KR20150130776A - 오일 분리기 및 이를 구비하는 공기 조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분리기는, 원형의 수평 방향 단면을 갖는 원통 형상의 케이싱, 오일을 혼합한 냉매를 케이싱 내부로 유입하도록 케이싱의 측면으로 삽입 장착되는 흡입관; 케이싱 내부의 냉매를 토출하도록 케이싱의 상측에서 수직 방향으로 삽입 장착되는 냉매 토출관 및 케이싱 내부을 오일을 토출하도록 케이싱의 하측에 연결되는 오일 토출관을 포함하며, 케이싱은 수평 방향 단면에서 38.1mm 내지 46.8mm 사이의 내경을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

오일 분리기 및 이를 구비하는 공기 조화기{OIL SEPARATOR AND AIR CONDITIONER HAVING THE SAME}

본 발명은 오일 분리기 및 이를 구비하는 공기 조화기에 관한 것이다.

공기 조화기는 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치 및 실내 열교환기를 포함하는 냉동 사이클을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방시키는 장치이다. 즉, 공기 조화기는 실내를 냉방시키는 냉방기 또는 실내를 난방시키는 난방기로 구성될 수 있다. 아울러, 공기조화기는 실내를 냉방 또는 난방시키는 냉난방 겸용 공기 조화기로 구성될 수도 있다.

압축기는 냉매를 압축하는 장치로서, 작동부위의 마찰부분의 마모를 방지하고, 압축시 발생되는 열을 일부 냉각하며, 금속 부품의 피로를 분산시키고, 실링 라인에 유막을 형성함으로써 압축된 냉매의 누설을 방지하기 위해 내부에 다량의 오일을 유입한다. 냉매가 압축기 내에 압축되면서 압축기에 유입된 오일은 냉매와 함께 섞이면서 토출되는데, 냉매에 오일이 혼입된 상태로 유동하면 유로 일측에 고여 냉매 유동을 방해하고, 압축기 내의 오일량이 감소되어 압축기의 성능이 저하될 수 있다.

따라서, 공기 조화기에는 압축기로부터 토출되는 냉매 내에 혼합되는 오일을 분리하여 압축기로 되돌리는 오일 분리기가 구비된다. 한국 공개특허 특1999-0071734호에는 이러한 오일 분리기가 개시되어 있다.

공보에 개시된 오일 분리기는 압축기의 토출 측에 연결되어 냉매에 포함된 오일을 분리시켜 압축기로 회수한다. 이렇듯, 오일 분리기에서는 냉매와 오일을 효과적으로 분리하는 것이 요구되며, 이를 위한 좀 더 효과적인 방안의 모색이 요청된다.

따라서, 본 발명의 목적은 냉매와 오일을 효과적으로 분리할 수 있는 오일 분리기 및 이를 구비하는 공기 조화기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분리기는, 원형의 수평 방향 단면을 갖는 원통 형상의 케이싱; 오일을 혼합한 냉매를 상기 케이싱 내부로 유입하도록 상기 케이싱의 측면으로 삽입 장착되는 흡입관; 상기 케이싱 내부의 냉매를 토출하도록 상기 케이싱의 상측에서 수직 방향으로 삽입 장착되는 냉매 토출관; 및 상기 케이싱 내부의 오일을 토출하도록 상기 케이싱의 하측에 연결되는 오일 토출관;을 포함하며, 상기 케이싱은 상기 수평 방향 단면에서 38.1mm 내지 46.8mm 사이의 내경을 갖는 것을 특징으로 하는 오일 분리기를 제공한다.

상기 케이싱의 내경은 46.8mm일 수 있다.

상기 케이싱은 150mm 내지 180mm 사이의 높이를 가질 수 있다.

상기 케이싱의 높이는 150mm일 수 있다.

상기 흡입관은 적어도 12.7mm의 외경을 가질 수 있다.

상기 냉매 토출관은 적어도 12.7mm의 외경을 가질 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기는, 전술한 실시예에 따른 오일 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기를 제공한다.

이상과 같은 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 냉매와 오일을 효과적으로 분리할 수 있는 오일 분리기 및 이를 구비하는 공기 조화기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 구성도이다.
도 2는 도 1의 공기 조화기의 오일 분리기의 사시도이다.
도 3은 도 2의 오일 분리기의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 오일 분리기에서 케이싱의 내경 크기에 따른 흡입관으로부터 유입되는 냉매의 유속을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 오일 분리기에서 케이싱의 내경 크기에 따른 오일 분리 효율을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2의 오일 분리기에서 케이싱의 내경 크기에 따른 차압을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 2의 오일 분리기에서 케이싱의 높이에 따른 오일 분리 효율을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 2의 오일 분리기에서 케이싱의 높이에 따른 차압을 나타내는 도면이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 공기 조화기(1)는, 압축기(10), 응축기(20), 팽창장치(30), 증발기(40), 기액 분리기(50) 및 오일 분리기(100)를 포함한다.

압축기(10)는 냉매를 압축하는 것으로, 압축기(10)에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.

응축기(20)는 압축된 냉매를 공기와 열교환을 하여 응축하는 것으로, 공기 조화기가 냉방기로 작동할 때에는 실외에 배치되는 실외 열교환기에 해당하고, 공기 조화기가 난방기로 작동할 때에는 실내에 배치되는 실내 열교환기에 해당한다. 응축기(20)에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.

팽창장치(30)는 응축된 냉매를 팽창하는 것으로, 팽창장치(30)에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.

증발기(40)는 팽창된 냉매를 공기와 열교환을 하여 증발시키는 것으로, 공기 조화기가 냉방기로 작동할 때에는 실내에 배치되는 실내 열교환기에 해당하고, 공기 조화기가 난방기로 작동할 때에는 실외에 배치되는 실외 열교환기에 해당한다. 증발기(40)에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.

기액 분리기(50)는 압축기(10)와 증발기(40) 사이에 구비되며, 기상 냉매와 액상 냉매를 분리한다. 기액 분리기(50)에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.

오일 분리기(100)는 압축기(10)와 응축기(20) 사이에 구비되며, 압축기(10)에서 압축된 냉매에 혼합된 오일을 분리하여 압축기(10)로 회수한다.

오일 분리기(100)는 연결관(61)을 통해 압축기(10)와 연결되어, 압축기(10)에서 토출되는 오일이 혼합된 냉매를 오일 분리기(100) 내로 유동 가능하게 받아 들인다. 오일 분리기(100)는 액관(62)을 통해 응축기(20)와 연결되어, 오일 분리기(100) 내에서 오일이 분리된 냉매를 응축기(20)로 보낸다. 오일 분리기(100)에서 분리된 오일은 오일 회수관(63)을 통해 모세관(64)을 거쳐 압축기(10)로 회수된다.

도 2는 도 1의 공기 조화기의 오일 분리기의 사시도이며, 도 3은 도 2의 오일 분리기의 A-A 선에 따른 단면도이며, 도 4는 도 2의 오일 분리기에서 케이싱의 내경 크기에 따른 흡입관으로부터 유입되는 냉매의 유속을 나타내는 도면이며, 도 5는 도 2의 오일 분리기에서 케이싱의 내경 크기에 따른 오일 분리 효율을 나타내는 도면이며, 도 6은 도 2의 오일 분리기에서 케이싱의 내경 크기에 따른 차압을 나타내는 도면이며, 도 7은 도 2의 오일 분리기에서 케이싱의 높이에 따른 오일 분리 효율을 나타내는 도면이며, 도 8은 도 2의 오일 분리기에서 케이싱의 높이에 따른 차압을 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 오일 분리기(100)는 케이싱(120), 흡입관(140), 냉매 토출관(160) 및 오일 토출관(180)을 포함한다.

케이싱(120)은 원형의 수평 방향 단면을 갖는 원통 형상으로 형성되어 밀폐된 수용 공간을 마련한다. 케이싱(120)의 측면에는 흡입관(140)이 연결되며, 상측에는 냉매 토출관(160)이 연결되며, 하측에는 오일 토출관(180)이 연결된다.

케이싱(120)은 지지부재(미도시)에 의해 바닥면으로부터 지지될 수 있다. 이러한 지지부재는 압축기(10, 도 1 참조)를 포함하는 실외기(미도시)의 바닥면에 결합될 수 있다.

케이싱(120)은 오일 분리 효율 향상을 위해 소형화 설계될 수 있다. 오일 분리 효율은 케이싱 내에서의 냉매의 유속, 케이싱(120)의 크기 및 차압(Pressure difference) 등의 요소들에 영향을 받는다.

구체적으로 살펴보면, 흡입관(140)으로터 케이싱(120) 내로 토출되는 냉매의 유속이 빠를수록 오일 분리 효율은 높아진다. 이러한 케이싱(120) 내에서의 냉매의 유속은 직경의 크기가 작아질수록 커진다. 오일 분리 효율은 케이싱(120)의 직경의 크기가 작아질수록 커지며, 차압, 즉, 압력 손실은 직경의 크기가 커질수록 줄어든다. 케이싱(120)은 이러한 케이싱(120) 내에서의 냉매의 유속, 오일 분리 효율 및 차압을 고려하여 소형화 설계될 수 있다.

도 4 내지 도 6은, 각각, 하기 표 1에 개시된 케이싱(120)의 내경(d) 크기에 따른 냉매의 유속, 오일 분리 효율 및 차압을 보여준다.

케이싱	내경(mm)
1	38.1
2	42.1
3	46.8
4	56
5	66
6 (종래 케이싱)	86
7	106

도 4를 참조하면, 케이싱(120)의 중심 위치에서는 케이싱(120)의 내경(d) 크기에 따라 냉매의 유속의 편차가 크지 않다. 그러나, 케이싱(120)의 중심에서부터 내측벽을 향해 멀어지는 위치에서는 케이싱(120)의 내경(d)이 작을수록 냉매의 유속이 빨라짐을 알 수 있다.

도 5를 참조하면, 케이싱(120)의 내경(d)은 38.1mm 내지 46.8mm일 때, 그보다 내경(d)이 큰 경우보다 현저한 오일 분리 효율을 나타내는 것을 알 수 있다.

그리고, 도 6을 참조하면, 케이싱(120)의 내경(d)이 38.1mm 내지 46.8mm인 경우에는, 그보다 내경(d)이 큰 경우와 비교하여 압력 손실의 차이가 크지 않음을 알 수 있다.

이처럼, 흡입관(140)으로부터 유입되는 냉매의 유속, 오일 분리 효율 및 차압과의 관계를 고려할 때, 케이싱(120)은 수평 방향 단면에서 38.1mm 내지 46.8mm의 내경(d)을 갖도록 설계되는 것이 가장 바람직하다.

오일 분리 효율 향상을 위해 케이싱(120)의 내경(d)을 더 작게 설계하는 것도 고려해 볼 수는 있지만 후술하는 흡입관(140) 및 냉매 토출관(160)의 최소 외경(d1, d2)을 고려할 때, 케이싱(120)의 내경(d)은 적어도 38.1mm 이상이어야 된다. 케이싱(120) 내에 흡입관(140) 및 냉매 토출관(160)이 관통 장착되는 바, 작업 공차 등을 고려한다면, 46.8mm의 내경(d)을 갖도록 케이싱(120)을 설계하는 것이 좀 더 바람직하다.

한편, 케이싱(120)은 2mm의 두께를 갖도록 설계될 수 있다. 이에 따라, 케이싱(120)은 42.1mm 내지 50.8mm의 외경(d')을 가질 수 있다. 설계에 따라 케이싱(120)의 두께는 가변될 수 있다.

케이싱(120)의 높이(h)는 150mm 내지 180mm로 설계되는 것이 바람직하다.

도 7 및 도 8은, 각각, 하기 표 2에 개시된 케이싱(120)의 높이(h)에 따른 오일 분리 효율 및 차압을 보여준다.

케이싱	높이(mm)
1	100
2	120
3	150
4	180
5	200
6	250

도 7 및 도 8을 참조하면, 케이싱(120)은 150mm과 180mm의 높이를 가질 때, 높은 오일 분리 효율을 가지면서 낮은 차압을 갖는 것을 알 수 있다. 케이싱(120)의 소형화를 위해서는 150mm의 높이(h)를 갖도록 설계되는 것이 좀 더 바람직하다.

이러한 케이싱(120)의 소형화 설계에 따라, 케이싱(120)의 부피를 종전(케이싱의 내경이 86mm일 때)보다 약 75% 정도 줄일 수 있으며, 오일 분리 효율 또한 종전보다 약 20% 상승시킬 수 있다. 이처럼, 케이싱(120)의 크기를 줄이는 것을 통해 오일 분리 효율을 현저히 높일 수 있다.

흡입관(140)은 케이싱(120)의 측면에 수평 방향으로 삽입 장착되며, 오일을 포함한 냉매를 케이싱(120) 내부로 유입하는 통로로써 기능한다. 흡입관(140)은 압축기(10, 도 1 참조)에서 압축된 냉매를 통과시키는 연결관(61, 도 1 참조)과 연결된다. 흡입관(140)은 연결관(61)과 일체로 형성되거나 또는 별도로 상호 연결될 수 있다.

흡입관(140)은 12.7mm 내지 15.88mm의 외경(d1)을 갖도록 설계된다. 앞서 살펴 본 바와 같이, 외경이 작아질수록 오일 분리 효율은 커지지만 차압 및 소음은 증가한다. 흡입관(140)의 외경(d1)은 이러한 요소들을 고려하여 적어도 12.7mm를 갖도록 설계되는 것이 가장 바람직하다.

냉매 토출관(160)은 케이싱(120)의 상측에서 수직 방향으로 삽입된다. 냉매 토출관(160)은 오일 분리기(100)의 후단의 파이프 관경을 고려하여 수평 방향 단면에서 적어도 12.7mm의 외경(d2)을 갖도록 설계된다.

냉매를 흡입하는 냉매 토출관(160)의 단부는 흡입관(140)보다 하측에 배치된다. 흡입관(140)으로부터 케이싱(120) 내부로 들어온 냉매는 하측으로 선회하여 나선 형태로 유동되며, 오일이 분리되면 냉매 토출관(160)을 통하여 케이싱(120) 외부로 토출된다.

오일 토출관(180)은 케이싱(120)의 하측에 연결되며, 케이싱(120) 내부의 오일을 케이싱(120) 외부로 토출한다. 냉매에서 분리된 오일은 케이싱(120)의 내측면을 타고 흘러내려 케이싱(120)의 바닥에 모여 오일 토출관(180)을 통해 케이싱(120)의 외부로 배출된다.

오일 토출관(180)은 오일 회수관(63, 도 1 참조)과 연결된다. 오일 토출관(180)과 오일 회수관(63)은 일체로 형성되거나 또는 별도로 상호 연결될 수 있다. 오일 토출관(180)으로 토출된 오일은 오일 회수관(63)과 모세관(64, 도 1 참조)을 거쳐 압축기(10, 도 1 참조)로 회수된다.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분리기(100)는 케이싱(120)을 소형화함에 따라 오일 분리 효율을 현저히 향상시킬 수 있으며, 오일 분리기(100)의 소형화를 도모할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분리기의 작용을 설명한다.

오일을 포함한 냉매는 흡입관(140)을 통하여 케이싱(120) 내부로 유입되면, 하측으로 선회하면서 나선 형태로 유동하게 된다. 이때, 원심력에 의해 오일은 케이싱(120) 내측면에 닿아 흘러 내려 오일 토출관(180)으로 토출된다. 오일을 분리한 냉매는 냉매 토출관(160)을 통해 토출된다.

본 실시예에서는 이러한 오일 분리기의 작용시, 앞서 살펴 본 바와 같이 소형화된 케이싱(120)에 의해 오일 분리 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 오일 분리기(100) 및 이를 구비하는 공기 조화기(1)에서는 냉매와 오일의 분리 효율을 현저히 향상시키므로, 냉매와 오일을 효과적으로 분리할 수 있다.

아울러, 본 실시예에 따른 오일 분리기(100) 및 이를 구비하는 공기 조화기(1)는 소형화된 오일 분리기(100)에 따라 공기 조화기(1)의 소형화를 함께 도모할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (7)

1. 오일 분리기에 있어서,
   원형의 수평 방향 단면을 갖는 원통 형상의 케이싱;
   오일을 혼합한 냉매를 상기 케이싱 내부로 유입하도록 상기 케이싱의 측면으로 삽입 장착되는 흡입관;
   상기 케이싱 내부의 냉매를 토출하도록 상기 케이싱의 상측에서 수직 방향으로 삽입 장착되는 냉매 토출관; 및
   상기 케이싱 내부의 오일을 토출하도록 상기 케이싱의 하측에 연결되는 오일 토출관;을 포함하며,
   상기 케이싱은 상기 수평 방향 단면에서 38.1mm 내지 46.8mm 사이의 내경을 갖는 것을 특징으로 하는 오일 분리기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 케이싱의 내경은 46.8mm인 것을 특징으로 하는 오일 분리기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 케이싱은 150mm 내지 180mm 사이의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 오일 분리기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 케이싱의 높이는 150mm인 것을 특징으로 하는 오일 분리기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 흡입관은 적어도 12.7mm의 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 오일 분리기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 냉매 토출관은 적어도 12.7mm의 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 오일 분리기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 오일 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
   

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