熱交換器及びヒートポンプ式空調システム
【課題】熱交換後の空気の左右方向における温度が均等となりやすい熱交換器を提供する。
【解決手段】空調システム１を構成し、暖房時に、高温・高圧の冷媒と温調対象である導入空気Ａとを熱交換させ、冷媒を凝縮すると共に導入空気Ａを暖め、かつ、下流に熱交換後の空気が通流するダクト３２が配置されるコンデンサ２０であって、冷媒が導入される冷媒導入室２１Ａと、冷媒導入室２１Ａから水平方向に延び、冷媒導入室２１Ａからの冷媒を左方向で通流させる第１チューブ２３と、第１チューブ２３からの冷媒の通流方向を折り返す折り返し室２２Ａと、第１チューブ２３の下方に配置されると共に折り返し室２２Ａから右方向に延び、折り返し室２２Ａで折り返した冷媒を、第１チューブ２３とは逆方向である右方向で通流させる第２チューブ２５と、冷媒導入室２１Ａの下方に配置されると共に、第２チューブ２５からの冷媒を導出する冷媒導出室２１Ｂと、を備える。
【解決手段】空調システム１を構成し、暖房時に、高温・高圧の冷媒と温調対象である導入空気Ａとを熱交換させ、冷媒を凝縮すると共に導入空気Ａを暖め、かつ、下流に熱交換後の空気が通流するダクト３２が配置されるコンデンサ２０であって、冷媒が導入される冷媒導入室２１Ａと、冷媒導入室２１Ａから水平方向に延び、冷媒導入室２１Ａからの冷媒を左方向で通流させる第１チューブ２３と、第１チューブ２３からの冷媒の通流方向を折り返す折り返し室２２Ａと、第１チューブ２３の下方に配置されると共に折り返し室２２Ａから右方向に延び、折り返し室２２Ａで折り返した冷媒を、第１チューブ２３とは逆方向である右方向で通流させる第２チューブ２５と、冷媒導入室２１Ａの下方に配置されると共に、第２チューブ２５からの冷媒を導出する冷媒導出室２１Ｂと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及びヒートポンプ式空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、燃料電池車等の内燃機関（熱源）を搭載しない車両では、ヒートポンプを搭載し、ヒートポンプのコンデンサ（熱交換器）をヒータとして利用し、このコンデンサで発生する熱で、車室に導入される空気を暖めている（特許文献１参照）。
【０００３】
こうしたコンデンサ２２０は、図１１に示すように、上側に配置される上ヘッダ２２１（第１タンクとも称される）と、下側に配置される下ヘッダ２２２（第２タンクとも称される）と、上ヘッダ２２１と下ヘッダ２２２とを連結し、上下方向に延びる複数のチューブ２２３と、チューブ２２３の外周面に取り付けられたフィン２２４と、を備えている。
【０００４】
コンデンサ２２０に対しての冷媒の出入口は、車両におけるレイアウトの都合上、右側（片側）にまとめられている。すなわち、上ヘッダ２２１の右端に冷媒の入口が形成されており、下ヘッダ２２２の右端に冷媒の出口が形成されている。
【０００５】
そして、コンプレッサ（図示しない）から導入される高温・高圧で過熱状態の冷媒（気体）は、上ヘッダ２２１の右端からその内部に導入され、上ヘッダ２２１内を左向きで通流しつつ、各チューブ２２３に分配され、各チューブ２２３内を下向きで通流した後、下ヘッダ２２２内を右向きで通流しつつ集合し、下ヘッダ２２２の右端から外部に導出される。
【０００６】
一方、温調対象である空気は、コンデンサ２２０に対して垂直方向で通流する。そして、コンデンサ２２０を通過し、コンデンサ２２０で暖められた空気を車室に導く四角筒状のダクト２３２は、空気の通流方向においてコンデンサ２２０の下流（図１１の紙面手前）に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１１３６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、コンデンサ２２０内を通流する冷媒は、熱交換により温度低下し、高温・高圧の過熱状態（気体状態）から冷却され、飽和蒸気圧に低下する（図２参照）。その後、温度一定のまま、徐々に凝縮され、気液混合状態となる。そして、全て凝縮し、液体状態の冷媒となった後、さらに温度低下し、過冷却状態となる。
【０００９】
これにより、コンデンサ２２０では、図１１に示すように、下ヘッダ２２２の右端点及び左端点と、上ヘッダ２２１の右端点とを仮想的な頂点した、略三角形を呈する過冷却状態の冷媒（液体）の液溜りが形成されやすくなる。
【００１０】
したがって、コンデンサ２２０の後方のダクト２３２内を、仮想的に上下、左右に２分割、つまり、上下に２段、左右に２列の領域に分割した場合、右上領域を通流する空気の温度Ｔ１１、左上領域を通流する空気の温度Ｔ１２、左下領域を通流する空気の温度Ｔ１３、右下領域を通流する空気の温度Ｔ１４において、温度Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３は略等しくなるが、過冷却状態の冷媒（液体）の液溜り部分を通過した空気の温度Ｔ１４は、温度Ｔ１１〜Ｔ１３よりも低くなってしまう虞がある（Ｔ１１≒Ｔ１２≒Ｔ１３＞Ｔ１４）。
【００１１】
よって、ダクト２３２の左右方向の中央に仮想的に中心線Ｐを設定し、ダクト２３２内を仮想的に左右に分割した場合、中心線Ｐの右側の領域を通流する空気の温度（［Ｔ１１＋Ｔ１４］×１／２）は、左側の領域を通流する空気の温度（［Ｔ１２＋Ｔ１３］×１／２）よりも低くなってしまう虞がある。
すなわち、ダクト２３２の下流端から車室に導入される空気の温度が左右で異なってしまう虞がある。
【００１２】
そこで、本発明は、熱交換後の空気の左右方向における温度が均等となりやすい熱交換器、及び、ヒートポンプ式空調システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、ヒートポンプ式空調システムを構成し、暖房時に、高温・高圧の冷媒と温調対象である空気とを熱交換させ、冷媒を凝縮すると共に空気を暖め、かつ、下流に熱交換後の空気が通流するダクトが配置される熱交換器であって、外部から冷媒が導入される導入ヘッダと、前記導入ヘッダから水平方向に延び、前記導入ヘッダからの冷媒を一方向で通流させる第１チューブと、前記第１チューブからの冷媒の通流方向を折り返す折り返し部と、前記第１チューブの下方に配置されると共に前記折り返し部から水平方向に延び、前記折り返し部で折り返した冷媒を、前記第１チューブとは逆方向で通流させる第２チューブと、前記導入ヘッダの下方に配置されると共に、前記第２チューブからの冷媒を外部に導出する導出ヘッダと、を備えることを特徴とする熱交換器である。
【００１４】
このような熱交換器によれば、外部からの冷媒が、導入ヘッダを通り、第１チューブを一方向で通流した後、折り返し部で折り返し、第１チューブの下方の第２チューブを逆方向に通流した後、導出ヘッダを通って外部に導出される。
したがって、冷媒は、大よそ、導入ヘッダ及び第１チューブの上流側部分を、高温・高圧の過熱状態（気体）で通流し、第１チューブの下流側部分、折り返し部及び第２チューブの上流側部分を、徐々に凝縮しながら気液混合状態で通流し、第２チューブの下流側部分及び導出ヘッダを、さらに温度低下した過冷却状態（液体）で通流することになる。
【００１５】
ここで、熱交換器を通過し、暖められた空気が通流するダクトは、熱交換器の外形に対応した大きさに形成されると共に、温調対象である空気の通流方向において、熱交換器の下流（後方）に配置される。
【００１６】
このようなダクト内を、仮想的に、上下に２段、左右に２列の領域に分割した場合、第１チューブの上流側部分を通流する過熱状態の冷媒と主に熱交換した空気の温度Ｔ１は、最も高くなる。
そして、第１チューブの下流側部分を通流する気液混合状態の冷媒と主に熱交換した空気の温度Ｔ２と、第２チューブの上流側部分を通流する気液混合状態の冷媒と主に熱交換した空気の温度Ｔ３とは、略等しくなると共に、前記した温度Ｔ１よりも低くなる（Ｔ１＞Ｔ２≒Ｔ３）。
そして、第２チューブの下流側部分を通流する過冷却状態の冷媒と主に熱交換した空気の温度Ｔ４は、前記した温度Ｔ２及び温度Ｔ３よりも低くなる（Ｔ１＞Ｔ２≒Ｔ３＞Ｔ４）。
【００１７】
そうすると、ダクト内に、熱交換器の水平方向（左右方向）の中央に仮想的に中心線を設定した場合、中心線よりも導入ヘッダ（導出ヘッダ）側に温度Ｔ１及び温度Ｔ４が分布し（Ｔ１＞Ｔ４）、中心線よりも折り返し部側に温度Ｔ２及び温度Ｔ３が分布することになる（Ｔ２≒Ｔ３）。
そして、空気はダクト内をある程度混合し、温度均等化しながら通流すると考えられるから、前記した中心線よりも導入ヘッダ（導出ヘッダ）側を通流する空気の温度Ｔ５（＝［Ｔ１＋Ｔ４］×１／２）は、温度Ｔ２及び温度Ｔ３に近づく（Ｔ５≒Ｔ２≒Ｔ３）。
【００１８】
このようにして、前記した仮想的な中心線の両側を通流する空気の温度は、略等しくなる。すなわち、熱交換器の下流に配置されたダクト内を通流する熱交換後の空気の温度を、左右方向において均等にできる。よって、ダクトから車室等に吹き出される空気の温度が左右において異ならず、略同一となる。
なお、冷媒と空気とを良好に熱交換させるため、第１チューブの外周面に第１フィンが、第２チューブの外周面に第２フィンが、それぞれ設けられることが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、前記した熱交換器と、前記導出ヘッダの下流に設けられ、冷媒の流量を制御する流量制御手段と、前記導入ヘッダへ冷媒を圧送する冷媒圧送手段と、前記流量制御手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、暖房要求量が大きくなるにつれて、前記冷媒圧送手段の仕事量が増加するように、前記流量制御手段を制御することを特徴とするヒートポンプ式空調システムである。
【００２０】
ここで、暖房要求量が大きくなると、通常、熱交換器を通流する温調対象である空気の流量は増加するように制御される。
そこで、このようなヒートポンプ式空調システムによれば、制御手段が、暖房要求量が大きくなるにつれて、冷媒圧送手段の仕事量が増加するように、流量制御手段を制御する。したがって、暖房要求量が大きくなるにつれて、流量が増加する空気を、冷媒圧送手段の仕事量の増加により熱量が増加する冷媒によって良好に暖めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、熱交換後の空気の左右方向における温度が均等となりやすい熱交換器、及び、ヒートポンプ式空調システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る空調システムの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る空調システムの暖房サイクルをモリエル線図上に示したものである。
【図３】本実施形態に係るコンデンサを空気流れ下流から見た図である。
【図４】本実施形態に係る空調システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】外気温度と流量制御弁の目標開度との関係を示すマップである。
【図６】車室温度と流量制御弁の目標開度との関係を示すマップである。
【図７】フロントブロワの回転速度と流量制御弁の目標開度との関係を示すマップである。
【図８】コンプレッサの回転速度と流量制御弁の開度との関係を示すマップである。
【図９】本実施形態に係る空調システムの一動作例を示すタイムチャートである。
【図１０】変形例に係るコンデンサを空気流れ下流から見た図である。
【図１１】従来に係るコンデンサを空気流れ下流から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。
【００２４】
≪空調システムの構成≫
本実施形態に係る空調システム１（ヒートポンプ式空調システム）は、車両１００に搭載されている。車両１００は、例えば、四輪車、三輪車、二輪車、一輪車、列車であり、さらに具体的には、熱源となる内燃機関（エンジン）を備えない電気自動車、燃料電池車等である。
ただし、車両１００に限定されず、その他の移動体、例えば、船舶、航空機等に搭載される構成でもよい。
【００２５】
空調システム１は、冷媒を圧縮／膨張させながら循環させるヒートポンプ１０と、車外の空気を車室に導入する空気導入系と、車室の空気を車外に排出する空気排出系と、システムを電子制御するＥＣＵ６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００２６】
ここで、説明の便宜上、車外から車室に導入される空気を導入空気Ａ、車室から車外に排出される空気を排出空気Ｂとする。つまり、導入空気Ａが温度調節対象である。
また、ここでは、外気導入モードが選択され車外から車室に空気が導入される場合を例示するが、内気循環モードが選択された場合でもよく、後記するコンデンサ２０を通過する空気が内気循環のもの、つまり、車室からの空気でもよい。
【００２７】
＜ヒートポンプ＞
ヒートポンプ１０は、冷媒を圧縮するコンプレッサ１１と、コンデンサ２０（凝縮器、熱交換器）と、流量制御弁１２と、自動膨張弁１３と、エバポレータ１４（蒸発器、熱交換器）と、を備えている。
なお、図１では、暖房時に冷媒が通流する経路及びデバイスのみを記載しており、冷房時並びに除湿暖房時に冷媒が通流する経路及びデバイスを省略している。
冷房時に使用されるデバイスは、例えば、自動膨張弁１３の下流に設けられ、導入空気Ａを冷却しつつ冷媒を蒸発させるエバポレータ（蒸発器、熱交換器）や、コンデンサ２０と自動膨張弁１３との間に設けられ、冷媒と車外の空気とを熱交換させ冷媒を冷却・凝縮する第２コンデンサ（いわゆるラジエータ）等である。
【００２８】
まず、各デバイスの接続状態及び暖房時に冷媒が通流する経路を説明する。
コンプレッサ１１の吐出口から下流に向かって、配管１１ａ、コンデンサ２０、配管１２ａ、流量制御弁１２、配管１２ｂ、自動膨張弁１３の膨張側ポート１３ａ、配管１４ａ、エバポレータ１４、配管１４ｂ、自動膨張弁１３の温度検出側ポート１３ｂ、配管１１ｂを順に介して、コンプレッサ１１の吸入口に接続されている。
【００２９】
そして、コンプレッサ１１が作動すると、冷媒が、コンプレッサ１１、コンデンサ２０、流量制御弁１２、自動膨張弁１３、エバポレータ１４、コンプレッサ１１、…の順に経由し、冷媒が圧縮／膨張を繰り返しながら循環するようになっている。
ここで、冷媒の種類は特に限定はないが、過熱（スーパーヒート）及び過冷却（サブクール）が付く冷媒、新冷媒等に特に有効である。
【００３０】
＜コンプレッサ＞
コンプレッサ１１は、気体状態（又は気液混合状態）の冷媒を圧縮し、冷媒を圧送する圧縮装置（冷媒圧送手段）である。コンプレッサ１１は、図示しない高圧バッテリを電源としており、その回転速度（冷媒の吐出量、吐出圧）はＥＣＵ６０によって適宜に制御される。コンプレッサ１１によって圧縮されると、冷媒（気体）の温度・圧力は上昇し、過熱状態となる（図２、ａ→ｂ）。コンプレッサ１１の仕事量が増加すると、その仕事量に応じて冷媒の熱量は増加する。
【００３１】
なお、図２のモリエル線図は、冷媒の種類に対応した固有のものであり、事前試験、シミュレーション等によって得られる。また、図２の暖房サイクルにおいて、コンプレッサ１１の回転速度、流量制御弁１２の開度、外気温度等が変化すると、ａ点等の位置は図２において上下左右にシフトする。
【００３２】
＜コンデンサ＞
コンデンサ２０（凝縮器）は、暖房時に、コンプレッサ１１からの高温・高圧の冷媒（過熱状態、気体状態）と、低温の導入空気Ａとを熱交換し、冷媒を凝縮すると共に導入空気Ａを暖める熱交換器である。
【００３３】
なお、冷媒（気体）は、コンデンサ２０を通流すると、気体状態（過熱状態）で圧力一定のまま飽和蒸気温度まで温度低下し（図２、ｂ→ｃ）、その後、気液混合状態で温度・圧力一定のまま徐々に凝縮し、液体状態の冷媒は増加する（図３、ｃ→ｄ）。その後、冷媒（液体）は圧力一定のまま温度低下し過冷却状態となる（図３、ｄ→ｅ）。
【００３４】
ここで、図３を参照して、コンデンサ２０の機械的構造について、さらに説明する。
コンデンサ２０は、左右長さが上下長さよりも長く、その外形が厚板状を呈しており、面方向が上下方向（鉛直方向）に配置され、導入空気Ａの通流方向（前後方向）に対して垂直に配置される（図１参照）。
【００３５】
そして、冷媒は、コンデンサ２０の右側上部に導入され、コンデンサ２０内を横Ｕ字状に通流した後、コンデンサ２０の右側下部から導出されるようになっている。つまり、車両１００におけるレイアウトの都合上、コンデンサ２０における冷媒の入口及び出口は右側（片側）に集合されている。
なお、コンデンサ２０の後方（空気流れ下流）には、暖められた導入空気Ａを車室に案内する四角筒状のダクト３２が配置されている（図１、図３参照）
【００３６】
このようなコンデンサ２０は、図３に示すように、第１ヘッダ２１と、第２ヘッダ２２と、複数の第１チューブ２３と、第１フィン２４と、複数の第２チューブ２５と、第２フィン２６と、を備えている。そして、第１ヘッダ２１等は、導入空気と冷媒との間で効率的に熱交換させるため、熱伝導率の高い金属（アルミニウム合金、銅合金等）で形成されている。
なお、第１チューブ２３及び第２チューブ２５の数、太さ、形状は適宜変更してよい。
【００３７】
第１ヘッダ２１（第１タンクとも称される）は、上下端が閉じた有底円筒状を呈しており、コンデンサ２０の右側に配置されると共に、鉛直方向に延びている。
また、第１ヘッダ２１は、その内部の上部に冷媒導入室２１Ａ（導入ヘッダ）を、その内部の下部に冷媒導出室２１Ｂ（導出ヘッダ）を、有している。つまり、冷媒導出室２１Ｂは、冷媒導入室２１Ａの下方に配置されている。なお、冷媒導入室２１Ａと冷媒導出室２１Ｂとは、仕切壁部２１Ｃで仕切られている。
【００３８】
冷媒導入室２１Ａは、鉛直方向に延びており、配管１１ａ（外部）から導入された冷媒を、複数の第１チューブ２３に分配する空間である。
冷媒導出室２１Ｂは、鉛直方向に延びており、複数の第２チューブ２５からの冷媒を集合させ、配管１２ａ（外部）に導出する空間である。
【００３９】
第２ヘッダ２２（第２タンクとも称される）は、上下端が閉じた有底円筒状を呈しており、コンデンサ２０の左側に配置されると共に、鉛直方向に延びている。
また、第２ヘッダ２２は、その内部に、折り返し室２２Ａ（折り返し部）を有している。
【００４０】
折り返し室２２Ａは、鉛直方向に延びており、冷媒の通流方向を、第１チューブ２３内の左方向（一方向）から、下方向に向かわせた後、右方向（逆方向）に折り返す空間、つまり、冷媒の通流方向を反転させる空間である。
なお、冷媒は、折り返し室２２Ａで一旦集合した後、各第２チューブ２５に分配されるようになっている。
【００４１】
第１チューブ２３は、左右方向（水平方向）に延びると共に、所定間隔を開けて配置されている。そして、導入空気Ａが、上下方向において隣り合う第１チューブ２３の間を通流するようになっている。
【００４２】
各第１チューブ２３の上流端は冷媒導入室２１Ａに接続されており、各第１チューブ２３の下流端は折り返し室２２Ａの上部に接続されている。すなわち、第１チューブ２３は冷媒導入室２１Ａから左方向（水平方向）に延びており、冷媒が第１チューブ２３内を左方向（一方向）で通流するようになっている。
【００４３】
第１フィン２４は、第１チューブ２３の外周面に取り付けられている。なお、第１フィン２４は、冷媒と導入空気Ａとを好適に熱交換させるため、詳細には、冷媒の熱を導入空気Ａに好適に放熱させるための放熱用のフィンである。
【００４４】
第２チューブ２５は、第１チューブ２３の下方において、左右方向（水平方向）に延びると共に、所定間隔を開けて配置されている。そして、導入空気Ａが、上下方向において隣り合う第２チューブ２５の間を通流するようになっている。
【００４５】
各第２チューブ２５の上流端は折り返し室２２Ａの下部に接続されており、各第２チューブ２５の下流端は冷媒導出室２１Ｂに接続されている。すなわち、第２チューブ２５は折り返し室２２Ａの下部から右方向（水平方向）に延びており、冷媒が第２チューブ２５内を右方向（逆方向）で通流するようになっている。
【００４６】
第２フィン２６は、第２チューブ２５の外周面に取り付けられている。なお、第２フィン２６は、冷媒と導入空気Ａとを好適に熱交換させるため、詳細には、冷媒の熱を導入空気Ａに好適に放熱させるための放熱用のフィンである。
【００４７】
＜流量制御弁＞
図１に戻って説明を続ける。
流量制御弁１２は、コンデンサ２０と自動膨張弁１３との間、つまり、コンデンサ２０の下流に配置され、コンデンサ２０から自動膨張弁１３に向かう冷媒（液体）の流量を制御するものである。すなわち、流量制御弁１２は、コンデンサ２０と自動膨張弁１３との中間位置で、その開度を制御することで、冷媒流量を適宜に絞る（少なくする）ものであり、中間絞り弁とも称される。
【００４８】
このような流量制御弁１２は、メイン流路を構成するキャピラリ（細管）と、このキャピラリをバイパスし前記キャピラリよりも太いバイパス配管と、このバイパス配管に設けられバイパス配管を通流する冷媒の流量を制御するバイパス弁と、を備えて構成される。
そして、流量制御弁１２の開度を小さくする場合、前記バイパス弁の開度は小さくなるように制御される。逆に、流量制御弁１２の開度を大きくする場合、前記バイパス弁の開度は大きくなるように制御される。
【００４９】
そして、コンデンサ２０からの冷媒（液体）は、流量制御弁１２を通流すると、同一温度のまま、圧力（液圧）が低下するようになっている（図２、ｅ→ｆ）。
なお、流量制御弁１２の開度が小さくなると、その一次側圧力が上昇することになるから、図２における「ｅ点」の圧力が高くなる。そして、「ｅ点」の圧力が高くなると、「ｅｄ間」、つまり、冷媒（液体）が冷却される工程が長くなるから、冷媒（液体）はさらに過冷却されることになる。
【００５０】
＜自動膨張弁＞
自動膨張弁１３は、エバポレータ１４からコンプレッサ１１に向かう冷媒（気体又は気液混合）の温度に対応して、エバポレータ１４に向かう圧力（二次側圧力）を機械的に制御するものである。
このような自動膨張弁１３は、その内部に、流量制御弁１２からエバポレータ１４に向かう冷媒が通流する膨張側ポート１３ａと、エバポレータ１４からコンプレッサ１１に向かう冷媒が通流する温度検出側ポート１３ｂと、を備えている。
【００５１】
温度検出側ポート１３ｂには、冷媒の圧力を検出すると共に、冷媒の温度に対応して膨張／収縮する図示しない温度検出素子（例えばワックス）が設けられている。一方、膨張側ポート１３ａには、膨張側ポート１３ａにおける冷媒の流路断面積を可変する弁体（図示しない）が設けられている。
【００５２】
そして、この弁体は、膨張／収縮する前記温度検出素子と連動するように構成されており、具体的には、膨張側ポート１３ａを通流する冷媒の温度が高くなると、膨張側ポート１３ａにおける冷媒の流路断面積が大きくなるように、逆に、膨張側ポート１３ａを通流する冷媒の温度が低くなると、膨張側ポート１３ａにおける冷媒の流路断面積が小さくなるように、構成されている。
【００５３】
なお、冷媒（液体）が、自動膨張弁１３を通流すると、膨張側ポート１３ａにおける流路断面積に対応して膨張、つまり、液冷媒の一部が蒸発して、気液混合状態となる（図２、ｆ→ｇ）。そして、このように膨張すると、冷媒全体のエンタルピーは同一のままであるが、冷媒の圧力及び温度は低下する。
【００５４】
＜エバポレータ＞
エバポレータ１４（蒸発器）は、車両１００の後側に配置され、車室から車外に排出される排出空気Ｂと、自動膨張弁１３からの冷媒（気液混合）とを熱交換させ、排出空気Ｂの熱を冷媒で回収する熱交換器である。
【００５５】
なお、冷媒（気液混合）が、エバポレータ１４を通流すると、圧力・温度一定のまま、排出空気Ｂからの熱によって、液体状態の冷媒が徐々に蒸発し、気体状態の冷媒の割合が徐々に増加する（図２、ｇ→ａ）。
【００５６】
そして、このようにして生成した冷媒（気体）は、配管１４ｂ、自動膨張弁１３の温度検出側ポート１３ｂ、配管１１ｂを通って、コンプレッサ１１に吸入されるようになっている。
【００５７】
＜空気導入系＞
空気導入系は、フロントブロワ３１と、ダクト３２と、ＰＴＣヒータ３３（Positive Temperature Coefficient Heater）と、温度センサ３４と、を備えている。
【００５８】
フロントブロワ３１は、エアスクープ（図示しない）等を介して車外の空気を吸気し、導入空気Ａとして吐出し、コンデンサ２０を通過させ、車室に向けて送る空気圧送装置である。フロントブロワ３１は、１２Ｖ車載バッテリ（図示しない）を電源として作動し、その回転速度（吸気量、吐出量）は、ＥＣＵ６０によって適宜に制御されるようになっている。
【００５９】
ダクト３２は、コンデンサ２０を通過した導入空気Ａを車室に案内するものである。ダクト３２は、コンデンサ２０の外形に対応して、左右に長い四角筒状を呈しており（図３参照）、導入空気Ａの通流方向において、コンデンサ２０の下流（後方）に配置されている。
【００６０】
ＰＴＣヒータ３３は、導入空気Ａを暖めるヒータであり、本実施形態では、コンデンサ２０の下流（後方）に配置されている。ＰＴＣヒータ３３は、バッテリ（図示しない）を電源としており、ＥＣＵ６０によってＯＮ／ＯＦＦ制御されるようになっている。
なお、本実施形態では、ＰＴＣヒータ３３は、外気温度が所定温度以下である場合、ＯＮされる設定となっている。
【００６１】
温度センサ３４は、外気温度を検出するセンサであり、本実施形態では、車両１００のフロントバンパ（図示しない）付近に取り付けられている。そして、温度センサ３４は、検出した外気温度をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００６２】
＜空気排出系＞
空気排出系は、リアブロワ４１を備えている。
リアブロワ４１は、車室の空気を吸気し、排出空気Ｂとして吐出し、エバポレータ１４を通過させ、車外に向けて送る空気圧送装置である。リアブロワ４１は、１２Ｖ車載バッテリ（図示しない）を電源として作動し、その回転速度（吸気量、吐出量）は、ＥＣＵ６０によって適宜に制御されるようになっている。
【００６３】
＜その他機器＞
温度センサ５１は、車室温度を検出するセンサであり、車室の適所に配置されている。そして、温度センサ５１は、検出した車室温度をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００６４】
操作パネル５２は、空調システム１を制御するために運転者等が操作するパネルであり、運転席周りに配置されている。操作パネル５２は、暖房／冷媒切換スイッチ、例えば大・中・小のポジションを有する風量スイッチ等、を備えている。そして、操作パネル５２は、これらスイッチの信号をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００６５】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ６０（制御手段）は、空調システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮し、各種機器を制御するようになっている。
【００６６】
また、ＥＣＵ６０は、操作パネル５２の前記した風量スイッチのポジションが、「小→中→大」と大きくなるにつれて、暖房要求量が大きくなると判断するように設定されている。さらに、ＥＣＵ６０は、外気温度、車室温度が低くなるにつれて、暖房要求量が大きくなると判断するように設定されている。
【００６７】
そして、ＥＣＵ６０は、暖房要求量が大きくなるにつれて、導入空気Ａの流量を増加させるため、フロントブロワ３１の回転速度を増加させるように設定されている。また、ＥＣＵ６０は、暖房要求量が大きくなるにつれて、循環する冷媒の流量を増加させるにあたり、コンプレッサ１１の回転速度を増加させ、また、コンプレッサ１１の仕事量を増加させるため流量制御弁１２の開度を小さくするように設定されている。
【００６８】
≪空調システムの動作≫
次に、空調システム１の動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００６９】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ６０は、温度センサ３４を介して検出される外気温度が所定温度以上であるか否か判定する。所定温度は、外気温度が低すぎるため、ＰＴＣヒータ３３をＯＮ（作動）する必要があると判断される温度（例えば０℃以下）に設定される。
【００７０】
外気温度は所定温度以上であると判定した場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０２に進む。一方、外気温度は所定以上でないと判定した場合（Ｓ１０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０５に進む。
【００７１】
先に、ステップＳ１０５を説明する。
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ６０は、ＰＴＣヒータ３３をＯＮする。これにより、ＰＴＣヒータ３３によって、導入空気Ａが暖められる。
【００７２】
その後、ＥＣＵ６０の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。
【００７３】
次に、ステップＳ１０２を説明する。
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ６０は、ＰＴＣヒータ３３をＯＦＦする。なお、このようにＰＴＣヒータ３３をＯＦＦする場合は、外気温度が極低温でないため、ヒータとして機能するコンデンサ２０によって、導入空気Ａを温調可能と判断される場合である。
【００７４】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ６０は、暖房要求量に対応して、流量制御弁１２の目標開度（目標絞り量）を算出する、詳細には、暖房要求量が大きくなると、コンプレッサ１１の仕事量を増やすように目標開度を設定する。すなわち、コンプレッサ１１が冷媒を圧縮することによる圧縮仕事量の増加は、エンタルピーとして冷媒に付加されるため、これを利用するものである。より具体的には、ＥＣＵ６０は、外気温度、車室温度、フロントブロワ３１の回転速度、コンプレッサ１１の回転速度、の少なくとも１つと、対応する図５〜図８のマップとに基づいて、目標開度を算出する。
なお、図５〜図８のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。
【００７５】
まず、外気温度と目標開度との関係は、図５に示すように、外気温度が低くなるにつれて暖房要求量が大きくなると判断されるから、外気温度が低くなるにつれて、コンプレッサ１１の仕事量が増加するように、目標開度は小さくなる関係となっている。
【００７６】
次に、車室温度と目標開度との関係は、図６に示すように、車室温度が低くなるにつれて暖房要求量が大きくなると判断されるから、車室温度が低くなるにつれて、コンプレッサ１１の仕事量が増加するように、目標開度は小さくなる関係となっている。
【００７７】
次に、フロントブロワ３１の回転速度と目標開度との関係は、図７に示すように、フロントブロワ３１の回転速度が高くなるにつれて暖房要求量が大きくなると判断されるから、フロントブロワ３１の回転速度が高くなるにつれて、コンプレッサ１１の仕事量が増加するように、目標開度は小さくなる関係となっている。
なお、フロントブロワ３１の回転速度は、ＥＣＵ６０がフロントブロワ３１に指令する指令値の他、図示しない１２Ｖ車載バッテリ（電源）からフロントブロワ３１に印加している電圧に基づいても検出できる。つまり、フロントブロワ３１に印加する電圧が高くなるにつれて、フロントブロワ３１の回転速度が高くなる。
【００７８】
次に、コンプレッサ１１の回転速度と目標開度との関係は、図８に示すように、コンプレッサ１１の回転速度が最大のとき、最大暖房能力を要求されるため、コンプレッサ１１の回転速度が最大のとき、コンプレッサ１１による仕事量が増加するように、目標開度は小さくされる関係となっている。
なお、コンプレッサ１１の回転速度は、ＥＣＵ６０がコンプレッサ１１に指令する指令値の他、図示しない高圧バッテリ（電源）からコンプレッサ１１に印加している電圧に基づいても検出できる。つまり、コンプレッサ１１に印加する電圧が高くなるにつれて、コンプレッサ１１の回転速度が高くなる。
【００７９】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０３算出した目標開度となるように、流量制御弁１２を制御する。
【００８０】
その後、ＥＣＵ６０の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。
【００８１】
≪コンデンサ、空調システムの効果≫
このようなコンデンサ２０及び空調システム１によれば、次の効果を得る。
【００８２】
コンプレッサ１１からコンデンサ２０に導入される冷媒は、コンデンサ２０内で、過熱状態（気体状態）から気液混合状態を経て、過冷却状態に変化する（図２、ｂ→ｃ→ｄ→ｅ）。
すなわち、図３を参照して説明すると、冷媒は、大よそ、第１チューブ２３の右半分（上流側部分）内では過熱状態（気体状態）となり、第１チューブ２３の左半分（下流側部分）及び第２チューブ２５の左半分（上流側部分）内では気液混合状態となり、第２チューブ２５の右半分（下流側部分）内では過冷却状態となる。そして、冷媒導出室２１Ｂの上端点及び下端点と、折り返し室２２Ａの下端点とを頂点する略三角形状の過冷却状態の冷媒の液溜りが形成されやすくなる。
【００８３】
したがって、第１チューブ２３の右半分内の冷媒で暖められた導入空気Ａの温度Ｔ１は、第１チューブ２３の左半分内の冷媒で暖められた導入空気Ａの温度Ｔ２、及び、第２チューブ２５の左半分内の冷媒で暖められた導入空気の温度Ｔ３よりも高くなる（Ｔ１＞Ｔ２≒Ｔ３）。なお、第１チューブ２３の左半分内、第２チューブ２５の左半分内の冷媒は、いずれも気液混合状態で略同一温度であるから（図２、ｃｄ区間）、温度Ｔ２と温度Ｔ３とは略等しくなる。そして、第２チューブ２５の右半分内の冷媒で暖められた導入空気Ａの温度Ｔ４は、温度Ｔ２、Ｔ３よりも低くなる（Ｔ２≒Ｔ３＞Ｔ４）。
以上をまとめると、「Ｔ１＞Ｔ２≒Ｔ３＞Ｔ４」の関係となる。
【００８４】
そして、ダクト３２の左右方向の中央に、中心線Ｐを仮想的に設定した場合、中心線Ｐよりも右側（冷媒導入室２１Ａ、冷媒導出室２１Ｂ側）に、温度Ｔ１、Ｔ４が分布し、中心線Ｐよりも左側（折り返し室２２Ａ側）に、温度Ｔ２、Ｔ３が分布することになる。
【００８５】
そして、導入空気Ａはダクト３２内をある程度混合し、温度均等化しながら通流するから、中心線Ｐよりも右側を通流する導入空気Ａの温度Ｔ５（＝［Ｔ１＋Ｔ４］×１／２）は、温度Ｔ２及び温度Ｔ３に近づくことになる（Ｔ５≒Ｔ２≒Ｔ３）。
【００８６】
したがって、ダクト３２の下流端から車室に吹き出される導入空気Ａの右側の温度Ｔ５（＝［Ｔ１＋Ｔ４］×１／２）と、導入空気Ａの左側の温度Ｔ２（≒Ｔ３）とは、略均等となり、ある条件、ある一定の絞り量（流量制御弁１２の開度）で、コンデンサ２０内で理想的な過熱度と過冷却度とを得て、温度差ΔＴ５は０〜１（℃）の範囲内となる（図９参照）。よって、車両１００の乗員が導入空気Ａの温度差を認識することはない。
なお、図９において、過熱度ΔＴ１は、コンデンサ２０内において目標となる冷媒温度（目標冷媒温度）と温度Ｔ１との差を示す。また、過冷却度ΔＴ４は、目標冷媒温度と温度Ｔ４との差を示す。
【００８７】
ＥＣＵ６０は、暖房要求量が大きくなると、コンプレッサ１１の仕事量が増加するように流量制御弁１２の開度を制御するので（図４のＳ１０３、Ｓ１０４、図５〜図８）、コンデンサ２０において、コンプレッサ１１の仕事量の増加により熱量の増加した冷媒によって、導入空気Ａを良好に暖めることできる。
【００８８】
そして、このように流量制御弁１２の開度を変更した場合、図２のモリエル線図上における暖房サイクルのｅ点等の位置がシフトすることになる。
この場合において、導入空気Ａの左右における温度をさらに均等化するために、冷媒は、第１チューブ２３の右半分内で過冷却状態、第１チューブ２３の左半分内及び第２チューブ２５の左半分内で気液混合状態、第２チューブ２５の右半分内で過冷却状態、となることが好ましい。すなわち、図２において、「ｂ−ｃ長さ（過熱状態）」と「ｄ−ｅ長さ（過冷却状態）」が同一となり、「ｃ−ｄ長さ（気液混合状態）」が「ｂ−ｃ長さ」の２倍になるように、コンプレッサ１１の回転速度をさらに補正することが望ましい。
【００８９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば次のように変更できる。
【００９０】
前記した実施形態では、第１ヘッダ２１がその内部に冷媒導入室２１Ａ（導入ヘッダ）と冷媒導出室２１Ｂ（導出ヘッダ）とを有する構成を例示したが、冷媒導入室を有する導入ヘッダと、冷媒導出室を有する導出ヘッダとが別部品である構成でもよい。
【００９１】
前記した実施形態では、図３に示すように、導入空気Ａの通流方向視において、冷媒が１回横Ｕ字形にて通流する構成、つまり、左右方向において１往復する構成を例示したが、これに限定されず、図１０に示すように、２回横Ｕ字形にて通流する構成、つまり、左右方向において２往復する構成でもよい。
【００９２】
前記した実施形態では、折り返し室２２Ａにおいて、複数の第１チューブ２３からの冷媒を集合させ、折り返しつつ、複数の第２チューブ２５に分配される構成を例示したが、これに限定ない。
例えば、横Ｕ字形を呈する複数のＵ字形チューブの各上流端を冷媒導入室２１Ａに接続し、各下流端を冷媒導出室２１Ｂに接続し、冷媒が各Ｕ字形チューブを独立して通流する構成してもよい。なお、この構成の場合、各Ｕ字形チューブの上流側部分が第１チューブに相当し、略上下方向に半円弧状で延びる中流部分が折り返し部に相当し、下流側部分が第２チューブに相当する。
【００９３】
前記した実施形態では、空調システム１が車両１００に搭載された構成を例示したが、その他に例えば、家庭用の据え置き型の空調システムである構成でもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１ 空調システム（ヒートポンプ式空調システム）
１０ ヒートポンプ
１１ コンプレッサ（冷媒圧送手段）
１２ 流量制御弁（流量制御手段）
１３ 自動膨張弁
１４ エバポレータ（蒸発器、熱交換器）
２０ コンデンサ（凝縮器、熱交換器）
２１ 第１ヘッダ
２１Ａ 冷媒導入室（導入ヘッダ）
２１Ｂ 冷媒導出室（導出ヘッダ）
２２ 第２ヘッダ
２２Ａ 押し返し室（折り返し部）
２３ 第１チューブ
２５ 第２チューブ
３１ フロントブロワ
３２ ダクト
３４、５１ 温度センサ
４１ リアブロワ
６０ ＥＣＵ（制御手段）
Ａ 導入空気
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及びヒートポンプ式空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、燃料電池車等の内燃機関（熱源）を搭載しない車両では、ヒートポンプを搭載し、ヒートポンプのコンデンサ（熱交換器）をヒータとして利用し、このコンデンサで発生する熱で、車室に導入される空気を暖めている（特許文献１参照）。
【０００３】
こうしたコンデンサ２２０は、図１１に示すように、上側に配置される上ヘッダ２２１（第１タンクとも称される）と、下側に配置される下ヘッダ２２２（第２タンクとも称される）と、上ヘッダ２２１と下ヘッダ２２２とを連結し、上下方向に延びる複数のチューブ２２３と、チューブ２２３の外周面に取り付けられたフィン２２４と、を備えている。
【０００４】
コンデンサ２２０に対しての冷媒の出入口は、車両におけるレイアウトの都合上、右側（片側）にまとめられている。すなわち、上ヘッダ２２１の右端に冷媒の入口が形成されており、下ヘッダ２２２の右端に冷媒の出口が形成されている。
【０００５】
そして、コンプレッサ（図示しない）から導入される高温・高圧で過熱状態の冷媒（気体）は、上ヘッダ２２１の右端からその内部に導入され、上ヘッダ２２１内を左向きで通流しつつ、各チューブ２２３に分配され、各チューブ２２３内を下向きで通流した後、下ヘッダ２２２内を右向きで通流しつつ集合し、下ヘッダ２２２の右端から外部に導出される。
【０００６】
一方、温調対象である空気は、コンデンサ２２０に対して垂直方向で通流する。そして、コンデンサ２２０を通過し、コンデンサ２２０で暖められた空気を車室に導く四角筒状のダクト２３２は、空気の通流方向においてコンデンサ２２０の下流（図１１の紙面手前）に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１１３６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、コンデンサ２２０内を通流する冷媒は、熱交換により温度低下し、高温・高圧の過熱状態（気体状態）から冷却され、飽和蒸気圧に低下する（図２参照）。その後、温度一定のまま、徐々に凝縮され、気液混合状態となる。そして、全て凝縮し、液体状態の冷媒となった後、さらに温度低下し、過冷却状態となる。
【０００９】
これにより、コンデンサ２２０では、図１１に示すように、下ヘッダ２２２の右端点及び左端点と、上ヘッダ２２１の右端点とを仮想的な頂点した、略三角形を呈する過冷却状態の冷媒（液体）の液溜りが形成されやすくなる。
【００１０】
したがって、コンデンサ２２０の後方のダクト２３２内を、仮想的に上下、左右に２分割、つまり、上下に２段、左右に２列の領域に分割した場合、右上領域を通流する空気の温度Ｔ１１、左上領域を通流する空気の温度Ｔ１２、左下領域を通流する空気の温度Ｔ１３、右下領域を通流する空気の温度Ｔ１４において、温度Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３は略等しくなるが、過冷却状態の冷媒（液体）の液溜り部分を通過した空気の温度Ｔ１４は、温度Ｔ１１〜Ｔ１３よりも低くなってしまう虞がある（Ｔ１１≒Ｔ１２≒Ｔ１３＞Ｔ１４）。
【００１１】
よって、ダクト２３２の左右方向の中央に仮想的に中心線Ｐを設定し、ダクト２３２内を仮想的に左右に分割した場合、中心線Ｐの右側の領域を通流する空気の温度（［Ｔ１１＋Ｔ１４］×１／２）は、左側の領域を通流する空気の温度（［Ｔ１２＋Ｔ１３］×１／２）よりも低くなってしまう虞がある。
すなわち、ダクト２３２の下流端から車室に導入される空気の温度が左右で異なってしまう虞がある。
【００１２】
そこで、本発明は、熱交換後の空気の左右方向における温度が均等となりやすい熱交換器、及び、ヒートポンプ式空調システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、ヒートポンプ式空調システムを構成し、暖房時に、高温・高圧の冷媒と温調対象である空気とを熱交換させ、冷媒を凝縮すると共に空気を暖め、かつ、下流に熱交換後の空気が通流するダクトが配置される熱交換器であって、外部から冷媒が導入される導入ヘッダと、前記導入ヘッダから水平方向に延び、前記導入ヘッダからの冷媒を一方向で通流させる第１チューブと、前記第１チューブからの冷媒の通流方向を折り返す折り返し部と、前記第１チューブの下方に配置されると共に前記折り返し部から水平方向に延び、前記折り返し部で折り返した冷媒を、前記第１チューブとは逆方向で通流させる第２チューブと、前記導入ヘッダの下方に配置されると共に、前記第２チューブからの冷媒を外部に導出する導出ヘッダと、を備えることを特徴とする熱交換器である。
【００１４】
このような熱交換器によれば、外部からの冷媒が、導入ヘッダを通り、第１チューブを一方向で通流した後、折り返し部で折り返し、第１チューブの下方の第２チューブを逆方向に通流した後、導出ヘッダを通って外部に導出される。
したがって、冷媒は、大よそ、導入ヘッダ及び第１チューブの上流側部分を、高温・高圧の過熱状態（気体）で通流し、第１チューブの下流側部分、折り返し部及び第２チューブの上流側部分を、徐々に凝縮しながら気液混合状態で通流し、第２チューブの下流側部分及び導出ヘッダを、さらに温度低下した過冷却状態（液体）で通流することになる。
【００１５】
ここで、熱交換器を通過し、暖められた空気が通流するダクトは、熱交換器の外形に対応した大きさに形成されると共に、温調対象である空気の通流方向において、熱交換器の下流（後方）に配置される。
【００１６】
このようなダクト内を、仮想的に、上下に２段、左右に２列の領域に分割した場合、第１チューブの上流側部分を通流する過熱状態の冷媒と主に熱交換した空気の温度Ｔ１は、最も高くなる。
そして、第１チューブの下流側部分を通流する気液混合状態の冷媒と主に熱交換した空気の温度Ｔ２と、第２チューブの上流側部分を通流する気液混合状態の冷媒と主に熱交換した空気の温度Ｔ３とは、略等しくなると共に、前記した温度Ｔ１よりも低くなる（Ｔ１＞Ｔ２≒Ｔ３）。
そして、第２チューブの下流側部分を通流する過冷却状態の冷媒と主に熱交換した空気の温度Ｔ４は、前記した温度Ｔ２及び温度Ｔ３よりも低くなる（Ｔ１＞Ｔ２≒Ｔ３＞Ｔ４）。
【００１７】
そうすると、ダクト内に、熱交換器の水平方向（左右方向）の中央に仮想的に中心線を設定した場合、中心線よりも導入ヘッダ（導出ヘッダ）側に温度Ｔ１及び温度Ｔ４が分布し（Ｔ１＞Ｔ４）、中心線よりも折り返し部側に温度Ｔ２及び温度Ｔ３が分布することになる（Ｔ２≒Ｔ３）。
そして、空気はダクト内をある程度混合し、温度均等化しながら通流すると考えられるから、前記した中心線よりも導入ヘッダ（導出ヘッダ）側を通流する空気の温度Ｔ５（＝［Ｔ１＋Ｔ４］×１／２）は、温度Ｔ２及び温度Ｔ３に近づく（Ｔ５≒Ｔ２≒Ｔ３）。
【００１８】
このようにして、前記した仮想的な中心線の両側を通流する空気の温度は、略等しくなる。すなわち、熱交換器の下流に配置されたダクト内を通流する熱交換後の空気の温度を、左右方向において均等にできる。よって、ダクトから車室等に吹き出される空気の温度が左右において異ならず、略同一となる。
なお、冷媒と空気とを良好に熱交換させるため、第１チューブの外周面に第１フィンが、第２チューブの外周面に第２フィンが、それぞれ設けられることが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、前記した熱交換器と、前記導出ヘッダの下流に設けられ、冷媒の流量を制御する流量制御手段と、前記導入ヘッダへ冷媒を圧送する冷媒圧送手段と、前記流量制御手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、暖房要求量が大きくなるにつれて、前記冷媒圧送手段の仕事量が増加するように、前記流量制御手段を制御することを特徴とするヒートポンプ式空調システムである。
【００２０】
ここで、暖房要求量が大きくなると、通常、熱交換器を通流する温調対象である空気の流量は増加するように制御される。
そこで、このようなヒートポンプ式空調システムによれば、制御手段が、暖房要求量が大きくなるにつれて、冷媒圧送手段の仕事量が増加するように、流量制御手段を制御する。したがって、暖房要求量が大きくなるにつれて、流量が増加する空気を、冷媒圧送手段の仕事量の増加により熱量が増加する冷媒によって良好に暖めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、熱交換後の空気の左右方向における温度が均等となりやすい熱交換器、及び、ヒートポンプ式空調システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る空調システムの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る空調システムの暖房サイクルをモリエル線図上に示したものである。
【図３】本実施形態に係るコンデンサを空気流れ下流から見た図である。
【図４】本実施形態に係る空調システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】外気温度と流量制御弁の目標開度との関係を示すマップである。
【図６】車室温度と流量制御弁の目標開度との関係を示すマップである。
【図７】フロントブロワの回転速度と流量制御弁の目標開度との関係を示すマップである。
【図８】コンプレッサの回転速度と流量制御弁の開度との関係を示すマップである。
【図９】本実施形態に係る空調システムの一動作例を示すタイムチャートである。
【図１０】変形例に係るコンデンサを空気流れ下流から見た図である。
【図１１】従来に係るコンデンサを空気流れ下流から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。
【００２４】
≪空調システムの構成≫
本実施形態に係る空調システム１（ヒートポンプ式空調システム）は、車両１００に搭載されている。車両１００は、例えば、四輪車、三輪車、二輪車、一輪車、列車であり、さらに具体的には、熱源となる内燃機関（エンジン）を備えない電気自動車、燃料電池車等である。
ただし、車両１００に限定されず、その他の移動体、例えば、船舶、航空機等に搭載される構成でもよい。
【００２５】
空調システム１は、冷媒を圧縮／膨張させながら循環させるヒートポンプ１０と、車外の空気を車室に導入する空気導入系と、車室の空気を車外に排出する空気排出系と、システムを電子制御するＥＣＵ６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００２６】
ここで、説明の便宜上、車外から車室に導入される空気を導入空気Ａ、車室から車外に排出される空気を排出空気Ｂとする。つまり、導入空気Ａが温度調節対象である。
また、ここでは、外気導入モードが選択され車外から車室に空気が導入される場合を例示するが、内気循環モードが選択された場合でもよく、後記するコンデンサ２０を通過する空気が内気循環のもの、つまり、車室からの空気でもよい。
【００２７】
＜ヒートポンプ＞
ヒートポンプ１０は、冷媒を圧縮するコンプレッサ１１と、コンデンサ２０（凝縮器、熱交換器）と、流量制御弁１２と、自動膨張弁１３と、エバポレータ１４（蒸発器、熱交換器）と、を備えている。
なお、図１では、暖房時に冷媒が通流する経路及びデバイスのみを記載しており、冷房時並びに除湿暖房時に冷媒が通流する経路及びデバイスを省略している。
冷房時に使用されるデバイスは、例えば、自動膨張弁１３の下流に設けられ、導入空気Ａを冷却しつつ冷媒を蒸発させるエバポレータ（蒸発器、熱交換器）や、コンデンサ２０と自動膨張弁１３との間に設けられ、冷媒と車外の空気とを熱交換させ冷媒を冷却・凝縮する第２コンデンサ（いわゆるラジエータ）等である。
【００２８】
まず、各デバイスの接続状態及び暖房時に冷媒が通流する経路を説明する。
コンプレッサ１１の吐出口から下流に向かって、配管１１ａ、コンデンサ２０、配管１２ａ、流量制御弁１２、配管１２ｂ、自動膨張弁１３の膨張側ポート１３ａ、配管１４ａ、エバポレータ１４、配管１４ｂ、自動膨張弁１３の温度検出側ポート１３ｂ、配管１１ｂを順に介して、コンプレッサ１１の吸入口に接続されている。
【００２９】
そして、コンプレッサ１１が作動すると、冷媒が、コンプレッサ１１、コンデンサ２０、流量制御弁１２、自動膨張弁１３、エバポレータ１４、コンプレッサ１１、…の順に経由し、冷媒が圧縮／膨張を繰り返しながら循環するようになっている。
ここで、冷媒の種類は特に限定はないが、過熱（スーパーヒート）及び過冷却（サブクール）が付く冷媒、新冷媒等に特に有効である。
【００３０】
＜コンプレッサ＞
コンプレッサ１１は、気体状態（又は気液混合状態）の冷媒を圧縮し、冷媒を圧送する圧縮装置（冷媒圧送手段）である。コンプレッサ１１は、図示しない高圧バッテリを電源としており、その回転速度（冷媒の吐出量、吐出圧）はＥＣＵ６０によって適宜に制御される。コンプレッサ１１によって圧縮されると、冷媒（気体）の温度・圧力は上昇し、過熱状態となる（図２、ａ→ｂ）。コンプレッサ１１の仕事量が増加すると、その仕事量に応じて冷媒の熱量は増加する。
【００３１】
なお、図２のモリエル線図は、冷媒の種類に対応した固有のものであり、事前試験、シミュレーション等によって得られる。また、図２の暖房サイクルにおいて、コンプレッサ１１の回転速度、流量制御弁１２の開度、外気温度等が変化すると、ａ点等の位置は図２において上下左右にシフトする。
【００３２】
＜コンデンサ＞
コンデンサ２０（凝縮器）は、暖房時に、コンプレッサ１１からの高温・高圧の冷媒（過熱状態、気体状態）と、低温の導入空気Ａとを熱交換し、冷媒を凝縮すると共に導入空気Ａを暖める熱交換器である。
【００３３】
なお、冷媒（気体）は、コンデンサ２０を通流すると、気体状態（過熱状態）で圧力一定のまま飽和蒸気温度まで温度低下し（図２、ｂ→ｃ）、その後、気液混合状態で温度・圧力一定のまま徐々に凝縮し、液体状態の冷媒は増加する（図３、ｃ→ｄ）。その後、冷媒（液体）は圧力一定のまま温度低下し過冷却状態となる（図３、ｄ→ｅ）。
【００３４】
ここで、図３を参照して、コンデンサ２０の機械的構造について、さらに説明する。
コンデンサ２０は、左右長さが上下長さよりも長く、その外形が厚板状を呈しており、面方向が上下方向（鉛直方向）に配置され、導入空気Ａの通流方向（前後方向）に対して垂直に配置される（図１参照）。
【００３５】
そして、冷媒は、コンデンサ２０の右側上部に導入され、コンデンサ２０内を横Ｕ字状に通流した後、コンデンサ２０の右側下部から導出されるようになっている。つまり、車両１００におけるレイアウトの都合上、コンデンサ２０における冷媒の入口及び出口は右側（片側）に集合されている。
なお、コンデンサ２０の後方（空気流れ下流）には、暖められた導入空気Ａを車室に案内する四角筒状のダクト３２が配置されている（図１、図３参照）
【００３６】
このようなコンデンサ２０は、図３に示すように、第１ヘッダ２１と、第２ヘッダ２２と、複数の第１チューブ２３と、第１フィン２４と、複数の第２チューブ２５と、第２フィン２６と、を備えている。そして、第１ヘッダ２１等は、導入空気と冷媒との間で効率的に熱交換させるため、熱伝導率の高い金属（アルミニウム合金、銅合金等）で形成されている。
なお、第１チューブ２３及び第２チューブ２５の数、太さ、形状は適宜変更してよい。
【００３７】
第１ヘッダ２１（第１タンクとも称される）は、上下端が閉じた有底円筒状を呈しており、コンデンサ２０の右側に配置されると共に、鉛直方向に延びている。
また、第１ヘッダ２１は、その内部の上部に冷媒導入室２１Ａ（導入ヘッダ）を、その内部の下部に冷媒導出室２１Ｂ（導出ヘッダ）を、有している。つまり、冷媒導出室２１Ｂは、冷媒導入室２１Ａの下方に配置されている。なお、冷媒導入室２１Ａと冷媒導出室２１Ｂとは、仕切壁部２１Ｃで仕切られている。
【００３８】
冷媒導入室２１Ａは、鉛直方向に延びており、配管１１ａ（外部）から導入された冷媒を、複数の第１チューブ２３に分配する空間である。
冷媒導出室２１Ｂは、鉛直方向に延びており、複数の第２チューブ２５からの冷媒を集合させ、配管１２ａ（外部）に導出する空間である。
【００３９】
第２ヘッダ２２（第２タンクとも称される）は、上下端が閉じた有底円筒状を呈しており、コンデンサ２０の左側に配置されると共に、鉛直方向に延びている。
また、第２ヘッダ２２は、その内部に、折り返し室２２Ａ（折り返し部）を有している。
【００４０】
折り返し室２２Ａは、鉛直方向に延びており、冷媒の通流方向を、第１チューブ２３内の左方向（一方向）から、下方向に向かわせた後、右方向（逆方向）に折り返す空間、つまり、冷媒の通流方向を反転させる空間である。
なお、冷媒は、折り返し室２２Ａで一旦集合した後、各第２チューブ２５に分配されるようになっている。
【００４１】
第１チューブ２３は、左右方向（水平方向）に延びると共に、所定間隔を開けて配置されている。そして、導入空気Ａが、上下方向において隣り合う第１チューブ２３の間を通流するようになっている。
【００４２】
各第１チューブ２３の上流端は冷媒導入室２１Ａに接続されており、各第１チューブ２３の下流端は折り返し室２２Ａの上部に接続されている。すなわち、第１チューブ２３は冷媒導入室２１Ａから左方向（水平方向）に延びており、冷媒が第１チューブ２３内を左方向（一方向）で通流するようになっている。
【００４３】
第１フィン２４は、第１チューブ２３の外周面に取り付けられている。なお、第１フィン２４は、冷媒と導入空気Ａとを好適に熱交換させるため、詳細には、冷媒の熱を導入空気Ａに好適に放熱させるための放熱用のフィンである。
【００４４】
第２チューブ２５は、第１チューブ２３の下方において、左右方向（水平方向）に延びると共に、所定間隔を開けて配置されている。そして、導入空気Ａが、上下方向において隣り合う第２チューブ２５の間を通流するようになっている。
【００４５】
各第２チューブ２５の上流端は折り返し室２２Ａの下部に接続されており、各第２チューブ２５の下流端は冷媒導出室２１Ｂに接続されている。すなわち、第２チューブ２５は折り返し室２２Ａの下部から右方向（水平方向）に延びており、冷媒が第２チューブ２５内を右方向（逆方向）で通流するようになっている。
【００４６】
第２フィン２６は、第２チューブ２５の外周面に取り付けられている。なお、第２フィン２６は、冷媒と導入空気Ａとを好適に熱交換させるため、詳細には、冷媒の熱を導入空気Ａに好適に放熱させるための放熱用のフィンである。
【００４７】
＜流量制御弁＞
図１に戻って説明を続ける。
流量制御弁１２は、コンデンサ２０と自動膨張弁１３との間、つまり、コンデンサ２０の下流に配置され、コンデンサ２０から自動膨張弁１３に向かう冷媒（液体）の流量を制御するものである。すなわち、流量制御弁１２は、コンデンサ２０と自動膨張弁１３との中間位置で、その開度を制御することで、冷媒流量を適宜に絞る（少なくする）ものであり、中間絞り弁とも称される。
【００４８】
このような流量制御弁１２は、メイン流路を構成するキャピラリ（細管）と、このキャピラリをバイパスし前記キャピラリよりも太いバイパス配管と、このバイパス配管に設けられバイパス配管を通流する冷媒の流量を制御するバイパス弁と、を備えて構成される。
そして、流量制御弁１２の開度を小さくする場合、前記バイパス弁の開度は小さくなるように制御される。逆に、流量制御弁１２の開度を大きくする場合、前記バイパス弁の開度は大きくなるように制御される。
【００４９】
そして、コンデンサ２０からの冷媒（液体）は、流量制御弁１２を通流すると、同一温度のまま、圧力（液圧）が低下するようになっている（図２、ｅ→ｆ）。
なお、流量制御弁１２の開度が小さくなると、その一次側圧力が上昇することになるから、図２における「ｅ点」の圧力が高くなる。そして、「ｅ点」の圧力が高くなると、「ｅｄ間」、つまり、冷媒（液体）が冷却される工程が長くなるから、冷媒（液体）はさらに過冷却されることになる。
【００５０】
＜自動膨張弁＞
自動膨張弁１３は、エバポレータ１４からコンプレッサ１１に向かう冷媒（気体又は気液混合）の温度に対応して、エバポレータ１４に向かう圧力（二次側圧力）を機械的に制御するものである。
このような自動膨張弁１３は、その内部に、流量制御弁１２からエバポレータ１４に向かう冷媒が通流する膨張側ポート１３ａと、エバポレータ１４からコンプレッサ１１に向かう冷媒が通流する温度検出側ポート１３ｂと、を備えている。
【００５１】
温度検出側ポート１３ｂには、冷媒の圧力を検出すると共に、冷媒の温度に対応して膨張／収縮する図示しない温度検出素子（例えばワックス）が設けられている。一方、膨張側ポート１３ａには、膨張側ポート１３ａにおける冷媒の流路断面積を可変する弁体（図示しない）が設けられている。
【００５２】
そして、この弁体は、膨張／収縮する前記温度検出素子と連動するように構成されており、具体的には、膨張側ポート１３ａを通流する冷媒の温度が高くなると、膨張側ポート１３ａにおける冷媒の流路断面積が大きくなるように、逆に、膨張側ポート１３ａを通流する冷媒の温度が低くなると、膨張側ポート１３ａにおける冷媒の流路断面積が小さくなるように、構成されている。
【００５３】
なお、冷媒（液体）が、自動膨張弁１３を通流すると、膨張側ポート１３ａにおける流路断面積に対応して膨張、つまり、液冷媒の一部が蒸発して、気液混合状態となる（図２、ｆ→ｇ）。そして、このように膨張すると、冷媒全体のエンタルピーは同一のままであるが、冷媒の圧力及び温度は低下する。
【００５４】
＜エバポレータ＞
エバポレータ１４（蒸発器）は、車両１００の後側に配置され、車室から車外に排出される排出空気Ｂと、自動膨張弁１３からの冷媒（気液混合）とを熱交換させ、排出空気Ｂの熱を冷媒で回収する熱交換器である。
【００５５】
なお、冷媒（気液混合）が、エバポレータ１４を通流すると、圧力・温度一定のまま、排出空気Ｂからの熱によって、液体状態の冷媒が徐々に蒸発し、気体状態の冷媒の割合が徐々に増加する（図２、ｇ→ａ）。
【００５６】
そして、このようにして生成した冷媒（気体）は、配管１４ｂ、自動膨張弁１３の温度検出側ポート１３ｂ、配管１１ｂを通って、コンプレッサ１１に吸入されるようになっている。
【００５７】
＜空気導入系＞
空気導入系は、フロントブロワ３１と、ダクト３２と、ＰＴＣヒータ３３（Positive Temperature Coefficient Heater）と、温度センサ３４と、を備えている。
【００５８】
フロントブロワ３１は、エアスクープ（図示しない）等を介して車外の空気を吸気し、導入空気Ａとして吐出し、コンデンサ２０を通過させ、車室に向けて送る空気圧送装置である。フロントブロワ３１は、１２Ｖ車載バッテリ（図示しない）を電源として作動し、その回転速度（吸気量、吐出量）は、ＥＣＵ６０によって適宜に制御されるようになっている。
【００５９】
ダクト３２は、コンデンサ２０を通過した導入空気Ａを車室に案内するものである。ダクト３２は、コンデンサ２０の外形に対応して、左右に長い四角筒状を呈しており（図３参照）、導入空気Ａの通流方向において、コンデンサ２０の下流（後方）に配置されている。
【００６０】
ＰＴＣヒータ３３は、導入空気Ａを暖めるヒータであり、本実施形態では、コンデンサ２０の下流（後方）に配置されている。ＰＴＣヒータ３３は、バッテリ（図示しない）を電源としており、ＥＣＵ６０によってＯＮ／ＯＦＦ制御されるようになっている。
なお、本実施形態では、ＰＴＣヒータ３３は、外気温度が所定温度以下である場合、ＯＮされる設定となっている。
【００６１】
温度センサ３４は、外気温度を検出するセンサであり、本実施形態では、車両１００のフロントバンパ（図示しない）付近に取り付けられている。そして、温度センサ３４は、検出した外気温度をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００６２】
＜空気排出系＞
空気排出系は、リアブロワ４１を備えている。
リアブロワ４１は、車室の空気を吸気し、排出空気Ｂとして吐出し、エバポレータ１４を通過させ、車外に向けて送る空気圧送装置である。リアブロワ４１は、１２Ｖ車載バッテリ（図示しない）を電源として作動し、その回転速度（吸気量、吐出量）は、ＥＣＵ６０によって適宜に制御されるようになっている。
【００６３】
＜その他機器＞
温度センサ５１は、車室温度を検出するセンサであり、車室の適所に配置されている。そして、温度センサ５１は、検出した車室温度をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００６４】
操作パネル５２は、空調システム１を制御するために運転者等が操作するパネルであり、運転席周りに配置されている。操作パネル５２は、暖房／冷媒切換スイッチ、例えば大・中・小のポジションを有する風量スイッチ等、を備えている。そして、操作パネル５２は、これらスイッチの信号をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００６５】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ６０（制御手段）は、空調システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮し、各種機器を制御するようになっている。
【００６６】
また、ＥＣＵ６０は、操作パネル５２の前記した風量スイッチのポジションが、「小→中→大」と大きくなるにつれて、暖房要求量が大きくなると判断するように設定されている。さらに、ＥＣＵ６０は、外気温度、車室温度が低くなるにつれて、暖房要求量が大きくなると判断するように設定されている。
【００６７】
そして、ＥＣＵ６０は、暖房要求量が大きくなるにつれて、導入空気Ａの流量を増加させるため、フロントブロワ３１の回転速度を増加させるように設定されている。また、ＥＣＵ６０は、暖房要求量が大きくなるにつれて、循環する冷媒の流量を増加させるにあたり、コンプレッサ１１の回転速度を増加させ、また、コンプレッサ１１の仕事量を増加させるため流量制御弁１２の開度を小さくするように設定されている。
【００６８】
≪空調システムの動作≫
次に、空調システム１の動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００６９】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ６０は、温度センサ３４を介して検出される外気温度が所定温度以上であるか否か判定する。所定温度は、外気温度が低すぎるため、ＰＴＣヒータ３３をＯＮ（作動）する必要があると判断される温度（例えば０℃以下）に設定される。
【００７０】
外気温度は所定温度以上であると判定した場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０２に進む。一方、外気温度は所定以上でないと判定した場合（Ｓ１０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０５に進む。
【００７１】
先に、ステップＳ１０５を説明する。
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ６０は、ＰＴＣヒータ３３をＯＮする。これにより、ＰＴＣヒータ３３によって、導入空気Ａが暖められる。
【００７２】
その後、ＥＣＵ６０の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。
【００７３】
次に、ステップＳ１０２を説明する。
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ６０は、ＰＴＣヒータ３３をＯＦＦする。なお、このようにＰＴＣヒータ３３をＯＦＦする場合は、外気温度が極低温でないため、ヒータとして機能するコンデンサ２０によって、導入空気Ａを温調可能と判断される場合である。
【００７４】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ６０は、暖房要求量に対応して、流量制御弁１２の目標開度（目標絞り量）を算出する、詳細には、暖房要求量が大きくなると、コンプレッサ１１の仕事量を増やすように目標開度を設定する。すなわち、コンプレッサ１１が冷媒を圧縮することによる圧縮仕事量の増加は、エンタルピーとして冷媒に付加されるため、これを利用するものである。より具体的には、ＥＣＵ６０は、外気温度、車室温度、フロントブロワ３１の回転速度、コンプレッサ１１の回転速度、の少なくとも１つと、対応する図５〜図８のマップとに基づいて、目標開度を算出する。
なお、図５〜図８のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。
【００７５】
まず、外気温度と目標開度との関係は、図５に示すように、外気温度が低くなるにつれて暖房要求量が大きくなると判断されるから、外気温度が低くなるにつれて、コンプレッサ１１の仕事量が増加するように、目標開度は小さくなる関係となっている。
【００７６】
次に、車室温度と目標開度との関係は、図６に示すように、車室温度が低くなるにつれて暖房要求量が大きくなると判断されるから、車室温度が低くなるにつれて、コンプレッサ１１の仕事量が増加するように、目標開度は小さくなる関係となっている。
【００７７】
次に、フロントブロワ３１の回転速度と目標開度との関係は、図７に示すように、フロントブロワ３１の回転速度が高くなるにつれて暖房要求量が大きくなると判断されるから、フロントブロワ３１の回転速度が高くなるにつれて、コンプレッサ１１の仕事量が増加するように、目標開度は小さくなる関係となっている。
なお、フロントブロワ３１の回転速度は、ＥＣＵ６０がフロントブロワ３１に指令する指令値の他、図示しない１２Ｖ車載バッテリ（電源）からフロントブロワ３１に印加している電圧に基づいても検出できる。つまり、フロントブロワ３１に印加する電圧が高くなるにつれて、フロントブロワ３１の回転速度が高くなる。
【００７８】
次に、コンプレッサ１１の回転速度と目標開度との関係は、図８に示すように、コンプレッサ１１の回転速度が最大のとき、最大暖房能力を要求されるため、コンプレッサ１１の回転速度が最大のとき、コンプレッサ１１による仕事量が増加するように、目標開度は小さくされる関係となっている。
なお、コンプレッサ１１の回転速度は、ＥＣＵ６０がコンプレッサ１１に指令する指令値の他、図示しない高圧バッテリ（電源）からコンプレッサ１１に印加している電圧に基づいても検出できる。つまり、コンプレッサ１１に印加する電圧が高くなるにつれて、コンプレッサ１１の回転速度が高くなる。
【００７９】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０３算出した目標開度となるように、流量制御弁１２を制御する。
【００８０】
その後、ＥＣＵ６０の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。
【００８１】
≪コンデンサ、空調システムの効果≫
このようなコンデンサ２０及び空調システム１によれば、次の効果を得る。
【００８２】
コンプレッサ１１からコンデンサ２０に導入される冷媒は、コンデンサ２０内で、過熱状態（気体状態）から気液混合状態を経て、過冷却状態に変化する（図２、ｂ→ｃ→ｄ→ｅ）。
すなわち、図３を参照して説明すると、冷媒は、大よそ、第１チューブ２３の右半分（上流側部分）内では過熱状態（気体状態）となり、第１チューブ２３の左半分（下流側部分）及び第２チューブ２５の左半分（上流側部分）内では気液混合状態となり、第２チューブ２５の右半分（下流側部分）内では過冷却状態となる。そして、冷媒導出室２１Ｂの上端点及び下端点と、折り返し室２２Ａの下端点とを頂点する略三角形状の過冷却状態の冷媒の液溜りが形成されやすくなる。
【００８３】
したがって、第１チューブ２３の右半分内の冷媒で暖められた導入空気Ａの温度Ｔ１は、第１チューブ２３の左半分内の冷媒で暖められた導入空気Ａの温度Ｔ２、及び、第２チューブ２５の左半分内の冷媒で暖められた導入空気の温度Ｔ３よりも高くなる（Ｔ１＞Ｔ２≒Ｔ３）。なお、第１チューブ２３の左半分内、第２チューブ２５の左半分内の冷媒は、いずれも気液混合状態で略同一温度であるから（図２、ｃｄ区間）、温度Ｔ２と温度Ｔ３とは略等しくなる。そして、第２チューブ２５の右半分内の冷媒で暖められた導入空気Ａの温度Ｔ４は、温度Ｔ２、Ｔ３よりも低くなる（Ｔ２≒Ｔ３＞Ｔ４）。
以上をまとめると、「Ｔ１＞Ｔ２≒Ｔ３＞Ｔ４」の関係となる。
【００８４】
そして、ダクト３２の左右方向の中央に、中心線Ｐを仮想的に設定した場合、中心線Ｐよりも右側（冷媒導入室２１Ａ、冷媒導出室２１Ｂ側）に、温度Ｔ１、Ｔ４が分布し、中心線Ｐよりも左側（折り返し室２２Ａ側）に、温度Ｔ２、Ｔ３が分布することになる。
【００８５】
そして、導入空気Ａはダクト３２内をある程度混合し、温度均等化しながら通流するから、中心線Ｐよりも右側を通流する導入空気Ａの温度Ｔ５（＝［Ｔ１＋Ｔ４］×１／２）は、温度Ｔ２及び温度Ｔ３に近づくことになる（Ｔ５≒Ｔ２≒Ｔ３）。
【００８６】
したがって、ダクト３２の下流端から車室に吹き出される導入空気Ａの右側の温度Ｔ５（＝［Ｔ１＋Ｔ４］×１／２）と、導入空気Ａの左側の温度Ｔ２（≒Ｔ３）とは、略均等となり、ある条件、ある一定の絞り量（流量制御弁１２の開度）で、コンデンサ２０内で理想的な過熱度と過冷却度とを得て、温度差ΔＴ５は０〜１（℃）の範囲内となる（図９参照）。よって、車両１００の乗員が導入空気Ａの温度差を認識することはない。
なお、図９において、過熱度ΔＴ１は、コンデンサ２０内において目標となる冷媒温度（目標冷媒温度）と温度Ｔ１との差を示す。また、過冷却度ΔＴ４は、目標冷媒温度と温度Ｔ４との差を示す。
【００８７】
ＥＣＵ６０は、暖房要求量が大きくなると、コンプレッサ１１の仕事量が増加するように流量制御弁１２の開度を制御するので（図４のＳ１０３、Ｓ１０４、図５〜図８）、コンデンサ２０において、コンプレッサ１１の仕事量の増加により熱量の増加した冷媒によって、導入空気Ａを良好に暖めることできる。
【００８８】
そして、このように流量制御弁１２の開度を変更した場合、図２のモリエル線図上における暖房サイクルのｅ点等の位置がシフトすることになる。
この場合において、導入空気Ａの左右における温度をさらに均等化するために、冷媒は、第１チューブ２３の右半分内で過冷却状態、第１チューブ２３の左半分内及び第２チューブ２５の左半分内で気液混合状態、第２チューブ２５の右半分内で過冷却状態、となることが好ましい。すなわち、図２において、「ｂ−ｃ長さ（過熱状態）」と「ｄ−ｅ長さ（過冷却状態）」が同一となり、「ｃ−ｄ長さ（気液混合状態）」が「ｂ−ｃ長さ」の２倍になるように、コンプレッサ１１の回転速度をさらに補正することが望ましい。
【００８９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば次のように変更できる。
【００９０】
前記した実施形態では、第１ヘッダ２１がその内部に冷媒導入室２１Ａ（導入ヘッダ）と冷媒導出室２１Ｂ（導出ヘッダ）とを有する構成を例示したが、冷媒導入室を有する導入ヘッダと、冷媒導出室を有する導出ヘッダとが別部品である構成でもよい。
【００９１】
前記した実施形態では、図３に示すように、導入空気Ａの通流方向視において、冷媒が１回横Ｕ字形にて通流する構成、つまり、左右方向において１往復する構成を例示したが、これに限定されず、図１０に示すように、２回横Ｕ字形にて通流する構成、つまり、左右方向において２往復する構成でもよい。
【００９２】
前記した実施形態では、折り返し室２２Ａにおいて、複数の第１チューブ２３からの冷媒を集合させ、折り返しつつ、複数の第２チューブ２５に分配される構成を例示したが、これに限定ない。
例えば、横Ｕ字形を呈する複数のＵ字形チューブの各上流端を冷媒導入室２１Ａに接続し、各下流端を冷媒導出室２１Ｂに接続し、冷媒が各Ｕ字形チューブを独立して通流する構成してもよい。なお、この構成の場合、各Ｕ字形チューブの上流側部分が第１チューブに相当し、略上下方向に半円弧状で延びる中流部分が折り返し部に相当し、下流側部分が第２チューブに相当する。
【００９３】
前記した実施形態では、空調システム１が車両１００に搭載された構成を例示したが、その他に例えば、家庭用の据え置き型の空調システムである構成でもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１ 空調システム（ヒートポンプ式空調システム）
１０ ヒートポンプ
１１ コンプレッサ（冷媒圧送手段）
１２ 流量制御弁（流量制御手段）
１３ 自動膨張弁
１４ エバポレータ（蒸発器、熱交換器）
２０ コンデンサ（凝縮器、熱交換器）
２１ 第１ヘッダ
２１Ａ 冷媒導入室（導入ヘッダ）
２１Ｂ 冷媒導出室（導出ヘッダ）
２２ 第２ヘッダ
２２Ａ 押し返し室（折り返し部）
２３ 第１チューブ
２５ 第２チューブ
３１ フロントブロワ
３２ ダクト
３４、５１ 温度センサ
４１ リアブロワ
６０ ＥＣＵ（制御手段）
Ａ 導入空気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプ式空調システムを構成し、暖房時に、高温・高圧の冷媒と温調対象である空気とを熱交換させ、冷媒を凝縮すると共に空気を暖め、かつ、下流に熱交換後の空気が通流するダクトが配置される熱交換器であって、
外部から冷媒が導入される導入ヘッダと、
前記導入ヘッダから水平方向に延び、前記導入ヘッダからの冷媒を一方向で通流させる第１チューブと、
前記第１チューブからの冷媒の通流方向を折り返す折り返し部と、
前記第１チューブの下方に配置されると共に前記折り返し部から水平方向に延び、前記折り返し部で折り返した冷媒を、前記第１チューブとは逆方向で通流させる第２チューブと、
前記導入ヘッダの下方に配置されると共に、前記第２チューブからの冷媒を外部に導出する導出ヘッダと、
を備える
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器と、
前記導出ヘッダの下流に設けられ、冷媒の流量を制御する流量制御手段と、
前記導入ヘッダへ冷媒を圧送する冷媒圧送手段と、
前記流量制御手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、暖房要求量が大きくなるにつれて、前記冷媒圧送手段の仕事量が増加するように、前記流量制御手段を制御する
ことを特徴とするヒートポンプ式空調システム。
【請求項１】
ヒートポンプ式空調システムを構成し、暖房時に、高温・高圧の冷媒と温調対象である空気とを熱交換させ、冷媒を凝縮すると共に空気を暖め、かつ、下流に熱交換後の空気が通流するダクトが配置される熱交換器であって、
外部から冷媒が導入される導入ヘッダと、
前記導入ヘッダから水平方向に延び、前記導入ヘッダからの冷媒を一方向で通流させる第１チューブと、
前記第１チューブからの冷媒の通流方向を折り返す折り返し部と、
前記第１チューブの下方に配置されると共に前記折り返し部から水平方向に延び、前記折り返し部で折り返した冷媒を、前記第１チューブとは逆方向で通流させる第２チューブと、
前記導入ヘッダの下方に配置されると共に、前記第２チューブからの冷媒を外部に導出する導出ヘッダと、
を備える
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器と、
前記導出ヘッダの下流に設けられ、冷媒の流量を制御する流量制御手段と、
前記導入ヘッダへ冷媒を圧送する冷媒圧送手段と、
前記流量制御手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、暖房要求量が大きくなるにつれて、前記冷媒圧送手段の仕事量が増加するように、前記流量制御手段を制御する
ことを特徴とするヒートポンプ式空調システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２０８９１４（Ｐ２０１１−２０８９１４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７９２７８（Ｐ２０１０−７９２７８）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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