JP2016528471A

JP2016528471A - ガス冷却器

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Abstract

ガス冷却器内の二酸化炭素が比較的高い比熱容量を有しうる箇所において冷却流体の温度変化を低減するように構成される方法、システム、および装置が提供される。冷却流体の温度変化を低減するために、二酸化炭素が比較的高い比熱容量を有しうる箇所へ追加の冷却流体が導入されうる。二酸化炭素が比較的高い比熱容量を有しうる箇所において冷却流体の温度変化を緩やかにすることにより、ガス冷却器内の二酸化炭素と冷却流体の間の温度差が維持あるいは確保されうる。これにより、二酸化炭素と冷却流体間の熱交換を助けうる。【選択図】図４Ｂ

Description

本開示は、主に暖房、換気、および空調（ＨＡＶＣ）システムに関する。より具体的には、本開示は、ＨＡＶＣシステムにおいて冷媒に二酸化炭素を用いるヒートポンプのガス冷却器に関する。主として、二酸化炭素ヒートポンプのガス冷却器における熱交換効率の増加を助ける方法、システム、および装置が記載される。

例えば地球環境問題に鑑み、ＨＶＡＣシステム（ヒートポンプシステムなど）における冷媒として天然作動流体（二酸化炭素など）の使用が増加している。天然作動流体（二酸化炭素など）の使用は、例えば、ＨＶＡＣシステムにおける地球温暖化係数（ＧＷＰ）の低減を助けうる。

二酸化炭素ヒートポンプシステムは、二酸化炭素を圧縮するように構成されたコンプレッサを含むことが一般的である。圧縮された二酸化炭素は、ガス冷却器へと送られる。当該ガス冷却器においては、当該圧縮された二酸化炭素が、例えば冷却流体（水など）へ排熱を行ない、当該圧縮された二酸化炭素の温度を下げる。当該二酸化炭素は、次いで膨張装置へ、さらに蒸発器へ送られ、処理流体（空気や水など）と熱を交換する。当該処理流体は、例えば、ビル屋内の空調のために使用される。ガス冷却器内で加熱された後の冷却流体（水など）は、例えば温水を提供するために使用されうる。ガス冷却器内の排熱プロセスは、二酸化炭素の臨界点を上回る温度で起こりうる。よって、ヒートポンプシステムは、遷臨界システムとも称されうる。

特に二酸化炭素のような天然作動流体を用いるＨＶＡＣシステムにおいて熱交換効率の上昇を助けるように構成された方法、システム、および装置が提供される。なお、ここに開示される実施形態は、他種の天然作動流体に対しても用いられうる。

幾つかの実施形態において、ガス冷却器内の二酸化炭素が比較的高いｃｐ値（あるいは比熱容量）を持ちうる箇所において、冷却流体の温度変化が低減されうる。幾つかの実施形態において、冷却流体の温度変化を低減するために、ガス冷却器内の二酸化炭素が比較的高いｃｐ値（あるいは比熱容量）を持ちうる箇所へ、追加の冷却流体が導入されうる。二酸化炭素が比較的高いｃｐ値（あるいは比熱容量）を有しうる箇所において冷却流体の温度変化を緩やかにすることで、ガス冷却器内の二酸化炭素と冷却流体の間の温度差が維持あるいは確保されうる。これにより、二酸化炭素と冷却流体間の熱交換を助けうる。

幾つかの実施形態において、ガス冷却器は、ガス入口とガス出口を有するガス通路、および冷却流体通路を備えうる。前記冷却流体通路は、連通されうる第一冷却流体入口と第一冷却流体出口を含みうる。前記冷却流体通路は、連通されうる第二冷却流体入口と第二冷却流体出口も含みうる。前記ガス冷却器は、長さを有しており、前記ガス通路と前記冷却流体通路は、前記長さに沿って熱交換関係にありうる。

幾つかの実施形態において、前記第二冷却流体入口は、前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口の間の第一位置において冷却流体をガス冷却器内に送るように構成されうる。幾つかの実施形態において、前記第二冷却流体出口は、前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口の間の第二位置において前記冷却流体をガス冷却器外に送るように構成されうる。幾つかの実施形態において、前記第一位置は、前記長さの方向について前記第二位置よりも前記第一冷却流体出口に近い位置とされうる。

幾つかの実施形態において、前記第一冷却流体入口、前記第二冷却流体入口、前記第一冷却流体出口、および前記第二冷却流体出口は、すべて前記冷却流体通路と連通していてもよい。前記冷却流体は、前記第一冷却流体入口と前記第二冷却流体入口の少なくとも一方から前記冷却流体通路へ送り込まれ、前記冷却流体通路内において混合されうる。前記冷却流体は、前記第一冷却流体出口と前記第二冷却流体出口の少なくとも一方を通じて前記冷却流体通路から送り出されうる。

幾つかの実施形態において、前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口は、第一冷却流体通路を形成しうる。また、前記第二冷却流体入口と前記第二冷却流体出口は、第二冷却流体通路を形成しうる。幾つかの実施形態において、前記第一冷却流体通路と前記第二冷却流体通路は、分離していてもよい。

幾つかの実施形態において、前記ガス冷却器は、二酸化炭素を冷媒として使用するＨＶＡＣシステムに含まれうる。幾つかの実施形態において、前記第一冷却流体入口は、例えば水道水を受け入れるように構成されうる。幾つかの実施形態において、前記第二冷却流体入口は、例えば暖房から冷却流体を受け入れるように構成されうる。

幾つかの実施形態において、ガス冷却器内の冷却流体を管理する方法は、圧縮されたガスを前記ガス冷却器のガス入口を通じてガス出口へ送り、第一冷却流体を前記ガス冷却器の第一冷却流体入口へ送り、第二冷却流体を前記ガス冷却器の第二冷却流体入口へ送りうる。幾つかの実施形態において、前記第一冷却流体入口は、前記ガス冷却器の長さ方向について前記第二冷却流体入口よりも前記ガス入口から離れていてもよい。前記第二冷却流体を導入することにより、前記第一冷却流体と前記第二冷却流体の少なくとも一方の温度変化を低減できる。

幾つかの実施形態において、前記第二冷却流体は、二酸化炭素が比較的高いｃｐ値（あるいは比熱容量）を有しうる箇所において前記ガス冷却器に導入されうる。これにより、二酸化炭素が比較的高いｃｐ値（あるいは比熱容量）を有しうる箇所において前記第一冷却流体と前記第二冷却流体の少なくとも一方の温度変化が低減されうる。

幾つかの実施形態において、ガス冷却器内の冷却流体を管理する方法は、前記第一冷却流体を前記第一冷却流体出口から前記ガス冷却器の外へ送り、前記第二冷却流体を前記第二冷却流体出口から前記ガス冷却器の外へ送りうる。幾つかの実施形態において、前記第二冷却流体出口から送り出される冷却流体の量は、前記第二冷却流体入口に送り込まれる冷却流体の量と同じでありうる。

実施形態に係る他の特徴や態様は、以降の詳細な説明と添付の図面を考慮することにより明らかとなる。

参照される以下の図面を通じて、同じ参照番号は対応する部品を表す。

複数の圧力における二酸化炭素の温度−比エンタルピー曲線を示す。従来の二酸化炭素ガス冷却器における二酸化炭素と冷却流体の温度−伝達熱曲線を示す。本開示に係る二酸化炭素ガス冷却器における代表的な二酸化炭素と冷却流体の温度−伝達熱曲線を示す。一実施形態に係るガス冷却器の模式図である。一実施形態に係るガス冷却器の斜視図である。別実施形態に係るガス冷却器の模式図である。本開示に係るガス冷却器を利用するＨＶＡＣシステムの模式図である。

冷媒として二酸化炭素を用いるヒートポンプシステムなどのＨＶＡＣシステムにおいては、二酸化炭素はコンプレッサにより圧縮され、次いでガス冷却器に送られることが一般的である。ガス冷却器においては、当該圧縮された二酸化炭素は、水などの冷却流体に排熱する。冷媒として二酸化炭素を用いるヒートポンプシステムは、遷臨界ヒートポンプシステムとして機能しうる。すなわち、ヒートポンプシステムにおける二酸化炭素冷媒は、臨界点を上回る状態と下回る状態の間を行き来できる。「臨界点」という語は、一般に冷媒が液化状態を保ちうる最高圧力および温度を表す。臨界点においては、一般に液相と気相の区別がつかない。未臨界状態とは、一般に冷媒の温度と圧力が臨界点を下回っている状態を表す。超臨界状態とは、一般に冷媒の温度と圧力が臨界点を上回っている状態を表す。超臨界状態においては、気体と液体の区別が消失し、冷媒はもはや液化することができない。

遷臨界ヒートポンプシステムにおいては、ガス冷却器における排熱プロセスは、二酸化炭素の臨界点を超えて生じうる。すなわち、当該二酸化炭素は、超臨界状態でありうる。超臨界状態においては、二酸化炭素の比熱容量（すなわちｃｐ値［ｋＪ／ｋｇ］）は、当該二酸化炭素の圧力や温度に基づいて単独で可変である。「比熱容量」という語は、一般に物質（二酸化炭素など）の単位質量（１ｋｇ）あたりの温度を単位温度（１℃など）だけ変化させるのに必要な熱量を意味する。

本開示の一部をなす添付の図面が参照される。図面においては実施形態が例示される。本開示における用語は、図と実施形態を説明する目的で使用されると理解されるべきであり、本出願の範囲を限定するとみなされるべきではない。

図１は、特定の超臨界圧力値（７．５ＭＰａから２０ＭＰａの範囲）における二酸化炭素の温度−比エンタルピー等圧曲線群を示している。各曲線は、併記された圧力における温度−比エンタルピー曲線に対応している。一般に、曲線の勾配（Δｔ／Δｈ）は、併記された圧力におけるｃｐ値（Δｈ／Δｔ）の逆数に対応する。一般に、勾配が急峻であるほどｃｐ値は小さく、逆もまた然りである。ｃｐ値が比較的小さい場合、所定の熱交換量において、二酸化炭素の温度変化が比較的速くなりうる。

図１に示されるように、ｃｐ値は、図示の温度範囲においては全体的に一定でない。すなわち、各曲線の勾配は、曲線に沿って変化する。図１に示された曲線群は、中間部１１０を有している。中間部１１０における勾配は、曲線の他の部分よりも低い。中間部１１０は、曲線の他の部分よりも高いｃｐ値を有しうる。例えば、圧力が約７．５ＭＰａであり、温度が約３０℃である場合、ｃｐ値は１００００を上回りうる。ｃｐ値が比較的高い場合、二酸化炭素は、比較的小さな温度変化で所定量の排熱を行ないうる。

図２は、従来の二酸化炭素ガス冷却器２００と作動圧力７５バール（７．５ＭＰａ）における温度−伝達熱（Ｑ）曲線を示している。温度−Ｑ曲線２０２、２０４は、それぞれ長さＬ２のガス冷却器２００内における二酸化炭素（２０２）と冷却流体（２０４）の状態を一般的に表している。曲線２０２または曲線２０４の各点は、長さＬ２に沿う点が有する二酸化炭素または冷却流体の温度を表している。

ガス冷却器２００は、二酸化炭素通路２１０と冷却流体（水など）通路２２０を備えるカウンターフロー型の熱交換器でありうる。二酸化炭素通路２１０は、二酸化炭素入口２１２と二酸化炭素出口２１４を含んでいる。冷却流体通路２２０は、冷却流体入口２２２と冷却流体出口２２４を含んでいる。二酸化炭素は、一般に二酸化炭素入口２１２（図２における右側）から二酸化炭素出口２１４（図２における左側）へ向かう方向へ流れる。冷却流体は、一般に冷却流体入口２２２（図２における左側）から冷却流体出口２２４（図２における右側）へ向かう方向へ流れる。一般に、二酸化炭素の流れる方向は、冷却流体が流れる方向の逆あるいは反対である。熱交換は、二酸化炭素通路２１０と冷却流体通路２２０の間で生じうる。

図２において、比較的湾曲した線２０２は、ガス冷却器２００内における二酸化炭素の状態を表している。比較的ストレートな線２０４は、ガス冷却器２００内における冷却流体の状態を表している。二酸化炭素は、二酸化炭素入口２１２において入口温度２１１（例えば約７０℃）を有し、二酸化炭素出口２１４において出口温度２１３（例えば約３０℃）を有している。冷却流体は、冷却流体入口２２２において入口温度２２１（例えば約２５℃）を有し、冷却流体出口２２４において出口温度２２３（例えば約５０℃）を有している。

図２に示されるように、比較的ストレートな線２０４は、ガス冷却器２００内の冷却流体入口２２２から冷却流体出口２２４における冷却流体の温度変化が比較的一定であることを示している。すなわち、線２０４の勾配（ΔＴ／ΔＱ）は、線２０４に沿って比較的一定である。比較的湾曲した線２０２は、二酸化炭素の温度変化率が二酸化炭素入口２１２と二酸化炭素出口２１４の間で長さＬ２方向に沿って可変であることを示している。すなわち、線２０２の勾配（ΔＴ／ΔＱ）は、線２０２に沿って変化する。ガス冷却期２００の長さＬ２に沿う方向の中間部に対応する線２０２の領域２３０において、二酸化炭素のｃｐ値（あるいは比熱容量）は、比較的高くなりうる。すなわち、所定の排熱量における二酸化炭素の温度変化は、比較的小さい。したがって、領域２３０に対応するガス冷却２００の長さＬ２に沿う方向の中間部における二酸化炭素と冷却流体の温度差は、比較的小さくなりうる。例えば、点２３５において、二酸化炭素の温度は、冷却流体の温度と概ね同じになりうる。この場合、ガス冷却器２００内において二酸化炭素と冷却流体の間で熱交換はほとんど発生しない。これにより、ガス冷却器２００における二酸化炭素の熱交換効率、熱容量、および発熱温度の少なくとも一つを低減できる。例えば、二酸化炭素のｃｐ値（あるいは比熱容量）が可変であるため、ガス冷却器２００は、二酸化炭素と冷却流体の間の温度差が比較的小さい部分（線２０２の領域２３０に対応する中間部など）を有しうる。結果として、ガス冷却器２００の当該部分における熱交換効率は比較的低くなる。よって、ガス冷却器２００の熱交換率と熱容量の少なくとも一方は改善する。

本開示における実施形態は、ガス冷却器内の二酸化炭素が比較的高いｃｐ値（あるいは非熱容量）を持ちうる箇所において冷却流体の温度変化率を下げるように構成された方法、システム、および装置に関する。幾つかの実施形態において、二酸化炭素が比較的高いｃｐ値（あるいは非熱容量）を持ちうる箇所へ冷却流体を追加的に導入することにより、冷却流体の温度変化率低下が達成されうる。二酸化炭素が比較的高いｃｐ値（あるいは非熱容量）を持ちうる箇所において冷却流体の温度変化率を下げることにより、ガス冷却器内における二酸化炭素と冷却流体の間の温度差が維持あるいは確保されうる。これにより、二酸化炭素と冷却流体の間の熱交換が助けられうる。

図３は、ガス冷却器３００の模式図と温度−伝達熱（Ｑ）図であり、ガス冷却器３００の構成法の一般原理と、ガス冷却器３００内における冷却流体の管理法を示している。温度−Ｑ図は、一般にガス冷却器３００の長さＬ３に沿う方向の複数の点における二酸化炭素と冷却流体の温度を表している。一般に、曲線３０２は、ｃｐ値（あるいは非熱容量）または所定の熱量および所定の圧力（７．５ＭＰａなど）に対するガス冷却器３００の長さＬ３により定義される長手方向に沿う二酸化炭素の温度変化率（曲線３０２における所定の点における曲線３０２の勾配）に対応している。曲線３０４は、当該長手方向に沿う冷却流体（水など）の温度変化率（曲線３０４における所定の点における曲線３０４の勾配）に対応している。

ガス冷却器３００は、二酸化炭素入口３１２と二酸化炭素出口３１４を備えうるカウンターフロー型の熱交換器でありうる。二酸化炭素は、一般に二酸化炭素入口３１２から二酸化炭素出口３１４へ向かう方向へ流れる。ガス冷却器３００は、第一冷却流体入口３２２と第二冷却流体入口３２６のように複数の冷却流体入口を有するように構成されうる。各入口は冷却流体を受け入れるように構成される。また、ガス冷却器３００は、第一冷却流体出口３２４と第二冷却流体出口３２８のように複数の冷却流体出口を有するように構成されうる。各出口は、冷却流体をガス冷却器３００から直接送り出すように構成される。第一冷却流体入口３２２、第二冷却流体入口３２６、第一冷却流体出口３２４、および第二冷却流体出口３２８は、それぞれ長手方向に配列されている。

動作中においては、曲線３０２と３０４に示されるように、ガス冷却器３００に進入した二酸化炭素は、点３０２ｄに概ね対応する状態にある。第一冷却流体出口３２４から流出する冷却流体は、点３０４ｄに概ね対応する状態にある。ガス冷却器３００から流出する二酸化炭素は、点３０２ａに概ね対応する状態にある。第一冷却流体入口３２２に進入する冷却流体は、点３０４ａに概ね対応する状態にある。

曲線３０２における点３０２ｂと点３０２ｃの間に概ね位置する領域３２０は、比較的小さい勾配を有しうる。これは、比較的高いｃｐ値（あるいは比熱容量）に対応している。一般に、領域３２０においては、所定の排熱量における二酸化炭素の温度変化率は、より小さくなりうる。例えば、二酸化炭素の温度が点３０２ｂに対応する温度と点３０２ｃに対応する温度の間であるとき、所定の排熱量における二酸化炭素の温度変化は、比較的小さくなりうる。したがって、領域３２０に対応する長さＬ３に沿う部分において、二酸化炭素の温度変化は比較的遅くなりうる。

ガス冷却器３００の構成法あるいはガス冷却器３００における冷却流体の管理法の一般則は、第二冷却流体入口３２６と第二冷却流体出口３２８を、それぞれ点３０２ｂと点３０２ｃに対応するガス冷却器３００の長さＬ３に沿う位置に配置することにある。すなわち、第二冷却流体入口３２６と第二冷却流体出口３２８の位置は、二酸化炭素の温度がそれぞれ点３０２ｂにおける温度と点３０２ｃにおける温度に概ね対応しうる位置でありうる。

第二冷却流体入口３２６と第二冷却流体出口３２８を、それぞれガス冷却器３００の長さＬ３に沿って点３０２ｂと点３０２ｃに概ね対応する位置に配置することにより、第一冷却流体入口３２２からガス冷却器３００に導入され、第一冷却流体出口３２４から排出されうる冷却流体に加えて、別の冷却流体が第二冷却流体入口３２６からガス冷却器３００に導入され、第二冷却流体出口３２８から排出されうる。図３の曲線３０４に示されるように、ガス冷却器３００に導入された追加の冷却流体によって、ガス冷却器３００の領域３２０に概ね対応する部分における冷却流体の温度変化率が低減されうる。結果として、領域３２０に概ね対応する部分における曲線３０４の勾配は、比較的小さくされうる。したがって、冷却流体の温度変化率は、ガス冷却器３００における追加の冷却流体を伴わない部分よりも低減されうる。例えば、曲線３０４における点３０４ｂと点３０４ｃの間の部分の勾配は、点３０４ａと点３０４ｂの間の部分や点３０４ｃと点３０４ｄの間の部分の勾配よりも概ね小さい。

冷却流体の一部は、第二冷却流体出口３２８から送り出されうる。幾つかの実施形態においては、第二冷却流体出口３２８から送り出される冷却流体の量は、第二冷却流体入口３２６を通じてガス冷却器３００に送り込まれる冷却流体の量とほぼ同じでありうる。幾つかの実施形態においては、第二冷却流体出口３２８から送り出される冷却流体の量は、第二冷却流体入口３２６を通じてガス冷却器３００に送り込まれる冷却流体の量と異なりうる。当該冷却流体の一部が第二冷却流体出口３２８を通じてガス冷却器３００から送り出された後は、ガス冷却器３００内の冷却流体の温度変化率が上昇しうる。曲線３０４における点３０４ｃと点３０４ｄの間の部分の勾配は、点３０４ｃと点３０４ｄの間の部分の勾配よりも概ね高くなる。

曲線３０２と３０４により示されるように、この構成は、二酸化炭素と冷却流体の間の温度差を冷却器３００の長さＬ３方向全体にわたって維持あるいは確保すること、および図２における点２３５（二酸化炭素と冷却流体の間の熱交換がほぼ零になる点）の発生回避を助けうる。

幾つかの実施形態においては、第二冷却流体入口３２６より導入される冷却流体と第一冷却流体入口３２２より導入される冷却流体は、相違してもよいし同じでもよい。幾つかの実施形態においては、第二冷却流体入口３２６においてガス冷却器３００に導入される冷却流体の温度は、第二冷却流体入口３２６によってガス冷却器３００内を流れる冷却流体（例えば、第一冷却流体入口３２２からガス冷却器３００に導入された冷却流体）の温度と同じでありうる。したがって、第二冷却流体入口３２６を通じてガス冷却器３００に導入された冷却流体の温度の変動は最小限でありうる。

図４Ａと図４Ｂは、二酸化炭素が比較的高いｃｐ値（あるいは比熱容量）を持ちうる量の追加冷却流体を導入するように構成されたガス冷却器４００を例示している。ガス冷却器４００は、二酸化炭素通路４１０と冷却流体通路４２０を備えている。二酸化炭素通路４１０内の二酸化炭素と冷却流体通路４２０内の冷却流体との間で熱交換が生じうる。熱交換器４００は、カウンターフロー型の熱交換器でありうる。図４Ａにおいて矢印で示されるように、二酸化炭素の流れる方向は、冷却流体が流れる方向と概ね逆あるいは反対である。

二酸化炭素通路４１０は、二酸化炭素入口４１２と二酸化炭素出口４１４を有している。冷却流体通路４２０は、それぞれがガス冷却器４００の長さＬ４に沿って配列された第一冷却流体入口４２２、第二冷却流体入口４２６、第一冷却流体出口４２４、および第二冷却流体出口４２８を有している。図３に示されるように、幾つかの実施形態においては、第二冷却流体入口４２６と第二冷却流体出口４２８は、それぞれ点３０２ｂと点３０２ｃに対応する長さＬ４に沿う位置に配置されうる。すなわち、第二冷却流体入口４２６と第二冷却流体出口４２８の位置は、それぞれ二酸化炭素の温度が点３０２ｂと点３０２ｃに対応する長さＬ４に沿う位置とされうる。

図４Ａに例示されるように、第一冷却流体入口４２２、第二冷却流体入口４２６、第一冷却流体出口４２４、および第二冷却流体出口４２８の全ては、冷却流体通路４２０と連通している。第一冷却流体入口４２２と第二冷却流体入口４２６は、例えば異なるソースから冷却流体を受け入れうる。そして当該冷却流体は、冷却流体通路４２０において混合されうる。

冷却流体は、第一冷却流体出口４２４と第二冷却流体出口４２８の少なくとも一方を通じて冷却流体通路４２０から出るように送られうる。第一冷却流体出口４２４と第二冷却流体出口４２８の少なくとも一方から出る冷却流体は、例えば、熱や温水を提供する様々な端末装置や設備へ送られうる。

動作中において冷却流体が第二冷却流体入口４２６へ送られると、当該冷却流体は、第一冷却流体入口４２２から流れる冷却流体と混合されうる。追加の冷却流体は、冷却流体の総質量を増やし、第二冷却流体入口４２６と第二冷却流体出口４２８の間の区間における冷却流体の温度変化率の低下を助けうる。したがって、ガス冷却器４００は、図３の場合と同様に、比較的高いｃｐ値（あるいは比熱容量）を持ちうる二酸化炭素の温度差の維持を助けうる。

図５は、別実施形態に係るガス冷却器５００を模式的に例示している。ガス冷却器５００は、二酸化炭素が比較的高いｃｐ値（あるいは比熱容量）を持ちうる量の冷却流体を追加的に導入するように構成されている。ガス冷却器５００は、例えば二酸化炭素を受容する冷媒通路５１０と冷却流体通路５２０を備えている。冷却流体通路５２０は、第一冷却流路入口５２２と第一冷却流体出口５２４を有している。これらは第一冷却流体通路５２１を形成するように連通している。冷却流体は、冷媒通路５１０内の二酸化炭素と熱を交換しうる。

ガス冷却器５００は、第二冷却流体通路５３０を備えるように構成されている。第二冷却流体通路５３０は、長さＬ５で表されるガス冷却器５００の長手方向に長さＬ６を有している。長さＬ６は、一般に長さＬ５よりも短い。第二冷却流体通路５３０は、第一冷却流路入口５２２と第一冷却流体出口５２４の間の第一冷却流体通路５２１の内部に配置されうる。第二冷却流体通路５３０は、ガス冷却器５００の概ね中間部を占有する。幾つかの実施形態において、第二冷却流体通路５３０の長さＬ６と位置は、図３に示される領域３２０に対応するように構成されうる。当該領域において、二酸化炭素は、一般に比較的高いｃｐ値（あるいは比熱容量）を有する。

第二冷却流体通路５３０は、互いに連通する第二冷却流体入口５３２と第二冷却流体出口５３４を有している。第二冷却流体通路５３０は、一般に第一冷却流体通路５２１と連通しておらず、離れている。幾つかの実施形態においては、第二冷却流体通路５３０における冷却流体は、第一冷却流体通路５２１内の冷却流体と異なりうる。

動作中において冷却流体が第二冷却流体通路５３０に送り込まれると、当該冷却流体は、第二冷却流体通路５３０内において冷媒通路５１０内の二酸化炭素と第一冷却流体通路５２１内の二酸化炭素の少なくとも一方と熱を交換しうる。結果として、第一冷却流体通路５２１内の二酸化炭素と第二冷却流体通路５３０内の二酸化炭素の少なくとも一方の温度変化率は、ガス冷却器５００の長さＬ６に沿う中間部において低減されうる。したがって、ガス冷却器５００は、図３の場合と同様に、比較的高いｃｐ値（あるいは比熱容量）を持ちうる二酸化炭素の温度差の維持を助けうる。

本開示に係るガス冷却器は、例えば作動流体（水など）を加熱するヒートポンプに使用されうる。図６は、二酸化炭素を冷媒として用いるヒートポンプシステム６００の一実施形態を例示している。ヒートポンプシステム６００は、一般にコンプレッサ６１０、ガス冷却器６２０、膨張装置６３０、および蒸発器６４０を備えている。ヒートポンプシステム６００は、液体／気体分離器６５０、中間熱交換器６６０などの要素も備えうる。

図６に例示された実施形態において、ガス冷却器６２０は、図４Ａと図４Ｂに例示されたガス冷却器４００と同様に構成されうる。なお、図５に例示されたガス冷却器５００を備える他の実施形態も採用されうる。

ガス冷却器６２０は、第一冷却流体入口６２２、第二冷却流体入口６２６、第一冷却流体出口６２４、および第二冷却流体出口６２８を有するように構成されている。第一冷却流体入口６２２と第二冷却流体入口６２６は、異なるソースからの冷却流体を受け入れるように構成されうる。例えば、第一冷却流体入口６２２は、水道水を受け入れるように構成されうる。第二冷却流体入口６２６は、暖房用熱交換器６７０などの端末装置からの水を受け入れるように構成されうる。第一冷却流体出口６２４は、加熱された水を使用に備えて温水貯蔵タンク６８０へ送るように構成されうる。第二冷却流体出口６２８は、加熱された水を暖房用熱交換器６７０へ送るように構成されうる。

ここに開示された実施形態は、一般にガス冷却器の全長に亘って冷媒（二酸化炭素など）と冷却流体の間の熱交換の維持を助けうる。ここに開示された実施形態は、単一のガス冷却器として製造されうるため、製造コストと設置コストの少なくとも一方を低減する。また、当該ガス冷却器は、異なるソースからの冷却流体を受け入れるように構成され、当該冷却流体を比較的高い熱伝達効率で異なる利用対象へ分配することを助けうる。

なお、ヒートポンプシステム６００の構成は一例である。ガス冷却器６２０は、受け入れた冷却流体を他の端末装置や利用対象へ送るように構成されうる。

下記の態様１から３のいずれかは、下記の態様４から１３のいずれかと組み合わせられうる。下記の態様４から８のいずれかは、下記の態様９から１３のいずれかと組み合わせられうる。

態様１
ガス冷却器であって、
ガス入口とガス出口を有するガス通路と、
冷却流体通路と、
連通している第一冷却流体入口および第一冷却流体出口と、
連通している第二冷却流体入口および第二冷却流体出口と、
を備えており、
前記ガス冷却器は長さを有しており、
前記ガス通路と前記冷却流体通路は、前記長さに沿って熱交換関係にあり、
前記第二冷却流体入口は、前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口の間の第一位置において冷却流体をガス冷却器内に送るように構成されており、
前記第二冷却流体出口は、前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口の間の第二位置において前記冷却流体をガス冷却器外に送るように構成されており、
前記第一位置は、前記長さの方向について前記第二位置よりも前記第一冷却流体出口に近い、
ガス冷却器。

態様２
前記第一冷却流体入口、前記第二冷却流体入口、前記第一冷却流体出口、および前記第二冷却流体出口は、すべて前記冷却流体通路と連通している、
態様１に記載のガス冷却器。

態様３
前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口は、第一冷却流体通路を形成しており、
前記第二冷却流体入口と前記第二冷却流体出口は、第二冷却流体通路を形成しており、
前記第一冷却流体通路と前記第二冷却流体通路は、分離している、
態様１または２に記載のガス冷却器。

態様４
二酸化炭素を冷媒として使用するＨＶＡＣシステムであって、
コンプレッサと、
前記コンプレッサにより圧縮された二酸化炭素を受け入れるように構成されたガス冷却器と、
を備えており、
前記ガス冷却器は、
ガス入口とガス出口を有するガス通路と、
冷却流体通路と、
連通している第一冷却流体入口および第一冷却流体出口と、
連通している第二冷却流体入口および第二冷却流体出口と、
を備えており、
前記ガス冷却器は長さを有しており、
前記ガス通路と前記冷却流体通路は、前記長さに沿って熱交換関係にあり、
前記第二冷却流体入口は、前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口の間の第一位置において冷却流体をガス冷却器内に送るように構成されており、
前記第二冷却流体出口は、前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口の間の第二位置において前記冷却流体をガス冷却器外に送るように構成されており、
前記第一位置は、前記長さの方向について前記第二位置よりも前記第一冷却流体出口に近い、
ＨＶＡＣシステム。

態様５
前記第一冷却流体入口、前記第二冷却流体入口、前記第一冷却流体出口、および前記第二冷却流体出口は、すべて前記冷却流体通路と連通している、
態様４に記載のＨＶＡＣシステム。

態様６
前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口は、第一冷却流体通路を形成しており、
前記第二冷却流体入口と前記第二冷却流体出口は、第二冷却流体通路を形成しており、
前記第一冷却流体通路と前記第二冷却流体通路は、分離している、
態様４または５に記載のＨＶＡＣシステム。

態様７
前記第一冷却流体入口は、水道水を受け入れるように構成されている、
態様４から６のいずれか一つに記載のＨＶＡＣシステム。

態様８
前記第二冷却流体入口は、暖房から冷却流体を受け入れるように構成されている、
態様４から７のいずれか一つに記載のＨＶＡＣシステム。

態様９
ガス冷却器内の冷却流体を管理する方法であって、
圧縮されたガスを前記ガス冷却器のガス入口を通じてガス出口へ送り、
第一冷却流体を前記ガス冷却器の第一冷却流体入口へ送り、
第二冷却流体を前記ガス冷却器の第二冷却流体入口へ送り、
前記第一冷却流体入口は、前記ガス冷却器の長さ方向について前記第二冷却流体入口よりも前記ガス入口から離れている、
方法。

態様１０
前記第一冷却流体を前記第一冷却流体出口から前記ガス冷却器の外へ送り、
前記第二冷却流体を前記第二冷却流体出口から前記ガス冷却器の外へ送る、
態様９に記載の方法。

態様１１
前記第一冷却流体と前記第二冷却流体は、同種の冷却流体である、
態様９または１０に記載の方法。

態様１２
前記第一冷却流体と前記第二冷却流体は、前記ガス冷却器内で混合される、
態様９から１１のいずれか一つに記載の方法。

態様１３
前記第一冷却流体と前記第二冷却流体は、第一冷却流体通路と第二冷却流体通路を通じて送られ、
前記第一冷却流体通路と前記第二冷却流体通路は離間している、
態様９から１２のいずれか一つに記載の方法。

本発明の範疇において、上記の説明に対して細かな変更がなされうる。明細書および図示された実施形態は、例示のみを目的としている。本発明の真の範囲および趣旨は、請求の範囲によって広い意味で示される。

Claims

ガス冷却器であって、
ガス入口とガス出口を有するガス通路と、
冷却流体通路と、
連通している第一冷却流体入口および第一冷却流体出口と、
連通している第二冷却流体入口および第二冷却流体出口と、
を備えており、
前記ガス冷却器は長さを有しており、
前記ガス通路と前記冷却流体通路は、前記長さに沿って熱交換関係にあり、
前記第二冷却流体入口は、前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口の間の第一位置において冷却流体をガス冷却器内に送るように構成されており、
前記第二冷却流体出口は、前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口の間の第二位置において前記冷却流体をガス冷却器外に送るように構成されており、
前記第一位置は、前記長さの方向について前記第二位置よりも前記第一冷却流体出口に近い、
ガス冷却器。
前記第一冷却流体入口、前記第二冷却流体入口、前記第一冷却流体出口、および前記第二冷却流体出口は、すべて前記冷却流体通路と連通している、
請求項１に記載のガス冷却器。
前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口は、第一冷却流体通路を形成しており、
前記第二冷却流体入口と前記第二冷却流体出口は、第二冷却流体通路を形成しており、
前記第一冷却流体通路と前記第二冷却流体通路は、分離している、
請求項１または２に記載のガス冷却器。
二酸化炭素を冷媒として使用するＨＶＡＣシステムであって、
コンプレッサと、
前記コンプレッサにより圧縮された二酸化炭素を受け入れるように構成されたガス冷却器と、
を備えており、
前記ガス冷却器は、
ガス入口とガス出口を有するガス通路と、
冷却流体通路と、
連通している第一冷却流体入口および第一冷却流体出口と、
連通している第二冷却流体入口および第二冷却流体出口と、
を備えており、
前記ガス冷却器は長さを有しており、
前記ガス通路と前記冷却流体通路は、前記長さに沿って熱交換関係にあり、
前記第二冷却流体入口は、前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口の間の第一位置において冷却流体をガス冷却器内に送るように構成されており、
前記第二冷却流体出口は、前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口の間の第二位置において前記冷却流体をガス冷却器外に送るように構成されており、
前記第一位置は、前記長さの方向について前記第二位置よりも前記第一冷却流体出口に近い、
ＨＶＡＣシステム。
前記第一冷却流体入口、前記第二冷却流体入口、前記第一冷却流体出口、および前記第二冷却流体出口は、すべて前記冷却流体通路と連通している、
請求項４に記載のＨＶＡＣシステム。
前記第一冷却流体入口と前記第一冷却流体出口は、第一冷却流体通路を形成しており、
前記第二冷却流体入口と前記第二冷却流体出口は、第二冷却流体通路を形成しており、
前記第一冷却流体通路と前記第二冷却流体通路は、分離している、
請求項４または５に記載のＨＶＡＣシステム。
前記第一冷却流体入口は、水道水を受け入れるように構成されている、
請求項４から６のいずれか一つに記載のＨＶＡＣシステム。
前記第二冷却流体入口は、暖房から冷却流体を受け入れるように構成されている、
請求項４から７のいずれか一つに記載のＨＶＡＣシステム。
ガス冷却器内の冷却流体を管理する方法であって、
圧縮されたガスを前記ガス冷却器のガス入口を通じてガス出口へ送り、
第一冷却流体を前記ガス冷却器の第一冷却流体入口へ送り、
第二冷却流体を前記ガス冷却器の第二冷却流体入口へ送り、
前記第一冷却流体入口は、前記ガス冷却器の長さ方向について前記第二冷却流体入口よりも前記ガス入口から離れている、
方法。
前記第一冷却流体を前記第一冷却流体出口から前記ガス冷却器の外へ送り、
前記第二冷却流体を前記第二冷却流体出口から前記ガス冷却器の外へ送る、
請求項９に記載の方法。
前記第一冷却流体と前記第二冷却流体は、同種の冷却流体である、
請求項９または１０に記載の方法。
前記第一冷却流体と前記第二冷却流体は、前記ガス冷却器内で混合される、
請求項９から１１のいずれか一つに記載の方法。
前記第一冷却流体と前記第二冷却流体は、第一冷却流体通路と第二冷却流体通路を通じて送られ、
前記第一冷却流体通路と前記第二冷却流体通路は離間している、
請求項９から１２のいずれか一つに記載の方法。