JP5140532B2 - オイルセパレータ - Google Patents

Description

本発明は、冷媒中のオイルを分離するオイルセパレータに関する。

空気調和装置等の冷媒回路は、オイルセパレータ（油分離器）を備えており、このオイルセパレータを用いて圧縮機から吐出される冷媒中のオイルを分離している。
この種のオイルセパレータは、一般に、冷媒をオイルセパレータの側方からオイルセパレータ内に流入してオイルセパレータの下方からオイルを排出し、オイルセパレータの上方からガス冷媒を排出する構造に構成されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００８−１０１８３１号公報 特開平５−２９６６１０号公報

しかし、従来の構造では、分離後のガス冷媒を外部に導出させる導出管をオイルセパレータの上部に設けるため、オイルセパレータの上方に配管スペースが必要になる。
一方、空気調和装置のレイアウトによっては、オイルセパレータの下方から分離後のガス冷媒の導出管を引き出したい場合があり、例えば、この導出管の接続先となる四方弁の構造上、下から配管接続しなければならない場合である。
単純に、分離後のガス冷媒の導出管をオイルセパレータの下方に付け替えたでは、この導出管は、オイルセパレータ内にある程度のオイル溜まり量を確保する必要からオイルセパレータ内で上方に延出するため、配送時等の振動で導出管が芯ずれするおそれが生じ、また、オイルの分離性能も十分に確保できないおそれが生じてしまう。

そこで、本発明は、ガス冷媒の導出管を下方から引き出しつつ、オイルの分離性能の確保およびガス冷媒の導出管の芯ずれ防止が可能なオイルセパレータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、オイルセパレータ本体が、胴部と、その上下端の鏡板とで構成され、起立した状態で設置されると共に、冷媒の導入管が、上端の鏡板に該鏡板の接線方向に沿って取り付けられて、管路を鏡板の内周面に向けて開口し、ガス冷媒の導出管が、下端の鏡板を貫通し、胴部の軸線に沿って延出し、上端の鏡板の内面に管路を閉塞した状態で固定され、該導出管の中央領域に冷媒ガスの導出孔を備え、該導出孔の周囲を、導出管の外周部に固定した笠体で覆って構成されることを特徴とする。
この発明によれば、オイルセパレータ本体が、胴部と、その上下端の鏡板とで構成され、起立した状態で設置されると共に、冷媒の導入管が、上端の鏡板に該鏡板の接線方向に沿って取り付けられて、管路を鏡板の内周面に向けて開口し、ガス冷媒の導出管が、下端の鏡板を貫通し、胴部の軸線に沿って延出し、上端の鏡板の内面に管路を閉塞した状態で固定され、該導出管の中央領域に冷媒ガスの導出孔を備え、該導出孔の周囲を、導出管の外周部に固定した笠体で覆って構成されるようにしたので、ガス冷媒導出管を上下の鏡板で両持ち支持でき、笠体によりオイルが導出孔に直接入ってしまう事態を防止でき、ガス冷媒の導出管を下方から引き出しつつ、オイルの分離性能の確保およびガス冷媒の導出管の芯ずれ防止が可能になる。

上記構成において、前記導入管から流入した冷媒が、胴部の内周面と導入管の外周面との間の環状空間に流入し、遠心力を付与されて、オイルとガス冷媒に分離し、ガス冷媒が、笠体で覆われた導出孔を通じて、導出管に入り、オイルが、胴部の下方領域に溜まり、オイルおよびガス冷媒が、それぞれ下端の鏡板に設けたオイル管およびガス冷媒の前記導出管を経て、オイルセパレータ本体の下方に導出されるようにしてもよい。この構成によれば、遠心分離により効率よくオイルとガス冷媒とを分離することができる。

本発明は、オイルセパレータ本体が、胴部と、その上下端の鏡板とで構成され、起立した状態で設置されると共に、冷媒の導入管が、上端の鏡板に該鏡板の接線方向に沿って取り付けられて、管路を鏡板の内周面に向けて開口し、ガス冷媒の導出管が、下端の鏡板を貫通し、胴部の軸線に沿って延出し、上端の鏡板の内面に管路を閉塞した状態で固定され、該導出管の中央領域に冷媒ガスの導出孔を備え、該導出孔の周囲を、導出管の外周部に固定した笠体で覆って構成されるようにしたので、ガス冷媒の導出管を下方から引き出しつつ、オイルの分離性能の確保およびガス冷媒の導出管の芯ずれ防止が可能になる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明のオイルセパレータを使用した空気調和装置の一実施形態を示す図である。なお、この図は、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）型の空気調和装置に使用される室外ユニット１００内の回路構成を示しており、冷媒回路１１０を実線で示し、冷却水回路１２０を実線の太線で示している。ここで、ＧＨＰとは、ガスエンジンによって圧縮機を駆動するものをいう。

室外ユニット１００内の冷媒回路１１０は、ガスエンジン１と、このガスエンジン１とＶベルト２で連結された圧縮機３と、この圧縮機３から冷媒配管を介して左回りに順に接続されるオイルセパレータ４、四方弁５、ファン１７、１７による吸込空気によって冷却される室外熱交換器６、並設された電動弁７、プレート熱交換部３６、アキュームレータ１１とを備え、このアキュームレータ１１が圧縮機３に接続されて冷媒が循環するようになっている。また、図１の紙面左側には、図示しない室内ユニットを備えており、この室内ユニットに開閉弁９、１０を介して冷媒配管が接続されている。

また、図１において実線で示す矢印は、冷凍サイクルの場合の冷媒の流れを示し、点線で示す矢印は、暖房サイクルの場合の冷媒の流れを示し、四方弁５を切り換えることで、それぞれ冷暖房運転を切り換えることができるようになっている。
なお、この冷媒回路１１０には、図１に示すように、電動弁であるバイパス弁１２、電動弁であるリキッド弁１３、圧力スイッチ１４、高圧側の圧力センサ１５、低圧側の圧力センサ１６、逆止弁１８、サブクーラー１９、ドライコア８が設けられている。

一方、室外ユニット１００内の冷却水回路１２０は、ガスエンジン１から冷却水配管を介して順に接続される温水三方弁３７（電動クーラー三方弁ともいう）と、冷却水三方弁２０と、ラジエータ３９と、電動弁４０と、リザーバタンク２２と、冷却水ポンプ２１とを備え、この冷却水ポンプ２１がガスエンジン１の排気ガス熱交換器２３に接続されて冷却水が循環するようになっている。なお、符号３８は、排気ガス熱交換器２３に接続されるバッファータンクである。また、排気ガス熱交換器２３には、排気マフラー２４が接続されており、この排気マフラー２４には、排気トップ２５及びドレンフィルター２６が接続されている。

また、ガスエンジン１には、図１に示すように、燃焼ガス遮断弁２７、２７、ゼロガバナー２８、電動弁である燃料調整弁２９、エアクリーナ３０、ステッピングモータ３１、オイルレベルスイッチ３３を内蔵したサブオイルパン３２、オイルポンプ３４、オイルキャッチャー３５がそれぞれ接続されている。この燃焼ガス遮断弁２７の開閉およびステッピングモータ３１の動きによって、燃料であるガスがガスエンジン１に供給されることになる。

冷却水回路１２０において、図１における太線の実線で示す矢印は、冷凍サイクルの場合の冷却水の流れを示している。この冷凍サイクルの場合には、ガスエンジン１から流出するの冷却水は、温水三方弁３７、冷却水三方弁２０へと流れ、さらにラジエータ３９へと流れて冷却水が冷却される。そして、電動弁４０を通過して冷却水ポンプ２１に引き戻されることになる。
また、図１における太線の点線で示す矢印は、暖房サイクルの場合の冷却水の流れを示している。この暖房サイクルの場合には、ガスエンジン１から流出する冷却水は、温水三方弁３７から９０％以上の流量が冷却水ポンプ２１に引き戻されることになる。

次にこの空気調和装置に使用されるオイルセパレータ４について説明する。
圧縮機３から吐出された冷媒は、圧縮機３の潤滑用のオイルを含んでいる。
オイルセパレータ４は、図１に示すように、冷媒回路１１０中の圧縮機３の吐出側に配設され、圧縮機３から吐出されたオイルを含んだ冷媒からオイルを分離し、分離したオイルを圧縮機３の吸込側に戻し、オイルを除去したガス冷媒を四方弁５に供給する。
図２はオイルセパレータ４の側面図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であり、図４は図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
図２及び図３に示すように、オイルセパレータ４は、円筒状容器であるオイルセパレータ本体５０と、このオイルセパレータ本体５０内に圧縮機３が吐出したオイルを含んだ冷媒を導入させる冷媒導入管６０と、オイルセパレータ本体５０内のガス冷媒を外部に導出させるガス冷媒導出管７０と、オイルセパレータ本体５０内のオイルを外部に導出させるオイル管８０とを備えている。

オイルセパレータ本体５０には、左右一対の脚部５１、５１が設けられ、この脚部５１、５１によりオイルセパレータ本体５０が起立した状態で、かつ、接地面（室外ユニット１００の底板）との間に間隔を空けた状態で縦置き設置される。
このオイルセパレータ本体５０は、円筒状の胴部５２と、この胴部５２の上下開口を閉塞する上下一対の鏡板５３、５４とで構成され、下端の鏡板５４の外周部分に上記左右一対の脚部５１、５１が溶接等で接合される。
上記冷媒導入管６０は、上端の鏡板５３に取り付けられ、オイルセパレータ４の上方から冷媒をオイルセパレータ本体５０内の上部に導入させる管である。詳述すると、冷媒導入管６０は、図４に示すように、上面視で、上端の鏡板５３の壁の接線方向に沿ってまっすぐに鏡板５３を貫通して鏡板５３の内周面の所定領域に近接する位置で一端側を開口させ、かつ、側面視では、図３に示すように、略水平方向に鏡板５３を貫通するように上端の鏡板５３に固定される。これによって、冷媒導入管６０は、図４に示すように、オイルセパレータ本体５０の軸線（胴部５２の軸線と一致）Ｌ０を避けて鏡板５３の内周面近傍位置に配置され、圧縮機３から突出された高圧の冷媒（オイルを含む冷媒）を鏡板５３の内周面に沿わせてオイルセパレータ本体５０内に導入させることができる。

また、この冷媒導入管６０の鏡板５３内側の開口部６２は、上面視で、上記軸線Ｌ０側の開口縁６０Ａの方が、上記軸線Ｌ０から離れた鏡板５３の内周面側の開口縁６０Ｂよりも管路方向に長くなるように斜めにカットされた開口形状に形成され、冷媒導入管６０の開口部６２を鏡板６３の内周面に沿う向きにしている。
これによれば、冷媒導入管６０から冷媒が排出される際に、冷媒が軸線Ｌ０側に拡がらず、鏡板６３の内周面により沿わせて冷媒をオイルセパレータ本体５０内に導入させることができる。また、この冷媒導入管６０の鏡板５３外側部分（上流側部分）は、図３に示すように、上方に向けて略Ｌ字状に屈曲し、オイルセパレータ４上方で圧縮機３の吐出側と配管接続可能に構成されている。

上記ガス冷媒導出管７０は、オイルセパレータ本体５０内でオイルが分離されたガス冷媒をオイルセパレータ４の下方から導出させる管であり、図２及び図３に示すように、下端の鏡板５４を真下から上方へ貫通し、胴部５２の軸線Ｌ０に沿って上端の鏡板５３の内面に当接するまで延出し、上端の鏡板５３の天面（内面）５３Ｈで管路を閉塞した状態で固定される。
また、このガス冷媒導出管７０のオイルセパレータ本体５０内で上下に延びる部分の略中央領域には、冷媒ガスをガス冷媒導出管７０内に導出させるために１８０度間隔で形成された複数（本例では２個）の導出孔７２、７２が設けられると共に、この導出孔７２、７２の周囲を覆う笠体７５が固定される。
この笠体７５は、ガス冷媒導出管７０に挿通されて固定される部材であり、この状態で、ガス冷媒導出管７０の軸線（軸線Ｌ０と一致）を中心とする円周方向に沿って環状に延出する笠（傘）形状を有すると共に（図４参照）、上部の内径７５Ａがガス冷媒導出管７０の外径と同径に形成されてガス冷媒導出管７０との間で隙間がない状態でガス冷媒導出管７０に支持される。
また、この笠体７５は、図３に示すように、側面視で、下方へ行くに従って徐々に拡径する拡径形状を有し、これによって、この笠体７５の外表面とオイルセパレータ本体５０の内周面（胴部５２の内周面）との間の隙間を徐々に狭くするようにしている。

また、上記オイル管８０は、オイルセパレータ本体５０内の下方領域に溜まったオイルをオイルセパレータ４の下方から導出させる管であり、図２及び図４に示すように、ガス冷媒導出管７０に比して格段に小径の管が適用される。このオイル管８０は、下端の鏡板５４を上記ガス冷媒導出管７０から離れた位置で下方から上方へ貫通し、その上端をオイルセパレータ本体５０内に開口させて固定される。

次にこのオイルセパレータ４のオイル分離動作を説明する。
オイルセパレータ４には、圧縮機３から吐出されたオイルを含んだ冷媒が冷媒導入管６０を介してオイルセパレータ本体５０の上端の鏡板５３内へ流入される。この圧縮機３の吐出冷媒は高圧冷媒であり、かつ、冷媒導入管６０が鏡板５３の内周面に沿わせて冷媒を導入させるので、冷媒は、オイルセパレータ本体５０の内周面に沿って旋回する流れ（図４に矢印で示す流れ）となって激しく旋回しながら重力方向（下方）に向けて降下することになる。
この結果、冷媒とオイルとの密度の差により、冷媒に含まれるオイルが遠心力によって径方向外側に飛散し、ガス冷媒とオイルとに分離される。すなわち、このオイルセパレータ４は、遠心分離によりガス冷媒とオイルとを分離する、いわゆるサイクロン式に構成されている。

この場合、このオイルセパレータ４では、オイルセパレータ本体５０の軸線Ｌ０に沿ってガス冷媒導出管７０が配置されるため、オイルセパレータ本体５０の内周面とガス冷媒導出管７０の外周面とが同軸上に位置し（図４参照）、該内周面と外周面との間の間隔を周方向で均一にすることができる。このため、冷媒が旋回する環状空間の通路幅を均一にすることができ、冷媒の流れを妨げないようにすることができる。
また、冷媒が笠体７５の位置まで降下した際には、笠体７５の外周面に沿って環状空間（旋回通路に相当）の幅が狭くなるので、幅が狭くなる分だけ流速が上がり、遠心分離を促進することができる。また、この笠体７５は、ガス冷媒導出管７０に設けられた導出孔７２、７２を上方から覆うので、笠体７５の上方で飛散した冷媒やオイルが導出孔７２、７２に直接入ってしまう事態を確実に防止することができる。

要するに、このオイルセパレータ４で分離されたオイルは、笠体７５よりも上方では笠体７５によってガス冷媒導出管７０に入ってしまう事態が防止され、笠体７５よりも下方では、液体のオイルは上方に流れにくいため、ガス冷媒導出管７０へ入ってしまう事態を防止できる。したがって、分離されたオイルは、オイルセパレータ本体５０の底部に溜まり、この底部に設けられたオイル管８０を経て圧縮機３の吸込側に戻される。
一方、オイルセパレータ４内でオイルが分離されたガス冷媒は、気体であるため、笠体７５よりも下方へ流れた後に上方へ流れて笠体７５内へ容易に入ることができ、導出孔７２、７２を経てガス冷媒導出管７０へ入り、四方弁５へと供給されることになる。

以上説明したように、本実施の形態のオイルセパレータ４では、冷媒導入管６０が、上端の鏡板５３に該鏡板５３の接線方向に沿って取り付けられて、管路を鏡板５３の内周面に向けて開口し、ガス冷媒導出管７０が、下端の鏡板５４を貫通し、胴部５２の軸線Ｌ０に沿って延出し、上端の鏡板５３の内面である天面５３Ｈに管路を閉塞した状態で固定され、該導出管７０の略中央領域に冷媒ガスの導出孔７２、７２を備え、該導出孔７２、７２の周囲を、導出管７０の外周部に固定した笠体７５で覆って構成したので、ガス冷媒導出管７０を上下の鏡板５３、５４で両持ち支持することができ、ガス冷媒導出管７０の支持強度を十分に確保できる。このため、ガス冷媒導出管７０を下方から引き出すためにこの導出管７０が長くなってしまう場合でも、このガス冷媒導出管７０の支持強度を十分に確保でき、搬送時の衝撃やエンジン振動等で芯ずれ等が生じる事態を確実に防止することができる。
また、導出孔７２、７２を上方から覆う笠体７５によりオイルが導出孔７２、７２に直接入ってしまう事態を防止でき、かつ、冷媒導入管６０の冷媒出口と上記導出孔７２、７２との間に冷媒が旋回する同幅の環状空間を連続して確保できるので、オイルの分離性能が向上する。
すなわち、本構成のオイルセパレータ４では、ガス冷媒導出管７０を下方から引き出しつつ、オイルの分離性能を十分に確保することが可能になる。この場合、導出孔７２、７２等の高さを調整することによって、冷媒が旋回する環状空間長を容易に調整でき、オイル分離に好適な距離を容易に確保でき、また、この距離を微調整することも容易である。

また、本構成では、冷媒導入管６０から流入した冷媒が、胴部５２の内周面と冷媒導入管６０の外周面との間の環状空間に流入し、遠心力を付与されて、オイルとガス冷媒とに分離するようにしたので、遠心分離により効率よくオイルとガス冷媒とを分離することができる。
また、オイルセパレータ４の冷媒導入管６０とガス冷媒導出管７０とが両方とも上方に配管されると、上部空間に配管が偏ることになるが、本構成では、冷媒導入管６０とガス冷媒導出管７０とを上下に振り分けて配管するので、上下に偏りなく配管のレイアウトができる。また、ガスエンジン１の振動により配管に作用する応力に着目すれば、オイルセパレータ４単体の重量バランスを考慮する上でも、上下に配管を接続した方が有効である。

以上、本発明を実施するための最良の形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、本実施の形態では、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）型の空気調和装置に使用されるオイルセパレータに本発明を適用する場合を説明したが、これに限らず、他の空気調和装置等に使用されるオイルセパレータに本発明を適用してもよい。

本発明のオイルセパレータを使用した空気調和装置の一実施形態を示す図である。 オイルセパレータの側面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。

符号の説明

１ ガスエンジン
３ 圧縮機
４ オイルセパレータ
５ 四方弁
５０ オイルセパレータ本体
５１ 脚部
５２ 胴部
５３、５４ 鏡板
６０ 冷媒導入管
７０ ガス冷媒導出管
７２、７２ 導出孔
８０ オイル管
１００ 室外ユニット
１１０ 冷媒回路
１２０ 冷却水回路
Ｌ０ 軸線

Claims (2)

1. オイルセパレータ本体が、胴部と、その上下端の鏡板とで構成され、起立した状態で設置されると共に、
   冷媒の導入管が、上端の鏡板に該鏡板の接線方向に沿って取り付けられて、管路を鏡板の内周面に向けて開口し、
   ガス冷媒の導出管が、下端の鏡板を貫通し、胴部の軸線に沿って延出し、上端の鏡板の内面に管路を閉塞した状態で固定され、該導出管の中央領域に冷媒ガスの導出孔を備え、該導出孔の周囲を、導出管の外周部に固定した笠体で覆って構成されることを特徴とするオイルセパレータ。
2. 前記導入管から流入した冷媒が、胴部の内周面と導入管の外周面との間の環状空間に流入し、遠心力を付与されて、オイルとガス冷媒に分離し、
   ガス冷媒が、笠体で覆われた導出孔を通じて、導出管に入り、
   オイルが、胴部の下方領域に溜まり、
   オイルおよびガス冷媒が、それぞれ下端の鏡板に設けたオイル管およびガス冷媒の前記導出管を経て、オイルセパレータ本体の下方に導出されることを特徴とする請求項１に記載のオイルセパレータ。

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