KR20020087179A - 오일분리기 일체형 응축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기의 원활한 구동을 위하여 냉매와 함께 순환하는 오일이 응축기에 유입되지 않도록 한 오일분리기 일체형 응축기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 오일분리기 일체형 응축기는, 냉매유입관이 구비된 제1헤더와, 제1헤더와 평행하게 수직으로 세워지며 냉매배출관이 연결된 제2헤더와, 제1헤더와 제2헤더의 사이에 수평으로 배치되는 복수의 튜브와, 튜브들 사이에 개재되는 냉각핀과, 제1헤더의 내부에 수직으로 세워져 그 공간을 오일분리실과 냉매순환실로 구획하며 냉매유입관을 통해 유입된 냉매로부터 오일을 분리하는 오일분리판과, 오일분리판에 상하 길이방향으로 삼면이 절개되어 일방향으로 경사지게 절곡된 절개부 및 이 절개부에 의해 자연적으로 형성되는 냉매통과공과, 오일분리실 저부의 오일배출구를 개폐하는 볼밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하며, 냉매에 혼합된 오일은 오일분리판의 전면, 절개부에 부딪쳐 오일분리실의 저부로 낙하되어 집유되고, 오일의 집유량이 많아지면 볼밸브가 집유된 오일에 부유되어 오일배출구가 개방됨으로써 오일이 압축기의 크랭크실에 귀환되므로 응축기에 순수 냉매만 유입되어 열교환효율을 높일 수 있다.

Description

오일분리기 일체형 응축기 {CONDENSER IN ONE FORM WITH OIL SEPARATOR}

본 발명은 응축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기에서 토출되어 냉매와 함께 유동되는 오일을 냉매로부터 분리하여 오일이 응축기에 유입되지 않도록 한 오일분리기 일체형 응축기에 관한 것이다.

자동차용 냉방장치는, 저온저압의 가스냉매를 압축하여 고온고압의 가스 냉매로 토출하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출되는 고온고압의 가스냉매를 열교환에 의하여 액체 상태로 만드는 응축기와, 상기 응축기로부터 액화되어 이송되는 냉매를 저압의 액체 상태로 만드는 팽창밸브와, 그리고 상기 팽창밸브로부터 이송되는 냉매를 열교환에 의하여 증발시켜 기체 상태로 만들어 압축기로 보내는 증발기를 포함하여 이루어진다.

그리고, 이러한 냉방장치를 구성하는 압축기는 자동차의 풀리를 통하여 엔진의 동력을 전자클러치의 단속작용에 의하여 선택적으로 전달받아 증발기를 거쳐 나오는 열교환된 냉매를 흡입 압축하여 응축기로 토출한다.

피스톤 압축기의 대표적인 형태인 사판식 압축기는, 전방 하우징과, 이와 결합되는 후방 하우징과, 상기 전방 하우징 내부에 설치되는 전방 실린더와, 상기 후방 하우징에 설치되는 후방 실린더와, 상기 전방 실린더의 보어들 및 후방 실린더의 보어들에 직선왕복운동 가능하게 설치되는 다수의 양두 피스톤들과, 상기 전후방 하우징 및 전후방 실린더의 중앙을 관통하여 회동가능하게 설치되는 구동축과,구동축에 경사지게 축착되어 구동축의 회전에 따라 회전함으로써 피스톤들을 전후진시키는 사판과, 그리고, 상기 전후방 실린더와 전후방 하우징의 내면과의 사이에 설치되는 양쪽 밸브 유니트를 포함하여 이루어진다. 또한, 사판식 압축기에는 전술한 양두 피스톤방식외에 편두 피스톤방식도 있다.

상기한 바와 같이 구성되는 압축기의 구동축에 엔진의 동력이 전달되면 구동축과 함께 경사진 상태로 회동하는 사판에 의하여 피스톤들이 전후진하며, 이 피스톤의 전후진중 피스톤의 흡입행정시에는 밸브 유니트를 통하여 냉매가 실린더 보어 내부로 흡입되고, 피스톤의 배출행정시에는 밸브 유니트를 통하여 냉매가 압축되어 배출된다.

그리고, 압축기가 원활하게 구동되도록 냉매에 오일이 함유됨으로써 오일은 시스템 작동시에 냉매와 함께 시스템의 각 부분을 순환하며, 이와 같이 시스템 내를 순환하는 오일은 압축기에서 윤활작용을 하게 된다.

그런데, 오일이 응축기와 같은 열교환기나 팽창장치, 파이프 및 호스류에 유입될 경우 이 오일이 열교환기 등의 내면에 코팅되어 열교환효율을 감소시키고, 열교환기의 소정공간을 차지하여 열전달율이 저하될 뿐만 아니라, 냉매의 압력 강하량이 증가되기 때문에 시스템의 구동부하를 높이는 등의 악영향을 끼친다.

또한, 윤활오일이 냉방시스템 전체를 순환하게 되면 압축기에 공급되는 오일량의 변동이 심하여 압축기의 각 구동파트에 윤활오일이 충분히 공급되지 못하므로 압축기의 윤활이 안정적으로 또한 원활하게 이루어지지 못하고, 이에 따라 드라이 운전이 되어 구동파트들이 소손되거나 로크가 발생되는 등 압축기의 내구성이 저하된다.

그리고, 압축기의 구동파트에 윤활오일을 충분히 공급하기 위하여 너무 많은 양의 윤활오일을 사용할 경우에는 윤활오일이 냉매가 갖는 고유기능을 상실시켜 냉방시스템의 효율이 저하될 뿐만 아니라 냉방시스템의 전체 크기가 증가되어 자동차 엔진룸의 장착성 및 레이아웃에 악영향을 끼친다.

이상과 같은 문제점을 고려하여 냉방시스템에는 통상 압축기에서 압축되어 토출되는 냉매로부터 윤활오일을 분리 회수하여 압축기로 복귀시킬 수 있는 오일분리기가 사용되고 있으며, 이 오일분리기는 일반적으로 압축기의 토출라인측에 구비된다.

즉, 압축기의 구동부를 윤활한 후 냉매와 함께 토출된 오일은 오일분리기를 거치면서 냉매로부터 분리되어 응축기로 인입되지 않고 압축기로 복귀하게 된다.

그러나, 종래 기술에 따른 오일분리기에 따른 오일의 분리작용은 오일분리기 내부의 온도, 압축기의 크랭크실과 오일분리기 내부의 압력차 등의 조건과 밀접한 관계를 맺고 있으며, 오일분리작용은 이러한 조건의 미세한 변화에도 민감하게 반응함에 따라 오일의 분리효율이 떨어져 일부 오일은 냉매로부터 분리되지 않고 냉매와 함께 압축기 이후의 응축기에 유입된다.

한편, 응축기 이후의 냉동싸이클(팽창밸브, 증발기 등)에는 일반적으로 별도의 오일분리수단이 제공되어 있지 않기 때문에 앞서 설명한 바와 같이, 응축기에 유입된 오일을 그대로 방치할 경우에는 그 오일이 팽창밸브 그리고, 증발기를 통과하면서 열교환기의 내면에 코팅되어 열교환효율을 떨어뜨리게 될 뿐만 아니라, 압축기에 충분한 양의 오일이 공급되지 못하는 결과가 되어 압축기의 윤활이 원활하게 이루어지지 못하고, 이에 따라 드라이 운전이 되어 구동파트들이 소손되거나 로크가 발생되는 등 압축기의 내구성이 저하된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 압축기에서 토출되는 냉매에 혼합된 오일을 분리하여 응축기에 유입되지 않도록 한 오일분리기 일체형 응축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 응축기의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 응축기에 적용된 오일분리판의 사시도.

도 3은 도 1의 A 부 확대도.

도 4는 도 3의 Ⅳ - Ⅳ 선 단면도.

도 5, 도 6, 도 7은 본 발명에 따른 응축기에 있어서 냉매 및 오일의 흐름을 보인 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,50 : 헤더 파이프 11 : 냉매유입관

12,52 : 배플 20 : 오일분리실

21 : 캡 22 : 필터

30 : 냉매순환실 40 : 오일분리판

41 : 냉매통과공 42 : 절개부

80 : 오일귀환로 90 : 볼밸브

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오일분리기 일체형 응축기는, 냉매유입구 또는 냉매배출구가 연결된 제1헤더와; 상기 제1헤더와 평행하게 수직으로 세워지며 냉매배출구 또는 냉매유입구가 연결된 제2헤더와; 상기 제1헤더와 제2헤더 사이에 배치되어 이들 사이에서 유체통로를 이루는 다수개의 튜브와; 그리고, 상기 각 튜브 사이에 배치된 다수개의 냉각핀을 구비하여 이루어진 응축기에 있어서,

상기 응축기는, 제1 또는 제2헤더와 평행하게 입설되어 냉매속의 오일을 분리하여 압축기측으로 복귀시키는 오일분리수단이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

<실시예 1>

도 1은 본 발명에 따른 오일분리기 일체형 응축기의 구성도이며, 도 2는 본발명에 따른 응축기에 적용된 오일분리판의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 응축기에 적용된 밸브수단을 보인 도 1의 A 부 확대도이며, 도 4는 도 3의 Ⅳ - Ⅳ 선 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 응축기에 있어서 냉매 및 오일의 흐름을 보인 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 오일분리기 일체형 응축기는, 냉매유입관(11)이 연결되고 그 내부 공간을 오일분리실(20) 및 냉매순환실(30)의 좌우 2개소로 구획하는 오일분리판(40)이 수직으로 세워진 제1헤더파이프(10)와, 제 1헤더파이프(10)와 평행하게 수직으로 세워지고 냉매배출관(51)이 연결된 제2헤더파이프(50)와, 제1헤더파이프(10)와 제2헤더파이프(50)의 사이에 수평방향으로 배치되어 이들 사이에서 유체통로를 이루는 다수개의 튜브(60)와, 각 튜브(60)들 사이에 수평으로 배치된 다수개의 냉각핀(70)을 구비하여 이루어진다.

본 발명에 따른 오일분리가 적용되는 응축기 냉매 패스의 구성예로서는 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1헤더파이프(10)는 냉매순환실(30) 내부를 위에서부터 아래로 2개의 공간(S1)(S2)으로 구획하는 배플(12)을 포함하며, 제2헤더파이프(50)는 내부 공간을 위에서부터 아래로 2개의 공간(S3)(S4)으로 구획하는 배플(52)을 포함한다.

두 개의 배플(12)(52)이 지그재그 방식으로 배치됨으로써 튜브(60)들은 양 헤더파이프(10)(50) 사이에서 위로부터 아래로 세 개의 유체통로(P1)(P2)(P3)를 이룬다.

그리고, 냉매순환실(30)의 제1공간(S1)과 대응되는 오일분리판(40)에는 좌우로 관통되어 오일분리실(20)과 냉매순환실(30)의 제1공간(S3)을 유체연통하는 냉매통과공(41)이 다수개 천공된다. 냉매통과공(41)은 오일분리판(40)을 상하 길이방향으로 삼면을 절개하여 이 절개부(42)를 냉매유입관(11)측으로 소정 각도 경사지게 절곡함으로써 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 오일분리실(20)의 저부에는 오일분리실(20)과 크랭크실(미도시)을 연결하여 오일분리실(20)에 집유된 오일이 크랭크실로 복귀되도록 안내하는 오일귀환로(80)가 연결된다. 또한, 오일분리실(20)의 하측에는 오일분리실(20)의 하측 개구부를 폐쇄하며 오일귀환로(80)가 연결되는 오일배출구(21a)가 구비된 캡(21)이 브래이징 등의 방법으로 결합된다.

오일분리실(20)에 일정량의 오일이 집유되면 자연적으로 오일이 크랭크실에 귀환되도록 캡(21)의 오일배출구(21a)를 개방하는 볼밸브(90)가 설치된다. 즉, 볼밸브(90)는 자중에 의해 오일배출구(21a)를 폐쇄하다가 집유된 오일의 양에 따라 부유하면서 오일배출구(21a)를 개방하는 것이다.

부가적으로, 오일분리실(20)의 저부에는 집유된 오일을 여과하는 필터(22)가 설치될 수 있다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1헤더파이프(10)는 오일분리실(20)과 냉매순환실(30)이 원형으로 이루어진 아령형상으로 이루어지며, 그 사이에 오일분리판(40)이 결합될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 오일분리기 일체형 응축기의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

압축기에서 고온고압으로 압축된 냉매는 오일이 혼합된 상태로 냉매유입관(11)을 통하여 오일분리실(20)에 유입되어 오일분리판(40)에 부딪친 후, 오일분리실(20) 내부를 유동하다가 오일분리판(40)의 전면과 절개부(42)의 사이의 냉매통과공(41)을 통해 냉매순환실(30)의 제1공간(S1)에 유입된다.

제1공간(S1)에 유입된 냉매는 제1유체통로(P1)를 따라 제2헤더파이프(50)의 제1공간(S3)측으로 유동되면서 제1유체통로(P1)를 통과하는 공기와 열교환된다.

제2헤더파이프(50)의 제1공간(S3)에 유입된 냉매는 배플(52)에 의해 제2유체통로(P2)를 따라 제1헤더파이프(10)의 제2공간(S2)측으로 유동되어 제3유체통로(P3)측으로 U턴하여 제3유체통로(P3)를 따라 흐르다가 냉매배출관(51)을 통하여 배출된다.

한편, 냉매유입관(11)을 통하여 유입된 냉매가 오일분리판(40)을 통과하는 시점에서 기상 냉매는 전술한 바와 같이, 절개부(42)를 선회하여 냉매통과공(41)을 통과할 수 있지만, 오일은 그 점도에 의해 오일분리판(40)의 전면 및 절개부(42)의 전면에 묻게 된다.

오일분리판(40)에 묻은 오일은 중력에 의해 하측으로 낙하하여 오일분리실(20)의 저부에 집유된다.

오일분리실(20)에 저장된 오일의 집유량이 많아지면 도 3에 도시된 바와 같이, 볼밸브(90)가 오일에 부유되어 오일배출구(21a)가 개방되며, 집유된 오일은 필터(22)를 통해 이물질이 제거된 상태로 오일배출구(21a)를 통하여 오일귀환로(80)에 배출된다.

이때, 오일분리실(20)에 유입된 냉매는 기상이며, 오일은 액상이기 때문에 오일분리실(20)에 유입된 오일은 오일분리실(20)의 저부에 집유되고, 냉매는 오일분리실(20)의 상부를 통해 응축기 내로 흐르기 때문에 오일귀환로(80)를 통해 누출되지 않는다.

도 6과 도 7은 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 오일분리기가 응축기의 냉매 패스에 제약을 받지 않고 모든 종류의 응축기에 적용될 수 있음을 보이기 위한 실시예이다.

<실시예 2>

도 6은 하나의 헤더파이프(10)에 냉매유입관(11) 및 냉매배출관(13)이 구비되면서 헤더파이프(10)의 내부에 하나의 배플(14)이 형성되어 냉매튜브(60)들이 U자형의 유체통로를 이루는 응축기를 도시한 것이다.

헤더파이프(10)의 냉매유입관(11)측에는 냉매배출관(13)과 간섭되지 않도록 오일분리실(20)이 형성되며, 오일분리실(20)과 냉매순환실(30)의 사이에는 오일분리판(40)이 세워진다.

<실시예 3>

도 7은 본 발명에 따른 오일분리판(40)이 배플이 채용되지 않은 응축기에 적용된 것을 도시한 구성도이다.

이 응축기는 각각의 헤더파이프(10)(50)에 냉매유입관(11) 및 냉매배출관(51)이 각각 형성되며, 헤더파이프(10)의 내부에 배플이 형성되지 않아서 모든 냉매튜브(60)들이 하나의 유체통로를 이루고, 냉매유입관(11)측의 헤더파이프(10)의 내부에 오일분리판(40)이 형성된다.

따라서, 압축기에서 냉매와 함께 토출되어 압축기 이후의 오일분리기를 통해 제거되지 않고 냉매와 함께 응축기에 유입되려는 오일은 응축기에 유입되기 이전에 오일분리판(40)을 통과하면서 냉매로부터 제거되어 응축기에는 오일이 혼합되지 않은 순수 냉매만 유입된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 오일분리기 일체형 응축기에 의하면, 냉매에 혼합된 오일이 응축기에 유입되기 이전에 냉매로부터 분리되어 응축기 및 응축기 이후의 팽창밸브, 증발기 등에는 오일이 혼합되지 않은 순수 냉매만 유입되므로 열교환효율을 높일 수 있다.

그리고, 오일이 압축기를 제외한 나머지 열교환기에 누설되지 않아 압축기에 적정량의 오일이 공급되므로 압축기의 구동부의 내구성을 향상할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (6)

1. 냉매유입구 또는 냉매배출구가 연결된 제1헤더와; 상기 제1헤더와 평행하게 수직으로 세워지며 냉매배출구 또는 냉매유입구가 연결된 제2헤더와; 상기 제1헤더와 제2헤더 사이에 배치되어 이들 사이에서 유체통로를 이루는 다수개의 튜브와; 그리고, 상기 각 튜브 사이에 배치된 다수개의 냉각핀을 구비하여 이루어진 응축기에 있어서,

   상기 응축기는, 제1 또는 제2헤더와 평행하게 입설되어 냉매속의 오일을 분리하여 압축기측으로 복귀시키는 오일분리수단이 형성된 것을 특징으로 하는 오일분리기 일체형 응축기.
2. 제 1 항에 있어서 상기 오일분리수단은,

   제1 또는 제2 헤더와 평행하게 입설되어 내부를 오일분리실과 냉매순환실로 구획하며 다수의 냉매통과공이 형성된 오일분리판과;

   상기 오일분리판에 의해 구획된 오일분리실의 저부에 형성된 오일배출구를 개폐하는 밸브수단과; 그리고,

   상기 오일분리실 저부에 형성된 오일배출구와 압축기의 크랭크실을 연결하여 상기 오일분리실에 집유된 오일이 압축기의 크랭크실에 복귀되도록 안내하는 오일귀환로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오일분리기 일체형 응축기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 오일분리판은,

   상하 길이방향으로 삼면이 절개되어 냉매유입구측으로 절곡됨으로써 상기 오일분리판의 냉매통과공을 형성하는 날개부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오일분리기 일체형 응축기.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 밸브수단은,

   자중에 의해 상기 제1헤더 저부의 오일배출구를 폐쇄하다가 상기 제1헤더 내부에 모아지는 오일의 양에 따라 오일에 부유하여 상기 제1헤더 내부의 오일배출구를 개방하는 볼 밸브인 것을 특징으로 하는 오일분리기 일체형 응축기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1헤더는,

   상기 제1헤더 내부의 오일배출구측에 설치되어 오일에 혼합된 이물질을 제거하는 여과부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오일분리기 일체형 응축기.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 오일분리수단은 일측 헤더와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 오일분리기 일체형 응축기.