(57)【要約】【課題】油分離機構等の大きさはそのまま維持しつつ、圧縮機本体の運転状態にかかわらず、オイルセパレータにおける油分離性能を向上させる。【解決手段】オイルセパレータ１２は、圧縮空気の流路が形成されたベースセパレータ４５と、ベースセパレータ４５の中央部に立設され、圧縮空気の流路を構成する中空円筒状のパイプ５２と、パイプ５２の外周面と所定の隙間間隔を有してベースセパレータ４５に立設される油分離エレメント４４と、油分離エレメント４４を覆うように開口部を下向きにしてベースセパレータ４５に取付けられた円筒形のハウジング４４Ａを備え、ハウジング４４Ａの最大空間を空間Ａ、パイプ５２の外周面と油分離エレメント４４の内周面との間の隙間空間を空間Ｂ、ハウジング４４Ａ内におけるパイプ５２の上部の空間を空間Ｃと定義した場合に、Ｃ/Ａが１５．８％以上２７．２％以下である。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、圧縮機本体と、圧縮機本体より吐き出された圧縮空気中に含まれるオイルを圧縮空気から分離するオイルセパレータを備え、分離された油を再び圧縮機本体に導入して循環する油循環式コンプレッサにおいて、前記オイルセパレータは、圧縮空気の流路が形成されたベースセパレータと、該ベースセパレータの中央部に立設され、圧縮空気の流路を構成する中空円筒状のパイプと、該パイプの外周面と所定の隙間間隔を有して前記ベースセパレータに立設される油分離エレメントと、該油分離エレメントを覆うように開口部を下向きにしてベースセパレータに取付けられた円筒形のハウジングを備え、
前記ハウジングの最大空間を空間Ａ、前記パイプの外周面と油分離エレメントの内周面との間の隙間空間を空間Ｂ、前記ハウジングの内における前記パイプの上部の空間を空間Ｃと定義した場合に、Ｃ/Ａが１５．８％以上２７．２％以下であることを特徴とする油循環式コンプレッサ。
【請求項２】
請求項１に記載の油循環式コンプレッサにおいて、前記Ｃ/Ａが１５．８％以上１６．０％以下であることを特徴とする油循環式コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油循環式コンプレッサに関し、特に、圧縮空気とコンプレッサオイルの分離性能を向上させることが可能な油循環式コンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機構で圧縮された作動流体からオイルを分離するオイルセパレータを備えた油循環式コンプレッサが広く用いられており、オイルセパレータにおける圧縮空気とコンプレッサオイルの分離性能を維持・向上するための各種の提案がなされている（例えば、特許文献１及び２参照）。例えば、特許文献１に記載の油循環式コンプレッサでは、コンプレッサを大流量や低圧力で運転したときに油分離特性が低下するのを防止するため、油分離に用いる油分離エレメントの分離面積を広くしている。また、特許文献２に記載の油循環式コンプレッサでは、圧縮機のハウジングを構成するブロックに、冷凍機油を冷媒ガスから分離するオイルセパレータを設け、オイルセパレータを、圧縮された冷媒ガスを旋回させる円筒内周面及びこの円筒内周面の一方の端部側を塞ぐ底面を有する遠心分離本体部と、円筒内周面に囲まれた円柱状空間内に、この円柱状空間の軸に沿って配設され、内部で旋回した冷媒ガスを底面とは反対側の端面から遠心分離本体部の外部に導く内筒状の気体排気部とを有して構成し、気体排気部と遠心分離本体部とを別部材によって構成したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３１９９８０号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の油循環式コンプレッサでは、油分離エレメントの分離面積を広くした結果、油分離機構を小型化できないという問題点があった。また、特許文献２に記載の油循環式コンプレッサでは、分離パイプの外周面と分離室の内周面とのクリアランスが不十分であると、冷媒導入路の開口部位が分離パイプに寄り過ぎ、分離室に導入された作動流体が分離パイプに衝突して作動流体が分離室内をうまく旋回できなくなる。この不具合を回避するためにパイプ部の外周面と分離室の内周面とのクリアランスを大きく確保しようとすると、オイル分離器の大型化を招き、圧縮機の小型化を図ることは困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、油分離機構等の大きさはそのまま維持しつつ、圧縮機本体の運転状態にかかわらず、オイルセパレータにおける油分離性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも、圧縮機本体と、圧縮機本体より吐き出された圧縮空気中に含まれるオイルを圧縮空気から分離するオイルセパレータを備え、分離された油を再び圧縮機本体に導入して循環する油循環式コンプレッサにおいて、前記オイルセパレータは、圧縮空気の流路が形成されたベースセパレータと、該ベースセパレータの中央部に立設され、圧縮空気の流路を構成する中空円筒状のパイプと、該パイプの外周面と所定の隙間間隔を有して前記ベースセパレータに立設される油分離エレメントと、該油分離エレメントを覆うように開口部を下向きにしてベースセパレータに取付けられた円筒形のハウジングを備え、前記ハウジングの最大空間を空間Ａ、前記パイプの外周面と油分離エレメントの内周面との間の隙間空間を空間Ｂ、前記ハウジングの内における前記パイプの上部の空間を空間Ｃと定義した場合に、Ｃ/Ａが１５．８％以上２７．２％以下であることを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記Ｃ/Ａが１５．８％以上１６．０％以下であるとすることもできる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、少なくとも、圧縮機本体と、圧縮機本体より吐き出された圧縮空気中に含まれるオイルを圧縮空気から分離するオイルセパレータを備え、分離された油を再び圧縮機本体に導入して循環する油循環式コンプレッサにおいて、前記オイルセパレータは、圧縮空気の流路が形成されたベースセパレータと、該ベースセパレータの中央部に立設され、圧縮空気の流路を構成する中空円筒状のパイプと、該パイプの外周面と所定の隙間間隔を有して前記ベースセパレータに立設される油分離エレメントと、該油分離エレメントを覆うように開口部を下向きにしてベースセパレータに取付けられた円筒形のハウジングを備え、前記ハウジングの最大空間を空間Ａ、前記パイプの外周面と油分離エレメントの内周面との間の隙間空間を空間Ｂ、前記ハウジングの内における前記パイプの上部の空間を空間Ｃと定義した場合に、Ｃ/Ａが１５．８％以上２７．２％以下になるように構成したので、圧縮機の運転状態にかかわらず、オイルセパレータにおける油分離性能を向上できる。また、油分離性能が向上するので、オイルセパレータを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る油循環式コンプレッサの圧縮機系路の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る油循環式コンプレッサにおけるオイルセパレータの縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る油循環式コンプレッサにおけるオイルセパレータの要部の分解斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る油循環式コンプレッサのオイルセパレータと比較例としての油循環式コンプレッサのオイルセパレータを対比して示す図であり、（a）は、比較例のオイルセパレータの縦断面図、（b）は、本発明の実施形態のオイルセパレータの縦断面図である。
【図５】図４に示した本発明の実施形態のオイルセパレータと、比較例のオイルセパレータに関して行った試験結果を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に係る油循環式コンプレッサに関して、各実施例と比較例に関して行った試験結果を示すグラフである。
【図７】本発明の変形例のオイルセパレータを示す図であり、（a）は、変形比較例のオイルセパレータの縦断面図、（b）は、変形実施例のオイルセパレータの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る油循環式コンプレッサについて、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る油循環式コンプレッサの圧縮機系路の全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る油循環式コンプレッサの全体構成としては、エアクリーナ７、空気容量調整弁８、圧縮機本体９、レシーバタンク１０、オイルフィルタ１１、オイルセパレータ１２、オイルクーラ１３及びアウタクーラ１４、ドライヤ１５、電磁弁１６等とからなり、使用側１７に圧縮空気が送られる。なお、このコンプレッサは油循環式で１．３７ＭＰａの中圧のものであり、空冷式を使用している。
【００１１】
以上の構成により、エアクリーナ７からの空気は空気容量調整弁８に導入され油と混合した状態で圧縮機本体９に導入される。圧縮機本体９により圧縮された圧縮空気・油はレシーバタンク１０内に導入されて空気と油に分離される。なお、レシーバタンク１０の上方側には空気と油とのミストが発生している。分離された空気及び油と空気のミストは、オイルセパレータ１２で更に油分が除去されてアウタクーラ１４側に導入されて冷却され、次いでドライヤ１５によって乾燥されて使用側１７に送出される。一方、レシーバタンク１０で分離された油は、オイルフィルタ１１を介してオイルクーラ１３側に送られ、再び電磁弁１６を介して圧縮機本体９に導入されて循環使用される。
【００１２】
尚、圧縮空気・油の温度を検出する温度センサ５と、この検出温度によってＯＮ・ＯＦＦ制御される冷却ファン１及びモータ２を有している。また、油温により油の循環量や循環系路をコントロールする油温調整弁３や圧縮空気の圧力を検出する圧力計６及びこれによって圧縮空気の放出を行う圧力調整弁４等が設けられている。
【００１３】
次に、図１に加え図２及び図３をも参照して本実施形態に係る油循環式コンプレッサにおけるオイルセパレータの構造について説明する。図２は、本実施形態に係る油循環式コンプレッサに用いるオイルセパレータの縦断面図、図３は、そのオイルセパレータの要部の分解斜視図である。図１、図２及び図３に示すように、レシーバタンク１０で油分が一次分離された圧縮空気は、ベースセパレータ４５を介してオイルセパレータ１２のハウジング４４Ａ内に導かれる。そして、オイルセパレータ１２の油分離エレメント４４でほぼ完全に油分を二次分離された圧縮空気は、上述したように、アウタクーラ１４側へ導かれる。アウタクーラ１４で所定温度まで冷却された圧縮空気は、使用側１７へと送られる。一方、オイルセパレータ１２に貯留された潤滑油はオイルフィルタ１１を介してオイルクーラ１３側に送られ、オイルクーラ１３で冷却ファン１が送風する冷却空気と熱交換して冷却され、圧縮機本体９の潤滑部に供給される。
【００１４】
さて、本実施形態の油循環式コンプレッサに用いるオイルセパレータ１２では、圧縮空気の流路が形成されたベースセパレータ４５が下部に設けられており、このベースセパレータ４５に一端が開口し他端部が閉成された円筒形のハウジング４４Ａが、開口部を下向きにして取付けられている。ハウジング４４Ａ内には、中空円筒状の油分離エレメント４４が設けられている。この油分離エレメント４４は、公知の構成を有し、例えば、外側に配された中空円筒状の濾材と、この濾材の内側に形成された中空円筒状の凝集層から成る。また、油分離エレメント４４の内周面側には、ベースセパレータ４５の中央部にねじ込み立設される中空円筒状のパイプ５２が設けられている。
【００１５】
ベースセパレータ４５の側部から流入した圧縮空気は、ベースセパレータ４５の内部に形成された通路を上方に進み、ハウジング４４Ａと油分離エレメント４４（の外側の濾材）との間に形成された円周隙間から、油分離エレメント４４（の外側の濾材）へと向かう。圧縮空気に含まれるオイルミストは、凝集作用により粒径を次第に増加させながら濾材内を通過し、濾材の内側に設けられた凝集層で粒径をさらに肥大させて、重力で下方に落下する。
【００１６】
ベースセパレータ４５には、略中央部に円筒状のパイプ５２が設けられている。このパイプ５２内を油を二次分離された圧縮空気が流通する。圧縮空気はベースセパレータ４５の底部で流れ方向を略９0度曲げられ、ベースセパレータ４５の側部から逆止弁５５へと送られる。ベースセパレータ４５の裾部には、凝集層で凝集して液滴となった油を回収する油回収穴４８が形成されている。この油回収穴４８は圧縮空気の流路に略沿って設けられており、ベースセパレータ４５の底部で略９０度向きを変えベースセパレータ４５の側部に開口している。尚、油回収穴４８は、圧縮機本体９の吸入口などのこの油回収穴４８における圧力よりも低い圧力のところに連通しており、これにより、油分離エレメント４４で二次分離された油が回収利用される。
【００１７】
ところで本発明においては、図２及び図３に示すように、油分離エレメント４４の内周面側には、ベースセパレータ４５の中央部にねじ込んで立設される中空円筒状のパイプ５２が設けられ、この中空円筒状のパイプ５２の長さ（立設された状態では、高さ）を調整することにより、分離性能を調整できるようになっている。図４は、本発明の実施形態に係る油循環式コンプレッサのオイルセパレータと比較例としての油循環式コンプレッサのオイルセパレータを対比して示す図であり、（a）は、比較例のオイルセパレータの縦断面図、（b）は、本発明の実施形態のオイルセパレータの縦断面図である。
【００１８】
即ち、本実施形態の油循環式コンプレッサに用いるオイルセパレータ１２では、図４（a）（b）に示すように、比較例のオイルセパレータに比べ、パイプ５２の長さを長くしている。即ち、比較例のオイルセパレータでは、パイプの長さを２５０mm であるのに対し、本実施形態のオイルセパレータ１２では、パイプ５２の長さを４００mmと、１．６倍にしている。この結果、ハウジンング４４Ａ及び油分離エレメント４４の長さ（立設された状態では、高さ）は、比較例のオイルセパレータと同じなので、パイプ５２の上部の空間（空間Ｃ）の容積が比較例のオイルセパレータに比べ減少しているのが特徴である。図４（a）（b）に示す例では、空間Ａは、本実施形態と比較例とも同じで、ハウジング４４Ａ内の最大空間（スペース）であり、０．００１７４０ｍ３である。空間Ｂは、パイプ５２の外周面と油分離エレメント４４の内周面との間の空間であり、本実施形態では０．０００１４１ｍ３であり、比較例では０．００００８５ｍ３である。空間Ｃは、パイプ５２の上部の空間であり、本実施形態では０．０００２７９ｍ３であり、比較例では０．０００８６４ｍ３である。以上のように定義した場合において、比較例のオイルセパレータではＣ/Ａが４９．７％であるのに対し、本実施形態のオイルセパレータ１２では、Ｃ/Ａが１６．０％になるように構成されている。
【００１９】
図５は、図４に示した本発明の実施形態のオイルセパレータと、比較例のオイルセパレータに関して行った試験結果を示すグラフである。図５に示すように、パイプの長さを２５０mmとした比較例のオイルセパレータでは、およそ５０００時間が経過するまで、オイル含有量は０から３ppmまで幅広くプロットされているのに対し、パイプ５２の長さを４００mmと１．６倍にした本実施形態のオイルセパレータ１２では、およそ５０００時間が経過するまで、オイル含有量は０から１ppmまでの範囲に留まってプロットされている。このグラフから、オイル分離性能が３倍に向上したことが分かる。
【００２０】
次に、本発明者は、上述した条件の下、パイプ５２の長さを様々に変えた各実施例及び比較例に関し、コンプレッサの稼働試験時間を２０時間から９６時間の間で、オイル分離性能を測定する試験を行った。図６は、本発明の実施形態に係る油循環式コンプレッサに関して、各実施例と比較例に関して行った試験結果を示すグラフである。図６に示すように、パイプ長Ｌ＝１５０mm、２５０mm、３００mmとした比較例１、２、３と、パイプ長Ｌ＝３５０mm、４００mmとした実施例１、２に関し、それぞれ２０数時間経過時点、４０数時間経過時点、７０数時間経過時点、９０数時間経過時点におけるオイル含有量（ppm）を測定する試験を行った。比較例１、２、３では、６０時間経過するまでは、オイル含有量（ppm）は、１（ppm）を下回ることができないのに対し、実施例１、２では、わずか２０時間経過した時点でも、オイル含有量（ppm）は、０．５（ppm）を下回っており、その後、１００時間近く経過するまでオイル含有量（ppm）は、１（ppm）を下回っており、良好な油分離性能が得られていることが分かった。ここで、パイプ長Ｌ＝３５０mmとした実施例１における上述した定義のＣ/Ａは２７．２％であり、パイプ長Ｌ＝４００mmとした実施例２における上述した定義のＣ/Ａは、図４（b）に関して述べたとおり、１６．０％である。
【００２１】
更に、本発明者は、図４（a）（b）に示したオイルセパレータに比べ、パイプの長さだけでなく、ハウジンング４４Ａ及び油分離エレメント４４の長さ（立設された状態では、高さ）等をも変えた変形例に係るオイルセパレータを製作した。即ち、これら変形例では、上述した空間Ａ、空間Ｂ、空間Ｃの容量も異なる。図７は、これら本発明の変形例のオイルセパレータを示す図であり、図７（a）に示す変形比較例のオイルセパレータではＣ/Ａが３１．５％であるのに対し、図７（b）に示す変形実施例のオイルセパレータではＣ/Ａが１５．８％になるように構成されている。これらについて、同様に分離性能を測定したところ、Ｃ/Ａが１５．８％である変形実施例のオイルセパレータの方が、Ｃ/Ａが３１．５％である変形比較例のオイルセパレータよりも良いことを確認した。
【００２２】
以上に述べたように、Ｃ/Ａの値を小さくしたオイルセパレータの方が分離性能が向上することが分かったが、その作用機序として、Ｃ/Ａの値を小さくしたオイルセパレータの方がハウジンング４４Ａ内の下部に溜まった油の再飛散を防止できることも一因であると考えた。即ち、油分離エレメント４４の凝集層から落下してきた油は、一時的に油回収穴４８が開口しているベースセパレータ４５の上面に溜まる。圧縮機の吐出圧力が低圧力になる等で、濾材を通過する圧縮空気の流速が速くなっているときに、パイプ５２の長さ（立設された状態では、高さ）が短く、空間Ｃの容量が大きいと、油回収穴４８の上方に一時的に溜まっているか付着している油が高流速の圧縮空気の流れにより巻上げられる。その結果、折角濾材で分離した油をまた一緒に下流に持ち去る現象を生じる可能性がある。これに対し、パイプ５２の長さ（立設された状態では、高さ）が長く、空間Ｃの容量が小さいと、圧縮空気は溜まった油を再飛散させて持ち去ることが防止され、圧縮空気の流れが高速であっても、凝集分離した油を再度巻き上げることはない。したがって、オイルセパレータにおいて、安定して油分離を実現できる。
【００２３】
以上に述べた本発明の各実施例によれば、圧縮機本体の運転状態や運転時間に左右されずに常に良好な油分離性能を示すオイルセパレータが得られる。また、オイルセパレータを大型化することなく、油分離性能が向上するので、油分離エレメントを高流速時に対応させた過大な形状にする必要がない。尚、上記実施例は例示的なものであり、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載の範囲内に入るすべての変形例は本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００２４】
９  圧縮機本体、４４：油分離エレメント、４４Ａ  ハウジング、４５  ベースセパレータ、  ４８  油回収穴、５２  パイプ
【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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