(57)【要約】      （修正有）【課題】油分離性能が良いとともに、量産性が良く、安価で、耐圧性に優れた油分離器を提供する。【解決手段】貯油室の上部に該貯油室径と同径若しくは小さな径に作られた分離室を有する円筒状油分離器であり、且つ、上記貯油室の下端縮径部に送油管を、また分離室の上端縮径部に吐出管を接続し、さらに、油と気体冷媒の二相流の流入管を分離室立ち上がり壁の接線方向より導入し、遠心力を使って分離室内で冷媒中の油を分離するようにした油分離器において、流入管上端部と流入管上端部より上部の立ち上がり壁内面と天井壁内面とで構成された空間の平均高さをＨｍ、分離室の内径をＤｉとしたとき、Ｈｍ／Ｄｉ≦０．２５とするとともに、分離室を絞り加工、鍛造加工、若しくはプレス加工で構成し、さらに分離室の立ち上がり壁と天井壁を一体若しくは別体で構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯液室の上部に該貯液室径と同径若しくは小さな径に作られた分離室を有する円筒状気液分離器であり、且つ、上記貯液室の下端縮径部に送液管を、また分離室の上端縮径部に吐出管をそれぞれ接続し、さらに、液相と気相の二相流の流入管を分離室立ち上がり壁の接線方向より導入し、遠心力を使って分離室内で液相と気相の二相流を分離するようにした気液分離器において、流入管上端部と流入管上端部より上部の立ち上がり壁内面と天井壁内面とで構成された空間の平均高さをＨｍ、分離室の内径をＤｉとしたとき、Ｈｍ／Ｄｉ≦０．２５とするとともに、分離室を絞り加工、鍛造加工、若しくはプレス加工で構成し、さらに分離室の立ち上がり壁と天井壁を一体若しくは別体で構成したことを特徴とする気液分離器。
【請求項２】
貯液室の上部に該貯液室径と同径若しくは小さな径に作られた分離室を有する円筒状気液分離器であり、且つ、上記貯液室の下端縮径部に送液管を、また分離室の上端縮径部に吐出管をそれぞれ接続し、さらに、液相と気相の二相流の流入管を分離室立ち上がり壁の接線方向より導入し、遠心力を使って分離室内で液相と気相の二相流を分離するようにした気液分離器において、立ち上がり壁内面と天井壁内面を接続する半径Ｒの円弧と滑らかに接続する天井壁内面円弧との接続点Ｘにおける半径Ｒの円の接線に対し、外郭体の軸芯に垂直な平面とがなす角度θを５度≦θ≦２８度としたことを特徴とする気液分離器。
【請求項３】
貯液室の上部に該貯液室径と同径若しくは小さな径に作られた分離室を有する円筒状気液分離器であり、且つ、上記貯液室の下端縮径部に送液管を、また分離室の上端縮径部に吐出管をそれぞれ接続し、さらに、液相と気相の二相流の流入管を分離室立ち上がり壁の接線方向より導入し、遠心力を使って分離室内で液相と気相の二相流を分離するようにした気液分離器において、立ち上がり壁内面と天井壁内面を接続する半径Ｒの円弧をＲ≦２．５ｍｍとしたことを特徴とする気液分離器。
【請求項４】
分離室立ち上がり壁の接線方向から、分離室に導入される流入管先端部に、該管の吐出管に対向する側の一部を該管中心側に向う方向に潰した傾斜部を設け、この傾斜部で分離室の略軸芯に設けられた吐出管を避けるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項３記載の気液分離器。
【請求項５】
分離室を構成する天井壁内面は粗面とし、旋回流速を低下させ液体および液相と気相の二相流の上昇を抑えるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項４記載の気液分離器。
【請求項６】
分離室において上部径より下部径を細くし、遠心力を増大または低下防止させるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項４記載の気液分離器。
【請求項７】
分離器の吐出管とサイクルに接続する接続具を、一体にしたことを特徴とする請求項１から請求項４記載の気液分離器。
【請求項８】
円筒状気液分離器において、構成する外郭体の吐出管を接続する絞り部と、分離室と、貯液室とを一体に成形するとともに、貯液室の下端部に別体の蓋体を構成したことを特徴とする請求項１から請求項４記載の気液分離器。
【請求項９】
円筒状気液分離器を構成する外郭体の吐出管を接続する絞り部と、分離室と、貯液室とを一体に成形することを特徴とする請求項１から請求項４記載の気液分離器。
【請求項１０】
円筒状気液分離器の外郭体外周部に補強用のビードを設けたことを特徴とする請求項１から請求項４記載に気液分離器。
【請求項１１】
円筒状気液分離器を構成する外郭体をＡ外郭体とＢ外郭体とし、Ａ外郭体は、吐出管を接続する上端縮径部、分離室および貯液室を形成した円筒状外郭体とし、Ｂ外郭体は貯液室底部を覆う蓋体とし、この蓋体に液を送液管側に導く傾斜を設けた液溜め部、および送液管が接続される下端縮径部を形成したことを特徴とする請求項１から請求項４記載の気液分離器。
【請求項１２】
バッフル板の外周に設けた係止片を分離室の下部に設けた凹溝内に、該バッフル板の弾性変形を利用して係止したことを特徴とする請求項１から請求項４記載の気液分離器。
【請求項１３】
分離室を構成する立ち上がり壁の肉厚を貯液室の肉厚より厚く構成し、この厚く構成した位置にバッフル板固定用の凹溝を形成するようにした請求項１から請求項４記載の気液分離器。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３を備えた気液分離器を、冷凍サイクルに設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１３を備えた気液分離器を、蒸気サイクルに設けたことを特徴とする蒸気サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は冷凍サイクルや蒸気サイクル等の液相と気相の二相流から液相を分離する気液分離器およびこれを用いた冷凍装置や蒸気サイクル等の装置を得る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の気液分離器の例には、特許文献１（特開２００９−１０９１０２号）がある。
このものには、特許文献１の説明にもあるように流入管３１よりチャンバ３５に取り込まれたオイルと気体冷媒の二相流を、遠心力で旋回させ、このチャンバ３５内で気体冷媒からオイルを分離し、そのオイルを貯油部に溜め、底部の送油管４０より圧縮機等に帰還させたものである。
このものは、チャンバ３５および貯油部を丸棒から機械加工で円筒管を作り、これをチャンバ３５および貯油部３７としているために材料費は勿論のこと加工費等が高くなり、これを備えた冷凍装置は高価となっていた。
また、このものは流入管３１をチャンバ３５の接線方向よりチャンバ３５内に導入しているものであるが、流入管３１より上部に形成される流入管上部空間が油分離性能におよぼす影響については全く考慮していなかった。【０００３】  特許文献２（特許２０１１−２４７５７５号）の気液分離器は、容器１の上部に入口管２と気相出口管３を設け、入口管から流入した二相流を遠心力により液相と気相に分離しているが、入口管２の上部空間が気液分離性能におよぼす影響については全く考慮していなかった。
【先行技術文献】
【０００４】
【特許文献１】  特開２００９−１０９１０２号
【特許文献２】  特開２０１１−２４７５７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  特許文献１に示された油分離器は旋回部、貯油室それぞれを機械加工しているので、量産性が悪く、高価になる等の課題があった。
また、流入管より上部に形成される流入管上部空間が油分離性能におよぼす影響を明らかにすることが課題であった。【０００６】  特許文献２の図１に示されるように従来の遠心力式の油分離器では、流入管の流入口と吐出管の吸込口の位置関係は、流入管の流入口と吐出管の吸込口までの距離が確保され、且つ、吐出管の吸込口は流入管よりも低い位置に構成されるのが一般的である。
また、絞り等により加工した油分離器では、特許文献２の図１に示されるように流入管の上端面の上部に必然的に流入管上部空間が形成され、その空間が油分離性能低下におよぼす影響は考慮されていなかった。【０００７】  本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とする所は油分離性能が良いとともに、量産性が良く、安価で、耐圧性に優れた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】
【０００８】  本発明は上記課題を解決することを目的としてなされたものである。
即ち、貯液室の上部に該貯液室径と同径若しくは小さな径に作られた分離室を有する円筒状気液分離器であり、且つ、上記貯液室の下端縮径部に送液管を、また分離室の上端縮径部に吐出管をそれぞれ接続し、さらに、液相と気相の二相流の流入管を分離室立ち上がり壁の接線方向より導入し、遠心力を使って分離室内で液相と気相の二相流を分離するようにした気液分離器において、流入管上端部と流入管上端部より上部の立ち上がり壁内面と天井壁内面とで構成された空間の平均高さをＨｍ、分離室の内径をＤｉとしたとき、Ｈｍ／Ｄｉ≦０．２５とするとともに、分離室を絞り加工、鍛造加工、若しくはプレス加工で構成し、さらに分離室の立ち上がり壁と天井壁を一体若しくは別体で構成した気液分離器である。【０００９】  また、立ち上がり壁内面と天井壁内面を接続する半径Ｒの円弧（以下、コーナー円弧の半径Ｒと称す）と滑らかに接続する天井壁内面円弧との接続点Ｘにおける半径Ｒの円の接線に対し外郭体の軸芯に垂直な平面とがなす角度θ（以下、角度θと称す）を５度≦θ≦２８度とした気液分離器である。【００１０】  また、上記コーナー円弧の半径Ｒを、Ｒ≦２．５ｍｍとした気液分離器である。【００１１】  また、分離室立ち上がり壁の接線方向から、分離室に導入される流入管先端部に、該管の吐出管に対向する側の一部を該管中心側に向う方向に潰した傾斜部を設け、この傾斜部で分離室の略軸芯に設けられた吐出管を避けるようにした気液分離器である。【００１２】  また、分離室を構成する天井壁内面は粗面とし、旋回流速を低下させ液体および液相と気相の二相流の上昇を抑えるようにした気液分離器である。【００１３】  また、分離室において上部径より下部径を細くし、遠心力を増大または低下防止させるようにした気液分離器である。【００１４】  また、分離器の吐出管とサイクルに接続する接続具を、一体にした気液分離器である。【００１５】  また、円筒状気液分離器において構成する外郭体の吐出管を接続する絞り部と、分離室と、貯液室とを一体に成形するとともに、蓋体を貯液室の下端部に構成した気液分離器である。【００１６】  また、円筒状気液分離器を構成する外郭体の吐出管を接続する絞り部と、分離室と、貯液室とを一体に成形した気液分離器である。【００１７】  また、円筒状気液分離器の外郭体外周部に補強用のビードを設けた気液分離器である。【００１８】  また、円筒状気液分離器を構成する外郭体をＡ外郭体とＢ外郭体とし、Ａ外郭体は、吐出管を接続する上端縮径部、分離室および貯液室を形成した円筒状外郭体とし、Ｂ外郭体は貯液室底部を覆う蓋体とし、この蓋体に液を送液管側に導く液溜め部、および送液管が接続される下端縮径部を形成した気液分離器である。【００１９】  また、バッフル板の外周に設けた係止片を分離室の下部に設けた凹溝内に、該バッフル板の弾性変形を利用して係止した気液分離器である。【００２０】  また、分離室を構成する立ち上がり壁の肉厚を貯液室の肉厚より厚く構成し、この厚く構成した位置にバッフル板固定用の凹溝を形成するようにした気液分離器である。【００２１】  また、上記構成を備えた気液分離器を、冷凍サイクルに設けた冷凍装置である。【００２２】  また、上記構成を��えた気液分離器を、蒸気サイクルに設けた蒸気サイクル装置である。
【発明の効果】
【００２３】  本発明の油分離器は分離室を絞り加工、鍛造加工、若しくはプレス加工で構成し、さらに分離室の立ち上がり壁と天井壁を一体若しくは別体で構成して分離室上部に形成される流入管上部空間を最小にしたものであるから、油分離性能が良いとともに、量産性が良く、安価で、耐圧性に優れた油分離器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】  本発明を備えた油分離器の実施の形態１を示す断面説明図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】  図１の油分離器の要部拡大図である。
【図４】  図１の油分離器の要部説明図である。
【図５】  図３のＱ部拡大図である。
【図６】  Ｈｍ／Ｄｉと油分離性能との関係を示す説明図である。
【図７】  角度θと油分離性能との関係を示す説明図である。
【図８】  コーナー円弧の半径Ｒと油分離性能との関係を示す説明図である。
【図９】  図１とは異なる実施の形態２を示す断面図で分離室上部に天井仕切り板を設けた例である。
【図１０】  本発明の他の実施の形態２を説明する分離器の断面図であり、分離室上部に別体分離室天井壁を設けた例である。
【図１１】  図１とは異なる実施の形態３を説明する油分離器の断面図である。
【図１２】  図１とは異なる実施の形態４を説明する油分離器の断面図である。
【図１３】  図１に使用しているバッフル板と異なるバッフル板の固定構造を説明する断面図である。（実施の形態５）
【図１４】  図１とは異なる分離室構造を説明する油分離器の断面図である。（実施の形態６）
【図１５】  図１の分離室と貯油室を同径で構成し、更にＡ外郭体とＢ外郭体を一体で構成した油分離器の断面図である。（実施の形態７）
【図１６】  図１の分離室と貯油室を同径で構成した油分離器の断面図である。（実施の形態８）
【図１７】  本発明の他の実施の形態９を説明する油分離器である。
【図１８】  図１とは異なる実施の形態１０を説明する油分離器の斜視図である。
【図１９】  図１８の正面図である。（実施の形態１０）
【図２０】  図１８の平面図である。（実施の形態１０）
【図２１】  図１とは異なる実施の形態１０を説明する油分離器の正面図である。
【図２２】  図１とは異なる実施の形態１０を説明する油分離器の正面図である。
【図２３】  図１とは異なる実施の形態１０を説明する油分離器の正面図である。
【図２４】  図１とは異なる実施の形態１０を説明する油分離器の正面図である。
【図２５】  図１とは異なる実施の形態１０を説明する油分離器の正面図である。
【図２６】  本発明を備えた油分離器を冷凍装置に組込んだ説明図である。（実施の形態１１）
【図２７】  本発明を備えた油分離器を蒸気サイクル装置にミスト分離器として組込んだ説明図である。（実施の形態１２）
【発明を実施するための形態】
【００２５】  以下本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって、この発明が限定されるものではない。
【実施の形態１】
【００２６】  図１から図５を用いて実施の形態１について説明する。
図１は本発明を備えた実施の形態１の油分離器を示す断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は本発明を備えた油分離器の要部拡大図であり、図４は本発明を備えた油分離器の要部説明図であり、図５は図３のＱ部拡大図である。
上記図１から図５において、１は冷凍サイクル中等に組み込まれる円筒状の油分離器であり、この油分離器１は貯油室３の上部に該貯油室３の径より小さい径に作られた分離室４を有している。１２は貯油室３の上部に設けられた斜面である。この斜面１２により貯油室３の内径と分離室４の内径は連接されている。この油分離器１の外郭体２は絞り加工、鍛造加工、若しくはプレス加工等により貯油室３と分離室４が−体で構成されている。分離室４は立ち上がり壁４ａと下向きベルマウス形状の天井壁４ｂにより構成されている。そして、上端縮径部６は下向きベルマウス形状の天井壁４ｂに連接して形成されている。さらに上端縮径部６に吐出管８が接続されている。さらに、分離室４は油と気体冷媒の二相流を分離室４の接線方向より分離室４内に取り込む流入管９を有している。この流入管９は油分離器１の上部に位置している。
【００２７】  上記流入管９は図２にも示す如く分離室４の接線方向より分離室４内に導入されている。また、この流入管９は先端部に該管の吐出管８に対向する側の一部を該管中心側に向う方向に潰した傾斜部９ａを有している。流入管９は、この傾斜部９ａにより分離室４の略軸芯に導入されている吐出管８を通り越し、分離室４を構成する立ち上がり壁内面４ｃに接近するように配設されているとともに、吐出管８に当らないように構成されている。そして、流入管９より流入する油滴３０と気体冷媒の二相流を分離室４の立ち上がり壁４ａに勢い良く当て、該油滴３０と気体冷媒の二相流を旋回させ遠心力で油の分離が効率良く行なわれるよう構成されている。
なお、上記吐出管８の吐出管吸込口８ａは、分離室４の底部に設けられた平板状バッフル板１３ａ近くにまで至っている。
【００２８】  平板状バッフル板１３ａは、立ち上がり壁４ａに係止されている。さらにＡ外郭体２ａにはビード１１が設けられている。さらにＡ外郭体２ａの下端には貯油室３の底部を覆うＡ蓋体１４ａと下端縮径部５を形成するＢ外郭体２ｂが溶接され、Ｂ外郭体２ｂの下端縮径部５には送油管７が接続されている。なお、Ａ蓋体１４ａ絞り加工または鍛造加工またはプレス加工されたものである。
【００２９】  以上の構成において、分離室４内における油分離の作用について以下に説明する。
分離室４内における油分離を促す作用は、図３に示した油分離器１において、流入管９から分離室４に流入する油と気体冷媒の二相流の大部分は、分離室４の立ち上がり壁内面４ｃに沿ってＡ旋回流３７ａのように旋回しながら流入管９の下方に流れる。その間、気体冷媒に比べて比重の大きな油滴３０は、Ａ旋回流３７ａにより発生する遠心力により分離室４の立ち上がり壁内面４ｃに沿い下向油膜３１となり旋回しながら下方の貯油室３に流れる。一方、油分離を妨げる作用としては、図３に示した油分離器１において、油を分離した気体冷媒は分離室４内を旋回しながらＡ旋回流３７ａとなり、吐出管８の下方に至り吐出管吸込口８ａから吸い込まれる。なお、この種の油分離器では、その使用条件によっては微細な油滴３０を遠心力により分離室４の立ち上がり壁内面４ｃに捕捉できない場合もあり、捕捉できなかった微細な油滴３０は吐出管吸込口８ａから気体冷媒とともに吸い込まれ、その現象が油分離性能を１００％にすることを難しくしている。
【００３０】  一方、油分離性能を低下させる要因は流入管上端部９ｂの上の流入管上部空間４ｅにもある。以下にその問題を説明する。なお、流入管上部空間４ｅは流入管上端部９ｂと流入管上端部９ｂより上部の立ち上がり壁内面４ｃと天井壁内面４ｄとで構成された空間である。図３および図４に示したように、流入管上端部９ｂの上に流入管上部空間４ｅが存在すると流入管９から分離室４に流入した二相流の一部は流入管上部空間４ｅにも流入し、その二相流は流入管上部空間４ｅでＢ旋回流３７ｂのように旋回しながら上方に流れる。ここで、気体冷媒に比べて比重の大きな油滴３０は旋回により発生する遠心力により分離室４の立ち上がり壁内面４ｃに沿い上向油膜３２となり旋回しながら上方に流れて、立ち上がり壁内面４ｃと天井壁内面４ｄを接続する半径Ｒの円弧（以下、コーナー円弧の半径Ｒと称す）と、立ち上がり壁内面４ｃとの接続点Ｑ（以下、Ｑ点と称す）に達する。このとき図５に示すように、コーナー円弧の半径Ｒと、滑らかに接続する天井壁内面円弧との接続点Ｘにおける半径Ｒの円の接線と外郭体の軸芯に垂直な平面がなす角度θ（以下、角度θと称す）が大きい場合、分離室立ち上がり壁内面４ｃに沿い旋回しながらＱ点に達した油はさらに天井壁内面４ｄに沿い流れる。その後油は、吐出管の外表面に沿う油膜３３となり、落下し吐出管吸込口８ａの下端から気体冷媒とともに吸い込まれるので、油分離性能の低下の原因となる。この油分離性能の低下を防止するためには、角度θを小さくし、Ｑ点を通り、天井壁内面４ｄ側に上がろうとする上向油膜３２の流れを分断することである。なお、Ｂ旋回流３７ｂのように旋回しながら上昇する流れが上向油膜３２である。さらに、コーナー円弧の半径Ｒ（図５に図示）を小さくすることでも可能である。
【００３１】  一方、流入管上部空間４ｅに流入した二相流の気体冷媒も流入管上部で旋回しながら上方に流れるが、流入管上部空間４ｅの天井壁内面４ｄで図３に破線で示した様に吐出管近傍に沿う下向気体流３４となる。そのとき、分離しきれずに残っている微細な油滴３０を巻き込み、吐出管吸込口８ａから気体冷媒とともにその微細な油滴３０が吸い込まれ、油分離性能の低下の原因となる。
【００３２】  以上に述べた現象はいずれも流入管上部空間４ｅの油滴３０に起因しており、流入管上部空間４ｅの容積Ｖが小さい程その空間に存在する油滴３０の量も少なくなるため、流入管上部空間４ｅの容積Ｖを小さくすることにより油分離性能の低下の原因を取り除くことができる。
以上の考え方に基づき、Ｈｍ／Ｄｉと油分離性能、角度θと油分離性能、およびコーナー円弧の半径Ｒと油分離性能の関係を、それぞれ実験により明らかにした結果を図６、図７および図８に示す。
【００３３】  図６は、Ｈｍ／Ｄｉに対する油分離性能の関係を示したものである。ここで、流入管上部空間４ｅの容積Ｖを分離室水平断面積Ｓで除した値は流入管上部空間４ｅの平均高さＨｍである。したがって、Ｈｍ／Ｄｉは平均高さＨｍを分離室内径Ｄｉで除した無次元平均高さを意味する。縦軸の油分離性能は、流入管９から流入する二相流の油含有率をＯＣＲ１、吐出管８から流出する二相流の油含有率をＯＣＲ２としたとき、次式で求められる値である。
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なお、ＯＣＲとは、Ｏｉｌ  Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ  の略である。
図６に示すとおり、油分離性能にはＨｍ／Ｄｉ＝０．２５に変曲点があり、Ｈｍ／Ｄｉ≦０．２５とすることで良好な油分離効果を発揮する。
なお、このときの入口流量をＧｉ、当該油分離器の許容最大流量をＧｍａｘとしたとき、Ｇｉ／Ｇｍａｘ＝０．４〜０．６の場合である。
【００３４】  図７は角度θと油分離性能との関係を示したもので、横軸が角度θ、縦軸が油分離性能である。この図より、角度２８度より大きくなると性能低下が著しくなる。したがって、角度θ≦２８度とすることで天井壁内面４ｄ側に上がろうとする油の流れが分断されるので良好な油分離効果を発揮する。
また、角度θの下限値の考え方を以下に述べる。図４において、４は分離室であり、４ａは立ち上がり壁であり、４ｂは分離室天井壁、６は上端縮径部である。
図において、天井壁４ｂの加工時、先に説明した流入管上部空間４ｅの容積Ｖを小さくするために天井壁内面４ｄを角度で０度になるよう加工すれば良い訳であるが、０度に加工すると加工時の塑性変形量が大きくなることから加工時間が長くなる。したがって、角度θを０度ではなく５度以上とすることで加工時間を短くすることができるため、下限角度を５度とし、角度θの範囲を５度≦角度θ≦２８度の範囲とした。
【００３５】  図８はコーナー円弧の半径Ｒと油分離性能との関係を示したもので、横軸がコーナー円弧の半径Ｒ、縦軸が油分離性能である。この図より、コーナー円弧の半径Ｒが２．５ｍｍより大きくなると、性能低下が著しくなる。したがって、コーナー円弧の半径Ｒ≦２．５ｍｍとすることで天井壁内面４ｄ側に上がろうとする油の流れが分断されるので良好な油分離効果を発揮する。
【００３６】  以上に述べたように角度θを小さくし、コーナー円弧の半径Ｒを小さくし、また図１に示すように天井壁内面４ｄを下向きベルマウス形状にすることにより、流入管上部空間４ｅの容積Ｖを小さくでき、良好な油分離性能が得られるとともに全体の高さ寸法を低くすることができる。
【００３７】  さらに、天井壁内面４ｄを粗面とすることで、旋回流速を低下させ天井壁内面４ｄ側に上昇しようとする油および油と気体冷媒の二相流の上昇を抑制でき良好な油分離性能が得られる。
【００３８】  さらに図１の本実施の形態においては、貯油室３の底部を覆うＡ蓋体１４ａに油溜め部１０を備え、油分離器１が傾いても油を送油管７に導き易くしている。
【００３９】  本実施の形態では外郭体２の下端部径に合わせてＡ蓋体１４ａを溶接し二分割で構成することで、Ａ外郭体２ａの加工方法として絞り加工、鍛造加工、プレス加工など選択肢が広がるとともに、内部構成の仕上がり確認が可能になり信頼性が増す。
【００４０】  次に、バッフル板について説明する。
バッフル板の作用および効果は、貯油室内部での油の旋回流による巻き上げ防止や、貯油室での油の旋回抑制である。このバッフル板は、用途によって設けないで油分離器を構成する場合もある。
図１において、１３ａは平板状バッフル板であり、１３ｃはこの平板状バッフル板１３ａに設けられた油を流すための孔である。
【００４１】  平板状バッフル板１３ａの軸方向、高さ方向の位置を精度よく係止するために、Ａ外郭体２ａの立ち上がり壁内面４ｃを切削加工する場合があるが、切削加工しても耐圧性が低下しないよう、本発明は貯油室３側肉厚（ｔ１）より厚く加工した分離室立ち上がり壁４ａの肉厚（ｔ２）を予め厚肉にして切削加工の寸法を考慮している。
【００４２】  平板状バッフル板１３ａの固定は、立ち上がり壁４ａの外周を塑性変形させて構成することが一般的であるが、上記平板状バッフル板１３ａの固定は、立ち上がり壁４ａの外周をポンチ等を使って部分的に打ち出し、Ａ突起片１５ａを形成し固定している。この場合についても、予め立ち上がり壁４ａを厚肉化しているため耐圧性を損なうことなく平板状バッフル板１３ａの軸方向、高さ方向の位置を精度よく係止できる。また、平板状バッフル板１３ａの固定は、図１６で示すＢ突起片１５ｂのように外郭体２の外周方向に連続して形成し、固定する方法もある。
【００４３】  １１は補強用のビードである。この補強用ビード１１は外郭体２の外周部に設け、外郭体２の剛性を上げ耐圧性を増すとともに貯油室の変形を最小に抑えるために設けている。この補強用ビード１１は必要に応じて複数条形成することで薄肉材でも耐圧性を有するとともに安価にすることが可能である。
【実施の形態２】
【００４４】  図９および図１０を用いて実施の形態２について説明する。
実施の形態１では、分離室４を形成する立ち上がり壁４ａと天井壁４ｂを一体にし、流入管上部空間４ｅを図４に示す如く、天井壁４ｂが構成する空間まで含んでいたが、実施の形態２に説明するものは、上記天井壁４ｂが構成する空間をなくしたものである。即ち、図９に示すものは、天井仕切り板３５を設けたものであり、図１０は分離室４の天井壁を別体としたものである。こうすることにより流入管上部空間４ｅの容積Ｖを小さくし、油分離性能を良好にすることができるものである。なお、図９および図１０に示した実施の形態では、先に述べたコーナーＲを無くすことができる構成である。
即ち実施の形態３の図９および図１０を図８で説明すると、Ｒ＝０を示す構造である。
また、図６で説明すると、実施の形態１よりもさらにＨｍ／Ｄｉを小さくすることができるので、高い油分離性能を得ることができる。
その第一の手段は図９に示すように天井仕切板３５を立ち上がり壁４ａの上部に設け、天井仕切板下面３５ａが実質的に分離室４の天井壁として機能する。なお、天井仕切板３５は吐出管８に固定されている。このような構成において、天井仕切板下面３５ａと流入管上端部９ｂとの距離Ｈを可能な限り小さくすることにより、流入管上部空間４ｅの容積Ｖを小さくでき、Ｈｍ／Ｄｉ≦０．２５を実現できる。また、天井仕切板下面３５ａ位置より上の部分を埋める構造にしても、作用および効果は同じである。
図９における上記構成以外は図１と同じ構成であり、その作用および効果は同じである。
第二の手段は図１０に示す分離部４の天井壁を別体分離室天井壁３６とし、分離部４の立ち上がり壁４ａに接合している。このような構成において、別体分離室天井壁内面３６ａと流入管上端部９ｂとの距離Ｈを可能な限り小さくすることにより、流入管上部空間４ｅの容積Ｖを小さくでき、Ｈｍ／Ｄｉ≦０．２５を実現できる。
図１０における上記構成以外は図１と同じ構成であり、その作用および効果は同じである。
【実施の形態３】
【００４５】  図１１を用いて実施の形態３について説明する。
実施の形態１では、外郭体２の下端部径に合わせてＡ蓋体１４ａを溶接して構成しているが、実施の形態３では、図１１に示すように貯油室３の底部を覆う切削加工等で形成したＢ蓋体１４ｂを溶接して構成しており、Ｂ蓋体１４ｂを備えている。
Ｂ蓋体１４ｂを切削加工とすることで、送油管７の位置をＢ蓋体の任意の位置に容易に変更できる。さらにＢ蓋体１４ｂの厚みを変えることにより溶接方法の選択肢を広げる構造としている。また、このＢ蓋体１４ｂには、Ｂ蓋体傾斜部２９を設け油分離器１が傾いても油を送油管７に導き易くしている。
図１１における上記構成以外は図１と同じ構成であり、その作用および効果は同じである。
【実施の形態４】
【００４６】  図１２を用いて実施の形態４について説明する。
実施の形態１では、外郭体２の下端部径に合わせてＡ蓋体１４ａを溶接して構成しているが、実施の形態４では、図１２に示すように外郭体２の貯油室縮径部Ｂ２１を縮径し、Ｃ蓋体１４ｃの径を上記縮径した径に合わせて溶接している。
外郭体２の下端の径を縮径化することで、Ｃ蓋体１４ｃとの溶接長さが短くなり、信頼性をあげることができる。さらにＣ蓋体１４ｃの受圧面積が小さくなり、ここに作用する力が小さくなるため耐圧性に優れる。Ｃ蓋体１４ｃが溶接される外郭体２の絞り部内径をバッフル板の外径より大きくし、バッフル板を貯油室３側より分離室４に組み込み可能とした油分離器１である。
図１２における上記構成以外は図１と同じ構成であり、その作用および効果は同じである。
【実施の形態５】
【００４７】  図１３を用いて実施の形態５について説明する。
実施の形態１では、平板状バッフル板１３ａは、貯油室３側肉厚（ｔ１）より厚く加工した分離室立ち上がり壁４ａの肉厚（ｔ２）を外周よりポンチ等を使って部分的に打ち出し、それをＡ突起片１５ａで固定する構造であった。このほかの手段として実施の形態５で図１３を用いて説明する。図１３に示すように、バネ性バッフル板１３ｂには、油を流すための孔１３ｃがあり、バネ性バッフル板１３ｂの外周に弾性のある係止片１３ｄを設けている。また、１７は分離室４の立ち上がり壁内面４ｃ側に設けられた凹溝で、バネ性バッフル板１３の係止片１３ｄを係止する溝であり、この溝は分離室４の立ち上がり壁４ａに機械加工等で設けられている。バネ性バッフル板１３ｂの係止片１３ｄを弾性変形させながら凹溝１７に嵌め込み、容易に固定できる。
図１３における上記構成以外は図１と同じ構成であり、その作用および効果は同じである。
【実施の形態６】
【００４８】  図１４を用いて実施形態６について説明する。
図１４において、１は油分離器、２は外郭体、３は貯油室、４は分離室、５は下端縮径部、６は上端縮径部、７は送油管、８は吐出管、９は流入管、１３ａは平板状バッフル板である。
本実施の形態に示す油分離器１は、実施の形態１に対して分離室４の上部径２７より下部径２８を細くしたものである。
このように構成することにより分離室４では、下に向って徐々に遠心力を増加または低下防止させることにより油分離性能の向上が図れる。
なお、図１４における上記構成以外は図１と同じ構成である。
【実施の形態７】
【００４９】  図１５を用いて実施形態７について説明する。
図１５において、１は油分離器、２ｃは分離室４および貯油室３を同径、且つ、一体にした一体外郭体であり、該一体外郭体２ｃの上部には下向きベルマウス形状の天井壁４ｂが、天井壁４ｂの上部には上端縮径部６が連接され、吐出管８が接続されている。また、下部には貯油室縮径部２０を備え、貯油室縮径部２０の下部には下端縮径部５が連接され、送油管７が接続されている。
なお、図１５ではバッフル板なしの構造としているが、この時の分離室４は、ほぼ２点鎖線の上部となる。この場合、外郭体を分割することなく一体に構成することが可能になるとともに、接合箇所を減らすことで信頼性が向上し、加工工数が短縮される。また、バッフル板を構成する場合は、上端縮径部６または下端縮径部５をバッフル板挿入および固定後に縮径させても良い。
図１５における上記構成以外は図１と同じ構成である。
【実施の形態８】
【００５０】  図１６を用いて実施形態８について説明する。
図１６において、１は油分離器、２は外郭体、３は貯油室、４は分離室、５は下端縮径部、６は上端縮径部、７は送油管、８は吐出管、９は流入管、１３ａは平板状バッフル板である。
本実施の形態に示す油分離器１は先に説明した分離室４と貯油室３が同径でつくられている。
また、平板状バッフル板の上下を突起片１５ｂで固定している。この突起片１５ｂにより、ビード１１と同様の作用および効果を得ることができる。
図１６における上記構成以外は図１と同じ構成であり、その作用および効果は同じである。
【実施の形態９】
【００５１】  図１７を用いて実施形態９について説明する。
１６は一体型接続具であり、４ａは立ち上がり壁、４ｃは立ち上がり壁内面、４ｂは下向きベルマウス形状の天井壁、４ｄは天井壁内面、９は流入管、９ｂは流入管上端面、６は上端縮径部、１９はロウ材、１８はロウ材受け部である。なお、このロウ材受け部１８は先のＡ外郭体２ａの製作時点で形成される。
ここで、この一体型接続具１６の内側は、図１の吐出管８の内径にあわせ、外側は流入管９の流入管上端部９ａに可能な限り近づけた位置まで外径を大きく構成することで、流入管上部空間４ｅを小さくし、分離性能の向上が得られる。
また、一体型接続具１６を使用することで、製品の小型化が図れる他、溶接における信頼性を増すようにしている。
そのほか、上端縮径部６構成時に、ロウ材受け部１８を厚肉加工することで、一体型接続具１６を溶接するときに用いるロウ材１９をロウ材受け部１８に保持させて、天井壁４ｂに溢れることを防止する構造としている。
図１７における上記構成以外は図１と同じ構成であり、その作用および効果は同じである。
【実施の形態１０】
【００５２】  図１８から図２５を用いて、実施形態１０について説明する。
図において、１は油分離器、２は外郭体、３は貯油室、４は分離室、５は下端縮径部、６は上端縮径部、７は送油管、８は吐出管、９は流入管である。
本実施の形態に示す油分離器１は図１８が外郭体２を一体（Ａ外郭体、Ｂ外郭体）に形成したものであり、図１９は図１８の正面図であり、図２０は図１８の平面図である。図２１はＡ外郭体２ａで分離室４および貯油室の一部を形成し、Ｂ外郭体２ｂで貯油室３を形成したものであり、図２２は図２１のＢ外郭体２ｂをさらに二つの部品に分けたものである。また、図２３から図２５に示すものは上記外郭体２を本発明の範囲内において分割或いは組み合わせを変えたものである。
上記図１８から図２５において、Ａ外郭体２ａは何れも分離室を絞り加工、鍛造加工、若しくはプレス加工で構成し、さらに分離室の立ち上がり壁と天井壁を一体若しくは別体で構成したものである。
また、図１８から図２５における、送油管７、吐出管８、流入管９は直管ではなく、任意の方向に曲げたものであっても良い。さらに、分離室と貯油室との外径比は限定することなく、適宜変えることができ、製品への適用を容易にしている。また、図１８から図２４の分離室の天井壁は、図１０の如く別体分離室天井壁３６のように構成してもよい。
他は実施の形態１と同様の構成を備えており、同じ効果を奏するものである。
【実施の形態１１】
【００５３】  図２６を用いて上記した油分離器を空気調和機等の冷凍装置に適用した例を説明する。
図２６において、冷媒が蒸発器２５で蒸発し、そこで熱を奪ってガス化し、気体冷媒が圧縮機２２で吸入圧縮される。圧縮機２２から吐出される高温および高圧の気体冷媒には、圧縮機内で必要とする潤滑、シール作用をするための油が圧縮機２２より流出される。この含まれている油が圧縮機２２以外の部品に滞留した場合、圧縮機２２の潤滑作用が失われ、場合によっては圧縮機２２が故障する可能性がある。また、熱交換するための凝縮器２３および蒸発器２５内に滞留した場合は熱交換効率が低下し、空気調和機全体の能力が低下してしまうので、圧縮機２２の下流には油分離器が設けられる。
この油分離器に上記した油分離器１を適用したものである。
【００５４】  圧縮機２２から流入管９を介して分離室４に入った油と気体冷媒の二相流は遠心力により旋回し油を分離する。そして、分離された気体冷媒は吐出管８から凝縮器２３側に出ていき、分離された油は貯油室３に溜る。溜った油は、圧縮機２２内に高低圧の圧力差により送油管７を通って圧縮機２２に戻り、圧縮機２２の軸受部および摺動部等を潤滑する。
油分離器１の吐出管８から出た気体冷媒は、凝縮器２３で外部と熱交換することによって液冷媒となり、膨張弁２４を通って、蒸発器２５に入る。
これを繰り返すことにより空気調和機は所定の性能を確保する。
このとき、本発明を備えた油分離器１は先に説明する作用効果を奏するものである。
【実施の形態１２】
【００５５】  図２７について実施の形態１２について説明する。
以上の実施例では、油を分離する例として説明したが、この分離器は油に限らず、水のミストでも同様にミスト分離器として使用できる。
次に図２７を用いて、上記したミスト分離器を、蒸気サイクル装置に適用した例を説明する。
図２７において、給水ポンプ３８で圧縮された水は、ボイラ３９で加熱され高圧水蒸気となる。このとき、高圧水蒸気には水滴ミストが混入しており、水滴ミストがタービン４０に流入するとタービンブレードに損傷を与える。したがって、タービン４０に入る前にミスト分離器１を設け、流入管９から水滴ミストが混入した高圧水蒸気を、ミスト分離器１に導き、水滴ミストを除去した高圧水蒸気を吐出管８からタービン４０に導く。タービン４０で高圧水蒸気が膨張することにより、動力を発生し、発電機４１で発電する。膨張した低圧蒸気は復水器４２で凝縮し、水となり給水ポンプ３８に供給される。一方、ミスト分離器１で分離した水滴ミストは、送液管７より給水ポンプ３８の吸込み側に戻される。
これを繰り返すことにより蒸気サイクル装置は所定の機能を確保する。
上記の如く本発明の気液分離装置は上記サイクルに適用を拡大することもできる。
【００５６】  本発明は以上説明した如き構成を有するものであるから、次の効果を有するものである。
即ち、貯油室の上部に該貯油室径と同径若しくは小さな径に作られた分離室を有する円筒状油分離器であり、且つ、上記貯油室の下端縮径部に送油管を、また分離室の上端縮径部に吐出管をそれぞれ接続し、さらに、油と気体冷媒の二相流の流入管を分離室立ち上がり壁の接線方向より導入し、遠心力を使って分離室内で油と気体冷媒の二相流を分離するようにした油分離器において、流入管上端部と流入管上端部より上部の立ち上がり壁内面と天井壁内面とで構成された空間の平均高さをＨｍ、分離室の内径をＤｉとしたとき、Ｈｍ／Ｄｉ≦０．２５とするとともに、分離室を絞り加工、鍛造加工、若しくはプレス加工で構成し、さらに分離室の立ち上がり壁と天井壁を一体若しくは別体で構成した油分離器である。
このことにより、性能を阻害する空間（＝流入管上部空間）を小さくし、効率の良い油分離ができるとともに油分離器の小形化が図れるものである。
【００５７】  また、立ち上がり壁内面と天井壁内面を接続する半径Ｒの円弧と滑らがに接続する天井壁内面円弧との接続点Ｘにおける半径Ｒの円の接線と外郭体の軸芯に垂直な平面とがなす角度θを５度≦θ≦２８度とした油分離器である。
このことにより、量産性が良いことは勿論、性能を阻害する空間（＝流入管上部空間）を小さくとすることができ、且つ、油と気体冷媒の二相流の天井壁側への流れを抑制できるので、効率の良い油分離ができるとともに油分離器の小形化が図れるものである。
【００５８】  また、立ち上がり壁内面と天井壁内面を接続する半径Ｒの円弧を、Ｒ≦２．５ｍｍとした油分離器である。
このことにより、性能を阻害する空間（＝流入管上部空間）の容積を小さくし、且つ、油と気体冷媒の二相流の天井壁側への流れを抑制し、効率の良い油分離ができるとともに油分離器の小形化が図れるものである。
【００５９】  また、分離室立ち上がり壁の接線方向から、分離室に導入される流入管先端部に、該管の吐出管に対向する側の一部を該管中心側に向う方向に潰した傾斜部を設け、この傾斜部で分離室の略軸芯に設けられた吐出管を避けるようにした油分離器である。
このことにより、流入管から分離室内に流入した油と気体冷媒の二相流が分離室中心側に広がるのを防止できるので、効率の良い油分離ができるとともに油分離器の小形化が図れるものである。
【００６０】  また、分離室を構成する天井壁内面は粗面とし、旋回流速を低下させ油および油と気体冷媒の二相流の上昇を抑えるようにした油分離器である。
このことにより、油および油と気体冷媒の二相流の天井壁側への流れを抑制でき、効率の良い油分離ができるものである。
【００６１】  また、分離室において上部径より下部径を細くし、遠心力を増大または低下防止させるようにした油分離器である。
このことにより、遠心力が確保され、効率の良い油分離ができるものである。
【００６２】  また、分離器の吐出管とサイクルに接続する接続具を、一体にした油分離器である。
このことにより、小形化できる他、接続箇所が少なくなり信頼性が増すものである。
【００６３】  また、円筒状油分離器において構成する外郭体の吐出管を接続する絞り部と、分離室と、貯油室とを一体に成形するとともに、蓋体を貯油室の下端部に構成した油分離器である。
このことにより、加工方法として絞り加工、鍛造加工、プレス加工など選択肢が広がる。バッフル板を外郭体製作後に組み込むことが可能になり量産性に優れる油分離器が得られる。さらに外郭体と蓋体を分割することで内部構成の仕上がり確認ができ、信頼性に優れる油分離器が得られる。
【００６４】  また、円筒状油分離器を構成する外郭体の吐出管を接続する絞り部と、分離室と、貯油室とを一体に成形した油分離器である。
このことにより、接合箇所を減らすことで信頼性が向上する。さらに量産性がよく安価な油分離器を得ることができる。
【００６５】  また、円筒状油分離器の外郭体外周部に補強用のビードを設けた油分離器である。
このことにより、貯油室の剛性を上げて、薄肉材でも耐圧性を有するとともに安価な油分離器が得られる。
【００６６】  また、円筒状油分離器を構成する外郭体をＡ外郭体とＢ外郭体とし、Ａ外郭体は、吐出管を接続する上端縮径部と、分離室と、貯油室とを形成した円筒状外郭体とし、Ｂ外郭体は貯油室底部を覆う蓋体とし、この蓋体に油を送油管側に導く油溜め部、および送油管が接続される下端縮径部を形成したことを特徴とする油分離器である。このことにより、外郭体を二部品に分けて製作することにより、Ａ外郭体は絞り加工等の一体成形が可能となり、Ｂ外郭体には油を導く油溜め部等が容易に形成できるものである。
【００６７】  また、バッフル板の外周に設けた係止片を分離室の下部に設けた凹溝内に、該バッフル板の弾性変形を利用して係止した油分離器である。
このことにより、特別な部品を使用することなくバッフル板を取り付けることができるので、量産性に優れ安価な油分離器が得られるものである。
【００６８】  また、分離室を構成する立ち上がり壁の肉厚を貯油室の肉厚より厚く構成し、この厚く構成した位置にバッフル板固定用の凹溝を形成するようにした油分離器である。
このことにより、耐圧性を損なわずに凹溝を構成することができるとともに厚肉材を使用する必要が無いため安価な油分離器を得ることができる。
【００６９】  上記構成を備えた油分離器を、冷凍サイクルに設けたことを特徴とする冷凍装置である。このことにより、効率の良い冷凍装置とすることができる他、信頼性を向上させた冷凍装置が得られるものである。
【００７０】  以上の本実施例では、冷凍サイクルにおける油と気体冷媒の二相流を分離する油分離器について述べたものである。
【００７１】  また、本発明の分離器は、蒸気サイクル等の水と水蒸気を分離するミスト分離器としても適用可能である。このことにより、蒸気サイクル装置ではタービンブレードを損傷させる水滴ミストを減少させることができ、信頼性を向上させた蒸気サイクル装置が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７２】空気調和機等の冷凍装置や蒸気サイクル装置に、本発明の気液分離器を組み込むことにより、効率が良く、信頼性を向上させた、安価な冷凍装置や蒸気サイクル装置が得られるものである。
【符号の説明】
【００７３】１    油分離器（ミスト分離器）
２    外郭体      ２ａ  Ａ外郭体      ２ｂ  Ｂ外郭体      ２ｃ  一体外郭体
３    貯油室    ３ａ  周壁
４    分離室    ４ａ  立ち上がり壁    ４ｂ  天井壁      ４ｃ  立ち上がり壁内面
４ｄ  天井壁内面    ４ｅ  流入管上部空間（油分離性能を阻害する空間）
５    下端縮径部
６    上端縮径部
７    送油管
８    吐出管      ８ａ  吐出管吸込口
９    流入管      ９ａ  傾斜部    ９ｂ  流入管上端部
１０  油溜め部
１１  ビード
１２  斜面
１３ａ  平板状バッフル板    １３ｂ  バネ性バッフル板    １３ｃ  孔
１３ｄ  係止片
１４ａ  Ａ蓋体        １４ｂ  Ｂ蓋体      １４ｃ  Ｃ蓋体
１５ａ  Ａ突起片      １５ｂ  Ｂ突起片
１６  一体型接続具
１７  凹溝
１８  ロウ材受け部
１９  ロウ材
２０  貯油室縮径部Ａ
２１  貯油室縮径部Ｂ
２２  圧縮機
２３  凝縮器
２４  膨張弁
２５  蒸発器
２６  粗面
２７  上部径
２８  下部径
２９  Ｂ蓋体傾斜部
３０  油滴
３１  下向油膜
３２  上向油膜
３３  吐出管の外表面に沿う油膜
３４  下向気体流
３５  天井仕切板            ３５ａ  天井仕切板下面
３６  別体分離室天井壁      ３６ａ  別体分離室天井壁内面
３７ａ  Ａ旋回流            ３７ｂ  Ｂ旋回流
３８  給水ポンプ
３９  ボイラ
４０  タービン
４１  発電機
４２  復水器
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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