KR100501565B1 - 오일분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조를 단순화하여 최적화시키고 냉매.오일 혼합기체의 유동시 발생하는 원심력에 의해 오일의 유동이 저해받지 않도록 하는 오일분리기에 관한 것으로, 길이방향 양측이 개구되고 원호면 양측에 각각 입구공과 출구공이 형성되어 수평방향으로 설치되는 원통형의 오일분리실과, 상기 오일분리실 하부에 양측이 개구되고 저면에 오일배출구가 형성된 오일저장실이 중첩되어 연통되는 본체; 상기 본체의 양측 개구부를 밀폐하는 한 쌍의 캡; 상기 본체에 형성된 오일분리실의 내주면 상면으로부터 직하방으로 소정길이 돌설되며 폭방향 양측면이 상기 한 쌍의 캡과 접면되어 상기 입구공을 통해 유입된 냉매.오일 혼합기체가 Ｕ자 형태의 유동경로를 갖도록 하는 배플; 및 상기 오일분리실에 형성된 입구공에 체결되어 냉매.오일 혼합기체로부터 오일을 분리하는 분리망;을 포함한다.

Description

오일분리기

본 발명은 차량 공조장치에 이용되는 냉각시스템에 있어서, 압축기에서 토출되는 냉매.오일혼합기체로부터 오일과 냉매를 분리하고 분리된 오일을 압축기로 환원하는 오일분리기에 관한 것이다.

일반적으로 왕복피스톤형의 압축기에 있어서, 냉매가스에 미스트형으로 분산된 오일에 의해 압축운전중에 있는 압축기내의 습동부의 윤활을 도모하고 있다.

그러나 오일이 압축기의 기계적인 마찰로 인해 필수적이기는 하나 열교환기측으로 흐를 경우 냉매와 혼합된 오일이 냉매의 열용량을 흡수하므로 고압측의 온도를 하강시키고 반대로 저압측에서는 온도를 높이는 등 열교환기의 열교환 효율을 떨어뜨리게 된다. 또한 열교환기를 흐르는 오일이 열교환기의 전열표면에 대류함으로써 냉매의 유동분배가 균일하지 못해 압력강하가 커지게 된다.

이런점을 감안하여 압축 운전중에 토출냉매가스에 포함된 오일을 오일분리기에서 분리하여 저유실에 저장하도록 하고 있다. 오일분리기는 압축기에 일체로 형성된 내장형과 압축기의 토출측과 응축기사이에 개재되는 분리형이 있다.

종래의 분리형 오일분리기의 일예로 일본국 특개형 9-187617호는 압축기와 응축기 사이의 고압측 냉매.오일 혼합기체로부터 오일을 분리하는 오일분리기를 예시하고 있다. 2중 원통형 구조로서 비교적 복잡하고 제작하기에 어려우며 오일분리기의 크기가 커서 좁은 공간에 장착하기에 어려운 단점이 있다.

다른 예의 오일분리기는 오일분리 효율이 비교적 우수한데 반해 체적이 커지며 조립공수가 많은 단점이 있다. 또한 오일저장실이 따로 설치되지 않고 오일분리실의 아래부분에서 오일저장실의 기능을 하므로 오일이 유동에 방해가 되며 유동에 의해 오일이 심하게 요동하여 냉매의 유동이 불안정해지는 문제가 있다.

유동의 불안정은 시스템 전체의 안정성에 여향을 미치며 오일분리기에서의 압력강하량을 상승시키는 요인이 된다. 시스템 운전시 특별한 경우에 오일분리기에 저장된 오일량이 매우 적게 유지되는 때가 있다. 이때는 유동이 오일을 밀어냄으로써 냉매기체가 오일배출구를 통해 배출되는 경우가 발행하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 구조를 단순화하여 최적화시키고 냉매.오일 혼합기체의 유동시 발생하는 원심력에 의해 오일의 유동이 저해받지 않도록 하는 오일분리기를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 길이방향 양측이 개구되고 원호면 양측에 각각 입구공과 출구공이 형성되어 수평방향으로 설치되는 원통형의 오일분리실과, 상기 오일분리실 하부에 양측이 개구되고 저면에 오일배출구가 형성된 오일저장실이 중첩되어 연통되는 본체; 상기 본체의 양측 개구부를 밀폐하는 한 쌍의 캡; 상기 본체에 형성된 오일분리실의 내주면 상면으로부터 직하방으로 소정길이 돌설되며 폭방향 양측면이 상기 한 쌍의 캡과 접면되어 상기 입구공을 통해 유입된 냉매.오일 혼합기체가 Ｕ자 형태의 유동경로를 갖도록 하는 배플; 및 상기 오일분리실에 형성된 입구공에 체결되어 냉매.오일 혼합기체로부터 오일을 분리하는 분리망;을 포함한다.

이러한 구성에 의하면, 압축기에서 유입된 냉매.오일혼합기체는 분리망에 의해 1차로 오일이 분리되며, 배플에 의해 Ｕ턴하면서 그 원심력에 의해 2차로 오일을 분리하게 된다. 냉매.오일 혼합기체로부터 분리된 오일은 자중에 의해 오일분리실 하부에 형성된 오일저장실로 낙하되어 집유되며, 집유된 오일은 오일배출구를 통해 증발기로부터 유입된 액냉매와 혼합되어 압축기의 흡입측으로 환원된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 통해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 대한 오일분리기가 설치된 냉각싸이클을 보인 것으로, 압축기(1)의 토출측과 흡입측 사이에 외장형 오일분리기(2)를 설치하여 냉매와 함께 유동하는 압축기 윤활오일을 냉매.오일 혼합기체로부터 분리하여 압축기(1)로 다시 환원시키도록 한다.

오일분리기(2)에서 분리된 기냉매는 응축기(3)를 통해 수액기(4), 팽창밸브(5), 증발기(6)를 경유하면서 열교환을 행한 후 압축기(1)로 유입되는 싸이클을 행하게 되고 동시에 오일분리기(2)에서 분리된 오일은 오일반환통로를 통해 압축기(1)의 흡입측으로 유동하면서 증발기(6)에서 압송된 냉매와 함께 혼합되어 재차 압축기(1)로 유입된 후 압축기의 습동부분을 윤할하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 오일분리기의 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이며, 도 4는 도 3의 B-B선 단면도를 보인 것이다.

전체를 부호 2로 표시한 오일분리기는 길이 방향 양측이 개구된 직경이 다른 두 개의 원통체, 즉, 오일분리실(7)과 오일저장실(8)을 원호면끼리 수직방향으로 중첩한 형상의 본체(9)를 갖는다.

오일분리실(7)의 원호면 양측에는 각각 입구공(7a)과 출구공(7b)이 형성되고, 상기 오일저장실(8) 하부에 양측이 개구되며, 오일저장실(8)의 저면에는 오일배출구(8a)를 형성하여 오일분리실(7)에서 분리된 오일을 압축기(1) 흡입측으로 환원시킨다.

본체(9)의 개구부는 한 쌍의 캡(10)(11)에 밀폐되며, 오일분리실(7)의 내주면 중앙 상부에는 배플(12)이 설치되어 있다.

상기 배플(12)은 상기 본체(9)에 형성된 오일분리실(7)의 내주면 상면으로부터 직하방으로 소정 길이 돌설되며, 상기 배플(12)의 폭방향 양단부는 항 쌍의 캡 (10)(11)과 접면되어 있으며, 수직방향은 오일분리실(7)의 내주면으로부터 소정거리 이격되어 냉매.오일 혼합기체가 상기 배플(12)에 의해 Ｕ자형의 경로를 갖게 된다.

이러한 Ｕ형의 경로는 냉매.오일 혼합기체가 배플(12)의해 Ｕ턴할 때 원심력에 의해 오일을 자중에 의해 낙하시키기 위한 것이다.

상기 배플(12)의 수직방향 길이는 오일분리실(7)의 직경에 대해 0.7 내지 1.2의 길이를 갖는다.

배플(12)의 수직방향 길이가 오일분리실(7)의 직경에 대해 0.7의 비율보다 작으면, 냉매.오일 혼합기체의 원심력이 약해지고, 배플(12)의 수직방향 길이가 1.2의 비율보다 클 경우에는 배플(12)의 단부와 오일저장실(8)에 집유된 오일과 맞닺게 되어 냉매.오일 혼합기체의 유동을 방해할 뿐만 아니라 그 유동에 따른 원심력에 의해 오일이 요동하기 때문이다.

또한 오일분리실(7)과 오일저장실(8)은 일정한 각각의 직경에 대해 일정한 비율관계를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 오일분리실의 직경과 상기 오일저장실의 직경과의 직경비가 0.4 내지 0.5의 비율관계를 갖도록 함으로써 운일분리 효율 및 시스템의 안정적 작동을 위하여 바람직하다.

오일저장실의 직경이 오일분리실의 직경에 대해 0.4 미만일 경우에는 오일의 유면이 배플(12)의 단부와 맞닫을 우려가 있고, 반대로 오일저장실의 직경이 오일분리실의 직경에 대해 0.5 이상일 경우에는 오일.냉매 혼합기체가 유동할 때 발생하는 원심력이 오일 유면에 작용하여 오일이 요동할 수 있기 때문이다.

오일분리실(7)에는 압축기(1)로부터 압송된 냉매.오일 혼합기체로부터 냉매와 오일을 분리하기 위한 분리망(13)이 입구파이프(15)에서 배플(12)에 이르는 길이로 실시예와 같이 설치되어 있으며, 다른 예로 상기 분리망(13)을 배플(12)을 중심으로 양측으로 대향하여 설치할 수도 있다.

분리망(13)은 미세한 세선을 직조하여 원통형으로 제작한 것으로 여러겹의 겹층구조를 갖음으로써 이를 통과하는 냉매.오일 혼합기체로부터 오일 분리력을 높이도록 하고 있다. 다른 예로 상기 분리망(13)은 금속발포제를 발포시켜 원형으로 가공한 후 입구파이프(15)에 삽입하여 고정할 수도 있다.

겹층구조를 갖는 분리망(13)은 원통체 형상으로 그 끝단이 개구되어 있기 때문에 개구부를 배플(12)과 접면되게 함으로써 별도의 봉합작업을 생략할 수 있어 조립작업을 간편히 행할 수 있고, 발포에 의한 분리망은 그 단부가 배플(12)과 접면되지 않아도 좋다.

오일배출구(8a)의 단부에는 필터(14)를 체결하여 냉매.오일 혼합기체에 포함된 이물질을 여과함으로써 오일통로가 막히는 것을 방지하도록 하고 있다.

이하, 작용을 설명한다. 압축기(1)에서 배출되는 고온.고압의 냉매.오일 혼합기체에서 오일은 안개와 같이 작은 방울로 섞여 유동한다. 오일분리기(2)의 내부는 입구파이프(15)에 비해 유동단면적이 확대되는 형상으로 되어 있어 오일분리실(7)로 유입된 냉매.오일 혼합기체는 유속이 감속되면서 분리망(13)을 통과하므로써 오일의 작은 입자들이 뭉치게 된다.

이와 같이 뭉쳐진 오일은 오일방울을 형성하면서 비산되거나 중력에 의해 오일저장실(8)로 낙하된다. 이때 비산된 오일방울은 오일저장실(8)의 벽면이나 배플(12)에 달라 붙고 이들은 중력에 의해 하방으로 이동하면서 오일저장실(8)로 낙하된다.

오일방울중 일부는 혼합기체의 흐름에 따라 유동하게 되는데 오일분리실(7) 중앙에 형성된 배플(12)에 의해 Ｕ턴 하면서 이때 발생하는 강한 원심력에 의해 이탈되어 오일저장실(8)로 낙하하게 된다.

혼합기체가 유동하는 Ｕ턴 부위는 유동 단면적이 어 들기 때문에 상대적으로 빨라 강한 원심력이 나타난다. 혼합기체가 입구파이프(15)를 지나서 오일분리실(7)로 유입될 때 공간이 넓어지므로 유동의 속도가 감속하면서 분리망(13)에 의해 안개상태의 오일이 방울로 뭉치게 되고 오일분리실(7)의 하방으로 Ｕ턴 할 때 유속이 증가되면서 원심력이 극대화 된다.

따라서 오일방울은 원심력에 혼합기체의 경로로부터 이탈하여 하방에 위치한 오일저장실(8)로 낙하되고 동시에 기냉매는 오일분리실(7)의 출구공(7b)을 향해 유동한다.

즉, 본 발명은 혼합기체로부터 오일을 분리함에 있어서, 분리망(13)에 의해 방울형태로 뭉쳐진 오일입자들은 오일분리실(7) 유입시 유동에 의해 1차적으로 비산되고 2차적으로 배플(12)에 의해 Ｕ턴시 원심력과 오일방울의 중력에 의해 혼합기체로부터 분리된다.

원심력과 중력은 모두 질량에 비례하는 힘으로 냉매.오일 혼합기체에서 고온.고압의 냉매기체에 비해오일방울의 질량이 크므로 원심력과 중력이크게 작용하게 된다. 또한 원심력과 중력이 작용하는 방향이 오일저장실(8)을 향한 방향과 일치하므로 오일분리 성능이 극대화된다.

이상과 같은 원리에 의해 냉매.오일 혼합기체로부터 분리된 오일은 오일분리실(7) 하부에 집유된 후 배출파이프(8b)를 통해 압축기(1)의 흡입측으로 유동하게 된다. 이때 오일분리실(7) 저면에 집유된 오일에는 에어컨 가동시 발생하는 불순물 즉, 압축기(1)의 구동샤프트가 회전하면서 기계적 마찰 및 냉매라인의 부식에 의해 발생하는 미세입자들이 냉매와 함께 순환하면서 유입되어 오일속에 존재하게 되는데 본 발명은 오일배출구(8a)의 단부에 체결된 미세하게 직조된 필터(14)에 의해 필터링됨으로써 불순물이 압축기(1)로의 유입되지 않는다.

이후, 오일은 냉매회로를 순환하여 유입되는 냉매와 함께 혼합되어 압축기(1)의 흡입측으로 환원하는 순환과정을 연속적으로 반복하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 비교적 구조가 간단한 오일분리기를 제작할 수 있고, 오일분리에 의해 응축기, 증발기의 열용량을 높혀 에어컨의 냉방성능을 높일 수 있다. 또한 압축기의 토출압과 흡입압을 낮춤으로써 시스템의 내구 특성 및 유동소음과 진동을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 시스템을 순환하는 불순물을 걸러줌으로써 내구특성을 향상시키고 시스템의 오일충전량을 줄일 수 있어 원가절감 및 자원낭비를 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 오일분리기의 설치예를 보인 냉각싸이클 구성도,

도 2는 오일분리기의 평면도,

도 3은 도 2의 A-A선 종단면도,

도 4는 도 3의 B-B선 평단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2;오일분리기 7;오일분리실

8;오일저장실 9;본체

10,11;캡 12;배플

13;분리망 14;필터

Claims (7)

1. 길이방향 양측이 개구되고 원호면 양측에 각각 입구공과 출구공이 형성되어 수평방향으로 설치되는 원통형의 오일분리실과, 상기 오일분리실 하부에 양측이 개구되고 저면에 오일배출구가 형성된 오일저장실이 중첩되어 연통되는 본체;

   상기 본체의 양측 개구부를 밀폐하는 한 쌍의 캡;

   상기 본체에 형성된 오일분리실의 내주면 상면으로부터 직하방으로 소정길이 돌설되며 폭방향 양측면이 상기 한 쌍의 캡과 접면되어 상기 입구공을 통해 유입된 냉매.오일 혼합기체가 Ｕ자 형태의 유동경로를 갖도록 하는 배플; 및

   상기 오일분리실에 형성된 입구공에 체결되어 냉매.오일 혼합기체로부터 오일을 분리하는 분리망;을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일분리기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 오일배출구의 단부에 오일속에 포함된 이물질 여과하기 위한 필터가 체결된 것을 특징으로 하는 오일분리기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 분리망은 미세한 세선으로 직조되어 여러겹으로 겹층된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 오일분리기.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 분리망은 원통형으로 그 끝단이 상기 배플과 접면에 의해 밀폐됨을 특징으로 하는 오일분리기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 분리망은 금속발포제에 의해 발포성형한 것을 특징으로 하는 오일분리기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 오일분리실의 직경과 상기 오일저장실의 직경과의 직경비가 0.4 내지 0.5의 범위인 것을 특징으로 하는 오일분리기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 배플의 수직방향 길이는 오일분리실의 직경에 대해 0.7 내지 1.2의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 오일분리기.