(57)【要約】【課題】冷媒に含まれる冷凍機油を効率良く捕捉し、かつ、油溜りの巻き上がりを低減すること。【解決手段】油分離器１００は、容器１１、入口管１２、出口管１３、返油管１４、分離板１５、円筒部材１６を備える。分離板１５は、容器１１の内部空間を上部空間１７と下部空間１８とに分離し、中央に円形の開口部を有する。円筒部材１６は、容器１１の中心軸と中心軸が一致した円筒形状であり、上端が分離板１５の下部空間１８側の面に取り付けられ、下端が下部空間１８に開口している。容器１１の内径Ｄ１は、円筒部材１８の内径Ｄ２よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の容器と、
前記容器の内部空間を上部空間と下部空間とに分離するように配置され、開口部を有する分離板と、
冷凍機油が混合した冷媒を前記上部空間へ流入させ、前記上部空間において前記冷媒の旋回流を生じさせる入口管と、
前記分離板に接続され、前記容器の内壁面との間に空間ができるように前記下部空間に配置され、上下端が開口した円筒部材と、
前記円筒部材の外壁面に対向する位置で前記容器に接続される出口管と、
を備える、
油分離器。
【請求項２】
前記円筒部材の下端の一部に、前記円筒部材の下方に突出するリブが形成されている、
請求項１に記載の油分離器。
【請求項３】
前記リブは、
前記出口管の開口部と対向する前記円筒部材の外壁面の下方に形成される、
請求項２に記載の油分離器。
【請求項４】
前記円筒部材の下端と前記容器の底面との間にメッシュ部材をさらに備える、
請求項１から３のいずれか１項に記載の油分離器。
【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】
油分離器は、円筒状の容器と、冷凍機油を含む冷媒を容器内へ導入する入口管と、冷凍機油が分離された冷媒を容器外へ送出する出口管と、を有する。入口管から容器へ導入された冷媒は、容器内の上部空間に放出され、旋回しながら下降する。このとき、冷凍機油は、旋回時に作用する遠心力により、容器の内壁に付着し、冷媒から分離される。容器の内壁に付着した冷凍機油は、自重により下方へ移動し、容器の下部に集められ、油溜りを形成する。一方、冷媒は、容器の底部に至ると、旋回しながら上昇し、出口管から送出される。
【０００５】
従来、容器内で下降から上昇に転じる冷媒によって油溜りの冷凍機油が巻き上がることを防止するために、容器下部の内径を容器上部の内径よりも大きくする油分離器が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。この従来の油分離器では、容器上部から容器下部へ下降する冷媒の旋回速度を低下させることができるので、容器下部で上昇に転じる冷媒が油溜りの冷凍機油を巻き上げることを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭５６−６３９５６号公報
【特許文献２】特開２００５−１８０８０８号公報
【特許文献３】特開２００６−９０６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の油分離器では、容器下部において、冷媒の旋回速度が低下するため、遠心力によって容器の内壁に付着する冷凍機油が減少するという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、冷媒に含まれる冷凍機油を効率良く捕捉し、かつ、油溜りの巻き上がりを低減することにより、冷凍機油の分離特性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る油分離器は、円筒状の容器と、前記容器の内部空間を上部空間と下部空間とに分離するように配置され、開口部を有する分離板と、冷凍機油が混合した冷媒を前記上部空間へ流入させ、前記上部空間において前記冷媒の旋回流を生じさせる入口管と、前記分離板に接続され、前記容器の内壁面との間に空間ができるように前記下部空間に配置され、上下端が開口した円筒部材と、前記円筒部材の外壁面に対向する位置で前記容器に接続される出口管と、を備える構成を採る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、冷媒に含まれる冷凍機油を効率良く捕捉し、かつ、油溜りの巻き上がりを低減することにより、冷凍機油の分離特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る油分離器の構成の一例を示す図
【図２】本発明の実施の形態２に係る油分離器の構成の一例を示す図
【図３】従来の油分離器の構成の一例を示す図
【図４】従来の油分離器と本発明の実施の形態１、２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】
【００１２】
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、本発明はその実施の形態により限定されるものではない。
【００１３】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る油分離器１００の構成について図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る油分離器１００の構成の一例を示す図である。図１Ａは、油分離器１００を正面から見た図である。図１Ｂは、油分離器１００を斜め上方から見た図である。図１Ｃは、油分離器１００を斜め下方から見た図である。また、図１Ａ〜Ｃにおいて、容器１１内部の構成は点線で示している。
【００１４】
図１において、油分離器１００は、容器１１、入口管１２、出口管１３、返油管１４、分離版１５、円筒部材１６を備える。
【００１５】
容器１１は、円筒状の容器である。容器１１は、その上部に入口管１２が接続され、その下部に返油管１４が接続され、その側面に出口管１３が接続されている。
【００１６】
入口管１２は、上述したとおり、容器１１の上部に接続される。入口管１２の開口部１２ａは、容器１１の上部空間１７に開口している。入口管１２は、冷凍機油を含む冷媒を開口部１２ａから容器１１の上部空間１７へ流入させる。また、開口部１２ａは、上部空間１７へ流入した冷媒が、容器１１の内壁に沿ってスムーズな旋回流となるように、ほぼ水平方向に開口している。
【００１７】
出口管１３は、上述したとおり、容器１１の側面に接続される。出口管１３の開口部１３ａは、円筒部材１６の外壁に対向して開口している。出口管１３は、下部空間１８を下降した後で上昇に転じた冷媒を容器１１の外部に流出させる。
【００１８】
返油管１４は、上述したとおり、容器１１の下部に接続される。返油管１４は、冷媒から分離して容器１１の下部に溜まった冷凍機油を、容器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。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。
【００１９】
分離板１５は、容器１１内部に備えられる、ドーナツ型の板状部材である。すなわち、分離板１５は、その中央に円形の開口部を有する。この開口部の中心は、容器１１の中心軸上にある。この分離板１５により、容器１１の内部空間は、上部空間１７と下部空間１８とに分割される。分離板１５の外径は、容器１１の内径Ｄ１と略一致し、分離板１５の内径（分離板１５の開口部の直径）は、円筒部材１６の内径Ｄ２と略一致する。容器１１の内径Ｄ１は、円筒部材１６の内径Ｄ２よりも大きい。
【００２０】
円筒部材１６は、その上下端が開口した円筒状の部材である。円筒部材１６の中心軸は、容器１１の中心軸と一致する。円筒部材１６の上端は、その上端における円形の開口部と分離板１５における円形の開口部とが一致するように、分離板１５の下部空間１８側の面に垂直に取り付けられている。よって、円筒部材１６の上端は、分離板１５の開口部と連通し、上部空間１７に開口している。また、円筒部材１６の下端は、容器１１の底面に対向して下部空間１８に開口している。また、円筒部材１６の外壁面と容器１１の内壁面との間には、出口管１３へ向かって冷媒が上昇する空間ができる。なお、円筒部材１６の内部空間１９は下部空間１８に含まれるが、説明の便宜上、以下では内部空間１９と下部空間１８とは別々の空間として扱うものとする。よって、以下でいう下部空間１８とは、内部空間１９を除く空間を意味する。
【００２１】
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１を用いて説明する。
【００２２】
冷凍機油を含む冷媒は、入口管１２から上部空間１７へ流入する。上部空間１７へ流入した冷媒は、上部空間１７において、容器１１の内壁に沿った旋回流となり、旋回しながら下降する。このとき、冷媒が容器１１の内壁に衝突し、その冷媒に含まれる冷凍機油は容器１１の内壁に付着する。これにより、冷凍機油が冷媒から分離される。この冷凍機油は、自重により容器１１の内壁を伝って下方へ移動し、分離板１５の表面（上部空間１７側の面）および円筒部材１６の内壁を経て、円筒部材１６の下端から滴下し、容器１１の下部に溜まる。これにより、容器１１の下部に油溜り（図示せず）が形成される。
【００２３】
上部空間１７を下降する冷媒は、分離板１５の開口部から円筒部材１６の内部空間１９へ流入する。このとき、冷媒が分離板１５の表面（上部空間１７側の面）に衝突し、その冷媒に含まれる冷凍機油は分離板１５の表面に付着する。これにより、冷凍機油が冷媒から分離される。この冷凍機油は、円筒部材１６の内壁を伝って下方へ移動し、円筒部材１６の下端から滴下し、容器１１の下部に溜まる。
【００２４】
冷媒が分離板１５の開口部を通過することで、内部空間１９へ流入する冷媒の旋回流の半径は小さくなる。これにより、中心部の圧力が上昇し、冷媒の下方速度成分が抑制されるため、上部空間１７における旋回時間を長くすることができる。冷媒の旋回速度は、その粘性の影響により、下方へ向かうほど小さくなるが、上部空間１７における旋回速度は、粘性の影響はそれほど大きくないため、充分な速度を保っている。よって、上部空間１７における油分離を効率的に行うことができる。
【００２５】
内部空間１９へ流入した冷媒は、内部空間１９において、円筒部材１６の内壁に沿った旋回流となり、旋回しながら下降する。このとき、冷媒が円筒部材１６の内壁に衝突し、その冷媒に含まれる冷凍機油は円筒部材１６の内壁に付着する。これにより、冷凍機油が冷媒から分離される。この冷凍機油は、自重により円筒部材１６の内壁を伝って下方へ移動し、円筒部材１６の下端から滴下し、容器１１の下部に溜まる。
【００２６】
また、円筒部材１６の内径Ｄ２が容器１１の内径Ｄ１より小さいため、内部空間１９へ流入した冷媒は、上部空間１７の下方における冷媒よりも、旋回速度が増加する。よって、内部空間１９において、遠心力による油分離を効率的に行うことができる。
【００２７】
内部空間１９を下降してその下端まで達した冷媒は、下部空間１８に流入する。これにより、冷媒の旋回流の半径は大きくなり、旋回速度が低下する。そして、下部空間１８において、冷媒は、旋回速度を落としながら下降した後、出口管１３に向かって反転上昇する。このとき、反転上昇した冷媒に含まれる冷凍機油の鉛直方向速度は、下方向から上方向に変化する。そして、重力の影響により、冷凍機油は、容器１１の下部へ落下する。
【００２８】
その後、冷媒は、下部空間１８（円筒部材１６の外壁面と容器１１の内壁面との間の空間）を上昇し、出口管１３の開口部１３ａから容器１１外へ送出される。また、容器１１の下部に溜まった冷凍機油は、返油管１４から容器１１外へ流出される。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態の油分離器１００は、上部空間１７における容器１１の内壁、分離板１５における上部空間１７側の面、円筒部材１６の内壁の３箇所において、冷媒から冷凍機油が分離する構成であることを特徴とする。これにより、冷媒に含まれる冷凍機油の粒子を効率良く捕捉することができ、冷凍機油の分離特性を向上させることができる。
【００３０】
また、本実施の形態の油分離器１００は、内部空間１９を出てから出口管１３に至るまでの冷媒の旋回速度が低下する構成であることを特徴とする。これにより、容器１１の下部において反転上昇する冷媒による油溜りの巻き上がりを低減することができ、冷凍機油の分離特性を向上させることができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態において、円筒部材１６の下端と容器１１の底部との間にメッシュ部材を設けてもよい。これにより、下部空間１８を下降する冷媒に含まれる冷凍機油を捕捉することができる。よって、冷凍機油の分離特性をさらに向上させることができる。
【００３２】
また、上記実施の形態において、容器１１は、２つの部材を接合して成る構成としてもよい。例えば、第１部材は、容器１１の上部部分（図１において分離板１５より上方の部分）、入口管１２、分離板１５、円筒部材１６を有する部材である。また、例えば、第２部材は、容器１１の下部部分（図１において分離板１５より下方の部分）、出口管１３、返油管１４を有する部材である。このような第１部材と第２部材とを接合することで、図１と同様の油分離器１００を構成することができる。
【００３３】
（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１０１の構成について図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施の形態２に係る油分離器１０１の構成の一例を示す図である。図２Ａは、油分離器１０１を正面から見た図である。図２Ｂは、油分離器１０１を斜め上方から見た図である。図２Ｃは、油分離器１０１を斜め下方から見た図である。また、図２Ａ〜Ｃにおいて、容器１１内部の構成は点線で示している。なお、図２Ａ〜Ｃにおいて、図１Ａ〜Ｃと同じ構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３４】
図２に示す油分離器１０１は、円筒部材１６の下端が容器１１の底面により近い（すなわち、円筒部材１６がより長い）点、および、円筒部材１６の下方を切り欠いてリブ２１が形成されている点で、実施の形態１の油分離器１００と異なる。
【００３５】
図２に示すように、円筒部材１６の下端の一部を半楕円形状に切り欠くことによりリブ２１が形成されている。リブ２１は、円筒部材１６の下方から容器１１の底面に向けて突出している。以下、円筒部材の下方を切り欠いた部分を「切り欠き部２０」という。なお、図２では、切り欠き部２０およびリブ２１を複数備える構成としたが、それらは少なくとも１つずつ備えられればよい。また、リブ２１の下端は、容器１１の下部に形成される油溜まりに浸る状態となることが望ましい。
【００３６】
次に、油分離器１０１における冷凍機油および冷媒の流れについて、図２を用いて説明する。なお、以下では、実施の形態１の油分離器１００における冷凍機油および冷媒の流れと異なる点のみを説明する。
【００３７】
内部空間１９を下降する冷媒は、円筒部材１６の下端まで下降することなく、各切り欠き部２０から下部空間１８へ送出され、出口管１３へ移動する。一方、円筒部材１６の上方（切り欠き部２０およびリブ２１が設けられていない部分）の内壁に付着した冷凍機油は、リブ２１の内壁を伝って下方へ移動し、リブ２１の下端から滴下し、容器１１の下部に溜まる。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態の油分離器１０１は、円筒部材１６の下方に切り欠き部２０を備えることを特徴とする。これにより、円筒部材１６（リブ２１）の下端から滴下する冷凍機油が冷媒の流れにさらわれ、出口管１３から容器１１外へ送出されることを避けることができる。よって、油分離器１０１は、油分離器１００よりも、冷凍機油の分離特性をさらに向上させることができる。
【００３９】
なお、複数のリブ２１のうちの少なくとも１つは、図２に示すように、出口管１３の開口部と対向する円筒部材１６の外壁面の鉛直方向に設けられることが望ましい。これにより、切り欠き部２０から下部空間１８へ流出した冷媒は、出口管１３に向かって上昇する際、リブ２１の表面（容器１１の内壁に対向する面）に衝突する。よって、内部空間１９において分離しきれなかった冷凍機油をリブ２１の表面に付着させ、冷媒から分離することができる。もし、リブ２１の代わりに、切り欠き部２０が出口管１３の開口部と対向する円筒部材１６の外壁面の鉛直方向に設けられたとすると、切り欠き部２０から下部空間１８へ流出した冷媒は、上述したようにリブ２１の表面に衝突することなく、出口管１３へ向けて移動してしまう。よって、内部空間１９で分離しきれなかった冷凍機油を含んだままの冷媒が出口管１３から容器１１外へ送出されてしまうおそれがある。
【００４０】
また、上記実施の形態において、円筒部材１６（リブ２１）の下端と容器１１の底部との間にメッシュ部材を設けてもよい。これにより、下部空間１８を下降する冷媒に含まれる冷凍機油を捕捉することができる。よって、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】
以上、実施の形態１の油分離器１００および実施の形態２の油分離器１０１について説明した。以下では、上述した油分離器１００および油分離器１０１と、従来の油分離器との比較について説明する。
【００４２】
まず、従来の油分離器１０の構成について図３を参照して説明する。図３は、従来の油分離器１０の構成の一例を示す図である。図３Ａは、油分離器１０を正面から見た図である。図３Ｂは、油分離器１０を斜め上方から見た図である。図３Ｃは、油分離器１０を斜め下方から見た図である。また、図３Ａ〜Ｃにおいて、容器１１内部の構成は点線で示している。なお、図３Ａ〜Ｃにおいて、図１Ａ〜Ｃと同じ構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４３】
図３に示す油分離器１０は、分離板１５と円筒部材１６を備えていない点、および、出口管１３が容器１１の上部に接続されている点で、油分離器１００、１０１と異なる。
【００４４】
次に、従来の油分離器１０における冷凍機油および冷媒の流れについて、図３を用いて説明する。
【００４５】
冷凍機油を含む冷媒は、入口管１２から容器１１内へ流入する。容器１１内へ流入した冷媒は、容器１１の内壁に沿った旋回流となり、旋回しながら下降する。このとき、冷媒が容器１１の内壁に衝突し、その冷媒に含まれる冷凍機油は容器１１の内壁に付着する。これにより、冷凍機油が冷媒から分離される。この冷凍機油は、自重により容器１１の内壁を伝って下方へ移動し、容器１１の下部に溜まる。これにより、容器１１の下部に油溜り（図示せず）が形成される。油溜りの冷凍機油は、返油管１４から容器１１外へ流出される。一方、容器１１内を下降する冷媒は、容器１１の底面に至ると反転上昇し、出口管１３へ向かって移動する。そして、冷媒は、出口管１３の開口部１３ａから容器１１外へ送出される。
【００４６】
このような油分離器１０に対する油分離器１００、１０１それぞれの油分離の向上率を図４に示す。図４によれば、油分離器１００、１０１はいずれも、油分離器１０よりも分離特性が優れていることがわかる。また、図４によれば、油分離器１０１は、油分離器１００よりも分離特性が優れていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
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】
【００４８】
１０、１００、１０１  油分離器
１１  容器
１２  入口管
１２ａ  開口部
１３  出口管
１３ａ  開口部
１４  返油管
１５  分離板
１６  円筒部材
１７  上部空間
１８  下部空間
１９  内部空間
２０  切り欠き部
２１  リブ
【図１】
2015140973.tif 000003
【図２】
2015140973.tif 000004
【図３】
2015140973.tif 000005
【図４】
2015140973.tif 000006