KR20100087901A

KR20100087901A - 능동형 오일 회수 라인을 구비하는 공기조화기

Info

Publication number: KR20100087901A
Application number: KR1020090006961A
Authority: KR
Inventors: 차우호; 오세재
Original assignee: 엘에스엠트론 주식회사
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-08-06

Abstract

본 발명은 능동형 오일 회수 라인을 구비하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 공기조화기는, 압축기(10)와, 상기 압축기(10)의 토출라인(11)에 설치되어 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매와 오일의 혼합 유체로부터 냉매와 오일을 분리하는 오일 분리기(20)를 포함하는 공기조화기로서, 상기 오일 분리기(20)의 오일 토출관(22)을 분기하여 제1 분기라인(31)과 제2 분기라인(32)으로 나누고; 상기 제1 분기라인(31)과 상기 제2 분기라인(32)에는 서로 관경과 길이가 다른 제1모세관(45)과 제2모세관(55)을 설치하며; 상기 제1모세관(45)과 제2모세관(55) 중 어느 하나 이상의 상류 측의 분기라인 상에는 해당 모세관의 오일 순환량을 조절하는 유량조절기를 설치하고; 상기 제1모세관(45)과 제2모세관(55)의 하류 측 라인을 합류시켜 오일 회수라인(60)을 형성하며; 상기 오일 회수라인(60)은 상기 압축기(10)에 직접 연결한 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은, 회수 오일을 직접 압축기에 공급함으로써 오일 회수 라인 상의 다른 구성요소의 영향을 제거하고, 관경과 길이가 다른 제1모세관과 제2모세관을 선택 또는 조합하여 압축기의 회전 속도 등의 부하 또는 운전 조건의 변화에 신속하고 기민하게 대응할 수 있다.

공기, 조화기, 압축기, 오일, 분리기, 모세관, 회수

Description

능동형 오일 회수 라인을 구비하는 공기조화기{Air Conditioner With Oil Return Line}

본 발명은 일반적인 공기조화기 또는 가스 엔진 히트 펌프와 같이 압축기를 사용하여 냉매를 압축하여 순환시키는 공기조화기에 관한 것으로서, 특히 오일 분리기에서 분리되어 다시 압축기로 회수되는 오일의 흐름 특성을 압축기의 회전 속도 변동에 대응하여 기민하게 조절할 수 있도록 한 능동형 오일 회수 라인을 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로, 공기 조화기는 압축기, 실내 열교환기, 실외 열교환기, 팽창 밸브 등으로 이루어지는 냉매(작동 유체) 회로를 구성하고, 냉매를 압축→응축→팽창→증발→압축하는 과정을 통해 실내를 냉방 하거나 난방한다.

압축기를 사용하여 냉매를 압축하는 공기조화기에서는, 압축기의 윤활을 위한 오일이 혼합된 냉매액을 사용한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(2)에서 토출된 냉매와 오일의 혼합 유체로부터 오일을 분리하기 위해 압축기(2)의 토출라인(2a)에 오일 분리기(3)가 설치되 어, 오일이 분리된 냉매는 공기조화기의 냉매 순환 라인(3a)으로 보내고 분리된 오일은 오일 토출관(3b)에 마련된 모세관(4)을 통해 압력강하 된 후 오일 귀환라인(5)을 통해 어큐물레이터(1)의 인입라인(1a)에 연결된다.

상기 어큐물레이터(1)의 인입측에서는 실내 또는 실외 열교환기를 순환한 다음 돌아오는 냉매와 합류하게 되고, 어큐물레이터(1)에서 압축기 귀환 배관(1b)을 따라 압축기(2)로 들어오는 사이클을 반복하게 된다.

상기 압축기(2)가 유체의 토출 속도(토출 유량)이 일정한 정속 압축기의 경우라면, 토출되는 냉매에 혼입되어 나가는 오일량이 거의 일정하므로, 최초에 오일 회수 라인 설계시 하나의 모세관만 사용하여 압력을 강하시켜 다시 압축기에 공급하면 된다.

반면에, 압축기(2)가 회전 속도가 변경되는 가변 압축기의 경우라면, 압축기(2)의 회전속도에 따라서 토출되는 오일량이 변화한다.

그런데, 압축기의 속도가 갑자기 또는 급격하게 증가한다면 압축기로 들어오는 오일의 양이 미처 대응하지 못한 상태에서 토출되는 오일의 양은 급격히 증가하는 현상이 발생하게 되어 압축기 내에 갑작스러운 오일 부족 현상이 생기고, 그에 따라 압축기의 윤활이 파괴되는 문제를 야기할 수 있다.

또한 오일 분리기(3)에서 분리된 오일은 냉매와 합류하여 어큐물레이터(1)로 들어가서 냉매와 함께 압축기(2)로 들어가게 된다. 이렇게 되면, 회수 오일이 어큐물레이터(1)라고 하는 별도의 장치를 더 거쳐야 하기 때문에 압축기(2)의 속도 증가에 민첩하게 대응하기가 더욱 어렵게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 압축기의 회전속도 변화에 따라 오일 부족현상이 발생하는 것을 방지하고, 압축기의 회전속도 변화에 따라 회수 오일의 흐름 특성을 알맞게 조절할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상술한 본 발명의 목적은, 압축기와, 상기 압축기의 토출라인에 설치되어 상기 압축기에서 토출된 냉매와 오일의 혼합 유체로부터 냉매와 오일을 분리하여 냉매는 냉매 순환 라인으로 보내고 오일은 회수하여 다시 압축기로 보내는 오일 분리기를 포함하는 공기조화기로서, 상기 오일 분리기의 오일 토출관을 분기하여 제1 분기라인과 제2 분기라인으로 나누고; 상기 제1 분기라인과 상기 제2 분기라인에는 서로 관경과 길이가 다른 제1모세관과 제2모세관을 설치하며; 상기 제1모세관과 제2모세관 중 어느 하나 이상의 상류 측의 분기라인 상에는 해당 모세관의 오일 순환량을 조절하는 유량조절기를 설치하고; 상기 제1모세관과 제2모세관의 하류 측 라인을 합류시켜 오일 회수라인을 형성하며; 상기 오일 회수라인은 상기 압축기에 직접 연결한 것을 특징으로 하는 공기조화기를 제공함으로써 달성된다.

상기한 본 발명의 공기조화기에 있어서, 상기 제1모세관은 상기 제2모세관에 비해 관경은 작고 길이는 긴 것을 특징으로 하다.

상기한 본 발명의 공기조화기에 있어서, 상기 제1모세관의 관경(D1)과 길이(L1) 및 상기 제2모세관의 관경(D2)과 길이(L2) 사이에는, (D1/D2) × (L1/L2) = 0.9 ~ 1.1이라는 관계식을 만족하도록 한다.

본 발명의 공기조화기에 의하면, 오일 분리기를 통해 냉매와 오일의 혼합 유체로부터 분리된 오일을 압축기에 직접 공급하는 회로를 제공함으로써, 어큐물레이터와 같은 시스템을 구성하는 다른 구성요소를 경유하지 않도록 하여, 압축기로의 오일을 공급함에 있어서 다른 구성요소의 영향을 제거하여 안정적인 오일 회수가 가능하다.

또한, 관경과 길이가 다른 제1모세관과 제2모세관을 선택하여 또는 조합하여 운전함으로써, 압축기의 회전 속도나 압축기의 오일 수준과 같은 부하 또는 운전 조건의 변화에 신속하고 기민하게 대응할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2에는 본 발명에 따른 능동형 오일 회수 라인이 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 공기조화기는, 압축기(10)와, 상기 압축기(10)의 토출라인(11)에 설치되어 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매와 오일의 혼합 유체로부터 냉매와 오일을 분리하여 냉매는 냉매 순환 라인(21)으로 보내고 오일은 회수하여 다시 압축기로 보내는 오일 분리기(20)를 포함한다.

여기서, 상기 오일 분리기(20)의 오일 토출관(22)은 제1 분기라인(31)과 제2 분기라인(32)으로 분기되고, 분기된 제1 분기라인(31)에는 오일 순환량을 조절하는 제1유량조절기(40)가 설치되며, 분기된 제2 분기라인(32)에도 오일 순환량을 조절하는 제2유량조절기(50)가 설치된다. 유량조절기(40)(50)는 개도를 조절할 수 있는 형태인 일반적인 유량제어밸브(유량조정밸브, 가변 스로틀 밸브 등)를 사용하고나 단순히 온/오프 만을 수행하는 온/오프밸브(예, 솔레노이드 온/오프 밸브)를 사용할 수도 있는 등, 시스템의 조건이나 특성에 따라 적절한 것으로 선택할 수 있다.

그리고 상기 각 유량조절기(40)(50)의 하류 측에는 서로 관경과 길이가 다른 제1모세관(45)과 제2모세관(55)이 설치되고, 상기 제1모세관(45)과 제2모세관(55)의 하류측에서 상기 제1 및 제2 분기라인(31)을 합류시켜 오일 회수라인(60)을 형성하며, 상기 오일 회수라인(60)은 상기 압축기(10)에 직접 연결한 구성으로 이루어진다.

상기 제1모세관(45)과 제2모세관(55)의 관계에 있어서, 상기 제1모세관(45)은 상기 제2모세관(55)에 비해 관경은 작고 길이는 길게, 제2모세관(55)은 제1모세관(55)에 비해 관경은 크고 길이는 짧은 형태로 구성할 수 있고, 그 반대로도 구성할 수 있다. 관경이 크고 길이가 짧은 모세관은 유동 저항이 작고 압력강하도 적음에 비해, 관경이 작고 길이가 긴 모세관은 유동 저항이 크고 압력강하도 큰 특성이 있다. 이렇게 함으로써 압축기(10)의 부하변동에 대응하여 제1모세관(45)이나 제2 모세관(55) 중 어느 하나를 선택하여 개방하거나, 제1모세관(45)과 제2모세관(50)의 개도를 조화롭게 변화시켜 가면서 오일을 회수할 수 있다.

한편, 상기 제1유량조절기(40)와 제2유량조절기(50)를 모두 설치하는 대신에, 어느 하나의 유량조절기만을 설치하여, 유량조절기가 설치되지 않은 한쪽의 모세관은 항상 개방하고, 나머지 한쪽의 모세관의 유량을 조절하도록 구성하여도 좋다. 예를 들어, 관경이 작고 길이가 길어 유동 저항이 크고 압력강하가 큰 제1모세관(45)에는 항상 오일이 흐르도록 하고, 관경이 크고 길이가 짧아 유동 저항이 작고 압력강하가 적은 모세관에는 유량조절기를 설치하여 가변적으로 오일의 통과량을 조정할 수 있도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예와 같이, 제1모세관(45)을 제2모세관(55)에 비해 관경이 작고 길이는 길게 구성한 경우, 상기 제1모세관(45)의 관경(D1)과 길이(L1) 및 상기 제2모세관(55)의 관경(D2)과 길이(L2) 사이에는, 아래의 수학식 1을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 [수학식 1]은 압축기의 오일 수준 변화량을 측정하고, 그 측정값을 기초로 구동해 본 결과 가장 적정한 수준인 것으로 실험된 결과에 기초한 것이다.

상기 압축기(10)로 귀환되는 냉매 귀환배관 및 어큐물레이터는 상기 오일 회수라인(60)과는 독립적으로 설치된다.

또한, 상기 오일 토출관(22)에는 오일을 여과하기 위한 오일 스트레이너(30)를 더 설치하여도 좋다.

도 2에서 참조부호 '12'는 '어큐물레이터'이고, '10a'는 어큐물레이터(12)의 냉매 '인입라인'이며, '10b'는 '압축기 귀환 배관'이다.

이러한 본 발명은 오일 분리기(20)를 통해 냉매와 오일의 혼합 유체로부터 분리된 오일을 압축기(10)에 직접 공급함으로써, 시스템을 구성하는 다른 구성요소, 예를 들면 압축기로 들어가는 냉매와 혼합시키기 위한 흡입배관이나 어큐물레이터를 경유하지 않으므로, 압축기로의 오일을 공급함에 있어서 다른 구성요소의 영향을 제거한 것이다. 즉, 다른 구성요소의 막힘이나 이상 발생으로 인한 원활한 오일 공급에 방해를 주는 요인을 제거한 것이다.

또한, 제1모세관(45)과 제2모세관(55)을 선택하여 또는 조합하여 운전함으로써, 압축기(10)의 회전 속도나 압축기(10)의 오일 수준과 같은 부하 또는 운전 조건의 변화에 신속하고 기민하게 대응할 수 있다.

예를 들어, 시스템이 정지중에는 제1유량조절기(40)와 제2유량조절기(50)를 모두 닫아 오일 분리기(20)와 압축기(10) 사이에 오일이 이동하지 못하도록 함으로써, 시스템 정지 중에 오일이 압축기(10)나 오일 분리기(20)의 어느 한쪽으로 몰리는 현상을 방지한다. 시스템 정지중에 오일 분리기(20)의 압력과 압축기(10) 인입측인 오일 회수라인(60)의 압력 불균일(또는 압력 차이)에 의해 오일이 이동하면 압축기 구동 시 시스템에 문제를 일으킨다. 예를 들어, 압축기(10)로 오일이 이동히면 압축기(10) 내에 오일 수준이 과도하게 되어 초기 기동을 방해하게 되고, 오 일 분리기(20)로 오일이 이동하면 압축기(10)의 오일 부족 현상이 발생하여 압축기(10) 초기 기동시 윤활막이 파괴되어 압축기(10)가 손상된다.

또한, 오일은 오일 분리기(20)와 오일 회수라인(60) 사이의 압력 차이에 의해 이동하게 되고, 모세관(45)(55)을 통과하면서 압력이 떨어지는데, 압축기 기동 초기에는 오일 분리기(20)의 오일 회수라인(60) 사이의 압력차가 적어서 오일의 흐름이 원활 또는 신속하지 못하므로 제1유량조절기(40)와 제2유량조절기(50)를 모두 최대한 개방하여 오일이 원활하게 공급되도록 한다.

또한, 압축기(10)가 기동을 시작하여 어느 정도 안정적인 운전 상태로 접어든 이후부터는, 압축기(10)의 회전수나 운전 조건의 변화에 따라 제1유량조절기(40)와 제2유량조절기(50)의 개도 값을 적절히 조절하여(조화시켜) 대응한다.

한편, 정상 운전 중에, 급격한 부하 변동에 따라 압축기(10)의 회전수가 급격하게 증가하면, 정상 운전시에 비해 제2유량조절기(50)의 개도량을 증대시켜 관겨이 크고 길이가 짧은 제2모세관(55)을 통해 많은 오일이 흐르도록 한다.

이상에서는 첨부 도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 형태에 대한 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예들은 당연히 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속한다.

도 1은 일반적인 공기조화기의 계통도이다.

도 2는 도 1의 공기 조화기의 냉방 사이클의 엔탈피-압력 선도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기조화기의 계통도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 공기조화기의 계통도이다.

도 5는 본 발명에 따른 실외 열교환기를 개략적으로 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 압축기 11: 압축기 토출라인

20: 오일 분리기 21: 냉매 순환 라인

22: 오일 토출관 30: 오일 스트레이너

31: 제1 분기라인 32: 제2 분기라인

40: 제1유량조절기 50: 제2유량조절기

45: 제1모세관 55: 제2모세관

60: 오일 회수라인

Claims

압축기(10)와, 상기 압축기(10)의 토출라인(11)에 설치되어 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매와 오일의 혼합 유체로부터 냉매와 오일을 분리하여 냉매는 냉매 순환 라인(21)으로 보내고 오일은 회수하여 다시 압축기로 보내는 오일 분리기(20)를 포함하는 공기조화기로서,

상기 오일 분리기(20)의 오일 토출관(22)을 분기하여 제1 분기라인(31)과 제2 분기라인(32)으로 나누고,

상기 제1 분기라인(31)과 상기 제2 분기라인(32)에는 서로 관경과 길이가 다른 제1모세관(45)과 제2모세관(55)을 설치하며,

상기 제1모세관(45)과 제2모세관(55) 중 어느 하나 이상의 상류 측의 분기라인 상에는 해당 모세관의 오일 순환량을 조절하는 유량조절기를 설치하고,

상기 제1모세관(45)과 제2모세관(55)의 하류 측 라인을 합류시켜 오일 회수라인(60)을 형성하며,

상기 오일 회수라인(60)은 상기 압축기(10)에 직접 연결한 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제1항에 있어서,

상기 제1모세관(45)과 상기 제2모세관(55) 중 어느 하나의 모세관은 나머지 하나의 모세관에 비해 관경은 작고 길이는 길며, 나머지 하나의 모세관은 관경은 크고 길이는 짧은 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
제2항에 있어서,

상기 제1모세관(45)의 관경(D1)과 길이(L1) 및 상기 제2모세관(55)의 관경(D2)과 길이(L2) 사이에는, 하기의 관계식을 만족하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.