JP2010048170A - オイルセパレータ及びオイルセパレータを備える冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクルの冷媒中に含まれる異物を効率的に除去すること。
【解決手段】冷媒圧縮機に用いられるオイルセパレータ１が、冷媒からオイルを分離する分離部２と、分離されたオイルを貯留する貯油室１４と、オイルに含まれる異物を吸着する磁石９とを具備する。分離部２は、分離されたオイルを貯油室１４内へ排出するオイル出口８を有しており、磁石９は、分離されたオイルが分離部２のオイル出口８近傍に配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒圧縮機に用いられる冷媒からオイルを分離するオイルセパレータ及びそのようなオイルセパレータを一体に備える冷媒圧縮機に関する。

冷媒圧縮機の冷媒中又はオイル中には冷媒圧縮機の摺動部分から発生した金属磨耗粉等の異物が混入している。冷媒圧縮機は冷媒又はオイル中の異物を除去するためのフィルタを備えることが多いが、前述の磨耗粉のような微細な鉄系金属異物を除去するための磁石をさらに備えることがある。このような異物除去のための磁石を備える冷媒圧縮機が特許文献１及び２に記載されている。

特許文献１では、立形の圧縮機の密閉容器の底部の油溜部に設けた凹部に磁石が取り付けられる。この磁石は、圧縮機停止時に前記凹部に沈殿した異物の捕捉には有効である一方、圧縮機運転中にオイル循環経路中に含まれる異物を除去する能力は十分ではない。また、特許文献１には、密閉容器から延びる吐出管に分岐路又はバイパス路で連通した空間の捕獲部の中に磁石を配置する構造も提案されているが、分岐路又はバイパス路及び捕獲部を設けるため構造の複雑化を招くこと、及び吐出管を通過する冷媒の一部しか捕獲部に導入されないことから異物の除去能力は十分ではないと考えられる。

特許文献２には、やはり立形の圧縮機の密閉容器の底部の油溜部に配置され磁石に向かって圧縮機の吐出ガスを吹き付ける構造が記載されている。この場合、磁石に吸着された異物が、吹き付けられた吐出ガスによって磁石から外されることが懸念される。

特開平９−２２２０８３号公報 実開昭５９−１４６５８１号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、冷凍サイクルの冷媒中に含まれる異物を効率的に除去することを目的とする。

本発明は、上記課題を達成するための技術的手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載のオイルセパレータ及び冷媒圧縮機を提供する。

請求項１に記載のオイルセパレータ（１）は、冷媒圧縮機に用いられるオイルセパレータ（１）であって、冷媒からオイルを分離する分離部（２）と、分離されたオイルを貯留する貯油室（１４）と、オイルに含まれる異物を吸着する磁石（９）と、を具備し、分離部（２）は、分離されたオイルを貯油室（１４）内へ排出するオイル出口（８）を有しており、磁石（９）は、分離部（２）のオイル出口（８）近傍に配設されていることを特徴とするものである。これにより、分離されたオイルは磁石（９）に触れるので、オイルに含まれる鉄系金属異物は、貯油室（１４）内に貯留されているオイル中に拡散する前に磁石（９）に吸着されて、効率的な異物除去が実現される。また、分離部（２）のオイル出口（８）におけるオイルの流速は低いので、磁石（９）をオイル出口（８）の近くに配置すればオイル中の異物を確実に磁石（９）に吸着させることができ、また吸着された異物がオイルの流れによって磁石（９）から剥がされることもない。

請求項２に記載のオイルセパレータ（１）は、磁石（９）が、オイル出口(８)の下流側であって、オイル出口（８）に対向して配置されていることを特徴とする。これは、オイル出口がから流出したオイルの延長方向にあるため、オイルを磁石に確実に触れさせることができる。

請求項３に記載のオイルセパレータ（１）は、磁石（９）が、オイル出口(８)の下流側であって、オイル出口（８）の側方に配置されていることを特徴とする。これは、オイル出口がオイルセパレータの周壁部にあり、横方向に向いている場合、オイル出口(８)より流出したオイルが重力により下方へ落下していく際、オイルを磁石に確実に触れさせることができる。

請求項４に記載のオイルセパレータ（１）は、磁石（９）が、オイル分離部（２）内であって、オイル出口(８)の近傍に配置されていることを特徴とする。これにより、オイルがオイル出口（８）より流出する際、オイルを磁石に確実に触れさせることができる。

請求項５に記載のオイルセパレータ（１）は、分離部（２）が遠心分離式の分離部（２）であることを特徴としている。遠心分離式の分離部（２）は、オイルだけではなく、オイルより比重の大きい金属磨耗粉を冷媒から高効率に分離するので、本発明の前述の効果をより高めることができる。

請求項６に記載されたオイルセパレータは、冷媒圧縮機（１２０）用の衝突式オイルセパレータ（１０１）であって、衝突式オイルセパレータ（１０１）は、冷媒流入口（１０７）と、冷媒衝突面（１１１）と、貯油室（１１４）と、磁石（１０９）とを具備し、冷媒流入口（１０７）から流入する冷媒を冷媒衝突面（１１１）に衝突させることにより冷媒中に含まれるオイルを分離するものであり、磁石（１０９）は、分離されたオイルが該磁石（１０９）上に落下するように配設されていることを特徴とするものである。これにより、冷媒衝突面（１１１）に衝突した冷媒から分離されたオイルは落下して磁石（１０９）に触れるので、オイルに含まれる鉄系金属異物は、貯油室（１１４）内に貯留されているオイル中に拡散する前に磁石（１０９）に吸着されて、効率的な異物除去が実現される。

請求項７に記載されたオイルセパレータ（１、１０１）は、冷媒が二酸化炭素であることを特徴とするものである。二酸化炭素冷媒は、フロン系の冷媒に比較して圧縮圧力が高く、接続される圧縮機の潤滑条件も厳しいため、許容されるオイル中の金属磨耗粉はより少なく制限されなければならない。したがって二酸化炭素冷媒からオイルを分離するオイルセパレータに本発明が効果的に適用される。

請求項８に記載された冷媒圧縮機（２０，１２０）は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のオイルセパレータ（１，１０１）を一体に備えることを特徴とする。一体とすることにより、省スペース化、低コスト化が図れる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態によるオイルセパレータ１について、その縦断面図である図１を参照して説明する。図１のオイルセパレータ１は、冷媒に混合されているオイルを分離するために、図示されない冷媒圧縮機に接続されて用いられるもので、オイルを分離する分離部２と、分離されたオイルを貯留するために貯油部１３に形成された貯油室１４と、貯油室１４内に配設された磁石９を主要構成要素として具備しており、この分離部２及び貯油部１３はその内部に作用する高圧力に耐える密閉構造となっている。なお、オイルセパレータ１に流入する冷媒は本実施形態では二酸化炭素であるが、これがフロン系の冷媒であってもよい。

分離部２は遠心分離式のものであって、円筒状内部空間３を形成する分離筒４と、冷媒送出口５を有する冷媒送出管６とを有しており、前記冷媒送出管６は大径部と小径部を有する段付き円筒状に形成され分離筒４の上端部に大径部が同芯に結合されている。分離筒４の周壁部４ａの上部には冷媒流入口７が設けられており、冷媒流入口７は、冷媒が流入したとき旋回流を形成するような方向及び位置で分離筒４の周壁部４ａに開けられている。また、分離筒４の底壁部４ｂの中心には、貯油室１４内に通じるオイル出口８が設けられている。

冷媒流入口７には、図示しない冷媒圧縮機の冷媒吐出室に一端が接続された圧縮機吐出管１２の他端が接続され、圧縮機からの冷媒がこの冷媒流入口７から分離部２に供給される。また、冷媒送出管６の冷媒送出口５には、図示しないが、冷凍サイクルを構成する凝縮器へ冷媒を導く冷媒管路が接続される。

貯油部１３は、オイルを貯留する空間である貯油室１４を形成する貯油容器１５を具備しており、貯油容器１５は有底円筒状の容器本体部１５ａと上端部を閉じる閉鎖プレート１５ｂを有している。また、分離筒４の下端部が閉鎖プレート１５ｂを貫通してそれに固定されている。容器本体部１５ａの底部には送油口１７が設けられていて、この送油口１７に送油管１８の一端が接続されている。送油管１８の他端は図示しない冷媒圧縮機のオイル戻し通路に接続されている。また、図１では貯油室内に貯留されたオイルも示されており、図中のオイル液面ＯＬはそのほぼ上限の位置で表されている。

また、貯油室１４内の空間、即ちオイル液面ＯＬより上部の空間には、磁石取付金具１０に固定された磁石９が分離部のオイル出口８に対向してその直下に配置されている。磁石９は直方体状に形成されており、その上面はオイル出口８の面積より大きい面積を有している。磁石取付金具１０は、円板として形成されており、この円板の外周端が貯油容器１５の容器本体部１５ａの内壁に溶接により固定されている。また、磁石取付金具１０は、図１では２つが示されるオイル流通穴１０ａを８個有している。磁石９は、磁石取付金具１０の上面に接着固定されている。

次に、第１の実施形態のオイルセパレータ１がどのように作動するかについて説明する。
冷媒圧縮機の圧縮機構部において圧縮された冷媒は吐出管１２を通ってオイルセパレータ１の分離部２に設けられた冷媒流入口７から分離筒４に流入する。流入した冷媒は旋回流を形成し、旋回流の遠心力によって冷媒内に混入しているオイル及び異物が分離されて分離筒４の内壁に付着する。オイルが分離された冷媒は冷媒送出口５から冷媒管路に送り出され図示しない凝縮器へ導かれ、一方分離されたオイル及び異物は分離筒４の内壁を伝って流下し底壁部４ｂに至り、そこからオイル出口８を通って貯油室１４側に落下する。貯油室１４内に落下したオイル及びオイルに含まれる異物は、オイル出口８の真下に配置された磁石９の上面に落下して磁石９に接触してから、磁石取付金具１０に開けられたオイル流通穴１０ａを通ってさらに下方へ流下して貯留される。従ってオイルに含まれている鉄系の金属異物が磁石９に吸着される。貯油室１４に貯留されたオイルは底部の送油口１７から送油管１８を通して冷媒圧縮機へ戻される。なお、オイルの冷媒圧縮機への流れは本実施形態では貯油室１４と冷媒圧縮機内との間の圧力差に基づいて引き起こされる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による冷媒圧縮機についてその縦断面図である図２を参照して説明する。図２の冷媒圧縮機２０はスクロール型圧縮機であって、密閉容器２１内に電動機部２２と圧縮機構部２３とを収容し、外部の冷媒回路からの冷媒を圧縮するとともに、その一端側に一体に取付けられたオイルセパレータ１によって圧縮された冷媒からオイルを分離して、冷媒を外部の冷媒回路へ送り出す一方で、分離したオイルを圧縮機構部２３等の可動部へ戻すように構成されている。なお、この冷媒圧縮機２０に含まれるオイルセパレータは、第１の実施形態のオイルセパレータとほぼ同様の構成を有するものであるので、その参照符号は第１の実施形態のオイルセパレータと基本的に同一にされている。

圧縮機２０の密閉容器２１は円筒状の第１ハウジング２４と、第１ハウジング２４の左端部に結合された有底円筒状の第２ハウジング２５と、第１ハウジング２４の右端部に結合された有底円筒状の第３ハウジング２６とから形成されている。また、この密閉容器２１は、その中の圧力が冷媒の吐出圧力よりも低い所謂内部低圧式容器を形成している。

圧縮機構部２３は、主軸受２７によって支持されたクランク機構２８により公転する可動スクロール２９と、可動スクロール２９に対向配置された固定スクロール３０とを具備しており、クランク機構２８及び可動スクロール２９は、主軸受２７と副軸受３１によって水平に支持された電動機部２２のシャフト３２によって回転される。

固定スクロール３０と可動スクロール２９は渦巻状の溝をそれぞれ有しており、この溝の噛み合いによって形成される複数の作動室３３が体積を縮小することによって固定スクロール３０の渦巻状の溝の最外周側に連通する吸入室（図示省略）に供給された冷媒を圧縮するように構成されている。圧縮機構部２３の作動室３３に吐出口３４で連通している吐出室３５に吐出管１２の一端が接続され、吐出管１２の他端がオイルセパレータ１の分離部２に設けられた冷媒流入口７に接続されている。

固定スクロール３０の図の下側にはオイル戻し通路３６が形成されていて、オイル戻し通路３６はその一端に送油管１８が接続され、その他端は縮径された絞り部３６ａを形成して、固定スクロール３０と可動スクロール２９との摺動界面に通じている。摺動境界面は絞り部３６ａからのオイルによって間欠給油される。また、オイルは、絞り部３６ａから可動スクロールに設けられた給油路３９からシャフト３２内の給油路４１をとおって、主軸受２７及び副軸受３１等の潤滑の必要な他の可動部分に供給され、密閉容器２１の底部に形成された低圧側オイル溜り４２へ流入する。ところで、送油管１８の一端は貯油部１３の底部に設けられた送油口１７に接続されている。

第２の実施形態の冷媒圧縮機２０におけるオイルセパレータ１は、第１の実施形態のオイルセパレータとその基本的な構成は同じであるが、貯油部１３の貯油容器１５が、圧縮機２０の密閉容器２１の右端部を閉鎖する部材でもある第３ハウジング２６と、この第３ハウジング２６の端部の内周面に接合された略円盤状の第４ハウジング３７とから形成されていること、及び磁石取付金具１０の形状において異なっている。第２の実施形態における磁石取付金具１０は、磁石９を載置して固定するために水平に延びる水平部分と、この水平部分の右端から上方へ垂直に延びている右側面部と、水平部分の左端から下方に垂直に延びている左側面部とを有しており、磁石取付金具１０の左側面部が、第４ハウジング３７の側面に溶接により固定されている。また、分離部２の分離筒４は第３ハウジング２６の上部を貫通してそれに結合されている。

第２の実施形態におけるオイルセパレータは、第１の実施形態のオイルセパレータと同様に作動し、圧縮機構部２３に隣接する吐出室３５から吐出管１２をとおして供給された冷媒を分離部２の円筒状内部空間３で旋回させてオイル及び異物を分離し、冷媒を冷媒送出口５から冷媒回路に送り出す一方で、オイル及び異物をオイル出口８から貯油室１４内に流下させる。貯油室１４内に落下したオイル及びそれに含まれる異物は、オイル出口８の真下に配置された磁石９の上面に落下して磁石９に接触してから磁石取付金具１０の周囲の隙間をとおってさらに下方へ流下して貯留される。従ってオイルに含まれている鉄系の金属異物が磁石９に吸着される。貯油室１４に貯留されたオイルは送油口１７から送油管１８をとおしてオイル戻し通路３６に戻され、固定及び回転スクロールの摺動界面等の可動部に供給される。

（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態による冷媒圧縮機２０について、その縦断面図である図３を参照して説明する。図３の冷媒圧縮機は、そのオイルセパレータ１が、第２の実施形態におけるオイルセパレータに対して以下の点、即ち、オイル出口８が分離部２の分離筒４の底壁部４ｂではなく周壁部４ａに形成されていること、及び磁石９がオイル出口８に対向して配置されるのではなくオイル出口８から流下するオイルが磁石９の上面に落下するようにオイル出口８の斜め前方下側に配設されている点で異なっている。またこれに関連して磁石取付金具１０が第３ハウジング２６の内面に固定されている。

第３の実施形態の冷媒圧縮機２０におけるオイルセパレータ１は、第２の実施形態におけるオイルセパレータと同様に作動する。オイル出口８の斜め前方下側に磁石９が配設されているので、オイル出口８から貯油室に落下したオイル及びそれに含まれる異物は、磁石９の上面に落下して磁石９に接触してから磁石取付金具１０の周囲の隙間をとおってさらに下方へ流下して貯留される。従ってオイルに含まれている鉄系の金属異物が磁石９に吸着される。

第３の実施形態の冷媒圧縮機２０におけるオイルセパレータ１のようにオイル出口８が分離部２の分離筒４の周壁部４ａに形成され、磁石９がオイル出口８の側方に配置されたオイルセパレータを、第１の実施形態のオイルセパレータのように冷媒圧縮機から独立して構成することももちろん可能である。

（第４の実施形態）
次に本発明の第４の実施形態による冷媒圧縮機１２０について、その縦断面図である図４を参照して説明する。図４の冷媒圧縮機１２０は、そのオイルセパレータ１０１が、遠心分離式ではなく衝突式のオイルセパレータ１０１である点で前述の第２及び第３の実施形態の冷媒圧縮機２０と異なっている。また、第４の実施形態の冷媒圧縮機１２０は、第３ハウジング１２６と固定スクロール１３０の右側の端面とで貯油容器１１５を形成する点、冷媒送出口１０５を備える冷媒送出管１０６が第３ハウジング１２６の上部に設けられる点、吐出管１１２及び第４ハウジング３７を備えない点でも前述の第２及び第３の実施形態の冷媒圧縮機２０と異なっている。

第４の実施形態におけるオイルセパレータ１０１は、冷媒流入口１０７と、冷媒衝突面１１１と、貯油室１１４と、磁石１０９とを具備している。冷媒流入口１０７は、固定スクロール１３０に形成された吐出室１３５を覆う吐出室カバー１３８に設けられた吐出流路１１２の貯油室１１４側の一端に開口している。冷媒衝突面１１１は、磁石取付金具１１０の冷媒流入口１０７に対向して鉛直に延びる鉛直部に設けられている。磁石取付金具１１０は、鉛直部の下端から水平に延びる磁石載置部、磁石載置部の左端から鉛直上方に延び且つ上端で磁石１０９の上面側に曲げられた磁石位置決め部、及び鉛直部の上端から水平右方に延びたあと鉛直上方に延びる固定部を有しており、前記固定部が第３ハウジング１２６に溶接固定されている。磁石１０９は、冷媒衝突面１１１に衝突した冷媒から分離されたオイルが落下してその磁石１０９に接触するように、冷媒流入口１０７と冷媒衝突面１１１との間の空間の下方の貯油室１１４内の空間に配設されている。

次に、第４の実施形態の冷媒圧縮機１２０におけるオイルセパレータ１０１がどのように作動するかについて説明する。
冷媒圧縮機１２０の圧縮機構部において圧縮された冷媒は、吐出流路１１２を通って冷媒流入口１０７から貯油室１１４内の空間に流入する。流入した冷媒が冷媒衝突面１１１に衝突することによって冷媒内に混入しているオイル及び異物が分離される。オイル及び異物が分離された冷媒は冷媒送出口１０５から図示しない冷媒管路に送り出され図示しない凝縮器へ導かれ、一方分離されたオイル及びオイルに含まれる異物は下方へ流下する。但し、オイルが流下する経路には磁石１０９が配設されているので、分離されたオイルは、途中で磁石１０９に接触してから、下方に流下して貯留される。従ってオイルに含まれている鉄系の金属異物が磁石１０９に吸着される。貯油室１１４に貯留されたオイルは底部の送油口１１７から送油管１１８を通して冷媒圧縮機１２０へ戻される。

(第５の実施形態)
次に本発明の第５の実施形態による冷媒圧縮機２０について、その縦断面図である図５を参照して説明する。図５の冷媒圧縮機は、オイルセパレータ１の内部で、オイル出口８の周囲を囲むように、リング状の磁石９を配置したものである。この構成により、オイル出口８より流出するオイルは、必ず磁石９の内周を通過する。それによって、オイルに含まれている鉄系の金属異物を効果的に吸着することができる。

（その他の実施形態）
第２〜第５の実施形態の冷媒圧縮機はスクロール型圧縮機であったが、本発明における冷媒圧縮機は様々なタイプのものが可能であり、例えば斜板型の冷媒圧縮機であってもよい。

本発明の第１の実施形態によるオイルセパレータの縦断面図である。 本発明の第２の実施形態による冷媒圧縮機の縦断面図である。 本発明の第３の実施形態による冷媒圧縮機の縦断面図である。 本発明の第４の実施形態による冷媒圧縮機の縦断面図である。 本発明の第５の実施形態による冷媒圧縮機の縦断面図である。

符号の説明

２ 分離部
４ 分離筒
５ 冷媒送出口
６ 冷媒送出管
７ 冷媒流入口
８ オイル出口
９ 磁石
１０ 磁石取付金具
１３ 貯油部
１４ 貯油室
１５ 貯油容器
１７ 送油口

Claims (8)

1. 冷媒圧縮機に用いられるオイルセパレータ（１）であって、
   冷媒からオイルを分離する分離部（２）と、
   分離されたオイルを貯留する貯油室（１４）と、
   オイルに含まれる異物を吸着する磁石（９）と、を具備し、
   前記分離部（２）は、分離されたオイルを前記貯油室（１４）内へ排出するオイル出口（８）を有しており、
   前記磁石（９）は、前記オイル出口（８）近傍に配設されていることを特徴とする、オイルセパレータ（１）。
2. 前記オイル出口（８）の下流側であって、前記オイル出口（８）に対向して前記磁石（９）が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のオイルセパレータ（１）。
3. 前記オイル出口（８）の下流側であって、前記オイル出口（８）の側方に前記磁石（９）が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のオイルセパレータ（１）。
4. 前記分離部（２）内であって、前記オイル出口（８）近傍に前記磁石（９）が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のオイルセパレータ（１）。
5. 前記分離部（２）が遠心分離式の分離部（２）であることを特徴とする、請求項１乃至４に記載のオイルセパレータ（１）。
6. 冷媒圧縮機に用いられる衝突式オイルセパレータ（１０１）であり、
   前記衝突式オイルセパレータ（１０１）は、冷媒流入口（１０７）と、冷媒衝突面（１１１）と、貯油室（１１４）と、磁石（１０９）とを具備し、前記冷媒流入口（１０７）から流入する冷媒を前記冷媒衝突面（１１１）に衝突させることにより冷媒中に含まれるオイルを分離するものであり、
   前記磁石（１０９）は、分離されたオイルが該磁石（１０９）上に落下するように配設されていることを特徴とする、オイルセパレータ（１０１）。
7. 前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のオイルセパレータ（１，１０１）。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のオイルセパレータ（１、１０１）を一体に備えることを特徴とする冷媒圧縮機（２０，１２０）。

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