JP2016113920A - エンジン駆動式空気調和装置のドレン排水器 - Google Patents

Abstract

【課題】ドレン排水管の閉塞を出来る限り防ぐことが可能なドレン排水器を提供する。【解決手段】ドレン排水器１０は、エンジン駆動式の空気調和装置のエンジン排気管４２に設けられる。ドレン排水器は、エンジン排気による旋回流を形成することによってエンジン排気から凝縮水を遠心分離する気液分離器１１と、凝縮水から炭化オイルを含む固形物を除去するオイルフィルタ機構１２と、オイルフィルタ機構を経た凝縮水をエンジン排気管の外部へ排出するドレン排水部１３と、を備える。ドレン排水部を経た凝縮水が、ドレン排水管５１に排出される。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン駆動式の空気調和装置のエンジン排気管に設けられるドレン排水器に関する。

エンジン駆動式の空気調和装置（例えば、ガスヒートポンプエアコン）のエンジン排気に含まれる凝縮水は、一般に、凝縮水中に溶解した窒素酸化物などに起因して酸性を呈する。そのため、凝縮水を大気中に無処理のまま放出することは好ましくない。そこで、従来から、エンジン排気から凝縮水を分離すると共に分離した凝縮水（以下「ドレン水」という。）を中和処理器に向けて排出するドレン排水システムが提案されている。

ドレン水には、一般に、凝縮水だけでなく、エンジンオイル等に由来する固形物（いわゆるスラッジ等）が含まれる。そこで、従来のドレン排水システムの一つは、エンジン排気管からドレン排水管を通じて排出されたドレン水に対し、上記固形物を除去するための濾過部材による前処理を施した後、中和処理器による中和処理を施すように構成されている。本構成により、このドレン排水システムは、上記固形物による中和処理器の汚染を防ぐことができる（例えば、特許文献１を参照。）。

以下、便宜上、エンジン排気を「排ガス」と称呼し、エンジン排気管を「排気管」と称呼する。

特開平７−７７０３１号公報

（発明が解決しようとする課題）
上述した従来のドレン排水システムは、ドレン排水管を通じて排出された後のドレン水の処理方法に着目しており、ドレン排水管の内部におけるドレン水の流動性については何ら検討していない。換言すると、従来のドレン排水システムは、ドレン水がドレン排水管を通じて滞りなく排出されること、を前提としている。

しかしながら、本発明の発明者が行った実験および考察などによれば、近年のエンジン駆動式空気調和装置の効率向上に伴い、ドレン排水管がエンジンオイル等に由来する固形物によって閉塞する可能性があることが明らかになった。

具体的には、近年、エンジンの燃料消費率を改善する（例えば、要求される冷暖房性能を満たしつつ、エンジンの平均回転数を小さくする）ことにより、エンジン駆動式空気調和装置の効率（ＣＯＰ。いわゆる成績係数）を向上させる試みがなされている。ところが、一般に、エンジンの回転数が小さいほど、気筒内における混合気の流動性が低下すること等に起因して燃焼時の気筒内温度が低くなると共に、排ガスに含まれる未燃焼のエンジンオイル（以下「未燃オイル」という。）の量が増える。未燃オイルは、一般に、排気管の内壁面などに付着して滞留し、その後に高温の排ガスに曝されたとき（例えば、空気調和装置への要求出力が高まり、エンジンの回転数が上昇したとき）に炭化する。そして、炭化したオイル（以下「炭化オイル」という。）の一部は、排気管の内壁面から剥がれて排ガスに混入し、排ガスから凝縮水を分離する装置（気液分離器）に流入する。

ここで、気液分離器として“排ガスによる旋回流を形成することによって排ガスから凝縮水を遠心分離する気液分離器”（いわゆるサイクロン方式の分離器）が用いられる場合、発明者の実験等によれば、凝縮水と共に排ガスから分離された炭化オイルは、旋回流の流れに沿って同分離器の内壁面等を転がりながら、周囲の炭化オイル等と一体化して大型化することが明らかになった。即ち、気液分離器内において、炭化オイルの凝集成長が生じることが明らかになった。そして、凝集成長した炭化オイルがドレン排水管に多量に流入すると、ドレン排水管が閉塞する可能性がある。

このように、エンジン駆動式空気調和装置の効率向上に伴って炭化オイルの生成量が増大すると共に、増大した炭化オイルが気液分離の過程で凝集成長すると、大型化した炭化オイルによってドレン排水管が閉塞する可能性がある。ドレン排水管が閉塞すると、排気管内に溜まったドレン水が未処理のまま排気管の排気口から吹き出す等の不具合が生じ得る。よって、ドレン排水管の閉塞を防ぐことが望ましい。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、ドレン排水管の閉塞を出来る限り防ぐことが可能なドレン排水器を提供することにある。
（課題を解決するための手段）

上記課題を達成するための本発明のドレン排水器は、
エンジン駆動式の空気調和装置のエンジン排気管に設けられ、
エンジン排気による旋回流を形成することによってエンジン排気から凝縮水を遠心分離する「気液分離器」と、
前記凝縮水から炭化オイルを含む固形物を除去する「オイルフィルタ機構」と、
前記オイルフィルタ機構を経た前記凝縮水を前記エンジン排気管の外部へ排出する「ドレン排水部」と、
を備える。

上記構成によれば、「エンジン排気から凝縮水を遠心分離する」際に気液分離器内において凝集成長した「炭化オイルを含む固形物」が、オイルフィルタ機構によって「除去」される。そして、「オイルフィルタ機構を経」て炭化オイル等が除去された凝縮水が、ドレン排水部を通じて「エンジン排気管の外部へ排出」される。よって、このドレン排水部にドレン排水管を接続すれば、炭化オイル等がドレン排水管に流入することが防がれる。

したがって、本発明のドレン排水器は、同ドレン排水器（具体的には、ドレン排水部）に接続されるドレン排水管の閉塞を出来る限り防ぐことができる。

但し、上記「炭化オイル」は、エンジンオイルに起因する油分が炭化した物質を表し、その具体的な組成等は特に制限されない。更に、上記「炭化オイルを含む固形物」は、炭化オイルによって構成される固体であってもよく、炭化オイルと未燃オイルとによって構成される固液混合物であってもよい。

上記「オイルフィルタ機構」は、炭化オイルを含む固形物を凝縮水から除去可能な構成を有していればよく、その具体的な除去原理、構造および形状などは特に制限されない。更に、「凝縮水から炭化オイルを含む固形物を除去する」とは、必ずしも凝縮水に含まれる固形物の全てを除去することを意味せず、ドレン排水管の閉塞を防ぐ観点において十分な程度に固形物を除去することを意味する。例えば、ドレン排水管の管内径に基づいて定まる閾値以上の大きさ（粒径など）を有する固形物のみを凝縮水から取り除くことも、この「除去」に該当する。なお、オイルフィルタ機構のいくつかの具体的が後述される。

以上、本発明のドレン排水器の構成および効果について説明した。

ところで、エンジン駆動式空気調和装置は、効率（ＣＯＰ）を高める観点から、エンジンの排熱を回収すると共に回収した排熱を空気調和装置へ供給する（例えば、冷媒蒸発器における熱交換に用いる）場合がある。具体的には、例えば、排気管に設けられた熱交換器を用いてエンジンの排熱（本例の場合、排ガスが有する熱エネルギ）が回収される。この種の熱交換器の配管（排ガスが通過する経路）は、一般に、効率良く排熱を回収するための複雑な形状を有している。

発明者が行った実験等によれば、この複雑な配管形状および熱交換器を通過する際の排ガス温度の低下に起因し、熱交換器の配管の内壁面に未燃オイルが付着および滞留し易いことが明らかになった。更に、その結果、熱交換器において上述した炭化オイルが生成され易いことが明らかになった。

そこで、本発明のドレン排水器は、
前記空気調和装置がエンジン排気から熱を回収する熱交換器を前記エンジン排気管に有する場合、該ドレン排水器を前記熱交換器よりも下流側の前記エンジン排気管に設ける、ように構成されることが好ましい。

上記構成によれば、熱交換器において生成された炭化オイルを本発明のドレン排水器によって効率良く回収できる。したがって、本構成のドレン排水器は、空気調和装置にエンジン排熱を利用する熱交換器が設けられる場合であっても、ドレン排水器に接続されるドレン排水管の閉塞を出来る限り防ぐことができる。

更に、本発明のドレン排水器が備えるオイルフィルタ機構は、上述したように、気液分離器によって分離された凝縮水から炭化オイルを含む固形物を選択的に除去可能な構成を有していればよく、その除去原理および構造などは特に制限されない。例えば、オイルフィルタ機構は、ドレン排水器に要求される固形物の除去率、ドレン排水器を配置し得る空間の広さ、及び、許容され得るコスト等の条件を考慮して構成され得る。

具体的には、本発明のドレン排水器のオイルフィルタ機構は、
前記凝縮水を貯留可能な貯留部を有すると共に、前記貯留部に前記凝縮水を貯留することによって前記固形物を沈殿除去する機構である、ように構成されることが好ましい。

上記構成によれば、気液分離器において凝集成長した固形物は一般に凝縮水よりも密度が大きいため、貯留部において固形物を選択的に除去できる。

加えて、本発明のドレン排水器のオイルフィルタ機構は、
前記凝縮水が通過可能であり且つ前記固形物が通過不能である濾過部材を有すると共に、前記濾過部材に前記凝縮水を流入させることによって前記固形物を除去する機構である、ように構成されることが好ましい。

上記構成によれば、凝集成長した固形物は相当程度の大きさ（粒径等）を有するため、濾過部材において固形物を選択的に除去できる。

以上のように、本発明のドレン排水器によれば、同ドレン排水器に接続されるドレン排水管の閉塞を出来る限り防ぐことができる。

本発明の実施形態に係るドレン排水器が設けられたエンジン駆動式空気調和装置を示す模式図である。 図１のドレン排水器をより詳細に説明するための模式図である。 本発明の他の実施形態に係るドレン排水部を示す模式図である。

以下、本発明のドレン排水器の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例に係るドレン排水器１０が設けられたガスエンジン駆動式の空気調和装置２０（以下「ＧＨＰ２０」という。）の概略構成を示している。このＧＨＰ２０は、冷媒回路３０、冷媒回路３０を作動させるための駆動系４０、及び、ドレン水を排水するための排水系５０を備えている。以下、便宜上、ドレン排水器１０の構成について説明する前に、ＧＨＰ２０（具体的には、冷媒回路３０及び駆動系４０）の構成について説明する。

ＧＨＰ２０が備える冷媒回路３０は、駆動系４０から出力される駆動力を用いて冷媒を圧縮するコンプレッサ３１、コンプレッサ３１から吐出された冷媒に混入した潤滑油を回収すると共に同潤滑油をコンプレッサ３１に戻すオイルセパレータ３２、オイルセパレータ３２を通過した冷媒をＧＨＰ２０の運転モード（冷房運転または暖房運転）に応じた方向に誘導する四方切換弁３３、室外の空気と冷媒との間の熱交換を行う（例えば、冷房運転時に四方切換弁３３から流出した冷媒が流入する）室外熱交換器３４、室外熱交換器３４に空気を送り込むファン３５、冷媒を膨張させて圧力および温度を低下させる電子膨張弁３６、室内の空気と冷媒との間の熱交換を行う室内熱交換器３７、冷媒の気液分離を行う（上流側から流入した気液二相流の冷媒から気体冷媒のみを分離して下流側に流す）アキュムレータ３８、及び、駆動系４０から回収したエンジン排熱を室外熱交換器３４に供給するためのサブ熱交換器３９を有している。

ＧＨＰ２０が備える駆動系４０は、都市ガス及びプロパンガス等のガスを燃料とするガスエンジン４１、ガスエンジン４１の排ガスが通過する排気管４２、排気管４２を流れる排ガスの熱エネルギを回収する排ガス熱交換器４３、排ガス熱交換器４３の下流側の排気管４２に設けられたドレン排水器１０（詳細は後述される。）を通過した後の排ガスを消音して大気中へ放出する消音器４４を有している。なお、排ガス熱交換器４３とサブ熱交換器３９とは冷却水管４５によって繋がれており、冷却水管４５を通じて冷却水が両者間を循環することにより、エンジン排熱が回収されて冷媒回路３０（具体的には、室外熱交換器３４）に供給される。

排水系５０は、ドレン排水器１０に接続されると共にドレン排水器１０から排出されるドレン水が通過するドレン排水管５１、及び、ドレン排水管５１を通じて排出されるドレン水を中和する中和処理器５２を有している。

図２は、ドレン排水器１０の概略構成を示している。ドレン排水器１０は、排ガスから凝縮水を遠心分離する気液分離器１１、気液分離器１１によって分離された凝縮水から炭化オイルを含む固形物を除去するオイルフィルタ機構１２、及び、オイルフィルタ機構１２を経た凝縮水を排気管４２の外部へ排出するドレン排水部１３を有している。

より具体的には、気液分離器１１は、中空円筒形状の側壁１１ａ、側壁１１ａの両端部（図２における上側端部および下側端部）を塞ぐように設けられた第１端部壁１１ｂ及び第２端部壁１１ｃ、側壁１１ａを貫通すると共に側壁１１ａの内壁面に沿って周方向に排ガスを流すように開口した排ガス流入部１１ｄ、第１端部壁１１ｂを貫通するように設けられた排ガス吐出部１１ｅ、及び、排ガス吐出部１１ｅの分離器内側の開口部（図２の下端側の開口部）に向かい合うように設けられた整流板１１ｆを有している。更に、第２端部壁１１ｃには、ドレン排水部１３が同第２端部壁１１ｃを貫通するように設けられている。ドレン排水部１３は筒形状を有しており、同ドレン排水部１３の分離器内側の開口部（図２の上端側の開口部）と第２端部壁１１ｃの内壁面とは所定距離だけ離れている。

気液分離器１１の排ガス流入部１１ｄは、上流側の排気管４２と接続されている。これにより、排ガス熱交換器４３を通過した後の排ガスが、排ガス流入部１１ｄを通じて気液分離器１１の内部に流入することになる（図中の黒色矢印を参照。）。更に、排ガス流入部１１ｄは側壁１１ａの内壁面に沿って周方向に排ガスを流すように開口しているため、気液分離器１１の内部に流入した排ガスが、側壁１１ａの内壁面に沿って旋回しながら気液分離器１１の内部を流動することになる。即ち、気液分離器１１の内部において、排ガスによる旋回流が形成されることになる（図中の黒色矢印を参照。）。

排ガスによる旋回流が形成されると、排ガスに含まれる凝縮水は、排ガスから遠心分離されて側壁１１ａの内壁面に付着する。側壁１１ａに付着した凝縮水は、側壁１１ａの内壁面に沿って第２端部壁１１ｃに向かって流れ、第２端部壁１１ｃとドレン排水部１３とによって画成される貯留部１１ｇに貯留される。同様に、炭化オイルを含む固形物も、排ガスから遠心分離されて側壁１１ａの内壁面を経て貯留部１１ｇに向かって移動する。図中の斜線矢印ＣＷ＋ＳＭは、凝縮水および固形物の移動を表している。

発明者が行った実験等によれば、この固形物について、以下の事項が明らかになった。まず、この固形物は、旋回流の流れに沿って側壁１１ａの内壁面を周方向に転がりながら、貯留部１１ｇに向かって移動する。この移動に伴い、固形物は、周囲に存在する固形物等と一体化して大型化（凝集成長）する。なお、この凝集成長の過程に起因し、固形物の形状は略球状となる。更に、この固形物の密度は凝縮水の密度よりも大きく、貯留部１１ｇにおいて固形物が凝縮水の下部に沈殿する。その結果、貯留部１１ｇにおいて、凝縮水から固形物を沈殿分離できる。図中の貯留部１１ｇの下部に存在する球状物ＳＭは、沈殿分離された固形物を表している。

ドレン排水部１３は第２端部壁１１ｃから離れる向き（図中の上方向）に開口しているため、貯留部１１ｇに溜まった凝縮水の水位（貯留部１１ｇの最深部底面から水面までの高さ）がドレン排水部１３の開口位置（同最深部底面から開口面までの高さ）を超えると、凝縮水（図中の上澄み部分）がドレン排水部１３に流れ込む。換言すると、凝縮水に沈殿した固形物は、ドレン排水部１３に流れ込まない。このように、第２端部壁１１ｃ、ドレン排水部１３、及び、それらが画成する貯留部１１ｇは、凝縮水から炭化オイルを含む固形物を除去するオイルフィルタ機構１２を構成している。

ドレン排水部１３の分離器外側の開口部（図２の下端側の開口部）には、ドレン排水管５１が接続されている。そのため、ドレン排水部１３に流れ込んだ凝縮水（固形物が分離された凝縮水）は、ドレン排水部１３及びドレン排水管５１を通じて気液分離器１１から排出される。即ち、ドレン排水部１３は、オイルフィルタ機構１２を経た凝縮水を排気管４２の外部へ排出している。図中の白色矢印ＣＷは、この凝縮水の移動を表している。なお、ドレン排水部１３から排出された凝縮水（ドレン水）は、ドレン排水管５１を経て中和処理器５２に流入することになる。

一方、気液分離器１１の排ガス吐出部１１ｅは、下流側の排気管４２と接続されている。これにより、凝縮水および固形物を遠心分離した後の排ガスが、排ガス吐出部１１ｅを通じて気液分離器１１の外部に吐出されることになる（図中の黒色矢印を参照。）。なお、排ガス吐出部１１ｅから吐出された排ガスは、上述したように、消音器４４（図１を参照。）を通過した後に大気中に放出される。

なお、気液分離器１１の第２端部壁１１ｃには、開閉可能な貫通孔（図示省略）が設けられており、貯留部１１ｇに沈殿分離された固形物を必要に応じて（例えば、定期メンテナンスの際に）取り出すことが可能である。

以上に説明したように、本発明の実施形態の係るドレン排水器１０は、オイルフィルタ機構１２によって気液分離器１１によって遠心分離された凝縮水から炭化オイルを含む固形物を除去し、ドレン排水部１３を通じて凝縮水（ドレン水）を排気管４２の外部に排出するようになっている。これにより、ドレン排水器１０は、ドレン排水器１０（具体的には、ドレン排水部１３）に接続されるドレン排水管５１の閉塞を出来る限り防ぐことができる。

＜他の態様＞
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用できる。

例えば、上記実施形態のドレン排水器１０は、オイルフィルタ機構１２として、貯留部１１ｇを利用して固形物を沈殿分離する機構を用いている。しかし、本発明のドレン排水器は、本機構とは異なるオイルフィルタ機構を用い得る。例えば、図３に示すように、オイルフィルタ機構として、凝縮水が通過可能であり且つ固形物が通過不能である濾過部材１４をドレン排水部１３の分離器内側の開口部を覆うように設け、濾過部材１４に凝縮水を流入させることによって固形物を除去する機構が用いられ得る。更に、例えば、オイルフィルタ機構として、上記実施形態のオイルフィルタ機構１２と図３に示すオイルフィルタ機構（濾過部材１４）との組合せが用いられ得る。

更に、上記実施形態のドレン排水器１０は、気液分離器１１とオイルフィルタ機構１２とが一体に形成されている。しかし、本発明のドレン排水器は、気液分離器とオイルフィルタ機構とを別々の部材として形成し、両者を接続するように構成され得る。但し、この場合、固形物を含む凝縮水が気液分離器からオイルフィルタ機構まで滞り無く移動するように構成する必要がある。

更に、上記実施形態のドレン排水器１０は、ガスエンジン４１を駆動源とする空気調和装置２０に設けられている。しかし、本発明のドレン排水器は、排ガスに炭化オイルを含む固形物および凝縮水が含まれ得る他の機関（例えば、ガソリンエンジン及びディーゼルエンジン等）を駆動源とする空気調和装置にも設けられ得る。

１０…ドレン排水器、１１…気液分離器、１１ｇ…貯留部、１２…オイルフィルタ機構、１３…ドレン排水部、１４…濾過部材、２０…エンジン駆動式空気調和装置、４２…排気管、４３…排ガス熱交換器

Claims (4)

1. エンジン駆動式の空気調和装置のエンジン排気管に設けられるドレン排水器であって、
   エンジン排気による旋回流を形成することによってエンジン排気から凝縮水を遠心分離する気液分離器と、
   前記凝縮水から炭化オイルを含む固形物を除去するオイルフィルタ機構と、
   前記オイルフィルタ機構を経た前記凝縮水を前記エンジン排気管の外部へ排出するドレン排水部と、
   を備えた、エンジン駆動式空気調和装置のドレン排水器。
2. 請求項１に記載のドレン排水器であって、
   前記空気調和装置がエンジン排気から熱を回収する熱交換器を前記エンジン排気管に有する場合、前記熱交換器よりも下流側の前記エンジン排気管に設けられる、
   エンジン駆動式空気調和装置のドレン排水器。
3. 請求項１又は請求項２に記載のドレン排水器において、
   前記オイルフィルタ機構が、
   前記凝縮水を貯留可能な貯留部を有すると共に、前記貯留部に前記凝縮水を貯留することによって前記固形物を沈殿除去する機構である、
   エンジン駆動式空気調和装置のドレン排水器。
4. 請求項１又は請求項２に記載のドレン排水器において、
   前記オイルフィルタ機構が、
   前記凝縮水が通過可能であり且つ前記固形物が通過不能である濾過部材を有すると共に、前記濾過部材に前記凝縮水を流入させることによって前記固形物を除去する機構である、
   エンジン駆動式空気調和装置のドレン排水器。
   
   

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