JP6376038B2 - 油分離器 - Google Patents

Description

本発明は、オイルと気体が混合した混合流体からオイルを分離する油分離器に関するものである。

従来、この種の油分離器として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された油分離器は、冷凍サイクル用の圧縮機に用いられる。また、この油分離器は、分離室内に分離用パイプが配置され、分離室および分離用パイプは、それらの軸線が天地方向になるようにして圧縮機に搭載されている。

そして、気液導入通路から分離室の上方空間に流入した冷媒は、分離室と分離用パイプとの間で旋回しながら下方に流れ、オイルとガス冷媒に分離される。分離されたオイルは、分離室の下方部位に落下して油排出通路から排出される。オイルが除去されたガス冷媒は、分離室の下方部位でターンして分離用パイプ内に流入し、分離用パイプ内を上方へ向かって流れる。

また、特許文献２には、内燃機関のブローバイガスからオイルを分離する油分離器が記載されている。この特許文献２に記載された油分離器では、テーパ状の分離室が水平に配置され、分離室における水平方向一端側（大径側）に流入したブローバイガスは、分離室内で旋回しながら分離室における水平方向他端側（小径側）に流れ、オイルとブローバイガスに分離される。そして、オイルが除去されたブローバイガスは、ターンせずに、分離室における小径側の出口通路から排出される。

特開２０１４−１４５３５３号公報 特開２０１２−１１２２６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された油分離器は、オイルが除去されたガス冷媒のターン流は、ターンする際に旋回角速度が低下するものの、ターン前後において流量は変わらないため流速は変化しない。その結果、ガス冷媒がターンする際に、遠心力が低下した状態のオイルの一部がガス冷媒のターン流に巻き込まれるという問題があった。

一方、特許文献２に記載された油分離器は、ブローバイガスの出口に向かって縮径するテーパ状の分離室であるため、分離したオイルとブローバイガスの旋回流との距離が短くなってしまい、分離したオイルの一部がブローバイガスの旋回流に巻き込まれるという問題があった。

また、特許文献２に記載された油分離器は、ブローバイガスの出口通路が絞られているため、分離したオイルの流れとオイルが除去されたブローバイガスの流れが分岐する地点（すなわち、分離室における小径側近傍）では、ブローバイガスの旋回流の旋回角速度が低下して遠心力が低下してしまう。その結果、分離したオイルの一部がブローバイガスの旋回流に巻き込まれるという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、一端分離したオイルの再巻き込みを抑制し、オイルの分離効率を高めることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、断面形状が円形の円柱状空間である分離室（４３）、オイルと気体が混合した混合流体を分離室に導く混合流体導入通路（４４）、分離室でオイルが除去された気体を分離室から排出させる気体排出通路（４１１）、および分離室で気体から分離されたオイルを分離室から排出させる油排出通路（４５）が形成された油分離器ケース（１２、３１、４１）と、分離室内に配置された円柱状の旋回柱（４０）とを備え、混合流体導入通路は、分離室軸方向の一端側で且つ分離室の外周側に配置され、当該混合流体導入通路から導入された混合流体が分離室内で旋回流となり、気体排出通路は、分離室における分離室軸方向の他端側に配置され、油排出通路は、混合流体導入通路よりも分離室軸方向の他端側で且つ分離室の外周側に配置され、分離室は、分離室軸方向の一端側の径が分離室軸方向の他端側の径以下であり、旋回柱は、分離室における分離室軸方向の一端側から気体排出通路に向かって延びていることを特徴とする。

これによると、オイルが除去された気体は、ターンせずに分離室の外部に排出されるため、一端分離したオイルの再巻き込みを抑制することができる。したがって、オイルの分離効率を高めることができる。

また、旋回柱を備えているため、気液導入通路から分離室に流入した混合流体の旋回流は、旋回が助長されてより強い旋回流になるとともに、分離したオイルの流れとオイルが除去された気体の流れが分岐する地点まで、旋回角速度の低下ひいては遠心力の低下が抑制される。その結果、オイルと気体をより確実に分離することができるとともに、一端分離したオイルの再巻き込みを抑制することができる。したがって、オイルの分離効率を高めることができる。

また、分離室は分離室軸方向の一端側（すなわち、混合流体流れの上流側）の径が分離室軸方向の他端側の径以下であるため、換言すると、分離室は混合流体の下流側に向かって縮径していないため、気体排出通路におけるガス冷媒の入り口部と分離室に貯められたオイルの位置との距離が長くなり、気体排出通路に流入する気体へのオイルの巻き込みが抑制される。したがって、オイルの分離効率を高めることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る油分離器を備える圧縮機の構成を示す断面図である。 図１の油分離器の拡大断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 本発明の第２実施形態に係る油分離器の構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る油分離器の構成を示す断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１に示す本実施形態に係る油分離器４０を備える圧縮機８は、例えばヒートポンプ式給湯機に適用される。このヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプサイクルによって給湯水を加熱するもので、圧縮機８は、ヒートポンプサイクルにおいて冷媒を圧縮して吐出する機能を果たす。

そのヒートポンプサイクルは、圧縮機８の吐出冷媒と給湯水とを熱交換させて給湯水を加熱する水−冷媒熱交換器と、水−冷媒熱交換器から流出した冷媒を減圧膨張させる減圧装置としての可変絞り機構と、可変絞り機構にて減圧膨張された冷媒を外気と熱交換させて蒸発させる室外蒸発器と、圧縮機８とを環状に接続した蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。

さらに、このヒートポンプサイクルでは、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を採用しており、圧縮機８から吐出された高圧冷媒が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。また、圧縮機８内において、圧縮機８の内部の各摺動部位を潤滑する潤滑油（冷凍機油）９すなわちオイル９が圧縮前の冷媒に混入される。そして、そのオイル９は冷媒圧縮後に冷媒から分離され圧縮機８内で循環する。詳細には、圧縮機８内を循環するオイル９は、先ず、後述のケース３０内の貯油部３０１から吸上管６０によって吸い上げられ圧縮部１０の潤滑およびシールを行った後、圧縮部１０の吐出ポート１２３から冷媒と共に排出される。そして、油分離器４０で冷媒から分離されて各部の潤滑を行った後、貯油部３０１へ戻る。なお、吐出ポート１２３から冷媒と共に吐出されたオイル９の大部分は冷媒から分離されるが、冷媒から分離しきれなかったオイル９は冷媒と共に圧縮機８から吐出され、ヒートポンプサイクルを循環する。

なお、ヒートポンプサイクルでは、室外蒸発器と圧縮機８との間に、冷媒の気液を分離して余剰冷媒を蓄えるとともに圧縮機８側へ気相冷媒を流出させる気液分離器が配置されてもよい。さらに、ヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプサイクルの他に、水−冷媒熱交換器にて加熱された給湯水を貯湯する貯湯タンク、貯湯タンクと水−冷媒熱交換器との間で給湯水を循環させる給湯水循環回路等を有して構成されている。

次に、図１により、本実施形態の圧縮機８の詳細構成について説明する。なお、図１中の上下の矢印ＤＲ１は、圧縮機８をヒートポンプ給湯機へ搭載した状態における上下の方向を示している。すなわち、図１の両端矢印ＤＲ１は上下方向ＤＲ１を示している。

圧縮機８は電動圧縮機である。圧縮機８の全体としては、圧縮機８の冷媒入口である冷媒吸入管３７で冷媒流れを分岐する吸気分配孔３７ｂがケース３０の内部と連通し、その分岐された冷媒が駆動用の電動機部２０を冷却する所謂内部低圧式の圧縮機である。内部低圧式の圧縮機とは、圧縮機のケース内の圧力すなわちケース内圧が圧縮機の吸入圧力と略同じ圧力になる圧縮機である。

また、圧縮機８は、圧縮機８への吸入冷媒を導く冷媒吸入管３７が圧縮部１０の吸入ポート１１４へ直結した所謂ダイレクト吸入構造になっている。これにより、圧縮機８は、冷媒吸入の際の圧損による効率低下を抑える構造となっている。本実施形態のような内部低圧方式の圧縮機８に強制潤滑を行う方式においては、圧縮機８のケース３０内へ吐出ポート１２３側から戻される高温のオイル９によって吸入冷媒が加熱される為、上記ダイレクト吸入構造は、圧縮機８が属するシステムであるヒートポンプサイクルの効率低下抑制に有効である。

図１に示すように、圧縮機８は、流体である冷媒を吸入し圧縮して吐出する圧縮部１０、この圧縮部１０を駆動する電動機部２０、電動機部２０から圧縮部１０へ回転駆動力を伝達する駆動軸としてのシャフト２５、ケース３０、油分離器４０、間欠給油機構５０、および吸上管６０等を備えている。そして、この圧縮機８では、それらの圧縮部１０、電動機部２０、シャフト２５、油分離器４０、間欠給油機構５０、および吸上管６０等がケース３０内に収容されている。

さらに、この圧縮機８では、図１に示すように、シャフト２５の回転軸が鉛直方向すなわち上下方向ＤＲ１に延びている。要するに、圧縮機８は、圧縮部１０と電動機部２０とを鉛直方向に配置した所謂縦置きタイプに構成されている。より具体的に言えば、圧縮部１０が電動機部２０の下方側に配置されている。

ケース３０は圧縮機８の筐体を成し、圧力容器として機能する。ケース３０は、鉛直方向に延びる筒状部材３１、筒状部材３１の上端部を塞ぐアッパーハウジングとしての上蓋部材３２、および筒状部材３１の下端部を塞ぐロアハウジングとしての下蓋部材３３を有し、これらを一体に接合して密閉容器構造としたものである。筒状部材３１、上蓋部材３２および下蓋部材３３は、いずれも鉄で構成されており、これらは溶接にて接合されている。

電動機部２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線コイルを有する三相ブラシレスＤＣモータ、要するに三相モータである。具体的に、電動機部２０は、固定子をなすステータ２１と、回転子をなすロータ２２とを備えている。ステータ２１は、磁性材からなるステータコアと、そのステータコアに巻き付けられたステータコイルとによって構成されている。より具体的には、ステータ２１では、ステータコイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応するステータコイルが、ステータコアに設けられた各スロットに巻き付けられている。ステータ２１は、図示しないインバータ回路等を介して、ステータコイルに電力が供給されることによって、ロータ２２を回転させる回転磁界を発生させる。

一方、電動機部２０のロータ２２は、永久磁石を有して構成されており、ステータ２１の内周側に配置されている。このロータ２２は回転軸方向すなわち上下方向ＤＲ１に延びる円筒状に形成され、さらに、ロータ２２の軸中心穴には、回転軸方向に延びる略円筒状のシャフト２５が圧入により固定されている。従って、ステータ２１が電力供給により回転磁界を発生させると、ロータ２２およびシャフト２５が一体に回転する。

シャフト２５は略円筒状に形成されている。そして、シャフト２５の内部には、前述のオイル９を流通させる主給油通路２５ａ、この主給油通路２５ａからシャフト２５と後述する第１軸受部２９との摺動部位（潤滑対象部位）２９ａへオイル９を導く第１副給油通路２５ｂ、および、主給油通路２５ａからシャフト２５と後述する第２軸受部２７との摺動部位（潤滑対象部位）２７ａへ潤滑油を導く第２副給油通路２５ｃが形成されている。

シャフト２５の内部に形成された主給油通路２５ａは、シャフト２５の軸方向に延びてシャフト２５の下端面にて開口しており、シャフト２５の上端面においては上方に向けて、ケース３０の内部空間へ開放されている。要するにケース３０内へ開放されている。そして、主給油通路２５ａにはシャフト２５の軸方向一端側である下端側から、間欠給油機構５０からロータ給油通路１１５を通って流出したオイル９が流入する。

第１副給油通路２５ｂおよび第２副給油通路２５ｃは、シャフト２５の径方向に延びて主給油通路２５ａとシャフト２５の外表面とを連通させる連通穴として形成されている。さらに、第２副給油通路２５ｃは、第１副給油通路２５ｂよりも鉛直方向上方側に配置されている。

また、シャフト２５は、電動機部２０のロータ２２よりも軸方向長さが長く形成されており、軸方向一端側である下端側（圧縮部１０側）は、ロータ２２の最下端部よりも下方側に延び、軸方向他端側（圧縮部１０の反対側）は、ロータ２２の最上端部よりも上方側に延びている。そして、シャフト２５においてロータ２２よりも下方側の部位には、軸方向と垂直な水平方向に突出する鍔部２５１が形成されている。

また、シャフト２５のロータ２２よりも下方側の部位のうち、ロータ２２と鍔部２５１との間の部位は、ミドルハウジング３６に形成された第１軸受部２９によって回転可能に支持されている。つまり、第１軸受部２９は、シャフト２５の軸方向一端側である下端側を支持している。さらに、第１軸受部２９は、シャフト２５の軸方向から見たときに、円形状となる内周面でシャフト２５の外周面を受ける、すべり軸受として構成されている。

ミドルハウジング３６は、上方側から下方側に向かって階段状に外径および内径が拡大する円筒形状を有している。ミドルハウジング３６では、その外径および内径が最も小さい上方側部位に第１軸受部２９が形成されている。さらに、ミドルハウジング３６の外径および内径が最も大きい下方側部位の外周面は、ケース３０の筒状部材３１に当接した状態で固定されている。

一方、シャフト２５においてロータ２２よりも上方側の部位は、第２軸受部２７によって回転可能に支持されている。つまり、第２軸受部２７は、シャフト２５の軸方向他端側である上端側を支持している。さらに、第２軸受部２７は、シャフト２５の軸方向から見たときに、その内周形状がシャフト２５の外周形状と相似形の円形に形成されたすべり軸受として構成されている。

また、第２軸受部２７は、介在部材２８を介してケース３０の筒状部材３１に固定されている。介在部材２８は、水平方向に拡がる環状板の外周部を上方側に向かって屈曲させた形状に形成され、その外周部がケース３０の筒状部材３１に当接した状態で固定されている。また、第２軸受部２７の上端部には水平方向に突出する鍔部２７１が形成されており、鍔部２７１が介在部材２８上にボルト止めで固定されている。

圧縮部１０は周知のスクロール式の圧縮機構で構成されており、それぞれ渦巻き状に形成された歯部を有する可動スクロール１１および固定スクロール１２を備えている。可動スクロール１１は、前述のミドルハウジング３６のうち内径が最も大きい下方側部位の内周側に配置され、固定スクロール１２は、可動スクロール１１の下方側に配置されている。

可動スクロール１１および固定スクロール１２は、互いに鉛直方向に対向するように配置されている。固定スクロール１２の外周側は、ケース３０の筒状部材３１に固定されている。

可動スクロール１１の上面側の中心部には、シャフト２５の下端部が挿入される円筒状のボス部１１３が形成されている。その一方で、シャフト２５の下端部は、シャフト２５の回転中心に対して偏心した偏心部２５３になっている。可動スクロール１１には、そのシャフト２５の偏心部２５３が挿入されている。

さらに、可動スクロール１１およびミドルハウジング３６の間には、可動スクロール１１が偏心部２５３周りに自転することを防止する不図示の自転防止機構が設けられている。このため、シャフト２５が回転すると、可動スクロール１１は偏心部２５３周りに自転することなく、シャフト２５の回転中心を公転中心として旋回しながら公転運動する。つまり、可動スクロール１１は、シャフト２５を介して電動機部２０から回転駆動力が供給されると、シャフト２５の回転中心を公転中心として旋回しながら公転運動する。

また、可動スクロール１１には、固定スクロール１２側に向かって突出する渦巻き状の歯部すなわち可動側歯部が形成されている。一方、固定スクロール１２には、可動スクロール１１側に向かって突出すると共に上記可動側歯部に噛み合う渦巻き状の歯部すなわち固定側歯部が形成されている。

そして、両スクロール１１、１２の各歯部同士が噛み合って複数箇所で接触することによって、回転軸方向から見たときに三日月形状に形成される密閉された作動室１５が複数個形成される。なお、図１では図示を簡潔にするため、複数個の作動室１５のうち、１つの作動室だけに符号を付しており、他の作動室については符号を省略している。

作動室１５は、可動スクロール１１が公転運動することによって回転軸周方向に外周側から中心側へ容積を変化（減少）させながら移動する。そして、その作動室１５の容積が減少することによって作動室１５内の冷媒が圧縮される。

作動室１５には、ケース３０が有する冷媒吸入管３７と圧縮部１０に形成された吸入ポート１１４とを介して圧縮機８外部から冷媒が供給される。すなわち、冷媒吸入管３７および吸入ポート１１４は、作動室１５へ冷媒を供給する冷媒供給通路を構成している。

冷媒吸入管３７は、その内部に冷媒通路３７ａが形成された管状の部材である。冷媒吸入管３７は、ケース３０の筒状部材３１を径方向に貫通するように設けられ、圧縮部１０の吸入ポート１１４をケース３０外部へ連通させている。要するに、冷媒吸入管３７は、ケース３０の中で、圧縮部１０の吸入ポート１１４へ向かう冷媒がケース３０外から流入する吸入部として機能する。なお、圧縮部１０の吸入ポート１１４は、両スクロール１１、１２の各歯部の最外周側に形成される作動室１５に連通している。

また、冷媒吸入管３７には吸気分配孔３７ｂが形成されており、この吸気分配孔３７ｂは微細な貫通孔であり、冷媒吸入管３７の冷媒通路３７ａをケース３０内に連通させる。具体的には、吸気分配孔３７ｂは、電動機部２０の冷却に必要な最低限のガス冷媒（冷媒ガスとも言う）をケース３０内へ流出させる大きさに形成されている。これにより、冷媒通路３７ａを流れる吸入冷媒の殆どは圧縮部１０の吸入ポート１１４へ導入されるが、その吸入冷媒の中の僅かな量は、吸気分配孔３７ｂから電動機部２０の冷却用としてケース３０内へ導入される。圧縮機８のケース３０内すなわちケース３０の内部空間は、吸気分配孔３７ｂが設けられているので、圧縮部１０の作動中には、圧縮部１０の吐出ポート１２３における冷媒の圧力Ｐｄおよび吸入ポート１１４における冷媒の圧力Ｐｓのうち、吸入ポート１１４における冷媒の圧力Ｐｓに近い圧力になる。詳細には、ケース３０内の圧力すなわちケース内圧は、冷媒吸入管３７の冷媒通路３７ａの圧力よりも僅かに低く且つ吸入ポート１１４の圧力Ｐｓよりも僅かに高い圧力になる。なお、以下の説明では、吐出ポート１２３における冷媒の圧力Ｐｄを吐出圧力Ｐｄと呼び、吸入ポート１１４における冷媒の圧力Ｐｓを吸入圧力Ｐｓと呼ぶものとする。

また、固定スクロール１２の径方向における中心部分には、作動室１５で圧縮された冷媒が吐出される吐出ポート１２３としての吐出孔１２３が形成されている。すなわち、圧縮部１０は、吸入ポート１１４から吸入した冷媒を圧縮すると共にその圧縮した冷媒を吐出ポート１２３から吐出する。

さらに、固定スクロール１２の下方側にはセパレータブロック１３が配置され、吐出ポート１２３と連通する吐出室１２４が、そのセパレータブロック１３と固定スクロール１２とによって形成されている。詳細には、吐出室１２４は、固定スクロール１２の下面とセパレータブロック１３に形成された凹部とによって区画形成されている。

さらに、吐出室１２４には、作動室１５への冷媒の逆流を防止する逆止弁をなすリード弁１９が配置されている。また、吐出室１２４へ流入した冷媒は、油分離器４０を経て、油分離器４０の気体排出管４１からケース３０外部へ吐出される。

吸上管６０は、ケース３０内の冷媒およびケース３０内の貯油部３０１に溜まったオイル９を吸い込むオイル吸込部である。吸上管６０は、その内部に吸込通路６０ａが形成された管状の部材である。その吸込通路６０ａは、ケース３０内の冷媒および貯油部３０１に溜まったオイル９を圧縮部１０の吸入ポート１１４へ流す。また、その貯油部３０１はケース３０内においてオイル９が溜まる油溜りであり、ケース３０はその貯油部３０１をケース３０内の底部に備えている。詳細には、貯油部３０１は下蓋部材３３に形成されている。

具体的に吸上管６０は、固定スクロール１２の下方側に設けられ、Ｕ字状に屈曲された屈曲部６０１を有するＵ字管で構成されている。吸込通路６０ａの一端である開放端６０ｂは、貯油部３０１に溜まったオイル９の液面９ａよりも常に上方で開放されている。また、吸込通路６０ａの開放端６０ｂよりも更に上方に、圧縮部１０が配置されている。その一方で、吸込通路６０ａの他端である接続端６０ｃは吸入ポート１１４に接続されている。

また、吸込通路６０ａの開放端６０ｂから接続端６０ｃまでの途中には、ケース３０の貯油部３０１に溜まったオイル９内に開口するブリードポート６０２が形成されている。そのブリードポート６０２は、吸上管６０の管壁を貫通する小径の絞り孔であり、オイル９の流量を制限しつつオイル９を貯油部３０１から吸込通路６０ａ内へ流入させる。言い換えれば、ブリードポート６０２はオイル吸込用の孔であり、開口面積が変化しない固定絞りである。詳細には、ブリードポート６０２は屈曲部６０１の下端部分に形成されており、その屈曲部６０１は、吸込通路６０ａの開放端６０ｂおよび接続端６０ｃよりも下方に配置され、且つ、貯油部３０１に溜まったオイル９に浸漬されている。

吸上管６０は、圧縮部１０の作動中には圧縮部１０の吸入ポート１１４の圧力がケース３０の内圧よりも低くなるので、ケース３０内の冷媒を吸込通路６０ａの冷媒吸込口としての開放端６０ｂから吸い込む。それと共に、吸上管６０は、吸込通路６０ａの開放端６０ｂから接続端６０ｃへの冷媒の流れによってブリードポート６０２から貯油部３０１のオイル９を吸い込む。その吸上管６０に吸い込まれる冷媒はケース３０内の冷媒であり、例えば、間欠給油機構５０にて減圧された際にオイル９の中から析出する気化冷媒、冷媒吸入管３７の吸気分配孔３７ｂからケース３０内部へ流入する電動機冷却用の冷媒、および、後述するように圧縮部１０の吐出ポート１２３から間欠給油機構５０を通過するガス冷媒である。

圧縮機８の潤滑方式について以下詳細に説明する。上述した吸上管６０は、吸込通路６０ａの通路断面積Ｓ２が一定となるように形成され、吸込通路６０ａの開放端６０ｂだけが絞られている。従って、その開放端６０ｂにおける開口面積Ｓ１は、吸込通路６０ａにおけるブリードポート６０２よりも冷媒流れ下流側の通路断面積Ｓ２に対して小さくなっている。吸込通路６０ａの冷媒流れは矢印ＦＬ１の通りである。なお、上記面積Ｓ１、Ｓ２は何れも吸込通路６０ａの軸方向に垂直な仮想面の面積であって、開口面積Ｓ１は開放端６０ｂの開口面積であり、通路断面積Ｓ２は、開放端６０ｂから或る程度離れて吸込通路６０が絞られていない箇所の断面積である。

また、吸上管６０の冷媒吸込口としての開放端６０ｂの配置高さは、システムおよび圧縮機に含まれるオイル封入量すなわちヒートポンプサイクル全体のオイル封入量のオイル９が貯油部３０１に溜まったと仮定した液面９ａの最高位置よりも高くなっている。また、吸込通路６０ａにはオイル９がブリードポート６０２からしか流入しないので、吸上管６０は、吸上管６０が吸い上げるオイル９の吸上量がブリードポート６０２のみで制御される構造となっている。

また、ブリードポート６０２からのオイル９の吸込量は、貯油部３０１の液面９ａからブリードポート６０２までの油面ヘッドと、開放端６０ｂから吸い込まれるガス冷媒が開放端６０ｂからブリードポート６０２の位置へ至る間に発生する圧損とにより定まる。なお、正確に言えば、圧縮部１０の吸入ポート１１４の吸入負圧もオイル吸上げの一要因となる。

このようにして、ケース３０内の貯油部３０１に溜まったオイル９はブリードポート６０２から吸上管６０の吸込通路６０ａへ流入する。そして、ブリードポート６０２から流入するオイル９は、冷媒吸入管３７を通って圧縮部１０の吸入ポート１１４へ流入する吸入冷媒によって吸引され、その吸入冷媒と共に圧縮部１０へ流入する。次に、オイル９は圧縮部１０へ流入した後、冷媒と共に吐出ポート１２３を通って吐出室１２４へ排出される。

吐出室１２４に排出された冷媒およびオイル９（以下、オイル９と冷媒が混合した流体を、混合流体という）は、遠心分離式の油分離器４０に流入し、油分離器４０にてガス冷媒とオイル９に分離される。

この油分離器４０は、図２および図３に示すように、固定スクロール１２、筒状部材３１、気体排出管４１、および旋回柱４２を備えている。なお、固定スクロール１２、筒状部材３１、および気体排出管４１は、本発明の油分離器ケースを構成している。

固定スクロール１２と筒状部材３１とによって、断面形状が円形の円柱状空間である分離室４３が形成されている。この分離室４３は、その軸線が水平方向になるように形成されている。なお、ここでいう「水平」および特許請求の範囲でいう「水平」は、厳密に水平である場合のみならず、水平から若干傾いた状態、すなわち、略水平をも含む意味である。

また、分離室４３は、径が異なり且つ同軸上に配置された第１分離室４３１と第２分離室４３２とを備えている。より詳細には、第１分離室４３１の径よりも第２分離室４３２の径が大である。また、分離室軸方向の一端側（換言すると、圧縮機８の中心側）に第１分離室４３１が配置され、第１分離室４３１よりも分離室軸方向の他端側（換言すると、圧縮機８の径方向外側）に第２分離室４３２が配置されている。

固定スクロール１２には、吐出室１２４に排出された混合流体を分離室４３に導く混合流体導入通路４４が形成されている。この混合流体導入通路４４は、第１分離室４３１の外周側に配置され、より詳細には、第１分離室４３１の外周側における圧縮機中心に近い部位に配置されている。また、混合流体導入通路４４は、混合流体が分離室４３内で旋回流となるように方向が設定されている。具体的には、混合流体導入通路４４は、混合流体導入通路４４の軸線が分離室４３の軸線に対して垂直で且つ分離室４３の軸線と交差しないように設定されている。

固定スクロール１２には、分離室４３で混合流体から分離されたオイル９を分離室４３から排出させる油排出通路４５が形成されている。この油排出通路４５は、第２分離室４３２における圧縮機径方向外側に近い部位で、且つ第２分離室４３２の外周側に配置されている。また、油排出通路４５の軸線は、分離室４３の軸線に対して直交している。

気体排出管４１は、円筒状であり、分離室４３内に突出している。より詳細には、気体排出管４１は、ケース３０の筒状部材３１を径方向に貫通するように設けられている。また、気体排出管４１は、その内部に気体排出通路４１１が形成されている。気体排出通路４１１は、分離室４３と同軸になっている。そして、気体排出通路４１１における分離室４３側の開口部は、第２分離室４３２の内側に位置している。また、気体排出通路４１１における分離室４３側の開口部は、油排出通路４５よりも圧縮機中心側に配置されている。

旋回柱４２は、円柱状の円柱部４２１と、テーパ状のテーパ部４２２とを備えている。円柱部４２１とテーパ部４２２は同軸になっている。また、旋回柱４２は、分離室４３や気体排出通路４１１と同軸になっている。

円柱部４２１は、分離室４３を形成する固定スクロール１２の内壁面のうち、分離室４３の圧縮機中心側の内壁面に圧入されている。円柱部４２１における圧入されていない部位は、分離室４３における圧縮機中心側から圧縮機径方向外側に向かって（より詳細には、気体排出通路４１１に向かって）延びている。

テーパ部４２２は、円柱部４２１における圧縮機径方向外側の端部から、さらに圧縮機径方向外側に向かって（より詳細には、気体排出通路４１１に向かって）延びている。テーパ部４２２は、圧縮機径方向外側に向かって径が小さくなっており、テーパ部４２２の先端部は気体排出通路４１１に侵入している。

ここで、第１分離室４３１の径をＤ１、気体排出通路４１１の径をＤ２、円柱部４２１の径をＤ３とする。そして、本実施形態では、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３としている。

前述したように、混合流体導入通路４４の軸線は分離室４３の軸線と交差しないように設定されているため、混合流体導入通路４４から第１分離室４３１に流入した混合流体は、第１分離室４３１内で旋回流となる。この際、旋回流は旋回柱４２の周りを旋回し、確実な旋回流になるとともに、旋回が助長されてより強い旋回流になる。

そして、混合流体は、遠心力によりガス冷媒とオイル９に分離される。分離されたオイル９は、第１分離室４３１を形成する壁面に遠心力により押し付けられるとともに、分離室軸方向の速度成分を有するため、具体的には、気体排出通路４１１側に向かう速度成分を有するため、第１分離室４３１から第２分離室４３２側に移動し、第２分離室４３２に一端貯められる。

第２分離室４３２に一端貯められたオイル９は、油排出通路４５を通って間欠給油機構５０（図１参照）へ送られる。なお、間欠給油機構５０へ送られるオイル９の量は略一定であるのに対し、油分離器４０に流入するオイル９の量は圧縮機８（図１参照）の回転数等の影響で変動する。ここで、分離されたオイル９が貯められる第２分離室４３２の径は第１分離室４３１の径よりも大きくされていて、第２分離室４３２はオイル９を多く貯められるようになっている。したがって、第２分離室４３２は、油分離器４０に流入するオイル９の量の変動に対しバッファ機能を発揮し、気体排出通路４１１へのオイル９の流入を防止することができる。

一方、分離されたガス冷媒は、旋回柱４２の周りを旋回しつつ、気体排出通路４１１側に向かって進む。ここで、旋回柱４２と気体排出通路４１１は同軸であり、また、気体排出通路４１１の径Ｄ２は円柱部４２１の径Ｄ３よりも大きくなっている（すなわち、Ｄ２＞Ｄ３）。したがって、分離室軸方向に沿って見たときに、円柱部４２１の周りに気体排出通路４１１のドーナツ状の空間が存在する。そのドーナツ状の空間は分離されたガス冷媒の進行方向に位置しているため、分離されたガス冷媒は気体排出通路４１１にスムーズに流入する。また、旋回柱４２にテーパ状のテーパ部４２２を設け、そのテーパ部４２２の先端部を気体排出通路４１１に侵入させているため、分離されたガス冷媒が気体排出通路４１１に流入するまでガス冷媒の旋回状態が確実に維持されるとともに、分離されたガス冷媒は気体排出通路４１１にさらにスムーズに流入する。そして、分離されたガス冷媒は、気体排出通路４１１内を通って外部のシステム例えば熱交換器等へ圧送される。

なお、気体排出通路４１１の径Ｄ２が第１分離室４３１の径Ｄ１よりも大きい場合は、分離されたガス冷媒流れの流速が低下し、ひいては遠心力が小さくなるため、気体排出通路４１１の径Ｄ２は第１分離室４３１の径Ｄ１よりも小さい方が望ましい。また、気体排出通路４１１の径Ｄ２を極端に小さくすると、分離されたガス冷媒が気体排出通路４１１に連続的に流入できなくなるため、気体排出通路４１１の径Ｄ２は、第１分離室４３１の径Ｄ１の１／２程度以上が望ましい。すなわち、Ｄ１＞Ｄ２＞１／２・Ｄ１が望ましい。

ただし、気体排出通路４１１の径Ｄ２が、第１分離室４３１の径Ｄ１の１／２以下の場合は、Ｄ２＞Ｄ３として旋回柱４２の先端部を気体排出通路４１１に侵入させることにより、分離されたガス冷媒を気体排出通路４１１にスムーズに流入させることができる。

また、気体排出通路４１１における分離室４３側の開口部（すなわち、気体排出通路４１１におけるガス冷媒の入り口部）は、分離されたガス冷媒の流れと分離されたオイル９の流れが分岐する地点となる。ここで、分離されたオイル９が貯められる第２分離室４３２の径は第１分離室４３１の径よりも大きくされていて、気体排出通路４１１におけるガス冷媒の入り口部と第２分離室４３２に貯められたオイル９の位置との距離が長くなっている。したがって、気体排出通路４１１に流入するガス冷媒へのオイル９の巻き込みが抑制される。

次に、間欠給油機構５０に関して説明すると、その間欠給油機構５０は、図１に示すように、固定スクロール１２の一部分に設けられた固定側絞り５０１と、可動スクロール１１の一部分に設けられ可動側連通穴５０２ａすなわち旋回側穴５０２ａが形成された可動側連通部５０２とによって構成されている。そして、間欠給油機構５０は、固定側絞り５０１から可動側連通部５０２へと間欠的にオイル９を流す。

詳細に説明すると、固定側絞り５０１には、油分離器４０で分離されたガス冷媒の一部とオイル９とから成る二相流が流入する。そして、固定側絞り５０１には、その二相流が流入する絞り通路５０１ａが形成されており、その絞り通路５０１ａは、その二相流の流量を制限しつつ、油分離器４０からの二相流を、可動側連通穴５０２ａを介してケース３０内へ流す。すなわち、間欠給油機構５０は、油分離器４０からの二相流を絞ってケース３０内へ流す絞り部として機能する。

間欠給油機構５０において、高圧側になる固定側絞り５０１の絞り通路５０１ａと低圧側になる可動側連通穴５０２ａとが可動スクロール１１の公転運動により１回転に１度互いに連通する。間欠給油機構５０では、この絞り通路５０１ａと可動側連通穴５０２ａとの連通の際に、固定側絞り５０１の絞り通路５０１ａ前後の高低差圧と絞り通路５０１ａの穴径（すなわち、絞り径）に対応した通路断面積とにより定まる流量を噴出させる。

固定側絞り５０１はその軸方向にスライド可能であり、可動スクロール１１の可動側連通部５０２が配設された部位の端面と摺接するので、これにより、その端面と固定側絞り５０１との間からのオイル洩れが防止されている。

そして、間欠給油機構５０を通ったオイル９は、可動スクロール１１に形成されたロータ給油通路１１５を通って、可動スクロール１１のボス部１１３とシャフト２５の偏心部２５３との摺動部位、および各軸受部２７、２９の摺動部位２７ａ、２９ａを潤滑する。オイル９は、それらの部位を潤滑した後、シャフト２５の主給油通路２５ａなどからケース３０内へ排出されケース３０内の貯油部３０１へと落下する。

なお、間欠給油機構５０をオイル９が流れる際には高圧から低圧への減圧作用を伴うため、オイル９と共にオイル９内に含有される冷媒成分が気体となって発生するが、そのオイル９から気化した冷媒は吸上管６０の開放端６０ｂから吸引されることとなる。

次に、図１に示すブリードポート６０２にて吸上管６０に吸引されるオイル流量Ｑｓであるブリードポート流量Ｑｓと、間欠給油機構５０の通過可能オイル流量Ｑｄとの関係について述べる。圧縮機８外部のシステム側へのオイル流出、要するに圧縮機８の気体排出管４１からのオイル流出を防ぐためには、「Ｑｓ＜Ｑｄ」となる関係を満たす必要がある。

なぜなら、オイル９はブリードポート６０２で吸引され圧縮部１０を通過して油分離器４０へ流入しその油分離器４０で分離されるので、その油分離器４０で分離された分離後オイル流量Ｑｓ’はブリードポート流量Ｑｓより少なくとも小さい（Ｑｓ’＜Ｑｓ）。

そして、圧縮機８が「Ｑｓ＜Ｑｄ」の関係を保つ構成とされることにより、「Ｑｓ’＜Ｑｓ＜Ｑｄ」の関係が成立し、油分離器４０で分離されたオイルの全量が間欠給油機構５０を通過可能となるので、油分離器４０のオーバーフローに起因した圧縮機８外部へのオイル流出現象は発生しないからである。したがって、本実施形態では、「Ｑｓ＜Ｑｄ」となる関係が満たされるように設定して、圧縮機８外部へのオイル流出現象が発生しないようにしている。

以上説明したように、本実施形態によると、（ａ）オイル９が除去されたガス冷媒は、ターンせずに分離室４３の外部に排出されるため、一端分離したオイル９の再巻き込みを抑制することができる。したがって、オイル９の分離効率を高めることができる。

（ｂ）旋回柱４２を備えているため、混合流体導入通路４４から分離室４３に流入した混合流体の旋回流は、旋回が助長されてより強い旋回流になるとともに、分離したオイル９の流れとオイル９が除去されたガス冷媒の流れが分岐する地点まで、旋回角速度の低下ひいては遠心力の低下が抑制される。その結果、オイル９と冷媒をより確実に分離することができるとともに、一端分離したオイル９の再巻き込みを抑制することができる。したがって、オイル９の分離効率を高めることができる。

（ｃ）オイル９が貯められる第２分離室４３２の径は第１分離室４３１の径よりも大きいため、気体排出通路４１１におけるガス冷媒の入り口部と第２分離室４３２に貯められたオイル９の位置との距離が長くなり、気体排出通路４１１に流入するガス冷媒へのオイル９の巻き込みが抑制される。

（ｄ）オイル９が貯められる第２分離室４３２の径は第１分離室４３１の径よりも大きいため、第２分離室４３２は油分離器４０に流入するオイル９の量の変動に対しバッファ機能を発揮し、気体排出通路４１１へのオイル９の流入を防止することができる。

（ｅ）分離室軸方向に沿って見たときに、円柱部４２１の周りに気体排出通路４１１のドーナツ状の空間が存在する。そのドーナツ状の空間は分離されたガス冷媒の進行方向に位置しているため、分離されたガス冷媒は気体排出通路４１１にスムーズに流入する。

（ｆ）旋回柱４２の先端部を気体排出通路４１１に侵入させているため、分離されたガス冷媒が気体排出通路４１１に流入するまでガス冷媒の旋回状態が確実に維持されるとともに、分離されたガス冷媒は気体排出通路４１１にさらにスムーズに流入する。

（ｇ）分離室４３の軸線を水平にした場合、油分離器４０の上下方向寸法が短くなる。したがって、縦置きタイプの圧縮機８に対して、分離室４３の軸線が水平になるようにして油分離器４０を搭載した場合、圧縮機８の上下方向寸法を短くすることができる。

なお、上記実施形態においては、分離室４３を径が異なる第１分離室４３１と第２分離室４３２とにより構成したが、第１分離室４３１と第２分離室４３２の径が等しくてもよい。換言すると、分離室４３は、分離室軸方向の一端側（すなわち、混合流体の流入側）の径が分離室軸方向の他端側（すなわち、ガス冷媒の流出側）の径以下であればよい。

また、上記実施形態においては、分離室４３は、第１分離室４３１と第２分離室４３２が段階的に径拡大しているが、第１分離室４３１と第２分離室４３２はテーパ状に接続してもよい。また、分離室４３は、分離室軸方向の一端側から他端側に向かってテーパ状に径拡大しても良い。

また、上記実施形態においては、気体排出通路４１１の径Ｄ２を円柱部４２１の径Ｄ３よりも大きくしたが、気体排出通路４１１の径Ｄ２を円柱部４２１の径Ｄ３よりも小さくしてもよい。この場合でも、テーパ部４２２の先端部を気体排出通路４１１に侵入させることにより、分離されたガス冷媒を気体排出通路４１１にスムーズに流入させることができる。

また、上記実施形態では、油排出通路４５の軸線を分離室４３の軸線に対して直交させたが、油排出通路４５は、その軸線が分離室４３の軸線に対して垂直で且つ分離室４３の軸線と交差しないようにしてもよい。これにより、旋回しつつ第２分離室４３２側に移動したオイル９を、油排出通路４５にスムーズに流入させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態における油分離器４０の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図４に示すように、固定スクロール１２に気体排出通路４１１が形成されて、気体排出管４１が廃止されている。また、旋回柱４２は、テーパ部４２２が廃止され、円柱部４２１のみを備えている。

そして、このような構成においても、Ｄ１＞Ｄ２＞１／２・Ｄ１とし、さらに、Ｄ２＞Ｄ３とすることにより、分離されたガス冷媒を気体排出通路４１１にスムーズに流入させることができる。

なお、旋回柱４２の先端部と気体排出通路４１１における分離室４３側の開口端との距離ｄが長すぎる場合は、旋回柱４２の先端部から気体排出通路４１１における分離室４３側の開口端に至る間にガス冷媒の旋回流が乱れてしまうため、距離ｄは気体排出通路４１１の径Ｄ２よりも短い方が望ましい。すなわち、ｄ＜Ｄ２が望ましい。

本実施形態によると、第１実施形態の（ａ）〜（ｅ）および（ｇ）の効果を得ることができる。

また、気体排出管４１およびテーパ部４２２を廃止しているため、油分離器４０の分離室軸方向寸法を短くすることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態における油分離器４０の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５〜図７に示すように、気体排出管４１はケース３０の筒状部材３１と一体に形成されている。気体排出管４１は、旋回柱４２や分離室４３と同軸になっている。

気体排出通路４１１は、気体排出通路４１１における上流部位である上流気体排出通路４１１ａと、気体排出通路４１１における下流部位である下流気体排出通路４１１ｂとを備え、上流気体排出通路４１１ａでの気体の流れ方向と下流気体排出通路４１１ｂでの気体の流れ方向が異なるように構成されている。

より詳細には、上流気体排出通路４１１ａは、旋回柱４２や分離室４３と同軸方向に延びている。下流気体排出通路４１１ｂは、上流気体排出通路４１１ａの外周側に配置され、上流気体排出通路４１１ａの軸線に対して垂直で且つ上流気体排出通路４１１ａの軸線と交差しないように設定されている。

このようにすると、上流気体排出通路４１１ａを流れる気体は、下流気体排出通路４１１ｂの気体の流れにより、旋回が助長されてより強い旋回流になる。その結果、上流気体排出通路４１１ａのガス冷媒の入り口部において、ガス冷媒はその旋回状態が確実に維持されるとともにより強い旋回流となるため、ガス冷媒は上流気体排出通路４１１ａにスムーズに流入する。

なお、上流気体排出通路４１１ａと下流気体排出通路４１１ｂの関係は、混合流体導入通路４４から分離室４３に流入した混合流体の旋回流の向きと、上流気体排出通路４１１ａを流れる気体の旋回を助長する向きが、同じになるように設定されることは言うまでもない。

旋回柱４２は、テーパ部４２２が廃止され、円柱部４２１のみを備えている。また、旋回柱４２は、上流気体排出通路４１１ａ内に侵入しているとともに、上流気体排出通路４１１ａの最深部（すなわち、上流気体排出通路４１１ａの最下流部）まで延びている。これにより、ガス冷媒が上流気体排出通路４１１ａに流入するまでガス冷媒の旋回状態が確実に維持され、ガス冷媒は上流気体排出通路４１１ａにスムーズに流入する。
尚、円柱部は一定の径に限らず、分離室４３１や排出通路４１１に応じて径を変えることは問題無い。

本実施形態によると、第１実施形態の（ａ）〜（ｇ）の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、本発明をヒートポンプ式給湯機用圧縮機のの油分離器４０に適用したが、本発明は、例えば自動車のエンジン内で発生するブローバイガスからオイルを分離する油分離器にも適用することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１２ 固定スクロール（油分離器ケース）
３１ 筒状部材（油分離器ケース）
４１ 気体排出管（油分離器ケース）
４２ 旋回柱
４３ 分離室
４４ 混合流体導入通路
４５ 油排出通路
４１１ 気体排出通路

Claims (9)

1. 断面形状が円形の円柱状空間である分離室（４３）、オイルと気体が混合した混合流体を前記分離室に導く混合流体導入通路（４４）、前記分離室でオイルが除去された気体を前記分離室から排出させる気体排出通路（４１１）、および前記分離室で気体から分離されたオイルを前記分離室から排出させる油排出通路（４５）が形成された油分離器ケース（１２、３１、４１）と、
   前記分離室内に配置された円柱状の旋回柱（４２）とを備え、
   前記混合流体導入通路は、分離室軸方向の一端側で且つ前記分離室の外周側に配置され、当該混合流体導入通路から導入された混合流体が前記分離室内で旋回流となり、
   前記気体排出通路は、前記分離室における分離室軸方向の他端側に配置され、
   前記油排出通路は、前記混合流体導入通路よりも分離室軸方向の他端側で且つ前記分離室の外周側に配置され、
   前記分離室は、分離室軸方向の一端側の径が分離室軸方向の他端側の径以下であり、
   前記旋回柱は、前記分離室における分離室軸方向の一端側から前記気体排出通路に向かって延びていることを特徴とする油分離器。
2. 前記気体排出通路の径は、前記旋回柱の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の油分離器。
3. 前記旋回柱は、前記分離室における分離室軸方向の一端側から前記気体排出通路の内部まで延びていることを特徴とする請求項１または２に記載の油分離器。
4. 前記分離室は、分離室軸方向の一端側に配置された第１分離室（４３１）と、前記第１分離室よりも径が大で、且つ前記第１分離室よりも分離室軸方向の他端側に配置された第２分離室（４３２）とを備え、
   前記気体排出通路における前記分離室側の開口部は、前記第２分離室の内側に位置していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の油分離器。
5. 前記気体排出通路の径は、前記分離室軸方向の前記一端側の径よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の油分離器。
6. 前記気体排出通路は、当該気体排出通路における上流部位（４１１ａ）と下流部位（４１１ｂ）とで気体の流れ方向が異なるように構成され、
   前記気体排出通路における下流部位は、前記気体排出通路における上流部位を流れる気体の旋回流を助長するように、前記気体排出通路における上流部位の外周側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の油分離器。
7. 分離室軸方向が水平な状態で使用されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の油分離器。
8. 前記気体を吸入し圧縮して吐出する圧縮部（１０）と前記圧縮部を駆動する電動機部（２０）とを鉛直方向に配置した圧縮機（８）に適用されることを特徴とする請求項７に記載の油分離器。
9. 前記気体はＣＯ_２であり、前記圧縮機は前記ＣＯ_２を吸入し圧縮して吐出することを特徴とする請求項８に記載の油分離器。

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