JP3671552B2

JP3671552B2 - 圧縮機用油分離器およびその製造方法

Info

Publication number: JP3671552B2
Application number: JP28033596A
Authority: JP
Inventors: 英行中島; 洋北浦; 勇嗣坂田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2016-09-30
Also published as: CN1205055A; US6082981A; JPH10103264A; WO1998014705A1; TW347444B; EP0864754A4; DE69717786T2; KR100271414B1; MY115247A; CA2238342A1; ES2184132T3; KR19990071734A; EP0864754A1; CN1081755C; EP0864754B1; DE69717786D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮機用油分離器およびその製造方法に関し、特に、冷凍機等に用いられる圧縮機において、高圧室側に送り込まれた冷媒に混入した油を低圧室側に戻すために冷媒から分離する圧縮機用油分離器およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍機用の冷凍サイクルの一構成要素として用いられる圧縮機においては、モータ駆動軸の軸受け部および圧縮要素を潤滑する目的で油が供給され、この油は、圧縮機内において冷媒に混入して、冷媒とともに圧縮要素を通って高圧室に吐出される。このようにして冷媒に混入した油が、圧縮機から吐出されて冷凍サイクルに侵入すると、冷凍サイクルを構成する蒸発器における熱交換の際に熱交換率が低下する。そこで、圧縮機内の高圧室に入った油を冷媒から分離して、低圧室側へ戻す手段が講じられている。本発明が対象とする圧縮機の油分離器は、このような手段のひとつとして、圧縮機内の高圧室に入った油を冷媒から分離する目的で設けられる。
【０００３】
この種の圧縮機の油分離器を示す従来の技術として、特開平１−２４０７８７号公報に開示された、デミスタを含む油分離器が取付けられたスクロール圧縮機が挙げられる。同公報に開示されたスクロール圧縮機は、図６に示すように、ケーシング胴体１の上端部に、外部吐出口２を開口させたケーシングトップ３を結合するとともに、このケーシングトップ３の開口側端部に固定スクロール４の鏡板５を、焼きばめ等により圧入して、ケーシング胴体１と区画された吐出チャンバ６を鏡板５の上方に形成している。
【０００４】
固定スクロール４には、可動スクロール７に対向させて、架構８を支持するとともに、その架構８の下部にはモータ（図示せず）が設けられ、このモータの駆動によって、固定スクロール４に対して可動スクロール７が公転駆動される。この可動スクロール７の公転駆動によって、固定・可動スクロール４，７間に低圧室１０から吸入された冷媒ガスを圧縮し、この圧縮された冷媒ガスを、固定スクロール４の中央部に設けられた吐出孔１１から吐出チャンバー６に吐出し、外部吐出口２を介して吐出管１２に吐出するようにしている。
【０００５】
このスクロール圧縮機の固定スクロール４の上面には、油分離器１３が取付けられており、冷媒ガスとともに吐出チャンバー６に吐出された油は、この油分離器１３により冷媒ガスから分離される。分離された油は、固定スクロール４および架構８を貫通して上下方向に延びる油戻し管１４を通ってケーシング胴体１の底側に戻される。油戻し管１４の吐出チャンバー６側端部周辺には凹部１５を形成して、この凹部１５に冷媒ガスから分離された油を溜め、油中のごみを沈殿させて除去するようにしている。
【０００６】
油分離器１３は、ステンレス鋼などの金属細線を１本あるいは複数本撚り合わせて帯状に織ったものを、所定回数巻くことにより環状に形成された、網状のデミスタ１３ａと、その周囲の一部および上面を覆うようにしてデミスタ１３と一体化された板金状の取付金具１３ｂとから構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
冷凍機用圧縮機の潤滑用油として、冷凍機用の冷媒として従来から用いられてきたフロン系のＲ２２冷媒との親和性が良好であることから、鉱油系のスニソ４ＧＳが主として使用されてきた。このスニソ４ＧＳは、その分子構造中に酸素基がないために極性を持たない、いわゆる無極性油である。無極性油の場合には、油分離器１３のデミスタ１３ａ表面に単分子膜を形成しにくいために、油分離器１３に対する油の濡れ性が損なわれず、油分離器１３による油捕捉性が良好に保たれる。
【０００８】
しかしながら近年において、フロン系の冷媒によるオゾン層の破壊が問題となり、環境破壊防止の観点から、フロン系冷媒の使用を規制する国際的動向に応じて、塩素を含まないためにオゾン層を破壊しないＨＦＣ（Hydro-Fluoro-Carbon)系の冷媒であるＲ４０７Ｃに置き換える傾向にある。このＨＦＣ系の冷媒が使用される場合の潤滑油として、ＨＦＣ系の冷媒との親和性が良好な化学合成油であるエステル，エーテル油などが用いられる。このうち、エステル，エーテル油は、分子構造中に酸素基を有しているために極性を有する。極性油の場合には、油分離器１３のデミスタ１３ａ表面に単分子膜を形成し易く、一旦単分子膜がデミスタ１３ａ表面に形成されると、その後の油分離器１３に対する油の濡れ性が劣化してしまう。すなわち、単分子膜が形成されたデミスタ１３ａ表面は油を弾き易くなるため、油が油分離器１３で捕捉されにくくなって、再飛散し易くなる。その結果、高圧室に吐出された油が冷媒から分離されることなく冷凍サイクル内に侵入し、蒸発器での熱交換率等を低下させるために、冷凍効率が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解消するため、ＨＦＣ系の冷媒と極性を持った油（たとえばエーテル油）とを組み合わせて用いた場合においても、油分離性能を低下させることのない圧縮機の油分離器を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１にかかる本発明の圧縮機用油分離器は、ＨＦＣ系の冷媒と極性を持った油とを組合せて用いる圧縮機内において圧縮媒体とともに低圧室から高圧室へ流入する油を圧縮媒体から分離するために用いられるものであって、金属細線を編んで形成された網状をなすとともに、油の捕捉性能を高めるためのサンドブラスト処理を施した表面を有する網状本体部を備えている。
網状本体部は、金属細線を編んで形成された網状の帯を１回または複数回巻くことにより形成された環状体を含み、該環状体を構成する網状の帯の表裏両面にサンドブラスト処理が施される。
環状体は、高圧室において油を含む圧縮媒体の流れがその内周面に対して流入し、当該圧縮流体から油が環状体の中心軸方向に沿って分離されるように、高圧室に配設される。
【００１１】
この構造によれば、網状本体部の表面をサンドブラストで処理していることにより、油分離器による油の捕捉効率が上昇し、油分離特性を向上させることができる。網状本体部の表面をサンドブラストで処理することにより油の捕捉効率上昇の作用を有する理由として、主として次の４項目が挙げられる。
▲１▼ 網状本体部の表面に凹凸が形成されることにより、表面積が増加する。
▲２▼ 網状本体部の表面に微小なクラックが形成されることにより、油の食い込みを生じさせる。
▲３▼ 網状本体部の表面に、スリップステップ，転位末端，格子歪みなどの格子欠陥を多数発生させることによって、それらが、エネルギー的に不安定でかつ化学的な活性点として作用し、網状本体部を構成する金属表面を反応性に富む表面に変化させる。
▲４▼ エキソエレクトロン現象（Ｋｒａｍｅｒ効果）に基づく作用による。エキソエレクトロン現象とは、ブラスト等の機械加工直後の金属表面から一過性の電子放射が起こる現象を言い、室温でも起こり得る。放射されるエキソエレクトロンは、約１ｅＶのエネルギーを持ち、ある種の表面反応に対して触媒的な作用を有する（これらの▲１▼〜▲４▼の理由は、昭和５１年６月２５日丸善株式会社発行の「金属物性基礎講座第１０巻，界面物性」のｐ．２２２−ｐ．２２３に挙げられている）。
【００１２】
また、網状本体部が、金属細線を編んで形成された網状の帯を１回または複数回巻くことにより形成された環状体を含み、該環状体を構成する網状の帯の表面にサンドブラスト処理が施されていることにより、油が油分離器を通過する際に、網状本体部のサンドブラスト処理が施された表面に複数回接触するため、その回数に応じて油が捕捉される度合いが増加し、良好な油分離特性を得ることができる。
【００１３】
請求項２にかかる本発明の圧縮機用油分離器の製造方法は、請求項１に記載の圧縮機用油分離器を製造する方法であって、一本の金属細線または複数本撚り合わせた金属細線を編むことにより、網状の帯を形成する工程と、網状の帯の表面にサンドブラスト処理を施す工程と、油の捕捉性能を高めるためのサンドブラスト処理を施した網状の帯を１回または複数回巻くことにより、環状体を形成する工程とを備える。この製造方法によれば、請求項１に記載の構造を有する本発明の圧縮機用油分離器を、容易にかつ生産性良く形成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。本発明が対象としているのは、圧縮機用油分離器であり、圧縮機自体の構造によって、直接的には左右されるものではないが、以下に述べる本発明の各実施例の評価テストには、上記従来の技術で説明したものとはやや異なる構造を有するスクロール圧縮機を用いているため、まず、本実施の形態の圧縮機用油分離器を搭載するとともに、その評価テストに使用されたスクロール圧縮機の概要について、図１に基づいて説明する。
【００１５】
図１に示すスクロール圧縮機は、たとえば特開平４−２４１７０２号公報に開示されたスクロール圧縮機に、油分離器としての油分離器を搭載した構造を有している。このスクロール圧縮機は、密閉されたケーシング２１内の上部に、圧縮部としての固定スクロール２２と可動スクロール２３とを備えている。固定スクロール２２は、そのスクロールが下方を向くように架構２４に固定されている。可動スクロール２３はそのスクロールが固定スクロール２２のスクロールと対向するように配置されている。架構２４には、軸受Ｂが設けられ、駆動軸２５を支持している。この駆動軸２５の上部は可動スクロール２３に連結され、下部はモータＭに連結されている。
【００１６】
固定スクロール２２の上方には、区画部材３０が設けられており、その区画部材３０の上方には高圧室２１ａが、下方には低圧室２１ｂがそれぞれ形成されている。すなわち、区画部材３０がケーシング２１内を高圧室２１ａと低圧室２１ｂとに仕切る仕切り部材としての役目を果たしている。低圧室２１ｂには、凝縮器（図示せず）にて凝縮し、低温低圧となった冷媒を導入するための吸入管３４が接続されている。高圧室２１ａには、固定スクロール２２および可動スクロール２３によって圧縮され、高温高圧となった冷媒を蒸発器（図示せず）に送り込むための排出管３２が接続されている。
【００１７】
固定スクロール２２および架構２４には、比較的径の大きな通孔２６が形成されている。その通孔２６には径の細いキャピラリ管２８が挿通されており、その上端近傍がブッシュ２７によって固定スクロール２２に支持されている。キャピラリ管２８の下端はモータＭの近傍まで達している。
【００１８】
このスクロール圧縮機の区画部材３０の上面には、油分離器３３が取付けられており、冷媒ガスとともに高圧室２１ａに吐出された油は、この油分離器３３により冷媒ガスから分離される。油分離器３３は、図２および図３に拡大してしめすように、ステンレス鋼などの金属細線を１本あるいは複数本撚り合わせて帯状に織ったものを、所定回数巻くことにより環状に形成された、網状本体部としてのデミスタ３３ａと、その周囲の一部および上面を覆うようにしてデミスタ３３ａと一体化された板金状の取付金具３３ｂとから構成されている点で、上記従来例における油分離器１３と共通であるが、本実施の形態の油分離器３３においては、後述するように、そのデミスタ３３ａを構成する帯状の網の表面をサンドブラストによって処理している点に特徴がある。
【００１９】
上記のように構成されたスクロール圧縮機の動作について説明する。まず、モータＭの駆動により駆動軸２５が回転し、可動スクロール２３が固定スクロール２２に対して公転駆動する。低圧室２１ｂに吸入管より導入された低温低圧の冷媒は、固定スクロール２２および可動スクロール２３とによって囲まれる空間に導入される。導入された冷媒は、可動スクロール２３の公転駆動によって圧縮され、突出口３１より高圧室２１ａへ吐出される。高温高圧となった冷媒は、その後排出管３２へと流れる。図１中の太い矢印は、冷媒，油の流れる方向を示している。
【００２０】
油の流れに注目すると、まず、冷媒とともに高圧室２１ａに入った油は、油分離器３３で冷媒から分離されて区画部材３０に設けられた凹部２９に溜まり、その後、キャピラリ管２８を経て低圧室２１ｂに戻される。
【００２１】
上述したように、本実施の形態においては、サンドブラストによる表面処理を施したデミスタ３３ａを備えた油分離器３３を用いており、これによって、従来の油分離器に比べて油の捕捉効率を上昇させ、油分離効率を向上させている。以下、このデミスタ３３ａの製造方法について、図４に示した複数の巻数を有するデミスタを例にとって説明する。
【００２２】
まず、標準素線としての径が約０．１２ｍｍのステンレス鋼（たとえばＳＵＳ３０４）細線を５本撚り合わせ、これを編むことによって、所定長さおよび所定幅を有する網状の帯３３ｃを形成する。その後、この網状の帯を脱脂洗浄した上で、表裏両面にサンドブラスト処理を施す。このサンドブラスト処理では、サンドとして、粒径が２００μｍ以下、硬度が５００〜５５０Ｈｖのガラスビーズが用いられる。より具体的には、下記の表１に示すサンド成分を有し粒径が１５０〜２００μｍの、東芝製「ブラスティングビーズ」を使用することができる。また、サンドブラスト処理におけるブラスト条件としては、ショット圧６ｋｇ／ｃｍ²，ショット時間１〜２秒，ショット距離１００ｍｍ程度が好ましい。
【００２３】
【表１】

【００２４】
次に、サンドブラスト処理を施した網状の帯３３ｃを巻き取り、スポット溶接によって相互に接合して、たとえば図４に示すような、所定の内径Ｄ₁，外径Ｄ₂，高さＨを有する環状のデミスタ３３ａが完成する。図４（ｃ）に示す長さＬは、巻きしろを表している。図４では、巻数が５の場合を示しており、この巻数は必要に応じて適宜増減されるが、一般的には、巻数が多い程、通過する冷媒と油の混合物がデミスタの表面と接触する回数が多くなるため、冷媒から油を分離する度合いが大きくなると言える。また、上述したように、網状の帯３３ｃの両面にサンドブラスト処理を施した後に巻取ることにより、巻取った後にサンドブラスト処理を施す場合に比べて、冷媒および油の混合物が通過して接触するすべての表面においてサンドブラストによる効果を得ることができ、油分離効率を最大限に向上することができる。
【００２５】
以下、サンドブラストによる表面処理を施した油分離器３３を用いることによる効果を実証する種々の実施例について、その評価テスト結果とともに説明する。
【００２６】
（実施例１）
まず実施例１として、下記の表２に示す５種類のデミスタ試料について、冷媒／油の組合せとしてＲ４０７Ｃ／エーテル油を用いて、油分離特性対比テストを行った。表２に示すＮｏ．１〜５のデミスタ試料のうち、Ｎｏ．１は表面処理を施さない素線からなるベース仕様、Ｎｏ．２はサンドブラスト処理を施した本発明品、Ｎｏ．３〜５はサンドブラスト処理以外の表面処理を施した比較品である。なお、各表において、試料Ｎｏ．の左側または上に＊印を付したデミスタ試料が本発明の実施品に該当し、その他はすべて、本発明の範囲外の比較品である。
【００２７】
評価テストの結果は、表２に示すとおりである。表２において、油上り率とは、冷凍サイクルに流入した冷媒／油の混合物が凝縮器において液化した状態での油の重量％を意味し、油分離効率とは、デミスタによる油の捕捉効率、すなわち、デミスタを設けないときに冷媒と混合されたまま流出する油の重量をｗ₁，デミスタを設けたときの冷媒と混合されたまま流出する油の重量をｗ₂とした場合の（ｗ₁−ｗ₂）／ｗ₁×１００ｗｔ．％を意味する。
【００２８】
【表２】

【００２９】
表２に示したテスト結果からわかるように、本発明品である試料Ｎｏ．２のデミスタを用いた場合、ベース仕様あるいは表面にサンドブラスト以外の処理を施した他のデミスタ試料を用いた場合に比べて、大幅な油上り率の減少および油分離効率の上昇を実現している。また、サンドブラスト処理は、他の表面処理に比べて製作性も良好であり、製造単価を大きく増加させることもない。
【００３０】
（実施例２）
次に、実施例２として、サンドブラスト処理による油分離効率向上の効果を詳細に分析する目的で、冷媒／油、その他のテスト条件を上記実施例１の場合と同様にして、デミスタ試料Ｎｏ．６〜８を用いて評価テストを行った。その結果を表３に示す。
【００３１】
【表３】

【００３２】
表３の「仕様」の欄に記載されているように、試料Ｎｏ．６，試料Ｎｏ．７−１および７−２はいずれもサンドブラスト処理を施した本発明品、試料Ｎｏ．８はサンドブラスト処理を施さずかつプレス成形された比較品である。表３に示した評価テスト結果からわかるように、サンドブラスト処理を施した本発明品を用いた場合、サンドブラスト処理を施さない比較品（試料Ｎｏ．８）を用いた場合に比べて、油分離効率が上昇している。
【００３３】
（実施例３）
次に、実施例３として、上記実施例２と同様の目的で、ベースとなる圧縮機の容量を変更し、表４に示すデミスタ試料Ｎｏ．９（本発明品）およびＮｏ．１０−１および１０−２（比較品）を用いて、評価テストを行った。この場合、圧縮機の容量の変更に伴い、それに搭載されるデミスタのサイズも変更される。表４に示すテスト結果からも、比較品に比べて本発明品である試料Ｎｏ．９のデミスタを用いた場合、比較品を用いた場合に比べて油上り率が大幅に減少していることがわかる。
【００３４】
【表４】

【００３５】
（実施例４）
次に、実施例４として、上記実施例２および３と同様の目的で、表５に示すデミスタ試料Ｎｏ．１１（本発明品）およびＮｏ．１２（比較品）を用いて、評価テストを行った。表５に示すテスト結果からも、比較品に比べて本発明品である試料Ｎｏ．１１のデミスタを用いた場合、比較品を用いた場合に比べて油上り率が大幅に減少していることがわかる。
【００３６】
【表５】

【００３７】
（実施例５）
次に、実施例５として、冷媒／油の組合せとしてＲ２２／スニソ４ＧＳおよびＲ４０７Ｃ／エーテル油の２種類についての油分離特性を評価するテストを、表６に示すテスト条件で行なった。比較のためのテスト対象のデミスタとして、表６の仕様の欄に記載した、表面処理を施さないベース仕様の試料Ｎｏ．１３（比較品），サンドブラストを施した試料Ｎｏ．１４（本発明品），サンドブラストを施さずかつプレス成形された試料Ｎｏ．１５（比較品）を用いた。
【００３８】
【表６】

【００３９】
表６のテスト結果から、本発明品を用いることにより、２種類の冷媒／油の組合せのいずれにおいても良好な油分離特性が得られることがわかる。すなわち、サンドブラスト処理を施した本発明品は、２種類の冷媒／油の組合せに対して共通に適用することが可能であるという利点もある。
【００４０】
なお、今回開示した上記実施の形態は単なる例示に過ぎないものであって、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の記載に均等な覇に内のすべての変更が含まれることが意図される。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる本発明の圧縮機用油分離器の構造によれば、網状本体部の表面をサンドブラストで処理していることにより、油分離器による油の捕捉効率が上昇し、油分離特性を向上させることができる。よって、たとえば冷凍機用の圧縮機に適用した場合、冷媒と混合されて冷凍サイクル内へ流入する油の量を大幅に低減することにより、冷凍効率の向上を図ることができる。
【００４２】
また、請求項２にかかる本発明の圧縮機用油分離器において、環状に巻いて網状本体部を構成する網状の帯の表裏両面にサンドブラスト処理が施されていることにより、油が油分離器を通過する際に、網状本体部のサンドブラスト処理が施された表面に複数回接触するため、その回数に応じて油が捕捉される度合いが増加し、良好な油分離特性を得ることができる。
【００４３】
上記構造を有する本発明の圧縮機用油分離器は、請求項３にかかる本発明の圧縮機用油分離器の製造方法を適用することにより、すなわち、網状の帯を形成した後にその表裏面にサンドブラスト処理を施し、それを１回または複数回巻くことにより、量産性を損なうことなく容易に形成することができ、生産コストの増加を最小限に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧縮機の油分離器の性能評価試験に用いられた機種のスクロール圧縮機の縦断面を示す断面図である。
【図２】図１のスクロール圧縮機に設けられた油分離器近傍を拡大して示す一部破断縦断面図である。
【図３】図２に示す油分離器の一部断面平面図である。
【図４】（ａ）は図１および図２に示す油分離器のデミスタの構造の一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線断面図、（ｃ）は（ａ）の円Ｃで囲む部分を拡大して示す部分拡大図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施の形態の各実施例における評価テストで用いられた油分離器のデミスタを構成する標準素線（サンドブラスト処理なし）を７５倍に拡大して示す顕微鏡写真、（ｂ）は（ａ）の標準素線の表面にサンドブラスト処理を施した後の状態を分を拡大して示す７５倍に拡大して示す顕微鏡写真である。
【図６】油分離器を設けた従来のスクロール圧縮機の構造を示す一部破断縦断面図である。
【図７】図６に示した従来のスクロール圧縮機に設けられた油分離器の一部断面平面図である。
【符号の説明】
２１ａ高圧室
２１ｂ低圧室
３３油分離器
３３ａデミスタ（網状本体部）
３３ｃ網状の帯

Claims

ＨＦＣ系の冷媒と極性を持った油とを組合せて用いる圧縮機内において圧縮媒体とともに低圧室（２１ｂ）から高圧室（２１ａ）へ流入する油を圧縮媒体から分離するための油分離器（３３）であって、金属細線を編んで形成された網状をなすとともに、油の捕捉性能を高めるためのサンドブラスト処理を施した表面を有する網状本体部（３３ａ）を備え、
前記網状本体部（３３ａ）は、金属細線を編んで形成された網状の帯（３３ｃ）を１回または複数回巻くことにより形成された環状体（３３ａ）を含み、該環状体（３３ａ）を構成する前記網状の帯（３３ｂ）の表裏両面にサンドブラスト処理が施され、
前記環状体（３３ａ）は、高圧室（２１ａ）において油を含む圧縮媒体の流れがその内周面に対して流入し、当該圧縮流体から油が前記環状体（３３ａ）の中心軸方向に沿って分離されるように、高圧室（２１ａ）に配設される、圧縮機用油分離器。
請求項１に記載の圧縮機用油分離器を製造する方法であって、一本の金属細線または複数本撚り合わせた金属細線を編むことにより、網状の帯（３３ｃ）を形成する工程と、前記網状の帯（３３ｃ）の表裏両面に、油の捕捉性能を高めるためのサンドブラスト処理を施す工程と、サンドブラスト処理を施した前記網状の帯（３３ｃ）を１回または複数回巻くことにより、環状体（３３ａ）を形成する工程とを備えた、圧縮機用油分離器の製造方法。