油分離器和制造油分離器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及從含有冷凍機(jī)油的制冷劑分離冷凍機(jī)油的油分離器、以及制造該油分離器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，冷凍機(jī)油用于空氣調(diào)節(jié)裝置等所使用的壓縮機(jī)的潤滑。該冷凍機(jī)油與制冷劑一起在制冷劑的循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。然后，從壓縮機(jī)的吸入側(cè)吸入的冷凍機(jī)油被供給至壓縮機(jī)內(nèi)部的各滑動(dòng)部，用于各滑動(dòng)部的潤滑。不僅如此，冷凍機(jī)油也被供給至工作室，通過密封工作室內(nèi)的間隙而用于防止汽化的制冷劑的泄露。
[0003]在上述循環(huán)系統(tǒng)中，在從壓縮機(jī)排出的制冷劑含有大量的冷凍機(jī)油的情況下，冷凍機(jī)油容易附著于熱交換器的傳熱管的內(nèi)壁面。然后，附著于傳熱管的內(nèi)壁面的冷凍機(jī)油阻礙傳熱管的傳熱，使熱交換器的傳熱效率惡化。為了避免這樣的事態(tài)，在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置油分離器。油分離器從自壓縮機(jī)排出的制冷劑分離冷凍機(jī)油，并將該冷凍機(jī)油送回到壓縮機(jī)的吸入側(cè)。
[0004]從壓縮機(jī)排出的含有冷凍機(jī)油的高溫高壓的制冷劑被導(dǎo)入到圓筒狀的油分離器內(nèi)，以使得產(chǎn)生回旋流。通過由該回旋流實(shí)現(xiàn)的離心力的作用，冷凍機(jī)油附著于油分離器的內(nèi)壁面。進(jìn)而，該冷凍機(jī)油通過重力的作用而向油分離器的下部移動(dòng)，形成積油部。這樣，從制冷劑分離出冷凍機(jī)油。
[0005]但是，在上述油分離器中，存在如下問題:制冷劑會(huì)卷起積油部(油溜*9 )的冷凍機(jī)油，將冷凍機(jī)油運(yùn)送至制冷劑的排出通路。因此，在專利文獻(xiàn)I中，提出了將油分離器的下部的內(nèi)徑設(shè)為比油分離器的上部的內(nèi)徑大的油分離器。由此，油分離器的下部的回旋流的回旋速度變小，可抑制冷凍機(jī)油的卷起。
[0006]進(jìn)而，專利文獻(xiàn)I也記載有:從油分離器的上部到中央部使內(nèi)徑逐漸變小，從中央部到下部使內(nèi)徑逐漸變大。由此，在油分離器的中央部，回旋流的回旋速度變大，并且流動(dòng)被整流，發(fā)揮優(yōu)異的分離特性。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:特開2005-180808號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]但是，在以往的油分離器中，分離特性不夠充分。
[0010]本發(fā)明提供一種能夠提高冷凍機(jī)油的分離特性的油分離器、以及制造該油分離器的制造方法。
[0011]本發(fā)明的油分離器是從含有冷凍機(jī)油的制冷劑分離冷凍機(jī)油的油分離器，具備:圓筒狀的第I分離部，其具有制冷劑能夠回旋的第I內(nèi)部空間；圓筒狀的第2分離部，其配置在第I分離部的下方，具有從第I分離部流出的制冷劑能夠回旋的第2內(nèi)部空間；導(dǎo)入管，其使制冷劑朝向第I分離部內(nèi)的內(nèi)壁面流出，使得在第I內(nèi)部空間中產(chǎn)生制冷劑的回旋流；導(dǎo)出管，其將冷凍機(jī)油被分離后的制冷劑導(dǎo)出；以及排出管，其將從制冷劑分離出的冷凍機(jī)油從第2內(nèi)部空間排出，第2分離部具有將第I分離部的內(nèi)壁面與第2分離部的內(nèi)壁面上端連結(jié)而形成臺(tái)階的表面，該表面與第I分離部的內(nèi)壁面之間所成的角度為90度以下，且該表面與第2分離部的內(nèi)壁面之間所成的角度為90度以下。
[0012]此外，這些包括的或具體的實(shí)施方式可以通過系統(tǒng)、方法或者制造方法來實(shí)現(xiàn)，也可以通過系統(tǒng)、方法以及制造方法的任意組合來實(shí)現(xiàn)。
[0013]本發(fā)明的油分離器能夠提高冷凍機(jī)油的分離特性。
【附圖說明】
[0014]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的油分離裝置的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0015]圖2是對(duì)臺(tái)階的表面的角度進(jìn)行說明的圖。
[0016]圖3是對(duì)導(dǎo)入管的配置的一例進(jìn)行說明的圖。
[0017]圖4是對(duì)油分離器的特性解析所使用的各參數(shù)進(jìn)行說明的圖。
[0018]圖5是表示壓力損失APs與比(D1- D2)/D1之間的關(guān)系的圖。
[0019]圖6是表不油分咼率與比D1/(D1-D 2)之間的關(guān)系的圖。
[0020]圖7是表示具有臺(tái)階的油分離器的壓力分布的一例的圖。
[0021]圖8是表示圖7所示的壓力分布下的冷凍機(jī)油的油滴的流線的圖。
[0022]圖9是表示壓力損失比與第I分離部的內(nèi)徑D1之間的關(guān)系的圖。
[0023]圖10是表示油分離率比與第I分離部的內(nèi)徑D1之間的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明人在銳意研宄后發(fā)現(xiàn)，在利用了由回旋流實(shí)現(xiàn)的離心力的油分離器中，含有冷凍機(jī)油的制冷劑在油分離器內(nèi)盡可能長時(shí)間地回旋是重要的。上述專利文獻(xiàn)I的油分離器無法改善有助于油分離的油分離器的上部空間中的回旋時(shí)間。
[0025]以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，以下說明的實(shí)施方式是一例，本發(fā)明并不由該實(shí)施方式來限定。
[0026]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的油分離器10的結(jié)構(gòu)的一例的圖。油分離器10是從含有冷凍機(jī)油的制冷劑分離冷凍機(jī)油的裝置。該油分離器10具備第I分離部11、第2分離部12、導(dǎo)入管13、導(dǎo)出管14以及排出管15。此外，圖1示出利用通過油分離器10的中心且與導(dǎo)入管13的管軸13a平行的平面將油分離器10切斷的情況下的截面。
[0027]第I分離部11、第2分離部12是具有制冷劑能夠回旋的內(nèi)部空間的圓筒狀的容器。第2分尚部12配置在第I分尚部11的下方。另外，第2分尚部12的內(nèi)徑D2比第I分離部11的內(nèi)徑D1小。由此，能夠在第2分離部12中提高因第I分離部11中的回旋而下降后的回旋速度，能夠提高油分離的效率。
[0028]導(dǎo)入管13和導(dǎo)出管14被設(shè)置成貫通第I分離部11。導(dǎo)入管13使含有冷凍機(jī)油的制冷劑朝向第I分離部11內(nèi)的內(nèi)壁面流出，使得產(chǎn)生制冷劑的回旋流。另外，導(dǎo)出管14將冷凍機(jī)油被分離后的制冷劑從油分離器10導(dǎo)出。
[0029]制冷劑所包含的冷凍機(jī)油通過由上述制冷劑的回旋流實(shí)現(xiàn)的離心力的作用而附著于油分離器10的內(nèi)壁面，從制冷劑分離。然后，從制冷劑分離出的冷凍機(jī)油通過重力的作用而向第2分離部12的底部移動(dòng)。
[0030]在此，導(dǎo)出管14的入口優(yōu)選設(shè)置在第2分離部12內(nèi)。這樣一來，第I分離部11側(cè)的第2分離部12的內(nèi)部空間變窄，能夠進(jìn)一步提高第2分離部12中的制冷劑流的回旋速度。
[0031]排出管15被設(shè)置成貫通第2分尚部12。并且，該排出管15將移動(dòng)到第2分尚部12的底部的冷凍機(jī)油從油分離器10排出。排出的冷凍機(jī)油被送回到壓縮機(jī)的吸入側(cè)。
[0032]此外，由于從壓縮機(jī)排出的制冷劑處于高溫，所以若移動(dòng)到第2分離部12的底部的冷凍機(jī)油處于高溫，則也可以直接送回到壓縮機(jī)的密閉容器內(nèi)的高溫的積油部。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)壓縮機(jī)的高效的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0033]第2分尚部12具有表面16，該表面16被設(shè)置成面向第I分尚部11的內(nèi)部空間，將第I分離部11的內(nèi)壁面與第2分離部12的內(nèi)壁面上端連結(jié)。在此，該表面16與第I分離部11的內(nèi)壁面之間所成的角度被設(shè)為90度以下，且該表面16與第2分離部12的內(nèi)壁面之間所成的角度也被設(shè)為90度以下。
[0034]由此，第I分離部11和第2分離部12形成臺(tái)階。S卩，油分離器10的內(nèi)徑在第I分離部11與第2分離部12的邊界部分突然變化。
[0035]圖2是對(duì)臺(tái)階的表面16的角度進(jìn)行說明的圖。在圖2中，將臺(tái)階的表面16與第I分離部11的內(nèi)壁面之間所成的角度設(shè)為α，將臺(tái)階的表面16與第2分離部12的內(nèi)壁面之間所成的角度設(shè)為β。圖2 (A)示出角度α、β均為90度的情況，圖2(B)示出角度α、β均小于90度的情況。
[0036]通過將臺(tái)階的表面16的角度設(shè)為這樣的角度，能夠使容器壁附近的制冷劑的流動(dòng)的方向從向下變化為水平方向、或者比水平方向更朝上。其結(jié)果，能夠延長制冷劑在第I分離部11內(nèi)回旋的時(shí)間，可促進(jìn)冷凍機(jī)油從制冷劑的分離。此外，以下，對(duì)角度α、β均為90度的情況進(jìn)行說明。
[0037]圖3是對(duì)導(dǎo)入管13的配置的一例進(jìn)行說明的圖。圖3示出利用通過導(dǎo)入管13的管軸13a的水平面將油分離器10切斷的情況下的剖視圖。如圖3所示，導(dǎo)入管13的管軸13a的方向從第I分離部11的中心方向偏離。
[0038]因此，從導(dǎo)入管13流出的制冷劑從傾斜方向與第I分離部11的內(nèi)壁面碰撞，由此產(chǎn)生制冷劑的回旋流。然后，通過由該回旋流實(shí)現(xiàn)的離心力的作用，制冷劑所含有的冷凍機(jī)油從制冷劑分離，附著于油分離器的內(nèi)壁面。
[0039]這樣的油分離器10的制造非常容易。具體而言，將第2分離部12插入到第I分離部11內(nèi)，將第2分離部12的壁面的上端部作為臺(tái)階的表面16即可。通過采用這樣的制造方法，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的低成本化。
[0040]此外，雖然在圖1、圖3中橫向設(shè)置導(dǎo)入管13，但也可以縱向設(shè)置導(dǎo)入管13。在該情況下，為了產(chǎn)生制冷劑的回旋流，在第I分離部11內(nèi)將導(dǎo)入管13的頂端部分彎曲成大致水平方向即可。
[0041]接著，基于油分離器10的特性解析的結(jié)果，對(duì)第I分離部11的內(nèi)徑與第2分離部12的內(nèi)徑的關(guān)系進(jìn)行說明。圖4是對(duì)油分離器10的特性解析所使用的各參數(shù)進(jìn)行說明的圖。
[0042]如圖4(A)所不，將第I分尚部11的內(nèi)徑設(shè)為D1 (m)，將第2分尚部12的內(nèi)徑設(shè)為D2(Hi)，將導(dǎo)出管14的內(nèi)徑設(shè)為D3(HI)。另外，將從導(dǎo)入管13的中心軸的高度到臺(tái)階的表面16的高度的、第I分離部11的空間內(nèi)的制冷劑的平均下降速度設(shè)為V1 (m/s)，將從臺(tái)階的表面16的高度到導(dǎo)出管14的入口的高度的、第2分離部12的空間內(nèi)的制冷劑的平均下降速度設(shè)為V2 (m/s)。
[0043]另外，如圖4(B)所示，在油分離器10的水平截面中，將從第I分離部11的內(nèi)部區(qū)域的面積減去導(dǎo)出管14所占的面積而得到的面積設(shè)為A1，將從第2分離部12的內(nèi)部區(qū)域的面積減去導(dǎo)出管14所占的面積而得到的面積設(shè)為A2，將導(dǎo)出管14所占的面積設(shè)為A3。
[0044]在該情況下，面積A 3如下表示。
[0045]A1= JT (D1^)2- JT (D3/2)2..?(式 I)
[0046]A2= JT (D2/2)2— 31 (D J2)2..?(式 2)
[0047]A3= π (D3/2)2..?(式 3)
[0048]另外，若將來自導(dǎo)入管13的制冷劑的導(dǎo)入量設(shè)為Q(m3/s)，并假定為在從導(dǎo)入管13的中心軸的高度到導(dǎo)出管14的入口的高度的空間內(nèi)制冷劑僅向下方流動(dòng)，則下式成立。
[0049]Q = A1V1= A2V2..?(式 4)
[0050]因如圖4所示的臺(tái)階而產(chǎn)生的壓力損失APs能夠通過下式來估算。
[0051]APs = 0.5 ζ P V22...(式 5)
[0052]在此，由于面積A3比面積A P 4小，對(duì)制冷劑的流動(dòng)不產(chǎn)生大的影響，所以在式5中忽視導(dǎo)出管14的存在。
[0053]在式5中，ζ是根據(jù)面積比A2A1而變化的損失系數(shù)，該ζ通過實(shí)驗(yàn)求出。具體而言，在A2A1SiK0.01,0.1,0.2,0.4,0.6,0.8、1.0的情況下，與各A2A1的值對(duì)應(yīng)的ζ分別成為 0.5,0.449,0.372,0.372,0.292,0.185,0.09,00
[0054]圖5是表示使用式I?5導(dǎo)出的壓力損失ΛPs與比(D1-D 2)/D1之間的關(guān)系的圖。在此，在算出壓力損失APs時(shí)，將制冷劑的密度P設(shè)為90.6kg/m3。這是88.5攝氏度下的制冷劑R410A的密度。另外，將制冷劑的導(dǎo)入量Q設(shè)為0.0015m3/s。然后，將第2分離部12的內(nèi)徑D2固定為0.067m，將導(dǎo)出管14的直徑D 3固定為0.019m，使第I分離部11的內(nèi)徑D1變化而進(jìn)行了計(jì)算。
[0055]由于在油分離器10內(nèi)產(chǎn)生