JP6827554B2 - 油分離器およびそれを備えた空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、油分離器およびそれを備えた空気調和機に関し、特に、冷媒に含まれる油を分離する油分離器と、そのような油分離器を備えた空気調和機とに関する。

空気調和装置では、冷媒とともに圧縮機から吐出する油（冷凍機油）を、冷媒と分離して圧縮機に戻すために、油分離器が使用されている。圧縮機の信頼性を確保するとともに、冷凍サイクルの性能を向上させるため、油分離器には、冷媒から冷凍機油を効率的に分離させることが求められる。

従来、油分離器の一例として、サイクロン方式のオイルセパレータがある。この方式のオイルセパレータでは、遠心力を利用して冷凍機油をいかに効率よく分離させるかが重要とされる。さらに、オイルセパレータでは、一旦分離された冷凍機油が、冷媒によって巻き上げられて再び飛散してしまい、冷媒とともに流れてしまう現象を防止することが、冷凍機油を効率的に分離させるうえで重要とされる。

近年、油分離器の小型化が求められている。小型化された油分離器では、油分離器が小型化される分、冷凍機油が再び飛散した場合の影響が大きくなっていた。また、吐出する冷媒の流量が比較的多い場合にも、冷凍機油が再び飛散した場合の影響が大きくなってしまう。たとえば、特許文献１には、このような問題点を解消する油分離器が提案されている。

特開２００９−１７４８３６号公報

油分離器によって、冷媒から冷凍機油を分離させる方式では、油分離器が比較的小型である場合、または、油分離器に流入する冷媒の流量が大きい場合には、油分離器において分離された冷凍機油に対して、冷媒が接触する際の影響が大きくなる。このため、分離された冷凍機油が再び飛散して、冷媒とともに冷媒配管を流れてしまい、その結果、冷媒から冷凍機油を分離する効率が低下することになる。

本発明は、そのような問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、分離された冷凍機油が再飛散するのを抑制し、冷媒から冷凍機油を効率的に分離する油分離器を提供することであり、他の目的は、そのような油分離器を備えた空気調和機を提供することである。

本発明に係る一の油分離器は、冷媒に含まれる冷凍機油を冷媒と分離させる油分離器であって、分離容器と流入管と流出管と油溜め部と液体流路部と返油管とを備えている。分離容器は、分離室を成している。冷媒の流入管は、分離容器に連通する。冷媒の流出管は、分離容器に連通する。油溜め部は、分離容器に設けられ、冷凍機油を貯留する。溝を含む液体流路部は、分離容器内に設けられ、冷媒に含まれる冷凍機油を油溜め部に導く。返油管は、分離容器に取り付けられ、油溜め部に連通する。液体流路部では、溝は、上部に位置する部分から下部に位置する部分に向かって、溝の深さが徐々に深くなるように形成されている。

本発明に係る他の油分離器は、冷媒に含まれる冷凍機油を冷媒と分離させる油分離器であって、分離容器と流入管と流出管と旋回部と液体流路部と油溜め部と返油管とを備えている。分離容器は、分離室を成している。冷媒の流入管は、分離容器に連通する。冷媒の流出管は、分離容器に連通する。旋回部は、分離容器内に設けられ、流入管から送り込まれる冷媒の流れによって回転する翼を含む。液体流路部は、翼に設けられ、冷媒に含まれる冷凍機油を導く溝を含む。油溜め部は、分離容器に設けられ、冷凍機油を貯留する。返油管は、分離容器に取り付けられ、油溜め部に連通する。溝は、翼の壁面に、翼の回転中心側から翼の外周端へ向かって形成されている。

本発明に係る空気調和機は、上述した一の油分離器または他の油分離器を備えた空気調和機であって、圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁および蒸発器が、冷媒配管によってこの順に直列に接続されている。冷媒配管は、流入管および流出管を含む。流入管は、圧縮機の吐出側と油分離器との間を接続している。流出管は、油分離器と凝縮器との間を接続している。返油管は、油分離器と圧縮機の吸入側との間を接続している。

本発明に係る一の油分離器によれば、冷媒に含まれる冷凍機油が、上部に位置する部分から下部に位置する部分に向かって、溝の深さが徐々に深くなるように形成された溝に捕捉される。これにより、冷媒等による冷凍機油の再飛散を防ぐことができ、その結果、冷媒に含まれる冷凍機油の分離効率が上がるとともに、分離された冷凍機油を圧縮機へ戻すことができる。

本発明に係る他の油分離器によれば、冷媒等が翼を流れる際に、冷媒に含まれる冷凍機油が、翼に形成された溝に捕捉される。これにより、冷媒等による冷凍機油の再飛散を防ぐことができ、その結果、冷媒に含まれる冷凍機油の分離効率が上がるとともに、分離された冷凍機油を圧縮機へ戻すことができる。

本発明に係る空気調和機によれば、上述した一の油分離器または他の油分離器を適用することで、冷媒に含まれる冷凍機油の分離効率が上がるとともに、分離された冷凍機油を圧縮機へ戻すことができる。

各実施の形態に係る油分離器を適用した空気調和機の冷媒回路を示す図である。 実施の形態１に係る油分離器の上面図である。 同実施の形態において、油分離器の側面図である。 同実施の形態において、液体流路部を示す部分拡大断面斜視図である。 同実施の形態において、油分離器の動作を説明するための油分離器の上面図である。 同実施の形態において、油分離器の動作を説明するための油分離器の側面図である。 実施の形態２に係る油分離器の上面図である。 同実施の形態において、油分離器の側面図である。 同実施の形態において、液体流路部を示す部分拡大断面斜視図である。 同実施の形態において、油分離器の動作を説明するための油分離器の上面図である。 同実施の形態において、油分離器の動作を説明するための油分離器の側面図である。 実施の形態３の第１例に係る油分離器の断面図である。 同実施の形態において、第１例に係る油分離器の旋回部を示す拡大斜視図である。 同実施の形態において、第１例に係る油分離器の動作を説明するための油分離器の断面図である。 同実施の形態において、第１例に係る油分離器の動作を説明するための旋回部を示す拡大斜視図である。 同実施の形態において、第２例に係る油分離器の旋回部を示す拡大斜視図である。 同実施の形態において、第２例に係る油分離器の旋回部を示す拡大上面図である。 同実施の形態において、第２例に係る油分離器の動作を説明するための旋回部を示す拡大斜視図である。 同実施の形態において、第２例に係る油分離器の動作を説明するための旋回部を示す上面図である。 同実施の形態において、第３例に係る油分離器の旋回部を示す拡大斜視図である。 同実施の形態において、図２０に示す断面線ＸＸＩ−ＸＸＩにおける第１の部分拡大断面図である。 同実施の形態において、図２０に示す断面線ＸＸＩ−ＸＸＩにおける第２の部分拡大断面図である。 同実施の形態において、第３例に係る油分離器の動作を説明するための旋回部を示す拡大斜視図である。 同実施の形態において、第３例に係る油分離器の動作を説明するための第１の部分拡大断面図である。 同実施の形態において、第３例に係る油分離器の動作を説明するための第２の部分拡大断面図である。 同実施の形態において、第４例に係る油分離器の旋回部を示す拡大斜視図である。 同実施の形態において、図２６に示す断面線ＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩにおける部分拡大断面図である。 同実施の形態において、図２６に示す断面線ＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩにおける部分拡大断面図である。 同実施の形態において、図２６に示す断面線ＸＸＩＸ−ＸＸＩＸにおける部分拡大断面図である。 同実施の形態において、第４例に係る油分離器の動作を説明するための旋回部を示す拡大斜視図である。 同実施の形態において、第４例に係る油分離器の動作を説明するための図２７に対応する部分拡大断面図である。 同実施の形態において、第４例に係る油分離器の動作を説明するための図２８に対応する部分拡大断面図である。 同実施の形態において、第４例に係る油分離器の動作を説明するための図２９に対応する部分拡大断面図である。 実施の形態４に係る油分離器の上面図である。 同実施の形態において、油分離器の側面図である。 同実施の形態において、油分離器の動作を説明するための油分離器の上面図である。 同実施の形態において、油分離器の動作を説明するための油分離器の側面図である。

はじめに、油分離器が適用される空気調和機の一例について説明する。図１に示すように、空気調和機１では、圧縮機３、油分離器５、凝縮器７、膨張弁９および蒸発器１１が、冷媒配管１３によって順次接続された冷媒回路が形成されている。圧縮機３によって圧縮された冷媒は、高温高圧のガス冷媒となって圧縮機３から吐出する。吐出した高温高圧のガス冷媒は、油分離器５を経て凝縮器７へ送られる。凝縮器７では、流れ込んだ冷媒と凝縮器７内に送り込まれた空気との間で熱交換が行われる。熱交換により、高温高圧のガス冷媒は凝縮し、高圧の液冷媒になる。

凝縮器７から送り出された高圧の液冷媒は、膨張弁９によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒になる。二相状態の冷媒は、蒸発器１１に流れ込む。蒸発器１１では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、蒸発器１１内に送り込まれた空気との間で熱交換が行われる。熱交換により、液冷媒は蒸発し、低圧のガス冷媒になる。

蒸発器１１から送り出された低圧のガス冷媒は圧縮機３に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。高温高圧のガス冷媒は、再び圧縮機３から吐出し、油分離器５を経て凝縮器７へ送られる。以下、このサイクルが繰り返されることになる。

空気調和機１では、圧縮機３から吐出した冷媒に含まれる冷凍機油が、油分離器５において冷媒と分離される。分離された冷凍機油は、返油管１９を流れて圧縮機３の吸入側へ戻されることになる。

次に、空気調和機１に使用されている油分離器５の具体的な構造について、各実施の形態において説明する。

実施の形態１．
実施の形態１に係る油分離器５について説明する。図２および図３に示すように、油分離器５は、分離室５５をなす分離容器５６を備えている。分離容器５６は、生産性を考慮して、ほぼ円柱状の形状とされる。分離容器５６の側面部に、冷媒配管１３の一部として、流入管１５が取り付けられている。流入管１５は、分離容器５６の側面部の接線方向とほぼ直交する向きに取り付けられている。流入管１５は、圧縮機３の吐出側と油分離器５（分離容器５６）とを接続している。

分離容器５６の上面部に、冷媒配管１３の一部として、流出管１７が取り付けられている。流出管１７は、油分離器５（分離容器５６）と凝縮器７との間を接続している。分離容器５６の下部に、油溜め部６１が設けられている。分離容器５６の下面部に、返油管１９が取り付けられている。返油管１９は、油溜め部６１と圧縮機３の吸入側との間を接続している。

図４に示すように、分離容器５６の内壁面には、冷凍機油の流路となる液体流路部５７が設けられている。液体流路部５７は、流入管１５の吐出口と対向する領域を含むように配置されている。液体流路部５７には、溝５７ａが設けられている。ここでは、溝５７ａは、油溜め部６１に向かって重力の方向に沿って配置されている。図４の下側の部分図に示すように、溝５７ａは、溝５７ａの深さＤが上部から下部へ向かって徐々に深くなるように形成されている。すなわち、溝５７ａは、冷凍機油の流れの上流側から下流側へ向かって徐々に深くなるように形成されている。

次に、上述した油分離器５によって、冷媒に含まれる冷凍機油を分離する動作について説明する。図５および図６に示すように、空気調和機１の動作によって、圧縮機３から吐出した高温高圧の冷媒が、流入管１５を経て油分離器５に流れ込む。冷媒には、圧縮機３の冷凍機油が含まれている。冷凍機油を含んだ冷媒は、流入管１５から分離容器５６内に吐出し、冷媒に含まれる冷凍機油が、液体流路部５７の溝５７ａに捕捉されて、冷媒と冷凍機油とが分離される。冷凍機油と分離された冷媒は、矢印に示すように、流出管１７を流れて、凝縮器７（図１参照）へ送り込まれる。

一方、溝５７ａに捕捉された冷凍機油は、重力によって、矢印に示すように、溝５７ａを流れて油溜め部６１へ送り込まれる。油溜め部６１に溜まった冷凍機油１００は、返油管１９に流れ込む。図１に示すように、返油管１９を流れた冷凍機油は、圧縮機３の吸入側へ送り込まれる。こうして、冷媒とともに吐出した冷凍機油が圧縮機３へ戻される。以下、空気調和機１が動作をしている際には、この動作が繰り返されることになる。

上述した空気調和機１の油分離器５では、冷媒に含まれる冷凍機油を捕捉する液体流路部５７の溝５７ａが、油溜め部６１に向かって重力に沿って配置されている。しかも、溝５７ａは、溝５７ａの上部から下部へ向かって徐々に深くなるように形成されている。

このため、溝５７ａの上部から下部に向かうにしたがい、冷凍機油と溝５７ａとの接触面積が増加することになる。このことは、溝５７ａの上部から下部に向かうにしたがって、接触面積と表面張力との積で表される界面エネルギが、負の向きへ徐々に大きくなることを意味する。すなわち、界面エネルギが低くなることを意味する。

これにより、冷凍機油は、重力の作用とともに、界面エネルギがより低くなる溝５７ａの下部へ向かって、溝５７ａを積極的に流れて、油溜め部６１に導かれることになる。冷凍機油が溝５７ａを積極的に流れることで、溝５７ａ内に冷凍機油が留まるのを抑制することができ、流入管１５から吐出する冷媒によって、冷凍機油が再飛散するのを防ぐことができる。その結果、冷媒に含まれる冷凍機油の分離効率が上がるとともに、分離された冷凍機油を圧縮機へ戻すことができる。

なお、冷凍機油を溝５７ａに確実に捕捉するために、流入管１５の吐出口の位置と、液体流路部５７における溝５７ａの開始位置とは、同じ高さであることが望ましい。また、液体流路部５７の形成範囲としては、流入管１５の吐出口と対向する分離容器５６の側壁面において、少なくとも、流入管１５の半径に相当する長さの円周部分に形成されていればよい。冷凍機油の再飛散を確実に抑制するために、液体流路部５７が分離容器５６の内壁面の全周にわたって形成されていてもよい。

さらに、溝５７ａに捕捉された冷凍機油を油溜め部６１に効率よく導くために、液体流路部５７に形成される溝５７ａとしては、重力の方向に形成されていることが望ましいが、冷媒が吹き付けることによって、冷凍機油が再飛散が発生しない程度に、重力の方向から多少傾斜していてもよい。また、冷凍機油を効率的に返油管１９に送り込むために、返油管１９を液体流路部５７の直下に配置してもよい。

実施の形態２．
実施の形態２に係る油分離器５について説明する。図７および図８に示すように、油分離器５は、分離室５５をなす、ほぼ円柱形状の分離容器５６を備えている。分離容器５６の側面部に、冷媒配管１３の一部として、流入管１５が取り付けられている。流入管１５は、分離容器５６の側面部の接線方向にほぼ沿うように取り付けられている。

図９に示すように、分離容器５６の内壁面には、液体流路部５７が設けられている。液体流路部５７には、分離容器５６の内壁面に沿って、油溜め部６１に向かってスパイラル状に延在する溝５７ａが形成されている。スパイラル状の溝５７ａは、上部から下部へ向かって溝５７ａの深さＤが徐々に深くなるように形成されている。すなわち、スパイラル状の溝５７ａは、冷凍機油の流れの上流側から下流側へ向かって徐々に深くなるように形成されている。

なお、これ以外の構成については、図２および図３等に示す分離容器５６の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

次に、上述した油分離器５によって、冷媒に含まれる冷凍機油を分離する動作について説明する。図１０および図１１に示すように、空気調和機１の動作によって、圧縮機３から吐出した高温高圧の冷媒が、流入管１５を経て油分離器５に流れ込む。このとき、流入管１５が、分離容器５６の側面部の接線方向にほぼ沿うように取り付けられていることで、冷凍機油を含んだ冷媒は、遠心力を受けて分離容器５６の内壁面に沿って流れながら、冷媒に含まれている冷凍機油が、液体流路部５７の溝５７ａに捕捉されて、冷媒と冷凍機油とが分離される。冷凍機油と分離された冷媒は、矢印に示すように、流出管１７を流れて、凝縮器７（図１参照）へ送り込まれる。

一方、溝５７ａに捕捉された冷凍機油は、矢印に示すように、流入管１５から吐出する冷媒等の流れを受けて、スパイラル状に延在する溝５７ａを油溜め部６１へ向かって流れる。油溜め部６１に溜まった冷凍機油１００は、返油管１９に流れ込む。図１に示すように、返油管１９を流れた冷凍機油は、圧縮機３の吸入側へ送り込まれる。こうして、冷媒とともに吐出した冷凍機油が圧縮機３へ戻される。以下、空気調和機１が動作をしている際には、この動作が繰り返されることになる。

上述した空気調和機１の油分離器５では、流入管１５が、分離容器５６の側面部の接線方向にほぼ沿うように取り付けられている。また、溝５７ａは、分離容器５６の内壁面に沿って流れようとする冷媒等の流れに沿うように、スパイラル状に形成されている。

このため、分離容器５６の内壁面に沿って流れる冷凍機油を含んだ冷媒には、遠心力が作用し、特に、冷凍機油が、液体流路部５７の溝５７ａに捕捉されやすくなる。また、溝５７ａに捕捉された冷凍機油の流れに対して、流入管１５から吐出する冷媒等の流れが、その冷凍機油の流れを促進させるように作用する。

さらに、溝５７ａの上部から下部へ向かって、溝５７ａの深さが徐々に深くなるように形成されていることで、前述したのと同様に、冷凍機油は、界面エネルギがより低くなる溝５７ａの下部へ向かって、溝５７ａを積極的に流れやすくなる。

これにより、溝５７ａに捕捉された冷凍機油は、溝５７ａの上部に留まることなく、また、流入管１５から送り込まれる冷媒等によって再飛散することなく、下部の油溜め部６１へ向かってスパイラル状に延在する溝５７ａを流れることになる。その結果、冷媒に含まれる冷凍機油の分離効率が上がるとともに、分離された冷凍機油を圧縮機３へ確実に戻すことができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る油分離器５について説明する。

（第１例）
まず、第１例について説明する。図１２に示すように、油分離器５は、分離室５５をなす分離容器５６を備えている。分離容器５６の上部には、旋回部５９が設けられている。旋回部５９には、冷媒配管１３の一部として、流入管１５が取り付けられている。分離容器５６の下部には、油溜め部６１が設けられている。油溜め部６１には、返油管１９が取り付けられている。

次に、旋回部５９について説明する。図１３に示すように、旋回部５９は、冷媒等の流れによって回転する翼６３を備えている。翼６３の翼壁面６５には、液体流路部５７が設けられている。液体流路部５７には、溝５７ａが形成されている。溝５７ａは、翼６３の回転中心側の部分から外周端に向かって、翼に生じる流れに沿って形成されている。

次に、上述した油分離器５によって、冷媒に含まれる冷凍機油を分離する動作について説明する。図１４に示すように、空気調和機１の動作によって、圧縮機３から吐出した高温高圧の冷媒が、流入管１５を経て油分離器５に流れ込む。このとき、図１５に示すように、矢印に示す冷媒の流れによって、旋回部５９の翼６３が回転する。

旋回部５９を通過する際に、冷媒に含まれる冷凍機油１００が、翼６３の翼壁面６５に衝突し、翼６３に生じている流れに沿って形成された溝５７ａに捕捉されて、冷媒と冷凍機油とが分離される。冷凍機油と分離された冷媒は、矢印に示すように、流出管１７を流れて、凝縮器７（図１参照）へ送り込まれる。

一方、溝５７ａに捕捉された冷凍機油１００は、遠心力と重力とによって溝５７ａを流れて、翼６３の外周端に達する。翼６３の外周端に到達した冷凍機油は、遠心力によって分離容器５６内壁面に衝突し、その内壁面を油溜め部６１に向かって流れる。

油溜め部６１に溜まった冷凍機油１００は、返油管１９に流れ込む。図１に示すように、返油管１９を流れた冷凍機油は、圧縮機３の吸入側へ送り込まれる。こうして、冷媒とともに吐出した冷凍機油が圧縮機３へ戻される。以下、空気調和機１が動作をしている際には、この動作が繰り返されることになる。

上述した空気調和機１の油分離器５では、旋回部５９が設けられ、その旋回部５９には、冷媒等の流れによって回転する翼６３が配置されている。その翼６３の翼壁面６５には、翼６３に生じている流れに沿って溝５７ａが形成されている。このため、冷媒等が翼６３の翼壁面６５を流れる際に、冷媒に含まれる冷凍機油が溝５７ａに捕捉されやすくなる。溝５７ａに捕捉された冷凍機油は、遠心力と重力とによって、翼６３の回転中心側に位置する溝５７ａの部分に留まることなく、翼６３の外周端に向かって流れ、その後、分離容器５６の内壁面に衝突して、油溜め部６１に流れ込むことになる。

これにより、流入管１５から送り込まれる冷媒等によって、冷凍機油が再飛散をして流出管１７に流れ込むことが抑制されて、冷凍機油を確実に油溜め部６１に導くことができる。その結果、冷媒に含まれる冷凍機油の分離効率が上がるとともに、分離された冷凍機油を圧縮機３へ確実に戻すことができる。

（第２例）
次に、第２例について説明する。図１６および図１７に示すように、旋回部５９は、冷媒等の流れによって回転する翼６３を備えている。翼６３の翼壁面６５には、液体流路部５７が設けられている。液体流路部５７には、翼６３の回転中心から外周端に向かって、溝５７ａが形成されている。なお、これ以外の構成については、第１例に係る旋回部５９と同様である。

次に、上述した油分離器５によって、冷媒に含まれる冷凍機油を分離する動作について説明する。空気調和機１の動作によって、圧縮機３から吐出した高温高圧の冷媒が、流入管１５を経て油分離器５に流れ込む（図１４参照）。図１８に示すように、油分離器５内では、矢印に示す冷媒等の流れによって、旋回部５９の翼６３が回転する。

旋回部５９を通過する際に、冷媒に含まれる冷凍機油が、翼６３の翼壁面６５に衝突する。翼６３に衝突した冷凍機油においては、翼６３の外周部分に衝突した冷凍機油に作用する遠心力に比べて、翼６３の回転中心とその周辺部分に衝突した冷凍機油に作用する遠心力が小さい。このため、図１９に示すように、翼６３の回転中心とその周辺部分に衝突した冷凍機油１００は、翼壁面６５に留まりやすい傾向がある。

上述した油分離器５では、翼壁面６５に、翼６３の回転中心から外周部分に向かって、翼６３に生じる流れに沿って溝５７ａが形成されている。このため、作用する遠心力が相対的に小さい、翼の回転中心とその周辺部分に衝突した冷凍機油１００が、溝５７ａに捕捉されて、翼壁面６５の回転中心とその周辺部分に留まることなく、翼６３の外周端に向かって溝５７ａを流れる。

翼６３の外周端に到達した冷凍機油は、遠心力等によって分離容器５６内壁面に衝突し、その内壁面を油溜め部６１に向かって流れる。油溜め部６１に溜まった冷凍機油１００は、返油管１９を流れて圧縮機３の吸入側へ送り込まれる。こうして、冷媒とともに吐出した冷凍機油が圧縮機３へ戻される（図１参照）。以下、空気調和機１が動作をしている際には、この動作が繰り返されることになる。

上述した空気調和機１の油分離器５では、翼壁面６５に、翼６３の回転中心から外周端に向かって、翼６３に生じる流れに沿って溝５７ａが形成されている。このため、作用する遠心力が相対的に小さい、翼６３の回転中心とその周辺部分に衝突した冷凍機油１００が、溝５７ａに捕捉される。捕捉された冷凍機油は、遠心力と重力とによって、翼壁面６５の回転中心とその周辺部分に留まることなく、翼６３の外周端に向かって流れ、その後、分離容器５６の内壁面に衝突して、油溜め部６１に流れ込むことになる。

これにより、流入管１５から送り込まれる冷媒等によって、冷凍機油が再飛散をして流出管１７に流れ込むことが抑制されて、冷凍機油を確実に油溜め部６１に導くことができる。その結果、冷媒に含まれる冷凍機油の分離効率が上がるとともに、分離された冷凍機油を圧縮機３へ確実に戻すことができる。

（第３例）
次に、第３例について説明する。図２０に示すように、旋回部５９は、冷媒等の流れによって回転する翼６３を備えている。翼６３の翼壁面６５には、液体流路部５７が設けられている。液体流路部５７には、翼６３の回転中心から外周端に向かって、複数の溝５７ａが形成されている。

たとえば、一の溝５７ａと他の溝５７ａとは、距離Ｌを隔てられている。溝５７ａの断面形状としては、たとえば、図２１に示すように、幅Ｗ、深さＤを有する矩形状であってもよい。また、たとえば、図２２に示すように、Ｖ字型であってもよい。これ以外の構成については、第２例に係る旋回部５９と同様である。なお、溝５７ａの断面形状としては、他の実施の形態に係る油分離器５にも適用が可能である。

次に、上述した油分離器５による冷媒に含まれる冷凍機油を分離する動作は、第２例に係る油分離器５の場合と実質的に同じである。図２３に示すように、油分離器５内では、矢印に示す冷媒等の流れによって、旋回部５９の翼６３が回転する。作用する遠心力が相対的に小さい、翼の回転中心とその周辺部分に衝突した冷凍機油１００が、溝５７ａに捕捉される。図２４または図２５に示すように、捕捉された冷凍機油１００は、翼壁面６５の回転中心側の部分に留まることなく、翼６３の外周端に向かって溝５７ａを流れる。

翼６３の外周端に到達した冷凍機油は、遠心力等によって分離容器５６の内壁面に衝突し、油溜め部６１に流れ込んだ後、返油管１９を流れて圧縮機３の吸入側へ送り込まれる。こうして、冷媒とともに吐出した冷凍機油が圧縮機３へ戻される（図１参照）。以下、空気調和機１が動作をしている際には、この動作が繰り返されることになる。

上述した空気調和機１の油分離器５では、翼壁面６５に、翼６３の回転中心から外周端に向かって、翼６３に生じる流れに沿って溝５７ａが形成されている。このため、作用する遠心力が相対的に小さい、翼６３の回転中心とその周辺部分に衝突した冷凍機油１００が、溝５７ａに捕捉される。

しかも、そのような溝５７ａが複数形成されていることで、翼壁面６５において、流入管１５から送り込まれる冷媒に晒される冷凍機油の面積を少なくすることができる。捕捉された冷凍機油は、遠心力と重力とによって、翼壁面６５の回転中心側の部分に留まることなく、翼６３の外周端に向かって流れ、その後、分離容器５６の内壁面に衝突して、油溜め部６１に流れ込むことになる。

これにより、流入管１５から送り込まれる冷媒等によって、冷凍機油が再飛散をして流出管１７に流れ込むことが抑制されて、冷凍機油を確実に油溜め部６１に導くことができる。その結果、冷媒に含まれる冷凍機油の分離効率が上がるとともに、分離された冷凍機油を圧縮機３へ確実に戻すことができる。

（第４例）
次に、第４例について説明する。図２６に示すように、旋回部５９は、冷媒等の流れによって回転する翼６３を備えている。翼６３の翼壁面６５には、液体流路部５７が設けられている。液体流路部５７には、翼６３の回転中心から外周端に向かって、溝５７ａが形成されている。図２７、図２８および図２９に示すように、溝５７ａは、回転中心の部分から外周端に向かって、深さが徐々に深くなるように形成されている。これ以外の構成については、第２例に係る旋回部５９と同様である。

次に、上述した油分離器５による冷媒に含まれる冷凍機油を分離する動作は、第２例に係る油分離器５の場合と実質的に同じである。図３０に示すように、油分離器５内では、矢印に示す冷媒等の流れによって、旋回部５９の翼６３が回転する。作用する遠心力が相対的に小さい、翼の回転中心とその周辺部分に衝突した冷凍機油が、溝５７ａに捕捉される。図３１、図３２および図３３に示すように、捕捉された冷凍機油は、翼壁面６５の回転中心側の部分に留まることなく、翼６３の外周端に向かって溝５７ａを流れる。

翼６３の外周端に到達した冷凍機油は、遠心力等によって分離容器５６の内壁面に衝突し、油溜め部６１に流れ込んだ後、返油管１９を流れて圧縮機３の吸入側へ送り込まれる。こうして、冷媒とともに吐出した冷凍機油が圧縮機３へ戻される（図１参照）。以下、空気調和機１が動作をしている際には、この動作が繰り返されることになる。

上述した空気調和機１の油分離器５では、翼壁面６５に、翼６３の回転中心から外周端に向かって、翼６３に生じる流れに沿って溝５７ａが形成されている。このため、作用する遠心力が相対的に小さい、翼６３の回転中心とその周辺部分に衝突した冷凍機油１００が、溝５７ａに捕捉される。

しかも、溝５７ａは、回転中心から外周端に向かって、深さが徐々に深くなるように形成されている。このため、冷凍機油は、界面エネルギがより低くなる翼６３の外周端の溝５７ａへ向かって、溝５７ａを積極的に流れやすくなる。さらに、冷凍機油は、遠心力と重力とによって、翼壁面６５の回転中心側の部分に留まることなく、翼６３の外周端に向かって流れ、その後、分離容器５６の内壁面に衝突して、油溜め部６１に流れ込むことになる。

これにより、流入管１５から送り込まれる冷媒等によって、冷凍機油が再飛散をして流出管１７に流れ込むことが抑制されて、冷凍機油を確実に油溜め部６１に導くことができる。その結果、冷媒に含まれる冷凍機油の分離効率が上がるとともに、分離された冷凍機油を圧縮機３へ確実に戻すことができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る油分離器５について説明する。図３４および図３５に示すように、油分離器５は、分離室５５をなす、ほぼ円柱形状の分離容器５６を備えている。分離容器５６の側面部に、冷媒配管１３の一部として、流入管１５が取り付けられている。流入管１５は、分離容器５６の側面部の接線方向にほぼ沿うように取り付けられている。

流入管１５として、たとえば、Ｌ字型に屈曲したＬ字管が用いられている。流入管１５の内壁面のうち、外周側に位置する内壁面の部分には、液体流路部５８が設けられている。液体流路部５８には、流入管１５が延在する方向に沿って溝５８ａが形成されている。なお、これ以外の構成については、図７、図８および図９に示す油分離器５の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

次に、上述した油分離器５によって、冷媒に含まれる冷凍機油を分離する動作について説明する。図３６および図３７に示すように、空気調和機１の動作によって、圧縮機３から吐出した高温高圧の冷媒が、流入管１５を経て油分離器５に流れ込む。このとき、まず、Ｌ字管を適用した流入管１５では、外周側に位置する内壁面の部分には、液体流路部５８が設けられている。液体流路部５８には、流入管１５が延在する方向に沿って溝５８ａが形成されている。このため、冷媒に含まれる冷凍機油は、Ｌ字型の流入管１５を流れる際に作用する遠心力によって溝５８ａに容易に捕捉されて、流入管１５の吐出口にまで導かれる。

また、流入管１５は、溝５８ａが形成されている側が、分離容器５６の側面部の接線方向にほぼ沿うように、分離容器５６に取り付けられている。さらに、分離容器５６に内壁面には、油溜め部６１に向かってスパイラル状に延在する溝５７ａが形成されている。このため、流入管１５から吐出した冷凍機油は、液体流路部５７の溝５７ａに容易に捕捉される。

溝５７ａに捕捉された冷凍機油は、流入管１５から吐出する冷媒等の流れを受けて、スパイラル状に延在する溝５７ａを流れて、油溜め部６１へ導かれる。油溜め部６１に溜まった冷凍機油１００は、返油管１９を経て圧縮機３の吸入側へ送り込まれる。こうして、冷媒とともに吐出した冷凍機油が圧縮機３へ戻される。以下、空気調和機１が動作をしている際には、この動作が繰り返されることになる。

上述した空気調和機１の油分離器５では、冷媒に含まれる冷凍機油は、Ｌ字型の流入管１５を流れる際に作用する遠心力によって溝５８ａに容易に捕捉されて、流入管１５の吐出口にまで導かれる。これにより、流入管１５内に滞留する冷凍機油の量のばらつきが抑制されて、流入管１５の内壁面に形成される冷凍機油の厚さが薄くなり、冷媒の流速が小さくなった場合に、流入管１５を流れる冷媒によって、冷凍機油が再飛散するのを抑制することができる。

また、流入管１５は、溝５８ａが形成されている側が、分離容器５６の側面部の接線方向にほぼ沿うように、分離容器５６に取り付けられている。これにより、溝５８ａに捕捉された冷凍機油が、液体流路部５７の溝５７ａに容易に捕捉されて、油溜め部６１にまで導かれる。これらの結果、流入管１５内と分離容器５６内との双方において、冷凍機油が留まることが抑制されて、冷凍機油の再飛散をさらに効果的に抑制することができる。

なお、上述した油分離器５では、流入管１５としてＬ字型の流入管１５を適用した。流入管１５としてはＬ字型に限られるものではなく、必要に応じて、たとえば、Ｕ字型に屈曲したＵ字管を適用してもよい。

また、上述した油分離器５では、Ｌ字型の流入管１５を実施の形態２において説明した油分離器５に適用した場合について説明した。油分離器５としては、この他に、たとえば、実施の形態３において説明した油分離器５（図１２および図１３参照）に、Ｌ字型またはＵ字型の流入管１５を適用してもよい。

この場合には、流入管１５の内壁面に形成された溝５８ａに捕捉された冷凍機油が、流入管１５の吐出口から吐出することで、冷凍機油は、主として、回転する翼６３の外周部分に衝突して溝５７ａに捕捉される。このため、実施の形態３において説明した油分離器５と比べて、翼６３の回転中心側の部分に衝突して溝５７ａに捕捉される冷凍機油の量は少なくなる。

翼６３の外周部分に衝突して溝５７ａに捕捉された冷凍機油１００には、相対的に大きい遠心力が作用して、溝５７ａを流れることになる。溝５７ａを流れた冷凍機油は、分離容器５６内壁面に衝突して、油溜め部６１に送り込まれることになる。これにより、溝５７ａに捕捉された冷凍機油は、溝５７ａに留まることなく溝５７ａを流れて、流入管１５から送り込まれる冷媒等によって、冷凍機油が再飛散するのを効果的に抑制することができる。

なお、各実施の形態において説明した油分離器については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。

今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、油分離器を備えた空気調和機に有効に利用される。

１ 空気調和機、３ 圧縮機、５ 油分離器、７ 凝縮器、９ 膨張弁、１１ 蒸発器、１３ 冷媒配管、１５ 流入管、１７ 流出管、１９ 返油管、５５ 分離室、５６ 分離容器、５７、５８ 液体流路部、５９ 旋回部、６１ 油溜め部、６３ 翼、６５ 翼壁面、１００ 冷凍機油。

Claims (13)

1. 冷媒に含まれる冷凍機油を前記冷媒と分離させる油分離器であって、
   分離室を成す分離容器と、
   前記分離容器に連通する前記冷媒の流入管と、
   前記分離容器に連通する前記冷媒の流出管と、
   前記分離容器に設けられ、前記冷凍機油を貯留する油溜め部と、
   前記分離容器内に設けられ、前記冷媒に含まれる前記冷凍機油を前記油溜め部に導く、溝を含む液体流路部と、
   前記分離容器に取り付けられ、前記油溜め部に連通する返油管と
   を備え、
   前記液体流路部では、前記溝は、上部に位置する部分から下部に位置する部分に向かって、前記溝の深さが徐々に深くなるように形成された、油分離器。
2. 前記液体流路部は、前記分離容器の内壁面に配置され、
   前記溝は、前記油溜め部に向かって重力の向きに沿って配置された、請求項１記載の油分離器。
3. 前記液体流路部は、前記分離容器の内壁面に配置され、
   前記溝は、前記油溜め部に向かって前記内壁面に沿ってスパイラル状に配置された、請求項１記載の油分離器。
4. 前記流入管は、屈曲部分を含み、
   前記屈曲部分の外周側の内壁面には、他の溝を含む他の液体流路部が形成された、請求項１記載の油分離器。
5. 前記流入管は、Ｌ字管およびＵ字管のいずれかを含む、請求項４記載の油分離器。
6. 前記溝の断面形状はＶ字型および矩形状のいずれかを含む、請求項１記載の油分離器。
7. 冷媒に含まれる冷凍機油を前記冷媒と分離させる油分離器であって、
   分離室を成す分離容器と、
   前記分離容器に連通する前記冷媒の流入管と、
   前記分離容器に連通する前記冷媒の流出管と、
   前記分離容器内に設けられ、前記流入管から送り込まれる前記冷媒の流れによって回転する翼を含む旋回部と、
   前記翼に設けられ、前記冷媒に含まれる前記冷凍機油を導く溝を含む液体流路部と、
   前記分離容器に設けられ、前記冷凍機油を貯留する油溜め部と、
   前記分離容器に取り付けられ、前記油溜め部に連通する返油管と
   を備え、
   前記溝は、前記翼の壁面に、前記翼の回転中心側から前記翼の外周端へ向かって形成された、油分離器。
8. 前記溝は、前記壁面に互いに間隔を隔てて複数形成された、請求項７記載の油分離器。
9. 前記溝は、前記翼の回転中心側から前記翼の外周端へ向かって徐々に深くなるように形成された、請求項７記載の油分離器。
10. 前記流入管は、屈曲部分を含み、
    前記屈曲部分の外周側の内壁面には、他の溝を含む他の液体流路部が形成された、請求項７記載の油分離器。
11. 前記流入管は、Ｌ字管およびＵ字管のいずれかを含む、請求項１０記載の油分離器。
12. 前記溝の断面形状はＶ字型および矩形状のいずれかを含む、請求項７記載の油分離器。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の油分離器を備えた空気調和機であって、
    圧縮機、前記油分離器、凝縮器、膨張弁および蒸発器が、冷媒配管によってこの順に直列に接続され、
    前記冷媒配管は、前記流入管および前記流出管を含み、
    前記流入管は、前記圧縮機の吐出側と前記油分離器との間を接続し、
    前記流出管は、前記油分離器と前記凝縮器との間を接続し、
    前記返油管は、前記油分離器と前記圧縮機の吸入側との間を接続する、空気調和機。

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