JP5991675B2 - オイルセパレータおよびそれを備えた圧縮機 - Google Patents

オイルセパレータおよびそれを備えた圧縮機 Download PDF

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Description

本発明は、冷媒ガス中に含まれる油を分離するサイクロン方式のオイルセパレータおよびそれを備えた圧縮機に関するものである。
空調機、冷凍機等では、圧縮機からの吐出ガス中に含まれる油を分離するため、吐出回路中にオイルセパレータを設置している。このオイルセパレータとして、油を含むガスに旋回流を付与し、遠心力を利用して油を分離するサイクロン方式のオイルセパレータが従来から知られている。特許文献1には、接線方向に入口管が接続された分離器本体の中心にガス流出管を挿入設置し、その外周面に旋回流の旋回方向の前方側に開口が形成されるフードが突設された多数の補助流出孔を設けた油分離器が開示されている。また、特許文献2には、中心にガス流出管が挿入設置されたシェルに、入口管をその曲管部の外周側の接線と、シェルの内壁の接線とが一致するように接続したものが開示されている。
また、オイルセパレータを小型化して圧縮機に内蔵したものとして、特許文献3に示すように、圧縮機ハウジングに対して分離筒を一体に成形し、その分離筒の軸線に対してガスの噴出孔を分離筒の下端側に向って傾斜して設けたものが開示されている。更に、オイルセパレータを圧縮機と一体化したものとして、特許文献4に示すように、圧縮機ハウジングに分離筒を一体に設け、その中心に分離パイプを設置するとともに、分離筒の内周下方域に多数の連通孔を有する内周分離筒を設置し、分離筒との間に環状空間を形成することにより、分離した油を下方に導くようにしたものが開示されている。
特許第2830618号公報 特開2010−286193号公報 特開2004−324564号公報 特開2013−15069号公報
サイクロン方式のオイルセパレータにおいては、遠心力を利用して如何に効率よく油を分離するかが重要であることは云うまでもないが、いったん分離された油がガス流により巻き上げられて再飛散し、ガス流と共に流出される現象を防ぐことが油分離効率を向上する上で重要である。特許文献1には、フード付きの補助流出孔を設けることにより、流出孔からの流出油量を低減するようにしたものが開示されているが、いったん分離された油の再飛散を低減できるものではないため、その効果は限定的であり、油の分離効率を十分高めることができなかった。
一方、特許文献4には、分離筒の内周下方域に、多数の連通孔を有する内周分離筒を設置し、分離筒との間に環状空間を形成することにより、分離した油を下方に導くようにしたものが開示されているが、連通孔により油を積極的に捕捉できるものではなく、しかも環状空間が分離筒の内部空間とが多数の連通孔を介して連通されているため、ガス流と分離された油との接触を必ずしも分断できるものではないことから、油分離効率を十分に向上することができず、更なる改善が望まれていた。特に、圧縮機内にオイルセパレータを内蔵する構成のものでは、分離筒が小型化されるため、いったん分離された油の再飛散を如何に低減するかが油分離効率の向上にとって重要となる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、いったん分離された油を確実に捕捉し、その油の再飛散を防止することにより油分離効率の向上を図ったオイルセパレータおよびそれを備えた圧縮機を提供することを目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明のオイルセパレータおよびそれを備えた圧縮機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるオイルセパレータは、円筒状の分離筒を備え、その内周面に沿って接線方向に設けられたガス流入口から流入するガス中に含まれる油を遠心分離し、分離された油を前記分離筒の一端側から、またガスをその他端側から流出させるようにしたオイルセパレータにおいて、前記分離筒の内周面に、前記ガス流入口と連通する開口および内周側に突出開口される複数の油捕捉用開口が設けられ、その油捕捉用開口と連通する複数の油通路が外周面側に設けられている円筒状の筒体が嵌合され、前記複数の油通路において、それぞれ一端で一つの前記油捕捉用開口が設けられ、各前記油通路は、個別の前記油捕捉用開口と連通して設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、分離筒の内周面に、ガス流入口と連通する開口および内周側に突出開口される複数の油捕捉用開口が設けられ、その複数の油捕捉用開口と各々連通する複数の油通路が外周面側に設けられている円筒状の筒体が嵌合されているため、油を含むガスをガス流入口から分離筒の内周面に嵌合されている円筒状の筒体内に接線方向から流入させ、旋回流を付与することにより、ガス中の油をその内周面に沿って遠心分離することができ、その油を筒体の内周側に突出開口されている複数の油捕捉用開口により捕捉し、その複数の油捕捉用開口に各々連通するように筒体の外周面側に設けられている油通路に導くことにより、ガス流と分離した状態で筒体の一端側から流出させる一方、油が分離されたガスを筒体の他端側から流出させることができる。これによって、いったん分離された油がガス流により巻き上げられて再飛散され、ガス流と共に流出される現象を防止して油分離効率を向上することができる。
さらに、本発明のオイルセパレータは、上記のオイルセパレータにおいて、前記油捕捉用開口は、前記筒体内で旋回流とされるガス流に対して正対するように開口されていることを特徴とする。
本発明によれば、油捕捉用開口が、筒体内で旋回流とされるガス流に対して正対するように開口されているため、旋回流によって筒体の内周面に沿うように遠心分離された油をガス流と正対する油捕捉用開口を介して効率よく捕集し、その油を筒体の外周面側に設けられている油通路に導き、筒体の一端側から流出させることができる。従って、油捕捉用開口による油の捕集効率を高めることができ、油分離効率を一層向上することができる。
さらに、本発明のオイルセパレータは、上述のいずれかのオイルセパレータにおいて、前記複数の油通路は、前記筒体の外周面に螺旋状に設けられ、該筒体の一端側まで延長されていることを特徴とする。
本発明によれば、複数の油通路が、筒体の外周面に螺旋状に設けられ、該筒体の一端側まで延長されているため、油捕捉用開口により捕捉され、油通路に導かれた油をその螺旋状の油通路に沿ってガス流と接触させることなく、速やかに筒体の一端側へと導き、分離筒から外部の油溜り等へと流出させることができる。従って、分離された油を効率よく捕集し、それを再飛散させることなく、円滑に所要の給油箇所にリターンさせて再循環させることができる。
さらに、本発明のオイルセパレータは、上述のいずれかのオイルセパレータにおいて、前記複数の油通路は、前記筒体の外周面に凹溝として形成され、その溝の開口側が前記分離筒の内周面により閉鎖された通路とされていることを特徴とする。
本発明によれば、複数の油通路が、筒体の外周面に凹溝として形成され、その溝の開口側が分離筒の内周面により閉鎖された通路とされているため、筒体の外周面に適宜の加工方法(例えば、プレス成形、転造、切削等)によって凹溝を形成し、その開口側を円筒状の筒体を分離筒の内周面に嵌合して閉鎖することにより、ガス流通路から分離された油通路する形成することができる。従って、いったん分離された油が油通路を流下する間にガス流と接触して再飛散され、ガス流と共に流出される事態を確実に阻止し、油分離効率を向上することができる。
さらに、本発明のオイルセパレータは、上述のいずれかのオイルセパレータにおいて、前記円筒状の筒体は、パイプ材もしくはシート材を曲げ成形したものとされていることを特徴とする。
本発明によれば、円筒状の筒体が、パイプ材もしくはシート材を曲げ成形したものとされているため、ガス流入口と連通する開口、内周側に突出開口された油捕捉用開口および該油捕捉用開口と連通する複数の油通路が設けられた円筒状の筒体を、パイプ材もしくはシート材を曲げ成形したものを用い、一般的な加工方法によって簡易に作製することができる。従って、分離筒の内周面に円筒状の筒体を嵌合した油分離効率の高いオイルセパレータを低コストで簡易に構成することができる。
さらに、本発明のオイルセパレータは、上述のいずれかのオイルセパレータにおいて、前記分離筒が独立した密閉構造の容器とされ、前記ガス流入口に油を含むガスの流入配管が接続されるとともに、前記容器の一端側に分離された油の流出管、他端側に分離されたガスの流出管が接続されていることを特徴とする。
本発明によれば、分離筒が独立した密閉構造の容器とされ、ガス流入口に油を含むガスの流入配管が接続されるとともに、該容器の一端側に分離された油の流出管、他端側に分離されたガスの流出管が接続されているため、このオイルセパレータのガス流入配管に圧縮機からの吐出配管、油流出管に圧縮機への油戻し配管、ガス流出管に熱交換器に連なる高圧ガス配管を接続することにより、サイクロン方式のオイルセパレータを冷凍サイクルの吐出回路中に組み込むことができ、これによって、冷凍サイクル中に設置されるオイルセパレータの小型コンパクト化、高効率化を図ることができる。
さらに、本発明にかかる圧縮機は、ハウジングを備え、その内部に油を分離するオイルセパレータが内蔵されている圧縮機において、前記ハウジングに対して円筒状の分離筒が一体に設けられ、それを前記分離筒として上述のいずれかのオイルセパレータが組み込まれていることを特徴とする。
本発明によれば、ハウジングを備え、その内部に油を分離するオイルセパレータが内蔵されている圧縮機において、ハウジングに対して円筒状の分離筒が一体に設けられ、それを分離筒として上述のいずれかのオイルセパレータが組み込まれているため、圧縮機のハウジングに円筒状の分離筒を一体に設け、その分離筒の内周面に円筒状の筒体を嵌合することにより、上述のサイクロン方式のオイルセパレータを圧縮機に一体に内蔵することができる。従って、小型化された内蔵型オイルセパレータの油分離効率を高め、圧縮機からの油上がりを低減して油循環率(OCR)を下げ、空調機、冷凍機、各種ヒートポンプ等の各々の熱交換器での熱交換性能を向上し、その能力をアップすることができる。
本発明のオイルセパレータによると、油を含むガスを流入口から分離筒の内周面に嵌合されている円筒状の筒体内に接線方向から流入させ、旋回流を付与することにより、ガス中の油をその内周面に沿って遠心分離することができ、その油を筒体の内周側に突出開口されている複数の油捕捉用開口により捕捉し、その複数の油捕捉用開口に各々連通するように筒体の外周面側に設けられている油通路に導くことにより、ガス流と分離した状態で筒体の一端側から流出させる一方、油が分離されたガスを筒体の他端側から流出させることができるため、いったん分離された油がガス流により巻き上げられて再飛散され、ガス流と共に流出される現象を防止して油分離効率を向上することができる。
本発明の圧縮機によると、圧縮機ハウジングに円筒状の分離筒を一体に設け、その分離筒の内周面に円筒状の筒体を嵌合することにより、上述のサイクロン方式のオイルセパレータを圧縮機に一体に内蔵することができるため、小型化された内蔵型オイルセパレータの油分離効率を高め、圧縮機からの油上がりを低減して油循環率(OCR)を下げ、空調機、冷凍機、各種ヒートポンプ等の各々の熱交換器での熱交換性能を向上し、その能力をアップすることができる。
本発明の第1実施形態に係るオイルセパレータの縦断面図である。 上記オイルセパレータの分離筒の縦断面図である。 上記オイルセパレータの筒体の側面図(A)、その右側面図(B)、背面図(C)およびその上面図(D)である。 上記オイルセパレータの筒体のガス流入用の開口が設けられている側の平面図である。 図4中のA−A断面図である。 図4中のB−B断面図である。 図4中のC−C断面図である。
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1ないし図7を用いて説明する。
図1には、本発明の第1実施形態に係るオイルセパレータの縦断面図が示され、図2には、その分離筒の縦断面図、図3ないし図7には、オイルセパレータの筒体の細部構造図が示されている。
オイルセパレータ1は、円筒状の分離筒2と、その分離筒2内の円筒状のガス流路3の内周面4に嵌合された円筒状の筒体8とを備えている。
分離筒2は、内部に円筒状のガス流通路3が形成されたものであり、その円筒状のガス流通路3に対して接線方向からガス流入口5(本例では、上下2個のガス流入口とされている。)が斜め下方に向って開口されている。このガス流入口5は、圧縮機の吐出チャンバー等に連通されるものである。また、ガス流通路3の上端部には、油が分離されたガスを流出させる配管を接続するためのフィッテング部6が設けられ、下端部には、ガス中から分離された油の流出孔7が設けられている。なお、油流出孔7は、油溜り等に連通されるものである。
分離筒2は、内部の円筒状のガス流通路3に対して、ガス流入口5から油を含む冷媒ガスを接線方向から噴出し、そのガスに旋回流を与えることにより油を遠心分離するサイクロン方式のオイルセパレータ1を構成するものである。本実施形態のオイルセパレータ1においては、油分離効率を向上するため、円筒状のガス流通路3の内周面4に円筒状の筒体8が密着状態に嵌合された構成とされている。
この円筒状の筒体8は、ガス流通路3のフィッテング部6の下部から油流出孔7が設けられている下端部まで延長された薄肉のパイプ状の筒体であり、その具体的構成が図3ないし図7に示されている。
筒体8の長さ方向の略中間位置には、分離筒2側のガス流入口5と対向するように縦方向に長くされた長方形状のガス流入用の開口9が設けられており、この開口9のガス流れ方向の下流側の領域に上下方向に複数の油捕捉用開口10が設けられている。開口9および油捕捉用開口10は、それぞれ筒体8の内外を貫通するように設けられている。
開口8は、ガス流入口5から噴出されたガスをそのまま筒体8の内周面に沿って接線方向に旋回流を付与して導入するものである。一方、複数の油捕捉用開口10は、筒体8の内周側に所定寸法だけ突出されて開口され、旋回流とされるガス流に対して正対するように開口された構成とされている。
この複数の油捕捉用開口10は、筒体8の外周面側に螺旋状に設けられた複数条の凹溝により構成される油通路11にそれぞれ連通されている。各油通路11は、油捕捉用開口10の開口位置から筒体8の下端部まで延長されており、油捕捉用開口10によって捕捉され、油通路11側に導入された油を筒体8の下端部まで流下させ、油流出孔7へと流出させるためのものである。なお、油通路11は、筒体8がガス流通路3の内周面4に密着状態で嵌合され、凹溝の開口側がその内周面4で閉鎖されることにより、ガス流通路3から分離、独立された通路とされている。
筒体8は、例えば、シームレスパイプの外周面に凹溝を転造等により形成し、その内周側への突出端にガス流と正対するように油捕捉用開口10を開口するとともに、ガス流入口5と対向する開口9を設けたものとすることができる。また、パイプ材に代えてシート材を用い、それぞれ所定位置に開口9を打抜くとともに、凹溝をプレス成形し、その端部にガス流に対して正対するように油捕捉用開口10を開口したものをパイプ状に曲げ成形したものとしてもよい。なお、凹溝は、切削加工等により形成してもよい。
さらに、油捕捉用開口10の開口面積が、油通路11の断面積よりも少し大きめとなるように、油通路11の油捕捉用開口10を設ける側の端部の断面積をその分だけ大きめに構成し、その端部に油捕捉用開口10をガス流に対して正対するように設けた構成としてもよい。また、油捕捉用開口10は、筒体8の内周面から中心側に出っ張るように突出開口されるが、その開口形状は、油を捕捉し易いようにウロコ状、半円状、多角状等、様々な形状とすることができる。
以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
圧縮機によって圧縮された油を含む高圧ガスは、吐出チャンバー等を経てガス流入口5からオイルセパレータ1の分離筒2のガス流通路3内において、その内周面に嵌合されている筒体8内に噴出される。この際、ガス流入口5は、円筒状のガス流通路3に対して接線方向に開口されていることから、ガス流に旋回流が付与される。このため、ガス中に含まれる油は、その遠心力により筒体8の内周壁に沿って分離される。
この油は、筒体8の内周面から中心側に突出し、かつ旋回流と正対するように開口されている複数の油捕捉用開口10によって捕捉され、油捕捉用開口10が連なる筒体8の外周に設けられている油通路11へと導かれる。このように、遠心分離された油は、筒体8の内壁に沿って下方に流下することなく、筒体8の内壁に開口されている複数の油捕捉用開口10により捕集され、筒体8の外周に設けられている油通路11へと導かれることによって、ガス流と分離された状態でその螺旋状の油通路11内を下方に流下し、筒体8の下端部から油流出孔7へと流出されることになる。
従って、いったん分離された油が、ガス流により巻き上げられて再飛散し、ガス流と共にオイルセパレータ1から外部に流出される現象を確実に阻止し、油分離効率を高めることができる。一方、油が分離されたガスは、筒体8内を上昇し、ガス流通路3の上端部に設けられているフィッテング部6に接続されているガス流出配管を介して外部へと送られるため、冷媒回路側への油上がりを抑制することができる。
斯くして、本実施形態によると、サイクロン方式のオイルセパレータ1にあって、分離筒3の内周面4に、ガス流入口5と連通する開口9および内周側に突出開口される複数の油捕捉用開口10が設けられ、その油捕捉用開口10と連通する複数の油通路11が外周面側に設けられている円筒状の筒体8が嵌合された構成とされているため、油を含むガスをガス流入口5から分離筒2の内周面4に嵌合されている円筒状の筒体8内に接線方向から流入させ、旋回流を付与することにより、ガス中の油をその内周面に沿って遠心分離することができる。
そして、分離された油を筒体8の内周側に突出開口されている複数の油捕捉用開口10により捕捉し、筒体8の外周面側に設けられている油通路11に導くことにより、ガス流と分離した状態で筒体8の一端側から流出させる一方、油が分離されたガスを筒体8の他端側から流出させることができる。このため、いったん分離された油がガス流により巻き上げられて再飛散され、ガス流と共に流出される現象を防止して油分離効率を向上することができる。
また、上記油捕捉用開口10は、筒体8内で旋回流とされるガス流に対して正対するように開口されているため、旋回流によって筒体8の内周面に沿うように遠心分離された油をガス流と正対する油捕捉用開口10を介して効率よく捕集し、その油を筒体8の外周面側に設けられている油通路11に導き、筒体8の一端側から流出させることができる。従って、油捕捉用開口10による油の捕集効率を高めることができ、油分離効率を一層向上することができる。
さらに、複数の油通路11は、筒体8の外周面に螺旋状に設けられ、該筒体8の一端側まで延長されている。このため、油捕捉用開口10により捕捉され、油通路11に導かれた油をその螺旋状の油通路11に沿ってガス流と接触させることなく、速やかに筒体8の一端側へと導き、分離筒2から外部の油溜り等へと流出させることができる。従って、分離された油を効率よく捕集し、それを再飛散させることなく、円滑に所要の給油箇所にリターンさせて再循環させることができる。
また、複数の油通路11は、筒体8の外周面に凹溝として形成され、その溝の開口側が分離筒2の内周面4により閉鎖された通路とされているため、筒体8の外周面に適宜の加工方法(例えば、プレス成形、転造、切削等)によって凹溝を形成し、その開口側を円筒状の筒体8を分離筒2の内周面4に嵌合して閉鎖することにより、ガス流通路3から分離された油通路11する形成することができる。これによって、いったん分離された油が油通路11を流下する間にガス流と接触して再飛散され、ガス流と共に流出される事態を確実に阻止し、油分離効率を向上することができる。
さらに、筒体8は、パイプ材もしくはシート材を曲げ成形したものとされている。このため、ガス流入口5と連通する開口9、内周側に突出開口された油捕捉用開口10および該油捕捉用開口10と連通する複数の油通路11が設けられた円筒状の筒体8を、パイプ材もしくはシート材を曲げ成形したものを用い、一般的な加工方法によって簡易に作製することができる。従って、分離筒2の内周面に円筒状の筒体8を嵌合した油分離効率の高いオイルセパレータ1を低コストで簡易に構成することができる。
[その他の実施形態]
次に、本発明のその他の実施形態について説明する。
(1)上記した第1実施形態では、本発明に係るサイクロン式オイルセパレータ1の基本構成を示しているが、このオイルセパレータ1を空調機、冷凍機、各種ヒートポンプ等の冷凍サイクルにおいて、圧縮機からの吐出回路中に設ける構成とする場合、上記の分離筒2を独立した密閉構造の容器とし、ガス流入口5に油を含むガスの流入配管を接続するとともに、容器の一端側に分離された油の流出管、他端側に分離されたガスの流出管を接続した構成とすればよい。
このように、分離筒2を独立した密閉構造の容器とし、そのガス流入口5に油を含むガスの流入配管を接続するとともに、密閉容器の一端側に分離された油の流出管、他端側に分離されたガスの流出管を接続した構成とすることにより、そのオイルセパレータ1のガス流入配管を圧縮機からの吐出配管、油流出管を圧縮機への油戻し配管、ガス流出管を熱交換器に連なる高圧ガス配管に接続することで、冷凍サイクルの吐出回路中に組み込むことができ、これによって、冷凍サイクル中に設置されるオイルセパレータ1の小型コンパクト化、高効率化を図ることができる。
(2)上記オイルセパレータ1を圧縮機に内蔵した構成とする場合、圧縮機のハウジングに対して円筒状の分離筒2を一体成形し、その分離筒2内に上記円筒状筒体8を嵌合するとともに、ガス流入口5を圧縮機の吐出チャンバー、油流出孔7を圧縮機の油溜りに連通し、更に分離筒2の上端部のフィッテング部6に吐出配管を接続することにより、圧縮機のハウジングにオイルセパレータ1を一体的に組み込んだ構成とすればよい。
このように、圧縮機のハウジングに対して円筒状の分離筒を一体成形し、それを分離筒2として上述のオイルセパレータ1を組み込むことにより、サイクロン方式のオイルセパレータ1を圧縮機に一体に内蔵することができる。これによって、小型化された内蔵型のオイルセパレータ1の油分離効率を高め、圧縮機からの油上がりを低減して油循環率(OCR)を下げ、空調機、冷凍機、各種ヒートポンプ等の各々の熱交換器での熱交換性能を向上し、その能力をアップすることができる。
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、油捕捉用開口10の開口形状をウロコ状、半円状、多角状としている一方、油捕捉用開口10が連通される油通路11について、その断面形状を特に限定していないが、該通路11を構成する凹溝の断面形状は、如何なる形状であってもよく、例えば油捕捉用開口10の開口形状と同一形状としてもよい。
1 オイルセパレータ
2 分離筒
3 ガス流通路
4 内周面
5 ガス流入口
6 フィッテング部
7 油流出孔
8 円筒状の筒体
9 開口
10 油捕捉用開口
11 油通路

Claims (7)

  1. 円筒状の分離筒を備え、その内周面に沿って接線方向に設けられたガス流入口から流入するガス中に含まれる油を遠心分離し、分離された油を前記分離筒の一端側から、またガスをその他端側から流出させるようにしたオイルセパレータにおいて、
    前記分離筒の内周面に、前記ガス流入口と連通する開口および内周側に突出開口される複数の油捕捉用開口が設けられ、その複数の油捕捉用開口と各々連通する複数の油通路が外周面側に設けられている円筒状の筒体が嵌合され
    前記複数の油通路において、それぞれ一端で一つの前記油捕捉用開口が設けられ、各前記油通路は、個別の前記油捕捉用開口と連通して設けられていることを特徴とするオイルセパレータ。
  2. 前記油捕捉用開口は、前記筒体内で旋回流とされるガス流に対して正対するように開口されてい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。
  3. 前記複数の油通路は、前記筒体の外周面に螺旋状に設けられ、該筒体の一端側まで延長されている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。
  4. 前記複数の油通路は、前記筒体の外周面に凹溝として形成され、その溝の開口側が前記分離筒の内周面により閉鎖された通路とされていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のオイルセパレータ。
  5. 前記円筒状の筒体は、パイプ材もしくはシート材を曲げ成形したものとされていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のオイルセパレータ。
  6. 前記分離筒が独立した密閉構造の容器とされ、前記ガス流入口に油を含むガスの流入配管が接続されるとともに、前記容器の一端側に分離された油の流出管、他端側に分離されたガスの流出管が接続されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のオイルセパレータ。
  7. ハウジングを備え、その内部に油を分離するオイルセパレータが内蔵されている圧縮機において、
    前記ハウジングに対して円筒状の分離筒が一体に設けられ、それを前記分離筒として請求項1ないしのいずれかに記載のオイルセパレータが組み込まれていることを特徴とする圧縮機。
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