JP5488575B2 - 冷凍サイクル - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクル用ドライヤを備える冷凍サイクルに関する。

蒸気圧縮式の冷凍サイクルでは、冷媒中に多量の水分が含まれていると、冷媒が断熱膨張し急激に冷却されることで氷結し、冷媒を減圧する減圧手段を構成する膨張弁やキャピラリチューブが閉鎖されることがある。また、冷凍サイクル中に水分が析出すると、構成部品の内部腐食が促進される。このため、冷凍サイクルには、凝縮器（コンデンサ）から流出した冷媒を気液分離して液相冷媒を溜める受液器の内部に、吸着剤を有するドライヤ（冷凍サイクル用ドライヤ）が収容されている。

ドライヤは、吸着剤にて冷媒中の水分を吸着する吸着手段を構成しており、吸着剤としては、冷媒中の水分濃度が低い状態においても吸着性能が高いゼオライト（モレキュラシーブ）やシリカゲルが採用されている。

ここで、ゼオライトやシリカゲルといった吸着剤は、自重に対する吸水量（吸着容量）が少ないため、冷媒中の水分の吸水量を増加させる場合、吸着剤の充填量を増加させる必要がある。この場合、受液器内部における吸着剤を充填する空間の拡大等を要する。

これに対して、ドライヤの吸着剤として、ゼオライトやシリカゲル以外に、ゼオライトやシリカゲルに比べて吸着容量が多い特性を有する高吸水性樹脂を採用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

実開平１−１３６８６２号公報

ところで、例えば、車両用の冷凍サイクルでは、車両走行中等において振動するため、全ての配管を金属製にすることが困難であり、配管等にゴムホースやＯリングが使用されているが、このような冷凍サイクルでは、冷凍サイクルの内部に冷媒を充填するときの水の混入以外に、ゴムホースやＯリングを介して水分が透過することがある。

ここで、冷凍サイクルへ透過する水分の透過速度（以下、水分透過速度と称する。）は、冷凍サイクル内（冷媒中）の水蒸気分圧Ｐｗｉｎと、冷凍サイクル外部（大気）の水蒸気分圧Ｐｗｏｕｔとの分圧差（＝Ｐｗｏｕｔ−Ｐｗｉｎ）に比例する傾向がある。

このため、ドライヤの吸着剤として冷媒中の水分濃度が低い状態において高い吸着性能を有するゼオライト等を用いる場合、冷媒中の水分濃度が低くなることで冷凍サイクル内の水蒸気分圧Ｐｗｉｎが低下し、水分透過速度が増加することが懸念される。

なお、例えば、ドライヤの吸着剤としてゼオライトを用いる場合、ゼオライトが飽和状態となる際に、冷媒中の水蒸気分圧Ｐｗｉｎと、大気の水蒸気分圧Ｐｗｏｕｔとの分圧差が小さくなり、水分透過速度が低下する。

このように、ドライヤの吸着剤としてゼオライト等を用いる場合、吸着容量が少ないことに加えて、水分透過速度が速いために冷媒中の水分量を効率よく低下させることができないといった課題がある。

これに対して、特許文献１のように、ドライヤの吸着剤として高吸水性樹脂を採用する場合、冷媒中の水分濃度が低い状態における吸着性能が低いため、ゼオライト等に比べて水分透過速度の増加が抑制される。

ところが、現在冷凍サイクルにて使用されるＲ２２やＲ１３４ａといった冷媒は、水と反応して、冷凍サイクルにおける冷媒の氷結を促進する包摂化合物（クラスレート）が生成されるため、冷媒中の水分濃度を所定濃度以下に低下させる必要がある。

このため、ドライヤの吸着剤として冷媒中の水分濃度が低い状態における吸着性能が低い高吸水性樹脂を採用すると、冷媒中の水分濃度を充分に低下させることができず、冷凍サイクルにおいて冷媒が氷結する虞がある。

つまり、単にドライヤの吸着剤として高吸水性樹脂を採用したとしても、冷媒の氷結を避けるためには、多量の高吸水性樹脂を用いて冷媒中の水分濃度が低い状態における吸着性能を向上させる必要がある。この結果、ゼオライトやシリカゲルといった吸着剤を用いる場合と同様の課題が生ずる。

本発明は上記点に鑑みて、吸着剤の充填量の増加を抑制しつつ、冷媒の氷結の発生を抑制し、かつ、冷凍サイクル中に水分が析出することによる構成部品の内部腐食を抑制することを目的とする。

本発明者らは、上述する目的を達成するために鋭意検討を重ねた。この結果、冷媒中の水分濃度が低い状態における吸着性能が低い吸着剤を有するドライヤを、水との反応により包摂化合物が生成され難い構造を有する有機化合物を冷媒とした冷凍サイクルに適用することが有効であることを見出した。

請求項１ないし１２に記載の発明では、冷媒中の水分を吸着する吸着剤（１１）を有する蒸気圧縮式の冷凍サイクルを対象としている。

請求項１に記載の発明では、冷媒は、分子式Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（ｍ＝１〜５およびｎ＝１〜５、かつ、ｍ＋ｎ＝６）で示されると共に、分子構造中に１つの二重結合を有し、吸着剤（１１）は、相対湿度と水分の吸収率との関係が相対湿度の上昇と共に水分の吸着率の上昇度合いが増大する吸着特性を有し、ドライヤ（１０）は、減圧手段（４）の冷媒流出側から圧縮機（１）の吸入側に至る冷媒流路のうち、液相冷媒が存在する箇所に配置されていることを特徴とする。

このように、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎで示されると共に分子構造中に１つの二重結合を有する冷媒が流れる冷凍サイクルにおいて、相対湿度と水分の吸収率との関係が相対湿度の上昇と共に水分の吸着率の上昇度合いが増大する吸着特性を有する吸着剤（１１）を適用することで、吸着剤（１１）の充填量の増加を抑制しつつ、冷媒の氷結の発生を抑制することができ、かつ、構成部品の内部腐食を抑制することができる。また、ゼオライト等に比べて水分透過速度の増加が抑制されるので、ゼオライト等に比べて冷媒中の水分量を効率よく低下させることができる。

さらに、冷凍サイクルの高圧側領域よりも冷媒の飽和水分濃度が低く、相対湿度が高くなる低圧側領域に、相対湿度が高い領域にて水分の吸着率が高い特性となる吸着剤（１１）を有するドライヤ（１０）を配置するようにしているので、冷媒中の水分量をより効率的に低下させることが可能となる。

請求項２に記載の発明では、蒸発器（５）から流出した冷媒を気液分離し、気相冷媒を圧縮機（１）の吸入側に導出するアキュムレータ（６）を備え、ドライヤ（１０）は、アキュムレータ（６）の内部に配置されていることを特徴とする。このように、アキュムレータ（６）の内部に吸着剤（１１）を配置することで、アキュムレータ（６）の内部に存する液相冷媒に含まれる水分を効率よく吸着することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、ドライヤ（１０）を減圧手段（４）の冷媒流出側から蒸発器（５）の冷媒流入側に至る冷媒流路に配置したり、請求項４に記載の発明のように、ドライヤ（１０）を蒸発器（５）の内部に配置したりしてもよい。

また、請求項５に記載の発明のように、吸着剤（１１）を、高吸水性樹脂で構成したり、請求項９に記載の発明のように、吸着剤（１１）を、高吸湿性繊維で構成したり、請求項１０に記載の発明のように、吸着剤（１１）を、高吸水性繊維で構成したりすることが望ましい。

ところで、高吸収性樹脂は、水分を吸着することでゲル状になることが知られている。このため、単に高吸水性樹脂を冷凍サイクル内に設けると、水分の吸着によりゲル状となった高吸水性樹脂が、冷凍サイクル内を循環して冷凍サイクルの作動に悪影響を及ぼす虞がある。
このため、請求項６に記載のように、高吸水性樹脂を、水分を透過可能に構成されたメッシュ状の収容袋（１２）に収容したり、請求項７に記載の発明のように、高吸水性樹脂を、水蒸気を透過可能に構成されたフィルム状の収容袋（１２）に収容したり、請求項８に記載の発明のように、高吸水性樹脂を、フェルトで構成された収容袋（１２）に収容したりすることが望ましい。

さらに、請求項１１に記載の発明のように、冷凍サイクルの冷媒をＨＦＯ−１２３４ｙｆとすることが望ましい。

また、請求項１２に記載の発明のように、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の冷凍サイクルにおいて、冷媒が流通する冷媒配管の一部が、水分透過性を有する材料で構成されるものに適用することが極めて有効である。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係る冷凍サイクルの模式的な全体構成図である。 第１実施形態に係る受液器一体型凝縮器の要部を示す部分断面正面図である。 ドライヤが一体化されたキャップの正面図である。 冷媒の氷結発生の確認試験を説明するための説明図である。 冷媒配管の内部への水分透過を説明する説明図である。 高吸水性樹脂の吸着特性を示す特性図である。 吸着剤としてゼオライトを用いた場合の水分透過挙動を説明する説明図である。 吸着剤として高吸水性樹脂を用いた場合の水分透過挙動を説明する説明図である。 第２実施形態の冷凍サイクルにおける水分透過挙動を説明する説明図である。 第３実施形態に係る冷凍サイクルの模式的な全体構成図である。 第３実施形態に係るアキュムレータの模式的な縦断面図である。 冷媒の温度と飽和水分濃度との関係を示す特性図である。 冷凍サイクルの低圧側領域および高圧側領域における吸着剤の吸着性能を比較した比較結果を示す図表である。 低圧側領域の冷媒配管の内部に配置されるドライヤを説明するための説明図である。 蒸発器の内部に配置されるドライヤを説明するための説明図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。図１は、第１実施形態に係る冷凍サイクルの全体構成図である。図２は、第１実施形態に係る受液器一体型凝縮器の要部を示す部分断面正面図を示し、図３は、ドライヤが一体化されたキャップの正面図である。なお、図２における上下を示す矢印は、車両搭載時の方向を示している。

本実施形態の蒸気圧縮式の冷凍サイクルは、車両用空調装置に適用されている。冷凍サイクルは、周知の如く、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１、圧縮機１から吐出された冷媒を凝縮する凝縮器２、凝縮器２から流出した冷媒を減圧する減圧手段としての温度式膨張弁４、温度式膨張弁４にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器５等を冷媒配管により順次接続した閉回路により構成されている。なお、本実施形態の冷媒配管は、その一部が車両における振動を吸収するために、水分透過性を有するゴムホースにて構成されている。

本実施形態の冷凍サイクルでは、分子式Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（ｍ＝１〜５およびｎ＝１〜５、かつ、ｍ＋ｎ＝６）で示されると共に分子構造中に１つの二重結合を有する冷媒を採用している。Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎで示される冷媒は、一般に冷凍サイクルにて使用されるＲ２２やＲ１３４ａに比べて、水との反応により包摂化合物が生成され難い構造を有している。なお、包摂化合物は、冷媒の氷結を促進する物質であり、包摂化合物が生成されることで、温度式膨張弁等において冷媒の氷結が生じ易くなる傾向がある。

冷凍サイクルの冷媒をＲ２２やＲ１３４ａとする場合には、冷媒の氷結を避けるために、冷媒中の水分濃度をできるだけ低下させて包摂化合物が生成されないようにすることが重要なる。

これに対して、冷凍サイクルの冷媒をＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎで示される冷媒とする場合には、冷媒中の水分濃度が高くとも、包摂化合物が生成され難いため、ＨＦＣ−２２やＨＦＣ−１３４ａに比べて、冷媒の氷結が生じ難くなる。

具体的には、本実施形態では、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎで示される冷媒として温暖化係数（ＧＷＰ）が低いＨＦＯ−１２３４ｙｆ（Ｃ_３Ｈ_２Ｆ_４：ＣＦ_３ＣＦ＝ＣＨ_２）を採用している。なお、冷媒としては、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ単体の冷媒に限らず、ＨＦＯ−１２３４ｙｆを含む混合冷媒を採用してもよい。

ここで、本発明者らは、冷媒としてＨＦＣ−１３４ａを用いた冷凍サイクル、およびＨＦＯ−１２３４ｙｆを用いた冷凍サイクルを用いて、冷媒の氷結の発生を確認する試験を行った。なお、当該試験では、同じ構成機器で構成した各冷凍サイクルに対して、同量の水分を投入して冷媒の氷結発生の有無を確認した。

図４は、冷媒の氷結発生の確認試験を説明するための説明図である。図４に示すように、ＨＦＣ−１３４ａを用いた冷凍サイクルでは、水分の投入量が２．０ｇ以上で冷媒の氷結が確認された。これに対して、ＨＦＯ−１２３４ｙｆを用いた冷凍サイクルでは、水分の投入量が２０ｇ以上としても冷媒の氷結が確認されなかった。

このように、ＨＦＯ−１２３４ｙｆを用いた冷凍サイクルでは、ＨＦＣ−１３４ａを用いた冷凍サイクルに比べて、冷媒の氷結が生じ難くい傾向がある。従って、冷媒中の水分を吸着する吸着剤として、冷媒中の水分濃度が低い状態における吸着性能が低い特性を有するものを用いたとしても、冷媒の氷結の発生を抑制することが可能となる。

図２に戻り、冷凍サイクルにおける凝縮器２は、車両のエンジンルーム内のうち、走行風を受けやすい場所（通常は、エンジン冷却水を冷却するラジエータの前方側）に位置するように取付部材（図示略）にて車体に取り付けられている。

本実施形態の凝縮器２は、凝縮器２から流出した冷媒の気液分離して、分離された液相冷媒を温度式膨張弁４へと導出する受液器３が一体化されており、所謂、受液器一体型凝縮器で構成されている。

また、本実施形態の凝縮器２は、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒を熱交換部２０にて室外空気と熱交換させることで、凝縮、および過冷却させるサブクールコンデンサであり、熱交換部２０における冷媒流れの上流側を構成する凝縮部２１と、冷媒流れの下流側を構成する過冷却部２２とが一体に構成されている。

より具体的には、本実施形態の凝縮器２は、熱交換部２０における上方側に凝縮部２１が配置され、下方側に過冷却部２２が配置されている。これら凝縮部２１および過冷却部２２それぞれは、水平方向に延びる複数本のチューブ２０１とコルゲートフィン２０２からなり、それぞれろう付けにより接合されている。

複数のチューブ２０１は、アルミニウム等の金属材料を押し出し加工することで断面形状が扁平な長円形状に形成されており、その内部に冷媒が流通する冷媒流路が形成されている。

熱交換部２０におけるチューブ２０１の長手方向の一端部（図中左側の端部）には、円筒状の第１ヘッダタンク２３が接続されている。この第１ヘッダタンク２３は、上下方向に延びると共に、チューブ２０１における一端部が挿嵌されている。なお、図示しないが、チューブ２０１の長手方向の他端部には、円筒状の第２ヘッダタンクが接続されており、この第２ヘッダタンクは、上下方向に延びると共に、チューブ２０１における他端側の端部が挿嵌されている。

第１ヘッダタンク２３は、その内部に仕切り板２３１が配置されており、当該仕切り板２３１により第１ヘッダタンク２３の内部空間が上下方向に仕切られている。熱交換部２０における凝縮部２１は、仕切り板２３１よりも上方側に位置するように配置され、過冷却部２２は、仕切り板２３１よりも下方側に位置するように配置されている。

同様に、図示しない第２ヘッダタンクにも、その内部に仕切り板（図示略）が配置されており、当該仕切り板により第２ヘッダタンクの内部空間が上下方向に仕切られている。なお、第２ヘッダタンク内の仕切り板は、上下方向において、第１ヘッダタンク２３内の仕切り板２３１と同様の位置に配置されている。

第１ヘッダタンク２３は、仕切り板２３１の直ぐ上方の部位に、第１連通穴２３２が形成されており、この第１連通穴２３２によって、凝縮部２１のチューブ２０１が、第１ヘッダタンク２３を介して後述する受液器３の内部と連通する。なお、図２中の矢印Ａで示すように、冷媒は、凝縮部２１から第１連通穴２３２を通って受液器３の内部に導入される。

また、第１ヘッダタンク２３は、仕切り板２３１の直ぐ下方の部位に、第２連通穴２３３が形成されており、この第２連通穴２３３によって、過冷却部２２のチューブ２０１が、第１ヘッダタンク２３を介して後述する受液器３の内部と連通する。なお、本実施形態では、第１連通穴２３２が受液器３に冷媒を導入する冷媒導入口を構成し、第２連通穴２３３が受液器３から冷媒を導出する冷媒導出口を構成している。

受液器３は、内部に導入された冷媒を気相冷媒（ガス冷媒）と液相冷媒とに分離して、液相冷媒を過冷却部２２側に導出する気液分離手段として機能する。

本実施形態の受液器３は、上下方向に延びると共に、下端側に開口部３１ａが形成された有底筒状のタンク部３１、およびタンク部３１の開口部３１ａを閉塞するタンクキャップ（蓋部）３２を有して構成されている。

タンク部３１には、その上端側から下端側へと冷媒が流れるように第１連通穴２３２（冷媒の導入口）が第２連通穴２３３（冷媒の導出口）よりも上端側に形成されている。また、タンク部３１の開口部３１ａには、後述するタンクキャップ３２の外周に形成された雄ネジ部３２１と螺合する雌ネジ部が形成されている。タンク部３１は、開口部３１ａにタンクキャップ３２が接合されることで、その内部が密閉される。

タンクキャップ３２は、図３に示すように、雄ネジ部３２１の上方側に、側面にフィルタ３２２を保持する枠が形成されたフィルタ保持部３２３が形成されている。なお、フィルタ３２２は、冷媒中に含まれる塵等の異物を除去するものである。なお、図２中の矢印Ｂに示すように、受液器３の内部の液相冷媒は、フィルタ３２２を介して、第２連通穴２３３→過冷却部２２へと導出される。

また、受液器３には、その内部に冷媒中の水分を吸着する吸着剤１１を有するドライヤ（冷凍サイクル用ドライヤ）１０が配置されている。このドライヤ１０は、前述の吸着剤１１、吸着剤１１を収容する収容袋１２にて構成されている。

ドライヤ１０は、冷媒中の水分を効率よく吸着するために、受液器３における液相冷媒が流れる部位、すなわち受液器３の下端側に配置されている。また、ドライヤ１０は、受液器３に液相冷媒が多量に存在する場合に、液相冷媒の液面に浮いてしまう虞がある。このため、ドライヤ１０は、タンクキャップ３２におけるフィルタ保持部３２３の上部に一体に構成されている。

ところで、上述のように、本実施形態の冷凍サイクルは、冷媒配管の一部にゴムホースを使用しているため、当該ゴムホースを介して外部から水分が透過することがある（図５参照）。なお、図５は、冷媒配管の内部への水分透過を説明する説明図である。

冷凍サイクルへの透過する水分の透過速度Ｗ_Ｈは、以下の数式Ｆ１、数式Ｆ２に示すように、冷媒中の水蒸気分圧Ｐｗｉｎと大気の水蒸気分圧Ｐｗｏｕｔとの分圧差（＝Ｐｗｏｕｔ−Ｐｗｉｎ）に比例する傾向がある。

Ｗ_Ｈ＝ｋ_Ｈ×Ｌ×（Ｐｗｏｕｔ−Ｐｗｉｎ）・・・（Ｆ１）
但し、ｋ_Ｈは水分透過係数、Ｌは水分が透過する配管の長さである。

冷媒中の水蒸気分圧Ｐｗｉｎは、冷媒中の水分濃度Ｘと比例関係（Ｘ∝Ｐｗｉｎ）があり、冷媒中の水分濃度Ｘが低いと冷媒中の水蒸気分圧Ｐｗｉｎと大気の水蒸気分圧Ｐｗｏｕｔとの分圧差が増加する。これにより、水分透過速度Ｗ_Ｈが増加して外部から透過する水分量が増大を招くこととなる。

本発明者らは、上述の水分透過速度の変化に着眼し、ドライヤ１０の吸着剤として、相対湿度の低下に伴って水分の吸着率の低下度合いが増大する吸着特性（換言すれば、相対湿度と冷媒中の水分の吸収率との関係が相対湿度の上昇に伴って、水分の吸着率の上昇度合い傾きが増大する吸着特性）を有する吸着剤が好適であることを発見した。

そこで、本実施形態では、ドライヤ１０の吸着剤１１として、図６に示すように吸着特性を有する高吸水性樹脂を採用している。なお、図６は、高吸水性樹脂の吸着特性を示す特性図であり、図６における実線が高吸水性樹脂、一点鎖線がゼオライト（モレキュラシーブ）、二点鎖線がシリカゲルの吸着特性を示している。

図６に示すように、ゼオライトやシリカゲルは、冷媒中の水分濃度が低い状態において高い吸着性能を有するのに対して、高吸水性樹脂は、冷媒中の水分濃度が低い状態において吸着性能が低い。従って、高吸水性樹脂を吸着剤１１として採用することで、ゼオライトやシリカゲルを採用する場合に比べて、水分透過速度Ｗ_Ｈの増加が抑制され、外部から透過する水分量の増大を抑制することが可能となる。

また、高吸水性樹脂は、高湿度での吸着容量がゼオライトやシリカゲルに比べて大きくなるため、ドライヤ１０への充填量を増大させることなく、冷媒中の水分を吸着することが可能となる。なお、具体的には、高吸水性樹脂としては、例えば、紙おむつや生理用品といった衛生材料として使用される親水性のポリマーを採用することができる。

ドライヤ１０の収容袋１２は、例えば、ポリアミド合成繊維からなり、冷媒中の水分を透過可能にメッシュ状とされている。この収容袋１２は、吸着剤１１を収容するための開口がヒートシール等にて閉塞されている。

次に、本実施形態の作動について説明する。車両用空調装置の運転が開始されると、圧縮機１から吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、凝縮器２の第２ヘッダタンクを介して熱交換部２０における凝縮部２１に流入する。凝縮部２１に流入した冷媒は、車室外空気と熱交換して冷却されて凝縮し、気相冷媒を一部に含む飽和液冷媒となる。この飽和液冷媒は、第１ヘッダタンク２３から第１連通穴２３２を介して受液器３の内部に導入され、受液器３にて気液が分離されると共に、ドライヤ１０の吸着剤１１により冷媒中の水分が吸着される。

その後、受液器３の内部で分離された液冷媒は、フィルタ３２２にて異物が除去された後、第２連通穴２３３を介して第１ヘッダタンク２３から過冷却部２２へ導出されて、再び冷却（過冷却）される。そして、凝縮器２の過冷却部２２にて過冷却された冷媒は、温度式膨張弁４にて減圧された後、蒸発器５に流入する。蒸発器５に流入した冷媒は、車室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発し、蒸発した冷媒が再び圧縮機１に吸入されて圧縮される。

ここで、ドライヤ１０の吸着剤１１として、高吸水性樹脂を用いた場合の効果について、従来まで吸着剤として用いられていたゼオライトと比較して説明する。なお、本例では、吸着容量が自重の１０倍となる高吸水性樹脂２ｇ（最大吸着容量：２０ｇ）を吸着剤としたときと、吸着容量が自重の０．２倍となるゼオライト４０ｇ（最大吸着容量：８ｇ）を吸着剤としたときとを比較する。

図７は、吸着剤としてゼオライトを用いた場合の水分透過挙動を説明する説明図であり、図７の（ａ）が冷媒中の水蒸気分圧の時間変化を示し、（ｂ）が水分透過量の経年変化を示している。また、図８は、吸着剤として高吸水性樹脂を用いた場合の水分透過挙動を説明する説明図であり、図８の（ａ）が冷媒中の水蒸気分圧の経年変化を示し、（ｂ）が水分透過量の時間変化を示している。

図７に示すように、吸着剤としてゼオライトを用いた場合、水分透過量が最大吸着容量（８ｇ）を上回る前は、ゼオライトにて冷媒中の水分が吸着されるので、初期段階での冷媒中の水蒸気分圧が低くなる。この結果、冷凍サイクル内に透過する水分の水分透過速度が速くなり、水分透過量が増大する。また、水分透過量が最大吸着容量（８ｇ）を上回ると、ゼオライトにて冷媒中の水分が吸着されず、冷媒中の水蒸気分圧が高くなる。この結果、冷媒中の水蒸気分圧が高くなって水分透過速度が遅くなる。そして、水分透過量がゼオライトの吸着容量（８ｇ）を上回ると、冷凍サイクル内に溶解していた水分が析出されて、析出された水分が冷凍サイクル内に残存して、冷凍サイクル内における冷媒の氷結が生じ易くなる。

これに対して、図８に示すように、吸着剤として高吸水性樹脂を用いた場合、ゼオライトに比べて冷媒中の水分濃度が低い状態における吸着性能が低いので、初期段階での冷媒中の水蒸気分圧が高くなる。この結果、冷凍サイクル内に透過する水分の水分透過速度が遅く、水分透過量の増大が抑制される。また、高吸水性樹脂は、ゼオライトに比べて最大吸着容量（２０ｇ）が多く、冷凍サイクル内に溶解していた水分が析出したとしても、高吸水性樹脂にて吸着されるため、冷凍サイクル内における冷媒の氷結の発生を抑制し、かつ、冷凍サイクル中に水分が析出することによる冷凍サイクルにおける構成部品の内部腐食の促進を抑制することができる。

さらに、吸着剤として高吸水性樹脂を用いた場合、ゼオライト等に比べて、受液器３の内部において占める容積を小さくすることができるので、受液器３における体格の増大を抑制しつつ、冷媒中の水分を吸着することができる。

以上説明した本実施形態によれば、冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆ（Ｃ_３Ｈ_２Ｆ_４）が流れる冷凍サイクルにおいて、ドライヤ１０の吸着剤１１として、相対湿度と水分の吸収率との関係が相対湿度の上昇と共に水分の吸着率の上昇度合いが増大する吸着特性を有する高吸着性樹脂を適用することで、ドライヤ１０への吸着剤１１の充填量の増加を抑制しつつ、冷媒の氷結の発生を抑制することができる。また、ゼオライト等に比べて水分透過速度の増加が抑制されるので、ゼオライト等に比べて冷媒中の水分量を効率よく低下させることができる。

ここで、高吸収性樹脂は、水分を吸着することでゲル状になることが知られている。このため、単に高吸水性樹脂を冷凍サイクル内に設けると、水分の吸着によりゲル状となった高吸水性樹脂が、冷凍サイクル内を循環して冷凍サイクルの作動に悪影響を及ぼす虞がある。

これに対して、本実施形態のドライヤ１０は、高吸水性樹脂をメッシュ状の収容袋１２に収容する構成としているので、高吸水性樹脂が水分を吸着してゲル状となったとしても、ゲル化した高吸水性樹脂が冷凍サイクル内を循環してしまうことを抑制することができる。

また、本実施形態では、受液器３のタンク部３１の下端側（タンクキャップ３２におけるフィルタ保持部３２３の上部）に高吸水性樹脂を配置する構成としているので、受液器３の内部に存する液相冷媒に含まれる水分を効率よく吸着することができる。

また、本実施形態のように、高吸水性樹脂を吸着剤１１として用いるドライヤ１０は、冷媒が流通する冷媒配管の一部が水分透過性を有する材料（例えば、ゴムホース）で構成される車両用空調装置に適用することが極めて有効である。すなわち、冷媒配管の一部が水分透過性を有する材料で構成される場合、冷凍サイクルの内部に透過する水分量（水分透過量）が多く、水分透過量を考慮して吸着剤１１の選定を行う必要があるからである。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図９に基づいて説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

本実施形態では、高吸水性樹脂を収容する収容袋１２を、水蒸気を透過するフィルム状とし、高吸水性樹脂の吸湿作用を利用して、液相冷媒中の水蒸気のみを吸着する構成としている。

このような構成を有する場合の効果について一例を挙げて説明する。なお、本例では、吸湿容量が自重の１倍程度となる高吸水性樹脂１０ｇ（最大吸湿容量：１０ｇ）を吸着剤として採用している。

図９は、本実施形態の冷凍サイクルにおける水分透過挙動を説明する説明図であり、図９の（ａ）が冷媒中の水蒸気分圧の時間変化を示し、（ｂ）が水分透過量の経年変化を示している。

図９に示すように、高吸水性樹脂にて冷媒に溶解した水分（水蒸気）を吸着する場合、冷媒に溶解した水分量（溶解水分量）が少なくなるので、冷凍サイクル内に溶解していた水分が析出され難くなる。これにより、冷凍サイクル内における冷媒の氷結の発生を抑制し、かつ、冷凍サイクル中に水分が析出することによる構成部品の内部腐食を抑制することができる。

また、本実施形態では、高吸水性樹脂を、水蒸気が透過可能に構成されたフィルム状の収容袋１２に収容しているので、高吸水性樹脂には水蒸気のみが吸着され、吸湿作用のみが働くこととなり、水分を吸着してゲル状となることを抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態の冷凍サイクルは、図１０の全体構成図に示すように、蒸発器５と圧縮機１との間にアキュムレータ６を備えるアキュムレータサイクルで構成されている。

本実施形態では、温度式膨張弁の代わりにキャピラリチューブやオリフィスで構成される固定絞り４にて減圧手段が構成されている。なお、冷凍サイクルにおける圧縮機１の吐出側から減圧手段を構成する固定絞り４の冷媒流入側に至る冷媒流路が高圧側領域を構成し、固定絞り４の冷媒流出側から圧縮機１の吸入側に至る冷媒流路が低圧側領域を構成している。

アキュムレータ６は、蒸発器５から流出した冷媒を気液分離する気液分離手段であって、液相冷媒を貯留する一方で、気相冷媒を圧縮機１の吸入側に導出するものである。図１１の縦断面図に示すように、本実施形態のアキュムレータ６は、タンク６０内部に液相冷媒と気相冷媒とを分離する傘形状の分離器６１、同軸上に配置された内側配管６２ａおよび外側配管６２ｂとの二重管で構成され、分離器６１にて分離された気相冷媒を圧縮機１の吸入側に導出するための吸込パイプ６２を備えている。

タンク６０は、上端面に蒸発器５から流出した冷媒を内部に導く導入口６０ａが形成されると共に、吸込パイプ６２の内側配管６２ａに接続され圧縮機１の吸入側に気相冷媒を導出する導出口６０ｂが形成された有底筒形状とされている。

これにより、タンク６０の導入口６０ａからアキュムレータ６内部に流入した気液二層状態の冷媒は、分離器６１にて気相冷媒と液相冷媒とに分離される。分離器６１にて分離された液相冷媒は、タンク６０の下部の貯留部６０ｃに貯留される一方、気相冷媒は、吸込パイプ６２を流れて導出口６０ｂから圧縮機１の吸入側へ導出される。なお、吸込パイプ６２の下部には、冷媒に含まれるオイルからスラッジを除去するためのフィルタ６３が配置されている。

ここで、図１２は、冷媒の温度と冷媒の飽和水分濃度との関係を示す特性図である。図１２に示すように、冷媒は、温度が高くなるに伴って飽和水分濃度が上昇する傾向があり、冷凍サイクルにおいて冷媒の温度が低い低圧側領域（例えば、冷媒の温度が２０℃以下となる領域）では、高圧側領域に比べて、飽和水分濃度が低くなる。冷媒における相対湿度は、飽和水分濃度に対する冷凍サイクルにおける平均的な水分濃度の比となることから、冷媒の温度が低い低圧側領域は、高圧側領域に比べて、相対湿度が高くなる。なお、液相冷媒は、気相冷媒に比べて飽和水分濃度が低く、気相冷媒よりも相対湿度が高くなる。

このような特性を鑑みて、本実施形態では、相対湿度の上昇に伴って、水分の吸着率の上昇度合い傾きが増大する吸着特性を有する高吸水性樹脂からなる吸着剤１１を低圧側領域における液相冷媒が存在する箇所に配置する構成としている。具体的には、本実施形態では、図１１に示すように、アキュムレータ６の内部の貯留部６０ｃにドライヤ１０を配置する構成としている。

図１３は、冷凍サイクルの低圧側領域および高圧側領域における吸着剤の吸着性能を比較した比較結果を示す図表である。図１３に示すように、吸着剤１１を冷凍サイクルの低圧側領域に配置する場合、高圧側領域に配置する場合よりも、吸着剤１１の性能が高い結果となった。なお、吸着性能（縦軸）は、吸着剤１１の空気中における吸着性能に対する冷凍サイクル中における吸着性能の比を示しており、比の値が高い程、吸着性能が高いことを示している。

以上、説明した本実施形態では、冷凍サイクルにおける低圧側領域に配置されたアキュムレータ６の内部にドライヤ１０を配置する構成としているので、第１実施形態よりも、冷媒中の水分量をより効率的に低下させることが可能となる。

なお、本実施形態では、ドライヤ１０を単体で構成する例について説明したが、ドライヤ１０は、例えば、アキュムレータ６のタンク６０下部に配置されるフィルタ６３と一体に構成するようにしてもよい。

また、本実施形態では、固定絞り５にて冷凍サイクルの減圧手段を構成する例について説明したが、これに限らず、減圧作用を発揮するものであれば、例えば、可変絞り機構を有する減圧弁を採用してもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の各実施形態では、ドライヤ１０の吸着剤１１として高吸水性樹脂を採用した例について説明したが、これに限定されない。例えば、高吸湿繊維や高吸水性繊維といった繊維材料も、高吸水性樹脂と同様に相対湿度と水分の吸収率との関係が相対湿度の上昇と共に水分の吸着率の上昇度合いが増大する吸着特性を有するため、高吸湿繊維や高吸水性繊維を吸着剤として採用してもよい。

（２）上述の各実施形態では、冷凍サイクルの冷媒としてＨＦＯ−１２３４ｙｆを採用した例について説明したが、これに限定されない。例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆと同様に水との反応により包摂化合物が生成され難い構造を有するＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｃ_３Ｈ_２Ｆ_４：ＣＦ_３ＣＨ＝ＣＨＦ）を冷凍サイクルの冷媒として採用してもよい。また、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとＨＦＯ−１２３４ｚｅとを混合させた混合冷媒を採用してもよい。

なお、第３実施形態においては、ドライヤ１０の吸着剤１１における水分の吸着性能が格段に向上することから、冷凍サイクルの冷媒を、水との反応により包摂化合物が生成され易い構造を有するＲ２２やＲ１３４ａ等としてもよい。

（３）上述の第３実施形態では、アキュムレータ６の内部にドライヤ１０を配置する例について説明したが、これに限定されない。ドライヤ１０を冷凍サイクルの低圧側領域における液相冷媒が存在する箇所に配置する構成であれば、例えば、固定絞り４の冷媒流出側から蒸発器５の冷媒流入側に至る冷媒流路に配置したり、蒸発器５の内部に配置したりしてもよい。これらの配置形態は、アキュムレータ６を有さない冷凍サイクルにも適用できる点で有効である。

ドライヤ１０を固定絞り４の冷媒流出側から蒸発器５の冷媒流入側に至る冷媒流路に配置する場合、例えば、図１４に示すように、固定絞り４と蒸発器５との間の冷媒配管の一部を拡径した拡径部を設け、当該拡径部にドライヤ１０を配置すればよい。

また、蒸発器５の内部にドライヤ１０を配置する場合、図１５に示すように、蒸発器５における固定絞り４からの冷媒が流入するヘッダタンク５０にドライヤ１０を配置すればよい。

（４）上述の各実施形態では、高吸水性樹脂からなる吸着剤１１をメッシュ状、またはフィルム状の収容袋１２に収容する例について説明したが、これに限らず、例えば、フェルトで構成される収容袋１２に吸着剤１１を収容するようにしてもよい。

（５）上述の各実施形態で説明したように、ドライヤ１０は、高吸水性樹脂を収容袋１２に収容することが望ましいが、高吸水性樹脂を収容袋１２に収容することなく、冷媒配管の内部に配置するようにしてもよい。

（６）また、高吸水性樹脂を収容する収容袋１２は、ヒートシール以外の方法により閉じる構成としてもよい。さらに、収容袋１２としては、例えば、冷媒流れの上流側が開口し、下流側が閉塞されているものを用いてもよい。

（７）上述の第１、第２実施形態では、本発明のドライヤ１０を凝縮器２と受液器３とが一体化された受液器一体型凝縮器に適用した例を説明したが、凝縮器２と受液器３とを別体とする構成に適用してもよい。

（８）上述の第１、第２実施形態では、本発明のドライヤ１０を熱交換部２０に凝縮部２１および過冷却部２２を有するサブクールコンデンサに適用する例について説明したが、これに限定されず、熱交換部２０に凝縮部２１を有するコンデンサに適用してもよい。

（９）上述の各実施形態では、冷凍サイクルの蒸発器５にて車室内に吹き出す空気を冷却して車室内の冷房を実現する例について説明したが、これに限定されない。例えば、冷凍サイクルの凝縮器２にて車室内に吹き出す空気を加熱して車室内の暖房を実現したり、冷凍サイクルの冷媒回路を切替可能にすることで、車室内の冷房および暖房の双方を実現したりするようにしてもよい。

（１０）上述の各実施形態では、車両用空調装置の冷凍サイクルに本発明のドライヤ１０を適用した例を説明したが、これに限定されず、例えば、車両用の暖房装置、定置式の給湯機や室内暖房装置に用いられる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）に適用してもよい。

１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 受液器
３１ タンク部
３１ａ 開口部
３２ タンクキャップ（蓋部）
４ 温度式膨張弁、固定絞り（減圧手段）
５ 蒸発器
６ アキュムレータ
１０ ドライヤ（冷凍サイクル用ドライヤ）
１１ 吸着剤
１２ 収容袋

Claims (12)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１）、前記圧縮機（１）から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器（２）、前記凝縮器（２）から流出した冷媒を減圧する減圧手段（４）、前記減圧手段（４）にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（５）、および冷媒中の水分を吸着する吸着剤（１１）を有するドライヤ（１０）を含んで構成される蒸気圧縮式の冷凍サイクルにおいて、
   冷媒は、分子式Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（ｍ＝１〜５およびｎ＝１〜５、かつ、ｍ＋ｎ＝６）で示されると共に、分子構造中に１つの二重結合を有し、
   前記吸着剤（１１）は、相対湿度と前記水分の吸収率との関係が相対湿度の上昇と共に前記水分の吸着率の上昇度合いが増大する吸着特性を有し、
   前記ドライヤ（１０）は、前記減圧手段（４）の冷媒流出側から前記圧縮機（１）の吸入側に至る冷媒流路のうち、液相冷媒が存在する箇所に配置されていることを特徴とする冷凍サイクル。
2. 前記蒸発器（５）から流出した冷媒を気液分離し、気相冷媒を前記圧縮機（１）の吸入側に導出するアキュムレータ（６）を備え、
   前記ドライヤ（１０）は、前記アキュムレータ（６）の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
3. 前記ドライヤ（１０）は、前記減圧手段（４）の冷媒流出側から前記蒸発器（５）の冷媒流入側に至る冷媒流路に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
4. 前記ドライヤ（１０）は、前記蒸発器（５）の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
5. 前記吸着剤（１１）は、高吸水性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。
6. 前記高吸水性樹脂は、前記水分を透過可能に構成されたメッシュ状の収容袋（１２）に収容されていることを特徴とする請求項５に記載の冷凍サイクル。
7. 前記高吸水性樹脂は、水蒸気を透過可能に構成されたフィルム状の収容袋（１２）に収容されていることを特徴とする請求項５に記載の冷凍サイクル。
8. 前記高吸水性樹脂は、フェルトで構成された収容袋（１２）に収容されていることを特徴とする請求項５に記載の冷凍サイクル。
9. 前記吸着剤（１１）は、高吸湿繊維で構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。
10. 前記吸着剤（１１）は、高吸水性繊維で構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。
11. 冷媒はＨＦＯ−１２３４ｙｆであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。
12. 冷媒が流通する冷媒配管の一部が、水分透過性を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の冷凍サイクル。

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