JP2018015742A - 油分離器、圧縮装置および冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒と油の分離効率を向上することの可能な油分離器を提供する。
【解決手段】油分離器４０は、本体部４１、流体供給通路５０、冷媒吐出通路６０および油排出通路７０を備える。流体供給通路５０は、本体部４１が有する円筒状の流体室４６に冷媒と油とが混合した流体を供給し、流体室４６の周方向に流体が流れる旋回流を形成する。冷媒吐出通路６０は、流体室４６に油が溜まる油溜り部４６２より上側に設けられ、流体室４６から冷媒を吐出する。油排出通路７０は、流体室４６の油溜り部４６２から油を排出する。ここで、流体室４６の内壁のうち旋回流下流側の部位４７と、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２とのなす角のうち、流体室４６と油排出通路７０の外側に形成されるθ１は鈍角である。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒ガスに混入している油を遠心力によって分離する油分離器、並びにその油分離器を備えた圧縮装置および冷凍サイクルに関する。

従来、冷凍サイクルは、冷媒を圧縮するための圧縮機を備えている。その圧縮機の摺動部の潤滑を行うために、冷凍サイクルを循環する冷媒には油が混入されている。その油は、圧縮機から冷凍サイクルに吐出される冷媒と共に冷凍サイクルを循環する。しかし、圧縮機から冷凍サイクルに吐出される冷媒に混入している油の量が多いほど、熱交換器による熱交換性能が損なわれ、冷凍サイクルにおける成績係数（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）が低下する。そこで、圧縮機の吐出側に、冷媒と油を分離するための油分離器を設けることにより、冷凍サイクルを循環する冷媒に混入している油の量を少なくする技術が知られている。この油分離器には、冷凍サイクルのＣＯＰを上げるために、冷媒と油との分離効率の向上が求められている。

特許文献１に記載の油分離器は、冷媒と油とが混合した流体が供給される流体室の内径に対し、流体室から冷媒を吐出する冷媒吐出通路の開口部と流体室の底との距離を２．５倍以上にしている。これにより、冷媒と油とを遠心分離するために流体室で形成される旋回流により冷媒から分離された油が流体室の底から巻き上がる場合でも、冷媒吐出通路の開口部から冷媒と共に吐出することが抑制される。しかしながら、この特許文献１に記載の油分離器は、軸方向の体格が大きくなることが懸念される。

なお、特許文献２に記載の油分離器は、流体室の底に設けられた油排出通路が、流体室の径方向の内壁に接続している構成が記載されている。これにより、特許文献２に記載の油分離器は、軸方向の体格を小さくすることが可能である。また、流体室で形成される旋回流の遠心力を利用して流体室から油排出通路へ効率よく油を排出することが可能である。

特開２００９−１０９１０２号公報 特開２００５−１６３７９３号公報

一般に、油分離器は、円筒状の流体室と、その流体室に対し冷媒と油とが混合した流体を供給する流体供給通路と、流体室から冷媒を吐出する冷媒吐出通路と、流体室から油を排出する油排出通路を備えている。油分離器が備える円筒状の流体室は、流体が旋回する旋回流部と、その旋回流部で遠心分離された油が溜まる油溜り部に区分される。

ここで、上述した油分離器の各構成に関し、冷媒と油の分離効率を向上させるために従来から次の方法が検討されている。
（１）流体供給通路に関し、流体室に流体を供給する方向の設定により、流体室に旋回流を生み出す方法。
（２）流体室の旋回流部に関し、旋回流の遠心力を高めて冷媒と油とを分離する方法。
（３）冷媒吐出通路に関し、上述した特許文献１に記載の技術のように、流体室の底からの距離を遠くして油の巻上げを低減する方法。
（４）流体室の油溜り部に関し、旋回流部で旋回している冷媒と油溜り部の油とを分ける方法。

しかしながら、油排出通路に関しては、あまり着目がされていない。

そこで、発明者らは、油排出通路に着目して鋭意研究を重ね、流体室の径方向の内壁と油排出通路とが接続する箇所が、冷媒から分離された油の巻き上がりに大きく影響していることを新たに見出した。すなわち、流体室の内壁と油排出通路とが接続する箇所で旋回流の乱れが生じ、流体室の油溜まりから油が巻き上がると、冷媒吐出通路から冷媒と共に吐出する油の量が増加して冷媒と油の分離効率が悪化してしまう。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、冷媒と油の分離効率を向上することの可能な油分離器、並びにその油分離器を備えた圧縮装置および冷凍サイクルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明の油分離器は、本体部、流体供給通路、冷媒吐出通路および油排出通路を備える。本体部は、円筒状の流体室を有する。流体供給通路は、流体室の内壁に設けられた供給口から冷媒と油とが混合した流体を流体室に供給し、流体室の周方向に流体が流れる旋回流を形成する。冷媒吐出通路は、流体室に油が溜まる箇所より重力方向上側に設けられ、流体室から冷媒を吐出する。油排出通路は、流体室に油が溜まる箇所で流体室の内壁に設けられた排出口から油を排出する。ここで、流体室の径方向の内壁のうち油排出通路に接続する位置から旋回流の下流側に延びる部位（以下、「流体室の内壁のうち旋回流下流側の部位」という）と、油排出通路の内壁のうち旋回流の下流側で流体室の径方向の内壁に接続する部位（以下、「油排出通路の内壁のうち旋回流下流側の部位」という）とのなす角のうち流体室と油排出通路の外側に形成される角は鈍角である。

これによれば、流体室の内壁のうち旋回流下流側の部位と、油排出通路の排出口のうち旋回流の下流側の部位との接続箇所を、流体室で遠心分離された油が通過する際、旋回流が乱れて重力方向上側に油が巻き上がる現象が抑制される。そのため、流体室の周方向に底付近を旋回する油は、流体室と油排出通路の下流側との圧力差により、排出口から油排出通路に吸い込まれる。したがって、油分離器は、冷媒吐出通路から冷媒と一緒に吐出する油の量を低減し、冷媒と油の分離効率を高めることができる。

また、重力方向上側に油が巻き上がる現象が抑制されるので、油排出通路の排出口と冷媒吐出通路との距離を近づけることが可能である。したがって、本体部が有する流体室の軸方向の長さを短くし、油分離器の体格を小型化することができる。

請求項７に記載の発明は、圧縮装置の発明である。圧縮装置は、ハウジング、圧縮機構部、および上述した請求項１等に記載の油分離器を備える。ハウジングは、外殻を構成する。圧縮機構部は、ハウジングの内側に設けられ、冷媒を圧縮し、吐出する。油分離器は、圧縮機構部から吐出された冷媒に混入している油を冷媒から分離し、油を圧縮機構部の摺動箇所に排出する。

これによれば、油分離器は冷媒と油の分離効率が高いものであるので、圧縮機構部の摺動箇所に供給される油の量が増加する。したがって、圧縮装置は、摺動箇所の磨耗および経年劣化等を低減し、信頼性を高めることが可能である。

請求項８に記載の発明は、冷凍サイクルの発明である。冷凍サイクルは、圧縮機、上述した請求項１等に記載の油分離器、凝縮器、減圧器および蒸発器を備える。圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構部を有する。油分離器は、圧縮機から吐出された冷媒に混入している油を冷媒から分離し、油を圧縮機構部の摺動箇所に排出する。凝縮器は、油分離器から吐出された冷媒を外部流体との熱交換により凝縮させる。減圧器は、凝縮器から供給された冷媒を減圧する。蒸発器は、減圧器から供給された冷媒を空気との熱交換により蒸発させ、冷媒を圧縮機に供給する。

これによれば、油分離器は冷媒と油の分離効率が高いものであるので、凝縮器および蒸発器を流れる冷媒に混入している油の量が減少する。そのため、圧縮機の消費動力に対する、凝縮器および蒸発器における熱交換効率が向上する。したがって、冷凍サイクルのＣＯＰを向上することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかる冷凍サイクルの構成図である。 本発明の第１実施形態にかかる圧縮装置の断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における油分離器の断面図である。 第１実施形態にかかる油分離器の油流れの模式図である。 第１実施形態にかかる油分離器の油流れの模式図である。 比較例の油分離器の油流れの模式図である。 比較例の油分離器の油流れの模式図である。 第１実施形態と比較例の油分離器における油持ち出し比に関するグラフである。 本発明の第２実施形態にかかる油分離器の断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる油分離器の断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる油分離器の断面図である。 本発明の第５実施形態にかかる油分離器の断面図である。 本発明の第６実施形態にかかる油分離器の断面図である。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、例えば給湯機用の冷凍サイクル１に適用される油分離器４０について説明する。

＜冷凍サイクルの構成＞
まず、冷凍サイクル１の構成について説明する。図１に示すように、給湯機用の冷凍サイクル１は、圧縮機２、油分離器４０、凝縮器３、減圧器４、蒸発器５および気液分離器６等が順次配管で接続された蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルである。

圧縮機２は、冷媒を圧縮し、油分離器４０へ吐出する。油分離器４０は、冷媒に混入している油を冷媒から分離し、冷媒を凝縮器３としての水冷媒熱交換器へ吐出する。油分離器４０で分離された油は、圧縮機２に戻される。この水冷媒熱交換器は、圧縮機２から油分離器４０を経由して吐出された冷媒と、外部流体としての給湯水とを熱交換し、給湯水を加熱する。減圧器４は、膨張弁であり、水冷媒熱交換器から流出した冷媒を減圧する。蒸発器５は空気から吸熱し、減圧器４で減圧された冷媒を蒸発させる。気液分離器６は、蒸発器５から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を圧縮機２の冷媒吸入口に供給する。なお、気液分離器６は必須のものではない。

＜圧縮装置の構成＞
次に、本実施形態の圧縮装置７の構成について説明する。図２は、圧縮装置７の一例を示したものである。この圧縮装置７は、圧縮機２と油分離器４０とが接続されたものである。圧縮機２は、例えばスクロール型の電動圧縮機であり、外郭を構成するハウジング１０の内側に、冷媒を圧縮する圧縮機構部１１と、その圧縮機構部１１を駆動する電動機部１２とを備えている。ハウジング１０の外側に、圧縮機構部１１で圧縮された冷媒に混入している油を分離するための油分離器４０が設けられている。

圧縮機２の電動機部１２は、固定子をなすステータ１３と、回転子をなすロータ１４とを有している。ステータ１３には、コイル１５が巻かれている。コイル１５に対する電力の供給は給電端子１６を介して行われる。

ロータ１４は、ステータ１３の内側に回転可能に設けられ、周方向に異種の磁極が交互に着磁された複数の永久磁石を有している。ロータ１４の中心に駆動軸１７が固定されている。駆動軸１７は、軸方向の両端を軸受部材１８により回転可能に支持されている。この電動機部１２は、ステータ１３のコイル１５に電力が供給されると回転磁界を発生し、ロータ１４と駆動軸１７とが一体に回転する。

圧縮機２の圧縮機構部１１は、可動部材をなす可動スクロール２０と、固定部材をなす固定スクロール２５を有する。可動スクロール２０は、ハウジング１０の内側に収容されている。固定スクロール２５は、可動スクロール２０の下方に配置されている。可動スクロール２０および固定スクロール２５は、それぞれ円板状の基板部２１、２６を有している。両基板部２１、２６は、互いに上下方向に対向するように配置されている。

可動スクロール２０の基板部２１の中心部に形成された円筒状のボス部２２には、電動機の駆動軸１７の下端部が挿入されている。駆動軸１７の下端部は、駆動軸１７の回転中心に対して偏心した偏心部１９になっている。可動スクロール２０およびハウジング１０には、可動スクロール２０が偏心部１９の周りに自転することを防ぐ図示していない自転防止機構が設けられている。そのため、駆動軸１７が回転すると、可動スクロール２０は、駆動軸１７の回転中心を中心として公転する。

一方、固定スクロール２５の基板部２６は、ハウジング１０に固定されている。

可動スクロール２０の基板部２１には、固定スクロール２５側に向かって突出する渦巻き状の歯部２３が形成されている。一方、固定スクロール２５の基板部２６にも、可動スクロール２０の歯部と噛み合う渦巻き状の歯部２７が形成されている。両スクロール２０、２５の歯部２３、２７同士が噛み合って複数箇所で接触することによって、三日月状の作動室２８が複数個形成される。

作動室２８は、可動スクロール２０が公転運動することによってその容積が拡大縮小する。作動室２８には、図示していない冷媒供給通路を通じて冷媒が供給されるようになっている。可動スクロール２０の公転運動により作動室２８の容積が拡大すると、作動室２８に冷媒が吸入される。また、可動スクロール２０の公転運動により作動室２８の容積が縮小すると、作動室２８の冷媒が圧縮される。

固定スクロール２５の基板部２６の中央部には、作動室２８で圧縮された冷媒が吐出する吐出孔２９が形成されている。吐出孔２９の下側には、吐出孔２９と連通する吐出室３０が形成されている。吐出室３０には、作動室２８への冷媒の逆流を防止する逆止弁をなす図示していないリード弁と、そのリード弁の最大開度を規制するストッパ３１とが設けられている。

吐出室３０の冷媒は、ハウジング１０に設けられた図示していない吐出通路を通じてハウジング１０の外部へ吐出される。その吐出通路は、冷媒配管３２を介して油分離器４０の流体供給通路５０に接続されている。したがって、圧縮機２から吐出された冷媒は、油分離器４０に供給される。なお、圧縮機２から吐出される冷媒には、上述した圧縮機２が備える軸受部材１８および可動スクロール２０などの摺動部の潤滑に用いられる油が混入している。

＜油分離器の一般的構成＞
続いて、油分離器４０の一般的構成について説明する。油分離器４０は、圧縮機２から吐出された冷媒に混入している油を分離し、その分離された油を圧縮機２に戻す役割を果たすものである。油分離器４０は、ブラケット３３により、圧縮機２のハウジング１０に接続されている。なお、図２の矢印に示す上下は、油分離器４０が冷凍サイクル１に設置された状態の重力方向上下に相当するものである。

油分離器４０は、本体部４１、流体供給通路５０、冷媒吐出通路６０および油排出通路７０などを備えている。

本体部４１は、有底筒状の下本体部４２、およびその筒部材の上部に設けられる筒状の上本体部４３により構成されている。下本体部４２と上本体部４３とは、溶接などにより気密に接合されている。

上本体部４３は内側に円筒状の上流体室４４を有している。下本体部４２も内側に円筒状の下流体室４５を有している。上流体室４４と下流体室４５とは連通している。上流体室４４と下流体室４５により、本体部４１の流体室４６が形成される。

上本体部４３には、流体供給通路５０が形成されている。上本体部４３の上流体室４４の内壁には、流体供給通路５０の供給口５１が設けられている。流体供給通路５０は、その供給口５１から冷媒と油とが混合した流体を上流体室４４に吐出する。その流体は、上述した圧縮機２から冷媒配管３２を介して吐出されたものである。流体供給通路５０は、その流体の主流を供給口５１から上流体室４４の中心軸からずれた方向へ向けて吐出する。そのため、流体室４６には、その周方向に流体の主流が流れる旋回流が形成される。なお、その旋回流は、流体室４６の周方向に旋回しつつ、徐々に重力方向下側へ流れる。この流体室４６に旋回流が形成される空間を旋回流部４６１と称することがある。

上本体部４３が有する上流体室４４には、筒部材６１が設けられている。筒部材６１は、小径部６２と、その小径部６２より外径が大きい大径部６３を有している。大径部６３は、上本体部４３の内壁に、圧入などにより固定されている。小径部６２の外径は、上流体室４４の内径より小さい。そのため、小径部６２の外壁と上本体部４３の内壁との間に形成される上流体室４４は、筒状の空間となっている。したがって、上述した流体供給通路５０から上流体室４４に吐出された流体は、上流体室４４にて小径部６２の周囲を高速で旋回した後、下流体室４５に流入して旋回を続ける。その際、冷媒よりも比重が大きい油は、旋回流の遠心力によって流体から径方向外側へ分離され、上本体部４３または下本体部４２の内壁を伝って重力方向下側に流れ落ち、下本体部４２が有する下流体室４５の底に溜る。この下流体室４５の底に溜った油も、旋回を続ける。なお、図２では、下流体室４５の底に溜る油の表面を点線Ｏで例示的に示している。この点線Ｏより下側を油溜り部４６２と称することがある。

筒部材６１の内側に冷媒吐出通路６０が形成されている。冷媒吐出通路６０は、上流体室４４に開口部６４を有している。すなわち、冷媒吐出通路６０は、流体室４６に油が溜まる油溜り部４６２よりも重力方向上側に設けられている。上流体室４４と下流体室４５で旋回する流体の中の冷媒は、油溜り部４６２に溜った油の表面、または旋回の途中で重力方向上側に流れの向きを変え、流体室４６を上昇して筒部材６１の開口部６４から冷媒吐出通路６０に流入する。流体室４６から冷媒吐出通路６０を通じて吐出された冷媒は、上述した冷凍サイクル１を構成する凝縮器３としての水冷媒熱交換器に向けて流れる。流体室４６において、上述した油溜り部４６２よりも上側の空間を、冷媒が重力方向上側に流れの向きを変える旋回流反転部４６３と称することがある。

下本体部４２には、油排出通路７０が形成されている。下本体部４２の下流体室４５の径方向の内壁には、油排出通路７０の排出口７１が設けられている。排出口７１は、下流体室４５に油が溜まる油溜り部４６２に設けられている。油排出通路７０は、その排出口７１から油を圧縮機２に排出する。油排出通路７０から圧縮機２に排出された油は、上述した圧縮機２が備える駆動軸１７の軸受部材１８および可動スクロール２０など、種々の摺動部に供給され、その摺動部を潤滑する。なお、それらの摺動部の周囲の空間の圧力は、油分離器４０の流体室４６の圧力より低いので、その差圧により、油分離器４０から油排出通路７０を通じて圧縮機２に油が排出される。

また、本実施形態の油排出通路７０の排出口７１は下流体室４５の径方向の内壁に設けられているので、旋回流の遠心力によって、油溜り部４６２の油は油排出通路７０に効率よく排出される。さらに、排出口７１は、流体室４６の径方向の内壁で、流体室４６の軸方向の内壁（ここで、流体室４６の内壁とは、流体室４６の底面のことを意味する）に接する位置に設けられているので、油分離器４０の流体室４６の底に溜まった油も油排出通路７０から排出することができる。

＜油分離器の特徴的構成＞
次に、本実施形態の油分離器４０の特徴的構成について、図３を参照して説明する。なお、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面において、流体室４６の内壁と油排出通路７０の内壁を示したものである。なお、図３では、旋回流の回転方向を矢印１１０にて示している。

本実施形態の油分離器４０は、流体室４６と油排出通路７０とが接続する箇所の構成に関し、次に示す（１）から（５）の特徴を有している。

なお、以下の説明において、流体室４６の径方向の内壁のうち油排出通路７０に接続する位置から旋回流の下流側に延びる部位４７を、「流体室４６の内壁のうち旋回流下流側の部位４７」ということとする。また、油排出通路７０の内壁のうち旋回流の下流側で流体室４６の径方向の内壁に接続する部位７２を、「油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２」ということとする。

（１）本実施形態では、流体室４６の内壁のうち旋回流下流側の部位４７と、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２とのなす角のうち、流体室４６と油排出通路７０の外側に形成される角θ１は鈍角である。なお、この角θ１は、９０°より大きく１８０°以下であることが好ましい。なお、この角θ１は、１３５°より大きく１８０°以下であることがさらに好ましい。

換言すれば、流体室４６の内壁のうち旋回流下流側の部位４７と、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２とのなす角のうち、流体室４６と油排出通路７０の内側に形成される角θ２は２７０°より小さく１８０°以上であることが好ましい。なお、この角θ２は、２２５°より小さく１８０°以上であることがさらに好ましい。

（２）次に、排出口７１における流体室４６の内壁の円筒形状の仮想面Ｃと、油排出通路７０の中心線Ａｘ１との交点を交点Ｘということとする。また、その交点Ｘを含む前記仮想面Ｃの接線を接線Ｔということとする。このとき、本実施形態では、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２と、接線Ｔとのなす角のうち、油排出通路７０の内側で接線Ｔよりも流体室４６側に形成される角θ３は鈍角である。

（３）続いて、上述した交点Ｘと、流体室４６の中心軸Ａｘ２とを結ぶ直線を直線Ｌということとする。また、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２と、直線Ｌとの交点を交点Ｙということとする。このとき、本実施形態では、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２は、交点Ｙから反流体室側へ延びる内壁が、直線Ｌに対し旋回流の上流側に角度θ４傾いている。

（４）また、本実施形態では、油排出通路７０の中心線Ａｘ１は、排出口７１から反流体室４６側へ延びる側が、直線Ｌに対し旋回流の上流側に角度θ５傾いている。

（５）次に、流体室４６の中心軸Ａｘ２を通り油排出通路７０の中心線Ａｘ１に平行な直線を直線Ｒということとする。このとき、本実施形態では、油排出通路７０の内壁は全体として、直線Ｒに対し、旋回流の下流側に距離Ｄ１ずれている。

本実施形態の油分離器４０は、上述した（１）から（５）の特徴のうち少なくとも１つを有することにより、次の作用効果を奏する。

図４の矢印１００に示すように、流体室４６の油溜り部４６２を旋回する油は、流体室４６の内壁のうち旋回流下流側の部位４７と油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２との接続箇所で、排出口７１のうち旋回流の下流側に形成された角部８１を通過する際、旋回流が乱れることなく、その接続箇所を速やかに流れる。これにより、その油が旋回流の乱れによって旋回流反転部４６３で上昇する冷媒と共に冷媒吐出通路６０に流入することが防がれる。そのため、矢印１０１に示すように、油溜り部４６２を旋回する油は、流体室４６と油排出通路７０の下流側との圧力差により、排出口７１から油排出通路７０に吸い込まれる。したがって、油分離器４０は、冷媒吐出通路６０から冷媒と一緒に持ち出される油の量を低減し、冷媒と油の分離効率を高めることができる。なお、本実施形態において、θ１＝１８０°のとき、角部８１は存在しなくなることは言うまでもない。

ここで、本実施形態の油分離器４０と比較例の油分離器８０について、流体室４６における流体の流れを説明する。

図５は、本実施形態の油分離器４０に関し、流体室４６における流体の流れを解析した結果を模式的に示したものである。

図５の矢印１０２に示すように、流体供給通路５０から流入した流体は、流体室４６で旋回流となり、その流れが乱れることなく旋回する。その旋回流の流線は、流体室４６の下面まで存在する。すなわち、流体室４６の下面まで旋回流が乱れることなく形成される。そのため、流体から遠心分離された油は、排出口７１から油排出通路７０へ速やかに排出される。それと共に、破線矢印１０３で示したように、冷媒は、油溜り部４６２の油の表面または旋回の途中で重力方向上側に流れの向きを変え、流体室４６を上昇して冷媒吐出通路６０から吐出する。

これに対し、図６は、比較例の油分離器８０の流体室４６の油溜り部４６２における軸に垂直な断面において、流体室４６の内壁と油排出通路７０の内壁を示したものである。比較例では、流体室４６の内壁のうち旋回流下流側の部位４７と、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２とのなす角のうち、流体室４６と油排出通路７０の外側に形成される角θ８が鋭角である。図６の矢印１０４に示すように、比較例の流体室４６の油溜り部４６２を旋回する油は、排出口７１のうち旋回流の下流側に形成された角部８１を通過する際、旋回流に乱れが生じる。

図７は、比較例の油分離器８０に関し、流体室４６における流体の流れを解析した結果を模式的に示したものである。

図７の矢印１０５に示すように、流体供給通路５０から流入した流体は、流体室４６で旋回流となる。しかし、矢印１０６に示すように、比較例では、排出口７１のうち旋回流の下流側に形成された角部８１を旋回流が通過する際、その旋回流に縦流れが発生している。なお、縦流れとは、旋回流の主流が流体室４６の周方向から軸方向に近づくように流れることをいう。これにより、旋回流の流れが乱れ、流体から遠心分離された油が巻き上がると、その油は冷媒と共に流体室４６を上昇し、冷媒吐出通路６０から持ち出される。その結果、油分離器４０は、冷媒と油の分離効率が悪化する。

続いて、第１実施形態の油分離器４０と比較例の油分離器８０において、冷凍サイクル１に持ち出される油量を実験により比較したグラフを図８に示す。なお、冷凍サイクル１に持ち出される油量とは、流体室４６から冷媒吐出通路６０を通って冷凍サイクル１へ持出される油の量をいう。

まず、この実験の方法について説明する。

〔測定方法〕
この実験は、本実施形態の油分離器４０と比較例の油分離器８０において、本体部４１の油溜り部４６２となる箇所に目盛り表記付のガラス窓を設けたものをそれぞれ用意して行った。そして、本実施形態の油分離器４０と比較例の油分離器８０のそれぞれにおいて、一定量の油が流体室４６から冷媒吐出通路６０を通って冷凍サイクル１へ持出される時間を測定した。

〔比較方法〕
次に、本実施形態の油分離器４０と比較例の油分離器８０それぞれについて、上記の方法で測定した時間に基づき、単位時間あたりに冷凍サイクル１へ持出される油量を算出した。そして比較例の油分離器８０における冷凍サイクル１へ持出される単位時間あたりの油量と、本実施形態の油分離器４０における冷凍サイクル１へ持出される単位時間あたりの油量との比較を行った。

〔実験条件〕
なお、上述した実験の条件として、圧縮機２は、給湯機用コンプレッサを使用した。また、冷媒は、ＣＯ_２を用いた。圧縮機２の回転数は、給湯条件で使用頻度の高い、２５００ｒｐｍ付近とした。また、圧縮機２の吐出圧力は１０ＭＰａ付近とし、吸入圧力は５ＭＰａ付近とした。

〔実験結果〕
図８に示すように、比較例の油分離器８０における冷凍サイクル１へ持出される単位時間あたりの油量を１とした場合、本実施形態の油分離器４０における冷凍サイクル１へ持出される単位時間あたりの油量は０．７程度である。これにより、比較例の油分離器８０と比較して、本実施形態の油分離器４０は、冷凍サイクル１へ持出される単位時間あたりの油量が少なく、冷媒と油の分離効率が良いことがわかった。

さらに、本実施形態の油分離器４０は、ＣＯ_２冷媒のように、油との密度差が小さい冷媒を使用した場合にも有効であることが実証できた。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。以下に説明する複数の実施形態は、第１実施形態に対して油分離器４０の油排出通路７０の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図９は、流体室４６の油溜り部４６２における軸に垂直な断面において、流体室４６の内壁と油排出通路７０の内壁を示したものである。

第２実施形態の油分離器４０は、流体室４６と油排出通路７０とが接続する箇所の構成に関し、次に示す（１）から（２）の特徴を有している。

（１）第２実施形態でも、上述した第１実施形態と同様に、流体室４６の内壁のうち旋回流下流側の部位４７と、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２とのなす角のうち、流体室４６と油排出通路７０の外側に形成される角θ１が鈍角である。

（２）第２実施形態でも、上述した第１実施形態と同様に、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２と、流体室４６の内壁の仮想面Ｃの接線Ｔとのなす角のうち、油排出通路７０の内側で接線Ｔよりも流体室４６側に形成される角θ３は鈍角である。

第２実施形態の油分離器４０は、上述した（１）から（２）の特徴のうち少なくとも１つを有することにより、上述した第１実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図１０は、流体室４６の油溜り部４６２における軸に垂直な断面において、流体室４６の内壁と油排出通路７０の内壁を示したものである。

第３実施形態の油分離器４０は、流体室４６と油排出通路７０とが接続する箇所の構成に関し、次に示す（１）から（５）の特徴を有している。

（１）第３実施形態でも、上述した第１、２実施形態と同様に、流体室４６の内壁のうち旋回流下流側の部位４７と、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２とのなす角のうち、流体室４６と油排出通路７０の外側に形成される角θ１が鈍角である。

（２）第３実施形態でも、上述した第１、２実施形態と同様に、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２と、流体室４６の内壁の仮想面Ｃの接線Ｔとのなす角のうち、油排出通路７０の内側で接線Ｔよりも流体室４６側に形成される角θ３は鈍角である。

（３）図示していないが、第３実施形態でも、上述した第１実施形態と同様に、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２は、その部位７２と直線Ｌとの交点Ｙから反流体室側へ延びる内壁が、直線Ｌに対し旋回流の上流側に角度θ４傾いている。

（４）また、第３実施形態でも、上述した第１実施形態と同様に、油排出通路７０の中心線Ａｘ１は、排出口７１から反流体室４６側へ延びる側が、直線Ｌに対し旋回流の上流側に角度θ５傾いている。

（５）さらに、第３実施形態は、流体室４６の中心軸Ａｘ２を通り油排出通路７０の中心線Ａｘ１に平行な直線Ｒに対し、油排出通路７０の中心線Ａｘ１は旋回流の下流側に距離Ｄ２ずれている。

第３実施形態の油分離器４０は、上述した（１）から（５）の特徴のうち少なくとも１つを有することにより、上述した第１、２実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図１１は、流体室４６の油溜り部４６２における軸に垂直な断面において、流体室４６の内壁と油排出通路７０の内壁を示したものである。

第４実施形態の油分離器４０は、上述した第３実施形態に対して次の点が異なっており、それ以外は第３実施形態と同様である。すなわち、第４実施形態では、流体室４６の中心軸Ａｘ２を通り油排出通路７０の中心線Ａｘ１に平行な直線Ｒに対し、油排出通路７０の内壁は全体として旋回流の下流側に距離Ｄ１ずれている。

第４実施形態の油分離器４０も、上述した第１から第３実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。

図１２は、油分離器４０の流体室４６の軸に平行な断面の模式図である。後述する第５、６実施形態においても、流体室４６と油排出通路７０とが接続する箇所の構成に関し、第１実施形態で説明した（１）から（５）の特徴を有している点は同じである。

第５実施形態では、油排出通路７０の排出口７１は、油排出通路７０の排出口７１は、流体室４６の軸方向の内壁に重なるように設けられている。すなわち、油排出通路７０の排出口７１は、流体室４６の軸方向の内壁と径方向の内壁とに亘り設けられる。この構成により、油分離器４０の流体室４６の底に溜まった油も油排出通路７０から排出することができる。したがって、第５実施形態では、上述した第１から第４実施形態と同様の作用効果を奏すると共に、流体室４６からの油の排出性を向上することで、冷媒と油の分離効率をさらに高めることができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。

図１３および図１４に示すように、第６実施形態でも、油排出通路７０の排出口７１は、流体室４６の軸方向の内壁に重なるように設けられている。すなわち、油排出通路７０の排出口７１は、流体室４６の軸方向の内壁と径方向の内壁とに亘り設けられる。なお、油排出通路７０の中心線Ａｘ１は、排出口７１における流体室４６の内壁の仮想面Ｃより径方向内側に位置している。第６実施形態も、上述した第１から第５実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

（１）上述した実施形態では、油分離器４０は給湯機用の冷凍サイクル１に適用されるものを例にして説明したが、他の実施形態では油分離器４０は例えば車両用など種々の冷凍サイクル１に適用されるものであってもよい。

（２）上述した実施形態では、油分離器４０は冷媒と油とを分離するものについて説明したが、他の実施形態では油分離器４０は一般的に分類される液体と気体の分離に用いることができる。

（３）上述した実施形態では、圧縮機２としてスクロール型の電動圧縮機を例にして説明したが、他の実施形態では圧縮機２は、例えばベーン型、ロータリ型またはピストン型などとしてもよい。また、圧縮機２の動力源は電動機に限らず、例えば油分離器４０が車両に用いられるものである場合には、内燃機関のトルクを利用してもよい。

（４）上述した実施形態では、油分離器４０は圧縮機２のハウジング１０の外側に接続されたものについて説明したが、他の実施形態では油分離器４０は圧縮機２のハウジング１０の内側に組み込まれるものであってもよい。

（５）上述した実施形態では、油分離器４０は、１つの油排出通路７０を備えるものとしたが、他の実施形態では油分離器４０は、複数の油排出通路７０を備えるものであってもよい。

（６）上述した実施形態では、油分離器４０は、流体室４６の内壁のうち旋回流下流側の部位４７と、油排出通路７０の内壁のうち旋回流下流側の部位７２との接続箇所が折れ曲がるように形成されたものであった。これに対し、他の実施形態では、その接続箇所は、面取り形状、または、曲面形状で滑らかに形成されたものであってもよい。なお、その実施形態において、角部８１が存在しなくなることは言うまでもない。

（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、油分離器は、本体部、流体供給通路、冷媒吐出通路および油排出通路を備える。本体部は、円筒状の流体室を有する。流体供給通路は、流体室の内壁に設けられた供給口から冷媒と油とが混合した流体を流体室に供給し、流体室の周方向に流体が流れる旋回流を形成する。冷媒吐出通路は、流体室に油が溜まる箇所より重力方向上側に設けられ、流体室から冷媒を吐出する。油排出通路は、流体室に油が溜まる箇所で流体室の内壁に設けられた排出口から油を排出する。ここで、流体室の径方向の内壁のうち油排出通路に接続する位置から旋回流の下流側に延びる部位と、油排出通路の内壁のうち旋回流の下流側で流体室の径方向の内壁に接続する部位とのなす角のうち、流体室と油排出通路の外側に形成される角は鈍角である。

第２の観点によれば、排出口における流体室の内壁の円筒形状の仮想面と油排出通路の中心線との交点を交点Ｘとし、その交点Ｘを含む前記仮想面の接線を接線Ｔとすると、油排出通路の内壁のうち旋回流下流側の部位と、接線Ｔとのなす角のうち、油排出通路の内側で接線Ｔよりも流体室側に形成される角は鈍角である。

これによれば、流体室の径方向の内壁と油排出通路とが接続する箇所は、接線Ｔよりも流体室側に位置する。そして、油排出通路の内壁のうち旋回流下流側の部位と接線Ｔとのなす角を接線Ｔよりも流体室側において鈍角とすれば、油排出通路の内壁のうち旋回流下流側の部位と流体室の内壁のうち旋回流下流側の部位とのなす角も、流体室と油排出通路の外側において鈍角となる。したがって、流体室で遠心分離された油が、流体室の内壁のうち旋回流下流側の部位と油排出通路の排出口のうち旋回流の下流側の部位との接続箇所を通過する際、その流れが乱れて重力方向上側に巻き上がる現象が抑制される。

第３の観点によれば、排出口における流体室の内壁の円筒形状の仮想面と油排出通路の中心線との交点を交点Ｘとし、その交点Ｘと流体室の中心軸とを結ぶ直線を直線Ｌとし、油排出通路の内壁のうち旋回流の下流側で流体室の径方向の内壁に接続する部位と直線Ｌとの交点を交点Ｙとすると、油排出通路の内壁のうち旋回流の下流側で流体室の径方向の内壁に接続する部位は、交点Ｙから反流体室側へ延びる内壁が直線Ｌに対し旋回流の上流側に傾いている。

これによれば、油排出通路の内壁のうち旋回流下流側の部位と流体室の内壁のうち旋回流下流側の部位とのなす角を、流体室と油排出通路の外側において鈍角とすることが可能である。したがって、流体室の内壁のうち旋回流下流側の部位と、油排出通路の排出口のうち旋回流の下流側の部位との接続箇所を、流体室で遠心分離された油が通過する際、その流れが乱れて重力方向上側に巻き上がる現象が抑制される。

第４の観点によれば、排出口における流体室の内壁の円筒形状の仮想面と油排出通路の中心線との交点を交点Ｘとし、その交点Ｘと流体室の中心軸とを結ぶ直線を直線Ｌとすると、油排出通路の中心線は、交点Ｘから反流体室側へ延びる側が直線Ｌに対し旋回流の上流側に傾いている。

これによれば、油排出通路の内壁のうち旋回流下流側の部位と油排出通路の中心線とが平行である場合、油排出通路の内壁のうち旋回流下流側の部位と流体室の内壁のうち旋回流下流側の部位とのなす角を、流体室と油排出通路の外側において鈍角とすることが可能である。

第５の観点によれば、流体室の中心軸を通り油排出通路の中心線に平行な直線を直線Ｒとすると、油排出通路の中心線は直線Ｒに対し旋回流の下流側にずれている。

これによれば、油排出通路の内壁のうち旋回流下流側の部位と流体室の内壁のうち旋回流下流側の部位とのなす角を、流体室と油排出通路の外側において鈍角とすることが可能である。

第６の観点によれば、流体室の中心軸を通り油排出通路の中心線に平行な直線を直線Ｒとすると、油排出通路は直線Ｒに対し旋回流の下流側にずれている。

これによれば、油排出通路の内壁のうち旋回流下流側の部位と流体室の内壁のうち旋回流下流側の部位とのなす角を、流体室と油排出通路の外側において鈍角とすることが可能であると共に、その角を大きくすることができる。

第７の観点によれば、排出口は、流体室の径方向の内壁に設けられる。

これによれば、旋回流の遠心力を利用して、流体室の油を排出口から油排出通路に効率よく排出することができる。

また、流体室の径方向に油排出通路を設けることで、油分離器の軸方向の体格を小型化することができる。

第８の観点によれば、排出口は、流体室の径方向の内壁で、流体室の軸方向の内壁に接する位置に設けられる。

これによれば、油分離器の流体室の底に溜まった油も排出することができる。

第９の観点によれば、排出口は、流体室の径方向の内壁と軸方向の内壁とに亘り設けられる。

これによれば、油分離器の軸方向と径方向の体格を小型化することができる。

第１０の観点によれば、圧縮装置は、ハウジング、圧縮機構部および上述した請求項１に記載の油分離器を備える。ハウジングは、外殻を構成する。圧縮機構部は、ハウジングの内側に設けられ、冷媒を圧縮し、吐出する。油分離器は、圧縮機構部から吐出された冷媒に混入している油を冷媒から分離し、油を圧縮機構部の摺動箇所に排出する。

これによれば、油分離器は冷媒と油の分離効率が高いものであるので、圧縮機構部の摺動箇所に供給される油の量が増加する。したがって、圧縮装置は、摺動箇所の磨耗および経年劣化等を低減し、信頼性を高めることが可能である。

第１１の観点によれば、冷凍サイクルは、圧縮機、上述した請求項１等に記載の油分離器、凝縮器、減圧器および蒸発器を備える。圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構部を有する。油分離器は、圧縮機から吐出された冷媒に混入している油を冷媒から分離し、油を圧縮機構部の摺動箇所に排出する。凝縮器は、油分離器から吐出された冷媒を外部流体との熱交換により凝縮させる。減圧器は、凝縮器から供給された冷媒を減圧する。蒸発器は、減圧器から供給された冷媒を空気との熱交換により蒸発させ、冷媒を圧縮機に供給する。

これによれば、油分離器は冷媒と油の分離効率が高いものであるので、凝縮器および蒸発器を流れる冷媒に混入している油の量が減少する。そのため、圧縮機の消費動力に対する、凝縮器および蒸発器における熱交換効率が向上する。したがって、冷凍サイクルのＣＯＰを向上することができる。

４０ 油分離器
４１ 本体部
４６ 流体室
５０ 流体供給通路
５１ 供給口
６０ 冷媒吐出通路
７０ 油排出通路
７１ 排出口

Claims (8)

1. 円筒状の流体室（４６）を有する本体部（４１）と、
   前記流体室の内壁に設けられた供給口（５１）から冷媒と油とが混合した流体を前記流体室に供給し、前記流体室の周方向に流体が流れる旋回流を形成する流体供給通路（５０）と、
   前記流体室に油が溜まる箇所（４６２）より重力方向上側に設けられ、前記流体室から冷媒を吐出する冷媒吐出通路（６０）と、
   前記流体室に油が溜まる箇所で前記流体室の径方向の内壁に設けられた排出口（７１）から油を排出する油排出通路（７０）と、を備え、
   前記流体室の径方向の内壁のうち前記油排出通路に接続する位置から旋回流の下流側に延びる部位（４７）と、前記油排出通路の内壁のうち旋回流の下流側で前記流体室の径方向の内壁に接続する部位（７２）とのなす角のうち、前記流体室と前記油排出通路の外側に形成される角（θ１）は鈍角である油分離器。
2. 前記排出口における前記流体室の内壁の円筒形状の仮想面（Ｃ）と前記油排出通路の中心線（Ａｘ１）との交点を交点Ｘとし、前記交点Ｘを含む前記仮想面の接線を接線Ｔとすると、前記油排出通路の内壁のうち旋回流の下流側で前記流体室の径方向の内壁に接続する部位と、前記接線Ｔとのなす角のうち、前記油排出通路の内側で前記接線Ｔよりも前記流体室側に形成される角（θ３）は鈍角である請求項１に記載の油分離器。
3. 前記排出口における前記流体室の内壁の円筒形状の仮想面と前記油排出通路の中心線との交点を交点Ｘとし、前記交点Ｘと前記流体室の中心軸（Ａｘ２）とを結ぶ直線を直線Ｌとすると、前記油排出通路の中心線は、前記交点Ｘから反流体室側へ延びる側が前記直線Ｌに対し旋回流の上流側に傾いている請求項１または２に記載の油分離器。
4. 前記流体室の中心軸を通り前記油排出通路の中心線に平行な直線を直線Ｒとすると、前記油排出通路の中心線は前記直線Ｒに対し旋回流の下流側にずれている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の油分離器。
5. 前記流体室の中心軸を通り前記油排出通路の中心線に平行な直線を直線Ｒとすると、前記油排出通路は前記直線Ｒに対し旋回流の下流側にずれている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の油分離器。
6. 前記排出口は、前記流体室の径方向の内壁と軸方向の内壁とに亘り設けられる請求項１ないし５のいずれか１つに記載の油分離器。
7. 外殻を構成するハウジング（１０）と、
   前記ハウジングの内側に設けられ、冷媒を圧縮する圧縮機構部（１１）と、
   前記圧縮機構部から吐出された冷媒に混入している油を冷媒から分離し、その油を前記圧縮機構部の摺動箇所に排出する請求項１ないし６のいずれか１つに記載の油分離器（４０）と、を備えた圧縮装置。
8. 冷媒を圧縮する圧縮機構部（１１）を有する圧縮機（２）と、
   前記圧縮機から吐出された冷媒に混入している油を冷媒から分離し、その油を前記圧縮機構部の摺動箇所に排出する請求項１ないし７のいずれか１つに記載の油分離器（４０）と、
   前記油分離器から吐出された冷媒を外部流体との熱交換により凝縮させる凝縮器（３）と、
   前記凝縮器から供給された冷媒を減圧する減圧器（４）と、
   前記減圧器から供給された冷媒を空気との熱交換により蒸発させ、冷媒を前記圧縮機に供給する蒸発器（５）と、を備えた冷凍サイクル。
   

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