JP2010133401A - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒としてテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンを用いるとともに樹脂部品をポリフェニレンサルファイド樹脂で形成した冷媒圧縮機が、高温環境下で使用されても潤滑油の劣化を抑えることができる冷媒圧縮機を提供する。
【解決手段】可変容量型圧縮機１０は、密閉されたハウジングＨ内に冷媒を圧縮する圧縮部Ｃを備えるとともにハウジングＨ内に潤滑油が貯留されている。可変容量型圧縮機１０で圧縮される冷媒としてテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンを用いるとともに、潤滑油としてポリアルキレングリコールを用いた。ハウジングＨ内に配設された逆止弁３２はポリフェニレンサルファイド樹脂によって形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉されたハウジング内に冷媒を圧縮する圧縮部を備えるとともにハウジング内に潤滑油が貯留される冷媒圧縮機に関する。

近年、地球環境保全の観点から冷凍サイクルの冷媒として、地球温暖化係数の低いテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンが用いられるようになっている（特許文献１参照）。しかし、これらテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンが冷媒圧縮機に搭載される樹脂部品を劣化させるものであると、冷媒として使用することが難しくなる。従前より冷媒圧縮機の樹脂部品はポリアミド樹脂（ＰＡ４６やＰＡ６６）によって形成されているが、これらポリアミド樹脂製の樹脂部品はテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンの雰囲気下では劣化（強度低下）してしまう。

また、近年では、冷媒圧縮機の使用環境が厳しくなってきており、１５０°Ｃを超えたような高温環境下で使用されることがある。ポリアミド樹脂製の樹脂部品は、１５０°Ｃを超えたような高温環境下で使用されると劣化してしまう。

そこで、ポリアミド樹脂より耐熱性の優れたポリフェニレンサルファイド樹脂によって形成した樹脂部品を用いることで（特許文献２参照）、１５０°Ｃを超えたような高温環境下で冷媒圧縮機が使用されても、樹脂部品の劣化を抑えることができる。

また、冷媒圧縮機には、冷媒圧縮機の摺動部における潤滑、密封、冷却等の役割を担う潤滑油（冷凍機油）が用いられている。この潤滑油としては、冷媒と相溶性を有するものでなければならず、上述した地球温暖化係数の低いテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンと相溶性を有する潤滑油としては、ポリオールエステル（ＰＯＥ）やポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）が用いられている（特許文献２参照）。

特表２００７−５３２７６７号公報 特開２００８−１１５２６６号公報

しかし、特許文献２のように、テトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンを冷媒として用い、ポリオールエステルを潤滑油として用い、さらに、樹脂部品がポリフェニレンサルファイド樹脂製の場合、冷媒圧縮機が１５０°Ｃを超えたような高温環境下で使用されると、ポリオールエステルの酸価が上昇して劣化してしまう。

本発明は、冷媒としてテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンを用いるとともに樹脂部品をポリフェニレンサルファイド樹脂で形成した冷媒圧縮機が、高温環境下で使用されても潤滑油の劣化を抑えることができる冷媒圧縮機を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、密閉されたハウジング内に冷媒を圧縮する圧縮部を備えるとともに前記ハウジング内に潤滑油が貯留される冷媒圧縮機において、前記冷媒としてテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンを用いるとともに、前記潤滑油としてポリアルキレングリコールを用い、さらに、前記ハウジング内に配設された樹脂部品をポリフェニレンサルファイド樹脂によって形成したことを要旨とする。

これによれば、冷媒として、地球温暖化係数の低いテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンを用いることで、地球環境保全に寄与することができるとともに、ハウジング内のポリフェニレンサルファイド樹脂製の樹脂部品が、冷媒によって劣化することが抑えられる。また、潤滑油としてポリアルキレングリコールは、テトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンと相溶性を有するため使用に関しては問題ない。さらに、樹脂部品が、耐熱性の優れたポリフェニレンサルファイド樹脂よりなるため、冷媒圧縮機が高温環境下で使用されても樹脂部品が劣化することが抑えられ、さらに、ハウジング内にポリフェニレンサルファイド樹脂が存在してもポリアルキレングリコールの酸価の上昇が抑えられ、潤滑油の劣化を防止することができる。なお、「高温環境」とは、樹脂部品がポリフェニレンサルファイド樹脂製であり、潤滑油が、テトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンと相溶性を有するポリオールエステルである場合に、ポリオールエステルの酸価を上昇させてしまう温度にある環境のことであり、例えば、１５０°Ｃを超えるような高温環境のことである。

本発明によれば、冷媒としてテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンを用いるとともに樹脂部品をポリフェニレンサルファイド樹脂で形成した冷媒圧縮機が、高温環境下で使用されても潤滑油の劣化を抑えることができる。

可変容量型圧縮機を示す縦断面図。 （ａ）は潤滑油と酸価の関係を示すグラフ、（ｂ）は温度変化に伴う潤滑油の酸価の変化を示すグラフ。 樹脂部品の厚さと強度の関係を示すグラフ。

以下、本発明の冷媒圧縮機を可変容量型圧縮機に具体化した一実施形態を図１〜図２に基づいて説明する。
図１に示すように、可変容量型圧縮機１０において、シリンダブロック１１の前端にはフロントハウジング１２が連結されている。また、シリンダブロック１１の後端にはリヤハウジング１３がバルブプレート１４、弁形成プレート１５，１６及びリテーナ形成プレート１７を介して連結されている。そして、シリンダブロック１１、フロントハウジング１２及びリヤハウジング１３によって、密閉された可変容量型圧縮機１０のハウジングＨが構成されている。

フロントハウジング１２とシリンダブロック１１とには回転軸１８がラジアルベアリング１９，２０を介して回転可能に支持されるとともに、フロントハウジング１２とシリンダブロック１１の間には制御圧室１２１が区画形成されている。この制御圧室１２１から外部へ突出する回転軸１８は、プーリ（図示略）及びベルト（図示略）を介して外部駆動源Ｅ（例えば車両エンジン）から駆動力を得る。回転軸１８には回転支持体２１が止着されている。また、回転軸１８には斜板２２が回転支持体２１に対向するように支持されるとともに、この斜板２２は、回転軸１８の軸方向へスライド可能かつ傾動可能に支持されている。

回転支持体２１に形成されたガイド孔２１１には斜板２２に設けられたガイドピン２３がスライド可能に嵌入されている。斜板２２は、ガイド孔２１１とガイドピン２３との連係により回転軸１８の軸方向へ傾動可能かつ回転軸１８と一体的に回転可能である。斜板２２の傾動は、ガイド孔２１１とガイドピン２３とのスライドガイド関係、及び回転軸１８のスライド支持作用により案内される。

シリンダブロック１１に貫設された複数のシリンダボア１１１内にはピストン２４が収容されている。斜板２２の回転運動は、シュー２５を介してピストン２４の前後往復運動に変換され、ピストン２４がシリンダボア１１１内を往復動する。リヤハウジング１３内には吸入室１３１及び吐出室１３２が区画形成されている。バルブプレート１４、弁形成プレート１６及びリテーナ形成プレート１７には吸入ポート２６が形成されており、バルブプレート１４及び弁形成プレート１５には吐出ポート２７が形成されている。弁形成プレート１５には吸入弁１５１が形成されており、弁形成プレート１６には吐出弁１６１が形成されている。吐出弁１６１は、リテーナ形成プレート１７上のリテーナ１７１に当接して開度規制される。

吸入室１３１内の冷媒は、回転軸１８の回転に伴うピストン２４の復動動作により吸入ポート２６から吸入弁１５１を押し退けて圧縮室１１２内へ流入する。圧縮室１１２内へ流入した冷媒は、回転軸１８の回転に伴うピストン２４の往動動作により吐出ポート２７から吐出弁１６１を押し退けて吐出室１３２へ吐出される。よって、本実施形態では、シリンダボア１１１（圧縮室１１２）、回転軸１８、斜板２２、及びピストン２４が圧縮部Ｃを構成するとともに、この圧縮部Ｃは密閉されたハウジングＨ内に設けられている。

制御圧室１２１と吸入室１３１とは、排出通路３４を介して連通されるとともに、制御圧室１２１と吐出室１３２とは、供給通路３３を介して連通されている。制御圧室１２１内の冷媒は、排出通路３４を介して吸入室１３１に排出されるとともに、吐出室１３２内の冷媒は、供給通路３３を介して制御圧室１２１に供給される。また、供給通路３３上には電磁式容量制御弁３５が組付けられている。

吸入室１３１と吐出室１３２とは、外部冷媒回路２８で接続されている。外部冷媒回路２８上には、冷媒から熱を奪うための熱交換器２９、膨張弁３０、及び周囲の熱を冷媒に移すための熱交換器３１が介在されている。吐出室１３２から外部冷媒回路２８に至る途中には、樹脂部品としての逆止弁３２が設けられている。逆止弁３２が開いているときには、吐出室１３２内の冷媒は、外部冷媒回路２８へ流出して吸入室１３１へ還流する。また、逆止弁３２を閉じることで外部冷媒回路２８から吐出室１３２への冷媒の流入を阻止している。

上記構成の可変容量型圧縮機１０によって圧縮される冷媒としては、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）、又はペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２２５）が用いられる。テトラフルオロプロペンとしては、具体的に２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）及びその立体異性体が用いられ、ペンタフルオロプロペンとしては、具体的に１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２２５ｙｅ）及びその立体異性体が用いられる。これらテトラフルオロプロペン及びペンタフルオロプロペンは、一位に二重結合を有する１−アルケンであり、プロペンのフッ化物である不飽和フッ化炭化水素化合物である。

また、密閉されたハウジングＨ内には潤滑油が貯留されるとともに、この潤滑油は、冷媒とともに外部冷媒回路２８と可変容量型圧縮機１０の間を循環し、可変容量型圧縮機１０の摺動部における潤滑、密封、冷却等の役割を担う。この潤滑油としては、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）が用いられる。ポリアルキレングリコールは、アルコール類にアルキレンオキサイド（エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド）を付加重合して合成されるものである。また、ポリアルキレングリコールは、分子にエーテル結合（−Ｏ−）を有するとともに、冷媒との相互溶解性（相溶性）が良い。また、ポリアルキレングリコールは、比較的引火点が高いという点、水溶性にすることができるという点、毒性が少ないという点、ゴムや金属を侵さないという点、重合度により低粘度から高粘度のものまで製造が可能であるという点、劣化時の固化残留物（スラッジ）が生成しないという点等の種々の長所を有している。

また、ハウジングＨ内の樹脂部品としての逆止弁３２は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂によって形成されている。ポリフェニレンサルファイド樹脂は、フェニル基（ベンゼン環）とイオウ（Ｓ）が交互に繰り返される分子構造を持った高性能エンジニアリング・プラスチックであり、耐熱性がきわめて高く、機械的強度、電気的特性、耐薬品性に優れている。

さて、冷媒として２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を用いた雰囲気下で、潤滑油としてのポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）とポリオールエステル（ＰＯＥ）にポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を混入し、１７５°Ｃで９０時間保持したときの各潤滑油の酸価を測定した。その測定結果を図２（ａ）のグラフに示す。なお、図２（ａ）のグラフの横軸に、冷媒及び潤滑油の種類を表示し、縦軸に酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）の値を示す。また、酸価とは、ポリアルキレングリコール又はポリオールエステルの、試料油１ｇに含まれる酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムのｍｇ数で表し、酸価が高いほど試料油の劣化を示す。

図２（ａ）に示すように、潤滑油としてポリアルキレングリコール及びポリオールエステルそれぞれにポリフェニレンサルファイド樹脂を混入させると、いずれの潤滑油であってもポリフェニレンサルファイド樹脂を混入させない場合に比して酸価が高くなった。しかし、ポリフェニレンサルファイド樹脂が混入していても、ポリアルキレングリコールにおいては、ポリオールエステルよりも酸価が非常に低くなった。

次に、冷媒として２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を用いた雰囲気下で、潤滑油としてのポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）とポリオールエステル（ＰＯＥ）それぞれにポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を混入し、各温度で９０時間保持したときの各潤滑油の酸価を測定した。その測定結果を図２（ｂ）のグラフに示す。なお、図２（ｂ）のグラフの横軸に試験温度（°Ｃ）を示し、縦軸に酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）の値を示す。

図２（ｂ）に示すように、ポリオールエステルにおいては、１５０°Ｃを超えると酸価が急激に上昇した。一方、ポリアルキレングリコールにおいては、温度が上昇しても酸価がほとんど変わらなかった。

よって、冷媒として２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を用い、樹脂部品をポリフェニレンサルファイド樹脂によって形成した場合、１５０°Ｃを超えたような高温環境下であっても、潤滑油としてポリアルキレングリコールを用いることで、潤滑油の劣化を抑えることができることが示された。

よって、冷媒としてテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンを用い、樹脂部品をポリフェニレンサルファイド樹脂で形成し、潤滑油としてポリアルキレングリコールを用いた可変容量型圧縮機１０は、ポリオールエステルの酸価を上昇させてしまう高温環境下で使用されてもポリアルキレングリコールの劣化が抑えられる。なお、可変容量型圧縮機１０が使用される高温環境は、１５０°Ｃを超えた高温環境であり、より具体的には１７５°Ｃを超えた高温環境のことである。

次に、冷媒として２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）を用いた雰囲気下で、潤滑油としてのポリアルキレングリコールに、様々な厚さ（０．４，１，１．５，２，３ｍｍ）のポリフェニレンサルファイド樹脂製の樹脂部品及びポリアミド樹脂（ＰＡ６６）製の樹脂部品を含浸させ、１５０℃で９０時間放置したときの各樹脂部品の強度を測定した。その測定結果を図３のグラフに示す。なお、図３のグラフの横軸に樹脂部品の厚さ（ｍｍ）を示し、縦軸に強度（ＭＰａ）を示す。

図３に示すように、ポリアミド樹脂製の樹脂部品は、厚さが２ｍｍを越えるまでは強度が低いことが示された。これは、ポリアミド樹脂が、上記冷媒の雰囲気下で高温環境下に長時間曝されると加水分解を生じて劣化してしまうとともに、冷媒の分解によって生じたフッ酸によっても劣化してしまうことから、厚さが薄ければ薄い程、樹脂部品の表面からの劣化の影響が大きくなり強度が低下してしまうためである。

一方、ポリフェニレンサルファイド樹脂製の樹脂部品は、厚さに関係なく一定の高い強度が得られることが示され、厚さ２ｍｍ以下の薄い樹脂部品であっても高い強度が得られることが示された。これは、ポリフェニレンサルファイド樹脂が、上記冷媒の雰囲気下で高温環境下に長時間曝されても劣化せず、また、耐フッ酸性が高く冷媒の分解によってフッ酸が生じても劣化しないためである。

よって、冷媒として２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）が用いられるとともに潤滑油としてのポリアルキレングリコールが用いられ、１５０℃を越えるような高温環境下であっても、ポリフェニレンサルファイド樹脂は劣化しない。このため、ポリフェニレンサルファイド樹脂で樹脂部品を作成する場合、劣化分を考慮して樹脂部品の厚さを厚く設定する必要が無くなる。その結果として、ポリフェニレンサルファイド樹脂本来の強度で樹脂部品の厚さを設定することができ、その厚さとして、ポリアミド樹脂では強度が得られない２ｍｍ以下の樹脂部品であっても高い強度を得ることができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）冷媒として、テトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンを用いるとともに、樹脂部品たる逆止弁３２をポリフェニレンサルファイド樹脂で形成した可変容量型圧縮機１０において、潤滑油としてポリアルキレングリコールを用いた。そして、可変容量型圧縮機１０が、例えば、１５０°Ｃを超えたような高温環境下で使用されてもポリフェニレンサルファイド樹脂の存在によって潤滑油が劣化することを抑えることができる。

（２）逆止弁３２をポリフェニレンサルファイド樹脂より形成した。このため、可変容量型圧縮機１０が高温環境下で使用され、かつ冷媒としてテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンが用いられても逆止弁３２が劣化することを抑えることができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 逆止弁３２以外にも、例えば、可変容量型圧縮機１０に用いられるフィルタや絞り弁等の樹脂部品をポリフェニレンサルファイド樹脂で形成してもよい。

○ 冷媒圧縮機として、圧縮部Ｃをピストン式に具体化したが、圧縮部Ｃをルーツ式、スクロール式、ベーン式等の別の形式に変更してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（１）前記冷媒圧縮機は、１５０°Ｃを超えた高温環境下で使用されるものである請求項１に記載の冷媒圧縮機。
（２）前記樹脂部品は、最も薄い部位での厚みが、０よりも大きく２ｍｍ以下で形成されている請求項１又は前記技術的思想（１）に記載の冷媒圧縮機。

Ｃ…圧縮部、Ｈ…ハウジング、１０…冷媒圧縮機としての可変容量型圧縮機、３２…樹脂部品としての逆止弁。

Claims (1)

1. 密閉されたハウジング内に冷媒を圧縮する圧縮部を備えるとともに前記ハウジング内に潤滑油が貯留される冷媒圧縮機において、
   前記冷媒としてテトラフルオロプロペン又はペンタフルオロプロペンを用いるとともに、前記潤滑油としてポリアルキレングリコールを用い、さらに、前記ハウジング内に配設された樹脂部品をポリフェニレンサルファイド樹脂によって形成したことを特徴とする冷媒圧縮機。

Images