(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部分と、前記円筒部分の下部に一体で形成された下方向に絞られたテーパ部分とを有するシェルと、前記シェルの上部より前記シェルと中心軸が同軸になるように挿入された流出管と、前記テーパ部分の下部に設けられた開口に接続された排出管と、前記円筒部分の内壁面の接線方向に接続され、前記シェル内部に気液二相流を流入する流入管とを備えた油分離器であって、前記流出管のシェル内端部は、前記流入管の内径の中心から下方向に前記流入管の内径の５倍以上の位置にあることを特徴とする油分離器。
【請求項２】
シェルは、円筒部分の上部に、前記円筒部分と一体に形成され上方向に絞られたテーパ部分を有することを特徴とする請求項１に記載の油分離器。
【請求項３】
開口と流出管のシェル内端部との距離が、流入管の内径の５倍以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の油分離器。
【請求項４】
流入管は円筒部分に接続された直管部を有し、前記直管部の長さは、前記流入管の内径の８倍以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の油分離器。
【請求項５】
流入管は前記円筒部分に接続された第１の直管部と、前記第１の直管部に対して前記シェル方向に９０度の角度となるような第２の直管部とを有する曲がり配管であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の油分離器。
【請求項６】
流入管はシェルの中心軸を中心とした螺旋形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の油分離器。
【請求項７】
流入管は複数有り、鉛直方向の同じ位置に前記流入管は等間隔となるように円筒部分に接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の油分離器。
【請求項８】
圧縮機と、流入管が前記圧縮機に接続された請求項１から７のいずれかに記載の油分離器と、前記油分離器の排出管に接続された毛細管と、前記排出管に前記毛細管と並列になるように接続された弁と、前記毛細管および前記弁に接続された返油回路と、前記返油回路と前記圧縮機に接続されたアキュムレータと、前記油分離器の流出管に接続された四方弁と、前記四方弁に接続された熱交換器とを有することを特徴とする室外機。
【請求項９】
複数の圧縮機と、各流入管が前記複数の圧縮機のそれぞれに接続された請求項７に記載の油分離器と、前記油分離器の排出管に接続された毛細管と、前記排出管に前記毛細管と並列になるように接続された弁と、前記毛細管および前記弁に接続された返油回路と、前記返油回路と前記複数の圧縮機に接続されたアキュムレータと、前記油分離器の流出管に接続された四方弁と、前記四方弁に接続された熱交換器とを有することを特徴とする室外機。
【請求項１０】
弁は、圧縮機起動時にのみ開放されることを特徴とする請求項８または９に記載の室外機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の技術分野】
この発明は、主に冷凍装置や空調装置に用いられ、圧縮機から冷媒ガスとともに持出される油を冷媒ガスから分離し、圧縮機へ返油することを目的とした油分離器、及びその油分離器を使用した室外機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、特開平８−３１９８１５号公報に記載された従来の油分離器の内部構造図である。
図１４中、１０１はシェルであり、略円筒体で、一方の開口端１０１ａが小径で他方の開口端１０１ｂが大径に形成されており、開口端１０１ａ側にテーパ部１０１ｃが、他方の開口端１０１ｂには径方向に延出したフランジ部１０１ｆが形成されている。また、開口部１０１ｂ側には、流入管１０２がシェル１０１と一体的に形成されており、シェル１０１の内側円筒面の接線方向に入口ポート１０２ａが開口している。
【０００３】
１０３は流出管であり、中間部に鍔部１０４が形成された円筒体をなし、この鍔体１０４はフランジ部１０４ｆを有し、これがシェル１０１のフランジ部１０１ｆに密着して接合されている。
【０００４】
このような油分離器では、ガスとオイルミストの気液混合流体は、流入管１０２からシェル１０１内壁面の接線方向に流入し、シェル１０１内を旋回運動することにより、オイルミストは遠心力によりシェル１０１内壁面に付着して分離され、内壁面に沿って下方に移動し、開口端１０１ａから排出される。また、オイルミストが分離された残りの気体は、流出管１０３から排出される。なおここで、流出管１０３のシェル内開口部は外部開口部よりも拡大した形状であるため、シェル１０１内のガスが流出管１０３へ吸い込まれるときの速度を低減し、流出管１０３の外壁に付着したオイルミストが気流に乗って流出管１０３内部に巻き込まれるのを防止できる。
【０００５】
図１５は、特開平９−１７７５２９号公報に記載された従来の油分離器の一部縦断面図である。
図１５中、２０１はシェルであり、円筒部２０２ａが設けられており、この上端には外側に突出したフランジ部２０２ｂが一体で設けられている。また、円筒部２０２ａの下端には逆円錐筒体２０２ｃが一体的に取り付けられ、その下側開口部にはオイル回収部２０２ｄが一体的に取り付けられている。さらに、円筒部２０２ａの上端近傍の開口には、流入管２０３が取り付けられている。円筒部２０２ａのフランジ部２０２ｂには円形の蓋体２０４が固定されている。この蓋体２０４の中心には、蓋体２０４を貫通して流出管２０５が設けられている。そして、この流出管２０５内には、所定の形状の不織布２０６が貼付されている。
【０００６】
このような油分離器では、オイルミストを含むガスが流入管２０３からシェル２０１内に流入し、円筒部２０２ａと円筒部２０２ａ内に突出した流出管２０５の円筒空間内を旋回する。このガスの旋回によるサイクロン効果により、ガス中の特に粒径が約５μｍ以上の大きなオイルミストはシェル２０１の内壁面に衝突して凝縮し、内壁面で大きな粒径に成長すると重力により内壁面を伝って落下し、オイル回収部２０２ｄに流出する。
【０００７】
また、シェル２０１の内壁面に衝突・分離しなかった粒径の小さなオイルミストは、ガスとともに流出管２０５へ流れ込む。このガスは、円筒空間Ｋ内における旋回の影響により、流出管２０５を直進することなく螺旋状に旋回して上方に進行する。その時のガス流の速度分布は、管壁近傍部分の速度が大きく中心部の速度が非常に小さくなっている。そして、この周辺部分を高速度で螺旋状に旋回するガスが、管壁に貼付された不織布２０６に当り吸着される。この微小粒子の吸着の繰り返しにより、不織布２０６に吸着された粒子の径が大きくなり、大きくなった粒子は、その重量により不織布２０６を伝って下方に移動し、さらに、流出管２０５の下端から落下してオイル回収部２０２ｄに収容される。
【０００８】
図１６は、実開平６−６０４０２号公報に記載された従来の気液分離器を示す構成図、図１７は上面からみた断面図である。
図中、気液分離器３０１は、円筒３０２と円錐３０３を組合せて形成されたシェル３０４を備えている。このシェル３０４の円筒３０２側には接線方向から二相流を導入する流入管３０５が設けられ、二相流がシェル３０４内を旋回して生じる遠心力により液と蒸気に分離され、液が自らの付着力によりシェル３０４の内壁に付着するようになっている。
【０００９】
そして、シェル３０４の内壁には分離した液を円錐３０３へ導くウイックが設けられている。このウイックとして０．３〜０．５ｍｍの細い溝３０６が螺旋状に多数設けられ、旋回流の力および毛細管現象によって液が円錐側に円滑に移動されるようになっている。
【００１０】
さらに、円筒３０２側から円錐３０３側への二相流の拡散を防止するためにシェル３０４にはこれを円筒３０２側と円錐３０３側に仕切る仕切板３０７が設けられている。この仕切板３０７には円筒３０２側と円錐３０３側を連通してシェル３０４内の圧力を均一にするための小孔３０８が設けられており、また、仕切板３０７の外周とシェル３０４の内側の間には隙間３０９が設けられている。仕切板３０７で仕切られたシェル３０４内の円錐３０３側には粗いウイックとして金網を波状に折り畳んだものが収容され、液を集積する液溜り３１０としている。この円錐３０３側の頂部には液をシェル３０４外へ導出する液導出管３１１が形成されている。また、仕切板３０７で仕切られたシェル３０４内の円筒３０２側の中心には流出管３１２が円筒３０２側の端板３０２ａを貫通して形成されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の油分離器および気液分離器においては、流出管と流入管との配置関係の適正化が明確になされていないので、負荷変動等に起因する冷凍サイクルの高圧および低圧の変動により発生する冷媒流量が変化するシステムや、負荷に応じて圧縮機が容量制御するようなシステムでは、冷媒流量が多い時に適正に運転できても、冷媒流量が低下した時に、油分離器内でのガスの旋回速度が減少してしまいサイクロン効果による油分離効率が低下してしまうという問題に適切に対応できなかった。なお、ここで、油分離効率とは、油分離器に流入する単位時間当たりの油の流入量に対する排出管から単位時間当たりに排出される油の流量の割合である。
【００１２】
なお、この弊害をなくすために、低流量時に合せて流入管の径を小さくした構成にすると、シェルに流入するガス速度を上げた場合に圧力損失が増大し、冷凍サイクルの効率が低下してしまう。
【００１３】
また、分離した油を油分離器から適正に排出できない場合には、シェル内に滞留する油量が増加してしまうので油分離器内部に滞留した油が油分離器内の気流により巻き上がり、流出管より流出し、油分離効率が低下するという問題もあった。
【００１４】
さらに、シェル内部の油の巻き上げ防止のため、図１６のような仕切板を配置したり、図１５のように流出管に油のミストをトラップする不織布のような吸着材を配置すると、部品点数が増えてコストが増大するという問題があった。
【００１５】
この発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、油分離器に流入するガスの速度が変化した場合や、油分離器に流入する油の流量が変化することでシェル内に滞留する油の量が変化した場合であっても、圧力損失および油分離効率の変動が小さく、さらに製造コストも安価な油分離器を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる油分離器では、流出管のシェル内端部は、流入管の内径の中心から下方向に流入管の内径の５倍以上の位置にあるものとした。
【００１７】
さらに、シェルは、円筒部分の上部に、円筒部分と一体に形成され上方向に絞られたテーパ部分を有するものとした。
【００１８】
また、この発明にかかる油分離器では、シェルの開口と流出管のシェル内端部との距離が、流入管の内径の５倍以上であるようにした。
【００１９】
また、この発明にかかる油分離器では、流入管はシェルの円筒部分に接続された直管部を有し、この直管部の長さは、流入管の内径の８倍以上であるものとした。
【００２０】
また、この発明にかかる油分離器では、流入管は円筒部分に接続された第１の直管部と、第１の直管部に対してシェル方向に９０度の角度となるような第２の直管部とを有する曲がり配管とした。
【００２１】
また、この発明にかかる油分離器では、流入管はシェルの中心軸を中心とした螺旋形状であるものとした。
【００２２】
さらに、流入管は複数有り、これら流入管は鉛直方向の同じ位置に等間隔となるように円筒部分に接続されているものとした。
【００２３】
また、この発明にかかる室外機では、圧縮機と、流入管が圧縮機に接続された上述の油分離器と、この油分離器の排出管に接続された毛細管と、この排出管に毛細管と並列になるように接続された弁と、毛細管および弁に接続された返油回路と、この返油回路と圧縮機に接続されたアキュムレータと、油分離器の流出管に接続された四方弁と、この四方弁に接続された熱交換器とを有するものとした。
【００２４】
また、この発明にかかる室外機では、複数の圧縮機と、各流入管が複数の圧縮機のそれぞれに接続された上述の油分離器と、この油分離器の排出管に接続された毛細管と、排出管に毛細管と並列になるように接続された弁と、毛細管および弁に接続された返油回路と、この返油回路と複数の圧縮機に接続されたアキュムレータと、油分離器の流出管に接続された四方弁と、この四方弁に接続された熱交換器とを有するものとした。
【００２５】
さらに、弁は、圧縮機起動時にのみ開放されるものとした。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における油分離器を搭載した冷凍サイクルの冷媒回路図である。
図１中、冷凍サイクルは１台の室外機１と室内機２０ａ、２０ｂと、室外機１と室内機２０ａ、２０ｂとを接続する液管３０およびガス管３１で主に構成されている。
また、室外機１は、圧縮機２と、圧縮機２と接続された油分離器３と、油分離器３と接続された四方弁４と、一方の口が四方弁４に接続され他方の口が液管３０に接続された熱源側熱交換器５と、圧縮機２に接続されたアキュムレータ６と、油分離器３に接続された電磁弁７と、電磁弁７に並列となるように油分離器３に接続された毛細管８と、電磁弁７および毛細管８とアキュムレータとに接続された返油回路９とから主に構成されている。なお、四方弁４はガス管３１にも接続されている。
【００２７】
室内機２０ａは、液管３０に接続された絞り装置２１ａと、一方の口が絞り装置２１ａに接続され、他方の口がガス管３１に接続される負荷側熱交換機２２ａとから主に構成されている。なお、室内機２０ｂも同様に、絞り装置２１ｂと負荷側熱交換機２２ｂで主に構成されている。
【００２８】
次に、図１の冷凍サイクルの動作について説明する。
冷凍サイクルの立ち上げ時には、圧縮機２に液冷媒が寝込んでいる場合があり、圧縮機２を起動すると、圧縮機２内の冷凍機油を含む冷媒液が圧縮機シェル内の圧力低下により急激に蒸発・発泡するというフォ−ミングという現象が発生し、圧縮機２から冷媒と冷凍機油の混合液が油分離器３に多量に流入する。この時は電磁弁７を開放し、返油回路９を介して油分離器３からアキュムレータ７入口へ冷媒液と油の混合液を返す。このようにして、油分離器３への油の流入量が一時的に多くなる場合でも、油分離器３がオ−バ−フロ−し、室外機の系外に油が持出されるのを防止している。
【００２９】
また、冷凍サイクルが定常運転に入ると、電磁弁７を閉止する。圧縮機２から冷媒ガスとともに持出される油は油分離器３で分離され、毛細管８で低圧まで絞られた後に、返油回路９、アキュムレ−タ６を介して圧縮機２へ戻る。
【００３０】
次に、油分離器３の詳細構成について説明する。
図２は油分離器３の上部断面図、図３は油分離器３の側面縦断面図である。
図２・図３中、５０はシェルであり、両端をテ−パ形状に絞った円筒体状をして、円筒部分と、円筒部分の下側の下テーパ部分と、上側の上テーパ部分を有する構成をしている。５１は円筒形の流出管であり、シェル５０の上テーパ部分の頂点部分を貫通して、シェル５０内部に挿入され、この流出管５１とシェル５０との中心軸が同軸になるように固定されている。５２は排出管であり、シェル５０の下テーパ部分の頂点部分に形成された下開口５０ａに固定されている。５３は流入管であり、直径がＤの円筒管形状をなし、シェル５０のうち、円筒部分（テーパ形状に絞られていない部分）内壁面の接線方向に接続されている。なお、流出管５１のうちシェル５０内部に挿入された部分の端部５１ａは、流入管５３のシェル内端部の中心から下方にＬ１の距離、かつシェル５０の下開口５０ａから上方向にＬ２の距離に位置している。
【００３１】
次に、このような構成の油分離器で発生する現象について説明する。
圧縮機２より吐出された冷媒ガスと冷凍機油からなる気液二相流は、流入管５３からシェル５０内に流入する。シェル５０内に流入した気液二相流はシェル５０内で螺旋状に旋回下降する。この旋回により、遠心力を受けたオイルミスト（冷凍機油の細かい粒子）がシェル５０内周面に衝突して付着するというサイクロン効果が発生し、冷媒ガス中に浮遊するオイルミストは次第に冷媒ガスから分離されていく。オイルミストが分離された冷媒ガスは、流出管５１から流出し、シェル５０の内壁面に付着した冷凍機油は、重力の作用によってシェル５０内壁面を下降し、排出管５２から排出され毛細管８を経由して返油回路９を流れ、アキュムレ−タ６を介して圧縮機２に戻る。
【００３２】
このような油分離器での冷凍機油の油分離効率は、シェル５０内での流出管５１の位置、すなはち、流出管５１の端部５１ａと流入管５３のシェル内端部の中心との距離Ｌ１、流出管５１の端部５１ａとシェル５０の下開口５０ａとの距離Ｌ２、流入管５３の直径Ｄとの関係によって変化することが実験で明らかになった。
【００３３】
図４は、実験の結果として得られたＬ２と油分離効率との関係を示す図である。
この実験は、油分離器での油流量が多い状態を想定したものであり、冷媒流量が６５０〜６８０ｋｇ／ｈ、油循環率が２．４〜２．６％、流入管の直径（内径）Ｄが１９．８ｍｍの環境で行った。なお、油流量とは、冷媒流量に油循環率を掛けたものである。
図４では、Ｌ２が大きくなるに従って油分離効率は上昇するが、Ｌ２が５Ｄとなる近辺からその分離効率の上昇が低くなり、５Ｄを超えると油分離効率はほぼ横ばいになる傾向が見られる。
【００３４】
このＬ２の距離が短いと油分離効率が良くないのは以下の理由による。
すなはち、油流量が多く、流出管５１のシェル５０内端部５１ａとシェル５０の底部との距離が近いと、螺旋状に回転する気流の影響により、液膜が図５に示すようにすり鉢状にシェル５０内壁面を回転しながら滞留するため、分離した油が排出管５２から排出される際には、中央部からガスを巻き込み、気液二相流となって排出管５２から流出してしまう。従って、返油回路９に流入する油はガスを含む状態となり、返油回路９での圧力損失が増加し返油量が十分に確保できなくなってしまう。この結果、シェル５０内壁面に付着した油膜の厚さがさらに厚くなり、シェル５０の下部では、厚くなった油膜から液滴が再離脱するため、油分離効率が低下することになる。
【００３５】
なお、この時に返油回路上の毛細管８の流路抵抗を小さくして、油の流量を稼ぐこともできるが、この場合は、油分離器３への油の流入量が減少した場合に、冷媒のホットガスのバイパス量が増加し、冷凍サイクルの性能が低下するので、油分離効率を向上させる手段としては問題がある。
一方、シェル５０内における流出管５１の端部５１ａとシェル５０の下開口５０ａとの距離Ｌ２を５Ｄ以上とると、シェル５０下部の液膜はシェル５０内を螺旋状に回転する気流の影響を受け難くなり、図６に示すように、分離した油が排出管５２から排出される際にも、中央部からガスを巻き込むことがなく、油単相で排出管５２より排出されるようになり、その結果、返油回路９での圧力損失が抑えられ、分離した油をスム−ズに排出することができるようになる。
【００３６】
このように、流出管５１のシェル５０内端部５１ａとシェル５０の下開口５０ａとの距離を５Ｄ以上とることによって、返油回路９での圧力損失を抑えることができ、分離した油をスム−ズに排出することが可能となる。これにより、シェル５０内での油の滞留量が低減し、シェル５０下部における液滴の再飛散を防止することによって、油分離効率を向上させることができる。
【００３７】
図７は、実験の結果として得られたＬ１と油分離効率との関係を示す図である。
この実験は、冷媒流量が４００ｋｇ／ｈ、油循環率が０．５％、流入管の直径（内径）Ｄが１９．８ｍｍの環境で行った。
図７では、Ｌ１が大きくなるに従って油分離効率は上昇するが、Ｌ１が５Ｄとなる近辺からその分離効率の上昇が低くなり、５Ｄを超えると油分離効率はほぼ横ばいになる傾向が見られる。
【００３８】
このＬ１の距離が短いと油分離効率が良くないのは以下の理由による。
一般に、サイクロン型油分離器では、油分離器に流入する気体の速度が減少すると、シェル５０内を旋回する速度が減少し、液滴が遠心力によりシェル５０の壁面に衝突しにくく、ガス中を舞いながらガスとともに流出することにより、油分離効率が低下する。油分離器を冷凍サイクルに組込んだ場合で考えれば、負荷条件の変化による冷凍サイクルの運転状態の変化や、流量可変型圧縮機の容量制御によって、流量が変化するため、冷媒流量が小さい場合には油分離効率が低下する。油分離効率は、シェル５０内を旋回する気流の旋回の回数に依存するため、旋回の回数を増やすには、流入管５３のシェル内端部と流出管５１の端部との間の距離を確保すればよい。このことから、図７に示すように、流出管５１の下端部と流入管５３のシェル内端部の位置を５Ｄ以上取ることによって油分離効率は向上する。
【００３９】
したがって、流出管５１と流入管５３のシェル内端部の位置を５Ｄ以上取ることによって、冷媒流量が低下した場合においても油の分離に必要なシェル５０内での気流の旋回の回数を確保することができ、油分離効率は向上する。
【００４０】
さらに、流入管５３での冷媒ガス・冷凍機油の気液二相流は、配管の曲がりなどの影響を受け、これにより油分離効率も変化することが知られている。
【００４１】
図８は、実験の結果として得られた、流入管５３のシェル内端部からの直管部分の長さＬ３と油分離効率の関係を示す図である。
この実験は、冷媒流量が４００ｋｇ／ｈ、油循環率が０．５％、流入管の直径（内径）Ｄが１９．８ｍｍの環境で行った。
図８では、直管部分の長さＬ３が長くなるにつれて油分離効率が上昇するが、Ｌ３が８Ｄとなる近辺からその分離効率の上昇が低くなり、８Ｄを超えると油分離効率はほぼ横ばいになる傾向が見られる。
【００４２】
このＬ３の距離が短いと油分離効率が良くないのは以下の理由による。
すなわち、直管部分の長さＬ３が短いと流入管５３の流路断面での液の分布に偏りを生じてしまうからである。よって、長ければ液の分布に偏りが少なくなり、８Ｄ以上になると気液二相流の流動状態が安定し、油分離効率が向上することとなる。
【００４３】
なお、流入管５３における直管部分を流入管５３の直径の８倍以上取ることがスペース上できない場合には、図９に示すように、流入管５３を水平面において概ねシェル５０の円周方向に沿うように９０°程度曲げて、第１の直管部５４ａと第２の直管部５４ｂとを形成させるような構成にしてもよい。
この構成では、流入管５３を流れる冷凍機油と冷媒ガスの気液二相流では、冷凍機油は第２の直管部５４ｂと第１の直管部５４ａとの曲がり部分において外周に偏って流れ、シェル５０に流入する際にはシェル５０の内周面に沿ってスムーズに冷凍機油が流れるようになるので冷媒ガスとの分離がスムーズになされ、油分離効率が向上する。
【００４４】
また、図１０に示すように、流入管５３をシェル５０の外周に中心がシェル５０の中心と同じになるような螺旋形状となるように構成してもよい。
この構成でも、冷凍機油は流入管５３の外周に偏って流れるので、油分離効率は向上する。
【００４５】
なお、この実施の形態では油分離器３の下方のみならず上方もテーパ状の形状にすることにより、上方を平面の蓋体で形成する場合に比較して、部品点数が削減できるとともに、必要強度を得るために必要な厚さを薄くでき、軽量化を図ることができる。
【００４６】
実施の形態２．
図１１は、この発明の実施の形態２における冷凍サイクルを示す冷媒回路図であり、図１の冷媒サイクルにおいて、室外機側の圧縮機を２台設け、この２台を油分離器に接続させたものである。なお、図１１では、図１と同一又は相当する構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１１において、２ａ，２ｂは圧縮機であり、各々、逆止弁１０ａ、逆止弁１０ｂを介して油分離器３に接続される。
【００４７】
次に、図１１の冷凍サイクルでの動作について説明する。
冷凍サイクルの立ち上げ時には、圧縮機２ａと圧縮機２ｂには、液冷媒が寝込む場合があるので、電磁弁７を開放し油分離器３からアキュムレータ６入口へ冷媒液と油の混合液を返す。これにより、油分離器３がオ−バ−フロ−し、室外機の系外に油が持出されるのを防止する。また、圧縮機２ａ，圧縮機２ｂは、１台ずつ時間をずらして起動させることで、油分離器３のオ−バ−フロ−を防止する効果は更に高まる。
【００４８】
また、冷凍サイクルが定常運転に入ると、電磁弁７を閉止する。圧縮機２ａもしくは／および圧縮機２ｂから冷媒ガスとともに持出される油は油分離器３で分離され、毛細管８で低圧まで絞られて返油回路９へ流入し、アキュムレ−タ６を介して圧縮機２ａもしくは／および圧縮機２ｂへ戻る。
なお、圧縮機２ａと圧縮機２ｂは負荷に応じて適宜、運転・停止および圧縮機運転周波数を変更し、容量制御を行う。
【００４９】
次に、油分離器３の詳細構成について説明する。
図１２は油分離器３の上部断面図、図１３は油分離器３の側面縦断面図である。
図１２・図１３中、５０はシェルであり、両端をテ−パ形状に絞った円筒体状をしている。５１は円筒形の流出管であり、シェル５０の上テーパ部分の頂点部分を貫通して、シェル５０内部に挿入され、この流出管５１とシェル５０との中心軸が同軸になるように固定されている。５２は排出管であり、シェル５０の下テーパ部分の頂点部分に形成された下開口５０ａに固定されている。５３ａ、５３ｂは流入管であり、直径がＤの円筒管形状をなし、シェル５０の中心軸を介して相対する同じ鉛直距離の位置に配置され、それぞれシェル５０の内壁面の接線方向に接続されている。なお、流出管５１のうちシェル５０内部に挿入された部分の端部５１ａは、流入管５３ａ、５３ｂのシェル内端部の中心から下方にＬ１の距離、かつシェル５０の下開口５０ａから上方向にＬ２の距離に位置している。
【００５０】
次に、このような構成の油分離器で発生する現象について説明する。
圧縮機２ａもしくは／および圧縮機２ｂより吐出された冷媒ガスと冷凍機油からなる気液二相流は、流入管５３ａもしくは／および流入管５３ｂからシェル５０に流入する。シェル５０内に流入した気液二相流はシェル５０内で螺旋状に旋回下降するとともに、遠心力を受けたオイルミストはシェル５０内周面に衝突して付着し、冷媒ガス中に浮遊するオイルミストは、いわゆるサイクロン効果により次第に冷媒ガスから分離されていく。冷凍機油が分離された冷媒ガスは、流出管５１から流出し、シェル５０の内壁面に付着した冷凍機油は、重力の作用によってシェル内壁面を下降し、排出管５２から排出される。
【００５１】
ここで、油分離器３の圧力損失は流入管の直径に依存するので、圧縮機２台運転分の冷媒流量が流れた場合の圧力損失を低減するために流入管を１本とし、その直径を大きくし過ぎると、圧縮機が１台で運転した場合には、流量が低下し、遠心分離作用の低下により油分離効率が悪化する。したがって、流入管を１つの圧縮機に１つずつ設けることにより、圧力損失を低減しつつ、１台運転時の油分離効率の低下を防止することができる。また、２台の圧縮機を持つシステムにおいて、１台の油分離器で圧縮機から持出される油を分離し圧縮機内の潤滑油の枯渇を防止することで、安価に冷凍サイクルの信頼性を増すことができる。
【００５２】
また、流入管５３ａおよび流入管５３ｂは、シェル５０の鉛直方向の同じ位置に、内面周方向に等間隔に配置することにより、一方の流入管より流入した冷媒ガスの軌跡が、他方の流入管に干渉することがなく、シェル５０内での気流の乱れを抑え、２台の圧縮機を運転した場合の油分離効率の低下を防止することができる。
【００５３】
なお、この実施の形態には、流入管が２本の場合について述べたが、流入管が３本以上の場合でも、流入管をシェルの鉛直方向の同じ位置に、内面周方向に等間隔に配置することで、同様の効果を奏することができる。また、これら複数の流入管の直径を、流入させる冷媒流量または圧縮機容量に応じて変更してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
この発明にかかる油分離器では、シェルの開口と流出管のシェル内端部との距離が、流入管の内径の５倍以上であるようにしたので、油分離器に流入する油の量が増加しても、油分離効率の低下を防止することができる。
【００５５】
また、この発明にかかる油分離器では、流出管のシェル内端部は、流入管の内径の中心から下方向に流入管の内径の５倍以上の位置にあるものとしたので、広い範囲の冷媒循環量において、油分離効率を高く維持することができる。
【００５６】
また、この発明にかかる油分離器では、流入管はシェルの円筒部分に接続された直管部を有し、この直管部の長さは、流入管の内径の８倍以上であるものとしたので、ガス流量が小さい場合における油分離効率を安価に向上させることができる。
【００５７】
また、この発明にかかる油分離器では、流入管は円筒部分に接続された第１の直管部と、第１の直管部に対してシェル方向に９０度の角度となるような第２の直管部とを有する曲がり配管と、または、この発明にかかる油分離器では、流入管はシェルの中心軸を中心とした螺旋形状であるものとしたので、設置スペースが少ない場合でも、分離効率を向上させる効果がある。
【００５８】
さらに、シェルは、円筒部分の上部に、円筒部分と一体に形成された上方向に絞られたテーパ部分を有するものとしたので、上方を平面の蓋体で形成する場合に比較して、部品点数が削減できるとともに、必要強度を得るために必要な厚さを薄くでき、軽量化を図ることができる。
【００５９】
さらに、流入管は複数有り、これら流入管は鉛直方向の同じ位置に等間隔となるように円筒部分に接続されているものとした。圧力損失を低減しつつ、１台運転時の油分離効率の低下を防止することができる。また、２台の圧縮機を持つシステムにおいて、１台の油分離器で圧縮機から持出される油を分離し圧縮機内の潤滑油の枯渇を防止することで、安価に冷凍サイクルの信頼性を増すことができ、さらに、一方の流入管より流入した冷媒ガスの軌跡が、他方の流入管に干渉することがなく、シェル内での気流の乱れを抑え、圧縮機2台運転時での油分離効率の低下を防止することができる。
【００６０】
また、この発明にかかる室外機では、圧縮機と、流入管が圧縮機に接続された上述の油分離器と、この油分離器の排出管に接続された毛細管と、この排出管に毛細管と並列になるように接続された弁と、毛細管および弁に接続された返油回路と、この返油回路と圧縮機に接続されたアキュムレータと、油分離器の流出管に接続された四方弁と、この四方弁に接続された熱交換器とを有するものとしたので、運転効率が向上する。
【００６１】
また、この発明にかかる室外機では、複数の圧縮機と、各流入管が複数の圧縮機のそれぞれに接続された上述の油分離器と、この油分離器の排出管に接続された毛細管と、排出管に毛細管と並列になるように接続された弁と、毛細管および弁に接続された返油回路と、この返油回路と複数の圧縮機に接続されたアキュムレータと、油分離器の流出管に接続された四方弁と、この四方弁に接続された熱交換器とを有するものとしたので、運転効率が向上する。
【００６２】
さらに、弁は、圧縮機起動時にのみ開放されるものとしたので、特に、油分離器への油流入量が一時的に多くなる圧縮機起動時にも、油分離器がオーバフローすることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１における冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【図２】  この発明の実施の形態１における油分離器の上部断面図である。
【図３】  この発明の実施の形態１における油分離器の側面断面図である。
【図４】  Ｌ２と油分離効率の関係を示す図である。
【図５】  油分離器での気液二相流の状態を示す図である。
【図６】  油分離器での気液二相流の状態を示す図である。
【図７】  Ｌ１と油分離効率の関係を示す図である。
【図８】  Ｌ３と油分離効率の関係を示す図である。
【図９】  油分離器の上部断面図である。
【図１０】  油分離器の上部断面図である。
【図１１】  この発明の実施の形態２における冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【図１２】  この発明の実施の形態２における油分離器の上部断面図である。
【図１３】  この発明の実施の形態２における油分離器の側面断面図である。
【図１４】  従来の油分離器の内部構造図である。
【図１５】  従来の油分離器の一部縦断面図である。
【図１６】  従来の気液分離器の構造図である。
【図１７】  従来の気液分離器の上面断面図である。
【符号の説明】
１  室外機、  ２、２ａ、２ｂ  圧縮機、  ３  油分離器、  ４  四方弁、
５  熱源側熱交換器、  ６  アキュームレータ、
７  電磁弁、  ８  毛細管、  ９  返油回路、  １０ａ、１０ｂ  逆止弁、
２０ａ、２０ｂ  室内機、  ２１ａ、２１ｂ  絞り装置、
２２ａ，２２ｂ  負荷側熱交換器、  ３０  液管、  ３１  ガス管、
５０  シェル、  ５１ａ  下開口部、  ５１  流出管、  ５１ａ  端部、
５２  排出管、  ５３、５３ａ、５３ｂ  流入管、  ５４ａ  第１の直管部、
５４ｂ  第２の直管部。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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