JP2012197973A - 気液分離および油分離が可能な分離器 - Google Patents

Abstract

【課題】ユニットの小型化および省スペース化を図ることができる、気液分離および油分離が可能な分離器を提供する。
【解決手段】圧縮機に供給される冷媒を気液分離するアキュムレータと、圧縮機で圧縮された潤滑油が混在した冷媒から潤滑油を分離するオイルセパレータとを備え、オイルセパレータにはアキュムレータよりも高温高圧の冷媒が導入されるとともに、アキュムレータおよびオイルセパレータのうち一方が他方の内部に配置するようにした。アキュムレータとオイルセパレータとを一体に構成することで、これらが装置内で占める容積を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機に取付可能な、気液分離および油分離が可能な分離器に関する。

従来より、空気調和機を構成する圧縮機の上流側にはアキュムレータが設けられ、圧縮機の下流側にはオイルセパレータが設けられている。
図４は、アキュムレータと圧縮機とオイルセパレータの配置および構成を示す概略図である。
アキュムレータ１０は、圧縮機２０に冷媒を供給するに先立ち冷媒を気液分離する。アキュムレータ１０の吸入口１１からアキュムレータ１０内に冷媒が取り込まれると、アキュムレータ１０内にて冷媒が気液分離される。気液分離された冷媒のうち、気相のみがアキュムレータ１０の吸入管２１から圧縮機２０に供給される。
圧縮機２０内で圧縮された冷媒は、冷媒吐出管２２を介してオイルセパレータ３０に送出される。ここで、圧縮機２０では、潤滑油を用いることで圧縮機内の各摺動部の潤滑を図っている。このため、圧縮機２０内で圧縮された冷媒は、潤滑油を含むことになる。オイルセパレータ３０は、冷媒吐出管２２を通って送り込まれる潤滑油が混在した冷媒から、遠心力等により潤滑油を分離する。そして、潤滑油が分離された冷媒は、冷媒送出管３１を経て送り出される。
オイルセパレータ３０の底部には、キャピラリ等の絞り３２が設けられている。アキュムレータ１０が油溜まり部としても機能している場合には、絞り３２の一端は例えばアキュムレータ１０の吸入口１１に接続される。

例えば、特許文献１の図２には、圧縮機の上流側にアキュムレータを設けるとともに、圧縮機の下流側にオイルセパレータを設けたスクロール冷凍機が記載されている。

特開平７−２５９７７３号公報

圧縮機、アキュムレータ、オイルセパレータを備えた空気調和機や冷凍機などの冷凍サイクル装置では、これらの機器を１つのユニットとすることがあるが、設置スペース削減のため、ユニットの省スペース化が求められている。
特許文献１では、冷凍機の省スペース化を図るために、架台の下段にツインスクロール圧縮機および受液器を配置し、架台の上段にシングルスクロール圧縮機、制御盤、アキュムレータ、オイルセパレータ等の補器類を配置することを提案している（特許文献１の図１、請求項９等）。
架台を用いる特許文献１では、スクロール圧縮機の上下２段積みが可能となり、複数の冷凍機を使用する場合と比べると、省スペース化を図ることができる。
しかしながら、架台を用いて複数の圧縮機等を配置する特許文献１では、ユニット自体は大型化してしまう。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、ユニットの小型化および省スペース化を図ることができる、気液分離および油分離が可能な分離器を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、アキュムレータとオイルセパレータとが一体になった新規な分離器を提供する。すなわち、本発明は、圧縮機に供給される冷媒を気液分離するアキュムレータと、圧縮機で圧縮された潤滑油が混在した冷媒から潤滑油を分離するオイルセパレータとを備え、オイルセパレータにはアキュムレータよりも高温高圧の冷媒が導入されるとともに、アキュムレータおよびオイルセパレータのうち一方が他方の内部に配置されることを特徴とする、気液分離および油分離が可能な分離器を提供する。アキュムレータとオイルセパレータとを一体に構成することで、これらが装置内で占める容積を低減することができる。

一例として、オイルセパレータをアキュムレータの内部に配置することができる。これにより、アキュムレータの内部温度が上昇し、アキュムレータハウジング内において冷媒のガス化が促進され、気液分離効率が上がるとともに、アキュムレータ内で分離された液体の圧縮を防止することができる。オイルセパレータからの熱によって冷媒のガス化が促進されることで、アキュムレータの容量を少量化することもできる。
オイルセパレータをアキュムレータの内部に配置する場合、オイルセパレータは、冷媒が通過する冷媒管を備え、その冷媒管がアキュムレータを構成するアキュムレータハウジングを貫通するようにすればよい。より具体的には、冷媒管の一端はオイルセパレータを構成するオイルセパレータハウジングの内部に配置され、かつ、冷媒管の他端がアキュムレータを構成するアキュムレータハウジングの外部に配置される構成を採用することができる。
また、他の例として、アキュムレータをオイルセパレータの内部に配置することにより、アキュムレータとオイルセパレータとを一体に構成することができる。オイルセパレータ内には圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒が送り込まれるため、オイルセパレータの内部温度はアキュムレータの内部温度よりも高い。このため、アキュムレータをオイルセパレータの内部に配置する場合には、アキュムレータにオイルセパレータからの熱が伝わり、アキュムレータ全体が加熱されることになる。これにより、アキュムレータの小型化を図りつつ、アキュムレータ内における冷媒の気液分離効率を上がることもできる。
アキュムレータをオイルセパレータの内部に配置する場合、アキュムレータは、冷媒が導入される冷媒導入口を備え、その冷媒導入口がオイルセパレータを構成するオイルセパレータハウジングを貫通するようにすればよい。

本発明によれば、アキュムレータおよびオイルセパレータが空気調和機や冷凍機などの装置内で占める容積を低減することができるため、これらを圧縮機等とユニット化した際にもユニットの小型化および省スペース化を図ることができる。
オイルセパレータをアキュムレータの内部に配置する場合には、アキュムレータの内部温度が上昇し、アキュムレータハウジング内において冷媒のガス化が促進され、気液分離効率が上がるとともに、アキュムレータ内で分離された液体の圧縮を防止することができる。オイルセパレータからの熱によって冷媒のガス化が促進されることで、アキュムレータの容量を少量化することもできる。

冷凍サイクル装置における冷媒回路を示す図である。 第一の実施形態における分離器の構成を説明するための概略図である。 第二の実施形態における分離器の構成を説明するための概略図である。 圧縮機の上流側にアキュムレータが設けられ、圧縮機の下流側にオイルセパレータが設けられた従来の配置および構成を示す概略図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。

〔第一の実施形態〕
第一の実施形態における分離器１Ａでは、アキュムレータ１００の内部に、オイルセパレータ３００が配置されている。分離器１Ａは圧縮機に取付可能であり、冷凍サイクル装置に適用することができる。

はじめに、冷凍サイクル装置における冷媒回路を、図１を参照して説明する。
図１に示すように、室内ユニット５０１は、室外ユニット５０２に接続されている。なお、室外ユニット５０２に対して順次並列に接続すれば、室内ユニット５０１の台数を増やしても構わない。
室内ユニット５０１には、空気熱交換器５０３と電子膨張弁５０４とが設けられている。
室内ユニット５０１は、冷房時には、冷却器（蒸発器）としての空気熱交換器５０３から冷媒を吐出して室外ユニット５０２へ送り、暖房時には、室外ユニット５０２から送られてくる冷媒を加熱器（凝縮器）としての空気熱交換器５０３に入れるようになっている。

室外ユニット５０２は、分離器１Ａと、圧縮機２００と、冷房時に凝縮器として機能し、暖房時に蒸発器として機能する空気熱交換器４００と、ストレーナ４０１と、四方切換弁Ｖ４とを備えている。

この冷凍サイクル装置では、冷房時、室内ユニット５０１の空気熱交換器５０３を経た冷媒を、冷媒配管を通して四方切換弁Ｖ４に送る。そして、四方切換弁Ｖ４および吸入管１１０を介して、冷媒がアキュムレータ１００のハウジング内に取り入れられる。
アキュムレータ１００内で気液分離された冷媒は、冷媒吐出管１２０および吸入管２１０を通って圧縮機２００に供給される。

圧縮機２００に送られた冷媒は、ここで圧縮され高温高圧のガス冷媒となり、冷媒吐出管２２０および吸入管３１０を通ってオイルセパレータ３００に供給される。
オイルセパレータ３００では、圧縮機２００から送られてくるガス冷媒中の潤滑油を分離し、そのうちのガス冷媒を、冷媒送出管３２０を通して四方切換弁Ｖ４に送る。また、オイルセパレータ３００は、絞り３３０を介して、潤滑油をアキュムレータ１００のハウジング内に戻す。この潤滑油は、図示しない油配管を通して、圧縮機２００に戻される。

空気熱交換器４００に送られたガス冷媒は、空気により冷やされて凝縮され液冷媒になった後、冷媒配管を通してストレーナ４０１等を経て、室内ユニット５０１の電子膨張弁５０４に送られる。

電子膨張弁５０４に入った液冷媒は、ここで絞られることにより断熱膨張して気液二相の冷媒となり、冷媒配管を通って空気熱交換器５０３に入り、この空気熱交換器５０３で冷媒の蒸発潜熱で室内空気を冷却することによって蒸発気化する。
このようにして、蒸発気化した冷媒（すなわちガス冷媒）は、冷媒配管を通して再び室外ユニット５０２に送られる。

一方、この冷凍サイクル装置では、暖房時、室内ユニット５０１の空気熱交換器５０３から吐出した冷媒を、冷媒配管を通して電子膨張弁５０４に送り、ここで絞られることにより断熱膨張して気液二相の冷媒とした後、室外ユニット５０２のストレーナ４０１を経て空気熱交換器４００に入れる。
空気熱交換器４００に入れられた冷媒は、その蒸発潜熱で冷やされて蒸発しガス冷媒になった後、冷媒配管を通って四方切換弁Ｖ４を介し、アキュムレータ１００に送られる。

このアキュムレータ１００に送られたガス冷媒は、圧縮機２００に入れられ、ここで圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、冷媒吐出管２２０および吸入管３１０を通ってオイルセパレータ３００に送られる。

そして、このオイルセパレータ３００では、圧縮機２００から送られてくるガス冷媒中の潤滑油を分離し、そのうちのガス冷媒を冷媒送出管３２０および四方切換弁Ｖ４を介し、室内ユニット５０１の空気熱交換器５０３に入れる。また、オイルセパレータ３００は、絞り３３０を介して、潤滑油をアキュムレータ１００のハウジング１０１内に戻す。この潤滑油は、図示しない油配管を通して、圧縮機２００に戻される。
室内ユニット５０１の空気熱交換器５０３に入れられたガス冷媒は、空気により冷やされて凝縮され液冷媒になった後、冷媒配管を通して電子膨張弁５０４に送られ、ここで絞られることにより断熱膨張して気液二相の冷媒となり、冷媒配管を通って再び室外ユニット５０２に送られる。

図２は、第一の実施形態における分離器１Ａの構成を説明するための概略図である。
上述した通り、第一の実施形態における分離器１Ａでは、アキュムレータ１００の内部に、オイルセパレータ３００が配置されている。分離器１Ａは圧縮機２００に接続されるが、圧縮機２００の構成は何ら限定されるものではなく、公知のロータリー圧縮機やスクロール型の圧縮機などを用いることができる。

＜アキュムレータ１００＞
アキュムレータ１００は、圧縮機２００に冷媒を供給するに先立ち冷媒を気液分離する。
アキュムレータ１００は、有底筒形状のハウジング（アキュムレータハウジング）１０１と、冷媒をハウジング１０１内に取り入れるための吸入管１１０と、気液分離された冷媒を圧縮機２００に供給するための冷媒吐出管１２０とを備える。
吸入管１１０は、四方切換弁Ｖ４を介して空気熱交換器４００に接続されている（図１参照）。冷媒吐出管１２０の一端はハウジング１０１の内部、かつ上方に配置される。また、冷媒吐出管１２０はハウジング１０１を貫通し、冷媒吐出管１２０の他端はハウジング１０１の外部に配置される。冷媒吐出管１２０は、圧縮機２００の吸入管２１０と連通している。
空気熱交換器４００から送出された冷媒はアキュムレータ１００内で気液分離される。気液分離された冷媒のうち、気相のみが冷媒吐出管１２０から圧縮機２００に供給される。
ハウジング１０１の上部には、冷媒に含まれるごみを除去するフィルタＦが設けられている。ごみ除去の効率化のために、フィルタＦは、ハウジング１０１の内部に配置される冷媒吐出管１２０の一端よりも上方に配置される。

＜オイルセパレータ３００＞
圧縮機２００では、潤滑油を用いることで圧縮機内の各摺動部の潤滑を図っている。このため、圧縮機２００内で圧縮された冷媒は、潤滑油を含むことになる。オイルセパレータ３００は、圧縮機２００の冷媒吐出管２２０から送出される潤滑油が混在した高温高圧の冷媒から、遠心力等により潤滑油を分離する。
第一の実施形態では、オイルセパレータ３００はアキュムレータ１００の内部に配置されている。
オイルセパレータ３００は、有底筒形状のハウジング（オイルセパレータハウジング）３０１と、高温高圧の冷媒をハウジング３０１内に取り入れるための吸入管（冷媒管）３１０と、潤滑油が分離された冷媒を送出する冷媒送出管（冷媒管）３２０とを備える。
吸入管３１０は、圧縮機２００の冷媒吐出管２２０に接続されている。オイルセパレータ３００は、冷媒吐出管２２０、吸入管３１０を通って送り込まれる潤滑油が混在した冷媒から、遠心力等により潤滑油を分離するものであるから、吸入管３１０の一端はハウジング３０１の内部、かつ上方に配置される。
吸入管３１０の一端は、ハウジング３０１の内周面に対向して位置する。吸入管３１０はハウジング３０１およびアキュムレータ１００のハウジング１０１を例えば径方向に貫通し、吸入管３１０の他端はハウジング１０１の外部に配置される。上記した貫通部分は、アキュムレータ１００に設けられたフィルタＦよりも下方、かつフィルタＦと干渉しない位置に配置される。そうすることで、フィルタＦのごみ除去効率が向上する。

冷媒送出管３２０の一端はハウジング３０１の内部中央部、かつ吸入管３１０より下方に配置される。冷媒送出管３２０はハウジング１０１の頂部を例えば軸方向に貫通して上方に延び、冷媒送出管３２０の他端はハウジング１０１の外部に配置される。吸入管３１０から導入された冷媒は、ハウジング３０１の内周面に向けて吹き付けられる。すると、遠心力、重力の作用により、冷媒に含まれる潤滑油はハウジング３０１の内周面に沿って螺旋状に流れ落ち、ハウジング３０１の中央には冷媒が位置することになる。冷媒は、その一端がハウジング３０１の内部中央部に位置する冷媒送出管３２０を通って四方切換弁Ｖ４に送られる。
オイルセパレータ３００の底部には絞り３３０が設けられており、絞り３３０を開くことで、冷媒から分離され、オイルセパレータ３００の下部に溜まった潤滑油を直接、アキュムレータ１００内に戻すことができる。
また、任意構成として、オイルセパレータ３００の下部かつ絞り３３０の上方にストレーナＳを設けてもよい。ストレーナＳを設けることで、ストレーナＳよりも下方に位置する絞りＦが、異物混入によって詰まるといった不具合を防止することができる。

アキュムレータ１００の内部にオイルセパレータ３００を配置して、アキュムレータ１００とオイルセパレータ３００とを一体化した第一の実施形態における分離器１Ａによれば、これらが冷凍サイクル装置内で占める容積を低減することができる。これにより、ユニットの小型化および省スペース化を図ることができる。
また、オイルセパレータ３００内には圧縮機２００で圧縮された高温高圧の冷媒が圧縮機２００から送り込まれるため、オイルセパレータ３００の内部温度はアキュムレータ１００の内部温度よりも高い。オイルセパレータ３００をアキュムレータ１００内に配置することで、アキュムレータ１００の内部温度が上昇し、ハウジング１０１内において冷媒のガス化が促進され、気液分離効率が上がるとともに、アキュムレータ１００内で分離された液体の圧縮を防止することができる。オイルセパレータ３００からの熱によって冷媒のガス化が促進されることで、アキュムレータ１００の容量を少量化することもできる。
第一の実施形態における分離器１Ａによれば、オイルセパレータ３００の下部に溜まった潤滑油を直接、アキュムレータ１００内に戻すことができる。よって、潤滑油を戻すためにキャピラリ等を使用する必要がなく、油戻し用の回路を従来よりも大幅に簡略化することができる。
さらにまた、高圧容器であるハウジング３０１を低圧容器であるハウジング１０１の内部に配置することで、ハウジング３０１の内部と外部に差圧が生じる。これにより、ハウジング３０１の板厚を従来よりも薄くすることができるため、オイルセパレータ３００の作製に要する材料を低減することができ、低コスト化につながる。具体的には、ハウジング３０１の板厚を従来の５０％〜７５％の厚さとすることもできる。

なお、オイルセパレータ３００とアキュムレータ１００は、同心円状に配置されていてもよく、オイルセパレータ３００がアキュムレータ１００に対して偏心して配置されていてもよい。

〔第二の実施形態〕
図３は、第二の実施形態における分離器１Ｂの構成を説明するための概略図である。第一の実施形態と同様に、分離器１Ｂは圧縮機２００と接続されるが、図３において圧縮機２００の図示は省略している。また、第一の実施形態で示した部分と共通の機能を有する部分には、第一の実施形態に対応する符号を付し、その機能の説明は省略する。但し、機能が共通であっても、その構成が若干相違する部分には、符号の末尾にＡを追加している。

第二の実施形態における分離器１Ｂでは、オイルセパレータ３００Ａの内部に、アキュムレータ１００Ａが配置されている。
アキュムレータ１００Ａの吸入管（冷媒導入管）１１０Ａは、四方切換弁Ｖ４を介して空気熱交換器４００に接続されている。
冷媒吐出管１２０Ａの一端はアキュムレータ１００Ａのハウジング１０１Ａの内部、かつ上方に配置される。また、冷媒吐出管１２０Ａは、ハウジング１０１Ａおよびセパレータ３００のハウジング３０１Ａを貫通し、冷媒吐出管１２０Ａの他端はハウジング３０１Ａの外部に配置される。冷媒吐出管１２０Ａは、圧縮機２００の吸入管２１０と連通している。
オイルセパレータ３００Ａの吸入管３１０Ａは圧縮機２００の冷媒吐出管２２０に接続されている。オイルセパレータ３００は、冷媒吐出管２２０、吸入管３１０Ａを通って送り込まれる潤滑油が混在した冷媒から、遠心力等により潤滑油を分離するものであるから、吸入管３１０Ａの一端はハウジング３０１Ａの内部、かつ上方に配置される。吸入管３１０Ａの一端は、ハウジング３０１の内周面に対向して位置する。吸入管３１０Ａはハウジング３０１Ａを例えば径方向に貫通し、吸入管３１０Ａの他端はハウジング３０１Ａの外部に露出する。なお、吸入管３１０Ａはハウジング１０１Ａの周囲に配置されるが、ハウジング１０１Ａを貫通していない。
オイルセパレータ３００Ａの冷媒送出管３２０Ａの一端はハウジング３０１Ａの内部かつ吸入管３１０Ａより下方に配置される。冷媒送出管３２０Ａはハウジング３０１Ａの頂部を例えば軸方向に貫通して上方に延び、冷媒送出管３２０Ａの他端はハウジング３０１Ａの外部に配置されて四方切換弁Ｖ４に接続される。なお、冷媒送出管３２０Ａはハウジング１０１Ａの周囲に配置されるが、ハウジング１０１Ａを貫通していない。
吸入管３１０Ａから導入された冷媒は、ハウジング３０１Ａの内周面に向けて吹き付けられる。すると、遠心力、重力の作用により、冷媒に含まれる潤滑油はハウジング３０１Ａの内周面に沿って螺旋状に流れ落ち、ハウジング３０１の中央には冷媒が位置することになる。冷媒は、その一端がハウジング３０１の内部に位置する冷媒送出管３２０Ａを通って四方切換弁Ｖ４に送られる。

オイルセパレータ３００の内部にアキュムレータ１００を配置して、アキュムレータ１００とオイルセパレータ３００とを一体化した第二の実施形態における分離器１Ｂによれば、これらが冷凍サイクル装置内で占める容積を低減することができる。これにより、ユニットの小型化および省スペース化を図ることができる。
また、オイルセパレータ３００Ａの内部にアキュムレータ１００Ａを配置することで、オイルセパレータ３００Ａの容積および外径を第一の実施形態における分離器１Ａよりも大きくすることができるため、油分離効率が上がる。
さらにまた、オイルセパレータ３００Ａ内には圧縮機２００で圧縮された高温高圧の冷媒が圧縮機２００の冷媒吐出管２２０、およびオイルセパレータ３００Ａの吸入管３１０Ａを通って送り込まれるため、オイルセパレータ３００Ａの内部温度はアキュムレータ１００Ａの内部温度よりも高い。このため、オイルセパレータ３００Ａの内部に配置されたアキュムレータ１００Ａには、オイルセパレータ３００Ａからの熱が伝わり、アキュムレータ１００Ａ全体が加熱されることになる。これにより、アキュムレータ１００Ａの小型化を図りつつ、アキュムレータ１００Ａ内における冷媒の気液分離効率を上がることもできる。

なお、上記実施の形態では、分離器１Ａ、１Ｂの構成について説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１Ａ，1Ｂ…分離器
１００，１００Ａ…アキュムレータ
１０１，１０１Ａ…ハウジング（アキュムレータハウジング）
１１０…吸入管
１１０Ａ…吸入管（冷媒導入管）
２００…圧縮機
３００，３００Ａ…オイルセパレータ
３０１，３０１Ａ…ハウジング（オイルセパレータハウジング）
３１０…吸入管（冷媒管）
３２０…冷媒送出管（冷媒管）

Claims (6)

1. 圧縮機に取付可能な分離器であって、
   前記圧縮機に供給される冷媒を気液分離するアキュムレータと、
   前記圧縮機で圧縮された潤滑油が混在した前記冷媒から前記潤滑油を分離するオイルセパレータとを備え、
   前記オイルセパレータには前記アキュムレータよりも高温高圧の冷媒が導入されるとともに、
   前記アキュムレータおよび前記オイルセパレータのうち一方が、他方の内部に配置されることを特徴とする、気液分離および油分離が可能な分離器。
2. 前記オイルセパレータが、前記アキュムレータの内部に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の気液分離および油分離が可能な分離器。
3. 前記オイルセパレータは、前記冷媒が通過する冷媒管を備え、
   前記冷媒管は前記アキュムレータハウジングを貫通することを特徴とする、請求項２に記載の気液分離および油分離が可能な分離器。
4. 前記オイルセパレータの内部温度は、前記アキュムレータの内部温度よりも高いことを特徴とする、請求項２に記載の気液分離および油分離が可能な分離器。
5. 前記アキュムレータが、前記オイルセパレータの内部に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の気液分離および油分離が可能な分離器。
6. 前記アキュムレータは、前記冷媒が導入される冷媒導入管を備え、
   前記冷媒導入管が前記オイルセパレータを構成するオイルセパレータハウジングを貫通することを特徴とする、請求項５に記載の気液分離および油分離が可能な分離器。