(57)【要約】【課題】旋回流を利用してオイル含有ガスをオイルとガスに分離するオイルセパレータにおいて、分離されたオイルが流出してしまうことを抑制する。【解決手段】オイルセパレータ１００は、円柱状の内部空間１１１を有する外側部材１１０と、外側部材１１０の内周面との間に環状空間１３０を形成する内側円筒部材１２０とを含み、ガス導入孔１１４から導入されたオイル含有ガスが旋回流となって環状空間１３０を通過することでオイルとガスに分離され、分離されたオイルが下方に導かれ、分離されたガスが内側円筒部材１２０の内部を通過して上方に流出するように構成されている。内側円筒部材１２０の下端は閉鎖され、内側円筒部材１２０の内部と環状空間１３０とを連通する開口部１２０ａ，ｂが内側円筒部材１２０の周壁の下側領域に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端が開口した円柱状の内部空間を有すると共に、オイル含有ガスを前記内部空間に導入するためのガス導入孔が形成された外側部材と、
前記外側部材の前記内部空間に配設され、その外周面と前記外側部材の内周面との間に環状空間を形成する内側円筒部材と、を含み、
前記オイル含有ガスが旋回流となって前記環状空間を通過することによってオイルとガスとに分離され、分離されたオイルが下方に導かれる一方、分離されたガスが前記内側円筒部材の内部を通過して上方に流出するように構成されたオイルセパレータであって、
前記内側円筒部材の下端が閉鎖されていると共に、前記内側円筒部材の前記内部と前記環状空間とを連通する開口部が前記内側円筒部材の周壁の下側領域に形成されている、
オイルセパレータ。
【請求項２】
前記開口部は、前記内側円筒部材の前記周壁の前記下端近傍の部位に形成されている、請求項１に記載のオイルセパレータ。
【請求項３】
前記開口部は、前記内側円筒部材の軸線を挟んで対向配置された第１開口部と第２開口部を含む、請求項１又は２に記載のオイルセパレータ。
【請求項４】
前記内側円筒部材は、前記外側部材の前記内周面に向かって張り出すと共に前記開口部よりも下側に配置された張出部を有する、請求項１〜３のいずれか一つに記載のオイルセパレータ。
【請求項５】
前記開口部の近傍における前記外側部材の前記内周面と前記内側円筒部材の前記外周面との間隔が前記ガス導入孔の近傍におけるそれに比べて大きい、請求項１〜４のいずれか一つに記載のオイルセパレータ。
【請求項６】
冷媒を圧縮する圧縮機構を含む圧縮機に設けられ、
前記圧縮機構によって圧縮された冷媒からそこに含まれる潤滑油を分離する、
請求項１〜５のいずれか一つ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、オイル含有ガスをオイルとガスとに分離するオイルセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のオイルセパレータの一例として特許文献１に記載されたオイルセパレータ（油分離器）が知られている。前記オイルセパレータは、スクロール型圧縮機に設けられ、吐出室に吐出された冷媒ガスから潤滑油を分離する。前記オイルセパレータは、外筒と内筒とを有し、前記オイルセパレータは、前記冷媒ガスを前記外筒と前記内筒との間に形成される中空部に導入し、導入された冷媒ガスが旋回流を形成することによって、前記冷媒ガスから潤滑油を分離するように構成されている。分離された潤滑油は、前記外筒の内壁面を下方に流れ、その後、貯油室に滴下して貯留され、潤滑油が除去されたガスは、前記内筒の下端を経由して上部のガス排出口から流出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記オイルセパレータにおいては、例えば冷媒の流量が増加して高速の旋回流が形成された場合に、前記分離された潤滑油、特に、前記貯油室に滴下する前の潤滑油が前記旋回流によって巻き上げられ、その結果、前記潤滑油が除去されたガスと一緒に流出してしまうおそれがあった。
【０００５】
なお、このような課題は、スクロール型圧縮機に設けられるオイルセパレータに限られるものではなく、旋回流を利用してオイル含有ガスからオイルを分離する、換言すれば、前記オイル含有ガスをオイルとガスとに分離するように構成されたオイルセパレータに共通するものである。
【０００６】
そこで、本発明は、旋回流を利用してオイル含有ガスをオイルとガスとに分離するように構成されたオイルセパレータにおいて、分離されたオイルが流出してしまうことを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によると、オイルセパレータは、上端が開口した円柱状の内部空間を有すると共に、オイル含有ガスを前記内部空間に導入するためのガス導入孔が形成された外側部材と、前記外側部材の前記内部空間に配設され、その外周面と前記外側部材の内周面との間に環状空間を形成する内側円筒部材と、を含み、前記オイル含有ガスが旋回流となって前記環状空間を通過することによってオイルとガスとに分離され、分離されたオイルが下方に導かれる一方、分離されたガスが前記内側円筒部材の内部を通過して上方に流出するように構成されている。前記オイルセパレータにおいては、前記内側円筒部材の下端が閉鎖されていると共に、前記内側円筒部材の前記内部と前記環状空間とを連通する開口部が前記内側円筒部材の周壁の下側領域に形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
前記オイルセパレータにおいては、前記開口部によって前記旋回流が弱まるので、高速の旋回流が前記内側円筒部材の前記下端の下方に流入することが防止される。また、前記分離されたガスは前記開口部から前記内側円筒部材の内部に流入するため、前記内側円筒部材の前記下端から流入する場合に比べて、前記内側円筒部材の前記下端の下方に浮遊等するオイルが前記内側円筒部材の内部に流入し難くなっている。このため、前記オイルセパレータによれば、従来に比べて、前記分離されたオイルが流出してしまうことが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るオイルセパレータの概略断面図である。
【図２】前記オイルセパレータの作用を説明するための図である。
【図３】前記オイルセパレータの変形例を示す図である。
【図４】前記オイルセパレータの他の変形例を示す図である。
【図５】前記オイルセパレータを含む冷媒圧縮機の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るオイルセパレータの概略断面図である。実施形態に係るオイルセパレータ１００は、オイル含有ガス（例えば、潤滑油を含む冷媒）を導入し、導入されたオイル含有ガスをオイル（例えば、潤滑油）とガス（例えば、冷媒）とに分離する。オイルセパレータ１００は、上端が開口すると共に下端が閉鎖された円柱状の内部空間１１１を有する外側部材１１０と、外側部材１１０の内部空間１１１に配設された内側円筒部材１２０と、を含む。なお、本実施形態において、外側部材１１０は有底の円筒部材として形成されている。しかし、これに限られるものではなく、外側部材１１０は、円柱状の内部空間１１１を有していればよく、その形状や大きさは問わない。また、円柱状の内部空間１１１は、外側部材１１０に形成された通路などであり得る。
【００１１】
外側部材１１０は、円柱状の内部空間１１１の下方にさらに下部空間１１２を有している。内部空間１１１と下部空間１１２とは、これらの間の隔壁１１３に形成された貫通孔１１３ａを介して連通している。
【００１２】
また、外側部材１１０には、前記オイル含有ガスを内部空間１１１に導入するためのガス導入孔１１４が形成されている。ガス導入孔１１４は、外部からの前記オイル含有ガスを外側部材１１０の内周面（すなわち、内部空間１１１の周縁）に沿って導入するように形成されている。なお、図では省略しているが、下部空間１１２は、オイル供給通路を介して、オイルの供給を受けるオイル被供給部に連通している。
【００１３】
内側円筒部材１２０は、外側部材１１０の内部空間１１１に配設されている。内側円筒部材１２０は、その外周面と外側部材１１０の内部空間１１１の前記内周面との間に環状空間１３０を形成するように形成されている。より具体的には、本実施形態において、内側円筒部材１２０は、上端側の外径が大きい大外径部１２１と、大外径部１２１よりも外径が小さい小外径部１２２とを有している。大外径部１２１は、外側部材１１０に形成されたガス導入孔１１４より上側に配置され、その外周面と外側部材１１０の内部空間１１１の前記内周面との間が気密状態に保持されている。小外径部１２２は、大外径部１２１から下方に延びており、小外径部１２２の外周面と外側部材１１０の内部空間１１１の前記内周面との間に環状空間１３０が形成されている。なお、内側円筒部材１２０の下端（すなわち、小外径部１２２の下端）は、内部空間１１１の内底面（すなわち、隔壁１１３の上面）とは所定距離Ｈだけ離れている。
【００１４】
本実施形態において、内側円筒部材１２０の前記下端（小外径部１２２の前記下端）は閉鎖されている。また、内側円筒部材１２０の周壁（側壁）の前記下端近傍の部位（すなわち、小外径部１２２の周壁（側壁）の前記下端近傍には、内側円筒部材１２０の内部と環状空間１３０とを連通する第１開口部１２０ａ及び第２開口部１２０ｂが形成されている。第１開口部１２０ａと第２開口部１２０ｂとは、内側円筒部材１２０の軸線（＝外側部材１１０の軸線）Ｘを挟んで対向配置されている。第１開口部１２０ａ及び第２開口部１２０ｂの開口面積は、ガス導入孔１１４の開口面積に比べて大きければよく、特に制限されないが、好ましくは、内側円筒部材１２０の前記内部の断面積以上とされる。
【００１５】
次に、図２を参照してオイルセパレータ１００の作用を説明する。まず、前記オイル含有ガスが外側部材１１０のガス導入孔１１４から内部空間１１１に導入される。上述のように、ガス導入孔１１４は、外部からの前記オイル含有ガスを外側部材１１０の前記内周面（内部空間１１１の前記周縁）に沿って導入するように形成されている。また、内部空間１１１においては、環状空間１３０が外側部材１１０の前記内周面と内側円筒部材１２０（の小外径部１２２）の前記外周面との間に形成されている。このため、ガス導入孔１１４を介して内部空間１１１に導入されたオイル含有ガスは、図中の太い実線矢印で示されるように、下向きの旋回流となって環状空間１３０を通過する。すると、ガスよりも比重の大きいオイルが遠心力によって外側部材１１０の前記内周面に衝突して付着する（すなわち、遠心分離される）。このようにして前記オイル含有ガスがオイルとガスとに分離される。
【００１６】
分離されたオイル、すなわち、外側部材１１０の前記内周面に付着したオイルは、図中の細い実線矢印に示されるように、外側部材１１０の前記内周面を下方に流れ落ちて内部空間１１１の内底部に一時的に貯留され、その後、貫通孔１１３ａを介して下部空間１１２に導かれて下部空間１１２に貯留される。下部空間１１２に貯留されたオイルは、前記オイル供給通路を介して、適宜、前記オイル被供給部に供給される。
【００１７】
一方、分離されたガス、すなわち、オイルが遠心分離された後のガスは、図中の破線矢印に示されるように、内側円筒部材１２０の前記周壁の前記下端近傍の部位に形成された第１開口部１２０ａ及び第２開口部１２０ｂから内側円筒部材１２０の内部に流入し、内側円筒部材１２０の内部を通過して上方に流出する。具体的には、内側円筒部材１２０の内部に流入したガスは、内側円筒部材１２０の内部を通過して内側円筒部材１２０の上端（開口端）から外側部材１１０の内部空間１１１に流出し、その後、外側部材１１０の上端（開口端）から外部に流出する。
【００１８】
本実施形態に係るオイルセパレータ１００では、内側円筒部材１２０の前記内部と環状空間１３０とを連通する第１開口部１２０ａ及び第２開口部１２０ｂが、内側円筒部材１２０の前記周壁の前記下端近傍の部位に形成されている。このため、環状空間１３０を通過する旋回流が第１開口部１２０ａ及び第２開口部１２０ｂによって弱まり、高速の旋回流が内側円筒部材１２０の前記下端の下方の領域に流入することが防止される。したがって、内部空間１１１の内底部に一時的に貯留しているオイル（すなわち、前記オイル含有ガスから分離されたオイル）が巻き上げられることはほとんどない。
【００１９】
また、内側円筒部材１２０の前記下端は閉鎖されているため、前記分離されたガスは、内側円筒部材１２０の前記周壁に形成された第１開口部１２０ａ及び第２開口部１２０ｂを介して内側円筒部材１２０の内部に流入する。つまり、内側円筒部材１２０の前記下端が開口している場合に比べて、内側円筒部材１２０の前記下端の下方に浮遊等しているオイルが内側円筒部材１２０の内部に流入し難い構造となっている。このため、かりに内部空間１１１の内底部に一時的に貯留しているオイルが巻き上げられた場合でも、当該巻き上げられたオイルが内側円筒部材１２０の内部に流入することが抑制される。
【００２０】
したがって、本実施形態に係るオイルセパレータ１００によれば、従来に比べて、前記分離されたオイルの流出が大幅に低減される。
【００２１】
なお、上述の実施形態においては、第１開口部１２０ａ及び第２開口部１２０ｂが内側円筒部材１２０の前記周壁の前記下端近傍の部位に形成されている。しかし、これに限られるものではない。内側円筒部材１２０の内部と環状空間１３０とを連通する少なくとも一つの開口部が、内側円筒部材１２０の前記周壁の下側領域（すなわち、上下方向に中間位置よりも下側）に形成されていればよい。
【００２２】
また、図３に示されるように、内側円筒部材１２０は、第１開口部１２０ａ及び第２開口部１２０ｂよりも下側の位置に、その外周面よりも外側部材１１０の内周面に向かって張り出すように形成された張出部１２３を有してもよい。張出部１２３は、例えば内側円筒部材１２０の前記下端を閉鎖するために前記下端に取り付けられる円板状の閉鎖部材１２４の外径を内側円筒部材１２０（の小外径部１２２）の外径より大きく、且つ、外側部材１１０の内径（前記内部空間の径）より小さく形成することによって形成され得る。このようにすると、張出部１２３によって前記旋回流が内側円筒部材１２０の前記下端の下方の領域に流入することがさらに防止されると共に、内側円筒部材１２０の前記下端の下方に浮遊等するオイルが内側円筒部材１２０の内部にさらに流入し難くなるので、前記分離されたオイルの流出がさらに効果的に防止され得る。
【００２３】
また、第１開口部１２０ａ及び第２開口部１２０ｂの近傍における外側部材１１０の前記内周面と内側円筒部材１２０の前記外周面との間隔が、ガス導入孔１１４近傍におけるそれに比べて大きくなっていてもよい。例えば、図４に示されるように、内側円筒部材１２０の小外径部１２２は、その下端側の所定範囲の外径が前記所定範囲よりも上側の外径よりも小さくなるように形成されてもよい。このようにすると、前記所定範囲においても前記旋回流が弱まることになるため、高速の旋回流が内側円筒部材１２０の前記下端の下方の領域に流入することがより効果的に防止される。この場合において、内側円筒部材１２０が張出部１２３（図３参照）を有してもよいことはもちろんである。
【００２４】
なお、図示は省略するが、内側円筒部材１２０の小外径部１２２が、外側部材１１０に形成されたガス導入孔１１４に対応する位置に、外径が下方に向かって徐々に小さくなるテーパ部を有してもよい。このようにすると、ガス導入孔１１４から導入されたオイル含有ガスが下向きの旋回流になり易くなり、前記オイル含有ガスが外側部材１１０の前記内周面に概ね沿うように導入されればよいので、ガス導入孔１１４の形成が容易である。
【００２５】
本実施形態に係るオイルセパレータ１００又はその変形例は、オイル含有ガスをオイルとガスとに分離する必要のある様々な機器や装置に適用され得る。以下、その一例としてオイルセパレータ１００を含む冷媒圧縮機について説明する。
【００２６】
図５は、冷媒圧縮機（以下、単に「圧縮機」という）の概略断面図である。図５に示される圧縮機１は、例えば車両用空調装置の冷媒回路に組み込まれ、前記冷媒回路（の低圧側）から吸入した冷媒を圧縮して前記冷媒回路（の高圧側）に吐出する。圧縮機１は、いわゆるインバータ一体型電動圧縮機として構成され、フロントハウジング１１、リアハウジング１２及びインバータカバー１３からなる圧縮機ハウジングと、インバータ２０と、電動モータ３０と、圧縮機構４０と、オイルセパレータ１００と、を含む。
【００２７】
リアハウジング１２は、フロントハウジング１１の一端（後端）に図示省略の締結手段（ボルト等）によって締結され、インバータカバー１３は、フロントハウジング１１の他端（前端）に図示省略の締結手段によって締結されている。フロントハウジング１１とリアハウジング１２とによって電動モータ３０及び圧縮機構４０を収容する第１収容空間Ｓ１が形成され、フロントハウジング１１とインバータカバー１３とによってインバータ２０を収容する第２収容空間Ｓ２が形成されている。第１収容空間Ｓ１と第２収容空間Ｓ２とは、フロントハウジング１１に形成された隔壁１１ａによって仕切られている。
【００２８】
フロントハウジング１１には、前記冷媒回路（の低圧側）からの冷媒を第１収容空間Ｓ１に吸入するための吸入通路１４が形成されている。リアハウジング１２には、圧縮機構４０によって圧縮された冷媒（圧縮後の冷媒）を前記冷媒回路（の高圧側）に吐出するための吐出通路１５が形成されている。吐出通路１５は、上端が開口すると共に下端が閉鎖された円柱状の空間として形成されている。
【００２９】
インバータ２０は、車両のバッテリー等の外部電源からの直流電流を交流電流に変換して電動モータ３０に供給する。電動モータ３０は、インバータ２０から前記交流電流が供給されると、駆動軸３１及びクランク機構５０を介して圧縮機構４０を駆動する。
【００３０】
圧縮機構４０は、スクロール型圧縮機構であり、固定スクロール４１と可動スクロール４２とを含む。可動スクロール４２の周囲には、第１収容空間Ｓ１に連通する吸入室Ｃ１が形成されている。また、固定スクロール４１の背面側（可動スクロール４２側とは反対側）には吐出室Ｃ２が形成され、可動スクロール４２の背面側（固定スクロール４１側と反対側）には背圧室Ｃ３が形成されている。
【００３１】
圧縮機構４０は、第１収容空間Ｓ１に吸入された後に図示省略の潤滑油供給手段によって供給された潤滑油と混合されて吸入室Ｃ１に導かれた冷媒を取り込んで圧縮し、圧縮した冷媒を吐出孔４３及び吐出弁４４を介して吐出室Ｃ２に吐出する。なお、圧縮機構４０の動作中、可動スクロール４２は、背圧室Ｃ３の圧力によって固定スクロール４１に対して押圧されている。
【００３２】
オイルセパレータ１００は、吐出室Ｃ２に吐出された冷媒（すなわち、圧縮後の冷媒）を導入し、導入された前記圧縮後の冷媒を潤滑油と冷媒とに分離する。ここで、図５に示される圧縮機１においては、吐出通路１５が上述の円柱状の内部空間１１１に相当し、吐出通路１５を有するリアハウジング１２が上述の外側部材１１０に相当している。すなわち、図５において、オイルセパレータ１００は、吐出通路１５を有するリアハウジング１２と、吐出通路１５に配設された内側円筒部材１２０と、を含む。リアハウジング１２には、吐出室Ｃ２から前記圧縮後の冷媒（オイル含有ガス）を吐出通路１５に導入するためのガス導入孔１１４が形成されている。また、リアハウジング１２は、吐出通路１５の下方にさらに下部空間１１２を有している。吐出通路１５と下部空間１１２とは、これらの間の隔壁１１３に形成された貫通孔１１３ａを介して連通している。下部空間１１２は、その途中にオリフィスが配置された潤滑油供給通路（図示省略）を介して吸入室Ｃ１又は背圧室Ｃ３に連通している。なお、その他の構成については図１と同様である。
【００３３】
次に、圧縮機１の作用を説明する。前記冷媒回路（の低圧側）からの冷媒（圧縮前の冷媒）は、吸入通路１４を介して第１収容空間Ｓ１に吸入される。第１収容空間Ｓ１に吸入された冷媒は、前記潤滑油供給手段によって供給された潤滑油と混合されて吸入室Ｃ１に導かれる。吸入室Ｃ１に導かれた冷媒は、固定スクロール４１の渦巻きラップと可動スクロール４２の渦巻きラップとの間に形成される圧縮室に取り込まれて圧縮され、圧縮された冷媒（圧縮後の冷媒）が吐出孔４３及び吐出弁４４を介して吐出室Ｃ２に吐出される。
【００３４】
吐出室Ｃ２に吐出された前記圧縮後の冷媒は、ガス導入孔１１４を介してオイルセパレータ１００の吐出通路１５（内部空間１１１に相当する）に導入される。吐出通路１５に導入された前記圧縮後の冷媒は、下向きの旋回流となって環状空間１３０を通過し、その際に潤滑油と冷媒とに分離される。分離された潤滑油は、吐出通路１５の内底部に一時的に貯留され、その後、貫通孔１１３ａを介して下部空間１１２に導かれて下部空間１１２に貯留される。一方、分離された冷媒は、内側円筒部材１２０の周壁の下端近傍の部位に形成された第１開口部１２０ａ及び第２開口部１２０ｂから内側円筒部材１２０の内部に流入し、内側円筒部材１２０の内部を通過して上方に流出し、その後、吐出通路１５の上端（開口端）を介して前記冷媒回路（の高圧側）に吐出される。
【００３５】
下部空間１１２に貯留された潤滑油は、吐出室Ｃ２と吸入室Ｃ１との圧力差に基づき前記潤滑油供給通路を介して吸入室Ｃ１に供給され、又は、吐出室Ｃ２と背圧室Ｃ３の圧力差に基づき前記潤滑油供給通路を介して背圧室３に供給される。すなわち、ここでは、吸入室Ｃ１又は背圧室Ｃ３が前記オイル被供給部に相当する。
【００３６】
本実施形態に係る圧縮機１によれば、従来に比べて、潤滑油の前記冷媒回路への流出が大幅に低減される。このため、前記車両用空調装置などの効率低下が防止される。
【００３７】
なお、本実施形態に係る圧縮機１においては、圧縮機構としてスクロール型圧縮機構が用いられているが、これに限られるものではなく、圧縮機構は、ピストン型圧縮機構やベーン型圧縮機構を含む各種の圧縮機構であり得る。
【００３８】
以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１…冷媒圧縮機
１４…吸入通路
１５…吐出通路
４０…圧縮機構
１００…オイルセパレータ
１１０…外側部材
１１１…内部空間
１１２…下部空間
１１４…ガス導入孔
１２０…内側円筒部材
１２０ａ…第１開口部
１２０ｂ…第２開口部
１２１…大外径部
１２２…小外径部
１２３…張出部
１３０…環状空間
【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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