JPH0697123B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は圧縮機を用いた冷凍装置、特に複数種の非共沸
混合冷媒を用いて極低温を得るための冷凍装置に関する
ものである。

（ロ）従来の技術 従来より理化学実験室等に於いて生体細胞の保存等に使
用される冷凍庫に用いる機械式冷凍装置は−80℃程度の
低温を得るのが限界であった。斯かる低温によれば細胞
の凍結保存は達成されるものの、時間の経過に従い、凍
結した細胞内の氷結晶の核が再結合して氷結晶の大きさ
が拡大し、細胞破壊現象が発生する。これは氷の再結晶
化と称されるものであるが、この氷の再結晶は再結晶化
点である−130℃より低い環境では発生しないことが知
られている。即ち−130℃より低い超低温下であれば細
胞の永久保存が達成でき、斯かる超低温を得る冷凍装置
が期待されていた。

ここで此種冷凍装置、特に圧縮機を用いたものでは、圧
縮機から吐出された高温ガス状冷媒を凝縮器に流入せし
めて空気若しくは水と熱交換することによって液化せし
め、減圧装置によって圧力調整した後、蒸発器に流入せ
しめて蒸発せしめる。この時気化熱を周囲より吸収する
ことによって冷却作用を達成するものであるが、単一の
冷媒を用いた冷凍装置では、通常の圧縮機の場合、−40
℃程度の最低到達温度を達成するのが限度である。

又、二つの独立した冷媒閉回路を用い、両者をカスケー
ド接続すると共に、低温を達成する側の冷媒閉回路によ
り低沸点の冷媒を封入することによって低温度を達成す
る所謂二元冷凍方式もあるが、これとて通常の圧縮機を
用いたものでは−80℃程度が限度である。

これらの問題を解決するものとして1973年10月３日付米
国特許第3,768,273号の如く、沸点の異なる複数種の混
合冷媒を用い、中間熱交換器でのより高い沸点の冷媒の
蒸発によって、より低い沸点の冷媒を次々に凝縮して行
くことにより、最終段の蒸発器で最も低い沸点の冷媒を
蒸発せしめ、単一の圧縮機によって低温度を得る所謂混
合冷媒冷凍方式もある。

更に、1973年５月22日付米国特許第3,733,845号の如く
独立した二つの冷媒閉回路をカスケード接続し、低温側
の冷媒閉回路を前述の混合冷媒冷凍方式として極めて低
い温度を達成するものもある。これによれば通常用いら
れる圧縮機（例えば1.5HP程度）によって−130℃より低
い極めて低温を達成することが可能である。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 斯かる混合冷媒冷凍方式の冷媒閉回路を用いたもので
は、最終到達温度が前述の如く−130℃下の極めて低い
温度となるため、冷却装置外部からの熱の侵入によって
最終段の減圧器内では容易に冷媒が蒸発気化してしまう
為、充分な量の液冷媒が蒸発器に供給できなくなって冷
却不足が発生する。

この様な事態を防止する為に冷却装置の蒸発器近傍は特
に厳重に断熱されるものであるが、それにも限界がある
と共に、斯かる冷却不足は充填される冷媒量のアンバラ
ンスによっても生起する。

即ち充填される冷媒量が過多であると、蒸発器で冷媒が
蒸発し切れずに液状のまま最終段の中間熱交換器に戻る
様になり、この中間熱交換器が蒸発器と同温度近くまで
冷却されてしまう。この様な事態になるとそこを通過し
て熱交換する冷媒が過冷却され、外部から侵入する熱に
よって最終段の減圧器内で蒸発し始める。これによって
減圧器内の冷媒の流通が阻害され、蒸発器に冷媒が供給
されなくなり、冷却不足が生ずる。

又、逆に充填される冷媒量が過少であっても蒸発器での
十分なる冷媒蒸発が行なわれなくなるので、やはり冷却
不足が生じる。

本発明は斯かる問題点を解決するために成されたもので
ある。

（ニ）問題点を解決するための手段 実施例に沿って本発明の構成を説明する。低温側冷媒回
路（３）は電動圧縮機（10）、カスケードコンデンサ
（25A）（25B）、蒸発パイプ（47）、第１、第２及び第
３の中間熱交換器（32）（42）（44）を具備している。
各中間熱交換器には蒸発パイプ（47）からの帰還冷媒が
（44）（42）（32）の順で流通する様直列に接続する。
冷媒回路（３）には複数種の沸点の異なる（即ち蒸発温
度が異なる）冷媒を混合して封入し、カスケードコンデ
ンサ（25A）（25B）や中間熱交換器（32）（42）（44）
で凝縮した沸点の高い冷媒を複数の減圧器（36）（40）
（46）にて減圧して中間熱交換器（32）（42）に次々に
流入せしめて未凝縮の冷媒を凝縮して行き、沸点の最も
低いR50冷媒を最終段の減圧器（46）を介して蒸発パイ
プ（47）に流入せしめて蒸発させ、−150℃の極低温を
得る。この時減圧器（46）に流入する冷媒の温度即ち減
圧器（46）入口部（P₁）の温度と減圧器（46）を出た後
の冷媒の温度即ち蒸発パイプ（47）入口部（P₂）の温度
との差が10℃より大きく、且つ、カスケードコンデンサ
（25A）（25B）の温度（−50℃）と蒸発パイプ（47）の
温度（−150℃）の差100℃を減圧器（36）（40）（46）
の数で除した値33℃より小さくなる様に冷媒を封入する
ものである。

（ホ）作用 （P₁）点と（P₂）点の温度が近い時は冷媒封入量が過多
で液冷媒が第３の中間熱交換器（44）に多量に流入して
いる状態であり、又、温度差が大きい時は冷媒封入量が
過多で蒸発パイプ（47）入口付近でのみ蒸発している状
態であるので、10℃と33℃の間に設定する事によって適
正量を封入でき、それによって蒸発パイプ（47）温度の
脈動や、冷却不足を防止でき、安定した冷却性能を発揮
できると共に冷凍装置（Ｒ）に高い信頼性と寿命を与え
るものである。

（ヘ）実施例 次に図面に於いて本発明の実施例を説明する。第１図は
本発明の冷凍装置（Ｒ）の冷媒回路（１）を示してい
る。冷媒回路（１）はそれぞれ独立した第１の冷媒閉回
路としての高温側冷媒回路（２）と第２の冷媒閉回路と
しての低温側冷媒回路（３）とから構成されている。
（４）は高温側冷媒回路（２）を構成する一相若しくは
三相交流電源を用いる電動圧縮機であり、電動圧縮機
（４）の吐出側配管（4D）は補助凝縮器（５）に接続さ
れ、補助凝縮器（５）は更に後に詳述する冷凍庫の貯蔵
室開口縁を加熱する露付防止パイプ（６）に接続され、
次に電動圧縮機（４）のオイルクーラー（７）に接続さ
れた後、凝縮器（８）に接続される。（９）は凝縮器
（８）冷却用の送風機である。凝縮器（８）を出た冷媒
配管は乾燥器（12）を経た後、減圧器（13）を介して蒸
発器を構成する蒸発器部分としての第１蒸発器（14A）
と第２蒸発器（14B）を経てアキュムレータ（15）に接
続された後、低温側冷媒回路（３）を構成する電動圧縮
機（10）のオイルクーラー（11）を経て電動圧縮機
（４）の吸入側配管（4S）に接続される。第１蒸発器
（14A）と第２蒸発器（14B）は直列に接続され、全体と
して高温側冷媒回路（２）の蒸発器を構成している。

高温側冷媒回路（２）には沸点の異なる冷媒R502とR12
（ジクロロジフルオロメタン）が充填され、その組成は
例えばR502が88.0重量％、R12が12.0重量％である。電
動圧縮機（４）から吐出された高温ガス状冷媒は、補助
凝縮器（５）、露付防止パイプ（６）、オイルクーラー
（７）及び凝縮器（８）で凝縮されて放熱液化した後、
乾燥器（12）で含有する水分を除去され、減圧器（13）
にて減圧されて第１及び第２蒸発器（14A）（14B）に次
々に流入して冷媒R502が蒸発し、気化熱を周囲から吸収
して各蒸発器（14A）（14B）を冷却し、冷媒液溜めとし
てのアキュムレータ（15）から低温側冷媒回路（３）の
電動圧縮機（10）のオイルクーラー（11）を経て電動圧
縮機（４）に帰還する動作をする。

この時、電動圧縮機（４）の能力は例えば1.5HPであ
り、運転中の各蒸発器（14A）（14B）の最終到達温度は
−50℃になる。斯かる低温下では冷媒中のR12は各蒸発
器（14A）（14B）では蒸発せず液状態のままであり、従
って冷却には殆ど寄与しないが、電動圧縮機（４）の潤
滑油や乾燥器（12）で吸収し切れなかった混入水分をそ
の内に溶け込ませた状態で電動圧縮機（４）に帰還せし
める機能を奏する。即ち、R12冷媒はアキュムレータ（1
5）から出る配管（アキュムレータ（15）内に上方より
挿入されて下端部で折曲されて開口端は冷媒液位より上
方に臨んでいる。）の下端に通常形成されている油戻し
用の孔からアキュムレータ（15）より出て、前述の潤滑
油等を含んだ液体の状態で低温側冷媒回路（３）のオイ
ルクーラー（11）に流入する事になる。ここで電動圧縮
機（10）の温度が高い事によりR12は蒸発し、これによ
って電動圧縮機（10）の焼付きや潤滑油の劣化を防止す
る。即ち冷媒R12は高温側冷媒回路（２）中の潤滑油を
電動圧縮機（４）に戻す機能と、低温側冷媒回路（３）
の電動圧縮機（10）を冷却する機能を奏する。

低温側冷媒回路（３）を構成する電動圧縮機（10）の吐
出側配管（10D）は補助凝縮器（17）に接続された後油
分離器（18）に接続される。油分離器（18）からは電動
圧縮機（10）に戻る油戻し管（19）と乾燥器（20）に接
続される配管に分かれ、乾燥器（20）は分岐用三方管
（21）に接続される。三方管（21）から出た一方の配管
は低温側冷媒回路（３）の第２の吸入側熱交換器（22）
周囲を熱交換的に巻回した後第１蒸発器（14A）内に挿
入された高圧側配管としての第１凝縮パイプ（23A）に
接続される。三方管（21）から出た他方の配管は同様に
低温側冷媒回路（３）の第１の吸入側熱交換器（24）周
囲を熱交換的に巻回した後第２蒸発器（14B）内に挿入
された高圧側配管としての第２凝縮パイプ（23B）に接
続される。第１蒸発器（14A）と第１凝縮パイプ（23A）
及び第２蒸発器（14B）と第２凝縮パイプ（23B）はそれ
ぞれカスケードコンデンサ（25A）及び（25B）を構成し
ている。第１及び第２凝縮パイプ（23A）（23B）は集合
三方管（27）にて結合された後、乾燥器（28）を経て第
１の気液分離器（29）に接続される。気液分離器（29）
から出た気相配管（30）は第１の中間熱交換器（32）内
を通過して第２の気液分離器（33）に接続される。気液
分離器（29）から出た液相配管（34）は乾燥器（35）を
経た後減圧器（36）を経て第１の中間熱交換器（32）と
第２の中間熱交換器（42）の間に接続される。気液分離
器（33）から出た液相配管（38）は第３の中間熱交換器
（44）に熱交換的に配設した乾燥器（39）を経た後蒸発
器（40）を経て第２の中間熱交換器（42）と第３の中間
熱交換器（44）の間に接続される。気液分離器（33）か
ら出た気相配管（43）は第２の中間熱交換器（42）内を
通過した後、第３の中間熱交換器（44）内を通過し、同
様に第３の中間熱交換器（44）に熱交換的に配設した乾
燥器（45）を経て減圧器（46）に接続される。減圧器
（46）は蒸発器としての蒸発パイプ（47）に接続され、
更に蒸発パイプ（47）は第３の中間熱交換器（44）に接
続される。第３の中間熱交換器（44）は第２（42）及び
第１の中間熱交換器（32）に次々に接続された後、アキ
ュムレータ（49）に接続され、アキュムレータ（49）は
更に第１の吸入側熱交換器（24）に接続され、更に第２
の吸入側熱交換器（22）を経て電動圧縮機（10）の吸入
側配管（10S）に接続される。吸入側配管（10S）には更
に電動圧縮機（10）停止時に冷媒を貯留する膨張タンク
（51）が減圧器（52）を介して接続される。

低温側冷媒回路（３）には沸点の異なる四種類の混合冷
媒が封入される。即ち、R12（ジクロロジフルオロメタ
ン）、R13B1（ブロモトリフルオロメタン）、R14（テト
ラフルオロメタン）及びR50（メタン）から成る混合冷
媒が予め混合された状態で封入される。各冷媒の組成は
例えばR50が4.0重量％、R14が22.0重量％、R13B1が39.0
重量％、R12が35.0重量％である。R50はメタンであり酸
素との結合にて爆発を生じるが上記割合の各フロン冷媒
と混合することによって爆発の危険性は無くなる。従っ
て混合冷媒の漏洩事故が発生したとしても爆発事故は発
生しない。

ここで実施例では高温側冷媒回路（２）の蒸発器を二つ
の蒸発器部分即ち第１第２蒸発器（14A）（14B）に分割
し、低温側冷媒回路（３）の高圧側配管を第１第２凝縮
パイプ（23A）（23B）に分割したことにより、二つのカ
スケードコンデンサ（25A）（25B）を構成したが、それ
に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で更に多く
のカスケードコンデンサに分割しても何等差支えない。

次に冷媒の循環を説明すると、電動圧縮機（10）から吐
出された高温高圧のガス状混合冷媒は補助凝縮器（17）
にて予冷された後、油分離器（18）にて冷媒と混在して
いる電動圧縮機（10）の潤滑油の大部分を油戻し管（1
9）にて電動圧縮機（10）に戻し、冷媒自体は乾燥器（2
0）を経て後、三方管（21）にて二分される。三方管（2
1）にて二分された冷媒はそれぞれ別々に吸入側熱交換
器（22）若しくは（24）にて予冷された後、それぞれカ
スケードコンデンサ（25A）若しくは（25B）にて第１
（14A）若しくは第２の蒸発器（14B）より冷却されて混
合冷媒中の沸点の高い一部の冷媒を凝縮液化した後、三
方管（27）に於いて合流する。この時混合冷媒は二分さ
れてそれぞれ量の少ない状態で別々にカスケードコンデ
ンサ（25A）若しくは（25B）に於いて冷却されるため、
十分なる熱交換が行なわれ、凝縮作用は良好に達成され
る。

三方管（27）を出た混合冷媒は乾燥器（28）を経て気液
分離器（29）に流入する。この時点では混合冷媒中のR1
4とR50は沸点が極めて低い為に未だ凝縮されておらずガ
ス状態であり、R12とR13B1のみが凝縮液化されている
為、R14とR50は気相配管（30）に、R12とR13B1は液相配
管（34）へと分離される。気相配管（30）に流入した冷
媒混合物は第１の中間熱交換器（32）と熱交換して凝縮
された後、気液分離器（33）に至る。ここで第１の中間
熱交換器（32）には蒸発パイプ（47）より帰還して来る
低温の冷媒が流入し、更に液相配管（34）に流入したR1
3B1が乾燥器（35）を経て減圧器（36）で減圧された
後、第１の中間熱交換器（32）に流入してそこで蒸発す
ることにより冷却に寄与する為、第１の中間熱交換器
（32）の温度は−80℃程となっている。従って気相配管
（30）を通過した混合冷媒中のR14の大部分は凝縮液化
され、R50は更に沸点が低い為に未だガス状態である。
よってR14は気液分離器（33）から液相配管（38）へ
又、R50は気相配管（43）へと分離され、R14は乾燥器
（39）を経て減圧器（40）にて減圧され第２の中間熱交
換器（42）と第３の中間熱交換器（44）の間に流入して
第２の中間熱交換器（42）内で蒸発する。第２の中間熱
交換器（42）には蒸発パイプ（47）からの帰還低温冷媒
が流入すると共にR14の蒸発が更に冷却に寄与するた
め、第２の中間熱交換器（42）の温度は−100℃程とな
っている。更に第３の中間熱交換器（44）には蒸発パイ
プ（47）からの帰還低温冷媒が直ぐに流入しているため
に、その温度は−120℃程の極めて低い温度となってい
るので、第２及び第３の中間熱交換器（42）（44）と熱
交換した気相配管（43）を通過する最も沸点の低い冷媒
R50は凝縮液化され、乾燥機（45）を経て減圧器（46）
にて減圧された後、蒸発パイプ（47）に流入してそこで
蒸発する。この時の蒸発パイプ（47）の温度は−150℃
に到達している。これが本発明の冷凍装置（Ｒ）の最終
到達温度であり、この蒸発パイプ（47）を後述する冷凍
庫の貯蔵室に熱交換的に配設することにより貯蔵室内を
−140℃の超低温の環境とすることが可能となる。蒸発
パイプ（47）から流出した冷媒（大部分がR50）は前述
の如く第３、第２、第１の中間熱交換器（44）（42）
（32）に次々に流入、流出し、各冷媒R14、R13B1、R12
と合流しながらアキュムレータ（49）にて未蒸発の冷媒
を分離した後吸入側熱交換器（24）（22）に次々に流入
して冷却した後、電動圧縮機（10）に吸入される。

ここで第１の気液分離器（29）にて液相配管（34）に流
入したR12は第１の中間熱交換器（32）に流入するもの
の、既に極めて低い温度となっているため蒸発せず液状
態のままであり、従って冷却には何等寄与しないが、油
分離器（18）で分離し切れなかった残留潤滑油や各乾燥
器で吸収し切れなかった混入水分をその内に溶け込ませ
た状態で電動圧縮機（10）に帰環せしめる機能を奏す
る。電動圧縮機（10）の潤滑油が低温側冷媒回路（13）
内を循環すると超低温であることにより、各部に残留す
る現象が発生し、目詰りの原因となる。その為にR12で
略完全なる潤滑油の帰還を達成している。

以上を繰り返えすことにより冷媒回路（１）は定常状態
で蒸発パイプ（47）に−150℃の超低温を発生する様動
作するが、電動圧縮機（４）（10）は1.5HP程度の能力
で済み、格別大なる能力を必要としない。これはカスケ
ードコンデンサ（25A）（25B）部分の熱交換が良好に行
なわれている事と混合冷媒の選択が大きく寄与してい
る。これによって電動圧縮機による騒音の削減と低消費
電力が達成される。又、−150℃の達成によって後述す
る冷凍庫内の生体資料を氷の再結晶化点より低い温度に
冷却する事が可能となり、永久保存が達成されることに
なる。更に高温側冷媒回路（２）の冷媒は第１蒸発器
（14A）から第２蒸発器（14B）へと流れ、分流するもの
では無いので両蒸発器（14A）（14B）の温度バランスが
何等かの原因で崩れても、冷媒流量の偏りは発生し得
ず、従って低温側冷媒回路（３）の第１凝縮パイプ（23
A）と第２凝縮パイプ（23B）の相方の安定した冷却が達
成され、良好なる凝縮作用が達成される。

次に第２図は本発明の冷凍装置（Ｒ）の制御用電気回路
の概略を示す。（4M）は高温側冷媒回路（２）の電動圧
縮機（４）駆動用のモーターであり、一相若しくは三相
の交流電源（AC）（AC）間に接続される。即ちモーター
（4M）は電源（AC）（AC）が投入されている間は連続運
転とされる。（10M）は低温側冷媒回路（３）の電動圧
縮機（10）駆動用のモーターであり、電磁リレー（60）
の接点（60A）と直列に電源（AC）（AC）に接続され
る。接点（60A）は電磁リレー（60）のコイル（60C）に
通電されて閉じ、モーター（10M）を運転せしめる。（6
1）は後述する冷凍庫貯蔵室の温度調節器であり、電源
（AC）（AC）間に接続され、貯蔵室内の温度を実質的に
検出し、設定温度の上下に適当なディファレンシャルを
設定し、上限温度で出力端子（61A）（61B）間に電圧を
発生し、下限温度で発生を停止する。この設定温度は−
145℃乃至−150℃である。出力端子（61A）（61B）間に
は温調リレー（62）のコイル（62C）とタイマー（63）
の接点（63A）が直列接続される。温調リレー（62）は
コイル（62C）に通電されて接点（62A）を閉じる。（6
5）は第１図の低温側冷媒回路（３）の電動圧縮機（1
0）吐出側配管（10D）に、補助凝縮器（17）の前段側に
於いて設けられる高圧スイッチである。高圧スイッチ
（65）は電源（AC）（AC）に対してタイマー（63）と直
列に接続され、電動圧縮機（10）吐出側の圧力が上昇し
て圧縮機（10）に過大な負荷をかけるようになる、例え
ば26kg/cm²に上昇すると接点を開き、圧力が十分に安全
な状態例えば8kg/cm²に低下すると接点を閉じる。タイ
マー（63）は高圧スイッチ（63）の接点が閉じた後、３
乃至５分経過後に接点（63A）を閉じ、高圧スイッチ（6
5）が開いて接点（63A）を開く。（66）は低温始動サー
モスタットであり、高温冷媒回路（２）のアキュムレー
タ（15）の温度を感知する様に取り付けられている。ア
キュムレータ（15）には各蒸発器（14A）（14B）で蒸発
した冷媒及び未蒸発の冷媒が流入するため、蒸発器（14
A）（14B）と略同様の低温となるものであるが、低温始
動サーモスタット（66）はアキュムレータ（15）の温度
が例えば−35℃に低下して接点を閉じ、−10℃に上昇し
て接点を開く動作をする。低温始動サーモスタット（6
6）は両側に温調リレー（62）の接点（62A）及びタイマ
ー（68）とで直列回路を構成して電源（AC）（AC）に接
続される。タイマー（68）と低温始動サーモスタット
（66）間にはタイマー（68）の切換えスイッチ（69）の
コモン端子が接続され、切換えスイッチ（69）の端子
（69A）と電源（AC）間には電磁リレー（60）のコイル
（60C）が接続され、端子（69B）と電源（AC）間には第
１図の減圧器（46）の前後に交換的に設けられるヒータ
ー（70）（71）が並列に接続される。タイマー（68）は
常には切換えスイッチ（69）を端子（69A）に閉じてお
り、通電されて積算し、この積算が例えば12時間になる
とスイッチ（69）を端子（69B）に例えば15分間閉じて
再び端子（69A）に閉じる動作をする。

次に第３図のタイミングチャートを参照して動作を説明
する。冷凍装置（Ｒ）が据え付けられて時刻（t₀）で電
源（AC）（AC）を投入するとモーター（4M）が起動し、
電動圧縮機（４）が動作して高温側冷媒回路（２）内を
冷媒が循環し始める。この時アキュムレータ（15）は常
温に近い状態であるから低温始動サーモスタット（66）
は開放状態であり、従って温度調節器（61）の如何に係
わらず、電磁リレー（60）のコイル（60C）には通電さ
れず、従って接点（60A）は開いているため、モーター
（10M）は起動せず、低温側冷媒回路（３）の電動圧縮
機（10）は動作しない。この様な高温側冷媒回路（２）
のみの冷却運転が継続され、第１及び第２蒸発器（14
A）（14B）に液状冷媒がたまることによって温度が低下
して行き、それに伴ってアキュムレータ（15）の温度が
低下して時刻（t₁）に−35℃になると低温始動サーモス
タット（66）が接点を閉じる。この閉動作の寸前の時点
では電動圧縮機（10）は停止しているから当然高圧スイ
ッチ（65）は閉じており、又、電源投入から３乃至５分
は当然経過しているからタイマー（63）も接点（63A）
を閉じている。更に貯蔵室内の温度も当然設定温度より
高いから、温度調節器（61）も出力を発生しているので
温調リレー（62）の接点（62A）は閉じている。従って
低温始動サーモスタット（66）が閉じた時点で電磁リレ
ー（60）のコイル（60C）に通電されて接点（60A）が閉
じ、モーター（10M）が起動して電動圧縮機（10）より
混合冷媒が吐出され回路（３）内を循環され始める。こ
の時低温側冷媒回路（３）各部の温度は依然高く、従っ
て内部の冷媒は殆どがガス状となっているために回路内
の圧力は高い。その上電動圧縮機（10）から冷媒が押し
出されるために吐出側配管（10D）の圧力が急激に上昇
する。これを放置すると高圧力によって電動圧縮機（1
0）構成部品が損傷を受けるが、この圧力上昇のピーク
値が時刻（t₂）で許容限界である26kg/cm²に達すると高
圧スイッチ（65）がそれを感知して接点を開くので接点
（63A）が開き、それによって温調リレー（62）の接点
（62A）が強制的に開放せられ、コイル（60C）が非通電
となって接点（60A）が開きモーター（10M）は停止す
る。これによって電動圧縮機（10）吐出側の圧力上昇は
阻止され、損傷は防止される。

電動圧縮機（10）の停止によって吐出側配管（10D）の
圧力は低下して8kg/cm²まで下がるがチャタリング防止
用のタイマー（63）の存在によって高圧スイッチ（65）
の閉動作から３乃至５分間は接点は閉じず、従ってモー
ター（10M）は起動しない。この間に低温側冷媒回路
（３）内の圧力は第１若しくは第２蒸発器（14A）（14
B）から第１若しくは第２凝縮器（23A）（23B）に於い
て冷却された冷媒が多少なりとも循環されて蒸発する為
に、前回の起動時より温度が低下し、圧力も低下してい
る。タイマー（63）による遅延時間が時刻（t₃）に経過
すると再び接点（63A）が閉ざされて前述同様にモータ
ー（10M）が起動されるが、吐出側配管（10D）の圧力が
26kg/cm²に達した時点で再び高圧スイッチ（65）が開放
してモーター（10）は停止する。この様なモーター（10
M）の起動と停止を繰り返えし、沸点の高い冷媒が蒸発
して徐々に冷却作用を発揮して行くことによって第１の
中間熱交換器（32）から徐々に温度が低下して行き、モ
ーター（10M）起動時の吐出側配管（10D）の圧力上昇の
ピーク値が26kg/cm²に達しなくなるとモーター（10M）
は連続運転に入る。

電動圧縮機（10）が連続運転されることによって沸点の
低い冷媒も凝縮されて徐々に冷却作用を発揮し始め、各
中間熱交換器（32）（42）（44）と蒸発パイプ（47）の
温度が徐々に低下して行って前述の最終到達温度を得
る。その後貯蔵室の温度が温度調節器（61）で設定する
下限温度に達すると出力端子（61A）（61B）間の出力の
発生を停止するので接点（62A）が開き、更に接点（60
A）も開く為、モーター（10M）が停止し、冷却運転は停
止する。その後貯蔵室内の温度が徐々に上昇して、温度
調節器（61）で設定する上限温度に達すると再び接点
（62A）が閉じ、更に接点（60A）が閉じてモーター（10
M）が起動され再び冷却運転が開始される。以上を繰り
返して貯蔵室は平均して設定温度例えば−140℃に維持
されることになる。

ここでタイマー（68）は接点（62A）及び低温始動サー
モスタット（66）が閉じている間、即ちモーター（10
M）が運転されている時間を積算しており、この積算が1
2時間に達すると切換えスイッチ（69）を端子（69B）に
閉じるのでモーター（10M）の運転は禁止され、ヒータ
ー（70）（71）に通電されて発熱する。ここで第３の中
間熱交換器（44）を出て減圧器（46）に流入するR50は
−120℃以下の極めて低い温度に達している。従ってこ
の冷媒中に極めて微量の水分（これは冷媒の補充作業中
等に侵入するものである。）が混入していれば配管内に
氷結が発生する。ところで減圧器は通常細い径の配管に
て構成されるため、この減圧器（46）部分で氷結が成長
すると目詰りが発生し、冷媒が流れなくなってしまう
が、本発明ではヒーター（70）（71）によって定期的に
減圧器（46）を加熱する為、この氷結晶は融解されて成
長せず、従って斯かる事故は防止される。このヒーター
（70）（71）の発熱は15分で終了し、再び端子（69A）
にスイッチ（69）が閉じてモーター（10M）が起動され
前述同様低温側冷媒回路（３）の冷却運転が開始される
ことになる。

次に第４図は本発明を適用せる冷凍庫（75）の前方斜視
図を示し、第５図はその要部断面図を示す。更に第６図
は冷凍装置（Ｒ）の冷媒回路（１）の具体的構成を説明
する図である。冷凍庫（75）は理化学実験室等に設置さ
れるものであり、（74）は上方開口の貯蔵室（76）を内
部に形成する本体であり、その上方開口は後辺を回動自
在に枢支された断熱扉（77）によって開閉自在に閉塞さ
れている。本体（74）側部には温度調節器（61）や電動
圧縮機（４）（10）等を収容設置する機械室（78）が形
成されており、その前面には貯蔵室（76）内の温度を感
知して記録紙にその時間推移を記録する自記温度記録計
（79）や貯蔵室（76）の異常高温で警報を発する衆知の
警報器（80）及び温度調節器（61）の設定変更用摘み
（81）が設けられる。又、（82）は通気用スリットであ
る。

第５図は本体（74）部分の側断面図を示している。（8
3）は上方開口の鋼板製外箱、（84）は同様に上方開口
のアルミニウム製内箱であり、内箱（84）は外箱（83）
内に組み込まれ、両箱（83）（84）間にそれぞれ独立し
た上方に開口した箱状の外断熱材（85）及び内断熱材
（86）から成る二重の断熱層が形成されて両箱（83）
（84）の開口縁はブレーカ（87）で接続されている。内
箱（84）の外面には蒸発パイプ（47）が熱伝導的に配設
され、内断熱材（86）内に埋設されており、又、外箱
（76）開口縁内面には露付防止パイプ（６）が熱伝導的
に配設されている。内断熱材（86）は外断熱材（85）内
に載置されているのみで完全に分離しているため、蒸発
パイプ（47）の冷却作用によって内断熱材（86）が収縮
しても外断熱材（85）には何等影響を与えず、従って断
熱材の割れが発生せず、又、十分なる断熱性能も維持す
るものである。外箱（83）背面には開口（88）が形成さ
れ、又、外断熱材（85）にもそれに対応して切欠（89）
が形成されており、この切欠（89）内に開口（88）より
後述する如き断熱材（90）によってモールドされたカス
ケードコンデンサ（25A）（25B）等が収納配設され覆板
（91）にて覆われている。（92）は発泡スチロール製の
内蓋、（93）は断熱扉（77）内周面のガスケット、（9
4）は運搬用キャスターである。

次に第６図は冷凍装置（Ｒ）の冷媒回路（１）の具体的
構成を示すもので、図中第１図と同一符号は同一のもの
である。低温側冷媒回路（３）の補助凝縮器（17）は空
気吸引型の送風機（９）に対して高温側冷媒回路（２）
の凝縮器（８）の風上側に配置せられ同時に冷却される
様にしている。第１及び第２蒸発器（14A）（14B）は内
部中空のタンク状を成しており、この内部に上方より螺
旋状に巻回成形された第１及び第２凝縮パイプ（23A）
（23B）がそれぞれ挿入されている。（66A）はアキュム
レータ（15）に溶接固定された低温始動サーモスタット
（66）固定用の筒体である。（96）は後述する各中間熱
交換器（32）（42）（44）等から成りそれを断熱材（9
7）によってモールドして箱状と成した中間熱交換器部
を示している。蒸発パイプ（47）は内箱（84）外面に予
めアルミニウムテープ或いは接着剤等によって蛇行状に
固定されるものであるが、貯蔵室（76）内各部の温度分
布を出来る丈少なくするために、冷媒の流れる順序が、
内箱（84）の上部周囲から下部周囲へ回り、最後に底辺
を回る様に配設されている。

第７図に中間熱交換器部（96）の構造を示す。点線で囲
む部分が第１、第２及び第３の中間熱交換器（32）（4
2）（44）、第２の気液分離器（33）、乾燥器（39）（4
5）、減圧器（40）及びアキュムレータ（49）を内包す
る中間熱交換器部（96）である。各中間熱交換器（32）
（42）（44）は比較的大径の外側配管（98）（99）（10
0）を螺旋状に複数段巻回して偏平としたものを相互に
重合し、その内側を間隔を存して各気相配管（30）（4
3）が内側配管となって通過する螺旋二重管構造で構成
されており、図中（Ａ）部分が第１の中間熱交換器（3
2）を、（Ｂ）部分が第２の中間熱交換器（42）を、
又、（Ｃ）部分が第３の中間熱交換器（44）となる。こ
の螺旋の内側に第２の気液分離器（33）、乾燥器（39）
（45）、減圧器（40）及びアキュムレータ（49）が収納
されてデッドスペースを少なくし、寸法の小型化を図っ
ている。

次に構成を説明する。（101）は乾燥器（28）と第１の
気液分離器（29）とを結ぶ配管である。第１の気液分離
器（29）から上方に出る気相配管（30）は封止した入口
（IN₁）より外側配管（98）内に入り、内部を螺旋状に
周回して通過した後、出口（OUT₁）より出て第２の気液
分離器（33）に入る。気相配管（30）内を流下するガス
状冷媒はこの通過の際に気相配管（30）と外側配管（9
8）の間隔を上昇する低温冷媒によって凝縮される。第
２の気液分離器（33）から出た気相配管（43）は入口
（IN₂）より外側配管（99）内に入る。第１の気液分離
器（29）にて分離された液冷媒は減圧器（36）により減
圧された後、外側配管（98）の出口（OUT₁）と（99）の
入口（IN₂）を結ぶ連通管（102）途中に流入せられて外
側配管（98）内で蒸発し、蒸発パイプ（47）より帰還し
て来る冷媒と共に気相配管（30）内のガス状冷媒の凝縮
に寄与する。外側配管（99）内に入った気相配管（43）
は出口（OUT₂）より出て再び入口（IN₃）より外側配管
（100）内に入り、螺旋状に周回して出口（OUT₃）より
出る。以上の各出口と入口部の外側配管は封止されてい
る。第２の気液分離器（33）で分離れされた液冷媒は外
側配管（100）と熱交換的に設けた乾燥器（39）を経て
減圧器（40）により減圧された後、外側配管（99）の出
口（OUT₂）と（100）の入口（IN₃）を結ぶ連通管（10
3）途中に流入せられて外側配管（99）内で蒸発し、蒸
発パイプ（47）より帰還して来る冷媒と共に気相配管
（43）内のガス状冷媒の凝縮に寄与する。気相配管（4
3）内を流下して来る冷媒R50は外側配管（100）内を通
下する際に更に凝縮されて殆ど液化し外側配管（100）
と熱交換的に設けた乾燥器（45）を経て減圧器（46）に
至る。（105）は蒸発パイプ（47）の出口側に接続され
る配管で外側配管（100）の出口（OUT₃）に接続されて
気相配管（43）外側の間隔と連通される。又、（106）
は外側配管（98）の入口（IN₁）に於いて気相配管（3
0）外側の間隔とアキュムレータ（49）とを連通する配
管である。即ち蒸発パイプ（47）からの帰還冷媒は配管
（105）より外側配管（100）と気相配管（43）との間隔
内に流入してそこを上昇し、気相配管（43）内を流下し
て来る冷媒を凝縮し、連通管（103）にて減圧器（40）
からの冷媒と合流して外側配管（99）と気相配管（43）
の間隔内に流入してそこを上昇し、気相配管（43）内の
冷媒を凝縮し、更に連通管（102）にて減圧器（36）か
らの冷媒と合流して外側配管（98）と気相配管（30）の
間隔内に流入してそこを上昇し、気相配管（30）内の冷
媒を凝縮した後、配管（106）を通過してアキュムレー
タ（49）に至り、配管（108）にて吸入側熱交換器（2
4）に流入する。以上の如く気相配管（30）或いは（4
3）内を流下する冷媒の流れと、蒸発パイプ（47）より
気相配管（30）或いは（43）と外側配管（100）（99）
（98）間を上昇して来る冷媒の流れとは相互に対向流と
なっている。

次に第８図に冷凍庫（75）の背方斜視図を示し、冷凍装
置（Ｒ）の組み込む手順を説明する。外箱（83）背面に
は開口（88）と並列して開口（110）が形成され、それ
に対応して外断熱材（85）にも切欠（111）が形成され
ている。断熱材（90）内にはカスケードコンデンサ（25
A）（25B）と共に吸入側熱交換器（22）（24）、アキュ
ムレータ（15）及び乾燥器（28）をモールドする。断熱
材（90）と（97）の成形方法は被モールド部品を樹脂袋
内に収容し、その状態で箱状の発泡型内に設置し、袋の
中にウレタン断熱材を発泡充填して成形するものであ
る。断熱材（97）からは減圧器（46）と配管（105）を
延出しておき、切欠（111）奥部の導出部（112）（11
2）より導出される蒸発パイプ（47）と溶接により接続
する。断熱材（90）から延在せしめた減圧器（13）等の
配管は切欠（89）の機械室（78）側の壁面より導出され
る配管と溶接接続する。第１の気液分離器（29）と乾燥
器（35）は断熱材（90）外側に位置せしめ、断熱材（9
0）と（97）も相互に配管接続した状態で切欠（89）（1
11）内に組み込み、隙間にはグラスウール等を装填した
後、覆板（91）で切欠（89）と（111）を覆う事により
組み込みを完了する。又、電動圧縮機（４）（10）、凝
縮器（８）、送風機（９）及び膨張タンク（51）等は機
械室（78）内に予め設置しておき、これによって冷凍庫
（75）は完成する。

以上は本発明の冷凍装置（Ｒ）の理想的な運転状況につ
いて説明したが、最終段即ち第３の中間熱交換器（44）
から蒸発パイプ（47）までの領域は前述の如く−120℃
から−150℃等の極めて低い温度に冷却されるため、前
述の構成の如く厳重に断熱を行っても周囲からの熱侵入
によって第３の中間熱交換器（44）を通過した液冷媒が
減圧器（46）内で蒸発しようとする。ここで第２の気液
分離器（33）からの未凝縮冷媒には若干のR14冷媒が含
まれているが殆どはR50冷媒である。又、第９図にR50冷
媒の圧力と蒸発温度との関係を示す。前述の如く減圧器
（46）内でR50冷媒の蒸発が生ずると、減圧器（46）の
管内径は非常に小さいので（通常1mm以下）、減圧器（4
6）内はすぐにガス冷媒で満たされてしまい、通過抵抗
が過大となって液冷媒が流通できなくなり、蒸発パイプ
（47）の温度が上昇して貯蔵室（76）が十分に冷却され
なくなってしまう。

しかし、減圧器（46）内の液冷媒の流通の阻害は、又、
減圧器（46）に入る前の部分の圧力上昇を引き起こすた
め、第９図の如くR50冷媒の蒸発温度も高くなり、それ
によって減圧器（46）内での蒸発は行なわれなくなり、
再び液冷媒が蒸発パイプ（47）に供給されて、正常な冷
却が行なわれる様になる。しかし乍ら、これによって温
度が低下すれば再び前述の如く減圧器（46）内での蒸発
が始まり、これを繰り返す事になる。この様な状況にな
ると貯蔵室（76）内の冷却不足が生ずるばかりでなく、
電動圧縮機（10）に加わる負荷が激しく変動して電動圧
縮機（10）の寿命を損うばかりでなく騒音も大きくな
る。そのために本願では乾燥器（45）を第３の中間熱交
換器（44）に熱交換的に配設し、第３の中間熱交換器
（44）を通過したR50冷媒を再び冷却し、周囲からの熱
侵入による温度上昇を抑制している。これによって減圧
器（46）内での冷媒の蒸発を防止し、前述の冷却不足を
解消している。

又、この様な異常な状況は低温側冷媒回路（３）内に充
填される冷媒の量が適正でない場合にも発生する。即ち
第９図に冷凍装置（Ｒ）に電源が投入された後の貯蔵室
（76）内の温度の時間推移を示し、（L₁）は適正な冷媒
充填量である場合を、（L₂）は冷媒充填量が過多である
場合を、又、（L₃）は冷媒充填量が過少である場合を示
す。又、第10図には到達温度付近での冷媒充填量が過多
の場合の貯蔵室（76）内温度である（L₂）と過少の場合
の温度である（L₃）を示し、図中（L₄）は冷媒充填量が
過多の場合の減圧器（46）に流入する冷媒の温度即ち第
１図中減圧器（46）入口部（P₁）の温度を、（L₅）は同
様に過多の場合の減圧器（46）を出た後の冷媒の温度即
ち第１図中蒸発パイプ（47）入口部（P₂）の温度を、
（L₆）は冷媒充填量が過少な場合の減圧器（46）入口部
（P₁）の温度を、又、（L₇）は同過少な場合の蒸発パイ
プ（47）入口部（P₂）の温度を示す。

冷媒充填量が過多である場合は、冷却運転の開始から貯
蔵室（76）の温度が低下して行く速度は、充填量が正常
な場合よりも速い。しかし乍ら、蒸発パイプ（47）に供
給される液冷媒の量が多過ぎるので、貯蔵室（76）内の
温度が到達温度まで低下すると、蒸発パイプ（47）内で
蒸発し切れない多量の液冷媒が第３の中間熱交換器（4
4）に流入してそこで蒸発する様になり、第３の中間熱
交換器（44）の温度は蒸発パイプ（47）と同等な値まで
冷却されて行く。これによって減圧器（46）入口部
（P₁）の温度も低下して行くが、周囲との温度差が大き
くなるため、周囲からの熱侵入量が増加し、液冷媒の蒸
発を促す様になる。これにより減圧器（46）内では液冷
媒の蒸発が始まり、減圧器（46）内の圧力上昇によって
液冷媒の流通が阻害され、蒸発パイプ（47）への液冷媒
の供給が減少するので入口部（P₂）の温度も上昇して来
る。それによって貯蔵室（76）内の温度も上昇する。即
ち、第13図のモリエル線図に示すように、蒸発パイプ
（47）にて最終段の冷媒R50が液化し終る理想的な冷凍
サイクルを→→→とした場合、充填される冷媒
の量が過多であると中間熱交換器（44）で液冷媒が過冷
却されることとなるため、この液の分だけ冷凍サイクル
の圧力差PdはPd₁からPd₂に、即ち、Pd₁−Pd₂分だけ減少
してしまう。この結果、冷凍サイクルは→→→
となり、減圧器（46）では圧力差Pdが低下した分だけ液
冷媒の流通が悪くなり、蒸発パイプ（47）への液冷媒の
供給が減少するのである。この現象は中間熱交換器（4
4）での過冷却が大きくほど液量が多くなるため顕著と
なる。即ち、過冷却が大きいほど圧力差Pdの低下が大き
くなる。尚、上述した現象は減圧器（46）に絞り量固定
のキャピラリーチューブ等を使用した場合には特に顕著
に現われる。減圧器（46）内での液冷媒の流通が阻害さ
れると液冷媒の圧力が前述の如く上昇するため蒸発温度
が上昇して液冷媒は蒸発しなくなり、再び減圧器（46）
を通過して正常な冷却が行なわれる様になるが、その後
の冷却によって液冷媒が蒸発パイプ（47）内で余れば再
び同様な状況が繰り返えされる。即ち第11図中（L₂）
（L₄）（L₅）の如く各温度は脈動して不安定となる。こ
こで貯蔵室（76）内の温度は多少遅れた形となる。この
様な上況になると第９図の如く貯蔵室（76）内の温度は
周期的に正常状態（L₁）を上回り冷却不足となると共
に、電動圧縮機（10）の振動騒音の増大、異常魔耗等を
引き起こす。

この様な状況では減圧器（46）に流入する冷媒の温度が
そこを出た後の冷媒の温度に近づく、即ち減圧器（46）
入口部（P₁）の温度が低下して蒸発パイプ（47）入口部
（P₂）の温度に近づき過ぎ、到達温度付近に於いて10℃
以下となっている事が実験的に確められている。そこで
本発明では点（P₁）と（P₂）との温度差が10℃より大き
くなる様に冷媒を充填する様にした。これによって冷媒
の過充填は防止され、以上の如き脈動を防止し、安定し
た冷却運転が行なわれる様になる。又、これと共に乾燥
器（45）を第３の中間熱交換器（44）に熱交換的に設け
て、熱侵入による影響を少なくしているので、更に温度
は安定することになる。

次に冷媒充填量が過少な場合は当然のことながら第９図
中（L₃）の如く冷却速度も遅くなる。又、少量ではある
が冷媒は低温側冷媒回路（３）内を循環しているので減
圧器（46）からは少量の液冷媒が蒸発パイプ（47）に流
入して直ぐに蒸発し、それによって第10図（L₇）の如く
蒸発パイプ（47）入口部（P₂）の温度は降下するが、液
冷媒の量が少ないため、蒸発は直ぐに終了してしまい、
その後はガス状の冷媒が蒸発パイプ（47）から第３の中
間熱交換器（44）へと流れるのみとなる。これによって
貯蔵室（76）内は冷却不足となって温度は上昇し、
（L₃）の如く高い値で安定する様になると共に、第３の
中間熱交換器（44）の温度も上昇すめため、それと熱交
換した後の冷媒が通る減圧器（46）入口部（P₁）の温度
も（L₆）の如く上昇し、（P₁）点と（P₂）点の温度差は
非常に大きくなる。

ここで本発明の冷凍装置（Ｒ）ではカスケードコンデン
サ（25A）（25B）の温度（−50℃）と蒸発パイプ（47）
の温度（−150℃）との差100℃を減圧器（36）（40）
（46）の前後でそれぞれ温度差を作り出す事によって段
階的に作り出している。即ち各減圧器（36）（40）（4
6）の前後に於いて受け持つ温度差は、等分したとして
も（通常は負荷を少しでも減らすために低温になるに従
って温度差は小さく設定する。）33℃であり、この温度
差よりも減圧器（46）入口部（P₁）と蒸発パイプ（47）
入口部（P₂）との温度差が到達温度付近で大きくなって
いる時は異常であり、その原因は前述の如き冷媒充填量
の過少にあると言う事ができる。従って本発明では点
（P₁）と（P₂）との温度差か33℃より小さくなる様に冷
媒を充填する事により、冷媒の充填不足による冷却不足
を解消する様にしている。

以上総合すると、減圧器（46）入口部（P₁）の温度と蒸
発パイプ（47）入口部（P₂）の温度により減圧器（46）
に流入する冷媒の温度とそこを出た後の冷媒の温度の差
を測定し、到達温度付近に於いて、その差が10℃より大
きく、且つカスケードコンデンサ（25A）（25B）と蒸発
パイプ（47）の温度差を減圧器（36）（40）（46）の数
で除した値即ち33℃より小さい範囲に入る様に冷媒を充
填する事により、適正な冷媒量を充填する事ができる。

ここで冷凍装置（Ｒ）は、その設置された周囲の温度に
よっても影響を受ける。即ち周囲温度が高い状況を想定
して十分なる冷却能力を発揮する様に冷媒を充填したと
すると、周囲の温度が低くなった時にはカスケードコン
デンサ（25A）（25B）及び各中間熱交換器（32）（42）
（44）の温度も低下するため、それぞれの中間熱交換器
で凝縮されるべき冷媒の他に、後段の中間熱交換器で凝
縮されるべき冷媒も一部凝縮してしまい、電動圧縮機
（10）に帰還してしまうために、最終的に蒸発パイプ
（47）に流入するR50冷媒の量が減少するため冷却不足
が生じる。これを解消するために冷媒充填量を増加して
行くと、今度は周囲の温度が高い状態で前述の如き脈動
が発生する。

これに対して本発明の如く点（P₁）と（P₂）との温度差
を10℃より大きく33℃より小さくする様に冷媒を充填す
る事により、周囲温度が高い時から低い時に渡って安定
した冷却能力を発揮できる様になる。

ここで前記自記温度記録計（79）は貯蔵室（76）内の温
度を記録するもので、此種冷凍庫に於いては重要な構成
部品の一つである。ところで記録計（79）は一般に第11
図に示す如く衆知のアルキメデス螺旋形状のブルドン管
（120）と時間推移に伴って自動的に移動される図示し
ない記録紙等から構成される。第11図に於いて（121）
は貯蔵室（76）内の温度を感知する様に配設される感温
部であり、ブルドン管（120）と感温部（121）は細管
（122）にて連通接続されている。ブルドン管（120）の
例えば螺旋の中心（０）には駆動軸（123）が立設固定
され、この駆動軸（123）先端に記録用の指針（124）が
取付けられている。ブルドン管（120）は内部中空であ
り、内部には例えばエチルアルコールやノルマルプロピ
ルアルコール等の感温物質が液状で封入されている。ブ
ルドン管（120）は感温部（121）周囲の温度変化による
内部圧力の変化によって変形し、駆動軸（123）を軸方
向を中心として回転せしめるものであるが、この回転角
度（θ）はブルドン管（120）内の圧力変化に比例する
ことが知られており、これによって貯蔵室（76）内の温
度を指針（124）の位置に変換し記録するものである。

ところで前記エチルアルコールやノルマルプロピルアル
コール等の一般的感温物質は例えば−80℃付近で使用さ
れるものであり、本発明の対象である−150℃等の超低
温では凍結してしまい、温度記録計として使用に供する
ことができない。そこで鋭意研究の結果、本発明では感
温物質として２−メチルペンタン（イソヘキサン）を封
入することによって−150℃等の超低温における温度を
記録する事を達成した。第12図に２−メチルペンタンを
ブルドン管（120）中に封入した場合の感温部（121）周
囲の温度（Ｔ）とブルドン管（120）内の圧力（Ｐ）の
関係を示す。図より明らかな如く圧力（Ｐ）は−150℃
から＋50℃の温度範囲で温度（Ｔ）に略比例する。ここ
で指針（124）の回転角度（θ）は前述の如く圧力
（Ｐ）に比例するから温度（Ｔ）にも略比例し、これに
よって−150℃から＋50℃の範囲で貯蔵室（76）内の温
度を記録することができる。

尚、実施例では独立した二つの冷媒回路をカスケード接
続し、低温側の冷媒回路を混合冷媒冷凍方式としたもの
に適用したがそれに限られず、単一の冷媒回路による混
合冷媒冷凍方式のものにも本願は有効である。

（ト）発明の効果 本発明によれば非共沸混合冷媒を用いた冷媒回路から成
る冷凍装置に於いて、最終段の減圧器に流入する冷媒の
温度をそこを出た後の冷媒の温度の差を適正範囲即ち凝
縮器と蒸発器との温度差を減圧器の数で除した値より小
さく10℃より大きい範囲に入れる様にする事により、適
正な量の冷媒を充填する事ができるので、充填量が過多
である場合に生じる被冷却空間温度の脈動や、充填量が
過少である場合に生じる冷却不足を解消し、更に周囲温
度の影響を受けない安定した能力を発揮する冷却装置を
構成する事ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第９図は本発明の実施例を示し、第１図は冷
凍装置の冷媒回路図、第２図は同制御用電気回路図、第
３図は冷凍装置の動作を説明するタイミングチャート、
第４図は冷凍庫の斜視図、第５図は冷凍庫本体の側断面
図、第６図は冷凍装置の冷媒回路の具体的構成を示す
図、第７図は中間熱交換器部の斜視図、第８図は冷凍庫
の後方斜視図、第９図は貯蔵室内の電源投入からの時間
推移を示す図であり、第10図は低温側冷媒回路の冷媒充
填量が過多若しくは過少な場合の到達温度付近に於ける
貯蔵室温度を示す図、第11図及び第12図は自記温度記録
計の実施例を示し、第11図は自記温度記録計を構成する
ブルドン管の斜視図、第12図は２−メチルペンタンを封
入したブルドン管の内部圧力と感温部温度の関係を示す
図、第13図は低温側冷媒回路への充填冷媒量が過多の場
合を示すモリエル線図である。 （Ｒ）……冷凍装置、（２）……高温側冷媒回路、
（３）……低温側冷媒回路、（４）（10）……電動圧縮
機、（25A）（25B）……カスケードコンデンサ、（32）
（42）（44）……中間熱交換器、（36）（40）（46）…
…減圧器、（47）……蒸発パイプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、凝縮器、蒸発器、該蒸発器からの
   帰還冷媒を流通する様直列に接続された複数の中間熱交
   換器、複数の減圧器を具備し、複数種の非共沸混合冷媒
   を封入して成り、前記凝縮器を経た冷媒中の凝縮冷媒を
   前記減圧器を介して前記中間熱交換器に合流せしめ、そ
   こで前記冷媒中の未凝縮冷媒を冷却する事により、順次
   より低い沸点の冷媒を凝縮せしめ、最終段の減圧器を介
   して最低沸点の冷媒を前記蒸発器に流入せしめる事によ
   り極低温を得る冷凍装置において、前記非共沸混合冷媒
   の封入量を、前記最終段の減圧器に流入する冷媒とそれ
   を出た後の冷媒の温度との差が、前記凝縮器と蒸発器と
   の温度差を前記減圧器の数で除した値より小さく10℃よ
   り大きい範囲となるような量に設定した事を特徴とする
   冷凍装置。