JPH07218049A - 含油圧縮ガスの油分離方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、圧縮機の最大負荷容量と部分負荷
容量の両方の油分離効率を良好にするとともに、小形化
の要請を十分満足し得る油分離装置を提供することを目
的とする。 【構成】 本発明はサイクロン方式と流体減速方式が直
列に併用して成る油ミスト分離を行うようにしたもので
あり、特に圧縮容器からなる分離槽内に設けたサイクロ
ン油分離手段により第１の油分離を行いながら増速され
た含油圧縮ガスが流体減速されて分離槽内に放出され、
第２の油分離を行う事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は含油圧縮ガスの油分離方
法とその装置に係り、特に油噴射式容積型圧縮機その他
の給油式圧縮機や冷凍機等の吐出側に設けられる油ミス
トの分離方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば冷凍装置においては圧
縮機と凝縮器の間に油分離器を設け、圧縮機より吐出し
た圧縮冷媒ガスより冷凍機油を分離して圧縮機側に戻す
構成を取っている。又、一基の油分離器から複数の圧縮
機へ返油するシステムにおいては油溜めと油分離器を兼
用して用いている。この種の油分離器は、一般に縦型若
しくは横型の圧力容器内に、バッフル板、金網、デミス
タを配置し、該容器内で流体減速を行うと共に、前記デ
ミスタ等で油ミストを除去するように構成している。

【０００３】図５はかかる従来技術にかかる油噴射式圧
縮機に用いられる油分離器を示し、円筒状の圧力容器か
らなる分離槽１の中央上部より圧縮機よりの吐出ガス管
２を挿設し、該ガス管２の挿設部位２ａをＬ字状に折曲
し、その開口部２ｂを分離槽１の鏡板方向に向ける。

【０００４】そして前記分離槽１の、中央位置に仕切り
板３を立設すると共に、前記吐出ガス管２のガス放出方
向と反対側に位置する仕切り板３下流側にデミスタ６
を、更にその下流側の鏡板部１ａにガス出口管４を設け
る。かかる構成によれば、圧縮機よりの吐出ガスは油ミ
ストを混合した儘、吐出ガス管２より分離槽１に放出さ
れる。このときガスの流速は急激に膨張し、油ミストの
速度は落ち、油はガスと分離して、仕切板５により油は
仕切られた分離槽１の底部に貯溜する。一方ガスは仕切
板３を超えて、デミスタ６によって油ミスト等が更に捕
足され、ガス排出孔４より凝縮器又は利用側に導出され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従ってかかる装置にお
いては、ガス流速を落とす為に分離槽１の直径Ｄは大型
となるため、更に耐圧容器は径の大となるに従いシエル
の肉厚も厚くなり、容積重量共に、大となる。又前記油
分離装置に用いられる例えば油噴射式容積型圧縮機にお
いては全負荷運転から部分負荷運転に至る迄のガス吐出
管からのガス速度を大容量型容器に噴射してガス流速を
減速することによってガス中混入している油ミストを落
下させる方法が採られている。そのために圧縮機ガスの
フルロード（全負荷）を基準として設計しているため分
離槽１は必然的に大容積となり、これに対応して圧縮機
装置ユニットは大型となり据付面積や高さが大型且つ重
量が過大となり、コスト高となっている。

【０００６】又、部分負荷運転に至るときはこの油分離
装置は部分負荷に対して過大となるものであった。この
ために圧縮機とモーターユニットの能力が小になっても
油分離槽１のためにユニットが小型にならないものであ
った。即ち前記装置においては、圧縮機の最大流量を基
準に油ミストが落下する流速まで減速するように分離槽
１の容積を設定しているために、分離槽１の容量が必然
的に大型となり、部分負荷になっては基準以上の容量と
なっているものであって部分負荷運転時は過剰な油分離
器の設計容量となっている。このため圧縮機と電動機の
据付ユニットの大きさよりも油分離器の大きさが不必要
に大となり、省スペース、重量の増大、コストアップに
つながる等の欠点を有していた。

【０００７】本発明は上記従来技術に鑑み、圧縮機の最
大負荷容量と部分負荷容量の両方の油分離効率を良好に
するとともに、又最大負荷時において油噴射量即ちガス
中の油混入量が極端に多く偏在して変動のときも小型化
の要請を十分満足し得る油分離装置を提供することを目
的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、サイクロン分
離方式と流体減速による重力分離方式が直列に併用して
成る油ミスト分離を行うようにしたものであり、特に含
油圧縮ガスの油分離方法において、圧力容器からなる分
離槽１内に設けたサイクロン油分離手段により第１の油
分離を行いながら増速された圧縮ガスが、分離槽１内で
流体減速されながら重力分離により第２の油分離を行う
事を特徴とする。

【０００９】そしてかかる分離方法を達成する手段とし
て、含油圧縮ガスを圧力容器からなる分離槽１内に導く
ための通路を、分離槽１内に延設し、該延設部位にサイ
クロン油分離手段２０を設けるとともに、該サイクロン
油分離手段２０の出口部通路２７面積より、分離槽１の
出口管４に連設する出口管４の吸入通路３０の吸入開口
面積が大幅に大になるように構成した事を特徴とする油
分離装置を提案する。

【００１０】

【作用】かかる技術手段によれば、サイクロン分離方式
と流体減速による重力分離方式が直列に接続されている
ために、次の様な作用を有す。即ち遠心分離型のサイク
ロン分離方式によれば、吐出ガス流量が多くなればなる
程、遠心力が増大し、油分離効率が高まる。従って圧縮
機の全負荷時が最も分離効率が高く、一方該負荷率が低
下すればするほど分離効率が低下する。

【００１１】一方、分離槽１の場合は流体減速による重
力分離であるために、吐出ガス流量が多くなればなる
程、重力落下に必要な減速速度を維持するために、分離
槽１の容積を大きくする必要がある。従って従来の油分
離装置においては前記したように圧縮機の全負荷時に対
応して分離槽１容積を設定しているために、必然的に分
離槽１容積が大きくなってしまう。

【００１２】そこで本発明は、全負荷時は最も効率の良
いサイクロン分離方式を採用し、部分負荷により該サイ
クロン分離方式の効率が低下した場合は、流体減速によ
る重力落下により油分離を行い、結果として分離槽１容
積を部分負荷時の容積に低減させることを特徴とするも
のである。

【００１３】この場合、一層の装置小型化を図るため
に、サイクロン分離手段２０と分離槽１を別個に構成せ
ずに、サイクロン油分離手段２０を設けた導入通路を圧
力容器からなる分離槽１内に設けた点を第２の特徴とす
る。更に該サイクロン油分離手段２０の出口部通路面積
より、分離槽１の出口管４に連設する出口管４吸入通路
３０の吸入開口面積が大幅に大になるように構成しし、
前記通路内で減速させて分離槽１に放出するようにして
いる。

【００１４】又、サイクロン油分離手段２０で増速され
た圧縮ガスを直接分離槽１内に放出すると、断熱膨脹等
による温度低下等で不具合が生じたり、又該増速された
圧縮ガスが分離槽１底部の貯油部にぶつかって攪拌その
他により再度ミスト発生の恐れがあるために、前記分配
部４０内に整流板４１を配設する事により、ガス分配が
均質の減速度を保持することによってミスト分離率を良
好にし、結果として分離槽１容量を更に小さくすること
が出来る。

【００１５】尚、前記分離槽１が横型構造の圧力容器で
ある場合には、前記サイクロン油分離手段２０を設けた
通路部を前記圧力容器内の上方空間に長手方向に沿って
延設させるとともに、該通路部下流側に位置する分配部
４０の放出開口４２を下方に向けて配設し、一方該分離
槽１により分離された圧縮ガスを出口管４に導くための
吸入通路３０を前記放出開口４２の左右両側に長手方向
に沿って延設する事により、前記通路３０を効率よく内
部配置することが出来ると共に、前記放出開口４２より
放出された含油圧縮ガスが直接吸入通路３０に吸込まれ
ることなく、分離槽１底部にぶつかって十分減速させて
重力分離により油分離された後、出口管へ導出されるた
めに、一層効率の良い油分離が可能となる。又、油ミス
トの量が異常に多量の混入時は、サイクロン油分離手段
２０の分離不良によるときは次の流体減速による重力落
下装置として機能する吸入通路３０、分配部４０によっ
て分離を完全なものとなる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を例示的に詳細に説明する。但しこの実施例に記載され
ている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置など
は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそ
れのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎな
い。

【００１７】図１は本発明の実施例に係る油分離装置の
横断面図で、共通符号は図５と同一要素を示す。本実施
例は図５に比して大幅に小型化した横置きタイプの円筒
状圧力容器からなる分離槽１を設け、該分離槽１の一側
鏡板部に出口管４を、又出口管４側の容器上面に先端に
フランジを設けた吐出ガス導入管５０を立設し、該導入
管５０の下端を分離槽１内に挿設すると共にその下端部
に前記出口管４の反対側の鏡板側に長手方向に沿って延
設するサイクロン取付け管５１、サイクロン分離器２
０、更に下側に向け放出開口４２を具えた分配部４０を
直列に連結する。そして図２に示すように、前記放出開
口４２の短手方向両側、言換えれば軸心のほぼ中央上方
位置に放出開口４２が位置するように前記分配部４０を
配設すると共に、前記圧力容器の短手方向両側の軸線上
に、油分離したガスを出口管４に導く一対の方形の出口
管吸入部３０を設ける。

【００１８】以下前記各要素について詳細に説明する。
サイクロン分離器２０は、図２乃至図３に示すように、
サイクロン取付け管５１側に向け縮径され、入口端より
遠心固定翼ガイド２１と、該遠心固定翼ガイドより大径
の外管２２とにより形成されるリング状円周空隙２３を
有し、これにより該円周空隙２３の入口端に、前記リン
グ状円周空隙２３内に導かれた圧縮ガスが周方向に回転
且つ増速するように遠心固定翼ガイド２１がサイクロン
羽根として機能される。そして外管２２の下流側の円周
壁下面側を多数の透孔２４を穿設し、該透孔２４を穿設
した周面部を断面漏斗状の油抜き部２５を包被し、該油
抜き部２５を介して分離槽１底部に油を落下可能に構成
する。そして前記油分離された圧縮ガスは整流板２６を
介して分配部４０に導かれる。分配部４０は、前記サイ
クロン分離器２０出口部の出口開口２７より放出開口４
２が大になるごとく、長手方向に延設して形成すると共
に、図４に示すように該放出開口４２全域に圧縮ガスが
分配されるように整流板４１を配設する。方形の出口管
吸入部３０は、前記放出開口４２端より出口管４の連接
部３４に至るまで長手方向に沿って延設すると共に、該
吸入部３０下側を全長に亙って開口３０ａする。

【００１９】かかる実施例によれば、圧縮機より吐出さ
れた含油圧縮ガスは、サイクロン取付け管５１を介して
サイクロン分離器２０のリング状円周空隙２３内に導入
され、該リング状通路２３内に導かれた圧縮ガスが周方
向に回転且つ増速したガス高速流によって油ミストは遠
心力によりサイクロン分離器２０の外管２２壁面に集束
し、リング状円周空隙２３の下流側で透孔２４より油抜
き部２５側に油が分離され、該分離された油抜き部２５
より、分離槽１の底部に溜まる。そしてサイクロン分離
器２０を通過後のガスは、整流板４１により分配部４０
全域に分配且つ整流されて放出開口４２より分離槽１の
最大空間部位に放出され流速は減少される。そして減速
分散したガスは油ミストを分離し、更に吸入部３０の下
側開口より均等にガスが分離槽１から吸入される。この
ときは流速は最大に減少し重力分離型として働きガスだ
け吸入される。

【００２０】尚、本実施例においては、サイクロン分離
器２０と分配部４０と吸入部３０の速度減少型分離機構
と直列に連通してあり、略負荷１００％〜５０％負荷運
転のときは油分離はサイクロン速度型分離器２０が司
り、部分負荷５０％以下のアンローダー運転時は、分配
部４０と吸入部３０からなる速度減少型分離機構によっ
て油分離が司られる。整流分配部４０と吸入部８は共に
角型の方形管であることが必要であり、これはガスを均
等な分布速度にする為の整流板４１を分配部４０、整流
吸入部３０は分離槽１１の内部に設けることにより、均
一圧力のために肉薄でもよく、経済的となる。然し之を
設置状態により外部に設けることもあり得る。尚、前記
サイクロン分離器２０の分離率良好な範囲は、サイクロ
ン分離器２０の流速が１２ｍ／ｓｅｃ〜１５ｍ／ｓｅｃ
の範囲に全負荷があるように設計すると、良好である事
が実験で得られている。

【００２１】図６は前記サイクロン分離器２０の場合の
ガス流速と分離率の関係を示す実験値である。例えば１
２ｍ／ｓｅｃの流速で設計されたサイクロン分離器２０
ではアンローダにより運転負荷が５０％になったときは
流速は６ｍ／ｓｅｃとなり、このとき油の分離率は約７
０％である。又８ｍ／ｓｅｃのガス流速のとき運転負荷
は約６６％位に当る。このときの分離率は８５％に相当
する。従って運転負荷が少なくも６５％以下の場合はサ
イクロン分離方式は分離率は８５％以下に下るので、６
５％以下の負荷においては流速減衰の重力式分離にな
る。サイクロン分離方式により取り切れない部分は流速
減衰の重力式により分離される。

【００２２】従って本実施例によれば部分負荷となって
流量が落ちてもサイクロン分離方式による分離率が下が
った分減速重力分離方式により分離を行うことができ
る。従って本実施例においては、サイクロン分離方式と
減速重力分離方式をシリーズに連通した事によって、何
れの負荷に於いても分離率を良好に保持することができ
るとともに、特に減速重力分離方式はサイクロン分離方
式により低下した残余分のみを分離すれば良いために、
分離槽１容積を大幅に小型に出来る。例えば図５に示す
従来型の重力式分離器２０と本実施例とを比較すると、
従来型のシエル径と長さは５６０φ×２，８５０^Lに対
して本願は３６０φ×９５０^Lのとなり、大幅に容積が
縮少された。又シエル肉厚も従来型が９．５ｔに対し
て、本実施例は６．５ｔとなり重量も軽減された。又従
来型はステンレス製ワイヤーデイミスターがあったが本
願には不要にした。

【００２３】従って本実施例によれば、流速を早めるこ
とにより遠心力により油ミストはサイクロン分離器２０
の該外管２２周面に遠心力により集積し、分離して油抜
き部２５より油だけ流出することができる。又本実施例
によれば、一つの分離器２０内に最大容量に属する流量
はサイクロン型分離量を充当し、部分負荷の小容量にな
ったときはそれに見合う減速による重力分離方式の分離
器２０が充当されるものであり、而も減速による重力分
離方式においては分離器２０内に部分負荷の容量の少な
くなった流体を更に分配部４０が均質に圧縮ガスが整流
される様にガス分配部４０を方形断面をして且つ整流板
４１を設けたために、ガス分配が均質の減速度を保持す
ることが出来、これによりミスト分離率を良好にし、分
離器２０容量を小さくすることも出来る。又本願は横型
を主体としたが構造上分離器１を竪型とした構造にも適
用できるものである。

【００２４】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、遠心
式サイクロン分離方式と重力分離方式を直列に連結した
ことによって最大負荷容量時と部分負荷容量時のすべて
の運転状況にも確実な油ミストの分離効果が得られるも
のとなり、分離器２０を従来型より極端に小型にするこ
とが可能になった。尚、部分負荷運転のない装置ではサ
イクロン式分離だけで済むために更に一層の小型とな
る。等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる油噴射式圧縮機の吐出
側に設けられる油分離装置を示す横断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図で、主としてサイクロン
式分離器の入口側の構成を示す。

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図で、主としてサイクロン
式分離器の出口側の構成を示す。

【図４】図１のＣ−Ｃ線断面図で、主として分配部の断
面構成を示す。

【図５】従来の油分離装置を示す図１の応答図である。

【図６】サイクロン式分離器の流体の速度変化による分
離効率変化を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 分離槽 ４ 出口管 ２０ サイクロン油分離手段 ２１ 遠心固定翼ガイド ３０ 吸入通路 ４０ 分配部 ４１ 整流板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 含油圧縮ガスの油分離方法において、圧
   力容器からなる分離槽内に設けたサイクロン油分離手段
   により第１の油分離を行いながら増速された圧縮ガス
   が、分離槽内で流体減速されながら重力分離により第２
   の油分離を行う事を特徴とする含油圧縮ガスの油分離方
   法
2. 【請求項２】 含油圧縮ガスを圧力容器からなる分離槽
   内に導くための通路を、分離槽内に延設し、該延設部位
   にサイクロン油分離手段を設けるとともに、該サイクロ
   ン油分離手段の出口部通路面積より、分離槽の出口管に
   連設する出口管吸入通路の吸入開口面積が大幅に大にな
   るように構成した事を特徴とする含油圧縮ガスの油分離
   装置
3. 【請求項３】 前記サイクロン油分離手段通過後分離手
   段に導く分配部内に整流板を配設した請求項２記載の含
   油圧縮ガスの油分離装置
4. 【請求項４】 油噴射式容積型圧縮機の吐出ガスの油分
   離を行う油分離装置において、 前記分離槽容積を圧縮機全負荷時における容積より大幅
   に小さい部分負荷時に対応する容積に設定した請求項２
   記載の含油圧縮ガスの油分離装置
5. 【請求項５】 前記分離槽が横型構造の圧力容器である
   請求項２記載の油分離装置において前記サイクロン油分
   離手段を設けた通路部を前記圧力容器内の上方空間に長
   手方向に沿って延設させるとともに、該通路部下流側に
   位置する分配部の放出開口を下方に向けて配設し、 一方分離槽の出口管に連設する出口管吸入通路を前記放
   出開口の左右両側に長手方向に沿って延設するごとく配
   置すると共に、その下側を吸入開口とした事を特徴とす
   る油分離装置