(57)【要約】  冷媒の循環を用いる冷凍システムにおいては、冷却性能の安定化を図ると、冷却性能が低下するため、本発明の冷却装置は、受熱することにより気液二相冷媒を生成する受熱部と、気液二相冷媒に含まれる気相冷媒を分離し、熱交換システムから流入する高温冷媒液と気相冷媒を熱交換させ、気相冷媒を熱交換システムに供給する冷媒処理装置、とを有する。
2017002365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱することにより気液二相冷媒を生成する受熱手段と、
前記気液二相冷媒に含まれる気相冷媒を分離し、熱交換システムから流入する高温冷媒液と前記気相冷媒を熱交換させ、前記気相冷媒を前記熱交換システムに供給する冷媒処理装置、とを有する
冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載した冷却装置において、
前記冷媒処理装置は、
前記高温冷媒液が流動する第１の流路構造と、
前記気液二相冷媒が流動する第２の流路構造と、
前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液と前記気相冷媒を分離する混合冷媒液分離手段と、
前記高温冷媒液と前記気相冷媒との間の熱交換を媒介する熱交換手段、とを備える
冷却装置。
【請求項３】
請求項２に記載した冷却装置において、
前記混合冷媒液分離手段と前記熱交換手段は、共通する配管構造を備える
冷却装置。
【請求項４】
請求項１に記載した冷却装置において、
前記冷媒処理装置は、
前記高温冷媒液が流動する配管と、
前記気液二相冷媒が流入し、前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液が滞留する容器部、を有し、
前記容器部は、前記気液二相冷媒が流入する流入部と、前記流入部より上方に位置し前記気相冷媒が排出する排出部と、前記流入部より下方に位置し前記混合冷媒液が流出する流出部を備え、
前記配管は、前記容器部の内部を貫通して配置している
冷却装置。
【請求項５】
請求項１に記載した冷却装置において、
前記冷媒処理装置は、
前記高温冷媒液が流動する第１の配管と、
前記第１の配管の下方に位置し前記気液二相冷媒が流動する第２の配管と、
前記第１の配管と前記第２の配管を収容する収容手段、とを有し、
前記第１の配管と前記第２の配管は、前記第１の配管の外周部と前記第２の配管の外周部が熱的に接触した状態で配置しており、
前記第２の配管は、前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液が流出する流出穴を、外周面の下方に備え、
前記収容手段は、前記流出穴から流出した前記混合冷媒液が流出する流出部を備える
冷却装置。
【請求項６】
請求項１に記載した冷却装置において、
前記冷媒処理装置は、
前記高温冷媒液が流動する内層管と前記気液二相冷媒が流動する外層管からなり、前記内層管の外周面と前記外層管の内周面を共有する二重管と、
前記二重管を収容する収容手段、を有し、
前記外層管は、前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液が流出する流出穴を、外周面の下方に備え、
前記収容手段は、前記流出穴から流出した前記混合冷媒液が流出する流出部を備える
冷却装置。
【請求項７】
請求項６に記載した冷却装置において、
前記二重管は、水平方向に対して傾斜して配置しており、
前記流出穴は、前記二重管の長手方向の端部のうち鉛直方向の下方に位置する下方端部の近傍に位置する
冷却装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載した冷却装置において、
前記外層管は、らせん状の流路構造を備え、前記流路構造内にフィン構造を有する
冷却装置。
【請求項９】
請求項４から８のいずれか一項に記載した冷却装置において、
前記流出部と前記受熱手段を接続し、前記混合冷媒液が流動する混合冷媒液配管をさらに有する
冷却装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載した冷却装置と、前記熱交換システムを有する
冷却システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載した冷却システムにおいて、
前記熱交換システムは、前記気相冷媒を圧縮して高温気相冷媒を生成する圧縮機と、前記高温気相冷媒を熱交換して前記高温冷媒液を生成する熱交換器、とを有する
冷却システム。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載した冷却システムにおいて、
前記気相冷媒と熱交換した後の前記高温冷媒液を膨張させて低温冷媒液を生成し、前記低温冷媒液を前記受熱手段に送出する膨張弁をさらに有する
冷却システム。
【請求項１３】
高温冷媒液が流動する第１の流路構造と、
気液二相冷媒が流動する第２の流路構造と、
前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液と気相冷媒を分離する混合冷媒液分離手段と、
前記高温冷媒液と前記気相冷媒との間の熱交換を媒介する熱交換手段、とを備える
冷媒処理装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載した冷媒処理装置において、
前記第１の流路構造は、配管を備え、
前記第２の流路構造は、前記気液二相冷媒が流入し、前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液が滞留する容器部を備え、
前記容器部は、前記気液二相冷媒が流入する流入部と、前記流入部より上方に位置し前記気相冷媒が排出する排出部と、前記流入部より下方に位置し前記混合冷媒液が流出する流出部を備え、
前記配管は、前記容器部の内部を貫通して配置している
冷媒処理装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載した冷媒処理装置において、
前記第１の流路構造は、第１の配管を備え、
前記第２の流路構造は、前記第１の配管の下方に位置し前記気液二相冷媒が流動する第２の配管を備え、
前記第１の配管と前記第２の配管を収容する収容手段を有し、
前記第１の配管と前記第２の配管は、前記第１の配管の外周部と前記第２の配管の外周部が熱的に接触した状態で配置しており、
前記第２の配管は、前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液が流出する流出穴を、外周面の下方に備え、
前記収容手段は、前記流出穴から流出した前記混合冷媒液が流出する流出部を備える
冷媒処理装置。
【請求項１６】
請求項１３に記載した冷媒処理装置において、
前記第１の流路構造を構成する内層管と前記第２の流路構造を構成する外層管からなり、前記内層管の外周面と前記外層管の内周面を共有する二重管と、
前記二重管を収容する収容手段、を有し、
前記外層管は、前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液が流出する流出穴を、外周面の下方に備え、
前記収容手段は、前記流出穴から流出した前記混合冷媒液が流出する流出部を備える
冷媒処理装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載した冷媒処理装置において、
前記二重管は、水平方向に対して傾斜して配置しており、
前記流出穴は、前記二重管の長手方向の端部のうち鉛直方向の下方に位置する下方端部の近傍に位置する
冷媒処理装置。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載した冷媒処理装置において、
前記外層管は、らせん状の流路構造を備え、前記流路構造内にフィン構造を有する
冷媒処理装置。
【請求項１９】
高温冷媒液を流動させ、
気液二相冷媒を流動させ、
前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液と気相冷媒を分離し、
前記高温冷媒液と前記気相冷媒との間で熱交換させ、
共通の流路構造を用いて、前記混合冷媒液と前記気相冷媒を分離し、前記高温冷媒液と前記気相冷媒との間で熱交換させる
冷媒処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置、冷媒処理装置、および冷媒処理方法に関し、特に、冷凍システムに用いられる冷却装置、冷媒処理装置、および冷媒処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒の状態変化によって熱を輸送する冷凍システムが、空調設備等に広く用いられている。冷凍システムにおいては一般に、以下に述べる冷凍サイクルにより冷媒が循環する。まず、受熱部で冷媒を液相から気相に相変化させることによって熱を吸収する。次に、気相の冷媒蒸気を圧縮機により加圧・昇温して圧縮蒸気とする。そして、この圧縮蒸気を熱交換器で液相に相変化させることにより、熱を外部に排出する。最後に、高温になった冷媒液を膨張弁によって低温の冷媒液とする。【０００３】
このような冷凍システムの一例が特許文献１に記載されている。【０００４】
特許文献１に記載された関連する冷凍システムは、冷凍サイクルを自動車用空調装置に適用したものである。関連する冷凍システムは、圧縮機、凝縮器、レシーバ、内部熱交換器、膨張弁、蒸発器、および制御弁を有する。【０００５】
圧縮機は冷媒を圧縮する。凝縮器は、圧縮された冷媒を外気との熱交換により凝縮させる。レシーバは、凝縮された冷媒を気液に分離するとともに冷凍サイクル内の余剰冷媒を蓄えておく。膨張弁は温度式の膨張弁であり、気液分離された液冷媒を絞り膨張させる。蒸発器は、膨張された冷媒を車室内の空気との熱交換により蒸発させる。【０００６】
ここで内部熱交換器は、膨張弁へ高温・高圧の冷媒を流す高圧通路と圧縮機へ低圧冷媒を流す低圧通路とを有し、高圧通路を流れる高温の冷媒と低圧通路を流れる低温の冷媒との間で熱交換を行う。これにより、高圧通路を流れる冷媒は、低圧通路の冷媒によって過冷却され、低圧通路を流れる冷媒は、高圧通路の冷媒によって過熱されることになるため、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。そして制御弁は、内部熱交換器から圧縮機に送られる低圧冷媒の過熱度を調整する。【０００７】
関連する冷凍システムによれば、冷凍負荷が高いときに、制御弁が内部熱交換器から圧縮機に送られる低圧冷媒の過熱度を低減するよう調整することで、圧縮機によって圧縮された冷媒の異常昇温を抑制することができる、としている。【０００８】
また、関連技術としては、特許文献２〜５に記載された技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−００８３６９号公報（段落［０００６］〜［００１３］、図１）
【特許文献２】実用新案登録第３１５６３５５号公報
【特許文献３】実開平６−０６５７５９号公報
【特許文献４】特開２００７−１９８６９９号公報
【特許文献５】特開２００６−０３８３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
関連する冷凍システムのように、冷媒の循環を用いる冷凍システムにおいては、冷却性能の安定化を図るため、余剰の冷媒を加えて使用する必要がある。そのため、蒸発器において、気相の冷媒と液相の冷媒が混在した状態である気液二相冷媒が発生する。この気液二相冷媒が圧縮機に流入すると、液相の冷媒により圧縮機の効率が著しく低下し、冷凍システム全体の冷却性能が低下してしまう。【００１１】
このように、冷媒の循環を用いる冷凍システムにおいては、冷却性能の安定化を図ると、冷却性能が低下する、という問題があった。【００１２】
本発明の目的は、上述した課題である、冷媒の循環を用いる冷凍システムにおいては、冷却性能の安定化を図ると、冷却性能が低下する、という課題を解決する冷却装置、冷媒処理装置、および冷媒処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の冷却装置は、受熱することにより気液二相冷媒を生成する受熱部と、気液二相冷媒に含まれる気相冷媒を分離し、熱交換システムから流入する高温冷媒液と気相冷媒を熱交換させ、気相冷媒を熱交換システムに供給する冷媒処理装置、とを有する。【００１４】
本発明の冷媒処理装置は、高温冷媒液が流動する第１の流路構造と、気液二相冷媒が流動する第２の流路構造と、気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液と気相冷媒を分離する混合冷媒液分離手段と、高温冷媒液と気相冷媒との間の熱交換を媒介する熱交換手段、とを備える。【００１５】
本発明の冷媒処理方法は、高温冷媒液を流動させる工程と、気液二相冷媒を流動させる工程と、気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液と気相冷媒を分離する工程と、高温冷媒液と気相冷媒との間で熱交換させる工程、とを有し、分離する工程と熱交換させる工程を、共通の流路構造を用いて行う。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の冷却装置、冷媒処理装置、および冷媒処理方法によれば、冷媒の循環を用いる冷凍システムにおいて、冷却性能の低下を招くことなく冷却性能の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る冷媒処理装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る冷媒処理装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る冷媒処理装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る冷媒処理装置の別の構成を示す模式図である。
【図６Ａ】本発明の第４の実施形態に係る冷媒処理装置のさらに別の構成を示す模式図である。
【図６Ｂ】本発明の第４の実施形態に係る冷媒処理装置が備える二重管の別の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る冷却システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る冷却装置１０００の構成を示す概略図である。
【００２０】
本実施形態による冷却装置１０００は、冷媒処理装置１１００と受熱部１２００とを有する。受熱部１２００は、受熱することにより気液二相冷媒を生成する。例えば、受熱部１２００には、冷媒液が貯蔵されている。受熱部１２００に貯蔵された冷媒液は、発熱体や周囲環境から受熱し、気化することにより、気相冷媒に変化する。受熱部１２００に貯蔵された冷媒液と気相冷媒が混合し、気液二相冷媒が生成される。生成された気液二相冷媒は、冷媒処理装置１１００に供給される。冷媒処理装置１１００は、この気液二相冷媒に含まれる気相冷媒を分離し、熱交換システム１３００から流入する高温冷媒液と気相冷媒を熱交換させ、気相冷媒を熱交換システム１３００に供給する。
【００２１】
本実施形態の冷却装置１１００においては、冷媒処理装置１１００が気液二相冷媒に含まれる気相冷媒を分離し、気相冷媒だけを熱交換システム１３００に供給する構成としている。そのため、液相の冷媒が混入することによる熱交換システム１３００の性能低下を回避することができる。その結果、余剰の冷媒を加えることにより気液二相冷媒が発生する状態で使用する冷却システムにおいて、本実施形態の冷却装置１０００を用いることにより、冷却性能の低下を招くことなく冷却性能の安定化を図ることができる。
【００２２】
さらに、本実施形態の冷却装置１０００においては、冷媒処理装置１１００が気相冷媒と高温冷媒液を熱交換させる構成としている。そのため、熱交換システム１３００が気相冷媒を取得して高温冷媒液を送出する際の仕事量を、同一の冷却装置１０００によって低減することが可能になる。
【００２３】
このように、本実施形態による冷却装置１０００を用いることにより、冷却システムの成績係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：ＣＯＰ）を向上することができる。
【００２４】
冷媒処理装置１１００は、第１の流路構造１１１０、第２の流路構造１１２０、混合冷媒液分離手段１１３０、および熱交換手段１１４０を備えた構成とすることができる。
【００２５】
第１の流路構造１１１０には、高温冷媒液が流動する。第２の流路構造１１２０には、気液二相冷媒が流動する。そして、混合冷媒液分離手段１１３０は、気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液と気相冷媒を分離する。また、熱交換手段１１４０は、高温冷媒液と気相冷媒との間の熱交換を媒介する。このとき、混合冷媒液分離手段１１３０と熱交換手段１１４０が、共通する配管構造を備えた構成としてもよい。
【００２６】
次に、本実施形態による冷媒処理方法について説明する。
【００２７】
本実施形態の冷媒処理方法は、高温冷媒液を流動させる工程、気液二相冷媒を流動させる工程、この気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液と気相冷媒を分離する工程、および高温冷媒液と気相冷媒との間で熱交換させる工程を有する。そして、上記分離する工程と熱交換させる工程を、共通の流路構造を用いて行う。
【００２８】
このように、上述した本実施形態の冷媒処理装置１１００および冷媒処理方法においては、混合冷媒液と気相冷媒を分離する処理と、高温冷媒液と気相冷媒との間で熱交換させる処理を、共通する配管構造（流路構造）を用いて一体的に行う構成としている。そのため、冷媒処理装置１１００の小型化、低コスト化を実現することができる。
【００２９】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本実施形態による冷媒処理装置２００の構成を示す断面図である。
【００３０】
本実施形態による冷媒処理装置２００は、高温冷媒液２１が流動する配管２１０と、気液二相冷媒２２が流入し、気液二相冷媒２２に含まれる混合冷媒液２３が滞留する容器部２２０を有する。
【００３１】
容器部２２０は、気液二相冷媒２２が流入する流入部２２１と、流入部２２１より上方に位置し気液二相冷媒２２に含まれる気相冷媒２４が排出する排出部２２２と、流入部２２１より下方に位置し混合冷媒液２３が流出する流出部２２３を備える。そして、配管２１０は、容器部２２０の内部を貫通して配置している。
【００３２】
配管２１０を構成する材料には、熱伝導特性に優れた金属、例えばアルミニウム、銅などを用いることができる。また、容器部２２０を構成する材料には、一般的な金属材料、例えばステンレス、アルミニウム、銅などを用いることができる。
【００３３】
次に、本実施形態による冷媒処理装置２００の動作について説明する。
【００３４】
受熱部において発生した気液二相冷媒２２が、流入部２２１から冷媒処理装置２００を構成する容器部２２０に流入する。流入した気液二相冷媒２２が容器部２２０の壁面等に当たると、気液二相冷媒２２に含まれる混合冷媒液２３が滴下し、容器部２２０内に滞留する。一方、気液二相冷媒２２に含まれる気相冷媒２４は、流入部２２１より上方に位置する排出部２２２から排出される。これにより、気液二相冷媒２２に含まれる混合冷媒液２３と気相冷媒２４は分離される。すなわち、容器部２２０は混合冷媒液分離手段としての機能を有する。
【００３５】
なお、流出部２２３と受熱部を接続し、混合冷媒液２３が流動する混合冷媒液配管を備えた構成とすることができる。これにより、混合冷媒液２３を受熱部に還流させ、再度、受熱に利用することが可能になる。
【００３６】
また、配管２１０を流動する高温冷媒液２１は、配管２１０の外周部を介して、容器部２２０に流入した気液二相冷媒２２に含まれる気相冷媒２４と熱交換を行うことができる。すなわち、容器部２２０の内部を貫通している配管２１０の外周部が、高温冷媒液２１と気相冷媒２４との間の熱交換を媒介する熱交換手段として機能する。
【００３７】
上述した本実施形態による冷媒処理装置２００と、受熱することにより気液二相冷媒を生成する受熱部とによって、冷却装置を構成することができる。
【００３８】
本実施形態による冷媒処理装置２００を用いた冷却装置によれば、冷媒処理装置２００が気液二相冷媒２２に含まれる気相冷媒２４を分離して排出するので、気相冷媒２４だけを熱交換システムに供給することが可能になる。そのため、液相の冷媒が混入することによる熱交換システムの性能低下を回避することができる。その結果、余剰の冷媒が加えられていることにより気液二相冷媒が発生する冷却システムにおいて、本実施形態の冷媒処理装置２００を用いることにより、冷却性能の低下を招くことなく冷却性能の安定化を図ることができる。
【００３９】
さらに、本実施形態の冷媒処理装置２００は、気相冷媒２４と高温冷媒液２１が熱交換する構成としている。そのため、熱交換システムが気相冷媒２４を取得して高温冷媒液２１を送出する際の仕事量を、同一の冷媒処理装置２００によって低減することが可能になる。
【００４０】
また、本実施形態の冷媒処理装置２００においては、混合冷媒液２３と気相冷媒２４を分離する処理と、高温冷媒液２１と気相冷媒２４との間で熱交換させる処理を、共通する配管構造（容器部２２０と貫通する配管２１０）を用いて一体的に行う構成としている。そのため、冷媒処理装置２００の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００４１】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図３に、本実施形態による冷媒処理装置３００の構成を示す。
【００４２】
冷媒処理装置３００は、高温冷媒液２１が流動する第１の配管３１０、第１の配管３１０の下方に位置し気液二相冷媒２２が流動する第２の配管３２０、および第１の配管３１０と第２の配管３２０を収容する収容部３３０とを有する。
【００４３】
ここで、第１の配管３１０と第２の配管３２０は、第１の配管３１０の外周部と第２の配管３２０の外周部が熱的に接触した状態で配置している。第２の配管３２０は、気液二相冷媒２２に含まれる混合冷媒液２３が流出する流出穴３２１を、外周面の下方に備える。そして、収容部３３０は、流出穴３２１から流出した混合冷媒液２３が流出する流出部３３３を備える。
【００４４】
第１の配管３１０および第２の配管３２０を構成する材料には、熱伝導特性に優れた金属、例えばアルミニウム、銅などを用いることができる。また、収容部３３０を構成する材料には、一般的な金属材料、例えばステンレス、アルミニウム、銅などを用いることができる。
【００４５】
次に、本実施形態による冷媒処理装置３００の動作について説明する。
【００４６】
受熱部において発生した気液二相冷媒２２が、第２の配管３２０に流入する。流入した気液二相冷媒２２が第２の配管３２０の内壁面や流出穴３２１等に当たると、気液二相冷媒２２に含まれる混合冷媒液２３は滴下し、流出穴３２１を通って収容部３３０内に滞留する。そして、流出部３３３を通って冷媒処理装置３００から流出する。
【００４７】
一方、気液二相冷媒２２に含まれる気相冷媒２４は第２の配管３２０を通過し、冷媒処理装置３００から排出される。これにより、気液二相冷媒２２に含まれる混合冷媒液２３と気相冷媒２４は分離される。すなわち、流出穴３２１を備えた第２の配管３２０は混合冷媒液分離手段としての機能を有する。
【００４８】
なお、流出部３３３と受熱部を接続し、混合冷媒液２３が流動する混合冷媒液配管を備えた構成とすることができる。これにより、混合冷媒液２３を受熱部に還流させ、再度、受熱に利用することが可能になる。
【００４９】
また、第１の配管３１０を流動する高温冷媒液２１は、熱的に接触している第１の配管３１０の外周部と第２の配管３２０の外周部を介して、第２の配管３２０に流入した気液二相冷媒２２に含まれる気相冷媒２４と熱交換を行うことができる。すなわち、熱的に接触している第１の配管３１０の外周部と第２の配管３２０の外周部が、高温冷媒液２１と気相冷媒２４との間の熱交換を媒介する熱交換手段として機能する。
【００５０】
上述した本実施形態による冷媒処理装置３００と、受熱することにより気液二相冷媒を生成する受熱部とによって、冷却装置を構成することができる。
【００５１】
本実施形態による冷媒処理装置３００を用いた冷却装置によれば、冷媒処理装置３００が気液二相冷媒２２に含まれる気相冷媒２４を分離して排出するので、気相冷媒２４だけを熱交換システムに供給することが可能になる。そのため、液相の冷媒が混入することによる熱交換システムの性能低下を回避することができる。その結果、余剰の冷媒が加えられていることにより気液二相冷媒が発生する冷却システムにおいて、本実施形態の冷媒処理装置３００を用いることにより、冷却性能の低下を招くことなく冷却性能の安定化を図ることができる。
【００５２】
さらに、本実施形態の冷媒処理装置３００は、気相冷媒２４と高温冷媒液２１が熱交換する構成としている。そのため、熱交換システムが気相冷媒２４を取得して高温冷媒液２１を送出する際の仕事量を、同一の冷媒処理装置３００によって低減することが可能になる。
【００５３】
また、本実施形態の冷媒処理装置３００においては、混合冷媒液２３と気相冷媒２４を分離する処理と、高温冷媒液２１と気相冷媒２４との間で熱交換させる処理を、共通する配管構造（第１の配管３１０と第２の配管３２０）を用いて一体的に行う構成としている。そのため、冷媒処理装置３００の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００５４】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図４は、本実施形態による冷媒処理装置４００の構成を示す断面図である。
【００５５】
本実施形態による冷媒処理装置４００は、二重管４１０と、二重管４１０を収容する収容部４２０を有する。
【００５６】
二重管４１０は、高温冷媒液２１が流動する内層管４１１と気液二相冷媒２２が流動する外層管４１２からなり、内層管４１１の外周面と外層管４１２の内周面を共有している。外層管４１２は、気液二相冷媒２２に含まれる混合冷媒液２３が流出する流出穴４１３を、外周面の下方に備えている。そして、収容部４２０は、流出穴４１３から流出した混合冷媒液２３が流出する流出部４２３を備える。
【００５７】
二重管４１０を構成する材料には、熱伝導特性に優れた金属、例えばアルミニウム、銅などを用いることができる。また、収容部４２０を構成する材料には、一般的な金属材料、例えばステンレス、アルミニウム、銅などを用いることができる。
【００５８】
次に、本実施形態による冷媒処理装置４００の動作について説明する。
【００５９】
受熱部において発生した気液二相冷媒２２が、二重管４１０を構成する外層管４１２に流入する。流入した気液二相冷媒２２が外層管４１２の内壁面や流出穴４１３等に当たると、気液二相冷媒２２に含まれる混合冷媒液２３は滴下し、外周面の下方の流出穴４１３を通って収容部４２０内に滞留する。そして、流出部４２３を通って冷媒処理装置４００から流出する。
【００６０】
一方、気液二相冷媒２２に含まれる気相冷媒２４は外層管４１２を通過し、冷媒処理装置４００から排出される。これにより、気液二相冷媒２２に含まれる混合冷媒液２３と気相冷媒２４は分離される。すなわち、流出穴４１３を備えた外層管４１２は混合冷媒液分離手段としての機能を有する。
【００６１】
なお、流出部４２３と受熱部を接続し、混合冷媒液２３が流動する混合冷媒液配管を備えた構成とすることができる。これにより、混合冷媒液２３を受熱部に還流させ、再度、受熱に利用することが可能になる。
【００６２】
また、二重管４１０を構成する内層管４１１を流動する高温冷媒液２１は、外層管４１２の内周面と共有している内層管４１１の外周面を介して、外層管４１２に流入した気液二相冷媒２２に含まれる気相冷媒２４と熱交換を行うことができる。すなわち、内層管４１１の外周面と外層管４１２の内周面を共有する二重管４１０が、高温冷媒液２１と気相冷媒２４との間の熱交換を媒介する熱交換手段として機能する。
【００６３】
上述した本実施形態による冷媒処理装置４００と、受熱することにより気液二相冷媒を生成する受熱部とによって、冷却装置を構成することができる。
【００６４】
本実施形態による冷媒処理装置４００を用いた冷却装置によれば、冷媒処理装置４００が気液二相冷媒２１に含まれる気相冷媒２４を分離して排出するので、気相冷媒２４だけを熱交換システムに供給することが可能になる。そのため、液相の冷媒が混入することによる熱交換システムの性能低下を回避することができる。その結果、余剰の冷媒が加えられていることにより気液二相冷媒が発生する冷却システムにおいて、本実施形態の冷媒処理装置４００を用いることにより、冷却性能の低下を招くことなく冷却性能の安定化を図ることができる。
【００６５】
さらに、本実施形態の冷媒処理装置４００は、気相冷媒２４と高温冷媒液２１が熱交換する構成としている。そのため、熱交換システムが気相冷媒２４を取得して高温冷媒液２１を送出する際の仕事量を、同一の冷媒処理装置４００によって低減することが可能になる。
【００６６】
また、本実施形態の冷媒処理装置４００においては、混合冷媒液２３と気相冷媒２４を分離する処理と、高温冷媒液２１と気相冷媒２４との間で熱交換させる処理を、共通する配管構造（二重管４１０）を用いて一体的に行う構成としている。そのため、冷媒処理装置４００の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００６７】
図５に、本実施形態による冷媒処理装置の別の構成を示す。同図に示した冷媒処理装置４０１においては、二重管４１０は水平方向に対して傾斜して配置している構成とした。そして、流出穴４１３は、二重管４１０の長手方向の端部のうち鉛直方向の下方に位置する下方端部の近傍に位置する構成とした。図５では、流出穴４１３を一個だけ備えた二重管４１０を示す。このような構成とすることにより、混合冷媒液２３を二重管４１０から効率的に流出させることが可能になる。
【００６８】
図６Ａ、６Ｂに、本実施形態による冷媒処理装置のさらに別の構成を示す。図６Ａは、さらに別の構成による冷媒処理装置４０２の模式図、図６Ｂは、冷媒処理装置４０２を構成する二重管４３０の断面図である。
【００６９】
冷媒処理装置４０２を構成する二重管４３０は、高温冷媒液２１が流動する内層管４３１と気液二相冷媒２２が流動する外層管４３２からなる。外層管４３２は、らせん状の流路構造を備え、この流路構造内にフィン構造４３３を有する（図６Ｂ）。そして、二重管４１０の長手方向の端部近傍に流出穴４３３を備えている。
【００７０】
このような構成とした二重管４３０では、フィン構造４３３が外層管４３２を流動する気液二相冷媒２２の障害となるので、気液二相冷媒２２に含まれる混合冷媒液２３が滴下しやすくなる。そのため、気液二相冷媒２２に含まれる混合冷媒液２３と気相冷媒２４を効率よく分離することができる。さらに、外層管４３２は、らせん状（スクリュー形状）の流路構造を備えているので、外層管４３２を流動する気液二相冷媒２２に含まれる気相冷媒２４と、内層管４１１を流動する高温冷媒液２１とが熱交換する距離を長くすることができる。これにより、高温冷媒液２１と気相冷媒２４との間で熱交換される熱量を増大させることができる。したがって、熱交換システムにおける仕事量を、さらに低減することができる。
【００７１】
〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図７は、本実施形態による冷却システム２０００の構成を示す概略図である。
【００７２】
冷却システム２０００は、冷媒処理装置２１００と受熱部２２００を備えた冷却装置と、熱交換システム２３００を有する。
【００７３】
受熱部２２００は、受熱することにより気液二相冷媒を生成する。冷媒処理装置２１００は、この気液二相冷媒に含まれる気相冷媒を分離して熱交換システム２３００に供給し、熱交換システム２３００から高温冷媒液を取得し、気相冷媒と高温冷媒液を熱交換させる。ここで、冷媒処理装置２１００には、上述した第１の実施形態から第４の実施形態で説明した冷媒処理装置１１００、２００、３００、４００、４０１、４０２のいずれかを用いることができる。
【００７４】
熱交換システム２３００は、圧縮機２３１０と熱交換器２３２０を有する。圧縮機２３１０は、冷媒処理装置２１００から取得した気相冷媒を圧縮して高温気相冷媒を生成する。熱交換器２３２０は、この高温気相冷媒を熱交換して高温冷媒液を生成し、冷媒処理装置２１００に供給する。
【００７５】
また、冷却システム２０００は、膨張弁２４００をさらに有する構成とすることができる。膨張弁２４００は、冷媒処理装置２１００において気相冷媒と熱交換した後の高温冷媒液を膨張させて低温冷媒液を生成し、この低温冷媒液を受熱部２２００に送出する。このように、冷却システム２０００は冷媒の循環を用いる冷凍システムを構成する。
【００７６】
なお、冷媒処理装置２１００が流出部２２３、３３３、４２３を備えた構成である場合には、図７中の破線で示すように、流出部と受熱部２２００を接続する混合冷媒液配管２５００を備えた構成とすることができる。この場合、流出部から流出する混合冷媒液は、混合冷媒液配管２５００を流動して受熱部２２００に流入する。これにより、混合冷媒液を受熱部２２００に還流させ、再度、受熱に利用することが可能になる。
【００７７】
上述したように、本実施形態による冷却システム２０００においては、冷却システム２０００を構成する冷媒処理装置２１００が気液二相冷媒に含まれる気相冷媒を分離し、気相冷媒だけを熱交換システム２３００に供給する構成としている。そのため、液相の冷媒が混入することによる圧縮機２３１０の効率の低下を防ぐことができる。すなわち、熱交換システム２３００の性能低下を回避することができる。その結果、余剰の冷媒を加えることにより気液二相冷媒が発生する状態で使用する場合であっても、冷却システム２０００では冷却性能の低下は生じない。
【００７８】
このように、本実施形態の冷却システム２０００によれば、冷媒の循環を用いる冷凍システムにおいて、冷却性能の低下を招くことなく冷却性能の安定化を図ることができる。
【００７９】
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
【００８０】
この出願は、２０１５年７月１日に出願された日本出願特願２０１５−１３２７９３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００８１】
１０００    冷却装置
１１００、２１００、２００、３００、４００、４０１、４０２    冷媒処理装置
１１１０    第１の流路構造
１１２０    第２の流路構造
１１３０    混合冷媒液分離手段
１１４０    熱交換手段
１２００、２２００    受熱部
１３００、２３００    熱交換システム
２０００    冷却システム
２３１０    圧縮機
２３２０    熱交換器
２４００    膨張弁
２５００    混合冷媒液配管
２１０    配管
２２０    容器部
２２１    流入部
２２２    排出部
２２３、３３３、４２３    流出部
３１０    第１の配管
３２０    第２の配管
３２１、４１３、４３３    流出穴
３３０、４２０    収容部
４１０、４３０    二重管
４１１、４３１    内層管
４１２、４３２    外層管
４３３    フィン構造
２１    高温冷媒液
２２    気液二相冷媒
２３    混合冷媒液
２４    気相冷媒
【図１】
2017002365.tif 000003
【図２】
2017002365.tif 000004
【図３】
2017002365.tif 000005
【図４】
2017002365.tif 000006
【図５】
2017002365.tif 000007
【図６Ａ】
2017002365.tif 000008
【図６Ｂ】
2017002365.tif 000009
【図７】
2017002365.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月11日(2017.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱することにより気液二相冷媒を生成する受熱手段と、
前記気液二相冷媒に含まれる気相冷媒を分離し、熱交換システムから流入する高温冷媒液と前記気相冷媒を熱交換させ、前記気相冷媒を前記熱交換システムに供給する冷媒処理装置、とを有する
冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載した冷却装置において、
前記冷媒処理装置は、
前記高温冷媒液が流動する第１の流路構造と、
前記気液二相冷媒が流動する第２の流路構造と、
前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液と前記気相冷媒を分離する混合冷媒液分離手段と、
前記高温冷媒液と前記気相冷媒との間の熱交換を媒介する熱交換手段、とを備える
冷却装置。
【請求項３】
請求項２に記載した冷却装置において、
前記混合冷媒液分離手段と前記熱交換手段は、共通する配管構造を備える
冷却装置。
【請求項４】
請求項１に記載した冷却装置において、
前記冷媒処理装置は、
前記高温冷媒液が流動する配管と、
前記気液二相冷媒が流入し、前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液が滞留する容器部、を有し、
前記容器部は、前記気液二相冷媒が流入する流入部と、前記流入部より上方に位置し前記気相冷媒が排出する排出部と、前記流入部より下方に位置し前記混合冷媒液が流出する流出部を備え、
前記配管は、前記容器部の内部を貫通して配置している
冷却装置。
【請求項５】
請求項１に記載した冷却装置において、
前記冷媒処理装置は、
前記高温冷媒液が流動する第１の配管と、
前記第１の配管の下方に位置し前記気液二相冷媒が流動する第２の配管と、
前記第１の配管と前記第２の配管を収容する収容手段、とを有し、
前記第１の配管と前記第２の配管は、前記第１の配管の外周部と前記第２の配管の外周部が熱的に接触した状態で配置しており、
前記第２の配管は、前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液が流出する流出穴を、外周面の下方に備え、
前記収容手段は、前記流出穴から流出した前記混合冷媒液が流出する流出部を備える
冷却装置。
【請求項６】
請求項１に記載した冷却装置において、
前記冷媒処理装置は、
前記高温冷媒液が流動する内層管と前記気液二相冷媒が流動する外層管からなり、前記内層管の外周面と前記外層管の内周面を共有する二重管と、
前記二重管を収容する収容手段、を有し、
前記外層管は、前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液が流出する流出穴を、外周面の下方に備え、
前記収容手段は、前記流出穴から流出した前記混合冷媒液が流出する流出部を備える
冷却装置。
【請求項７】
請求項６に記載した冷却装置において、
前記二重管は、水平方向に対して傾斜して配置しており、
前記流出穴は、前記二重管の長手方向の端部のうち鉛直方向の下方に位置する下方端部の近傍に位置する
冷却装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載した冷却装置において、
前記外層管は、らせん状の流路構造を備え、前記流路構造内にフィン構造を有する
冷却装置。
【請求項９】
高温冷媒液が流動する第１の流路構造と、
気液二相冷媒が流動する第２の流路構造と、
前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液と気相冷媒を分離する混合冷媒液分離手段と、
前記高温冷媒液と前記気相冷媒との間の熱交換を媒介する熱交換手段、とを備える
冷媒処理装置。
【請求項１０】
高温冷媒液を流動させ、
気液二相冷媒を流動させ、
前記気液二相冷媒に含まれる混合冷媒液と気相冷媒を分離し、
前記高温冷媒液と前記気相冷媒との間で熱交換させ、
共通の流路構造を用いて、前記混合冷媒液と前記気相冷媒を分離し、前記高温冷媒液と前記気相冷媒との間で熱交換させる
冷媒処理方法。
【国際調査報告】
2017002365.tif 000011
2017002365.tif 000012
2017002365.tif 000013
2017002365.tif 000014