WO2010131918A2

WO2010131918A2 - 다중 증발 시스템

Info

Publication number: WO2010131918A2
Application number: PCT/KR2010/003044
Authority: WO
Inventors: 안용남; 박태영; 민은기; 김덕수
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2010-11-18
Also published as: CN102187165B; WO2010131918A9; EP2314957A2; EP2314957B1; EP2314957A4; CN102187165A; US20110113803A1; WO2010131918A3

Abstract

본 발명은 차량용 공조 시스템의 냉방 사이클에서 다중 증발을 함으로써 시스템 효율을 상승시키도록 하는 다중 증발 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 병렬 배치된 다수 개의 증발부에 의하여 다중 증발이 이루어짐으로써 냉방 효율 및 시스템 효율을 향상시키는, 다중 증발 시스템을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 증발 시스템에 이젝터를 부가 구비함으로써 냉매를 혼합하여 냉매 온도 조건을 개선하여 냉방 효율 및 시스템 효율을 더욱 향상시키는, 다중 증발 시스템을 제공함에 있다.

Description

다중 증발 시스템

본 발명은 다중 증발 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 공조 시스템의 냉방 사이클에 있어서, 다중 증발을 함으로써 시스템 효율을 상승시키는 다중 증발 시스템에 관한 것이다.

세계적으로 에너지 및 환경 문제에 관한 관심사가 커져 감에 따라, 최근 자동차 생산 산업에 있어서 연비를 포함한 각 부품의 효율 개선이 꾸준히 이루어지고 있으며, 또한 다양한 소비자의 욕구를 만족시키기 위하여 자동차 외관의 형태 역시 다양화되고 있는 추세이다. 이러한 경향에 따라, 차량의 각 부품들은 점차로 경량화ㆍ소형화 및 고기능화를 위한 꾸준한 연구 개발이 이루어지고 있다. 특히 차량용 공조 장치에 있어서, 대개 엔진룸 내부에서 충분한 공간을 확보하기 어려운 실정이기 때문에 작은 크기를 가지면서도 높은 효율을 가지는 냉방 시스템을 제조하기 위한 노력이 있어 왔다.

한편, 통상적으로 냉방 시스템은 주변으로부터 열을 흡수하는 증발기, 냉매를 압축하는 압축기, 주변으로 열을 방출하는 응축기, 냉매를 팽창시키는 팽창수단으로 구성된다. 냉각 시스템에서는, 상기 증발기로부터 압축기로 유입되는 기체 상태의 냉매는 압축기에서 고온 및 고압으로 압축되고, 상기 압축된 기체 상태의 냉매가 응축기를 통과하면서 액화되는 과정에서 주변으로 액화열이 방출되며, 상기 액화된 냉매가 다시 팽창수단을 통과함으로써 저온 및 저압의 습포화 증기 상태가 된 후 다시 증발기로 유입되어 기화하게 되어 사이클을 이루게 된다.

이 때, 실질적인 냉각 작용은 액체 상태의 냉매가 주변에서 기화열만큼의 열량을 흡수하여 기화되는 증발기에 의해 일어나게 된다. 따라서 냉방 시스템에 있어 증발기의 효율 향상은 항상 매우 중요한 과제이다.

도 1은 일반적인 증발기의 사시도이다. 도시된 바와 같이 증발기(100)는, 한 쌍의 헤더탱크(110), 복수 개의 튜브(120) 및 복수 개의 핀(130)으로 이루어진다. 상기 헤더탱크(110)는, 폭 방향으로 연장되고 길이 방향으로 배열되는 복수 개의 튜브삽입홀(113)이 상면 또는 하면에 형성되며, 엔드캡(114)에 의해 길이 방향의 양 끝이 폐쇄되고, 내부 공간에 냉매유로를 형성하되 상기 냉매유로 공간을 길이 방향으로 구획하는 적어도 1개 이상의 격벽(111) 및 상기 냉매유로 공간을 폭 방향으로 구획하는 적어도 1개 이상의 배플(112)을 포함하여 이루어진다. 또한 상기 튜브(120)는 상기 헤더탱크(110)의 상기 튜브삽입홀(113)에 양단이 삽입 고정되어 냉매유로를 형성하며, 상기 핀(130)은 상기 튜브(120) 사이에 개재되어 열교환성능을 높이게 된다. 여기에서, 도 1에 도시된 증발기의 형태는 하나의 예시일 뿐으로, 상기 증발기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 튜브(120)가 2열로 형성될 수도 있고, 또는 단열이나 3열로 이루어질 수도 있다. 또한 냉매 유로의 설계에 따라 상기 격벽(111)이나 상기 배플(112)의 위치나 형태가 달라질 수도 있고, 상기 격벽(111) 상에 연통홀이 형성될 수도 있는 등, 여기에서 말하는 증발기가 도 1의 형태로 한정되는 것은 아니다.

도 1에 도시된 바와 같은 기본적인 형태의 증발기의 구성을 다양하게 변형 또는 개선함으로써 증발기의 효율을 증대시키려는 많은 노력이 있어 왔다. 도 2는 종래에 증발기 효율을 개선시키고자 하는 여러 기술들에 의한 증발 시스템들을 도시하고 있다.

도 2(A)는 일본특허공개 제2000-062452호(이하 선행기술 1)에 개시된 기술에 의한 증발 시스템을 도시한 것으로, 상기 선행기술 1에서는 증발기를 2개 나란히 배치하여 구성하고 팽창수단을 통과해 나온 냉매가 분기되어 각각의 증발기를 통과되도록 하되, 도 2(A)의 우측에 도시된 실시예에서는 일측 증발기가 축냉제를 수용하고 있음으로써 축냉부 역할을 함으로써 증발기를 통과하는 공기의 냉각 효율을 높이도록 하고 있다. 또한, 도 2(B)는 일본특허공개 제2009-085569호(이하 선행기술 2)에 개시된 기술에 의한 증발 시스템을 도시한 것으로, 상기 선행기술 2에서는 역시 증발기를 2개 나란히 배치하여 구성하되 팽창수단을 통과해 나온 냉매가 각각의 증발기를 순차적으로 통과하도록 하고 있다. 또한, 도 2(C)는 일본특허공개 제2005-308384호(이하 선행기술 3)에 개시된 기술에 의한 증발 시스템을 도시한 것으로, 상기 선행기술 3에서는 역시 증발기를 2개 나란히 배치하여 구성하되, 팽창수단을 통과해 나온 냉매가 증발기 - 이젝터 - 증발기를 순차적으로 통과하도록 하고 있다.

그러나 상기 선행기술들에서 개시된 증발 시스템의 경우 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다. 선행기술 1의 경우 두 개의 증발기 중 하나의 증발기는 실질적으로는 축냉기가 되는 것으로, 축냉기가 충분히 축냉되어 있을 경우라면 공기의 냉각이 보다 효과적으로 이루어질 수 있겠으나, 시동 초기와 같이 축냉기에 축냉이 전혀 이루어지지 않은 시점에서는 증발기를 통과하는 냉매가 공기 및 축냉제 양측으로부터 열을 흡수하여야 하는 바 오히려 공기의 냉각 효율은 떨어지게 되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 선행기술 1과 같이 간헐적으로 축냉기 측으로 운전 및 저온 냉매를 저장하는 경우, 유량 조절 기능을 구현하기 어려운 문제 또한 있다. 더불어, 선행기술 1은 단순히 축냉 역할만 하기 때문에 엔진 정지 시에만 차량 실내 냉방을 소정 시간 지속시키는 것일 뿐으로, 궁극적으로 공조 성능을 전체적으로 향상시킬 수 없다.

또한 선행기술 2의 경우, 냉매가 2개의 증발기를 순차적으로 통과하도록 한 것으로서, 냉매의 흐름 상 2개의 증발기가 직렬 연결되어 있는 형태인데, 이에 따라 실제로 열교환이 일어나는 냉매 유로 길이를 최대화하는 장점은 있으나, 냉매 유로가 지나치게 길어짐에 따라 증발기 통과로 인한 압력강하량이 급격히 상승하게 되어 시스템 효율이 크게 떨어지게 되는 문제점이 있다. 또한, 선행기술 2의 구조에서는 두 번째 증발기의 냉매가 첫 번째 증발기에 유입됨으로 인해 증발압이 과도하게 상승되는 문제점이 있으며, 이에 따라 시스템 성능이 저하되는 문제점 또한 발생하게 된다.

또한 선행기술 3의 경우, 냉매가 증발기 - 이젝터 - 증발기를 순차적으로 통과하도록 한 것으로서, 이젝터를 사용함으로써 서로 온도가 다른 냉매를 혼합하여 줌으로써 냉매의 온도 조건을 개선하여 냉각 효율을 높이고자 하고 있으나, 선행기술 3은 다음과 같은 문제점을 가지게 된다. 선행기술 3의 구성은, 냉매의 흐름 상 2개의 증발기가 직렬 연결되어 있는 형태인데, 이에 따라 실제로 열교환이 일어나는 냉매 유로 길이를 최대화하는 장점은 있으나, 냉매 유로가 지나치게 길어짐에 따라 증발기 통과로 인한 압력강하량이 급격히 상승하게 되어 시스템 효율이 크게 떨어지게 되는 문제점이 있는 것이다. 또한, 선행기술 3의 구조에서는 두 번째 증발기의 냉매가 첫 번째 증발기에 유입됨으로 인해 증발압이 과도하게 상승되는 문제점이 있으며, 이에 따라 시스템 성능이 저하되는 문제점 또한 발생하게 된다.

이와 같이, 구동 조건이나 시점에 구애받지 않으면서도 증발기 자체에서의 냉방 효율과 시스템 효율을 동시에 증대시킬 수 있는 증발 시스템의 구성에 대한 연구가 더욱 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 병렬 배치된 다수 개의 증발부에 의하여 다중 증발이 이루어짐으로써 냉방 효율 및 시스템 효율을 향상시키는, 다중 증발 시스템을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 증발 시스템에 이젝터를 부가 구비함으로써 냉매를 혼합하여 냉매 온도 조건을 개선하여 냉방 효율 및 시스템 효율을 더욱 향상시키는, 다중 증발 시스템을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 증발 시스템은, 냉매를 흡입하여 압축시키는 압축기(10); 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(20); 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 유입부(31)를 통해 유입받아 적어도 2개 이상으로 분기하여 적어도 2개 이상의 배출부(32a 내지 32n)를 통해 배출하되, 분기되기 전 또는 후의 냉매를 교축시키는 팽창수단(30); 상기 팽창수단(30)으로부터 배출된 냉매를 공급받아 증발시켜 상기 압축기(10)로 유입시키되, 상기 배출부(32a 내지 32n)들로부터 배출된 냉매를 각각 공급받아 증발시키는 적어도 2개 이상의 증발부(41 내지 4N)로 구성되며, 상기 증발부(41 내지 4N)들은, 단일의 블로워(60)에 의해 송풍되는 공기가 상기 증발부(41 내지 4N)들을 순차적으로 통과하며 냉각되도록, 상기 증발부(41~4N)들을 통과하는 공기의 유동 방향으로 중첩되어 병렬 배치되고, 상기 배출부(32a 내지 32n)들과 상기 증발부(41 내지 4N)들을 각각 연결하는 냉매 유로들이 서로 병렬 배치되는 증발기(40); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 증발부(41 내지 4N)들은 상기 팽창수단(30)의 상기 배출부(32a 내지 32n)로부터 분기되어 배출되는 냉매를 동시에 공급받는 것을 특징으로 한다. 또한 이 때, 상기 증발부(41 내지 4N)들은 상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기 유동 방향 상류측에 배치될수록 공급받는 냉매 분배 비율이 높아지도록 냉매를 공급받는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 증발부(41 내지 4N)들은 단일의 증발기(40)가 적어도 2개 이상의 증발 영역으로 분할되어 구성되는 것을 특징으로 한다. 또는, 상기 증발부(41 내지 4N)들은 단일의 증발기(40)가 2개의 증발 영역으로 분할되어 구성되는 것을 특징으로 한다. 또는, 상기 증발부(41 내지 4N)들은 서로 별개로 형성되되, 서로 밀착되어 병렬 배치되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 팽창수단(30)은 상기 유입부(31)로부터 유입되는 냉매를 통과시키는 유입유로(33), 상기 유입유로(33)가 적어도 2개 이상으로 분기되어 각각 형성되며, 각각 상기 배출부(32a 내지 32n)로 냉매를 배출시키는 적어도 2개 이상의 배출유로(34a 내지 34n)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 팽창수단(30)은 상기 유입유로(33) 상에 구비되어 냉매를 교축시키는 분기전팽창부(35) 및 상기 배출유로(34a 내지 34n) 상에 구비되어 냉매를 교축시키는 팽창부(35a 내지 35n)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 분기전팽창부(35) 및 상기 팽창부(35a 내지 35n)는 각각 팽창밸브, 오리피스, 캐필러리 튜브, 감압수단 중 선택되는 어느 한 가지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 팽창수단(30)은 상기 분기전팽창부(35) 및 상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기의 유동 방향 최상류측에 배치된 제1증발부(41)로 냉매를 공급하는 제1배출유로(34a)를 제외한 배출유로에 구비되는 팽창부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 팽창수단(30)은 상기 분기전팽창부(35)는 팽창밸브로 이루어지며, 제1배출유로(34a)를 제외한 나머지 배출유로에 구비되는 팽창부는 오리피스, 캐필러리 튜브를 포함하는 감압수단 중 선택되는 어느 한 가지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 팽창수단(30)은 상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기의 유동 방향에 대하여, 상류측에 배치된 증발부보다 하류측에 배치된 증발부로 공급되는 냉매의 감압량이 더 크게 되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 팽창수단(30)은 공급 냉매 유량이 상대적으로 적은 증발부로 공급되는 냉매의 감압량이 더 크게 되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 팽창수단(30)은 상기 배출유로(34a 내지 34n) 상에 각각 구비되어 냉매를 교축시키는 팽창부(35a 내지 35n)를 포함하여 이루어지며, 상기 팽창부(35a 내지 35n)는 개도 조절에 의하여 감압 정도가 조절 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 팽창수단(30)은 상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기의 유동 방향에 대하여, 상류측에 배치된 증발부보다 하류측에 배치된 증발부로 공급되는 냉매의 감압량이 더 크게 되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다중 증발 시스템은 상기 증발기(40)와 상기 압축기(10) 사이에 구비되어 상기 증발부(41 내지 4N)들 중 일부에서 토출된 냉매의 유속을 이용하여 나머지 증발부 중 일부 내지 전체에서 토출되는 냉매를 흡입한 후 승압하여 상기 압축기(10)로 공급하는 이젝터(50); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 이젝터(50)는 상기 증발부(41 내지 4N)들 중 일부에서 토출된 냉매를 감압 팽창시키면서 냉매 유속을 증가시키는 노즐부(51), 상기 노즐부(51)로부터 분사되는 냉매의 증가된 유속을 이용하여 나머지 증발부 중 일부 내지 전체에서 토출되는 냉매를 흡입하는 흡입부(52), 상기 노즐부(51)에서 분사되는 냉매와 상기 흡입부(52)를 통해 흡입되는 냉매를 혼합한 후 이 냉매의 압력을 승압시키는 디퓨져부(53)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이젝터(50)는 냉매 유동이 아음속을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다중 증발 시스템은 상기 팽창수단(30)과, 상기 증발기(40) 및 상기 압축기(10)를 연결하는 유로에 설치되어, 냉매의 온도와 압력을 감지하여 상기 팽창수단(30)의 동작 제어에 이용되도록 하는 감지수단(70); 을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 팽창수단을 통과하면서 다수 개로 분기된 냉매가 병렬 배치된 다수 개의 증발부로 구성된 증발기에 의하여 다중 증발됨으로써, 냉매의 증발이 보다 효과적으로 이루어질 수 있도록 하는 큰 효과가 있다. 즉, 유입된 과열 공기가 각각의 증발부를 통과하면서 온도가 낮아지게 됨에 따라 각 증발부 전단에 설치된 팽창 장치는 각각의 증발 영역 별로 유입되는 공기 온도에 맞춰 냉매의 압력 및 온도를 적절하게 팽창시키게 되며(고온 영역 : 냉매 압력 및 온도 소폭 상승, 저온 영역 : 냉매 압력 및 온도 저감) 이로 인해 증발 영역에 대한 조절이 기존 시스템 대비 보다 세밀하게 이루어지게 되어 증발이 효과적으로 이루어지게 된다. 또한, 냉매가 분기되어 증발부를 지나는 과정에서 종래에 비해 냉매가 통과하는 유로의 길이가 크게 줄어들게 되어, 증발기 통과 후의 냉매의 압력강하 특성을 개선하는 큰 효과가 있다.

또한 이에 따라 본 발명에 의하면 공조 시스템 전체적인 시스템 효율을 크게 향상시키는 큰 효과가 있다. 도 10은 종래의 증발기를 사용하는 시스템과 본 발명의 다중 증발 시스템 중 증발 영역을 2중으로 한 2중 증발 시스템의 성능을 실제로 비교한 실험값으로, 외기 온도 35℃일 때 동일 부품 사양에서 실험한 결과, 도시된 바와 같이 저속일 때 9.9% 고속일 때 12%, 아이들(idle) 상태일 때 6%로, 모든 경우에서 시스템 성능이 크게 증대됨을 실험적으로도 확인할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에서는 다수 개로 분기되어 각각의 증발부에서 증발된 냉매를 이젝터를 사용하여 혼합하여 줌으로써, 증발기에서 배출되어 압축기로 유입되는 냉매의 온도, 압력 등의 조건을 최적화해주어, 궁극적으로 시스템 효율을 더욱 향상시키는 큰 효과가 있다. 특히 본 발명에 사용되는 이젝터는 냉매 유동이 아음속을 이루도록 구성되어, 냉매의 효과적으로 혼합하면서도 소음 등의 문제를 발생시키지 않는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 증발기 구성.

도 2는 종래의 증발 시스템.

도 3은 본 발명에 의한 다중 증발 시스템.

도 4는 본 발명의 의한 다중 증발 시스템의 팽창수단 상세도.

도 5는 본 발명의 의한 다중 증발 시스템에 이젝터가 구비되는 실시예.

도 6은 본 발명에 구비되는 이젝터의 실시예.

도 7은 본 발명에 구비되는 팽창수단의 실시예.

도 8은 냉동 사이클 장치의 p-h 선도.

도 9는 냉동 사이클 장치의 압력강하량.

도 10은 종래의 증발기와 본 발명의 증발기에서의 냉방 성능.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10: 압축기 20: 응축기

30: 팽창수단

31: 유입부 32a~32n: 제1~제N배출부

33: 유입유로 34a~34n: 제1~제N배출유로

35: 분기전팽창부 35a~35n: 제1~제N팽창부

40: 증발기 41~4N: 제1~제N증발부

60: 블로워 70: 감지수단

도 3은 본 발명에 의한 다중 증발 시스템의 시스템도이다. 본 발명의 다중 증발 시스템은, 기본적으로는 일반적인 냉방 사이클 시스템과 유사하게, 냉매를 흡입하여 압축시키는 압축기(10); 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(20); 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 교축(throttling)시키는 팽창수단(30); 및 상기 팽창수단(30)에서 교축된 냉매를 증발시키는 증발기(40); 로 이루어져, 상기 증발기(40)에서 배출된 냉매가 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 상기 압축기(10)로 재유입됨으로써 냉매의 순환이 이루어진다. 여기에서, 본 발명의 다중 증발 시스템에는, 상기 팽창수단(30)과, 상기 증발기(40) 및 상기 압축기(10)를 연결하는 유로에 설치되어, 냉매의 온도와 압력을 감지하여 상기 팽창수단(30)의 동작 제어에 이용되도록 하는 감지수단(70)이 더 구비될 수 있다.

이 때, 본 발명의 다중 증발 시스템은 상기 팽창수단(30) 및 상기 증발기(40)의 구성에 있어 일반적인 냉방 사이클 시스템과 완전히 구분되는 특징을 가진다.

상기 팽창수단(30)은 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 유입부(31)를 통해 유입받아 냉매를 교축시켜 배출시키게 된다. 이 때, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 상기 팽창수단(30)에서는 냉매의 유로가 N개로 분기되어 제1배출부(32a) 내지 제N배출부(32n)를 통해 배출되게 된다. 또한 상기 팽창수단(30) 내에서는 분기되기 전 또는 후의 냉매가 교축되게 된다. (여기에서 N은 2 이상의 정수이다.) 상기 팽창수단(30)에서 배출된 냉매는 상술한 바와 같이 N개로 분기되며, 각각이 서로 독립된 N개의 냉매 유로를 따라 상기 증발기(40)로 유입된다.

상기 증발기(40)는 상기 팽창수단(30)으로부터 배출된 냉매를 공급받아 증발시켜 상기 압축기(10)로 유입시키는 역할을 한다. 이 때 본 발명에서, 상기 증발기(40)는 도시된 바와 같이 상기 제1배출부(32a)로부터 배출된 냉매를 공급받아 증발시키는 제1증발부(41) 내지 상기 제N배출부(32n)로부터 배출된 냉매를 공급받아 증발시키는 제N증발부(4N)로 구성된다. 또한, 상기 제1증발부(41) 내지 상기 제N증발부(4N)를 통과하는 공기의 유동 방향으로 중첩되어 병렬 배치되는데, 이에 따라 단일의 블로워(60)에 의해 송풍되는 공기가 상기 제1증발부(41) 내지 상기 제N증발부(4N)를 순차적으로 통과하며 냉각되게 된다. 물론, 상기 제1증발부(41) 내지 상기 제N증발부(4N)가 병렬 배치됨으로써, 상기 제1배출부(32a)와 상기 제1증발부(41)를 연결하는 냉매 유로 내지 상기 제N배출부(32n)와 상기 제N증발부(4N)를 연결하는 냉매 유로들 역시 서로 병렬 배치되게 된다.

특히 본 발명에서, 상기 증발부(41 내지 4N)들은 상기 배출부(32a 내지 32n)로부터 분배되어 배출되는 냉매를 동시에 공급받는다. 즉, 상기 팽창수단(30) 내에서 분기된 냉매가 시간에 따라 각 증발부로 순차적으로 공급되는 것이 아니라, 본 발명에서는 상기 팽창수단(30)에서 분기되어 배출된 냉매가 동시에 상기 증발부(41 내지 4N)로 공급되게 되는 것이다. 즉 본 발명에서 N개의 상기 증발부(41 내지 4N) 모두 냉매를 공급받아 상기 블로워(60)를 통해 송풍된 공기와 열교환을 하게 된다.

N개의 상기 증발부들(41~4N)은 상술한 바와 같이 병렬 배치되어, 단일 개의 상기 블로워(60)에 의해 송풍되는 공기가 상기 증발부들(41~4N)을 순차적으로 통과하게 된다. 이에 따라, 제1증발부(41)에서 1차적으로 냉각된 공기가 제2증발부(42)로 유입되고, 제2증발부(42)에서 2차적으로 냉각된 공기가 제3증발부(43)로 유입되고, … 이러한 과정이 N번 반복되어, 공기가 N차 반복 냉각되게 된다.

이 때, 이러한 반복 냉각 과정은 일반적인 2열 이상의 증발기에서의 냉각과는 다른 양상을 띤다. 도 1에 도시된 예시와 같은 2열로 된 증발기의 경우, 냉매는 1열 및 2열을 순차적으로 통과하게 되는데, 냉매가 1열을 통과하면서 공기로부터 열을 흡수하게 되는 바, 2열을 통과하는 냉매는 1열을 통과하는 냉매보다 당연히 그 온도가 높아지게 된다. 따라서 1열에서의 공기 냉각 성능보다 2열에서의 공기 냉각 성능이 떨어지게 됨은 당연하다. 반면, 본 발명의 경우 상기 증발부들(41~4N)로 유입되는 냉매는 상기 팽창수단(30)으로부터 미리 N개로 분기되어 나온 것으로서, 각각의 상기 증발부들(41~4N)에 유입되는 냉매는 모두 동일한 온도 조건을 가진다. 즉 종래의 다열 증발기의 경우 각 열을 통과할 때마다 (이전 열에서 공기와의 열교환을 일으켜 열을 흡수하기 때문에) 냉매의 온도가 올라가게 되어, 열 번호가 증가함에 따라(즉 1열보다 2열이, 2열보다 3열이, … 이하 마찬가지) 공기 냉각 성능이 떨어지게 되는 반면, 본 발명의 경우 상기 증발부들(41~4N)을 통과하는 냉매의 온도 조건이 모두 동일하기 때문에 열 번의 증가에 따른 공기 냉각 성능의 저하 문제가 원천적으로 해소되게 된다. 이에 따라 본 발명의 상기 증발기(40)의 전체적인 공기 냉각 성능은 종래의 증발기에 비해 월등히 높아지게 되는 것이다.

뿐만 아니라, 이와 같이 상기 증발기(40)가 병렬 배치된 상기 증발부들(41~4N)로 이루어짐에 따라 다음과 같은 효과를 또 얻을 수 있다. 도 1에 도시된 종래의 증발기의 경우나, 도 2(B)에 도시된 증발기(2개의 증발기가 냉매의 흐름 상 직렬 연결되는 경우)의 경우 냉매 유로가 길어지게 된다. 냉매 유로가 길어짐에 따라 열교환성능 및 압력강하량은 증가하게 되는데, 압력강하량이 지나치게 증가하게 되면 열교환성능에도 악영향을 미쳐 오히려 열교환성능이 저하되는 경향이 나타나게 된다는 사실은 일반적으로 잘 알려져 있다. 이에 따라 증발기의 냉각 성능을 증대시키고자 하는 형태 개선 연구에서는, 열교환성능의 증대에 주안점을 맞추는 관점 뿐 아니라 압력강하량의 저감에 주안점을 맞추는 관점 역시 매우 중요하게 여겨지고 있다.

본 발명의 경우 상기 증발부들(41~4N)이 병렬 배치될 뿐만 아니라 상기 증발부들(41~4N)로 유입되는 냉매 역시 상기 팽창수단(30)에서 미리 상기 증발부들(41~4N)의 개수(N)만큼 분기되어 들어가게 되며, 상기 증발부들(41~4N) 각각은 1열로 이루어지게 되므로, 실질적으로 냉매가 통과하는 유로 길이 자체는 단일의 증발기 길이에 상응하는 길이가 된다. 반면, 도 1에 도시된 종래의 일반적인 증발기의 경우, 냉매가 2열을 모두 통과해야 하므로 냉매 유로 길이는 증발기 길이의 2배에 상응하는 길이가 되며, 도 2(B)에 도시된 증발기의 경우에는 그 냉매 유로 길이가 훨씬 더 늘어나게 된다. 즉 본 발명의 증발기(40)는 냉매 유로 길이를 최소화함으로써 냉매에서의 압력강하량을 크게 저감시킬 수 있어, 궁극적으로 증발기(40)에서의 냉각 성능을 극대화할 수 있게 되는 것이다.

특히 상기 증발부(41 내지 4N)들은 상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기 유동 방향 상류측에 배치될수록 공급받는 냉매 분배 비율이 높아지도록 냉매를 공급받도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 최상류측(상기 블로워(60)에 가장 근접한 측)에 배치된 제1증발부(41)로 공급되는 냉매의 양이 제2증발부(42)로 공급되는 냉매의 양보다 많고, 제2증발부(42)로 공급되는 냉매의 양이 제3증발부(43)로 공급되는 냉매의 양보다 많게 되도록 냉매 분배 비율이 설정되도록 하는 것이다. 상술한 바와 같이 본 발명의 경우 냉매가 각각의 상기 증발부(41 내지 4N)들로 동시에 공급되기 때문에, 각 증발부로 공급되는 냉매의 온도 조건은 모두 같게 된다. 그런데, 상기 블로워(60)로부터 불어나가는 공기는 상기 증발부(41 내지 4N)들을 통과해 감에 따라 공기 저항에 의하여 풍속이 느려짐과 동시에 냉매와의 열교환을 통해 온도가 올라가게 된다. 즉 공기의 풍속은 제1증발부(41)를 통과하는 공기의 풍속 > 제2증발부(42)를 통과하는 공기의 풍속 > … 과 같은 경향을 띠게 되고, 또한 공기의 온도는 제1증발부(41)를 통과하는 공기의 온도 < 제2증발부(42)를 통과하는 공기의 온도 < … 과 같은 경향을 띠게 되는 것이다. 이에 따라, 상기 증발부(41 내지 4N)들 중 최상류측에 배치된 상기 제1증발부(41)에서의 열교환성능이 가장 높고, 순차적으로 열교환성능이 줄어들게 될 것이라는 점을 알 수 있으며, 따라서 냉매가 상기 제1증발부(41)로 가장 많이 공급되고, 그 다음으로 상기 제2증발부(42)로 많이 공급되고, … 이런 식으로 냉매 공급 비율이 정해지도록 함으로써, 상기 증발기(40) 전체적인 열교환성능을 극대화할 수 있게 된다. 즉, 다수의 증발부는 공기 유동 방향 하류측에 배치된 증발부 쪽으로 갈수록 분기 공급되는 냉매량이 감소하게 되는 것이다.

상기 증발부가 2개인 경우, 즉 상기 증발기가 제1증발부 및 제2증발부로 이루어지는 경우에 있어서, 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 도 8은 단일 증발기로 증발을 수행하는 종래의 차량 에어컨 시스템과, 2개의 증발 영역으로 분할 형성된 본 발명의 증발기로 증발을 수행하는 본 발명의 차량 에어컨 시스템에서의 p-h 선도를 도시하고 있다. 도 8에서 #1영역은 상기 블로워(60)에서 송풍하는 공기 흐름에 대해 상류측(즉 상기 블로워(60)에 가까운 측)에 배치된 증발 영역이며, #2영역은 하류측에 배치된 증발 영역이다.

이 때, 본 발명의 경우 기존 냉매 유량을 영역별로 입구 공기 온도(열부하)에 적합하게 냉매를 분배하여 공급하게 된다. 여기에서 #1영역 입구 공기 온도는 #2영역 공기 온도에 대비했을 때 더 높기 때문에 냉매 유량 비율은 #1영역 유량 > #2영역 유량이 된다.

만일 #1, #2영역의 전체적인 냉매 유량의 합이 종래의 증발기와 동일한 경우, 전체 냉매가 단일 유로를 통과하는 종래 증발기와 달리 본 발명은 공기 유동 방향으로 중첩되게 병렬 배치된 다수 증발부로 냉매가 동시에 분할 공급되므로, 각 증발부를 통과하는 냉매 유량이 종래 증발기를 통과하는 전체 냉매 유량보다 적게 되어 증발기 내부를 통과하면서 발생되는 냉매 압력 손실이 적게 된다. 다시 말하면, 각 증발부로 동시에 냉매가 분할 공급되므로 각 증발부 통과 시 냉매의 압력 손실이 줄어들게 되는 것이다. 이와 같이 증발기 내에서 압력손실이 적은 만큼 증발기 입구 압력을 낮게 하여 팽창이 가능하게 됨에 따라 증발기에서의 증발이 더욱 잘 일어나게 된다. 특히 #2영역의 경우, 증발기 유량이 적어 압력 손실이 크게 줄어들게 되므로 증발기 압력이 크게 낮아져 (냉매 온도도 함께 낮아짐) 증발이 매우 잘 일어나게 된다.

상기와 같은 이유로 증발기를 분리하여 냉매를 동시에 공급하면 동일한 Size의 증발기라도 증발기 입구 냉매 압력(온도)이 크게 낮아지므로 증발이 효율적으로 일어나 엔탈피 차이는 동일하지만, 전체적으로 흐르는 냉매 유량이 증가되어 방열성능이 향상되어 에어컨 성능이 개선되게 된다.

특히 본 발명의 증발기(40)는, 단일의 증발기(40)가 N개의 증발 영역으로 분할되어 구성되도록 함으로써 매우 쉽게 구현할 수 있다. 즉 예를 들자면, 도 1에 도시된 증발기 형태에서, 각 열이 격벽으로 모두 서로 구분되게 형성하고, 각 열마다 유입구 및 배출구가 구비되도록 하면 되는 것이다. 이와 같이 본 발명의 증발기(40)를 구현하게 되면, 각각의 상기 증발부들(41~4N)이 서로 밀착 배치되게 되는 바, 하나의 증발부를 통과한 공기가 곧바로 다음 증발부로 유입되게 됨으로써 열손실을 최대한 방지할 수 있어, 공기 냉각 성능을 더욱 극대화할 수 있다. 더불어, 이와 같은 형태로 상기 증발기(40)를 구현할 경우, 종래의 증발기 형태에서 크게 벗어나지 않는 형태인 바 기존의 증발기 생산 시스템을 거의 그대로 활용할 수 있어 추가적인 설비 초기 투자 비용이 전혀 들어가지 않는다는 경제적인 장점 또한 얻을 수 있다. 구체적인 실시예의 하나로서, 일반적으로 많이 사용되는 2열 열교환기 형태의 구성을 채용할 경우, 배플이나 격벽 등의 구조를 이용하여 두 열을 완전히 격리시켜 각 열 간에 서로 냉매가 교환되지 않도록 하고, 각 열에 입출구를 모두 형성하도록 함으로써 본 발명에서의 다중 증발이 가능한 증발기를 구현할 수 있다. (이 경우에는 상기 증발기는 2중 증발을 하게 된다.)

상술한 바와 같이 단일의 증발기에 격벽 등을 구비시킴으로써 N개의 증발 영역으로 분리하여 본 발명의 증발기를 구현할 수도 있고, 또는 상기 증발부(41 내지 4N)들은 서로 별개로 형성되되, 서로 밀착되어 병렬 배치되어 구성되도록 할 수도 있는 등, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 구성은 다양하게 변형 실시될 수 있다.

도 4는 본 발명에 의한 다중 증발 시스템의 시스템도 및 팽창수단의 상세도이다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 팽창수단(30)은 상기 유입부(31)와 연결되는 유입유로(33)와, N개의 상기 배출부(32a~32n)와 각각 연결되는 N개의 배출유로들(34a~34n)과, 각각의 유로들에 구비되는 팽창부들(35, 35a~35n)을 포함하여 이루어진다.

상기 유입유로(33)는 상기 유입부(31)로부터 유입되는 냉매를 통과시키며, 상기 제1배출유로(34a) 내지 상기 제N배출유로(34n)는 상기 유입유로(33)가 N개로 분기되어 각각 형성되게 된다. 상기 제1배출유로(34a) 내지 상기 제N배출유로(34n)는 물론, 상기 제1배출부(32a) 내지 상기 제N배출부(32n)와 각각 연결되어 냉매를 배출시킨다.

각각의 상기 유로들에 구비되는 팽창부들(35, 35a~35n)에 대해 보다 상세히 설명한다. 상기 유입유로(33) 상에 구비되어 냉매를 교축시키는 팽창부를 분기전팽창부(35)라 하고, 상기 제1배출유로(34a) 상에 구비되어 냉매를 교축시키는 팽창부를 제1팽창부(35a), … 상기 제N배출유로(34n) 상에 구비되어 냉매를 교축시키는 팽창부를 제N팽창부(35n)라 할 때, 본 발명의 팽창수단(30)은 상기 분기전팽창부(35) 및 제1팽창부(35a) 내지 제N팽창부(35n) 중 선택되는 적어도 어느 한 가지가 구비되게 된다. 즉, 예를 들어 상기 유입유로(33) 상에 상기 분기전팽창부(35) 하나만 구비되도록 할 수도 있고, 또는 상기 제N배출유로(34n) 상에 상기 제N팽창부(35n) 하나만 구비되도록 할 수도 있고, 또는 상기 유입유로(33) 상에는 팽창부가 구비되지 않고 각각의 상기 제1배출유로(34a) 내지 제N배출유로(34n) 상에 각각 제1팽창부(35a) 내지 제N팽창부(35n)가 모두 구비되도록 할 수도 있는 등, 상기 팽창수단(30)은 설계의 목적이나 원하는 성능 향상 정도 등에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다.

이 때, 상기 분기전팽창부(35) 및 상기 팽창부(35a 내지 35n)는 각각 팽창밸브, 오리피스, 캐필러리 튜브, 감압수단 중 선택되는 어느 한 가지로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 이 때, 상기 팽창수단(30)은 상기 분기전팽창부(35) 및 상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기의 유동 방향 최상류측에 배치된 제1증발부(41)로 냉매를 공급하는 제1배출유로(34a)를 제외한 배출유로에 구비되는 팽창부들을 구비하도록 하는 것이 바람직하다. 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다.

상기 증발기(40) 관련 설명에서, 상기 블로워(60)에 가장 근접한 측 즉 최상류측에 배치된 제1증발부(41)에서의 열교환성능이 가장 높을 것이므로, 상기 제1증발부(41)로 공급되는 냉매 분배량이 제일 많도록 하고, 상기 제N증발부(4N)로 갈수록 냉매 분배량이 순차적으로 줄어들도록 하는 구성을 채용할 수 있다는 점을 기술하였다. 이와 같은 구성을 채용할 경우, 상기 증발부(41 내지 4N)들로 공급되는 냉매 분배 비율에 따라, 상기 제1배출유로(34a)를 통과하는 냉매 양이 최대가 되고, 상기 제N배출유로(34n)로 갈수록 냉매 통과량이 줄어들게 될 것은 당연하다. 한편, 이 때, 상기 분기전팽창부(35)가 구비되도록 함으로써 냉매가 상기 분기전팽창부(35)를 통과하도록 하여 한 번 교축시킨 후, 한 번 팽창된 냉매가 N개로 분기되어 상기 배출유로(34a 내지 34n)를 통과할 때 배출유로 상에 팽창부가 구비되어 있음으로써 한 번 더 교축되게 함으로써 증발 효율을 높일 수 있다.

그런데, 이와 같이 냉매를 교축시킴으로써 감압에 의한 효율 증대 효과를 얻을 수 있는 반면 압력강하가 생겨서 효율이 오히려 나빠질 가능성도 일부 있는 것이 사실이다. 상술한 바와 같이 상기 제1증발부(41)에 분배되어 들어가는 냉매 양이 최대가 되도록 할 경우, 상기 제1배출유로(34a)를 통과하는 냉매 양도 당연히 최대가 된다. 이 때, 상기 제1배출유로(34a)를 제외한 나머지 배출유로(34b 내지 34n)에서는, 통과되는 냉매의 유량이 상대적으로 적어서 압력강하에 의한 악영향이 상대적으로 크지 않고, 냉매를 한 번 더 교축시킴으로써 감압되어 얻을 수 있는 효율 증대 효과가 더 크다. 그러나 상기 제1배출유로(34a)의 경우, 통과되는 냉매의 유량이 많기 때문에 냉매를 한 번 더 교축시킬 경우 냉매 유량이 감소되어 오히려 효율을 감소시킬 우려가 있다.

따라서 보다 바람직하기로는 상기 제1배출유로(34a)를 제외한 나머지 유로(유입유로, 제2배출유로, …, 제N배출유로)에는 팽창부가 구비되도록 한다. 상기 나머지 유로에는상대적으로 적은 냉매 유량이 흐르게 되므로 압력 손실이 작기 때문에, 이와 같이 추가 팽창부가 구비될 경우 압력강하에 의한 악영향을 최소화하고 냉매 교축을 통한 감압에 따른 효율 증대 효과를 최대화할 수 있게 된다.

도 7(A)는 상기 팽창수단(30)이 상술한 바와 같이 형성된 경우, 즉 상기 팽창수단(30)이 상기 분기전팽창부(35) 및 상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기의 유동 방향 최상류측에 배치된 제1증발부(41)로 냉매를 공급하는 제1배출유로(34a)를 제외한 배출유로에 구비되는 팽창부들을 포함하여 이루어지는 경우의 구성 실시예를 도시하고 있다. 이 때, 도시된 바와 같이, 이 경우 상기 팽창수단(30)은 상기 분기전팽창부(35)는 팽창밸브로 이루어지며, 제1배출유로(34a)를 제외한 나머지 배출유로에 구비되는 팽창부는 오리피스, 캐필러리 튜브, 구경이 냉매 진행 방향에 따라 감소하는 형태로 형성된 파이프 등과 같은 감압수단들 중 선택되는 어느 한 가지 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 증발부가 3개 이상인 경우, 상기 팽창부는 제1배출유로(34a)를 제외한 배출유로들에 모두 구비되도록 할 수도 있고, 또는 제1배출유로(34a)를 제외한 배출유로들 중 일부에 구비되도록 할 수도 있다.

도 7(B) 및 도 7(C)는 상기 증발부가 2개인 경우의 실시예로서, 상기 팽창수단(30)이 상기 분기전팽창부(35)와 제2팽창부(35b)로 이루어지는 경우를 도시하고 있다. (즉 제1배출유로(34a)에는 팽창부가 구비되지 않고 유입유로(33) 및 나머지 배출유로에 팽창부가 구비된다는 점에서 도 7(A)와 동일한 개념의 실시예이다.) 이 때, 도 7(B)는 상기 분기전팽창부(35) 및 상기 제2팽창부(35b)가 모두 팽창밸브로 이루어지는 경우를, 도 7(C)는 (도 7(A)에 도시된 형태와 유사하게) 상기 분기전팽창부(35)는 팽창밸브로 이루어지고 상기 제2팽창부(35b)는 감압수단으로 이루어지는 경우를 도시하고 있다.

도 7(D)는 역시 상기 증발부가 2개인 경우의 실시예를 도시한 것으로, 이 경우에는 상기 유입유로(33)에는 팽창부가 구비되지 않고(즉 분기전팽창부(35)가 구비되지 않고), 각 배출유로에 각각 팽창부가 구비되는 경우를 도시하고 있다. 도 7(D)는 증발부가 2개인 경우로 도시하였으나 물론 이는 다중 증발 시스템에도 적용할 수 있으며, 구체적으로 표현하자면 이 실시예에서는 상기 팽창수단(30)은 상기 배출유로(34a 내지 34n) 상에 각각 구비되어 냉매를 교축시키는 팽창부(35a 내지 35n)를 포함하여 이루어진다. 이 때 상기 팽창부(35a 내지 35n)는 개도 조절에 의하여 감압 정도가 조절 가능하도록 형성되도록 한다. 보다 바람직하게는, 상기 팽창수단(30)은 상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기의 유동 방향에 대하여, 상류측에 배치된 증발부보다 하류측에 배치된 증발부로 공급되는 냉매의 감압량이 더 크게 되도록 형성되도록 한다.

위에서는 상기 팽창수단(30)의 구성 형태를 구체적으로 한정하여 표현하였으나, 물론 위에서의 설명과 도 7로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

상기 팽창수단(30)은, 상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기의 유동 방향에 대하여, 상류측에 배치된 증발부보다 하류측에 배치된 증발부로 공급되는 냉매의 감압량이 더 크게 되도록 형성되도록 할 수 있다. 도 7(A), 도 7(B), 도 7(C)의 실시예들은 모두 이러한 조건을 만족시킬 수 있는 팽창수단 구성의 한 형태들이며, 도 7(D)의 실시예에서도 제1팽창부(35a) 및 제2팽창부(35b)의 개도를 조절함으로써 이러한 조건을 만족시키도록 할 수 있다. 또한 도 7에 도시되어 있지 않은 구성이라 하여도 상술한 바와 같은 조건을 만족시키는 구성이라면 본 발명의 기술사상의 범주에 포함된다고 할 수 있다.

또는, 상기 팽창수단(30)은 공급 냉매 유량이 상대적으로 적은 증발부로 공급되는 냉매의 감압량이 더 크게 되도록 형성되도록 할 수 있다. 증발기 및 증발부에 대한 설명에서, 블로워에서 불어오는 공기 흐름에 있어서 상류측에 배치된 증발부일수록 보다 많은 냉매가 공급되도록 하는 것이 성능적으로 유리하다고 설명한 바 있다. 즉 상류측 증발부로 갈수록 공급 냉매 유량이 증가하도록 냉매 분배가 이루어지게 할 경우, 도 7의 실시예들의 구성으로 이러한 조건을 만족시킬 수 있다. 물론 역시, 도 7에 도시되어 있지 않은 구성이라 하여도 상술한 바와 같은 조건을 만족시키는 구성이라면 본 발명의 기술사상의 범주에 포함된다고 할 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하여 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 도 8은 상술한 바와 같이 종래의 증발기와 2개의 증발 영역으로 분할된 본 발명의 증발기가 구비된 냉동 사이클 장치의 p-h 선도를 도시한 것이며, 도 9는 각각에서의 압력강하량을 비교 도시한 것이다. 도 8에서 A점은 압축기 입구, B점은 압축기 출구, C점은 응축기 출구, D점은 종래의 증발기 입구, D_#1점은 본 발명의 증발기에서의 #1영역 입구, D_#2점은 본 발명의 증발기에서의 #2영역 입구, E점은 증발기 출구이다.

블로어 송풍 공기의 하류측에 배치된 증발부(#2영역)의 경우, 공급되는 냉매 유량이 송풍 공기의 상류측에 배치된 증발부(#1영역)로 공급되는 냉매 유량보다 적기 때문에 증발부 내부에서의 냉매 압력 손실이 보다 적게 된다. 그러므로 #2영역으로 공급되는 냉매 유로 상에 추가로 감압수단(35b)을 구비시켜 증발부 공급 냉매의 압력을 낮추어 주게 되면, 증발부 내부에서 냉매 증발이 매우 잘 일어나게 된다.

본 발명에 의하면 증발기 내부에서의 압력 손실이 줄어들게 된 만큼 팽창수단을 통해 증발기로 공급되는 냉매 압력(증발기 입구 압력)을 보다 낮게 함으로써, 냉매 증발이 보다 활발히 일어나게 할 수 있다. 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 증발기(증발부) 내부 냉매 압력 손실의 크기를 비교해 보면 △P_{conventional type}(종래의 증발기에서의 압력 강하량) > △P_#1 > △P_#2 순으로서, 종래 타입에 비해 각 증발부의 입구 측에서의 냉매 압력이 더 낮아짐에 따라서 냉매 증발이 더 잘 일어난다는 것을 확인할 수 있다.

또한 본 발명의 경우 각 증발 영역이 병렬로 배치되어 있으므로, 증발기에서 발생하는 전체(total) 압력 강하량은 영역별 발생하는 압력 강하량이 합쳐지는 것이 아니라, 영역에서 가장 크게 발생한 압력 손실값을 따라가므로 증발기 압력 손실 개선 효과는 더욱 커지게 된다.

도 5는 본 발명의 의한 다중 증발 시스템에 이젝터가 구비되는 실시예로서, 이 경우 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 실시예에 더불어, 상기 증발기(40)에서 배출된 냉매를 혼합하여 압력, 온도 등의 조건들을 개선하도록, 상기 증발기(40)와 상기 압축기(10) 사이에 이젝터(50)가 더 구비된다.

보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 상기 증발부들(41~4N)을 통과하여 나온 냉매들은 각각 서로 압력, 온도 조건 등이 상이하게 형성되게 된다. 분기되어 있던 유로들을 곧바로 하나로 합쳐도 자연적으로 혼합이 일어나 압력, 온도 조건 등이 평준화되겠으나, 상기 압축기(10)로 공급되기 전에 완전한 혼합이 이루어지지 않을 수도 있으며, 이에 따라 상기 압축기(10)에서의 효율이 일부 감소할 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에서는 이러한 문제점을 피하기 위하여, 상기 증발기(40)와 상기 압축기(10) 사이에 상기 이젝터(50)가 구비되도록 한다.

상기 이젝터(50)는, 상기 제1증발부(41) 내지 상기 제N증발부(4N) 중 일부에서 토출된 냉매의 유속을 이용하여 나머지 증발부 중 일부 내지 전체에서 토출되는 냉매를 흡입한 후 승압하여 상기 압축기(10)로 공급한다. 도 6은 본 발명에 구비되는 이젝터의 실시예로서, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 이젝터(50)는 상기 제1증발부(41) 내지 상기 제N증발부(4N) 중 일부에서 토출된 냉매를 감압 팽창시키면서 냉매 유속을 증가시키는 노즐부(51), 상기 노즐부(51)로부터 분사되는 냉매의 증가된 유속을 이용하여 나머지 증발부 중 일부 내지 전체에서 토출되는 냉매를 흡입하는 흡입부(52), 상기 노즐부(51)에서 분사되는 냉매와 상기 흡입부(52)를 통해 흡입되는 냉매를 혼합한 후 이 냉매의 압력을 승압시키는 디퓨져부(53)를 포함하여 이루어지게 된다. 즉, 상기 증발부들(41~4N) 중 일부에서 배출된 냉매들이 상기 이젝터(50)의 상기 노즐부(51)로 유입되고, 나머지에서 배출된 냉매들이 상기 이젝터(50)의 상기 흡입부(52)로 유입되어, 상기 이젝터(50) 내의 상기 디퓨저부(53)에서 혼합이 이루어지게 되는 것이다. 이 때 상기 증발부들(41~4N)에서 배출된 냉매들이 모두 상기 이젝터(50)를 통과하여 나오도록 할 수도 있으나, 또는 그 중 일부는 상기 이젝터(50)를 통과하지 않고 자연적으로 혼합되도록 할 수도 있다.

또한 여기에서, 상기 이젝터(50)는 냉매 유동이 아음속을 이루도록 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 일반적인 이젝터는 그 내부를 통과하는 유체의 유동이 초음속을 이루도록 형성되는 경우가 많은데, 이 경우 이젝터에서 발생되는 소음이 매우 커지게 된다. 본 발명의 증발 시스템은 자동차에 구비되는 것인 바, 소음 발생을 억제해야 할 필요성이 있으므로, 본 발명에서는 상기 이젝터(50)에서의 냉매 유동이 초음속을 이루지 않고 아음속을 이루도록 한다. 이에 따라 본 발명의 상기 이젝터(50)에서는 큰 소음이 발생하지 않으면서도 효과적인 냉매의 혼합을 이룰 수 있게 된다.

이와 같이 복수 개의 상기 증발부들(41~4N)을 통과해 나온 냉매들이 상기 이젝터(50)를 통과함으로써 잘 혼합되도록 하여, 상기 압축기(10)로 유입되는 냉매의 압력, 온도 조건 등을 안정화할 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

Claims

냉매를 흡입하여 압축시키는 압축기(10);

상기 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(20);

상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 유입부(31)를 통해 유입받아 적어도 2개 이상으로 분기하여 적어도 2개 이상의 배출부(32a 내지 32n)를 통해 배출하되, 분기되기 전 또는 후의 냉매를 교축시키는 팽창수단(30);

상기 팽창수단(30)으로부터 배출된 냉매를 공급받아 증발시켜 상기 압축기(10)로 유입시키되, 상기 배출부(32a 내지 32n)들로부터 배출된 냉매를 각각 공급받아 증발시키는 적어도 2개 이상의 증발부(41 내지 4N)로 구성되며,

상기 증발부(41 내지 4N)들은, 단일의 블로워(60)에 의해 송풍되는 공기가 상기 증발부(41 내지 4N)들을 순차적으로 통과하며 냉각되도록, 상기 증발부(41~4N)들을 통과하는 공기의 유동 방향으로 중첩되어 병렬 배치되고,

상기 배출부(32a 내지 32n)들과 상기 증발부(41 내지 4N)들을 각각 연결하는 냉매 유로들이 서로 병렬 배치되는 증발기(40);

을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 증발부(41 내지 4N)들은

상기 팽창수단(30)의 상기 배출부(32a 내지 32n)로부터 분기되어 배출되는 냉매를 동시에 공급받는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 증발부(41 내지 4N)들은

상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기 유동 방향 상류측에 배치될수록 공급받는 냉매 분배 비율이 높아지도록 냉매를 공급받는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 증발부(41 내지 4N)들은

단일의 증발기(40)가 적어도 2개 이상의 증발 영역으로 분할되어 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 증발부(41 내지 4N)들은

단일의 증발기(40)가 2개의 증발 영역으로 분할되어 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 증발부(41 내지 4N)들은

서로 별개로 형성되되, 서로 밀착되어 병렬 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 팽창수단(30)은

상기 유입부(31)로부터 유입되는 냉매를 통과시키는 유입유로(33),

상기 유입유로(33)가 적어도 2개 이상으로 분기되어 각각 형성되며, 각각 상기 배출부(32a 내지 32n)로 냉매를 배출시키는 적어도 2개 이상의 배출유로(34a 내지 34n)

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 7항에 있어서, 상기 팽창수단(30)은

상기 유입유로(33) 상에 구비되어 냉매를 교축시키는 분기전팽창부(35) 및 상기 배출유로(34a 내지 34n) 상에 구비되어 냉매를 교축시키는 팽창부(35a 내지 35n)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 8항에 있어서, 상기 분기전팽창부(35) 및 상기 팽창부(35a 내지 35n)는

각각 팽창밸브, 오리피스, 캐필러리 튜브, 감압수단 중 선택되는 어느 한 가지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 8항에 있어서, 상기 팽창수단(30)은

상기 분기전팽창부(35) 및 상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기의 유동 방향 최상류측에 배치된 제1증발부(41)로 냉매를 공급하는 제1배출유로(34a)를 제외한 배출유로에 구비되는 팽창부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 10항에 있어서, 상기 팽창수단(30)은

상기 분기전팽창부(35)는 팽창밸브로 이루어지며, 제1배출유로(34a)를 제외한 나머지 배출유로에 구비되는 팽창부는 오리피스, 캐필러리 튜브를 포함하는 감압수단 중 선택되는 어느 한 가지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 7항에 있어서, 상기 팽창수단(30)은

상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기의 유동 방향에 대하여, 상류측에 배치된 증발부보다 하류측에 배치된 증발부로 공급되는 냉매의 감압량이 더 크게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 7항에 있어서, 상기 팽창수단(30)은

공급 냉매 유량이 상대적으로 적은 증발부로 공급되는 냉매의 감압량이 더 크게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 7항에 있어서, 상기 팽창수단(30)은

상기 배출유로(34a 내지 34n) 상에 각각 구비되어 냉매를 교축시키는 팽창부(35a 내지 35n)를 포함하여 이루어지며, 상기 팽창부(35a 내지 35n)는 개도 조절에 의하여 감압 정도가 조절 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 14항에 있어서, 상기 팽창수단(30)은

상기 블로워(60)로부터 송풍되는 공기의 유동 방향에 대하여, 상류측에 배치된 증발부보다 하류측에 배치된 증발부로 공급되는 냉매의 감압량이 더 크게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 다중 증발 시스템은

상기 증발기(40)와 상기 압축기(10) 사이에 구비되어 상기 증발부(41 내지 4N)들 중 일부에서 토출된 냉매의 유속을 이용하여 나머지 증발부 중 일부 내지 전체에서 토출되는 냉매를 흡입한 후 승압하여 상기 압축기(10)로 공급하는 이젝터(50);

를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 16항에 있어서, 상기 이젝터(50)는

상기 증발부(41 내지 4N)들 중 일부에서 토출된 냉매를 감압 팽창시키면서 냉매 유속을 증가시키는 노즐부(51),

상기 노즐부(51)로부터 분사되는 냉매의 증가된 유속을 이용하여 나머지 증발부 중 일부 내지 전체에서 토출되는 냉매를 흡입하는 흡입부(52),

상기 노즐부(51)에서 분사되는 냉매와 상기 흡입부(52)를 통해 흡입되는 냉매를 혼합한 후 이 냉매의 압력을 승압시키는 디퓨져부(53)

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 16항에 있어서, 상기 이젝터(50)는

냉매 유동이 아음속을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 다중 증발 시스템은

상기 팽창수단(30)과, 상기 증발기(40) 및 상기 압축기(10)를 연결하는 유로에 설치되어, 냉매의 온도와 압력을 감지하여 상기 팽창수단(30)의 동작 제어에 이용되도록 하는 감지수단(70);

을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 증발 시스템.