KR100306370B1 - 유분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동기에서, 액화냉매에 포함된 미세한 오일입자를 효과적으로 제거함으로써 응축기, 팽창밸브, 증발기(20) 등으로 넘어가는 오일의 양을 대폭 감소시킴으로써 오일의 응고에 의한 증발기 모세관의 폐색(閉塞)을 방지하여 저온용 냉동기의 기능을 증대시키기 위한 유분리기에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 내부에 공극이 큰 불활성 충진재가 채워진, 수직으로 세워진 부드러운 지그재그 형상의 사행형관 내부에 압축기를 통과한 고압의 기체 상태 냉매가 유동하면서 통과되도록 하고, 상기 세워진 사행형관의 내부에 모여진 오일을 배출하는 유배출장치로 이루어진 유분리기를 제공한다.

본 발명에 의한 유분리기는 단순하고 효율적으로 압축기를 통과한 냉매에 혼합된 오일을 분리하기 때문에 저온 냉동기가 효율적으로 기능할 수 있게 한다.

Description

유분리기{OIL SEPARATOR}

본 발명은 냉동기의 유분리기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액화냉매에 포함된 미세한 오일입자를 효과적으로 제거함으로써 응축기, 팽창밸브, 증발기(20) 등으로 넘어가는 오일의 양을 대폭 감소시킴으로써 오일의 응고에 의한 증발기 모세관(71)의 폐색(閉塞)을 방지하여 저온용 냉동기의 기능을 증대시키기 위한 유분리기에 관한 것이다.

냉동기란 일을 소비하여 열을 저온부에서 고온부로 운반하는 작용을 하는 기계장치를 총칭하는 것으로서, 이때 열운반을 매개하는 유체를 냉매라 한다. 이러한 냉동기는 기본적으로 기체상태의 냉매를 고압으로 압축하는 압축기(10), 압축된 기체상태의 냉매로부터 주위(즉, 고온부)로 열을 방출시켜 냉매를 액화시키는 응축기, 압력의 변화를 최소화하면서 액화된 냉매를 기화시키는 팽창밸브 및 기화된 냉매를 급격히 팽창시켜 주위(즉, 저온부)의 열을 흡수시키는 증발기의 4개 부분으로 구성된다.

냉동기의 구성부분 중 압축기(10)는 기계적인 일을 행하는 것으로서 통상 피스톤 작용에 의하기 때문에 압축기(10) 내부벽과 피스톤 사이의 마찰을 줄이고 마찰열을 흡수하기 위하여 윤활유와 같은 오일을 사용하는 것이 필수적이다. 따라서 압축기(10)에서 사용된 오일은 불가피하게 소량이 냉매와 혼합되어 응축기, 팽창기, 증발기 등을 통과하게 된다.

일반 냉동기 즉, 최저 온도가 -10 내지 -20℃ 정도인 냉동기에 사용되는 냉동기용 오일은 통상 약 -45℃부터 점도가 급속히 증가하기 시작하여 약 -55 내지 -60℃에 이르면 응고되기 때문에 소량의 오일이 냉매에 혼합되어 유동하더라도 크게 문제되지 않는다. 그러나 최저온도가 약 -65℃ 이하인 산업용 또는 실험실용 저온 냉동기의 경우 냉매에 소량씩 혼합되는 오일이 큰 문제가 되고 있다. 즉, 저온 냉동기에서는 비록 점도 증가점이 약 -50℃, 응고점이 약 -60 내지 -65℃(예컨데, 상품명 스니소 3Gsl50, 제놀 등의 제품)인 특수한 오일을 사용하더라도 소량 혼합된 오일이 증발기에서 응고되어 증발기 관을 폐색시켜 버리기 때문에 냉동기의 성능이즉각적으로 저하되는 것이다.

따라서 일반용, 저온용을 불문하고 냉동기에는 압축기(10)와 응축기 사이에 유분리기를 설치하여 압축기(10)에서 혼입된 오일을 분리하게 된다.

종래 유분리기(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 응축기를 통과한 냉매를 하부에 플로트 밸브(float valve)(31)가 설치된 원통형 장치를 통과시킴으로써 액상인 오일은 하부에 잔류하다가 일정한 양이 모이면 스로틀 밸브를 통해 배출되어 압축기(10)로 회수되고, 기체상태인 냉매는 상부 출구를 통해 응축기로 유동하도록 하는 구성이었다. 그러나 이러한 종래의 유분리(30)기는 구조가 복잡하고 생산비용이 많을 뿐 아니라 오로지 비중의 차이에 의해 오일과 냉매를 분리하는 방식이기 때문에 오일 회수율이 98-99% 정도밖에 되지 않아 잔류 오일에 의한 증발기 관의 폐색 원인이 되는 단점이 있다.

또한 오일 회수율을 증가시키기 위해 종래 유분리기(30)를 순차적으로 복수개 설치하는 방법도 시도되고 있으나, 각 단계마다 오일 회수율이 기하급수적으로 감소할 뿐 아니라 장치가 크고 복잡하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 오일과 냉매를 비중차이 뿐 아니라 냉매에 혼합된 미세 오일이 효과적으로 분리될 수 있는 구성을 함으로써 저렴하고 간단하면서도 오일회수율이 100%에 가까운 냉동기용 유분리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 종래 유분리기가 장착된 냉동기의 개략도.

도 2는 본 발명에 의한 유분리기의 개략도.

도 3은 본 발명에 의한 유분리기가 장착된 냉동기의 개략도.

***** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *****

10 압축기 20 응축기, 팽창밸브, 증발기(20)

50 사행형관 51 제1집유부

52 제2집유부(52) 60 충진재

70 유배출장치 71 밸브 또는 모세관

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부에 공극이 큰 불활성 충진재(60)가 채워진, 수직으로 세워진 부드러운 지그재그 형상의 사행형관(50) 내부에 압축기(10)를 통과한 고압의 기체 상태 냉매가 유동하면서 통과되도록 하고, 상기 세워진 사행형관(50)의 내부에 모여진 오일을 배출하는 유배출장치(70)로 이루어진 유분리기를 제공한다.

본 발명에서 사행형관(50)은 구리, 알루미늄 등 통상 냉동기에 사용되는 재질의 관일 수도 있고, 내부를 횡방향으로 칸막이로 밀폐시키고 홀수번 칸막이의 상부와 짝수번 칸막이의 하부에 각각 관통구를 형성시킨 납작한 직육면체 통일 수도 있다. 이때 상기 관의 굴곡횟수 또는 상기 통의 칸막이 수는 1 또는 2 이상이다. 본 발명에서는 비중차에 의한 오일과 기체상태 냉매의 분리효율을 증대시키기 위해 상기 사행형관(50)을 수직방향은 길고 수평방향은 짧게 구성하는 것이 바람직하다. 또한 점차 냉매의 유속을 감소시키기 위해 상기 사행형관(50)의 하류 쪽으로 갈 수록 관의 단면적을 점차 넓게 제작하는 것도 가능하다.

본 발명에서 사용되는 불활성 충진재(60)는 상기 냉매 또는 오일과 반응하지 않고 화학적으로 안정한 어떠한 재질의 것도 가능하지만, 금속섬유 또는 금속볼인 것이 바람직하다. 또한 상기 불활성 충진재(60)는 상기 기체상태인 냉매가 원활히 유동되도록 공극이 비교적 크게 충진되어 있는 것이 바람직하다. 경우에 따라, 상기 사행형관(50)에서 상기 기체 상태의 냉매가 중력의 반대방향 즉, 수직 상방으로 흐르는 부분에만 상기 불활성 충진재(60)를 충진시키는 것도 가능하다.

상기 사행형관(50)의 하부는 가는 오일 배출관(72)에 의하여 압축기(10)의오일저장판(도시되지 않음)에 연결되며, 상기 오일 배출관(72) 하부에는 상기 사행형관(50)으로부터의 압력을 감소시키기 위한 밸브 또는 모세관(71)이 설치된다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 유분리기의 구성과 작동관계를 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 도면에 도시된 예는 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 개략도이며, 도 3은 본 발명이 적용된 냉동기 주요부의 구성 개략도이다. 압축기(10)에서 압축되면서 압축기(10) 내벽 등에 존재하던 오일을 함유한 고압의 기체상태 냉매가 상기 사행형관(50)의 입구로 주입되면 냉매는 사행형관(50)을 따라 수직 하방으로 유동한다. 이 단계에서 액상인 오일의 대부분이 중력에 의해 제1집유부(51)에 수집되고, 나머지 미세 오일입자를 함유한 냉매는 제1집유부(51)를 지나 수직 상방으로 계속 유동한다. 이때 냉매가 수직 상방으로 흐르는 부분에 설치된 불활성 충진재(60) 사이를 유동하면서 미세 오일입자가 충진재(60) 표면에 부딪히면서 달라붙어 오일방울을 형성하고 이러한 오일방울이 커지면 중력에 의해 상기 제1집유부(51)로 흘러내리게 된다. 충진재(60) 부위를 통과한 기체상태 냉매는 다시 수직 하방으로 이동한다. 이때 아직 남아있는 액상의 오일은 제2집유부(52)에 수집된다. 나머지 미세 오일입자를 함유한 기체상태 냉매는 제2집유부(52)를 지나 수직 상방으로 계속 유동하면서 미세 오일입자의 오일방울 형성, 여전히 남아있는 액상오일의 수집 등이 반복된다. 이렇게 본 발명에 의한 유분리기를 통과한 기체상태 냉매는 오일을 거의 함유하지 않은 순수냉매로 정제되어 응축기, 팽창밸브, 증발기(20)를 거처 압축기(10)로 회수되는 순환을 반복하게 된다.

한편, 제1, 제2, ... 집유기에 수집된 액상 오일은 집유기 하부에 설치된 유배출장치(70)배출장치(70)배출장치(70)0)의 오일저장판(도시되지 않음)으로 회수되어 재활용된다. 이때 상기 오일 배출관(72)배출관(72)는 상기 사행형관(50) 내부를 유동하는 고압의 기체상태 냉매에 의한 압력을 감소시키기 위해 밸브 또는 모세관(71)이 설치된다.

이상과 같은 목적과 구성으로 이루어지는 본 발명에 의한 유분리기는 단순하고 효율적으로 압축기(10)압축기(10)한 냉매에 혼합된 오일을 분리하기 때문에 저온 냉동가 효율적으로 기능할 수 있게 한다.

Claims (5)

1. 저온용 냉동기의 유분리기에 있어서, 기체 상태의 냉매가 통과하는 상하행 사행형관(50)과; 상기 사행형관(50)의 내부에 충진된 불활성 충진재(60)와; 상기 사행형관(50)의 내부에 모여진 오일을 배출하기 위한 장치;로 이루어진 것을 특징으로 하는 유분리기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 사행형관(50)은 수직방향이 길고 수평방향이 짧은 것을 특징으로 하는 유분리기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 불활성 충진재(60)는 상기 사행형관(50)에서 상기 기체 상태의 냉매가 중력의 반대방향으로 흐르는 부분에만 충진되는 것을 특징으로 하는 유분리기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 불활성 충진재(60)충진재(60)충진재(60)는 금속볼인 것을 특징으로 하는 유분리기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사행형관(50)형관(50)류 쪽의 단면적이 점차 넓어지는 것을 특징으로 하는 유분리기.