(57)【要約】【課題】サイクロン式オイルセパレータの出口側に設けられた逆止弁の弁体の摩耗を抑制することにより信頼性を向上できる冷凍サイクル装置を得る。【解決手段】冷凍サイクル装置は、圧縮機１と、この圧縮機の出口側に設けられ、圧縮された冷媒ガスから油を分離するためのサイクロン式オイルセパレータと、このサイクロン式オイルセパレータの出口側に設けられた逆止弁３とを備える。また、前記サイクロン式オイルセパレータと前記逆止弁との間には、前記サイクロン式オイルセパレータから吐出される旋回流の旋回流速を減速するための整流装置２を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、この圧縮機の出口側に設けられ、圧縮された冷媒ガスから油を分離するためのサイクロン式オイルセパレータと、このサイクロン式オイルセパレータの出口側に設けられた逆止弁とを備える冷凍サイクル装置において、
前記サイクロン式オイルセパレータと前記逆止弁との間に、前記サイクロン式オイルセパレータから吐出される旋回流の旋回流速を減速するための整流装置を備えている
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記逆止弁は、シリンダ内を上下動する弁体と、該弁体が着座する弁座と、前記弁体の上昇位置を規制するための止め輪を有するリフト式の逆止弁であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置において、前記整流装置は、流路と、この流路に設けられ旋回流を整流するための整流部材を有することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項４】
請求項３に記載の冷凍サイクル装置において、前記整流部材は十字型の仕切り板で構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】
請求項３に記載の冷凍サイクル装置において、前記整流部材はＹ字型の仕切り板で構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項６】
請求項３に記載の冷凍サイクル装置において、前記整流部材は一枚板の仕切り板で構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項７】
請求項３に記載の冷凍サイクル装置において、前記整流部材は格子状の仕切り板で構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項８】
請求項３に記載の冷凍サイクル装置において、前記整流部材は多角形の仕切り板で構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項９】
請求項３に記載の冷凍サイクル装置において、前記整流部材は網で構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の冷凍サイクル装置において、前記整流部材は複数の丸穴を開けた板で構成されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機やチラーユニット或いは冷凍機などの冷凍サイクル装置に係わり、特に圧縮機から吐出される冷媒ガスから油（冷凍機油）を分離するサイクロン式オイルセパレータを備えている冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機などの冷凍サイクル装置には、サイクロン式オイルセパレータを一体に備えたスクリュー圧縮機を使用しているものがあり、例えば特開２００４−２３２５６９号公報（特許文献１）に記載のものが知られている。
【０００３】
前記スクリュー圧縮機のものは、略円筒縦形のサイクロン式オイルセパレータを備えており、圧縮機の油上り量（圧縮機外への油の流出量）を低減するようにしている。このサイクロン式オイルセパレータは、分離空間内の旋回流によって誘引される遠心力により油を壁面に付着させ、その油は内壁に沿って回りながら下降し、下部に設けられた油溜めに溜められるようになっている。また、油を分離した冷媒ガスは、サイクロン式オイルセパレータの上部から吐出され、冷凍サイクルに供給されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２３２５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、上述した特許文献１に記載のようなサイクロン式オイルセパレータを備えている冷凍サイクル装置においては、前記サイクロン式オイルセパレータの吐出側に逆止弁を設け、この逆止弁を介して圧縮された前記冷媒ガスを冷凍サイクルの凝縮器側に送り出すように構成することで、冷媒ガスの逆流を防止できる。前記逆止弁としては、スクリュー圧縮機のように大流量のものでは、リフト式の逆止弁を使用することが多い。
【０００６】
前記リフト式の逆止弁を設けることにより、前記サイクロン式オイルセパレータから吐出される圧縮された冷媒ガスによって前記逆止弁の弁体が持ち上げられ、開弁する。また、圧縮機の停止などにより、オイルセパレータ内の圧力が逆止弁下流側の圧力より小さくなると、前記弁体が下方に落下して弁座に着座することにより閉弁し、冷媒ガスの逆流を防止するように構成されている。
【０００７】
また、前記弁体が摺動するシリンダ内面には前記弁体の上昇位置を制限するための止め輪が設けられている。  
しかし、前記サイクロン式オイルセパレータにおいては、冷媒ガスと冷凍機油とが遠心力で分離されるため、旋回流が発生し、この旋回流が前記サイクロン式オイルセパレータの出口側に設けられた前記リフト式逆止弁に流入する。このため、リフト式逆止弁の前記弁体が回転しながら上昇して、前記止め輪と接触し、前記弁体の上昇位置が規制されるが、前記弁体は前記旋回流により回転しながら前記止め輪と摺動するため、弁体が摩耗し、摩耗した弁体が止め輪と干渉して、逆止弁の動作不良などを引き起こす課題が生じることがわかった。
【０００８】
本発明の目的は、サイクロン式オイルセパレータの出口側に設けられた逆止弁の弁体の摩耗を抑制することにより信頼性を向上できる冷凍サイクル装置を得ることにある。
【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、圧縮機と、この圧縮機の出口側に設けられ、圧縮された冷媒ガスから油を分離するためのサイクロン式オイルセパレータと、このサイクロン式オイルセパレータの出口側に設けられた逆止弁とを備える冷凍サイクル装置において、前記サイクロン式オイルセパレータと前記逆止弁との間に、前記サイクロン式オイルセパレータから吐出される旋回流の旋回流速を減速するための整流装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、サイクロン式オイルセパレータの出口側に設けられた逆止弁の弁体の摩耗を抑制することができ、信頼性を向上できる冷凍サイクル装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の冷凍サイクル装置の実施例１を示す冷凍サイクル系統図である。
【図２】図１に示す圧縮機、整流装置、リフト式逆止弁の関係とそれらの構成を説明する説明図である。
【図３】図１及び図２に示す圧縮機、整流装置、リフト式逆止弁の組立構造を説明する斜視図である。
【図４】図１〜図３に示す整流装置の第１例を示す斜視図である。
【図５】図１〜図３に示す整流装置の第２例を示す斜視図である。
【図６】図１〜図３に示す整流装置の第３例を示す斜視図である。
【図７】図１〜図３に示す整流装置の第４例を示す斜視図である。
【図８】図１〜図３に示す整流装置の第５例を示す斜視図である。
【図９】図１〜図３に示す整流装置の第６例を示す斜視図である。
【図１０】図１〜図３に示す整流装置の第７例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の冷凍サイクル装置の具体的実施例を図面に基づいて説明する。各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の冷凍サイクル装置の実施例１を示す冷凍サイクル系統図である。本実施例では、冷凍サイクル装置として空気調和機である場合について説明する。
【００１４】
図１において、１は圧縮機で、本実施例ではサイクロン式オイルセパレータを一体に備えているスクリュー圧縮機を使用している。この圧縮機１の吐出側には整流装置２を介してリフト式の逆止弁３が設けられている。４は熱源側熱交換器、５は電子膨張弁などの減圧装置、６は利用側熱交換器６である。７は前記熱源側熱交換器４に室外の空気を供給する送風機である。
【００１５】
前記圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、サイクロン式オイルセパレータで油を分離された後、このオイルセパレータから吐出され、この高温高圧の冷媒ガスは整流装置２及びリフト式逆止弁３を通過後、前記熱源側熱交換器４に流入する。この熱源側熱交換器４では、前記送風機７から送風された室外空気と熱交換して凝縮し、その後前記減圧装置５で減圧膨張して気液二相流となって、前記利用側熱交換器６に流入する。この利用側熱交換器６では、循環して供給される冷水と熱交換して冷水の温度を低下させ、冷媒は蒸発して冷媒ガスとなり、再び前記圧縮機１に吸入されるという冷凍サイクルを構成する。
【００１６】
次に、図２により、図１に示す圧縮機１、整流装置２、リフト式逆止弁３の関係とそれらの構成を説明する。
【００１７】
図２において、１は圧縮機、８は圧縮機１に一体に構成されたサイクロン式オイルセパレータ、９はこのサイクロン式オイルセパレータ８の下方に設けられた油溜め、１０はスクリューロータで構成された圧縮機構部を収容するメインケーシング、１１は前記圧縮機構部を駆動するためのモータを収容するモータケーシング、１２は、吐出ポート、スライド弁を駆動するピストン及びスクリューロータを支持する軸受などが設けられている吐出ケーシングである。また、１３は圧縮機１への吸入口で、冷凍サイクルからの冷媒ガスがこの吸入口１３から吸入されて、前記モータケーシング１１内に収容されている前記モータを冷却後、前記メインケーシング１０内に設けられている前記圧縮機構部で圧縮されるように、前記圧縮機１は構成されている。
【００１８】
本実施例では、前記サイクロン式オイルセパレータ８の出口側に、整流装置２を介してリフト式の逆止弁３が取り付けられている。前記整流装置２は後述する図４に示すような整流部材２ａが設けられている。前記リフト式の逆止弁３は、前記サイクロン式オイルセパレータ８から吐出される圧縮された冷媒ガスにより弁体３ａが持ち上げられることにより開弁する。また、圧縮機１の停止などにより、オイルセパレータ８内の圧力が逆止弁３下流側の圧力より小さくなると、前記弁体３ａが下方に落下して弁座３ｂに着座することにより閉弁する。このようなリフト式逆止弁３を備えることにより、冷媒ガスの逆流を防止するように構成されている。
【００１９】
また、前記弁体３ａが摺動するシリンダ３ｃの内面には前記弁体３ａの上昇位置を制限するための止め輪３ｄが設けられている。
【００２０】
細い点線の矢印Ａで示すように、圧縮機１の圧縮機構部で圧縮され、吐出された高温高圧の冷媒ガスは前記サイクロン式オイルセパレータ８に流入して旋回流となる。即ち、冷媒ガスと油の混合体は、前記オイルセパレータ８の円筒形の内壁に添うように流入し、前記円筒形の内壁に添って流れることで旋回流となる。冷媒ガスと油の混合体が旋回流となることにより、冷媒ガス中の油は遠心分離作用によって冷媒ガスから分離され、分離された油は太い点線の矢印Ｂで示すように、円筒形の内壁を伝わって下方に流れ、油溜め９に溜る。また、油を分離した冷媒ガス（冷媒ガスのみ或いは油分の少ない冷媒ガス）は、前記サイクロン式オイルセパレータ８の上部から旋回流のまま吐出される。
【００２１】
このサイクロン式オイルセパレータ８の下流側には前記リフト式逆止弁３が備えられているが、従来の冷凍サイクル装置では、本実施例のように、前記整流装置２は備えられていなかった。このため、前記サイクロン式オイルセパレータ８から吐出される冷媒ガスは高圧力の旋回流となっており、前記リフト式逆止弁３の弁体３ａを押し上げる。前記弁体３ａには高圧力の旋回流が作用するため、冷媒ガスは弁体３ａを押し上げながら回転させ、弁体３ａは回転しながら上部の止め輪３ｄに当って摺動する。このため、弁体３ａが前記止め輪３ｄとの摺動により摩耗が進行し、摩耗した弁体が止め輪３ｄと干渉して、逆止弁３の動作不良などを引き起こす課題があることがわかった。
【００２２】
また、弁体３ａが摩耗することにより、その摩耗粉（鉄粉）が冷凍サイクルに流出し、下流側に設けられている電子膨張弁などの減圧装置５に流入すると、減圧装置の摺動部への噛み込みなどが発生して、該減圧装置５の動作不良を引き起こす危険性もある。本実施例では、四方弁を備えていない冷凍サイクル装置を例に挙げているが、四方弁を備えるものでは、四方弁の摺動部に摩耗粉が流入して、四方弁の作動不良を引き起こす危険性もある。また、前記摩耗粉が前記熱交換器２，６などに流入して堆積すると、熱交換性能を低下させたり、冷媒流路に詰まりが発生する危険性もあることがわかった。
【００２３】
そこで、本実施例では、前記圧縮機１と前記リフト式逆止弁３の間に整流装置２が設けている。この整流装置２は、前記サイクロン式オイルセパレータ８から吐出される旋回流を整流し、直進流或いは直進流に近い流れにする。即ち、冷媒ガスの流れを矯正して、逆止弁３入口での流れの旋回成分を取り除いて、或いは旋回流速を減速させて、前記リフト式の逆止弁３へ流入するように構成している。これにより、前記弁体３ａが回転するのを防止或いは抑制しつつ該弁体３ａを上昇させることができ、逆止弁３を開弁させて、高温高圧の冷媒ガスを冷凍サイクルに送り出すことができる。
【００２４】
図３は、図１及び図２に示す圧縮機１、整流装置２、リフト式逆止弁３の組立構造を説明する斜視図である。図３において、１４は冷媒配管１５に接続されたブラケットで、このブラケット１４に設けられたボルト穴、及び前記整流装置２に設けられたボルト穴２３にボルトを通し、このボルトを前記サイクロン式オイルセパレータ８上部の円板部に設けられたねじ穴にねじ込む。これにより、前記整流装置２及び前記リフト式逆止弁３を一括して、前記ブラケット１４により前記セパレータ８の上部に押え付けて固定することができる。即ち、前記リフト式逆止弁３は、前記整流装置２と前記ブラケット１４との間に挟み付けられることにより、前記リフト式逆止弁３と共に、前記オイルセパレータ８に取り付けることができるので、前記整流装置２と前記リフト式逆止弁３を、コンパクトにまとめて前記サイクロン式オイルセパレータ８の出口側に固定して設置することができる。
【００２５】
前記整流装置２は、図３に拡大して示すように、矩形状の厚い板材２１に流路２２が形成されており、この流路２２に十字型の整流部材（仕切り板または整流板）２ａが設けられているものである。なお、２３は前述したボルト穴で、このボルト穴３を貫通するボルトにより、前記ブラケット１４、逆止弁３及び整流装置２を一体にして前記サイクロン式オイルセパレータ８の上部に取り付けることができる。
【００２６】
冷凍サイクルの利用側熱交換器６（図１参照）からの冷媒ガスは点線矢印Ｃで示すように、圧縮機１の吸入口１３から圧縮機内に吸入されて圧縮され、その後前記サイクロン式オイルセパレータ８で油を分離した後、該オイルセパレータ８から旋回流の状態で吐出されて前記整流装置２に入る。ここで、前記整流部材２ａにより整流されて直進流或いは直進流に近い流れにして、前記リフト式逆止弁３へ流入する。冷媒ガスの圧力で前記逆止弁３の弁体３ａを押し上げることで、前記冷媒配管１５を介して、点線矢印Ｄで示すように、下流側の熱源側熱交換器４に送り出される。
【００２７】
なお、本実施例では前記整流装置２と逆止弁３を別々に製作し、ボルトで一体化して、前記サイクロン式オイルセパレータ８の出口側に設置しているが、前記逆止弁３の入口側に前記整流装置２を一体に組み込んだ構成のものとしても良く、このようにすれば、部品点数を少なくでき、組立てをより容易に行うことができる。或いは、前記整流装置２を前記サイクロン式オイルセパレータ８の出口部に一体に組み込むようにしても良い。更に、前記整流装置２及び前記逆止弁３を、前記サイクロン式オイルセパレータ８の出口部に一体に組み込むようにすることも可能である。
【００２８】
上記整流装置２は、整流効果、圧力損失、製造コスト、強度などを考慮し、例えば図４〜図１０に示す何れかの最適と考えられる構造の整流装置２を選択して採用することができる。
なお、図４〜図１０では、整流装置２を構成している矩形状の板材２１（図３参照）については図示を省略し、図３に示す流路２２の部分のみを図示している。
【００２９】
図４は、上記図１〜図３で使用されている整流装置２で、整流装置２の第１例を示す斜視図である。この整流装置２は、流路２２に十字型の仕切り板（整流板）で構成された整流部材２ａを設けた例である。この十字型の仕切り板により、流路２２を４分割することで、旋回流を直進流或いは直進流に近い流れにして、前記リフト式逆止弁３へ流入させることができる。  
この例は、最も一般的な整流部材２ａであり、容易に製作が可能で、整流効果も高く、圧力損失も小さいものである。
【００３０】
この図４に示す十字型の仕切り板による整流部材２ａの代わりに、以下の図５〜図１０に示すような整流部材を使用しても良い。なお、図５〜図１０で図４と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分であり、同一部分については説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００３１】
図５は図１〜図３に示す整流装置２の第２例を示す斜視図である。この第２例においては、前記整流装置２として、流路２２にＹ字型の仕切り板（整流板）で構成された整流部材２ａを設けた例である。このＹ字型の仕切り板により、流路２２を３分割することで、旋回流を直進流或いは直進流に近い流れにして、前記リフト式逆止弁３へ流入させることができる。  
この例によれば、上記図４のものよりも、仕切り板の数が少ないため、冷媒ガスの通過時に生ずる圧力損失を図４のものより小さく抑えることができるものである。
【００３２】
図６は図１〜図３に示す整流装置２の第３例を示す斜視図である。この第３例においては、前記整流装置２として、流路２２に一枚板の仕切り板（整流板）で構成された整流部材２ａを設けた例である。この一枚板の仕切り板により、流路２２を２分割することで、旋回流を直進流に近い流れにして、前記リフト式逆止弁３へ流入させることができる。  
この例によれば、上記図５のものよりも、更に仕切り板の数が少ないため、圧力損失を更に小さく抑えることができ、製造も容易でコスト的にもより安価に製造できるものである。
【００３３】
図７は図１〜図３に示す整流装置２の第４例を示す斜視図である。この第４例においては、前記整流装置２として、流路２２に格子状の仕切り板で構成された整流部材２ｂを設けた例である。この格子状の仕切り板により、流路２２を多数に分割することで、旋回流を直進流或いは直進流により近い流れにして、前記リフト式逆止弁３へ流入させることができる。  
この例によれば、上記図４〜６に示したものよりも、仕切り板の数が増えるため、整流効果をより向上できる効果がある。
【００３４】
図８は図１〜図３に示す整流装置２の第５例を示す斜視図である。この第５例においては、前記整流装置２として、流路２２に多角形状の仕切り板で構成された整流部材２ｂを設けた例である。この多角形状の仕切り板により、流路２２を多数に分割することで、旋回流を直進流或いは直進流により近い流れにして、前記リフト式逆止弁３へ流入させることができる。  
この例によれば、上記図７のものよりも仕切り板同士の接触部を多く取れるため、整流部材２ｂの強度をより向上することができる効果がある。
【００３５】
以上図４〜図８で述べた例は、整流部材２ａ，２ｂとして仕切り板を用いることにより、流路をｎ分割する構造として、旋回流の旋回成分を取り除く、或いは旋回流速を減速させるようにしたものであるが、整流部材としては仕切り板を用いるものには限定されない。以下、整流部材を仕切り板以外のもので構成する例を説明する。
【００３６】
図９は図１〜図３に示す整流装置２の第６例を示す斜視図である。この第６例においては、前記整流装置２として、流路２２に網で構成された整流部材２ｃを設けた例である。この網で構成された整流部材２ｃを前記流路２２に設けることにより、流路２２に流入する旋回流を整流して、前記リフト式逆止弁３へ流入させることができる。  
この例によれば、整流部材２ｃが網で構成されるため、整流部材２ｃの入手が極めて容易となり、網のメッシュ開口率を選択することで、高整流効果のもの、低圧力損失のものなど、異なる効果をもたらす整流部材２ｃを得ることができる。
【００３７】
図１０は図１〜図３に示す整流装置２の第７例を示す斜視図である。この第７例においては、前記整流装置２として、流路２２に複数の丸穴を開けた板で構成された整流部材２ｄを設けた例である。この複数の丸穴を開けた板で構成された整流部材２ｄを前記流路２２に設けることにより、流路２２に流入する旋回流を整流して、前記リフト式逆止弁３へ流入させることができる。  
この例によれば、上記図９に示した第６例と同様に、複数の丸穴を開けた板の開口率を選択することで、高整流効果のもの、低圧力損失のものなど、異なる効果をもたらす整流部材２ｄを得ることができる。
【００３８】
以上説明したように、上述した本実施例によれば、リフト式逆止弁３の弁体３ａが圧縮機１に一体に設けられているサイクロン式オイルセパレータ８の吐出部から吐出される冷媒ガスの旋回流を直進流或いは直進流により近い流れにして、前記リフト式逆止弁３へ流入させることができる。従って、前記逆止弁３の弁体３ａが回転して、シリンダ３ｃや止め輪３ｄと摺動して摩耗するのを抑制できる空気調和機を得ることができる。
【００３９】
これにより、リフト式逆止弁３の長寿命化が図れると共に、弁体３ａが摩耗することで発生する摩耗粉が、逆止弁３の下流側にある減圧装置５に流入して、噛み込みによる動作不良を引き起こしたり、熱交換器４，６に流入して流路の詰まりを引き起こすことなどを防止でき、この結果、冷凍サイクル装置全体としての信頼性向上を図ることができる効果が得られる。  
また、上述した実施例によれば、整流装置２の整流部材として、整流効果、圧力損失、製造コスト、強度などを考慮して、適切なものを選択して採用することができる効果もある。
【００４０】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施例では圧縮機１としてスクリュー圧縮機を使用している例について説明したが、圧縮機１はスクリュー圧縮機に限られるものではなく、他の形式の圧縮機でも良く、またサイクロン式オイルセパレータ８も圧縮機と一体になっているものには限定されず、サイクロン式オイルセパレータ８の下流に逆止弁３があるものであれば、本発明は同様に適用できるものである。
【００４１】
更に、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４２】
１：圧縮機（スクリュー圧縮機）、
２：整流装置、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ：整流部材、
３：リフト式の逆止弁、３ａ：弁体、３ｂ：弁座、３ｃ：シリンダ、３ｄ：止め輪、
４：熱源側熱交換器、５：減圧装置、６：利用側熱交換器、７：送風機、
８：サイクロン式オイルセパレータ、９：油溜め、
１０：メインケーシング、１１：モータケーシング、１２：吐出ケーシング、
１３：吸入口、１４：ブラケット、１５：冷媒配管、
２１：板材、２２：流路、２３：ボルト穴。
【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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【図１０】
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