JP3199496B2 - 自動車用空気調和装置のコンデンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用空気調和装置
に組み込まれる多パス式マルチフロータイプのコンデン
サ、特に冷媒量の管理が容易で過冷却を一定に保つこと
ができるコンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用空気調和装置における
冷房運転は、周知のようにコンプレッサから吐出された
高温高圧の気化冷媒をコンデンサで凝縮し、この液冷媒
を膨脹弁を介してエバポレータに供給し、このエバポレ
ータにおいて空気と熱交換を行ない、冷媒によって冷却
された空気を車室内に吹出すことにより行っている。

【０００３】そして、エバポレータが受ける熱負荷に変
動があれば、エバポレータに供給される冷媒量を膨脹弁
の開度を制御することにより調節し、余剰冷媒が生じる
とコンデンサの下流域に設けられたリキッドタンクにお
いて一時的に貯溜し、冷媒不足の場合にはリキッドタン
ク内の貯溜冷媒をエバポレータに放出している。

【０００４】ところが、冷房サイクル内の冷媒は、長期
間使用している間に冷房サイクル外に漏れたり、場合に
よっては冷房サイクル内に過剰の冷媒が封入され、常に
冷房サイクル内の冷媒が所定量存在しているとは限らな
い。ただ、このような場合でも、前記リキッドタンクの
冷媒貯溜機能あるいはコンデンサ自体の冷媒貯溜機能に
より、ある程度正常な冷房運転、つまり所定のサブクー
ル（過冷却度）がとれた冷房運転ができるようになって
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近のコンデ
ンサは、全体形状を小さくするとともにいわゆる多パス
式とし、コンデンサ内を冷媒がＵターンしつつ流れるよ
うにすることにより、小形高性能化を図っている。

【０００６】図６，７に示すように、最近のコンデンサ
１０は、所定長離間され、かつ平行に対設された一対の
ヘッダパイプ１１，１２間に、両端が開放された直状の
扁平管１３が多数相互に平行に前記ヘッダパイプ１１，
１２と連通するように設けられ、この扁平管１３相互間
には伝熱フィンｆが介装されてコア部１４が形成されて
いる。このヘッダパイプ１１，１２は、その両端が蓋１
５により密閉され、一方のヘッダパイプ１１には、冷媒
が流入する入口管１６が、他方のヘッダパイプ１２に
は、前記冷媒が流出する出口管１７がそれぞれ取付けら
れている。これらヘッダパイプ１１，１２内には、仕切
板１８が設けられ、入口管１６から流入した冷媒がヘッ
ダパイプ１１を通って複数本の扁平管１３内に入り、前
記コア１４内を蛇行して流れ、出口管１７から流出する
ようにしている。つまり、１群の扁平管１３内を流れる
冷媒流が一方のヘッダパイプ１１から他方のヘッダパイ
プ１２に向かって流れる経路（以下パスと称す）が多数
形成された、いわゆる多パス式のマルチフロータイプと
なっている。

【０００７】前記ヘッダパイプ１２には、ブラケット１
９が取付けられ、このブラケット１９にリキッドタンク
２０が支持されている。リキッドタンク２０は、図７に
示すように、出口管１７と連通された本体２１と、本体
２１内に設けられた乾燥剤２２と、乾燥剤２２を貫通し
本体２１の底部近傍まで垂下された冷媒取出管２３とを
有し、冷媒取出管２３は、膨脹弁２４と連通されてい
る。

【０００８】このように最近のコンデンサ１０は、多量
の冷媒を複数の扁平管１３により一括して流すと共にこ
れをコア１４内で蛇行させて流す多パス式であるので、
小型であっても熱交換性能の高い高性能のコンデンサと
なっている。

【０００９】また、最近では、地球環境保護の観点から
使用冷媒量の小量化という要請がある。

【００１０】このため、自動車用空気調和装置に対して
も使用冷媒量の低減を図るようにしているが、前述した
高性能コンデンサを用いて少量の冷媒を流すと、僅かな
熱負荷の変動に対してもコンデンサ内の冷媒状態は変動
し、所定のサブクール（過冷却）がとれた冷房運転が安
定的に行なわれず、車室内吹出し温度も変動する虞があ
る。例えば、冷媒封入量が適正に近いかやや少ない場合
には、コンデンサの出口部分で冷媒は液化するのみで、
サブクールを十分とることができない。したがって、コ
ンデンサ内の冷媒は、気液混合の飽和状態となってお
り、出口管等が受ける僅かな受熱や圧損により冷媒はガ
ス化するという不安定な状態にある。

【００１１】このため、実際には、膨脹弁に流入する冷
媒は、液状態とガス状態とを交互に繰返す、いわゆるハ
ンチング状態となり、エバポレータの冷却性能も低くな
り、車室内に吹出される空気の温度（以下Ｔ値）も変動
することになる。

【００１２】また、冷媒封入量が軽度の過封入の場合に
は、コンデンサ内を冷媒が蛇行して流通した後の最終流
通経路となる部分（以下最終パス）まで液冷媒で、リキ
ッドタンクにも液冷媒が満液の状態となっている。この
状態では、コンデンサの最終パスにある液冷媒は、空気
により過冷却されるので、冷媒はサブクールがとれ、出
口管等が受ける僅かな受熱や多少の圧損があっても、膨
脹弁に流入する冷媒は、ハンチング状態が起ることもな
く、コンプレッサの冷媒吐出圧、つまりコンデンサの入
口部の冷媒の圧力（以下Ｐｄ値）はやや上昇するもの
の、エバポレータの冷却性能は向上し、サイクルも安定
し、冷力も確保される。

【００１３】しかし、この状態は、ワンポイント的であ
り、僅かでも冷媒が減少すると不安定な状態となり、実
用的ではない。つまり、リキッドタンクが液冷媒で満液
の状態であれば、リキッドタンクは、最早余剰冷媒を受
け入れることはできず、リキッドタンクには冷媒量を管
理する能力はなく、冷媒量の管理幅が狭く、不安定で、
制御しにくいものとなる。

【００１４】このように封入冷媒量によって性能が異な
るコンデンサを、小形化高性能化すると、この傾向はよ
り顕著に現れ、前述した軽度の冷媒過封入状態が得られ
るように封入冷媒量を調節しても、この状態を維持する
ことは難しく、冷媒封入量の変化に対するサイクルの安
定性確保はより困難なものとなり、コンデンサ設計に当
たっての冷媒量の管理が難しく、この管理幅を大きくす
ることが望まれている。 なお、冷媒をある程度過封入
状態とし、運転時に生じた余剰の液冷媒をコンデンサの
熱交換領域以外の部分に貯溜し、コンデンサの凝縮機能
が減殺されないようにしたものもある。例えば、コンデ
ンサの下部に流入口及び流出口と連通して冷媒貯溜タン
クを設けたもの（実開昭２−３８，０５５公報参照）、
コンデンサの出口側のヘッダパイプの一部を大径とした
もの（実開閉２−４８，７６５号公報参照）がある。し
かし、これらは、冷媒量の変動を吸収するのみであり、
コンデンサにおいて設定できるサブクールまでも考慮し
て冷媒量を制御するものではなく、膨脹弁にサブクール
（過冷却）のとれた液冷媒を安定的に供給することもで
きず、サイクルの安定と、冷力の確保は難しく、車室内
吹出し温度も変動する虞がある。また、このようにして
も冷媒封入量の低減を図ることはできず、使用冷媒量を
小量化したときに、冷媒量の管理幅も大きくできない。

【００１５】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たもので、封入冷媒量の変動に拘らず、コンデンサが確
実に所望のサブクールを常に設定できるようにし、冷媒
量の管理幅も大きくでき、サイクルの安定と冷力の確保
ができる高性能でコンパクトな自動車用空気調和装置の
コンデンサを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、相互間に伝熱フィンが介装されて並設され
た多数の水平な扁平管の両端にそれぞれ直立のヘッダ部
を設けることによりコア部を形成し、前記各ヘッダ部内
に仕切板を設けることにより入口管から流入した被熱交
換流体が出口管に至るまで前記コア部内を蛇行しつつ流
下するようにした多パス式マルチフロータイプのコンデ
ンサにおいて、最終パスの扁平管から流出した冷媒が貯
溜されるヘッダ部と、所定の内容積の密閉容器からなる
密閉タンクとを接続管により連通し、前記密閉タンクの
底部が最終パスの扁平管のいずれかより重力方向上方位
置となるようにしたことを特徴とする自動車用空気調和
装置のコンデンサである。

【００１７】前記最終パスの扁平管の列数は、全扁平管
の列数の１／４〜１／５とすることが好ましく、また密
閉タンクは、内部に乾燥剤が設けられた補助タンクを有
し、前記出口管から流出した被熱交換流体が前記補助タ
ンクに流入し、前記乾燥剤を挿通した冷媒が出口管から
膨脹弁に導かれるようにしも良い。

【００１８】

【作用】このように構成した本発明にかかるコンデンサ
では、コンデンサの最終パスで液冷媒になると、この液
冷媒は流出しつつ密閉タンクに溜まるが、この液冷媒が
密閉タンクに満たされるまでの間は、コンデンサ側では
液冷媒の液面が上昇せず一定の液面となるので、所望の
サブクールがとれた液冷媒にすることができる。しか
も、密閉タンクの位置を、その頂部が最終パスの扁平管
のいずれかより重力方向上方位置となるようにすれば、
コンデンサの最終パス全体に液冷媒が溜まるまでの時間
的余裕が大きくなり、また冷媒不足の場合には重力を利
用して密閉タンクから冷媒をコンデンサ内に戻すことも
できるので、冷媒量の多寡に拘らず、コンデンサ側の液
面を一定にでき、冷媒量の管理幅は大きく、所望のサブ
クール状態を長期にわたり保持することができる。この
ため、僅かな受熱や多少の圧損があっても、冷媒封入量
の変化に対してもサイクルは安定的に作動し、エバポレ
ータの冷却性能も向上する。

【００１９】また、このコンデンサは、多パス式マルチ
フロータイプであるので、全体がコンパクトな構造とな
り、サイクル内の封入冷媒量を低減でき、冷媒封入量を
少なくしても，前記冷媒量の管理幅は大きく、サイクル
も安定する。

【００２０】さらに、最終パスの扁平管の列数を、全扁
平管の列数の１／４〜１／５とすれば、ヘッダパイプか
ら密閉タンクに流入する冷媒と密閉タンク内に貯溜され
た冷媒がヘッダパイプに戻される冷媒の量がほぼ等しく
なり、扁平管に冷媒が存在する状態がさらに長期化し、
一層のサイクルの安定性が確保される。

【００２１】加えて、密閉タンクに、内部に乾燥剤が設
けられた補助タンクを設けると、従来からのリキッドタ
ンクを廃止でき、省スペース化を図ることができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて
説明する。図１は、本発明の一実施例に係るコンデンサ
の概略断面図、図２は、冷媒封入量の変化に対するＰｄ
値とサブクール量との関係を示すグラフ、図３は、コン
プレッサの回転数とサブクール量との関係を示すグラ
フ、図４は、外気温度とサブクール量との関係を示すグ
ラフである。なお、図６，７に示すものと共通する部分
には同一の符号を付し、説明を一部省略する。

【００２３】図１に示すコンデンサ３０は、小型で高性
能のコンデンサで、いわゆる多パス式のマルチフロータ
イプであるが、図示のものは直立のヘッダパイプ１１と
１２に各１枚の仕切板１８が設けられたもので、入口管
１６からヘッダパイプ１１に流入した冷媒が複数本の水
平な扁平管１３内を通ってヘッダパイプ１２内に入り、
Ｕターンした後にヘッダパイプ１１に戻り、再度Ｕター
ンしてヘッダパイプ１２内に入るように構成されたいわ
ゆる３パス式のものである。

【００２４】ヘッダパイプ１２内には、冷媒取出管３１
が挿通され、冷媒取出管３１の下端はヘッダパイプ１２
の下部にまで達し、上端はヘッダパイプ１２の上部に至
り、出口菅１７を介してリキッドタンク２０と連通され
ている。リキッドタンク２０の内部には乾燥剤２２が設
けられ、この乾燥剤２２を挿通し下端まで垂下された出
口管２３により下部に貯溜された液冷媒が膨脹弁２４に
まで導かれるようになっている。

【００２５】本実施例では、最終パスの扁平管１３から
流出した冷媒が貯溜されるヘッダパイプ１２と、所定の
内容積を有する密閉タンク３２とを接続菅３３により連
通している。この密閉タンク３２の取付位置は、密閉タ
ンク３２の底部が最終パスの扁平管１３における最上部
のものと同程度の位置となるようにし、コンデンサ３０
からの液冷媒が接続管３３を介して密閉タンク３２内に
導入されるようになっている。ここに、最終パスの扁平
管１３の列数は、５本程度であり、全扁平管１３の列数
である２０〜２５本の約１／４〜１／５となるようにし
ている。

【００２６】仮に、接続管３３の内径が３ｍｍとし、密
閉タンク３２内に貯溜されている液冷媒の高さが５ｃｍ
とすれば、密閉タンク３２からコンデンサ３０のヘッダ
パイプ１２内に流入するには、重力のみの力が作用する
と考え、その流速（ｖ）は、ベルヌーイの定理より ｖ＝（２ｇｈ）^1/2 であるので、ｖ＝０．９８９ｍ／ｓとなる。

【００２７】これに通路面積と密度（１１００ｋｇ／ｍ
³ ）と時間（３６００ｓｅｃ）を掛けると、２７．７ｋ
ｇ／ｈとなる。

【００２８】したがって、ヘッダパイプ１２より流入す
る冷媒がこれより大きければ密閉タンク３２に溜まらな
いが、コンデンサ３０より流入する冷媒がこれ以上であ
れば、密閉タンク３２に先に溜まることになる。

【００２９】実際には、通常の冷媒流量は１５０ｋｇ／
ｈ以上あり、その扁平管１３の数が１／５であっても３
０ｋｇ／ｈ以上となるので、密閉タンク３２に先に液冷
媒が溜まることになる。

【００３０】しかし、このように先に密閉タンク３２に
溜まるが、最終パスの扁平管１３に対する密閉タンク３
２の位置を重力方向上方位置となるようにし、重力を利
用して液冷媒を積極的にコンデンサ３０側に戻すように
すれば問題はない。

【００３１】次に、上記実施例の作用を説明する。通常
の冷房運転が行われている場合には、コンプレッサから
吐出された高温高圧の気化冷媒は、コンデンサ３０で凝
縮されつつ流下し、コンデンサ３０の下部域で液冷媒と
なる。ここで、液冷媒がさらに冷却されサブクールがと
られる。通常サブクールは５〜８度程度である。サブク
ールがとられた液冷媒は、ヘッダパイプ１２内に入り貯
溜される。ヘッダパイプ１２内の液冷媒は、その一部を
冷媒取出管３１及び導菅３２よりリキッドタンク２０に
導びかれ、膨脹弁２４を経てエバポレータに導かれる。

【００３２】しかし、余剰冷媒は、まず、最終パスと連
通されたヘッダパイプ１２内に貯溜される。このヘッダ
パイプ１２内の液冷媒量が増え、接続管３３の連結位置
を越えると、ヘッダパイプ１２内の冷媒は、次々と流入
してくる冷媒に押されて、接続管３３を通って密閉タン
ク３２内に流入し、貯溜される。

【００３３】ここに、密閉タンク３２の位置は、密閉タ
ンク３２の底部が最終パスの扁平管１３における最上部
のものと同程度の位置となるように構成しているので、
密閉タンク３２内に溜まった液冷媒もコンデンサ３０側
に戻され、コンデンサ３０の下部域において冷却され、
一定のサブクールを取ることができる。

【００３４】そして、コンデンサ３０の最終パスで次々
と液化された冷媒は、密閉タンク３２内に貯溜されるこ
とになり、その間は、コンデンサ３０側では液冷媒の液
面は上昇せず、一定の凝縮性能を発揮し、所望のサブク
ールがとれた液冷媒にすることができる。したがって、
僅かな受熱や多少の圧損があっても、冷媒封入量の変化
に対してもサイクルは安定的に作動し、エバポレータの
冷却性能も向上する。次に、密閉タンクが有効性を発揮
するかどうかの確認をする実験を行ったところ下記のよ
うな結果が得られた。

【００３５】１）密閉タンクの位置について 図２は、冷媒量とサブクール及び吐出圧との関係を示す
もので、実線Ｂは、本実施例のもので、図１において密
閉タンク３２をＢ位置にセットしたもの、実線Ａは、図
１において密閉タンク３２をＡ位置にセットしたもの、
実線Ｃは、図１において密閉タンク３２をＣ位置にセッ
トしたものであり、破線は密閉タンクを有しない従来の
ものである。

【００３６】この図より明らかなように、Ｂ，Ｃ位置に
セットしたものは、通常封入される冷媒量である１００
０〜１２００ｇの範囲でサブクールを安定してとること
ができ、またコンプレッサの吐出圧、つまりコンデンサ
の入口部の冷媒の圧力（Ｐｄ値）も比較的小さな値とな
る。したがって、密閉タンク３２の設置位置はＢまたは
Ｃ位置にセットすることが好ましい。より好ましくは、
液冷媒が密閉タンク３２に貯溜されやすいＢ位置とする
ことである。

【００３７】２）コンプレッサの回転数とサブクールと
の関係 図３に示すように、従来のコンデンサ（破線で示す）
は、コンプレッサの回転数の上昇にともない循環冷媒量
も増大し、コンデンサ３０内に生じる液冷媒の量も増大
し、サブクールもこれに伴って上昇することになる。こ
の結果、エバポレータに加わる熱負荷如何によっては、
スーパーヒート量（過熱度；エバポレータで蒸発した冷
媒を飽和温度以上に加熱すること）が減少し、冷媒が完
全に気化せず、液冷媒の状態でコンプレッサに戻ること
もあり、コンプレッサでは液圧縮する虞れが生じる。こ
れに対し、本実施例のコンデンサ３０（実線で示す）
は、コンプレッサの回転数の上昇にともない循環冷媒量
が増大しても、液冷媒はタンク３２あるいはコンデンサ
３０に蓄えられるため、サブクール量はコンプレッサの
回転数如何に拘らず一定となり、膨脹弁２４にはサブク
ールがとれた液冷媒を安定的に供給されることになる。

【００３８】３）外気温度とサブクールとの関係 図４に示すように、外気温度が上昇すると、エバポレー
タに加わる熱負荷も増大するので、多量の冷媒をエバポ
レータに供給すべく、コンプレッサの回転数が上昇する
ことになる。したがって、前記２）と同様に、従来のコ
ンデンサ（破線で示す）では、外気温度の上昇、つまり
循環冷媒量が増大し、サブクールもこれに伴って上昇す
る。しかし、本実施例のコンデンサ３０（実線で示す）
は、外気温度の上昇、つまり循環冷媒量が増大しても、
コンデンサ３０には常に所定の液冷媒が存在するので、
サブクール量は一定となり、膨脹弁２４にはサブクール
がとれた液冷媒を安定的に供給されることになる。

【００３９】したがって、出口管１７等が受ける僅かな
受熱や多少の圧損があっても、冷媒はハンチング状態が
起ることもなく、エバポレータの冷却性能も向上し、サ
イクルの安定性、冷力確保の面からも好ましい状態とな
る。

【００４０】このように本実施例では、コンデンサを小
形化高性能化しても、サブクールは所定値を維持するこ
とができ、冷媒封入量の変化に対しても、エバポレータ
の冷力は所定のものとなり、サイクル全体としても安定
性が確保される。

【００４１】図５は、本発明の他の実施例を示すコンデ
ンサ３０Ａで、前記実施例の密閉タンク３２の上部にこ
の密閉タンク３２と一体的に構成された補助タンク３４
を有し、この補助タンク３４内には冷媒乾燥部を設け、
コンデンサの出口管１７から流出した冷媒が、補助タン
ク３４に流入し、乾燥剤２２を通過した後に、補助タン
ク３４に連設された出口管２３から膨脹弁２４に導かれ
るようにしたものである。このようにすれば、リキッド
タンクを廃止でき、スペース的に極めて有利となる。

【００４２】本発明は、上述した実施例のみに限定され
るものではなく、特許請求の範囲内において種々改変す
ることができる。例えば、前記実施例は、密閉タンク３
２の底部が最終パスの扁平管１３の最上部のものと同程
度の位置、つまりＢ位置に密閉タンク３７をセットして
いるが、これのみでなく、図１及び図２より明らかなよ
うに、Ｃ位置でも良く、最終パスを構成する複数本の扁
平管１３の内いずれかより重力方向上方位置となるよう
にすればよい。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、マルチ
フロータイプのコンデンサにおいて、ヘッダパイプの出
口部分所定位置に密閉タンクを取り付け、この密閉タン
ク内に液冷媒を貯溜するようにしたので、高性能でコン
パクトなコンデンサであっても、封入冷媒量の変動に拘
らず、コンデンサが確実に所望のサブクールを常に設定
でき、冷媒量の管理幅も大きく、サイクルの安定と冷力
の確保ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の一実施例に係るコンデンサの概略
断面図、

【図２】は、冷媒封入量の変化に対するＰｄ値とサブク
ール量との関係を示すグラフ、

【図３】は、コンプレッサの回転数とサブクール量との
関係を示すグラフ、

【図４】は、外気温度とサブクール量との関係を示すグ
ラフ、

【図５】は、本発明の他の実施例に係るコンデンサの概
略断面図

【図６】は、従来のコンデンサを示す斜視図、

【図７】は、図６の断面図である。

【符号の説明】

１１，１２…ヘッダパイプ、 １３…扁平管、
１４…コア部、 １６…入口管、
１７…導菅（出口管）、 １８…仕切板、
２０…リキッドタンク、 ２２…乾燥剤、
２３…導菅（冷媒取出菅）、 ３２…導菅、３
２…密閉タンク、 ３３…接続菅、３
４…補助タンク、 ｆ…伝熱フィン。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互間に伝熱フィン(f)が介装されて並
   設された多数の水平な扁平管(13)の両端にそれぞれ直立
   のヘッダ部(11,12)を設けることによりコア部(14)を形
   成し、前記各ヘッダ部(11,12)内に仕切板(18)を設ける
   ことにより入口管(16)から流入した被熱交換流体が出口
   管(17)に至るまで前記コア部(14)内を蛇行しつつ流下す
   るようにした多パス式マルチフロータイプのコンデンサ
   において、最終パスの扁平管(13)から流出した冷媒が貯
   溜されるヘッダ部(11又は12)と、所定の内容積の密閉容
   器からなる密閉タンク(32)とを接続管(33)により連通
   し、前記密閉タンク(32)の底部が最終パスの扁平管(13)
   のいずれかより重力方向上方位置となるようにしたこと
   を特徴とする自動車用空気調和装置のコンデンサ。
2. 【請求項２】 前記最終パスの扁平管(13)は、列数が全
   扁平管(13)の列数の１／４〜１／５としたことを特徴と
   する請求項１に記載の自動車用空気調和装置のコンデン
   サ。
3. 【請求項３】 前記密閉タンク(32)は、内部に乾燥剤(2
   2)が設けられた補助タンク(34)を有し、前記出口管(17)
   から流出した被熱交換流体が前記補助タンクに流入し、
   前記乾燥剤(22)を挿通した冷媒が出口管(23)から膨脹弁
   (24)に導かれるようにしたことを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の自動車用空気調和装置のコンデンサ。