(57)【要約】【課題】ＣＯ２ガスおよびＨＣ系ガスを冷媒として単独に使用した場合に生じる不具合を解消可能な混合冷媒、この混合冷媒を用いた長寿命の冷凍システム及びこの冷凍システムを採用した車両用空調装置を提供する。【解決手段】冷凍システムは、混合冷媒が循環する冷媒循環流路１４を有し、この混合冷媒は、ＣＯ２の主冷媒成分と炭化水素系の副冷媒成分とを含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２の主冷媒成分と炭化水素系の副冷媒成分とを含むことを特徴とする混合冷媒。
【請求項２】
空気中の濃度が０．１重量％又は４体積％以上に達したときに爆発下限値を有するべく、前記主及び副冷媒成分の混合比が設定されていることを特徴とする請求項１記載の混合冷媒。
【請求項３】
請求項１又は２記載の混合冷媒が循環する冷媒循環流路を有することを特徴とする冷凍システム。
【請求項４】
前記冷媒循環流路には、前記混合冷媒の流れ方向でみて圧縮機、ガスクーラ、膨張弁及び蒸発器が介挿されていることを特徴とする請求項３記載の冷凍システム。
【請求項５】
請求項４記載の冷凍システムを備えたことを特徴とする車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混合冷媒に関し、より詳しくは、地球温暖化係数の小さい２種の冷媒を混合した混合冷媒、この混合冷媒を用いた冷凍システム及びこの冷凍システムを採用した車両用空調装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年、地球環境への配慮から、地球温暖化係数の小さい冷媒を用いた冷凍システムの開発が進められている。具体的には、この種の冷媒としては、プロパンガスに代表されるＨＣ（炭化水素）系ガス及び自然系のＣＯ２（炭酸）ガス等があげられ、特許文献１が開示する冷凍システムは冷媒としてＣＯ２ガスを用いている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−８８３６４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、冷凍システムの作動時、圧縮機の潤滑油の一部が圧縮機から流出するが、この流出した潤滑油は冷媒とともに循環し、再び圧縮機に戻ってくるので、圧縮機における潤滑性は長期に亘り保持される。
しかしながら、特許文献１の冷凍システムの場合、ＣＯ２ガスからなる冷媒に対する圧縮機の潤滑油の溶解性が低く、作動時に圧縮機から流出した潤滑油が圧縮機に戻りづらいので、潤滑性の低下により圧縮機が故障しやすいという問題がある。
【０００５】
また、ＨＣ系ガスは強燃性を有するので、不燃性のＣＯ２ガスの冷媒を用いた場合に比べて、ＨＣ系ガスの冷媒を用いた冷凍システムは安全性が低いという問題がある。
本願発明は、上記した問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ＣＯ２ガスおよびＨＣ系ガスを冷媒として単独に使用した場合に生じる不具合を解消可能な混合冷媒、この混合冷媒を用いた長寿命の冷凍システム及びこの冷凍システムを採用した車両用空調装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明の混合冷媒は、ＣＯ２の主冷媒成分と炭化水素系の副冷媒成分とを含むことを特徴としている。
上記した構成によれば、主冷媒成分及び副冷媒成分の地球温暖化係数が小さいことから、混合冷媒は地球温暖化係数が小さく地球環境に優しい。また、この構成によれば、炭化水素系の副冷媒成分に対する圧縮機の潤滑油の溶解性が高いので、混合冷媒に対する潤滑油の溶解性も高い。その故、この混合冷媒を用いた冷凍システムにおいては、圧縮機から流出した潤滑油は副冷媒成分とともに循環し、再び圧縮機に戻るので、潤滑性の低下による圧縮機の故障が防止される。
【０００７】
請求項２の発明の混合冷媒は、空気中の濃度が０．１重量％又は４体積％以上に達したときに爆発下限値を有するべく、前記主及び副冷媒成分の混合比が設定されていることを特徴としている。
上記した構成によれば、混合冷媒に含まれる主冷媒成分は不燃性なので、副冷媒成分は単独では強燃性だけれども、主冷媒成分と副冷媒成分とを適当な比率で混合することで、混合冷媒は弱燃性となる。その故、この混合冷媒は取扱い上の安全性が高く、またこの混合冷媒を用いた冷凍システムにおいて、混合冷媒が漏出したとしても、漏出した混合冷媒により利用者に危険が生じる可能性は極めて低い。
【０００８】
上記した混合冷媒を用いる冷凍システムは、混合冷媒が循環する冷媒循環流路を有し（請求項３）、具体的な態様として、前記冷媒循環流路には、前記混合冷媒の流れ方向でみて圧縮機、ガスクーラ、膨張弁及び蒸発器が介挿される（請求項４）。またこの冷凍システムは車両用空調装置に採用される（請求項５）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、車両用空調装置を構成する一実施例の冷凍システム１０の概略を示し、冷凍システム１０は車室１２内を所望の設定温度にて冷房する。
冷凍システム１０は、混合冷媒を循環させる冷媒循環流路１４を有し、この循環流路１４はエンジンルーム１６から車室１２に亘って設置されている。
【００１０】
混合冷媒は、ＣＯ２（炭酸）ガスからなる主冷媒成分と、ＨＣ（炭化水素）系ガスからなる副冷媒成分との混合物である。ＨＣ系ガスは、例えば、イソブタンガス、ブタンガス、プロパンガス及びシクロプロパンガスのうちいずれか１つ又は２つ以上からなり、副冷媒成分は主冷媒成分に比べて凝縮温度が高い。また、ＣＯ２ガスの主冷媒成分は不燃性なので、ＨＣ系ガスの副冷媒成分自体は強燃性であるけれども、混合冷媒は、主及び副冷媒成分の混合比を適宜選択することで弱燃性となっている。
【００１１】
より詳しくは、混合冷媒は空気中での濃度が０．１重量％以上又は０．４体積％以上の濃さに達しないと、爆発しない混合ガス、つまり、前記濃度以上に爆発下限値を有する混合ガスであり、混合冷媒における主及び副冷媒成分の混合比は前記爆発下限値を確保すべく設定されている。なお、可燃性ガス冷媒が弱燃性であるか強燃性であるかについては、米国規格ＡＳＨＲＡＥ３４や、ＩＳＯ５１４９に規定されており、混合冷媒の弱燃性が前記の両規定からも担保されていることは、図２からも明かである。
【００１２】
エンジンルーム１６内の循環流路１４には圧縮機１８が介挿され、この圧縮機１８はエンジン２０の駆動力によって作動され、気相状態の混合冷媒を吸込ポートから吸い込んで圧縮し、そして、高温高圧ガス状態にして吐出ポートから循環流路１４の下流側に吐出する。つまり、圧縮機１８は、混合冷媒を圧縮しながら混合冷媒の流動を生成する。
【００１３】
そして、循環流路１４には、圧縮機１８の吐出ポート側、即ち混合冷媒の流動方向でみて下流側にガスクーラ２２が介挿され、ガスクーラ２２は送風ファン（図示せず）及び車両前方からの風を受けて、その内部を流れる混合冷媒を空冷する。このガスクーラ２２による空冷により、混合冷媒中の主及び副冷媒成分はそれぞれ冷却されるが、副冷媒成分は主冷媒成分よりも沸点（凝縮温度）が高いことから、副冷媒成分が選択的に凝縮する。
【００１４】
更に、循環流路１４にはガスクーラ２２の下流側に、膨張弁２４及び蒸発器２６がこの順序で介挿され、蒸発器２６は車室１２内、具体的にはインストルメントパネル内に配置されている。ガスクーラ２２からの高圧状態の混合冷媒は、膨張弁２４を通じて蒸発器２６に供給され、蒸発器２６内にて気化して低温低圧の気相状態となる。
【００１５】
蒸発器２６の下流側は、循環流路１４を介して圧縮機１８の吸込みポートに接続されており、気化した低温低圧ガス状態の混合冷媒は圧縮機１８に吸引される。
上記した構成の冷凍システム１０においては、その通常の冷房動作時、主及び副冷媒成分を含む混合冷媒が循環流路１４内を循環することで車室１２内が冷房される。
【００１６】
すなわち、エンジン２０により圧縮機１８が駆動されると、圧縮機１８で圧縮された高温高圧の混合冷媒はガスクーラ２２に流入して冷却され、この冷却により主冷媒成分よりも臨界温度（凝縮温度）が高い副冷媒成分が凝縮する。凝縮した副冷媒成分を含む混合冷媒は、ガスクーラ２２から膨張弁２４に向かって流出し、膨張弁２４を通じて湿り蒸気の状態となり、蒸発器２６内で気化する。
【００１７】
ここで、蒸発器２６内にて混合冷媒が気化すると、蒸発器２６の周囲の空気は気化熱を奪れて冷却される。蒸発器２６の近傍には、蒸発器２６を通じて車室１２内に向かう風を成形する冷却ファン（図示せず）が設けられ、蒸発器２６で冷却された空気がこの冷却ファンにより車室１２内に流れ、車室１２内が冷房される。
【００１８】
そして、蒸発器２６内で気化した混合冷媒は、吸込みポートを通じて圧縮機１８に吸込まれ、再び、ガスクーラ２２へと送られる。
上記した冷凍システム１０は、いずれも地球温暖化係数が小さいＣＯ２ガス（主冷媒成分）及びＨＣ系ガス（副冷媒成分）を含む混合冷媒を用いていることから、万一混合媒体が冷凍システム１０外に漏れたとしても環境に優しく、地球温暖化を促進することはない。
【００１９】
そしてその上、混合冷媒はＨＣ系ガス（副冷媒成分）を含むので、混合冷媒に対する圧縮機１８の潤滑油の溶解性が高く、圧縮機１８が保護されて冷凍システム１０は長寿命である。
冷凍システムの分野においては、一般に、圧縮機からその潤滑油の一部が流出して冷媒とともに循環流路内を循環し、再び圧縮機へと戻る。しかしながら、ＣＯ２ガスに対する潤滑油の溶解性は低く、ＣＯ２ガスのみを冷媒として用いた場合、流出した潤滑油が圧縮機に戻らず、潤滑性が低下して圧縮機が故障する虞がある。これに対し、冷凍システム１０の混合冷媒は、ＣＯ２ガス（主冷媒成分）に比べて潤滑油の溶解性が高いＨＣ系ガス（副冷媒成分）を含み、潤滑油の溶解性を確保しているので、圧縮機１８から流出した潤滑油は、たとえ膨張弁２４を通じて温度が低下しても、圧縮機１８に確実に戻ることができる。この結果、油切れによる圧縮機１８の故障が防止されるので、冷凍システム１０は長寿命である。
【００２０】
また、冷凍システム１０によれば、混合冷媒に含まれるＨＣ系ガスは単独では強燃性だけれども、ＨＣ系ガスと不燃性のＣＯ２ガスとを適当な比率で混合することで混合冷媒を弱燃性としているので、冷凍システム１０のいずれかの箇所から混合冷媒が漏出したとしても、漏出した混合冷媒により乗員に危険が生じる可能性は極めて低い。
【００２１】
本発明は上記した実施形態に限定されることはなく、種々変形が可能であって、例えば、冷凍システム１０は一段圧縮冷凍システムであったが、多段冷凍システム、カスケード冷凍システム又は二元冷凍システムであってもよく、また、車両用空調装置以外にも、冷蔵庫や家庭用若しくは業務用空調装置等の各種冷凍システムに適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の混合冷媒は、地球環境に優しいばかりでなく、自身を用いた冷凍システムにおける圧縮機の故障を防止し、この冷凍システムの寿命を伸ばすという効果も発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の冷凍システムの概略構成を示した図である。
【図２】米国規格ＡＳＨＲＡＥ３４及びＩＳＯ５１４９に基づく各種冷媒の弱燃性及び強燃性の区分を示す図である。
【符号の説明】
１４  冷媒循環流路
１８  圧縮機
２２  ガスクーラ
２４  膨張弁
２６  蒸発器
【図１】
2005029691.tif 000003
【図２】
2005029691.tif 000004