(57)【要約】【課題】内部での圧力損失を増加させることなく、油分離効率を向上させることができるサイクロン方式の油分離器を得ること。【解決手段】筒型のシェル１１と、シェルの上部を閉鎖する上部鏡板１２と、シェルの下部を閉鎖する下部鏡板１３と、シェルの内部中央に位置して上端が上部鏡板に取り付けられた旋回中心管１４と、シェルの上部に水平もしくは流れ方向に下がり勾配に取り付けられ、シェル内部と連通する流体入口管１５と、上部鏡板に突出するよう取り付けられ、シェル内部と連通する流体出口管１６と、下部鏡板に下方に突出するよう取り付けられ、シェル内部と連通する油出口管１７とを備え、直流高電圧の印加によりコロナ放電を生じさせる電気式油滴捕集装置の放電極３１を旋回中心管の内部に絶縁状態に設け、電気式油滴捕集装置の捕集極３２を旋回中心管としたものである。  【選択図】図１
2011005440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒型のシェルと、該シェルの上部を閉鎖する上部鏡板と、前記シェルの下部を閉鎖する下部鏡板と、前記シェルの内部中央に位置して上端が上部鏡板に取り付けられた旋回中心管と、前記シェルの上部に水平もしくは流れる方向に下がり勾配に取り付けられ、シェル内部と連通する流体入口管と、前記上部鏡板に突出するよう取り付けられ、シェル内部と連通する流体出口管と、前記下部鏡板に下方に突出するよう取り付けられ、シェル内部と連通する油出口管とを備えた油分離器において、
直流高電圧の印加によりコロナ放電を生じさせる電気式油滴捕集装置の放電極を前記旋回中心管、前記流体入口管又は前記流体出口管のいずれかの内部に絶縁状態に設け、前記電気式油滴捕集装置の捕集極を前記旋回中心管、前記流体入口管、前記流体出口管又は前記シェルのいずれかとしたことを特徴とする油分離器。
【請求項２】
前記放電極は棒状であることを特徴とする請求項１記載の油分離器。
【請求項３】
筒型のシェルと、該シェルの上部を閉鎖する上部鏡板と、前記シェルの下部を閉鎖する下部鏡板と、前記シェルの内部中央に位置し、かつ上端が上部鏡板の近傍に位置する旋回中心管と、前記シェルの上部に水平もしくは流れる方向に下がり勾配に取り付けられ、シェル内部と連通する流体入口管と、前記上部鏡板に突出するよう取り付けられ、シェル内部と連通する流体出口管と、前記下部鏡板に下方に突出するよう取り付けられ、シェル内部と連通する油出口管とを備えた油分離器において、
前記シェルに前記旋回中心管の上端が絶縁部材を介して取り付けられ、直流高電圧の印加によりコロナ放電を生じさせる電気式油滴捕集装置の放電極を前記旋回中心管とし、前記電気式油滴捕集装置の捕集極を前記シェルとしたことを特徴とする油分離器。
【請求項４】
前記流体入口管を前記シェルの内壁と接するように接続し、前記流体入口管を前記シェル入口の近傍で、前記シェル内を旋回する流体と同じ方向に曲げたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の油分離器。
【請求項５】
前記放電極に一又は二以上の針状の突起を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の油分離器。
【請求項６】
圧縮機と一体となっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の油分離器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の油分離器を備えたことを特徴とする圧縮式冷凍装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の油分離器を備えたことを特徴とする空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサイクロン方式を用いた油分離器並びに圧縮式冷凍装置及び空気圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷媒用スクリュー圧縮機や空気用油冷式スクリュー圧縮機では、潤滑及び隙間シール等を目的に軸受、スクリューロータ等に油を注入している。
注入された油は圧縮された流体とともにスクリューロータより高圧部に吐き出される。その高圧部において、流体と油を分離するために油分離器を設けるのが一般的である。
近年、油分離器に遠心力によって、流体と油を分離するサイクロン方式を用いることが多くなってきた。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８３２７２号公報（第１頁、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のサイクロン方式の油分離器では、直径が大きな油滴は、遠心力により分離されやすいが、直径が小さな油滴は、質量が小さく遠心力のみでは分離され難く、サイクロン油分離器より流出しやすい。このため油分離効率を向上させるためには、直径の小さな油滴を分離することが必要であるが、直径が小さな油滴を分離するためにはより大きな遠心力が必要である。
しかし、遠心力を大きくするために流速を速くすると、壁面との摩擦が増加して油分離器内の圧力損失が増加する。油分離器内の圧力損失が増加すると、圧縮機の所要動力が増えるという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、内部での圧力損失を増加させることなく、油分離効率を向上させることができるサイクロン方式の油分離器並びに圧縮式冷凍装置及び空気圧縮機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る油分離器は、筒型のシェルと、該シェルの上部を閉鎖する上部鏡板と、前記シェルの下部を閉鎖する下部鏡板と、前記シェルの内部中央に位置して上端が上部鏡板に取り付けられた旋回中心管と、前記シェルの上部に水平もしくは流れ方向に下がり勾配に取り付けられ、シェル内部と連通する流体入口管と、前記上部鏡板に突出するよう取り付けられ、シェル内部と連通する流体出口管と、前記下部鏡板に下方に突出するよう取り付けられ、シェル内部と連通する油出口管とを備えた油分離器において、直流高電圧の印加によりコロナ放電を生じさせる電気式油滴捕集装置の放電極を前記旋回中心管、前記流体入口管又は前記流体出口管のいずれかの内部に絶縁状態に設け、前記電気式油滴捕集装置の捕集極を前記旋回中心管、前記流体入口管、前記流体出口管又は前記シェルのいずれかとしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る油分離器においては、直流高電圧の印加によりコロナ放電を生じさせる電気式油滴捕集装置の放電極を前記旋回中心管、前記流体入口管又は前記流体出口管のいずれかの内部に絶縁状態に設け、前記電気式油滴捕集装置の捕集極を前記旋回中心管、前記流体入口管、前記流体出口管又は前記シェルのいずれかとしたので、放電極の周囲にある流体から直径の小さな油滴を捕集極である旋回中心管、流体入口管、流体出口管又はシェルのいずれかで圧力損失の増加を伴うことなく効率的に捕集できるため、遠心力のみによって流体から油を分離する場合より、油分離効率が大幅に向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１の油分離器を示す構成図。
【図２】同油分離器の流体出口管への放電極の取り付け状態を示す構成図。
【図３】同油分離器が設けられた圧縮式冷凍装置の冷凍サイクルの系統図。
【図４】同油分離器が設けられた空気圧縮装置への接続状態を示す説明図。
【図５】同油分離器と一体となった圧縮機を示す構成図。
【図６】本発明の実施の形態２の油分離器を上から見た状態を示す構成図。
【図７】同油分離器の流体入口管への放電極の取り付け状態を示す構成図。
【図８】同油分離器の流体入口管内の状態を示す断面図。
【図９】本発明の実施の形態３の油分離器を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の油分離器を示す構成図、図２は同油分離器の流体出口管への放電極の取り付け状態を示す構成図である。
この実施の形態１のサイクロン方式を用いた油分離器１０は、鉄製の円筒状のシェル１１と、シェル１１の上部を閉鎖するように取り付けられた上部鏡板１２と、シェル１１の下部を閉鎖するように取り付けられた下部鏡板１３と、シェル１１の内部中央に位置して上端が上部鏡板１２に溶接により取り付けられるか、もしくは上部鏡板と一体成型された旋回中心管１４と、シェル１１の上部に水平もしくは流れ方向に下がり勾配に取り付けられ、シェル内部と連通する流体入口管１５と、上部鏡板１２に上方に突出するよう取り付けられ、シェル内部と連通する流体出口管１６と、下部鏡板１３に下方に突出するよう取り付けられ、シェル内部と連通する油出口管１７とから構成されている。流体出口管１６の側部には水平出口管部１６ａが取り付けられている。なお、油分離器１０の下部を油溜めとして使用している。
電気式油滴捕集装置は、直流の高圧電源３０と、高圧電源３０の一方が接続されたマイナスの放電極３１と、高圧電源３０の他方が接続されたプラスの捕集極３２からなる。
本実施の形態１においては、放電極３１は旋回中心管１４の中心に位置するよう設置され、捕集極３２が旋回中心管１４として構成されている。
【００１０】
次に、本実施の形態１の油分離器の流体の動きを説明する。
流体入口管１５よりサイクロン方式の油分離器１０内に流入した冷媒である流体は、シェル１１の内壁と旋回中心管１４の外壁の間の空間を旋回しながら下降する。流体中に含まれる油滴に遠心力が作用して、徐々にシェル１１の内壁に接近し、シェル１１の内壁に到達するとシェル１１の内壁に付着し、流体から分離される。
このとき、直径の大きな油滴は遠心力が大きくシェル１１の内壁に付着しやすく、直径の小さな油滴は遠心力が小さく、シェル１１の内壁に付着しにくいので、流体に含まれる油滴は直径の小さなものの割合が多くなっている。
また、シェル１１の内壁に付着した油滴は、重力により滴下して、油分離器１０の下部に集められる。
【００１１】
また、旋回中心管１４の下端まで至った流体は、旋回中心管１４の内部に流入し、流体出口管１６に向けて上昇する。旋回中心管１４内に設けられた放電極３１に高圧電源３０により直流高電圧を印加すると、コロナ放電が生じる。
コロナ放電により発生した負イオンと自由電子は捕集極３２に向かって流れる。そのとき、流体中の油滴に負イオンが付着し、油滴は捕集極３２に向かって移動し、捕集極３２に捕集される。
捕集極３２である旋回中心管１４の内壁に捕集された油滴は、重力により滴下して、油分離器１０の下部に集められる。集められた油は油出口管１７より流出し、圧縮機等に供給される。
本実施の形態１の電気式油滴捕集装置は、放電極３１を旋回中心管１４の中心に設置させ、捕集極３２を旋回中心管１４として構成されており、コロナ放電によって旋回中心管１４の内部を上昇する流体から直径の小さな油滴を捕集極３２である旋回中心管１４で効率的に捕集できる。この結果、遠心力のみによって流体から油を分離する場合より、油分離効率が大幅に向上するという効果を奏する。
また、旋回中心管１４の内径を極力大きくして、旋回中心管１４内部を通過する流体の速度を減じることにより、電気式油滴捕集装置の捕集効率を向上させるのが望ましい。
【００１２】
図２は放電極３１の取り付け構造の一例を示す断面図である。
まず、流体出口管１６の上端外周に、鉄製の配管側フランジ７０を溶接により取り付ける。
次に、鉄製の放電極側フランジ７１のブッシュ挿入穴７１ａにその両側から２つの断面Ｔ字状の絶縁ブッシュ７２をそれぞれ嵌め付ける。これら２つの絶縁ブッシュ７２の間にはＯリング７３が介在させられている。
しかる後に、配管側フランジ７０に、ブッシュ挿入穴７１ａに２つの絶縁ブッシュ７２を嵌め付けた鉄製の放電極側フランジ７１を溶接により接合する。
最後に、ナット７４を螺合した棒状の放電極３１を放電極側フランジ７１のブッシュ挿入穴７１ａに嵌め付けた２つの絶縁ブッシュ７２に圧入し、放電極３１の先端が流体出口管１６を貫通して旋回中心管１４の中央に至るまで放電極３１を挿通させることにより、放電極３１が旋回中心管１４の中心に位置するよう設置される。
この放電極３１は棒状のため、流体の圧力損失は殆ど増加しないという利点も有する。
また、配管側フランジ７０と放電極側フランジ７１との結合は、ボルト締めとしてもよい。
【００１３】
図２に示すように、放電極３１は絶縁ブッシュ７２を介して流体出口管１６に固定されている。
このような放電極３１の取り付け構造では、放電極３１と、流体出口管１６に電気的にも接続されている捕集極３２である旋回中心管１４とは絶縁ブッシュ７２によって絶縁されているため、一般的には金属製である空気圧縮機や冷凍装置のサイクロン油分離器に本構造により放電極３１を取り付けた場合は、絶縁処理及び旋回中心管１４への配線が不要となるという長所を有する。
【００１４】
本実施の形態１の油分離器１０は、図３に示す圧縮式冷凍装置や図４に示す空気圧縮機に用いられている。
図３の圧縮式冷凍装置は、冷媒が冷媒圧縮機５０、凝縮器５１、膨張弁５２及び蒸発器５３の順に流れるように回路が構成されており、冷媒圧縮機５０と凝縮器５１との間に油分離器１０が設けられている。
また、図４の空気圧縮機６０は、その上流側にフィルタ６１が接続され、その下流側に油分離器１０を介して空気冷却器６２が接続されている。
さらに、図５はサイクロン式油分離器と一体となった圧縮機４０を示し、その圧縮機４０は本実施の形態１の油分離器１０と圧縮機構４１とが一体に形成されてなるものである。
【００１５】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２の油分離器を上から見た状態を示す構成図、図７は同油分離器の流体入口管への放電極の取り付け状態を示す構成図である。
本実施の形態２の油分離器１０は、図６に示すように、流体入口管１５の内部中心に位置するように放電極３１を設け、シェル１１を捕集極３２として電気式油滴捕集装置を構成したものである。
また、本実施の形態２では、図６に示すように、シェル１１が捕集極３２となっている例を示しているが、捕集極３２はシェル１１の他、流体入口管１５又は旋回中心管１４の少なくとも一つであってもよい。
なお、本実施の形態２の流体入口管１５に対する放電極３１の取り付け構造は、実施の形態１の流体出口管１６に対する放電極３１の取り付け構造と同じであるので、実施の形態１と同一符号を付して構成の説明を省略する。
【００１６】
本実施の形態２では、流体入口管１５の中心に設置された放電極３１と、シェル１１、流体入口管１５又は旋回中心管１４のいずれか一つを捕集極３２として構成した電気式油滴捕集装置は、コロナ放電によって流体入口管１５の内部を流れる流体内の直径の小さな油滴が荷電され、流体入口管１５の内壁、シェル１１の内壁又は旋回中心管１４の外壁に捕集され流体より分離される。捕集された油滴はサイクロン油分離器１０下部の油溜に集められる。
本実施の形態２のように、流体入口管１５の内部に放電極３１を設け、かつ流体入口管１５を捕集極３２とした場合、多くの油滴が流体入口管１５の壁面に捕集されるので、その凝集した油滴あるいは油膜がサイクロン式の油分離器１０、即ちシェル１１に流入した際には、直径の大きな油滴の発生割合が大きくなり、遠心分離による分離効率が向上するという効果を奏する。
【００１７】
実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３の油分離器を示す構成図である。
本実施の形態３は、シェル１１の内部中央に位置し、かつシェル１１に絶縁部材（図示省略）を介して旋回中心管１４の上端を取り付け、旋回中心管１４を放電極３１とし、シェル１１を捕集極３２として電気式油滴捕集装置を構成したものである。
流体は旋回しながら旋回中心管１４の下端に到達するので、比較的長い時間電気式油滴捕集装置内を通過することと、旋回中心管１４の外壁とシェル１１の内壁の距離は比較的狭いため、電気式油滴捕集装置の捕集効率が高くなるという特性がある。
【００１８】
上記実施の形態１〜３において、流体入口管１５をシェル１１の内壁と接するように接続し、流体入口管１５をシェル１１の入口の近傍で、シェル１１内を旋回する流体と同じ方向に曲げた曲管部を有するように形成し、流体入口管１５の遠心力作用側の内壁に厚い油膜が形成されるようにしてもよい。
流体入口管１５の曲管部を流体が通過する際に遠心力により遠心力作用側の内壁に油が集積されることで、流体入口管１５からシェル１１内に流入する際に、集積された油膜はシェル１１の内壁に沿って流れ、シェル１１と旋回中心管１４の間の空間に飛散する油滴の発生量を抑制する効果を奏する。
曲管部を有する流体入口管１５の前記効果によって、直径の小さな油滴の発生が抑えられるとともに、電気式油滴捕集装置による油滴の捕集によって、油分離器１０の油分離効率が向上する。
なお、図７は上記実施の形態２において、上記の曲管部を有する流体入口管１５を適用した例を示したものである。電気式油滴捕集装置により流体入口管１５内の油滴を流体入口管１５の内壁に捕集することに加えて、曲管部の遠心力作用により、図８に示すように、流体入口管１５の遠心力作用側の内壁に厚い油膜を形成させ、流体に含まれる大部分の油をシェル１１内壁に沿って流入させシェル１１の内壁へ付着させることで、油滴の発生を抑制し油分離効率を向上させることができる。
【００１９】
上記実施の形態１〜３において、放電極３１に針状の突起を設けて放電効率を向上させても良い。また針状の突起を複数設けても良い。
【符号の説明】
【００２０】
１０  油分離器、１１  シェル、１２  上部鏡板、１３  下部鏡板、１４  旋回中心管、１５  流体入口管、１６  流体出口管、１７  油出口管、３０  高圧電源、３１  放電極、３２  捕集極、４０  圧縮機、４１  圧縮機構、５０  冷媒圧縮機、５１  凝縮器、５２  膨張弁、５３  蒸発器、６０  空気圧縮機、６１  フィルタ、６２  空気冷却器、７０  配管側フランジ、７１  放電極側フランジ、７１ａ  ブッシュ挿入穴、７２  絶縁ブッシュ、７３  Ｏリング、７４  ナット。
【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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