JP6403061B2 - オイルセパレータ - Google Patents

Description

本開示は、圧縮機から吐出された冷凍機油を含有する気相冷媒に対して、慣性力および遠心力により冷凍機油を分離するオイルセパレータに関する。

空気調和装置などのヒートポンプサイクルには圧縮機が用いられる。そして、この圧縮機の各摺動部を潤滑するため、冷凍機油が一般に用いられる。この冷凍機油は、冷媒循環系内を流れる冷媒に伴い、冷媒循環系内を循環する。

そして、圧縮機の吸入側より吸入された冷凍機油、あるいは、圧縮機を包含するシェル容器内に貯留された冷凍機油は、圧縮機内部の各摺動部に供給され、各摺動部の潤滑に用いられる。それだけでなく、冷凍機油は、圧縮機の作動室に供給され、作動室内の隙間をシールすることにより、気化した冷媒の漏れを防止することにも用いられる。

ところで、上記冷媒循環系において、圧縮機から吐出された冷媒に冷凍機油が多く含まれると、熱交換器の伝熱管の内壁面に冷凍機油が付着しやすくなる。伝熱管の内壁面に付着した冷凍機油は、伝熱管の伝熱を阻害し、熱交換器の伝熱効率を悪化させ、また、圧力損失を増加させる要因になる。

このような事態を回避するため、冷媒循環系内にオイルセパレータが設けられる。オイルセパレータは、圧縮機から吐出される冷媒から冷凍機油を分離し、その冷凍機油を圧縮機の吸入側に戻すものである。

従来、特許文献１に示されるように、圧力容器の上部鏡板に冷媒入口管と冷媒出口管とを備え、圧力容器の下部鏡板に油戻し配管を備えたオイルセパレータが知られている。

このオイルセパレータは、冷媒入口管から流入した圧縮機からの気相冷媒と冷凍機油との混合体を、圧力容器の円筒形状の内壁面に向かって衝突させ、慣性力によって冷凍機油を分離する。さらにこのオイルセパレータは、内壁面に衝突した気相冷媒と冷凍機油との混合体を、内壁面に沿って高速回転させ、遠心力により冷凍機油を分離する。

特開平１１−１７３７０６号公報

しかしながら、上述した特許文献に示されるオイルセパレータは、改善の余地があった。

上記事情を鑑み、限定的でない例示的な実施形態は、従来よりも改善したオイルセパレータを提供する。

開示された実施形態により得られる更なる利益および／または利点は、本明細書および図面から明らかにされる。その利益および／または利点は、さまざまな実施形態や開示された明細書および図面の特徴により個別に得られることとしてもよく、１つ以上の利益および／または利点を得るために利益および／または利点のすべてを得る必要があるということはない。

本開示のオイルセパレータは、気相冷媒に含まれる冷凍機油を分離するオイルセパレータであって、円筒形状の圧力容器と、冷凍機油を含んだ気相冷媒を圧力容器内に導入する冷媒入口管と、冷凍機油が分離された気相冷媒を排出する冷媒出口管と、を備え、冷媒入口管および冷媒出口管は圧力容器の上部鏡板から差し込まれ、冷媒入口管は、圧力容器内でＵ字型に湾曲した湾曲部分を有し、この湾曲部分の先端における送出口の開口方向は上向きであり、冷媒出口管の先端部は冷媒入口管の送出口より下方に伸びており、送出口の開口方向に沿った直線と、圧力容器の中心軸に垂直な平面との間のなす角度αが、４５°≦α＜９０°となっている。

これらの一般的で特定の態様は、システムや方法、システムや方法を任意に組み合わせたものを用いて実現されてもよい。

本開示によれば、オイルセパレータの冷媒入口管の加工精度のばらつきの影響を低減し、冷凍機油に対する衝突分離効果と旋回分離効果を同時に高めるとともに、旋回流の径路長を従来よりも長くすることができる。

従来のオイルセパレータの構成を示す図 本開示の実施形態に係る空気調和装置の室外ユニットの全体構成を示す冷媒回路図 オイルセパレータを上方向からみた場合のオイルセパレータの内部を示す図 図３の矢印Ａ方向からオイルセパレータをみた場合のオイルセパレータの内部を示す図 図３の矢印Ｂ方向からオイルセパレータをみた場合のオイルセパレータの内部を示す図 冷媒入口管の送出口の位置が冷凍機油の分離率に及ぼす影響を示す図 気相冷媒の流れの一例を示す流線図

本発明者は、従来のオイルセパレータについて鋭意検討し、以下の知見を得た。

上述した特許文献１に示されるオイルセパレータでは、圧力容器の上部鏡板に冷媒入口管が差し込まれる。そして、冷媒入口管の送出口は湾曲し、その送出口の開口方向は、送出口のやや下方にあるオイルセパレータの内壁面に向けられている。そして、この送出口から送出された気相冷媒は、圧力容器の内壁面に衝突し、圧力容器内で旋回する。

しかしながら、冷媒入口管の送出口を湾曲させる際の加工精度にはばらつきがある。そのため、このようなオイルセパレータでは、圧力容器内での気相冷媒の旋回流の向きに個体差が生じるという問題がある。

また、このようなオイルセパレータでは、冷凍機油に対する衝突分離効果と旋回分離効果とを同時に向上させることが難しいという問題がある。図１は、従来のオイルセパレータ１の構成を示す図である。図１は、円筒形状の圧力容器２０を備えるオイルセパレータ１を、圧力容器２０の中心軸に垂直な面で切断した場合の断面図である。

このオイルセパレータ１は、圧力容器２０、冷媒入口管１１、冷媒出口管１４を備える。上述したように、送出口１３の開口方向は、送出口１３のやや下方にあるオイルセパレータの内壁面に向けられている。

ここで、図１における距離Ｘはある程度大きい方が望ましく、距離Ｙは小さい方が望ましい。距離Ｘ、Ｙはそれぞれ、送出口１３からオイルセパレータ１の内壁面までの上記開口方向における距離、および、上記開口方向に垂直な方向における距離である。

距離Ｘを大きくすると、送出口１３から圧力容器２０内に流入した気相冷媒の流れが拡散するため、冷凍機油が内壁面に付着しやすくなる。そのため、慣性力による高い衝突分離効果が得られる。

また、距離Ｙを小さくすると、気相冷媒が内壁面に沿って旋回し、冷凍機油が遠心力で分離された場合に、冷凍機油が内壁面まで到達する時間が短くなる。そのため、遠心力による高い旋回分離効果が得られる。

ところが、上述したオイルセパレータ１では、距離Ｘを大きくすることと、距離Ｙを小さくすることとはトレードオフの関係にある。すなわち、水平面内で送出口１３の位置を調整しても、距離Ｘを大きくすると距離Ｙも大きくなり、逆に、距離Ｙを小さくすると距離Ｘも小さくなるので、衝突分離効果と旋回分離効果を同時に高めることが困難である。

さらに、このオイルセパレータ１では、送出口１３の開口方向が、送出口１３のやや下方にあるオイルセパレータ１の内壁面に向けられているため、気相冷媒の旋回流が早期に圧力容器２０の底部に達し、旋回流の径路長が短くなる。そのため、冷凍機油が十分に分離されない場合がある。

そこで、本発明者は次のオイルセパレータに想到した。

本開示のオイルセパレータは、気相冷媒に含まれる冷凍機油を分離するオイルセパレータであって、円筒形状の圧力容器と、前記冷凍機油を含んだ気相冷媒を前記圧力容器内に導入する冷媒入口管と、前記冷凍機油が分離された気相冷媒を排出する冷媒出口管と、を備え、前記圧力容器の内部に差し込まれた前記冷媒入口管の先端における送出口の開口方向に沿った直線と、前記圧力容器の中心軸に垂直な平面との間のなす角度αが、４５°≦α＜９０°である。

これにより、オイルセパレータの冷媒入口管の加工精度のばらつきにより送出口の開口方向が水平方向より下向きになることが抑制される。また、送出口の開口方向が上向きになるため、圧力容器の上部を経由する旋回流が生じ、従来よりも気相冷媒の径路長が長くなる。また、送出口の開口方向を上向きにして、角度αを調整することで、図１に示す距離Ｘを垂直面内で調整することが可能になり、距離Ｙを小さくしながら、距離Ｘを大きくすることが可能になる。４５°≦αであれば、送出口の開口方向が圧力容器の天面に近づき、または天面に向かい、距離Ｘをより大きくすることができる。つまり、冷凍機油に対する衝突分離効果と旋回分離効果を同時に高めることが可能となる。

以下、本開示の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図２は、本開示の実施形態に係る空気調和装置の室外ユニット１００の全体構成を示す冷媒回路図である。なお、図２に示した室外ユニット１００は、本開示に係るオイルセパレータ１０を適用可能な空気調和装置の一例を示すものであり、当該オイルセパレータ１０の適用範囲はこのような空気調和装置に限定されるものではない。

室外ユニット１００は、能力可変型の圧縮機（ＤＣインバータ圧縮機）３０と、オイルセパレータ１０と、室外熱交換器３１と、膨張弁３２と、四方弁３３と、レシーバタンク３４と、アキュムレータ３５と、を備える。

圧縮機３０の吸込口には、アキュムレータ３５を介して延びる吸込管４１が接続される。また、圧縮機３０の吐出口には、吐出管４２Ａが接続されている。吐出管４２Ａは、オイルセパレータ１０に接続され、オイルセパレータ１０を経て延出する吐出管４２Ｂは、四方弁３３に接続されている。

四方弁３３は、室外熱交換器３１の一端と吐出管４２Ｂとを連通し、あるいは、室外熱交換器３１の一端と圧縮機３０の吸込管４１につながる管路４３とを連通する。また、四方弁３３は、オイルセパレータ１０を経て延出する吐出管４２Ｂとガス管４６とを連通し、あるいは、アキュムレータ３５を経て圧縮機３０の吸込管４１につながる管路４３とガス管４６とを連通する。

室外熱交換器３１の他端は、膨張弁３２、および、レシーバタンク３４に接続され、さらに冷媒配管４４を経て液管４５に接続されている。

また、オイルセパレータ１０には、オイルセパレータ１０内に溜まった冷凍機油を圧縮機３０の吸込管４１に戻すオイル戻し管４７が接続される。

上述した冷凍機油は、圧縮機３０から吐出される気相冷媒に含まれる圧縮機３０の潤滑用オイルである。オイルセパレータ１０は、圧縮機３０から吐出された冷媒から冷凍機油を分離し、分離した冷凍機油を圧縮機３０の吸込側に戻すとともに、冷凍機油を除去した気相冷媒を四方弁３３に供給する。

なお、室外ユニット１００は、液管４５、および、ガス管４６により室内ユニット（図示せず）に接続されている。本実施形態における空気調和装置は、室外ユニット１００と室内ユニットとの間で冷媒を循環させ、四方弁３３を切り替えることで冷房運転、あるいは、暖房運転を行うことができるように構成されている。

つぎに、空気調和装置に使用されるオイルセパレータ１０について説明する。図３はオイルセパレータ１０を上方向からみた場合のオイルセパレータ１０の内部を示す図であり、図４は、図３の矢印Ａ方向からオイルセパレータ１０をみた場合のオイルセパレータ１０の内部を示す図であり、図５は、図３の矢印Ｂ方向からオイルセパレータ１０をみた場合のオイルセパレータ１０の内部を示す図である。

図３、図４、および、図５に示すように、オイルセパレータ１０は、円筒形状の密閉容器である圧力容器（オイルセパレータ本体）２０を備える。圧力容器２０は、容器上部２１と、容器下部２２と、容器胴部２９から構成される。

容器上部２１と容器胴部２９、容器下部２２と容器胴部２９とは、それぞれ溶接等により結合され、互いに開口部が密閉される。容器上部２１の上面には、上部鏡板２３が一体に形成される。また、容器下部２２の下面には、下部鏡板２４が一体に形成される。

上部鏡板２３には、冷媒入口管１１と、冷媒出口管１４とが備えられる。ここで、図３、図４、図５では、冷媒入口管１１、および、冷媒出口管１４の外壁だけでなく、内壁も示されている。

冷媒入口管１１には、圧縮機３０の吐出口から延出する吐出管４２Ａが接続される。そして、冷媒入口管１１により、圧縮機３０が吐出した冷凍機油を含んだ気相冷媒が圧力容器２０内に導入される。

冷媒出口管１４には、四方弁３３に繋がる吐出管４２Ｂが接続され、冷媒出口管１４により、冷凍機油が分離された気相冷媒が圧力容器２０の外部に排出される。

また、下部鏡板２４には、オイル出口管２５が備えられる。オイル出口管２５は、オイル戻し管４７に接続され、オイル出口管２５により、圧力容器２０内の冷凍機油が圧力容器２０の外部に排出される。

また、圧力容器２０の容器下部２２には、２本の脚部２６が設けられる。脚部２６は、上端部が容器下部２２の外周面に溶接等により接合される。脚部２６の下端部は、接地面（室外ユニット１００の底板）に対して平行となるよう折り曲げられる。すなわち、脚部２６は、略Ｌ字形状に形成される。

圧力容器２０は、脚部２６により起立した状態で、接地面との間に間隔を空けて縦置き設置されるように構成されている。なお、ここでは、脚部２６が２つあることとしたが、３つ以上であってもよい。

また、冷媒入口管１１、および、冷媒出口管１４は、円筒形状の圧力容器２０の中心軸ＡＸと略平行に設けられ、上部鏡板２３を略鉛直に貫通している。冷媒入口管１１は、圧力容器２０の中心Ｃからずれた位置で上部鏡板２３に差し込まれる。一方、冷媒出口管１４は、圧力容器２０の中心Ｃの位置において上部鏡板２３に差し込まれる。

ここで、上部鏡板２３には、冷媒入口管１１、冷媒出口管１４がそれぞれ差し込まれる貫通孔２７、２８が形成される。貫通孔２７、２８には、冷媒入口管１１、冷媒出口管１４がそれぞれ差し込まれ、冷媒入口管１１、および、冷媒出口管１４の外周全周をロウ付けして閉封される。

また、冷媒入口管１１は、湾曲部分１２を有する。上部鏡板２３を貫通し、圧力容器２０の内部に略鉛直に延びる冷媒入口管１１は、圧力容器２０内でＵ字型に湾曲し、気相冷媒を送出する送出口１３の開口方向が上向きとなる。ここで、開口方向は、送出口１３から気相冷媒が流出する方向とも言える。

具体的には、送出口１３の開口方向に沿った直線と、圧力容器２０の中心軸ＡＸに垂直な平面Ｈとの間のなす角度αが、４５°≦α＜９０°の範囲に含まれるよう冷媒入口管１１が形成される。

例えば、図４には、送出口１３の開口方向が、圧力容器２０の上部鏡板２３の湾曲部分に向けられている場合が示されている。この場合、送出口１３から送出された気相冷媒は圧力容器２０の湾曲部分に衝突する。そして、気相冷媒の流れは、圧力容器２０のより上方に移動する流れＦ１と、より下方に移動する流れＦ２とに分離する。

ここで、角度αが４５°度以上になると、流れＦ１が流れＦ２以上に支配的となる。流れＦ１は、流れＦ２よりも冷媒出口管１４から流出するまでの径路長が長くなるため、より多くの冷凍機油を分離することができる。

また、角度αが４５°度以上になると、送出口１３から送出された気相冷媒の垂直方向の速度成分は、気相冷媒の水平方向の速度成分以上となる。そのため、圧力容器２０の側面内壁に気相冷媒が衝突した場合、気相冷媒が効率的に圧力容器２０のより上方に導かれる。また、気相冷媒の流れの運動エネルギーの損失も抑制される。

さらに、角度αを上記範囲内の値とするため、冷媒入口管１１に湾曲部分１２が形成されると、湾曲部分１２の外側の内壁面に気相冷媒が衝突するようになる。このことによっても、気相冷媒から冷凍機油を分離することができる。

以上のようなことから、このオイルセパレータ１０では、角度αが４５°≦α＜９０°の範囲に含まれるように冷媒入口管１１が形成される。

なお、湾曲部分１２の上流側にある冷媒入口管１１の内部に、メッシュフィルタなどの編目状部材を設けることとしてもよい。これにより、編目状部材で、ある程度気相冷媒から冷凍機油を分離することができ、オイルセパレータ１０全体としての油分離効率をさらに向上させることができる。

さらに、圧力容器２０の内壁面から送出口１３の中心位置までの距離ｘが、Ｄ／２≦ｘ≦１．６Ｄの関係を満たす位置に、冷媒入口管１１を配置することが望ましい。ここで、Ｄは、冷媒入口管１１の内径である。

図６は、冷媒入口管１１の送出口１３の位置が冷凍機油の分離率に及ぼす影響を示す図である。図６に示されるグラフの縦軸は、冷凍機油の分離率であり、横軸は、圧力容器２０の内径Ｌに対する距離ｘの割合である。また、図６中に記載されたＤは、冷媒入口管１１の内径である。この結果は、モンテカルロシミュレーションにより得られたものである。

図６に示すように、割合ｘ／Ｌが小さくなるにつれて、冷凍機油の分離率が大きくなる。これは、気相冷媒が内壁面に沿って旋回し、冷凍機油が遠心力で分離される場合に、送出口１３が圧力容器２０の内壁面の近くにあるほど、冷凍機油が内壁面まで到達する時間が短くなり、冷凍機油が内壁面に捕捉されやすくなるためである。

ここで、冷凍機油の分離率は、距離ｘがＤ／２の場合（割合ｘ／Ｌが７．３の場合）に最大値１００％を示す。これは、冷媒入口管１１が圧力容器２０の内壁に接している場合である。また、オイルセパレータ１０に要求される仕様上の分離率は８５％以上の値である。この分離率は、距離ｘが１．６Ｄ（割合ｘ／Ｌが２３．０）以下である場合に達成される。以上により、Ｄ／２≦ｘ≦１．６Ｄという範囲が設定される。

なお、冷凍機油は、主に、気相冷媒が冷媒入口管１１の湾曲部分１２を通過する際、冷媒入口管１１から流出した気相冷媒が上部鏡板２３に衝突する際、および、圧力容器２０内で旋回する際に気相冷媒から分離される。

このオイルセパレータ１０では、気相冷媒が冷媒入口管１１の湾曲部分１２を通過する際には、気相冷媒に含まれていた冷凍機油のおよそ２０％が分離される。また、気相冷媒が上部鏡板２３に衝突し、その後、気相冷媒が圧力容器２０内で旋回することにより、湾曲部分１２で除去されなかった冷凍機油のおよそ８０％が分離されることを想定している。

この場合、オイルセパレータ１０全体の分離率は８５％程度となる。上述した仕様上の分離率の下限値８５％は、このようなことから決定されている。

また、冷媒入口管１１の送出口１３の開口方向は、その開口方向にある圧力容器２０の内壁面の法線方向と非平行であることが望ましい。送出口１３の開口方向と、その開口方向にある圧力容器２０の内壁面の法線方向とが平行であると、送出口１３から送出された気相冷媒が内壁面に垂直方向から衝突することになり、気相冷媒の運動エネルギーの損失が大きくなる。

しかし、送出口１３の開口方向と、その開口方向にある圧力容器２０の内壁面の法線方向とを非平行とすることにより、送出口１３から送出された気相冷媒が送出口１３以外の方向に逸れて流れることになる。その結果、運動エネルギーが失われることなく、高速の旋回流を生じさせることができる。

一方、冷媒出口管１４は、上部鏡板２３の中心Ｃを貫通し、その先端部１５が冷媒入口管１１の送出口１３より下方に延びている。この先端部１５の開口方向は、鉛直下向きの方向である。このように、冷媒出口管１４は、冷媒入口管１１に干渉することがないよう配置される。

つぎに、このオイルセパレータ１０の動作について説明する。オイルセパレータ１０の圧力容器２０には、圧縮機３０から吐出された気相冷媒が、吐出管４２Ａ、および、冷媒入口管１１を介して導入される。前述のように、この気相冷媒には、冷凍機油が含まれている。

冷媒入口管１１の湾曲部分１２は、圧縮機３０から吐出される高温の気相冷媒が圧力容器２０の内周面に沿って送出されるように湾曲している。そのため、冷媒入口管１１の送出口１３から送出された気相冷媒は、上部鏡板２３に衝突する衝突噴流となった後、圧力容器２０の内周面に沿って激しく旋回する流れとなる。

衝突噴流となった気相冷媒に含まれる冷凍機油は、気相冷媒よりも密度が高いため、容器壁面に衝突する際に、慣性力によって気相冷媒から分離される。それでも分離されなかった冷凍機油は、気相冷媒の旋回により発生する遠心力によって、圧力容器２０の外側半径方向に飛散し、気相冷媒から分離される。

前述のように、冷媒入口管１１は、角度αが４５°≦α＜９０°の範囲に含まれるよう形成される。この場合、気相冷媒の衝突噴流は、上部鏡板２３の天井面に衝突し、その天井面から旋回流が発生することになる。そのため、圧力容器２０の高さを活かして、旋回流の径路長を長くすることができるので、冷凍機油の分離率を向上させることができる。

なお、冷媒入口管１１の送出口１３の開口方向が水平方向となるように加工する場合、加工精度のばらつきにより、送出口１３が水平方向より若干下向きになる可能性がある。この場合、送出口１３から送出される気相冷媒の旋回流も下向きとなり、気相冷媒の旋回流の径路長が不足し、冷凍機油が十分に分離されない可能性がある。

これに対し、このオイルセパレータ１０では、冷媒入口管１１の送出口１３の開口方向を水平方向より上向きにし、角度αが４５°≦α＜９０°の範囲内の値となるようにしている。そのため、加工精度のばらつきにより、送出口１３の開口方向が水平方向より下向きになるのを防ぐことができるため、従来よりも気相冷媒の旋回流の径路長が長くなり、冷凍機油の分離率を向上することができる。

また、このオイルセパレータ１０では、冷媒入口管１１の送出口１３を、圧力容器２０の内壁面に接近させることができるので、旋回流によって生じる遠心力により、冷凍機油の粒子が圧力容器２０の内壁面まで移動して、内壁面に捕捉されるまでの時間を短縮することができる。これにより、冷凍機油の分離率をさらに向上させることができる。

なお、冷媒入口管１１が圧力容器２０の内壁面に接するように配置される場合、冷媒入口管１１と圧力容器２０とを溶接することが望ましい。これにより、振動の発生を抑制することができる。

さらに、このオイルセパレータ１０では、冷媒入口管１１の送出口１３の開口面と、上部鏡板２３の天井面までの距離を十分に取ることができる。これにより、冷媒入口管１１の送出口１３から送出された気相冷媒を、上部鏡板２３の天井面に到達するまでに拡散させることができる。

その結果、気相冷媒が、上部鏡板２３の天井面に衝突する範囲を拡大することができ、冷凍機油の粒子が上部鏡板２３の天井面に捕捉される効果を大きく向上させることができる。

ところで、圧力容器２０内部で、遠心力により気相冷媒から分離された冷凍機油は、自重により下方に流れ落ちて、圧力容器２０の容器下部２２に溜まる。そして、冷凍機油は、圧力容器２０の底部に設けられたオイル出口管２５から、圧力容器２０の外部に導出され、オイル戻し管４７を経て、圧縮機３０の吸込口に戻される。

一方、圧力容器２０の内部で冷凍機油が分離された気相冷媒は、圧力容器２０の容器下部２２に溜まった冷凍機油の液面より上方の空間に溜まることになる。そして、この気相冷媒は、冷媒出口管１４に入り、吐出管４２Ｂを介して四方弁３３に供給される。

ここで、冷媒出口管１４は、圧力容器２０の中央にあるため、圧力容器２０の内周面に沿って旋回する流れを乱すことがない。また、冷媒出口管１４の先端部１５は、圧力容器２０の内周面に沿って旋回する流れの中央にあるため、飛散した冷凍機油が先端部１５から導出されることを抑制でき、冷凍機油がほとんど除去された気相冷媒を吐出管４２Ｂに導くことができる。

図７は、気相冷媒の流れの一例を示す流線図である。この流線図は、数値シミュレーションの結果得られたものである。

図７に示すように、冷媒入口管１１から流出した気相冷媒は、オイルセパレータ１０の天井面に衝突する。その後、気相冷媒は、旋回しながらオイルセパレータ１０内を下降し、再び上昇する。その過程で気相冷媒から冷凍機油が分離され、冷凍機油が分離された気相冷媒は、冷媒出口管１４を介してオイルセパレータ１０から流出する。

なお、上記実施形態では、冷媒入口管１１は、上部鏡板２３より圧力容器２０内部に導入されているが、これに限定されるものではない。送出口１３の開口方向に沿った直線と、圧力容器２０の中心軸に垂直な平面との間のなす角度αが、４５°≦α＜９０°を満たすのであれば、冷媒入口管１１は、圧力容器２０の側壁または下部（下部鏡板２４）から圧力容器２０内に導入される形態であってもよい。

以上説明したように、本開示の第１形態は、気相冷媒に含まれる冷凍機油を分離するオイルセパレータ１０が、円筒形状の圧力容器２０と、冷凍機油を含んだ気相冷媒を圧力容器２０内に導入する冷媒入口管１１と、冷凍機油が分離された気相冷媒を排出する冷媒出口管１４と、を備え、圧力容器２０の内部に差し込まれた冷媒入口管１１の先端における送出口１３の開口方向に沿った直線と、圧力容器２０の中心軸に垂直な平面との間のなす角度αは、４５°≦α＜９０°であるオイルセパレータ１０を提供する。

この構成によれば、冷媒入口管１１から気相冷媒が斜め上方に流出して圧力容器２０に衝突し、かつ、圧力容器２０の天井にまで達する気相冷媒の割合が大きくなる。そして、気相冷媒は、旋回しつつ、圧力容器２０の天井から下方に向って流動することになる。

このようなことから、冷媒入口管１１の加工精度にばらつきがあったとしても、気相冷媒が冷媒入口管１１から下方にそのまま流出することがなくなり、加工精度のばらつきの影響が低減される。また、冷凍機油に対する衝突分離効果と旋回分離効果を同時に高めることができるとともに、従来よりも旋回流の径路長を長くすることもできる。

また、本開示の第２形態は、第１形態において、冷媒入口管１１の内径をＤとした場合に、圧力容器２０の内壁面から冷媒入口管１１の送出口１３の中心位置までの距離ｘが、Ｄ／２≦ｘ≦１．６Ｄの関係を満たすオイルセパレータ１０を提供する。この構成によれば、冷凍機油が内壁面まで到達する時間を短くすることができるため、油分離率を大きく向上させることができる。

また、本開示の第３形態は、第１形態または第２形態において、冷媒入口管１１の送出口１３の開口方向が、その開口方向にある圧力容器２０の内壁面の法線方向と非平行であるオイルセパレータ１０を提供する。この構成によれば、送出口１３から送出された気相冷媒が送出口１３以外の方向に逸れて流れることになるので、運動エネルギーの損失を抑制でき、その結果、高速の旋回流を生じさせることができる。

また、本開示の第４形態は、第１形態−第３形態のいずれか一つにおいて、送出口１３の開口方向は、圧力容器２０の上部鏡板２３の湾曲部分に向けられているオイルセパレータ１０を提供する。この構成によれば、気相冷媒を円滑に圧力容器２０の上方に導くことができ、気相冷媒の運動エネルギーが失われることを抑制することができる。

また、本開示の第５形態では、第１形態−第４形態のいずれか一つにおいて、冷媒入口管１１は湾曲部分１２を有し、その湾曲部分１２の上流側にある冷媒入口管１１の内部に編目状部材を設けられているオイルセパレータ１０を提供する。この構成によれば、編目状部材である程度気相冷媒から冷凍機油を分離することができ、油分離効率をさらに向上させることができる。

また、本開示の第６形態では、第１形態−第５形態のいずれか一つにおいて、圧力容器２０の中心軸ＡＸ上で圧力容器２０に接続され、冷媒入口管１１は、圧力容器２０の中心軸からずれた位置で圧力容器２０に接続されることとした。この構成によれば、圧力容器２０の内周面に沿って旋回する流れを乱すことを抑制でき、また、飛散した冷凍機油が冷媒出口管１４から導出されることを抑制することができる。

なお、上記実施形態は本開示を適用した具体的態様の一例に過ぎず、本開示を限定するものではない。すなわち、上記実施形態とは異なる態様で本開示を実施することも可能である。

例えば、上記実施形態では、オイルセパレータ１０が、インバーター式の圧縮機３０を一台備える空気調和装置に使用される場合について説明したが、これに限らず、インバーター式の圧縮機と定速圧縮機とを複数台備えた空気調和装置に使用されてもよい。また、オイルセパレータ１０は、ガスヒートポンプ式の空気調和装置に使用されてもよい。

本開示にかかるオイルセパレータは、気相冷媒に含まれる冷凍機油を分離するオイルセパレータに用いるのに有用である。

１０ オイルセパレータ
１１ 冷媒入口管
１２ 湾曲部分
１３ 送出口
１４ 冷媒出口管
１５ 先端部
２０ 圧力容器
２１ 容器上部
２２ 容器下部
２３ 上部鏡板
２４ 下部鏡板
２５ オイル出口管
２６ 脚部
２７，２８ 貫通孔
２９ 容器胴部
３０ 圧縮機
３１ 室外熱交換器
３２ 膨張弁
３３ 四方弁
３４ レシーバタンク
３５ アキュムレータ
４１ 吸込管
４２Ａ 吐出管
４２Ｂ 吐出管
４３ 管路
４４ 冷媒配管
４５ 液管
４６ ガス管
４７ オイル戻し管
１００ 室外ユニット

Claims (6)

1. 気相冷媒に含まれる冷凍機油を分離するオイルセパレータであって、
   円筒形状の圧力容器と、
   前記冷凍機油を含んだ気相冷媒を前記圧力容器内に導入する冷媒入口管と、
   前記冷凍機油が分離された気相冷媒を排出する冷媒出口管と、
   を備え、
   前記冷媒入口管および前記冷媒出口管は前記圧力容器の上部鏡板から差し込まれ、
   前記冷媒入口管は、前記圧力容器内でＵ字型に湾曲した湾曲部分を有し、前記湾曲部分の先端における送出口の開口方向は上向きであり、
   前記冷媒出口管の先端部は前記冷媒入口管の送出口より下方に伸びており、
   前記送出口の開口方向に沿った直線と、前記圧力容器の中心軸に垂直な平面との間のなす角度αが、４５°≦α＜９０°であるオイルセパレータ。
2. 前記冷媒入口管の内径をＤとした場合に、前記圧力容器の内壁面から前記送出口の中心位置までの距離ｘが、
   Ｄ／２≦ｘ≦１．６Ｄ
   の関係を満たす請求項１に記載のオイルセパレータ。
3. 前記送出口の開口方向は、該開口方向にある前記圧力容器の内壁面の法線方向と非平行である請求項１または２に記載のオイルセパレータ。
4. 前記送出口の開口方向は、前記圧力容器の鏡板の湾曲部分に向けられている請求項１−３のいずれか１項に記載のオイルセパレータ。
5. 前記冷媒入口管は湾曲部分を備え、該湾曲部分の上流側にある前記冷媒入口管の内部に編目状部材が設けられている請求項１−４のいずれか１項に記載のオイルセパレータ。
6. 前記冷媒出口管は、前記圧力容器の中心軸上で該圧力容器に接続され、前記冷媒入口管は、前記圧力容器の中心軸からずれた位置で、該圧力容器に接続される請求項１−５のいずれか１項に記載のオイルセパレータ。

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