JP2013044456A - 油分離器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分離された冷凍機油を油分離器の下部まで迅速に到達させることで、分離された冷凍機油が再飛散する可能性を低減し、冷凍機油の分離効率を向上させることができる油分離器及び冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】冷媒及び冷凍機油が混合した混合流体から冷凍機油を分離する油分離器１及びそのような油分離器を備える冷凍サイクル装置であって、前記混合流体を衝突させる衝突面を備え、前記衝突面は、鉛直方向の方向成分を含む方向に沿うように設けられ、前記混合流体は、前記衝突面に対して傾斜する方向に沿って流されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、油分離器及び冷凍サイクル装置に関する。

従来、冷媒及び冷凍機油が混合した混合流体から冷凍機油を分離する油分離器が知られている（例えば、特許文献１）。この油分離器は、内部に油分離空間が形成される油分離器本体を有し、この油分離器本体は、鉛直方向に沿う内壁面を有し、この内壁面に混合流体を衝突させることにより、冷凍機油を分離するものである。

特開平５−３１２４３８号公報

ところで、油分離器本体の内壁面は鉛直方向に沿うものであるため、分離されて内壁面に付着した冷凍機油は、油分離器の下部に到達するまで時間が掛かる。そのため、流体の流れによる冷凍機油が再飛散する可能性が高くなる。

そこで、本発明は、分離された冷凍機油を油分離器の下部まで迅速に到達させることで、分離された冷凍機油が再飛散する可能性を低減し、冷凍機油の分離効率を向上させることができる油分離器及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、次のとおりである。

即ち、本発明は、冷媒及び冷凍機油が混合した混合流体から冷凍機油を分離する油分離器及びそのような油分離器を備える冷凍サイクル装置であって、前記混合流体を衝突させる衝突面を備え、前記衝突面は、鉛直方向の方向成分を含む方向に沿うように設けられ、前記混合流体は、前記衝突面に対して傾斜する方向に沿って流されることを特徴とする。

本発明によれば、分離された冷凍機油を油分離器の下部まで迅速に到達させることで、分離された冷凍機油が再飛散する可能性を低減し、冷凍機油の分離効率を向上させることができる。

本発明の実施例１に係わる油分離器の斜視図である。 本発明の実施例１に係わる油分離器内の側壁内面に遠心分離した油が付着した拡大図である。 本発明の実施例１に係わる遠心分離型油分離器の平面図である。 本発明の実施例１に係わる冷凍サイクル装置の全体構成図である。 本発明の他の実施例に係わるデミスタ型油分離器の断面図である。

以下、本発明の実施形態に係わる油分離器及び冷凍サイクル装置について、図面を用いて説明する。

実施例１の油分離器を図１、図２、図３により説明する。また、図４にて本発明に対応する冷凍サイクル装置の全体構成図を説明する。

冷凍サイクル装置２１は圧縮機２２、凝縮器２４、膨張弁２６、蒸発器２８などを冷媒配管で接続して形成された冷凍サイクルである。

次に冷凍サイクル装置２１の基本的な動作について説明する。圧縮機２２から吐出された冷媒ガスは、凝縮器２４で冷却されて凝縮し液冷媒となって凝縮器２４に蓄えられる。その後、液冷媒は、膨張弁２６、蒸発器２８などが設置される負荷側機器で被冷却物を冷却しながら蒸発し、再びガス冷媒となったのち圧縮機２２へ吸入される。

次に油分離器１について詳細に説明する。圧縮機２２と凝縮器２４との間の吐出管２３には、圧縮機２２から多量の冷凍機油と冷媒ガスが流入しており、圧縮機２２における潤滑に必要な油量の確保、および凝縮器２４や蒸発器２８が冷凍機油によって汚損されるのを防止するために、圧縮機２２と凝縮器２４の間に冷媒及び冷凍機油が混合した混合流体から冷凍機油を分離する油分離器１が設置されている。

図１に示すように、油分離器１は、混合流体を衝突させる衝突面１４を備え、衝突面１４は、鉛直方向の方向成分を含む方向に沿うように設けられている。混合流体は、この衝突面１４に対して傾斜する方向に沿って流される。

具体的には、油分離器１は、内部に油分離空間が形成される油分離器本体２を有する。また、油分離器本体２は、下方ほど水平方向断面積が大きくなるテーパ部３を有する。前記衝突面１４は、このテーパ部３の内壁面１３によって構成される。即ち、内壁面１３は、斜め下方を向く傾斜面となっている。そして、油分離器１は、油分離器本体２の水平方向断面の中心から外れた位置に向かって混合流体が流入するように流体流入部７が設けられる。流体流入部７から流入した混合流体は、油分離器本体２の内壁面１３に沿って流される。

より具体的には、流体流入部７は、油分離器本体２の上部に設けられる。油分離器本体２の下部には、前記混合流体から分離された冷凍機油が流出する冷凍機油流出部１１が設けられる。流体流入部７と冷凍機油流出部１１との間には、前記混合流体から分離された冷媒が流出する冷媒流出部１０が設けられる。そして、流体流入部７から流入した混合流体は、油分離器本体２の内部を旋回しつつ下方へ向かって流される。

さらに具体的には、油分離器１は、側壁５と、底６とによって構成される容器状の油分離器本体２を有する。油分離器本体２は、テーパ部３と円筒部４とで構成されている。テーパ部３は、円錐形状を有する。

流体流入部７は、油分離器本体２のテーパ部３の上部に接線方向外方に向かって接続される流体流入管８の端部（先端）に設けられる流体流入口によって構成される。流体流入部７を有する流体流入管８は、圧縮機２２側の吐出管２３に接続されている。

冷媒流出部１０は、油分離器本体２のテーパ部３の上部に支持される冷媒流出管９の端部（下端）に設けられる冷媒流出口によって構成される。冷媒流出管９は、油分離器本体２の頂部を貫通する状態で油分離器本体２に支持される。冷媒流出管９は、凝縮器２４に接続されている。

また、底６には、油流出口が設けられ、この油流出口には、油流出配管１２が接続されている。この油流出口又は油流出配管１２の端部が前記冷凍機油流出部１１となる。油流出配管１２は、圧縮機２２に接続されている。

上記構成からなる油分離器１によれば、混合流体が衝突面に衝突すると、混合流体が有する速度のうち衝突面と直交する方向の速度成分が失われる。一方、混合流体が有する速度のうち衝突面に沿う方向の速度成分は失われない。従って、混合流体に含まれていた冷凍機油は、衝突後には下方に向かって移動するため、分離された冷凍機油が油分離器の下部まで迅速に到達する（即ち、分離された冷凍機油が油分離空間から迅速に脱出する）。このため、分離された冷凍機油が再飛散する可能性を低減し、冷凍機油の分離効率を向上させることができる。従って、油分離器後の凝縮器２４側で冷媒中に混入する冷凍機油の割合を減少させることができ、冷媒ガスの割合が増加して冷媒循環量が増加することにより冷凍能力を向上することができる。

次に、これを遠心力の概念に基づいて説明する。図中において、流体流入管８から流入した冷媒ガスと冷凍機油を含む流体の流れは、時計回りに下降する旋回流２０となる。旋回流２０には遠心力１７が生じ、内壁面１３付近の流れに最も大きな遠心力１７が発生する。流体中の冷凍機油は、この遠心力１７を受けて冷媒ガスから分離され、内壁面１３に衝突した後、内壁面１３に到達する。冷凍機油１５は内壁面１３に沿って重力１６と遠心力の下方に働く力１８により流下して、冷凍機油は冷凍機油流出部１１から排出され、油流出配管１２を介して、圧縮機２２に給油される。一方、油分離後の冷媒ガスは冷媒流出部１０から冷媒流出管９に排出される。

次に、上記の内壁面１３の作用について説明する。流体流入管８から本体内に流入した流体は旋回流２０となり、旋回流２０によって流体中の冷凍機油が遠心分離によって内壁面１３に衝突する。すると、図２のように内壁面１３に到達した冷凍機油１５は旋回流２０の遠心力１７による遠心力の下方に働く力１８と重力１６によって流下し、内壁面１３には冷凍機油が長時間滞留しない。

即ち、内壁面１３により、下方に働力が重力１６の他に遠心力１７による遠心力の下方に働く力１８を活用でき、内壁面１３上に滞留する時間が長い冷凍機油であっても内壁面が鉛直面のときよりも早く冷凍機油流出部１１に到達し、再飛散の可能性が低減し、油分離効率を向上することができる。

なお、本発明に係わる油分離器及び冷凍サイクル装置は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、油分離器本体２の内部で混合流体の旋回流によって分離を行ういわゆるサイクロン方式の油分離器を例に説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は、図５に示すようないわゆるデミスタ方式の油分離器にも適用することができる。

このようなデミスタ方式の油分離器３０は、冷媒及び冷凍機油が混合した混合流体を衝突させる衝突面３２を備え、衝突面３２は、鉛直方向の方向成分を含む方向に沿うように設けられ、混合流体が前記衝突面３２に対して傾斜する方向に沿って流されるものである。そして、このデミスタ方式の油分離器３０は、内部に油分離空間が形成される油分離器本体３１を有し、油分離器本体３１は、衝突面３２と、衝突面３２に向かって混合流体を流入させる流体流入部７と、冷凍機油と冷媒とを分離させるデミスタ３３と、混合流体から分離された冷凍機油が流出する冷凍機油流出部１１と、混合流体から分離された冷媒が流出する冷媒流出部１０とを備え、冷凍機油流出部１１は、油分離器本体３１の下部に設けられ、冷媒流出部１０は、前記デミスタ３３よりも上方に設けられ、衝突面３２は、前記デミスタ３３よりも下方に設けられるものである。なお、デミスタ３３とは、例えば網状の部材であり、流体中に含まれるミスト状の冷凍機油を捉えて分離する作用を有するものである。

１ 油分離器（サイクロン式）
２ 油分離器本体（サイクロン式）
３ テーパ部
４ 円筒部
５ 側壁
６ 底
７ 流体流入部
８ 流体流入管
９ 冷媒流出管
１０ 冷媒流出部
１１ 冷凍機油流出部
１２ 油流出配管
１３ 内壁面
１４ 衝突面（サイクロン式）
１５ 冷凍機油
１６ 重力
１７ 遠心力
１８ 遠心力の下方に働く力
１９ 遠心力の上方に働く力
２０ 旋回流
２１ 冷凍サイクル装置
２２ 圧縮機
２３ 吐出管
２４ 凝縮器
２５ 凝縮器と膨張弁との接続管
２６ 膨張弁
２７ 膨張弁と蒸発器との接続管
２８ 蒸発器
２９ 蒸発器と圧縮機との接続管
３０ 油分離器（デミスタ式）
３１ 油分離器本体（デミスタ式）
３２ 衝突面（デミスタ式）
３３ デミスタ

Claims (5)

1. 冷媒及び冷凍機油が混合した混合流体から冷凍機油を分離する油分離器であって、
   前記混合流体を衝突させる衝突面を備え、
   前記衝突面は、鉛直方向の方向成分を含む方向に沿うように設けられ、
   前記混合流体は、前記衝突面に対して傾斜する方向に沿って流されることを特徴とする油分離器。
2. 内部に油分離空間が形成される油分離器本体を有し、
   前記油分離器本体は、下方ほど水平方向断面積が大きくなるテーパ部を有し、
   前記衝突面は、前記油分離器本体のテーパ部の内壁面によって構成され、
   前記油分離器本体の水平方向断面の中心から外れた位置に向かって混合流体が流入するように流体流入部が設けられ、
   前記流体流入部から流入した混合流体は、前記油分離器本体の内壁面に沿って流されることを特徴とする請求項１に記載の油分離器。
3. 前記流体流入部は、前記油分離器本体の上部に設けられ、
   前記油分離器本体の下部には、前記混合流体から分離された冷凍機油が流出する冷凍機油流出部が設けられ、
   前記流体流入部と前記冷凍機油流出部との間には、前記混合流体から分離された冷媒が流出する冷媒流出部が設けられ、
   前記流体流入部から流入した混合流体は、前記油分離器本体の内部を旋回しつつ下方へ向かって流されることを特徴とする請求項２に記載の油分離器。
4. 内部に油分離空間が形成される油分離器本体を有し、
   前記油分離器本体は、前記衝突面と、前記衝突面に向かって混合流体を流入させる流体流入部と、冷凍機油と冷媒とを分離させるデミスタと、前記混合流体から分離された冷凍機油が流出する冷凍機油流出部と、前記混合流体から分離された冷媒が流出する冷媒流出部とを備え、
   前記冷凍機油流出部は、前記油分離器本体の下部に設けられ、
   前記冷媒流出部は、前記デミスタよりも上方に設けられ、
   前記衝突面は、前記デミスタよりも下方に設けられることを特徴とする請求項１に記載の油分離器。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の油分離器を備える冷凍サイクル装置。