JP2017503989A - 外部セパレータ - Google Patents

Abstract

圧縮器ベースの冷却アセンブリのダクト・セパレータは、圧縮器のオイル／ガス出口に連結している。ダクト・セパレータは、９８％のオイル・キャリオーバー効率を達成できる方法でオイルを収集する、内部に少なくとも一つの湾曲部を備えたパイプである。ダクト・セパレータは、遠心シリンダーなどの第２の相セパレータに任意に連結してもよい。その場合、遠心シリンダーの高さは、従来の装置と比較して著しく減らすことができる。あるいは、一つ以上のバッフルなどの、より単純なインピンジメント面は、第２の相セパレータまたは単に収集室として使ってもよい。【選択図】図３

Description

本発明は、オイルセパレータに関する。

オイルセパレータは、例えば空調または冷凍システムなどの冷却システムで特定の適用を見出だし、圧縮器からの放出ガスとともに出るオイルは、効果的な熱交換器動作のために、ガス流から分離する必要がある。

図１は、圧縮器１４および外部オイルセパレータ１２から成る周知の空調装置の概観を示し、これらには熱交換器（図示せず）への連結部１７がある。圧縮プロセスの間、ガスは吸入４の下の圧縮器１４に入る。オイルは、効率を改善するために、そして圧縮器１４の冷却を提供するために、圧縮器１４に注入される。第１の入口経路１３を介してオイルセパレータ１２に供給されるガスおよびオイルの混合物は、圧縮器１４において生成される。一旦分離されると、ガスは連結部１７を介して熱交換器に供給され、そしてオイルは第３の経路１６を介して圧縮器１４に戻すように供給される。熱交換器効率が維持されるべきである場合、空調システムのような冷却システムに入ることができるオイルの量は最小限に保たなければならない。例えば、オイル・キャリオーバー限度は、直接膨張式タイプの場合は約２％であった。

オイル分離は、オイルが圧縮プロセスから完全に分離されない限り、潤滑および／または封止および／または冷却のためのオイルを必要とする圧縮器１４で動作する冷凍または空調システムのようなあらゆる冷却システムの効果的な動作に必要である。この種のオイルセパレータ１２は、次の標準オイル分離プロセスの一つ以上を採用する傾向がある。
１．インピンジメント
２．速度ドロップアウト
３．遠心効果
４．合体

図２を参照すると、オイルセパレータ１２の周知の形は、サイクロンに似ている。ガスおよびオイルの混合物は、接線方向の経路１３を介して渦ファインダーとして周知の中心管２５を備えたシリンダーに供給される。渦ファインダーは、混合物が最初にシリンダーの中の下向き螺旋に従うよう促す。より重いオイルは、シリンダーの側面に投げつけられ、そこで集まって、基部に落ちる。しかしながら、より軽いガスは、シリンダー内の圧力の下で渦ファインダー２５を通して噴出されるように促される。

本発明の実施形態によれば、その第１の態様において、オイル／ガス混合物を受け入れるための入口を有するダクトを備えるオイル／ガス・セパレータが設けられ、ダクトは、少なくとも部分的に水平方向に伸びて、単一の屈曲部または一連の屈曲部を設けた内面を有し、ダクトは、使用中、内面への重力および遠心力の両方によるオイル収集によって、オイル／ガス混合物の少なくとも部分的な分離を提供し、そしてダクトは、ガスおよび収集したオイルの供給のための出口を有する。

従来のセパレータとは異なり、本発明の実施形態によるセパレータは、ガス速度に主として依存していない。しかしながら、ダクト内のガス速度には潜在的制約がある。最大ガス速度は、ダクト内の移動の間の最大許容圧力降下により制限される。冷却システムにおいて、大きい圧力降下は、冷却システム効率が容認できないレベルに下がることを意味することがありえる。冷却システムの圧力降下は、例えば２００〜４００ミリバールの範囲にあるかもしれない。よりゆっくり移動する混合物が、通常、最終的な取り付けには適さないかもしれない、より大きな直径のダクトおよび容器サイズを必要とするので、ダクト内の最小ガス速度は、最大許容可能なセパレータ・サイズにより制限される。

セパレータは、収集したオイルを取り込むためのインピンジメント面を更に備えてもよい。インピンジメント面は、遠心分離シリンダーのような更なるオイル／ガス・セパレータ分離装置によって設けてもよく、ダクトは、オイルおよびガスを遠心分離シリンダーの中に接線方向に供給するように構成される。遠心分離シリンダーは、上部ベントのような上部ガス出口、およびタンク出口または接線方向供給出口のような下部オイル出口を有してもよい。

本発明の実施形態は、著しく小さいオイル・キャリオーバー、例えば０．５％以下を提供することが分かった。それらは、製造の簡単さと共に、ユニット・サイズのオイル／ガス・セパレータ当たりの効率性に著しい改善を提供することができ、広範囲の動作状態にわたって動作できる。

本発明の実施形態によるオイル／ガス・セパレータは、単なる例示として添付図面を参照して説明される。

周知の空調装置のブロック図を示す。 図１の装置で使用する従来のオイル／ガス・セパレータを側面図で示す。 本発明の第１の実施形態による湾曲したダクトを備えたオイル／ガス・セパレータを部分断面で上から見たクオータビューで示す。 ダクトの異なる湾曲部を使用する、上から見た、図３のセパレータを示す。 ダクトの異なる湾曲部を使用する、上から見た、図３のセパレータを示す。 図４ａのセパレータであり、矢印により示される方向から見た線Ａ−Ａに沿った断面図で示す。 断面で示される外部の高圧ハウジングの中に取り付けられて、外部ハウジングの中にオイルタンクを備える、本発明の第２の実施形態によるオイル／ガス・セパレータを側面図で示す。 上から見たスリークオータービューで図６のセパレータを示す。 一体化されたオイルタンクを有する本発明の第３の実施形態によるオイル／ガス・セパレータを側面図で示す。 圧縮器に取り付けた図８のセパレータを上から見たクオータビューで示す。 遠心力を利用した第２のステージの代わりにバッフルを有するセパレータを図５の断面図に等しい断面図で示す。 図１０のバッフルを側面からのクオータビューで示す。 追加シリンダーまたは他のインピンジメント面の無い湾曲したダクトを備えるセパレータを断面側面図で示す。

図面は、一定の比率で描画されていない。

図３〜５を参照すると、オイル／ガス・セパレータは、その中に一つ以上の湾曲部を有するダクト２０を備え、ダクトは遠心分離シリンダー２２に放出する。オイル粒子と混合したガスは、圧縮器の放出ポート（図示せず）からダクト２０の入口１３の中に受け入れられる。受け入れられた混合物１９において、ガス流に飛散されたオイルの粒子は、ランダムに分布し、且つ多方向である。第１の分離相は、まっすぐな長さ３１をシリンダー２２に連結している湾曲部分３２と結合されるダクト２０のまっすぐな長さ３１を使用して構築される。

湾曲部分３２は、１００度から２７０度までの範囲で入口の軸方向に関して方向の全体の変化を提供する単一の湾曲部または一連の湾曲部を示すことがありえる。湾曲部分３２は、水平方向に少なくとも部分的に伸びるが、一つ以上の他方向に傾けられることがありえる。例えば、一連の湾曲部は同じ平面にある必要はない。

この第１の分離相において、オイル粒子は、粒子間の、そしてダクト２０の内面２１との両方の表面張力、湾曲部３２の遠心力、および重力の作用などの要因の組合せによって合体する。この組合せは、遠心力を利用した第２の分離相２２に入る前に、２つの部分から成るオイルおよびガス分離の第１の相を確実にする。

第２の分離相２２に入ると、部分的に分離されたガスおよびオイルは、再飛散を防止するために構成されるインピンジメント分離ステージに移る。この相は、ガス流２６からオイル２３を更に分離し、それによって、再飛散を防止するように設計された遠心分離シリンダー２２を組み込む。この第２のステージ２２に入ることは、円筒状容器２２のどちらかの側面で接線方向にある場合がある。分離されたオイル２３はシリンダー２２の下部に落ちて、そこで、必要に応じて供給するのに適しているオイルタンク２４を形成できる。オイルを除去したガス１７は、シリンダー２２の上部のポート３０を通って出る。

この設計の重要な特徴は、従来のサイクロン・セパレータの一般的な特徴である図２に示す渦ファインダー２５の除去である。その除去は設計を簡単にする。実際、渦ファインダー２５の除去により効率が改善されることがわかった。

圧縮器１４へ戻るためにオイルは速度を必要とする。これは、タンク２４に収集されたオイルの上部によって、または、それ以外の場合、オイルに速度を与えることによって発生できる。例えば、シリンダー２２のオイルタンク２４が充分な上部を提供する場合、オイルは、圧縮器１４へ戻る供給のためにポート２８を通って放出できる。

あるいは、オイル２３は他でオイルタンクに供給することができる。更なる実施形態において、第２のステージの分離シリンダー２２内のオイル回転は、必要な出口速度を提供して、それによって、必要なオイル上部ひいてはシステムオイル充填量を減らすために、オイル出口２８の接線方向の位置とともに使用してもよい。

本発明の実施形態の重要な特徴は、第２のステージのシリンダー２２の高さ２７が、周知のサイクロン装置と比較したときに減らすことができるということである。これは、圧縮器／セパレータ・アセンブリの全体の高さを減らすことができる。本発明の実施形態では、シリンダー２２の周囲のオイル２３の部分的な循環だけが、ダクト２０により提供される第１の相からオイルおよびガスの分離を維持するのに必要である。シリンダー２２の高さおよび内径の両方とも、ダクト２０の内径の２または３倍であるかもしれない。例えば、直径１００ｍｍのダクト２０の場合は、シリンダーの高さは２００〜３００ｍｍとなる場合があり、シリンダー２２の半径はわずか１００ｍｍ〜１５０ｍｍである必要がある。

図４ａを参照すると、第１の相２０の内面の断面直径ｐｄ（「パイプ直径」）と第２の相容器２２のシリンダー直径ｃｄの関係は、最適な性能のために重要である。パイプ直径ｐｄがあまりに小さい場合、上記したように冷却システム効率を低下させるダクト２０の圧力降下はあまりに大きい。第２のステージ容器２２の直径ｃｄの１／３〜１／２程度の第１の相２０のパイプ直径ｐｄは、だいたい正しい関係であるとわかった。実施例は、パイプ２０の中心まで６インチのダクト半径ｄｒを有する湾曲部分３２を備えた４インチの名目孔サイズｐｄを有するダクト２０である。第２の相容器２２は、その場合、８〜１２インチの内径ｃｄを有する。

図４ａにおいて、ダクト２０の湾曲部分３２は、まっすぐな部分３１から第２ステージシリンダー２２への入口までの１８０度よりわずかに小さい方向の変化を提供する。図４ｂは、湾曲部分３２が２７０度よりわずかに小さい方向の変化を提供するセパレータを示す。

加えて、図６および７を参照すると、省スペースのために、湾曲部分３２が水平ではなく、ダクト２０のまっすぐな部分３１と第２の容器２２への供給位置の間で上昇（図６に示すように）、および／または下降するように、ダクト２０は任意に傾斜してもよい。図６の実施形態において、ダクト２０および第２の容器２２は外部ハウジング６２に収容され、そして分離されたオイルは、第２の容器２２の出口６１を経由して外部ハウジング６２の基部のタンク６０に収集される。各湾曲部におけるダクト２０の中心に対する最適なダクト半径ｄｒは、変化してもよく、湾曲部分３２の湾曲部の数および傾斜に影響を受ける傾向にある。ダクト半径がダクト２０の長さを通じて一定であることは必須でない。そうでない場合、半径ｄｒへの言及は、通常、平均または最小のダクト半径を意味するとみなすことができる。しかしながら、重要な要因は、通常、ダクトの圧力降下である。

オイルタンク６０を備える、遠心分離シリンダー２２が別の外圧保持ケース６２の中に含まれる一体化されたセパレータ型の場合は、シリンダー２２はシリンダー壁の底にスロット６１を含み、それは、シリンダー２２からオイルが出るのを改善するために、オイルへの遠心効果を利用する。

図８を参照すると、別の実施形態では、単一の湾曲部または複数の湾曲部３２を含む部分が、ダクト２０のまっすぐな部分３１から第２の容器２２への供給位置まで下りるように、ダクト２０は傾斜する。この実施形態において、第２の容器２２は、それ自体の基部に一体化されたオイルタンク２４を備えている。

図９は、分離されるオイル／ガス混合物を受け入れるために、圧縮器１４の放出ポート１８およびその支持フレーム９０に連結している図８の実施形態のダクト３１、３２および第２の容器２２を示す。

一般に、バッフルは、オイルの乱流を減らして、シリンダー２２の比較的静かで安定したオイルタンク２４から従来のオイルドレイン装置を可能にするために、第２のステージの円筒状容器２２のオイルタンク部分に加えてもよい。

図１０および１１を参照すると、一つ以上の傾斜インピンジメントプレート１００（平坦であるかまたはカーブする）は、第２の容器２２内の遠心分離を増大させるかまたは置き換えるために用いてもよい。この種の単一のバッフルまたは複数のバッフル１００は、オイル格納容器の上部３０から流れ出るガス流２６から離れてオイル流２３を偏向させるように作用する。オイルは、上述のように、一体化されたタンク２４またはどこか他の所に収集することができる。遠心力を利用した第２のステージ２２の使用により、９９．５％程度の名目オイル分離の効率を上げるのに対して、ダクト２０の湾曲部分３２と結合する一つ以上のバッフル１００のこの単純な使用は、９８％程度の効果的な名目オイル分離を生じることが分かった。

図６、７、および１２を参照すると、いかなるそらせ板または円筒状第２のステージを伴わず、湾曲したダクト２０が外部ハウジング６２内に直接流入するときに、９８％のオイル・キャリオーバー効率を達成することが可能である。このように、図１２は、円筒状容器２２または他の第２のステージがない図６および７の装置のバリエーションを示す。収集したオイルは、単にダクト２０を出て、オイルタンクに収集される。

本発明の実施形態は、例えば冷凍システムの高圧側で、高速のオイル／ガス混合物とともに使うことができる。実際、図６および７に示すように、本発明の実施形態は、その中に湾曲部を有するダクト２０を備えてもよく、ダクトは、冷却圧縮器１４の放出ポート１８に直接連結する入口を有する。

Claims (14)

1. 圧力下でオイル／ガス混合物を受け入れるための入口を有するダクトを備えるオイル／ガス・セパレータであって、前記ダクトは、少なくとも部分的に水平方向に伸びて、単一の屈曲部または一連の屈曲部を設ける内面を有し、前記ダクトは、使用中、前記内面上への重力および遠心力の両方によるオイル収集によって、前記オイル／ガス混合物の少なくとも部分的な分離を提供し、そして前記ダクトは、ガスおよび収集したオイルの供給のための出口を有するセパレータ。
2. 前記収集したオイルを取り込むためのインピンジメント面を更に備える請求項１に記載のセパレータ。
3. 前記インピンジメント面は遠心分離シリンダーによって設けられて、前記ダクトは、オイルおよびガスを前記遠心分離シリンダーに接線方向に供給するように構成される請求項２に記載のセパレータ。
4. 圧縮器とともに使用し、前記遠心分離シリンダーは、前記圧縮器によって必要とされる前記システム・オイル・パイプの流量に適合させるために必要とする速度に等しい速度でオイルを供給するために接線方向の供給出口を有する請求項３に記載のセパレータ。
5. 前記シリンダーの高さは、前記ダクトの平均内径の２〜３倍の範囲にある請求項３〜４のいずれか一項に記載のセパレータ。
6. 前記シリンダーの内径は、前記ダクトの平均内径の２〜３倍の範囲にある請求項３〜５のいずれか一項に記載のセパレータ。
7. 前記ダクトの平均内径は、５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲、好ましくは７５ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲にある請求項３〜６のいずれか一項に記載のセパレータ。
8. 前記供給されたガスおよび収集したオイルを受け入れるために前記ダクト出口に連結しているハウジングを更に備え、前記インピンジメント面は、前記ハウジングに載置される一つ以上のバッフルにより提供される請求項２に記載のセパレータ。
9. 前記ダクトは、前記オイル／ガス混合物を湾曲部分に供給するまっすぐな部分を有する請求項１〜８のいずれか一項に記載のセパレータ。
10. 前記ダクトは、１００度から２７０度までの範囲にある前記ダクト入口の軸方向に対して方向の全体の変化を提供する請求項１〜９のいずれか一項に記載のセパレータ湾曲部分。
11. 前記ダクトの前記単一の湾曲部または一連の湾曲部は、少なくとも部分的に傾斜する請求項１〜１０のいずれか一項に記載のセパレータ。
12. 前記収集したオイルおよびいかなる更に分離されたオイルも保持するためのオイルタンクを更に備える請求項１〜１１のいずれか一項に記載のセパレータ。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のセパレータに連結しているオイル／ガス出口を有する圧縮器を備える冷却アセンブリであって、前記セパレータはこのように前記冷却アセンブリの前記高圧側に組み込まれる冷却アセンブリ。
14. 使用中の前記セパレータの前記圧力降下は、２００〜４００ミリバールの範囲にある請求項１３に記載の冷却アセンブリ。

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