KR20010067230A

KR20010067230A - 오일 증류기를 이용하는 스크류 압축기용 윤활 시스템

Info

Publication number: KR20010067230A
Application number: KR1020000056329A
Authority: KR
Inventors: 종지안핑; 휀니거에드워드알렌; 말로우프파디사미르; 얀나스콜리도날드
Original assignee: 윌리엄 더블유. 하벨트; 캐리어 코포레이션
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2001-07-12
Also published as: JP3678638B2; KR100339797B1; EP1087190B1; CN1254649C; US6182467B1; DE60016131T2; BR0004483A; CN1289895A; DE60016131D1; JP2001124421A; ES2230034T3; EP1087190A1

Abstract

응축기 내의 응축된 액체의 일부분은 냉매 오일 혼합물로부터 냉매를 비등 제거시키기 위해 열을 공급하는 발생기로 전환되어, 그 결과 과냉각된다. 과냉각된 액체는 냉각을 위해 모터에 제공된다. 발생기 내의 냉매의 비등은 윤활 등을 위해 베어링 등에 제공된 "오일 농후" 액체를 초래한다. 하나 또는 그 이상의 제트 또는 이젝터 펌프는 바람직하게 윤활 분배 시스템에 오일 농후 액체를 제공하기 위해 이용된다.

Description

오일 증류기를 이용하는 스크류 압축기용 윤활 시스템 {LUBRICATION SYSTEM FOR SCREW COMPRESSORS USING AN OIL STILL}

폐쇄형 냉각 및 공기 조화 시스템에서, 냉매 및 윤활제는 정상적으로 접하고 있다. 윤활제와 냉매 사이에 친화력이 존재하기 때문에, 냉각 및 공기 조화 시스템 내에 가변 조성 혼합물이 존재하게 된다. 조성은 온도, 시스템이 운영되고 있는지의 여부, 오일 분리기 또는 우회 통로(circuitous path)를 통한 유동에 의해 오일이 분리되는지의 여부, 냉매가 상 변화 등을 겪는지 등에 따라 달라질 것이다. 냉매 내의 윤활제는 시스템의 표면을 피복시키는 경향이 있으며 시스템의 열 전달 특성을 악화시킨다. 냉매는 윤활제를 희석시킬 뿐만 아니라, 압력 감소로 인한 가스의 배출, 및 윤활을 방해시킬 수 있는 거품을 발생시킨다.

소형의 열교환기는 바람직하게 폐쇄형 냉각 또는 공기 조화 시스템의 냉각기 또는 증발기 아래에 위치되며 오일 농후 발생기 또는 증류기를 형성한다. 선택적으로, 증류기는 고 수위에 위치되며, 펌프 등을 필요로 한다. 오일 농후 발생기는 냉각기로부터 냉매 및 오일로 제조된 혼합된 액체를 취하고 있다. 응축기로부터의 비교적 가온의 액체의 일부분은 발생기 용기로 전환된다. 발생기 용기 내의 튜브를 통해 유동하는 중에, 발생기 용기 내의 냉매가 비등하도록 응축기로부터의 유동에 의해 열이 발생한다. 선택적으로, 전기 저항 열 등의 보충 열원이 이용될 수 있다. 최종적인 냉매 증기는 용기로부터 배출되며 압축기 흡입실 및 냉각기 사이의 압력 차로 인한 압축기 흡입실로 유동한다. 냉매의 비등 제거로 "오일 농후" 액체를 초래한다. 오일 농후 액체는 오일 농후 액체가 압축기로부터 변환된 고압의 가스 내에 비말동반되도록 하는 하나 이상의 이젝터를 거쳐 윤활 시스템으로 공급된다. 이젝터를 구동시키는 압력은 바람직하게는 고압의 배출 압력 또는 최종 밀폐된 돌출부 회전자의 압력이다.

발생기를 통과하는 중에, 응축기로부터 냉매의 유동은 과냉각(subcooled)된다. 이러한 비교적 고압의 과냉각된 유동은 냉각을 위해 모터에 제공된다. 모터를 냉각하는 중에, 과냉각된 유동은 가열되며 팽창되며 계속해서 압축기에 흡입 유동으로 제공된다.

본 발명의 목적은 스크류 압축기 베어링을 윤활시키기 위해 오일 농후 유체를 발생시키기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스크류 압축기의 베어링 및 회전자에 대한 독립된 윤활 회로를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 오일-냉매 혼합물의 냉매 함량을 감소시키는 것이다.

본 발명의 목적은 일반적인 오일 분리 시스템의 복잡성을 제거하여 비용을 낮추고 시스템의 신뢰성을 개선시키고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 모터 냉각을 위해 과냉각된 액체를 발생시키는 것이다. 본 발명의 이러한 목적 및 또 다른 목적은 이후 보다 상세히 설명되어질 것이다.

도1은 본 발명을 이용한 폐쇄형 냉각 또는 공기 조화 시스템의 개략선도.

도2는 도1의 시스템의 보다 상세한 개략선도.

도3은 윤활제 통로의 일부분을 도시한 스크류 회전자의 부분 절취 단면도.

도4는 변경된 윤활 시스템의 개략선도.

도5는 도4의 시스템의 윤활 유동 통로 일부분의 개략선도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 폐쇄형 냉각 및 공기 조화 시스템

12 : 압축기 16 : 응축기

26 : 전기 모터 32 : 증류기

121,131,141 : 회전자

기본적으로, 응축기 내의 응축된 액체의 일부분 또는 보충 열은 냉매 오일 혼합물로부터 냉매를 비등 제거하기 위해 열을 제공하며 이로 인해 과냉각되는 발생기 또는 증류기로 향한다. 과냉각된 액체는 냉각을 위해 모터에 제공된다. 발생기 내의 냉매의 비등 제거로 인해 윤활용 베어링에 공급된 "오일 농후" 액체를초래한다. 하나 또는 그 이상의 제트 또는 이젝터 펌프는 바람직하게 베어링을 윤활시키기 위한 윤활 분배 시스템에 오일 농후 액체를 제공하는데 이용된다. 바람직하게, 냉각기 내의 오일 농후 영역은 제2 윤활 분배 시스템을 거쳐 회전자의 윤활 및/또는 밀봉 윤활제를 제공한다.

도1에서, 폐쇄형 냉각 또는 공기 조화 시스템(10)이 도시되어져 있다. 종래에서와 마찬가지로, 시스템(10)은 압축기(12), 배출 포트에 연결된 배출 라인(14), 응축기(16), 팽창 장치(20), 냉각기 또는 증발기(22)를 포함하는 라인(18), 및 흡입 포트에 이르는 흡입 라인(24)을 연속적으로 포함하고 있는 폐쇄 회로가 제공된다. 압축기(12)는 다중 회전자의 밀폐식 스크류 압축기가며, 전원(도시되지 않음)에 연결된 전기 모터(26)에 의해 구동된다. 도2 및 도5에 가장 잘 도시되어진 바와 같이, 스크류 압축기(12)는 도시되어진 회전자(121,131,141)를 구비한 다수의 상호맞물림 회전자들을 갖추고 있다. 특히, 도3을 참조하면 회전자(121)는 단부 샤프트(121-1,121-2), 및 단부 샤프트(121-1,121-2)와 회전자(121)의 전체 길이를 연장하는 축선 보어(121-3)를 갖추고 있다. 단부 샤프트(121-1,121-2)는 각각 중간 샤프트(121-1a, 121-2a)를 통해 회전자(121)에 연결된다. 중간 샤프트(121-1a, 121-2a)는 미로 형상의 시일(122,123)과 빈틈이 없는 관계에 놓여져 있다. 미로 형상의 시일(122)은 베어링 챔버(12-2)로부터 회전자 보어(12-1)를 밀봉시킨다. 유사하게, 미로 형상의 시일(123)은 베어링 챔버(12-3)로부터 회전자 보어(12-1)를 밀봉시킨다. 단부 샤프트(121-1)는 다수의 베어링(124-1,124-2, 124-3)에 의해 베어링 챔버(12-2) 내에 지지된다. 유사하게, 샤프트(121-2)는 베어링(125-1)에 의해 베어링 챔버(12-3) 내에 지지된다.

도3에 도시되고 전술한 바와 같이, 회전자(121)는 베어링 지지 및 윤활에 대해 회전자(131,141)들을 대표한다. 한가지 차이점은 암 및 숫 회전자가 존재하며 하나의 회전자는 모터(26)에 의해 구동되며, 차례로 다른 회전자를 구동시킨다는 것이다. 기어들 중에서, 구동 기어는 "태양", 그리고 종동 기어는 "유성들"에 비교된다. 회전자는 회전자를 통해 직접적으로 구동되기 보다는 기어를 통해 구동될 수 있다.

도1을 다시 참조하면, 본 발명의 지시에 따라. 응축기(16) 내의 비교적 가온 상태 액체의 일부분은 라인(30)을 거쳐 발생기 용기 또는 증류기(32)를 통과한다. 바람직하게, 발생기 용기 또는 증류기(32)는 냉각기(22)보다 낮은 위치에 놓이게 된다. 필요하다면, 발생기 용기 또는 증류기(32)는 냉각기(22)보다 높은 위치에 놓여질 수 있으나 증류기를 제공하기 위한 펌프 작용을 요한다. 응축기(16)로부터의 라인(30)을 거쳐 공급된 액체는 냉각기(22)로부터 라인(36)을 거쳐 발생기 용기(32)로 유동하는 냉매 오일 혼합 액체와 열교환 관계에 놓여있는 다수의 튜브(34)를 통과한다. 튜브(34)를 통과한 이후에, 유동은 라인(35)을 거쳐 모터(26)를 냉각시키기 위한 모터(26)에 제공되며, 계속해서 라인(24)을 거쳐 공급된 흡입 가스와 결합한다. 응축기(16)로부터 안내된 유동은 냉매를 비등시키는 발생기(32) 내의 냉매-오일 혼합물에 열을 방출시키며 응축기(16)로부터의 유동은 냉각된다. 냉매의 비등으로 인한 증기는 압축기 흡입 라인(24)을 연결시키는 라인(38)을 거쳐 발생기 용기(32) 밖으로 배출되며 압축기 흡입실과 냉각기(22) 사이의 압력차로 인해 압축기 흡입실로 유동한다.

냉매의 비등 제거로 인해, 발생기 용기(32) 내에서 오일 농후 액체(40)가 발생된다. 오일 농후 액체(40)는 라인(42)을 거쳐 이젝터(44)로 공급된다. 압축기 배출의 일부분 또는 최종 밀폐된 돌출부 회전자 유체는 라인(46)을 거쳐 이젝터(44)로 향하며, 발생기(32)로부터 오일 농후 액체를 비말 동반하여 하나 이상의 필터(50)를 함유하고 있는 라인(48)으로 이동시킨다. 라인(48)은 다수의 라인으로 나뉘어진다. 라인(48-1,48-2, 48-3)은 각각 라인(48-1)에 대해 도3에 가장 잘 도시되어진 바와 같이 베어링 하우징의 상부에 연결되며, 압축기(12)의 배출 또는 고압 측면 위에 위치된 베어링 챔버(12-2, 12-2a, 12-2b)를 제공한다.

특히 베어링 챔버(12-2, 12-2a, 12-2b)에 윤활을 제공하는 도3을 참조하면, 분기 라인(48-1)은 베어링 챔버(12-2)의 상부와 연결된다. 분기 라인(48-1)을 거쳐 제공된 윤활제는 베어링(124-1,124-2,124-3)을 통해 위로 유동하며 베어링을 윤활시킨다. 베어링 챔버(12-2) 내의 오일 및 가스상 냉매는 회전자(121) 내의 축선 보어(121-3)를 통해 유동하며 베어링 챔버(12-3)로 유동한다. 베어링 챔버(121-3)로 유동하는 오일은 라인(60) 최종적으로 증류기(32)을 연결시키는 분기 라인(60-1)으로 통과하기 이전에 베어링(125-1)을 통해 위로 유동한다. 유사하게, 오일은 베어링 챔버(12-3a, 12-3b)로부터 각각 분기 라인(60-2,60-3)을 거쳐 라인(60) 내부로 통과한다. 라인(60)은 제2 이젝터(144)와 연결되며 압축기 배출의 일부분 및 최종 밀폐된 돌출부 회전자 유체는 공동(12-3, 12-3a, 12-3b)으로부터 유도된 오일을 비말동반하며, 바람직하게 증류기(32)에 오일을 반환시킨다. 필요하다면, 오일은 증류기(32) 대신에 냉각기(22)로 유동될 수 있다.

도2는 도1의 예시된 구조물에 동기 유체로서 이젝터(44,144)에 최종 밀폐된 회전자 압력 및 최고 방출 압력을 부가시키고 있다. 이젝터(44)를 공급시키는 라인(46)은 각각 체크 밸브(46-1a, 46-2a)를 포함하는 두개의 분기 라인(46-1,46-2)의 하나로부터 공급된다. 라인(46-1a)은 이젝터(44)에 압축기 방출 압력을 공급시키고 라인(46-2a)은 이젝터(44)에 최종 밀폐된 돌출부 압력을 제공하며 보다 높은 두 압력은 이젝터(44)에 제공된다. 오일 반환 통로(148)는 증류기(32)로 향한다.

도4 및 도5의 시스템(110)은 냉각기(22)로부터 라인(122)을 거쳐 인출되고 제3 이젝터(244)에 제공된 회전자를 윤활 및 밀봉하기 위한 윤활제를 공급함으로써 도1 및 도2의 시스템(10)과는 다르다. 특히, 라인(246)은 라인(46)으로부터 분기되며 냉매 오일 혼합물 내의 오일이 라인(122)을 거쳐 냉각기(22)로부터 인출되고 라인(248-1)을 거쳐 회전자(12,131,141)를 윤활시키기 위한 압축기(12)에 공급되도록 하는 이젝터(244)에 높은 배출 압력 및 최종 밀폐된 돌출부 회전자 압력을 공급한다. 도5는 회전자 윤활 통로의 상세도를 도시하고 있다. 이러한 실시예는 주 기능이 윤활보다는 밀봉인 베어링에 의해 요구되는 오일 농후 혼합물을 회전자(121,131,141)가 필요로 하지 않음으로 잇점을 갖는다. 또한, 냉각기(22)로의 라인(122)의 유체 접속이 상기 영역으로부터 오일을 인출하기 위해 위치될 수 있도록 오일 농후 영역이 냉각기(22) 내에서 형성되는 잇점을 갖는다. 부가적으로, 3개의 이젝터의 이용으로 이젝터 상에 위치된 요구량을 감소시킨다. 특히, 도5를 참조하면, 라인(248-1)은 회전자(131,141)를 윤활시키는 라인(248-3) 및 회전자(121,131)를 윤활시키는 라인(248-2)으로 분할된다. 전술한 바와 같이, 분기 라인(60-1,60-2, 60-3)은 압축기(12)의 흡입 또는 저압 측면 상에서 베어링 챔버(12-3,12-3a, 12-3b)의 상부로부터 선도되어 증류기(32)에 오일을 반환시키는 라인(60) 내에서 결합된다.

상기 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 기술 분야의 숙련된 당업자들은 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따라, 오일 분리 시스템이 간단화되며, 비용이 감소되며 시스템의 신뢰성이 개선될 수 있다.

Claims

모터에 의해 구동되며 흡입 포트 및 배출 포트를 갖는 압축기, 상기 배출 포트로부터 응축기까지 연장하는 배출 라인, 팽창 장치, 냉각기 및 상기 흡입 포트에 연결된 흡입 라인을 연속적으로 포함하는, 냉매 및 오일을 함유한 폐쇄형 냉각 시스템에 있어서,

상기 냉각기로부터 냉매 및 오일을 함유한 유체 혼합물을 수용하기 위해 상기 냉각기에 유동 가능하게 연결된 발생기,

상기 발생기 내의 상기 유체 혼합물과의 열교환 관계로 상기 응축기로부터 상기 발생기까지 액체 냉매 및 오일 혼합물을 제공하여 냉매가 상기 유체 혼합물로부터 비등 제거되게 하여 오일 농후 혼합물을 생성하는 수단,

상기 발생기로부터 상기 흡입 포트까지 비등 제거된 냉매를 공급하기 위한 수단,

펌핑 수단,

상기 펌핑 수단에 연결되어 상기 압축기에 윤활을 제공하는 윤활 분배 시스템,

상기 발생기로부터 상기 펌핑 수단에 상기 오일 농후 혼합물을 공급하기 위한 공급 수단, 및

상기 펌핑 수단이 상기 오일 농후 혼합물을 상기 윤활 분배 시스템에 공급하도록 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐쇄형 냉각 시스템.
제1항에 있어서, 상기 응축기로부터 상기 발생기까지 액체 냉매 및 오일 혼합물을 제공하기 위한 상기 수단은 상기 모터에 유동 가능하게 연결되어, 상기 액체 냉매 및 오일 혼합물은 상기 발생기의 통과시 과냉각되며 연속적으로 상기 모터에 냉각을 제공하는 것을 특징으로 하는 폐쇄형 냉각 시스템.
제1항에 있어서, 상기 압축기는 다수의 상호 결합 회전자를 갖는 스크류 압축기로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐쇄형 냉각 시스템.
제3항에 있어서,

상기 회전자의 각각은 제1 단부, 제2 단부, 상기 단부들 사이에서 연장하는 축선 보어를 갖추고 있으며, 상기 단부들은 상기 회전자로부터 유체 밀봉된 베어링 챔버 내에 위치된 베어링에 의해 지지되며,

상기 윤활 시스템은 상기 베어링 챔버 및 상기 회전자의 각각에 대한 상기 축선 보어를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐쇄형 냉각 시스템.
제1항에 있어서, 상기 펌핑 수단은 이젝터 펌프이며, 상기 펌핑 수단이 오일 농후 혼합물을 상기 윤활 분배 시스템에 공급하도록 하는 수단은 배출 압력 및 최종 밀폐된 돌출부 압력에서 상기 이젝터 펌프에 고압의 냉매를 제공하는 것을 특징으로 하는 폐쇄형 냉각 시스템.
제5항에 있어서,

제2 이젝터 펌프, 및

상기 제2 이젝터 펌프에 고압의 냉매를 공급하기 위한 공급 수단을 포함하며,

상기 윤활 분배 시스템은 반송 라인을 더 포함하며,

제2 이젝터 펌프는 상기 반송 라인에 작동 연결되어, 상기 제2 이젝터 펌프에 공급된 고압의 냉매는 오일이 상기 압축기로부터 상기 반송 라인을 거쳐 인출되어 제2 이젝터 펌프에 제공되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐쇄형 냉각 시스템.
제6항에 있어서, 상기 제2 이젝터 펌프는 상기 발생기에 연결되며 상기 압축기로부터 인출된 오일을 상기 반송 라인을 거쳐 상기 발생기로 전달하는 것을 특징으로 하는 폐쇄형 냉각 시스템.
제7항에 있어서, 상기 압축기는 다수의 내부결합 회전자를 갖는 스크류 압축기이고, 상기 폐쇄형 냉각 시스템은

상기 냉각기에 작동연결된 제3 이젝터 펌프,

상기 제3 이젝터 펌프에 고압의 냉매를 제공하기 위한 수단, 및

고압의 냉매가 상기 제3 이젝터 펌프에 제공될 때 윤활 및 밀봉을 위해 상기 냉각기로부터 인출된 냉매-오일 혼합물을 상기 회전자에 제공하도록 상기 제3 이젝터 펌프에 연결된 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐쇄형 냉각 시스템.
제1항에 있어서,

상기 압축기는 베어링에 의해 지지되는 다수의 내부 결합 회전자를 갖춘 스크류 압축기이며,

상기 윤활 시스템은 상기 회전자 및 상기 베어링에 윤활제를 제공하는 것을 특징으로 하는 폐쇄형 냉각 시스템.
제1항에 있어서, 상기 윤활 시스템은 상기 발생기에 연결된 반송 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐쇄형 냉각 시스템.