JPH05215445A - 冷媒中の水分除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気相中よりも液相中の方が飽和水分濃度が高
い冷媒を用いた冷凍サイクルにおいて、乾燥剤を用い
ず、ガス冷媒中の水分を捕集し、捕集した水分を効果的
に外部へ放出する。 【構成】 アキュームレータケース１３内の中空部１５
に出口パイプ１６の先端部１６ａを開口し、この先端部
１６ａにガス冷媒中の水分を捕集するフィルタ１７を設
ける。このフィルタ１７とアキュームレータケース１３
の外気とに接触する位置には、冷媒に比べ水蒸気を透過
しやすい膜穴を有する選択透過膜２１を備える。これに
より、フィルタ１７で捕集した冷媒中の遊離水は、冷凍
サイクルの停止時、アキュームレータ６の内外の湿度差
によって選択透過膜２１を透過してアキュームレータケ
ース１３の外部に放出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気相中よりも液相中の
方が飽和水分濃度が高い冷媒を用いた冷凍サイクル装置
における冷媒中の水分除去装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクルにおける冷媒中の水分が増
加すると、冷凍サイクル中絞り後に遊離水が発生し、ア
イシングを生じサイクル詰まりが発生する。そのため冷
媒中の水分を除去するためにアキュームレータ内に乾燥
剤を入れたり、あるいはコンデンサと絞りの間に乾燥剤
を入れたりして水分を吸着している。実公昭５８−４９
０１７号公報に示されるものは、アキュームレータ内の
乾燥剤を交換可能な構造をもっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
フロン系冷媒の規制により冷媒をＲ１２からＲ１３４ａ
に変更する場合、この冷媒Ｒ１３４ａは気相中よりも液
相中の方が飽和水分濃度が高いため、冷媒中の水分を除
去するための乾燥剤の使用量が増大したりあるいは乾燥
剤を交換するための構造が複雑になるという問題があ
る。

【０００４】本発明は、気相中よりも液相中の方が飽和
水分濃度が高い冷媒を用いた冷凍サイクルにおいて、乾
燥剤を使用しないで冷凍サイクルの運転と停止の繰り返
しにより冷媒中の水分を効果的に捕集しかつ排出するよ
うにした冷媒中の水分除去装置を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明による冷媒中の水分除去装置は、気相中よりも
液相中の方が飽和水分濃度が高い冷媒を用いた冷凍サイ
クル装置において、ガス冷媒と液冷媒を分離して貯溜す
るアキュームレータケースと、先端部が前記アキューム
レータケースの中空部に開口され、前記中空部中のガス
冷媒を外部に流出する出口パイプと、外部に吸引されて
流出されるガス冷媒の流路中に設けられ、ガス冷媒中の
水分を捕集するフィルタと、このフィルタに取付けられ
かつ前記アキュームレータケースの外気に接触されると
ともに、冷媒に比べ水蒸気を透過しやすい膜穴を有する
選択透過膜とを備えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】気相中よりも液相中の方が飽和水分濃度が高い
冷媒は、液冷媒の一部がガス冷媒に状態変化（蒸発）す
る過程で、例えば図４に示すように、液冷媒とガス冷媒
とで飽和水分濃度が変化する。冷凍サイクルの運転時、
蒸発した冷媒ガス中の水分はフィルタで捕集され、フィ
ルタで捕集された水分は冷凍サイクルの停止時、アキュ
ームレータ内外の湿度差を利用して外気中に積極的に放
出される。このとき、冷媒の透過度よりも水蒸気の透過
度の方が大幅に高い選択透過膜を用いるため、冷媒中の
遊離水をフィルタで捕集し選択透過膜を透過して外部に
放出するので、冷凍サイクル中の水分濃度を低濃度に保
つことができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。本発明を適用した冷凍サイクルの第１実施例を
図１〜図４に示す。図２に示される冷凍サイクルは、圧
縮機１、コンデンサ２、受液器３、絞り４、エバポレー
タ５、アキュームレータ６の順に冷媒が循環される構成
になっている。

【０００８】圧縮機１で圧縮されたガス冷媒は、コンデ
ンサ２で熱を奪われて液冷媒となり受液器３に受けられ
る。受液器３に受けられた液冷媒は、絞り４を通ると減
圧され、エバポレータ５に送られると、ここで例えば車
室内空気から熱を奪って冷媒の一部は蒸発し、気液混合
二相（霧状）となってアキュームレータ６に受けられ
る。アキュームレータ６ではガス冷媒と液冷媒に分離
し、液冷媒を底部に貯溜しガス冷媒のみを圧縮機１に供
給し、圧縮機１に吸込まれた冷媒は、上述した冷凍サイ
クルを繰り返す。

【０００９】ここで用いる冷媒は、気相中よりも液相中
の方が飽和水分濃度が高い冷媒例えばＲ１３４ａ等を用
いる。Ｒ１３４ａは、Ｒ１２等のフロン系ガスと異な
り、大気中のオゾン層を破壊せず環境保全に貢献する。
この冷媒Ｒ１３４ａの場合、図３に示すように、絞り４
を通って減圧された冷媒は、液冷媒１０とガス冷媒１２
の気液二相となり、このとき冷媒中の水分は液冷媒とガ
ス冷媒に分配される。

【００１０】図４に示すように、この分配された冷媒
は、蒸発が進むにつれて、液冷媒水分濃度、ガス冷媒水
分濃度が上昇する。ここで、図４に破線で示されるガス
の飽和水分濃度は、エバポレータ５内の圧力損失により
低下するため、エバポレータ５の後半からアキュームレ
ータ６内にかけてガス冷媒１２中に遊離水が発生する。
遊離水発生域は図４で斜線で示される領域となる。そし
てガス冷媒１２中に発生した遊離水は、アキュームレー
タ６のケース１３内に受けられる。

【００１１】次に、アキュームレータ６は、図１に示さ
れるように、内部を気密に保持されるケース１３の頂部
１３ａに、エバポレータ５に接続される入口パイプ１４
と、圧縮機１に接続される出口パイプ１６とを取付けて
いる。入口パイプ１４の下端１４ａは中空部１５に垂下
される。出口パイプ１６は、Ｕ字状に曲げられ、その先
端部１６ａがケース１３の頂部１３ａの下方近辺に開口
されている。

【００１２】出口パイプ１６の先端部１６ａには、フィ
ルタ１７が設けられている。フィルタ１７は、グラスウ
ールを充填するネット１８を取付具２０に設けている。
取付具２０は、円筒状のもので、その内部にネット１８
を収納し、ネット頂面にポリイミドからなる円板状の選
択透過膜２１を配置し、この選択透過膜２１の上にパン
チングメタル２２を配し、このパンチングメタル２２を
取付具２０でケース頂部１３ａに固定している。選択透
過膜２１は、冷媒を非常に通しづらく水分を選択的に外
部に透過するものである。ケース１３内部のガス冷媒
は、フィルタ１７を通って先端部１６ａに入り、この出
口パイプ１６から圧縮機１に送られる。ガス冷媒中に発
生した遊離水は、フィルタ１７のネット１８内のグラス
ウールに捕集され、この捕集された水は、後述する冷凍
サイクルの停止時に選択透過膜２１を通ってパンチング
メタル２２の穴から外部に放出される。冷媒ガス自体
は、その分子が選択透過膜２１を通過できないので、出
口パイプ１６の先端部１６ａに吸引される。

【００１３】次に作用について説明する。冷凍サイクル
運転時、エバポレータ５から入口パイプ１４にガス冷媒
と液冷媒が流れ、入口パイプ１４の下端１４ａからアキ
ュームレータ６のケース１３の底部に液冷媒が溜めら
れ、中空部１５にはガス冷媒が充満される。このとき、
ガス冷媒中の飽和水分濃度よりも液冷媒中の飽和水分濃
度の方が高い冷媒を用いているため、霧状の遊離水がア
キュームレータ６のケース１３内に散布される。従っ
て、ガス冷媒中の凝縮水がネット１８内のグラスウール
に付着し、このときケース１３は低温であるから選択透
過膜２１の内外ともに多湿状態例えば湿度１００％の状
態になる。アキュームレータ６のケース１３内のガス冷
媒は、フィルタ１７を通って出口パイプ１６に流れる一
方、ガス冷媒中の水分は、フィルタ１７内のネット１８
に充填されるグラスウールに捕集される。従って、冷凍
サイクルを循環する冷媒中の水分は、絞り４の後で遊離
しない濃度まで低下する。

【００１４】冷凍サイクルの停止時、アキュームレータ
６のケース１３は常温になるため、選択透過膜２１の外
部の湿度は大気の湿度と同等となる。そのため、冷凍サ
イクル運転中のグラスウールに捕集された捕集水は、選
択透過膜２１を透過し湿度の低い外気中に放散される。
すなわち、捕集水は、冷凍サイクル停止時に選択透過膜
２１から積極的に外部に放出される。

【００１５】次に実験データを示す。実験で用いた冷凍
サイクルは、図５に示すとおりである。図５において図
２に示す冷凍サイクルと同一の構成部分については同一
符号を付す。エバポレータ５と圧縮機１の間にアキュー
ムレータ６をバイパスするバイパス通路３０を設け、こ
のバイパス通路３０にバイパスバルブ３２を設けてい
る。バイパスバルブ３２の下流側のバイパス通路３０に
グラスウール３５を充填したケース３３を取付けてい
る。絞り４とエバポレータ６の間には気液分離器３４を
設けている。

【００１６】この冷凍サイクルの運転時、図６に示すよ
うに、運転開始後２時間経過後にバイパスバルブ３２を
閉状態から開状態に切替えると、運転開始後約１０時間
後に絞り４の直後に冷媒中の水分濃度を遊離水が発生し
ない程度の水分濃度２００ｐｐｍまで除湿することがで
きた。この実験結果から、ケース３３内のグラスウール
３５によりガス冷媒中の水分が十分に捕集されることが
判明した。

【００１７】次に、本発明の第２実施例によるアキュー
ムレータを図７に示す。第２実施例では、アキュームレ
ータ６に取付けられる出口パイプ１６の途中に開口端１
６ｂを形成し、この開口端１６ｂにケース１３の外部に
連通されるフィルタ３７を取付けた例である。フィルタ
３７は、グラスウールを充填するネット３６を収納し、
そのネット３６の側面に円板状の選択透過膜４１を配
し、この選択透過膜４１の図７で右側側面に円板状のパ
ンチングメタル４２を取付けている。パンチングメタル
４２は、ケース１３の外部の外気に触れている。

【００１８】圧縮機１の吸引力により出口パイプ１６か
ら図示矢印ａ方向にガス冷媒が吸引されるとき、出口パ
イプ１６内は負圧になるので、ケース１３のガス冷媒の
一部はフィルタ３７を通って出口パイプ１６の内部に流
入する。このときフィルタ３７内のネット３６に充填さ
れるグラスウール内にガス冷媒中の水分が捕集される。
捕集水はこの冷凍サイクルの停止時に前記第１実施例と
同様に選択透過膜４１を通りパンチングメタル４２の穴
から外部に放出される。

【００１９】次に、本発明の第３実施例によるアキュー
ムレータを図８〜図１０に示す。第３実施例は、フィル
タ１７に捕集された水分を効率よく外部に排出するた
め、フィルタ取付具の開口部に撥水性を有する水蒸気透
過膜５０を設けた例である。図８に示すように、フィル
タ１７は、取付具２０のケース１３外側の開口部２０ａ
に水蒸気透過膜５０が外気に接触するように設けられ
る。選択透過膜２１およびパンチングメタル２２は、取
付具２０内のネット１８と水蒸気透過膜５０との間に収
納され、取付具２０の外気から遮断される。水蒸気透過
膜５０とパンチングメタル２２との間には隙間が形成さ
れている。パンチングメタル２２は、厚さが例えば１ｍ
ｍ以下のもので、パンチングメタル２２の表面に同心円
上に複数の貫通穴が形成される。この貫通穴の穴径は例
えば２ｍｍ以下のものである。水蒸気透過膜５０は、膜
表面に撥水性を有するもので、材質が例えばナイロン等
からなる。水蒸気透過膜５０の膜穴径は、水蒸気透過膜
５０の透湿度が選択透過膜２１の透湿度よりも充分に大
きくなるように、選択透過膜２１の膜穴径より大きく形
成されている。

【００２０】冷凍サイクルの運転時、ケース１３および
取付具２０内の雰囲気温度が比較的低温になると、取付
具２０、ネット１８、選択透過膜２１およびパンチング
メタル２２の熱伝導により水蒸気透過膜５０が冷却され
る。このため、図９に示すように、水蒸気透過膜５０に
接触する外気は、冷却されて湿度が高くなり、水蒸気透
過膜５０の表面に結露する。しかしながら、水蒸気透過
膜５０の表面が撥水性をもつため、結露による水滴は水
蒸気透過膜５０の表面にはじかれてケース１３の頂面に
落下する。取付具２０内は低温に保持されるため、選択
透過膜２１およびパンチングメタル２２の表面に結露す
ることはない。

【００２１】冷凍サイクルの停止時、ケース１３および
取付具２０内の温度が上昇し、選択透過膜２１の内外に
湿度差が生じると、図１０に示すように、ネット１８に
捕集された水分が水蒸気となって選択透過膜２１、パン
チングメタル２２の貫通穴２２ａおよび水蒸気透過膜５
０を通過し、外部へ放出される。このとき、パンチング
メタル２２および水蒸気透過膜５０の表面には、結露に
よる水滴が存在しないので、水蒸気は、貫通穴２２ａに
詰まる水滴等により妨害されることなく、確実にケース
１３の外部に放出される。また、水蒸気透過膜５０は、
選択透過膜２１より充分に大きい透湿度をもつため、外
部に放出される水蒸気の妨げになることはない。

【００２２】このように、水蒸気透過膜５０を用いる
と、冷凍サイクル停止時にフィルタ１７の内部に水蒸気
の通路が確実に確保されるため、ネット１８に捕集され
る水分を効率よく迅速に外部に放出することができる。
また、水蒸気透過膜５０は、選択透過膜２１およびパン
チングメタル２２を汚れ、劣化等から防止する役割も果
たす。なお、結露による水滴が水蒸気透過膜５０の表面
から容易に除去されるように、水蒸気透過膜５０に傾き
を付けたり、円板状の水蒸気透過膜５０に代えて、中央
部がケース１３外側に膨らむようなを曲面をもつ水蒸気
透過膜にしてもよい。

【００２３】次に、本発明の第４実施例によるアキュー
ムレータを図１１〜図１６に示す。第４実施例は、冷凍
サイクルの停止時にアキュームレータ６のケース１３の
内部と捕水材としてのグラスウールとの密閉度を高める
ことでグラスウール中の捕集水が液冷媒中に吸収される
のを防止する例である。まず図１１に示すように、アキ
ュームレータ６の出口パイプ１６の底部にオイル戻し穴
５２が形成され、出口パイプ１６の先端部１６ａ近傍の
フィルタ１７の下部に主流穴５３が形成される。また出
口パイプ１６の上部に中空部１５に連通する小孔６９が
形成される。

【００２４】フィルタ１７の内部は、図１２に示すよう
に、筒状の外容器６０には中空部１５と連通するバイパ
ス流路としての穴６０ａが形成され、また出口パイプ１
６と連通する穴６０ｂが底部に形成される。外容器６０
の内部に上下に摺動可能に設けられる筒状の内容器５９
には、周側面に穴６０ａと連通可能なバイパス流路とし
ての穴５９ａが形成され、底部には外容器６０の内部と
連通する穴５９ｂが形成される。外容器６０の内部には
内容器５９を上方に付勢するスプリング６４が設けられ
る。内容器５９の内部にはネット６２が設けられ、この
ネット６２の内部にグラスウールが充填されている。出
口パイプ１６の先端部１６ａにはこの出口パイプ１６を
開閉する弁７０が設けられている。弁７０は、ヒンジ６
５に揺動可能な半円板状の弁板６７が設けられ、この弁
板６７がスプリング６６に閉方向に付勢されている。図
１２に示す弁７０は閉状態を示している。

【００２５】冷凍サイクルの停止時、図１２に示すよう
に穴６０ａと穴５９ａとはオーバーラップした状態にあ
り、内容器５９の内部に収容されるネット６２内のグラ
スウールは、弁７０の閉状態によりアキュームレータ６
の中空部１５から密閉されている。冷凍サイクルの運転
時、図１３に示すように、主流穴５３より冷媒が出口パ
イプ１６内に矢印Ｂの如く流れ、出口パイプ１６の内外
の差圧によりスプリング６４に抗して内容器５９が図１
２の位置から下降するとともに、矢印Ａ方向の冷媒の流
れにより弁７０の弁板６７がスプリング６６に抗して開
く。すると、アキュームレータケース６の内部の空気が
バイパス流路としての穴６０ａ、５９ａを経由して矢印
Ａの如く流れ、ネット６２内のグラスウールの内部を通
り穴６０ｂから弁７０を経由して出口パイプ１６の内部
に流れる。また主流穴５３を経由してアキュームレータ
ケース６内の冷媒が出口パイプに矢印Ｂ方向に流れる。
これにより、グラスウールに水分の捕集がなされる。

【００２６】冷凍サイクル運転時から停止時に切り替わ
ると、図１２に示すように、スプリング６４の付勢力並
びにスプリング６６の付勢力により穴６０ａと穴５９ａ
が閉じるとともに弁７０が閉じ、内容器５９が図１２に
示す位置に上昇する。これにより、冷凍サイクルの停止
時、内容器５９の内部のグラスウールはアキュームレー
タケース６の中空内部１５から遮断される。従って、グ
ラスウール中に捕集された捕集水分は図示しないフィル
タ上部の選択透過膜を経由して外気のみに放散され、液
冷媒中に吸収されるのが防止される。

【００２７】前記第４実施例によると、簡単な構成によ
り冷凍サイクルの停止時グラスウールの密閉度を高め、
グラスウール中の捕集水を効果的に選択透過膜２１を経
て大気中に放散する。本発明の第５実施例並びに第６実
施例を図１４および図１５に示す。第５実施例および第
６実施例は、前記第４実施例において出口パイプ１６の
内外に生じる差圧によりフィルタ１７の外容器６０に形
成される穴６０ａを弾性的に開閉する開閉弁を設けた例
である。第５実施例は、外容器６０の穴６０ａの近傍の
内壁に弾性板７２を設け、この弾性板７２の一端をリベ
ット７３で外容器６０に取り付けている。第６実施例
は、外容器６０の穴６０ａの近傍の内壁に穴６０ａを開
閉可能な板７５を設け、この板７５の一端をヒンジ７６
で外容器６０に回動可能に取り付け、板７５をスプリン
グ７８により閉方向に付勢している。

【００２８】さらには、本発明の第７実施例として、前
記第４実施例における構造において、図１２に示すスプ
リング６４およびスプリング６６を図１６に示す特性を
もつ形状記憶合金で製作することもできる。この場合、
スプリング６４および６６は高温時図１２に示す状態と
なり低温時図１３に示す状態に形状変形するように設定
してある。この実施例では冷凍サイクルの運転並びに停
止時の環境の温度変化によりグラスウールの密閉状態並
びに開放状態を切り替える例である。

【００２９】以上のように冷凍サイクルの運転中にアキ
ュームレータ６内の冷媒ガス中の水がフィルタ内に捕集
され、この捕集水は冷凍サイクル停止中に選択透過膜を
透過して外部に放出される。従って乾燥剤を必要とせず
冷凍サイクルの停止時に冷媒中の水分を効果的に除去す
ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷媒中の
水分除去装置によれば、冷凍サイクルのアキュームレー
タ内のガス冷媒の一部あるいは全部がフィルタを通り出
口パイプから外部に流出される一方、フィルタに捕集さ
れた捕集水は選択透過膜を通して冷凍サイクル中にアキ
ュームレータ内外の湿度差によって外部に積極的に放出
されるので、冷凍サイクルの運転および停止の繰り返し
により冷媒中の水分が捕集および放出を繰り返し、冷媒
中の捕集水を効果的に除去することができ、冷凍サイク
ルの熱交換効率を向上させることができるという効果が
ある。

【００３１】また、本発明の冷媒中の水分除去装置によ
れば、乾燥剤を用いていないため、乾燥剤の保守点検が
不要となりまた交換も不要となるので経済性が高いとい
う効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるアキュームレータを
示す断面図である。

【図２】本発明の第１実施例を適用した冷媒回路を示す
回路図である。

【図３】本発明の第１実施例によるエバポレータとアキ
ュームレータ内の冷媒の状態を示す概略構成図である。

【図４】本発明の第１実施例で用いた冷媒中の水分濃度
ならびに遊離水の発生域を示す特性図である。

【図５】実験で用いた冷媒回路の回路図である。

【図６】実験データを示す特性図である。

【図７】本発明の第２実施例によるアキュームレータを
示す断面図である。

【図８】本発明の第３実施例によるアキュームレータを
示す断面図である。

【図９】本発明の第３実施例による冷凍サイクル運転時
のフィルタを示す断面図である。

【図１０】本発明の第３実施例による冷凍サイクル停止
時のフィルタを示す断面図である。

【図１１】本発明の第４実施例によるアキュームレータ
を示す断面図である。

【図１２】本発明の第４実施例によるフィルタを示す断
面図である。

【図１３】図１２に示すフィルタの弁開状態を示す断面
図である。

【図１４】本発明の第５実施例による外容器の穴開閉機
構を示す断面図である。

【図１５】本発明の第６実施例による外容器の穴開閉機
構を示す断面図である。

【図１６】本発明の第７実施例で用いた形状記憶合金か
らなるスプリングの温度と変位の関係を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

６ アキュームレータ １３ ケース（アキュームレータケース） １５ 中空部 １６ 出口パイプ １６ａ 先端部 １７ フィルタ １８ ネット（フィルタ） ２１ 選択透過膜 ２０ａ 開口部（水分放出部） ５０ 水蒸気透過膜 ５９ 内容器（弁） ６０ 外容器（弁） ７０ 弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久野 健司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 石井 幸博 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気相中よりも液相中の方が飽和水分濃度
   が高い冷媒を用いた冷凍サイクル装置において、 ガス冷媒と液冷媒を分離して貯溜するアキュームレータ
   ケースと、 先端部が前記アキュームレータケースの中空部に開口さ
   れ、前記中空部中のガス冷媒を外部に流出する出口パイ
   プと、 外部に吸引されて流出されるガス冷媒の流路中に設けら
   れ、ガス冷媒中の水分を捕集するフィルタと、 このフィルタに取付けられかつ前記アキュームレータケ
   ースの外気に接触されるとともに、冷媒に比べ水蒸気を
   透過しやすい膜穴を有する選択透過膜とを備えたことを
   特徴とする冷媒中の水分除去装置。
2. 【請求項２】 前記フィルタ中の捕集水を前記アキュー
   ムレータケースの外部に放出する水分放出部に前記選択
   透過膜より透湿度が高くかつ表面に撥水性を有する水蒸
   気透過膜を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷媒
   中の水分除去装置。
3. 【請求項３】 前記フィルタ内部の捕集材と前記アキュ
   ームレータケースの中空部とを連通する通路に弁を設
   け、冷凍サイクルの運転停止時に前記弁を閉じることを
   特徴とする請求項１または２記載の冷媒中の水分除去装
   置。