JP2004333043A

JP2004333043A - 超低温フリーザ

Info

Publication number: JP2004333043A
Application number: JP2003130970A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Matsushita; 和弘松下; Masanori Hiraoka; 政則平岡
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Kucho SE Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Kucho SE Ltd
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】１台の超低温フリーザにて超低温と低温の２種類の温度仕様を満足すると共に、フリーザの設置スペースの削減、コストの低減を図る。
【解決手段】断熱材により形成される断熱筐体１及び断熱扉３と、断熱筐体１の内部に収納した物品を低温側及び高温側サイクルをカスケード接続した２元冷凍装置で冷却する超低温フリーザにおいて、断熱筐体１を断熱壁２により区切り、それぞれ独立した断熱扉３が設けられた複数の収納庫５ａ、５ｂと、それぞれの収納庫に取り付けられる冷却器７ａ、７ｂと、を備え、冷却器の一方を低温側サイクルに、他方を高温側サイクルに接続する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断熱筐体内を超低温に保持し、収納物を保存する超低温フリーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超低温フリーザは、たとえば細胞や血液等の検体を長期保存するために用いられ、収納庫内を−８５℃以下の超低温に冷却・維持するため、冷凍装置として二元冷凍方式を用い、高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とをカスケード接続することが知られ、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３００３３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超低温フリーザを使用する場所、例えばバイオ関連の研究所等では、細胞や血液の検体等は長期保存するために−８５℃以下の超低温条件にて保存しているが、日常使用する試薬等の保管温度は、−２０℃〜−３０℃の低温条件であり、フリーザとして必要とする冷却温度が２種類となっている。
しかし、上記従来技術においては、収納室が１室であり、温度仕様が超低温条件のみであることから、超低温フリーザとは別に温度仕様の異なるフリーザを設置する必要があり、フリーザの設置スペースが大きくなり、またコストも高くなる。
【０００５】
本発明の目的は、１台の超低温フリーザにて超低温と低温の２種類の温度仕様を満足すると共に、フリーザの設置スペースの削減、コストの低減を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、断熱材により形成される断熱筐体及び断熱扉と、断熱筐体の内部に収納した物品を低温側及び高温側サイクルをカスケード接続した２元冷凍装置で冷却する超低温フリーザにおいて、断熱筐体を断熱壁により区切り、それぞれ独立した断熱扉が設けられた複数の収納庫と、それぞれの収納庫に取り付けられる冷却器と、を備え、冷却器の一方を低温側サイクルに、他方を高温側サイクルに接続したものである。
【０００７】
また、上記のものにおいて、低温側サイクルと高温側サイクルはカスケードコンデンサを介して接続された二元冷凍サイクル（二段カスケード冷凍サイクル）を構成し、高温側サイクルに接続された冷却器はカスケードコンデンサと並列に接続されることが望ましい。
【０００８】
さらに、上記のものにおいて、低温側サイクルと高温側サイクルはカスケードコンデンサを介して接続された二元冷凍サイクル（二段カスケード冷凍サイクル）を構成し、高温側サイクルに接続された冷却器はカスケードコンデンサと並列に接続され、冷却器及びカスケードコンデンサの上流側にそれぞれ電磁弁を設け、該電磁弁の開閉により冷却器及びカスケードコンデンサへの冷媒の流れを切換えることが望ましい。
【０００９】
さらに、上記のものにおいて、高温側サイクルに用いられる圧縮機はインバータにより容量制御が可能とされたことが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、収納庫を３室とし、２室の冷却器のを低温側サイクルに並列に接続し、それぞれの上流側に電磁弁を設け、該電磁弁の開閉により冷媒の流れを切換えることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、一実施の形態による超低温フリーザの側面断面図であり、１は断熱筐体であり、内部を断熱壁２により区切り、断熱扉３を各々に設けている。これにより、断熱材４により周囲からの熱移動を遮断され、収納庫５ａおよび５ｂは各々独立した空間とされている。
収納庫５ａ、５ｂには、各々に内部温度を検出するための温度センサ６を装備し、冷却器７ａ、７ｂは、冷却管７が内槽材１ａの外側に密着して取り付けられ、内槽材１ａを伝熱面としたチューブオンシート型のとされる。また、収納庫５ａに取り付けられた冷却器７ａは二元冷凍装置の低温側サイクルに接続され、収納庫５ｂに取り付けられた冷却器７ｂは高温側サイクルに接続される。
【００１１】
収納庫５ａは超低温条件の仕様の収納庫となり、収納庫５ｂは低温条件の仕様の収納庫となる。冷却器の形態は、超低温フリーザではチューブオンシート型が一般的であるが、フィンチューブ型の冷却器としても良い。また、二元冷凍装置の低温側サイクルおよび高温側サイクルに接続する冷却器（収納庫）の位置関係は、上の収納庫５ａを低温条件、下の収納庫５ｂを超低温条件の仕様としたり、超低温条件の収納庫と低温条件の収納庫を横に並べたり、しても良い。
【００１２】
図２は、二元冷凍装置の冷凍サイクル系統の概略図であり、低温側サイクルと高温側サイクルがカスケードコンデンサを介して接続され、二元冷凍サイクル（二段カスケード冷凍サイクル）を構成する。二元高温側サイクルの主要部品は、圧縮機８、凝縮器９、カスケードコンデンサ１０、冷却器７ｂおよびカスケードコンデンサ、冷却器各々の上流側に設けた電磁弁１１ａ，１１ｂ、キャピラリチューブ１２ａ，１２ｂで構成され、二元低温側サイクルは、圧縮機１３、カスケードコンデンサ１０、キャピラリチューブ１４、冷却器７ａで構成されている。
高温側サイクルの冷却器７ｂは、カスケードコンデンサ１０と並列に接続され、各々の上流側に設けた電磁弁１１ａ，１１ｂの開閉により冷媒の流れを、カスケードコンデンサ１０側のみ、冷却器７ｂ側のみ、カスケードコンデンサ１０側と冷却器７ｂ側の両方というように切換え可能としている。
【００１３】
電磁弁１１ａ，１１ｂの開閉は、各々の収納庫に設けた温度センサ６の測定値と各収納庫の設定温度との比較により制御し、収納庫５ａ，５ｂ共冷却が必要な場合には、電磁弁１１ａ，１１ｂ共に開となり、高温側サイクルの冷媒はカスケードコンデンサ１０側と冷却器７ｂ側の双方に流れ、カスケードコンデンサ１０側では低温側サイクルの冷媒を冷却・液化し、冷却器７ｂ側では収納庫５ｂ内を冷却する。そして、収納庫５ａは冷却が必要で５ｂが冷却不要の場合には、電磁弁１１ａが開、１１ｂが閉となり、冷媒はカスケードコンデンサ１０側のみに流れ、逆に収納庫５ａは冷却不要で５ｂは冷却が必要な場合には、電磁弁１１ａが閉、１１ｂが開となり、冷媒は冷却器７ｂ側のみに流れるようになる。低温側サイクルは、収納庫５ａの冷却の必要有無でＯＮ―ＯＦＦ制御し、冷却不要の場合にはＯＦＦとする。つまり、１台の二元冷凍装置を備えた超低温フリーザにて、各々の収納庫の状況にあわせて高温側サイクルの冷媒の流れを切換えることで、低温条件と超低温条件の２種類の温度仕様の収納庫の温度制御が可能となる。
【００１４】
また、インバータ１５を搭載し、高温側サイクルの圧縮機８を各収納庫の状況にあわせて容量制御することで、二元冷凍装置の運転を安定させるとともに、運転に要する消費電力の低減が可能となる。例えば、収納庫５ａ、５ｂ共に冷却を必要とする場合には高温側サイクルの必要冷却能力が大きいため１００％の運転とし、収納庫５ａのみ冷却が必要な場合には７５％運転、収納庫５ｂのみ冷却が必要な場合には５０％運転というように必要冷却能力にあわせて容量制御することで、二元冷凍サイクル（二段カスケード冷凍サイクル）の高温側と低温側の能力バランスを適正な状態に制御可能となり、安定した運転が可能となる。
【００１５】
図３は、収納庫を３室とした場合を示し、超低温条件２室と低温条件１室の場合のサイクル系統の概略図である。低温側サイクルに接続する冷却器７ａが２個並列に接続され、各々の上流側に電磁弁１６、キャピラリチューブ１４を設けている。２室の場合と同様に、各々の収納庫内の温度により各々の電磁弁を開閉することで、冷媒の冷却器への流れを制御し、収納庫内の温度制御を実施する。また、さらに多室の場合でも、温度仕様により高温側サイクルおよび低温側サイクルに分けて各々並列に接続し、各々の上流側に電磁弁を設けることで１台の二元冷凍装置により各収納庫の温度制御が可能となる。このように小容量の収納庫を多室にすることで、扉の開閉による庫内温度上昇の影響を細分化することが可能となる。また、インバータ１７を搭載し、低温側サイクルの圧縮機１３を低温側サイクルに接続した冷却器を備えた各収納庫内の温度により容量制御することで、前述の高温側サイクルの圧縮機８の容量制御と合わせて二元冷凍サイクル（二段カスケード冷凍サイクル）の運転の安定化と消費電力低減を図ることが可能となる。
【００１６】
以上述べたように、１台の二元冷凍装置を備えた超低温フリーザにて、複数備えた収納庫の各々の状況にあわせて高温側サイクルの冷媒の流れを切換えることで、低温条件と超低温条件の２種類の温度仕様の収納庫の温度制御が可能となる。また、１台の二元冷凍装置として集約しているので、フリーザの設置スペースの低減を図ることが可能となり、超低温フリーザの部品点数の削減が図れ、製造原価の低減が可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、１台の超低温フリーザにて超低温と低温の２種類の温度仕様を満足すると共に、フリーザの設置スペースの削減、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施の形態における超低温フリーザの収納室部分を示す側断面図。
【図２】一実施の形態における超低温フリーザの冷凍サイクル系統図。
【図３】超低温フリーザの収納室を３室とした他の実施の形態における冷凍サイクル系統図。
【符号の説明】
１…断熱筐体、２…断熱壁、３…断熱扉、５ａ…収納庫（超低温仕様）、５ｂ…収納庫（低温仕様）、７…冷却管、７ａ，７ｂ…冷却器、８…圧縮機（高温側）１０…カスケードコンデンサ、１１ａ，１１ｂ，１６…電磁弁、１２ａ，１２ｂ，１４…キャピラリチューブ、１３…圧縮機（低温側）、１５，１７…インバータ。

Claims

断熱材により形成される断熱筐体及び断熱扉と、前記断熱筐体の内部に収納した物品を低温側及び高温側サイクルをカスケード接続した２元冷凍装置で冷却する超低温フリーザにおいて、
前記断熱筐体を断熱壁により区切り、それぞれ独立した断熱扉が設けられた複数の収納庫と、それぞれの前記収納庫に取り付けられる冷却器と、を備え、
前記冷却器の一方を前記低温側サイクルに、他方を高温側サイクルに接続したことを特徴とする超低温フリーザ。
請求項１に記載のものにおいて、前記低温側サイクルと前記高温側サイクルはカスケードコンデンサを介して接続された二元冷凍サイクルを構成し、前記高温側サイクルに接続された前記冷却器は前記カスケードコンデンサと並列に接続されることを特徴とする超低温フリーザ。
請求項１に記載のものにおいて、前記低温側サイクルと前記高温側サイクルはカスケードコンデンサを介して接続された二元冷凍サイクルを構成し、前記高温側サイクルに接続された前記冷却器は前記カスケードコンデンサと並列に接続され、前記冷却器及び前記カスケードコンデンサの上流側にそれぞれ電磁弁を設け、該電磁弁の開閉により前記冷却器及び前記カスケードコンデンサへの冷媒の流れを切換えることを特徴とする超低温フリーザ。
請求項１に記載のものにおいて、前記高温側サイクルに用いられる圧縮機はインバータにより容量制御が可能とされたことを特徴とする超低温フリーザ。
請求項１に記載のものにおいて、前記収納庫を３室とし、２室の前記冷却器のを前記低温側サイクルに並列に接続し、それぞれの上流側に電磁弁を設け、該電磁弁の開閉により冷媒の流れを切換えることを特徴とする超低温フリーザ。