KR100704640B1 - 냉동사이클의 오일분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 본체(32)의 중간에는 냉매가 유입하는 냉매유입관(34)이 결합되고, 본체의 상부에는 상기 냉매에 포함된 오일을 분리하는 오일분리부재(38)가 결합되는 한편 냉매가 배출되는 냉매배출관(42)이 결합되고, 상기 본체의 하부에는 포집된 오일을 압축기측으로 되돌리도록 오일복귀관(44)이 설치된 공기조화기의 오일분리기에 있어서, 상기 냉매유입관(34)은 본체의 중심을 향하도록 설치되되, 상기 본체내로 유입되는 냉매가 선회류를 형성하도록 냉매유입관의 출구 단부는 본체의 접선방향으로 향하여 구부려져 있으므로, 냉매로부터 오일을 원활하게 원심분리할 수 있으며 오일분리기의 설치시 받게 되는 응력에 대해 충분한 내압성을 갖게 하는 효과가 있다.

Description

냉동사이클의 오일분리기{oil separator of refrigeration cycle}

도1은 일반적인 공기조화기의 냉동사이클을 나타내는 구성도,

도2는 도1에 결합된 오일분리기의 종단면도,

도3은 종래 오일분리기가 결합되는 압축기를 나타내는 단면도,

도4는 도3에서 화살표 A-A선에 따른 단면도,

도5는 본 발명의 일실시예에 의한 오일분리기의 단면도,

도6은 본 발명의 일실시예에 의한 오일분리기의 횡단면도(냉매유입관 부분)이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

32 : 본체 34 : 냉매 유입관

38 : 오일분리부재 42 : 냉매 배출관

44 : 오일 복귀관 56 : 상부 칸막이부재

58 : 하부 칸막이부재

본 발명은 냉동사이클의 오일분리기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기 등에 적용되는 냉동사이클은 도1에 도시한 바와 같이, 저온저압의 냉매가스를 단열압축하여 고온고압의 가스냉매로 만들어 토출하는 압축기(1)와, 상기 압축기(1)로부터 토출되는 고온고압의 가스냉매를 열교환에 의해 포화액 상태로 만드는 방열기(또는 가스 냉각기)(2)와, 상기 방열기(2)로부터 액화되어 이송되는 냉매를 저압의 포화습증기 상태로 만드는 팽창밸브(3)와, 상기 팽창밸브(3)로부터 이송되는 냉매를 열교환에 의해 증발시켜 포화증기 상태로 만들어 압축기로 보내는 증발기(4)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 증발기(4)와 압축기(1) 사이에는 액상냉매와 기상냉매를 분리하여 기상냉매를 상기 압축기(1)에 유입시키도록 기액분리기(5 : accumulator)가 설치된다.

프레온 냉매보다도 비체적이 작은 이산화탄소를 냉매로 사용하는 경우에는, 피스톤이 밀어내는 량(토출량), 구체적으로는 실린더경과 피스톤 스트로크 등이 작은 압축기를 사용하여도 프레온 냉매와 동등의 냉동능력을 얻는 것이 가능하고, 프레온 냉매를 사용하는 경우에 비해 냉매 순환량을 줄이는 것이 가능하다. 냉매 순환량이 줄면 배관, 방열기, 팽창밸브 등의 기기에 있어서 압력손실이 작아지므로 프레온 냉매를 사용하는 경우에 비해 내경이 작은 배관 및 기기를 사용하는 것이 가능하게 된다.

한편, 상기 압축기(1)의 구동을 원활하게 하기 위해 냉매에는 오일이 함유됨으로써 시스템 작동시에 오일은 냉매와 함께 시스템의 각 부분으로 순환하며, 이와 같이 시스템 내를 순환하는 오일은 압축기에서 윤활작용을 하게 된다.

이러한 오일의 일부는 압축되어서 고온으로 된 냉매와 함께 고온의 미스트 (mist)상으로 되어서 압축기에서 송출되기 때문에 장기간의 운전을 계속하게 되면압축기에 윤활유 부족이 생길 염려가 있게 된다. 따라서, 냉동사이클 중에는 냉매중에 포함되는 오일을 포집하는 오일분리기(6)(7)가 압축기의 하류측(도1 참조) 또는 압축기 내(도3 참조)에 설치되고, 이 오일분리기(6)(7)에서 포집한 오일을 압축기 또는 압축기의 흡입관측으로 되돌리고 있다.

도2는 도1의 압축기(1)의 하류측에 설치된 종래 오일분리기(6)를 나타내는 종단면도이다. 도시한 바와 같이 탱크(12)의 내부에는 통사의 망재료와 미세공을 다수 갖는 통재료로 된 오일분리부재(13)가 설치되고, 탱크(12)의 일측에는 상기 탱크(12)의 내부로 냉매가 유입하여 상기 오일분리부재(13)에 부딪쳐 오일이 쉽게 분리되도록 감압작용을 하는 교축부(11a)를 가진 분리기 입구관(11)이 설치되며, 상기 탱크(12)의 상류측에는 상기 오일분리부재(13)에 연통하여 냉매가 배출되는 냉매 출구관(14)이 설치되고, 상기 탱크(12)의 하류측에는 포집된 오일이 압축기(1)로 되돌려지도록 오일 복귀관(15)이 설치되어 있다.

이산화탄소를 냉매로 사용하는 시스템을 예로 들어 오일의 분리 및 포집 작용을 설명하면, 압축기(1)에서 토출된 임계압력 이상의 이산화탄소는 입구관(11)의 교축부(11a)를 통해 오일분리기의 탱크(12)내에 유입된다. 이때 상기 교축부(11a)에 의해 초임계 상태의 이산화탄소는 탱크(12)내로 유입될 시에 감압작용을 받게 된다. 여기에서의 감압은 이산화탄소의 임계압력보다 높은 곳에서의 감압인데, 이러한 감압은 오일에 대한 이산화탄소의 용해도(중량분율)가 저하하고 오일에 용해되어 있는 이산화탄소가 분리하기 쉽게 한다. 감압작용을 받은 후의 초임계상태의 이산화탄소는 오일분리부재(13)를 통과할 때에 오일이 분리되고, 분리된 오일(oil)은 탱크(12)의 저부에 쌓여 일정량 이상으로 되면 도시하지 않은 플로우트 밸브가 개방되어 오일 복귀관(15)을 통해 압축기로 되돌려진다.

도3은 종래 스크롤 압축기 내에 오일 분리기(7)가 설치된 구조를 나타낸다. 도4는 도3의 오일분리기의 횡단면도(도3에서 단면 A-A)이다. 도시한 바와 같이 전방 하우징(21)와 후방 하우징(22)의 사이에 고정 스크롤(23)과 선회 스크롤(24)이 설치된다. 상기 고정 스크롤(23)과 선회 스크롤(24)은 단부 플레이트(23a)(24a)의 일측면에 소용돌이 형상의 벽체(23b)(24b)가 각각 형성된 구성으로 되어 있으며, 상기 고정 스크롤(23)은 상기 후방 하우징(22)에 고정되어 있고, 상기 선회 스크롤(24)은 상기 고정 스크롤(23)에 대해 서로 공전 선회반경만 편심되고 또한 180°만 위상을 틀어 놓은 상태로 되어 있다. 상기 전방 하우징(21)의 내부에는 크랭크(25a)를 구비한 회전축(25)이 베어링(26)에 의해 회전가능케 지지되어 있다. 상기 선회 스크롤(24)은 회전축을 회전시킴으로써 공전 선회 운동을 하도록 되어 있으며, 고정 스크롤(23)의 주위에는 흡입실(VC)이 설치되어 있다.

상기 후방 하우징(22)의 내부에는 오일분리챔버(C1)가 형성되는 한편 분리된 오일이 모이는 오일저장챔버(C2)가 형성되어 있다. 상기 오일분리챔버(C1)의 내측 상부에는 분리관부재(27)가 설치되고, 상기 분리관부재(27)에는 냉매가 배출되는 냉매 출구관(28)이 연통하여 설치되어 있다. 상기 오일분리챔버(C1)의 상측에는 상기 내부원주벽의 접선방향으로 냉매가 유입되는 냉매유입구멍(H1)이 형성되고, 상기 오일분리챔버(C1)의 하측에는 상기 오일저장챔버(C2)에 연통하는 오일유출구멍 (H2)이 오일분리챔버(C1)의 접선방향으로 형성되어, 오일분리챔버(C1)내의 냉매흐름에 선회류를 주어서 토출냉매가스로부터 오일을 원심분리하게 된다.

그런데, 도2에 도시한 바와 같은 종래 오일분리기에서는 입구관(11)의 교축부(11a)에 의한 냉매의 감압작용으로 인하여 냉매 고압측의 제어되는 압력에 영향을 미치므로, 냉동 사이클의 성적계수와 냉방 성능을 떨어 뜨리는 문제점이 있었다. 그리고, 도3 및 도4에 도시한 바와 같은 종래 오일분리기에서는 냉매 선회류로 인하여 분리되는 오일이 밑바닥으로 흘러 내리도록 하지만, 냉매 선회류로 인해 일부의 오일이 상부쪽으로 이동하여, 분리된 가스냉매의 흐름에 말려 들게 된다는 문제점이 있었다.

그리고, 내경이 작은 배관 및 기기를 사용하는 시스템의 경우, 하류측의 배관, 방열기, 팽창밸브 및 증발기 등의 기기의 내면에 윤활유가 부착하여 압력손실이 크게 된다는 문제점이 있었다.

또한, 오일분리기 내로 유입하는 냉매의 유입방향이 탱크 또는 챔버 내면의 접선방향과 일치되는 구조에서, 냉매 유입파이프와 탱크(또는 챔버)의 접속부분에 접선방향의 바깥쪽으로 응력이 집중하여 고온 고압에 따른 파열의 위험이 있다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 냉매로부터 오일을 원활하게 원심분리할 수 있으며 오일분리기의 설치시 받게 되는 응력에 대해 충분한 내압성을 갖게 하는 냉동사이클의 오일분리기를 제공하는데 있다.

본 발명의 오일분리기는, 냉동사이클의 압축기의 내부 또는 외부에 설치되는 것으로서, 본체의 중간에는 냉매가 유입하는 냉매유입관이 결합되고, 본체의 상부에는 상기 냉매에 포함된 오일을 분리하는 오일분리부재가 결합되는 한편 냉매가 배출되는 냉매배출관이 결합되고, 상기 본체의 하부에는 포집된 오일을 압축기측으로 되돌리도록 오일복귀관이 설치된 냉동사이클의 오일분리기에 있어서, 상기 냉매유입관은 본체의 중심을 향하도록 설치되되, 상기 본체 내로 유입되는 냉매가 선회류를 형성하도록 냉매유입관의 출구 단부는 본체의 접선방향으로 향하여 구부려져 있는 것을 특징으로 한다.

상기 본체의 내부 상측에는 냉매 선회류에 의해 분리되는 오일이 상부쪽으로의 냉매흐름에 말려들지 않도록 저지하는 상부 칸막이부재가 설치되어 있다.

상기 본체의 내부 하측에는 냉매 선회류에 의해 분리되는 오일이 밑바닥으로 흘러 내리도록 함과 동시에 밑바닥부의 오일이 냉매 선회류로 인해 다시 상승하지 않도록 저지하는 하부 칸막이부재가 설치되어 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 실시예에서는 압축기의 하류측에 설치된 오일분리기에 대해 예를 들어 설명한다. 본 발명의 오일분리기는 압축기의 내부에 설치될 수도 있다.

본 발명의 오일분리기(30)는 도1의 오일분리기(6)와 마찬가지로 압축기(1)의 하류측에 설치된다. 도5 및 도6에 도시한 바와 같이, 탱크 형태로 된 본체(32)의 중간에는 압축기로부터 냉매가 유입하는 냉매유입관(34)이 체결구(36 : 유니온)에 의해 체결되고, 본체(32)의 상부에는 상기 냉매에 포함된 오일을 분리하는 오일분리부재(38)가 결합되는 한편 냉매가 배출되는 냉매배출관(42)이 결합되고, 상기 본체(32)의 하부에는 포집된 오일을 압축기 측으로 되돌리도록 오일복귀관(44)이 설치된다.

상기 본체(32)의 상, 하부에는 상부 캡(46) 및 하부 캡(48)이 각각 용착되어 탱크를 이루게 된다. 그리고, 상기 냉매 배출관(42)은 상기 상부 캡(46)에 체결구(52)를 매개로 상기 오일분리부재(38)에 연통하여 고정되며, 싱기 오일 복귀관(44)은 상기 하부 캡(48)에 체결구(54)를 매매로 고정된다.

상기 냉매유입관(34)은, 도6에 도시한 바와 같이 본체(32)의 중심을 향하도록 설치되는데, 상기 본체(32)내로 유입되는 냉매가 선회류를 형성하도록 냉매유입관의 출구 단부는 본체의 접선방향으로 향하여 구부려져 있다.

상기 오일분리부재(38)는 공지의 오일분리부재로서, 상기 상부 캡(46)에 수용되어 있다. 상기 본체(32)와 상기 상부 캡(46)의 경계부에는 냉매 선회류에 의해 분리되는 오일이 상부쪽으로의 냉매흐름에 말려들지 않도록 저지하는 상부 칸막이부재(56)가 설치되어 있다. 상기 상부 칸막이부재(56)는 그 중앙부가 하측으로 돌출된 배플 형태로서, 그 중앙에는 냉매가 유출하는 구멍이 형성되어 있다.

상기 본체(32)와 상기 하부 캡(48)의 경계부에는 냉매 선회류에 의해 분리되는 오일이 밑바닥으로 흘러 내리도록 함과 동시에 밑바닥부의 오일이 냉매 선회류로 인해 다시 상승하지 않도록 저지하는 하부 칸막이부재(58)가 설치되어 있다. 상 기 하부 칸막이부재(58)는 판형태로서 중간에 오일이 흘러내리는 구멍(58)이 형성되어 있는데, 상기 구멍(58) 외에 다양한 위치 및 크기로 최적의 구멍이 실험적 설계에 의해 형성될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 공기조화기의 오일분리기에 의하면, 본체(32)의 내부공간으로 냉매가 유입하는 냉매 입구부가 본체(32)의 중심에 형성되어 있으므로, 냉매의 입구부와 본체의 연결부위가 고온 고압의 냉매와 오일 분리기의 설치시 받게 되는 응력에 대해 충분한 내압성을 가지게 되며, 냉매유입관(34)의 단부가 본체(32)의 접선방향으로 구부려져 유입하는 냉매가 선회류를 형성하게 되므로 오일은 원활하게 원심분리할 수 있다.

그리고, 상부 칸막이부재(56)는 분리된 오일이 상부쪽으로 가스 냉매의 흐름에 말려드는 것을 방지하며, 하부 칸막이부재(58)는 분리된 오일을 하부측으로 원활하게 흘러 내리게 하는 동시에 일단 흘러내린 오일은 냉매 선회류에 말려들지 않게 되므로 오일분리효율이 향상된다.

한편 본 실시예의 오일분리기가 압축기의 내부에 설치되는 구조에서는 상기 오일복귀관(44)은 구멍으로 형성되고, 냉매유입관(34)은 냉매유입구멍에 이어지는 관부로 구성되는 등, 압축기의 형태에 따라 적절할 형태로 변형될 수 있다.

본 발명에 의한 냉동사이클의 오일분리기에 의하면, 냉매로부터 오일을 원활하게 원심분리할 수 있으며 오일분리기의 설치시 받게 되는 응력에 대해 충분한 내압성을 갖게 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 본체의 중간에는 냉매가 유입하는 냉매유입관이 결합되고, 본체의 상부에는 상기 냉매에 포함된 오일을 분리하는 오일분리부재가 결합되는 한편 냉매가 배출되는 냉매배출관이 결합되고, 상기 본체의 하부에는 포집된 오일을 압축기측으로 되돌리도록 오일복귀관이 설치된 냉동사이클의 오일분리기에 있어서,

   상기 냉매유입관은 본체의 중심을 향하도록 설치되고, 상기 본체내로 유입되는 냉매가 선회류를 형성하도록 냉매유입관의 출구 단부는 본체의 접선방향으로 향하여 구부려져 있되,

   상기 본체의 내부 상측에는 냉매 선회류에 의해 분리되는 오일이 상부쪽으로의 냉매흐름에 말려들지 않도록 저지하는 상부 칸막이부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동사이클의 오일분리기.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 본체의 내부 하측에는 냉매 선회류에 의해 분리되는 오일이 밑바닥으로 흘러 내리도록 함과 동시에 밑바닥부의 오일이 냉매 선회류로 인해 다시 상승하지 않도록 저지하는 하부 칸막이부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동사이클의 오일분리기.

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