JP2019063717A - 油分離器 - Google Patents
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Abstract
Description
実施形態に係る油分離器(40)は、圧縮機(10)に兼用されている。圧縮機(10)は、冷凍装置の冷媒回路に接続される。冷媒回路では、圧縮機(10)で圧縮された冷媒が循環することで冷凍サイクルが行われる。
ケーシング(11)は、金属製の横長の半密閉容器で構成される。ケーシング(11)は、ケーシング本体(12)、吸入カバー(13)、及び吐出カバー(41)を備えている。ケーシング本体(12)は、横長の筒状に形成される。吸入カバー(13)は、ケーシング本体(12)の長手方向(軸方向)の一端の開口を閉塞する。吐出カバー(41)は、本体の長手方向の他端の開口を閉塞する。ケーシング(11)の内部には、吸入カバー(13)寄りに低圧空間(L)が形成され、吐出カバー(41)寄りに高圧空間(H)が形成される。
電動機(20)は、低圧空間(L)に配置される。電動機(20)は、ケーシング本体(12)に固定されるステータ(21)と、該ステータ(21)の内部に配置されるロータ(22)とを備えている。ロータ(22)の中心部には駆動軸(23)が固定される。電動機(20)は、回転数ないし容量が可変に構成される。つまり、電動機(20)は、インバータ装置を介して電力が供給されるインバータ式である。
駆動軸(23)は、電動機(20)及び圧縮機構(30)に連結している。駆動軸(23)は、ケーシング(11)の長手方向に沿って水平に延びている。駆動軸(23)は、第1軸受け(24)と第2軸受け(25)とに回転可能に支持される。第1軸受け(24)は、吸入カバー(13)の内部に配置される。第2軸受け(25)は、軸受け室(26)に配置される。軸受け室(26)は、ケーシング本体(12)の内部中央に設けられる。
圧縮機構(30)は、駆動軸(23)を介して電動機(20)に駆動される。圧縮機構(30)では、冷媒が圧縮される。圧縮機構(30)は、シリンダ部(31)、スクリューロータ(32)、及び2つのゲートロータ(図示省略)を備えている。シリンダ部(31)は、ケーシング本体(12)の内部中央に設けられる。シリンダ部(31)の内部には、アンロード動作(圧縮した冷媒の一部を低圧空間(L)に戻す動作)を行うためのスライドバルブ(図示省略)が設けられる。スクリューロータ(32)は、シリンダ部(31)の内部に収容されている。スクリューロータ(32)は、駆動軸(23)によって回転駆動される。スクリューロータ(32)の周囲には螺旋溝(33)が形成される。螺旋溝(33)には、ゲートロータの複数のゲートが歯合する。これにより、シリンダ部(31)、スクリューロータ(32)、及びゲートの間に、圧縮室(35)が形成される。圧縮室(35)で圧縮された冷媒は、吐出ポート(36)からシリンダ部(31)の周囲の吐出通路(37)に吐出される。
圧縮機構(30)と高圧空間(H)の間には、円板状の仕切部(15)が形成される。仕切部(15)の外周面は、ケーシング本体(12)の内周面に固定される。仕切部(15)には、吐出通路(37)と高圧空間(H)とを連通させる吐出連通穴(16)が形成される。吐出通路(37)の冷媒は、吐出連通穴(16)を通過して高圧空間(H)に送られる。
次いで油分離器(40)の構成について、図1〜図8を参照しながら詳細に説明する。油分離器(40)は、高圧空間(H)の冷媒中から油を分離する。油分離器(40)は、遠心力を利用して油を分離する遠心分離式である。厳密にいうと、油分離器(40)は、外筒(71)と内筒(82)との間の旋回流によって冷媒中の油を分離する、サイクロン式である。
図2及び図3に示すように、吐出カバー(41)は、吐出カバー本体(42)と、フランジ(43)とを備えている。吐出カバー本体(42)は、角形筒状に形成される。吐出カバー本体(42)には、ケーシング本体(12)を向く側面にカバー開口(44)が形成される。吐出カバー本体(42)の内部には、油を分離するための第1内部空間(45)が形成される。第1内部空間(45)は、高圧空間(H)の一部を構成している。つまり、第1内部空間(45)は、第1油溜まり(18)の一部を構成している。
流入管(50)は、分離器本体(70)の上部に設けられる。より厳密には、流入管(50)の高さ位置は、内筒(82)の下端よりも高い(図4を参照)。流入管(50)は、直線部(51)と湾曲部(60)とを含んでいる。直線部(51)は、流入管(50)の上流側に形成され、湾曲部(60)は流入管(50)の下流側に形成される。
分離器本体(70)は、冷媒の旋回流により生じる遠心力を利用して、冷媒中の油を分離する。分離器本体(70)は、上側が開放する縦長の有底円筒状の容器である。分離器本体(70)は、上述した外筒(71)と、該外筒(71)の下側を閉塞する円板状の底板(72)(底部)とを有する。分離器本体(70)の内部には、第2内部空間(73)が形成される。第2内部空間(73)の下部には、分離された油が貯留される第2油溜まり(74)が形成される。
内部材(80)は、上述した天板(81)及び内筒(82)を有している。
流入管(50)の湾曲部(60)の詳細な構成について説明する。
図7に示すように、湾曲部(60)には、その内部の通路(63)に溜まった油を湾曲部(60)の外部へ排出するための油抜き穴(90)が形成される。油抜き穴(90)の流路断面の形状は、例えば円形に形成される。油抜き穴(90)は、湾曲部(60)の外周側部分(64)に形成される。ここで、外周側部分(64)は、湾曲部(60)の管壁のうち分離器本体(70)の軸心を向く部分である。また、同図に示すように、油抜き穴(90)は、湾曲部(60)の下側部分(65)に形成される。ここで、下側部分(65)は、湾曲部(60)の管壁のうち、湾曲部(60)内の通路(63)の軸心(上下方向の中間の高さ位置)よりも低い部分である。油抜き穴(90)は、湾曲部(60)のうち下流端寄りに設けられる。油抜き穴(90)は、湾曲部(60)の内周面の曲率中心を向くように法線方向に開口している。本実施形態の油抜き穴(90)は1つであるが2つ以上であってもよい。
図2及び図7に示すように、通路部材(91)は、油抜き穴(90)に対応する位置に設けられる。通路部材(91)は、縦長の直方体、ないし平板状に形成される。通路部材(91)の内部には、油抜き穴(90)と繋がる油通路(92)が形成される。油通路(92)は、湾曲部(60)の油抜き穴(90)と、分離器本体(70)の第2内部空間(第2油溜まり(74))とを連通させる。油通路(92)は、縦長の縦通路(92a)と、縦通路(92a)の下端に接続する横長の横通路(92b)と、横通路(92b)の径方向内端に接続する流出通路(92c)とを含んでいる。図8に示すように、油通路(92)の流出開口(93)は、分離器本体(70)の外筒(71)に形成される。より具体的には、油通路(92)の流出開口(93)は、内筒流入口(85)より下側で、且つ該内筒流入口(85)よりも外周側に位置している。油通路(92)の流出開口(93)の軸線(L3)は、外筒(71)の内周面(71a)の接線(L4)に沿った方向を向いている。つまり、本実施形態では、流出開口(93)の軸線(L3)が、外筒(71)の内周面(71a)の接線(L4)(厳密には、流出開口(93)が形成される箇所の接線)と概ね一致している。
油分離器(40)は、吐出カバー(41)、流入管(50)、分離器本体(70)、及び通路部材(91)が、鋳造によって一体成型される。つまり、吐出カバー(41)、流入管(50)、分離器本体(70)、及び通路部材(91)は、鋳物からなる一体構造の第1ユニットを構成している。一方、内部材(80)は、第1ユニットと別部材の第2ユニットで構成される。
図1に示すように、圧縮機(10)の運転時には、圧縮室(35)で圧縮された後の冷媒が、高圧空間(H)から流入管(50)に流入する。この冷媒は、直線部(51)を通過した後、湾曲部(60)を流れる。湾曲部(60)では、冷媒が湾曲部(60)に沿って旋回する。これにより、冷媒中の小さな油滴が遠心力によって分離される。
本形態では、湾曲部(60)に油抜き穴(90)を形成している。これにより、湾曲部(60)で分離した油が冷媒の流れの影響を受けて再飛散することを抑制できる。
上記実施形態については、次のような変形例の構成としてもよい。
図9に示す変形例1は、湾曲部(60)に複数(本例では3つ)の油抜き穴(90)が形成される。これらの油抜き穴(90)は、冷媒の流れ方向に配列される。より詳細に、これらの油抜き穴(90)は、上流側から下流側に向かって順に、第1油抜き穴(90a)、第2油抜き穴(90b)、及び第3油抜き穴(90c)で構成される。変形例1の湾曲部(60)では、各油抜き穴(90)の高さ位置(軸周りの角度位置)が互いに等しい。
図10に示す変形例2は、湾曲部(60)に複数の油抜き穴(90)を設けた構成において、各油抜き穴(90)の軸周りの角度位置が互いに異なっている。具体的の湾曲部(60)には、第1油抜き穴(90a)、第2油抜き穴(90b)、及び第3油抜き穴(90c)が冷媒の流れ方向に配列される。これらの油抜き穴(90)のサイズは、例えば同じに設定される。一方、これらの油抜き穴(90)は、湾曲部(60)の軸心(図10の点a)を基準とした周方向の角度位置が、軸直角断面視において互いにずれいている。なお、各油抜き穴(90)には、油通路(図示省略)が接続されている。
図11に示す変形例3は、湾曲部(60)の油抜き穴(90)がスリット(95)で構成される。スリット(95)は、冷媒の流れ方向に延びている。スリット(95)は、湾曲部(60)の外周側部分(64)、且つ下側部分(65)に配置するのが好ましい。変形例3のスリット(95)は、下流側に向かうにつれて開口幅(湾曲部(60)の周方向の幅)が小さくなっている。なお、スリット(95)には、油通路(図示省略)が接続されている。
図12に示す変形例4は、上記実施形態と第2壁(62)の形状が異なる。変形例4の第2壁(62)の内面(62a)は、軸直角断面視において、径方向外方へ向かうにつれて先細な形状をしている。具体的に、変形例4の湾曲部(60)は、多角形(本例では5角形)の断面形状を有する。第2壁(62)では、外側寄りの2つの面(62b,62b)の間隔が径方向外方に向かうにつれて狭くなっている。これにより、第2壁(62)では、径方向外方の先端に対応する部分に、油を捕捉する溝(67)が形成される。
図13に示す変形例5の湾曲部(60)は、径方向外方へ向かうにつれて先細な三角形の断面形状を有する。湾曲部(60)では、その径方向外方の先端に溝(67)が形成され、この溝(67)の底部に油抜き穴(90)が形成される。変形例5においても、変形例4と同様の作用・効果が得られる。
図14に示す変形例6は、分離器本体(70)の内部に分離板(76)が設けられる。分離板(76)は、下方に向かって内径が小さくなる略円錐台の筒状に形成される。分離板(76)の上端は、外筒(71)に支持される。分離板(76)の下端には、円形の開口が形成される。分離板(76)は、第2油溜まり(74)の油が内筒(82)の内部へ流入してしまうことを抑制する。
図15に示す変形例5は、流入管(50)と分離器本体(70)とが一体化されておらず、別部材で構成されている。流入管(50)の湾曲部(60)には、上記実施形態と同様、油抜き穴(90)が形成される。なお、油抜き穴(90)には、油通路(図示省略)が接続されている。
図16に示す変形例8では、油分離器(40)が圧縮機(10)のケーシング(11)の内部に収容される。油分離器(40)は、ケーシング(11)の吐出カバー(14)の内部に収容される。吐出カバー(14)は、油分離器(40)と別体に構成され、上述したケーシング本体(11)の高圧側の開口部を閉塞している。吐出カバー(14)の内部には、高圧冷媒で満たされる高圧空間(H)が形成される。吐出カバー(14)の下側には、油溜まり(14a)が形成される。
図17に示すように、油通路(92)の流出開口(93)の軸線(L3)は、外筒(71)の内周面(71a)の接線(L4)と一致してなくてもよい。具体的には、流出開口(93)は、接線(L4)に沿う方向に開口する一方、軸線(L3)が接線(L4)よりも中心(P)側にオフセットしていてもよい。また、流出開口(93)は、中心(P)を向くように法線方向に向かって開口していてもよい。
17 油導入路
20 電動機
23 駆動軸
30 圧縮機構
40 油分離器
50 流入管
51a 流入口
60 湾曲部
61a 内面
64 外周側部分
65 下側部分
67 溝(先端部)
70 分離器本体
71 外筒(周壁)
71a 内周面
72 底板(底部)
74 第2油溜まり(油溜まり)
76 分離板
82 内筒
85 内筒流入口(流入口)
90 油抜き穴
92 油通路
93 流出開口
95 スリット
Claims (16)
- 遠心分離式の油分離器であって、
筒状の分離器本体(70)と、
油を含む流体を前記分離器本体(70)に導入するとともに湾曲部(60)を有する流入管(50)とを備え、
前記湾曲部(60)には、少なくとも1つの油抜き穴(90)が形成されていることを特徴とする油分離器。 - 請求項1において、
前記油抜き穴(90)は、前記湾曲部(60)の外周側部分(64)に配置されることを特徴とする油分離器。 - 請求項1又は2において、
前記油抜き穴(90)は、前記湾曲部(60)の軸心の下側部分(65)に配置されることを特徴とする油分離器。 - 請求項1乃至3のいずれか1つにおいて、
前記湾曲部(60)には、複数の前記油抜き穴(90)が前記流体の流れ方向に配列されることを特徴とする油分離器。 - 請求項4において、
前記複数の油抜き穴(90)の開口面積は、下流側に向かうにつれて小さいことを特徴とする油分離器。 - 請求項4又は5において、
前記複数の油抜き穴(90)は、前記流入管(50)の軸周りの角度位置が互いに異なることを特徴とする油分離器。 - 請求項1乃至3のいずれか1つにおいて、
前記油抜き穴(90)は、前記流体の流れ方向に延びるスリット(95)であることを特徴とする油分離器。 - 請求項7において、
前記スリット(95)の開口幅は、下流側に向かうにつれて小さいことを特徴とする油分離器。 - 請求項1乃至8のいずれか1つにおいて、
前記湾曲部(60)は、径方向外方に向かうにつれて先細な形状の内面(61a)を有し、
前記油抜き穴(90)は、前記内面(61a)の先端部(67)に設けられることを特徴とする油分離器。 - 請求項1乃至9のいずれか1つにおいて、
前記油抜き穴(90)と、前記分離器本体(70)の油溜まり(74)とを連通させる油通路(92)を備えていることを特徴とする油分離器。 - 請求項10において、
前記分離器本体(70)の内部中央に配置されるとともに、下端に流体の流入口(85)が形成される内筒(82)を備え、
前記油通路(92)の流出開口(93)は、前記内筒(82)の前記流入口(85)より下側で、且つ該流入口(51a)よりも外周側に位置していることを特徴とする油分離器。 - 請求項10において、
前記分離器本体(70)の内部中央に配置されるとともに、下端に流体の流入口(85)が形成される内筒(82)と、
前記分離器本体(70)の底部(72)と前記内筒(82)との間に配置される分離板(76)とを備え、
前記油通路(92)の流出開口(93)は、前記分離板(76)の下側に位置していることを特徴とする油分離器。 - 請求項10乃至12のいずれか1つにおいて、
前記油通路(92)の流出開口(93)は、前記分離器本体(70)の周壁(71)に設けられることを特徴とする油分離器。 - 請求項10乃至13のいずれか1つにおいて、
前記油通路(92)の流出開口(93)は、前記分離器本体(70)の内周面(71a)の接線に沿った方向に開口していることを特徴とする油分離器。 - 電動機(20)と、該電動機(20)に回転駆動される駆動軸(23)と、該駆動軸(23)を支持する軸受け(24,25)と、該駆動軸(23)と連結し、流体を圧縮する圧縮機構(30)とを備えた圧縮機であって、
請求項1乃至14のいずれか1つに記載の油分離器(40)を備えていることを特徴とする圧縮機。 - 請求項15において、
前記油抜き穴(90)を流出した油を、前記圧縮機構(30)の摺動部、及び前記軸受け(24,25)の少なくとも一方へ送る油導入路(17)を備えていることを特徴とする圧縮機。
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