KR102255194B1 - 오일의 냉각온도 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오일의 냉각온도 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작기계 스핀들에 적용되는 윤활 오일의 순환로에 형성되어 냉각 장치에 열전소자를 활용하여 냉각효율을 극대화시킨 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 오일의 냉각온도 제어장치는, 냉매가 압축부, 응축부, 팽창부, 증발부로 구성되는 폐쇄회로에 순환 유동될 수 있게 마련되는 냉각부, 고온의 오일이 유동되며, 상기 증발부에 인접하게 마련되어, 상기 증발부와 열교환이 용이하게 실시될 수 있게 마련되는 오일유동부, 바이패스배관으로 형성되되, 일단부가 상기 압축부 및 응축부 사이의 유로에 연결되고, 타단부가 상기 팽창부 및 증발부 사이의 유로에 연결되어 선택적으로 냉매의 유동을 제어할 수 있게 마련되는 바이패스부, 상기 냉매 및 오일의 온도를 측정할 수 있게 마련되는 온도센서부 및 상기 온도센서부의 온도 정보를 바탕으로 상기 바이패스부의 유량을 제어하여 상기 오일의 냉각 온도를 제어할 수 있게 마련되는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 오일의 냉각온도 제어장치는, 냉매의 온도를 미세하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 본 발명은 오일의 냉각온도 제어장치는, 잠열을 이용하여 선택적으로 오일의 온도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

오일의 냉각온도 제어장치{Control device of cooling temperature for oil}
본 발명은 오일의 냉각온도 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작기계 스핀들에 적용되는 윤활 오일의 순환로에 형성되어 냉각 장치에 열전소자를 활용하여 냉각효율을 극대화시킨 장치에 관한 것이다.
일반적으로 오일의 냉각장치는 통상의 냉각 싸이클(압축, 응축, 팽창, 증발)에 의해 실시되었다.
하지만, 점차적으로 냉각효율을 높이기 위한 방안이 요구되고 있으며, 점차적으로 단순 냉각뿐만이 아니라 냉각 시, 온도의 제어 필요성이 요구되고 있는 실정이다.
이와 관련하여, 종래의 기술을 살펴보면, “냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치”가 대한민국 등록특허 제10-1533696호에 개시되고 있으나, 이는 상기한 문제점을 해결하지 못하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1533696호 (2015.06.29)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 냉매의 온도를 미세하게 제어할 수 있는 냉각 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 잠열을 이용하여 선택적으로 오일의 온도를 높일 수 있는 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 오일의 냉각온도 제어장치는, 냉매가 압축부, 응축부, 팽창부, 증발부로 구성되는 폐쇄회로에 순환 유동될 수 있게 마련되는 냉각부, 고온의 오일이 유동되며, 상기 증발부에 인접하게 마련되어, 상기 증발부와 열교환이 용이하게 실시될 수 있게 마련되는 오일유동부, 바이패스배관으로 형성되되, 일단부가 상기 압축부 및 응축부 사이의 유로에 연결되고, 타단부가 상기 팽창부 및 증발부 사이의 유로에 연결되어 선택적으로 냉매의 유동을 제어할 수 있게 마련되는 바이패스부, 상기 냉매 및 오일의 온도를 측정할 수 있게 마련되는 온도센서부 및 상기 온도센서부의 온도 정보를 바탕으로 상기 바이패스부의 유량을 제어하여 상기 오일의 냉각 온도를 제어할 수 있게 마련되는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 오일의 냉각온도 제어장치는, 냉매의 온도를 미세하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 본 발명은 오일의 냉각온도 제어장치는, 잠열을 이용하여 선택적으로 오일의 온도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 오일의 냉각온도 제어장치의 구성을 나타낸 개념도이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 오일의 냉각온도 제어장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매가 압축부(11), 응축부(12), 팽창부(13), 증발부(14)로 구성되는 폐쇄회로에 순환 유동될 수 있게 마련되는 냉각부(1), 고온의 오일이 유동되며, 상기 증발부(14)에 인접하게 마련되어, 상기 증발부(14)와 열교환이 용이하게 실시될 수 있게 마련되는 오일유동부(2), 바이패스배관으로 형성되되, 일단부가 상기 압축부(11) 및 응축부(12) 사이의 유로에 연결되고, 타단부가 상기 팽창부(13) 및 증발부(14) 사이의 유로에 연결되어 선택적으로 냉매의 유동을 제어할 수 있게 마련되는 바이패스부(3), 상기 냉매 및 오일의 온도를 측정할 수 있게 마련되는 온도센서부(4) 및 상기 온도센서부(4)의 온도 정보를 바탕으로 상기 바이패스부(3)의 유량을 제어하여 상기 오일의 냉각 온도를 제어할 수 있게 마련되는 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 냉각부(1)는, 냉매가 압축부(11), 응축부(12), 팽창부(13), 증발부(14)로 구성되는 폐쇄회로에 순환 유동될 수 있게 마련된다.
상기 냉각부(1)는, 스핀들에 공급되는 오일의 순환로에 형성되어, 스핀들에 공급 후, 온도가 상승한 상기 오일의 온도를 냉각할 수 있게 마련되는 구성이다.
구체적으로, 상기 냉각부(1)는, 압축부(11), 응축부(12), 팽창부(13), 증발부(14)로 구성되는 폐회로로 구성되어 냉매가 순환될 수 있게 마련된다.
먼저, 상기 압축부(11)는, 기화 된 고온 고압의 냉매를 압축할 수 있게 마련된다.
상기 압축부(11)는, 고온 고압의 냉매를 효과적으로 압축할 수 있는 형태라면 어떠한 형태로도 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축부(11)는, 통상의 냉각싸이클의 압축기로 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 응축부(12)는, 상기 압축부(11)를 통해 압축된 상기 냉매를 액화시킬 수 있게 마련된다.
상기 응축부(12)는, 압축 된 상기 냉매의 온도를 낮춰 액화시키기 위한 구성으로, 상기 냉매를 용이하게 냉각하여 액화시킬 수 있는 형태라면 어떠한 형태로도 구성될 수 있다.
바람직하게는, 냉각을 실시할 수 있는 장치와의 접촉면이 최대가 될 수 있도록 복수개의 관로가 형성되어 반응할 수 있는 표면적을 최대화시키는 것이 유리하다.
물론, 상기 응축부(12)의 냉각을 효과적으로 실시할 수 있도록 냉각장치가 더 마련되어야 함은 자명할 것이다.
이때, 상기 냉각장치로는, 열전소자블록(5)이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 열전소자블록(5)은, 통상의 열전소자로 구성되는 블록형태의 장치에 관한 것으로, DC전압 인가 시, 일측면은 온도가 낮아지고, 타측면은 온도가 상승하는 특성을 가지는 소재를 의미한다.
구체적으로, 상기 열전소자블록(5)은, 크게 흡열부(51) 및 발열부(52)로 구성된다.
먼저, 상기 흡열부(51)는, DC전압 인가 시, 일측면에 형성되어, 낮은 온도가 형성될 수 있게 마련된다.
이에 따라, 상기 흡열부(51)는, 상기 응축부(12)와 결합 형성되어 상기 응축부(12)로부터 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있게 마련된다.
상기 발열부(52)는, DC전압 인가 시, 타측면에 형성되어, 열을 방출할 수 있게 마련된다.
상기 발열부(52)는, 하기의 오일배출부(23)와 결합되어, 선택적으로 열교환이 실시될 수 있게 마련된다. 이는, 하기에서 보다 구체적으로 언급한다.
다음으로, 상기 팽창부(13)는, 상기 응축부(12)를 통해 액화 된 상기 냉매의 부피를 급격히 팽창시킬 수 있게 마련된다.
상기 팽창부(13)는, 상기 응축부(12)를 통해, 저온 저압으로 형성되는 상기 냉매의 부피를 효과적으로 팽창시킬 수 있는 형태라면 어떠한 형태로도 구성될 수 있다.
상기 팽창부(13)는, 통상의 냉각싸이클의 모세관 및 팽창변으로 구성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 증발부(14)는, 상기 팽창부(13)를 통해 팽창된 상기 냉매를 기화시킬 수 있게 마련된다.
상기 증발부(14)는, 상기 팽창부(13)를 통해 팽창된 상기 냉매를 용이하게 기화시킬 수 있는 형태라면 어떠한 형태로도 구성될 수 있다.
이때, 상기 증발부(14)에서는, 상기 냉매의 기화 과정에서 발생되는 흡열 반응에 의해, 주변 온도가 급격히 낮아지게 된다.
이에 따라, 상기 증발부(14)는, 상기 오일의 순환로에 결합 형성되어 상기 오일의 열을 흡수할 수 있게 마련되는 것이 바람직하다.
상기 증발부(14)는, 상기 오일의 순환로와 접촉면적을 최대화하여 용이하게 열교환이 발생될 수 있는 형태라면 어떠한 형태로도 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 오일유동부(2)는, 고온의 오일이 유동되며, 상기 증발부(14)에 인접하게 마련되어, 상기 증발부(14)와 열교환이 용이하게 실시될 수 있게 마련된다.
상기 오일유동부(2)는, 공작기계의 스핀들 등에 적용되는 오일이 순환 유동되는 유동통로에 관한 것으로, 작업을 통해 온도가 상승한 상기 오일이 유동되어 상기 냉각부(1)를 통해 냉각 후, 상기 공작기계의 스핀들 등에 재투입 될 수 있는 형태의 순환로가 마련될 수 있다면 어떠한 형태로도 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 오일유동부(2)는, 오일유입부(21), 오일냉각부(22), 오일배출부(23)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 오일유입부(21)는, 고온의 오일이 유입된다.
상기 오일유입부(21)는, 상기 스핀들에 적용되어진 고온의 오일이 용이하게 유입될 수 있는 관로가 형성된다.
다음으로, 상기 오일냉각부(22)는, 상기 오일유입부(21)를 통해 유입되어진 오일이 유동되는 과정에서 열교환을 통해 냉각이 실시될 수 있게 마련된다.
구체적으로, 상기 오일냉각부(22)는, 상기 증발부(14)와 결합 형성되어 용이하게 열교환이 실시될 수 있게 마련된다.
이때, 상기 오일냉각부(22)는, 상기 오일이 용이하게 유동될 수 있는 관로가 형성되되, 상기 증발부(14)와의 접촉면이 최대가 될 수 있는 형태로 마련되는 것이 바람직하다.
이는, 넓은 접촉면에 의해 열교환 효율을 극대화하기 위함이다.
다음으로, 상기 오일배출부(23)는, 냉각 된 오일이 배출된다.
상기 오일배출부(23)는, 상기 오일냉각부(22)를 통해 냉각 된 오일이 상기 스핀들에 재투입될 수 있는 관로가 형성되는 부분이다.
이때, 상기 오일배출부(23)는, 선택적으로, 냉각 된 상기 오일이 스핀들에 공급될 수 있도록 허용하거나 상기 오일을 추가 예열하여 상기 스핀들에 공급될 수 있도록 허용할 수 있다.
상기 오일에 추가 예열을 실시하는 경우는, 외부환경의 온도가 극히 낮거나 장비를 작동시키지 않은 채로 오일의 순환만을 필요로 할 때이다.
이는, 과도하게 낮은 온도로 인해, 오일의 점성이 높아지거나 유동성이 낮아져 오일의 성능이 저하되는 것을 방지하고, 스핀들의 효과적인 보호를 실시하기 위함이다.
이를 위해, 상기 오일배출부(23)는, 제 1 오일배출부(231), 제 2 오일배출부(232), 제 1 밸브부(233)로 구성된다.
먼저, 상기 제 1 오일배출부(231)는, 분기점이 형성되어, 상기 발열부(52)에 관통 연결되어 열교환이 가능한 관로가 형성된다.
구체적으로, 상기 제 1 오일배출부(231)는, 상기 발열부(52)를 관통하여 결합 형성될 수 있게 마련된다.
이를 통해, 상기 제 1 오일배출부(231)를 통과하는 오일은 상기 발열부(52)의 열을 통해 소정의 온도로 예열이 가능하다.
이때, 상기 제 1 오일배출부(231)는, 하기의 제 1 밸브부(233)에 의해, 선택적으로 오일의 유동이 허용될 수 있다.
다음으로, 상기 제 2 오일배출부(232)는, 상기 분기점을 기준으로, 상기 제 1 오일배출부(231)와 이격 형성되어, 열교환이 실시되지 못하는 관로가 형성된다.
구체적으로, 상기 제 2 오일배출부(232)는, 상기 발열부(52)와 결합되지 않은 관로가 형성되어, 냉각되어진 오일이 그대로 배출되어 상기 스핀들로 공급되어질 수 있게 마련된다.
상기 제 2 오일배출부(232)도 마찬가지로, 하기의 제 1 밸브부(233)에 의해 선택적으로, 오일의 유동이 허용될 수 있다.
다음으로, 상기 제 1 밸브부(233)는, 상기 분기점에 형성되어, 상기 오일의 진행방향을 제어할 수 있게 마련된다.
상기 제 1 밸브부(233)는 상기 제 1 오일배출부(231) 및 제 2 오일배출부(232)의 분기점에 형성되어, 하기의 제어부(미도시)의 제어에 의해, 선택적으로, 오일의 유동방향을 결정한다.
상기 제 1 밸브부(233)는 유동의 허용을 선택적으로 제어할 수 있는 형태의 밸브라면 어떠한 형태로도 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 바이패스부(3)는, 바이패스배관으로 형성되되, 일단부가 상기 압축부(11) 및 응축부(12) 사이의 유로에 연결되고, 타단부가 상기 팽창부(13) 및 증발부(14) 사이의 유로에 연결되어 선택적으로 냉매의 유동을 제어할 수 있게 마련된다.
상기 바이패스부(3)는, 하기의 제어부(미도시)의 제어를 통해, 상기 압축부(11)를 통과한 고온의 냉매의 일부를 상기 팽창부(13)를 통과한 저온의 냉매에 직접 주입하여 상기 냉매의 온도가 과도하게 낮아지지 않도록 선택적으로 제어하기 위한 구성이다.
상기 오일의 온도가 과도하게 낮아지면, 유동성 낮아지고, 점성이 높아져 스핀들의 윤활 효율을 오히려 저하시킬 수 있기 때문에 소정의 온도로 제어하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 바이패스부(3)는, 상기 압축부(11)와 응축부(12) 사이에 분기점이 형성되고, 상기 압축부(11)와 응축부(12) 사이의 분기점에 형성되는 제 2 밸브부(31)에 의해, 유량이 제어될 수 있게 마련된다.
상기 제 2 밸브부(31)는, 하기의 제어부(미도시)에 의해 개폐량을 제어하여 유량을 제어하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 온도센서부(4)는, 상기 냉매 및 오일의 온도를 측정할 수 있게 마련된다.
구체적으로, 상기 온도선세부는, 제 1 센서부(41) 및 제 2 센서부(42)로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 센서부(41)는, 고온의 상기 오일이 유입되는 부분에 형성되어 온도를 측정한다.
상기 제 1 센서부(41)로부터 측정되는 오일의 온도정보를 통해 하기의 제어부(미도시)에서 상기 열전소자블록(5)에 인가하는 DC전압량을 결정할 수 있다.
상기 제 2 센서부(42)는, 상기 응축부(12)를 통과하여 냉각된 상기 냉매의 온도를 측정한다.
상기 제 2 센서부(42)로부터 측정되는 냉매의 온도정보를 통해 하기의 제어부(미도시)에서 상기 바이패스부(3)를 통해 유입되는 냉매 공급량을 결정할 수 있다.
다음으로, 상기 제어부(미도시)는, 상기 온도센서부(4)의 온도 정보를 바탕으로 상기 바이패스부(3)의 유량을 제어하여 상기 오일의 냉각 온도를 제어할 수 있게 마련된다.
구체적으로, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제 1 센서부(41)로부터 유입되는 오일의 온도정보를 수신 후, 이를 바탕으로, 상기 열전소자블록(5)에 기설정된 DC전압을 인가한다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제 2 센서부(42)로부터 상기 냉매의 온도정보를 수신 후, 이를 바탕으로, 상기 바이패스부(3)를 통해 기설정된 유량이 유동될 수 있도록 상기 제 2 밸브부(31)를 제어한다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제 1 센서부(41)로부터 기설정된 온도 이하로 측정될 경우, 상기 제 1 밸브부(233)를 제어하여 상기 오일이 상기 제 1 오일배출부(231)로 유동되어 예열될 수 있도록 유도한다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 냉각부
11 : 압축부
12 : 응축부
13 : 팽창부
14 : 증발부
2 : 오일유동부
21 : 오일유입부
22 : 오일냉각부
23 : 오일배출부
231 : 제 1 오일배출부
232 : 제 2 오일배출부
233 : 제 1 밸브부
3 : 바이패스부
31 : 제 2 밸브부
4 : 온도센서부
41 : 제 1 센서부
42 : 제 2 센서부
5 : 열전소자블록
51 : 흡열부
52 : 발열부

Claims (5)

  1. 냉매가 압축부, 응축부, 팽창부, 증발부로 구성되는 폐쇄회로에 순환 유동될 수 있게 마련되는 냉각부;
    고온의 오일이 유동되며, 상기 증발부에 인접하게 마련되어, 상기 증발부와 열교환이 용이하게 실시될 수 있게 마련되는 오일유동부;
    바이패스배관으로 형성되되, 일단부가 상기 압축부 및 응축부 사이의 유로에 연결되고, 타단부가 상기 팽창부 및 증발부 사이의 유로에 연결되어 선택적으로 냉매의 유동을 제어할 수 있게 마련되는 바이패스부;
    상기 냉매 및 오일의 온도를 측정할 수 있게 마련되는 온도센서부; 및
    상기 온도센서부의 온도 정보를 바탕으로 상기 바이패스부의 유량을 제어하여 상기 오일의 냉각 온도를 제어할 수 있게 마련되는 제어부;를 포함하고,
    상기 응축부에는,
    열전소자블록;이 결합 형성되어 열교환이 실시될 수 있게 마련되며,
    상기 열전소자블록은,
    일측면에 열을 흡수할 수 있는 흡열부; 및
    타측면에 열을 방출할 수 있는 발열부;를 포함하고,
    상기 흡열부가 상기 응축부에 결합 형성되어 열교환이 실시되고,
    상기 발열부는,
    상기 오일유동부의 구성 중 오일이 배출되는 오일배출부와 결합되어, 선택적으로 열교환이 실시될 수 있게 마련되는 것을 특징으로 하는 오일의 냉각온도 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일유동부는,
    고온의 오일이 유입되는 오일유입부;
    유동되는 오일의 열교환을 통해 냉각이 실시되는 오일냉각부; 및
    냉각 된 오일이 배출되는 오일배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일의 냉각온도 제어장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일배출부는,
    분기점이 형성되어, 상기 발열부를 관통하여 열교환이 가능한 관로가 형성되는 제 1 오일배출부;
    상기 분기점을 기준으로, 상기 제 1 오일배출부와 이격 형성되어, 열교환이 실시되지 못하는 관로가 형성되는 제 2 오일배출부; 및
    상기 분기점에 형성되어, 상기 오일의 진행방향을 제어할 수 있게 마련되는 상기 제 1 밸브부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일의 냉각온도 제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도센서부는,
    고온의 상기 오일이 유입되는 부분에 형성되어 온도를 측정하는 제 1 센서부;
    상기 응축부를 통과하여 냉각된 상기 냉매의 온도를 측정하는 제 2 센서부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일의 냉각온도 제어장치.


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