KR101204075B1 - 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보압축기의 오일냉각 시스템의 소형화, 저소음 및 원가절감을 달성하고 오일흄 배출량을 줄이기 위하여, 오일탱크 내벽을 따라 흐르는 고온의 오일이 오일탱크 내에 설치된 오일쿨러 주위를 대류하게 하여 열교환시킴으로써 오일을 냉각시키는 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조를 제공한다.

Description

오일쿨러 내장형 오일탱크 구조{Oil tank structure that has a oil cooler built-in}

도 1은 오일쿨러와 오일탱크가 개별 설치되는 종래의 오일쿨러 및 오일탱크 구조의 평면도이다.

도 2는 도 1의 종래의 오일쿨러 및 오일탱크 구조의 측면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조의 평면도이다.

도 4는 도 3의 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조의 측면도이다.

도 5a와 도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오일쿨러의 형상을 개략적으로 도시하는 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

11 : 오일탱크 11a : 내벽

11b : 오일탱크 유입관 11c : 오일탱크 배출관

12 : 오일쿨러 12a : 냉각제 유입관

12b : 냉각제 배출관 12c, 12c' : 오일 튜브(tube)

12d : 핀(fin) 13 : 메인 모터부

13a, 13b : 베어링 14 : 기어박스

15 : 메인 펌프 17 : 오일필터

20 : 바이패스 조절장치 21 : 가열수단

본 발명은 오일탱크 및 오일 냉각시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조에 관한 것이다.

오일탱크 및 오일 냉각시스템은 냉각 및 윤활 작용이 필요한 모든 기계장비 산업에 이용될 수 있다.

압축기, 블로워(blower), 선박용 엔진, 중장비 등에서 사용되는 베어링이나 기어등과 같이 부품간 마찰이 일어나는 부분에는 상기 마찰이 일어나는 부위에 윤활 및 냉각에 필요한 오일이 공급되어야 한다.

윤활 및 냉각용 오일의 온도는 오일의 점도를 변화시켜 윤활작용에 큰 영향을 주게 되므로 윤활 및 냉각을 위해 적정 온도가 유지되어야 한다. 따라서, 냉각이 필요한 기계부품을 냉각시키고 되돌아오는 고온의 오일을 저장하는 오일탱크와 고온의 오일을 냉각시키는 오일쿨러가 필요하게 된다.

터보압축기의 경우 종래에는 베어링 및 기어에 공급되는 오일 냉각을 위해 오일탱크 외부에 설치된 오일쿨러를 이용하고 있다.

도 1은 터보압축기에서 오일쿨러와 오일탱크가 개별 설치되는 종래의 오일쿨러 및 오일탱크 구조의 평면도이고, 도 2는 도 1의 종래의 오일쿨러 및 오일탱크 구조의 측면도이다.

오일쿨러(2)는 오일탱크(1)와 개별 구성품으로 제작되고, 오일탱크(1)의 측면에 개별적으로 설치되어 있다. 오일탱크(1)의 상부에는 터보압축기의 임펠러를 구동시키는 메인 모터부(3)가 설치되어 있다. 메인 모터부(3)의 좌측에는 모터축과 연동되며 임펠러를 회전시키기에 적당한 회전속도를 갖게 하는 기어박스(4)가 설치되어 있다.

기어박스(4) 내에 있는 다수 개의 기어들 및 메인 모터부(3)의 모터축을 둘러싸는 베어링(3a,3b)을 냉각 및 윤활시키고 나온 고온의 오일은 오일탱크(1)로 회수되어 저장된다. 메인 펌프(5)에 의해서 오일탱크(1)에서 나온 고온의 오일이 가압되어져 오일쿨러(2)로 유입된다. 오일쿨러(2)에서 냉각된 오일은 오일필터(7)를 거쳐 기어박스(4) 및 메인 모터부(3)로 들어감으로써 폐루프를 구성하게 된다.

이 때, 오일의 온도가 낮으면 오일쿨러(2)로 가는 배관부 사이에 있는 밸브 조절 장치(8)의 작동에 의하여 오일쿨러(2)로 가는 밸브는 막고, 오일필터(7)로 가는 밸브만 열므로써 바로 기어박스(4)와 메인 모터부(3)에 있는 냉각 및 윤활이 필요한 기계부품들로 공급된다.

최근에는 저소음 장비 개발 추세에 따라 장비 전체를 밀봉하는 밀봉 시스템(enclosure system) 적용에 따라 개별 구성품의 크기 축소설계가 요구된다.

그런데, 이러한 종래의 오일쿨러(2) 및 오일탱크(1) 구조에서는 오일쿨러(2)가 오일탱크(1)의 측면에 돌출되어 있어서 상당한 공간 제약을 야기하며, 오일탱크(1)와 오일쿨러(2) 사이를 연결하기 위해 복잡한 배관작업이 필요하다는 문제점이 있다.

또한, 오일탱크(1)에는 회수된 고온의 오일이 저장됨으로써 오일이 기화되어 발생하는 오일흄(oil hume)과 함께 저장 및 순환되기 때문에 오일흄 배출량이 많다는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 오일쿨러를 오일탱크 내부에 위치시켜 일체형으로 결합시키는 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적 및 그 밖의 여러 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 오일을 회수 및 저장하는 오일탱크; 및 상기 오일탱크 내부에 배치되고, 내부로 냉각제가 흐르는 오일 냉각 번들(bundle)을 포함하며, 상기 오일탱크의 입구를 통해 들어온 상기 고온의 오일을 상기 오일 냉각 번들 주위로 대류시켜 열교환하여 오일을 냉각시키는 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조를 제공한다.

상기 오일탱크 내부에는 상기 오일탱크의 입구를 통해 들어온 고온의 오일의 유로를 형성하는 다수 개의 내벽이 더 구비되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 오일탱크 내부에는 상기 오일탱크내로 들어온 오일의 온도에 따라 상기 오일쿨러를 거치지 않고 바이패스 될 수 있도록 하는 상기 바이패스 통로의 개폐를 조절하는 바이패스 조절장치가 더 구비되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 오일탱크 내부에는 오일의 온도를 상승시키는 가열 수단을 더 구 비되어 있는 것이 바람직하다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조의 평면도이고, 도 4는 도 3의 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조의 측면도이다. 여기서, 도 3은 이해의 편의를 위하여 도 4의 메인 모터부를 제거한 상태의 평면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조는 오일탱크(11); 오일탱크(11) 내부에 다수 개 구비되어 있는 내벽(11a); 오일탱크(11) 내부에 배치되는 오일쿨러(12); 오일탱크(11)의 오일 유입관(11b)측에 설치된 바이패스 조절장치(20); 및 오일 가열수단(21)을 구비한다.

오일탱크(11)는 메인 모터부(13)의 하단에 설치되어 있으며, 메인 모터부(13)는 터보압축기의 임펠러의 구동원이다. 메인 모터부(13)와 오일탱크(11)의 좌측에는 기어박스(14)가 배치되는데, 기어박스(14)는 메인 모터부(13)의 모터축의 회전속도를 임펠러의 회전속도에 적절하게 변화시키주는 다수 개의 기어들을 포함하고 있다.

기어박스(14) 내에 있는 다수 개의 기어들 및 메인 모터부(13)의 모터축을 둘러싸는 베어링(13a,13b)에는 냉각 오일이 공급되는 배관이 연결되어 있다.

오일탱크(11)의 내부에는 3개의 내벽(11a)이 오일쿨러(12)의 길이 방향과 수직한 방향으로 배치되며, 각 내벽(11a)은 엇갈리게 설치되어 있다. 따라서, 내벽 (11a)은 오일탱크(11)로 유입되는 오일의 흐름을 안내해주는 역할을 하며, 유로를 길게 형성하여 오일쿨러(12)와 접촉하는 시간 및 공간을 극대화시켜주는 역할을 한다. 도면에는 세 개의 내벽(11a)만 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 오일탱크(11)의 크기와 오일의 흐름속도 및 열교환속도 등을 최적화하기 위하여 변경될 수 있는 범위내의 사항은 당연히 포함할 것이다.

오일탱크의 유입관(11b) 측에는 바이패스 조절장치(20)가 구비되어 있다. 바이패스 조절장치(20)는 오일탱크 유입관(11b)으로 들어온 오일의 온도가 낮을 경우 오일쿨러(12)를 거치지 않고 바이패스되어 오일탱크 배출관(11c)측으로 직접 갈 수 있도록 해 줌으로써 오일의 온도가 너무 낮게 되는 것을 방지해준다.

바이패스 조절장치(20)의 일 실시예로 솔레노이드 밸브를 들 수 있다. 따라서, 오일의 온도를 감지하는 센서의 출력신호에 의하여 오일의 온도가 소정 온도 이하인지 판별하고, 소정 온도 이하의 경우에는 솔레노이드를 작동시켜 밸브를 열어서 오일탱크의 배출관(11c)측으로 바이패스 시키게 된다. 여기서는 바이패스 조절장치(20)의 실시예로 솔레노이드 밸브를 들었으나, 본 발명의 보호범위는 이에 한하지 않고, 출원당시 당업자가 용이하게 변경, 치환에 의하여 도출해낼 수 있는 것도 포함함은 물론이다.

도 5와 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오일쿨러(12)의 형상을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 5와 도 6을 참조하면, 오일쿨러(12)는 내부로 냉각제가 흐르는 오일 튜브(12c)(12c')를 포함하는 오일 냉각 번들(bundle)을 구비하며, 상기 오일탱크의 입구를 통해 들어온 상기 고온의 오일을 상기 오일 냉각 번들 주위로 대류시켜 두 유체간 온도차에 의한 열교환을 하여 오일을 냉각시키게 된다. 여기서, 냉각제는 열용량이 커서 오일의 온도를 많이 냉각시킬 수 있는 액체라면 어떠한 것도 사용될 수 있고, 본 발명에서는 물이 사용되었다.

오일 냉각 번들은 더 많은 면적에서 열교환이 일어나도록 하기 위해 도 5의 경우에는 냉각제 유입관(12a)에서 분지되는 다수 개의 유입 튜브와 상기 유입 튜브와 휘어져서 연결되는 다수 개의 배출 튜브를 구성하는 오일 튜브(12c)를 구비하고 있다. 유입 튜브와 배출 튜브들 사이에는 고온의 오일이 통과할 수 있도록 많은 간극이 형성되어 있어서, 더욱 넓은 표면적에서 유입관(12a), 오일 튜브(12c) 및 배출관(12b)을 거쳐 흐르는 냉각제와 오일 냉각 번들 사이를 통과하는 오일 간 열교환이 일어나게 함으로써 효율적인 냉각을 달성할 수 있다.

도 6의 경우에 유입관(12a)은, 휘어져서 연결되는 하나의 오일 튜브(12c')를 거쳐 배출관(12b)과 연결되어 있으며, 유입관(12a), 오일 튜브(12c'), 배출관(12b)의 표면에는 일정간격마다 원통형의 핀(fin)(12d)이 형성되어 있다. 따라서, 더 넓은 면적에서 열교환이 일어남으로써 효율적인 냉각을 달성할 수 있다.

여기서, 오일 냉각 번들을 오일탱크(11)내로 위치시킴으로써 종래의 오일쿨러(12)에 반드시 필요했던 오일쿨러 쉘(shell)의 역할은 오일탱크(11)가 대신하게 된다. 따라서, 오일쿨러 쉘, 오일쿨러(12)와 오일탱크(11)를 연결하는 배관류 및 플랜지류등이 제거되어 공간 제약을 극복하고 제조원가를 절감할 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오일쿨러(12)의 종류로 도 5와 도 6을 예로 들었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 대류되는 두 유체간의 온도차에 의해 열교환을 이용하는 것으로서 출원당시 당업자가 용이하게 치환, 설계 변경할 수 있는 범위내의 오일쿨러(12)도 당연히 포함된다 할 것이다.

오일탱크의 유입관(11b) 측에는 오일 가열수단(21)이 설치되어 있다. 압축기와 초기 작동시와 같이 오일의 온도가 적정 온도보다 낮은 경우에 전기 히터와 같은 오일 가열수단(21)에 의하여 오일을 적정 온도로 높이는 역할을 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 예시한 전기 히터에 한정되지 않고, 오일을 가열할 수 있는 어떠한 수단도 포함한다 할 것이다.

도면에는 도시되지 않았으나, 본 발명에 따른 오일쿨러 내장형 오일탱크(11) 구조는 오일탱크(11)의 측면에 보조 오일펌프를 구비할 수 있다. 보조 오일펌프는 압축기가 작동하기 전 즉, 압축기의 작동에 의존하여 작동되는 메인 펌프(15)가 작동하기 전에 오일을 공급하기 위하여 사용된다.

이하에서는 위와 같은 구성을 지닌 오일쿨러 내장형 오일탱크(11)의 기능 및 작용을 설명한다.

기어박스(14) 내에 있는 다수 개의 기어들 및 메인 모터부(13)의 모터축을 둘러싸는 베어링(13a,13b)을 냉각 및 윤활시키고 나온 고온의 오일은 오일탱크(11)로 회수된다. 이 때, 메인 펌프(15)의 흡입작용에 의해서 오일탱크(11) 내에는 오일의 흐름이 형성되고, 고온의 오일(HT)은 내벽(11a)을 따라 한번 오일쿨러(12)를 통과하여 저온의 냉각제와 열교환을 일으키면서 온도가 낮아지고, 다시 한번 오일쿨러(12)를 통과하여 온도가 낮아진 오일(MT)이 된다. 최종적으로 오일탱크의 배출관(11c)측에 있는 오일쿨러(12)를 통과하여 온도가 더욱 낮아져서 저온의 오일(LT)이 된다.

만약, 오일탱크(11)로 회수된 오일이 적정 온도 이하일 경우에는 오일쿨러(12)쪽으로 이송시키지 않기 위하여 바이패스 조절장치(20)를 열어서 직접 오일탱크의 배출관(11c)측으로 향하도록 한다.

이렇게 냉각된 오일은 메인 펌프(15)의 흡입력에 의하여 오일탱크(11)의 배출구를 통해 나와서 오일필터(17)를 거쳐 기어박스(14)및 메인 모터부(13)로 들어감으로써 기어박스(14)에 있는 일련의 기어들과 메인 모터부(13)에 있는 모터축 베어링(13a,13b)들에 냉각 오일을 공급하여 냉각 및 윤활 작용을 하게 된다.

본 발명에 따른 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조에 의하면, 내벽을 따라 흐르는 고온의 오일이 오일쿨러 주위를 대류하게 하여 오일을 냉각시키는 오일탱크를 구비하고 있다.

따라서, 첫째 오일쿨러 쉘, 오일쿨러와 오일탱크를 연결하는 배관류 및 플랜지류등이 불필요하게 되어 공간 제약을 극복하고 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 오일쿨러를 내부에 장착함으로써 소형 냉각 시스템을 구현함으로써 저소음화를 이룰 수 있으며, 유지보수가 용이하다.

셋째, 전체 오일의 온도를 하강시켜 오일흄 배출량도 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균 등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 오일을 회수 및 저장하는 오일탱크;

   상기 오일탱크 내부에 배치되며, 내부로 냉각제가 흐르는 오일 냉각 번들(bundle)을 포함하며, 상기 오일탱크의 입구를 통해 들어온 고온의 오일을 상기 오일 냉각 번들 주위로 대류시켜 열교환하여 오일을 냉각시키는 오일쿨러; 및

   상기 오일탱크 내부에 배치되며, 상기 오일탱크 내로 들어온 오일의 온도에 따라 오일이 상기 오일쿨러를 거치지 않고 바이패스될 수 있도록 하는 바이패스 조절장치;를 포함하는 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 오일탱크 내부에는 상기 오일탱크의 입구를 통해 들어온 고온의 오일의 유로를 형성하는 다수 개의 내벽이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 오일탱크 내부에는 오일의 온도를 상승시키는 가열 수단이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 오일쿨러 내장형 오일탱크 구조.

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