JP2010065914A - 車両用空調システムに用いられる凝縮器および車両用空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両用空調システムに用いられる凝縮器により、冷凍サイクルの性能を最適に向上させる。
【解決手段】コンデンサ２０（凝縮器）は、気相冷媒を外気との熱交換により凝縮させる凝縮部２１と、凝縮部２１により凝縮して得られた液相冷媒Ｌの一部を一時的に貯留するリザーバタンク２３（貯液部）と、リザーバタンク２３から供給された液相冷媒Ｌを過冷却する過冷却部とを備え、凝縮部２１と過冷却部２２とは一体的に形成され、過冷却部２２は、その過冷却度が６〜１５［度］の範囲となるように設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空調システムに用いられる凝縮器および車両用空調システム車両用空調装置に関し、詳細には、凝縮器における過冷却部の性能の改良に関する。

車両用の空調システムに用いられる凝縮器は、気体圧縮機で高圧とされた気相冷媒を外気との熱交換により凝縮させて液相冷媒を得るものであるが、空調システムの性能を向上させる目的で、凝縮部により凝縮して得られた液相冷媒をさらに冷却する過冷却が行われている。

この技術は、凝縮器が凝縮部の他に、凝縮部により凝縮して得られた、気相冷媒（気体状の冷媒）および液相冷媒（液体状の冷媒）が混合された気液二相の冷媒を一時的に貯留し、この気液二相冷媒から気相冷媒を分離する貯液部と、貯液部から分離供給された液相冷媒を過冷却する過冷却部とを備えた構成により実現されており、過冷却部が液相冷媒を過冷却することで凝縮器におけるエンタルピ差を増大させ、これにより冷凍サイクルの性能を向上させている（特許文献１）。

また、この技術は、冷凍サイクルの性能を従来と同程度に維持した場合には、冷凍サイクルに供給すべき動力を低減させることもできる。

したがって、車両の燃料消費率の面で性能を向上させたり、温室効果ガスである二酸化炭素（ＣＯ₂ ）を低減させることで、対環境負荷を低減することができる。

なお、凝縮部と過冷却部とは一体的な熱交換器を形成している。
特許第３５６１９５７号公報

ところで、車両においては搭載できる熱交換器の大きさが制限されるため、凝縮器の、走行風が当たる面積のうち、過冷却部が占める面積割合を単に増加しただけでは、相対的に凝縮部が占める面積割合が低下するため、凝縮部での放熱量が低下し、負荷変動の状況次第では、凝縮部で十分な凝縮を行うことができなかったり、蒸発器で十分な蒸発を行うことができなくなり、その結果、冷凍サイクルとして所望とする性能を得ることができない虞がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、冷凍サイクルの性能を適切に向上させることができる、車両用空調システムに用いられる凝縮器および車両用空調システムを提供することを目的とする。

本発明に係る車両用空調システムに用いられる凝縮器は、その過冷却部による過冷却度が６〜１５［度］の範囲となるように設定されていることにより、車両用空調システムの冷凍サイクルの性能を最適化するものである。

すなわち、本発明に係る車両用空調システムに用いられる凝縮器は、気相冷媒を外気との熱交換により凝縮させる凝縮部、前記凝縮部により凝縮して得られた気液二相の冷媒を一時的に貯留し、気相冷媒を分離する貯液部、および前記貯液部から供給された液相冷媒を過冷却する過冷却部を備え、前記凝縮部と前記過冷却部とが一体的な熱交換器を形成し、前記過冷却部は、その過冷却度が６〜１５［度］の範囲となるように設定されていることを特徴とする。

このように構成された本発明に係る車両用空調システムに用いられる凝縮器によれば、車両用空調システムを、高熱負荷条件（例えば、外気温３０度以上の環境）の下で稼働させたときであっても、車両の各速度域（高速走行状態、中速走行状態、停車（ＩＤＬ；アイドリング）状態）において、冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰ（Coefficient of Performance）を最大化することができる。

具体的には、過冷却度の変化に応じた成績係数ＣＯＰの変化が最も大きいアイドリング状態においても、凝縮器の過冷却度を６〜１５［度］の範囲に設定することによって、成績係数ＣＯＰを、最大値から最大値の５［％］低下までの範囲に維持することができる。

しかも、過冷却度の変化に応じた成績係数ＣＯＰの変化が、アイドリング状態の場合よりも小さい他の速度域（高速走行状態、中速走行状態）においても、成績係数ＣＯＰを最大値を含む範囲に維持することができる。

したがって、本発明に係る車両用空調システムに用いられる凝縮器によれば、車両用空調システムの冷凍サイクルの性能を最適に向上させることができる。

本発明に係る車両用空調システムに用いられる凝縮器においては、前記凝縮部に設けられた、前記気相冷媒が通過するチューブと、前記過冷却部に設けられた、気体圧縮機から吐出されて貯液部で分離された前記液相冷媒が通過するチューブとが、その本数比において９：１から７：３までの範囲で形成されていることが好ましい。

凝縮器は、凝縮部に、気相冷媒が通過するチューブが設けられ、過冷却部に、液相冷媒が通過するチューブが設けられた構造を有している。

ここで、凝縮器の過冷却度は、過冷却部に設けられたチューブの本数を増加させるにしたがって大きくなる。

そして、凝縮部に設けられたチューブと過冷却部に設けられたチューブとの本数比が９：１のとき過冷却度が６［度］、本数比が７：３のとき過冷却度が１５［度］となる凝縮器においては、このように好ましい構成の本発明に係る車両用空調システムに用いられる凝縮器によって、凝縮器の過冷却度を６〜１５［度］の範囲に設定することができ、車両用空調システムの冷凍サイクルの性能を最適化することができる。

本発明に係る車両用空調システムに用いられる凝縮器においては、過冷却部に設けられた、液相冷媒が通過するチューブの内部における、液相冷媒の流速が、６［ｍ／ｓ］以下に設定されていることが好ましい。

凝縮器の凝縮部に設けられたチューブと過冷却部に設けられたチューブとは、そのチューブの、冷媒が通過する通路の断面積や形状は基本的に同一であるため、上述したように、チューブの本数比を規定することにより、凝縮器の過冷却度を６〜１５［度］の範囲に設定することができるが、これら凝縮部に設けられたチューブと過冷却部に設けられたチューブとの、冷媒通過通路の断面積や形状が互いに異なるものにあっては、上述したチューブの本数比だけで、凝縮器の過冷却度を６〜１５［度］の範囲に設定するのが適切でない場合もある。

しかし、過冷却度を６〜１５［度］の範囲で液相冷媒の流速が６［ｍ／ｓ］以下となるように設定された凝縮器においては、凝縮部に設けられたチューブと過冷却部に設けられたチューブとの、冷媒通過通路の断面積が互いに異なるものにあっても、上述した本発明の好ましい構成により、過冷却度を６〜１５［度］の範囲に設定することができ、車両用空調システムの冷凍サイクルの性能を最適に向上させることができる。

本発明に係る車両用空調システムに用いられる凝縮器においては、過冷却部に設けられた前記チューブの内部における前記液相冷媒の流速と、前記過冷却部から送出された液相冷媒の圧力との、予め求められた対応関係に基づいて、前記過冷却部の出口部における前記液相冷媒の圧力が調整されていることが好ましい。

このように好ましい構成の本発明に係る車両用空調システムに用いられる凝縮器によれば、過冷却部の出口部における液相冷媒の圧力が所定値乃至所定範囲に調整されていることによって、過冷却部に設けられたチューブの内部における液相冷媒の流速を所定値乃至所定範囲に調整することができ、これによって、過冷却度を６〜１５［度］の範囲に設定することができ、車両用空調システムの冷凍サイクルの性能を最適化することができる。

なお、過冷却部のチューブ内における冷媒の管内流速が１［ｍ／ｓ］のとき、過冷却部の出口部における液相冷媒の圧力が２６［ｋｇ／ｃｍ² ］、管内流速が６［ｍ／ｓ］のとき液相冷媒の圧力が１５［ｋｇ／ｃｍ² ］となる特性を有する車両用空調システムにおいては、出口部における液相冷媒の圧力が、１５［ｋｇ／ｃｍ² ］以上、かつ２６［ｋｇ／ｃｍ² ］以下に調整されていることにより、過冷却度を６〜１５［度］の範囲に設定することができる。

本発明に係る車両用空調システムは、過冷却部を有する凝縮器から膨張弁への、過冷却された液相冷媒通路上に設けられた圧力センサによって、過冷却された液相冷媒の圧力を検出し、この圧力を所定値以上に制御することで、凝縮器における過冷却度を所定範囲に調整することができ、車両用空調システムの冷凍サイクルの性能を最適化するものである。

すなわち、本発明に係る車両用空調システムは、気体圧縮機により高圧とされた気相冷媒を外気との熱交換により凝縮させる凝縮部、前記凝縮部により凝縮して得られた気液二相の冷媒を一時的に貯留し、気相冷媒を分離する貯液部、および前記貯液部から供給された液相冷媒を過冷却する過冷却部を有し、前記凝縮部と前記過冷却部とが一体的な熱交換器を形成してなる凝縮器と、前記過冷却部から送出された、過冷却された液相冷媒の圧力を低下させる膨張弁と、を備えた車両用空調システムにおいて、この車両用空調システムは、前記液相冷媒の、前記過冷却部における管内流速が早くなるにしたがって、前記過冷却部から前記膨張弁への前記液相冷媒の通路上における前記液相冷媒の圧力が低くなる特性を有するとともに、前記通路上における前記液相冷媒の圧力が、予め設定された所定の値以上となるように制御されていることを特徴とする。

このように構成された本発明に係る車両用空調システムは、過冷却部における管内流速が早くなるにしたがって、過冷却部から膨張弁への液相冷媒の通路上での液相冷媒の圧力が低くなる特性を有しているため、過冷却部から膨張弁への液相冷媒の通路上における、過冷却部で過冷却された液相冷媒の圧力が、予め設定された所定の値以上となるように制御されていることで、過冷却部における管内流速を所定範囲に維持することができ、これによって、過冷却部での過冷却度を所定範囲に調整することができ、車両用空調システムの冷凍サイクルの性能を最適に向上させることができる。

本発明に係る車両用空調システムにおいては、前記凝縮器に圧縮された気相の冷媒を送出する気体圧縮機と、前記凝縮器に空気を送るクーリングファンと、前記過冷却部から前記膨張弁への前記液相冷媒の通路上に設けられた、前記液相冷媒の圧力を検出する圧力センサと、前記気体圧縮機の駆動（吐出容量、回転数、運転・停止の切替え、斜板式の場合はピストンのストローク等）および前記クーリングファンの駆動（回転数、運転・停止の切替え等）のうち少なくとも一方を制御する制御装置とを備え、前記特性は、高熱負荷時において前記液相冷媒の、前記過冷却部における管内流速が１［ｍ／ｓ］のとき、前記過冷却部から前記膨張弁への前記液相冷媒の通路上における前記液相冷媒の圧力が２６［ｋｇ／ｃｍ² ］、前記管内流速が６［ｍ／ｓ］のとき、前記液相冷媒の圧力が１５［ｋｇ／ｃｍ² ］となる特性であり、前記制御装置が、前記圧力センサによって検出される前記液相冷媒の圧力を、１５［ｋｇ／ｃｍ²］以上２６［ｋｇ／ｃｍ²］以下の範囲とするように、前記気体圧縮機の駆動および前記クーリングファンの駆動のうち少なくとも一方を制御することが好ましい。

このように好ましい構成の本発明に係る車両用空調システムによれば、過冷却部から膨張弁への液相冷媒の通路上に設けられた圧力センサが、この通路上における過冷却された液相冷媒の圧力を検出し、この検出された圧力が、１５［ｋｇ／ｃｍ² ］以上２６［ｋｇ／ｃｍ² ］以下の範囲となるように、制御装置が、気体圧縮機の駆動を制御し、またはクーリングファンの駆動を制御し、またはこれら気体圧縮機およびクーリングファンの両方の駆動を制御することができる。

したがって、過冷却部から膨張弁への液相冷媒の通路上における、過冷却部で過冷却された液相冷媒の圧力が、１５［ｋｇ／ｃｍ² ］以上２６［ｋｇ／ｃｍ² ］以下の範囲で調整されて、過冷却部における管内流速を所定範囲に維持することができ、これによって、過冷却部での過冷却度が所定範囲（６〜１５［度］）に調整され、車両用空調システムの冷凍サイクルの性能を最適に向上させることができる。

なお、上述した本発明に係る車両用空調システムに用いられる凝縮器、本発明に係る車両用空調システムにおいては、凝縮器の過冷却部における過冷却度が８〜１３［度］の範囲となるように設定、調整されていることがより好ましい。

このように設定、調整されている車両用空調システムに用いられる凝縮器、車両用空調システムによれば、過冷却度の変化に応じた成績係数ＣＯＰの変化が最も大きいアイドリング状態においても、成績係数ＣＯＰを、最大値から最大値の２［％］低下までの範囲に維持することができるとともに、過冷却度の変化に応じた成績係数ＣＯＰの変化が、アイドリング状態の場合よりも小さい他の速度域（高速走行状態、中速走行状態）においても、成績係数ＣＯＰを、最大値を含む範囲に維持することができ、成績係数ＣＯＰを一層高い状態で維持することができる。

本発明に係る車両用空調システムに用いられる凝縮器、車両用空調システムによれば、冷凍サイクルの性能を適切に向上させることができる。

以下、本発明に係る車両用空調システムおよび車両用空調システムに用いられる凝縮器の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る車両用空調システムの一実施形態（車両用空調システム１００）を示すとともに、本発明に係る車両用空調システムに用いられる凝縮器の一実施形態（コンデンサ２０）を示すブロック図である。

図示の車両用空調システム（以下、単に空調システムという。）１００は、車両に搭載される空調システムであり、冷媒ガスＧ（気相冷媒）を圧縮して高温・高圧の冷媒ガスＧとして送出するコンプレッサ１０（気体圧縮機）と、この送出された冷媒ガスＧを外気との熱交換により液相冷媒Ｌに凝縮させるコンデンサ２０（凝縮器）と、コンデンサ２０から送出された液相冷媒Ｌを気化させやすくするために、その圧力を低下させる温度膨張弁３０（ＴＸＶ；膨張弁の一例）と、低圧化された液相冷媒Ｌを車室内の空気との熱交換により冷媒ガスＧに気化させ、コンプレッサ１０に送出するエバポレータ４０（蒸発器）と、コンデンサ２０から温度膨張弁３０への液相冷媒Ｌの通路上に設けられた、液相冷媒Ｌの圧力を検出する圧力センサ５０と、凝縮部２１および過冷却部２２のチューブ外表面を通過する外気の風量を調整するクーリングファン１と、圧力センサ５０の検出した液相冷媒Ｌの圧力値に応じてコンプレッサ１０の駆動（吐出容量、回転数、運転・停止の切替え、斜板式の場合はピストンのストローク等）およびクーリングファンの駆動（回転数、運転・停止の切替え等）のうち少なくとも一方を制御する制御装置６０と、を備えた構成である。

ここで、コンデンサ２０は、車両前部に配置されたラジエータよりも前方の位置に配置されており、冷媒ガスＧを外気との熱交換により液相冷媒Ｌに凝縮させる本質的部分としての凝縮部２１と、凝縮部２１により凝縮して得られた気液二相の冷媒Ｇ、Ｌを一時的に貯留し、気相冷媒である冷媒ガスＧと液相冷媒Ｌとに分離するリキッドタンク２３（貯液部）と、リキッドタンク２３から供給された液相冷媒Ｌを過冷却する過冷却部２２とを有し、コンデンサ２０から温度膨張弁３０に送出される液相冷媒Ｌは、過冷却部２２で過冷却された液相冷媒Ｌとなる。

したがって、圧力センサ５０によって検出される圧力は、この過冷却された液相冷媒Ｌの圧力である。

なお、凝縮部２１とリキッドタンク２３と過冷却部２２とは、一体的な熱交換器を形成している。

クーリングファン１は、ラジエータの後方に配置されており、ファンコントロールアンプ２によって駆動され、車両前方の空気を後方に流すことで、車両前方の空気をコンデンサ２０およびラジエータに強制的に送るようにしている。

制御装置６０は、Ａ／Ｃ（エアコン）コントローラ６１とＡ／Ｃアンプ６２とからなり、コンプレッサ１０に対しては、その駆動（吐出容量、回転数、運転・停止の切替え等）をＡ／Ｃアンプ６２によって直接制御し、一方、クーリングファン１に対しては、Ａ／Ｃアンプ６２からファンコントロールアンプ２を制御することで、その駆動（回転数、運転・停止の切替え等）を間接的に制御している。

なお、ファンコントロールアンプ２は、エンジン冷却水の温度管理を行うＥＣＵによっても制御されている。

また、この空調システム１００は、図２に示すように、過冷却部２２における液相冷媒Ｌの管（チューブ）内の流速が早くなるにしたがって、過冷却部２２から温度膨張弁３０への液相冷媒Ｌの通路上における液相冷媒Ｌの圧力が低くなる特性を有し、過冷却部２２における液相冷媒Ｌの管内流速と、過冷却部２２から送出された液相冷媒Ｌの圧力との、予め求められた対応関係は、制御装置６０に記憶されている。

そして、制御装置６０が、これらコンプレッサ１０の駆動およびクーリングファン１の駆動のうち少なくとも一方を制御することで、過冷却度を所定範囲（６〜１５[度]）に設定するのが有効である。

制御装置６０に記憶されている対応関係は、図２に示すように、走行状態が停止（アイドリング（ＩＤＬ））状態において、過冷却部２２における液相冷媒Ｌの管内流速が１［ｍ／ｓ］のとき過冷却部２２から温度膨張弁３０への液相冷媒Ｌの通路上における液相冷媒Ｌの圧力は２６［ｋｇ／ｃｍ² ］となり、管内流速が３［ｍ／ｓ］のとき圧力は２３［ｋｇ／ｃｍ²］となっている。また、走行状態が中高速状態において、過冷却部２２における液相冷媒Ｌの管内流速が２［ｍ／ｓ］のとき過冷却部２２から温度膨張弁３０への液相冷媒Ｌの通路上における液相冷媒Ｌの圧力は１９［ｋｇ／ｃｍ²］となり、管内流速が６［ｍ／ｓ］のとき圧力は１５［ｋｇ／ｃｍ²］となっている。

そして、制御装置６０は、圧力センサ５０によって検出される液相冷媒Ｌの圧力を、１５［ｋｇ／ｃｍ² ］以上２６［ｋｇ／ｃｍ² ］以下の範囲とするように、コンプレッサ１０の駆動およびクーリングファン１の駆動のうち少なくとも一方を制御している。

具体的には、コンプレッサ１０が電動モータ駆動のコンプレッサである場合は、モータの回転数を制御することで、コンプレッサ１０の駆動（回転数）を制御することができ、また、車載空調装置として一般に用いられている例えば走行用エンジンにより駆動される斜板式のコンプレッサである場合は、制御装置６０が、この斜板の傾斜角度を調整制御することで、ピストンのストロークを調整し、これによって吐出容量を制御することもできる。

さらに、電磁クラッチ等の断接機構によって、走行用エンジンから伝達される駆動力の断接を制御することで、コンプレッサ１０の運転・停止の切替えを制御し、圧力センサ５０が検出する液相冷媒Ｌの圧力を制御してもよい。

同様に、制御装置６０が、ファンコントロールアンプ２を制御して、クーリングファン１の運転・停止の切替えを制御したり、クーリングファン１の回転数を制御することで、液相冷媒Ｌの圧力を制御してもよい。

次に本実施形態に係る空調システム１００の作用について説明する。

まず、制御装置６０の制御に応じてコンプレッサ１０が駆動され、これによりコンプレッサ１０に供給された冷媒ガスＧは高温・高圧化されてコンプレッサ１０から吐出され、この吐出された高温・高圧の冷媒ガスＧは、コンデンサ２０の凝縮部２１に供給される。

コンデンサ２０の凝縮部２１に供給された冷媒ガスＧは、凝縮部２１を形成する複数のチューブ内を通過する間に、このチューブの外表面に接する外気との間で熱交換が行われることで液相冷媒Ｌとなるが、冷媒ガスＧの一部は気相冷媒のまま残ることもある。

そして、得られた液相冷媒Ｌと残った冷媒ガスＧとからなる気液二相の冷媒Ｌ，Ｇがリキッドタンク２３に流入し、液相化していない冷媒ガスＧはリキッドタンク２３において分離され、液相冷媒Ｌの一部は負荷に応じて一時的に貯留され、残りの液相冷媒Ｌは過冷却部２２に送出される。

過冷却部２２は供給された液相冷媒Ｌをさらに冷却することで過冷却状態にする。この過冷却された液相冷媒Ｌは温度膨張弁３０により低圧化され、エバポレータ４０を通過する間に、エバポレータ４０の外表面に接する、車室内外からこの空調システム１００に導入された空気との間で熱交換が行われることで気化し、低圧の冷媒ガスＧとなって再びコンプレッサ１０に供給される。

そして、この液相冷媒Ｌが冷媒ガスＧに気化する間に、エバポレータ４０を通過する空気から熱を奪うことで空気を冷却し、この空調システム１００が冷凍サイクルとして機能するとともに、空気調和された空気を車室内に供給することで、空調装置として機能する。

制御装置６０は、コンデンサ２０の過冷却部２２から温度膨張弁３０への、過冷却された液相冷媒Ｌの通路上に設けられている圧力センサ５０により検出された液相冷媒Ｌの圧力が１５［ｋｇ／ｃｍ² ］以上２６［ｋｇ／ｃｍ² ］以下の範囲となるように、コンプレッサ１０の駆動（吐出容量、回転数、ストローク、運転・停止の切替え等）およびクーリングファン１の駆動（回転数、運転・停止の切替え等）のうち少なくとも一方を制御する。

ここで、本実施形態の空調システム１００は、図２のグラフに示した特性を有しているため、液相冷媒Ｌの圧力が１５［ｋｇ／ｃｍ² ］以上２６［ｋｇ／ｃｍ² ］以下の範囲に調整されているとき、過冷却部２２の管内における液相冷媒Ｌの流速は、１［ｍ／ｓ］以上６［ｍ／ｓ］以下の範囲に調整されていることになる。

さらに、本実施形態の空調システム１００におけるコンデンサ２０は、図３のグラフに示すように、過冷却部２２における過冷却度が６〜１５［度］の範囲で、過冷却部２２の管内における液相冷媒Ｌの流速が６［ｍ／ｓ］以下となる。

したがって、液相冷媒Ｌの圧力が１５［ｋｇ／ｃｍ² ］以上２６［ｋｇ／ｃｍ² ］以下の範囲に制御されて、過冷却部２２の管内における液相冷媒Ｌの流速が１［ｍ／ｓ］以上６［ｍ／ｓ］以下の範囲に調整されているとき、コンデンサ２０の過冷却度は、６〜１５［度］の範囲に設定されていることとなる。

ここで、この空調システム１００を高熱負荷条件（例えば、外気温３０［度］以上の環境）の下で稼働させた場合に、空調システム１００が搭載されている車両の各速度域（高速走行状態（１００［ｋｍ／ｈ］）、中速走行状態（４０［ｋｍ／ｈ］）、停車（アイドリング（ＩＤＬ）状態）における、空調システム１００による冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰ（Coefficient of Performance）は、図４の各グラフに示すような特性を示す。

そして、コンデンサ２０の過冷却度が６〜１５［度］の範囲に設定されているとき、アイドリング状態も含めて各速度域における冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰは、いずれも最大値を含む範囲に維持される。

しかも、過冷却度の変化に応じた成績係数ＣＯＰの変化が最も大きいアイドリング状態において、コンデンサ２０の過冷却度を６〜１５［度］の範囲に設定することにより、成績係数ＣＯＰを、最大値から最大値の５［％］低下までの範囲に維持することができる。

他の速度域においては、アイドリング状態よりも、過冷却度の変化に応じた成績係数ＣＯＰの変化が小さいため、この過冷却度の範囲では、成績係数ＣＯＰを、最大値から最大値の５［％］未満低下までの範囲に維持することができる。

したがって、本実施形態に係る空調システム１００およびこの空調システムに用いられるコンデンサ２０によれば、全速度域において、空調システム１００の冷凍サイクルの性能を最適化することができる。

ここで、成績係数ＣＯＰは、冷凍サイクルによる冷凍能力［Ｗ］と所要動力［Ｗ］とにより、下記式で表される。
成績係数ＣＯＰ＝冷凍能力／所要動力
したがって、成績係数ＣＯＰの値は、冷凍能力が大きい場合であっても所要動力が小さい場合であっても、大きい値を示すことになる。

そこで、図４に示した過冷却度と成績係数ＣＯＰとの対応関係に関して、過冷却度６〜１５［度］の範囲で成績係数ＣＯＰが大きな値を示す要因が、冷凍能力の向上によるものであるのか、または所要動力の低下によるものであるのか、を検証した結果が図５である。

すなわち、図５は、上述した高熱負荷条件における、コンデンサ２０の過冷却部２２の過冷却度［度］とエバポレータ４０の効率η［％］との対応関係を示すグラフであり、過冷却度６〜１５［度］の範囲において、エバポレータ４０の効率η［％］は極大値を示している。

そして、エバポレータ４０の効率ηが極大値を示していることにより、冷凍能力の向上が認められ、この結果、過冷却度６〜１５［度］の範囲において成績係数ＣＯＰが大きな値を示す要因が、冷凍能力の向上によるものであることが明らかであり、冷凍サイクルの性能の向上を実現することができる。

上述した実施形態の空調システム１００においては、コンデンサ２０の過冷却部２２から送出された液状冷媒Ｌの圧力、すなわち実質的に過冷却部２２の出口部における液状冷媒Ｌの圧力を所定範囲に調整することにより、過冷却度を所定範囲に維持させ、その結果、冷凍サイクルの効率を向上させるものであるが、コンデンサ２０単体において、その過冷却部２２の出口部における液状冷媒Ｌの圧力が予め所定範囲（過冷却度６〜１５［度］に対応）に調整されているものであれば、圧力センサ５０や制御装置６０を備えない空調システムに用いても、過冷却度を６〜１５［度］の範囲とすることができる。

そして、そのように予め調整されたコンデンサ２０単体は本発明に係る凝縮器の一実施形態であり、このコンデンサ２０を用いた空調システム１００における冷凍サイクルの性能を最適に向上させることができる。

また、コンデンサ２０単体として、その過冷却部２２の出口部における液状冷媒Ｌの圧力が予め所定範囲に調整されているものに代えて、過冷却部２２に設けられた、液相冷媒Ｌが通過するチューブ、の内部における液相冷媒Ｌの流速が、１［ｍ／ｓ］以上６［ｍ／ｓ］以下に予め設定、調整されているコンデンサを適用することもできる。

すなわち、上述した実施形態の空調システム１００は、過冷却部２２に設けられたチューブの内部における液相冷媒Ｌの流速と、過冷却部２２から送出された液相冷媒Ｌの圧力とが、図３のグラフに示すような対応関係を有しているため、コンデンサ２０単体として、その過冷却部２２に設けられたチューブの内部における液相冷媒Ｌの流速が１［ｍ／ｓ］以上６［ｍ／ｓ］以下に予め設定されていることにより、過冷却部２２の出口部における液状冷媒Ｌの圧力が予め所定範囲（１５〜２６［ｋｇ／ｃｍ² ］）に調整されたものとなり、このようなコンデンサ２０を、圧力センサ５０や制御装置６０を備えない空調システムに用いても、過冷却度を６〜１５［度］の範囲とすることができる。

そして、そのように予め調整されたコンデンサ２０単体は本発明に係る凝縮器の一実施形態であり、このコンデンサ２０を用いた空調システム１００における冷凍サイクルの性能を向上させることができる。

また、本実施形態の空調システム１００は、例えば、高熱負荷条件（例えば外気温３０度以上の環境）の下で稼働させた場合に、結果的にコンデンサ２０の過冷却部２２における過冷却度が６〜１５［度］の範囲に設定、調整されたものであればよいため、過冷却部２２に設けられたチューブの内部における液相冷媒Ｌの流速が１［ｍ／ｓ］以上６［ｍ／ｓ］以下に設定・調整されたものに限定されるものではない。

すなわち、例えば、コンデンサ２０の凝縮部２１に設けられた、気相冷媒Ｇが通過するチューブと、過冷却部２２に設けられた、液相冷媒Ｌが通過するチューブとが、その本数比において９：１から７：３までの範囲（コンデンサ２０の全体のチューブの本数に対する過冷却部２２のチューブの本数の百分率が１０〜３０［％］の範囲）で形成されているコンデンサ２０を用いた空調システム１００も、本発明に係る車両用空調システムの一実施形態とすることができる。

つまり、本実施形態の空調システム１００におけるコンデンサ２０の過冷却度は、過冷却部２２に設けられたチューブの本数を増加させるにしたがって大きくなる特性を有している。

そして、図６のグラフに示すように、凝縮部２１に設けられたチューブと過冷却部２２に設けられたチューブとの本数比が９：１のとき過冷却度が６［度］、本数比が７：３のとき過冷却度が１５［度］となるコンデンサ２０において、凝縮部２１のチューブ本数と過冷却部２２のチューブ本数との比が９：１から７：３までの範囲で設定・調整されていることにより、過冷却度が６〜１５［度］の範囲に設定・調整されたコンデンサ２０を得ることができる。

このようにして得られたコンデンサ２０を用いた空調システム１００は、過冷却度が６〜１５［度］の範囲に設定・調整されたものとなり、冷凍サイクルの性能を最適に向上させることができる。

なお、凝縮部２１に設けられたチューブと過冷却部２２に設けられたチューブとは、そのチューブの、冷媒が通過する通路の断面積や形状は基本的に同一であるため、上述したように、チューブの本数比を規定することにより、凝縮器の過冷却度を６〜１５［度］の範囲に設定することができるが、これら凝縮部に設けられたチューブと過冷却部に設けられたチューブとの、冷媒通過通路の断面積や形状が互いに異なるものにあっては、上述したチューブの本数比だけで、凝縮器の過冷却度を６〜１５［度］の範囲に設定するのが不十分となる場合も起こり得る。

この場合は、前述したように、過冷却度を６〜１５［度］の範囲で液相冷媒Ｌの流速が６［ｍ／ｓ］以下となるように設定されたコンデンサ２０においては、凝縮部２１に設けられたチューブと過冷却部２２に設けられたチューブとの、冷媒通過通路の断面積や形状が互いに異なるものにあっても、過冷却度を６〜１５［度］の範囲に設定することができ、空調システム１００の冷凍サイクルの性能を最適に向上させることができる。

なお、このように凝縮部２１と過冷却部２２とにおけるチューブの本数比が予め調整されたコンデンサ２０単体は本発明に係る凝縮器の一実施形態であり、このコンデンサ２０を用いた空調システム１００における冷凍サイクルの性能を向上させることができる。

上述した実施形態の空調システム乃至コンデンサ２０は、その過冷却度が６〜１５［度］の範囲に設定、調整されたものであるが、本発明に係る空調システム乃至コンデンサ（凝縮器）においては、過冷却度が８〜１３［度］の範囲に設定、調整されたものであることが、より好ましい。

このように過冷却度が８〜１３［度］の範囲に設定、調整されている空調システム乃至コンデンサによれば、過冷却度の変化に応じた成績係数ＣＯＰの変化が最も大きいＩＤＬ状態においても、成績係数ＣＯＰを、最大値から最大値の略２［％］低下までの範囲に維持することができるとともに、過冷却度の変化に応じた成績係数ＣＯＰの変化が、アイドリング状態の場合よりも小さい他の速度域（高速走行状態、中速走行状態）においても、成績係数ＣＯＰを、最大値を含む範囲に維持することができ、成績係数ＣＯＰを、一層高い状態で維持することができるからである。

また、制御装置６０においてコンプレッサ１０の駆動を制御するとともに、クーリングファン１の駆動を制御して、凝縮部２１および過冷却部２２のチューブ外表面を通過する外気の風量を調整することにより、過冷却度を所定範囲（６〜１５[度]）に調整するのが好ましい。

一般に、コンデンサ２０には、モータ等により駆動されるクーリングファン１が設けられており、このクーリングファン１の駆動により、コンデンサ２０のチューブ外表面を通過する風量を増減調整することで、冷媒Ｇ，Ｌによる冷却能力を制御しているが、制御装置６０が、コンプレッサ１０の駆動とクーリングファン１の駆動とを同時並行して制御することで、過冷却度を所定範囲に調整する精度を高めることができるからである。

本発明の一実施形態に係る車両用空調システムを示すブロック図である。 図１に示した空調システムに用いられるコンデンサの、過冷却部における液相冷媒の管内流速と、過冷却部から温度膨張弁への液相冷媒の通路上における液相冷媒の圧力との対応関係（特性）を示すグラフである。 過冷却部における過冷却度と、過冷却部の管内における液相冷媒の流速との対応関係（特性）を示すグラフである。 高負荷条件下での、空調システムが搭載されている車両の各速度域（高速走行状態、中速走行状態、停車（アイドリング）状態）における、空調システムによる冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰを示すグラフである。 高負荷条件下での、コンデンサの過冷却部の過冷却度とエバポレータの効率ηとの対応関係を示すグラフである。 コンデンサの過冷却度と、過冷却部に設けられたチューブの本数との対応関係（特性）を示すグラフである。

符号の説明

１ クーリングファン
１０ コンプレッサ（気体圧縮機）
２０ コンデンサ（凝縮器）
２１ 凝縮部
２２ 過冷却部
２３ リザーバタンク（貯液部）
３０ ＴＸＶ（膨張弁）
４０ エバポレータ（蒸発器）
５０ 圧力センサ
６０ 制御装置
１００ 車両用空調システム
Ｇ 冷媒ガス（気相冷媒）
Ｌ 液相冷媒

Claims (6)

1. 車両用空調システムに用いられる凝縮器であって、
   気相冷媒を外気との熱交換により凝縮させる凝縮部、前記凝縮部により凝縮して得られた気液二相の冷媒を一時的に貯留し、気相冷媒を分離する貯液部、および前記貯液部から供給された液相冷媒を過冷却する過冷却部を備え、前記凝縮部と前記過冷却部とが一体的な熱交換器を形成し、
   前記過冷却部は、その過冷却度が６〜１５［度］の範囲となるように設定されていることを特徴とする凝縮器。
2. 前記凝縮部に設けられた、前記気相冷媒が通過するチューブと、前記過冷却部に設けられた、前記液相冷媒が通過するチューブとが、その本数比において９：１から７：３までの範囲で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の凝縮器。
3. 前記過冷却部に設けられた、前記液相冷媒が通過するチューブの内部における、前記液相冷媒の流速が、６［ｍ／ｓ］以下に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の凝縮器。
4. 前記過冷却部に設けられた前記チューブの内部における前記液相冷媒の流速と、前記過冷却部から送出された液相冷媒の圧力との、予め求められた対応関係に基づいて、前記過冷却部の出口部における前記液相冷媒の圧力が調整されていることを特徴とする請求項３に記載の凝縮器。
5. 気体圧縮機により高圧とされた気相冷媒を外気との熱交換により凝縮させる凝縮部、前記凝縮部により凝縮して得られた気液二相の冷媒を一時的に貯留し、気相冷媒を分離する貯液部、および前記貯液部から供給された液相冷媒を過冷却する過冷却部を有し、前記凝縮部と前記過冷却部とが一体的な熱交換器を形成してなる凝縮器と、
   前記過冷却部から送出された、過冷却された液相冷媒の圧力を低下させる膨張弁と、を備えた車両用空調システムにおいて、
   前記液相冷媒の、前記過冷却部における管内流速が早くなるにしたがって、前記過冷却部から前記膨張弁への前記液相冷媒の通路上における前記液相冷媒の圧力が低くなる特性を有するとともに、前記通路上における前記液相冷媒の圧力が、予め設定された所定の値以上となるように制御されていることを特徴とする車両用空調システム。
6. 前記凝縮器に圧縮された気相の冷媒を送出する気体圧縮機と、前記凝縮器に空気を送るクーリングファンと、前記過冷却部から前記膨張弁への前記液相冷媒の通路上に設けられた、前記液相冷媒の圧力を検出する圧力センサと、前記気体圧縮機の駆動および前記クーリングファンの駆動のうち少なくとも一方を制御する制御装置と、を備え、
   前記特性は、高熱負荷時において前記液相冷媒の、前記過冷却部における管内流速が１［ｍ／ｓ］のとき、前記過冷却部から前記膨張弁への前記液相冷媒の通路上における前記液相冷媒の圧力が２６［ｋｇ／ｃｍ² ］、前記管内流速が６［ｍ／ｓ］のとき、前記液相冷媒の圧力が１５［ｋｇ／ｃｍ² ］となる特性であり、
   前記制御装置が、前記圧力センサによって検出される前記液相冷媒の圧力を、１５［ｋｇ／ｃｍ² ］以上２６［ｋｇ／ｃｍ² ］以下の範囲とするように、前記気体圧縮機の駆動および前記クーリングファンの駆動のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項５に記載の車両用空調システム。

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