オイルセパレータ
【課題】オイルを濾過する濾過部の下流側端面全面からオイルが噴出することを防止し、濾過したオイルを効率良く冷媒ガスから分離できるオイルセパレータを提供する。
【解決手段】上流側に設けられた、ガス導入口１５Ａを有する入口部３５Ｂと、下流側に設けられた、ガス導出口１５Ｂと、オイル排出口１５Ｃとを有する出口部３５Ｃと、入口部３５Ｂと出口部３５Ｃとの間に設けられた、冷媒ガスからオイルを濾過する第１の濾過部３７と、第１の濾過部３７の下流側に、第１の濾過部３７と離隔して設けられた、冷媒ガスからオイルを濾過する第２の濾過部３８と、第１の濾過部３７の下流側端面に設けられた第１の多孔板３９Ａを含むオイル分離部３９とを有する。
【解決手段】上流側に設けられた、ガス導入口１５Ａを有する入口部３５Ｂと、下流側に設けられた、ガス導出口１５Ｂと、オイル排出口１５Ｃとを有する出口部３５Ｃと、入口部３５Ｂと出口部３５Ｃとの間に設けられた、冷媒ガスからオイルを濾過する第１の濾過部３７と、第１の濾過部３７の下流側に、第１の濾過部３７と離隔して設けられた、冷媒ガスからオイルを濾過する第２の濾過部３８と、第１の濾過部３７の下流側端面に設けられた第１の多孔板３９Ａを含むオイル分離部３９とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機と冷凍機との間に設けられ、冷媒ガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄冷器式冷凍機には、ギフォードマクマホン式冷凍機(以下「ＧＭ冷凍機」という)、ジュールトムソン式＋ＧＭ冷凍機、クロードサイクル冷凍機、スターリング冷凍機等の種々の種類があるが、一般にはＧＭ冷凍機が多く用いられている。ＧＭ冷凍機は、圧縮機と接続されており、圧縮機から供給される高圧の冷媒ガス（一般にヘリウムガスが用いられる）を冷凍機内で高圧から低圧に断熱膨張することによって冷熱を発生し、発生した冷熱を蓄冷器に設けられた蓄冷材に蓄冷することによって、極低温を得る。
【０００３】
圧縮機は、ＧＭ冷凍機から戻される低圧の冷媒ガス（リターンガス）を圧縮機本体で昇圧し、サプライガスとして再びＧＭ冷凍機に供給する処理を行うものである。ＧＭ冷凍機から戻されたリターンガスは圧縮機本体で再び昇圧され、昇圧された冷媒ガス（サプライガス）は冷媒ガス熱交換部で冷却処理が行われる。
【０００４】
冷却処理が行われた冷媒ガスは、オイルセパレータに送られてオイルが分離される。このようなオイルセパレータの一例を特許文献１に示す。そして、オイルが分離された冷媒ガスはアドソーバに送られ、その後、サプライガスとしてＧＭ冷凍機に供給される。
【０００５】
特許文献１では、横置き型オイルセパレータの例が開示されている。特許文献１に示す例では、オイルセパレータは、容器、導管、ベーン式ミスト除去器、メッシュ式ミスト除去器（濾過部）を含む。容器は、第１ヘッドと、反対側の第２ヘッドと、第１ヘッドと第２ヘッドとの間に伸張している円筒形のシェルと、第１位置で容器に開口している入口と、第２位置で開口している放出口とを有する。導管は、オイルと圧縮ガスの混合物からなる流体を容器の入口へ送るためのものである。また、特許文献１に示す例では、オイルを濾過する濾過部を構成する主要な部分として、メッシュ式ミスト除去器が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００６−５０１９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記したような冷凍機と圧縮機との間に設けられるオイルセパレータには、次のような問題がある。
【０００８】
オイルセパレータ中に設けられた濾過部には、濾過部が隙間無く充填されているため、液化されたオイルが下方に流れず、冷媒ガスとオイルとが混在した状態で、濾過部の下流側端面全面から噴出する。そして、濾過部の下流側端面全面から噴出したオイルが、下流側（冷凍機側）の冷媒ガス流路に混入する。その結果、本来オイルが混入しないように保持すべき下流側（冷凍機側）の配管、タンクその他各種の機器の内部にオイルが混入するという問題がある。
【０００９】
特許文献１に開示される例では、オイルセパレータの内部であって上流側にベーン式ミスト除去器も備えられているが、実質的にオイルを濾過する濾過部は、メッシュ式ミスト除去器である。そして、メッシュ式ミスト除去器においては、濾材が隙間無く充填されているため、液化されたオイルが下方に流れず、冷媒ガスとオイルとが混在した状態で、メッシュ式ミスト除去器の下流側端面全面から噴出するという問題がある。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、冷凍機用圧縮機から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイルセパレータにおいて、オイルを濾過する濾過部の下流側端面全面からオイルが噴出することを防止し、濾過したオイルを効率良く冷媒ガスから分離できるオイルセパレータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機から冷媒ガスを膨張させて冷熱を発生する冷凍機に向かって冷媒ガスが流れる冷媒ガス流路の途中に設けられ、冷媒ガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータにおいて、上流側に設けられた、冷媒ガスを導入するガス導入口を有する入口部と、下流側に設けられた、冷媒ガスを導出するガス導出口と、分離したオイルを排出するオイル排出口とを有する出口部と、前記入口部と前記出口部との間に設けられた、冷媒ガスからオイルを濾過する第１の濾過部と、前記第１の濾過部の下流側に、前記第１の濾過部と離隔して設けられた、冷媒ガスからオイルを濾過する第２の濾過部と、前記第１の濾過部の下流側端面に設けられた第１の多孔板を含むオイル分離部とを有する、オイルセパレータである。
【００１３】
また、本発明は、上述のオイルセパレータにおいて、前記オイル分離部は、前記第２の濾過部の上流側端面に設けられた第２の多孔板を含むものである。
【００１４】
また、本発明は、上述のオイルセパレータにおいて、前記第２の多孔板は、スペーサ部材を介して前記第１の多孔板に固定されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、冷凍機用圧縮機から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイルセパレータにおいて、オイルを濾過する濾過部の下流側端面全面からオイルが噴出することを防止し、濾過したオイルを効率良く冷媒ガスから分離できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態に係る蓄冷器式冷凍機用圧縮機の構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係るオイルセパレータの構成を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係るオイルセパレータの別の構成の例を示す断面図である。
【図４】比較例に係るオイルセパレータの構成を示す断面図である。
【図５】比較例に係るオイルセパレータのフィルター部材を、オイルを含む冷却ガスが通過するときの様子を示す模式図である。
【図６】第１の実施の形態に係るオイルセパレータのフィルター部材を、オイルを含む冷却ガスが通過するときの様子を示す模式図である。
【図７】空隙寸法ｄとオイル流出速度ｖｏとの関係、及び、冷媒ガスの流速ｖに対する空隙寸法ｄの比である変数ｒとオイル流出速度ｖｏとの関係を示すグラフである。
【図８】第１の実施の形態の第１の変形例に係るオイルセパレータの構成を示す断面図、及び、傾斜角θを説明するための図である。
【図９】第１の実施の形態の第２の変形例に係るオイルセパレータの構成を示す断面図である。
【図１０】第２の実施の形態に係るオイルセパレータの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
図１を参照し、本発明の第１の実施の形態に係るオイルセパレータを備えた蓄冷器式冷凍機用圧縮機について説明する。また、本実施の形態では、蓄冷器式冷凍機としてＧＭ冷凍機を用いた例について説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る蓄冷器式冷凍機用圧縮機１０（以下「圧縮機」という。）の構成図である。
【００１９】
圧縮機１０は、圧縮機本体１１、熱交換器１２、高圧側配管１３、低圧側配管１４、オイルセパレータ１５、アドソーバ１６、ストレージタンク１７、及びバイパス機構１８等により構成されている。圧縮機１０は、サプライ配管２２及びリターン配管２３によりＧＭ冷凍機３０に接続されている。圧縮機１０は、ＧＭ冷凍機３０からリターン配管２３を介して戻される低圧の冷媒ガス（リターンガス）を圧縮機本体１１で昇圧し、サプライガスとしてサプライ配管２２を介して再びＧＭ冷凍機３０に供給するものである。
【００２０】
ＧＭ冷凍機３０から戻されたリターンガスは、リターン配管２３を介して先ずストレージタンク１７に流入する。ストレージタンク１７は、リターンガスに含まれる脈動を除去するためのものである。ストレージタンク１７は比較的大きな容量を有しているため、リターンガスをストレージタンク１７内に導入することにより脈動を除去することができる。
【００２１】
ストレージタンク１７で脈動が除去されたリターンガスは、低圧側配管１４に導出される。低圧側配管１４は圧縮機本体１１に接続されており、よってストレージタンク１７において脈動を除去されたリターンガスは圧縮機本体１１に供給される。
【００２２】
圧縮機本体１１は、例えばスクロール方式或いはロータリ式のポンプであり、リターンガスを圧縮して高圧の冷媒ガス（サプライガス）に昇圧するためのものである。圧縮機本体１１は、昇圧されたサプライガスを高圧側配管１３Ａ（１３）に送り出す。サプライガスは圧縮機本体１１で昇圧される際、圧縮機本体１１内のオイルが若干混入した状態で高圧側配管１３Ａ（１３）に送り出される。
【００２３】
なお、高圧側配管１３は、圧縮機１０からＧＭ冷凍機３０に向かって冷媒ガスが流れる冷媒ガス流路に相当する。
【００２４】
また圧縮機本体１１は、オイルを用いて冷却を行う構成とされている。このため、オイルを循環させるオイル冷却配管３３は、熱交換器１２を構成するオイル熱交換部２６に接続された構成とされている。また、オイル冷却配管３３には、内部を流れるオイル流量を制御するオリフィス３２が設けられている。
【００２５】
熱交換器１２は、冷却水配管２５に冷却水が循環するよう構成されている。熱交換器１２は、オイル冷却配管３３を流れるオイルの冷却処理を行うオイル熱交換部２６と、サプライガスを冷却する冷媒ガス熱交換部２７とを有している。オイル熱交換部２６においてオイル冷却配管３３内を流れるオイルは熱交換されて冷却され、また冷媒ガス熱交換部２７において高圧側配管１３Ａ（１３）内を流れるサプライガスは熱交換されて冷却される。
【００２６】
圧縮機本体１１で昇圧され、冷媒ガス熱交換部２７で冷却されたサプライガスは、高圧側配管１３Ａ（１３）を介してオイルセパレータ１５に供給される。オイルセパレータ１５ではサプライガスに含まれるオイルが冷媒から分離されると共に、オイルに含まれる不純物や塵埃も除去される。なお、オイルセパレータ１５の詳細な構成については後述する。
【００２７】
オイルセパレータ１５でオイル除去が行われたサプライガスは、高圧側配管１３Ｂ（１３）を介してアドソーバ１６に送られる。アドソーバ１６は、サプライガスに含まれる特に気化したオイル成分を除去するためのものである。そして、アドソーバ１６において気化したオイル成分が除去されると、サプライガスはサプライ配管２２に導出され、これによりＧＭ冷凍機３０に供給される。
【００２８】
バイパス機構１８は、バイパス配管１９、高圧側圧力検出装置２０、及びバイパス弁２１により構成されている。バイパス配管１９は、圧縮機１０のサプライガスが流れる高圧側とリターンガスが流れる低圧側とを連通する配管である。高圧側圧力検出装置２０は、高圧側配管１３Ｂ内のサプライガスの圧力を検出するものである。バイパス弁２１は、バイパス配管１９を開閉する電動弁装置である。また、バイパス弁２１は常閉弁とされているが、高圧側圧力検出装置２０により駆動制御される構成とされている。
【００２９】
具体的には、高圧側圧力検出装置２０がオイルセパレータ１５からアドソーバ１６に至るサプライガスの圧力（即ち、高圧側配管１３Ｂ内の圧力）が既定圧力以上になったことを検出した際、バイパス弁２１は高圧側圧力検出装置２０に駆動されて開弁される構成とされている。これにより、既定圧力以上のサプライガスがＧＭ冷凍機３０に供給されることを防止している。
【００３０】
オイル戻り配管２４は、高圧側がオイルセパレータ１５に接続されており、低圧側が低圧側配管１４に接続されている。また、オイル戻り配管２４の途中には、オイルセパレータ１５で分離されたオイルに含まれる塵埃を除去するフィルター２８と、オイルの戻り量を制御するオリフィス２９が設けられている。
【００３１】
次に、図１から図３を参照し、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５について説明する。本実施の形態に係るオイルセパレータ１５は、本発明に係るオイルセパレータを、横置き型オイルセパレータに適用した例である。
【００３２】
図２は、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５の構成を示す断面図である。図３は、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５の別の構成の例を示す断面図である。
【００３３】
なお、図２では、冷媒ガスの流れをＧで示し、オイルの流れをＯで示している。
【００３４】
オイルセパレータ１５は、シェル３５とフィルターエレメント３６とにより構成されている。
【００３５】
シェル３５は、円筒部３５Ａ、入口部３５Ｂ、出口部３５Ｃ及び設置台３５Ｄにより構成されている。円筒部３５Ａは、略水平に延在する中空な筒形状とされている。円筒部３５Ａの上流側には、入口部３５Ｂが気密に設けられている。また、円筒部３５Ａの下流側には、出口部３５Ｃが気密に設けられている。
【００３６】
入口部３５Ｂには、高圧ガスである冷媒ガスを導入する高圧ガス導入口１５Ａが設けられており、高圧ガス導入口１５Ａには、高圧ガス導入用管１５Ｄが接続されている。高圧ガス導入用管１５Ｄは、図１に示す高圧側配管１３Ａ（１３）に接続されている。なお、高圧ガス導入口１５Ａは、本発明におけるガス導入口に相当する。
【００３７】
出口部３５Ｃには、高圧ガスである冷媒ガスを導出する高圧ガス導出口１５Ｂが設けられており、高圧ガス導出口１５Ｂには、高圧ガス導出用管１５Ｅが接続されている。高圧ガス導出用管１５Ｅは、図１に示す高圧側配管１３Ｂ（１３）に接続されている。なお、高圧ガス導出口１５Ｂは、本発明におけるガス導出口に相当する。
【００３８】
また、出口部３５Ｃには、冷媒ガスから分離したオイルを排出するオイル排出口１５Ｃが設けられており、オイル排出口１５Ｃには、オイル戻り用管１５Ｆが接続されている。オイル戻り用管１５Ｆは、図１に示すオイル戻り配管２４に接続されている。
【００３９】
フィルターエレメント３６は、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８、オイル分離部材３９により構成されている。
【００４０】
なお、第１のフィルター部材３７は、本発明における第１の濾過部に相当し、第２のフィルター部材３８は、本発明における第２の濾過部に相当し、オイル分離部材３９は、本発明におけるオイル分離部に相当する。
【００４１】
第１のフィルター部材３７は、円筒部３５Ａの内部に濾材を配置して設けられており、冷媒ガスからオイルを濾過するためのものである。また、第２のフィルター部材３８は、円筒部３５Ａの内部であって、第１のフィルター部材３７の下流側に、第１のフィルター部材３７と離隔するように濾材を配置して設けられており、冷媒ガスからオイルを濾過するためのものである。
【００４２】
第１のフィルター部材３７は、オイルを分離するために繊維状の構造を有する濾材であることが好ましい。第１のフィルター部材３７として、例えばグラスウール等を用いることができる。
【００４３】
第２のフィルター部材３８も、オイルを分離するために繊維状の構造を有する濾材であることが好ましい。第２のフィルター部材３８として、例えばグラスウール等を用いることができる。
【００４４】
なお、第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８は、同一の部材であってもよい。このときは、全体として同一の部材よりなるフィルター部材の冷媒ガスの流路に沿って途中に空隙を設け、その空隙にオイル分離部材３９を配置した構成を有することになる。すなわち、フィルターエレメント３６は、複数のフィルター部材がオイル分離部材を介して積層された積層構造を有する。
【００４５】
オイル分離部材３９は、第１のフィルター部材３７の下流側端面に設けられた第１の多孔板３９Ａを含む。オイル分離部材３９は、第１のフィルター部材３７で濾過されたオイルが第１の多孔板３９Ａの表面を伝い落ちることによって、冷媒ガスからオイルを分離するためのものである。また、オイル分離部材３９は、第１の多孔板３９Ａにより第１のフィルター部材３７を固定支持することができる。
【００４６】
第１の多孔板３９Ａとして、例えば、金属板に、例えば第１の方向に間隔１５ｍｍ程度で配列し、かつ、その配列が第１の方向と直交する第２の方向に間隔１０ｍｍ程度で配列することによって、内径６ｍｍ程度の貫通孔が千鳥配置に形成されたパンチングプレートを用いることができる。
【００４７】
オイル分離部材３９は、第２のフィルター部材３８の上流側端面に設けられた第２の多孔板３９Ｂを含んでもよい。オイル分離部材３９は、第２の多孔板３９Ｂにより第２のフィルター部材３８を固定支持することができる。
【００４８】
第２の多孔板３９Ｂとしても、第１の多孔板３９Ａと同様に、例えば、金属板に、例えば第１の方向に間隔１５ｍｍ程度で配列し、かつ、その配列が第１の方向と直交する第２の方向に間隔１０ｍｍ程度で配列することによって、内径６ｍｍ程度の貫通孔が千鳥配置に形成されたパンチングプレートを用いることができる。
【００４９】
また、第２の多孔板３９Ｂは、スペーサ部材３９Ｃを介して第１の多孔板３９Ａに固定されていてもよい。これにより、第１の多孔板３９Ａと第２の多孔板３９Ｂとの空隙を一定に保持した状態で離隔させることができるため、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙寸法（第１の多孔板３９Ａと第２の多孔板３９Ｂとの空隙寸法）を一定の値に保持することができる。
【００５０】
なお、第１のフィルター部材３７の上流側端面にも、第１の多孔板３９Ａと同様の多孔板３７Ａが設けられていてもよい。これにより、第１のフィルター部材３７を上流側と下流側の両側から固定支持することができる。
【００５１】
また、第２のフィルター部材３８の下流側端面にも、第２の多孔板３９Ｂと同様の多孔板３８Ａが設けられていてもよい。これにより、第２のフィルター部材３８を上流側と下流側の両側から固定支持することができる。
【００５２】
本実施の形態では、横置き型オイルセパレータであるオイルセパレータ１５は、出口部３５Ｃの底部が入口部３５Ｂの底部より下方に配置されるように、設置台３５Ｄ上に傾斜して設けられていてもよい。これにより、円筒部３５Ａの底部に溜まったオイルを上流側から下流側に容易に流すことができる。しかし、図３に示すように、出口部３５Ｃの底部と入口部３５Ｂとが略同一の高さに配置されるよう、設置台３５Ｄ上に円筒部３５Ａが略水平に延在するように設けられていてもよい。
【００５３】
ここで、図４から図６を参照し、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５が、オイルを濾過するフィルター部材の下流側端面全面からオイルが噴出することを防止できる作用効果について、比較例と対比しながら説明する。
【００５４】
図４は、比較例に係るオイルセパレータの構成を示す断面図である。図５は、比較例に係るオイルセパレータのフィルター部材３７Ｄを、オイルを含む冷却ガスが通過するときの様子を示す模式図である。図６は、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５のフィルター部材３７、３８を、オイルを含む冷却ガスが通過するときの様子を示す模式図である。
【００５５】
なお、図４及び図５では、フィルター部材３７Ｄの上流側端面及び下流側端面に、それぞれ多孔板３７Ａ、３８Ａが設けられている例を示している。また、図６では、第１のフィルター部材３７の下流側端面に第１の多孔板３９Ａが設けられ、第２のフィルター部材３８の上流側端面に第２の多孔板３９Ｂが設けられ、第１のフィルター部材３７の上流側端面及び第２のフィルター部材３８の下流側端面に、それぞれ多孔板３７Ａ、３８Ａが設けられている例を示している。また、図５及び図６では、図示を容易にするため、オイルセパレータ１５の傾斜を省略し、オイルセパレータ１５が水平に延在するように記載している。また、図６では、スペーサ部材の図示を省略している。また、図５及び図６では、冷媒ガスの流れをＧで示し、オイルの流れをＯで示している。
【００５６】
比較例に係るオイルセパレータも、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様に、シェル３５とフィルターエレメント３６とにより構成されている。しかし、比較例に係るオイルセパレータでは、フィルターエレメント３６が、フィルター部材３７Ｄにより構成され、フィルター部材３７Ｄの途中には空隙が設けられておらず、オイル分離部材も設けられていない。
【００５７】
なお、図４では、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様の部分については、オイルセパレータ１５と同様の符号を付し、説明を省略する。
【００５８】
比較例に係るオイルセパレータのフィルター部材３７Ｄを、オイルを含む冷却ガスが通過するときは、毛細管現象により周囲のあらゆる方向にオイルが浸透しやすくなるか、又は、フィルター部材３７Ｄのオイル保持能力が高くなり、フィルター部材３７Ｄの下部へオイルが流れ難くなる。その結果、図５に示すように、オイルが、フィルター部材３７Ｄの下流側端面の上部、すなわち高圧ガス導出口１５Ｂに近い部分から噴出し、飛沫やミストとなって冷媒ガスに同伴された状態で、高圧ガス導出口１５Ｂから流出する。
【００５９】
また、図５に示すように、フィルター部材３７Ｄの下流側端面におけるオイル液面の高さをＨ０とする。
【００６０】
一方、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５では、図６に示すように、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との間に空隙が挿入されている。これにより、第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８をオイルを含む冷却ガスが通過するときは、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８の下部へ、段階的に自重によりオイルを落とすことができ、冷媒ガスからオイルを分離しやすくなる。また、第１のフィルター部材３７で濾過されたオイルが第１の多孔板３９Ａの表面を伝い落ちることによって、冷媒ガスからオイルを分離しやすくなる。その結果、第２のフィルター部材３８の下流側端面の上部、すなわち高圧ガス導出口１５Ｂに近い部分からオイルが噴出することを防止できる。そして、第２のフィルター部材３８の下流側端面の下部からオイルが集中して噴出し、また、オイルの密度が冷媒ガスの密度よりも極めて大きいため、オイルが飛沫やミストとなって冷媒ガスに同伴されにくい。
【００６１】
図６に示すように、第１のフィルター部材３７の下流側端面におけるオイル液面の高さをＨ１とし、第２のフィルター部材３８の下流側端面におけるオイル液面の高さをＨ２とする。すると、Ｈ２＜Ｈ１であるとともに、Ｈ２＜Ｈ０とすることができる。
【００６２】
従って、本実施の形態によれば、オイルを濾過するフィルター部材の下流側端面全面からオイルが噴出することを防止できる。
【００６３】
本実施の形態では、第１のフィルター部材３７を通過する冷媒ガスの速度をｖとし、所定の係数をｋとするとき、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８とが離隔される距離（空隙寸法）ｄは、式（１）
【００６４】
【数１】
を満たすことが好ましい。
【００６５】
すなわち、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙寸法ｄは、第１のフィルター部材３７を通過する冷媒ガスの速度ｖに所定の係数ｋを乗じて得た値以上であることが好ましい。
【００６６】
なお、オイル分離部材３９が、第１の多孔板３９Ａ及び第２の多孔板３９Ｂを含むときは、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙寸法ｄは、第１の多孔板３９Ａと第２の多孔板３９Ｂとの空隙寸法を意味する。
【００６７】
第１のフィルター部材３７を通過する冷媒ガスの流量をＱとし、第１のフィルター部材３７の断面積をＳとし、第１のフィルター部材３７の濾材物質密度をρ０とし、第１のフィルター部材３７の濾材充填密度（実際の密度）をρとするとき、第１のフィルター部材３７を通過する冷媒ガスの速度ｖは、式（２）
【００６８】
【数２】
で表される。従って、式（１）及び式（２）より、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙寸法ｄは、式（３）
【００６９】
【数３】
を満たすことが好ましい。
【００７０】
すなわち、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙寸法ｄは、第１のフィルター部材３７を通過する冷媒ガスの流量Ｑを、第１のフィルター部材３７の断面積Ｓと第１のフィルター部材３７の疎度（ρ０−ρ）／ρ０との積で割った値に、所定の係数ｋを乗じて得た値以上であることが好ましい。
【００７１】
ここで、表１の実施例１において、空隙寸法ｄと、高圧ガス導出口１５Ｂから単位時間に流出するオイルの流出量であるオイル流出速度ｖｏとの関係を調べた。
【００７２】
【表１】
ここで、オイルの流出量は、例えば高圧ガス導出用管１５Ｅの途中にフィルタ又はトラップを設け、高圧ガス導出用管１５Ｅを通るオイルの量を測定することにより、測定することができる。このときの、空隙寸法ｄとオイル流出速度ｖｏとの関係を図７（ａ）に示す。
【００７３】
図７（ａ）に示すように、空隙寸法ｄを０ｍｍから２ｍｍに増大させるのに伴ってオイル流出速度ｖｏは急激に減少し、更に空隙寸法ｄを６ｍｍ、１０ｍｍ、１４ｍｍ、１８ｍｍと増大させると、ｄが１０ｍｍ以上の範囲では、オイル流出速度ｖｏはほぼ一定値に収束したままであることが分かった。
【００７４】
図７（ａ）のグラフにおいて、空隙寸法ｄに代え、冷媒ガスの流速ｖに対する空隙寸法ｄの比である変数ｒ、すなわち式（４）
【００７５】
【数４】
に示す変数ｒを横軸としたものを図７（ｂ）に示す。すると、図７（ｂ）に示すように、変数ｒを０から１．４×１０−６に増大させるのに伴ってオイル流出速度ｖｏは減少し、更に変数ｒを１．４×１０−６以上の値に増大させると、オイル流出速度ｖｏは略一定値に収束したままであることが分かった。
【００７６】
従って、図７（ｂ）に示すように、冷媒ガスの流速ｖに対する空隙寸法ｄの比である変数ｒが所定の値ｋ（ｋ＝１．４×１０−６）以上であるときに、オイル流出速度ｖｏを十分に減少させることができる。その結果、濾過したオイルを効率良く冷媒ガスから分離できる。
【００７７】
すなわち、所定の係数ｋは、空隙寸法ｄを増大させた場合において、オイル流出速度ｖｏが減少して略一定値に収束するときの、冷媒ガスの流速ｖに対する空隙寸法ｄの比ｒに等しい値である。そして、このときの空隙寸法ｄは、空隙寸法の最適値（最小値）となる。
【００７８】
なお、表１の実施例１では、ｋ＝１．４×１０−６となるときの空隙寸法ｄの値は、ｄ＝１０ｍｍであるため、空隙寸法ｄは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００７９】
また、上記した空隙寸法ｄとオイル流出速度ｖｏとの関係は、表１の実施例１に記載した各パラメータを変更した場合にも略同様に成り立つものである。
【００８０】
実際に用いられるオイルセパレータの仕様としては、表１の実施例１よりも、断面積Ｓが大きく、疎度（ρ０−ρ）／ρ０が大きい例、すなわち流速ｖに対する空隙寸法ｄの比（変数ｒ）が大きい例がある。このような例を表１の実施例２に示す。
【００８１】
表１の実施例２でも、空隙寸法ｄを増大させる（変数ｒを増大させる）場合において、変数ｒがｋ＝１．４×１０−６となるときにオイル流出速度ｖｏがほぼ収束する。また、ｋ＝１．４×１０−６となるときの空隙寸法ｄの値は、ｄ＝２．７ｍｍである。従って、表１の実施例２では、空隙寸法ｄは、２．７ｍｍ以上であることが好ましい。
【００８２】
これにより、オイルを濾過する濾過部の下流側端面全面からオイルが噴出することを防止し、濾過したオイルを効率良く冷媒ガスから分離できる。
（第１の実施の形態の第１の変形例）
次に、図８を参照し、第１の実施の形態の第１の変形例に係るオイルセパレータについて説明する。本変形例に係るオイルセパレータ１５ａでは、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙が、円筒部３５Ａの軸方向に対して垂直でなく、上流側に傾斜するように、設けられている。
【００８３】
図８（ａ）は、本変形例に係るオイルセパレータ１５ａの構成を示す断面図であり、図８（ｂ）は、傾斜角θを説明するための図である。
【００８４】
本変形例に係るオイルセパレータ１５ａも、フィルターエレメント３６以外の部分は、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様である。従って、図８では、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様の部分については、オイルセパレータ１５と同様の符号を付するとともに、本変形例では、圧縮機等も含めた、フィルターエレメント３６以外の部分についての説明を省略する。
【００８５】
オイルセパレータ１５ａが、シェル３５とフィルターエレメント３６とにより構成されていること、また、シェル３５が、円筒部３５Ａ、入口部３５Ｂ、出口部３５Ｃ及び設置台３５Ｄにより構成されていることは、第１の実施の形態と同様である。
【００８６】
フィルターエレメント３６は、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８、オイル分離部材３９により構成されている。
【００８７】
第１の実施の形態と同様に、第１のフィルター部材３７は、円筒部３５Ａの内部に設けられている。また、第１の実施の形態と同様に、第２のフィルター部材３８が、円筒部３５Ａの内部であって、第１のフィルター部材３７の下流側に、第１のフィルター部材３７と離隔して設けられている。
【００８８】
ただし、本変形例に係るオイルセパレータ１５ａでは、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙が、円筒部３５Ａの軸方向に対して垂直ではなく、上流側に傾斜するように設けられている。従って、第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８は、上流側に傾斜するとともに互いに略平行に配置されるように設けられる。
【００８９】
第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８としては、第１の実施の形態と同様の材質により構成されたものを用いることができる。
【００９０】
オイル分離部材３９は、第１のフィルター部材３７の下流側端面に設けられた第１の多孔板３９Ａを含む。第１のフィルター部材３７が上流側に傾斜するように設けられているため、第１の多孔板３９Ａも上流側に傾斜するように設けられている。
【００９１】
また、オイル分離部材３９は、第２のフィルター部材３８の上流側端面に設けられた第２の多孔板３９Ｂを含んでもよい。第２のフィルター部材３８が上流側に傾斜するように設けられているときは、第２の多孔板３９Ｂも上流側に傾斜するように設けられていてもよい。
【００９２】
また、第２の多孔板３９Ｂは、スペーサ部材３９Ｃを介して第１の多孔板３９Ａに固定されていてもよい。第１のフィルター部材３７の上流側端面にも、第１の多孔板３９Ａ等と同様の多孔板３７Ａが設けられていてもよい。第２のフィルター部材３８の下流側端面にも、第１の多孔板３９Ａ等と同様の多孔板３８Ａが設けられていてもよい。
【００９３】
本変形例でも、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８の下部へ、段階的に自重によりオイルを落とすことができ、冷媒ガスからオイルを分離しやすくなる。
【００９４】
それに加え、本変形例では、第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８が上流側に傾斜している。これにより、円筒部３５Ａ（冷媒ガス流路）に沿った第１のフィルター部材３７の下流側端面と第２のフィルター部材３８の上流側端面との空隙寸法ｄ´を増大させることができる。
【００９５】
傾斜角をθとするとき、空隙寸法ｄ´は、図８（ｂ）に示すように、式（５）
【００９６】
【数５】
により表される。従って、傾斜角θを増大させることによって、空隙寸法ｄ´を増大させることができる。空隙寸法ｄ´が増大すると、オイル流出速度ｖｏが減少することを図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いて説明したように、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８の下部へ更にオイルを落としやすくなり、冷媒ガスからオイルを分離しやすくなる。
【００９７】
また、本変形例では、横置き型オイルセパレータであるオイルセパレータ１５ａは、出口部３５Ｃの底部が入口部３５Ｂの底部より下方に配置されるよう、上流側から下流側に向かって傾斜するように、設置台３５Ｄ上に設けられていてもよい。オイルセパレータ１５ａの傾斜角をθ０とするときは、空隙寸法ｄ´は式（６）
【００９８】
【数６】
のように表されるため、θ＞θ０であることが好ましい。
【００９９】
なお、本変形例でも、オイル分離部材３９が、第１の多孔板３９Ａ及び第２の多孔板３９Ｂを含むときは、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙寸法ｄとは、第１の多孔板３９Ａと第２の多孔板３９Ｂとの空隙寸法を意味する。
（第１の実施の形態の第２の変形例）
次に、図９を参照し、第１の実施の形態の第２の変形例に係るオイルセパレータについて説明する。本変形例に係るオイルセパレータ１５ｂでは、円筒部３５Ａの軸方向にフィルター部材が３つ積層するように設けられるとともに、それぞれのフィルター部材の間に空隙が設けられている。
【０１００】
図９は、本変形例に係るオイルセパレータ１５ｂの構成を示す断面図である。
【０１０１】
本変形例に係るオイルセパレータ１５ｂも、フィルターエレメント３６以外の部分は、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様である。従って、図９では、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様の部分については、オイルセパレータ１５と同様の符号を付すとともに、本変形例では、圧縮機等も含めた、フィルターエレメント３６以外の部分についての説明を省略する。
【０１０２】
オイルセパレータ１５ｂが、シェル３５とフィルターエレメント３６とにより構成されていること、また、シェル３５が、円筒部３５Ａ、入口部３５Ｂ、出口部３５Ｃ及び設置台３５Ｄにより構成されていることは、第１の実施の形態と同様である。
【０１０３】
また、フィルターエレメント３６は、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８及びオイル分離部材３９を有することは、第１の実施の形態と同様である。
【０１０４】
一方、本変形例では、フィルターエレメント３６は、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８及びオイル分離部材３９に加え、第３のフィルター部材４０及び第２のオイル分離部材４１を有する。
【０１０５】
第３のフィルター部材４０は、円筒部３５Ａの内部であって、第２のフィルター部材３８の下流側に、第２のフィルター部材３８と離隔して設けられており、冷媒ガスからオイルを濾過するためのものである。
【０１０６】
第３のフィルター部材４０も、オイルを分離するために繊維状の構造を有するものであることが好ましい。第３のフィルター部材４０として、例えばグラスウール等を用いることができる。
【０１０７】
なお、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８及び第３のフィルター部材４０は、同一の部材であってもよい。このときは、全体として同一の部材よりなるフィルター部材の冷媒ガスの流路に沿った途中に２箇所の空隙を設け、その２箇所の空隙にそれぞれオイル分離部材を配置した構成を有することになる。すなわち、フィルターエレメント３６は、複数のフィルター部材が複数のオイル分離部材を介して積層された積層構造を有する。
【０１０８】
第２のオイル分離部材４１は、第２のフィルター部材３８の下流側端面に設けられた第３の多孔板４１Ａを含む。第２のオイル分離部材４１は、第２のフィルター部材３８で濾過されたオイルが第３の多孔板４１Ａの表面を伝い落ちることによって、冷媒ガスからオイルを分離するためのものである。また、第２のオイル分離部材４１は、第３の多孔板４１Ａにより第２のフィルター部材３８を固定支持することができる。その他、第３の多孔板４１Ａの材質等は、オイル分離部材３９を構成する第１の多孔板３９Ａと同様にすることができる。
【０１０９】
また、第２のオイル分離部材４１は、第３のフィルター部材４０の上流側端面に設けられた第４の多孔板４１Ｂを含んでもよい。第２のオイル分離部材４１は、第４の多孔板４１Ｂにより第３のフィルター部材４０を固定支持することができる。
【０１１０】
また、第４の多孔板４１Ｂは、スペーサ部材４１Ｃを介して第３の多孔板４１Ａに固定されていてもよい。第１のフィルター部材３７の上流側端面にも、第１の多孔板３９Ａ等と同様の多孔板３７Ａが設けられていてもよい。第３のフィルター部材４０の下流側端面にも、第１の多孔板３９Ａ等と同様の多孔板４０Ａが設けられていてもよい。
【０１１１】
本変形例では、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８及び第３のフィルター部材４０の下部へ、段階的に自重によりオイルを落とすことができ、冷媒ガスからオイルを更に分離しやすくなる。
（第２の実施の形態）
次に、図１０を参照し、第２の実施の形態に係るオイルセパレータについて説明する。本実施の形態に係るオイルセパレータ１５ｃは、本発明に係るオイルセパレータを、縦置き型オイルセパレータに適用した例である。
【０１１２】
本実施の形態に係るオイルセパレータ１５ｃでは、略鉛直に延在する円筒部３５Ｅの中に、それぞれ円筒形状の第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８とが互いに同心に設けられている。そして、同心に設けられた第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との間に、空隙が設けられている。
【０１１３】
本実施の形態に係るオイルセパレータ１５ｃも、フィルターエレメント３６以外の部分は、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様である。従って、本実施の形態では、圧縮機等も含めた、フィルターエレメント３６以外の部分についての説明を省略する。
【０１１４】
図１０は、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５ｃの構成を示す断面図である。
【０１１５】
なお、図１０では、冷媒ガスの流れをＧで示し、オイルの流れをＯで示している。
【０１１６】
オイルセパレータ１５ｃは、シェル３５とフィルターエレメント３６とにより構成されている。
【０１１７】
シェル３５は、円筒部３５Ｅ、上部フランジ３５Ｆ及び下部フランジ３５Ｇにより構成されている。円筒部３５Ｅは、中空な筒形状とされている。ただし、本実施の形態では、円筒部３５Ｅの軸は略垂直に延在する。円筒部３５Ｅの下端部には下部フランジ３５Ｇが溶接により固定されており、よって気密に塞がれた構成とされている。また、円筒部３５Ｅの上端部には上部フランジ３５Ｆが溶接により固定されており、よって気密に閉蓋された構成とされている。
【０１１８】
上部フランジ３５Ｆには、高圧ガス導入用管１５Ｄ、高圧ガス導出口１５Ｂ、及びオイル戻り用管１５Ｆが設けられている。
【０１１９】
高圧ガス導入用管１５Ｄは、上部フランジ３５Ｆを貫通するように設けられている。上部フランジ３５Ｆの上方において、高圧ガス導入用管１５Ｄは、図１に示す高圧側配管１３Ａ（１３）に接続されている。また、上部フランジ３５Ｆの下方において、高圧ガス導入用管１５Ｄは、後述するように、上部蓋体４２に設けられた高圧ガス導入口１５Ａに接続されている。
【０１２０】
なお、高圧ガス導入口１５Ａは、本発明におけるガス導入口に相当し、高圧ガス導出口１５Ｂは、本発明におけるガス導出口に相当する。
【０１２１】
高圧ガス導出口１５Ｂには、高圧ガス導出用管１５Ｅが接続されており、高圧ガス導出用管１５Ｅは、図１に示す高圧側配管１３Ｂ（１３）に接続されている。
【０１２２】
オイル戻り用管１５Ｆは、上部フランジ３５Ｆから下部フランジ３５Ｇの付近まで延在する。オイル戻り用管１５Ｆの下端部には、冷媒ガスから分離したオイルを排出するオイル排出口１５Ｃが設けられている。オイル戻り用管１５Ｆは、上部フランジ３５Ｆの上方で、図１に示すオイル戻り配管２４に接続されている。
【０１２３】
フィルターエレメント３６は、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８、オイル分離部材３９、上部蓋体４２及び下部蓋体４３等により構成されている。なお、第１のフィルター部材３７は、本発明における第１の濾過部に相当し、第２のフィルター部材３８は、本発明における第２の濾過部に相当し、オイル分離部材３９は、本発明におけるオイル分離部に相当する。
【０１２４】
上部蓋体４２には、高圧ガス導入口１５Ａが設けられており、高圧ガス導入口１５Ａには、高圧ガス導入用管１５Ｄが接続されている。
【０１２５】
上部蓋体４２と下部蓋体４３との間には、例えばパンチングプレートを円筒形状に曲げてなる芯部材４４が設けられている。なお、芯部材４４の内部の空間であって、上部蓋体４２と下部蓋体４３とにより挟まれており、高圧ガス導入口１５Ａが設けられている空間は、入口部３５Ｂに相当する。
【０１２６】
また、上部蓋体４２よりも上方に位置し、上部フランジ３５Ｆと上部蓋体４２とにより挟まれており、高圧ガス導出口１５Ｂが設けられている空間は、出口部３５Ｃに相当する。また、上部蓋体４２と下部蓋体４３との間に位置し、フィルターエレメント３６の外方の空間も、出口部３５Ｃに相当する。更に、下部蓋体４３よりも下方に位置し、下部フランジ３５Ｇと下部蓋体４３とにより挟まれており、オイル排出口１５Ｃが設けられている空間も、出口部３５Ｃに相当する。
【０１２７】
第１のフィルター部材３７は、円筒形状の芯部材４４の周りに、濾材を円筒形状に巻回すように配置して設けられている。また、第２のフィルター部材３８は、円筒形状に巻回して構成される第１のフィルター部材３７の周りに、濾材を円筒形状に巻回すように配置して設けられている。また、第２のフィルター部材３８は、第１のフィルター部材３７と略同心に設けられている。第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８も、芯部材４４と同様に、上部蓋体４２と下部蓋体４３とにより挟まれるように設けられている。
【０１２８】
本実施の形態では、芯部材４４から第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８の径方向外方に向け、平面視において放射状に冷媒ガスが流れる。従って、第１のフィルター部材３７は、冷媒ガス流路の途中に濾材を配置して設けられており、冷媒ガスからオイルを濾過するためのものである。また、第２のフィルター部材３８は、冷媒ガス流路の途中であって、第１のフィルター部材３７の下流側に、第１のフィルター部材３７と離隔するように濾材を配置して設けられており、冷媒ガスからオイルを濾過するためのものである。
【０１２９】
本実施の形態でも、第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８は、オイルを分離するために繊維状の構造を有する濾材であることが好ましい。第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８として、例えばグラスウール等を用いることができる。
【０１３０】
なお、第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８は、同一の部材であってもよい。このときは、全体として同一の部材よりなる円筒形状のフィルター部材の径方向に沿って途中に空隙を設け、その空隙にオイル分離部材３９を配置した構成を有することになる。
【０１３１】
オイル分離部材３９は、第１のフィルター部材３７の下流側端面である外周面に設けられた第１の多孔板３９Ａを含む。オイル分離部材３９は、第１のフィルター部材３７で濾過されたオイルが第１の多孔板３９Ａの表面を伝い落ちることによって、冷媒ガスからオイルを分離するためのものである。また、オイル分離部材３９は、第１の多孔板３９Ａにより第１のフィルター部材３７を固定支持することができる。
【０１３２】
オイル分離部材３９は、第２のフィルター部材３８の上流側端面である内周面に設けられた第２の多孔板３９Ｂを含んでもよい。オイル分離部材３９は、第２の多孔板３９Ｂにより第２のフィルター部材３８を固定支持することができる。
【０１３３】
また、第２の多孔板３９Ｂは、スペーサ部材３９Ｃを介して第１の多孔板３９Ａに固定されていてもよい。これにより、第１の多孔板３９Ａの下流側端面である外周面と第２の多孔板３９Ｂの上流側端面である内周面との間隔を一定にした状態で保持することができるため、第１のフィルター部材３７の外周面と第２のフィルター部材３８の内周面との空隙寸法を一定の値に保持することができる。
【０１３４】
また、第２のフィルター部材３８の下流側端面である外周面にも、第２の多孔板３９Ｂと同様の多孔板３８Ａが設けられていてもよい。これにより、第２のフィルター部材３８を上流側と下流側の両側から固定支持することができる。
【０１３５】
本実施の形態でも、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８の下部へ、段階的に自重によりオイルを落とすことができ、冷媒ガスからオイルを分離しやすくなる。
【０１３６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１３７】
実施の形態では、多孔板としてパンチングメタルを用いる構成を例に説明したが、金網、スリットを設けた板、棒材を格子状に並べた部材など、ガスの流れを阻害せずにフィルター部材を支えてオイルを分離することができればどのような構成でも良い。
【符号の説明】
【０１３８】
１０ 圧縮機
１１ 圧縮機本体
１５、１５ａ〜１５ｃ オイルセパレータ
１５Ａ 高圧ガス導入口
１５Ｂ 高圧ガス導出口
１５Ｃ オイル排出口
３０ ＧＭ冷凍機
３５ シェル
３５Ａ、３５Ｅ 円筒部
３５Ｂ 入口部
３５Ｃ 出口部
３６ フィルターエレメント
３７ 第１のフィルター部材
３７Ａ、３８Ａ 多孔板
３８ 第２のフィルター部材
３９ オイル分離部材
３９Ａ 第１の多孔板
３９Ｂ 第２の多孔板
３９Ｃ、４１Ｃ スペーサ部材
４０ 第３のフィルター部材
４１ 第２のオイル分離部材
４１Ａ 第３の多孔板
４１Ｂ 第４の多孔板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機と冷凍機との間に設けられ、冷媒ガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄冷器式冷凍機には、ギフォードマクマホン式冷凍機(以下「ＧＭ冷凍機」という)、ジュールトムソン式＋ＧＭ冷凍機、クロードサイクル冷凍機、スターリング冷凍機等の種々の種類があるが、一般にはＧＭ冷凍機が多く用いられている。ＧＭ冷凍機は、圧縮機と接続されており、圧縮機から供給される高圧の冷媒ガス（一般にヘリウムガスが用いられる）を冷凍機内で高圧から低圧に断熱膨張することによって冷熱を発生し、発生した冷熱を蓄冷器に設けられた蓄冷材に蓄冷することによって、極低温を得る。
【０００３】
圧縮機は、ＧＭ冷凍機から戻される低圧の冷媒ガス（リターンガス）を圧縮機本体で昇圧し、サプライガスとして再びＧＭ冷凍機に供給する処理を行うものである。ＧＭ冷凍機から戻されたリターンガスは圧縮機本体で再び昇圧され、昇圧された冷媒ガス（サプライガス）は冷媒ガス熱交換部で冷却処理が行われる。
【０００４】
冷却処理が行われた冷媒ガスは、オイルセパレータに送られてオイルが分離される。このようなオイルセパレータの一例を特許文献１に示す。そして、オイルが分離された冷媒ガスはアドソーバに送られ、その後、サプライガスとしてＧＭ冷凍機に供給される。
【０００５】
特許文献１では、横置き型オイルセパレータの例が開示されている。特許文献１に示す例では、オイルセパレータは、容器、導管、ベーン式ミスト除去器、メッシュ式ミスト除去器（濾過部）を含む。容器は、第１ヘッドと、反対側の第２ヘッドと、第１ヘッドと第２ヘッドとの間に伸張している円筒形のシェルと、第１位置で容器に開口している入口と、第２位置で開口している放出口とを有する。導管は、オイルと圧縮ガスの混合物からなる流体を容器の入口へ送るためのものである。また、特許文献１に示す例では、オイルを濾過する濾過部を構成する主要な部分として、メッシュ式ミスト除去器が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００６−５０１９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記したような冷凍機と圧縮機との間に設けられるオイルセパレータには、次のような問題がある。
【０００８】
オイルセパレータ中に設けられた濾過部には、濾過部が隙間無く充填されているため、液化されたオイルが下方に流れず、冷媒ガスとオイルとが混在した状態で、濾過部の下流側端面全面から噴出する。そして、濾過部の下流側端面全面から噴出したオイルが、下流側（冷凍機側）の冷媒ガス流路に混入する。その結果、本来オイルが混入しないように保持すべき下流側（冷凍機側）の配管、タンクその他各種の機器の内部にオイルが混入するという問題がある。
【０００９】
特許文献１に開示される例では、オイルセパレータの内部であって上流側にベーン式ミスト除去器も備えられているが、実質的にオイルを濾過する濾過部は、メッシュ式ミスト除去器である。そして、メッシュ式ミスト除去器においては、濾材が隙間無く充填されているため、液化されたオイルが下方に流れず、冷媒ガスとオイルとが混在した状態で、メッシュ式ミスト除去器の下流側端面全面から噴出するという問題がある。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、冷凍機用圧縮機から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイルセパレータにおいて、オイルを濾過する濾過部の下流側端面全面からオイルが噴出することを防止し、濾過したオイルを効率良く冷媒ガスから分離できるオイルセパレータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機から冷媒ガスを膨張させて冷熱を発生する冷凍機に向かって冷媒ガスが流れる冷媒ガス流路の途中に設けられ、冷媒ガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータにおいて、上流側に設けられた、冷媒ガスを導入するガス導入口を有する入口部と、下流側に設けられた、冷媒ガスを導出するガス導出口と、分離したオイルを排出するオイル排出口とを有する出口部と、前記入口部と前記出口部との間に設けられた、冷媒ガスからオイルを濾過する第１の濾過部と、前記第１の濾過部の下流側に、前記第１の濾過部と離隔して設けられた、冷媒ガスからオイルを濾過する第２の濾過部と、前記第１の濾過部の下流側端面に設けられた第１の多孔板を含むオイル分離部とを有する、オイルセパレータである。
【００１３】
また、本発明は、上述のオイルセパレータにおいて、前記オイル分離部は、前記第２の濾過部の上流側端面に設けられた第２の多孔板を含むものである。
【００１４】
また、本発明は、上述のオイルセパレータにおいて、前記第２の多孔板は、スペーサ部材を介して前記第１の多孔板に固定されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、冷凍機用圧縮機から吐出される冷媒ガスからオイルを分離するオイルセパレータにおいて、オイルを濾過する濾過部の下流側端面全面からオイルが噴出することを防止し、濾過したオイルを効率良く冷媒ガスから分離できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態に係る蓄冷器式冷凍機用圧縮機の構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係るオイルセパレータの構成を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係るオイルセパレータの別の構成の例を示す断面図である。
【図４】比較例に係るオイルセパレータの構成を示す断面図である。
【図５】比較例に係るオイルセパレータのフィルター部材を、オイルを含む冷却ガスが通過するときの様子を示す模式図である。
【図６】第１の実施の形態に係るオイルセパレータのフィルター部材を、オイルを含む冷却ガスが通過するときの様子を示す模式図である。
【図７】空隙寸法ｄとオイル流出速度ｖｏとの関係、及び、冷媒ガスの流速ｖに対する空隙寸法ｄの比である変数ｒとオイル流出速度ｖｏとの関係を示すグラフである。
【図８】第１の実施の形態の第１の変形例に係るオイルセパレータの構成を示す断面図、及び、傾斜角θを説明するための図である。
【図９】第１の実施の形態の第２の変形例に係るオイルセパレータの構成を示す断面図である。
【図１０】第２の実施の形態に係るオイルセパレータの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
図１を参照し、本発明の第１の実施の形態に係るオイルセパレータを備えた蓄冷器式冷凍機用圧縮機について説明する。また、本実施の形態では、蓄冷器式冷凍機としてＧＭ冷凍機を用いた例について説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る蓄冷器式冷凍機用圧縮機１０（以下「圧縮機」という。）の構成図である。
【００１９】
圧縮機１０は、圧縮機本体１１、熱交換器１２、高圧側配管１３、低圧側配管１４、オイルセパレータ１５、アドソーバ１６、ストレージタンク１７、及びバイパス機構１８等により構成されている。圧縮機１０は、サプライ配管２２及びリターン配管２３によりＧＭ冷凍機３０に接続されている。圧縮機１０は、ＧＭ冷凍機３０からリターン配管２３を介して戻される低圧の冷媒ガス（リターンガス）を圧縮機本体１１で昇圧し、サプライガスとしてサプライ配管２２を介して再びＧＭ冷凍機３０に供給するものである。
【００２０】
ＧＭ冷凍機３０から戻されたリターンガスは、リターン配管２３を介して先ずストレージタンク１７に流入する。ストレージタンク１７は、リターンガスに含まれる脈動を除去するためのものである。ストレージタンク１７は比較的大きな容量を有しているため、リターンガスをストレージタンク１７内に導入することにより脈動を除去することができる。
【００２１】
ストレージタンク１７で脈動が除去されたリターンガスは、低圧側配管１４に導出される。低圧側配管１４は圧縮機本体１１に接続されており、よってストレージタンク１７において脈動を除去されたリターンガスは圧縮機本体１１に供給される。
【００２２】
圧縮機本体１１は、例えばスクロール方式或いはロータリ式のポンプであり、リターンガスを圧縮して高圧の冷媒ガス（サプライガス）に昇圧するためのものである。圧縮機本体１１は、昇圧されたサプライガスを高圧側配管１３Ａ（１３）に送り出す。サプライガスは圧縮機本体１１で昇圧される際、圧縮機本体１１内のオイルが若干混入した状態で高圧側配管１３Ａ（１３）に送り出される。
【００２３】
なお、高圧側配管１３は、圧縮機１０からＧＭ冷凍機３０に向かって冷媒ガスが流れる冷媒ガス流路に相当する。
【００２４】
また圧縮機本体１１は、オイルを用いて冷却を行う構成とされている。このため、オイルを循環させるオイル冷却配管３３は、熱交換器１２を構成するオイル熱交換部２６に接続された構成とされている。また、オイル冷却配管３３には、内部を流れるオイル流量を制御するオリフィス３２が設けられている。
【００２５】
熱交換器１２は、冷却水配管２５に冷却水が循環するよう構成されている。熱交換器１２は、オイル冷却配管３３を流れるオイルの冷却処理を行うオイル熱交換部２６と、サプライガスを冷却する冷媒ガス熱交換部２７とを有している。オイル熱交換部２６においてオイル冷却配管３３内を流れるオイルは熱交換されて冷却され、また冷媒ガス熱交換部２７において高圧側配管１３Ａ（１３）内を流れるサプライガスは熱交換されて冷却される。
【００２６】
圧縮機本体１１で昇圧され、冷媒ガス熱交換部２７で冷却されたサプライガスは、高圧側配管１３Ａ（１３）を介してオイルセパレータ１５に供給される。オイルセパレータ１５ではサプライガスに含まれるオイルが冷媒から分離されると共に、オイルに含まれる不純物や塵埃も除去される。なお、オイルセパレータ１５の詳細な構成については後述する。
【００２７】
オイルセパレータ１５でオイル除去が行われたサプライガスは、高圧側配管１３Ｂ（１３）を介してアドソーバ１６に送られる。アドソーバ１６は、サプライガスに含まれる特に気化したオイル成分を除去するためのものである。そして、アドソーバ１６において気化したオイル成分が除去されると、サプライガスはサプライ配管２２に導出され、これによりＧＭ冷凍機３０に供給される。
【００２８】
バイパス機構１８は、バイパス配管１９、高圧側圧力検出装置２０、及びバイパス弁２１により構成されている。バイパス配管１９は、圧縮機１０のサプライガスが流れる高圧側とリターンガスが流れる低圧側とを連通する配管である。高圧側圧力検出装置２０は、高圧側配管１３Ｂ内のサプライガスの圧力を検出するものである。バイパス弁２１は、バイパス配管１９を開閉する電動弁装置である。また、バイパス弁２１は常閉弁とされているが、高圧側圧力検出装置２０により駆動制御される構成とされている。
【００２９】
具体的には、高圧側圧力検出装置２０がオイルセパレータ１５からアドソーバ１６に至るサプライガスの圧力（即ち、高圧側配管１３Ｂ内の圧力）が既定圧力以上になったことを検出した際、バイパス弁２１は高圧側圧力検出装置２０に駆動されて開弁される構成とされている。これにより、既定圧力以上のサプライガスがＧＭ冷凍機３０に供給されることを防止している。
【００３０】
オイル戻り配管２４は、高圧側がオイルセパレータ１５に接続されており、低圧側が低圧側配管１４に接続されている。また、オイル戻り配管２４の途中には、オイルセパレータ１５で分離されたオイルに含まれる塵埃を除去するフィルター２８と、オイルの戻り量を制御するオリフィス２９が設けられている。
【００３１】
次に、図１から図３を参照し、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５について説明する。本実施の形態に係るオイルセパレータ１５は、本発明に係るオイルセパレータを、横置き型オイルセパレータに適用した例である。
【００３２】
図２は、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５の構成を示す断面図である。図３は、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５の別の構成の例を示す断面図である。
【００３３】
なお、図２では、冷媒ガスの流れをＧで示し、オイルの流れをＯで示している。
【００３４】
オイルセパレータ１５は、シェル３５とフィルターエレメント３６とにより構成されている。
【００３５】
シェル３５は、円筒部３５Ａ、入口部３５Ｂ、出口部３５Ｃ及び設置台３５Ｄにより構成されている。円筒部３５Ａは、略水平に延在する中空な筒形状とされている。円筒部３５Ａの上流側には、入口部３５Ｂが気密に設けられている。また、円筒部３５Ａの下流側には、出口部３５Ｃが気密に設けられている。
【００３６】
入口部３５Ｂには、高圧ガスである冷媒ガスを導入する高圧ガス導入口１５Ａが設けられており、高圧ガス導入口１５Ａには、高圧ガス導入用管１５Ｄが接続されている。高圧ガス導入用管１５Ｄは、図１に示す高圧側配管１３Ａ（１３）に接続されている。なお、高圧ガス導入口１５Ａは、本発明におけるガス導入口に相当する。
【００３７】
出口部３５Ｃには、高圧ガスである冷媒ガスを導出する高圧ガス導出口１５Ｂが設けられており、高圧ガス導出口１５Ｂには、高圧ガス導出用管１５Ｅが接続されている。高圧ガス導出用管１５Ｅは、図１に示す高圧側配管１３Ｂ（１３）に接続されている。なお、高圧ガス導出口１５Ｂは、本発明におけるガス導出口に相当する。
【００３８】
また、出口部３５Ｃには、冷媒ガスから分離したオイルを排出するオイル排出口１５Ｃが設けられており、オイル排出口１５Ｃには、オイル戻り用管１５Ｆが接続されている。オイル戻り用管１５Ｆは、図１に示すオイル戻り配管２４に接続されている。
【００３９】
フィルターエレメント３６は、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８、オイル分離部材３９により構成されている。
【００４０】
なお、第１のフィルター部材３７は、本発明における第１の濾過部に相当し、第２のフィルター部材３８は、本発明における第２の濾過部に相当し、オイル分離部材３９は、本発明におけるオイル分離部に相当する。
【００４１】
第１のフィルター部材３７は、円筒部３５Ａの内部に濾材を配置して設けられており、冷媒ガスからオイルを濾過するためのものである。また、第２のフィルター部材３８は、円筒部３５Ａの内部であって、第１のフィルター部材３７の下流側に、第１のフィルター部材３７と離隔するように濾材を配置して設けられており、冷媒ガスからオイルを濾過するためのものである。
【００４２】
第１のフィルター部材３７は、オイルを分離するために繊維状の構造を有する濾材であることが好ましい。第１のフィルター部材３７として、例えばグラスウール等を用いることができる。
【００４３】
第２のフィルター部材３８も、オイルを分離するために繊維状の構造を有する濾材であることが好ましい。第２のフィルター部材３８として、例えばグラスウール等を用いることができる。
【００４４】
なお、第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８は、同一の部材であってもよい。このときは、全体として同一の部材よりなるフィルター部材の冷媒ガスの流路に沿って途中に空隙を設け、その空隙にオイル分離部材３９を配置した構成を有することになる。すなわち、フィルターエレメント３６は、複数のフィルター部材がオイル分離部材を介して積層された積層構造を有する。
【００４５】
オイル分離部材３９は、第１のフィルター部材３７の下流側端面に設けられた第１の多孔板３９Ａを含む。オイル分離部材３９は、第１のフィルター部材３７で濾過されたオイルが第１の多孔板３９Ａの表面を伝い落ちることによって、冷媒ガスからオイルを分離するためのものである。また、オイル分離部材３９は、第１の多孔板３９Ａにより第１のフィルター部材３７を固定支持することができる。
【００４６】
第１の多孔板３９Ａとして、例えば、金属板に、例えば第１の方向に間隔１５ｍｍ程度で配列し、かつ、その配列が第１の方向と直交する第２の方向に間隔１０ｍｍ程度で配列することによって、内径６ｍｍ程度の貫通孔が千鳥配置に形成されたパンチングプレートを用いることができる。
【００４７】
オイル分離部材３９は、第２のフィルター部材３８の上流側端面に設けられた第２の多孔板３９Ｂを含んでもよい。オイル分離部材３９は、第２の多孔板３９Ｂにより第２のフィルター部材３８を固定支持することができる。
【００４８】
第２の多孔板３９Ｂとしても、第１の多孔板３９Ａと同様に、例えば、金属板に、例えば第１の方向に間隔１５ｍｍ程度で配列し、かつ、その配列が第１の方向と直交する第２の方向に間隔１０ｍｍ程度で配列することによって、内径６ｍｍ程度の貫通孔が千鳥配置に形成されたパンチングプレートを用いることができる。
【００４９】
また、第２の多孔板３９Ｂは、スペーサ部材３９Ｃを介して第１の多孔板３９Ａに固定されていてもよい。これにより、第１の多孔板３９Ａと第２の多孔板３９Ｂとの空隙を一定に保持した状態で離隔させることができるため、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙寸法（第１の多孔板３９Ａと第２の多孔板３９Ｂとの空隙寸法）を一定の値に保持することができる。
【００５０】
なお、第１のフィルター部材３７の上流側端面にも、第１の多孔板３９Ａと同様の多孔板３７Ａが設けられていてもよい。これにより、第１のフィルター部材３７を上流側と下流側の両側から固定支持することができる。
【００５１】
また、第２のフィルター部材３８の下流側端面にも、第２の多孔板３９Ｂと同様の多孔板３８Ａが設けられていてもよい。これにより、第２のフィルター部材３８を上流側と下流側の両側から固定支持することができる。
【００５２】
本実施の形態では、横置き型オイルセパレータであるオイルセパレータ１５は、出口部３５Ｃの底部が入口部３５Ｂの底部より下方に配置されるように、設置台３５Ｄ上に傾斜して設けられていてもよい。これにより、円筒部３５Ａの底部に溜まったオイルを上流側から下流側に容易に流すことができる。しかし、図３に示すように、出口部３５Ｃの底部と入口部３５Ｂとが略同一の高さに配置されるよう、設置台３５Ｄ上に円筒部３５Ａが略水平に延在するように設けられていてもよい。
【００５３】
ここで、図４から図６を参照し、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５が、オイルを濾過するフィルター部材の下流側端面全面からオイルが噴出することを防止できる作用効果について、比較例と対比しながら説明する。
【００５４】
図４は、比較例に係るオイルセパレータの構成を示す断面図である。図５は、比較例に係るオイルセパレータのフィルター部材３７Ｄを、オイルを含む冷却ガスが通過するときの様子を示す模式図である。図６は、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５のフィルター部材３７、３８を、オイルを含む冷却ガスが通過するときの様子を示す模式図である。
【００５５】
なお、図４及び図５では、フィルター部材３７Ｄの上流側端面及び下流側端面に、それぞれ多孔板３７Ａ、３８Ａが設けられている例を示している。また、図６では、第１のフィルター部材３７の下流側端面に第１の多孔板３９Ａが設けられ、第２のフィルター部材３８の上流側端面に第２の多孔板３９Ｂが設けられ、第１のフィルター部材３７の上流側端面及び第２のフィルター部材３８の下流側端面に、それぞれ多孔板３７Ａ、３８Ａが設けられている例を示している。また、図５及び図６では、図示を容易にするため、オイルセパレータ１５の傾斜を省略し、オイルセパレータ１５が水平に延在するように記載している。また、図６では、スペーサ部材の図示を省略している。また、図５及び図６では、冷媒ガスの流れをＧで示し、オイルの流れをＯで示している。
【００５６】
比較例に係るオイルセパレータも、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様に、シェル３５とフィルターエレメント３６とにより構成されている。しかし、比較例に係るオイルセパレータでは、フィルターエレメント３６が、フィルター部材３７Ｄにより構成され、フィルター部材３７Ｄの途中には空隙が設けられておらず、オイル分離部材も設けられていない。
【００５７】
なお、図４では、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様の部分については、オイルセパレータ１５と同様の符号を付し、説明を省略する。
【００５８】
比較例に係るオイルセパレータのフィルター部材３７Ｄを、オイルを含む冷却ガスが通過するときは、毛細管現象により周囲のあらゆる方向にオイルが浸透しやすくなるか、又は、フィルター部材３７Ｄのオイル保持能力が高くなり、フィルター部材３７Ｄの下部へオイルが流れ難くなる。その結果、図５に示すように、オイルが、フィルター部材３７Ｄの下流側端面の上部、すなわち高圧ガス導出口１５Ｂに近い部分から噴出し、飛沫やミストとなって冷媒ガスに同伴された状態で、高圧ガス導出口１５Ｂから流出する。
【００５９】
また、図５に示すように、フィルター部材３７Ｄの下流側端面におけるオイル液面の高さをＨ０とする。
【００６０】
一方、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５では、図６に示すように、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との間に空隙が挿入されている。これにより、第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８をオイルを含む冷却ガスが通過するときは、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８の下部へ、段階的に自重によりオイルを落とすことができ、冷媒ガスからオイルを分離しやすくなる。また、第１のフィルター部材３７で濾過されたオイルが第１の多孔板３９Ａの表面を伝い落ちることによって、冷媒ガスからオイルを分離しやすくなる。その結果、第２のフィルター部材３８の下流側端面の上部、すなわち高圧ガス導出口１５Ｂに近い部分からオイルが噴出することを防止できる。そして、第２のフィルター部材３８の下流側端面の下部からオイルが集中して噴出し、また、オイルの密度が冷媒ガスの密度よりも極めて大きいため、オイルが飛沫やミストとなって冷媒ガスに同伴されにくい。
【００６１】
図６に示すように、第１のフィルター部材３７の下流側端面におけるオイル液面の高さをＨ１とし、第２のフィルター部材３８の下流側端面におけるオイル液面の高さをＨ２とする。すると、Ｈ２＜Ｈ１であるとともに、Ｈ２＜Ｈ０とすることができる。
【００６２】
従って、本実施の形態によれば、オイルを濾過するフィルター部材の下流側端面全面からオイルが噴出することを防止できる。
【００６３】
本実施の形態では、第１のフィルター部材３７を通過する冷媒ガスの速度をｖとし、所定の係数をｋとするとき、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８とが離隔される距離（空隙寸法）ｄは、式（１）
【００６４】
【数１】
を満たすことが好ましい。
【００６５】
すなわち、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙寸法ｄは、第１のフィルター部材３７を通過する冷媒ガスの速度ｖに所定の係数ｋを乗じて得た値以上であることが好ましい。
【００６６】
なお、オイル分離部材３９が、第１の多孔板３９Ａ及び第２の多孔板３９Ｂを含むときは、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙寸法ｄは、第１の多孔板３９Ａと第２の多孔板３９Ｂとの空隙寸法を意味する。
【００６７】
第１のフィルター部材３７を通過する冷媒ガスの流量をＱとし、第１のフィルター部材３７の断面積をＳとし、第１のフィルター部材３７の濾材物質密度をρ０とし、第１のフィルター部材３７の濾材充填密度（実際の密度）をρとするとき、第１のフィルター部材３７を通過する冷媒ガスの速度ｖは、式（２）
【００６８】
【数２】
で表される。従って、式（１）及び式（２）より、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙寸法ｄは、式（３）
【００６９】
【数３】
を満たすことが好ましい。
【００７０】
すなわち、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙寸法ｄは、第１のフィルター部材３７を通過する冷媒ガスの流量Ｑを、第１のフィルター部材３７の断面積Ｓと第１のフィルター部材３７の疎度（ρ０−ρ）／ρ０との積で割った値に、所定の係数ｋを乗じて得た値以上であることが好ましい。
【００７１】
ここで、表１の実施例１において、空隙寸法ｄと、高圧ガス導出口１５Ｂから単位時間に流出するオイルの流出量であるオイル流出速度ｖｏとの関係を調べた。
【００７２】
【表１】
ここで、オイルの流出量は、例えば高圧ガス導出用管１５Ｅの途中にフィルタ又はトラップを設け、高圧ガス導出用管１５Ｅを通るオイルの量を測定することにより、測定することができる。このときの、空隙寸法ｄとオイル流出速度ｖｏとの関係を図７（ａ）に示す。
【００７３】
図７（ａ）に示すように、空隙寸法ｄを０ｍｍから２ｍｍに増大させるのに伴ってオイル流出速度ｖｏは急激に減少し、更に空隙寸法ｄを６ｍｍ、１０ｍｍ、１４ｍｍ、１８ｍｍと増大させると、ｄが１０ｍｍ以上の範囲では、オイル流出速度ｖｏはほぼ一定値に収束したままであることが分かった。
【００７４】
図７（ａ）のグラフにおいて、空隙寸法ｄに代え、冷媒ガスの流速ｖに対する空隙寸法ｄの比である変数ｒ、すなわち式（４）
【００７５】
【数４】
に示す変数ｒを横軸としたものを図７（ｂ）に示す。すると、図７（ｂ）に示すように、変数ｒを０から１．４×１０−６に増大させるのに伴ってオイル流出速度ｖｏは減少し、更に変数ｒを１．４×１０−６以上の値に増大させると、オイル流出速度ｖｏは略一定値に収束したままであることが分かった。
【００７６】
従って、図７（ｂ）に示すように、冷媒ガスの流速ｖに対する空隙寸法ｄの比である変数ｒが所定の値ｋ（ｋ＝１．４×１０−６）以上であるときに、オイル流出速度ｖｏを十分に減少させることができる。その結果、濾過したオイルを効率良く冷媒ガスから分離できる。
【００７７】
すなわち、所定の係数ｋは、空隙寸法ｄを増大させた場合において、オイル流出速度ｖｏが減少して略一定値に収束するときの、冷媒ガスの流速ｖに対する空隙寸法ｄの比ｒに等しい値である。そして、このときの空隙寸法ｄは、空隙寸法の最適値（最小値）となる。
【００７８】
なお、表１の実施例１では、ｋ＝１．４×１０−６となるときの空隙寸法ｄの値は、ｄ＝１０ｍｍであるため、空隙寸法ｄは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００７９】
また、上記した空隙寸法ｄとオイル流出速度ｖｏとの関係は、表１の実施例１に記載した各パラメータを変更した場合にも略同様に成り立つものである。
【００８０】
実際に用いられるオイルセパレータの仕様としては、表１の実施例１よりも、断面積Ｓが大きく、疎度（ρ０−ρ）／ρ０が大きい例、すなわち流速ｖに対する空隙寸法ｄの比（変数ｒ）が大きい例がある。このような例を表１の実施例２に示す。
【００８１】
表１の実施例２でも、空隙寸法ｄを増大させる（変数ｒを増大させる）場合において、変数ｒがｋ＝１．４×１０−６となるときにオイル流出速度ｖｏがほぼ収束する。また、ｋ＝１．４×１０−６となるときの空隙寸法ｄの値は、ｄ＝２．７ｍｍである。従って、表１の実施例２では、空隙寸法ｄは、２．７ｍｍ以上であることが好ましい。
【００８２】
これにより、オイルを濾過する濾過部の下流側端面全面からオイルが噴出することを防止し、濾過したオイルを効率良く冷媒ガスから分離できる。
（第１の実施の形態の第１の変形例）
次に、図８を参照し、第１の実施の形態の第１の変形例に係るオイルセパレータについて説明する。本変形例に係るオイルセパレータ１５ａでは、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙が、円筒部３５Ａの軸方向に対して垂直でなく、上流側に傾斜するように、設けられている。
【００８３】
図８（ａ）は、本変形例に係るオイルセパレータ１５ａの構成を示す断面図であり、図８（ｂ）は、傾斜角θを説明するための図である。
【００８４】
本変形例に係るオイルセパレータ１５ａも、フィルターエレメント３６以外の部分は、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様である。従って、図８では、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様の部分については、オイルセパレータ１５と同様の符号を付するとともに、本変形例では、圧縮機等も含めた、フィルターエレメント３６以外の部分についての説明を省略する。
【００８５】
オイルセパレータ１５ａが、シェル３５とフィルターエレメント３６とにより構成されていること、また、シェル３５が、円筒部３５Ａ、入口部３５Ｂ、出口部３５Ｃ及び設置台３５Ｄにより構成されていることは、第１の実施の形態と同様である。
【００８６】
フィルターエレメント３６は、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８、オイル分離部材３９により構成されている。
【００８７】
第１の実施の形態と同様に、第１のフィルター部材３７は、円筒部３５Ａの内部に設けられている。また、第１の実施の形態と同様に、第２のフィルター部材３８が、円筒部３５Ａの内部であって、第１のフィルター部材３７の下流側に、第１のフィルター部材３７と離隔して設けられている。
【００８８】
ただし、本変形例に係るオイルセパレータ１５ａでは、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙が、円筒部３５Ａの軸方向に対して垂直ではなく、上流側に傾斜するように設けられている。従って、第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８は、上流側に傾斜するとともに互いに略平行に配置されるように設けられる。
【００８９】
第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８としては、第１の実施の形態と同様の材質により構成されたものを用いることができる。
【００９０】
オイル分離部材３９は、第１のフィルター部材３７の下流側端面に設けられた第１の多孔板３９Ａを含む。第１のフィルター部材３７が上流側に傾斜するように設けられているため、第１の多孔板３９Ａも上流側に傾斜するように設けられている。
【００９１】
また、オイル分離部材３９は、第２のフィルター部材３８の上流側端面に設けられた第２の多孔板３９Ｂを含んでもよい。第２のフィルター部材３８が上流側に傾斜するように設けられているときは、第２の多孔板３９Ｂも上流側に傾斜するように設けられていてもよい。
【００９２】
また、第２の多孔板３９Ｂは、スペーサ部材３９Ｃを介して第１の多孔板３９Ａに固定されていてもよい。第１のフィルター部材３７の上流側端面にも、第１の多孔板３９Ａ等と同様の多孔板３７Ａが設けられていてもよい。第２のフィルター部材３８の下流側端面にも、第１の多孔板３９Ａ等と同様の多孔板３８Ａが設けられていてもよい。
【００９３】
本変形例でも、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８の下部へ、段階的に自重によりオイルを落とすことができ、冷媒ガスからオイルを分離しやすくなる。
【００９４】
それに加え、本変形例では、第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８が上流側に傾斜している。これにより、円筒部３５Ａ（冷媒ガス流路）に沿った第１のフィルター部材３７の下流側端面と第２のフィルター部材３８の上流側端面との空隙寸法ｄ´を増大させることができる。
【００９５】
傾斜角をθとするとき、空隙寸法ｄ´は、図８（ｂ）に示すように、式（５）
【００９６】
【数５】
により表される。従って、傾斜角θを増大させることによって、空隙寸法ｄ´を増大させることができる。空隙寸法ｄ´が増大すると、オイル流出速度ｖｏが減少することを図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いて説明したように、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８の下部へ更にオイルを落としやすくなり、冷媒ガスからオイルを分離しやすくなる。
【００９７】
また、本変形例では、横置き型オイルセパレータであるオイルセパレータ１５ａは、出口部３５Ｃの底部が入口部３５Ｂの底部より下方に配置されるよう、上流側から下流側に向かって傾斜するように、設置台３５Ｄ上に設けられていてもよい。オイルセパレータ１５ａの傾斜角をθ０とするときは、空隙寸法ｄ´は式（６）
【００９８】
【数６】
のように表されるため、θ＞θ０であることが好ましい。
【００９９】
なお、本変形例でも、オイル分離部材３９が、第１の多孔板３９Ａ及び第２の多孔板３９Ｂを含むときは、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との空隙寸法ｄとは、第１の多孔板３９Ａと第２の多孔板３９Ｂとの空隙寸法を意味する。
（第１の実施の形態の第２の変形例）
次に、図９を参照し、第１の実施の形態の第２の変形例に係るオイルセパレータについて説明する。本変形例に係るオイルセパレータ１５ｂでは、円筒部３５Ａの軸方向にフィルター部材が３つ積層するように設けられるとともに、それぞれのフィルター部材の間に空隙が設けられている。
【０１００】
図９は、本変形例に係るオイルセパレータ１５ｂの構成を示す断面図である。
【０１０１】
本変形例に係るオイルセパレータ１５ｂも、フィルターエレメント３６以外の部分は、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様である。従って、図９では、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様の部分については、オイルセパレータ１５と同様の符号を付すとともに、本変形例では、圧縮機等も含めた、フィルターエレメント３６以外の部分についての説明を省略する。
【０１０２】
オイルセパレータ１５ｂが、シェル３５とフィルターエレメント３６とにより構成されていること、また、シェル３５が、円筒部３５Ａ、入口部３５Ｂ、出口部３５Ｃ及び設置台３５Ｄにより構成されていることは、第１の実施の形態と同様である。
【０１０３】
また、フィルターエレメント３６は、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８及びオイル分離部材３９を有することは、第１の実施の形態と同様である。
【０１０４】
一方、本変形例では、フィルターエレメント３６は、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８及びオイル分離部材３９に加え、第３のフィルター部材４０及び第２のオイル分離部材４１を有する。
【０１０５】
第３のフィルター部材４０は、円筒部３５Ａの内部であって、第２のフィルター部材３８の下流側に、第２のフィルター部材３８と離隔して設けられており、冷媒ガスからオイルを濾過するためのものである。
【０１０６】
第３のフィルター部材４０も、オイルを分離するために繊維状の構造を有するものであることが好ましい。第３のフィルター部材４０として、例えばグラスウール等を用いることができる。
【０１０７】
なお、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８及び第３のフィルター部材４０は、同一の部材であってもよい。このときは、全体として同一の部材よりなるフィルター部材の冷媒ガスの流路に沿った途中に２箇所の空隙を設け、その２箇所の空隙にそれぞれオイル分離部材を配置した構成を有することになる。すなわち、フィルターエレメント３６は、複数のフィルター部材が複数のオイル分離部材を介して積層された積層構造を有する。
【０１０８】
第２のオイル分離部材４１は、第２のフィルター部材３８の下流側端面に設けられた第３の多孔板４１Ａを含む。第２のオイル分離部材４１は、第２のフィルター部材３８で濾過されたオイルが第３の多孔板４１Ａの表面を伝い落ちることによって、冷媒ガスからオイルを分離するためのものである。また、第２のオイル分離部材４１は、第３の多孔板４１Ａにより第２のフィルター部材３８を固定支持することができる。その他、第３の多孔板４１Ａの材質等は、オイル分離部材３９を構成する第１の多孔板３９Ａと同様にすることができる。
【０１０９】
また、第２のオイル分離部材４１は、第３のフィルター部材４０の上流側端面に設けられた第４の多孔板４１Ｂを含んでもよい。第２のオイル分離部材４１は、第４の多孔板４１Ｂにより第３のフィルター部材４０を固定支持することができる。
【０１１０】
また、第４の多孔板４１Ｂは、スペーサ部材４１Ｃを介して第３の多孔板４１Ａに固定されていてもよい。第１のフィルター部材３７の上流側端面にも、第１の多孔板３９Ａ等と同様の多孔板３７Ａが設けられていてもよい。第３のフィルター部材４０の下流側端面にも、第１の多孔板３９Ａ等と同様の多孔板４０Ａが設けられていてもよい。
【０１１１】
本変形例では、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８及び第３のフィルター部材４０の下部へ、段階的に自重によりオイルを落とすことができ、冷媒ガスからオイルを更に分離しやすくなる。
（第２の実施の形態）
次に、図１０を参照し、第２の実施の形態に係るオイルセパレータについて説明する。本実施の形態に係るオイルセパレータ１５ｃは、本発明に係るオイルセパレータを、縦置き型オイルセパレータに適用した例である。
【０１１２】
本実施の形態に係るオイルセパレータ１５ｃでは、略鉛直に延在する円筒部３５Ｅの中に、それぞれ円筒形状の第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８とが互いに同心に設けられている。そして、同心に設けられた第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８との間に、空隙が設けられている。
【０１１３】
本実施の形態に係るオイルセパレータ１５ｃも、フィルターエレメント３６以外の部分は、第１の実施の形態に係るオイルセパレータ１５と同様である。従って、本実施の形態では、圧縮機等も含めた、フィルターエレメント３６以外の部分についての説明を省略する。
【０１１４】
図１０は、本実施の形態に係るオイルセパレータ１５ｃの構成を示す断面図である。
【０１１５】
なお、図１０では、冷媒ガスの流れをＧで示し、オイルの流れをＯで示している。
【０１１６】
オイルセパレータ１５ｃは、シェル３５とフィルターエレメント３６とにより構成されている。
【０１１７】
シェル３５は、円筒部３５Ｅ、上部フランジ３５Ｆ及び下部フランジ３５Ｇにより構成されている。円筒部３５Ｅは、中空な筒形状とされている。ただし、本実施の形態では、円筒部３５Ｅの軸は略垂直に延在する。円筒部３５Ｅの下端部には下部フランジ３５Ｇが溶接により固定されており、よって気密に塞がれた構成とされている。また、円筒部３５Ｅの上端部には上部フランジ３５Ｆが溶接により固定されており、よって気密に閉蓋された構成とされている。
【０１１８】
上部フランジ３５Ｆには、高圧ガス導入用管１５Ｄ、高圧ガス導出口１５Ｂ、及びオイル戻り用管１５Ｆが設けられている。
【０１１９】
高圧ガス導入用管１５Ｄは、上部フランジ３５Ｆを貫通するように設けられている。上部フランジ３５Ｆの上方において、高圧ガス導入用管１５Ｄは、図１に示す高圧側配管１３Ａ（１３）に接続されている。また、上部フランジ３５Ｆの下方において、高圧ガス導入用管１５Ｄは、後述するように、上部蓋体４２に設けられた高圧ガス導入口１５Ａに接続されている。
【０１２０】
なお、高圧ガス導入口１５Ａは、本発明におけるガス導入口に相当し、高圧ガス導出口１５Ｂは、本発明におけるガス導出口に相当する。
【０１２１】
高圧ガス導出口１５Ｂには、高圧ガス導出用管１５Ｅが接続されており、高圧ガス導出用管１５Ｅは、図１に示す高圧側配管１３Ｂ（１３）に接続されている。
【０１２２】
オイル戻り用管１５Ｆは、上部フランジ３５Ｆから下部フランジ３５Ｇの付近まで延在する。オイル戻り用管１５Ｆの下端部には、冷媒ガスから分離したオイルを排出するオイル排出口１５Ｃが設けられている。オイル戻り用管１５Ｆは、上部フランジ３５Ｆの上方で、図１に示すオイル戻り配管２４に接続されている。
【０１２３】
フィルターエレメント３６は、第１のフィルター部材３７、第２のフィルター部材３８、オイル分離部材３９、上部蓋体４２及び下部蓋体４３等により構成されている。なお、第１のフィルター部材３７は、本発明における第１の濾過部に相当し、第２のフィルター部材３８は、本発明における第２の濾過部に相当し、オイル分離部材３９は、本発明におけるオイル分離部に相当する。
【０１２４】
上部蓋体４２には、高圧ガス導入口１５Ａが設けられており、高圧ガス導入口１５Ａには、高圧ガス導入用管１５Ｄが接続されている。
【０１２５】
上部蓋体４２と下部蓋体４３との間には、例えばパンチングプレートを円筒形状に曲げてなる芯部材４４が設けられている。なお、芯部材４４の内部の空間であって、上部蓋体４２と下部蓋体４３とにより挟まれており、高圧ガス導入口１５Ａが設けられている空間は、入口部３５Ｂに相当する。
【０１２６】
また、上部蓋体４２よりも上方に位置し、上部フランジ３５Ｆと上部蓋体４２とにより挟まれており、高圧ガス導出口１５Ｂが設けられている空間は、出口部３５Ｃに相当する。また、上部蓋体４２と下部蓋体４３との間に位置し、フィルターエレメント３６の外方の空間も、出口部３５Ｃに相当する。更に、下部蓋体４３よりも下方に位置し、下部フランジ３５Ｇと下部蓋体４３とにより挟まれており、オイル排出口１５Ｃが設けられている空間も、出口部３５Ｃに相当する。
【０１２７】
第１のフィルター部材３７は、円筒形状の芯部材４４の周りに、濾材を円筒形状に巻回すように配置して設けられている。また、第２のフィルター部材３８は、円筒形状に巻回して構成される第１のフィルター部材３７の周りに、濾材を円筒形状に巻回すように配置して設けられている。また、第２のフィルター部材３８は、第１のフィルター部材３７と略同心に設けられている。第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８も、芯部材４４と同様に、上部蓋体４２と下部蓋体４３とにより挟まれるように設けられている。
【０１２８】
本実施の形態では、芯部材４４から第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８の径方向外方に向け、平面視において放射状に冷媒ガスが流れる。従って、第１のフィルター部材３７は、冷媒ガス流路の途中に濾材を配置して設けられており、冷媒ガスからオイルを濾過するためのものである。また、第２のフィルター部材３８は、冷媒ガス流路の途中であって、第１のフィルター部材３７の下流側に、第１のフィルター部材３７と離隔するように濾材を配置して設けられており、冷媒ガスからオイルを濾過するためのものである。
【０１２９】
本実施の形態でも、第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８は、オイルを分離するために繊維状の構造を有する濾材であることが好ましい。第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８として、例えばグラスウール等を用いることができる。
【０１３０】
なお、第１のフィルター部材３７及び第２のフィルター部材３８は、同一の部材であってもよい。このときは、全体として同一の部材よりなる円筒形状のフィルター部材の径方向に沿って途中に空隙を設け、その空隙にオイル分離部材３９を配置した構成を有することになる。
【０１３１】
オイル分離部材３９は、第１のフィルター部材３７の下流側端面である外周面に設けられた第１の多孔板３９Ａを含む。オイル分離部材３９は、第１のフィルター部材３７で濾過されたオイルが第１の多孔板３９Ａの表面を伝い落ちることによって、冷媒ガスからオイルを分離するためのものである。また、オイル分離部材３９は、第１の多孔板３９Ａにより第１のフィルター部材３７を固定支持することができる。
【０１３２】
オイル分離部材３９は、第２のフィルター部材３８の上流側端面である内周面に設けられた第２の多孔板３９Ｂを含んでもよい。オイル分離部材３９は、第２の多孔板３９Ｂにより第２のフィルター部材３８を固定支持することができる。
【０１３３】
また、第２の多孔板３９Ｂは、スペーサ部材３９Ｃを介して第１の多孔板３９Ａに固定されていてもよい。これにより、第１の多孔板３９Ａの下流側端面である外周面と第２の多孔板３９Ｂの上流側端面である内周面との間隔を一定にした状態で保持することができるため、第１のフィルター部材３７の外周面と第２のフィルター部材３８の内周面との空隙寸法を一定の値に保持することができる。
【０１３４】
また、第２のフィルター部材３８の下流側端面である外周面にも、第２の多孔板３９Ｂと同様の多孔板３８Ａが設けられていてもよい。これにより、第２のフィルター部材３８を上流側と下流側の両側から固定支持することができる。
【０１３５】
本実施の形態でも、第１のフィルター部材３７と第２のフィルター部材３８の下部へ、段階的に自重によりオイルを落とすことができ、冷媒ガスからオイルを分離しやすくなる。
【０１３６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１３７】
実施の形態では、多孔板としてパンチングメタルを用いる構成を例に説明したが、金網、スリットを設けた板、棒材を格子状に並べた部材など、ガスの流れを阻害せずにフィルター部材を支えてオイルを分離することができればどのような構成でも良い。
【符号の説明】
【０１３８】
１０ 圧縮機
１１ 圧縮機本体
１５、１５ａ〜１５ｃ オイルセパレータ
１５Ａ 高圧ガス導入口
１５Ｂ 高圧ガス導出口
１５Ｃ オイル排出口
３０ ＧＭ冷凍機
３５ シェル
３５Ａ、３５Ｅ 円筒部
３５Ｂ 入口部
３５Ｃ 出口部
３６ フィルターエレメント
３７ 第１のフィルター部材
３７Ａ、３８Ａ 多孔板
３８ 第２のフィルター部材
３９ オイル分離部材
３９Ａ 第１の多孔板
３９Ｂ 第２の多孔板
３９Ｃ、４１Ｃ スペーサ部材
４０ 第３のフィルター部材
４１ 第２のオイル分離部材
４１Ａ 第３の多孔板
４１Ｂ 第４の多孔板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ガスを圧縮する圧縮機から冷媒ガスを膨張させて冷熱を発生する冷凍機に向かって冷媒ガスが流れる冷媒ガス流路の途中に設けられ、冷媒ガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータにおいて、
上流側に設けられた、冷媒ガスを導入するガス導入口を有する入口部と、
下流側に設けられた、冷媒ガスを導出するガス導出口と、分離したオイルを排出するオイル排出口とを有する出口部と、
前記入口部と前記出口部との間に設けられた、冷媒ガスからオイルを濾過する第１の濾過部と、
前記第１の濾過部の下流側に、前記第１の濾過部と離隔して設けられた、冷媒ガスからオイルを濾過する第２の濾過部と、
前記第１の濾過部の下流側端面に設けられた第１の多孔板を含むオイル分離部と
を有する、オイルセパレータ。
【請求項２】
前記オイル分離部は、前記第２の濾過部の上流側端面に設けられた第２の多孔板を含むものである、請求項１に記載のオイルセパレータ。
【請求項３】
前記第２の多孔板は、スペーサ部材を介して前記第１の多孔板に固定されている、請求項２に記載のオイルセパレータ。
【請求項１】
冷媒ガスを圧縮する圧縮機から冷媒ガスを膨張させて冷熱を発生する冷凍機に向かって冷媒ガスが流れる冷媒ガス流路の途中に設けられ、冷媒ガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータにおいて、
上流側に設けられた、冷媒ガスを導入するガス導入口を有する入口部と、
下流側に設けられた、冷媒ガスを導出するガス導出口と、分離したオイルを排出するオイル排出口とを有する出口部と、
前記入口部と前記出口部との間に設けられた、冷媒ガスからオイルを濾過する第１の濾過部と、
前記第１の濾過部の下流側に、前記第１の濾過部と離隔して設けられた、冷媒ガスからオイルを濾過する第２の濾過部と、
前記第１の濾過部の下流側端面に設けられた第１の多孔板を含むオイル分離部と
を有する、オイルセパレータ。
【請求項２】
前記オイル分離部は、前記第２の濾過部の上流側端面に設けられた第２の多孔板を含むものである、請求項１に記載のオイルセパレータ。
【請求項３】
前記第２の多孔板は、スペーサ部材を介して前記第１の多孔板に固定されている、請求項２に記載のオイルセパレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１０７８３４（Ｐ２０１２−１０７８３４Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５８１３９（Ｐ２０１０−２５８１３９）
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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