KR100312777B1 - 압축기 내장형 오일분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 압축기에 내장되어 압축기의 토출측으로 배출되는 냉매가스에서 혼합된 오일을 회수하여 다시 압축기의 구동 마찰부위로 공급해주는 압축기 내장형 오일분리기에 관한 것으로, 압축기 하우징 내에서 오일을 분리하기 위해 설치되는 오일 분리실의 기능을 오일 회수로가 보조함으로써 오일 저장 공간을 충분히 확보할 수 있고, 차체가 기울어진 경우 오일대신 냉매가스가 크랭크실에 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 오일 순환량이 적은 경우에도 압축기의 크랭크실에 오일을 안정적으로 공급할 수 있는 압축기 내장형 오일 분리기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 압축기 내장형 오일 분리기는, 압축기의 하우징(9) 상부에 설치되고 압축기 토출실의 토출구(7)에서 토출되는 냉매가스로부터 오일을 분리하는 오일 분리실(1)과, 상기 압축기의 하우징(9) 하부에 형성되고 상기 오일 분리실(1)에서 회수된 오일을 저장하는, 바닥에 오목하게 요입형성된 집유부(集油部)(4)를 갖는 오일 저장실(3)과, 상기 압축기 하우징(9)의 측면에 형성되어 상기 오일 분리실(1)에 회수된 오일을 상기 오일 저장실(3)로 유도하는 오일 회수로(2)와, 상기 오일 저장실(3)을 상기 집유부(4)를 통하여 압축기 크랭크실(8)에 연결하여 상기 집유부(4)에 모아진 오일이 차압에 의해 크랭크실(8)로 반환되게 하는 오일 공급로(5)을 포함하여 구성된다.

Description

압축기 내장형 오일분리기{OIL SEPARATOR EMBEDED IN COMPRESSOR}

본 발명은 자동차용 압축기에 내장되어 압축기의 토출측으로 배출되는 냉매가스에 혼합된 오일을 회수하여 다시 압축기의 구동 마찰부위로 공급해주는 압축기용 오일분리기에 관한 것이다

자동차용 냉방장치는, 저온저압의 기상냉매를 단열압축하여 고온고압의 기상 냉매로 만들어 토출하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출되는 고온고압의 가스냉매를 열교환에 의하여 포화액 상태로 만드는 응축기와, 상기 응축기로부터 액화되어 이송되어 오는 냉매를 교축하여 저압의 포화 습증기 상태로 만드는 팽창밸브와, 그리고 상기 팽창밸브로부터 이송되어 오는 냉매를 열교환에 의하여 증발시켜 포화증기 상태로 만들어 압축기로 보내는 증발기를 포함하여 이루어진다.

그리고, 이러한 냉방장치를 구성하는 압축기는 자동차의 풀리를 통하여 전달되는 엔진의 동력을 전자클러치의 단속작용에 의하여 선택적으로 전달받아 증발기로부터 열교환된 냉매를 흡입하여 피스톤의 직선왕복운동에 의하여 압축하여 응축기로 토출하는 것으로서, 일반적으로 압축방식 및 구조에 따라 크게 왕복식 및 회전식으로 나뉘고, 왕복식의 경우에는 크랭크식, 사판식, 워블 플레이트식으로, 회전식의 경우에는 메인 로터리식 및 스크롤식으로 또 다시 나뉜다.

이와 같이 상술된 압축기의 한 예로서, 사판식 압축기는, 전방 하우징과; 이와 결합되는 후방 하우징과; 상기 전방 하우징 내부에 설치되는 전방 실린더와; 상기 후방 하우징에 설치되는 후방 실린더와; 상기 전방 실린더의 보어들 및 후방 실린더의 보어들에 직선왕복운동이 가능하게 설치되는 다수의 양두 피스톤들과; 상기 전후방 하우징 및 전후방 실린더의 중앙을 관통하여 회전가능하게 설치되는 구동축과; 구동축에 경사지게 축착되어 구동축의 회전에 따라 회전함으로써 피스톤들은 전후진 시키는 사판과; 그리고, 상기 전후방 실린더와 전후방 하우징의 내면 사이에 각각 설치되는 양쪽 밸브 유니트를 포함하여 이루어진다.

상기한 바와 같이 구성되는 압축기의 구동축에 엔진의 동력이 전달되면 구동축과 함께 경사진 상태로 회전하는 사판에 의하여 피스톤들이 전후진한다. 이 피스톤의 전후진 중 피스톤의 흡입행정시에는 밸브 유니트를 통하여 냉매가 실린더 보어 내부로 흡입되고, 피스톤의 배출행정시에는 밸브 유니트를 통하여 냉매가 압축되어 배출된다.

이러한 압축기의 구동을 원활하게 하기 위하여, 냉매에는 오일이 함유됨으로써 시스템 작동시에 오일이 냉매와 함께 시스템의 각 부분으로 순환하면서 피스톤과 실린더 보어 사이틈과 같이 기계적 마찰이 일어나는 면들을 윤활한다.

그런데, 이와 같은 오일은 응축기와 같은 열교환기나 팽창장치, 파이프 및 호스류에 유입될 경우 열교환기 등의 오일 유로 내벽에 코팅되거나 또는 냉매의 열교환기의 소정공간을 차지하여 냉매 유동성을 저하시키기 때문에 열교환기의 열교환 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 압력 강하량을 증가시켜 시스템에 악영향을 끼친다. 또한, 오일이 시스템 전체를 순환하게 되면 압축기에 공급되는 오일량의 변동이 심하여 압축기의 윤활이 안정적으로 또한 원활하게 이루어지지 못하여 압축기의 내구성이 저하된다. 또한, 이를 방지하기 위해 많은 양의 오일을 사용할 경우에는 오일이 냉매가 갖는 고유기능을 상실시켜 시스템에 더욱 악영향을 끼친다.

이상과 같은 문제점을 해소하기 위하여 냉방장치에는 통상 압축기에서 압축되어 토출되는 냉매로부터 오일을 분리 회수하여 압축기로 복귀시킬 수 있는 오일 분리기가 사용된다.

오일분리기는 설치되는 위치에 따라 압축기에 내장되는 압축기 내장형 오일 분리기와 압축기 토출라인측에 설치되는 압축기 토출라인 오일 분리기로 크게 분리되는 바, 이들은 각각 장단점을 가지고 있다.

도 1은 종래 압축기 토출라인 오일 분리기가 설치되는 냉방 사이클 구성을 보인 회로도이고, 도 2는 종래 압축기 오일 분리기가 설치된 압축기의 단면도이다.

도 1 에 도시한 바와 같이, 압축기 토출라인 오일 분리기(110)는 압축기(100)의 토출 라인(112)에 별도로 설치되어 압축기(100)에서 토출되는 냉매로부터 오일을 분리하고, 그 오일을 오일분리기(110) 내의 오일리저버(미도시)에 저장한 후 모세관과 같은 유량조절기(미도시)를 통해 압축기(100)의 흡입측(111)에 다시 공급함으로써 오일이 압축기(100) 전후에서만 압축기의 구동 마찰부위(미도시)를 윤활할 수 있게 하는 것으로, 이 토출라인 오일 분리기(110)에는 압축기 흡인 라인(111)에 연결되는 바이패스 파이프(113)가 연결되어 있어 이 바이패스 파이프(113)를 통하여 압축기(100) 토출 냉매에서 분리한 오일을 바이패스 파이프(113)를 통해 압축기의 흡입 라인(111)으로 바이패스시킨다.

이 압축기 토출라인 오일 분리기(110)는 제작 및 설계가 비교적 쉽고 오일 분리성능을 확보하기가 용이하다는 장점을 가지는 반면, 오일 바이패스파이프(113) 등의 조립장치가 부가되므로 설치공간을 크게 차지한다는 단점을 가지고 있다.

미설명 부호 130은 응축기, 140은 리시버 드라이어, 150은 팽창밸브, 그리고 160은 증발기를 각각 나타낸다.

도 2에 도시된 것은, 종래 압축기 내장형 오일 분리기의 한 예로서, 일본 특개평 제 5-240158호에 제안된 압축기 내장형 오일분리기를 보인 것이다.

도시된 바와 같이, 이 압축기 내장형 오일 분리기는 실린더 보어에서 토출된 냉매로부터 오일을 분리하여 저장하는 오일 저장실(122)과, 상기 오일 저장실(122)에 병립되어 상기 오일 저장실(122)에 압력차에 의해 유출되는 오일을 관로(123)를 통해 유입하여 저장하는 오일 공급실(124)과, 상기 오일 공급실(124)과 하우징(121)이 형성하는 크랭크실(128)을 연결하여 오일 공급실(124)의 오일을 크랭크실(128)로 유도하는 오일 공급로(126)와, 그리고, 상기 오일 공급실(124)의 오일 공급로(126) 입구에 설치되어 오일량을 제어하는 유량제어밸브(125) 등을 포함하여 이루어진다.

그러나, 상기와 같은 압축기 내장형 오일 분리기는 오일 저장실(122)과 오일 공급실(124)이 압축기의 하우징(121) 내에서 나란히 병립되어야 하기 때문에 오일 저장실(122)의 크기를 확대하는데 한계가 있어 충분한 양의 오일을 저장할 수 없다는 문제점과, 오일 저장실을 크게 확대하여 오일 저장량을 확보할 경우에는 압축기(120)의 크기가 그 만큼 커져 압축기(120)를 차량에 장착하기 곤란하게 하는 문제점을 가지고 있었다. 또한, 도 2에서 알수 있는 바와 같이, 차체가 기울어져압축기(120)가 기울어지는 경우에 오일 저장실(122)에 저장된 오일(127)의 수위(水位)가 A에서 B로 바뀌면서 관로(123)의 흡입구(129)가 개방되어 그 흡입구(129)를 통해 오일이 아닌 냉매가스가 유입되어 크랭크실(128)에 공급됨으로써 압축기(120)가 손상되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 문제점들을 감안하여 안출된 것으로서, 압축기 하우징 내에서 오일을 분리하기 위해 설치되는 오일 분리실의 기능을 오일 회수로가 보조함으로써 오일 저장 공간을 충분히 확보할 수 있고, 차체가 기울어진 경우 오일대신 냉매가스가 크랭크실에 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 오일 순환량이 적은 경우에도 압축기의 크랭크실에 오일을 안정적으로 공급할 수 있는 압축기 내장형 오일 분리기의 제공을 목적으로 한다.

도 1은 종래 압축기 토출라인 오일 분리기를 포함한 공조장치의 사이클을 나타낸 회로도이다.

도 2는 종래 압축기 오일 분리기 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 압축기용 내장형 오일 분리기가 설치된 압축기 하우징의 사시도이다.

도 4는 도 3을 'Ⅳ' 방향에서 본 측면도이다.

도 5는 도 3의 평면도이다.

도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ 선 단면도이다.

도 7은 도 4의 Ⅶ-Ⅶ 선 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 오일 분리실 2 : 오일 회수로

3 : 오일 저장실 31 : 오일 회수로의 출구

32 : 오일 공급로의 입구 4 : 집유부(集油部)

5 : 오일 공급로 8 : 크랭크실

9 : 하우징

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 압축기 내장형 오일분리기는, 압축기의 하우징 상부에 설치되고 압축기 토출실의 토출구에서 토출되는 냉매가스로부터 오일을 분리하는 오일 분리실과, 상기 압축기의 하우징 하부에 형성되고 상기 오일 분리실에서 회수된 오일을 저장하는, 바닥에 오목하게 요입형성된 집유부(集油部)를 갖는 오일 저장실과, 상기 압축기 하우징의 측면에 형성되어 상기 오일 분리실에 회수된 오일을 상기 오일 저장실로 유도하는 오일 회수로와, 상기 오일 저장실을 상기 집유부를 통하여 압축기 크랭크실에 연결하여 상기 집유부에 모아진 오일이 차압에 의해 크랭크실로 반환되게 하는 오일 공급로을 포함하여 이루어지는것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 오일 공급로의 입구는 상기 오일 회수로의 출구보다 낮게 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 오일 저장실의 집유부 상부에는 상기 오일 공급로의 오일 저장실측 입구보다 높게 위치하는 오일 필터가 더 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면의 의거 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 압축기 내장형 오일 분리기가 설치된 압축기 하우징의 사시도이고, 도 4는 도 3을 'Ⅳ' 방향으로 본 측면도이고, 도 5는 도 3의 평면도이다. 그리고, 도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ 선 단면도이고, 도 7은 도 4의 Ⅶ-Ⅶ 선 단면도이다.

도 3 내지 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 압축기 내장형 오일 분리기는, 압축기의 하우징(9) 상부에 설치되고 압축기 토출실의 토출구(7)에서 토출되는 냉매가스로부터 오일을 분리하는 오일 분리실(1)과, 상기 압축기의 하우징(9) 하부에 환형으로 형성되고 상기 오일 분리실(1)에서 회수된 오일을 저장하는 오일 저장실(3)과, 압축기 하우징(9)의 측면에 형성되어 상기 오일 분리실(1)에서 회수된 오일을 상기 오일 저장실(3)로 유도하는 오일 회수로(2)와, 상기 오일 저장실(3)의 저면에 오목하게 형성된 집유부(集油部)(4)와, 압축기 하우징(9) 내부의 크랭크실(8)과 상기 오일 저장실(3)을 경사지게 연결하여 상기 오일 집유부(4)에 집유된 오일을 압력차에 의해 크랭크실(8)로 공급하는 오일 공급로(5)를 포함하여 구성된다.

도 5와 도 6에 도시한 바와 같이, 압축기 하우징(9)의 상부 토출구(7)에 접하여 요입형성된 오일 분리실(1)은 압축기에서 압축되어 토출되는 냉매가스로부터 오일을 분리해내는 것으로, 압축기 크랭크실(8)의 각종 기계 마찰부분의 윤활과 냉각을 위하여 압축기 하우징(9)내에 주입되어 냉매가스와 함께 토출되는 오일을 냉매가스에 대한 중력 차이로써 냉매가스로부터 분리해낸다.

도 3 및 도 6과 7에서 도시한 바와 같이, 오일 회수로(2)는 오일 분리실(1)에서 분리된 오일을 하우징(9)의 크랭크실(8) 하부에 형성된 오일 저장실(3)로 보내기 위한 연결 통로로서, 이 오일 회수로(2)는 냉매가스에서 분리되어 오일분리실(1)에서 유입되는 오일의 일부를 저장하고 있어서, 오일 보다 비중이 작은 냉매가스를 오일 회수로(2) 내의 오일층의 상측에 부유(浮游)하게 하여 냉매가스가 오일 저장실(3)로 유입하지 못하게 한다. 또한 하우징(9)의 측면에 수직 방향으로 형성되어 있어서, 냉매가스에 함유된 오일을 냉매가스와의 비중차이에 의해 분리하는 기능도 하며, 압축기가 차체 기울기에 의해 기울어지더라도 냉매가스가 크랭크실(8)로 복귀하지 못하도록 일차적으로 분리된 오일로 오일 회수로(2)를 막는 역할도 한다.

오일 저장실(3)은, 도 6과 도 7에서 도시한 바와 같이, 압축기의 하우징(9) 하부에 설치되어 상기 오일 회수로(2)를 통해 상기 오일 분리실(1)에 연결되며, 중력에 의해 오일 분리실(1)로부터 오일 회수로(2)를 통해 낙하하는 오일을 유입하여 저장한다. 이 오일 저장실(3)의 바닥에는 오목한 집유부(4)가 형성되어 그 상부에집유부(4)로 모이는 오일에 함유된 이물질을 걸러주는 오일 필터(6)가 설치된다.

상기 집유부(4)는, 도 4와 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 오일 저장실(3)의 저면에 오목하게 형성된 홈으로, 적은 양의 오일이라도 오일 저장실(3)의 벽면을 타고 흘러내려 고이도록 되어 있다. 이 집유부(4)에 인접한 압축기 하우징(9)의 측벽에는 오일 저장실(3)을 크랭크실(8)에 연결하는 오일 공급로의 입구(32)가 설치된다. 이에, 집유부(4)는 오일 저장실(3)에 유입된 오일의 양이 적거나 또는 압축기가 기울어진 경우에도 오일 공급로의 입구(32) 높이 이상의 오일 수위를 유지함으로써 오일이 크랭크실(8)에 안정적으로 공급될 수 있게 한다.

오일 공급로(5)는, 도 4와 도 7에 도시된 바와 같이, 오일 저장실(3)의 집유부(4)와 크랭크실(8) 사이를 경사지게 연결하여 오일 저장실(3)에 저장된 오일이 크랭크실(8)로 반환되게 하는 통로로서, 크랭크실(8)의 흡입 영역에 그 출구를 가짐으로써 오일 저장실(3)에 저장된 오일이 오일 저장실(3) 보다 상대적으로 낮은 크랭크실(8)의 압력에 의해 크랭크실(8)로 흐르게 한다.

이상과 같은 각 구성들의 작용에 따라 본 발명에 따른 압축기 내장형 오일 분리기는 다음의 과정을 통하여 냉매가스로부터 오일을 분리하여 크랭크실(8)로 회수한다.

먼저, 압축기에는 압축기의 구동에 필요한 오일이 주입이 되어 있고, 압축기가 구동됨으로써 이 오일은 냉매와 혼합되어 압축기의 토출측(7)으로 배출된다. 이때 압축기의 토출측(7)에 요입 형성된 오일 분리실(1)에서 중력에 의해 비중이 큰 오일이 냉매가스로부터 분리되어, 오일 회수로(2)를 따라 내려가 오일 저장실(3)에유입된다. 이 오일 저장실(3)에 유입되는 오일은 오일 필터(6)를 거치면서 여과된 후 오일 저장실(3)의 바닥에 위치한 집유부(4)에서부터 고이면서 오일 저장실(3)에 채워진다. 이렇게 집유부(4)에서부터 오일 저장실(3)에 채워진 오일은 오일 공급로(5)를 통해 오일 저장실(3)에 대한 차압에 따른 흡인력에 의해 크랭크실(8)로 유입되어 크랭크실(8)내 구동 마찰 부위를 냉각하거나 윤활하게 된다.

한편, 상술한 바와 같은 오일 분리 회수 과정에 있어서, 차량의 엔진이 급가속될 경우에 엔진동력으로 구동하는 압축기의 회전속도가 빨라짐으로써 압축기의 흡입측은 더욱 저압 상태가 되고 토출측은 더욱 고압 상태가 되어 압축기는 보다 많은 양의 냉매와 오일을 흡입하여 토출하고, 이때, 오일 분리실(1)이 냉매와 오일이 섞인 혼합냉매로부터 오일을 완전하게 분리하지 못하여 냉매가 오일과 함께 오일 분리실(1)을 통해 오일 회수로(2)로 유입하게 된다. 이때 오일 회수로(2)는 압축기의 하우징(9) 상부에서 하부로 길게 설치되어 있어 혼합냉매가 그 오일 회수로(2)를 따라 흐르는 동안 비중이 큰 오일이 냉매로부터 분리된다. 즉, 오일 회수로(2)는 압축기가 고속 회전할 때 오일 분리실(1)의 기능을 보조하여 오일 분리 공간을 확대하는 역할을 한다.

또한, 오일 회수로(2)는 오일이 오일 저장실(3)을 다 채워진 이후에 오일 분리실(1)에서부터 유입되는 오일을 저장하여 압축기의 토출구(7)에서 배출된 냉매가스가 오일 저장실(3)로 유입하지 못하게 하여 냉매가스가 유입되는 것을 방지한다.

더불어, 상기 집유부(4)는 공조장치의 오일 순환율이 적어 오일 저장실(3)에 유입되는 오일량이 적은 경우에는 오일 공급로(5)의 입구(32)가 오일 회수로(2)의출구(31)보다 낮게 위치하고 있어 오일의 수위를 오일 공급로(5)의 입구(32) 보다 높게 유지시킴으로써 냉매가스가 오일 저장실(3)에 유입된 경우에라도 냉매가스가 크랭크실(8)로 유입하지 못하게 하고 또, 오일 저장실(3)의 저면에 설치되어 있기 때문에 차량의 위치 변화에 따라 압축기가 기울어질 경우에 최소량의 오일을 저장하고 있어 오일이 크랭크실(8)에 안정적으로 공급되게 한다.

상기와 같은 과정으로 오일을 분리하는 본 발명에 따른 압축기 내장형 오일 분리기는 압축기의 토출측(7)으로 배출되는 오일을 다시 압축기의 크랭크실(8)로 유출하여 오일이 압축기내에서 반복적으로 순환하도록 함으로써 응축기와 같은 열교환기나 팽창밸브, 기타 구성품으로 오일이 유동되지 않게 하여 공조장치의 성능을 향상하는 역할을 하며, 오일 저장실(3)에 적정량의 오일을 보유하고 있어 엔진의 구동이 불안정하여 압축기가 이상회전으로 필요 이상의 오일이 필요할 때에도 압축기 내로 오일을 공급해 주는 역할을 한다. 또한, 오일이 압축기 내에서 계속 순환하므로써 압축기의 내구성을 향상하고 오일의 과다 사용을 억제하여 오일 소모량을 줄일 수 있게 한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 압축기 내장형 오일분리기는 오일 분리실의 역할을 오일 회수로가 보조해 줌으로써 압축기의 오일 분리실을 크게 하지 않더라도 오일 분리실의 공간을 충분히 확보할 수 있으며, 압축기가 기울어지는 경우에도 집유부에 적정량의 오일이 저장되어 있어 크랭크실에 냉매가스를 유입하지 않고 크랭크실내 압축기의 구동부에 대하여 오일을 안정적으로 공급할 수 있다.

또, 오일 회수율이 높아 압축기의 윤활성능을 향상시킬 수 있으므로 압축기의 내구성을 향상할 수 있고, 오일 소모량도 크게 줄일 수 있다.

또한, 오일의 대부분이 분리되어 공조장치의 시스템 내에 오일 유입량을 줄일 수 있음으로써 각종 열교환기의 열교환 성능을 높혀 공조장치의 냉방 성능도 향상할 수 있다.

특히, 적은 오일량으로도 오일을 압축기의 구동부에 안정적으로 공급할 수 있으므로 압축기의 오일 저장공간의 축소를 가능케하여 압축기의 소형화에도 기여 할 수 있다.

Claims (3)

1. 압축기의 하우징(9) 상부에 설치되고 압축기 토출실의 토출구(7)에서 토출되는 냉매가스로부터 오일을 분리하는 오일 분리실(1)과,

   상기 압축기의 하우징(9) 하부에 형성되고 상기 오일 분리실(1)에서 회수된 오일을 저장하는, 바닥에 오목하게 요입형성된 집유부(集油部)(4)를 갖는 오일 저장실(3)과,

   상기 압축기 하우징(9)의 측면에 형성되어 상기 오일 분리실(1)에 회수된 오일을 상기 오일 저장실(3)로 유도하는 오일 회수로(2)와,

   상기 오일 저장실(3)을 상기 집유부(4)를 통하여 압축기 크랭크실(8)에 연결하여 상기 집유부(4)에 모아진 오일이 차압에 의해 크랭크실(8)로 반환되게 하는 오일 공급로(5)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기 내장형 오일 분리기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 오일 공급로(5)의 입구(32)는 상기 오일 회수로(2)의 출구(31)보다 낮게 위치하는 것을 특징으로 하는 압축기 내장형 오일 분리기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 오일 저장실(3)의 집유부(4) 상부에는 상기 오일 공급로(2)의 오일 저장실(3)측 입구(32)보다 높게 위치하는 오일 필터(6)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 압축기 내장형 오일 분리기.