DE4212367C2

DE4212367C2 - Vorrichtung zur Entfernung von Wasser in einem Kühlsystem

Info

Publication number: DE4212367C2
Application number: DE4212367A
Authority: DE
Inventors: Keiichi Kitamura; Shin Honda; Hisayoshi Sakakibara; Masashi Honda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1991-04-15
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2012-04-14
Also published as: US5301520A; DE4212367A1; US5490397A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung von in einem Kältemittel enthaltenem Wasser, wobei das Kältemit tel in einem für ein Klimagerät oder dergleichen verwendeten Kühlsystem enthalten ist.

Wenn Wasser mit einem Kältemittel vermischt wird, führt dies zu zahlreichen Schwierigkeiten und Nachteilen, wie z. B. in nerer Korrosion eines Metallbereiches, der sich in Kontakt mit dem Kältemittel befindet, Verschlechterung der Kühllei stung aufgrund von Gefrieren in einer Expansionsvorrichtung und Verdruß mit einem Kompressor, der von der Flüssigkeits kompression herrührt. Da in verschiedenen Bereichen in einem Klimagerät für ein Fahrzeug zur Absorption von Schwingungen Gummischläuche verwendet werden, kann Wasser durch diese Gummischläuche in das Kältemittel eintreten. In der JP 59- 157462 A ist dargestellt, daß ein Kältemittel durch eine Kühlfalle unter Verwendung von flüssigem Stickstoff gekühlt wird, um das Kältemittel zu kühlen und in dem Kältemittel enthaltenes Wasser zum Gefrieren zu bringen, und dann das Wasser entfernt wird.

Für diese Kühlfalle wird jedoch eine Kühlvorrichtung benö tigt, um bei einer extrem tiefen Temperatur den flüssigen Stickstoff zu erhalten. Aus diesem Grund war es schwierig, die Kühlvorrichtung in einem Montageraum mit begrenzten Ab messungen vorzusehen.

In der JP 2-146477 A ist ein weiteres Kühlsystem offenbart, in dem ein Kältemittel aus einem Kühlrohr in einem Bereich abgezweigt wird, der aufgrund von Kompressioen durch einen Kompressor eine hohe Temperatur und einen hohen Druck an nimmt. Das abgezweigte Kältemittel wird durch Kältemittel gekühlt, dessen Temperatur in einem Expansions- bzw. Regler ventil einen niedrigen Wert angenommen hat. In dem Bereich, in dem das abgezweigte Kältemittel gekühlt wird, ist eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Wasser vorgesehen, durch die das im Kältemittel gelöste Wasser abgeschieden und durch Glaswolle wiedergewonnen wird. In dem beschriebenen Kühl system wird Freon-12 (CFC-12) als Kältemittel verwendet. Dieses Kältemittel hat die Eigenschaft, daß mit zunehmender Temperatur eine größere Wassermenge gelöst wird und die Sättigungskonzentration von Wasser ist in der Gasphase größer als in der Flüssigphase.

Bei einem derartigen Kühlsystem ist es jedoch erforderlich, ein Abzweigrohr für Kühlzwecke durch einen auslaßseitigen Abschnitt des Expansionsventils durchzuführen und ein Rückleitungsrohr mit einem einlaßseitigen Abschnitt dieses Ventils zu verbinden. Hierbei sind Probleme aufgetreten. Beispielsweise ist die Verlegung des Abzweigrohrs schwierig, und die Bedingungen für den Wärmeaustausch zur Entfernung von Wasser in der Wasserwiedergewinnungsvorrichtung können sich abhängig von verschiedenen Faktoren einschließlich des Faktors ändern, ob die Kühllast groß oder klein ist. Es ist daher schwierig, einen Kühlbereich für das Kältemittel einzustellen. Mit anderen Worten, bei dem betreffenden Kühlsystem wird Wasser nur unter speziellen Bedingungen entfernt, während die Entfernung von Wasser unter anderen Bedingungen nicht reibungslos erfolgt.

Bei einem derartigen Kühlsystem ist überdies in dem Fall ein Problem aufgetreten, bei dem ein Kühlmittel, z. B. Freon-134a (HFC-134a), Freon-22 (CFC-22) verwendet wird, dessen Wasser sättigungskonzentration anders als bei Freon-12 in der Flüssigphase höher als in der Gasphase ist. In diesem Fall keine zufriedenstellende Leistung bei der Entfernung von Wasser erzielt. Mehr im einzelnen, selbst wenn Wasser, das durch Abzweigung und Kühlung aus einem flüssigen Kältemittel abgeschieden werden konnte, vollständig durch Glaswolle wiedergewonnen wird, bildet sich Wasser in einem gasförmigen Kältemittel, das nach der adiabatischen Expansion im Expan sionsventil gebildet wird, und gefriert im Kältemittel. Dies führt zu Schwierigkeiten.

In der JP 2-287066 A ist eine Vorrichtung zur Wasserab scheidung offenbart, bei der eine Öffnung in einem Teil der Umfangswand eines Kältemittel-Kreislaufkanals gebildet ist. In der Öffnung ist eine wasserdurchlässige bzw. -permeable Membran angeordnet, die lediglich das Durchtreten von in dem Kältemittel enthaltenem Wasser gestattet. Des weiteren ist in der Öffnung ein Gehäuse angeordnet, in dem ein Trocken mittel enthalten ist.

Da das Wasser bei dieser Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser lediglich aus dem sich in Kontakt mit der wasser permeablen Membran befindlichen Kältemittel wiedergewonnen wird, ist es erforderlich, die Öffnungsfläche zu vergrößern, um den Wirkungsgrad der Wasserwiedergewinnung zu erhöhen. Selbst wenn die Öffnung groß gemacht wird, ist die Wasser abscheidung jedoch nicht so effektiv, da die wasserpermeable Membran parallel zu der Strömungsrichtung des Kältemittels angeordnet ist und außerdem das Wasser im Kältemittel im gelösten Zustand strömt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kälte mittel enthaltenes Wasser wirksam zu entfernen, ohne daß die Rohrleitungsverlegung komplizierter wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung zur Entfernung von Wasser mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 4, 15 oder 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfin dungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält die Vorrichtung zur Entfernung von Wasser einen Bypasskanal, um einen Teil des in einem Verdampfer verdampften Kältemittels im Bypass zu leiten bzw. umzuleiten, und einen im Bypasskanal angeord neten Wassersammler zum Sammeln bzw. Abscheiden des im Kältemittel enthaltenen Wassers. Die Sättigungskonzentration von Wasser im Kältemittel ist in der Gasphase niedriger als in der Flüssigphase.

Zur Kühlung des durch den Bypass durchtretenden Kältemittels kann eine Kühleinrichtung verwendet werden.

Des weiteren kann zwischen der Umgebung und dem Kältemittelkanal an einer Stelle nahe dem Wassersammler eine permeable Mem bran vorgesehen sein, die das gesammelte bzw. abgeschiedene Wasser aufgrund der Differenz zwischen dem Dampfpartialdruck innerhalb und außerhalb der Membran in die Luft ausläßt.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt die Vorrich tung zur Entfernung von Wasser einen Bypasskanal zum Umlei ten eines Teils des durch ein Hauptrohr im Kühlkreislauf strömenden Kältemittels, eine im Bypass angeordnete Expan sionskammer zur adiabatischen Expansion des durch den Bypass geführten Kältemittels und zur Abscheidung von Wasser und einen in der Expansionskammer angeordneten Wassersammler zum Sammeln des abgeschiedenen Wassers. Die Sättigungskonzen tration von Wasser im Kältemittel ist in der Gasphase niedriger als in der Flüssigphase.

Zwischen der Expansionskammer und der Umgebung kann eine per meable Membran angeordnet sein, die das gesammelte Wasser aufgrund einer Differenz zwischen dem Dampfpartialdruck in der Expansionskammer und in der Umgebung ausläßt.

Der Bypasskanal kann zwischen der Auslaß- und der Einlaß seite eines Verdampfers, zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite eines den Verdampfungsdruck regelnden Ventils, zwischen der Auslaßseite eines Sammel gefäßes und der Einlaßseite eines Kompresssors, zwischen der Auslaßseite des Sammelgefäßes und der Einlaßseite des Ver dampfers, zwischen der Auslaßseite eines Expansionsventils und der Einlaßseite des Kompressors oder zwischen der Aus laßseite des Expansionsventils und der Einlaßseite des Verdampfers vorgesehen sein.

Zusätzlich kann ein Einlaßrohr an der Einlaßseite des By passkanals vorgesehen sein, das in das Hauptrohr vorspringt und zur Einführung des Kältemittels in den Bypasskanal dient. An der Auslaßseite des Bypasskanals kann ein Auslaß rohr vorgesehen sein, das in das Hauptrohr vorspringt und dazu dient, eine Bypass-Strömung mit einem Ejektor-Effekt zu erzeugen. Auf der Auslaßseite des Bypasskanals kann des weiteren eine Einschnürung bzw. Verengung im Hauptrohr vorgesehen sein, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels zu vergrößern und eine Bypass-Strömung zu erzeugen.

Da das Kältemittel die Eigenschaft hat, daß die Wasser sättigungskonzentration in der Gasphase niedriger als in der Flüssigphase ist, wird bei einer erfindungsgemäßen Vor richtung zur Entfernung von Wasser mit der obigen Kon struktion das im Kältemittel gelöste Wasser zur Zeit der Verdampfung des Kältemittels im Verdampfer abgeschieden und das abgeschiedene Wasser wird durch den Wassersammler gesammelt.

Durch Anordnung einer Kühleinrichtung auf halbem Wege im Bypasskanal kann aus dem Kältemittel, in dem das Wasser gelöst ist, weiter Wasser als Überschußanteil entfernt werden, der dem Überhitzungsausmaß bzw. dem Grad der Überhitzungswärme am Auslaß des Verdampfers entspricht.

Das durch den Wassersammler gesammelte Wasser wird durch eine permeable Membran aus speziellem Material in die Umgebung ausgelassen, wenn der Kühlzyklus bzw. -kreislauf gestoppt wird.

Außerdem wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wasserentfernung das im Kühlkreislauf zirkulierende Kälte mittel aufgrund der Druckdifferenz zwischen der Einlaß- und der Auslaßseite des Bypasses in den Bypasskanal eingeführt. Die Wassersättigungskonzentration des in den Bypass einge führten Kältemittels ist in dar Gasphase niedriger als in der Flüssigphase, und die im Kältemittel im gasförmigen Zustand gelöste Wassermenge hängt von Druck und Temperatur ab. Je höher der Druck und je höher die Temperatur ist, um so größer wird die gelöste Wassermenge. Daher erfährt das Kältemittel in der auf halbem Wege im Bypass angeordneten Expansionskammer eine adiabatische Expansion und wird ein Kältemittel in der Gasphase oder mit zwei Phasen Gas- Flüssigkeit mit niedriger Temperatur und Druck. Aufgrund einer derartigen Gasbildung und Temperaturabsenkung wird das im Kältemittel gelöste Wasser abgeschieden. Das abgeschie dene Wasser wird dann durch den Wassersammler gesammelt.

Des weiteren wird das auf diese Weise durch den Wasser sammler gesammelte Wasser durch die permeable Membran an die Luft ausgelassen, wenn der Kühlkreislauf gestoppt wird.

Überdies kann eine fakultative Anordnung vorgenommen werden, wenn der Bypasskanal zwischen Bereichen angeschlossen ist, bei denen eine Druckdifferenz auftritt. Wenn ein Element zur Erleichterung der Erzeugung einer Bypass-Strömung an der Einlaß- oder Auslaßseite des Bypasses angeordnet wird, kann außerdem ein Teil des durch das Hauptrohr strömenden Kälte mittels sicherer abgezweigt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele und der Zeichnung weiter beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Kühlsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines kastenförmigen Expansionsventils und eines Verdampfers,

Fig. 3 eine teilweise fortgebrochene perspektivische Ansicht, die den inneren Aufbau des kastenförmigen Expansionsventils veranschaulicht,

Fig. 4 eine zum Teil fortgebrochene Draufsicht des kastenförmigen Expansionsventils,

Fig. 5 eine Schnittansicht des kastenförmigen Expansionsventils,

Fig. 6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Tem peratur und der Wassersättigungskonzentration in einem Kältemittel veranschaulicht,

Fig. 7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Grad der Überhitzungswärme und der Wassersättigungs konzentration im Kältemittel veranschaulicht,

Fig. 8 eine Schnittansicht eines Kühlsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 9 eine Schnittansicht eines Kühlsystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 10 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils des Kühlsystems von Fig. 9,

Fig. 11 eine Schnittansicht eines Kühlsystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 12 eine Schnittansicht eines Kühlsystems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 13 eine Schnittansicht eines Kühlsystems gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 14 eine Schnittansicht eines Kühlsystems gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 15 eine Schnittansicht eines Kühlsystems gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 16 eine Schnittansicht eines Kühlsystems gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 17 eine Schnittansicht eines Kühlsystems gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 18 eine Schnittansicht eines Kühlsystems gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 19 eine Schnittansicht eines Kühlsystems gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Im folgenden werden zwölf Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, ohne daß die Erläuterungen als einschränkend anzusehen sind.

1. Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 7 wird ein erstes Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Wie am besten aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist ein Klimagerät für ein Fahrzeug mit einem Verdampfer 41, einem kastenförmigen Expansionsventil 42, einem Kompressor 43 mit veränderlicher Kapazität, einem Kondensator 44 und einem Sammelgefäß 45 versehen. Im unteren Bereich eines Gehäuse blocks 46 des Expansionsventils 42 ist auf einer Seite (in Fig. 1 auf der linken Seite) eine Ventilkammer 47 gebildet. Die Ventilkammer 47 erstreckt sich von einer Außenseite des Gehäuseblocks 46 und befindet sich in Verbindung mit einem ersten Kältemittelkanal 48, in den das Kältemittel aus dem Sammelgefäß 45 strömen kann. Im Gehäuseblock 46 ist eine kreisförmige Aussparung 49 gebildet. Vom Boden der Aus sparung 49 erstreckt sich ein zweiter Kältemittelkanal 50, der durch eine Expansionsöffnung 51 mit der Ventilkammer 47 in Verbindung steht.

Auf der Seite der Expansionsöffnung ist auf der Ventilkammer 47 ein Ventilsitz 52 gebildet. Ein integral bzw. einstückig mit einem Ventilhalter 53 ausgebildetes Ventilgehäuse bzw. ein Ventilkörper 54 kann sich in Kontakt mit dem Ventilsitz 52 und aus diesem fort zum öffnen und Schließen der Expan sionsöffnung 51 bewegen. Die Ventilkammer 47 ist mit einem Federschuh bzw. -gleitstück 55 verschlossen. Zwischen dem Federschuh 55 und dem Ventilhalter 52 ist eine Druck schraubenfeder 57 angeordnet. Daher ist das Ventilgehäuse 54 mittels der Druckschraubenfeder 57 in die Richtung zum Ver schließen der Öffnung 51 druckbeaufschlagt.

Ein dritter Kältemittelkanal 58 erstreckt sich durch den auf der anderen Seite befindlichen Abschnitt (in Fig. 1 durch den rechten Abschnitt) des Gehäuseblocks 46.

Im unteren Teil auf der anderen Seite des Gehäuseblocks 46 ist ein gewindeversehenes Loch 59 gebildet, das durch eine Kolbendurchführung bzw. ein Loch 60 mit einem dritten Kälte mittelkanal 58 in Verbindung steht. Aufgrunddessen kann das im dritten Kältemittelkanal 58 befindliche Kältemittel durch das Kolbenloch 60 in das Gewindeloch 59 strömen. Von der Innenwandfläche des dritten Kältemittelkanals 58 erstreckt sich ein Kolbenloch 61 zum zweiten Kältemittelkanal 50 hin. Das Kolbenloch 61 und der zweite Kältemittelkanal 50 stehen über eine Stangendurchführung bzw. ein Loch 62 miteinander in Verbindung.

Im Gewindeloch 59 ist ein Einstellglied 63 zum Einstellen der Öffnung der Expansionsöffnung 51 eingebaut. Mehr im einzelnen, das Einstellglied 63 ist mit einem Innengehäuse 64, das sich im Gewindeeingriff mit dem Gewindeloch 59 befindet, einem über ein Diaphragma 65 am Innengehäuse 64 befestigtes Außengehäuse 66 und einem Kolben (Temperatur abtaststange) 67 versehen, die auf der Seite des Gehäuse blocks 46 in bezug auf das Diaphragma 65 angeordnet ist. Ein Stangenabschnitt 68 des Kolbens 67 erstreckt sich durch das Kolbenloch 60 und den dritten Kältemittelkanal 58. Der innenseitige Endabschnitt des Stangenabschnittes 68 ist verschiebbar in das Kolbenloch 61 eingesetzt. Beide End abschnitte einer Bestätigungsstange (Ventilstange) 69 sind beweglich in das Loch 62 und die Expansionsöffnung 51 ein gesetzt. Ein Ende (in Fig. 1 das rechte Ende) der Betäti gungsstange 69 befindet sich im Anschlag am Kolben 67. Der Zwischenabschnitt der Betätigungsstange ist zur Innenseite bzw. zum Inneren des zweiten Kältemittelkanals 50 frei, während sich ihr entgegengesetztes Ende wiederum im Anschlag am Ventilkörper 54 in der Expansionsöffnung 51 befindet.

Das Gehäuse 66 und das Diaphragma 65 bilden eine dazwischen befindliche Temperaturfühlkammer 70 und das Gehäuse 64 und das Diaphragma 65 bilden eine dazwischen befindliche Kühl kammer 71. Mit dem Außengehäuse 66 ist ein Rohr 72 verbun den, durch das ein Inertgas in die Wärmefühlkammer 70 eingeführt wird.

Das gemäß obenstehender Beschreibung aufgebaute Expansions ventil 42 arbeitet wie folgt.

Das aus dem Kompressor 43 abgeführte verdichtete bzw. kom primierte Kältemittel wird im Kondensator 44 kondensiert, tritt dann durch das Sammelgefäß 45 und den ersten Kälte mittelkanal 48 und wird in die Ventilkammer 47 eingeführt. Das Kältemittel gelangt dann durch die Expansionsöffnung 51. Zu diesem Zeitpunkt erfährt das Kältemittel eine adiaba tische Expansion und wird zu einem Zweiphasen-Kältemittel (Gas/Flüssigkeit), das dann den zweiten Kältemittelkanal 50 erreicht. Anschließend tritt das Kältemittel durch den Kanal 50 und die kreisförmige Aussparung 49 und wird dann in den Verdampfer 41 eingeführt, in dem es zu einem gasförmigen Kältemittel vergast wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Verdampfer durch das gasförmige Kältemittel zum Kühlen des Fahrgastinnenraums gekühlt. Das aus dem Verdampfer 41 aus gegebene gasförmige Kältemittel tritt dann weiter durch den dritten Kältemittelkanal 58 und gelangt dann wieder zum Kompressor 43 zurück.

Da ein Teil des Kolbens 67 zum Inneren des dritten Kälte mittelkanals 58 freiliegt, wird die Wärme des durch den Kanal 58 tretenden gasförmigen Kältemittels durch den Kolben 67, der aus Aluminium mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, zum Diaphragma 65 übertragen. Des weiteren wird die Wärme zum Inertgas in der Wärmefühlkammer 70 übertragen, wo das Inertgas expandiert und kontrahiert bzw. verdichtet wird. Der Gasdruck in der Kammer 70 ändert sich auf diese Weise entsprechend der Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des Verdampfers 41 und wirkt auf die Außenfläche des Dia phragmas 65.

Der Kolben 67 wird stets durch die Druckschraubenfeder 57 über den Ventilhalter 53, den Ventilkörper 54 und die Be tätigungsstange 69 druckbeaufschlagt. Demzufolge wird die Stellung (Öffnung der Expansionsöffnung 51) des Ventil körpers 54 in bezug auf den Ventilsitz 52 in einer Stellung gehalten, in der sich die Vorspannkraft der Schraubenfeder 57 ebenso wie der Kältemitteldruck in der Kühlkammer 71 und der Gasdruck in der Wärmefühlkammer 70 im Gleichgewicht befinden. Die in den Verdampfer 51 einzuführende Kälte mittelmenge wird entsprechend dem Öffnungsgrad der Öffnung 51 eingestellt.

Das Expansionsventil 42 weist eine Vorrichtung zur Ent fernung des im Kältemittel enthaltenen Wassers in einem Kühlkreislauf auf. Die folgende Beschreibung betrifft diese Vorrichtung.

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist ein im wesentlich zylindrischer Kühlzylinder 73 in der im Gehäuseblock 46 des Expansionsventils 42 gebildeten kreisförmigen Aussparung 49 eingebaut und mittels eines Verbindungs- bzw. Dichtteils 74 befestigt. Im Außenumfang des Teils 74 ist ein O-Ring 75 angebracht, um eine hermetische Abdichtung sicherzustellen. In der Außenumfangsfläche des Kühlzylinders 73 ist eine Spiralnut 76 ausgebildet, so daß das gasförmige Kältemittel durch den zwischen der Nut 76 und der Innenwand der kreis förmigen Aussparung 49 gebildeten Zwischenraum durchtreten kann. Des weiteren ist zwischen der kreisförmigen Aussparung 49 des Gehäuseblocks 46 und dem dritten Kältemittelkanal 58 ein erster Bypass 77 gebildet. Ein Ende des Bypasses 77 ist zum dritten Kältemittelkanal 58 auf der stromaufwärtigen Seite bezüglich des Kolbens 67 offen, während sein ent gegengesetztes Ende zur Innenwand der kreisförmigen Aus sparung 49 für eine Verbindung mit der Spiralnut 76 des Kühlzylinders 73 offen ist.

Wie in Fig. 2 bis 4 veranschaulicht ist, ist überdies auf der Vorderseite des Gehäuseblocks 46 ein vorspringender Zylinderabschnitt 78 vorgesehen. Der Innenraum des Zylin derabschnittes 78 dient als Wasserauslaßkanal 79. Im Basis endabschnitt des Wasserauslaßkanals 79 ist eine kreisförmige Aussparung 80 gebildet, die über einen zweiten Bypass 81 mit der Spiralnut 76 in Verbindung steht.

Im Inneren der Aussparung 80 ist ein scheibenförmiger Filter 83 unter Verwendung eines Abstandsstücks 82 als Wasser sammler angeordnet. Der Filter 83 ist durch Glaswolle gebildet. Außerhalb des Filters 83 ist eine Druckplatte 85 mit einer großen Anzahl von Löchern im Innenraum des Zylin derabschnittes 78 vorgesehen. Des weiteren befindet sich der im Zylinderabschnitt 78 gebildete Wasserauslaßkanal 79 über einen dritten Bypass 86 auf der stromabwärtigen Seite bezüg lich des Kolbens 67 in Verbindung mit dem dritten Kälte mittelkanal 58. Im Vorderabschnitt des Innenraums des Zylinderabschnittes 78 sind eine Dichtung 87, eine wasser permeable Membran 88 und eine Druckplatte 89 mit einer großen Anzahl von Löchern 90 in einer Stapel- bzw. Schicht anordnung vorgesehen. Diese Teile sind durch Verstemmen bzw. Abdichten des Außenumfangs des vorderen Endes des Zylinder abschnittes 78 angebracht. Die wasserpermeable Membran 88 befindet sich zwischen der Umgebung und dem Kältemittelkanal. Die Membran 88 ist aus einem Polyimidharz gebildet und hat die Funktion, daß sie nur Wasser durchläßt, aber das Hin durchtreten von gasförmigem Kältemittel nicht gestattet. Die Druckplatte 89 verstärkt die Festigkeit der wasserpermeablen Membran 88 (der Kältemitteldruck beträgt etwa 6 × 10^-5 Pa [6 kgf/cm²], wenn das Klimagerät ausgeschaltet ist).

Die Druckplatte 85 hält nicht nur den Filter 83, sondern auch die wasserpermeable Membran 88 unter Druck, um eine einwärts gerichtete Deformation der Membran zu verhindern, wenn zur Zeit der Kühlmittelbeschickung im Kühlkreislauf ein Vakuum gezogen wird.

Beispielsweise wird Freon-134a (Tetrafluorethan) oder Freon- 22 (Chlordifluorethan) als Kältemittel im Kühlkreislauf verwendet. Die Sättigungskonzentrationen von Wasser sind bei diesen Kältemitteln in der Gasphase geringer als in der Flüssigphase, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

Im folgenden wird die Funktion der Vorrichtung zur Entferung von Wasser mit dem obigen Aufbau beschrieben.

Wenn das Kältemittel beginnt, im Kühlkreislauf zu zirku lieren, wird das Wasser von der Flüssigphase des Kälte mittels zu dem Zeitpunkt abgeschieden, zu dem das Kälte mittel im Verdampfer 41 verdampft und Nebelwasser wird in der Gasphase des Kältemittels in Suspension gebracht.

Die Menge von im gasförmigen Kältemittel gelöstem Wasser hängt von dessen Druck und Temperatur ab. Je höher der Druck oder je höher die Temperatur ist, umso größer ist die Menge von Wasser, das im Kältemittel gelöst ist (vgl. Fig. 7). Das gasförmige Kältemittel wird am Auslaß des Verdampfers 5 überhitzt und das aus dem Verdampfer 5 ausgelassene Kältemittel enthält zusätzliches Wasser entsprechend dem Überhitzungsgrad.

Im dritten Kältemittelkanal 58 im Expansionsventil 42 wird der Druck in bezug auf den Kolben 67 aufgrund des Druck verlustes des Kolbens auf der stromaufwärtigen Seite größer als auf der stromabwärtigen Seite. Demzufolge strömt ein Teil des gasförmigen Kältemittels auf der stromaufwärtigen Seite des Kolbens 67 in den ersten Bypass 77 und strömt durch die Spiralnut 76 des Kühlzylinders 73. Da das Gas- und Flüssigphase aufweisende Kältemittel, das in der Expansions öffnung 51 adiabatisch expandiert wurde, zu diesem Zeitpunkt durch den Kühlzylinder 73 strömt, wird das in der Spiralnut 76 strömende Kältemittel in der gasförmigen Phase durch die gesättigte Flüssigkeit (Überhitzungsgrad 0°C) gekühlt, die durch den Kühlzylinder 73 durchtritt. Bei diesem Ausfüh rungsbeispiel wird das einen Überhitzungsgrad von 10°C aufweisende Kältemittel auf einen Überhitzungsgrad bei 2°C gekühlt. Infolge dieser Kühlung des Kältemittels wird das Wasser vom Kältemittel abgeschieden.

Das im Kühlzylinder 73 gekühlte gasförmige Kältemittel tritt über den den zweiten Bypass 81 durch den Filter 83. Da Glas wolle für Wasser außerordentlich benetzbar ist, wird das separierte bzw. abgeschiedene Wasser zu diesem Zeitpunkt durch den Filter 83 gesammelt. Mehr im einzelnen, das auf grund der Differenz der Wassersättigungskonzentration zwischen der Flüssigphase und der Gasphase des Kältemittels entstandene Wasser, und das durch Kühlung des Kältemittels im Kühlzylinder 73 entstandene Wasser werden gesammelt.

Nach dem Sammeln des abgeschiedenen Wassers tritt das gas förmige Kältemittel durch die Löcher 84, strömt dann durch den dritten Bypass 86 und wird auf der stromabwärtigen Seite des Kolbens 67 zum dritten Kältemittelkanal 58 zurück geführt, d. h. es wird im Kühlkreislauf zum Hauptkanal zurückgeführt. Das durch den Filter 83 gesammelte Wasser wird in die Luft ausgelassen, nachdem das Klimagerät seinen Betrieb aufgehört hat. Während sich das Klimagerät in Be trieb (im Kühlkreislaufbetrieb) befindet, wird die Ober flächentemperatur der wasserpermeablen Membran 88 gering (etwa 5°C) und der Dampf in der Luft wird kondensiert, so daß die Dampfpartialdrücke auf der Innenseite und der Außenseite der Membran 88 gleich werden. Das durch den Filter 83 gesammelte Wasser kann daher nicht in die Luft ausgelassen werden. Wenn das Klimagerät anschließend anhält (Kühlkreislauf-Stop) wird das kondensierte Wasser auf der Außenseite der wasserpermeablen Membran 88 beseitigt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Dampfpartialdruck auf der Innenseite der Membran 88 aufgrund von 100% Feuchtigkeit höher als auf der Außenseite, so daß das durch den Filter 83 gesammelte Wasser von der Membran 88 durch die Löcher 84 der Druckplatte 85 in die Umgebung ausgelassen wird.

Somit wird bei der Vorrichtung zur Entfernung von Wasser bei diesem Ausführungsbeispiel Freon-134a oder Freon-22 als Kältemittel verwendet, dessen Wassersättigungskonzentration in der Gasphase niedriger als in der Flüssigphase ist. Die Bypasse 77, 81 und 86 für die Umleitung eines Teils des im Verdampfer 41 verdampften Kältemittels sind im Gehäuseblock 46 des Expansionsventils 42 gebildet. Der Filter (Wasser sammler) 83 zum Sammeln bzw. Abscheiden des im Kältemittel enthaltenen Wassers ist etwa auf halben Wege in den Bypassen 77, 81 und 86 angeordnet. Bei Erhöhung der Wasserkonzen tration im Kältemittel wird demzufolge im flüssigen Zustand des Kältemittels gelöstes Wasser zur Zeit der Verdampfung abgeschieden und vernebeltes bzw. trübes Wasser ist im Kältemittel im gasförmigen Zustand suspendiert. Es tritt dann ein Teil des das abgeschiedene Wasser enthaltenden gasförmigen Kältemittels in den Bypass 77 ein und das Wasser wird durch den Filter 83 gesammelt. Bei der herkömmlichen Vorrichtung, bei der eine Kühlfalle verwendet wird, ist es erforderlich, eine Vorrichtung zum Erreichen einer extrem niedrigen Temperatur vorzusehen. Es war schwierig, diese bei einer Apparatur bzw. einem Gerät wie z. B. einem Klimagerät für ein Fahrzeug einzusetzen, bei dem der Montageraum begrenzt ist. Andererseits kann die Funktion der Wasser entfernung bei diesem Ausführungsbeispiel dadurch erhalten werden, daß lediglich Bypasse im Gehäuseblock 46 des Ex pansionsventils 42 gebildet werden und der Filter 83 darin angeordnet wird. Hierdurch ist es ermöglicht, eine einfache und kompakte Anordnung zu erhalten. Außerdem ist es über haupt nicht erforderlich, ein Wasserabscheiderohr vorzusehen und von daher ist das Rohrsysstem nicht kompliziert.

Der Kühlzylinder 73 zum Kühlen des Kältemittels ist auf halbem Wege in den Bypassen 77, 81 und 86 und der Filter 83 ist stromabwärts des Zylinders angeordnet. Die Menge des Wassers, das in dem sich in der gasförmigen Phase befin denden Kältemittels gelöst ist, hängt vom Druck und der Temperatur ab. Am Auslaß des Verdampfers 41 hat das gas förmige Kältemittel einen Grad von Überhitzung, so daß ein Teil von im Verdampfer 41 entstandenem Nebelwasser im gasförmigen Kältemittel gelöst ist, aber das Wasser durch Kühlung im Kühlzylinder 73 abgeschieden wird und durch den Filter 83 gesammelt werden kann. In diesem Zusammenhang sei festgestellt, daß keine spezielle Kühlvorrichtung separat als Kühleinrichtung für das Kältemittel vorgesehen wird, sondern der Kühlzylinder 73 verwendet wird, bei dem das auf der Niedrigtemperaturseite befindliche Kältemittel im Kühlkreislauf verwendet wird, wodurch eine einfache und kompakte Anordnung erhalten werden kann.

Des weiteren ist die wasserpermeable Membran (ein aus einer speziellen Substanz bestehende permeable Membran) 88 auf halbem Wege im Wasserauslaßkanal 79 angeordnet, um das Durchtreten lediglich von Wasser, nicht jedoch des Kühl mittels zu gestatten, während der Kältekreislauf ausge schaltet ist, und um das Wasser im Filter 83 in die Luft auszulassen, das im Kühlkreislauf gesammelt worden ist. Auf diese Weise kann das im Kältemittel enthaltene Wasser fort während entfernt werden, ohne daß irgendeine spezielle Einrichtung zum Auslassen von Wasser erforderlich ist.

2. Ausführungsbeispiel

Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben.

In einem stromaufwärtsseitigen Öffnungsabschnitt des dritten Kältemittelkanals 58 ist eine kreisförmige Aussparung 151 gebildet. In die kreisförmige Aussparung 151 ist ein Abscheiderrohr 152 eingebaut und dort befestigt, das eine Einrichtung zur Entfernung von Schmieröl bildet. In dem Außenumfang des Rohrs 152 ist ein O-Ring angebracht, um eine hermetische Abdichtung sicherzustellen. Das Abscheiderrohr 152 ist mit einem vorspringenden Abschnitt 154 ausgebildet, der sich in die Richtung des Kolbens 67 erstreckt, wobei zwischen der Außenumfangsfläche des vorspringenden Ab schnittes 154 und der Innenumfangsfläche des dritten Kältemittelkanals 58 ein Zwischenraum gebildet ist. Der stromaufwärts des Kolbens 67 befindliche Abschnitt des dritten Kältemittelkanals 58 ist in einen Kältemittel- Hauptströmungsbereich, der sich vom Inneren des Abscheide rohrs 152 bis zur stromabwärtigen Seite des Kolbens 67 erstreckt, und einen Kältemittel-Nebenströmungsbereich geteilt, der durch den Zwischenraum gebildet ist. Der Kältemittel-Nebenströmungsbereich ist mit dem Abzweigkanal 77 verbunden. Die übrigen Konstruktionseinzelheiten sind dieselben wie beim ersten Ausführungsbeispiel.

Da die Dichte und Masse des Schmieröls im Vergleich zur Masse und Dichte des sich im gasförmigen Zustand befind lichen Kältemittels größer sind, strömt das Schmieröl zusammen mit dem Kältemittel. Wenn das Klimagerät den Betrieb beginnt und das Kältemittel beginnt, im Kühl kreislauf zu zirkulieren, strömt das Schmieröl einfach zusammen mit dem gasförmigen Kältemittel durch den im dritten Kältemittelkanal 58 angeordneten vorspringenden Abschnitt 154. Andererseits wird ein geringmassiger Teil des wenig Schmieröl enthaltenden gasförmigen Kältemittels auf grund von dessen geringer Trägheit mit einer ähnlichen Strömungsgeschwindigkeit in den zwischen dem vorspringenden Abschnitt 154 und der Innenwand des dritten Kältemittel kanals 58 gebildeten Zwischenraum abgezweigt und erreicht den Innenraum des Abzweigkanals 77. Auf diese Weise wird das einen geringen Anteil von Schmieröl enthaltende gasförmige Kältemittel abgezweigt und dies führt dazu, daß das Schmier öl abgeschieden und von einem Teil des Kältemittels entfernt wird. Des weiteren tritt das gasförmige Kältemittel im Ab zweigkanal 77 durch die Spiralnut 76 des Kühlzylinders 73. Zu diesem Zeitpunkt strömt das Gas-Flüssigphasen mit nied riger Temperatur enthaltende Kältemittel, das in der Ex pansionsöffnung 51 eine adiabatische Expansion erfahren hat, durch den Kühlzylinder 73. Aufgrunddessen wird das auf der Außenumfangsseite befindliche einen Grad von Überhitzung aufweisende gasförmige Kältemittel unter der Wärmeleitung gekühlt, die durch die durch den Zylinder 73 strömende gesättigte Flüssigkeit (Überhitzungsgrad 0°C) herbeigeführt wird. Dies führt zur Freigabe und Ausscheidung des Wassers vom Kältemittel. Da das Schmieröl von dem durch die Spiralnut 76 strömenden gasförmigen Kältemittel entfernt worden ist, ist zu diesem Zeitpunkt kaum zu befürchten, daß auf der Innenumfangsfläche der Spiralnut 76 ein Schmier ölfilm gebildet wird. Auf diese Weise ist es möglich, stets eine hohe Kühlleistung zu erzielen und die Abscheidung von Wasser sicherzustellen.

Der dritte Kältemittelkanal 58 und das Abscheiderohr 152 befinden sich in der folgenden Beziehung zueinander.

Die Zeichnung veranschaulicht folgendes. Wenn der Außen durchmesser des vorspringenden Abschnittes 154 d₁ (cm), der Innendurchmesser des dritten Kältemittelkanals 58 d₂ (cm), der Hauptdurchsatz G (kg/h), der Bypassdurchsatz G_by (g/h), die Strömungsgeschwindigkeit im Bypassabschnitt V₂ (cm/s) und die Dichte des sich im gasförmigen Zustand befindlichen Kältemittels ρ (g/cm³) ist, dann kann V₂ wie folgt aus gedrückt werden:

V₂ = B_by/{900 ρ π (d₂ ² - d₁ ²)}

Wenn d₂ groß gewählt wird, wird V₂ klein, so daß die Schmieröl-Trennfunktion verbessert wird, aber bei einem großen d₂-Wert werden sowohl der Druckverlust zur Zeit der Abnahme von d₂ auf d₁ als auch der Druckverlust zur Zeit der Zunahme von d₁ auf d₂ groß, was zu einer Abnahme des Haupt durchsatzes G führt. Es ist daher erforderlich, d₂ in einem Bereich zu vergrößern, in dem der ungünstige Einfluß auf den Druckverlust nicht merklich wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann somit das Problem der Verschlechterung der Entwässerungsfunktion für das Ein bringen von Schmieröl in das Kältemittel dadurch überwunden werden, daß lediglich ein einfaches Element wie ein Ab scheiderohr 152 in dem Gehäuseblock 46 des Expansionsventils 42 angeordnet wird.

3. Ausführungsbeispiel

Im folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 9 und 10 beschrieben.

Beim dritten Ausführungsbeispiel ist an Stelle des Ab scheiderohrs 152 am dritten Kältemittelkanal 58 ein Einfassungsglied 161 mit einem Einfassungsabschnitt 162 befestigt, um den Abzweigkanal 77 zu umgeben. Zwischen dem Einfassungsabschnitt 162 und der Innenumfangsfläche des dritten Kältemittelkanals 58 ist ein Zwischenraum gebildet, wobei das zum Kolben 67 hinweisende Ende des Zwischenraums offen ist.

Daher wird auch beim dritten Ausführungsbeispiel eine Abzweigströmung des einen niedrigen Anteil an Schmieröl enthaltenden gasförmigen Kältemittels im Zwischenraum wie beim zweiten Ausführungsbeispiel erzeugt, und die Abzweig strömung erreicht den Abzweigkanal 77.

4. Ausführungsbeispiel

Im folgenden wird ein viertes Ausführungsbeispiel der Er findung beschrieben.

Fig. 11 veranschaulicht eine schematische Anordnung eines Klimagerätes für ein Fahrzeug gemäß diesem Ausführungs beispiel. Ein Kühlkreislauf ist bei diesem Klimagerät über eine aufeinanderfolgende Verbindung durch ein Hauptrohr 7 eines Kompressors 1 mit veränderlicher Kapazität, einen Kondensator 2, ein Sammelgefäß 3, ein kastenförmiges Ex pansionsventil 4, einen Verdampfer 5 und ein Verdampfungs druck-Regelventil 6 gebildet.

Als Kältemittel wird bei diesem Kühlkreislauf HFC-134a (Tetrafluorethan) oder CFC-22 (Chlordifluorethan) verwendet.

Bei dem wie oben aufgebauten Kühlkreislauf wird das vom Kompressor 1 ausgelassene Kältemittel, das sich in einem stark komprimierten Zustand befindet, durch den Kondensator 2 verdichtet und über das Sammelgefäß wie beim ersten Aus führungsbeispiel in das Expansionsventil 4 eingeführt. Während es durch das Expansionsventil 4 hindurchtritt, wird das Kältemittel adiabatisch in ein Kältemittel mit Gas- Flüssigphase expandiert. Dann wird das Kältemittel aus dem Expansionsventil 4 in den Verdampfer 5 eingeführt, in dem es zu einem gasförmigen Kältemittel vergast wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Verdampfer 5 durch das gasförmige Kältemittel zum Kühlen des Fahrgastraumes gekühlt. Das aus dem Verdampfer 5 ausgelassene gasförmige Kältemittel strömt durch das Hauptrohr 7 und wird zum Kompressor 1 zurück geführt. Das Verdampfungsdruck-Regelventil 6 dient zum Verhindern einer Vereisung bzw. starken Abkühlung des Ver dampfers 5 beim Betrieb mit kleiner Wärmelast. Das Ventil 6 drosselt das Kältemittel aus dem Verdampfer 5 zum Kompressor 1 fortlaufend, um den Verdampfungsdruck im Verdampfer bei 1,9 × 10^-5 Pa (1,9 kgf/cm²) oder höher zu halten.

Bei diesem Kühlkreislauf ist eine Vorrichtung zur Entfernung von in dem Kältemittel enthaltenem Wasser vorgesehen, die im folgenden beschrieben wird.

Ein Verbindungszylinder 10 ist mit dem Hauptrohr 7 verbunden und an diesem befestigt, das die Auslaßseite des Verdam pfungsdruck-Regelventils 6 und die Einlaßseite des Kom pressors 1 verbindet. Ein Anschlußteil 12 eines Gehäuses 11 ist durch Gewindeeingriff im Verbindungszylinder 10 ange bracht, wobei eine hermetische Abdichtung durch einen Dichtring 13 sichergestellt ist. Im Gehäuse 11 ist eine Aussparung 14 gebildet, die als Expansionskammer mit einer offenen Oberseite dient und die sich in Verbindung mit dem Innenraum des Hauptrohrs 7 über einen auf der Unterseite der Aussparung gebildeten Kanal 15 befindet. Im Inneren der Aussparung 14 ist ein Abstandsstück 16 angeordnet, auf dem sich ein als Wassersammelgefäß dienender scheibenförmiger Filter 17 aus Glaswolle befindet. Auf dem Filter 17 befindet sich weiter ein Druckzylinder 18. Im Druckzylinder 18 ist ein Durchgangsloch 19 gebildet und steht in Verbindung mit einem in dem Seitenwandteil der Aussparung 14 gebildeten Durchgangsloch 20. Im Öffnungsabschnitt der Aussparung 14 sind in einer Stapelanordnung bzw. übereinander angeordnet ein Abstandsstück 21, eine wasserpermeable Membran 22 und eine Druckplatte 23, wobei diese Elemente durch Verstemmen des Außenumfangs des Vorderendes des Gehäuses 11 befestigt sind. Die wasserpermeable Membran 22 ist aus einem Poly imidharz gebildet und hat die Funktion, daß sie lediglich Wasser durchläßt, aber das Durchtreten von gasförmigem Kältemittel nicht gestattet. Die Druckplatte 23 ist durch eine kreisförmige Platte aus rostfreiem Stahl gebildet, die eine große Anzahl von Löchern mit einem Durchmesser von 1 mm oder dergleichen aufweist und einen Öffnungsprozentsatz von 25% besitzt. Die Druckplatte 23 verstärkt die Festigkeit der permeablen Membran 22.

Mit der Außenseite des Gehäuses 11 ist ein Verbindungsrohr 24 verbunden und an diesem angebracht, das sich in Verbindung mit dem Durchgangsloch 20 befindet. Mit dem Verbindungsrohr 24 ist ein Kapillarrohr 25 verbunden, das über einen O-Ring 26 mit einer Mutter 27 befestigt ist.

Andererseits ist ein Anschlußrohr 30 mit dem Hauptrohr 7 verbunden und an diesem befestigt, das die Auslaßseite des Verdampfers 5 und die Einlaßseite des Verdampfungsdruck- Regelventils 6 verbindet. Das Verbindungsrohr 30 und das Kapillarrohr 25 sind über einen O-Ring 31 mittels einer Mutter 32 miteinander verbunden und befestigt. Somit besteht ein Bypass 34 zum Abzweigen eines Teils des Kältemittels aus dem Hauptrohr 7 aus dem Anschlußrohr 30, dem Kapillarrohr 25, dem Verbindungsrohr 24, dem Gehäuse 11 und dem Anschluß zylinder 10.

Die Funktion der wie oben aufgebauten Vorrichtung zur Entfernung von Wasser wird im folgenden beschrieben.

Im normalen Betriebszustand des Klimagerätes, bei dem das Klimagerät arbeitet, das Kältemittel im Kühlkreislauf zirkuliert und das Verdampfungsdruck-Regelventil 6 sich in Betrieb befindet, strömt das Kältemittel auf der strom aufwärtigen Seite des Ventils 6 mit einem Druck von 1,9 × 10^-5 Pa (1,9 kgf/cm²), während der Druck auf der strom abwärtigen Seite des Ventils 6 unterhalb von 1,9 × 10^-5 Pa (1,9 kgf/cm²) aufgrund des Druckverlustes ist, der durch das Ventil 6 und das Hauptrohr 7 herbeigeführt wird. Bei Vor liegen dieser Druckdifferenz tritt ein Teil des durch das Hauptrohr 7 strömenden Kältemittels durch das Kapillarrohr 25, das Durchgangsloch 20, das Durchgangsloch 19 des Druckzylinders 18 und den Kanal 15 und wird auf der stromabwärtigen Seite des Verdampfungsdruck-Regelventils 6 zum Hauptrohr zurückgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Kältemittel, das durch das Kapillarrohr 25 hindurchgetreten ist, in der Aussparung 14 adiabatisch expandiert und nimmt dann eine Temperatur an, die nicht höher als 0°C ist. Dies führt dazu, daß aus dem Kältemittel Wasser gebildet wird und gefriert, da die Temperatur des umgebenden Kältemittels nicht höher als 0°C ist. Das sich ergebende Eis wird durch den Filter 17 gesammelt.

Wenn sich das Klimagerät in Betrieb befindet (bei Betrieb des Kühlkreislaufs), wird die Oberflächentemperatur der wasserpermeablen Membran 22 gering (etwa 5°C) und der Dampf in der Luft wird kondensiert, so daß die Dampfpartialdrücke auf der Innen- und Außenseite der Membran 22 gleich werden, und das durch den Filter 17 gesammelte Wasser kann nicht in die Umgebung ausgelassen werden.

Bei Ausschalten des Klimagerätes (des Kühlkreislaufs) wird anschließend das kondensierte Wasser vernichtet, das sich auf der Außenseite der wasserpermeablen Membran 22 befunden hatte. Zu diesem Zeitpunkt herrscht auf der Innenseite der Membran 22 eine Feuchtigkeit von 100%, so daß der Dampf partialdruck höher als auf der Außenseite wird. Demzufolge tritt das durch den Filter 17 gesammelte Wasser durch die Membran 22, dann durch die in der Druckplatte 23 gebildeten Löcher und wird in die Luft ausgelassen.

Somit werden bei der Vorrichtung zur Entfernung des Wassers bei diesem vierten Ausführungsbeispiel HFC-134a oder CFC-22, bei denen die Wassersättigungskonzentration in der Gasphase niedriger als in der Flüssigphase ist, als Kältemittel im Kühlkreislauf abgedichtet und ein Teil des im Verdampfer 5 verdampften Kältemittels wird unter Verwendung des Kapillar rohrs 25 (Bypass 34) umgeleitet. Des weiteren ist der Filter (Wassersammler) 17 zum Sammeln des im Kältemittel enthal tenen Wassers auf halbem Wege im Bypass 34 angeordnet. Daher wird mit zunehmender Wasserkonzentration im Kältemittel und zur Zeit der Verdampfung im Verdampfer 5 das im flüssigen Kältemittel gelöste Wasser abgeschieden und Nebelwasser bzw. kondensiertes Wasser wird im gasförmigen Kältemittel in Suspension gebracht. Ein Teil des das abgeschiedene Wasser enthaltenden gasförmigen Kältemittels tritt in den Bypass 34 ein und das Kondensationswasser wird durch den Sammler 17 gesammelt.

Überdies wird bei den betreffenden Vorrichtungen zur Ent fernung von Wasser das Kältemittel im Gehäuse 11 adiabatisch expandiert und dann durch den Filter 17 geführt. Im ein zelnen, wenn das Verdampfungsdruck-Regelventil 6 in Betrieb ist, wird das Kältemittel, da es sich am Auslaß des Ver dampfers im Zustand mit zwei Phasen (Gas-Flüssigphase) befindet, durch adiabatische Expansion gekühlt. Es wird Wasser abgeschieden, das durch den Filter 17 gesammelt werden kann. Daher ist es im Gegensatz zum Stand der Technik nicht erforderlich, komplizierte Vorrichtungen einschließ lich einer Kühlfalle einzusetzen, und es ist sichergestellt, daß eine adiabatische Expansion erfolgt, die das Sammeln von Wasser ermöglicht, wenn nur eine Kältemittelströmung vor handen ist, ohne daß dies durch Änderungen der Kühllast, etc. beeinflußt wird.

Weiter ist die wasserpermeable Membran 22 auf halbem Wege des Öffnungsabschnittes (Wasserauslaßkanal) der Aussparung 14 angeordnet, was es gestattet, daß lediglich Wasser hin durchtritt, nicht jedoch das Kältemittel, wenn der Kühl kreislauf ausgeschaltet ist. Wenn der Kühlkreislauf ein geschaltet ist, wird das durch den Filter 17 gesammelte Wasser in die Luft ausgelassen. Wie beim ersten Ausfüh rungsbeispiel ist sichergestellt, daß das gesammelte Wasser entfernt wird. Anders als beim Stand der Technik ist das verwendete Rohrsystem nicht kompliziert, da der Bypass 34 lediglich zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite des Dampfdruck-Regelventils 6 angeschlossen ist.

Untenstehend werden weitere 7 Ausführungsbeispiele (Ausfüh rungsbeispiele 5 bis 12) beschrieben. Die folgenden Be schreibungen umfassen lediglich die vom vierten Ausfüh rungsbeispiel abweichenden Einzelheiten.

5. Ausführungsbeispiel

Wie in Fig. 12 dargestellt ist, ist die Einlaßseite (An schlußrohr 30) des Bypasses 34 an einer Stelle der Aus laßseite des Sammelgefäßes 3 und der Einlaßseite des Expansionsventils 4 mit dem Hauptrohr 7 verbunden. Die Auslaßseite (Anschlußzylinder 10) des Bypasskanals 34 ist wiederum an einer Stelle zwischen der Auslaßseite des Ver dampfers 5 und der Einlaßseite des Kompressors 1 mit dem Hauptrohr 7 verbunden. Bei einem Klimagerät für ein Fahrzeug wird in der Realität das Verdampfungsdruck-Regelventil 6 gelegentlich nicht verwendet, so daß die folgende Be schreibung auf der Annahme basiert, daß das Verdampfungs druck-Regelventil 6 nicht verwendet wird.

Bei der wie oben aufgebauten Vorrichtung zur Wasser entfernung tritt ein Teil des aus dem Sammelgefäß 3 strömen den Kältemittels aufgrund der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite des Expansionsventils 4 und der stromabwärtigen Seite des Verdampfers 5 in den Bypass 34 ein. Dann wird das Kältemittel, das durch das Kapillarrohr 25 des Bypasses 34 hindurchgetreten ist, in der Aussparung 14 adiabatisch expandiert und wird ein gasförmiges oder zwei Phasen aufweisendes Kältemittel mit Gas-Flüssigphase mit niedriger Temperatur und Druck. Infolge dieser Vergasung und des Temperaturabfalls wird Wasser erzeugt und durch den Filter 17 gesammelt. Nach Entfernung des Wassers wird das Kältemittel von der Auslaßseite des Bypasses 34 zum Haupt rohr 7 auf der stromabwärtigen Seite des Verdampfers 5 zurückgeführt.

6. Ausführungsbeispiel

Wie in Fig. 13 dargestellt ist, ist die Einlaßseite des Bypasses 34 mit dem Hauptrohr 7 an einer Stelle zwischen der Auslaßseite des Sammelgefäßes 3 und der Einlaßseite des Expansionsventils 4 verbunden, während die Auslaßseite des Bypasses 34 mit dem Hauptrohr 7 an einer Stelle zwischen der Auslaßseite des Expansionsventils 4 und der Einlaßseite des Verdampfers 5 verbunden ist.

Bei der gemäß Obigem aufgebauten Vorrichtung zur Entfernung von Wasser tritt ein Teil des aus dem Sammelgefäß 3 strö menden Kältemittels in den Bypass 34 ein. Dann wird das Kältemittel, das durch das Kapillarrohr 25 des Bypasses 34 getreten ist, in der Aussparung 14 adiabatisch expandiert und wird ein gasförmiges oder Zweiphasen-Kältemittel mit Gas-Flüssigphase mit niedriger Temperatur und Druck. Infolge dieser Vergasung und des Temperaturabfalls wird Wasser erzeugt und durch den Filter 17 gesammelt. Nach der Ent fernung des Wassers wird das Kältemittel von der Auslaßseite des Bypasses 34 zum Hauptrohr auf der stromabwärtigen Seite des Expansionsventils 4 zurückgeführt.

7. Ausführungsbeispiel

Wie in Fig. 14 dargestellt ist, ist die Einlaßseite des Bypasses 34 mit dem Hauptrohr 7 an einer Stelle zwischen der Auslaßseite des Expansionsventils 4 und der Einlaßseite des Verdampfers 5 verbunden. Die Auslaßseite des Bypasses 34 ist mit dem Hauptrohr 7 an einer Stelle zwischen der Auslaßseite des Verdampfers 5 und der Einlaßseite des Kompressors 1 verbunden.

Bei der gemäß Obigem aufgebauten Vorrichtung zur Entfernung von Wasser tritt ein Teil des aus dem Expansionsventil 4 strömenden Kältemittels aufgrund einer Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Verdampfers 5 in den Bypass 34 ein. Das Kältemittel, das durch das Kapillarrohr 25 des Bypasses 34 getreten ist, wird dann in der Aussparung 14 adiabatisch expandiert und wird ein gasförmiges oder Zweiphasen-Kältemittel mit Gas-Flüssig phase mit niedriger Temperatur und Druck. Infolge dieser Vergasung und des Temperaturabfalls wird Wasser erzeugt und durch den Filter 17 gesammelt. Nach der Entfernung des Was sers wird das Kältemittel von der Auslaßseite des Bypasses 34 zum Hauptrohr 7 auf der stromabwärtigen Seite des Ver dampfers 5 zurückgeführt.

8. Ausführungsbeispiel

Wie in Fig. 15 dargestellt ist, ist die Einlaßseite des Bypasses 34 mit dem Hauptrohr 7 an einer Stelle zwischen der Auslaßseite des Expansionsventils 4 und der Einlaßseite des Verdampfers 5 verbunden. Die Auslaßseite des Bypasses 34 ist mit dem Hauptrohr 7 an einer Stelle zwischen der Auslaß seites des Expansionsventils 4 und der Einlaßseite des Ver dampfers 5 und stromabwärts der Einlaßseite des Bypasses 34 verbunden.

Bei der wie oben aufgebauten Vorrichtung zur Entfernung von Wasser tritt ein Teil des aus dem Expansionsventil 4 strö menden Kältemittels aufgrund des durch das Hauptrohr 7 herbeigeführten Druckverlustes in den Bypass 34 ein. Das Kältemittel, das durch das Kapillarrohr 25 des Bypasses 34 hindurchgetreten ist, wird dann in der Aussparung 14 adia batisch expandiert und wird ein gasförmiges oder Zweiphasen- Kältemittel mit Gas-Flüssigphase mit niedriger Temperatur und Druck. Infolge dieser Vergasung und des Temperatur abfalls wird Wasser erzeugt und durch den Filter 17 ge sammelt. Nach der Entfernung des Wassers wird das Kälte mittel von der Auslaßseite des Bypasses 34 zum Hauptrohr 7 stromabwärts der Einlaßseite des Bypasses zurückgeführt.

9. Ausführungsbeispiel

Wie in Fig. 16 dargestellt ist, wird die wasserpermeable Membran 22 entfernt, die bei jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele im Öffnungsbereich der Aussparung 14 vorgesehen war, und stattdessen wird eine Abdeckung 33 zum Verschließen des Öffnungsbereiches verwendet. Bei diesem Aufbau kann das durch den Filter 17 gesammelte Wasser nicht an die Luft ausgelassen werden. Wenn der Kühlkreislauf ausgeschaltet wird und die Vorrichtung zur Entfernung von Wasser den Betrieb stoppt, wird demzufolge das einmal gesammelte Wasser wieder im Kältemittel gelöst. Bei Wieder einschalten des Kühlkreislaufs und Beginn der Vorrichtung zur Wasserentfernung wird jedoch das im Kältemittel gelöste Wasser wieder abgeschieden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel, bei dem die Abdeckung 33 anstelle der wasserpermeablen Membran 22 verwendet wird, erfährt das im Kältemittel enthaltene Wasser wiederholt eine Auflösung und Abscheidung. Wenn jedoch der Kühlkreislauf eingeschaltet ist, wird das Wasser sicher von dem im Kühl kreislauf zirkulierenden Kältemittel entfernt und es ist nicht zu befürchten, daß Nachteile wie beispielsweise Ver schlechterung der Kühlleistung aufgrund von Gefrieren im Verdampfer 5 auftreten.

10. Ausführungsbeispiel

Wie in Fig. 17 dargestellt ist, ist ein L-förmiges Ein laßrohr 35 mit dem Anschlußrohr 30 auf der Einlaßseite des Bypasses 34 verbunden, so daß es in das Hauptrohr 7 vor steht. Das Einlaßrohr 35 ist auf solche Weise angeordnet, daß sein Öffnungsbereich zur stromaufwärtigen Seite der Kältemittelströmung hinweist. Bei diesem Aufbau wird das durch das Hauptrohr 7 strömende Kältemittel aufgrund des dynamischen Drucks des Kältemittels durch das Einlaßrohr 35 in den Bypass 34 eingeführt.

11. Ausführungsbeispiel

Wie in Fig. 18 dargestellt ist, ist ein L-förmiges Auslaß rohr 36 mit dem Anschlußzylinder 10 auf der Auslaßseite des Bypasses 34 verbunden, so daß es in das Hauptrohr 7 vor steht. Das Auslaßrohr 36 ist so angeordnet, daß sein Öffnungsbereich zur stromabwärtigen Seite der Kälte mittelströmung hinweist. Bei diesem Aufbau wird um das Auslaßrohr 36 ein Ejektor-Effekt erzeugt, wodurch das im Bypass 34 vorhandene Kältemittel aus dem Auslaßrohr 36 ab gesaugt wird und das Kältemittel im Hauptrohr 7 von der Einlaßseite des Bypasses in den Bypass 34 eingeführt wird.

12. Ausführungsbeispiel

Wie in Fig. 19 dargestellt ist, ist in der Nähe des vorderen Endabschnittes des Anschlußzylinders 10 auf der Auslaßseite des Bypasses 34 im Innenraum des Hauptrohrs 7 eine Verengung 37 vorgesehen, die ein Venturirohr 38 bildet. Bei diesem Aufbau wird das im Bypass 34 vorhandene Kältemittel aufgrund des Venturi-Effektes abgesaugt und das im Hauptrohr 7 be findliche Kältemittel wird von der Einlaßseite des Bypasses her in den Bypass 34 eingeführt.

Vergleichsbeispiele

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Aus führungsbeispiele beschränkt. Es können die folgenden Abwandlungen ausgeführt werden.

1. Obwohl bei den oben beschriebenen ersten drei Ausfüh rungsbeispielen die wasserpermeable Membran 88 auf der Vorderseite des kastenförmigen Expansionsventils 42 vor gesehen ist, kann sie an einer anderen Stelle, beispiels weise am Boden des Expansionsventils 42 angeordnet sein.
2. Obwohl der Bypass bei den ersten drei Ausführungs beispielen im kastenförmigen Expansionsventil 42 gebildet ist, kann er im Verdampfer 41 abgezweigt und mit der Spiralnut 76 verbunden sein. In diesem Fall sollte der Bypass mit der Spiralnut 76 verbunden sein, um einen Teil des in dem Abschnitt ausgehend vom Verdampfungsbereich des Verdampfers 41 bis zum Einlaß des Kompressors 43 be findlichen Kältemittels umzuleiten bzw. abzuzweigen.
3. Der Bypass 34 kann an einer beliebigen anderen Stelle als bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen angeordnet sein. Wenn das Kältemittel von dem Auslaß des Kompressors 1 abgezweigt werden soll, ist es in diesem Fall erforderlich, der Kühlung Aufmerksamkeit zu schenken, indem beispielsweise ein längerer als der übliche Bypass aufgrund der hohen Kältemitteltemperatur vorgesehen wird.
4. Bei dem in Fig. 15 dargestellten achten Ausführungs beispiel kann eine Barrierewand 39 oder eine Verengung auf halben Wege im Hauptrohr 7 vorgesehen sein, die wie durch eine strichpunktierte Linie dargestellt parallel zum Bypass 34 verläuft. Bei diesem Aufbau tritt eine große Druck differenz sicher zwischen der Einlaßseite und der Aus laßseite des Bypasses 34 auf, wodurch das Kältemittel gut abgezweigt werden kann.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entfernung von Wasser kann eine ausgezeichnete Wirkung erzielt werden, derart, daß das im Kältemittel enthaltene Wasser sicher entfernt werden kann, ohne daß sich Änderungen der Kühllast auswirken, indem ein völlig neuartiges und einfach durch zuführendes Verfahren angewendet wird und keine komplizierte Vorrichtung wie eine Kühlfalle oder eine komplizierte Rohr verlegung benötigt werden.

Zusammengefaßt wird gemäß der Erfindung ein Kältemittel verwendet, dessen Wassersättigungskonzentration in der Gasphase niedriger als in der Flüssigphase ist, bei spielsweise Freon-134a oder Freon-22. In einem Gehäuseblock 46 eines kastenförmigen Expansionsventils sind Bypasse 77, 81 und 86 zum Umleiten eines Teils des in einem Verdampfer 41 verdampften Kältemittels gebildet. Auf halben Wege ist in den Bypassen 77, 81 und 86 ein Kühlzylinder 73 angeordnet, um das in den Bypassen vorhandene Kältemittel zu kühlen. Des weiteren ist ein Filter 83 vorgesehen, um das im Kältemittel enthaltene Wasser zu sammeln. Außerdem ist in einem im Ge häuseblock 46 gebildeten Wasserauslaßkanal 79 eine wasser permeable Membran 88 angeordnet.

Claims

1. Vorrichtung zur Entfernung von Wasser aus einem Kältemittel, dessen Wassersättigungskonzentration in der Gasphase niedriger als in der Flüssigphase ist, gekennzeichnet durch

- einen Bypasskanal (77, 81, 86; 34) zum Umleiten eines Teils des in einem Verdampfer (41; 5) verdampften Kältemittels und
- einem Wassersammler (83; 17), der in dem Bypasskanal (77, 81, 86; 34) vorgesehen ist und das in dem Kältemittel enthaltene Wasser sammelt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich net durch eine Kühleinrichtung (73) zum Kühlen des durch den Bypass (77, 76) strömenden Kältemittels.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle in der Nähe des Wassersammlers (83, 17) eine permeable Membran (88, 22) vorgesehen ist um das gesammelte Wasser aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Dampfpartialdruck auf der Innen- und der Außenseite der Membran an die Umgebung auszulassen.

4. Vorrichtung zur Entfernung von Wasser aus einem Kältemittel, dessen Wassersättigungskonzentration in der Gasphase niedriger als in der Flüssigphase ist, gekennzeichnet durch

- einen Bypasskanal (34) zum Umleiten eines Teils des durch ein Hauptrohr (7) eines Kühlkreislaufs strömenden Kältemittels,
- eine in dem Bypasskanal (34) angeordnete Expansionskammer (14) zur adiabatischen Expansion des durch das Bypasskanalwasser hindurchtretenden Kältemittels und
- einen in der Expansionskammer (14) angeordneten Wassersammler (83) zum Sammeln des abgeschiedenen Wassers.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Bypasskanal (34) zwischen der Auslaßseite eines Verdampfers (41) und der Einlaßseite eines Kompressors (43) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Bypasskanal (34) zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite eines Verdampfungsdruck-Regelventils (6) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Bypasskanal (34) zwischen der Auslaßseite eines Sammelgefäßes (3; 45) und der Einlaßseite eines Kompressors (1; 43) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypasskanal (34) zwischen der Auslaßseite eines Sammelgefäßes (3) und der Einlaßseite eines Verdampfers (5) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypasskanal (34) zwischen der Auslaßseite eines Expansionsventils (4) und der Einlaßseite eines Kompressors (1) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypasskanal (34) zwischen der Auslaßseite eines Expansionsventils (4) und der Einlaßseite eines Verdampfers (5) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, ge kennzeichnet durch ein Einlaßrohr (35) zum Einführen des Kältemittels in den Bypasskanal (34), wobei das Einlaßrohr auf der Einlaßseite des Bypasskanals an geordnet ist, so daß es in das Hauptrohr (7) vorspringt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, ge kennzeichnet durch ein Auslaßrohr (36) zur Erzeugung einer Bypass-Strömung aufgrund eines Ejektor- Effektes, wobei das Auslaßrohr auf der Auslaßseite des Bypasskanals angeordnet ist, so daß es in das Hauptrohr (7) vorspringt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, ge kennzeichnet durch eine Verengung (37) im Hauptrohr (7) auf der Auslaßseite des Bypasses (34) zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels und zum Erzeugen einer Bypass-Strömung aufgrund eines Venturi- Effektes.

14. Kühlsystem mit einer Vorrichtung zur Entfernung von Wasser aus einem geschlossenen Kältemittelkreislauf, wobei die Wassersättigungskonzentration des Kühlmittels in der Gasphase niedriger als in der Flüssigphase ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel in eine Expansionskammer (14) zur adiabatischen Expansion strömt und in der Expansionskammer ein Wassersammler (83) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung zur Entfernung von Wasser aus einem Kältemittel nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einrichtung (152) zum Abscheiden und Entfernen von im Kältemittel enthaltenen Schmieröl enthält und dazu ein Kältemittelbypass (77, 81, 86; 34) von einem Kältemittelkreislauf-Hauptkanal abzweigt, oder die Einrichtung im Bypass angeordnet ist.