JPWO2016063400A1

JPWO2016063400A1 - 油分離器

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Publication number: JPWO2016063400A1
Application number: JP2016555022A
Authority: JP
Inventors: 宗希石山; 裕輔島津; 加藤　央平; 央平加藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2034-10-23
Also published as: JP6272497B2; WO2016063400A1; US20170276415A1; CN107076487B; US11015850B2; CN107076487A

Abstract

この発明に係る油分離器では、本体容器内の捕捉材は、流入配管側に配置される第１の捕捉材部と、流出配管側に配置され第１の捕捉材部よりも空隙率の低い第２の捕捉材部とを有しているので、空隙率が異なる捕捉材により駆動力が生じ、この駆動力と重力と毛細管現象とにより、本体容器内の油が油戻し配管に輸送され、油の再飛散を防ぎ、油分離効率の低下を抑制することができるとともに、圧縮機への返油効率が向上する。

Description

この発明は、例えば空気調和機の冷凍回路に使用される油分離器に関する。

従来、冷媒ガス内の油を分離するための油分離室と、この油分離室に連結させ、内壁に油を付着させる螺旋溝が設けられた冷媒ガス供給管と、前記油分離室に連結された冷媒ガス排出管と、前記冷媒ガス供給管の内壁螺旋溝から前記油分離室に流れこんだ油を溜めるために油分離室の底部に設けられた油溜り部とを含む油分離室が知られている（特許文献１参照）。
この油分離器の場合、圧縮機の吐出部から冷媒ガス供給管に吐出された冷媒ガスは、冷媒ガス供給管の内壁に設けられた螺旋溝を介して油分離室内に供給されるが、螺旋溝を通過するときに遠心力が働いて比重の重い油の粒子は螺旋溝に付着するようになり、付着した油は螺旋溝に沿って油分離室内に流れこむ。油分離室に進んだ油は、内壁面に沿って流れ落ちて前記油溜り部に溜る。一定量溜った油は圧縮機の吸入部と吐出部との圧力の差により圧縮機の吸入部へ送られる。一方、油分離室に流入した冷媒ガスは、冷媒ガス排出管から凝縮器へ送られる。

また、他の例として、本体容器の上部に入口パイプを接続し下部に出口パイプを接続すると共に油戻し配管を接続して構成される油分離器であって、前記本体容器の内部上方に前記入口パイプからの流体の流れを側部内壁方向へ導く導風板を設け、側部内壁に円筒状メッシュを設置した空気調和機あるいは冷凍機の油分離器が知られている（特許文献２参照）。
この油分離器の場合、油と混ざった冷媒ガスは入口パイプから油分離器シェル内部へ流入し、導風板にて流れ方向が変更されて、油分離器シェル内壁に設置されたメッシュへと導かれる。
こうしてシェル壁へ導かれた油はメッシュにて吸着され、分離された油はメッシュの毛細管現象で順次下に送られメッシュ下端からシェル下部へと滴下する。

また、さらに他の例として、２相冷媒導入口と、該２相冷媒導入口を介して気液２相冷媒が壁面方向に導入される気液分離室と、この気液分離室の上部に設けられたガス冷媒取出口と、前記気液分離室の底部に設けられた液冷媒取出口とを備えてなる気液分離器において、前記２相冷媒導入口に対向して多孔質部材を設けた気液分離器が知られている（特許文献３参照）。
この気液分離器の場合、気液分離室の前記気液２相冷媒の噴流が衝突する壁面部には、断面半円状の多孔質部材が設けられている。この多孔質部材は、例えば前記噴流の衝撃を吸収するのに十分な厚さを有し、かつ液冷媒を毛細管現象によって吸収し下方に流下させ得るような発泡金属等によって形成されている。

特公平０３-０５７３９３号公報（請求項１、図２）特開２０００-２５７９９４号公報（請求項５、図５、段落００２５）実開平６-１８８６５号公報（請求項１、図１、段落００２４）

しかしながら、上記特許文献１のものでは、内壁に衝突、またはガス冷媒により、内壁に沿った油や油溜り部に溜った油が再飛散することで油分離効率が低下するという問題点があった。
また、油の分離後、油溜り部への搬送方法が、重力のみとなり、圧縮機への返油効率が低いという問題点もあった。

また、上記特許文献２のものでは、入り口パイプから冷媒を放出後、導風板で流れを強制的に変更することによる冷媒の圧力損失が増加するという問題点があった。

また、上記特許文献３のものでは、気液２相冷媒が２相冷媒導入口から放出後、内壁もしくは多孔質部材に衝突するために、冷媒の圧力損失が増加するという問題点があった。
また、気液２相冷媒が２相冷媒導入口から放出後、内壁もしくは多孔質部材に衝突するため、再飛散しやすく、また液の液冷媒取出口への搬送方法が、重力のみで、多孔質部材に液が滞留してしまう結果、再飛散が生じやすく、油分離効率が低いという問題点もあった。
さらに、液の液冷媒取出口への搬送方法が、重力のみとなり、圧縮機への返油効率が低いという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、捕捉された油の再飛散を抑制し、油分離効率を向上させることができるとともに、圧縮機への返油効率を向上させ、さらに冷媒の圧力損失を低減させることができる油分離器を提供することを目的とする。

この発明に係る油分離器は、冷凍回路の圧縮機の吐出管に接続され、前記圧縮機から吐出された冷媒に含まれる油を前記冷媒から分離する油分離器であって、
本体容器と、
この本体容器の上側に一端部が接続され他端部が前記吐出管に接続された、前記冷媒及び前記油を前記本体容器内に導く流入配管と、
前記本体容器の下側に端部が接続され、前記本体容器内の前記冷媒を外部に流出する流出配管と、
前記本体容器の下側に端部が接続され、前記本体容器内の前記油を前記圧縮機に戻す油戻し配管と、
前記本体容器の内壁面に設けられ前記流入配管を通じて流入した前記油を捕捉する捕捉材と、を備え、
前記捕捉材は、前記流入配管側に配置される第１の捕捉材部と、前記流出配管側に配置され前記第１の捕捉材部よりも空隙率の低い第２の捕捉材部と、有している。

この発明に係る油分離器によれば、空隙率が異なる捕捉材により駆動力が生じ、この駆動力と重力と毛細管現象とにより、本体容器内の油が油戻し配管に輸送されることで、油の再飛散を防ぎ、油分離効率の低下を抑制することができるとともに、圧縮機への返油効率が向上し、さらに冷媒の圧力損失を低減させることができる。

この発明の実施の形態１の油分離器が用いられた空調調和器の冷媒回路図である。図１の油分離器を示す斜視図である。図１の油分離器内での冷媒、油の動向を示す説明図である。この発明の実施の形態１の油分離器の第１の変形例を示す斜視図である。図４の油分離器内での冷媒、油の動向を示す説明図である。この発明の実施の形態１の油分離器の第２の変形例を示す斜視図である。図６の油分離器内での冷媒、油の動向を示す説明図である。この発明の実施の形態１の油分離器の第３の変形例であって、油分離器内での冷媒、油及び重合物の動向を示す説明図である。この発明の実施の形態２の油分離器であって、油分離器内での冷媒及び油の動向を示す説明図である。（ａ）〜（ｃ）は図９の本体容器の各種の壁部を示す部分断面図である。この発明の実施の形態２の油分離器の変形例であって、油分離器内での冷媒及び油の動向を示す説明図である。図１１の油戻り配管の部分切り欠き図である。

以下、この発明の油分離器の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の油分離器５が用いられた空調調和器の冷媒回路図である。
この空気調和器は、冷媒が流通する冷媒配管７を介して、圧縮機１、油分離器５、四方弁６、蒸発器４、膨張弁３及び凝縮器２が接続されている。
そして、暖房運転では、四方弁６（図中の点線）を切り替えることで、冷媒は、冷媒配管７を通じて、圧縮機１、油分離器５、四方弁６、蒸発器４、膨張弁３及び凝縮器２の順序で循環する。
また、冷房運転では、四方弁６（図中の実線）を切り替えることで、冷媒は、冷媒配管７を通じて、圧縮機１、油分離器５、四方弁６、凝縮器２、膨張弁３及び蒸発器４の順序で循環する。

図２は、油分離器５を示す斜視図である。
この油分離器５は、円筒形状の本体容器５２と、この本体容器５２の上側に一端部が接続され他端部が圧縮機１の吐出管に接続された、ガス状の冷媒及び油を本体容器５２内に導く流入配管５１と、本体容器５２の下側に端部が接続され、本体容器５２内の冷媒を外部に流出する流出配管５４と、本体容器５２の下側縁部に基端部が接続され、先端部が垂直下方向に延びた油戻し配管５５と、本体容器５２の内壁面に設けられ流入配管５１を通じて流入した油を捕捉する捕捉材５３と、を備えている。
捕捉材５３の具体例は、例えば発砲金属である。
捕捉材５３は、本体容器５２の上流側の流入配管５１側に配置される第１の捕捉材部５３１と、本体容器５２の下流側の流出配管５４側に配置され第１の捕捉材部５３１よりも空隙率の低い第２の捕捉材部５３２と、有している。

流入配管５１と同軸線上に配置された流出配管５４は、第２の配管１０２を介して凝縮器２と接続されている。
油戻し配管５５は、圧縮機１と蒸発器４との間の第３の配管１０３に接続されている。

この実施の形態１の油分離器５では、圧縮機１の駆動により、圧縮機１の吐出管から吐出された、高温高圧なガス状の冷媒及び油は、第１の配管１０１を通じて油分離器５の流入配管５１に流入し、引き続き本体容器５２の内部に流入する。
本体容器５２の内部に流入した、冷媒及び油のうち、冷媒は、図３の矢印Ａに示すように本体容器５２からそのまま流出配管５４に流入し、凝縮器２に送られる。
一方、本体容器５２内の容器内油２００は、図３の矢印Ｂに示すように、本体容器５２の内壁方向に飛散する。
内壁方向に飛散された容器内油２００は、内壁に設置された捕捉材５３の第１の捕捉材部５３１に表面張力により捕捉され、毛細管現象により第１の捕捉材部５３１の内部に流入する。
流入した容器内油２００は、空隙率が高い第１の捕捉材部５３１から空隙率の低い第２の捕捉材部５３２へと駆動力が生じ、この駆動力と毛細管現象と重力により、第１の捕捉材部５３１から第２の捕捉材部５３２へと輸送される。
輸送された容器内油２００は、本体容器５２と油戻し配管５５との圧力差により、油戻し配管５５内に流入する。容器内油２００は、油戻し配管５５から引き続き圧縮機１と蒸発器４との間の第３の配管１０３に流入し、圧縮機１に返油される。

上記実施の形態１の油分離器５によれば、第１の捕捉材部５３１で容器内油２００を捕捉し、空隙率が異なる捕捉材５３により駆動力が生じ、この駆動力と毛細管現象と重力により、油が油戻し配管５５に輸送されることで、再飛散を防ぎ、油分離効率の低下を抑制することができるとともに、圧縮機１への返油効率が向上する。
また、流入配管５１及び流出配管５４の内径は、本体容器５２の内径と比較して小さいものの、流入配管５１と本体容器５２との間での冷媒の急拡大、本体容器５２と流出配管５４との間での冷媒の急圧縮はなく、冷媒の圧力損失は抑制される。
また、流入配管５１と流出配管５４とは同軸線上に配置されているので、流入配管５１を通じて本体容器５２内に流入した冷媒は、本体容器５２内での冷媒の流れの強制的な変更もなく、そのまま流出配管５４内に流入するので、冷媒の圧力損失は抑制される。

図４は、この発明の実施の形態１の油分離器５の第１の変形例を示す斜視図であり、流入配管５１内に、冷媒及び容器内油２００に旋回流を生じさせる、例えば旋回羽根である旋回流形成部５６が設けられている。
他の構成は、図２に示した油分離器の構成と同じである。

この例では、圧縮機１の駆動により吐出された高温高圧なガス状の冷媒及び油は、油分離器５の流入配管５１に流入する。この冷媒及び油は、図５に示すように、流入配管５１内で旋回流形成部５６により旋回流が発生する。
そして、本体容器５２の内部に流入した、冷媒及び油のうち、冷媒は、図５の矢印Ａに示すように本体容器５２からそのまま流出配管５４に流入し、凝縮器２に送られる。
一方、本体容器５２内の容器内油２００は、旋回流の遠心力により、本体容器５２の内壁方向に飛散し、空隙率の高い第１の捕捉材部５３１に誘導される。
誘導された容器内油２００は、第１の捕捉材部５３１に表面張力により捕捉され、その後駆動力、毛細管現象及び重力により、第１の捕捉材部５３１から第２の捕捉材部５３２へと輸送される。
その後の容器内油２００の動向は、図２の油分離器５と同じである。

この実施の形態による油分離器５によれば、旋回流により容器内油２００を空隙率の高い第１の捕捉材５３１に誘導し、その後は、容器内油２００は、図２に示した油分離器５と同じ動向で油戻し配管５５に輸送され、図２に示した油分離器５と同様に、油の再飛散を防ぎ、油分離効率の低下を抑制することができるとともに、圧縮機への返油効率が向上するという効果がある。

図６は、この発明の実施の形態１の油分離器の第２の変形例を示す斜視図であり、流入配管５１は、内壁面にねじれ溝が形成されてねじれ管５７である。
他の構成は、図２に示した油分離器５の構成と同じである。

この例では、圧縮機１の駆動により吐出された高温高圧なガス状の冷媒及び油は、油分離器５の流入配管５１に流入する。この冷媒及び油は、図７に示すように、ねじれ管５７である流入配管５１内で旋回流が発生する。
そして、本体容器５２の内部に流入した、冷媒及び容器内油２００のうち、冷媒は、図７の矢印Ａに示すように本体容器５２からそのまま流出配管５４に流入し、凝縮器２に送られる。
一方、本体容器５２内の容器内油２００は、旋回流の遠心力により、本体容器５２の内壁方向に飛散し、空隙率の高い第１の捕捉材部５３１に誘導される。誘導された油は、第１の捕捉材部５３１に表面張力により捕捉され、その後駆動力、毛細管現象及び重力により、第１の捕捉材部５３１から第２の捕捉材部５３２へと輸送される。
その後の容器内油２００の動向は、図２に示した油分離器５と同じである。

この実施の形態による油分離器５によれば、流入配管５１を旋回流を生じさせるねじれ管５７とすることで、図２に示した油分離器５と同じ効果を得ることができる。
また、実施の形態１の第１の変形例のように、流入配管５１内に旋回羽根である旋回流形成部５６を設ける必要がないため、簡単な構成で旋回流を発生させることができ、流入配管５１内での冷媒の圧力損失を低減することができる。

図８は、この発明の実施の形態１の油分離器５の第３の変形例を示す斜視図である。
この例では、冷媒回路には、二重結合の重合物を含む組成の冷媒（例えば、ＨＦＯ-１１２３）が冷凍回路内に封入されている。
他の構成は、図２に示した油分離器５と同じである。

この第３の変形例の油分離器５では、圧縮機１の駆動により、高温高圧なガス状の冷媒と油と重合物が吐出され、油分離器５の流入配管５１に流入し、流入配管５１から本体容器５２に流入する。そのうち冷媒は、矢印Ａに示すように、そのまま本体容器５２から流出配管５４に流入する。
一方、容器内油２００は、矢印Ｂに示すように、また重合物２０１は、矢印Ｃに示すように本体容器５２の内壁方向に飛散する。
内壁方向に飛散された、油２００及び重合物２０１は、内壁に設置された第１の捕捉材部５３１に表面張力により捕捉され、容器内油２００は、毛細管現象により第２の捕捉材部５３２に流下し、重合物２０１は、捕捉材５３で捕捉された後、本体容器５２内で貯留される。
流入した容器内油２００は、空隙率が高い第１の捕捉材５３１から空隙率の低い第２の捕捉材部５３２へと駆動力が生じ、駆動力と毛細管現象、重力により、第１の捕捉材部５３１から第２の捕捉材部５３２へと輸送される。
その後の油２００の動向は、図２に示した油分離器５と同じである。

この変形例では、重合物２０１を油分離器５内の底部で貯留することで、凝縮器２または蒸発器４内への重合物２０１の流入を防ぎ、凝縮器２及び蒸発器４での伝熱性能の低下を抑制することができる。
また、重合物２０１を油分離器５で貯留することで、膨張弁３への重合物２０１の流入を防ぎ、膨張弁３の制御性能の低下を抑制することができる。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２の油分離器５を示す構成図である。
この実施の形態２では、油分離器５の本体容器５２０の表面積を大きくしている。
具体例として、図１０（ａ）では、外壁面を凹凸面とした壁部５２０ａ、図１０（ｂ）では、内壁面を凹凸面とした壁部５２０ｂ、図１０（ｃ）では、外壁面及び内壁面をともに凹凸面とした壁部５２０ｃを示している。
他の構成は、実施の形態１の油分離器５と同じである。
また、冷媒、容器内油２００の動向は、図２の油分離器５と同じである。

この実施の形態２の油分離器５によれば、実施の形態１の油分離器５と同様の効果を得ることができるとともに、圧縮機１に油戻し配管５５を通じて返油される容器内油２００は、本体容器５２０の内壁の捕捉材５３で輸送されるが、本体容器５２の表面積を大きくしたことで、容器内油２００は、輸送途中において効率良く放熱され、その結果吸入ＳＨ（過熱度）が増加せず、圧縮機１の効率低下を抑制することができる。

図１１は、この発明の実施の形態２の油分離器５の変形例であり、図１２は図１１の油戻し配管５５０の部分切り欠き図である。
この実施の形態２の変形例では、油戻し配管５５０の表面積を大きくするために、油分離器５の油戻し配管５５０の内壁面に螺旋状の溝で形成された凹凸面が形成されている。
また、ガス冷媒、容器内油２００の動向は、実施の形態１の油分離器５と同じである。

この実施の形態２の油分離器５の変形例によれば、図２の油分離器５と同様の効果を得ることができる。
また、油戻し配管５５０の表面積を大きくしたことで、容器内油２００は、油戻し配管５５０内の通過途中で効率良く放熱され、その結果吸入ＳＨ（過熱度）が増加せず、圧縮機１の効率低下を抑制することができる。
また、表面に凹凸面を形成して表面積を大きくした図９の本体容器５２０と比較して、この例では表面積は小さい本体容器５２であるため、本体容器５２０内での冷媒の放熱は抑制され、その冷媒が凝縮器２に送られることから、凝縮器２での熱交の性能低下を抑制することができる。

なお、上記各実施の形態では、空気調和器に用いられた油分離器５について説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、この油分離器５を例えば冷凍機に用いることもできる。
また、上記各実施の形態では、捕捉材５３は、第１の捕捉材部５３１及び第２の捕捉材部５３２で構成されたが、第２の捕捉材部５３２よりも空隙率の低い第３の捕捉材部を第２の捕捉材部５３２に隣接して配置するようにしてもよい。
さらに、捕捉材として、本体容器５２の下側に向かって空隙率が連続的に低下するものであってもよい。

１圧縮機、２凝縮器、３膨張弁、５油分離器、６四方弁、７冷媒配管、５１流入配管、５２，５２０本体容器、５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃ壁部、５３捕捉材、５３１第１の捕捉材部、５３２第２の捕捉材部、５４流出配管、５５，５５０油戻し配管、５６旋回形成部、５７ねじれ管、１０１第１の配管、１０２第２の配管、２００容器内油、２０１重合物。

Claims

冷凍回路の圧縮機の吐出管に接続され、前記圧縮機から吐出された冷媒に含まれる油を前記冷媒から分離する油分離器であって、
本体容器と、
この本体容器の上側に一端部が接続され他端部が前記吐出管に接続された、前記冷媒及び前記油を前記本体容器内に導く流入配管と、
前記本体容器の下側に端部が接続され、前記本体容器内の前記冷媒を外部に流出する流出配管と、
前記本体容器の下側に端部が接続され、前記本体容器内の前記油を前記圧縮機に戻す油戻し配管と、
前記本体容器の内壁面に設けられ前記流入配管を通じて流入した前記油を捕捉する捕捉材と、を備え、
前記捕捉材は、前記流入配管側に配置される第１の捕捉材部と、前記流出配管側に配置され前記第１の捕捉材部よりも空隙率の低い第２の捕捉材部と、有している油分離器。
前記流入配管内には、前記油及び前記冷媒に旋回流を生じさせる旋回流形成部が設けられている請求項１に記載の油分離器。
前記旋回流形成部は、旋回羽根である請求項２に記載の油分離器。
前記流入配管は、内壁面にねじれ溝が形成されたねじれ管である請求項１に記載の油分離器。
前記本体容器の内壁面及び外壁面の少なくとも一方に凹凸面が形成されている請求項１〜４の何れか１項に記載の油分離器。
前記油戻し配管の内壁面及び外壁面の少なくとも一方に凹凸面が形成されている請求項１〜５の何れか１項に記載の油分離器。
前記流出配管は、前記流入配管の下側であって前記流入配管と同軸上に配置されている請求項１〜６の何れか１項に記載の油分離器。
前記冷媒は、二重結合の重合物を含む冷媒である請求項１〜７の何れか１項に記載の油分離器。