(57)【要約】【課題】長期間の使用時にも優れた冷凍作用を発揮可能な冷凍サイクルを提供する。【解決手段】本発明の冷凍サイクルは、少なくとも圧縮機１００、凝縮器３００、膨張弁４００及び蒸発器５００並びにこれらを連絡する配管６００を備え、冷媒及び冷凍機油を含む流体を循環させる。圧縮機１００の駆動軸１３は鉄系材料から形成され、駆動軸１３と斜板１７の挿通部との接触部分に特定摺動部が形成されている。流体はイオウを含むゴム材料と特定摺動部と腐食防止剤とに接触する。腐食防止剤は摺動部１４、２１ａ、２１ｂを除く部位に配置され、Ｆｅ及び腐食防止剤はイオウと化合する反応時の生成ギブスエネルギー値が負であり、腐食防止剤の生成ギブスエネルギー値の絶対値はＦｅの生成ギブスエネルギー値の絶対値よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器並びにこれらを連絡する配管を備え、冷媒及び冷凍機油を含む流体を循環させる冷凍サイクルにおいて、
前記圧縮機は摺動部を有し、該摺動部は特定金属からなる特定摺動部を含み、前記流体が、イオウを含むゴム材料と、該摺動部とに接触するように構成され、
前記圧縮機には、前記特定金属の腐食を防止する腐食防止剤が前記摺動部を除く部位に配置され、前記特定金属及び該腐食防止剤はイオウと化合する反応時の生成ギブスエネルギー値が負であり、該腐食防止剤の生成ギブスエネルギー値の絶対値は該特定金属の生成ギブスエネルギー値の絶対値よりも小さいことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
前記腐食防止剤は、高温域に設けられている請求項１記載の冷凍サイクル。
【請求項３】
前記腐食防止剤は、前記流体を透過させるフィルタ中に保持されている請求項１又は２記載の冷凍サイクル。
【請求項４】
前記腐食防止剤は、前記圧縮機内に層状に形成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載の冷凍サイクル。
【請求項５】
前記特定金属はＦｅ又はＦｅ系金属からなり、前記腐食防止剤はＣｕ又はＣｕ系材料である請求項１乃至４のいずれか１項記載の冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクルは、少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器並びにこれらを連絡する配管を備えている。この冷凍サイクルに冷媒及び冷凍機油を含む流体を循環させることにより、車両用空調装置で冷凍作用を生じることとなる。
【０００３】
この冷凍サイクルに用いられる圧縮機の流体には、冷媒及び冷凍機油の他、フェノール系やアミン系の酸化防止剤、酸捕捉剤、減圧剤、安定剤等の添加剤が含有される（特許文献１、２）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１２９２５０号公報
【特許文献２】特開２００６−３１６１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、発明者らの試験結果によれば、上記冷凍サイクルにおいて、長期間の使用により圧縮機の摺動部に腐食を生じる場合がある。この場合、圧縮機に振動、異音を生じる等、冷凍サイクルの好ましい冷凍作用が損なわれることとなる。
【０００６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、長期間の使用時にも優れた冷凍作用を発揮可能な冷凍サイクルを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。そして、発明者らは、冷凍サイクルにゴム材料が用いられている場合に圧縮機の特定摺動部に腐食が生じやすいことを発見した。冷凍サイクルには、圧縮機内、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器と配管との接続部分、配管と配管との接続部分にゴム材料が用いられる場合があるが、それらのゴム材料は加硫のためにイオウを含むことが多い。発明者らは、そのようなゴム材料に流体が接触すると、流体中にラジカル化したイオウであるイオウラジカルが存在することになることを知見した。流体中のイオウラジカルは、特定金属が圧縮機の特定摺動部を構成している場合、特定金属がイオウと化合する反応時の生成ギブスエネルギー値が負であれば、特定金属と接触することにより、硫化物を生成する。こうして、生成された硫化物は特定金属より柔らかいため、特定摺動部の腐食に起因する摩耗が大きくなるのである。こうして、発明者らは以下の本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明の冷凍サイクルは、少なくとも圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器並びにこれらを連絡する配管を備え、冷媒及び冷凍機油を含む流体を循環させる冷凍サイクルにおいて、
前記圧縮機は摺動部を有し、該摺動部は特定金属からなる特定摺動部を含み、前記流体が、イオウを含むゴム材料と、該摺動部とに接触するように構成され、
前記圧縮機には、前記特定金属の腐食を防止する腐食防止剤が前記摺動部を除く部位に配置され、前記特定金属及び該腐食防止剤はイオウと化合する反応時の生成ギブスエネルギー値が負であり、該腐食防止剤の生成ギブスエネルギー値の絶対値は該特定金属の生成ギブスエネルギー値の絶対値よりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
主な硫化物の２９８．１５Ｋ、１ａｔｍ（１０１３２５Ｐａ）の標準状態における生成ギブスエネルギー値ΔＧ（ｋＪ／ｍｏｌ）を表１に示す（出典：（株）丸善、電気化学協会出版「電気化学便覧（第４版）」第２６〜４１頁）。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
本発明に係る腐食防止剤は、特定金属と同様、イオウと化合する反応時の生成ギブスエネルギー値が負であり、イオウと接触することにより、硫化物を生成する。また、この腐食防止剤は、生成ギブスエネルギー値の絶対値が特定金属の生成ギブスエネルギー値の絶対値よりも小さい。このため、腐食防止剤が流体中のイオウラジカルと化合して硫化物となる反応は、特定金属がイオウラジカルと化合して硫化物となる反応よりも安定して生じる。換言すれば、腐食防止剤が特定金属よりも先にイオウラジカルを捕捉する。また、腐食防止剤は摺動部を除く部位に配置されるので、摺動部自体の耐摩耗性を低下させることもない。
【００１２】
例えば、Ｆｅ系金属からなる特定摺動部が採用されている場合、表１によれば、ＦｅがＦｅＳになる際の生成ギブスエネルギー値は−１００．４ｋＪ／ｍｏｌである。一方、ＣｕがＣｕＳになる際の生成ギブスエネルギー値は−５３．６ｋＪ／ｍｏｌである。生成ギブスエネルギー値は、負であれば、化合物を生じるが、その絶対値が小さい程反応性が高いことを示し、その絶対値が大きい程反応性が低いことを示すから、ＦｅよりＣｕの方がＳと反応し易い。このため、流体がＣｕに接触するように構成すれば、Ｆｅ系金属からなる特定摺動部に硫化物を生じ難い。このため、本発明の冷凍サイクルでは、ゴム材料のイオウに起因する摺動部の腐食に起因する摩耗が抑制される。
【００１３】
したがって、本発明の冷凍サイクルによれば、長期間の使用時にも優れた冷凍作用を発揮可能である。
【００１４】
冷媒は、炭酸ガス冷媒、炭化水素系冷媒、アンモニア系冷媒、フロン系冷媒等であり得る。冷凍機油はナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油、アルキルベンゼン系合成油等であり得る。圧縮機の特定摺動部は、Ｆｅ系金属等からなるものである。めっき、溶射、焼結等を問わない。例えば、斜板式圧縮機の駆動軸、ラグプレートや斜板、種々の圧縮機の容量制御弁の弁体等が相当する。イオウを含むゴム材料は、圧縮機内、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器と配管との接続部分、配管と配管との接続部分に用いられ得る。
【００１５】
発明者らの知見によれば、腐食防止剤は、高温域に設けられていることが好ましい。高温の方が腐食防止剤とイオウラジカルとが高い反応率で反応するからである。例えば、圧縮機の吐出ガスの流路、クランク室内等に腐食防止剤を設けることが好ましい。具体的に言えば、高温域とは冷凍サイクルの運転時に１００°Ｃ以上になる領域である。
【００１６】
腐食防止剤は、流体を透過させるフィルタ中に保持されていることが可能である。これにより、腐食防止剤を容易に流体に接触させることが可能である。この手段は、めっき等により部材の表面に形成し難い腐食防止剤を用いる場合に有効である。
【００１７】
また、腐食防止剤は、圧縮機内における摺動部を除く部位に層状に形成されていることも可能である。圧縮機には流体を貯留する部屋が形成されており、そのような部屋に摺動部の他、摺動部を除く部位が存在し得る。このため、この場合には、摺動部に近い部位で腐食防止剤を容易に流体に接触させることが可能である。この手段は、めっき等により部材の表面に形成し易い腐食防止剤を用いる場合に有効である。
【００１８】
発明者らの知見及び試験結果によれば、Ｆｅ系金属からなる摺動部が採用されている場合には、Ｃｕの他、この酸化物であるＣｕＯ、水酸化物、真鍮、青銅等のＣｕ系材料を腐食防止剤として採用することができる。Ｃｕはめっきによって部材の表面に設けられ得る。
【００１９】
また、発明者らの知見及び試験結果によれば、Ａｇ、Ｈｇ等又はこれらの化合物を腐食防止剤として採用することもできる。
【００２０】
さらに、発明者らの知見によれば、Ｃｏ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ等又はこれらの化合物を腐食防止剤として採用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例１〜４を図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００２２】
実施例１の冷凍サイクルは、図１に示すように、圧縮機１００と、逆止弁２００と、凝縮器３００と、膨張弁４００と、蒸発器５００と、これらを連絡する配管６００とからなり、車両用空調装置を構成している。圧縮機１００、逆止弁２００、凝縮器３００、膨張弁４００及び蒸発器５００と配管６００との接続部分や配管６００同士の接続部分にはゴム材料が用いられている。
【００２３】
圧縮機１００では、シリンダブロック１とフロントハウジング２とリヤハウジング３とによりハウジングが構成されており、シリンダブロック１には鉄系金属からなる駆動軸１３の軸線と平行に延びるシリンダボア１ａが複数個貫設されている。なお、図１において、左方を圧縮機の前方とし、右方を圧縮機の後方とする。
【００２４】
リヤハウジング３には弁ユニット４を介して各シリンダボア１ａと連通する吸入室５及び吐出室６が形成されている。また、フロントハウジング２とシリンダブロック１とによりクランク室７が形成され、フロントハウジング２とシリンダブロック１とには軸孔２ａ、１ｂが形成されている。軸孔２ａにはラジアル軸受８及び軸封装置９が設けられている。軸封装置９にはゴム材料が用いられている。また、軸孔１ｂにはラジアル軸受１０及びスラスト軸受１１が設けられ、スラスト軸受１１と弁ユニット４との間には押圧ばね１２が設けられている。駆動軸１３は、一端がフロントハウジング２から突出した状態でこれらラジアル軸受８等により回転可能に支承されている。駆動軸１３には図示しないプーリや電磁クラッチが接続されており、駆動軸１３はこれらによって回転駆動されるようになっている。また、各シリンダボア１ａ内にはピストン１４が往復動可能に収納されており、各ピストン１４はそれぞれシリンダボア１ａ内に圧縮室を形成している。
【００２５】
クランク室７内では駆動軸１３にラグプレート１５が固定されており、ラグプレート１５とフロントハウジング２との間にはスラスト軸受１６が設けられている。また、駆動軸１３には、駆動軸１３に対して軸直角の仮想面となす傾斜角が変更可能な斜板１７が挿通されている。ラグプレート１５と斜板１７との間にはリンク機構１８が設けられているとともに、ラグプレート１５と斜板１７とを離れる方向に付勢する押圧ばね１９が設けられている。また、斜板１７の後方には復帰ばね２０が設けられている。
【００２６】
また、斜板１７と各ピストン１４との間には、シュー２１ａ、２１ｂが設けられている。シュー２１ａは斜板１７の前面とピストン１４の前側の座面との間に設けられ、シュー２１ｂは斜板１７の後面とピストン１４の後側の座面との間に設けられている。各シュー２１ａ、２１ｂは略半球状をなしており、アルミニウム系合金からなる
【００２７】
また、リヤハウジング３には容量制御弁２２が収納されている。容量制御弁２２は、検知通路３ａにより吸入室５に連通し、給気通路３ｂにより吐出室６とクランク室７とを連通させている。容量制御弁２２は、吸入室５の圧力を検知することにより、給気通路３ｂの開度を変更し、圧縮機の吐出容量を変更している。また、クランク室７と吸入室５とは抽気通路１ｃによって連通している。
【００２８】
リヤハウジング３には、図２にも示すように、略円柱状をなす油分離室２３が形成され、油分離室２３には筒状をなす筒部２３ａが下方に突出されている。吐出室６と油分離室２３とは吐出通路６ａによって連通されており、吐出通路６ａは油分離室２３内で筒部２３ａの上部に対面している。筒部２３ａ内は吐出口２３ｂとされている。油分離室２３の底部には吸入室５に連通する油戻し通路２３ｃが形成されている。実施例１の冷凍サイクルでは、シリンダボア１ａとピストン１４との接触部分、フロントハウジング２とピストン１４との接触部分、駆動軸１３と斜板１７の挿通部との接触部分、ピストン１４とシュー２１ａ，２１ｂとの接触部分、斜板１７とシュー２１ａ，２１ｂとの接触部分、ラグプレート１５と斜板１７との接触部分、及び容量制御弁２２の弁体が摺動部として挙げられ、これらの中で駆動軸１３と斜板１７の挿通部との接触部分を特定摺動部としている。
【００２９】
また、この圧縮機１００の特徴的な構成として、油分離室２３の底部には袋状のフィルタ２４が設けられている。フィルタ２４内には、図３に示すように、粉末状の腐食防止剤２５が収納されている。この実施例では、Ｃｕを腐食防止剤２５として用いている。
【００３０】
図１及び図２に示すように、吐出口２３ｂは配管６００を経て逆止弁２００が接続され、吸入室５は配管６００を経て蒸発器５００が接続されている。
【００３１】
上記のように構成された冷凍サイクルでは、エンジンによって圧縮機１００の駆動軸１３が回転駆動されれば、ラグプレート１５が同期回転し、斜板１７は同期回転しながら揺動運動する。斜板１７の揺動運動はシュー２１ａ、２１ｂによってピストン１４の往復動に変換される。これにより、圧縮室が容積変化をする。
【００３２】
このため、吸入室５内の冷媒及び冷凍機油を含む流体は圧縮室内に吸入されて圧縮された後、吐出室６内に吐出される。吐出室６内の流体は吐出通路６ａを経て油分離室２３内の筒部２３ａに衝突しながら旋回し、遠心力によって冷凍機油の多くが分離される。分離された冷凍機油は油分離室２３の底部から油戻し通路２３ｃを経て吸入室５に還流される。流体から冷凍機油の多くが分離された冷媒は、吐出口２３ｂから逆止弁２００を経て凝縮器３００に供給される。凝縮器３００に供給された冷媒は、膨張弁４００、蒸発器５００を経て圧縮機１００の吸入室５に還流される。
【００３３】
吸入室５内の冷凍機油は、冷媒等とともに、弁ユニット４を経てシリンダボア１ａとピストン１４との間に供給され、ここを潤滑しながらクランク室７に貯留される。クランク室７内の流体は抽気通路１ｃ等を経て吸入室５に移動する。容量制御弁２２がクランク室７内の圧力を変更すれば、リンク機構１８は、斜板１７の傾角変動をラグプレート１５に対して許容し、圧縮機の吐出容量が変更される。こうして車両用空調装置が車室内の空調を行うこととなる。
【００３４】
この間、流体は軸封装置９等のゴム材料に接触する。このため、流体中にはイオウラジカルが存在することになる。また、流体は駆動軸１３と斜板１７の挿通部との間の特定摺動部に接触する。駆動軸１３のＦｅはイオウと化合する反応時の生成ギブスエネルギー値が負である。ところが、この冷凍サイクルでは、腐食防止剤２５であるＣｕが負の生成ギブスエネルギー値を有しており、かつその絶対値がＦｅの生成ギブスエネルギー値の絶対値よりも小さい。特に、この冷凍サイクルでは、腐食防止剤２５が吐出ガスの流路である油分離室２３という高温域に設けられているため、腐食防止剤２５とイオウラジカルとが高い反応率で反応する。また、この冷凍サイクルでは、腐食防止剤２５が流体を透過させるフィルタ２４中に保持されているため、腐食防止剤２５を容易に流体に接触させることが可能である。このため、腐食防止剤２５が流体中のイオウラジカルと化合して硫化物となる反応は、Ｆｅがイオウラジカルと化合して硫化物となる反応よりも安定して生じる。換言すれば、腐食防止剤２５がＦｅよりも先にイオウラジカルを捕捉する。
【００３５】
このため、この冷凍サイクルでは、駆動軸１３の表面に硫化物を生じ難く、その腐食に起因する摩耗が抑制される。したがって、この冷凍サイクルによれば、長期間の使用時にも優れた冷凍作用を発揮可能である。
【００３６】
（試験）
図４に示すように、密閉容器３０及び捕捉金属３１を用意した。捕捉金属３１はＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇの各種金属を上記フィルタ２４と同様に形成したものである。また、基準流体３２として、２０質量％の冷媒と、８０質量％の冷凍機油とを用意した。冷媒はＲ１３４ａであり、冷凍機油はＰＡＧ（ポリオキシアルキレングリコール  polyoxyalkyleneglycol）に１００ｐｐｍの無機イオウを添加したものである。
【００３７】
密閉容器３０内に捕捉金属３１及び基準流体３２とを入れ、１７５°Ｃ×２０時間の条件で捕捉金属３１を耐久試験に供した。耐久試験後の捕捉金属３１に残留するイオウ量（質量％）をＥＤＸ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置）により分析し、捕捉金属３１からのイオウの検出量より捕捉金属３１の腐食防止剤への適性を評価した。結果を表２に示す。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
表２から明らかなように、鉄系金属からなる特定摺動部が採用されている場合、イオウと化合する反応時の生成ギブスエネルギー値の絶対値がＦｅのそれより大きな捕捉金属３１であるＡｌはＦｅよりもイオウの検出量が少なく腐食防止剤として相応しくなく、生成ギブスエネルギー値の絶対値がＦｅのそれより小さな捕捉金属３１であるＣｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇが、Ｆｅよりもイオウの検出量が多く腐食防止剤として相応しいことがわかる。従って上記試験結果より、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ等又はその化合物からなる腐食防止剤はＦｅよりも先にイオウラジカルを捕捉するものと考えられる。
【実施例２】
【００４０】
実施例２の冷凍サイクルは、腐食防止剤２５を保持したフィルタ２４ではなく、図５に示すように、圧縮機１００のラグプレート１５として、摺動部を除く部位にＣｕからなるめっき層１５ａを形成したものを採用している。Ｃｕが腐食防止剤である。他の構成は実施例１の冷凍サイクルと同様である。
【００４１】
この冷凍サイクルでは、クランク室７内に貯留された流体がラグプレート１５のめっき層１５ａと接触し、Ｆｅよりも先にイオウラジカルを捕捉する。他の作用効果は実施例１と同様である。
【実施例３】
【００４２】
実施例３の冷凍サイクルは、図６に示すように、油分離室２３の筒部２３の外周面にＣｕからなるめっき層２３ｄを形成している。Ｃｕが腐食防止剤である。他の構成は実施例１の冷凍サイクルと同様である。この冷凍サイクルによっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【実施例４】
【００４３】
実施例４の冷凍サイクルは、図７に示すように、圧縮機１００と凝縮器３００との間に腐食防止装置３５を設けている。腐食防止装置３５内には、実施例１とは異なり、腐食防止剤で構成された網目状のフィルタが設けられている。なお、符号７００はリザーバタンクであり、符号８００はエンジンである。他の構成は実施例１の冷凍サイクルと同様である。この冷凍サイクルによっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００４４】
以上において、本発明を実施例１〜４に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜４に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００４５】
例えば、本発明はＣｕ系金属、Ｓｎ系金属、Ｎｉ系金属等からなる特定摺動部に対しても同様の作用を発揮する。また、実施例１〜４で用いた他の腐食防止剤であっても、本発明の効果を奏することができる。
【００４６】
また、本発明は、駆動軸と斜板の挿通部との間の接触部分からなる特定摺動部だけではなく、シューと斜板との間等、他の摺動部に適用可能である。さらに、本発明は、斜板式圧縮機の摺動部だけでなく、ベーン型圧縮機、スクロール型圧縮機等の摺動部に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は車両用空調装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１の冷凍サイクルに係り、圧縮機の断面図である。
【図２】実施例１の圧縮機の要部拡大断面図である。
【図３】実施例１のフィルタの要部拡大断面図である。
【図４】試験の様子を示す模式断面図である。
【図５】実施例２の冷凍サイクルに係り、圧縮機の要部拡大断面図である。
【図６】実施例３の冷凍サイクルに係り、圧縮機の要部拡大断面図である。
【図７】実施例４の冷凍サイクルの模式構成図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００…圧縮機
３００…凝縮器
４００…膨張弁
５００…蒸発器
６００…配管
１４、２１ａ、２１ｂ…摺動部（１４…ピストン、２１ａ、２１ｂ…シュー）
２５、１５ａ、２３ｄ…腐食防止剤（１５ａ、２３ｄ…めっき層）
２４…フィルタ
３５…腐食防止装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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