JP2021148354A - 冷凍装置及び液体温調システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍装置の機械的構成を過剰に高機能化及び重厚化することを回避した現実的な態様で冷凍性能を可及的に向上させる。【解決手段】本実施の形態による冷凍装置は、混合冷媒を圧縮する圧縮機２０と、混合冷媒の一部を凝縮させる第１凝縮器２１と、第１凝縮器２１を通過した混合冷媒を気相の第１流体部分と液相の第２流体部分とに分離する気液分離器２２と、気液分離器２２で分離された第１流体部分を凝縮させる第２凝縮器２３と、第２凝縮器２３を通過した第１流体部分を膨張させる第１膨張弁２４と、蒸発器２５と、を有する。第２凝縮器２３には気液分離器２２で分離された第２流体部分を供給する分岐流路１３が接続され、第２流体部分は分岐流路１３上の第２膨張弁３０を介して第２凝縮器２３に流入する。第１冷媒はＲ２３であり、第２冷媒はＲ１３４ａであり、Ｒ２３／Ｒ１３４ａの組成比を、質量％で、５０：５０〜６０：４０とする。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を備える冷凍装置に関し、詳しくは凝縮器で冷媒を液相部分と気相部分とに分離した後、液相部分を膨張させて気相部分を冷却液化し、膨張弁から蒸発器に流入させる冷凍装置、及びそれを備える液体温調システムに関する。

この種の冷凍装置は、沸点（蒸発温度）及び凝縮点（凝縮温度）が互いに異なる二種の冷媒を含む混合冷媒を循環させ、異なる冷媒間の沸点及び凝縮点の差を利用することで、一つの圧縮機で極低温の冷却を実現する（例えば特許文献１乃至３参照）。

上記一つの圧縮機を用いる冷凍装置は、圧縮機で圧縮した気相の混合冷媒の一部を凝縮器で凝縮した後、混合冷媒を気相のままの第１流体部分と凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに気液分離する。その後、液相の第２流体部分を膨張させて低温の気液混相の状態にし、次いで、気液混相となった第２流体部分で気相の第１流体部分を凝縮させる。そして、凝縮された第１流体部分を膨張させることで極低温の冷却を実現する。この冷凍装置は、使用する圧縮機が１つであるため、小型化の点で二元冷凍装置よりも有利である。

このような冷凍装置では、混合冷媒を気相の第１流体部分と液相の第２流体部分とに気液分離する際、混合冷媒に含まれる二種の冷媒のうちの低沸点の冷媒の全てが気相の第１流体部分となり、二種の冷媒のうちの高沸点の冷媒の全てが液相の第２流体部分となることが低温冷却の観点では理想的である。すなわち、混合冷媒が気相の低沸点の冷媒と液相の高沸点の冷媒とに完全に分離することが理想的である。なぜならば、気液分離後の気相の第１流体部分に低沸点の冷媒と高沸点の冷媒とが含まれる場合には、凝縮後に或る圧力まで膨張させた際の第１流体部分の温度が、低沸点の冷媒のみの液相を同じ圧力まで膨張させた場合の温度よりも下がらなくなるからである。

上記のような気液分離の問題に鑑み、本件出願人は特許文献３に開示される冷凍装置を提案している。この冷凍装置では、気相の低沸点の冷媒と液相の高沸点の冷媒とを効果的に分離することができる。

特開昭６２−７７５５２号公報 特開平８−６８５６７号公報 特開２０１９−２１１１１６号公報

上述したタイプの冷凍装置では気液分離が重要であり、先ず互いに分離し易い二種の冷媒の選定が重要となる。

また、混合冷媒における低沸点の冷媒と高沸点の冷媒との組成も重要となる。なぜならば、膨張弁通過後の冷媒の沸点、蒸発器で出力可能な冷凍能力は、低沸点の冷媒と高沸点の冷媒との組成に応じて変化するからである。より具体的に説明すると、膨張弁通過後の冷媒の沸点は冷媒中の低沸点の冷媒の量が多いほど下がる。そのため、冷却温度低下の観点では、循環させる冷媒中の低沸点の冷媒の割合を単純に増加させて、膨張弁通過後の冷媒中の低沸点の冷媒の量を増加させてもよい。しかしながら、この場合、高沸点の冷媒の量が減ることで凝縮器通過後の気相の低沸点の冷媒を十分に凝縮できなくなることがあり、蒸発器で得られる冷凍能力が予想よりも大きく低下する状況が生じ得る。したがって、組成比の検討は重要である。

また、冷凍装置では、圧縮機による圧縮性能や凝縮器の冷却性能を向上させることにより冷媒の凝縮を促進することができ、冷凍能力の向上を図れる。しかしながら、吐出圧の増加は、圧縮機の高コスト化のみならず配管等の高強度化が必要となる。その結果、現実的な冷凍装置の市場提供が困難となる状況が生じ得る。

また、現在一般に用いられている冷媒はＨＦＣ系が主流であるが、ＨＦＣ系冷媒は地球温暖化係数が大きいと言われている。そのため、今後の冷媒の開発は地球温暖化係数の抑制を考慮して行うことが望まれる。

本発明は上記実情を考慮してなされたものであり、凝縮後の冷媒を気相と液相に分離する冷凍装置であって、冷凍装置の機械的構成を過剰に高機能化及び重厚化にすることを回避した現実的な態様で冷凍性能を可及的に向上させることができる冷凍装置及び液体温調システムを提供することを目的とする。

本発明（１）にかかる冷凍装置は、以下である。
第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む気相の混合冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記混合冷媒を冷却し、前記混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器を通過した気液混相の前記混合冷媒を気相の第１流体部分と前記第１凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された前記第１流体部分を凝縮させるための第２凝縮器と、前記第２凝縮器を通過した前記第１流体部分を膨張させる第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張された前記第１流体部分を蒸発させて前記圧縮機に向けて流出させるための蒸発器と、を有する冷媒回路と、
前記気液分離器で分離された前記第２流体部分を前記第２凝縮器に供給するべく前記第２凝縮器に接続されるとともに、前記第２凝縮器から流出した前記第２流体部分を前記冷媒回路に戻すべく前記冷媒回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される分岐流路と、を備え、
前記分岐流路は、前記気液分離器で分離された前記第２流体部分を膨張させて前記第２凝縮器に向けて流出させる第２膨張弁を有し、前記第２凝縮器は、前記第２膨張弁により膨張された前記第２流体部分によって、前記気液分離器で分離された気相の前記第１流体部分を凝縮させるようになっており、
前記第１冷媒はＲ２３（トリフルオロメタン）であり、前記第２冷媒はＲ１３４ａ（テトラフロロエタン）であり、
前記混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１３４ａの組成比は、質量％で、５０：５０〜６５：３５である、冷凍装置。
（１）にかかる冷凍装置では、前記混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１３４ａの組成比が、質量％で、５８：４２〜６２：３８であることが好ましい。

（１）にかかる冷凍装置では、混合冷媒における第１冷媒としてＲ２３（トリフルオロメタン）を使用し、第２冷媒としてＲ１３４ａ（テトラフロロエタン）を使用する。高沸点の冷媒に対応するＲ１３４ａの凝縮温度は例えば１．７ＭＰａの圧力下で３７度程度であり、現実的な圧縮機性能で且つ環境温度で十分に凝縮し得る。また、低沸点の冷媒に対応するＲ２３の凝縮温度は例えば１．７ＭＰａの圧力下で−１８．５度程度であり、環境温度ではほぼ凝縮しない。一方で、Ｒ１３４ａの沸点（蒸発温度）は大気圧下で−２６度であり、気相のＲ２３を十分に凝縮し得る。そのため、Ｒ２３及びＲ１３４ａを用いた場合には、圧縮機及び凝縮器を過剰に高スペックにすることなく冷却動作を実施できる。
また、第１冷媒としてのＲ２３の化学式はＣＨＦ_３であり、極性が比較的小さく、第２冷媒としてのＲ１３４ａの化学式はＣＦ_３ＣＨ_２Ｆであり、極性が比較的大きい。そのため、Ｒ２３とＲ１３４ａとは互いに混ざり難いため、凝縮後の気液分離において第１流体部分中のＲ２３の比率及び第２流体部分中のＲ１３４ａの比率を高めることが可能となり、蒸発器での冷媒の沸点を効果的に下げることができるとともに冷凍能力を向上させることが可能となる。
また、混合冷媒中における低沸点の冷媒の比率の多さと得られる冷凍能力とは必ずしも相関しないという観点からＲ２３／Ｒ１３４ａを検証した結果、本件発明者は、混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１３４ａの組成比が、質量％で、５０：５０〜６０：４０、特に５８：４２〜６２：３８である場合に、良好な冷凍性能を得ることを見出した。
したがって、（１）にかかる冷凍装置によれば、冷凍装置の機械的構成を過剰に高機能化及び重厚化することを回避した現実的な態様で冷凍性能を可及的に向上させることができる。

本発明（２）にかかる冷凍装置は、以下である。
第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む気相の混合冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記混合冷媒を冷却し、前記混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器を通過した気液混相の前記混合冷媒を気相の第１流体部分と前記第１凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された前記第１流体部分を凝縮させるための第２凝縮器と、前記第２凝縮器を通過した前記第１流体部分を膨張させる第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張された前記第１流体部分を蒸発させて前記圧縮機に向けて流出させるための蒸発器と、を有する冷媒回路と、
前記気液分離器で分離された前記第２流体部分を前記第２凝縮器に供給するべく前記第２凝縮器に接続されるとともに、前記第２凝縮器から流出した前記第２流体部分を前記冷媒回路に戻すべく前記冷媒回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される分岐流路と、を備え、
前記分岐流路は、前記気液分離器で分離された前記第２流体部分を膨張させて前記第２凝縮器に向けて流出させる第２膨張弁を有し、前記第２凝縮器は、前記第２膨張弁により膨張された前記第２流体部分によって、前記気液分離器で分離された気相の前記第１流体部分を凝縮させるようになっており、
前記第１冷媒はＲ２３（トリフルオロメタン）であり、前記第２冷媒はＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）あり、
前記混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成比は、質量％で、４７．５：５２．５〜６０：４０である、冷凍装置。
（２）にかかる冷凍装置では、前記混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成比が、質量％で、４９：５１〜５１：４９であることが好ましい。

（２）にかかる冷凍装置では、混合冷媒における第１冷媒としてＲ２３（トリフルオロメタン）を使用し、第２冷媒としてＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）を使用する。Ｒ１２３４ｙｆの大気圧下の沸点は−３０度程度であり、Ｒ１３４ａ（沸点−２６度程度）と近い性質を有し、Ｒ１２３４ｙｆは標準的な圧縮をなされることにより環境温度で十分に凝縮し得る。そのため、Ｒ２３及びＲ１２３４ｙｆを用いた場合には、圧縮機及び凝縮器を過剰に高スペックにすることなく冷却動作を実施できる。
また、第１冷媒としてのＲ２３の化学式はＣＨＦ_３であり、極性が比較的小さく、第２冷媒としてのＲ１２３４ｙｆの化学式はＣＦ_３ＣＦＨ＝ＣＨ_２であり、極性が比較的大きい。そのため、Ｒ２３とＲ１２３４ｙｆとは互いに混ざり難いため、凝縮後の気液分離において第１流体部分中のＲ２３の比率及び第２流体部分中のＲ１２３４ｙｆの比率を高めることが可能となり、蒸発器での冷媒の沸点を効果的に下げることができるとともに冷凍能力を向上させることが可能となる。
また、混合冷媒中における低沸点の冷媒の比率の多さと得られる冷凍能力とは必ずしも相関しないという観点からＲ２３／Ｒ１２３４ｙｆを検証した結果、本件発明者は、混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成比が、質量％で、４７．５：５２．５〜６０：４０、特に４９：５１〜５１：４９である場合に、良好な冷凍性能を得ることを見出した。
また、Ｒ１２３４ｙｆは地球温暖化係数が１未満である。
したがって、（２）にかかる冷凍装置によれば、冷凍装置の機械的構成を過剰に高機能化及び重厚化することを回避した現実的な態様で冷凍性能を可及的に向上させることができる。さらに、環境に優しい冷凍装置を提供できる。

本発明（３）にかかる冷凍装置は、以下である。
第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む気相の混合冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記混合冷媒を冷却し、前記混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器を通過した気液混相の前記混合冷媒を気相の第１流体部分と前記第１凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された前記第１流体部分を凝縮させるための第２凝縮器と、前記第２凝縮器を通過した前記第１流体部分を膨張させる第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張された前記第１流体部分を蒸発させて前記圧縮機に向けて流出させるための蒸発器と、を有する冷媒回路と、
前記気液分離器で分離された前記第２流体部分を前記第２凝縮器に供給するべく前記第２凝縮器に接続されるとともに、前記第２凝縮器から流出した前記第２流体部分を前記冷媒回路に戻すべく前記冷媒回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される分岐流路と、を備え、
前記分岐流路は、前記気液分離器で分離された前記第２流体部分を膨張させて前記第２凝縮器に向けて流出させる第２膨張弁を有し、前記第２凝縮器は、前記第２膨張弁により膨張された前記第２流体部分によって、前記気液分離器で分離された気相の前記第１流体部分を凝縮させるようになっており、
前記第１冷媒はＲ１１３２ａ（1,1-ジフルオロエチレン）であり、前記第２冷媒はＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）であり、
前記混合冷媒におけるＲ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成比が、質量％で、５０：５０〜６０：４０である、冷凍装置。
（３）にかかる冷凍装置では、前記混合冷媒におけるＲ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成比は、質量％で、５２．５：５７．５〜５７．５：５２．５であることが好ましい。

（３）にかかる冷凍装置では、混合冷媒における第１冷媒としてＲ１１３２ａ（1,1-ジフルオロエチレン）を使用し、第２冷媒としてＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）を使用する。Ｒ１１３２ａの大気圧下の沸点は−８３度程度であり、Ｒ２３と近い性質を有し、標準的な圧縮をなされる気相のＲ１１３２ａは、大気圧下の沸点が−３０度程度のＲ１２３４ｙｆにより十分に凝縮し得る。またＲ１２３４ｙｆはＲ１３４ａと近い性質を有し、標準的な圧縮をなされることにより環境温度で十分に凝縮し得る。そのため、Ｒ１１３２ａ及びＲ１２３４ｙｆを用いた場合には、圧縮機及び凝縮器を過剰に高スペックにすることなく冷却動作を実施できる。
また、第１冷媒としてのＲ１１３２ａの化学式はＣＨ_２＝ＣＦ_２であり、極性が比較的小さく、第２冷媒としてのＲ１２３４ｙｆの化学式はＣＦ_３ＣＦＨ＝ＣＨ_２であり、極性が比較的大きい。そのため、Ｒ１１３２ａとＲ１２３４ｙｆとは互いに混ざり難いため、凝縮後の気液分離において第１流体部分中のＲ１１３２ａの比率及び第２流体部分中のＲ１２３４ｙｆの比率を高めることが可能となり、蒸発器での冷媒の沸点を効果的に下げることができるとともに冷凍能力を向上させることが可能となる。
また、混合冷媒中における低沸点の冷媒の比率の多さと得られる冷凍能力とは必ずしも相関しないという観点からＲ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆを検証した結果、本件発明者は、混合冷媒におけるＲ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成比が、質量％で、５０：５０〜６０：４０、特に５２．５：５７．５〜５７．５：５２．５である場合に、良好な冷凍性能を得ることを見出した。
また、Ｒ１１３２ａ及びＲ１２３４ｙｆはともに地球温暖化係数が１未満である。
したがって、（３）にかかる冷凍装置によれば、冷凍装置の機械的構成を過剰に高機能化及び重厚化することを回避した現実的な態様で冷凍性能を可及的に向上させることができる。さらに、環境に優しい冷凍装置を提供できる。

本発明（４）にかかる冷凍装置は、以下である。
第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む気相の混合冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記混合冷媒を冷却し、前記混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器を通過した気液混相の前記混合冷媒を気相の第１流体部分と前記第１凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに分離する第１気液分離器と、前記第１気液分離器で分離された前記第１流体部分の一部を凝縮させるための第２凝縮器と、前記第２凝縮器を通過した気液混相の前記第１流体部分を気相の第３流体部分と前記第２凝縮器によって凝縮された液相の第４流体部分とに分離する第２気液分離器と、前記第２気液分離器で分離された前記第３流体部分を凝縮させるための第３凝縮器と、前記第３凝縮器で凝縮された前記第３流体部分を膨張させる第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張された前記第３流体部分を蒸発させて前記圧縮機に向けて流出させるための蒸発器と、を有する冷媒回路と、
前記第１気液分離器で分離された前記第２流体部分を前記第２凝縮器に供給するべく前記第２凝縮器に接続されるとともに、前記第２凝縮器から流出した前記第２流体部分を前記冷媒回路に戻すべく前記冷媒回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される第１分岐流路と、
を備え、
前記第１分岐流路は、前記第１気液分離器で分離された前記第２流体部分を膨張させて前記第２凝縮器に向けて流出させる第２膨張弁を有し、前記第２凝縮器は、前記第２膨張弁により膨張された前記第２流体部分によって、前記第１気液分離器で分離された気相の前記第１流体部分を凝縮させるようになっており、
前記第１冷媒はＲ２３（トリフルオロメタン）であり、前記第２冷媒はＲ１３４ａ（テトラフロロエタン）であり、
前記混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１３４ａの組成は、質量％で、５０：５０〜６５：３５である、冷凍装置。

（４）にかかる冷凍装置では、第２凝縮器及び第３凝縮器により低沸点の冷媒に対応するＲ２３がリッチな冷媒を段階的に凝縮させることで、蒸発器に流入する低沸点の冷媒の濃度を高めることができる。したがって、（１）にかかる冷凍装置と同様の効果を得つつ、冷凍性能向上の点でより有利となる。

本発明（５）にかかる冷凍装置は、以下である。
第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む気相の混合冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記混合冷媒を冷却し、前記混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器を通過した気液混相の前記混合冷媒を気相の第１流体部分と前記第１凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに分離する第１気液分離器と、前記第１気液分離器で分離された前記第１流体部分の一部を凝縮させるための第２凝縮器と、前記第２凝縮器を通過した気液混相の前記第１流体部分を気相の第３流体部分と前記第２凝縮器によって凝縮された液相の第４流体部分とに分離する第２気液分離器と、前記第２気液分離器で分離された前記第３流体部分を凝縮させるための第３凝縮器と、前記第３凝縮器で凝縮された前記第３流体部分を膨張させる第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張された前記第３流体部分を蒸発させて前記圧縮機に向けて流出させるための蒸発器と、を有する冷媒回路と、
前記第１気液分離器で分離された前記第２流体部分を前記第２凝縮器に供給するべく前記第２凝縮器に接続されるとともに、前記第２凝縮器から流出した前記第２流体部分を前記冷媒回路に戻すべく前記冷媒回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される第１分岐流路と、
を備え、
前記第１分岐流路は、前記第１気液分離器で分離された前記第２流体部分を膨張させて前記第２凝縮器に向けて流出させる第２膨張弁を有し、前記第２凝縮器は、前記第２膨張弁により膨張された前記第２流体部分によって、前記第１気液分離器で分離された気相の前記第１流体部分を凝縮させるようになっており、
前記第１冷媒はＲ２３（トリフルオロメタン）であり、前記第２冷媒はＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）であり、
前記混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成は、質量％で、４７．５：５２．５〜６０：４０である、冷凍装置。

（５）にかかる冷凍装置では、第２凝縮器及び第３凝縮器により低沸点の冷媒に対応するＲ２３がリッチな冷媒を段階的に凝縮させることで、蒸発器に流入する低沸点の冷媒の濃度を高めることができる。したがって、（２）にかかる冷凍装置と同様の効果を得つつ、冷凍性能向上の点でより有利となる。

本発明（６）にかかる冷凍装置は、以下である。
第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む気相の混合冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記混合冷媒を冷却し、前記混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器を通過した気液混相の前記混合冷媒を気相の第１流体部分と前記第１凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに分離する第１気液分離器と、前記第１気液分離器で分離された前記第１流体部分の一部を凝縮させるための第２凝縮器と、前記第２凝縮器を通過した気液混相の前記第１流体部分を気相の第３流体部分と前記第２凝縮器によって凝縮された液相の第４流体部分とに分離する第２気液分離器と、前記第２気液分離器で分離された前記第３流体部分を凝縮させるための第３凝縮器と、前記第３凝縮器で凝縮された前記第３流体部分を膨張させる第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張された前記第３流体部分を蒸発させて前記圧縮機に向けて流出させるための蒸発器と、を有する冷媒回路と、
前記第１気液分離器で分離された前記第２流体部分を前記第２凝縮器に供給するべく前記第２凝縮器に接続されるとともに、前記第２凝縮器から流出した前記第２流体部分を前記冷媒回路に戻すべく前記冷媒回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される第１分岐流路と、
を備え、
前記第１分岐流路は、前記第１気液分離器で分離された前記第２流体部分を膨張させて前記第２凝縮器に向けて流出させる第２膨張弁を有し、前記第２凝縮器は、前記第２膨張弁により膨張された前記第２流体部分によって、前記第１気液分離器で分離された気相の前記第１流体部分を凝縮させるようになっており、
前記第１冷媒はＲ１１３２ａ（1,1-ジフルオロエチレン）であり、前記第２冷媒はＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）であり、
前記混合冷媒におけるＲ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成は、質量％で、５０：５０〜６０：４０である、冷凍装置。

（６）にかかる冷凍装置では、第２凝縮器及び第３凝縮器により低沸点の冷媒に対応するＲ１１３２ａがリッチな冷媒を段階的に凝縮させることで、蒸発器に流入する低沸点の冷媒の濃度を高めることができる。したがって、（３）にかかる冷凍装置と同様の効果を得つつ、冷凍性能向上の点でより有利となる。

また、本発明にかかる液体温調システムは、上記のいずれかに記載の冷凍装置と、前記冷凍装置によって冷却される液体を通流させる液体供給回路と、を備える。

本発明によれば、凝縮後の冷媒を気相と液相に分離する冷凍装置であって、冷凍装置の機械的構成を過剰に高機能化及び重厚化することを回避した現実的な態様で冷凍性能を可及的に向上させることができる冷凍装置及びそれを備える液体温調システムを提供できる。

本発明の第１の実施の形態にかかる冷凍装置を備える液体温調システムの概略図である。 図１に示す冷凍装置でＲ２３及びＲ１３４ａからなる混合冷媒を使用したときの、Ｒ２３／Ｒ１３４ａの組成比と冷却温度の遷移との関係を示すグラフを示す図である。 図１に示す冷凍装置でＲ２３及びＲ１２３４ｙｆからなる混合冷媒を使用したときの、Ｒ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成比と冷却温度の遷移との関係を示すグラフを示す図である。 図１に示す冷凍装置でＲ１１３２ａ及びＲ１２３４ｙｆからなる混合冷媒を使用したときの、Ｒ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成比と冷却温度の遷移との関係を示すグラフを示す図である。 図２〜図４で示した各混合冷媒中の物質の組成比と或る時点での冷却温度との関係をまとめたグラフを示す図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる冷凍装置を備える液体温調システムの概略図である。

以下、本発明の各実施の形態について説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態にかかる液体温調システム１の概略図である。図１に示される本実施の形態にかかる液体温調システム１は、冷凍装置１０Ａと、液体供給回路１００と、制御部２００と、を備えている。

冷凍装置１０Ａはヒートポンプ式の冷凍装置であり、液体供給回路１００が循環させるブライン等の液体を冷却するために設けられている。液体供給回路１００は、ポンプ１１１の駆動によって液体を通流させ、冷凍装置１０Ａによって冷却された液体を加熱器１１２によって加熱した後、温度制御対象である負荷１５０に供給する。液体供給回路１００では、負荷１５０を通過した液体がポンプ１１１に戻り、冷凍装置１０Ａ及び加熱器１１２により冷却及び／又は加熱された後、負荷１５０に再度供給されるようになっている。

冷凍装置１０Ａは、ループ状に形成される冷媒回路１２と、冷媒回路１２から分岐し冷媒回路１２に再度接続される分岐流路１３と、を備えている。

冷媒回路１２は、第１冷媒と第１冷媒よりも沸点（蒸発温度）及び凝縮点（凝縮温度）が高い第２冷媒とを含む混合冷媒を圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０で圧縮された混合冷媒を冷却し、混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器２１と、第１凝縮器２１を通過した気液混相の混合冷媒を気相の第１流体部分（Ｉ）と第１凝縮器２１によって凝縮された液相の第２流体部分（ＩＩ）とに分離する気液分離器２２と、気液分離器２２で分離された第１流体部分（Ｉ）を凝縮させるための第２凝縮器２３と、第２凝縮器２３で凝縮された第１流体部分（Ｉ）を膨張させる第１膨張弁２４と、第１膨張弁２４で膨張された第１冷媒を蒸発させて圧縮機２０に向けて流出させるための蒸発器２５と、を有している。なお厳密に説明すると、冷媒回路１２は上記の各構成部材を配管によりループ状に接続することでなる。

圧縮機２０は、蒸発器２５から流出する気化状態の低圧の混合冷媒を圧縮し、高温且つ高圧の気化冷媒として吐出する。圧縮機２０は一例としてスクロール型圧縮機であるが、他の形式の圧縮機が用いられてもよい。

本実施の形態では、混合冷媒として、以下のいずれかが用いられる。
・第１冷媒としてのＲ２３（トリフルオロメタン）と第２冷媒としてのＲ１３４ａ（テトラフロロエタン）とからなるもの。
・第１冷媒としてのＲ２３（トリフルオロメタン）と第２冷媒としてのＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）とからなるもの。
・第１冷媒としてのＲ１１３２ａ（1,1-ジフルオロエチレン）と第２冷媒としてのＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）とからなるもの。

冷凍装置１０Ａは、混合冷媒が蒸発器２５に流入する前までに気液分離によって第１冷媒と第２冷媒とを極力分離し、第１冷媒の比率が高い混合冷媒を蒸発器２５に流入させる構成になっている。ここで冷凍性能の向上の観点では、理想的には、混合冷媒が蒸発器２５に流入する前までに第１冷媒と第２冷媒とが完全に分離することが望ましい。上述した各混合冷媒の組成は、このような要望を満たすべく第１冷媒と第２冷媒との凝縮温度差を大きく確保できるという観点、第１冷媒と第２冷媒とが分離し易い関係となるという観点等から選択されている。

Ｒ２３とＲ１３４ａとからなる混合冷媒を用いる場合、Ｒ２３／Ｒ１３４ａの組成比を、質量％で、５０：５０〜６５：３５、好ましくは５８：４２〜６２：３８とする。Ｒ２３とＲ１２３４ｙｆとからなる混合冷媒を用いる場合には、Ｒ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成比を、質量％で、４７．５：５２．５〜６０：４０、好ましくは４９：５１〜５１：４９とする。Ｒ１１３２ａとＲ１２３４ｙｆとからなる混合冷媒を用いる場合には、Ｒ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成比を、質量％で、５０：５０〜６０：４０、好ましくは５２．５：５７．５か〜５７．５：５２．５とする。
以上の組成比とすることで冷却性能を向上させることが可能となる。

なお、上述した各混合冷媒においては、第２冷媒としてＲ１３４ａ又はＲ１２３４ｙｆが用いられるが、代替的にＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｚ）、Ｒ１２３３ｙｄ（Ｅ）、Ｒ１２２４ｙｄ（Ｚ）が用いられてもよい。これらは地球温暖化係数が低いというメリットがある。一方で凝縮温度が高くなる傾向があり、高スペックの凝縮器及び圧縮機が必要となる可能性がある。

第１凝縮器２１は、混合冷媒を通流させる凝縮器本体２１Ａと、凝縮器本体２１Ａを通流する混合冷媒を冷却する冷却部としての複数のファン２１Ｂとを有する。本実施の形態においては、ファン２１Ｂの風量が制御部２００によって制御されるようになっている。なお、ファン２１Ｂに代えて、より高い冷却量（冷凍能力）を確保できる例えばブライン回路等が冷却部として用いられてもよい。

気液分離器２２は、流入ポート２２Ａから受け入れた第１凝縮器２１からの混合冷媒を気液分離し、気体流出ポート２２Ｂから気相の第１流体部分（Ｉ）を吐出するとともに、液体流出ポート２２Ｃから液相の第２流体部分（ＩＩ）を吐出するようになっている。

第２凝縮器２３は気体流出ポート２２Ｂから吐出された気相の第１流体部分（Ｉ）を凝縮させるために設けられ、その内部に第１流体部分（Ｉ）を通流させるとともに、気液分離器２２で分離された液相の第２流体部分（ＩＩ）を通流させるようになっている。第２凝縮器２３は、第１流体部分（Ｉ）と第２流体部分（ＩＩ）とを熱交換させることで、第２流体部分（ＩＩ）により第１流体部分（Ｉ）を凝縮させるように構成されている。ここで、第２流体部分（ＩＩ）は上述した分岐流路１３を介して第２凝縮器２３へ流入することになるが、これについての詳細は後述するものとする。

第１膨張弁２４は、第２凝縮器２３で凝縮された第１流体部分（Ｉ）を膨張させて、気液混合状態に変化させるために設けられている。本実施の形態における第１膨張弁２４は電子膨張弁であり、その開度を制御部２００によって調節されるようになっている。

蒸発器２５は、その内部に液体供給回路１００の冷媒を通流させるべく液体供給回路１００に接続されるとともに、その内部に第１膨張弁２４から流出した第１流体部分（Ｉ）を通流させ、第１流体部分（Ｉ）と液体供給回路１００の液体とを熱交換させることで、液体供給回路１００の液体を冷却するとともに第１流体部分（Ｉ）を蒸発させるようになっている。本実施の形態では、蒸発器２５もプレート式熱交換器により構成されるが、シェルアンドチューブ式熱交換器等で構成されてもよい。また本実施の形態では、冷凍装置１０Ａによって液体供給回路１００の液体を冷却するため、蒸発器２５として異なる２種の流体を通流可能な形式の熱交換器が採用されるが、冷凍装置１０Ａによって外気を冷却する際には、蒸発器２５はフィンチューブ式熱交換器等であってもよい。

また本実施の形態における冷凍回路１１には、蒸発器２５の下流側で且つ圧縮機２０の上流側にアキュムレータ２６がさらに設けられている。アキュムレータ２６は、混合冷媒に液相部分が含まれた場合に、これを分離して圧縮機２０への液バックを抑制する。

次いで分岐流路１３について説明すると、分岐流路１３は、気液分離器２２の液体流出ポート２２Ｃから延び、第２凝縮器２３に接続された後、冷媒回路１２の蒸発器２５の下流側で且つ圧縮機２０の上流側の部分に接続される。分岐流路１３は、気液分離器２２の液体流出ポート２２Ｃに接続される流入側端部１３Ａと、冷媒回路１２における蒸発器２５の下流側で且つ圧縮機２０の上流側の部分に接続される流出側端部１３Ｂとを有し、流出側端部１３Ｂをアキュムレータ２６の上流側に接続している。

分岐流路１３には、気液分離器２２が分離させた液相の第２流体部分（ＩＩ）を膨張させて第２凝縮器２３に向けて流出させる第２膨張弁３０が設けられ、第２膨張弁３０は、液相の第２流体部分（ＩＩ）を膨張させて低圧且つ低温の気液混合状態にして第２凝縮器２３に供給する。これにより第２凝縮器２３は、第２流体部分（ＩＩ）によって第１流体部分（Ｉ）を凝縮させることが可能となる。本実施の形態における第２膨張弁３０は電子膨張弁であり、その開度を制御部２００によって調節されるようになっている。

また本実施の形態における冷媒回路１２には、蒸発器２５の下流側で且つ分岐流路１３の流出側端部１３Ｂとの接続位置の上流側の部分を通流する第１冷媒の圧力を検出する蒸発制御用圧力センサ４１が設けられている。さらに冷媒回路１２には、圧縮機２０の下流側で且つ第１凝縮器２１の上流側を通流する混合冷媒の温度を検出する圧縮冷媒温度センサ４２が設けられている。

また分岐流路１３には、気液分離器２２と第２膨張弁３０との間の部分を通流する第２流体部分（ＩＩ）の圧力を検出する凝縮制御用圧力センサ４３が設けられるとともに、第２凝縮器２３から流出した第２流体部分（ＩＩ）の温度を検出する蒸発制御用温度センサ４４が設けられている。上述の各センサ４１〜４４は、制御部２００に電気的に接続され、制御部２００に検出結果を出力するようになっている。

次いで制御部２００について説明すると、本実施の形態における制御部２００は、上述した各センサ４１〜４４に電気的に接続される一方で、第１膨張弁２４、第２膨張弁３０及び、ファン２１Ｂに電気的に接続されている。

制御部２００は、例えば蒸発制御用圧力センサ４１で検出される第１流体部分（Ｉ）の圧力が予め設定された目標蒸発圧力となるように第１膨張弁２４の開度を制御することができる。また制御部２００は、蒸発制御用温度センサ４４で検出される第２流体部分（ＩＩ）の温度が予め設定された目標蒸発温度となるように第２膨張弁３０の開度を制御することもできる。また制御部２００は、凝縮制御用圧力センサ４３で検出される第２冷媒部分（ＩＩ）の圧力が予め設定された目標凝縮圧力となるようにファン２１Ｂの冷却量（風量）を制御することもできる。

以上に説明した液体温調システム１では、冷凍装置１０Ａにおいて圧縮機２０が気相の混合冷媒を圧縮して第１凝縮器２１に送り、第１凝縮器２１が混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させて気液混相の混合冷媒を気液分離器２２に送る。その後、気液分離器２２が、第１凝縮器２１を通過した気液混相の混合冷媒を気相の第１流体部分（Ｉ）と第１凝縮器２１によって凝縮された液相の第２流体部分（ＩＩ）とに分離する。

その後、気液分離器２２で分離された第１流体部分（Ｉ）は気相のまま第２凝縮器２３に送られ、第２流体部分（ＩＩ）は分岐流路１３において第２膨張弁３０で膨張された後、第２凝縮器２３に送られる。ここで、第２凝縮器２３は、膨張により低温となった第２流体部分（ＩＩ）によって第１流体部分（Ｉ）を凝縮させる。その後、第２凝縮器２３を通過した第１流体部分（Ｉ）は第１膨張弁２４で膨張された後、蒸発器２５に流入する。この際、蒸発器２５に流入する第１流体部分（Ｉ）では第１冷媒の濃度が高い状態となっており、これにより蒸発器２５では第１流体部分（Ｉ）の温度を十分に低下させ高い冷凍能力を出力することが可能となる。

以下においては、上述した各混合冷媒（Ｒ２３／Ｒ１３４ａ、Ｒ２３／Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆ）の組成比と冷却温度との関係を説明する。

図２は、Ｒ２３及びＲ１３４ａからなる混合冷媒を使用したときの、Ｒ２３／Ｒ１３４ａの組成比と冷却温度の遷移との関係を示すグラフを示している。図３は、Ｒ２３及びＲ１２３４ｙｆからなる混合冷媒を使用したときの、Ｒ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成比と冷却温度の遷移との関係を示すグラフを示している。図４は、Ｒ１１３２ａ及びＲ１２３４ｙｆからなる混合冷媒を使用したときの、Ｒ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成比と冷却温度の遷移との関係を示すグラフを示している。また図５は、図２〜図４で示した各混合冷媒中の物質の組成比と或る時点での冷却温度との関係をまとめたグラフを示している。

図２、図５で示す検証結果で示されるように、Ｒ２３とＲ１３４ａとからなる混合冷媒を用いる場合、Ｒ２３／Ｒ１３４ａの組成比が６０：４０のときに、蒸発器２５で冷却される液体の温度が例えば−６０度に最も早く到達し、他の組成比に比べて低温になる。またＲ２３／Ｒ１３４ａの組成比が、５０：５０〜６５：３５であれば、比較的早い時間内に極低温まで到達していると言える。
したがって、本実施の形態では、Ｒ２３とＲ１３４ａとからなる混合冷媒を用いる場合には、Ｒ２３／Ｒ１３４ａの組成比を、質量％で、５０：５０〜６５：３５、好ましくは５８：４２〜６２：３８とし、より好ましくは６０：４０にする。これにより、冷却性能を可及的に向上できる。

また、図３、図５で示す検証結果で示されるように、Ｒ２３とＲ１２３４ｙｆとからなる混合冷媒を用いる場合には、Ｒ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成比が５０：５０のときに、蒸発器２５で冷却される液体の温度が例えば−６０度に最も早く到達し、他の組成比に比べて低温になる。またＲ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成比が、４７．５：５２．５〜６０：４０であれば、比較的早い時間内に極低温まで到達していると言える。
したがって、本実施の形態では、Ｒ２３とＲ１２３４ｙｆとからなる混合冷媒を用いる場合には、Ｒ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成比を、質量％で、４７．５：５２．５〜６０：４０、好ましくは４９：５１〜５１：４９とし、より好ましくは５０：５０とする。これにより、冷却性能を可及的に向上できる。

また、図４、図５で示す検証結果で示されるように、Ｒ１１３２ａとＲ１２３４ｙｆとからなる混合冷媒を用いる場合には、Ｒ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成比が５５：４５のときに、蒸発器２５で冷却される液体の温度が例えば−６０度に最も早く到達し、他の組成比に比べて低温になる。またＲ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成比が、５０：５０〜６０：４０であれば、比較的早い時間内に極低温まで到達していると言える。
したがって、本実施の形態では、Ｒ１１３２ａとＲ１２３４ｙｆとからなる混合冷媒を用いる場合には、Ｒ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成比を、質量％で、５０：５０〜６０：４０、好ましくは５２．５：５７．５〜５７．５：５２．５。より好ましくは５５：４５とする。これにより、冷却性能を可及的に向上できる。

なお、各混合冷媒（Ｒ２３／Ｒ１３４ａ、Ｒ２３／Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆ）ではＲ２３とＲ１１３２ａとが似た性質を有し、Ｒ１３４ａとＲ１２３４ｙｆとが似た性質を有するが、冷凍性能を特に向上できる組成比の値がズレている。これは、例えば沸点・凝縮点の違いに起因しているものと考えられる。すなわち、Ｒ１２３４ｙｆの沸点はＲ１３４ａよりも低い、そのため低沸点冷媒としてＲ２３が共通する場合、Ｒ１２３４ｙｆの量はＲ１３４ａの量よりも少なくてもよく、その結果、Ｒ２３／Ｒ１３４ａとＲ２３／Ｒ１２３４ｙｆとの間の冷凍性能を特に向上できる組成比がズレていると推認される。一方、Ｒ２３の沸点はＲ１１３２ａの沸点よりもわずかに高く、Ｒ１１３２ａはＲ２３よりもわずかに凝縮し難い。そのため、Ｒ２３／Ｒ１２３４ｙｆとＲ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆとの間の冷凍性能を特に向上できる組成比がズレていると推認される。

以上に説明した本実施の形態では、冷却性能の向上の観点で上述の各混合冷媒の組合せ及び組成比を所定条件に設定する。また、各混合冷媒中の第１冷媒及び第２冷媒は標準的な圧縮をなされることにより十分に凝縮する組合せになっている。そのため、冷凍装置１０Ａは、圧縮機及び凝縮器を過剰に高スペックにすることなく冷却動作を実施できる。したがって、本実施の形態によれば、冷凍装置１０Ａの機械的構成を過剰に高機能化及び重厚化することを回避した現実的な態様で冷凍性能を可及的に向上させることができる。

＜第２の実施の形態＞
図６は、第２の実施の形態にかかる液体温調システム２の概略図である。図１に示される本実施の形態にかかる液体温調システム２は、冷凍装置１０Ｂと、液体供給回路１００と、制御部２００と、を備えている。本実施の形態では冷凍装置１０Ｂの構成が第１の実施の形態にかかる冷凍装置１０Ａの構成と異なり、他の構成は同じである。以下の説明では、本実施の形態における構成部分のうち第１の実施の形態と同じものには同一の符号を付し説明を適宜省略し、主として冷凍装置１０Ｂについて相違点を強調して説明する。

冷凍装置１０Ｂは、ループ状に形成される冷媒回路１２と、冷媒回路１２から分岐し冷媒回路１２に再度接続される第１分岐流路１３１及び第２分岐流路１３２と、を備えている。

冷媒回路１２は、第１の実施の形態で説明した混合冷媒と同様に第１冷媒及び第２冷媒を含む混合冷媒を圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０で圧縮された混合冷媒を冷却し、混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器２１と、第１凝縮器２１を通過した気液混相の混合冷媒を気相の第１流体部分（Ｉ）と第１凝縮器２１によって凝縮された液相の第２流体部分（ＩＩ）とに気液分離する気液分離器２２（以下、この実施の形態では「第１気液分離器２２」と呼ぶ。）と、第１気液分離器２２で分離された第１流体部分（Ｉ）の一部を凝縮させるための第２凝縮器２３と、第２凝縮器２３を通過した気液混相の第１流体部分（Ｉ）を気相の第３流体部分（ＩＩＩ）と第２凝縮器２３によって凝縮された液相の第４流体部分（ＩＶ）とに分離する第２気液分離器３４と、第２気液分離器３４で分離された第３流体部分（ＩＩＩ）を凝縮させるための第３凝縮器３５と、第３凝縮器３５で凝縮された第３流体部分（ＩＩＩ）を膨張させる第１膨張弁２４と、第１膨張弁２４で膨張された第３流体部分（ＩＩＩ）を蒸発させて圧縮機２０に向けて流出させるための蒸発器２５と、を有している。

つまり、本実施の形態にかかる冷凍装置１０Ｂは、冷媒回路１２における第２凝縮器２３と第１膨張弁２４との間に第２気液分離器３４及び第３凝縮器３５を有する点で第１の実施の形態と相違する。また、本実施の形態では第２凝縮器２３が第２流体部分（ＩＩ）により液相の第１流体部分（Ｉ）の「一部」を凝縮させる。この点も、第１の実施の形態との相違点である。詳しくは、本実施の形態における第２凝縮器２３は主として第１流体部分（Ｉ）に含まれる第２冷媒を凝縮させ、第１流体部分（Ｉ）に含まれる第１冷媒の凝縮を極力抑制するように構成される。このような凝縮を実施するためには、第２膨張弁３０によって、第２流体部分（ＩＩ）の膨張後の圧力及び／又は第２凝縮器２３への混合冷媒の流入量を調節することで、第２凝縮器２３の冷凍能力を調節すればよい。

第２凝縮器２３を通過し一部を凝縮された第１流体部分（Ｉ）は第２気液分離器３４に流入する。第２気液分離器３４は、第２凝縮器２３からの気液混相の混合冷媒を流入ポート３４Ａから受け入れ、その後、上述したように第３流体部分（ＩＩＩ）と第４流体部分（ＩＶ）とに気液分離するようになっている。その後、第２気液分離器３４は、気体流出ポート３４Ｂから気相の第３流体部分（ＩＩＩ）を吐出するとともに、液体流出ポート３４Ｃから液相の第４流体部分（ＩＶ）を吐出する。

第３凝縮器３５は上述の第２気液分離器３４の気体流出ポート３４Ｂから吐出された第３流体部分（ＩＩＩ）を凝縮させるために設けられ、その内部に第３流体部分（ＩＩＩ）を通流させるとともに、第３流体部分（ＩＩＩ）の冷却のために第２流体部分（ＩＩ）を通流させるようになっている。すなわち、第３凝縮器３５は、第３流体部分（ＩＩＩ）と第２流体部分（ＩＩ）とを熱交換させることで第３流体部分（ＩＩＩ）を理想的には全て凝縮させるように構成されている。ここで、第２流体部分（ＩＩ）は、上述した第２分岐流路１３２を介して第３凝縮器３５へ流入することになる。

次いで第１分岐流路１３１及び第２分岐流路１３２について説明する。第１分岐流路１３１は、第１の実施の形態で説明した分岐流路１３と同様に、第１気液分離器２２で分離された第２流体部分（ＩＩ）を第２凝縮器２３に供給するべく第２凝縮器２３に接続されるとともに、第２凝縮器２３から流出した第２流体部分（ＩＩ）を冷媒回路１２に戻すようになっている。具体的に第１分岐流路１３１は、第１気液分離器２２の液体流出ポート２２Ｃから延び、第２凝縮器２３に接続された後、冷媒回路１２の蒸発器２５の下流側で且つ圧縮機２０の上流側の部分に接続される。第１分岐流路１３１は、第１気液分離器２２の液体流出ポート２２Ｃに接続される流入側端部１３１Ａと、冷媒回路１２における蒸発器２５の下流側で且つ圧縮機２０の上流側の部分に接続される流出側端部１３１Ｂとを有し、流出側端部１３１Ｂをアキュムレータ２６の上流側に接続している。また第１分岐流路１３１には、第１の実施の形態と同様に第１気液分離器２２で分離された液相の第２流体部分（ＩＩ）を膨張させて第２凝縮器２３に向けて流出させる第２膨張弁３０が設けられている。

一方で、第２分岐流路１３２は第１気液分離器２２で分離された第２流体部分（ＩＩ）を第３凝縮器３５に供給するべく第３凝縮器３５に接続されるとともに、第３凝縮器３５から流出した第２流体部分（ＩＩ）を冷媒回路１２に戻すようになっている。第２分岐流路１３２は、第１分岐流路１３１における第１気液分離器２２と第２膨張弁３０との間の部分から延び、第３凝縮器３５に接続された後、冷媒回路１２の蒸発器２５の下流側で且つ圧縮機２０の上流側の部分に接続される。第２分岐流路１３２は、第１分岐流路１３１に接続される流入側端部１３２Ａと、冷媒回路１２における蒸発器２５の下流側で且つ圧縮機２０の上流側の部分に接続される流出側端部１３２Ｂとを有し、流出側端部１３２Ｂをアキュムレータ２６の上流側に接続している。

そして第２分岐流路１３２には、第１気液分離器２２で分離された液相の第２流体部分（ＩＩ）を膨張させて第３凝縮器３５に向けて流出させる第３膨張弁３１が設けられ、第３膨張弁３１が、液相の第２流体部分（ＩＩ）を膨張させて温度を下げてから第２流体部分（ＩＩ）を第３凝縮器３５に供給する。これにより、第３凝縮器３５は第２流体部分（ＩＩ）によって第３流体部分（ＩＩＩ）を確実に凝縮させることが可能となる。本実施の形態における第３膨張弁３１は開度調節可能な電子膨張弁であり、その開度を制御部２００によって調節されるようになっている。

また本実施の形態では、第２気液分離器３４に、第２気液分離器３４で分離された液相の第４流体部分（ＩＶ）を冷媒回路１２における蒸発器２５の下流側で且つ圧縮機２０の上流側の部分に戻すための戻し流路１５が接続されている。本実施の形態における戻し流路１５は、その一端部を第２気液分離器３４の液体流出ポート３４Ｃに接続し、その他端部を第１分岐流路１３１における第２凝縮器２３下流側に接続している。したがって、戻し流路１５は、第２気液分離器３４で分離された第４流体部分（ＩＶ）をアキュムレータ２６よりも上流側で冷媒回路１２に戻すように構成されている。

また戻し流路１５には、第４流体部分（ＩＶ）の冷媒回路１２側への戻り量を調節するための流量調節弁１５Ａが設けられる。本実施の形態では、高圧の状態の混合冷媒が存在する第２気液分離器３４と、低圧の状態の混合冷媒が存在する圧縮機２０の上流側とを接続する戻し流路１５を流量調節弁１５Ａによって絞ることで、第２気液分離器３４中の混合冷媒における気相の第３流体部分（ＩＩＩ）が圧縮機２０の上流側に流出してしまう状況を抑制できる。

以上に説明した冷凍装置１０Ｂは、第２凝縮器２３と第１膨張弁２４との間に第２気液分離器３４及び第３凝縮器３５を有する点で第１の実施の形態における冷凍装置１０Ａと相違するが、基本的な冷却動作は冷凍装置１０Ａと同じである。したがって、好ましい混合冷媒として、以下のいずれかが用いられる。
・第１冷媒としてのＲ２３（トリフルオロメタン）と第２冷媒としてのＲ１３４ａ（テトラフロロエタン）とからなるもの。
・第１冷媒としてのＲ２３（トリフルオロメタン）と第２冷媒としてのＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）とからなるもの。
・第１冷媒としてのＲ１１３２ａ（1,1-ジフルオロエチレン）と第２冷媒としてのＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）とからなるもの。

そして、Ｒ２３とＲ１３４ａとからなる混合冷媒を用いる場合には、Ｒ２３／Ｒ１３４ａの組成比を、質量％で、５０：５０〜６５：３５、好ましくは５８：４２〜６２：３８、より好ましくは６０：４０とする。Ｒ２３とＲ１２３４ｙｆとからなる混合冷媒を用いる場合には、Ｒ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成比を、質量％で、４７．５：５２．５〜６０：４０、好ましくは４９：５１〜５１：４９、より好ましくは５０：５０とする。Ｒ１１３２ａとＲ１２３４ｙｆとからなる混合冷媒を用いる場合には、Ｒ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成比を、質量％で、５０：５０〜６０：４０、好ましくは５２．５：５７．５か〜５７．５：５２．５、より好ましくは５５：４５とする。

これにより、本実施の形態においても機械的構成を過剰に高機能化及び重厚化することを回避した現実的な態様で冷凍性能を可及的に向上させることができる。

１，２…液体温調システム
１０Ａ，１０Ｂ…冷凍装置
１２…冷媒回路
１３…分岐流路
１３Ａ…流入側端部
１３Ｂ…流出側端部
１３１…第１分岐流路
１３２…第２分岐流路
１５…戻し流路
２０…圧縮機
２１…第１凝縮器
２２…気液分離器
２２Ａ…流入ポート
２２Ｂ…気体流出ポート
２２Ｃ…液体流出ポート
２３…第２凝縮器
２４…第１膨張弁
２５…蒸発器
２６…アキュムレータ
３０…第２膨張弁
３４…第２気液分離器
３４Ａ…流入ポート
３４Ｂ…気体流出ポート
３４Ｃ…液体流出ポート
３５…第３凝縮器
１００…液体供給回路
１１２…加熱器

Claims (10)

1. 第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む気相の混合冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記混合冷媒を冷却し、前記混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器を通過した気液混相の前記混合冷媒を気相の第１流体部分と前記第１凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された前記第１流体部分を凝縮させるための第２凝縮器と、前記第２凝縮器を通過した前記第１流体部分を膨張させる第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張された前記第１流体部分を蒸発させて前記圧縮機に向けて流出させるための蒸発器と、を有する冷媒回路と、
   前記気液分離器で分離された前記第２流体部分を前記第２凝縮器に供給するべく前記第２凝縮器に接続されるとともに、前記第２凝縮器から流出した前記第２流体部分を前記冷媒回路に戻すべく前記冷媒回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される分岐流路と、を備え、
   前記分岐流路は、前記気液分離器で分離された前記第２流体部分を膨張させて前記第２凝縮器に向けて流出させる第２膨張弁を有し、前記第２凝縮器は、前記第２膨張弁により膨張された前記第２流体部分によって、前記気液分離器で分離された気相の前記第１流体部分を凝縮させるようになっており、
   前記第１冷媒はＲ２３（トリフルオロメタン）であり、前記第２冷媒はＲ１３４ａ（テトラフロロエタン）であり、
   前記混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１３４ａの組成比は、質量％で、５０：５０〜６５：３５である、冷凍装置。
2. 前記混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１３４ａの組成比は、質量％で、５８：４２〜６２：３８である、請求項１に記載の冷凍装置。
3. 第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む気相の混合冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記混合冷媒を冷却し、前記混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器を通過した気液混相の前記混合冷媒を気相の第１流体部分と前記第１凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された前記第１流体部分を凝縮させるための第２凝縮器と、前記第２凝縮器を通過した前記第１流体部分を膨張させる第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張された前記第１流体部分を蒸発させて前記圧縮機に向けて流出させるための蒸発器と、を有する冷媒回路と、
   前記気液分離器で分離された前記第２流体部分を前記第２凝縮器に供給するべく前記第２凝縮器に接続されるとともに、前記第２凝縮器から流出した前記第２流体部分を前記冷媒回路に戻すべく前記冷媒回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される分岐流路と、を備え、
   前記分岐流路は、前記気液分離器で分離された前記第２流体部分を膨張させて前記第２凝縮器に向けて流出させる第２膨張弁を有し、前記第２凝縮器は、前記第２膨張弁により膨張された前記第２流体部分によって、前記気液分離器で分離された気相の前記第１流体部分を凝縮させるようになっており、
   前記第１冷媒はＲ２３（トリフルオロメタン）であり、前記第２冷媒はＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）あり、
   前記混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成比は、質量％で、４７．５：５２．５〜６０：４０である、冷凍装置。
4. 前記混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成比は、質量％で、４９：５１〜５１：４９である、請求項３に記載の冷凍装置。
5. 第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む気相の混合冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記混合冷媒を冷却し、前記混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器を通過した気液混相の前記混合冷媒を気相の第１流体部分と前記第１凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された前記第１流体部分を凝縮させるための第２凝縮器と、前記第２凝縮器を通過した前記第１流体部分を膨張させる第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張された前記第１流体部分を蒸発させて前記圧縮機に向けて流出させるための蒸発器と、を有する冷媒回路と、
   前記気液分離器で分離された前記第２流体部分を前記第２凝縮器に供給するべく前記第２凝縮器に接続されるとともに、前記第２凝縮器から流出した前記第２流体部分を前記冷媒回路に戻すべく前記冷媒回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される分岐流路と、を備え、
   前記分岐流路は、前記気液分離器で分離された前記第２流体部分を膨張させて前記第２凝縮器に向けて流出させる第２膨張弁を有し、前記第２凝縮器は、前記第２膨張弁により膨張された前記第２流体部分によって、前記気液分離器で分離された気相の前記第１流体部分を凝縮させるようになっており、
   前記第１冷媒はＲ１１３２ａ（1,1-ジフルオロエチレン）であり、前記第２冷媒はＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）であり、
   前記混合冷媒におけるＲ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成比は、質量％で、５０：５０〜６０：４０である、冷凍装置。
6. 前記混合冷媒におけるＲ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成比は、質量％で、５２．５：５７．５〜５７．５：５２．５である、請求項５に記載の冷凍装置。
7. 第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む気相の混合冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記混合冷媒を冷却し、前記混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器を通過した気液混相の前記混合冷媒を気相の第１流体部分と前記第１凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに分離する第１気液分離器と、前記第１気液分離器で分離された前記第１流体部分の一部を凝縮させるための第２凝縮器と、前記第２凝縮器を通過した気液混相の前記第１流体部分を気相の第３流体部分と前記第２凝縮器によって凝縮された液相の第４流体部分とに分離する第２気液分離器と、前記第２気液分離器で分離された前記第３流体部分を凝縮させるための第３凝縮器と、前記第３凝縮器で凝縮された前記第３流体部分を膨張させる第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張された前記第３流体部分を蒸発させて前記圧縮機に向けて流出させるための蒸発器と、を有する冷媒回路と、
   前記第１気液分離器で分離された前記第２流体部分を前記第２凝縮器に供給するべく前記第２凝縮器に接続されるとともに、前記第２凝縮器から流出した前記第２流体部分を前記冷媒回路に戻すべく前記冷媒回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される第１分岐流路と、
   を備え、
   前記第１分岐流路は、前記第１気液分離器で分離された前記第２流体部分を膨張させて前記第２凝縮器に向けて流出させる第２膨張弁を有し、前記第２凝縮器は、前記第２膨張弁により膨張された前記第２流体部分によって、前記第１気液分離器で分離された気相の前記第１流体部分を凝縮させるようになっており、
   前記第１冷媒はＲ２３（トリフルオロメタン）であり、前記第２冷媒はＲ１３４ａ（テトラフロロエタン）であり、
   前記混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１３４ａの組成は、質量％で、５０：５０〜６５：３５である、冷凍装置。
8. 第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む気相の混合冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記混合冷媒を冷却し、前記混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器を通過した気液混相の前記混合冷媒を気相の第１流体部分と前記第１凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに分離する第１気液分離器と、前記第１気液分離器で分離された前記第１流体部分の一部を凝縮させるための第２凝縮器と、前記第２凝縮器を通過した気液混相の前記第１流体部分を気相の第３流体部分と前記第２凝縮器によって凝縮された液相の第４流体部分とに分離する第２気液分離器と、前記第２気液分離器で分離された前記第３流体部分を凝縮させるための第３凝縮器と、前記第３凝縮器で凝縮された前記第３流体部分を膨張させる第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張された前記第３流体部分を蒸発させて前記圧縮機に向けて流出させるための蒸発器と、を有する冷媒回路と、
   前記第１気液分離器で分離された前記第２流体部分を前記第２凝縮器に供給するべく前記第２凝縮器に接続されるとともに、前記第２凝縮器から流出した前記第２流体部分を前記冷媒回路に戻すべく前記冷媒回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される第１分岐流路と、
   を備え、
   前記第１分岐流路は、前記第１気液分離器で分離された前記第２流体部分を膨張させて前記第２凝縮器に向けて流出させる第２膨張弁を有し、前記第２凝縮器は、前記第２膨張弁により膨張された前記第２流体部分によって、前記第１気液分離器で分離された気相の前記第１流体部分を凝縮させるようになっており、
   前記第１冷媒はＲ２３（トリフルオロメタン）であり、前記第２冷媒はＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）であり、
   前記混合冷媒におけるＲ２３／Ｒ１２３４ｙｆの組成は、質量％で、４７．５：５２．５〜６０：４０である、冷凍装置。
9. 第１冷媒と前記第１冷媒よりも沸点が高い第２冷媒とを含む気相の混合冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記混合冷媒を冷却し、前記混合冷媒の一部を液相の状態に凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器を通過した気液混相の前記混合冷媒を気相の第１流体部分と前記第１凝縮器によって凝縮された液相の第２流体部分とに分離する第１気液分離器と、前記第１気液分離器で分離された前記第１流体部分の一部を凝縮させるための第２凝縮器と、前記第２凝縮器を通過した気液混相の前記第１流体部分を気相の第３流体部分と前記第２凝縮器によって凝縮された液相の第４流体部分とに分離する第２気液分離器と、前記第２気液分離器で分離された前記第３流体部分を凝縮させるための第３凝縮器と、前記第３凝縮器で凝縮された前記第３流体部分を膨張させる第１膨張弁と、前記第１膨張弁で膨張された前記第３流体部分を蒸発させて前記圧縮機に向けて流出させるための蒸発器と、を有する冷媒回路と、
   前記第１気液分離器で分離された前記第２流体部分を前記第２凝縮器に供給するべく前記第２凝縮器に接続されるとともに、前記第２凝縮器から流出した前記第２流体部分を前記冷媒回路に戻すべく前記冷媒回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される第１分岐流路と、
   を備え、
   前記第１分岐流路は、前記第１気液分離器で分離された前記第２流体部分を膨張させて前記第２凝縮器に向けて流出させる第２膨張弁を有し、前記第２凝縮器は、前記第２膨張弁により膨張された前記第２流体部分によって、前記第１気液分離器で分離された気相の前記第１流体部分を凝縮させるようになっており、
   前記第１冷媒はＲ１１３２ａ（1,1-ジフルオロエチレン）であり、前記第２冷媒はＲ１２３４ｙｆ（2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロペン）であり、
   前記混合冷媒におけるＲ１１３２ａ／Ｒ１２３４ｙｆの組成は、質量％で、５０：５０〜６０：４０である、冷凍装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の冷凍装置と、
    前記冷凍装置によって冷却される液体を通流させる液体供給回路と、を備える液体温調システム。

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