KR20190032740A - 칠러유닛 및 이를 포함하는 칠러시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칠러유닛 및 그를 포함하는 칠러시스템에 관한 것이다. 본 발명의 사상에 따른 칠러유닛에는, 압축기, 증발기 및 응축기를 포함하는 칠러유닛에 있어서, 상기 압축기에 구비되는 오일탱크, 상기 압축기에 오일을 공급하기 위한 오일펌프, 상기 압축기에서 토출된 냉매와 오일을 분리시키는 오일분리기 및 상기 오일분리기, 상기 증발기 및 상기 오일펌프를 연결하는 오일회수배관;이 포함되고, 상기 오일펌프는 상기 오일회수배관을 통해 유입된 오일을 상기 오일탱크로 유동시키고, 상기 오일탱크에서 흡입된 오일을 상기 압축기에 공급한다.

Description

칠러유닛 및 이를 포함하는 칠러시스템{Ciller unit and Chiller system including the same}

본 발명은 칠러유닛 및 이를 포함하는 칠러시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 칠러시스템은 냉수를 수요처로 공급하는 시스템을 의미한다. 자세하게는, 상기 칠러시스템은 냉매사이클을 순환하는 냉매와 수요처를 순환하는 냉수 간에 열교환에 의해 상기 냉수를 냉각시키는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 칠러시스템은 비교적 대용량 설비로서, 규모가 큰 건물 등에 설치될 수 있다.

도 1은 종래의 칠러 시스템을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 칠러 시스템(1)은, 칠러유닛 및 수요처(6)를 포함한다. 상기 수요처(6)는 일 예로 냉수를 이용하는 공기조화장치로서 이해될 수 있다.

상기 칠러유닛에는, 냉매를 압축하는 압축기(2)와, 상기 압축기(2)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(3)와, 상기 응축기(3)에서 응축된 냉매를 감압시키는 팽창장치(4) 및 상기 팽창장치(4)에서 감압된 냉매를 증발시키는 증발기(5)가 포함된다.

냉매는 상기 응축기(3)에서 외부 공기와 열교환 되며, 상기 증발기(5)에서 냉수와 열교환 될 수 있다.

상기 칠러 시스템(1)은, 상기 증발기(5)와 수요처(6)를 연결하여 냉수의 순환을 가이드 하는 냉수 배관(8) 및 상기 냉수 배관(8)에 제공되어 냉수의 유동력을 발생시키는 펌프(7)를 포함한다.

상기 펌프(7)가 작동하면, 냉수는 상기 냉수 배관(8)을 경유하여, 상기 수요처(6)로부터 상기 증발기(5)로, 그리고 상기 증발기(5)로부터 상기 수요처(6)로 유동할 수 있다.

상기 증발기(5)에는, 냉매가 유동하는 냉매 유로(5a) 및 냉수가 유동하는 냉수 유로(5b)가 구비된다. 상기 냉매 유로(5a)의 냉매와 냉수 유로(5b)의 냉수는 서로 간접적으로 열교환 될 수 있다.

상기 칠러유닛은, 다양한 크기 또는 용량으로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 칠러유닛의 크기 또는 용량이라 함은, 냉동 시스템의 능력, 즉 냉동능력에 대응되는 개념으로서, 냉동톤(RT, Refrigeration Ton)의 단위로 표시될 수 있다.

상기 칠러유닛은, 상기 칠러유닛이 설치되는 건물 등의 크기, 순환되는 냉수의 용량 또는 공기조화 용량 등에 따라 다양한 냉동톤을 가지는 설비로 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 칠러유닛은 200RT, 500RT, 1000RT, 1500RT, 2000RT, 3000RT 등의 용량을 가지는 것으로 제작될 수 있다.

또한, 상기 칠러유닛에는 상기 압축기(2)에 오일을 공급하기 위한 오일유로가 구비된다. 일반적으로 종래 칠러유닛의 오일유로에는 상기 압축기(2)에서 토출된 냉매를 회수하기 위한 이젝터(ejector)가 구비된다.

상기 이젝터는 음압을 발생시켜 작동 유체를 흡입하는 장치에 해당된다. 자세하게는, 상대적으로 고압의 유체가 상기 이젝터를 통과할 경우, 상대적으로 저압의 유체가 음압에 의하여 이젝터로 흡입된다. 이와 같은 방식으로 상기 압축기(2) 또는 상기 응축기(3)에 유동되는 고압의 냉매를 상기 이젝터로 통과시켜 오일을 회수한다.

그러나, 이와 같은 구조는 오일배관이 복잡하고 배관을 작업하는 필요한 공수가 과다 투입되는 문제점이 있다. 또한, 부분 부하로 운전시 상기 응축기와 상기 증발기의 온도차이가 적어 상기 이젝터로 오일 회수가 정상적으로 되지 않는 문제점이 있다.

본원발명은 상기 이젝터를 사용하지 않고 오일을 효과적으로 회수하는 오일배관을 구비한 칠러유닛 및 그를 포함하는 칠러시스템을 제공한다.

또한, 상기 오일배관에 설치되는 오일펌프에 급유 및 회수를 위한 오일펌프기어가 구비되는 것을 특징으로 하는 칠러유닛 및 그를 포함하는 칠러시스템을 제공한다.

본 발명의 사상에 따른 칠러유닛에는, 압축기, 증발기 및 응축기를 포함하는 칠러유닛에 있어서, 상기 압축기에 구비되는 오일탱크, 상기 압축기에 오일을 공급하기 위한 오일펌프, 상기 압축기에서 토출된 냉매와 오일을 분리시키는 오일분리기 및 상기 오일분리기, 상기 증발기 및 상기 오일펌프를 연결하는 오일회수배관;이 포함되고, 상기 오일펌프는 상기 오일회수배관을 통해 유입된 오일을 상기 오일탱크로 유동시키고, 상기 오일탱크에서 흡입된 오일을 상기 압축기에 공급한다.

상기 오일펌프에는, 구동력을 제공하는 오일펌프모터, 상기 오일펌프모터에 의해 회전되는 오일펌프회전축 및 상기 오일펌프회전축의 양단에 각각 배치되는 오일펌프기어가 포함될 수 있다.

상기 오일펌프기어에는, 상기 오일펌프회전축의 일 단에 배치되어. 상기 오일탱크에서 흡입된 오일을 상기 압축기에 공급하는 제 1 오일펌프기어와, 상기 오일펌프회전축의 타 단에 배치되어, 상기 오일배관을 통해 유입된 오일을 상기 오일탱크로 유동시키는 제 2 오일펌프기어가 포함될 수 있다.

상기 오일펌프기어에는, 상기 오일탱크와 연결되는 적어도 하나의 제 1 흡입구와, 상기 압축기로 연장되는 오일공급배관과 연결되는 적어도 하나의 제 1 토출구가 구비된 제 1 오일펌프기어와, 상기 오일회수배관과 연결되는 적어도 하나의 제 2 흡입구와, 상기 오일탱크와 연결되는 적어도 하나의 제 2 토출구가 구비된 제 2 오일펌프기어가 포함될 수 있다.

상기 오일펌프기어에는, 상기 오일펌프회전축의 반경방향으로 오일을 흡입하여 축방향으로 오일을 토출하는 제 1 오일펌프기어와 상기 오일펌프회전축의 축방향으로 오일을 흡입하여 반경방향으로 오일을 토출하는 제 2 오일펌프기어가 포함될 수 있다.

상기 오일펌프는 상기 오일탱크와 연결되도록 상기 압축기의 일 측에 배치될 수 있다.

상기 오일펌프는 상기 오일펌프회전축의 반경방향에 상기 오일탱크가 위치되도록 배치될 수 있다.

상기 오일회수배관에는, 상기 오일분리기에서 연장되는 제 1 오일회수배관, 상기 증발기에서 연장되는 제 2 오일회수배관 및 상기 제 1 오일회수배관 및 상기 제 2 오일회수배관이 합지되어 상기 오일펌프으로 연장되는 제 3 오일회수배관이 구비될 수 있다.

상기 오일펌프의 일 측에 상기 제 3 오일회수배관이 연결되고, 상기 오일펌프의 타 측에 상기 압축기로 연장되는 오일공급배관이 연결될 수 있다.

상기 오일펌프와 상기 압축기를 연결하는 오일공급배관이 더 포함될 수 있다.

상기 오일공급배관에는 오일을 냉각시키는 오일쿨러가 구비될 수 있다.

상기 오일분리기에서 분리된 냉매는 상기 압축기에 구비된 임펠러의 회전에 의하여 상기 압축기의 내부로 유입될 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따른 칠러시스템에는 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 토출된 냉매와 냉각수 순환유로를 유동하는 냉각수가 열교환되는 응축기, 상기 응축기에서 토출된 냉매와 냉수 순환유로를 유동하는 냉수가 열교환되는 증발기 및 상기 압축기에 오일을 공급하는 오일공급배관 및 상기 압축기에서 토출된 오일을 회수하는 오일회수배관과 연결된 오일펌프가 포함된다.

상기 오일회수배관에는, 상기 압축기에서 토출된 냉매 중 분리된 오일이 유동되는 제 1 오일회수배관, 상기 증발기로 유입된 오일이 유동되는 제 2 오일회수배관 및 상기 제 1 오일회수배관 및 상기 제 2 오일회수배관이 합지되어 상기 오일펌프으로 연장되는 제 3 오일회수배관이 구비될 수 있다.

상기 오일펌프에는 상기 오일공급배관과 연결되는 제 1 오일펌프기어 및 상기 오일회수배관과 연결되는 제 2 오일펌프기어가 구비될 수 있다.

이러한 본 발명에 의하면, 오일펌프의 구동에 의해 압축기로 오일의 공급 및 상기 압축기에서 토출된 오일의 회수를 동시에 수행할 수 있다는 장점이 있다.

즉, 이젝터(ejector)와 같이 오일의 회수를 위한 별도의 동력원을 구비할 필요가 없다는 장점이 있다.

또한, 상기 이젝터 등 오일회수동력원이 삭제되어 오일배관이 보다 간단하게 구비되어 재료의 절감에 따는 가격경쟁력 및 설치의 편의성을 높아지는 장점이 있다.

또한, 상기 오일펌프는 시스템의 부하와 상관없이 오일을 유동시킬 수 있어, 부분 부하시 오일의 유동에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.

특히, 상기 오일펌프에 구비되는 오일펌프회전축의 양 단에 오일의 공급 및 회수를 위한 오일펌프기어가 각각 구비됨에 따라 별도의 구동장치가 추가적으로 필요로 하지 않는다는 장점이 있다.

또한, 상기 오일펌프회전축이 회전됨에 따라, 제 1 오일펌프기어는 상기 오일탱크에서 상기 압축기로 오일을 공급하고, 제 2 오일펌프기어는 상기 오일탱크로 오일을 회수할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 칠러시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러유닛의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 칠러유닛을 냉매의 유동과 함께 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 칠러유닛을 오일의 유동과 함께 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러유닛의 오일펌프를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러시스템을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 칠러시스템(10)에는, 냉동 사이클이 형성되는 칠러유닛(100)과, 상기 칠러유닛(100)에 냉각수를 공급하는 냉각탑(20) 및 상기 칠러유닛(100)과 열교환 되는 냉수가 순환하는 냉수 수요처(30)를 포함된다.

이때, 상기 냉수 수요처(30)는 냉수를 이용하여 공기조화를 수행하는 장치 또는 공간으로 이해될 수 있다.

상기 칠러유닛(100)과 상기 냉각탑(20)의 사이에는, 냉각수 순환유로(40)가 제공된다. 상기 냉각수 순환유로(40)는 냉각수가 상기 냉각탑(20)과 상기 칠러유닛(100)을 순환하도록 가이드 하는 배관이다.

상기 냉각수 순환유로(40)에는, 냉각수가 상기 칠러유닛(100)으로 유입되도록 가이드 하는 냉각수 입수유로(42) 및 상기 칠러유닛(100)에서 가열된 냉각수가 상기 냉각탑(20)으로 유동하도록 가이드 하는 냉각수 출수유로(44)가 포함될 수 있다.

상기 냉각수 입수유로(42) 및 상기 냉각수 출수유로(44) 중 적어도 하나의 유로에는, 냉각수의 유동을 위하여 구동되는 냉각수 펌프(46)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2에는 상기 냉각수 입수유로(42)에 상기 냉각수 펌프(46)가 제공되는 것으로 도시하였다.

상기 냉각수 출수유로(44)에는, 상기 냉각탑(20)으로 유입되는 냉각수의 온도를 감지하는 출수 온도센서(47)가 제공될 수 있다. 그리고, 상기 냉각수 입수유로(42)에는, 상기 냉각탑(20)으로부터 토출되는 냉각수의 온도를 감지하는 입수 온도센서(48)가 제공될 수 있다.

상기 칠러유닛(100)과 상기 냉수 수요처(30)의 사이에는, 냉수 순환유로(50)가 제공된다. 상기 냉수 순환유로(50)는 냉수가 상기 냉수 수요처(30)와 상기 칠러유닛(100)을 순환하도록 가이드 하는 배관이다.

상기 냉수 순환유로(50)에는, 냉수가 상기 칠러유닛(100)으로 유입되도록 가이드 하는 냉수 입수유로(52) 및 상기 칠러유닛(100)에서 냉각된 냉수가 상기 냉수 수요처(30)로 유동하도록 가이드 하는 냉수 출수유로(54)가 포함될 수 있다.

상기 냉수 입수유로(52) 및 상기 냉수 출수유로(54) 중 적어도 하나의 유로에는, 냉수의 유동을 위하여 구동되는 냉수 펌프(56)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2에는 상기 냉수 입수유로(52)에 상기 냉수 펌프(56)가 제공되는 것으로 도시하였다.

이때, 상기 냉수 수요처(30)는 공기를 냉수와 열교환시키는 수냉식 공조기일 수 있다.

예를 들어, 상기 냉수 수요처(30)는, 실내 공기와 실외 공기를 혼합한 후 혼합 공기를 냉수와 열교환시켜 실내로 토출하는 에어 핸들링 유닛(AHU, Air Handling Unit), 실내에 설치되어 실내 공기를 냉수와 열교환 시킨 후 실내로 토출하는 팬 코일 유닛(FCU, Fan Coil Unit) 및 실내의 바닥에 매설된 바닥 배관유닛 중 적어도 하나의 유닛을 포함할 수 있다.

도 2에는, 상기 냉수 수요처(30)가 에어 핸들링 유닛으로 구성되는 것으로 도시하였다.

상기 에어 핸들링 유닛으로 구성된 상기 냉수 수요처(30)에는, 케이싱(61)과, 상기 케이싱(61)의 내부에 설치되며 냉수가 통과하는 냉수 코일(62) 및 상기 냉수 코일(62)의 양측에 제공되며 실내 공기와 실외 공기를 흡입하여 실내로 송풍시키는 송풍기(63, 64)가 포함될 수 있다.

상기 송풍기(63, 64)에는, 실내 공기와 실외 공기가 상기 케이싱(61)의 내부로 흡입되도록 하는 제 1 송풍기(63) 및 공조된 공기가 상기 케이싱(61)의 외부로 배출되도록 하는 제 2 송풍기(64)가 포함될 수 있다.

상기 케이싱(61)에는, 실내공기 흡입부(65), 실내공기 배출부(66), 외기 흡입부(67) 및 공조공기 배출부(68)가 형성될 수 있다.

상기 송풍기(63, 64)가 구동되면, 실내에서 상기 실내공기 흡입부(65)로 흡입된 공기 중 일부는 상기 실내공기 배출부(66)로 배출되며, 상기 실내공기 배출부(66)로 배출되지 않는 나머지는 상기 외기 흡입부(67)로 흡입된 실외 공기와 혼합되어 냉수 코일(62)과 열교환 된다.

그리고, 상기 냉수 코일(62)과 열교환 된(냉각된) 혼합 공기는 상기 공조공기 배출부(68)를 통하여 실내로 토출될 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 실내에 조화된 공기를 공급하여 실내공간을 냉방할 수 있다.

또한, 상기 냉수 수요처(30)는 냉수를 직접적으로 이용하는 설비에 해당될 수 있다. 예를 들어, 상기 냉수 수요처(30)는 반도체부품의 온도를 낮추는 냉수를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따른 칠러시스템(10)은 냉각수를 상기 냉각탑(20)이 아닌 온수 수요처에 공급할 수 있다.

즉, 본 발명의 사상에 따른 칠러시스템(10)은 도 2에 도시된 구성에 한정되지 않으며 다양한 구성으로 구비될 수 있다. 이하, 상기 냉각수 순환유로(40) 및 상기 냉수 순환유로(50)와 연결되는 상기 칠러유닛(100)에 대하여 자세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러유닛의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 칠러유닛(100)에는 압축기(110), 상기 증발기(150) 및 상기 응축기(140)가 포함된다.

상기 압축기(110)는 냉매를 압축하기 위한 구성요소이다. 본 발명의 사상에 따른 압축기(110)는 원심 압축기로 구비될 수 있다. 원심 압축기는 임펠러 또는 블레이드 등 회전체를 통해 냉매의 운동 에너지를 정압 에너지로 변환함으로써 냉매를 압축하여 토출하는 방식의 압축기로 이해된다.

상기 응축기(140)는 상기 압축기(110)에서 토출된 냉매와 상기 냉각수 순환유로(40)를 유동하는 냉각수가 열교환되는 구성이다. 즉, 상기 응축기(140)에는 상기 압축기(110)로부터 압축된 냉매가 유입될 수 있다. 상기 증발기(150)는 상기 응축기(140)에서 토출된 냉매와 상기 냉수 순환유로(50)를 유동하는 냉수가 열교환되는 구성이다.

이때, 상기 응축기(140)는 바닥면에 설치되고, 상기 응축기(140)의 상부에 상기 증발기(150)가 설치되며, 상기 증발기(150)의 상부에 상기 압축기(110)가 설치된다. 이와 같은 배치는 예시적인 것으로 상기 압축기(110), 상기 증발기(150) 및 상기 응축기(140)는 다양하게 배치될 수 있다.

상기 응축기(140) 및 상기 증발기(150)에는, 축방향으로 연장된 원통형상으로 마련된 응축기 본체(170) 및 증발기 본체(180)가 구비된다. 상기 응축기 본체(170) 및 상기 증발기 본체(180)는 동일한 축방향길이를 갖도록 구비되며 서로 평행하게 상하방향으로 소정의 간격으로 이격되어 설치될 수 있다. 특히, 상기 응축기 본체(170) 및 상기 증발기 본체(180)는 바닥면과 상기 축방향이 평행하도록 설치될 수 있다.

상기 응축기 본체(170) 및 상기 증발기 본체(180)의 양 단에는 설치를 위한 플레이트(172, 182)가 각각 결합된다. 상기 플레이트(172, 182)는 사각형상으로 구비될 수 있으며, 상기 바닥면과 수직으로 설치될 수 있다. 또한, 상기 플레이트(172, 182)에는, 상기 응축기 본체(170)에 설치되는 응축플레이트(172) 및 상기 증발기 본체(180)에 설치되는 증발플레이트(182)가 포함된다.

상기 응축플레이트(172)는 상기 바닥면에 안정적으로 설치될 수 있도록, 상기 바닥면에 평평하게 마련되는 레그(171)와 결합될 수 있다. 상기 증발플레이트(182)는 하단부가 상기 응축플레이트(172)의 상단부와 결합될 수 있다. 이때, 각 결합은 볼트 등에 의한 결합부재를 통해 결합되거나, 용접 등으로 결합될 수 있다.

상기 응축플레이트(172) 및 상기 증발플레이트(182)에는, 냉각수 및 냉수가 수용되는 냉각수수용부(174) 및 냉수수용부(184)가 구비된다.

정리하자면, 상기 응축기(140)는, 상기 응축기 본체(170)의 양 단에 상기 응축플레이트(172)가 각각 결합되고, 상기 응축플레이트(172)의 외측에 상기 냉각수수용부(174)가 각각 결합된 형태로 마련된다. 또한, 상기 증발기(150)는, 상기 증발기 본체(180)의 양 단에 상기 증발플레이트(182)가 각각 결합되고, 상기 증발플레이트(182)의 외측에 상기 냉수수용부(184)가 각각 결합된 형태로 마련된다.

상기 냉각수수용부(174) 및 상기 냉수수용부(184)에는 상기 냉각수 순환유로(40) 및 상기 냉수 순환유로(50)와 결합되는 냉각수결합부(176, 177) 및 냉수결합부(186, 187)가 마련된다.

자세하게는, 상기 냉각수수용부(174)에는, 상기 냉각수 입수유로(42)와 결합되는 제 1 냉각수결합부(176)와 상기 냉각수 출수유로(44)와 결합되는 제 2 냉각수결합부(177)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 냉수수용부(184)에는, 상기 냉수 입수유로(52)와 결합되는 제 1 냉수결합부(186)와 상기 냉수 출수유로(54)와 결합되는 제 2 냉수결합부(187)가 구비될 수 있다

도 3을 참고하면, 상기 제 1 냉수결합부(186), 상기 제 2 냉수결합부(187), 상기 제 1 냉각수결합부(176) 및 상기 제 2 냉각수결합부(187)는 상하방향으로 차례로 배치될 수 있다. 다만, 이와 같은 배치는 예시적인 것으로 이해된다.

또한, 본 발명의 사상에 따른 칠러유닛(100)에는, 각 구성을 제어할 수 있는 장치가 구비된 컨트롤박스(160)가 포함될 수 있다. 상기 컨트롤박스는 상기 응축기(140) 및 상기 증발기(150)의 일 측에 박스 형상으로 부착될 수 있다.

또한, 본 발명의 사상에 따른 칠러유닛(100)에는, 이코노마이저(Economizer, 130) 및 팽창장치가 구비된다. 상기 이코너마이저(130)는 상기 증발기(150)의 일 측에 구비될 수 있다.

상기 이코노마이저(130)는 상기 응축기(140)에서 토출된 냉매에서 발생된 냉매가스를 분리하는 수단이다. 이에 따라, 상기 이코노마이저(130)에서 분리된 냉매가스는 상기 압축기(110)로 유입되고, 냉매액은 상기 증발기(150)로 유동된다.

이하, 이와 같은 구성을 바탕으로 냉매의 유동에 대하여 자세하게 설명한다.

도 4는 도 3의 칠러유닛을 냉매의 유동과 함께 개념적으로 도시한 도면이다. 도 4에서는 냉매의 유동을 냉매배관을 통해 간략하게 도시하였으며, 상기 증발기(150) 및 상기 응축기(140)에서 냉수 및 냉각수의 유동을 개략적으로 도시하였다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압축기(110)에는, 냉매를 압축시키는 임펠러(112)가 구비된다. 특히, 상기 압축기(110)는 복수의 임펠러를 포함하는 다단압축 원심 압축기로 구비될 수 있다. 그에 따라, 상기 압축기(110)에는 냉매의 유동방향으로 차례로 배치되는 한 쌍의 임펠러(112)가 구비된다.

또한, 상기 압축기(110)에는, 상기 임펠러(112)에 구동력을 제공하는 모터 어셈블리(114) 및 상기 모터 어셈블리(114)와 상기 임펠러(112)를 연결하는 회전축(116)이 구비된다.

도 4에서는 상기 회전축(116)의 일 측에 한 쌍의 임펠러(112)가 차례로 배치되는 것으로 도시하였으나, 상기 회전축(116)의 양 측에 한 쌍의 임펠러(112)가 각각 배치될 수도 있다.

또한, 상기 압축기(110)의 내부에는 오일이 저장되는 오일탱크(120)가 마련될 수 있다. 이에 대하여는 도 5에서 자세하게 후술한다.

상기 모터 어셈블리(114)의 구동에 의해 상기 회전축(116)이 회전하며 상기 임펠러(112)가 냉매를 압축시킨다. 이와 같이 압축된 냉매는 상기 응축기(140)로 유동된다.

상기 압축기(110)에서 토출된 냉매는 상기 응축기(140)에서 냉각수와 열교환된다. 자세하게는, 상기 압축기(110)에서 유동된 냉매는 상기 응축기 본체(170)로 투입되고, 상기 응축기 본체(170)의 내부에 마련된 복수의 냉각수 배관(175)을 유동하는 냉각수와 접촉되면서 서로 열교환된다.

냉각수가 열교환되어 응축된 냉매는 상기 이코노마이저(130)로 유동된다. 상기 이코너마이저(130)의 흡입 측에는 흡입팽창장치(131)가 설치되어 상기 응축기(140)에서 유입되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.

상기 이코노마이저(140)에서 분리된 냉매가스는 상기 압축기(110)로 유입되고, 냉매액은 상기 증발기(150)로 유동된다. 이때, 상기 이코노마이저(130)의 토출 측에는 토출팽창장치(132)가 구비되어 상기 증발기(150)로 유동되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.

이때, 이와 같은 상기 이코노마이저(130) 및 상기 팽창장치(131, 132)의 구성은 예시적인 것으로 다양한 개수 및 장소에 배치될 수 있다.

상기 이코노마이저(130)를 통과하여 상기 증발기(150)로 유동된 냉매는 상기 증발기(150)에서 냉수와 열교환된다. 자세하게는, 냉매는 상기 증발기 본체(180)로 투입되고, 상기 증발기 본체(180)의 내부에 마련된 복수의 냉수 배관(185)을 유동하는 냉수와 접촉되면서 서로 열교환된다.

냉수가 열교환되어 증발된 냉매는 상기 압축기(110)로 유동되고, 상기와 같은 과정을 순환할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 압축기(110)에는 회전되는 구동부가 구비되기 때문에, 정상적인 동작을 위해 윤활을 필요로 한다. 본 발명의 사상에 따른 압축기(110)는 오일에 의한 윤활방식을 사용하며, 그에 따라 칠러유닛(100)에는 오일이 유동되는 오일배관이 구비된다.

이하, 오일의 유동에 대하여 자세하게 설명한다.

도 5는 도 3의 칠러유닛을 오일의 유동과 함께 개념적으로 도시한 도면이다. 도 5에서는 참고적으로 냉매의 유동을 점선으로 도시하였고, 오일이 유동되는 오일배관을 실선화살표로 도시하였다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 칠러유닛(100)에는 상기 압축기(110)에 오일을 공급하기 위한 오일펌프(200), 상기 압축기(110)에서 토출된 냉매와 오일을 분리시키는 오일분리기(210)가 포함된다.

또한, 오일이 유동되는 오일배관에는, 상기 압축기(110)로 오일이 유동되는 오일공급배관(202) 및 상기 압축기(110)에서 토출된 오일을 회수하는 오일회수배관(220)이 포함된다.

상기 오일공급배관(202)은 상기 오일펌프(200)와 상기 압축기(110)의 일 측을 연결하도록 마련된다. 또한, 상기 오일공급배관(202)에는 오일을 냉각시키는 오일쿨러(204), 오일의 상기 압축기(110) 방향으로 유동시키는 일방향밸브(206) 등이 구비될 수 있다.

상기 오일회수배관(220)은 상기 압축기(110), 상기 증발기(150) 및 상기 오일펌프(200)를 연결하도록 마련된다. 이는 상기 압축기(110)에서 토출된 냉매 중에 포함된 오일 및 상기 증발기(150)로 유입된 오일을 분리하여 다시 회수하기 위함이다.

또한, 도 5에서 알 수 있듯이, 상기 응축기(140)에는 상기 오일배관이 연결되어 있지 않다. 이는 상기 응축기(140)의 압력이 높아 상기 응축기(140)로는 상기 압축기(110)에서 토출된 오일이 유입되기 어렵기 때문이다. 따라서, 본 발명의 사사에 따른 오일회수배관(220)은 필수적인 구성에만 연결되어 오일을 회수할 수 있다.

이와 같이, 상기 오일펌프(200)는 상기 압축기(110)에 오일을 공급하는 상기 오일공급배관(202) 및 상기 압축기(110)에서 토출된 오일을 회수하는 상기 오일회수배관(220)과 연결된다. 자세하게는, 상기 오일펌프(200)는 상기 오일회수배관(202)을 통해 유입된 오일을 상기 오일탱크(120)로 유동시키고, 상기 오일탱크(120)에서 흡입된 오일을 상기 압축기(110)에 공급한다.

또한, 상기 오일펌프(200)는 상기 오일탱크(120)와 연결되도록 상기 압축기(110)의 일 측에 배치될 수 있다. 이는 예시적인 것으로, 상기 오일펌프(200)는 상기 오일탱크(120)와 오일이 유동되도록 연결되는 것으로 충분하다.

상기 오일회수배관(220)에는, 상기 오일분리기(210)에서 연장되는 제 1 오일회수배관(222), 상기 증발기(150)에서 연장되는 제 2 오일회수배관(224) 및 상기 제 1 오일회수배관(222) 및 상기 제 2 오일회수배관(224)이 합지되어 상기 오일펌프(200)으로 연장되는 제 3 오일회수배관(226)이 구비될 수 있다.

이때, 상기 제 1 오일회수배관(222) 및 상기 제 2 오일회수배관(224)이 합지되는 부분을 편의상 '오일합지부(228)'라 한다.

따라서, 상기 제 1 오일회수배관(222)은 상기 오일분리기(210)와 상기 오일합지부(228)을 연결하는 배관으로 이해된다. 또한, 상기 제 1 오일회수배관(222)은 상기 압축기(110)와 상기 오일분리기(210)를 연결하는 배관을 포함할 수 있다. 이때, 상기 오일분리기(210)에서 분리된 냉매는 상기 임펠러(112)의 회전에 의하여 상기 압축기(110)의 내부로 유입될 수 있다.

또한, 상기 제 2 오일회수배관(224)은 상기 증발기(150)와 상기 오일합지부(228)를 연결하는 배관으로 이해된다. 이때, 상기 증발기(150)와 연결된 상기 제 2 오일회수배관(224)의 일 단은 상기 증발기(150)의 상단부에 결합되어 냉매의 상부에 위치된 오일을 유동시킬 수 있다.

또한, 상기 제 3 오일회수배관(226)은 상기 오일합지부(228)와 상기 오일펌프(200)를 연결하는 배관으로 이해된다. 이때, 상기 제 3 오일회수배관(226)의 일단은 상기 오일펌프(200)의 일 측에 연결된다.

또한, 상기 제 1 오일회수배관(222), 상기 제 2 오일회수배관(224) 및 상기 제 3 오일회수배관(226)에는 오일의 유동을 개폐하는 제 1 밸브(221), 제 2 밸브(223) 및 제 3 밸브(225)가 각각 구비될 수 있다.

또한, 상기 오일배관에는 유동되는 오일 내 이물질을 제거하는 여과기(straniner), 오일 내 수분을 흡수하는 필터 드라이어(filter drier) 등이 구비될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 오일펌프(200)의 일 측에는 상기 제 3 오일회수배관(226)이 연결되고, 상기 오일펌프(200)의 타 측에 상기 오일공급배관(202)이 연결된다. 즉, 상기 제 3 오일회수배관(226)과 상기 오일공급배관(202)은 상기 오일펌프(200)에 대향되도록 결합된다.

이하, 상기 오일펌프(200)의 내부 구성에 대하여 자세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러유닛의 오일펌프를 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 오일펌프(200)에는, 구동력을 제공하는 오일펌프모터(202), 상기 오일펌프모터(202)에 의해 회전되는 오일펌프회전축(204) 및 상기 오일펌프회전축(204)의 양단에 각각 배치되는 오일펌프기어(206, 208)가 포함된다.

이때, 상기 오일펌프(200)는 상기 오일펌프회전축(204)의 반경방향에 상기 오일탱크(120)가 위치되도록 배치될 수 있다. 즉, 도 6에서 상기 오일펌프회전축(204)이 수직방향으로 구비되고, 상기 오일탱크(120)는 상기 오일펌프(200)의 좌측에 배치될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 형상으로 이와 같은 배치에 한정되지 않는다.

상기 오일펌프모터(202)는 상기 압축기(110)에 구비되는 상기 모터 어셈블리(114)와는 별도의 구성으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 오일펌프모터(202)가 생략되고 상기 오일펌프회전축(204)은 상기 모터 어셈블리(114)의 구동력에 의해 회전될 수 있다.

상기 오일펌프기어(206, 208)는 유체를 일 방향으로 흡입하여 그와 수직한 방향으로 유동시키는 장치로 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기 오일펌프기어(206, 208)는 트로코이드 기어로 구비될 수 있다. 상기 트로코이드 기어에 대해서는 일반적인 기술로 설명을 생략한다.

상기 오일펌프기어에는, 상기 오일펌프회전축(204)의 일 단에 배치되는 제 1 오일펌프기어(206)와, 상기 오일펌프회전축(204)의 타 단에 배치되는 제 2 오일펌프기어(208)가 포함된다.

상기 제 1 오일펌프기어(206) 및 상기 제 2 오일펌프기어(208)는 상기 오일펌프회전축(204)이 회전됨에 따라 회전된다. 즉, 상기 제 1 오일펌프기어(206) 및 상기 제 2 오일펌프기어(208)는 상기 오일펌프회전축(204)이 회전됨에 따라 오일을 유동시킨다.

자세하게는, 상기 제 1 오일펌프기어(206)는 상기 오일탱크(120)에서 흡입된 오일을 상기 압축기(110)에 공급한다. 상기 제 1 오일펌프기어(206)에는 상기 오일탱크(120)와 연결되는 적어도 하나의 제 1 흡입구(206a)와, 상기 압축기(110)로 연장되는 오일공급배관(202)과 연결되는 적어도 하나의 제 1 토출구(206b)가 구비된다.

이때, 도 6을 참조하면, 상기 제 1 오일펌프기어(206)는 상기 오일펌프회전축(204)의 반경방향으로 오일을 흡입하여 축방향으로 오일을 토출한다. 즉, 상기 제 1 흡입구(206a)는 상기 오일펌프회전축(204)과 수직하게 마련되고, 상기 제 1 토출구(206b)는 상기 오일펌프회전축(204)와 평행하게 마련된다.

한편, 상기 제 2 오일펌프기어(208)는 상기 제 3 오일회수배관(226)을 통해 유입된 오일을 상기 오일탱크(200)로 유동시킨다. 상기 제 2 오일펌프기어(208)에는 상기 제 3 오일회수배관(226)과 연결되는 적어도 하나의 제 2 흡입구(208a)와 상기 오일탱크(120)와 연결되는 적어도 하나의 제 2 토출구(208b)가 구비된다.

이때, 도 6을 참조하면, 상기 제 2 오일펌프기어(208)는 상기 오일펌프회전축(204)의 축방향으로 오일을 흡입하여 반경방향으로 오일을 토출한다. 즉, 상기 제 2 흡입구(208a)는 상기 오일펌프회전축(204)과 평행하게 마련되고, 상기 제 2 토출구(208b)는 상기 오일펌프회전축(204)와 수직하게 마련된다.

이와 같은 구조를 통해, 상기 오일펌프(200)가 구동되며 오일의 공급 및 회수를 동시에 수행할 수 있다. 특히, 상기 오일펌프회전축(204)의 양 단에 상기 오일펌프기어(206, 208)가 각각 구비됨에 따라 별도의 구동장치를 필요로 하지 않는다.

즉, 본 발명의 사상에 따른 칠러유닛 및 그를 포함하는 칠러시스템은 오일회수를 위해 별도의 동력원을 구비할 필요가 없다. 자세하게는, 이젝터(ejector)가 삭제되어 보다 간단한 오일배관으로 구비되며, 부분 부하시 오일 유동의 신뢰성을 확보할 수 있다.

10 : 칠러시스템 100 : 칠러유닛
110 : 압축기 120 : 오일탱크
140 : 응축기 150 : 증발기
200 : 오일펌프 210 : 오일분리기
220 : 오일회수배관 206 : 제 1 오일펌프기어
208 : 제 2 오일펌프기어

Claims (15)

1. 압축기, 증발기 및 응축기를 포함하는 칠러유닛에 있어서,
   상기 압축기에 구비되는 오일탱크;
   상기 압축기에 오일을 공급하기 위한 오일펌프;
   상기 압축기에서 토출된 냉매와 오일을 분리시키는 오일분리기; 및
   상기 오일분리기, 상기 증발기 및 상기 오일펌프를 연결하는 오일회수배관;이 포함되고,
   상기 오일펌프는 상기 오일회수배관을 통해 유입된 오일을 상기 오일탱크로 유동시키고, 상기 오일탱크에서 흡입된 오일을 상기 압축기에 공급하는 것을 특징으로 하는 칠러유닛.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 오일펌프에는,
   구동력을 제공하는 오일펌프모터;
   상기 오일펌프모터에 의해 회전되는 오일펌프회전축; 및
   상기 오일펌프회전축의 양단에 각각 배치되는 오일펌프기어;
   가 포함되는 것을 특징으로 하는 칠러유닛.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 오일펌프기어에는,
   상기 오일펌프회전축의 일 단에 배치되어. 상기 오일탱크에서 흡입된 오일을 상기 압축기에 공급하는 제 1 오일펌프기어와,
   상기 오일펌프회전축의 타 단에 배치되어, 상기 오일회수배관을 통해 유입된 오일을 상기 오일탱크로 유동시키는 제 2 오일펌프기어가 포함되는 것을 특징으로 하는 칠러유닛.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 오일펌프기어에는,
   상기 오일탱크와 연결되는 적어도 하나의 제 1 흡입구와, 상기 압축기로 연장되는 오일공급배관과 연결되는 적어도 하나의 제 1 토출구가 구비된 제 1 오일펌프기어와,
   상기 오일회수배관과 연결되는 적어도 하나의 제 2 흡입구와, 상기 오일탱크와 연결되는 적어도 하나의 제 2 토출구가 구비된 제 2 오일펌프기어가 포함되는 것을 특징으로 하는 칠러유닛.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 오일펌프기어에는,
   상기 오일펌프회전축의 반경방향으로 오일을 흡입하여 축방향으로 오일을 토출하는 제 1 오일펌프기어와
   상기 오일펌프회전축의 축방향으로 오일을 흡입하여 반경방향으로 오일을 토출하는 제 2 오일펌프기어가 포함되는 것을 특징으로 하는 칠러유닛.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 오일펌프는 상기 오일탱크와 연결되도록 상기 압축기의 일 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 칠러유닛.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 오일펌프는 상기 오일펌프회전축의 반경방향에 상기 오일탱크가 위치되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 칠러유닛.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 오일회수배관에는,
   상기 오일분리기에서 연장되는 제 1 오일회수배관;
   상기 증발기에서 연장되는 제 2 오일회수배관; 및
   상기 제 1 오일회수배관 및 상기 제 2 오일회수배관이 합지되어 상기 오일펌프으로 연장되는 제 3 오일회수배관;이 구비되는 것을 특징으로 하는 칠러유닛.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 오일펌프의 일 측에 상기 제 3 오일회수배관이 연결되고,
   상기 오일펌프의 타 측에 상기 압축기로 연장되는 오일공급배관이 연결되는 것을 특징으로 하는 칠러유닛.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일펌프와 상기 압축기를 연결하는 오일공급배관이 더 포함되는 칠러유닛.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 오일공급배관에는 오일을 냉각시키는 오일쿨러가 구비되는 것을 특징으로 하는 칠러유닛.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일분리기에서 분리된 냉매는 상기 압축기에 구비된 임펠러의 회전에 의하여 상기 압축기의 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 칠러유닛.
13. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 토출된 냉매와 냉각수 순환유로를 유동하는 냉각수가 열교환되는 응축기;
    상기 응축기에서 토출된 냉매와 냉수 순환유로를 유동하는 냉수가 열교환되는 증발기; 및
    상기 압축기에 오일을 공급하는 오일공급배관 및 상기 압축기에서 토출된 오일을 회수하는 오일회수배관과 연결된 오일펌프;
    가 포함되는 칠러시스템.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 오일회수배관에는,
    상기 압축기에서 토출된 냉매 중 분리된 오일이 유동되는 제 1 오일회수배관;
    상기 증발기로 유입된 오일이 유동되는 제 2 오일회수배관; 및
    상기 제 1 오일회수배관 및 상기 제 2 오일회수배관이 합지되어 상기 오일펌프으로 연장되는 제 3 오일회수배관;
    이 구비되는 것을 특징으로 하는 칠러시스템.
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 오일펌프에는 상기 오일공급배관과 연결되는 제 1 오일펌프기어 및 상기 오일회수배관과 연결되는 제 2 오일펌프기어가 구비되는 것을 특징으로 하는 칠러시스템.

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