知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-25
(54)【発明の名称】熱交換器及び冷却方法
(51)【国際特許分類】
F28D 1/053 20060101AFI20220715BHJP
F28F 1/00 20060101ALI20220715BHJP
F28F 13/08 20060101ALI20220715BHJP
【ＦＩ】
F28D1/053
F28F1/00 E
F28F13/08
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021569027
(86)(22)【出願日】2020-05-20
(85)【翻訳文提出日】2022-01-13
(86)【国際出願番号】 EP2020064085
(87)【国際公開番号】W WO2020234358
(87)【国際公開日】2020-11-26
(31)【優先権主張番号】102019113327.0
(32)【優先日】2019-05-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521506180
【氏名又は名称】テクニシェ ウニヴェルズィテート ドレスデン
(74)【代理人】
【識別番号】100090033
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 博司
(74)【代理人】
【識別番号】100093045
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 良男
(72)【発明者】
【氏名】ワーグナー， アンドレーアス
(72)【発明者】
【氏名】シュウ， イーシャ
(72)【発明者】
【氏名】ヘッセ， ウルリヒ
【テーマコード（参考）】
3L103
【Ｆターム（参考）】
3L103AA35
(57)【要約】
様々な実施形態によれば、熱交換器（１００）は冷媒を運搬するための少なくとも１つのダクト（１０２）を有し、前記少なくとも１つのダクト（１０２）は第１セクション（１０２－１）及び第２セクション（１０２－２）を備える。前記第１セクション（１０２－１）は、前記少なくとも１つのダクト（１０２）内の前記冷媒の流れ方向に関して前記第２セクション（１０２－２）より上流に配置される。前記第２セクション（１０２－２）の断面積は、前記第２セクション（１０２－２）内で前記冷媒の昇華が可能となるよう、前記第１セクション（１０２－１）の断面積よりも大きくなっている。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷媒を運搬するための少なくとも１つのダクト（１０２）を備える熱交換器（１００）であって、前記少なくとも１つのダクト（１０２）は第１セクション（１０２－１）及び第２セクション（１０２－２）を備え、前記第１セクション（１０２－１）は、前記少なくとも１つのダクト（１０２）内の前記冷媒の流れ方向に関して前記第２セクション（１０２－２）より上流に配置され、
前記第２セクション（１０２－２）の断面積は、前記第２セクション（１０２－２）内で前記冷媒の昇華が可能となるよう、前記第１セクション（１０２－１）の断面積よりも大きくなっている、熱交換器（１００）。
【請求項2】
前記第１セクション（１０２－１）の断面積は、前記前記第１セクション（１０２－１）内での前記冷媒の昇華を妨げる寸法とされる、請求項１に記載の熱交換器（１００）。
【請求項3】
前記第１セクション（１０２－１）の断面積は、前記前記第１セクション（１０２－１）内の前記冷媒の圧力レベルが、前記冷媒の三重点の圧力レベルよりも高くなるような寸法とされる、請求項１又は２に記載の熱交換器（１００）。
【請求項4】
前記第１セクション（１０２－１）の断面積及び前記第２セクション（１０２－２）の断面積は、前記第２セクション（１０２－２）内において前記冷媒が膨張し少なくとも部分的に固体の集合状態となるような寸法とされる、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器（１００）。
【請求項5】
前記冷媒は二酸化炭素を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器（１００）。
【請求項6】
前記第１セクション（１０２－１）の断面積は、約０．０００１ｍｍ２から約０．８ｍｍ２の範囲にある、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器（１００）。
【請求項7】
前記前記第２セクション（１０２－２）の断面積は、約０．０１ｍｍ２から約４００ｍｍ２の範囲にある、請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換器（１００）。
【請求項8】
前記少なくとも１つのダクト（１０２）は狭窄部（２１０）を備え、前記狭窄部（２１０）は、前記第１セクション（１０２－１）の断面積を狭めるように前記第１セクション（１０２－１）内に配置されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の熱交換器（１００）。
【請求項9】
前記第１セクション（１０２－１）の断面積及び前記第２セクション（１０２－２）の断面積は、前記第１セクション（１０２－１）内では、前記少なくとも１つのダクト（１０２）内に流入する前記冷媒の昇華が阻害され、
前記第１セクション（１０２－１）から前記第２セクション（１０２－２）への移行の間、前記冷媒の圧力低下により前記冷媒の昇華が可能となるような寸法とされる、請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換器（１００）。
【請求項10】
請求項１から９のいずれか一項に記載の熱交換器（１００）を備える冷却システム（３００）。
【請求項11】
冷媒の昇華によって流体を冷却する冷却方法であって、以下を含む：冷媒を運搬するための少なくとも１つのダクト（１０２）を備える熱交換器（１００）に冷媒を供給する工程；
前記冷媒を前記少なくとも１つのダクト（１０２）内へ導く工程、ここで前記少なくとも１つのダクト（１０２）は第１セクション（１０２－１）及び第２セクション（１０２－２）を備え、前記第１セクション（１０２－１）は前記少なくとも１つのダクト（１０２）内の前記冷媒の流れ方向に関して前記第２セクション（１０２－２）より上流に配置される；
前記第２セクション（１０２－２）の断面積は、前記第２セクション（１０２－２）内での前記冷媒の昇華が可能となるよう、前記第１セクション（１０２－１）の断面積よりも大きくなっている工程；及び
前記第２セクション（１０２－２）に流入する前記冷媒と前記冷却対象の流体との間で熱伝達をさせる工程であって、前記第２セクション（１０２－２）を流れる前記冷媒が昇華して前記冷却対象の流体が冷却される工程。
【請求項12】
冷媒を運搬する少なくとも１つのダクト（１０２）を備える熱交換器（１００）であって、前記少なくとも１つのダクト（１０２）は、第１セクション（１０２－１）及び第２セクション（１０２－２）を備え、
前記第１セクション（１０２－１）は、前記少なくとも１つのダクト（１０２）内の前記冷媒の流れ方向に関して、前記第２セクション（１０２－２）より上流に配置され、
前記第１セクション（１０２－１）の断面積は、前記前記第１セクション（１０２－１）内での前記冷媒の昇華を妨げる寸法とされ、
前記第２セクション（１０２－２）の断面積は、前記第２セクション（１０２－２）内での前記冷媒の昇華が可能となるよう、前記第１セクション（１０２－１）の断面積より大きくなっており、
前記第１セクション（１０２－１）の断面積は、前記前記第１セクション（１０２－１）内の前記冷媒の圧力レベルが、前記冷媒の三重点の圧力レベルよりも高くなるような寸法とされ、
前記第１セクション（１０２－１）の断面積及び前記第２セクション（１０２－２）の断面積は、前記第２セクション（１０２－２）内において前記冷媒が膨張し少なくとも部分的に固体の集合状態となるような寸法とされる、熱交換器。
【請求項13】
冷媒を運搬する少なくとも１つのダクト（１０２）を備える熱交換器（１００）であって、前記少なくとも１つのダクト（１０２）は第１セクション（１０２－１）及び第２セクション（１０２－２）を備え、
前記第１セクション（１０２－１）は、前記少なくとも１つのダクト（１０２）内の前記冷媒の流れ方向に関して、前記第２セクション（１０２－２）より上流に配置され、
前記第１セクション（１０２－１）は、前記前記第１セクション（１０２－１）内に流入する冷媒の圧力レベルが、前記冷媒の三重点の圧力レベルよりも高くなるよう構成され、
前記第２セクション（１０２－２）は、前記前記第２セクション（１０２－１）内に流入する冷媒の圧力レベルが、前記冷媒の三重点の圧力レベルよりも低くなるよう構成されている、熱交換器。
【請求項14】
熱交換器（１００）内で用いられるダクト（１０２）であって、第１断面積を備える第１セクション（１０２－１）と、
第２断面積を備える第２セクション（１０２－２）と、を備え、
前記第１断面積及び前記第２断面積は、前記第１セクション（１０２－１）内では前記ダクトに流入する冷媒の昇華が阻害され、前記冷媒が前記第１セクション（１０２－１）から前記第２セクション（１０２－２）へ移動する間に、前記冷媒の圧力低下により前記冷媒の昇華が可能となるような寸法とされる、ダクト。
【請求項15】
請求項１４に記載のダクトを１つ以上備える熱交換器（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
様々な実施形態は、熱交換器及び冷却方法に関するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0002】
冷媒の蒸発によって冷却温度をマイナス５０℃未満にするには、冷却システムにフッ素化冷媒（例えばＲ１４、Ｒ２３など）を使用することができる。このようなフッ素化冷媒は、例えば増大した地球温暖化係数（ＧＷＰ）を有しているため、環境保護上の問題がある。二酸化炭素（ＣＯ２）の昇華は、低温冷却（例えばマイナス２０℃未満、マイナス３５℃未満、マイナス５０℃未満など）をする上で環境に優しい代替手段である。なぜならＣＯ２は自然冷媒であり、ＧＷＰが低く（例えば、ＣＯ２のＧＷＰは低温用途のフッ素化冷媒に比べて無視できる程度である）、不燃性で毒性もないからである。しかし、冷却システム内において適切な動作条件（例えば圧力、温度など）を維持してＣＯ２を昇華させ、フッ素化冷媒を蒸発させたときに近い温度レベルとすることは困難である。なぜなら、昇華時の熱伝達が蒸発時よりも小さいためである。さらに、昇華させる固体冷媒（例えば、冷媒の固体粒子）が冷却システムを詰まらせる可能性もある。
【課題を解決するための手段】
【0003】
様々な実施形態は、熱交換器に関するものである。本明細書に記載されている熱交換器を冷却システム（例えば、クーリングシステム）に適用することで、冷却システムを昇華による冷却工程にも使用することができる。その結果、マイナス５０℃未満の温度レベルでの冷却が可能となる。
【0004】
様々な実施形態によれば、熱交換器は、冷媒を運搬するための少なくとも１つのダクト／流路を備える。前記少なくとも１つのダクトは第１セクション及び第２セクションを備える。前記第１セクションは、前記少なくとも１つのダクト内の前記冷媒の流れ方向に関して前記第２セクションより上流に配置される。前記第２セクションの断面積は、前記第２セクション内で前記冷媒の昇華が可能となるよう、前記第１セクションの断面積よりも大きくなっている。
【0005】
様々な側面において、第１セクションは、冷媒（例えば、三重点より上の液体冷媒）を分配し、膨張させる役割を果たしてもよい。様々な側面において、ダクトは、第１セクションにおいて（冷媒からの）熱伝達が起こらない（または起こりうる）ように構成されてもよい。様々な側面において、ダクトは、第２セクションにおいて熱伝達が（最初にのみ）起こるように構成されてもよい。固体冷媒は（三重点未満で）第２セクションに配置され、そこで熱伝達が可能となる。例として、ダクトは、冷媒が２つのセクションにおいて異なる圧力と条件下におかれるよう構成されてもよい。
【0006】
様々な実施形態によれば、冷媒の昇華によって流体を冷却する冷却方法は以下を含む：冷媒を運搬するための少なくとも１つのダクトを備える熱交換器に冷媒を供給する工程；前記冷媒を前記少なくとも１つのダクト内へ導く工程、ここで前記少なくとも１つのダクトは第１セクション及び第２セクションを備え、前記第１セクションは前記少なくとも１つのダクト内の前記冷媒の流れ方向に関して前記第２セクションより上流に配置され、前記第２セクションの断面積は、前記第２セクション内での前記冷媒の昇華が可能となるよう、前記第１セクションの断面積よりも大きくなっている；及び、前記第２セクションに流入する前記冷媒と前記冷却対象の流体との間で熱伝達をさせる工程であって、前記第２セクションを流れる前記冷媒が昇華して前記冷却対象の流体が冷却される工程。
【0007】
本発明の実施形態の例を図に示し、以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】様々な実施形態にかかる熱交換器の模式図である。
【図2A】異なる実施形態にかかる熱交換器のダクトの一部を模式的に示す。
【図2B】異なる実施形態にかかる熱交換器のダクトの一部を模式的に示す。
【図2C】異なる実施形態にかかる熱交換器のダクトの一部を模式的に示す。
【図2D】異なる実施形態にかかる熱交換器のダクトの一部を模式的に示す。
【図2E】異なる実施形態にかかる熱交換器のダクトの一部を模式的に示す。
【図2F】異なる実施形態にかかる熱交換器のダクトの一部を模式的に示す。
【図2G】様々な実施形態にかかる熱交換器のコンテナ及びダクトの概略図である。
【図3】様々な実施形態にかかる熱交換器を備えた冷却システムを模式的に示す。
【図4】様々な実施形態にかかる熱交換器を備えた冷却システムを模式的に示す。
【図5】様々な実施形態にかかる熱交換器を備えた冷却システムを模式的に示す。
【図6】様々な実施形態にかかる熱交換器を備えた冷却システムを模式的に示す。
【図7】様々な実施形態にかかる熱交換器を備えた冷却システムを模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下の詳細な説明では添付の図面を参照する。図面はその一部を構成しており、本発明を実施することができる具体的な実施形態を例として示すものである。説明されている図の向きに関連して、「上」、「下」、「前方」、「後方」、「前」、「後」などの方向を示す用語が用いられる。実施形態の構成要素は、多くの異なる方向に配置される可能性がある。そのため、向きを示す用語は説明のためのものであり、何ら限定をするものではない。本発明の保護範囲を逸脱することなく、他の実施形態を使用したり、構造的または論理的な変更を行ってもよいと理解される。本明細書に記載されている様々な例示的な実施形態の特徴は、特に明記されない限り、互いに組み合わせることができると理解される。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるものではなく、本発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲によって定義される。
【0010】
本明細書の文脈では、「接続された」、「接着された」、及び「結合された」という用語は、直接的及び間接的な接続の両方、直接的又は間接的な接着、並びに直接的又は間接的な結合を説明するために使用される。図中、同一または類似の要素には、必要に応じて同一の参照符号が付されている。
【0011】
本明細書の文脈では、簡潔にするために「少なくとも１つ」という用語を用いているが、この用語は次を意味し得る：１つ、厳密に１つ、複数（例えば、厳密に２つ、または２つより多い）、多数（例えば、厳密に３つ、または３つより多い）等。ここで、「複数」は必ずしも同一の要素が複数あることを意味せず、むしろ本質的、機能的に同一の要素が複数あることを意味する。
【0012】
本明細書の文脈では、「ダクト」という用語は、単一のパイプ（例えば単一のミニダクト）によって形成されるダクトと、複数のパイプ（例えば複数のミニダクト）によって形成されるダクトの両方を説明するために使用される。例えば、１つのダクトは単一のパイプによって形成されてもよい。複数のダクトは、例えば互いに平行に配置された複数の個々のパイプによって形成されてもよい。例えば、アルミニウム製等の金属平板等のプレートに、プレートの長さに沿って複数の開口部を設けるなどして複数のパイプ（複数のミニダクト）を形成することで、ダクトを形成することができる。例えば、複数のプレートが複数のダクトを備えてもよい。この複数のダクトは互いに平行に配置されてよく、それぞれに複数のパイプ（例えば、複数のミニダクト）が形成されている。
【0013】
本明細書の文脈において、「ミニダクト」という用語は、数百マイクロメートルから数ミリメートルの範囲の断面を持つダクトを説明するのに用いられる。例えば、ミニダクトの断面は、ダクト内の流体の流れ方向に垂直な方向に沿ったサイズ（例えば、高さ、幅、直径、エッジの長さなど）として、そのサイズの範囲は約１００μｍから約２０ｍｍの範囲をとり得る（例えば、約２００μｍから約１５ｍｍの範囲、約５００μｍから約１０ｍｍの範囲、約１ｍｍから約５ｍｍの範囲、約１００μｍから約１．５ｍｍの範囲）。これらの範囲は、例えば、ダクト内を流れる流体（例えば、ダクト内を流れる冷媒）と他の流体（例えば、冷却すべき流体）との間で熱伝達が行われるダクトのセクションを指すことがある。例えば、１つのミニダクトは、それぞれが上記いずれかの領域の断面を持つ複数のパイプによって形成されてもよい。
【0014】
ここでは、「上流」という用語は、流体（例えば冷媒など）の流れ方向に関して、１以上の要素の相対的な位置を示すために用いられる。例えば、「ある要素に対して上流」という用語が指す場所は、当該要素の上流に位置する場所（例えば、要素の入口より上流）であって、流体がまず当該場所を通ってから当該要素に流れこむような場所を指し得る。例えば、第１セクションは第２セクションに対して上流に配置されてよく、このとき流体はまず第１セクションに流入し、次に第２セクションに流入する。「上流」という用語は、第１セクションと第２セクションが直接隣接して配置されていることを必ずしも意味するものではなく、流れ方向に沿って第１セクションと第２セクションの間に他の要素が配置され得るものと理解される。
【0015】
本明細書では、「下流」という用語は、流体（冷媒など）の流れ方向に対する１以上の要素の相対的な位置を示すために用いられる。例えば、「ある要素に対して下流」という用語が指す場所は、流体がまず当該要素に流入し、次にその場所を通過するような、要素の下流に位置する場所（例えば、要素の出口の下流）を表し得る。例えば、第１セクションは第２セクションに対して下流側に配置されてよく、このとき流体はまず第２セクションに流入し、次に第１セクションに流入する。「下流」という用語は、第１セクションと第２セクションが直接隣接して配置されていることを必ずしも意味するものではなく、流れの方向に沿って第１セクションと第２セクションの間に他の要素が配置され得るものと理解される。
【0016】
従来の熱交換器（例えば、従来の蒸発器）は、冷媒を運び蒸発させるための複数の平行なダクト（例えば、平行なミニダクト）を有するものがある。また従来の熱交換器は、ダクトの間に複数のフィンを有するものがあり、これによって熱伝達に利用できる表面積を増やしている。このような熱伝達設計（例えばフィン）によって、複数のダクトによる熱伝達面積が広くなるため、冷却される流体とダクトに流入する冷媒（例えば蒸発する冷媒）との間で効率的な熱伝達が行われ、コンパクトな熱交換器を提供することが可能となる。
【0017】
熱交換器における昇華による熱吸収は、冷媒を蒸発させるのに比べていくつか課題がある。熱伝達が低下する。また冷媒の固体粒子の蓄積により、熱交換器の閉塞や詰まりが引き起こされ得る。
【0018】
冷却システム（冷凍システムなど）は、一般的に開回路または閉回路として説明できる。開回路では、冷媒は、冷却される流体との熱交換後は冷却システム内を再循環せず、環境内で失われる。すなわち、蒸発後や昇華後は、冷媒は使えなくなる。他方で閉回路では、冷媒は、冷却される流体との熱交換後もシステム内に残る。そのため、冷媒を凝縮して熱交換器に供給し、工程を繰り返すことができる。冷媒（ＣＯ２など）の昇華による冷却は通常、開回路で行われる（例えば、昇華する冷媒を冷却される表面に吹き付けるなど）。そのため、大量の冷媒を使用する必要がある。閉回路における昇華は、昇華する固体冷媒（例えば冷媒の固体粒子）が冷却システムの構成要素（例えば圧縮器）を詰まらせる（例えば損傷する）ことがあるため、避けられる。一つの可能性としては、固体冷媒粒子をキャリア流体で運ぶことが考えられる。しかし、そのような実施形態においては、キャリア流体を循環させるための追加のエネルギーが必要となる。さらに、冷却サイクルの一環として、昇華後の冷媒をキャリア流体から分離し再圧縮する必要がある。こうした分離は高い技術力を必要とし、圧力損失を発生させるため、冷却力やプロセスの効率に悪影響を及ぼす可能性がある。
【0019】
複数のダクト（例えば複数のミニダクト）を有する熱交換器は、昇華のための適切な熱伝達方法となり得る。例えば、多くのダクトにより伝熱面が広がることで、伝熱量の減少を補うことができる。個々のダクトが塞がれたとしても、熱交換のためのダクトは残っているので、熱交換器を用いた冷却システムを継続して稼働することができる。
【0020】
しかし技術的な実装において、冷媒を各ダクトに分配する際に問題が発生する。冷媒の蒸発を利用した従来の冷却システムでは、蒸発器は分配器を有している。この分配器は一種のコンテナで構成され、このコンテナの中にダクト（ミニダクトなど）が突出している。液体及び／または気体の集合状態において蒸発する冷媒は、様々なダクトに分配される。昇華する冷媒（ＣＯ２など）は、固体や気体の状態でコンテナ内に入ることがあるが、その固体粒子がダクトの入口を塞いでしまう。
【0021】
そのため、昇華による冷却を閉回路において効率的かつ経済的に実現可能な解決策が求められている。
【0022】
図１は、様々な実施形態にかかる熱交換器１００を模式的に示す。
【0023】
様々な実施形態によれば、熱交換器１００は、冷媒を運ぶための少なくとも１つのダクト１０２（例えば、少なくとも１つのミニダクト）を含み得る。熱交換器１００は、少なくとも１つのダクト１０２に流入する冷媒が、冷却される流体（例えば空気、水、塩水など）と熱伝達関係にあり、冷却される流体の熱が、少なくとも１つのダクト１０２に流入する冷媒に吸収されるように構成され得る。様々な実施形態によれば、少なくとも１つのダクト１０２もまた、冷媒を運ぶための複数のパイプ（例えば、複数のミニダクト、複数のミニダクトパイプなど）を備え得る。これらのパイプは、例えば、互いに平行に配置され得る。
【0024】
また、熱交換器１００は冷媒を運ぶための複数のダクト１０２を備え、これらのダクト１０２は例えば互いに平行に配置され得ることが理解される。
【0025】
様々な実施形態によれば、少なくとも１つのダクト１０２は、第１セクション１０２－１と第２セクション１０２－２とで構成され得る。第１セクション１０２－１は、少なくとも１つのダクト１０２内の冷媒の流れ方向に関して、第２セクション１０２－２より上流に配置され得る。すなわち、少なくとも１つのダクト１０２は、冷媒がまず第１セクション１０２－１に流入し、続いて第２セクション１０２－２に流入するように構成され得る。様々な実施形態によれば、第２セクション１０２－２は、第１セクション１０２－１に直接隣接して配置され得る。
【0026】
様々な実施形態によれば、第２セクション１０２－２において冷媒が昇華できるよう、第２セクション１０２－２は第１セクション１０２－１よりも広い断面積を有し得る。例えば、熱交換器１００は、冷媒が第２セクション１０２－２に流入する際に、冷媒と冷却される流体とが熱交換関係にあり、冷却される流体の熱が第２セクション１０２－２に流入する冷媒に吸収されるように構成され得る。例として、熱交換器１００は、第２セクション１０２－２内の冷媒が、冷却される流体からの熱伝達により昇華するように構成され得る。
【0027】
昇華を起こすには、冷媒は少なくとも部分的に固体の集合状態（例えば、固体／気体の集合状態）である必要がある。さらに冷媒は、固体の集合状態から気体の集合状態へと直接的な相変化が可能な温度レベル及び／または圧力レベルにある必要がある。すなわち、冷媒は、冷媒の状態図において、冷媒の昇華が可能な位置を規定するような温度レベル及び／または圧力レベルにある必要がある。
【0028】
流体（冷媒など）が制限部やチョーク部（小さな断面積を有するパイプ部分といったチョーク開口部）に流入すると、流体の速度が上昇し、その結果、流体の圧力が低下する。チョーク部の上流では、流体は高い圧力レベル（例えば、約１０バールから約１６０バールの範囲、約７０バールから約１４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲の圧力レベル）になり得る。チョーク部内では、流体が臨界速度（音速）に達し（いわゆるチョーク流れ）、チョーク部内の圧力がより低い圧力レベルへと低下する（例えば、約１０バールから約７０バールの範囲の圧力レベルへと低下する。例えば約１０バールから約４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲）。制限部よりも下流では、流体は更に膨張し、流体の圧力は低下し続ける（例えば、約０バールから約５バールの範囲の圧力レベル）。
【0029】
ここで記載される圧力範囲は一例であり、これらの圧力範囲は、例えば昇華する冷媒としてのＣＯ２に適用することができる。これらの圧力範囲は、昇華する冷媒によって変わり得、使用する冷媒によって適宜調整され得るものと理解される。
【0030】
様々な実施形態によれば、第１セクション１０２－１の断面積は、第２セクション１０２－２の断面積よりも小さく、第１セクション１０２－１が少なくとも１つのダクト１０２の入口にチョークポイントを提供するようになっていてもよい。すなわち、第１セクション１０２－１は、少なくとも１つのダクト１０２の入口におけるチョークポイントである。
【0031】
様々な実施形態によれば、第１セクション１０２－１の断面積は、冷媒が第１セクション１０２－１より上流では高圧レベル（例えば約１０バールから約１６０バールの範囲の圧力レベルであって、例えば約７０バールから約１４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲）となり、冷媒が第１セクション１０２－１内において臨界速度（音速）に達して第１セクション１０２－１内の冷媒の圧力が低圧レベル（例えば約１０バールから７０バールの範囲であって、例えば約１０バールから約４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲）となり、第１セクションの後（すなわち第１セクション１０２－１より下流であって、第２セクション１０２－２に入る際）では冷媒がさらに膨張し、冷媒の圧力が例えば昇華圧力レベル（例えば約０バールから約５バールの範囲）までさらに低下するようなサイズをとり得る。すなわち、第１セクション１０２－１の断面積は、第１セクション１０２－１に流入する冷媒の圧力が低下するような寸法をとり得る。
【0032】
様々な実施形態によれば、第１セクション１０２－１の断面積は、第１セクション１０２－１内（例えば、第１セクション１０２－１の出口まで）の冷媒の圧力が、冷媒の昇華圧力より高くなり、第１セクション１０２－１内の冷媒が昇華できないようなサイズをとり得る。すなわち、第１セクション１０２－１の断面積は、第１セクション１０２－１に流入する冷媒の圧力の低下が不十分となり、第１セクション１０２－１内で冷媒を昇華させないような寸法をとり得る。このように、第１セクション１０２－１の断面積は、第１セクション１０２－１内での冷媒の昇華を防ぐような寸法をとり得る。すなわち、熱交換器は、第１セクションに流入する冷媒と冷却される流体との間で熱伝達が起こらないよう構成され得る（例えば、第１セクションは、第１セクションに流入する冷媒と冷却される流体との間で熱伝達が起こらないような寸法をとり得る）。
【0033】
そうしないと、冷媒が第１セクションを流れている間に流体と熱交換する場合、望ましくない効果が生じる可能性がある。例えば、冷媒の三重点より高い点では、液体の冷媒が蒸発する可能性がある（より高い温度での熱獲得）。また例えば、冷媒の三重点未満では、固体の冷媒を第１セクションへ分配するために追加の構成要素が用いられることとなる（そうしないと、第１セクションの上流で固体冷媒による閉塞が起こり得る）。
【0034】
様々な実施形態によれば、第１セクション１０２－１の断面積は、第１セクション１０２－１内の冷媒の圧力レベルが、前記冷媒の三重点の圧力レベルよりも高くなるようなサイズをとり得る。
【0035】
様々な実施形態によれば、第１セクション１０２－１の断面積は、第１セクション１０２－１内の冷媒が非固体の物質状態（例えば、液体、気体、液体／気体、超臨界等）となるようなサイズをとり得る。すなわち、第１セクション１０２－１の断面積は、第１セクション１０２－１内の冷媒が非固体（液体、気体、液体／気体、超臨界状態など）の集合状態となる圧力レベルになるような寸法をとり得る。
【0036】
様々な実施形態によれば、第１セクション１０２－１の断面積は、制限部（すなわち、第１セクション１０２－１）を通る質量流量が臨界質量流量に達し、臨界出口圧力が冷媒の三重点より高くなるような寸法をとり得る。臨界質量流量は、入口圧力及び／または入口温度（例えば、第１セクション１０２－１の入口における圧力及び／または温度）に依存する。このように、スロットリングポイント内（すなわち第１セクション１０２－１内）の冷媒が非固体の集合状態であるため、スロットリングポイントの閉塞（例えば、第１セクション１０２－１の閉塞、ひいては、少なくとも１つのダクト１０２の閉塞）を防ぐことができる。スロットリングポイントを抜けた後（すなわち、第２セクション１０２－２に入るとき）ようやく、冷媒は昇華圧力レベルまで膨張する。
【0037】
様々な実施形態によれば、前記第１セクション１０２－１の断面積及び前記第２セクション１０２－２の断面積は、少なくとも１つのダクト１０２に流入し第１セクション１０２－１より下流にある冷媒（すなわち、第２セクション１０２－２に入る冷媒）の圧力が、第１セクション１０２－１内の圧力より低くなる（例えば、５バール低い、１０バール低い、２０バール低い、３０バール低い、５０バール低い、等）ような寸法をとり得る。例えば、第１セクション１０２－１の断面積は、第１セクション１０２－１内の冷媒の圧力レベルが、約１０バールから約７０バールの範囲となるような寸法をとり得る（例えば、約１０バールから約４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲など）。例えば、第２セクション１０２－２の断面積は、第２セクション１０２－２内の冷媒の圧力レベルが、約０バールから約５バールの範囲（例えば、大気圧レベル）となるような寸法をとり得る。
【0038】
様々な実施形態によれば、前記第１セクション１０２－１の断面積及び前記第２セクション１０２－２の断面積は、少なくとも１つのダクト１０２に流入する冷媒の圧力が、第１セクション１０２－１より下流（すなわち、第２セクション１０２－２内）において、冷媒が昇華できる圧力レベルとなうようなサイズをとり得る。例えば、第１セクション１０２－１の断面積と第２セクション１０２－２の断面積は、冷媒が第２セクション１０２－２に流入する際に昇華に適した圧力レベルとなるような寸法をとり得る（例えば冷媒がＣＯ２を含む場合は、大気圧などの昇華圧力レベル）。
【0039】
冷媒が少なくとも１つのダクト１０２に入る際に冷媒の流れを調整する（スロットリングする）ことで、冷媒はまず少なくとも１つのダクト１０２（例えば、第２セクション１０２－２）内において、確実に昇華の領域に達することができる。すなわち、冷媒が少なくとも１つのダクト１０２に入る際に冷媒の流れをスロットリングすることで、昇華不可の（例えば非固体の）集合状態にある冷媒を少なくとも１つのダクト１０２に送り、少なくとも１つのダクト１０２内のみにおいて、冷媒を昇華可能な（例えば少なくとも部分的に固体の）集合状態に変化させることができる。
【0040】
様々な実施形態によれば、制限部は、第１セクション１０２－１より上流においては冷媒が液体または液体／気体の集合状態にあり、第１セクション１０２－１より下流（すなわち、第２セクション１０２－２内）においては冷媒が膨張して少なくとも部分的に固形の集合状態（たとえば、固体／気体）となるような寸法をとり得る。例えば、第１セクション１０２－１の断面積及び第２セクション１０２－２の断面積は、冷媒が第１セクション１０２－１から第２セクション１０２－２へ流れる際に圧力が低下し、冷媒が非固体（例えば、液体、気体、液体／気体、超臨界など）の集合状態から少なくとも部分的に固体（例えば、固体／気体）となる集合状態へと遷移するような寸法をとり得る。すなわち、第１セクション１０２－１の断面積及び第２セクション１０２－２の断面積は、第２セクション１０２－２内において冷媒の圧力が低下し、冷媒が冷媒の状態図における昇華領域に達するような寸法をとり得る。
【0041】
様々な実施形態によれば、第１セクション１０２－１の断面積は、例えば約０．０００１ｍｍ２から約０．８ｍｍ２の範囲をとり得る（例えば、約０．００１ｍｍ２から約０．５ｍｍ２の範囲、約０．００５ｍｍ２から約０．２５ｍｍ２の範囲）。様々な実施形態によれば、第２セクション１０２－２の断面積は、例えば約０．０１ｍｍ２から約４００ｍｍ２の範囲をとり得る（例えば、約０．１ｍｍ２から約１００ｍｍ２の範囲、約０．５ｍｍ２から約５０ｍｍ２の範囲、約１ｍｍ２から約２０ｍｍ２の範囲）。
【0042】
これにより、熱交換器１００は、非固体（例えば液体、気体、液体／気体、超臨界状態など）の冷媒を供給されても昇華器として機能することができる。例えば、ここで説明されるダクトの設計を従来の熱交換器に適用することで、従来の熱交換器を冷媒（ＣＯ２など）の昇華にも用いることができる。このように、ここで説明される構成は比較的低コストな選択肢を提供し、閉じた冷却サイクルで使用可能な昇華器として用いられることができる。
【0043】
このように、熱交換器１００は、非固体の集合状態にある冷媒を受け取るように構成することができる。熱交換器１００内において、冷媒は少なくとも部分的に固体の集合状態に変化し、それによって昇華が可能となる。
【0044】
様々な実施形態によれば、冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒を含み得る。冷媒は、他方で、ＨＦＣ、ＨＣＦＣ、ＨＦＯ、Ｒ１７０、Ｒ２９０、Ｒ６００などの炭化水素系冷媒を含み得る。様々な実施形態によれば、冷媒は、異なる複数の冷媒の混合物を含み得る。冷媒は、所望される熱交換器１００の動作（例えば、達成すべき温度範囲）に基づき選択できるものと理解される。
【0045】
様々な実施形態によれば、熱交換器１００は、少なくとも１つのダクト１０２と接触して（例えば、物理的に直接接触して）配置された少なくとも１つの熱伝達要素１０４を備え得る。例えば、少なくとも１つの熱伝達要素１０４は、少なくとも１つのダクト１０２の表面から突出した１つ以上の外側突出部（例えば、１つ／複数のリブ、１つ／複数のフィンなど）として構成することができる。熱交換器１００は複数の熱伝達要素１０４を備えることができ、これらの熱伝達要素１０４は、少なくとも１つのダクト１０２に接触して配置されてもよいし、２つの隣接するダクト１０２の間に配置されても良いものと理解される。
【0046】
様々な実施形態によれば、少なくとも１つの熱伝達要素１０４は、冷却される流体と、少なくとも１つのダクト１０２（例えば、少なくとも１つのダクト１０２の第２セクション１０２－２）に流入する冷媒との間の熱伝達に利用できる表面積を増加させ、交換器１００の熱伝達率及び全体的な効率が向上するように構成することができる。例えば熱交換器１００は、冷却される流体が、少なくとも１つの熱伝達要素１０４を通って（例えば、少なくとも１つのダクト１０２内の冷媒の流れ方向に対して斜めまたは垂直な方向に）流れ、より効率的に冷媒に熱を放出することができるように構成することができる。
【0047】
様々な実施形態によれば、熱交換器１００は、第１コンテナ１０６（例えば、分配コンテナ）を備え得る。第１コンテナ１０６は、冷媒を少なくとも１つのダクト１０２に供給するように構成され得る。様々な実施形態によれば、第１コンテナ１０６は、少なくとも１つのダクト１０２の複数のパイプ（例えば、複数のミニダクト）または複数のダクト１０２へ、冷媒を（例えば、均等に）分配するように構成され得る。
【0048】
本明細書で説明される構成により、第１コンテナ１０６を用いて冷媒（例えば、昇華する冷媒）を容易に供給または分配することができる。なぜなら、冷媒は第１コンテナ１０６に流入する際には非固体（例えば、液体、気体、液体／気体、超臨界状態など）の集合状態である／あり得るからである。様々な実施形態によれば、第１コンテナ１０６は、第１コンテナ１０６に流入する冷媒が非固体（例えば、液体、気体、液体／気体、超臨界状態など）の集合状態であるように構成され得る。このように、昇華する冷媒を単純な方法で供給／分配することができる。また、冷媒は、少なくとも１つのダクト１０２に入るとき（例えば、第２セクション１０２－２に入るとき）にようやく、少なくとも部分的に固体の集合状態に変化することができる。
【0049】
様々な実施形態によれば、第１コンテナ１０６は、冷媒が第１コンテナ１０６内で中程度の圧力レベルまたは高圧レベル（例えば、約１０バールから約１６０バールの範囲の圧力レベルであって、例えば、約７０バールから約１４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲、約１０バールから約４０バールの範囲など）となるよう構成され得る。このように、第１コンテナ１０６は、冷媒が第１コンテナ１０６内で完全に液体化、または液体／気体の混合状態、もしくは超臨界状態となるように構成され得る。様々な実施形態によれば、第１コンテナ１０６は、冷媒が第１コンテナ１０６内で、冷媒の三重点における圧力レベルよりも（例えば常に）高い圧力レベルにあるように構成され得る。低圧力レベル（例えば、約０バールから約５バールの範囲の圧力レベル）でのスロットリングは、少なくとも１つのダクト１０２の第２セクション１０２－２で起こる。
【0050】
様々な実施形態によれば、第１コンテナ１０６は、液相にある冷媒と気相にある冷媒とを分離するための分離器（例えば、中圧分離器）として構成され得る。本実施形態では、第１コンテナ１０６は、液体冷媒を少なくとも１つのダクト１０２に供給するかまたは複数のダクト１０２のダクトに分配し、気体冷媒を追加の出口（例えば、気体出口）から排出するように構成され得る。その結果、少なくとも１つのダクト１０２内の冷媒の条件（例えば、圧力）をより正確に決定することができる。さらに、液体冷媒の供給や分配をより簡単に行うことができる。
【0051】
様々な実施形態によれば、第１コンテナ１０６は、冷却される流体から断熱されるように適用され得る。例えば第１コンテナ１０６は、熱交換器１００上を流れる又は熱交換器１００を通過する冷却される流体から断熱されるようにコーティング（熱被覆）されているか、又はそのようなコーティングを有し得る。その結果、第１コンテナ１０６内での冷媒のサブクールが防止され、第１コンテナ１０６内の冷媒が昇華可能な集合状態（例えば、少なくとも部分的に固体の状態）に変化するのを防ぐことができる。
【0052】
様々な実施形態によれば、熱交換器１００は、第２コンテナ１０８（例えば、回収コンテナ）を備え得る。第２コンテナ１０８は、少なくとも１つのダクト１０２から排出された冷媒を受け取るように構成され得る。様々な実施形態によれば、第２コンテナ１０８は、固体冷媒成分（例えば、冷媒の固体粒子）を収集するように構成され得る。冷媒が少なくとも部分的に固体状態になると、固体の冷媒成分が形成される。これらの固体冷媒成分は、第２セクション１０２－２内で、冷却される流体との間の熱伝達によって昇華することができる。これらの固体冷媒成分の一部が昇華しない場合、冷却システムに問題を引き起こす可能性がある。例えば、これらの固体冷媒成分は圧縮器を損傷する可能性がある。よって、第２コンテナ１０８は、少なくとも１つのダクト１０２から排出された固体冷媒成分が第２コンテナ１０８に集まるように構成され得る。これにより、冷媒成分が冷却システム内で不要に循環するのを防ぐことができる。
【0053】
様々な実施形態によれば、第２コンテナ１０８は、固体分離器（例えば、サイクロン分離器）として構成され得る。例えば第２コンテナ１０８は、第１の出口から気体冷媒を排出し、固体冷媒（例えば、冷媒の固体粒子などの固体冷媒成分）を回収するように構成され得る。様々な実施形態によれば、第２コンテナ１０８は、蓄積された固体冷媒を吐出するための第２の出口を備え得る。このように、熱交換器１００を冷却システム内で用いると、第２コンテナ１０８は気体冷媒のみを冷却システムに提供し循環させることができる。
【0054】
【0055】
少なくとも１つのダクト１０２の第１セクション１０２－１及び第２セクション１０２－２は、第２セクション１０２－２内でのみ冷媒を昇華させるという効果を得られるような任意のサイズ及び／または形状をとり得る。例えば、第１セクション１０２－１及び／または第２セクション１０２－２は、円形断面、楕円形断面、正方形断面、長方形断面、多角形断面など、任意の形状の断面を有し得る。
【0056】
様々な実施形態によれば、第１セクション１０２－１の断面は、第２セクション１０２－２の断面と同じ形状を有してもよい。他方、第１セクション１０２－１の断面と第２セクション１０２－２の断面は異なる形状を有してもよい。
【0057】
様々な実施形態によれば、第１セクション１０２－１は、第１セクション１０２－１内の冷媒の流れ方向に沿って（例えば、第１セクション１０２－１の長さ方向１０１に沿って）変化しない断面を有し得る。ただし、第１セクション１０２－１は、第１セクション１０２－１内の冷媒の流れ方向に沿って（例えば、第１セクション１０２－１の長さ方向１０１に沿って）変化する断面を有してもよい。例えば、第１セクション１０２－１の断面は、その形状及び／または大きさが変化してもよい。
【0058】
様々な実施形態によれば、第２セクション１０２－２は、第２セクション１０２－２内の冷媒の流れ方向に沿って（例えば、第２セクション１０２－２の長さ方向１０１に沿って）変化しない断面を有してもよい。ただし、第２セクション１０２－２は、第２セクション１０２－２内の冷媒の流れ方向に沿って（例えば、第２セクション１０２－２の長さ方向１０１に沿って）変化する断面を有してもよい。例えば、第２セクション１０２－２の断面の形状及び／または大きさは変化してもよい。
【0059】
様々な実施形態によれば、第１セクション１０２－１と第２セクション１０２－２は、図２Ａに示すように、第１セクション１０２－１と第２セクション１０２－２との境界で断面積が急激に（すなわち急に）変化するように構成され得る。
【0060】
ただし、第２セクション１０２－２は、図２Ｂに示すように、第１セクション１０２－１との境界から徐々に広がり所望の断面積となるような断面積を有してもよい。例えば、第２セクション１０２－２は、テーパ状の形状を有してもよい。本実施形態では、このように、断面積が徐々に変化する。
【0061】
このように、第１セクション１０２－１及び第２セクション１０２－２の形状及び断面積は、例えば熱交換器１００が使用される冷却システムの冷媒及び／またはその他の動作パラメータに応じて、適宜選択することができる。
【0062】
様々な実施形態によれば、第１セクション１０２－１の断面は、少なくとも１つのダクト１０２における冷媒の流れ方向に垂直な方向に沿ったサイズ（例えば方向１０１に垂直な方向に沿ったサイズ。高さ、幅、直径、端部の長さなど）として、約０．０１ｍｍから約０．５ｍｍの範囲をとり得る（例えば、約０．０１ｍｍから約０．２ｍｍの範囲、約０．０２ｍｍから約０．１ｍｍの範囲、約０．０２ｍｍから約０．０５ｍｍの範囲）。例えば、第１セクション１０２－１の断面のサイズは、少なくとも１つのダクト１０２内の冷媒の流れ方向に垂直な方向に沿って０．１ｍｍ未満となり得る。例えば、第１セクション１０２－１の断面は、第１セクション１０２－１に流入する冷媒が臨界速度（例えば、音速）に達するようなサイズをとり得る。
【0063】
様々な実施形態によれば、第１セクション１０２－１は、少なくとも１つのダクト１０２内の冷媒の流れ方向に平行な方向に沿ったサイズとして（例えば、方向１０１に沿った第１セクション１０２－１の長さ）、第１セクション１０２－１内の冷媒が非固体の集合状態のままであるようなサイズをとり得る。すなわち、第１セクション１０２－１の長さは、第１セクション１０２－１に流入する冷媒の圧力低下が不十分であり、第１セクション１０２－１の冷媒が昇華できない（例えば、冷媒の三重点未満の圧力レベルとならない）ような寸法をとり得る。
【0064】
様々な実施形態によれば、第２セクション１０２－２の断面は、少なくとも１つのダクト１０２内の冷媒の流れ方向に垂直な方向に沿ったサイズ（例えば方向１０１に垂直なサイズで、高さ、幅、直径、縁の長さなど）として、約０．１ｍｍから約２０ｍｍの範囲のサイズをとり得る（例えば、約０．５ｍｍから約１０ｍｍの範囲、約１ｍｍから約５ｍｍの範囲）。
【0065】
様々な実施形態によれば、第２セクション１０２－２は、少なくとも１つのダクト１０２内の冷媒の流れ方向に平行な方向に沿った寸法（例えば、方向１０１に沿った第２セクション１０２－２の長さ）として、第２セクション１０２－２内の冷媒が完全に昇華できるような寸法をとり得る。
【0066】
第１セクション１０２－１の所望の断面積の寸法及び断面を得るために、所望のサイズ（例えば、所望の直径）のワイヤーを従来のダクト（例えば、従来のミニダクト）に挿入してもよい。その後、ダクトの当初のセクションを締め付け、最後にワイヤーを除去することで、断面積が縮小された第１セクション１０２－１を備えるダクト１０２とすることができる。挿入されたワイヤーには、締め付け後に加熱によって焼き切れるようなコーティングがなされていてもよい。これにより、ダクト１０２（例えばダクト１０２の内面）とワイヤーの間にすき間ができるため、より簡単にワイヤーを除去することができる。複数のワイヤーを例えば同時に使用して、複数のダクト（例えば、複数のミニダクト）または１つのダクトの複数のパイプを修正することができると理解される。
【0067】
あるいは、ダクトの入口が閉じるまでダクトを締め付け、例えばドリルやレーザーなどでダクトに穴を開け、その結果、断面積が縮小された第１セクション１０２－１を備えるダクト１０２とすることができる。複数のダクト（例えば、複数のミニダクト）または１つのダクトの複数のパイプを同時に修正し、それぞれのダクトまたはパイプに穴を開けてもよいと理解される。
【0068】
様々な実施形態によれば、例えば図２Ｃから図２Ｆに示すように、狭窄部２１０（例えば、スリーブ、穴あきディスク、穴あきプレート、キャップなど）を用いて、第１セクション１０２－１の断面積を小さくしたり、または少なくとも１つのダクト１０２の入口に制限点を設けてもよい。狭窄部２１０は、少なくとも１つのダクト１０２の入口にチョークポイントが設けられるような適切な要素であればよい。
【0069】
狭窄部２１０の断面（例えば、内部断面）は、円形、楕円形、正方形、長方形、多角形など、任意の適切な断面であってよい。
【0070】
様々な実施形態によれば、狭窄部２１０の断面（例えば内部断面）のサイズ（例えば内部サイズ）は、狭窄部２１０内の冷媒の流れ方向に垂直な方向（例えば方向１０１に垂直な方向であって、高さ、幅、直径、端部の長さなど）に沿って、約０．０１ｍｍから約０．５ｍｍの範囲をとり得る（例えば、約０．０１ｍｍから約０．２ｍｍの範囲、約０．０２ｍｍから約０．１ｍｍの範囲、約０．０２ｍｍから約０．０５ｍｍの範囲）。例えば、狭窄部２１０の断面の寸法は、狭窄部２１０内の冷媒の流れ方向に垂直な方向に沿って０．１ｍｍ未満であってもよい。例えば、狭窄部２１０の断面は、狭窄部２１０に流入する冷媒が狭窄部２１０内（及び例えば第１セクション１０２－１内）で臨界速度（例えば、音速）に達するようなサイズをとり得る。
【0071】
様々な実施形態によれば、狭窄部２１０の断面（例えば内部断面）は、狭窄部２１０内（及び例えば第１セクション１０２－１内）での冷媒の昇華を妨げるような寸法を取り得る。例えば、狭窄部２１０の断面は、狭窄部２１０内の圧力レベルが、狭窄部２１０内において冷媒が昇華できないレベルとなるような寸法をとり得る。例えば、狭窄部２１０の断面は、狭窄部２１０内の冷媒が非固体の集合状態（例えば、液体、気体、液体／気体、超臨界状態）となるような寸法をとり得る。様々な実施形態によれば、狭窄部２１０の断面は、狭窄部２１０内の冷媒の圧力レベルが、冷媒の三重点における圧力レベルよりも大きくなるような寸法をとり得る。
【0072】
様々な実施形態によれば、狭窄部２１０は、狭窄部２１０内の冷媒の流れ方向に平行な方向に沿った寸法（例えば、方向１０１に沿った狭窄部２１０の長さ）として、狭窄部２１０内の冷媒が非固体の集合状態のままであるような寸法をとり得る。言い換えれば、狭窄部２１０の長さは、狭窄部２１０に流入する冷媒の圧力低下が不十分であり、狭窄部２１０内での冷媒の昇華を可能にしたり、冷媒の三倍圧未満の圧力レベルに達するのに十分ではないように寸法設定されてもよい。
【0073】
様々な実施形態によれば、少なくとも１つのダクト１０２は第１セクション１０２－１内に狭窄部２１０を備え得る。図２Ｃ及び図２Ｄに示すように、狭窄部２１０は、第１セクション１０２－１の断面積を縮小するように第１セクション１０２－１内に備えられ得る。例えば、狭窄部２１０をダクトに挿入し、狭窄部２１０が固定されるようにダクト（例えば、ダクトの入口）を締め付けることで、断面積が縮小された第１セクション１０２－１を備えるダクト１０２としてもよい。狭窄部は、複数のダクトの各ダクト内に配置されてもよいし、１つのダクトの各パイプ（例えば、各ミニダクト）に配置されてもよい。
【0074】
様々な実施形態によれば、狭窄部２１０は、例えば図２Ｃに示すように、その全体が少なくとも１つのダクト１０２内（例えば、第１セクション１０２－１内）に入るように配置されてもよい。他方、例えば図２Ｄに示すように、狭窄部２１０の一部は、少なくとも１つのダクト１０２の外側（例えば、第１セクション１０２－１の外側）に配置されてもよい。
【0075】
様々な実施形態によれば、狭窄部２１０は、例えば図２Ｅ及び図２Ｆに示すように、少なくとも１つのダクト１０２の入口に配置されてもよい（例えば、はんだ付けなどで接着されてもよい）。本実施形態では、狭窄部２１０の長さまたは厚さは、約１ミクロンから約５００μｍの範囲（例えば約５０μｍから約２００μｍの範囲）をとり得る。
【0076】
例えば、狭窄部２１０は、図２Ｅに示すように、穴が１つ以上開けられた薄い板（例えば、シート、ディスク）でもよい。あるいは、狭窄部２１０は、例えば図２Ｆに示すように穴が１つ以上開けられ、少なくとも１つのダクト１０２の入口に配置されたキャップでもよい。
【0077】
この実施形態では、狭窄部２１０は、少なくとも１つのダクト１０２の追加セクションを形成してもよい。したがって、狭窄部２１０は、少なくとも１つのダクト１０２の第１セクション１０２－１として機能してもよく、少なくとも１つのダクト１０２は、少なくとも１つのダクト１０２の第２セクション１０２－２として機能してもよい。言い換えれば、狭窄部２１０及び少なくとも１つのダクト１０２は、以下となるような構成／寸法をとり得る：狭窄部２１０の上流では、冷媒が高圧レベルとなる；狭窄部２１０内では、冷媒が臨界速度（音速）に達してより低い圧力レベルとなる；狭窄部２１０の後、例えば少なくとも１つのダクト１０２への流入時には、冷媒がさらに膨張して冷媒の圧力がさらに低下し、例えば昇華圧力レベルとなる（例えば、約０バールから約５バールの範囲の圧力レベル）。高圧レベルは、例えば約１０バールから約１６０バールの範囲である（例えば約７０バールから約１４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲）。より低い圧力レベルは、例えば約４０バールから約７０バールの範囲である（例えば約１０バールから約７０バールの範囲、約１０バールから約４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲）。
【0078】
様々な実施形態によれば、熱交換器１００は、冷媒を運ぶための少なくとも１つのダクト１０２と、少なくとも１つのダクト１０２より上流に配置された少なくとも１つの狭窄部２１０とを備える。少なくとも１つのダクト１０２内で冷媒が昇華可能となるよう、少なくとも１つのダクト１０２の断面積は、少なくとも１つの狭窄部２１０の断面積（例えば、内部断面積）よりも大きくなっていてもよい。
【0079】
図２Ｇは、様々な実施形態にかかる熱交換器１００のコンテナ１０６とダクト１０２を模式的に示したものである。
【0080】
明確性のため、図２Ｇでは、第１コンテナ１０６及び少なくとも１つのダクト１０２のみが示されている。熱交換器１００にはこれら以外の要素（例えば、第２コンテナ１０６、少なくとも１つの熱伝達要素１０４など）も存在するものと理解される。
【0081】
様々な実施形態によれば、少なくとも１つのダクト１０２は、例えばはんだ付けによって第１コンテナ１０６に挿入されてもよい。少なくとも１つのダクト１０２を第１コンテナ１０６に接続する際には、その過程で第１セクション１０２－１が例えば熱膨張によって変形したり、例えばはんだ付けによって密閉されないよう、注意する必要がある。
【0082】
第１セクション１０２－１の望まない改変（すなわち、制限）を避けるため、少なくとも１つのダクト１０２は、例えば第１セクション１０２－１が少なくとも１つのダクト１０２と第１コンテナ１０６との間の接合部（はんだ接合部など）から十分に外れるよう、第１コンテナ１０６内に突出していてもよい。様々な実施形態によれば、少なくとも１つのダクト１０２は、第１セクション１０２－１の望まない改変が避けられるような深さｔＥで第１コンテナ１０６に挿入されてもよい。
【0083】
第１セクション１０２－１の断面積を小さくするため、または、少なくとも１つのダクト１０２の追加セクションを形成するために狭窄部２１０を用いる場合、狭窄部２１０は、使用されるはんだによって濡れない材料を含んでもよい。
【0084】
以下、ここで説明した熱交換器１００を備えた冷却システムの可能な配置について説明する。これらの配置は例として選ばれており、この他にも、任意の適切な配置や構成要素が可能であるものと理解される。
【0085】
図３は、様々な実施形態にかかる熱交換器１００を備えた冷却システム３００を模式的に示している。
【0086】
様々な実施形態によれば、熱交換器１００は、冷却システム３００（例えば冷凍システム）が昇華による冷却工程、すなわち－５０℃未満の温度レベルでの冷却工程でも使用できるように、冷却システム３００に挿入され得る。冷却システム３００は、従来の（例えば、冷蒸気による）冷却システムであって、その蒸発器を本明細書に記載の熱交換器１００に置き換えたものであってもよい。
【0087】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、熱交換器１００より下流に配置された圧縮器３１２を備えてもよい（例えば、レシプロ圧縮器、スクリュー圧縮器、ロータリー圧縮器、遠心圧縮器、スクロール圧縮器など）。冷却システム３００は、昇華後に気体状態で熱交換器１００から排出された冷媒が、圧縮器３１２に供給されるように構成され得る。例えば、圧縮器３１２は、熱交換器１００と（例えば流体的に）連通していてもよい。圧縮器３１２と熱交換器１００とは、例えば吸引導管などの導管によって互いに接続されていてもよい／接続可能となっていてもよい。様々な実施形態によれば、圧縮器３１２は、熱交換器１００の出口から（例えば、第２コンテナ１０８のガス排出口から）冷媒を吸引するように構成され得る。
【0088】
様々な実施形態によれば、圧縮器３１２は、冷媒を圧縮するように構成され得る。これにより、例えば、圧縮器３１２は、冷媒を低圧で（例えば約０バールから約５バールの範囲の圧力レベルで）受け取り、冷媒を高圧で（例えば約１０バールから約１６０バールの範囲、約７０バールから約１４０バールの範囲、または約４０バールから約７０バールの範囲の圧力レベルで）排出するように構成され得る。
【0089】
さらに圧縮器３１２は、冷媒を冷却システム３００内に循環させるように構成され得る。
【0090】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、圧縮器３１２より下流側に配置された放熱用熱交換器３１４を備え得る（例えば、凝縮器、ガス冷却器など）。様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、圧縮器３１２によって圧縮された冷媒が放熱用熱交換器３１４に供給されるように構成され得る。例えば、排熱用熱交換器３１４と圧縮器３１２は（例えば流体的に）連通していてもよい。排熱用熱交換器３１４と圧縮器３１２は、例えばガスラインなどの導管によって互いに接続されていてもよい／接続可能となっていてもよい。
【0091】
様々な実施形態によれば、排熱用熱交換器３１４は、熱交換器１００より上流側に配置されてもよい。このように、冷却システム３００は、排熱用熱交換器３１４から排出された冷媒が、熱交換器１００（例えば第１コンテナ１０６）に供給されるように構成されてもよい。例えば、排熱用熱交換器３１４は、熱交換器１００（例えば第１コンテナ１０６）と（例えば流体的に）連通していてもよい。例えば、排熱用熱交換器３１４と熱交換器１００とは、（例えば流体導管などの導管によって）互いに接続されていてもよい／接続可能となっていてもよい。
【0092】
様々な実施形態によれば、排熱用熱交換器３１４は、冷媒が排熱用熱交換器３１４に流入し、冷媒が排熱用熱交換器３１４に流入する際に冷媒から熱が放出されて二次流体（例えば、空気、水、塩水など）に吸収される（冷媒が二次流体と熱伝達関係にある）よう構成されてもよい。このようにして冷媒を冷却することができる。様々な実施形態によれば、排熱用熱交換器３１４から排出される冷媒は高圧状態であってもよい。例えば、冷媒の圧力は約１０バールから約１６０バールの範囲をとり得る（例えば約７０バールから約１４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲）。
【0093】
代わりに／加えて、冷媒が排熱用熱交換器３１４に流入し、後者が第２の冷媒と熱交換関係にあるように、排熱用熱交換器３１４を構成してもよい。例えば、排熱用熱交換器３１４は他の熱交換器（例えば、他の冷却回路）と熱交換関係にあってもよい。この場合、排熱用熱交換器３１４に流入する冷媒から熱が抽出され、その熱は他の熱交換器（他の冷却回路など）に流入する第２の冷媒に吸収される。
【0094】
熱交換器１００の第１コンテナ１０６内の冷媒の圧力、及び、少なくとも１つのダクト１０２の第１セクション１０２－１の入口における冷媒の圧力は、臨界質量流量に影響を与える。臨界質量流量は、制限部（例えば第１セクション１０２－１）に流入可能な最大質量流量を表す。例えば、臨界質量流量は、入口圧力が高くなると（例えば、第１セクション１０２－１の入口における冷媒の圧力が高くなると）増加する。質量流量を増やすことで冷却力を高めることができる。
【0095】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００はさらに、開回路の制御システムまたは閉回路の制御システムを備え得る。開回路の制御システムは、冷却システム３００の構成要素を開回路で制御するように構成されてよい。さらに／または閉回路の制御システム３００は、冷却システム３００の構成要素の動作条件を閉回路で制御するように構成されてよい。
【0096】
排熱用熱交換器３１４から排出される冷媒の圧力（例えば高圧）を制御（閉回路制御）すること、すなわち熱交換器１００に供給される冷媒の圧力を制御することは、第１コンテナ１０６及び／または第１セクション１０２－１における質量流量を制御する効果があると考えられる。高圧にすることで、臨界質量流量を増加させ、それによって冷媒のスーパーヒートを下げ、さらに／または冷却力を高めることができる。高圧の制御は、例えば、排熱用熱交換器３１４の温度レベルを制御することで行うことができる。
【0097】
様々な実施形態によれば、開回路の制御システム及び／または閉回路の制御システムは、排熱用熱交換器３１４により放出される冷媒の圧力が増加（または減少）し、第１コンテナ１０６内の冷媒の質量流量が増加（または減少）するように、排熱用熱交換器３１４を開回路制御／閉回路制御するように構成され得る。例えば、開回路の制御システム及び／または閉回路の制御システムは、排熱用熱交換器３１４から放出される冷媒の圧力が増加（または減少）し、質量流量が増加（または減少）し、及び／または冷媒のスーパーヒートが低下（または上昇）するように、排熱用熱交換器３１４を開回路制御／閉回路制御するように構成することができる。
【0098】
冷却システム３００は、任意でバルブ３１６を備えてもよい（例えば、スロットルバルブ、キャピラリーパイプ、サーモスタット膨張バルブ、電子膨張バルブ、手動膨張バルブなどの膨張バルブなど）。バルブ３１６は、排熱用熱交換器３１４より下流かつ熱交換器１００より上流に配置されてもよい（例えば、排熱用熱交換器３１４と熱交換器１００との間）。
【0099】
バルブ３１６を用いることで、スーパーヒート及び／または冷却力を開回路制御または閉回路制御することができる。しかし、二相の冷媒（例えば、液体と気体）または超臨界の冷媒が第１コンテナ１０６に流入する。第１コンテナ１０６への液体／気体条件での流入は、純粋な液体または超臨界条件での流入と比べ、分配がうまくできなくなる。
【0100】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、排熱用熱交換器３１４から排出された冷媒がバルブ３１６に供給されるよう構成され得る。例えば、バルブ３１６は、排熱用熱交換器３１４と（例えば流体的に）連通していてもよい。バルブ３１６と排熱用熱交換器３１４とは、例えば気体導管、流体導管などの導管によって互いに接続されていてもよい／接続可能となっていてもよい。
【0101】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、バルブ３１６から吐出された冷媒が熱交換器１００に供給されるように構成され得る。例えば、バルブ３１６と熱交換器１００とは（例えば流体的に）連通していてもよい。バルブ３１６と熱交換器１００とは、例えば、気体導管、液体導管などの導管によって互いに接続されていてもよい／接続可能となっていてもよい。
【0102】
バルブ３１６は、バルブ３１６に流入する際の冷媒の圧力を低下させるように構成されてよく、これにより熱交換器１００に供給される冷媒の圧力を調節するために用いることができる。このようにバルブ３１６は、例えば、第１コンテナ１０６内の冷媒の圧力及び第１セクション１０２－１内の冷媒の圧力を調節するために使用できる。その結果、バルブ３１６を用いて、熱交換器１００における質量流量及び／または冷却力を調整することができる。
【0103】
様々な実施形態によれば、開回路の制御システムまたは閉回路の制御システムは、バルブ３１６を開回路制御／閉回路制御して、バルブ３１６から排出される冷媒の圧力を増加（または減少）させ、熱交換器１００内（例えば第１コンテナ１０６内）の冷媒の質量流量を増加（または減少）させるように構成され得る。本実施形態では、２つの膨張段階を実現し得る。第１の膨張段階は、バルブ３１６によって実現される。第２の膨張段階は、少なくとも１つのダクト１０２内に配置される（例えば、第１セクション１０２－１でのスロットリングの後）。
【0104】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は遮断バルブ（図示せず）をさらに備えてもよく、この遮断バルブは熱交換器１００より上流に（例えば、直接）配置され得る。遮断バルブは、閉じているときは冷媒が遮断バルブに流入せず、開いているときは冷媒が遮断バルブに流入するように構成することができる。
【0105】
様々な実施形態によれば、遮断バルブは、冷却プロセスが開始されてから、吸引圧力が圧縮器３１２によって（例えば、圧縮器３１２の冷媒吸引によって）最小吸引圧力に達するまで、閉じたままであるように構成することができる。このように、遮断バルブは、最小許容吸引圧力に達した後にのみ開く、または開かれるように構成することができる。
【0106】
様々な実施形態によれば、遮断バルブは、動作中、最大許容吸引圧力を超えたときには閉じるよう構成することができる。したがって、冷却システム３００内の圧力レベルが熱交換器１００の所望の動作に適している場合（例えば、熱交換器１００の少なくとも１つのダクト１０２の第２セクション１０２－２内で冷媒を昇華させるのに適している場合）、遮断バルブを用いることで、適宜熱交換器１００へ冷媒を流したり、または流れを止めたりすることができる。さらに遮断バルブは、システムのシャットダウンの間は閉じられたままとなり、動作圧力レベルを維持するよう構成することができる。
【0107】
上記で説明したように、熱交換器１００の第２コンテナ１０８は、固体分離器であってもよいし、固体分離器として動作するよう構成されてもよい。代わりに／加えて、冷却システム３００は固体分離器（図示せず）を備えてもよく、この固体分離器は熱交換器１００より下流に配置され得る。様々な実施形態によれば、固体分離器は、熱交換器１００から排出された冷媒を受け取り、気体冷媒を圧縮器３１２に供給し、固体冷媒（例えば、冷媒の固体粒子などの固体冷媒成分）を回収するよう構成することができる。このようにして、圧縮器３１２を固体冷媒による損傷から保護することができる。
【0108】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、非冷媒粒子を捕捉するよう構成された微粒子フィルタ（図示せず）をさらに備えてもよい。微粒子フィルタは、冷却システム３００に循環する非冷媒粒子を遮断できるよう、冷却システム３００内の任意の適切な場所に配置され得る。これにより、非冷媒粒子が制限点（例えば、少なくとも１つのダクト１０２及び／または少なくとも１つのダクト１０２の第１セクション１０２－１）が詰まらせるのを防ぐことができる。
【0109】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、熱交換器１００の出口で吸引ガスに熱を伝達するための内部熱交換器（図示せず）をさらに備えてもよい。熱は、例えば、排熱用熱交換器３１４の下流において冷却プロセスから抽出されることができる。本実施形態では、プロセスの効率化と冷却力の向上を図ることができる。
【0110】
図４は、様々な実施形態による熱交換器１００を備える冷却システム３００を模式的に示す。
【0111】
上記に示すように、第１コンテナ１０６は、分離器（例えば、中圧分離器）であってもよいし、分離器として構成されていてもよい。このような実施形態において、第１コンテナ１０６は、最上部のダクト１０２より高い部分を備え得る。第１コンテナ１０６の高い部分は、例えば、少なくとも１つのダクト１０２よりも上、または複数のダクト１０２のうちの最上部のダクト１０２よりも上にある。例えば、第１コンテナ１０６は、最上部のダクト１０２より上に延びていてもよい。
【0112】
様々な実施形態によれば、第１コンテナ１０６は、例えば高い部分に配置されるガス排出口を備えてもよい。冷却システム３００は、第１コンテナ１０６のガス排出口から排出される気体冷媒が圧縮器３１２に供給されるように構成することができる。例えば、冷却システム３００は、第１コンテナ１０６のガス排出口から排出された気体冷媒が、熱交換器１００から（例えば第２コンテナ１０８から）排出された気体冷媒とともに圧縮器３１２に供給されるように配置されてもよい。
【0113】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、オプションとして追加バルブ４１８を備えてもよい（例えば、スロットルバルブ、キャピラリーバルブ、サーモスタット膨張バルブ、電子膨張バルブ、手動膨張バルブなどの膨張バルブ）。追加バルブ４１８は、冷媒が追加バルブ４１８に流入する際の冷媒の圧力を低下させるように構成することができる。追加バルブ４１８は、第１コンテナ１０６のガス排出口より下流に配置することができる（例えば、第１コンテナ１０６のガス排出口と圧縮器３１２との間）。追加バルブ４１８は、第１コンテナ１０６のガス排出口と（例えば流体的に）連通していてもよい。追加バルブ４１８と第１コンテナ１０６のガス排出口は、例えばガスラインなどの導管によって互いに接続されているか、または接続可能となっていてもよい。
【0114】
このように追加バルブ４１８は、第１コンテナ１０６のガス排出口から受け取った気体冷媒の圧力を低下させ、熱交換器１００から（例えば、第２コンテナ１０８から）排出される気体冷媒と同じまたはそれに近い圧力レベルにするのに利用することができる。例えば、追加バルブ４１８は、中圧レベルで第１コンテナ１０６のガス排出口から冷媒を受け取り、冷媒の圧力を低圧レベルに下げるように構成することができる。中圧レベルは、例えば約１０バールから約７０バールの範囲の圧力レベルであって、例えば約１０バールから約４０バールの範囲、または約４０バールから約７０バールの範囲である。低圧レベルは、例えば約０バールから約５バールの範囲の圧力レベルである。したがって、得られた中圧ガスを、追加バルブ４１８を介して、圧縮器３１２の吸引ガスに供給することができる。
【0115】
代わりに／加えて、圧縮器３１２は、圧縮プロセスにおいて、中圧レベルで気体冷媒を供給するように構成することができる（いわゆる中間注入）。中圧レベルは、例えば約１０バールから約７０バールの範囲の圧力レベルで合って、例えば約１０バールから約４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲である。本実施形態において、圧縮器３１２は、第１コンテナ１０６のガス排出口から冷媒を（例えば、直接）受け取る際に、冷媒の圧力を低下させずに受け取るように構成することができる。例えば、圧縮器３１２は、第１の入力部と第２の入力部を備えてもよい。この場合、圧縮器３１２は、第１の入力部を通じて第２コンテナ１０８から冷媒を受け取り（すなわち吸引し）、第２の入力部を通じて第１コンテナ１０６のガス排出口から冷媒を受け取るように構成される。このように、第１コンテナ１０６のガス排出口から受け取った冷媒は、例えば、第２コンテナ１０８から受け取った冷媒が圧縮された後に、圧縮プロセスにおいて供給されることができる。
【0116】
上述したように、第２コンテナ１０８は、固形分離器（例えば、サイクロン分離器）として構成されることができる。様々な実施形態によれば、熱交換器１００の第２コンテナ１０８は延長部を備えてもよく、この延長部は最下部のダクト１０２の下に延びている（例えば、少なくとも１つのダクト１０２の下、または複数のダクト１０２の最下部のダクト１０２の下）。例えば、第２コンテナ１０８は、最下部のダクト１０２の下に延びていてもよい。様々な実施形態によれば、第２コンテナ１０８は、ガス排出口から気体冷媒を吐出し、固体冷媒（例えば、冷媒の固体粒子などの固体冷媒成分）を蓄積するように構成されてもよい。例えば、第２コンテナ１０８は、延長部に固体冷媒を蓄積するように構成されてもよい。
【0117】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、第２コンテナ１０８から排出された気体冷媒が圧縮器３１２に供給されるように構成されてもよい。このように、圧縮器３１２が固体冷媒を吸引するのを防止することができる。
【0118】
代わりに／加えて、第２コンテナ１０８は第２の出口を備えてもよく、この第２の出口を通して固体冷媒成分（例えば、冷媒の固体粒子）が吐出され圧縮器３１２に提供される。例えば、第２コンテナ１０８の延長部と圧縮器３１２とは、互いに（例えば流体的に）連通していてもよい。本実施形態では、第２コンテナ１０８は、圧縮器３１２に提供された固体冷媒成分が圧縮器３１２への移動中に昇華して圧縮器３１２に損傷を与えないサイズとなるよう、構成することができる。このようにして、回路内で循環した後に圧縮器３１２から排出されて第２コンテナ１０８内（例えば、第２コンテナ１０８の延長部内）に蓄積した冷媒油を、圧縮器３１２に戻すことができる。
【0119】
冷媒のスーパーヒートを制御するために、第２コンテナ１０８の底部（例えば、固形物分離器の底部）でスーパーヒートを感知してもよい。そこでは、少なくとも１つのダクト１０２（または複数のダクト１０２）から固体冷媒成分が出ない場合にのみ、スーパーヒートが発生する。第２コンテナ１０８の中または第２コンテナ１０８の下流の別の場所（例えば、固体分離器の中または下流）でスーパーヒートが計測された場合、冷媒が熱平衡状態ではないため、固体冷媒が少なくとも１つのダクト１０２から出たとしてもスーパーヒートを検出することがある。
【0120】
図５は、様々な実施形態にかかる熱交換器１００を備えた冷却システム３００を模式的に示すものである。
【0121】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、冷媒を二段階圧縮できるよう、第２の圧縮器５２０を備えてもよい（例えば、往復式圧縮器、スクリュー圧縮器、回転式圧縮器、遠心式圧縮器、スクロール圧縮器など）。例えば、第２の圧縮器５２０は、第１の圧縮器３１２より下流に位置していてもよい。
【0122】
このような実施形態において、排熱用熱交換器３１４は、周囲温度レベルであってもよく、その結果、高い圧力比及び圧縮端温度が得られる。第２の圧縮器５２０は、このような高い圧力比を実現するために用いることができる。
【0123】
本実施形態では、追加バルブ４１８を省略し、第１コンテナ１０６から（例えば、第１コンテナ１０６のガス排出口から）吐出された気体冷媒を第２圧縮器５２０に（例えば、直接）供給してもよい。二段圧縮により、第１コンテナ１０６から排出される気体冷媒の圧力（例えば、第１コンテナ１０６のガス排出口からの圧力）を低圧レベルまで低下させないようにすることができる。その結果、プロセス（例えば、圧縮プロセス）をより効率よくすることができる。
【0124】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、第１コンテナ１０６から（例えば、第１コンテナ１０６のガス排出口から）排出された気体冷媒が、圧縮器３１２から排出された圧縮冷媒とともに第２の圧縮器５２０に供給されるように構成されてもよい。例えば、第１コンテナ１０６のガス排出口と第２の圧縮器５２０とは、互いに連通していてもよい。例えば、第１コンテナ１０６のガス排出口と第２の圧縮器５２０とは、（例えば、ガスラインなどの導管によって）互いに接続されていてもよいし、接続されるようになってもよい。様々な実施形態によれば、第２の圧縮器５２０は、第１コンテナ１０６から（例えば、第１コンテナ１０６のガス排出口から）冷媒を吸引するように構成されてもよい。
【0125】
様々な実施形態によれば、開回路制御システムまたは閉回路制御システムは、第２の圧縮器５２０（例えば、第２の圧縮器５２０の速度）を開回路制御／閉回路制御するように構成されてもよい。例えば、第２の圧縮器５２０の速度の増加は、第１コンテナ１０６内の圧力（例えば、平均圧力）の低下をもたらし得る。言い換えれば、開回路制御システムまたは閉回路制御システムは、第１コンテナ１０６内の冷媒の圧力が増加（または減少）するように、第２圧縮器５２０（例えば、第２圧縮器５２０の速度）を開回路制御／閉回路制御するように構成されてもよい。このように、第２圧縮器５２０を開回路制御／閉回路制御して冷媒のスーパーヒートを制御することもできる。
【0126】
図６は、様々な実施形態にかかる熱交換器１００を備えた冷却システム３００を模式的に示している。
【0127】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は分離器６２２（例えば中圧分離器）を備えてもよく、分離機６２２は熱交換器１００より上流に配置され得る。分離器６２２は、気体冷媒を液体冷媒から分離するように構成することができる。
【0128】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、分離器６２２から出された液体冷媒を熱交換器１００に供給するように構成されてもよい。例えば、分離器６２２は、ガス出口と液体出口とを備え得る。液体出口は、熱交換器１００に（例えば、第１コンテナ１０６に）接続されていてもよいし、接続されるようになっていてもよい。したがって、第１コンテナ１０６には、液体冷媒または超臨界冷媒のみを供給することができる。分離器６２２、及び関連する第１コンテナ１０６の液体／超臨界入口を用いることによって、冷媒をより効率的な方法で供給または分配することができる。
【0129】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、分離器６２２から排出された気体冷媒が圧縮器３１２に供給されるように構成されてもよい。
【0130】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、他のバルブ６２４（例えば、スロットルバルブ、キャピラリーパイプ、サーモスタット膨張バルブ、電子膨張バルブ、手動膨張バルブなどの膨張バルブ等）を備えてもよい。他のバルブ６２４は、冷媒が他のバルブ６２４に流入する際に冷媒の圧力を低下させるように構成することができる。他のバルブ６２４は、分離器６２２のガス排出口より下流かつ圧縮器３１２より上流に配置されてもよい。他のバルブ６２４は、分離器６２２のガス排出口と（例えば流体的に）連通していてもよい。例えば、他のバルブ６２４と分離器６２２のガス排出口は（例えばガスラインなどの導管によって）接続されているか、または接続されるようになっていてもよい。
【0131】
このように、他のバルブ６２４を用いて、分離器６２２のガス排出口から排出される冷媒の圧力を、熱交換器１００から（例えば、第２コンテナ１０８から）排出される気体冷媒と同じまたはそれに近い圧力レベルとなるよう減圧させることができる。例えば、他のバルブ６２４は、中圧レベルで分離器６２２のガス排出口から冷媒を受け取り、冷媒の圧力を低圧レベルまで下げるよう構成されてもよい。中圧レベルは例えば約１０バールから約７０バールの範囲の圧力レベルであって、例えば約１０バールから約４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲である。低圧レベルは例えば、約０バールから約５バールの範囲の圧力レベルである。このように、得られた中圧ガスは、他のバルブ６２４を介して圧縮器３１２の吸引ガスに供給することができる。
【0132】
冷却システム３００は他の構成要素も備え得るものと理解される。例えば、冷却回路の様々な箇所における冷媒の温度及び／または圧力を感知するために、温度センサー及び／または圧力センサーが備えられてもよい。感知された温度及び／または圧力は、冷却システム３００の要素の動作パラメータ（例えば、バルブ３１６、他のバルブ６２４、圧縮器３１２などの動作パラメータ）を開回路制御または閉回路制御するためのフィードバックパラメータとして使用されてもよい。
【0133】
様々な実施形態によれば、開回路制御システムまたは閉回路制御システムは、感知された温度及び／または圧力に基づいて、バルブ３１６及び／または他のバルブ６２４を開回路制御／閉回路制御するように構成されてもよい。様々な実施形態によれば、開回路制御システム及び／または閉回路制御システムは、感知された温度及び／または感知された圧力に基づいて、圧縮器３１２（例えば、圧縮器３１２の速度）または第２の圧縮器５２０（例えば、第２の圧縮器５２０の速度）を開回路制御／閉回路制御するように構成されてもよい。
【0134】
例えば、バルブ３１６は、所定のサブクールに応じた亜臨界動作のために開回路制御または閉回路制御されてもよい。結果として生じる入口圧力が最大の所定の亜臨界高圧に達すると、バルブ３１６は、最大の所定の亜臨界高圧に応じて閉回路制御されることが望ましい。
【0135】
他のバルブ６２４は、分離器６２２内の圧力（例えば、平均圧力）を閉回路制御してもよい。圧力（例えば平均圧力）が高くなると、臨界質量流量が増加し、その結果、冷却能力が高くなり、スーパーヒートが減少する。例えば、開回路制御システムまたは閉回路制御システムは、分離器６２２内の冷媒の圧力が増加（または減少）するように、他のバルブ６２４から排出される冷媒の圧力が増加（または減少）するように、他のバルブ６２４を開回路制御／閉回路制御するよう構成されてもよい。例えば、開回路制御システムまたは閉回路制御システムは、分離器６２２における冷媒の質量流量を増加（または減少）させるように、他のバルブ６２４から排出される冷媒の圧力を増加（または減少）させるように、他のバルブ６２４を開回路制御／閉回路制御するよう構成されてもよい。
【0136】
最大圧力（例えば、最大平均圧力）は、バルブ３１６の上流における目標高圧によって制限される。最小圧力（例えば、最小平均圧力）は、それに依存する最低臨界圧力によって制限され、冷媒の３倍の圧力を超える必要がある。この圧力範囲内では、他のバルブ６２４もまた、冷却力やスーパーヒートに応じて開回路制御または閉回路制御されてよい。例えば、遷臨界動作の間、他のバルブ６２４を用いて圧力（例えば、中圧）を亜臨界圧力レベルに維持することができる。
【0137】
圧縮器３１２の体積流量を変えることにより、スーパーヒートを制御することができる。例えば、圧縮器３１２の流量を増加させると、昇華圧力が減少し、スーパーヒートが増加する。冷却力は、追加のスーパーヒート量によってわずかに増加するのみである。最大昇華圧及び最小許容吸気圧によって制限が課される。すなわち、開回路制御システム及び／または閉回路制御システムは、冷媒の圧力（例えば熱交換器１００内の冷媒の圧力）を増加及び／または減少させることができるように、圧縮器３１２（例えば圧縮器３１２の速度）を開回路制御／閉回路制御するように構成されてもよい。このように、圧縮器３１２（例えば圧縮器３１２の速度）を開回路制御または閉回路制御することで、冷媒のスーパーヒートを調節することもできる。
【0138】
一実施形態においては、開回路制御システムまたは閉回路制御システムは、分離器６２２内の圧力（例えば中圧）が高圧未満または高圧に等しい超臨界圧力に上昇し（例えば約１０バールから約１６０バールの範囲の圧力レベルであって、例えば約７０バールから約１４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲）、超臨界冷媒が熱交換器１００に（例えば、第１セクション１０２－１の絞り点に）提供され、熱交換器１００の少なくとも１つのダクト１０２の第２セクション１０２－２内で膨張するように、他のバルブ６２４を開回路制御／閉回路制御してもよい。このように、中圧範囲を拡大し超臨界圧範囲を含むようにすることで、制限部（例えば、第１セクション１０２－１）における臨界質量流量を増加させ、パワーコントロールの範囲を拡大することができる。
【0139】
上述したように、冷却システム３００は内部熱交換器を備えてもよい。様々な実施形態によれば、内部熱交換器は、液体冷媒のサブクールが可能となるよう、分離器６２２の液体出口より下流に配置されてもよい。その結果、第１コンテナ１０６内では、外部からの入熱による泡立ちの発生が少ないまたは発生しないため、より安定した冷媒の供給や分配が可能となる。
【0140】
図７は、様々な実施形態にかかる熱交換器１００を備えた冷却システム３００を模式的に示している。
【0141】
本実施形態において、冷却システム３００は、上記のように構成された第２圧縮器５２０と分離器６２２を備えてもよい。
【0142】
本実施形態では、他のバルブ６２４を省略してもよく、分離器６２２から（例えば分離器６２２のガス排出口から）排出された気体冷媒は、第２圧縮器５２０に供給されてもよい。二段階圧縮により、分離器６２２から（例えば分離器６２２のガス排出口から）排出される気体冷媒の圧力が、低圧レベルまで低下しないようにすることができる。
【0143】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は、分離器６２２から（例えば分離器６２２のガス排出口から）排出された気体冷媒が、例えば圧縮器３１２から排出された圧縮冷媒と共に第２圧縮器５２０に供給されるように構成されてもよい。
【0144】
様々な実施形態によれば、開回路制御システムまたは閉回路制御システムは、第２の圧縮器５２０（例えば、第２の圧縮器５２０の速度）を開回路制御／閉回路制御するように構成されてもよい。例えば、第２圧縮器５２０の速度を上げると、分離器６２２内の圧力（例えば、平均圧力）が低下する可能性がある。すなわち、開回路制御システムまたは閉回路制御システムは、分離器６２２内の冷媒の圧力を増加（及び／または減少）させるように、第２圧縮器５２０を開回路制御／閉回路制御する（例えば、第２圧縮器５２０の速度を制御する）ように構成されてもよい。したがって、第２圧縮器５２０の開回路制御または閉回路制御は、冷媒のスーパーヒートを調節するためにも使用することができる。
【0145】
ただし、冷却システム３００は、分離器６２２内の圧力を制御する別の手段を提供するために、他のバルブ６２４を追加的に備えてもよい。
【0146】
様々な実施形態によれば、冷却システム３００は別の熱交換器（図示せず）を備えてもよい。別の熱交換器は、例えば分離器６２２のガス排出口と圧縮器３１２の出口との間で、圧縮器３１２よりも下流に配置されてもよい。例えば、別の熱交換器は、第２圧縮器５２０より上流に配置されてもよい。本実施形態では、冷却システム３００は、圧縮器３１２から吐出された圧縮冷媒が他の熱交換器によって冷却されるように構成されてもよい。このような冷却により、第２圧縮器５２０に流入する冷媒の質量流量を大きくすることができ、圧縮工程の効率を高めることができる。
【0147】
様々な実施形態によれば、冷媒の昇華によって流体を冷却する冷却方法は、熱交換器１００に冷媒を提供することを含み得る。熱交換器１００は上述のように構成され、冷媒を運ぶための少なくとも１つのダクト１０２を備え得る。熱交換器１００に供給される冷媒は、非固体（例えば、液体、気体、液体／気体、超臨界状態）の集合状態であってよい。
【0148】
様々な実施形態によれば、冷却方法は、冷媒を熱交換器１００の少なくとも１つのダクト１０２内へ導くことを含み得る。少なくとも１つのダクト１０２は、第１セクション１０２－１及び第２セクション１０２－２を備え得る。第１セクション１０２－１は、少なくとも１つのダクト１０２内の冷媒の流れ方向に関して第２セクション１０２－２より上流に配置される。第２セクション１０２－２は、第２セクション１０２－２内で冷媒が昇華できるよう、第１セクション１０２－１の断面積よりも大きい断面積を有している。
【0149】
様々な実施形態によれば、冷却方法は、冷媒を熱交換器１００の少なくとも１つのダクト１０２の第１セクション１０２－１内に導くことを備え得る。ここで、第１セクション１０２－１の断面積は、第１セクション１０２－１内で冷媒が昇華しないような寸法をとり得る。
【0150】
例えば、第１セクション１０２－１の断面積は、第１セクション１０２－１内の冷媒が非固体（例えば、液体、気体、液体／気体、超臨界状態など）の集合状態になるような寸法をとり得る。
【0151】
様々な実施形態によれば、冷却方法は、冷媒を熱交換器１００の少なくとも１つのダクト１０２の第２セクション１０２－２内に導くことを含み得る。
【0152】
例えば、第２セクション１０２－２の断面積は、冷媒が第２セクション１０２－２内において少なくとも部分的に固体（例えば固体／気体）の集合状態で膨張するようなサイズをとり得る。
【0153】
様々な実施形態によれば、冷却方法は、第２セクション１０２－２内に流入する冷媒が昇華して冷却される流体が冷却されるように、第２セクション１０２－２に流入する冷媒と冷却される流体との間に熱伝達を提供することを含み得る。
【0154】
冷却方法についての更に有利な実施形態は、熱交換器１００及び冷却システム３００の説明から明らかとなり、またその逆も同様である。
【0155】
ここで説明した熱交換器１００、冷却システム３００及び冷却方法は、深部冷却を必要とする用途（例えば、－５０℃未満の温度レベルで）に適用することができる。
【0156】
考えられる適用の１つとして、例えば極低温における機器や部品のテストといった、気候条件のシミュレーションに利用することができる。また、このような低温を必要とする医療分野への適用も考えられる。
【0157】
以下に、上記で説明・図示された内容に関連する様々な例を説明する。
実施例１の熱交換器は、冷媒を搬送するための少なくとも１つのダクトを備え得る。少なくとも１つのダクトは第１セクションと第２セクションとを備える。第１セクションは、少なくとも１つのダクト内の冷媒の流れ方向に関して、第２セクションより上流に位置する。第２セクションは、第２セクション内で冷媒が昇華できるよう、第１セクションの断面積よりも大きい断面積を有する。
実施例１の熱交換器は、冷媒を搬送するための少なくとも１つのダクトを備え得る。少なくとも１つのダクトは第１セクションと第２セクションとを備える。第１セクションは、少なくとも１つのダクト内の冷媒の流れ方向に関して、第２セクションより上流に位置する。第２セクションは、第２セクション内で冷媒が昇華できるよう、第１セクションの断面積よりも大きい断面積を有する。
【0158】
実施例２では、実施例１の熱交換器は、さらにオプションとして、複数の管（例えば、複数のミニダクト、複数のミニダクト管など）からなる少なくとも１つのダクトを備え得る。
【0159】
実施例３では、実施例１または２の熱交換器は、さらにオプションとして、少なくとも１つのダクト内に流入する冷媒が冷却される流体と熱交換関係にあるように構成され得る。
【0160】
実施例４では、実施例１から３のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第２セクションに流入する冷媒が冷却される流体と熱交換関係にあるように構成され得る。
【0161】
実施例５では、実施例１から４のいずれかに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第２セクションが第１セクションに直接隣接して配置されるように構成され得る。
【0162】
実施例６では、実施例１から５のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションが、少なくとも１つのダクトの入口に制限部を提供するように構成され得る。
【0163】
実施例７では、実施例１から６のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションの断面積が、第１セクションに流入する冷媒の圧力低下が生じるような寸法をとるように構成され得る。
【0164】
例えば、第１セクションの断面積は、冷媒が第１セクションの前で高圧レベル（例えば約１０バールから約１６０バールの範囲の圧力レベルで合って、例えば約７０バールから約１４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲）となり、冷媒が第１セクション内において臨界速度（音速）に達して第１セクション内の冷媒の圧力が低圧レベル（例えば約１０バールから７０バールの範囲であって、例えば約１０バールから約４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲）となり、第１セクションの後（例えば、第２セクションに入る際）には、冷媒がさらに膨張し冷媒の圧力がさらに低下する（例えば、約０バールから約５バールの範囲の圧力レベルであって、例えば昇華圧力レベル）ようなサイズをとり得る。
【0165】
実施例８では、実施例１から７のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションの断面積が、第１セクションにおける冷媒の昇華を妨げるようなサイズとなるよう構成され得る。
【0166】
実施例９では、実施例１から８のいずれかに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションの断面積が、第１セクション内の冷媒が非固体（例えば、液体、気体、液体／気体、超臨界など）の集合状態となる／なり得るような寸法をとるよう構成され得る。
【0167】
実施例１０では、実施例１から９のいずれかに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションの断面積の寸法が、冷媒が第１セクション内（例えば、第１セクションの出口まで）において冷媒の三重点の圧力レベルよりも大きい圧力レベルになるような寸法となるよう構成され得る。
【0168】
実施例１１では、実施例１から１０のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションの断面積が、第１セクションを通る質量流量（第１セクションの入口の圧力に依存）が臨界質量流量に達するような寸法となるよう構成され得る。
【0169】
実施例１２では、実施例１から１１のいずれかに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションの断面積及び第２セクションの断面積が、少なくとも１つのダクト内に流入する冷媒が、第１セクションより下流において（例えば、第２セクション内において）昇華できる圧力レベル（例えば、大気圧レベル）となるような寸法をとるよう構成され得る。
【0170】
実施例１３では、実施例１から１２のいずれかに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションの断面積及び第２セクションの断面積が、冷媒が第２セクション内において膨張し少なくとも部分的に固体（例えば固体／気体）の集合状態となるような寸法をとるよう構成され得る。
【0171】
実施例１４では、実施例１から１３のいずれかに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションの断面積が例えば約０．０００１ｍｍ２から約０．８ｍｍ２の範囲であって、例えば約０．００１ｍｍ２から約０．５ｍｍ２の範囲、また例えば約０．００５ｍｍ２から約０．２５ｍｍ２の範囲をとるよう構成され得る。
【0172】
実施例１５では、実施例１から１４のいずれかに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第２セクションの断面積が約０．０１ｍｍ２から約４００ｍｍ２の範囲をとるよう構成され得る：例えば、約０．１ｍｍ２から約１００ｍｍ２の範囲、約０．５ｍｍ２から約５０ｍｍ２の範囲、約１ｍｍ２から約２０ｍｍ２の範囲。
【0173】
実施例１６では、実施例１から１５のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションの断面積及び第２セクションの断面積が、冷媒が第２セクションにおいて約０バールから約５バールの範囲の圧力レベルとなるような寸法をとるよう構成され得る。
【0174】
実施例１７では、実施例１から１６のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、冷媒が二酸化炭素を含むものであってもよい。
【0175】
実施例１８では、実施例１から１７のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、冷媒が炭化水素系冷媒を含むものであってもよい。
【0176】
例えば、冷媒は、ＨＦＣ及び／またはＨＣＦＣ及び／またはＨＦＯ及び／またはＲ１７０及び／またはＲ２９０及び／またはＲ６００などを含んでもよい。
【0177】
実施例１９では、実施例１から１８のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、冷媒が異なる複数の冷媒の混合物からなる冷媒であってもよい。
【0178】
実施例２０では、実施例１から１９のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、冷媒を少なくとも１つのダクトに供給するよう構成された第１コンテナ（例えば、分配コンテナ）を備えてもよい。
【0179】
例えば、第１コンテナは、少なくとも１つのダクトの複数のパイプ（例えば、複数のミニダクト）に冷媒を（例えば、均等に）分配するよう構成されてもよい。
【0180】
実施例２１では、実施例２０による熱交換器は、さらにオプションとして、第１コンテナ内に流入する冷媒が冷媒の三重点の圧力レベルより高い圧力レベルとなるように第１コンテナを構成してもよい。
【0181】
実施例２２では、実施例２０または２１に記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１コンテナ内の冷媒が中圧レベルまたは高圧レベル（例えば、約１０バールから約１６０バールの範囲の圧力レベルであって、例えば約７０バールから約１４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲、約１０バールから約４０バールの範囲）となるように第１コンテナを構成してもよい。
【0182】
実施例２３では、実施例２０から２２のいずれか１つに記載の熱交換器は、オプションとして、第１コンテナに流入する冷媒が非固体（液体、気体、液体／気体、超臨界状態など）の集合状態となるよう第１コンテナを構成してもよい。
【0183】
実施例２４では、実施例２０から２３のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１コンテナが分離器（例えば、中圧分離器）として構成されてもよい。
【0184】
例えば、第１コンテナは、液体冷媒を少なくとも１つのダクトに供給し、気体冷媒を気体出口から排出するように構成されてもよい。
【0185】
実施例２５では、実施例１から２４のいずれかに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、少なくとも１つのダクトから排出された冷媒を受け取るよう構成された第２コンテナ（例えば、回収コンテナ）を備えてもよい。
【0186】
実施例２６では、実施例２５の熱交換器は、オプションとして、第２コンテナが固体分離器（例えば、サイクロン分離器）として構成されてもよい。
【0187】
例えば、第２コンテナは、第１の出口から気体冷媒を吐出し、固体冷媒（例えば、冷媒の固体粒子などの固体冷媒成分）を蓄積するように構成されてもよい。
【0188】
実施例２７では、実施例１から２６のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションの断面が円形または楕円形であってもよい。
【0189】
実施例２８では、実施例１から２６のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションの断面が正方形、長方形、または多角形であってもよい。
【0190】
実施例２９では、実施例１から２８のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第１セクションの断面が、少なくとも１つのダクト内の冷媒の流れ方向に垂直な方向に沿ったサイズ（例えば、高さ、幅、直径、縁の長さなど）として、約０．０１ｍｍから約０．５ｍｍの範囲のサイズを有してもよい（例えば、約０．０１ｍｍから約０．２ｍｍの範囲、約０．０２ｍｍから約０．１ｍｍの範囲、約０．０２ｍｍから約０．０５ｍｍの範囲）。
【0191】
例えば、第１セクションの断面の大きさは０．１ｍｍより小さくてもよい。
【0192】
実施例３０では、実施例１から２９のいずれかに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第２セクションの断面が円形または楕円形であってもよい。
【0193】
実施例３１では、実施例１から２９のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第２セクションの断面が正方形、長方形または多角形であってもよい。
【0194】
実施例３２では、実施例１から３１のいずれか１つに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、第２セクションの断面が、少なくとも１つのダクト内の冷媒の流れ方向に垂直な方向に沿ったサイズ（例えば、高さ、幅、直径、縁の長さなど）として、約０．１ｍｍから約２０ｍｍの範囲のサイズを有してもよい（例えば、約０．５ｍｍから約１０ｍｍの範囲、約１ｍｍから約５ｍｍの範囲）。
【0195】
実施例３３では、実施例１から３２のいずれかに記載の熱交換器は、さらにオプションとして、少なくとも１つのダクトを圧縮することにより第１セクションの断面積を提供（すなわち削減）してもよい。
【0196】
実施例３４では、実施例１から３３のいずれか１つに記載の熱交換器は、オプションとして、少なくとも１つのダクトが、第１セクションの断面積が小さくなるよう第１セクションに備えられた狭窄部（例えば、スリーブ、穴あきディスク、穴あきプレート、キャップなど）をさらに備えてもよい。
【0197】
実施例３５では、実施例１から３３のいずれかに記載の熱交換器は、オプションとして、少なくとも１つのダクトの入口に配置された（例えば、はんだ付けなどで接着された）狭窄部をさらに備えてもよい。
【0198】
例えば、狭窄部は少なくとも１つのダクトの第１セクションとして機能し、少なくとも１つのダクトは少なくとも１つのダクトの第２セクションとして機能してもよい。
【0199】
実施例３６は、冷媒を運ぶための少なくとも１つのダクトと、少なくとも１つのダクトより上流に配置された少なくとも１つの狭窄部とを備える熱交換器であって、少なくとも１つのダクトの断面積は、少なくとも１つのダクト内において冷媒の昇華が可能となるよう、少なくとも１つの狭窄部の断面積（例えば内部断面積）よりも大きくなっている。
【0200】
実施例３７では、実施例３６の熱交換器は、さらにオプションとして、少なくとも１つのダクトの入口に配置された（例えば、はんだ付けなどで接着された）少なくとも１つの狭窄部を備えてもよい。
【0201】
実施例３８は、実施例１から３７のいずれかに記載の熱交換器を備えた冷却システムである。
【0202】
冷却システムは、オプションとして、開回路制御システムまたは閉回路を備え得る。開回路制御システムは、冷却システムの構成要素を開回路制御するように構成され得る。閉回路制御システムは、冷却システムの構成要素の動作条件を閉回路制御するように構成され得る。
【0203】
冷却システムは、オプションとして、熱交換器より下流に配置された圧縮器を備えてもよい。
【0204】
冷却システムは、オプションとして、排熱用熱交換器を備えてもよい。例えば、排熱用熱交換器は、圧縮器より下流に配置されてもよい。例えば、排熱用熱交換器は、熱交換器より（例えば、熱交換器の第１コンテナより）上流に配置されてもよい。
【0205】
実施例３９では、実施例３８の冷却システムは、さらにオプションとして、開回路制御システムまたは閉回路制御システムが、圧縮器（例えば圧縮器の速度）を開回路制御／閉回路制御し、例えば熱交換器内の冷媒の圧力が増加または減少するように構成されてもよい。
【0206】
実施例４０では、実施例３８または３９の冷却システムは、さらにオプションとして、開回路制御システムまたは閉回路制御システムが排熱用交換器を制御し、排熱用熱交換器から放出される冷媒の圧力が増加または減少し、第１コンテナ内の冷媒の質量流量が増加または減少するように構成されてもよい。
【0207】
実施例４１では、実施例３８から４０のいずれか１つに記載の冷却システムは、さらにオプションとして、開回路制御システムまたは閉回路制御システムが排熱用熱交換器を開回路制御／閉回路制御し、排熱用熱交換器から放出される冷媒の圧力が増加または減少して冷媒のスーパーヒートが減少または増加するように構成されてもよい。
【0208】
実施例４２では、実施例３８から４１のいずれかの冷却システムは、さらにオプションとして、バルブ（例えば、スロットルバルブ、キャピラリーパイプ、サーモスタット膨張バルブ、電子膨張バルブ、手動膨張バルブなどの膨張バルブ）を備えてもよい。バルブは、冷媒がバルブに流れ込むときの圧力を下げるように構成されてもよい。
【0209】
例えば、バルブは、排熱用熱交換器より下流かつ熱交換器より上流となるよう配置されてよい（例えば、排熱用熱交換器と熱交換器の間）。
【0210】
実施例４３では、実施例４２の冷却システムは、さらにオプションとして、開回路制御システムまたは閉回路制御システムが、バルブを開回路制御／閉回路制御し、バルブから排出される冷媒の圧力が増加または減少し、熱交換器（例えば第１コンテナ）における冷媒の質量流量が増加または減少するよう構成されてもよい。
【0211】
実施例４４では、実施例３８から４３いずれか１つに記載の冷却システムは、さらにオプションとして、熱交換器の第１コンテナが分離器（例えば、中圧分離器）として構成され、第１コンテナから排出される気体冷媒が圧縮器に供給されるよう構成されてもよい。
【0212】
実施例４５では、実施例４４の冷却システムは、さらにオプションとして、追加のバルブ（例えば、スロットルバルブ、キャピラリーパイプ、サーモスタット膨張バルブ、電子膨張バルブ、手動膨張バルブなどの膨張バルブ）をさらに備えてもよい。追加のバルブは、冷媒が追加バルブに流入する際の冷媒の圧力を低下させるように構成され得る。
【0213】
例えば、追加バルブは、第１コンテナのガス排出口より下流（例えば、第１コンテナのガス排出口と圧縮器の間）に配置されてもよい。
【0214】
実施例４６では、実施例３８から４５いずれかに記載の冷却システムは、さらにオプションとして、熱交換器の第２コンテナが固体分離器として構成されてもよい。例えば、第２コンテナの底部で冷媒のスーパーヒートを検出してもよい。
【0215】
実施例４７では、実施例３８から４６いずれかに記載の冷却システムは、さらにオプションとして、第２の圧縮器（例えば、レシプロ圧縮器、スクリュー圧縮器、ロータリー圧縮器、遠心圧縮器、スクロール圧縮器など）をさらに備えてもよい。第２の圧縮器は、例えば、圧縮器より下流に配置されてもよい。
【0216】
例えば、冷却システムは、第１コンテナから（例えば第１コンテナのガス排出口から）排出された気体冷媒が、圧縮器から排出された圧縮冷媒とともに第２の圧縮器に供給されるように構成されてもよい。
【0217】
実施例４８では、実施例４７の冷却システムは、さらにオプションとして、開回路制御システムまたは閉回路制御システムが第２の圧縮器を開回路制御／閉回路制御し（例えば追加の圧縮器の速度を制御し）、第１コンテナ内の冷媒の圧力が増加または減少するように構成されてもよい。
【0218】
実施例４９では、実施例３８から４８いずれかに記載の冷却システムは、さらにオプションとして、分離器（例えば、中圧分離器）を備えてもよい。分離器は、気体冷媒と液体冷媒を分離するよう構成されてもよい。分離器は、熱交換器より上流側に配置されてもよい。例えば、冷却システムは、分離器から排出された気体冷媒が圧縮器及び／または第２圧縮器に供給されるように構成されてもよい。
【0219】
実施例５０では、実施例４９の冷却システムは、さらにオプションとして、別のバルブ（例えば、スロットルバルブ、キャピラリーパイプ、サーモスタット膨張バルブ、電子膨張バルブ、手動膨張バルブなどの膨張バルブ）を備えてもよい。別のバルブは、冷媒が当該別のバルブに流入する際に冷媒の圧力を下げるように構成さされてもよい。別のバルブは、分離器のガス排出口より下流に位置していてもよい。
【0220】
実施例５１では、実施例５０の冷却システムは、さらにオプションとして、開回路制御システムまたは閉回路制御システムが別のバルブを開回路制御／閉回路制御し、別のバルブから排出される冷媒の圧力が増加または減少し、分離器内の冷媒の圧力が増加または減少するように構成されてもよい。
【0221】
実施例５２では、実施例５０または５１の冷却システムは、さらにオプションとして、開回路制御システムまたは閉回路制御システムが別のバルブを開回路制御／閉回路制御し、別のバルブから排出される冷媒の圧力が増加または減少し、分離器内の冷媒の質量流量が増加または減少するように構成されてもよい。
【0222】
実施例５３では、実施例５０から５２のいずれかに記載の冷却システムは、さらにオプションとして、開回路制御システムまたは閉回路制御システムが別のバルブを開回路制御／閉回路制御し、分離器内の圧力（例えば、中圧）が、高圧未満または高圧に等しい超臨界圧力まで上昇するように構成されてもよい（例えば、約１０バールから約１６０バールの範囲の圧力レベルであって、例えば約７０バールから約１４０バールの範囲、また例えば約４０バールから約７０バールの範囲）。
【0223】
実施例５４では、実施例４７または４８の冷却システム及び実施例４９から５３のいずれかに記載の冷却システムは、さらにオプションとして、開回路制御システムまたは閉回路制御システムが第２圧縮器を開回路制御／閉回路制御し（例えば、第２圧縮器の速度を制御し）、分離器内の冷媒の圧力が増加または減少するように構成されてもよい。
【0224】
実施例５５は、冷媒の昇華を用いて流体を冷却する冷却方法であって、以下を含む：冷媒を搬送するための少なくとも１つのダクトを備える熱交換器に、冷媒を供給するステップ；冷媒を、少なくとも１つのダクト内に搬送するステップであって、少なくとも１つのダクトは第１セクションと第２セクションとを備え、第１セクションは少なくとも１つのダクト内の冷媒の流れの方向に関して第２セクションより上流に位置し、第２セクションの断面積は第２セクションにおける冷媒の昇華が可能となるよう第１セクションの断面積よりも大きい；第２セクションに流入する冷媒と冷却される流体との間で熱伝達させるステップであって、前記第２セクションに流入する冷媒を昇華させて前記冷却される流体を冷却するステップ。
【0225】
実施例５６では、実施例５５の冷却方法は、さらにオプションとして、熱交換器に提供される冷媒が非固体（例えば、液体、気体、液体／気体、超臨界など）の集合状態であってもよい。
【0226】
実施例５７では、実施例５５または５６の冷却方法は、さらにオプションとして、冷媒を熱交換器の少なくとも１つのダクトの第１セクションに導くステップを含み、第１セクションの断面積は、第１セクションにおける冷媒の昇華が防止されるようなサイズをとり得る。
【0227】
実施例５８では、実施例５５から５７のいずれか１つに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、冷媒を熱交換器の少なくとも１つのダクトの第２セクションに導くことをさらに含んでもよい。
【0228】
実施例５９では、実施例５５から５８のいずれか１つに記載の冷却方法は、オプションとして、少なくとも１つのダクトが複数のパイプ（例えば、複数のミニダクト、複数のミニダクトパイプ）を備えてもよい。
【0229】
実施例６０では、実施例５５から５９のいずれか１つに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、熱交換器が、少なくとも１つのダクトに流入する冷媒が冷却される流体と熱交換関係にあるように構成されてもよい。
【0230】
実施例６１では、実施例５５から６０のいずれか１つに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、熱交換器が第２セクションに流入する冷媒が冷却対象の流体と熱交換関係にあるように構成されてもよい。
【0231】
実施例６２では、実施例５５から６１のいずれか１つに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、第２セクションが第１セクションに直接隣接して配置されてもよい。
【0232】
例６３では、例５５から例６２のいずれか１つに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、第１セクションが、少なくとも１つのダクトの入口に制限部を提供するよう構成されてもよい。
【0233】
実施例６４では、実施例５５から６３のいずれか１つに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、第１セクションの断面積が第１セクションに流入する冷媒の圧力を低下させるような寸法をとってもよい。
【0234】
例えば、冷媒が第１セクションの前で高圧となり（例えば、約１０バールから約１６０バールの範囲の圧力レベルであって、例えば約７０バールから約１４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲）、第１セクションでは、冷媒が臨界速度（音速）に達して第１セクション内の冷媒の圧力がより低い圧力レベルへと低下し（例えば、約１０バールから約７０バールの範囲の圧力レベルであって、約１０バールから約４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲）、第１セクションの後（例えば第２セクションに入る際）には、冷媒がさらに膨張して冷媒の圧力がさらに低下する（例えば、約０バールから約５バールの範囲の圧力レベルであって、例えば昇華圧力レベル）ように、第１セクションの断面積の寸法を設定してもよい。
【0235】
実施例６５では、実施例５５から６４のいずれか１つに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、第１セクションにおける冷媒の昇華を防止するように第１セクションの断面積の寸法を設定することを含んでもよい。
【0236】
実施例６６では、例５５から例６５のいずれかに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、第１セクション内の冷媒が非固体（例えば、液体、気体、液体／気体、超臨界など）の集合状態にあるかまたはなり得るように第１セクションの断面積の寸法を設定することを含んでもよい。
【0237】
実施例６７では、実施例５５から６６のいずれか１つに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、第１セクション内（例えば、第１セクションを出るまで）の冷媒の圧力レベルが、冷媒の三重点の圧力レベルよりも大きくなるように、第１セクションの断面積の寸法を設定することをさらに含んでもよい。
【0238】
実施例６８では、実施例５５から６７のいずれか１つに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、第１セクションを通る質量流量（第１セクションの入口の圧力に依存）が臨界質量流量に達するように、第１セクションの断面積の寸法を設定することをさらに含んでもよい。
【0239】
実施例６９では、実施例５５から６８のいずれかの冷却方法は、さらにオプションとして、少なくとも１つのダクトに流入する冷媒が、第１セクションより下流（例えば、第２セクション内）において昇華できるような圧力レベル（例えば、大気圧レベル）となるように、第１セクションの断面積及び第２セクションの断面積の寸法を設定することをさらに含んでもよい。
【0240】
実施例７０では、実施例５５から６９のいずれか１つに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、冷媒が第２セクションで膨張し少なくとも部分的に固体（例えば固体／気体）の集合状態となるように、第１セクションの断面積及び第２セクションの断面積を寸法決めすることを含んでもよい。
【0241】
実施例７１では、実施例５５から７０のいずれかに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、第１セクションの断面積が、約０．０００１ｍｍ２から約０．８ｍｍ２の範囲となってもよい（例えば、約０．００１ｍｍ２から約０．５ｍｍ２の範囲、約０．００５ｍｍ２から約０．２５ｍｍ２の範囲）。
【0242】
実施例７２では、実施例５５から７１のいずれかの冷却方法において、さらにオプションとして、第２セクションの断面積が、約０．０１ｍｍ２から約４００ｍｍ２の範囲となってもよい（例えば、０．１ｍｍ２から約１００ｍｍ２の範囲、約０．５ｍｍ２から約５０ｍｍ２の範囲、約１ｍｍ２から約２０ｍｍ２の範囲）。
【0243】
実施例７３では、実施例５５から実施例７２のいずれかに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、冷媒が第２セクションにおいて約０バールから約５バールの範囲の圧力レベルになるように、第１セクションの断面積及び第２セクションの断面積の寸法を設定することを含んでもよい。
【0244】
実施例７４では、実施例５５から７３のいずれか１つに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、冷媒が二酸化炭素を含んでもよい。
【0245】
実施例７５では、実施例５５から７４のいずれか１つに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、冷媒が炭化水素系冷媒を含んでもよい。
【0246】
例えば、冷媒は、ＨＦＣ及び／またはＨＣＦＣ及び／またはＨＦＯ及び／またはＲ１７０及び／またはＲ２９０及び／またはＲ６００などを含んでもよい。
【0247】
実施例７６では、実施例５５から７５のいずれか１つに記載の冷却方法は、オプションとして、冷媒が、互いに異なる複数の冷媒の混合物を含んでもよい。
【0248】
実施例７７では、実施例５５からの７６のいずれかに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、冷媒を少なくとも１つのダクトに供給するよう構成された第１コンテナ（例えば、分配コンテナ）を備えてもよい。
【0249】
例えば、第１コンテナは、少なくとも１つのダクトが複数のパイプで構成されている場合、少なくとも１つのダクトの複数のパイプ（例えば、複数のミニダクト）に冷媒を（例えば、均等に）分配するように構成されてよい。
【0250】
実施例７８では、実施例７７の冷却方法において、さらにオプションとして、第１コンテナは、第１コンテナに流入する冷媒が冷媒の三重点の圧力レベルより高い圧力レベルになるように構成されてもよい。
【0251】
実施例７９では、実施例７７または７８の冷却方法において、さらにオプションとして、第１コンテナは、冷媒が第１コンテナ内で中圧レベルまたは高圧レベル（例えば、約１０バールから約１６０バールの範囲内の圧力レベルであって、例えば約７０バールから約１４０バールの範囲、約４０バールから約７０バールの範囲、約１０バールから約４０バールの範囲など）となるように構成されてもよい。
【0252】
実施例８０では、実施例７７から７９のいずれかに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、第１コンテナは、第１コンテナに流入する冷媒が非固体（液体、気体、液体／気体、超臨界状態など）の集合状態となるように構成されてもよい。
【0253】
実施例８１では、実施例７７から８０のいずれか１つに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、第１コンテナを分離器（例えば、中圧分離器）として構成することを含んでもよい。
【0254】
例えば、第１コンテナは、液体冷媒を少なくとも１つのダクトに供給し、気体冷媒を気体出口から排出するように構成されてもよい。
【0255】
実施例８２では、実施例５５から８１のいずれかに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、少なくとも１つのダクトから吐出された冷媒を受け取るように構成された第２コンテナ（例えば、回収コンテナ）を備えてもよい。
【0256】
実施例８３では、実施例８２の冷却方法において、さらにオプションとして、第２コンテナを固体分離器（例えばサイクロン分離器）として構成することを含んでもよい。
【0257】
例えば、第２コンテナは、第１の出口から気体冷媒を吐出し、固体冷媒（例えば、冷媒の固体粒子などの固体冷媒成分）を蓄積するように構成されてもよい。
【0258】
実施例８４では、実施例５５から８３のいずれか１つに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、第１セクションの断面が円形または楕円形であってもよい。
【0259】
実施例８５では、実施例５５から８３のいずれか１つに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、第１セクションの断面が正方形、長方形または多角形であってもよい。
【0260】
実施例８６では、実施例５５から８５のいずれか１つに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、第１セクションの断面が、少なくとも１つのダクト内の冷媒の流れ方向に垂直な方向に沿ったサイズ（例えば、高さ、幅、直径、縁の長さなど）として、約０．０１ｍｍから約０．５ｍｍの範囲となってもよい（例えば、約０．０１ｍｍから約０．２ｍｍの範囲、約０．０２ｍｍから約０．１ｍｍの範囲、約０．０２ｍｍから約０．０５ｍｍの範囲）。
【0261】
例えば、第１セクションの断面の大きさは０．１ｍｍより小さくてもよい。
【0262】
実施例８７では、実施例５５から８６のいずれか１つに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、第２セクションの断面が円形または楕円形となってもよい。
【0263】
実施例８８では、実施例５５から８６のいずれか１つに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、第２セクションの断面が正方形、長方形または多角形となってもよい。
【0264】
実施例８９では、実施例５５から８８のいずれか１つに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、第２セクションの断面積が、少なくとも１つのダクトにおける冷媒の流れ方向に垂直な方向に沿った大きさ（例えば、高さ、幅、直径、縁の長さなど）として、約０．１ｍｍから約２０ｍｍの範囲となってもよい（例えば約０．５ｍｍから約１０ｍｍ、約１ｍｍから約５ｍｍの範囲）。
【0265】
実施例９０では、実施例５５から８９のいずれかに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、少なくとも１つのダクトを圧縮することで第１セクションの断面積を提供する（すなわち縮小する）ことをさらに含んでもよい。
【0266】
実施例９１では、実施例５５から９０のいずれか１つに記載の冷却方法において、さらにオプションとして、少なくとも１つのダクトが、第１セクションの断面積が小さくなるように第１セクション内に配置された狭窄部（例えば、スリーブ、穴あきディスク、穴あきプレート、キャップなど）を備えてもよい。
【0267】
実施例９２では、実施例５５から９０のいずれか１つに記載の冷却方法は、さらにオプションとして、少なくとも１つのダクトの入口に狭窄部を配置すること（例えば、はんだ付けなどで接着すること）をさらに含んでもよい。
【0268】
例えば、狭窄部は少なくとも１つのダクトの第１セクションとして機能し、少なくとも１つのダクトは少なくとも１つのダクトの第２セクションとして機能してもよい。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】