JP2017120153A

JP2017120153A - コンデンサ

Info

Publication number: JP2017120153A
Application number: JP2015256554A
Authority: JP
Inventors: 堀田　雅敏; Masatoshi Hotta; 雅敏堀田; 淳二武田; Junji Takeda
Original assignee: Union Showa KK
Current assignee: Union Showa KK
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2035-12-28
Also published as: JP6696175B2

Abstract

【課題】サブクールコンデンサにおける水分除去能力を向上させることができる技術を提供すること。【解決手段】並列配置された複数の熱交換管と、熱交換管の左右両端部と連通するヘッダタンクとを備え、前記熱交換管のうち、上方の複数の熱交換管により冷媒凝縮パスを構成し、下方の複数の熱交換管により冷媒過冷却パスを構成し、前記ヘッダタンクのうち、前記冷媒凝縮パスを経た冷媒を流入させて、前記過冷却パスへと流出させるヘッダタンク内に、ビーズ状乾燥剤を充填した包材を配置したコンデンサにおいて、この包材を、パウダー状乾燥剤が分散された吸湿性樹脂もしくは、パウダー状乾燥剤を添着させた吸湿性不織布の少なくとも何れかで形成した。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用エアコンの冷凍サイクルを構成するサブクール式のコンデンサ（以下、サブクールコンデンサ）に関するものである。

自動車用エアコン用の冷凍サイクルは、コンプレッサー、コンデンサ、膨張弁およびエバポレータを中空管で連結して構成される。通常、コンデンサ内で凝縮した冷媒は過冷却度が不充分であり、下流側での僅かな受熱や圧損によって気化する不安定な状態にあり、このために冷凍サイクルの効率低下や変動を生じ易い。この対策として、コンデンサによる凝縮を経た冷媒を更に凝縮温度よりも５〜８℃程度低い温度まで過冷却するサブクール部を設け、液冷媒として安定化した状態で蒸発器側へ送る方法が知られている（例えば、特許文献１）。このサブクール部は、空間効率の観点から、コンデンサに一体に組み込んだ構成（サブクールコンデンサ）とすることが多い。

サブクールコンデンサは、通常、並列配置された複数の熱交換管と、熱交換管の左右両端部と連通するヘッダタンクとを備え、熱交換管のうち、上方の複数の熱交換管により冷媒凝縮パスを構成し、下方の複数の熱交換管により冷媒過冷却パスを構成している。前記の冷媒凝縮パスでは、冷媒の凝縮が行われ、冷媒過冷却パスでは、冷媒の過冷却が行われる。

冷凍サイクル中に水分が含まれていると膨脹弁の細孔で凍結して冷媒の流れを阻害したり、冷凍装置の機能部品を腐蝕させるおそれがあるため、冷凍サイクル中には、乾燥剤を配置することが好ましく、例えば、特許文献１には、前記のヘッダタンクのうち、冷媒凝縮パスを経た冷媒を流入させて、過冷却パスへと流出させるヘッダタンク内に、ビーズ状の乾燥剤を充填した乾燥剤充填容器を配置した構造が開示されている。この乾燥剤によって、冷媒中に混入した水分が除去される。

乾燥剤による水分除去能力は、使用される乾燥剤の量に比例するが、ヘッダタンク内の限られたスペースに封入できる乾燥剤の容量には限界がある。
乾燥剤の封入量を増加させることなく、サブクールコンデンサの水分除去能力向上を求める手段として、封入する乾燥剤自体の吸湿能力を改善する方法が考えられる。最近では、自動車用エアコンの冷凍サイクル内で使用される乾燥剤には特に高い硬度が求められ、この硬度と更に高い吸湿能力を両立させた乾燥剤が開発されて来てはいるものの、更なる性能向上が求められている。
また、ヘッダタンクを大型化して乾燥剤の封入量増加を図ることは可能であるが、ヘッダタンクの大型化は、車体の限られた空間を有効利用するといった観点や、車載設備の軽量化を図るといった観点から好ましくない。

特開２０１２−１５４６０４号公報

本発明の目的は、上記の問題を解決し、従来ヘッダタンク内で使用されていた乾燥剤を、種類も封入量も変えることなく、そのまま使用した場合であっても、サブクールコンデンサにおける水分除去能力を向上させることができる技術を提供することである。

本発明では、上記の課題を解決するための手段として、冷凍サイクルを構成するコンデンサにおいて、並列配置された複数の熱交換管と、熱交換管の左右両端部が接続されたヘッダタンクとを備え、前記熱交換管のうち、上方の複数の熱交換管により冷媒凝縮パスを構成し、下方の複数の熱交換管により冷媒過冷却パスを構成し、前記ヘッダタンクのうち、前記冷媒凝縮パスを経た冷媒を流入させて、前記過冷却パスへと流出させるヘッダタンク内に、乾燥剤を充填した包材を配置し、この包材が、パウダー状乾燥剤が分散された吸湿性樹脂もしくは、パウダー状乾燥剤を添着させた吸湿性不織布の少なくとも何れかである構成を採用した。

前記パウダー状乾燥剤は、ゼオライトであることが好ましい。

前記吸湿性樹脂は、ゼオライトと熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。この熱可塑性樹脂は、軟化点が７０℃以上であることが好ましく、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、超高分子量ポリエチレン、シンジオタクチックポリスチレンの少なくとも何れかであることがより好ましい。

前記吸湿性不織布が、不織布原紙の重量に対して、パウダー状乾燥剤を１０〜７０％含有する不織布であることが好ましく、前記吸湿性不織布を構成する繊維が、アラミド繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、レーヨン繊維の少なくとも何れかを含むことが好ましい。

上記構成からなる本発明では、サブクールコンデンサのヘッダタンク内に配置される乾燥剤を収容する包材を、吸湿性樹脂もしくは吸湿性不織布で作成しているため、冷媒中に混入している水分を、従来の成型された乾燥剤のほか、パウダー状乾燥剤が分散された吸湿性樹脂もしくは、パウダー状乾燥剤を添着させた吸湿性不織布からなる包材によっても除去することができる。このため、本発明によれば、従来ヘッダタンク内で使用されていた乾燥剤を、種類も封入量も変えることなく、そのまま使用した場合であっても、サブクールコンデンサにおける水分除去能力を向上させることができる。

本実施形態のコンデンサの全体構成を具体的に示す正面図である。図１のコンデンサを模式的に示す正面図である。

本発明は、冷凍サイクルを構成するコンデンサにおいて、並列配置された複数の熱交換管と、熱交換管の左右両端部と連通するヘッダタンクとを備え、前記熱交換管のうち、上方の複数の熱交換管により冷媒凝縮パスを構成し、下方の複数の熱交換管により冷媒過冷却パスを構成し、前記ヘッダタンクのうち、前記冷媒凝縮パスを経た冷媒を流入させて、前記過冷却パスへと流出させるヘッダタンク内に、乾燥剤を充填した包材を配置し、この包材が、パウダー状乾燥剤が分散された吸湿性樹脂もしくは、パウダー状乾燥剤を添着させた吸湿性不織布の少なくとも何れかである構成としたものである。以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態のコンデンサは、冷媒が流通する扁平状の複数本の熱交換管１が長手方向（水平方向）に設けられ、その各熱交換管１間には、冷媒と空気との熱交換を促進する波状のフィン２が配設されており、このフィン２および熱交換管１により冷媒と空気とを熱交換させる熱交換管路が並列配置された熱交換パス（図２に示す冷媒凝縮パス３、冷媒過冷却パス４）を形成している。

また、熱交換管１の両端側には、熱交換管の長手方向（水平方向）と直交する方向（垂直方向）に延びて複数本の熱交換管１と連通するヘッダータンク５、６、７を配設している。そして、ヘッダータンク５には、冷媒入口部８が設けられ、ヘッダータンク６には、冷媒出口部９が設けられている。ヘッダータンク６には、仕切り板１０が設けられている。冷媒入口部８から流入した冷媒は、図中に示す矢印ａから矢印ｋの順に流れて、冷媒出口部９から流出する。

熱交換パスは、冷媒の凝縮が行われる冷媒凝縮パス３（図２中に示す矢印ｂから矢印ｇまで）と、凝縮されて気液混合状態となった冷媒の過冷却が行われる冷媒過冷却パス４（図中に示す矢印ｈから矢印ｊまで）とに区分されている。

ヘッダタンクのうち、前記冷媒凝縮パスを経た冷媒を流入させて、前記過冷却パスへと流出させるヘッダタンク７内には、ビーズ状の乾燥剤を充填した包材１１が配置されている。本明細書において、「ビーズ状」とは、平均粒径０．５〜４．８ｍｍ程度（４〜３５メッシュ程度）の球状の成形体（原料粉末を圧縮成形したもの）を意味する。
乾燥剤に冷媒（例えば、代替フロン）が吸着されると発熱が生じるため、乾燥剤は、０．２８ｎｍ（２．８Å）の分子径を有する水分子は吸着され、冷媒は吸着されない有効細孔径を有するものであることが好ましい。
冷媒がフッ素系ガスの場合、フッ素系ガス分子は、ゼオライトの有効細孔径５Å以上で取り込まれやすくなるため、有効細孔径が３〜４Åのゼオライトが好ましい。具体的には、有効細孔径３Åの３Ａ型ゼオライトもしくは有効細孔径４Åの４Ａ型ゼオライトが好適である。本明細書において有効細孔径は、定容量式ガス吸着法により測定される細孔径であり、定容量式ガス吸着法に使用する吸着ガスとしては、Ｎ_２、ＣＯ_２、ＣＨ_４、Ｈ_２等が挙げられる。

本発明では、この包材を、パウダー状乾燥剤が分散された吸湿性樹脂もしくは、パウダー状乾燥剤を添着させた吸湿性不織布の少なくとも何れかで構成している。

（吸湿性樹脂）
吸湿性樹脂は、冷媒に含まれた水分を吸着するパウダー状乾燥剤を樹脂中に分散させた合成樹脂である。本明細書において、「パウダー状」とは、粒径０．１〜６０μｍ程度の粉末状を意味する。パウダー状乾燥剤の平均粒径（ｄ５０）は、樹脂との混合の観点から、より好ましくは１〜１０μｍ、更に好ましくは２〜５μｍである。

パウダー状乾燥剤は、ゼオライトであることが好ましい。

上記のビーズ状乾燥剤と同様に、パウダー状乾燥剤に冷媒（例えば、代替フロン）が吸着されると発熱が生じるため、パウダー状乾燥剤は、０．２８ｎｍ（２．８Å）の分子径を有する水分子は吸着され、冷媒は吸着されない有効細孔径を有するものであることが好ましく、有効細孔径が３〜４Åのゼオライトが好ましい。具体的には、有効細孔径３Åの３Ａ型ゼオライトもしくは有効細孔径４Åの４Ａ型ゼオライトが好適である。但し、使用する冷媒の種類によって、ゼオライトに冷媒が吸着しないように、ゼオライトの有効細孔径の大きさに注意する必要がある。

カーエアコンの冷凍サイクルでは、冷媒が６０℃程度の高温に晒される事もあるため、パウダー状乾燥剤を分散させる樹脂としては、軟化点が７０℃以上のエンジニアリング・プラスチックが好ましく、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、超高分子量ポリエチレン、シンジオタクチックポリスチレンの少なくとも何れかが好適である。

吸湿性樹脂には、パウダー状乾燥剤を樹脂中に均一に分散させる目的で、分散剤を配合することができる。このような分散剤としては、一般に、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウム、１２−ヒドロキシステアリン酸カルシウム等の金属石ケンや、エチレンビスステアリルアマイド、低分子量ポリエチレンワックス、流動パラフィン、パラフィン合成ワックス、ポリプロピレンワックス、シリコーンオイル等を挙げることができる。これらの分散剤は、一般に、樹脂成分１００ｇ当り０．５〜５ｇ、特に１〜３ｇ使用される。その他、吸湿性や成形性等を損なわない限りの量で、それ自体公知の各種配合剤、例えば滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤等を適宜配合することもできる。

吸湿性樹脂からなる包材１１は、上記のパウダー状乾燥剤と樹脂を混練してマスターバッチとした後、パウダー状乾燥剤含有マスターバッチをそのまま、あるいは、樹脂と混合してメッシュ状の包材を作成する。当該マスターバッチは、パウダー状乾燥剤を好ましくは１０〜７０質量％、より好ましくは２０〜７０質量％、さらに好ましくは３０〜７０質量％の割合で含有するものである。
パウダー状乾燥剤の含有量は、好ましくは１０〜７０質量％、より好ましくは２０〜７０質量％、さらに好ましくは３０〜７０質量％である。
パウダー状乾燥剤の含有量が少なすぎると所望の吸水性能が発現しない恐れがあるが、上記範囲とすることにより、所望の吸水性能を確実に発現させることができる。
一方、パウダー状乾燥剤の含有量が多すぎると、パウダー状乾燥剤が冷媒中に落下する可能性が高まる他、吸湿性樹脂の物性（強度等）が低下する恐れがあるが、上記範囲とすることにより、これらのリスクを確実に回避することができる。

次に、具体的な例を用いて本実施の形態による効果を説明する。パウダー状乾燥剤にはモレキュラーシーブ３Ａパウダー（ユニオン昭和株式会社製）を用い、パウダー状乾燥剤を分散させる樹脂にはポリカーボネート樹脂を用いて、吸湿性樹脂からなるメッシュ状の包材１１を作成する。

包材１１は、車の大きさによってサイズが異なるが、通常１０〜１００ｇ程度のビーズ状ゼオライトを封入することができるサイズのものが多い。モレキュラーシーブの吸水量は、モレキュラーシーブの質量に対して、最大２０％であるので、例えば、モレキュラーシーブ３Ａパウダーを樹脂の重量に対して１０ｇ含有させた場合、従来技術（本発明の吸湿性を有さない通常の樹脂）を用いた場合に比べて、吸水量を最大２g程度向上させることができる。

（吸湿性不織布）
吸湿性不織布は、冷媒に含まれた水分を吸着するパウダー状乾燥剤を不織布に添着させたものである。不織布を構成する繊維は、アラミド繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、レーヨン繊維の少なくとも何れから選択される繊維を含むことが好ましい。
ゼオライトを不織布に添着させる方法としては、例えば、不織布に対し、ゼオライトを有機溶剤とバインダーに分散させたものに浸漬させたり、吹き付ける等して添着させた後、乾燥機にて乾燥する工程を経ることによって固定化することができる。
添着させる工程後、乾燥工程にてある程度の水分は除去可能であるが、湿度をコントロールした室内やドライボックス内で実施することがより望ましい。

パウダー状乾燥剤は、ゼオライトであることが好ましい。

上記のビーズ状乾燥剤と同様に、パウダー状乾燥剤に冷媒（例えば、代替フロン）が吸着されると発熱が生じるため、パウダー状乾燥剤は、パウダー状乾燥剤は、０．２８ｎｍ（２．８Å）の分子径を有する水分子は吸着され、冷媒は吸着されない有効細孔径を有するものであることが好ましく、有効細孔径が３〜４Åのモレキュラーシーブが好ましい。具体的には、有効細孔径３Åの３Ａ型ゼオライトもしくは有効細孔径４Åの４Ａ型ゼオライトが好適である。

吸湿性不織布からなる包材１１は、下記のように作成される。

まず、ゼオライトとして、合成ゼオライトであるモレキュラーシーブ３Ａパウダー（ユニオン昭和株式会社製）、酢酸ビニル樹脂およびメチルアルコールを混合して、混合液を作成する。モレキュラーシーブ、酢酸ビニル樹脂およびメチルアルコールの混合比は、用途や目的に応じて混合比を調整すればよい。

ついで、この混合液に不織布を含浸させる。そして、乾燥機や減圧乾燥によって、不織布を乾燥させると、吸湿性不織布を得ることができる。

混合液での添着量は、不織布の単位面積あたり、好ましくは１〜３０ｇ/ｍ^２、より好ましくは１〜５０ｇ/ｍ^２、さらに好ましくは１〜７０ｇ/ｍ^２であり、吸湿性不織布は、不織布原紙（混合液を添着する前の不織布）の重量に対して、原紙の目付にもよるが、パウダー状乾燥剤を１〜７０質量％、好ましくは１〜５０質量％含有する。
パウダー状乾燥剤の含有量が少なすぎると所望の吸水性能が発現しない恐れがあるが、上記範囲とすることにより、所望の吸水性能を確実に発現させることができる。
一方、パウダー状乾燥剤の含有量が多すぎるとパウダー状乾燥剤が冷媒中に落下する可能性が高まる他、不織布の物性（強度等）が低下する恐れがあるが、上記範囲とすることにより、これらのリスクを確実に回避することができる。

次に、具体的な例を用いて本実施の形態による効果を説明する。パウダー状乾燥剤にはモレキュラーシーブ３Ａパウダー（ユニオン昭和株式会社製）を用い、酢酸ビニル樹脂およびメチルアルコールを混合して、混合液（混合比２０ｇ：２０ｇ：６０cc）を作成する。この混合液に、不織布を含浸後、乾燥させて吸湿性不織布を作成する。この吸湿性不織布を袋形状に縫製して筒状の包材１１を作成する。

この包材１１に、合計で、３０ｇ／ｍ^２のパウダー状モレキュラーシーブを添着させる。モレキュラーシーブの吸水量は、モレキュラーシーブの質量に対して、最大２０％であるので、モレキュラーシーブを不織布の重量に対して約６ｇ／ｍ^２吸湿できることになり、従来技術（吸湿性を有さない通常の不織布）を用いた場合に比べて、添着させたモレキュラーシーブの吸水量分向上させることができる。

上記構成からなる本発明によれば、冷媒中に混入している水分を、従来の乾燥剤（成形体）のほか、パウダー状乾燥剤が分散された吸湿性樹脂もしくは、パウダー状乾燥剤を添着させた吸湿性不織布からなる包材によっても除去することができる。このため、本発明によれば、従来ヘッダタンク内で使用されていた乾燥剤を、種類も封入量も変えることなく、そのまま使用した場合であっても、サブクールコンデンサにおける水分除去能力を向上させることができる。
このような本発明は、ヘッダタンクの大型化や、乾燥剤の変更といった手段によらず、サブクールコンデンサにおける水分除去能力を向上させたい、という需要に応える技術として特に有用である。

１熱交換管
２フィン
３冷媒凝縮パス
４冷媒過冷却パス
５ヘッダータンク
６ヘッダータンク
７ヘッダータンク
８冷媒入口部
９冷媒出口部
１０仕切り板
１１包材

Claims

冷凍サイクルを構成するコンデンサであって、
並列配置された複数の熱交換管と、熱交換管の左右両端部が接続されるヘッダタンクとを備え、
前記熱交換管のうち、上方の複数の熱交換管により冷媒凝縮パスを構成し、下方の複数の熱交換管により冷媒過冷却パスを構成し、
前記ヘッダタンクのうち、前記冷媒凝縮パスを経た冷媒を流入させて、前記過冷却パスへと流出させるヘッダタンク内に、乾燥剤を充填した包材を配置し、
この包材が、パウダー状乾燥剤が分散された吸湿性樹脂もしくは、パウダー状乾燥剤を添着させた吸湿性不織布の少なくとも何れかであることを特徴とする、コンデンサ。
前記パウダー状乾燥剤が、ゼオライトである、請求項1記載のコンデンサ。
前記吸湿性樹脂が、ゼオライトとエンジニアリング・プラスチックを含有する、請求項１記載のコンデンサ。
前記エンジニアリング・プラスチックの軟化点が７０℃以上である、請求項３記載のコンデンサ。
前記エンジニアリング・プラスチックが、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、超高分子量ポリエチレン、シンジオタクチックポリスチレンの少なくとも何れかである、請求項４記載のコンデンサ。
前記吸湿性不織布が、不織布原紙の質量に対して、パウダー状乾燥剤を１〜７０質量％含有する不織布である、請求項１記載のコンデンサ。
前記吸湿性不織布を構成する繊維が、アラミド繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、レーヨン繊維の少なくとも何れかを含む、請求項６記載のコンデンサ。