JP2008281326A - 冷凍装置及び該冷凍装置に用いる熱交換器 - Google Patents

冷凍装置及び該冷凍装置に用いる熱交換器 Download PDF

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Abstract

【課題】冷凍サイクルの構成部品を大幅に変更することなく、代替冷媒を用いても同等の冷房性能を発揮出来る冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器を提供する。
【解決手段】凝縮部１６及び、過冷却部１７が、均等な内部抵抗を有する略扁平断面形状の流路断面積を各々有して、代替冷媒が流れる複数のチューブとしての金属製チューブ２０…を、水平方向に４１本、並設されて構成されている。
そして、これらの全体の金属製チューブ２０…の本数に対するこの過冷却部１７の金属製チューブ２０…の本数の割合が、１５〜３５％以内に収まり、同一冷媒流量で、この過冷却部１７によって、増大するエンタルピ差により得られる冷力が、ＨＦＣ１３４ａ冷凍システムの冷力と、等価となるように、この実施の形態では、８本に設定されて、全体の本数比が、１５〜３５％、放熱面積比で２０〜３５％以内に収まるように設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に、自動車等、車両に用いられるエアコン等の冷凍サイクルの凝縮器で、特に、従来のＨＦＣ１３４ａ冷媒に代わる代替冷媒を用いる凝縮器に関するものである。
従来、図１９及び図２０に示すようなエアコンの冷凍サイクル１に用いられる凝縮器（サブクールコンデンサ）２が知られている（例えば、特許文献１参照）。
まず、構成から説明すると、この冷凍サイクル１には、エンジン３により駆動される圧縮機４が設けられていて、吐出される高温高圧の冷媒が、冷媒配管５を介して、凝縮器２に供給される。
この凝縮器２では、外部空気と熱交換が行われ、液化された冷媒は、高温高圧のまま、冷媒配管６を介して、膨張弁７に供給される。
図中符号８は、感温筒で、この感温筒８からの信号に基づき、この膨張弁７の絞り量が可変可能である。
この膨張弁７で減圧膨張され、霧状になった冷媒は、蒸発器９に供給される。蒸発器９は、エアコンユニット内に配置されていて、被空調空気と熱交換が行われることにより、空気中より熱が奪われて、冷却が行われると共に、この蒸発器９内で、冷媒が蒸発して、気冷媒となる。
そして、この蒸発器９で蒸発した低温低圧の冷媒は、冷媒配管１０を経て、前記圧縮機４に循環する。
この従来の冷凍サイクル１には、凝縮器２の出口側冷媒配管６中に、レシーバタンク１１が設けられている。このレシーバタンク１１内では、冷媒が気液分離されて、レシーバタンク１１よりも下流側に配置された凝縮器２の一部２ａは、過冷却器となり、図２０中に示すように、モリエル線図で、飽和液線上に、このレシーバタンク１１の配置点が存在して、それ以降の冷媒が、過冷却されるように構成されている。
次に、この従来例のサブクールコンデンサの作用について、説明する。
このように構成された従来の凝縮器２では、前記レシーバタンク１１で、冷媒の気液が分離されることにより、前記レシーバタンク１１の配置点以降の冷媒が、過冷却されて、凝縮温度以下に冷媒温度を低下させることが出来る。
従って、蒸発器９の入口に至る冷媒エンタルピを、図２０中ＳＣに、示すように低下させて、エンタルピ差を増大させることが出来、これにより、冷房性能を向上させることができる。
特開２０００−１４６３１１号公報（００１５段落乃至００７１段落、図１、図７）
しかしながら、このように構成された従来のサブクールコンデンサでは、従来のＨＦＣ１３４ａ冷媒に代わる代替冷媒として、地球温暖化防止の観点から、このＨＦＣ１３４ａよりも、比較的蒸発潜熱が低く、密度が比較的高い代替冷媒、例えば、１２３４ｙｆや、この１２３４ｙｆに不燃化物等を混合した「Ｆｌｕｉｄ Ｈ」（ハネウエル社：商品名）等を用いると、同様の冷房性能を得る為には、冷媒流量を増大させなければならない。
このため、前記凝縮器２の圧力損失が増大して、冷房性能の低下を招く虞があった。
このような圧力損失の増大を抑制するため、低圧側配管の拡大および蒸発器の圧力損失の低減も考えられるが、このような流路部品の設計変更及び、蒸発器の新規開発は、製造コストの増大を招いてしまうといった問題もあった。
そこで、この発明は、冷凍サイクルの構成部品を大幅に変更することなく、代替冷媒を用いても同等の冷房性能を発揮出来る冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器を提供することを課題としている。
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、ＨＦＣ１３４ａ冷媒に代わる代替冷媒を用いて、該代替冷媒の圧縮を行う圧縮機と、圧縮された前記代替冷媒を凝縮する凝縮部と、この凝縮部を通過した代替冷媒を過冷却させる過冷却部とからなる熱交換器と、凝縮された該代替冷媒を減圧膨張する減圧手段と、減圧膨張された該代替冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記凝縮部と前記過冷却部との間に配され、前記凝縮部を通過した代替冷媒を気液分離するとともに代替冷媒を貯留して、前記過冷却部に、代替冷媒を供給する受液器とを備えてなる冷凍装置であって、前記凝縮部および前記過冷却部は、均等な内部抵抗となる流路断面積を各々有して、前記代替冷媒が流れる複数のチューブを並設すると共に、前記全体のチューブの本数に対する該過冷却部のチューブの本数の割合を、同一冷媒流量で、該過冷却部によって、増大するエンタルピ差により得られる冷力が、前記ＨＦＣ１３４ａ冷凍サイクルの冷力となるように設定されている冷凍装置を特徴としている。
また、請求項２に記載されたものは、前記過冷却部は、チューブの列数で、全体の本数の１５〜３５％である請求項１記載の冷凍装置を特徴としている。
更に、請求項３に記載されたものは、前記過冷却部は、放熱面積比で、全体の面積の２０〜３５％である請求項１又は２記載の冷凍装置を特徴としている。
そして、請求項４に記載されたものは、前記代替冷媒は、前記ＨＦＣ１３４ａ冷媒に比して、蒸発潜熱が２０％以上低く、０℃での冷媒液密度が大きいと共に、同一温度下では、前記圧縮機の高圧側（１５００ｋＰａ以上）の圧力が、低くなる特性を有する請求項１乃至３のうち、何れか一項記載の冷凍装置を特徴としている。
また、請求項５に記載されたものは、前記凝縮部および前記過冷却部は、均等な内部抵抗となる流路断面積を各々有して、前記代替冷媒が流れる複数のチューブを並設すると共に、各チューブ間に、各々放熱フィンを設けてなり、前記受液器の接続位置により、前記凝縮部および前記過冷却部の比率を変更可能として、ＨＦＣ１３４ａ冷媒を用いる熱交換器と共用化する請求項１乃至４のうち、何れか一項記載の冷凍装置に用いる熱交換器を特徴としている。
また、請求項６に記載されたものは、ＨＦＣ１３４ａ冷媒に代わる代替冷媒を用いて、該代替冷媒の圧縮を行う圧縮機と、圧縮された前記代替冷媒を凝縮する凝縮部と、この凝縮部を通過した代替冷媒を過冷却させる過冷却部とからなる熱交換器と、凝縮された該代替冷媒を減圧膨張する減圧手段と、減圧膨張された該代替冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記凝縮部と前記過冷却部との間に配され、前記凝縮部を通過した代替冷媒を気液分離するとともに代替冷媒を貯留して、前記過冷却部に、代替冷媒を供給する受液器とを備えてなる冷凍装置であって、前記凝縮部および前記過冷却部は、均等な内部抵抗となる流路断面積を各々有して、前記代替冷媒が流れる複数のチューブを並設すると共に、前記凝縮部および前記過冷却部を合わせた全体のチューブの本数に対する該過冷却部のチューブの本数の割合を、チューブの列数で、全体の本数の１５〜３５％とする冷凍装置を特徴としている。
このように構成された請求項１記載の発明は、並設された複数のチューブのうち、前記過冷却部として、前記全体のチューブの本数に対する割合が、設定されているので、同一冷媒流量で、該過冷却部によって、増大するエンタルピ差により得られる冷力が、前記ＨＦＣ１３４ａ冷凍サイクルの冷力となる。
このため、全体の冷力は、比較的、代替冷媒の蒸発潜熱が低くても、充分な冷凍効果を発揮できる。
また、密度が比較的高い代替冷媒を用いても、同一冷媒流量で、充分な冷凍効果を発揮できるので、前記代替冷媒の圧縮を行う圧縮機によって、供給される冷媒流量を変える必要が無く、圧力損失を考慮する必要が無いので、従来から用いられているチューブ及び、圧縮機をそのまま、用いることができる。
従って、冷凍サイクルの構成を大幅に変更することなく、製造コストの増大を抑制し、代替冷媒を用いても、同等の冷房性能を発揮させることが出来る。
また、請求項２に記載されたものは、前記過冷却部は、前記チューブの列数で、全体の本数の１５〜３５％となるように設定されている。
このため、冷媒流量を変えることなく、容易に、冷凍性能を、ＨＦＣ１３４ａ冷媒を用いる冷凍装置となるように設定できるので、更に、車両適用性を向上させることが出来る。
更に、前記請求項３に記載されたものは、前記過冷却部が、放熱面積比で、全体の面積の２０〜３５％であるので、最も良好な効率である約１０℃〜２０℃のサブクールが得られる。従って、容易に、高いＣＯＰ（冷房性能／動力比）を引き出して、最大冷房性能を発揮させることができる。
そして、請求項４に記載されたものは、前記代替冷媒として用いる代替冷媒が、前記ＨＦＣ１３４ａ冷媒に比して、蒸発潜熱が２０％以上低く、０℃での冷媒液密度が大きいと共に、同一温度下では、前記圧縮機の高圧側（１５００ｋＰａ以上）の圧力が、低くなる特性を有している。
このため、前記ＨＦＣ１３４ａ冷媒では、過冷却を行う過冷却部の高い比率（例えば、３０％以上）の設定が困難であったものに比して、同一飽和温度下では、高圧側の圧力が、低いため、過冷却部を高比率で設定しても、圧力の上昇が抑制される。
従って、冷凍サイクルの構成を大幅に変更することなく、高圧側の余裕代を大きめに設定して、更に、圧力損失を減少させることが出来る。
また、請求項５に記載されたものは、前記受液器の接続位置により、前記凝縮部および前記過冷却部の比率を変更可能とするだけで、前記代替冷媒が流れる複数のチューブが並設されて、各チューブ間に、各々放熱フィンが設けられているＨＦＣ１３４ａ冷媒を用いた熱交換器を、そのまま用いることが出来る。
このように、従来から用いられている各チューブ間に、各々放熱フィンが設けられている全体の構成を共用化して、前記代替冷媒が使用されても、略同程度の冷房性能を発揮することができるので、製造コストの増大を抑制することができる。
そして、請求項６に記載されたものは、並設された複数のチューブのうち、前記過冷却部として、前記全体のチューブの本数に対する割合が、前記チューブの列数で、全体の１本数の１５〜３５％となるように設定されている。
このため、同一冷媒流量で、該過冷却部によって、増大するエンタルピ差により得られる冷力を、向上させることができる。
従って、全体の冷力は、比較的、代替冷媒の蒸発潜熱が低くても、充分な冷凍効果を発揮できる。
また、密度が比較的高い代替冷媒を用いても、同一冷媒流量で、充分な冷凍効果を発揮できるので、前記代替冷媒の圧縮を行う圧縮機によって、供給される冷媒流量を変える必要が無く、圧力損失を考慮する必要が無いので、従来から用いられているチューブ及び、圧縮機をそのまま、用いることができる。
従って、冷凍サイクルの構成を大幅に変更することなく、製造コストの増大を抑制し、代替冷媒を用いても、同等の冷房性能を発揮させることが出来る。
次に、図面に基づいて、この発明を実施するための最良の実施の形態の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器について、説明する。
なお、前記従来例と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明する。
図１乃至図３は、この発明の最良の実施の形態の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器を示すものである。
まず、全体の構成について説明すると、この実施の形態の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器としてのサブクールコンデンサ１４は、車両のエアコンの冷凍サイクル１３を構成する冷凍装置に適用されるものである。
すなわち、この冷凍装置を構成する冷凍サイクル１３には、エンジン３により駆動される圧縮機４が設けられていて、ＨＦＣ１３４ａ冷媒に代わる代替冷媒が、高温高圧で吐出されて、冷媒配管５を介して、熱交換器としてのサブクールコンデンサ１４に供給される。 この実施の形態では、従来のＨＦＣ１３４ａ冷媒に代わる代替冷媒として、地球温暖化防止の観点から、比較的蒸発潜熱が低く、密度が比較的高い代替冷媒、例えば、「Ｆｌｕｉｄ Ｈ」（ハネウエル社：商品名）が用いられている。
この「Ｆｌｕｉｄ Ｈ」は、従来のＨＦＣ１３４ａ冷媒に代わる代替冷媒として、図１２に示すように、比較的蒸発潜熱が低く、密度が比較的高い代替冷媒、「１２３４ｙｆ」と、不燃化物「ＣＦ３Ｉ」とが、約７対３の比率で混合された混合冷媒として構成されている。
このサブクールコンデンサ１４では、外部空気と熱交換が行われ、液化された代替冷媒は、高温高圧のまま、冷媒配管６を介して、膨張弁７に供給される。
この膨張弁７で減圧膨張され、霧状になった代替冷媒は、蒸発器９に供給される。
この蒸発器９は、エアコンユニット１５内に配置されていて、被空調空気と熱交換が行われることにより、空気中より熱が奪われて、冷却が行われると共に、この蒸発器９内で、代替冷媒が蒸発して、気代替冷媒となる。
そして、この蒸発器９で蒸発した低温低圧の代替冷媒は、代替冷媒配管１０を経て、前記圧縮機４に循環する。
次に、前記サブクールコンデンサ１４の構成について、詳述する。
この実施の形態のサブクールコンデンサ１４は、図１に示すように、主に、前記圧縮機４で圧縮された前記代替冷媒を凝縮する凝縮部１６と、この凝縮部１６を通過した代替冷媒を過冷却させる過冷却部１７とが上下に並設されていると共に、これらの凝縮部１６と、過冷却部１７との間に跨って、左，右縦タンク部１８，１９が、左，右一対配置されている。
この実施の形態では、図４に示すように、これらの凝縮部１６及び、過冷却部１７が、均等な内部抵抗を有する略扁平断面形状の流路断面積を各々有して、前記代替冷媒が流れる複数のチューブとしての金属製チューブ２０…を、水平方向に４１本、並設させて、構成されている。
そして、これらの全体の金属製チューブ２０…の本数に対するこの過冷却部１７の金属製チューブ２０…の本数の割合が、１５〜３５％以内に収まり、同一冷媒流量で、この過冷却部１７によって、増大するエンタルピ差により得られる冷力が、前記ＨＦＣ１３４ａ冷凍サイクルの冷力と、等価となるように、この実施の形態では、８本に設定されている。
この実施の形態では、各金属製チューブ２０，２０間に、各々放熱フィン２１…が設けられていて、前記過冷却部１７は、放熱面積比で、前記凝縮部１６と、この過冷却部１７とを合わせた全体の面積の２０〜３５％となるように設定されている。
更に、この実施の形態では、図４に示すように、このように、金属製チューブ２０，２０間の全てに各々放熱フィン２１…が、設けられると共に、最も上部の金属製チューブ２０の上面側及び、最も下部の金属製チューブ２０の下面側にも、放熱フィン２１…が設けられることにより、従来から用いられているＨＦＣ１３４ａ冷媒を用いる熱交換器と共用化することが出来る構成としている。
また、このうち、左側の前記左縦タンク部１８には、レシーバタンク（受液部）１１が設けられていて、このレシーバタンク１１内では、冷媒が気液分離されて、レシーバタンク１１よりも下流側に配置された過冷却器と同じ作用を行う過冷却部１７となり、以降の冷媒が、過冷却されるように構成されている。
すなわち、これらの左，右縦タンク部１８，１９内には、水平隔壁１８ａ，１９ａが、前記凝縮部１６と、過冷却部１７との間を分離する位置に対応して、設けられていて、該左，右縦タンク部１８，１９内空間が、上下方向で、上タンク空間１８ｂ，１９ｂ及び下タンク空間１８ｃ，１９ｃとに、区画されて設けられている。
また、前記凝縮部１６の左縦タンク部１８の上タンク空間１８ｂは、前記レシーバタンク１１内に先端を上方に向けて、一定寸法突入される上流側配管２２が、接続されている。
そして、このレシーバタンク１１の底面部１１ａには、下流側配管２３が接続されていて、前記左縦タンク部１８の下タンク空間１８ｃと連通するように構成されている。
このため、この実施の形態のレシーバタンク１１内では、代替冷媒が、気液分離されて、レシーバタンク１１よりも下流側に配置されて、この下タンク空間１８ｃと連通する金属製チューブ２０…内に供給されて、過冷却器となるように構成されている。
また、この実施の形態では、前記左，右縦タンク部１８，１９内の水平隔壁１８ａ，１９ａの位置を変えて、前記レシーバタンク１１の各上流側配管２２及び下流側配管２３が、各上タンク空間１８ｂ及び下タンク空間１８ｃ内に連通するように接続位置が、変更されることにより、前記凝縮部１６および前記過冷却部１７の比率が、変更可能に構成されている。
更に、この実施の形態に用いられる代替冷媒は、図１２に示すように、前記ＨＦＣ１３４ａ冷媒に比して、蒸発潜熱が２０％以上低く、０℃〜２５℃での冷媒液密度が大きいと共に、同一温度下では、前記圧縮機の高圧側（１５００ｋＰａ以上）の圧力が、低くなる特性を有している。
また、図１３に示すように、代替冷媒は、ＨＦＣ１３４ａ冷媒に比して、前記代替冷媒の二相域は小さく、潜熱効果が小さいことが分かる。
そして、図１４に示すように、圧力ｋＰａ−温度℃特性では、低圧側では、ＨＦＣ１３４ａ冷媒に比して、吸入圧力が高く、高圧側では、ＨＦＣ１３４ａ冷媒に比して、吐出圧力が低くなる特性を有している。
更に、図１５に示すように、冷媒密度を示す、密度ｋｇ／立方メートル−温度特性では、前記ＨＦＣ１３４ａ冷媒に比して、液密度が高くなる特性を有している。
次に、この実施の形態の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器の作用効果について説明する。
このように構成された実施の形態の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器では、並設された複数の金属製チューブ２０…のうち、前記過冷却部１７として、前記全体の金属製チューブ２０…の本数に対する割合が、設定されている。
このため、同一冷媒流量で、過冷却部１７によって、増大するエンタルピ差により得られる冷力が、前記ＨＦＣ１３４ａ冷凍サイクルの冷力と、等価となる。
従って、全体の冷力は、比較的、代替冷媒の蒸発潜熱が低くても、充分な冷凍効果を発揮できる。
また、密度が比較的、高い代替冷媒を用いても、同一冷媒流量で、充分な冷凍効果を発揮できるので、前記代替冷媒の圧縮を行う前記圧縮機４によって、供給される冷媒流量を変える必要が無く、圧力損失を考慮する必要が無い。
このため、従来から用いられている金属製チューブ２０…及び、圧縮機４をそのまま、用いることができる。
従って、冷凍サイクルの構成を大幅に変更することなく、製造コストの増大を抑制し、代替冷媒を用いても、同等の冷房性能を発揮させることが出来る。
また、この実施の形態では、図５に示すように、前記過冷却部１７は、前記金属製チューブ２０の列数で、全体の本数の約１５〜３５％となるように、８本に設定されている。
このため、図６及び図７に示すように、サブクールが、約１５℃〜２０℃の範囲内では、冷媒流量を変えることなく、容易に、冷凍性能を、ＨＦＣ１３４ａ冷媒を用いる冷凍装置と等価となるように設定できる。
特に、この実施の形態では、図６から、ＣＯＰ及びＱａ（冷房性能）が、共に、最大となるサブクール２０℃前後が、最適サブクールであると判断出来るので、更に、車両適用性を向上させることが出来る。
更に、前記過冷却部１７が、放熱面積比で、全体の面積の２０〜３５％であると、最も良好な効率であるサブクールは、約１０℃〜２０℃となり、望ましくは、約２０℃前後に設定できる。
特に、図７に示すように、サブクールに対するＰｄ（冷媒圧力）の変化は、このサブクール２０℃で、ＨＦＣ１３４ａ冷媒よりも、代替冷媒が、１〜１．５ｂａｒ高いが、妥当な範囲であることが読み取れる。
又、図８では、サブクール２０℃では、代替冷媒の重量流量Ｇｒは、ＨＦＣ１３４ａ冷媒より、まだ多いが、体積流量Ｖｒは、ほぼ同じになっていることが分かる。
そして、図９に示すように、ＨＦＣ１３４ａ冷媒と同じ体積流量Ｖｒであるならば、前記サブクール２０℃近傍での凝縮器４の圧損も略同じである。
従って、図２に示すように、サブクール、約１５℃〜２０℃の範囲内では、冷媒流量を変えることなく、容易に、高いＣＯＰを引き出して、最大冷房性能を発揮させることができる。
そして、前記冷媒として用いる代替冷媒が、前記ＨＦＣ１３４ａ冷媒に比して、蒸発潜熱が２０％以上低く、０℃での冷媒液密度が大きいと共に、同一温度下では、前記圧縮機４の高圧側（１５００ｋＰａ以上）の圧力が、低くなる特性を有している。
このため、前記ＨＦＣ１３４ａ冷媒では、過冷却を行う過冷却部１７の高い比率（例えば、３０％以上）の設定が困難であったものに比して、同一温度下では、高圧側の圧力が、低いため、過冷却部１７を高比率で設定しても、圧力の上昇が抑制される。
従って、冷凍サイクルの構成を大幅に変更することなく、高圧側の余裕代を大きめに設定して、更に、圧力損失を減少させることが出来る。
例えば、図１０中実線で、示すように、完全置換サイクルのモリエル２４に比して、最適サブクールである２０℃近辺でのモリエル２５は、エンタルピ差が大きく、冷媒流量を減少させて、高いＣＯＰを引き出すことにより、最大冷房性能を発揮させることができる。
図１１に示すように、車載状態でも、図中左側から、アイドリング状態、時速４０ｋｍ走行状態、時速１００ｋｍ走行状態では、各々前記ＨＦＣ１３４ａ冷媒使用時に比して、Ｑａ及びＣＯＰ、４〜６％性能低下が、完全置換サイクルの代替冷媒に見られる。
しかしながら、２０℃前後のサブクールを、前記過冷却部１７によって与える最適サブクールでは、高圧側の余裕代を用いて、冷媒封入量を、前記ＨＦＣ１３４ａ冷媒に比して、約１．２５倍程度まで、上昇させることが出来るので、Ｑａ及びＣＯＰ共に、前記ＨＦＣ１３４ａ冷媒と遜色ない性能を発揮させることが出来る。
また、この実施の形態では、図１に示すように、左，右縦タンク部１８，１９内には設けられた水平隔壁１８ａ，１９ａが、前記凝縮部１６と、過冷却部１７との間を分離させて、設けられていて、該左，右縦タンク部１８，１９内空間が、上下方向で、上タンク空間１８ｂ，１９ｂ及び下タンク空間１８ｃ，１９ｃとに、区画されて、各々左縦タンク部１８の上タンク空間１８ｂは、図４に示すような前記レシーバタンク１１内に先端を上方に向けて、一定寸法突入される上流側配管２２が、接続されると共に、このレシーバタンク１１から延設される下流側配管２３が、この下タンク空間１８ｃを介して、過冷却部１７の金属製チューブ２０…に、接続されている。
このため、前記水平隔壁１８ａ，１９ａ形成位置及びレシーバタンク１１の接続位置により、前記凝縮部１６および前記過冷却部１７の比率を変更可能とするだけで、前記代替冷媒が流れる複数の金属製チューブ２０…が並設されて、各金属製チューブ２０，２０間に、各々放熱フィン２１…が設けられているＨＦＣ１３４ａ冷媒を用いる従来の構成の熱交換器を、そのまま用いることが出来る。
このように、従来から用いられている各金属製チューブ２０，２０間に、各々放熱フィン２１が設けられている全体の構成が、ＨＦＣ１３４ａ冷媒を用いる構成と共用化されていて、しかも、前記代替冷媒が使用されても、略同程度の冷房性能を発揮させることが出来るので、製造コストの増大が抑制される。
図５及び図１６〜図１７は、この発明の実施の形態の実施例１の冷凍装置及び該冷凍装置に用いる熱交換器に、代替冷媒として、図１２に示すように、比較的蒸発潜熱が低く、密度が比較的高い代替冷媒である「１２３４ｙｆ」を用いる場合の特性を主に示すものである。
なお、前記実施の形態の冷凍装置及び該冷凍装置に用いる熱交換器と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明する。
この実施例１では、前記実施の形態の図４に示すサブクールコンデンサ１４と同様に、各金属製チューブ２０，２０間に、各々放熱フィン２１…が設けられていて、前記過冷却部１７は、放熱面積比で、前記凝縮部１６と、この過冷却部１７とを合わせた全体の面積の２０〜３５％となるように設定されている。
更に、この実施例１では、図４に示すように、このように、金属製チューブ２０，２０間の全てに各々放熱フィン２１…が、設けられると共に、最も上部の金属製チューブ２０の上面側及び、最も下部の金属製チューブ２０の下面側にも、放熱フィン２１…が設けられることにより、従来から用いられているＨＦＣ１３４ａ冷媒を用いる熱交換器と共用化することが出来る構成としている。
また、この実施例１では、前記実施の形態の図５に示すように、前記過冷却部１７は、前記金属製チューブ２０の列数で、全体の本数の約１５〜３５％となるように、８本に設定されている。
このため、前記実施の形態の図６及び図７と比較して示す図１６及び図１７のように、サブクールが、約１５℃〜２０℃の範囲内では、冷媒流量を変えることなく、単一冷媒である「１２３４ｙｆ」を用いて容易に、冷凍性能を、ＨＦＣ１３４ａ冷媒を用いる冷凍装置と等価となるように設定できる。
特に、この実施例１では、図６から、ＣＯＰ及びＱａ（冷房性能）が、共に、最大となるサブクール２０℃前後が、最適サブクールであると判断出来るので、更に、車両適用性を向上させることが出来る。
更に、前記過冷却部１７が、放熱面積比で、全体の面積の２０〜３５％であると、最も良好な効率であるサブクールは、約１０℃〜２０℃となり、望ましくは、約２０℃前後に設定できる。
特に、図１７に示すように、サブクールに対するＰｄ（冷媒圧力）の変化は、このサブクール２０℃で、ＨＦＣ１３４ａ冷媒よりも、代替冷媒である１２３４ｙｆが、１〜１．５ｂａｒ高いが、妥当な範囲であることが読み取れる。
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
即ち、前記実施の形態及び実施例では、ＨＦＣ１３４ａ冷媒に代わる代替冷媒として、混合冷媒である「Ｆｌｕｉｄ Ｈ」（ハネウエル社：商品名）又は、単一冷媒である「１２３４ｙｆ」を用いているが、特にこれに限らず、例えば、蒸発潜熱が２０％以上低く、０℃での冷媒液密度が大きいと共に、同一温度下では、前記圧縮機の高圧側（１５００ｋＰａ以上）の圧力が、低くなる特性を有するものであれば、更に、上記「Ｆｌｕｉｄ Ｈ」及び「１２３４ｙｆ」の混合物や他の安定化物、又は不燃化物等との複数の混合物等、どのようなものであってもよく、混合比、すなわち、冷媒の種類及び数量が、どのように組み合わされていても良い。
また、前記凝縮部１６および前記過冷却部１７は、均等な内部抵抗となる流路断面積を各々有しているものであれば、前記代替冷媒が流れる複数の金属製チューブ２０…を並設する際、前記全体の金属製チューブ２０…の本数に対するこの過冷却部１７の金属製チューブ２０の本数の割合が、例えば、４１本に対して、約６本〜１３本の間等、この過冷却部１７により、増大するエンタルピ差で、得られる冷力が、前記ＨＦＣ１３４ａ冷凍サイクルの冷力と、等価となるように設定されている限り、どのような本数を過冷却部１７として割り当ててもよい。
更に、前記過冷却部１７が、放熱面積比で、全体の面積の２０〜３５％であるものであれば、前記凝縮部１６及び過冷却部１７の金属製チューブ２０…及び放熱フィン２１…が、どのような数量、形状及び材質で構成されていてもよく、特に過冷却部１７の放熱フィン２１…や、左，右縦タンク部１８，１９及び金属製チューブの形状、数量及び材質または、これらの組み合わせが、特に限定されるものではない。
この発明の最良の実施の形態の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器で、サブクールコンデンサの模式的な斜視図である。 実施の形態の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器で、代替冷媒と、ＨＦＣ１３４ａ冷媒とを比較して、冷房性能Ｑａ−サブクール℃及びＣＯＰ−サブクール℃を示すグラフ図である。 実施の形態の冷凍装置で、全体の構成を説明する模式的な冷凍サイクル回路図である。 実施の形態の冷凍装置に用いるサブクールコンデンサ及びレシーバタンクの構成を示す縦断面図である。 実施の形態の冷凍装置に用いるサブクールコンデンサで、チューブの列数と、全体面積比及びサブクールとの関係を、代替冷媒の違いによって説明するグラフ図である。 実施の形態の冷凍装置で、車載されたサブクールコンデンサの高負荷アイドリング状態での冷房性能Ｑａ−サブクール℃及びＣＯＰ−サブクール℃特性を示すグラフ図である。 実施の形態の冷凍装置で、車載されたサブクールコンデンサの高負荷アイドリング状態での圧力ｂａｒ−サブクール℃を示すグラフ図である。 実施の形態の冷凍装置で、車載されたサブクールコンデンサの高負荷アイドリング状態での代替冷媒の重量流量Ｇｒ及び体積流量Ｖｒ−サブクール℃特性を、ＨＦＣ１３４ａ冷媒と比較して表したグラフ図である。 実施の形態の冷凍装置で、車載されたサブクールコンデンサの高負荷アイドリング状態での代替冷媒の重量流量Ｇｒ及び体積流量Ｖｒ−サブクール℃特性を、ＨＦＣ１３４ａ冷媒の圧力損失と比較して表したグラフ図である。 実施の形態の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器で、実線で示す完全置換サイクルのモリエル線図を、一点鎖線で示す最適サブクールサイクルのモリエル線図とを比較して、最適サブクールサイクルが、完全置換サイクルに比して、エンタルピ差が大きい様子を説明するモリエル線図である。 実施の形態の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器で、車載されたサブクールコンデンサの高負荷アイドリング状態、車速４０ｋｍ／ｈ状態、車速１００ｋｍ／ｈ状態でのＱａ−及びＣＯＰを、比較して示すグラフ図である。 実施の形態の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器で、代替冷媒であるＦｌｕｉｄ Ｈ及び１２３４ｙｆ冷媒と、ＨＦＣ１３４ａ冷媒との物性を比較する表図である。 実施の形態の冷凍装置及び該冷凍装置に用いる熱交換器で、代替冷媒であるＦｌｕｉｄ Ｈと、ＨＦＣ１３４ａ冷媒とを比較する圧力ｋＰａ−エンタルピｋＪ／ｋｇ特性のグラフ図である。 実施の形態の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器で、代替冷媒であるＦｌｕｉｄ Ｈと、ＨＦＣ１３４ａ冷媒とを比較する圧力ｋＰａ−温度℃特性のグラフ図である。 実施の形態の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器で、代替冷媒とＨＦＣ１３４ａ冷媒とを比較する冷媒液密度ｋｇ／立方メートル−温度℃特性のグラフ図である。 実施の形態の実施例１の冷凍装置で、車載されたサブクールコンデンサの高負荷アイドリング状態での冷房性能Ｑａ−サブクール℃及びＣＯＰ−サブクール℃特性を示し、図６に相当するグラフ図である。 実施の形態の実施例１の冷凍装置で、車載されたサブクールコンデンサの高負荷アイドリング状態での圧力ｂａｒ−サブクール℃を示し、図７に相当するグラフ図である。 実施の形態の実施例１の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器で、車載されたサブクールコンデンサの高負荷アイドリング状態、車速４０ｋｍ／ｈ状態、車速１００ｋｍ／ｈ状態でのＱａ−及びＣＯＰを、比較して示し、図１１に相当するグラフ図である。 従来例の冷凍装置及び冷凍装置に用いる熱交換器で、全体の構成を説明する模式的な冷凍サイクル回路図である。 従来例の熱交換器のモリエル線図を、冷媒の相状態で表す模式図である。
符号の説明
４ 圧縮機
７ 膨張弁（減圧手段）
９ 蒸発器
１１ レシーバタンク（受液部）
１３ 冷凍サイクル
１４ サブクールコンデンサ
１６ 凝縮部
１７ 過冷却部
２０ 金属チューブ（チューブ）
２１ 放熱フィン

Claims (6)

  1. ＨＦＣ１３４ａ冷媒に代わる代替冷媒を用いて、該代替冷媒の圧縮を行う圧縮機と、圧縮された前記代替冷媒を凝縮する凝縮部と、この凝縮部を通過した代替冷媒を過冷却させる過冷却部とからなる熱交換器と、凝縮された該代替冷媒を減圧膨張する減圧手段と、減圧膨張された該代替冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記凝縮部と前記過冷却部との間に配され、前記凝縮部を通過した代替冷媒を気液分離するとともに代替冷媒を貯留して、前記過冷却部に、代替冷媒を供給する受液器とを備えてなる冷凍装置であって、
    前記凝縮部および前記過冷却部は、均等な内部抵抗となる流路断面積を各々有して、前記代替冷媒が流れる複数のチューブを並設すると共に、前記凝縮部および前記過冷却部を合わせた全体のチューブの本数に対する該過冷却部のチューブの本数の割合を、同一冷媒流量で、該過冷却部によって、増大するエンタルピ差により得られる冷力が、前記ＨＦＣ１３４ａ冷凍サイクルの冷力となるように設定されていることを特徴とする冷凍装置。
  2. 前記過冷却部は、チューブの列数で、全体の本数の１５〜３５％であることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
  3. 前記過冷却部は、放熱面積比で、全体の面積の２０〜３５％であることを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置。
  4. 前記代替冷媒は、前記ＨＦＣ１３４ａ冷媒に比して、蒸発潜熱が２０％以上低く、０℃での冷媒液密度が大きいと共に、同一飽和温度下では、前記圧縮機の高圧側（１５００ｋＰａ以上）の圧力が、低くなる特性を有することを特徴とする請求項１乃至３のうち、何れか一項記載の冷凍装置。
  5. 前記凝縮部および前記過冷却部は、均等な内部抵抗となる流路断面積を各々有して、前記代替冷媒が流れる複数のチューブを並設すると共に、各チューブ間に、各々放熱フィンを設けてなり、前記受液器の接続位置により、前記凝縮部および前記過冷却部の比率を変更可能として、ＨＦＣ１３４ａ冷媒を用いる熱交換器と共用化することを特徴とする請求項１乃至４のうち、何れか一項記載の冷凍装置に用いる熱交換器。
  6. ＨＦＣ１３４ａ冷媒に代わる代替冷媒を用いて、該代替冷媒の圧縮を行う圧縮機と、圧縮された前記代替冷媒を凝縮する凝縮部と、この凝縮部を通過した代替冷媒を過冷却させる過冷却部とからなる熱交換器と、凝縮された該代替冷媒を減圧膨張する減圧手段と、減圧膨張された該代替冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記凝縮部と前記過冷却部との間に配され、前記凝縮部を通過した代替冷媒を気液分離するとともに代替冷媒を貯留して、前記過冷却部に、代替冷媒を供給する受液器とを備えてなる冷凍装置であって、
    前記凝縮部および前記過冷却部は、均等な内部抵抗となる流路断面積を各々有して、前記代替冷媒が流れる複数のチューブを並設すると共に、前記凝縮部および前記過冷却部を合わせた全体のチューブの本数に対する該過冷却部のチューブの本数の割合を、チューブの列数で、全体の本数の１５〜３５％とすることを特徴とする冷凍装置。
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