(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の油分離器若しくは蒸発器のミストセパレータに用いる、遠心分離手段を内蔵する液分離器において、
前記遠心分離手段は、液分離器の胴部の内側に設けられパンチングプレートで形成される外周壁部と、前記外周壁部に囲まれる内円筒部と、前記外周壁部・内円筒部間に形成される環状路と、前記外周壁部の中心を通り前記環状路を２分割する隔壁と、さらに前記隔壁と交差して前記内円筒部を２室に区画する仕切壁と、前記各室から各環状路に通ずる通路と、前記２室のうちの一方の室の頂部を遮蔽して第１の室を形成する上部邪魔板と、他方の室の底部を遮蔽して第２の室を形成する下部邪魔板とからなり、前記上部邪魔板には前記第２室から前記ガス排出口に通ずる上部開口部を有し、さらに前記下部邪魔板には前記ガス流入口に通ずる下部開口部を有することを特徴とする液分離器。
【請求項２】
前記隔壁が前記内円筒部の中心を通り前記内円筒部を４室に区画する請求項１記載の液分離器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、圧縮機の油分離器若しくは蒸発器のミストセパレータに用いる、遠心分離手段を内蔵する液分離器に係り、特に冷凍機に噴射した冷凍機油を冷媒ガスから分離し、冷媒系統への油の随伴を許容値内に抑える液分離器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来冷凍サイクルに用いる油分離器においては、油の随伴（キャリオーバ）が多くて、かつ蒸発器からの油回収が十分機能しないと、蒸発器に油が滞留して熱交換性を低下させることになる。時として油タンクの貯油量が減少して油ポンプの吸い込み障害から油圧低下の原因にもなる。このことは、特に蒸発器が満液式の場合に問題である。
【０００３】
一方、乾式の蒸発器については、分離器からのキャリオーバはオイルバック等の原因になる。そこで、油分離器を冷凍サイクルにおける冷凍装置の圧縮機と凝縮器との間に設けることにより、冷媒ガスから冷凍機油の微粒を分離して油の随伴（キャリオーバ）を許容限度内に抑えている。その結果、満液式の蒸発器内に油が滞留して熱交換性能を低下させたり、時として油タンクの貯油量が減少し油ポンプの吸い込み障害による油圧低下を生じたり、さらには凝縮器内において冷媒の循環が妨げられたり、冷却面に付着した油により伝熱作用が阻害される等の、冷媒系統への油の随伴による種々の弊害を防止している。
ところで、上記のような目的を達成するために従来から用いられてきた油分離器は、分離効率の点から内部に設けた隔壁板に流速を落としたガスを衝当させ油滴をガスから分離して重力により油滴を下方に流していく重力沈降方式と、デミスタ内の線条で油滴を捕集して油滴を分離除去するデミスタ方式とを組み合わせた方式が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の油分離器によれば所期の分離効率が達成され、非常に効果的であるが、大型となり冷凍機プラントの設置スペースを多く必要とし、施工面からみて不利であり、価格も大幅に高くついた。
【０００５】
ところで、従来から用いられた遠心分離方式の分離器には、例えば特開平５−１６１８１号公報に開示されているように、コーン部の上方に分級室を設け、前記分級室の軸芯位置に上壁から内挿した微粒排出側構造を分流排気機構とし、パイプの断面方向で均一な流速を確保するようにしてコーン部から粗粒を排出するようにした重力沈降方式のサイクロン型の集塵装置、あるいは特公昭４９−３７２２７号公報に開示されたように、筒体の内部に同心円状に複数の円筒部を配置してガス通路を形成してガスをこの円筒部に流入させ、ガスが各ガス通路を旋回しながら円筒部に形成されたスリットをガスが通過する際に、円筒部に導いた水、アルカリ、酸などの液を液膜を吹き飛ばして噴霧化し効率よく気液接触させ、清浄ガスとするガス吸収装置等の種々のものがある。
【０００６】
しかし、いずれも本願発明の油分離器とは油分離する対象を異にする大型装置であり、しかも複雑な構造であるから、施工面ばかりでなく価格面でも大きな問題があり、到底冷凍サイクルにおける油分離器には採用することはできない。
そこで本発明は、従来のスクリュー冷凍機及び圧縮機ユニット等の油分離器では採用されることのできなかった遠心分離手段を上記のスクリュー冷凍機及び圧縮機ユニット等の油分離器に採用することによって、小形であるうえ、所望の油分離効率が得られる油分離器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧縮機に通ずるガス流入口と、凝縮器に通ずるガス排出口と、油タンクに通ずる油抜き穴とを有し、かつ遠心分離手段を内蔵する油分離器であって、液分離器の胴部の内側に設けられパンチングプレートで形成される外周壁部と、前記外周壁部に囲まれる内円筒部と、前記外周壁部・内円筒部間に形成される環状路と、前記外周壁部の中心を通り前記環状路を２分割する隔壁と、さらに前記隔壁と交差して前記内円筒部を２室に区画する仕切壁と、前記各室から各環状路に通ずる通路と、前記２室のうちの一方の室の頂部を遮蔽して第１の室を形成する上部邪魔板と、他方の室の底部を遮蔽して第２の室を形成する下部邪魔板とからなり、前記上部邪魔板には前記第２室から前記ガス排出口に通ずる開口部を備え、さらに前記下部邪魔板には前記ガス流入口に通ずる開口部を備えた遠心分離手段を構成した液分離器であって、上記の課題を解決したものである。
【０００８】
さらに、この場合に遠心分離手段には、環状路を２分割する隔壁が内円筒部の中心を通り、内円筒部を４室に区画するようにした液分離器として適用される。なお、本発明に係る液分離器は蒸発器のミストセパレータにも応用できるものである。
【０００９】
【作用】
本発明によれば、圧縮機からガス流入口を経て液（油）分離器の内部に流入した高圧高温の冷媒ガスは、液分離器の胴部に衝突して下部開口部ら一方の室に流入し、通路に達する。さらに、冷媒ガスは外周壁部に沿って通路にそって流れて液分離器を旋回する間に油の粒子に加速度が加わり、半径方向に移動し外周壁部に衝突する。すると冷媒ガスは遠心力の作用で油の粒子とガスとに分離する。
【００１０】
分離した油粒子は外周壁部のパンチングプレートの穴を通って外周壁部の外側に押し出してガスと分離する。分離した油粒子は胴部と外周壁部との間に形成された隙間を経て油抜き穴から油タンクに戻る。
さらに、油を分離された冷媒ガスは他方の通路を経て他方の室に流入し、上部開口部を経てガス排出口を経て凝縮器に送られる。
【００１１】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
次に、本発明を図１から図４について説明する。
【００１２】
（実施例１）
まず、実施例１を図１と図２を参照して説明する。
液分離器本体１は円筒形の胴部２の軸心Ｘ−Ｘ線に沿って、上方には図示しない凝縮器に通ずるガス排出口３、下方に油抜き穴４が開口している。さらに、前記胴部２の軸心Ｘ−Ｘと直交し、かつ胴部２の中心Ｏを通る軸心Ｙ−Ｙに沿って図示しない圧縮機と連通するガス流入口５が開口している。さらに、前記ガス流入口５は胴部２の内部に突入するパイプ２０に連なる。
さらに液分離器１の内部に遠心分離手段Ｍが形成される。すなわち、前記胴部２の上部内側にはパンチングプレートで外周壁部６が形成され、この外周壁部６と胴部２との間には隙間７が形成されている。さらにこの隙間７は底部１９に開けられた多数の穴１８を通して胴部２の内部と連通している。
【００１３】
なお、本実施例において前記パンチングプレートには穴２９の直径が０．５ｍｍφ、ピッチ１．９０ｍｍのものを用いた。さらに、前記外周壁部６の内方には内円筒部８が前記外周壁部６と同心円状に配置される。前記外周壁部６と内円筒部８との間には環状路９が形成される。さらに、この環状路９は胴部２の中心Ｏを通る一対の隔壁１０ａ、１０ｂによって環状路９ａ、９ｂに２分割される。
前記内円筒部８は前記の一対の隔壁１０ａ、１０ｂを結ぶ平面に対して直交する仕切壁１１によって２つの室１２ａと１２ｂに区分される。前記２つの室１２ａ、１２ｂの断面形状は、図２から明らかなように長さの異なる平行線の両側を円弧で結んだ略半月状をなしている。この２つの室１２ａ、１２ｂからは、前記仕切壁１１に直交して前記隔壁１０ａ、１０ｂに向けて延びる通路１３ａ、１３ｂが設けられる。そして、この各通路１３ａ、１３ｂは、前記の各環状路９ａ、９ｂに開口する。
【００１４】
前記内円筒部８の頂部を遮蔽する上部邪魔板１４と、同じく底部を遮蔽する下部邪魔板１５が取り付けられる。そして、前記上部邪魔板１４には室１２ｂの上部からガス排出口３に通ずる上部開口部１６が形成される。さらに前記下部邪魔板１５にはガス流入口５から室１２ａに通ずる下部開口部１７が設けられ、同時に前記隙間７の底部１８を兼ねている。なお、上部開口部１６と下部開口部１７は、室１２ａまたは１２ｂの断面形状に沿った略半月状に形成することが好ましい。
【００１５】
さらに、図３及び図４に示すように液分離器１は、油抜き穴４と油タンク２１の導入パイプ２３とを油抜き穴４のフランジ２２と導入パイプのフランジ２４とを連結することにより、両者を結合している。
【００１６】
（実施例１の作用・効果）
図示しない圧縮機からガス流入口５を経て液分離器１の内部に流入した高圧高温の冷媒ガスは、液分離器１の胴部２に衝突して図１において矢印Ａで示すように下部開口部１７から室１２ａに流入する。そして、図２に矢印Ｂにて示すように、冷媒ガスは室１２ａから通路１３ａおよび１３ｂに達する。
さらに、冷媒ガスは外周壁部６に沿って前記の通路１３ａ、１３ｂにそって流れて液分離器を旋回する間に油の粒子には加速度が加わり、半径方向に移動し外周壁部６に衝突する。すると冷媒ガスは遠心力の作用で油の粒子とガスとに分離する。分離した油の粒子は外周壁部６のパンチングプレートの穴２９を通って外周壁部６の外側に押し出してガスと分離する。分離した油粒子は胴部２と外周壁部６との間に形成された隙間７の下部の穴１８を経て胴部２の内部に滲出し油抜き穴４から導入パイプ２３を経て油タンク２１に戻る。
【００１７】
さらに、この通路１３ａおよび１３ｂを通って油を分離された冷媒ガスは他方の通路１３ｂを経て矢印Ｃに示すように他方の室１２ｂに流入する。そして、他方の室１２ｂから上部開口部１６を経て矢印Ｄに示すように、上方に送られガス排出口３を経て図示しない凝縮器に送られる。
このように、本実施例によれば小形の遠心分離手段を用いたから、旋回半径が従来の重力沈降とデミスタを組み合わせたものに比して小となり、旋回速度を高めるほど分離効率が向上した。しかも、冷媒ガスの通路を２分割したので、油分離に有効な部分が半周になるので、油粒子が上部開口部に達する前に遠心分離手段の外周壁部に当たり分離が行われるのであり、なお一層分離効率を上げることが可能となった。また、パンチングプレートを用いて遠心分離手段を構成したので、油粒子が遠心分離手段に衝突した後、パンチングプレートの穴を通って外側に押し出されるのであり、油粒子の分離が確実に行われる。
【００１８】
（実施例２）
実施例２を図５〜図７を参照して説明する。この実施例は、上述した実施例１に対して、遠心分離手段をガス流入口５側と、ガス排出口３側にそれぞれ設けた点が相違する。なお、以下の説明において実施例１と同一部分には同一符号を付した。
液分離器１の胴部２のガス排出口３側に設けた遠心分離手段Ｍは、実施例１と略同一構造であるが、環状路９ａ、９ｂを区画する隔壁１０は一体形のものを用いている。このために、仕切壁１１と前記隔壁１０によって、４つの室１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが形成されている。
液分離器１のガス流入口５側にはもう一つの予備的な遠心分離手段Ｎが設けられている。この遠心分離手段Ｎには、胴部２の中心Ｏと同心に隙間７を介して外周壁部６ａが胴部２内に配置される。さらに、胴部２の中心Ｏに対して偏心して内円筒部８ａを設けてあり、前記内円筒部８ａとの間にガス流入口５と反対側に行くに従って次第に幅狭になる偏心路２４が形成される。そして、ガス流入口５は偏心路２４に通じている。
【００１９】
前記内円筒部８ａと外周壁部６ａはパンチングプレート製であり、いずれも上部邪魔板２５と下部邪魔板２６によって閉鎖されている。上部邪魔板２５には内円筒部８ａの上部を開放する円形の開口部２７が設けられる。このため、前記内円筒部８ａに囲まれた偏心室２８は上部に開放される。
【００２０】
（実施例２の作用・効果）
この実施例では、圧縮機からガス流入口５を通じて液分離器１に流入した高温高圧の冷媒ガスは、まず遠心分離手段Ｎの偏心路２４に入る。そして偏心路２４を進むうちに次第に幅狭になるにつれ速度を増しながら偏心路を旋回し、遠心力によって冷媒ガス中の油粒子には加速度が加わって半径方向に移動して外周壁部６ｂに衝突する。そのため外周壁部６ｂを構成するパンチングプレートの多数の穴２９を経て油粒子が外周壁部６ｂの外側に押し出してガスと分離する。分離した油粒子は胴部２と外周壁部６ｂとの間に形成された隙間７の下部の穴１８を経て胴部２の内部に滲出し油抜き穴４から導入パイプ２３を経て油タンク２１に戻る。
【００２１】
このとき、冷媒ガスは内円筒部８ａの多数の穴３０を経て偏心室２８に至り、さらに、開口部２７を経て、図５において矢印Ａに示すように、胴部２の上部に設けられたもう一つの遠心分離手段Ｍに下部開口部１７を経て流入する。その後は、冷媒ガスは再び実施例１の場合と同様に再度ガスと油粒子が遠心分離され、分離された油粒子は油抜き穴４から導入パイプ２３を経て油タンク２１に戻り、冷媒ガスは二つの室１２ｂ、１２ｄを経てガス排出口３から図示しない蒸発器に送られる。
【００２２】
本実施例によれば、ガス流入口５側に遠心分離手段Ｎを、ガス排出口５側に遠心分離手段Ｍをそれぞれ設けたのであるから、冷媒ガスからの油粒子の分離効率は一層向上した。しかも、遠心分離手段の構造も小形で簡単であるから、旋回半径が小となり、旋回速度を高めるほど冷媒ガスからの油粒子の分離効率を高めることが可能である。またコスト低減に寄与するところも大である。
【００２３】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、
１）液分離器が小形であるから施工が容易であり、コスト低減に寄与するところも大である。
２）小形の遠心分離手段を用いたので、冷媒ガスの旋回半径が従来の重力沈降とデミスタを組み合わせたものに比して小となり、旋回速度を高めるほど冷媒ガスからの油粒子の分離効率が向上する。
２）冷媒ガスの通路を２分割したので、油分離に有効な部分が半周になり、油粒子が上部開口部に達する前に遠心分離手段の外周壁部に当たり分離が行われて、なお一層分離効率を上げることができる。
３）パンチングプレートを用いて遠心分離手段を構成したので、油粒子が遠心分離手段に衝突した後、パンチングプレートの穴を通って外側に押し出されるのであり、油粒子の分離が確実に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の液分離器の縦断面図であり、図２のII−Ｏ-II線による切断したものを示す。
【図２】図１のＹ−Ｙ線による断面図である。
【図３】油タンクに実施例１の液分離器を取り付けた状態の縦断面図である。
【図４】図３のＦ方向からみた断面図である。
【図５】実施例２の液分離器の縦断面図である。
【図６】図５のVI線による断面図である。
【図７】図５のVII線による断面図である。
【符号の説明】
１      油分離装置
２      胴部
３      ガス排出口
４      油抜き穴
５      ガス流入口
６      外周壁部
６ａ    外周壁部
８      内円筒部
８ａ    内円筒部
９ａ    環状路
９ｂ    環状路
１０ａ  隔壁
１０ｂ  隔壁
１１    仕切壁
１２ａ  第１の室
１２ｂ  第２の室
１２ｃ  室
１２ｄ  室
１３ａ  通路
１３ｂ  通路
１４    上部邪魔板
１５    下部邪魔板
１６    上部開口部
１７    下部開口部
２１    油タンク
２４    偏心路
Ｍ      遠心分離手段
Ｎ      遠心分離手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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