JPWO2017154093A1 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

車両用空気調和装置（１０）は、圧縮機（１）と、凝縮器（２）と、液管（３）と、減圧器（４）と、蒸発器（５）と、ガス管（６）と、圧縮機（１）、凝縮器（２）、液管（３）、減圧器（４）、蒸発器（５）、ガス管（６）の順に循環する冷媒とを備えている。冷媒は、冷媒の密度をρとし、冷媒のエンタルピ差をΔｈとし、Ｒ３２の密度をρＲ３２とし、Ｒ３２のエンタルピ差をΔｈＲ３２としたときに、０．９３＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦１の条件を充足する。ガス管（６）の外径は、冷房定格能力をｘとしたときに、０．３７５５ｘ＋７．４１６５（ｍｍ）で算出される寸法を有する。

Description

本発明は、車両用空気調和装置に関し、特に、液管およびガス管を備えた車両用空気調和装置に関するものである。
従来、冷媒回路においては室外機および室内機が液管およびガス管により接続されている。たとえば、国際公開第００／５２３９７号（特許文献１）には、冷媒回路の冷媒充填量を低減するように、ガス管の径を従来と同様に設定する一方で、液管の径を従来よりも小さく設定する冷凍装置が記載されている。
国際公開第００／５２３９７号
車両用空気調和装置において、上記文献に記載された冷凍装置のように、接続配管（液管）が細径化されると、車両用空気調和装置が軽量化されるため、車両走行動力が軽減される。他方、単純に接続配管が細径化されると、接続配管内での圧力損失が増大するため、車両用空気調和装置の負荷が増大する。このため、空調装置動力（空調入力）が増大する。したがって、車両走行動力と空調入力とを足し合わせた車両全体の入力が増大する場合がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両走行動力と空調入力とを足し合わせた車両全体の入力を最小化することができる車両用空気調和装置を提供することである。
本発明の車両用空気調和装置は、圧縮機と、圧縮機に接続された凝縮器と、凝縮器に接続された液管と、液管に接続された減圧器と、減圧器に接続された蒸発器と、蒸発器および圧縮機に接続されたガス管と、圧縮機、凝縮器、液管、減圧器、蒸発器、ガス管の順に循環する冷媒とを備えている。冷媒は、冷媒の密度をρとし、冷媒のエンタルピ差をΔｈとし、Ｒ３２の密度をρＲ３２とし、Ｒ３２のエンタルピ差をΔｈＲ３２としたときに、０．９３＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦１の条件を充足する。ガス管の外径は、冷房定格能力をｘとしたときに、０．３７５５ｘ＋７．４１６５（ｍｍ）で算出される寸法を有する。
本発明の車両用空気調和装置によれば、冷媒は、０．９３＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦１の条件を充足する。ガス管の外径は、冷房定格能力をｘとしたときに、０．３７５５ｘ＋７．４１６５（ｍｍ）で算出される寸法を有する。このため、車両走行動力と空調入力とを足し合わせた車両全体の入力を最小化することができる。
本発明の実施の形態１における車両用空気調和装置を備えた車両の構成を概略的に示す概略図である。 本発明の実施の形態１における車両用空気調和装置の構成を概略的に示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１における走行動力とガス管径との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における車両全体入力等の入力と接続配管径との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における空調入力とガス管径との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における冷房定格能力１０ｋＷの場合の入力比とガス管径との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における冷房定格能力２０ｋＷの場合の入力比とガス管径との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における冷房定格能力３０ｋＷの場合の入力比とガス管径との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における冷房定格能力４０ｋＷの場合の入力比とガス管径との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における冷媒が（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．９３〜１の場合のガス管径と冷房定格能力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における冷媒が（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．８５〜０．９３の場合のガス管径と冷房定格能力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における冷媒が（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．４５〜０．６５の場合のガス管径と冷房定格能力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における冷媒が（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．９３〜１の場合の配管径と冷房定格能力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における冷媒が（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．８５〜０．９３の場合の配管径と冷房定格能力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における冷媒が（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．４５〜０．６５の場合の配管径と冷房定格能力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２における空調入力と液管径との関係を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まずは、図１および図２を参照して、本発明の実施の形態１における車両用空気調和装置１０の構成について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における車両用空気調和装置１０を備えた車両１００の一例を概略的に示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態の車両用空気調和装置１０は、車両１００内において空気調和を行うためのものである。本実施の形態では、車両用空気調和装置１０は車両１００の屋根に設置されている。
図２は、実施の形態１における車両用空気調和装置１０の冷媒回路図である。図２を参照して、本実施の形態の車両用空気調和装置１０は、圧縮機１と、凝縮器２と、凝縮器用送風機２ａと、液管３と、減圧器４と、蒸発器５と、蒸発器用送風機５ａと、ガス管６と、冷媒とを主に有している。また、車両用空気調和装置１０は、仕切り部材により仕切られた室外機部７と、室内機部８とを有している。圧縮機１と、凝縮器２と、凝縮器用送風機２ａとは室外機部７に収容されている。減圧器４と、蒸発器５と、蒸発器用送風機５ａとは室内機部８に収容されている。室外機部７および室内機部８が液管３およびガス管６によって接続されている。冷媒は、室外機部７、液管３、室内機部８、ガス管６の順に循環する。
冷凍回路は、圧縮機１、凝縮器２、液管３、減圧器４、蒸発器５、ガス管６の順に冷媒が循環するように構成されている。冷媒は、たとえば、Ｒ３２、Ｒ４１０Ａ（Ｒ３２比率５０％程度）、Ｒ４０７Ｃ（Ｒ３２比率２５％程度）などを用いることが可能である。
圧縮機１は吸入した冷媒を圧縮して吐出するように構成されている。圧縮機１は容量可変に構成されていてもよい。圧縮機１は回転数を調整可能に構成されていてもよい。凝縮器２は、圧縮機１により圧縮された冷媒を凝縮するように構成されている。凝縮器２は配管を介して圧縮機１に接続されている。凝縮器２は、冷媒が内部を流れるパイプとパイプの外側に設けられたフィンとを有していてもよい。凝縮器用送風機２ａは、凝縮器２に送風することにより凝縮器２で冷媒と室外の空気との熱交換量を調整するように構成されている。液管３は、凝縮器２と減圧器４とを接続している。
減圧器４は、凝縮器２により凝縮された冷媒を減圧するように構成されている。減圧器４は、たとえばキャピラリーチューブであってもよい。蒸発器５は減圧器４に接続されている。蒸発器５は、減圧器４により減圧された冷媒を蒸発させるように構成されている。蒸発器５は、冷媒が内部を流れるパイプとパイプの外側に設けられたフィンとを有していてもよい。蒸発器用送風機５ａは、蒸発器５に送風することにより蒸発器５で冷媒と室内の空気との熱交換量を調整するように構成されている。ガス管６は蒸発器５と圧縮機１とを接続している。
次に、図１および図２を参照して、本実施の形態の車両用空気調和装置１０の動作について説明する。本実施の形態の車両用空気調和装置１０では、冷媒回路を循環する冷媒が凝縮器２および蒸発器５において空気と熱交換を行うことにより空気調和が行われる。
冷房運転では、圧縮機１に流入した冷媒は圧縮機１で圧縮されて高温高圧ガス冷媒となる。圧縮機１から吐出された高温高圧ガス冷媒は凝縮器２に流入する。凝縮器２に流入した高温高圧ガス冷媒は、凝縮器２で外気と熱交換されることにより凝縮し、高圧液冷媒となる。この高圧液冷媒は液管３を通って減圧器４に流入する。減圧器４に流入した高圧液冷媒は、減圧器４で減圧されて低圧気液二相冷媒となる。この低圧気液二相冷媒は蒸発器５に流入する。蒸発器５に流入した低圧気液二相冷媒は、蒸発器５で車両１００内の空気と熱交換されることにより蒸発し、低圧ガス冷媒となる。この低圧ガス冷媒はガス管６を通って圧縮機１に流入する。圧縮機１に流入した低圧ガス冷媒は圧縮機１で再び圧縮されて高温高圧ガス冷媒になる。このようにして、冷媒回路を冷媒が循環することにより、冷房運転では車両１００内の空気が冷やされる。
暖房運転では、電力によって空気を加熱可能な内蔵ヒータにより、車両１００内の空気が暖められる。なお、車両用空気調和装置１０は、たとえば、四方弁等により冷房運転と暖房運転とを切り替え可能に構成されていてもよい。この場合、暖房運転では冷媒の循環方向が冷房運転とは逆になる。
次に、図１〜図１５を参照して、本実施の形態の車両用空気調和装置１０のガス管径と車両全体の入力との関係について説明する。
図２および図３を参照して、冷媒回路では、ガス管６が細径化されることで車両用空気調和装置１０が軽量化される。図１に示すように、車両１００は車両用空気調和装置１０を搭載して走行するので、接続配管であるガス管６が細径化されることで車両用空気調和装置１０が軽量化されると、車両全体が軽量化される。そのため、ガス管６が細径化されることにより車両１００の走行動力（車両走行動力）は軽減される。
図３は、ガス管径（ｍｍ）に対する車両走行動力（％）の関係を示す図である。図３では、ガス管径φ２２．２２ｍｍが基準とされている。つまり、ガス管径（ｍｍ）がφ２２．２２ｍｍで車両走行動力（％）が１００％になる。なお、ガス管径は、ガス管６の外径である。
車両走行動力は、車両１００の車輪を回転させるモータを駆動させる電力量である。詳しくは、車両１００（車体＋車両用空気調和装置１０）全重量が一定速度で走行するための動力（電力量）が算出される。車両走行動力は、車両１００の転がり摩擦による走行抵抗を算出することにより導出される。ガス管６が細径化されることにより車両全体の重量が軽くなれば走行抵抗は軽減される。そのため、ガス管径が小さくなれば車両走行動力も小さくなる。
しかし、ガス管６が細径化されることにより冷媒の流路が狭くなるため、ガス管６を流れる冷媒の圧力損失が増大する。一般に、配管内の圧力損失は配管径の４．７５乗に反比例する。ガス管内の圧力損失が増加すると、吸入ガスの比エントロピーが増加するため、車両用空気調和装置１０の所定の能力を出すために圧縮機１の入力が増大する。このため、車両用空気調和装置１０の負荷は上昇する。
図４は、ガス管径（接続配管径）に対する空調入力、車両走行動力および車両全体入力の関係を示す図である。上記の通り、ガス管６の細径化に伴い、車両走行動力は軽減するが、空調入力は上昇する。このため、図４に示すように、車両走行動力と空調入力とを足し合わせた車両全体入力が最小（最小入力）となるガス管径が存在する。
図５は、ガス管径（ｍｍ）と空調入力（％）の関係を示す図である。図５では、冷媒Ｒ３２、ガス管径（ｍｍ）φ２２．２２ｍｍ、冷房定格能力３０ｋＷが基準とされている。つまり、冷媒Ｒ３２、ガス管径φ２２．２２ｍｍ、冷房定格能力３０ｋＷで空調入力（％）が１００％になる。空調入力は、図１に示す圧縮機１、凝縮器用送風機２ａおよび蒸発器用送風機５ａを駆動させる電力量である。車両用空気調和装置１０の凝縮器用送風機２ａおよび蒸発器用送風機５ａは基本的に一定速度で運転されるため、凝縮器用送風機２ａおよび蒸発器用送風機５ａの電力量は一定とみなして算出される。
図５に示すように、空調入力は冷房定格能力によって異なるため、車両全体の最小入力となるガス管径は冷房定格能力によって異なる。また、冷房定格能力が高いほど空調入力は大きくなり、ガス管６の細径化による空調入力の増加率も大きくなる。
図６〜図９を参照して、冷房定格能力が１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋＷ、４０ｋＷの場合における車両全体入力が最小化されたガス管径について説明する。図６〜図９では、車両走行動力、空調入力および車両全体入力はそれぞれ比で示されている。
図６は、冷房定格能力１０ｋＷの場合の入力比（％）とガス管径（ｍｍ）との関係を示す図である。図６に示すように、車両走行動力比と空調入力比とを足し合わせた車両全体入力比が最小化されたガス管径が存在する。
図７は、冷房定格能力２０ｋＷの場合の入力比（％）とガス管径（ｍｍ）との関係を示す図である。図７に示すように、車両走行動力比と空調入力比とを足し合わせた車両全体入力比が最小化されたガス管径が存在する。
図８は、冷房定格能力３０ｋＷの場合の入力比（％）とガス管径（ｍｍ）との関係を示す図である。図８に示すように、車両走行動力比と空調入力比とを足し合わせた車両全体入力比が最小化されたガス管径が存在する。
図９は、冷房定格能力４０ｋＷの場合の入力比（％）とガス管径（ｍｍ）との関係を示す図である。図９に示すように、車両走行動力比と空調入力比とを足し合わせた車両全体入力比が最小化されたガス管径が存在する。
図６〜図９に示すように、冷房定格能力によって、車両走行動力比と空調入力比とを足し合わせた車両全体入力比が最小化されたガス管径が異なる。
また、同等なガス管径における空調入力は冷媒によって異なる。このため、冷媒によって車両全体入力が最小となるガス管径も異なる。そのため、本実施の形態は、冷媒物性の指標として、冷媒の密度ρとエンタルピ差Δｈの乗算値（ρ×Δｈ）を設け、Ｒ３２単一冷媒の密度ρＲ３２とエンタルピ差ΔｈＲ３２の乗算値を（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）基準としている。つまり、本実施の形態は、冷媒物性の指標として、（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）の値を用いている。具体的には、（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．９３〜１、０．８５〜０．９３、０．４５〜０．６５の３つの範囲に分けてガス管径が選定される。
具体的には、以下の手順にてシミュレーションによりガス管径が選定される。
手順（１）では、ガス管径φ６．３５ｍｍ〜φ２８．６ｍｍにおいて、冷房定格能力がそれぞれ１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋＷ、４０ｋＷとなるように圧縮機容量、冷媒量、絞り量が調整される。
手順（２）では、横軸にガス管径、縦軸に空調入力がとられたグラフにおいて、冷房定格能力１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋＷ、４０ｋＷのそれぞれについて、ガス管径および空調入力が整理される。
手順（３）では、ガス管径の変化に伴うユニット重量変化から車両走行動力が算出される。横軸にガス管径、縦軸に車両走行動力がとられたグラフにおいて、冷房定格能力１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋＷ、４０ｋＷのそれぞれについて、ガス管径および車両走行動力が整理される。
手順（４）では、空調入力に車両走行動力を足し合わせて車両全体入力が算出される（車両全体入力＝空調入力＋車両走行動力）。横軸にガス管径、縦軸に車両全体入力がとられたグラフにおいて、ガス管径および車両全体入力が整理される。
手順（５）では、車両全体入力が最小となるガス管径が冷房定格能力１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋＷ、４０ｋＷごとに導出される。
手順（６）では、横軸に冷房定格能力、縦軸に車両全体入力が最小となるガス管径がとられたグラフにおいて、ガス管径および冷房定格能力が整理される。そして、冷房定格能力１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋＷ、４０ｋＷごとに整理されたガス管径および冷房定格能力が一次関数に近似される。これにより、ガス管径と冷房定格能力との関係を示す近似式が導出される。この近似式により、冷房定格能力ごとの車両全入力が最小となるガス管径が求められる。
図１０は、冷媒が（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．９３〜１の場合のガス管径と冷房定格能力との関係を示す図である。つまり、冷媒は、冷媒の密度をρとし、冷媒のエンタルピ差をΔｈとし、Ｒ３２の密度をρＲ３２とし、Ｒ３２のエンタルピ差をΔｈＲ３２としたときに、次の式（１）の条件を充足する。
０．９３＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦１ （１）
そして、図１０に示すように、ガス管径と冷房定格能力との関係を示す近似式は次の式（２）となる。つまり、ガス管径は、ガス管の外径をＹとし、冷房定格能力をｘとしたときに、次の式（２）で算出される寸法を有する。
０．３７５５ｘ＋７．４１６５（ｍｍ） （２）
図１１は、冷媒が（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．８５〜０．９３の場合のガス管径と冷房定格能力との関係を示す図である。つまり、冷媒は、次の式（３）の条件を充足する。
０．８５＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦０．９３ （３）
そして、図１１に示すように、ガス管径と冷房定格能力との関係を示す近似式は次の式（４）となる。つまり、ガス管径は、ガス管の外径をＹとし、冷房定格能力をｘとしたときに、次の式（４）で算出される寸法を有する。
０．３９６４ｘ＋８．２１６（ｍｍ） （４）
図１２は、冷媒が（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．４５〜０．６５の場合のガス管径と冷房定格能力との関係を示す図である。つまり、冷媒は、次の式（５）の条件を充足する。
０．４５＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦０．６５ （５）
そして、図１２に示すように、ガス管径と冷房定格能力との関係を示す近似式は次の式（６）となる。つまり、ガス管径は、ガス管の外径をＹとし、冷房定格能力をｘとしたときに、次の式（６）で算出される寸法を有する。
０．５７５７ｘ＋７．０９４７（ｍｍ） （６）
また、冷房定格能力での車両全入力が最小化されたガス管径を有するガス管として、ＪＩＳ規格に準拠した配管を用いることができる。上記の近似式に、管径（ＪＩＳ規格の代表寸法）が代入されることにより、冷房定格能力が算出される。これにより、各ガス管径における冷房能力範囲を示すことが可能である。
ＪＩＳ規格に準拠した配管は、上記の近似式で求められたガス管径の値以上であって、その値に最も近い管径を有する配管が用いられる。
図１３は、ガス管径としてＪＩＳ Ｈ３３００の配管径を採用した場合の（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．９３〜１の冷媒における冷房定格能力（ｋＷ）と配管径（ｍｍ）との関係を示す図である。つまり、冷媒は、次の式（７）の条件を充足する。
０．９３＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦１ （７）
図１３に示すように、車両全体入力が最小化されるガス管の外径は、冷房定格能力が、５．６ｋＷ以上のときにφ９．５２（ｍｍ）であり、５．６ｋＷよりも大きく１４．１ｋＷ以下のときにφ１２．７０（ｍｍ）であり、１４．１ｋＷよりも大きく２２．５ｋＷ以下のときにφ１５．８８（ｍｍ）であり、２２．５ｋＷよりも大きく３１．０ｋＷ以下のときにφ１９．０５（ｍｍ）であり、３１．０ｋＷよりも大きく３９．４ｋＷ以下のときにφ２２．２２（ｍｍ）である。
図１４は、ガス管径としてＪＩＳ Ｈ３３００の配管径を採用した場合の（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．８５〜０．９３の冷媒における冷房定格能力（ｋＷ）と配管径（ｍｍ）の関係を示す図である。つまり、冷媒は、次の式（８）の条件を充足する。
０．８５＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦０．９３ （８）
図１４に示すように、車両全体入力が最小化されるガス管の外径は、冷房定格能力が、３．３ｋＷ以上のときにφ９．５２（ｍｍ）であり、３．３ｋＷよりも大きく１１．３ｋＷ以下のときにφ１２．７０（ｍｍ）であり、１１．３ｋＷよりも大きく１９．３ｋＷ以下のときにφ１５．８８（ｍｍ）であり、１９．３ｋＷよりも大きく２７．３ｋＷ以下のときにφ１９．０５（ｍｍ）であり、２７．３ｋＷよりも大きく３５．３ｋＷ以下のときにφ２２．２２（ｍｍ）であり、３５．３ｋＷよりも大きく４３．４ｋＷ以下のときにφ２５．４０（ｍｍ）である。
図１５は、ガス管径としてＪＩＳ Ｈ３３００の配管径を採用した場合の（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．４５〜０．６５の冷媒における冷房定格能力（ｋＷ）と配管径（ｍｍ）の関係を示す。つまり、冷媒は、次の式（９）の条件を充足する。
０．４５＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦０．６５ （９）
図１５に示すように、車両全体入力が最小化されるガス管の外径は、冷房定格能力が、４．２ｋＷ以上のときにφ９．５２（ｍｍ）であり、４．２ｋＷよりも大きく９．７ｋＷ以下のときにφ１２．７０（ｍｍ）であり、９．７ｋＷよりも大きく１５．３ｋＷ以下のときにφ１５．８８（ｍｍ）であり、１５．３ｋＷよりも大きく２０．８ｋＷ以下のときにφ１９．０５（ｍｍ）であり、２０．８ｋＷよりも大きく２６．３ｋＷ以下のときにφ２２．２２（ｍｍ）であり、２６．３ｋＷよりも大きく３１．８ｋＷ以下のときにφ２５．４０（ｍｍ）であり、３１．８ｋＷよりも大きく３７．３ｋＷ以下のときにφ２８．５６ｍｍである。
なお、ガス管の長さに関しては、ガス管が長くなるとガス管の質量が増加するため車両走行動力は上昇する。またガス管が長くなるとガス管内の圧力損失が増大するため空調入力が上昇する。そのため、最小入力（最小消費エネルギー）となるガス管径の選定において、配管長は起因しない。
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の車両用空気調和装置によれば、図１０に示すように、冷媒は、０．９３＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦１の条件を充足する。ガス管の外径は、冷房定格能力をｘとしたときに、０．３７５５ｘ＋７．４１６５（ｍｍ）で算出される寸法を有する。このため、車両走行動力と空調入力とを足し合わせた車両全体の入力を最小化することができる。
また、本実施の形態の車両用空気調和装置によれば、図１３に示すように、冷媒は０．９３＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦１の条件を充足し、ガス管の外径は冷房定格能力をｘとしたときに次の値となる。つまり、ガス管の外径は、ｘが５．６ｋＷ以上のときに、９．５２ｍｍである。ガス管の外径はｘ、が５．６ｋＷよりも大きく１４．１ｋＷ以下のときに、１２．７０ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが１４．１ｋＷよりも大きく２２．５ｋＷ以下のときに、１５．８８ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが２２．５ｋＷよりも大きく３１．０ｋＷ以下のときに、１９．０５ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが３１．０ｋＷよりも大きく３９．４ｋＷ以下のときに、２２．２２ｍｍである。このため、車両走行動力と空調入力とを足し合わせた車両全体の入力を最小化することができる。さらに、ガス管としてＪＩＳ Ｈ３３００に準拠した配管を採用することができるため、ガス管を容易に準備することができる。
また、本実施の形態の車両用空気調和装置によれば、図１１に示すように、冷媒は、０．８５＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦０．９３の条件を充足する。ガス管の外径は、冷房定格能力をｘとしたときに、０．３９６４ｘ＋８．２１６（ｍｍ）で算出される寸法を有する。このため、車両走行動力と空調入力とを足し合わせた車両全体の入力を最小化することができる。
また、本実施の形態の車両用空気調和装置によれば、図１４に示すように、冷媒は０．８５＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦０．９３の条件を充足し、ガス管の外径は冷房定格能力をｘとしたときに次の値となる。つまり、ガス管の外径は、ｘが３．３ｋＷ以上のときに、９．５２ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが３．３ｋＷよりも大きく１１．３ｋＷ以下のときに、１２．７０ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが１１．３ｋＷよりも大きく１９．３ｋＷ以下のときに、１５．８８ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが１９．３ｋＷよりも大きく２７．３ｋＷ以下のときに、１９．０５ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが２７．３ｋＷよりも大きく３５．３ｋＷ以下のときに、２２．２２ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが３５．３ｋＷよりも大きく４３．４ｋＷ以下のときに、２５．４０ｍｍである。このため、車両走行動力と空調入力とを足し合わせた車両全体の入力を最小化することができる。さらに、ガス管としてＪＩＳ Ｈ３３００に準拠した配管を採用することができるため、ガス管を容易に準備することができる。
また、本実施の形態の車両用空気調和装置によれば、図１２に示すように、冷媒は、０．４５＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦０．６５の条件を充足する。ガス管の外径は、冷房定格能力をｘとしたときに、０．５７５７ｘ＋７．０９４７（ｍｍ）で算出される寸法を有する。このため、車両走行動力と空調入力とを足し合わせた車両全体の入力を最小化することができる。
また、本実施の形態の車両用空気調和装置によれば、図１５に示すように、冷媒は０．４５＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦０．６５の条件を充足し、ガス管の外径は冷房定格能力をｘとしたときに次の値となる。つまり、ガス管の外径は、ｘが４．２ｋＷ以上のときに、９．５２ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが４．２ｋＷよりも大きく９．７ｋＷ以下のときに、１２．７０ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが９．７ｋＷよりも大きく１５．３ｋＷ以下のときに、１５．８８ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが１５．３ｋＷよりも大きく２０．８ｋＷ以下のときに、１９．０５ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが２０．８ｋＷよりも大きく２６．３ｋＷ以下のときに、２２．２２ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが２６．３ｋＷよりも大きく３１．８ｋＷ以下のときに、２５．４０ｍｍである。ガス管の外径は、ｘが３１．８ｋＷよりも大きく３７．３ｋＷ以下のときに、２８．５６ｍｍである。このため、車両走行動力と空調入力とを足し合わせた車両全体の入力を最小化することができる。さらに、ガス管としてＪＩＳ Ｈ３３００に準拠した配管を採用することができるため、ガス管を容易に準備することができる。
以上のように、冷房定格能力ごとに車両全体の入力が最小化されるようにガス管径が選定されるため、車両全体としての省エネ効果を得ることができる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、車両全体の入力が最小化されるガス管径が選定される場合について説明したが、本発明の実施の形態２では、車両全体の入力が最小化される液管径が選定される場合について説明する。本実施の形態では、特に説明しない限り、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
本実施の形態の車両用空気調和装置１０の液管径と車両全体の入力との関係について説明する。
再び図２を参照して、冷媒回路では、ガス管６と同様に、液管３が細径化されることで車両用空気調和装置１０が軽量化される。図１に示すように、車両１００は車両用空気調和装置１０を搭載して走行するので、接続配管である液管３が細径化されることで車両用空気調和装置１０が軽量化されると、車両全体が軽量化される。そのため、液管３が細径化されることにより車両１００の走行動力は軽減される。
ガス管６の細径化と同様に、液管３の細径化により車両全体の重量が軽くなれば、走行抵抗は軽減される。そのため、液管３が小さくなれば車両走行動力も小さくなる。
しかし、液管３が細径化されることにより冷媒の流路が狭くなるため、液管３を流れる冷媒の圧力損失が増大する。一般に、配管内の圧力損失は配管径の４．７５乗に反比例する。液管３の圧力損失が増加すると、減圧器４の入口のサブクール（ＳＣ）が確保できなくなるため、サブクール（ＳＣ）を確保するために冷媒充填率を上昇させる必要がある。このため、凝縮温度が上昇し、所定の能力を出すために圧縮機１の入力が増大する。このため、車両用空気調和装置１０の負荷は上昇する。
上記の通り、液管３の細径化に伴い、車両走行動力は軽減するが空調入力は上昇する。このため、車両走行動力と空調入力を足し合わせた車両全体入力が最小（最小入力）となる液管径が存在する。
図１６は、液管径（ｍｍ）と空調入力（％）の関係を示す図である。図１６では、冷媒Ｒ３２、液管径φ１５．８８（ｍｍ）、冷房定格能力３０ｋＷが基準とされている。
図１６に示すように、空調入力は１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋＷ、４０ｋＷの各冷房定格能力によって異なるが、空調入力が最小となる液管径は冷房能力に依存しない。つまり、図１６では、各冷房定格能力で空調入力が最小となる液管径はほぼ同等である。そのため、同じ冷媒であれば、車両全体入力が最小となる液管径も各冷房定格能力においてすべて同等となる。他方、図５に示すように、各冷房定格能力で空調入力が最小となるガス管径は異なる。
液管径を小さくすると液冷媒の圧力損失が増大するが、冷媒量と絞り量の調整により、圧縮機入力（空調入力）を変えることなく冷房能力を出力できる。一方、ガス管径を小さくするとガス冷媒の圧力損失が増大し、圧縮機吸込み側圧力（低圧圧力）が低下する。冷凍サイクルの原理から、ガス管径を小さくする前と同等の冷房能力を出力するためには、圧縮機入力（空調入力）を増加させる必要がある。これにより、液管径は冷房能力に依存せず、ガス管径は冷房能力によって異なる。
冷媒によって空調入力が最小となる液管径は異なる。このため、冷媒によって車両全体入力が最小となる液管径も異なる。そのため、本実施の形態では、（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．９３〜１、０．８５〜０．９３、０．４５〜０．６５の３つの範囲に分けて液管径が選定される。
具体的には、上記のガス管径と同様の手順にてシミュレーションにより液管径が選定される。冷房定格能力１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋＷ、４０ｋＷごとに整理された液管径と冷房定格能力との関係を示す近似式により、各冷房定格能力での車両全入力が最小となる液管径が求められる。この液管径は、各冷房定格能力でほぼ同等である。つまり、この液管径は、各冷房定格能力によりほとんど変化しない。各冷房定格能力での車両全入力が最小化された液管径を有する液管として、ＪＩＳ規格に準拠した配管を用いることができる。この場合には、全冷房定格能力で同じ管径を有する液管を用いることができる。
図１３には、ガス管径としてＪＩＳ Ｈ３３００の配管径を採用した場合の（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．９３〜１の冷媒における冷房定格能力（ｋＷ）と液管径（ｍｍ）の関係が示されている。図１３に示すように、車両全体入力が最小化される液管径は、全冷房定格能力において、φ６．３５（ｍｍ）である。
図１４には、ガス管径としてＪＩＳ Ｈ３３００の配管径を採用した場合の（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．８５〜０．９３の冷媒における冷房定格能力（ｋＷ）と液管径（ｍｍ）の関係が示されている。図１４に示すように、車両全体入力が最小化される液管径は、全冷房定格能力において、φ６．３５（ｍｍ）である。
図１５には、ガス管径としてＪＩＳ Ｈ３３００の配管径を採用した場合の（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）＝０．４５〜０．６５の冷媒における冷房定格能力（ｋＷ）と液管径（ｍｍ）の関係が示されている。図１５に示すように、車両全体入力が最小化される液管径は、全冷房定格能力において、φ９．５２（ｍｍ）である。
なお、液管の長さに関しては、液管が長くなると液管の質量が増加するため車両走行動力は上昇する。また液管が長くなると液管内の圧力損失が増大するため空調入力が上昇する。そのため、最小入力（最小消費エネルギー）となる液管径の選定において、配管長は起因しない。
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の車両用空気調和装置によれば、図１３に示すように、液管の外径は、冷房定格能力ｘが３９．４ｋＷ以下のときに、６．３５ｍｍである。このため、車両走行動力と空気調和装置動力とを合わせた車両全体の入力を最小化することができる。さらに、液管としてＪＩＳ Ｈ３３００に準拠した配管を採用することができるため、液管を容易に準備することができる。
また、本実施の形態の車両用空気調和装置によれば、図１４に示すように、液管の外径は、冷房定格能力ｘが４３．４ｋＷ以下のときに、６．３５ｍｍである。このため、車両走行動力と空気調和装置動力とを合わせた車両全体の入力を最小化することができる。さらに、液管としてＪＩＳ Ｈ３３００に準拠した配管を採用することができるため、液管を容易に準備することができる。
また、本実施の形態の車両用空気調和装置によれば、図１５に示すように、液管の外径は、冷房定格能力ｘが３７．３ｋＷ以下のときに、９．５２ｍｍである。このため、車両走行動力と空気調和装置動力とを合わせた車両全体の入力を最小化することができる。さらに、液管としてＪＩＳ Ｈ３３００に準拠した配管を採用することができるため、液管を容易に準備することができる。
以上のように、冷房定格能力ごとに車両全体の入力が最小化されるように液管径が選定されるため、実施の形態１と同様に、車両全体としての省エネ効果を得ることができる。
上記の各実施の形態は適宜組み合わせることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 圧縮機、２ 凝縮器、２ａ 凝縮器用送風機、３ 液管、４ 減圧器、５ 蒸発器、５ａ 蒸発器用送風機、６ ガス管、７ 室外機部、８ 室内機部、１０ 車両用空気調和装置、１００ 車両。

Claims (9)

  1. 圧縮機と、
    前記圧縮機に接続された凝縮器と、
    前記凝縮器に接続された液管と、
    前記液管に接続された減圧器と、
    前記減圧器に接続された蒸発器と、
    前記蒸発器および前記圧縮機に接続されたガス管と、
    前記圧縮機、前記凝縮器、前記液管、前記減圧器、前記蒸発器、前記ガス管の順に循環する冷媒とを備え、
    前記冷媒は、前記冷媒の密度をρとし、前記冷媒のエンタルピ差をΔｈとし、Ｒ３２の密度をρＲ３２とし、前記Ｒ３２のエンタルピ差をΔｈＲ３２としたときに、
    ０．９３＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦１の条件を充足し、
    前記ガス管の外径は、冷房定格能力をｘとしたときに、
    ０．３７５５ｘ＋７．４１６５（ｍｍ）で算出される寸法を有する、車両用空気調和装置。
  2. 圧縮機と、
    前記圧縮機に接続された凝縮器と、
    前記凝縮器に接続された液管と、
    前記液管に接続された減圧器と、
    前記減圧器に接続された蒸発器と、
    前記蒸発器および前記圧縮機に接続されたガス管と、
    前記圧縮機、前記凝縮器、前記液管、前記減圧器、前記蒸発器、前記ガス管の順に循環する冷媒とを備え、
    前記冷媒は、前記冷媒の密度をρとし、前記冷媒のエンタルピ差をΔｈとし、Ｒ３２の密度をρＲ３２とし、前記Ｒ３２のエンタルピ差をΔｈＲ３２としたときに、
    ０．９３＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦１の条件を充足し、
    前記ガス管の外径は、冷房定格能力をｘとし、
    前記ｘが５．６ｋＷ以上のときに、９．５２ｍｍであり、
    前記ｘが５．６ｋＷよりも大きく１４．１ｋＷ以下のときに、１２．７０ｍｍであり、
    前記ｘが１４．１ｋＷよりも大きく２２．５ｋＷ以下のときに、１５．８８ｍｍであり、
    前記ｘが２２．５ｋＷよりも大きく３１．０ｋＷ以下のときに、１９．０５ｍｍであり、
    前記ｘが３１．０ｋＷよりも大きく３９．４ｋＷ以下のときに、２２．２２ｍｍである、車両用空気調和装置。
  3. 前記液管の外径は、前記ｘが３９．４ｋＷ以下のときに、６．３５ｍｍである、請求項１または２に記載の車両用空気調和装置。
  4. 圧縮機と、
    前記圧縮機に接続された凝縮器と、
    前記凝縮器に接続された液管と、
    前記液管に接続された減圧器と、
    前記減圧器に接続された蒸発器と、
    前記蒸発器および前記圧縮機に接続されたガス管と、
    前記圧縮機、前記凝縮器、前記液管、前記減圧器、前記蒸発器、前記ガス管の順に循環する冷媒とを備え、
    前記冷媒は、前記冷媒の密度をρとし、前記冷媒のエンタルピ差をΔｈとし、Ｒ３２の密度をρＲ３２とし、前記Ｒ３２のエンタルピ差をΔｈＲ３２としたときに、
    ０．８５＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦０．９３の条件を充足し、
    前記ガス管の外径は、冷房定格能力をｘとしたときに、
    ０．３９６４ｘ＋８．２１６（ｍｍ）で算出される寸法を有する、車両用空気調和装置。
  5. 圧縮機と、
    前記圧縮機に接続された凝縮器と、
    前記凝縮器に接続された液管と、
    前記液管に接続された減圧器と、
    前記減圧器に接続された蒸発器と、
    前記蒸発器および前記圧縮機に接続されたガス管と、
    前記圧縮機、前記凝縮器、前記液管、前記減圧器、前記蒸発器、前記ガス管の順に循環する冷媒とを備え、
    前記冷媒は、前記冷媒の密度をρとし、前記冷媒のエンタルピ差をΔｈとし、Ｒ３２の密度をρＲ３２とし、前記Ｒ３２のエンタルピ差をΔｈＲ３２としたときに、
    ０．８５＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦０．９３の条件を充足し、
    前記ガス管の外径は、冷房定格能力をｘとし、
    前記ｘが３．３ｋＷ以上のときに、９．５２ｍｍであり、
    前記ｘが３．３ｋＷよりも大きく１１．３ｋＷ以下のときに、１２．７０ｍｍであり、
    前記ｘが１１．３ｋＷよりも大きく１９．３ｋＷ以下のときに、１５．８８ｍｍであり、
    前記ｘが１９．３ｋＷよりも大きく２７．３ｋＷ以下のときに、１９．０５ｍｍであり、
    前記ｘが２７．３ｋＷよりも大きく３５．３ｋＷ以下のときに、２２．２２ｍｍであり、
    前記ｘが３５．３ｋＷよりも大きく４３．４ｋＷ以下のときに、２５．４０ｍｍである、車両用空気調和装置。
  6. 前記液管の外径は、前記ｘが４３．４ｋＷ以下のときに、６．３５ｍｍである、請求項４または５に記載の車両用空気調和装置。
  7. 圧縮機と、
    前記圧縮機に接続された凝縮器と、
    前記凝縮器に接続された液管と、
    前記液管に接続された減圧器と、
    前記減圧器に接続された蒸発器と、
    前記蒸発器および前記圧縮機に接続されたガス管と、
    前記圧縮機、前記凝縮器、前記液管、前記減圧器、前記蒸発器、前記ガス管の順に循環する冷媒とを備え、
    前記冷媒は、前記冷媒の密度をρとし、前記冷媒のエンタルピ差をΔｈとし、Ｒ３２の密度をρＲ３２とし、前記Ｒ３２のエンタルピ差をΔｈＲ３２としたときに、
    ０．４５＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦０．６５の条件を充足し、
    前記ガス管の外径は、冷房定格能力をｘとしたときに、
    ０．５７５７ｘ＋７．０９４７（ｍｍ）で算出される寸法を有する、車両用空気調和装置。
  8. 圧縮機と、
    前記圧縮機に接続された凝縮器と、
    前記凝縮器に接続された液管と、
    前記液管に接続された減圧器と、
    前記減圧器に接続された蒸発器と、
    前記蒸発器および前記圧縮機に接続されたガス管と、
    前記圧縮機、前記凝縮器、前記液管、前記減圧器、前記蒸発器、前記ガス管の順に循環する冷媒とを備え、
    前記冷媒は、前記冷媒の密度をρとし、前記冷媒のエンタルピ差をΔｈとし、Ｒ３２の密度をρＲ３２とし、前記Ｒ３２のエンタルピ差をΔｈＲ３２としたときに、
    ０．４５＜（ρ×Δｈ）／（ρＲ３２×ΔｈＲ３２）≦０．６５の条件を充足し、
    前記ガス管の外径は、冷房定格能力をｘとし、
    前記ｘが４．２ｋＷ以上のときに、９．５２ｍｍであり、
    前記ｘが４．２ｋＷよりも大きく９．７ｋＷ以下のときに、１２．７０ｍｍであり、
    前記ｘが９．７ｋＷよりも大きく１５．３ｋＷ以下のときに、１５．８８ｍｍであり、
    前記ｘが１５．３ｋＷよりも大きく２０．８ｋＷ以下のときに、１９．０５ｍｍであり、
    前記ｘが２０．８ｋＷよりも大きく２６．３ｋＷ以下のときに、２２．２２ｍｍであり、
    前記ｘが２６．３ｋＷよりも大きく３１．８ｋＷ以下のときに、２５．４０ｍｍであり、
    前記ｘが３１．８ｋＷよりも大きく３７．３ｋＷ以下のときに、２８．５６ｍｍである、車両用空気調和装置。
  9. 前記液管の外径は、前記ｘが３７．３ｋＷ以下のときに、９．５２ｍｍである、請求項７または８に記載の車両用空気調和装置。
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