KR20080038065A

KR20080038065A - 냉동사이클 장치

Info

Publication number: KR20080038065A
Application number: KR1020070108561A
Authority: KR
Inventors: 히로츠구 다케우치; 마코토 이케가미; 하루유키 니시지마
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2008-05-02
Also published as: DE102007051193A1; JP2008107055A; US20080098757A1; KR100884804B1; US7823401B2; CN101169293A; CN101169293B; JP4779928B2

Abstract

본 발명에 따른 냉동사이클 장치는 이젝터(15)를 구비하고, 이젝터에서 흘러나온 냉매의 흐름을 적어도 제1 냉매 흐름과 제2 냉매 흐름으로 분기하기 위한 분기부(Z)가 배치된다. 제1 냉매 흐름의 냉매를 증발시키기 위한 제1 증발기(17)는 압축기의 흡입측으로 냉매가 흐르도록 배치되고, 제2 냉매 흐름의 냉매를 증발시키기 위한 제2 증발기(18)는 냉매가 이젝터(15)의 냉매 흡입 포트(15b)의 상류측으로 흐르도록 위치된다. 또한, 분기부는 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압이 유지되도록 위치되고, 상기 제2 증발기는 동압이 제2 증발기의 내측에 작용할 수 있는 범위에서 상기 분기부에 연결된다.

냉동사이클장치, 이젝터, 분기부, 목표유량, 냉매분배유닛, 동압, 정압

Description

냉동사이클 장치{REFRIGERANT CYCLE DEVICE}

본 발명은 이젝터를 포함하는 냉동사이클 장치 및 냉동사이클 장치의 작동 방법에 관한 것이다.

종래 일본 특개평 3-291465호 공보에는 이젝터를 포함하는 냉동사이클 장치를 제안하고 있다. 상기 일본 특개평 3-291465호 공보에 제안된 냉동사이클 장치에서, 이젝터의 하류측에는 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하기 위한 기액 분리기가 배치된다. 상기 기액 분리기는 냉매의 흐름을 압축기로 흡입되는 하나의 흐름과 이젝터의 냉매 흡입 포트로 흡입되는 다른 하나의 흐름으로 분리한다.

상기 기액 분리기와 압축기 사이에는 제1 증발기가 배치되고, 상기 기액 분리기와 상기 이젝터의 냉매 흡입 포트 사이에는 스로틀(throttle) 장치와 제2 증발기가 배치된다. 상기 두 증발기는 냉매에 대하여 흡열 작용을 갖는다. 이때, 상기 스로틀 장치에 의한 감압 작용은 제1 증발기의 냉매 증발압력에 비해 제2 증발기의 냉매 증발압력(냉매 증발온도)을 저하하고, 이에 따라 냉매는 두 증발기에서 다른 온도 범위로 증발될 수 있다.

일본 특개평 3-291465호 공보에 제안된 냉동사이클 장치가 실제 작동할 경우, 상기 제2 증발기는 냉동능력을 발휘하지 않는 상태에서 작동할 수 있다. 본 발명자는 이러한 문제의 원인에 대하여 조사한바, 상기 문제는 제2 증발기의 상류측에 스로틀 장치가 배치됨으로 인한 것으로 판명하였다. 이 이유는 스로틀 장치에 의한 냉매의 감압 및 팽창이 냉매의 운동 에너지의 손실을 초래하여 감압 및 팽창 후의 냉매 동압이 감압 및 팽창 전의 냉매의 동압에 비하여 저하하기 때문이다.

즉, 상기 감압 및 팽창 후의 냉매의 동압이 저하할 경우, 상기 이젝터의 출구에서의 동압은 스로틀 장치의 하류측 냉매에 작용할 수 없게 된다. 그 결과, 상기 스로틀 장치의 출구측 냉매의 정압과 상기 이젝터의 냉매 흡입 포트에서의 냉매의 정압 간의 압력차는 상기 스로틀 장치의 하류측 냉매를 상기 제2 증발기로 흐르도록 해야만 한다.

일본 특개평 3-291465호 공보에 제안된 냉동사이클 장치에서와 같이, 상기 기액 분리기가 상기 스로틀 장치의 상류측에 배치되는 경우, 그 기액 분리기에서 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리할 때에도 냉매의 운동 에너지가 손실되어 감압 및 팽창 후의 냉매의 동압은 작아지게 된다. 그러므로 상기 스로틀 장치의 출구측 냉매의 정압과 상기 이젝터의 냉매 흡입 포트에서의 냉매의 정압 간의 압력차만의 작용에 의해 상기 스로틀 장치의 하류측 냉매를 상기 제2 증발기로 흐르도록 할 필요가 있다.

그러므로 일본 특개평 3-291465호 공보에 제안된 냉동사이클 장치를 작동시 키더라도, 상기 제2 증발기의 입구와 출구 사이에서 압력 손실이 상기 스로틀 장치의 출구측 냉매의 정압과 상기 이젝터의 냉매흡입 포트에서의 냉매의 정압 사이의 압력차보다 클 경우, 상기 냉매는 제2 증발기로 흐르지 않게 된다. 그 결과, 상기 제2 증발기는 냉동 능력을 발휘할 수 없게 된다.

본 발명은 전술한 문제를 감안하여 이젝터의 하류측에서 분기되는 냉매가 이젝터의 냉매 흡입 포트로 흡입되도록 흐르는 증발기에서 냉동능력을 적절히 얻을 수 있는 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 냉동사이클 장치의 작동 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 제1 관점에 따른 냉동사이클 장치는, 냉매를 압축하고 토출하기 위한 압축기; 상기 압축기로부터 토출된 고온고압 냉매를 냉각하기 위한 라디에이터; 상기 라디에이터의 하류측 냉매를 감압 및 팽창하기 위한 노즐부 및 상기 노즐부로부터 고속으로 분사되는 냉매 흐름에 의해 냉매가 흡입되는 냉매 흡입 포트를 포함하는 이젝터; 상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 흐름을 제1 냉매 흐름과 제2 냉매 흐름으로 분기하기 위한 분기부; 상기 분기부에 의해 분기된 제1 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 상기 압축기의 흡입측으로 흐르도록 하기 위한 제1 증발기; 및 상기 분기부에 의해 분기된 제2 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 상기 냉매 흡입 포트의 상류측으로 흐르도록 하기 위한 제2 증발기를 포함한다.

상기 냉동사이클 장치에서, 상기 분기부는 상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압을 유지하도록 배치될 수 있고, 상기 제2 증발기는 상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압이 그 제2 증발기의 내측에 작용하는 범위에서 상기 분기부에 연결된다, 이는 정압들 간의 압력차만으로 냉매가 제2 증발기로 흐르도록 하는 경우와 비교해서 제2 증발기로 냉매가 확실하게 흐르도록 한다. 그 결과, 상기 이젝터의 냉매 흡입 포트에 연결되는 제2 증발기는 적절한 냉동 능력을 발휘할 수 있다.

상기 압축기의 흡입측은 제1 증발기의 하류측에 연결되어 상기 압축기의 동작은 냉매가 제1 증발기로 확실하게 흐르도록 한다. 그러므로 상기 제1 증발기도 적절한 냉동 능력을 발휘할 수 있다. 그 결과, 냉동사이클 장치에서의 전체 사이클의 냉동 능력은 향상될 수 있다.

여기에서 사용된 "동압이 유지된다."라는 표현은 동압의 존재가 유지되며, 동압이 전혀 저하하지 않는 상태를 포함하는 것을 의미한다. 즉, 상기 표현은 상기 분기부 또는 상기 분기부를 구성하는 파이프를 통해 냉매가 흐를 때의 압력 손실로 인하여 동압이 약간 감소하는 상태도 포함한다.

본 발명의 제2 관점에 따르면, 상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압이 상기 제2 증발기의 내측에 작용하도록 상기 분기부와 상기 제2 증발기 사이에 스로틀링없이 상기 분기부와 상기 제2 증발기가 연결된다. 따라서, 상기 이젝터의 출구에서의 동압은 제2 증발기의 내측으로 쉽게 작용할 수 있다.

본 발명의 제3 관점에 따르면, 상기 이젝터는 상기 노즐부로부터 분사된 냉매와 상기 냉매 흡입 포트로부터 흡입된 냉매가 혼합되고, 상기 혼합된 냉매가 승압되는 디퓨저부를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 냉매 흡입 포트로 흡입되는 냉매의 목표 유량에서 다음의 관계, 즉 (Ps1 - Ps4) + Pv1 ≥ (Ps1 - Ps2) + (Ps2 - Ps3) + (Ps3 - Ps4) + Pv2의 관계(여기에서, Ps1은 상기 디퓨저부의 출구에서의 냉매의 정압이고, Pv1은 상기 디퓨저부의 출구에서의 냉매의 동압이고, Ps2는 상기 제2 증발기의 입구에서의 냉매의 정압이고, Pv2는 상기 제2 증발기의 입구에서의 냉매의 동압이고, Ps3는 상기 제2 증발기의 출구에서의 냉매의 정압이며, Ps4는 상기 냉매 흡입 포트에서의 냉매의 정압)를 만족하도록 상기 분기부는 상기 이젝터와 상기 제2 증발기에 연결된다. 이 경우, 상기 목표 유량은 제2 증발기를 통과한 후 이젝터의 냉매 흡입 포트로 흡입될 수 있다.

예로서, 상기 분기부로부터 상기 제2 증발기의 입구까지의 냉매 유로에 냉매를 감압 및 팽창하기 위한 스로틀 장치가 제공될 수 있다. 따라서, 상기한 관계는 상기 스로틀 장치를 이용하여 용이하게 설정될 수 있다.

상기 제2 증발기는 냉매 흐름에 직렬로 연결되는 복수의 증발부를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 냉매를 감압 및 팽창하기 위한 스로틀 장치가 상기 증발부 사이에 위치될 수 있다.

전술한 어떠한 냉동 사이클 장치에서, 냉매가 도입되기 위한 도입 파이프, 상기 제1 증발기로 냉매를 흐르도록 하기 위한 제1 도출 파이프, 및 상기 제2 증발기로 냉매를 흐르도록 하기 위한 제2 도출 파이프를 포함하는 냉매분배유닛이 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 분기부는 상기 냉매분배유닛의 내측에 위치될 수 있고, 상기 도입 파이프에서의 냉매의 흐름 방향은 상기 제2 도출 파이프에서의 냉매의 유출 방향과 실질적으로 동일하게 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 도출 파이프에서의 냉매의 유출 방향과 상기 제2 도출 파이프에서의 냉매의 유출 방향은 상기 도입 파이프에서의 냉매의 유입 방향에 대하여 각각 소정 방향으로 지향하고, 예각으로 교차할 수 있다.

본 발명의 제4 관점에 따르면, 냉동사이클 장치의 작동 방법은 압축기로부터의 냉매를 압축하고 토출하는 단계; 라디에이터를 이용하여 상기 압축기로부터 토출된 고온고압 냉매를 냉각하는 단계; 이젝터의 노즐부에서 상기 라디에이터의 하류측 냉매를 감압 및 팽창하고, 상기 노즐부로부터 고속으로 분사되는 냉매 흐름에 의하여 상기 이젝터의 냉매 흡입 포트를 통해 냉매를 흡입하는 단계; 상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 흐름을 적어도 제1 냉매 흐름과 제2 냉매 흐름으로 분기시키는 단계; 상기 제1 증발기에서 상기 분기부에 의해 분기된 제1 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 상기 압축기의 흡입측으로 흐르도록 하는 단계; 및 상기 제2 증발기에서 상기 분기부에 의해 분기된 제2 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 상기 냉매 흡입 포트의 상류측으로 흐르도록 하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 제1 냉매 흐름과 제2 냉매 흐름을 분기하는 단계는, 상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압을 유지하고, 상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압이 상기 제2 증발기의 내측에 작용하도록 실행된다. 그 결과, 상기 이젝터의 냉매 흡입 포트에 연결되는 제2 증발기는 적절한 냉동 능력을 발휘할 수 있다.

본 발명은 이젝터의 하류측에서 분기되는 냉매가 이젝터의 냉매 흡입 포트로 흡입되도록 흐르는 증발기에서 냉동 능력을 적절히 얻을 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

(제1 실시예)

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예를 설명한다. 냉동사이클 장치는 냉매가 순환하는 냉동 사이클을 포함한다. 상기 냉동 사이클에서, 압축기(11)는 냉매를 흡입, 압축한 다음 토출하도록 배치된다. 상기 압축기(11)는 예를 들면 풀리 및 벨트를 통해 차량 주행 동안 엔진으로부터 전달되는 구동력에 의해 회전 구동된다.

상기 압축기(11)로서는 토출 용량의 변화에 따라 냉매토출능력이 조정될 수 있는 가변용량형 압축기 또는 전자 클러치의 단속에 의해 압축기의 작동 효율을 변화시킴으로써 냉매 토출 능력이 조절되는 고정용량형 압축기 중 어느 하나가 사용될 수 있다.

상기 압축기(11)의 냉매 토출측에는 라디에이터(12)가 연결된다. 상기 라디에이터(12)는 압축기(11)로부터 토출된 고압 냉매와 냉각팬(미도시)에 의해 송풍되는 외부 공기(즉, 차량객실 외측공기) 간을 열교환하여 상기 고압 냉매로부터 열을 방출하기 위한 방열용 열교환기이다.

제1 실시예의 냉동사이클 장치는 냉매로서 프레온계 냉매를 이용하고, 고압측 냉매 압력이 냉매의 임계 압력을 초과하지 않는 아임계 사이클을 구성한다. 이 경우, 상기 라디에이터(12)는 냉매를 응축하기 위한 응축기로서 작용한다. 상기 라디에이터(12)의 출구측에는 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리한 다음, 냉동사이클에서 초과하는 액상 냉매를 저장하기 위한 수액기(liquid receiver)(미도시)가 제공된다. 상기 액상 냉매는 상기 수액기로부터 냉동 사이클의 하류측으로 흐르도록 안내된다.

상기 라디에이터(12)는 냉매 흐름의 하류측에 배치되는 응축용 열교환부, 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리하도록 상기 응축용 열교환부로부터 도입된 냉매를 제공받기 위한 수액기 및 상기 수액기로부터의 포화 액상 냉매를 과냉각하기 위한 다른 열교환부를 포함하는 소위 서브-쿨 타입 응축기가 이용될 수 있다.

상기 라디에이터(12)의 하류측에는 내부 열교환기(13)의 고압측 냉매 유로(13a)가 연결된다. 상기 내부 열교환기(13)는 상기 고압측 냉매 유로(13a)를 통해 흐르는 냉매를 냉각시키기 위하여 그 고압측 냉매 유로(13a)를 통해 흐르는 라디에이터(12)의 출구측 냉매와 저압측 냉매 유로(13b)를 통해 흐르는 압축기(11)의 흡입측 냉매 간의 열을 열교환시킨다. 이는 후술할 제1 및 제2 증발기(17, 18) 각각의 냉매입구와 냉매출구 사이의 냉매의 엔탈피 차이(냉동 능력)를 증대시킬 수 있다.

상기 내부 열교환기(13)에는 다양한 구체적인 구성이 채용될 수 있다. 구체적으로, 상기 내부 열교환기(13)는 고압측 냉매 유로(13a)와 저압측 냉매 유로(13b)를 형성하기 위한 냉매 파이프가 그들 사이에서 열교환을 실행하도록 서로 용접되어 연결되는 구성 또는 저압측 냉매 유로(13b)가 고압측 냉매 유로(13a)를 형성하는 외측 파이프 내측에 배치되는 2중 파이프 타입 열교환기의 구성으로 이루어질 수 있다.

상기 내부 열교환기(13)의 고압측 냉매 유로(13a)의 출구측에는 팽창 밸브(14)가 연결된다. 상기 팽창 밸브(14)는 고압 액상 냉매를 중간 압력으로 감압하기 위한 감압 수단이며, 또한 그의 하류로 즉, 후술하는 이젝터(15)의 노즐부(15a)로 흘러나오는 냉매의 유량을 조절하기 위한 유량 조절 수단이다. 그러므로 상기 팽창 밸브(14)는 노즐부(15a)로 흐르는 냉매의 유량을 조절하기 위한 유량 조절 수단으로서 제공된다.

예를 들면, 상기 팽창 밸브(14)로서 공지의 열팽창 밸브가 채용될 수 있다. 상기 열팽창 밸브는 제1 증발기(17)의 하류측에 배치되는 온도감지부(14a)를 구비한다. 상기 팽창 밸브(14)는 제1 증발기(17)의 하류측 냉매의 온도 및 압력에 의거하여 상기 제1 증발기(17)의 하류측 냉매의 과열도를 감지하고, 상기 제1 증발기(17)의 하류측 냉매의 과열도가 미리 설정된 소정 값으로 되도록 상기 밸브의 개방도(냉매 유량)를 조절한다.

상기 이젝터(15)는 상기 팽창 밸브(14)의 하류측에 연결된다. 상기 이젝터(15)는 냉매를 감압하기 위한 감압 수단으로서 이용되고, 고속으로 분사되는 냉매 흐름의 흡입 작용에 의하여 냉매를 순환시키기 위한 냉매 순환 수단으로서도 이용된다.

구체적으로, 상기 이젝터(15)는 상기 팽창 밸브(14)로부터 흐른 중간압력의 냉매를 더 감압하기 위하여 감소된 단면의 냉매 통로를 구비하는 노즐부(15a) 및 후술할 제2 증발기로부터 흐르는 냉매를 흡입하기 위하여 상기 노즐부(15a)의 냉매 분사 포트와 연통하게 제공되는 냉매 흡입 포트(15b)를 포함한다.

상기 노즐부(15a)로부터 분사된 고속 냉매 흐름과 상기 냉매 흡입 포트(15b)로부터 흡입된 흡입 냉매를 혼합하기 위하여 상기 노즐부(15a)와 상기 냉매 흡입 포트(15b)로부터 냉매 흐름의 하류측에 혼합부(15c)가 제공된다. 상기 혼합부(15c)의 냉매 흐름의 하류측에는 압력 증강부(압력 승압부)로서 작용하는 디퓨저부(15d)가 제공된다.

상기 디퓨저부(15d)는 냉매의 통로 면적이 점착 증가하는 형태로 형성되고, 냉매 압력을 증가시키도록 냉매 흐름 속도를 감소시키는 작용, 즉 냉매의 속도에너지를 냉매의 압력 에너지로 전환하는 작용을 갖는다.

상기 이젝터(15)의 냉매 흐름을 분기시키기 위한 냉매분배유닛(16)은 이젝터(15)의 디퓨저부(15d)의 출구 하류측에 연결된다. 이하, 상기 냉매분배유닛(16)을 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 상기 냉매분배유닛(16)의 도입 파이프(16a)의 축방향 단면도이다.

상기 냉매분배유닛(16)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 직경이 다르며, 서로 연결되는 실질적인 선형 파이프들을 포함하는 T형 3방향 조인트 구성체이다. 상기 냉매분배유닛(16)은 이젝터(15)로부터 냉매가 도입되도록 하는 도입 파이프(16a), 냉매를 제1 증발기(17)로 흐르도록 하는 제1 도출 파이프(16b) 및 냉매를 제2 증발기(18)로 흐르도록 하는 제2 도출 파이프(16c)를 포함한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 도입 파이프(16a)와 상기 제2 도출 파이 프(16c)는 그 도입 파이프(16a)에서의 냉매의 흐름 방향(즉, 화살표 A 방향)이 실질적으로 상기 제2 도출 파이프(16c)에서의 냉매의 유출 방향(즉, 화살표 C 방향)과 동일 축에 있도록 서로 연결된다.

상기 제1 도출 파이프(16B)에서의 냉매의 유출 방향(즉, 화살표 B 방향)은 화살표 A 및 C의 방향에 실질적으로 직교하게 지향된다. 그러므로 상기 도입 파이프(16a)로 흐르는 냉매는 상기 냉매분배유닛(16) 내에 형성되는 분기부(Z)에 의하여 상기 제1 도출 파이프(16b)와 상기 제2 도출 파이프(16c) 사이의 연결부에서 분기된다.

상기 도입 파이프(16a)로 흐르는 냉매의 흐름 방향(화살표 A 방향)이 상기 제2 도출 파이프(16c)로부터 흐르는 냉매의 흐름 방향(화살표 C 방향)과 실질적으로 동일하기 때문에, 상기 도입 파이프(16a)를 통해 흐르는 냉매는 흐름 속도가 불필요하게 감소하지 않고 상기 제2 도출 파이프(16c)로 흐른다. 따라서, 상기 냉매 흐름이 냉매분배유닛(16)의 분기부(Z)에서 분기될 때, 상기 이젝터(15)의 디퓨저부(15d)로부터 흐르는 냉매의 동압(dynamic pressure)은 유지될 수 있다.

상기 제1 도출 파이프(16b)의 파이프 직경(φd1)과 상기 제2 도출 파이프(16c)의 파이프 직경(φd2)을 적절한 값으로 설정함으로써, 상기 제1 증발기(17)로 흐르는 냉매 유량과 상기 제2 증발기(18)로 흐르는 냉매 유량의 유량비를 적절히 조절할 수 있다. 그러므로 상기 제1 증발기(17) 및 제2 증발기(18)에는 적절한 유량의 냉매가 공급될 수 있다.

상기 냉매분배유닛(16)은 납땜(brazing) 또는 용접(welding) 등의 연결 방법 을 이용하여 다른 직경을 갖는 금속 파이프를 연결함으로써 용이하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 냉매분배유닛을 형성하도록 수지 파이프가 연결될 수 있다. 또한, 사각 평행 육면체 형태를 갖는 금속 블록 또는 수지 블록을 이용하여 복수의 냉매 통로를 형성할 수도 있다.

도 1은 상기 냉매분배유닛(16)과 제2 증발기(18)가 파이프를 통해 서로 연결되는 제1 실시예의 사이클 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 그러나 상기 이젝터(15)의 디퓨저부(15d), 상기 냉매분배유닛(16), 상기 제2 증발기(17) 및 상기 제2 증발기(18)는 서로 직접적으로 연결되거나, 짧은 파이프를 통해 서로 근접하여 연결될 수 있다. 이러한 연결 구성은 냉매 흐름이 분기될 때, 이젝터(15)로부터 흐르는 냉매의 동압을 한층 더 유지할 수 있다.

상기 제1 도출 파이프(16b)에 연결되는 제1 증발기(17)는 상기 냉매분배유닛(16)에 의하여 분기된 하나의 냉매 흐름과 상기 송풍팬(미도시)에 의하여 송풍되는 공기 간의 열을 열교환하는 흡열용 열교환기이다. 따라서, 상기 제1 증발기(17)에서 저압 냉매는 증발되고, 이에 따라 흡열 작용을 발휘한다. 상기 제1 증발기(17)의 출구측은 전술한 바와 같이 내부 열교환기(13)의 저압측 냉매 유로(13b)의 입구측에 연결되고, 상기 저압측 냉매 유로(13b)의 출구측은 압축기(11)의 냉매 흡입측에 연결된다.

즉, 상기 제1 증발기(17)는 압축기, 라디에이터, 감압유닛, 및 증발기가 환형으로 연결되는 통상의 증기압축식 냉동사이클 장치에서 감압유닛에 직렬로 연결되는 증발기에 대응한다. 제1 실시예에서, 상기 제1 증발기(17)는 감압유닛으로서 작용하도록 상기 이젝터(15)에 직렬로 연결된다.

상기 제2 도출 파이프(16c)에 연결되는 제2 증발기(18)는 상기 냉매분배유닛(16)에 의하여 분기된 다른 하나의 냉매 흐름과 송풍팬(미도시)에 의해 송풍되는 공기 간의 열을 열교환하는 흡열용 열교환기이다. 따라서, 상기 제2 증발기(18)에서 저압측 냉매는 증발되고, 이에 따라 흡열 작용을 발휘한다. 상기 제2 증발기(18)의 출구측은 전술한 바와 같이 상기 이젝터(15)의 냉매 흡입 포트(15b)에 연결된다.

이하, 도 3을 참조하여 제1 실시예에 따른 전술한 구성을 갖는 냉동사이클 장치(10)의 동작을 설명한다. 도 3은 제1 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서의 냉매 상태를 개략적으로 나타낸 몰리에르 선도이다.

제1 실시예에서, 압축기(11)가 차량 엔진에 의해 구동될 경우, 상기 압축기(11)는 고온고압 기상 냉매를 흡입하고, 압축한 다음 토출한다. 상기 압축기(11)로부터 토출된 냉매의 상태는 도 3에서 지점 "a"에 대응한다. 상기 압축기(11)로부터 토출된 고온고압 기상 냉매는 라디에이터(12)로 흐르고, 송풍 팬으로부터 송풍된 송풍 공기(외부 공기)와 열교환하여 열은 라디에이터로부터 방열된다(도 3에서 지점 "a"로부터 지점 "b"로의 변화에 대응한다).

상기 라디에이터(12)로부터 흐르는 냉매는 내부 열교환기(13)의 고압측 냉매 유로(13a)로 흘러 저압측 냉매 유로(13b)를 통과하여 상기 압축기(11)로 흡입되는 냉매와 열교환 한 다음, 과냉각 상태로 냉각된다(도 3에서 지점"b"로부터 지점 "c"로의 변화에 대응한다).

상기 고압측 냉매 유로(13a)로부터 흘러나온 냉매는 팽창 밸브(14)로 흘러 기액 2상 상태로 되도록 중간 압력으로 감압된다(도 3에서 지점 "c"로부터 지점 "d"로의 변화에 대응한다). 상기 기액 2상 냉매는 이젝터(15)의 노즐부(15a)로 흐른다. 상기 이젝터(15)의 노즐부(15a)로 흐르는 냉매는 등엔트로피적으로 감압 및 팽창된다(도 3에서 지점 "d"로부터 지점 "e"로의 변화에 대응한다).

상기 이젝터(15)의 노즐부(15a)에서 감압 및 팽창될 때, 상기 냉매의 압력 에너지는 속도 에너지로 전환되고, 이에 따라 냉매는 상기 노즐부(15a)의 냉매분사 포트로부터 고속으로 분사된다. 상기 노즐부(15a)로부터 분사된 냉매의 제트 흐름에 의하여 상기 제2 증발기(18)를 통해 흐르는 냉매는 냉매 흡입 포트(15b)로부터 흡입된다.

상기 노즐부(15a)로부터 분사된 냉매는 상기 이젝터(15)의 혼합부(15c)에서 냉매 흡입 포트(15b)로부터 흡입된 냉매와 혼합된 다음(도 3에서 지점 "e"로부터 지점 "f"로의 변화에 대응한다), 디퓨저부(15d)로 흐른다. 상기 디퓨저부(15d)는 통로 면적이 확장됨으로써 냉매의 속도 에너지를 압력 에너지로 전환하고, 이에 따라 냉매의 압력을 증가시킨다(도 3에서 지점 "f"로부터 지점 "g"로의 변화에 대응한다).

상기 디퓨저부(15d)로부터 흘러나온 냉매는 상기 냉매분배유닛(16)의 내측의 분기부(Z)에 의해 분기된다. 상기 냉매분배유닛(16)의 분기부(Z)에서 분기된 하나의 냉매 흐름은 제1 도출 파이프(16b)를 통해 제1 증발기(17)로 흐르고, 송풍 팬으로부터의 송풍 공기로부터 열을 흡열하여 증발된다. 이때, 상기 냉매의 압력은 상 기 제1 증발기(17)에서의 압력 손실로 인하여 점차 감소한다(도 3에서 지점 "g"로부터 지점 "h"로의 변화에 대응한다).

상기 제1 증발기(17)로부터 흐르는 냉매는 내부 열교환기(13)의 저압측 냉매유로(13b)로 흘러 고압측 냉매 유로(13a)를 통해 흐르는 냉매와 열교환 한 다음, 가열된다(도 3에서 지점 "h"로부터 지점 "i"로의 변화에 대응한다). 상기 내부 열교환기(13)의 저압측 냉매 유로(13b)에서 가열된 냉매는 압축기(11)로 흡입되고, 이후 다시 압축된다(도 3에서 지점 "i"로부터 지점 "a"로의 변화에 대응한다).

상기 분기부(Z)에 의해 분기된 다른 하나의 냉매 흐름은 제2 도출 파이프(16c)를 통해 제2 증발기(18)로 흐르고, 송풍 팬으로부터의 송풍 공기로부터 열을 흡열하여 증발된다. 이때, 상기 냉매 압력은 제2 증발기(18)에서의 압력 손실과 상기 이젝터(15)의 흡입 작용으로 인하여 점차 감소한다(도 3에서 지점 "g"로부터 지점 "j"로의 변화에 대응한다). 상기 제2 증발기(18)로부터 흐르는 냉매는 이젝터(15)의 냉매 흡입 포트(15b)로 흡입된다(도 3에서 지점 "j"로부터 지점 "f"로의 변화에 대응한다).

전술한 바와 같이, 본 실시시예에서, 냉매 흐름은 디퓨저부(15d)의 출구측에 배치되는 냉매분배유닛(16)에 의하여 분기되어 제1 증발기(17)와 제2 증발기(18)로 흐른다. 그러므로 상기 제1 증발기(17)와 제2 증발기(18)는 그를 통과하는 냉각 공기에 대한 냉각 동작을 동시에 실행할 수 있다.

제1 실시예에서, 상기 냉동사이클 장치(10)는 냉매분배유닛(16)의 분기부(Z)에서 냉매가 분기되고, 이젝터(15)로부터 흐르는 냉매의 동압이 유지될 수 있도록 하는 것을 포함한다. 따라서, 상기 제2 증발기(18)의 내측에 동압을 작용시킬 수 있다.

상기 냉매는 냉매분기유닛(16)에 의하여 분기되고, 이에 따라 상기 디퓨저부(15d)로부터 흐르는 냉매의 동압은 유지되고, 이후 상기 동압은 제2 증발기(18)의 내측으로 작용한다. 다시 말해서, 상기 제2 도출 파이프(16c)는 스로틀 장치 없이 제2 증발기(18)에 연결되어 동압은 제2 증발기(18)의 내측으로 직접 작용할 수 있다.

따라서, 상기 제2 증발기(18)로 냉매가 흐를 경우, 상기 디퓨저부(15d)의 하류측에서의 냉매의 정압과 상기 냉매 흡입 포트(15b)에서의 냉매의 정압 간의 압력차뿐만 아니라, 상기 디퓨저부(15d)의 하류측에서의 냉매의 동압이 상기 제2 증발기(18)로 작용할 수 있다. 이러한 방식으로, 냉매는 제2 증발기(18)로 확실하게 흐를 수 있다.

상기 압축기(11)의 냉매흡입측이 제1 증발기(17)의 하류측에 연결되기 때문에, 상기 압축기(11)의 냉매흡입작용은 냉매가 제1 증발기(17)로 확실하게 흐르도록 한다. 따라서, 두 증발기(17, 18)는 적절한 냉동 능력을 발휘할 수 있고, 이에 따라 전체 냉동사이클에서의 냉동 능력은 향상된다.

또한, 상기 압축기(11)의 냉매흡입측이 상기 제1 증발기(17)의 하류측에 연결되기 때문에, 상기 이젝터(15)의 디퓨저부(15d)에 의해 상승하는 압력을 갖는 냉매는 압축기(11)로 흡입될 수 있다. 이는 압축기(11)의 냉매흡입압력을 증가시키고, 이에 따라 압축기(11)의 구동 동력을 감소시킨다. 그 결과, 사이클 효율(COP) 은 향상될 수 있다.

상기 이젝터(15)의 노즐부(15a)로 흐르는 냉매의 유량은 유량조절수단으로서 제공되는 팽창 밸브(14)에 의해 조절된다. 상기 제2 증발기(18)로 흐르는 냉매의 유량에 대한 상기 제1 증발기(17)로 흐르는 냉매의 유량의 비율은 제1 도출 파이프(16b)의 파이프 직경(φd1)과 상기 제2 도출 파이프(16c)의 파이프 직경(φd2)에 의해 조절된다. 따라서, 전체 사이클에서 냉매 순환의 유량을 간단한 사이클 구성으로 조절할 수 있고, 상기 제1 및 제2 증발기(17, 18) 모두로 냉매를 적절히 분배할 수 있다.

상기 이젝터(15)의 디퓨저부(15d)의 출구와 냉매 흡입 포트(15b)를 통해 상기 이젝터(15), 상기 냉매분배유닛(16) 및 상기 제2 증발기(18)를 포함하는 흡입측 냉매회로가 형성된다. 상기 흡입측 냉매회로는 상기 이젝터(15)의 디퓨저부(15d)의 출구에서의 냉매 흐름의 동압을 적어도 제2 증발기(18)의 입구까지 작용시킨다. 본 실시예에서, 상기 냉매분배유닛(16)은 이젝터(15)의 디퓨저부(15d)의 출구에서의 냉매의 동압이 상기 제2 증발기(18)의 내측에 작용하도록 형성된다.

상기 이젝터(15)의 출구측 유로는 냉매의 압력을 급격히 감소시키기 위한 스로틀 장치 없이 그의 입구로부터 떨어진 제2 증발기(18)의 상류측에 제공된다. 그 결과, 상기 냉매 압력은 제2 증발기(18)로 흘러들어가기 전에 급격히 감소하지 않는다. 상기 이젝터(15)의 출구측 유로는 냉매가 흐르도록 하고, 냉매의 압력 변화를 감소시키도록 구성된다. 어떤 경우에서, 상기 압력은 냉매의 유속 변화로 서서히 회복된다.

상기 동압에 의해 상기 제2 증발기(18)로 흐르는 냉매는 스로틀 장치의 이용 없이 냉매의 흐름 방향에 따라 연장하는 냉매 유로 일부의 소정 범위에서 상기 제2 증발기(18) 내측의 유로 일부분에 의해 압력은 점차 감소할 수 있다. 여기에서, 상기 냉매 유로 일부분은 제2 증발기(18)에서 실질적으로 열교환하기 위한 일부분이다. 상기 냉매 압력은 적어도 상기 소정 범위에 걸쳐 점차 감소할 수 있다. 또한, 상기 냉매 압력은 상기 소정 범위를 포함하는 넓은 범위에 걸쳐 점차 감소할 수도 있다.

제1 실시예에서, 상기 냉매 압력은 상기 제2 증발기(18)의 입구로부터 출구, 즉 상기 이젝터(15)의 냉매 흡입 포트까지의 전체 범위에 걸쳐 연속적으로 감소한다. 상기 냉매 압력이 점차 감소하는 상기 소정 범위는 제2 증발기(18)의 입구 근방으로 설정될 수 있다. 또한, 상기 냉매 압력이 점차 감소하는 상기 소정 범위는 상기 제2 증발기(18)의 입구에서의 동압에 따라 제2 증발기(18)의 입구 직후에 위치될 수 있다.

상기 제2 증발기(18)에서 냉매 압력을 급격히 감소하기 위한 부위를 하나 이상 설정함으로써 상기 제2 증발기(18)의 내측은 복수의 영역으로 분할될 수 있고, 가장 상류측 영역은 상기 소정 범위로서 설정될 수 있다.

상기한 흡입측 냉매회로는 냉매분배유닛(16)을 포함한다. 그러므로 상기 흡입측 냉매회로는 디퓨저부(15d)와 냉매분배유닛(16) 사이에 제1 파이프 및 상기 냉매분배유닛(16)과 제2 증발기(16) 사이에 제2 파이프를 포함할 수 있다. 상기 흡입측 냉매회로는 제1 파이프 및 제2 파이프 중 하나 또는 모두를 포함하지 않고 적어 도 두 개의 디퓨저부(15d), 상기 냉매분배유닛(16) 및 제2 증발기(18)를 직접적으로 연결함으로써 구성될 수 있다.

상기 흡입측 냉매회로는 이젝터(15)의 디퓨저부(15d)의 출구측에서의 냉매 흐름의 동압에 의해 냉매가 제2 증발기(18)의 적어도 입구 및 제2 증발기(18)의 내측에 도달하도록 길이, 두께, 단면 형상 및/또는 흐름 방향에 따른 만곡 형상을 갖도록 설정될 수 있다. 상기 흡입측 냉매회로는 상기 디퓨저부(15d)의 적어도 일부분을 포함하도록 구성될 수 있다.

(제2 실시예)

전술한 제1 실시예에서는 T형 조인트 구성을 갖는 냉매분배유닛(16)이 채용된다. 제2 실시예의 냉동사이클 장치(10)는 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 Y형 3방향 조인트 구성을 갖는 냉매분배유닛(20)을 채용한다. 냉동사이클 장치(10)에서 다른 구성요소들의 구성은 제1 실시예의 구성요소들의 구성과 동일할 수 있다. 도 4는 제2 실시예의 냉동사이클 장치(10)를 나타낸 개략도이다. 도 5는 냉매분배유닛(20)의 도입 파이프(20a)의 축방향 단면도이다.

상기 냉매분배유닛(20)은 도 5에 나타낸 바와 같이 냉매가 도입되는 도입 파이프(20a), 냉매를 제1 증발기(17)로 흐르도록 하는 제1 도출 파이프(20b) 및 냉매를 제2 증발기(18)로 흐르도록 하는 제2 도출 파이프(20c)를 포함한다.

구체적으로, 상기 도입 파이프(20a)와 상기 제1 및 제2 도출 파이프(20b, 20c)는 다음의 방식으로 서로 연결된다. 즉, 상기 제1 도출 파이프(20b)에서의 냉매의 유출 방향(즉, 도 5에서 화살표 B 방향) 및 상기 제2 도출 파이프(20c)에서의 냉매의 유출 방향(즉, 도 5에서 화살표 C 방향)은 상기 도입 파이프(20a)에서의 냉매의 도입 방향(즉, 도 5에서 화살표 A 방향)에 대하여 소정 방향으로 각각 지향된다. 또한, 이들 유출 방향(B, C)은 예각으로 교차하도록 지향된다.

그러므로 상기 도입 파이프(20a)로 흐르는 냉매는 상기 냉매분배유닛(20) 내측의 제1 및 제2 도출 파이프(20b, 20c) 간의 연결부에 형성되는 분기부(Z)에 의해 분기되고, 이후 상기 제1 도출 파이프(20b)와 상기 제2 도출 파이프(20c)로부터 흘러나온다.

이때, 상기 제1 도출 파이프(20b)로부터 흐르는 냉매의 흐름 방향(화살표 B 방향) 및 상기 제2 도출 파이프(20c)로부터 흐르는 냉매의 흐름 방향(화살표 C 방향)은 예각으로 교차하도록 연결된다. 그러므로 상기 도입 파이프(20a)로부터 흐르는 냉매는 불필요하게 유속을 저하되지 않고 상기 제1 및 제2 도출 파이프(20b, 20c)로부터 흐른다. 이와 같이 상기 이젝터(15)의 디퓨저부(15d)로부터 흐르는 냉매의 동압은 상기 냉매분배유닛(20)의 분기부(Z)에서 냉매 흐름이 분기되더라도 유지될 수 있다.

도 4는 제2 실시예의 사이클 구성을 개략적으로 나타낸 것이지만, 상기 이젝터(15)의 디퓨저부(15d), 상기 냉매분배유닛(20), 상기 제1 증발기(17) 및 상기 제2 증발기(18)는 서로 직접적으로 실제 연결되거나, 짧은 파이프를 통해 서로 근접하여 연결될 수 있다. 이러한 연결은 상기 이젝터(15)로부터 제1 증발기(17)와 제2 증발기(18)로 흐르는 냉매의 동압을 효과적으로 유지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 제1 도출 파이프(20b)에서의 냉매의 유출 방향(즉, 화살표 B 방향)과 상기 제2 도출 파이프(20c)에서의 냉매의 유출 방향(즉, 화살표 C 방향)은 상기 도입 파이프(20a)에서의 냉매의 유입 방향(즉, 화살표 A 방향)에 대하여 소정 방향으로 각각 지향된다. 그러므로 상기 제1 도출 파이프(20b)의 파이프 직경(φd1)과 상기 제2 도출 파이프(20c)의 파이프 직경(φd2)만을 조절함으로써, 상기 제2 증발기(18)로 흐르는 냉매 유량에 대한 상기 제1 증발기(17)로 흐르는 냉매 유량의 유량비를 용이하게 조절할 수 있다.

따라서, 제2 실시예는 상기한 제1 실시예와 동일한 방식으로 동작할 수 있고, 이에 따라 전술한 제1 실시예의 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(제3 실시예)

제3 실시예에서는 상기한 제1 실시예에서 제안된 냉매분배유닛(16)의 구성이 이용된다. 도 6의 전체 구성도에 나타낸 바와 같이, 제1 실시예의 냉동사이클 구성에 부가하여, 냉매를 감압하기 위한 스로틀 장치로서 제공되는 수렴 노즐(21)(테이퍼 노즐)이 냉매분배유닛(16)(구체적으로, 제2 도출 파이프(16c)와 제2 증발기(18) 사이에 제공된다. 도 6의 지점 D, E, F 및 G에서 냉매의 정압 및 동압이 다음의 식 F1을 갖도록 조절된다.

구체적으로, 상기 지점 D는 이젝터(15)의 디퓨저부(15d)의 출구이고, 상기 지점 D에서의 냉매(즉, 디퓨저부(15d)의 출구에서의 냉매)의 정압은 Ps1이며, 그의 동압은 Pv1이다. 상기 지점 E는 제2 증발기(18)의 입구이고, 그 지점 E에서의 냉매(즉, 제2 증발기(18)의 입구에서의 냉매)의 정압은 Ps2이며, 그의 동압은 Pv2이다. 상기 지점 F는 제2 증발기(18)의 출구이고, 그 지점 F에서의 냉매(즉, 제2 증 발기(18)의 출구에서의 냉매)의 정압은 Ps3이다. 상기 지점 G는 이젝터(15)의 냉매 흡입 포트(15b)이고, 그 지점 G에서의 냉매의 정압은 Ps4이다. 상기 냉매 흡입 포트(15b)로부터 흡입된 냉매의 목표 유량은 다음의 관계를 갖도록 조절될 수 있다.

(Ps1 - Ps4) + Pv1 ≥ (Ps1 - Ps2) + (Ps2 - Ps3) + (Ps3 - Ps4) + Pv2 ...... (F1)

상기 식 F1에서, "Ps1 - Ps4" 항은 이젝터(15)에 의한 압력증가량 Psej를 의미하고, "Ps1 - Ps2" 항은 디퓨저부(15d)로부터 제2 증발기(18)까지의 냉매 유로에서의 압력 손실을 의미한다. 즉, "Ps1 - Ps2" 항은 냉매분배유닛(16)에서의 압력 손실 및 상기 수렴 노즐(21)에서의 압력 감소량을 포함한다.

"Ps2 - Ps3" 항은 제2 증발기(18)의 냉매 입구와 냉매 출구 간의 압력 손실을 의미하고, "Ps3 - Ps4" 항은 제2 증발기(18)로부터 냉매 흡입 포트(15b)까지의 냉매 유로에 있어서의 압력 손실을 의미한다.

그러므로 상기 식 F1은 상기 이젝터(15)의 압력증가량(Psej)과 상기 디퓨저부(15d)의 출구에서의 냉매의 동압(Pv1)의 합계 값으로부터 상기 디퓨저부(15d)로부터 냉매 흡입 포트(15b)까지의 냉매 유로에서의 압력 손실의 합계 값을 감산하여 얻어진 값이 제2 증발기(18)의 입구에서의 냉매의 동압(Pv2) 이상인 것을 의미한다.

즉, 각 지점 D 내지 G에서의 냉매의 정압 및 동압은 식 F1으로 나타낸 관계를 갖도록 조절되어 상기 제2 증발기(18)의 입구에서의 냉매의 동압은 그 제2 증발기(18)로 냉매가 흐를 때 작용할 수 있다.

제3 실시예에서, 상기 냉매분배유닛(16)은 냉매 흐름을 분기하고, 냉매 흐름의 분기 동안 냉매의 유속을 불필요하게 감소시키지 않고 상기 이젝터(15)로부터의 냉매의 동압이 유지될 수 있도록 이용된다. 상기 냉매분배유닛(16)과 제2 증발기(18)가 서로 근접하게 위치되도록 배치하고, 상기 수렴 노즐(21)의 냉매 통로 면적을 적절히 조절함으로써 상기 각 지점 D 내지 G에서의 냉매의 정압 및 동압은 용이하게 조절될 수 있다.

제3 실시예에서, 상기 수렴 노즐(21)이 스로틀 장치로서 이용되지만, 라발 노즐(laval nozze)이 채용될 수도 있다. 대체로, 상기 라발 노즐은 가장 작은 통로 면적을 갖도록 냉매 통로의 도중에 위치되는 협소부(throat portion) 및 상기 협소부 이후에 점차 증가하는 내경을 갖는 넓은 단부(wide end portion)를 포함한다. 다른 구성요소들의 구성은 제1 실시예의 구성요소들과 동일하게 이루어질 수 있다.

이하, 전술한 구성을 갖는 제3 실시예의 냉동사이클 장치(10)의 동작을 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 제3 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서의 냉매의 상태를 개략적으로 나타낸 몰리에르 선도이다.

차량 엔진에 의해 압축기(11)가 구동할 경우, 분기부(Z)에 의해 분기된 후, 제1 도출 파이프(16b)로부터 제1 증발기(17)로 흐르는 냉매는 압축기(11), 라디에이터(12), 내부 열교환기(13), 팽창 밸브(15), 이젝터(15), 제1 증발기(17) 및 압축기(11)를 통해 순서대로 순환된다(도 7의 지점 "a"로부터 지점 "b", 지점 "c", 지점 "d", 지점 "e", 지점 "f", 지점 "g", 지점 "h", 지점 "i" 및 지점 "a"로의 변화에 대응한다). 따라서, 제1 증발기(17)에서 냉각 작용이 발휘된다.

상기 분기부(Z)에 의해 분기된 다른 하나의 냉매는 제2 도출 파이프(16c)로부터 흘러 수렴 노즐(21)에 의해 감압된다(도 7의 지점 "g"로부터 지점 "g1"으로의 변화에 대응한다). 이때, 본 실시예에서, 감압수단으로서 수렴 노즐(21)이 이용됨으로써, 감압 및 팽창 과정에서 냉매의 유속은 감소할 수 있다. 이는 상기 제2 증발기(18)의 입구측에서의 냉매의 동압이 감소하는 것을 어렵게 하고, 냉매를 등엔트로피적으로 감압 및 팽창시킬 수 있다.

상기 수렴 노즐(21)에 의해 감압 및 팽창된 냉매는 제2 증발기(18)로 흐르고, 송풍 팬으로부터의 송풍 공기로부터 열을 흡열한다(도 7의 지점 "g1"으로부터 지점 "j"으로의 변화에 대응한다). 그런 다음, 상기 냉매는 냉매 흡입 포트(15b)로부터 이젝터(15)로 흡입된다(도 7의 지점 "j"로부터 지점 "f"로의 변화에 대응한다).

전술한 바와 같이, 제3 실시예에서, 상기 각 지점 D 내지 G에서의 냉매의 정압 및 동압은 식 F1으로 나타낸 관계를 갖도록 조절될 수 있다. 따라서, 냉매가 제2 증발기(18)로 흐르는 경우, 상기 제2 증발기(18)의 입구에서의 냉매의 동압은 냉매가 제2 증발기(18)로 확실하게 흐르도록 작용할 수 있다. 그 결과, 제3 실시예는 제1 실시예의 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

상기 수렴 노즐(21)의 감압 작용은 제1 증발기(17)의 냉매 증발압력(즉, 냉매 증발온도)에 대하여 제2 증발기(18)의 냉매 증발압력(즉, 냉매 증발온도)을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 상기 냉매는 수렴 노즐(21)에 의해 등엔트로피적으로 감압 및 팽창되기 때문에, 상기 제2 증발기(18)의 입구와 출구 간의 엔탈피 차는 증대될 수 있어 제2 증발기(18)의 냉동 능력을 더 향상시킬 수 있다.

(제4 실시예)

전술한 제3 실시예에서, 수렴 노즐(21)은 냉매분배유닛(16)과 제2 증발기(18) 사이에 배치된다. 그러나. 제4 실시예에서는, 도 8의 전체 구성도에 나타낸 바와 같이, 냉매 흐름에 직렬로 연결되는 상류 증발부(18a)와 하류 증발부(18b)가 상기 제2 증발기(18)로서 채용되고, 상기한 제3 실시예에서의 수렴 노즐과 동일한 수렴 노즐(21)이 상기 두 증발부(18a, 18b) 사이에 배치된다.

도 8에서 지점 D, E, F 및 G에서의 냉매의 정압 및 동압은 전술한 제3 실시예의 식 F1으로 나타낸 관계를 갖도록 조절된다. 다른 구성요소들의 구성은 제3 실시예의 구성요소들과 동일하게 이루어질 수 있다.

이하, 전술한 도 8의 구성을 갖는 제4 실시예의 냉동사이클 장치(10)의 동작을 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 제4 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서의 냉매의 상태를 개략적으로 나타낸 몰리에르 선도이다.

차량 엔진에 의해 압축기(11)가 구동될 경우, 분기부(Z)에 의해 분기된 후 제1 도출 파이프(16b)로부터 제1 증발기(17)로 흐르는 냉매는 압축기(11), 라디에이터(12), 내부 열교환기(13), 팽창 밸브(14), 이젝터(15), 제1 증발기(17) 및 압축기(11)를 통해 그 순서대로 순환된다(도 9에서 지점 "a"로부터 지점 "b", 지점 "c", 지점 "d", 지점 "e", 지점 "f", 지점 "g", 지점 "h", 지점 "i" 및 지점 "a"로의 변화에 대응한다. 이는 압축기(11)의 냉동 사이클에 있어서 제1 증발기(17)는 냉각 작용을 발휘한다.

상기 분기부(Z)에 의해 분기된 다른 하나의 냉매는 제2 도출 파이프(16c)를 통해 제2 증발기(18)의 상류 증발부(18a)로 흐른다. 상기 상류 증발부(18a)로 흐르는 냉매는 송풍 팬에 의해 송풍된 공기로부터 열을 흡열하여 증발되고, 그 상류 증발부(18a) 내측에서의 압력 손실과 상기 이젝터(15)의 흡입 작용으로 인하여 압력은 점차 감소한다(도 9의 지점 "g"로부터 지점 "g2"로의 변화에 대응한다).

상기 상류 증발부(18a)로부터 흐르는 냉매는 수렴 노즐(21)에 의하여 감압된다(도 9의 지점 "g2"로부터 지점 "g3"로의 변화에 대응한다). 그런 다음, 상기 냉매는 수렴 노즐(21)로부터 하류 증발부(18b)로 흐르고, 송풍 팬에 의해 송풍되는 공기로부터 열을 흡열하여 증발된다(도 9의 지점 "g3"로부터 지점 "j"로의 변화에 대응한다). 상기 하류 증발부(18b)로 흐르는 냉매는 냉매 흡입 포트(15b)로부터 이젝터(15)로 흡입된다(도 9의 지점 "j"로부터 지점 "f"로의 변화에 대응한다).

상기한 바와 같이, 제4 실시예에서, 상기 제2 증발기(18)의 수렴 노즐(21)의 상류측에 배치되는 상류 증발부(18a)에 동압이 쉽게 작용할 수 있고, 이는 제1 실시예의 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 수렴 노즐(21)의 하류측에 배치되는 하류 증발부(18b)는 수렴 노즐(21)의 감압 작용에 의하여 냉매 증발압력(냉매 증발온도)을 더 감소시킬 수 있고, 이에 따라 제3 실시예의 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(제5 실시예)

전술한 제1 실시예는 노즐부(16a)에 대한 냉매 유량을 조절하기 위한 냉매조절수단으로서 열팽창 밸브(14)가 채용되는 예를 설명하고 있다. 그러나 제5 실시예 는 도 10에 나타낸 바와 같이, 팽창 밸브(22)가 채용되고, 제1 증발기(17)의 하류측에 어큐물레이터(accumulator)(23)가 배치되는 예를 설명한다.

상기 팽창 밸브(22)는 상기한 팽창 밸브(14)와 동일한 열팽창 밸브이다. 상기 열팽창 밸브(22)는 제2 증발기(18)의 하류측에 배치되는 온도 감지부(22a)를 구비한다. 상기 어큐물레이터(23)는 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하고, 분리된 기상 냉매를 압축기(11)의 흡입측으로 흐르도록 하기 위한 기액 분리기이다. 냉동사이클의 다른 구성요소들은 제1 실시예의 구성요소들과 동일하게 이루어질 수 있다.

도 10에 나타낸 전술한 구성의 제5 실시예를 갖는 냉동사이클 장치는 제1 실시예의 효과와 동일한 효과를 얻도록 작동될 수 있다. 노즐부(15a)에 대한 냉매 유량은 상기 팽창 밸브(22)에 의해 조절될 수 있고, 전체 사이클을 통해 순환하는 냉매의 유량은 간단한 사이클 구성으로 조절될 수 있다. 상기 기상 냉매는 어큐물레이터(23)를 통해 압축기(11)의 흡입측으로 공급될 수 있다. 따라서, 압축기 액 백(liquid back)의 문제를 방지할 수 있다.

제5 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서는 전술한 제1 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(16)이 사용된다. 그러나 제5 실시예의 냉동사이클 장치에서 상기 냉매분배유닛(16) 대신에 제2 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(20)이 이용될 수 있다.

(제6 실시예)

제5 실시예는 유량 조절수단으로서 팽창 밸브(22)를 채용하는 예를 설명하고 있지만, 제6 실시예는 도 11의 전체 구성도에 나타낸 바와 같이, 전기 팽창밸 브(24)를 채용하는 냉동사이클 장치(10)의 예를 설명한다. 상기 냉동사이클 장치(10)는 제2 증발기(18)의 입구측에서의 냉매 압력을 검출하기 위한 압력 검출 유닛으로서 제공되는 압력 센서(25) 및 상기 제2 증발기(18)의 입구측에서의 냉매 온도를 검출하기 위한 온도 검출 유닛으로서 제공되는 온도 센서(26)를 포함한다. 상기 냉동사이클 장치(10)는 상기 압력 센서(25)와 온도 센서(26)의 검출신호에 의거하여 상기 전기 팽창밸브(24)의 동작을 제어하기 위한 제어장치(ECU)(28)를 더 포함한다.

제6 실시예의 냉동사이클 장치(10)는 냉매로서 예를 들면 이산화탄소를 이용하고, 감압 전 고압측 냉매압력이 냉매의 임계 압력 이상으로 되는 초임계 사이클을 구성한다. 그러므로 라디에이터(12)는 냉매를 응축시키지 않고 냉매를 냉각시킨다. 따라서, 상기 라디에이터(12)의 냉매 출구측에 위치되는 수액기는 불필요하다.

상기 제어장치(28)는 압력 센서(25)와 온도 센서(26)로부터의 검출신호를 읽어들이기 위한 입력측 및 상기 전기 팽창 밸브(24)에 연결되는 출력측을 구비한다. 상기 제어장치(28)는 온도 센서(26)에 의하여 검출된 온도에 의거하여 미리 기억된 제어 맵을 이용하여 목표 압력을 결정한다. 상기 제어장치(28)는 압력 센서(25)에 의해 검출된 압력이 목표 압력에 근접하도록 상기 전기 팽창밸브(24)의 밸브 개방도를 제어하고, 이에 따라 이젝터(15)의 노즐부(15a)로 흐르는 냉매의 유량을 조절한다.

다른 구성요소들의 구성은 제5 실시예의 구성요소들의 구성과 동일하게 이루어질 수 있다. 전술한 제6 실시예의 구성을 갖는 냉동사이클 장치(10)는 제1 실시 예와 동일한 효과를 얻도록 작동될 수 있다.

제6 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서는 전술한 제1 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(16)이 이용된다. 그러나 제6 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서는 상기 냉매분배유닛(16) 대신에 제2 실시예의 냉매분배유닛(20)이 이용될 수 있다.

(제7 실시예)

전술한 제6 실시예에서, 제2 증발기(18)의 입구측에서의 냉매의 압력 및 온도는 센서(25, 26)를 이용하여 검출된다. 이에 대하여, 제7 실시예에서는, 도 12의 전체 구성도에 나타낸 바와 같이, 냉동사이클 장치(10)는 제2 증발기(18)의 출구측에서의 냉매 압력을 검출하기 위한 압력 검출 유닛으로서 제공되는 압력 센서(25) 및 상기 제2 증발기(18)의 출구측에서의 냉매 온도를 검출하기 위한 온도 검출 유닛으로서 제공되는 온도 센서(26)를 포함한다. 다른 구성요소들의 구성은 제6 실시예와 동일한 구성으로 이루어질 수 있다.

제7 실시예의 전술한 구성을 갖는 냉동사이클 장치는 제5 실시예의 효과와 동일한 효과를 얻도록 작동될 수 있다. 본 실시예에서, 제어장치(28)는 온도 센서(26)에 의해 검출된 온도가 미리 결정된 목표 온도가 되도록 전기 팽창밸브(25)의 밸브 개방도를 제어할 수 있고, 이에 따라 이젝터(15)의 노즐부(15a)로 흐르는 냉매의 유량을 조절한다.

제7 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서는 전술한 제5 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(16)이 이용된다. 그러나 제7 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서는, 사이 냉매분배유닛(16) 대신에 제2 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(20)이 이용될 수 있다.

(제8 실시예)

제2 증발기(18) 내측의 냉매의 압력 및 온도는 센서(25, 26)를 이용하여 검출된다. 이에 대하여, 제8 실시예에서의 냉동사이클 장치(10)는, 도 13의 전체 구성도에 나타낸 바와 같이, 전기 팽창밸브(24)의 상류측 냉매 압력을 검출하기 위한 압력 검출 유닛으로서 제공되는 압력 센서(25) 및 상기 전기 팽창밸브(24)의 상류측 냉매 온도를 검출하기 위한 온도 검출 유닛으로서 제공되는 온도 센서(26)를 포함한다. 다른 구성요소들의 구성은 제6 실시예의 구성과 동일하게 이루어질 수 있다.

또한, 이러한 실시예의 구성을 갖는 냉동사이클 장치(10)의 동작에서, 제어장치(28)는 온도 센서(26)에 의하여 검출된 온도에 의거하여 미리 기억된 제어 맵을 이용하여 목표 압력을 결정할 수 있다. 또한, 상기 제어장치(28)는 압력 센서(25)에 의해 검출된 압력이 목표 압력에 근접하도록 전기 팽창 밸브(24)의 밸브 개방도를 제어할 수 있고, 이에 따라 노즐부(15a)로 흐르는 냉매의 유량은 조절된다. 이는 전술한 제5 실시예의 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

제8 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서, 전술한 제1 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(16)이 이용된다. 그러나 제8 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서는, 상기 냉매분배유닛(10) 대신에 제2 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(20)이 이용될 수 있다.

(제9 실시예)

이하, 도 14를 참조하여 본 발명의 제9 실시예를 설명한다. 본 실시예에서, 도 14의 전체 구성도에 나타낸 바와 같이, 냉매 흐름을 분기하기 위한 분기부(Y)는 제3 실시예의 냉동사이클 장치(1))의 구성에서 라디에이터(12)의 하류측과 팽창 밸브(14)의 상류측에 제공된다. 상기 분기부(Y)로부터의 냉매를 제1 증발기(17)의 하류측과 내부 열교환기(13)의 저압측 냉매 유로(13b)의 상류측 사이 부분으로 안내하기 위한 바이패스 통로(30)가 제공된다.

상기 바이패스 통로(30)에는 냉매를 감압 및 팽창하기 위한 스로틀 장치(31) 및 상기 스로틀 장치(31)로부터 흐르는 냉매를 증발시키기 위한 제3 증발기(32)가 제공된다. 상기 제3 증발기(32)는 그 제3 증발기(32)가 저압측 냉매를 증발시키도록 상기 스로틀 장치(31)의 하류측 냉매와 송풍 팬(미도시)에 의해 송풍된 공기 간의 열을 열교환시켜 흡열 작용을 발휘하는 방열용 열교환기이다.

상기 스로틀 장치(31)로서 모세관(capillary tube) 또는 오리피스(orifice) 등의 고정 스로틀을 채용할 수 있다. 또한, 상기 스로틀 장치(31)로서 전기 가변스로틀이 이용될 수 있다. 다른 구성요소들의 구성은 제3 실시예의 구성과 동일하게 이루어질 수 있다. 또한, 제9 실시예에서, 제1 증발기(17) 및 제2 증발기(18)는 차량의 전방 좌석을 공조하기 위하여 이용될 수 있고, 제3 증발기(32)는 차량의 후방 좌석을 공조하기 위하여 이용될 수 있다.

전술한 제9 실시예의 구성을 갖는 냉동사이클 장치(10)는 제3 실시예의 효과와 동일한 효과를 얻도록 작동될 수 있다. 상기 분기부(Y)에서 분기된 냉매는 제3 증발기(32)에서 흡열하고 증발된다. 그러므로 상기 제1 내지 제3 증발기(17, 18, 32)는 냉각 작용을 동시에 얻을 수 있다.

도 14에 나타낸 바와 같이, 상기 제3 증발기(32)는 이젝터(15)와 제1 증발기(17)에 병렬로 연결된다. 그러므로 상기 압축기(11)의 냉매 토출 및 흡입 능력은 냉매가 제2 증발기(32)로 흐르도록 이용될 수 있고, 이에 따라 상기 냉매는 냉동 능력을 갖도록 제3 증발기(32)로 확실하게 흐를 수 있다.

제9 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서는 전술한 제1 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(16)이 이용될 수 있다. 그러나 제9 실시예에서의 냉동사이클 장치(10)에서는, 상기 냉매분배유닛(16) 대신에 제2 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(20)이 이용될 수 있다.

(제10 실시예)

이하, 도 15를 참조하여 본 발명의 제10 실시예를 설명한다. 도 15의 전체 구성도에 나타낸 바와 같이, 제10 실시예는 바이패스 통로(30)에서 제9 실시예의 냉동사이클 장치(10)와 다르다. 구체적으로, 제10 실시예에서, 분기부(Y)에서 분기된 바이패스 통로(30)는 제3 증발기(32)를 통과한 후의 냉매가 수렴 노즐(21)의 하류측과 제2 증발기(18)의 상류측 사이의 위치로 안내되도록 연결된다. 다른 구성요소들의 구성은 제9 실시예의 구성과 동일하다.

상기 제3 증발기(32)는 바이패스 통로(30)에서 냉매분배유닛(16)과 제2 증발기(18) 사이에 연결되는 하류측을 구비하여 이젝터(15)의 냉매 흡입 포트(15b)의 흡입 압력을 그 제3 증발기(32)로 제공한다. 그러므로 상기 제3 증발기(32)의 냉매 증발압력(냉매 증발온도)은 제1 증발기(17)의 냉매증발압력에 비하여 낮게 설정될 수 있다.

제10 실시예에서의 냉동사이클 장치(10)는 차량의 냉동 및 냉장 장치에 적용될 수 있다. 이 경우, 상기 냉동 및 냉장 장치에서 상기 제1 증발기(17)는 냉장실을 냉각하도록 이용되고, 냉매증발온도가 제1 증발기(17)의 냉매증발온도보다 낮은 제2 증발기(18)와 제3 증발기(32)는 냉동실을 냉각하도록 이용된다.

전술한 본 실시예의 구성을 갖는 냉동사이클 장치(10)는 제9 실시예와 동일하게 제1 내지 제3 증발기(17, 18, 32)에서 냉각 작용을 동시에 얻도록 작동될 수 있다. 본 실시예에서, 수렴 노즐(21)이 제공되지만, 냉매가 냉매분배유닛(16)으로부터 제2 증발기(18)만으로(즉, 냉매흡입 포트(15b)측으로) 흐르도록 하기 위한 체크 밸브가 수렴 노즐(21) 대신에 제공되거나, 수렴 노즐(21)과 직렬로 제공될 수 있다.

제10 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서는 전술한 제1 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(16)이 이용된다. 그러나 제10 실시예에서의 냉동사이클 장치(10)에서는, 상기 냉매분배유닛(16) 대신에 제2 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(20)이 이용될 수 있다.

(제11 실시예)

이하, 도 16을 참조하여 본 발명의 제11 실시예를 설명한다.

도 16의 전체 구성도에 나타낸 바와 같이, 제11 실시예는 제3 증발기(32)가 제2 증발기(18)에 병렬로 배치되는 점에서 제1 실시예의 구성과 다르다. 즉, 냉매분배유닛(16)의 제2 도출 파이프(16c)로부터 흐르는 냉매는 제2 증발기(18)와 제3 증발기(32) 모두로 병렬로 흐르고, 이젝터(15)의 냉매 흡입 포트(15b)로 흡입되도록 결합된다. 제11 실시예의 냉동사이클 장치(10)의 다른 구성들은 전술한 제1 실시예의 구성들과 유사하다.

전술한 제11 실시예의 구성을 갖는 냉동사이클 장치(10)는 제1 실시예의 효과와 동일한 효과를 얻고, 제3 증발기(32)에서 냉각 작용을 얻도록 작동될 수 있다. 이때, 이젝터(15)의 디퓨저부(15d)의 하류측 냉매의 동압은 제3 증발기(32)로 작용될 수 있어 상기 제3 증발기(32)로 냉매를 확실하게 흐르도록 한다. 그러므로 냉동 능력은 제3 증발기(32)에서 발휘될 수 있다.

제11 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서, 전술한 제1 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(16)이 이용된다. 그러나 제11 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서는, 상기 냉매분배유닛(16) 대신에 제2 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(20)이 이용될 수 있다.

(제12 실시예)

이하, 도 17을 참조하여 본 발명의 제12 실시예를 설명한다. 도 17의 전체 구성도에 나타낸 바와 같이, 제12 실시예는 제3 증발기(32)가 제1 증발기(17)에 병렬로 연결되는 점에서 제1 실시예와 다르다. 즉, 냉매분배유닛(16)의 제1 도출 파이프(16c)로부터 흐르는 냉매는 제1 증발기(17)와 제3 증발기(32) 모두로 병렬로 흐르고, 압축기(11)의 냉매흡입측으로 흐르도록 결합된다. 제12 실시예의 냉동사이클 장치(10)의 다른 구성요소들은 전술한 제1 실시예의 구성요소들과 유사하다.

전술한 본 실시예의 구성을 갖는 냉동사이클 장치(10)는 제1 실시예의 효과 와 동일한 효과를 얻고, 제3 증발기(32)에서 냉각 작용을 발휘하도록 작동될 수 있다. 이 경우, 압축기(11)의 흡입 작용은 냉매를 제3 증발기(32)로 확실하게 흐르도록 하여 제3 증발기(32)에서 냉동 능력을 얻을 수 있다.

제12 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서는 전술한 제1 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(16)이 이용된다. 그러나 제12 실시예의 냉동사이클 장치(10)에서는 상기 냉매분배유닛(16) 대신에 제2 실시예에서 설명된 냉매분배유닛(20)이 이용될 수 있다.

(다른 실시예들)

본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 그의 바람직한 실시예들과 관련하여 충분히 설명되었지만, 여러 가지 변형 및 변경의 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

(1) 예를 들면, 전술한 실시예들에서 제1 증발기(17)와 제2 증발기(18)에 의해 냉각될 공간은 상세히 설명하지 않았다. 상기 제1 및 제2 증발기(17, 18)는 각각 다른 송풍 팬에 의해 송풍되는 공기를 냉각하도록 위치될 수 있고, 따라서 냉각되고 공조되는 다른 공간을 냉각하도록 이용될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 증발기(17, 18)는 냉각되고 공조되는 동일 공간을 냉각하도록 이용될 수 있다.

상기 제1 및 제2 증발기(17, 18)가 도 18에 나타낸 바와 같이 냉각될 동일 공간을 냉각하고 공조하도록 이용될 경우, 제1 실시예의 제1 및 제2 증발기(17, 18)는 일체화된 구성으로 조립될 수 있다. 또한, 송풍 팬에 의해 송풍되는 공기를 제1 증발기(17)와 제2 증발기(18)를 도 18의 화살표 X 방향으로 나타낸 바와 같이 순차적으로 통과하도록 함으로써 동일 공간이 냉각될 수 있다.

상기 제2 증발기(18)에서 증발된 기상 냉매는 냉매흡입 포트(15b)를 통해 이젝터(15)로 흡입되기 때문에, 상기 제2 증발기(18)의 냉매 증발압력(냉매 증발온도)은 제1 증발기(17)의 냉매 증발온도에 비하여 낮게 된다. 따라서, 상기 제1 증발기(17)의 냉매 증발온도와 송풍된 공기의 온도 간의 온도차 및 상기 제2 증발기(18)의 냉매 증발온도와 상기 송풍된 공기의 온도 간의 온도차를 얻을 수 있고, 이에 따라 상기 제1 및 제2 증발기(17, 18) 모두에서 송풍된 공기를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

상기 제1 및 제2 증발기(17, 18)를 일체화된 구성으로 조립하기 위한 구체적인 방법은 그 제1 및 제2 증발기(17, 18)를 알루미늄으로 형성하고, 이들 증발기(17, 18)를 납땜 등의 연결 방법에 의해 일체화된 구성으로 연결하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 이들 증발기(17, 18)는 그들 사이에 10mm 이하의 공간을 갖고 볼트 등의 기계적 결합 수단에 의하여 일체로 연결될 수 있다.

상기 제1 증발기(17) 및 제2 증발기(18)로서 핀 및 튜브 타입 열교환기가 이용될 수 있다. 상기 제1 증발기(17) 및 제2 증발기(18)는 공통의 핀을 이용할 수 있고, 상기 핀과 접촉하고, 튜브로 이루어지는 분할된 구성요소의 형태로 서로 일체로 연결될 수 있다.

또한, 제9 내지 제12 실시예에서, 제1 내지 제3 증발기(17, 17, 32)는 일체화된 구성으로 조립될 수 있다. 예를 들면, 제10 및 제11 실시예에서, 제2 증발기(18) 및 제3 증발기(32)는 일체로 형성될 수 있다. 제12 실시예에서, 제1 증발 기(17) 및 제3 증발기(32)는 일체화된 구성의 형태로 조립될 수 있다.

(2) 상기한 실시예에서, 본 발명의 냉동사이클 장치(10)는 대체로 차량의 공조장치 또는 차량의 냉동장치 및 냉장장치에 이용되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명은 상업용 냉장고, 가정용 냉장고, 자동판매기용 냉각장치, 냉장기능부여 쇼케이스(showcase) 등에 적용될 수 있다. 이 경우, 압축기로서 전기 압축기가 채용될 수 있다. 냉매로서 프레온계 냉매 및 이산화탄소 이외에도 HC계 냉매가 이용될 수 있다.

전술한 제1 내지 제5, 제9 내지 제12 실시예에서, 상기 팽창밸브(14, 22)로서 열팽창밸브가 이용되지만, 상기 팽창밸브는 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 실시예에서, 상기 압력 센서 및 온도 센서의 검출값으로부터 과열도를 산출하기 위하여 전기 팽창밸브가 이용될 수 있으며, 이에 따라 상기 전기 팽창밸브의 밸브 개방도는 제6 내지 제8 실시예와 같이 과열도가 소정 값이 되도록 조절될 수 있다.

(4) 전술한 실시예에서, 상기 이젝터(15)로서, 냉매 통로면적이 일정한 노즐부(15a)를 포함하는 고정식 이젝터가 이용되고, 유량 조절수단으로서 제공되는 상기 이젝터(15)와 팽창 밸브(14, 22, 24)가 독립되게 형성되지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 이젝터(15)는 팽창 밸브(14, 22, 24)와 일체로 형성될 수 있다.

예를 들면, 상기 이젝터(15)로서, 냉매 통로면적이 조절될 수 있는 가변식 노즐부를 포함하는 가변식 이젝터가 이용될 수 있다. 구체적으로, 상기 가변식 노 즐부는 니들(needle)이 가변식 노즐부의 통로에 삽입되고, 전기 엑추에이터에 의하여 니들의 위치를 제어함으로써 냉매 통로면적이 조절되는 메커니즘으로 이루어질 수 있다.

전술한 실시예들에서, 상기 라디에이터(12)는 냉매와 외부 공기 간의 열교환을 위한 실외측 열교환기로서 이용되고, 상기 제1 증발기(17), 제2 증발기(18) 및 제3 증발기(32)는 실내측 열교환기로서 이용된다. 이 경우, 상기 증발기들(17, 18, 32)은 차량 객실의 내측 또는 냉동고나 냉장고를 냉각하기 위하여 이용될 수 있다. 이와 반대로, 본 발명은 제1 내지 제3 증발기(17, 18, 32)가 외부 공기 등의 열원으로부터 열을 흡열하기 위한 실외측 열교환기로서 구성되고, 상기 라디에이터(12)는 공기 또는 물와 같은 가열될 유체를 가열하기 위한 실내측 열교환기로서 구성되는 히트펌프 사이클에 채용될 수 있다.

(5) 전술한 어느 하나의 실시예 중의 냉동사이클 장치(10)에서, 고압측 냉매유로(13a) 및 저압측 냉매유로(13b) 및/또는 어큐물레이터(23)를 구비하는 내부 열교환기(13)는 생략될 수 있다.

또한, 전술한 실시예들의 구성요소들 및 특징들은 각 예의 실시예들에 한정되지 않고 적절히 결합할 수 있다.

냉매를 압축하고 토출하기 위한 압축기(11); 압축기(11)로부터 토출된 고온 고압 냉매를 냉각하기 위한 라디에이터(12); 상기 라디에이터(12)의 하류측 냉매를 감압 및 팽창하기 위한 노즐부(15a) 및 노즐부(15a)로부터 고속으로 분사되는 냉매 흐름에 의해 냉매가 흡입되는 냉매 흡입 포트(15b)를 포함하는 이젝터(15); 이젝 터(15)로부터 흘러나온 냉매의 흐름을 제1 냉매 흐름과 제2 냉매 흐름으로 분기하기 위한 분기부(Z); 분기부(Z)로부터 분기된 제1 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 그 냉매를 압축기(11)의 흡입측으로 흐르도록 하기 위한 제1 증발기(17); 및 분기부(Z)에 의해 분기된 제2 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 그 냉매를 냉매흡입 포트(15B)의 상류측으로 흐르도록 하기 위한 제2 증발기(18)를 포함하는 냉동사이클 장치에 본 발명의 어떠한 관점이 채용될 수 있다.

본 발명의 예로서, 상기 분기부(Z)는 이젝터(15)에서 흘러나온 냉매의 동압을 유지하도록 위치될 수 있고, 제2 증발기(18)는 상기 이젝터(15)에서 흘러나온 냉매의 동압이 제2 증발기(18)의 내측에 작용하는 범위에서 상기 분기부(Z)에 연결된다. 또한, 상기 분기부(Z) 및 제2 증발기(18)는 그들 사이에 스로틀링(throttling) 없이 연결될 수 있어 이젝터(15)에서 흘러나온 냉매의 동압이 제2 증발기(18)의 내측으로 직접적으로 작용한다. 또한, 상기 분기부(Z)는 냉매 흡입 포트로 흡입된 냉매의 목표 유량에서 다음의 관계가 만족하도록 이젝터(15)와 제2 증발기(18)에 연결될 수 있다.

(Ps1 - Ps4) + Pv1 ≥ (Ps1 - Ps2) + (Ps2 - Ps3) + (Ps3 - Ps4) + Pv2

여기에서 Ps1은 디퓨저부(15d)의 출구에서의 냉매의 정압이고, Pv1은 디퓨저부의 출구에서의 냉매의 동압이고, Ps2는 제2 증발기(18)의 입구에서의 냉매의 정압이고, Pv2는 제2 증발기(18)의 입구에서의 냉매의 동압이다. Ps3는 제2 증발기(18)의 출구에서의 냉매의 정압이고, Ps4는 냉매 흡입 포트(15b)에서의 냉매의 정압이다. 이 경우, 상기 냉매 흡입 포트(15b)로 흡입되는 냉매의 목표 유량이 얻 어질 수 있고, 이에 따라 제2 증발기(18)에서의 냉동 능력이 얻어진다.

예를 들면, 냉동사이클 장치(10)에는 분기부(Z)로부터 제2 증발기(18)의 입구까지의 냉매 유로에서 냉매를 감압 팽창하기 위한 스로틀 장치(21)가 제공될 수 있다. 또한, 상기 제2 증발기(18)는 직렬로 연결되는 복수의 증발부(18a, 18b)를 포함할 수 있다. 이 경우, 냉매를 감압 및 팽창하기 위한 스로틀 장치(21)는 상기 증발부(18a, 18b) 사이에 위치될 수 있다. 또한, 상기 분기부(Z)는 냉매분배유닛(16, 20)의 내측에 위치될 수 있다.

상기 냉동사이클 장치(10)에서, 유량 조절 유닛(14)은 제1 증발기(17)의 출구측 냉매의 과열도가 소정 값으로 되도록 노즐부(15a)로 흐르는 냉매의 유량을 조절할 수 있다. 또한, 상기 유량 조절 유닛(22)은 제2 증발기(18)의 출구측 냉매의 과열도가 소정 값으로 되도록 노즐부(15a)로 흐르는 냉매의 유량을 조절할 수 있다. 또한, 상기 유량 조절 유닛(24)은 압력 센서(25)에 의해 검출된 압력이 목표 압력으로 되도록 노즐부(15a)로 흐르는 냉매의 유량을 조절할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경은 부가되는 특허청구범위에 의해 정의된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타낸 개략도.

도 2는 제1 실시예에 따른 냉동사이클 장치용 냉매분배유닛을 개략적으로 나타낸 단면도.

도 3은 제1 실시예에 따른 냉동사이클에서의 냉매 상태를 나타낸 몰리에르 선도.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타낸 개략도.

도 5는 제2 실시예에 따른 냉동사이클 장치용 냉매분배유닛을 개략적으로 나타낸 단면도.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타낸 개략도.

도 7은 제3 실시예에 따른 냉동사이클에서의 냉매 상태를 나타낸 몰리에르 선도.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타낸 개략도.

도 9는 제4 실시예에 따른 냉동사이클에서의 냉매 상태를 나타낸 몰리에르 선도.

도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타낸 개략도.

도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타낸 개략도.

도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타낸 개략도.

도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타낸 개략도.

도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타낸 개략도.

도 15는 본 발명의 제10 실시예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타내 개략도.

도 16은 본 발명의 제11 실시예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타낸 개략도.

도 17은 본 발명의 제12 실시예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타낸 개략도.

도 18은 본 발명의 변형예에 따른 이젝터를 구비하는 냉동사이클 장치를 나타낸 개략도.

*도면부호에 대한 간단한 설명*

11: 압축기 12: 라디에이터

14, 24: 유량조절유닛 15: 이젝터

15a: 노즐부 15b: 냉매흡입 포트

16, 20: 냉매분배유닛 17: 제1 증발기

18: 제2 증발기 21: 스로틀 장치

25: 압력검출유닛 26: 온도검출유닛

Z: 분기부

Claims

냉매를 압축하고 토출하기 위한 압축기;

상기 압축기로부터 토출된 고온고압 냉매를 냉각하기 위한 라디에이터;

상기 라디에이터의 하류측 냉매를 감압 및 팽창하기 위한 노즐부 및 상기 노즐부로부터 고속으로 분사되는 냉매 흐름에 의해 냉매가 흡입되는 냉매 흡입 포트를 포함하는 이젝터;

상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 흐름을 제1 냉매 흐름과 제2 냉매 흐름으로 분기하기 위한 분기부;

상기 분기부에 의해 분기된 제1 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 상기 압축기의 흡입측으로 흐르도록 하기 위한 제1 증발기; 및

상기 분기부에 의해 분기된 제2 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 상기 냉매 흡입 포트의 상류측으로 흐르도록 하기 위한 제2 증발기

를 포함하며,

상기 분기부는 상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압을 유지하도록 위치되고.

상기 제2 증발기는 상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압이 그 제2 증발기의 내측에 작용하는 범위에서 상기 분기부에 연결되는

냉동사이클 장치.
제1항에 있어서,

상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압이 상기 제2 증발기의 내측에 작용하도록 상기 분기부와 상기 제2 증발기 사이에 스로틀링없이 상기 분기부와 상기 제2 증발기가 연결되는

냉동사이클 장치.
제1항에 있어서,

상기 이젝터는 상기 노즐부로부터 분사된 냉매와 상기 냉매 흡입 포트로부터 흡입된 냉매가 혼합되고, 상기 혼합된 냉매가 승압되는 디퓨저부를 더 포함하고,

상기 분기부는 상기 냉매 흡입 포트로 흡입되는 냉매의 목표 유량에서 다음의 관계

(Ps1 - Ps4) + Pv1 ≥ (Ps1 - Ps2) + (Ps2 - Ps3) + (Ps3 - Ps4) + Pv2

(여기에서, Ps1은 상기 디퓨저부의 출구에서의 냉매의 정압이고, Pv1은 상기 디퓨저부의 출구에서의 냉매의 동압이고, Ps2는 상기 제2 증발기의 입구에서의 냉매의 정압이고, Pv2는 상기 제2 증발기의 입구에서의 냉매의 동압이고, Ps3는 상기 제2 증발기의 출구에서의 냉매의 정압이며, Ps4는 상기 냉매 흡입 포트에서의 냉매의 정압)

를 만족하도록 상기 이젝터와 상기 제2 증발기에 연결되는

냉동사이클 장치.
제3항에 있어서,

상기 분기부로부터 상기 제2 증발기의 입구까지의 냉매 유로에 냉매를 감압 팽창하기 위한 스로틀 장치를 더 포함하는

냉동사이클 장치.
제3항에 있어서,

상기 제2 증발기는 직렬로 연결되는 복수의 증발부를 포함하며,

상기 증발부 사이에 위치되어 상기 냉매를 감압 및 팽창하기 위한 스로틀 장치를 더 포함하는

냉동사이클 장치.
제4항에 있어서,

상기 스로틀 장치는 노즐로 형성되는

냉동사이클 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

냉매가 도입되기 위한 도입 파이프, 상기 제1 증발기로 냉매를 흐르도록 하기 위한 제1 도출 파이프 및 상기 제2 증발기로 냉매를 흐르도록 하기 위한 제2 도출 파이프를 포함하는 냉매분배유닛을 더 포함하고,

상기 분기부는 상기 냉매분배유닛의 내측에 위치되고,

상기 도입 파이프에서의 냉매의 흐름 방향은 상기 제2 도출 파이프에서의 냉매의 유출 방향과 실질적으로 동일한

냉동사이클 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

냉매가 도입되기 위한 도입 파이프, 상기 제1 증발기로 냉매를 흐르도록 하기 위한 제1 도출 파이프 및 상기 제2 증발기로 냉매를 흐르도록 하기 위한 제2 도출 파이프를 포함하는 냉매분배유닛을 더 포함하고,

상기 분기부는 상기 냉매분배유닛의 내측에 배치되고,

상기 제1 도출 파이프에서의 냉매의 유출 방향과 상기 제2 도출 파이프에서의 냉매의 유출 방향은 상기 도입 파이프에서의 냉매의 유입 방향에 대하여 각각 소정 방향으로 지향하고, 예각으로 교차하는

냉동사이클 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 노즐부로 흐르는 냉매의 유량을 조절하기 위하여 배치되는 유량 조절 유닛을 더 포함하고,

상기 유량 조절 유닛은 상기 제1 증발기의 출구측 냉매의 과열도가 소정 값으로 되도록 상기 노즐부로 흐르는 냉매의 유량을 조절하는

냉동사이클 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 노즐부로 흐르는 냉매의 유량을 조절하기 위하여 배치되는 유량 조절 유닛을 더 포함하고,

상기 유량 조절 유닛은 상기 제2 증발기의 출구측 냉매의 과열도가 소정 값으로 되도록 상기 노즐부로 흐르는 냉매의 유량을 조절하는

냉동사이클 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 노즐부로 흐르는 냉매의 유량을 조절하기 위하여 배치되는 유량 조절 유닛; 및 상기 제2 증발기의 입구측 냉매의 압력을 검출하기 위한 압력 검출 유닛 을 더 포함하고,

상기 유량 조절 유닛은 상기 압력 검출 유닛에 의하여 검출된 압력이 목표 압력으로 되도록 상기 노즐부로 흐르는 냉매의 유량을 조절하는

냉동사이클 장치.
제11항에 있어서,

상기 제2 증발기의 입구측 냉매의 온도를 검출하기 위한 온도 검출 유닛을 더 포함하고,

상기 목표 압력은 상기 온도 검출 유닛에 의하여 검출된 온도에 의거하여 결정되는

냉동사이클 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 노즐부로 흐르는 냉매의 유량을 조절하기 위하여 배치되는 유량 조절 유닛; 및 상기 제2 증발기의 출구측 냉매의 압력을 검출하기 위한 압력 검출 유닛을 더 포함하고,

상기 유량 조절 유닛은 상기 압력 검출 유닛에 의하여 검출된 압력이 목표 압력으로 되도록 상기 노즐부로 흐르는 냉매의 유량을 조절하는

냉동사이클 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 노즐부로 흐르는 냉매의 유량을 조절하기 위하여 배치되는 유량 조절 유닛; 및 상기 제2 증발기의 출구측 냉매의 온도를 검출하기 위한 온도 검출 유닛을 더 포함하고,

상기 유량 조절 유닛은 상기 온도 검출 유닛에 의하여 검출된 온도가 목표 온도로 되도록 상기 노즐부로 흐르는 냉매의 유량을 조절하는

냉동사이클 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 노즐부로 흐르는 냉매의 유량을 조절하기 위하여 배치되는 유량 조절 유닛; 및 상기 유량 조절 유닛의 상류측 냉매의 압력을 검출하기 위한 압력 검출 유닛을 더 포함하고,

상기 유량 조절 유닛은 상기 압력 검출 유닛에 의하여 검출된 압력이 목표 압력으로 되도록 상기 노즐부로 흐르는 냉매의 유량을 조절하는

냉동사이클 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 도입 파이프, 상기 제1 도출 파이프, 및 상기 제2 도출 파이프는 다른 직경을 갖는

냉동사이클 장치.
냉매를 압축하고 토출하기 위한 압축기;

상기 압축기로부터 토출된 고온 고압 냉매를 냉각하기 위한 라디에이터;

상기 라디에이터의 하류측 냉매를 감압 및 팽창하기 위한 노즐부, 및 상기 노즐부로부터 고속으로 분사되는 냉매 흐름에 의하여 냉매가 흡입되는 냉매 흡입 포트를 포함하는 이젝터;

상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 흐름을 적어도 제1 냉매 흐름과 제2 냉매 흐름으로 분기하기 위한 분기부;

상기 분기부로부터 분기된 제1 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 상기 압축기의 흡입측으로 흐르도록 하는 제1 증발기; 및

상기 분기부로부터 분기된 제2 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 상기 냉매 흡입 포트의 상류측으로 흐르도록 하는 제2 증발기

를 포함하며,

상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압이 상기 제2 증발기의 내측에 작용하 도록 상기 분기부와 상기 제2 증발기는 그 분기부와 제2 증발기 사이에 스로틀링 없이 연결되는

냉동사이클 장치.
냉매를 압축하고 토출하기 위한 압축기;

상기 압축기로부터 토출된 고온고압 냉매를 냉각하기 위한 라디에이터;

상기 라디에이터의 하류측 냉매를 감압 및 팽창하기 위한 노즐부, 상기 노즐부로부터 고속으로 분사되는 냉매 흐름에 의하여 냉매가 흡입되는 냉매 흡입 포트, 및 상기 노즐부로부터 분사된 냉매와 상기 냉매 흡입 포트로부터 흡입된 냉매가 혼합되고, 그 혼합된 냉매가 승압되는 디퓨저부를 포함하는 이젝터;

상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 흐름을 적어도 제1 냉매 흐름과 제2 냉매 흐름으로 분기하기 위한 분기부;

상기 분기부로부터 분기된 제1 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 상기 압축기의 흡입측으로 흐르도록 하는 제1 증발기; 및

상기 분기부로부터 분기된 제2 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 상기 냉매 흡입 포트의 상류측으로 흐르도록 하는 제2 증발기

를 포함하며,

상기 분기부는 상기 냉매 흡입 포트로 흡입되는 냉매의 목표 유량에서 다음의 관계

(Ps1 - Ps4) + Pv1 ≥ (Ps1 - Ps2) + (Ps2 - Ps3) + (Ps3 - Ps4) + Pv2

(여기에서, Ps1은 상기 디퓨저부의 출구에서의 냉매의 정압이고, Pv1은 상기 디퓨저부의 출구에서의 냉매의 동압이고, Ps2는 상기 제2 증발기의 입구에서의 냉매의 정압이고, Pv2는 상기 제2 증발기의 입구에서의 냉매의 동압이고, Ps3는 상기 제2 증발기의 출구에서의 냉매의 정압이며, Ps4는 상기 냉매 흡입 포트에서의 냉매의 정압)

를 만족하도록 상기 이젝터와 상기 제2 증발기에 연결되는

냉동사이클 장치.
압축기로부터의 냉매를 압축하고 토출하고;

라디에이터를 이용하여 상기 압축기로부터 토출된 고온고압 냉매를 냉각하고;

이젝터의 노즐부에서 상기 라디에이터의 하류측 냉매를 감압 팽창하고, 상기 노즐부로부터 고속으로 분사되는 냉매 흐름에 의하여 상기 이젝터의 냉매 흡입 포트를 통해 냉매를 흡입하고;

상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 흐름을 적어도 제1 냉매 흐름과 제2 냉매 흐름으로 분기시키고;

상기 제1 증발기에서 상기 분기부에 의해 분기된 제1 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 상기 압축기의 흡입측으로 흐르도록 하며;

상기 제2 증발기에서 상기 분기부에 의해 분기된 제2 냉매 흐름의 냉매를 증발시켜 상기 냉매 흡입 포트의 상류측으로 흐르도록 하는 것을 포함하며,

상기 제1 냉매 흐름과 제2 냉매 흐름의 분기는, 상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압을 유지하고, 상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압이 상기 제2 증발기의 내측에 작용하도록 실행되는

냉동사이클 장치의 작동 방법.
제19항에 있어서,

상기 이젝터에서 흘러나온 냉매의 동압이 상기 제2 증발기의 내측에 작용하도록 스로틀링 없이 상기 분기부와 상기 제2 증발기를 연결하는

냉동사이클 장치의 작동 방법.
제19항 또는 제20항에 있어서,

상기 냉매 흡입 포트로 흡입되는 냉매의 목표 유량에서 다음의 관계

상기 분기부는 상기 냉매 흡입 포트로 흡입되는 냉매의 목표 유량에서 다음의 관계

(Ps1 - Ps4) + Pv1 ≥ (Ps1 - Ps2) + (Ps2 - Ps3) + (Ps3 - Ps4) + Pv2

(여기에서, Ps1은 상기 디퓨저부의 출구에서의 냉매의 정압이고, Pv1은 상기 디퓨저부의 출구에서의 냉매의 동압이고, Ps2는 상기 제2 증발기의 입구에서의 냉매의 정압이고, Pv2는 상기 제2 증발기의 입구에서의 냉매의 동압이고, Ps3는 상기 제2 증발기의 출구에서의 냉매의 정압이며, Ps4는 상기 냉매 흡입 포트에서의 냉매의 정압)

를 만족하도록 상기 이젝터와 상기 제2 증발기에 상기 분기부를 연결하는

냉동사이클 장치의 작동 방법.