JP5520800B2 - 油分離器 - Google Patents

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Description

本発明は、油分離器、特に、油冷式圧縮機の吐出気体から冷却用油を分離するのに適した油分離器に関する。
一般に、油冷式圧縮機を用いた設備では、油冷式圧縮機の吐出気体を容器の中に吹き込んで、吐出気体中に含まれる冷却用油を慣性分離または遠心分離する油分離器が広く用いられている。
特許文献１には、縦型の円筒状容器の側壁上部に流体入口を設け、円筒状容器の上蓋に流体出口を設け、流体出口を覆うように油分離用エレメントを設けた油分離器において、油分離用エレメントを囲むように内筒を設け、流体入口の片側において、円筒状容器と内筒との間を仕切板によって封止し、円筒状容器に流入した流体が、円筒状容器と内筒との間の流路を通って旋回運動することによって冷却用油を遠心分離した後、仕切板の近傍に設けた流入口から内筒の内側に進入し、油分離用エレメントを通過して、流体出口から流出するように構成した発明が記載されている。
近年、メンテナンス性の向上や、油分離器における圧力損失の低減のために、より簡素な構成であり、且つ、小型の油分離器が求められている。それと同時に、油分離性能の向上も、強く求められている。特に、冷凍装置の熱交換器（凝縮器）は、油の混入量が一定量より多くなると、熱交換性能が極端に低下してしまう。このため、油冷式圧縮機と熱交換器（凝縮器）との間に設けられる油分離器には、十分な油分離能力が要求される。
実開昭５７−１２７８８３号公報
前記問題点に鑑みて、本発明は、構造が簡素で小型でありながら油分離効率の高い油分離器を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明による油分離器は、略円筒形の容器本体と、前記容器本体の内壁に開口し、前記容器本体に略垂直に接続された導入流路と、一端が前記導入流路の開口に対向する一方、他端が開放され、前記容器本体の内壁に沿って延伸し、上端が前記一端から他端に向かって下降するように傾斜する、前記容器本体に支持された隔壁部材と、前記隔壁部材の前記上端と前記容器本体の内壁との間を封止し、前記隔壁部材の前記上端と共に、前記導入流路の上部から、前記隔壁部材の開放側の側端に向かって下降するように傾斜する、上端部材と、前記隔壁部材の片側の側端と前記容器本体の内壁との間を封止する側端部材とを有し、前記隔壁部材の下端と前記容器本体の内壁との間は開放され、前記隔壁部材は、前記側端部材に封止された側端における高さ方向の長さより、前記開放側の側端における高さ方向の長さが長く、前記隔壁部材と前記容器本体の内壁との間の隙間は、前記導入流路の内径以下であり、且つ、少なくとも前記側端部材が設けられていない開放側の側端において最大となり、前記隔壁部材の前記導入流路の中心に対向する位置から前記開放側の側端までの水平方向の外周の長さは、前記導入流路の内径の半分よりも長く、且つ、前記容器本体の内壁の周長の半分よりも短いものとする。
本願発明者らは、油分離器の試作と実験を重ね、容器本体の内壁と隔壁部材との間隔Ｇを導入流路の内径ｄ以下とし、且つ、隔壁部材の導入流路の中心に対向する位置から開放側の側端までの水平方向の周長Ｌを、導入流路の内径の半分（ｄ／２）よりも長く、且つ、容器本体の内壁の周長の半分（πＤ／２）よりも短くすることで、油冷式圧縮機の吐出気体に混入した冷却用油を１０００ｐｐｍ以下にすることができることを見出した。
本発明の参考例の油分離器の水平断面図である。 図１の油分離器の垂直断面図である。 冷凍装置の凝縮器における油混入量と熱交換性能の劣化度をとの関係を示す図である。 図１の油分離器の隔壁部材の片側の長さと、分離できずに残留する油の量との関係を示す図である。 本発明の実施形態の油分離器の水平断面図である。 図５の油分離器の垂直断面図である。
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１および２に、本発明の参考例の油分離器１を示す。油分離器１は、主として、不図示の油冷式スクリュ圧縮機の吐出気体から冷却用油を分離するために使用されるものであり、冷凍装置において、油冷式スクリュ圧縮機と凝縮器（熱交換器）との間に配設されることが企図される。
油分離器１は、直立有底筒状で直径Ｄの容器本体２と、容器本体２の上端開口を封止する蓋体３とを有する。容器本体２には、吐出気体を導入するために導入流路４が径方向に、つまり、容器本体２の側壁に垂直に設けられており、容器本体２の内壁２ａに内径ｄの開口４ａを形成している。
容器本体２内には、開口４ａに対向するように、内壁２ａに沿って延伸する隔壁部材５が配設されている。隔壁部材５は、その上端と内壁２ａとの間を封止するように設けられた上端部材６と、片側の側端と内壁２ａとの間を封止するように設けられた側端部材７とによって、容器本体２に支持されている。また、隔壁部材５は、内壁２ａとの間に、開口４ａの内径ｄ以下の一定の隙間Ｇを形成している。
また、蓋体３の中心部には、容器本体２の中心方向に開口する排気口８が形成されている。容器本体２の底部には、分離された油を排出するための液体排出口９が形成されている。容器本体２と蓋体３とは、複数のボルト１０によって固定される。
本参考例の油分離器１において、隔壁部材５は、導入流路４の開口４ａを覆い、つまり、導入流路４の管路の延長線上に、導入流路４から容器本体２に径方向に流入する気体の進路を妨害するように配設されている。これにより、隔壁部材５は、先ず、導入流路４から導入された気体の流れを受け止め、気体に随伴されている冷却用油、また、導入流路４の底部を流れ、気体とともに容器本体２の内部に流入する冷却用油を慣性分離する。隔壁部材５によって慣性分離された液体は、隔壁部材５を伝い落ち、容器本体２の下方に回収される。
さらに、一旦隔壁部材５に流れを遮られた気体は、内壁２ａと隔壁部材５との隙間によって形成される流路に沿って、隔壁部材５の上端部材６および側端部材７が設けられていない方向、つまり、開放端側を下向きに流れる。つまり、容器本体２に導入された気体は、内壁２ａに沿って下向き螺旋状の気流を形成する。この螺旋気流の遠心力によって、気体中の冷却用油がさらに遠心分離されて内壁２ａに付着し、内壁２ａを伝い落ちて容器本体２の下方に回収される。
本参考例において、隔壁部材５の導入流路４の中心に対向する位置から開放側の側端までの水平方向の外周の長さＬを変更したものを多数試作し、冷凍装置の油冷式スクリュ圧縮機が吐出する冷媒から油を分離する実験を行った。ここでは、油分離器１の分離能力を、油分離器１を通過した冷媒中に含まれる冷却用油の混入量を指標として評価する。
油分離器１の下流に位置する凝縮器は、図３に示すように、冷却用油の混入率が１０００ｐｐｍを超えると、熱交換能力の低下が見られるので、冷却用油の混入率を１０００ｐｐｍ以下にできれば、油分離器１は十分な分離能力を発揮できたと評価できる。尚、熱交換能力の劣化度は、凝縮器における熱伝達率の低下率で示す。例えば、凝縮器の熱伝達率が冷媒中に冷却油を全く含まないときの熱伝達率の９０％の値であれば、劣化度は１０％となる。
図４に示すように、隔壁部材５の導入流路４の中心に対向する位置から開放側の側端までの水平方向の周長Ｌが、導入流路４の内径ｄの半分（ｄ／２）より長く、且つ、容器本体２の内壁の周長の半分（πＤ／２）より短ければ、油分離器１を通過した冷媒中に含まれる冷却用油の混入量が１０００ｐｐｍを以下にできることが確認された。
また、隔壁部材５と内壁２ａとの隙間Ｇを変えて実験した結果、隙間Ｇを大きくすると、冷却用油を分離する効果が低くなったが、隙間Ｇを導入流路４の内径ｄ以下にすれば、隙間Ｇの値に関係なく略一定の分離能力を発揮できることが確認された。
続いて、図５および６に、本発明の実施形態の油分離器１ａを示す。尚、本実施形態の説明において、参考例と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
本実施形態において、隔壁部材５ａは、その上端および下端の位置が、側端部材７に封止された側端から開放側に向かって徐々に低くなっており、上端部材６は、導入流路４の上部から隔壁部材５ａの開放側の側端に向かって下降するように傾斜している。これにより、下向きの螺旋気流の形成が促進される。
また、本実施形態の隔壁部材５ａは、隔壁部材５ａと容器本体２の内壁２ａとの隙間が、側端部材７に封止された側端において最小となり、開放側の側端に向かって徐々に大きくなるように配設されている。隙間が広くなる方向に気体が流れやすいので、企図する旋回方向の螺旋気流を形成しやすくなるからである。このとき、隔壁部材５ａと内壁２ａとの隙間の最大値、つまり、開放側の側端における隙間Ｇが、導入流路４の内径ｄ以下となるようにすればよい。
さらに、隔壁部材５ａは、側端部材７に封止された側端における高さ方向の長さより、開放側の側端における高さ方向の長さの方が長くなっている。気流の下流側ほど気体が拡散して流れの範囲が広がるため、これらを十分に案内して螺旋気流を形成させるためである。
１，１ａ，１ｂ…油分離器
２…容器本体
２ａ…内壁
３…蓋体
４…導入流路
４ａ…隔壁
５，５ａ…隔壁
６…上端部材
７…側端部材
８…排気流路
９…油排出流路
１０…ボルト

Claims (1)

  1. 略円筒形の容器本体と、
    前記容器本体の内壁に開口し、前記容器本体に略垂直に接続された導入流路と、
    一端が前記導入流路の開口に対向する一方、他端が開放され、前記容器本体の内壁に沿って延伸し、上端が前記一端から他端に向かって下降するように傾斜する、前記容器本体に支持された隔壁部材と、
    前記隔壁部材の前記上端と前記容器本体の内壁との間を封止し、前記隔壁部材の前記上端と共に、前記導入流路の上部から、前記隔壁部材の開放側の側端に向かって下降するように傾斜する、上端部材と、
    前記隔壁部材の片側の側端と前記容器本体の内壁との間を封止する側端部材とを有し、
    前記隔壁部材の下端と前記容器本体の内壁との間は開放され、
    前記隔壁部材は、前記側端部材に封止された側端における高さ方向の長さより、前記開放側の側端における高さ方向の長さが長く、
    前記隔壁部材と前記容器本体の内壁との間の隙間は、前記導入流路の内径以下であり、且つ、少なくとも前記側端部材が設けられていない開放側の側端において最大となり、
    前記隔壁部材の前記導入流路の中心に対向する位置から前記開放側の側端までの水平方向の外周の長さは、前記導入流路の内径の半分よりも長く、且つ、前記容器本体の内壁の周長の半分よりも短いことを特徴とする油分離器。
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