(57)【要約】【課題】冷媒と不溶性潤滑油を扱うスクリュー圧縮機において、高い油分離性能を維持しつつ小型化を図ることができる油分離器を提供すること。【解決手段】本発明に係る油分離器３は、横置きされた密閉容器状の外筒シェル２１と、該外筒シェル２１の長手方向一端から当該外筒シェル２１内に同心状に差し込まれた有底円筒状の内筒シェル２２を備え、外筒シェル２１の長手方向一端に、ガス入口２４を外筒シェル２１と内筒シェル２２との間の環状空間Ｓに対して接線方向に開口させるとともに、内筒シェル２２の外筒シェル２１から突出する部位の長手方向一端にガス出口３０を開口させ、外筒シェル２１の底部に油出口２５を開口させるとともに、内筒シェル２２の外筒シェル２１から突出する部位の底部に返油口３１を開口させ、内筒シェル２２の内部にデミスタ２８とコアレッサ２９を混合流体の流れ方向に沿って順次収容配置して構成される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプのスクリュー圧縮機から吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油を分離するためのものであって、
横置きされた密閉容器状の外筒シェルと、該外筒シェルの長手方向一端から当該外筒シェル内に差し込まれた有底円筒状の内筒シェルを備え、
前記外筒シェルの長手方向一端に、ガス入口を前記外筒シェルと前記内筒シェルとの間の環状空間に対して接線方向に開口させるとともに、前記内筒シェルの前記外筒シェルから突出する部位の長手方向一端にガス出口を開口させ、
前記外筒シェルの底部に油出口を開口させるとともに、前記内筒シェルの前記外筒シェルから突出する部位の底部に返油口を開口させ、
前記内筒シェルの内部にコアレッサを収容配置して構成されることを特徴とする油分離器。
【請求項２】
前記外筒シェルの内周と前記内筒シェルの外周にリング状の複数の内輪と外輪をそれぞれ軸方向に間隔を設けて配置したことを特徴とする請求項１に記載の油分離器。
【請求項３】
前記内筒シェルの内部の前記混合流体の流れ方向において前記コアレッサの上流側にデミスタを収容配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の油分離器。
【請求項４】
前記外筒シェル内の前記ガス入口近傍の底部に波止め板を配置するとともに、前記油出口を前記外筒シェルの前記ガス入口より離れた長手方向他端側に開口させたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の油分離器。
【請求項５】
前記ガス出口を、前記混合流体の流れ方向において前記コアレッサの下流側端面よりも下流側に開口させたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の油分離器。
【請求項６】
前記油出口をオイルクーラを介して前記スクリュー圧縮機内部の軸受部等に接続し、前記返油口を前記スクリュー圧縮機の吸入側に直接接続したことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の油分離器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプのスクリュー圧縮機から吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油を分離するための油分離器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプにおいては、スクリュー圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮器、膨張弁及び蒸発器を経て状態変化させつつ閉回路を循環させることによって所要の暖房又は冷房（冷凍）作業を行う。斯かるヒートポンプにおいて、冷媒としてアンモニア（ＮＨ３）を使用する場合には、スクリュー圧縮機に供給される潤滑油には不溶性油が一般的に使用されるが、この不溶性油が凝縮器や蒸発器等の熱交換器に流入すると、この不溶性油が伝熱面に付着して伝熱性能を下げ、熱交換器における熱交換効率の低下を招くという問題が発生する。
【０００３】
そこで、スクリュー圧縮機から吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油を分離するための油分離器が一般的には冷媒循環回路のスクリュー圧縮機と凝縮器との間に設けられている。特に、潤滑剤として不溶性油を使用する場合には、高性能の油分離器が必要となる。
【０００４】
ところで、油分離器として、特許文献１には、重力沈降方式とデミスタ方式を併用したものが提案され、特許文献２には、油分離手段としてデミスタとコアレッサ及びディスチャージディフレクタを採用したものが提案されている。又、特許文献３には、油分離手段として遠心分離手段を用いた油分離器が提案されている。
【０００５】
ここで、従来の油分離器の一例として、重力沈降方式とコアレッサを用いたものを図７に示す。
【０００６】
即ち、図７は従来の油分離器の一例を示す側断面図であり、図示の油分離器１０１は、横置きされた円筒容器状のシェル１０２を備えており、このシェル１０２の内部は、隔壁１０３によって第１分室Ｓ１と第２分室Ｓ２とに区画されている。
【０００７】
上記シェル１０２の第１分室Ｓ１には、底部から垂直に立設された縦壁１０４が設けられており、該第１分室Ｓ１の上部にはガス入口１０５が開口し、同第１分室Ｓ１の底部には油出口１０６が開口している。尚、ガス入口１０５は、冷媒配管１０７を介して不図示のスクリュー圧縮機の吐出側に接続されており、油出口１０６は、油配管１０８を経てスクリュー圧縮機の内部に接続されている。
【０００８】
又、シェル１０２の第２分室Ｓ２には、コアレッサ１０９が水平状態で収容されており、その長手方向一端（図７の左端）が前記隔壁１０３に取り付けられている。このコアレッサ１０９は、マイクログラスファイバを含んで円筒状に成形された部材であって、その内部は、隔壁１０３に形成された円孔状の連通孔１０３ａを介して第１分室Ｓ１に連通している。
【０００９】
そして、シェル１０２の第２分室Ｓ２の上部にはガス出口１１０が開口し、同第２分室Ｓ２の底部には返油口１１１が開口している。尚、ガス出口１１０は、冷媒配管１１２を介して不図示の凝縮器に接続されており、返油口１１１は、油配管１１３を経てスクリュー圧縮機の吸入側に接続されている。
【００１０】
以上のように構成された油分離器１０１において、不図示のスクリュー圧縮機から冷媒配管１０７へと吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体がシェル１０２に開口するガス入口１０５から第１分室Ｓ１に流入すると、この混合流体は、第１分室Ｓ１を鏡板１０２ａに向かって図７の左方へと流れ、鏡板１０２ａに衝突して流れ方向が逆転し、第１分室Ｓ１を図７の右方へ向かって低速で流れるが、この過程において冷媒ガスよりも比重が大きな潤滑油が重力によってガス冷媒から分離して沈降し、第１分室Ｓ１の底部に潤滑油が溜まる。
【００１１】
その後、微量の潤滑油を含む混合流体が隔壁１０３の連通孔１０３ａから第２分室Ｓ２に配置されたコアレッサ１０９の内部に流入すると、この混合流体に含まれる微量の潤滑油がコアレッサ１０９によって分離して第２分室Ｓ２の底部に溜まる。そして、潤滑油がほぼ完全に分離除去された冷媒ガスは、コアレッサ１０９から排出され、シェル１０２に開口するガス出口１１０から冷媒配管１１２を通って不図示の凝縮器と蒸発器へと導入される。従って、凝縮器と蒸発器には潤滑油が流入することが殆どなく、伝熱面に潤滑油が付着することによる凝縮器と蒸発器の熱交換効率の低下が防がれる。
【００１２】
又、シェル１０２の第１分室Ｓ１の底部に溜まった潤滑油は、油出口１０６から油配管１０８を通って不図示のスクリュー圧縮機内の軸受部に供給され、第２分室Ｓ２の底部に溜まった潤滑油は、返油口１１１から油配管１１３を通ってスクリュー圧縮機に冷媒ガスと共に戻されて該スクリュー圧縮機の潤滑と冷却に供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】実開昭５４−１３８１５２号公報
【特許文献２】特開平１−２６９８８７号公報
【特許文献３】特開平８−３０９１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１〜３において提案された油分離器は、ヒートポンプの他の構成機器よりも大型となり、その輸送コストや資材費が大きくなるという問題がある。例えば、図７に示す従来の油分離器１０１においては、潤滑油を重力沈降運動によって分離する領域とコアレッサ１０９によって潤滑油を分離する領域とが互いにオーバーラップすることなく長手方向に沿ってそれぞれ独立に設定されているため、油分離器１０１の全長Ｌ’が長くなって該油分離器１０１が大型化してしまう。
【００１５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、高い油分離性能を維持しつつ小型化を図ることができる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】
【００１６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の油分離器は、ヒートポンプのスクリュー圧縮機から吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油を分離するためのものであって、
横置きされた密閉容器状の外筒シェルと、該外筒シェルの長手方向一端から当該外筒シェル内に差し込まれた有底円筒状の内筒シェルを備え、
前記外筒シェルの長手方向一端に、ガス入口を前記外筒シェルと前記内筒シェルとの間の環状空間に対して接線方向に開口させるとともに、前記内筒シェルの前記外筒シェルから突出する部位の長手方向一端にガス出口を開口させ、
前記外筒シェルの底部に油出口を開口させるとともに、前記内筒シェルの前記外筒シェルから突出する部位の底部に返油口を開口させ、
前記内筒シェルの内部にコアレッサを収容配置して構成されることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記外筒シェルの内周と前記内筒シェルの外周にリング状の複数の内輪と外輪をそれぞれ軸方向に間隔を設けて配置したことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記内筒シェルの内部の前記混合流体の流れ方向において前記コアレッサの上流側にデミスタを収容配置したことを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、
前記外筒シェル内の前記ガス入口近傍の底部に波止め板を配置するとともに、前記油出口を前記外筒シェルの前記ガス入口より離れた長手方向他端側に開口させたことを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記ガス出口を、前記混合流体の流れ方向において前記コアレッサの下流側端面よりも下流側に開口させたことを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記油出口をオイルクーラを介して前記スクリュー圧縮機内部の軸受部等に接続し、前記返油口を前記スクリュー圧縮機の吸入側に直接接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に記載の発明によれば、スクリュー圧縮機から吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油が次の第１〜第３ステップを経て分離される。
【００２３】
即ち、第１ステップにおいては、スクリュー圧縮機から吐出される混合流体が油分離器のガス入口から外筒シェルと内筒シェルとの間の環状空間に接線方向に流入して旋回（サイクロン運動）するため、冷媒ガスよりも比重が大きな潤滑油が遠心力によって外筒シェルの内面に沿って流れる。ここで、粘度が高い潤滑油は、その流速が外筒シェルの内面の摩擦抵抗によって低下するために落下し、外筒シェルの底部に潤滑油が溜まるために、冷媒ガスから潤滑油が分離される。
【００２４】
第２ステップにおいては、第１ステップで分離されなかった潤滑油は、冷媒ガスに同伴して環状空間内を水平移動するが、その過程で冷媒ガスよりも比重が大きな潤滑油が重力によって冷媒ガスから分離して沈降し、分離されなかった潤滑油は、外筒シェルの端面（鏡板）との衝突と流れ方向の逆転によって粒子径が大きくなり、２回目の重力沈降によって冷媒ガスから分離して外筒シェルの底部に潤滑油が溜まるために冷媒ガスから潤滑油が分離される。
【００２５】
第３ステップにおいては、混合流体がコアレッサを通過することによって、第２ステップにおいて分離されなかった潤滑油の微細粒子が分離される。
【００２６】
以上のように、混合流体に含まれる潤滑油は、第１〜第３ステップを経て分離されるため、油分離器の油分離性能が高められる。
【００２７】
又、第１及び第２ステップにおいて潤滑油を重力沈降運動によって分離する領域と第３ステップにおいて潤滑油をコアレッサによって分離する領域を長手方向にオーバーラップさせて配置したため、油分離器の全長を短縮して該油分離器の小型化を実現することができる。
【００２８】
以上の結果、油分離器に高い油分離性能を維持しつつ、該油分離器の小型化を図ることができる。
【００２９】
請求項２に記載の発明によれば、スクリュー圧縮機から吐出される混合流体が油分離器のガス入口から外筒シェルと内筒シェルとの間の環状空間に接線方向に流入して旋回（サイクロン運動）する結果、潤滑油が遠心力によって外筒シェルの内面に沿って流れるが、外筒シェルの内周に配置された複数の内輪によって潤滑油の流れが堰き止められるために内筒シェルに向かって落下する。そして、内筒シェルに落下した潤滑油は、混合流体の流れに沿って内筒シェルの外面に沿って流れるが、この潤滑油の流れは、内筒シェルの外周に配置された複数の外輪によって堰き止められるため、潤滑油が落下して外筒シェル内の底部に落下して貯留される。この結果、混合流体から潤滑油が効果的に分離される。
【００３０】
請求項３に記載の発明によれば、第２ステップにおいて分離されなかった潤滑油は、先ずデミスタでの慣性衝突によって冷媒ガスから分離した後にコアレッサによっても分離するため、第３ステップでの潤滑油の分離効率が高められる。ここで、デミスタとコアレッサによる潤滑油の分離行程を第３ステップとする。
【００３１】
請求項４に記載の発明によれば、油分離器のガス入口から流入する混合流体が外筒シェル内で旋回しても、外筒シェル内の底部に溜まった潤滑油の波立ちと冷媒ガスの潤滑油への巻き込みが波止め板によって抑制されるため、潤滑油中への冷媒ガスの混入が防がれる。このため、ガス冷媒が混入した潤滑油がスクリュー圧縮機に供給されることによる軸受等への悪影響を排除することができる。
【００３２】
又、旋回流によって潤滑油面を波立たせる可能性がある混合流体を導入するためのガス入口より離れた位置に油出口を開口させたため、油出口からスクリュー圧縮機へ供給される潤滑油への冷媒ガスの混入が防がれる。
【００３３】
請求項５に記載の発明によれば、内筒シェルに設けられるガス出口を、混合流体の流れ方向においてコアレッサの下流側端面よりも下流側に開口させたため、混合流体をコアレッサ内で長手方向に沿って略均一に流すことができる。又、ガス出口と返油口を外筒シェルから切り離された内筒シェルに開口させたため、このガス出口の内筒シェルへの加工が容易化する。
【００３４】
請求項６に記載の発明によれば、スクリュー圧縮機の吐出側（高圧側）に接続される油分離器の内圧とスクリュー圧縮機の吸入側の圧力との差（差圧）によって油分離器からスクリュー圧縮機へと潤滑油を供給する差圧給油方式を採用したため、ポンプによる強制給油方式に比べて消費動力を小さく抑えて省エネ化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る油分離器を備えるヒートポンプの基本構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る油分離器の側断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る油分離器の内部構造を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る油分離器の側断面図である。
【図７】従来の油分離器の一例を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３７】
［ヒートポンプの構成］
図１は本発明に係る油分離器を備えるヒートポンプの基本構成を示す回路図であり、同図に示すように、本実施の形態に係るヒートポンプ１は、冷媒の流れ方向に沿ってスクリュー圧縮機２、本発明に係る油分離器３、水冷式凝縮器４、受液器５、給液電磁弁６、膨張弁７及び蒸発器８を冷媒配管９〜１４によって順次接続して閉ループの冷媒循環回路を形成することによって構成されている。そして、冷媒配管１４には、該冷媒配管１４を流れる冷媒の圧力と温度をそれぞれ検出する圧力センサ（Ｐ）１５と温度センサ（Ｔ）１６が設けられている。ここで、圧力センサ（Ｐ）１５と温度センサ（Ｔ）１６は、ガス過熱度調整器（ＳＨ）１７に電気的に接続されており、このガス過熱度調整器（ＳＨ）１７は、電動弁である前記膨張弁７に電気的に接続されている。尚、前記給液電磁弁６は、全開（ＯＮ）／全閉（ＯＦＦ）することによって冷媒循環回路における冷媒の循環をＯＮ／ＯＦＦするものである。尚、本実施の形態では、冷媒としてアンモニア（ＮＨ３）が使用されている。
【００３８】
又、図１に示すように、前記油分離器３からは油配管１８，１９がそれぞれ導出しており、一方の油配管１８の途中には水冷式のオイルクーラ２０が設けられている。そして、一方の油配管１８は、オイルクーラ２０を介してスクリュー圧縮機２の内部の不図示の軸受部等に接続され、他方の油配管１８は、スクリュー圧縮機２の吸入側へと連なる冷媒配管１４に直接接続されている。尚、本実施の形態では、スクリュー圧縮機２の潤滑と冷却に供される潤滑油として、冷媒（アンモニア）に対して非溶解性で油上りを少なくするために油蒸気圧の低いアルキルベンゼン系（Alkylbenzene）以下ＡＢと称する）等のオイルが使用されている（油蒸気は、気体であるために油分離が困難である）。
【００３９】
［油分離器の構成］
＜実施の形態１＞
ここで、本発明の実施の形態１に係る油分濾器３の構成を図２〜図５に基づいて以下に説明する。尚、図２は本発明の実施の形態１に係る油分分離器の側断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図、図５は同油分離器の内部構造を示す斜視図である。
【００４０】
本発明の実施の形態１に係る油分離器３は、図１に示すスクリュー圧縮機２から冷媒配管９へと吐出される高温・高圧の冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油を分離するためのものであって、図２に示すように、横置きされた密閉容器状の外筒シェル２１と、該外筒シェル２１の長手方向一端（図２の右端）から当該外筒シェル２１内に同心状に差し込まれた有底円筒状の内筒シェル２２を備えている。
【００４１】
上記外筒シェル２１は、その長手方向一端（図２の左端）が円弧曲面状の鏡板２１ａによって閉じられており、長手方向他端（図２の右端）の内筒シェル２２の差込部は、リング状の円形平板２３によって閉じられている。そして、外筒シェル２１の内筒シェル２２が差し込まれる側（図２の右側）の上部には、ガス入口２４が外筒シェル２１と内筒シェル２２との間の環状空間Ｓ１に対して接線方向に開口している。尚、このガス入口２４は、図３に示すように、外筒シェル２１に水平に接続された冷媒配管９を介して図１に示すスクリュー圧縮機２の吐出側に接続されている。
【００４２】
又、図２に示すように、外筒シェル２１の底部であって、且つ、前記ガス入口２４より離れた鏡板２１ａに近い箇所には油出口２５が開口しており、この油出口２５は、図１に示す油配管１８とオイルクーラ２０を介してスクリュー圧縮機２の内部の不図示の軸受部等に接続されている。そして、図２に示すように、外筒シェル２１内の前記ガス入口２４に近い底部には、パンチングメタルによって構成された波止め板２６が垂直に立設されている。
【００４３】
ところで、図２及び図５に示すように、外筒シェル２１の内周面には切欠リング状の２枚の内輪３４が軸方向に所定の間隔を設けて配置されている。ここで、図２及び図５に示すように、環状空間Ｓ１における重力沈降全長をｘとした場合、２枚の内輪３４は、重力沈降全長ｘを３等分する箇所（ｘ／３間隔）に配置されている。尚、各内輪３４の下部は、外筒シェル２１内の底部に溜まる潤滑油の流れを阻害しないように切り欠かれている（切欠き長さは内輪３４の全長の１／４程度とされている）。又、各内輪３４の厚さは、１．５〜６．０ｍｍ、高さは外筒シェル２１と内筒シェル２２間の隙間ｈの１／３程度（ｈ／３）に設定されている。
【００４４】
他方、前記内筒シェル２２は、外筒シェル２１に差し込まれた部位の長手方向端部（図２の左端部）が開口しており、外筒シェル２１から長手方向に突出する部位の端部（図２の右端部）は、盲フランジ２７によって閉じられている。そして、この内筒シェル２２内には、コアレッサ２９が収容配置されている。尚、コアレッサ２９の長手方向一端部（図２の左端部）には、リング状の隔壁板３２が取り付けられており、同コアレッサ２９の長手方向他端部（図２の右端部）は、円板状の蓋板３３によって閉塞されている。そして、内筒シェル２２の内部は、隔壁板３２によって２つの空間Ｓ２，Ｓ３に区画されている。
【００４５】
又、内筒シェル２２の外筒シェル２１から外側へと突出する部位の端部（図２の右端部）の上部には、ガス出口３０が開口しており、このガス出口３０の下方の内筒シェル２２の底部には、返油口３１が開口している。ここで、ガス出口３０は、内筒シェル２２内での混合流体の流れ方向（図２の右方向）においてコアレッサ２９の下流側端面（図２の右端面）よりも下流側（図２の右側）に開口している。そして、ガス出口３０は、冷媒配管１０を経て図１に示す水冷式凝縮器４に接続されており、返油口３１は、油配管１９を介して図１に示す冷媒配管１４に直接接続されている。
【００４６】
ところで、図２及び図５に示すように、内筒シェル２２の外周面にはリング状の２枚の外輪３５が軸方向に所定の間隔を設けて配置されている。ここで、図２及び図５に示すように、２枚の外輪３５は、内筒シェル２２の一端（図２の左端）と重力沈降全長ｘの中央に配置されており、これらの外輪３５の軸方向間隔はｘ／２に設定されている。尚、各外輪３５の厚さは、１．５〜６．０ｍｍ、高さは外筒シェル２１と内筒シェル２２間の隙間ｈの１／３程度（ｈ／３）に設定されている。
【００４７】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２に係る油分離器３の構成を図６に基づいて説明する。尚、図６は本発明の実施の形態２に係る油分離器の側断面図であり、本図においては図２において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
【００４８】
本実施の形態に係る油分離器３においては、内筒シェル２２の内部の混合流体の流れ方向においてコアレッサ２９の上流側にデミスタ２８を収容配置したことを特徴としており、他の構成は図２に示す実施の形態１に係るものと同じである。
【００４９】
ここで、デミスタ２８は、ミストを線径φ０．１２ｍｍ程度の細い線に慣性衝突させて除去する分離器であり、その接触表面積は例えば１，７８０ｍ２／ｍ３と大きく、空間率も９４．５％程度と高い。又、コアレッサ２９は、円筒状に成形された分離器であって、例えば０．１μｍマイクログラスファイバ間を油の微粒子がブラウン（拡散）運動することによって該微粒子を分離するものである。
【００５０】
［ヒートポンプと油分離器の作用］
次に、ヒートポンプ１と油分離器３の作用について説明する。
【００５１】
スクリュー圧縮機２が駆動源である不図示の電動モータによって駆動されると、冷媒配管１４から吸引される冷媒ガスがスクリュー圧縮機２によって圧縮され（圧縮行程）、高温・高圧の冷媒ガスと潤滑油との混合流体が冷媒配管９へと吐出される。そして、この混合流体は、冷媒配管９から油分離器３へと導入されて潤滑油が分離される。具体的には、図２〜図５に示す実施の形態１に係る油分離器３においては、スクリュー圧縮機２から吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油が次の第１〜第３ステップを経て分離される。
【００５２】
即ち、第１ステップにおいては、スクリュー圧縮機２から冷媒配管９へと吐出される混合流体が油分離器３のガス入口２４から外筒シェル２１と内筒シェル２２との間の環状空間Ｓ１に接線方向に流入して図２及び図３に矢印ａにて示すように旋回（サイクロン運動）するため、冷媒ガスよりも比重が大きな潤滑油が遠心力によって外筒シェル２１の内面に沿って流れる。ここで、粘度が高い潤滑油は、その流速が外筒シェル２１の内面の摩擦抵抗によって低下するために落下する。
【００５３】
而して、外筒シェル２１の内面に沿う潤滑油の流れは、外筒シェル２１の内周に配置された２枚の内輪３４によって堰き止められるため、該潤滑油は、内筒シェル２２に向かって落下する。そして、内筒シェル２２に落下した潤滑油は、混合流体の流れに沿って内筒シェル２２の外面に沿って図２の矢印ｂ方向に流れるが、この潤滑油の流れは、内筒シェル２２の外周に配置された２枚の外輪３５によって堰き止められるため、潤滑油が内筒シェル２２の外面から落下して外筒シェル２１内の底部に落下して貯留される。この結果、混合流体から潤滑油が効果的に分離される。尚、この第１ステップにおいては、ガス冷媒から９５％以上の潤滑油が分離される。尚、冷媒ガス（ＮＨ３ガス）の密度ρgが９．４５ｋｇ／ｍ３であるのに対して、潤滑油（ＰＡＧ）の密度ρoは８８０ｋｇ／ｍ３と大きい値を示す。
【００５４】
第２ステップにおいては、第１ステップで分離されなかった粒径φ２ｍｍ以下の潤滑油がガス冷媒に同伴して環状空間Ｓ１内を外筒シェル２１の鏡板２１ａに向かって図２に矢印ｂにて示すように水平移動するが、その過程で、ガス冷媒よりも比重が大きな粒径φ１００μｍ以上の潤滑油が重力沈降長ｘ１においてガス冷媒から分離する。即ち、図２の矢印ｂ方向に流れる混合流体が鏡板２１ａに衝突してその流れ方向の逆転と潤滑油の表面張力の作用で細かな油粒径が大きく成長し、粒径φ１５０μｍ以上の潤滑油が重力沈降長ｘ２において冷媒ガスから分離し、重力によって冷媒ガスから分離して沈降し、外筒シェル２１の底部に溜まるために冷媒ガスから潤滑油が分離される。
【００５５】
第３ステップにおいては、前記ステップ２において潤滑油の一部が分離された混合流体が内筒シェル２２内の空間Ｓ２からコアレッサ２９へと導入され、図２に矢印ｄにて示すようにコアレッサ２９を通過して空間Ｓ３へと流れるが、ステップ２において分離されなかった潤滑油の微細粒子がコアレッサ２９によって分離される。
【００５６】
以上のように、混合流体に含まれる潤滑油は、第１〜第３ステップを経て分離されるため、油分離器３の油分離性能が高められる。
【００５７】
次に、図６に示す実施の形態２に係る油分離器３における潤滑油の分離について説明する。
【００５８】
図６に示す実施の形態２に係る油分離器３においても、図２〜図５に示す実施の形態１に係る油分離器３と同様に、ステップ１，２において混合流体に含まれる潤滑油の一部が分離される。
【００５９】
而して、実施の形態２に係る油分離器３においては、第３ステップにおいて図６の矢印ｂ方向に流れる混合流体が鏡板２１ａに衝突してその流れ方向が逆転し、この混合流体が図６に矢印ｃにて示すようにデミスタ２８に導入されると、粒径φ３〜１００μｍの潤滑油がデミスタ２８での慣性衝突によって冷媒ガスから分離される。
【００６０】
そして、デミスタ２８を通過した混合流体は、内筒シェル２２内の空間Ｓ２からコアレッサ２９へと導入され、図６に矢印ｄにて示すようにコアレッサ２９を通過して空間Ｓ３へと流れるが、デミスタ２８によって分離されなかった粒径φ０．１〜３μｍの潤滑油の微細粒子がコアレッサ２９によって分離される。
【００６１】
従って、実施の形態２に係る油分離器３においては、第２ステップにおいて分離されなかった潤滑油は、先ずデミスタ２８での慣性衝突によって冷媒から分離した後にコアレッサ２９によっても分離するため、第３ステップでの潤滑油の分離効率が高められる。
【００６２】
以上のように、混合流体に含まれる潤滑油は、第１〜第３ステップを経て分離されるため、油分離器３の油分離性能が高められる。
【００６３】
又、図２〜図５に示す実施の形態１に係る油分離器３においては、第１及び第２ステップにおいて潤滑油を重力沈降運動によって分離する領域と第３ステップにおいて潤滑油をコアレッサ２９によって分離する領域とを長手方向にオーバーラップさせて配置し、図６に示す実施の形態２に係る油分離器３においては、第１及び第２ステップにおいて潤滑油を重力沈降運動によって分離する領域と第３ステップにおいて潤滑油をデミスタ２８とコアレッサ２９によって分離する領域とを長手方向にオーバーラップさせて配置したため、油分離器３の全長Ｌを短縮して該油分離器３の小型化を実現することができる。例えば、図７に示す従来の油分離器１０１における重力沈降長ｘ’が１，８９０ｍｍ、全長Ｌ’が３，５００ｍｍであるのに対して、本実施の形態１，２に係る油分離器３における重力沈降長ｘ１は１，０００ｍｍとなり、この油分離器３の全長Ｌを約１，６５０ｍｍと図７に示す従来の油分離器１０１の全長Ｌ’（＝３，５００ｍｍ）の１／２以下に抑えて小型化を実現することができた。
【００６４】
以上の結果、本発明によれば、油分離器３に高い油分離性能を維持しつつ、該油分離器３の小型化を図ることができるという効果が得られる。
【００６５】
ところで、油分離器３の外筒シェル２１の底部に溜まった潤滑油は、図２及び図６に矢印ｆにて示すように油出口２５から油配管１８へと流れ、その過程でオイルクーラ２０によって冷却された後にスクリュー圧縮機２内の不図示の軸受部等に供給されて潤滑に供される。又、内筒シェル２２の底部に溜まった潤滑油は、図２及び図６に矢印ｇにて示すように返油口３１から油配管１９へと流れ、この油配管１９から冷媒配管１４へと導入され、そこを流れる冷媒ガスと共にスクリュー圧縮機２に吸引されて油分離器３に戻り、油分離器３の外筒シェル２１の底部に溜まる。
【００６６】
ここで、本実施の形態では、スクリュー圧縮機２の吐出側（高圧側）に接続される油分離器２の内圧とスクリュー圧縮機２の吸入側の圧力との差（差圧）によって油分離器３からスクリュー圧縮機２へと潤滑油を供給する差圧給油方式を採用したため、オイルポンプによる強制給油方式に比べて消費動力を小さく抑えて省エネ化を図ることができるという効果が得られる。
【００６７】
而して、本実施の形態では、油分離器３のガス入口２４から外筒シェル２１内に流入する混合流体が該外筒シェル２１内で旋回しても、外筒シェル２１内の底部に溜まった潤滑油の波立ちが波止め板２６によって抑制されるため、潤滑油中への冷媒ガスの混入が防がれる。このため、ガス冷媒が混入した潤滑油がスクリュー圧縮機２に供給されることによる軸受等への悪影響を排除することができる。
【００６８】
又、旋回流によって潤滑油面を波立たせる可能性がある混合流体を導入するためのガス入口２４より離れた位置に油出口２５を開口させたため、油出口２５からスクリュー圧縮機２へ供給される潤滑油への冷媒の混入が防がれる。
【００６９】
更に、本実施の形態では、内筒シェル２２に設けられるガス出口３０を、混合流体の流れ方向においてコアレッサ２９の下流側端面（図２及び図６の右端面）よりも下流側（図２及び図６の右側）に開口させたため、混合流体をコアレッサ２９内で長手方向に沿って略均一に流すことができる。又、ガス出口３０と返油口３１を外筒シェル２１から切り離された内筒シェル２２の箇所に開口させたため、これらのガス出口３０と返油口３１の内筒シェル２２への加工が容易化するという効果も得られる。
【００７０】
而して、以上のように油分離器３によって潤滑油が分離された後の高温・高圧の冷媒ガスは、図２、図４及び図６に矢印ｅにて示すように内筒シェル２２内の空間Ｓ３から冷媒配管１０を通って図１に示す水冷式凝縮器４へと導入され、この水冷式凝縮器４を流れる冷却水に凝縮潜熱を放出して液化する（凝縮行程）。ここで、混合流体に含まれる潤滑油は、本発明に係る油分離器３によって前述のように冷媒ガスから分離されて除去され、冷媒ガスのみが水冷式凝縮器４に導入されるため、潤滑油が水冷式凝縮器４の伝熱面に付着して熱交換効率の低下を招くことがない。この結果、水冷式凝縮器４での冷媒ガスの液化が効率良くなされる。尚、ヒートポンプ１が暖房機として運転される場合には、水冷式凝縮器４から放出される凝縮潜熱によって暖房が行われる。
【００７１】
そして、上述のように水冷式凝縮器４にて液化した高圧の冷媒液は、冷媒配管１１を通って受液器５へと送られて貯留され、その一部は、冷媒配管１２と開（ＯＮ）状態にある給液電磁弁６及び冷媒配管１３を経て膨張弁７へと流れ、この膨張弁７で断熱膨張（等エンタルピ膨張）する（膨張行程）。
【００７２】
上記断熱膨張によって圧力が低下した冷媒液は、蒸発器８へと導入され、この蒸発器８において、低圧の液冷媒が周囲から蒸発潜熱を奪って蒸発（気化）する（蒸発行程）。ここで、蒸発器８へは潤滑油を含まない液冷媒のみが導入されるため、潤滑油が蒸発器８の伝熱面に付着して熱交換効率の低下を招くことがない。この結果、蒸発器８での液冷媒の蒸発（気化）が効率良くなされる。尚、ヒートポンプ１が冷房機（冷凍機）として運転される場合には、蒸発器８によって周囲から奪われる蒸発潜熱によって所要の冷房（冷凍）が行われる。
【００７３】
そして、上述のように蒸発器８において蒸発した低圧の冷媒ガスは、油分離器３で分離されて油配管１９から供給される潤滑油と共に冷媒配管１４を通ってスクリュー圧縮機２へと吸引され、該スクリュー圧縮機２で再び圧縮されるが、以後、以上説明した一連の動作が繰り返されてヒートポンプ１が連続運転される。尚、蒸発器８で気化したガス冷媒の圧力と温度は、圧力センサ（Ｐ）１５と温度センサ（Ｔ）１６によってそれぞれ検出され、これらの検出信号がガス過熱度調整器（ＳＨ）１７へと送信される。すると、ガス過熱度調整器（ＳＨ）１７は、受信した検出信号に基づいて膨張弁７の開度を調節し、冷媒配管１４からスクリュー圧縮機２へと供給される冷媒ガスの過熱度を適正に調整する。
【符号の説明】
【００７４】
１          ヒートポンプ
２          スクリュー圧縮機
３          油分離器
４          水冷式凝縮器
５          受液器
６          給液電磁弁
７          膨張弁
８          蒸発器
９〜１４    冷媒配管
１５        圧力センサ（Ｐ）
１６        温度センサ（Ｔ）
１７        ガス過熱度調整器
１８，１９  油配管
２０        オイルクーラ
２１        外筒シェル
２１ａ      外筒シェルの鏡板
２２        内筒シェル
２３        円形平板
２４        ガス入口
２５        油出口
２６        波止め板
２７        盲フランジ
２８        デミスタ
２９        コアレッサ
３０        ガス出口
３１        返油口
３２        隔壁板
３３        蓋板
３４        内輪
３５        外輪
Ｌ          油分離器の全長
Ｓ１        環状空間
Ｓ２        内筒シェル内のコアレッサ前（コアレッサ上流側）空間
Ｓ３        内筒シェル内のコアレッサ後（コアレッサ下流側）空間
ｘ          環状空間の重力沈降全長
ｘ１        環状空間の重力沈降長
ｘ２        内筒シェル内のコアレッサ前（コアレッサ上流側）の重力沈降長
【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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