JP2006090673A

JP2006090673A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2006090673A
Application number: JP2004279311A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Kimata; 央幸木全; Tsukasa Kasagi; 司笠木; Mitsushi Yoshimura; 充司吉村; Yoshiaki Miyamoto; 善彰宮本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP4176694B2

Abstract

【課題】ガス冷媒からオイルを効率よく分離する空気調和装置を提供すること。
【解決手段】オイルセパレータ４は、分離部１３と油溜まり部１４に分けられる。分離部は、入口７から圧入されるガス冷媒が旋回し、オイルが分離される部分である。一方、油溜まり部１４は、上記分離されたオイルが分離部１３の内壁を伝って溜まる部分である。本願発明に係るオイルセパレータ４は、上記油溜まり部１４の断面積を上記分離部１３の断面積よりも大きくなるようにする。油溜まり部１４の断面積が分離部１３の断面積よりも大きいと、従来のようにオイルセパレータ全体が円筒形状である場合よりも、長手方向の長さをとらずに容量を大きくすることができる。このため、油溜まり部１４の油面１２も下がる。当該油面１２が下がれば、オイルの巻き上げ防止効果が向上し、オイルセパレータ４全体としてのオイル分離効率が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和装置に関し、更に詳しくは、冷媒に含まれるオイルを効率よく分離、循環させるオイルセパレータを有する空気調和装置に関する。

一般に、空気調和装置における圧縮機の潤滑は、冷媒とともに空調サイクル内を循環するオイルによって行われている。具体的には、冷媒とともに吸入側より圧縮機に帰還してくるオイルが、圧縮機内部の各摺動部、作動室を流れることによって循環がなされる。摺動部でのオイルは、文字通り摺動の潤滑に使われる。また、作動室内のオイルは、室内の隙間をシールしてガス冷媒の漏れを防止する役目を果たす。

上記空調サイクルには、圧縮機の後ろ側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オイルを分離し、当該オイルを圧縮機の吸入側に帰還させるものである（たとえば、特許文献１、２）。オイルを分離する原理は、オイルを含んだ冷媒が円筒形状のオイルセパレータの上部から高温・高圧の状態で入り、筒を下っていく過程の遠心分離作用によってオイルセパレータの内壁面にオイルが付着し、底部に溜まるというものである。したがって、上記円筒状のオイルセパレータは、筒状長さが大きい程、オイルの分離効率が上がり、圧縮機へのオイル供給もこの分離効率に依存する。

特開２００１−１９４０３３号公報特開２００２−２５７４２６号公報

しかしながら、近年、空気調和装置の大きさに関して、コンパクト化の要請がますます強くなってきている。したがって、空調サイクルを構成する要素の一つであるオイルセパレータも小さくすることが望ましいが、円筒形状のオイルセパレータは、軸方向の長さを小さくすると、底部に溜まるオイルの油位が上がり、オイルセパレータのオイル分離効率に悪影響を与えてしまう。

そこで、本発明は上記に鑑みてなされたものであって、オイルセパレータは単純な円筒形状であるという常識から脱皮し、底部の油面を下げる工夫を加えて、オイル分離効率を上げるオイルセパレータを有する空気調和装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、請求項１に係る空気調和装置は、ガス冷媒を吸入圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された高温、高圧のガス冷媒から当該ガス冷媒に混入しているオイルを分離するオイルセパレータと、を有する空気調和装置において、前記オイルセパレータは、分離されたオイルが溜まる油溜まり部の断面積が前記圧縮機から吐出されたガス冷媒からオイルを分離する分離部の断面積よりも大きくなるようにしたものである。

油溜まり部の断面積が分離部の断面積よりも大きいと、双方の断面積が同じでオイルセパレータ全体が円筒形状である場合よりも、長手方向の長さをとらずに容量を大きくすることができる。このため、油溜まり部の油面も下がり、油の巻き上げによる分離効率の悪化を防止することができる。また、オイルセパレータ自体へのコンパクト化の要請にも応えることになる。オイルセパレータの全体形状は、三角フラスコのような形状でもよく、通常のフラスコのような形状でもよい。また、オイルセパレータは、高圧のガス冷媒が吹き込むことを考えれば、当該油溜まり部は通常の圧力容器のような横置きの略円筒型圧力容器のような形状にしてもよい。

また、請求項２に係る空気調和装置は、前記空気調和装置において、前記オイルセパレータは、前記分離部が所定長さの円筒形状をしており、当該円筒形状の部分の下方にある前記油溜まり部が膨らんでいる形状であるようにしたものである。

オイルセパレータの分離部が所定長さの円筒形状だと、当該円筒部分でオイルの遠心分離作用がよくはたらき、オイルの分離が効率よく行われる。また、当該円筒形状の部分の下方にある前記油溜まり部がフラスコのように膨らんでいると、油溜まり部の油面も下がり、油の巻き上げによる分離効率の悪化を防止することができる。

また、請求項３に係る空気調和装置は、ガス冷媒を吸入圧縮する複数の圧縮機と、それぞれの前記圧縮機から吐出された高温、高圧のガス冷媒から当該ガス冷媒に混入しているオイルを分離するオイルセパレータと、を有する空気調和装置において、前記オイルセパレータは、前記圧縮機から吐出されたガス冷媒からオイルを分離する分離部を当該圧縮機の数と同数有すると共に、分離されたオイルが溜まる油溜まり部を共有し、当該油溜まり部の断面積が当該分離部の断面積の和よりも大きくなるようにしたものである。

空気調和装置の空調サイクルを構成する要素として、圧縮機が複数、たとえば２つ用いられる場合がある。この場合でも、オイルセパレータの油溜まり部の断面積が分離部の断面積の和よりも大きいと、双方の断面積が同じでオイルセパレータ全体が円筒形状である場合よりも、長手方向の長さをとらずに容量を大きくすることができる。このため、油溜まり部の油面も下がり、油の巻き上げによる分離効率の悪化を防止することができる。また、圧縮機から吐出されるガス冷媒が複数系統で一つのオイルセパレータに入ることになるので、圧力が上がり、油溜まり部からのオイルが圧縮機に帰還しやすくなる。

また、請求項４に係る空気調和装置は、前記空気調和装置において、前記オイルセパレータは、ぞれぞれの前記分離部が所定長さの円筒形状をしており、当該円筒形状の部分の下方にある前記油溜まり部が膨らんでいる形状であるようにしたものである。

請求項１の発明に対する請求項２の発明のように、オイルセパレータの分離部が所定長さの円筒形状だと、当該円筒部分でオイルの遠心分離作用がよくはたらき、オイルの分離が効率よく行われる。また、当該円筒形状の部分の下方にある前記油溜まり部がフラスコ形状のように膨らんでいると、油溜まり部の油面も下がり、油の巻き上げによる分離効率の悪化を防止し、油分離効率を向上させることができる。

また、請求項５に係る空気調和装置は、前記空気調和装置において、前記オイルセパレータは、複数ある前記分離部からのオイルを前記油溜まり部において当該分離部ごとに仕切る仕切材を有し、前記仕切材は、仕切られたオイルが連通するための連通部を有すると共に、当該仕切材のオイルに浸らない部分、またはそれよりも上方で、それぞれの分離部の圧力を均圧する均圧部を有するようにしたものである。

油溜まり部には仕切材が設けられるが、当該仕切材のオイルに浸されない部分に孔が設けられるか、または、各分離部の途中で各分離部を連通する管が設けられ、これらによって各分離部の圧力が均圧される。また、油溜まり部の仕切材は、オイルに浸っている部分に孔が設けられるか、または仕切材が底部で途切られることによって、各分離部からの油が合流して溜まる。したがって、このオイルセパレータを用いれば、油溜まり部の油面が低い位置で一定となり、オイル分離効率の向上が図られる。また、従来用いられていた圧縮機同士を連通する均圧管がなくても、圧縮機の稼働率によらず、一定の圧力によって、オイルが圧縮機に帰還するようになる。

本発明にかかる空気調和装置によれば、油面を下げる工夫を加えたので、オイル分離効率が向上し、その分オイルセパレータをコンパクトにできる。

以下に、本発明に係る空気調和装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明に係る空気調和装置の例を示す概略図である。同図に示すように、空気調和装置１では、冷媒が蒸発器２で蒸発し、そこで熱を奪ってガス化し、当該ガス冷媒が圧縮機３で吸入圧縮される。圧縮機３から吐出される高温・高圧のガス冷媒には潤滑・シール作用をするオイルが混ざっている。オイルを含んだガス冷媒が、このままコンデンサ５に入ると熱交換率が下がり、システム全体の効率が悪化するので、当該圧縮機３の後側にはオイルセパレータ４が設けられる。

オイルセパレータ４は、上部にガス冷媒の入口７があり、そこから入ったガス冷媒は、旋回することによってオイルが分離され、出口８から出ていく。溜まったオイルは、圧縮機３の吐出圧力を利用して配管９および絞り弁１０を通って、圧縮機３に再び帰還する。オイルセパレータ４の出口８から出たガス冷媒は、コンデンサ５で外部の空気と熱交換することによって、液冷媒となり、減圧するための膨張弁６を通って、再び蒸発器２に入る。

図２は、オイルセパレータの詳細を示す外観図である。オイルセパレータ４は、大きく分けて、分離部１３と油溜まり部１４に分けられる。分離部は、入口７から圧入されるガス冷媒が旋回し、遠心作用によってオイルが分離される部分である。一方、油溜まり部１４は、上記分離されたオイルが分離部１３の内壁を伝って溜まる部分である。オイルが分離されたガス冷媒は、出口８から吹き出し、配管を通ってコンデンサに向かう。また、油溜まり部１４に溜まったオイルは、油溜まり部１４内に開口した帰還管１１を通って圧縮機に帰還する。

本願発明に係るオイルセパレータ４は、上記油溜まり部１４の断面積が上記分離部１３の断面積よりも大きいことが特徴である。油溜まり部１４の断面積が分離部１３の断面積よりも大きいと、従来のように油溜まり部１４と分離部１３との面積が同じでオイルセパレータ全体が円筒形状である場合よりも、長手方向の長さをとらずに容量を大きくすることができる。このため、油溜まり部１４の油面１２も下がる。発明者らの精査により、オイルセパレータ４の効率は、分離部１３における遠心分離効率と油面からの巻き上げ防止率によって影響を受けることがわかった。そこで、この発明では、そのうち油面からの巻き上げ防止率を向上させるために油面１２を下げる工夫をしたのである。

このように、分離部１３よりも広く油溜まり部１４の断面積をとることを考えると、オイルセパレータ４全体の形状は、三角角フラスコや通常のフラスコのような分離部１３に比べ油溜まり部１４が縦断面において側方に膨出する形状とすることができる。また、オイルセパレータは高圧のガス冷媒が吹き込むことを考えれば、当該油溜まり部は通常の圧力容器のような横置きの略円筒型圧力容器のような形状にしてもよい。しかしながら、分離部１３はガス冷媒を小半径で高速旋回させることが効率上好ましいので、その場合は、図２のように分離部１３が所定長さの円筒形状で、当該円筒形状の部分の下方にある油溜まり部が膨らんでいる形状とするのが好ましい。なお、所定長さとは、オイルセパレータ４全体の５０〜７０％程度を目安とするのがよい。

図３は、この発明に係る空気調和装置の変形例を示す概略図である。コンデンサ５、蒸発器２、および膨張弁６といった基本的な構成は図１と同様である。この空気調和装置１５では、圧縮機１６、１７およびオイルセパレータ１８、１９に特徴がある。空気調和装置によっては、比較的大きな冷房システムのように、圧縮機１６、１７が複数（この場合は２つ）設けられる場合がある。たとえば、通常は圧縮機１６だけを用いて、大出力が必要な場合だけ、圧縮機１７を作動させるような用い方をしたり、または並列に用いる場合もある。

同図におけるような空気調和装置１５においても、それぞれの圧縮機１６、１７について１台ずつオイルセパレータ１８、１９を用いることができる。そして、オイルセパレータ１８、１９で溜まったオイルを圧縮機１６、１７に帰還させるために用いる絞り弁２０、２１も図１のときと同様に用いることができる。このような場合でも、オイルセパレータ１８、１９は、油溜まり部の断面積が分離部の断面積より大きくなるようにする。このようにすると、油面が下がることによって、ガス冷媒からのオイルの分離効率が向上する。また、長手方向を抑えたコンパクトなオイルセパレータを構築できる。

図４も、この発明に係る空気調和装置の変形例を示す概略図である。コンデンサ５、蒸発器２、および膨張弁６といった基本的な構成は図１または図３と同様である。また、圧縮機２６、２７を複数設けることも同様である。この空気調和装置２５では、オイルセパレータ２８に特徴がある。このオイルセパレータ２８は、分離部が圧縮機２６、２７の数と同数設けられると共に、分離されたオイルが溜まる油溜まり部が共有される構成となっていて、共通化された油溜まり部の断面積が各分離部の断面積の和よりも大きくなっている。オイルセパレータ２８から圧縮機２６、２７へオイルが帰還する配管は、当該オイルセパレータ２８の油溜まり部から圧縮機２６、２７の数だけ設けられ、途中に絞り弁２９、３０が設けられる。

図５は、オイルセパレータの詳細を示す正面図および左側面図である。オイルセパレータ２８は、ぞれぞれの分離部２９、３０が所定長さの円筒形状をしており、当該円筒形状の部分の下方にある共有油溜まり部３１が膨らんでいる形状をしている。さらに具体的には、共有油溜まり部３１は、円筒を寝かせたような形状をしている。このように、オイルセパレータ２８の分離部２９、３０が所定長さの円筒形状だと、当該円筒部分でオイルが旋回することにより、遠心分離作用がよくはたらく。その結果、オイルの分離が効率よく行われる。

また、円筒形状の分離部２９、３０の下方にある共有油溜まり部３１が膨らんで、両分離部２９、３０の断面積の和よりも大きな断面積を有すると、油溜まり部の断面積が分離部の断面積の和と等しくオイルセパレータ全体が円筒形状である場合よりも、長手方向の長さをとらずに容量を大きくすることができる。このため、油溜まり部の油面も下がり、油の巻き上げによる分離効率の悪化を防止することができる。また、圧縮機から吐出されるガス冷媒が複数系統で一つのオイルセパレータに入ることになるので、圧力が上がり、油溜まり部からのオイルが圧縮機に帰還しやすくなる。なお、上述したように、本実施形態においては、オイルセパレータ２８から圧縮機２６、２７へオイルが帰還する配管３２、３３は、当該オイルセパレータ２８の共有油溜まり部３１から圧縮機２６、２７の数だけ設けられる。ただし、オイルの帰還回路構成はこれに限られるものではなく、内部開口を一つとし、途中で配管を分岐する構成としても良い。

図６は、オイルセパレータの変形例の詳細を示す正面図および左側面図である。このオイルセパレータ２８は、図５のものの共有油溜まり３１の内部であって、各分離部２９、３０を仕切る仕切材３５が設けられるのが特徴である。このようにすると、断面積が異なる分離部２９、と油溜まり部３１の組み合わせが２つでき、ちょうど図３で説明した複数のオイルセパレータ１８、１９が一つになったものと考えることができる。オイルセパレータ２８をこのようにすると、圧縮機が複数ある場合でも油溜まり部３１を構成する筐体を共有することになるので、省スペース化とともにオイルセパレータの固定装置の簡略化・簡素化に役立つ。なお、図６に示した変形例を採用する場合には、仕切材３５で仕切られた油溜まり部毎に圧縮機に油を戻す配管を設置する。

図７も、オイルセパレータの変形例の詳細を示す正面図および左側面図である。このオイルセパレータ２８は、仕切材３６が、共有油溜まり部３１の底部で途切れているのが特徴である。このようにすると、複数の圧縮機があって、そのうちの一部を作動させ、残りの圧縮機を作動させないような制御をするときに効果を発揮する。例えば作動している圧縮機に接続された分離部２９にだけオイルが混入したガス冷媒が入る場合、分離部２９の圧力は、分離部３０よりも高圧となる。そうすると、圧力差から、共有油溜まり部３１の油面は、分離部２９の下部にある油面の方が、分離部３０の下部にある油面よりも下がる。オイルを分離しなければならない分離部２９の下部にある油面が下がれば、巻き上げ防止効果が高まり、いっそうオイルの分離効率が向上するという効果が生じる。

図８も、オイルセパレータの変形例の詳細を示す正面図および左側面図である。このオイルセパレータは、複数ある分離部２９、３０からのオイルを共有油溜まり部３１において分離部２９、３０ごとに仕切る仕切材３７を有する。この仕切材３７は、仕切られたオイルが連通するための連通部４０を有する。また、仕切材３７のオイルに浸らない部分、またはそれよりも上方で、それぞれの分離部２９、３０の圧力を均圧する均圧部３８を有する。

同図では、上記連通部４０が、仕切材３７が共有油溜まり部の底部で途切れた部分となっているが、仕切材３７を底部まで設けて、そこに孔を穿つようにしてもよい。また、同図では、上記均圧部３８が、仕切材３７に設けられる孔３８となっているが、図９に示すように、複数の分離部２９、３０を連通する配管３９としてもよい。

オイルセパレータ２８を上記のように構成すると、各分離部からの油が合流して共有油溜まり部３１に溜まる。また、均圧部３８、３９によって各分離部の圧力が均圧されるから、圧縮機の作動状況（ＯＮ、ＯＦＦの別または稼働率）によらずに、油面は一定の位置となる。このため、従来よりも油面が下がることになり。オイルの分離効率が向上する。

以上説明したようなオイルセパレータ２８を用いれば、従来まで必要であった圧縮機同士を連通する均圧管が不要となり、圧縮機の稼働率によらず、一定の圧力によって、オイルが圧縮機に帰還するようになる。

以上のように、本発明にかかる空気調和装置は、ガス冷媒からオイルを分離して圧縮機に帰還させるオイルセパレータに特徴を有し、今後もコンパクト化が要求される空気調和装置の生産、使用等にかかるものである。

本発明に係る空気調和装置の例を示す概略図である。オイルセパレータの詳細を示す外観図である。この発明に係る空気調和装置の変形例を示す概略図である。この発明に係る空気調和装置の変形例を示す概略図である。オイルセパレータの詳細を示す正面図および左側面図である。オイルセパレータの変形例の詳細を示す正面図および左側面図である。オイルセパレータの変形例の詳細を示す正面図および左側面図である。オイルセパレータの変形例の詳細を示す正面図および左側面図である。オイルセパレータの変形例の詳細を示す正面図および左側面図である。

符号の説明

１、１５、２５空気調和装置
２蒸発器
３、１６、１７、２６圧縮機
４、１８、２８オイルセパレータ
５コンデンサ
６膨張弁
７入口
８出口
９配管
１０、２０弁
１１帰還管
１２油面
１３、２９、３０分離部
３５、３６、３７仕切材
３８均圧部
３８孔
４０連通部

Claims

ガス冷媒を吸入圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出された高温、高圧のガス冷媒から当該ガス冷媒に混入しているオイルを分離するオイルセパレータと、
を有する空気調和装置において、
前記オイルセパレータは、分離されたオイルが溜まる油溜まり部の断面積が前記圧縮機から吐出されたガス冷媒からオイルを分離する分離部の断面積よりも大きいことを特徴とする空気調和装置。
前記オイルセパレータは、前記分離部が所定長さの円筒形状をしており、当該円筒形状の部分の下方にある前記油溜まり部が膨らんでいる形状であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
ガス冷媒を吸入圧縮する複数の圧縮機と、
それぞれの前記圧縮機から吐出された高温、高圧のガス冷媒から当該ガス冷媒に混入しているオイルを分離するオイルセパレータと、
を有する空気調和装置において、
前記オイルセパレータは、前記圧縮機から吐出されたガス冷媒からオイルを分離する分離部を当該圧縮機の数と同数有すると共に、分離されたオイルが溜まる油溜まり部を共有し、当該油溜まり部の断面積が当該分離部の断面積の和よりも大きいことを特徴とする空気調和装置。
前記オイルセパレータは、ぞれぞれの前記分離部が所定長さの円筒形状をしており、当該円筒形状の部分の下方にある前記油溜まり部が膨らんでいる形状であることを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。
前記オイルセパレータは、複数ある前記分離部からのオイルを前記油溜まり部において当該分離部ごとに仕切る仕切材を有し、前記仕切材は、仕切られたオイルが連通するための連通部を有すると共に、当該仕切材のオイルに浸らない部分、またはそれよりも上方で、それぞれの分離部の圧力を均圧する均圧部を有することを特徴とする請求項３または４に記載の空気調和装置。