JP2014196855A - Oil separator and refrigeration cycle device outdoor unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油と混合した冷媒から油を分離する油分離器、および、その油分離器を備える冷凍サイクル装置の室外ユニットに関する。 The present invention relates to an oil separator that separates oil from a refrigerant mixed with oil, and an outdoor unit of a refrigeration cycle apparatus that includes the oil separator.
冷凍装置や空調装置では、圧縮機用の潤滑油が冷媒ガスとともに圧縮機から少しずつ吐出される。その結果、潤滑油が不足すると、圧縮機の潤滑不良が生じることになる。また、潤滑油が冷媒とともに凝縮器や蒸発器にまで到達すると、そこでの伝熱が妨げられる。 In the refrigeration apparatus and the air conditioner, the lubricating oil for the compressor is gradually discharged from the compressor together with the refrigerant gas. As a result, when the lubricating oil is insufficient, poor lubrication of the compressor occurs. Further, when the lubricating oil reaches the condenser and the evaporator together with the refrigerant, heat transfer there is hindered.
このような問題を防止するため、潤滑油と混合した冷媒ガスから潤滑油を分離し、その潤滑油を圧縮機に返油する油分離器が従来用いられている。例えば、特許文献1には、油分離効率を高くすることを目的とする油分離器が開示されている。 In order to prevent such a problem, an oil separator that separates the lubricating oil from the refrigerant gas mixed with the lubricating oil and returns the lubricating oil to the compressor is conventionally used. For example, Patent Document 1 discloses an oil separator intended to increase oil separation efficiency.
図14は、特許文献1に開示された従来の油分離器の構成を示す図である。この油分離器は、シェル1、流入管2、排出管3、流出管4を備える。シェル1は、円筒部分と、円筒部分の上下にあるテーパー部分とからなる。潤滑油と混合した冷媒ガスは、流入管2から流入し、シェル1の内周面に衝突しながら、シェル1内を旋回下降する。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a conventional oil separator disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. The oil separator includes a shell 1, an
その際、潤滑油は、シェル1の内周面に付着して冷媒ガスから分離され(サイクロン効果)、重力の作用によってシェル1の下部方向に流れ落ち、シェル1の下部に油溜りを形成する。そして、この潤滑油は、シェル1の下部に設けられた排出管3から排出され、圧縮機に返油される。一方、潤滑油が分離された冷媒ガスは、流出管4から流出し、凝縮器または蒸発器に送られる。
At that time, the lubricating oil adheres to the inner peripheral surface of the shell 1 and is separated from the refrigerant gas (cyclone effect), and flows down toward the lower portion of the shell 1 by the action of gravity, thereby forming an oil reservoir in the lower portion of the shell 1. The lubricating oil is discharged from a
流出管4の端部4aは、流入管2の中心から下方にL1の距離、シェル1の下開口部1aから上方にL2の距離に配置される。ここで、距離L1、または、距離L2は、流入管2の内径の5倍以上とされる。このように、この油分離器では、距離L1、または、距離L2を十分長くすることにより、潤滑油と冷媒ガスの分離を促すこととしている。
The
しかしながら、上述した特許文献1の従来技術では、冷媒ガスは、シェル1内において、潤滑油が分離された後もそのまま旋回下降する。そのため、冷媒ガスは、シェル1の下部に形成された油溜りの油面に衝突し、その衝撃力により油溜りを巻き上げるという課題がある。 However, in the prior art of Patent Document 1 described above, the refrigerant gas swirls and descends as it is in the shell 1 even after the lubricating oil is separated. Therefore, there exists a subject that refrigerant gas collides with the oil level of the oil sump formed in the lower part of the shell 1, and winds up the oil sump by the impact force.
油溜りが巻き上げられると、流出管4から潤滑油が流出してしまうので、潤滑油不足による圧縮機の潤滑不良、凝縮器や蒸発器における伝熱効率の悪化などの問題を引き起こすことになる。
When the oil sump is wound up, the lubricating oil flows out from the
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、油分離器の油溜りの巻き上げを抑制することにより、油分離効率を向上させ、圧縮機の潤滑不良、凝縮器や蒸発器における伝熱効率の悪化などの問題を解消することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and improves oil separation efficiency by suppressing the winding of the oil reservoir of the oil separator, poor lubrication of the compressor, and heat transfer efficiency in the condenser and the evaporator. The purpose is to solve problems such as deterioration.
本発明に係る油分離器は、油と混合した冷媒から油を分離する油分離器であって、密閉容器と、密閉容器内に冷媒を導く流入管と、流入管を介して流入する冷媒の流れを分岐し、第1の流出口および第2の流出口から冷媒を密閉容器内に流出させ、密閉容器内で旋回流を生じさせる分岐管と、分岐管から流出した密閉容器内の冷媒を密閉容器外に流出させる流出管と、を備え、分岐管の側面にある孔部に流入管の一端が接続され、流入管から流出した冷媒は分岐管内の衝突面に衝突し、分岐管の管軸に沿って伸びる衝突面上の線分の方向は、流入管の管軸方向に対して傾斜している、という構成を採る。 An oil separator according to the present invention is an oil separator that separates oil from a refrigerant mixed with oil, and includes an airtight container, an inflow pipe that guides the refrigerant into the airtight container, and a refrigerant that flows in through the inflow pipe. Branching the flow, allowing the refrigerant to flow out from the first outlet and the second outlet into the sealed container, generating a swirling flow in the sealed container, and the refrigerant in the sealed container flowing out from the branch pipe An outflow pipe for flowing out of the sealed container, and one end of the inflow pipe is connected to a hole on a side surface of the branch pipe, and the refrigerant flowing out of the inflow pipe collides with a collision surface in the branch pipe, The direction of the line segment on the collision surface extending along the axis is inclined with respect to the pipe axis direction of the inflow pipe.
また、本発明に係る冷凍サイクル装置の室外ユニットは、上記油分離器を備える、という構成を採る。 Moreover, the outdoor unit of the refrigeration cycle apparatus according to the present invention employs a configuration in which the oil separator is provided.
本発明によれば、分岐管を用いて冷媒の流れを分岐させ、冷媒が油分離器の油溜りに衝突する際の衝撃力を緩和することにより、油溜りの巻き上げを抑制することができる。その結果、油分離効率が向上し、圧縮機の潤滑不良、凝縮器や蒸発器における伝熱効率の悪化などの問題を解消することができる。 According to the present invention, the flow of the refrigerant is branched using the branch pipe, and the impact force when the refrigerant collides with the oil reservoir of the oil separator can be reduced, thereby suppressing the oil reservoir from being rolled up. As a result, oil separation efficiency is improved, and problems such as poor lubrication of the compressor and deterioration of heat transfer efficiency in the condenser or evaporator can be solved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置10の一例を示す図である。冷凍サイクル装置10は、圧縮機11、油分離器12、四方弁13、室内熱交換器14a、14b、室内膨張弁15、室外膨張弁16、室外熱交換器17、アキュムレータ18、第1開閉弁19、返油管20、第2開閉弁21、キャピラリ22を備える。これらの各要素は、冷媒回路23を構成する。そして、この冷媒回路23には、作動流体として、ハイドロフルオロカーボンや炭化水素等の冷媒が充填されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing an example of a
圧縮機11は、後に説明するアキュムレータ18から流出した低温低圧の冷媒ガスを圧縮し、高温高圧の冷媒ガスに変換する。油分離器12は、圧縮機11から吐出された冷媒ガス中に含まれる潤滑油を分離する。
The
四方弁13は、冷凍サイクル装置10が暖房に用いられる場合(以下、「暖房時」という。)、油分離器12から流出する冷媒ガスが、室内熱交換器14a、14bに流れ、かつ、室外熱交換器17から流出する冷媒ガスが、アキュムレータ18に流れるように、弁の開閉を切り替える。
When the
一方、冷凍サイクル装置10が冷房に用いられる場合(以下、「冷房時」という。)、四方弁13は、油分離器12から流出する冷媒ガスが、室外熱交換器17に流れ、かつ、室内熱交換器14a、14bから流出する冷媒ガスが、アキュムレータ18に流れるように、弁の開閉を切り替える。
On the other hand, when the
室内熱交換器14a、14bは、冷凍サイクル装置10の室内ユニットに備えられる熱交換器である。室内熱交換器14a、14bは、例えば、フィンアンドチューブ形の構造を有する。暖房時、室内熱交換器14a、14bに流入した高温の冷媒ガスは、室内の空気に熱を奪われて凝縮し、冷媒ガスは液化する。冷房時、室内熱交換器14a、14bに流入した低温の冷媒液は、室内の空気から熱を奪って蒸発し、冷媒液は気化する。
The
室内膨張弁15は、冷房時に、室外熱交換器17から流出した冷媒液を減圧し、室内熱交換器14a、14bにおいて冷媒液が蒸発しやすくする。室外膨張弁16は、暖房時に、室内熱交換器14a、14bから流出した冷媒液を減圧し、室外熱交換器17において冷媒液が蒸発しやすくする。
The
室外熱交換器17は、冷凍サイクル装置10の室外ユニットに備えられる熱交換器である。室外熱交換器17は、例えば、フィンアンドチューブ形の構造を有する。暖房時、室外熱交換器17に流入した低温の冷媒液は、外気の熱を奪って蒸発する。その結果生じる冷媒ガスは、飽和温度で、若しくは、さらに加熱された状態でアキュムレータ18に吐出される。
The
冷房時、室外熱交換器17に流入した高温の冷媒ガスは、外気に熱を放出し、冷媒ガスは液化する。その結果生じる冷媒液は、室外膨張弁16、室内膨張弁15を介して、室内熱交換器14a、14bに吐出される。
During cooling, the high-temperature refrigerant gas flowing into the
アキュムレータ18は、冷媒ガス中に含まれる冷媒液や油などを分離して、圧縮機11の液圧縮を防止する。第1開閉弁19は、アキュムレータ18の底部に溜まった液体を抜くための開閉弁である。
The
返油管20は、油分離器12で分離された潤滑油を圧縮機11に返油するために用いられる。第2開閉弁21は、油分離器12の底部に溜まった潤滑油を抜くための開閉弁である。キャピラリ22は、圧縮機11に潤滑油を返油する場合に、潤滑油の流量を調節する。
The
なお、冷凍サイクル装置10が、給湯や温水暖房に用いられる場合、暖房時のサイクルと同じサイクルが繰り返される。ただし、室内熱交換器14a、14bは、例えば、冷媒と水との間で熱交換を行う二重管式熱交換器等に置き換えられる。
In addition, when the
つぎに、本発明の実施の形態1に係る油分離器12の構成について説明する。図2は、本発明の実施の形態1に係る油分離器12の構成の一例を示す斜視図である。
Next, the configuration of the
図2に示すように、油分離器12は、密閉容器12a、流出管12b、流入管12c、分岐管12d、排出管12eを備える。なお、図2では、油分離器12の内部がみえるように、密閉容器12aの手前側の壁面の記載を省略している。
As shown in FIG. 2, the
密閉容器12aは、円筒状の胴部の上下に、半球状の蓋を溶接して密閉した容器である。なお、ここでは蓋を胴部に溶接することとしたが、溶接をすることなく、蓋を胴部と一体的に形成することとしてもよい。
The sealed
流出管12bは、潤滑油が分離された冷媒ガスを密閉容器12a外に流出させる管である。流出管12bの入口は、後に説明する分岐管12の流出口O2よりも下側に設けられる。流入管12cは、密閉容器12aの側面を貫通して設けられ、油と混合した冷媒ガスを密閉容器12a内に導く管である。
The
本実施の形態では、流入管12cは、その管軸A1が水平となるように密閉容器12に設けられる。さらに、分岐管12dの側面にある孔部には、密閉容器12a内で、流入管12cの先端が接続される。ここで、図2の例では、分岐管12dもまた、その管軸A2が水平となるよう流入管12cの先端に接続される。
In this embodiment, the
分岐管12dは、流入管12cを介して流入する冷媒ガスの流れを分岐し、流出口O1、O2から冷媒ガスを流出させる。そして、分岐管12dは、密閉容器12aの内壁に、冷媒ガスを略水平方向から衝突させることにより、密閉容器12a内で冷媒ガスの旋回流を生じさせる。
The
また、流入管12cから流出した冷媒ガスは、分岐管12d内の衝突面Sに衝突する。そして、分岐管12dの管軸A2に沿って伸びる衝突面S上の線分Lの方向は、流入管12cの管軸方向A1に対して傾斜している。この構成については、図3にも拡大して示されている。
The refrigerant gas flowing out from the
分岐管12dを流入管12cにこのようにして接続すると、多量の潤滑油と混合している冷媒ガスが分岐管12dの流出口O1から流出し、潤滑油がほぼ分離された冷媒ガスが、分岐管12dの流出口O2から流出するようになる。この理由については、後に詳しく説明する。
Connecting
これにより、流出口O1から流出する冷媒ガスの流れを弱めることができる。また、流出口O2から流出する冷媒ガスは、潤滑油がほぼ分離されているので、冷媒ガスを少ない旋回回数で早期に流出管12bから密閉容器12a外に排出することができる。これにより、冷媒ガスが、密閉容器12aの底部にある油溜りに衝突する際の衝撃が緩和され、油溜りの巻き上げが抑制される。
Thereby, the flow of the refrigerant gas flowing out from the outlet O 1 can be weakened. Further, since the lubricant gas flowing out from the outlet O 2 is substantially separated from the lubricating oil, the refrigerant gas can be discharged out of the sealed
なお、衝突面S上の線分Lの方向と、流入管12cの管軸A1方向との間のなす角度が90度である場合、流出口O1から流出する冷媒ガスの流量と、流出口O2から流出する冷媒ガスの流量の比は、1対1となる。上記角度を調整することにより、流出口O1、O2から流出する冷媒ガスの流量比を調整することができる。
Incidentally, the direction of the line segment L on the impact surface S, if the angle between the tube axis A 1 direction of the
また、図2の例では、前述したように、分岐管12dは、その管軸A2が水平となるよう設けられる。これにより、密閉容器12a内で、効率良く旋回流を発生させることができ、潤滑油の分離を促すことができる。
In the example of FIG. 2, as described above, the
排出管12eは、密閉容器12aの底部を貫通して設けられ、密閉容器12aの底部に生じる油溜りから、潤滑油を密閉容器12a外に排出する。排出された潤滑油は、圧縮機11へと返油される。これにより、分離された潤滑油のみを選択的に圧縮機11に戻すことができるので、圧縮機11の性能、および、信頼性を確保することができる。
The
なお、図2には、油分離器12の各部の寸法が示されている。この寸法は、後に説明する数値流体解析(CFD;Computational Fluid Dynamics)で用いられる油分離器12のモデルの寸法である。
FIG. 2 shows the dimensions of each part of the
このモデルでは、密閉容器12aの内径φを67.2mm、流出管12b、流入管12c、および、分岐管12dの内径φを10.7mmとしている。また、密閉容器12aの高さを512.4mmとし、密閉容器12aの上端から、長さが186mmである流入管12cの下端までの距離を141mmとしている。さらに、流入管12cの設置位置を、密閉容器12aの上端から77.2mmの位置としている。
In this model, the inner diameter φ of the sealed
図3は、図2に示した油分離器12の断面図である。図3からわかるように、流入管12cから流出する冷媒ガスは、流入管12cの管軸A1方向にある分岐管12d内の衝突面Sに衝突する。そして、分岐管12dの管軸A2方向に沿う衝突面S上の線分Lの方向は、流入管12cの管軸A1方向に対して傾斜している。図3の例では、その傾斜角αは30度である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
なお、図3にも、油分離器12の各部の寸法が示されている。この寸法も、図2と同様に、後に説明する数値流体解析で用いられる油分離器12のモデルの寸法である。
FIG. 3 also shows the dimensions of each part of the
すなわち、このモデルでは、流入管12cの管軸A1と、流出管12bの中心との間の距離を13.7mmとしている。また、流入管12cの管軸A1と、分岐管12dの管軸A2との交点をPとした場合に、交点Pと、流出管12bの中心との間の距離を19.4mmとしている。
That is, in this model, the tube axis A 1 of the
さらに、分岐管12dの長さを40mmとするとともに、流出口O1、O2の密閉容器12aの内壁からの距離を、ともに7.9mmとしている。また、前述したように、分岐管12d内の衝突面S上の線分Lの方向は、流入管12cの管軸A1方向に対して30度の角度で傾斜するものとしている。
Further, the length of the
上述のように流入管12cと分岐管12dとを接続すると、潤滑油がほぼ分離された冷媒ガスが分岐管12dの流出口O2から流れるようになる。つぎに、この現象について、詳しく説明する。
Connecting the
潤滑油が混合した冷媒ガスが、流入管12cから分岐管12dの流出口O2側へと流入する際の圧力損失勾配は、潤滑油が混合した冷媒ガスが、流入管12cから分岐管12dの流出口O1側へと流入する際の圧力損失勾配よりも大きくなる。ここで「圧力損失勾配」とは、圧力損失に基づく圧力勾配を意味する。
Refrigerant gas lubricant is mixed, the pressure loss gradient during flowing from the
一般論として、気相の流体と液相の流体とを含む気液二相流が、互いに異なる大きさの圧力損失勾配を有する二つの方向に分岐する場合、圧力損失勾配の大きい側へと気相の流体が流入しやすいといえる。 In general, when a gas-liquid two-phase flow containing a gas-phase fluid and a liquid-phase fluid branches in two directions having different pressure-loss gradients, the gas-phase fluid and the gas-phase fluid flow toward the side with the larger pressure-loss gradient. It can be said that the phase fluid is likely to flow in.
これは、同一の流路および同一の流量を前提とすると、気相の流体の圧力損失は、液相の流体の圧力損失よりも大きいからである。二方向への分岐において、圧力損失勾配が異なる場合、各方向の圧力損失バランスを保つため、圧力損失勾配が大きい側に気相の流体が多く流れ、圧力損失勾配が小さい側に液相の流体が多く流入することになる。 This is because the pressure loss of the gas phase fluid is larger than the pressure loss of the liquid phase fluid, assuming the same flow path and the same flow rate. When the pressure loss gradient is different in bi-directional branching, in order to maintain the pressure loss balance in each direction, a large amount of gas phase fluid flows on the side where the pressure loss gradient is large and the liquid phase fluid is on the side where the pressure loss gradient is small Will flow in a lot.
このような現象に関して、浅野らは、互いに異なる分岐角度を有する複数のY字分岐管を用いて、空気−水気液二相流の分流実験を行い、その結果を報告している(Y字分岐管による気液二相流の相分離特性に関する研究(第1報)、日本機械学会論文集(B編)、67巻、654号、350−355頁)。 Regarding such a phenomenon, Asano et al. Conducted a diversion experiment of an air-water-gas-liquid two-phase flow using a plurality of Y-shaped branch pipes having different branch angles, and reported the results (Y-shaped branch). Study on Phase Separation Characteristics of Gas-Liquid Two-Phase Flow with a Tube (1st Report), Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (B), Vol. 67, No. 654, 350-355).
この分流実験で、浅野らは、分岐角θ(図3における傾斜角αに相当)=30〜90度の範囲内で、θを小さくすればするほど相分離性能が向上することを確認している。この結果は、Y字分岐管の分岐角θが小さければ小さいほど、慣性力の大きい液相は直進しやすいことと整合している。また、圧力損失勾配が大きい側に気相の流体が多く流れ、圧力損失勾配が小さい側に液相の流体が多く流入する傾向を示している。 In this diversion experiment, Asano et al. Confirmed that the phase separation performance improved as θ was decreased within the range of the branching angle θ (corresponding to the inclination angle α in FIG. 3) = 30 to 90 degrees. Yes. This result is consistent with the fact that the smaller the branch angle θ of the Y-shaped branch pipe, the easier the liquid phase having a large inertial force goes straight. Further, there is a tendency that a large amount of gas phase fluid flows on the side where the pressure loss gradient is large, and a large amount of liquid phase fluid flows on the side where the pressure loss gradient is small.
さらに、液相の潤滑油には、気相の冷媒ガスに作用する慣性力よりも大きい慣性力が作用するので、潤滑油は、分岐管12dの流出口O2よりも流出口O1からの方が流出しやすいといえる。
Further, since an inertial force larger than the inertial force acting on the gas-phase refrigerant gas acts on the liquid-phase lubricating oil, the lubricating oil flows from the outlet O 1 more than the outlet O 2 of the
このように、分岐管12dを用いれば、分岐管12dの流出口O1から潤滑油を多く流出させることができ、流出口O2からは潤滑油の分離が進んだ冷媒ガスを流出させることができる。
Thus, by using the
図4は、冷媒ガス流の速度ベクトル分布の一例を示す図である。この分布は、図2、図3に寸法が示された油分離器12のモデルを用いて、数値流体解析により算出したものである。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a velocity vector distribution of the refrigerant gas flow. This distribution is calculated by numerical fluid analysis using the model of the
なお、図1に示したような冷凍サイクル装置10において、16馬力相当の運転を行う場合、実機試験の結果から、油分離器12に流入する冷媒ガスの圧力は、3.0MPa、温度は摂氏88.5度、流量は3.1×10−3m3/s程度になると考えられる。そのため、このような条件を、流入管12cの入口における解析条件として与えることとした。また、流出管12bの流出口における解析条件として、0MPaを設定した。
In the
さらに、冷媒としてR410Aを採用することとし、R410Aの物性値を数値流体解析で用いることとした。具体的には、密度として90.6kg/m3、定圧比熱として1.232kJ/kgK、粘性係数として17.0μkg/m−sという値を用いることとした。 Furthermore, R410A was adopted as the refrigerant, and the physical property value of R410A was used in the numerical fluid analysis. Specifically, a density of 90.6 kg / m 3 , a constant pressure specific heat of 1.232 kJ / kgK, and a viscosity coefficient of 17.0 μkg / m-s were used.
また、潤滑油としてPVE(Polyvinyl Ether)オイルを採用することとし、PVEオイルの物性値を数値流体解析で用いることとした。具体的には、密度として936.9kg/m3という値を用いることとした。また、潤滑油の吐出量は9.2×10−4kg/sとした。 Further, PVE (Polyvinyl Ether) oil is adopted as the lubricating oil, and the physical property values of the PVE oil are used in the numerical fluid analysis. Specifically, a value of 936.9 kg / m 3 was used as the density. The discharge amount of the lubricating oil was 9.2 × 10 −4 kg / s.
図4から、冷媒ガスは、分岐管12dの流出口O1からだけでなく、流出口O2からも流出することがわかる。解析結果によれば、流出口O1から流出する冷媒ガスの流量は約2.8×10−3m3/sであり、流出口O2から流出する冷媒ガスの流量は約0.3×10−3m3/sとなった。すなわち、流出口O1から流出する冷媒ガスの流量と、流出口O2から流出する冷媒ガスの流量の比は9:1となる。
From FIG. 4, it can be seen that the refrigerant gas flows out not only from the outlet O 1 of the
また、図4の例では、流入管12cの存在により、流出口O1から流出した冷媒ガスの旋回流と、流出口O2から流出した冷媒ガスの旋回流とが衝突せず、旋回流間の干渉が抑制されている。そのため、冷媒ガスからの遠心力による潤滑油の分離が円滑に行われる。
Further, in the example of FIG. 4, the presence of the
さらに、冷媒ガス中に油滴の状態で混合している潤滑油が、分岐管12dの流出口O1と流出口O2からどのような比率で流出するかをDPM(Discrete Phase Model)解析で確認した。
Furthermore, the DPM (Discrete Phase Model) analysis determines the ratio of the lubricating oil mixed in the refrigerant gas in the form of oil droplets from the outlet O 1 and outlet O 2 of the
直径が10μmを超える油滴は、慣性力の影響が大きいため、流出口O2からはほとんど流出せず、流出口O1から流出する。そのため、DPM解析では、流入管12bから冷媒ガスと混合して運ばれる直径5μmの油滴の軌跡を追跡した。この程度の大きさの油滴は、慣性力の影響が弱く、冷媒ガスの流れに沿って流れるものと考えられる。
The oil droplets having a diameter exceeding 10 μm are largely out of the outlet O 2 and are out of the outlet O 1 because the influence of inertia force is large. Therefore, in the DPM analysis, the trajectory of an oil droplet having a diameter of 5 μm carried by mixing with the refrigerant gas from the
図5は、油滴の流跡線の一例を示す図である。DPM解析の結果、流出口O1から流出する油滴の個数と、流出口O2から流出する油滴の個数とを計測したところ、個数の比は9:1となった。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a trajectory line of oil droplets. As a result of DPM analysis, when the number of oil droplets flowing out from the outlet O 1 and the number of oil droplets flowing out from the outlet O 2 were measured, the ratio of the numbers was 9: 1.
このように、直径5μmの油滴であっても、ほとんどは流出口O1から流出し、流出口O2からはほとんど流出しないことがわかる。この結果は、実験により観測される結果とほぼ一致する。そのため、流出口O2から流出する冷媒ガスに旋回流を生じさせることにより、冷媒ガスから油滴を容易に除去できる。 Thus, it can be seen that even oil droplets having a diameter of 5 μm almost flow out from the outlet O 1 and hardly flow out from the outlet O 2 . This result almost coincides with the result observed by the experiment. Therefore, by generating the swirling flow in the refrigerant gas flowing out from the outlet O 2, it can be easily removed oil droplets from the refrigerant gas.
図6は、油分離器12の別のモデルを示す断面図である。図3に示したモデルとの違いは、傾斜角αが45度である点である。また、このモデルでは、流出管12bは、密閉容器12a内で屈曲している。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another model of the
すなわち、このモデルでは、密閉容器12a内の流出管12bの入口部は、図3のモデルと同様に密閉容器12aの中心部にあるものの、密閉容器12aから流出管12bが出る出口部12boutは、図3に示したモデルと異なり、密閉容器12aの中心からずれた位置にある。図6の断面図には参考のため、出口部12boutの位置が示されている。
That is, in this model, although the inlet part of the
具体的には、このモデルでは、流入管12cの管軸A1と、流出管12bの入口部の中心との間の距離を9.7mmとしている。流入管12cの管軸A1と分岐管12dの管軸A2との交点をPとした場合の交点Pと流出管12bの入口部の中心との間の距離、分岐管12dの長さ、および、流出口O1、O2の密閉容器12aの内壁からの距離は、図3の場合と同じである。
Specifically, in this model, the tube axis A 1 of the
図6に寸法が示された油分離器12のモデルを用いて、図4と同様の数値流体解析を実行した結果をつぎに示す。図7は、冷媒ガス流の速度ベクトル分布の他の一例を示す図である。図7の数値解析における解析条件は、図4の場合と同様である。
The result of the numerical fluid analysis similar to that shown in FIG. 4 using the model of the
図7においても、冷媒ガスは、分岐管12dの流出口O1からだけでなく、流出口O2から流出することがわかる。解析結果によれば、流出口O1から流出する冷媒ガスの流量は約2.6×10−3m3/sであり、流出口O2から流出する冷媒ガスの流量は約0.5×10−3m3/sとなった。すなわち、流出口O1から流出する冷媒ガスの流量と、流出口O2から流出する冷媒ガスの流量の比は8:2となる。
Also in FIG. 7, it can be seen that the refrigerant gas flows out not only from the outlet O 1 of the
また、図6のモデルでも、図5に示した場合と同様に、DPM解析により直径5μmの油滴の軌跡を追跡したところ、直径5μmの油滴のほとんどは流出口O2から流出せず、流出口O1から流出することがわかった。 Further, in the model of FIG. 6, as in the case shown in FIG. 5, when the trajectory of the oil droplet having a diameter of 5 μm was traced by DPM analysis, most of the oil droplet having a diameter of 5 μm did not flow out from the outlet O 2 . It was found that the gas flowed out from the outlet O 1 .
このように、本実施の形態によれば、分岐管12dを用いて冷媒ガスの流れを分岐させ、流出口O1から流出する冷媒ガスの流れを弱めることができる。また、流出口O2から流出する冷媒ガスは、潤滑油がほぼ分離されているので、冷媒ガスを少ない旋回回数で早期に流出管12bから密閉容器12a外に排出することができる。
Thus, according to this embodiment, by using a
これにより、冷媒ガスが、密閉容器12aの底部にある油溜りに衝突する際の衝撃が緩和され、油溜りの巻き上げが抑制される。その結果、油分離効率が向上し、圧縮機の潤滑不良、凝縮器や蒸発器における伝熱効率の悪化などの問題が解消される。
Thereby, the impact at the time of refrigerant gas colliding with the oil sump in the bottom part of the
なお、図4、図7では、図3、図6に示す傾斜角αがそれぞれ30度、45度の場合について説明したが、これらに限定されず、傾斜角αが鋭角、すなわち、0度より大きく90度未満であれば上記のような効果を得ることができる。 4 and 7, the case where the inclination angles α shown in FIGS. 3 and 6 are 30 degrees and 45 degrees, respectively, has been described. However, the present invention is not limited to these, and the inclination angle α is an acute angle, that is, from 0 degrees. If it is large and less than 90 degrees, the above effects can be obtained.
また、上記実施の形態では、分岐管12dの管軸A2の方向を水平方向としたが、管軸A2の方向を水平方向に対して傾けることとしてもよい。
In the above embodiment, the direction of the tube axis A 2 of the
図8は、分岐管12dの管軸A2の方向を水平方向に対して傾けた油分離器12の構成の一例を示す図である。この場合、前述のように、分岐管12dの流出口O1からは、潤滑油が多く混合した冷媒ガスが流出し、流出口O2からは潤滑油がほぼ分離された冷媒ガスが流出する。
Figure 8 is a diagram showing an example of the configuration of the
そのため、この構成では、流出口O1を水平方向よりも上向きにし、流出口O1から冷媒ガスが水平よりも上方向に流出するようにしている。これにより、流出口O1から流出する冷媒ガスが、密閉容器12a内で旋回する時間を長くすることができ、冷媒ガスから潤滑油を十分分離することができるようになる。
For this reason, in this configuration, the outlet O 1 is directed upward from the horizontal direction so that the refrigerant gas flows out upward from the horizontal from the outlet O 1 . Accordingly, the refrigerant gas flowing out from the outlet O 1 is time to pivot in a sealed
ここで、流出口O1から流出する冷媒ガスの流れは速いので、図8に示すように、この冷媒ガスの上昇流は密閉容器12aの内壁面付近に形成される。その際、流出口O1から流出した冷媒ガスは旋回し、潤滑油が密閉容器12aの内壁面に衝突、付着する。これにより、冷媒ガスから潤滑油が分離される。そして、分離された潤滑油は、重力の影響により徐々に密閉容器12aの下方に移動し、油溜りを形成する。
Here, since the flow of the refrigerant gas flowing out from the outlet O 1 is fast, the upward flow of the refrigerant gas is formed near the inner wall surface of the sealed
一方、旋回しながら密閉容器12aの上部まで達した冷媒ガスは、密閉容器12aの中央部分で下降流を形成する。そのため、流出口O1、O2から流出する冷媒ガスの流れとの干渉が少なく、冷媒ガスの旋回流に大きく影響を及ぼすことはない。
On the other hand, the refrigerant gas that has reached the upper part of the sealed
また、図8に示すように、密閉容器12aの上部から下降してきた冷媒ガスは、分岐管12dの下部でも、旋回流を形成する。これにより、冷媒ガスと混合している潤滑油は、密閉容器12aの内壁面に衝突、付着して、冷媒ガスから分離される。その後、潤滑油が分離された冷媒ガスは、密閉容器12aの中央部分で上昇流を形成する。そして、この冷媒ガスは、流出管12bから流出する。
Further, as shown in FIG. 8, the refrigerant gas descending from the upper part of the sealed
分岐管12dの流出口O2から流出する冷媒ガスについては、分岐管12dの作用により、潤滑油の分離が進んでいる。そのため、この冷媒ガスは、わずかに混合している潤滑油を旋回により分離しながら、流出管12bから早期に流出する。
The refrigerant gas flowing out from the outlet O 2 of the
このように、出口O1からの冷媒ガスの流出を、水平よりも上方向にすることにより、潤滑油が多く混合している冷媒ガスの旋回する回数を増やすことができ、油分離性能の向上を図ることができる。 Thus, by making the outflow of the refrigerant gas from the outlet O 1 upward from the horizontal direction, the number of times the refrigerant gas swirling with a large amount of lubricating oil can be increased, and the oil separation performance is improved. Can be achieved.
また、図2〜図8では、分岐管12dがストレート管であるとしていた。分岐管12dをストレート管とすることにより、その形状を単純化できるので、量産時の品質誤差が小さくなり、所望の効果が安定して得られるという利点がある。しかし、分岐管12dの形状は、これに限らず、例えば曲がり部を有する曲がり管であってもよい。
2 to 8, the
図9は、分岐管12dが曲がり管である場合の油分離器12の構成の一例を示す図である。図9に示すように、流入管12cから流出した冷媒ガスは、分岐管12d内の衝突面Sに衝突する。そして、分岐管12dの管軸A2に沿って伸びる衝突面S上の線分Lの方向は、流入管12cの管軸方向A1に対して傾斜している。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the configuration of the
ここで、図9の例では、分岐管12dの流出口O2は、密閉容器12aの円形断面において、流出口O1よりもより内周側に設けられている。このような構成とすることにより、流出口O1から流出し、潤滑油が多く混合している冷媒ガスの旋回流と、流出口O2から流出し、潤滑油がほぼ分離された冷媒ガスの旋回流との間の干渉を抑制することができる。
Here, in the example of FIG. 9, the outlet O 2 of the
あるいは、単に、流入管12cとの接続部から流出口O2までの長さを、その接続部から流出口O1までの長さよりも短くすることにより、両流出口O1、O2から流出する冷媒ガスの旋回流間の干渉を抑制することとしてもよい。
Or simply flow out, the length from the connection portion between the
また、上記実施の形態では、分岐管12dの内径が、分岐管12dの管軸A2の方向に沿って一定である場合について説明したが、管軸A2の方向に沿ってその内径が変化することとしてもよい。例えば、分岐管12dの内壁面がテーパー状であってもよい。
In the above embodiment, the inner diameter of the
(実施の形態2)
上記実施の形態1では、流入管12cを水平方向に設けることとしたが、流入管12cを鉛直方向に設けることとしてもよい。本実施の形態では、流入管12cを鉛直方向に設ける場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the
図10は、本発明の実施の形態2に係る油分離器12の構成の一例を示す断面図である。この油分離器12は、密閉容器12a、流出管12b、流入管12c、分岐管12d、排出管12e、油捕捉部12fを備える。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the
後に説明する図11にも示されているように、流出管12bは密閉容器12aの上部中央に設けられる。図10の断面図は、この中央を通る垂直な平面で密閉容器12aを切断した場合の図である。図10には、流入管12cが、流出管12bの向こう側に設けられている状態が示されている。さらに流入管12c、および、分岐管12dについては、その内部(内壁面)の形状も示されている。
As shown in FIG. 11, which will be described later, the
図10に示す密閉容器12a、流出管12b、排出管12eは、図2に示した密閉容器12a、流出管12b、排出管12eと同様のものである。また、流入管12cは、図2の場合と異なり、鉛直方向に設けられる。
The sealed
図10の場合も、流入管12cから流出した冷媒ガスは、分岐管12d内の衝突面Sに衝突する。そして、分岐管12dの管軸A2に沿って伸びる衝突面S上の線分Lの方向は、流入管12cの管軸方向A1に対して傾斜している。
Also in the case of FIG. 10, the refrigerant gas flowing out from the
このような分岐管12dを用いることにより、多量の潤滑油と混合している冷媒ガスが分岐管12dの流出口O1から流出し、潤滑油がほぼ分離された冷媒ガスが、分岐管12dの流出口O2から流出するようになる。
By using such a
これにより、流出口O1から流出する冷媒ガスの流れを弱めることができる。また、流出口O2から流出する冷媒ガスは、潤滑油がほぼ分離されているので、冷媒ガスを少ない旋回回数で早期に流出管12bから密閉容器12a外に排出することができる。これにより、冷媒ガスが、密閉容器12aの底部にある油溜りに衝突する際の衝撃が緩和され、油溜りの巻き上げが抑制される。
Thereby, the flow of the refrigerant gas flowing out from the outlet O 1 can be weakened. Further, since the lubricant gas flowing out from the outlet O 2 is substantially separated from the lubricating oil, the refrigerant gas can be discharged out of the sealed
特に、図10に一例を示す構成では、分岐管12dの流出口O2を水平方向よりも上向きにし、流出口O2から冷媒ガスが水平よりも上方向に流出するようにしている。そして、流出管12bの流入口は、分岐管12dの流出口O2の上部に設けられている。これにより、潤滑油が分離された冷媒ガスが再度潤滑油と混合する前に、冷媒ガスを密閉容器12a外に流出させることができる。
In particular, in the configuration shown in FIG. 10, the outlet O 2 of the
また、分岐管12dの流出口O1では下方向に冷媒ガスが流出するのに対し、流出口O2では上方向に冷媒ガスが流出する。そのため、流出口O1から流出する冷媒ガスによる旋回流と、流出口O2から流出する冷媒ガスによる旋回流とが衝突し、旋回流の勢いが弱まることを防止できる。
In addition, the refrigerant gas flows downward at the outlet O 1 of the
図10の説明に戻ると、油捕捉部12fは、潤滑油と混合した冷媒ガスから、細粒径のミスト状の潤滑油などを捕捉し、潤滑油が分離された冷媒ガスを通過させる。油捕捉部12fは、例えば、金属メッシュなどにより構成される。なお、ここでは、油捕捉部12fは、流出管12bの流入口から離れて設けられているが、流出管12bの流入口に張り付けることとしてもよい。
Returning to the description of FIG. 10, the
これにより、分離しきれなかった潤滑油が冷媒ガスから分離されるので、潤滑油と混合した冷媒ガスが、流出管12bからそのまま流出してしまうことを防止でき、油分離効率をさらに高めることができる。
Thereby, since the lubricating oil that could not be separated is separated from the refrigerant gas, the refrigerant gas mixed with the lubricating oil can be prevented from flowing out from the
図11は、図10に示した油分離器12の断面図である。図11に示されるように、流入管12c、および、分岐管12dは、密閉容器12aの円形断面の中心からずれた位置に設けられる。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the
このような構成とすることにより、分岐管12dの流出口O1、O2から流出した冷媒ガスの旋回流が発生し、冷媒ガスが密閉容器12aに衝突することにより、冷媒ガスと混合している潤滑油が冷媒ガスから分離される。
With such a configuration, a swirling flow of the refrigerant gas flowing out from the outlets O 1 and O 2 of the
(実施の形態3)
上記実施の形態1、2では、分岐管12dの流出口O1から冷媒が流出する空間と、流出口O2から冷媒が流出する空間とが連通していたが、これらの空間を仕切るようにしてもよい。本実施の形態では、上記両空間を仕切る仕切部を設ける場合について説明する。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, a space that flows refrigerant from the outlet O 1 of the
図12は、本発明の実施の形態3に係る油分離器12の構成の一例を示す断面図である。この油分離器12は、密閉容器12a、流出管12b、流入管12c、分岐管12d、排出管12e、油捕捉部12f、仕切部12gを備える。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the
後に図13を用いて説明するが、流入管12c、および、分岐管12dは、流出管12bよりも奥側に設けられている。なお、図12では、流入管12c、および、分岐管12dについて、その内部(内壁面)の形状も示されている。
As will be described later with reference to FIG. 13, the
図12に示す密閉容器12a、流出管12b、流入管12c、分岐管12d、排出管12e、油捕捉部12fは、図10に示した密閉容器12a、流出管12b、流入管12c、分岐管12d、排出管12e、油捕捉部12fと同様のものである。
The sealed
仕切部12gは、分岐管12dの流出口O1から冷媒が流出する空間と、流出口O2から冷媒が流出する空間とを仕切る板状の部材である。この仕切部12gは、密閉容器12aの鉛直方向に伸びている。また、密閉容器12aの上部(仕切部12g上端と密閉容器12aの蓋部との間)と下部(仕切部12g下端と密閉容器12aの底部との間)で、仕切部12gの両側の空間が連通している。
前述のように、分岐管12dの流出口O1からは潤滑油と混合した冷媒ガスが流出し、流出口O2からは潤滑油がほぼ分離された冷媒ガスが流出する。このような場合に仕切部12gを設けることにより、分岐管12dの流出口O1から流出する冷媒ガスと、流出口O2から流出する冷媒ガスとが混じり合うことが抑制される。その結果、流出口O2から流出する冷媒ガスは、再度潤滑油と混合することなく流出管12bから流出するので、油分離効率を高めることができる。
As described above, from the outlet O 1 of the
また、密閉容器12aの上部に隙間を設け、仕切部12gの両側の空間を連通させることにより、分岐管12dの流出口O2から流出した冷媒ガスを、流出管12bから円滑に流出させることができる。さらに、密閉容器12aの下部に隙間を設け、仕切部12gの両側の空間を連通させることにより、両空間で分離された油を1つの排出管12eから円滑に流出させることができる。
Further, a gap at the top of the sealed
なお、図12の例では、仕切部12gの上下に隙間を空けることにより、空間を連通させることとしたが、密閉容器12aの上端から下端まで隙間なく設けられた仕切部12gの上部および下部に連通孔を設け、空間を連通させることとしてもよい。
In the example of FIG. 12, the space is communicated by making a gap above and below the
図13は、図12に示した油分離器12の断面図である。図13に示されるように、流入管12c、および、分岐管12dは、密閉容器12aの円形断面の中心からずれた位置に設けられる。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the
このような構成とすることにより、分岐管12dの流出口O1、O2から流出した冷媒ガスの旋回流が発生し、冷媒ガスが密閉容器12aに衝突することにより、冷媒ガスと混合している潤滑油が冷媒ガスから分離される。
With such a configuration, a swirling flow of the refrigerant gas flowing out from the outlets O 1 and O 2 of the
なお、図12、図13には、流入管12cを鉛直方向に設けた場合について示したが、流入管12cを水平方向に設ける場合にも同様に、仕切部12gを設けることとしてもよい。
12 and 13 show the case where the
本発明にかかる油分離器は、空気調和機や給湯器、温水暖房装置などの機器に用いるのに好適である。 The oil separator according to the present invention is suitable for use in devices such as an air conditioner, a water heater, and a hot water heater.
1 シェル
1a シェルの下開口部
2 流入管
3 排出管
4 流出管
4a 流出管の端部
10 冷凍サイクル装置
11 圧縮機
12 油分離器
12a 密閉容器
12b 流出管
12c 流入管
12d 分岐管
12e 排出管
12f 油捕捉部
12g 仕切部
13 四方弁
14a、14b 室内熱交換器
15 室内膨張弁
16 室外膨張弁
17 室外熱交換器
18 アキュムレータ
19 第1開閉弁
20 返油管
21 第2開閉弁
22 キャピラリ
23 冷媒回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
密閉容器と、
前記密閉容器内に前記冷媒を導く流入管と、
前記流入管を介して流入する冷媒の流れを分岐し、第1の流出口および第2の流出口から冷媒を前記密閉容器内に流出させ、前記密閉容器内で旋回流を生じさせる分岐管と、
前記分岐管から流出した前記密閉容器内の冷媒を該密閉容器外に流出させる流出管と、を備え、
前記分岐管の側面にある孔部に前記流入管の一端が接続され、前記流入管から流出した冷媒は前記分岐管内の衝突面に衝突し、前記分岐管の管軸に沿って伸びる前記衝突面上の線分の方向は、前記流入管の管軸方向に対して傾斜している油分離器。 An oil separator for separating the oil from the refrigerant mixed with the oil,
A sealed container;
An inflow pipe for guiding the refrigerant into the sealed container;
A branch pipe that branches the flow of the refrigerant flowing in via the inflow pipe, causes the refrigerant to flow into the sealed container from the first outlet and the second outlet, and generates a swirling flow in the sealed container; ,
An outflow pipe that causes the refrigerant in the sealed container that has flowed out of the branch pipe to flow out of the sealed container, and
One end of the inflow pipe is connected to a hole in a side surface of the branch pipe, and the refrigerant flowing out of the inflow pipe collides with a collision surface in the branch pipe and extends along the tube axis of the branch pipe The direction of the upper line segment is an oil separator inclined with respect to the tube axis direction of the inflow pipe.
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WO2016080464A1 (en) * | 2014-11-21 | 2016-05-26 | ヤンマー株式会社 | Heat pump |
-
2013
- 2013-03-29 JP JP2013072074A patent/JP2014196855A/en active Pending
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