KR19980070594A - 흡인 축압기 탈성층화기 - Google Patents

Abstract

열 펌프 혹은 공기 조화 시스템에 사용되는 흡인 축압기는 다수의 구멍을 가지고 있는 유입 튜브를 포함한다. 하나의 구멍은 바람직하게 유입 튜브의 말단에 있고 다른 구멍은 바람직하게 감소하는 크기이고 유입 튜브를 따라 위 쪽으로 축압기의 바닥 근처로부터 이격되어 있다. 그러한 배열은 축압기로 들어가는 냉매와 윤활제의 증기/액체 혼합물이 시스템 정지 혹은 역유입의 기간 동안 종종 발생하는 층화된 혼합물을 빨리 탈성층화하면서 정상 작동하에서 확실히 과도한 거품을 야기하지 않도록 한다.

Description

흡인 축압기 탈성층화기(ｄｅｓｔｒａｔｉｆｉｅｒ)

본 발명은 열 펌프 혹은 공기 조화기와 함께 사용되는 흡인 축압기의 두 개의 혼합 액체를 탈성층화하는 장치, 특히, J형, U형, 혹은 스탠드 파이프형 튜브 흡인 축압기의 냉매나 윤활제를 탈성층화하는 장치에 관한 것이다.

모든 실질적인 목적에서 액체는 비압축성이다. 냉각 압축기 즉, 열 펌프, 공기 조화기, 그리고 냉동기에 사용되는 압축기는 오직 증기만을 압축하도록 설계되어있다. 소량의 액체를 견딜 수 있다고는 하지만, 상당량의 액체가 압축 실린더에 들어오면, 잘 설계된 효율적인 압축기라도 내부 손상을 입기 쉽다. 게다가, 압축기에 과량의 액체가 도입되면 내부 표면으로부터 압축기 오일을 희석시키고/혹은 씻어버려서 압축기의 정상적인 윤활을 방해한다.

흡인 축압기는 일반적으로 열 펌프 혹은 공기 조화기의 증발기와 압축기 사이에 위치한다. 작동하는 동안, 증발기로부터 나온 증기와 액체의 혼합물이 유입 배플을 거쳐 흡인 축압기로 들어온다. 증기는 배출 튜브를 거쳐 압축기로 들어가며 계량된 양의 오일과 액체 냉매의 혼합물이 오리피스를 통해 압축기로 들어간다. 열 펌프 혹은 공기 조화기가 장시간 동안 꺼져 있으면 냉매는 시스템 내에서 액화하는 경향이 있다. 시스템이 켜지거나 혹은 낮은 주위 작동 조건하에서는 많은 양의 액체 냉매가 압축기로 복귀할 수 있다. 만약 축압기가 없으면 액체 서어지는 압축기를 손상시킬 수 있다. 축압기는 그러한 액체 서어지를 방지한다.

배출 튜브의 설계는 확실히 액체 수위를 배출 튜브의 증기 유입구 아래로 유지시켜준다. 배출 튜브의 증기 유입구는 축압기의 상부 근처에 위치해서 축압기에 액체를 유지시키는 동안 압축기로의 증기의 복귀를 허용한다. 축압기내의 액체는 전형적으로 냉매와 윤활제의 혼합물이다. 냉매/윤활액/증기 혼합물이 축압기의 상부에서 유입 배플을 거쳐 축압기로 들어간다. 혼합물은 일반적으로 액체/증기 혼합물에서 무거운 액체는 떨어뜨리고 축압기로 들어간다. 가벼운 냉매 증기는 배출 튜브의 증기 유입구로 흡인되는 상부에 남아 있다. 무거운 냉매/윤활제 혼합물은 축압기의 바닥으로 간다. 시스템이 가동되는 동안, 축압기의 배출 튜브의 증기 유입구는 증기를 압축기로 공급한다. 일반적으로 비휘발성이고, 변하는 양의 액체 냉매와 함께 움직이는 윤활제는 뒤에 남아 축압기의 바닥 근처에서 합쳐진다. 배출 튜브의 바닥 근처에 위치한 오일 복귀 오리피스는 제어된 오일 농후 혼합물을 압축기로 복귀시킨다.

시스템이 오랜 기간 동안 꺼져 있고 실외 주위 온도가 실내 주위 온도보다 낮으면, 압축기는 열 펌프 혹은 공기 조화기 시스템에서 가장 차가운 부분이 된다. 이렇게 되면, 냉매는 압축기로 가서 때때로 압축기를 완전히 액체 냉매로 채우기도 한다. 액체 냉매보다 가벼운 윤활제는 냉매의 상부에 뜬다. 시동하는 동안, 모든 윤활제는 압축기의 펌프로 흡인되어서 시스템의 나머지 부분으로 방출되게 된다.

시동시 발생하는 문제에 덧붙여서, 낮은 주위 온도에서 작동하는 동안 축압기에 액체 냉매의 급격한 유입이 있을 수 있다. 이러한 조건은 액체 역유입으로 알려져 있고 주위 온도가 35℉ 이하이면 언제나 발생할 수 있다. 역유입은 잘못된 증발기, 낮은 실외 주위 온도에서의 작동, 혹은 냉매의 과충전과 같은 원인 때문에 공기 조화 시스템에서도 발생할 수 있다.

역유입 동안, 냉매/윤활제 혼합물은 냉매 농후 하층의 상부에 명확히 층을 이루는 오일 농후 거품 상층을 형성한다. 이러한 층화는 축압기로부터 압축기로의 윤활제의 빠른 복귀를 방해한다. 거품의 높이는 배출 튜브의 증기 유입구에 들어갈 만큼 높이 상승할 수 있어서, 압축기로의 원하지 않는 액체가 유입되기도 한다. 작동 조건에 따라, 압축기로 복귀하는 액체의 양은 압축기에 액체 타격과 손상을 야기한다.

현재의 설계는 HCFC와 CFC 냉매와 광물유 및 알카벤젠을 사용해서 수 년 동안 만족스럽게 실시되어 왔다. R-410A 같은 새로운 HFC 냉매와 POE 오일을 사용할 때 문제가 발생되어 왔다. R-410A와 POE 오일 혼합물이 종래의 R-22와 MO(광물유)의 혼합물과 유사한 혼화성 선도를 가지고 있기는 하지만, R-410A와 POE 오일 혼합물은 탈성층화하고 오일을 축압기에서 압축기로 복귀시키는데 훨씬 느리다. 이러한 예외는 시동과 역유입 조건 양쪽 하에서 발생한다.

냉매/윤활제 혼합물을 탈성층화하는 축압기가 필요하다. 냉매/윤활제 혼합물을 탈성층화하려고 단순히 유입 튜브를 축압기의 바닥 근처의 지점까지 확장하게 되면 과도한 거품이 야기된다.

그러므로 본 발명의 목적은 정상적으로 작동하는 동안 축압기내에서의 냉매/윤활제 혼합물을 탈성층화하는 것이다.

도1은 스크롤 압축기와 연결된 종래의 기술에 따른 축압기를 도시한 도면.

도2a는 본 발명의 실시예에 따른 흡인 축압기의 유입 튜브의 사시도.

도2b는 도2a의 실시예에 따른 흡인 축압기의 유입 튜브의 사시도.

도2c는 도2a의 실시예에 따른 흡인 축압기의 유입 튜브의 사시도.

도2d는 도2a의 실시예에 따른 흡인 축압기의 유입 튜브의 사시도.

도3은 스크롤 압축기에 연결된 본 발명의 흡인 축압기를 도시한 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 압축기

35 : 배출 튜브의 오일 복귀 오리피스

50 : 유입 튜브

62 : 배출 튜브의 증기 유입구

간단히 말해, 열 펌프 혹은 공기 조화 시스템에 사용되는 흡인 축압기는 다수의 구멍을 가지는 유입 튜브를 포함한다. 바람직하게는 하나의 구멍이 유입 튜브의 말단에 있고, 다른 구멍은 축압기의 바닥 근처에서 유입 튜브를 따라 위쪽으로 가면서 크기는 감소되면서 이격되어 있다. 그러한 배열은 시스템 정지 혹은 역유입 기간 동안 종종 발생하는 층화된 혼합물을 빠르게 탈성층화하는 동안 축압기로 들어가는 냉매와 윤활제의 증기/액체 혼합물이 확실히 과도한 거품을 야기하지 않도록 한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 열 펌프 혹은 공기 조화 시스템에 사용되는 흡인 축압기는 축압기의 상부에서 축압기의 바닥으로 확장하는 유입 튜브를 포함하는데, 유입 튜브는 냉매와 오일의 혼합물을 받아들이는 데 이용되고, 축압기는 혼합물을 액체 형태로 축적하는데 이용되며, 배출 튜브는 축압기의 상부 근처에 유입구를 가지고 축압기의 바닥 근처에 오리피스를 가지며 유입 튜브의 한 부분은 다수의 구멍을 가지고, 다수의 구멍은 축압기의 바닥 근처로부터 유입 튜브를 따라 위 쪽으로 구멍이 위치한 부분을 따라 이격되어 있어 유입 튜브로부터 축압기로의 혼합물의 유입은 축압기에 축적되어 있는 액체 형태의 혼합물을 탈성층화하게 된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 열 펌프 혹은 공기 조화 시스템에 사용되는 흡인 축압기는, 액체 형태의 혼합물을 축적하는 데 이용되는 축압기로 냉매와 오일 혼합물을 받아들이는 유입 수단과, 냉매를 축압기로부터 냉매의 증기 형태를 제거하는 제1 배출 수단과, 축압기로부터 오일의 액체 형태를 제거하는 제2 배출 수단과, 축압기에 축적된 액체 형태의 혼합물을 탈성층화하는 수단을 포함하는 유입 수단을 포함한다.

본 발명의 상기한 사항과 다른 목적, 요소, 그리고 장점은 같은 참조 번호가 같은 요소를 표시하는 첨부 도면과 관련한 이하의 설명에서 명백해질 것이다.

도1을 참조하면, 정상 작동 중에 냉매/윤활제 혼합물(도시되지 않음)이 유입구(45)를 거쳐 종래 기술에 의한 축압기(20)로 들어간다. 냉매 증기는 배출 튜브(40)의 증기 유입구(41)로 흡입되고 축압기(20)에 연결된 압축기(10)로 연결 파이프(48)를 거쳐 보내진다. 배출 튜브(40)의 오일 복귀 오리피스(35)는 윤활제를 냉매/윤활제 혼합물에서 압축기(10)로 직접 복귀시킨다.

정지 혹은 역유입 조건의 긴 기간 동안, 연결 파이프(48)의 냉매/윤활제 혼합물은 축압기(20)로 흐른다. 압축기(10) 내에서는 냉매/윤활제 혼합물이 오일(30)과 냉매(31)로 분리된다. 축압기(20) 내에서는 냉매/윤활제 혼합물이 오일 농후층(32)과 냉매 농후층(33)으로 분리된다. 그러므로 오일 복귀 오리피스(35)는 전적으로 냉매 농후층(33) 내에 있고 역유입 혹은 시동 조건 동안 허용량의 오일을 압축기(10)로 복귀시킬 수 없다.

도2a 내지 도2d와 도3을 참조하면, 축압기(100)는 유입 파이프 부재(52)와 축압기 덮개(56)에 고정되고 덮개(56)를 지나 확장하는 배출 파이프 부재(54)를 포함한다. 유입 및 배출 파이프 부재(52, 54)의 상부 말단은 증발기(도시되지 않음) 혹은 압축기(10)와 같은 열 펌프/공기 조화 시스템의 다른 부분과의 연결 지점으로 사용된다. 유입 튜브(50)는 유입 파이프 부재(52)의 하부 말단에 끼워지고 바람직하게 유입 튜브(50)의 제1 단부 상에 다수의 플랜지(58)를 덮개(56)의 아래 쪽에 납땜함으로써 축압기 덮개(56)에 연결된다. 여기에서는 종래의 J형 튜브 모양인 배출 튜브(60)는 종래의 수단에 의하여 배출 파이프 부재(54)에 연결된다. 배출 튜브(60)의 증기 유입구(62)는 덮개(56) 근처에 위치해서 축압기의 액체 용량이 최대화 되어 열 펌프/공기 조화 시스템의 정상 동작 동안 증기가 증기 유입구(62)로 쉽게 들어가게 한다. 배출 튜브(60)의 하부 곡선 부분의 오리피스(64)는 제어된 양의 윤활제가 압축기(10)로 직접 복귀하도록 허용해 준다.

유입 튜브(50)는 유입 튜브(50)의 하단에 말단 구멍(70)과 바람직하게 모두 유입 튜브(50)의 같은 쪽에 위치한 다수의 측면 구멍(71, 72, 73, 74)을 포함한다. 측면 구멍(71, 72, 73, 74)의 크기는 거의 비슷하게 하지만, 측면 구멍(71)은 최적의 실행을 위해서 바람직하게는 측면 구멍(72) 보다는 크게 한다. 측면 구멍(72)은 바람직하게는 측면 구멍(73) 보다 크고, 바람직하게는 측면 구멍(73)은 측면 구멍(74) 보다 크다. 특별한 쪽 혹은 심지어 같은 쪽에 있는 측면 구멍(71, 72, 73, 74)의 위치 역시 임의로 고려된다.

시동 혹은 역유입 조건에서, 유입 튜브(50)의 하단에 가장 가깝게 더 큰 구멍(70, 71)을 가지는 것은 축압기(100)의 냉매 농후층(33)과 오일 농후층(32)에 걸쳐 거품을 일으키는 유입 증기/액체가 느린 교반 운동을 하도록 한다. 구멍(70, 71)에 도달한 유입 증기/액체는 구멍(70, 71)이 구멍(72 내지 74) 보다 크기 때문에 구멍(72 내지 74)에 도달하는 유입 증기/액체보다 낮은 속도를 가지고 있다. 이러한 배열은 축압기(100)의 바닥의 어떠한 침전물이라도 확실하게 떠오르지 않도록 하고 오일 복귀 오리피스(64)로 밀어서 막히도록 하지도 않는다.

단지 유입 튜브(50)에 구멍(70, 71)을 제공하는 것은 시스템에 압력 강하를 더해준다. 그러므로, 작은 구멍(72 내지 74)이 유입 튜브(50)를 따라 더 높은 위치에 제공된다. 정상적인 작동을 하는 동안에는 액체 냉매/윤활제 혼합물의 수위가 좀처럼 이런 고수위로 올라가지 않고 증발기(도시되지 않음)로부터 유입 튜브(50)로 들어가는 고속의 증기가 작은 구멍(72 내지 74)을 통해 유입 튜브(50)를 떠나서 시스템의 압력 강하를 방지할 수 있다. 역유입 혹은 시동 조건 동안, 축압기(100)가 액체 냉매/윤활제 혼합물로 가득 차게 되면, 구멍(72 내지 74)을 지나 유입 튜브(50)를 나오는 냉매 증기의 높은 속도는 액체 냉매/윤활제 혼합물의 더욱 빠른 교반 운동을 야기한다. 게다가, 구멍의 전체 개구 면적(구멍(70 내지 74)의 전체 면적)은 심한 교반과 심한 거품 운동을 방지할 만큼 크다.

구멍의 위치와 크기는 주로 축압기 크기, 튜브 크기, 증기의 속도, 그리고 윤활제와 냉매의 선택에 영향을 받는다. 자세한 구멍 위치와 크기는 실험적으로 결정될 수 있다.

유입 튜브(50)는 단면이 정사각형으로 도시되어 있지만, 임의로 원, 직사각형, 삼각형 혹은 실제로 어떠한 모양이어도 상관없다. 튜브(50)를 쉽게 만들고, 튜브의 말단상의 플랜지(58)를 쉽게 만들고 다수의 축압기 설계에서 발견되는 유입 파이프 부재(52)에 튜브(50)를 쉽게 맞추는 것을 포함하는 제작상의 고려에 기인해서 유입 튜브(50)의 정사각형 단면이 선호된다.

본 발명은 열 펌프 혹은 공기 조화 시스템에 사용되는 흡인 축압기내에서 냉매/윤활제 혼합물을 탈성층화하는 장치를 제공하여, 압축기의 내부 손상을 방지하고 압축기의 정상적인 윤활을 원활하게 한다.

Claims (5)

1. 열 펌프 혹은 공기 조화 시스템에 사용되는 흡인 축압기에 있어서,

   상기 축압기의 상부로부터 상기 축압기의 바닥으로 연장하며 냉매와 오일 혼합물을 받아들이는데 이용되는 유입 튜브와,

   상기 축압기의 상기 상부 근처에 유입구를 가지고 상기 축압기의 상기 바닥 근처에 오리피스를 가지는 배출 튜브를 포함하며, 상기 축압기는 상기 혼합물을 액체 형태로 축적하는데 이용되며,

   상기 유입 튜브의 일부분은 다수의 구멍을 가지고 있으며 상기 다수의 구멍은 상기 축압기의 상기 바닥 근처에서부터 상기 유입 튜브를 따라 위 쪽으로 이격되어 있어서 상기 유입 튜브로부터 상기 축압기로의 상기 혼합물의 유입이 상기 축압기에 축적된 액체 형태의 상기 혼합물을 탈성층화하게 되는 것을 특징으로 하는 흡인 축압기
2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 구멍이 제1, 제2 구멍을 포함하고, 상기 제1 구멍은 상기 제2 구멍보다 크고 상기 구멍보다 상기 축압기의 상기 바닥에 더 가까운 것을 특징으로 하는 축압기.
3. 제1항에 있어서, 상기 다수의 구멍이 제1, 제2 구멍을 포함하고, 상기 제1 구멍은 상기 제2 구멍보다 작고 상기 제2 구멍보다 상기 축압기의 상기 바닥에 더 가까운 것을 특징으로 하는 축압기.
4. 열 펌프 혹은 공기 조화기에 사용되는 흡인 축압기에 있어서,

   냉매와 오일 혼합물을 축압기로 받아들이는 유입 수단과, 상기 냉매의 증기 형태를 상기 축압기로부터 제거하는 제1 배출 수단과, 상기 오일의 액체 형태를 상기 축압기로부터 제거하는 제2 배출 수단을 포함하며, 상기 축압기는 액체 형태의 상기 혼합물을 축적하는데 이용되며,

   상기 유입 수단은 상기 축압기에 축적된 액체 형태의 상기 혼합물을 탈성층화하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡인 축압기.
5. 제4항에 있어서, 상기 탈성층화 수단은, 상기 혼합물이 상기 유입 수단에 의해 상기 축압기로 유입될 때 상기 혼합물의 속도를 줄여주는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 축압기.