(57)【要約】【課題】導入管から容器内に導入された冷媒が下降および上昇する際における冷凍機油の分離特性をさらに向上させること。【解決手段】気相冷媒に含まれる冷凍機油を気相冷媒から分離させるオイルセパレータ１０ａであって、円筒状の容器２０と、冷凍機油が混合した冷媒を容器２０の内部に導入する導入管１１と、導入管１１の開口部１２よりも下方に開口部１４が設けられ、その開口部１４から冷凍機油が分離された冷媒を容器２０の外部に導出する導出管１３と、導出管１３の開口部１４に接続され、容器２０の底部に向かって拡径した漏斗状の仕切部材１５と、を備える。【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、
冷凍機油が混合した冷媒を前記容器の内部に導入する導入管と、
前記導入管の開口部よりも下方に開口部が設けられ、該開口部から前記冷凍機油が分離された冷媒を前記容器の外部に導出する導出管と、
前記導出管の開口部に接続され、前記容器の底部に向かって拡径した漏斗状の仕切部材と、
を備えたことを特徴とするオイルセパレータ。
【請求項２】
前記導出管の開口部の中心および前記仕切部材の開口部の中心は、前記容器の中心軸上にある、
請求項１記載のオイルセパレータ。
【請求項３】
前記仕切部材に複数の貫通孔が形成されている、
請求項１または２記載のオイルセパレータ。
【請求項４】
前記導入管の開口部は、水平方向または略水平方向に開口している、
請求項１から３のいずれか１項に記載のオイルセパレータ。
【請求項５】
前記容器の内壁と前記仕切部材の外壁との間に網目状部材をさらに備えた、
請求項１から４のいずれか１項に記載のオイルセパレータ。
【請求項６】
前記仕切部材の傾斜面に複数の段差が形成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載のオイルセパレータ。
【請求項７】
前記仕切部材の傾斜面が曲線状である、
請求項１から５のいずれか１項に記載のオイルセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機から吐出された冷凍機油を含有する気相冷媒から冷凍機油を分離するオイルセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置などのヒートポンプサイクルには圧縮機が用いられる。そして、この圧縮機の各摺動部を潤滑するため、冷凍機油が一般に用いられる。この冷凍機油は、冷媒循環系内を流れる冷媒に伴い、冷媒循環系内を循環する。
【０００３】
そして、圧縮機の吸入側より吸入された冷凍機油、あるいは、圧縮機を包含するシェル容器内に貯留された冷凍機油は、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。
【０００４】
ところで、上記冷媒循環系において、圧縮機から吐出された冷媒に冷凍機油が多く含まれると、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。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、また、圧力損失を増加させる要因になる。
【０００５】
このような事態を回避するため、冷媒循環系内にオイルセパレータが設けられる。オイルセパレータは、圧縮機から吐出される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。
【０００６】
従来、特許文献１に示されるように、圧力容器の上部鏡板に導入管および導出管を備え、上部鏡板の内壁より下方垂直に設けられ、下方に向かって径が小さくなり、下端が開口した略円錐形状の仕切部材を備えたオイルセパレータが知られている。
【０００７】
図１は、従来のオイルセパレータ１の構成を示す図である。図１は、従来のオイルセパレータ１の圧力容器の中心軸を通り、その中心軸に平行な平面で切断した場合の断面図である。図１において、実線の矢印は気相冷媒の動きを示しており、破線の矢印は冷凍機油の動きを示している。
【０００８】
このオイルセパレータ１では、導入管３から流入した気相冷媒と冷凍機油との混合体（以下、混合体という）を、圧力容器２内に設けられた略円錐形状の仕切部材４の内壁に向かって衝突させ、慣性力によって冷凍機油を分離する。
【０００９】
また、オイルセパレータ１では、仕切部材４の内壁に衝突した混合体を、その内壁面に沿って下降しながら高速回転させ、遠心力によって冷凍機油を分離する。
【００１０】
さらに、オイルセパレータ１では、圧力容器２の底部に到達した混合体を、仕切部材４と圧力容器２の内壁の間を上昇しながら高速回転させ、遠心力によって冷凍機油を分離する。
【００１１】
また、オイルセパレータ１では、仕切部材４と圧力容器２の内壁の間を上昇する混合体を、仕切部材４と圧力容器２の内壁の間に設けられた網目状部材５に通過させ、網目状部材５による捕集により冷凍機油を分離する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−９７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、上述した従来のオイルセパレータ１では、導入管３の開口部は、圧力容器２内に設けられた仕切部材４の内部空間６に配置されている。よって、導入管３から流入した混合体は、仕切部材４の内部空間６において下降する旋回流となる。この旋回流は、圧力容器２の底部に到達後、上昇する旋回流に転じ、仕切部材４の外壁と圧力容器２の内壁の間を通過して、圧力容器２の上部側面に設けられた導出管７から排出される。
【００１４】
しかしながら、従来のオイルセパレータ１では、仕切部材４の内部空間６において気相冷媒から分離された冷凍機油の油滴は、仕切部材４の内壁面に付着し、仕切部材４の下端から落下し、反転上昇した旋回流に油滴が巻き込まれる。しかし、反転上昇した旋回流は、仕切部材４の外周を通過するため、流速が低下し、巻き込んだ油滴を効果的に分離することが難しくなる。その結果、冷凍機油の分離率の低下を招くという問題がある。
【００１５】
本発明の目的は、圧力容器内に仕切部材を備えた構成において、冷凍機油に対する衝突分離効果を高め、冷凍機油の分離率を向上することができるオイルセパレータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のオイルセパレータは、円筒状の容器と、冷凍機油が混合した冷媒を前記容器の内部に導入する導入管と、前記導入管の開口部よりも下方に開口部が設けられ、該開口部から前記冷凍機油が分離された冷媒を前記容器の外部に導出する導出管と、前記導出管の開口部に接続され、前記容器の底部に向かって拡径した漏斗状の仕切部材と、を備える構成を採る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、圧力容器内に仕切部材を備えた構成において、冷凍機油に対する衝突分離効果を高め、冷凍機油の分離率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来のオイルセパレータの構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１〜４に係る空気調和装置の室外ユニットの全体構成を示す冷媒回路図
【図３】本発明の実施の形態１に係るオイルセパレータの断面図
【図４】圧力容器の内径と導出管の外径との差に対する仕切部材の拡径側端面の内径の割合と、冷凍機油の分離率との関係を示すグラフ
【図５】仕切部材の拡径側端面から圧力容器の最底部までの距離に対する仕切部材の拡径部端面からオイル溜りの油面までの距離の割合と、凍機油の分離率との関係を示すグラフ
【図６】仕切部材の拡径側端面から圧力容器の最底部までの距離に対する仕切部材の高さの割合と、冷凍機油の分離率との関係を示すグラフ
【図７】本発明の実施の形態２に係るオイルセパレータの断面図
【図８】本発明の実施の形態３に係るオイルセパレータの断面図
【図９】本発明の実施の形態４に係るオイルセパレータの断面図
【図１０】本発明の実施の形態１〜４に係る仕切部材の変形例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２０】
まず、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の室外ユニットについて説明する。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の室外ユニット１００の全体構成を示す冷媒回路図である。この室外ユニット１００は、後述する実施の形態１〜４に係るオイルセパレータ１０ａ〜１０ｄが適用される室外ユニットの一例である。よって、オイルセパレータ１０ａ〜１０ｄの適用範囲は、図２に示す室外ユニット１００に限定されるものではない。
【００２２】
室外ユニット１００は、オイルセパレータ１０と、能力可変型の圧縮機（ＤＣインバータ圧縮機）３０と、室外熱交換器３１と、膨張弁３２と、四方弁３３と、レシーバタンク３４と、アキュムレータ３５と、を備える。
【００２３】
圧縮機３０の吸込口には、アキュムレータ３５を介して延伸する吸込管４１が接続される。また、圧縮機３０の吐出口には、吐出管４２Ａが接続されている。吐出管４２Ａは、オイルセパレータ１０の導入管１１（後述する図３、図７〜図９参照）と接続される。また、吐出管４２Ｂは、オイルセパレータ１０の導出管１３（後述する図３、図７〜図９参照）および四方弁３３と接続されている。
【００２４】
室外熱交換器３１の一端と吐出管４２Ｂとは、四方弁３３を介して接続されている。また、室外熱交換器３１の一端と管路４３も、四方弁３３を介して接続されている。この管路４３は、アキュムレータ３５を介して圧縮機３０の吸込管４１と接続されている。
【００２５】
また、吐出管４２Ｂとガス管４６とは、四方弁３３を介して接続されている。また、管路４３とガス管４６も、四方弁３３を介して接続されている。
【００２６】
室外熱交換器３１の他端は、膨張弁３２およびレシーバタンク３４に接続され、さらに冷媒配管４４を介して液管４５に接続されている。
【００２７】
また、オイルセパレータ１０には、オイルセパレータ１０内に溜まった冷凍機油を圧縮機３０の吸込管４１に戻すオイル出口管２４が接続されている。オイル出口管２４は、オイル戻し管４７を介して吸込管４１に接続されている。
【００２８】
上述した冷凍機油は、圧縮機３０から吐出される気相冷媒に含まれる圧縮機３０の潤滑用オイルである。オイルセパレータ１０は、圧縮機３０から吐出された気相冷媒から冷凍機油を分離し、分離した冷凍機油を圧縮機３０の吸込側に戻すとともに、冷凍機油を除去した気相冷媒を四方弁３３に供給する。
【００２９】
なお、室外ユニット１００は、液管４５およびガス管４６により室内ユニット（図示せず）に接続されている。本発明の各実施の形態に係る空気調和装置は、室外ユニット１００と室内ユニットとの間で冷媒を循環させ、四方弁３３を切り替えることで冷房運転あるいは暖房運転を行うことができるように構成されている。
【００３０】
以下、上述したオイルセパレータ１０の実施の形態１〜４について説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
実施の形態１では、オイルセパレータが、圧力容器内の導出管の先端に、圧力容器の底部に向かって拡径した漏斗状の仕切部材を備え、仕切部材の外壁と圧力容器の内壁との間の空間に気相冷媒を流入させ、仕切部材の内部から気相冷媒を流出させる。
【００３２】
まず、本実施の形態に係るオイルセパレータ１０ａの構成について図３を用いて説明する。図３は、オイルセパレータ１０ａの圧力容器の中心軸を通り、その中心軸に平行な平面で切断した場合の断面図である。
【００３３】
図３に示すように、オイルセパレータ１０ａは、円筒状の密閉容器である圧力容器２０を備える。圧力容器２０は、上下端が開口した円筒状の胴体容器２３と、胴体容器２３の上端に接続される上部鏡板１８と、胴体容器２３の下端に接続される下部鏡板１９とで構成される。
【００３４】
上部鏡板１８と胴体容器２３、および、下部鏡板１９と胴体容器２３とは、それぞれ、溶接等により結合される。これにより、胴体容器２３の両端の開口部が密閉される。なお、上部鏡板１８と胴体容器２３、または、下部鏡板１９と胴体容器２３とは、一体形成されてもよい。
【００３５】
上部鏡板１８の内側の空間である上部空間２１には、後述する導入管１１の開口部１２から、圧縮機３０により吐出された冷凍機油を含む気相冷媒が導入される。また、下部鏡板１９の内側の空間である下部空間２２には、圧力容器２０内において気相冷媒から分離された冷凍機油が一時的に貯留され、オイル溜り２７が形成される。
【００３６】
上部鏡板１８には、導入管挿入孔２８および導出管挿入孔２９が形成されている。導入管挿入孔２８および導出管挿入孔２９には、それぞれ、導入管１１および導出管１３が鉛直方向または略鉛直方向に挿入され、導入管１１および導出管１３の外周全周がロウ付けにより閉封される。
【００３７】
導入管１１および導出管１３は、圧力容器２０の中心軸ＡＸと平行または略平行に設けられ、上部鏡板１８を貫通している。導出管１３は、圧力容器２０の中心Ｃの位置に設けられる。一方、導入管１１は、圧力容器２０の中心Ｃからずれた位置に設けられる。このように、導入管１１と導出管１３は、互いに干渉することがないように配置されている。
【００３８】
上述したとおり、導入管１１には、圧縮機３０の吐出口から延出する吐出管４２Ａが接続されている。よって、圧縮機３０により吐出された冷凍機油を含む気相冷媒は、吐出管４２Ａを介して導入管１１へ導入される。
【００３９】
導入管１１には、圧力容器２０の底部に向かって鉛直下向きまたは略鉛直下向きに開口した開口部１２が設けられている。この開口部１２から、上記圧縮機３０から吐出された冷凍機油を含む気相冷媒が圧力容器２０の上部空間２１へ送出される。この気相冷媒は、圧力容器２９の底部へ向けて移動する下降流となる。
【００４０】
導出管１３には、上記開口部１２よりも下方の位置に、圧力容器２０の底部に向かって鉛直下向きまたは略鉛直下向きに開口した開口部１４が設けられている。開口部１４の中心は、圧力容器２０の中心軸ＡＸ上にあることが好ましい。この開口部１４から、後述する仕切部材１５の内部空間２６を上昇する気相冷媒（上昇流）が導出管１３へ流入する。
【００４１】
上述したとおり、導出管１３には、四方弁３３と接続された吐出管４２Ｂが接続されている。よって、圧力容器２０内において冷凍機油が分離された気相冷媒は、導出管１３から圧力容器２０の外部へ導出され、吐出管４２Ｂへ流入する。
【００４２】
上記開口部１４には、上下端が開口した漏斗状の仕切部材１５の上端開口部が差し込まれ、導出管１３の外周にロウ付けして固定されている。この仕切部材１５の開口部の中心は、圧力容器２０の中心軸ＡＸ上にあることが好ましい。なお、導出管１３と仕切部材１５を一体形成することで、コストダウンを図ってもよい。
【００４３】
仕切部材１５は、圧力容器２０の底部に向かって拡径しており、圧力容器２０の底部に向かって流路断面積（水平断面積）が徐々に増加している。よって、仕切部材１５の外壁と圧力容器２０の内壁との間の空間である流路の断面積は、圧力容器２０の底部に向かうにつれ減少している。
【００４４】
下部鏡板１９には、オイル出口管挿入孔３６が形成されている。オイル出口管挿入孔３６には、オイル出口管２４が挿入される。
【００４５】
上述したとおり、オイル出口管２４は、オイル戻し管４７に接続される。よって、下部空間２２においてオイル溜り２７を形成している冷凍機油は、オイル出口管２４から圧力容器２０の外部に排出され、オイル戻し管４７へ流入する。
【００４６】
また、下部鏡板１９には、２本の脚部２５が設けられる。脚部２５は、その上端部が下部鏡板１９の外周面に溶接等により接合される。脚部２５の下端部は、接地面（室外ユニット１００の底板）に対して平行となるよう折り曲げられる。すなわち、脚部２５は、略Ｌ字形状に形成される。
【００４７】
圧力容器２０は、脚部２５により起立した状態で、接地面との間に間隔を空けて縦置き設置されるように構成されている。なお、図３の例では、脚部２５を２つとしたが、３つ以上であってもよい。
【００４８】
次に、本実施の形態に係るオイルセパレータ１０ａにおける気相冷媒および冷凍機油の流れについて図３を用いて説明する。
【００４９】
オイルセパレータ１０ａにおいて、圧縮機３０から吐出された高温の気相冷媒は、導入管１１の開口部１２を介して上部空間２１に導入される。上述したとおり、この気相冷媒には、冷凍機油が含まれている。
【００５０】
上部空間２１に導入された気相冷媒は、圧力容器２０の底面に向かって流下する下降流となる。この下降流が仕切部材１５の外壁（傾斜面）に衝突すると、冷凍機油は、気相冷媒よりも密度が高いため、慣性力によって気相冷媒から分離される（衝突分離効果）。これにより仕切部材１５の外壁に付着した冷凍機油は、仕切部材１５の外壁を伝って下方へ移動し、仕切部材１５の端面から圧力容器２９の底部へ落下し、オイル溜り２７を形成する。
【００５１】
そして、下降流は、仕切部材１５の拡径によって徐々に狭められた流路（すなわち、仕切部材１５の外壁と胴体容器２３の内壁との間の空間）を通過する際に流速を増加させ、圧力容器２０の底部に衝突する。このとき、衝突分離効果により、気相冷媒から冷凍機油が分離する。分離された冷凍機油は、オイル溜り２７を形成する。
【００５２】
次に、圧力容器２０の底部に到達した下降流は、反転して上昇する上昇流となる。この上昇流は、オイル溜り２７の油面（液面）より上方の空間を流動する。具体的には、上昇流は、仕切部材１５の内部空間２６を通過して、導出管１５の開口部１４へ向かう流れとなる。このとき、上昇流が仕切部材１５の内壁に衝突し、冷凍機油が気相冷媒から分離される。これにより仕切部材１５の内壁に付着した冷凍機油は、自重により圧力容器２９の底部へ落下し、オイル溜り２７を形成する。
【００５３】
その後、内部空間２６を上昇流として通過した気相冷媒は、開口部１４から導出管１３に入り、吐出管４２Ｂを介して四方弁３３に供給される。
【００５４】
なお、オイル溜り２７の冷凍機油は、上述したとおり、下部鏡板１９に設けられたオイル出口管２４から圧力容器２０の外部に導出され、オイル戻し管４７を経て圧縮機３０の吸込口に戻される。
【００５５】
次に、本実施の形態に係るオイルセパレータ１０ａにおいて数値シミュレーションの結果得られた冷凍機油の分離率について説明する。
【００５６】
図４〜図６は、オイルセパレータ１０ａにおいて、モンテカルロ法を用いた数値シミュレーションにより得られた冷凍機油の分離率を示すグラフである。図４〜図６では、縦軸が冷凍機油の分離率を示しており、分離率が最大値のとき１００％となるように相対評価したものである。
【００５７】
ここで、図４〜図６における各値は、以下のように定義される。すなわち、図３に示すように、仕切部材１５における拡径側端面（下端開口部）の内径をＤ（以下、内径Ｄという）とする。また、導出管１３の開口部１４の位置から仕切部材１５における拡径側端面までの距離、すなわち仕切部材１５の内部空間２６の高さをＬ（以下、高さＬという）とする。また、仕切部材１５における拡径側端面から圧力容器２０の最底部までの距離をＨ（以下、距離Ｈという）とする。また、仕切部材１５における拡径側端面からオイル溜り２７の油面までの距離をＹ（以下、距離Ｙという）とする。また、圧力容器２０の胴体容器２３の内径をＤ１とし（以下、内径Ｄ１という）、導出管１３の外径をＤ２（以下、外径Ｄ２という）とする。
【００５８】
まず、図４について説明する。図４は、内径Ｄ１と外径Ｄ２の差に対する内径Ｄの割合（Ｄ／（Ｄ１−Ｄ２））と、冷凍機油の分離率との関係を示すグラフである。
【００５９】
図４に示すように、Ｄ／（Ｄ１−Ｄ２）が２０％未満の場合、冷凍機油の分離率は、９７％程度以下となる。一方で、図４に示すように、Ｄ／（Ｄ１−Ｄ２）が６０％より大きい場合、仕切部材１５における拡径側端面から圧力容器２０の底部に向かって流路が大きく拡大するため、オイルセパレータ１０ａの圧力損失が上昇する。圧力損失は解析的に流路断面積縮小率から求めた流量増加分の２乗に比例することから、Ｄ／（Ｄ１−Ｄ２）が６０％の場合、それが１００％の場合に比べて約３倍になる。
【００６０】
このようなことから、冷凍機油の分離率の低下を冷凍機油の分離率の最大値から３％程度に抑制しながら圧力損失の増加も抑制するためには、オイルセパレータ１０ａにおいて、２０％≦Ｄ／（Ｄ１−Ｄ２）×１００≦６０％を満たすように構成することが望ましい。
【００６１】
次に、図５について説明する。図５は、距離Ｈに対する距離Ｙの割合と、冷凍機油の分離率との関係を示すグラフである。
【００６２】
図５に示すように、Ｙ／Ｈの値が７０％以下の場合、オイル溜り２７の油面が上昇することで圧力容器２０内部の空間が減少するため、冷凍機油の分離率は９９．５％程度以下となる。
【００６３】
このようなことから、冷凍機回路中に存在する冷凍機油がすべてオイルセパレータ１０ａに貯留された場合でも、冷凍機油の分離率の低下を冷凍機油の分離率の最大値から０．５％程度以下に抑制するためには、オイルセパレータ１０ａにおいて、オイルセパレータ１０ａ内に最大量貯油できる冷凍機油の高さ（Ｈ−Ｙ）が７０％≦Ｙ／Ｈ×１００≦１００％を満たすように構成することが望ましい。
【００６４】
次に、図６について説明する。図６は、距離Ｈに対する高さＬの割合と、冷凍機油の分離率との関係を示すグラフである。
【００６５】
図６に示すように、Ｌ／Ｈの値が６０％未満の場合、冷凍機油の分離率は９９．５％程度以下となる。
【００６６】
このようなことから、冷凍機油の分離率の低下を冷凍機油の分離率の最大値から０．５％程度以下に抑制するためには、オイルセパレータ１０ａにおいて、６０％≦Ｌ／Ｈ×１００≦１００％を満たすように構成することが望ましい。
【００６７】
以上説明したように、本実施の形態のオイルセパレータは、圧力容器内の導出管の先端に、圧力容器の底部に向かって拡径した漏斗状の仕切部材を備え、仕切部材の外壁と圧力容器の内壁との間の空間に気相冷媒を流入させ、仕切部材の内部から気相冷媒を流出させることを特徴とする。仕切部材の内径は圧力容器（胴体容器）の内径よりも小さいため、上昇流の速度は、下降流の速度よりも速くなる。よって、上昇流が仕切部材の下端から落下する油滴を巻き込んだ場合でも、上昇流が仕切部材の内壁に衝突することで、巻き込んだ油滴を効率よく分離することができる。すなわち、本実施の形態のオイルセパレータでは、冷凍機油に対する衝突分離効果を高め、冷凍機油の分離率を向上させることができる。
【００６８】
（実施の形態２）
実施の形態２では、オイルセパレータが、漏斗状の仕切部材に、その内壁面で捕らえた冷凍機油の油滴を圧力容器内に戻す貫通孔を備える。
【００６９】
本実施の形態に係るオイルセパレータ１０ｂの構成について図７を用いて説明する。図７は、オイルセパレータ１０ｂの圧力容器の中心軸を通り、その中心軸に平行な平面で切断した場合の断面図である。なお、図７において、図３と同じ構成要素には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００７０】
図７に示すように、オイルセパレータ１０ｂでは、仕切部材１５において、導出管１３との接続部分の近傍に複数の貫通孔１６が形成されている。なお、貫通孔１６の数は、任意であるが、例えば、仕切部材１５の外周に沿って等間隔で形成されることが好ましい。また、貫通孔１６は、図７に示す楕円の形状に限定されず、例えば、円形、矩形などの形状でもよい。
【００７１】
仕切部材１５の内部空間２６内で分離された冷凍機油は、内部空間６を上昇する上昇流（または上昇旋回流）に伴い、仕切部材１５の内壁を伝って移動し、導出管１３へ向かう。このとき、仕切部材１５の内壁を伝う冷凍機油のうち大きい油滴は、自重により圧力容器２０の底部へ向かって落下する。
【００７２】
その一方で、仕切部材１５の内壁を伝う冷凍機油のうち小さい油滴（自重により落下しない大きさの油滴）は、貫通孔１６に到達すると、貫通孔１６を通過して仕切部材１５の外壁側へ移動する。そして、仕切部材１５の外壁上に移動した油滴は、仕切部材１５の外壁と圧力容器２０の内壁との間を下降する下降流により下方に導かれる。そして、仕切部材１５の端面からオイル溜り２７へと落下する。
【００７３】
以上説明したように、本実施の形態のオイルセパレータは、仕切部材１５に複数の貫通孔１６を備えることにより、仕切部材１５の内部空間２６内で分離された冷凍機油が導出管１３に流入する前に、再び圧力容器２０内に戻すことができるので、冷凍機油の分離率を大きく向上させることができる。
【００７４】
なお、本実施の形態のオイルセパレータでは、オイル溜り２７の油面が上昇して仕切部材１５の下端に到達した場合、冷凍機油を含んだ気相冷媒が貫通孔１６を通過し、出口管１３より排出される。このとき、オイルセパレータの圧力損失が大きくなるため、差圧計を用いて油面管理を行うこともできる。
【００７５】
（実施の形態３）
実施の形態３では、オイルセパレータが、圧力容器の壁面に対して略垂直に挿入された導入管を備え、その導入管の開口部の開口方向を水平方向または略水平方向にする。
【００７６】
本実施の形態に係るオイルセパレータ１０ｃの構成について図８を用いて説明する。図８は、オイルセパレータ１０ｃの圧力容器の中心軸を通り、その中心軸に平行な平面で切断した場合の断面図である。なお、図８において、図３と同じ構成要素には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００７７】
図８に示すように、オイルセパレータ１０ｃでは、胴体容器２３の壁面に導入管挿入孔２８が形成されている。導入管挿入孔２８には、導入管１１が水平方向または略水平方向に挿入され、導入管１１の外周全周がロウ付けにより閉封される。
【００７８】
導入管１１には、圧力容器２０（例えば、胴体容器２３）の内壁面に向かって水平方向または略水平方向に開口した開口部１２が設けられている。この開口部１２から、上記冷凍機油を含んだ気相冷媒が圧力容器２０の内部へ送出される。
【００７９】
そして、開口部１２から送出された気相冷媒は、圧力容器２０の内壁に衝突する衝突噴流となった後、圧力容器２０の内壁面に沿って旋回しながら下降する高速の下降旋回流となる。
【００８０】
この下降旋回流が圧力容器２０（例えば胴体容器２３）の内壁に衝突すると、衝突分離効果により気相冷媒から分離される。また、この衝突分離効果により分離されなかった冷凍機油は、下降旋回流の旋回により発生する遠心力によって、圧力容器２０の外側半径方向に飛散し、気相冷媒から分離される（遠心分離効果）。このようにして圧力容器２０の内壁に付着した冷凍機油は、圧力容器２０の内壁を伝って下方へ移動し、圧力容器２０の底部へ到達し、オイル溜り２７を形成する。
【００８１】
そして、下降旋回流は、仕切部材１５の拡径によって徐々に狭められた流路（すなわち、仕切部材１５の外壁と胴体容器２３の内壁との間の空間）を通過する。このとき、流路の水平断面は徐々に縮小するため、下降旋回流の流速が増加し、冷凍機油の油滴に働く遠心力が大きくなる。その結果、上記流路では、遠心分離効果により、より多くの冷凍機油が気相冷媒から分離する。
【００８２】
また、流速が増加した下降旋回流は、圧力容器２０の底部に衝突する。このとき、衝突分離効果により、気相冷媒から冷凍機油が分離する。分離された冷凍機油は、オイル溜り２７を形成する。
【００８３】
次に、圧力容器２０の底部に到達した下降旋回流は、反転して上昇する上昇旋回流となる。この上昇旋回流は、オイル溜り２７の油面（液面）より上方の空間を流動する。具体的には、上昇旋回流は、仕切部材１５の内部空間２６を通過して、導出管１３の開口部１４へ向かう流れとなる。このとき、上昇旋回流が仕切部材１５の内壁に衝突し、衝突分離効果により、冷凍機油が気相冷媒から分離される。
【００８４】
また、内部空間２６の水平断面は徐々に縮小するため、上昇旋回流の流速が増加し、冷凍機油の油滴に働く遠心力が大きくなる。その結果、内部空間２６では、遠心分離効果により、より多くの冷凍機油が気相冷媒から分離する。このようにして仕切部材１５の内壁に付着した冷凍機油は、自重により圧力容器２０の底部へ落下し、オイル溜り２７を形成する。
【００８５】
次に、内部空間２６を上昇旋回流として通過した気相冷媒は、開口部１４から導出管１３に入り、吐出管４２Ｂを介して四方弁３３に供給される。
【００８６】
なお、オイル溜り２７の冷凍機油は、上述したとおり、下部鏡板１９に設けられたオイル出口管２４から圧力容器２０の外部に導出され、オイル戻し管４７を経て圧縮機３０の吸込口に戻される。
【００８７】
以上説明したように、本実施の形態のオイルセパレータでは、導入管の開口部の開口方向を水平方向または略水平方向にすることで、気相冷媒の旋回流を生じさせる。これにより、衝突噴流による衝突分離効果だけでなく、旋回流による遠心分離効果も得ることができ冷凍機油の分離率を大きく向上させることができる。
【００８８】
また、気相冷媒の循環量が少ない場合、オイルセパレータの径を小さくする方が遠心力を大きくすることができるが、上部鏡板１８の径も小さくしなければならず、導入管および導出管を上部鏡板に備えることが困難となる。これに対し、本実施の形態のオイルセパレータでは、導入管を上部鏡板１８ではなく胴体容器２３に備えるので、上部鏡板１８の径が小さい場合でも、導入管１１および導出管１３が干渉することがない。
【００８９】
また、図８に示すように、導出管１３および仕切部材１５が、導出管１３の開口部１４の中心および仕切部材１５の開口部の中心が圧力容器２０の中心軸ＡＸ上に位置するように設けられる場合、圧力容器２０の内壁面に沿って旋回する下降旋回流を乱すことがない。
【００９０】
また、図８に示すように、導出管１３の開口部１４の中心が圧力容器２０の中心軸ＡＸ上に位置することで、導出管１３の開口部１４が圧力容器２０の内壁面に沿って旋回する下降旋回流の中央に位置するため、飛散した冷凍機油が導出管１３の開口部１４から排出されることを抑制でき、冷凍機油がほとんど除去された気相冷媒を四方弁３３に接続された吐出管４２Ｂに導くことができる。
【００９１】
また、本実施の形態において、開口部１２から圧力容器２０内へ送出される気相冷媒を効率よく旋回させるため、開口部１２の開口方向を、その開口方向にある圧力容器２０の内壁面の法線方向と非平行としてもよい。これにより、開口部１２から送出された気相冷媒が、圧力容器２０の内壁面に垂直な方向以外の方向に逸れて流れることになる。その結果、運動エネルギーが失われることなく、高速の下降旋回流が生じる。この高速の下降旋回流による遠心分離効果により、冷凍機油の分離率をさらに向上させることができる。
【００９２】
なお、本実施の形態で説明した下降旋回流を発生させる構成は、上述した実施の形態１、２および後述する実施の形態４のオイルセパレータに適用することもできる。例えば、図３に示した実施の形態１のオイルセパレータ１０ａの場合、圧力容器２０内の導入管１１を湾曲させることで、開口部１２の開口方向を水平方向または略水平方向としてもよい。これにより、冷凍機油を含んだ気相冷媒は開口部１２から水平方向または略水平方向に送出され、圧力容器２０の内壁（例えば、上部鏡板１８の内壁または胴体容器２３の内壁）に衝突し、下降旋回流が生じる。これにより、実施の形態１においても、本実施の形態と同じように、下降旋回流による遠心分離効果により、冷凍機油の分離率をより向上させることができる。
【００９３】
（実施の形態４）
実施の形態４では、オイルセパレータが、圧力容器の内壁と仕切部材の外壁との間に網目状部材を備える。
【００９４】
本実施の形態に係るオイルセパレータ１０ｄの構成について図９を用いて説明する。図９は、オイルセパレータ１０ｄの圧力容器の中心軸を通り、その中心軸に平行な平面で切断した場合の断面図である。なお、図９において、図３と同じ構成要素には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００９５】
図９に示すように、オイルセパレータ１０ｄは、圧力容器２０（例えば、胴体容器２３）の内壁と仕切部材１５の外壁との間にメッシュフィルタなどの編目状部材１７を備える。なお、図９の例では、仕切部材１５の拡径側端面の近傍に網目状部材１７を設けるようにしたが、網目状部材１７の設置位置は、仕切部材１５の拡径側端面よりも上方であってもよい。
【００９６】
冷凍機油を含んだ気相冷媒の下降流（または下降旋回流）が編目状部材１７を通過するとき、網目状部材１７により冷凍機油が捕捉され、気相冷媒から冷凍機油が分離される。
【００９７】
以上説明したように、本実施の形態のオイルセパレータでは、圧力容器の内壁と仕切部材の外壁との間に網目状部材を備えることで、気相冷媒が編目状部材を通過するときに気相冷媒から冷凍機油を効果的に分離することができ、冷凍機油の分離率を大きく向上させることができる。
【００９８】
また、気相冷媒の循環量が多い場合、気相冷媒が圧力容器２０内に留まる時間が少なくなる。この場合、油分離率が相対的に低下するが、本実施の形態のオイルセパレータでは、網目状部材を備えることで、冷凍機油の分離率の低下を抑制できる。
【００９９】
なお、上記実施の形態は本発明を適用した具体的態様の一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。すなわち、上記実施の形態とは異なる態様で本発明を実施することも可能である。
【０１００】
例えば、上記実施の形態では、オイルセパレータ１０（すなわち、オイルセパレータ１０ａ〜１０ｄ）が、インバータ式の圧縮機３０を一台備える空気調和装置に使用される場合について説明したが、これに限らず、インバータ式の圧縮機と定速圧縮機とを複数台備えた空気調和装置に使用されてもよい。また、オイルセパレータ１０は、ガスヒートポンプ式の空気調和装置に使用されてもよい。さらに、オイルセパレータ１０は、空気調和装置に限らず、潤滑油を含んだ気相流体から潤滑油を分離する装置に用いられてもよい。
【０１０１】
また、例えば、上記実施の形態では、漏斗状の仕切部材１５の傾斜面を直線状としたが、これに限定されない。例えば、図１０Ａに示すように、仕切部材１５ａの傾斜面に複数の段差を形成してもよい。または、例えば、図１０Ｂに示すように、仕切部材１５ｂの傾斜面を曲線状に形成してもよい。このような構成により、気相冷媒が傾斜面に衝突する面積を増やすことができ、より衝突分離効果を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、気相冷媒に含まれる冷凍機油を分離するオイルセパレータに用いるのに好適である。
【符号の説明】
【０１０３】
１、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  オイルセパレータ
２、２０  圧力容器
３、１１  導入管
４、１５、１５ａ、１５ｂ  仕切部材
５、１７  網目状部材
６、２６  内部空間
７、１３  導出管
１２、１４  開口部
１６  貫通孔
１８  上部鏡板
１９  下部鏡板
２１  容器上部
２２  容器下部
２３  胴体容器
２４  オイル出口管
２５  脚部
２７  オイル溜り
２８  導入管挿入孔
２９  導出管挿入孔
３０  圧縮機
３１  室外熱交換器
３２  膨張弁
３３  四方弁
３４  レシーバタンク
３５  アキュムレータ
３６  オイル出口管挿入孔
４１  吸込管
４２Ａ  吐出管
４２Ｂ  吐出管
４３  管路
４４  冷媒配管
４５  液管
４６  ガス管
４７  オイル戻し管
１００  室外ユニット
【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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