KR100600625B1 - 오일분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형의 오일분리기와 압축기 머플러를 동일부품에 형성하여 부품을 줄이고 실차 장착시 조립이 용이할 수 있는 오일분리기에 관한 것으로, 상부에 냉매.오일 혼합기체가 유입되는 입구공과 냉매.오일 혼합기체에서 분리된 냉매가 유출되는 출구공이 각각 형성된 오일분리실, 하부에 소정의 체적을 갖고, 냉매가 유동되는 입,출구공이 형성된 머플러 및 상기 오일분리실과 상기 머플러를 연결하는 오일반환통로를 포함하는 본체; 상기 오일분리실의 상부 개구부를 밀폐하는 캡; 상기 본체의 오일분리실에 형성된 입,출구공과 상기 본체 하부에 형성된 머플러에 형성된 입,출구공과 대응하는 냉매파이프 결합공들이 각각 형성되어 상기 본체의 양측에 결합되는 제1블록 및 제2블록; 상기 캡의 저면 중앙으로부터 상기 오일분리실 내부 직하방으로 소정길이 돌설되며 그 폭방향 양측면이 상기 오일분리실의 내벽과 밀접되는 배플; 및 상기 오일분리실에 형성된 입구공에 체결되어 냉매.오일 혼합기체로부터 오일을 분리하는 분리망;을 포함하는 것이다.

Description

오일분리기{Oil separator}

본 발명은 차량 공조장치에 이용되는 냉각시스템에 있어서, 냉매.오일 혼합 기체를 오일과 냉매로 분리하는 오일분리기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 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 압축운전중에 토출냉매가스에 포함된 오일을 오일분리기로 분리하고 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.

또한 오일분리기에 오일배출구를 설치하고 오일분리기에서 압축기의 흡입측에 연결되는 오일반환통로를 설치해야 한다. 오일반환통로는 미세한 관으로 형성되며 양쪽 끝단에 연결부가 형성되므로 실차 장착시 여러부위에서 조립을 해야하는 단점이 있다. 즉, 오일분리기의 입출구, 오일반환통로의 양끝단등 4개소에 조립부위를 통해 조립하므로 실차장착시 작업이 용이하지 못하다.

본 발명의 목적은 소형의 오일분리기와 압축기 머플러를 동일부품에 형성하여 부품을 줄이고 실차 장착시 조립을 용이하게 할 수 있는 오일분리기를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 상부에 냉매.오일 혼합기체가 유입되는 입구공과 냉매.오일 혼합기체에서 분리된 냉매가 유출되는 유출입공이 각각 형성된 오일분리실과, 상기 오일분리실 하부를 관통하여 형성된 냉매통로 및 상기 오일분리실과 상기 냉매통로를 연결하는 오일반환통로를 포함하는 본체; 상기 오일분리실의 상부 개구부를 밀폐하는 헤드; 상기 본체의 오일분리실에 형성된 유출입공과 상기 본체 하부를 관통하여 형성된 냉매통로와 대응하는 냉매파이프 결합공들이 각각 형성되어 상기 본체의 양측에 결합되는 제1블록 및 제2블록; 상기 상부캡의 저면 중앙 상기 오일분리실 내부 직하방으로 소정길이 돌설되며 그 폭방향 양측면이 상기 오일분리실의 내벽과 밀접되는 배플; 및 상기 오일분리실에 형성된 입구공에 체결되어 냉매.오일 혼합기체로부터 오일을 분리하는 분리망;을 포함하고 있다.

본 발명은 상기 본체 하부에 소정의 체적을 갖는 머플러를 더 포함하며, 상기 본체와 상기 제1,2블록은 상호 보울트로 결합되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 압축기에서 유입된 냉매.오일혼합기체는 분리망에 의해 1차로 오일이 분리되며, 배플에 의해 U턴하면서 그 원심력에 의해 2차로 오일을 분리하고 마지막으로 출구공에 설치된 다른 분리망에 오일을 잔유 오일을 분리하게 된다.

이러한 오일분리과정에 있어서, 냉매.오일 혼합기체로부터 분리된 오일은 자중에 의해 본체 저면으로 낙하되어 집유되며, 집유된 오일은 오일반환통로를 통해 냉매통로를 유동하는 냉매와 혼합되어 압축기로 유입된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 통해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 대한 오일분리기가 설치된 냉각싸이클을 보인 것이으로, 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 유입된다.

도 2 내지 도 4는 본 발명 실시예에 따른 오일분리기를 도시한 것으로, 도 2는 오일분리기의 평면도이고, 도 3은 오일분리기의 종단면도를 보인 도 2의 A-A선 단면도를 보인 것이다.

전체를 부호 2로 표시한 오일분리기는 상,하부가 개구된 평단면이 원형인 본체(7)를 갖고, 본체(7) 내부에는 상,하로 오일분리실(8)과 머플러(9)를 각각 분리 형성되어 있다. 상기 오일분리실(8)과 머플러(9) 사이에는 오일반환통로(10)가 형성되어 압축기(1)에서 오일분리실(8)로 압송된 냉매.오일 혼합기체로부터 분리된 오일을 머플러(9)로 유동시키도록 하고 있다.

머플러(9)는 냉매의 유동저항에 의해 발생하는 유동소음과 진동을 줄이기 위한 것으로, 종래에는 압축기의 흡입측에 별도의 부품을 체결하였으나 본 발명은 오일분리기에 일체로 형성함으로써 부품수를 줄일 수 있다.

오일분리실(8)은 저면이 원추형상으로 원추의 중심에 오일반환통로(10)가 머플러(9)와 수직으로 연통되어 있고 오일반환통로(10) 상부에는 필터(11)를 체결하여 오일속에 포함된 이물질을 여과함으로써 오일반환통로(10)가 막히는 것을 방지하도록 하고 있다.

본체(7) 상.하 개구부에는 상캡(12)과 하캡(13)이 각각 브레이징 결합됨으로써 오일분리실(8)과 머플러(9)의 공간을 형성하고 있다.

상캡(12)의 저면 중앙에는 오일분리실(8)을 수직으로 구획하는 배플(14)이 하방으로 돌설되어 있으며, 상기 배플(14)의 끝단은 오일분리실(8)의 저면으로부터 소정거리 이격되어 오일분리실(8)의 내부 단면이 Ｕ자형의 오일.냉매 혼합기체의 유동 경로를 갖게 된다.

이러한 Ｕ형의 경로는 냉매.오일 혼합기체가 배플(14)의해 Ｕ턴할 때 원심력에 의해 오일을 분리하게 된다.

오일분리실(8)에는 압축기(1)로부터 토출된 냉매.오일 혼합기체로부터 냉매와 오일을 분리하기 위한 제1분리망(15) 및 제2분리망(16)이 배플(14)을 중심으로 양측으로 대향하여 설치되어 있다.

제1,2분리망(15)(16)은 미세한 세선을 직조하여 원통형으로 제작한 것으로 여러겹의 겹층구조를 갖도록 하여 이를 통과하는 냉매.오일 혼합기체로부터 오일 분리력을 높이도록 하고 있다.

제1,2분리망(15)(16)은 원통형상으로 단부가 개구되어 있으며, 각각 배플(14)과 접면되게 설치하여 개구부를 밀폐할 수 있도록 함으로써 별도의 봉합작업을 생략할 수 있고 더욱이 후술하는 제1,2블록(17)(18)에 형성된 냉매파이프 결합공(17a) (18a)에 일측이 삽착됨으로 인해 조립작업을 간편히 행할 수 있다.

본체(7) 외부에는 각각 제1블록(17)과 제2블록(18)이 외접하고 있으며, 각각에는 오일분리실(8)에 형성된 유,출입공(8a)(8b) 및 머플러(9)에 형성된 유,출입공(9a)(9b)과 대응하는 냉매파이프 결합공(17a)(17b)(18a)(18b)이 한 쌍씩 형성되어 있다.

제1,2블록(17)(18)의 중앙 양측에는 한 쌍의 보울트공(17c)(17d)이 형성되어 본체(7)와 보울트 결합하도록 되어 있다. 이로 인해 조립부위가 줄어들어 실차장착시 조립을 간편하게 할 수 있다. 실시예에서는 상술한 것과 같이 보울트 결합하고 있지만, 다른 예로 제1,2블록(17)(18)과 본체(7)를 브레이징 결합하여도 좋다.

한편, 상기 오일반환통로(10)는 오일분리기(2)에서 분리한 오일을 압축기(1) 흡입측에 반환하기 위해 최적의 내경과 길이를 갖을 필요가 있다.

다시말해 오일반환통로(10)는 내경과 관길이에 따라 오일반환통로를 흐르는 오일의 유량이 결정되는데 그 유량계수를 0.01 내지 3.5의 범위로 한정할 필요가 있다.

도 5는 오일반환통로(10)의 유량계수를 변화시켰을 때 열교환기측의 유량을 나타낸 것이다. 오일분리시의 유량은 오일이 분리되지 않을 때 보다 작으며 그 차이는 오일반환통로(10)을 통해 반환된 유량과 같다. 오일회전율(OCR; Oil circulation ratio)이 15%일 때의 순수냉매 유동량과 오일회전율이 3%일 때의 순수냉매 유동량을 기준으로 할 때 유량계수 0.01 내지 3.5의 범위는 충분한 오일을 반환하는 것으로 실험결과에 의해 나타나고 있다.

여기서, 오일회전율은 오일회전율 = {오일흐름양/(오일흐름량+냉매흐름량)} * 100(%) 이다.

여기서 유량계수는 오일반환통로(10)의 내경 및 관의 길이에 의해 결정되는 유량을 1로 정한 상대적 값으로 정의한다. 즉, 도 7의 그래프와 같이 오일반환통로(10)의 내경과 관길이에 의해 정의되는 유량계수를 0.35라 할 때 오일반환통로(10)의 내경이 1.0㎜, 관길이가 1.25m임을 의미한다. 도 7에서 동일한 유량계수를 유지하기 위해서는 캐필러리 내경이 커지면 길이가 길어지며 반대로 캐필러리 내경이 작아지면 길이가 줄어들게 된다.

자동차용 에어컨 시스템에서 오일회전율은 일반적으로 3% 내지 12%의 범위를 가지며 특이한 환경 또는 압축기 내구성을 향상시키기 위해 오일주입량을 늘린 경우 15%까지 확장할 수 있으며, 오일회전율이 15%일 때 유량계수는 3.5로 하여 충분한 오일반환량을 얻을 수 있다. 여기서 도 6을 참조하면 오일분리에 의해 오일반환량이 있으면 냉방성능이 향상되지만, 유량계수가 3.5를 초과할 경우 냉방성능이 오일분리기를 사용하지 않을 때의 냉방성능 보다 감소함을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서 정의하는 유량계수는 0.01 내지 3.5의 범위에서 냉방성능을 향상시킬 수 있었다.

도 6은 오일반환통로(7)의 유량계수를 변화시켰을 때 냉방성능의 변화를 나타낸 것이다. 본 발명에서 정의되는 유량계수가 0.01 내지 3.5의 범위에 있을 때 냉방성능이 대체적으로 우수한 것으로 나타난다. 유량계수가 매우 작거나 클 경우에는 냉방성능이 급격히 떨어지게 된다. 유량계수가 매우 클 경우에는 오일분리기에서 오일뿐만 아니라 고온의 냉매까지 압축기의 흡입측에 유입되어 압축기에 과도한 부하가 작용하게 된다.

이하, 작용을 설명한다. 압축기(1)에서 배출되는 고온.고압의 냉매.오일 혼합기체에서 오일은 안개와 같이 작은 방울로 섞여 유동한다. 오일분리기(2)의 내부는 제1블럭(17)에 형성된 입구공(17a)에 비해 유동단면적이 확대되는 형상으로 상기 입구공(17a)을 통해 오일분리기(2)로 유입된 냉매.오일 혼합기체는 유속이 감속되면서 제1분리망(15)을 통과하므로써 오일의 작은 입자들이 뭉치게 된다.

이와 같이 제1분리망(15)에 의해 뭉쳐진 오일은 오일방울을 형성하면서 비산되거나 중력에 의해 오일분리실(8) 하부로 낙하된다. 이때 비산된 오일방울은 오일분리실(8)의 벽면이나 배플(14)에 달라 붙고 이들은 중력에 의해 하방으로 이동하면서 낙하된다.

오일방울중 일부는 혼합기체의 흐름에 따라 유동하게 되는데 오일분리실(8) 중앙에 형성된 배플(14)에 의해 Ｕ턴 하면서 이때 발생하는 강한 원심력에 의해 이탈되어 낙하하게 된다.

혼합기체가 유동하는 Ｕ턴 부위는 유동 단면적이 줄어 들기 때문에 상대적으로 빨라 강한 원심력이 나타난다. 혼합기체가 제1블록(17)을 지나서 오일분리실(8)로 유입될 때 공간이 넓어지므로 유동의 속도가 감속하면서 제1분리망(15)에 의해 안개상태의 오일이 방울로 뭉치게 되고 오일분리실(8)의 하방으로 Ｕ턴 할 때 유속이 증가되면서 원심력이 극대화 된다.

따라서 오일방울은 원심력에 혼합기체의 경로로부터 이탈하여 하방으로 낙하되고 동시에 기냉매는 오일분리실(8)의 출구공(8b) 즉, 제2블록(18)을 향해 유동한다.

즉, 본 발명은 혼합기체로부터 오일을 분리함에 있어서, 제1분리망(15)에 의해 방울형태로 뭉쳐진 오일입자들은 오일분리실(8) 유입시 유동에 의해 1차적으로 비산되고 2차적으로 배플(14)에 의해 Ｕ턴시 원심력과 오일방울의 중력에 의해 혼합기체로부터 분리된다.

원심력과 중력은 모두 질량에 비례하는 힘으로 냉매.오일 혼합기체에서 고온.고압의 냉매기체에 비해 오일방울의 질량이 크므로 원심려과 중력이 크게 작용하게 된다. 또한 원심력과 중력이 작용하는 방향이 오일분리실(8)의 하부와 일치하므로 오일분리 성능이 극대화된다.

이상과 같은 원리에 의해 분리된 오일은 오일분리실(8)에 집유된 후 오일반환통로(10)를 통해 머플러(9)로 유동하게 된다. 이때 오일분리실(8)의 하부에 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 오일반환통로(10) 단부에 체결된 미세한 필터(11)에 의해 필터링됨으로써 불순물이 압축기(1)로의 유입되지 않는다.

머플러(9)로 유입된 오일은 냉매회로를 순환하여 머플러(9)로 유입되는 냉매와 함께 혼합되어 압축기(1)의 흡입측에 환원하게 되는 순환과정을 연속적으로 반복하게 된다.

한편, 본 발명은 오일반환통로(10)의 유량계수에 대해 압축기(1)의 매니폴드에 분리되는 분리형 오일분리기를 설명하고 있으나 오일분리기가 압축기에 내장되거나 또는 부착된 내장형을 모두 포함한다. 다시말해 실시예와 같이 부착형 오일분리기를 적용할 경우에는 오일반환통로(10)의 길이가 짧아지는 반면 내경을 확개하고, 반대로 분리형 오일분리기를 적용할 경우 관의 길이가 길어지는 반면 내경을 축개함으로써 최적의 유량계수를 유지할 수 있다.

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 감소시킬 수 있다.

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

도 2는 본 발명에 따른 오일분리기의 평면도,

도 3은 도 2의 A-A선 단면도,

도 4는 도 2의 측면도.

도 5는 오일반환통로의 유량계수를 변화시켰을 때 열교환기측의 유량을 나타낸 그래프.

도 6은 오일반환통로의 유량계수를 변화시켰을 때 냉방성능의 변화를 보인 그래프.

도 7는 오일반환통로의 유량계수를 정의한 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1;압축기 2;오일분리기

8;오일분리실 9;머플러

10;오일반환통로 11;필터

14;배플 15,16;분리망

17;제1블록 18;제2블록

Claims (7)

1. 상부에 냉매.오일 혼합기체가 유입되는 입구공과 냉매.오일 혼합기체에서 분리된 냉매가 유출되는 출구공이 각각 형성된 오일분리실, 하부에 소정의 체적을 갖고, 냉매가 유동되는 입,출구공이 형성된 머플러 및 상기 오일분리실과 상기 머플러를 연결하는 오일반환통로를 포함하는 본체;

   상기 오일분리실의 상부 개구부를 밀폐하는 캡;

   상기 본체의 오일분리실에 형성된 입,출구공과 상기 본체 하부에 형성된 머플러에 형성된 입,출구공과 대응하는 냉매파이프 결합공들이 각각 형성되어 상기 본체의 양측에 결합되는 제1블록 및 제2블록;

   상기 캡의 저면 중앙으로부터 상기 오일분리실 내부 직하방으로 소정길이 돌설되며 그 폭방향 양측면이 상기 오일분리실의 내벽과 밀접되는 배플; 및

   상기 오일분리실에 형성된 입구공에 체결되어 냉매.오일 혼합기체로부터 오일을 분리하는 분리망; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일분리기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 오일반환통로의 입구부에 필터가 형성된 것을 특징으로 하는 오일분리기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 오일분리실에 형성된 출구공에 분리망이 설치되는 것을 특징으로 하는 오일분리기.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 분리망들은 원통형으로 그 끝단이 상기 배플과 접면되어 밀폐됨을 특징으로 하는 오일분리기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 본체와 상기 제1,2블록은 상호 보울트 결합하는 것을 특징으로 하는 오일분리기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 본체와 상기 제1,2블록은 상호 브래징 결합하는 것을 특징으로 하는 오일분리기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 오일분리실의 저면은 원추형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 오일분리기.