JP2011523023A - ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム - Google Patents

ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム Download PDF

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Abstract

【課題】大きな設計変更なしでＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒に最適なチューブ−フィンタイプの蒸発器を有する車両用空調システムを提供する。
【解決手段】本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、を含み、前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、前記チューブの高さＨｔは２．４８９mm乃至４．０８２mmの値を有し、前記熱交換媒体は４パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明はＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システムに係り、より詳しくは従来の冷媒とは全く異なる物性を有するＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒と、最適な性能を得るためのチューブ−フィンタイプの蒸発器を使用するＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システムに関する。
現在、世界的に環境問題がクローズアップされ、環境に有害な物質の使用が禁止或いは排除されつつある。特に、空調及び冷却システムに必須の冷媒で、塩素成分を含有する組成物のＣＦＣ系冷媒のような物質はオゾン層を破壊するため使用が規制されている。
一般的な冷却システムは周辺から熱を吸収する蒸発器、冷媒を圧縮する圧縮機、周辺に熱を放出する凝縮器、冷媒を膨張させる膨張バルブから構成される。冷却システムでは、前記蒸発器から圧縮機に流入する気体状態の冷媒が圧縮機において高温及び高圧で圧縮される。圧縮された気体状態の冷媒は凝縮器を通過しながら液化される過程において周辺に液化熱を放出する。液化された冷媒は再び膨張バルブを通過することにより低温及び低圧の湿飽和蒸気状態になって蒸発器に流入気化し、周辺から気化熱を吸収することにより周辺空気を冷却し、一つの冷却サイクルとなる。図１（Ｂ）はこのような一般的な空調システムのｐ−ｈ線図を簡略図示したものである。
このような冷却システムにおいて熱を伝達するのは冷媒であり、冷媒として使用される物質は熱転移特性が高くなければならない。従来のＣＦＣ系冷媒などの場合、熱転移特性には優れるが環境に有害な影響を及ぼすという点が指摘され、その使用が規制されているため、従来の冷媒に代わる新しい冷媒の研究開発が活発になされている。新しい冷媒が従来の冷媒に代替できる条件は、従来の冷媒と同等または優秀な熱転移特性、化学的安定性、非引火性及び潤滑相溶性などを備えると共に、環境に優しいことである。
韓国特許公開第２００７−０００４６５４号（“フッ素置換されたオレフィン含有組成物”、以下先行技術）には、従来の冷媒を代替できる優れた性能を有する新しい冷媒が開示されている。前記先行技術に提示されている冷媒のうち、ＨＦＯ １２３４ｙｆ物質を使用する冷媒を以下１２３４ｙｆ冷媒と称する。“ＨＦＯ−１２３４”という用語はここで全てのテトラフルオロプロペンを指するものとして使用する。
テトラフルオロプロペンの中にはＨＦＯ−１２３４ｙｆとシス−及びトランス−１，１，１，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）が含まれる。ＨＦＯ−１２３４化合物はよく知られた物質であり、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｂｓｔｒａｃｔｓのデータベースに登録されている。米国特許第２，８８９，３７９、４，７９８，８１８及び４，４６５，７８６号にはＣ３化合物が含有された多様な飽和または不飽和ハロゲンを触媒蒸気相フルオロ化させることにより、ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨ２のようなフルオロプロペンを製造することに関する記載がある。
ヨーロッパ特許第９７４，５７１号には、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｆａ）を高温、蒸気相においてクロム−系列触媒と接触させることにより、または液体相においてＫＯＨ、ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２またはＭｇ（ＯＨ）２のアルコール溶液と接触させることにより１，１，１，３−テトラフルオロプロペンを製造することについて記載されている。
図１（Ａ）は従来から広く使用されている代表的な冷媒であるＲ−１３４ａ冷媒及び１２３４ｙｆ冷媒のｐ−ｈ線図である。図示の通り、Ｒ−１３４ａ冷媒と１２３４ｙｆ冷媒のｐ−ｈ線図は異なるものであるが、１２３４ｙｆ冷媒の物性値及び空調システムにおける作動圧力／作動温度は従来のＲ−１３４ａ冷媒と類似した値を示し、また、１２３４ｙｆ冷媒の蒸発潜熱はＲ−１３４ａ冷媒の蒸発潜熱より３０％ほど小さく、Ｒ−１３４ａ冷媒と同等の放熱性能をもたせるためには、多量の冷媒が必要であることがわかる。
従来、Ｒ−１３４ａなどの冷媒を使用する蒸発器において、蒸発器の性能、即ち放熱量、圧力降下量などを最適化させようとする研究は広く行われてきた。
１２３４ｙｆ冷媒は、図１（Ａ）に示す通り従来の冷媒とは異なる物性値を有するため、１２３４ｙｆ冷媒を使用して従来の冷媒を使用する蒸発器と同等の性能を得るには従来の蒸発器とは全く異なる設計を必要とする。Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と同一仕様の蒸発器で１２３４ｙｆ冷媒を使用する場合、同じ放熱性能を得るには冷媒流量を増加させる必要がある。この場合、冷媒流量が増加したことにより蒸発器のみならず空調システム全体の冷媒側圧力降下量が大幅に増加するため空調システムの全体性能が大きく低下する。
即ち、１２３４ｙｆ冷媒は上述の通り、Ｒ−１３４ａ冷媒と比較して環境に優しい物質である反面、１２３４ｙｆシステムはＲ−１３４ａシステムに比べて性能に劣るため、これを克服するために多くの研究及び開発が必要である。このような性能の差異を克服するためにシステム上の設計変更が必要であるが、システム変更による経費上昇のことを考え大きな設計変更なしで性能向上を追求する必要がある。
韓国特許公開第２００７−０００４６５４号 ＥＵ特許第９７４，５７１号
本発明は、従来の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、大きな設計変更なしでＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒に最適なチューブ−フィンタイプの蒸発器を有する車両用空調システムを提供することにある。
本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、を含み、前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、前記チューブの高さＨｔは２．４８９mm乃至４．０８２mmの値を有し、前記熱交換媒体は４パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とする。
前記チューブの高さＨｔは２．８７５mm乃至３．７１１mmの値を有することを特徴とする。
また、本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、
を含み、前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、前記チューブの水力直径Ｄｔは０．７８０mm乃至１．８３９mmの値を有し、前記熱交換媒体は４パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とする。
前記チューブの水力直径Ｄｔは０．９４６mm乃至１．７７５mmの値を有することを特徴とする。
また、本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、
を含み、前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、デシメートル当りフィンのＦＰＤＭ（Ｆｉｎｓ Ｐｅｒ ＤｅｃｉＭｅｔｅｒ）は６３．４３９乃至８８．８９７範囲内の値を有し、前記熱交換媒体は４パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とする。
前記ＦＰＤＭは６５．１９０乃至８８．８９７の値を有することを特徴とする。
前記蒸発器１００は、第１列及び第２列の上下部タンク内に備えられたバッフルを介して第１チューブ群（１）−４乃至第４チューブ群（４）−４が形成され、前記熱交換媒体は前記第１チューブ群（１）−４乃至前記第４チューブ群（４）−４を順次通過することを特徴とする。
また、本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、
を含み、前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、チューブの高さＨｔは１．９２１mm乃至３．３７１mmの値を有し、前記熱交換媒体の流れは６パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とする。
前記チューブの高さＨｔは２．２８０mm乃至３．２１６mmの値を有することを特徴とする。
また、本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、
を含み、前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、チューブの水力直径Ｄｔは１．８５７mm乃至３．２２８mm範囲内の値を有し、前記熱交換媒体の流れは６パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とする。
前記チューブの水力直径Ｄｔは２．１４６mm乃至３．００８mmの値を有することを特徴とする。
また、本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、
を含み、前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、デシメートル当りフィンのＦＰＤＭ（Ｆｉｎｓ Ｐｅｒ ＤｅｃｉＭｅｔｅｒ）は４８．７１８乃至７９．２１１の値を有し、前記熱交換媒体の流れは６パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とする。
前記ＦＰＤＭは５５．２９４乃至７９．２１１範囲内の値を有することを特徴とする。
前記蒸発器１００は、第１列及び第２列の上下部タンク内に備えられたバッフルを介して第１チューブ群（１）−６乃至第６チューブ群（６）−６が形成され、前記熱交換媒体は前記第１チューブ群（１）−６乃至前記第６チューブ群（６）−６を順次通過することを特徴とする 。
本発明によると、環境に優しい１２３４ｙｆ冷媒を使用しながらも放熱量及び圧力降下量を最適化して従来の蒸発器と同等水準の性能を得ることができ、蒸発器の設計寸法のみを変化させることでシステムの変更に伴う経費の節減も可能となった。
Ｒ−１３４ａ冷媒及びＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒のｐ−ｈ線図である。 一般的なチューブ−フィンタイプの蒸発器の形態である。 本発明のチューブ−フィンタイプの蒸発器における冷媒流れの例である。 図３の蒸発器の各細部の形状である。 本発明の４パス蒸発器においてチューブの高さＨｔと放熱性能及び冷媒圧力降下量の関係を示すグラフである。 本発明の４パス蒸発器においてチューブの水力直径Ｄｔと放熱性能及び冷媒圧力降下量の関係を示すグラフである。 本発明の４パス蒸発器においてＦＰＤＭと放熱性能及び空気圧力降下量の関係を示すグラフである。 本発明の６パス蒸発器においてチューブの高さＨｔと放熱性能及び冷媒圧力降下量の関係を示すグラフである。 本発明の６パス蒸発器においてチューブの水力直径Ｄｔと放熱性能及び冷媒圧力降下量の関係を示すグラフである。 本発明の６パス蒸発器においてＦＰＤＭと放熱性能及び空気圧力降下量の関係を示すグラフである。 本発明の多種類のコアによる単品放熱性能及びエアコンシステム性能（吐出空気温度）の関係を示すグラフである。 本発明の多種類のコアによる単品冷媒圧力降下量及びエアコンシステム性能（吐出空気温度）の関係を示すグラフである。 本発明のフィンを説明する図である。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図２は一般的なチューブ−フィンタイプの蒸発器を図示したものである。一般的なチューブ−フィンタイプの蒸発器１００は、空気の流れる方向に沿って設けられた複数個のチューブ２０と、チューブ２０に装着されチューブ２０の伝熱面積を増加させるフィン３０と、チューブ２０の両端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０とを含めて構成されている。
このようなチューブ−フィンタイプの蒸発器において、一般的に冷媒の流れは４パス（ｐａｓｓ）または６パスからなる。図３（Ａ）は本発明のチューブ−フィンタイプの蒸発器における４パスの冷媒流れを図示したものであり、図３（Ｂ）はチューブ−フィンタイプの蒸発器における６パスの冷媒流れを図示したものである。
図２に示す通り、一般的にチューブ−フィンタイプの蒸発器は２列からなる。 図３では冷媒の流れを見やすく表示するために各列を分離し、タンク及びチューブ部分を簡略化して示した。図３（Ａ）に示す通り、４パスの場合には１列当たり２個の異なる方向の冷媒流れが形成され、全体として４つの冷媒流れ方向が形成される。また図３（Ｂ）に示す通り、６パスの場合には１列当たり３個の異なる方向の冷媒流れが形成され、全体として６つの冷媒流れ方向が形成される。
このように冷媒流れを転換するために、図３に示す通りタンクには適切な位置にバッフル４０が挿設される。即ち、４パス蒸発器では、第１列及び第２列の上下部タンク内に備えられたバッフルによって第１チューブ群（１）−４乃至第４チューブ群（４）−４が形成される。熱交換媒体は第１チューブ群（１）−４乃至第４チューブ群（４）−４を順次通過し、６パス蒸発器では、第１列及び第２列の上下部タンク内に備えられたバッフルによって第１チューブ群（１）−６乃至第６チューブ群（６）−６が形成され、熱交換媒体は第１チューブ群（１）−６乃至前記第６チューブ群（６）−６を順次に通過する。
図３（Ａ）に示す４パス蒸発器における冷媒流れは次の通りである。
先ず、図３（Ａ）に示すように、冷媒が流入する側を第１列とし、冷媒が排出される側を第２列とし、タンクのうち第１列上部タンクの図面符号を１１ａで、第１列下部タンクの図面符号を１１ｂで、第２列上部タンクの図面符号を１２ａで、第２列下部タンクの図面符号を１２ｂで、また、第１列チューブを２１で、第２列チューブを２２で示す。バッフル４０は図示の通り各タンクに全て一つずつ備えられる。
４パス蒸発器における冷媒流れは、第１列上部タンク１１ａに流入した後、第１列上部タンク１１ａの第１列上部タンク１１ａに備えられたバッフル４０の１側部分−第１列チューブ２１の一部である第１チューブ群（１）−４−第１列下部タンク１１ｂ−第１列チューブ２１の一部である第２チューブ群（２）−４−第１列上部タンク１１ａに備えられたバッフル４０の他側部分を順次通過する。その後、第１列のタンク及びチューブを通過し、第２列に流れて、第２列上部タンク１２ａに備えられたバッフル４０の１側部分−第２列チューブ２２の一部である第３チューブ群（３）−４−第２列下部タンク１２ｂ−第２列チューブ２２の一部である第４チューブ群（４）−４−第２列上部タンク１２ａに備えられたバッフル４０の他側部分を順次通過した後、第２列のタンク及びチューブを通過し、第２列上部タンク１２ａから排出される。
図３（Ｂ）に示す６パス蒸発器における冷媒流れは次の通りである。
先ず、図３（Ｂ）に示す通り、冷媒が流入する側を第１列とし、冷媒が排出される側を第２列とする。タンクのうち第１列上部タンクを１１ａで、第１列下部タンクを１１ｂで、第２列上部タンクを１２ａで、第２列下部タンクを１２ｂで、第１列チューブを２１で、第２列チューブを２２で表示する。この際、バッフル４０は図示の通り各タンクに全て一つずつ備えられる。
６パス蒸発器における冷媒流れは、第１列上部タンク１１ａに流入した後、第１列上部タンク１１ａに備えられたバッフル４０の１側部分−第１列チューブ２１の一部である第１チューブ群（１）−６−第１列下部タンク１１ｂに備えられたバッフル４０の１側部分−第１列チューブ２１の一部である第２チューブ群（２）−６−第１列上部タンク１１ａに備えられたバッフル４０の後方部分−第１列チューブ２１の一部である第３チューブ群（３）−６−第１列下部タンク１１ｂに備えられたバッフル４０の他側部分を順次通過する。その後、第１列のタンク及びチューブを通過し、第２列に流れて、第２列上部タンク１２ａに備えられたバッフル４０の１側部分−第２列チューブ２２の一部である第４チューブ群（４）−６−第２列上部タンク１２ａに備えられたバッフル４０の１側部分−第２列チューブ２２の一部である第５チューブ群（５）−６−第２列下部タンク１２ｂに備えられたバッフル４０の他側部分−第２列チューブ２２の一部である第６チューブ群（６）−６−第２列上部タンク１２ａに備えられたバッフル４０の他側部分を順次通過し、第２列のタンク及びチューブを通過した後、第２列上部タンク１２ａから排出される。
４パスまたは６パスの蒸発器であれば必ずこのような方式で流路が構成されるとは限らない。例えば、冷媒の流入及び排出が下部タンクからなされる場合など、冷媒の流れが４パスまたは６パスをなすように流路が構成されれば、図３の例示と一部異なる形態で冷媒流れがなされるとしても、本発明の４パスまたは６パスの蒸発器に含まれる。
４パスの場合と６パスの場合、同一冷媒及び同一サイズの蒸発器を使用したとしても熱交換特性が異なる。従って、放熱性能及び圧力降下量などの特性を最適化させるためには冷媒流れが何パスであるか区分しなければならない。本発明では図３（Ａ）に示すチューブ−フィンタイプの蒸発器と、図３（Ｂ）に示すチューブ−フィンタイプの蒸発器のそれぞれに対しての熱交換性能の最適化を計っている。
図４は蒸発器の各細部形状を示したものである。図４（Ａ）はチューブ２０及びフィン３０からなる蒸発器コアの一部を図示したものであり、図４（Ｂ）はチューブ２０の断面を図示したものであり、図４（Ｃ）は図２のＡ−Ａ′断面、即ち、ヘッダタンク１０の幅方向の中心線に沿って長手方向に切った部分の断面形状を示す。図４（Ｃ）に示すように、ヘッダタンク１０の幅方向の中心線部分には長手方向に延びてヘッダタンク１０の内部を分離する隔壁が形成され、隔壁上には流路設計によって連通孔が形成される。
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す通り、チューブ２０の高さをＨｔとする。また、チューブ２０の断面上で熱交換媒体が流通する各部分の面積の和、即ち、チューブ２０の流路面積をＳｔとする。また、チューブ２０の断面上で熱交換媒体が流通する各部分（つまり流路面積部分）の周縁の長さの和、即ち、接水の長さをＬｔとする。また、図４（Ｃ）に示す連通孔の面積をＳとする。そうすると、チューブ２０の水力直径Ｄｔは４Ｓｔ／Ｌｔとなる。従来のＲ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器に採用されるチューブは押出型、折り畳み型、溶接型などのように多様な種類があるが、本発明のＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器にも押出型、折り畳み型、溶接型などのような多様な種類のチューブを適用することができる。
エアコンのテストには単品テストとエアコンシステムテストがある。単品テストは蒸発器の入口及び出口の圧力が固定された状態で冷媒を循環させて性能をテストするものであり、エアコンシステムテストは実際車両に装着されたエアコンシステムにおいて圧縮機ＲＰＭ及び吸入空気の条件を変更しながら性能をテストするものである。単品テストでの結果が良ければシステムテストでの結果が良いとはいえないが、これは車両走行の条件などに影響を受けるからである。
図１１は幾つの種類のＨＦＯ １２３４ｙｆ用コアによる単品放熱性能及びエアコンシステム性能（吐出空気温度）の関係グラフであり、図１２は幾つの種類のＨＦＯ １２３４ｙｆ用コアによる単品冷媒圧力降下量及びエアコンシステム性能（吐出空気温度）の関係グラフである。図１１及び図１２のグラフは単品テストの結果であり、以下、各結果についてより詳しく説明する。
図１１は放熱性能を変更して多種類のＨＦＯ １２３４ｙｆ用コアに対する単品テストを行った結果である。図１１のｘ軸は多種類のコアによる放熱性能であり、ｙ軸はエアコンシステムの性能を示す吐出空気温度であって、これは低いほど良い。図１１に示す各結果グラフは車両の走行速度別に吐出空気温度を表したものであって、グラフからわかるように単品の放熱性能９９％以上で最適であり、９９％未満では性能が低下している。
図１２は冷媒圧力降下量を異にする多種類のＨＦＯ １２３４ｙｆ用コアに対して単品テストを行った結果である。図１２のｘ軸は多種類のコアによる冷媒圧力降下量、ｙ軸は吐出空気温度であり、各結果のグラフは車両の走行速度別に吐出空気温度を表したものである。図１２のグラフでも、単品の冷媒側圧力降下量は９０％以上では空回転（ｉｄｌｅ）状態を除いた全条件において性能が急激に低下していることがわかる。
本発明のシステムテストでは、ＨＦＯ １２３４ｙｆ用コアを使用して最適のシステム性能を表す放熱性能及び冷媒圧力降下量に対してＲ−１３４ａ用コアでの放熱性能及び冷媒圧力降下量を１００％にしてその水準がどの程度であるか算出し、このような放熱性能及び冷媒圧力降下量の％値に該する蒸発器のチューブ高さ、水力直径、ＦＰＤＭの範囲を定めた。 本発明において’フィン’は、 チューブの間に接触形成されて空気と熱交換する一つの面を言う。（図１３参照）
次に、４パス蒸発器における最適化の設計範囲について説明する。以下図５乃至図７の説明で‘蒸発器’は４パス蒸発器を称する。
本発明では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器に対して放熱性能の所定割合が（９８％〜９９％）以上、冷媒側圧力降下量の所定割合が（９０％〜９５％）以下、空気側圧力降下量同等水準が（１００％）以下となる１２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器の各設計変数数値を最適化した。チューブ高さＨｔは１．４mm〜３．６mm、チューブ水力直径Ｄｔは０．９７mm〜１．８９mm、ＦＰＤＭ（１デシメータ（ｄｅｃｉｍｅｔｅｒ）即ち、１０cm（１／１０ｍ）当たりフィンの山または谷の個数は６０〜８４、連通孔面積Ｓは１１０ｍｍ２〜４５０ｍｍ２である部品の組合で性能試験を行ない図５乃至図７のような結果グラフを得た。これに基づいて１２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器の性能を最適化する各設計変数の数値を求めた。図５乃至図７の各グラフにおいて、放熱性能（Ｑ）、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）は１００×測定値／測定値のうち最大値（％）で無次元化させて表示した。
図５はＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器のチューブ高さＨｔと放熱性能及び冷媒側圧力降下量の関係を示すグラフである。チューブ高さＨｔの変化に対して放熱性能（Ｑ）と冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）は図５に示すように大きく変化するが、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）は変化が少ないため図示していない。
図５（Ａ）では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と対比したとき、放熱性能（Ｑ）が９９％以上になり、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）が９０％以下になる範囲を図示している。図示の通り、放熱性能（Ｑ）の制限条件によってチューブ高さＨｔの上限値は３．７１１mmで決められ、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）の制限条件によってチューブ高さＨｔの下限値は２．８７５mmで決められる。
図５（Ｂ）では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と対比したとき、放熱性能（Ｑ）が９８％以上になり、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）が９５％以下になる範囲を図示している。図示の通り、放熱性能（Ｑ）の制限条件によってチューブ高さＨｔの上限値は４．０８２mmで決められ、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）の制限条件によってチューブ高さＨｔの下限値は２．４８９mmで決められる。
即ち、１２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器のチューブ高さＨｔは２．４８９mm乃至４．０８２mmの値（放熱性能（Ｑ）９８％以上、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）９５％以下）を有するものが望ましく、２．８７５mm乃至３．７１１mmの値（放熱性能（Ｑ）９９％以上、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）９０％以下）を有するものがさらに望ましい。
図６はＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器のチューブ水力直径Ｄｔと放熱性能及び冷媒側圧力降下量の関係を示すグラフである。チューブ水力直径Ｄｔの変化に応じて放熱性能（Ｑ）と冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）は図６に示す通り大きく変化するが、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）は変化が少ないため図示していない。
図６（Ａ）では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と対比したとき、放熱性能（Ｑ）が９９％以上になり、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）が９０％以下になる範囲を図示している。図示の通り、放熱性能（Ｑ）の制限条件によってチューブ水力直径Ｄｔの上限値は１．７７５mmで決められ、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）の制限条件によってチューブ水力直径Ｄｔの下限値は０．９４６mmで決められる。
図６（Ｂ）では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と対比したとき、放熱性能（Ｑ）が９８％以上になり、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）が９５％以下になる範囲を図示している。図示の通り、放熱性能（Ｑ）の制限条件によってチューブ水力直径Ｄｔの上限値は１．８３９mmで決められ、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）の制限条件によってチューブ垂直直径Ｄｔの下限値は０．７８０mmで決められる。
即ち、１２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器のチューブ垂直直径Ｄｔは０．７８０mm乃至１．８３９mmの値（放熱性能（Ｑ）９８％以上、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）９５％以下）を有するものが望ましく、０．９４６mm乃至１．７７５mmの値（放熱性能（Ｑ）９９％以上、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）９０％以下）を有するものがさらに望ましい。
図７はＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器のＦＰＤＭと放熱性能及び空気側圧力降下量の関係を示すグラフである。ＦＰＤＭの変化に応じて放熱性能（Ｑ）と空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）は図７に示す通り大きく変化するが、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）は変化が少ないため図示していない。
図７（Ａ）は、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と対比したとき、放熱性能（Ｑ）が９９％以上になり、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）が同等水準、つまり１００％以下になる範囲を図示している。図示の通り、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）の制限条件によってＦＰＤＭの上限値は８８．８９７で決められ、放熱性能（Ｑ）の制限条件によってＦＰＤＭの下限値は６５．１９０で決められる。
図７（Ｂ）では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と対比したとき、放熱性能（Ｑ）が９８％以上になり、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）が同等水準、つまり１００％以下になる範囲を図示している。図示の通り、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）の制限条件によってＦＰＤＭの上限値は８８．８９７で決められ、放熱性能（Ｑ）の制限条件によってＦＰＤＭの下限値は６３．４３９で決められる。
即ち、１２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器のＦＰＤＭは６３．４３９乃至８８．８９７の値（放熱性能（Ｑ）９８％以上、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）１００％以下）を有するものが望ましく、６５．１９０乃至８８．８９７の値（放熱性能（Ｑ）９９％以上、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）１００％以下）を有するものがさらに望ましい。
要約すれば、１２３４ｙｆ冷媒を使用する４パス蒸発器の各設計変数の数値範囲は下記の表１のように決められるのが望ましい。
＜表１＞
Figure 2011523023
次に、６パス蒸発器における最適化の設計範囲について説明する。以下図８乃至図１０の説明で‘蒸発器’は６パス蒸発器を称する。
本発明では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器に対して放熱性能の所定割合が（９８％〜９９％）以上、冷媒側圧力降下量の所定割合が（９０％〜９５％）以下、空気側圧力降下量同等水準が（１００％）以下となる１２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器の各設計変数数値を最適化した。チューブ高さＨｔは１．４mm〜３．６mm、チューブ水力直径Ｄｔは０．９７mm〜１．８９mm、ＦＰＤＭ（１デシメータ（ｄｅｃｉｍｅｔｅｒ）即ち、１０cm（１／１０ｍ）当たりフィンの山または谷の個数）は６０〜８４、連通孔面積Ｓは１１０ｍｍ２〜４５０ｍｍ２である部品の組合で性能試験を行って図８乃至図１０のような結果グラフを得た。これに基づいて１２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器の性能を最適化する各設計変数の数値を求めた。図８乃至図１０の各グラフにおいて、放熱性能（Ｑ）、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）は１００×測定値／測定値のうち最大値（％）で無次元化させて表示した。
図８はＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器のチューブ高さＨｔと放熱性能及び冷媒側圧力降下量の関係を示すグラフである。チューブ高さＨｔの変化に応じて放熱性能（Ｑ）と冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）は図８に示す通り大きく変化するが、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）は変化が少ないため図示していない。
図８（Ａ）では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と対比したとき、放熱性能（Ｑ）が９９％以上になり、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）が９０％以下になる範囲を図示している。図示の通り、放熱性能（Ｑ）の制限条件によってチューブ高さＨｔの上限値は３．２１６mmで決められ、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）の制限条件によってチューブ高さＨｔの下限値は２．２８０mmで決められる。
図８（Ｂ）では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と対比したとき、放熱性能（Ｑ）が９８％以上になり、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）が９５％以下になる範囲を図示している。図示の通り、放熱性能（Ｑ）の制限条件によってチューブ高さＨｔの上限値は３．３７１mmで決められ、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）の制限条件によってチューブ高さＨｔの下限値は１．９２１mmで決められる。
即ち、１２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器のチューブ高さＨｔは１．９２１mm乃至３．３７１mmの値（放熱性能（Ｑ）９８％以上、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）９５％以下）を有するものが望ましく、２．２８０mm乃至３．２１６mmの値（放熱性能（Ｑ）９９％以上、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）９０％以下）を有するものがさらに望ましい。
図９はＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器のチューブ水力直径Ｄｔと放熱性能及び冷媒側圧力降下量の関係を示すグラフである。チューブ水力直径Ｄｔの変化に応じて放熱性能（Ｑ）と冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）は図９に示す通り大きく変化するが、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）は変化が少ないため図示していない。
図９（Ａ）では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と対比したとき、放熱性能（Ｑ）が９９％以上になり、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）が９０％以下になる範囲を図示している。図示の通り、放熱性能（Ｑ）の制限条件によってチューブ水力直径Ｄｔの上限値は３．００８mmで決められ、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）の制限条件によってチューブ水力直径Ｄｔの下限値は２．１４６mmで決められる。
図９（Ｂ）では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と対比したとき、放熱性能（Ｑ）が９８％以上になり、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）が９５％以下になる範囲を図示している。図示の通り、放熱性能（Ｑ）の制限条件によってチューブ水力直径Ｄｔの上限値は３．２２８mmで決められ、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）の制限条件によってチューブ垂直直径Ｄｔの下限値は１．８５７mmで決められる。
即ち、１２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器のチューブ垂直直径Ｄｔは１．８５７mm乃至３．２２８mmの値（放熱性能（Ｑ）９８％以上、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）９５％以下）を有するものが望ましく、２．１４６mm乃至３．００８mmの範囲内の値（放熱性能（Ｑ）９９％以上、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）９０％以下）を有するものがさらに望ましい。
図１０はＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器のＦＰＤＭと放熱性能及び空気側圧力降下量の関係を示すグラフである。ＦＰＤＭの変化に応じて放熱性能（Ｑ）と空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）は図１０に示す通り大きく変化するが、冷媒側圧力降下量（ｄＰｒｅｆ）は変化が少ないため図示していない。
図１０（Ａ）では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と対比したとき、放熱性能（Ｑ）が９９％以上になり、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）が同等水準、つまり１００％以下になる範囲を図示している。図示の通り、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）の制限条件によってＦＰＤＭの上限値は７９．２１１で決められ、放熱性能（Ｑ）の制限条件によってＦＰＤＭの下限値は５５．２９４で決められる。
図１０（Ｂ）では、Ｒ−１３４ａ冷媒を使用する蒸発器と対比したとき、放熱性能（Ｑ）が９８％以上になり、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）が同等水準、つまり１００％以下になる範囲を図示している。図示の通り、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）の制限条件によってＦＰＤＭの上限値は７９．２１１で決められ、放熱性能（Ｑ）の制限条件によってＦＰＤＭの下限値は４８．７１８で決められる。
即ち、１２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器のＦＰＤＭは４８．７１８乃至７９．２１１の値（放熱性能（Ｑ）９８％以上、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）１００％以下）を有するものが望ましく、５５．２９４乃至７９．２１１の値（放熱性能（Ｑ）９９％以上、空気側圧力降下量（ｄＰａｉｒ）１００％以下）を有するものがさらに望ましい。
要約すれば、１２３４ｙｆ冷媒を使用する蒸発器の各設計変数の数値範囲は下記の表２のように決められるのが望ましい。
＜表２＞
Figure 2011523023
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
１０：ヘッダータンク
２０：チューブ
３０：フィン
４０ バッフル
１００：蒸発器

Claims (14)

  1. 圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、
    前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、
    前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、
    前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、
    を含み、
    前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、
    前記チューブの高さＨｔは２．４８９mm乃至４．０８２mmの値を有し、
    前記熱交換媒体は４パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とするＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  2. 前記チューブの高さＨｔは２．８７５mm乃至３．７１１mmの値を有することを特徴とする請求項１に記載のＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  3. 圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、
    前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、
    前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、
    前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、
    を含み、
    前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、
    前記チューブの水力直径Ｄｔは０．７８０mm乃至１．８３９mmの値を有し、
    前記熱交換媒体は４パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とするＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  4. 前記チューブの水力直径Ｄｔは０．９４６mm乃至１．７７５mmの値を有することを特徴とする請求項３に記載のＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  5. 圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、
    前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、
    前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、
    前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、
    を含み、
    前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、
    デシメートル当りフィンのＦＰＤＭ（Ｆｉｎｓ Ｐｅｒ ＤｅｃｉＭｅｔｅｒ）は６３．４３９乃至８８．８９７範囲内の値を有し、
    前記熱交換媒体は４パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とするＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  6. 前記ＦＰＤＭは６５．１９０乃至８８．８９７の値を有することを特徴とする請求項５に記載のＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  7. 前記蒸発器１００は、第１列及び第２列の上下部タンク内に備えられたバッフルを介して第１チューブ群（１）−４乃至第４チューブ群（４）−４が形成され、前記熱交換媒体は前記第１チューブ群（１）−４乃至前記第４チューブ群（４）−４を順次通過することを特徴とする請求項 １ 乃至 ６ のいずれかに記載のＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  8. 圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、
    前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、
    前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、
    前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、
    を含み、
    前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、
    チューブの高さＨｔは１．９２１mm乃至３．３７１mmの値を有し、前記熱交換媒体の流れは６パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とするＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  9. 前記チューブの高さＨｔは２．２８０mm乃至３．２１６mmの値を有することを特徴とする請求項８に記載のＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  10. 圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、
    前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、
    前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、
    前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、
    を含み、
    前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、
    チューブの水力直径Ｄｔは１．８５７mm乃至３．２２８mm範囲内の値を有し、
    前記熱交換媒体の流れは６パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とするＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  11. 前記チューブの水力直径Ｄｔは２．１４６mm乃至３．００８mmの値を有することを特徴とする請求項１０に記載のＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  12. 圧縮機、凝縮器、膨張バルブ、及び空気送風方向に並んで一定間隔で並設された複数個のチューブ２０と、
    前記チューブ２０に装着され、前記チューブ２０間を流れる空気との伝熱面積を増加させるフィン３０と、
    前記チューブ２０の両側端部に結合されて熱交換媒体が流通する一対のヘッダタンク１０と、
    前記ヘッダタンク１０に備えられる少なくとも一つ以上のバッフル４０と、
    を含み、
    前記熱交換媒体はＨＦＯ １２３４ｙｆを含む冷媒であり、
    デシメートル当りフィンのＦＰＤＭ（Ｆｉｎｓ Ｐｅｒ ＤｅｃｉＭｅｔｅｒ）は４８．７１８乃至７９．２１１の値を有し、
    前記熱交換媒体の流れは６パスからなるチューブ−フィンタイプの蒸発器１００を含む冷媒回路を循環することを特徴とするＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  13. 前記ＦＰＤＭは５５．２９４乃至７９．２１１範囲内の値を有することを特徴とする請求項１２に記載のＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
  14. 前記蒸発器１００は、第１列及び第２列の上下部タンク内に備えられたバッフルを介して第１チューブ群（１）−６乃至第６チューブ群（６）−６が形成され、前記熱交換媒体は前記第１チューブ群（１）−６乃至前記第６チューブ群（６）−６を順次通過することを特徴とする 請求項 ８ 乃至 １３ のいずれかに記載のＨＦＯ １２３４ｙｆ冷媒及びチューブ−フィンタイプ蒸発器を使用する車両用空調システム。
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