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KR102369131B1 - Refrigeration system using ejector - Google Patents

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Publication number
KR102369131B1
KR102369131B1 KR1020200114800A KR20200114800A KR102369131B1 KR 102369131 B1 KR102369131 B1 KR 102369131B1 KR 1020200114800 A KR1020200114800 A KR 1020200114800A KR 20200114800 A KR20200114800 A KR 20200114800A KR 102369131 B1 KR102369131 B1 KR 102369131B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
temperature
ejector
compressor
branch pipe
Prior art date
Application number
KR1020200114800A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박윤철
고광수
김부철
Original Assignee
제주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

The present invention relates to a refrigeration system using an ejector comprising a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator. According to the present invention, the refrigeration system using an ejector comprises: the ejector disposed between the evaporator and the compressor; a refrigerant tank disposed between the condenser and the expansion valve; a branch pipe connecting the refrigerant tank and the ejector; and a heat exchanger disposed in the branch pipe and in which a refrigerant and a heat medium flowing through the branch pipe flow. In the heat exchanger, the high-temperature and high-pressure refrigerant whose temperature has increased through heat exchange with the heat medium and the low-temperature and low-pressure refrigerant discharged from the evaporator are introduced into the ejector and mixed, and the ejector may eject the refrigerant by increasing the pressure of the refrigerant having an increased temperature.

Description

이젝터를 이용한 냉동장치{Refrigeration system using ejector}Refrigeration system using ejector

본 발명은 이젝터를 이용한 냉동장치에 관한 것이다.The present invention relates to a refrigeration system using an ejector.

증기압축식 냉동 시스템은 생활 공간과 차량, 비행기 등의 공간의 온도를 낮추고 습기를 제거하는 냉방 장치, 냉동기, 열펌프(heat pump)로서 사용된다.Vapor compression refrigeration systems are used as air conditioners, refrigerators, and heat pumps that lower the temperature of living spaces, vehicles, airplanes, and the like and remove moisture.

냉동 시스템은 통상적으로 배관을 통해 서로 접속되어 폐루프(closed loop) 시스템을 형성하는 4개의 주요 부품으로 구성된다. 4개의 주요 부품은 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기이다. 냉매는 4개의 주요 부품을 순환하며 압력 및 온도가 올라가거나 내려가면서 작동을 하게 된다.A refrigeration system typically consists of four main parts that are connected to each other through piping to form a closed loop system. The four main components are the compressor, condenser, expansion valve and evaporator. The refrigerant circulates through the four main components and operates as pressure and temperature increase or decrease.

냉매는 냉동 시스템에서 계속적으로 순환하게 되는데, 냉동 사이클(cycle)의 주요 단계는 압축기를 통한 냉매의 압축 단계, 응축기에서의 열 방출 단계, 증발 장치에서의 트로틀링(throttling) 단계, 증발기에서의 열 흡수 단계이다. 이 과 정은 증기압축식 냉동 시스템으로도 지칭된다.The refrigerant circulates continuously in the refrigeration system. The main stages of the refrigeration cycle are compression of the refrigerant through a compressor, heat release in the condenser, throttling in the evaporator, and heat in the evaporator. absorption step. This process is also referred to as a vapor compression refrigeration system.

냉동 사이클에서 냉매는 압축기에 저온 저압 기체 상태로 유입되어 온도와 압력이 상승하여 고온 고압 기체 상태로 배출되어 응축기로 유입된다. 냉매는 응축기에서 방열되면서 포화액으로 바뀌어 고온 고압 액체 상태로 배출되어 팽창밸브로 유입된다. 냉매는 팽창밸브에서 압력과 온도가 낮아지게 된다. 이때 냉매는 증기와 액체가 혼합된 포화상태로 바뀐다. 팽창밸브에서 배출된 냉매는 저온 저압 액체 상태로 증발기로 유입된다. 냉매는 증발기에서 실내(냉동공간)으로부터 열을 흡수하여 실내 온도를 낮추며 저온 저압 기체 상태가 되어 압축기로 유입된다.In the refrigeration cycle, the refrigerant flows into the compressor as a low-temperature, low-pressure gas, and the temperature and pressure rise, and then, discharged as a high-temperature and high-pressure gas, and flows into the condenser. The refrigerant is converted into a saturated liquid as heat is radiated from the condenser, and discharged as a high-temperature and high-pressure liquid and flows into the expansion valve. The refrigerant is reduced in pressure and temperature at the expansion valve. At this time, the refrigerant changes to a saturated state in which vapor and liquid are mixed. The refrigerant discharged from the expansion valve flows into the evaporator as a low-temperature, low-pressure liquid. The refrigerant absorbs heat from the room (refrigeration space) in the evaporator, lowers the room temperature, becomes a low-temperature, low-pressure gas, and flows into the compressor.

그러나, 냉매 사이클이 반복적으로 진행되면서 증발기에서 배출되는 냉매의 온도가 극 저온(-20℃) 상태에서 압축기로 유입되었다. 그 저온 냉매에 의해 냉동 사이클의 효율이 낮아지는 문제가 발생하였다.However, as the refrigerant cycle proceeded repeatedly, the temperature of the refrigerant discharged from the evaporator was introduced into the compressor at an extremely low temperature (-20°C). There was a problem in that the efficiency of the refrigeration cycle was lowered by the low-temperature refrigerant.

대한민국 등록특허 제10-1174451호 (2012.07.31.)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1174451 (2012.07.31.) 대한민국 등록특허 제10-0555944호 (2006.02.21.)Republic of Korea Patent Registration No. 10-0555944 (2006.02.21.)

본 발명은 압축기로 유입되는 냉매의 온도와 압력을 높이는 기술을 제공한다.The present invention provides a technique for increasing the temperature and pressure of a refrigerant flowing into a compressor.

본 발명의 한 실시예에 따른 이젝터를 이용한 냉동장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 이루어진 냉동장치에서, 상기 증발기와 상기 압축기 사이에 배치되어 있는 이젝터, 상기 응축기와 상기 팽창밸브의 사이에 배치되어 있는 냉매탱크, 상기 냉매탱크와 상기 이젝터를 연결하고 있는 분기관 및 상기 분기관에 배치되어 있고 상기 분기관을 유동하는 냉매와 열매체가 유동하는 열교환기를 포함한다.A refrigeration system using an ejector according to an embodiment of the present invention is a refrigeration system including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, and an ejector disposed between the evaporator and the compressor, and disposed between the condenser and the expansion valve and a refrigerant tank, a branch pipe connecting the refrigerant tank and the ejector, and a heat exchanger disposed in the branch pipe and through which a refrigerant and a heat medium flowing through the branch pipe flow.

상기 열교환기에서 상기 열매체와 열교환으로 온도가 상승한 고온 고압의 냉매와 상기 증발기에서 배출된 저온 저압의 냉매는 상기 이젝터로 유입되어 혼합되고, 상기 이젝터는 온도가 상승한 상기 냉매의 압력을 상승시켜 분출할 수 있다.In the heat exchanger, the high-temperature and high-pressure refrigerant whose temperature has risen through heat exchange with the heating medium and the low-temperature and low-pressure refrigerant discharged from the evaporator are introduced into the ejector and mixed, and the ejector is ejected by increasing the pressure of the refrigerant whose temperature has risen. can

상기 이젝터를 이용한 냉동장치는 상기 열교환기와 상기 냉매탱크 사이에 배치되어 있으며 상기 분기관을 통하여 상기 이젝터로 유입되는 냉매를 제어하는 유량조절부 더 포함할 수 있다.The refrigerating device using the ejector may further include a flow rate control unit disposed between the heat exchanger and the refrigerant tank and controlling the refrigerant flowing into the ejector through the branch pipe.

상기 이젝터를 이용한 냉동장치는 상기 이젝터와 상기 압축기 사이에 배치되어 있는 어큐뮬레이터(accumulator)를 더 포함할 수 있다.The refrigeration apparatus using the ejector may further include an accumulator disposed between the ejector and the compressor.

상기 이젝터에서 분출되는 상기 냉매의 온도는 10℃ 내지 30℃일 수 있다.The temperature of the refrigerant ejected from the ejector may be 10 °C to 30 °C.

본 발명의 실시예에 따르면, 압축기로 유입되는 냉매가 온도와 압력이 상승한 상태로 유입되므로 압축기를 이용하는 증기압축 냉동사이클에 저온운전시의 단점인 성능이 감소하는 것을 방지한다.According to the embodiment of the present invention, since the refrigerant flowing into the compressor is introduced in a state in which the temperature and pressure are increased, the performance, which is a disadvantage during low-temperature operation in the vapor compression refrigeration cycle using the compressor, is prevented from being reduced.

본 발명의 실시예에 따르면, 열교환기에서 고온 고압 액체 상태의 냉매가 폐열과 열 교환으로 온도가 상승하게 된다. 이에 버려지는 열을 활용하여 냉동시스템에 적용함으로써 저온운전시의 성능이 향상된다.According to an embodiment of the present invention, the temperature of the high-temperature, high-pressure liquid refrigerant in the heat exchanger is increased by heat exchange with waste heat. By utilizing the waste heat and applying it to the refrigeration system, the performance during low-temperature operation is improved.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이젝터를 이용한 냉동장치를 나타낸 개념도.
도 2는 도 1의 이젝터를 나타낸 개략도.
도 3은 도 1의 증기압축 사이클의 냉매 흐름도.
도 4는 도 1의 이젝터를 이용한 증기압축 사이클 흐름도.
도 5는 도 4의 이젝터를 이용한 증기압축 사이클 P-h 선도.
1 is a conceptual diagram showing a refrigeration apparatus using an ejector according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic view showing the ejector of Figure 1;
Figure 3 is a refrigerant flow diagram of the vapor compression cycle of Figure 1;
Figure 4 is a flow chart of the vapor compression cycle using the ejector of Figure 1.
Figure 5 is a vapor compression cycle Ph diagram using the ejector of Figure 4;

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. Throughout the specification, like reference numerals are assigned to similar parts.

그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 이젝터를 이용한 냉동장치에 대하여 도 1 내지 도 5를 참고하여 설명한다.Then, a refrigeration apparatus using an ejector according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5 .

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이젝터를 이용한 냉동장치를 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1의 이젝터를 나타낸 개략도이며, 도 3은 도 1의 증기압축 사이클의 냉매 흐름도이고, 도 4는 도 1의 이젝터를 이용한 증기압축 사이클 흐름도이며, 도 5는 도 4의 이젝터를 이용한 증기압축 사이클 P-h 선도이다.1 is a conceptual diagram showing a refrigeration apparatus using an ejector according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing the ejector of FIG. 1, FIG. 3 is a refrigerant flow diagram of the vapor compression cycle of FIG. 1, FIG. 4 is It is a flow chart of the vapor compression cycle using the ejector of FIG. 1, and FIG. 5 is a diagram of the vapor compression cycle Ph using the ejector of FIG.

먼저, 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 이젝터를 이용한 냉동장치(1)는 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(30), 증발기(40), 이젝터(60), 냉매탱크(70), 분기관(80) 및 열교환기(90)를 포함하며 압축기(10)로 유입되는 냉매의 온도와 압력을 높여 증발온도가 낮아지면서 발생하는 냉동장치의 효율을 예방한다. 본 실시예에 따른 이젝터를 이용한 냉동장치(1)는 유량조절부(110) 및 어큐뮬레이터(120)를 더 포함할 수 있다.First, referring to FIGS. 1 and 2 , the refrigeration apparatus 1 using an ejector according to the present embodiment includes a compressor 10 , a condenser 20 , an expansion valve 30 , an evaporator 40 , and an ejector 60 . , a refrigerant tank 70 , a branch pipe 80 , and a heat exchanger 90 , and increases the temperature and pressure of the refrigerant flowing into the compressor 10 to prevent the efficiency of the refrigeration system caused by the lowering of the evaporation temperature. The refrigerating device 1 using the ejector according to the present embodiment may further include a flow rate control unit 110 and an accumulator 120 .

압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(30) 및 증발기(40)는 유로관(50)으로 연결되어 있다. 냉매는 유로관(50)을 통해 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(30) 및 증발기(40)를 유동하면서 증기압축 사이클을 이룬다. 증발기(40)는 실내(냉동공간)(R)에 위치하며 실내의 열을 흡수하여 온도를 낮춘다. 여기서 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(30) 및 증발기(40)의 세부적인 구성은 공지된 구성의 증기압축 사이클의 구성과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.The compressor 10 , the condenser 20 , the expansion valve 30 , and the evaporator 40 are connected by a flow path pipe 50 . The refrigerant flows through the compressor 10 , the condenser 20 , the expansion valve 30 , and the evaporator 40 through the flow path 50 and forms a vapor compression cycle. The evaporator 40 is located in the room (refrigeration space) R and absorbs heat in the room to lower the temperature. Here, the detailed configuration of the compressor 10 , the condenser 20 , the expansion valve 30 , and the evaporator 40 is the same as the configuration of the known vapor compression cycle, and thus a detailed description thereof will be omitted.

냉매탱크(70)는 냉매가 수용되는 기설정된 공간을 갖는다. 냉매탱크(70)는 응축기(20)와 팽창밸브(30)의 사이에 위치하여 유로관(50)과 결합되어 있다. 유로관(50)과 냉매탱크(70)에는 냉매가 수용되며 유로관(50)을 유동하는 냉매는 냉매탱크(70)를 경유한다.The refrigerant tank 70 has a predetermined space in which the refrigerant is accommodated. The refrigerant tank 70 is positioned between the condenser 20 and the expansion valve 30 and is coupled to the flow path pipe 50 . The refrigerant is accommodated in the flow pipe 50 and the refrigerant tank 70 , and the refrigerant flowing through the flow pipe 50 passes through the refrigerant tank 70 .

냉매탱크(70)의 둘레 기설정된 위치에는 응축기(20)와 연결된 유로관(50)과 연결된 유입구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 냉매탱크(70)의 바닥에는 팽창밸브(30)와 연결된 유로관(50)과 연결된 배출구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 응축기(20)에서 배출된 고온 고압 액체 상태의 냉매는 유입구를 통해 냉매탱크(70)의 내부로 유입된 후 배출구를 통해 팽창밸브(30)의 방향으로 유동할 수 있다.An inlet (not shown) connected to the flow path pipe 50 connected to the condenser 20 is formed at a predetermined position around the refrigerant tank 70 . An outlet (not shown) connected to the flow path pipe 50 connected to the expansion valve 30 is formed at the bottom of the refrigerant tank 70 . The high-temperature, high-pressure liquid refrigerant discharged from the condenser 20 may flow into the refrigerant tank 70 through the inlet and then flow in the direction of the expansion valve 30 through the outlet.

한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 냉매탱크(70)에는 냉매의 수용상태를 감지하는 센서가 배치될 수 있다. 센서가 감지한 냉매가 설정 용량 이하이면 제어부는 사용자에게 알릴 수 있다.On the other hand, although not shown in the drawings, a sensor for detecting the reception state of the refrigerant may be disposed in the refrigerant tank 70 . If the refrigerant detected by the sensor is less than the set capacity, the control unit may notify the user.

이젝터(60)는 증발기(40)와 압축기(10)의 사이에 위치하여 유로관(50)과 결합되어 있다. 이젝터(60)는 흡입부(612)와 노즐부(611)가 연결되어 있는 본체(61)와 연결되어 있는 디퓨져부(62)를 포함한다.The ejector 60 is positioned between the evaporator 40 and the compressor 10 and is coupled to the flow pipe 50 . The ejector 60 includes a diffuser unit 62 connected to the main body 61 to which the suction unit 612 and the nozzle unit 611 are connected.

본체(61)의 내부에는 흡입공간(613)이 형성되어 있으며 노즐부(611)는 본체(61)의 일측에 배치되어 있으며 적어도 일부분이 흡입공간(613)에 위치하고 있다. 흡입부(612)는 본체(61)의 하부면에서 돌출되어 있다. 노즐부(611)와 흡입부(612)는 흡입공간(613)에서 연결되어 있다. 흡입부(612)는 증발기(40)와 연결된 유로관(50)과 연결되어 있다.A suction space 613 is formed inside the body 61 , and the nozzle part 611 is disposed on one side of the body 61 , and at least a part thereof is located in the suction space 613 . The suction part 612 protrudes from the lower surface of the body 61 . The nozzle part 611 and the suction part 612 are connected in the suction space 613 . The suction unit 612 is connected to the flow path pipe 50 connected to the evaporator 40 .

디퓨져부(62)는 기설정된 길이를 가지며 내부가 길이 방향을 따라 관통되어 있다. 디퓨져부(62)는 본체(61)의 타측에 배치되어 내부가 흡입공간(613)과 연결되어 있다. 노즐부(611)의 일측 끝은 디퓨져부(62)의 내부에 위치하고 있다.The diffuser unit 62 has a predetermined length and is penetrated inside the diffuser unit 62 in the longitudinal direction. The diffuser part 62 is disposed on the other side of the main body 61 and the inside is connected to the suction space 613 . One end of the nozzle unit 611 is located inside the diffuser unit 62 .

한편, 디퓨져부(62)의 내부는 본체(61)와 연결되어 있고 본체(61)에서 멀어질수록 단면적이 작아지는 유입부(621), 유입부(621)와 연결되어 있으며 내부 둘레 직경 변화가 없는 믹싱부(622) 및 믹싱부(622)와 연결되어 있고 믹싱부(622)에서 멀어질수록 단면적이 증가하는 분출부(623)를 포함한다. 분출부(623)는 압축기(10)와 연결되어 있다.On the other hand, the inside of the diffuser part 62 is connected to the main body 61 and is connected to the inlet 621 and the inlet 621 having a smaller cross-sectional area as the distance from the main body 61 is increased, and the inner circumference diameter changes. It includes an absent mixing unit 622 and a jetting unit 623 connected to the mixing unit 622 and having an increased cross-sectional area as the distance from the mixing unit 622 increases. The ejection part 623 is connected to the compressor 10 .

이젝터(60)의 세부적인 구성은 공지된 구성의 이젝터의 구성과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.Since the detailed configuration of the ejector 60 is the same as that of the known ejector, a detailed description thereof will be omitted.

분기관(80)은 일단이 배출구로부터 떨어져 냉매탱크(70)의 외부둘레에 결합되어 냉매탱크(70)의 내부공간과 연결되어 있다. 분기관(80)의 타단은 노즐부(611)와 연결되어 있다.The branch pipe 80 has one end separated from the outlet and coupled to the outer periphery of the refrigerant tank 70 to be connected to the inner space of the refrigerant tank 70 . The other end of the branch pipe 80 is connected to the nozzle part 611 .

열교환기(90)는 판형열교환기를 포함한다. 열교환기(90)에는 제1 유로부(91)와 제2 유로부(92)가 형성되어 있다. 열교환기(90)는 이젝터(60)와 냉매탱크(70)의 사이에 위치하며 제1 유로부(91)가 분기관(80)과 연결되어 있다. 제2 유로부(92)는 60℃ 내지 80℃의 온도를 유지하는 열매체가 유동하는 폐열관(93)과 연결되어 있다. 열매체는 이젝터를 이용한 냉동장치(1)가 탑재된 장치(자동차, 발전소 등)에서 발생하는 폐열일 수 있다.The heat exchanger 90 includes a plate heat exchanger. The heat exchanger 90 has a first flow path part 91 and a second flow path part 92 formed therein. The heat exchanger 90 is positioned between the ejector 60 and the refrigerant tank 70 , and the first flow path 91 is connected to the branch pipe 80 . The second flow passage 92 is connected to a waste heat pipe 93 through which a heating medium maintaining a temperature of 60° C. to 80° C. flows. The heating medium may be waste heat generated in a device (automobile, power plant, etc.) in which the refrigeration device 1 using an ejector is mounted.

그러나 열매체는 태양열, 신재생에너지 및 저온열원으로 구동되는 열일 수도 있다.However, the heating medium may also be heat driven by solar heat, renewable energy, and low-temperature heat sources.

열매체의 온도는 제1 유로부(91)를 유동하는 고온 고압 액체 상태의 냉매 온도 보다 높다. 제1 유로부(91)의 고온 고압 액체 상태의 냉매와 제2 유로부(92)의 열매체는 서로 열 교환한다. The temperature of the heating medium is higher than the temperature of the refrigerant in the high-temperature, high-pressure liquid state flowing through the first flow path part 91 . The refrigerant in the high-temperature, high-pressure liquid state of the first flow passage part 91 and the heat medium of the second flow passage part 92 exchange heat with each other.

유량조절부(110)는 냉매탱크(70)와 열교환기(90)의 사이에 위치하여 분기관(80)에 결합되어 있다. 유량조절부(110)는 분기관(80)을 유동하는 고온 고압 액체 상태의 냉매 유량을 제어한다. 유량은 흡입공간(613)으로 유입된 저온 저압 기체 상태의 냉매 온도에 따라 달라질 수 있다.The flow rate control unit 110 is positioned between the refrigerant tank 70 and the heat exchanger 90 and is coupled to the branch pipe 80 . The flow rate controller 110 controls the refrigerant flow rate of the high-temperature, high-pressure liquid state flowing through the branch pipe 80 . The flow rate may vary depending on the temperature of the refrigerant in the low-temperature low-pressure gas state introduced into the suction space 613 .

어큐뮬레이터(120)는 이젝터(60)와 압축기(10)의 사이에 위치하여 유로관(50)과 결합되어 있다. 이에 이젝터(60)에서 분출된 냉매는 어큐뮬레이터(120)를 경유하여 압축기(10)로 유입될 수 있다.The accumulator 120 is positioned between the ejector 60 and the compressor 10 and is coupled to the flow pipe 50 . Accordingly, the refrigerant ejected from the ejector 60 may be introduced into the compressor 10 via the accumulator 120 .

한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 어큐뮬레이터(120) 또는 압축기(10)의 유입구에는 이젝터(60)에서 분출되는 냉매의 온도를 감지하는 센서가 배치될 수 있다. 제어부는 센서의 신호를 받으며 감지된 온도가 설정 값(극 저온(-20℃)) 미안인 경우 유량조절부(110)가 작동하고 열교환기(90)로 열매체가 유동하도록 제어할 수 있다. 여기서 극 저온은 이젝터를 이용한 냉동장치(1)가 설치된 장치 및 설치 환경 등에 따라 달라질 수 있다.Meanwhile, although not shown in the drawings, a sensor for detecting the temperature of the refrigerant ejected from the ejector 60 may be disposed at the inlet of the accumulator 120 or the compressor 10 . The control unit receives a signal from the sensor, and when the detected temperature is within the set value (extreme low temperature (-20°C)), the flow rate control unit 110 operates and may control the heat medium to flow to the heat exchanger 90 . Here, the extremely low temperature may vary depending on the device in which the refrigerating device 1 using the ejector is installed, the installation environment, and the like.

다음은 도 3을 참고하여 위에서 설명한 이젝터를 이용한 냉동장치의 증기압축 사이클에 대해 설명한다.Next, a vapor compression cycle of the refrigeration system using the ejector described above will be described with reference to FIG. 3 .

이젝터를 이용한 냉동장치(1)의 냉매는 유로관(50)을 통해 압축기(10), 응축기(20), 냉매탱크(70), 팽창밸브(30), 증발기(40), 이젝터(60) 및 어큐뮬레이터(120)를 유동한다. 유량조절부(110)는 냉매탱크(70)의 고온 고압 액체 상태의 냉매가 분기관(80)으로 유동하지 않도록 차단하고 있다. 증기압축 사이클이 지속적으로 작동하면서 냉매는 실내(R)의 온도를 낮춘다.The refrigerant of the refrigerating device 1 using the ejector is supplied through the flow path pipe 50 through the compressor 10, the condenser 20, the refrigerant tank 70, the expansion valve 30, the evaporator 40, the ejector 60 and The accumulator 120 flows. The flow rate control unit 110 blocks the refrigerant in the high temperature and high pressure liquid state of the refrigerant tank 70 from flowing to the branch pipe 80 . As the vapor compression cycle continues to operate, the refrigerant lowers the temperature of the room (R).

다음은 도 4 및 도 5를 참고하여 위에서 설명한 이젝터를 이용한 냉동장치의 이젝터를 이용한 증기압축 사이클에 대해 설명한다.Next, a vapor compression cycle using the ejector of the refrigeration system using the ejector described above will be described with reference to FIGS. 4 and 5 .

증기압축 사이클의 지속적으로 작동으로 압축기(10)로 유입되는 저온 저압 기체가 설정 값 미만이면 제어부는 유량조절부(110)와 열교환기(90)가 작동하도록 제어한다.When the low-temperature and low-pressure gas flowing into the compressor 10 is less than a set value due to the continuous operation of the vapor compression cycle, the control unit controls the flow rate control unit 110 and the heat exchanger 90 to operate.

증기압축 사이클(압축기, 응축기, 냉매탱크, 팽창밸브, 증발기, 이젝터, 어큐뮬레이터)은 작동하며, 유량조절부(110)의 작동으로 냉매탱크(70)의 고온 고압 액체 상태의 냉매는 분기관(80)을 유동하여 제1 유로부(91)를 경유한다. 그리고 제2 유로부(92)에는 열매체가 유동한다. 제1 유로부(91)의 고온 고압 액체 상태의 냉매는 제2 유로부(92)의 열매체와 열교환으로 온도가 상승한다. 상승 온도는 30℃ 내지 40℃일 수 있다. 예컨대, 증발온도가 5℃이고 응축온도가 35℃일 때 35℃에서 60℃ 내지 80℃까지 상승할 수 있다.The vapor compression cycle (compressor, condenser, refrigerant tank, expansion valve, evaporator, ejector, accumulator) operates, and the high-temperature, high-pressure liquid refrigerant in the refrigerant tank 70 by the operation of the flow rate control unit 110 is transferred to the branch pipe 80 ) to flow through the first flow path 91 . And the heat medium flows in the second flow path part 92 . The temperature of the refrigerant in the high-temperature and high-pressure liquid state of the first flow path part 91 is increased by heat exchange with the heat medium of the second flow path part 92 . The rising temperature may be 30°C to 40°C. For example, when the evaporation temperature is 5°C and the condensation temperature is 35°C, it may rise from 35°C to 60°C to 80°C.

온도가 상승한 고온 고압 액체 상태의 냉매는 노즐부(611)를 통해 흡입공간(613)으로 유입되어 흡입부(612)를 통해 흡입공간(613)으로 유입된 저온 저압 기체 상태의 냉매와 함께 디퓨져부(62)의 내부를 유동하면서 혼합된다. 저온 저압 기체 상태의 냉매와 온도가 상승한 고온 고압 액체 상태의 냉매는 혼합되어 분출부(623)를 통해 분출된다. 이때 저온 저압 기체 상태의 냉매는 흡입공간(613)으로 유입되었을 때 보다 온도가 상승한 상태가 되며 고온 고압 액체 상태의 냉매는 흡입공간(613)으로 유입되었을 때 보다 온도가 낮아진 상태가 된다. 이에 혼합되어 분출되는 냉매(저온 저압 기체 + 온도가 상승한 고온 고압 액체)는 10℃ 내지 30℃ 온도 유지하면서 어큐뮬레이터(120)로 유입된다. 그리고 분출부(623)의 구조에 의해 분출되는 냉매는 압력이 상승한 상태로 어큐뮬레이터(120)로 유입된다. 어큐뮬레이터(120)를 경유한 냉매는 압축기(10)로 유입되어 고온 고압 기체 상태의 냉매가 된다. 이때, 압축기(10) 유입되는 냉매의 온도가 10℃ 미만이면 압축기(10)의 소비동력이 많이 소비되어서 냉동사이클의 COP가 감소한다. 그리고 압축기(10) 유입되는 냉매의 온도가 30℃를 초과하면 유입온도가 높아서 압축기(10)의 토출온도가 상승되어 압축기가 파손될 수 있다.The high-temperature and high-pressure liquid refrigerant having an elevated temperature is introduced into the suction space 613 through the nozzle unit 611 and is introduced into the suction space 613 through the suction unit 612 together with the refrigerant in the low-temperature, low-pressure gaseous state and the diffuser unit. (62) is mixed while flowing through the inside. The refrigerant in the low-temperature, low-pressure gaseous state and the high-temperature, high-pressure liquid refrigerant having an increased temperature are mixed and ejected through the ejection unit 623 . At this time, the refrigerant in the low-temperature and low-pressure gas state has a higher temperature than when it flows into the suction space 613 , and the refrigerant in the high-temperature and high-pressure liquid state has a lower temperature than when it flows into the suction space 613 . The refrigerant (low-temperature, low-pressure gas + high-temperature, high-pressure liquid with increased temperature) mixed therewith flows into the accumulator 120 while maintaining the temperature at 10°C to 30°C. And the refrigerant ejected by the structure of the ejection unit 623 flows into the accumulator 120 in a state in which the pressure is increased. The refrigerant passing through the accumulator 120 flows into the compressor 10 to become a refrigerant in a high-temperature, high-pressure gaseous state. At this time, if the temperature of the refrigerant flowing into the compressor 10 is less than 10 ℃, the power consumption of the compressor 10 is consumed a lot, so that the COP of the refrigeration cycle is reduced. In addition, when the temperature of the refrigerant flowing into the compressor 10 exceeds 30° C., the inflow temperature is high and the discharge temperature of the compressor 10 rises, which may damage the compressor.

냉매(저온 저압 기체 + 온도가 상승한 고온 고압 액체)가 이젝터(60)를 경유하면서 온도와 압력이 상승한 상태로 압축기(10)로 유입되므로 압축 효율이 향상된다. 이에 따라 냉동 사이클의 효율이 향상되는 효과가 발생한다.Since the refrigerant (low-temperature, low-pressure gas + high-temperature, high-pressure liquid) passes through the ejector 60 and flows into the compressor 10 with the temperature and pressure increased, the compression efficiency is improved. Accordingly, an effect of improving the efficiency of the refrigeration cycle occurs.

이에 도면 도 5에서 나타낸 바와 같이 이젝터(60)와 열교환을 활용하여 압축기(10)에 들어가는 냉매의 압력과 온도를 높여서 압축기(10)의 소비동력을 감소시키고 이로 인해서 사이클의 COP가 증가함을 알 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 5 , it can be seen that the power consumption of the compressor 10 is reduced by increasing the pressure and temperature of the refrigerant entering the compressor 10 by utilizing the ejector 60 and heat exchange, thereby increasing the COP of the cycle. can

한편, 유량조절부(110)가 분기관(80)을 유동하는 고온 고압 액체 상태의 냉매 유량을 조절하여 압축기(10)로 유입되는 냉매의 온도를 조절할 수 있다. 즉, 압축기(10)로 유입되는 냉매의 온도가 낮으면(10℃ 미만) 유량조절부(110)는 분기관(80)을 유동하는 고온 고압 액체 상태의 냉매 유량을 증가시킨다. 이와 반대로 압축기(10)로 유입되는 냉매의 온도가 높으면(30℃ 초과) 유량조절부(110)는 분기관(80)을 유동하는 고온 고압 액체 상태의 냉매 유량을 줄인다. Meanwhile, the flow rate control unit 110 may adjust the refrigerant flow rate of the high temperature and high pressure liquid state flowing through the branch pipe 80 to control the temperature of the refrigerant flowing into the compressor 10 . That is, when the temperature of the refrigerant flowing into the compressor 10 is low (less than 10° C.), the flow rate control unit 110 increases the refrigerant flow rate of the high temperature and high pressure liquid state flowing through the branch pipe 80 . Conversely, when the temperature of the refrigerant flowing into the compressor 10 is high (more than 30° C.), the flow rate control unit 110 reduces the refrigerant flow rate of the high temperature and high pressure liquid state flowing through the branch pipe 80 .

따라서, 본 실시예에 따르면 압축기로 유입되는 냉매가 온도와 압력이 상승한 상태로 유입되므로 압축기를 이용하는 증기압축 냉동사이클에 저온운전시의 단점인 성능이 감소하는 것을 방지한다.Therefore, according to this embodiment, since the refrigerant flowing into the compressor is introduced in a state in which the temperature and pressure are increased, the performance, which is a disadvantage during low-temperature operation in the vapor compression refrigeration cycle using the compressor, is prevented from being reduced.

또한, 열교환기에서 고온 고압 액체 상태의 냉매가 폐열과 열 교환으로 온도가 상승하게 된다. 이에 버려지는 열을 활용하여 냉동시스템에 적용함으로써 저온운전시의 성능이 향상된다.In addition, the temperature of the high-temperature, high-pressure liquid refrigerant in the heat exchanger is increased by heat exchange with waste heat. By utilizing the waste heat and applying it to the refrigeration system, the performance during low-temperature operation is improved.

이젝터를 이용한 냉동장치가 장치가 자동차의 경우 연비개선 및 이산화탄소 저감으로 경제활동능력이 크다.If the refrigeration system using an ejector is an automobile, its economic activity capacity is large by improving fuel efficiency and reducing carbon dioxide.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the

1: 이젝터를 이용한 냉동장치
10: 압축기 20: 응축기
30: 팽창밸브 40: 증발기
50: 유로관 60: 이젝터
61: 본체 611: 노즐부
612: 흡입부 613: 흡입공간
62: 디퓨져부 621: 유입부
622: 믹싱부 623: 분출부
70: 냉매탱크 80: 분기관
90: 열교환기 91: 제1 유로부
92: 제2 유로부 93: 폐열관
110: 유량조절부 120: 어큐뮬레이터
R: 실내
1: Refrigeration system using ejector
10: compressor 20: condenser
30: expansion valve 40: evaporator
50: flow pipe 60: ejector
61: body 611: nozzle unit
612: suction unit 613: suction space
62: diffuser unit 621: inlet
622: mixing unit 623: ejection unit
70: refrigerant tank 80: branch pipe
90: heat exchanger 91: first flow path part
92: second flow passage 93: waste heat pipe
110: flow control unit 120: accumulator
R: Indoor

Claims (4)

압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 이루어져 냉매가 유동하는 냉동장치에서,
상기 증발기와 상기 압축기 사이에 배치되어 있는 이젝터,
상기 응축기와 상기 팽창밸브의 사이에 배치되어 있고 상기 응축기에서 배출된 고온 고압 액체 상태의 냉매가 유입될 수 있는 냉매탱크,
상기 냉매탱크와 상기 이젝터를 연결하며 상기 냉매탱크의 고온 고압 액체 상태의 냉매가 유입되어 유동할 수 있는 분기관,
열매체가 유동할 수 있으며 상기 분기관에 배치되어 상기 열매체와 상기 분기관을 유동하는 상기 고온 고압 액체 상태의 냉매가 열교환할 수 있는 열교환기 및
상기 열교환기와 상기 냉매탱크 사이에서 상기 분기관에 배치되어 있으며 상기 분기관을 통하여 상기 이젝터로 유입되는 고온 고압 액체 상태의 냉매를 제어하는 유량조절부
를 포함하며,
상기 열교환기에서 상기 열매체와 열교환으로 온도가 상승한 고온 고압 액체 상태의 냉매와 상기 증발기에서 배출된 저온 저압의 냉매는 상기 이젝터로 유입되어 혼합되고, 상기 이젝터는 혼합된 냉매의 압력을 상승시켜 분출하며, ⑤ 분출된 냉매는 상기 압축기의 유입구로 유입되고, 상기 유입구에서 측정된 냉매의 온도가 설정 값 보다 낮으면 상기 유량조절부는 상기 분기관을 유동하는 고온 고압 액체 상태의 냉매 유량을 증가시키며, 상기 유입구에서 측정된 상기 냉매의 온도가 설정 값 보다 높으면 상기 유량조절부는 상기 분기관을 유동하는 고온 고압 액체 상태의 냉매 유량을 줄이는
이젝터를 이용한 냉동장치.
In a refrigeration system in which refrigerant flows through a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator,
an ejector disposed between the evaporator and the compressor;
a refrigerant tank disposed between the condenser and the expansion valve and into which a high-temperature, high-pressure liquid refrigerant discharged from the condenser can be introduced;
a branch pipe connecting the refrigerant tank and the ejector and allowing the refrigerant in a high-temperature and high-pressure liquid state of the refrigerant tank to flow in and flow;
a heat exchanger in which a heat medium can flow and is disposed in the branch pipe to allow heat exchange between the heat medium and the high-temperature, high-pressure liquid refrigerant flowing through the branch pipe; and
A flow rate control unit disposed in the branch pipe between the heat exchanger and the refrigerant tank and controlling the high-temperature, high-pressure liquid refrigerant flowing into the ejector through the branch pipe
includes,
In the heat exchanger, the high-temperature, high-pressure liquid refrigerant whose temperature has risen through heat exchange with the heating medium and the low-temperature and low-pressure refrigerant discharged from the evaporator are introduced into the ejector and mixed, and the ejector is ejected by increasing the pressure of the mixed refrigerant, , ⑤ the ejected refrigerant flows into the inlet of the compressor, and when the temperature of the refrigerant measured at the inlet is lower than the set value, the flow rate controller increases the refrigerant flow rate of the high-temperature and high-pressure liquid flowing through the branch pipe, the When the temperature of the refrigerant measured at the inlet is higher than the set value, the flow control unit reduces the flow rate of the refrigerant in a high-temperature, high-pressure liquid state flowing through the branch pipe.
Refrigeration system using ejector.
삭제delete 제1항에서,
상기 이젝터와 상기 압축기 사이에 배치되어 있는 어큐뮬레이터(accumulator)를 더 포함하는 이젝터를 이용한 냉동장치.
In claim 1,
Refrigeration apparatus using an ejector further comprising an accumulator (accumulator) disposed between the ejector and the compressor.
제1항에서,
상기 이젝터에서 분출되는 상기 냉매의 온도는 10℃ 내지 30℃인 이젝터를 이용한 냉동장치.
In claim 1,
The temperature of the refrigerant ejected from the ejector is a refrigerating device using an ejector of 10 ℃ to 30 ℃.
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