JP2019143969A - サイクロン式油分離器および冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】均油管の均油口を安定した油面を確保できる位置に開口し、運転状態の変化にも拘らず複数の油分離器間での均油性能を安定化することができるサイクロン式油分離器および冷凍システムを提供することを目的とする。
【解決手段】円筒形状の密閉容器２０と、密閉容器２０に接続される冷媒流入管２２、冷媒流出管２１および油戻し管１３と、密閉容器２０に接続され、複数の油分離器７間を繋ぐ均圧管１８および均油管１９と、を備えているサイクロン式油分離器において、均油管１９は、その端部の均油口１９Ａが密閉容器２０内の所定の高さ位置であって、その径方向の中心域で開口されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機から吐出された冷媒ガス中に含まれる油を分離するサイクロン式油分離器およびそれを用いた冷凍システムに関するものである。

サイクロン式の油分離器は、圧縮機から吐出された冷媒ガス中に含まれる油を分離する油分離器として、各種冷凍システムにおいて広範に用いられている。かかるサイクロン式油分離器は、一般に、円筒形状の密閉容器を備え、その密閉容器の内周面に対して接線方向から冷媒流入管を介して冷媒ガスを流入させ、冷媒ガスに旋回流を与えることによって油を遠心分離し、分離された油を内周面に沿って密閉容器の底部に流下させ、油戻し管を介して圧縮機側にリターンさせるとともに、油が分離された冷媒ガスを密閉容器内の上方中心領域から冷媒流出管を介して流出させ、下流側へと循環させる構成とされている。

このようなサイクロン式油分離器を複数の圧縮系統を備えた冷凍システムに適用し、各々の圧縮系統に対してサイクロン式油分離器を設けた構成とする場合、通常、特許文献１に示すように、各サイクロン式油分離器間を均圧管および均油管により連通接続し、各サイクロン式油分離器内にホールドされる油量に偏りが生じないように均油し、各々の圧縮機内に適量の油が確保されるようにしている。

特開平１０−２３２０５６号（特許第３４１３０４４号）公報

しかしながら、上記特許文献１に示すものでは、サイクロン式油分離器の均油管を密閉容器の側面から内部に貫通させ、その均油口を側面の所定高さ位置に開口させた構成としている。サイクロン式油分離器の場合、密閉容器内で冷媒に旋回流を付与するため、その旋回流により密閉容器内の底部側にホールドされている油も内周面に沿って旋回し、内周側面を油面が上方に上昇したような状態となる。この油面の上昇状態は、圧縮機の回転数に応じて上下方向に変化することから、均油管の均油口が開口している側面位置での油面が不安定となる。

一方、均油管は、密閉容器の側面から内部に貫通され、その均油口が側面の所定高さ位置で開口された構成とされており、この場合、均油管の容器内部への突出部分により油面が乱されることから、更に油面が不安定化するという問題があった。
このため、均油管を介して接続された複数の油分離器間での均油性能を安定化させることができず、サイクロン式油分離器およびそれを用いた冷凍システムの品質および信頼性を低下させていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、均油管の均油口を安定した油面を確保できる位置に開口し、運転状態の変化にも拘らず複数の油分離器間での均油性能を安定化することができるサイクロン式油分離器および冷凍システムを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明のサイクロン式油分離器および冷凍システムは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるサイクロン式油分離器は、円筒形状の密閉容器と、前記密閉容器に接続される冷媒流入管、冷媒流出管および油戻し管と、前記密閉容器に接続され、複数の油分離器間を繋ぐ均圧管および均油管と、を備え、前記均油管は、その端部の均油口が前記密閉容器内の所定の高さ位置であって、その径方向の中心域で開口されていることを特徴とする。

本発明によれば、均油管端部の均油口が密閉容器内の所定の高さ位置であって、その径方向の中心域で開口されているため、冷媒ガス中に含まれている油の分離効率を高めるべく冷媒ガスに付与される旋回流の影響を受けることにより、一部の領域で油面が乱れることがあっても、油面が最も安定している密閉容器の中心域において、均油管を介して複数の油分離器間の均油作用を行わせることができる。従って、各油分離器内での油面の乱れによる影響を排除し、運転状態の変化にも拘らず複数の油分離器間での均油性能を安定化することができ、サイクロン式油分離器およびそれを用いた冷凍システムとしての品質および信頼性の向上を図ることができる。また、密閉容器内での均油口の開口位置を工夫するだけでよく、均油性能の不安定化を簡易に解決することができる。

さらに、本発明のサイクロン式油分離器は、上記のサイクロン式油分離器において、前記均油管は、前記密閉容器の底面から内部に貫通され、前記均油口が前記位置に開口されていることを特徴とする。

本発明によれば、均油管が密閉容器の底面から内部に貫通され、その端部の均油口が密閉容器内の所定の高さ位置であって、その径方向の中心域で開口されているため、油分離器としての構造を特段変更することなく、均油口の開口位置を変えるだけで、均油性能を安定化することができる。従って、構成の複雑化やコストアップを伴うことなく、均油性能の不安定化を簡易に解決することができる。

さらに、本発明のサイクロン式油分離器は、上記のサイクロン式油分離器において、前記均油管は、前記密閉容器の側面から内部に貫通され、その端部が上方に屈曲されることにより前記均油口が前記位置に開口されていることを特徴とする。

本発明によれば、均油管が密閉容器の側面から内部に貫通され、その端部が上方に屈曲されることにより均油口が密閉容器内の所定の高さ位置であって、その径方向の中心域で開口されているため、油分離器としての構造を特段変更することなく、均油口の開口位置を変えるだけで、均油性能を安定化することができる。従って、構成の複雑化やコストアップを伴うことなく、均油性能の不安定化を簡易に解決することができる。

さらに、本発明にかかる冷凍システムは、冷凍サイクルに対して互いに並列に接続されている複数の圧縮系統と、前記複数の圧縮系統の各吐出配管系に設けられ、分離された油を圧縮機またはその吸入配管系に戻す複数のサイクロン式油分離器と、前記複数のサイクロン式油分離器間を接続する均圧管および均油管と、を備え、前記サイクロン式油分離器が上述のいずれかのサイクロン式油分離器とされていることを特徴とする。

本発明によれば、冷凍サイクルに対して互いに並列に接続されている複数の圧縮系統を備え、その複数の圧縮系統の各吐出配管系に互いに均圧管および均油管を介して接続された複数のサイクロン式油分離器が設けられている冷凍システムにあって、各サイクロン式油分離器が上述のいずれかのサイクロン式油分離器とされているため、圧縮機の運転状態により油分離器の密閉容器内の油面が一部の領域で不安定化したとしても、その影響を排除して、複数の油分離器間における均油性能を安定化することができる。従って、各油分離器内にホールドされる油量の偏りを解消し、各圧縮機対して適量の油を確保することにより、冷凍システムとしての品質および信頼性を確保することができる。

本発明のサイクロン式油分離器によると、冷媒ガス中に含まれている油の分離効率を高めるべく冷媒ガスに付与される旋回流の影響を受けることにより、一部の領域で油面が乱れることがあっても、油面が最も安定している密閉容器の中心域において、均油管を介して複数の油分離器間の均油作用を行わせることができるため、各油分離器内での油面の乱れによる影響を排除し、運転状態の変化にも拘らず複数の油分離器間での均油性能を安定化することができ、サイクロン式油分離器およびそれを用いた冷凍システムとしての品質および信頼性の向上を図ることができる。また、密閉容器内での均油口の開口位置を工夫するだけでよく、均油性能の不安定化を簡易に解決することができる。

本発明の冷凍システムによると、圧縮機の運転状態により油分離器の密閉容器内の油面が一部の領域で不安定化したとしても、その影響を排除して、複数の油分離器間における均油性能を安定化することができるため、各油分離器内にホールドされる油量の偏りを解消し、各圧縮機対して適量の油を確保することにより、冷凍システムとしての品質および信頼性を確保することができる。

本発明の第１実施形態に係る冷凍システムの構成図である。 上記冷凍システムに適用するサイクロン式油分離器の構成図である。 本発明の第２実施形態に係るサイクロン式油分離器の構成図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係る冷凍システムの構成図が示され、図２には、そのシステムに適用するサイクロン式油分離器の構成図が示されている。
ここでの冷凍システム１は、冷凍サイクル２に複数台の室外ユニット３Ａ，３Ｂが並列に接続されるとともに、複数台の冷却ユニット４Ａ，４Ｂが並列に接続されたものとされている。

複数台の室外ユニット３Ａ，３Ｂは、それぞれ互いに並列に接続された複数台の圧縮機５と、各圧縮機５に接続された逆止弁６を有する冷媒吐出配管１０Ａが連通接続されるサイクロン式油分離器７と、サイクロン式油分離器７の下流側に順次接続されたコンデンサ８およびレシーバ９を有する室外冷媒回路１０を備え、その室外冷媒回路１０は、共通液配管１４に接続されている。また、各圧縮機５の吸入側に接続されている室外冷媒回路１０を構成する冷媒吸入配管１０Ｂは、それぞれ共通ガス配管１５に接続されている。

サイクロン式油分離器７で冷媒ガス中から分離された油は、電磁弁１１および流量調整用のキュピラリチューブ１２を備えた油戻し管１３を介して各圧縮機５またはその冷媒吸入配管１０Ｂにリターンされるようになっている。なお、油戻し管１３中に設けられている電磁弁１１は、圧縮機５が運転中は開、停止中は閉とされるものである。
一方、複数台の冷却ユニット４Ａ，４Ｂは、それぞれ膨張弁（減圧装置）１６とエバポレータ１７とを備えた構成とされており、上記共通液配管１４と共通ガス配管１５との間に互いに並列に接続されている。

このように、複数台の室外ユニット３Ａ，３Ｂおよび冷却ユニット４Ａ，４Ｂを、共通液配管１４および共通ガス配管１５を介して接続することによって、閉サイクルとされた１系統の冷凍サイクル２を構成している。そして、この１系統の冷凍サイクル２は、互いに並列に接続された２系統の圧縮系統（各室外ユニット３Ａ，３Ｂの圧縮系統）を備えた冷凍サイクル２となる。

かかる冷凍サイクル２の場合、各室外ユニット３Ａ，３Ｂ内に設けられているサイクロン式油分離器７に対しては、運転状況の変化により内部にホールドされる油量にアンバランスが生じないようにする必要があり、油分離器７同士を均圧管１８および均油管１９により接続し、ホールドされる油量を等しくすることによって、各圧縮機５にそれぞれ適量の油が確保され、潤滑が適切に行われるようにしている。

サイクロン式油分離器７は、図２に示されるように、縦長の円筒形状とされた密閉容器２０を備えている。密閉容器２０の上面中心部位には、コンデンサ８に連なる冷媒流出管２１が、その端部が密閉容器２０内に貫通、突出され、上方部の中心位置にて開口するように接続されている。また、密閉容器２０の上部側面には、圧縮機５からの冷媒吐出配管１０Ａと連なる冷媒流入管２２が、その端部が密閉容器２０の内周面に対して接線方向に開口されるように貫通、接続されている。更に、密閉容器２０の底面には、油分離器７で分離された油を圧縮機５またはその冷媒吸入配管１０Ｂにリターンする油戻し管１３の一端が連通接続されている。

このサイクロン式油分離器７の構成は、一般的なもので公知のサイクロン式油分離器７の構成と変わるものではないが、本実施形態のサイクロン式油分離器７は、上記の構成に加えて、複数の圧縮系統の各吐出配管系に設けられている複数のサイクロン式油分離器７同士を互いに均圧管１８および均油管１９を介して接続することにより、各々の密閉容器２０内にホールドされる油量を均油化できる構成としている。

上記均圧管１８は、複数の油分離器７の密閉容器２０間を互いに連通接続し、内部の圧力を等しくするためのものであり、各密閉容器２０の上面に端部が連通接続されている。
一方、均油管１９は、複数の油分離器７の密閉容器２０の内部で分離、ホールドされる油の油面高さを等しくするためのものであり、本実施形態では、密閉容器２０の底面から内部に貫通、突出され、その端部の均油口１９Ａが、密閉容器２０内の所定高さ位置であって、密閉容器２０内の径方向の中心域で開口される構成とされている。
なお、ここでの中心域とは、厳密な中心位置を意味するものではなく、中心付近の一定範囲の領域を含む意味で用いられるものとする。

以上に説明の構成により、本実施形態によると、以下の作用効果を奏する。
上記冷凍システム１において、運転中の圧縮機５から吐き出された高温、高圧の冷媒ガスは、吐出配管１０Ａおよび逆止弁６を経てサイクロン式油分離器７に導入され、そこで冷媒ガス中に含まれる油がサイクロン分離される。サイクロン式油分離器７で分離された油は、油戻し管１３を介して一定量ずつ圧縮機５側に直接または吸入配管１０Ｂを経てリターンされる。また、油が分離された冷媒ガスは、コンデンサ８に送られ、外気等と熱交換して冷却されることにより凝縮、液化された後、レシーバ９内にいったん貯留される。

レシーバ９に貯留された冷媒は、各室外ユニット３Ａ，３Ｂから共通液配管１４側に送り出され、複数台の冷却ユニット４Ａ，４Ｂへと供給される。各冷却ユニット４Ａ，４Ｂでは、膨張弁（減圧装置）１６により減圧され、低温、低圧の気液二相冷媒となってエバポレータ１７に導入される。この冷媒は、エバポレータ１７内で被冷却媒体である空気等と熱交換することにより蒸発された後、共通ガス配管１５、冷媒吸入配管１０Ｂを介して各室外ユニット３Ａ，３Ｂの圧縮機５に吸入され、再び圧縮されることによって冷凍サイクル２内を循環する。エバポレータ１７で冷媒との熱交換により冷却された空気は、被冷却空間等に吹出され、それら空間の冷却、冷房等に供される。

一方、サイクロン式油分離器７では、冷媒ガス中の油をサイクロン分離し、分離した油を油戻し管１３を介して一定量ずつ圧縮機５側に直接または吸入配管１０Ｂを経由してリターンしているが、同時に室外ユニット３Ａ，３Ｂに設けられているサイクロン式油分離器７同士を互いに均圧管１８および均油管１９を介して接続することによって、それぞれの密閉容器２０内に貯えられる油量の均油化を図っている。

このサイクロン式油分離器７での油分離作用は、円筒形状の密閉容器２０内に対して冷媒流入管２２により冷媒ガスを接線方向から流入させ、冷媒ガス流に容器内周面に沿う旋回流を与えることによって油を遠心分離するというものであり、分離された油を密閉容器２０の内周面に沿って流下させ、下部に貯留する一方、油分が少ない中心域から冷媒流出管２１を介して冷媒を抜き出すことにより、下流側のコンデンサ８へと送出している。

密閉容器２０内で分離され、その下方部に貯留される油は、一定量ずつ油戻し管１３を介して各圧縮機５側にリターンされるが、均油管１９の均油口１９Ａ位置まで油面が達すると、複数のサイクロン式油分離器７間でホールドされる油量にアンバランスが生じないように、均油管１９を介して均油化が図られる。この際、密閉容器２０内の油面は、冷媒ガスの旋回流による影響を受け、図２に２点鎖線で示されるように、密閉容器２０の内周壁に沿って波打つように上昇し、それが圧縮機５の回転数の変化により上下に乱れ、不安定化する。

このため、均油管１９を密閉容器２０の側面から貫通させ、その均油口１９Ａを容器側面の所定高さ位置で開口させた構成とした場合、油面の乱れによる影響をまともに受けてしまい、均油性能を確保することが難しくなる。しかるに、本実施形態では、均油管１９を密閉容器２０の底面から内部に貫通させ、その均油口１９Ａを密閉容器２０内の所定の高さ位置であって、その径方向の中心域で開口させているため、油面が最も安定している中心域位置において、均油管１９を介して複数の油分離器７間の均油作用を行わせることができる。

これによって、本実施形態によると、各油分離器７内での油面の不安定化の影響を確実に排除し、運転状態の変化にも拘らず均油管１９により接続された複数の油分離器７間での均油性能を安定化することができ、サイクロン式油分離器およびそれを用いた冷凍システムの品質および信頼性を確保することができる。
また、密閉容器２０内での均油口１９Ａの開口位置を工夫するだけでよく、均油性能の不安定化を簡易に解決することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、密閉容器２０に対する均油管２９の接続構成が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、均油管２９を密閉容器２０の下方部位の側面から水平方向に内部に貫通させ、その端部を上方に屈曲させた構成とし、先端の均油口２９Ａを密閉容器２０内の所定高さ位置であって、密閉容器２０内の径方向の中心域で開口させた構成としている。

上記の如く構成とすることによっても、均油管２９の均油口２９Ａが、密閉容器２０内の所定高さ位置であって、密閉容器２０内の径方向の中心域で開口されることから、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、並列に接続された複数台の圧縮機５を備えた室外ユニット３Ａ，３Ｂを冷凍サイクル２に複数台並列に接続した冷凍システム１の例について説明したが、圧縮機５は必ずしも複数台並設されたものである必要はなく、室外ユニット３Ａ，３Ｂ毎に単一の圧縮機５を設けた冷凍システムであってもよい。

また、上記実施形態では、室外ユニット３Ａ，３Ｂを冷凍サイクル２に複数台並列に接続した冷凍システム１としているが、単一の室外ユニット内に圧縮機５を複数台並列に接続した冷凍サイクル２とし、各圧縮系統の吐出配管系に、それぞれサイクロン式油分離器７を設けた冷凍システム１にも同様に適用できることは云うまでもない。

１ 冷凍システム
２ 冷凍サイクル
３Ａ，３Ｂ 室外ユニット
４Ａ，４Ｂ 冷却ユニット
５ 圧縮機
７ サイクロン式油分離器
１０Ａ 吐出配管
１０Ｂ 吸入配管
１３ 油戻し管
１８ 均圧管
１９，２９ 均油管
１９Ａ，２９Ａ 均油口
２０ 密閉容器
２１ 冷媒流出管
２２ 冷媒流入管

上記した課題を解決するために、本発明のサイクロン式油分離器および冷凍システムは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるサイクロン式油分離器は、円筒形状の密閉容器と、前記密閉容器に接続される冷媒流入管、冷媒流出管および油戻し管と、前記密閉容器に接続され、複数の油分離器間を繋ぐ均油管と、を備え、前記均油管は、その端部の均油口が前記密閉容器内の所定の高さ位置であって、前記密閉容器の内周側面から離れた領域で開口されていることを特徴とする。

本発明によれば、均油管端部の均油口が密閉容器内の所定の高さ位置であって、その径方向の中心域で、または、密閉容器の内周側面から離れた領域で開口されているため、冷媒ガス中に含まれている油の分離効率を高めるべく冷媒ガスに付与される旋回流の影響を受けることにより、一部の領域で油面が乱れることがあっても、油面が最も安定している密閉容器の中心域、または、密閉容器の内周側面から離れた領域において、均油管を介して複数の油分離器間の均油作用を行わせることができる。従って、各油分離器内での油面の乱れによる影響を排除し、運転状態の変化にも拘らず複数の油分離器間での均油性能を安定化することができ、サイクロン式油分離器およびそれを用いた冷凍システムとしての品質および信頼性の向上を図ることができる。また、密閉容器内での均油口の開口位置を工夫するだけでよく、均油性能の不安定化を簡易に解決することができる。

さらに、本発明にかかる冷凍システムは、冷凍サイクルに対して互いに並列に接続されている複数の圧縮系統と、前記複数の圧縮系統の各吐出配管系に設けられ、分離された油を圧縮機またはその吸入配管系に戻す複数のサイクロン式油分離器と、前記複数のサイクロン式油分離器間を接続する均油管と、を備え、前記サイクロン式油分離器が上述のいずれかのサイクロン式油分離器とされていることを特徴とする。

本発明によれば、冷凍サイクルに対して互いに並列に接続されている複数の圧縮系統を備え、その複数の圧縮系統の各吐出配管系に互いに均油管を介して接続された複数のサイクロン式油分離器が設けられている冷凍システムにあって、各サイクロン式油分離器が上述のいずれかのサイクロン式油分離器とされているため、圧縮機の運転状態により油分離器の密閉容器内の油面が一部の領域で不安定化したとしても、その影響を排除して、複数の油分離器間における均油性能を安定化することができる。従って、各油分離器内にホールドされる油量の偏りを解消し、各圧縮機対して適量の油を確保することにより、冷凍システムとしての品質および信頼性を確保することができる。

Claims (4)

1. 円筒形状の密閉容器と、
   前記密閉容器に接続される冷媒流入管、冷媒流出管および油戻し管と、
   前記密閉容器に接続され、複数の油分離器間を繋ぐ均圧管および均油管と、を備え、
   前記均油管は、その端部の均油口が前記密閉容器内の所定の高さ位置であって、その径方向の中心域で開口されていることを特徴とするサイクロン式油分離器。
2. 前記均油管は、前記密閉容器の底面から内部に貫通され、前記均油口が前記位置に開口されていることを特徴とする請求項１に記載のサイクロン式油分離器。
3. 前記均油管は、前記密閉容器の側面から内部に貫通され、その端部が上方に屈曲されることにより前記均油口が前記位置に開口されていることを特徴とする請求項１に記載のサイクロン式油分離器。
4. 冷凍サイクルに対して互いに並列に接続されている複数の圧縮系統と、
   前記複数の圧縮系統の各吐出配管系に設けられ、分離された油を圧縮機またはその吸入配管系に戻す複数のサイクロン式油分離器と、
   前記複数のサイクロン式油分離器間を接続する均圧管および均油管と、を備え、
   前記サイクロン式油分離器が請求項１ないし３のいずれかに記載のサイクロン式油分離器とされていることを特徴とする冷凍システム。
   

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