JP2009006281A - 遠心分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分離効率、装置の小型化、構造の簡素化を促進し、しかも圧縮機のオイル分離装置として好適な遠心分離装置を提供する。
【解決手段】分離室の側壁に形成された入口孔から流入される多相流体に旋回流を付与し、高密度の流体と、該高密度の流体より低密度の流体とに分離し、分離された低密度の流体を前記入口孔よりも上方に設けられた出口孔から流出させ、分離された高密度の流体を前記入口孔よりも下方に設けられた出口孔から流出させる遠心分離装置において、前記分離室の少なくとも一部を、下方側に向かって徐々に拡径される拡径部に形成したことを特徴とする遠心分離装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば多相流体から密度の異なる流体を分離可能な遠心分離装置に関し、とくに圧縮機内に設けられ、吐出流体と該吐出流体中に含まれるオイルとを分離するオイル分離装置に好適な遠心分離装置に関する。

圧縮機に内蔵され、吐出流体と該吐出流体に含まれるオイル（潤滑油）とを分離するオイル分離装置はよく知られている。このような、オイル分離装置としては、オイルが含有される吐出流体を円筒状に形成された分離室内に導入し、該導入された流体に旋回流を付与することにより吐出流体とオイルとの密度の差を利用し両者を分離し、高密度のオイルを分離室の下方に流出させるとともに、低密度の吐出流体（たとえば、二酸化炭素等の冷媒）を分離室の上方に排出させる遠心分離式のオイル分離装置が一般的である。また、このようなオイル分離装置においては、分離効率を向上するため図９に示すような提案もなされている（特許文献１）。図９においては、斜板式圧縮機１００内には遠心分離式のオイル分離装置１０１が設けられている。オイル分離装置１０１は、分離室１０２を有しており、分離室１０２にはオイルが含まれる吐出流体を導入する入口孔１０３が設けられている。また、分離室１０２内には軸方向に延びる分離パイプ１０４が設けられている。このような構成においては、入口孔１０３から分離室１０２内に導入された吐出流体は、分離室１０２の内壁に沿って旋回流を形成し高密度のオイルと低密度の吐出流体とに分離される。そして、分離された低密度の吐出流体は、分離パイプ１０４の内側を通り分離室１０２の上部に設けられた低密度の吐出流体の出口孔（図示略）か流出される。一方、分離された高密度のオイルは分離室１０２の下部に設けられた出口孔１０５から流出され圧縮器機１００の圧縮機構側１０６へ供給されるようになっている。

また、図１０に示すように、分離室内に設けられる分離パイプ１０４の表面に溝（または突状）１０４ａを設けオイルを該溝等に沿わせて下方に導くことによりオイルの分離効率の向上を図る提案もなされている（特許文献２）。

しかし、特許文献１のような提案においては、旋回流を形成する分離パイプ１０４の外周側の空間１０２ａと、分離後の吐出流体を流す分離パイプ１０４の内側の空間１０２ｂのそれぞれに十分な流路断面積を確保することが困難であるため圧力損失が増大するおそれがある。とくに装置が圧縮機内蔵型である場合には、オイル分離装置自体の小型化が求められるため空間１０２ａ、１０２ｂの流路断面積が小さくなる。また、所定の分離効率を得るためには、分離パイプ１０４の長さや径をある値以上に確保する必要が生じるためオイル分離装置自体が大型化するおそれがある。一方、特許文献２の提案においては、分離パイプ１０４の表面に形成される溝１０４ａにオイルが一旦付着したとしても旋回流により吹き飛ばされるおそれがあり、オイルの捕捉効率が低下するおそれがある。また、上記両提案はともに分離室１０２内に分離パイプ１０４を挿入する構成が採用されているが、このような構成においては構造が複雑化し装置のコストアップを招来するおそれがある。

特開２０００−０２７７５６５号公報 特開平９−６０５９１号公報

そこで、本発明の課題は、分離効率、装置の小型化、構造の簡素化を促進し、しかも圧縮機のオイル分離装置として使用された場合には、圧縮機内の潤滑性を確保でき、該圧縮機が使用される回路内（たとえば、車両用空調装置の冷凍回路内）のオイル循環を低減可能な遠心分離装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る遠心分離装置は、分離室の側壁に形成された入口孔から流入される多相流体に旋回流を付与し、高密度の流体と、該高密度の流体より低密度の流体とに分離し、分離された低密度の流体を前記入口孔よりも上方に設けられた出口孔から流出させ、分離された高密度の流体を前記入口孔よりも下方に設けられた出口孔から流出させる遠心分離装置において、前記分離室の少なくとも一部を、下方側に向かって徐々に拡径される拡径部に形成したことを特徴とするものからなる。このような構成においては、分離室の少なくとも一部が、下方側に向かって徐々に拡径される拡径部に形成されているので、分離室内に形成される旋回流は下方側に向かって大きくなり吐出流体に作用する遠心力も下方側に向かって徐々に増大する。したがって、吐出流体中の高密度の流体（たとえば、オイル）を効率よく分離できる。

また、上記課題を解決するために、もう一つの本発明に係る遠心分離装置は、円筒空間に形成される分離室の側壁に設けられた入口孔から流入される多相流体に旋回流を付与し、高密度の流体と、該高密度の流体より低密度の流体とに分離し、分離された低密度の流体を前記入口孔よりも上方に設けられた出口孔から流出させ、分離された高密度の流体を前記入口孔よりも下方に設けられた出口孔から流出させる遠心分離装置において、前記分離室の側壁に周方向に延びる溝を設けたことを特徴とするものからなる。このような構成においては、遠心力により分離された高密度の流体は、側壁に設けられた溝に捕捉されるので、吐出流体中の高密度の流体の分離効率を向上することができる。

上記のような溝は、たとえば螺旋状、あるいは周方向に延びる複数の溝から形成することができる。このような構成によれば、溝内に捕捉され分離された高密度の流体を、高密度の流体の出口孔に効率よく流入させることができる。なお、上記のような溝は分離室の側壁に直接刻設してもよいが、たとえば分離室を形成する空間内に、内面に溝が刻設された円筒体を挿入して側壁に溝が形成される分離室を構成することも可能である

また、分離室の上端が蓋により閉塞される構成においては、上記螺旋状の溝は蓋が螺合される溝として利用することも可能である。

また、上記課題を解決するために、もう一つ別の本発明に係る遠心分離装置は、分離室の側壁に形成された入口孔から流入される多相流体に旋回流を付与し、高密度の流体と、該高密度の流体より低密度の流体とに分離し、分離された低密度の流体を前記入口孔よりも上方に設けられた出口孔から流出させ、分離された高密度の流体を前記入口孔よりも下方に設けられた出口孔から流出させる遠心分離装置において、前記分離室内に、少なくとも前記分離された高密度の流体に下方側に向かう旋回流を付与するコイルばねを設けたことを特徴とするものからなる。たとえば分離室内に該分離室の軸方向に延びるコイルばねを設ければ、分離された高密度の流体に下方側に向かう旋回流を付与することができ、分離された高密度の流体を出口孔に効率よく流入させることができる。

上記分離された低密度の流体の出口孔には、該出口孔を開閉可能な弁体が設けられることが好ましい。また、該弁体は、上記コイルばねを利用し駆動させることができる。たとえば、弁体をコイルばねを用いて出口孔を閉じる方向に付勢し、吐出流体が分離室内に流入し該分離室の内圧が上昇した場合には、弁体がコイルばねの付勢力に抗して出口孔を開く方向に移動させるように構成すればコイルばねを利用し弁体を駆動させることができる。

本発明に係る遠心分離装置は、たとえば圧縮機内に設けられ、冷媒と該冷媒に含まれるオイル（潤滑油）とを分離するオイル分離装置に好適なものである。

本発明に係る遠心分離装置によれば、分離室の少なくとも一部が下方側に向かって徐々に拡径される拡径部に形成されているので、分離室内に形成される旋回流は下方側に向かって大きくなり吐出流体に作用する遠心力も下方側に向かって徐々に増大する。したがって、吐出流体中の高密度の流体（たとえば、オイル）を効率よく分離し、分離された高密度の流体を出口孔に導入することができる。また、分離室内に分離パイプが挿入される従来装置に比べ、圧力損失を低減することができるとともに、装置の小型化、構造の簡素化の要請に柔軟に対応することができる。

また、もう一つの本発明に係る遠心分離装置によれば、分離室の側壁には周方向に延びる溝が設けられており、遠心力により分離された高密度の流体は、側壁に設けられた溝に捕捉されるので、吐出流体中の高密度の流体の分離効率を向上することができる。また、従来装置に比べ、圧力損失を低減しつつ、装置の小型化、構造の簡素化の要請に対応することができる。

上記溝は、たとえば螺旋状、あるいは周方向に延びる複数の溝から形成することができ、このような構成によれば、溝内に捕捉され分離された高密度の流体を、高密度の流体の出口孔に効率よく流入させることができる。また、分離室の上端が蓋により閉塞される構成においては、上記螺旋状の溝は蓋が螺合される溝として利用することも可能である。

また、もう一つ別の本発明に係る遠心分離装置によれば、分離室内には、少なくとも分離された高密度の流体に下方側に向かう旋回流を付与するコイルばねが設けられているので、分離された高密度の流体に確実に下方側に向かう旋回流を付与することができ、分離された高密度の流体を出口孔に効率よく流入させることができる。

また、上記コイルばねには、分離された低密度の流体の出口孔を開閉する弁体の駆動機能を持たせることができ、弁体を駆動させるための専用の機構は不要である。したがって、装置の小型化、簡素化を一層促進することができる。

以下に、本発明の遠心分離装置の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施態様においては、本発明に係る遠心分離装置を、とくに車両用空調装置の冷凍回路の圧縮機のオイル分離装置に適用した場合を示している。
図１は、本発明の第１実施態様に係る遠心分離装置としてのオイル分離装置を示している。図１において、１はオイル分離装置を示している。オイル分離装置１は、圧縮機ハウジング２内に一体に形成されている。オイル分離装置１は、流入される吐出流体（冷媒と潤滑用のオイルとの２相流体）を遠心分離により高密度の流体としてのオイルと、低密度の流体としての冷媒とに分離する分離室３を有しており分離室３には圧縮機の吐出室４に吐出された吐出流体が導入される入口孔５が設けられている。なお、入口孔５は、分離室３内に流入される吐出流体が旋回流を形成し易いように、分離室３の中心からオフセットされた位置に開口されている。

分離室３の入口孔５よりも上方には分離された冷媒の出口孔６が設けられている。出口孔６から流出された冷媒は、冷凍回路中の熱交換器（図示略）に導入されるようになっている。一方、分離室３の入口孔５よりも下方には分離されたオイルの出口孔７が設けられている。出口孔７から流出されたオイルはオイル戻し通路８を介して圧縮機の圧縮機構側（図示略）に戻されるようになっている。なお、分離室３の底部にはオイル貯留部１０が設けられている。

分離室３の一部は、図１に示すように、下方側に向かって徐々に拡径される拡径部９に形成されている。

本実施態様においては、吐出室４内に吐出されたオイルと冷媒とからなる２相の吐出流体が分離室３内に導入され、該吐出流体に旋回流が付与されることにより、冷媒とオイルとに分離されるようになっている。そして分離された冷媒が出口孔６から流出されるとともに、分離された高密度の流体としてのオイルが出口孔７から流出されるようになっている。

また、本実施態様においては、分離室３の一部が、下方側に向かって徐々に拡径される拡径部９に形成されているので、図１に示すように分離室３内に形成される旋回流は下方側に向かって大きくなり吐出流体に作用する遠心力も下方側に向かって徐々に増大する。したがって、吐出流体中のオイルを効率よく分離できる。また、分離室内に分離パイプが挿入される従来装置に比べ、圧力損失を低減することができるとともに、装置の小型化、構造の簡素化の要請に柔軟に対応することができる。また、分離されたオイルは通路８を介して圧縮機構側に戻されるので、圧縮機内の潤滑性を確保できる。また、分離効率が向上されることにより、冷媒中に残存するオイル量が大幅に低減されるので、冷凍回路内のオイル循環を低減することができる。

図２〜図５は、本発明の第２実施態様に係る遠心分離装置としてのオイル分離装置を示している。なお、上記第１実施態様と同一の部材には同一の番号を付しその説明を省略する。本実施態様においては、分離室３の側壁には周方向に延びる螺旋状の溝１１が設けられている。また、分離室３の上端には該分離室３を閉塞する蓋１２が設けられている。蓋１２には、螺旋状の溝１１に螺合可能なねじ山１３が設けられている。

本実施態様においては、分離されたオイルは、側壁に設けられた螺旋状溝１１に捕捉され効率よく分離される。また、該溝１１に捕捉されたオイルは溝１１に沿って流れ分離室３の下部に落下する。したがって、従来装置に比べ、圧力損失を低減することができるとともに、装置の小型化、構造の簡素化の要請に柔軟に対応することができる。また、分離されたオイルは通路８を介して圧縮機構側に戻されるので、圧縮機内の潤滑性を確保できる。また、分離効率が向上されることにより、冷媒中に残存するオイル量が大幅に低減されるので、冷凍回路内のオイル循環を低減することができる。

図６は、本発明の第３実施態様に係る遠心分離装置としてのオイル分離装置を示している。なお、上記第１実施態様と同一の部材には同一の番号を付しその説明を省略する。本実施態様においては、分離室３が形成される空間１４内には円筒体１５が挿入（たとえば、圧入）されている。円筒体１５の内面には、周方向に延びる溝１６が設けられている。また、円筒体１５には、軸方向に沿って延びるスリット１７が設けられている。本実施態様においては、空間１４に円筒体１５を挿入することにより側壁に周方向に延びる溝１６が形成された分離室３が構成されるようになっている。

本実施態様においては、分離されたオイルは、側壁に設けられた溝１６に捕捉され効率よく分離される。また、該溝１６捕捉されたオイルはスリット１７沿って流れ分離室３の下部に落下する。したがって、従来装置に比べ、圧力損失を低減することができるとともに、装置の小型化、構造の簡素化の要請に柔軟に対応することができる。また、分離されたオイルは通路８を介して圧縮機構側に戻されるので、圧縮機内の潤滑性を確保できる。また、分離効率が向上されることにより、冷媒中に残存するオイル量が大幅に低減されるので、冷凍回路内のオイル循環を低減することができる。

図７は、本発明の第４実施態様に係る遠心分離装置としてのオイル分離装置を示している。なお、上記第１実施態様と同一の部材には同一の番号を付しその説明を省略する。本実施態様においては、分離室３内には、分離されたオイルに下方向に向かう旋回流を付与するコイルばね１８が設けられている。出口孔６には該出口孔６を開閉可能な弁体１９が設けられている。弁体１９は、出口孔６を開閉する弁部２０と分離室３内の内圧を受ける受圧部２１とを有している。弁体１９はコイルばね１８により弁部２０が出口孔６を閉じる方向（図８の下方）に付勢されている。一方、分離室３内の吐出流体が流入され分離室３の内圧が上昇すると該内圧が受圧部２１に作用し、弁体１９はコイルばね１８の付勢力に抗して弁部２０が出口孔６を開く方向（図８の上方）に移動する。

本実施態様においては、分離室３内には、分離されたオイルに下方側に向かう旋回流を付与するコイルばね１８が設けられているので、分離されたオイルに確実に下方側に向かう旋回流を付与することができ、オイルを出口孔７に効率よく流入させることができる。また、コイルばね１８には、冷媒の出口孔６を開閉する弁体１９の駆動機能が付与されているので、弁体１９を駆動させるための専用の機構は不要である。したがって、装置の小型化、簡素化を一層促進することができる。

本発明に係る遠心分離装置は、多相流体から密度の異なる流体を分離可能な遠心分離装置として広範な産業分野において利用可能であるが、とくに圧縮機内に設けられ、吐出流体と該吐出流体中に含まれるオイルとを分離するオイル分離装置として好適である。

本発明の第１実施態様に係るオイル分離装置が内蔵された圧縮機ハウジングの縦断面図である。 本発明の第２実施態様に係るオイル分離装置が内蔵された圧縮機ハウジングの正面図である。 図２の圧縮機ハウジングのＩＩＩ矢視図である。 図２の圧縮機ハウジングのＩＶ矢視図である。 図２の圧縮機ハウジングの拡大断面図である。 本発明の第３実施態様に係るオイル分離装置が内蔵された圧縮機ハウジングの縦断面図である。 図６の圧縮機ハウジングのＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第４実施態様に係るオイル分離装置が内蔵された圧縮機ハウジングの縦断面図である。 従来のオイル分離装置が内蔵された圧縮機の縦断面図である。 図９とは別のオイル分離装置の分離パイプの斜視図である。

符号の説明

１ 遠心分離装置としてのオイル分離装置
２ 圧縮機ハウジング
３ 分離室
４ 吐出室
５ 入口孔
６ 分離された低密度の流体の出口孔
７ 分離された高密度の流体の出口孔
８ オイル戻し通路
９ 拡径部
１０ オイル貯留部
１１ 螺旋状の溝
１２ 蓋
１３ ねじ山
１４ 空間
１５ 円筒体
１６ 溝
１７ スリット
１８ コイルばね
１９ 弁体
２０ 弁部
２１ 受圧部

Claims (7)

1. 分離室の側壁に形成された入口孔から流入される多相流体に旋回流を付与し、高密度の流体と、該高密度の流体より低密度の流体とに分離し、分離された低密度の流体を前記入口孔よりも上方に設けられた出口孔から流出させ、分離された高密度の流体を前記入口孔よりも下方に設けられた出口孔から流出させる遠心分離装置において、前記分離室の少なくとも一部を、下方側に向かって徐々に拡径される拡径部に形成したことを特徴とする遠心分離装置。
2. 円筒空間に形成される分離室の側壁に設けられた入口孔から流入される多相流体に旋回流を付与し、高密度の流体と、該高密度の流体より低密度の流体とに分離し、分離された低密度の流体を前記入口孔よりも上方に設けられた出口孔から流出させ、分離された高密度の流体を前記入口孔よりも下方に設けられた出口孔から流出させる遠心分離装置において、前記分離室の側壁に周方向に延びる溝を設けたことを特徴とする遠心分離装置。
3. 前記溝が螺旋状に形成されている、請求項２に記載の遠心分離装置。
4. 前記分離室の上端に該分離室を閉塞する蓋が設けられており、該蓋を前記螺旋状に形成された溝に螺合可能に構成した、請求項３に記載の遠心分離装置。
5. 分離室の側壁に形成された入口孔から流入される多相流体に旋回流を付与し、高密度の流体と、該高密度の流体より低密度の流体とに分離し、分離された低密度の流体を前記入口孔よりも上方に設けられた出口孔から流出させ、分離された高密度の流体を前記入口孔よりも下方に設けられた出口孔から流出させる遠心分離装置において、前記分離室内に、少なくとも前記分離された高密度の流体に下方側に向かう旋回流を付与するコイルばねを設けたことを特徴とする遠心分離装置。
6. 前記分離室の上部に分離された低密度の流体の出口孔を開閉可能な弁体が設けられており、該弁体が前記コイルばねにより出口孔を閉じる方向に付勢されている、請求項５に記載の遠心分離装置。
7. 圧縮機内に設けられる、吐出流体と該吐出流体中に含まれているオイルとを分離するオイル分離装置として構成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の遠心分離装置。
   

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