JPH11173707A - 冷凍サイクル装置及びその油分離器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍サイクル装置の圧縮機が吐出するガス冷
媒に含まれる潤滑油の分離効率を高める。 【解決手段】 ガス冷媒の流入管４に、間隙を保って内
管４ａを挿入し、流入管４に上記間隙に開口する分岐管
４ｂを設ける。そして、内管４ａの他端及び分岐管４ｂ
の他端にそれぞれメッシュ１７，１８を装着する。流入
管４の内壁を流動する低速の油膜１５は分岐管４ｂに流
入し、高速のガス冷媒及び油滴１６は内管４ａに流入
し、それぞれメッシュ１７，１８でガス冷媒と分離され
る。油膜１５が高速のガス冷媒によってかくはんされ
て、分離の困難な微細な油滴となることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は冷凍サイクル装置
の圧縮機から吐出されるガス冷媒に含まれる油を分離す
る油分離器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９及び図１０は、例えば実開平１−８
２４６７号公報に示された従来の冷凍サイクル装置及び
その油分離器を示す図で、図９は冷凍サイクル装置の構
成図、図１０は油分離器の構成図である。圧縮機１から
吐出される高圧ガス冷媒は、凝縮器６によって液化し、
流量制御弁９で低圧となり、蒸発器７で蒸発してガス状
となって圧縮機１に吸入されて冷凍サイクルを構成す
る。

【０００３】このとき、圧縮機１から高圧ガス冷媒と共
に、圧縮機１内部を潤滑する油が吐出される。油分離器
２はこの油を分離しようとするものである。油分離器２
は圧縮機１の吐出部に接続された流入管４と、その端部
に挿入された流出管５からなり、両管４，５の間には環
状のすき間が形成されている。これで、流入管４内を流
動するガス冷媒は流出管５の中へ流れ、油は上記環状の
すき間から流出し、油とガス冷媒とが分離される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の冷
凍サイクル装置及ごその油分離器では、流入管４と流出
管５を二重管状に形成し、両管４，５のすき間から油を
分離するようにしているが、流入管４にはその内壁面を
流動する低速の油膜１５と、中心部をガス冷媒と共に流
動する高速の油滴１６が存在する。そのため、低速の油
膜１５は分離できるが、流出管５に流入する油滴１６を
分離することはできず、油の分離効率が低いという問題
点がある。

【０００５】この発明は、上記問題点を解消するために
なされたもので、油の分離性能を高め、冷凍サイクルの
効率を向上できるようにした冷凍サイクル装置及びその
油分離器を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の第１発明に係
る冷凍サイクル装置は、ガス冷媒の流入管に間隙を保っ
て一端が挿入された内管と、一端が流入管に接続されて
上記間隙に開口する分岐管を設け、内管の他端及び分岐
管の他端をそれぞれ別の油分離器に接続したものであ
る。

【０００７】また、第２発明に係る冷凍サイクル装置の
油分離器は、ガス冷媒の流入管に間隙を保って一端が挿
入された内管と、一端が流入管に接続されて上記間隙に
開口する分岐管とを設け、内管の他端及び分岐管の他端
にそれぞれ油分離部材を装着したものである。

【０００８】また、第３発明に係る冷凍サイクル装置の
油分離器は、ガス冷媒の流入管に間隙を保って一端が挿
入された内管を設け、この内管の他端に油分離部材を装
着し、流入管に上記間隙に通じる小穴を形成したもので
ある。

【０００９】また、第４発明に係る冷凍サイクル装置の
油分離器は、第３発明のものにおいて、小穴の外側に油
分離部材を装着したものである。

【００１０】また、第５発明に係る冷凍サイクル装置の
油分離器は、ガス冷媒の流入管を密閉容器の下部に挿通
し、これに間隙を保って一端が挿入された内管を設け、
流入管に上記間隙に通じる小穴を形成し、内管の他端と
流入管の間に油分離部材を設けたものである。

【００１１】また、第６発明に係る冷凍サイクル装置の
油分離器は、第２発明のものにおいて、分岐管の油分離
部材の位置を、内管の油分離部材の位置よりも下部に設
定したものである。

【００１２】また、第７発明に係る冷凍サイクル装置の
油分離器は、第２〜第６発明のものにおいて、流入管内
の内管端部の位置を、流入管の屈曲部又はその流入管に
挿入された弁から油の流れが安定する距離だけ離した下
流側の位置に設定したものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１及び図２はこ
の発明の第１発明の一実施の形態を示す図で、図１
（Ａ）は油分離器部分の構成図、図１（Ｂ）は図１
（Ａ）のＩ（Ｂ）部の拡大図、図１（Ｃ）は同じくＩ
（Ｃ）部の拡大縦断面図、図２は冷凍サイクル装置の構
成図であり、図中、同一符号は同一部分を示す。

【００１４】図２において、１は圧縮機、２，３は油分
離器、４は一端が圧縮機１の吐出部に接続され途中部で
分岐してそれぞれ油分離器２，３に接続された流入管で
あり、これらの部分は図１により後述する。５は一端が
油分離器２，３に接続された流出管、６は流出管５の他
端に接続された凝縮器、７は蒸発器で、凝縮器６と蒸発
器７は液管８、流量制御弁９及び低圧二相配管１０を経
て相互に接続されている。

【００１５】１１は一端が蒸発器７に接続され他端が圧
縮機１の吸入部に接続された吸入管、１２，１３はそれ
ぞれ一端が油分離器２，３に接続され他端が吸入管１１
に接続された油戻し管である。

【００１６】図１において、４ａは流入管４よりも小さ
い外径を持つ内管で、その一端は流入管４の他端に間隙
を保って挿入され、流入管４の他端は縮管されて内管４
ａと接続されている。４ｂは流入管４から分岐された分
岐管で、流入管４の一部に上記間隙に開口する穴が設け
られこの穴部をバーリング加工して分岐管４ｂの一端が
接続されている。１５は流入管４の内壁面を流動する油
膜、１６は流入管４の中心部をガス冷媒と共に流動する
油滴である。

【００１７】１７，１８は油分離部材を構成するメッシ
ュで、円筒状に形成し、その一端をＵ字形円筒状の保持
具１９，２０で挟着して固定するとともに、内管４ａの
他端及び分岐管４ｂの他端の内側に挿入され、内管４ａ
及び分岐管４ｂを縮管して固定している。また、メッシ
ュ１７，１８の他端は折り畳まれてスポット溶接などに
より封止されている。

【００１８】次に、この実施の形態の動作を説明する。
まず、図２により冷凍サイクル装置の概要について説明
する。圧縮機１からは高圧のガス冷媒と共に、圧縮機１
の内部を潤滑する油が吐出される。これらのガス冷媒と
油は流入管４から油分離器２，３へ流入し、後述するよ
うに油はガス冷媒と分離される。分離されたガス冷媒
は、流出管５から凝縮器６へ流入して凝縮液化し、流量
制御弁９で高圧の液から低圧まで減圧される。これで、
低圧の二相状態となり、蒸発器７で蒸発してガス状とな
り、吸入管１１から圧縮機１に吸入される。

【００１９】次に、図１により油の流動状況について説
明する。流入管４にはその内壁面を流動する比較的流速
の遅い油膜１５と、中心部をガス冷媒と共に流動する流
速の速い油滴１６とが存在する。流速の速い油滴１６の
速度は５〜１０ｍ／ｓ、流速の遅い油膜１５の速度は１
〜２ｍ／ｓ程度である。そして、流入管４の中心部をガ
ス冷媒と共に流動する油滴１６は内管４ａへ流入し、環
状の油膜１５は流入管４と内管４ａの間隙により形成さ
れる環状部流路から分岐管４ｂへ流入して、それぞれ油
分離器２，３へ入り、メッシュ１７，１８によりガス冷
媒と分離される。

【００２０】分離されたガス冷媒は流出管５から凝縮器
６へ流入して既述のように循環して圧縮機１に吸入され
る。油分離器２，３で分離された油は油戻し管１２，１
３を通り、吸入管１１へ流入し、圧縮機１へ戻る。この
ようにして、環状の油膜１５となって流動する流速の遅
い油を、選択的に環状部流路によって分離して油分離器
３へ流入させるようにしているため、油膜１５が流速の
速い油滴１６と共に内管４ａへ流入して、油分離器２内
で高速のガス冷媒によりかくはんされて油滴となること
がなく、油の分離効率を高めることが可能となる。

【００２１】実施の形態２．図３はこの発明の第２発明
の一実施の形態を示す油分離器の構成図であり、図１と
同様の部分は同一符号で示す（以下の実施の形態も同
じ）。図において、２３は円筒状の密閉容器２４からな
る油分離器であり、流入管４は密閉容器２４を貫通して
設けられ、内管４ａ、分岐管４ｂ及びメッシュ１７，１
８は密閉容器２４内に収納されている。これ以外は同１
と同様である。したがって、冷凍サイクル装置は図９と
同様のものとなる。

【００２２】次に、この実施の形態の動作を説明する。
流入管４の中心部をガス冷媒と共に流動する油滴１６は
内管４ａへ流入し、環状の油膜１５は環状部流路から分
岐管４ｂへ流入して、それぞれメッシュ１７，１８によ
り、ガス冷媒と分離される。そして、メッシュ１７，１
８に捕捉されずに通過した油は、密閉容器２４内でガス
冷媒の流速が十分低下（０．５ｍ／ｓ以下程度）するた
め、密度差により分離される。油分離器２３内で分離さ
れたガス冷媒が流出管５から流出した後の動作は既述の
とおりである。

【００２３】このようにして、環状の油膜１５となって
流動する流速の遅い油を、選択的に環状部流路によって
分離してメッシュ１８を通過させるようにしている。し
たがって、油膜１５が流速の速い油滴１６と共に内管４
ａへ流入して、メッシュ１７内で高速のガス冷媒により
かくはんされて油滴となることがなく、油分離器２３内
での分離効率を高めることが可能となる。

【００２４】実施の形態３．図４はこの発明の第３発明
の一実施の形態を示す図で、図４（Ａ）は油分離器の構
成図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のIV（Ｂ）部の側面図で
ある。図において、４は密閉容器２４を貫通する流入管
で、その他端に流入管４よりも小さい外径を持つ内管４
ａが挿入され流入管４の他端は縮管されて内管４ａと接
続され、内管４ａの他端にはメッシュ１７が設けられて
いる。

【００２５】また、流入管４の他端部の側壁には、流入
管４と内管４ａとで形成される間隙すなわち環状部流路
に通じる小穴４ｃが設けられている。この小穴４ｃの口
径及び数は冷凍サイクル装置の容量により変化するが、
例えば１馬力程度のものであれば直径１mmのものを２〜
３個設ければよい。これ以外は図３と同様である。

【００２６】次に、この実施の形態の動作を説明する。
基本的な動作は実施の形態２と同様である。環状の油膜
１５となって流動する流速の遅い油は、環状部流路へ流
入し、小穴４ｃから密閉容器２４内へ流入する。しか
し、流速が低いため重力の影響により落下して、密閉容
器２４の下部に貯留する。内管４ａへ流入した油滴１６
はメッシュ１７により、ガス冷媒と分離される。

【００２７】そして、メッシュ１７に捕捉されずに通過
した油は、密閉容器２４内でガス冷媒の流速が十分低下
（０．５ｍ／ｓ程度）するため、密度差により分離され
る。油分離器２３内で分離されたガス冷媒が流出管５か
ら流出した後の動作は、既述のとおりである。

【００２８】このようにして、環状の油膜１５となって
流動する流速の遅い油を、選択的に環状部流路により分
離して小穴４ｃから密閉容器２４内へ流入させるように
しているため、コストの高いメッシュ１８を設けなくて
も、十分に油を分離することが可能である。また、油膜
１５が流速の速い油滴１６と共に内管４ａへ流入して、
メッシュ１７内で高速のガス冷媒によりかくはんされて
油滴となることがなく、油分離器２３内での分離効率を
高めることが可能となる。

【００２９】実施の形態４．図５はこの発明の第４発明
の一実施の形態を示す図で、図５（Ａ）は油分離器の構
成図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＶ（Ｂ）部の側面図で
ある。この実施の形態は図４において、流入管４の小穴
４ｃ部分の外側にメッシュ２６を設けたものである。

【００３０】この実施の形態の動作は、実施の形態３と
同様であり、環状の油膜１５となって流動する油は小穴
４ｃから密閉容器２４内へ流入するが、流速が遅く、油
滴径も大きいため、容易に油を分離することが可能であ
る。また、図３に示すような流入管４の分岐管４ｂの出
口部にメッシュ１８を設ける場合に比べ、コストを低減
することが可能となる。

【００３１】実施の形態５．図６はこの発明の第５発明
の一実施の形態を示す油分離器の構成図である。図にお
いて、２８は密閉容器２４の高さ方向の中途に設けられ
密閉容器２４を上下に分割する仕切り板で、中心部に開
口部２８ａを有し、ここにメッシュ２９が設けられてい
る。また、流入管４は密閉容器２４の底部から貫通して
おり、その他端側面に小穴４ｃが設けられている。内管
４ａはＬ字状に湾曲され一端は流入管４に挿入され、他
端は密閉容器２４の内側面に対向している。

【００３２】次に、この実施の形態の動作を説明する。
油膜１５を形成する油は内管４ｃから密閉容器２４内へ
流入するが、流速が遅いため流下して密閉容器２４底部
に貯留される。また、内管４ａを流動する高速の冷媒ガ
スと油滴１６は、密閉容器２４の内壁に衝突し、油滴１
６の一部は壁面に付着して分離される。そして、分離さ
れなかった油滴１６は冷媒ガスと共に仕切り板２８のメ
ッシュ２９を通過する際に捕捉され、大きな油滴となっ
て落下し、密閉容器２４の底部に貯留される。そして、
メッシュ２９を通過した冷媒ガスは流出管５から流出す
る。

【００３３】このようにして、流速の遅い油膜１５を環
状部流路へ導入しているため、流速の速い内管４ａへ流
入することがなく、油の分離効率を高めることが可能と
なる。

【００３４】実施の形態６．図７はこの発明の第６発明
の一実施の形態を示す油分離器の構成図である。この実
施の形態は図３において、分岐管４ｂのメッシュ１８を
内管４ａのメッシュ１７よりも低い位置に設け、内管４
ａの入口部４ｄを少し縮管したものである。この実施の
形態の動作は、実施の形態２とほぼ同様である。内管４
ａから多量のガス冷媒が密閉容器２４内へ吹き出すメッ
シュ１７の位置よりも、分岐管４ｂのメッシュ１８が下
にあるため、メッシュ１８で分離した油が、密閉容器２
４内へ吹き出すガス冷媒に同伴して流出することがなく
なり、油の分離効率を高めることが可能となる。

【００３５】また、内管４ａの入口部４ｄは少し縮管さ
れているため、環状部流路の流速の遅い油が内管４ａに
流入しにくく、分離の困難な流速の速い油滴１６と同時
に流動することが少なくなり、油の分離効率を高めるの
に有効となる。

【００３６】実施の形態７．図８はこの発明の第７発明
の一実施の形態を示す図で、図８（Ａ）は冷凍サイクル
装置の構成図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のVIII（Ｂ）部
の拡大縦断面図である。図において、３１はガス冷媒の
流れを切り換える四方弁、３２は圧縮機１の吸込部に接
続されたアキュムレータである。また、圧縮機１の吐出
配管は、圧縮機１の振動を吸収するため屈曲されて流入
管４となり、更に内管４ａ及び分岐管４ｂとなって、そ
れぞれ油分離器２，３に接続されている。

【００３７】四方弁３１により、ガス冷媒の流れの方向
が、６→８→９→１０→７と７→１０→９→８→６とに
切り換えられ、冷却及び加熱の利用を可能としたヒート
ポンプ装置となっている。油の流動状況は図１及び図２
で示すものとほぼ同一となる。流入管４の屈曲部出入口
部Ｐでは、油の流れが乱れることにより、油膜１５の厚
さが一様ではなく、また、中心部流路での油滴が多くな
る。

【００３８】しかし、この実施の形態では、流入管４内
の内管４ａ端部の位置を屈曲部出入口部Ｐから、ある程
度の距離Ｌとしているため、油膜１５の厚さが均一にな
るとともに、油滴１６が流入管４の内面に再付着する。
このため、流速が速くて分離のむずかしい油滴が多量に
内管４ａへ流入し、ときには、油膜１５までも内管４ａ
に流入するということが避けられる。したがって、油の
分離効率を高めることが可能となる。屈曲部出入口部Ｐ
から内管４ａ端部までの距離Ｌは、配管径の約５倍以上
とすることが望ましい。

【００３９】実施の形態では、屈曲された流入管４につ
いて説明したが、開閉弁、流路切換弁などの弁出口側で
も、同様の流動状況となるため、弁からある程度の距離
を隔てることが望ましく、上記と同様の効果が得られ
る。

【００４０】なお、上記各実施の形態では、油分離部材
としてメッシュ１７，１８を用いるものとしたが、フィ
ルタを用いてもよいことは明白である。また、上記各実
施の形態の効果は、冷凍機油の種類により変わるもので
はなく、冷媒と相溶性のある油及び相溶性のない油のど
ちらであっても同様の効果が得られる。また、実施の形
態では、流入管４内の内管４ａ端部の位置を密閉容器２
４の内部に設けるものとしたが、油分離器２３の上流側
の外部に設けてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したとおりこの発明の第１発明
では、ガス冷媒の流入管に間隙を保って一端が挿入され
た内管と、一端が流入管に接続されて上記間隙に開口す
る分岐管とを設け、内管の他端及び分岐管の他端をそれ
ぞれ別の油分離器に接続したため、流入管の内壁の流動
する油膜が流速の速いガス冷媒及び油滴と共に内管へ流
入して、油分離器内で高速のガス冷媒によりかくはんさ
れて油滴となることがなく、油の分離効率を高めること
ができる。

【００４２】また、第２発明では、ガス冷媒の流入管に
間隙を保って一端が挿入された内管と、一端が流入管に
接続されて上記間隙に開口する分岐管とを設け、内管の
他端及び分岐管の他端にそれぞれ油分離部材を装着した
ため、流入管の内壁を流動する油膜が流速の速いガス冷
媒及び油滴と共に内管へ流入して、内管の油分離部材で
高速のガス冷媒によりかくはんされて油滴となることが
なく、油の分離効率を高めることができる。

【００４３】また、第３発明では、ガス冷媒の流入管に
間隙を保って一端が挿入された内管を設け、この内管の
他端に油分離部材を装着し、流入管に上記間隙に通じる
小穴を形成したため、分岐管にコストの高い油分離部材
を用いなくても、十分に油を分離することができる。

【００４４】また、第４発明では、ガス冷媒の流入管に
間隙を保って一端が挿入された内管を設け、この内管の
他端に油分離部材を装着し、流入管に上記間隙に通じる
小穴を形成し、その外側に油分離部材を装着したため、
流入管の分岐管の出口部に油分離部材を設ける場合に比
べてコストを低減することができる。

【００４５】また、第５発明では、ガス冷媒の流入管を
密閉容器の下部に挿通し、これに間隙を保って一端が挿
入された内管を設け、流入管に上記間隙に通じる小穴を
形成し、内管の他端と流入管の間に油分離部材を設けた
ため、流速の遅い油膜が、流速の速い内管へ流入するこ
とがなく、油の分離効率を高めることができる。

【００４６】また、第６発明では、分岐管の油分離部材
の位置を、内管の油分離部材の位置よりも下部に設定し
たため、分岐管の油分離部材で分離された油が、密閉容
器内へ吹き出すガス冷媒に同伴して流出することがなく
なり、油の分離効率を高めることができる。

【００４７】また、第７発明では、流入管内の内管端部
の位置を、流入管の屈曲部又はこの流入管に挿入された
弁から油の流れが安定する距離だけ離した下流側の位置
に設定したため、油膜の厚さが均一になるとともに、屈
曲部又は弁部で発生した油滴が流入管の内面に再付着す
る。このため、分離のむずかしい油滴が多重に内管に流
入し、ときには油膜までも内管に流入することが避けら
れ、油の分離効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す図で、（Ａ）
は油分離器部分の構成図、（Ｂ）は（Ａ）のＩ（Ｂ）部
の拡大図、（Ｃ）は（Ａ）のＩ（Ｃ）部の拡大縦断面
図。

【図２】 この発明の実施の形態１を示す冷凍サイクル
装置の構成図。

【図３】 この発明の実施の形態２を示す油分離器の構
成図。

【図４】 この発明の実施の形態３を示す図で、（Ａ）
は油分離器の構成図、（Ｂ）は（Ａ）のIV（Ｂ）部の側
面図。

【図５】 この発明の実施の形態４を示す図で、（Ａ）
は油分離器の構成図、（Ｂ）はＶ（Ｂ）部の側面図。

【図６】 この発明の実施の形態５を示す油分離器の構
成図。

【図７】 この発明の実施の形態６を示す油分離器の構
成図。

【図８】 この発明の実施の形態７を示す図で、（Ａ）
は冷凍サイクル装置の構成図、（Ｂ）は（Ａ）のVIII
（Ｂ）部の拡大縦断面図。

【図９】 従来の冷凍サイクル装置の構成図。

【図１０】 図９の油分離器の構成図。

【符号の説明】

１ 圧縮機、２，３ 油分離器、４ 流入管、４ａ 内
管、４ｂ 分岐管、４ｃ 小穴、５ 流出管、６ 凝縮
器、７ 蒸発器、９ 流量制御弁、１２，１３油戻し
管、１５ 油膜、１６ 油滴，１７，１８ 油分離部材
（メッシュ）、２３ 油分離器、２４ 密閉容器、２
６，２９ 油分離部材（メッシュ）。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機の吐出部に接続されたガス冷媒の
   流入管に油分離器が接続された装置において、一端が上
   記流入管に間隙を保って挿入された内管と、一端が上記
   流入管に接続されて上記間隙に開口する分岐管とを設
   け、上記内管の他端及び上記分岐管の他端をそれぞれ別
   の油分離器に接続したことを特徴とする冷凍サイクル装
   置。
2. 【請求項２】 圧縮機の吐出部に接続されたガス冷媒の
   流入管に接続され密閉容器内に収納された油分離器にお
   いて、一端が上記流入管に間隙を保って挿入された内管
   と、一端が上記流入管に接続されて上記間隙に開口する
   分岐管とを設け、上記内管の他端及び上記分岐管の他端
   にそれぞれ油分離部材を装着したことを特徴とする冷凍
   サイクル装置の油分離器。
3. 【請求項３】 圧縮機の吐出部に接続されたガス冷媒の
   流入管に接続され密閉容器内に収納された油分離器にお
   いて、一端が上記流入管に間隙を保って挿入された内管
   を設け、その内管の他端に油分離部材を装着し、上記流
   入管にこの流入管を貫通して上記間隙に通じる小穴を形
   成したことを特徴とする冷凍サイクル装置の油分離器。
4. 【請求項４】 小穴の外側に油分離部材を装着したこと
   を特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル装置の油分離
   器。
5. 【請求項５】 圧縮機の吐出部に接続されたガス冷媒の
   流入管と、上記圧縮機の吸入部に接続された油戻し管の
   間に接続され、上記ガス冷媒の流入管を有する密閉容器
   内に収納された油分離器において、上記流入管を上記密
   閉容器の下部に挿通し、一端が上記流入管に間隙を保っ
   て挿入された内管を設け、上記流入管にこの流入管を貫
   通して上記間隙に通じる小穴を形成し、上記内管の他端
   と上記流入管の間に油分離部材を設けたことを特徴とす
   る冷凍サイクル装置の油分離器。
6. 【請求項６】 分岐管の油分離部材の位置を、内管の油
   分離部材の位置よりも下部に設定したことを特徴とする
   請求項２記載の冷凍サイクル装置の油分離器。
7. 【請求項７】 流入管内の内管端部の位置を、流入管の
   屈曲部又はこの流入管に挿入された弁から油の流れが安
   定する距離だけ離した下流側の位置に設定したことを特
   徴とする請求項２〜請求項６のいずれかに記載の冷凍サ
   イクル装置の油分離器。