KR100697674B1 - 압축기 내장형 오일분리기 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명에 의한 압축기 내장형 오일분리기는, 압축기 하우징의 일측에 밀폐된 공간으로 형성되는 오일분리/저장실, 이 오일분리/저장실의 윤활오일을 압축기 하우징의 냉매흡입구측으로 복귀시키기 위한 오일유로 및 냉매의 유량에 따라 오일분리/저장실에서의 오일분리를 제한하는 오일과분리방지수단을 구비한다. 오일과분리방지수단은, 저유량의 냉매가 공조시스템을 순환하는 운전조건에서 대부분의 냉매가 오일분리/저장실의 상부구간을 경유하여 오일분리 작용없이 그대로 토출되도록 한다. 따라서, 아이들 운전시와 같이 차량이 저속으로 운전하는 경우에는 저유량의 냉매가 저속으로 오일분리/저장실로 유입되기 때문에, 오일이 완전히 분리되지 않고 냉매와 함께 그대로 유출되므로, 이 경우에 있어서 오일순환율이 지나치게 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 저속 운전시에 냉방성능이 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 한편, 본 발명에 의한 압축기 내장형 오일분리기는, 고유량의 냉매가 공조시스템을 순환하는 운전조건에서는 정상적인 오일분리가 이루어지면서 오일순환율을 낮게 가져갈 수 있다.

압축기, 오일분리, 오일분리기, 압축기윤활, 오일세퍼레이터

Description

압축기 내장형 오일분리기{OIL SEPARATOR EMBEDDED IN COMPRESSOR}

도 1a는 일반적인 차량용 공조시스템에서의 오일순환율대 응축기 공기측방열량의 상관관계를 보인 그래프,

도 1b는 일반적인 차량용 공조시스템에서의 오일순환율대 증발기 공기측방열량의 상관관계를 보인 그래프,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분리기의 구조를 보인 분해 사시도,

도 3은 도 2의 조립 단면도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분리기의 압축기 하우징측에 형성되는 오일분리/저장실을 보인 배면도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분리기의 커버에 형성되는 오일분리/저장실을 보인 정면도,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분리기에 사용되는 개스킷의 정면도,

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분리기의 구조를 보인 도 3에 해당하는 단면도, 그리고,

도 8은 도 7에 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분 리기에 사용되는 필터의 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10;압축기 하우징 11;토출실

12;냉매흡입구 13;냉매배출구

20;커버 30;캐스킷

40;오일분리/저장실 42;유입구

43;유출구 50;오일유로

51;오일공급로 52;오일회수로

60;오일과분리방지수단 61;가이드 파이프

62;가이드 리브 63;차단부

64;가압돌기 161;필터

본 발명은 공조시스템의 냉동사이클을 순환하는 냉매 중에 포함된 윤활오일을 분리하여 압축기의 흡입측으로 복귀시킴으로써 윤활오일이 열교환기측으로 유출되지 않도록 하는 오일분리기에 관한 것으로, 특히 압축기에 일체로 내장되는 압축기 내장형 오일분리기에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 공조시스템을 구성하는 냉동사이클은 냉매를 압축하는 압축기, 압축된 냉매를 액화시키는 응축기, 응축된 냉매를 증발이 용이한 저온저압 의 습포화 증기상태로 변화시키는 팽창밸브, 그리고, 팽창과정을 거쳐 유입되는 냉매를 공기와 열교환시켜 기체(과열증기)상태로 변화시키는 증발기의 기본적인 구성을 갖는다. 증발기에서의 냉매증발에 의해 열을 빼앗긴 공기는 저온 저습 상태로 변화되어 실내로 송풍되며, 이 과정에서 과열증기 상태의 기체로 변화된 냉매는 압축기로 보내져 압축된다.

압축기는 증발기로부터 증발이 완료되어 토출되는 냉매가스를 액화되기 쉬운 고온고압의 냉매가스 상태로 만들어 응축기로 토출시키는 바, 이에 의해 냉매는 냉동사이클을 순환할 수 있게 된다.

이러한 압축기는 압축방식 및 구조에 따라 여러 가지 형태가 알려지고 있으며, 자동차용 공조시스템에서는 사판식 압축기가 일반적으로 사용되고 있다. 이 사판식 압축기는 전,후방 하우징; 상기 전방 하우징 및 후방 하우징에 설치되는 전,후방 실린더; 상기 전,후방 실린더의 보어들에 걸쳐 왕복 운동가능하게 설치되는 다수의 양두 피스톤; 상기 전,후방 하우징 및 전,후방 실린더의 중앙을 관통하여 회전가능하게 설치되는 구동축; 상기 구동축에 경사지게 설치되어 구동축의 회전에 따라 피스톤들을 전후진시키는 사판; 그리고, 상기 전,후방 실린더와 전,후방 하우징의 내면 사이에 각각 설치되는 밸브 유니트를 포함하여 이루어진다.

상기와 같이 구성된 압축기는 구동축에 엔진의 동력이 전달되면 구동축과 함께 회전하는 사판에 의하여 피스톤들이 전후진함으로써 밸브 유니트를 통한 냉매의 흡입, 압축 및 토출 작용이 수행된다.

한편, 상기와 같은 압축기를 채용한 자동차용 공조시스템에서는, 압축기의 구동을 원활하게 하기 위한 윤활목적의 오일을 냉매에 함유시켜 순환시킴으로써 압축기 구동파트의 기계적 마찰면들의 윤활을 수행하고 있다. 이 때, 냉매에 함유된 윤활오일이 응축기 및/또는 증발기나 팽창장치 등으로 유입되면, 윤활오일이 열교환기 등의 냉매유로 내벽에 코팅되거나 열교환기의 냉매유로 공간을 차지하기 때문에 냉매의 유동성이 저하되고, 이로 인하여 열교환기의 열교환효율이 저하된다. 또한, 윤활오일이 공조시스템 전체를 순환하게 되면 압축기에 공급되는 오일량에 심한 변동이 발생하고, 이에 따라 압축기의 윤활이 안정적으로 또한 원활하게 이루어지지 않게 되므로 압축기의 내구성이 저하된다. 따라서, 압축기를 제외한 다른 구성요소로 윤활오일이 공급되지 않도록 할 필요가 있다. 오일분리기는 압축기로부터 토출되는 냉매에 포함된 윤활오일을 분리하여 압축기의 흡입측으로 복귀시킴으로써 윤활오일이 열교환기측으로 유출되어 발생하는 열교환기의 효율 저하를 방지함과 아울러 압축기의 윤활이 안정적으로 이루어지도록 한다.

이러한 오일분리기는 크게 외장형과 압축기 내장형으로 분류된다. 외장형 오일분리기는, 그 입구포트가 압축기의 토출라인에 연결되고, 그 출구포트가 응축기의 입구단에 연결되며, 내부의 오일저장실과 압축기 흡입라인이 캐필러리 튜브(모세관)를 통하여 연결되는 구조를 가진다. 압축기로부터 토출되는 윤활오일을 함유한 냉매는 오일분리기의 입구포트를 통하여 오일분리기 내부로 유입되고, 여기서 냉매와 윤활오일이 서로 분리된다. 냉매는 오일분리기의 출구포트를 통하여 응축기로 공급되고, 윤활오일은 오일분리기의 오일저장실에 일단 저장된 후 캐필러리 튜브를 통하여 압축기 흡입라인으로 공급되어 증발기로부터 배출되는 냉매와 함께 압 축기의 내부로 유입된다. 따라서, 윤활오일이 냉매에 혼합된 상태로 응축기나 증발기 등의 열교환기쪽으로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 외장형 오일분리기는 제작 및 설계가 비교적 쉽고 오일 분리 효율이 좋다고 하는 장점은 있으나, 압축기와 별개로 설치되고 또 별도의 바이패스회로가 요구되는 등 설치공간을 크게 차지한다고 하는 단점이 있다.

상기와 같은 외장형 오일분리기가 가지는 문제점을 고려하여 제안된 것이 압축기에 일체로 구성되는 압축기 내장형 오일분리기이다. 이러한 압축기 내장형 오일분리기의 대표적인 것으로, 일본 특개평 제 11-93880 호, 일본 특개평 제 11-82338 호 등이 있다. 이들 공지된 압축기 내장형 오일분리기는, 원심력에 의해 윤활오일을 냉매로부터 분리하고 이와 같이 분리되어 오일저장실에 집유된 윤활오일을 개스킷에 형성된 오일유로 및 압축기 하우징의 후부에 형성된 미세 홀을 통하여 압축기의 흡입측으로 복귀시키도록 구성되어 있다. 그리고, 개스킷의 오일유로의 입구부에는 오일유로를 통하여 압축기 흡입측으로 복귀되는 윤활오일 중에 포함된 각종 이물질을 제거하기 위한 필터가 설치되어 있다.

이러한 오일분리기에 의한 공조시스템의 효과로는 냉방성능의 증대, 압축기 내구성 증대 및 오일충진량 감소 이외에도 소음 감소의 부가적인 효과가 있는 것으로 알려지고 있다.

특히, 오일분리에 따른 공조시스템의 냉방성능은, 일반적으로 시스템 오일순환율[Oil in circulation:오일유량/(냉매유량+오일유량)wt%, 여기서, 오일순환율 계측은 응축기와 팽창밸브 사이의 액냉매 라인에서 측정함]이 작을수록, 즉 열교환 기측으로 흐르는 윤활오일의 양이 적을수록 열교환기의 열전달이 촉진되면서 증대되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이는 오일순환율을 일정한 수준까지 낮출 때에 나타나는 현상으로, 일정수준 이하로 오일순환율이 낮아지면 응축기와 증발기에서의 열전달 현상이 상반되게 나타나면서 오히려 냉방성능을 저하시킨다는 것을 실험결과 알 수 있었다.

이러한 현상을 첨부한 도 1a 및 1b를 참조로 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 1a는 차량용 공조시스템을 순환하는 냉매 중에 포함된 오일량을 wt%로 환산한 오일순환율 대비 응축기의 공기측방열량을 나타낸 것이고, 도 1b는 오일순환율 대비 증발기의 공기측방열량을 나타낸 것이다. 도면에서 가로축이 오일순환율 이고, 세로축이 각각 응축기 공기측방열량, 증발기 공기측방열량이다.

도면에서 보는 바와 같이, 오일순환율이 점점 낮아질수록 응축기 공기측방열량이나 증발기 공기측방열량은 일정수준까지(오일순환율이 대략 4정도까지) 비례적으로 증대된다. 그러나, 오일순환율이 4정도 이하로 낮아지면 응축기 공기측방열량의 증대가 둔화되고, 더욱이 증발기 공기측방열량은 오히려 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 오일순환율이 너무 낮아지면 증발기의 열전달효율이 떨어져 냉방성능이 저하된다는 것을 알 수 있었다.

이러한 현상은 특히, 차량의 아이들 운전이나 저속 운전 등에 의해 공조시스템을 순환하는 냉매유량이 적을시에 심하게 나타나는데, 이는 열전달과 관련하여 다음과 같이 설명될 수 있다. 증발기 내부의 냉매측 열전달은 기상과 액상의 냉매가 동시에 존재하는 이상상태에서 이루어지며, 열전달이 진행될수록 냉매는 액상에 서 기상으로 변화해간다. 증발기의 출구측에 가까워질수록 냉매는 완전 기화에 가깝게 되며, 냉매에서 벽면으로의 열전달은 냉매기체의 전도에 의해 좌우된다. 이 때, 벽면에 오일이 흐르면 오일과 냉매기체 사이의 미끄러짐(slip)에 의해 대류열전달 및 전도열전달이 동시에 일어나면서 열전달이 촉진된다. 하지만 오일막의 두께가 일정수준 이상이 되면 오일이 열저항으로 작용하여 냉방성능이 떨어진다. 따라서, 차량의 운전 조건에 관계없이 지속적으로 높은 냉방성능을 얻기 위해서는, 저속 운전시, 즉, 냉매유량이 적은 경우에 오일이 과도하게 분리되지 않도록 할 필요가 있다.

그러나, 기존의 공지된 압축기 내장형 오일분리기들은, 상기와 같은 점을 전혀 고려하지 않고, 오일순환율을 낮추어야 한다는 단순한 이론에 입각하여 냉매로부터 오일을 가급적 완전하게 분리하도록 구성됨으로써 저유량시, 예컨대 차량의 아이들 운전시 등에 오일순환율이 지나치게 낮아지면서 냉방성능이 급격하게 저하되는 문제를 야기시키고 있다.

또한, 기존의 공지된 압축기 내장형 오일분리기는, 오일에 포함된 이물질을 제거하기 위한 필터가 오일유로의 입구부에 설치되어 있어, 오일유로를 통한 이물질의 유출은 없으나, 토출가스에 포함된 미세한 불순물 및 이물질들을 필터링하는 수단이 강구되어 있지 않아, 불순물들이 응축기쪽으로 유출되어 응축기의 유로를 막음으로써 냉방성능의 저하를 초래할 뿐만 아니라 고압발생에 의한 시스템의 내구성 저하를 야기시키고 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 차량의 특정 운전 조건, 예컨대 아이들 운전시 등과 같은 저속 운전에서는 냉매에 포함된 윤활오일이 과도하게 분리되지 않아 오일순환율이 지나치게 낮아지지 않도록 함으로써 공조시스템의 냉방성능을 향상시킬 수 있는 압축기 내장형 오일분리기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 이물질에 의한 오일유로의 막힘 현상을 방지함과 동시에 토출가스에 포함되어 냉매와 함께 유출되는 이물질 및 불순물을 효과적으로 차단함으로써 불순물에 의한 응축기의 유로 막힘을 방지하여 냉방성능을 유지시키고 시스템의 내구성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 압축기 내장형 오일분리기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 압축기 내장형 오일분리기는, 냉매흡입구 및 냉매배출구를 갖춘 압축기 하우징의 일측에 결합되는 커버에 의해 소정의 밀폐된 공간으로 형성되고, 압축기 하우징의 토출실과 연통하는 유입구 및 압축기 하우징의 냉매배출구와 연통하는 유출구가 구비되어, 유입구를 통하여 유입되는 압축냉매 중에 포함된 윤활오일을 분리하여 저장하는 오일분리/저장실; 오일분리/저장실에 저장된 윤활오일을 압축기 하우징의 냉매흡입구측으로 복귀시키기 위한 오일유로; 및 차량의 저속 운전 등에 의해 공조시스템을 순환하는 냉매유량이 적은 경우 냉매중에 포함되어 함께 순환하는 윤활오일의 순환율이 낮아지는 것을 방지하기 위하여 오일분리/저장실에서의 오일분리를 제한함으로써 이 경우에 오일이 과도하게 분리되지 않도록 하는 오일과분리방지수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 압축기 하우징과 커버와의 결합면에는 기밀 유지를 위한 개스킷이 개재될 수 있다.

그리고, 오일분리/저장실은 압축기 하우징의 후방부에 대략 U자형 유로를 가지도록 요입형성되는 제 1 요입부와, 커버에 상기 제 1 요입부와 대응되는 형상으로 형성되는 제 2 요입부가 합쳐져 이루어질 수 있다.

또한, 오일유로는 압축기 하우징의 후방벽 일측에 냉매흡입구와 연통하도록 형성되는 오일공급로와, 이 오일공급로와 오일분리/저장실을 연통하도록 형성되어 오일분리/저장실에 집유된 오일이 압축기 하우징의 냉매흡입구측으로 복귀되도록 하는 오일회수로로 구성될 수 있다. 여기서, 오일회수로는 압축기 하우징의 후방벽 가장자리를 따라 위로 형성될 수도 있고, 개스킷의 일측 가장자리를 따라 위로 절취 형성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 요부구성인 오일과분리방지수단은, 아이들 운전시의 냉매유량을 기준으로 이때의 오일순환율이 3∼5wt% 정도를 유지하도록 오일분리/저장실에서의 오일분리를 제한하도록 설정된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 오일과분리방지수단은, 오일분리/저장실의 유입구를 통하여 유입되는 냉매의 유동을 냉매유량에 따라 안내하기 위하여 오일분리/저장실의 유입구에 소정 높이로 돌설되는 가이드 파이프와, 이 가이드 파 이프의 하부에 오일분리/저장실의 제 1 요입부를 상하로 구획하도록 설치되는 대략 V자 형상의 가이드 리브를 구비한다. 가이드 파이프는, 저유량의 냉매가 유입되는 경우 대부분의 냉매가 오일분리/저장실의 제 1 요입부 위치에서 중력에 의해 낙하되도록 안내하는 한편, 고유량의 냉매가 유입되는 경우는 그 유속에 의해 냉매가 비산되도록 하여 정상적인 오일 분리가 이루어지도록 안내한다. 그리고, 가이드 리브는, 가이드 파이프에서 중력에 의해 낙하하는 냉매가 그대로 오일분리/저장실의 유출구를 통하여 유출되도록 안내하는 역할을 한다.

여기서, 가이드 파이프는 제 1 요입부의 깊이보다 작은 높이로 설치되며, 가이드 리브는 제 1 요입부의 깊이와 같은 높이로 설치된다. 이에 의해 가이드 파이프의 단부와 가이드 리브의 단부와의 사이에 소정의 간격이 형성된다. 바람직스런 상기 간격은 1∼2mm정도이다. 또한, 캐스킷에는 가이드 리브에 의해 구획된 제 1 요입부의 상부구간과 커버에 형성된 제 2 요입부의 상부구간을 차단하는 차단부가 구비되며, 이 차단부에는 유입구 및 유출구와 대응되는 위치에 연통홀이 각각 형성된다. 그리고, 커버에는 개스킷의 차단부를 가이드 리브에 밀착시키기 위하여 개스킷의 차단부 하부를 가압하는 수개의 가압돌기가 일정간격을 두고 형성된다.

이에 의하면, 차량의 고속 운전 조건에서는 다량의 냉매가 고속으로 오일분리/저장실로 유입되기 때문에, 냉매가 오일분리/저장실의 가이드리브 하부공간을 유동하면서 정상적인 오일분리 작용이 이루어지므로, 오일순환율을 낮게 가져갈 수 있고, 아이들 운전시와 같은 차량의 저속 운전 조건에서는 소량의 냉매가 저속으로 오일분리/저장실로 유입되기 때문에, 냉매가 오일분리/저장실의 가이드리브 하부공 간을 유동하면서 제한적인 오일분리 작용이 이루어져 오일이 분리되지 않고 냉매와 함께 그대로 유출되므로, 이 경우에 있어서 오일순환율이 지나치게 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 저속 운전시에 냉방성능이 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 차량의 어떠한 운전 조건에서도 공조시스템의 높은 냉방성능을 유지시킬 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, 오일과분리방지수단은, 오일분리/저장실의 유입구를 통하여 유입되는 냉매에 포함된 이물질을 제거함과 아울러 이 냉매의 유동을 냉매유량에 따라 안내하기 위하여 상기 유입구로부터 상기 커버의 내측면에 이르도록 설치되는 필터와, 이 필터의 하부에 오일분리/저장실의 제 1 요입부를 상하로 구획하도록 설치된 대략 V자형의 가이드 리브를 구비한다. 필터는 저유량의 냉매가 유입되는 경우 대부분의 냉매가 오일분리/저장실의 제 1 요입부 위치에서 중력에 의해 낙하되도록 안내하는 한편, 고유량의 냉매가 유입되는 경우는 그 유속에 의해 냉매가 비산되도록 하여 정상적인 오일 분리가 이루어지도록 안내한다. 그리고, 가이드 리브는 필터의 제 1 요입부 위치에서 중력에 의해 낙하하는 냉매가 그대로 오일분리/저장실의 유출구를 통하여 유출되도록 안내하는 역할을 한다. 여기서, 필터는 적어도 4개의 리브를 가지는 프레임의 외주에 거름망이 원통형으로 설치되어 구성된다.

이에 의하면, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 저속 운전시의 냉방성능 향상과 더불어 냉매 중에 포함된 이물질 및 분순물들이 오일분리/저장실 유입시점에서 이에 설치된 필터에 포집되어 제거된 상태로 오일분리/저장실로 유입되므 로, 토출가스에 이물질 및 불순물이 포함된 채로 유출됨으로써 발생될 수 있는 응축기 유로의 막힘 현상을 근본적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 상술한 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 보다 명백해질 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분리기의 구조를 보인 분해 사시도, 도 3은 도 2의 조립 단면도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분리기의 압축기 하우징측에 형성되는 오일분리/저장실을 보인 배면도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분리기의 커버에 형성되는 오일분리/저장실을 보인 정면도, 그리고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분리기에 사용되는 개스킷의 정면도이다.

도면에서 참조부호 10은 압축기 하우징, 20은 커버, 30은 개스킷, 40은 오일분리/저장실, 50은 오일유로, 그리고, 60은 오일과분리방지수단이다.

도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 압축기 하우징(10)은 그의 전면에 토출실(11)이 구비된다. 그리고 상기 압축기 하우징(10)의 상면에는 냉매흡입구(12) 및 냉매배출구(13)가 전후로 나란히 구획형성된다.

상기 커버(20)는 압축기 하우징(10)의 후면에 소정의 밀폐된 공간[즉, 오일분리/저장실(40)]을 한정하도록 결합되며, 상기 개스킷(30)은 상기 압축기 하우징(10)과 상기 커버(20)와의 결합면의 기밀 유지를 위하여 이들 사이에 개재된다. 이들 압축기 하우징(10), 커버(20) 및 개스킷(30)은 이들의 가장자리를 따라 서로 대응되도록 형성된 수개의 고정공(15)(25)(35)들을 관통하여 체결되는 볼트( 도시되지 않음)에 조립된다.

상기 오일분리/저장실(40)은 상기 압축기 하우징(10)의 후면에 대략 U자형 유로를 가지도록 일정깊이로 요입형성되는 제 1 요입부(40a)와, 상기 커버(20)에 상기 제 1 요입부(40a)와 대응되는 형상으로 요입형성되는 제 2 요입부(40b)로 이루어지며, 상기 커버(20)가 압축기 하우징(10)의 후면에 개스킷(30)의 개재하에 결합되는 것에 의해 소정의 밀폐된 공간으로 구비된다. 상기 제 1 요입부(40a)의 일측, 보다 구체적으로는 이 제 1 요입부(40a)의 U자형 유로를 형성하기 위하여 형성된 분리벽(41)을 기준으로 한 쪽에는 상기 압축기 하우징(10)의 토출실(11)과 연통하도록 형성되는 유입구(42)가 구비되며, 다른 쪽에는 상기 압축기 하우징(10)의 냉매배출구(13)와 연통하도록 형성되는 유출구(43)가 구비된다. 여기서, 상기 유출구(43)는 유입구(42)의 높이보다 상측에 위치하도록 배치된다. 한편, 도면에서는 상기 오일분리/저장실(40)이 압축기 하우징(10)에 형성되는 제 1 요입부(40a)와 커버(20)에 형성되는 제 2 요입부(40b)가 합쳐지는 것에 의해 구성되는 예를 도시하고 있으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 도시되지는 않았으나, 상기 오일분리/저장실(40)은 상기 압축기 하우징(10)에 형성되는 제 1 요입부(40a)만으로도 구성이 가능하다. 압축기에서 압축된 윤활오일을 포함한 압축냉매는 유입구(42)를 통하여 오일분리/저장실(40)로 유입되며, 여기서 압축냉매가 비산되는 것에 의해 냉매보다 비중이 큰 오일이 1차적으로 분리되어 오일분리/저장실(40)의 내벽면에 부착된다. 이와 같이 분리된 윤활오일은 자중에 의해 오일분리/저장실(40)의 벽면을 타고 낙하하여 하부에 저류하게 된다. 그리고, 윤활오일이 분리된 오일분리/저장실(40)의 냉매는 U자형 유로를 따라 유출구(43) 쪽으로 유동하면서 유출구(43)를 통하여 냉매배출구(13)로 배출된다. 이 때, 냉매가 U자형 유동을 하는 과정에서 냉매의 유속으로 인한 원심력에 의하여 비중이 큰 윤활오일이 2차로 분리되며, 이와 같이 분리된 윤활오일은 오일분리/저장실(40)의 하부에 저류된다.

오일유로(50)는 상기 오일분리/저장실(40)의 하부에 집유된 윤활오일을 압축기 하우징(10)의 냉매흡입구(12)로 복귀시키기 위한 유로로써, 상기 냉매흡입구(12)와 연통하도록 압축기 하우징(10)에 형성되는 오일공급로(51)와, 이 오일공급로(51)와 상기 오일분리/저장실(40)의 하부를 연통시키는 오일회수로(52)로 이루어진다. 상기 오일회수로(52)는 개스킷(30)의 일측 가장자리를 따라 위로 절취 형성되며, 커버(20)에 의해 그 유로가 밀폐 한정된다. 압축기의 구동시 상기 오일분리/저장실(40)에 집유된 윤활오일은 이 오일분리/저장실(40)과 냉매흡입구측의 압력차에 의해 오일회수로(52) 및 오일공급로(51)를 통하여 냉매흡입구(12)로 유동하게 된다. 한편, 도면에서는 상기 오일회수로(52)가 개스킷(30)에 형성된 예를 도시하고 있으나, 이를 꼭 한정하는 것은 아니며, 상기 오일회수로(52)는 압축기 하우징(10)의 후벽면 가장자리를 따라 위로 요입 형성될 수도 있으며, 이 경우, 압축기 하우징(20)에 결합되는 캐스킷(30) 및 커버(20)에 의해 그 유로가 밀폐 한정된다. 이와 같은 오일회수로는 개스킷에 형성되는 유로보다 그 단면적을 크게 할 수 있다고 하는 장점이 있다.

오일과분리방지수단(60)은, 본 발명의 특징에 따라 차량의 아이들 운전시 등과 같은 저속 운전시에 - 공조시스템을 순환하는 냉매에 포함되는 오일량으로 정의 되는 - 오일순환율(wt%)이 지나치게 낮아지는 것을 방지하기 위하여 상기 오일분리/저장실(40)에서의 오일분리를 제한함으로써 오일이 과도하게 분리되지 않도록 하는 역할을 한다. 본 발명의 실시예에서 상기 오일과분리방지수단(60)은 아이들 운전시의 냉매유량을 기준으로 이 때의 오일순환율이 3∼5wt% 정도(도 1a 및 1b 참조)를 유지하도록 오일분리/저장실(40)에서의 오일분리를 제한하도록 설정되어 있다. 이는 가장 최적의 오일순환율을 예시한 것으로, 압축기의 종류나 공조시스템의 특성에 따라 달라질 수 있다. 이러한 본 발명의 오일과분리방지수단(60)에 의해 저속 운전시 오일순환율이 지나치게 낮아지지 않고 적정 수준을 유지하게 되며, 따라서, 아이들 운전시와 같은 차량의 저속 운전시에 오일순환율이 지나치게 낮아짐으로써 발생되는 냉방성능의 저하를 방지할 수 있다.

상기한 바와 같은 오일과분리방지수단(60)은, 상기 오일분리/저장실(40)의 유입구(42)를 통하여 유입되는 냉매의 유동을 냉매유량에 따라, 즉, 저유량일 때와 고유량일 때에 따라 서로 다른 유동분포를 가지고 유입되도록 안내하기 위하여 상기 유입구(42)에 소정 높이로 돌설된 가이드 파이프(61)와, 이 가이드 파이프(61)의 하측에 오일분리/저장실(40)의 제 1 요입부(40a)를 상하로 구획하도록 설치된 대략 V자 형상의 가이드 리브(62)를 구비한다.

상기 가이드 파이프(61)는 이를 통하여 유입되는 냉매가 저유량일 때 대부분의 냉매가 가이드 파이프(61)의 내경부 아래부분을 따라 흐르도록 함으로써 냉매가 비산되지 않고 가이드 파이프(61)의 단부에서 중력에 의해 그대로 하부로, 즉 오일분리/저장실(40)의 제 1 요입부(40a) 위치에서 낙하되도록 안내하는 한편, 고유량 일 때는 환상유동 형태를 이루면서 그 유속에 의해 냉매가 비산되도록 하여 정상적인 오일 분리가 이루어지도록 안내한다.

그리고, 상기 가이드 리브(62)는 상기 가이드 파이프(61)의 단부, 즉 제 1 요입부(40a)의 위치에서 낙하하는 냉매가 오일분리/저장실(40)의 유출구(43)를 통하여 그대로 유출되도록 안내한다. 즉, 윤활오일이 분리되지 않은 상태로 냉매가 냉매배출구(13)를 통하여 배출되므로 오일순환율이 지나치게 낮아지지 않게 된다. 물론 이러한 과정에서 오일분리/저장실(40)에 집유되어 있던 윤활오일은 지속적으로 냉매흡입구(12) 측으로 복귀되므로 압축기의 윤활에는 아무런 문제가 없다.

여기서, 상기 가이드 파이프(61)는 상기 제 1 요입부(40a)의 깊이보다 작은 크기를 가지는 높이로 설치되며, 상기 가이드 리브(62)는 제 1 요입부(40a)의 깊이와 같은 크기를 가지는 높이로 설치된다. 이에 의해 상기 가이드 파이프(61)의 단부와 상기 가이드 리브(62)의 단부와의 사이에는 소정의 간격이 형성되며, 따라서, 가이드 파이프(61)의 단부에서 중력에 의해 흘러내리는 냉매가 그 하부의 가이드 리브(62)로 낙하할 수 있게 된다. 상기 간격은 1∼2mm 정도가 바람직하나, 이를 꼭 한정할 필요는 없으며, 상기 가이드 파이프(61)의 단부가 가이드 리브(62)의 단부보다 높지만 않으면 어떠하여도 무방하다.

한편, 본 발명에 의한 오일과분리방지수단(60)은 상기 가이드 리브(62)에 의해 구획된 제 1 요입부(40a)의 상부구간을 제 2 요입부(40b)의 상부구간과 차단하기 위하여 상기 캐스킷(30)에 일체로 형성되는 차단부(63)와, 이 차단부(63)를 상기 가이드 리브(62)에 밀착시키기 위하여 상기 차단부(63)의 하부를 가압하도록 상 기 커버(20)에 일정 간격을 두고 돌설되는 수개의 가압돌기(64)를 더 구비한다. 상기 차단부(63)가 가이드 리브(62)에 밀착되는 것에 의해 가이드 리브(62)로 낙하되는 냉매는 그 하부, 즉 제 1 및 제 2 요입부(40a)(40b)의 하부로 낙하되지 않고 전량 유출구(43)를 통하여 냉매배출구(13)로 유출될 수 있다. 여기서, 상기 차단부(63)에는 오일분리/저장실(40)의 유입구(42)와 유출구(43)와 대응되는 위치에 이들 유입구(42)와 유출구(43)를 커버(20)측의 제 2 요입부(40b)와 연통시키기 위한 연통홀(63a)(63b)가 각각 형성되어 있다. 이 때, 상기 가이드 파이프(61)가 연결되는 유입구(42)에 대응하는 연통홀(63a)은 가이드 파이프(61)의 직경보다 약간 크게 형성되어야 한다. 그리고, 상기 수개의 가압돌기(64)들은 상기 가이드 리브(62)의 형상과 같은 형상을 가지도록, 즉 V자 형태로 배치되도록 일정 간격을 두고 형성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 압축기 내장형 오일분리기의 작용을 설명한다.

공조시스템의 작동에 따른 냉매의 순환 중 증발기로부터 배출되는 냉매는 냉매흡입구(12)를 통하여 압축기의 흡입실로 유입되어 압축된 후 토출실(11)로 배출된다. 이와 같은 냉매의 압축 과정에서 오일분리/저장실(40)의 하부에 집유된 윤활오일은 냉매흡입구측과 오일분리/저장실(40)과의 압력차에 의하여 오일회수로(52) 및 오일공급로(51)를 거쳐 냉매흡입구(12)의 저부로 유동하여 증발기측으로부터 유입되는 냉매와 함께 다시 압축기 흡입실로 유입된다. 토출실(11)로 배출된 윤활오일을 함유하는 압축혼합냉매는 토출실(11)의 일측에 상기 오일분리/저장실(40)과 통해 있는 유입구(42)에 설치된 가이드 파이프(61)를 통하여 오일분리/저장실(40)로 유입된다.

이 때, 정상적인 유량의 냉매, 즉 고유량의 냉매가 유입되는 경우에는 그 유속에 의해 냉매가 가이드 파이프(61)의 내부에서 환상 유동을 하면서 비산되며, 이에 따라 냉매에 비하여 비중이 큰 윤활오일이 오일분리/저장실(40)의 내벽면, 보다 구체적으로는 제 2 요입부(40b)의 내벽면에 부착되면서 1차로 분리된다. 분리된 윤활오일은 자중에 의해 벽면을 타고 흘러내려 오일분리/저장실(40)의 하부에 저장되며, 윤활오일이 분리된 냉매는 오일분리/저장실(40)의 U자형 유로를 따라 유동하면서 유출구(43)로 유출된다. 이 과정에서 냉매의 유속에 의한 원심력에 의해 2차로 오일이 분리되어 오일분리/저장실(40)의 하부에 저장된다.

한편, 아이들 운전시나 저속 운전시에는 공조시스템을 순환하는 냉매의 유량이 적어지게 되며, 따라서, 오일분리/저장실(40)의 유입구(42)에 설치된 가이드 파이프(61)를 통하여 유입되는 냉매의 유속이 작아지게 된다. 이에 의해 냉매는 가이드 파이프(61)의 내경부 아래부분을 따라 흐르게 되고, 그 결과 대부분의 냉매는 비산하지 않고 가이드 파이프(61)의 단부에서 중력에 의해 하측으로 낙하하게 된다. 낙하하는 냉매는 가이드 리브(62)에 의해 더 이상 하측으로 낙하하지 않고, 가이드 리브(62)의 형상을 따라 유동하면서 유출구(43)로 그대로 유출된다. 즉, 윤활오일이 분리되지 않은 상태로 냉매가 유출구(43)을 통하여 냉매배출구(13)로 배출되므로, 이 경우에 있어 오일순환율이 지나치게 낮아지지 않게 되며, 따라서, 차량의 저속 운전시에 오일순환율이 지나치게 낮아짐으로써 냉방성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분리기의 구조를 보인 도 3에 해당하는 단면도 이고, 도 8은 도 7에 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분리기에 사용되는 필터의 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 내장형 오일분리기는, 오일분리/저장실(40)의 유입구(42)에 원통형 구조의 필터(161)가 상기 유입구(42)로부터 커버(20)의 내측면에 이르도록 설치되어 있다는 것을 제외하고는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예와 동일하게 이루어져 있다. 따라서, 도면에서 구체적인 도시를 생략하였으며, 이하의 설명에서도 중복되는 설명은 생략하고 본 실시예의 주요부인 필터(161)에 대하여 중점적으로 설명한다.

상기 필터(161)는 도 8에서 보는 바와 같이, 4개의 리브를 가지는 프레임(161a)의 외주에 미세한 격자구조의 홀을 가지는 거름망(161b)이 원통형으로 설치되어 구성된다. 이와 같이 구성된 필터(161)는 유입구(42)를 통하여 오일분리/저장실(40)로 유입되는 냉매 중에 포함된 각종 이물질 및 불순물을 제거하여 포집함과 아울러 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 오일분리기에서 가이드 파이프(61)가 하던 역할을 대신한다.

즉, 저유량의 냉매가 유입되는 경우 냉매는 필터(161)의 내부 아래부분을 따라 흐르는 유동 분포를 보이게 되고, 따라서, 대부분의 냉매는 중력에 의해 오일분리/저장실(40)의 제 1 요입부(40a)의 위치에서 하부로 낙하하게 되며, 이와 같이 낙하하는 냉매는 가이드 리브(62)에 의해 안내되어 그대로 유출구(43)(도 4 참조) 를 통하여 배출되게 된다.

그러나, 고유량의 냉매가 유입되는 경우에는 냉매가 환상유동 분포를 보이면서 필터(161)를 빠른 유속으로 통과하게 되므로, 그 유속에 의해 냉매가 비산되게 되고, 이 과정에서 1차로 오일이 분리되면서 오일분리/저장실(40)의 벽면에 부착되게 된다. 즉, 정상적인 오일 분리가 이루어지게 된다.

이러한 본 실시예는, 공조시스템을 순환하는 냉매의 유량에 따라 오일분리를 제한함으로써 저유량시에 오일순환율이 지나치게 낮아져 발생되는 냉방성능의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 냉매가 오일분리/저장실(40)로 유입되는 시점에서 유입구(42)에 설치된 필터(161)에 의해 필터링 되기 때문에, 냉매에 포함된 각종 이물질 및 불순물이 제거된 상태로 오일분리/저장실로 유입되므로, 종래와 같이, 토출되는 냉매에 이물질 및 불순물이 포함되어 유출됨으로써 응축기 등의 유로가 막히는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 차량의 고속 운전 조건에서는 다량의 냉매가 고속으로 오일분리/저장실로 유입되면서 정상적인 오일분리 작용이 이루어지기 때문에, 오일순환율을 낮게 가져갈 수 있어 냉방성능을 높일 수 있고, 또한, 아이들 운전시와 같은 차량의 저속 운전 조건에서는 소량의 냉매가 저속으로 오일분리/저장실로 유입되기 때문에, 오일이 분리되지 않고 냉매와 함께 그대로 유출되므로, 이 경우에 있어서 오일순환율이 지나치게 낮아지지 않게 되어 저속 운전시에 냉방성능이 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 차량의 어떠한 운전 조건에서도 공조시스템의 높은 냉방성능을 유지시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 압축기 내장형 오일분리기에 의하면, 냉매 중에 포함된 이물질 및 분순물들이 오일분리/저장실 유입시점에서 이에 설치된 필터에 포집되어 제거된 상태로 유입되기 때문에, 토출가스에 이물질 및 불순물이 포함된 채로 유출됨으로써 발생될 수 있는 응축기 유로의 막힘 현상을 근본적으로 방지할 수 있다. 따라서, 냉방성능의 향상은 물론 시스템의 내구성 및 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고, 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (9)

1. 냉매흡입구 및 냉매배출구를 갖춘 압축기 하우징의 일측에 결합되는 커버에 의해 소정의 밀폐된 공간으로 형성되고, 상기 압축기 하우징의 토출실과 연통하는 유입구 및 상기 압축기 하우징의 냉매배출구와 연통하는 유출구가 구비되어, 상기 유입구를 통하여 유입되는 압축냉매 중에 포함된 윤활오일을 분리하여 저장하는 오일분리/저장실; 및

   상기 오일분리/저장실에 저장된 윤활오일을 상기 압축기 하우징의 냉매흡입구측으로 복귀시키기 위한 오일유로;를 포함하는 압축기 내장형 오일분리기에 있어서,

   차량의 저속 운전 등으로 공조시스템을 순환하는 냉매유량이 적은 경우 냉매중에 포함되어 함께 순환하는 윤활오일의 순환율이 낮아지는 것을 방지하기 위하여 상기 오일분리/저장실에서의 오일분리를 제한함으로써 이 경우에 있어 오일이 과도하게 분리되지 않도록 하는 오일과분리방지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 압축기 내장형 오일분리기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 오일과분리방지수단이 아이들 운전시의 냉매유량을 기준으로 이때의 오일순환율이 3∼5wt% 정도를 유지하도록 오일분리/저장실에서의 오일분리를 제한하는 것을 특징으로 하는 압축기 내장형 오일분리기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 오일과분리방지수단은,

   상기 오일분리/저장실의 유입구를 통하여 유입되는 냉매의 유동을 냉매유량에 따라 안내하기 위하여 상기 유입구에 소정 높이로 돌설되는 것으로써, 저유량의 냉매 경우는 대부분의 냉매가 상기 오일분리/저장실을 구성하기 위하여 상기 압축기 하우징측에 요입형성된 제 1 요입부 위치에서 중력에 의해 낙하되도록 안내하며, 고유량의 냉매 경우는 그 유속에 의해 냉매가 비산되도록 하여 정상적인 오일분리가 이루어지도록 안내하는 가이드 파이프; 및

   저유량의 냉매 유입시 상기 가이드 파이프의 제 1 요입부 위치에서 중력에 의해 낙하하는 냉매가 오일분리/저장실의 유출구를 통하여 그대로 유출되도록 안내하기 위하여 상기 가이드 파이프의 하측에 상기 제 1 요입부를 상하로 구획하도록 설치된 대략 V자형의 가이드 리브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 내장형 오일분리기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 가이드 파이프는 상기 제 1 요입부의 깊이보다 작은 크기를 가지는 높이로 설치되며, 상기 가이드 리브는 상기 제 1 요입부의 깊이와 같은 크기를 가지는 높이로 설치되어, 상기 가이드 파이프의 단부와 상기 가이드 리브의 단부와의 사이에 소정의 간격이 형성됨을 특징으로 하는 압축기 내장형 오일분리기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 간격은 1∼2mm인 것을 특징으로 하는 압축기 내장형 오일분리기.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 압축기 하우징과 커버의 결합부에는 기밀 유지를 위한 개스킷이 개재되며, 이 캐스킷에는 상기 가이드 리브에 의해 구획된 제 1 요입부의 상부구간과 상기 커버에 형성된 오일분리/저장실을 구성하는 또 하나의 요입부인 제 2 요입부의 상부구간을 차단하는 차단부가 구비되고, 이 차단부에는 상기 유입구 및 유출구와 대응되는 위치에 연통홀이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기 내장형 오일분리기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 커버에는 상기 개스킷의 차단부를 상기 가이드 리브에 밀착시키기 위하여 상기 개스킷의 차단부 하부를 가압하는 수개의 가압돌기가 일정간격을 두고 형성된 것을 특징으로 하는 압축기 내장형 오일분리기.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 오일과분리방지수단은,

   상기 오일분리/저장실의 유입구를 통하여 유입되는 냉매에 포함된 이물질 및 각종 불순물을 포집 제거함과 아울러 상기 냉매의 유동을 냉매유량에 따라 안내하 기 위하여 상기 유입구로부터 상기 커버의 내측면에 이르도록 설치되는 것으로써, 저유량의 냉매 경우는 대부분의 냉매가 상기 오일분리/저장실을 구성하기 위하여 압축기 하우징측에 요입형성된 제 1 요입부 위치에서 중력에 의해 낙하되도록 안내하며, 고유량의 냉매 경우는 그 유속에 의해 냉매가 비산되도록 하여 정상적인 오일 분리가 이루어지도록 안내하는 필터; 및

   저유량의 냉매 유입시 상기 필터의 제 1 요입부 위치에서 중력에 의해 낙하하는 냉매가 오일분리/저장실의 유출구를 통하여 그대로 유출되도록 안내하기 위하여 상기 필터의 하측에 상기 제 1 요입부를 상하로 구획하도록 설치된 대략 V자형의 가이드 리브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 내장형 오일분리기.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 필터는 적어도 4개의 리브를 가지는 프레임의 외주에 거름망이 원통형으로 설치되어 구성됨을 특징으로 하는 압축기 내장형 오일분리기.

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