JP2661161B2

JP2661161B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2661161B2
Application number: JP63187167A
Authority: JP
Inventors: 繁次大石; 雅好榎本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JPH0237264A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は潤滑油を冷媒に混ぜてサイクル中を循環させ
るようにした冷凍装置において、特に潤滑油と冷媒を分
離し、潤滑油を貯油する油分離器に関する。

〔従来の技術〕

通常、自動車空調装置用の圧縮機はエンジンルーム内
に配設されるようになっている。

特に、近年では種々の機器のためエンジンルーム内は
増々狭くなり、また圧縮機の小型・軽量化が望まれてい
る。

そのため、近年の圧縮機は重量増加に関与するオイル
ポンプや大きなオイル溜めは備えておらず、冷媒中に潤
滑油を混入させて圧縮吐出を行い、被給油部分の潤滑油
を行うようにしている。従って、圧縮機より吐出される
冷媒中には潤滑油が含有されている。

ただ、このような冷媒中に潤滑油を含有させて冷凍サ
イクルを循環させるためには、サイクル中を循環する冷
媒量が不足した時であっても十分な量の潤滑油が圧縮機
に戻るようにしなければならず、そのため冷媒に多めの
潤滑油の量を混入させていた。

ところが、この潤滑油は、冷媒と凝縮・蒸発等の性質
が異なるため凝縮器及び蒸発器等の性能を損ない、冷凍
装置の性能を悪化させることになる。

そこで、従来圧縮機の吐出側に第５図（ａ），（ｂ）
に示す様な油分離器100を設けることが提案されてい
る。（特公昭63−3226号公報）この油分離器100は、圧縮機より吐出された潤滑油を
含有する冷媒を導入管101より油分離室102に導入する。
導入された冷媒は上部ハウジング103あるいはサイドハ
ウジング104の壁面に沿って旋回し、その際に重量の大
きい潤滑油を遠心力によってサイドハウジング104の側
壁に衝突させて露結させ、分離除去している。そして、
潤滑油を除去した冷媒が導出管105より凝縮器２に導出
される。

また、導出器105のうち下部ハウジング106の底部で貯
油室107の潤滑油が溜まっている位置に絞り105aを設け
ている。そして油分離室102で分離された後、貯油室107
に溜まった潤滑油は絞り105aより導出管105に混入し、
導出管105内の冷媒と共に、凝縮器２へ流出するように
なっている。

尚、図中３は受液器、４は膨張弁、５は蒸発器、６は
冷媒配管である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記の様な構成では、油分離器100を冷
媒の圧力の高い圧縮機の吐出側に設けているため、冷媒
及に潤滑油がガス状となっている。

従って、冷媒と潤滑油を旋回させ、遠心力によって分
離するため、分離空間を必要とし油分離器100を大きく
しなればならないという問題がある。

また、絞り105aが不純物等によりつまらないように潤
滑油をフィルタ等を適さなければならず部品点数が多く
なるという問題がある。

本発明は、冷媒と潤滑油とを分離する分離空間を必要
とせず、また簡単な構造により冷媒と潤滑油とを分離す
る油分離器を備えた冷凍装置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〕

上記課題を解決するために、本発明の第１発明では蒸
発器より吐出された冷媒が内部を通過する連結パイプ
と、この連結パイプの外方に設けられ潤滑油を含有する
冷媒中より分離された潤滑油を貯油する貯油部と、この
貯油部の上部空間と前記連結パイプ内とを連通する第１
の連通穴とこの第１の連通穴より前記冷媒の流れに対し
て下流側であって、前記連結パイプの壁面に沿って設け
られることによって、この内壁面に沿って流れる潤滑油
を受入れると共に、前記冷媒の動圧が作用する動圧受入
れ部と、前記連結パイプに設けられ前記動圧受入れ部と
前記貯油部とを連通する第２の連通穴とを有する油分離
器を蒸発器と圧縮機の冷媒吸入側との間に設けるという
構成を採用する。

本発明の第２発明では蒸発器より吐出された冷媒が内
部を通過する連結パイプと、この連結パイプの外方に設
けられ潤滑油を含有する冷媒中より分離された潤滑油を
貯油する貯油部と、前記連結パイプに設けられ、この連
結パイプ内の断面積を減少させることにより前記連結パ
イプ内を通過する冷媒の流速を増加させる絞り部と、こ
の絞り部に設けられ、前記貯油部の上部空間と前記連結
パイプ内とを連結する第１の連通穴と、この第１の連通
穴より前記冷媒の流れに対して下流側であって、前記連
結パイプに設けられ前記連結パイプ内と前記貯油部とを
連通する第２の連通穴とを有する油分離器を蒸発器と圧
縮機の冷媒吸入側との間に設けるという構成を採用す
る。

〔作用〕

蒸発器と圧縮機の冷媒吸入側との間においては比較的
冷媒の圧力が低く、冷媒はガス状であるが比較的比重の
大きい潤滑油は液状であり、冷媒配管の内壁面を伝わっ
て流れるため冷媒と潤滑油とが容易に分離される。本発
明の第１発明では第１の連通穴を介して、貯油部に冷媒
の静圧が作用し、動圧受入れ部に冷媒の動圧を受けてい
るため、連結パイプ内壁に沿って流れ動圧受入れ部に溜
まった潤滑油は第２の連通穴を介して貯油部内に導入さ
れる。そして、貯油部内に溜まった潤滑油の重力による
液圧が第２の連通穴を介して動圧受入れ部に作用してい
るため、油分離器に溜められる潤滑油の量は冷媒の動圧
と液圧とによって制御される。

本発明の第２発明では連結パイプ内に設けられた絞り
部を冷媒が通過する際、ベンチュリー効果によって冷媒
の流速が増加し、絞り部近傍の連結パイプ内圧力が他の
部位に比べて低下する。この圧力低下が第１の連通穴を
介して、貯油部に作用し、貯油部内の圧力が低下する。
そのため第２の連通穴を介して連通する連結パイプ内
と、貯油部との間に圧力差が生じる。この圧力差によっ
て連結パイプの内壁に沿って流れる潤滑油が第２の連通
穴より貯油部内に吸い込まれる。そしてその後貯油部内
に溜まった潤滑油の重力による液圧及び貯油部の上部空
間に作用する圧力との圧力和と、連結パイプ内の圧力が
第２の連通穴を介して等しくなるまで潤滑油が貯油部内
に流入する。貯油部の上方空間圧力、すなわちこの貯油
部内に第１連通穴を介して連通される絞り部近傍の連結
パイプ内圧力は連結パイプ内を流れる流速により変化す
るので、その流速に応じた量の潤滑油が貯油部内に流入
する。

〔発明の効果〕

以上により、冷媒の潤滑油を分離する特別な分離空間
を設ける必要もなく、またオリフィス等を用いて貯油部
に溜められた潤滑油の放出量を制御する必要もないた
め、簡単な構造により容易に冷媒と潤滑油を分離するこ
とができる。

〔実施例〕

本発明第１発明の一実施例について図面に基づき説明
する。

第４図中200は後述する油分離器、１は図示しない自
動車走行用エンジンの駆動力と電磁クラッチを介して受
け、冷媒を潤滑油と共に圧縮吐出する圧縮機である。２
は圧縮機１より吐出された冷媒の凝縮を行う凝縮器、３
は凝縮器２で液化した冷媒を気相と液相とに分離する受
液器、４は受液器３より液冷媒のみ導入し液冷媒を低温
低圧の霧状に膨張させる膨張手段、５は冷媒の蒸発を行
う蒸発器、６は各装置を接続する冷媒配管である。

そして、上記サイクル中を潤滑油を含有する冷媒が循
環し、冷媒が蒸発器５により蒸発する際、空気より気化
熱を奪い冷房を行う。

次に油分離器について説明する油分離器200は第１図
乃至第３図に示す様に冷媒配管６（第４図）の一部をな
す連結パイプ201を備える。連結パイプ201はその一端20
1aの開口面積より他端201bの開口面積の方がやや大きい
アルミニウム製の管材よりなる。また、連結パイプ201
の一端201aにはジョイント202（連結パイプ201の一部）
がろう付固定されており、このジョイント202を間に介
して蒸発器５（第４図）の冷媒導出側の冷媒配管に連通
接続されている。連結パイプ201の他端201bの略中心に
は円板形状をなすアルミニウム製品の油受け部203がろ
う付け固定されている。

この油受け部203の中心部には図中上方に向けて連結
パイプ201内に伸びる円筒壁203aが形成されている。こ
の円筒壁203aは冷媒及に潤滑油の流れに対して垂直、つ
まり連結パイプ201の内壁面201cにほぼ並行に形成され
ている。そして円筒壁203aにより円形孔203bが形成され
ている。

連結パイプ201の内壁面201cと油受け部203の円筒壁20
3aとにより動熱受入れ部206が形成されている。

油受け部203の段付部203dにはジョイント204（連結パ
イプ201の一部）がろう付固定されている。そして連結
パイプ201の他端201bは油受け部203を介してジョイント
204と連結し、このジョイント204を介して圧縮機１（第
４図）の冷媒導入側の冷媒配管６（第４図）に連通接続
されている。尚、連結パイプ201,ジョイント202及び203
は冷媒配管６と一体でもよい。

また、連結パイプ201の外周を覆うようにアルミニウ
ム製のタンク部205が設けられている。このタンク部205
は略中心に円形孔205cを有する平板部205aと円筒状の円
筒部205bとを深絞りにより一体成形する。平板部205aの
円形孔205cには連結パイプ201が挿入され、ろう付固定
されている。また、タンク部205の下方端205dが油受け
部203にろう付固定され、外周壁203cにより保持されて
いる。

ここで、連結パイプ201にはタンク部205内であってか
つ、その上方部の部位に径が２〜3mm程度の第１の連通
孔201eが形成されている。この第１の連通穴201eにより
連結パイプ201内とタンク部205の上方空間205eとが連通
されている。従って、連結パイプ201内と上方空間205e
とが均圧される。

また、連結パイプ201の他端201bには径が２〜3mm程度
の第２の連通穴201fが形成されている。

この第２の連通穴201fと動圧受入れ部206により連結
パイプ201内とタンク部205内は連通している。

尚、連結パイプ201の外壁面201d,タンク部205及び受
け皿部203により潤滑油を貯油する貯油部207が形成され
ている。

第１の連通穴の径を２〜3mm程度としたのは上方空間2
05eに作用する静圧を保持しやすくるためである。

第２の連通穴201fの径を２〜3mm程度としたのは連結
パイプ201内の動圧が動圧受入れ部206に作用し、そして
第２の連通穴201fを介して貯油部207内の潤滑油の重力
による液圧が動圧受入れ部206に作用しているため、貯
油部207内の潤滑油量を連結パイプ201内の圧力変動に応
じて良好に調節するためである。取付スペース等の制約
上、タンク部205は連結パイプ201の全周でなく一部分に
設けてもよく、形状は円筒状でなくても良い。

次に冷凍サイクルが作動した場合の油分離器200の状
態を説明する。

蒸発器５の冷媒導出側から圧縮機１の吸入側に向け潤
滑油は冷媒配管６の管壁に沿って流れるため、冷媒配管
６に接続されたジョイント202を通り、連結パイプ201の
内周壁201cに沿って流れる。そして、第３図に示すよう
に、管壁に沿って動圧受入れ部206が形成されているた
め、連結パイプ201に沿って流れた潤滑油は動圧受入れ
部206に流入し、第２の連通穴201fより貯油部207内に流
れ込む。

この時、連結パイプ201内を流れる冷媒及び潤滑油の
動圧（潤滑油は連結パイプ201の内壁201cに沿って流れ
るため、潤滑油の動圧は冷媒の動圧に比べ著しく小さく
ほとんど無視できる。）が動圧受入れ部206の潤滑油の
液面に作用している。連結パイプ201内の静圧は第１の
連通穴201eを介してタンク部205の上方空間205hを圧力
と均圧している。

そして、貯油部207に溜まった重力による潤滑油の液
圧が第２の連通穴201fを介して動圧部206内の潤滑油に
作用している。また動圧受入れ部206内の潤滑油には連
絡パイプ201内を流れる冷媒の動圧が作用している。

従って、貯油部207内に溜まっている重力による潤滑
油の液圧と連結パイプ201内を流れる冷媒の動圧とがつ
り合うまで貯油部207内には潤滑油が溜まることにな
る。

冷凍サイクルの通常運転時にはサイクル内の被潤滑部
を潤滑するのに不要となり、熱交換率を低下させるある
所定の量の潤滑油が貯油部207内に溜まる。

蒸発機５より吐出される冷媒量が冷凍サイクルの通常
時より多い場合、連結パイプ201内を流れる冷媒の比重
は冷凍サイクルの通常運転時に比べ大きくなる。よって
動圧受入れ部206内の潤滑油に作用する動圧が大きくな
り、この動圧と貯油部207内に溜まった重力による潤滑
油の液圧がつり合うまでさらに貯油部207内に潤滑油が
溜まる。

蒸発器５より吐出される冷媒量が冷凍サイクルの通常
時より少ない場合（ガス冷媒不足時）、連結パイプ201
内を流れる冷媒の比重は冷凍サイクルの通常運転時より
著しく小さくなる。よって、動圧部206内の潤滑油に作
用する動圧が小さくなり、この動圧と貯油部207に溜ま
った重力による潤滑油の液圧がつり合うまで貯油部207
内の潤滑油が第２の連通穴201fを介して動圧受入れ部20
6より連結パイプ201内に流出する。

従って、冷媒流量（冷媒の動圧）に応じて油分離器20
0内に溜まる潤滑油の量が制御される。

つまり、冷媒量に応じてサイクル内を循環する潤滑油
の量が必要に応じて変化するため冷房能力は向上する。
しかも、ガス不足時においては潤滑油の循環量は現状並
であり、圧縮機を破損させることもない。

ここで、連結パイプ201内を通過する冷媒の圧力と貯
油部207内の潤滑油の液圧とのつり合いより（連結パイ
プ201の内壁201cを伝わる潤滑油の圧力は冷媒の圧力に
比べはるかに小さく無視できる。） γ_R:ガス冷媒比重（kg/m³） V_R:ガス冷媒流速（m/sec） g:重力加速度（9.8m/sec） γ_oil:オイルの比重（kg/m³） h:オイル液面高さ（ｍ） G_R:ガス冷媒流量（kg/h） A:冷媒配管の断面積（m²）貯油部内に溜まる潤滑油の量は ΔQ:貯油量（m³） S:貯油部の断面積（m²）また、サイクル内の油循環率ψは本発明者らの実験に
よると次式により近似できることがわかった。

Q:サイクル内の全潤滑油量（cc）貯油部内に溜まった潤滑油の量だけサイクル内を循環
する潤滑油の量は減少するため（３）式は、となる。

よって、（２）式及び（４）式により本発明の油循環
率が求められる。

第６図に上記の式により計算した結果を示す。

冷凍サイクルの通常運転状態では図中Ｌ点からＭ点の
間で貯油部内に潤滑油が徐々に溜まっていく。そして、
冷媒の動圧と貯油部内の液圧がつり合うまで潤滑油は貯
油部内に溜まる。つり合った状態ではほぼγ_Ｒ＝14kg/m
³の状態となる。

Ｍ点において貯油部内は潤滑油で満たされ、それ以降
はＭ点からＨ点へと油循環率ψは変化していく。

冷媒流量が多い場合、冷媒の比重は大きくなり、ほぼ
γ_Ｒ＝20kg/m³の状態に達する。

冷媒流量が少ない場合（冷媒ガス不足時）、冷媒の比
重は著しく小さくなりほぼγ_Ｒ＝5kg/m³の状態の左方に
相当する。

以上の様に冷媒流量が多くなるにつれて、必要以上の
潤滑油は一定量油分離器に溜めることができるため油循
環率は低下し、冷媒不足時は油分離器に溜まる潤滑油量
は少ないため油循環率は現状並となる。

尚、冷媒流量Ｇ冷媒の比重γ_Ｒとの関係は蒸発器の冷
媒吐出側の吐出圧力によって変動するため若干の変動幅
がある。

他の実施例として積層型熱交換器を蒸発器として用い
た場合、第７図（ａ），（ｂ）に示す様に蒸発器５の冷
媒導出側付近に貯油部207を形成するアルミニウム製の
平板208を追加し、この平板208の下方部に冷媒の圧力を
受ける動圧受入れ部206を形成するための突出部208aを
設ける。そして、動圧受入れ部206を介して冷媒通路5b
と貯油部207とを連通する第２の連通穴201fが設けられ
ている。この場合潤滑油は第１の連通穴201e及び第２の
連通穴201fの両方より貯油部207に導入される。

効果についてはほぼ一実施例と同様であるが、さらに
部品点数が少なく、簡単な構造となるため油分離器200
を安価に製造することができる。

本発明の第２発明の一実施例について図面に基づき説
明する。

第８図に示す様に連結パイプ201の冷媒流れに対して
上流側に位置する部分が内方に絞られ、絞り部201gが形
成されている。この絞り部201gは極力圧損を小さくする
ため、なめらかに絞られている。タンク部205の下端に
は油受け部210がろう付固定されている。この油受け部2
10の内方には図中、下方に向けて伸びる円筒壁210aが形
成されている。そして、この円筒壁の先端にはジョイン
ト204（連結パイプの一部）が接続固定されている。ま
た、連結パイプ201の下端がこのジョイント204に接続さ
れている。

ジョイント４の内壁には環状に油停滞部204aが形成さ
れている。そして、この油停滞部204aと貯油部207とを
連通する第２の連通穴201fがジョイント204に設けられ
ている。この第２の連通穴201fは潤滑油の吸込みを早
め、冷凍サイクルの挙動に対する応答性を良くするため
に複数個設ける。その他の構成は第１の発明と同様であ
る。

連結パイプ201の内周壁201cに沿って流れてきた潤滑
油は油停滞部204aに流れ込む。

この時、冷媒が絞り部201gを通過し、タンク部205の
上方空間205hは第１の連通穴201eを介して絞り部201gの
位置する連結パイプ210内と連通しているため、上方空
間205hに作用している圧力が下がる。

また、油停滞部204aは絞り部201gから離れているた
め、この油停滞部204aに作用する連結パイプ201内の圧
力は上方空間205hの圧力より高い。

従って、油停滞部204aに溜まっている潤滑油は第２の
通過穴を介して、貯油部207内に導入される。

そして上方空間205hに作用している圧力と貯油部207
内に溜まっている潤滑油の重力による液圧との和が第２
の連通穴を介して油停滞部204aに作用する。

従って、この圧力と液圧との和と連結パイプ201内の
圧力とがつり合うまで貯油部207内に潤滑油が溜まる。

ここで、第１の連通穴201eと第２の連通穴201fとの圧
力差ΔＰは、 ΔＰ＝P₁−P₀ となり、となる関係よりとなる。

そして、この圧力差とつり合うま潤滑油を溜めること
ができるので、従って、潤滑油の液面高さｈは、となる。

A₀:冷媒配管の断面積（m²） V₀:断面積A₀部でのガス冷媒の流速（m/sec） P₀:断面積A₀部での圧力（kg/m²） A₁:絞り部の断面積（m²） V₁:絞り部でのガス冷媒の流速（m/sec） P₁:絞り部での圧力（kg/m²）即ち、前述の（１）式と同じ関係式が得られ、同様に
してサイクル内の潤滑油の循環率を制御できる。

その他の作用・効果は第１の発明と同様である。

また、本発明はレシーバサイクルに適用したがアキュ
ムレータサイクルにも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１発明の一実施例を示す要部断面
図、第２図は第１図のII−II断面図、第３図は第１図の
III−III断面図、第４図は本発明の模式構成図、第５図
（ａ），（ｂ）は従来の冷凍装置を示す図で、第５図
（ａ）は模式構成図、第５図（ｂ）は要部断面図、第６
図は冷媒流量と油循環率の関係を示す図、第７図
（ａ），（ｂ）は本発明の第１発明の他の実施例を示す
要部模式図で、第７図（ａ）は正面図、第７図（ｂ）は
上面図、第８図は本発明の第２発明の一実施例を示す要
部断面図である。１……圧縮機,2……凝縮器,4……膨張手段,5……蒸発
器,200……油分離器,201……連結パイプ,201c……内壁
面,201e……第１の連通穴、201f……第２の連通穴,201g
……絞り部,204a……油停滞部,206……動圧受入れ部,20
7……貯油部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】潤滑油を含有する冷媒中より潤滑油を分離
する油分離器と、この油分機器を通過した冷媒を吸入し、圧縮吐出を行う
圧縮機と、この圧縮機より圧縮吐出された冷媒ガスを液化する凝縮
器と、この凝縮器により液化された液冷媒を膨張させ霧状にす
る膨張手段と、この膨張手段により霧状にされた冷媒を蒸発させる蒸発
器とを順次継続した冷凍装置において、前記油分離器は、前記蒸発器より吐出された冷媒が内部
を通過する連結パイプと、この連結パイプの外方に設けられ、前記冷媒中より分離
された潤滑油を貯油し、前記冷媒の静圧が作用する貯油
部と、前記連結パイプに設けられ、前記連結パイプ内と前記貯
油部の上部空間とを連通する第１の連通穴と、この第１の連通穴より前記冷媒の流れに対して下流側で
あって、前記連結パイプの内壁内に沿って流れる潤滑油
を受け入れると共に、前記冷媒の動圧が作用する動圧受
入れ部と、前記連結パイプに設けられ、前記動圧受入れ部と前記貯
油部とを連通する第２の連通穴とを備えることを特徴と
する冷凍装置。
【請求項２】潤滑油を含有する冷媒中より潤滑油を分離
する油分離器と、この油分離器を通過した冷媒を吸入し、圧縮吐出を行う
圧縮器と、この圧縮機より圧縮吐出された冷媒ガスを液化する凝縮
器と、この凝縮器により液化された液冷媒を膨張させ霧状にす
る膨張手段と、この膨張手段により霧状にされた冷媒を蒸発させる蒸発
器とを順次継続した冷凍装置において、前記油分離器は、前記蒸発器より吐出された冷媒が内部
を通過する連結パイプと、この連結パイプの外方に設けられ、前記冷媒中より分離
された潤滑油を貯油する貯油部と、前記連結パイプ内に設けられ、この連結パイプの断面積
を減少させることにより、前記連結パイプ内を通過する
冷媒の流速を増加させる絞り部と、この絞り部に設けられ、前記貯油部の上部空間と前記連
結パイプ内とを連結する第１の連通穴と、この第１の連通穴より前記冷媒の流れに対して下流側で
あって、前記連結パイプに設けられ、一端が貯油部内に
開口し、他端が前記連結パイプの内周壁に開口すること
によって前記連結パイプ内と前記貯油部とを連通する第
２の連通穴とを備えることを特徴とする冷凍装置。