KR20100007567A - 차량용 공조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 공조장치의 순환 냉매 중에 함유된 오일의 분리성능을 향상 시키고, 오일분리기를 소형화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 공조장치는, 내부로 냉매를 유입하는 흡입 매니폴드 및 압축된 냉매를 토출하는 토출 매니폴드가 구비된 압축기를 포함하는 차량 공조장치에 있어서, 상기 압축기의 토출 매니폴드로부터 토출되는 냉매에서 오일을 분리하는 분리수단과, 상기 분리수단을 통해 분리된 오일이 저류되는 오류저류수단과, 상기 오일저류수단의 오일을 상기 흡입 매니폴드측으로 이송하여 흡입 냉매와에 섞이도록 하는 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 오일분리기를 소형화시켜 간단하게 결합할 수 있도록 함으로써 실차 장착 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 효과가 있다.

오일분리기, 오일, 매니폴드, 압축기

Description

차량용 공조장치{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLES}

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 공조장치의 순환 냉매 중에 함유된 오일을 분리한 후 압축기로 회수하는 오일 분리성능을 향상 시키고, 오일분리기를 소형화할 수 있는 차량용 공조장치에 관한 것이다.

일반적인 차량 공조장치의 냉동사이클은, 도 1에 도시한 바와 같이, 냉매를 압축시키는 압축기(200)를 구비한다. 상기한 압축기(200)에는, 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(400)가 연결되어 있다. 상기 응축기(400)에는 응축기로부터 공급되는 냉매를 기액분리하여 액상 냉매를 배출하는 수액기(600)가 연결된다.

또한, 상기 냉동사이클에는 상기한 응축기(400)를 통과한 냉매의 온도와 압력을 강하시키는 팽창밸브(800)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 팽창밸브(800)로부터 공급되는 냉매를 열교환에 의하여 증발시켜 압축기(200)로 보내는 증발기(100)가 구비되어 있다.

이러한 공조장치의 냉동사이클을 순환하는 냉매에는 압축기(200)의 구동을 원활하게 하기 위하여 오일이 혼합되어 사용된다. 상기 냉매에 혼합된 오일이 응축기(400)와 같은 열교환기에 유입될 경우, 열전달율이 저하될 뿐만 아니라 압력 강 하가 심하게 발생한다.

따라서, 열교환기로의 오일 유입을 방지할 필요가 있다. 이를 위하여 공조장치의 냉동사이클에는, 압축기(200)로부터 토출되는 냉매에 함유된 오일을 분리한 뒤 압축기(200)로 귀환시켜 압축기 윤활에 사용하도록 하는 오일분리기가 구비되어 있다.

일반적으로 왕복피스톤형의 압축기에 있어서는, 냉매가스에 미스트형으로 분산된 오일에 의해 압축기내의 습동부의 윤활을 도모하고 있다.

그러나, 오일이 압축기의 기계적인 마찰을 저하시키기 위해 필수적이기는 하지만 열교환기로 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 못하게 되어 압력강하가 커지게 된다.

이러한 점을 감안하여 압축 운전중에 토출 냉매가스에 포함된 오일을 오일분리기로 분리하고 있는 것이다. 이러한 오일분리기는, 압축기에 일체로 형성된 내장형과 압축기의 토출측과 응축기사이에 개재되는 분리형으로 구분할 수 있다.

도 2는, 상기한 오일분리기(11)의 일례를 도시한 것이다.

상기한 오일분리기(11)는, 원심력에 의한 비중차에 의해 오일이 섞인 냉매에서 오일이 분리될 수 있도록, 내부에 오일분리공간을 갖는 원통 형상의 분리통(14)을 구비한다. 상기한 분리통(14)에는, 냉매에서 분리된 오일이 압축기(200)로 회수 되도록 하부에 오일회수배관(L3)이 연결되어 있다.

그리고 상기한 분리통(14)의 상부에는 응축기(400)와 연결되는 순환배관(L2)이 설치되어 있고, 상기 분리통(14)의 일측에는 오일이 유입되도록 압축기(200)와 연결되는 토출배관(L1)이 설치되어 있다.

여기서 상기 분리통(14)의 주벽에 설치되는 토출배관(L1)의 출구단은 분리통(14)의 내부에서 수평으로 배치되도록 형성되어 있다. 이러한 배관구조에 의하여, 압축기(200)로부터 토출된 에어로졸(Aerosol) 상태의 오일 입자들이 섞인 냉매는, 토출배관(L1)을 통해 분리통(14)의 내부로 유입된 후, 원심력에 의해 분리통(14)의 내부 벽면에 접촉되는 상태로 유동하게 된다.

이때, 냉매에 섞여 서로 충돌하는 오일 입자들은, 오일 액적(液滴)이 되고 오일회수배관(L3)을 통해 다시 압축기(200)로 유입된다.

그런데, 종래 오일분리기(11)의 경우, 일정 이상의 오일분리성능을 확보하기 위해서는 냉매의 접촉면적이 확보되어야 함에 따라 크기 및 높이가 전체적으로 커지게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기 오일분리기에는 토출배관, 순환배관, 오일회수배관 등이 분기되어 형성되어 있어 배관이 복잡하고 설계 자유도가 열악해지며 조립이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술에 대한 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로 서, 본 발명의 목적은, 오일분리기를 압축기의 외부에서 매니폴드부에 바로 결합시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 토출 매니폴드와 흡입 매니폴드로 오일분리기를 구성하여 장치를 콤팩트화시키는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 흡입포트까지 연결되는 오일회수유로를 형성하여 압축기로 분리된 오일을 용이하게 회수하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 압축기의 매니폴드부에 체결수단으로 견고하게 결합시키는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 공조장치는, 내부로 냉매를 유입하는 흡입 매니폴드 및 압축된 냉매를 토출하는 토출 매니폴드가 구비된 압축기를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서, 상기 압축기의 토출 매니폴드로부터 토출되는 냉매에서 오일을 분리하는 분리수단과, 상기 분리수단을 통해 분리된 오일이 저류되는 오류저류수단과, 상기 오일저류수단의 오일을 상기 흡입 매니폴드측으로 이송하여 흡입 냉매와 섞이도록 하는 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 분리수단은, 토출 냉매유로에 설치되어 오일을 분리하도록 한 오일분리부재 및 토출 냉매유로 상에 돌출 성형되어 오일을 분리하도록 한 냉매 파이프인 것을 특징으로 한다.

상기한 오일저류수단은, 상기 분리수단에 인접 설치되며 분리된 오일이 토출 냉매유로와 이격되도록 형성된 오일챔버인 것을 특징으로 한다.

상기한 이송수단은, 일측은 상기 오일저류수단과 연통되고, 타측은 상기 흡입 매니폴드와 연통되며, 유로의 직경을 서로 달리하여 감압되도록 형성된 오일회수유로인 것을 특징으로 한다.

상기한 분리수단과, 오일저류수단과, 이송수단이 흡입 매니폴드에 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기한 분리수단과, 오일저류수단은 토출 매니폴드에, 상기 이송수단은 흡입 매니폴드에 각각 형성되고, 상기 오일저류수단과 이송수단은 실링부재를 통해 결합된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 오일분리기가 압축기에 조립되는 매니폴드부의 외부에 직접 결합되기 때문에 차량 에어컨시스템에 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 오일분리기를 토출 매니폴드 및 흡입 매니폴드를 이용하여 구성함으로써 장치의 소형화를 실현할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명한다 (종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).

본 발명에 따른 오일분리기(11)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 압축기(200)의 매니폴드부(2)에 장착된다. 상기 매니폴드부(2)에는, 토출포트(4) 및 흡입포트(10)가 형성되어 있다. 상기한 오일분리기(11)는, 냉매가 토출되는 토출포트(4)에 결합되는 토출 매니폴드(6)를 구비한다. 또한, 오일분리기(11)는, 분리된 오일이 회수되도록 흡입포트(10)에 결합되는 흡입 매니폴드(8)를 구비한다.

상기한 토출 매니폴드(6)는, 일측은 토출포트(4)에, 타측은 흡입 매니폴드(8)의 입구(9)에 결합된다. 이에 따라 오일분리기(11)는, 매니폴드부(2)에 하나의 몸체로 장착할 수 있다. 상기한 토출 매니폴드(6)는, 토출 냉매의 이동거리를 단축시킬 수 있도록 최소로 형성되는 것이 바람직하다.

상기한 흡입 매니폴드(10)에는, 토출 매니폴드(6)에서 배출되는 냉매가 통과하는 토출 냉매유로(12)가 형성되어 있다. 그리고 토출 냉매유로(12)에는, 토출되는 냉매에서 오일을 분리하는 분리수단인 망상의 오일분리부재(14)가 조립되어 있다.

또한, 상기 토출 냉매유로(12)의 하부에는, 오일저류수단인 오일챔버(18)가 형성되어 있다. 상기한 오일챔버(18)에는, 오일분리부재(14)에서 흘러내리는 오일이 중력방향 하부에 모이도록 경사바닥부(24)가 형성되어 있다.

상기한 오일분리부재(14)는, 오일분리가 이중으로 이루어지도록 입구(9) 및 출구(22)측에 각각 설치하는 것이 바람직하다.

상기한 오일챔버(18)에는, 중력방향 하부가 되는 바닥에 이송수단인 오일회수유로(26)가 형성되어 있다. 상기한 오일회수유로(26)는, 오일쳄버(18)의 중력방향 하부부터 매니폴드부(2)의 흡입포트(10)까지 형성된다. 상기한 오일회수유로(26)는, 오일챔버(18)의 오일이 유입되는 제1감압유로(28)와 S"자 형태로 제1감압유로(28)보다 길고 미세한 제2감압유로(30)로 형성된다.

상기한 제2감압유로(30)를 "S"자 형태로 형성한 이유는, 감압이 충분히 형성 되도록 하기 위하여 길게 형성한 것이다.

이하, 상기한 바와 이루어지는 본 발명의 작용을 설명한다.

압축기(200)의 매니폴드부(2)에 체결공(32)을 통해 볼트 등의 체결수단으로 체결된 오일분리기(11)는, 압축기에서 냉매와 함께 압송된 냉매 및 오일 혼합기체로부터 오일과 기냉매로 분리한다. 이때, 오일분리기(11)의 토출 매니폴드(6)로 토출되는 오일은 1차 감속되고, 다시 흡입 매니폴드(8)의 입구(9)에서 2차 감속된다. 이는 흡입 매니폴드(8)의 입구(9)가 압축기(200)의 매니폴드부(2)에 비해 유동단면적이 확대되어 있기 때문이다.

상기한 압축기(200)에서 배출되는 오일은, 고온고압의 냉매 및 오일 혼합기체로서, 안개와 같이 작은 방울로 섞여 유동하면서 오일분리기(11)측으로 토출포트(4)를 통해 토출된다.

상기한 바와 같이 토출되는 냉매가 흡입 매니폴드(8)의 입구(9)에서 분리수단인 오일분리부재(14)에 접촉되면, 유속이 감속되면서 오일의 작은 입자들이 뭉치게 된다.

이와 같이 뭉쳐진 오일은, 오일방울을 형성하면서 비산되거나 중력에 의해 오일저류수단인 오일챔버(18)의 경사바닥부(24)로 낙하하게 된다. 이때, 비산된 오일방울은 출구(22) 측 분리수단인 오일분리부재(14)에 다시 달라붙어 낙하하게 된다.

그리고, 오일챔버(18)의 벽면에 달라붙은 오일은, 중력방향 하부로 흘러내려 저장된다.

따라서, 오일은 혼합기체의 토출 냉매유로(12)부터 이탈하여 하방에 위치한 오일챔버(18)로 낙하되어 모아지고, 기냉매는 출구(22)에 연결된 배출 파이프(도시생략)를 통해 배출된다.

이렇게 오일분리기(11)에서 분리된 오일은 압축기(200)로 다시 환원된다. 즉, 오일챔버(18)의 저면에 집유된 오일은, 압축기(200)의 기계적 마찰부분인 구동샤프트 등에 재 급유된다.

상기한 바와 같이 오일분리기(11)에서 분리된 기냉매는, 응축기(400)를 통해 수액기(600), 팽창밸브(800), 증발기(100)를 경유하면서 열교환을 행한 후, 압축기(200)로 유입되는 냉동사이클을 순환하게 된다.

상기한 냉매의 냉동사이클 순환과 함께 오일분리기(11)에서 분리된 오일은, 흡입 매니폴드(8)의 이송수단인 오일회수유로(26)를 통과해 압축기(200)로 회수된다. 즉, 오일회수유로(26)가 연결되는 흡입포트(10)에 작용하는 흡입력에 의해 압축기(200)측으로 유입되어 회수되는 것이다.

상기한 압축기(200)내로 흡입된 오일은, 증발기(100)에서 압송된 냉매와 함께 혼합된다. 이렇게 압축기(200)에 다시 유입된 오일은, 압축기의 습동부분을 윤할하게 된다.

이후, 오일은 냉동 사이클을 순환하는 냉매와 혼합되면서 순환하고, 다시 압축기(200)의 흡입측에 환원되는 순환과정을 연속적으로 반복하게 된다.

도 5는, 오일분리기의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 오일챔버(18) 상부에 캡(C)과 함께 설치되는 분리수단인 배출파이프(P)가 구비된다. 상기한 배출파이 프(P)는, 오일저류수단인 오일챔버(18)의 바닥에서 이격된 일정 높이까지 설치되도록 일정 길이로 형성된다. 이에 따라, 상기 흡입 매니폴드(8)의 입구(9) 및 출구(22)측에 설치되는 분리수단인 오일분리부재(14)는 불필요해진다.

상기한 흡입 매니폴드(8)의 오일챔버(18)에 일부가 삽입 설치되는 배출파이프(P)는, 오일챔버(18)의 중심에 위치하도록 설치된다. 그리고 배출파이프(P)와 오일챔버(18)의 사이 공간에 냉매가 토출되도록 입구(9)를 형성한다.

이에 따라 압축기(200)의 토출포트(4)에 연결된 입구(9)를 통해 토출되는 냉매는, 배출파이프(P)와 오일챔버(18)의 사이 공간에 토출되고 배출파이프(P)를 돌아 와류를 일으킨다. 상기 와류를 일으키는 냉매에 의해 오일챔버(18)의 내벽에 접촉하는 오일입자는 주변 입자와 뭉치면서 중력방향 하부로 흘러내리게 된다. 이렇게 오일챔버(18)의 벽을 흘러내린 오일은, 바닥의 오일회수유로(26)를 거쳐 압축기(200)로 흡입된다.

그리고 상기 오일이 오일챔버(18)의 벽을 흘러내릴 때 분리된 기냉매는, 배출파이프(P)를 통해 배출된다.

또 다른 실시예를 도시한 도 6의 오일분리기(11)는, 실링을 구비한 실링관부재(40)를 사용하여 오일저류수단인 오일챔버(18)와 이송수단인 오일회수유로(26)를 연통시키고 토출 매니폴드(6)와 흡입 매니폴드(8)까지 결합되도록 한 것이다.

상기한 실링관부재(40)를 사용하기 위해서 토출 매니폴드(6)에는, 오일분리부재(14) 및 오일챔버(18)를 형성하고, 흡입 매니폴드(8)에는 오일회수유로(26)를 분리 형성해야 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 오일분리기의 구조를 간단하게 할 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 내구특성을 향상시키고 시스템의 오일 충전량을 줄일 수 있어 원가절감 및 자원낭비를 해소할 수 있다.

본 발명은, 오일분리기를 소형화시켜 간단하게 결합할 수 있고, 실차장착 공간을 효율적으로 활용할 수 있도록 한 것으로, 차량 공조장치의 에어컨 분야에 널리 이용될 수 있다.

도 1은, 일반적인 오일분리기의 설치예를 나타낸 냉동사이클을 도시한 도면.

도 2는, 종래기술에 따른 오일분리기를 도시한 도면.

도 3은, 본 발명에 따른 오일분리기가 설치된 압축기를 도시한 도면.

도 4는, 도 3에 나타낸 오일분리기를 도시한 부분 측단면도.

도 5는, 본 발명에 따른 오일분리기의 다른 실시예를 도시한 도면.

도 6은, 본 발명에 따른 오일분리기의 또 다른 실시예를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2: 매니폴드(Manifold)부 4: 토출포트

6: 토출 매니폴드 8: 흡입 매니폴드

10: 흡입포트 12: 토출 냉매유로

14: 오일분리부재 18: 오일챔버(Oil Chamber)

24: 경사바닥부 26: 오일회수유로

28: 제1감압유로 30: 제2감압유로

Claims (6)

1. 내부로 냉매를 유입하는 흡입 매니폴드(8) 및 압축된 냉매를 토출하는 토출 매니폴드(6)가 구비된 압축기(200)를 포함하는 차량 공조장치에 있어서,

   상기 압축기(200)의 토출 매니폴드(6)로부터 토출되는 냉매에서 오일을 분리하는 분리수단과,

   상기 분리수단을 통해 분리된 오일이 저류되는 오류저류수단과,

   상기 오일저류수단의 오일을 상기 흡입 매니폴드(8)측으로 이송하여 흡입 냉매와 섞이도록 하는 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분리수단은, 토출 냉매유로(12)에 설치되어 오일을 분리하도록 한 오일분리부재(14) 및 토출 냉매유로(12) 상에 돌출 성형되어 오일을 분리하도록 한 냉매 파이프(P)인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 오일저류수단은, 상기 분리수단에 인접 설치되며 분리된 오일이 토출 냉매유로(12)와 이격되도록 형성된 오일챔버(18)인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기한 이송수단은, 일측은 상기 오일저류수단과 연통되고, 타측은 상기 흡입 매니폴드(8)와 연통되며, 유로의 직경을 서로 달리하여 감압되도록 형성된 오일회수유로(26)인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,

   상기 분리수단과, 오일저류수단과, 이송수단이 흡입 매니폴드(8)에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,

   상기 분리수단과 오일저류수단은 토출 매니폴드(6)에, 상기 이송수단은 흡입 매니폴드(8)에 각각 형성되고, 상기 오일저류수단과 이송수단은 실링관부재(40)를 통해 결합된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.

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