(57)【要約】【課題】油分離性能を低下させることなく、小型・軽量化を図れる遠心分離式油分離器を得る。【解決手段】遠心分離式油分離器１００は、円筒部分１ａを有する容器本体１と、前記容器本体の円筒部分の上部で該円筒部分の内壁面の接線方向に接続された導入管２と、前記容器本体の上部に、該容器本体と同軸となるように挿入して接続された導出管３と、前記容器本体の下部に接続された排出管４とを備えている。また、この遠心分離式油分離器は、前記導入管の径をｄ、前記容器本体の円筒部分の径をＤとしたとき、      ０．４０≦ｄ／Ｄ≦０．４４となるように構成されている。【選択図】図１
2011202876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部分を有する容器本体と、
前記容器本体の円筒部分の上部で該円筒部分の内壁面の接線方向に接続された導入管と、
前記容器本体の上部に、該容器本体と同軸となるように挿入して接続された導出管と、
前記容器本体の下部に接続された排出管と
を備えた遠心分離式油分離器において、
前記導入管の径をｄ、前記容器本体の円筒部分の径をＤとしたとき、
０．４０≦ｄ／Ｄ≦０．４４
となるように構成したことを特徴とする遠心分離式油分離器。
【請求項２】
円筒部分と、該円筒部分の上部と下部に絞られて一体に形成されたテーパ部分とを有する容器本体と、
前記円筒部分の上部で該円筒部分の内壁面の接線方向に接続された導入管と、
前記容器本体の上部に、該容器本体と同軸となるように挿入して接続された導出管と、
前記容器本体の下部に接続された排出管と
を備えた遠心分離式油分離器において、
前記導入管の径をｄ、前記容器本体の円筒部分の径をＤとしたとき、
０．４０≦ｄ／Ｄ≦０．４４
となるように構成し、且つ
前記導出管の容器本体内下端位置と、前記容器本体下部の前記テーパ部上端位置とが高さ方向にほぼ同位置としたことを特徴とする遠心分離式油分離器。
【請求項３】
請求項１または２において、前記容器本体の高さをＨとしたとき、
Ｈ≧５Ｄ
となるように構成したことを特徴とする遠心分離式油分離器。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、  前記導入管の径をｄ、前記容器本体の円筒部分の径をＤとしたとき、
０．４１≦ｄ／Ｄ≦０．４３
となるように構成したことを特徴とする遠心分離式油分離器。
【請求項５】
請求項１〜３の何れかにおいて、  前記導入管の径をｄ、前記容器本体の円筒部分の径をＤとしたとき、
０．４２≦ｄ／Ｄ≦０．４３
となるように構成したことを特徴とする遠心分離式油分離器。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記導入管の先端の外周面が、前記容器本体の円筒部分の内壁面に対して接線方向に接するように配置されていることを特徴とする遠心分離式油分離器。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかにおいて、前記導入管の径ｄよりも前記導出管３の径を小さく構成していることを特徴とする遠心分離式油分離器。
【請求項８】
圧縮機、油分離器、室外熱交換器、室外膨張弁を備える空気調和装置の室外機において、
前記油分離器は圧縮機の吐出側に設けられ、吐出された冷媒ガスから冷凍機油を遠心分離して前記圧縮機の吸入側に戻す遠心分離式油分離器であって、この遠心分離式油分離器は、
円筒部分を有する容器本体と、
前記容器本体の円筒部分の上部で該円筒部分の内壁面の接線方向に接続され、前記圧縮機から吐出された冷媒ガスを前記容器本体内に流入させるための導入管と、
前記容器本体の上部に、該容器本体と同軸となるように挿入して接続され、前記容器本体で冷凍機油が分離された冷媒ガスを容器外へ流出させるための導出管と、
前記容器本体内で冷媒ガスから分離された冷凍機油を前記圧縮機へ戻すために前記容器本体の下部に接続された油戻し管とを備え、
前記導入管の径をｄ、前記容器本体の円筒部分の径をＤとしたとき、
０．４０≦ｄ／Ｄ≦０．４４
となるように構成したことを特徴とする空気調和装置の室外機。
【請求項９】
請求項８において、前記冷媒は、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、ＣＯ２などの高圧冷媒であることを特徴とする空気調和装置の室外機。
【請求項１０】
請求項８または９において、空気調和装置の室外機と室内機とを接続するガス側の冷媒配管の径をφとしたとき、前記導入管の径ｄが、
ｄ／φ＝０．７５〜１．０
となるように構成したことを特徴とする空気調和装置の室外機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス中に含まれる油を遠心分離する遠心式油分離器及び空気調和装置の室外機に関し、特に高圧冷媒を使用した空気調和装置や冷凍装置に搭載される遠心分離式油分離器として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
この種遠心分離式油分離器としては、特開２００４−１６９９８３号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この特許文献１のものでは、圧縮機から吐出されたガス冷媒中に含まれる冷凍機油を遠心分離式油分離器で遠心分離することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６９９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、店舗やオフィス用の空気調和装置においても一つの室外機に対して複数の室内機を接続するマルチ化が拡大し、それに伴い室外機と室内機間を接続するための冷媒配管（現地冷媒配管）の長さも長くなってきている。このため、圧縮機から冷媒ガスと共に流出した冷凍機油が冷媒配管や室内機の熱交換器内に滞留してしまい、圧縮機に戻り難くなるため、圧縮機内の冷凍機油量の確保が課題となっている。
【０００５】
この課題を解決するためには、特許文献１にも記載のように、圧縮機の吐出側、即ち室外機内に油分離器を設けることが知られているが、室外機の小型・軽量化を図ろうとすると油分離器を収めるスペースを確保できず、室外機の小型・軽量化を図ることは難しいという課題もあった。
【０００６】
本発明の目的は、油分離性能を低下させることなく、小型・軽量化を図れる遠心分離式油分離器を得ることにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、小型・軽量化を図ることのできる遠心分離式油分離器を備えた室外機を得ることにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、油分離性能を向上させることができ、しかも小型・軽量化も図れる遠心分離式油分離器を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、円筒部分を有する容器本体と、前記容器本体の円筒部分の上部で該円筒部分の内壁面の接線方向に接続された導入管と、前記容器本体の上部に、該容器本体と同軸となるように挿入して接続された導出管と、前記容器本体の下部に接続された排出管とを備えた遠心分離式油分離器において、前記導入管の径をｄ、前記容器本体の円筒部分の径をＤとしたとき、
０．４０≦ｄ／Ｄ≦０．４４
となるように構成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の特徴は、円筒部分と、該円筒部分の上部と下部に絞られて一体に形成されたテーパ部分とを有する容器本体と、前記円筒部分の上部で該円筒部分の内壁面の接線方向に接続された導入管と、前記容器本体の上部に、該容器本体と同軸となるように挿入して接続された導出管と、前記容器本体の下部に接続された排出管とを備えた遠心分離式油分離器において、前記導入管の径をｄ、前記容器本体の円筒部分の径をＤとしたとき、
０．４０≦ｄ／Ｄ≦０．４４
となるように構成し、且つ前記導出管の容器本体内下端位置と、前記容器本体下部の前記テーパ部上端位置とが高さ方向にほぼ同位置としたことにある。
【００１１】
本発明の更に他の特徴は、圧縮機、油分離器、室外熱交換器、室外膨張弁を備える空気調和装置の室外機において、前記油分離器は圧縮機の吐出側に設けられ、吐出された冷媒ガスから冷凍機油を遠心分離して前記圧縮機の吸入側に戻す遠心分離式油分離器であって、この遠心分離式油分離器は、円筒部分を有する容器本体と、前記容器本体の円筒部分の上部で該円筒部分の内壁面の接線方向に接続され、前記圧縮機から吐出された冷媒ガスを前記容器本体内に流入させるための導入管と、前記容器本体の上部に、該容器本体と同軸となるように挿入して接続され、前記容器本体で冷凍機油が分離された冷媒ガスを容器外へ流出させるための導出管と、前記容器本体内で冷媒ガスから分離された冷凍機油を前記圧縮機へ戻すために前記容器本体の下部に接続された油戻し管とを備え、前記導入管の径をｄ、前記容器本体の円筒部分の径をＤとしたとき、
０．４０≦ｄ／Ｄ≦０．４４
となるように構成したことにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、油分離性能を低下させることなく、或いは油分離性能を向上させつつ、小型・軽量化を図ることができる遠心分離式油分離器を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の空気調和装置の室外機によれば、室外機の小型・軽量化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の遠心分離式油分離器の実施例１を示す縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】空気調和装置の全体構成を示す図。
【図４】導入管の径ｄと容器本体の径Ｄとの比（ｄ／Ｄ）と油分離効率の関係を示す線図。
【図５】実施例１に示す遠心分離式油分離器の他の例を示す図で、図１のＡ−Ａ断面に相当する図。
【図６】空気調和装置の一例を示す冷凍サイクル構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。  
【実施例１】
【００１６】
図３は、空気調和装置の全体構成を示す図で、図において、５は室外機、６は室内機で、これら室外機５と室内機６とは現地冷媒配管７，８で接続されている。７はガス側の冷媒配管、８は液側の冷媒配管で、ガス側冷媒配管の径φは液側冷媒配管径より大きく構成されている。
【００１７】
図６は一般的な空気調和装置の冷凍サイクル構成図で、図において、５は室外機、６は室内機である。  
室外機５は、圧縮機１０、油分離器１００、四方弁１１、室外熱交換器１２、室外膨張弁１３、液タンク１４、液阻止弁１５、ガス阻止弁１６、気液分離器１７などが冷媒配管１８で接続されている。なお、１９は室外ファン、２０，２１は温度検出器、２２，２３は圧力検出器である。前記油分離器１００の下部と前記気液分離器１７の上流側は油戻し管４で接続され、この油戻し管４には絞り機構２４が設けられている。
【００１８】
前記室内機６は室内熱交換器２５、室内膨張弁２６、室内ファン２７、温度検出器２８などにより構成されている。  
前記室外機５と室内機６とは現地冷媒配管であるガス側冷媒配管７と液側冷媒配管８で接続されている。
【００１９】
圧縮機１０で圧縮された冷媒は、油分離器１００に流入して、冷媒ガス中に含まれている冷凍機油が分離され、冷媒ガスは前記四方弁１１に流れて、冷房時であれば室外熱交換器１２側に流れ、暖房時であれば前記室内機６の室内熱交換器２５側に流れる。前記油分離器１００で分離された冷凍機油は、油戻し管４及び絞り機構２４を介して、圧縮機１０の吸入側である気液分離器１７の上流側に戻され、再び前記圧縮機１０内に流れる構成となっている。
【００２０】
前記油分離器で分離できなかった冷凍機油は冷媒と共に冷凍サイクル内を循環するが、室外熱交換器１２や室内熱交換器２５の内面に付着すると、冷媒の熱交換を阻害する要因となるため、油が冷凍サイクルに循環する量をできるだけ減らすことを目的に前記油分離器１００が設置されている。この例では分離した冷凍機油を気液分離器１７の上流に戻すようにしたが、圧縮機１０と気液分離器１７との間などに戻すようにしても良い。
【００２１】
図６に示す油分離器１００は遠心分離式油分離器が使用されており、その遠心分離式油分離器の本発明における具体的実施例を図１、図２に及び図４により説明する。  
図１は本発明の実施例１を示す遠心分離式油分離器の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【００２２】
図１、図２において、１は円筒部分１ａを有する容器本体で、円筒形状のものをその上端側と下端側をテーパ形状に絞り加工して、上部テーパ部１ｂと下部テーパ部１ｃを形成している。２は、前記円筒部分の上部で該円筒部分の内壁面の接線方向に接続された導入管である。即ち、前記導入管２は容器本体１の円筒部部（テーパ形状となっていない部分）を内壁面の接線方向に貫通して挿入されている。３は、前記容器本体１の上部に、該容器本体と同軸になるように挿入して接続されている導出管である。即ち、この導出管３は容器本体１の上部テーパ部１ｂの中央を貫通して容器内部に深く挿入されると共に、この導出管３と容器本体１の中心線は同軸上になるように配置されている。４は前記容器本体１の下部に接続された排出管（油戻し管）で、この排出管４は前記下部テーパ部１ｃの中央に固定され、この排出管４と容器本体１の中心線は同軸上に配置されている。
【００２３】
圧縮機から吐出された冷媒ガスと冷凍機油の気液二相流は、前記導入管２から容器本体１内に流入する。容器本体１内に流入した気液二相流は容器本体内面に沿って螺旋状に旋回しながら下降する。この旋回による遠心力により冷凍機油は容器本体１の内面に付着し、冷媒ガスから分離される。冷凍機油が分離された冷媒ガスは導出管３から冷凍サイクルに導出される。容器本体１の内面に付着した冷凍機油は重力により容器内面に沿って下降し、排出管（油戻し管）４から排出されて圧縮機の吸入側に戻される。
【００２４】
本実施例では、遠心分離式油分離器の構成を次のようにしている。即ち、容器本体１の円筒部分１ａの径をＤ、容器本体の上部テーパ部１ｂの端部から下部テーパ部１ｃの端部までの高さ寸法をＨとしたとき、前記高さ寸法Ｈは円筒部分１ａの径Ｄの５倍以上、即ち、
Ｈ≧５Ｄ
としている。また、前記導出管３の下端は、前記容器本体１の下部テーパ部の上部付近まで挿入することで、前記高さ寸法Ｈを最小限にすることができる。即ち、導入管２の位置から導出管３の下端位置までの寸法は長いほど、油を含んだ冷媒ガスが旋回して流れる距離が長くなるので、より多くの油を分離することができ、油分離性能を向上できるためである。
【００２５】
本実施例で特に重要な特徴は、導入管２の径ｄと容器本体の円筒部１ａの径Ｄとの関係である。図４は、導入管の径ｄと容器本体の径Ｄとの比（ｄ／Ｄ）と油分離効率の関係を示す線図である。なお、この図４に示す実験データは、容器本体１の高さ寸法Ｈを容器本体の径Ｄの５倍または５倍以上のものを使用して実験したものである。また、ここで油分離効率とは、油分離器に流入する単位時間当りの冷凍機油の流入量に対する排出管（油戻し管）４から単位時間当りに排出される冷凍機油の流量の割合である。
【００２６】
従来の遠心分離式油分離器では前記比（ｄ／Ｄ）は大きいものでも０．３７５（３７．５％）で、通常はそれ以下である。しかし、前記比（ｄ／Ｄ）を種々変えて実験したところ、図４に示すように、４０．５％付近から急激に油分離効率が向上し、４２．８％付近をピークに、４４％以上になると急激に油分離効率が低下することがわかった。従来は容器本体の径Ｄが大きいほど、また容器本体の高さ寸法Ｈも大きいほど分離効率が向上すると考えられていたが、前記実験の結果、容器本体の径Ｄについては大きくすれば良いというものではなく、図４に示すように、導入管の径ｄとの関係で油分離効率を向上できる範囲があることが判明した。図４に示す結果になった理由を検討すると、容器本体の径Ｄを小さくするほど旋回半径が小さくなるため、導入管から流入する冷媒ガスの流速が同一であれば、遠心力が上昇して遠心分離作用が上昇するためと考えられる。しかし、容器本体の径Ｄを小さくし過ぎると、導入管２と導出管３とが重なる面積が大きくなると共に、導出管２の出口部と導出管３の側面とが接近し過ぎるため、衝突による乱流が発生して油分離効率が急激に低下していくことが理由と考えられる。また、前記衝突による乱流と共に騒音も大きくなるため、前記比（ｄ／Ｄ）は０．４４以下、好ましくは０．４３以下とするのが良い。
【００２７】
図４の結果から、導入管の径ｄと容器本体の径Ｄとの比（ｄ／Ｄ）は、
０．４０≦ｄ／Ｄ≦０．４４
となるように構成することで、遠心分離式油分離器に導入される冷媒ガス流量が同一（即ち、前記導入管の径ｄが同じ）であれば、従来よりも容器本体の径Ｄを大幅に小さくすることが可能となり、油分離性能を低下させることなく、或いは油分離性能を向上させつつ、遠心分離式油分離器の小型・軽量化を達成できる効果が得られる。
【００２８】
前記導入管の径ｄと容器本体の径Ｄとの比（ｄ／Ｄ）のより好ましい範囲は、図４から、
０．４１≦ｄ／Ｄ≦０．４３
であり、更に好ましい範囲は、
０．４２≦ｄ／Ｄ≦０．４３
となる。
【００２９】
容器本体１の高さ寸法Ｈも大きいほど分離効率が向上すると考えられているが、導出管３の下端部よりも容器本体１の円筒部分１ａの下端を下方に延長しても分離効率はほとんど向上しないことがわかった。これは、導出管３の下端よりも前記円筒部分１ｃを下方に延長しても、旋回流による遠心分離作用が有効なのは導出管３の下端部までで、これ以上に円筒部分１ｃを長くしても、旋回してきた冷媒ガスは導出管３の下端位置から導出管に流入してしまうためと考えられる。従って、油分離器の小型化のためには、前記導出管３の容器本体１内下端位置と、前記容器本体下部の前記テーパ部１ｃ上端位置とを高さ方向にほぼ同位置にすることが好ましい。
【００３０】
本実施例によれば、前述したように、容器本体の径Ｄを従来のものより小さくしているので、容器本体の高さＨはその５倍以上とすれば良いから、容器本体の径Ｄを小さくできる分、容器本体の高さＨも小さくすることができる。また、仮に、容器本体の高さＨを容器本体の径Ｄの５倍としても、導出管３の下端位置と、容器本体の下部テーパ部１ｃ上端位置とを高さ方向にほぼ同位置とすることで油分離性能の低下を防止できる。
【００３１】
前記導入管２の径ｄは、圧縮機１０から導入管２までの冷媒配管の径よりも１〜２割程度大きく形成するのが通常である。従って、導入管２の径ｄを１〜２割程度小さくしても流体損失は増加しない。導入管２の径ｄを小さくするほど流速は上昇するので、遠心分離作用を向上できる。従って、導入管２の径ｄを、圧縮機１０から導入管２までの冷媒配管の径に対して１〜１．１倍程度に構成すると、油分離効率を更に向上できると共に容器本体の径Ｄ及び高さＨも更に小さくできる効果がある。
【００３２】
なお、本実施例では、導出管３の径を、圧縮機１０から導入管２までの冷媒配管の径と同等にし、前記導入管２の径ｄよりも小さく構成している。これにより、油分離器内で分離された油が導出管３から排出される冷媒ガスに再混入し難くなるため、分離効率向上に効果がある。また、導出管の径を圧縮機から導入管までの冷媒配管の径と同等にしているから圧力損失も増加しない。
【００３３】
本実施例では、図１に示す冷凍サイクルの冷媒として、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、ＣＯ２などの高圧冷媒を使用している。また、前記導入管２の径ｄは、空気調和装置の室外機と室内機とを接続するガス側の冷媒配管の径φ（図３参照）に対して、
ｄ／φ＝０．７５〜１．０
となる範囲で導入管の径ｄを決めることにより、冷凍サイクル全体の圧力損失が増加するのを抑制し、且つ油分離性能を維持或いは向上しつつ、遠心分離式油分離器の小型・軽量化を達成することができる。
【００３４】
図５は図４に示す線図で最高の油分離効率が得られた（ｄ／Ｄ）が０．４２８（４２．８％）の場合の遠心分離式油分離器の水平断面図（図１のＡ−Ａ断面に相当する図）である。この例では、容器内面に沿ってテーパ状に形成された導入管２の先端部分の外周面２ａが、前記容器本体１の円筒部分の内壁面に対して接線方向に接するように配置されている。また、前記導入管２の容器本体１中心側の外周面２ｂは容器本体１の中心線ｃに近接するが、該中心線ｃは超えない位置となっている。これにより、導入管２から流出した冷媒ガスの一部は導出管３に衝突するもののほとんど乱流になることなく容器本体１の内壁面に沿った旋回流となる。容器本体１の径Ｄは従来に比べ小さくなっている分遠心力は増大し、油分離効率を向上できる。
【００３５】
以上述べたように、本実施例によれば、油分離効率は従来と同等以上で、小型・軽量化を可能とする遠心分離式油分離器を得ることができる。また、遠心分離式油分離器の小型化により材料費を低減でき、安価に製作することもできる。更に、この遠心分離式油分離器を空気調和装置の室外機に適用することで、室外機の小型化及び原価低減を図ることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１：容器本体（１ａ：円筒部分、１ｂ：上部テーパ部、１ｃ：下部テーパ部、２：導入管）
２  導入管（２ａ：導入管の先端部分の外周面、２ｂ：導入管の容器本体中心側の外周面）
３  導出管
４  排出管（油戻し管）
５  室外機
６  室内機
７  ガス側冷媒配管（現地冷媒配管）
８  液側冷媒配管（現地冷媒配管）
１０  圧縮機
１１  四方弁
１２  室外熱交換器
１３  室外膨張弁
１７  気液分離器
２４  絞り機構
２５  室内熱交換器
２６  室内膨張弁
１００  油分離器。
【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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