JPH09210513A

JPH09210513A - 冷凍サイクル

Info

Publication number: JPH09210513A
Application number: JP2143196A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Kawashima; 伸介川嶋; Shiyougo Usa; 将吾宇佐
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1997-08-12

Abstract

(57)【要約】【課題】圧縮機の潤滑油が、熱交換部分のチューブや
冷媒配管の内壁面に付着するのをコスト安に防止する。【解決手段】凝縮器３および蒸発器５の冷媒用チュー
ブ３ａ、５ａと、圧縮機２の吸入側に配される第４冷媒
配管９との内壁面に、撥油性材料からなる撥油膜１０が
形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒とともに圧縮
機の潤滑油が循環する冷凍サイクルに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、車両用空調装置の冷凍サイクル
は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器を順次接続
した、密閉された冷媒通路を備えており、この冷媒通路
に冷媒を循環させて、蒸発器において車室内空気から潜
熱を吸収して、車室内空気の冷却を行うものである。そ
して、圧縮機を潤滑するための潤滑油が、圧縮機から冷
媒と一緒に凝縮器側に吐出されて、冷凍サイクル中を循
環している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、潤滑油は粘
性が大きいので、圧縮機から吐出された潤滑油は、凝縮
器および蒸発器のチューブの内壁面や、圧縮機、凝縮
器、膨張弁、および蒸発器をそれぞれ接続する冷媒配管
の内壁面に、この潤滑油が付着してしまう。この結果、
熱交換部分のチューブの熱伝達係数が低下したり、熱交
換部分のチューブ内や冷媒配管内に圧力損失が生じるた
め、この冷凍サイクルの冷却能力が低下する、という問
題がある。

【０００４】これに対して、従来、実開昭６２−８０１
６４号公報では、凝縮器の中下流域にオイルセパレータ
を設け、このオイルセパレータにて、冷媒と潤滑油とを
分離し、分離された潤滑油を圧縮機へ戻すようにしてい
る。これにより、冷媒と一緒に吐出される潤滑油の量を
減らして、熱交換部分のチューブおよび冷媒配管の内壁
面に付着する潤滑油の量を低減し、冷凍サイクルの冷却
能力の低下を防止している。

【０００５】ところが、この従来技術では、冷凍サイク
ルを車両等に搭載するに際して、このオイルセパレータ
の設置場所を確保しなければならないため、この冷凍サ
イクルの重量および体積が増加し、コスト高を招いてし
まう。本発明は上記点に鑑みてなされたもので、圧縮機
の潤滑油が、熱交換部分のチューブや冷媒配管の内壁面
に付着するのをコスト安に防止することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１ないし３に記載の発明では、冷媒通路（１
ａ）の内壁面に、撥油性材料からなる撥油膜（１０）が
形成されていることを特徴としている。上記構成によれ
ば、撥油膜（１０）により冷媒通路（１ａ）の内壁面に
撥油性が備えられるので、冷媒通路（１ａ）内を循環す
る圧縮機（２）の潤滑油が、冷媒通路（１ａ）の内壁面
に付着するのを防止できる。これにより、冷媒通路（１
ａ）内の圧力損失の増加が防止されるので、実質的な冷
媒循環量を向上することができ、冷凍サイクル（１）の
冷却能力を向上することができる。

【０００７】また、圧縮機（２）が焼きつきを起こさな
いのに必要な潤滑油の量を、上記内壁面に付着する分だ
け低減することができ、潤滑油コストを低減できる。ま
た、冷媒通路（１ａ）の内壁面に撥油膜（１０）を形成
するだけなので、従来技術のような、特別な設置場所を
とるオイルセパレータを必要とすることはなく、コスト
安に潤滑油の付着を防止できる。

【０００８】また、請求項２に記載の発明では、圧縮機
（２）の吸入側の冷媒通路（９）の内壁面に撥油膜（１
０）を形成することを特徴としている。ここで、圧縮機
（２）の吸入側の冷媒通路（９）は、低圧の気体冷媒が
流れており、このような気体冷媒の流れる冷媒通路
（９）に、圧縮機（２）の潤滑油が付着した場合の圧力
損失は、液冷媒の流れる冷媒通路（７）に潤滑油が付着
した場合に比べて大きい。そして、冷凍サイクル（１）
における冷媒の循環量は、圧縮機（２）の吐出量と、圧
縮機（２）吸入側の冷媒の密度との積で表され、上記圧
力損失は、この冷媒の密度に影響するものである。

【０００９】これに対して、請求項２記載の発明によれ
ば、圧縮機（２）の吸入側の冷媒通路（９）内壁への潤
滑油の付着を防止することにより、潤滑油の付着による
比較的大きな圧力損失を効果的に低減できる。この結
果、圧縮機（２）の吸入圧の低下を阻止できるので、圧
縮機（２）に吸入される冷媒の密度の減少を防止でき、
冷媒の循環量の低下を防止できる。従って、上記潤滑油
の付着量を低減することで、冷凍サイクル（１）の冷却
能力を向上することができる。

【００１０】また、請求項３に記載の発明では、凝縮器
（３）および蒸発器（５）を構成する冷媒通路（３ａ、
５ａ）の少なくとも一方の内壁面に、撥油膜（１０）を
形成することにより、熱交換部分である冷媒通路（３
ａ、５ａ）の内壁面への潤滑油の付着を防止して、熱伝
達係数の低下を防止している。よって、凝縮器（３）お
よび蒸発器（５）の少なくとも一方の熱交換効率を向上
することができ、ひいては、冷凍サイクル（１）の冷却
能力の向上を図ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１に示すように、車両用空調装置
の冷凍サイクル１は、圧縮機２、凝縮器３（室外熱交換
器）、膨張弁（減圧手段）４、および蒸発器（室内熱交
換器）５を順次接続した、密閉された冷媒通路１ａを備
えており、この冷媒通路１ａに冷媒を循環させて、蒸発
器５にて車室内空気から潜熱を吸収して、車室内の冷却
を行うものである。そして、圧縮機２を潤滑に作動させ
るための潤滑油が、圧縮機２から冷媒と一緒に吐出され
て、冷凍サイクル１の冷媒通路１ａ中を循環している。

【００１２】蒸発器５は、図２（ａ）に示すように、冷
媒が流れる複数のチューブ５ａと、このチューブ５ａの
周囲に備えられ、熱交換を促進する複数のフィン５ｂと
からなる。このチューブ５ａは、熱伝導性に優れた耐食
金属材料、例えば銅からなり、図２（ｂ）に示すよう
な、断面円筒形状である。そして、この凝縮器５の冷媒
入口パイプ５ｃに、複数のチューブ５ａが接続され、こ
のチューブ５ａが、複数のフィン５ｂにて構成される熱
交換部５ｄを蛇行し、冷媒出口パイプ５ｅにそれぞれ接
続されている。なお、凝縮器３も、蒸発器５と同じよう
な構造をしている。

【００１３】そして、蒸発器５の組付方法としては、複
数の長いＵ字状チューブに、複数のフィン５ｂを串刺し
状に配設し、ある長いＵ字状チューブの一端と、このチ
ューブに隣接する長いＵ字状チューブの一端とを、短い
Ｕ字状チューブで連結する。なお、長いＵ字状チューブ
と短いＵ字状チューブとはろう付け固定される。また、
圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４、および蒸発器５は、そ
れぞれ第１、第２、第３、第４冷媒配管６、７、８、９
にて接続されている。これら第１、第２、第３、第４冷
媒配管６、７、８、９は、熱伝導性に優れた耐食金属材
料、例えば銅からなる。ここで、チューブ３ａ、５ａ、
および第１、第２、第３、第４冷媒配管６、７、８、９
は、冷媒通路１ａを構成している。

【００１４】そして、冷媒は、圧縮機１で圧縮されて、
高温高圧の過熱蒸気となって第１冷媒配管６内を流れ、
凝縮器３において凝縮されて、高圧の過冷却液となって
第２冷媒配管７内を流れ、膨張弁４にて膨張して、低温
低圧の飽和液（霧状）となって第３冷媒配管８内を流
れ、蒸発器５にて蒸発して、低圧の過熱蒸気となって第
４冷媒配管９内を流れる。

【００１５】そして、本実施形態では、熱交換部分の冷
媒通路であるチューブ３ａ、５ａと、低圧の気体冷媒が
流れ、圧縮機２の吸入側の冷媒通路である第４冷媒配管
９との内壁面に、撥油性材料からなる撥油膜１０が形成
されている。この撥油性材料としては、圧縮機２の潤滑
油よりも表面張力の小さい材料が用いられ、例えば、シ
リコン系樹脂（−ＣＨ₃基系）、フッ素系樹脂（−ＣＦ
₃基系、−ＣＦ₂基系）等が用いられ、この撥油膜１０
の膜厚は非常に小さく、例えば約０．５〜１．５μｍで
あり、耐熱温度は、約２５０〜３００℃である。

【００１６】そして、撥油膜１０の形成方法としては、
まず、撥油性材料を溶かした溶剤に、チューブ３ａ、５
ａの上記Ｕ字状チューブまたは第４冷媒配管９を浸漬し
て、上記Ｕ字状チューブまたは第４冷媒配管９の表面全
面に溶剤を塗布し、その後、約１５０℃で、数時間加熱
することにより、撥油性材料を加熱硬化して、上記Ｕ字
状チューブまたは第４冷媒配管９の表面全面に撥油膜１
０を形成する。なお、Ｕ字状チューブに撥油膜１０を形
成した後、凝縮器３および蒸発器５の組付けを上記組付
方法に従って行っている。

【００１７】以下に、冷媒通路１ａに撥油膜１０を形成
しない場合（従来品）と、冷媒通路１ａに撥油膜１０を
形成した場合（本発明品）との比較実験を行った結果に
ついて説明する。この実験では、銅製の板（２０ｍｍ×
５０ｍｍ）を用意し、従来品としては、この銅製の板そ
のものを用い、発明品としては、この銅製の板の表面に
撥油膜を形成したものを用いた。この撥油膜の材料とし
ては、シリコン系の撥油性材料を用い、膜厚は、約０．
５〜１．５μｍとした。

【００１８】そして、コップ状容器に、２０℃および８
０℃の潤滑油を準備し、この潤滑油に上記従来品および
本発明品を約１秒浸漬した後の、銅製板に付着した潤滑
油の量を測った。この結果、従来品では、２０℃の潤滑
油の付着量が０．０３５ｍｇ／ｍｍ²で、８０℃の潤滑
油の付着量が０．０２２ｍｇ／ｍｍ²であったが、本発
明品では、２０℃および８０℃の潤滑油の付着量がとも
に０．００１〜０．００２ｍｇ／ｍｍ²であった。よっ
て、銅製板に撥油膜を形成することで、撥油膜を形成し
ない場合に比べて、潤滑油の付着量を少なくとも約１／
１０まで減らすことができる。

【００１９】そして、この実験結果に基づいて本発明者
らが計算したところ、冷媒配管に撥油膜１０を形成しな
い従来技術の冷凍サイクルに比べて、冷媒通路１ａの内
壁面への潤滑油の付着量が従来技術の１／１０であると
仮定した本発明品では、冷却能力を１０％程度高めるこ
とができる、ということが推測された。ここで、第４冷
媒配管９のような、気体冷媒が流れる冷媒配管に、潤滑
油が付着した場合の圧力損失は、液冷媒の流れる冷媒配
管に潤滑油が付着した場合に比べて大きい。これに対し
て、本実施形態によれば、気体冷媒が流れる第４冷媒配
管９の内壁面への潤滑油の付着を防止でき、潤滑油の付
着による比較的大きな圧力損失を効果的に低減できる。

【００２０】この結果、圧縮機２の吸入圧が低下するの
を阻止できるので、圧縮機２に吸入される冷媒の密度の
減少を防止でき、ひいては、冷媒循環量の低下を防止で
きる。従って、上記潤滑油の付着を防止することで、冷
凍サイクル１の冷却能力を向上できる。また、本実施形
態では、熱交換を行う冷媒配管、つまり、チューブ３
ａ、５ａの内壁面に撥油膜１０を形成して、熱交換を行
う冷媒配管の内壁面への潤滑油の付着を防止しているの
で、潤滑油の付着による熱伝達係数の低下、という問題
を防止できる。よって、凝縮器３および蒸発器５での熱
交換効率を向上でき、ひいては、この冷凍サイクル１の
冷却能力を向上できる。

【００２１】なお、本実施形態において、撥油膜１０の
膜厚は約０．５〜１．５μｍで、チューブ３ａ、５ａや
冷媒配管６、７、８、９の肉厚は約０．５ｍｍであるた
め、撥油膜１０は、チューブ３ａ、５ａや冷媒配管６、
７、８、９に比べて非常に薄いものである。よって、チ
ューブ３ａ、５ａおよび第４冷媒配管９の内壁面に撥油
膜１０を形成することによる、チューブ３ａ、５ａおよ
び第４冷媒配管９の熱伝達係数の低下はほとんどないも
のとみなせる。

【００２２】また、本実施形態の凝縮器３および蒸発器
５を形成する際、ろう付け時の高熱により、ろう付け部
分の撥油膜１０がはがれる恐れがあるが、前述のよう
に、ろう付け部分は長いＵ字状チューブと短いＵ字状チ
ューブとの接続部分だけであるため、上記潤滑油の付着
防止効果にはさほど影響しない。そして、上記実施形態
では、チューブ３ａ、５ａおよび第４冷媒配管９の表面
全面に撥油膜１０を形成していたが、本発明はこれに限
定されることはなく、第４冷媒配管９およびチューブ３
ａ、５ａの内壁面のみに撥油膜１０を形成してもよい。
つまり、撥油性材料を溶かした溶剤を、チューブ３ａ、
５ａおよび第４冷媒配管９の内部に流し込んで内壁面全
面に溶剤を塗布し、加熱硬化することで、撥油膜１０を
内壁面全面に形成してもよい。

【００２３】また、チューブ３ａ、５ａおよび第４冷媒
配管９の内壁面において部分的に撥油膜１０を形成して
もよい。また、第１、第２、第３冷媒配管６、７、８の
内壁面に撥油膜１０を形成してもよい。これにより、第
１、第２、第３冷媒配管６、７、８の内壁面への潤滑油
の付着を防止できる。

【００２４】また、上記実施形態において、長いＵ字状
チューブと短いＵ字状チューブとをろう付けする際、こ
のろう付け部分の周辺部を冷却しながらろう付けを行っ
てもよい。これにより、ろう付け時の撥油膜１０のはが
れを最小限に抑えることができる。また、上記実施形態
では、蒸発器５として、図２（ａ）に示すような構造の
ものを用いていたが、本発明はこれに限定されることは
なく、コルゲートフィンと、偏平多穴チューブを蛇行状
に屈曲させたチューブとからなる、いわゆるサーペンタ
イン型のものでもよいし、コルゲートフィンと、２枚の
板を最中あわせにして形成されるチューブとからなる、
いわゆる積層型のものでもよい。

【００２５】また、上記実施形態では、上記Ｕ字状チュ
ーブに撥油膜１０を形成した後、凝縮器３および蒸発器
５を組付ていたが、本発明はこれに限定されることはな
く、凝縮器３および蒸発器５を組付てから、チューブ３
ａ、５ａの内部に撥油性材料を溶かした溶剤を流し込ん
で塗布し、加熱硬化することで、撥油膜１０を形成して
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用空調装置の冷凍サイクルを示す
概略図である。

【図２】（ａ）は、蒸発器の概略斜視図で、（ｂ）は蒸
発器のチューブの断面図である。

【符号の説明】

１…冷凍サイクル、２…圧縮機、３…凝縮器、４…膨張
弁、５…蒸発器、３ａ、５ａ…チューブ、６、７、８、
９…冷媒配管、１０…撥油膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒が循環する密閉された冷媒通路（１
ａ）を備え、前記冷媒通路（１ａ）には、圧縮機（２）、凝縮器
（３）、減圧手段（４）、および、蒸発器（５）が備え
られている冷凍サイクル（１）において、前記冷媒通路（１ａ）の内壁面には、撥油性材料からな
る撥油膜（１０）が形成されていることを特徴とする冷
凍サイクル。
【請求項２】前記冷媒通路（１ａ）のうち、前記圧縮
機（２）の吸入側の冷媒通路（９）の内壁面には、前記
撥油膜（１０）が形成されていることを特徴とする請求
項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項３】前記冷媒通路（１ａ）のうち、前記凝縮
器（３）および前記蒸発器（５）を構成する冷媒通路
（３ａ、５ａ）の少なくとも一方の内壁面に、前記撥油
膜（１０）が形成されていることを特徴とする請求項１
または２に記載の冷凍サイクル。