JP6782517B2 - Oil separator - Google Patents
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本発明は、ヒートポンプのスクリュー圧縮機から吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油を分離するための油分離器に関するものである。 The present invention relates to an oil separator for separating lubricating oil from a mixed fluid of refrigerant gas and lubricating oil discharged from a screw compressor of a heat pump.
ヒートポンプにおいては、スクリュー圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮器、膨張弁及び蒸発器を経て状態変化させつつ閉回路を循環させることによって所要の暖房又は冷房(冷凍)作業を行う。斯かるヒートポンプにおいて、冷媒としてアンモニア(NH3)を使用する場合には、スクリュー圧縮機に供給される潤滑油には不溶性油が一般的に使用されるが、この不溶性油が凝縮器や蒸発器等の熱交換器に流入すると、この不溶性油が伝熱面に付着して伝熱性能を下げ、熱交換器における熱交換効率の低下を招くという問題が発生する。 In the heat pump, the required heating or cooling (freezing) work is performed by circulating the closed circuit while changing the state of the refrigerant compressed by the screw compressor through the condenser, the expansion valve and the evaporator. When ammonia (NH 3 ) is used as the refrigerant in such a heat pump, insoluble oil is generally used as the lubricating oil supplied to the screw compressor, and this insoluble oil is used in the condenser or evaporator. When it flows into a heat exchanger such as the above, this insoluble oil adheres to the heat transfer surface to lower the heat transfer performance, resulting in a problem that the heat exchange efficiency in the heat exchanger is lowered.
そこで、スクリュー圧縮機から吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油を分離するための油分離器が一般的には冷媒循環回路のスクリュー圧縮機と凝縮器との間に設けられている。特に、潤滑剤として不溶性油を使用する場合には、高性能の油分離器が必要となる。 Therefore, an oil separator for separating the lubricating oil from the mixed fluid of the refrigerant gas and the lubricating oil discharged from the screw compressor is generally provided between the screw compressor and the condenser of the refrigerant circulation circuit. ing. In particular, when insoluble oil is used as a lubricant, a high-performance oil separator is required.
ところで、油分離器として、特許文献1には、重力沈降方式とデミスタ方式を併用したものが提案され、特許文献2には、油分離手段としてデミスタとコアレッサ及びディスチャージディフレクタを採用したものが提案されている。又、特許文献3には、油分離手段として遠心分離手段を用いた油分離器が提案されている。
By the way, as an oil separator,
ここで、従来の油分離器の一例として、重力沈降方式とコアレッサを用いたものを図7に示す。 Here, as an example of the conventional oil separator, the one using the gravity settling method and the corelesser is shown in FIG.
即ち、図7は従来の油分離器の一例を示す側断面図であり、図示の油分離器101は、横置きされた円筒容器状のシェル102を備えており、このシェル102の内部は、隔壁103によって第1分室S1と第2分室S2とに区画されている。
That is, FIG. 7 is a side sectional view showing an example of a conventional oil separator, and the illustrated
上記シェル102の第1分室S1には、底部から垂直に立設された縦壁104が設けられており、該第1分室S1の上部にはガス入口105が開口し、同第1分室S1の底部には油出口106が開口している。尚、ガス入口105は、冷媒配管107を介して不図示のスクリュー圧縮機の吐出側に接続されており、油出口106は、油配管108を経てスクリュー圧縮機の内部に接続されている。
The first branch chamber S1 of the
又、シェル102の第2分室S2には、コアレッサ109が水平状態で収容されており、その長手方向一端(図7の左端)が前記隔壁103に取り付けられている。このコアレッサ109は、マイクログラスファイバを含んで円筒状に成形された部材であって、その内部は、隔壁103に形成された円孔状の連通孔103aを介して第1分室S1に連通している。
Further, the
そして、シェル102の第2分室S2の上部にはガス出口110が開口し、同第2分室S2の底部には返油口111が開口している。尚、ガス出口110は、冷媒配管112を介して不図示の凝縮器に接続されており、返油口111は、油配管113を経てスクリュー圧縮機の吸入側に接続されている。
A
以上のように構成された油分離器101において、不図示のスクリュー圧縮機から冷媒配管107へと吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体がシェル102に開口するガス入口105から第1分室S1に流入すると、この混合流体は、第1分室S1を鏡板102aに向かって図7の左方へと流れ、鏡板102aに衝突して流れ方向が逆転し、第1分室S1を図7の右方へ向かって低速で流れるが、この過程において冷媒ガスよりも比重が大きな潤滑油が重力によってガス冷媒から分離して沈降し、第1分室S1の底部に潤滑油が溜まる。
In the
その後、微量の潤滑油を含む混合流体が隔壁103の連通孔103aから第2分室S2に配置されたコアレッサ109の内部に流入すると、この混合流体に含まれる微量の潤滑油がコアレッサ109によって分離して第2分室S2の底部に溜まる。そして、潤滑油がほぼ完全に分離除去された冷媒ガスは、コアレッサ109から排出され、シェル102に開口するガス出口110から冷媒配管112を通って不図示の凝縮器と蒸発器へと導入される。従って、凝縮器と蒸発器には潤滑油が流入することが殆どなく、伝熱面に潤滑油が付着することによる凝縮器と蒸発器の熱交換効率の低下が防がれる。
After that, when the mixed fluid containing a small amount of lubricating oil flows into the inside of the
又、シェル102の第1分室S1の底部に溜まった潤滑油は、油出口106から油配管108を通って不図示のスクリュー圧縮機内の軸受部に供給され、第2分室S2の底部に溜まった潤滑油は、返油口111から油配管113を通ってスクリュー圧縮機に冷媒ガスと共に戻されて該スクリュー圧縮機の潤滑と冷却に供される。
Further, the lubricating oil accumulated in the bottom of the first branch chamber S1 of the
しかしながら、特許文献1〜3において提案された油分離器は、ヒートポンプの他の構成機器よりも大型となり、その輸送コストや資材費が大きくなるという問題がある。例えば、図7に示す従来の油分離器101においては、潤滑油を重力沈降運動によって分離する領域とコアレッサ109によって潤滑油を分離する領域とが互いにオーバーラップすることなく長手方向に沿ってそれぞれ独立に設定されているため、油分離器101の全長L’が長くなって該油分離器101が大型化してしまう。
However, the oil separators proposed in
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、高い油分離性能を維持しつつ小型化を図ることができる油分離器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an oil separator capable of miniaturization while maintaining high oil separation performance.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の油分離器は、ヒートポンプのスクリュー圧縮機から吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油を分離するためのものであって、
横置きされた密閉容器状の外筒シェルと、該外筒シェルの長手方向一端から当該外筒シェル内に差し込まれた有底円筒状の内筒シェルを備え、
前記外筒シェルの長手方向一端に、ガス入口を前記外筒シェルと前記内筒シェルとの間の環状空間に対して接線方向に開口させるとともに、前記内筒シェルの前記外筒シェルから突出する部位の長手方向一端にガス出口を開口させ、
前記外筒シェルの底部に油出口を開口させるとともに、前記内筒シェルの前記外筒シェルから突出する部位の底部に返油口を開口させ、
前記内筒シェルの内部にコアレッサを収容配置して構成されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the oil separator according to
It is provided with a horizontally placed closed container-shaped outer cylinder shell and a bottomed cylindrical inner cylinder shell inserted into the outer cylinder shell from one end in the longitudinal direction of the outer cylinder shell.
At one end in the longitudinal direction of the outer cylinder shell, a gas inlet is opened in the tangential direction with respect to the annular space between the outer cylinder shell and the inner cylinder shell, and protrudes from the outer cylinder shell of the inner cylinder shell. Open a gas outlet at one end in the longitudinal direction of the part
An oil outlet is opened at the bottom of the outer cylinder shell, and an oil return port is opened at the bottom of a portion of the inner cylinder shell that protrudes from the outer cylinder shell.
It is characterized in that a corelesser is housed and arranged inside the inner cylinder shell.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記外筒シェルの内周と前記内筒シェルの外周にリング状の複数の内輪と外輪をそれぞれ軸方向に間隔を設けて配置したことを特徴とする。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記内筒シェルの内部の前記混合流体の流れ方向において前記コアレッサの上流側にデミスタを収容配置したことを特徴とする。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れかに記載の発明において、
前記外筒シェル内の前記ガス入口近傍の底部に波止め板を配置するとともに、前記油出口を前記外筒シェルの前記ガス入口より離れた長手方向他端側に開口させたことを特徴とする。
The invention according to
A wave stop plate is arranged at the bottom of the outer cylinder shell near the gas inlet, and the oil outlet is opened on the other end side in the longitudinal direction away from the gas inlet of the outer cylinder shell. ..
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の何れかに記載の発明において、前記ガス出口を、前記混合流体の流れ方向において前記コアレッサの下流側端面よりも下流側に開口させたことを特徴とする。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5の何れかに記載の発明において、前記油出口をオイルクーラを介して前記スクリュー圧縮機内部の軸受部等に接続し、前記返油口を前記スクリュー圧縮機の吸入側に直接接続したことを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the invention according to any one of
請求項1に記載の発明によれば、スクリュー圧縮機から吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油が次の第1〜第3ステップを経て分離される。 According to the first aspect of the present invention, the lubricating oil is separated from the mixed fluid of the refrigerant gas and the lubricating oil discharged from the screw compressor through the following first to third steps.
即ち、第1ステップにおいては、スクリュー圧縮機から吐出される混合流体が油分離器のガス入口から外筒シェルと内筒シェルとの間の環状空間に接線方向に流入して旋回(サイクロン運動)するため、冷媒ガスよりも比重が大きな潤滑油が遠心力によって外筒シェルの内面に沿って流れる。ここで、粘度が高い潤滑油は、その流速が外筒シェルの内面の摩擦抵抗によって低下するために落下し、外筒シェルの底部に潤滑油が溜まるために、冷媒ガスから潤滑油が分離される。 That is, in the first step, the mixed fluid discharged from the screw compressor flows tangentially into the annular space between the outer cylinder shell and the inner cylinder shell from the gas inlet of the oil separator and turns (cyclone motion). Therefore, the lubricating oil having a specific gravity larger than that of the refrigerant gas flows along the inner surface of the outer cylinder shell by centrifugal force. Here, the lubricating oil having a high viscosity drops because its flow velocity decreases due to the frictional resistance on the inner surface of the outer cylinder shell, and the lubricating oil collects at the bottom of the outer cylinder shell, so that the lubricating oil is separated from the refrigerant gas. Lubricant.
第2ステップにおいては、第1ステップで分離されなかった潤滑油は、冷媒ガスに同伴して環状空間内を水平移動するが、その過程で冷媒ガスよりも比重が大きな潤滑油が重力によって冷媒ガスから分離して沈降し、分離されなかった潤滑油は、外筒シェルの端面(鏡板)との衝突と流れ方向の逆転によって粒子径が大きくなり、2回目の重力沈降によって冷媒ガスから分離して外筒シェルの底部に潤滑油が溜まるために冷媒ガスから潤滑油が分離される。 In the second step, the lubricating oil that was not separated in the first step moves horizontally in the annular space along with the refrigerant gas, but in the process, the lubricating oil having a higher specific gravity than the refrigerant gas becomes the refrigerant gas due to gravity. The lubricating oil separated from and settled from the refrigerant gas increased in particle size due to collision with the end face (end plate) of the outer cylinder shell and reversal of the flow direction, and separated from the refrigerant gas by the second gravity settling. Lubricating oil is separated from the refrigerant gas because the lubricating oil collects on the bottom of the outer cylinder shell.
第3ステップにおいては、混合流体がコアレッサを通過することによって、第2ステップにおいて分離されなかった潤滑油の微細粒子が分離される。 In the third step, the mixed fluid passes through the corelesser to separate the fine particles of the lubricating oil that were not separated in the second step.
以上のように、混合流体に含まれる潤滑油は、第1〜第3ステップを経て分離されるため、油分離器の油分離性能が高められる。 As described above, since the lubricating oil contained in the mixed fluid is separated through the first to third steps, the oil separation performance of the oil separator is improved.
又、第1及び第2ステップにおいて潤滑油を重力沈降運動によって分離する領域と第3ステップにおいて潤滑油をコアレッサによって分離する領域を長手方向にオーバーラップさせて配置したため、油分離器の全長を短縮して該油分離器の小型化を実現することができる。 Further, since the region where the lubricating oil is separated by the gravity settling motion in the first and second steps and the region where the lubricating oil is separated by the corelesser in the third step are arranged so as to overlap in the longitudinal direction, the total length of the oil separator is shortened. Therefore, the miniaturization of the oil separator can be realized.
以上の結果、油分離器に高い油分離性能を維持しつつ、該油分離器の小型化を図ることができる。 As a result, it is possible to reduce the size of the oil separator while maintaining high oil separation performance in the oil separator.
請求項2に記載の発明によれば、スクリュー圧縮機から吐出される混合流体が油分離器のガス入口から外筒シェルと内筒シェルとの間の環状空間に接線方向に流入して旋回(サイクロン運動)する結果、潤滑油が遠心力によって外筒シェルの内面に沿って流れるが、外筒シェルの内周に配置された複数の内輪によって潤滑油の流れが堰き止められるために内筒シェルに向かって落下する。そして、内筒シェルに落下した潤滑油は、混合流体の流れに沿って内筒シェルの外面に沿って流れるが、この潤滑油の流れは、内筒シェルの外周に配置された複数の外輪によって堰き止められるため、潤滑油が落下して外筒シェル内の底部に落下して貯留される。この結果、混合流体から潤滑油が効果的に分離される。
According to the invention of
請求項3に記載の発明によれば、第2ステップにおいて分離されなかった潤滑油は、先ずデミスタでの慣性衝突によって冷媒ガスから分離した後にコアレッサによっても分離するため、第3ステップでの潤滑油の分離効率が高められる。ここで、デミスタとコアレッサによる潤滑油の分離行程を第3ステップとする。
According to the invention of
請求項4に記載の発明によれば、油分離器のガス入口から流入する混合流体が外筒シェル内で旋回しても、外筒シェル内の底部に溜まった潤滑油の波立ちと冷媒ガスの潤滑油への巻き込みが波止め板によって抑制されるため、潤滑油中への冷媒ガスの混入が防がれる。このため、ガス冷媒が混入した潤滑油がスクリュー圧縮機に供給されることによる軸受等への悪影響を排除することができる。
According to the invention of
又、旋回流によって潤滑油面を波立たせる可能性がある混合流体を導入するためのガス入口より離れた位置に油出口を開口させたため、油出口からスクリュー圧縮機へ供給される潤滑油への冷媒ガスの混入が防がれる。 In addition, since the oil outlet was opened at a position away from the gas inlet for introducing the mixed fluid that may cause the lubricating oil level to undulate due to the swirling flow, the lubricating oil supplied from the oil outlet to the screw compressor The mixing of the refrigerant gas is prevented.
請求項5に記載の発明によれば、内筒シェルに設けられるガス出口を、混合流体の流れ方向においてコアレッサの下流側端面よりも下流側に開口させたため、混合流体をコアレッサ内で長手方向に沿って略均一に流すことができる。又、ガス出口と返油口を外筒シェルから切り離された内筒シェルに開口させたため、このガス出口の内筒シェルへの加工が容易化する。 According to the fifth aspect of the present invention, since the gas outlet provided in the inner cylinder shell is opened on the downstream side of the downstream end face of the corelesser in the flow direction of the mixed fluid, the mixed fluid is vertically formed in the corelesser. It can flow almost uniformly along the line. Further, since the gas outlet and the oil return port are opened in the inner cylinder shell separated from the outer cylinder shell, the processing of the gas outlet into the inner cylinder shell is facilitated.
請求項6に記載の発明によれば、スクリュー圧縮機の吐出側(高圧側)に接続される油分離器の内圧とスクリュー圧縮機の吸入側の圧力との差(差圧)によって油分離器からスクリュー圧縮機へと潤滑油を供給する差圧給油方式を採用したため、ポンプによる強制給油方式に比べて消費動力を小さく抑えて省エネ化を図ることができる。 According to the invention of claim 6, the oil separator is based on the difference (differential pressure) between the internal pressure of the oil separator connected to the discharge side (high pressure side) of the screw compressor and the pressure on the suction side of the screw compressor. Since the differential pressure refueling method that supplies the lubricating oil to the screw compressor is adopted, the power consumption can be kept small and energy saving can be achieved compared to the forced refueling method using a pump.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[ヒートポンプの構成]
図1は本発明に係る油分離器を備えるヒートポンプの基本構成を示す回路図であり、同図に示すように、本実施の形態に係るヒートポンプ1は、冷媒の流れ方向に沿ってスクリュー圧縮機2、本発明に係る油分離器3、水冷式凝縮器4、受液器5、給液電磁弁6、膨張弁7及び蒸発器8を冷媒配管9〜14によって順次接続して閉ループの冷媒循環回路を形成することによって構成されている。そして、冷媒配管14には、該冷媒配管14を流れる冷媒の圧力と温度をそれぞれ検出する圧力センサ(P)15と温度センサ(T)16が設けられている。ここで、圧力センサ(P)15と温度センサ(T)16は、ガス過熱度調整器(SH)17に電気的に接続されており、このガス過熱度調整器(SH)17は、電動弁である前記膨張弁7に電気的に接続されている。尚、前記給液電磁弁6は、全開(ON)/全閉(OFF)することによって冷媒循環回路における冷媒の循環をON/OFFするものである。尚、本実施の形態では、冷媒としてアンモニア(NH3)が使用されている。
[Heat pump configuration]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a heat pump including an oil separator according to the present invention. As shown in the figure, the
又、図1に示すように、前記油分離器3からは油配管18,19がそれぞれ導出しており、一方の油配管18の途中には水冷式のオイルクーラ20が設けられている。そして、一方の油配管18は、オイルクーラ20を介してスクリュー圧縮機2の内部の不図示の軸受部等に接続され、他方の油配管18は、スクリュー圧縮機2の吸入側へと連なる冷媒配管14に直接接続されている。尚、本実施の形態では、スクリュー圧縮機2の潤滑と冷却に供される潤滑油として、冷媒(アンモニア)に対して非溶解性で油上りを少なくするために油蒸気圧の低いアルキルベンゼン系(Alkylbenzene)以下ABと称する)等のオイルが使用されている(油蒸気は、気体であるために油分離が困難である)。
Further, as shown in FIG. 1,
[油分離器の構成]
<実施の形態1>
ここで、本発明の実施の形態1に係る油分濾器3の構成を図2〜図5に基づいて以下に説明する。尚、図2は本発明の実施の形態1に係る油分分離器の側断面図、図3は図2のA−A線断面図、図4は図2のB−B線断面図、図5は同油分離器の内部構造を示す斜視図である。
[Oil separator configuration]
<
Here, the configuration of the
本発明の実施の形態1に係る油分離器3は、図1に示すスクリュー圧縮機2から冷媒配管9へと吐出される高温・高圧の冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油を分離するためのものであって、図2に示すように、横置きされた密閉容器状の外筒シェル21と、該外筒シェル21の長手方向一端(図2の右端)から当該外筒シェル21内に同心状に差し込まれた有底円筒状の内筒シェル22を備えている。
The
上記外筒シェル21は、その長手方向一端(図2の左端)が円弧曲面状の鏡板21aによって閉じられており、長手方向他端(図2の右端)の内筒シェル22の差込部は、リング状の円形平板23によって閉じられている。そして、外筒シェル21の内筒シェル22が差し込まれる側(図2の右側)の上部には、ガス入口24が外筒シェル21と内筒シェル22との間の環状空間S1に対して接線方向に開口している。尚、このガス入口24は、図3に示すように、外筒シェル21に水平に接続された冷媒配管9を介して図1に示すスクリュー圧縮機2の吐出側に接続されている。
One end of the
又、図2に示すように、外筒シェル21の底部であって、且つ、前記ガス入口24より離れた鏡板21aに近い箇所には油出口25が開口しており、この油出口25は、図1に示す油配管18とオイルクーラ20を介してスクリュー圧縮機2の内部の不図示の軸受部等に接続されている。そして、図2に示すように、外筒シェル21内の前記ガス入口24に近い底部には、パンチングメタルによって構成された波止め板26が垂直に立設されている。
Further, as shown in FIG. 2, an oil outlet 25 is opened at the bottom of the
ところで、図2及び図5に示すように、外筒シェル21の内周面には切欠リング状の2枚の内輪34が軸方向に所定の間隔を設けて配置されている。ここで、図2及び図5に示すように、環状空間S1における重力沈降全長をxとした場合、2枚の内輪34は、重力沈降全長xを3等分する箇所(x/3間隔)に配置されている。尚、各内輪34の下部は、外筒シェル21内の底部に溜まる潤滑油の流れを阻害しないように切り欠かれている(切欠き長さは内輪34の全長の1/4程度とされている)。又、各内輪34の厚さは、1.5〜6.0mm、高さは外筒シェル21と内筒シェル22間の隙間hの1/3程度(h/3)に設定されている。
By the way, as shown in FIGS. 2 and 5, two
他方、前記内筒シェル22は、外筒シェル21に差し込まれた部位の長手方向端部(図2の左端部)が開口しており、外筒シェル21から長手方向に突出する部位の端部(図2の右端部)は、盲フランジ27によって閉じられている。そして、この内筒シェル22内には、コアレッサ29が収容配置されている。尚、コアレッサ29の長手方向一端部(図2の左端部)には、リング状の隔壁板32が取り付けられており、同コアレッサ29の長手方向他端部(図2の右端部)は、円板状の蓋板33によって閉塞されている。そして、内筒シェル22の内部は、隔壁板32によって2つの空間S2,S3に区画されている。
On the other hand, in the
又、内筒シェル22の外筒シェル21から外側へと突出する部位の端部(図2の右端部)の上部には、ガス出口30が開口しており、このガス出口30の下方の内筒シェル22の底部には、返油口31が開口している。ここで、ガス出口30は、内筒シェル22内での混合流体の流れ方向(図2の右方向)においてコアレッサ29の下流側端面(図2の右端面)よりも下流側(図2の右側)に開口している。そして、ガス出口30は、冷媒配管10を経て図1に示す水冷式凝縮器4に接続されており、返油口31は、油配管19を介して図1に示す冷媒配管14に直接接続されている。
Further, a
ところで、図2及び図5に示すように、内筒シェル22の外周面にはリング状の2枚の外輪35が軸方向に所定の間隔を設けて配置されている。ここで、図2及び図5に示すように、2枚の外輪35は、内筒シェル22の一端(図2の左端)と重力沈降全長xの中央に配置されており、これらの外輪35の軸方向間隔はx/2に設定されている。尚、各外輪35の厚さは、1.5〜6.0mm、高さは外筒シェル21と内筒シェル22間の隙間hの1/3程度(h/3)に設定されている。
By the way, as shown in FIGS. 2 and 5, two ring-shaped outer rings 35 are arranged on the outer peripheral surface of the
<実施の形態2>
次に、本発明の実施の形態2に係る油分離器3の構成を図6に基づいて説明する。尚、図6は本発明の実施の形態2に係る油分離器の側断面図であり、本図においては図2において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
<
Next, the configuration of the
本実施の形態に係る油分離器3においては、内筒シェル22の内部の混合流体の流れ方向においてコアレッサ29の上流側にデミスタ28を収容配置したことを特徴としており、他の構成は図2に示す実施の形態1に係るものと同じである。
The
ここで、デミスタ28は、ミストを線径φ0.12mm程度の細い線に慣性衝突させて除去する分離器であり、その接触表面積は例えば1,780m2/m3と大きく、空間率も94.5%程度と高い。又、コアレッサ29は、円筒状に成形された分離器であって、例えば0.1μmマイクログラスファイバ間を油の微粒子がブラウン(拡散)運動することによって該微粒子を分離するものである。
Here, the
[ヒートポンプと油分離器の作用]
次に、ヒートポンプ1と油分離器3の作用について説明する。
[Action of heat pump and oil separator]
Next, the operations of the
スクリュー圧縮機2が駆動源である不図示の電動モータによって駆動されると、冷媒配管14から吸引される冷媒ガスがスクリュー圧縮機2によって圧縮され(圧縮行程)、高温・高圧の冷媒ガスと潤滑油との混合流体が冷媒配管9へと吐出される。そして、この混合流体は、冷媒配管9から油分離器3へと導入されて潤滑油が分離される。具体的には、図2〜図5に示す実施の形態1に係る油分離器3においては、スクリュー圧縮機2から吐出される冷媒ガスと潤滑油との混合流体から潤滑油が次の第1〜第3ステップを経て分離される。
When the
即ち、第1ステップにおいては、スクリュー圧縮機2から冷媒配管9へと吐出される混合流体が油分離器3のガス入口24から外筒シェル21と内筒シェル22との間の環状空間S1に接線方向に流入して図2及び図3に矢印aにて示すように旋回(サイクロン運動)するため、冷媒ガスよりも比重が大きな潤滑油が遠心力によって外筒シェル21の内面に沿って流れる。ここで、粘度が高い潤滑油は、その流速が外筒シェル21の内面の摩擦抵抗によって低下するために落下する。
That is, in the first step, the mixed fluid discharged from the
而して、外筒シェル21の内面に沿う潤滑油の流れは、外筒シェル21の内周に配置された2枚の内輪34によって堰き止められるため、該潤滑油は、内筒シェル22に向かって落下する。そして、内筒シェル22に落下した潤滑油は、混合流体の流れに沿って内筒シェル22の外面に沿って図2の矢印b方向に流れるが、この潤滑油の流れは、内筒シェル22の外周に配置された2枚の外輪35によって堰き止められるため、潤滑油が内筒シェル22の外面から落下して外筒シェル21内の底部に落下して貯留される。この結果、混合流体から潤滑油が効果的に分離される。尚、この第1ステップにおいては、ガス冷媒から95%以上の潤滑油が分離される。尚、冷媒ガス(NH3ガス)の密度ρgが9.45kg/m3であるのに対して、潤滑油(PAG)の密度ρoは880kg/m3と大きい値を示す。
Thus, the flow of the lubricating oil along the inner surface of the
第2ステップにおいては、第1ステップで分離されなかった粒径φ2mm以下の潤滑油がガス冷媒に同伴して環状空間S1内を外筒シェル21の鏡板21aに向かって図2に矢印bにて示すように水平移動するが、その過程で、ガス冷媒よりも比重が大きな粒径φ100μm以上の潤滑油が重力沈降長x1においてガス冷媒から分離する。即ち、図2の矢印b方向に流れる混合流体が鏡板21aに衝突してその流れ方向の逆転と潤滑油の表面張力の作用で細かな油粒径が大きく成長し、粒径φ150μm以上の潤滑油が重力沈降長x2において冷媒ガスから分離し、重力によって冷媒ガスから分離して沈降し、外筒シェル21の底部に溜まるために冷媒ガスから潤滑油が分離される。
In the second step, the lubricating oil having a particle size of φ2 mm or less, which was not separated in the first step, accompanies the gas refrigerant and walks in the annular space S1 toward the
第3ステップにおいては、前記ステップ2において潤滑油の一部が分離された混合流体が内筒シェル22内の空間S2からコアレッサ29へと導入され、図2に矢印dにて示すようにコアレッサ29を通過して空間S3へと流れるが、ステップ2において分離されなかった潤滑油の微細粒子がコアレッサ29によって分離される。
In the third step, the mixed fluid from which a part of the lubricating oil is separated in the
以上のように、混合流体に含まれる潤滑油は、第1〜第3ステップを経て分離されるため、油分離器3の油分離性能が高められる。
As described above, since the lubricating oil contained in the mixed fluid is separated through the first to third steps, the oil separation performance of the
次に、図6に示す実施の形態2に係る油分離器3における潤滑油の分離について説明する。
Next, the separation of the lubricating oil in the
図6に示す実施の形態2に係る油分離器3においても、図2〜図5に示す実施の形態1に係る油分離器3と同様に、ステップ1,2において混合流体に含まれる潤滑油の一部が分離される。
Also in the
而して、実施の形態2に係る油分離器3においては、第3ステップにおいて図6の矢印b方向に流れる混合流体が鏡板21aに衝突してその流れ方向が逆転し、この混合流体が図6に矢印cにて示すようにデミスタ28に導入されると、粒径φ3〜100μmの潤滑油がデミスタ28での慣性衝突によって冷媒ガスから分離される。
Thus, in the
そして、デミスタ28を通過した混合流体は、内筒シェル22内の空間S2からコアレッサ29へと導入され、図6に矢印dにて示すようにコアレッサ29を通過して空間S3へと流れるが、デミスタ28によって分離されなかった粒径φ0.1〜3μmの潤滑油の微細粒子がコアレッサ29によって分離される。
Then, the mixed fluid that has passed through the
従って、実施の形態2に係る油分離器3においては、第2ステップにおいて分離されなかった潤滑油は、先ずデミスタ28での慣性衝突によって冷媒から分離した後にコアレッサ29によっても分離するため、第3ステップでの潤滑油の分離効率が高められる。
Therefore, in the
以上のように、混合流体に含まれる潤滑油は、第1〜第3ステップを経て分離されるため、油分離器3の油分離性能が高められる。
As described above, since the lubricating oil contained in the mixed fluid is separated through the first to third steps, the oil separation performance of the
又、図2〜図5に示す実施の形態1に係る油分離器3においては、第1及び第2ステップにおいて潤滑油を重力沈降運動によって分離する領域と第3ステップにおいて潤滑油をコアレッサ29によって分離する領域とを長手方向にオーバーラップさせて配置し、図6に示す実施の形態2に係る油分離器3においては、第1及び第2ステップにおいて潤滑油を重力沈降運動によって分離する領域と第3ステップにおいて潤滑油をデミスタ28とコアレッサ29によって分離する領域とを長手方向にオーバーラップさせて配置したため、油分離器3の全長Lを短縮して該油分離器3の小型化を実現することができる。例えば、図7に示す従来の油分離器101における重力沈降長x’が1,890mm、全長L’が3,500mmであるのに対して、本実施の形態1,2に係る油分離器3における重力沈降長x1は1,000mmとなり、この油分離器3の全長Lを約1,650mmと図7に示す従来の油分離器101の全長L’(=3,500mm)の1/2以下に抑えて小型化を実現することができた。
Further, in the
以上の結果、本発明によれば、油分離器3に高い油分離性能を維持しつつ、該油分離器3の小型化を図ることができるという効果が得られる。
As a result of the above, according to the present invention, it is possible to obtain the effect that the
ところで、油分離器3の外筒シェル21の底部に溜まった潤滑油は、図2及び図6に矢印fにて示すように油出口25から油配管18へと流れ、その過程でオイルクーラ20によって冷却された後にスクリュー圧縮機2内の不図示の軸受部等に供給されて潤滑に供される。又、内筒シェル22の底部に溜まった潤滑油は、図2及び図6に矢印gにて示すように返油口31から油配管19へと流れ、この油配管19から冷媒配管14へと導入され、そこを流れる冷媒ガスと共にスクリュー圧縮機2に吸引されて油分離器3に戻り、油分離器3の外筒シェル21の底部に溜まる。
By the way, the lubricating oil collected at the bottom of the
ここで、本実施の形態では、スクリュー圧縮機2の吐出側(高圧側)に接続される油分離器2の内圧とスクリュー圧縮機2の吸入側の圧力との差(差圧)によって油分離器3からスクリュー圧縮機2へと潤滑油を供給する差圧給油方式を採用したため、オイルポンプによる強制給油方式に比べて消費動力を小さく抑えて省エネ化を図ることができるという効果が得られる。
Here, in the present embodiment, oil is separated by the difference (differential pressure) between the internal pressure of the
而して、本実施の形態では、油分離器3のガス入口24から外筒シェル21内に流入する混合流体が該外筒シェル21内で旋回しても、外筒シェル21内の底部に溜まった潤滑油の波立ちが波止め板26によって抑制されるため、潤滑油中への冷媒ガスの混入が防がれる。このため、ガス冷媒が混入した潤滑油がスクリュー圧縮機2に供給されることによる軸受等への悪影響を排除することができる。
Thus, in the present embodiment, even if the mixed fluid flowing into the
又、旋回流によって潤滑油面を波立たせる可能性がある混合流体を導入するためのガス入口24より離れた位置に油出口25を開口させたため、油出口25からスクリュー圧縮機2へ供給される潤滑油への冷媒の混入が防がれる。
Further, since the oil outlet 25 is opened at a position away from the
更に、本実施の形態では、内筒シェル22に設けられるガス出口30を、混合流体の流れ方向においてコアレッサ29の下流側端面(図2及び図6の右端面)よりも下流側(図2及び図6の右側)に開口させたため、混合流体をコアレッサ29内で長手方向に沿って略均一に流すことができる。又、ガス出口30と返油口31を外筒シェル21から切り離された内筒シェル22の箇所に開口させたため、これらのガス出口30と返油口31の内筒シェル22への加工が容易化するという効果も得られる。
Further, in the present embodiment, the
而して、以上のように油分離器3によって潤滑油が分離された後の高温・高圧の冷媒ガスは、図2、図4及び図6に矢印eにて示すように内筒シェル22内の空間S3から冷媒配管10を通って図1に示す水冷式凝縮器4へと導入され、この水冷式凝縮器4を流れる冷却水に凝縮潜熱を放出して液化する(凝縮行程)。ここで、混合流体に含まれる潤滑油は、本発明に係る油分離器3によって前述のように冷媒ガスから分離されて除去され、冷媒ガスのみが水冷式凝縮器4に導入されるため、潤滑油が水冷式凝縮器4の伝熱面に付着して熱交換効率の低下を招くことがない。この結果、水冷式凝縮器4での冷媒ガスの液化が効率良くなされる。尚、ヒートポンプ1が暖房機として運転される場合には、水冷式凝縮器4から放出される凝縮潜熱によって暖房が行われる。
Thus, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas after the lubricating oil is separated by the
そして、上述のように水冷式凝縮器4にて液化した高圧の冷媒液は、冷媒配管11を通って受液器5へと送られて貯留され、その一部は、冷媒配管12と開(ON)状態にある給液電磁弁6及び冷媒配管13を経て膨張弁7へと流れ、この膨張弁7で断熱膨張(等エンタルピ膨張)する(膨張行程)。
Then, the high-pressure refrigerant liquid liquefied by the water-cooled
上記断熱膨張によって圧力が低下した冷媒液は、蒸発器8へと導入され、この蒸発器8において、低圧の液冷媒が周囲から蒸発潜熱を奪って蒸発(気化)する(蒸発行程)。ここで、蒸発器8へは潤滑油を含まない液冷媒のみが導入されるため、潤滑油が蒸発器8の伝熱面に付着して熱交換効率の低下を招くことがない。この結果、蒸発器8での液冷媒の蒸発(気化)が効率良くなされる。尚、ヒートポンプ1が冷房機(冷凍機)として運転される場合には、蒸発器8によって周囲から奪われる蒸発潜熱によって所要の冷房(冷凍)が行われる。
The refrigerant liquid whose pressure has decreased due to the adiabatic expansion is introduced into the evaporator 8, and in this evaporator 8, the low-pressure liquid refrigerant takes the latent heat of evaporation from the surroundings and evaporates (vaporizes) (evaporation stroke). Here, since only the liquid refrigerant containing no lubricating oil is introduced into the evaporator 8, the lubricating oil does not adhere to the heat transfer surface of the evaporator 8 and cause a decrease in heat exchange efficiency. As a result, the liquid refrigerant is efficiently evaporated (vaporized) in the evaporator 8. When the
そして、上述のように蒸発器8において蒸発した低圧の冷媒ガスは、油分離器3で分離されて油配管19から供給される潤滑油と共に冷媒配管14を通ってスクリュー圧縮機2へと吸引され、該スクリュー圧縮機2で再び圧縮されるが、以後、以上説明した一連の動作が繰り返されてヒートポンプ1が連続運転される。尚、蒸発器8で気化したガス冷媒の圧力と温度は、圧力センサ(P)15と温度センサ(T)16によってそれぞれ検出され、これらの検出信号がガス過熱度調整器(SH)17へと送信される。すると、ガス過熱度調整器(SH)17は、受信した検出信号に基づいて膨張弁7の開度を調節し、冷媒配管14からスクリュー圧縮機2へと供給される冷媒ガスの過熱度を適正に調整する。
Then, the low-pressure refrigerant gas evaporated in the evaporator 8 as described above is separated by the
1 ヒートポンプ
2 スクリュー圧縮機
3 油分離器
4 水冷式凝縮器
5 受液器
6 給液電磁弁
7 膨張弁
8 蒸発器
9〜14 冷媒配管
15 圧力センサ(P)
16 温度センサ(T)
17 ガス過熱度調整器
18,19 油配管
20 オイルクーラ
21 外筒シェル
21a 外筒シェルの鏡板
22 内筒シェル
23 円形平板
24 ガス入口
25 油出口
26 波止め板
27 盲フランジ
28 デミスタ
29 コアレッサ
30 ガス出口
31 返油口
32 隔壁板
33 蓋板
34 内輪
35 外輪
L 油分離器の全長
S1 環状空間
S2 内筒シェル内のコアレッサ前(コアレッサ上流側)空間
S3 内筒シェル内のコアレッサ後(コアレッサ下流側)空間
x 環状空間の重力沈降全長
x1 環状空間の重力沈降長
x2 内筒シェル内のコアレッサ前(コアレッサ上流側)の重力沈降長
1
16 Temperature sensor (T)
17
Claims (6)
横置きされた密閉容器状の外筒シェルと、該外筒シェルの長手方向一端から当該外筒シェル内に差し込まれた有底円筒状の内筒シェルを備え、
前記外筒シェルの長手方向一端に、ガス入口を前記外筒シェルと前記内筒シェルとの間の環状空間に対して接線方向に開口させるとともに、前記内筒シェルの前記外筒シェルから突出する部位の長手方向一端にガス出口を開口させ、
前記外筒シェルの底部に油出口を開口させるとともに、前記内筒シェルの前記外筒シェルから突出する部位の底部に返油口を開口させ、
前記内筒シェルの内部にコアレッサを収容配置して構成されることを特徴とする油分離器。 It is for separating the lubricating oil from the mixed fluid of the refrigerant gas and the lubricating oil discharged from the screw compressor of the heat pump.
It is provided with a horizontally placed closed container-shaped outer cylinder shell and a bottomed cylindrical inner cylinder shell inserted into the outer cylinder shell from one end in the longitudinal direction of the outer cylinder shell.
At one end in the longitudinal direction of the outer cylinder shell, a gas inlet is opened in the tangential direction with respect to the annular space between the outer cylinder shell and the inner cylinder shell, and protrudes from the outer cylinder shell of the inner cylinder shell. Open a gas outlet at one end in the longitudinal direction of the part
An oil outlet is opened at the bottom of the outer cylinder shell, and an oil return port is opened at the bottom of a portion of the inner cylinder shell that protrudes from the outer cylinder shell.
An oil separator characterized in that a corelesser is housed and arranged inside the inner cylinder shell.
Any of claims 1 to 5, wherein the oil outlet is connected to a bearing portion inside the screw compressor via an oil cooler, and the oil return port is directly connected to the suction side of the screw compressor. Oil separator described in Crab.
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