KR100378531B1 - coolant and oil separating/ collecting device of turbo chiller - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터보냉동기의 모터 냉각 계통을 통한 윤활오일 분리 및 회수장치에 관한 것으로, 원심압축기(1), 응축기(3), 팽창밸브(5) 및 증발기(2)를 포함한 터보냉동기에 있어 오일펌프(7)와 오일탱크(6)를 포함한 윤활계통을 통하여 원심압축기(1)를 구동시키는 모터(4)내부로 유출된 윤활오일과 응축기(3)를 통해 모터(4)를 경유하여 냉각된 냉매의 혼합물에서 냉매와 오일을 분리하고 분리된 오일을 오일탱크로 재회수하기 위한 장치로서, 상기 모터(4)의 냉매유출관로측에 오일과 냉매를 분리하여 오일은 상기 오일탱크(6)로 회수하고 냉매를 다시 원심압축기(1)로 재공급토록 하는 오일/냉매 분리탱크(29)를 연결 구비하되, 상기 오일/냉매 분리탱크(29)는, 상기 혼합물을 유입시킴과 동시에 외부에서 공급된 냉수와 혼합물을 열교환시키는 열교환기(34)와; 상기 열교환기(34)를 통해 열교환되어 상승한 오일과 냉매중 비중차로 분리된 오일을 넘겨받아 저장하여 두고 일정량 이상이 되면 오일을 방출하는 플로우트밸브(37)를 갖는 오일방출챔버(35)와; 상기 열교환기(34)의 상층에 증발냉매를 저장하는 냉매방출챔버(41)를 포함하고; 상기 플로우트밸브(37)가 오일을 방출하면 연결관(31)을 통해 상기 오일탱크(6)로 회수시키고, 동시에 상기 냉매방출챔버(41)에 모아진 냉매를 연결관(30)을 통해 상기 원심압축기(1)의 냉매공급관로(10)측에 재공급하도록 구성한 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a lubricating oil separation and recovery apparatus through a motor cooling system of a turbo chiller, and an oil pump in a turbo chiller including a centrifugal compressor (1), a condenser (3), an expansion valve (5) and an evaporator (2). Refrigerant cooled via the motor (4) through the lubricating oil and condenser (3) flowing into the motor (4) for driving the centrifugal compressor (1) through the lubrication system including the (7) and the oil tank (6) A device for separating a coolant and oil from a mixture of oil and reclaiming the separated oil into an oil tank, wherein the oil and the coolant are separated on the coolant outlet pipe side of the motor (4) to recover the oil to the oil tank (6). And an oil / refrigerant separation tank 29 for resupplying the refrigerant back to the centrifugal compressor 1, wherein the oil / refrigerant separation tank 29 introduces the mixture into the cold water supplied from the outside. A heat exchanger (34) for exchanging heat with the mixture; An oil discharge chamber (35) having a float valve (37) for discharging oil when the oil is separated by a specific gravity difference among oils and refrigerants that are heat-exchanged through the heat exchanger (34), and is stored therein; A refrigerant discharge chamber (41) for storing an evaporative refrigerant in an upper layer of the heat exchanger (34); When the float valve 37 discharges oil, the float valve 37 recovers the oil tank 6 through the connecting pipe 31 and simultaneously collects the refrigerant collected in the refrigerant discharge chamber 41 through the connecting pipe 30 through the centrifugal compressor. Characterized in that it is configured to supply again to the refrigerant supply line (10) of (1).
Description
본 발명은 터보냉동기의 모터 냉각 계통을 통한 윤활오일 분리 및 회수장치에 관한 것으로, 특히 윤활계통을 통하여 완전밀폐형 모터내부로 유출된 윤활오일과 모터를 냉각한 냉매의 혼합물이 증발기에 도달하기 전인 모터와 증발기의 연결관 상에서 냉매와 오일을 분리 및 회수하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lubricating oil separation and recovery apparatus through a motor cooling system of a turbo chiller, and more particularly, before a mixture of lubricating oil and a refrigerant cooling the motor which has leaked into a completely sealed motor through a lubrication system reaches an evaporator. And an apparatus for separating and recovering refrigerant and oil on a connection tube of the evaporator.
본 발명과 관련된 종래 기술은 도 1에 도시된 종래 터보냉동기에서의 윤활오일 공급 및 회수 시스템도를 사용하여 설명할 수 있다.The prior art related to the present invention can be described using the lubricating oil supply and recovery system diagram in the conventional turbocooler shown in FIG.
도 1과 같은 터보냉동기에서는 오일펌프(7)를 사용하여 윤활라인(21,22,23)을 통하여 윤활부위에 공급된 오일은 통상 공급라인과 유사한 회수라인을 통하여 오일탱크(6)로 회수된다.In the turbo chiller as shown in FIG. 1, the oil supplied to the lubrication part through the lubrication lines 21, 22, and 23 using the oil pump 7 is generally recovered to the oil tank 6 through a recovery line similar to the supply line. .
그러나 모터(4)부의 지지 베어링에 공급된 오일의 일부분은 오일압력보다 낮은 압력 부위인 모터내부로 유출된다. 이 오일은 응축기(3)로부터 추출된 냉매를 사용하여 모터(4)를 직접 냉각하는데 사용된 냉매와 혼합되어 연결관(15)을 통하여 증발기(2)로 유출된다. 증발기(2)로 유출된 오일은 증발기의 효율을 저하시키고, 또한 응축기로 넘어가 응축기의 효율을 저하시켜 전체적인 냉동기의 효율을 저하시키는 역할을 한다.However, a part of the oil supplied to the support bearing of the motor 4 flows out into the motor, which is a pressure part lower than the oil pressure. This oil is mixed with the refrigerant used to directly cool the motor 4 using the refrigerant extracted from the condenser 3 and flows out through the connecting pipe 15 to the evaporator 2. The oil spilled into the evaporator 2 lowers the efficiency of the evaporator, and also serves to reduce the efficiency of the condenser by going to the condenser.
따라서 이 오일을 제거하기 위한 이젝터(8)와 같은 오일회수 장치를 사용한다. 이젝터(8)를 작동시켜 증발기의 유면으로부터 오일이 함유된 냉매를 흡입하기 위한 동력원으로 압축기(1)로부터 고압의 압축냉매가스를 분기하여 사용하며, 증발기로부터 흡입된 냉매와 압축기로부터 온 냉매가스의 혼합물은 오일탱크로 유입된다. 오일탱크 내부의 냉매는 오일탱크 내부에 설치된 히터로부터 열을 받아 증발하여 연결관(24)을 통하여 압축기 입구로 되돌려진다.Therefore, an oil recovery device such as an ejector 8 is used to remove this oil. The ejector 8 operates to divert a high-pressure compressed refrigerant gas from the compressor 1 as a power source for sucking the oil-containing refrigerant from the oil level of the evaporator. The mixture enters the oil tank. The refrigerant in the oil tank receives heat from a heater installed in the oil tank and evaporates to return to the compressor inlet through the connecting pipe 24.
이상의 종래 기술을 사용할 경우 증발기(2)에서 증발에 참여하는 냉매의 양이 감소되어 증발기의 증발능력이 감소되며, 또한 연결관(19)을 통해 유출된 냉매가스가 다시 연결관(24)을 통하여 압축기 입구로 되돌아가므로 압축기는 그 만큼의 냉매가스를 더 많이 압축하는 결과가 되어 압축기는 더 많은 일을 하여야 한다.In the case of using the prior art, the amount of refrigerant participating in evaporation in the evaporator 2 is reduced, so that the evaporation capacity of the evaporator is reduced, and the refrigerant gas flowing out through the connecting pipe 19 is again connected through the connecting pipe 24. The return to the compressor inlet results in the compressor compressing as much refrigerant gas as the compressor must do more work.
따라서 종래 기술을 사용하여 오일회수를 할 경우 터보 냉동기의 효율을 감소시키게 된다.Therefore, the oil recovery using the prior art reduces the efficiency of the turbo chiller.
본 발명은 상기한 종래 기술을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 윤활계통을 통하여 모터 내부로 유출된 윤활오일과 모터를 냉각한 냉매의 혼합체가 증발기에 도달하기 전인 모터와 증발기의 연결관 상에서 냉매와 오일을 분리/회수하는 장치를 제공함에 있다.The present invention is to solve the above-described prior art, the present invention is a refrigerant and the refrigerant on the connection pipe between the motor and the evaporator before the mixture of the lubricating oil and the refrigerant cooling the motor flowing into the motor through the lubrication system reaches the evaporator. The present invention provides a device for separating / recovering oil.
본 발명에서는 근원적으로 오일이 증발기로 유출되지 않게 하고, 오일을 제거하기 위한 에너지원으로 압축기에서 압축된 냉매가스를 사용하지 않음으로서 압축기의 효율을 높일 수 있다.In the present invention, it is possible to increase the efficiency of the compressor by not using the refrigerant gas compressed in the compressor as an energy source for removing the oil, which is essentially the oil does not flow out to the evaporator.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,Specific means of the present invention for achieving the above object,
원심압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함한 터보냉동기에 있어 오일펌프와 오일탱크를 포함한 윤활계통을 통하여 원심압축기를 구동시키는 모터내부로 유출된 윤활오일과 응축기를 통해 모터를 경유하여 냉각된 냉매의 혼합물에서 냉매와 오일을 분리하고 분리된 오일을 오일탱크로 재회수하기 위한 장치로서,In turbo-coolers including centrifugal compressors, condensers, expansion valves and evaporators, lubrication oil and condensers leaked into the motor to drive centrifugal compressors through lubrication systems including oil pumps and oil tanks. A device for separating refrigerant and oil from a mixture and for recovering the separated oil into an oil tank,
상기 모터의 냉매유출관로측에 오일과 냉매를 분리하여 오일은 상기 오일탱크로 회수하고 냉매를 다시 원심압축기로 재공급토록 하는 오일/냉매 분리탱크를 연결 구비하되, 상기 오일/냉매 분리탱크는,The oil / refrigerant separation tank for separating oil and refrigerant on the refrigerant outflow pipe side of the motor to recover the oil to the oil tank and resupply the refrigerant to the centrifugal compressor, wherein the oil / refrigerant separation tank,
상기 혼합물을 유입시킴과 동시에 외부에서 공급된 냉수와 혼합물을 열교환시키는 열교환기와;A heat exchanger for introducing the mixture and heat-exchanging the mixture with cold water supplied from the outside;
상기 열교환기를 통해 열교환되어 상승한 오일과 냉매 중 비중차로 분리된 오일을 넘겨받아 저장하여 두고 일정량 이상이 되면 오일을 방출하는 플로우트밸브를 갖는 오일방출챔버와;An oil discharge chamber having a float valve which releases oil when the oil is separated by a specific gravity difference among oils and refrigerants which are heat-exchanged through the heat exchanger, and is stored therein;
상기 열교환기의 상층에 증발냉매를 저장하는 냉매방출챔버를 포함하고;A refrigerant discharge chamber configured to store an evaporative refrigerant in an upper layer of the heat exchanger;
상기 플로우트밸브가 오일을 방출하면 연결관을 통해 상기 오일탱크로 회수시키고, 동시에 상기 냉매방출챔버에 모아진 냉매를 연결관을 통해 상기 원심압축기의 냉매공급관로측에 재공급하도록 구성한 것을 특징으로 한다.When the float valve discharges the oil is recovered to the oil tank through a connecting pipe, and at the same time the refrigerant collected in the refrigerant discharge chamber is configured to re-supply to the refrigerant supply line side of the centrifugal compressor through the connecting pipe.
도 1은 종래 터보냉동기에서의 윤활오일 공급 및 회수 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a lubricating oil supply and recovery system in a conventional turbocooler.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보냉동기에서의 윤활오일 공급 및 회수 시스템의 구성도.2 is a block diagram of a lubricating oil supply and recovery system in a turbocooler according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 3은 본 발명에 적용되는 윤활오일과 냉매의 분리장치로서 오일분리탱크의 구성도.3 is a configuration diagram of an oil separation tank as a separation device for lubricating oil and refrigerant applied to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
4 : 모터 6 : 오일탱크4: motor 6: oil tank
29 : 오일/냉매 분리탱크 34 : 열교환기29: oil / coolant separation tank 34: heat exchanger
35 : 오일방출챔버 37 : 플로우트 밸브35 oil discharge chamber 37 float valve
39 : 냉매방출구 40 : 엘리머네이터39: refrigerant discharge port 40: eliminator
41 : 냉매방출챔버41: refrigerant discharge chamber
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보냉동기에서의 윤활오일 공급 및 회수 시스템 구성도이고, 도 3은 본 발명에 적용되는 윤활오일과 냉매의 분리장치로서 오일분리탱크의 구성도이다.2 is a schematic diagram of a lubricating oil supply and recovery system in a turbocooler according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram of an oil separation tank as a lubricating oil and a refrigerant separating apparatus applied to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이 원심압축기(1), 응축기(3), 팽창밸브(5) 및 증발기 (2)를 포함한 터보냉동기에 있어서 오일펌프(7)와 오일탱크(6)를 포함한 윤활계통을 통하여 원심압축기(1)를 구동시키는 모터(4) 내부로 유출된 윤활오일과 응축기(3)를 통해 모터(4)를 경유하여 냉각된 냉매의 혼합물에서 냉매와 오일을 분리하고 분리된 오일을 오일탱크로 재회수하기 위한 장치로서, 본 발명은 상기 모터(4)의 냉매유출관로측에 오일과 냉매를 분리하여 오일은 상기 오일탱크(6)로 회수하고 냉매를 다시 원심압축기(1)로 재공급토록 하는 오일/냉매 분리탱크(29)가 연결 구비되어 있다.As shown in FIG. 2, a lubrication system including an oil pump 7 and an oil tank 6 is included in a turbo chiller including a centrifugal compressor 1, a condenser 3, an expansion valve 5, and an evaporator 2. The refrigerant and oil are separated from the mixture of the lubricating oil leaked into the motor 4 driving the centrifugal compressor 1 and the refrigerant cooled via the motor 4 through the condenser 3, and the separated oil is oiled. As a device for recirculation to the tank, the present invention is to separate the oil and the refrigerant on the refrigerant outflow pipe side of the motor (4) to recover the oil to the oil tank (6) and to return the refrigerant back to the centrifugal compressor (1) An oil / refrigerant separation tank 29 is provided for connection.
상기 오일/냉매 분리탱크(29)는, 상기 혼합물을 유입시킴과 동시에 외부에서 공급된 냉수와 혼합물을 열교환시키는 열교환기(34)와, 상기 열교환기(34)를 통해 열교환되어 상승한 오일과 냉매중 비중차로 분리된 오일을 넘겨받아 저장하여 두고 일정량 이상이 되면 오일을 방출하는 플로우트밸브(37)를 갖는 오일방출챔버(35)와, 상기 열교환기(34)의 상층에 증발냉매를 저장하는 냉매방출챔버(41)를 포함하고, 상기 플로우트밸브(37)가 오일을 방출하면 연결관(31)을 통해 상기 오일탱크 (6)로 회수시키고, 동시에 상기 냉매방출챔버(41)에 모아진 냉매를 연결관(30)을 통해 상기 원심압축기(1)의 냉매공급관로(10)측에 재공급하도록 구성되어 있다.The oil / refrigerant separation tank 29 includes a heat exchanger 34 for introducing the mixture and heat-exchanging the mixture with cold water supplied from the outside, and an oil and refrigerant in the oil and refrigerant that have risen through heat exchanger 34. An oil discharge chamber 35 having a float valve 37 for releasing oil and storing the oil separated by a specific gravity difference and releasing oil when a predetermined amount or more is discharged, and a refrigerant discharge for storing an evaporative refrigerant in an upper layer of the heat exchanger 34. It comprises a chamber 41, when the float valve 37 discharges the oil is recovered to the oil tank (6) through a connecting pipe 31, and at the same time the refrigerant collected in the refrigerant discharge chamber 41 It is configured to supply again to the refrigerant supply line 10 side of the centrifugal compressor (1) through (30).
상기 오일방출챔버(41)의 상부 일측벽에는 상기 냉매방출챔버(35)와 연통하여 냉매의 통로를 제공하는 냉매방출구(39)가 형성되어 있다.The upper one side wall of the oil discharge chamber 41 is formed with a refrigerant discharge port 39 in communication with the refrigerant discharge chamber 35 to provide a passage of the refrigerant.
상기 열교환기(34)로 공급되는 냉수는 증발기(2)로 공급되는 냉수유입관(25)으로부터 연결관(32)을 통해 공급되고, 동시에 연결관(33)을 통해 다시 냉수배출관 (26)으로 배출되어 지게 되어 있다.The cold water supplied to the heat exchanger 34 is supplied from the cold water inlet pipe 25 supplied to the evaporator 2 through the connecting pipe 32, and at the same time back to the cold water discharge pipe 26 through the connecting pipe 33. It is to be discharged.
상기 냉매방출챔버(41)의 하부에는 혼합물의 유입속도를 제한하는 엘리머네이터(40)가 추가로 설치되어 있다.The lower portion of the refrigerant discharge chamber 41 is further provided with an eliminator 40 to limit the flow rate of the mixture.
이와 같이 구성된 본 실시예의 작용을 설명한다.The operation of this embodiment configured as described above will be described.
상기 모터(4)로부터 연결관(15)을 통하여 유출되는 냉매와 오일의 혼합물은 팽창밸브(16)를 통하면서 증발기(2)에서의 증발온도에 해당하는 온도까지 온도가 떨어져 냉수유입관(25)을 통하여 연결관(32)으로 유입되는 냉수의 온도에서 냉매의 증발이 일어날 수 있는 상태가 되어 유입관(17a)을 통하여 오일분리탱크(29)로 유입된다.The mixture of the refrigerant and the oil flowing out from the motor 4 through the connecting pipe 15 is dropped through the expansion valve 16 to a temperature corresponding to the evaporation temperature in the evaporator 2 and the cold water inflow pipe 25 The evaporation of the refrigerant may occur at the temperature of the cold water introduced into the connecting pipe 32 through the) and is introduced into the oil separation tank 29 through the inlet pipe 17a.
오일분리탱크(29)로 유입된 냉매와 오일의 혼합물은 증발기(2)로 유입되는 냉수가 연결관(32)으로 유입되어 열교된 후 냉수유출관(26)과 연결되는 연결관(33)을 통하여 유출되는 방식을 사용하는 열교환기(34)의 윗면까지 차오르게 되며, 이때 비중이 냉매에 비하여 작아 유면의 상부에 위치하게 되는 오일은 오일분리구 (36)를 통하여 오일방출탱크(35)로 유출된다.The mixture of the refrigerant and the oil introduced into the oil separation tank 29 is connected to the cold water outlet pipe 26 after the cold water introduced into the evaporator 2 flows into the connection pipe 32 and is connected to the cold water outlet pipe 26. It is filled up to the upper surface of the heat exchanger 34 using a flow out method, wherein the specific gravity is smaller than the refrigerant, the oil located on the upper surface of the oil to the oil discharge tank 35 through the oil separator (36). Spills.
오일방출탱크(35)의 아래면에 위치하는 오일방출구(38)의 입구를 막고 있는 플로우트밸브(37)의 무게를 이길 수 있는 정도의 오일이 모이게 되면 플로우트밸브 (37)는 위로 향하게 되고, 이때 오일은 오일방출구(38)를 통하여 오일탱크(6)와 연결되는 연결관(32)을 통하여 오일탱크(6)로 보내진다.Float valve 37 is turned upward when the oil is enough to beat the weight of the float valve 37 blocking the inlet of the oil discharge port 38 located on the bottom of the oil discharge tank 35, At this time, the oil is sent to the oil tank (6) through a connecting pipe (32) connected to the oil tank (6) through the oil discharge port (38).
상기 열교환기(34)의 상부까지 차오른 냉매와 오일의 혼합물은 열교환기(34)로부터 열을 받게 되며, 이 과정에서 냉매는 증발하게 된다. 증발된 냉매는 오일분리탱크(29)의 상부에 위치하는 연결관(30)을 통하여 압축기(1)의 입구와 연결되는 흡입관(10)으로 보내진다.The mixture of refrigerant and oil filled up to the top of the heat exchanger 34 receives heat from the heat exchanger 34, and in this process, the refrigerant evaporates. The evaporated refrigerant is sent to the suction pipe (10) connected to the inlet of the compressor (1) through a connecting pipe (30) located at the top of the oil separation tank (29).
상기 오일분리탱크(29) 내부의 상부에 위치하는 엘리머네이터(40)는 유입관(17a)을 통하여 냉매와 오일의 혼합물이 유입될 때의 속도가 높은 혼합물의 일부분이 연결관(30)을 통하여 바로 배출되지 못하게 하는 역할을 한다.The element 40 located in the upper portion of the oil separation tank 29 has a portion of the mixture having a high speed when the mixture of the refrigerant and the oil flows through the inlet pipe 17a to connect the connection pipe 30. It serves to prevent the immediate discharge through.
그리고 오일방출탱크(35)의 상부에 위치하는 냉매방출구(39)는 오일방출탱크 (35)의 상부에 모이는 냉매가스가 연결관(30)을 통하여 방출가능하도록 하는 연결통로 역할은 한다.In addition, the refrigerant discharge port 39 positioned at the upper portion of the oil discharge tank 35 serves as a connection path for allowing the refrigerant gas collected at the upper portion of the oil discharge tank 35 to be discharged through the connection pipe 30.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 냉동기 효율의 감소없이 냉매로부터 오일을 효과적으로 분리하는데 효과가 있다. 특히 오일이 냉매에 혼입되어 증발기나 응축기로 유입되는 근본적인 과정을 차단함으로서 냉동기 전체 효율을 증가시키는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, there is an effect to effectively separate oil from the refrigerant without reducing the freezer efficiency. In particular, by blocking the essential process of the oil is mixed into the refrigerant flow into the evaporator or condenser it has the effect of increasing the overall efficiency of the freezer.
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2001
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