(57)【要約】【課題】複数の経路を介して油分離器へ導入された複数の冷媒のうち最も冷媒導出管の開口部に近い冷媒の冷凍機油の分離特性を向上できる油分離器を提供する。【解決手段】冷媒導入管１０２は、密閉容器１０１の内部空間において冷媒導入管１０２の上流から下流に沿って所定の間隔で分岐し複数の分岐管１０５、１０６、１０７を備える。複数分岐管１０５〜１０７は、冷媒導入管１０２の上流から順に配管長が短くなるように形成されている。複数の分岐管１０５〜１０７から密閉容器１０１の内部空間へ流出した冷媒は、それぞれ、旋回流となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機油を含有する冷媒から冷凍機油を分離する油分離器であって、
冷媒が旋回可能な内部空間を有する円筒状の容器と、
前記容器の内壁面に向けて冷媒を流出させ、前記内部空間において冷媒の旋回流を生じさせる冷媒導入管と、
冷凍機油が分離された冷媒を導出する冷媒導出管と、
冷媒から分離された冷凍機油を、前記内部空間から排出する油排出管と、を備え、
前記冷媒導入管は、
前記冷媒導入管の上流から順に配管長が短くなるように形成され、かつ、時計回りまたは反時計回りの冷媒の旋回流を生じさせる複数の分岐管を備える、
油分離器。
【請求項２】
前記複数の分岐管は、
前記冷媒導入管の管軸の垂直方向に延伸している、
請求項１記載の油分離器。
【請求項３】
前記複数の分岐管の開口部は、それぞれ、前記複数の分岐管の開口部から流出された冷媒が前記容器の内壁面の接線と平行な線に沿って流出するように配置された、
請求項１記載の油分離器。
【請求項４】
前記複数の分岐管は、
前記冷媒導入管の上流側の分岐管から順に配管径が小さくなるように形成された、
請求項１から３のいずれか１項に記載の油分離器。
【請求項５】
前記複数の分岐管のうちの前記冷媒導入管の最も下流に配置された分岐管から前記容器の底部までの距離は、前記冷媒導出管の開口部から前記容器の底部までの距離よりも大きい、
請求項１から４のいずれか１項に記載の油分離器。
【請求項６】
前記冷媒導入管は、
前記冷媒導入管への導入時に既に冷媒から分離されている冷凍機油を、前記容器の底部に形成される油溜りへ流入させる油戻し管を備える、
請求項１から５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、圧縮機から流出した冷凍機油を含有する気相冷媒から、冷凍機油を慣性力および遠心力により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、冷媒とともに、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、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、圧縮機から流出し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。油分離器は、圧縮機から流出した冷媒から冷凍機油を分離し、その冷凍機油を圧縮機の吸入側に戻すものである。
【０００４】
ここで、従来の油分離器の一例について、図１を用いて説明する。油分離器１０において、圧縮機（図示せず）から流出した冷凍機油を含有する高温・高圧の冷媒は、円筒状の密閉容器１１の上部に設けられた冷媒導入管１２から油分離器１０内に導入される。この冷媒は、冷媒導入管１２の開口部から流出し、密閉容器１１の内壁面に衝突し、その内壁面に沿って流れる旋回流となる。この旋回流による遠心力の作用により、冷凍機油は、密閉容器１１の内壁面に付着する。さらに、この冷凍機油は、重力の作用により、密閉容器１１の下部へ移動し、油溜り（図示せず）を形成する。油溜りの油は、油排出管１４から油分離器１０外へ導出される。また、旋回流となった冷媒は、密閉容器１１内において下降した後に上昇し、冷媒導出管１３から油分離器１０外へ導出される。以上のようにして、冷媒から冷凍機油が分離される。
【０００５】
しかし、上述した図１の油分離器では、下降する旋回流の速度は徐々に低下していき、それに伴って遠心力が小さくなるため、油の分離効率が低下してしまう。このように、図１の油分離器では、冷媒から冷凍機油を確実に分離できないという問題がある。
【０００６】
この問題を解決するため、特許文献１では、複数の冷媒導入管を備えた油分離器が提案されている。特許文献１の油分離器を図２に示す。図２において、図１と同じ部分には同一符号を付している。図２の油分離器２０では、３つの冷媒導入管１２ａ〜１２ｃが、密閉容器１１の外周に対して垂直となるように設けられている。冷媒は、それぞれの冷媒導入管１２ａ〜１２ｃから密閉容器１１内へ流出する。上流側（密閉容器１１の上部側）の冷媒導入管１２ａと下流側（密閉容器１１の下部側）の冷媒導入管１２ｃに挟まれた冷媒導入管１２ｂから流出する冷媒は、密閉容器１１内へ流入した際の拡散が少なく、高い流速を維持したまま、旋回する距離を得ることができる。よって、その冷媒は、冷媒導出管１３の開口部に達した際にも高い流速を維持できる。その結果、油分離器２０では、油の分離効率を高く維持できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１４８３０８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２０では、冷媒導入管１２ｃは、冷媒導入管１２ａよりも冷媒導出管１３の開口部に近くなる。そのため、冷媒導入管１２ｃから流出した冷媒は、冷媒導入管１２ａから流出した冷媒と比べて旋回経路が短くなり、冷凍機油が十分分離しないという課題がある。
【０００９】
本発明は、複数の経路を介して油分離器へ導入された冷媒のうち最も冷媒導出管の開口部に近い経路から流出した冷媒の冷凍機油の分離特性を向上できる油分離器を提供することを目的とする。
【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、冷凍機油を含有する冷媒から冷凍機油を分離する油分離器であって、冷媒が旋回可能な内部空間を有する円筒状の容器と、前記容器の内壁面に向けて冷媒を流出させ、前記内部空間において冷媒の旋回流を生じさせる冷媒導入管と、冷凍機油が分離された冷媒を導出する冷媒導出管と、冷媒から分離された冷凍機油を、前記内部空間から排出する油排出管と、を備え、前記冷媒導入管は、前記冷媒導入管の上流から順に配管長が短くなるように形成され、かつ、時計回りまたは反時計回りの冷媒の旋回流を生じさせる複数の分岐管を備える構成を採る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、複数の経路を介して油分離器へ導入された冷媒のうち最も冷媒導出管の開口部に近い経路から流出した冷媒の冷凍機油の分離特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術に係る油分離器の構成の一例を示す断面図
【図２】特許文献１に係る油分離器の構成の一例を示す斜視図
【図３】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断面図
【図４】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断面図
【図５】本発明の実施の形態３に係る油分離器の構成の一例を示す断面図
【図６】本発明の実施の形態４に係る油分離器の構成の一例を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態５に係る油分離器の構成の一例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態１〜５について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施形態は一例であり、本発明はそれら実施形態により限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
図３は、本発明の実施形態１に係る油分離器１００の構成の一例を示す図である。油分離器１００は、圧縮機から流出した、冷凍機油を含有する気相冷媒（以下、単に「冷媒」という）から冷凍機油を分離する装置である。この油分離器１００は、密閉容器１０１、冷媒導入管１０２、冷媒導出管１０３、油排出管１０４を備える。なお、図３は、油分離器１００が長手方向に沿って切断された断面を示している。
【００１５】
密閉容器１０１は、冷媒が旋回可能な内部空間を有する円筒状の容器である。
【００１６】
冷媒導入管１０２は、密閉容器１０１の天井部を貫通して設けられる。そして、冷媒導入管１０２は、その管軸に対して垂直に分岐した複数の分岐管１０５〜１０７を備える。分岐管１０５〜１０７は、折れ曲がりのない真っ直ぐな配管である。分岐管１０５〜１０７は、冷媒導入管１０２の上流側から下流側へ、所定間隔で配置されており、上流側の分岐管１０５から順に配管長が短くなるように形成されている。すなわち、分岐管１０５が最も長く、分岐管１０７が最も短い。分岐管１０５〜１０７は、それぞれ、同じ径である開口部１０８〜１１０を備える。分岐管１０５〜１０７の開口部１０８〜１１０は、それぞれ、冷媒の旋回流が時計回りまたは反時計回りとなるように配置される。
【００１７】
このような構成により、圧縮機から冷媒導入管１０２により導入された冷媒は、分岐管１０５〜１０７へ分岐して導入され、開口部１０８〜１１０から密閉容器１０１内へ流出する。開口部１０８〜１１０から流出した冷媒は、それぞれ、密閉容器１０１の内壁面に沿って流れる旋回流となる。
【００１８】
分岐管１０５〜１０７において、配管長は上流側の分岐管１０５から順に短くなるため、圧力損失は上流側の分岐管１０５から順に小さくなる。よって、各開口部１０８〜１１０から流出する冷媒の流出速度は、上流側の分岐管１０５から順に速くなる。すなわち、分岐管１０５からの冷媒の流出速度が最も遅く、分岐管１０７からの冷媒の流出速度が最も速い。よって、冷媒の旋回速度も上流側の分岐管１０５から順に速くなる。その結果、分岐管１０７からの冷媒は、最も旋回時間および旋回経路が長くなる。
【００１９】
冷媒導出管１０３は、密閉容器１０１の天井部を貫通して設けられる。また、冷媒導出管１０３は、その開口部１１１を介して、冷凍機油が分離された冷媒を油分離器１００から導出する。
【００２０】
冷媒に含まれる冷凍機油は、冷媒の旋回流による遠心力の作用により、油分離器１００の内壁面に付着し、冷媒から分離される。そして、冷媒から分離された冷凍機油は、重力の作用により、密閉容器１０１の底部に移動する。
【００２１】
油排出管１０４は、密閉容器１０１の底部を貫通して設けられる。そして、油排出管１０４は、密閉容器１０１の底部に移動した冷凍機油を油分離器１００から排出する。排出された冷凍機油は、圧縮機の吸入側へ戻される。
【００２２】
以上のように、本実施の形態の油分離器１００によれば、分岐管１０５〜１０７の長さを上流側の分岐管１０５から順に短くすることで、分岐管１０５〜１０７からの冷媒の旋回速度を上流側の分岐管１０５から順に速くすることを特徴とする。この特徴により、分岐管１０７からの冷媒の流出速度が最も速くなり、旋回時間および旋回経路を最も長く確保できる。その結果、冷媒導出管１０３の開口部に最も近い分岐管１０７からの冷媒において、旋回流の遠心力による冷凍機油の分離率を向上させることができる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、分岐管１０５〜１０７は、冷媒導入管１０２の管軸の垂直方向に分岐するとしたが、それに限定されない。また、分岐管１０５〜１０７は、折れ曲がりのない真っ直ぐな形状としたが、それに限定されない。すなわち、分岐管１０５〜１０７は、開口部１０８〜１１０から流出した冷媒が密閉容器１０１の内壁面に沿って流れる旋回流を生じるような、分岐の方向および形状であればよい。
【００２４】
また、本実施の形態では、分岐管の数を３つとしたが、その数はこれに限定されない。
【００２５】
また、本実施の形態では、冷媒導入管１０２および冷媒導出管１０３が密閉容器１０１の天井部を貫通して設けられる例としたが、天井部に限定されない。冷媒導入管１０２は、例えば密閉容器１０１の側面部を貫通して設けられてもよいし、冷媒導出管１０３は、例えば密閉容器１０１の底部を貫通して設けられてもよい。
【００２６】
（実施の形態２）
実施の形態１で述べたように、複数の分岐管の形状は真っ直ぐな形状に限定されない。本実施の形態では、複数の分岐管を湾曲した形状とした場合の詳細について説明する。
【００２７】
図４は、本発明の実施の形態２に係る油分離器１００の構成の一例を示す図である。図４において、実施の形態１と共通の要素については、共通の符号を付している。なお、図４は、油分離器１００の天井部に平行な平面で油分離器１００を切断し、油分離器１００の天井部側から見た断面を示している。
【００２８】
図４において、分岐管１０５〜１０７は、それぞれ、湾曲している。開口部１０８〜１１０からの冷媒は、それぞれ、矢印１２１〜１２３に沿って流出する。矢印１２１〜１２３は、密閉容器１０１の内壁面の接線に平行な線に沿った矢印である。すなわち、開口部１０８〜１１０は、それらから流出する冷媒がそれぞれ密閉容器１０１の内壁面に斜めに衝突するように配置される。これにより、各開口部１０８〜１１０から流出する冷媒は、内壁面に沿ってスムーズに旋回流となるので、流出時の失速を抑えることができる。
【００２９】
以上のように、本実施形態の油分離器１００によれば、各分岐管１０５〜１０７からの冷媒の流出時の失速を抑えることで、より旋回時間および旋回経路を長く確保できる。その結果、旋回流の遠心力による冷凍機油の分離率をさらに向上させることができる。
【００３０】
（実施の形態３）
実施の形態１では、複数の分岐管の開口部の径（配管径）を全て同じとしたが、本実施の形態では、複数の分岐管の配管径を上流側の分岐管１０５から順に小さくする。
【００３１】
図５は、本発明の実施の形態３に係る油分離器１００の構成の一例を示す図である。図５において、実施の形態１と共通の要素については、共通の符号を付している。なお、図５は、油分離器１００が長手方向に沿って切断された断面を示している。
【００３２】
図５において、分岐管１０５〜１０７は、上流側の分岐管１０５から順に配管径が小さくなるように形成されている。よって、各開口部１０８〜１１０から流出する冷媒の流量は、上流側の分岐管１０５から順に少なくなる。すなわち、分岐管１０５からの冷媒の流量が最も多く、分岐管１０７からの冷媒の流量が最も少ない。
【００３３】
以上のように、本実施形態の油分離器１００によれば、分岐管１０７からの冷媒の旋回速度を維持しつつ、最も長い旋回経路を持つ分岐管１０５からの冷媒を増加させることで、冷凍機油の分離率をさらに向上させることができる。
【００３４】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、複数の分岐管のうち最も冷媒導出管の開口部に近い分岐管を、冷媒導出管の開口部よりも上方に備えるようにしていた。この詳細について以下に説明する。
【００３５】
図６は、本発明の実施の形態４に係る油分離器１００の構成の一例を示す図である。図６において、実施の形態１と共通の要素については、共通の符号を付している。なお、図６は、油分離器１００が長手方向に沿って切断された断面を示している。
【００３６】
図６において、距離Ｈは、密閉容器１０１の底部から冷媒導出管１０３の開口部１１１までの最短距離である。また、距離ｈは、密閉容器１０１の底部から分岐管１０７の最下端までの最短距離である。本実施の形態では、距離ｈ＞距離Ｈを満たすように、分岐管１０７および冷媒導出管１０３の開口部１１１を配置するようにする。これにより、分岐管１０５〜１０７からの冷媒が直接冷媒導出管１０３に流れることを防止できる。例えば、分岐管１０５〜１０７の開口部１０８〜１１０が冷媒導出管１０３の開口部１１１よりも低い位置に配置された場合、分岐管１０５〜１０７からの冷媒が直接冷媒導出管１０３へ流れてしまうおそれがある。その結果、冷媒が密閉容器１０１の底部まで旋回流として流れず、旋回流の遠心力による冷凍機油の分離率が低下してしまう。
【００３７】
以上のように、本実施形態の油分離器１００によれば、複数の分岐管のうち最も冷媒導出管の開口部に近い分岐管を冷媒導出管の開口部よりも上方に備えるようにしたので、旋回流の遠心力による冷凍機油の分離率が低下することを防止できる。
【００３８】
（実施の形態５）
本実施の形態では、油分離器への導入前から分離している冷凍機油を直接油溜りへ流入させるための油戻し管を備えるようにする。
【００３９】
図７は、本発明の実施の形態５に係る油分離器１００の構成の一例を示す図である。図７において、実施の形態１と共通の要素については、共通の符号を付している。なお、図７は、油分離器１００が長手方向に沿って切断された断面を示している。
【００４０】
図７において、冷媒導入管１０２には、その底部と繋がった油戻し管１１２が設けられている。油戻し管１１２の配管径は、冷媒導入管１０２の配管径よりも小さい。
【００４１】
油分離器１００への導入前から分離している冷凍機油（例えば、圧縮機から冷媒導入管１０２へ慣性力により落下してくる冷凍機油）は、分岐管１０５〜１０７には流入せず、冷媒導入管１０２の底部に滞留する。滞留した冷凍機油は、油戻し管１１２へ流入し、密閉容器１０１の底部に形成された油溜り１１３へ到達する。
【００４２】
以上のように、本実施形態の油分離器１００によれば、冷媒導入管１０２へ導入された冷凍機油を油戻し管１１２を介して直接油溜り１１３へ戻すことで、分岐管１０５〜１０７から流出する冷媒に含まれる冷凍機油の量を削減し、油分離率をより向上させることができる。
【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を含有する冷媒から、その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】
１００  油分離器
１０１  密閉容器
１０２  冷媒導入管
１０３  冷媒導出管
１０４  油排出管
１０５、１０６、１０７  分岐管
１０８、１０９、１１０、１１１  開口部
１１２  油戻し管
１１３  油溜り
１２１、１２２、１２３  内壁面の接線方向
【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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