(57)【要約】【課題】入口管の外周側へ冷凍機油を偏らせてシェル内へ導入する際、冷凍機油の分離特性をさらに向上させること。【解決手段】油分離器１００は、上流側に曲管部１５ａを有し、下流側でシェル１１に接続され、冷凍機油が混合した冷媒をシェル１１内に流入させる入口管１５と、シェル１１内に設けられ、シェル１１の中心軸と同軸の円筒部材１２と、を備える。入口管１５の内部は、シェル１１との接続部分において第１入口部１５ｂと第２入口部１５ｃとに分離されている。第１入口部１５ｂは第１空間２０に開口し、第２入口部１５ｃは第２空間２１に開口している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の容器と、
上流側に曲管部を有し、下流側で前記容器に接続され、冷凍機油が混合した冷媒を、前記曲管部を介して前記容器の内部に流入させる入口管と、
前記容器に接続され、前記冷凍機油が分離された冷媒を前記容器の外部に流出させる出口管と、
前記容器の内部に設けられ、前記容器の中心軸と中心軸が一致する形状を有し、上端が前記容器の上部に取り付けられ、下端が前記容器の下部空間に開口した円筒部材と、
前記入口管の内部を、前記容器との接続部分において第１入口部と第２入口部とに分割する分割部材と、
を備え、
前記第１入口部は、前記容器の内壁と前記円筒部材の外壁との間の空間である第１空間に開口し、
前記第２入口部は、前記円筒部材の内部の空間である第２空間に開口している、
油分離器。
【請求項２】
前記第１入口部の外周側の接線は、前記容器の内壁の接線と一致しており、かつ、前記第２入口部の外周側の接線は、前記円筒部材の内壁の接線と一致している、
請求項１に記載の油分離器。
【請求項３】
前記容器との接続部分における前記入口管の長手方向に垂直な断面で切断した場合の、前記第１入口部の断面積と前記第２入口部の断面積とは等しい、
請求項１または２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、冷凍機油が混合した気相冷媒から冷凍機油を分離する油分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、空気調和装置などに用いられる圧縮機の潤滑には、冷凍機油が用いられる。この冷凍機油は、気相冷媒（以下、冷媒という）とともに、冷媒の循環系内を循環する。そして、圧縮機の吸入側より吸入された冷凍機油は、圧縮機内部の各摺動部に供給され、各摺動部の潤滑に用いられる。それだけでなく、冷凍機油は、圧縮機の作動室に供給され、作動室内の隙間をシールすることにより、気化した冷媒の漏れを防止することにも用いられる。
【０００３】
上記循環系において、圧縮機から吐出された冷媒に冷凍機油が多く含まれる場合、熱交換器の伝熱管の内壁面に冷凍機油が付着しやすくなる。そして、伝熱管の内壁面に付着した冷凍機油は、伝熱管の伝熱を阻害し、熱交換器の伝熱効率を悪化させる。このような事態を回避するため、循環系内には油分離器が設けられる。
【０００４】
図１は、特許文献１に示された従来の油分離器１０の構成例を示す図である。図１Ａは油分離器１０の上面図であり、図１Ｂは油分離器１０の断面図である。油分離器１０は、シェル１、円筒部材２、上部鏡板３、下部鏡板４、入口管５、出口管６、返油管７を有する。また、入口管５は、曲管部５ａを有する。図１Ａおよび図１Ｂに示す矢印は、冷媒の流れる方向を示している。
【０００５】
入口管５からシェル１へ導入された冷凍機油および冷媒は、シェル１内に放出され、旋回しながら下降する。冷凍機油は、入口管５からシェル１に流入する際に、円筒部材２とシェル１の内壁との空間に様々な大きさの油滴となり飛散する。この飛散した油滴は、旋回するときに作用する遠心力により、シェル１内の外側に移動し、シェル１の内壁に付着し、冷媒から分離される。シェル１の内壁に付着した油滴は、自重により下方へ移動し、油分離器１０の下部に集められる。一方、冷媒は、円筒部材２の下端に至ると、円筒部材２の内部に流入し、出口管６から送出される。
【０００６】
この油分離器１０では、多くの冷凍機油が、曲管部５ａを通過するときに作用する遠心力により、曲管部５ａの内周側から外周側の内壁に偏り、油膜を形成する。これにより、シェル１と入口管５の接続部において内周側の内壁を流れる冷凍機油が減少する。よって、油分離器１０では、出口管６付近を漂い、冷媒から分離されずに出口管６から送出される直径の小さな油滴の発生を抑えられる。その結果、油分離器１０は、冷凍機油の分離特性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２８６１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の油分離器１０において、冷媒に含まれる冷凍機油の全てが曲管部５ａの外周側の内壁において油膜を形成するわけではない。すなわち、入口管５の内周側を流れてシェル１へ導入される冷媒も存在する。この冷媒は、シェル１内においてその内壁から離れた位置（シェル１の中央付近）で旋回し、内壁へ衝突しないまま出口管６へ向かう。よって、その冷媒に含まれる冷凍機油は、出口管６付近を漂い、冷媒から分離されずに出口管６から送出される。これにより、冷凍機油の分離特性（油分離率）が低下する。
【０００９】
本発明の目的は、入口管の外周側へ冷凍機油を偏らせてシェル内へ導入する場合において、入口管の内周側からシェル内へ導入される冷凍機油を冷媒から分離することで、冷凍機油の分離特性をさらに向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る油分離器は、円筒状の容器と、上流側に曲管部を有し、下流側で前記容器に接続され、冷凍機油が混合した冷媒を、前記曲管部を介して前記容器の内部に流入させる入口管と、前記容器に接続され、前記冷凍機油が分離された冷媒を前記容器の外部に流出させる出口管と、前記容器の内部に設けられ、前記容器の中心軸と中心軸が一致する形状を有し、上端が前記容器の上部に取り付けられ、下端が前記容器の下部空間に開口した円筒部材と、前記入口管の内部を、前記容器との接続部分において第１入口部と第２入口部とに分割する分割部材と、を備え、前記第１入口部は、前記容器の内壁と前記円筒部材の外壁との間の空間である第１空間に開口し、前記第２入口部は、前記円筒部材の内部の空間である第２空間に開口している構成を採る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、冷凍機油の分離特性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】特許文献１に係る従来の油分離器の構成の一例を示す上面図
【図１Ｂ】特許文献１に係る油分離器の構成の一例を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態に係る油分離器の構成の一例を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態に係る油分離器の構成の一例を示す断面図
【図４】従来の油分離器と本発明の実施の形態に係る油分離器の油分離率の比較例を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は一例であり、本発明はこの実施の形態により限定されるものではない。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る油分離器の構成について、図２および図３を参照して以下に説明する。図２および図３は、本発明の実施の形態に係る油分離器１００の構成の一例を示す断面図である。図２は、図３のＡ−Ａ’で油分離器１００を切断した場合の断面図である。図３は、シェル１１の中心軸を通り、その中心軸に垂直な平面で油分離器１００を切断した場合の断面図である。
【００１５】
図２において、油分離器１００は、シェル１１、円筒部材１２、上部鏡板１３、下部鏡板１４、入口管１５、出口管１６、返油管１７を備える。
【００１６】
シェル１１は、円筒状の容器であり、上部に上部鏡板１３を有し、下部に下部鏡板１４を有する。
【００１７】
円筒部材１２は、その上下端が開口した円筒状の部材である。円筒部材１２の中心軸とシェル１１の中心軸とは一致する。図２に示すように、円筒部材１２は、シェル１１の内部に備えられる。円筒部材１２の上端は、上部鏡板１３に取り付けられている。一方、円筒部材１２の下端は、シェル１１の下部空間に開口している。
【００１８】
入口管１５は、シェル１１の側面に接続される。入口管１５は、冷凍機油および冷媒を、シェル１１および円筒部材１２の内部へ流入させる。図２に示す矢印は、冷媒の流入方向を示している。なお、入口管１５の詳細な構成は、図３を用いて後述する。
【００１９】
出口管１６は、上部鏡板１３に接続される。出口管１６は、冷凍機油が分離された冷媒をシェル１１の外部に流出させる。
【００２０】
返油管１７は、下部鏡板１４に接続される。返油管１７は、冷媒から分離してシェル１１の下部に溜まった冷凍機油を、シェル１１の外部に流出させる。この冷凍機油は、例えば、圧縮機（図示せず）の吸入側に戻される。なお、圧縮機から吐出される冷媒は高温であるため、冷媒から分離された冷凍機油が高温である場合は、圧縮機の密閉容器内の高温の油溜りに直接戻すこととしてもよい。また、圧縮機の吸入側に接続されたアキュームレータに、冷媒から分離された冷凍機油を戻して冷却してもよい。このようにすれば、圧縮機をより効率的に運転することができる。
【００２１】
図３に示すように、入口管１５は、上流側に曲管部１５ａを有し、下流側でシェル１１と接続される。また、図２および図３に示すように、入口部１５は、シェル１１との接続部分において、第１入口部１５ｂおよび第２入口部１５ｃを有する。図３において、入口管１５の上流側に示す矢印は、冷媒の流入方向を示している。
【００２２】
曲管部１５ａは、特許文献１の曲管部と同様の作用効果を有する。すなわち、多くの冷凍機油が、曲管部１５ａを通過するときに作用する遠心力により、曲管部１５ａの外周側の内壁に偏り、油膜を形成する。
【００２３】
第１入口部１５ｂは、分割部材１９によって２つに分割された入口管１５の空間のうち、入口管１５の外周側の開口部である。第１入口部１５ｂは、第１空間２０に開口している。第１空間２０とは、シェル１１の内壁と円筒部材１２の外壁との間の空間である。
【００２４】
また、第１入口部１５ｂの外周側の接線は、シェル１１の内壁の接線と一致している。これにより、第１空間２０へ流入する油膜は、入口管１５（第１入口部１５ｂ）の外周側の内壁からスムーズにシェル１１の内壁を伝うことができる。また、第１空間２０へ流入する冷媒は、シェル１１の内壁に沿ってスムーズに旋回流を形成することができる。なお、この油膜および冷媒の流れの詳細は後述する。
【００２５】
第２入口部１５ｃは、分割部材１９によって２つに分割された入口管１５の空間のうち、入口管１５の内周側の開口部である。第２入口部１５ｃは、第２空間２１に開口している。第２空間２１とは、円筒部材１２内部の空間である。この第２空間２１は、第１空間２０よりも、シェル１１の内壁から離れている。
【００２６】
また、第２入口部１５ｃの外周側の接線は、円筒部材１２の内壁の接線と一致している。これにより、第２空間２０へ流入する冷媒は、円筒部材１２の内壁に沿ってスムーズに旋回流を形成することができる。なお、この冷媒の流れの詳細は後述する。
【００２７】
なお、第１入口部１５ｂの外周側の接線とシェル１１の内壁の接線との一致、および、第２入口部１５ｃの外周側の接線と円筒部材１２の内壁の接線との一致は、それぞれ、入口管１５を流れる冷凍機油が飛散せずにシェル１１の内壁と円筒部材１２の内壁に滑らかに流れ込む程度の概略一致も含む。
【００２８】
分割部材１９は、入口管１５の内部空間を第１入口部１５ｂと第２入口部１５ｃとに分割するために、入口管１５とシェル１１との接続部分において入口管１５の内部空間に配置される部材（例えば、板状の部材）である。図３の例では、分割部材１９は、円筒部材１２の一部が入口管１５の内部空間へ延伸したものである。
【００２９】
分割部材１９は、入口管１５の中心軸上に配置されてもよい。この場合、第１入口部１５ｂの最大幅部分ｄ１と第２入口部１５ｃの最大幅部分ｄ２とは同じとなる。または、分割部材１９は、入口部１５ｂの外周側に寄って配置されてもよい。この場合、第１入口部１５ｂの最大幅部分ｄ１は、第２入口部１５ｃの最大幅部分ｄ２よりも小さくなる。または、分割部材１９は、入口部１５ｂの内周側に寄って配置されてもよい。この場合、第１入口部１５ｂの最大幅部分ｄ１は、第２入口部１５ｃの最大幅部分ｄ２よりも大きくなる。第１入口部１５ｂの最大幅部分ｄ１と第２入口部１５ｃの最大幅部分ｄ２との比に応じて、油分離率は異なることになる。これについては、図４を用いて後述する。
【００３０】
なお、最大幅部分ｄ１、ｄ２に関わらず、図２において、第１入口部１５ｂの断面積と第２入口部１５ｃの断面積とを等しくしてもよい。この場合、最も油分離率が効率的となる（図４参照）。
【００３１】
次に、油分離器１００における冷凍機油および冷媒の流れについて、図２および図３を用いて説明する。
【００３２】
曲管部１５ａの通過によって冷媒から分離した冷凍機油は、油膜となって入口管１５の外周側を伝って第１入口部１５ｂを介して第１空間２０へ流入する。そして、第１空間２０へ流入した冷凍機油（油膜）は、シェル１１の内壁を伝って自重により下方へ移動し、シェル１１の下部に溜まる。
【００３３】
一方、曲管部１５ａの通過によって冷媒から分離しなかった冷凍機油は、冷媒に含まれたまま第１入口部１５ｂまたは第２入口部１５ｃを介して第１空間２０および第２空間２１へ流入する。
【００３４】
第１空間２０へ流入した冷媒は、第１空間２０において、シェル１１の内壁に沿った旋回流となり、旋回しながら下降する。この冷媒に含まれる冷凍機油は、第１入口部１５ｂから第１空間２０へ流入する際に、様々な大きさの油滴となり飛散する。この飛散した油滴は、旋回するときに作用する遠心力により、シェル１１の内壁へ向かって移動し、シェル１１の内壁に付着する。これにより、冷凍機油は、冷媒から分離される。そして、その冷凍機油は、シェル１１の内壁を伝って自重により下方へ移動し、シェル１１の下部に溜まる。
【００３５】
第２空間２１へ流入した冷媒は、第２空間２１において、円筒部材１２の内壁に沿った旋回流となり、旋回しながら下降する。この冷媒に含まれる冷凍機油は、第２入口部１５ｃから第２空間２１へ流入する際に、様々な大きさの油滴となり飛散する。図３に示す油滴１８は、飛散した油滴の一例である。この飛散した油滴は、旋回するときに作用する遠心力により、円筒部材１２の内壁へ向かって移動し、円筒部材１２の内壁に付着する。これにより、冷凍機油は、冷媒から分離される。そして、その冷凍機油は、円筒部材１２の内壁を伝って自重により下方へ移動し、シェル１１の下部に溜まる。
【００３６】
すなわち、本実施の形態の油分離器１００における油滴１８の移動距離は、最大幅部分ｄ２となり、円筒部材１２が無い油分離器（例えば、特許文献１の油分離器１０）における油滴１８の移動距離ｄ３（ｄ１＋ｄ２＋分割部材１９の厚み）に比べて短くなる。従来の油分離器の場合、図３に示す位置の油滴１８は、移動距離ｄ３が長いため、シェル１１の内壁に辿り着けずに、空間内を漂ってしまうことがある。これに対し、本実施の形態の油分離器１００の場合、図３に示す位置の油滴１８は、移動距離である最大幅部分ｄ２が短いため、容易に円筒部材１２の内壁に辿り着ける。
【００３７】
第１空間２０へ流入した冷媒および第２空間２１へ流入した冷媒は、それぞれ、旋回しながら各空間を下降していき、シェル１１の底部に到達すると反転して、第２空間２１を旋回しながら上昇していき、出口管１６から送出される。
【００３８】
次に、本実施の形態の油分離器１００の油分離率と、比ｄ２／ｄ３との間の関係について説明する。図４は、油分離率（縦軸）と比ｄ２／ｄ３（横軸）との間の関係を示すグラフである。なお、図４に示す油分離率は、遠心力により油滴がシェル１１の半径方向へ冷媒の中を移動する運動をモデル化して、モンテカルロ法を用いたシミュレーションにより得られた値である。また、このシミュレーションでは、分割部材１９の厚みは考慮しないものとする。
【００３９】
図４に示すように、従来構成（円筒部材１２を備えず、入口管１５に分割部材１９を設けない構成）の油分離率を１とした場合、油分離器１００の構成（円筒部材１２を備え、入口管１５に分割部材１９を設けた構成）の油分離率は、比ｄ２／ｄ３に関わらず、いずれも１より大きい結果となった。中でも、比ｄ２／ｄ３＝０．５の場合が最も油分離率が優れた結果となった。したがって、本実施の形態の油分離器１００では、第１入口部１５ｂの最大幅部分ｄ１と、第２入口部１５ｃの最大幅部分ｄ２とが等しい構成が好ましい。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態の油分離器は、入口管１５において、曲管部１５ａを通過する冷媒が第１空間２０と第２空間２１のそれぞれに流入するように分けることを特徴とする。これにより、第１空間２０へ流入した冷媒に含まれる冷凍機油はシェル１１の内壁に付着する一方で、第２空間２１へ流入した冷媒に含まれる冷凍機油は円筒部材１２の内壁に付着する。その結果、本実施の形態の油分離器１００は、内壁に辿り着けずに空間内を漂ってしまう油滴を減らすことができ、冷凍機油の分離特性をさらに向上させることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、第２空間２１へ流入した冷媒の旋回距離を確保するために、円筒部材１２を長く（高く）することが好ましい。例えば、円筒部材１２の下端が、シェル１１の下部の油溜りに接触しない程度の長さにすることが好ましい。また、上述した円筒部材１２の長さを確保できるように、シェル１１の長さも確保することが好ましい。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に示されたものに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る油分離器は、空気調和装置などに用いられる圧縮機を潤滑するための冷凍機油が混合した冷媒から、冷凍機油を分離する油分離器に用いるのに好適である。
【符号の説明】
【００４４】
１０、１００  油分離器
１、１１  シェル
２、１２  円筒部材
３、１３  上部鏡板
４、１４  下部鏡板
５、１５  入口管
５ａ、１５ａ  曲管部
６、１６  出口管
７、１７  返油管
１５ｂ  第１入口部
１５ｃ  第２入口部
１８  油滴
１９  分割部材
２０  第１空間
２１  第２空間
【図１Ａ】
2015155772.tif 000003
【図１Ｂ】
2015155772.tif 000004
【図２】
2015155772.tif 000005
【図３】
2015155772.tif 000006
【図４】
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