(57)【要約】【課題】遠心力を利用した冷媒からの潤滑油の分離を効果的に行うことが可能な油分離器を提供する。【解決手段】冷媒と共に流れる潤滑油を、冷媒から分離するための油分離器３０であって、円筒形状の容器本体３１と、容器本体３１の上部円筒部３１ｂに接続された入口配管２２と、容器本体３１の上部カバー３１ａに接続された出口配管２３と、を備えている。入口配管２２は、容器本体３１の上部円筒部３１ｂの外側に位置しており、容器本体３１の上部円筒部３１ｂとの接続位置からみて最初に曲がっている部分である湾曲部２２ｃを有している。湾曲部２２ｃの曲率半径ｒ１は、容器本体３１の上部円筒部３１ｂの内周面の曲率半径ｒ２よりも小さい。【選択図】図３
2014152945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒と共に流れる潤滑油を、冷媒から分離するための油分離器（３０）であって、
円筒形状の容器（３１）と、
前記容器に接続された入口配管（２２）と、
前記容器に接続された出口配管（２３）と、
を備え、
前記入口配管（２２）は、前記容器の外側に位置しており、前記容器との接続位置からみて最初に曲がっている部分である湾曲部（２２ｃ）を有しており、
前記湾曲部（２２ｃ）の曲率半径（ｒ１）は、前記容器の前記接続位置における内周面の曲率半径（ｒ２）よりも小さい、
油分離器（３０）。
【請求項２】
前記入口配管の前記接続位置は、前記接続位置における前記容器の接線方向に沿うように伸びており、
前記湾曲部は、前記容器側に向けて曲がっている、
請求項１に記載の油分離器。
【請求項３】
前記入口配管の前記湾曲部から前記接続位置までの距離（Ｌ）は、前記容器の前記接続位置における内径の２．０倍以上５．０倍以下である、
請求項１または２のいずれか１項に記載の油分離器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷凍装置において、冷媒と同伴するように流れる潤滑油を冷媒から分離させるために、圧縮機等と共に油分離器が用いられている。
【０００３】
このような油分離器としては、例えば、特許文献１（特開２０１０−２８６１９３号公報）に記載のように、入口配管を、略円筒形状の容器本体の接線方向に沿うように接続させることで、潤滑油を容器本体の内周面に沿わせるように流し、冷媒から潤滑油を分離させやすくする構造が提案されている。
【０００４】
この油分離器の入口配管は、容器本体との接続位置の下流側の部分が容器本体側に向けて湾曲するように構成されている。これにより、入口配管を流れる潤滑油を、遠心力によって外周側に集めて、冷媒から分離させやすくすることが提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１（特開２０１０−２８６１９３号公報）に記載の油分離器では、入口配管を湾曲するように構成したことで、容器本体に流入する前の段階で、冷媒と潤滑油の分離を行っている。
【０００６】
ところが、上記油分離器では、入口配管の湾曲部分の曲率半径は、容器本体の内周面の曲率半径と同程度であるか、もしくは、容器本体の内周面の曲率半径よりも大きく構成されている。
【０００７】
このため、入口配管の湾曲部分を流れる際に潤滑油が受ける遠心力は、容器本体の内周面を沿うように流れる際に潤滑油が受ける遠心力と同程度もしくはより小さくなってしまい、冷媒と潤滑油の分離効率を十分に高めることができていない。
【０００８】
本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、遠心力を利用した冷媒からの潤滑油の分離を効果的に行うことが可能な油分離器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１観点に係る油分離器は、冷媒と共に流れる潤滑油を、冷媒から分離するための油分離器であって、円筒形状の容器と、容器に接続された入口配管と、容器に接続された出口配管と、を備えている。入口配管は、容器の外側に位置しており、容器との接続位置からみて最初に曲がっている部分である湾曲部を有している。湾曲部の曲率半径は、容器の接続位置における内周面の曲率半径よりも小さい。
【００１０】
なお、入口配管の湾曲部の曲率半径は、容器の内周面の曲率半径よりも小さければ、その下限は特に限定されないが、例えば、容器の内周面の曲率半径の１／１０よりも大きくてもよく、容器の内周面の曲率半径の１／５よりも大きくてもよく、容器の内周面の曲率半径の１／２よりも大きくてもよい。
【００１１】
この油分離器は、入口配管の湾曲部の曲率半径が、容器の内周面の曲率半径よりも小さくなるように構成されているため、容器の内周面で潤滑油に生じさせる遠心力よりもさらに強い遠心力を湾曲部において付与することができる。これにより、入口配管において冷媒と潤滑油との分離効率を高めることが可能になる。
【００１２】
第２観点に係る油分離器は、第１観点に係る油分離器であって、入口配管の接続位置は、接続位置における容器の接線方向に沿うように伸びている。湾曲部は、容器側に向けて曲がっている。
【００１３】
この油分離器では、入口配管のうち曲率半径の小さな湾曲部における遠心力によって分離された潤滑油を、入口配管の内面から容器の内面に向けてなだらかに沿わせて旋回流を生じさせることで、冷媒から分離されている状態をできるだけ維持させたまま、容器に流入させることが可能になる。これにより、冷媒から分離された状態をできるだけ維持させたままで、潤滑油を容器内に流入させることが可能になる。
【００１４】
第３観点に係る油分離器は、第１観点または第２観点に係る油分離器であって、入口配管の湾曲部から接続位置までの距離は、容器の接続位置における内径の２．０倍以上５．０倍以下である。
【００１５】
この油分離器では、入口配管のうち曲率半径の小さな湾曲部における遠心力によって分離された潤滑油を、冷媒と潤滑油の分離状態に乱れが生じるよりも前の段階で、容器に流入させることができる。これにより、容器内での潤滑油の冷媒からの分離効率を高く保つことが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
第１観点に係る油分離器では、入口配管において冷媒と潤滑油との分離効率を高めることが可能になる。
【００１７】
第２観点に係る油分離器では、冷媒から分離された状態をできるだけ維持させたままで、潤滑油を容器内に流入させることが可能になる。
【００１８】
第３観点に係る油分離器では、容器内での潤滑油の冷媒からの分離効率を高く保つことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。
【図２】油分離器の概略外観構成図である。
【図３】油分離器の上面視概略構成図である。
【図４】他の実施形態（５−１）に係る油分離器の上面視概略構成図である。
【図５】他の実施形態（５−２）に係る油分離器の上面視概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態の油分離器が採用された空気調和装置１を挙げて説明する。
【００２１】
図１に、空気調和装置１の冷媒回路１０を示す冷媒回路図を示す。
【００２２】
（１）空気調和装置１の概略構成
空気調和装置１は、熱源側装置としての室外ユニット２と、利用側装置としての室内ユニット５とが冷媒配管によって接続されて、利用側装置が配置された空間の空気調和を行う。この空気調和装置１は、冷媒回路１０、各種センサおよび制御部７０を有している。
【００２３】
冷媒回路１０は、アキュームレータ２８、圧縮機２１、油分離器３０、油戻し管２９、四路切換弁２４、室外熱交換器２５、室外膨張弁２７、第１冷媒連絡配管６、室内熱交換器５１、および、第２冷媒連絡配管７等が接続されることで構成されている。
【００２４】
室外ユニット２には、アキュームレータ２８、圧縮機２１、油分離器３０、油戻し管２９、四路切換弁２４、室外熱交換器２５、室外膨張弁２７、室外ファン２６、および、室外制御部７２等が収容されている。
【００２５】
室内ユニット５には、室内熱交換器５１、室内ファン５２、室内温度センサ５３、および、室内制御部７４等が収容されている。
【００２６】
室外ユニット２と室内ユニット５は、第１冷媒連絡配管６と第２冷媒連絡配管７を介して接続されている。
【００２７】
四路切換弁２４は、冷房運転サイクルと暖房運転サイクルとを切換可能である。図１では、冷房運転を行う際の接続状態を実線で示し、暖房運転を行う際の接続状態を点線で示している。冷房運転時には、室外熱交換器２５が冷媒の冷却器として、室内熱交換器５１が冷媒の加熱器として機能する。暖房運転時には、室内熱交換器５１が冷媒の冷却器として、室外熱交換器２５が冷媒の加熱器として機能する。
【００２８】
室内ユニット５内の室内温度センサ５３は、室内空気の吸入口側に配置されており、室内ユニット５が室内から取り込んで、室内熱交換器５１を通過する前の温度（すなわち、室内温度）を検出する。
【００２９】
制御部７０は、室外ユニット２内に配置されて室外ユニット２の機器を制御する室外制御部７２と、室内ユニット５内に配置されて室内ユニット５の機器を制御する室内制御部７４と、ユーザからの各種設定入力を受け付けたり各種表示出力を行ったりするコントローラ７１と、各種センサとが、通信線７０ａによって接続されることで構成されている。この制御部７０は、空気調和装置１を対象とした種々の制御を行う。
【００３０】
なお、空気調和装置１において用いられる冷媒と冷凍機油の組み合わせは、特に限定されないが、例えば、冷媒がＲ４１０Ａである場合に冷凍機油としてエーテル系合成油（例えば、ＦＶＣ６８Ｄ）を用いてもよいし、冷媒がＲ１３４ａである場合に冷凍機油としてエーテル系合成油（例えば、ＦＶＣ４６Ｄ）を用いてもよいし、冷媒がＲ４０４Ａである場合に冷凍機油としてエーテル系合成油（例えば、ＦＶＣ５０Ｋ）を用いてもよいし、これらを組み合わせて混合冷媒として用いつつ相性のよい冷凍機油を併用してもよい。なお、以上の各組み合わせでは、油分離器３０の容器本体３１内で冷凍機油と冷媒とが分離した際に、冷凍機油が冷媒の下側に位置する（冷凍機油の比重が冷媒よりも大きい）ことが好ましい。
【００３１】
（２）油分離器３０の構成および形態
図２に、油分離器３０の概略外観構成図を示す。図３に、油分離器３０の上面視概略構成図を示す。なお、図２においては容器本体３１の内部の形状や肉厚を点線で示している。
【００３２】
油分離器３０は、圧縮機２１から吐出される、潤滑油と冷媒とが混在している流体から、潤滑油を分離させるためのものであって、主として、容器本体３１と、圧縮機２１の吐出側に向けて容器本体３１から延びだしている入口配管２２と、四路切換弁２４側に向けて容器本体３１から延びだしている出口配管２３と、を有している。
【００３３】
容器本体３１は、鉛直上方から下方に向けて、順に、上部カバー３１ａ、上部円筒部３１ｂ、中間拡径部３１ｃ、下部円筒部３１ｄ、および、下部カバー３１ｅを有して構成されている。容器本体３１は、圧力容器であり、所定の基準を満たすように、材質および肉厚が構成されている。上部円筒部３１ｂは、軸方向を鉛直方向とする内径ｒ２の（曲率半径ｒ２の）筒状部材であって、後述する入口配管２２が接続されている。下部円筒部３１ｄは、軸方向を鉛直方向とする筒状部材であって、上部円筒部３１ｂよりも内径が大きく構成されている。また、下部円筒部３１ｄの鉛直方向の長さは、上部円筒部３１ｂの鉛直方向の長さよりも長くなるように構成されている。上部円筒部３１ｂの下端部分と、下部円筒部３１ｄの上端部分とは、中間拡径部３１ｃを介してなだらかに接続されている。この中間拡径部３１ｃは、鉛直方向下方に向かうにつれて内径が拡大するように構成されている。上部円筒部３１ｂの上端部分は、上部カバー３１ａによって覆われている。上部カバー３１ａには、後述する出口配管２３を通過させるために、上端部分において鉛直方向に貫通した開口が設けられている。下部円筒部３１ｄの下端部分は、下部カバー３１ｅによって覆われている。下部カバー３１ｅには、油戻し管２９を通過させるために、下端部分において鉛直方向に貫通した開口が設けられている。
【００３４】
油戻し管２９は、下部カバー３１ｅの開口の内側であって油戻し管２９の径方向外側に設けられた円筒状の固定部材２９ｐを介して、下部カバー３１ｅに対して溶接固定されている。油分離器３０の下部カバー３１ｅから延びだしている油戻し管２９は、容器本体３１において分離されて下方に集められた潤滑油を圧縮機２１の下流側に戻すように、アキュームレータ２８と圧縮機２１との間に接続されている。
【００３５】
出口配管２３は、一端が四路切換弁２４側の配管に接続されており、他端が容器本体３１の上部カバー３１ａに対して鉛直方向に接続されている。出口配管２３と上部カバー３１ａは、上部カバー３１ａに鉛直方向に貫通するように設けられた開口の内側であって出口配管２３の径方向外側に設けられた円筒状の固定部材２３ｐを介して、溶接固定されている。出口配管２３のうち容器本体３１の内側部分である内部出口配管２３ａは、上方カバー３１ａから鉛直下方に向けて延びている。内部出口配管２３ａの下端は、中間拡径部３１ｃの途中の高さ位置に位置しており、下方に向けて開口している。なお、出口配管２３の内径は、特に限定されないが、例えば、容器本体３１の上部円筒部３１ｂの内径の１０%以上であって５０%以下とすることができる。
【００３６】
入口配管２２は、一端が圧縮機２１の吐出側の配管に接続されており、他端が上部円筒部３１ｂに接続されている。入口配管２２と上部円筒部３１ｂとは、上部円筒部３１ｂの上方部分において、水平方向に延びる入口配管２２が接続されるように構成されている。なお、入口配管２２と上部円筒部３１ｂとの接続位置は、出口配管２３の内部出口配管２３ａの下端位置よりも上方に位置している。ここで、図３の上面視断面図に示すように、入口配管２２と上部円筒部３１ｂは、上部円筒部３１ｂの側面に設けられた開口の内側であって入口配管２２の径方向外側に設けられた円筒状の固定部材２２ｐを介して、溶接固定されている。ここで、図３に示すように、入口配管２２のうち容器本体３１の内側部分である内部入口配管２２ａは、上部円筒部３１ｂの軸心からずれた位置に接続されており、内部入口配管２２ａの先端部分が、上部円筒部３１ｂの内周の接線方向になだらかに接続されるように位置している。すなわち、内部入口配管２２ａの先端近傍の内周のうち上部円筒部３１ｂの径方向外側の部分は、上部円筒部３１ｂの内周面になだらかに沿うように接続されている。なお、内部入口配管２２ａは円筒形状の配管である。また、入口配管２２のうち圧縮機２１の吐出側に接続されており容器本体３１の外側に位置している外部入口配管２２ｂも同様に、円筒形状の配管であり、内径は内部入口配管２２ａと同様である。また、外部入口配管２２ｂのうち湾曲部２２ｃ側とは反対側の端部は、圧縮機２１の吐出側から延びだしている配管と接続するための拡管部２２ｑが設けられている。この内部入口配管２２ａと外部入口配管２２ｂとは、鉛直方向における高さ位置が同程度となるように設けられており、水平面上で９０度程度に湾曲した湾曲部２２ｃを介して繋がっている。このため、圧縮機２１の吐出側から吐出された冷媒は、容器本体３１に流入する直前に流れ方向を大きく曲げられることになる。
【００３７】
入口配管２２の湾曲部２２ｃは、内部入口配管２２ａの軸と、外部入口配管２２ｂの軸と、が同一水平面上に位置しており（同一高さに位置しており）、内部入口配管２２ａの軸と外部入口配管２２ｂの軸とが所定の角度をなして外部入口配管２２ｂが上部円筒部３１ｂの軸側に向けて延びることになるように湾曲形状が構成されている。なお、内部入口配管２２ａの軸と外部入口配管２２ｂの軸とがなす所定の角度は、特に限定されないが、例えば、９０度以上１３５度以下であることが好ましく、本実施形態では９０度の例を示している。ここで、図３に示すように、上面視における湾曲部２２ｃの内周面の外側の曲率半径ｒ１は、上部円筒部３１ｂの内径ｒ２よりも小さくなるように構成されている。この湾曲部２２ｃの内周面の外側の曲率半径ｒ１は、上部円筒部３１ｂの内径ｒ２よりも小さければ特に限定されるものではなく、例えば、上部円筒部３１ｂの内径ｒ２の１０%以上５０%以下であってもよい。
【００３８】
なお、入口配管２２の湾曲部２２ｃから、入口配管２２と容器本体３１の上部円筒部３１ｂとの接続位置までの距離Ｌは、特に限定されないが、容器本体３１の接続位置における上部円筒部３１ｂの内径ｒ２の２．０倍以上５．０倍以下であることが好ましい。５．０倍以下に設計することで、入口配管２２の湾曲部２２ｃと容器本体３１の上部円筒部３１ｂとの接続位置の距離を短くすることができるため、湾曲部２２ｃにおいて遠心力が作用して分離された潤滑油を、当該分離状態に乱れが生じて冷媒と再度多く混ざり合ってしまう前の段階で、容器本体３１内に送り届けることができ、潤滑油と冷媒との分離性能を高めることができる。また、２．０倍以上に設計することで、入口配管２２のうち曲げられた外部入口配管２２ｂが、容器本体３１の上部円筒部３１ｂの外周面に当接してしまう配置を避けることができるとともに、湾曲部２２ｃにおける曲げ角度を所望の角度に調節しやすくすることができる。
【００３９】
（３）油分離器３０における潤滑油の冷媒からの分離作用
圧縮機２１の吐出側から吐出された高圧高温のガス状態の冷媒には、潤滑油が多く同伴されている。
【００４０】
この冷媒と潤滑油が混ざり合っている流体は、圧縮機２１から吐出された後、入口配管２２の手前まで流れる。この流体は、入口配管２２の湾曲部２２ｃを曲がる際に、比重および粘度が異なるガス冷媒と潤滑油は互いに分離される。具体的には、入口配管２２の湾曲部２２ｃで曲がる際に、遠心力が付与され、ガス冷媒と潤滑油のうち比重が大きいものの方が外側（湾曲部２２ｃの内周の外側）に向けて押し付けられる。例えば、潤滑油がガス冷媒よりも比重が大きい場合には、潤滑油が湾曲部２２ｃの内周の外側に押し付けられて、ガス冷媒から分離される。
【００４１】
このようにして、ガス冷媒から分離された状態で入口配管２２のうち内部入口配管２２ａの出口まで流れた潤滑油は、流速にのって、容器本体３１の上部円筒部３１ｂの内周面に沿うように送られ、容器本体３１の内周面を沿うようにして自重により容器本体３１の下方に集められる。
【００４２】
また、出口配管２３の下端の開口は、容器本体３１の壁面と接することがないように中心近傍に位置していることから、容器本体３１内の内周面を沿うようにして降下している潤滑油は、出口配管２３に向かうガス冷媒に同伴されにくい。このため、出口配管２３を介してガス冷媒に同伴するようにして、潤滑油が、容器本体３１から四路切換弁２４側に流れ出していくことを抑制することができている。
【００４３】
そして、上述のようにして、容器本体３１の下方に集められた潤滑油は、油戻し管２９を介して、再び圧縮機２１に戻される。
【００４４】
（４）本実施形態の特徴
本実施形態の油分離器３０では、入口配管２２に湾曲部２２ｃが設けられるため、圧縮機２１から吐出されたガス冷媒と潤滑油が混在した流体から、潤滑油を、容器本体３１に到達する前の段階で分離しやすくなっている。
【００４５】
特に、入口配管２２の湾曲部２２ｃの内周の外側における曲率半径ｒ１は、容器本体３１の上部円筒部３１ｂの内周の曲率半径ｒ２（内径ｒ２）よりも小さくなるように構成されている。このため、容器本体３１の上部円筒部３１ｂ内に到達した潤滑油が上部円筒部３１ｂの内周を旋回する際に受ける遠心力よりも、より大きな遠心力を、湾曲部２２ｃを通過する潤滑油に作用させることができる。これにより、潤滑油を効率的にガス冷媒から分離することが可能になっている。
【００４６】
そして、分離された潤滑油は、入口配管２２の湾曲部２２ｃの内周の外側を沿うように流れ、ガス冷媒は、入口配管２２の内部空間を流れる。潤滑油とガス冷媒とは、このような分離状態が保たれたままで、容器本体３１内に送り届けられる。
【００４７】
これにより、入口配管２２を通過して容器本体３１の内部に到達した潤滑油は、内部入口配管２２ａの端部が上部円筒部３１ｂの内周の接線方向になだらかに接続されるように設けられることで、入口配管２２の内周面に沿うようにして流れてきた潤滑油を、再び冷媒と混合することを抑制させつつ、容器本体３１の上部円筒部３１ｂの内周面に沿わせるように流すことが可能になっている。これにより、潤滑油を、容器本体３１の内周面を旋回させながら降下させて、下方に集めることが可能になっている。
【００４８】
以上により、容器本体３１から出口配管２３を介して外部に潤滑油が流出していくことを抑制しつつ、容器本体３１の下方に集められた潤滑油を、油戻し管２９を介して、再び、圧縮機２１に戻すことが可能になっている。
【００４９】
（５）他の実施形態
（５−１）
上記実施形態では、入口配管２２のうち内部入口配管２２ａの先端部分を、容器本体３１の上部円筒部３１ｂの内周の接線方向に延びるように配置させて接続した場合を例に挙げて説明した。
【００５０】
これに対して、例えば、図４に示すように、内部入口配管２２ａの先端部分は、容器本体３１の上部円筒部３１ｂの内周の接線方向に延びるように設けられるのではなく、上部円筒部３１ｂの内側から内周に向かうように延びて構成された入口配管２２２であってもよい。また、この図４に示す例では、入口配管２２２の湾曲部２２２ｃの曲げ角度は、上記実施形態において例示した９０度よりも大きく構成されている。
【００５１】
なお、この他の実施形態（５−１）の例であっても、入口配管２２２の湾曲部２２２ｃの内周の外側における曲率半径ｒ１は、容器本体３１の上部円筒部３１ｂの内周の曲率半径ｒ２（内径ｒ２）よりも小さく構成されているため、遠心力によって効率的に潤滑油とガス冷媒とを分離することができる。
【００５２】
（５−２）
上記実施形態では、入口配管２２のうち容器本体３１の内側に位置する内部入口配管２２ａが、曲げられることなくまっすぐ延びた直管である場合を例に挙げて説明した。
【００５３】
これに対して、例えば、図５に示すように、直管である内部入口配管２２ａの代わりに、上部円筒部３１ｂの内側の空間を介して上部円筒部３１ｂの内周面近傍まで延びつつ、内部入口配管３２２ａの先端が当該上部円筒部３１ｂの内周面に沿うように曲げられて構成された入口配管３２２が採用されてもよい。
【００５４】
この他の実施形態（５−２）の例であっても、入口配管３２２の湾曲部２２ｃの内周の外側における曲率半径ｒ１は、容器本体３１の上部円筒部３１ｂの内周の曲率半径ｒ２（内径ｒ２）よりも小さく構成されているため、遠心力によって効率的に潤滑油とガス冷媒とを分離することができるとともに、分離状態を維持させたままで内部入口配管３２２ａの曲がった部分を介してなだらかに上部円筒部３１ｂの内周面に潤滑油を送ることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  空気調和装置
２２  入口配管
２２ｃ  湾曲部
２３  出口配管
２８  アキュームレータ
２９  油戻し管
３０  油分離器
３１  容器本体
３１ａ  上部カバー
３１ｂ  上部円筒部
３１ｃ  中間拡径部
３１ｄ  下部円筒部
３１ｅ  下部カバー
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５６】
【特許文献１】特開２０１０−２８６１９３号公報
【図１】
2014152945.tif 000003
【図２】
2014152945.tif 000004
【図３】
2014152945.tif 000005
【図４】
2014152945.tif 000006
【図５】
2014152945.tif 000007