JP2014161812A - 冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置、冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる方法、組成が調整された冷媒を製造する方法、化学反応促進装置、化学反応促進方法、及び化学反応が促進された化学品を製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒又は化合物内に存在する不純物の化学反応を促進させて目的の組成とすることが可能な冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置を提供する。
【解決手段】冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置１００は、筒状の胴部１１０ａと、胴部１１０ａの両端部を閉塞する１１０ｂ，１１０ｃとを有する本体１１０と、一端側が端壁部１１０ｃに取り付けられると共に、他端側が本体１１０内に位置し且つ端壁部１１０ｂに向かうように、胴部１１０ａの中心軸に沿って延びる管部とを備える。本体１１０には、冷媒を導入するための開口Ｈ１が形成されている。胴部１１０ａの内面には、中心軸に対して螺旋状に延びる螺旋溝１１６を、開口Ｈ１側に少なくとも有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置、冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる方法、組成が調整された冷媒を製造する方法、化学反応促進装置、化学反応促進方法、及び化学反応が促進された化学品を製造する方法に関する。

冷凍空調システムに用いるための種々の冷媒が知られている。特許文献１は、冷媒の一種であるペンタフルオロエタン（ＣＨＦ_２ＣＦ_３、「Ｒ−１２５」ともいう。）の製造方法を開示している。ペンタフルオロエタンは、テトラクロロエチレン（Ｃ_２Ｃｌ_４）を触媒の存在下でフッ化水素（ＨＦ）と反応させることにより得られる。

特表２００９−５１９９２１号公報

しかしながら、テトラクロロエチレンとフッ化水素とは、化学反応式に従って１００％の割合で反応してペンタフルオロエタンとなるわけではない。すなわち、得られたペンタフルオロエタン内には、未反応の原料や、原料からペンタフルオロエタンに至る間の中間物質や、化合物から分離したフッ素原子同士が単共有結合したＦ_２分子などの目的化合物以外の物質（以下、「不純物」という。）が含まれている。

このような不純物の存在は、ペンタフルオロエタンに限られず、化合物一般に見られる。すなわち、原料から化合物を得る際には、原料が完全に化合物に変化するわけではなく、必ず不純物が生ずる。たとえ化合物から不純物を除去したとしても、化合物をとりまく環境（例えば、温度や圧力）が変化した場合には、原子の結合状態が変化して不純物が生じうる。

そのため、本発明の目的は、冷媒又は化合物内に存在する不純物の化学反応を促進させて目的の組成とすることが可能な、冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置、冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる方法、組成が調整された冷媒を製造する方法、化学反応促進装置、化学反応促進方法、及び化学反応が促進された化学品を製造する方法を提供することにある。

本発明の一側面に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置は、筒状の胴部と、胴部の両端部を閉塞する第１及び第２の端壁部とを有する本体と、一端側が第１の端壁部に取り付けられると共に、他端側が本体内に位置し且つ第２の端壁部に向かうように、胴部の中心軸に沿って延びる管部と、互いに離間するように配置された胴部の内周面と管部の外周面とで構成される冷媒の流路とを備え、本体には、気液混合状態の冷媒を導入するための開口が形成されており、胴部の内面は、中心軸に対して螺旋状に延びる第１の螺旋溝を開口側に少なくとも有しており、第１の螺旋溝の存在により凹凸が流路に沿って並んだ凹凸面を呈している。

本発明の一側面に係る冷媒の冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置では、胴部の内面が、中心軸に対して螺旋状に延びる第１の螺旋溝を開口側に少なくとも有している。気液混合状態の冷媒は、開口から導入されると、胴部のうち開口側に存在する第１の螺旋溝に衝突しつつ流路内を流れる。そのため、本体内において冷媒の旋回流が形成される。ここで、冷媒が第１の螺旋溝に沿って旋回しつつ流れる場合、冷媒の移動距離が増大するにもかかわらず、本発明の一側面に係る装置に流入する冷媒の流量と当該装置から流出する冷媒の流量とは同じであるため、当該装置内における冷媒の流速が極めて大きくなる。そのため、不純物を含む冷媒には、遠心力、第１の螺旋溝との摩擦力、超高速で流れることによる衝撃力などの物理的な力が複合的且つ過大に作用する。従って、冷媒中に存在する不純物の化学結合が強制的に切断され、冷媒組成に再結合される。その結果、冷媒中に不純物が存在する場合であっても、当該不純物の化学反応を促進させて目的の冷媒組成とすることが可能となる。

胴部の内面は、第１の螺旋溝を胴部の全長にわたって有してもよい。この場合、不純物を含む冷媒が第１の螺旋溝に長く接触することとなる。そのため、不純物の化学結合の切断と冷媒組成への再結合がより促進される。

開口側における第１の螺旋溝のピッチは、開口から離れる側における第１の螺旋溝のピッチよりも狭くてもよい。

中心軸方向における第１の螺旋溝の幅をＬとし、第１の螺旋溝のうちピッチが狭い開口側に部分をＬ１としたときに、Ｌ１／Ｌ≧１／３を満してもよい。

胴部は、胴部の内壁面に取り付けられた円筒形コイルばねを含み、第１の螺旋溝は、円筒形コイルばねの隣り合う金属線の間隙によって構成されてもよい。この場合、円筒形コイルばねを用いることにより、第１の螺旋溝を簡便に且つ低コストで構成できる。

金属線の断面は円形状を呈しており、金属線の径は２ｍｍ〜６ｍｍであってもよい。

開口は管部の一端と対向していなくてもよい。この場合、冷媒が開口から管部に直接流れにくくなる。

開口は、第２の端壁部のうちその外周縁側に形成されており、管部は中心軸上に位置しており、開口から導入される冷媒は、胴部の内周面に沿って流れ、第１の端壁部によってその向きを反転されて管部の外周面に沿って流れた後、管部の他端を通じて外部に流出してもよい。

開口は胴部のうち第１の端壁部側に形成されており、管部は中心軸上に位置しており、開口から導入される冷媒は、胴部の内周面と管部の外周面との間を流れ、第２の端壁部によってその向きを反転された後、管部の他端を通じて外部に流出してもよい。

本発明の一側面に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置は、開口に接続されると共に一端が本体内に位置する入口管部をさらに備え、入口管部の一端は、入口管部の軸に対して斜めに傾斜しており、入口管部の一端のうち胴部に近い側の部分は、入口管部の一端のうち中心軸側の部分よりも短くてもよい。この場合、入口管部の一端は、胴部の内面側に向かう。そのため、入口端部の一端から本体内に導入された冷媒は、主として第１の螺旋溝に向かって流れる。従って、本体内において冷媒の旋回流がより形成されやすくなる。その結果、冷媒中に存在する不純物の化学結合の切断と冷媒組成への再結合がより促進される。

管部の外周面は、中心軸に対して螺旋状に延びる第２の螺旋溝を有してもよい。この場合、冷媒が第２の螺旋溝に接しつつ流れるので、旋回流がさらに形成されやすくなる。そのため、第１の螺旋溝で化学結合が切断しきれなかった不純物があった場合でも、不純物を含む冷媒が管部の外周面に沿って流れることにより、当該不純物が外方（第１の螺旋溝側）に向けて移動しやすくなる。その結果、不純物が再び第１の螺旋溝に接して化学結合の切断が行われるので、冷媒中に存在する不純物の化学結合の切断と冷媒組成への再結合がより一層促進される。

第２の螺旋溝は雄ねじによって構成されてもよい。この場合、第２の螺旋溝を簡便に且つ低コストで構成できる。

管部内には、管部の流路面積よりも小さい流路面積を有する絞り部材が少なくとも一つ設けられていてもよい。この場合、絞り部材の上流側に対して絞り部材の下流側の圧力が低くなる。そのため、不純物に作用する冷媒からの力が相対的に低くなると共に、冷媒が絞り部材を通過する過程で不純物を含む冷媒に対して衝撃力が作用する。従って、冷媒中に存在する不純物の化学結合の切断と冷媒組成への再結合がさらに促進される。

絞り部材は、厚さ方向に貫通する少なくとも一つの貫通孔を有する平板であってもよい。

本発明の一側面に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置は、一端が第１の端壁部寄りに位置すると共に、他端が管部の他端に向かうように、本体内に配置された補助管部をさらに備えてもよい。第１の螺旋溝によって不純物の化学結合が切断されると共に冷媒組成へと再結合されると、冷媒がほぼ完全に液化されて大部分が管路から装置の外部へと流れ出ていくが、ほぼ完全に液化された冷媒のうち一部が第１の端壁部寄りに溜まって液溜まりを形成することがある。この場合、補助管部の一端が第１の端壁部寄りに位置し且つ補助管部の他端が管部の他端に向かっているので、液溜まりとなっている冷媒を補助管部により管部に直接流すことができる。従って、不純物が冷媒組成へと再結合されると共にほぼ完全に液化された冷媒を、補助管部を通じて効率よく下流側へ流すことが可能となる。

本発明の他の側面に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる方法は、上記の装置の開口から本体内に冷媒を導入し、流路内において冷媒を第１の螺旋溝に衝突させつつ流通させる工程を含む。

本発明の他の側面に係る冷媒の組成を調整する方法では、気液混合状態の冷媒は、開口から導入されると、胴部のうち開口側に存在する第１の螺旋溝に衝突しつつ流路内を流れる。そのため、本体内において冷媒の旋回流が形成される。ここで、冷媒が第１の螺旋溝に沿って旋回しつつ流れる場合、冷媒の移動距離が増大するにもかかわらず、装置に流入する冷媒の流量と装置から流出する冷媒の流量とは同じであるため、装置内における冷媒の流速が極めて大きくなる。そのため、不純物を含む冷媒には、遠心力、第１の螺旋溝との摩擦力、超高速で流れることによる衝撃力などの物理的な力が複合的且つ過大に作用する。従って、冷媒中に存在する不純物の化学結合が強制的に切断され、冷媒組成に再結合される。その結果、冷媒中に不純物が存在する場合であっても、当該不純物の化学反応を促進させて目的の冷媒組成とすることが可能となる。

本発明の他の側面に係る組成が調整された冷媒を製造する方法は、上記の装置の開口から本体内に冷媒を導入し、流路内において冷媒を第１の螺旋溝に衝突させつつ流通させる工程を含む。

本発明の他の側面に係る冷媒を製造する方法では、気液混合状態の冷媒は、開口から導入されると、胴部のうち開口側に存在する第１の螺旋溝に衝突しつつ流路内を流れる。そのため、本体内において冷媒の旋回流が形成される。ここで、冷媒が第１の螺旋溝に沿って旋回しつつ流れる場合、冷媒の移動距離が増大するにもかかわらず、装置に流入する冷媒の流量と装置から流出する冷媒の流量とは同じであるため、装置内における冷媒の流速が極めて大きくなる。そのため、不純物を含む冷媒には、遠心力、第１の螺旋溝との摩擦力、超高速で流れることによる衝撃力などの物理的な力が複合的且つ過大に作用する。従って、冷媒中に存在する不純物の化学結合が強制的に切断され、冷媒組成に再結合される。その結果、冷媒中に不純物が存在する場合であっても、当該不純物の化学反応を促進させて目的の冷媒組成とすることが可能となる。

本発明の他の側面に係る化学反応促進装置は、筒状の胴部と、胴部の両端部を閉塞する第１及び第２の端壁部とを有する本体と、一端側が第１の端壁部に取り付けられると共に、他端側が本体内に位置し且つ第２の端壁部に向かうように、胴部の中心軸に沿って延びる管部と、互いに離間するように配置された胴部の内周面と管部の外周面とで構成される化学品の流路とを備え、本体には、気液混合状態の化学品を導入するための開口が形成されており、胴部の内面は、中心軸に対して螺旋状に延びる第１の螺旋溝を開口側に少なくとも有しており、第１の螺旋溝の存在により凹凸が流路に沿って並んだ凹凸面を呈している。

本発明の他の側面に係る化学反応促進装置では、胴部の内面が、中心軸に対して螺旋状に延びる第１の螺旋溝を開口側に少なくとも有している。気液混合状態の化学品は、開口から導入されると、胴部のうち開口側に存在する第１の螺旋溝に衝突しつつ流路内を流れる。そのため、本体内において化学品の旋回流が形成される。ここで、化学品が第１の螺旋溝に沿って旋回しつつ流れる場合、化学品の移動距離が増大するにもかかわらず、本発明の他の側面に係る装置に流入する化学品の流量と当該装置から流出する化学品の流量とは同じであるため、当該装置内における化学品の流速が極めて大きくなる。そのため、不純物を含む化学品には、遠心力、第１の螺旋溝との摩擦力、超高速で流れることによる衝撃力などの物理的な力が複合的且つ過大に作用する。従って、化学品中に存在する不純物の化学結合が強制的に切断され、化学品の組成として再結合される。その結果、化学品中に不純物が存在する場合であっても、当該不純物の化学反応を促進させて目的の化学品組成とすることが可能となる。

本発明の他の側面に係る化学反応促進方法は、上記の化学反応促進装置の開口から本体内に化学品を導入し、流路内において化学品を第１の螺旋溝に衝突させつつ流通させる工程を含む。

本発明の他の側面に係る化学反応促進方法では、気液混合状態の化学品は、開口から導入されると、胴部のうち開口側に存在する第１の螺旋溝に衝突しつつ流路内を流れる。そのため、本体内において化学品の旋回流が形成される。ここで、化学品が第１の螺旋溝に沿って旋回しつつ流れる場合、化学品の移動距離が増大するにもかかわらず、装置に流入する化学品の流量と装置から流出する化学品の流量とは同じであるため、装置内における化学品の流速が極めて大きくなる。そのため、不純物を含む化学品には、遠心力、第１の螺旋溝との摩擦力、超高速で流れることによる衝撃力などの物理的な力が複合的且つ過大に作用する。従って、化学品中に存在する不純物の化学結合が強制的に切断され、化学品の組成として再結合される。その結果、化学品中に不純物が存在する場合であっても、当該不純物の化学反応を促進させて目的の化学品組成とすることが可能となる。

本発明の他の側面に係る化学反応が促進された化学品を製造する方法は、上記の化学反応促進装置の開口から本体内に化学品を導入し、流路内において化学品を第１の螺旋溝に衝突させつつ流通させる工程を含む。

本発明の他の側面に係る化学品を製造する方法では、気液混合状態の化学品は、開口から導入されると、胴部のうち開口側に存在する第１の螺旋溝に衝突しつつ流路内を流れる。そのため、本体内において化学品の旋回流が形成される。ここで、化学品が第１の螺旋溝に沿って旋回しつつ流れる場合、化学品の移動距離が増大するにもかかわらず、装置に流入する化学品の流量と装置から流出する化学品の流量とは同じであるため、装置内における化学品の流速が極めて大きくなる。そのため、不純物を含む化学品には、遠心力、第１の螺旋溝との摩擦力、超高速で流れることによる衝撃力などの物理的な力が複合的且つ過大に作用する。従って、化学品中に存在する不純物の化学結合が強制的に切断され、化学品の組成として再結合される。その結果、化学品中に不純物が存在する場合であっても、当該不純物の化学反応を促進させて目的の化学品組成とすることが可能となる。

本発明によれば、冷媒又は化合物内に存在する不純物の化学反応を促進させて目的の組成とすることが可能な、冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置、冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる方法、組成が調整された冷媒を製造する方法、化学反応促進装置、化学反応促進方法、及び化学反応が促進された化学品を製造する方法を提供できる。

図１は、本実施形態に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置を備える冷媒組成調整システムを示す概略図である。 図２（ａ）は本実施形態に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置を示す断面図であり、図２（ｂ）は当該装置を中心軸方向から見たときの側面図である。 図３（ａ）は他の本実施形態に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置を示す断面図であり、図３（ｂ）は当該装置を中心軸方向から見たときの側面図である。 図４（ａ）はさらに他の本実施形態に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置を示す断面図であり、図４（ｂ）は当該装置を中心軸方向から見たときの側面図である。 図５（ａ）はさらに他の本実施形態に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置を示す断面図であり、図５（ｂ）は絞り部材を中心軸方向から見たときの側面図である。 図６は、さらに他の本実施形態に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置を示す断面図である。 図７は、さらに他の本実施形態に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置を示す断面図である。 図８は、本実施形態に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置を備える冷媒組成調整システムの他の例を示す概略図である。 図９は、本実施形態に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置を備える冷媒組成調整システムの他の例を示す概略図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、冷媒組成調整システム１は、原料を貯留する容器２，３と、製造された冷媒を貯留する容器４と、本実施形態に係る冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置１００とを備える。容器２，３の下端にはそれぞれ、管路２ａ，３ａが設けられている。これらの管路２ａ，３ａは合流して、容器４の上端に設けられた管路４ａと接続されている。装置１００は、管路４ａの中間部分に取り付けられている。

冷媒の種類としては、例えば、ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＣＦ（ハイドロフルオロカーボン）又はその他の混合冷媒などが挙げられる。

ＣＦＣは、塩素を含んでいるため、オゾン層の破壊の程度が高いことが知られている。ＣＦＣとしては、例えば、Ｒ−１１（ＣＣｌ_３Ｆ）、Ｒ−１２（ＣＣｌ_２Ｆ_２）、Ｒ−１３（ＣＣｌＦ_３）、Ｒ−１１４（Ｃ_２Ｃｌ_２Ｆ_４）、Ｒ−１１５（ＣＣｌＦ_２ＣＦ_３）などが挙げられる。ＣＦＣ系混合冷媒としては、例えば、４８．８％のＲ−２２と５１．２％のＲ−１１５とが混合されたＲ−５０２などが挙げられる。

ＨＣＦＣは、塩素を含んでいるが水素も含んでいるため、オゾン層の破壊の程度が低いことが知られている。ＨＣＦＣとしては、例えば、Ｒ−２２（ＣＨＣｌＦ_２）、Ｒ−１２３（ＣＨＣｌＣＦ_３）、Ｒ−１２３ａ（ＣＨＣｌＦＣＣｌＦ_２）、Ｒ−１２４（ＣＨＣｌＦＣＦ_３）、Ｒ−１４１ｂ（ＣＨ_３ＣＣｌ_２Ｆ）、Ｒ−１４２ｂ（ＣＨ_３ＣＣｌＦ_２）などが挙げられる。ＨＣＦＣ系のフロン代替混合冷媒としては、例えば、５３％のＲ−２２と１３％のＲ−１５２ａと３４％のＲ−１２４とが混合されたＲ−４０１Ａ、６１％のＲ−２２と１１％のＲ−１５２ａと２８％のＲ−１２４とが混合されたＲ−４０１Ｂ、３３％のＲ−２２と１５％のＲ−１５２ａと５２％のＲ−１２４とが混合されたＲ−４０１Ｃ、７％のＲ−１２５と４６％のＲ−１４３と４７％のＲ−２２とが混合されたＲ−４０８Ａ、６０％のＲ−２２と２５％のＲ−１２４と１５％のＲ−１４２ｂとが混合されたＲ−４０９Ａ、６５％のＲ−２２と２５％のＲ−１２４と１０％のＲ−１４２ｂとが混合されたＲ−４０９Ｂなどが挙げられる。

ＨＣＦは、塩素を含んでいないため、オゾン層の破壊が全く起こらないことが知られている。ＨＣＦとしては、例えば、Ｒ−２３（ＣＨＦ_３）、Ｒ−３２（ジフルオロメタンともいう）（ＣＨ_２Ｆ_２）、Ｒ−１２５（ペンタフルオロエタンともいう）（ＣＨＦ_２ＣＦ_３）、Ｒ−４１３ａ（ＣＨ_３ＣＦ_３）、Ｒ−１３４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタンともいう）（ＣＨ_２ＦＣＦ_３）、Ｒ−１５２ａ（ＣＨ_３ＣＨＦ_２）、Ｒ−２２７ｅａ（ＣＦ_３ＣＨＦＣＦ_３）、Ｒ−２３６ｆａ（ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＦ_３）、Ｒ−２４５ｃａ（ＣＨ_２ＣＦ_２ＣＨＦ_２）、Ｒ−２４５ｃｂ（ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＨ_３）、Ｒ−２４５ｆａ（ＣＦ_３ＣＨ_２ＣＨＦ_２）などが挙げられる。ＨＣＦ系のフロン代替混合冷媒としては、例えば、４４％のＲ−１２５と５２％のＲ−１４３ａと４％のＲ−１３４とが混合されたＲ−４０４Ａ、２０％のＲ−３２と４０％のＲ−１２５と４０％のＲ−１３４ａとが混合されたＲ−４０７Ａ、１０％のＲ−３２と７０％のＲ−１２５と２０％のＲ−１３４とが混合されたＲ−４０７Ｂ、２３％のＲ−３２と２５％のＲ−１２５と５２％のＲ−１３４ａとが混合されたＲ−４０７Ｃ、１５％のＲ−３２と１５％のＲ−１２５と７０％のＲ−１３４ａとが混合されたＲ−４０７Ｄ、２５％のＲ−３２と１５％のＲ−１２５と６０％のＲ−１３４ａとが混合されたＲ−４０７Ｅ、５０％のＲ−３２と５０％のＲ−１２５とが混合されたＲ−４１０Ａ、４５％のＲ−３２と５５％のＲ−１２５とが混合されたＲ−４１０Ｂ、５０％のＲ−１２と５０％のＲ−１４３とが混合されたＲ−５０７Ａなどが挙げられる。

装置１００は、図２に示されるように、本体１１０と、管部１１２，１１４とを有する。本体１１０は、胴部１１０ａと、胴部１１０ａの両端部を閉塞する一対の端壁部１１０ｂ，１１０ｃとを含む。

胴部１１０ａは、円筒状の筒体１１０ｄと、円筒形コイルばね１１０ｅとを含む。筒体１１０ｄの長さは例えば１５ｃｍ程度に設定することができ、筒体１１０ｄの内径は例えば８．５ｃｍ程度に設定することができる。円筒形コイルばね１１０ｅは、筒体１１０ｄの内壁面に取り付けられている。そのため、胴部１１０ａの内面は、胴部１１０ａの中心軸（以下、「中心軸」という。）に対して螺旋状に延びる螺旋溝１１６を有する。すなわち、本実施形態において、螺旋溝１１６は、円筒形コイルばね１１０ｅの隣り合う金属線の間隙によって構成されている。

当該金属線の断面は、図２に示されるように、円形状を呈している。当該金属線の径は、２ｍｍ〜６ｍｍ程度に設定することができ、特に４ｍｍ程度に設定してもよい。胴部１１０ａの内面（螺旋溝１１６）は、管部１１４の外周面とは離間している。そのため、胴部１１０ａの内面と管部１１４の外周面との間において、冷媒が流れる流路が構成されている。胴部１１０ａの内面は、螺旋溝１１６の存在により凹凸が当該流路に沿って（端壁部１１０ｂ，１１０ｃの対向方向に）並んだ凹凸面を呈している。

本実施形態において、円筒形コイルばね１１０ｅの全長は、筒体１１０ｄの全長と略等しい。そのため、螺旋溝１１６は、胴部１１０ａの全体にわたって存在している。図２に示されるように、本実施形態において、管部１１２側における螺旋溝１１６のピッチは、管部１１２から離れる側（管部１１４側）における螺旋溝１１６のピッチよりも狭い。中心軸方向における螺旋溝１１６（円筒形コイルばね１１０ｅ）の全幅をＬとし、螺旋溝１１６のうちピッチが狭い管部１１２側の部分をＬ１としたときに、Ｌ１／Ｌ≧１／３を満たしてもよいし、１／３≦Ｌ１／Ｌ≦２／３を満たしてもよいし、１／３≦Ｌ１／Ｌ≦１／２を満たしてもよい。管部１１４側における螺旋溝１１６のピッチは、管部１１２側から管部１１４側に向かうにつれて、連続的に又は段階的に広くなるように設定してもよい。

端壁部１１０ｂ，１１０ｃは、円板状を呈する。端壁部１１０ｂの外周縁側には、開口Ｈ１が形成されている。管部１１２は、開口Ｈ１と連通するように端壁部１１０ｂに取り付けられている。端壁部１１０ｃの中心近傍には、開口Ｈ２が形成されている。管部１１４は、一端が本体１１０内（胴部１１０ａ内）に位置するように、開口Ｈ２内に挿通された状態で端壁部１１０ｃに取り付けられている。そのため、開口Ｈ１（管部１１２）と開口Ｈ２（管部１１４）とは、中心軸方向から見たときに対向していない。

管部１１４の外周面であって本体１１０内（胴部１１０ａ内）に位置する部分には、雄ねじが形成されている。そのため、管部１１４の外周面は、中心軸に対して螺旋状に延びる螺旋溝１１８を有する。管部１１４の螺旋溝１１８の巻き方向は、円筒形コイルばね１１０ｅの巻き方向と同じである。

本実施形態では、図２に示されるように、管部１１２が上向きとなるように管路４ａの上流側（容器２，３側）に取り付けられていると共に、管部１１４が下向きとなるように管部４ａの下流側（容器４側）に取り付けられている。しかしながら、装置１００の向きはこれに限定されず、例えば、管部１１２が下向きで且つ管部１１４が上向きとなっていてもよいし、管部１１２，１１４が水平となっていてもよい。

続いて、冷媒組成調整システム１を用いて冷媒の組成を調整する方法について説明する。以下では、一例として、容器２に貯留された気液混合状体のＲ−３２と容器３に貯留された気液混合状体のＲ−１２５とからＲ−４１０Ａを製造する場合について説明する。

容器２から導出されたＲ−３２と容器３から導出されたＲ−１２５とはそれぞれ管路２ａ，３ａを通って管路４ａにて合流し、混合された状態で装置１００に至る。混合された状態の原料冷媒（Ｒ−３２及びＲ−１２５）が装置１００内に流入すると、原料冷媒は螺旋溝１１６に衝突しつつ流れる。そのため、本体１１０内において原料冷媒の旋回流が形成される。原料冷媒中には通常不純物が含まれており、冷媒の旋回流に随伴して流れる不純物は、旋回流から作用する遠心力により外方に向かい、胴部１１０ａの内面に押し寄せられる。胴部１１０ａの内面は螺旋溝１１６を有するので、不純物は螺旋溝１１６と接触しながら螺旋溝１１６に沿って流れていく。

ここで、冷媒が螺旋溝１１６に沿って旋回しつつ流れる場合、冷媒の移動距離が増大するにもかかわらず、管部１１２から装置１００内に流入する冷媒の流量と管部１１４から装置１００の外に流出する冷媒の流量とが同じであるため、装置１００内における冷媒の流速が極めて大きくなる。具体的には、冷媒の移動距離は、円筒形コイルばね１１０ｅを構成する金属線の長さとほぼ同等となる。円筒形コイルばね１１０ｅの金属線の長さは例えば筒体１１０ｄの長さの１００倍以上であるため、螺旋溝１１６に沿って流れる冷媒の流速も１００倍以上に加速されて、マッハ１を超える速度に達する。そのため、不純物を含む冷媒には、遠心力、螺旋溝１１６との摩擦力、超高速で流れることによる衝撃力などの物理的な力が複合的且つ過大に作用する。従って、原料冷媒中に存在する不純物の化学結合が強制的に切断され、目的化合物としての冷媒（Ｒ−４１０Ａ）の組成に再結合される。なお、このような超高速の旋回流が装置１００内で生ずる結果、中心軸寄りの領域（管部１１４の周囲）が真空に近い状態となっている。

胴部１１０ａの内面における螺旋溝１１６に沿って流れた冷媒は、端壁部１１０ｃに当たってその流れの向きを反転され、管部１１４の外周面に沿いつつ端壁部１１０ｂに向かって流れる。つまり、冷媒は螺旋溝１１８に接しつつ流れるので、螺旋溝１１８によっても旋回流が形成される。そのため、螺旋溝１１６で化学結合が切断しきれなかった不純物があった場合でも、不純物を含む冷媒が管部１１４の外周面に沿って流れることにより、当該不純物が外方（螺旋溝１１６）に向けて移動しやすくなる。その結果、不純物が再び螺旋溝１１６に接して化学結合の切断が行われるので、冷媒中に存在する不純物の化学結合の切断と冷媒組成への再結合がより一層促進される。

管部１１４の本体１１０内における端部まで冷媒が流れると、冷媒は、当該端部の開口から管部１１４内に流れる。そのため、組成が調整された冷媒（Ｒ−４１０Ａ）が、管部１１４（開口Ｈ２）から流出する（図２の矢印参照）。装置１００から流出した冷媒は、管路４ａを通って容器４に貯留される。

以上のような本実施形態では、胴部１１０ａの内面が、中心軸に対して螺旋状に延びる螺旋溝１１６を有する。不純物を含む液状の冷媒が螺旋溝１１６に衝突しつつ流れる過程で、不純物の化学結合が強制的に切断され、冷媒組成に再結合される。その結果、冷媒中に不純物が存在する場合であっても、当該不純物の化学反応を促進させて目的の冷媒組成とすることが可能となる。

本実施形態では、螺旋溝１１６が、胴部１１０ａの全長にわたって存在している。そのため、不純物を含む冷媒が螺旋溝１１６に長く接触することとなる。従って、不純物の化学結合の切断と冷媒組成への再結合がより促進される。

本実施形態では、螺旋溝１１６が円筒形コイルばね１１０ｅの隣り合う金属線の間隙によって構成されている。そのため、円筒形コイルばね１１０ｅを用いることにより、螺旋溝１１６を簡便に且つ低コストで構成できる。

本実施形態では、開口Ｈ１（管部１１２）と開口Ｈ２（管部１１４）とが、中心軸方向から見たときに対向していない。そのため、冷媒が開口Ｈ１（管部１１２）から開口Ｈ２（管部１１４）に直接流れにくくなっている。

本実施形態では、管部１１４の外周面が、中心軸に対して螺旋状に延びる螺旋溝１１８を有している。そのため、冷媒が螺旋溝１１８に接しつつ流れるので、旋回流がさらに形成されやすくなる。そのため、螺旋溝１１６で化学結合が切断しきれなかった不純物があった場合でも、不純物を含む冷媒が管部１１４の外周面に沿って流れることにより、当該不純物が外方（螺旋溝１１６側）に向けて移動しやすくなる。その結果、不純物が再び螺旋溝１１６に接して化学結合の切断が行われるので、冷媒中に存在する不純物の化学結合の切断と冷媒組成への再結合がより一層促進される。

本実施形態では、螺旋溝１１８が雄ねじによって構成されている。そのため、螺旋溝１１８を簡便に且つ低コストで構成できる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では円筒形コイルばね１１０ｅにより螺旋溝１１６を構成したが、筒体１１０ｄの内壁面に螺旋溝を直接形成してもよい。溝の断面形状として、Ｕ字形状、三角形状、四角形状、その他の異形状など、各種の形状を採用できる。

本実施形態では、螺旋溝１１６は筒体１１０ｄの全長と略等しい長さであったが、胴部１１０ａの内面は、冷媒が流入する開口Ｈ１（管部１１２）側に少なくとも螺旋溝１１６を有していればよい。

本実施形態では、筒体１１０ｄは円筒状を呈していたが、筒体１１０ｄの形状として、六角形状（図３参照）又は四角形状（図４参照）といった多角形状や、楕円形状など、各種の形状を採用できる。

本実施形態では、管部１１２と連通する開口Ｈ１が端壁部１１０ｂに形成されていたが、胴部１１０ａや端壁部１１０ｃに開口Ｈ１が形成されていてもよい。図４に示されるように、胴部１１０ａにおける端壁部１１０ｃ寄りの部分に開口Ｈ１が形成されている場合には、冷媒は、端壁部１１０ｂに向かって流れた後、管部１１４内に流れる。図４において、円筒形コイルばね１１０ｅは開口Ｈ１から端壁部１１０ｂにわたって存在している。すなわち、胴部１１０ａの内面のうち、開口Ｈ１から端壁部１１０ｂの間の部分が、螺旋溝１１６を有している。これにより、円筒形コイルばね１１０ｅが開口Ｈ１を閉塞して冷媒の流れを妨げることを防いでいる。開口Ｈ１部分において円筒形コイルばね１１０ｅを構成する金属線同士が離間し、冷媒が流通できるようになっていれば、図４のように開口Ｈ１が胴部１１０ａに形成されている場合でも、円筒形コイルばね１１０ｅが胴部１１０ａの全長にわたって存在していてもよい。図４のように開口Ｈ１が胴部１１０ａに形成されている場合には、開口Ｈ１から端壁部１１０ｂまでの螺旋溝１１６の長さをＬとし、螺旋溝１１６のうちピッチが狭い管部１１２側の部分の長さをＬ１としたときに、Ｌ１／Ｌ≧１／３を満たしてもよいし、１／３≦Ｌ１／Ｌ≦２／３を満たしてもよいし、１／３≦Ｌ１／Ｌ≦１／２を満たしてもよい。

本実施形態における円筒形コイルばね１１０ｅの金属線の断面形状として、円形状や、矩形状など、各種の形状を採用できる。

本実施形態では、管部１１４の螺旋溝１１８が雄ねじによって構成されていたが、管部１１４の外周面に金属線を螺旋状に巻き付けて、隣り合う金属線の間隙によって螺旋溝１１８を構成してもよい。管部１１４に螺旋溝１１８がなくてもよい。

螺旋溝１１６，１１８のピッチは、中心軸方向に沿って一定でもよいし、変化してもよい。

図５に示されるように、管部１１４内には絞り部材１２０が設けられていてもよい。図５（ａ）に示される例では、平板状を呈する１０個の絞り部材１２０が管部１１４内に設けられている。管部１１４内における絞り部材１２０の数は、５個〜１０個程度であってもよいし、少なくとも一つであってもよい。

絞り部材１２０は、管部１１４の流路面積よりも小さい流路面積を提供することができればよい。絞り部材１２０によって提供される流路面積は、絞り部材１２０の存在により上流側において圧力が高まって、絞り部材１２０の上流側に位置する機器に負荷をかけない程度か、当該負荷がごく僅かとなるように設定されているとよい。絞り部材１２０によって提供される流路面積は、例えば、管部１１４によって提供される流路面積の２／３〜３／４程度に設定することができる。絞り部材１２０の形状は、平板状に限られず、種々の形状を採用することができる。絞り部材１２０が平板状である場合には、図５（ｂ）に示されるように、厚さ方向に貫通する少なくとも一つの貫通孔１２０ａ（図５（ｂ）では９個の貫通孔１２０ａ）が絞り部材１２０に形成されていてもよい。

絞り部材１２０の存在により、絞り部材１２０の上流側に対して絞り部材１２０の下流側の圧力が低くなる。そのため、不純物に作用する冷媒からの力が相対的に低くなると共に、冷媒が絞り部材１２０を通過する過程で不純物を含む冷媒に対して衝撃力が作用する。従って、冷媒中に存在する不純物の化学結合の切断と冷媒組成への再結合がさらに促進される。中心軸方向から見て、各絞り部材１２０の貫通孔１２０ａが互いに重なり合っていてもよい。中心軸方向から見て、隣り合う絞り部材１２０の貫通孔１２０ａが部分的に重なり合っているか、又は重なり合っていなくてもよい。この場合、冷媒に作用する衝撃力がより大きくなるので、冷媒中に存在する不純物の化学結合の切断と冷媒組成への再結合がより一層促進される。

図６に示されるように、管部（入口管部）１１２の先端１１２ａが管部１１２の中心軸に対して斜めに傾斜していてもよい。具体的には、管部１１２は、端壁部１１０ｂの開口Ｈ１に接続されている。管部１１２の先端１１２ａは、本体１１０内（胴部１１０ａ内）に位置している。先端１１２ａのうち胴部１１０ａに近い側の部分が、先端１１２ａのうち胴部１１０ａの中心軸側の部分よりも短くなるように、管部１１２が本体１１０に対して取り付けられている。図６の例では、先端１１２ａのうち胴部１１０ａに近い側の部分は、胴部１１０ａの内面に接しているが、胴部１１０ａの内面に接していなくてもよい。管部１１２を以上のように構成すると、管部１１２の先端１１２ａは、胴部１１０ａの内壁面に向かう。そのため、管部１１２の先端１１２ａから本体１１０内において冷媒の旋回流がより形成されやすくなる。その結果、冷媒中に存在する不純物の化学結合の切断と冷媒組成への再結合がより一層促進される。

図６に示されるように、装置１００は、本体１１０内に配置された補助管部１３０を備えてもよい。具体的には、補助管部１３０は、管部１１４に沿って平行に延びる直線状部分と、Ｕ字形状に屈曲された屈曲部とが接続されて構成されている。補助管部１３０の一端（直線状部分の一端）１３０ａは、端壁部１１０ｃ寄りに位置している。補助管部１３０の他端（屈曲部の一端）１３０ｂは、管部１１４内に導かれて管部１１４の内面に接しており、管部１１４の先端に向かっている。

ところで、端壁部１１０ｃによって胴部１１０ａの一端部が閉塞されているので、端壁部１１０ｃの近傍には、螺旋溝１１６によって不純物の化学結合が切断されると共に冷媒組成へと再結合された後の冷媒、すなわちほぼ完全に液化された冷媒が溜まりやすくなっている。特に、図６の例では、円筒形コイルばね１１０ｅが胴部１１０ａの中央部に存在しており、端壁部１１０ｂ，１１０ｃの近傍には円筒形コイルばね１１０ｅが存在していない。そのため、ほぼ完全に液化された冷媒がよりいっそう端壁部１１０ｃの近傍に溜まりやすくなっている。この冷媒の液溜まりが生ずる端壁部１１０ｃ寄りに補助管部１３０の一端１３０ａが位置しており、補助管部１３０の他端１３０ｂが管部１１４の先端に向かっているため、補助管部１３０により液溜まりとなっている冷媒を、補助管部１３０により管部１１４に直接流すことができる。従って、不純物が冷媒組成へと再結合されると共にほぼ完全に液化された冷媒を、補助管部１３０を通じて効率よく下流側へ流すことが可能となる。なお、図６の例では、円筒形コイルばね１１０ｅが胴部１１０ａの全長にわたって存在していなかったが、図２の例のように、円筒形コイルばね１１０ｅが胴部１１０ａの全長にわたって存在していてもよい。図６の例では、図５の例のように管部１１４内に絞り部材１２０が設けられているが、図２の例のように管部１１４内に絞り部材１２０が設けられていなくてもよい。

図７に示されるように、冷媒組成調整システム１において、２つ以上の装置１００が連結されたものを用いてもよい。具体的には、図７（ａ）に示されるように、一方の装置１１０の管部１１４（開口Ｈ２）と他方の装置１００の管部１１４（開口Ｈ２）とを連通させてもよい。この場合において、これらの２つの管部１１４同士が、直接接続されていてもよいし、間接的に接続されていてもよい。また、具体的には図７（ｂ）に示されるように、一方の装置１００の管部１１２（開口Ｈ１）と他方の装置１００の管部１１２（開口Ｈ１）とを連通させてもよい。この場合において、これらの２つの管部１１２同士が、直接接続されていてもよいし、間接的に接続されていてもよい。なお、間接的に接続されているとは、２つの装置１００の間に他の部材が介在していてもよいことを意味する。

本実施形態では、管路４ａの中間部分に装置１００を取り付けたが、図８に示されるように、管路２ａ，３ａの中間部分にも装置１００を取り付けてもよい。

本実施形態では、冷媒組成調整システム１が２つの原料の容器２，３を備えていたが、原料の容器を３つ以上備えていてもよい。この場合において、各原料の容器と管路４ａとの間の管路にそれぞれ装置１００を取り付けてもよい。

本実施形態では、複数の原料冷媒から目的化合物の冷媒を得る際に装置１００を用いて冷媒組成の調整を行った。しかしながら、目的化合物としての冷媒を得た後であっても、当該冷媒をとりまく環境（例えば、温度や圧力）が変化した場合には、原子の結合状態が変化して不純物が生じうる。そのため、１つの原料冷媒を装置１００に導入して冷媒組成の調整を行ってもよい。具体的には、図９に示されるように、容器２，４を管路４ａにより接続し、管路４ａの中間部分に装置１００が取り付けられた冷媒組成調整システム１を用いてもよい。

本実施形態では、冷媒の組成を調整するために装置１００を用いたが、装置１００を冷媒以外の化学品を製造するために用いることができる。装置１００に化学品を導入すると、化学品中に存在する不純物の化学結合が強制的に切断され、化学品の組成として再結合される。その結果、化学品中に不純物が存在する場合であっても、当該不純物の化学反応を促進させて目的の化学品組成とすることが可能となる。化学品としては、例えば、メタン、エタン、プロパン、イソブタン、ｎブタン、イソペンタン、ｎペンタン等が挙げられる。

本実施形態に係る装置１００は、冷媒の組成を調整すると共に、組成が調整された冷媒を製造するためのもの、又は化学品の化学反応を促進すると共に、化学反応が促進された化学品を製造するためのものであり、熱交換器や冷凍空調システムの一部として用いられる装置ではない。

１…冷媒組成調整システム、１００…冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置、１１０…本体、１１０ａ…胴部、１１０ｂ，１１０ｃ…端壁部、１１０ｄ…筒体、１１０ｅ…円筒形コイルばね、１１２，１１４…管部、１１６，１１８…螺旋溝、１２０…絞り部材、１２０ａ…貫通孔、１３０…補助管部、Ｈ１，Ｈ２…開口。

Claims (20)

1. 筒状の胴部と、前記胴部の両端部を閉塞する第１及び第２の端壁部とを有する本体と、
   一端側が前記第１の端壁部に取り付けられると共に、他端側が前記本体内に位置し且つ前記第２の端壁部に向かうように、前記胴部の中心軸に沿って延びる管部と、
   互いに離間するように配置された前記胴部の内周面と前記管部の外周面とで構成される冷媒の流路とを備え、
   前記本体には、気液混合状態の冷媒を導入するための開口が形成されており、
   前記胴部の内面は、
   前記中心軸に対して螺旋状に延びる第１の螺旋溝を前記開口側に少なくとも有しており、
   前記第１の螺旋溝の存在により凹凸が前記流路に沿って並んだ凹凸面を呈している、冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる装置。
2. 前記胴部の内面は、前記第１の螺旋溝を前記胴部の全長にわたって有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記開口側における前記第１の螺旋溝のピッチは、前記開口から離れる側における前記第１の螺旋溝のピッチよりも狭い、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記中心軸方向における前記第１の螺旋溝の幅をＬとし、前記第１の螺旋溝のうちピッチが狭い前記開口側に部分をＬ１としたときに、Ｌ１／Ｌ≧１／３を満たす、請求項３に記載の装置。
5. 前記胴部は、前記胴部の内壁面に取り付けられた円筒形コイルばねを含み、
   前記第１の螺旋溝は、前記円筒形コイルばねの隣り合う金属線の間隙によって構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記金属線の断面は円形状を呈しており、
   前記金属線の径は２ｍｍ〜６ｍｍである、請求項５に記載の装置。
7. 前記開口は前記管部の前記一端と対向していない、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記開口は、前記第２の端壁部のうちその外周縁側に形成されており、
   前記管部は前記中心軸上に位置しており、
   前記開口から導入される冷媒は、前記胴部の内周面に沿って流れ、前記第１の端壁部によってその向きを反転されて前記管部の外周面に沿って流れた後、前記管部の前記他端を通じて外部に流出する、請求項７に記載の装置。
9. 前記開口は前記胴部のうち前記第１の端壁部側に形成されており、
   前記管部は前記中心軸上に位置しており、
   前記開口から導入される冷媒は、前記胴部の内周面と前記管部の外周面との間を流れ、前記第２の端壁部によってその向きを反転された後、前記管部の前記他端を通じて外部に流出する、請求項７に記載の装置。
10. 前記開口に接続されると共に一端が前記本体内に位置する入口管部をさらに備え、
    前記入口管部の前記一端は、前記入口管部の軸に対して斜めに傾斜しており、
    前記入口管部の前記一端のうち前記胴部に近い側の部分は、前記入口管部の前記一端のうち前記中心軸側の部分よりも短い、請求項７〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記管部の外周面は、前記中心軸に対して螺旋状に延びる第２の螺旋溝を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記第２の螺旋溝は雄ねじによって構成される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記管部内には、前記管部の流路面積よりも小さい流路面積を有する絞り部材が少なくとも一つ設けられている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記絞り部材は、厚さ方向に貫通する少なくとも一つの貫通孔を有する平板である、請求項１３に記載の装置。
15. 一端が前記第１の端壁部寄りに位置すると共に、他端が前記管部の前記他端に向かうように、前記本体内に配置された補助管部をさらに備える、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置の前記開口から前記本体内に冷媒を導入し、前記流路内において冷媒を前記第１の螺旋溝に衝突させつつ流通させる工程を含む、冷媒に含まれる不純物を冷媒組成として再結合させる方法。
17. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置の前記開口から前記本体内に冷媒を導入し、前記流路内において冷媒を前記第１の螺旋溝に衝突させつつ流通させる工程を含む、組成が調整された冷媒を製造する方法。
18. 筒状の胴部と、前記胴部の両端部を閉塞する第１及び第２の端壁部とを有する本体と、
    一端側が前記第１の端壁部に取り付けられると共に、他端側が前記本体内に位置し且つ前記第２の端壁部に向かうように、前記胴部の中心軸に沿って延びる管部と、
    互いに離間するように配置された前記胴部の内周面と前記管部の外周面とで構成される化学品の流路とを備え、
    前記本体には、気液混合状態の化学品を導入するための開口が形成されており、
    前記胴部の内面は、
    前記中心軸に対して螺旋状に延びる第１の螺旋溝を前記開口側に少なくとも有しており、
    前記第１の螺旋溝の存在により凹凸が前記流路に沿って並んだ凹凸面を呈している、化学反応促進装置。
19. 請求項１８に記載の装置の前記開口から前記本体内に化学品を導入し、前記流路内において化学品を前記第１の螺旋溝に衝突させつつ流通させる工程を含む、化学反応促進方法。
20. 請求項１８に記載の装置の前記開口から前記本体内に化学品を導入し、前記流路内において化学品を前記第１の螺旋溝に衝突させつつ流通させる工程を含む、化学反応が促進された化学品を製造する方法。

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