JP2024066033A - オイルセパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】オイルの分離特性の向上とオイルの巻き上げの防止を図ることができるオイルセパレータを提供する。【解決手段】オイルセパレータ１０は、円筒状の容器１０１と、上端部が開口する有底の円筒状の形状を備え、容器１０１の内部の空間を上部空間１０７と下部空間１０８とに区画するように容器１０１の内部に配置される分離部材１０２ａと、容器１０１の外部から流入したオイルを含む冷媒が上部空間１０７において旋回流を形成するように構成される入口管１０３と、容器１０１の上部空間１０７から容器１０１の外部に冷媒を流出させるように構成される出口管１０４とを備え、分離部材１０２ａは、略円筒状に構成される筒部１１１と、筒部１１１の下端部に設けられる底板部１１２と、を備え、筒部１１１には、筒部１１１の内周側と外周側とをオイルが流通可能に連通する複数の貫通孔が設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、オイルセパレータに関する。

特許文献１には、空気調和装置に用いられるオイルセパレータが開示されている。このオイルセパレータは、空気調和装置の圧縮機が吐出したオイル（冷凍機油）を含む冷媒からオイルを分離するように構成される。具体的には、このオイルセパレータは、円筒状の容器と、容器の内部にオイルを含む冷媒を流入させるための入口管と、容器の内部からオイルが分離された冷媒を流出させるための出口管とを備える。そして、このオイルセパレータは、容器の内部においてオイルを含む冷媒の旋回流を発生させることにより、冷媒に含まれるオイルを容器の内周面に付着させるように構成される。これにより、冷媒からオイルが分離される。

このようなオイルセパレータは、オイルの分離特性の向上（具体的には、出口管から流出する冷媒にオイルが残らないようにすること、または冷媒に残るオイルを少なくすること）が求められる。また、容器の内部において旋回流によって分離したオイルが巻き上げられると、巻き上げられたオイルが冷媒とともに出口管から流出するおそれがある。このため、旋回流によってオイルが巻き上げられないようにすることが求められる。

オイルの分離特性の向上とオイルの巻き上げの防止のため、特許文献１のオイルセパレータの容器の内部には、容器の内径よりも小さい内径を有する円筒部材が配置され、この円筒部材よりも上側にオイルを含む冷媒が流入するように構成される。このような構成であると、円筒部材の上側から円筒部材の内部に流入した冷媒の旋回流の速度が増加する。このため、遠心力によるオイルの分離の効果が高くなる。また、冷媒が円筒部材の下側に流出すると、冷媒の旋回速度が低くなる。このため、容器の下側に溜まったオイルの巻き上げが抑制される。

特開２０１５－１４０９７３号公報

（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、特許文献１に記載のオイルセパレータによれば、円筒部材の下側に流出した冷媒の旋回速度が低くなるため、遠心力によって容器の内部に付着するオイルが減少するおそれがある。一方、冷媒から分離されたオイルおよび容器の下部に溜まったオイルは冷媒の旋回流に直接的に曝されるため、旋回流によるオイルの巻き上げの防止が不十分になるおそれがある。

上記実情に鑑み、本発明は、オイルの分離特性の向上を図ることができ、かつ、オイルの巻き上げを防止または抑制できるオイルセパレータを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）
前記目的を達成するため、本発明に係るオイルセパレータは、
オイルを含む冷媒から前記オイルを分離するオイルセパレータであって、
内部に空間が形成され軸線が上下方向に略平行な向きで配置される円筒状の容器と、
一端が開口した有底の円筒状の形状を備え、前記一端が上側に位置し前記他端が下側に位置する向きで前記容器の内部に配置され、前記容器の内部の空間を上部空間と下部空間とに区画するように構成される分離部材と、
前記容器の外部から前記容器の前記上部空間に前記オイルを含む前記冷媒を流入させるとともに、流入した前記オイルを含む前記冷媒が前記上部空間において旋回流を形成するように構成される入口管と、
前記容器の前記上部空間から前記容器の外部に前記冷媒を流出させるように構成される出口管と、
を備え、
前記分離部材は、略円筒状に構成される筒部と、前記筒部の前記他端に設けられる底板部と、を備え、
前記筒部には、前記筒部の内周側と外周側とを前記オイルが流通可能に連通する複数の貫通孔が設けられる。

本発明によれば、入口管から容器の上部空間に流入したオイルを含む冷媒は、上部空間において旋回流を形成する。そして、冷媒に含まれるオイルは、旋回流によって分離部材の筒部の内周面に付着する。これにより、冷媒からオイルが分離される。さらに、分離部材の筒部の内周面に付着したオイルは、遠心力および旋回流の風圧によって、筒部に形成された複数の貫通孔を通じて筒部の外周側（すなわち下部空間）に流出する。このため、冷媒から分離したオイルが出口管から容器の外部に流出することが防止または抑制され、オイルの分離特性（分離効率）が向上する。さらに、容器の内部は分離部材により上部空間と下部空間とに区画されるから、下部空間においては旋回流が発生しないか、または上部空間に比較して旋回流が弱い。このため、容器の下部に溜まったオイル（下部空間に流出したオイル）が旋回流によって巻き上げられることが防止または抑制される。したがって、本発明によれば、オイルの分離特性の向上を図ることができ、かつ、オイルの巻き上げを防止または抑制できる。

前記底板部には、前記底板部の上側と下側とを前記オイルが流通可能に連通する複数の貫通孔が設けられる、
という構成が適用できる。

このような構成によれば、底板部の上側に流下したオイルは、底板部に設けられる貫通孔から底板部の下側（すなわち、下部空間）に流下する。このため、底板部の上側にオイルが滞留することが防止または抑制されるから、オイルの巻き上げを防止または抑制する効果を高めることができる。

前記分離部材は、
前記筒部の前記一端側に位置しており、前記筒部の外周側に延出するフランジ部を備え、
前記フランジ部には、前記フランジ部の上側と下側とを前記オイルが流通可能に連通する複数の貫通孔が設けられる、
という構成が適用できる。

このような構成によれば、フランジ部の上側に流下したオイルは、フランジ部に設けられる貫通孔からフランジ部の下側（すなわち、下部空間）に流下する。このため、フランジ部の上側にオイルが滞留することが防止または抑制されるから、オイルの巻き上げを防止または抑制する効果を高めることができる。さらに、フランジ部によって上部空間と下部空間との間の冷媒の流通が制限されるから、上部空間の旋回流が下部空間に伝搬することを防止または抑制できる。したがって、下部空間に流出したオイルが旋回流によって巻き上げられることを防止または抑制する効果を高めることができる。

前記筒部の内径は前記容器の内径よりも小さく、
前記入口管の下端部は前記分離部材よりも上側に位置する、
という構成が適用できる。

このような構成によれば、入口管から流入したオイルを含む冷媒は、分離部材の上側において旋回流を形成し、その後、筒部の内部に流入する。そして、筒部の内径が容器の内径（より詳しくは、筒部よりも上側の部分）よりも小さいと、筒部の内部において旋回流の速度が大きくなる。このため、筒部の内周面に付着するオイルを多くできるとともに、筒部の内周面に付着したオイルに掛かる風圧（筒部の外周側に流出させる風圧）が大きくなる。したがって、オイルの分離特性のさらなる向上を図ることができる。

前記出口管の下端部は前記筒部の内部であって、上下方向視において前記筒部の略中心に位置する、
という構成が適用できる。

筒部の内部においてオイルが冷媒から分離されるため、筒部の内部を旋回する冷媒に含まれるオイルは、筒部よりも上側において旋回する冷媒に含まれるオイルよりも少ない。さらに、オイルは遠心力によって筒部の中心から半径方向外側に移動するから、筒部の中心において浮遊しているオイルは筒部の内周面近傍において浮遊しているオイルよりも少ない。このため、このような構成によれば、出口管から流出する冷媒に含まれるオイルを少なくする効果を高めることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るオイルセパレータの構成を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施形態に係るオイルセパレータの構成を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施形態に係る分離部材の構成を示す斜視図である。 図４は、変形例に係る分離部材の構成を示す斜視図である。 図５は、本発明の実施形態に係るオイルセパレータが適用される空気調和装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、各図中、オイルセパレータの上方を矢印Ｕｐで示し、オイルセパレータの下方を矢印Ｄｗで示す。

＜オイルセパレータ＞
本発明の実施形態に係るオイルセパレータ１０は、空気調和装置用のオイルセパレータであり、冷媒を圧縮する圧縮機から吐出されたオイル（冷凍機油と称されることもある）を含む冷媒からオイルを分離するために用いられる。図１は、本発明の実施形態に係るオイルセパレータ１０の構成を示す外観斜視図であり、図２は、本発明の実施形態に係るオイルセパレータ１０の構成を示す透視図である。図１および図２に示すように、オイルセパレータ１０は、容器１０１と、分離部材１０２ａと、入口管１０３と、出口管１０４と、返油管１０５と、バイパス出口管１０６とを備える。

容器１０１は、長尺の円筒状の部材であり、内部には空間が設けられる。容器１０１は、例えば鉄系の金属材料により形成される。容器１０１は、長尺方向（円筒の軸線）が上下方向に略平行な向きで配置される。容器１０１の内部には、図２に示すように分離部材１０２ａが配置される。容器１０１の上部（上側の鏡板）には、入口管１０３および出口管１０４が接続される。容器１０１の下部（下側の鏡板）には、返油管１０５が接続される。容器１０１の上下方向の中間部には、バイパス出口管１０６が接続される。

分離部材１０２ａは、冷媒からオイルを分離する効果を高めるように構成される部材である。図３は、分離部材１０２ａの構成を示す斜視図である。分離部材１０２ａは、容器１０１と同種の金属材料により形成される。例えば、前記のように容器１０１が鉄系の金属材料により形成される構成であれば、分離部材１０２ａも、鉄系の金属板により形成される。

図３に示すように、分離部材１０２ａは、筒部１１１と、底板部１１２と、フランジ部１１３とを備える。筒部１１１は、内部が空洞の略円筒状の形状を備える部分である。筒部１１１の一端（円筒の軸線方向の一端）は開口している。底板部１１２は、筒部１１１の他端（円筒の軸線方向の他端）に設けられる板状の部分であり、筒部１１１の当該他端を閉塞するように設けられる。なお、ここでいう「閉塞」とは、流体の移動を完全に規制する状態のみではなく、ある程度の流体の移動を許容する状態も含まれるものとする。このように、分離部材１０２ａは、筒部１１１と底板部１１２と備えることにより、一端が開口し他端が閉塞する有底の円筒状の構成を備える。フランジ部１１３は、筒部１１１の一端（底板部１１２が設けられる側とは反対側の端部）に設けられる部分であり、筒部１１１の外周面から外側に延出する板状（リング状）の構成を備える。筒部１１１およびフランジ部１１３には、オイルが流通可能な貫通孔である複数のオイル孔１１４，１１５が設けられる。筒部１１１に設けられる複数のオイル孔１１４は、筒部１１１の内周側と外周側とを連通する貫通孔である。フランジ部１１３に設けられるオイル孔１１５は、フランジ部１１３の厚さ方向（筒部１１１の軸線方向）に貫通する貫通孔である。なお、本実施形態では、底板部１１２にはオイル孔が設けられない構成を示す。

オイル孔１１４，１１５の内径は、前記のようにオイルが流通可能な径に設定される。例えば、オイル孔１１４，１１５は、内径が２～３ｍｍの丸穴が適用される。また、筒部１１１に設けられる複数のオイル孔１１４の密度（単位面積当たりの数）には０．７個／ｃｍ^２が適用でき、フランジ部１１３に設けられるオイル孔１１５の密度には１．８個／ｃｍ^２が適用できる。ただし、オイル孔１１４，１１５の数や密度（単位面積当たりのオイル孔１１４，１１５の数）はこれらの例に限定されない。

そして、分離部材１０２ａは、底板部１１２が設けられる側の端部（閉塞する側の端部）が下側に位置し、フランジ部１１３が設けられる側の端部（すなわち開口する側の端部）が上側に位置する向きで、容器１０１の内部に配置される。なお、分離部材１０２ａは、容器１０１の内部に容器１０１と略同軸に配置される。また、分離部材１０２ａは、容器１０１の内部の底面から所定の距離上側に離間した位置に配置される。より詳しくは、分離部材１０２ａは、あらかじめ規定された貯留可能な最大量のオイルが容器１０１の下部に溜まった場合に、当該溜まったオイルに浸らない位置（当該溜まったオイルの液面よりも上側の位置）に配置される。

なお、分離部材１０２ａの筒部１１１の内径および外径は容器１０１の内周面の内径よりも小さい。そして、分離部材１０２ａの筒部１１１の外周面と容器１０１の内周面との間には隙間が存在する。また、分離部材１０２ａのフランジ部１１３の外径と容器１０１の内周面の内径とは略同じである。このため、フランジ部１１３の外周面と容器１０１の内周面との間には隙間が無い（または隙間がほぼ無い）。したがって、筒部１１１の外周面と容器１０１の内周面との間の隙間（空間）は、下側が開口しており上側がフランジ部１１３により閉塞する。

容器１０１の内部にこのような分離部材１０２ａが配置されると、容器１０１の内部の空間は、分離部材１０２ａによって、分離部材１０２ａよりも上側の空間である上部空間１０７と、分離部材１０２ａよりも下側の空間である下部空間１０８とに区画される。なお、本実施形態では、筒部１１１の内周側の空間は上部空間１０７に含まれ、筒部１１１の外周側の空間は下部空間１０８に含まれる。上部空間１０７と下部空間１０８とは、筒部１１１およびフランジ部１１３に設けられるオイル孔１１４，１１５によって連通される。

入口管１０３は、オイルを含む冷媒を容器１０１の上部空間１０７に流入させるための管状の部材であり、容器１０１の上部空間１０７と外部とを連通するように構成される。さらに、入口管１０３は、容器１０１の上部空間１０７に流入したオイルを含む冷媒が、容器１０１の上部空間１０７において旋回流を形成する（換言すると、流入させたオイルを含む冷媒による旋回流を発生させる）ように構成される。なお、旋回流とは、上下方向視（容器１０１の軸線方向視）において、容器１０１の軸線（中心線）を中心として回転するような流れをいう。

流入したオイルを含む冷媒により旋回流を発生させるため、入口管１０３の下端部は、容器１０１の内周面に近接しており（少なくとも上下方向視において容器１０１の中心から半径方向外側に偏倚しており）、かつ、近接する内周面に沿うように略水平方向に延伸する。そして、水平方向に延伸する部分の端部が開口しており、当該端部から上部空間１０７にオイルを含む冷媒が流入するように構成される。このような構成によれば、入口管１０３から流入したオイルを含む冷媒は、略水平方向に（すなわち容器１０１の軸線に略直角な方向に）、容器１０１の内周面に沿って流れる。このため、オイルを含む冷媒による旋回流が発生する。なお、入口管１０３の下端部は、分離部材１０２ａよりも上側に位置する。このため、このような入口管１０３によれば、容器１０１の上部空間１０７のうちの分離部材１０２ａよりも上側において旋回流を発生させることができる。

出口管１０４は、オイルが分離された冷媒を容器１０１の外部に流出させるための管状の部材であり、容器１０１の上部空間１０７と外部とを連通するように構成される。出口管１０４は、上下方向に略平行な方向（容器１０１の軸線に略平行な方向）に延伸する向きで配置される。また、出口管１０４は、容器１０１の上下方向に直角な断面の略中心に配置される。そして、出口管１０４の下端部は下側に向かって開口する。さらに、出口管１０４の下端部は、分離部材１０２ａの筒部１１１の内部に位置する。

返油管１０５は、冷媒から分離して容器１０１の下部に溜まったオイルを、容器１０１の外部に流出させるための管状の部材である。返油管１０５は、容器１０１の内部と外部とを連通するように、容器１０１の下部（下側の鏡板）に接続される。

バイパス出口管１０６は、容器１０１の内部の冷媒（なお、この冷媒にはオイルが含まれていてもよい）を、オイルセパレータ１０の外部に流出させるための管状の部材であり、容器１０１の内部と外部とを連通するように構成される。具体的には、バイパス出口管１０６は、容器１０１の側面に接続される。なお、バイパス出口管１０６の容器１０１の内部側の端部は分離部材１０２ａの上側に（すなわち上部空間１０７に）位置する。

次に、オイルセパレータ１０における冷媒およびオイルの流れについて説明する。

オイルを含む冷媒は、入口管１０３の下端部から容器１０１の上部空間１０７に流入し、容器１０１の上部空間１０７において旋回流を形成する。そして、オイルを含む冷媒は、容器１０１の上部空間１０７を旋回しながら下降し、分離部材１０２ａの筒部１１１の内周側に入り込む。そして、オイルを含む冷媒が筒部１１１の内周側で旋回流を形成することにより、冷媒に含まれるオイルが分離部材１０２ａの筒部１１１の内周面に付着する。これにより、オイルが冷媒から分離される。そして、付着したオイルは、オイルの遠心力や旋回する冷媒の旋回流の風圧によって、筒部１１１に設けられるオイル孔１１４から、筒部１１１の外周側（筒部１１１の外周面と容器１０１の内周面との間）に流出する。筒部１１１の外周側に流出したオイルは、自重によって筒部１１１の外周面や容器１０１の内周面を伝って容器１０１の内部を下降し、容器１０１の下部に溜まる。これにより、容器１０１の下部にオイル溜まりが形成される。

なお、分離部材１０２ａより上側において容器１０１の内周面に付着したオイルは、自重によって容器１０１の内周面を流下し、フランジ部１１３の上面に流下する。そして、このようなオイルは、フランジ部１１３に設けられるオイル孔１１５から、フランジ部１１３の下側（筒部１１１の外周面と容器１０１の内周面との間）に流下する。なお、フランジ部１１３のオイル孔１１５から流下しなかったオイルは、筒部１１１の内周面を流下し、旋回する冷媒の風圧によって筒部１１１に設けられるオイル孔１１４から筒部１１１の外周側に流出する。

上述したように、容器１０１の上部空間１０７においては、入口管１０３から流入したオイルを含む冷媒による旋回流が形成される。一方、下部空間１０８は、分離部材１０２ａによって上部空間１０７と仕切られているから、下部空間１０８においては、旋回流が発生しないか、または旋回流が上部空間１０７に比較して弱い（流速が小さい）。

このような構成によれば、筒部１１１の内周面に付着したオイルは、オイル孔１１４を介して筒部１１１の外周側に流出するから、筒部１１１の内周面に付着したオイル（すなわち、冷媒から分離されたオイル）が、旋回流によって巻き上げられて（内周面から剥離して）出口管１０４に流入することが防止される。このため効率的にオイルを分離することができ、オイルの分離特性（分離効率）が向上する。なお、筒部１１１の内周面には旋回流による風圧が掛かるため、筒部１１１の内周側からオイル孔１１４を通じて外周側に流出したオイルがオイル孔１１４を通じて筒部１１１の外周側から内周側に流入することが防止または抑制される。また、下部空間１０８においては、旋回流が発生しないか、または上部空間１０７に比較して旋回流が弱いから、下部空間１０８に流出したオイルは、旋回流によって巻き上げられること（すなわち、容器１０１の下部に流下せずに筒部１１１の近傍に滞留すること）が防止され、速やかに容器１０１の下部に流下する。このため、流出したオイルが上部空間１０７に流入することが防止または抑制される。

さらに、下部空間１０８においては旋回流が発生しないかまたは上部空間１０７に比較して旋回流が弱いから、容器１０１の下部に溜まったオイルが旋回流によって巻き上げられることが防止または抑制される。さらに、底板部１１２にはオイル孔１１４が設けられないから、仮に下部に溜まったオイルが旋回流によって巻き上げられたとしても、底板部１１２を通じて上部空間１０７に流入することが防止される。

このように、本実施形態によれば、オイルの分離特性の向上を図ることができ、かつ、オイルの巻き上げを防止または抑制できる。

なお、オイル孔１１４，１１５の内径（換言すると開口面積）が過小であると、オイルは表面張力によりオイル孔１１４，１１５を通過しにくくなる。一方、オイル孔１１４，１１５の内径が過大であると、筒部１１１の外周側（すなわち下部空間１０８）において旋回流が発生しやすくなり、筒部１１１の外周側に流出したオイルが巻き上げられるおそれがある。このため、オイル孔１１４，１１５の内径は、「筒部１１１の内周面に付着したオイルが遠心力や冷媒の旋回流の風圧によって（表面張力に抗して）流出可能な径」以上の径であり、「筒部１１１の外周側において冷媒を巻き上げる程度の旋回流を発生させない径」以下の径に設定されることが好ましい。例えば、前記のとおり、オイル孔１１４，１１５は、内径が２～３ｍｍの丸穴が適用される。ただし、オイル孔１１４，１１５の内径（開口面積）は、この範囲に限定されるものではなく、オイルの特性（例えば密度や粘度）や、想定される旋回流の風速などに応じて適宜設定される。また、オイル孔１１４，１１５は、丸孔に限定されるものではなく、四角孔などの多角形の孔であってもよい。さらに、オイル孔１１４，１１５は、スリット状の長孔であってもよい。

また、分離部材１０２ａがフランジ部１１３を備える構成であると、フランジ部１１３の上側に流下したオイルは、フランジ部１１３に設けられるオイル孔１１５からフランジ部１１３の下側（すなわち、下部空間１０８）に流下する。このため、フランジ部１１３の上側（上面）にオイルが滞留することが防止または抑制されるから、オイルの巻き上げを防止または抑制する効果を高めることができる。さらに、フランジ部１１３によって上部空間１０７と下部空間１０８との間の冷媒の流通が制限されるから、上部空間１０７の旋回流が下部空間１０８に伝搬することを防止または抑制できる。したがって、下部空間１０８に流出したオイルが旋回流によって巻き上げられることを防止または抑制する効果を高めることができる。

また、筒部１１１の内径は容器１０１の内径よりも小さい。そして、入口管１０３の下端部は分離部材１０２ａよりも上側に位置する。このような構成によれば、入口管１０３から流入したオイルを含む冷媒は、分離部材１０２ａの上側において旋回流を形成し、その後、筒部１１１の内部に流入する。そして、筒部１１１の内径が容器１０１の内径（より詳しくは、筒部１１１よりも上側の部分）よりも小さいと、筒部１１１の内部において旋回流の速度が大きくなる。このため、筒部１１１の内周面に付着するオイルを多くできるとともに、筒部１１１の内周面に付着したオイルに掛かる風圧（筒部１１１の外周側に流出させる風圧）が大きくなる。したがって、オイルの分離特性のさらなる向上を図ることができる。

また、出口管１０４の下端部は、筒部１１１の内部であって、上下方向視において筒部１１１の略中心に位置する。筒部１１１の内部においてオイルが冷媒から分離されるため、筒部１１１の内部を旋回する冷媒に含まれるオイルは、筒部１１１よりも上側において旋回する冷媒に含まれるオイルよりも少ない。さらに、オイルは遠心力によって筒部１１１の中心から半径方向外側に移動するから、筒部１１１の中心において冷媒に含まれるオイル（浮遊しているオイル）は筒部１１１の内周面近傍において冷媒に含まれるオイルよりも少ない。このため、このような構成によれば、出口管１０４から流出する冷媒に含まれるオイルを少なくする効果を高めることができる。

次に、変形例に係る分離部材１０２ｂについて説明する。なお、前記実施形態と同じ構成については、前記実施形態と同じ符号を付し、説明を省略することがある。図４は、変形例に係る分離部材１０２ｂの構成を示す斜視図である。図４に示すように、変形例に係る分離部材１０２ｂは、筒部１１１、フランジ部１１３、および底板部１１２を備える。そして、筒部１１１およびフランジ部１１３には、前記実施形態に係る分離部材１０２ａと同様に、複数のオイル孔１１４，１１５が設けられる。さらに底板部１１２にも、上下方向（厚さ方向）に貫通する複数のオイル孔１１６が設けられる。底板部１１２のオイル孔１１６にも、前記の筒部１１１およびフランジ部１１３のオイル孔１１４，１１５と同様に、内径が２～３ｍｍの丸穴が適用される。また、底板部１１２に設けられる複数のオイル孔１１６の密度（単位面積当たりの数）には０．６個／ｃｍ^２が適用できる。

変形例に係る分離部材１０２ｂによれば、前記実施形態に係る分離部材１０２aと同様の効果を奏することができる。さらに、変形例に係る分離部材１０２ｂによれば、底板部１１２の上側（上面）に流下したオイルは、底板部１１２に設けられるオイル孔１１６から底板部１１２の下側（すなわち、下部空間１０８）に流下する。このため、底板部１１２の上側（上面）にオイルが滞留することが防止または抑制されるから、オイルの巻き上げを防止または抑制する効果を高めることができる。したがって、オイルの巻き上がりおよび巻き上がったオイルが出口管１０４から流出することが防止される。

＜空気調和装置＞
次に、本実施形態に係るオイルセパレータ１０が適用される空気調和装置１について説明する。この空気調和装置１は、エンジン駆動式空気調和装置である。

図５は、空気調和装置１の構成例を示す回路図である。図５に示すように、空気調和装置１は、室外に設置される室外機１ａと、室内に設置される複数の室内機１ｂとを備える。

室外機１ａは、圧縮機１３と、オイルセパレータ１０と、四方弁１４と、室外熱交換器１５と、廃熱回収用熱交換器１６と、アキュムレータ１８とを備える。また、室外機１ａは、冷媒が流通可能な配管（以下、冷媒配管と記すことがある）として、アキュムレータ入口配管３５と、吐出配管３１と、アキュムレータ出口配管３６とを備える。吐出配管３１は、オイルセパレータ１０と四方弁１４とを接続する。アキュムレータ入口配管３５は、四方弁１４とアキュムレータ１８とを接続する。アキュムレータ出口配管３６は、アキュムレータ１８と圧縮機１３とを接続する。複数の室内機１ｂは、それぞれ、室内側電子膨張弁２１と、室内熱交換器２２とを備える。そして、室外機１ａの四方弁１４の第二ポート１４ｂは、室内機側配管３２を介してそれぞれの室内機１ｂの室内熱交換器２２の一端に接続されており、室外熱交換器１５は中間配管３４を介してそれぞれの室内機１ｂの室内熱交換器２２の他端に接続される。

エンジン１２には、例えばガス等の気体燃料を燃焼させることにより駆動力を発生させるガスエンジンが適用される。ただし、エンジン１２はガスエンジンに限定されるものではなく、ガソリン等の液体燃料、或いは固体燃料を用いるエンジンを適用することもできる。エンジン１２の内部には冷却水通路１２ａが形成されており、この冷却水通路１２ａは冷却水回路５０に接続される。冷却水通路１２ａと冷却水回路５０の内部には、エンジン１２を冷却するための冷却水が充填される。冷却水回路５０には、冷却水ポンプ５１と廃熱回収用熱交換器１６とが配置される。そして、冷却水ポンプ５１が作動すると、冷却水が冷却水回路５０と冷却水通路１２ａの内部を循環するように流れ、それによりエンジン１２が冷却される。

圧縮機１３は、エンジン１２が出力する駆動力によって作動するように構成される。圧縮機１３は、冷媒吸入口１３ａおよび冷媒吐出口１３ｂを備え、冷媒吸入口１３ａから吸入した冷媒を圧縮して冷媒吐出口１３ｂから吐出するように構成される。なお、この実施形態では、室外機１ａが２台の圧縮機１３を備える構成を示す。ただし、圧縮機１３の数は限定されるものではない。また、圧縮機１３の構成も特に限定されるものではなく、従来公知の構成が適用できる。

四方弁１４は、第一ポート１４ａ、第二ポート１４ｂ、第三ポート１４ｃ、および第四ポート１４ｄの４つのポートを備える。そして、四方弁１４は、第一の状態（暖房）と第二の状態（冷房）とを選択的に実現可能に構成される。第一の状態は、第一ポート１４ａと第二ポート１４ｂが連通するとともに、第三ポート１４ｃと第四ポート１４ｄが連通する状態である。第二の状態は、第一ポート１４ａと第三ポート１４ｃが連通するとともに、第二ポート１４ｂと第四ポート１４ｄが連通する状態である。四方弁１４は、空気調和装置１の暖房モードでは第一の状態にされ、冷房モードでは第二の状態にされる。

オイルセパレータ１０は、前記のとおり、入口管１０３と、出口管１０４と、返油管１０５と、バイパス出口管１０６とを備える。オイルセパレータ１０は、吐出配管３１上に配置される。そして、入口管１０３が吐出配管３１を介して圧縮機１３の冷媒吐出口１３ｂと接続されており、出口管１０４が吐出配管３１を介して四方弁１４の第一ポート１４ａに接続される。バイパス出口管１０６はバイパス配管３７に接続される。バイパス出口管１０６とバイパス配管３７とを接続する配管には、バイパス弁４１が設けられる。バイパス弁４１は、開度を調整可能な弁である。オイルセパレータ１０の返油管１０５は、オイル排出配管４０とアキュムレータ出口配管３６とを介して圧縮機１３の冷媒吸入口１３ａに接続される。なお、説明の便宜上、吐出配管３１のうち、オイルセパレータ１０の入口管１０３と圧縮機１３の冷媒吐出口１３ｂとの間の部分を「吐出配管３１の第一の部分３１ａ」と記し、オイルセパレータ１０の出口管１０４と四方弁１４の第一ポート１４ａとの間の部分を「吐出配管３１の第二の部分３１ｂ」と記すことがある。

アキュムレータ１８は、第一の冷媒入口１８ａと、第二の冷媒入口１８ｂと、冷媒出口１８ｃとを備える。アキュムレータ１８は、第一の冷媒入口１８ａと第二の冷媒入口１８ｂのそれぞれから流入した冷媒（気液二相の冷媒）が気相の冷媒と液相の冷媒に分離され、気相の冷媒が冷媒出口１８ｃから流出するように構成される。アキュムレータ１８の第一の冷媒入口１８ａには、アキュムレータ入口配管３５を介して四方弁１４の第四ポート１４ｄに接続される。また、第二の冷媒入口１８ｂには、バイパス配管３７の一方の端部が接続される。アキュムレータ１８の冷媒出口１８ｃは、アキュムレータ出口配管３６を介して圧縮機１３の冷媒吸入口１３ａに接続される。

室外熱交換器１５は、内部の経路を流通する冷媒と室外の空気とを熱交換させるように構成される。なお、室外熱交換器１５の構成は特に限定されるものではなく、従来公知の構成が適用できる。室外熱交換器１５の内部の経路の一方の端部は、室外機側配管３３を介して四方弁１４の第三ポート１４ｃに接続され、他方の端部は中間配管３４を介して複数の室内機１ｂのそれぞれの室内熱交換器２２に接続される。

廃熱回収用熱交換器１６は、バイパス配管３７上に配置される。廃熱回収用熱交換器１６は、冷却水回路５０を流れるエンジン１２の冷却水と、バイパス配管３７を流れる冷媒との間で熱交換する（冷却水の熱を冷媒に移す）ように構成される。バイパス配管３７は、一方の端部がアキュムレータ１８の第二の冷媒入口１８ｂに接続され、他方の端部が中間配管３４に接続される。

次に、空気調和装置１の空調動作について説明する。空気調和装置１は、空調モードとして暖房モードと冷房モードを有する。四方弁１４は、暖房モードでは第一の状態にされ、冷房モードでは第二の状態にされる。なお、図５において、暖房運転時（暖房モードによる運転時）における冷媒の流れを実線の矢印で示し、冷房運転時（冷房モードによる運転時）における冷媒の流れを破線の矢印で示す。

まず、暖房運転について説明する。圧縮機１３は、エンジン１２の駆動力により作動すると、アキュムレータ出口配管３６内の低温低圧の気相の冷媒を冷媒吸入口１３ａから吸入して圧縮し、高温高圧の気相の冷媒を冷媒吐出口１３ｂから吐出する。冷媒吐出口１３ｂから吐出された冷媒は、吐出配管３１の第一の部分３１ａと第二の部分３１ｂとを通過して四方弁１４の第一ポート１４ａに流入する。吐出配管３１上にはオイルセパレータ１０が配置されており、圧縮機１３から吐出された冷媒（オイルが混ざっている冷媒）は、オイルセパレータ１０を通過する間に、冷媒とオイルとに分離される。冷媒から分離されたオイルは、返油管１０５からオイルセパレータ１０の外部に排出され、オイル排出配管４０とアキュムレータ出口配管３６とを通じて圧縮機１３の冷媒吸入口１３ａに流入する。そして、圧縮機１３の内部に流入したオイルは、圧縮機の各部を潤滑する（各部の摩擦を低減する）。

四方弁１４は、空調モードが暖房モードであるときには第一の状態（第一ポート１４ａが第二ポート１４ｂに連通する状態）にされる。このため、吐出配管３１から四方弁１４の第一ポート１４ａに流入した冷媒（高温高圧の冷媒）は、第二ポート１４ｂを通じて四方弁１４から流出し、第二ポート１４ｂに接続される室内機側配管３２を通過して、それぞれの室内機１ｂの室内熱交換器２２に流入する。室内熱交換器２２に流入した冷媒は、室内熱交換器２２において室内に熱を放出して（室内の空気と熱交換して）一部が凝縮する。

室内熱交換器２２を通過した冷媒は、中間配管３４に流入し、中間配管３４上に配置される室内側電子膨張弁２１を通過する際に中圧化される。中圧化された冷媒は室外熱交換器１５に流入するとともに、一部がバイパス配管３７に流入する。そして、室外熱交換器１５に流入した冷媒は、室外の空気と熱交換して（室外の空気から熱を奪って）一部が気化する。一部が気化した冷媒は、室外機側配管３３を通過して四方弁１４の第三ポート１４ｃに流入する。また、廃熱回収用熱交換器１６に流入した冷媒は、冷却水回路５０を流れるエンジン１２の冷却水と熱交換する（エンジン１２の冷却水から熱を奪う）。

空調モードが暖房モードであるときには、四方弁１４の第三ポート１４ｃが第四ポート１４ｄに連通する。このため、室外機側配管３３から四方弁１４の第三ポート１４ｃに流入した冷媒は、第四ポート１４ｄとアキュムレータ入口配管３５とを通過し、アキュムレータ１８の第一の冷媒入口１８ａに流入する。このように、アキュムレータ入口配管３５には、室内機１ｂから戻ってきた低温低圧の冷媒が流れる。また、中間配管３４からバイパス配管３７に流入した冷媒は、バイパス配管３７上に配置される廃熱回収用熱交換器１６においてエンジン１２の冷却水と熱交換され、その後、アキュムレータ１８の第二の冷媒入口１８ｂに流入する。

アキュムレータ１８に流入した冷媒は、気相の冷媒と液相の冷媒に分離され、低温低圧の気相の冷媒が、アキュムレータ出口配管３６を通過して圧縮機１３の冷媒吸入口１３ａに流入する。このような冷媒の循環サイクルが繰り返されることにより、室内暖房が継続される。

次に、冷房運転について説明する。暖房運転時と同様に、圧縮機１３の冷媒吐出口１３ｂから高温高圧の気相の冷媒が吐出され、吐出された冷媒は、オイルセパレータ１０においてオイルと分離され、四方弁１４の第一ポート１４ａに流入する。空気調和装置１の空調モードが冷房モードであるときには、四方弁１４は第二の状態（四方弁１４の第一ポート１４ａと第三ポート１４ｃが連通する状態）にされる。このため吐出配管３１の第二の部分３１ｂから四方弁１４の第一ポート１４ａに流入した冷媒は、第三ポート１４ｃと室外機側配管３３とを通過して室外熱交換器１５に流入する。そして、室外熱交換器１５に流入した冷媒（高温高圧の気相の冷媒）は、その内部を通過する間に外気に熱を吐き出して（外気と熱交換して）一部が凝縮する。

室外熱交換器１５を通過した冷媒は、中間配管３４を通じてそれぞれの室内機１ｂの室内熱交換器２２に流入する。なお、冷房運転時には、冷媒が廃熱回収用熱交換器１６を流れないように、バイパス配管３７上に配置される流量調整弁１９Ａは原則として閉弁される。また、中間配管３４の室内機１ｂ側には、通過する冷媒を膨張させるように（低圧化するように）構成される室内側電子膨張弁２１が配置される。このため、室内熱交換器２２には蒸発しやすいように膨張した（低圧化された）冷媒が流入する。室内熱交換器２２に流入した冷媒は、そこを通過する間に室内の空気の熱を奪って蒸発する（室内の空気と熱交換する）。これにより室内の空気が冷やされて、室内が冷房される。室内熱交換器２２を通過した冷媒は、室内機側配管３２を通じて四方弁１４の第二ポート１４ｂに流入する。

空調モードが冷房モードであるときには、四方弁１４は第二の状態（第二ポート１４ｂが第四ポート１４ｄに連通する状態）にされる。このため、四方弁１４の第二ポート１４ｂに流入した冷媒は、アキュムレータ入口配管３５を通じてアキュムレータ１８の第一の冷媒入口１８ａに流入する。このように、アキュムレータ入口配管３５には、冷房運転時と同様に、室内機１ｂから戻ってきた低温低圧の冷媒が流れる。そして、暖房運転時と同様に、アキュムレータ１８において冷媒が気液分離され、低温低圧の気相の冷媒がアキュムレータ出口配管３６を介して圧縮機１３の冷媒吸入口１３ａに流入する。このような冷媒の循環サイクルが繰り返されることにより、室内冷房が継続される。

なお、バイパス弁４１が閉状態であると、オイルセパレータ１０に流入した冷媒は、すべて出口管１０４を介して四方弁１４に流入する。一方、バイパス弁４１が開状態であると、オイルセパレータ１０に流入した冷媒の一部は、バイパス出口管１０６を介してアキュムレータ１８に流入する。このため、バイパス弁４１の開度を調整することによって出口管１０４から四方弁１４に送給される冷媒の圧力を調節できる（具体的には、冷媒の圧力が高すぎる場合にバイパス弁４１を開状態にすることで、冷媒の圧力を低くできる）。

このような空気調和装置１に前記オイルセパレータ１０が適用されると、圧縮機１３から室外熱交換器１５および室内熱交換器２２に送給される冷媒に含まれるオイルを少なくできる。このため、室外熱交換器１５および室内熱交換器２２のそれぞれに設けられる冷媒経路の内周面に付着するオイルを少なくできる（またはオイルが付着しないようにできる）から、室外熱交換器１５および室内熱交換器２２のそれぞれにおける熱交換の効率を高めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能である。

例えば、前記実施形態および変形例では、オイルセパレータ１０がバイパス出口管１０６を備える構成を示したが、オイルセパレータ１０はバイパス出口管１０６を備えなくともよい。この場合、空気調和装置１は、出口管１０４から分岐してアキュムレータに接続される配管を備えればよい。

１…空気調和装置、１０…オイルセパレータ、１０１…オイルセパレータの容器、１０２ａ，１０２ｂ…オイルセパレータの分離部材、１０３…オイルセパレータの入口管、１０４…オイルセパレータの出口管、１０５…オイルセパレータの返油管、１０６…オイルセパレータのバイパス出口管、１１１…オイルセパレータの分離部材の筒部、１１２…オイルセパレータの分離部材の底板部、１１３…オイルセパレータの分離部材のフランジ部、１１４…オイルセパレータの筒部のオイル孔、１１５…オイルセパレータの分離部材のフランジ部のオイル孔、１１６…オイルセパレータの分離部材の底板部のオイル孔

Claims (5)

1. オイルを含む冷媒から前記オイルを分離するオイルセパレータであって、
   内部に空間が形成され軸線が上下方向に略平行な向きで配置される円筒状の容器と、
   一端が開口した有底の円筒状の形状を備え、前記一端が上側に位置し前記他端が下側に位置する向きで前記容器の内部に配置され、前記容器の内部の空間を上部空間と下部空間とに区画するように構成される分離部材と、
   前記容器の外部から前記容器の前記上部空間に前記オイルを含む前記冷媒を流入させるとともに、流入した前記オイルを含む前記冷媒が前記上部空間において旋回流を形成するように構成される入口管と、
   前記容器の前記上部空間から前記容器の外部に前記冷媒を流出させるように構成される出口管と、
   を備え、
   前記分離部材は、略円筒状に構成される筒部と、前記筒部の前記他端に設けられる底板部と、を備え、
   前記筒部には、前記筒部の内周側と外周側とを前記オイルが流通可能に連通する複数の貫通孔が設けられる、
   オイルセパレータ。
2. 請求項1に記載のオイルセパレータにおいて、
   前記底板部には、前記底板部の上側と下側とを前記オイルが流通可能に連通する複数の貫通孔が設けられる、
   オイルセパレータ。
3. 請求項１に記載のオイルセパレータであって、
   前記分離部材は、
   前記筒部の前記一端側に位置しており、前記筒部の外周側に延出するフランジ部を備え、
   前記フランジ部には、前記フランジ部の上側と下側とを前記オイルが流通可能に連通する複数の貫通孔が設けられる、
   オイルセパレータ。
4. 請求項１に記載のオイルセパレータにおいて、
   前記筒部の内径は前記容器の内径よりも小さく、
   前記入口管の下端部は前記分離部材よりも上側に位置する、
   オイルセパレータ。
5. 請求項１に記載のオイルセパレータにおいて、
   前記出口管の下端部は前記筒部の内部であって、上下方向視において前記筒部の略中心に位置する、
   オイルセパレータ。
   
   

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