JP4929971B2 - Oil separator - Google Patents
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Description
本発明は、二酸化炭素のように非相溶性の冷凍機油が用いられる冷媒が循環する冷媒回路における膨張機構の下流側に設けられる油分離装置に関するものである。 The present invention relates to an oil separation device provided on the downstream side of an expansion mechanism in a refrigerant circuit in which a refrigerant using incompatible refrigerating machine oil such as carbon dioxide circulates.
従来より、閉回路内で冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られており、空調機等に広く利用されている。この種の冷凍装置としては、例えば特許文献１に開示されているように、圧縮機、放熱器、膨張機構及び蒸発器が順に接続された冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を用いるとともに、冷凍サイクルの高圧圧力を冷媒の臨界圧力以上に設定したものが知られている。
Conventionally, a refrigeration apparatus that performs a vapor compression refrigeration cycle by circulating a refrigerant in a closed circuit is known and widely used in air conditioners and the like. As this type of refrigeration apparatus, for example, as disclosed in
上記冷凍装置では、一般に、圧縮機において冷媒をその臨界圧力以上にまで圧縮しているため、圧縮機モータの消費電力が嵩んで高いＣＯＰ（成績係数）が得られない。そこで、特許文献２に開示されているように、冷凍装置に膨張機を設けるという対策が提案されている。この場合、膨張機は、膨張弁やキャピラリチューブに代えて、冷凍装置における冷媒の膨張機構として設けられる。そして、膨張機において高圧冷媒の内部エネルギを機械的な動力に変換し、得られた動力を圧縮機の駆動に利用することで、圧縮機モータの消費電力を削減している。 In the refrigeration apparatus, since the refrigerant is generally compressed to the critical pressure or higher in the compressor, the power consumption of the compressor motor increases and a high COP (coefficient of performance) cannot be obtained. Therefore, as disclosed in Patent Document 2, a countermeasure for providing an expander in the refrigeration apparatus has been proposed. In this case, the expander is provided as a refrigerant expansion mechanism in the refrigeration apparatus instead of the expansion valve and the capillary tube. In the expander, the internal energy of the high-pressure refrigerant is converted into mechanical power, and the obtained power is used for driving the compressor, thereby reducing the power consumption of the compressor motor.
特許文献２の装置では、圧縮機と膨張機をモータとともに一体の容器本体内に収納することにより、一つの流体機械が構成されている。また、この流体機械においては、駆動軸の一端に油ポンプを設けるとともに、該駆動軸の内部に油通路を設けている。そして、油ポンプにより吸い上げた冷凍機油を、油通路を通して圧縮機と膨張機の摺動部分に供給し、圧縮機及び膨張機を潤滑するようにしている。 In the apparatus of Patent Document 2, one fluid machine is configured by housing a compressor and an expander together with a motor in an integral container body. In this fluid machine, an oil pump is provided at one end of the drive shaft, and an oil passage is provided in the drive shaft. The refrigerating machine oil sucked up by the oil pump is supplied to the sliding part of the compressor and the expander through the oil passage so as to lubricate the compressor and the expander.
上記流体機械の圧縮機は高圧ドーム型圧縮機（油溜まりが容器本体内の高圧側にある圧縮機）であり、この圧縮機では、シリンダ内に供給された油は吐出ガスとともに圧縮機容器本体内に吐出される。吐出ガス中には油ミストが含まれているが、一部の油ミストは容器本体内やモータ表面に衝突し、凝集して液体となって容器本体の壁面を落下して油溜まりに戻る。また、一部の油ミストは吐出ガスとともに圧縮機から吐出され、放熱器に流れていく。
ここで、二酸化炭素以外の従来冷媒を用いた冷凍装置では、冷媒と冷凍機油が一般に相溶性のため、圧縮機から冷媒とともに吐出された冷凍機油が冷媒回路内に残っていても、この油を例えば湿り運転を行うことで冷媒とともに圧縮機に戻すことができる。しかし、二酸化炭素冷媒を用いる場合のように冷媒と冷凍機油が非相溶性であると、冷媒回路内に残った冷凍機油を圧縮機に戻すことは湿り運転を行っても困難であり、圧縮機や膨張機において油不足が生じてしまうおそれがある。この問題は膨張機の代わりに膨張弁を使った冷凍サイクルにおいても同じであり、圧縮機の油不足のおそれがある。 Here, in a refrigeration apparatus using a conventional refrigerant other than carbon dioxide, since the refrigerant and the refrigeration oil are generally compatible, even if the refrigeration oil discharged together with the refrigerant from the compressor remains in the refrigerant circuit, this oil is used. For example, it can return to a compressor with a refrigerant | coolant by performing a wet operation. However, if the refrigerant and the refrigerating machine oil are incompatible as in the case of using a carbon dioxide refrigerant, it is difficult to return the refrigerating machine oil remaining in the refrigerant circuit to the compressor even if the wet operation is performed. Insufficient oil in the expander. This problem is also the same in a refrigeration cycle that uses an expansion valve instead of an expander, and there is a risk of a shortage of oil in the compressor.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、二酸化炭素のように非相溶性の冷凍機油が用いられる冷媒が循環する冷媒回路における膨張機構の下流側で冷媒から冷凍機油を分離することができる油分離装置を提供し、分離した冷凍機油を圧縮機に戻すことで圧縮機の油不足を解消できるようにすることである。 The present invention has been made in view of the above point, and an object of the present invention is to provide refrigeration oil from refrigerant on the downstream side of an expansion mechanism in a refrigerant circuit in which refrigerant in which incompatible refrigeration oil is used, such as carbon dioxide, circulates. An oil separation device capable of separating the oil is provided, and the separated refrigeration oil is returned to the compressor so that the shortage of oil in the compressor can be solved.
第１の発明は、冷媒が循環する冷媒回路（10）における膨張機構（14）の下流側に設けられ、冷媒よりも密度が大きく、該冷媒に対して非相溶性の冷凍機油を冷媒から分離する油分離装置を前提としている。 The first invention is provided on the downstream side of the expansion mechanism (14) in the refrigerant circuit (10) in which the refrigerant circulates, and separates the refrigerating machine oil having a higher density than the refrigerant and incompatible with the refrigerant from the refrigerant. It is assumed that an oil separator is used.
そして、この油分離装置は、冷凍機油を含む冷媒が流入する容器本体（21）と、上記膨張機構（14）から流出した冷媒を上記容器本体（21）内に導入する冷媒流入管（22）と、上記容器本体（21）に流入する冷媒の乱れを防止する乱流抑制部材（25）と、上記容器本体（21）内で冷凍機油の上方に溜まる冷媒を容器本体（21）から導出する冷媒流出管（23）と、上記容器本体（21）内の底部に溜まる冷凍機油を上記冷媒回路（10）の圧縮機（11）に戻す油排出管（24）とを備えている。 The oil separator includes a container body (21) into which a refrigerant containing refrigerating machine oil flows, and a refrigerant inflow pipe (22) that introduces the refrigerant that has flowed out of the expansion mechanism (14) into the container body (21). And a turbulent flow suppressing member (25) for preventing turbulence of the refrigerant flowing into the container main body (21), and a refrigerant accumulated above the refrigeration oil in the container main body (21) is led out from the container main body (21). A refrigerant outflow pipe (23) and an oil discharge pipe (24) for returning the refrigeration oil accumulated at the bottom of the container main body (21) to the compressor (11) of the refrigerant circuit (10) are provided .
この第１の発明では、膨張機構（14）から流出した気液二相冷媒に冷凍機油が含まれた流体は、油分離装置に流入する際、乱流抑制部材（25）によって流れが整えられ、冷媒と冷凍機油とが撹拌されていない分離状態で容器本体（21）内に溜まる。ここで、冷凍機油は液相の冷媒よりも密度が大きく、該冷媒に対して非相溶性である。したがって、冷媒と冷凍機油は二相に分離し、密度の大きい冷凍機油が液冷媒の下に溜まる。そして、液冷媒は冷媒流出管（23）より流出して蒸発器へ流れ、冷凍機油は油排出管（24）から流出して圧縮機（11）に吸入される。 In the first aspect of the invention, the fluid in which the refrigerating machine oil is contained in the gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed out of the expansion mechanism (14) is adjusted in flow by the turbulent flow suppressing member (25) when flowing into the oil separator. The refrigerant and the refrigerating machine oil accumulate in the container body (21) in a separated state where they are not agitated. Here, the refrigerating machine oil has a higher density than the liquid phase refrigerant and is incompatible with the refrigerant. Therefore, the refrigerant and the refrigerating machine oil are separated into two phases, and the refrigerating machine oil having a high density is accumulated under the liquid refrigerant. Then, the liquid refrigerant flows out from the refrigerant outflow pipe (23) and flows into the evaporator, and the refrigeration oil flows out from the oil discharge pipe (24) and is sucked into the compressor (11).
また、第１の発明は、上記容器本体（21）内に、最大油面レベルの上方に配置された整流板（26）を備え、上記冷媒流出管（23）が整流板（26）の上方で開口している。The first aspect of the invention further includes a rectifying plate (26) disposed above the maximum oil level in the container body (21), and the refrigerant outflow pipe (23) is located above the rectifying plate (26). It is open at.
この発明では、冷媒流入管（22）から容器本体（21）内へ流入する流体は、乱流抑制部材（25）で乱れが抑制された後、容器本体（21）に溜まり込む。その際、冷凍機油が冷媒よりも下降するので、冷凍機油が整流板（26）に当たって整流板（26）の周囲へ流れ、整流板（26）の周囲と容器本体（21）との間に隙間を設けておけば容器本体（21）の底部に溜まる。このようにして整流板（26）の下方には冷凍機油が溜まり、整流板（26）の上方には冷媒が溜まる。また、冷媒流出管（23）からは整流板（26）の上方に溜まった冷媒だけが流出する。In the present invention, the fluid flowing into the container main body (21) from the refrigerant inflow pipe (22) is suppressed in the turbulent flow suppressing member (25) and then accumulated in the container main body (21). At that time, since the refrigeration oil falls below the refrigerant, the refrigeration oil hits the current plate (26) and flows around the current plate (26), and a gap is formed between the current plate and the container body (21). If it is provided, it will collect at the bottom of the container body (21). In this way, refrigeration oil accumulates below the rectifying plate (26), and refrigerant accumulates above the rectifying plate (26). Further, only the refrigerant accumulated above the flow straightening plate (26) flows out from the refrigerant outflow pipe (23).
第２の発明は、第１の発明において、上記冷媒流入管（22）が乱流抑制部材（25）の上方で開口し、上記冷媒流出管（23）が冷凍機油の油面レベルと冷媒の液面レベルとの間で開口していることを特徴としている。In a second aspect based on the first aspect, the refrigerant inflow pipe (22) opens above the turbulent flow suppression member (25), and the refrigerant outflow pipe (23) It is characterized by opening between the liquid level.
この第２の発明では、冷媒流入管（22）から容器本体（21）内へ流入する流体（冷媒と冷凍機油）は、冷媒流入管（22）から出た後に下方へ流れ落ちて乱流抑制部材（25）に接触し、乱れが抑えられる。そして、冷媒と冷凍機油とが分離して容器本体（21）内に溜められる。また、冷媒流出管の開口位置を特定したことにより、冷媒流出管（23）からは確実に冷媒のみが流出する。 In the second aspect of the invention, the fluid (refrigerant and refrigerating machine oil) flowing into the container main body (21) from the refrigerant inflow pipe (22) flows down from the refrigerant inflow pipe (22) and then flows down to the turbulent flow suppressing member. (25) is touched and the disturbance is suppressed. Then, the refrigerant and the refrigerating machine oil are separated and stored in the container main body (21). Furthermore, by identifying the open position of the refrigerant outlet pipe, only securely refrigerant flows out from the refrigerant outlet pipe (23).
第３の発明は、第１または第２の発明において、上記整流板（26）が、上面に傾斜面を有することを特徴としている。 According to a third invention, in the first or second invention, the rectifying plate (26) has an inclined surface on an upper surface.
また、第４の発明は、第１または第２の発明において、上記整流板（26）が、中心部の高さが周縁部よりも高い錐体形状に形成されていることを特徴としている。 The fourth invention is characterized in that, in the first or second invention, the rectifying plate (26) is formed in a cone shape in which the height of the central part is higher than that of the peripheral part.
これらの第３，第４の発明では、整流板（26）に傾きを持たせているため、冷媒流入管（22）から容器本体（21）内へ流入した流体が該容器本体（21）内に溜まり込む際に、冷媒内で下降する冷凍機油が整流板（26）に沿って周囲へ流れやすくなる。したがって、整流板（26）の下方に冷凍機油が溜まり、整流板（26）の上方に冷媒が溜まる状態を容易に作ることができる。 In these third and fourth inventions, since the rectifying plate (26) is inclined, the fluid flowing into the container main body (21) from the refrigerant inflow pipe (22) is contained in the container main body (21). When the refrigerant accumulates in the refrigerant, the refrigerating machine oil descending in the refrigerant easily flows to the surroundings along the current plate (26). Therefore, it is possible to easily create a state in which refrigeration oil is accumulated below the current plate (26) and refrigerant is accumulated above the current plate (26).
第５の発明は、第１から第４の発明の何れか１つにおいて、上記容器本体（21）には油面レベルを検出する油面センサ（27）が装着されていることを特徴としている。 According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, an oil level sensor (27) for detecting an oil level is attached to the container body (21). .
この第５の発明では、油面センサ（27）により冷凍機油の油面を検知できるため、油面レベルが上昇しすぎているかどうかを判断することができる。油面レベルが上がりすぎているときには圧縮機（11）への油戻しを積極的に行って油面レベルを下げることで、冷媒流出管（23）から冷凍機油が流出するのを防止できる。 In the fifth aspect of the invention, since the oil level of the refrigerating machine oil can be detected by the oil level sensor (27), it can be determined whether or not the oil level has increased too much. Refrigerating machine oil can be prevented from flowing out from the refrigerant outflow pipe (23) by actively returning oil to the compressor (11) and lowering the oil level when the oil level is too high.
第６の発明は、第１から第５の発明の何れか１つにおいて、冷媒が二酸化炭素冷媒により構成されていることを特徴としている。 A sixth invention is characterized in that, in any one of the first to fifth inventions, the refrigerant is constituted by a carbon dioxide refrigerant.
二酸化炭素冷媒の場合、冷媒よりも密度が大きく、該冷媒に対して非相溶性の冷凍機油が用いられるので、冷媒と冷凍機油とを確実に分離できる。 In the case of a carbon dioxide refrigerant, a refrigerant oil having a density higher than that of the refrigerant and incompatible with the refrigerant is used, so that the refrigerant and the refrigerator oil can be reliably separated.
本発明によれば、冷媒と冷凍機油とが非相溶性である場合に、膨張機構（14）の下流側の油分離装置に乱流抑制部材（25）を設け、容器本体（21）内で冷媒と冷凍機油とを二相に分離させて溜めることができる。したがって、密度の大きい冷凍機油が冷媒の下方に溜まった状態となり、液冷媒を蒸発器へ流し、冷凍機油を圧縮機（11）に戻すことができる。このようにして冷凍機油を圧縮機（11）に戻せるので、圧縮機（11）の油不足を防止できる。また、圧縮機（11）の油不足を解消するのに湿り運転などを行う必要もない。 According to the present invention, when the refrigerant and the refrigerating machine oil are incompatible , the oil separator on the downstream side of the expansion mechanism (14) is provided with the turbulent flow suppressing member (25), and the container main body (21) The refrigerant and the refrigerating machine oil can be separated and stored in two phases. Therefore, the refrigerating machine oil having a high density is accumulated below the refrigerant, and the liquid refrigerant can flow to the evaporator and the refrigerating machine oil can be returned to the compressor (11). In this way, since the refrigeration oil can be returned to the compressor (11), oil shortage of the compressor (11) can be prevented. In addition, it is not necessary to perform a dampening operation to solve the oil shortage of the compressor (11).
さらに、この油分離装置は、膨張機構（14）の下流側で通常のレシーバとして使用できるものであり、通常のレシーバに乱流防止部材を追加するだけでよいため製造も簡単である。 Furthermore, this oil separator can be used as a normal receiver on the downstream side of the expansion mechanism (14), and is simple to manufacture because it is only necessary to add a turbulence prevention member to the normal receiver.
また、容器本体（21）内における最大油面レベルの上方に整流板（26）を配置し、冷媒流出管（23）を整流板（26）の上方で開口するようにしているので、冷媒流入管（22）から容器本体（21）内へ流入する流体が容器本体（21）内に溜まり込む際に、整流板（26）の機能で冷媒と冷凍機油を確実に二相に分離できる。そして、整流板（26）の下方に冷凍機油が溜まり、整流板（26）の上方に冷媒が溜まるため、冷媒流出管（23）からは確実に冷媒のみが流出し、油排出管（24）からは確実に冷凍機油だけを排出することができる。In addition, the flow straightening plate (26) is arranged above the maximum oil level in the container body (21), and the refrigerant outflow pipe (23) is opened above the flow straightening plate (26). When the fluid flowing from the pipe (22) into the container body (21) accumulates in the container body (21), the function of the rectifying plate (26) can reliably separate the refrigerant and the refrigerating machine oil into two phases. And since refrigeration oil accumulates below the current plate (26) and refrigerant accumulates above the current plate (26), only the refrigerant surely flows out from the refrigerant outflow pipe (23), and the oil discharge pipe (24) Can reliably discharge only the refrigerating machine oil.
上記第２の発明によれば、冷媒流入管（22）が乱流抑制部材（25）の上方で開口し、上記冷媒流出管（23）が冷凍機油の油面レベルと冷媒の液面レベルとの間で開口するようにしているので、冷媒流入管（22）から容器本体（21）内へ流入する流体（冷媒と冷凍機油）が冷媒流入管（22）から出た後に下方へ流れ落ちる際に、乱流抑制部材（25）で該流体の乱れを抑えられる。このため、冷媒と冷凍機油とを確実に二相に分離して容器本体（21）内に溜めることができる。また、冷媒流流出管の開口位置を特定したことにより、冷媒流出管（23）からは確実に冷媒のみが流出する。逆に言うと、油排出管（24）からは冷凍機油だけを排出することができる。According to the second invention, the refrigerant inflow pipe (22) opens above the turbulent flow suppression member (25), and the refrigerant outflow pipe (23) has the oil level of the refrigeration oil, the liquid level of the refrigerant, When the fluid (refrigerant and refrigerating machine oil) that flows into the container body (21) from the refrigerant inflow pipe (22) flows out from the refrigerant inflow pipe (22) and flows downwards The turbulence can be suppressed by the turbulent flow suppressing member (25). Therefore, the refrigerant and the refrigerating machine oil can be reliably separated into two phases and stored in the container main body (21). Further, by specifying the opening position of the refrigerant flow outflow pipe, only the refrigerant flows out from the refrigerant outflow pipe (23) reliably. Conversely, only the refrigerating machine oil can be discharged from the oil discharge pipe (24).
上記第３，第４の発明によれば、整流板（26）に傾きを持たせているため、冷媒流入管（22）から容器本体（21）内へ流入した流体が該容器本体（21）内に溜まり込む際に、冷媒内で下降する冷凍機油が整流板（26）に沿って周囲へ流れやすくなる。したがって、整流板（26）の下方に冷凍機油が溜まり、整流板（26）の上方に冷媒が溜まる状態を容易に作ることができる。つまり、冷媒と冷凍機油を容易に二相に分離できる。 According to the third and fourth aspects of the invention, since the current plate (26) is inclined, the fluid flowing from the refrigerant inflow pipe (22) into the container body (21) is contained in the container body (21). When it accumulates in the inside, the refrigerating machine oil descending in the refrigerant easily flows to the surroundings along the rectifying plate (26). Therefore, it is possible to easily create a state in which refrigeration oil is accumulated below the current plate (26) and refrigerant is accumulated above the current plate (26). That is, the refrigerant and the refrigerating machine oil can be easily separated into two phases.
上記第５の発明によれば、油面センサ（27）により冷凍機油の油面を検知できるため、油面レベルが上昇しすぎているかどうかを判断することができる。油面レベルが上がりすぎているときには圧縮機（11）への油戻しを積極的に行って油面レベルを下げることで、冷媒流出管（23）から冷凍機油が流出するのを防止できる。 According to the fifth aspect, since the oil level of the refrigerating machine oil can be detected by the oil level sensor (27), it can be determined whether or not the oil level has increased too much. Refrigerating machine oil can be prevented from flowing out from the refrigerant outflow pipe (23) by actively returning oil to the compressor (11) and lowering the oil level when the oil level is too high.
上記第６の発明によれば、二酸化炭素冷媒を用いる場合に、冷媒と冷凍機油とを確実に分離して油を圧縮機（11）に戻せるので、圧縮機（11）の油不足を確実に防止できる。 According to the sixth aspect , when the carbon dioxide refrigerant is used, the refrigerant and the refrigerating machine oil can be reliably separated and the oil can be returned to the compressor (11). Can be prevented.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の実施形態に係る油分離装置（20）は、室内の冷房を行う空気調和装置（1）に適用されるものである。図１に示すように、この空気調和装置（1）は、冷媒回路（10）を備えている。上記冷媒回路（10）は、圧縮機（11）と、ガスクーラ（放熱器）である室外熱交換器（12）と、膨張機構としての膨張機（14）と、蒸発器である室内熱交換器（13）とを順に配管接続して構成された閉回路である。この冷媒回路（10）には、冷媒としてＣＯ２ （二酸化炭素）が充填されている。また、圧縮機（11）や膨張機（14）の各摺動部を潤滑するための潤滑油（冷凍機油）には、液冷媒よりも密度が大きく、該冷媒に対して非相溶性のものが用いられている。この冷凍機油としては、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）を例示することができる。 The oil separation device (20) according to the embodiment of the present invention is applied to an air conditioner (1) that performs indoor cooling. As shown in FIG. 1, the air conditioner (1) includes a refrigerant circuit (10). The refrigerant circuit (10) includes a compressor (11), an outdoor heat exchanger (12) as a gas cooler (heat radiator), an expander (14) as an expansion mechanism, and an indoor heat exchanger as an evaporator. (13) is a closed circuit constructed by connecting pipes in order. The refrigerant circuit (10) is filled with CO 2 (carbon dioxide) as a refrigerant. The lubricating oil (refrigeration machine oil) for lubricating the sliding parts of the compressor (11) and the expander (14) has a density higher than that of the liquid refrigerant and is incompatible with the refrigerant. Is used. Examples of the refrigerating machine oil include PAG (polyalkylene glycol).
上記冷媒回路（10）では、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。上記圧縮機（11）は、吸入した冷媒を、該冷媒の臨界圧力よりも高い圧力、すなわち超臨界圧にまで圧縮する。したがって、冷媒回路（10）で行われる冷凍サイクルは、高圧圧力が冷媒の超臨界圧に設定された超臨界圧サイクルとなる。また、圧縮機（11）から吐出された冷媒は、室外熱交換器（12）で冷却され、膨張機（14）で膨張し、室内熱交換器（13）で蒸発した後、圧縮機（11）に戻って再度圧縮される行程を１サイクルとして、各行程の動作を繰り返す。 In the refrigerant circuit (10), the refrigerant circulates to perform a refrigeration cycle. The compressor (11) compresses the sucked refrigerant to a pressure higher than the critical pressure of the refrigerant, that is, a supercritical pressure. Therefore, the refrigeration cycle performed in the refrigerant circuit (10) is a supercritical pressure cycle in which the high pressure is set to the supercritical pressure of the refrigerant. The refrigerant discharged from the compressor (11) is cooled by the outdoor heat exchanger (12), expanded by the expander (14), evaporated by the indoor heat exchanger (13), and then compressed by the compressor (11 The process of returning to () and recompressing is regarded as one cycle, and the operation of each process is repeated.
上記室外熱交換器（12）は、室外空間に配置されている。室外熱交換器（12）は、例えばフィンアンドチューブ式の熱交換器で構成されている。室外熱交換器（12）では、その内部を流れる冷媒と室外空気とが熱交換する。この室外熱交換器（12）での熱交換により、冷媒回路（10）の冷媒が室外空気へ放熱して冷却される。 The outdoor heat exchanger (12) is disposed in the outdoor space. The outdoor heat exchanger (12) is composed of, for example, a fin-and-tube heat exchanger. In the outdoor heat exchanger (12), heat is exchanged between the refrigerant flowing inside and the outdoor air. By the heat exchange in the outdoor heat exchanger (12), the refrigerant in the refrigerant circuit (10) dissipates heat to the outdoor air and is cooled.
上記室内熱交換器（13）は、室内空間に配置されている。室内熱交換器（13）は、例えばフィンアンドチューブ式の熱交換器で構成されている。室内熱交換器（13）では、その内部を流れる冷媒と室内空気とが熱交換する。この室内熱交換器（13）での熱交換により、冷媒回路（10）の冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、室内空気が冷却される。 The indoor heat exchanger (13) is disposed in the indoor space. The indoor heat exchanger (13) is composed of, for example, a fin-and-tube heat exchanger. In the indoor heat exchanger (13), heat is exchanged between the refrigerant flowing in the indoor heat exchanger and the indoor air. By the heat exchange in the indoor heat exchanger (13), the refrigerant in the refrigerant circuit (10) absorbs heat from the indoor air and evaporates, thereby cooling the indoor air.
上記圧縮機（11）と膨張機（14）は、詳細は省略するが、電動機とともに一つのケーシング（15）内に設けられ、一つの流体機械を構成している。そして、圧縮機（11）と膨張機（14）が駆動軸（図示せず）で連結され、膨張機（14）の冷媒膨張による回転動力が圧縮機（11）の圧縮動力に回収されるように構成されている。 Although the details of the compressor (11) and the expander (14) are omitted, the compressor (11) and the expander (14) are provided in one casing (15) together with the electric motor to constitute one fluid machine. The compressor (11) and the expander (14) are connected by a drive shaft (not shown) so that the rotational power generated by the refrigerant expansion of the expander (14) is recovered as the compression power of the compressor (11). It is configured.
図１に示すように、この冷媒回路（10）における膨張機（14）の出口側には、油分離装置（20）が接続されている。この油分離装置（20）には、膨張機（14）から流出した冷媒が流入し、該油分離装置（20）で冷凍機油が冷媒から分離されて冷媒が室内熱交換器（13）に流れる一方、冷凍機油は圧縮機（11）に吸入される。 As shown in FIG. 1, the oil separator (20) is connected to the outlet side of the expander (14) in the refrigerant circuit (10). The refrigerant that has flowed out of the expander (14) flows into the oil separator (20). The oil separator (20) separates the refrigeration oil from the refrigerant, and the refrigerant flows into the indoor heat exchanger (13). On the other hand, the refrigeration oil is sucked into the compressor (11).
上記油分離装置（20）は、図２に示すように、冷凍機油を含む冷媒が流入する縦長円筒状の容器本体（21）と、上記膨張機（14）から流出した冷媒を上記容器本体（21）内に導入する冷媒流入管（22）と、密度差により上記容器本体（21）内で冷凍機油の上方に溜まる冷媒を容器本体（21）から導出する冷媒流出管（23）と、上記容器本体（21）内の底部に溜まる冷凍機油を上記冷媒回路（10）の圧縮機（11）に戻す油排出管（24）とを備えている。 As shown in FIG. 2, the oil separator (20) includes a vertically long cylindrical container body (21) into which a refrigerant containing refrigeration oil flows, and the refrigerant flowing out of the expander (14) into the container body ( 21) a refrigerant inflow pipe (22) to be introduced into the container, a refrigerant outflow pipe (23) for deriving from the container body (21) the refrigerant that accumulates above the refrigerating machine oil in the container body (21) due to the density difference, and the above And an oil discharge pipe (24) for returning the refrigeration oil accumulated at the bottom of the container body (21) to the compressor (11) of the refrigerant circuit (10).
冷媒流入管（22）は、容器本体（21）の天板（21a）の周縁部に縦向きに接続され、下端が該天板（21a）よりも少し下方で開口している。この冷媒流入管（22）における図２の上方の端部（図示せず）は、膨張機（14）の流出側に接続されている。また、冷媒流出管（23）は、容器本体（21）の天板（21a）の中央部に縦向きに接続され、下端が容器本体（21）の底板（21b）近くで開口している。この冷媒流出管（23）における図２の上方の端部（図示せず）は、室内熱交換器（13）に接続されている。また、油排出管（24）は、上端が容器本体（21）の底板（21b）の中央に接続され、図２の下方の端部（図示せず）が圧縮機（11）の吸入側に接続されている。 The refrigerant inflow pipe (22) is vertically connected to the peripheral portion of the top plate (21a) of the container body (21), and the lower end is opened slightly below the top plate (21a). The upper end (not shown) of FIG. 2 in the refrigerant inflow pipe (22) is connected to the outflow side of the expander (14). The refrigerant outflow pipe (23) is vertically connected to the central portion of the top plate (21a) of the container body (21) , and the lower end is opened near the bottom plate (21b) of the container body (21) . The upper end (not shown) of FIG. 2 in the refrigerant outflow pipe (23) is connected to the indoor heat exchanger (13). Further, the upper end of the oil discharge pipe (24) is connected to the center of the bottom plate (21b) of the container body (21), and the lower end (not shown) of FIG. 2 is connected to the suction side of the compressor (11). It is connected.
この油分離装置（20）は、上記容器本体（21）に流入する冷媒の乱れを防止する乱流抑制部材として、容器本体（21）の高さ方向のほぼ中央に配置されたメッシュ板（25）を有している。上記冷媒流入管（22）は、このメッシュ板（25）の上方で開口している。ここで、液冷媒の密度よりも冷凍機油の密度が大きく、該冷媒に対して冷凍機油が非相溶性であるため、冷凍機油は液冷媒の下方に溜まる。そして、上記冷媒流出管（23）は、冷媒のみを流出させるため、冷凍機油の油面レベルと冷媒の液面レベルとの間で開口している。 The oil separation device (20) includes a mesh plate (25) disposed almost at the center in the height direction of the container body (21) as a turbulent flow suppressing member that prevents the refrigerant flowing into the container body (21) from being disturbed. )have. The refrigerant inlet pipe (22) opens above the mesh plate (25). Here, since the density of the refrigerating machine oil is larger than the density of the liquid refrigerant and the refrigerating machine oil is incompatible with the refrigerant, the refrigerating machine oil accumulates below the liquid refrigerant. The refrigerant outflow pipe (23) opens between the oil level of the refrigerating machine oil and the liquid level of the refrigerant in order to allow only the refrigerant to flow out.
さらに、この油分離装置（20）の容器本体（21）内には、最大油面レベルの上方に配置された整流板（26）が設けられている。この整流板（26）は上面に傾斜面を有している。具体的に、上記整流板（26）は、中心部の高さが周縁部よりも高い錐体形状（山形）に形成されている。そして、上記冷媒流出管（23）は整流板（26）の上方で開口している。上記整流板（26）の周縁部と容器本体（21）との間には隙間が設けられている。 Further, a current plate (26) disposed above the maximum oil level is provided in the container body (21) of the oil separator (20). The current plate (26) has an inclined surface on the upper surface. Specifically, the rectifying plate (26) is formed in a cone shape (mountain shape) in which the height of the center portion is higher than that of the peripheral edge portion. And the said refrigerant | coolant outflow pipe (23) is opened above the baffle plate (26). A gap is provided between the peripheral edge of the current plate (26) and the container body (21).
また、この油分離装置（20）の容器本体（21）には、油面レベルを検出する油面センサ（27）が装着されている。この油面センサ（27）には、例えば冷媒と油の電気抵抗の違いにより、油面レベルを検出するものなどを用いることができる。 An oil level sensor (27) for detecting the oil level is mounted on the container body (21) of the oil separator (20). As the oil level sensor (27), for example, a sensor that detects the oil level based on the difference in electrical resistance between the refrigerant and the oil can be used.
−運転動作−
次に、上述した冷凍装置の動作について説明する。
-Driving action-
Next, the operation of the above-described refrigeration apparatus will be described.
先ず、圧縮機（11）を起動すると、該圧縮機（11）が室内熱交換器（13）からの冷媒を吸い込み、該冷媒を圧縮する。この圧縮された冷媒は、室外熱交換器（12）を流れ、外気に放熱して冷却される。冷却された冷媒は、その後、膨張機（14）に導入される。 First, when the compressor (11) is started, the compressor (11) sucks the refrigerant from the indoor heat exchanger (13) and compresses the refrigerant. The compressed refrigerant flows through the outdoor heat exchanger (12), dissipates heat to the outside air, and is cooled. The cooled refrigerant is then introduced into the expander (14).
膨張機（14）から流出した冷媒は気液二相冷媒であり、冷凍機油を含んでいる。膨張機（14）から流出した流体（冷媒と冷凍機油）は、油分離装置（20）に流入する。その際、この流体はメッシュ板（25）によって整流され、冷媒と冷凍機油とが撹拌されていない分離状態で容器本体（21）内に溜まる。ＰＡＧは、種類によって若干異なるものの、液相の冷媒よりも密度が大きくなり、冷媒に対して非相溶性である。したがって、冷媒と冷凍機油は二相に分離し、密度の大きい冷凍機油が整流板（26）の上面の傾きに沿って整流板（26）の周囲へ向かって流れる。そして、この冷凍機油は、整流板（26）の周囲と容器本体（21）との間の隙間を通って容器本体（21）の下部に流れ込み、整流板（26）の下方に溜まる。 The refrigerant flowing out of the expander (14) is a gas-liquid two-phase refrigerant and contains refrigeration oil. The fluid (refrigerant and refrigerating machine oil) that flows out from the expander (14) flows into the oil separator (20). At this time, the fluid is rectified by the mesh plate (25) and accumulated in the container body (21) in a separated state where the refrigerant and the refrigerating machine oil are not stirred. Although PAG slightly differs depending on the type, PAG has a density higher than that of a liquid-phase refrigerant and is incompatible with the refrigerant. Therefore, the refrigerant and the refrigerating machine oil are separated into two phases, and the refrigerating machine oil having a high density flows toward the periphery of the current plate (26) along the inclination of the upper surface of the current plate (26). And this refrigerating machine oil flows into the lower part of a container main body (21) through the clearance gap between the circumference | surroundings of a baffle plate (26) and a container main body (21), and accumulates under the baffle plate (26).
本実施形態では以上のようにして冷媒と冷凍機油とが分離する。ここで、冷媒流出管（23）の開口が冷凍機油の油面レベルと冷媒の液面レベルとの間に位置しているため、冷媒流出管（23）からは液冷媒のみが流出し、油排出管（24）からは冷凍機油のみが排出される。 In the present embodiment, the refrigerant and the refrigerating machine oil are separated as described above. Here, since the opening of the refrigerant outflow pipe (23) is located between the oil level of the refrigeration oil and the liquid level of the refrigerant, only the liquid refrigerant flows out of the refrigerant outflow pipe (23). Only the refrigeration oil is discharged from the discharge pipe (24).
冷媒流出管（23）から流出した液冷媒は室内熱交換器（13）へ流れ、室内空気を冷却して蒸発する。蒸発した冷媒は、その後、圧縮機（11）に吸入されて圧縮される。以上の流れを１サイクルとして冷媒が冷媒回路（10）を循環し、冷凍サイクルが行われる。また、油排出管（24）から流出した冷凍機油は圧縮機（11）に戻り、圧縮機（11）や膨張機（14）の摺動部が潤滑される。 The liquid refrigerant flowing out from the refrigerant outflow pipe (23) flows to the indoor heat exchanger (13), and cools and evaporates the indoor air. The evaporated refrigerant is then sucked into the compressor (11) and compressed. With the above flow as one cycle, the refrigerant circulates through the refrigerant circuit (10), and a refrigeration cycle is performed. The refrigeration oil that has flowed out of the oil discharge pipe (24) returns to the compressor (11), and the sliding portions of the compressor (11) and the expander (14) are lubricated.
−実施形態の効果−
以上のように、本実施形態によれば、冷媒に二酸化炭素を用いており、冷媒と冷凍機油とが非相溶性であるが、膨張機（14）の下流側に油分離装置（20）を設け、この油分離装置（20）のメッシュ板（25）と整流板（26）の機能により、冷媒と冷凍機油の密度差と非相溶の性質を利用して確実に両者を分離することができる。したがって、冷凍機油を圧縮機（11）に戻すことで、圧縮機（11）や膨張機（14）の油不足を防止できる。また、油不足を解消するのに湿り運転などを行う必要もない。
-Effect of the embodiment-
As described above, according to the present embodiment, carbon dioxide is used as the refrigerant, and the refrigerant and the refrigerating machine oil are incompatible , but the oil separation device (20) is provided downstream of the expander (14). The function of the mesh plate (25) and rectifying plate (26) of the oil separator (20) can be used to reliably separate the two using the density difference and incompatible properties of the refrigerant and the refrigerating machine oil. it can. Therefore, returning the refrigeration oil to the compressor (11) can prevent the compressor (11) and the expander (14) from shortage of oil. In addition, it is not necessary to perform a damp operation to solve the oil shortage.
また、この油分離装置（20）は、通常のレシーバとして使用できるものであり、逆に言うと通常のレシーバにメッシュ板（25）や整流板（26）を追加するだけでよいため製造も簡単である。 In addition, this oil separator (20) can be used as a normal receiver, and conversely, simply adding a mesh plate (25) or rectifying plate (26) to a normal receiver makes it easy to manufacture. It is.
また、この実施形態によれば、油面センサ（27）により冷凍機油の油面を検知できるため、油面レベルが上昇しすぎているかどうかを判断することができる。油面レベルが上がりすぎているときには圧縮機（11）への油戻しを積極的に行って油面レベルを下げることで、冷媒流出管（23）から冷凍機油が流出するのを防止できる。 According to this embodiment, since the oil level of the refrigerating machine oil can be detected by the oil level sensor (27), it can be determined whether or not the oil level has increased too much. Refrigerating machine oil can be prevented from flowing out from the refrigerant outflow pipe (23) by actively returning oil to the compressor (11) and lowering the oil level when the oil level is too high.
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
<< Other Embodiments >>
About the said embodiment, it is good also as the following structures.
例えば、上記実施形態では、乱流抑制部材としてメッシュ板（25）を用いているが、メッシュ板（25）の代わりにデミスタのような厚みのある網目状の部材を用いてもよい。 For example, in the above embodiment, the mesh plate (25) is used as the turbulent flow suppressing member, but a thick mesh-like member such as a demister may be used instead of the mesh plate (25).
また、上記実施形態では整流板（26）を錐体状にしているが、平板を傾斜させるだけでもよいし、必ずしも傾斜面を設けなくてもよい。 In the above embodiment, the rectifying plate (26) has a conical shape, but the flat plate may be inclined or the inclined surface may not necessarily be provided.
さらに、上記実施形態では、冷凍機油としてＰＡＧを用いるようにしているが、ＰＯＥ（ポリオールエステル）等の他の油を用いるようにしてもよい。また、冷媒もＣＯ２ に限らず、冷媒よりも密度が大きく、該冷媒に対して非相溶性の冷凍機油が用いられるものであればよい。 Furthermore, in the above embodiment, PAG is used as the refrigerating machine oil, but other oils such as POE (polyol ester) may be used. Also, the refrigerant is not limited to CO 2, and any refrigerant that has a density higher than that of the refrigerant and that is incompatible with the refrigerant may be used.
また、上記実施形態では膨張機（14）を用いた冷媒回路（10）について説明したが、膨張機（14）の代わりに電子膨張弁などの膨張機構を用いてもよい。さらに、上記実施形態の冷媒回路（10）は本発明を冷房専用の空調機に適用した例であるが、四路切換弁などの冷媒流れ方向を切り換える手段を設けることにより冷暖房可能な空調機に適用してもよいし、空調機以外の冷凍装置に適用してもよい。 In the above embodiment, the refrigerant circuit (10) using the expander (14) has been described. However, an expansion mechanism such as an electronic expansion valve may be used instead of the expander (14). Furthermore, although the refrigerant circuit (10) of the above embodiment is an example in which the present invention is applied to an air conditioner dedicated to cooling, an air conditioner capable of cooling and heating by providing means for switching the refrigerant flow direction such as a four-way switching valve. You may apply and you may apply to refrigeration apparatuses other than an air conditioner.
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 In addition, the above embodiment is an essentially preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.
以上説明したように、本発明は、二酸化炭素のように非相溶性の冷凍機油が用いられる冷媒が循環する冷媒回路に設けられる油分離装置について有用である。 As described above, the present invention is useful for an oil separation device provided in a refrigerant circuit in which a refrigerant using incompatible refrigerating machine oil such as carbon dioxide circulates.
1 空気調和装置
10 冷媒回路
14 膨張機（膨張機構）
20 油分離装置
21 容器本体
22 冷媒流入管
23 冷媒流出管
24 油排出管
25 メッシュ板（乱流抑制部材）
26 整流板
27 油面センサ
1 Air conditioner
10 Refrigerant circuit
14 Expander (Expansion mechanism)
20 Oil separator
21 Container body
22 Refrigerant inlet pipe
23 Refrigerant outflow pipe
24 Oil discharge pipe
25 Mesh plate (turbulent flow suppression member)
26 Rectifier plate
27 Oil level sensor
Claims (6)
冷凍機油を含む冷媒が流入する容器本体（21）と、
上記膨張機構（14）から流出した冷媒を上記容器本体（21）内に導入する冷媒流入管（22）と、
上記容器本体（21）に流入する冷媒の乱れを防止する乱流抑制部材（25）と、
上記容器本体（21）内で冷凍機油の上方に溜まる冷媒を容器本体（21）から導出する冷媒流出管（23）と、
上記容器本体（21）内の底部に溜まる冷凍機油を上記冷媒回路（10）の圧縮機（11）に戻す油排出管（24）と、
を備え、
上記容器本体（21）内に、冷凍機油の最大油面レベルの上方に配置された整流板（26）を備え、
上記冷媒流出管（23）が整流板（26）の上方で開口していることを特徴とする油分離装置。 The oil separation device is provided on the downstream side of the expansion mechanism (14) in the refrigerant circuit (10) in which the refrigerant circulates, and separates the refrigerating machine oil having a higher density than the refrigerant and incompatible with the refrigerant from the refrigerant. And
A container body (21) into which a refrigerant containing refrigerating machine oil flows,
A refrigerant inflow pipe (22) for introducing the refrigerant flowing out of the expansion mechanism (14) into the container body (21);
A turbulence suppressing member (25) for preventing turbulence of the refrigerant flowing into the container body (21),
A refrigerant outflow pipe (23) for leading out the refrigerant stored in the container body (21) above the refrigerating machine oil from the container body (21);
An oil discharge pipe (24) for returning the refrigeration oil accumulated in the bottom of the container body (21) to the compressor (11) of the refrigerant circuit (10);
Equipped with a,
In the said container main body (21), it is equipped with the baffle plate (26) arrange | positioned above the maximum oil level of refrigerating machine oil,
The oil separator according to claim 1, wherein the refrigerant outlet pipe (23) is opened above the current plate (26) .
上記冷媒流入管（22）が乱流抑制部材（25）の上方で開口し、上記冷媒流出管（23）が冷凍機油の油面レベルと冷媒の液面レベルとの間で開口していることを特徴とする油分離装置。 In claim 1,
The refrigerant inflow pipe (22) opens above the turbulence suppressing member (25), and the refrigerant outflow pipe (23) opens between the oil level of the refrigeration oil and the liquid level of the refrigerant. An oil separator characterized by.
上記整流板（26）は、上面に傾斜面を有することを特徴とする油分離装置。 In claim 1 or 2 ,
The rectifying plate (26) has an inclined surface on the upper surface, and an oil separator.
上記整流板（26）は、中心部の高さが周縁部よりも高い錐体形状に形成されていることを特徴とする油分離装置。 In claim 1 or 2 ,
The rectifying plate (26) is formed in a cone shape in which the height of the central part is higher than that of the peripheral part.
上記容器本体（21）には油面レベルを検出する油面センサ（27）が装着されていることを特徴とする油分離装置。 In any one of Claims 1-4 ,
The oil separator according to claim 1, wherein an oil level sensor (27) for detecting an oil level is attached to the container body (21).
冷媒が二酸化炭素冷媒により構成されていることを特徴とする油分離装置。 In any one of claims 1 to 5 ,
An oil separator characterized in that the refrigerant is composed of carbon dioxide refrigerant.
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