(57)【要約】【課題】冷媒ガスを加圧・液化する際に、コンプレッサーを使用することなく、冷媒ガスを加圧・液化する冷媒ガス装置及び該冷媒ガス液化装置を利用する冷却装置、並びに冷媒ガス液化方法及び該冷媒ガス液化方法を使用する冷却方法を提供することである。【解決手段】冷媒ガスと液体溶媒とを備え、該液体溶媒が該冷媒ガスを該液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって常温で液化させるものであることを特徴とする冷媒ガス液化装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ガスと液体溶媒とを備え、該液体溶媒が該冷媒ガスを該液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって常温で液化させるものであることを特徴とする冷媒ガス液化装置。
【請求項２】
冷媒ガスと液体溶媒の混合物に外部エネルギーを与え、それにより該液体溶媒を気化させて、該液体溶媒のガスと該冷媒ガスとの混合ガスを生成するための混合ガス生成装置と、
該混合ガス生成装置によって生成する該混合ガスを、該液体溶媒のガスの蒸気圧を一定に保つために該冷媒ガスと該液体溶媒とに気液分離するための気液分離装置と、
該気液分離装置によって分離された該冷媒ガスを貯蔵するための冷媒ガス貯蔵装置と、
貯蔵された該冷媒ガスを該液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって液化させるときには、該混合ガス生成装置で生成する該液体溶媒のガスと該冷媒ガスとの混合ガスを、該気液分離装置を通すことなく該冷媒ガス貯蔵装置へ送り込むための切り替え装置と、
該切り替え装置によって該気液分離装置を通すことなく該冷媒ガス貯蔵装置へ送り込む該液体溶媒のガスと該冷媒ガスとの混合ガス中の該液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって、該冷媒ガス貯蔵装置に貯蔵されている該冷媒ガスを常温で液化させるための冷媒ガス液化装置とを備え、
該冷媒ガス貯蔵装置と該冷媒ガス液化装置とが一体となっていることを特徴とする請求項１記載の冷媒ガス液化装置。
【請求項３】
圧力差によって可動する一つの可動式の仕切りを有し、該可動式の仕切りで区分けされた一方の側にだけ冷媒ガスが貯蔵されている冷媒ガス貯蔵装置と、
液体溶媒に外部エネルギーを与え、それにより該液体溶媒を気化させ、該液体溶媒のガスを生成するための液体溶媒ガス生成装置と、
該液体溶媒ガス生成装置によって生成する液体溶媒のガスを、該液体溶媒のガスの蒸気圧を一定に保つために、該液体溶媒のガスを該液体溶媒に液化させるための液体溶媒のガスの液化装置と、
該冷媒ガスを該液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって液化させるときには、該液体溶媒ガス生成装置で生成する該液体溶媒のガスを、該液体溶媒のガスの液化装置を通すことなく該冷媒ガス貯蔵装置における冷媒ガスが貯蔵されていない側に送り込むための切り替え装置と、
該切り替え装置によって該液体溶媒のガスの液化手段を通すことなく該冷媒ガス貯蔵装置における冷媒ガスが貯蔵されていない側に送り込む該液体溶媒のガスの蒸気圧によって、該冷媒ガス貯蔵装置における該可動式の仕切りを加圧して該冷媒ガス貯蔵装置における該冷媒ガスを常温で液化させるための冷媒ガス液化装置とを備え、
該冷媒ガス貯蔵装置と該冷媒ガス液化装置とが一体になっていることを特徴とする請求項１記載の冷媒ガス液化装置。
【請求項４】
液体溶媒として１，１，１，２，３，４，４，５，５，５−デカフルオロペンタンを使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷媒ガス液化装置。
【請求項５】
冷媒ガスとして１、１、１、２−テトラフルオロエタンを使用することを特徴とする請求項４に記載の冷媒ガス液化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷媒ガス液化装置を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
冷媒ガスと液体溶媒を混合し、該冷媒ガスを該液体溶媒の蒸気圧による加圧によって常温で液化させることを特徴とする冷媒ガスの液化方法。
【請求項８】
請求項７に記載の冷媒ガス液化方法を使用して冷却することを特徴とする冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、冷媒ガスを液化するための冷媒ガス液化装置及び該冷媒ガス液化装置を利用する冷却装置、並びに冷媒ガス液化方法及び該冷媒ガス液化方法を利用する冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の冷却装置では、標準状態（常温、常圧）で気体の溶媒をコンプレッサーで加圧・液化し、その液体を気化する際の冷熱（吸熱反応）を利用して冷却する。電気式の冷却装置ではコンプレッサーをモーターによって駆動し、ガス式の冷却装置ではコンプレッサーをガスエンジンによって駆動する。つまり、電気式とガス式のいずれも、コンプレッサーを使用することに関して本質的な相違はない。そのため、これらの冷却方式では、コンプレッサーの駆動に最も多くのエネルギーを消費することになってしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  解決しようとする問題点は、冷媒ガスを加圧・液化する際に、コンプレッサーを使用することなく、冷媒ガスを加圧・液化する冷媒ガス装置及び該冷媒ガス液化装置を利用する冷却装置、並びに冷媒ガス液化方法及び該冷媒ガス液化方法を使用する冷却方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  そこで、本発明は、冷媒ガスと液体溶媒とを備える冷媒ガス液化装置であって、該液体溶媒が該冷媒ガスを該液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって常温で液化させるものであることを特徴とする。【０００５】  ここで、冷媒ガスとは、標準状態（２５℃、１ａｔｍ）で気体であり、液化が容易で、蒸発し易いガスのことであり、冷凍装置内で冷凍サイクルを行って熱を低温部から高温部へと運ぶ作用を有するものであればよい。例えば、フロン１２（ＣＣｌ２Ｆ２）、フロン２２（ＣＨＣｌＦ２）、フロン１３４Ａ、フロン１１５（ＣＣｌ２Ｆ２＋ＣＣｌＦ３）などを言うが、環境汚染問題、特にオゾン減少及び地球の温暖化の観点から、塩素を含有しないフルオロカーボン系冷媒を主成分とするものが好ましい。このような冷媒としては、ハイドロフルオロカーボンとフルオロカーボンがあり、ハイドロフルオロカーボンとしては、ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）、１、１、２、２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４）、１、１、１、２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）、１、１、２−トリフルオロエタン（ＨＦＣ１４３）、１、１、１−トリフルオロエタン（ＨＦＣ１４３ａ）、１、１−ジフルオロエタン（ＨＦＣ１５２ａ）及びモノフルオロエタン（ＨＦＣ１６１）等があり、フルオロカーボンとしては、オクタフルオロシクロブタン（ＦＣ−Ｃ−３１８）等がある。フロン１２と沸点が類似するという点では、中でも１、１、１、２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）が好ましい。
液体溶媒とは、標準状態で液体であり、上記冷媒ガスを該液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって容易に液化させることができるものであればよい。例えば、沸点５５℃前後の１，１，１，２，３，４，４，５，５，５−デカフルオロペンタン（登録商標名：バートレル、分子式：Ｃ５Ｈ２Ｆ１０）が好ましい。
そして、該液体溶媒が該冷媒ガスを該液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって液化させる温度は常温である。通常、常温とは約２５℃を指すが、本願で言う常温とは常温近辺も含む意である。具体的には２０℃〜２８℃の範囲を言う。
一方、冷媒ガスは液化に伴い発熱するので、外気（空気あるいは水）によって冷却を行うことが望ましい。【０００６】  本発明の冷媒ガス液化装置においては、冷媒ガスと液体溶媒の混合物に外部エネルギーを与え、それにより該液体溶媒を気化させて、該液体溶媒のガスと該冷媒ガスとの混合ガスを生成するための混合ガス生成装置と、該混合ガス生成装置によって生成する該混合ガスを、該液体溶媒のガスの蒸気圧を一定に保つために該冷媒ガスと該液体溶媒とに気液分離するための気液分離装置と、該気液分離装置によって分離された該冷媒ガスを貯蔵するための冷媒ガス貯蔵装置と、貯蔵された該冷媒ガスを該液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって液化させるときには、該混合ガス生成装置で生成する該液体溶媒のガスと該冷媒ガスとの混合ガスを、該気液分離装置を通すことなく該冷媒ガス貯蔵装置へ送り込むための切り替え装置と、該切り替え装置によって該気液分離装置を通すことなく該冷媒ガス貯蔵装置へ送り込む該液体溶媒のガスと該冷媒ガスとの混合ガス中の該液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって、該冷媒ガス貯蔵装置に貯蔵されている該冷媒ガスを常温で液化させるための冷媒ガス液化装置とを含んでなり、該冷媒ガス貯蔵装置と該冷媒ガス液化装置とが一体となっていることを特徴とするものである。
この冷媒ガス液化装置は、冷媒ガスと液体溶媒が混在しているので、ここでは、便宜上、混在型冷媒ガス液化装置と呼ぶ。
混合ガス生成装置は、冷媒ガス（例えば、１、１、１、２−テトラフルオロエタンのＨＦＣ１３４ａ）と液体溶媒（例えば、１，１，１，２，３，４，４，５，５，５−デカフルオロペンタンのバートレル）を標準状態で混合し、これに外部エネルギーを与えて液体溶媒を気化させて、該液体溶媒のガスと冷媒ガスとの混合ガスを生成する装置である。外部エネルギーとは加熱のことであり、加熱は、該液体溶媒を気化できれば何でもよいが、環境面から太陽エネルギーで加熱することが好ましい。
気液分離装置は、混合ガス生成装置によって生成する混合ガスを、液体溶媒のガスの蒸気圧を一定に保つために冷媒ガスと液体溶媒とに気液分離するための装置である。具体的には、該混合ガス生成装置によって生成する該混合ガスを還流による冷却によって、液体溶媒のガスを凝縮して液化させ、冷媒ガスのみ冷媒ガス貯蔵装置へ送り込む。
一方、冷媒ガスは還流されることなく冷媒ガス貯蔵装置へと送られて貯蔵される。
切り替え装置は、混合ガス生成装置によって生成する混合ガス中の液体溶媒のガスの蒸気圧を一定に保つときには、混合ガス生成装置によって生成する混合ガスを気液分離装置へ送り込み、気液分離装置貯蔵された冷媒ガスを液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって液化させるときには、混合ガス生成装置で生成する液体溶媒のガスと冷媒ガスとの混合ガスを、気液分離装置を通すことなく、冷媒ガス貯蔵装置へ送り込む装置である。通常は、切り替えバルブを使用してその切り替えにより行う。
冷媒ガス液化装置は、切り替え装置によって気液分離装置を通すことなく冷媒ガス貯蔵装置へ送り込む混合ガス（液体溶媒のガスと冷媒ガスとの混合ガス）中の液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって、冷媒ガス貯蔵装置中の冷媒ガスを常温で液化させる装置である。
この冷媒ガス液化装置は、冷媒ガス貯蔵装置中の冷媒ガスを液化させるものであるから、両者が一体となった冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置であることが好ましい。
また、冷媒ガスは液化に伴い発熱することを考慮すると、冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置は、外気（空気又は水）によって冷却を行うことが望ましい。【０００７】  また、本発明の冷媒ガス液化装置においては、圧力差によって可動する一つの可動式の仕切りを有し、該可動式の仕切りで区分けされた一方の側にだけ冷媒ガスが貯蔵されている冷媒ガス貯蔵装置と、液体溶媒に外部エネルギーを与え、それにより該液体溶媒を気化させ、該液体溶媒のガスを生成するための液体溶媒ガス生成装置と、該液体溶媒ガス生成装置によって生成する液体溶媒のガスを、該液体溶媒のガスの蒸気圧を一定に保つために、該液体溶媒のガスを該液体溶媒に液化させるための液体溶媒のガスの液化装置と、該冷媒ガスを該液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって液化させるときには、該液体溶媒ガス生成装置で生成する該液体溶媒のガスを、該液体溶媒のガスの液化装置を通すことなく該冷媒ガス貯蔵装置における冷媒ガスが貯蔵されていない側に送り込むための切り替え装置と、該切り替え装置によって該液体溶媒のガスの液化手段を通すことなく該冷媒ガス貯蔵装置における冷媒ガスが貯蔵されていない側に送り込む該液体溶媒のガスの蒸気圧によって、該冷媒ガス貯蔵装置における該可動式の仕切りを加圧して該冷媒ガス貯蔵装置における該冷媒ガスを常温で液化させるための冷媒ガス液化装置とを備え、該冷媒ガス貯蔵装置と該冷媒ガス液化装置とが一体になっていることを特徴とするものである。
この冷媒ガス液化装置は、冷媒ガスと液体溶媒が仕切りによって隔てられ、両者が混在することはないので、上記混在型冷媒ガス液化装置と区別して、ここでは、仕切り型冷媒ガス液化装置と呼ぶ。
冷媒ガス貯蔵装置は、圧力差によって可動する一つの可動式の仕切りを有しており、該可動式の仕切りで区分けされた一方の側にだけ冷媒ガス（例えば、Ｒ１３４ａ）が貯蔵されている。そして、他方の側には液体溶媒ガスが送り込まれ、その蒸気圧による加圧によって、仕切りを介して冷媒ガスが圧縮されて液化するように構成されている。
液体溶媒ガス生成装置は、その液体溶媒ガスを生成するための装置である。具体的には、液体溶媒（例えば、１，１，１，２，３，４，４，５，５，５−デカフルオロペンタンのバートレル）に外部エネルギーを与え、それによりその液体溶媒を気化させて、液体溶媒のガスを生成する。
外部エネルギーとは、加熱のことであり、加熱手段は、該液体溶媒を気化できれば何でもよいが、環境面から太陽エネルギーにより加熱することが好ましい。
液体溶媒のガスの液化装置は、液体溶媒のガスの蒸気圧を一定に保つために、該液体溶媒のガスを該液体溶媒に液化させるものである。具体的には、体溶媒ガス生成装置によって生成する該液体溶媒を還流による冷却によって、液体溶媒のガスを凝縮して液化させることにより行う。
切り替え装置は、液体溶媒ガス生成装置によって生成する液体溶媒のガスの蒸気圧を一定に保つときには、液体溶媒ガス生成装置によって生成する液体溶媒のガスを液体溶媒のガスの液化装置へ送り込み、冷媒ガス貯蔵装置に貯蔵された冷媒ガスを液体溶媒のガスの蒸気圧による加圧によって液化させるときには、液体溶媒ガス生成装置によって生成する液体溶媒のガスを、液体溶媒のガスの液化装置を通すことなく、冷媒ガス貯蔵装置へ送り込む装置である。通常は、切り替えバルブを使用してその切り替えにより行う。また、この切り替えバルブは、冷媒ガス貯蔵装置の液体溶媒ガスが送り込まれる側（冷媒ガスの貯蔵されている側ではない）に設置されている。
そして、冷媒ガス液化装置は、液体溶媒のガスの液化装置を通すことなく冷媒ガス貯蔵装置における冷媒ガスが貯蔵されていない側に送り込まれる液体溶媒のガスの蒸気圧によって、冷媒ガス貯蔵装置における可動式の仕切りを加圧して冷媒ガス貯蔵装置における冷媒ガスを常温で液化させる。このため、冷媒ガス液化装置と冷媒ガス貯蔵装置とは、両者が一体となった冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置である。
また、冷媒ガスは液化に伴い発熱することを考慮すると、冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置は、外気（空気又は水）によって冷却を行うことが望ましい。
更に、本発明の冷却装置は、混在型冷媒ガス液化装置又は仕切り型冷媒ガス液化装置を利用して液化した冷媒ガスを再び気化させることによって発生する冷熱で冷却する。具体的には、混在型冷媒ガス液化装置又は仕切り型冷媒ガス液化装置を利用して液化した冷媒ガスが貯蔵されている冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置内の圧力を下げることによって、冷媒ガスを再び気化させ、そのときに発生する冷熱を、熱交換器へ伝達させることによって行う。
なお、混在型冷媒ガス液化装置を利用する冷却装置においては、この再び気化した冷媒ガスと、冷媒ガスを液化するために冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置へ送られた液体溶媒を、再び混合ガス生成装置へ送り込んで今までの操作を繰り返す。
【発明の効果】
【０００８】  本発明によれば、冷媒ガスを加圧・液化する際に、コンプレッサーを使用することなく、冷媒ガスを加圧・液化する冷媒ガス装置及び該冷媒ガス液化装置を利用する冷却装置、並びに冷媒ガス液化方法及び該冷媒ガス液化方法を使用する冷却方法を提供することができる。
また、上記、仕切型冷媒ガス液化装置では、液体溶媒のガスが動力の提供をする（＝仕事をする）ので、この仕事量を電気エネルギーに変換することも可能である。この場合、電気エネルギーへの変換効率が２０％以上ならば、太陽電池よりも安価な発電システムを提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  以下に、本発明の混在型冷媒ガス液化装置及びそれを利用する冷却装置を、図１を用いて詳述する。
混合ガス生成装置（１）に冷媒ガス（１ａ）と液体溶媒（１ｂ）を混合すると、系内の全圧力（Ｐ）は、液体溶媒（１ｂ）の蒸気圧による液体溶媒（１ｂ）のガスの分圧（Ｐ液体溶媒）と冷媒ガス（１ａ）の分圧（Ｐ冷媒ガス）の和によって表わされる。即ち、Ｐ＝Ｐ液体溶媒＋Ｐ冷媒ガスである。ここで、混合ガス生成装置（１）を加熱して、液体溶媒（１ｂ）のガスと冷媒ガス（１ａ）の混合ガスを生成すると、液体溶媒（１ｂ）のガスの沸点以上で、Ｐ液体溶媒が急激に増加する。ここで、気液分離装置（３）が稼動すると、液体溶媒（１ｂ）のガスは還流されるため、液体溶媒（１ｂ）のガスは元の液体溶媒に戻る。このため、Ｐ液体溶媒は一定に保たれることになる。この際、系全体の全圧Ｐは冷媒ガス（Ｐ冷媒ガス）のみに依存するので、その加熱温度における冷媒ガス（１ａ）の蒸気圧に保たれることになる。この際、切り替え装置である切り替えバルプ（２）は開けている（即ち、気液分離装置（３）が稼働し、切り替えバルプ（２）と冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）の間が遮断されている）ので、元の液体に戻った液体溶媒（１ｂ）は混合ガス生成装置（１）へ戻るが、冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）へは流れない。
一方、冷媒ガス（１ａ）は還流することなく、温度上昇に伴いＰ冷媒ガスは増加し、冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）に送られる。【００１０】  ここで、冷媒ガス（１ａ）を液化させる際には、切り替え装置である切り替えバルプ（２）を閉じる（混合ガス生成装置（１）と冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）を直結する）。そうすると、混合ガス生成装置（１）で生成した混合ガス（液体溶媒（１ｂ）のガスと冷媒ガス（１ａ）の混合ガス）は、気液分離装置（３）を介さずに冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）に送り込まれて、液体溶媒（１ｂ）の蒸気圧による液体溶媒（１ｂ）のガスの分圧Ｐ液体溶媒が急激に増加するため、全圧Ｐが増加する。圧力が所定の値（冷媒ガス（１ａ）が常温で液化する圧力）に達したとき、切り替えバルブ（６）を閉じる。冷媒ガス液化装置（５）を空気等の外気（１ｃ）により常温（実際には大気温度）まで冷却すると、冷媒ガス（１ａ）は冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）で液化する。【００１１】  一般的に、閉じられた系における温度と圧力の理想的な関係は熱力学によって以下の式で与えられる。【００１２】
【数１】
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【００１３】  ここで、ΔｖａｐＨとΔｖａｐＶは蒸発のエンタルピーと蒸発の体積変化である。閉じられた系では、理想的には、温度と圧力は相平衡の界面に沿って変化する。ここで、ｄｐ／ｄＴは常に正であるから、蒸気圧は温度上昇に伴って常に上昇する。つまり、液体溶媒（１ｂ）の温度が沸点以上に上昇すれば、Ｐ液体溶媒も１気圧以上に上昇していくということである。そこで、理想的には、液体溶媒（１ｂ）の上昇温度は、それによる液体溶媒（１ｂ）のガスの蒸気圧上昇が冷媒ガスを液化する条件になるように設定することになる。例えば、冷媒ガス（１ａ）が１、１、１、２−テトラフルオロエタンのＨＦＣ１３４ａならば、２５℃における液化圧力０．６６８ＭＰａ以上である。【００１４】  冷却装置として使用する際には、圧力調整弁（８）、熱交換器（７）、切り替えバルブ（９）を経て混合ガス生成装置（１）へ繋ぐラインを設ける。冷媒ガス（１ａ）を気化させて熱交換器（７）の内部を急冷する。そして、冷媒ガス（１ａ）が全て気化したら、切り替えバルプ（２）を開き、気液分離装置（３）を稼動させる。そのときのＰ液体溶媒は初期の状態（最初に気液分離装置（３）を稼動した状態）に戻る。ただし、切り替えバルブ（６）と（９）は閉じられているので、冷媒ガス（１ａ）は全て気体になるが、冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）から熱交換器（７）までは高圧を維持している。切り替えバルブ（６）を開けることにより、Ｐ冷媒ガスは最初の状態に戻り、系全体の圧力Ｐは均等（即ち、系全体のどの個所でも圧力が同じ）になる。即ち、Ｐ＝Ｐ液体溶媒＋Ｐ冷媒ガスにおいて、Ｐ液体溶媒は気液分離装置（３）が稼動する限る最初の圧力に戻る。従って、Ｐ冷媒ガスが最初の圧力に戻れば、Ｐも最初の状態に戻る。そして、切り替えバルブ（６）を閉じ、同じ操作を繰り返す。【００１５】  以下に、本発明の仕切り型冷媒ガス液化装置及びそれを利用する冷却装置を、図２を用いて詳述する。
液体溶媒（１ｂ）のガスと冷媒ガス（１ａ）の間を仕切り、圧力だけ冷媒ガス（１ａ）に伝達する方法である。その場合、基本的な構造は上記の混在型の場合と変わらないが、仕切り型では、図２の（１）〜（４）の装置には液体溶媒（１ｂ）のガスが、（５）〜（７）の装置には冷媒ガス（１ａ）が満たされ、二つの溶媒の圧力は、ピストンの原理を利用して、圧力差で可動する仕切り（図２の冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）の黒色部分）を介して伝達される。つまり、切り替えバルプ（６）が閉じられているとき、液体溶媒ガス生成装置（１）から切り替えバルブ（６）までは同じ圧力になる。液体溶媒のガスの液化装置（３）をパスする（図２の（１）から（６）まで直結する）と、冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）は所定の圧力まで加圧される。これにより液体溶媒（１ｂ）のガスの蒸気圧による加圧によって、冷媒ガス（１ａ）を圧縮するので、冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）の仕切りは左側へ移動する。冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）は発熱するので、外気により冷却すると（図示せず）、冷媒ガス（１ａ）は液化する。【００１６】  冷却装置として使用する際には、開閉バルブ（８）、熱交換器（７）、切り替えバルブ（９）を経て液体溶媒ガス生成装置（１）へ繋ぐラインを設ける。切り替えバルブ（９）は通常は閉じられている。
そして、開閉バルブ（８）を開放すると、液化した冷媒ガスが急激に気化して流れ込むため、熱交換器（７）内部は急冷する。液体、即ち液化した冷媒ガスの放出が終わったとき、液体溶媒のガスの液化装置（３）を稼動させると、液体溶媒（１ｂ）のガスは液体溶媒のガスの液化装置（３）で液化するため、圧力は初期の圧力に戻る。液体溶媒（１ｂ）のガスも、熱交換器（７）内部の温度が所定の温度（例えば２０℃）に上がると、初期の圧力に戻る。ピストン（圧力差で可動する仕切り）も初期の状態（最も右側）に戻ろうとする。この際、ピストンが初期の状態に戻るように物理的補助手段（例えば、ばね）を用いることも有効である。この場合、冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）において、液体溶媒（１ｂ）のガスが液化する量は冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）のピストン内部の体積量に相当するので、それなりの容量が必要である。切り替えバルブ（６）を閉じ、液体溶媒のガスの液化装置（３）をパスする（図２の装置（１）から（６）までを液体溶媒のガスの液化装置（３）を介さずに直結する）と、液体溶媒（１ｂ）のガスの加圧が始まり、操作が繰り返される。【００１７】  上述の通り、図２において、切り替えバルブ（９）は常に閉じられている（切り替えバルブ（９）を閉じたまま固定してもよく、また切り替えバルブ（９）から液体溶媒ガス生成装置（１）へ繋ぐラインを取り除いてもよい）。開閉バルブ（８）を開放すると、冷媒ガスは全て気化し、冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）のピストンから切り替えバルブ（９）までの圧力は均等（即ち、冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）のピストンから切り替えバルブ（９）までのどの個所でも同じ）になる。均等になった圧力をＰｅｑ（１ａ）とすると、その圧力は次式で表わされる。【００１８】
【数２】
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で表わされる。但し、Ｐ０は初期の状態の圧力である。【００１９】  ピストンを介して平衡になっているので、冷媒ガス（１ａ）の分圧と液体溶媒（１ｂ）の分圧は等しくＰ０である。Ｐ１は加圧して開閉バルブ（８）を開放する直前の圧力である。Ｖ５は冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）において冷媒ガス側の体積、Ｖ７は熱交換器（７）内部の体積である。開閉バルブ（８）を開放した後、液体溶媒のガスの液化装置（３）を稼動するので液体溶媒（１ｂ）の分圧はＰ０に戻る。即ち、開閉バルブ（８）の開放直後、冷媒ガス側と液体溶媒側では圧力差が生じる。その圧力差（Ｐｅｑ（１ａ）−Ｐ０は次式で表わされる。【００２０】
【数３】
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この際、Ｐ１＞Ｐ０であるから、Ｐｅｑ（１ａ）−Ｐ０＞０となる。つまり、開閉バルブ（８）の解放後、ピストンは初期の状態まで戻る（左から右へ移動する）。【００２１】  以下に、混在型冷媒ガス液化装置に関して、冷媒ガスの模擬物質として二酸化炭素を、そして液体溶媒の模擬物質として水を使用して、冷媒ガスの模擬物質である二酸化炭素を、液体溶媒の模擬物質とである水の蒸気圧による加圧によって液化させたときの実施例を示す。
ここで、模擬物質として上記物質を使用した理由は、水は沸点が高く、二酸化炭素は液化圧力が高いため、これらの模擬物質を使用して混在型の冷媒ガスの液化が実現できれば、水よりも沸点の低い液体溶媒、例えば、沸点５５℃前後の１，１，１，２，３，４，４，５，５，５−デカフルオロペンタン（登録商標名：バートレル、分子式：Ｃ５Ｈ２Ｆ１０）を液体溶媒として使用し、また、二酸化炭素よりも液化圧力の低い、商業的によく利用されている冷媒ガス、例えば、１、１、１、２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）を使用しても、その冷媒ガスの液化はもっと容易に実現できると言えるからである。
実際、液体溶媒として水を使用すると、混合ガス生成装置（１）の温度が１００℃以上で、Ｐ液体溶媒が増加して高圧が可能になるので、液化圧力の高い二酸化炭素でも冷媒ガスの模擬物質として使用できる。なお、二酸化炭素を液化させるには、２８℃で７ＭＰａ以上である。
このように、本実施例では、上記のような模擬物質を使用しているが、基本的な考えは、例えば、液体溶媒として１，１，１，２，３，４，４，５，５，５−デカフルオロペンタン（登録商標名：バートレル、分子式：Ｃ５Ｈ２Ｆ１０）を、そして冷媒ガスとして１、１、１、２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）を使った場合と全く変わらないと言える。
【実施例１】
【００２２】  具体的には、図３に示す装置を構成して、２種類の溶媒（冷媒ガスと該冷媒ガスを液化させるための液体溶媒）を混在させる混在型の試験を行った。
本実施例では、図３に示す通り、図１における混合ガス生成装置（１）から冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）に至るまで（液体溶媒ガスによる冷媒ガスの液化まで）のシステムを作った。そして、その液化した冷媒ガスを気化させることによる冷却効果の確認も行った。ここで、図３（ｂ）における加熱槽は、図１における混合ガス生成装置（１）に相当し、図３（ｂ）における凝縮槽は、図１における冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）に相当する。なお、図１における気液分離装置（３）は省略した。図３（ｂ）における加熱槽（図１における混合ガス生成装置（１））の容積は１０ｃｍ３、図３（ｂ）における凝縮槽（図１における冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５））は３ｃｍ３である。また、図３における（圧力調整）バルブ（図１における切り替えバルブ（６））には開閉バルブを使用した。そして、冷媒ガス（図１における１ａ）の模擬物質として二酸化炭素を、そして液体溶媒（図１における１ｂ）の模擬物質として水を使用した。【００２３】  図４は、水の温度とその飽和蒸気圧との理想的な関係を示す。この関係は、水と水蒸気が完全に平衡にある理想的な条件での関係である。つまり、この関係が系内で成立するためには、水蒸気の温度が系内全体のどの個所においても同じでなければならない。
図４からわかるように、二酸化炭素が２８℃で液化する圧力（７ＭＰａ）を水の飽和蒸気圧で得ようとすれば、水の温度を約２７５℃以上にしなければならない。
一方、本実施例では、系内の圧力を初期条件で６ＭＰａに設定した。
ここで、図４からわかる通り、蒸気圧が６ＭＰａになる温度は約２７５℃である。しかしながら、図１において、切り替えバルブ（２）を閉じることによって気液分離装置（３）へのラインを封じ、このような温度条件を得たとしても、混合ガス生成装置（１）、冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）およびラインの容積の相違やその周囲の温度環境の相違等により、系全体のどの個所においても水蒸気の温度が同じになる（このことを、以後、「系内が平衡になる」と称する）ということは期待できない。また、水と水蒸気は、別の溶媒である冷媒ガス（図１における１ａ）の二酸化炭素が共存するので、実際には平衡にはならない。つまり、図４のような理想的な関係にはならず、水の温度と系内の圧力は、図１における混合ガス生成装置（１）、冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）およびラインの各容積、並びに水と二酸化炭素の量にも依存する。【００２４】  本実施例では、上述の通り、図３に示す、図１における混合ガス生成装置（１）から冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置（５）までのシステムを作って試験を行った。
試験は、図３（ｂ）における加熱槽（図１における混合ガス生成装置（１））に水６ｇを入れ、二酸化炭素はシリンジポンプで６ＭＰａに加圧して行った。このときに得られた加熱槽（図１における混合ガス生成装置（１））内部の温度と系内の圧力との関係を図５に示す（詳細な値は表に示す通りである）。【００２５】
【表１】
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【００２６】  図５および上記表１に示す通り、圧力の増加は２５０℃以上で見られた。２５０℃から３４０℃までは圧力は緩やかに増加し、その後急激に増加する。図４と図５における温度と圧力の関係は類似しているが、緩やかな圧力増加を示す図４に比べ、図５では高温側で急激な圧力の増加が起こる。すなわち、圧力の温度依存性は図５において図４よりも遥かに大きい。その理由は、上述した通り、水の温度とその飽和蒸気圧との理想的な関係を示す図４とは異なり、今回の試験においても系内が平衡になっていない（系内全体のどの個所でも同じ温度であるとはいえない）ためである。逆に、今回の試験結果から、系の圧力増加には、系内が平衡である必要がないということが言える。つまり、系内に温度が低い箇所があっても圧力は上がるということである。
上記の通り、二酸化炭素は、約２８℃では７ＭＰａで液化するので、図５および上記表１の結果から、圧力が６．９９ＭＰａから７．０１１ＭＰａに変化するときに、二酸化炭素は約２８℃で液化することがわかる。つまり、この結果から、冷媒ガスの模擬物質である二酸化炭素を、液体溶媒の模擬物質とである水の蒸気圧による加圧によって常温で液化させることができたと言える。
加えて、今回の試験では、系内の圧力を１５ＭＰａまで上げることにも成功した。
なお、興味深いことは、３１８℃から３２４℃において、圧力が０．０１２ＭＰａ落ちることであるが、これは、二酸化炭素が３１８℃から３２４℃において一部液化することによるものと説明される。その後、圧力は温度上昇に伴って急激に増加する。【００２７】  次に、図３（ｂ）におけるバルブ（図１における切り替えバルブ（６））を閉じ、圧力調整弁（通常の三方切り替えバルブを使用）（図１における開閉バルブ（８））を開いたとき、出口の温度を測定した。図３（ａ）における温度制御装置の温度メーターの写真を図６に示す（写真中の上部の表示が出口温度を示している。）。図６の（ａ）は０秒（出口バルブ開閉前）であり、バルブを開いてから４秒で測定を終了した。つまり、図６の（ｂ）から（ｆ）まではその４秒間の出口温度変化を示したものである。この図６からわかるように、出口での温度は−２９℃まで下がった。なお、その後温度が上昇したのは、液化した二酸化炭素が全て気化してしまい、その気化が終了した（即ち、吸熱反応が終了した）からだと考えられる。【００２８】  以上より、今回の試験によって、水と二酸化炭素を用い、太陽エネルギーの代わりに電気ヒーターにより加熱することにより、系内の圧力を上げ、コンプレッサーを使用しない冷媒の液化とそれによる冷却効果を明らかにすることができた。
なお、先に述べたように、水と二酸化炭素の組み合わせは模擬実験として使用したものであり、理想的には、液体溶媒としては常温で液体の沸点が低いもの、そして冷媒ガスとしては液化圧力が低いものが好ましい。その理由は、より低い温度で冷媒を液化するためである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】  本発明は、冷媒ガスを加圧・液化する際に、コンプレッサーを使用することなく、冷媒ガスを加圧・液化する冷媒ガス装置及び該冷媒ガス液化装置を利用する冷却装置、並びに冷媒ガス液化方法及び該冷媒ガス液化方法を使用する冷却方法として利用できる。
また、上記、仕切型冷媒ガス液化装置では、液体溶媒のガスが動力の提供をする（即ち、仕事をする）ので、この仕事量を電気エネルギーに変換することも可能である。この場合、電気エネルギーへの変換効率が２０％以上ならば、太陽電池よりも安価な発電システムとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の混在型冷媒ガス液化装置を利用した冷却装置の説明図である。
【図２】本発明の仕切り型冷媒ガス液化装置を利用した冷却装置の説明図である。
【図３】（ａ）混在型冷媒ガス液化装置全体の図面代用写真、（ｂ）加熱槽および凝縮槽の配置を示す図面代用写真である。
【図４】水の温度と飽和水蒸気（気液平衡）の圧力の関係を示す図である。
【図５】加熱槽（図１における混合ガス生成装置（１））内部の温度と系内の圧力との関係を示す図である。
【図６】出口温度の時間変化を示す図面代用写真である。なお、（ａ）は０秒（出口バルブ開閉前）であり、バルブ開後（ｂ）から（ｆ）までは４秒で終了する。
【符号の説明】
【００３１】１  混合ガス生成装置（又は液体溶媒ガス生成装置）
２  切り替えバルブ
３  気液分離装置（又は液体溶媒のガスの液化装置）
４  コネクター
５  冷媒ガス貯蔵装置兼冷媒ガス液化装置
６  切り替えバルブ
７  熱交換器
８  開閉バルブ
９  切り替えバルブ
１ａ  冷媒ガス
１ｂ  液体溶媒
１ｃ  外気（空気又は水）
【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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