KR20160082153A - 기계장치용 통합 쿨링 시스템 - Google Patents

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KR20160082153A KR1020140194837A KR20140194837A KR20160082153A KR 20160082153 A KR20160082153 A KR 20160082153A KR 1020140194837 A KR1020140194837 A KR 1020140194837A KR 20140194837 A KR20140194837 A KR 20140194837A KR 20160082153 A KR20160082153 A KR 20160082153A
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Abstract

본 발명은 공작기계에서 배출되는 고온의 절삭유와 고온의 오일을 동시에 냉각시킬 수 있는 기계장치용 통합 쿨링 시스템으로, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기에서 압축된 냉매의 열을 방열해 액화시키는 응축기와, 응축기에서 액화된 냉매를 팽창시키는 제1 전자팽창밸브와, 제1 전자팽창밸브에서 팽창된 저압 저온의 냉매로 고온의 오일을 냉각시키는 제1 열교환기와, 제1 열교환기에 연결된 냉매 입력 배관과 냉매 출력 배관에 각각 설치되는 제1, 제2 온도센서와, 제1 열교환기에 연결된 제1 오일 입력 배관과 제1 오일 출력 배관에 각각 설치되는 제3, 제4 온도센서와, 압축기에서 배출되는 고온고압의 냉매를 제1 열교환기의 절삭유 입력단으로 바이패스시키며 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 핫-가스 바이패스부를 포함한다.

Description

기계장치용 통합 쿨링 시스템{Integrated cooling system for machinery}
본 발명은 압축기에서 열교환기로 유입되는 핫-가스를 PID 제어 대신 핫-가스 또는 오일 바이패스 유량을 온(ON)/오프(OFF) 제어하더라도 오일의 온도를 정밀제어할 수 있는 기계장치용 통합 쿨링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 공작기계는 절삭속도와 회전속도가 빠르기 때문에 공작물의 회전부와 스핀들에 상당한 열이 발생한다. 열은 공작기계 부품과 공작물에 열 변형을 초래하고 이로 인해 가공정밀도와 기계의 신뢰성이 저하된다. 이에 기존에는 냉매를 순환시키는 기계장치용 쿨링 시스템을 구비하여 발열에 의한 공작기계의 파손을 방지하고 있다.
종래 기계장치용 쿨링 시스템은 고온의 오일을 냉각시키는 쿨러와 고온의 절삭유를 냉각시키는 쿨러로 분류된다. 고온의 오일을 냉각시키는 쿨러는 공작물의 회전부와 스핀들에 공급되는 오일의 온도를 일정하게 유지시켜야하므로 온/오프 제어방식 또는 핫가스 바이패스방식에 의한 정밀 온도제어 설계가 필요하다. 그런데, 핫가스 바이패스방식에 의한 정밀 온도제어는 인터버 압축기나 PID 제어프로그램을 사용해야하므로 비용이 상승하는 문제가 있다.
고온의 절삭유를 냉각시키는 쿨러는 정밀온도 제어까지 필요하지 않으나, 공작기계에서 발생하는 절삭 칩(chip)을 절삭유와 분리할 필요가 있다. 예를 들어, 일본실용신안등록번호 제3061593호에 기재된 바와 같이, 칩 컨베이어, 드럼필터 및 자석필터와 복잡한 순환 배관 등이 필요하다. 이러한 칩 컨베이어, 드럼필터 및 자석필터는 고온의 절삭유를 냉각시키는 쿨러의 사이즈를 줄이기 어렵게 만드는 주된 원인이다.
한편, 종래에는 고온의 오일을 냉각시키는 쿨러와 고온의 절삭유를 냉각시키는 쿨러를 따로따로 제작하였다. 이에 제조회사의 경우 냉매회로에 사용되는 압축기와 응축기의 소모량이 많아 제조를 위해 압축기와 응축기의 재고량을 늘려야 하는 문제점이 있다. 또한 소비자의 경우 오일을 냉각시키는 쿨러와 절삭유를 냉각시키는 쿨러를 따로따로 구매해야하므로 설치 비용, 설치 공간 및 유지 비용이 증가되는 문제점이 있었다.
일본실용신안등록번호 제3061593호 (등록일 1999.06.16) 일본공개특허번호 제2001-300834호 (공개일 2001.10.30)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 절삭유와 오일을 모두 냉각시킬 수 있는 기계장치용 통합 쿨링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 압축기에서 열교환기로 유입되는 핫-가스를 PID 제어 대신 온(ON)/오프(OFF) 제어하더라도 오일의 온도를 정밀제어할 수 있는 기계장치용 통합 쿨링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 오일의 온도에 따라, 고온 오일 저장탱크에서 배출되는 오일을 열교환기의 오일 출력 배관으로 바이패스시키되, 핫-가스 PID 제어 대신 오일 바이패스 유량을 온(ON)/오프(OFF) 제어하여 오일의 온도를 정밀제어할 수 있는 기계장치용 통합 쿨링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 절삭 칩(chip)과 절삭유를 분리하는 필터유닛과 절삭유를 순환시키는 순환장치를 단순화 및 컴팩트하게 개선한 기계장치용 통합 쿨링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 일 양상에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템은 공작기계에서 배출되는 고온의 절삭유와 고온의 오일을 동시에 냉각시킬 수 있는 기계장치용 통합 쿨링 시스템으로, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기에서 압축된 냉매의 열을 방열해 액화시키는 응축기와, 응축기에서 액화된 냉매를 팽창시키는 제1 전자팽창밸브와, 제1 전자팽창밸브에서 팽창된 저압 저온의 냉매로 고온의 오일을 냉각시키는 제1 열교환기와,
상기 제1 열교환기에 연결된 냉매 입력 배관과 냉매 출력 배관에 각각 설치되는 제1, 제2 온도센서와, 제1 열교환기에 연결된 제1 오일 입력 배관과 제1 오일 출력 배관에 각각 설치되는 제3, 제4 온도센서와, 상기 압축기에서 배출되는 고온고압의 냉매를 상기 제1 열교환기의 절삭유 입력단으로 바이패스시키며 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 핫-가스 바이패스부를 포함한다.
본 발명에 부가적인 양상에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템은, 제1 내지 제4 온도센서로부터 감지된 온도값을 이용하여 복수개의 핫-가스 바이패스부의 통과유량을 제어하는 제어부를 포함한다. 복수개의 핫-가스 바이패스부는, 압축기에서 배출되는 고온고압의 냉매가 흐르는 단일의 핫-가스 유입 배관과, 단일의 핫-가스 유입 배관을 통해 유입되는 고온고압의 냉매를 제1 열교환기의 입력단으로 배출하는 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 핫-가스 배출 배관과, 제어부로부터의 개폐제어신호에 따라, 단일의 핫-가스 유입 배관을 통해 유입되는 냉매를 복수개의 핫-가스 배출 배관 중 적어도 하나 이상의 핫-가스 배출 배관으로 안내하는 다중경로 핫-가스 바이패스 밸브를 포함하여 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템은 공작기계에서 배출되는 고온의 절삭유와 고온의 오일을 동시에 냉각시킬 수 있는 기계장치용 통합 쿨링 시스템으로, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기에서 압축된 냉매의 열을 방열해 액화시키는 응축기와,
상기 응축기에서 액화된 냉매를 팽창시키는 제1 전자팽창밸브와, 제1 전자팽창밸브에서 팽창된 저압 저온의 냉매로 고온의 오일을 냉각시키는 제1 열교환기와, 상기 제1 열교환기에 연결된 냉매 입력 배관과 냉매 출력 배관에 각각 설치되는 제1, 제2 온도센서와, 상기 제1 열교환기에 연결된 제1 오일 입력 배관과 제1 오일 출력 배관에 각각 설치되는 제3, 제4 온도센서와,
상기 제1 오일 입력 배관에 흐르는 오일을, 상기 제1 열교환기의 제1 오일 출력 배관으로 바이패스시키며, 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 오일 바이패스부와, 상기 제1 내지 제4 온도센서로부터 감지된 온도값을 이용하여 상기 복수개의 오일 바이패스부의 바이패스 유량을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 복수개의 오일 바이패스부는, 고온 오일 저장탱크에서 배출되는 고온의 오일이 흐르는 단일의 제2 오일 유입 배관과, 상기 단일의 제2 오일 유입 배관을 통해 유입되는 고온의 오일을 제1 열교환기의 제1 오일 출력 배관으로 배출하며 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 제2 오일 배출 배관과, 제어부로부터의 개폐제어신호에 따라 단일의 제2 오일 유입 배관을 통해 유입되는 오일을 복수개의 제2 오일 배출 배관 중 적어도 하나 이상의 제2 오일 배출 배관으로 안내하는 다중경로 오일 바이패스 밸브를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템은, 공작기계로부터 유입되는 고온의 절삭유에 의한 와류를 발생시키는 쿨런트 탱크와, 쿨런트 탱크로부터 유입되는 절삭유에 포함된 절삭 칩(chip)을 분리해 정화된 쿨런트를 공작기계에 공급하는 제1 사이클론필터와, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기에서 압축된 냉매의 열을 방열해 액화시키는 응축기와,
상기 응축기에서 액화된 냉매를 팽창시키는 제1 전자팽창밸브와, 제1 전자팽창밸브에서 팽창된 저압 저온의 냉매로 고온의 오일을 냉각시키는 제1 열교환기와, 상기 응축기에서 액화된 냉매를 팽창시키는 제2 전자팽창밸브와, 쿨런트 탱크의 내부에 설치되어 제2 전자팽창밸브에서 팽창된 저압 저온의 냉매로 고온의 절삭유를 냉각시키는 제2 열교환기를 포함한다.
본 발명에 부가적인 양상에 따르면, 쿨런트 탱크의 내부에 설치되는 제2 열교환기는 냉매가 통과하는 관이 코일형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 부가적인 양상에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템은, 응축기에서 액화된 냉매를 제1 전자팽창밸브 또는 제2 전자팽창밸브로 배출하는 삼방밸브를 더 포함한다. 또한 본 발명에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템은, 제1 사이클론필터에서 배출되는 절삭유에 포함된 수 ㎛ 이상, 수백 ㎛ 이하의 입자들을 걸러내는 백필터를 더 포함한다. 또한 본 발명에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템은, 제1 사이클론필터에서 분리된 절삭 칩(chip)을 보관하는 제1 칩 탱크를 더 포함한다.
본 발명에 부가적인 양상에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템은, 쿨런트 탱크의 중심부 바닥에 구멍을 형성하고, 상기 구멍으로부터 배출되는 절삭유에서 절삭 칩(chip)을 분리하는 칩 제거부를 더 포함한다. 칩 제거부는 제2 사이클론필터와 상기 제2 사이클론필터에서 분리된 절삭 칩(chip)을 보관하는 제2 칩 탱크를 포함하여 구현된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기계장치용 통합 쿨링 시스템은, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 하나의 압축기와 응축기를 이용해 고온의 절삭유와 고온의 오일을 각각 냉각하는 냉매를 공급하도록 구현됨으로써, 제조회사의 경우 냉매회로에 사용되는 압축기와 응축기의 재고량을 줄일 수 있다. 소비자의 경우 오일을 냉각시키는 쿨러와 절삭유를 냉각시키는 쿨러를 따로따로 구매할 필요가 없어, 설치 비용, 설치 공간 및 유지 비용을 줄일 수 있다.
둘째, 압축기에서 배출되는 고온고압의 냉매(핫-가스)를 제1 열교환기의 절삭유 입력단으로 바이패스시키며, 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 핫-가스 바이패스부와, 제1 내지 제4 온도센서로부터 감지된 온도값을 이용하여 복수개의 핫-가스 바이패스부의 통과유량을 제어하는 제어부를 포함하여 구현됨으로써, 압축기에서 열교환기로 유입되는 핫-가스를 PID 제어 대신 온(ON)/오프(OFF) 제어하더라도 오일의 온도를 정밀제어할 수 있다.
셋째, 고온 오일 저장탱크에서 배출되는 오일을, 제1 열교환기의 제1 오일 출력 배관으로 바이패스시키며, 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 오일 바이패스부와, 제1 내지 제4 온도센서로부터 감지된 온도값을 이용하여 복수개의 오일 바이패스부의 바이패스 유량을 제어하는 제어부를 포함하여 구현됨으로써, 압축기에서 열교환기로 유입되는 핫-가스를 PID 제어 대신 오일 바이패스 유량을 온(ON)/오프(OFF) 제어하더라도 오일의 온도를 정밀제어할 수 있다.
넷째, 고온의 절삭유를 저장하는 쿨런트 탱크 내부에 열교환기를 설치하고, 쿨런트 탱크 내부에 유입되는 절삭유에서 절삭 칩(chip)을 분리하기 위해, 칩 컨베이어 또는 드럼 필터를 사용하지 않고 절삭유에 의한 와류를 이용함으로써, 전체적인 쿨러 설비가 컴팩트해지고 절삭유를 순환시키는 순환배관을 단순화시킬 수 있다.
다섯째, 하나의 응축기에 제1 전자팽창밸브와 제2 전자팽창밸브가 각각 연결되도록 구현되거나 하나의 응축기에서 액화된 냉매를 제1 전자팽창밸브 또는 제2 전자팽창밸브로 배출하는 삼방밸브를 더 포함하도록 구현됨으로써, 필요에 따라 고온의 오일을 냉각시키는 냉매회로와 고온의 절삭유를 냉각시키는 냉매회로를 선택적으로 사용할 수 있다.
여섯째, 쿨런트 탱크와 연결된 제1 사이클론필터의 절삭유 출력단에 백필터를 더 포함하여 구현됨으로써, 공작기계에 공급되는 절삭유에 포함된 수 ㎛ 이상, 수백 ㎛ 이하의 입자들을 걸러낼 수 있다.
일곱째, 쿨런트 탱크의 중심부 바닥에 구멍을 형성하고 구멍으로부터 배출되는 절삭유에서 절삭 칩(chip)을 분리하는 칩 제거부를 더 포함하여 구현됨으로써, 절삭 칩(chip)이 쿨런트 탱크 바닥에 쌓이지 않도록 하며 또한 절삭유를 정화하여 다시 사용할 수 있다.
여덟째, 쿨런트 탱크의 내부에 설치되는 제2 열교환기는 냉매가 통과하는 관이 코일형태로 형성됨으로써, 쿨런트 탱크 내에 유입되는 고온의 절삭유와 냉매 간의 접촉면적을 넓게 하여 열교환이 잘 이루어진다.
도 1 은 본 발명에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템을 도시한 제1 실시예,
도 2 는 본 발명에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템을 도시한 제2 실시예,
도 3 은 본 발명에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템을 도시한 제3 실시예이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
본 발명에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템(100)은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 절삭유 순환장치(110)와 냉매 순환장치(120)와 오일 순환장치(130)를 포함하여 구현된다.
절삭유 순환장치(110)는 공작기계(1)로부터 유입되는 고온의 절삭유에 의한 와류를 발생시키는 쿨런트 탱크(111)와, 쿨런트 탱크(111)에 저장된 절삭유를 공작기계(1)로 순환시키는 펌프(112)와, 쿨런트 탱크(111)로부터 유입되는 절삭유에 포함된 절삭 칩(chip)을 분리하며 정화된 절삭유를 공작기계(1)에 공급하는 제1 사이클론필터(113)를 포함한다.
쿨런트 탱크(111)는 바닥이 뾰족한 원추형 통으로 구현된다. 이는 공작기계(1)로부터 쿨런트 탱크(111)로 유입되는 고온의 절삭유를 분사구(2)를 통해 분사하는 경우 와류가 보다 잘 형성될 수 있도록 하기 위함이다. 또한, 바닥이 뾰족한 원추형 통으로 구현됨으로써, 와류에 의해 절삭유에서 분리된 절삭 칩(chip)이 뾰족한 바닥의 중심부에 모이도록 하기 위함이다.
제1 사이클론필터(113)는 절삭 칩(chip)이 함유된 절삭유를 하향으로 나사 회전시켜 절삭 칩(chip)과 절삭유를 분리시키는 장치이다. 절삭 칩(chip)이 함유된 절삭유는 제1 사이클론필터(113) 내에서 나사 회전함에 따라, 절삭 칩(chip)은 둘레부분의 벽쪽으로 이동한 다음 바닥으로 침전하며, 절삭 칩(chip)이 분리된 절삭유는 출구를 통해 배출된다.
본 발명에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템(100)은 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 사이클론필터(113)에서 분리된 절삭 칩(chip)을 보관하는 제1 칩 탱크(114)를 포함하여 구현될 수 있다. 쿨런트 탱크(111)와 펌프(112)와 제1 사이클론필터(113)와 제1 칩 탱크(114)를 포함하는 절삭유 순환장치(110)는 기존의 쿨런트 탱크 내에 칩 컨베이어, 드럼 필터 및 자석필터를 포함하는 절삭유 순환장치보다 사이즈를 대폭 축소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템(100)은 도 1에 도시한 바와 같이, 쿨런트 탱크(111)의 중심부 바닥에 형성된 구멍으로부터 배출되는 절삭유에서 절삭 칩(chip)을 분리하는 칩 제거부(115)를 더 포함하여 구현될 수 있다. 칩 제거부(115)는 일례로, 제2 사이클론필터(115a)와 제2 사이클론필터(115a)에서 분리된 절삭 칩(chip)을 보관하는 제2 칩 탱크(115b)를 포함하여 구현될 수 있다. 제2 칩 탱크(115b)와 제1 칩 탱크(114)는 각각 분리 제작되어 설치될 수도 있고, 하나로 구현되어 설치될 수도 있다.
본 발명에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템(100)은 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 사이클론필터(113)에서 배출되는 절삭유에 포함된 수 ㎛ 이상, 수백 ㎛ 이하의 입자들을 걸러내는 백필터(116)를 더 포함할 수 있다. 백필터(116)는 구매자 선택에 따라 옵션으로 추가 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 기계장치용 통합 쿨링 시스템(100)은 도 1에 도시한 바와 같이, 쿨런트 탱크(111)의 내부에 설치되어 저압 저온의 냉매로 고온의 절삭유를 냉각시키는 열교환기(117)를 포함하여 구현된다. 열교환기(117)는 쿨런트 탱크(110) 내에 유입되는 고온의 절삭유와 냉매 간의 접촉면적을 넓게 하여 열교환이 잘 이루어지도록 구현되는 것이 바람직하다. 일례로, 열교환기(117)는 냉매가 통과하는 관이 코일형태로 형성될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 냉매 순환장치(120)는 냉매를 압축하는 압축기(121)와, 압축기(120)에서 압축된 냉매의 열을 방열해 액화시키는 하나의 응축기(122)와, 하나의 응축기(122)에 각각 연결되는 복수개의 전자팽창밸브(123, 124)와, 저압 저온의 냉매로 고온의 오일을 냉각시키는 열교환기(125)와, 압축기(121)에서 배출되는 고온고압의 냉매(핫-가스)를 열교환기(125)의 절삭유 입력단으로 바이패스시키는 복수개의 핫-가스 바이패스부(126)를 포함하여 구현된다.
복수개의 핫-가스 바이패스부(126)는 일례로, 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 핫-가스 배출 배관과 각각의 핫-가스 배출 배관을 개폐하는 온/오프 밸브로 구현될 수 있다. 이 경우, 핫-가스 배출 배관이 증가하고, 핫-가스 배출 배관 설치 비용이 증가할 수 있다.
다른 예로, 복수개의 핫-가스 바이패스부(126)는 도 1에 도시한 바와 같이, 압축기(121)에서 배출되는 고온고압의 냉매(핫-가스)가 흐르는 단일의 핫-가스 유입 배관(126a)과, 단일의 핫-가스 유입 배관(126a)을 통해 유입되는 고온고압의 냉매(핫-가스)를 열교환기(125)의 입력단으로 배출하는 복수개의 핫-가스 배출 배관(H1 내지 H3)과, 다중경로 핫-가스 바이패스 밸브(126b)를 포함하여 구현된다.
복수개의 핫-가스 배출 배관(H1 내지 H3)은 최대 통과유량이 서로 동일하게 구현될 수도 있고 서로 다르게 구현될 수도 있다. 압축기(121)에서 열교환기(125)로 유입되는 핫-가스를 PID 제어 대신 온(ON)/오프(OFF) 제어하더라도 오일의 온도를 정밀제어하기 위해, 복수개의 핫-가스 배출 배관(H1 내지 H3)은 최대 통과유량이 서로 다르게 구현되는 것이 바람직하다.
다중경로 핫-가스 바이패스 밸브(126b)는 제어부(140)로부터의 개폐제어신호에 따라, 단일의 핫-가스 유입 배관(126a)을 통해 유입되는 냉매를 복수개의 핫-가스 배출 배관(H1 내지 H3) 중 적어도 하나 이상의 핫-가스 배출 배관으로 안내한다. 예를 들어, 다중경로 핫-가스 바이패스 밸브(126b)는 복수개의 핫-가스 배출 배관(H1 내지 H3) 중 H1, H2에 해당하는 핫-가스 배출 배관을 개방할 수도 있고, H2, H3에 해당하는 핫-가스 배출 배관을 개방할 수도 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 열교환기(125)에 연결된 냉매 입력 배관(127)과 냉매 출력 배관(128)에는 각각 제1, 제2 온도센서(T1, T2)와, 열교환기(125)에 연결된 오일 입력 배관(136)과 오일 출력 배관(137)에 각각 제3, 제4 온도센서(T3, T4)가 설치된다. 제어부(140)는 제1, 제2 온도센서(T1, T2)와 제3, 제4 온도센서(T3, T4)에서 감지된 온도값을 이용하여 압축기(121)에서 열교환기(125)로 유입되는 핫-가스를 PID 제어 대신 복수개의 핫-가스 바이패스부(126)의 통과유량을 온(ON)/오프(OFF) 제어한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 응축기(121)와 전자팽창밸브(123, 124) 사이에는 응축기(121)에서 액화된 냉매를 선택적으로 배출하는 삼방밸브(129)가 설치될 수 있다. 이에 사용자는 필요에 따라 고온의 오일을 냉각시키는 냉매회로와 고온의 절삭유를 냉각시키는 냉매회로를 선택적으로 사용할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 오일 순환장치(130)는 열교환기(125)에서 배출되는 오일을 순환시키는 펌프(131)와 경로전환밸브(132)와 고온 오일 저장탱크(133)를 포함한다. 경로전환밸브(132)는 열교환기(125)에 연결된 오일 출력 배관(137)에 흐르는 오일을, 공작기계(5) 또는 오일 입력 배관(136) 또는 고온 오일 저장탱크(133) 중 어느 하나로 안내한다.
제어부(140)는 제1, 제2 온도센서(T1, T2)와 제3, 제4 온도센서(T3, T4)에서 감지된 온도값을 이용하여 경로전환밸브(132)의 동작을 제어하기 위한 경로전환 제어신호를 출력한다. 또한, 제어부(140)는 열교환기(125)에 연결된 오일 입력 배관(136)에 설치된 압력센서(P1)에서 감지된 오일의 압력값을 이용하여 경로전환밸브(132)의 동작을 제어하기 위한 경로전환 제어신호를 출력할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 오일 순환장치(130)는 고온 오일 저장탱크(133)에서 배출되는 오일을, 열교환기(125)의 오일 출력 배관(137)으로 바이패스시키는 복수개의 오일 바이패스부(134)를 포함하여 구현된다.
복수개의 오일 바이패스부(134)는 일례로, 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 오일 배출 배관과 각각의 오일 배출 배관을 개폐하는 온/오프 밸브로 구현될 수 있다. 이 경우, 오일 배출 배관이 증가하고, 오일 배출 배관 설치 비용이 증가할 수 있다.
다른 예로, 복수개의 오일 바이패스부(134)는 도 3에 도시한 바와 같이, 고온 오일 저장탱크(133)에서 배출되는 오일이 흐르는 단일의 오일 유입 배관(134a)과, 단일의 오일 유입 배관(134a)을 통해 유입되는 오일을 열교환기(125)에 연결된 오일 출력 배관(137)으로 배출하는 복수개의 오일 배출 배관(S1 내지 S3)과, 다중경로 오일 바이패스 밸브(134b)를 포함하여 구현된다.
복수개의 오일 배출 배관(S1 내지 S3)은 최대 통과유량이 서로 동일하게 구현될 수도 있고 서로 다르게 구현될 수도 있다. 고온 오일 저장탱크(133)에서 배출되는 오일의 바이패스 유량을 PID 제어 대신 온(ON)/오프(OFF) 제어하더라도 오일의 온도를 정밀제어하기 위해, 복수개의 오일 배출 배관(S1 내지 S3)은 최대 통과유량이 서로 다르게 구현되는 것이 바람직하다.
다중경로 오일 바이패스 밸브(134b)는 제어부(140)로부터의 개폐제어신호에 따라, 단일의 오일 유입 배관(134a)을 통해 유입되는 냉매를 복수개의 오일 배출 배관(S1 내지 S3) 중 적어도 하나 이상의 오일 배출 배관으로 안내한다. 예를 들어, 다중경로 오일 바이패스 밸브(134b)는 복수개의 오일 배출 배관(S1 내지 S3) 중 S1, S2에 해당하는 핫-가스 배출 배관을 개방할 수도 있고, S2, S3에 해당하는 오일 배출 배관을 개방할 수도 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 열교환기(125)에 연결된 냉매 입력 배관(127)과 냉매 출력 배관(128)에는 각각 제1, 제2 온도센서(T1, T2)와, 열교환기(125)에 연결된 오일 입력 배관(136)과 오일 출력 배관(137)에 각각 제3, 제4 온도센서(T3, T4)가 설치된다. 제어부(140)는 제1, 제2 온도센서(T1, T2)와 제3, 제4 온도센서(T3, T4)에서 감지된 온도값을 이용하여 압축기(121)에서 열교환기(125)로 유입되는 핫-가스를 온(ON)/오프(OFF) 제어하는 대신 복수개의 오일 바이패스부(134)의 오일 통과유량을 온(ON)/오프(OFF) 제어하도록 구현된다.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1, 5 : 공작기계
2 : 분사구
100 : 기계장치용 통합 쿨링 시스템
110 : 절삭유 순환장치
111 : 쿨런트 탱크 112 : 펌프
113 : 제1 사이클론필터 114 : 제1 칩 탱크
115 : 칩 제거부
115a : 제2 사이클론필터 115b : 제2 칩 탱크
115c : 펌프
116 : 백필터 117 : 열교환기
120 : 냉매 순환장치
121 : 압축기 122 : 응축기
123, 124 : 전자팽창밸브
125 : 열교환기
126 : 핫-가스 바이패스부
126a : 핫-가스 유입 배관
126b : 다중경로 핫-가스 바이패스 밸브
127 : 냉매 입력 배관 128 : 냉매 출력 배관
129 : 삼방밸브
130 : 오일 순환장치
131 : 펌프 132 : 경로전환밸브
133 : 고온 오일 저장탱크
134 : 오일 바이패스부
134a : 오일 유입 배관
134b : 다중경로 오일 바이패스 밸브
136 : 오일 입력 배관 137 : 오일 출력 배관
140 : 제어부

Claims (21)

  1. 공작기계에서 배출되는 고온의 절삭유와 고온의 오일을 동시에 냉각시킬 수 있는 기계장치용 통합 쿨링 시스템으로, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 냉매의 열을 방열해 액화시키는 응축기;
    상기 응축기에서 액화된 냉매를 팽창시키는 제1 전자팽창밸브;
    상기 제1 전자팽창밸브에서 팽창된 저압 저온의 냉매로 고온의 오일을 냉각시키는 제1 열교환기;
    상기 제1 열교환기에 연결된 냉매 입력 배관과 냉매 출력 배관에 각각 설치되는 제1, 제2 온도센서와, 상기 제1 열교환기에 연결된 제1 오일 입력 배관과 제1 오일 출력 배관에 각각 설치되는 제3, 제4 온도센서; 및
    상기 압축기에서 배출되는 고온고압의 냉매를 상기 제1 열교환기의 절삭유 입력단으로 바이패스시키며, 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 핫-가스 바이패스부;
    를 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  2. 청구항 1 에 있어서, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    상기 제1 내지 제4 온도센서로부터 감지된 온도값을 이용하여 상기 복수개의 핫-가스 바이패스부의 통과유량을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  3. 청구항 2 에 있어서, 상기 복수개의 핫-가스 바이패스부는,
    상기 압축기에서 배출되는 고온고압의 냉매가 흐르는 단일의 핫-가스 유입 배관;
    상기 단일의 핫-가스 유입 배관을 통해 유입되는 고온고압의 냉매를 상기 제1 열교환기의 입력단으로 배출하는 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 핫-가스 배출 배관; 및
    상기 제어부로부터의 개폐제어신호에 따라, 단일의 핫-가스 유입 배관을 통해 유입되는 냉매를 상기 복수개의 핫-가스 배출 배관 중 적어도 하나 이상의 핫-가스 배출 배관으로 안내하는 다중경로 핫-가스 바이패스 밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  4. 청구항 1 에 있어서, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    공작기계로부터 유입되는 고온의 절삭유에 의한 와류를 발생시키는 쿨런트 탱크;
    상기 쿨런트 탱크로부터 유입되는 절삭유에 포함된 절삭 칩(chip)을 분리하며 정화된 절삭유를 상기 공작기계에 공급하는 제1 사이클론필터;
    상기 응축기에서 액화된 냉매를 팽창시키는 제2 전자팽창밸브;
    상기 쿨런트 탱크의 내부에 설치되어 상기 제2 전자팽창밸브에서 팽창된 저압 저온의 냉매로 상기 고온의 절삭유를 냉각시키는 제2 열교환기;
    를 더 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  5. 청구항 4 에 있어서, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    상기 응축기에서 액화된 냉매를 상기 제1 전자팽창밸브 또는 제2 전자팽창밸브로 배출하는 삼방밸브;
    를 더 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  6. 청구항 4 에 있어서, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    상기 제1 사이클론필터에서 배출되는 절삭유에 포함된 수 ㎛ 이상, 수백 ㎛ 이하의 입자들을 걸러내는 백필터;
    를 더 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  7. 청구항 4 에 있어서, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    상기 제1 사이클론필터에서 분리된 절삭 칩(chip)을 보관하는 제1 칩 탱크;
    를 더 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  8. 청구항 4 에 있어서, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    상기 쿨런트 탱크의 중심부 바닥에 구멍을 형성하고, 상기 구멍으로부터 배출되는 절삭유에서 절삭 칩(chip)을 분리하는 칩 제거부;
    를 더 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  9. 청구항 8 에 있어서, 상기 칩 제거부는,
    제2 사이클론필터; 및
    상기 제2 사이클론필터에서 분리된 절삭 칩(chip)을 보관하는 제2 칩 탱크;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  10. 청구항 4 에 있어서,
    상기 제2 열교환기는 냉매가 통과하는 관이 코일형태로 형성되는 것,
    을 특징으로 하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 열교환기에 연결된 제1 오일 출력 배관에 흐르는 오일을, 상기 제어부로부터 입력되는 경로전환 제어신호에 따라 공작기계, 상기 제1 오일 입력 배관, 또는 고온 오일 저장탱크 중 어느 하나로 안내하는 경로전환밸브;
    를 더 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  12. 공작기계에서 배출되는 고온의 절삭유와 고온의 오일을 동시에 냉각시킬 수 있는 기계장치용 통합 쿨링 시스템으로, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 냉매의 열을 방열해 액화시키는 응축기;
    상기 응축기에서 액화된 냉매를 팽창시키는 제1 전자팽창밸브;
    상기 제1 전자팽창밸브에서 팽창된 저압 저온의 냉매로 고온의 오일을 냉각시키는 제1 열교환기;
    상기 제1 열교환기에 연결된 냉매 입력 배관과 냉매 출력 배관에 각각 설치되는 제1, 제2 온도센서와, 상기 제1 열교환기에 연결된 제1 오일 입력 배관과 제1 오일 출력 배관에 각각 설치되는 제3, 제4 온도센서;
    상기 제1 오일 입력 배관에 흐르는 오일을, 상기 제1 열교환기의 제1 오일 출력 배관으로 바이패스시키며, 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 오일 바이패스부; 및
    상기 제1 내지 제4 온도센서로부터 감지된 온도값을 이용하여 상기 복수개의 오일 바이패스부의 바이패스 유량을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  13. 청구항 12 에 있어서, 상기 복수개의 오일 바이패스부는:
    고온 오일 저장탱크에서 배출되는 고온의 오일이 흐르는 단일의 제2 오일 유입 배관;
    상기 단일의 제2 오일 유입 배관을 통해 유입되는 고온의 오일을 상기 제1 열교환기의 제1 오일 출력 배관으로 배출하며, 최대 통과유량이 서로 다른 복수개의 제2 오일 배출 배관; 및
    상기 제어부로부터의 개폐제어신호에 따라, 상기 단일의 제2 오일 유입 배관을 통해 유입되는 오일을 상기 복수개의 제2 오일 배출 배관 중 적어도 하나 이상의 제2 오일 배출 배관으로 안내하는 다중경로 오일 바이패스 밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  14. 청구항 12 에 있어서, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    상기 제1 열교환기에 연결된 제1 오일 출력 배관에 흐르는 오일을, 상기 제어부로부터 입력되는 경로전환 제어신호에 따라 공작기계, 상기 제1 오일 입력 배관, 또는 고온 오일 저장탱크 중 어느 하나로 안내하는 경로전환밸브;
    를 더 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  15. 청구항 12 에 있어서, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    공작기계로부터 유입되는 고온의 절삭유에 의한 와류를 발생시키는 쿨런트 탱크;
    상기 쿨런트 탱크로부터 유입되는 절삭유에 포함된 절삭 칩(chip)을 분리하며 정화된 절삭유를 상기 공작기계에 공급하는 제1 사이클론필터;
    상기 응축기에서 액화된 냉매를 팽창시키는 제2 전자팽창밸브;
    상기 쿨런트 탱크의 내부에 설치되어 상기 제2 전자팽창밸브에서 팽창된 저압 저온의 냉매로 상기 고온의 절삭유를 냉각시키는 제2 열교환기;
    를 더 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  16. 청구항 15 에 있어서, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    상기 응축기에서 액화된 냉매를 상기 제1 전자팽창밸브 또는 제2 전자팽창밸브로 배출하는 삼방밸브;
    를 더 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  17. 청구항 15 에 있어서, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    상기 제1 사이클론필터에서 배출되는 쿨런트에 포함된 수 ㎛ 이상, 수백 ㎛ 이하의 입자들을 걸러내는 백필터;
    를 더 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  18. 청구항 15 에 있어서, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    상기 제1 사이클론필터에서 분리된 절삭 칩(chip)을 보관하는 제1 칩 탱크;
    를 더 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  19. 청구항 15 에 있어서, 상기 기계장치용 통합 쿨링 시스템은,
    상기 쿨런트 탱크의 중심부 바닥에 구멍을 형성하고, 상기 구멍으로부터 배출되는 절삭유에서 절삭 칩(chip)을 분리하는 칩 제거부;
    를 더 포함하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  20. 청구항 19 에 있어서, 상기 칩 제거부는,
    제2 사이클론필터; 및
    상기 제2 사이클론필터에서 분리된 절삭 칩(chip)을 보관하는 제2 칩 탱크;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
  21. 청구항 15 에 있어서,
    상기 제2 열교환기는 냉매가 통과하는 관이 코일형태로 형성되는 것,
    을 특징으로 하는 기계장치용 통합 쿨링 시스템.
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