KR20130142180A - 감압 장치 및 냉동 사이클 장치 - Google Patents

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Abstract

본체부(140)의 내부에 냉매 유입구(141, 241)로부터 유입된 냉매를 선회시키는 선회 공간(SS)을 형성하고, 냉매의 선회 중심선(CL)의 연장선상에 스로틀로서 기능하는 냉매 유출구(142, 242)를 배치한다. 또한, 냉매 유입구의 통로 단면적(Ain)을 냉매 유출구의 통로 단면적(Aout)의 12배보다 작은 값으로 하여, 선회 공간(SS) 내에서 선회하는 냉매의 선회 유속을 선회 중심선 근처의 냉매가 감압 비등하기까지 증속시킬 수 있다. 그에 따라, 냉매 유출구로 확실히 기액 혼상 냉매를 유입시킬 수 있고, 사이클 구성의 복잡화를 초래하지 않고 하류측으로 유출되는 냉매 유량의 변동을 억제할 수 있다.

Description

감압 장치 및 냉동 사이클 장치{PRESSURE-REDUCTION DEVICE AND REFRIGERATION CYCLE DEVICE}
본 개시는 냉동 사이클 장치에 적용되는 감압 장치 및 이를 구비하는 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.
관련 출원의 상호 참조
본 개시는 2011년 3월 28일에 출원된 일본 출원 번호 제2011―069537호에 기초한 것으로, 여기에 그 기재 내용을 원용한다.
종래, 적어도 냉매를 압축하여 토출하는 압축기, 압축기로부터 토출된 냉매를 외기와 열교환시켜서 방열시키는 방열기, 방열기로부터 유출된 냉매를 감압시키는 감압 장치 및 감압 장치에서 감압된 냉매를 공조 대상 공간으로 송풍되는 송풍 공기와 열교환시켜서 증발시키는 증발기를 구성 요소로서 구비하는 증기 압축식의 냉동 사이클 장치가 알려져 있다.
이 종류의 냉동 사이클 장치에서는, 감압 장치의 입구측 냉매 압력과 출구측 냉매 압력의 압력차가 일정한 경우에, 감압 장치로 유입되는 냉매의 상태에 관계없이, 감압 장치로부터 유출되는 냉매 유량이 일정한 값을 갖는 것이 바람직하다. 그 이유는, 감압 장치로부터 유출되는 냉매 유량이 변화하면, 사이클을 순환하는 냉매의 순환 유량이 변화하고, 그에 의해 송풍 공기를 증발시키기 위한 증발기의 냉각 능력이 변화하기 때문이다.
그러나 예를 들어, 방열기에서 냉매와 열교환하는 외기의 온도가 변화하는 경우, 감압 장치로 유입되는 냉매의 상태가 기액 2상 상태로부터 액상 상태로, 또는 액상 상태로부터 기액 2상 상태로 포화 가스선을 가로질러 변화할 수 있다. 이와 같은 포화 가스선을 가로지르는 냉매의 상태의 변화는 큰 냉매의 밀도 변화를 동반하기 때문에 감압 장치로부터 유출되는 냉매 유량을 크게 변화시키는 경우도 있다.
이러한 변화를 감안하여, 감압 장치로부터 유출되는 냉매 유량을 안정화시키기 위해, 냉매를 과냉각 액상 상태로 되기까지 냉각하여 감압 장치측으로 유출시키는 방열기(이른바, 서브쿨형 콘덴서) 또는 이와 유사한 장치가 알려져 있다. 또한, 이러한 서브쿨형 콘덴서에서는 냉매를 과냉각 액상 상태로 되기까지 냉각하는 것으로 증발기 냉매 입구측에서 냉매의 엔탈피를 저하시키고, 그에 따라 증발기에서 발휘되는 냉동 능력을 확대할 수 있다.
또한, 특허 문헌 1 및 2에는 감압 장치로서 기능하는 이젝터의 노즐부로 유입되는 냉매의 상태를 기액 2상 상태로 하기 위해, 이젝터의 노즐부로 액상 냉매 및 기상 냉매를 유입시키는 구성이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 1에는 이젝터의 노즐부로 기액 2상 상태의 냉매를 유입시켜 노즐부에서 냉매의 비등을 촉진시키고, 그에 따라 노즐 효율의 향상을 도모할 수 있다는 것도 개시되어 있다. 이 경우, 노즐 효율이란, 노즐부에서 냉매의 압력 에너지를 운동 에너지로 변환시키는 에너지 변환의 효율로서 정의된다.
그러나, 방열기로서 상기의 서브쿨형 콘덴서를 이용한 경우에도 예를 들어, 외기온이 비교적 높아져 있는 경우 등에 냉매를 과냉각 액상 상태로 되기까지 냉각할 수 없어서, 감압 장치로 유입되는 냉매의 상태가 기액 2상 상태로 될 수도 있다. 다시 말해서, 감압 장치로부터 유출되는 냉매 유량을 확실히 안정화시키는 것이 어렵다.
대조적으로, 특허 문헌 1 및 2에서와 같이, 노즐부로 액상 냉매 및 기상 냉매의 양쪽을 유입시키는 냉동 사이클 장치에서는 외기온에 관계없이, 감압 장치로 유입되는 냉매의 상태를 확실히 기액 2상 상태로 할 수 있기 때문에 감압 장치로부터 유출되는 냉매 유량을 확실히 안정화시키는 것이 기대된다.
그러나, 특허 문헌 1 및 2의 냉동 사이클 장치에서는 노즐부로 액상 냉매 및 기상 냉매의 양쪽을 유입시키기 위해, 각각 전용의 냉매 통로를 설치할 필요가 있기 때문에 냉동 사이클 장치 전체로서 사이클 구성이 복잡화하게 된다.
특허 문헌 1: 일본국 특허 제4306739호 공보 특허 문헌 2: 일본국 특개 제2010―210111호 공보
본 개시는 상기 점을 감안하여, 간소한 구성으로 하류측으로 유출시키는 냉매 유량의 변동을 억제할 수 있는 감압 장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또, 본 개시는 간소한 구성으로 하류측으로 유출시키는 냉매 유량의 변동을 억제할 수 있는 감압 장치를 구비하는 냉동 사이클 장치를 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.
본 개시의 제 1 태양에 따르면, 냉동 사이클 장치에 적용되는 감압 장치는, 냉매를 유입시키는 냉매 유입구, 감압시킨 냉매를 유출시키는 냉매 유출구 및 상기 냉매 유입구로부터 유입된 냉매를 선회시키는 선회 공간을 형성하는 본체부를 포함한다. 상기 냉매 유출구는 냉매 통로 면적을 축소시켜서 냉매를 감압시키는 스로틀을 갖도록 구성된다. 상기 선회 공간 내에서 선회하는 냉매의 선회 중심을 이은 선을 선회 중심선으로 정의할 경우에 상기 선회 공간 내에서 선회하는 냉매는 상기 선회 중심선에 대해 외주측보다도 내주측에 기상 냉매가 다량 분포하도록 하는 선회 유속으로 선회하도록 상기 선회 공간은 구성된다. 또한, 상기 냉매 유출구는 상기 선회 중심선의 연장선상에 배치되어 있다.
따라서, 냉매 유입구로부터 선회 공간 내로 유입된 냉매를 선회 중심선의 외주측보다도 내주측에 기상 냉매가 많아지는 선회 유속으로 선회시키고, 또한 냉매 유출구를 선회 중심선의 연장선상에 배치함으로써, 기상 비율이 많은 기액 혼상 상태의 냉매를 감압 장치의 냉매 유출구에서 감압시키면서 유출시킬 수 있다.
즉, 냉매 유입구로부터 선회 공간 내로 유입되는 냉매가 기액 2상 상태인 경우에, 원심력의 작용에 의하여 밀도가 높은 액상 냉매가 선회 중심의 외주측에 다량으로 편재하고, 그에 따라 선회 중심선의 외주측보다도 선회 중심선 근처에 기상 냉매가 많아진다. 따라서, 선회 중심선의 연장선상에 배치된 냉매 유출구에서 기액 2상 상태의 냉매를 감압시키면서 유출시킬 수 있다.
또한, 냉매 유입구로부터 선회 공간 내로 유입되는 냉매가 액상 냉매인 경우에도, 원심력의 작용에 의하여 선회 중심선 근처의 냉매 압력을 냉매가 감압 비등하는(즉, 캐비테이션을 발생하는) 압력까지 저하시키고, 그에 의해 선회 중심선의 외주측보다도 내주측에 기상 냉매가 다량 분포하도록 할 수 있다.
따라서, 냉매 유입구로부터 선회 공간 내로 유입되는 냉매가 기액 2상 상태인 경우와 마찬가지로, 냉매 유출구로부터 기액 혼상 상태의 냉매를 감압시키면서 유출시킬 수 있다. 또한, 기액 혼상 상태의 냉매는 기액 2상 상태의 냉매만을 의미하는 것은 아니고, 과냉각 액상 상태로 냉매에 기포가 섞인 상태의 냉매도 포함하는 의미이다.
즉, 냉매 유입구로부터 유입되는 냉매의 상태에 관계없이, 냉매 유출구로부터 기액 혼상 상태의 냉매를 유출시킬 수 있다. 그 결과, 사이클 구성의 복잡화를 초래하지 않고, 간소한 구성으로 하류측으로 유출시키는 냉매 유량의 변동을 억제 가능한 감압 장치를 제공할 수 있다.
또한, 선회 중심선은 반드시 직선상으로 형성되는 것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 선회 공간의 형상이나 선회 공간 내를 선회하는 냉매의 선회 유속에 의하여 곡선상으로 형성되는 것도 포함된다.
또한, 선회 중심은 냉매의 압력이 가장 낮아지는 위치이기 때문에, 선회 중심선은 선회 공간 내에서 냉매 유출구의 개구 방향에 수직인 단면 중 가장 압력이 낮아지는 위치를 연결한 선으로 표현할 수도 있다.
또한, 선회 유속은 선회 중심선 수직 단면의 소정 위치에서의 냉매의 선회 방향 성분의 유속을 의미한다. 예를 들어, 선회 유속은 선회 공간의 최외주측에 있어서의 냉매의 선회 방향의 유속을 채용할 수 있다. 따라서, 선회 유속은 선회 공간의 단면 형상 또는 단면적의 상이 등에 따라서 변화할 수 있다.
본 개시의 제 2 태양에 따르면, 선회 공간은 냉매 유출구의 개구 방향을 향하여 단면적이 서서히 축소되는 테이퍼상의 공간을 포함하여 형성되어도 좋다.
본 개시의 제 3 태양에 따르면, 냉매 유출구에는, 그 하류측의 냉매 통로의 냉매 통로 면적을 서서히 넓히는 확대 테이퍼부가 접속되어 있으며, 또한, 확대 테이퍼부로부터 분사되는 분사 냉매에 의하여 냉매를 흡인하는 냉매 흡인구 및 분사 냉매와 냉매 흡인구로부터 흡인된 흡인 냉매의 혼합 냉매를 승압시키는 디퓨저부를 구비한 보디부를 포함할 수 있다.
즉, 테이퍼상 공간, 냉매 유출구 및 확대 테이퍼부에 의하여 형성되는 냉매 통로의 통로 단면적의 변화에 의하여 이른바 라발 노즐을 구성할 수 있는 것과 함께, 보디부를 구비하고 있기 때문에 감압 장치 전체가 이젝터로서의 기능을 발휘시킬 수 있다.
본 개시의 제 4 태양에 따르면, 냉매 유출구에는 캐피럴리 튜브가 접속될 수 있다.
또한, 본 개시의 제 5 태양에 따르면, 냉매 유입구의 통로 단면적을 Ain으로하고, 냉매 유출구의 통로 단면적을 Aout으로 지정한 경우에,
1＜Ain／Aout＜12
로 될 수 있다.
그에 따라, 선회 중심선 근처의 냉매 압력을 냉매가 감압 비등하는 압력까지 저하시킬 수 있다.
본 개시의 제 6 태양에 따르면, 감압 장치는 선회 유속을 조정하는 선회 유속 조정부를 포함할 수 있다.
이러한 구조를 안출함으로써, 선회 유속을 조정하여 냉매 유출구로부터 유출되는 기액 혼상 상태의 냉매의 기상 비율(즉, 건조도 또는 기포의 양)을 조정할 수 있다. 따라서, 감압 장치로부터 하류측으로 유출시키는 냉매 유량의 변동을 효과적으로 억제할 수 있다.
예를 들면, 본 개시의 제 7 태양와 같이, 선회 유속 조정부는 냉매 유입구로부터 상기 선회 공간 내로 유입되는 냉매의 유량을 조정하는 유입측 유량 조정 밸브로 구성될 수 있다.
또, 본 개시의 제 8 태양에 따르면, 본체부에는 선회 공간 내로 냉매를 유입시키는 보조 냉매 유입구가 설치되어 있고, 냉매 유입구로부터 선회 공간 내로 유입되는 냉매의 유입 방향과 보조 냉매 유입구로부터 선회 공간 내로 유입되는 냉매의 유입 방향은 다른 방향을 향하고 있으며, 선회 유속 조정부는 냉매 유입구로부터 선회 공간 내로 유입되는 냉매의 유량을 조정하는 유입측 유량 조정 밸브 및 보조 냉매 유입구로부터 선회 공간 내로 유입되는 냉매의 유량을 조정하는 보조 유입측 유량 조정 밸브 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
또한, 본 개시의 제 9 태양에 따르면, 선회 유속 조정부는 냉매 유출구로부터 유출되는 냉매 유량을 조정하는 유출측 유량 조정 밸브로 구성될 수 있다.
또한, 냉동 사이클 장치는 상기의 감압 장치를 구비할 수 있다. 이 경우에, 간소한 구성으로 하류측으로 유출시키는 냉매 유량의 변동을 억제 가능한 감압 장치를 구비하는 냉동 사이클 장치를 제공할 수 있다.
본 개시에 있어서의 상기 또는 다른 목적, 특징 및 장점은 하기의 도면을 참조하여 이하의 상세 설명으로부터 보다 명백하게 된다.
도 1은 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치의 전체 구성도이다.
도 2(a)는 제 1 실시예의 감압 장치의 축방향 단면도이고, 도 2(b)는 도 2(a)의 A―A선에 따른 단면도이다.
도 3은 Ain／Aout 및 Ass／Aout의 적절한 범위를 나타내는 그래프이다.
도 4는 감압 장치의 냉매 유입구로 유입되는 냉매의 상태의 변화에 대한 감압 장치의 냉매 유출구로부터 유출되는 냉매 유량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제 2 실시예의 감압 장치를 나타내는 측면도이다.
도 6은 제 3 실시예의 감압 장치를 나타내는 측면도이다.
도 7은 제 4 실시예의 감압 장치를 나타내는 측면도이다.
도 8은 제 5 실시예의 냉동 사이클 장치의 감압 장치를 나타내는 전체 구성도이다.
도 9는 제 6 실시예의 냉동 사이클 장치의 감압 장치를 나타내는 전체 구성도이다.
도 10은 제 7 실시예의 냉동 사이클 장치의 감압 장치를 나타내는 전체 구성도이다.
도 11은 제 8 실시예의 냉동 사이클 장치의 감압 장치를 나타내는 전체 구성도이다.
도 12는 제 9 실시예의 냉동 사이클 장치의 감압 장치를 나타내는 전체 구성도이다.
도 13은 제 9 실시예의 감압 장치를 나타내는 축방향 단면도이다.
도 14는 제 10 실시예의 냉동 사이클 장치를 나타내는 구성도이다.
도 15는 제 11 실시예의 냉동 사이클 장치를 나타내는 구성도이다.
도 16은 제 12 실시예의 냉동 사이클 장치를 나타내는 구성도이다.
도 17은 제 13 실시예의 냉동 사이클 장치를 나타내는 구성도이다.
(제 1 실시예)
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 개시의 제 1 실시예에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시예의 감압 장치(14)를 포함하는 증기 압축식의 냉동 사이클 장치(10)의 전체 구성도이다. 냉동 사이클 장치(10)는 차량용 공조 장치에 적용되며, 공조 대상 공간인 차실내로 송풍되는 송풍 공기를 냉각하도록 구성된다.
먼저, 냉동 사이클 장치(10)에서, 압축기(12)는 냉매를 흡입하여 고압 냉매로 되기까지 승압해서 토출하는 것이다. 구체적으로, 본 실시예의 압축기(12)는 하나의 하우징 내에 고정 용량형의 압축 기구(12a) 및 압축 기구(12a)를 구동하는 전동 모터(12b)를 수용하여 구성된 전동 압축기이다.
압축 기구(12a)로서는, 스크롤형 압축 기구, 베인형 압축 기구 등의 다양한 압축 기구를 채용할 수 있다. 또한, 전동 모터(12b)는 후술하는 제어 장치로부터 출력되는 제어 신호에 의하여, 그 작동(즉, 회전수)이 제어된다. 따라서, 전동 모터(12b)는 교류 모터와 직류 모터 중 어느 하나일 수 있다.
압축기(12)의 토출구에는 방열기(13)의 응축부(13d)의 냉매 입구측이 접속되어 있다. 방열기(13)는 압축기(12)로부터 토출된 고압 냉매와 냉각 팬(13a)에 의해 송풍되는 차실외 공기(즉, 외기)를 열교환시킴으로써 고압 냉매를 방열시켜서 냉각하는 방열용의 열교환기이다.
보다 구체적으로, 방열기(13)는 이른바 서브쿨형의 응축기로서, 압축기(12)로부터 토출된 고압 기상 냉매와 냉각 팬(13a)으로부터 송풍되는 외기를 열교환시키고, 고압 기상 냉매를 방열시켜서 응축시키는 응축부(13d), 응축부(13d)로부터 유출된 냉매의 기액을 분리하여, 액상 냉매를 저장하는 리시버부(13b) 및 리시버부(13b)로부터 유출된 액상 냉매와 냉각 팬(13a)으로부터 송풍되는 외기를 열교환시킴으로써, 액상 냉매를 과냉각시키는 과냉각부(13c)를 포함하도록 구성된다.
또한, 본 실시예의 냉동 사이클 장치(10)는 냉매(열매체)로서 HFC계 냉매(구체적으로, R134a)를 채용하고 있으며, 고압측 냉매 압력이 냉매의 임계 압력을 넘지 않는 아임계 냉동 사이클 장치를 구성하고 있다. 물론, 아임계 냉동 사이클 장치를 구성하는 냉매이면, HFO계 냉매(구체적으로, R1234yf) 등과 같은 냉매가 채용될 수 있다.
또한, 냉매에는 압축기(12)를 윤활하기 위한 냉동기유가 혼입되어 있으며, 냉동기유의 일부는 냉매와 함께 사이클을 순환하고 있다. 냉각 팬(13a)은 제어 장치로부터 출력되는 제어 전압에 의하여 회전수(즉, 송풍 공기량)가 제어되는 전동식 송풍기이다.
방열기(13)의 과냉각부(13c)의 냉매 출구측에는 감압 장치(14)의 냉매 유입구(141)가 접속되어 있다. 감압 장치(14)는 방열기(13)로부터 유출된 과냉각 상태의 고압 액상 냉매를 감압시킨 후, 감압 장치(14)의 하류측을 향해 유출시킨다.
감압 장치(14)의 구체적 구성에 대해서는, 도 2(a) 및 2(b)를 참조하여 설명한다. 또한, 도 2(a)는 감압 장치(14)의 축방향 단면도이고, 도 2(b)는 2(a)의 A―A선에 따른 단면도이다. 또한, 도 2(a) 및 2(b)에 있어서의 상하의 각 화살표는 냉동 사이클 장치(10)를 차량용 공조 장치에 적용한 상태에 있어서의 상하의 각 방향을 나타내고 있다.
감압 장치(14)는, 그 내부에 냉매 유입구(141)로부터 유입된 냉매를 선회시키는 선회 공간(SS)을 형성하는 본체부(140)를 포함한다. 본체부(140)는, 그 외관 형상이 연직 아래쪽을 향하여 끝이 가늘어지는 대략 원추 형상으로 형성된 금속제의 중공 용기로서 형성된다. 또한, 본체부(140)의 내부에 형성되는 선회 공간(SS)도 본체부(140)의 외관 형상을 따른 원추상(즉, 테이퍼상)의 공간을 포함하여 형성되어 있다.
냉매 유입구(141)는 본체부(140)의 원추상 측면 중, 원추상 공간의 축방향 수직 단면적이 큰 측(즉, 본 실시예에서는 위쪽)에 설치되고, 또한, 본체부(140)의 위쪽에서 보았을 때에, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 선회 공간(SS)으로 유입되는 냉매의 유입 방향이 대략 원형상으로 되는 선회 공간(SS)의 축방향 수직 단면의 접선 방향과 일치한다.
이러한 구조를 고안함으로써, 냉매 유입구(141)로부터 유입된 냉매는, 도 2(a) 및 2(b)의 굵은 선 화살표로 나타내는 바와 같이 본체부(140)의 내벽면을 따라서 흐르고, 선회 공간(SS) 내에서 선회한다. 그러나, 냉매 유입구(141)는 선회 공간(SS)으로 유입되는 냉매의 유입 방향이 선회 공간(SS)의 축방향 수직 단면의 접선 방향과 완전히 일치하도록 설치되어 있을 필요는 없다. 즉, 적어도 선회 공간(SS)의 축방향 수직 단면의 접선 방향의 성분을 포함하고 있다면, 선회 공간(SS)의 축방향의 성분을 포함하고 있어도 좋다.
냉매 유출구(142)는 본체부(140)의 원추 형상의 정상부로 되는 축방향 일단측(즉, 본 실시예에서는 아래쪽)에 설치되고, 또한, 선회 공간(SS)으로부터 유출되는 냉매의 유출 방향이 선회 공간(SS)의 축방향과 대략 동축상에 배치되어 있다. 따라서, 본 실시예의 선회 공간(SS)은 냉매 유출구(142)의 개구 방향을 향하여 선회 공간(SS)의 축방향 수직 단면적이 서서히 축소되는 테이퍼상의 공간을 포함하여 형성된다.
또한, 본 실시예의 선회 공간(SS)은, 도 2(a) 및 2(b)에서 명백한 바와 같이, 원주상의 공간과 원추상의 공간을 동축상에 결합한 형상의 공간으로 되어 있다. 따라서, 선회 공간(SS) 내에서 선회하는 냉매의 선회 중심을 연결한 선을 선회 중심선(CL)으로 정의하면, 선회 중심선(CL)은 냉매 흐름의 불균일 등에 의하여 일정하게 직선으로는 되지 않지만, 선회 공간(SS)의 축방향에 대략 일치한다. 따라서, 본 실시예의 냉매 유출구(142)는 선회 중심선(CL)의 일단측으로부터 연장된 연장선상에 배치된다.
또한, 선회 공간(SS)은 테이퍼상의 공간을 포함하여 형성되어 있기 때문에, 테이퍼상 공간 중, 축방향에 수직인 단면적이 작아지는 측(즉, 선회 중심선(CL)의 일단측)에서 선회하는 냉매의 선회 유속 및 테이퍼상 공간 중, 축방향에 수직인 단면적이 커지는 측(즉, 선회 중심선(CL)의 타단측)에서 선회하는 냉매의 선회 유속은 서로 다르다. 또한, 본 실시예에서 선회 유속은 선회 중심선(CL) 수직 단면 중 선회 공간(SS)의 최외주 근처에서 냉매의 선회 방향으로 선회하는 유속으로 정의된다.
또한, 선회 공간(SS) 내에서 선회하는 냉매에는 원심력이 작용하기 때문에 냉매 유입구(141)로부터 기액 2상 냉매가 선회 공간(SS)으로 유입되는 경우에는, 밀도가 높은 액상 냉매가 선회 중심에 대해 외주측에 대량으로 분포한다. 따라서, 냉매 유입구(141)로부터 기액 2상 냉매가 선회 공간(SS)으로 유입되는 경우에는, 선회 중심선(CL)에 대해 외주측보다도 내주측에 기상 냉매가 대량으로 분포한다.
또한, 상기 원심력의 작용에 의하여 선회 중심선(CL) 근처의 냉매 압력은 선회 중심선(CL)의 외주측보다도 낮아진다. 선회 중심선(CL) 근처의 냉매 압력은 원심력이 증가함에 따라서 감소하기 때문에, 선회 공간(SS) 내에서 선회하는 냉매의 선회 유속이 증가함에 따라서 선회 중심선(CL) 근처의 냉매 압력이 감소한다.
따라서, 선회 유속을 충분히 증속시켜서 선회 중심선(CL) 근처의 냉매 압력을 냉매가 감압 비등하기까지 감소시키는 경우에, 냉매 유입구(141)로부터 액상 냉매가 선회 공간(SS)으로 유입되는 경우에도 선회 중심선(CL)의 외주측보다도 내주측에 기상 냉매가 대량으로 분포하게 될 수 있다..
따라서, 본 실시예에서, 냉매 유입구(141)의 통로 단면적을 Ain으로 하고, 냉매 유출구(142)의 통로 단면적을 Aout으로 하고, 또한, 선회 공간(SS)의 축방향에 수직인 최대 단면적(즉, 도 2(a)의 선회 공간(SS)의 단면적)을 Ass로 했을 경우에, 하기 수학식 F1, F2를 만족하도록 Ain, Aout 및 Ass를 결정한다.
1＜Ain／Aout＜12…(F1)
1＜Ass／Aout…(F2)
보다 구체적으로, 본 실시예에서는 Ain／Aout을 2 정도로 하고, Ass／Aout을 10 정도로 하고 있다.
이 경우에, 수학식 F1의 Ain／Aout은 제 1 냉매 유출구(142)의 통로 단면적에 대한 냉매 유입구(141)의 통로 단면적의 비이기 때문에, Ain／Aout이 작아짐에 따라서 냉매 유입구(141)로부터 선회 공간(SS) 내로 유입되는 냉매의 유속이 증가한다. 그에 따라, 선회 공간(SS) 내에서 선회하는 냉매 유속을 증가시킬 수 있다.
한편, Ain／Aout이 지나치게 작아질 경우에, 냉매 유입구(141) 자체가 스로틀로서 기능해서, 선회 공간(SS) 내로 유입되는 냉매의 에너지 손실을 발생시킨다. 따라서, Ain／Aout은 선회 공간(SS) 내의 선회 중심선(CL) 근처의 냉매 압력을 충분히 저하시키기 위해 적절한 범위가 존재한다.
또한, 상기 수학식 F2의 Ass／Aout은 냉매 유출구(142)의 통로 단면적에 대한 선회 공간(SS)의 최대 단면적의 비인데, 냉매 유입구(141)가 선회 공간(SS)의 최외주측에 배치되고, 냉매 유출구(142)가 선회 중심선(CL)의 연장상에 배치되어 있기 때문에, 선회 중심과 선회류의 최외주측의 거리를 나타내는 지표로서 이용할 수 있다. 또한, 선회 공간(SS) 내에서 선회하는 냉매의 선회류를 충분히 성장시키기 위해서는, 선회 중심과 선회류의 최외주의 거리를 충분히 확보하는 것이 바람직하다.
이러한 지견을 기초로 하여, 본 발명자들이 확인 시험을 실시한 바, 냉매 유입구(141)로부터 유입되는 냉매의 상태에 따르지 않고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 수학식 F1, F2를 만족하도록 Ain, Aout 및 Ass를 결정함으로써, 냉매 유입구(141)로부터 과냉각 액상 냉매가 유입되는 경우에도, 선회 중심선(CL) 근처의 냉매 압력을 냉매가 감압 비등하기까지(즉, 캐비테이션을 발생하기까지) 감소시키는 선회 유속의 증가을 실현할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 냉매 유출구(142)에서 냉매 통로 단면적은 도 2(a) 및 2(b)에서 분명히 도시된 바와 같이, 선회 공간(SS) 내로부터 유출되는 냉매가 유통하는 냉매 통로 중에서 가장 축소되어 있다. 따라서, 냉매 유출구(142)는 냉매 통로 단면적을 축소시켜서 냉매를 감압시키는 고정 스로틀로서의 기능을 완수한다.
이 경우에, 냉매 유출구(142)는 본체부(140)의 원추 형상의 정상부에 형성되어 있기 때문에, 본체부(140)의 원추상 내벽면 및 냉매 유출구(142)는 노즐로서 기능하는 냉매 통로를 형성하고 있다. 또한, 본 실시예에서는 이 냉매 통로의 형상에 따라서 냉매 유출구(142)로부터 유출되는 냉매의 유속을 음속에 가까워지도록 증속시키고 있다.
감압 장치(14)의 냉매 유출구(142)에는 증발기(15)의 냉매 입구측이 접속되어 있다. 증발기(15)는 냉매 유출구(142)를 통과하는 과정에서 감압된 저압 냉매와 송풍 팬(15a)에 의해 차실내로 송풍되는 송풍 공기를 열교환시킴으로써 저압 냉매를 증발시켜서 흡열 작용을 발휘시키는 흡열용 열교환기이다.
송풍 팬(15a)은 제어 장치로부터 출력되는 제어 전압에 의하여 회전수(즉, 송풍 공기량)가 제어되는 전동식 송풍기이다. 증발기(15)의 출구측에는 압축기(12)의 흡입측이 접속되어 있다.
도시하지 않는 제어 장치는 CPU, ROM 및 RAM 등을 포함하는 주지의 마이크로컴퓨터와 그 주변 회로로 구성된다. 제어 장치는, 그 ROM 내에 기억된 제어 프로그램에 기초하여 각종 연산 및 처리를 실시하고, 상기 각종 전기식의 액츄에이터(12b, 13a, 15a) 등의 작동을 제어한다.
또한, 제어 장치는 외기온을 검출하는 외기 온도 센서, 차실내 온도를 검출하는 내기 온도 센서 등의 센서군(미도시)으로부터의 검출값과 같은 입력신호 및 차량용 공조 장치를 작동시키는 작동 스위치 등이 설치된 조작 패널(미도시)의 각종 조작 신호가 입력된다.
또한, 본 실시예의 제어 장치는, 그 출력측에 접속된 각종 제어 대상 기기의 작동을 제어하는 제어부가 일체로 구성된 것인데, 제어 장치 중 각 제어 대상 기기의 작동을 제어하는 구성(즉, 하드웨어 및 소프트웨어)이 각 제어 대상 기기의 제어부를 구성하고 있다. 예를 들어, 본 실시예에서는 압축기(12)의 전동 모터(12b)의 작동을 제어하는 구성(즉, 하드웨어 및 소프트웨어)이 토출 능력 제어부로서 기능한다.
다음으로, 상기 구성에 있어서의 본 실시예의 작동을 설명한다. 먼저, 조작 패널의 작동 스위치가 ON상태로 된 경우, 제어 장치가 압축기(12)의 전동 모터(12b), 냉각 팬(13a), 송풍 팬(15a) 등을 작동시킨다. 이러한 방식으로, 압축기(12)가 냉매를 흡입하고, 흡입된 냉매를 압축하여 토출한다.
압축기(12)로부터 토출된 고온 고압 상태의 기상 냉매는 방열기(13)의 응축부(13d)로 유입되고, 냉각 팬(13a)에 의해 송풍된 송풍 공기(즉, 외기)와 열교환하고, 방열함으로써 응축한다. 응축부(13d)에서 방열한 냉매는 리시버부(13b)에 의해 기액 분리된다. 리시버부(13b)에 의해 기액 분리된 액상 냉매는 과냉각부(13c)에서 냉각 팬(13a)에 의해 송풍된 송풍 공기와 열교환하고, 그에 의해 추가적으로 방열하여 과냉각 액상 냉매로 된다.
방열기(13)의 과냉각부(13c)로부터 유출된 과냉각 액상 냉매는 감압 장치(14)의 냉매 유입구(141)로부터 선회 공간(SS) 내로 유입된다. 선회 공간(SS) 내에서는, 냉매가 선회함으로써 선회 중심선(CL) 근처의 냉매 압력이 저하한다. 이러한 방식으로, 선회 중심선(CL) 근처의 냉매가 감압 비등하여 기액 혼상 상태의 냉매가 선회 중심선(CL)의 연장선상에 배치된 냉매 유출구(142)로부터 유출된다.
따라서, 냉매 유출구(142)는 스로틀로서 기능하고, 그에 의해 냉매 유출구(142)로부터 유출되는 냉매는 냉매 유출구(142)를 통과할 때에 저압 냉매로 되기까지 등엔탈피적으로 감압된다. 냉매 유출구(142)에서 감압된 저압 냉매는 증발기(15)로 유입되고, 송풍 팬(15a)에 의해서 송풍된 송풍 공기로부터 흡열하여 증발한다. 이러한 방식으로, 차실내로 송풍되는 송풍 공기가 냉각된다. 증발기(15)로부터 유출된 냉매는 압축기(12)에 흡입되어 다시 압축된다.
전술된 방식으로 작동하는 본 실시예의 냉동 사이클 장치(10)는 증발기(15)에서 냉매에 흡열 작용을 발휘시켜서 차실내로 송풍되는 송풍 공기를 냉각할 수 있다. 또한, 본 실시예의 냉동 사이클 장치(10)는 감압 장치(14)를 채용하고 있기 때문에 방열기(13)로부터 유출되는 냉매의 상태가 변화했다고 하더라도 감압 장치(14)로부터 유출되는 냉매 유량을 안정화시킬 수 있어서, 냉동 사이클 장치(10)에 안정된 냉각 능력을 발휘시킬 수 있다.
즉, 방열기(13)로서 서브쿨형의 응축기를 구비하는 본 실시예의 냉동 사이클 장치(10)는 통상 상정되는 운전 조건에서 감압 장치(14)에 과냉각 액상 냉매를 공급할 수 있다. 그런데 서브쿨형의 응축기를 채용하고 있어도 예를 들면, 외기온의 급상승 등이 발생하면, 방열기(13)로부터 유출되어 감압 장치(14)로 유입되는 냉매의 상태가 기액 2상 상태로 되어 버릴 염려가 있다.
그러나, 본 실시예의 감압 장치(14)를 구비함으로써, 냉매 유입구(141)로부터 유입되는 냉매의 상태가 과냉각 액상 상태 또는 기액 2상 상태인 경우라도, 냉매 유출구(142)로부터 기액 혼상 상태의 냉매를 감압시키면서 유출시킬 수 있다. 그 결과, 도 4에 나타내는 바와 같이, 하류측으로 유출시키는 냉매 유량의 변동을 억제할 수 있다.
또한, 도 4는, 감압 장치(14)의 냉매 유입구(141)로부터 유입되는 냉매의 압력과 냉매 유출구(142)로부터 유출된 냉매의 압력 간의 압력차를 일정하게 한 상태에서, 냉매 유입구(141)로 유입되는 냉매의 상태의 변화에 대한 냉매 유출구(142)로부터 유출되는 냉매 유량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4에서 분명히 도시된 바와 같이, 선회 공간(SS) 내에서 냉매를 선회시킴으로써, 선회 중심선(CL)에 대해 외주측보다도 내주측에 기상 냉매가 다량 분포하는 상태로 하는 것으로 선회 공간(SS) 내에서 냉매를 선회시키지 않는 경우에 대하여 냉매 유량의 변화를 매우 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본체부(140)의 원추상 내벽면 및 냉매 유출구(142)가 노즐로서 기능하는 냉매 통로를 형성함으로써 냉매 유출구(142)로부터 유출되는 냉매의 유속이 음속에 가까운 고속으로 증가한다. 따라서, 냉매 유출구(142)의 하류측의 냉매 흐름에 불균일이 발생했다고 하더라도, 하류측의 냉매 흐름의 불균일이 제 1 냉매 유출구(142)를 통하여 선회 공간(SS) 내로 전달되는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 선회 공간(SS)으로부터 냉매 유출구(142)를 통하여 유출되는 냉매 유량을 보다 효과적으로 안정화시킬 수 있고, 선회 공간(SS) 내에서 선회 중심선(CL)의 외주측보다도 선회 중심선(CL)에 가까운 내주측에 기상 냉매가 다량 분포하는 효과를 보다 확실히 달성할 수 있다.
즉, 본 실시예의 감압 장치(14)에 따르면, 냉매 유입구(141)로부터 유입되는 냉매의 상태에 관계없이, 냉동 사이클 장치의 구성의 복잡화를 초래하지 않고 간소한 구성으로 감압 장치(14)로부터 유출되는 냉매 유량의 변동을 억제할 수 있다. 그 결과, 감압 장치(14)를 채용함으로써 냉동 사이클 장치(10)에 안정된 냉각 능력을 발휘시킬 수 있다.
(제 2 실시예)
제 2 실시예에서는 제 1 실시예에 대하여 감압 장치(14)의 구성을 변경한 예를 설명한다. 보다 구체적으로, 본 실시예의 감압 장치(14)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 선회 공간(SS) 내에서 선회하는 냉매의 선회 유속을 조정하는 선회 유속 조정부로서 역할하도록 유입측 유량 조정 밸브(143)를 구비한다. 또한, 도 5는 본 실시예의 감압 장치(14)의 일부 단면을 나타내는 측면도이다. 또한, 도 5에서는 제 1 실시예와 동일 또는 균등 구성에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 이는 이하의 도면에서도 동일하다.
유입측 유량 조정 밸브(143)는 냉매 유입구(141)의 냉매 통로 크기(냉매 통로 단면적)를 변화시키고, 냉매 유입구(141)로부터 선회 공간(SS) 내로 유입되는 냉매의 유속을 또한 변화시킴으로써 선회 공간(SS) 내의 냉매의 선회 유속을 변화시킨다.
보다 구체적으로, 유입측 유량 조정 밸브(143)는 냉매 유입구(141)의 개도를 조정하는 밸브체(143a) 및 밸브체(143a)를 변위시키는 전동 액츄에이터(143b)를 구비한다. 또한, 전동 액츄에이터(143b)는 제어 장치로부터 출력되는 제어 신호에 의하여, 그 작동이 제어된다.
또한, 본 실시예에서, 제어 장치가 방열기(13)로부터 유출된 냉매의 온도 및 압력 등을 검출하고, 이들의 검출값을 기초로 하여 냉매의 과냉각도를 산출한다. 이후, 제어 장치가, 산출된 과냉각도에 기초하여, 미리 제어 장치의 기억 회로에 기억되어 있는 제어 맵을 참조해서 냉매 유출구(142)로부터 유출되는 냉매의 기상 비율(즉, 건조도)이 미리 결정된 목표 건조도에 가까워지도록 전동 액츄에이터(143b)의 작동을 제어한다.
그 밖의 다른 구성 및 작동은 제 1 실시예와 동일하다. 따라서, 본 실시예의 냉동 사이클 장치(10)를 작동시키면, 제 1 실시예와 동일한 효과를 달성할 수 있다.
전술된 구성에 있어서, 제어 장치가 전동 액츄에이터(143b)의 작동을 제어하여 밸브체(143a)가 냉매 유입구(141)의 냉매 통로 면적을 변화시키는 경우에, 냉매 유출구(142)로부터 유출되는 냉매 유량도 변화한다. 그러나, 냉매 유출구(142)로부터 유출되는 냉매의 기상 비율을 조정하기 위한 냉매 유량의 변화는 냉매 유입구(141)로부터 유입되는 냉매의 상태 변화에 의한 냉매 유량의 변화에 대하여 매우 작다.
따라서, 본 실시예의 감압 장치(14)에 있어서도, 냉매 유입구(141)로부터 유입되는 냉매의 상태에 관계없이, 사이클 구성의 복잡화를 초래하지 않고 간소한 구성으로 감압 장치(14)로부터 유출되는 냉매 유량의 변동을 억제할 수 있다. 그 결과, 제 1 실시예와 마찬가지로, 냉동 사이클 장치(10)에 안정된 냉각 능력을 발휘시킬 수 있다.
(제 3 실시예)
제 3 실시예에서는 도 6에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시예에 대하여 본체부(140)에 선회 공간(SS) 내로 냉매를 유입시키는 보조 냉매 유입구(144)를 설치한 예를 설명한다. 또한, 도 6은 본 실시예의 감압 장치(14)의 일부 단면을 나타내는 측면도이고, 제 2 실시예의 도 5에 대응하는 도면이다.
보조 냉매 유입구(144)는 본체부(140)의 원추 형상의 저면으로 되는 축방향 타단측(즉, 본 실시예에서는 위쪽)에 선회 공간(SS)으로 유입되는 냉매의 유입 방향이 선회 공간(SS)의 축방향과 대략 동축상에 배치되어 있다.
따라서, 본 실시예에서는 냉매 유입구(141)로부터 선회 공간(SS)으로 유입되는 냉매의 유입 방향과 보조 냉매 유입구(144)로부터 선회 공간(SS) 내로 유입되는 냉매의 유입 방향은 다른 방향으로 되고, 냉매 유출구(142)의 중심부 및 보조 냉매 유입구(144)의 중심부를 연결하는 방향은 선회 공간(SS)의 축방향과 실질적으로 평행하게 된다.
또한, 방열기(13)의 과냉각부(13c)로부터 유출된 냉매가 바이패스 통로(145)를 통해 보조 냉매 유입구(144)로 유입된다. 바이패스 통로(145)는 방열기(13)의 과냉각부(13c)로부터 유출된 냉매가 유입측 유량 조정 밸브(143)를 우회하도록 하기 위해 채용된다. 그 밖의 다른 구성 및 작동은 제 2 실시예와 동일하다.
따라서, 본 실시예의 냉동 사이클 장치(10)를 작동시키면, 제 2 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 바이패스 통로(145) 및 보조 냉매 유입구(144)로부터 선회 공간(SS) 내로 냉매를 유입시킬 수 있기 때문에 제 2 실시예와 비교하여 감압 장치(14)의 하류측으로 유출시키는 냉매 유량의 변동을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 이러한 구조는 냉동 사이클 장치(10)에 더한층 안정된 냉각 능력을 발휘시킬 수 있다.
(제 4 실시예)
제 4 실시예에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시예에 대하여 유입측 유량 조정 밸브(143)를 제거하고, 선회 유속 조정부로서의 보조 유입측 유량 조정 밸브(146)를 설치한 예이다. 또한, 도 7은 본 실시예의 감압 장치(14)의 일부 단면을 나타내는 측면도이다. 본 실시예의 도 7은 제 2 실시예의 도 5에 대응하는 도면이다.
보조 유입측 유량 조정 밸브(146)의 기본적 구성은 제 2 실시예의 유입측 유량 조정 밸브(143)와 동일하다. 따라서, 보조 유입측 유량 조정 밸브(146)도 보조 냉매 유입구(144)의 개도를 조정하는 밸브체(146a)와, 이 밸브체(146a)를 변위시키는 전동 액츄에이터(146c)를 구비한다.
또한, 본 실시예에서는 제어 장치가 방열기(13)로부터 유출된 냉매의 온도 및 압력 등을 검출하고, 이들의 검출값을 기초로 하여 냉매의 과냉각도를 산출한다. 이후, 제어 장치가, 산출된 과냉각도에 기초하여 미리 제어 장치의 기억 회로에 기억되어 있는 제어 맵을 참조해서 냉매 유출구(142)로부터 유출되는 냉매의 기상 비율(즉, 건조도)이 미리 결정된 목표 건조도에 가까워지도록 전동 액츄에이터(146b)의 작동을 제어한다.
그 밖의 다른 구성 및 작동은 제 2 실시예와 동일하다. 따라서, 본 실시예의 냉동 사이클 장치(10)를 작동시키면, 제 3 실시예와 마찬가지로, 감압 장치(14)로부터 하류측으로 유출시키는 냉매 유량의 변동을 효과적으로 억제하고, 그에 의해 냉동 사이클 장치(10)에 더한층 안정된 냉각 능력을 발휘시킬 수 있다.
(제 5 실시예)
제 5 실시예에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시예에 대하여 제 4 실시예와 동일한 보조 유입측 유량 조정 밸브(146)를 설치한 예이다. 따라서, 본 실시예에서는 유입측 유량 조정부(143) 및 보조 유입측 유량 조정 밸브(146)의 양쪽이 선회 유속 조정부로서 기능한다. 또한, 도 8은 본 실시예의 감압 장치(14)의 일부 단면도를 나타내는 측면도이고, 제 2 실시예의 도 5에 대응하는 도면이다.
또한, 본 실시예에서는 제어 장치가 방열기(13)로부터 유출된 냉매의 온도 및 압력 등을 검출하고, 이들의 검출값을 기초로 하여 냉매의 과냉각도를 산출한다. 이후, 제어 장치가, 산출된 과냉각도에 기초하여 미리 제어 장치의 기억 회로에 기억되어 있는 제어 맵을 참조해서 냉매 유출구((142)로부터 유출되는 냉매의 기상 비율(즉, 건조도)이 미리 결정된 목표 건조도에 가까워지도록 전동 액츄에이터(143b, 146b)의 양쪽의 작동을 제어한다.
그 밖의 다른 구성 및 작동은 제 2 실시예와 동일하다. 따라서, 본 실시예의 냉동 사이클 장치(10)를 작동시키면, 제 3 실시예와 마찬가지로, 감압 장치(14)로부터 하류측으로 유출시키는 냉매 유량의 변동을 효과적으로 억제하고, 그에 의해 냉동 사이클 장치(10)에 더한층 안정된 냉각 능력을 발휘시킬 수 있다.
(제 6 실시예)
제 6 실시예에서는 제 1 실시예에 대하여 감압 장치(14)의 구성을 변경한 예를 설명한다. 보다 구체적으로, 본 실시예의 감압 장치(14)에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 선회 공간(SS) 내에서 선회하는 냉매의 선회 유속을 조정하는 선회 유속 조정부로서의 유출측 유량 조정 밸브(147)를 구비한다. 또한, 도 9는 본 실시예의 감압 장치(14)의 일부 단면을 나타내는 측면도이고, 제 2 실시예의 도 5에 대응하는 도면이다.
유출측 유량 조정 밸브(147)는 냉매 유출구(142)의 냉매 통로 크기(냉매 통로 단면적)을 변화시키고, 냉매 유출구(142)로부터 유출되는 냉매의 유량을 변화시키고, 그에 의해 선회 공간(SS) 내의 냉매의 선회 유속을 변화시키는 것이다.
구체적으로는, 유출측 유량 조정 밸브(147)는 냉매 유출구(142)의 개도를 조정하는 구상으로 형성된 밸브체(147a)와, 밸브체(147a)를 변위시키는 전동 액츄에이터(147b)를 구비한다. 또한, 전동 액츄에이터(147b)는 냉매 유출구(142)의 하류측에 배치되어 있으며, 제어 장치로부터 출력되는 제어 신호에 의하여 그 작동이 제어된다.
본 실시예에서는, 제어 장치가 방열기(13)로부터 유출된 냉매의 온도 및 압력 등을 검출하고, 이들의 검출값을 기초로 하여 냉매의 과냉각도를 산출한다. 이후, 제어 장치가, 산출된 과냉각도에 기초하여, 미리 제어 장치의 기억 회로에 기억되어 있는 제어 맵을 참조해서 냉매 유출구(142)로부터 유출되는 냉매의 기상 비율(즉, 건조도)이 미리 결정된 목표 건조도에 가까워지도록 전동 액츄에이터(147b)의 작동을 제어한다.
그 밖의 다른 구성 및 작동은 제 2 실시예와 동일하다. 따라서, 본 실시예의 냉동 사이클 장치(10)를 작동시키면, 제 2 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제 7 실시예)
제 7 실시예에서는 제 6 실시예와 비교하여, 도 10에 나타내는 바와 같이, 유출측 유량 조정 밸브(147)의 구성을 변경하고 있다. 또한, 도 10은 본 실시예의 감압 장치(14)의 일부 단면을 나타내는 측면도이고, 제 2 실시예의 도 5에 대응하는 도면이다. 보다 구체적으로, 본 실시예의 유출측 유량 조정 밸브(147)는 냉매 유출구(142)의 개도를 조정하는 니들 밸브로 이루어지는 밸브체(147c)와, 밸브체(147c)를 변위시키는 전동 액츄에이터(147d)를 구비한다.
또한, 본 실시예의 전동 액츄에이터(147d)는 냉매 유출구(142)의 상류측에 배치되어 있다. 그 밖의 다른 구성 및 작동은 제 6 실시예와 동일하다. 본 실시예와 같이, 유출측 유량 조정 밸브(147)를 구성해도 제 6 실시예와 실질적으로 동일한 효과를 달성할 수 있다.
(제 8 실시예)
제 8 실시예에서는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제 5 실시예의 감압 장치에 제 6 실시예의 유출측 유량 조정 밸브(147)를 더 추가한 것이다. 도 11은 본 실시예의 감압 장치(14)의 일부 단면을 나타내는 측면도이고, 제 2 실시예의 도 5에 대응하는 도면이다. 그 밖의 다른 구성 및 작동은 제 5 실시예와 동일하다. 본 실시예와 같이, 유입구 유량 조정 밸브(143), 보조 유입구 유량 조정 밸브(146) 및 유출측 유량 조정 밸브(147)에 의하여 선회 유속 조정부를 구성해도 제 5 실시예와 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제 9 실시예)
제 9 실시예에서는, 제 1 실시예에 대하여 감압 장치의 구성을 변경해서 도 12의 전체 구성도에 나타내는 바와 같이, 냉매 감압부 및 냉매 순환부로서 기능하는 이젝터를 구비하는 냉동 사이클 장치(이젝터식 냉동 사이클 장치)(11)를 구성한 예를 설명한다.
이러한 종류의 이젝터식 냉동 사이클 장치에서는 이젝터의 노즐부에서 냉매가 감압되는 과정에서의 운동 에너지의 손실을 회복하고, 회복한 운동 에너지를 압력 에너지로 변환시키고, 압축기(12)에 의해 흡입된 냉매의 압력을 상승시킬 수 있다. 따라서, 압축기의 구동 동력을 저감시켜서 사이클 효율의 향상을 도모할 수 있다.
먼저, 도 13을 참조하여 본 실시예의 감압 장치(24)의 상세 구성을 설명한다. 도 13은 본 실시예의 감압 장치(24)의 축방향 단면도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 감압 장치(24)는 제 1 실시예의 감압 장치(14)의 본체부(140)와 동일 또는 유사한 구성의 본체부(240)를 구비한다. 따라서, 본체부(240)에는, 그 내부에 냉매를 선회시키는 선회 공간(SS)이 형성되고, 냉매 유입구(241) 및 냉매 유출구(242)가 설치되어 있다.
또한, 본 실시예의 감압 장치(24)는 냉매 유출구(242)의 하류측으로 갈수록 냉매 통로 면적이 서서히 확대되도록 역으로 테이퍼진 확대 테이퍼부(244) 및 확대 테이퍼부(244)로부터 분사되는 분사 냉매에 의하여 냉매를 흡인하는 냉매 흡인구(245a) 및 분사 냉매와 냉매 흡인구(245a)로부터 흡인된 흡인 냉매를 혼합시켜서 냉매 압력을 증가시키는 디퓨저부(245b)가 형성된 보디부(245)를 구비한다.
확대 테이퍼부(244)는 스로틀로서 기능하는 냉매 유출구(242)에 접속되어 있다. 또한, 감압 장치(24)의 본체부(240)의 원추상 내벽면, 냉매 유출구(242) 및 확대 테이퍼부(244)의 내벽면은 이른바 라발 노즐로서 기능하는 냉매 통로를 형성한다. 즉, 본 실시예의 냉매 유출구(242)는 라발 노즐에 있어서 냉매 통로 단면적이 가장 축소되는 스로트(throat)를 형성한다.
보디부(245)는 대략 원통상의 형상으로 형성되고, 보디부(245)의 일단측에 본체부(240)의 외주측이 압입 등에 의하여 고정되어 있다. 냉매 흡인구(245a)는 후술하는 흡인측 증발기(25) 하류측 냉매를 보디부(245) 내부에 흡인하는 흡인구이고, 본체부(240) 및 확대 테이퍼부(244)의 외주측에 배치되어, 확대 테이퍼부(244)의 냉매 분사구와 연통하도록 설치되어 있다.
따라서, 보디부(245)의 내주면과 본체부(240)의 원추상 외주면의 사이의 공간 및 보디부(245)의 내주면과 확대 테이퍼부(244)의 외주면의 사이에 형성되는 공간은 냉매 흡인구(245a)로부터 보디부(245)의 내부로 흡인된 흡인 냉매를 디퓨저부(245b)측으로 유도하는 흡인 냉매 통로로서 기능한다.
디퓨저부(245b)는 확대 테이퍼부(244)의 냉매 분사구 및 냉매 흡인구(245a)의 냉매 흐름 하류측에 배치되어, 냉매 통로 단면적을 서서히 확대하는 형상으로 형성되어 있다. 그에 따라, 확대 테이퍼부(244)의 냉매 분사구로부터 분사된 분사 냉매와 냉매 흡인구(245a)로부터 흡인된 흡인 냉매의 혼합 냉매의 유속이 감소되고, 그에 의해 혼합 냉매의 압력이 상승한다. 즉, 디퓨저부(245b)에서 혼합 냉매의 속도 에너지는 혼합 냉매의 압력 에너지로 변환된다.
이상의 설명에서 명백한 바와 같이, 본 실시예의 감압 장치(24)는 본체부(240) 및 확대 테이퍼부(244)를 결합시킴으로써, 라발 노즐을 구성할 수 있는 것과 함께, 보디부(245)를 구비하도록 구성된다. 그에 따라, 감압 장치(24) 전체로서 예를 들면, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 이젝터로서의 기능을 발휘할 수 있다.
도 12로 되돌아가서, 본 실시예의 냉동 사이클 장치(11)의 전체 구성에 대하여 설명한다. 먼저, 본 실시예의 방열기(13)의 냉매 출구에는 냉매의 흐름을 분기시키는 분기부(21)의 냉매 유입구가 접속되어 있다. 분기부(21)는 3개의 유입 출구를 갖는 3방향 조인트로 구성되어 있으며, 유입 출구 중 1개를 냉매 유입구로 하고, 다른 2개를 냉매 유출구로 한 것이다. 이와 같은 3방향 조인트는 관직경이 다른 배관을 접합하여 구성할 수 있고, 수지/금속 블록에 통로 직경이 다른 복수의 냉매 통로를 설치하여 구성할 수 있다.
분기부(21)의 한쪽의 냉매 유출구에는 감압 장치(24)의 냉매 유입구(241)가 접속되어 있으며, 다른쪽의 냉매 유출구에는 분기측 감압부로서의 고정 스로틀(22)을 통하여 흡인측 증발기(25)가 접속되어 있다. 고정 스로틀(22)로서는, 오리피스, 캐피럴리 튜브 등을 채용할 수 있다.
흡인측 증발기(25)는 고정 스로틀(22)에서 감압된 저압 냉매와 송풍 팬(15a)으로부터 송풍된 증발기(15) 통과 후의 송풍 공기를 열교환시킴으로써 저압 냉매를 증발시켜서 흡열 작용을 발휘시키는 흡열용 열교환기이다. 흡인측 증발기(25)의 기본적 구성은 증발기(15)와 동일하다. 흡인측 증발기(25)의 냉매 출구측에는 감압 장치(24)의 냉매 흡인구(245a)가 접속되어 있다. 또한, 본 실시예에서는 증발기(15)와 흡인측 증발기(25)의 구별을 명확히 하기 위해, 이하의 설명에서는 증발기(15)를 유출측 증발기(15)로 기재한다.
또한, 감압 장치(24)의 냉매 유출구(242)의 냉매 흐름 하류측에 위치하는 디퓨저부(245b)의 냉매 유출구(243)에는 유출측 증발기(15)의 냉매 입구측이 접속되고, 유출측 증발기(15)의 냉매 출구측에는 압축기(12)의 흡입측이 접속되어 있다. 따라서, 감압 장치(24)의 냉매 유출구(243)에는 압축기(12)의 흡입측이 접속되어 있다. 그 밖의 다른 구성은 제 1 실시예와 동일하다.
상기 구성에 따른 본 실시예의 작동에 대하여 설명한다. 제어 장치가 압축기(12)를 작동시킴으로써 압축기(12)로부터 토출된 고온 고압 냉매가 방열기(13)로 유입되어 냉각되고 응축된다. 방열기(13)로부터 유출된 고압 냉매의 흐름은 분기부(21)에서 감압 장치(24)의 냉매 유입구(241)로 유입되는 냉매 흐름과 고정 스로틀(22)로 유입되는 냉매 흐름으로 분류된다.
분기부(21)로부터 감압 장치(24)측으로 유입된 고압 냉매는 선회 공간(SS) 내에서 선회하고, 감압 장치(24)의 냉매 유출구(242)로부터 유출된다. 제 1 실시예와 마찬가지로, 기액 혼상 상태의 냉매가 선회 중심선(CL)의 연장선상에 배치된 냉매 유출구(242)로부터 유출된다.
냉매 유입구(241)로 유입되는 냉매는 냉매 유출구(242)를 통과하는 동안에 감압된다. 보다 상세하게는, 본 실시예의 감압 장치(24)에서는 본체부(240) 및 확대 테이퍼부(244)에 의하여 라발 노즐을 구성하고 있기 때문에 냉매 유출구(242)를 통과하는 냉매는 등엔탈피적으로 감압되어 확대 테이퍼부(244)의 냉매 분사구로부터 음속을 넘는 유속으로 되어 분사된다.
그리고 이 분사 냉매의 흡인 작용에 의하여 흡인측 증발기(25)로부터 유출된 냉매가 냉매 흡인구(245a)로부터 흡인된다. 확대 테이퍼부(244)로부터 분사된 분사 냉매와 냉매 흡인구(245a)로부터 흡인된 흡인 냉매는 각각 감압 장치(24)의 디퓨저부(245b)로 유입되어 그 내부에서 혼합된다. 디퓨저부(245b)에서는 냉매 통로 면적의 확대에 의해 냉매의 속도 에너지가 압력 에너지로 변환된다. 그에 따라, 분사 냉매와 흡인 냉매가 혼합되면서 혼합 냉매의 압력이 감압 장치(24) 내에서 상승한다.
디퓨저부(245b)로부터 유출된 냉매는 유출측 증발기(15)로 유입되고, 송풍 팬(15a)에 의하여 송풍된 송풍 공기로부터 흡열하고 증발한다. 이에 따라, 차실내로 송풍되는 송풍 공기가 냉각된다. 유출측 증발기(15)로부터 유출된 냉매는 압축기(12)에 흡입되고, 이후 다시 압축된다.
냉매 유입구(141)로 유입된 냉매는 감압 장치(24)의 냉매 유출구(242)를 통과하는 동안에 중간압 냉매로 되기까지 등엔탈피적으로 감압된다. 냉매 유출구(242)에서 감압된 냉매는 디퓨저부(245b) 내에서 냉매 흡입구(245a)로부터 흡인된 냉매와 혼합된다.
한편, 분기부(21)로부터 스로틀 기구(27)측으로 유출된 냉매는 고정 스로틀(22)에서 등엔탈피적으로 감압 팽창되어 흡인측 증발기(25)로 유입된다. 흡인측 증발기(25)로 유입된 냉매는 송풍 팬(15a)에 의하여 송풍되고, 유출측 증발기(15)에서 냉각된 송풍 공기로부터 흡열하여 증발한다. 이러한 방식으로, 차실내로 송풍되는 송풍 공기가 다시 냉각된다. 흡인측 증발기(25)로부터 유출된 냉매는 냉매 흡인구(245a)로부터 흡인되어 디퓨저부(245b)로 유입된다.
본 실시예의 냉동 사이클 장치(11)는, 전술된 작동에 의해, 송풍 팬(15a)에 의해 송풍된 송풍 공기를 유출측 증발기(15) 및 흡인측 증발기(25)의 차례로 통과시켜서 냉각할 수 있다. 이 경우에, 유출측 증발기(15)의 냉매 증발 압력을 디퓨저부(245b)에서 승압한 후의 압력과 동등하게 하고, 흡인측 증발기(25)의 냉매 증발 압력을 냉매 유출구(242)에서 감압된 직후의 가장 낮은 압력과 동등하게 할 수 있다.
따라서, 유출측 증발기(15)의 냉매 증발 압력(즉, 냉매 증발 온도)보다도 흡인측 증발기(25)의 냉매 증발 압력(즉, 냉매 증발 온도)을 낮게 할 수 있다. 그 결과, (ⅰ) 유출측 증발기(15) 및 흡인측 증발기(25)의 냉매 증발 온도와 (ⅱ) 송풍 공기 간의 온도차가 확보될 수 있고, 그에 의해 효율적으로 송풍 공기를 냉각할 수 있다.
또한, 본 실시예의 냉동 사이클 장치(11)에서는 이젝터로서 기능하는 감압 장치(24)를 채용하고 있기 때문에, 제 1 실시예와 마찬가지로 감압 장치(24)의 냉매 유출구(242)로부터 유출되는 냉매 유량이 안정화되고, 그에 의해 상기한 이젝터식 냉동 사이클 장치로서의 사이클 효율 향상 효과를 확실히 달성할 수 있다.
본 실시예의 감압 장치(24)에 따르면, 냉매 유출구(242)로부터 유출되는 냉매를 기액 혼상 상태(즉, 기액 2상 상태 또는 액상 냉매에 기포가 섞인 냉매 상태)로 할 수 있다.
이러한 방식으로, 스로틀을 구성하는 냉매 유출구(242)에서의 냉매의 비등이 촉진되며, 이젝터로서 기능하는 감압 장치(24)의 노즐 효율을 향상시킬 수 있고, 그에 의해 안정된 흡인 능력 및 승압 능력을 발휘시킬 수 있다. 따라서, 냉매 사이클의 열부하 변동이 발생하여 사이클을 순환하는 냉매의 순환 유량이 변화한다고 하더라도, 이젝터식 냉동 사이클 장치로서의 사이클 효율 향상 효과를 달성할 수 있다.
또한, 본 실시예의 감압 장치(24)에서는 본체부(240), 냉매 유출구(242) 및 확대 테이퍼부(244)에 의하여 라발 노즐로서 기능하는 냉매 통로를 형성하고, 확대 테이퍼부(244)의 냉매 분사구로부터 음속을 넘는 유속으로 냉매를 분사시키도록 구성된다. 그에 따라, 감압 장치(24)의 하류측의 냉매 흐름에 불균일이 발생했다고 하더라도, 그러한 불균일이 냉매 유출구(242)를 통하여 선회 공간(SS)의 내부로 전달되는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 선회 공간(SS)으로부터 냉매 유출구(242)를 통하여 유출되는 냉매 유량을 안정화시킬 수 있는 것과 함께, 선회 공간(SS) 내에서 선회 중심선(CL)에 대해 외주측보다도 내주측에 기상 냉매가 다량 분포하는 선회 유속으로 냉매를 선회시킴으로써 얻어지는 효과를 확실히 달성할 수 있다.
물론, 본 실시예의 감압 장치(24)에 제 2, 제 3, 제 5 및 제 8 실시예 중 어느 하나에서 채용한 유입측 유량 조정 밸브(143) 또는 제 3 내지 제 5 및 제 8 실시예 중 어느 하나에서 채용한 바이패스 통로(145) 또는 제 4, 제 5 및 제 8 실시예 중 어느 하나에서 채용한 보조 유입측 유량 조정 밸브(146) 또는 제 6 내지 제 8 실시예 중 어느 하나에서 채용한 유출측 유량 조정 밸브(147)를 적용할 수 있다.
이와 같은 방식으로, 이젝터식 냉동 사이클 장치로서의 사이클 효율 향상 효과를 더한층 효과적으로 얻을 수 있는 것과 함께, 이젝터로서 기능하는 감압 장치(24)에 의해 더한층 안정된 흡인 능력 및 승압 능력을 발휘시킬 수 있다.
(제 10 및 제 11 실시예)
제 10 실시예에서는 제 1 실시예의 냉동 사이클 장치(10)에 대하여 도 14의 전체 구성도에 나타내는 바와 같이, 방열기의 구성을 변경한 것이다. 구체적으로는, 본 실시예의 방열기(23)는 서브쿨형의 응축기로서 구성되어 있지 않고, 냉매를 냉각시키고 응축시키는 응축부로 구성되어 있다.
따라서, 방열기(23)로부터 유출되는 냉매의 상태는 외기온 등의 변화에 의하여 변화하는 경우가 있다. 즉, 감압 장치(14)로 유입되는 냉매의 상태도 기액 2상 상태로부터 액상 상태로, 또는 액상 상태로부터 기액 2상 상태로 포화 가스선을 가로질러 변화하는 경우가 있다.
그러나, 본 실시예의 냉동 사이클 장치(10)에서는 감압 장치(14)를 구비하고 있기 때문에, 냉매 유입구(141)로부터 유입되는 냉매의 상태가 과냉각 액상 상태이거나 기액 2상 상태이더라도, 냉매 유출구(142)로부터 기액 혼상 상태의 냉매를 감압시키면서 유출시킬 수 있고, 그에 의해 냉동 사이클 장치(10)에 안정된 냉각 능력을 발휘시킬 수 있다.
또한, 제 11 실시예에서는 제 9 실시예의 냉동 사이클 장치(11)에 대하여 도 15의 전체 구성도에 나타내는 바와 같이, 제 10 실시예와 동일한 방열기(23)를 채용하고 있다.
본 실시예의 냉동 사이클 장치(11)에서는 감압 장치(24)를 구비하고 있기 때문에, 제 2 실시예와 마찬가지로, 이젝터식 냉동 사이클 장치로서의 사이클 효율 향상 효과를 더한층 확실하게 얻을 수 있는 것과 함께, 이젝터로서 기능하는 감압 장치(24)에 의해 더한층 안정된 흡인 능력 및 승압 능력을 발휘시킬 수 있다.
(제 12 및 제 13 실시예)
제 12 실시예에서는, 제 10 실시예의 냉동 사이클 장치(10)에 대하여 도 16의 전체 구성도에 나타내는 바와 같이, 압축기(12)로 흡입되는 냉매의 기액을 분리함으로써 액상 냉매를 저장하는 어큐뮬레이터(26)를 추가한 것이다. 그 밖의 다른 구성 및 작동은 제 10 실시예와 동일하다. 따라서, 제 12 실시예의 냉동 사이클 장치(10)에 있어서도, 제 01 실시예와 동일한 효과를 얻를 수 있다.
추가적으로, 이러한 어큐뮬레이터(26)를 구비하는 사이클에서는 압축기(12)의 흡입측으로 확실히 기상 냉매를 공급하여 압축기(12)의 액 압축을 방지할 수 있다. 따라서, 방열기(23)로부터 유출되는 냉매의 온도 또는 압력을 기초로 하여 사이클 효율이 극대값으로 되도록 압축기(12)의 작동을 제어할 수 있다. 이 경우에, 더한층의 사이클 효율 향상 효과를 달성할 수 있다.
제 13 실시예에서는 제 11 실시예의 냉동 사이클 장치(11)에 대하여 도 17의 전체 구성도에 나타내는 바와 같이, 압축기(12)로 흡입되는 냉매의 기액을 분리함으로써 액상 냉매를 저장하는 어큐뮬레이터(26)를 추가한 것이다. 그 밖의 다른 구성 및 작동은 제 11 실시예와 동일하다. 따라서, 제 13 실시예의 냉동 사이클 장치(11)에 있어서도, 제 11 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있고, 압축기(12)의 액 압축을 방지할 수 있다.
(다른 실시예)
본 개시는 상기의 실시예에 한정되지 않고, 본 개시의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지로 변형 가능하다.
이하는 그러한 변형의 몇 가지 예이다.
(1) 상기의 각 실시예에서는 감압 장치(14, 24)의 선회 공간(SS)을 원주상의 공간과 원추상의 공간을 동축상에 결합한 형상의 공간으로 한 예를 설명했지만, 선회 공간(SS)의 공간 형상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 1 실시예의 감압 장치(14)에 있어서, 냉매 유출구(142)의 중심부 및 제 2 냉매 유출구(143)의 중심부를 잇는 방향에 수직인 단면 형상이 타원형상, 다각형상일 수 있다. 즉, 단면 형상이 원형상 외에 다른 형상일 수 있다.
이 경우에, 선회 중심선(CL)은 선회 공간(SS)의 축과 일치하지 않는다. 그러나, 냉동 사이클 장치(10, 11)의 통상 상정되는 운전 조건에 있어서, 냉매 유출구(142, 242)가 선회 중심선(CL)의 일단측으로부터 연장된 연장선상에 배치되어 있으면 좋다.
상기 각 실시예에서, 상기 수학식 F2에서는 선회 중심과 선회류의 최외주측 간의 거리를 나타내는 지표로서 상기 수학식 F2를 채용하고 있다. 즉, 상기 수학식 F2를 기초로 하여, 냉매 유출구(142)의 개구 방향에 수직인 단면 형상이 타원형상, 다각형상 등이더라도 선회 공간(SS) 내에서 선회하는 냉매의 선회류를 충분히 성장/발달시키기 위한 조건을 이끌어낼 수 있다.
(2) 상기의 각 실시예에서는 냉매 유출구(142)의 냉매 통로 면적을 축소시키는 것으로 오리피스와 동일한 고정 스로틀로서의 기능을 발휘시키고 있다. 그러나, 냉매 유출구(142)에 다른 수단에 의해 스로틀로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 감압 장치(14)의 냉매 유출구(142)를 캐피럴리 튜브를 이용함으로써 형성하거나 캐피럴리 튜브에 연결할 수 있다.
(3) 상기의 제 1 내지 제 8, 제 10 및 제 12 실시예에서는 감압 장치(14)를 통상의 냉동 사이클 장치에 적용한 예를 설명했지만, 감압 장치(14)의 적용은 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 감압 장치(14)는 저단측 압축 기구 및 고단측 압축 기구의 2개의 압축기를 구비하고, 냉매를 다단계로 승압시키는 것과 함께, 사이클 내의 중간압 냉매를 저단측 압축 기구로부터 토출된 냉매와 합류시켜서 고단측 압축 기구로 흡입시키는 이른바 이코노마이저식 냉동 사이클 장치로서 구성된 냉동 사이클 장치에 적용될 수 있다.
또한, 상기의 제 9, 제 11 및 제 13 실시예에서, 방열기(13, 23)로부터 유출된 냉매의 흐름을 분기시키는 분기부(21)를 구비하고, 분기부(21)에서 분기된 한쪽의 냉매 유출구에 이젝터로서 기능하는 감압 장치(24)의 냉매 유입구(241)를 접속한 이젝터식 냉동 사이클 장치에 대하여 설명했지만, 감압 장치(24)를 적용 가능한 이젝터식 냉동 사이클 장치는 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 감압 장치(24)의 디퓨저부(245b)로부터 유출된 냉매의 흐름을 분기하는 저압측 분기부를 구비하고, 저압측 분기부에서 분기된 한쪽의 냉매를 유출측 증발기(15)로 유입시키고, 다른쪽의 냉매를 흡인측 증발기(25)로 유입시키는 사이클 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기의 실시예에서는 유출측 증발기(15) 및 흡인측 증발기(25)에 의하여 동일한 공조 대상 공간(즉, 차실내)을 냉각하고 있지만, 유출측 증발기(15) 및 흡인측 증발기(25)에서 다른 공조 대상 공간을 냉각하도록 할 수 있다. 예를 들어, 유출측 증발기(15)에 대하여 냉매 증발 압력(즉, 냉매 증발 온도)이 낮은 흡인측 증발기(25)를 냉동고 내의 냉각용으로 이용하고, 유출측 증발기(15)를 냉장고 내의 냉각용으로 이용할 수도 있다.
(4) 상기의 실시예에서는 본 개시의 감압 장치(14, 24)를 구비하는 냉동 사이클 장치(10, 11)를 차량용 공조 장치에 적용한 예를 설명했지만, 본 개시의 감압 장치(14, 24)를 구비하는 냉동 사이클 장치(10, 11)의 적용은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 거치형 공조 장치, 냉/온 보존고, 자동 판매기용 냉각/가열 장치 등에 적용할 수 있다.
(5) 상기의 실시예에서는 방열기(13, 23)를 냉매와 외기를 열교환시키는 실외 열교환기로 하고, 증발기(즉, 유출측 증발기)(15) 및 흡인측 증발기(25)를 실내 송풍 공기를 냉각하는 이용측 열교환기로서 이용한 예에 대하여 설명했지만, 증발기(유출측 증발기)(15) 및 흡인측 증발기(25)를 외기 등의 열원으로부터 흡열하는 실외측 열교환기로 하고, 방열기(13, 23)를 공기 또는 물 등의 피가열 유체를 가열하는 실내측 열교환기로 하여 이용하는 히트 펌프 사이클을 구성할 수 있다.

Claims (10)

  1. 냉동 사이클 장치(10, 11)에 적용되는 감압 장치로서,
    냉매를 유입시키는 냉매 유입구(141, 241),
    감압시킨 냉매를 유출시키는 냉매 유출구(142, 242) 및
    상기 냉매 유입구(141, 241)로부터 유입된 냉매를 선회시키는 선회 공간(SS)을 형성하는 본체부(140, 240)를 포함하고,
    상기 냉매 유출구(142, 242)는 냉매 통로 면적을 축소시켜서 냉매를 감압시키는 스로틀을 갖도록 구성되고,
    상기 선회 공간(SS) 내에서 선회하는 냉매의 선회 중심을 이은 선을 선회 중심선(CL)으로 정의했을 경우에 상기 선회 공간(SS) 내에서 선회하는 냉매는 상기 선회 중심선(CL)에 대해 외주측보다도 내주측에 기상 냉매가 다량 분포하도록 하는 선회 유속으로 선회하도록 상기 선회 공간(SS)이 구성되고,
    상기 냉매 유출구(142, 242)는 상기 선회 중심선(CL)의 연장선상에 배치되어 있는
    감압 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선회 공간(SS)은 상기 냉매 유출구(142, 242)의 개구 방향을 향하여 단면적이 서서히 축소되는 테이퍼상의 공간을 포함하도록 구성되어 있는
    감압 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉매 유출구(242)의 하류측에 접속되고, 그 하류측을 향하여 냉매 통로의 냉매 통로 단면적이 서서히 확대되는 확대 테이퍼부(244) 및
    상기 확대 테이퍼부(244)로부터 분사되는 분사 냉매에 의하여 냉매를 흡인하는 냉매 흡인구(245a) 및 상기 분사 냉매와 상기 냉매 흡인구(245a)로부터 흡인된 흡인 냉매의 혼합 냉매를 승압시키는 디퓨저부(245b)가 형성된 보디부(245)를 더 포함하는
    감압 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉매 유출구(142)에는 캐피럴리 튜브가 접속되는
    감압 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 유입구(141, 241)의 통로 단면적을 Ain으로 하고, 상기 냉매 유출구(142, 242)의 통로 단면적을 Aout으로 지정했을 경우에,
    1＜Ain／Aout＜12
    로 되도록 상기 냉매 유입구(141, 241)와 상기 냉매 유출구(142, 242)가 구성되는
    감압 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선회 유속을 조정하는 선회 유속 조정부(143, 146, 147)를 더 포함하는
    감압 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 선회 유속 조정부는 상기 냉매 유입구(141)로부터 상기 선회 공간(SS) 내로 유입되는 냉매의 유량을 조정하는 유입측 유량 조정 밸브(143)로 구성되는
    감압 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 본체부(140)에는 상기 선회 공간(SS) 내로 냉매를 유입시키는 보조 냉매 유입구(144)가 설치되어 있고,
    상기 냉매 유입구(141)로부터 상기 선회 공간(SS) 내로 유입되는 냉매의 유입 방향과 상기 보조 냉매 유입구(144)로부터 상기 선회 공간(SS) 내로 유입되는 냉매의 유입 방향은 다른 방향으로 되어 있으며,
    상기 선회 유속 조정부는 상기 냉매 유입구(141)로부터 상기 선회 공간(SS) 내로 유입되는 냉매의 유량을 조정하는 유입측 유량 조정 밸브(143) 및 상기 보조 냉매 유입구(144)로부터 상기 선회 공간(SS) 내로 유입되는 냉매의 유량을 조정하는 보조 유입측 유량 조정 밸브(146) 중 적어도 하나로 구성되는
    감압 장치.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선회 유속 조정부는 상기 냉매 유출구(142)로부터 유출되는 냉매 유량을 조정하는 유출측 유량 조정 밸브(147)로 구성되는
    감압 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 감압 장치를 포함하는
    냉동 사이클 장치.
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