JP3470805B2 - オイルセパレータ構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばブローバ
イガス等のガス流体中に含まれるミスト状のオイルを分
離するオイルセパレータ構造に係り、特に、ガスヒート
ポンプ式空気調和機のガスエンジン装置に適したオイル
セパレータ構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプを利用して冷暖房を行う空
気調和機は、室内熱交換器、圧縮機、室外熱交換器、膨
張弁等の構成要素を含む冷媒回路を備えている。室内の
冷暖房は、冷媒がこの回路を巡る途中で、室内熱交換器
及び室外熱交換器においてそれぞれ熱の交換を行うこと
によって実現される。また、この冷媒回路には、室外熱
交換器による冷媒の熱の受け取り（暖房運転時）のみに
頼るのではなく、冷媒そのものを直接的に加熱するため
の冷媒加熱器が設置されることがある。

【０００３】ところで、近年、上記の冷媒回路中の圧縮
機の動力源として、通常使用されている電動機に代わ
り、ガスエンジンを利用するものが開発されている。こ
のガスエンジンを利用した空気調和機は、一般にガスヒ
ートポンプ式空気調和機（以下ＧＨＰと略す）と呼ばれ
ている。このＧＨＰによれば、比較的安価であるガスを
燃料として利用できるため、電動機を利用した圧縮機を
備えた空気調和機（以下ＥＨＰと略す）のように、ラン
ニングコストがかさむということがなく消費者にとって
コストダウンが可能となる。

【０００４】また、ＧＨＰにおいては、例えば暖房運転
時に、ガスエンジンから排出される高温の排気ガスの熱
を冷媒の加熱源として利用すれば、優れた暖房効果を得
ることが可能になるとともに、エネルギの利用効率を高
めることができる。また、このような仕組みを導入すれ
ば、冷媒回路中において、上述したような冷媒加熱器等
の機器を特別に設置する必要がなくなる。

【０００５】その他、ＧＨＰでは、暖房運転時に必要な
室外熱交換器の霜除去動作、いわゆるデフロスト動作に
ついてもエンジンの排熱を利用して実施することができ
る。一般に、ＥＨＰにおけるデフロスト動作は、暖房運
転を停止して一時的に冷房運転を行って室外熱交換器の
霜除去を行うようになされている。この場合、室内に対
して冷風が吹き出すことになるから、室内環境の快適性
を損なうこととなる。ＧＨＰでは、上記したような事情
から連続暖房運転が可能となり、ＥＨＰで懸念されるよ
うな問題の発生がない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように多くの利点
を有するＧＨＰではあるが、従来からのＧＨＰに関して
は、次のような問題点が指摘されている。

【０００７】上述したように、ＧＨＰは圧縮機の駆動源
としてガスエンジンを使用しているが、このようなガス
エンジンにおいては、ブローバイガス中に含まれている
オイル分が問題になることがある。このブローバイガス
とは、ピストンリングとシリンダとの間隙を通って燃焼
室からクランクケースへ漏れ出すガスのことであり、通
常クランクケースからエンジン吸気系に戻されて再度燃
焼室に送られる。

【０００８】さて、上述したブローバイガスは、ミスト
状の潤滑油（以下オイルミストと呼ぶ）を含んでいるた
め、ブローバイガスが流れる経路（以下ブローバイガス
系と呼ぶ）の適所にはブローバイガスフィルタのように
オイルミストを補集して除去するための装置（オイルセ
パレータ）が設けられている。図５及び図６は従来のブ
ローバイガスフィルタとして用いられているオイルセパ
レータを示す図で、図中の符号１４０はオイルセパレー
タ、１４１はケース本体、１４２はリッド（蓋部材）、
１４３はフィルタ、１４４はガス流体の入口、１４５は
ガス流体の出口、１４６はフィルタ１４３で捕集したオ
イルミストの流出出口である。なお、ケース本体１４１
及びリッド１４２により、オイルセパレータのケーシン
グが構成されている。

【０００９】このようなオイルセパレータ１４０では、
ガスエンジンのクランクケースに連通する入口１４４か
ら流入したブローバイガスがフィルタ１４３を通過し、
出口１４５からガスエンジンの吸気系に吸引される。ま
た、ブローバイガス中のオイルミストは、フィルタ１４
３を通過する際に分離除去され、ケース本体１４１の底
部に落下して流出出口１４６からガスエンジンのオイル
パンへ戻される。このため、ブローバイガスの流路とな
るフィルタ１４３の上下方向高さをできるだけ大きくと
る（厚みを増す）ことでオイルミストの分離効率を確保
しているが、フィルタ１４３については運転期間に応じ
て適宜交換する必要があるため、ケース本体１４１から
リッド１４２を取り外すことができるケーシング構造を
採用している。また、フィルタ１４３を交換する際の作
業性を考慮し、リッド１４２の取付位置は開口部の面積
を最も大きくとれる側面としている。

【００１０】しかしながら、上述した従来構造のオイル
セパレータ１４０では、オイルミストの分離をフィルタ
１４３のみに依存するものであるから、十分な分離効率
を得にくいという問題があった。この場合、フィルタ１
４３の厚みを増すことで分離効率を上げることは可能で
あるが、フィルタ１４３の厚みが増すことは圧力損失の
大幅な増加につながるものであるため限界があった。こ
のため、圧力損失の増加を伴うことなしに、ブローバイ
ガスに含まれるオイルミストを効率よく分離させること
ができる分離効率の高いオイルセパレータ構造が望まれ
る。

【００１１】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、圧力損失の増加を伴う
ことなくブローバイガスなどオイルミストを含むガス流
体からオイルミストを除去する分離効率を高め、オイル
セパレータ構造の性能を向上させることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載の
オイルセパレータ構造は、ガスヒートポンプ式空気調和
機の室外機ユニットの機械室に設置され、ミスト状のオ
イルを含むガス流体からオイル分を分離させるオイルセ
パレータ構造において、直方体形状のケーシング内に導
入した前記ガス流体を旋回流とする旋回流形成部を前記
ケーシング内の下部空間に設け、当該旋回流形成部で旋
回したガス流体を通過させるフィルタ設置部を前記ケー
シング内の当該旋回流形成部の上方に連設するととも
に、前記旋回流形成部の長手方向に延びた旋回流助長ガ
イド部材を前記旋回流形成部の中心に設け、前記ガス流
体の入口を前記旋回流形成部の下部側壁に、前記ガス流
体の出口を前記ケーシングの上面に、分離したオイル分
の流出出口を前記旋回流形成部の底面に開口するよう設
けたことを特徴とするものである。

【００１３】このようなオイルセパレータ構造によれ
ば、旋回流形成部を直方体形状としたケーシング内の下
部空間に設け、当該旋回流形成部で旋回したガス流体を
通過させるフィルタ設置部をケーシング内の当該旋回流
形成部の上方に連設するとともに、旋回流形成部の長手
方向に延びた旋回流助長ガイド部材を旋回流形成部の中
心に設け、ガス流体の入口を旋回流形成部の下部側壁
に、ガス流体の出口をケーシングの上面に、分離したオ
イル分の流出出口を旋回流形成部の底面に開口するよう
設けたので、旋回流形成部における遠心力の作用による
オイルミストの分離と、フィルタ設置部におけるフィル
タ通過によるオイルミストの分離との２段階にわたって
ガス流体からオイルミストを分離させることができるよ
うになり、圧力損失を増加させずに分離効率を向上させ
ることが可能になる。さらに、ガス流体は最初に旋回流
形成部を通過してからフィルタ設置部を通過するように
なるので、遠心分離によりオイルミスト含有量の少なく
なったガス流体をフィルタで分離除去することが可能に
なり、フィルタ交換までの寿命を延ばすことができる。
そして、遠心分離されたオイル分はフィルタ設置部を通
過することなく流出出口からケーシング外へと流出し、
また、フィルタで分離除去されたオイル分も重力で落下
して流出出口からケーシング外へ流出する。さらに、旋
回流形成部の中心にガス流体の旋回流助長ガイド部材を
設けたことによって旋回流の形成が容易になり、また、
出口をケーシングの上面中央部に配置することで旋回流
のスムーズな流出を可能にする。

【００１４】請求項２に記載のオイルセパレータ構造
は、請求項１に記載のオイルセパレータ構造において、
前記入口を前記ガス流体が前記ケーシング内の側壁面に
沿って導入される開口位置及び向きに設けたことを特徴
とするものである。

【００１５】このようなオイルセパレータ構造によれ
ば、前記入口を前記ガス流体が前記ケーシング内の側壁
面に沿って導入される開口位置及び向きに設けたので、
旋回流の形成が容易になる。

【００１６】請求項３に記載のオイルセパレータ構造
は、請求項１または２に記載のオイルセパレータ構造に
おいて、前記ガス流体が前記機械室に設置される内燃機
関エンジンのブローバイガスであり、前記入口を前記内
燃機関エンジンのクランクケースに連通させ前記旋回流
形成部を正圧領域とするとともに、前記出口を前記内燃
機関エンジンの吸気系に連通させ負圧領域に開口するよ
うにしたことを特徴とするものである。

【００１７】このようなオイルセパレータ構造によれ
ば、前記ガス流体が前記機械室に設置される内燃機関エ
ンジンのブローバイガスであり、前記入口を前記内燃機
関エンジンのクランクケースに連通させ前記旋回流形成
部を正圧領域とするとともに、前記出口を前記内燃機関
エンジンの吸気系に連通させ負圧領域に開口するように
したので、正圧のクランクケースから押し込まれたガス
流体が負圧の吸気系に吸引され、オイルセパレータ内に
おいてガス流体のスムーズな流れを形成することができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るオイルセパレ
ータ構造の一実施形態を、図面に基づいて説明する。最
初に、本発明に係るオイルセパレータ構造の適用例とし
て、ガスヒートポンプ式空気調和装置の構成例を説明す
る。ガスヒートポンプ式空気調和装置（ＧＨＰ）は、図
３に示すように、大きくは室内機ユニット１及び室外機
ユニット１０から構成される。室内機ユニット１には、
冷房運転時に低温低圧の液冷媒を蒸発気化させて室内の
空気から熱を奪い、暖房運転時には高温高圧のガス冷媒
を凝縮液化させて室内の空気を暖める室内熱交換器が具
備されている。この室内熱交換器には、後述する室外機
ユニット１０から低温低圧の液冷媒（冷房運転時）また
は高温高圧のガス冷媒（暖房運転時）が冷媒配管２によ
って供給される。なお、冷暖房を行う室内の空気は、室
内機ファン（図示省略）の作動により吸引され、室内熱
交換器を通過して冷媒と熱交換した後室内へ吹き出され
る。

【００１９】室外機ユニット１０は、圧縮機、室外熱交
換器、膨脹弁及び四方弁などを備えた冷媒回路部と、圧
縮機を駆動するガスエンジン、電動モータ及びこれに付
随する機器類を備えたガスエンジン部とを具備して構成
される。この室外機ユニット１０は、下部の機械室１１
と上部の熱交換室１２との間が仕切板（図示省略）によ
り分割されており、一方の機械室１１にはガスエンジン
１４、圧縮機１５、コントローラ（制御部）１６などの
主要機器が設置され、他方の熱交換室１２には室外熱交
換器２０、室外機ファン２１などの主要機器が設置され
ている。なお、仕切板には換気口が設けられ、機械室１
１と熱交換室１２との間が連通状態になっている。

【００２０】図４はガスエンジン１４のブローバイガス
系ＢＧを示す図で、ガスエンジン１４は、オイルパン１
４ａ、クランクシャフト１４ｂ、ピストン１４ｃ、ピス
トンリング１４ｄ、シリンダ１４ｅ、クランクケース１
４ｆ、燃焼室１４ｇ、シリンダヘッドカバー１４ｈ及び
吸気マニホールド１４ｉを具備して構成されている。ブ
ローバイガスは、燃焼室１４ｇからピストンリング１４
ｄとシリンダ１４ｅとの間隙を通ってクランクケース１
４ｆに漏出したガスであり、燃料の未燃ガス、ミスト
（霧）状となった潤滑油及び排気ガス等が含まれてい
る。

【００２１】このブローバイガスの流れは図４の中に矢
印で示されており、クランクケース１４ｆに漏出したオ
イルミストを含むブローバイガス（破線の矢印で表示）
はガスエンジン１４の内部流路ＢＧ１を通ってシリンダ
ヘッドカバー１４ｈに導かれる。シリンダヘッドカバー
１４ｈは、ブローバイ流出路ＢＧ２によってブローバイ
ガスフィルタ４０と接続されている。このため、ブロー
バイガスはシリンダヘッドカバー１４ｈからブローバイ
ガスフィルタ４０に導かれる。なお、ブローバイガスフ
ィルタ４０で除去されたオイル分は、自重によりオイル
リターンホースＢＧ３を通ってオイルパン１４ａに戻さ
れ（二点鎖線の矢印で表示）、オイルパン１４ａ内の潤
滑油と合流して再使用される。

【００２２】そして、ブローバイガスフィルタ４０でオ
イルミストが除去されたブローバイガス（一点鎖線の矢
印で表示）は、ブローバイ戻し流路ＢＧ４によりエンジ
ン吸気系の適所、たとえば吸気マニホールド１４ｉに向
けて吸引される。こうして吸気マニホールド１４ｉに導
かれたブローバイガスは、実線の矢印で表示されている
新規に吸入した空気（新気）と合流させられた後、再度
燃焼室１４ｇに戻されて燃料のガスとともに燃焼され
る。

【００２３】このように構成されたブローバイガス系Ｂ
Ｇにおいて、オイルセパレータとして設けられるブロー
バイガスフィルタ４０は、以下に説明するように構成さ
れている。このブローバイガスフィルタ４０は、図１に
示すように、中空容器の上部が開口するケース本体４１
と、ケース本体４１の上部開口を閉じる蓋部材として設
けられたリッド４２と、ケース本体４１内に収納された
不織布等よりなるフィルタ４３とを具備して構成され
る。ブローバイガスフィルタ４０のケーシングは、ケー
ス本体４１及びリッド４２により構成される。なお、図
中の符号４４はオイルミストを含んだブローバイガスの
入口、４５はオイルミストを除去されたブローバイガス
の出口、４６は除去されたオイルの流出出口である。

【００２４】図示のケース本体１は、ほぼ中空の直方体
形状とした樹脂成形部品であり、その上面を取り除くこ
とで上部開口が設けられている。上部開口の周囲には、
フランジ部４１ａが設けられている。リッド４２は、フ
ランジ部４１ａの平面視形状にほぼ一致する形状とした
樹脂成形部品の板状部材であり、このリッド４２で開口
部を塞ぐように閉じてから、固定手段４７でケース本体
４１と一体化するようになっている。ここで使用する固
定手段４７には、たとえばボルト・ナット等のように、
リッド４２を繰り返して着脱操作することが可能なもの
を選定する。なお、フランジ部４１ａには、全周にわた
ってシール部材のＯリング（図示省略）を設置してあ
る。

【００２５】一方のケース本体４１には、オイルミスト
を含んだブローバイガスをケーシング内に導入するガス
流体の入口４４と、ブローバイガスから分離・除去した
オイル分を排出する流出出口４６とが下部空間（旋回流
形成部４１Ｌ）に設けられている。また、旋回流形成部
４１Ｌの上方に位置するケース本体４１内の中間部に
は、フィルタ４３を設置する空間（フィルタ設置部４１
Ｍ）が設けられている。入口４４は、ケース本体４１の
下部側面に開口して設けられ、管路によりガスエンジン
１４のクランクケース１４ｆに連通している。図示の例
では、入口４４の位置が矩形断面の長辺側壁面にほぼ接
するよう短辺の中心から偏心し、ブローバイガスが旋回
流形成部４１Ｌ内の長辺側壁面に沿って導入されるよう
な向きに開口している。流出出口４６は、重力で落下し
たオイル分を集めて排出するようケース本体４１の底部
に開口し、管路によりオイルパン１４ａに連通してい
る。なお、入口４４及び流出出口４６が開口する旋回流
形成部４１Ｌの空間は、クランクケース１４ｆに連通し
ているため、大気圧となるケーシング外部よりも内部の
圧力が高い正圧領域となっている。

【００２６】リッド４２には、オイルミストを除去した
ブローバイガスをケーシング外に排出するガス流体の出
口４５が設けられている。この出口４５は、管路により
ガスエンジン１４の吸気系、たとえば吸気マニホールド
１４ｉに連通しているので、ケーシング内部の圧力が大
気圧より低い負圧領域に開口している。

【００２７】上述した旋回流形成部４１Ｌは、オイルミ
ストを含むブローバイガスに旋回を与えることで、ブロ
ーバイガスとオイルミストとを遠心力の作用によって分
離させる機能を有している。このため、ブローバイガス
のガス成分と比較して重いオイルミストは外側へ流出し
て壁面に付着し、重力で底面に落下する。一方、オイル
ミストより軽いブローバイガスのガス成分は、オイルミ
ストと分離されて中央付近を旋回しながら上昇し、フィ
ルタ４３を通過して負圧が作用する出口４５から吸気マ
ニホールド１４ｉへ流出する。従って、旋回流形成部４
１Ｌで分離・除去され図に残ったオイルミストは、フィ
ルタ４３を通過する際に付着して分離・除去される。

【００２８】このように、本発明のブローバイガスフィ
ルタ４０においては、旋回流形成部４１Ｌ及びフィルタ
設置部４１Ｍが共に設けられているので、２段階にわた
ってブローバイガスからオイルミストを分離・除去させ
ることができる。また、旋回流によるオイルミストの分
離は、同様の分離効果を得るためにフィルタ４３を厚く
することと比較すれば、圧力損失の増加を大幅に抑制す
ることができる。

【００２９】ところで、上述した旋回流形成部４１Ｌ
は、矩形断面の短辺側に偏心させて入口４４を設けるこ
とでガス流体の旋回流を形成していたが、図２に示すよ
うに、中心部に長手方向の仕切板５０を設けて、旋回流
を助長するガイド部材（旋回流助長ガイド部材）として
もよい。このような仕切板５０を設けると、入口４４か
ら流入したガス流体は壁面に沿って旋回しやすくなるの
で、より有効な旋回流を形成することができる。また、
図示した仕切板５０の他にも、矩形断面の角部周辺など
適所に旋回流を助長する平面または曲面のベーン（ガイ
ド部材）を設置してもよい。

【００３０】そして、ケース本体４１の旋回流形成部４
１Ｌにおいては、矩形断面の角部を曲面にすることで旋
回流をよりスムーズに形成することができる。特に、旋
回流の形成のみを考えれば、旋回流形成部４１Ｌの断面
形状は円形がもっとも好ましく、続いて楕円形状が好ま
しいのであるが、ブローバイガスフィルタ４０の設置ス
ペース確保の問題等を考慮すると、矩形断面や矩形断面
の角部を曲面としたものが有利になる。さらに、オイル
ミストを除去したブローバイガスの出口４５について
も、図２に想像線で示すように、ケーシングの上面中央
部に配置するのが好ましく、これによってもガス流体の
旋回流がスムーズに形成される。そして、この旋回流は
フィルタ４３の中心部を通り抜けて出口４５から流出す
るので、フィルタ４３によるオイルミストの除去を確実
に行うことができる。

【００３１】以上の説明では、ガス流体をＧＨＰにおけ
るガスエンジン１４のブローバイガスとして説明した
が、本発明のオイルセパレータ構造はこれに限定される
ことはなく、たとえば出口側が負圧にならないガス流体
のオイルセパレータとしても適用可能である。また、本
発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではな
く、たとえばリッド４２の位置をケース本体４１の側面
（図５参照）とするようなケーシング構造としてもよ
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更
することができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明のオイルセパレータ構造によれ
ば、オイルミストを含むガス流体を旋回流形成部及びフ
ィルタ設置部を通すことで、２段階にわたってオイル分
を分離・除去することができるので、大幅な圧力損失の
増大を伴うことなく分離効率を向上させることができ
る。また、旋回流形成部内に開口するガス流体の入口に
ついてその位置や向きを工夫したり、旋回流ガイド部材
を設置したり、あるいは、オイルミストが除去されたガ
ス流体の出口位置を中央に配置したりすることで、旋回
流の形成が容易になり、遠心力による分離効率を向上さ
せることができる。さらに、最初に旋回流形成部を通し
て遠心力によるオイルミストの分離を行うようにしたの
で、フィルタにはオイルミストの割合が少ないガス流体
を流すことになる。従って、フィルタの寿命を延ばすこ
とが可能になり、メンテナンス間隔を延長することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るオイルセパレータ構造の一実施
形態を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図で
ある。

【図２】 図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。

【図３】 本発明に係るオイルセパレータ構造の適用例
として、ガスヒートポンプ式空気調和装置の構成例を示
す図である。

【図４】 図３に示したガスヒートポンプ式空気調和装
置におけるガスエンジンのブローバイガス系を示す図で
ある。

【図５】 従来のオイルセパレータ構造を示す断面図で
ある。

【図６】 （ａ）は図５のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は図６
（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

【符号の説明】

４０ ブローバイガスフィルタ（オイルセパレータ） ４１ ケース本体 ４１Ｌ 旋回流形成部 ４１Ｍ フィルタ設置部 ４２ リッド（蓋部材） ４３ フィルタ ４４ 入口 ４５ 出口 ４６ 流出出口 ５０ 仕切板（旋回流助長ガイド部材）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスヒートポンプ式空気調和機の室外機
   ユニットの機械室に設置され、ミスト状のオイルを含む
   ガス流体からオイル分を分離させるオイルセパレータ構
   造において、直方体形状の ケーシング内に導入した前記ガス流体を旋
   回流とする旋回流形成部を前記ケーシング内の下部空間
   に設け、当該旋回流形成部で旋回したガス流体を通過さ
   せるフィルタ設置部を前記ケーシング内の当該旋回流形
   成部の上方に連設するとともに、 前記旋回流形成部の長手方向に延びた旋回流助長ガイド
   部材を前記旋回流形成部の中心に設け、 前記ガス流体の入口を前記旋回流形成部の下部側壁に、
   前記ガス流体の出口を前記ケーシングの上面に、分離し
   たオイル分の流出出口を前記旋回流形成部の底面に開口
   するよう設けたことを特徴とするオイルセパレータ構
   造。
2. 【請求項２】 前記入口を前記ガス流体が前記ケーシン
   グ内の側壁面に沿って導入される開口位置及び向きに設
   けたことを特徴とする請求項１に記載のオイルセパレー
   タ構造。
3. 【請求項３】 前記ガス流体が前記機械室に設置される
   内燃機関エンジンのブローバイガスであり、前記入口を
   前記内燃機関エンジンのクランクケースに連通させ前記
   旋回流形成部を正圧領域とするとともに、前記出口を前
   記内燃機関エンジンの吸気系に連通させ負圧領域に開口
   するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記
   載のオイルセパレータ構造。