KR101838636B1 - 이젝터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치 - Google Patents

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이강욱
양동근
류춘재
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Abstract

본 발명은 이젝터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치에 관한 것이다. 본 발명의 이젝터는, 내부에 수용공간이 구비되고, 상기 수용공간으로 고압냉매 및 저압냉매가 유입되는 유입부 및 상기 고압냉매 및 저압냉매가 혼합되는 혼합부를 구비한 이젝터 바디; 노즐목 및 팽창부를 구비하여 상기 이젝터 바디의 내부에 구비되고, 상기 고압냉매가 분사되는 노즐; 상기 팽창부에 이동 가능하게 구비되어 상기 팽창부의 유동단면적을 조절하는 제1니들; 상기 노즐목에 이동가능하게 구비되어 상기 노즐목의 유동단면적을 조절하는 제2니들; 상기 제1니들을 구동시키는 제1니들구동부; 및 상기 제2니들을 구동시키는 제2니들구동부;를 구비하여 구성된다. 이에 의해, 노즐목 및 팽창부의 유동단면적을 운전조건에 대응되게 독립적으로 제어할 수 있다.

Description

이젝터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치{EJECTOR AND REFRIGERATION CYCLE APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은, 이젝터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 냉동사이클 장치는, 냉매를 압축하는 압축기, 압축된 냉매가 냉각되는 고압측 열교환기, 냉매가 감압 및 팽창되는 팽창장치 및 냉매가 주위의 잠열을 흡수하여 증발하는 증발기를 구비하여 구성된다.
이러한 냉동사이클 장치 중 일부에는, 고압측 열교환기와 증발기에 각각 연결되어 운전효율을 증대시키는 이젝터가 구비된다.
보다 구체적으로 냉동사이클에 사용되는 이젝터는, 등엔트로피 과정으로, 고압의 냉매(주 유동)를 팽창시켜 팽창과정에서의 손실을 없애고, 증발기의 출구에서 나오는 저압냉매(흡입유동)의 압력을 증가시켜 시스템의 전력소비를 줄일 수 있는 효과를 제공한다.
그런데 이러한 종래의 이젝터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치에 있어서는, 노즐을 통과하는 냉매 유량은 노즐 목(유출측 단부)의 단면적(직경(내경))에 비례하므로, 제조 시에 노즐의 목의 직경(내경)의 치수의 엄격한 관리가 요구된다.
보다 구체적으로, 상기 노즐 목의 직경은 수 십 미크론(㎛)의 공차를 구비하게 엄격한 치수 관리가 요구되므로, 가공 및 제조가 용이하지 아니하다고 하는 문제점이 있다.
또한, 노즐의 유동단면적을 엄격한 치수 관리를 통해 제조함에도 불구하고, 열부하의 변동 등 압력조건이 변화되는 경우, 팽창 부족 또는 과팽창이 발생되어 효율이 저하된다고 하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 고려하여, 일부에서는 노즐에 대해 니들을 상대 이동시켜 노즐의 목 직경(유출측 단부의 단면적)의 크기를 조절하는 가동 가능한 니들을 구비한 이젝터가 제안되어 있다.
그런데 이러한 가동 가능한 니들을 구비한 이젝터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치에 있어서는, 이젝터의 효율에 관계되는 인자 중 노즐 목 직경을 조절할 수 있을 뿐이고, 노즐의 팽창부의 직경은 조절이 곤란하거나, 조절이 되더라도 노즐목의 직경의 제어에 종속되기 때문에 다양한 운전조건에 대응(미세조절)하기가 곤란하다고 하는 문제점이 있다.
US 6966199 B2 (2005.11.22)
따라서, 본 발명은, 노즐목 및 팽창부의 유동단면적을 독립적으로 제어할 수있는 이젝터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 노즐목의 유동단면적 및 노즐의 팽창부의 유동단면적의 다양한 조합을 통해 유량의 미세 조절이 가능한 이젝터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 내부에 수용공간이 구비되고, 상기 수용공간으로 고압냉매 및 저압냉매가 유입되는 유입부 및 상기 고압냉매 및 저압냉매가 혼합되는 혼합부를 구비한 이젝터 바디; 노즐목 및 팽창부를 구비하여 상기 이젝터 바디의 내부에 구비되고, 상기 고압냉매가 분사되는 노즐; 상기 팽창부에 이동 가능하게 구비되어 상기 팽창부의 유동단면적을 조절하는 제1니들; 상기 노즐목에 이동가능하게 구비되어 상기 노즐목의 유동단면적을 조절하는 제2니들; 상기 제1니들을 구동시키는 제1니들구동부; 및 상기 제2니들을 구동시키는 제2니들구동부;를 포함하는 이젝터를 제공한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1니들은 외폭이 점진적으로 감소되는 테이퍼부를 구비하여 구성된다.
상기 제1니들의 테이퍼부는 상기 노즐의 팽창부의 내측에 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일예에 따르면, 상기 제1니들은 외폭이 점진적으로 감소되는 테이퍼부를 구비하여 구성된다.
상기 제2니들의 테이퍼부는 상기 노즐의 노즐목에 근접 배치된다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1니들은 상기 제2니들을 관통하여 상대 운동 가능하게 결합된다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1니들은 상기 제2니들을 관통하여 나사 결합되게 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1니들구동부는 피에조 소자를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 피에조 소자는, 전압 인가시 팽창 및 수축 가능하여, 상기 제1니들을 축방향으로 이동되게 할 수 있다.
상기 피에조 소자의 일 측에는 상기 피에조 소자를 고정 지지하는 고정부가 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제2니들구동부는 상기 제2니들에 구비되는 로터 및 상기 로터의 외곽에 배치되는 스테이터를 구비하여 전기모터로 구성된다.
상기 로터는 상기 제2니들의 표면에 매입되는 영구자석을 구비하여 구성된다.
상기 영구자석은 원통 형상을 구비하거나, 원호 형상의 복수의 세그먼트 자석을 구비하여 구성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일예에 따름녀, 상기 제1니들의 외면에는 수나사부가 형성되고, 상기 제2니들의 내면에는 암나사부가 구비될 수 있다.
상기 암나사부의 일 측에는 상기 제1니들의 외면에 회전 및 슬라이딩 가능한 지지부가 형성될 수 있다.
상기 암나사부 및 지지부는 서로 이격되고, 상기 암나사부 및 지지부 사이에는 상기 제1니들의 표면으로부터 이격되게 절취된 절취부가 구비될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제2니들구동부는 피에조 소자를 구비하여 구성된다.
상기 피에조 소자는 전압 인가 시 팽창 및 수축되어 상기 제2니들을 축방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 피에조 소자의 일 측에는 상기 피에조 소자를 고정지지하는 고정부가 구비될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1니들구동부는, 상기 제1니들의 일 측에 이격 배치되는 리드스크류; 상기 리드스크류와 상기 제1니들을 연결하는 연결부재; 및 상기 리드스크류를 구동시키는 리드스크류구동부;를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 연결부재의 일 단부는 상기 제1리드스크류에 상대 운동 가능하게 연결되고, 타 단부에는 상기 리드스크류에 나사결합되는 암나사부가 구비될 수 있다.
상기 리드스크류구동부는 전기모터를 구비하여 구성된다.
한편 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에 연결되어 고압의 냉매를 냉각시키는 고압측 열교환기; 상기 압축기에 연결되고 내부에 냉매가 기상 및 액상으로 분리되는 기액분리기; 상기 기액분리기에 연결되고 냉매가 증발되는 증발기; 일 측은 상기 고압측 열교환기에 연결되고, 타 측은 상기 증발기와 연결되는 상기 이젝터;를 포함하는 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치가 제공된다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 증발기와 기액분리기 사이에 구비되어 유로의 유동단면적을 조절하는 스로틀 밸브;를 더 포함하여 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 운전모드를 선택하는 운전모드선택부; 및 상기 운전모드선택부에 의해 선택된 운전모드에 기초하여 상기 제1니들구동부 및 제2니들구동부를 제어하는 제어부;를 더 포함하여 구성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 노즐의 노즐목 및 팽창부의 유동단면적을 서로 독립적으로 조절할 수 있게 구성함으로써, 노즐의 목의 직경 및 팽창부의 직경의 다양한 조합을 통해 사이클의 다양한 운전 조건에 대응되게 유량을 미세조절할 수 있다. 이에 의해, 사이클의 운전 효율이 제고될 수 있다.
또한, 제1니들구동부 또는 제2니들구동부를 피에조 소자를 구비하여 구성되도록 함으로써, 응답성을 제고시킬 수 있다.
또한, 제1제1니들구동부 또는 제2니들구동부는 전기모터를 구비하여 구성되도록 함으로써 제조 비용을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치의 구성도,
도 2는 도 1의 이젝터의 확대도,
도 3은 도 2의 이젝터의 제2노즐의 위치를 도시한 요부확대도,
도 4는 도 2의 이젝터의 제1노즐의 위치를 도시한 요부확대도,
도 5는 도 1의 냉동사이클 장치의 제어블록도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치의 구성도,
도 7는 도 6의 이젝터의 확대도,
도 8은 도 7의 이젝터의 제1노즐 및 제2노즐의 위치를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치의 구성도,
도 10은 도 9의 이젝터의 확대도,
도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선에 따른 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다. 본 명세서는, 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 이젝터의 확대도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치는, 냉매를 압축하는 압축기(110); 상기 압축기(110)에 연결되어 고압의 냉매를 냉각시키는 고압측 열교환기(130); 상기 압축기(110)에 연결되고 내부에 냉매가 기상 및 액상으로 분리되는 기액분리기(150); 상기 기액분리기(150)에 연결되고 냉매가 증발되는 증발기(170); 일 측은 상기 고압측 열교환기(130)에 연결되고, 타 측은 상기 증발기(170)와 연결되는 본 발명의 일 실시예에 따른 이젝터(190);를 구비하여 구성될 수 있다.
압축기(110)는, 상대적으로 낮은 온도 및 압력의 기체상태의 냉매를 흡입하고 압축하여 온도 및 압력이 상승된 고온 및 고압의 냉매를 토출할 수 있다.
상기 압축기(110)의 흡입측에는 기액분리기(150)가 연결될 수 있다.
상기 기액분리기(150)는, 예를 들면, 밀폐용기(151), 상기 밀폐용기(151)의 일 측에 형성되는 유입부(152) 및 상기 밀폐용기(151)의 타측에 형성되는 제1유출부(154) 및 제2유출부(156)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 밀폐용기(151)의 내부에는 냉매가 비중 차에 의해 기체 상태의 냉매 및 액체 상태의 냉매로 분리될 수 있다.
상기 제1유출부(154)는, 예를 들면, 상기 밀폐용기(151)의 내부의 기체상태의 냉매가 유출되게 형성될 수 있다.
상기 제2유출부(156)는, 예를 들면, 상기 밀폐용기(151)의 내부의 액체 상태의 냉매가 유출되게 형성될 수 있다.
상기 유입부(152)는 상기 이젝터(190)와 상호 연통되게 연결될 수 있다.
이에 의해, 상기 이젝터(190)에서 분사된 기(기체),액(액체)이 혼합된 2상(two phases)의 냉매가 상기 밀폐용기(151)의 내부로 유입될 수 있다.
상기 제1유출부(154)는 상기 압축기(110)와 연결될 수 있다.
이에 의해, 상기 밀폐용기(151)의 내부에서 분리된 기체상태의 냉매가 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다.
상기 제2유출부(156)는 상기 증발기(170)와 연결될 수 있다.
상기 증발기(170)의 흡입측에는 스로틀 밸브(175)가 구비될 수 있다.
이에 의해, 상기 기액분리기(150)의 밀폐용기(151)의 내부의 액체상태의 냉매는 상기 스로틀 밸브(175)를 지나면서 감압 및 팽창될 수 있다.
상기 스로틀 밸브(175)를 경유하면서 감압 및 팽창된 냉매는 상기 증발기(170)로 유입되어 주위의 잠열을 흡수하여 증발될 수 있다.
상기 압축기(110)의 토출측에는 상기 고압측 열교환기(130)가 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이젝터(190)는, 예를 들면, 내부에 수용공간이 구비되고, 상기 수용공간으로 고압냉매 및 저압냉매가 유입되는 유입부(201) 및 상기 고압냉매 및 저압냉매가 혼합되는 혼합부(203)를 구비한 이젝터 바디(200); 노즐목(222) 및 팽창부(224)를 구비하여 상기 이젝터 바디(200)의 내부에 구비되고, 상기 고압냉매가 분사되는 노즐(220); 상기 팽창부(224)에 이동 가능하게 구비되어 상기 팽창부(224)의 유동단면적을 조절하는 제1니들(240); 상기 노즐목(222)에 이동가능하게 구비되어 상기 노즐목(222)의 유동단면적을 조절하는 제2니들(250); 상기 제1니들(240)을 구동시키는 제1니들구동부(270); 및 상기 제2니들(250)을 구동시키는 제2니들구동부(290);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 이젝터 바디(200)는, 예를 들면, 내부에 수용공간이 형성된 중공체로 구성될 수 있다.
상기 이젝터 바디(200)의 일 측에는 상기 고압측 열교환기(130)를 경유한 고압냉매(이하, "고압냉매"로 표기함)가 유입되는 고압냉매유입부(202a)가 형성될 수 있다.
상기 이젝터 바디(200)의 일 측은 외부와 구획되게 차단될 수 있다.
상기 이젝터 바디(200)의 일 측은 외부와 기밀적으로 차단하는 차단부재(205)가 구비될 수 있다.
상기 이젝터 바디(200)의 타 측은 상기 기액분리기(150)와 상호 연통되게 연결될 수 있다.
상기 이젝터 바디(200)의 다른 일 측에는 상기 증발기(170)를 경유한 저압냉매(이하, "저압냉매"로 표기함)가 유입되는 저압냉매유입부(202b)가 형성될 수 있다.
상기 이젝터 바디(200)의 내부에는 노즐(220)이 구비될 수 있다.
상기 노즐(220)은, 예를 들면, 상기 고압냉매가 고속으로 분사될 수 있게 노즐목(222)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 노즐(220)은, 상기 노즐목(222)을 통과한 냉매가 팽창될 수 있게 팽창부(224)를 구비할 수 있다.
상기 팽창부(224)의 내측에는 제1니들(240)이 구비될 수 있다.
상기 제1니들(240)은 직경에 비해 긴 길이를 구비한 막대 형상으로 구성될 수 있다.
상기 제1니들(240)은 일 단부에 외경이 점진적으로 감소되는 테이퍼부(242)를 구비하여 구성된다.
상기 제1니들(240)은 상기 테이퍼부(242)가 상기 팽창부(224)의 내측에 배치되어 축방향을 따라 상대 이동됨으로써, 상기 노즐(220)의 팽창부(224)의 유동단면적을 증가 또는 감소되게 조절할 수 있다.
상기 노즐(220)의 내부에는 제2니들(250)이 구비될 수 있다.
상기 제2니들(250)은, 예를 들면, 일 단부에 외경이 점진적으로 감소되는 테이퍼부(252)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제2니들(250)은, 상기 테이퍼부(252)가 상기 노즐(220)의 노즐목(222)에 근접되게 배치될 수 있다.
상기 제2니들(250)은 상기 테이퍼부(252)가 상기 노즐목(222)의 내측에서 상대 이동됨으로써, 상기 노즐목(222)의 유동단면적을 증가 또는 감소되게 조절할 수 있다.
상기 제2니들(250)의 내부에는 상기 제1니들(240)이 관통되게 결합될 수 있다.
상기 제2니들(250) 및 제1니들(240)은 상호 동심적(동축적)으로 결합될 수 있다.
한편, 본 실시예의 이젝터(190)에서, 상기 제1니들(240) 및 제2니들(250)은, 냉동사이클의 운전조건(예를 들면 냉동부하량)에 따라 서로 다른 위치에 각각 배치되게 구성될 수 있다.
상기 냉동부하량이 상대적으로 큰 제1운전모드("강"), 상기 제1운전모드에 비해 냉동부하량이 낮은 제3운전모드("약"), 냉동부하량이 상기 제1운전모드보다 작고 상기 제3운전모드보다 큰 제2운전모드("중")로 구분되는 경우, 상기 제2니들(250)은 상기 제1운전모드시 배치되는 제1위치, 상기 제2운전조건시 배치되는 제2위치 및 상기 제3운전모드시 배치되는 제3위치간을 이동할 수 있다.
상기 이젝터(190)의 효율은 상기 냉동부하량이 상대적으로 큰 제1운전모드시 상기 노즐(220)의 노즐목(222)의 유동단면적(직경)이 상대적으로 큰 경우(상기 제1위치) 증대될 수 있다.
상기 팽창부(224)의 유동단면적은 상기 제2니들(250)이 상기 제1위치, 제2위치 및 제3위치에 각각 배치되는 경우, 사이클의 효율이 제고되는 방향으로 상기 제1니들(240)의 위치가 조절될 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 제2니들(250)이 상기 제1위치, 제2위치 및 제3위치 중 어느 하나에 배치되는 경우, 상기 제1니들(240)은 상기 팽창부(224)의 유동단면적이 적절히 증감될 수 있게 축방향으로 이동되어 사이클의 효율이 제고되게 할 수 있다.
도면 설명의 편의상 상기 제1니들(240)의 위치를 제1위치, 제2위치 및 제3위치로 도시하고 있지만, 상기 제1니들(240)의 위치는 상기 제2니들(250)의 위치와 달리 상기 팽창부(224)의 유동단면적이 증가되는 것이 항상 사이클의 효율이 증가되는 것을 의미하는 것은 아니다.
한편, 상기 제1니들(240)의 일 측에는 상기 제1니들(240)을 축방향으로 구동시키는 제1니들구동부(270)가 마련될 수 있다.
상기 제1니들구동부(270)는, 예를 들면, 피에조 소자(272)를 구비하여 선형 액츄에이터로 구현될 수 있다.
상기 피에조 소자(272)는, 예를 들면, 전압 인가 시 전압에 비례하여 축방향으로 변위가 발생되게 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 피에조 소자(272)는, 전압 인가에 대응하여 두께방향으로 팽창 또는 축소되어 변위를 발생시키게 구성될 수 있다.
상기 제1니들구동부(270)는 두께방향으로 적층된 복수의 피에조 소자(272)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1니들구동부(270)는 상기 피에조 소자(272)의 일 측에 구비되어 상기 피에조 소자(272)를 고정 지지하는 고정부(274)를 구비할 수 있다.
이에 의해, 상기 제1니들구동부(270)의 상기 복수의 피에조 소자(272)의 적정 전압 인가 시 상기 복수의 피에조 소자(272)는 상기 고정부(274)에 의해 고정지지됨으로써, 상기 복수의 피에조 소자(272)에 연결된 상기 제1니들(240)이 상기 노즐(220)에 대해 상대 이동되면서 상기 팽창부(224)의 유동단면적(직경)을 조절할 수 있다.
상기 제2니들(250)의 일 측에는 상기 제2니들(250)을 구동시키는 제2니들구동부(290)가 마련될 수 있다.
상기 제2니들구동부(290)는, 예를 들면, 상기 제2니들(250)에 구비되는 로터(291) 및 상기 로터(291)의 둘레에 배치되는 스테이터(301)를 구비한 전기모터로 구현될 수 있다.
상기 로터(291)는, 예를 들면, 상기 제2니들(250)의 둘레에 구비되는 영구자석(294)을 구비할 수 있다.
상기 제2니들(250)의 둘레에는 상기 영구자석(294)이 결합될 수 있게 외경면으로부터 함몰된 영구자석결합부(260)가 구비될 수 있다.
상기 영구자석(294)은, 예를 들면, 원통형으로 구현될 수 있다.
상기 영구자석(294)은, 예를 들면, 상기 제2니들(250)의 외면에 함몰되어 결합되게 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 영구자석(294)이 원통형으로 구현된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시일 뿐이고, 원호형의 복수의 세그먼트 자석(미도시)을 구비하게 구현될 수도 있다.
상기 로터(291)의 외곽에는 스테이터(301)가 구비될 수 있다.
상기 스테이터(301)는, 예를 들면, 스테이터코어(303) 및 상기 스테이터코어(303)에 권선되는 스테이터코일(305)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 영구자석(294)은 상기 스테이터(301)의 축방향 길이에 비해 더 긴 길이를 구비하게 구성될 수 있다.
이에 의해, 상기 영구자석(294)의 회전 시 상기 제2니들(250)이 상기 제1니들(240)에 대해 축방향으로 상대 이동될 경우에도 상기 영구자석(294)과 상기 스테이터(301) 사이의 자기력 발생이 원활하게 될 수 있다.
여기서, 상기 영구자석(294)의 축방향 길이는 상기 제2니들(250)이 상기 노즐목(222)에 대해 상대 이동 되는 거리를 고려하여 상기 스테이터(301)와 상호 작용할 수 있는 자기력이 발생될 수 있는 길이로 결정될 수 있다.
상기 스테이터(301)의 일 측에는 상기 스테이터(301)를 지지하는 스테이터지지부(307)가 구비될 수 있다.
상기 스테이터지지부(307)는, 예를 들면, 일 측은 상기 스테이터코어(303)에 결합되고 타 측은 상기 제1니들(240)에 결합되게 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 스테이터지지부(307)가 상기 제1니들(240)의 외면에 일체로 고정된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시일 뿐이며, 상기 스테이터지지부는 상기 이젝터 바디(200)에 고정되게 구성될 수도 있다.
한편, 본 실시예의 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치는, 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이, 운전 조건에 따라 상기 제1니들(240) 및 제2니들(250)의 위치를 제어할 수 있는 제어부(320)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제어부(320)에는 운전모드를 선택할 수 있는 운전모드선택부(325)가 통신 가능하게 연결될 수 있다.
상기 운전모드는, 예를 들면, 냉동 부하량에 기초하여 복수의 운전모드로 구분될 수 있다.
상기 복수의 운전모드는, 예를 들면, 상기 냉동부하량이 상대적으로 큰 제1모드, 상기 제1모드에 비해 압축비 또는 냉동부하량이 작은 제3모드 및 냉동부하량이 상기 제1모드보다 작고 상기 제3모드 보다 큰 제2모드를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제어부(320)는, 예를 들면, 상기 운전모드선택부(325)에 의해 선택된 운전모드에 기초하여 상기 제2니들(250)이 상기 제1위치 내지 제3위치 중 어느 하나로 이동되게 상기 제2니들구동부(290)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(320)는, 예를 들면, 사이클의 운전효율이 상승되는 방향으로 상기 제1니들(240)이 이동될 수 있게 상기 제1니들구동부(270)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 제어부(320)는 냉매의 압력을 감지하고 감지된 압력이 설정압력에 도달할 수 있게 상기 제1니들구동부(270)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 설정압력은, 예를 들면, 시스템의 효율이 극대화될 수 있게 미리 설정될 수 있다.
상기 냉매의 압력은, 예를 들면, 응축압력 및/또는 증발압력일 수 있다.
상기 제어부(320)에는 상기 냉매의 압력을 감지하는 압력감지부(330)가 제어 가능하게 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 운전모드선택부(325)에 의해 운전모드가 선택되면 상기 제어부(320)는 선택된 운전모드에 따라 상기 제2니들(250)이 해당위치에 위치되게 상기 제2니들구동부(290)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(320)는 상기 압력감지부(330)에 의해 미리 설정된 위치의 냉매의 압력을 감지하고, 감지된 압력이 설정압력에 도달할 수 있게 상기 제1니들구동부(270)를 제어할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치는, 냉매를 압축하는 압축기(110); 상기 압축기(110)에 연결되어 고압의 냉매를 냉각시키는 고압측 열교환기(130); 상기 압축기(110)에 연결되고 내부에 냉매가 기상 및 액상으로 분리되는 기액분리기(150); 상기 기액분리기(150)에 연결되고 냉매가 증발되는 증발기(170); 일 측은 상기 고압측 열교환기(130)에 연결되고, 타 측은 상기 증발기(170)와 연결되는 본 발명의 일 실시예에 따른 이젝터(190);를 구비하여 구성될 수 있다.
본 실시예의 이젝터(190)는, 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 내부에 수용공간이 구비되고, 상기 수용공간으로 고압냉매 및 저압냉매가 유입되는 유입부(201) 및 상기 고압냉매 및 저압냉매가 혼합되는 혼합부(203)를 구비한 이젝터 바디(200); 노즐목(222) 및 팽창부(224)를 구비하여 상기 이젝터 바디(200)의 내부에 구비되고, 상기 고압냉매가 분사되는 노즐(220); 상기 팽창부(224)에 이동 가능하게 구비되어 상기 팽창부(224)의 유동단면적을 조절하는 제1니들(240); 상기 노즐목(222)에 이동가능하게 구비되어 상기 노즐목(222)의 유동단면적을 조절하는 제2니들(250); 상기 제1니들(240)을 구동시키는 제1니들구동부(270); 및 상기 제2니들(250)을 구동시키는 제2니들구동부(340);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1니들(240)은 일 단부에 외폭이 점진적으로 감소된 테이퍼부(242)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1니들(240)은 상기 테이퍼부(242)가 상기 노즐(220)의 팽창부(224)의 내측에 배치될 수 있다.
상기 제2니들(250)은 외폭이 점진적으로 감소되게 형성된 테이퍼부(252)를 구비할 수 있다.
상기 제2니들(250)은 상기 테이퍼부(252)가 상기 노즐목(222)에 근접되게 배치될 수 있다.
상기 제1니들(240)은 상기 제2니들(250)의 내부를 관통하여 길이방향을 따라 상대운동 가능하게 결합될 수 있다.
상기 제2니들(250)의 중앙에는 상기 제1니들(240)이 상대운동 가능하게 수용되는 제1니들수용공(243)이 구비될 수 있다.
상기 제1니들수용공(243)은 상기 제1니들(240)이 상기 제2니들(250)과 동심을 유지하면서 상대 이동가능하게 지지할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 이젝터 바디(200)의 외측에는 상기 제1니들(240)을 구동시키는 제1니들구동부(270)가 구비될 수 있다.
상기 제1니들구동부(270)는, 예를 들면, 복수의 피에조 소자(272)를 구비하여 선형 액츄에이터로 구성될 수 있다.
상기 제1니들구동부(270)는, 상기 복수의 피에조 소자(272)를 고정지지하는 고정부(274)를 구비할 수 있다.
이에 의해, 상기 복수의 피에조 소자(272)의 전압 인가 시 상기 복수의 피에조 소자(272)가 상기 고정부(274)에 의해 고정지지됨으로써, 상기 복수의 피에조 소자(272)에 연결된 상기 제1니들(240)이 상기 노즐(220)에 대해 상대 이동되면서 상기 팽창부(224)의 유동단면적(직경)을 조절할 수 있다.
한편, 상기 이젝터 바디(200)의 외측에는 상기 제2니들(250)을 구동시키는 제2니들구동부(340)가 마련될 수 있다.
상기 제2니들구동부(340)는, 예를 들면, 피에조 소자(342)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제2니들구동부(340)는, 예를 들면, 서로 두께방향으로 적층된 복수의 피에조 소자(342)를 구비하여 선형 액츄에이터로 구성될 수 있다.
상기 제2니들구동부(340)는, 상기 복수의 피에조 소자(342)를 지지하는 고정부(344)를 구비할 수 있다.
이에 의해, 상기 제2니들구동부(340)의 상기 복수의 피에조 소자(342)의 전압 인가 시 상기 고정부(344)가 상기 복수의 피에조 소자(342)의 일 측을 고정지지함으로써, 상기 복수의 피에조 소자(342)의 타 측에 연결된 상기 제2니들(250)이 상기 노즐(220)의 노즐목(222)에 대해 상대 이동되어 상기 노즐목(222)의 유동단면적(직경)이 조절될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 제어부(320)는 상기 노즐목(222)의 유동단면적을 조절하고자 할 때는, 상기 제2니들구동부(340)의 복수의 피에조 소자(342)에 적절한 전압이 인가되게 할 수 있다.
이에 의해, 상기 제2니들구동부(340)의 복수의 피에조 소자(342)가 팽창 또는 수축되어 상기 제2니들(250)의 테이퍼부(252)가 상기 노즐목(222)에 대해 상대 이동됨으로써 상기 노즐목(222)의 유동단면적이 적절히 조절될 수 있다.
또한, 상기 노즐(220)의 팽창부(224)의 유동단면적을 조절하고자 할 때는 상기 제어부(320)는 상기 제1니들구동부(270)의 복수의 피에조 소자(272)에 적절한 전압이 인가되게 제어할 수 있다.
이에 의해, 상기 제1니들구동부(270)의 복수의 피에조 소자(272)가 인가된 전압에 기초하여 적절히 팽창 또는 수축됨으로써, 상기 제1니들(240)의 테이퍼부(242)가 상기 노즐(220)의 팽창부(224)에 대해 상대 이동되어 상기 노즐(220)의 팽창부(224)의 유동단면적이 적절히 조절될 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치는, 냉매를 압축하는 압축기(110); 상기 압축기(110)에 연결되어 고압의 냉매를 냉각시키는 고압측 열교환기(130); 상기 압축기(110)에 연결되고 내부에 냉매가 기상 및 액상으로 분리되는 기액분리기(150); 상기 기액분리기(150)에 연결되고 냉매가 증발되는 증발기(170); 일 측은 상기 고압측 열교환기(130)에 연결되고, 타 측은 상기 증발기(170)와 연결되는 본 발명의 일 실시예에 따른 이젝터(190);를 구비하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이젝터(190)는, 예를 들면, 내부에 수용공간이 구비되고, 상기 수용공간으로 고압냉매 및 저압냉매가 유입되는 유입부(201) 및 상기 고압냉매 및 저압냉매가 혼합되는 혼합부(203)를 구비한 이젝터 바디(200); 노즐목(222) 및 팽창부(224)를 구비하여 상기 이젝터 바디(200)의 내부에 구비되고, 상기 고압냉매가 분사되는 노즐(220); 상기 팽창부(224)에 이동 가능하게 구비되어 상기 팽창부(224)의 유동단면적을 조절하는 제1니들(240); 상기 노즐목(222)에 이동가능하게 구비되어 상기 노즐목(222)의 유동단면적을 조절하는 제2니들(250); 상기 제1니들(240)을 구동시키는 제1니들구동부(360); 및 상기 제2니들(250)을 구동시키는 제2니들구동부(290);를 구비하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 이젝터 바디(200)의 외측에는 상기 제1니들(240)을 구동시키는 제1니들구동부(360)가 마련될 수 있다.
상기 제1니들구동부(360)는, 상기 제1니들(240)의 일 측에 이격 배치되는 리드스크류(362); 상기 리드스크류(362)와 상기 제1니들(240)을 연결하는 연결부재(372); 및 상기 리드스크류(362)를 구동시키는 리드스크류구동부(382);를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 연결부재(372)의 일 단부는 상기 제1니들(240)에 상대 운동 가능하게 연결되고, 타 단부에는 상기 리드스크류(362)에 나사결합되는 암나사부(374)가 구비될 수 있다.
상기 연결부재(372)는, 예를 들면, 상기 제1니들(240)에 연결되는 제1연결부(373a), 상기 리드스크류(362)에 연결되는 제2연결부(373b) 및 상기 제1연결부(373a)와 상기 제2연결부(373b)를 연결시키는 제3연결부(373c)를 구비하여 "U"형상을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 제1연결부(373a)는 상기 제1니들(240)이 상대 회전 가능하게 연결될 수 있다.
상기 제2연결부(373b)는 상기 암나사부(374)를 개재하여 상기 리드스크류(362)에 연결될 수 있다.
상기 리드스크류구동부(382)는, 예를 들면, 전원 인가 시 동력을 발생시키는 전기모터로 구현될 수 있다.
상기 리드스크류구동부(전기모터)((382)는 정회전 및 역회전이 가능하게 구성될 수 있다.
이에 의해, 상기 제1니들(240)이 상기 노즐(220)에 대해 상대 이동되면서 상기 팽창부(224)의 유동단면적을 조절할 수 있다.
한편, 상기 제2니들(250)의 중심에는 상기 제1니들(240)이 관통되게 결합될 수 있다.
상기 제2니들(250)은 제1니들(240)의 외면에 대해 상대 회전 및 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다.
상기 제2니들(250)의 내면에는 상기 제1니들(240)의 외면에 면접촉되는 지지부(256)가 구비될 수 있다.
상기 지지부(256)는 축방향으로 서로 이격되게 형성될 수 있다.
상기 지지부(256) 사이에는 상기 제1니들(240)의 외면으로부터 이격되게 반경방향으로 절취된 절취부(258)가 구비될 수 있다.
상기 제2니들(250)은 상기 노즐(220)에 대해 상대 회전 가능하게 지지될 수 있다.
상기 노즐(220)의 내면에는 상기 제2니들(250)을 상대 회전 가능하게 지지하는 제2니들지지부(225)가 구비될 수 있다.
상기 제2니들지지부(225)는, 예를 들면, 상기 노즐(220)의 원주방향을 따라 서로 이격된 복수의 로드부(226) 및 상기 로드부(226)의 중심에 구비된 원통부(227)를 구비하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 제2니들(250)은 상기 제2니들지지부(225)에 대해 나사결합될 수 있다.
상기 제2니들(250)의 외면에는 수나사부(259)가 구비될 수 있다.
상기 제2니들지지부(225)에는 상기 수나사부(259)와 나사결합될 수 있게 암나사부(228)가 구비될 수 있다.
상기 제2니들지지부(225)의 원통부(227)에는 상기 암나사부(228)가 마련될 수 있다.
상기 이젝터 바디(200)의 외측에는 상기 제2니들(250)을 구동시키는 제2니들구동부(290)가 구비될 수 있다.
상기 제2니들구동부(290)는, 예를 들면, 상기 제2니들(250)에 구비되는 로터(291) 및 상기 로터(291)의 외곽에 구비되는 스테이터(301)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제2니들구동부(290)는, 상기 스테이터(301)를 지지하는 스테이터지지부(308)를 구비할 수 있다.
상기 스테이터지지부(308)의 일 측은 상기 스테이터코어(303)의 외면에 결합될 수 있다.
상기 스테이터지지부(308)는 예를 들면 상기 스테이터코어(303)와 압입 결합될 수 있다.
상기 스테이터지지부(308)의 타측은 상기 이젝터 바디(200)에 결합될 수 있다.
상기 스테이터지지부(308)는, 예를 들면, 상기 이젝터 바디(200)의 차단부재(205)에 결합될 수 있다.
상기 영구자석(294)은 상기 스테이터(301)에 비해 축방향으로 긴 길이를 구비하게 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 제어부(320)는 상기 노즐목(222)의 유동단면적을 조절하고자 할 때는, 상기 제2니들구동부(290)를 제어하여 상기 노즐(220)에 대해 상기 제2니들(250)이 정회전 또는 역회전되게 할 수 있다.
상기 제2니들(250)이 어느 일 방향으로 회전되면 상기 제2니들(250)의 수나사부(259)가 상기 제2니들지지부(225)의 암나사부(228)에 대해 상대 회전되어 축방향으로 이동될 수 있다.
이에 의해, 상기 노즐목(222)에 대해 상기 제2노즐(250)의 테이퍼부(252)가 접근 또는 이격됨으로써 상기 노즐목(222)의 유동단면적(직경)이 조절될 수 있다.
또한, 상기 노즐(220)의 팽창부(224)의 유동단면적을 조절하고자 할 때는 상기 제어부(320)는 상기 제1니들구동부(360)의 리드스크류구동부(382)를 정회전 또는 역회전되게 제어할 수 있다.
상기 리드스크류(362)가 어느 일 방향으로 회전되면, 상기 리드스크류(362)에 나사결합된 암나사부(374)가 축방향으로 상대 이동되고, 이에 의해 상기 연결부재(372)에 의해 연결된 상기 제1니들(240)이 상기 노즐(220)의 팽창부(224)에 대해 상대 이동됨으로써 상기 팽창부(224)의 유동단면적이 조절될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110: 압축기 130: 고압측 열교환기
150 : 기액분리기 170: 증발기
175: 스로틀 밸브 190 : 이젝터
200: 이젝터 바디 220: 노즐
222 : 노즐목 224: 팽창부
225 : 제2니들지지부 226 : 로드부
227 : 원통부 228,254,374 : 암나사부
240: 제1니들 242,252: 테이퍼부
244,259: 수나사부 250 : 제2니들
256: 지지부 258: 절취부
270,360 : 제1니들구동부 272,342: 피에조 소자
274,344 : 고정부 290,340 : 제2니들구동부
291: 로터 294: 영구자석
301: 스테이터 303 : 스테이터코어
305 : 스테이터코일 307,308 : 스테이터지지부
320 : 제어부 325 : 운전모드선택부
330 : 압력감지부

Claims (16)

  1. 내부에 수용공간이 구비되고, 상기 수용공간으로 고압냉매 및 저압냉매가 유입되는 유입부 및 상기 고압냉매 및 저압냉매가 혼합되는 혼합부를 구비한 이젝터 바디;
    상기 고압냉매를 고속으로 분사시키도록 형성되는 노즐목 및 상기 노즐목을 통과한 냉매를 팽창시키도록 상기 노즐목으로부터 점진적으로 내경이 증가되도록 형성되는 팽창부를 구비하여 상기 이젝터 바디의 내부에 위치되는 노즐;
    상기 팽창부의 유동단면적을 조절하도록 상기 팽창부의 내측에 상대 이동 가능하게 배치되고 외경이 점진적으로 감소되도록 형성되는 테이퍼부를 구비하는 제1니들;
    상기 노즐목의 유동단면적을 조절하도록 상기 노즐목의 내측에서 상대 이동되고 외경이 점진적으로 감소되도록 이루어지는 제2니들;
    상기 제1니들을 구동시키는 제1니들구동부; 및
    상기 제1니들구동부와 독립적으로 상기 제2니들을 구동시키는 제2니들구동부;를 포함하는 이젝터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1니들은 상기 제2니들을 관통하여 상대 운동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 이젝터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1니들은 상기 제2니들을 관통하여 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 이젝터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1니들구동부는 피에조 소자를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이젝터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2니들구동부는 상기 제2니들에 구비되는 로터 및 상기 로터의 외곽에 배치되는 스테이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 이젝터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 로터는 상기 제2니들의 표면에 매입되는 영구자석을 구비하는 것을 특징으로 하는 이젝터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1니들의 외면에는 수나사부가 형성되고,
    상기 제2니들의 내면에는 암나사부가 구비되고,
    상기 암나사부의 일 측에는 상기 제1니들의 외면에 회전 및 슬라이딩 가능한 지지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이젝터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 암나사부 및 지지부는 서로 이격되고, 상기 암나사부 및 지지부 사이에는 상기 제1니들의 표면으로부터 이격되게 절취된 절취부가 구비되는 것을 특징으로 하는 이젝터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2니들구동부는 피에조 소자를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이젝터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1니들구동부는, 상기 제1니들의 일 측에 이격 배치되는 리드스크류; 상기 리드스크류와 상기 제1니들을 연결하는 연결부재; 및 상기 리드스크류를 구동시키는 리드스크류구동부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 이젝터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 연결부재의 일 단부는 상기 리드스크류에 상대 운동 가능하게 연결되고, 타 단부에는 상기 리드스크류에 나사결합되는 암나사부가 구비되는 것을 특징으로 하는 이젝터.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 리드스크류구동부는 전기모터를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이젝터.
  14. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에 연결되어 고압의 냉매를 냉각시키는 고압측 열교환기;
    상기 압축기에 연결되고 내부에 냉매가 기상 및 액상으로 분리되는 기액분리기;
    상기 기액분리기에 연결되고 냉매가 증발되는 증발기;
    일 측은 상기 고압측 열교환기에 연결되고, 타 측은 상기 증발기와 연결되는 제1항, 제3항 내지 제13항 중 어느 한 항의 이젝터;를 포함하는 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 증발기와 기액분리기 사이에 구비되어 유로의 유동단면적을 조절하는 스로틀 밸브;를 더 포함하는 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    운전모드를 선택하는 운전모드선택부; 및
    상기 운전모드선택부에 의해 선택된 운전모드에 기초하여 상기 제1니들구동부 및 제2니들구동부를 제어하는 제어부;를 포함하는 이젝터를 구비한 냉동사이클 장치.
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