KR100715043B1 - 공기조화기의 오일 분리기 - Google Patents

Abstract

하우징, 냉매와 오일이 혼합된 혼합가스를 하우징 내부로 유입하는 냉매유입관, 분리된 냉매가스를 배출하는 가스배출관, 분리된 오일을 압축기로 복귀시키는 오일배출관을 포함하는 오일분리기를 구비하는 공기조화기에 있어서, 냉매유입관은 그 단부가 하우징의 내부 측벽의 접선방향으로 향하며 소정의 각도로 절단된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 오일 분리기를 제공한다. 오일을 더욱 효과적으로 분리할 수 있어 오일 분리기의 효율이 향상되는 효과와, 가스 배출관의 하우징 내측 단부를 복수의 작은 관으로 형성하여 소음기의 역할을 하도록 하여 소음이 현저하게 감소하는 효과가 있다.

Description

공기조화기의 오일 분리기{Oil Separator for Air Conditioner}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 오일 분리기의 전체 구성을 나타낸 종단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 오일 분리기의 횡단면도이다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공기조화기의 오일 분리기를 나타낸 횡단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 공기조화기의 오일 분리기의 가스 배출관을 보여주는 부분 사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

1 : 하우징 2 : 가스 배출관

3, 6 : 냉매 유입관 4 : 오일 배출관

5 : 베이스 부

본 발명은 공기조화기의 오일 분리기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오일 분리기의 하우징 형상, 냉매 유입관 및 가스 배출관의 구조를 개선하여 오일 분리 효율을 향상시키고 소음을 저감시키는 공기조화기의 오일 분리기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 실외기와 실내기가 일체로 형성된 일체형과 이들이 분리된 분리형 공기조화기로 나눌 수 있다. 이러한 분리형 공기조화기의 실외기는 냉매를 고온 및 고압으로 압축하는 압축기와, 압축기에서 압축되어 배출되는 냉매에 포함된 오일을 분리하는 오일 분리기와, 압축된 냉매를 실외공기와의 열교환으로 등온 응축하는 응축기와, 응축기에서 응축된 냉매를 단열 팽창시키는 팽창장치를 포함한다. 실내기는 팽창장치를 통과한 냉매를 실내공기와 열교환시켜 등온 증발시키는 증발기를 포함한다.

일반적으로 오일 분리기는 냉매와 오일이 섞인 혼합가스 중 오일은 실린더의 내벽을 타고 흘러내려 실린더의 하방에 포집되고, 가스는 실린더의 상부에 형성된 가스 배출관을 통해 토출되도록 하여 이들을 서로 분리하는 장치이다. 즉, 이러한 오일 분리기는 혼합가스가 원심력에 의하여 실린더의 내벽을 선회하면서 타고 내려가 하방에 오일이 포집되고, 오일이 분리된 가스는 선회기류에 의하여 상단에 형성된 가스 토출관으로 배출되도록 하는 것이다. 그런데, 이러한 원리는 사이클론(cyclone) 원리로서 이러한 현상을 일어나게 하기 위해서는 혼합가스가 초기에 실린더 내벽의 접선방향으로 소정의 속도로 공급되어야 한다.

그런데, 종래의 오일분리기는 대한민국 공개 특허공보 2004-0105264호에 개시된 바와 같이 실린더형 하우징의 상측에 혼합가스 유입관을 삽입시키는 구조로서, 하우징이 실린더 형상이므로 사이클론 현상이 효과적으로 일어나지 못하여 오일 분리효율이 크지 못한 문제점이 있다.

또한, 혼합가스 유입관이 접선방향으로 혼합가스를 공급할 수 있도록 설치되지 못하고 하우징의 벽면을 가격하는 구조로 설치되어 소음과 진동이 심하게 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 오일분리 효율이 증가되고 소음은 저감되는 오일 분리기를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 오일 분리기는 하우징, 냉매와 오일이 혼합된 혼합가스를 상기 하우징 내부로 유입하는 냉매유입관, 분리된 냉매가스를 배출하는 가스배출관, 분리된 오일을 압축기로 복귀시키는 오일배출관을 포함하는 오일분리기를 구비하는 공기조화기에 있어서,
상기 하우징은 상부는 좁고 하부로 갈수록 넓어지는 원추형으로 형성되고, 상기 냉매유입관은 그 단부가 상기 하우징의 내부 측벽의 접선방향으로 향하며 소정의 각도로 절단된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징의 측면이 수직선과 이루는 각도는 30°를 넘지 않도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 냉매유입관은 혼합가스의 유동을 방해하지 않도록 절곡된 부분에서 최소한 냉매유입관의 직경만큼 더 직선으로 연장되는 것을 특징으로 한다.

또한, 가스 배출관의 하우징 내부 측 단부는 소정의 길이만큼 복수의 작은 관들이 마련되어 하우징 내부의 소음을 감소시키는 머플러 역할을 하도록 하는 것 을 특징으로 한다.

또한, 복수의 작은 관들은 기존의 가스 배출관을 프레스 가공하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 오일 분리기의 전체 구성을 나타낸 종단면도이다.

본 발명의 실시예들에 따른 오일 분리기는 상방은 좁고 하방으로 갈수록 넓어지는 원추형상의 하우징(1)을 가진다. 이러한 하우징(1)은 상측 개구부(미도시)를 차폐하는 상부 캡부재(11)와, 하측 개구부(미도시)를 차폐하는 하부 캡부재(13)를 가진다. 또한, 이러한 원추형상의 하우징(1)은 상부에서 공급되는 오일과 냉매의 혼합가스가 오일 분리기의 내부에 접선방향으로 유입되면서 하방으로 진행되는 소용돌이를 만들게 된다. 하우징(1)은 이러한 소용돌이가 계속 유지되도록 하기 위하여 하우징(1)의 측벽(12)이 수직선과 이루는 각도가 30°를 넘지 않도록 형성된다.

이는 헬름홀쯔(Helmholtz)의 소용돌이(Vortex) 정리에 의하면 소용돌이의 회전 유동이 각속도와 소용돌이의 반지름의 곱에 의해 비례하기 때문이다. 본 발명의 실시예와 같이 하우징(1)이 원추형인 경우 소용돌이의 반지름에 해당하는 값이 점점 커지므로 각속도는 줄어들고, 이에 따라 오일 입자들의 운동에너지(1/2*mv²)가 작아져 오일이 하우징(1)의 내부 벽면에 응축되어 이를 타고 하부 캡부재(13)에 고이게 되기 때문이다.

그런데 이러한 하우징(1)의 하부가 상부에 비해서 너무 넓게 되면 소용돌이가 유지되지 못하고 오일이 하우징 벽면을 타고 흐르지 못하고 수직방향으로 떨어질 수 있기 때문에 상기와 같이 각도를 제한하는 것이다. 이렇게 본 발명의 실시예에 따른 오일 분리기와 같이 원추형 하우징을 만들면 싸이클론(cyclone) 효과와 아울러 소용돌이(vortex) 효과도 가질 수 있으므로 오일 분리기의 효율이 높아지게 되는 것이다. 하우징(1)의 측벽에는 제 2 삽입공(12a)이 형성되어 냉매유입관(3)이 삽입될 수 있도록 한다. 제 2 삽입공(12a)의 주변에는 냉매 유입관(3)을 지지하기 위하여 링형상의 부쉬(미도시)가 함께 결합되는 것이 바람직할 것이다.

상부 캡부재(11)는 하우징(1)의 상부 개방면을 차폐할 수 있도록 하는 일종의 덮개부재이다. 이러한 상부 캡부재(11)은 하우징(1) 상부와 결합되되 오일 분리기 내부의 높은 압력에 의해 가스나 오일이 새지 않도록 단단히 결합된다. 상부 캡부재(11)의 일측에는 제 1 삽입공(11a)이 형성되어 가스 배출관(2)의 외주면이 이격없이 제 1삽입공(11a)에 삽입되도록 한다.

하부 캡부재(13)는 하우징(1)의 하부 개방면을 차폐하며 분리된 오일이 고일 수 있도록 하우징(1)의 하방에 결합된다. 이 역시 상부 캡부재(11)와 유사한 방식으로 하우징(1)의 측벽(12)과 결합될 것이다. 또한, 하부 캡부재(13)는 오일 분리기를 통과하여 냉매 기체와 분리된 오일이 저장될 수 있도록 바닥면이 오목하게 형성되는 것이 바람직할 것이다. 이러한 하부 캡부재(13)의 바닥부에는 오일 배출관(4)이 삽입 또는 결합될 수 있도록 제 3 삽입공(13a)이 형성된다.

가스 배출관(2)는 일반적인 배관으로서 흡입측 단부(21)는 하우징(1)의 내부 측에 위치하고 토출측 단부(22)는 주로 시스템의 응축기(미도시)와 연통되어 오일 분리기에 의해 오일이 제거된 냉매가스를 응축기(미도시)에 공급하는 것이다. 오일 분리기가 일종의 사이클론(cyclone)이므로 상승기류에 의해 냉매가스가 모이게 되는 하우징(1)의 상측에 흡입측 단부(21)가 오도록 설치되는 것이 바람직할 것이다.

냉매 유입관(3)은 하우징(1)의 측벽(12)에 형성된 제2삽입공(12a)에 삽입된다. 사이클론의 특성상 냉매 유입관(3)은 하우징(1)의 상부에 설치되어 혼합가스가 접선방향으로 하우징(1)의 내부로 유입되도록 하는 것이 바람직하다. 종래의 냉매 유입관(3)은 하우징(1)의 측벽(12)에 수직하게 유입되되 내부에서 절곡되어 냉매가스가 하우징(1)의 측벽(12) 내부에 인접하여 공급되도록 하였다.

그러나, 종래의 냉매 유입관(3)은 접선방향으로는 공급되지 못하고 하우징(1)의 측벽(12)을 가격하여 오일 분리기의 효율이 떨어지고 소음 및 진동이 커지는 문제점은 전술한 바와 같다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 오일 분리기의 냉매 유입관(3)의 단부는 소정의 각도로 커팅되어 혼합가스를 하우징(1) 내부에 접선방향으로 공급할 수 있도록 형성되는데 자세한 것을 도 2와 도3을 통해 설명하기로 한다.

오일 배출관(4)은 하부 캡부재(13)의 바닥부에 회수된 오일을 압축기(미도시)의 흡입 측으로 공급하기 위한 배관이다. 일단부는 하부 캡부재(13)의 바닥부에 형성된 제3 삽입공(13a)에 결합 또는 삽입된다.

하우징(1)의 하단에는 베이스부(5)가 마련된다. 베이스부(5)는 바닥 면으로부터 떨어진 소정의 위치에 오일 분리기를 견고하게 지지할 뿐만 아니라 소음이나 진동을 감소시킬 수 있도록 대략 삼발이 형태로 마련된다.

이러한 오일 분리기는 혼합가스가 원심력에 의하여 실린더의 내벽을 선회하면서 타고 내려가 하방에 오일이 포집되고, 오일이 분리된 가스는 선회기류에 의하여 상단에 형성된 가스 토출관으로 배출되도록 하는 것이다. 이러한 사이클론(cyclone) 현상이 일어나게 하기 위해서는 혼합가스가 초기에 하우징 내벽에 접선방향의 일정한 속도로 공급되어야 하고 이를 위하여 본 발명의 각 실시예가 제안된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 오일 분리기의 횡단면도이며, 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공기조화기의 오일 분리기를 나타낸 횡단면도이다. 본 발명의 실시예에 따른 오일 분리기의 냉매 유입관(3)은 하우징(1)의 측벽(12)에 수직하도록 제2삽입공(12a)을 통해 삽입된다. 냉매 유입관(3)은 절곡부(32)까지는 직선으로 연장되다가 절곡부(32)에서 소정의 각도로 절곡되어 하우징의 측벽(12)측으로 냉매와 오일의 혼합가스가 공급되도록 한다.

그러나, 이러한 절곡부(32)가 형성됨으로 인해서 혼합가스의 유동이 방해되는 측면도 있기 때문에 이를 최소화하기 위하여 절곡부(32)에서 소정의 길이만큼 더 직선으로 연장된다. 이렇게 연장되는 길이는 최소한 냉매 유입관(3)의 내부 직경보다는 길게 형성된다.

한편, 냉매 유입관(3)의 단부(31)는 혼합가스를 하우징(1)의 내부에 접선방향으로 공급하도록 하기 위하여 소정의 각도로 절단된다. 절단된 단면 중 긴 쪽이 하우징(1)의 측벽(12)에 가깝도록 설치되는데, 절단각도는 대략 25°보다는 크고 90° 보다는 작게 된다. 절단각도가 90°이면 종래의 냉매 유입관과 같게 되므로 이보다 작은 각을 형성하도록 절단하되 절단각도가 25°보다 작아지면 혼합가스가 접선방향으로 안내되지 못하고 수직으로 떨어질 위험이 있기 때문이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉매유입관(6)은 본 발명의 실시예에 따른 냉매유입관(3)과 유사하나, 냉매유입관(6)의 단부(61)를 하우징(1)의 내벽에 접촉 및 고정시킨다는 점에서 차이가 있다. 도 2에서 보는 바와 같이 냉매유입관(3)은 부쉬(33)에 의하여 고정되어 마치 클램프에 의해 고정된 빔과 같은 상태에 놓이므로 과다한 진동이 생길 수 있다. 이를 개선하기 위하여 본 발명의 제 2실시예에 따른 냉매유입관(6)은 냉매 유입관(6)의 절단된 단면(61)중 긴 편을 하우징(1)의 내벽에 접촉시켜 납땜이나 용접 등의 방법으로 고정시킨 것이다. 이렇게 되면 냉매유입관(6)은 부쉬(33)에서 한 번 고정되고 단부(61)에서 한 번 고정되므로 2개의 접점을 가져 단단히 고정되고 따라서 진동이 줄어들게 되는 것이다.

이렇게 냉매유입관(6)을 고정시키기 위해서 별다른 공정이 필요한 것도 아니다. 냉매유입관(6)을 제2삽입공(12a)을 통해 삽입한 다음 단부(61)가 하우징(1)의 내벽에 닿을 때까지 잡아당긴 다음 단부(61)과 하우징(1)의 내벽을 전술한 바와 같이 고정시키면 되는 것이다. 따라서 기존 냉매유입관을 제조하는 것에 비하여 별도의 부품 또는 특별한 공정을 추가하지 않아도 간단하면서도 튼튼한 냉매유입관을 설치할 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 공기조화기의 오일 분리기의 가스 배출관을 보여주는 부분 사시도이다. 가스배출관(2)은 소정의 직경을 가지며 연장되며, 단부(21)에서 소정의 길이만큼 올라온 곳에서부터 복수의 작은 관(21a)들이 형성된다. 이러한 복수의 관(21a)들은 별도의 부품이 필요없이 기존의 가스배출관 단부를 프레스로 가압하여 복수의 작은 관(21a)들로 형성한 것이다.

이것은 자동차의 머플러(muffler)와 같은 효과를 내는 것으로 압축기로부터 혼합가스가 유입될 때 소정의 펄스를 가지고 유입되기 때문에 발생하는 소음 및 냉매 유입관(3)을 통해 오일 분리기의 내부로 들어온 혼합가스에서 오일을 분리하면서 발생하는 소음을 감소시키는 역할을 하게 된다. 즉, 하우징(1)의 내부에서 상승하는 기류에 의해 복수의 가는 관(21a)으로 유입되는 냉매가스가 비교적 넓은 가스 배출관(2)의 내부로 확산되면서 서로 음을 상쇄시키도록 하는 것이다. 가는 관(21a)의 수와 길이는 오일 분리기의 체적 및 하우징 내부의 여러 가지 요소를 고려하여 정할 수 있을 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 오일 분리기는 공기조화기의 압축기(미도시)가 냉매 유입관(3)을 통해 하우징(1)의 내부로 냉매와 오일이 혼합된 혼합가스를 펄스 형태로 토출하게 된다. 냉매유입관(3, 6)의 절곡부(32, 62)는 하우징(1)의 벽 측으로 절곡되어 혼합가스를 하우징(1) 내벽의 접선방향으로 유도하게 된다. 또한, 냉매유입관의 단부(31, 61)는 소정의 각도로 절단되어 혼합가스를 하우징(1) 내벽의 접선방향으로 더욱 효과적으로 유도하게 된다.

이렇게 하우징(1) 내부의 상측에서 접선방향으로 혼합가스가 공급되면 혼합가스는 나선을 그리면서 하우징(1)의 하방으로 이동하게 된다. 이 과정에서 오일은 하우징(1)의 내벽에 응집되며 하방으로 흘러내리게 된다. 통상의 오일 분리기는 사 이클론 현상만을 이용하여 오일과 가스를 분리하지만, 본 발명의 실시예들에서는 사이클론 효과와 더불어 소용돌이(vortex)효과를 함께 가지도록 하우징을 원추형으로 형성하였다. 따라서, 혼합가스가 하방으로 이동하면서 오일이 하우징(1)의 내벽에 더욱 잘 응집할 수 있게 되며, 이들이 소정의 속도로 하우징(1)의 내벽을 타고 내려올 수 있게 되므로 오일 분리기의 효과는 더욱 상승하게 된다.

이렇게 하우징(1)의 하부 캡부재(13)에 고인 오일은 오일 배출관(4)를 통해 압축기로 재유입되어 순환하게 되고, 오일과 분리된 냉매가스는 가스배출관(2)를 통해 주로 응축기(미도시)로 공급될 것이다. 이 때, 하우징(1)의 중심부에서 발생하는 상승기류에 의하여 가스 배출관(2)으로 유입되는 냉매가스는 단부(21)에 형성된 작은 관(21a)들을 거치면서 소음이 감쇠되면서 오일 분리기의 외부로 토출되는 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화기의 오일 분리기는 하우징의 형상 및 냉매 유입관의 단부 형상을 개선하여 싸이클론 효과 뿐만 아니라 소용돌이 효과에 의하여 오일을 더욱 효과적으로 분리할 수 있어 오일 분리기의 효율이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 공기조화기의 오일 분리기는 가스 배출관의 하우징 내측 단부를 복수의 작은 관으로 형성되어 소음기의 역할을 하게 되므로 소음이 현저하게 감소하는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 하우징, 냉매와 오일이 혼합된 혼합가스를 상기 하우징 내부로 유입하는 냉매유입관, 분리된 냉매가스를 배출하는 가스배출관, 분리된 오일을 압축기로 복귀시키는 오일배출관을 포함하는 오일분리기를 구비하는 공기조화기에 있어서,

   상기 하우징은 상부는 좁고 하부로 갈수록 넓어지는 원추형으로 형성되고, 상기 하우징의 측면이 수직선과 이루는 각도는 30°를 넘지 않도록 형성되며,

   상기 냉매유입관은 그 단부가 상기 하우징의 내부 측벽의 접선방향으로 향하며 소정의 각도로 절단되고, 상기 냉매유입관은 혼합가스의 유동을 방해하지 않도록 절곡된 부분에서 최소한 냉매유입관의 직경만큼 더 직선으로 연장되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 오일 분리기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 가스 배출관의 하우징 내부 측 단부는 소정의 길이만큼 복수의 작은 관들이 마련되어 하우징 내부의 소음을 감소시키는 머플러 역할을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 오일 분리기.
5. 하우징, 냉매와 오일이 혼합된 혼합가스를 상기 하우징 내부로 유입하는 냉매유입관, 분리된 냉매가스를 배출하는 가스배출관, 분리된 오일을 압축기로 복귀시키는 오일배출관을 포함하는 오일분리기를 구비하는 공기조화기에 있어서,

   상기 가스 배출관의 하우징 내부 측 단부는 소정의 길이만큼 복수의 작은 관들이 마련되어 하우징 내부의 소음을 감소시키는 머플러 역할을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 오일 분리기.
6. 제 5항에 있어서, 상기 복수의 작은 관들은 기존의 가스 배출관을 프레스 가공하여 형성하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 오일 분리기.

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