KR20000042838A - 오일분리기 및 이것을 이용한 냉각싸이클 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조가 간단하고 제작이 용이토록 하며 냉매와 오일을 효과적으로 분리할 수 있고 머플러를 형성하여 냉매 유동에 따른 소음과 진동을 줄일 수 있는 오일분리기를 제공하는데 있다.

본 발명은 상.하부가 개구된 본체; 상기 본체의 상부 개구부를 밀폐하고 두께방향으로 압축기의 출구측과 연결되는 입구공 및 응축기의 입구측과 연결되는 출구공이 각각 형성된 상부헤드; 상기 본체의 하부 개구부를 밀폐하고 두께방향으로 압축기의 입구측과 연결되는 출구공 및 증발기의 출구측과 연결되는 입구공이 각각 형성된 하부헤드; 상기 상부헤드의 중앙으로부터 하방으로 소정길이 돌설되어 상기 본체의 일부분을 구획함으로써 냉매.오일 혼합기체가 Ｕ자 형태의 유동경로를 갖도록 하는 배플; 및 상기 상부헤드의 저면으로부터 하방으로 소정거리 이격되어 냉매.오일 혼합기체가 상기 배플에 의해 Ｕ턴 할 때 냉매와 오일을 분리하는 금속 발포제;를 포함한다.

Description

오일분리기 및 이것을 이용한 냉각싸이클

본 발명은 차량 공조장치에 이용되는 냉각시스템에 있어서, 압축기에서 토출되는 냉매.오일혼합기체로부터 오일과 냉매를 분리하고 분리된 오일을 압축기로 환원하는 오일분리기 및 이것을 이용한 냉각싸이클에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉매가스에 미스트형으로 분산된 오일에 의해 압축운전중에 있는 압축기내의 습동부의 윤활을 도모하고 있다.

그러나 오일이 압축기의 기계적인 마찰로 인해 필수적이기는 하나 열교환기측으로 흐를 경우 냉매와 혼합된 오일이 냉매의 열용량을 흡수하므로 고압측의 온도를 하강시키고 반대로 저압측에서는 온도를 높이는 등 열교환기의 열교환 효율을 떨어뜨리게 된다. 또한 열교환기를 흐르는 오일이 열교환기의 전열표면에 대류함으로써 냉매의 유동분배가 균일하지 못해 압력강하가 커지게 된다.

이런점을 감안하여 압축 운전중에 토출냉매가스에 포함된 오일을 오일분리기에서 분리하여 저유실에 저장하도록 하고 있다. 오일분리기는 압축기에 일체로 형성된 내장형과 압축기의 토출측과 응축기사이에 개재되는 분리형이 있다.

도 4는 종래 분리형 오일분리기가 설치된 냉매싸이클을 도시하고 있다. 도면을 참조하면, 압축기(20)와 응축기(21)사이에 오일분리기(25)가 설치되고, 이 오일분리기에서 분리되는 기체(냉매)는 응축기(21)를 통해 수액기(22)로 송출되어 액화된 팽창변(23)을 통해 증발기(24)로 송출되며, 오일은 감압수단을 통과하면서 감압되어 압축기(20)의 흡입측을 통해 냉매와 함께 흡입된다.

다른 분리형 오일분리기의 일예로 일본국 특개평 9-187617호는 압축기와 응축기 사이의 고압측 냉매.오일 혼합기체로부터 오일을 분리하는 오일분리기를 예시하고 있다.

그러나 2중 원통형 구조로서 비교적 복잡하고 제작하기에 어려우며 오일분리기의 크기가 커서 좁은 공간에 장착하기에 어려운 단점이 있다.

또한 오일분리기에 오일배출구를 설치하고 오일분리기에서 압축기 흡입측에 연결되는 오일반환통로를 설치해야 한다. 오일반환통로는 미세한 관으로 형성되며 양쪽 끝단에 연결부가 형성된다. 따라서 실차 장착시 여러 부위에서 조립을 해야하는 조립상의 번거로움이 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 구조가 간단하고 제작이 용이토록 하며 냉매와 오일을 효과적으로 분리할 수 있는 오일분리기 및 이것을 이용한 냉각싸이클을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 오일분리기에 머플러를 형성하여 냉매 유동에 따른 소음과 진동을 줄일 수 있는 오일분리기를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 상.하부가 개구된 본체; 상기 본체의 상부 개구부를 밀폐하고 두께방향으로 압축기의 출구측과 연결되는 입구공 및 응축기의 입구측과 연결되는 출구공이 각각 형성된 상부헤드; 상기 본체의 하부 개구부를 밀폐하고 두께방향으로 압축기의 입구측과 연결되는 출구공 및 증발기의 출구측과 연결되는 입구공이 각각 형성된 하부헤드; 상기 상부헤드의 중앙으로부터 하방으로 소정길이 돌설되어 상기 본체의 일부분을 구획함으로써 냉매.오일 혼합기체가 Ｕ자 형태의 유동경로를 갖도록 하는 배플; 및 상기 상부헤드의 저면으로부터 하방으로 소정거리 이격되어 냉매.오일 혼합기체가 상기 배플에 의해 Ｕ턴 할 때 냉매와 오일을 분리하는 금속 발포제;를 포함한다.

상기 금속발포재와 상기 하부헤드 사이의 본체 내부에는 냉매.오일 혼합기체로부터 분리된 오일을 압축기 흡입측으로 반환하는 오일반환수단을 더 포함한다.

상기 오일반환수단은 두께방향으로 오일공이 형성된 캐필러리 플레이트가 상기 본체를 상.하로 구획되게 복수로 설치한다.

상기 하부헤드에 형성된 입구공과 출구공 사이에는 오일이 증발기측으로 역류되지 않도록 오일팬스를 설치하고 상기 금속발포재와 상기 오일반환수단과의 사이에 오일저장공간을 형성한다.

또한 상기 금속발포재는 공극률이 60-90%의 범위로 설정하여 냉매.오일 혼합기체의 유동저항을 최소화하면서 오일분리를 원활히 하고, 상기 오일반환수단과 상기 하부헤드 사이를 이격시켜 머플러가 형성되게 함으로써 냉매의 맥동유동 및 소음을 감소시킨다.

이러한 구성에 의하면, 오일분리기에 유입된 냉매.오일 혼합기체는 오일분리기 내로 유동하면서 유속히 급격히 줄어든 상태로 금속발포재를 통과하므로써 금속발포재의 공극사이에 오일의 작은 입자들이 뭉쳐지게 된다. 혼합기체가 오일분리기의 중앙을 Ｕ턴하여 선회할 때 오일방울이 하방으로 낙하된다. 따라서 오일은 자중에 의해 하방으로 낙하되고 냉매는 출구쪽을 향하게 되며 금속발포재에 의해 2차적으로 오일이 분리된다. 분리된 오일은 캐필러리 플레이트에 형성된 오일공을 통과하여 하방에 형성된 머플러를 경유하여 증발기에서 유입된 냉매가스와 혼합된 상태로 압축기로 반환된다.

또한 본 발명의 특징은 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브 및 증발기가 순차적으로 연결되는 것으로, 상기 압축기의 출구관과 응축기의 입구관 및 증발기의 출구관과 압축기의 입구관 각각이 오일분리기에 연결되게 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 오일분리기의 설치예를 보인 냉각싸이클 구성도,

도 2는 오일분리기의 평면도,

도 3은 오일분리기의 전체적인 구조를 보인 도 2의 A-A 선 종단면도,

도 4는 종래 오일분리기의 설치예를 보인 냉각싸이클 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2;오일분리기 7;본체

8;상부헤드 9;하부헤드

10;배플 11;금속발포재

12a-12c;플레이트 13;오일공

14;오일저장실 15;머플러

16;오일팬스

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 통해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 대한 오일분리기가 설치된 냉각싸이클을 보인 것으로, 압축기(1)의 토출측과 흡입측 사이에 외장형 오일분리기(2)를 설치하여 냉매와 함께 유동하는 압축기 윤활오일을 냉매.오일 혼합기체로부터 분리하여 압축기(1)로 다시 환원시키도록 한다.

오일분리기(2)에서 분리된 기냉매는 응축기(3)를 통해 수액기(4), 팽창밸브(5), 증발기(6)를 경유하면서 열교환을 행한 후 압축기(1)로 유입되는 싸이클을 행하게 되고 동시에 오일분리기(2)에서 분리된 오일은 오일반환통로를 통해 압축기(1)의 흡입측으로 유동하면서 증발기(6)에서 압송된 냉매와 함께 혼합되어 재차 압축기(1)로 유입된 후 압축기의 습동부분을 윤활하게 된다.

도 1을 참조하면 본 발명은 압축기(1), 응축기(3), 수액기(4), 팽창밸브(5) 및 증발기(6)를 순차적으로 연결하되, 상기 압축기(1)의 출구관과 응축기(3)의 입구관 및 증발기(6)의 출구관과 압축기(1)의 입구관 각각이 오일분리기(2)에 연결되어 있다.

도 2는 본 발명에 따른 오일분리기의 평면도이고, 도 3은 오일분리기의 종단면도를 보이고 있다.

전체를 부호 2로 표시한 오일분리기는 상,하부가 개구된 관체형상의 본체(7)를 갖으며, 상,하부 각각에는 내향으로 단턱(7a)(7b)이 형성되어 있다. 여기에 소정의 두께를 갖는 원판형상의 상부헤드(8)와 하부헤드(9)를 삽입하여 브레이징 결합함으로써 본체(7) 내부에 오일을 분리하기 위한 일정한 공간을 형성하게 된다.

상부헤드(8)에는 압축기(1)의 출구측과 연결되는 입구공(8a) 및 응축기(3)의 입구측과 연결되는 출구공(8b)이 각각 형성되어 있으며, 하부헤드(9)도 상부헤드(8)와 동형으로 압축기(1)의 입구측과 연결되는 출구공(9a) 및 증발기(6)의 출구측과 연결되는 입구공(9b)이 각각 형성되어 있다.

상기 상부헤드(8)의 저면 중앙에는 하방으로 소정길이로 돌설되게 배플(10)을 설치하여 본체(7)의 상부 공간을 양측으로 구획함으로써 상부헤드(8)의 입구공(8a)으로부터 유입되는 냉매.오일 혼합기체를 Ｕ자 형태로 유동되게 하여 냉매.오일 혼합기체에서 냉매와 오일을 원심력에 의해 분리하게 된다.

부호 11는 금속발포재를 도시한 것으로, 이 금속발포재(11)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금체를 발포 성형한 것으로 내부에 무수한 구멍이 형성되어 있으며, 이를 통해 냉매.오일 혼합기체가 유동하면서 냉매와 오일을 분리하게 된다.

상기 금속발포재(11)는 제조공정에 따라 본체(7)와 동일한 내경을 갖는 지그에서 용융된 알루미늄 합금체를 발포하여 성형한 후 본체(7)에 삽입하게 된다.

특히, 금속발포재(11)를 제조함에 있어서 냉매.오일 혼합기체가 유동할 수 있는 공간, 즉 공극을 지닌 다공질 물질의 특성을 나타내는 공극률이 무엇보다 중요한 것으로, 이의 공극률은 공극의 전 용량과 금속발포체 전체의 용적을 제산한 백분율로써 60-90%가 바람직하다.

금속발포재(11)의 공극률이 90% 이상일 경우에는 냉매.오일 혼합기체의 분리가 어려우며, 반대로 공극률이 70% 이하일 경우에는 냉매.오일 혼합기체의 유동저항이 심화되어 압력이 상승된다. 바람직하게는 공극률이 75%를 유지하도록 하는 것이 좋다.

이러한 금속발포재(11)는 상면이 평활면을 갖고 하면 중앙에는 원형의 홈을 형성하여 오일저장실(14)로 활용한다.

금속발포재(11)의 상면은 상부헤드(8)와 일정한 간격을 유지하여 냉매.오일 혼합기체의 유속을 감소시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 더욱이 상부헤드(8) 중앙 저면에 설치되어 있는 배플(10)은 그 하부가 상기 금속발포재(11)와 중첩되게 함으로써 유속이 감속된 냉매.오일 혼합기체가 금속발포재(11)를 통과할 수 있도록 하여 오일 분리효율을 높일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

부호 12는 금속발포재(11)에 의해 분리된 오일을 압축기(1)의 흡입측으로 반환하기 위한 오일반환수단을 표시한 것으로, 여러장의 캐필러리 플레이트(12a-12c)를 일정한 간격으로 평행하게 적층시키고 있다.

본 실시예에서는 3장의 플레이트(12a-12c)들을 적층시키고 있는데, 이들 중 상플레이트(12a)와 하플레이트(12c)는 각각 가장자리가 직각으로 절곡되어 있으며, 이들 사이에 중앙플레이트(12b)가 개재되어 접합됨으로써 각각의 플레이트들 사이에 공간을 형성하게 된다.

이와 같이 형성된 오일반환수단(12)은 본체(7)의 내주면 둘레방향으로 돌설되어 있는 비드(7c)에 안치된다.

캐필러리 플레이트(12a-12c)는 두께방향으로 혼합기체에서 분리된 오일이 통과할 수 있는 오일공(13)이 형성되어 있다. 이들 오일공(13)은 각각의 캐필러리 플레이트(12a-12c)에 대해 서로 다른 경도에 위치되게 천공함으로써 오일의 반환경로를 연장시키고 있다. 이에 의하면 오일의 반환경로가 길어짐으로써 오일분리기(2) 내부에 작용하는 압력을 강하시킬 수 있다.

또한 캐필러리 플레이트(12a-12c) 사이의 공간은 오일저장실의 역할도 하며 냉매가스가 오일공(13)을 통해 플레이트사이로 유입되어도 중력에 의해 오일과 냉매가스가 분리되므로 냉매가스는 하부헤드(9)의 출구공(9a)측으로 통과하지 못하도록 되어 있다. 더욱이 본 발명은 상기 캐필러리 플레이트(12a-12c)와 하부헤드(9) 사이에 소정의 높이를 갖는 공간이 형성된 머플러(15)를 포함함으로써 유동의 소음과 진동을 감소시킬 수 있다.

상기 하부헤드(9)에는 입구공(9b)과 출구공(9a)사이의 지름선상에 오일팬스(16)를 설치하여 오일이 증발기측으로 역류되지 않도록 하고 있다. 더욱이 캐필러리 플레이트(12a-12c)들 중 하플레이트(12a-12c)에 형성된 오일공(13)은 하부헤드(9)의 출구공(9a) 상방에 형성시켜 오일팬스(16)와 함께 증발기측으로의 역류를 미연에 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 작용을 설명한다. 압축기(1)에서 배출되는 고온.고압의 냉매.오일 혼합기체에서 오일은 안개와 같이 작은 방울로 섞여 유동한다. 오일분리기(2)의 입구공(8a)은 압축기(1)의 매니폴드에 비해 유동단면적이 확대되는 형상으로 되어 있어 입구공(8a)을 통해 유입된 냉매.오일 혼합기체는 유속이 감속되면서 상부헤드(8)와 금속발포재(11)사이에 형성된 공간으로 유동하며, 배플(10)에 의해 Ｕ턴하게 된다. 더욱이 상기 배플(10)의 하부가 금속발포재(11)에 삽입된 상태로 설치되어 있기 때문에 냉매.오일 혼합기체는는 금속발포재(11)를 통과하면서 Ｕ턴하게 되며, 이때 오일의 작은 입자들이 배플(10)에 점착되어 뭉치면서 벽면을 타고 중력에 의해 오일저장실(14)로 낙하된다.

오일방울중 일부는 혼합기체의 흐름에 따라 유동하게 되는데 금속발포재(11)를 통과해 Ｕ턴하면서 이때 발생하는 강한 원심력에 의해 이탈되어 오일저장실(14)로 낙하하게 된다.

혼합기체가 유동하는 Ｕ턴 부위는 금속발포재(11)에 의해 유동 단면적이 줄어들기 때문에 상대적으로 빨라 강한 원심력이 나타난다. 즉, 혼합기체가 입구공(8a)을 지나면 유입될 때 보다 공간이 넓어지므로 유동의 속도가 감속하면서 금속발포재(11)에 의해 안개상태의 오일이 방울로 뭉치게 되고 Ｕ턴 할 때 유속이 증가되면서 원심력이 극대화 된다.

따라서 오일방울은 원심력에 의해 혼합기체의 경로로부터 이탈하여 하방에 위치한 금속발포재(11) 하부에 형성된 오일저장실(14)로 낙하되고 동시에 기냉매는 오일분리실의 출구공(8b)을 향해 유동한다.

즉, 본 발명은 혼합기체로부터 오일을 분리함에 있어서, 배플(10)과 금속발포재(11)에 의해 혼합기체는 Ｕ턴시 원심력과 오일방울의 중력에 의해 혼합기체로부터 분리된다.

원심력과 중력은 모두 질량에 비례하는 힘으로 냉매.오일 혼합기체에서 고온.고압의 냉매기체에 비해 오일방울의 질량이 크므로 원심력과 중력이 크게 작용하게 된다. 또한 원심력과 중력이 작용하는 방향이 오일저장실(14)을 향한 방향과 일치하므로 오일분리 성능이 극대화된다.

이상과 같은 원리에 의해 분리된 오일은 오일저장실(14)에 집유된 후 캐필러리 플레이트(12a-12c)에 형성된 오일공(13)을 통해 머플러(15)로 유동하게 된다.

머플러(15)로 유동한 오일은 증발기(6)에서 유입된 기냉매와 함께 혼합되어 압축기(1)의 흡입측으로 환원하는 순환과정을 연속적으로 반복하게 된다.

이때 캐필러리 플레이트(12a-12c)를 통과하여 머플러(15)로 유입된 오일은 하부헤드(9)의 중앙에 형성된 오일팬스(16)에 의해 하부헤드(9)의 입구공(9b)으로 역류되지 않고 출구공(9a)을 통해 압축기(1)로 환원된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 비교적 구조가 간단한 오일분리기를 제작할 수 있고, 오일분리에 의해 응축기, 증발기의 열용량을 높혀 에어컨의 냉방성능을 높일 수 있다. 또한 압축기의 토출압과 흡입압을 낮춤으로써 시스템의 내구 특성 및 유동소음과 진동을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 시스템의 오일충진량을 줄일 수 있어 원가절감 및 자원낭비를 해소할 수 있다.

또한 공조장치에 오일분리기를 장착할 경우 조립부위 감소로 장착성이 우수하고, 제작이 간편할 뿐만 아니라 오일 역류방지에 구조를 갖음으로써 시스템 내구성을 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

1. 상.하부가 개구된 본체;

   상기 본체의 상부 개구부를 밀폐하고 두께방향으로 압축기의 출구측과 연결되는 입구공 및 응축기의 입구측과 연결되는 출구공이 각각 형성된 상부헤드;

   상기 본체의 하부 개구부를 밀폐하고 두께방향으로 압축기의 입구측과 연결되는 출구공 및 증발기의 출구측과 연결되는 입구공이 각각 형성된 하부헤드;

   상기 상부헤드의 중앙으로부터 하방으로 소정길이 돌설되어 상기 본체의 일부분을 구획함으로써 냉매.오일 혼합기체가 Ｕ자 형태의 유동경로를 갖도록 하는 배플; 및

   상기 상부헤드의 저면으로부터 하방으로 소정거리 이격되어 냉매.오일 혼합기체가 상기 배플에 의해 Ｕ턴 할 때 냉매와 오일을 분리하는 금속 발포제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일분리기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 금속발포재와 상기 하부헤드 사이의 본체 내부에 냉매.오일 혼합기체로부터 분리된 오일을 압축기 흡입측으로 반환하는 오일반환수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일분리기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 오일반환수단은 두께방향으로 오일공이 형성된 캐필러리 플레이트가 상기 본체를 상하로 구획하여 설치된 것을 특징으로 하는 오일분리기.
4. 제 3항에 있어서, 두께방향으로 오일공이 각각 형성된 다수의 캐필러리 플레이트가 상호 이격되어 설치된 것을 특징으로 하는 오일분리기.
5. 제 4항에 있어서, 상기 캐필러리 플레이트에 형성된 각각의 오일공들은 서로 엇갈리게 형성된 것을 특징으로 하는 오일분리기.
6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 오일반환수단은 상기 본체 내부 둘레방향으로 돌설된 비드에 안치됨을 특징으로 하는 오일분리기.
7. 제 2항에 있어서, 상기 하부헤드에 형성된 입구공과 출구공 사이에 오일팬스를 설치함으로써 오일이 증발기측으로 역류되지 않도록 함을 특징으로 하는 오일분리기.
8. 제 2항에 있어서, 상기 금속발포재와 상기 오일반환수단과의 사이에 오일저장공간을 형성한 것을 특징으로 하는 오일분리기.
9. 제 1항에 있어서, 상기 배플의 하부가 상기 금속발포재에 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 오일분리기.
10. 제 1항에 있어서, 상기 금속발포재의 공극률이 60-90%인 것을 특징으로 하는 오일분리기.
11. 제 1항에 있어서, 상기 오일반환수단과 상기 하부헤드 사이를 이격되게 하여 형성한 머플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오일분리기.
12. 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브 및 증발기가 순차적으로 연결되는 것으로, 상기 압축기의 출구관과 응축기의 입구관 및 증발기의 출구관과 압축기의 입구관 각각이 오일분리기에 연결된 것을 특징으로 하는 냉각싸이클.