KR100706880B1 - 공기조화기의 오일분리기 - Google Patents

Abstract

원추부에서의 오일의 분리효율을 향상시킴과 동시에 기체 출구관을 통해 오일이 빠져 나가는 현상을 억제할 수 있는 공기조화기의 오일분리기를 제공한다. 오일분리기는 상부가 원통부로 형성되고 하부가 원추부로 형성된 본체, 원통부의 상부를 관통하는 입구관, 원통부의 상단을 관통하는 기체 출구관, 원통부의 하단을 관통하는 오일 출구관을 구비한다. 원통부에는 입구관과 함께 원통부의 내벽을 따라 하향으로 경사진 안내판이 설치되어 입구관을 통해 본체로 유입되는 기체와 오일이 원추부를 향해 회전하도록 안내한다. 원추부의 하단에는 배플판이 설치되어서 원추부의 하단까지 회전하는 기체의 흐름을 차단한다. 기체 출구관의 하단에는 오일 분리링이 끼워져서 기체 출구관의 외주면을 따라 흘러내리는 오일이 오일 출구관을 향해 낙하하게 한다.

Description

공기조화기의 오일분리기{Oil Separator of Air Conditioner}

도 1은 본 발명에 따른 오일분리기가 설치된 공기조화기의 냉매 흐름도를 대략적으로 보인 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 오일분리기의 구조를 보인 사시도이다.

도 3은 도2의 선 III-III를 따라 취해진 단면도이다.

도 4는 도 2의 선 IV-IV를 따라 취해진 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10: 오일분리기 11: 본체

12: 원통부 13: 원추부

14: 입구관 15: 기체 출구관

16: 오일 출구관 17: 안내판

18: 배플판 20: 오일 분리링

본 발명은 공기조화기의 오일분리기에 관한 것으로, 더 상세하게는 원추부에서의 내부직경의 감소에 의해 발생하는 원심력 증가를 이용하여 오일의 분리효율을 향상시킴과 동시에 기체 출구관을 통해 오일이 빠져 나가는 현상을 억제할 수 있는 공기조화기의 오일분리기에 관한 것이다.

공기조화기는 압축기와 응축기, 그리고 냉매 팽창밸브와 증발기 등이 냉매관에 의해 서로 연결되어 폐회로를 형성하는 구조를 가져서 냉매관을 따라 순환하는 냉매가 증발기와 응축기에서 기화 또는 액화되는 과정에서 주위의 공기와 열교환하여 주위공간을 냉방 또는 난방시키게 된다.

증발기에서 주위의 공기와 열교환하여 저압의 기체로 상변화한 냉매는 압축기를 통해 고온 고압의 기체로 압축되어 응축기로 보내지게 되는데, 이 때 압축기에서 냉매를 압축할 때 회전운동 또는 직선운동 하게 되는 압축기의 부품들을 윤활 및 냉각시키기 위해 압축기에 저장된 오일의 일부가 기체냉매와 함께 압축기를 빠져 나가게 된다.

이렇게 기체냉매와 함께 압축기를 빠져 나간 오일을 다시 압축기로 회수하기 위해 압축기의 출구에는 오일분리기가 설치되는데, 미국특허 6,481,240호에는 원심력을 이용하여 기체냉매와 함께 압축기를 빠져나간 오일을 분리하여 압축기로 보내는 오일분리기가 공지되어 있다.

이 오일분리기는 본체의 상부가 원통부로 형성되고 본체의 하부가 하향으로 직경이 감소하는 원추부로 형성되며, 원통부의 측면과 상면에는 각각 입구부와 기체 출구부가 마련되고, 원추부의 하단에는 오일 출구부가 마련된 구조를 가진다.

따라서 압축기에서 배출된 기체냉매와 이에 포함된 오일은 원통부의 측면에 마련된 입구부를 통해 오일분리기의 내부로 유입되어 원통부에서 하향으로 회전하 게 되면서 원심력이 발생하게 되며, 이러한 원심력에 의해 상대적으로 무거운 오일방울이 원통부의 내벽에 집적되어 오일 출구부로 흘러 내리게 되고, 오일이 분리되어 가벼워진 일부의 기체냉매는 기체 출구부를 통해 빠져 나가게 된다.

또한, 직경이 감소하는 원추부까지 내려온 기체냉매는 회전속도가 빨라지면서 원심력이 더욱 커져서 기체냉매에 포함된 미세한 오일방울이 원추부의 내벽에 집적되면서 오일 출구부로 흘러내리게 되고, 기체냉매는 상향으로 이동하여 기체 출구부로 향하게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 오일분리기는 오일이 포함된 기체냉매를 오일분리기의 내부로 유입시키는 입구부가 원통부에서 수평으로 배치되어서 오일이 포함된 기체냉매를 원추부를 향해 효과적으로 안내하지 못하고 일부의 기체냉매와 오일이 원통부의 상부로 넓게 퍼져서 머물게 된다.

따라서 종래의 오일분리기는 원통부의 상부에 퍼져 있는 기체냉매에 포함된 오일이 원추부에서 상향으로 유동하는 기체냉매와 함께 기체 출구부를 빠져 나가서 기체 냉매와 함께 냉동사이클을 순환하게 되기 때문에 냉매의 열교환 효율을 떨어뜨리게 됨은 물론, 이렇게 냉동사이클을 순환하는 일부의 오일을 감안하여 압축기에 충분한 양의 오일을 저장해야 하는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 원추부에서의 내부직경의 감소에 의해 발생하는 원심력 증가를 이용하여 오일의 분리효율을 향상시킴과 동시에 기체 출구관을 통해 오일이 빠져 나가는 현상 을 억제할 수 있는 공기조화기의 오일분리기를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상부가 원통부로 형성되고 하부가 원추부로 형성된 본체, 상기 원통부의 상부를 관통하는 입구관, 상기 원통부의 상단을 관통하는 기체 출구관, 상기 원통부의 하단을 관통하는 오일 출구관을 구비한 공기조화기의 오일분리기에 있어서,

상기 원통부에는 상기 입구관으로부터 상기 원통부의 내벽을 따라 연장하여 형성된 안내판이 설치되어 상기 입구관을 통해 상기 본체로 유입되는 기체와 오일이 상기 원추부를 향해 회전하도록 안내하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 입구관과 안내판은 상기 원추부를 향해 하향으로 경사지도록 배치된다.

상기 원추부의 하단에는 배플판이 설치되어서 상기 원추부의 하단까지 회전하는 기체의 흐름을 차단한다.

바람직하게, 상기 배플판은 상기 오일 출구관의 주위에서 수직하게 배치된다.

상기 기체 출구관의 하단은 상기 입구관과 안내판의 아래로 연장하여 배치되고, 상기 기체 출구관의 하단에는 오일 분리링이 끼워진다.

상기 오일 분리링은 하부를 향해 직경이 커지는 원추형상으로 형성되어 상기 기체 출구관의 외주면을 따라 흐르는 오일을 상기 오일 출구관을 향해 낙하하게 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 오일분리기가 설치된 공기조화기의 냉매 흐름도를 대략적으로 보인 것이다. 여기서, 도 1의 냉매 흐름도는 냉매의 흐름을 단순하게 보여 주기 위해 개폐밸브와 방향전환 밸브 등을 생략하여 도시한 것으로서, 예컨대 도 1의 냉매 흐름도에 사방밸브를 추가하여 도시하게 되면 공기조화기가 히트펌프의 기능을 갖게 되어 실내를 냉방과 함께 난방을 수행할 수 있게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 공기조화기는 압축기(1)와 응축기(2), 그리고 냉매 팽창장치(3)와 증발기(4)가 냉매관(5)을 통해서 서로 연결되어 폐회로를 형성하게 되고, 이 폐회로를 냉매가 순환하면서 실내를 냉방 또는 난방시키게 된다.

즉, 증발기(4)에서 주위공기와 열교환하여 기화된 저압의 냉매는 압축기(1)에서 고온 고압의 기체냉매로 압축되어 응축기(2)로 보내진다. 기체냉매는 응축기(2)를 통과하면서 주위의 공기와 열교환하여 고온 고압의 액체냉매로 응축된 후 냉매 팽창장치(3)에서 상온에서 기화할 수 있도록 저온 저압의 액체냉매로 된다. 이 저온 저압의 액체냉매는 다시 증발기(4)를 통과하면서 주위의 공기와 열교환하여 주위의 공기를 저온으로 냉각시키고 자신은 주위의 공기로부터 열을 흡수하여 기체로 상변화하게 된다.

한편, 압축기(1)는 기체냉매를 압축하기 위해 직전운동이나 회전운동을 하는 구성요소를 갖게 되는데, 압축기(1)의 내부에는 이렇게 움직이는 구성요소들을 윤활시키고 냉각시키기 위한 오일이 저장되어 있다.

이 오일의 일부는 구조적으로 압축기(1)에서 압축되어 배출되는 기체냉매와 함께 압축기(1)를 빠져나가게 되는데, 이러한 오일이 냉매관(5)을 따라 순환하지 않고 곧바로 압축기(1)로 회수될 수 있도록 하기 위해 압축기(1)의 출구에는 오일분리기(10)가 설치된다.

또한, 오일분리기(10)에서 회수되는 오일을 압축기(1)로 보내기 위해 일단은 오일분리기(10)에 연결되고 타단은 압축기(1)의 입구에서 냉매관(5)과 연결되는 오일 회수관(6)이 설치되며, 오일 회수관(6)에는 회수되는 오일의 압력을 압축기(1)의 입구로 유입되는 기체냉매의 압력과 맞추기 위한 감압장치(7)가 설치된다.

따라서 기체냉매와 함께 압축기(1)를 빠져나간 오일은 오일분리기(10)에서 분리되어 오일 회수관(6)과 감압장치(7)를 통해 다시 압축기(1)로 회수되게 되는데, 다음에는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 오일분리기(10)의 구조에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 오일분리기의 구조를 보인 사시도이고, 도 3과 도 4는 각각 도 2의 선 III-III와 선 IV-IV를 따라 취해진 단면도이다.

본 발명에 따른 오일분리기(10)는 원통형상으로 형성되는 원통부(12)와 원추형상으로 형성되는 원추부(13)로 이루어진 본체(11)에 의해 외관을 형성하게 되며, 본체(11)의 내부는 기체냉매(이하에서는 '기체'라 칭함)에 포함된 오일이 분리되게 하는 공간을 형성한다.

원통부(12)는 본체(11)의 상부를 형성하게 되고 원추부(13)는 원통부(12)의 하단에서 직경이 감소하도록 하향으로 연장하여 본체(11)의 하부를 형성하게 된다.

원통부(12)의 측면의 상부에는 압축기(1)에서 배출된 기체와 오일을 본체(11)의 내부로 유입시키기 위한 입구관(14)이 설치되고, 원통부(12)의 상면의 중심에는 본체(11)의 내부에서 오일이 분리된 기체를 응축기(2)로 배출시키기 위한 기체 출구관(15)이 설치되며, 원추부(13)의 하단의 중심에는 본체(11)의 내부에서 기체로부터 분리된 오일을 압축기(1)로 회수시키기 위한 오일 출구관(16)이 설치된다.

원통부(12)의 내측 상부에는 입구관(14)의 단부로부터 일정 폭과 길이로 연장하여 형성된 안내판(17)이 설치되고, 원추부(13)의 하단에는 수직으로 세워져서 배치된 복수의 배플판(18)이 설치된다.

원통부(12)의 측면을 관통하여 설치되는 입구관(14)은 원통부(12)의 내부에서 원통부(12)의 내벽을 따라 일정길이로 배치되고, 안내판(17)은 일단이 입구관(14)의 단부의 상부에 위치한 상태에서 원통부(12)의 내벽을 따라 연장하도록 배치된다.

입구관(14)과 안내판(17)은 하부를 향해 일정각도(θ)로 경사지게 배치되는데, 바람직하게는 대략 10도가 되도록 하여 입구관(14)을 통해 본체(11)의 내부로 유입된 기체와 오일이 유동방향과 동일하게 하향으로 회전하게 하여 기체와 오일에 회전유동에 의한 원심력이 크게 작용할 수 있게 한다.

원통부(12)의 상면 중심을 관통하는 기체 출구관(15)은 그 하단이 입구관(14)과 안내판(17)보다 더 아래에 배치되게 설치되며, 기체 출구관(15)의 하단의 외주면에는 기체 출구관(15)의 외주면을 따라 흘러내리는 오일이 기체 출구관(15) 을 통해 고속으로 유동하는 기체에 의해 기체 출구관(15)의 내부로 빨려 들어가지 않고 오일 출구관(16)을 향해 낙하하도록 하는 오일 분리링(19)이 끼워진다.

오일 분리링(19)은 원추형상으로 형성되어 하부를 향해 직경이 커지도록 배치되어 그 하단이 기체 출구관(15)의 입구에서 떨어져서 위치하게 한다.

오일 출구관(16)은 원추부(13)의 하단을 수직으로 관통하도록 배치되며, 배플판(18)은 일단이 오일 출구관(16)의 주위에 위치하고 타단이 원추부(13)의 내벽에 위치한 상태로 원추부(13)의 하단에서 상향으로 수직하게 연장한다.

이러한 배플판(18)은 4개의 조각으로 이루어져서 십자형상을 형성하게 된다.

물론, 배플판(18)의 개수는 4개 이상이 되거나 그 이하로 되어 오일 출구관(16)의 주위에 배치되게 할 수도 있다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 오일분리기(10)에서 오일이 분리되는 과정을 상세하게 설명한다.

오일 입자들이 함유된 기체가 입구관(14)을 통해 본체(11)의 원통부(12) 안으로 유입되면 안내판(17)의 안내를 받아서 원통부(12)의 상부로의 유동은 억제되고 원통부(12)의 내벽을 따라 회전하면서 하부로 유동하게 된다.

이러한 하향으로의 회전유동에 의해 오일 입자들이 함유된 기체에 원심력이 작용하게 되어서 상대적으로 무거운 큰 입자의 오일이 안내판(17)의 하면과 원통부(12)의 내벽에 부딪쳐서 하향으로 떨어지게 되는 반면에, 상대적으로 가벼운 작은 입자의 오일은 기체와 함께 하부로 회전 유동하게 된다.

원추부(13)까지 유동한, 작은 입자의 오일이 포함된 기체는 하향으로 직경이 감소하는 원추부(13)를 따라 유동함에 따라 회전속도가 더 빨라지면서 원심력도 더 크게 작용하게 된다.

따라서 기체에 포함된 미세한 입자의 오일은 증가된 원심력에 의해 이 원추부(13)의 내벽에 부딪치면서 쌓이게 되고, 오일이 분리된 기체는 원추부(13)의 하단부에서 배플판(18)들에 부딪치면서 회전력이 소멸되면서 상향으로 방향 전환하여 기체 출구관(15)으로 유동하게 된다.

안내판(17)의 하면과 원통부(12)의 내벽, 그리고 원추부(13)의 내벽에 부착된 오일 입자들은 서로 뭉쳐서 오일 방울을 형성하면서 흘러내려서 원추부(13)의 하단부에서 오일층을 이루게 되고, 이렇게 원추부(13)의 하단부에 모인 오일은 계속해서 오일 출구관(16)을 통해 오일분리기(10)를 빠져나가게 된다.

한편, 일부의 오일은 기체 출구관(15)의 외주면에 부착되어 오일 방울을 형성하게 되면서 하향으로 흐를 수도 있게 되는데, 이렇게 기체 출구관(15)을 따라 흐르는 오일은 기체 출구관(15)의 하단에 끼워진 오일 분리링(19)에 의해 기체 출구관(15)의 외측으로 유도되어서 오일 출구관(16)을 향해 떨어지게 된다.

즉, 본 발명에 따른 공기조화기의 오일분리기(10)는 입구관(14)과 안내판(17)이 원통부(12)에서 하향으로 경사지게 배치되어서 오일이 포함된 기체가 빠른 속도로 하향으로 회전 유동하게 되어 오일에 원심력이 크게 작용하게 됨으로써 일차로 기체에서 오일이 분리되며, 원추부(13)에서 더욱 빠른 속도의 회전유동에 의해 기체에서 분리되지 않은 오일에 더욱 큰 원심력이 작용하게 됨으로써 재차로 기체에서 오일이 분리되게 되며, 이에 따라 기체로부터 오일의 회수가 매우 효율적으 로 이루어지게 된다.

또한, 원추부(13)의 하단부로 회전 유동한 기체는 배플판(18)에 의해 부딪쳐서 회전력이 소멸됨으로써 원추부(13)의 하단부에 형성된 오일층에서 미세한 오일 입자가 기체와 함께 상향으로 이동하는 것을 방지할 수 있게 되며, 기체 출구관(15)의 외주면을 따라 흐르는 오일 방울은 오일 분리링(19)에 의해 빠른 속도로 기체 출구관(15)의 내부로 유동하는 기체와 함께 기체 출구관(15)을 통해 빠져나가는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 오일분리기는 압축기에서 기체와 함께 토출되는 오일을 안내판과 배플판, 그리고 오일 분리링에 의해 효과적으로 분리시켜서 기체가 오일을 거의 포함하지 않은 상태로 오일분리기를 빠져나가게 할 수 있기 때문에 증발기에서 열교환 효율을 향상시킬 수 있게 되며, 이에 따라 공기조화기의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 공기조화기의 오일분리기는 오일을 더욱 효과적으로 분리하게 됨에 따라 압축기에 저장되는 오일의 양을 줄일 수 있게 되며, 이에 따라 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 상부가 원통부로 형성되고 하부가 원추부로 형성된 본체, 상기 원통부의 상부를 관통하는 입구관, 상기 원통부의 상단을 관통하는 기체 출구관, 상기 원통부의 하단을 관통하는 오일 출구관을 구비한 공기조화기의 오일분리기에 있어서,

   상기 원통부에는 상기 입구관으로부터 상기 원통부의 내벽을 따라 연장하여 형성된 안내판이 설치되어 상기 입구관을 통해 상기 본체로 유입되는 기체와 오일이 상기 원추부를 향해 회전하도록 안내하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 오일분리기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 입구관과 안내판은 상기 원추부를 향해 하향으로 경사지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 오일분리기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 원추부의 하단에는 배플판이 설치되어서 상기 원추부의 하단까지 회전하는 기체의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 오일분리기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 배플판은 상기 오일 출구관의 주위에서 수직하게 배치된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 오일분리기.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기체 출구관의 하단은 상기 입구관과 안내판의 아래로 연장하여 배치되고, 상기 기체 출구관의 하단에는 오일 분리링이 끼워지는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 오일분리기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 오일 분리링은 하부를 향해 직경이 커지는 원추형상으로 형성되어 상기 기체 출구관의 외주면을 따라 흐르는 오일을 상기 오일 출구관을 향해 낙하하게 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 오일분리기.

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