JPH0552451A - 冷凍装置の水分除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コールドトラップ等の複雑な装置を用いずに
簡易な方式にて冷媒中の水分を効果的に除去できる冷凍
装置の水分除去装置を提供する。 【構成】 冷媒として液相の飽和水分濃度よりも気相の
飽和水分濃度の方が低い冷媒Ｒ１３４ａやＲ２２を用い
る。ボックス型膨張弁４２の本体ブロック４６にエバポ
レータ４１にて蒸発した冷媒の一部をバイパスさせるバ
イパス通路７７，８１，８６が形成される。又、バイパ
ス通路７７，８１，８６の途中に同通路７７，８１，８
６内の冷媒を冷却する冷却シリンダ７３が配置され、さ
らに、冷媒中に含まれる水分を捕集するフィルタ８３が
配置される。加えて、本体ブロック４６に形成された水
分排出通路７９には水分透過膜８８が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、空調装置等に用いら
れる冷凍装置において、冷媒中の水分を除去するための
水分除去装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】冷凍
装置において、冷媒に水が混入していると、冷媒と接触
している金属部分の内部腐食を引き起こしたり、膨張器
での氷結による冷却性能の低下あるいはコンプレッサに
おいて液圧縮による故障等の幾多の不都合の原因とな
る。特に、カーエアコンでは振動吸収のためゴムホース
を多用せざるを得ず、これらゴムホースを通して冷媒中
に水分が入りやすい。そこで、特開昭５９−１５７４６
２号公報では、液体窒素を用いたコールドトラップで冷
媒を冷やし、冷媒中の水分を氷結させてその水分を除去
するようにしている。

【０００３】しかしながら、このコールドトラップを用
いるためには、極低温を得るための装置が必要となり、
カーエアコン等の設置スペースの限られた設備には適用
することが難しかった。

【０００４】次いで、特開平２−１４６４７７号公報の
冷凍装置が提案された。この冷凍装置は、コンプレッサ
の圧縮により高温高圧となる部分の冷媒配管から冷媒を
分流させ、その分流冷媒が膨張弁にて低温となる冷媒に
より冷却されるように構成されていた。そして、分流冷
媒が冷却される部分に水分回収器が設けられ、冷却によ
って冷媒中に溶解していた水分が分離され、その水分が
グラスウールによって回収されるように構成されてい
た。なお、この冷凍装置には冷媒フロンＲ１２が使用さ
れ、この冷媒は温度が高い程冷媒中に溶解する水分量が
多くなる性質を有し、しかも液相より気相の方が飽和水
分濃度が高いものである。

【０００５】ところが、この冷凍装置においては、冷却
のために分流配管を膨張弁の出口側の部分を通過させ、
膨張弁の入口側の部分に戻し配管を接続するようなこと
が必要で、分流させる配管のとりまわしが困難であった
り、水分回収器内にて水分除去のための熱交換を行わせ
る条件が冷房負荷の大小等の要因によって流動的で冷媒
の冷却面積の設定が困難であったりするという問題があ
った。言い換えれば、この冷凍装置においては、特定の
条件下においてのみ水分が除去され、それ以外の条件下
では水分除去が円滑に行われないという問題があった。

【０００６】さらに、この冷凍装置では、Ｒ１２とは逆
に気相より液相の方が飽和水分濃度が高い冷媒（例え
ば、Ｒ１３４ａ，Ｒ２２）を用いた場合に、十分な水分
除去性能が得られないという問題があった。つまり、液
冷媒を分流・冷却することで冷媒中から分離できた水分
をグラスウールで完全に回収しても、膨張弁で断熱膨張
後、発生する気相冷媒中に水分が発生して氷結してしま
い、不都合の原因となってしまう。

【０００７】又、特開平２−２８７０６６号公報の水分
分離装置では、冷媒循環通路の周壁の一部に開口部が形
成され、その開口部に冷媒中の含有水分のみを透過させ
る水分透過膜が配置されていた。さらに、開口部にはケ
ーシングが配置され、そのケーシング内には乾燥剤が収
容されていた。

【０００８】この水分分離装置では、水分は透過膜と接
している冷媒からしか回収されないために、水分の回収
効率を高めるために開口部の面積を大きくする必要が生
じるが、仮に開口部を大きくしても水分透過膜が冷媒の
流れる方向に平行に配置されており、さらに水分は冷媒
中に溶解したまま通過するため、その水分分離作用はあ
まり効果的ではなかった。

【０００９】この発明は、上記した問題点に着目してな
されたものであり、その目的とするところは、配管のと
りまわしを複雑にすることなく、全く新規な方式にて冷
媒中の水分を効果的に除去できる冷凍装置の水分除去装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の冷凍装置の水分除去装置は、液相の飽和
水分濃度よりも気相の飽和水分濃度の方が低い冷媒を封
入した冷凍サイクルに用いられるものであって、エバポ
レータにおいて蒸発した冷媒の一部をバイパスさせるバ
イパス通路と、前記バイパス通路に配置され、冷媒中に
含まれている水分を捕集する水分捕集材とを設けたこと
を要旨とするものである。

【００１１】又、前記バイパス通路を通過する冷媒を冷
却するための冷却器を設けてもよい。又、前記水分捕集
材の近傍において大気と冷媒通路との間には、内外の水
蒸気分圧差に基づいて捕集した水分を大気中に放出する
特定物質透過膜を設けてもよい。

【００１２】さらに、この発明の冷凍装置の水分除去装
置は、液相の飽和水分濃度よりも気相の飽和水分濃度の
方が低い冷媒を封入した冷凍サイクルに用いられるもの
であって、冷凍サイクルの主配管内を流れる冷媒の一部
をバイパスさせるバイパス通路と、前記バイパス通路に
配置され、同通路を通過する冷媒を断熱膨張させて水分
分離を行わせる膨張室と、前記膨張室に配置され、分離
された水分を捕集する水分捕集材とを設けたことを要旨
とするものである。

【００１３】又、前記膨張室と大気との間に、膨張室と
大気との間の水蒸気分圧差に基づいて捕集した水分を大
気中へ通過させる特定物質透過膜を設けてもよい。又、
バイパス通路はエバポレータの出口側とコンプレッサの
入口側との間に設けたり、蒸発圧力調整弁の上流側と下
流側との間に設けたり、レシーバの出口側とコンプレッ
サの入口側との間に設けたり、レシーバの出口側とエバ
ポレータの入口側との間に設けたり、膨張弁の出口側と
コンプレッサの入口側との間に設けたり、さらに、膨張
弁の出口側とエバポレータの入口側との間に設けたりす
ることもできる。

【００１４】加えて、バイパス通路の入口側には主配管
内に突出して冷媒をバイパス通路内に導入する導入管を
設けたり、バイパス通路の出口側には主配管内に突出し
てエジェクタ効果によりバイパス流を生じさせる導出管
を設けたり、さらに、バイパス通路の出口側において主
配管内には冷媒流速を速くしてベンチュリ効果によりバ
イパス流を生じさせる絞り部を設けたりすることもでき
る。

【００１５】

【作用】上記の如く構成すれば、この発明の水分除去装
置においては、冷媒は液相の飽和水分濃度よりも気相の
飽和水分濃度の方が低い性質を有するため、エバポレー
タで冷媒が蒸発する際、冷媒中に溶解していた水分が分
離される。分離された水分は水分捕集材にて捕集され
る。

【００１６】さらに、バイパス通路の途中に冷却器を設
けることによって、エバポレータの出口で過熱度をもつ
分だけ余計に水分を溶解している冷媒から、さらに水分
を除去することができる。

【００１７】加えて、水分捕集材にて捕集された水分
は、サイクル停止時に特定物質透過膜を通して大気中に
放出される。さらに、この発明の水分除去装置では、冷
凍サイクルを循環する冷媒は、バイパス通路の入口側と
出口側との間の圧力差によってバイパス通路に導入され
る。バイパス通路に導入された冷媒は、液相の飽和水分
濃度よりも気相の飽和水分濃度の方が低く、かつ、ガス
冷媒中に溶解する水分量は分圧及び温度に依存し、圧力
が高いほど、又、温度が高くなるほど溶解水分量は増加
する性質を有する。そのため、冷媒はバイパス通路の途
中に配置された膨張室で断熱膨張して低温低圧の気相あ
るいは気液二相の冷媒になる。そして、このガス化およ
び低温化によって、それまでは冷媒中に溶解していた水
分が分離される。この分離された水分は水分捕集材にて
捕集される。

【００１８】又、水分捕集材にて捕集された水分は、サ
イクル停止時に特定物質透過膜を通して大気中に放出さ
れる。さらに、バイパス通路を圧力差が生じる部位間に
接続すれば、任意の位置に配置させることができる。

【００１９】加えて、バイパス通路の入口側あるいは出
口側に、バイパス流を生じさせ易くするための部材を配
置すれば、主配管を流れる冷媒の一部をいっそう確実に
分岐させることができる。

【００２０】

【実施例】

（第１実施例）以下に、この発明を具体化した第１実施
例を図１〜図７の図面に基づいて説明する。

【００２１】図１及び図２に示すように、カーエアコン
はエバポレータ４１、ボックス型膨張弁（以下、膨張弁
とする）４２、可変容量コンプレッサ（以下、コンプレ
ッサとする）４３、コンデンサ４４及びレシーバ４５を
備えている。前記膨張弁４２の本体ブロック４６の一側
（図１の左側）下部には弁室４７が形成されている。こ
の弁室４７は本体ブロック４６の外側面から延び、かつ
レシーバ４５からの冷媒が流入可能な第１冷媒通路４８
と連通している。又、本体ブロック４６には円形凹部４
９が穿設され、その底面からは第２冷媒通路５０が延び
ている。この第２冷媒通路５０は膨張オリフィス５１に
よって前記弁室４７と連通している。

【００２２】膨張オリフィス５１の弁室４７側には弁座
５２が形成され、弁受５３と一体の弁体５４が弁座５２
に対し接離することにより膨張オリフィス５１が開閉さ
れる。又、弁室４７はバネ受５５により閉塞され、この
バネ受５５と弁受５３との間に圧縮コイルバネ５７が介
装されている。従って、弁体５４は圧縮コイルバネ５７
によって膨張オリフィス５１を閉塞する方向へ付勢され
ている。

【００２３】又、前記本体ブロック４６の一側部（図１
の右側部）には第３冷媒通路５８が貫設されている。一
方、前記本体ブロック４６の一側下部にはネジ孔５９が
形成され、このネジ孔５９はプランジャ孔６０にて第３
冷媒通路５８と連通している。このため第３冷媒通路５
８の冷媒がプランジャ孔６０を介してネジ孔５９内へ流
入可能である。又、プランジャ孔６０と対応するように
第３冷媒通路５８の内壁面からは第２冷媒通路５０へ向
けてプランジャ孔６１が延びている。そして、プランジ
ャ孔６１と第２冷媒通路５０とはロッド孔６２によって
連通されている。

【００２４】ネジ孔５９には膨張オリフィス５１の開度
を調整するための開度調整部材６３が取り付けられてい
る。即ち、開度調整部材６３はネジ孔５９に螺合された
内側ハウジング６４と、ダイヤフラム６５を挟んで内側
ハウジング６４に固着された外側ハウジング６６と、ダ
イヤフラム６５よりも本体ブロック４６側に配置された
プランジャ（感温棒）６７とを備えている。プランジャ
６７の棒状部６８はプランジャ孔６０、第３冷媒通路５
８を挿通し内端部がプランジャ孔６１にスライド可能に
挿入されている。ロッド孔６２と膨張オリフィス５１に
は作動ロッド（弁棒）６９の両端部が移動可能に挿入さ
れ、その一端（図の右端）が前記プランジャ６７に当接
し、中間部が前記第２冷媒通路５０内に露出し、他端が
前記膨張オリフィス５１内において前記弁体５４に当接
している。

【００２５】尚、両ハウジング６４，６６内においてダ
イヤフラム６５の外側が感熱室７０に、内側が冷媒室７
１となっている。又、外側ハウジング６６にはパイプ７
２が接続され、このパイプ７２を介して感熱室７０内に
は不活性ガスが予め封入されている。

【００２６】そして、このように構成した膨張弁４２
は、次のように作用する。前記コンプレッサ４３から吐
出された高圧縮冷媒はコンデンサ４４にて凝縮された
後、レシーバ４５、第１冷媒通路４８を経て弁室４７内
に導入される。この冷媒は弁室４７内から膨張オリフィ
ス５１を通過し、このとき断熱膨張して気液二相冷媒と
なり第２冷媒通路５０に至る。その後、冷媒は第２冷媒
通路５０と円形凹部４９を通りエバポレータ４１内に導
入され気化してガス冷媒となる。このとき、ガス冷媒に
てエバポレータ４１が冷却されて車室内の冷房に供され
る。さらに、エバポレータ４１から排出されたガス冷媒
は第３冷媒通路５８を経て再び前記コンプレッサ４３に
戻る。

【００２７】上記したように第３冷媒通路５８内にはプ
ランジャ６７の一部が露出しているため、第３冷媒通路
５８内を通過するガス冷媒の熱は熱伝導率の高いアルミ
製のプランジャ６７を介して前記ダイヤフラム６５に伝
達され、さらに、ダイヤフラム６５から感熱室７０内の
不活性ガスに伝達されてその不活性ガスが膨張・収縮さ
れる。従って、感熱室７０内のガス圧はエバポレータ４
１出口側の冷媒温度に応じて変化し、そのガス圧がダイ
ヤフラム６５の外側面に作用する。

【００２８】さらに、プランジャ６７は弁受５３、弁体
５４及び作動ロッド６９を介して圧縮コイルバネ５７に
て常に付勢されている。従って、弁座５２に対する弁体
５４の位置（膨張オリフィス５１の開度）は、圧縮コイ
ルバネ５７の付勢力及び冷媒室７１内の冷媒圧と、感熱
室７０内のガス圧とが釣り合った位置に保たれる。そし
て、この膨張オリフィス５１の開度に応じてエバポレー
タ４１に供給される冷媒量が調整される。

【００２９】さらに、この膨張弁４２には、冷凍サイク
ルの冷媒中の水分を除去するための水分除去装置が設け
られている。以下に、水分除去装置を説明する。図１，
２に示すように、膨張弁４２の本体ブロック４６におけ
る円形凹部４９には略円筒形の冷却シリンダ７３が嵌入
され、ジョイント７４にて固定されている。このジョイ
ント７４の外周部にはＯリング７５が配置され気密が保
たれている。冷却シリンダ７３の外周面には螺旋溝７６
が形成され、この溝７６と円形凹部４９の内壁との間に
形成された空間をガス冷媒が通過できるようになってい
る。又、本体ブロック４６の円形凹部４９と第３冷媒通
路５８との間には第１バイパス通路７７が形成され、そ
の一端がプランジャ６７よりも上流側の第３冷媒通路５
８に開口するとともに、他端が冷却シリンダ７３の螺旋
溝７６に連通するように円形凹部４９の内壁に開口して
いる。

【００３０】さらに、図２〜４に示すように、本体ブロ
ック４６の前側面には円筒部７８が突設され、この円筒
部７８内が水分排出通路７９となっている。水分排出通
路７９の基端部には円形の凹部８０が形成され、この凹
部８０と前記螺旋溝７６とは第２バイパス通路８１によ
って連通されている。

【００３１】凹部８０内にはスペーサ８２を介して円板
状の捕集材としてのフィルタ８３が配置されている。こ
のフィルタ８３はガラスウールよりなる。さらに、フィ
ルタ８３の外側において円筒部７８内には多数の孔８４
を有する押え板８５が配置されている。又、円筒部７８
内の水分排出通路７９は第３バイパス通路８６を介して
プランジャ６７よりも下流側の第３冷媒通路５８と連通
している。円筒部７８内の前部にはパッキン８７と、水
分透過膜８８と、多数の孔９０を有する押え板８９とが
重ねられた状態で配置され、これらは円筒部７８の先端
外周をかしめることにより固定されている。水分透過膜
８８は大気と冷媒通路との間に位置している。又、水分
透過膜８８はポリイミド樹脂よりなり、ガス冷媒を通過
させずに水分のみを通過させる機能を有する。押え板８
９は水分透過膜８８の強度を補っている（エアコン・オ
フ時の冷媒圧力は６ｋg ｆ／cm² 程度）。

【００３２】尚、押え板８５はフィルタ８３を押圧しな
がら支持するとともに、冷媒をサイクル内に充填する際
の真空引きの時に水分透過膜８８が内側に変形しないよ
うに支持している。

【００３３】又、この冷凍サイクルには冷媒として、例
えばＲ１３４ａ（テトラフルオロエタン）あるいはＲ２
２（クロロジフルオロメタン）が封入されている。これ
らの冷媒は、図６に示すように、液相の飽和水分濃度よ
りも気相の飽和水分濃度の方が低い冷媒である。

【００３４】次に、このように構成された水分除去装置
の作用について説明する。エアコンが作動し、冷凍サイ
クル中を冷媒が循環すると、本冷凍サイクルに封入され
ている冷媒は、液相の飽和水分濃度よりも気相の飽和水
分濃度の方が低いため（図６参照）、エバポレータ４１
で冷媒が蒸発する際、液冷媒中から水分が分離され、ガ
ス冷媒中をミスト状の水が浮遊する。

【００３５】又、ガス冷媒中に溶解する水分量は分圧、
温度に依存し、圧力が高いほど、又、温度が高くなるほ
ど溶解できる水分量は増加する（図７参照）。このた
め、エバポレータ５内に発生したミスト状の水の一部は
エバポレータ５の出口では冷媒ガスが過熱度をもち、エ
バポレータ５から排出される冷媒はこの過熱度をもつ分
だけ余分に水分を溶解している。

【００３６】そして、膨張弁４２における第３冷媒通路
５８においてプランジャ６７の圧力損失によって、第３
冷媒通路５８内においてプランジャ６７よりも上流側の
方が下流側よりも圧力が高くなる。それにより、プラン
ジャ６７の上流側を流れる過熱度を有するガス冷媒の一
部が第１バイパス通路７７を通り、さらに、冷却シリン
ダ７３の螺旋溝７６を通過する。このとき、冷却シリン
ダ７３内には膨張オリフィス５１にて断熱膨張した低温
の気液二相冷媒が通過しているので、過熱度を有する外
周側のガス冷媒は冷却シリンダ７３内を通る飽和液（過
熱度；０℃）による熱伝導により冷却される。本実施例
では、過熱度１０℃の冷媒が冷却されて過熱度が２℃に
なるように設計されている。この冷媒の冷却により冷媒
中から遊離水が発生する。

【００３７】冷却シリンダ７３で冷却されたガス冷媒は
第２バイパス通路８１を経由してフィルタ８３を通過す
る。このとき、グラスウールは水とのぬれ性がよいた
め、ガス冷媒中の遊離水がフィルタ８３によって捕集さ
れる。即ち、冷媒の液相と気相とで飽和水分濃度が異な
ることによる遊離水、及び冷却シリンダ７３での冷媒の
冷却による遊離水が捕集される。

【００３８】さらに、遊離水が捕集されたガス冷媒は押
え板８５の孔８４を通り、さらに、第３バイパス通路８
６を経てプランジャ６７よりも下流側の第３冷媒通路５
８に戻される。つまり、冷凍サイクルの主通路に戻され
る。フィルタ８３で捕集した水は、エアコンが停止後
に、大気中に放出される。すなわち、フィルタ８３にて
捕集された水分は、エアコン作動時（冷凍サイクル稼働
の際）には、水分透過膜８８の表面が低温（約５℃）と
なり、大気中の水蒸気が凝縮するため膜８８の内外で水
蒸気分圧が等しくなり、大気中に放出できない。その
後、エアコンが停止（冷凍サイクルが停止）すると、水
分透過膜８８の外側の凝縮水が無くなる。このとき、水
分透過膜８８の内側は湿度１００％のため外側より水蒸
気分圧が高くなり、フィルタ８３で捕集された水分は、
水分透過膜８８から押え板８５の孔８４を通って大気中
に放出される。

【００３９】このように本実施例の水分除去装置におい
ては、冷媒としてＲ１３４ａやＲ２２を用いて液相の飽
和水分濃度よりも気相の飽和水分濃度が低い冷媒を封入
し、膨張弁４２の本体ブロック４６にエバポレータ４１
にて蒸発した冷媒の一部をバイパスさせるバイパス通路
７７，８１，８６を形成し、バイパス通路７７，８１，
８６の途中に、冷媒中に含まれている水分を捕集するフ
ィルタ８３（水分捕集材）を配置した。よって、冷媒中
の水分濃度が高くなると、蒸発する際、それまで液冷媒
中に溶解していた水分が分離され、ガス冷媒中をミスト
状の水が浮遊し、この分離された水分を含んだガス冷媒
の一部がバイパス通路７７に入り、水分がフィルタ８３
にて捕集される。従って、従来のコールドトラップを用
いた装置では極低温を得るための装置が必要となりカー
エアコン等の設置スペースの限られた設備には適用する
ことが難しかったが、本実施例では、膨張弁４２の本体
ブロック４６内にバイパス通路を形成しフィルタ８３を
配置するだけで水分除去機能をもたせることができ、簡
易かつコンパクトな構造とすることができる。又、水分
分離のための配管のとりまわしは全く不要であり、配管
系が複雑になることはない。

【００４０】又、バイパス通路７７，８１，８６の途中
に冷媒を冷却する冷却シリンダ７３（冷却器）を配置
し、その下流にフィルタ８３を配置した。よって、ガス
冷媒中に溶解する水分量は分圧及び温度に依存し、エバ
ポレータ４１の出口では冷媒ガスが過熱度をもつためエ
バポレータ４１内に発生したミスト状の水の一部は冷媒
ガスに溶解するが、冷却シリンダ７３にて冷却されて水
分が分離され、水分をフィルタ８３にて捕集できる。こ
のとき、冷媒を冷却する冷却器として特別の冷却機器を
別途設けるのではなく、冷凍サイクルでの低温側冷媒に
よる冷却シリンダ７３を用いたので構造が簡単で、か
つ、コンパクトなものとなる。

【００４１】さらに、水分排出通路７９の途中に水分透
過膜８８（特定物質透過膜）を配置して、サイクル停止
時には冷媒を通過させずに水分のみを通過させてサイク
ル駆動時に捕集したフィルタ８３の水分を大気中に放出
させるようにした。よって、水分を排出するための設備
を設けることなく、永久的に冷媒中の水分を除去できる
こととなる。

【００４２】（第２実施例）次に、第２実施例について
説明する。図８は本実施例のカーエアコンの概略構成を
示す図である。このカーエアコンの冷凍サイクルは、可
変容量コンプレッサ１、コンデンサ２、レシーバ３、ボ
ックス型膨張弁４、エバポレータ５及び蒸発圧力調整弁
６が主配管７により順に接続されて、構成されている。

【００４３】又、この冷凍サイクルには冷媒として、前
記第１実施例と同様にＲ１３４ａ（テトラフルオロエタ
ン）あるいはＲ２２（クロロジフルオロメタン）が封入
されている。

【００４４】以上のように構成された冷凍サイクルで
は、前記第１実施例と同様にコンプレッサ１から吐出さ
れた高圧縮冷媒は、コンデンサ２にて凝縮され、レシー
バ３を介して膨張弁４に導入される。膨張弁４を通過す
る際、冷媒は断熱膨張されて気液二相冷媒となる。そし
て、冷媒は膨張弁４からエバポレータ５に導入され、エ
バポレータ５内において気化されてガス冷媒となる。こ
のとき、ガス冷媒にてエバポレータ５が冷却されて車室
内の冷房に供される。さらに、エバポレータ５から排出
されたガス冷媒は主配管７を経て再び前記コンプレッサ
１に戻る。蒸発圧力調整弁６は、熱負荷が小さい運転条
件下でエバポレータ５のフロストを防止するものであっ
て、エバポレータ５からコンプレッサ１への冷媒を連続
的に絞ることにより、エバポレータ５での蒸発圧力を
１．９ｋｇｆ／cm² 以上に保つ働きをする。

【００４５】さらに、この冷凍サイクルには、冷凍サイ
クルの冷媒中の水分を除去するための水分除去装置が設
けられている。以下に、水分除去装置を説明する。蒸発
圧力調整弁６の出口側とコンプレッサ１の入口側とを結
ぶ主配管７には、接続筒１０が接続固定されている。こ
の接続筒１０内にはハウジング１１の接続部１２が螺入
され、シールリング１３によって気密が保たれている。
ハウジング１１には上面が開口した膨張室としての凹部
１４が形成され、凹部１４は底部に形成した通路１５に
て主配管７内と連通している。又、凹部１４内にはスペ
ーサ１６が配置され、その上にガラスウールよりなる円
板状の水分捕集材としてのフィルタ１７が配置され、さ
らにその上には筒状の押え管１８が配置されている。押
え管１８には透孔１９が形成され、凹部１４の側壁部に
形成された貫通孔２０と連通している。凹部１４の開口
部にはスペーサ２１、水分透過膜２２及び押え板２３が
重ねられた状態で配置され、それらはハウジング１１の
先端外周をかしめることにより固定されている。水分透
過膜２２はポリイミド樹脂よりなり、ガス冷媒を通過さ
せずに水分のみを通過させる機能を有する。押え板２３
は円形のステンレス鋼よりなり、径が１mm程度の多数の
孔が形成され、開口率が２５％となっている。そして、
この押え板２３は水分透過膜２２の強度を補っている。

【００４６】又、ハウジング１１の外側面には前記貫通
孔２０と連通する接続管２４が接続固定されている。そ
して、同接続管２４にはキャピラリチューブ２５が接続
され、このキャピラリチューブ２５はＯリング２６を介
してナット２７にて固定連結されている。

【００４７】一方、エバポレータ５の出口側と蒸発圧力
調整弁６の入口側とを結ぶ主配管７には、接続管３０が
接続固定されている。そして、接続管３０と前記キャピ
ラリチューブ２５とがＯリング３１を介してナット３２
にて接続固定されている。このように、主配管７から冷
媒の一部を分岐させるバイパス通路３４は、接続管３
０，キャピラリチューブ２５，接続管２４，ハウジング
１１および接続筒１０により構成されている。

【００４８】ここで、このように構成された水分除去装
置の作用について説明する。エアコンが作動し、冷凍サ
イクル中を冷媒が循環するとともに、蒸発圧力調整弁６
が作動している通常時には、蒸発圧力調整弁６の上流側
は１．９ｋｇｆ／cm ² の冷媒が流れており、それに対し
蒸発圧力調整弁６の下流側は調整弁６および主配管７に
よる圧力損失により１．９ｋｇｆ／cm² 以下になってい
る。この圧力差により主配管７内を通る冷媒のうちの一
部の冷媒がキャピラリチューブ２５、貫通孔２０、押え
管１８の透孔１９、通路１５を通り蒸発圧力調整弁６の
下流側の主配管７に戻される。このとき、キャピラリチ
ューブ２５を通過した冷媒は凹部１４内で断熱膨張し
て、０℃以下の冷媒になる。これに伴い冷媒中より水分
が発生し、この水分は回りの冷媒が０℃以下のため氷結
する。そして、この氷がフィルタ１７で捕集される。

【００４９】フィルタ１７にて捕集された水分は、エア
コン作動時（冷凍サイクル稼働の際）には、水分透過膜
２２の表面が低温（約５℃）となり、大気中の水蒸気が
凝縮するため膜２２の内外で水蒸気分圧が等しくなり、
大気中に放出できない。

【００５０】その後、エアコンが停止（冷凍サイクルが
停止）すると、水分透過膜２２の外側の凝縮水が無くな
る。このとき、水分透過膜２２の内側は湿度１００％の
ため外側より水蒸気分圧が高くなり、フィルタ１７で捕
集された水分は、水分透過膜２２から押え板２３の孔を
通って大気中に放出される。

【００５１】このように、この第２実施例の水分除去装
置においては、冷媒としてＲ１３４ａやＲ２２を用いて
液相の飽和水分濃度よりも気相の飽和水分濃度が低い冷
媒を封入し、エバポレータ５にて蒸発した冷媒の一部を
キャピラリチューブ２５（バイパス通路３４）を使って
バイパスさせ、そのバイパス通路３４の途中に、冷媒中
に含まれている水分を捕集するフィルタ１７（水分捕集
材）を配置した。よって、冷媒中の水分濃度が高くなる
と、エバポレータ５において蒸発する際、それまで液冷
媒中に溶解していた水分が分離され、ガス冷媒中をミス
ト状の水が浮遊し、この分離された水分を含んだガス冷
媒の一部がバイパス通路３４に入り、ミスト状の水分が
フィルタ１７にて捕集される。

【００５２】又、この実施例の水分除去装置において
は、ハウジング１１内で冷媒を断熱膨張させ、フィルタ
１７を通過させるようにした。つまり、蒸発圧力調整弁
６が作動しているときは、エバポレータ５の出口では冷
媒は気液二相状態であるため、断熱膨張により冷媒が冷
却されて水分が分離され、水分をフィルタ１７にて捕集
できる。従って、前記従来とは異なり、コールドトラッ
プ等の複雑な装置が不要で、冷房負荷の変動等に影響さ
れることなく、冷媒流が存在していれば、確実に冷媒の
断熱膨張が生じて水分捕集を行うことができる。

【００５３】さらに、凹部１４の開口部（水分排出通
路）の途中に水分透過膜２２（特定物質透過膜）が配置
され、サイクル停止時には冷媒が通過せずに水分のみが
通過して、サイクル駆動時に捕集したフィルタ１７の水
分が大気中に放出されるようにした。よって、第１実施
例と同様に捕集された水分は確実に除去される。しか
も、この第２実施例において、バイパス通路３４は蒸発
圧力調整弁６の入口側と出口側との間に接続されただけ
であるから、前記従来とは異なり、配管系が複雑になる
ことはない。

【００５４】以下に、第３〜第１０実施例について説明
する。なお、以後の記述は第２実施例との相違点のみと
する。 （第３実施例）図９に示すように、バイパス通路３４の
入口側（接続管３０）はレシーバ３の出口側と膨張弁４
の入口側との間の主配管７に接続され、又、バイパス通
路３４の出口側（接続筒１０）はエバポレータ５の出口
側とコンプレッサ１の入口側との間の主配管７に接続さ
れている。なお、前記第２実施例において、エバポレー
タ５の出口側に設けられていた蒸発圧力調整弁６は、実
際に使用されているカーエアコンには用いられていない
場合があり、以下の実施例については、この蒸発圧力調
整弁６が用いられていないものとして説明する。

【００５５】このように構成された水分除去装置では、
膨張弁４の上流側とエバポレータ５の下流側との間の圧
力差により、レシーバ３より流出した冷媒の一部がバイ
パス通路３４に流入する。そして、バイパス通路３４の
キャピラリチューブ２５を通過した冷媒は凹部１４内で
断熱膨張して低温低圧の気相あるいは気液二相の冷媒に
なる。このガス化および低温化に伴い発生した水分がフ
ィルタ１７にて捕集される。水分が除去された冷媒はバ
イパス通路３４の出口側からエバポレータ５の下流側の
主配管７に戻される。

【００５６】（第４実施例）図１０に示すように、バイ
パス通路３４の入口側はレシーバ３の出口側と膨張弁４
の入口側との間の主配管７に接続され、又、バイパス通
路３４の出口側は膨張弁４の出口側とエバポレータ５の
入口側との間の主配管７に接続されている。

【００５７】このように構成された水分除去装置では、
膨張弁４の上流側とその下流側との間の圧力差により、
レシーバ３より流出した冷媒の一部がバイパス通路３４
に流入する。そして、バイパス通路３４のキャピラリチ
ューブ２５を通過した冷媒は凹部１４内で断熱膨張して
低温低圧の気相あるいは気液二相の冷媒になる。このガ
ス化および低温化に伴い発生した水分がフィルタ１７に
て捕集される。水分が除去された冷媒はバイパス通路３
４の出口側から膨張弁４の下流側の主配管７に戻され
る。

【００５８】（第５実施例）図１１に示すように、バイ
パス通路３４の入口側は膨張弁４の出口側とエバポレー
タ５の入口側との間の主配管７に接続され、又、バイパ
ス通路３４の出口側はエバポレータ５の出口側とコンプ
レッサ１の入口側との間の主配管７に接続されている。

【００５９】このように構成された水分除去装置では、
エバポレータ５の上流側とその下流側との間の圧力差に
より、膨張弁４より流出した冷媒の一部がバイパス通路
３４に流入する。そして、バイパス通路３４のキャピラ
リチューブ２５を通過した冷媒は凹部１４内で断熱膨張
して低温低圧の気相あるいは気液二相の冷媒になる。こ
のガス化および低温化に伴い発生した水分がフィルタ１
７にて捕集される。水分が除去された冷媒はバイパス通
路３４の出口側からエバポレータ５の下流側の主配管７
に戻される。

【００６０】（第６実施例）図１２に示すように、バイ
パス通路３４の入口側は膨張弁４の出口側とエバポレー
タ５の入口側との間の主配管７に接続され、又、バイパ
ス通路３４の出口側も同じく膨張弁４の出口側とエバポ
レータ５の入口側との間の主配管７で、しかも前記バイ
パス通路３４の入口側よりも下流側に接続されている。

【００６１】このように構成された水分除去装置では、
主配管７による圧力損失により、膨張弁４より流出した
冷媒の一部がバイパス通路３４に流入する。そして、バ
イパス通路３４のキャピラリチューブ２５を通過した冷
媒は凹部１４内で断熱膨張して低温低圧の気相あるいは
気液二相の冷媒になる。このガス化および低温化に伴い
発生した水分がフィルタ１７にて捕集される。水分が除
去された冷媒は、バイパス通路３４の出口側から同通路
３４の入口側より下流側の主配管７に戻される。

【００６２】（第７実施例）第７実施例では、図１３に
示すように、前記各実施例にて設けられていた凹部１４
の開口部の水分透過膜２２が取り除かれ、その代わりに
カバー３３が配置されて開口部が閉封される。

【００６３】この構成により、フィルタ１７にて捕集さ
れた水分は、大気中に放出することができなくなる。そ
のため、冷凍サイクルが停止して、水分除去装置が機能
を停止すると、一旦捕集された水分は再び冷媒中に溶解
する。しかし、冷凍サイクルが稼働して、水分除去装置
が機能し始めると、冷媒中に溶解した水分が再び分離さ
れることになる。

【００６４】つまり、水分透過膜２２を取り除いて、そ
の代わりにカバー３３を配置した本実施例では、冷媒中
に含まれる水分は溶解と分離とを繰り返すが、冷凍サイ
クルの作動時には冷凍サイクル内を循環する冷媒から確
実に水分を除去するため、エバポレータ５での氷結によ
る冷却性能の低下等、不具合を引き起こすことはない。

【００６５】（第８実施例）又、第８実施例では、図１
４に示すように、バイパス通路３４の入口側の接続管３
０に主配管７内に突出するようにＬ字形の導入管３５が
接続される。導入管３５の開口部は冷媒の流れの上流側
に向けて配置される。この構成により、主配管７を流れ
る冷媒は、冷媒の動圧により導入管３５を介してバイパ
ス通路３４に導入される。

【００６６】（第９実施例）さらに、第９実施例では、
図１５に示すように、バイパス通路３４の出口側の接続
筒１０に主配管７内に突出するようにＬ字形の導出管３
６が接続される。導出管３６の開口部は冷媒の流れの下
流側に向けて配置される。この構成により、導出管３６
の周囲にエジェクタ効果が生じてバイパス通路３４内の
冷媒が導出管３６から吸い出され、バイパス通路３４の
入口側から主配管７内の冷媒がバイパス通路３４に導入
される。

【００６７】（第１０実施例）さらに、第１０実施例で
は、図１６に示すように、主配管７内においてバイパス
通路３４の出口側における接続筒１０の先端部付近に絞
り部３７が設けられて、ベンチュリ管３８が構成され
る。この構成により、バイパス通路３４内の冷媒がベン
チュリ効果を受けて吸い出され、バイパス通路３４の入
口側から主配管７内の冷媒がバイパス通路３４に導入さ
れる。

【００６８】（変形例）なお、この発明は前記各実施例
に限定されるものではなく、以下のような変形例にて具
体化することもできる。 （１）前記第１実施例では水分透過膜８８がボックス型
膨張弁４２の前面に設けられているが、他の位置、例え
ばこの水分透過膜８８をボックス型膨張弁４２の底面に
配置すること。 （２）第１実施例ではバイパス通路がボックス型膨張弁
４２内に設けられているが、バイパス通路をエバポレー
タ４１内において分岐させて螺旋溝７６に接続するこ
と。この場合、要は、バイパス通路がエバポレータ４１
の蒸発部からコンプレッサ４３の入口までの冷媒の一部
をバイパスさせて螺旋溝７６に接続されるものであれば
よい。 （３）バイパス通路３４を前記各実施例とは異なる任意
の他の位置に配置すること。ただし、このとき、コンプ
レッサ１の出口から冷媒を分岐させる場合には、その冷
媒が高温であるため、通常よりも長いバイパス通路を設
けるなどして、冷却のための工夫を要する。 （４）図１２に示す第６実施例において、二点鎖線で示
すようにバイパス通路３４と並行する主配管７の途中に
障壁３９を立てたり、絞りを設けたりすること。この構
成により、バイパス通路３４の入口側と出口側との間に
は確実に大きな圧力差が生じ、冷媒を確実に分岐させる
ことができる。

【００６９】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明の水分除
去装置によれば、コールドトラップのような複雑な装置
や複雑な配管のとりまわしを用いずに、全く新規で容易
な方式にて冷房負荷の変動に影響されることなく確実に
冷媒中の水分を除去できるという優れた効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍装置の水分除去装置を具体化した
第１実施例の冷凍装置を示す断面図である。

【図２】ボックス型膨張弁とエバポレータを示す斜視図
である。

【図３】ボックス型膨張弁の内部構成を示す一部破断斜
視図である。

【図４】ボックス型膨張弁の一部を破断して示す平面図
である。

【図５】ボックス型膨張弁の平断面図である。

【図６】冷媒における温度と飽和水分濃度との関係を示
す図である。

【図７】冷媒における過熱度と飽和水分濃度との関係を
示す図である。

【図８】第２実施例の冷凍装置を示す断面図である。

【図９】第３実施例の冷凍装置を示す断面図である。

【図１０】第４実施例の冷凍装置を示す断面図である。

【図１１】第５実施例の冷凍装置を示す断面図である。

【図１２】第６実施例の冷凍装置を示す断面図である。

【図１３】第７実施例の冷凍装置を示す断面図である。

【図１４】第８実施例の冷凍装置を示す断面図である。

【図１５】第９実施例の冷凍装置を示す断面図である。

【図１６】第１０実施例の冷凍装置を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…可変容量コンプレッサ、３…レシーバ、４…ボック
ス型膨張弁、５…エバポレータ、６…蒸発圧力調整弁、
７…主配管、１４…膨張室としての凹部、１７…水分捕
集材としてのフィルタ、２２…特定物質透過膜としての
水分透過膜、３４…バイパス通路、３５…導入管、３６
…導出管、３７…絞り部、４１…エバポレータ、４２…
ボックス型膨張弁、７３…冷却器としての冷却シリン
ダ、７７…第１バイパス通路、８１…第２バイパス通
路、８３…水分捕集材としてのフィルタ、８６…第３バ
イパス通路、８８…特定物質透過膜としての水分透過
膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 正志 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 (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液相の飽和水分濃度よりも気相の飽和水
   分濃度の方が低い冷媒を封入した冷凍サイクルに用いら
   れるものであって、 エバポレータにおいて蒸発した冷媒の一部をバイパスさ
   せるバイパス通路と、 前記バイパス通路に配置され、冷媒中に含まれている水
   分を捕集する水分捕集材とを設けたことを特徴とする冷
   凍装置の水分除去装置。
2. 【請求項２】 前記バイパス通路を通過する冷媒を冷却
   するための冷却器を設けたことを特徴とする請求項１に
   記載の冷凍装置の水分除去装置。
3. 【請求項３】 前記水分捕集材の近傍において大気と冷
   媒通路との間には、内外の水蒸気分圧差に基づいて捕集
   した水分を大気中に放出する特定物質透過膜を設けたこ
   と特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置の
   水分除去装置。
4. 【請求項４】 液相の飽和水分濃度よりも気相の飽和水
   分濃度の方が低い冷媒を封入した冷凍サイクルに用いら
   れるものであって、 冷凍サイクルの主配管内を流れる冷媒の一部をバイパス
   させるバイパス通路と、 前記バイパス通路に配置され、同通路を通過する冷媒を
   断熱膨張させて水分分離を行わせる膨張室と、 前記膨張室に配置され、分離された水分を捕集する水分
   捕集材とを設けたことを特徴とする冷凍装置の水分除去
   装置。
5. 【請求項５】 前記膨張室と大気との間に、膨張室と大
   気との間の水蒸気分圧差に基づいて捕集した水分を大気
   中へ通過させる特定物質透過膜を設けたことを特徴とす
   る請求項４に記載の冷凍装置の水分除去装置。
6. 【請求項６】 バイパス通路がエバポレータの出口側と
   コンプレッサの入口側との間に設けられていることを特
   徴とする請求項４又は５に記載の冷凍装置の水分除去装
   置。
7. 【請求項７】 バイパス通路が蒸発圧力調整弁の上流側
   と下流側との間に設けられていることを特徴とする請求
   項６に記載の冷凍装置の水分除去装置。
8. 【請求項８】 バイパス通路がレシーバの出口側とコン
   プレッサの入口側との間に設けられていることを特徴と
   する請求項４又は５に記載の冷凍装置の水分除去装置。
9. 【請求項９】 バイパス通路がレシーバの出口側とエバ
   ポレータの入口側との間に設けられていることを特徴と
   する請求項４又は５に記載の冷凍装置の水分除去装置。
10. 【請求項１０】 バイパス通路が膨張弁の出口側とコン
    プレッサの入口側との間に設けられていることを特徴と
    する請求項４又は５に記載の冷凍装置の水分除去装置。
11. 【請求項１１】 バイパス通路が膨張弁の出口側とエバ
    ポレータの入口側との間に設けられていることを特徴と
    する請求項４又は５に記載の冷凍装置の水分除去装置。
12. 【請求項１２】 バイパス通路の入口側には主配管内に
    突出して冷媒をバイパス通路内に導入する導入管を設け
    たことを特徴とする請求項４又は５に記載の冷凍装置の
    水分除去装置。
13. 【請求項１３】 バイパス通路の出口側には主配管内に
    突出してエジェクタ効果によりバイパス流を生じさせる
    導出管を設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載
    の冷凍装置の水分除去装置。
14. 【請求項１４】 バイパス通路の出口側において主配管
    内には冷媒流速を速くしてベンチュリ効果によりバイパ
    ス流を生じさせる絞り部を設けたことを特徴とする請求
    項４又は５に記載の冷凍装置の水分除去装置。