JP6854916B2 - 油分離器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。なお、図1では、冷媒の流れを切り替えることができる冷凍サイクル装置100を図示している。図1では、第1熱交換器12を凝縮器、第2熱交換器14を蒸発器として機能させる場合の冷媒の流れを実線矢印で示し、第1熱交換器12を蒸発器、第2熱交換器14を凝縮器として機能させる場合の冷媒の流れを破線矢印で示している。
図1に示すように、冷凍サイクル装置100は、圧縮機10、流路切替装置11、第1熱交換器12、減圧装置13、及び、第2熱交換器14が冷媒配管15で接続された冷媒回路を備えている。冷媒配管15のうち圧縮機10の吐出側に接続されているものを吐出配管15Aと称し、冷媒配管15のうち圧縮機10の吸入側に接続されているものを吸入配管15Bと称するものとする。
吸入配管15Bが、本発明の「第2配管」に相当する。
また、圧縮機10と流路切替装置11との間、つまり圧縮機10の吐出側には、油分離器50が接続されている。
また、圧縮機10には、シェル内の摺動部を潤滑するために冷凍機油などの潤滑油が用いられている。
第1熱交換器12は、冷凍サイクル装置100の用途に応じて、空気、冷媒、水、又は、ブライン等の熱媒体が搬送され、この熱媒体と冷媒配管15を流れる冷媒とで熱交換器が行われる。
第2熱交換器14は、冷凍サイクル装置100の用途に応じて、空気、冷媒、水、又は、ブライン等の熱媒体が搬送され、この熱媒体と冷媒配管15を流れる冷媒とで熱交換器が行われる。
油分離器50については、図2以降で詳細に説明するものとする。
制御装置70に含まれる各機能部は、専用のハードウェア、又は、メモリに格納されるプログラムを実行するMPU(Micro Processing Unit)で構成される。
次に、冷凍サイクル装置100の動作について、冷媒の流れとともに説明する。ここでは、熱交換流体が空気であり、被熱交換流体が冷媒である場合を例に、冷凍サイクル装置100の動作について説明する。
圧縮機10を駆動させることによって、圧縮機10から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。以下、実線矢印にしたがって冷媒が流れる。圧縮機10から吐出した高温高圧のガス冷媒は、吐出配管15Aを流れ、油分離器50及び流路切替装置11を介して第1熱交換器12に流れ込む。第1熱交換器12では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、第1熱交換器12に供給される空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒になる。
圧縮機10を駆動させることによって、圧縮機10から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。以下、破線矢印にしたがって冷媒が流れる。圧縮機10から吐出した高温高圧のガス冷媒は、吐出配管15Aを流れ、油分離器50及び流路切替装置11を介して第2熱交換器14に流れ込む。第2熱交換器14では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、第2熱交換器14に供給される空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒になる。
油分離器50は、流入管1、流出管2、接続管3、差圧発生機構部4、及び、返油機構部5を有している。なお、図2では、差圧発生機構部4に流量調整弁7を備えた構成を例に図示しているが、流量調整弁7は、必須の構成ではなく、差圧発生機構部4及び油分離器50の外部に設けるようにしてもよい。また、図2では、返油機構部5に返油バルブ9を備えた構成を例に図示しているが、返油バルブ9は、必須の構成ではなく、差圧発生機構部4及び油分離器50の外部に設けるようにしてもよい。
流出管2は、流路切替装置11に接続され、高温高圧の冷媒が流れる配管である。
接続管3は、一方が流入管1となり、他方が流出管2となる配管である。したがって、接続管3にも、高温高圧の冷媒が流れる。
なお、流入管1と流出管2とは、配管として区分けされているわけではなく、差圧発生機構部4を境として差圧発生機構部4よりも上流側の接続管3を流入管1と称し、差圧発生機構部4よりも下流側の接続管3を流出管2と称しているに過ぎない。
接続管3が、本発明の「第1配管」に相当する。
高低圧接続管6が、本発明の「第3配管」に相当する。
なお、ここでは、フィルター部4Aは、差圧発生機構部4と一体として作製してもよく、を差圧発生機構部4と別体として作製してもよい。
流量調整弁7は、高低圧接続管6に配置され、開閉を含む開度が調整されることで、冷媒流量を調整するものである。
返油バルブ9は、返油回路8に配置され、開閉を含む開度が調整されることで、潤滑油の流量を調整するものである。
次に、油分離器50の動作について説明する。
図3に示すように、冷凍サイクル装置100の運転時、流入管1より冷媒と潤滑油が油分離器50に流入する(矢印A)。このとき、冷媒はガス状態であり、潤滑油はミスト状態である。図3では、ガス状冷媒を冷媒Rとして図示し、ミスト状の潤滑油を潤滑油O1として図示し、潤滑油O1が集約された潤滑油を潤滑油O2として図示している。
さらに、図3では、潤滑油O2が接続管3の内壁面に沿って重力方向に向かって流れる場合を例に示しているが、フィルター部4Aで集約された潤滑油O2が接続管3の内周壁に沿って下流側に移動し、返油口5Aに導かれればよい。
次に、油分離器50及び冷凍サイクル装置100の奏する効果について説明する。
油分離器50によれば、接続管3を通過する冷媒の配管圧損を低減することができる。つまり、油分離器50によれば、接続管3の内部に、冷媒の流れの障害物を設けることなく、冷媒回路の存在する高圧状態と低圧状態とを利用することによって潤滑油を回収するようにしているため、接続管3における配管圧損を大幅に低減することができる。
図4は、本発明の実施の形態1に係る油分離器50aの構成例を模式的に示す概略構成図である。図4に基づいて、油分離器50の変形例である油分離器50aについて説明する。油分離器50aの基本構成は、油分離器50と同じであるが、各構成を示す符号の末尾に「a」を付記し、油分離器50と区別するものとする。なお、図4では、冷媒の流れを矢印Aで表している。また、油分離器50aは、油分離器50と同様に冷凍サイクル装置100の構成の一つとして冷凍サイクル装置100の冷凍サイクルに設置されている。
流出管2aは、流出管2と同様に高温高圧の冷媒が流れる配管である。
接続管3aは、接続管3と機能は同じであるが、形状が異なっている。接続管3aは、U字形状に曲がったU字管で構成されている。なお、図3においても、接続管3が曲がった形状である場合を例に示している。
フィルター部4Aaは、フィルター部4Aと同様にミスト状になった潤滑油を集約して液膜状にする機能を有する。
流量調整弁7aは、流量調整弁7と同様に冷媒流量を調整するものである。
返油口5Aaは、返油口5Aと同様に接続管3aの流出管2a側に開口形成されている。返油口5Aaは、接続管3aの最下部に形成されている。このため、差圧発生機構部4aにより集められた潤滑油が返油回路8aに流入しやすくなっている。
返油バルブ9aは、返油回路8に配置され、開閉を含む開度が調整されることで、潤滑油の流量を調整するものである。
なお、図4では、図3と同様に、高低圧接続管6aの吸入配管15Bとの接続部と返油回路8aの吸入配管15Bとの接続部とを共通化した中継管30aを吸入配管15Bに接続するようにしている。
また、接続管3aの実際の配置を特定するものではないが、図4に示すように返油口5Aaが接続管3aの最下部に位置するように接続管3aを配置することが望ましい。
上述したように、流量調整弁7は、開閉を含めた開度が調整可能になっており、制御装置70によって制御されるようになっている。制御装置70は、冷凍サイクル装置100の運転モードに応じて流量調整弁7の開度を調整するように構成されている。ここでは、冷凍サイクル装置100が空気調和装置として利用されている場合を例に挙げて説明するものとする。
上述したように、返油バルブ9は、開閉を含めた開度が調整可能になっており、制御装置70によって制御されるようになっている。制御装置70は、冷凍サイクル装置100の運転モードに応じて返油バルブ9の開度を調整するように構成されている。ここでは、冷凍サイクル装置100が空気調和装置として利用されている場合を例に挙げて説明するものとする。
図5は、本発明の実施の形態2に係る油分離器50−1の構成例を模式的に示す概略構成図である。図5に基づいて、油分離器50−1について説明する。油分離器50−1の基本構成は、実施の形態1に係る油分離器50と同じであるが、相違している構成には符号の末尾に「−1」を付記して区別するものとする。なお、油分離器50−1は、油分離器50と同様に冷凍サイクル装置100の構成の一つとして冷凍サイクル装置100の冷凍サイクルに設置されている。
なお、実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
具体的には、流入管1の配管径に対し、流出管2−1の配管径を潤滑油のゼロペネトレーション流速以下となるような配管径としている。つまり、流入管1の配管径<流出管2−1の配管系としている。また、流出管2−1は、図5に示すように垂直に配置するものとする。
なお、油分離器50−1の動作については油分離器50と同様であるため省略する。
冷媒回路のガス状態の冷媒が流れる部分においては、冷媒及び潤滑油は、気液二相状態での流動様相を示す。特に上昇流においては、気体流速により潤滑油の流動状態が変化する。気体流速が増加すると液体も気体流中に同伴されて上昇し、気体流速が減少すると液体は管壁に沿って下降するという現象が生じる。気体流速が増加し、下降液膜が減少した状態をゼロペネトレーションと呼び、その時の流速をゼロペネ流速という。
なお、ゼロペネ流速は、配管径及び気液の冷媒の状態から周知の式を用いて算出されるものである。
図6は、本発明の実施の形態3に係る油分離器50−2の構成例を模式的に示す概略構成図である。図6に基づいて、油分離器50−2について説明する。油分離器50−2の基本構成は、実施の形態1に係る油分離器50と同じであるが、相違している構成には符号の末尾に「−2」を付記して区別するものとする。なお、油分離器50−2は、油分離器50と同様に冷凍サイクル装置100の構成の一つとして冷凍サイクル装置100の冷凍サイクルに設置されている。
なお、実施の形態3では実施の形態1及び2との相違点を中心に説明し、実施の形態1及び2と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
具体的には、接続管3−2を曲管で構成している。曲管とは、例えば、U字管又はL字管の総称である。また、接続管3−2の一方は垂直方向に延びる流入管1−2として機能し、接続管3−2の他方は垂直方向に延びる流出管2−2として機能する。
なお、油分離器50−2の動作については油分離器50と同様であるため省略する。
図7は、本発明の実施の形態4に係る油分離器50−3の構成例を模式的に示す概略構成図である。図7に基づいて、油分離器50−3について説明する。油分離器50−3の基本構成は、実施の形態1に係る油分離器50と同じである。なお、油分離器50−3は、油分離器50と同様に冷凍サイクル装置100の構成の一つとして冷凍サイクル装置100の冷凍サイクルに設置されている。また、流入管1−2、流出管2−2及び接続管3−2については、実施の形態3と同様であるので、実施の形態3と同様の符号としている。
なお、実施の形態4では実施の形態1〜3との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜3と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
具体的には、流入管1−2にストレーナなどで構成される整流装置60を設置するようにしている。ストレーナとは、冷媒及び潤滑油に含まれる異物、例えば固形成分を取り除くために用いる網状の装置のことである。
なお、油分離器50−3の動作については油分離器50と同様であるため省略する。
Claims (10)
- 圧縮機の吐出側に接続された第1配管と、
前記圧縮機の吸入側に接続された第2配管と、
前記第1配管と前記第2配管とを接続する第3配管、及び、前記第3配管の前記第1配管側の先端部に設けられたフィルター部を含み、前記第1配管を流れる高圧の冷媒と、前記第2配管を流れる低圧の冷媒とで差圧を発生させる差圧発生機構部と、
前記第1配管の前記第3配管の接続位置よりも下流側に開口形成された返油口、及び、前記返油口を介して前記第1配管と前記第2配管とを接続する返油回路を含み、前記返油口及び前記返油回路を介して前記高圧の冷媒に含まれる潤滑油を前記第1配管から前記第2配管に返油する返油機構部と、
を有し、
前記差圧発生機構部のフィルター部は、前記差圧によって、前記高圧の冷媒に含まれるミスト状の潤滑油を集約し、
前記集約された潤滑油は、前記第1配管の内周壁に沿って下流側に移動する
油分離器。 - 前記第1配管の下流側に位置する流出管を垂直配置とし、
前記流出管の配管径は、
前記第1配管の上流側に位置する流入管の配管径に対し、潤滑油のゼロペネトレーション流速以下とする
請求項1に記載の油分離器。 - 前記第1配管は、
U字管又はL字管で構成されている
請求項1又は2に記載の油分離器。 - 前記第1配管をU字管で構成するものにおいて、
前記返油口を前記第1配管の最下部に設けた
請求項3に記載の油分離器。 - 前記フィルター部は、
デミスターで構成されている
請求項1〜4のいずれか一項に記載の油分離器。 - 前記第1配管の前記差圧発生機構部よりも上流側に整流装置を設けた
請求項1〜5のいずれか一項に記載の油分離器。 - 前記整流装置は、
ストレーナで構成されている
請求項6に記載の油分離器。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の油分離器を圧縮機の下流側に設けた
冷凍サイクル装置。 - 前記油分離器の第3配管に設けられ、開度が調整可能な流量調整弁と、
前記流量調整弁の開度を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記圧縮機の吐出側と前記圧縮機の吸入側との差圧が基準値よりも小さい運転モードのとき、前記流量調整弁の開度を基準値よりも小さくする
請求項8に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記油分離器の返油回路に設けられ、開度が調整可能な返油バルブと、
前記返油バルブの開度を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記圧縮機の周波数が増加変動する運転モードのとき、前記返油バルブの開度を基準値よりも大きくする
請求項8又は9に記載の冷凍サイクル装置。
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