JP2022054728A - 分離器および空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空調装置を小型化する技術を提供する。【解決手段】冷媒９０が循環する空調装置に、冷媒９０を圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒９０を凝縮させる凝縮器と、凝縮器によって凝縮された冷媒９０を蒸発させる蒸発器と、分離器５とを設ける。分離器５に、圧縮機の潤滑油として機能する冷凍機油９１と冷媒９０とを分離する油分離部５１と、気体冷媒９０と液体冷媒９０とを分離する気液分離部５２と、油分離部５１と気液分離部５２とを一体的に収容する容器５０とを設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、空調装置を小型化する技術に関する。

従来より、圧縮機、凝縮器、および、蒸発器などにより冷凍サイクルが形成された冷凍装置が知られている。このような冷凍装置が例えば特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された技術では、冷凍サイクルを形成する構成として、圧縮機において潤滑油として働く冷凍機油を冷媒と分離する油分離器や、気体冷媒を液体冷媒と分離する気液分離器なども記載されている。

特開２０１４－１９６８３３号公報

ところが、特許文献１に記載されている技術は、冷凍装置の小型化が不十分という問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、空調装置を小型化する技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、冷媒が循環する空調装置に配置される分離器であって、前記空調装置が備える圧縮機の潤滑油として機能する冷凍機油と前記冷媒とを分離する油分離部と、気体冷媒と液体冷媒とを分離する気液分離部と、前記油分離部と前記気液分離部とを一体的に収容する容器とを備える。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る分離器であって、前記油分離部と前記気液分離部とを断熱する断熱部をさらに備える。

また、請求項３の発明は、請求項１または２の発明に係る分離器であって、前記油分離部によって分離された冷凍機油が、前記容器の内部において、前記気液分離部に導かれる。

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る分離器であって、前記油分離部によって分離された冷凍機油が減圧装置を介して前記気液分離部に導かれる。

また、請求項５の発明は、冷媒が循環する空調装置であって、前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、分離器とを備え、前記分離器は、前記圧縮機の潤滑油として機能する冷凍機油と前記冷媒とを分離する油分離部と、気体冷媒と液体冷媒とを分離する気液分離部と、前記油分離部と前記気液分離部とを一体的に収容する容器とを備える。

請求項１ないし５に記載の発明は、空調装置が備える圧縮機の潤滑油として機能する冷凍機油と冷媒とを分離する油分離部と、気体冷媒と液体冷媒とを分離する気液分離部と、油分離部と気液分離部とを一体的に収容する容器とを備えることにより、油分離部と気液分離部とを一体化することにより、小型化できる。

空調システムのブロック図である。 分離器を示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。ただし、以下の説明において特に断らない限り、方向や向きに関する記述は、当該説明の便宜上、図面に対応するものであり、例えば実施品、製品または権利範囲等を限定するものではない。

＜１． 実施の形態＞
図１は、空調システム１のブロック図である。空調システム１は、屋内に配置される室内機２、および、屋外に配置される室外機３を備えている。また、室内機２と室外機３とは、第１室内外連通配管８０と第２室内外連通配管８１とによって接続されている。詳細は後述するが、空調システム１は、冷媒９０が循環する冷凍サイクルを構成している。なお、図１では、四方弁８によって、第１室内外連通配管８０と配管８６とが接続され、配管８４と配管８５とが接続された状態を示している。

室内機２は、室内熱交換器２０およびファン２１を備えている。室内熱交換器２０には、第１室内外連通配管８０と第２室内外連通配管８１とが接続されている。

図１に示す四方弁８の状態では、室内熱交換器２０には、第２室内外連通配管８１から冷媒９０が供給され、当該冷媒９０は第１室内外連通配管８０から吐出される。このとき、室内熱交換器２０に流入した冷媒９０は、ファン２１によって送風される室内空気との間で熱交換を行い、蒸発して低温低圧の気体となって吐出される。すなわち、図１に示す状態では、室内熱交換器２０は、蒸発器として機能する。そして、冷媒９０との間で熱交換を行った室内空気は、冷媒９０に吸熱されて冷却され室内に放出される。したがって、図１に示す四方弁８の状態では、空調システム１は、室内を冷房する冷凍システムとして機能する。

一方で、四方弁８が図１に示す状態から切り替えられると、第１室内外連通配管８０と配管８４とが接続され、配管８５と配管８６とが接続された状態となる。この状態では、室内熱交換器２０には、第１室内外連通配管８０から高温・高圧の冷媒９０が供給され、当該冷媒９０は第２室内外連通配管８１から吐出される。このとき、室内熱交換器２０に流入した高温・高圧の冷媒９０は、ファン２１によって送風される室内空気との間で熱交換を行い、凝縮して高温高圧の液体となって吐出される。すなわち、室内熱交換器２０は、凝縮器として機能する。そして、冷媒９０との間で熱交換を行った室内空気は、冷媒９０に放熱されて加熱され室内に放出される。したがって、このとき、空調システム１は、室内を暖房する暖房システムとして機能する。

室外機３は、室外熱交換器３０、ファン３１、圧縮機４、分離器５、四方弁８、配管８２，８３，８４，８５，８６を備えている。室外熱交換器３０には、配管８５と第２室内外連通配管８１とが接続されている。

図１に示す四方弁８の状態では、室外熱交換器３０には、配管８５から高温・高圧の冷媒９０が供給され、当該冷媒９０は第２室内外連通配管８１から吐出される。このとき、室外熱交換器３０に流入した冷媒９０は、ファン３１によって送風される室外空気との間で熱交換を行い、凝縮して高温高圧の液体となって吐出される。すなわち、空調システム１が冷房システムとして機能するとき、室外熱交換器３０は凝縮器として機能する。なお、冷媒９０との間で熱交換を行った室外空気は、冷媒９０から放熱され室外に放出される。

一方で、四方弁８が図１に示す状態から切り替えられた状態では、室外熱交換器３０には、第２室内外連通配管８１から冷媒９０が供給され、当該冷媒９０は配管８５から吐出される。このとき、室外熱交換器３０に流入した冷媒９０は、ファン３１によって送風される室外空気との間で熱交換を行い、蒸発して低温低圧の気体となって吐出される。すなわち、空調システム１が暖房システムとして機能するとき、室外熱交換器３０は蒸発器として機能する。そして、冷媒９０との間で熱交換を行った室外空気は、冷媒９０に吸熱されて冷却され室外に放出される。

圧縮機４は、配管８２から供給された冷媒９０を圧縮して、高温・高圧の状態にして、配管８３から吐出させる機能を有している。従来より、圧縮機４として様々な構造・形式のものが提案されており、本発明は、それらのものを適宜採用することができる。すなわち、供給された冷媒９０を高温・高圧の状態にして吐出させる機能を有していれば、どのような装置が圧縮機４として採用されてもよい。したがって、圧縮機４についての詳細な説明は省略する。

なお、詳細な説明は省略するが、圧縮機４は、冷媒９０を圧縮するための機構として、内部に摺動部（例えば、シリンダやピストンなど）を備えている。そして、当該摺動部を滑らかに摺動させるための潤滑油として、圧縮機４の内部には、図１に示すように、冷凍機油９１が貯留（供給）されている。

詳細は後述するが、冷媒９０が循環する空調システム１に配置される分離器５は、配管８３から流入する冷媒９０から冷凍機油９１を分離して、冷媒９０を配管８４から吐出させる機能を有している。また、分離器５は、配管８６から流入する冷媒９０から液体成分を分離して貯留するとともに、気体成分を配管８２に吐出する機能を有している。

図２は、分離器５を示す図である。分離器５は、容器５０、油分離部５１、気液分離部５２、断熱部５３を備える。

容器５０は、円筒状の側壁部材５００と、側壁部材５００の上下の両端部に配置される鏡板５０１，５０２を備えている。容器５０によって形成される内部空間には、油分離部５１、気液分離部５２および断熱部５３が設けられる。すなわち、容器５０は、油分離部５１と気液分離部５２とを内部に一体的に収容する。このように、油分離部５１と気液分離部５２とを一体化することにより、空調システム１を小型化できる。

油分離部５１は、油分離部入口管５１０および油分離部出口管５１１を備えている。

すでに説明したように、圧縮機４の内部には、冷凍機油９１が貯留されている。圧縮機４は、冷媒９０を高温・高圧の状態にして吐出するが、このとき吐出される冷媒９０に冷凍機油９１が混入して圧縮機４から吐出されてしまう。これにより、圧縮機４内の冷凍機油９１が不足する。あるいは、吐出された冷凍機油９１が、他の構成に悪影響を及ぼすことも想定される。したがって、圧縮機４から吐出された冷凍機油９１を回収して圧縮機４に戻す必要がある。

油分離部入口管５１０は、圧縮機４から吐出された冷媒９０を導く配管８３に接続されている。したがって、油分離部入口管５１０によって油分離部５１の内部に導かれた冷媒９０には、冷凍機油９１が含まれている。油分離部入口管５１０の内部側の開口部は、側壁部材５００の内面の接線方向に開口している。

したがって、油分離部出口管５１１から油分離部５１の内部に吐出された冷媒９０および冷凍機油９１は、側壁部材５００の内面に沿って渦を巻くように流れる。これによって、冷媒９０に混入した冷凍機油９１には回転による遠心力が作用して、当該冷凍機油９１は油分離部５１の内壁（側壁部材５００の内面）に衝突して落下し、図２に示すように油分離部５１の底部に溜まる。一方、冷媒９０は、高温・高圧の気体状態であるため、側壁部材５００の内壁に沿って落下することはなく、油分離部５１の上部に設けられた油分離部出口管５１１から外部に吐出される。

このように、油分離部５１は、空調システム１が備える圧縮機４の潤滑油として機能する冷凍機油９１と冷媒９０とを分離する。なお、本実施の形態では、油分離部５１として、管内旋回流によって油を分離するサイクロン式を採用する例で説明した。しかし、油分離部５１が冷凍機油９１と冷媒９０とを分離する原理・手法は、サイクロン式に限定されるものではない。例えば、油分離器に採用される他の方式を適宜採用してもよい。

油分離部出口管５１１は、配管８４に接続されている。したがって、油分離部５１によって冷凍機油９１が取り除かれ、吐出された高温・高圧の冷媒９０は、配管８４によって四方弁８に向けて導かれる。油分離部５１から吐出された冷媒９０は、四方弁８の状態に応じて、室内熱交換器２０または室外熱交換器３０に導かれる。室内熱交換器２０および室外熱交換器３０のうち、油分離部５１から吐出された冷媒９０が導かれた方が、冷凍サイクルにおける凝縮器として機能する。

気液分離部５２は、気液分離部入口管５２０および気液分離部出口管５２１を備えている。

気液分離部入口管５２０は、配管８６を介して、四方弁８と接続されている。配管８６には、四方弁８の状態に応じて、室内熱交換器２０または室外熱交換器３０から冷媒９０が導かれる。室内熱交換器２０および室外熱交換器３０のうち、四方弁８によって配管８６に接続される方は、冷凍サイクルにおいて蒸発器として機能している。すなわち、気液分離部５２には、気液分離部入口管５２０によって蒸発器からの冷媒９０が供給されることとなる。

蒸発器から気液分離部５２に供給される冷媒９０は、気体成分と液体成分とが混じった状態である。気液分離部５２の内部に導かれた冷媒９０の液体成分は、重力により落下して、気液分離部５２の底部に溜まる。一方、気液分離部５２の内部に導かれた冷媒９０の気体成分は、落下せず気液分離部５２の底部に溜まることはなく、気液分離部出口管５２１から外部に吐出される。

このように、気液分離部５２は、気体冷媒９０と液体冷媒９０とを分離する。しかし、気液分離部５２が冷媒９０の気体成分と液体成分とを分離する原理・手法は、ここに例示されたものに限定されない。例えば、気液分離器に採用される他の方式を適宜採用してもよい。

断熱部５３は、油分離部５１と気液分離部５２との間に配置され、断熱素材で形成された隔壁５３０，５３１を備えている。したがって、断熱部５３は、油分離部５１と気液分離部５２とを断熱する。より詳細には、圧縮機４によって高温にされた冷媒９０の熱が、油分離部５１から気液分離部５２側に漏れることを防止する。これにより、熱効率の低下を抑制することができる。さらに、隔壁５３０，５３１は、高圧の油分離部５１と、低圧の気液分離部５２とを隔てる圧力隔壁の役割も果たしている。

また、断熱部５３は、減圧装置５３２を備えている。本実施の形態における減圧装置５３２は、細い管を螺旋状に形成したキャピラリチューブである。減圧装置５３２の両端部は、入口部５３３および出口部５３４となっている。

減圧装置５３２の入口部５３３は、隔壁５３０を貫通して油分離部５１に突出している。これにより、油分離部５１の底部に溜まった冷凍機油９１は、入口部５３３から減圧装置５３２に流れ込む。なお、図２では、入口部５３３の先端が隔壁５３０の上面より上方に突出している。しかし、例えば、入口部５３３の先端が隔壁５３０の上面と同じ高さとなるように形成されていてもよい。すなわち、油分離部５１の底部に溜まった冷凍機油９１が、入口部５３３から減圧装置５３２の内部に流入するのであれば、入口部５３３の先端の高さ位置は、どのような位置であってもよい。

減圧装置５３２の出口部５３４は、隔壁５３１を貫通して気液分離部５２に突出している。したがって、減圧装置５３２を通過した冷凍機油９１は、出口部５３４から吐出され、気液分離部５２に導かれる。このように、空調システム１は、油分離部５１によって分離された冷凍機油９１を、容器５０の内部において、減圧装置５３２を介して気液分離部５２に導く。

また、油分離部５１によって分離された冷凍機油９１は、断熱部５３を通過する間に、減圧装置５３２によって減圧される。したがって、出口部５３４から吐出される冷凍機油９１は、気液分離部５２内に突沸することはなく、出口部５３４から静かに滴下する。

図２に示すように、出口部５３４の垂下には、気液分離部出口管５２１が開口している。したがって、気液分離部５２に導かれた冷凍機油９１は、気液分離部出口管５２１に直接注入され、冷媒９０の気体成分とともに、気液分離部出口管５２１から外部に吐出される。

気液分離部出口管５２１には、配管８２が接続されている。したがって、気液分離部出口管５２１から外部に吐出された冷媒９０および冷凍機油９１は、配管８２によって圧縮機４に導かれる。これにより、空調システム１は、分離された冷凍機油９１を回収して圧縮機４に導くための構成（例えば、従来の技術における返油管）を必要としない。したがって、空調システム１の構造を簡素化できる。

以上のように、冷媒９０が循環する空調システム１は、冷媒９０を圧縮して吐出する圧縮機４と、圧縮機４から吐出された冷媒９０を凝縮させる凝縮器（室内熱交換器２０または室外熱交換器３０）と、凝縮器によって凝縮された冷媒９０を蒸発させる蒸発器（室内熱交換器２０または室外熱交換器３０）と、分離器５とを備える。そして、分離器５は、圧縮機４の潤滑油として機能する冷凍機油９１と冷媒９０とを分離する油分離部５１と、気体冷媒９０と液体冷媒９０とを分離する気液分離部５２と、油分離部５１と気液分離部５２とを一体的に収容する容器５０とを備える。このように、油分離部５１と気液分離部５２とを一体化することにより、例えば、鏡板などの数を減らすことができ、空調システム１を小型化できる。

また、分離器５が、油分離部５１と気液分離部５２とを断熱する断熱部５３をさらに備えることにより、空調効率の低下を抑制することができる。

また、油分離部５１によって分離された冷凍機油９１が、容器５０の内部において、気液分離部５２に導かれることにより、構造を簡素化できる。

また、油分離部５１によって分離された冷凍機油９１が減圧装置５３２を介して気液分離部５２に導かれることにより、気液分離部５２に移動する冷凍機油９１を減圧できる。

＜２． 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、容器５０の側壁部材５００は、１つの部材として製造されると説明した。しかし、例えば、油分離部５１、気液分離部５２および断熱部５３のそれぞれの側壁形成部材を製造した後、それらを分離不能な状態で固設してもよい。その場合、断熱部５３の側壁形成部材を、特に断熱効果の高い素材で形成するなどしてもよい。

また、上記実施の形態では、油分離部５１によって分離された冷凍機油９１を、気液分離部５２に導くように構成した。しかし、例えば、油分離部５１の底部（冷凍機油９１の溜まっている位置）と外部とを連通接続する配管（出口管）を別途形成し、当該配管を分離器５の外部で配管８２に連通接続させてもよい。このように構成した場合であっても、分離された冷凍機油９１を圧縮機４に戻すことができる。

また、上記実施の形態では、減圧装置５３２をキャピラリチューブで構成する例で説明した。しかし、減圧装置５３２は、キャピラリチューブに限定されるものではない。入口部５３３から流入した流体（冷凍機油９１）を減圧して、出口部５３４から吐出させる機構であれば、周知の他の構成が採用されてもよい。

また、各配管の配置は図１に示す配置に限定されるものではない。同様の効果が得られるならば、配管の配置が変更されてもよい。

また、空調システム１は、冷房装置および暖房装置として構成した。しかし、冷房装置、または、暖房装置として構成してもよい。

１ 空調システム
２ 室内機
２０ 室内熱交換器
２１ ファン
３ 室外機
３０ 室外熱交換器
３１ ファン
４ 圧縮機
５ 分離器
５０ 容器
５００ 側壁部材
５０１，５０２ 鏡板
５１ 油分離部
５１０ 油分離部入口管
５１１ 油分離部出口管
５２ 気液分離部
５２０ 気液分離部入口管
５２１ 気液分離部出口管
５３ 断熱部
５３０，５３１ 隔壁
５３２ 減圧装置
５３３ 入口部
５３４ 出口部
８ 四方弁
８０ 第１室内外連通配管
８１ 第２室内外連通配管
８２，８３，８４，８５，８６ 配管
９０ 冷媒
９１ 冷凍機油

Claims (5)

1. 冷媒が循環する空調装置に配置される分離器であって、
   前記空調装置が備える圧縮機の潤滑油として機能する冷凍機油と前記冷媒とを分離する油分離部と、
   気体冷媒と液体冷媒とを分離する気液分離部と、
   前記油分離部と前記気液分離部とを一体的に収容する容器と、
   を備える分離器。
2. 請求項１に記載の分離器であって、
   前記油分離部と前記気液分離部とを断熱する断熱部をさらに備える分離器。
3. 請求項１または２に記載の分離器であって、
   前記油分離部によって分離された冷凍機油が、前記容器の内部において、前記気液分離部に導かれる分離器。
4. 請求項３に記載の分離器であって、
   前記油分離部によって分離された冷凍機油が減圧装置を介して前記気液分離部に導かれる分離器。
5. 冷媒が循環する空調装置であって、
   前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
   前記圧縮機から吐出された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   前記凝縮器によって凝縮された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   分離器と、
   を備え、
   前記分離器は、
   前記圧縮機の潤滑油として機能する冷凍機油と前記冷媒とを分離する油分離部と、
   気体冷媒と液体冷媒とを分離する気液分離部と、
   前記油分離部と前記気液分離部とを一体的に収容する容器と、
   を備える空調装置。

Images