JP2010038380A - Refrigeration system and moisture removal device - Google Patents

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Yorihide Higuchi
順英 樋口
Kazuhiro Kosho
和宏 古庄
Masaru Tanaka
勝 田中
Ryusuke Fujiyoshi
竜介 藤吉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To remove water mixed in a refrigerant while preventing breakage of a refrigeration system and increase of costs. <P>SOLUTION: The refrigeration system 100 is equipped with a refrigerant circuit 10 and a separation part 21. The refrigeration circuit 10 can freeze the water included in the refrigerant while changing a state of the refrigerant by a refrigerating cycle. Specifically, the refrigeration circuit 10 includes a compressor 1, a heat exchanger 61 (62) functioning as a radiator, a pressure reducing mechanism 3, a radiator 62 (61) functioning as an evaporator, and piping 5 passing the refrigerant through them in this order. By controlling the refrigerant circuit 10, a temperature of the refrigerant is lowered to a freezing point of water or less. The separation part 21 separates the water frozen by the refrigerant circuit 10 from the refrigerant. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、冷凍システム及び水分除去装置に関し、特に、二酸化炭素を冷媒に用いたものに関する。   The present invention relates to a refrigeration system and a water removal device, and more particularly, to one using carbon dioxide as a refrigerant.

冷凍システムにおいて二酸化炭素(CO2)を冷媒として用いる場合、二酸化炭素に水が混入することが多い。二酸化炭素中に水が含まれていると、冷凍サイクルにおいて、水と二酸化炭素とが反応して炭酸が生じる。そして、配管の材質として用いられている銅と、炭酸とが反応して、配管の内壁から冷媒へと銅イオンが溶出する。   When carbon dioxide (CO2) is used as a refrigerant in a refrigeration system, water is often mixed into carbon dioxide. When water is contained in carbon dioxide, water and carbon dioxide react with each other in the refrigeration cycle to generate carbonic acid. Then, copper used as the material of the piping reacts with carbonic acid, and copper ions are eluted from the inner wall of the piping to the refrigerant.

溶出した銅イオンは冷媒とともに循環し、金属の表面のうち活性化している部分を銅メッキする(銅メッキ現象)。圧縮機を備えた冷凍システムにおいては、圧縮機の圧縮機構の金属表面で銅メッキ現象が起こりやすい。   The eluted copper ions circulate together with the refrigerant, and the activated portion of the metal surface is plated with copper (copper plating phenomenon). In a refrigeration system equipped with a compressor, a copper plating phenomenon tends to occur on the metal surface of the compression mechanism of the compressor.

圧縮機構の金属表面が銅メッキされると、圧縮機構を構成する可動スクロールと固定スクロールとの間に設けられた隙間が埋まって、滑らかな摺動が妨げられる。また、摺動時に発生する銅の破片によって、圧縮機が破損するおそれがある。   When the metal surface of the compression mechanism is plated with copper, a gap provided between the movable scroll and the fixed scroll constituting the compression mechanism is filled, and smooth sliding is prevented. Moreover, there is a possibility that the compressor may be damaged by copper fragments generated during sliding.

そこで、従来から二酸化炭素に含まれている水を除去する技術が提案されている。例えば、モレキュラシーブスなどの乾燥剤を配管内に設ける技術(特許文献1参照)や、冷凍システム内の水を、乾燥や真空引きなどによって除去する技術(特許文献2参照)などが提案されている。   Therefore, techniques for removing water contained in carbon dioxide have been proposed. For example, a technique for providing a desiccant such as molecular sieves in a pipe (see Patent Document 1), a technique for removing water in the refrigeration system by drying or vacuuming (see Patent Document 2), and the like have been proposed. .

しかしながら、特許文献1に記載のモレキュラシーブスでは、二酸化炭素に混入した水を捕捉しにくい。また、顆粒状のモレキュラシーブスを用いた場合、モレキュラシーブス同士が擦れ合い、微細な粉が発生する。微細な粉が圧縮機の圧縮機構内に入り込むと、圧縮機構が破損してしまうおそれがある。   However, in the molecular sieve described in Patent Document 1, it is difficult to capture water mixed in carbon dioxide. Further, when granular molecular sieves are used, the molecular sieves rub against each other and fine powder is generated. If fine powder enters the compression mechanism of the compressor, the compression mechanism may be damaged.

また、特許文献2に記載の冷凍システムでは、製造過程において、乾燥や真空引きなどの工程が必要であるため、コストが増大する。また、大容量の冷凍システムにおいては、乾燥や真空引きに要する時間が長くなり、コストがより増大する。
特開2001−153501号公報 特開平9−256954号公報
Further, the refrigeration system described in Patent Document 2 requires costs such as drying and vacuuming in the manufacturing process. Further, in a large-capacity refrigeration system, the time required for drying and evacuation becomes longer, and the cost is further increased.
JP 2001-153501 A JP-A-9-256594

本発明の課題は、冷凍システムを破損させることなく冷媒に混入した水分を除去することができ、且つコストの増大を抑制した冷凍システム、及び水分除去装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a refrigeration system and a moisture removal device that can remove moisture mixed in a refrigerant without damaging the refrigeration system and suppress an increase in cost.

第1発明に係る冷凍システムは、冷媒回路と分離部とを備えている。冷媒回路は、冷凍サイクルによって冷媒の状態を変化させつつ、冷媒に含まれた水を凍らせることが可能である。分離部は、冷媒回路で凍った水を冷媒から分離する。   The refrigeration system according to the first invention includes a refrigerant circuit and a separation unit. The refrigerant circuit can freeze water contained in the refrigerant while changing the state of the refrigerant by the refrigeration cycle. The separation unit separates water frozen in the refrigerant circuit from the refrigerant.

第2発明に係る冷凍システムは、第1発明に係る冷凍システムであって、冷媒回路が、圧縮機と、放熱器として機能する第1の熱交換器と、減圧機構と、蒸発器として機能する第2の熱交換器と、この順に冷媒を流す配管とを有する。   A refrigeration system according to a second aspect is the refrigeration system according to the first aspect, wherein the refrigerant circuit functions as a compressor, a first heat exchanger that functions as a radiator, a pressure reducing mechanism, and an evaporator. It has a 2nd heat exchanger and piping which flows a refrigerant | coolant in this order.

第3発明に係る冷凍システムは、第2発明に係る冷凍システムであって、分離部は、配管に着脱可能に配設されている。   A refrigeration system according to a third aspect of the present invention is the refrigeration system according to the second aspect of the present invention, wherein the separation unit is detachably disposed on the pipe.

第4発明に係る冷凍システムは、第2発明に係る冷凍システムであって、管と選択機構とを更に備えている。管は、配管の一部分を、分離部を介してバイパスする。選択機構は、配管の一部分及び管のいずれか一方に選択的に冷媒を流すことができる。   A refrigeration system according to a fourth aspect of the present invention is the refrigeration system according to the second aspect of the present invention, further comprising a pipe and a selection mechanism. The pipe bypasses a part of the pipe through the separation part. The selection mechanism can selectively cause the refrigerant to flow through one of the pipe and the pipe.

第5発明に係る冷凍システムは、第2発明乃至第4発明のいずれか一つに係る冷凍システムであって、分離部は、配管のうち、第1の熱交換器と圧縮機とを、減圧機構及び第2の熱交換器を介して接続する部分に配設されている。   A refrigeration system according to a fifth aspect of the present invention is the refrigeration system according to any one of the second to fourth aspects of the present invention, wherein the separation unit depressurizes the first heat exchanger and the compressor in the pipe. It arrange | positions in the part connected via a mechanism and a 2nd heat exchanger.

第6発明に係る冷凍システムは、第1発明乃至第5発明のいずれか一つに係る冷凍システムであって、分離部は再利用が可能である。   A refrigeration system according to a sixth aspect of the present invention is the refrigeration system according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, and the separation unit can be reused.

第7発明に係る冷凍システムは、第1発明乃至第6発明のいずれか一つにかかる冷凍システムであって、冷媒は二酸化炭素を主成分として含んでいる。   A refrigeration system according to a seventh aspect is the refrigeration system according to any one of the first to sixth aspects, wherein the refrigerant contains carbon dioxide as a main component.

第8発明に係る水分除去装置は、冷媒に含まれた水を除去する装置であって、生成部と分離部とを備えている。生成部は、水から氷を生成する。分離部は、氷を冷媒から分離する。   A water removal apparatus according to an eighth aspect of the present invention is an apparatus for removing water contained in a refrigerant, and includes a generation unit and a separation unit. A production | generation part produces | generates ice from water. The separation unit separates the ice from the refrigerant.

第1発明に係る冷凍システムによれば、冷媒中の水分を除去することができる。しかも、乾燥剤などを用いる必要がないので、水分の除去に伴う冷凍サイクルへの影響がない。また、水の氷結及び分離という簡易な手段で、冷媒中の水分を除去することができるので、コストの増大を防止することができる。さらには、水の氷結に、通常の冷凍サイクルを行うことが可能な冷媒回路を用いることができるので、別途に氷を生成する装置を設ける必要が無く、冷凍システムを簡略化することができる。   According to the refrigeration system according to the first invention, moisture in the refrigerant can be removed. In addition, since there is no need to use a desiccant or the like, there is no influence on the refrigeration cycle accompanying the removal of moisture. Moreover, since the water | moisture content in a refrigerant | coolant can be removed with the simple means of freezing of water and isolation | separation, the increase in cost can be prevented. Furthermore, since a refrigerant circuit capable of performing a normal refrigeration cycle can be used for freezing water, it is not necessary to separately provide a device for generating ice, and the refrigeration system can be simplified.

第2発明に係る冷凍システムによれば、冷媒回路において、冷凍サイクルによって冷媒の状態を変化させつつ、冷媒に含まれた水を凍らせることができる。   According to the refrigeration system according to the second invention, in the refrigerant circuit, the water contained in the refrigerant can be frozen while changing the state of the refrigerant by the refrigeration cycle.

第3発明に係る冷凍システムによれば、分離部が着脱可能であるので、水分を除去した後に分離部を取り外すことで、分離部で分離した氷が再び冷媒に戻ることを防止することができる。   According to the refrigeration system according to the third aspect of the present invention, since the separation unit is removable, it is possible to prevent the ice separated by the separation unit from returning to the refrigerant again by removing the separation unit after removing moisture. .

第4発明に係る冷凍システムによれば、選択機構によって管の方へと冷媒を流すことで、冷媒を分離部へと導くことができる。しかも、分離部で氷が分離された後、選択機構によって配管の一部分の方へ冷媒を流すことで、水分が除去された冷媒を用いて冷凍サイクルを実行することができる。   According to the refrigeration system according to the fourth aspect of the invention, the refrigerant can be guided to the separation unit by flowing the refrigerant toward the pipe by the selection mechanism. In addition, after the ice is separated by the separation unit, the refrigerant is allowed to flow toward a part of the pipe by the selection mechanism, so that the refrigeration cycle can be executed using the refrigerant from which moisture has been removed.

第5発明に係る冷凍システムによれば、配管のかかる部分では、冷媒に含まれた水を凍らせやすい。   According to the refrigeration system according to the fifth aspect of the present invention, it is easy to freeze water contained in the refrigerant in the portion where the piping is applied.

第6発明に係る冷凍システムによれば、分離部を再利用することで、冷媒中の水分の除去にかかるコストが削減できる。   According to the refrigeration system according to the sixth aspect of the present invention, the cost for removing moisture in the refrigerant can be reduced by reusing the separation unit.

第7発明に係る冷凍システムによれば、冷媒に二酸化炭素を主成分として含むものを採用することで、冷媒中の水分が除去しやすくなる。   According to the refrigeration system according to the seventh aspect of the present invention, it is easy to remove moisture in the refrigerant by employing a refrigerant containing carbon dioxide as a main component.

第8発明に係る水分除去装置によれば、冷媒中の水分を除去することができる。しかも、乾燥剤などを用いる必要がないので、水分除去に伴う冷凍サイクルへの影響がない。また、氷の生成及び分離という簡易な手段で、冷媒中の水分を除去することができるので、コストの増大を防止することができる。   According to the moisture removing apparatus of the eighth invention, moisture in the refrigerant can be removed. In addition, since there is no need to use a desiccant or the like, there is no influence on the refrigeration cycle accompanying moisture removal. Moreover, since the water | moisture content in a refrigerant | coolant can be removed with the simple means of production | generation and isolation | separation of ice, the increase in cost can be prevented.

図1は、本発明の一実施形態に係る冷凍システムの概念図である。図1において、冷凍システム100は、冷媒回路10と、分離部21とを備えている。   FIG. 1 is a conceptual diagram of a refrigeration system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the refrigeration system 100 includes a refrigerant circuit 10 and a separation unit 21.

<冷媒回路10>
(冷媒回路10の構成)
冷媒回路10は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって冷媒の状態を変化させつつ、冷媒に含まれた水を凍らせることができる。具体的に冷媒回路10は、圧縮機1、熱交換器61,62、四方切替弁8、減圧機構3、及び配管5を有する。なお、冷媒には、二酸化炭素を主成分として含むものが採用される。
<Refrigerant circuit 10>
(Configuration of refrigerant circuit 10)
The refrigerant circuit 10 can freeze water contained in the refrigerant while changing the state of the refrigerant by a vapor compression refrigeration cycle. Specifically, the refrigerant circuit 10 includes a compressor 1, heat exchangers 61 and 62, a four-way switching valve 8, a decompression mechanism 3, and a pipe 5. In addition, what contains a carbon dioxide as a main component is employ | adopted for a refrigerant | coolant.

圧縮機1は、吸入口11と吐出口12とを有し、吸入口11から吸入された冷媒を圧縮して、吐出口12から排出する。   The compressor 1 has a suction port 11 and a discharge port 12, compresses the refrigerant sucked from the suction port 11, and discharges it from the discharge port 12.

熱交換器61,62はいずれも、外部の空気と冷媒との間で熱の交換を行う。具体的には、熱交換器61,62の一方は、冷媒から外部の空気へと熱を伝達する放熱器として機能し、他方は、外部の空気から冷媒へと熱を伝達する蒸発器として機能する。   Both of the heat exchangers 61 and 62 exchange heat between external air and the refrigerant. Specifically, one of the heat exchangers 61 and 62 functions as a radiator that transfers heat from the refrigerant to the outside air, and the other functions as an evaporator that transfers heat from the outside air to the refrigerant. To do.

四方切替弁8は、端子81〜84を有し、端子81と端子84とを連通させ、かつ端子82と端子83とを連通させる態様(態様a)と、端子81と端子82とを連通させ、かつ端子83と端子84とを連通させる態様(態様b)とを、交互に切り替えることができる。   The four-way switching valve 8 has terminals 81 to 84, communicates the terminal 81 and the terminal 84, and communicates the terminal 82 and the terminal 83 (mode a), and communicates the terminal 81 and the terminal 82. And the aspect (mode b) which makes the terminal 83 and the terminal 84 communicate can be switched alternately.

端子81〜84は、配管5によって次のように接続される。端子81は、圧縮機1の吸入口11に接続される。端子82は、熱交換器61の一端611に接続される。端子83は、圧縮機1の吐出口12に接続される。端子84は、熱交換器62の一端621に接続される。   Terminals 81-84 are connected by piping 5 as follows. The terminal 81 is connected to the suction port 11 of the compressor 1. The terminal 82 is connected to one end 611 of the heat exchanger 61. The terminal 83 is connected to the discharge port 12 of the compressor 1. The terminal 84 is connected to one end 621 of the heat exchanger 62.

減圧機構3は、熱交換器61の他端612と、熱交換器62の他端622との間に接続される。他端612,622への減圧機構3の接続にも、配管5が用いられる。   The decompression mechanism 3 is connected between the other end 612 of the heat exchanger 61 and the other end 622 of the heat exchanger 62. The pipe 5 is also used to connect the decompression mechanism 3 to the other ends 612 and 622.

上述した冷媒回路10によれば、四方切替弁8を態様aに切り替えることで、冷媒は矢印111の方向へと流れる。すなわち、圧縮機1、熱交換器61、減圧機構3、及び熱交換器62の順に冷媒が流れる。よって、熱交換器61を放熱器として機能させ、熱交換器62を蒸発器として機能させることができる。熱交換器61が室外機、熱交換器62が室内機に配設されている場合には、冷媒回路10は冷房機として機能する。   According to the refrigerant circuit 10 described above, the refrigerant flows in the direction of the arrow 111 by switching the four-way switching valve 8 to the mode a. That is, the refrigerant flows in the order of the compressor 1, the heat exchanger 61, the decompression mechanism 3, and the heat exchanger 62. Therefore, the heat exchanger 61 can function as a radiator, and the heat exchanger 62 can function as an evaporator. When the heat exchanger 61 is disposed in the outdoor unit and the heat exchanger 62 is disposed in the indoor unit, the refrigerant circuit 10 functions as a cooling unit.

他方、四方切替弁8を態様bに切り替えることで、冷媒は矢印112の方向へと流れる。すなわち、圧縮機1、熱交換器62、減圧機構3、及び熱交換器61の順に冷媒が流れる。よって、熱交換器61を蒸発器として機能させ、熱交換器62を放熱器として機能させることができる。熱交換器61が室外機、熱交換器62が室内機に配設されている場合には、冷媒回路10は暖房機として機能する。   On the other hand, the refrigerant flows in the direction of arrow 112 by switching the four-way switching valve 8 to the mode b. That is, the refrigerant flows in the order of the compressor 1, the heat exchanger 62, the decompression mechanism 3, and the heat exchanger 61. Therefore, the heat exchanger 61 can function as an evaporator, and the heat exchanger 62 can function as a radiator. When the heat exchanger 61 is disposed in the outdoor unit and the heat exchanger 62 is disposed in the indoor unit, the refrigerant circuit 10 functions as a heater.

(冷凍サイクル)
図2は、二酸化炭素を主成分として含む冷媒の状態を示す圧力−エンタルピ線図である。図2では、臨界点CP、飽和蒸気線101、飽和液線102、境界線103,104が示されている。飽和蒸気線101は、気体と液体とが混合した状態(以下、「気液混合状態」という。)と、気体の状態との境界を示す。飽和液線102は、気液混合状態と液体の状態との境界を示す。境界線103は、臨界点CPを通る等温線であって、臨界点CPよりエンタルピが小さいところでは、液体の状態と超臨界状態との境界を示す。境界線104は、臨界点CPからエンタルピの大きい方へと延びる等圧線であって、気体の状態と超臨界状態との境界を示す。以下では図2を用いて、循環する冷媒の状態を説明する。
(Refrigeration cycle)
FIG. 2 is a pressure-enthalpy diagram showing a state of a refrigerant containing carbon dioxide as a main component. In FIG. 2, a critical point CP, a saturated vapor line 101, a saturated liquid line 102, and boundary lines 103 and 104 are shown. The saturated vapor line 101 indicates a boundary between a state in which a gas and a liquid are mixed (hereinafter referred to as “gas-liquid mixed state”) and a gas state. The saturated liquid line 102 indicates the boundary between the gas-liquid mixed state and the liquid state. The boundary line 103 is an isotherm passing through the critical point CP, and indicates a boundary between the liquid state and the supercritical state where the enthalpy is smaller than the critical point CP. The boundary line 104 is an isobaric line extending from the critical point CP to the larger enthalpy and indicates the boundary between the gas state and the supercritical state. Hereinafter, the state of the circulating refrigerant will be described with reference to FIG.

圧縮機1は、気体の状態(状態A)にある冷媒を、圧縮して超臨界状態(状態B)へと転移させる。   The compressor 1 compresses the refrigerant in a gaseous state (state A) and transfers it to the supercritical state (state B).

放熱器は、自身に流入した冷媒の熱を外部の空気へ伝達することで、圧力をほとんど変化させずに当該冷媒のエンタルピを低下させる。これにより放熱器は、超臨界状態(状態B)にある冷媒を液体の状態(状態C)へ転移させる。このとき、エンタルピの変化量とほぼ等しい熱量Qが、放熱器から空気へ与えられる。   The radiator transfers the heat of the refrigerant that has flowed into itself to the outside air, thereby reducing the enthalpy of the refrigerant with almost no change in pressure. As a result, the radiator transfers the refrigerant in the supercritical state (state B) to the liquid state (state C). At this time, a heat quantity Q substantially equal to the amount of change in enthalpy is given from the radiator to the air.

超臨界状態にある冷媒は、その温度や圧力を潜熱なしに変化させることができる。このため、超臨界状態にある冷媒からは、熱を効率よく得ることができる。よって、冷媒の状態が超臨界状態(状態B)から液体の状態(状態C)へと転移する放熱器では、外部の空気が効率よく暖められる。   The refrigerant in the supercritical state can change its temperature and pressure without latent heat. For this reason, heat can be efficiently obtained from the refrigerant in the supercritical state. Therefore, in the radiator in which the refrigerant state transitions from the supercritical state (state B) to the liquid state (state C), the external air is efficiently warmed.

減圧機構3は、放熱器側から流れ込む冷媒の圧力を低下させることで、液体の状態(状態C)にある冷媒を気液混合状態(状態D)へと転移させる。このとき、減圧機構3の通過の前後での冷媒のエンタルピはほとんど変化しない。   The decompression mechanism 3 changes the refrigerant in the liquid state (state C) to the gas-liquid mixed state (state D) by reducing the pressure of the refrigerant flowing from the radiator side. At this time, the enthalpy of the refrigerant before and after passing through the decompression mechanism 3 hardly changes.

蒸発器は、自身に流入した冷媒へ外部の空気から熱を伝達することで、圧力をほとんど変化させずに当該冷媒のエンタルピを上昇させる。これにより蒸発器は、気液混合状態(状態D)にある冷媒を気体の状態(状態A)へと転移させる。このとき、外部の空気から得た熱のほとんどは、潜熱として冷媒の状態変化に用いられる。   The evaporator increases the enthalpy of the refrigerant without changing the pressure by transferring heat from outside air to the refrigerant flowing into the evaporator. Thereby, an evaporator transfers the refrigerant | coolant in a gas-liquid mixing state (state D) to a gaseous state (state A). At this time, most of the heat obtained from the outside air is used as latent heat to change the state of the refrigerant.

(冷媒回路10の制御)
上述した冷凍サイクルを実行することで、通常の運転(以下、「通常運転」という。)として冷房と暖房とを行うことができる。しかも、冷凍サイクル中のどこかの状態で冷媒の温度が水の凝固点以下になる場合には、その状態にある冷媒については、冷媒中の水分が氷結する。
(Control of refrigerant circuit 10)
By performing the above-described refrigeration cycle, cooling and heating can be performed as normal operation (hereinafter referred to as “normal operation”). Moreover, when the temperature of the refrigerant falls below the freezing point of water in some state during the refrigeration cycle, the water in the refrigerant freezes for the refrigerant in that state.

通常運転での冷凍サイクルにおいて、冷媒の温度が水の凝固点以下となる状態がどこにも現れない場合には、例えば以下のように冷媒回路10を制御することで、冷媒の温度を水の凝固点以下にすることができる(以下、「氷結運転」という)。   In the refrigeration cycle in normal operation, when no state appears where the temperature of the refrigerant is equal to or lower than the freezing point of water, for example, by controlling the refrigerant circuit 10 as follows, the temperature of the refrigerant is equal to or lower than the freezing point of water. (Hereinafter referred to as “freezing operation”).

すなわち、減圧機構3を制御することで、状態Cから状態D(図2)へと転移するときの減圧幅を増大させて、冷媒の温度を水の凝固点以下にする。これにより、状態Dでの冷媒の温度は、水の凝固点以下になる。また、冷凍サイクル中の状態Dと状態Aとの間の状態では、冷媒の温度がほぼ一定であるので、状態Dと状態Aとの間の状態にある冷媒の温度も、水の凝固点以下になる。   That is, by controlling the depressurization mechanism 3, the depressurization width at the time of transition from the state C to the state D (FIG. 2) is increased, and the temperature of the refrigerant is set to the freezing point of water or lower. Thereby, the temperature of the refrigerant | coolant in the state D becomes below the freezing point of water. Further, in the state between the state D and the state A in the refrigeration cycle, since the temperature of the refrigerant is substantially constant, the temperature of the refrigerant in the state between the state D and the state A is also below the freezing point of water. Become.

上述した氷結運転によれば、減圧機構3と圧縮機1の吸入口11との間を、蒸発器として機能する熱交換器62(61)を介して矢印111(112)の方向へと流れる冷媒について、その温度を水の凝固点以下にすることができる。   According to the icing operation described above, the refrigerant flowing between the decompression mechanism 3 and the suction port 11 of the compressor 1 in the direction of the arrow 111 (112) through the heat exchanger 62 (61) functioning as an evaporator. The temperature can be made below the freezing point of water.

なお、状態Cと状態Dとの間の状態でも、冷媒の温度は水の凝固点以下になりやすい。すなわち、放熱器として機能する熱交換器61(62)と減圧機構3との間を矢印111の方向へと流れる冷媒についても、その温度は水の凝固点以下になりやすい。これは、状態Cと状態Dとが、図2に示される相図において、低温側に位置するからである。   Even in the state between the state C and the state D, the temperature of the refrigerant tends to be below the freezing point of water. That is, the temperature of the refrigerant flowing in the direction of the arrow 111 between the heat exchanger 61 (62) functioning as a radiator and the decompression mechanism 3 is likely to be below the freezing point of water. This is because state C and state D are located on the low temperature side in the phase diagram shown in FIG.

(冷媒の飽和水分量の比較)
図3は、5つの冷媒について状態が液体であるときの温度と飽和水分量との関係を示すグラフであり、図4は、5つの冷媒について状態が気体であるときの温度と飽和水分量との関係を示すグラフである。
(Comparison of refrigerant saturation water content)
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature and the saturated moisture content when the state of the five refrigerants is liquid, and FIG. 4 shows the relationship between the temperature and the saturated moisture amount when the state of the five refrigerants is gas. It is a graph which shows the relationship.

図3において、冷媒の状態が液体のとき、二酸化炭素(CO2)の飽和水分量は、R410Aに対して1/2倍程度であり、その他の冷媒とほぼ同程度である。図4において、冷媒の状態が気体のとき、二酸化炭素(CO2)の飽和水分量は、他の冷媒に対して1/3〜1/5倍程度である。   In FIG. 3, when the state of the refrigerant is liquid, the saturated moisture content of carbon dioxide (CO 2) is about ½ times that of R410A and is almost the same as other refrigerants. In FIG. 4, when the state of the refrigerant is a gas, the saturated water content of carbon dioxide (CO2) is about 1/3 to 1/5 times that of other refrigerants.

図3及び図4から、二酸化炭素(CO2)中の水分は、他の冷媒中の水分に比べて飽和しやすいことがわかる。そして、このことから、二酸化炭素を主成分として含む冷媒では、氷結運転時において氷が析出しやすいことがわかる。   3 and 4, it can be seen that the moisture in carbon dioxide (CO2) is more likely to be saturated than the moisture in other refrigerants. From this, it can be seen that in the refrigerant containing carbon dioxide as a main component, ice is likely to precipitate during the freezing operation.

<分離部21>
図5は、図1に示される分離部、及びその近傍の拡大図である。図5において、分離部21は、冷媒回路10で生成された氷を冷媒から分離することができる。
<Separation part 21>
FIG. 5 is an enlarged view of the separation portion shown in FIG. 1 and the vicinity thereof. In FIG. 5, the separation unit 21 can separate the ice generated in the refrigerant circuit 10 from the refrigerant.

(分離部21の構成)
具体的に分離部21は、氷を捕捉するフィルタ211を有する。これにより、冷媒が分離部21内を流れることで、冷媒中の氷がフィルタ211で捕捉され、氷が冷媒から分離される。よって、冷媒中の水分を除去することができる。
(Configuration of separation unit 21)
Specifically, the separation unit 21 includes a filter 211 that captures ice. As a result, the refrigerant flows in the separation unit 21, whereby the ice in the refrigerant is captured by the filter 211, and the ice is separated from the refrigerant. Therefore, moisture in the refrigerant can be removed.

フィルタ211には、再利用が可能なものや、交換可能なものが採用される。フィルタ211に再利用な可能なものが採用された場合には、冷媒中の水分の除去にかかるコストが削減できる。   As the filter 211, a reusable filter or a replaceable filter is used. When a reusable filter is used for the filter 211, the cost for removing moisture in the refrigerant can be reduced.

(分離部21の配設位置)
氷を捕捉するという分離部21の機能に鑑みれば、分離部21の配設は、温度が水の凝固点以下になっている冷媒が流れている位置であることが好ましい。すなわち、配管5のうち、放熱器として機能する熱交換器61(62)と、圧縮機1の吸入口11とを、減圧機構3及び熱交換器62(61)を介して接続する部分に、分離部21を配設することが好ましい。
(Arrangement position of separation part 21)
In view of the function of the separation part 21 for capturing ice, the separation part 21 is preferably disposed at a position where a refrigerant whose temperature is equal to or lower than the freezing point of water flows. That is, in the pipe 5, the heat exchanger 61 (62) functioning as a radiator and the suction port 11 of the compressor 1 are connected to the portion via the decompression mechanism 3 and the heat exchanger 62 (61). It is preferable to arrange the separation part 21.

より好ましくは、配管5のうち、減圧機構3と圧縮機1の吸入口11とを、蒸発器として機能する熱交換器62(61)を介して接続する部分に、分離部21を接続する。   More preferably, the separation unit 21 is connected to a portion of the pipe 5 where the decompression mechanism 3 and the suction port 11 of the compressor 1 are connected via a heat exchanger 62 (61) functioning as an evaporator.

なお図1では、四方切替弁8が態様aの状態にある場合に、蒸発器として機能する熱交換器62と、圧縮機1の吸入口11とを接続する配管5に、分離部21を配設した冷凍システムが示されている。   In FIG. 1, when the four-way switching valve 8 is in the state a, the separation unit 21 is arranged in the pipe 5 that connects the heat exchanger 62 that functions as an evaporator and the suction port 11 of the compressor 1. The installed refrigeration system is shown.

図6は、冷凍システムの他の概念図であり、四方切替弁8が態様bの状態にある場合に放熱器として機能する熱交換器62と、減圧機構3とを接続する配管5に、分離部21を配設した場合が示されている。   FIG. 6 is another conceptual diagram of the refrigeration system. When the four-way switching valve 8 is in the state b, the heat exchanger 62 that functions as a radiator and the pipe 5 that connects the decompression mechanism 3 are separated. The case where the part 21 is arrange | positioned is shown.

(分離部21の配設の態様)
図1及び図5を用いて、分離部21の配設の態様について説明する。冷凍システム100は、管52と、選択機構22とを更に備えている。管52は、配管5の一部分51を、分離部21を介してバイパスしている。
(Aspect of disposition of separation part 21)
The mode of arrangement | positioning of the isolation | separation part 21 is demonstrated using FIG.1 and FIG.5. The refrigeration system 100 further includes a tube 52 and a selection mechanism 22. The pipe 52 bypasses a part 51 of the pipe 5 via the separation part 21.

選択機構22は、配管5の一部分51及び管52のいずれか一方に、選択的に冷媒を流すことができる。具体的に選択機構22は、開閉弁221,222を有する(図5)。開閉弁221は、配管5と管52との接続点511,512のうち、矢印111の方向において上流側にある接続点511近傍の位置で、配管5の一部分51に配設されている。開閉弁222は、接続点511近傍の位置で管52に配設されている。なお、開閉弁221,222には、例えばソレノイドバルブなどが採用される。   The selection mechanism 22 can selectively cause the refrigerant to flow through either the part 51 of the pipe 5 or the pipe 52. Specifically, the selection mechanism 22 has on-off valves 221 and 222 (FIG. 5). The on-off valve 221 is disposed in a part 51 of the pipe 5 at a position near the connection point 511 on the upstream side in the direction of the arrow 111 among the connection points 511 and 512 between the pipe 5 and the pipe 52. The on-off valve 222 is disposed on the pipe 52 at a position near the connection point 511. As the on-off valves 221, 222, for example, a solenoid valve or the like is employed.

そして、開閉弁221を閉じて、開閉弁222を開くことで、冷媒を管52の方へと流すことができる。他方、開閉弁221を開いて、開閉弁222を閉じることで、冷媒を配管5の一部分51の方へと流すことができる。   Then, by closing the on-off valve 221 and opening the on-off valve 222, the refrigerant can flow toward the pipe 52. On the other hand, by opening the on-off valve 221 and closing the on-off valve 222, the refrigerant can flow toward the part 51 of the pipe 5.

上述した分離部21の配設の態様によれば、選択機構22によって管52の方へと冷媒を流すことで、冷媒を分離部21へと導くことができる。しかも、分離部21で氷が分離された後、選択機構22によって配管5の一部分51の方へ冷媒を流すことで、水分が除去された冷媒を用いて冷凍サイクルを実行することができる。   According to the above-described arrangement of the separation unit 21, the refrigerant can be guided to the separation unit 21 by flowing the refrigerant toward the pipe 52 by the selection mechanism 22. Moreover, after the ice is separated by the separation unit 21, the refrigeration cycle can be executed using the refrigerant from which moisture has been removed by causing the selection mechanism 22 to flow the refrigerant toward the part 51 of the pipe 5.

図5では、接続点512の近傍の位置で管52に配設された開閉弁23も示されている。冷媒を配管5の一部分51の方へと流す場合には、開閉弁23を閉じることが好ましい。これは、分離部21で分離した氷が、配管5を流れる冷媒に再び戻ることを防止するためである。   In FIG. 5, the on-off valve 23 disposed on the pipe 52 at a position near the connection point 512 is also shown. When the refrigerant flows toward the part 51 of the pipe 5, it is preferable to close the on-off valve 23. This is to prevent the ice separated by the separation unit 21 from returning to the refrigerant flowing through the pipe 5 again.

上述した冷凍システム100によれば、冷媒中の水分を除去することができる。しかも、乾燥剤などを用いる必要がないので、水分の除去に伴う冷凍サイクルへの影響がない。また、水の氷結及び分離という簡易な手段で、冷媒中の水分を除去することができるので、コストの増大を防止することができる。   According to the refrigeration system 100 described above, moisture in the refrigerant can be removed. In addition, since there is no need to use a desiccant or the like, there is no influence on the refrigeration cycle accompanying the removal of moisture. Moreover, since the water | moisture content in a refrigerant | coolant can be removed with the simple means of freezing of water and isolation | separation, the increase in cost can be prevented.

さらには、通常運転を行うことが可能な冷媒回路10を用いて、冷媒中の水分を凍らせることができるので、別途に氷を生成する装置を設ける必要が無く、以って冷凍システム100を簡略化することができる。   Furthermore, since the water in the refrigerant can be frozen using the refrigerant circuit 10 capable of normal operation, there is no need to separately provide a device for generating ice. It can be simplified.

<変形例1>
分離部21は、配管5に着脱可能に配設しても良い。かかる態様によれば、冷媒中の水分を除去した後に分離部21を取り外すことで、分離部21で分離した氷が再び冷媒に戻ることを防止することができる。
<Modification 1>
The separation unit 21 may be detachably disposed on the pipe 5. According to this aspect, it is possible to prevent the ice separated by the separation unit 21 from returning to the refrigerant again by removing the separation unit 21 after removing moisture in the refrigerant.

分離部21は、配管5の一部分51に直接かつ着脱可能に配設しても良い。かかる態様でも、冷媒中の水分を除去した後に分離部21を取り外すことで、分離部21で分離した氷が再び冷媒に戻ることを防止することができる。ただし、分離部21を取り外した後に、分離部21があった場所を配管で繋ぐ必要がある。   The separation unit 21 may be disposed directly and detachably on the part 51 of the pipe 5. Even in such an embodiment, it is possible to prevent the ice separated by the separation unit 21 from returning to the refrigerant again by removing the separation unit 21 after removing moisture in the refrigerant. However, after removing the separation part 21, it is necessary to connect the place where the separation part 21 existed with piping.

<変形例2>
上述した冷凍システム100では、冷媒回路10を用いて冷媒中の水分を凍らせたが、冷媒回路10とは別途に、水から氷を生成する生成部を配設しても良い。すなわち、冷凍システム100を、冷媒回路10と、生成部及び分離部21を備える水分除去装置とで構成しても良い。
<Modification 2>
In the refrigeration system 100 described above, the water in the refrigerant is frozen using the refrigerant circuit 10, but a generating unit that generates ice from water may be provided separately from the refrigerant circuit 10. That is, the refrigeration system 100 may be configured by the refrigerant circuit 10 and the moisture removing device including the generation unit and the separation unit 21.

かかる態様においても、上述した冷凍システム100と同様に、冷媒中の水分を除去することができる。   Also in this aspect, the water | moisture content in a refrigerant | coolant can be removed similarly to the refrigeration system 100 mentioned above.

<変形例3>
二酸化炭素を主成分として含む冷媒を用いた冷凍システム100について上述したが、二酸化炭素以外のものを冷媒として用いる冷凍システムにも、上述した技術を適用することができる。この場合にも、冷媒中の水分を除去することができる。
<Modification 3>
Although the refrigeration system 100 using the refrigerant containing carbon dioxide as a main component has been described above, the above-described technique can be applied to a refrigeration system using a refrigerant other than carbon dioxide as the refrigerant. Also in this case, moisture in the refrigerant can be removed.

以上のように、本発明によれば、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを利用した空気調和装置に有用である。   As described above, the present invention is useful for an air conditioner using a vapor compression refrigeration cycle.

本発明の一実施形態に係る冷凍システムの概念図。The conceptual diagram of the refrigerating system which concerns on one Embodiment of this invention. 冷媒である二酸化炭素の状態を示す圧力−エンタルピ線図。The pressure-enthalpy diagram which shows the state of the carbon dioxide which is a refrigerant | coolant. 5つの冷媒について状態が液体であるときの温度と飽和水分量との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the temperature when a state is a liquid about 5 refrigerant | coolants, and saturated moisture content. 5つの冷媒について状態が気体であるときの温度と飽和水分量との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the temperature when a state is gas about five refrigerant | coolants, and saturated moisture content. 図1に示される分離部及びその近傍の拡大図。FIG. 2 is an enlarged view of a separation unit shown in FIG. 1 and its vicinity. 冷凍システムの他の概念図。The other conceptual diagram of a refrigeration system.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧縮機
3 減圧機構
5 配管
10 冷媒回路
21 分離部
22 選択機構
51 配管の一部分
52 管
61,62 熱交換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 3 Pressure reduction mechanism 5 Piping 10 Refrigerant circuit 21 Separation part 22 Selection mechanism 51 Part of piping 52 Pipes 61 and 62 Heat exchanger

Claims (8)

冷凍サイクルによって冷媒の状態を変化させつつ、前記冷媒に含まれた水を凍らせることが可能な冷媒回路(10)と、
前記冷媒回路(10)で凍った水を前記冷媒から分離する分離部(21)と、
を備えた、
冷凍システム。
A refrigerant circuit (10) capable of freezing water contained in the refrigerant while changing a state of the refrigerant by a refrigeration cycle;
A separator (21) for separating water frozen in the refrigerant circuit (10) from the refrigerant;
With
Refrigeration system.
前記冷媒回路(10)は、圧縮機(1)と、放熱器として機能する第1の熱交換器(61,62)と、減圧機構(3)と、蒸発器として機能する第2の熱交換器(62,61)と、この順に前記冷媒を流す配管(5)とを有する、
請求項1に記載の冷凍システム。
The refrigerant circuit (10) includes a compressor (1), a first heat exchanger (61, 62) that functions as a radiator, a decompression mechanism (3), and a second heat exchange that functions as an evaporator. A vessel (62, 61) and a pipe (5) through which the refrigerant flows in this order,
The refrigeration system according to claim 1.
前記分離部(21)は、前記配管(5)に着脱可能に配設される、
請求項2に記載の冷凍システム。
The separation part (21) is detachably disposed on the pipe (5).
The refrigeration system according to claim 2.
前記配管(5)の一部分(51)を、前記分離部(21)を介してバイパスする管(52)と、
前記配管(5)の前記一部分(51)及び前記管(52)のいずれか一方に選択的に前記冷媒を流すことができる選択機構(22)と、
を更に備えた、
請求項2に記載の冷凍システム。
A pipe (52) for bypassing a part (51) of the pipe (5) via the separation part (21);
A selection mechanism (22) capable of selectively flowing the refrigerant through one of the part (51) and the pipe (52) of the pipe (5);
Further comprising
The refrigeration system according to claim 2.
前記分離部(21)は、前記配管(5)のうち、前記第1の熱交換器(61)と前記圧縮機(1)とを、前記減圧機構(3)及び前記第2の熱交換器(62)を介して接続する部分に配設される、
請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の冷凍システム。
The separation unit (21) includes the first heat exchanger (61) and the compressor (1) in the pipe (5), the decompression mechanism (3), and the second heat exchanger. (62) disposed at the connecting portion,
The refrigeration system according to any one of claims 2 to 4.
前記分離部(21)は再利用が可能である、
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の冷凍システム。
The separation part (21) can be reused.
The refrigeration system according to any one of claims 1 to 5.
前記冷媒は二酸化炭素を主成分として含む、
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の冷凍システム。
The refrigerant contains carbon dioxide as a main component,
The refrigeration system according to any one of claims 1 to 6.
冷媒に含まれた水を除去する装置であって、
前記水から氷を生成する生成部と、
前記氷を前記冷媒から分離する分離部(21)と、
を備えた、
水分除去装置。
An apparatus for removing water contained in a refrigerant,
A generator for generating ice from the water;
A separator (21) for separating the ice from the refrigerant;
With
Moisture removal device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104848379A (en) * 2015-05-22 2015-08-19 无锡职业技术学院 Air compressor heat recycling and water chilling unit combined refrigerating and heating system

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