JP3237263B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷凍装置に関し、特に自
動車用空調装置に用いて好適である。

【０００２】

【従来技術】自動車用空調装置では、圧縮機が自動車走
行用エンジンからの駆動力を受けて回転するため、圧縮
機も自動車走行用エンジンと同一の振動系におかれるこ
とになる。一方自動車用空調装置を構成する他の機器、
例えば凝縮器や蒸発器等は自動車車体に固定されるた
め、圧縮機とは振動系が異なることになる。そのため、
自動車用空調装置では、通常圧縮機の吸入側および圧縮
機の吐出側にゴムホースを配し、ゴムホースを冷媒配管
として用いている。

【０００３】しかしながら、ゴムホースを用いた場合、
不可避的にゴムホースを介して空気中の水分が冷凍装置
に流入することになる。ここで、冷凍装置中に流入した
水分は冷凍装置の膨張手段通過時に減圧膨張に伴う冷却
により氷結し、水分量が多くなった場合には、その氷結
により膨張手段の絞り部が塞がれてしまうという恐れが
ある。

【０００４】そのため、従来の空調装置では、冷凍装置
中に混入した水分を除去すべくドライヤを用いていた。
通常ドライヤはシリカゲル等の乾燥剤を通気性のある袋
体に収納して、冷凍装置のレシーバ内に配置され、レシ
ーバ内に流入した冷媒より水分を吸収するようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにドライヤを用いると、ドライヤ自体の価格分コスト
が上昇することになるばかりでなく、レシーバにもドラ
イヤを設置すべく余分な空間が必要となり、省スペース
に反することになる。

【０００６】さらに、ドライヤは冷媒より水分を除去す
るに有効であるものの、無制限に水分に除去ができるわ
けではないので、所定値以上の水分を吸収したドライヤ
は交換する必要があった。このことは冷凍装置のメイン
テナンス上きわめて不利であった。

【０００７】本発明は、上記点に鑑みて案出されたもの
で、自動車用空調装置のように冷媒配管の一部にゴムホ
ースのごとくを用いて、水分の混入が避けられないもの
であっても、ドライヤを用いることなく冷凍装置の運転
が達成できるようにすることを目的とする。

【０００８】

【構成】本発明者らは上記目的達成のため種々の検討を
行った。まず冷凍装置中への水分の混入を防ぐことであ
るが、これは自動車用空調装置のようにゴムホースを用
いるものにあっては、水分の透過は避けられないことと
の結論に至った。すなわち本質的に水分の透過が避けら
れないものにあっては、ゴムホースを水分が透過しにく
い材質で作ったとしても、ゴムホース内側の冷媒中水分
濃度に比例した水蒸気分圧と大気中水蒸気分圧が均圧す
るまでの時間に差があるのみであり、長時間の経過を前
提とした場合には、やはり水分の混入が避けられないの
である。換言すれば、ゴムホースの材質の変更によって
は、水分が混入するまでの時間に差を持たすことはでき
ても、いずれは飽和水分濃度までの水分の混入を避けら
れないこととなる。

【０００９】そこで、本発明者らは、冷凍装置中に水分
が混入することを前提としつつ、水分が混入した状態で
あっても上述した氷結のような不具合が生じない冷凍装
置の提供に着目した。

【００１０】そこで、本発明者らは運転時に冷凍装置内
の冷媒に混入しうる水分濃度につきまず実験検討を行っ
た。図１は実験に用いた冷凍装置の概要を示すもので、
この冷凍装置は圧縮機１、冷媒配管２、凝縮器３、レシ
ーバ４、膨張弁５、および蒸発器６とを備えている。

【００１１】図２は本発明者らの行った検討結果を示す
説明図で、縦軸に実験に用いた図１の冷凍装置の膨張手
段５下流の気相冷媒中に含まれる水分濃度を示す（これ
は図５に示されるように冷凍装置全体の水分の総量に比
例する。）。また横軸には時間をとり、この冷媒中水分
濃度の経時的な変化を示す。ここで、冷媒中水分濃度と
は水分のみの重量の、水分を含む冷媒の重量に対する割
合を示している。図中破線Ａはあらかじめ過剰な水分を
装置内に意図的に混入しておき、その後の冷媒中水分濃
度の変化を示す。一方図中実線Ｂは、当初水分濃度の少
なかった冷媒の冷媒中水分濃度がその後外部からの水分
浸入によりどのように変化したかを示す。

【００１２】この図２に示されるように、当初の冷媒の
状態にかかわらず時間の経過とともに冷凍装置中の冷媒
の水分濃度はほぼ一定に近づくことが確かめられる。こ
れは、冷媒中の水分濃度によって決定されるゴムホース
内側の水蒸気分圧が外気の水蒸気分圧に比べて高けれ
ば、冷媒中よりゴムホースを介して水分が外気側へ透過
することとなり、逆に冷媒中の水分濃度が低くてゴムホ
ース内側の水蒸気分圧が外気の水蒸気分圧より低い時に
は空気中より水分がゴムホースを透過して冷媒側に混入
することになるからと考えられる。

【００１３】このように水分の透過を避けられないゴム
ホースを用いた場合には、大気とバランスする冷凍装置
内の冷媒中水分濃度は温度、湿度等の大気の条件によっ
て定まる一定値（図２の破線の値）に収束することにな
る。以下、このように十分時間が経過した後に冷媒中水
分濃度が一定値に収束することを水分がバランスすると
いい、その一定値に収束した冷媒中水分濃度のことを、
その条件下における冷媒のバランス水分濃度ということ
にする。

【００１４】そこで、本発明者らは冷凍装置運転時にお
ける水蒸気分圧につき検討した。図３はこの検討結果を
示すもので、横軸に大気中の水蒸気分圧を示し、縦軸に
は冷凍装置全体の水分の総量を示す。なおこの冷凍装置
は、図１に示すような冷凍装置を用い、圧縮機１の吐出
容量は１７０ｃｃ、冷凍装置に封入される冷媒量は７０
０ｇ、また冷媒とともに冷凍装置を循環すべく封入され
る潤滑油の量は１２０ｇとしている。冷媒としてはＨＦ
Ｃ１３４ａを用い、潤滑油はポリアルキレングリコール
系の合成油を用いている。

【００１５】図３中Ｃで示す点は、空気温度２８．１
℃、湿度８１％の際の水蒸気分圧を示す。このＣの状態
は沖縄県那覇市の夏期の平均状態を示す。また図３中Ｄ
で示す点は空気温度２６．８℃、湿度７６％の状態にお
ける水蒸気分圧を示し、このＤの状態は夏期における名
古屋市の平均空気状態が相当する。また図３中Ｅで示す
点は、空気温度２８．０℃、湿度７０％の状態における
水蒸気分圧を示し、この状態は夏期における大阪市の平
均空気状態に相当する。さらに図３中Ｆで示す点は、空
気温度２６．７℃、湿度７５％の状態における水蒸気分
圧を示し、この状態は東京都の夏期の平均空気状態が相
当する。図３中Ｇで示す点は、空気温度１７．６℃、湿
度８８％の状態を示し、この状態は北海道釧路市の夏期
の平均空気状態が相当する。

【００１６】図３中黒丸Ｈで示す状態は、図２の実験条
件と同一の条件で、空気温度２５℃、湿度５０％の状態
を示す。図３において縦軸を冷凍装置全体の水分の総量
で示していたが、これを冷媒中水分濃度に換算したのを
図４に示す。

【００１７】図４は冷凍装置の運転状態における膨張弁
５下流側での水分のバランスを示す。このとき水分の出
入りは圧縮機吐出側のゴムホース２ａおよび吸入側のゴ
ムホース２ｂで行われている。圧縮機吐出側圧力は１メ
ガパスカルから１．８メガパスカル程度に変動するが、
この圧縮機吐出圧力も冷房負荷によって変動するもので
あるため、各点ＣないしＧはそれぞれの空気状態より計
算される冷房負荷時の圧縮機吐出圧相当位置にプロット
してある。

【００１８】図４より明らかなように、実験状態Ｈでは
冷媒中の水分濃度が２００ｐｐｍとなり、図２の実験結
果によく符合する。さらに図４より通常の使用地域にお
いて、膨張弁５下流側での気相冷媒中の水分濃度が３５
０ｐｐｍ程度でバランスすることが認められる。

【００１９】なお、図３の実験結果と図４の実験結果と
は、図５に示す冷凍装置全体の水分の総量と水分濃度の
関係に基づいて整理されている。すなわち、本発明者ら
の用いた実験装置では、冷凍装置内総水量と冷媒中の水
分濃度との関係は図５に示すようなほぼ直線的な対応を
持つことになる。

【００２０】上述の図３および図４の実験では、冷凍装
置の運転時の膨張弁５下流側における水分バランスに着
目していたが、本発明者らは次に冷凍装置の運転停止時
の水分バランスにつき検討を行った。

【００２１】冷凍装置停止後長時間経過すると、圧縮機
１の吐出側も流入側も均圧し冷媒の過熱、過冷却がなく
なり主に液相冷媒となる。この際の均圧した冷媒圧力
は、主に冷凍装置の置かれた周囲の空気温度に応じて変
化するものの、５ないし６気圧程度となっている。図６
はこの冷凍装置運転停止時での膨張弁５下流における液
相冷媒中バランス水分濃度を示す。各点ＣないしＧは図
３と同一の空気条件を示す。すなわちＣ点は温度２８．
１℃、湿度８１％の空気状態を示し、Ｄ点は温度２６．
８℃、湿度７６％の空気状態を示し、Ｅ点は温度２８．
０℃、湿度７０％の空気状態を示し、Ｆ点は温度２６．
７℃、湿度７５％の空気状態を示し、Ｇ点は温度１７．
６℃、湿度８８％の空気状態を示す。さらに図６の直線
はそれぞれ空気温度が２０℃，２５℃，３０℃の外側水
蒸気圧と冷凍装置内の液相冷媒中バランス水分濃度を示
す。このとき、例えば空気温度２０℃程度では、冷凍装
置内の均圧した冷媒の圧力は５気圧程度となっている。

【００２２】図７は図６の実験結果を冷凍装置内総水量
であらわしたものである。冷凍装置の運転状態、停止状
態それぞれの場合の図３と図７、および図４と図６の比
較より明らかなように、両状態の冷凍装置総水分量に大
差がないにもかかわらず、圧縮機が作動している空調装
置の運転状態では、膨張弁５下流側でのバランス水分濃
度は３５０ｐｐｍ程度であったのに対し、圧縮機が停止
している状態での冷凍装置の冷媒中のバランス水分濃度
は１５００ｐｐｍ程度となっている。

【００２３】このように、空調装置の運転中は冷媒中の
バランス水分濃度が３５０ｐｐｍ程度と低かったのに対
し、運転停止に伴い冷媒中のバランス水分濃度が１５０
０ｐｐｍ程度まで上昇することにつき、本発明者らが考
察を行ったところ、主にこれは冷媒とともに冷凍装置を
循環する潤滑油の飽和水分濃度に起因するものであると
推測される。すなわち、本発明者らの行った実験では、
空調装置をＨＦＣ１３４ａの冷媒とともにポリアルキレ
ングリコール系の合成油からなる潤滑油が循環するよう
にしていた。そしてこの合成油は冷媒より多くの水分を
溶かすことができるものである。換言すれば、潤滑油中
に分離することなく溶ける水分濃度の方が、冷媒中に溶
ける水分濃度より大となっている。

【００２４】そして空調装置の運転時には、気相冷媒に
液状の潤滑油が溶け込むことができず、潤滑油が気相冷
媒から分離することが確かめられている。そのため、こ
の状態の潤滑油が独自に多量の水分を溶解するため、結
果として気相冷媒に溶ける水分の濃度が減少するものと
推測される。ところが、冷凍装置停止時は装置内冷媒の
ほとんどの重量分が過熱、過冷却をもたない液相冷媒と
なり、この液相冷媒に多量の潤滑油が溶け込むため、装
置内水分量、水分濃度は全体が図８に示すＨＦＣ１３４
ａの液相水分特性のみで支配される均一な系とみなして
考えることができる。

【００２５】このように冷凍装置運転時は、冷凍装置内
の液相冷媒および潤滑油が多量に水分を溶解するので気
相冷媒中の水分濃度は低くなる。一方、冷凍装置停止時
は装置内冷媒のほとんどが多量の潤滑油を溶かしている
液相冷媒となり、冷凍装置のどの部位でも同一条件下で
一様に水分を溶解するため運転時に比較して液相冷媒中
の水分濃度が高くなると考えられる。

【００２６】いずれにせよ、冷媒中に水分が混入して
も、その水分の混入ゆえに冷凍装置の作動に悪影響を及
ぼすのは、冷凍装置が運転している状態である。すなわ
ち、冷凍装置運転時に膨張手段５通過の際の減圧膨張に
よる冷却で膨張手段を氷結することが問題となるのであ
る。換言すれば、冷凍装置が停止している時には、仮に
冷媒より水分が分離して析出していたとしてもそのこと
自体により直ちに問題が生ずるものではない。

【００２７】以上の実験検討結果より、本発明者らは、
通常の使用域においては３５０ｐｐｍ以上の飽和水分濃
度を持つ冷媒を使用すれば、水分の析出に伴う氷結が防
止でき、実際の作動には悪影響を及ぼさないことを確か
めた。

【００２８】すなわち、通常の使用状態においてはゴム
ホース２ａ、２ｂにて水分がバランスしたあとの膨張弁
５下流のバランス水分濃度が３５０ｐｐｍ程度であり、
これよりも多くの水分が冷媒中に混入することはない。
そして冷媒が３５０ｐｐｍ以上の飽和水分濃度を有する
ものであれば、冷媒中に混入した水分はすべて冷媒と溶
解し、冷媒より析出することはない。その結果水分の析
出に伴う不具合、すなわち析出した水分の氷結による膨
張手段の詰まり等は生じない。

【００２９】ここで、図４におけるＣ点のように使用地
域が高温多湿の場合、膨張弁５下流のバランス水分濃度
が３５０ｐｐｍ以上となることがあるが、このことが直
ちに膨張手段の詰まり等を引き起こす程のものではな
い。

【００３０】そこで、本発明者らは次に飽和水分濃度が
使用域において３５０ｐｐｍ以上の冷媒の検討を行っ
た。図８はフロンＨＦＣ１３４ａとフロンＣＦＣ１２の
飽和水分濃度特性を示す。横軸は冷媒の温度を示し、縦
軸にその温度における冷媒中の飽和水分濃度を示す。

【００３１】通常の空調装置は、蒸発器６表面で氷結が
起きないように、冷媒の蒸発温度は２ないし３℃程度に
制御されている。従って、冷媒の温度は０℃より大きく
下回ることはない。そのため、この水分のもっとも分離
しやすい冷媒状態においてなおかつ上述の３５０ｐｐｍ
以上の飽和水分濃度を冷媒が有しておれば、すべての状
態において冷媒より水が析出しないことになる。

【００３２】図８に示すようにフロンＨＦＣ１３４ａは
その冷媒温度が低下すると、飽和水分濃度が液相冷媒よ
りも低い気相冷媒から先に水が分離しはじめるが、フロ
ンＨＦＣ１３４ａの気相線は冷媒温度が０℃であっても
３５０ｐｐｍ以上であるので、冷凍装置の通常の使用域
においてこの気相冷媒より水が分離して析出されること
はない。そのため、析出した水が膨張手段通過時に凍結
してしまうという恐れもない。これに対してフロンＣＦ
Ｃ１２は気相冷媒よりも液相冷媒の方が飽和水分濃度が
低く、０℃における液相冷媒の飽和水分濃度はわずか２
５ｐｐｍ程度であり、膨張手段通過後の気液２相冷媒の
液相冷媒より水分が析出し凍結してしまう。

【００３３】図３および図４では、図１の運転時の冷凍
装置を一つの系ととらえ、この系への水分透過およびバ
ランス状態を検討したが、つぎに詳細を示す。運転時の
冷凍装置内各所の冷媒温度、圧力は一様ではなく、冷媒
が高温高圧の状態におかれる圧縮機吐出側ゴムホース部
２ａと、低温低圧の状態におかれる圧縮機吸入側ゴムホ
ース部２ｂとではバランス水分濃度が当然異なり、両ホ
ース部での装置内外への水分透過速度が一致したのちバ
ランス状態となる。

【００３４】一般に、ある水分量の封入された冷凍装置
において吐出側ゴムホース部より吸入側ゴムホース部の
方がバランス水分濃度は高くなる。特に圧縮機吸入側の
ゴムホース２ｂは冷媒の温度を受けて低温に保持される
ので、大気中の水分がゴムホース２ｂの表面に露結し
て、ゴムホース２ｂ表面の水蒸気分圧が高くなることに
なる。従って、冷凍装置全体の水分バランスは、圧縮機
吸入側のゴムホース２ｂを介して水分が冷凍装置内に透
過し、圧縮機吐出側のゴムホース２ａを介して水分が大
気中に放出されることになる。

【００３５】冷凍装置は工場内においてその組付け時
に、装置内に少量の水分が誤って浸入してしまうことが
あるが、圧縮機吸入側のゴムホース２ｂでは水分の透過
を抑え、圧縮機吐出側のゴムホース２ａでは水分の透過
を許すようにすることにより、この浸入した水分をすば
やく大気中に放出し、短時間でバランス水分濃度に収束
させることができ、またこのバランス水分濃度を低く抑
えることができる。そこで、圧縮機吸入側のゴムホース
２ｂと圧縮機吐出側のゴムホース２ａとで素材を変え、
圧縮機吐出側のゴムホース２ａのほうが水分の透過性の
よいものとする。

【００３６】

【発明の効果】上述の説明のように、本発明は、冷凍装
置を循環する冷媒をこのバランス水分濃度より冷凍装置
作動域全域において高くなるようなものを用いたため、
たとえゴムホースを介して水分が冷媒中に透過したとし
ても透過した水分が冷媒より析出することがなく、析出
した水分の氷結に起因する膨張手段の閉塞等の不具合を
除去することができる。

【００３７】さらに、本発明ではこの冷媒とともに冷凍
装置を循環する潤滑油を用い、この潤滑油がその飽和水
分濃度が冷媒の飽和水分濃度より高いものを用いたた
め、冷凍装置の作動中にあっては、冷媒より分離した潤
滑油に更に多量の水分が溶解することができ、冷凍装置
運転中の冷媒の水分濃度を引き下げることができる。

【００３８】特に、冷媒中の水分の存在が問題となるの
は、膨張手段通過時の氷結が主であるため、この氷結は
冷凍装置が作動しているとき、すなわち膨張手段通過に
より断熱膨張が生じる時に限り生じることに鑑みれば、
冷凍装置の作動中において冷媒の水分濃度を引き下げる
効果は実用的に極めて高いものとなる。

【００３９】換言すれば、冷凍装置が停止した状態で仮
に水分が冷媒より析出したとしても、冷凍装置が作動し
ていない故その析出した水分が冷凍装置の運転に不具合
を生じることはあり得ない。

【００４０】さらに、本発明では圧縮機作動中におい
て、水分が主として圧縮機吸入側のゴムホースより冷媒
中に透過し、圧縮機吐出側のゴムホースより大気中に放
出されるという本発明者らの実験検討結果に基づき、圧
縮機吸入側のゴムホースの素材と圧縮機吐出側のゴムホ
ースの素材とを異ならせ、圧縮機吐出側のゴムホースの
ほうが水分透過性の高いものとしたため、工場内で冷凍
装置内に浸入した水分をすばやく大気中に放出し、短時
間でバランス水分濃度に収束させることができ、またこ
のバランス水分濃度を低く抑えることができる。

【００４１】このようにして、本発明の冷凍装置では従
来の冷凍装置で用いていたドライヤを用いることなく冷
凍装置の運転が達成でき、ドライヤ自体の価格分コスト
が低減され、ドライヤを設置すべきスペースが不要とな
り、またドライヤの交換の手間が省ける等の効果を得る
ことができる。

【００４２】

【実施例】次に上記発明の一実施例を図に基づき説明す
る。図１は本発明に用いられる冷凍装置を示す説明図で
ある。図中１は冷媒の圧縮吐出を行う圧縮機で、自動車
走行用エンジンにマウントされ、自動車走行用エンジン
より駆動力を図示しないベルトおよび電磁クラッチ１ａ
を介して受ける。すなわち、電磁クラッチ１ａが励磁し
た状態で図示しないベルトを介し回転駆動力が圧縮機１
に伝達され、それにより冷媒の圧縮吐出を行う。冷媒の
吐出側および吸入側はゴムホース２ａ，２ｂが配設され
る。これは圧縮機１が自動車走行用エンジンにマウント
されるため、自動車走行用エンジンの振動を受けて振動
するのに対し、凝縮器３や蒸発器６等他の機器は自動車
の車体に固定されるので、その振動系が異なるからであ
る。

【００４３】冷媒配管２はアルミニウム合金製の金属配
管よりなり、ゴムホース２ａ，２ｂとこの冷媒配管２と
はジョイント２ｃを介して結合している。本例では、ゴ
ムホース２ａおよび２ｂはともに同一のナイロン製樹脂
材料よりなり、冷媒通路の内径はそれぞれ１０ｍｍ、１
３ｍｍとし，長さはともに５００ｍｍである。

【００４４】従って、本発明に於いてゴムホースとはそ
の材質がゴム材料に限られるものではなく、透水性があ
る可撓材料を広く含むものとする。凝縮器は自動車の前
方の車速風を受ける位置に配置され、冷媒と外気との熱
交換が良好に行えるようにしている。凝縮器の側方には
受液器４が配置されている。この受液器４は冷凍装置を
循環する冷媒流量の変動を吸収するもので、凝縮器で凝
縮した液冷媒を受け、気液分離したのち液冷媒のみを膨
張手段５へ導出するものである。

【００４５】膨張手段５は蒸発器６とともに自動車車室
内に配設され、蒸発器６出口側の冷媒状態を感温筒５ａ
にて感知し、蒸発器６出口側の冷媒が常に所定の過熱度
を有するように通路の絞り量を可変する膨張弁である。
すなわち、冷房負荷が大きく蒸発器６出口側の冷媒の過
熱度が高くなった時には、その状態を感温筒５ａよりフ
ィードバックし、膨張手段５は冷媒通路を開きより多量
の冷媒が循環できるようにする。

【００４６】逆に、冷房負荷が小さく蒸発器６での蒸発
機能が低下し蒸発器６出口側の冷媒の過熱度が低くなっ
た時には、その状態を感温筒５ａを用いて膨張手段５の
絞り量にフィードバックする。そして、膨張手段５は冷
媒通路をより絞るように作動し、冷凍装置を循環する冷
媒流量を減少する。前述したように、膨張手段５の可変
による循環冷媒流量の変動は、受液器４によって吸収さ
れる。すなわち、循環する冷媒流量が少ない時には多量
の冷媒が液冷媒として受液器４に保持され、逆に循環冷
媒流量が多い時には、この受液器４より冷媒が供給され
る。

【００４７】ここで膨張手段５は冷媒を減圧膨張させ高
温，高圧の液冷媒より低温，低圧の霧状の冷媒に状態変
化させるものであり、その結果膨張手段５通過後は冷媒
温度が急激に低下することになる。この冷媒温度は蒸発
器６の表面温度に影響を与えるものであるため、蒸発器
６での氷結が生じないように通常０℃程度としている。
しかしながら、例えば冷凍車の冷凍庫のように特に低温
が必要とされるものにあっては、この冷媒の蒸発温度は
より低く設定される。

【００４８】いずれにせよ、冷媒は膨張手段５通過後に
０℃程度まで温度低下するものであるため、もし冷媒よ
り水分が析出するようであればその析出した水分が氷結
する恐れがある。ここで膨張手段５は冷媒を減圧膨張さ
せる上でもその絞り計は小さく設定されており、水分が
氷結した場合には、その氷により膨張手段５の絞りが詰
まる恐れもある。

【００４９】しかしながら、本発明では冷媒としてフロ
ンＨＦＣ１３４ａを用い、このフロンＨＦＣ１３４ａで
はこの低温状態においても気相中飽和水分濃度が３５０
ｐｐｍ以上としている。そして、冷凍装置の通常の使用
域においては作動中の冷媒のバランス水分濃度は、膨張
手段下流の気相冷媒では、３５０ｐｐｍ程度であるの
で、この膨張手段を通過時にも水分が析出することはな
い。よって、上述したように水分の氷結にともなう不具
合は生じない。

【００５０】蒸発器６は自動車車室内におかれ車室内空
気もしくは車外の空気と熱交換し、冷却した空気を車室
に向けて導出する。なお上述の例では、圧縮機１吸入側
のゴムホース２ｂと圧縮機１吐出側ゴムホース２ａとを
同質の素材で形成した。しかし、冷凍装置は工場内にお
いてその組付け時に、装置内に少量の水分が誤って浸入
してしまうことがある。このような場合、冷媒が冷凍装
置内の全ての水分を含むことができずに、冷媒から水分
が析出してしまい、上述したような膨張手段の絞り部の
閉塞等の問題を引き起こすおそれがある。

【００５１】そこで、ゴムホースの水分透過率はゴムホ
ースの素材を変えることにより変動するものであること
を利用して上記の問題を解決する。つまり、冷凍装置内
に大気中の水分が透過してくる圧縮機１吸入側のゴムホ
ース２ｂより、冷凍装置内の水分が大気中に透過して放
出される圧縮機１吐出側のゴムホース２ａのほうを水分
透過性が高い素材で形成し、図２の一点鎖線Ｚが示すよ
うにすばやく装置内の水分を大気中に放出し、バランス
水分濃度に収束するのに要する時間を短縮するととも
に、冷凍装置全体としてのバランス水分濃度を低く抑え
るようにする。

【００５２】例えば、圧縮機吐出側のゴムホース２ａと
して図９に示すようなゴムホースにおいて、水分透過性
の高いニトリルブタジエンラバー（ＮＢＲ）を外側内管
層３２の材質とするゴムホースＢを用い、一方，圧縮機
吸入側のゴムホース２ａとして水分透過性の低い塩素化
ブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ）を外側内管層３２の材質と
するゴムホースＡを用いる。いずれのホースも内側内管
層３１の材質として水分は透過させるが冷媒の透過を防
ぐ６−１２ナイロンを用い、補強層３３の材質としてポ
リエチレンテレフタレート等の合成繊維を用い、外管層
３４の材質として耐熱性の良好なエチレンプロピレンゴ
ム（ＥＰＤＭ）を用いる。

【００５３】ここで、ゴムホースＢの外側内管層３２の
材質として水分透過性の高いクロロスルホン化ポリエチ
レンゴム（ＣＳＭ）を用いてもよい。図１０はこれら二
つのホースの水分透過性を示す図であり、ホースを湿度
１００％の恒温槽内へ入れ、ホース外表面からホース内
側へ透過する水分量を各温度において測定したものであ
る。図１０に示されるように圧縮機吐出側ホース２ａは
圧縮機吸入側ホース２ｂよりも水分透過性は３倍近く大
きいことがわかる。また、各ホースとも温度が高くなる
ほど水分透過性が大きくなる傾向がある。運転時、冷凍
装置内において圧縮機吸入側の冷媒は低温であり、圧縮
機吐出側の冷媒は高温であるので圧縮機吐出側ホース２
ａと圧縮機吸入側ホース２ｂとの水分透過量の差はさら
に拡がるので、前述の目的を達成するのに効果的であ
る。以下にその詳細を図１１にしたがって説明する。

【００５４】図１１において各符号は以下に示すとおり
である。 Ｔ₁ ：圧縮機吸入側温度 Ｔ₂ ：圧縮機吐出側温度 ａ（Ｔ）：温度ＴにおけるゴムホースＡの水分透過率 ｂ（Ｔ）：温度ＴにおけるゴムホースＢの水分透過率 Ｐ₀ ：大気中水蒸気分圧 Ｐ₁ ：圧縮機吸入側ゴムホース２ｂ内における水分バラ
ンス時の水蒸気分圧 Ｐ₂ ：圧縮機吐出側ゴムホース２ａ内における水分バラ
ンス時の水蒸気分圧 ΔＰ₁ ：大気中水蒸気分圧と圧縮機吸入側のホース内水
蒸気分圧との差圧 Ｐ₀ −Ｐ₁ ΔＰ₂ ：圧縮機吐出側のホース内水蒸気分圧と大気中水
蒸気分圧との差圧 Ｐ₂ −Ｐ₀ Ｃ₁ ：圧縮機吸入側ゴムホース２ｂを透過して冷凍装置
内に入ってくる水分の透過速度 Ｃ₂ ：圧縮機吐出側ゴムホース２ａを透過して大気中に
出ていく水分の透過速度 圧縮機吐出側と圧縮機吸入側とで同じゴムホースＡを使
ったとき、ゴムホースは温度が高い圧縮機吐出側ほど水
分の透過率が高くなるので、数式１の関係がある。

【００５５】

【数１】 ａ（Ｔ₁ ）＜ａ（Ｔ₂ ） このとき、各水分透過速度Ｃ₁ 、Ｃ₂ は水分透過率と差
圧の積で表され、数式２、数式３のようになっている。

【００５６】

【数２】 Ｃ₁ ＝ａ（Ｔ₁ ）・ΔＰ₁

【００５７】

【数３】 Ｃ₂ ＝ａ（Ｔ₂ ）・ΔＰ₂ ここで、冷凍装置全体の水分がバランスするということ
は、水分が装置内に入ってくる透過速度と大気中に出て
いく透過速度が等しくなるということなので、このとき
数式４が成り立つ。

【００５８】

【数４】 Ｃ₁ ＝Ｃ₂ ゆえに、数式２および数式３より

【００５９】

【数５】 ａ（Ｔ₁ ）・ΔＰ₁ ＝ａ（Ｔ₂ ）・ΔＰ₂ となり、数式６のようにまとめられる。

【００６０】

【数６】 ΔＰ₁ ／ ΔＰ₂ ＝ａ（Ｔ₂ ）／ａ（Ｔ₁ ） 次に、圧縮機吐出側のゴムホース２ａに前記ゴムホース
Ａよりも水分透過性の高いゴムホースＢを使った場合、
数式１で示した水分透過率の大小関係はさらに広がり数
式７のようになる。ここで、さきほどとの区別をつける
ためＰ₁ およびＰ₂ にはダッシュ（’）を付しておく。

【００６１】

【数７】 ａ（Ｔ₁ ）≪ｂ（Ｔ₂ ） さきほどと同様に各水分透過速度Ｃ₁ 、Ｃ₂ は水分透過
率と差圧の積で表され、数式８、数式９のようになって
いる。

【００６２】

【数８】 Ｃ₁ ＝ａ（Ｔ₁ ）・ΔＰ₁'

【００６３】

【数９】 Ｃ₂ ＝ａ（Ｔ₂ ）・ΔＰ₂' ここで、冷凍装置全体の水分がバランスするということ
は、さきほども述べたように水分が装置内に入ってくる
透過速度と大気中に出ていく透過速度が等しくなるとい
うことなので、数式４が成り立つ。

【００６４】ゆえに数式４、数式８および数式９より

【００６５】

【数１０】 ａ（Ｔ₁ ）・ΔＰ₁'＝ｂ（Ｔ₂ ）・ΔＰ₂' となり、数式１１のようにまとめられる。

【００６６】

【数１１】 ΔＰ₁'／ ΔＰ₂'＝ｂ（Ｔ₂ ）／ａ
（Ｔ₁ ） ここで、ゴムホースＡよりもゴムホースＢのほうが水分
透過性が高いので、

【００６７】

【数１２】 ｂ（Ｔ₂ ）≫ａ（Ｔ₂ ） となり、したがって、数式６および数式１１より数式１
３が成り立つ。

【００６８】

【数１３】 ΔＰ₁ ／ ΔＰ₂ ≪ΔＰ₁'／ ΔＰ₂' となる。ここで、図１１からもわかるように温度が高く
なるにつれて飽和水蒸気圧は急激に上昇するので、圧縮
機吸入側の大気中水蒸気分圧との差圧ΔＰ₁ 、ΔＰ₁'よ
り圧縮機吐出側の大気中水蒸気分圧との差圧ΔＰ₂ 、Δ
Ｐ₂'の方が数式１３の不等式に対して支配的であるの
で、

【００６９】

【数１４】 ΔＰ₂ ＞ΔＰ₂' となり、それぞれの場合の圧縮機吐出側の水分バランス
時のゴムホース内水蒸気分圧Ｐ₂ 、Ｐ₂'は、

【００７０】

【数１５】 Ｐ₂ ＝Ｐ₀ ＋ΔＰ₂

【００７１】

【数１６】 Ｐ₂'＝Ｐ₀ ＋ΔＰ₂' であるので、

【００７２】

【数１７】 Ｐ₂ ＞Ｐ₂' となり、圧縮機吐出側のゴムホース２ａに水分透過性の
高いゴムホースＢを使ったときは圧縮機吐出側、吸入側
ともに同じゴムホースＡを使ったときに比べて、水分バ
ランス時の圧縮機吐出側の水蒸気分圧は小さくなる。そ
してそれに伴い圧縮機吐出側のバランス水分濃度は低下
し、ひいては冷凍装置全体のバランス水分濃度が低下す
る。例えば図１２に示すように、図４のＣ点におけるよ
うな非常な高温多湿の地域でも、運転時のバランス水分
濃度を３５０ｐｐｍ以下に低下させることができる。

【００７３】上述の実施例では、冷凍装置を循環する冷
媒としてフロンＨＦＣ１３４ａを用いたが、要は、低温
状態での飽和水分濃度が３５０ｐｐｍより上回っている
冷媒であればよく、例えばフロンＨＦＣ２２もこの低温
時の飽和水分濃度が３５０ｐｐｍ以上であるので、使用
可能である。

【００７４】また、上述の実施例ではゴムホースを圧縮
機１の吸入側と吐出側とのみに用いたが、冷凍装置の他
の部位例えばレシーバ４と膨張弁５との間、もしくはコ
ンデンサ３とレシーバ４との間にも用いてもよい。特
に、この場合は、コンデンサ３，レシーバ４，膨張弁５
側の位置が多少ずれても配管接続を容易に行うことがで
きる。更に、ゴムホースに代えて金属性配管の一部に水
分透過性の素材を用いても良い。この場合、取り付けの
自由度は失われることになるが、ゴムホース（水分透過
性素材）を介して冷凍装置中の水分を外界とバランスさ
せるという本発明の機能は達成できる。

【００７５】なお本例においては、フロンＨＦＣ１３４
ａを冷媒として用いた場合、ポリアルキレングリコール
系の合成油を冷媒とともに冷凍装置を循環させている。
このポリアルキレングリコール系合成油は潤滑油として
作動し、冷媒とともに圧縮機１に吸入され圧縮機摺動部
の潤滑を行う。さらに、このポリアルキレングリコール
系合成油はフロンＨＦＣ１３４ａよりさらに高い飽和水
分濃度を有するものであるので、冷凍装置の作動中潤滑
油が冷媒より分離した際には、その分離した潤滑油によ
り冷凍装置中に混入した水分を補足することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例を示す冷凍装置の構成図。

【図２】冷凍装置の水分バランス状態を示す説明図。

【図３】冷凍装置作動時の冷凍装置全体の水分の総量を
示す説明図。

【図４】冷凍装置作動時の飽和水分濃度を示す説明図。

【図５】冷凍装置全体の水分の総量と飽和水分濃度との
関係を示す説明図。

【図６】冷凍装置停止時の飽和水分濃度を示す説明図。

【図７】冷凍装置停止時の冷凍サイクル全体の水分の総
量を示す説明図。

【図８】冷媒フロンＨＦＣ１３４ａとフロンＣＦＣ１２
の飽和水分濃度を示す説明図。

【図９】圧縮機吐出側ゴムホースおよび吸入側のゴムホ
ースの断面図。

【図１０】圧縮機吐出側ゴムホースおよび圧縮機吸入側
ゴムホースの水分透過特性。

【図１１】水分バランス濃度の低下を示す説明図。

【図１２】水分バランス濃度の低下の効果を示す図。

【符号の説明】 １ 圧縮機 ２ 冷媒配管 ２ａ，２ｂ ゴムホース ３ 凝縮器 ５ 膨張手段 ６ 蒸発器

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−236572（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−55667（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−120482（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 1/00 F25B 43/00 F25B 49/00 C09K 5/04 C10N 40:30

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒の圧縮吐出を行う圧縮機と、 前記圧縮機より吐出された冷媒の凝縮を行う凝縮器と、 前記凝縮器により凝縮された液冷媒を減圧膨張する膨張
   手段と、 前記膨張手段により減圧された低圧冷媒の蒸発を行う蒸
   発器と、 これら各機器を接続して閉回路を構成する冷媒配管とを
   備え、冷媒として前記膨張手段下流側の低温，低圧の状態で飽
   和水分濃度が３５０ｐｐｍ以上のものを用い、 前記冷媒配管のうち前記圧縮機の吐出側および前記圧縮
   機の吸入側に水分の透過可能な素材よりなる冷媒配管を
   用い、 さらに前記冷媒配管のうち前記圧縮機吐出側の冷媒配管
   の水分透過量の方が、前記圧縮機吸入側の冷媒配管の水
   分透過量より大きなものとし、 前記冷媒配管の経路内において水分を吸収するドライヤ
   の非存在下で、前記冷媒および潤滑油を循環させること
   を特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】 前記冷媒はフロンＨＦＣ１３４ａおよび
   フロンＨＦＣ２２のいずれかであることを特徴とする請
   求項１記載の冷凍装置。
3. 【請求項３】 前記潤滑油はその飽和水分濃度が前記冷
   媒の飽和水分濃度よりも大きなものであることを特徴と
   する請求項１もしくは２記載の冷凍装置。
4. 【請求項４】 前記潤滑油はポリアルキレングリコール
   系の合成油であることを特徴とする請求項１ないし３の
   いずれかひとつに記載の冷凍装置。