(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮機式冷凍サイクルに適用され、圧縮機（１００）から吐出する高圧の冷媒を冷却する放熱器（２００）の車両搭載構造であって、
前記放熱器（２００）には、冷媒が流入する冷媒流入口（２４０）と、熱交換を終えた冷媒が流出する冷媒流出口（２３０）とが形成され、
前記放熱器（２００）は、前記冷媒流出口（２３０）が前記冷媒流入口（２４０）より上方側に位置するように車両に搭載され、
前記冷媒流入口（２３０）から前記放熱器（２００）内に流入した冷媒は、凝縮することなく、その温度を低下させながら前記放熱器（２００）内を下方側から上方側に向かって流通した後に、前記冷媒流出口（２３０）から流出することを特徴とする放熱器の車両搭載構造。
【請求項２】
前記放熱器（２００）は、上下方向に複数本並んだ状態で各々が水平方向に延び、かつ、冷媒が流通するチューブ（２１０）と、
前記チューブ（２１０）の長手方向両端側に配設され、前記複数本のチューブ（２１０）と連通するヘッダタンク（２２０）とを有し、
前記ヘッダタンク（２２０）内の空間が複数の空間に仕切られていることによって、冷媒が前記放熱器（２００）内を蛇行しながら下方側から上方側に向かって流通することを特徴とする請求項１に記載の放熱器の車両搭載構造。
【請求項３】
前記放熱器（２００）は、水平方向に複数本並んだ状態で各々が上下方向に延び、かつ、冷媒が流通するチューブ（２１０）と、
前記チューブ（２１０）の長手方向両端側に配設され、前記複数本のチューブ（２１０）と連通するヘッダタンク（２２０）とを有し、
冷媒が前記放熱器（２００）内を下側から上側に向かって流通することを特徴とする請求項１に記載の放熱器の車両搭載構造。
【請求項４】
前記放熱器（２００）は、前記冷媒流入口（２３０）から前記冷媒流出口（２４０）に至る１本または複数本のチューブ（２１０）を有し、
前記１本または複数本のチューブ（２１０）は、蛇行しながら下方側から上方側に向かって延びていることを特徴とする請求項１に記載の放熱器の車両搭載構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧側（吐出側）の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、超臨界サイクルと呼ぶ。）に適用される放熱器（ガスクーラ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フロンを冷媒とする蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、未臨界サイクルと呼ぶ。）では、高圧側の圧力は冷媒の臨界圧力未満であるので、凝縮器内では温度が略一定の状態で気相冷媒から液相冷媒に相変化（凝縮）していく。
【０００３】
このため、凝縮器の冷媒流入口側から冷媒流出口側に向けて冷媒が進むに連れて、冷媒密度が大きくなるので、一般的に、冷媒流入口を冷媒流出口より上方側に形成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両用空調装置においては、一般的に、凝縮器や放熱器等の冷却用熱交換器は、温度の低い冷却風を容易に取り込むことができるように、車両前方側に搭載されている。
【０００５】
そこで、発明者等は、車両停止時における空調装置の冷房能力を向上させるべく、凝縮器や放熱器等の冷却用熱交換器に流入する冷却風の温度を測定したところ、冷却用熱交換器の下方側に流入する冷却風の温度が冷却用熱交換器の上方側に流入する冷却風の温度より高いことを発見した。
【０００６】
つまり、車両停止時においては、図１０に示すように、地面から熱（地熱）の放射及びエンジンルームから排出される熱風の回り込みがあるため、冷却用熱交換器２００の下方側に流入する冷却風が加熱され、冷却用熱交換器の下方側に流入する冷却風の温度が冷却用熱交換器の上方側に流入する冷却風の温度より高くなってしまう。
【０００７】
因みに、発明者等の試験検討によると、外気温度が４０℃の場合には、下方側には約５５℃の冷却風が流入し、一方、上方側には約４５℃の冷却風が流入することを確認しており、この例から明らかなように、冷却用熱交換器の上方側と下方側とでは、大きな温度差がある。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、超臨界サイクルの放熱器において、冷媒の冷却効率を向上させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮機式冷凍サイクルに適用され、圧縮機（１００）から吐出する高圧の冷媒を冷却する放熱器（２００）の車両搭載構造であって、放熱器（２００）には、冷媒が流入する冷媒流入口（２４０）と、熱交換を終えた冷媒が流出する冷媒流出口（２３０）とが形成され、放熱器（２００）は、冷媒流出口（２３０）が冷媒流入口（２４０）より上方側に位置するように車両に搭載され、冷媒流入口（２３０）から放熱器（２００）内に流入した冷媒は、凝縮することなく、その温度を低下させながら放熱器（２００）内を下方側から上方側に向かって流通した後に、冷媒流出口（２３０）から流出することを特徴とする。
【００１０】
これにより、流入する冷却風の温度は、前述のごとく、放熱器（２００）下方側の方が上方側より高いが、温度が高い冷媒が放熱器（２００）の下方側から流入するので、冷却風の温度が高くても、冷媒と冷却風との間で十分な温度差を確保することができ、冷媒の冷却効率を向上させることができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明では、放熱器（２００）は、上下方向に複数本並んだ状態で各々が水平方向に延び、かつ、冷媒が流通するチューブ（２１０）と、チューブ（２１０）の長手方向両端側に配設され、複数本のチューブ（２１０）と連通するヘッダタンク（２２０）とを有し、ヘッダタンク（２２０）内の空間が複数の空間に仕切られていることによって、冷媒が放熱器（２００）内を蛇行しながら下方側から上方側に向かって流通することを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明では、放熱器（２００）は、水平方向に複数本並んだ状態で各々が上下方向に延び、かつ、冷媒が流通するチューブ（２１０）と、チューブ（２１０）の長手方向両端側に配設され、複数本のチューブ（２１０）と連通するヘッダタンク（２２０）とを有し、冷媒が放熱器（２００）内を下側から上側に向かって流通することを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明では、放熱器（２００）は、冷媒流入口（２３０）から冷媒流出口（２４０）に至る１本または複数本のチューブ（２１０）を有し、１本または複数本のチューブ（２１０）は、蛇行しながら下方側から上方側に向かって延びていることを特徴とする。
【００２１】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る超臨界サイクル用の放熱器を車両用空調装置に適用したものであって、図１は、超臨界冷凍サイクル（車両用空調装置）の車両搭載状態を示す模式図であり、図２は本実施形態に係る放熱器を車両前面側から見た正面図である。
【００２３】
図１中、１００は車両走行用エンジン（図示せず。）から駆動力を得て、冷媒（本実施形態では、二酸化炭素）を吸入圧縮する圧縮機であり、２００は圧縮機１００から吐出される高圧の冷媒と空気（冷却風）と熱交換して冷媒を冷却する放熱器である。なお、放熱器２００の詳細は、後述する。
【００２４】
３００は放熱器２００から流出する冷媒を減圧するとともに、放熱器２００出口側の冷媒温度に基づいて、超臨界サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が最大となるように放熱器２００出口側の冷媒温度を制御する圧力制御弁である。なお、この圧力制御弁３００は、特願平８−３３９６２号に記載されたものと同等の機能を有するものであるので、本明細書では、詳細説明を省略する。
【００２５】
４００は圧力制御弁３００にて減圧された冷媒を蒸発させて冷凍能力（冷房能力）を発揮する蒸発器であり、５００は蒸発器４００から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機１００の吸入側に流出させるとともに、超臨界サイクル中の余剰冷媒を蓄えるアキュムレータ（気液分離手段）である。
【００２６】
次に、図２を例に本実施形態に係る放熱器２００について述べる。
【００２７】
２１０は、上下方向に複数本並んだ状態でその各々が水平方向に延びるとともに、冷媒が流通する多数本のチューブであり、このチューブ２１０には、図３に示すように、押し出し加工又は引き抜き加工により内部に冷媒が流通する冷媒通路２１１が複数本形成されている。そして、チューブ２１０及びチューブ２１０間に配設された波状のフィン２１２により、冷媒を冷却する熱交換コア２１３が構成されている。
【００２８】
また、チューブ２１０の長手方向両端側には、多数本のチューブ２１０に連通するヘッダタンク２２０が配設されており、このヘッダタンク２２０内の空間は、仕切り板（セパレータ）２２１に複数の空間に仕切られている。
【００２９】
そして、ヘッダタンク２２０（放熱器２００）の下方側には、圧縮機１００から吐出した冷媒が流入する冷媒流入口２３０が形成され、一方、ヘッダタンク２２０（放熱器２００）の上方側には、熱交換を終えた冷媒が流出する冷媒流出口２４０が形成されている。このため、放熱器２００内を流通する冷媒は、図２の矢印で示すように、放熱器２００内を蛇行しながら下方側から上方側に向かって流通する。
【００３０】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３１】
本実施形態では、ヘッダタンク２２０（放熱器２００）の下方側に冷媒流入口２３０が形成され、ヘッダタンク２２０（放熱器２００）の上方側に冷媒流出口２４０が形成されているので、車両搭載状態において、放熱器２００の冷媒流出口２３０は、冷媒流入口２４０より上方側に位置していることとなる。
【００３２】
一方、超臨界サイクルでは、高圧側（放熱器２００内）の冷媒は、凝縮（相変化）することなく、その温度を低下させながら冷媒流入口２３０側から冷媒流出口２４０側に向けて流通するので、冷媒流入口２３０側の冷媒温度の方が冷媒流出口２４０側の冷媒温度より高くなる。
【００３３】
ここで、流入する冷却風の温度は、前述のごとく、放熱器２００下方側の方が上方側より高いが、本実施形態では、温度が高い冷媒が放熱器２００の下方側から流入するので、冷却風の温度が高くても、冷媒と冷却風との間で十分な温度差を確保することができる。
【００３４】
したがって、超臨界サイクルの放熱器２００において、冷媒の冷却効率を向上させることができるので、空調装置（超臨界サイクル）の冷房能力（冷凍能力）を向上させることができる。
【００３５】
因みに、図４の実線Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄは本実施形態に係る超臨界サイクル挙動を示す線図であり、図４の破線Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｈは冷媒を上方側から下方側に流通させた場合の超臨界サイクルの挙動を示す線図である。この図からも明らかなように、本実施形態によれば、冷凍能力（Ｃ−Ｄ間のエンタルピ差）が従来の超臨界サイクルの冷凍能力（Ｇ−Ｈ間のエンタルピ差）に比べて、（約１８％）増大していることが判る。
【００３６】
なお、本実施形態は、図２に示すような放熱器２００に限定されるものではなく、図５に示すように、仕切り板（セパレータ）２２１の枚数を減らして放熱器２００内における冷媒のターン数を減らしてもよい。
【００３７】
また、当然ながら、図２に示す放熱器２００に対して、仕切り板２２１を増やしてターン数を増やしてもよい。
【００３８】
（第２実施形態）
第１実施形態では、チューブ２１０が水平方向に延びるように配設されていたが、本実施形態は、図６に示すように、チューブ２１０の長手方向を上下方向に一致させた状態で、冷媒を下側から上側に向けて流通させるように構成しものである。
【００３９】
（第３実施形態）
本実施形態は、図７、８に示すように、ヘッダタンク２２０を廃止してチューブ２１０自体を蛇行させて熱交換コア２１３を構成したものである。因みに、図７は１本のチューブ２１０を冷媒流入口２３０から冷媒流出口２４０まで蛇行させたものであり、図８は複数本（本実施形態では、２本）のチューブ２１０を冷媒流入口２３０から冷媒流出口２４０まで蛇行させたものである。
【００４０】
（参考例）
第１実施形態では、冷媒が重力に逆らって下方側から上方側に向けて流通するので、冷媒の流通性が悪化し、ヘッダタンク２２０から各チューブ２１０に冷媒を分配する分配性が悪化する可能性がある。
【００４１】
そこで、本参考例では、図９に示すように、冷媒流入口２３０を放熱器２００（ヘッダタンク２２０）の上方側に設け、冷媒流出口２４０を放熱器２００（ヘッダタンク２２０）の下方側に設けることにより、冷媒を上方側から下方側に向けて流通させるとともに、複数本のチューブ２１０のうち上方側に存在するチューブの通路断面積（冷媒通路２１１の径寸法）を下方側に存在するチューブの断面積（冷媒通路２１１の径寸法）より大きくしたものである。
【００４２】
これにより、冷却風の温度が低い放熱器２００の上方側に、多くの冷媒を流通させることができるとともに、空調風と冷媒との温度差を大きくすることができるので、超臨界サイクルの放熱器２００において、冷媒の冷却効率を向上させつつ、冷媒の分配性を向上させることができる。
【００４３】
なお、本参考例は、複数本のチューブ２１０のうち上方側に存在するチューブの通路断面積を下方側に存在するチューブの断面積より大きくするものであるので、複数本のチューブ２１０のうち上方側に存在するチューブにおける冷媒通路２１１の数を下方側に存在するチューブにおける冷媒通路２１１の数より多くしてよい。
【００４４】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、二酸化炭素を冷媒とする超臨界サイクルであったが、例えば、エチレン、エタン、酸化窒素等の超臨界域で使用する冷媒であっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係る放熱器を搭載した車両の模式図である。
【図２】  本発明の第１実施形態に係る放熱器の正面図である。
【図３】  本発明の第１実施形態に係る放熱器のチューブの断面図である。
【図４】  二酸化炭素のｐ−ｈ線図である。
【図５】  本発明の第１実施形態に係る放熱器の変形例を示す正面図である。
【図６】  本発明の第２実施形態に係る放熱器の正面図である。
【図７】  本発明の第３実施形態に係る放熱器の正面図である。
【図８】  本発明の第３実施形態に係る放熱器の変形例を示す正面図である。
【図９】  参考例に係る放熱器の正面図である。
【図１０】  従来の技術の問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
２００…放熱器、２１０…チューブ、２２０…ヘッダタンク、
２３０…冷媒流入口、２４０…冷媒流出口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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