 제2냉매류의 냉매로 분할하기 위한 분기부;
    상기 제1냉매류의 냉매를 감압하기 위한 노즐부 및 상기 노즐부로부터 분사된 고속 흐름의 냉매에 의하여 냉매가 흡입되는 냉매 흡입구를 구비하는 이젝터;
    상기 이젝터로부터 배출되는 냉매를 증발시키기 위한 제1증발기;
    상기 제2냉매류의 냉매를 감압하고 팽창시키기 위한 스로틀 수단;
    상기 스로틀 수단의 하류와 상기 냉매 흡입구의 상류 사이에 배치되고, 상기 냉매를 증발시키기 위한 제2증발기; 및
    상기 노즐부 및 스로틀 수단 중 하나의 냉매 통로 면적을 조절하도록 상기 냉동사이클의 냉매 온도의 변화에 따라 변형되는 온도감지 변형부재를 구비하는 조절장치
    를 포함하며,
    상기 조절장치는 상기 이젝터의 노즐부에 의하여 감압되는 제1냉매 유량과 상기 이젝터의 냉매 흡입구로 흡입되는 제2냉매 유량의 유량비를 조절하도록 제공되는
    이젝터 냉동사이클 시스템.
  31. 냉매가 순환되는 냉동사이클을 갖는 이젝터 냉동사이클 시스템으로서,
    냉매를 압축하기 위한 압축기;
    상기 압축기로부터 토출된 고압 고온 냉매를 냉각하기 위한 라디에이터;
    상기 라디에이터로부터의 냉매를 제1냉매류의 냉매와 제2냉매류의 냉매로 분할하기 위한 분기부;
    상기 제1냉매류의 냉매를 감압하기 위한 노즐부 및 상기 노즐부로부터 분사된 고속 흐름의 냉매에 의하여 냉매가 흡입되는 냉매 흡입구를 구비하는 이젝터;
    상기 이젝터로부터 배출되는 냉매를 증발시키기 위한 제1증발기;
    상기 제2냉매류의 냉매를 감압하고 팽창시키기 위한 스로틀 수단; 및
    상기 스로틀 수단의 하류와 상기 냉매 흡입구의 상류 사이에 배치되고, 상기 냉매를 증발시키기 위한 제2증발기
    를 포함하며,
    상기 이젝터 및 스로틀 수단 중 하나는 상기 라디에이터의 하류 측 냉매의 압력이 소정 값에 근접하도록 상기 라디에이터의 하류 측 냉매의 온도에 기초하여 그 하나의 냉매 통로 면적을 조절하고,
    상기 이젝터 및 스로틀 수단 중 다른 하나는 상기 이젝터의 노즐부에 의하여 감압되는 제1 냉매 유량과 상기 이젝터의 냉매 흡입구로 흡입되는 제2 냉매 유량의 유량비를 조절하도록 그 다른 하나의 냉매 통로 면적을 변화시키도록 온도감지 변형부재를 구비하는
    이젝터 냉동사이클 시스템.
  32. 냉매가 순환되는 냉동사이클을 갖는 이젝터 냉동사이클 시스템으로서,
    냉매를 압축하기 위한 압축기;
    상기 압축기로부터 토출된 고압 고온 냉매를 냉각하기 위한 라디에이터;
    상기 라디에이터로부터의 냉매를 제1냉매류의 냉매와 제2냉매류의 냉매로 분할하기 위한 분기부;
    상기 제1냉매류의 냉매를 감압하기 위한 노즐부, 상기 노즐부로부터 분사된 고속 흐름의 냉매에 의하여 냉매가 흡입되는 냉매 흡입구, 및 상기 노즐부로부터 분사된 냉매와 상기 냉매 흡입구로부터 흡입된 냉매의 혼합 냉매의 압력을 압력 증가량만큼 증가시키는 디퓨져부를 구비하는 이젝터;
    상기 이젝터로부터 배출되는 냉매를 증발시키기 위한 제1증발기;
    상기 제2냉매류의 냉매를 감압하고 팽창시키기 위한 스로틀 수단;
    상기 스로틀 수단의 하류와 상기 냉매 흡입구의 상류 사이에 배치되고, 상기 냉매를 증발시키기 위한 제2증발기; 및
    상기 노즐부로 흐르는 제1 냉매유량과 상기 냉매 흡입구로 흡입되는 제2냉매 유량의 유량비를 상기 이젝터의 디퓨져부에서의 압력 증가량에 기초하여 조절하는 조절수단을 포함하는
    이젝터 냉동사이클 시스템.
KR1020070015577A 2006-02-16 2007-02-14 냉매유량 제어장치 및 이를 이용한 이젝터 냉동사이클시스템 KR100794971B1 (ko)

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