JPS6273046A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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■混合冷
媒を用いて超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冷凍装置は一８０℃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
ある一１３０℃より低い環境では発生しないことが知ら
れている。即ち一１３０℃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
用いたものでは一８０℃程度が限度である。

更［１９７３年１０月３日付米国特許第３，７６８．２
７３号の如く、沸点の異なる複数種の混合冷媒を用い、
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が、これとて通常の
圧縮機を用いたものでは圧力と温度に限界があり、−８
０℃程度の最終温度が限界である。

これらの方式の欠点を同時に解決するものとして、１９
７３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がある。

Ｐ→　発明が解決しようとする問題点 米国特許第３，７３３，８４５号の如き構成によれば通
常用いられる圧縮機（例えば１．５ＨＰ程度〕によって
一１３０℃より低い超低温を達成することも可能である
が、−１３０°Ｃより低い超低温を達成するためにはカ
スケードコンデンサの部分で十分なる熱交換を達成させ
る必要があり、熱交換面積を確保するためカスケードコ
ンデンサを大型化しなければならない。一方低温側の冷
媒閉回路は混合冷媒冷凍方式を用いているために冷凍装
置自体の大型化が避けられないが、カスケードコンデン
サの大型化に伴い装置全体が極めて大型化する問題があ
った。斯かる問題点はカスケードコンデンサを複数に分
割する事によって達成され得る。即ちそれぞれのカスケ
ードコンデンサを小型化し、更にそれらの設置形態を種
々選択できるからである。

カスケードコンデンサを複数に分割する事は。

第１の冷媒閉回路の蒸発器を複数の蒸発器部分に分利し
、更に第２の冷媒閉回路の高圧側配管を各蒸発器部分と
熱交換器を構成する様に配設する事によって達成される
が、第１の冷媒閉回路の各蒸発器部分を冷媒流に対して
並列に接続しだ場合。

何れかの蒸発器部分の温度が上昇すると、そこの蒸発圧
力が上昇するため冷媒が流入し難くなり。

該蒸発器部分の湿度は更に上昇する。このように蒸発器
部分を並列接続した場合には、一旦温度のバランスが崩
れるとそれが増幅される形となって更にバランスが崩れ
、凝縮能力が蒸発器部分によって異って来る問題が生ず
る。又、第２の冷媒閉回路の高圧側配管を前記各蒸発器
部分に、冷媒流にズＪして直列に配設すると、各蒸発器
部分の温度差を作る原因（即ち上流側の蒸発器部分の温
度が上昇する。）となって前述のバランス崩壊を生む原
因となると共に、第１の冷媒閉回路の蒸発器を分割しな
いものに比して熱交換効率の向上が期待できない。

に）問題点を解決するための手段 本発明は斯かる問題点を解決するために独立した第１及
び第２の冷媒閉回路を準備し、第１の冷媒閉回路の蒸発
器は冷媒流に対して直列に接続された複数の蒸発器部分
で構成し、第２の冷媒閉回路には肺点の異なる複数種の
混合冷媒を充填すると共に圧縮機から蒸発器に至る高圧
側配管を複数の並列配管で構成してそれぞれ前記第１の
冷媒閉回路の蒸発器部分との間に熱交換器を構成するよ
うンこ配設して冷凍装置を構成したものである。

（ホ）作用 本発明によればｉｆの冷媒閉回路と第２の冷媒閉回路を
接続する所謂カスケードコンデンサの各部を小型化でき
るため設置形態の自由度が増し、結果的に装置全体の小
型化が図れる。又、第１の冷媒閉回路の蒸発器部分を冷
媒流に対して直列に接続したため、温度若しくは圧力に
よる凝縮能力の不安定化が防止されると共に、第２の冷
媒閉回路の高圧側配管を冷媒流に対して並列の配管とし
てそれぞれを第１の冷媒閉回路の各蒸発器部分に交熱的
に配設したことにまり熱交換効率の向上が図れる。

（へ）実施例 次に図面に於いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の冷凍装置（Ｒ１の冷媒回路ｆｉ＋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、１電動圧
縮機（・１）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σ
Ｅ庫の貯Ｍ、室開口縁を加熱する４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
１は凝縮器（８）冷却用の送風機である。凝縮器（８）
を出た冷媒配管は低温側冷媒（ロ）路（３）を構成する
電動圧縮機ａ■のオイルクーラーＱｌｌに接続された佼
、凝縮器（８）に戻り、乾燥器α２を経た後、減圧器α
（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
レーター０５）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Ｒ５０１冷媒が充填され、″
ｔｊＬ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）、４付防止パイプ（６）、オイルク
ーラー（７＋、凝縮器（８）及びオイルクーラーＱｌｌ
で凝縮されて放熱液化した後、乾燥器ａｚで含有する水
分を除去され、減圧器Ｑ３１にて減圧されて第１及び第
２蒸発器（１４Ａ）（１４Ｂ）に次々に流入して蒸発し
、気化熱を周囲から吸収して各蒸発器（１４Ａ）（１４
Ｂ）を冷却し、アキニームレータα９で未蒸発の液冷媒
を分離して冷媒ガスだけが電動圧縮機（４）に帰還する
動作をする。１ｋＬ動圧縮機（４）の能力は例えば１．
５　Ｉ−（Ｐであり、運転中の各蒸発器（１４Ａ）　（
１４Ｂ）の最終到達温度は一３５℃乃至−４０°Ｃとな
る。

低温側冷媒回路（３）を構成する電動圧縮機００）の吐
出側配管（ＩＯＤ）は補助凝縮器Ｃ１７１に接ｆｔｉさ
れた後油分離器賭に接続される。油分離器ｕ８１からは
電動圧縮機０■に戻る油戻し管（１９と乾燥器Ｇ２０）
に接続される配管に分かれ、乾燥器■は分岐用三方管咀
に接続される。三方管Ｃａ１１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Ｑｚ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ｃ！ｎ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Ｃａ周囲を
熱交換的に巻向しだ後第２蒸発器（１４Ｉ３）内に挿入
された高上側配管としての第２凝縮バイブ（２３１１）
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
（２３１Ｊ）はそれぞれカスケードコンデンサ（２５１
及び（２５Ｂ）を構成している。第１及び第２疑縮パイ
プ（２３Ａ）　（２３Ｂ）は集合三方管□□□にて結合
された後、乾燥器（２８１を経て第１の気液分離器四に
接続される。

気液分離器四から出た気相配管Ｃ３Ｇは第１の中間熱交
換器ｃ３３内を通過して第２の気液分離器關に接続され
る。気液分離器（ハ）から出た液相配管（至）は乾燥器
９句を経た後減圧器（支））を経て第１の中間熱交換器
Ｓ２１と第２の中間熱交換器（４′Ｉ！Ｊの間に接続さ
れる。気液分離器暖から出た液相配管（至）は乾燥器ｃ
３９１を経た後減圧器（４０を経て第２の中間熱交換器
Ｇ４ｚと第３の中間熱交換器０ａの間に接続される。気
液分離器（から出た気相配管（４３は第２の中間熱交換
器（４Ｄ円を通過した後、第３の中間熱交換器（４４）
内を通過し、乾燥器（４５１を経て減圧器（４６）に接
続される。減圧器（４６１は蒸発器としての蒸発パイプ
（４７１に接続され、更に蒸発パイプ（４η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ｃ３
２に次々に接続された後、アキュムレータ０９１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ｃ！ａに接続され、更に第２の吸入側熱交換器■を
経て電動圧縮機α０）の吸入側配管（ＩＯ８）に接続さ
れる。吸入側配管（ＩＯ３）には更に電動圧縮機ａα停
止時に冷媒を貯留する膨張タンク６υが減圧器ｃｉ２を
介して接続される。

低温側冷媒回路（３）には沸点の外なる四種類の混合冷
媒が封入される。即ち、Ｒ２１（ジクロロモノフルオロ
メタン）、Ｒ１３Ｂ１（プ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Ｒ５０が４，０重量％、Ｒ１４が４０．
５重量％、Ｒ１３Ｂ１が５３．４重量％、Ｒ２１が２．
１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）　（１４第
１第２凝縮ｉ　（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）（２５
Ｂ）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。

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αｎにて予冷された後、油分離器Ｇ
８１にて冷媒と混在している電動圧縮機０■の潤滑油の
大部分を油戻し管（Ｉ９にて電動圧縮機（１０１に戻し
、冷媒自体は乾燥器囚を経た後、三方管Ｃ！υにて二分
される。三方管−にて二分された冷媒はそれぞれ別々に
吸入側熱交換器（２ｚ若しくは（２旬にて予冷された後
、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（５）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（２
５Ｂ）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（５）を出た混合冷媒は乾燥器儲を経て気液分離
器−に流入する。この時点では混合冷媒中のＲ１４と１
１５０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、Ｒ２１とＲ１３Ｂ１のみがＭ縮減化され
ている為、Ｒ１４とＲ５０は気相配管００）に、Ｒ２１
とＲ１３Ｂ１は液相配管図へと分離される。気相配ｖ殴
に流入した冷媒混合物は第１の中間熱交換器ｒ、３２と
熱交換して凝縮された後、気液分離器割に至る。ここで
第１の中間熱交換器ωには蒸発パイプ（４１より帰還し
て来る低温の冷媒が流入し、更に液相配管０４１に流入
したＲ１３Ｂ１が乾燥器（至）を経て減圧器μｓ）で減
圧された後、第１の中間熱交換器（３４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Ｃ３３の温度は一７０℃程となっている。従って
気相配管（２））を通過した混合冷媒中のＲ１４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Ｃ３３１から液相配管
図へ又、■（５０は気相配管（倍へと分離され、Ｒ１４
は乾燥益田を経て減圧器（４αにて減圧され第２の中間
熱交換器（４力と第３の中間熱交換器（旬の間に流入し
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（・１力には蒸発パイプ（４７１からの帰還
低温冷媒が流入すると共に１１４の蒸発が更に冷却罠寄
与するため、第２の中間熱交換器（４３の温度は一１１
０″Ｇ程となっている。史に第３の中間熱交換器（４・
０には蒸発パイプ（、＋７１からの帰還低温冷媒が直ぐ
に流入しているために、その温度は一１３５°Ｃ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（４７ＪＣ＋４）と熱交換した気相配管（４３１
を通過する最も沸点の低い冷媒１５０は凝縮液化され、
乾燥器（４５を経て減圧器（４６）にて減圧された後、
蒸発パイプ（４つに流入してそこで蒸発する。この時の
蒸発パイプ（４ηの温度は一１５０℃に到達している。

これが本発明の冷凍装置（刊の最終到達温度であり、こ
の蒸発パイプ（４力を後述する冷凍庫の貯蔵室に熱交換
的に配設することりこより貯蔵室内を一１５０℃の超低
温の環境とすることが可能となる。蒸発パイプ（４ηか
ら流出した冷媒（Ｉｔ５０月ま前述の如く第３、第２、
第１の中間熱交換器ｆ４４）（４２１Ｇａ　ｉｃ　次ｋ
　ｉｃ　ｆＡｔ　人、ｍ　ｔｌＪ　Ｌ、各冷媒Ｒ１４、
Ｒ１３Ｂ１、Ｒ２１と合流しながらアキュムレータ（惧
にて未蒸発の冷媒を分離した後吸入側熱交換器Ｃ７！４
１（２３に次々に流入して冷却した後、電動圧縮機ａ■
に吸入される。

ここで第１の気液分離器四にて液相配管Ｃ３１Ｋ流入し
たＦＬ２１は第１の中間熱交換器Ｇ功に流入するものの
、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、従って冷却には同等寄与しないが、油分
離器ｕ８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は込ませた状
態で電動圧縮機ＧＯ＋に帰還せしめる機能を奏する。電
動圧縮機（１０１の潤滑油が低温側冷媒回路（３）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１２１で略完全なる潤滑
油の帰還を達成している、６ 以上を繰り返えすことにより冷媒回路（１ンは定常状態
で蒸発パイプ（４７１に一１５０°Ｃの超低温を発生す
るが、電動圧縮機＋４）Ｑ（１１は１．５　ＨＰ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
って後述する冷凍厚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
得す、従って低温側冷媒回路（３）の第１凝縮パイプ（
２３Ａ）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（Ｒ１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、−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。（ＩＯＭ）は低温側冷
媒回路（３）の電動圧縮機α■駆動用のモーターであり
。

電磁リレー硼の接点（６０Ａ）と直列に電源（ＡＣ）（
ＡＣ）に接続される。接点（６０Ａ）は１ｒ！、！リレ
ー（６０）のコイル（６０Ｃ）に通電されて閉じ、モー
ター（１ＯＮｉ）を運転せしめる。Ｑ３１）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。この設定温度は一１
４５°Ｃ乃至−１５０℃である。出力端子（６１Ａ）　
（６１Ｂ）間には温調リレー（６ｚのコイル（６２Ｃ）
とタイマー（６３１の接点（６３Ａ）が直列接続される
。温調リレー＠はコイル（６２Ｃ）に通電されて接点（
６２Ａ）を閉じる。田は第１図の低温側冷媒回路（３）
の電動圧縮機０■吐出側配管（ＩＯＤ）に、補助凝縮器
（１７１の前段側に於いて設けられる高圧スイッチであ
る。高圧スイッチ時は電源（ＡＣ）（ＡＣ）に対してタ
イマーＦ；３）と直列に接続され、電動圧縮機００）吐
出側の圧力が上昇して圧縮機σ０）に過大な負荷をかけ
るようになる、例えば２９〜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１９〜に低下すると接点
を閉じる。

タイマー槌は高圧スイッチ時の接点が閉じた後、３乃至
５分経過後に接点（６３Ａ）を閉じ、高圧スイッチ鐘が
開いて接点（６３Ａ）を開く。（６０は低温始動サーモ
スタンドであり、高温冷媒回路（２）のアキュムレータ
ーαＳの温度を感知する様に取り付けられている。アキ
ュムレーター（１９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（１４Ａ）（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
ター０９の温度が例えば−３４，５°Ｃに低下して接点
を閉じる。低温始動サーモスタット！６６１は両側に温
調リレー［Ｆ］２の接点（６２Ａ）及びタイマー襞とで
直列回路を構成して電源（ＡＣ）　（ＡＣ）に接続され
る。タイマー關と低温始動サーモスタッ）　ｆ６６）間
にはタイマー關の切換えスイッチ隨のコモン端子が接続
され、切換えスイッチ隨の端子（６９Ａ）と電源（ＡＣ
）間には電磁リレー印のコイル（６０Ｃ）が接続され、
端子（６９Ｂ）と電源（ＡＣ）間には第１図の減圧器（
囮の前後に交熱的に設けられるヒーターこの積算が例え
ば１２時間になるとスイッチ器を端子（６９Ｂ）に例え
ば１５分間閉じて再び端子（６９人〕に閉じる動作をす
る。

次に動作を説明する。冷凍装置ｌが据え付けられて電源
（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。この時アキームレータ０５
）は常温に近い状態であるから低温始動サーモスタッ）
６６）は開放状態であり、従って温度調節器例の如何に
係わらず、電磁リレー６０のコイル（６ＱＣ）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（ＩＯＭ）は起動せず、低温側冷媒回路（３）の電
動圧縮機α０）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
（１４Ａ）　（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ー
ａ９の温度が低下して−３４゜５℃になると低温始動サ
ーモスタッ）（６６１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００）は停止しているから当然
高圧スイッチ田は閉じており、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田も接点（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６υも出力を発生しているので
温調リレー（６ｚの接点（６２Ａ）は閉じている。従っ
て低温始動サーモスタット鏝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（６０
Ａ）が閉じ、モーター（１０Ｍ）が起動して電動圧縮機
α■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ん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ａ■から冷媒が押
し出されるために吐出側配管（ｌ　ＯＤ）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（１０１構成部品が損傷を受けるが、この圧力上昇の
ピーク値が許容限界である２９製に達すると高圧スイッ
チ時がそれを感知して接点を開くので接点（６３ＡＪか
開さ、それによって温調リレー６ｚ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１１（ＩＯＭ）は停止する
。これによって電動圧縮機（１Ｇ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ａ印の停止によって吐出側配管（ＩＯＤ）の
圧力は低下して１９りまで下がるがチャタリング防止用
のタイマー的の存在によって高圧スイッチ時の閉動作か
ら３乃至５分間は接点は閉じず。

従ってモーター（ＩＯＭ）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）（１４Ｂ）から第１若しくは第２凝縮器（２３
７す（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。タイマー槌）による遅延時間
が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（ＩＯＭ）が起動されるが、吐出側配管（１
０Ｄ）の圧力が２９５に達した時点で再び高圧２イノテ
ロωが開放してモーターＱＯＩは停止する。この様なモ
ーター（１０Ｍ）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Ｏシから徐々に温度が低下し
て行き、モーター（ｌ　ＯＭ）起動時の吐出側配管（Ｉ
ＯＤ）の圧力上昇のピーり値が２９％に達しなくなると
モーター（ＩＯＭ）は連続運転に入る。

電動圧縮機（１α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ｃ３鵠：Ｄ（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
る下限温度に違すると出力端子（６１Ａ）　（６１Ｂ）
間の出力の発生を停止するので接！（６２Ａ）が開き、
更に接点（６０Ａ）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Ｑ３Ｂ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（１０Ｍ）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−１４５℃に維持されることになる。

ここでタイマー槌は接点（６２Ａ）及び低温始動サーモ
スタッ）　（６６１が閉じている間、即ちモーター（１
０Ｍ）が運転されている時間を積算しており、この積算
が１２時間に達すると切換えスイッチ側を端子（６９Ｂ
）に閉じるのでモーター（１０Ｍ）の運転は禁止され、
ヒーターｑＯσυに通電されて発熱する。

ここで第３の中間熱交換器に４１を出て減圧器（４ｅに
流入するＲ５０は一１３０℃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圧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（４
６）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σＯ）συに
よって定期的に減圧器（４０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σ０）συの発熱は１５分で終了し、再び
端子（６９Ａ）にスイッチ（６ＣＪが閉じてモーター（
ＩＯＭ）が起動こ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３図は本発明を適用せる冷凍庫（７５）の前方斜
視図を示し、第４図はその要部断面図を示す。

更に第５図は冷凍装＃旧の冷媒回路（ＩＩの具体的構等
に投雪されるものであり、上方開口の貯蔵室徹へ 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σηによって開閉自在に閉塞
されている。本体σ４）側部には温度調節器６υや電動
圧縮機（４）αα等を収容設置する機械室徹が形成され
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σ９
や貯蔵室σＱの異常高温で警報を発する衆知の警報器嶽
及び温度調節器６Ｄの設定変更用摘み＠Ｄが設けられる
。又、ｇ３ａは通気用スリットである。

第４図は本体σ４）部分の側断面図を示している。

（へ）は上方開口の鋼板製外箱、−は同様に上方開口の
アルミニウム製内箱であり、内箱（財）は外箱□□□内
に組み込まれ、両箱ｇ！３＠４Ｊ間にそれぞれ独立した
上方に開口した箱状の外断熱材（８５１及び内断熱材□
□□から成る二重の断熱層が形成されて両箱曽（財）の
開口縁はブレーカｔ８ηで接続されている。内箱（８４
）の外面には蒸発パイプ（４ηが熱伝導的に配設され、
内断熱材（イ）内に埋設されており、又、外箱σｅ開口
縁内面には庭付防止ベイダ（６）が熱伝導的に配設され
ている。内断熱材間は外断熱材（へ）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（４力の
冷却作用によって内断熱材（ト）が収縮しても外断熱材
田には同等影響を与えず、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
（へ）背面には開口間が形成され、又、外断熱材□□□
にもそれに対応して切欠田が形成されており、この切欠
Ｃ９内に開口（ハ）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０υにて覆われている
。（９っけ発泡スチロール製の内蓋、（ト）は断熱扉σ
η内周面のガスケット、（財）は運搬用キャスターであ
る。

次に第５図は冷凍装置（Ｒ１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ａ１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（２
３Ａ）　（２３Ｂ）がそれぞれ挿入されている。（６６
Ａ）はアキュムレータ（１勺に溶接固定された低温始動
サーモスタット６）■固定用の筒体である。（イ）は後
述する各中間熱交換器Ｃ３２１（４３（４４）等から成
りそれを断熱材罰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（仔は内箱（財
）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συ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（財）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６図に中間熱交換器部（イ）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Ｃｔ３（４
Ｈれ第２の気液分離器缶、乾燥器Ｇ９（４つ、減圧器（
４Ｇ及びアキュムレータ（柵を内包する中間熱交換器部
（イ）である。各中間熱交換器Ｃ３３（４Ｚ　（４４）
は比較的大径の外側配管悠（ト）（ロ）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例（４３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、図中囚部分が
第１の中間熱交換器ｃ３カを、（Ｂ）部分が第２の中間
熱交換器（４δを、又、（０部分が第３の中間熱交換器
（４（イ）となる。この螺旋の内部に第２の気液分離器
ω、乾燥器Ｃ３’Ｃ（４５１、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（至）と第１
の気液分離器■とを結ぶ配管である。第１の気液分離器
■から上方に出る気相配管■は封止した入口（ＩＮ、）
より外側配管峙内に入り、内部を螺旋状に周回して通過
した後、出口（ＯＵＴ、）より出て第２の気液分離器（
に入る。気相配管図内を流下するガス状冷媒はこの通過
の際に気相配管■と外側配管（ト）の間隔を上昇する低
温冷媒によって凝縮される。第２の気液分離器間から出
た気相配管０３は入口（ＩＮ２）より外側配管＠円に入
る。第１の気液分離器Ｃ２９）にて分離された液冷媒は
減圧器（ト）により減圧された後、外側配管（（ト）の
出口（ＯＵＴ、）と（９９１の入口（ＩＮ、）を結ぶ連
通管（１０２）途中に流入せられて外側配管（ト）内で
蒸発し、蒸発パイプ（４７１より帰還して来る冷媒と共
に気相配管図内のガス状冷媒の凝縮に寄与する。外側配
管！９円に入った気相配管（４３は出口（ＯＵＴ、）　
　より出て再び入口（ＩＮ、）より外側配管（２）内に
入り、螺旋状に周回して出口（ＯＵＴ、）　　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ωで分離された液冷媒は減圧器（４１
により減圧された後、外側配管（ト）の出口（ＯＵＴ、
）　　と（９）の入口（ＩＮ、）を結ぶ連通管（１０３
）途中に流入せられて外側配管（９９）内で蒸発し、蒸
発パイプ（４１より帰還して来る冷媒と共に気相配管０
３内のガス状冷媒の凝縮に寄与する。気相配管（４３内
を流下して来る冷媒（Ｒ５０）は外側配管（２）内を通
下する際に更に凝縮されて殆ど液化し乾燥器（４つを経
て減圧器（４６）に至る。（１０５）は蒸発パイプ（４
７］の出口側に接続される配管で外側配管（９）の出口
（ＯＵＴ、）　　に接続されて気相配管に３１外側の間
隔と連通される。又、（１０６）は外側配管−の入口（
ＩＮ、）　に於いて気相配管（７）外側の間隔とアキュ
ムレータ（４！Ｊｌとを連通ずる配管である。即ち蒸発
パイプ（４ηからの帰還冷媒は配管（１０５）より外側
配管０■と気相配管ＩＡ３との間隔内に流入してそこを
上昇し、気相配管（４３１内を流下して来る冷媒を凝縮
し、連通管（１０３）ｒて減圧器（４０１からの冷媒と
合流して外側配管（９９）と気相配管（４３１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（１）からの冷
媒と合流して外側配管ω〜と気相配管例の間隔内に流入
してそこを上昇し、気相配管□□□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（旬に至
り、配管（１０８）にて吸入側熱交換器Ｑ４Ｊに流入す
る。以上の如く気相配管図内いは（４３内を流下する冷
媒の流れと、蒸発パイプ（４ηより気相配￥ＩＣ３０＋
或いは（４３１と外側配管０（ト）０湧（ト）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７図に冷凍庫σ■の背方斜視図を示し、冷凍装ｆ
（至）の組み込む手順を説明する。外箱（へ）背面には
開口間と並列して開口（１１０）が形成され、それに対
応して外断熱材（へ）にも切欠（１１１）が形成されて
いる。断熱材（至）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＋０２侭ア
キエムレータａ９及び乾燥器啜をモールドする。断熱材
ωと□□□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
材渕がらは減圧器０６１と配管（１０５）を延出してお
き、切欠（１１１）奥部の導出部（１１２）（１１２）
より導出される蒸発パイプ（４７）と溶接により接続す
る。断熱材何から延在せしめた減圧器（１３１等の配管
は切欠（へ）の機械室σａ側の壁面より導出される配管
と溶接接続する。第１の気液分離器凶と乾燥器（ト）は
断熱材錬外側に位置せしめ、断熱材［株］と−も相互に
配管接続した状態で切欠（８９）（１１１）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Ｓ８１と（１１１）をａう事により組み込みを
完了する。又、電動圧縮機（４１ＱＯｌ、凝縮器（８）
、送風損（９）及び膨張タンク６ｖ等は機械室σ印肉に
予め設置しておき、これによって冷凍庫σ９は完成する
。

ここで前記自記温度記録計σ９は貯蔵室σｅ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。ところで記録計血は一般に第８図に示す
如き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８図に於いて（１２１）は貯蔵室σ６）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（１２
０）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（のはブルドン管（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Ｑｅ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一１５０℃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（インヘキサン）を封入することによっ
て一１５０℃等の超低温における温度を記録する事を達
成した。第９図に２−メチルペンタンをブルドン管（１
２０）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）内の圧力口の関係を示
す。図より明らかな如く圧力（Ｐａバー１５０℃から＋
５０’Ｃｔｆ）ｍＷｕ囲テ温度（刀に略比例する。ここ
で指針（１２４）の回転角度（のは前述の如く圧力（Ｐ
ｌに比例するから温度■にも略比例し、これによって−
１５０℃から＋５０℃の範囲で貯蔵室σ■内の温度を記
録することができる。

（ト）発明の効果 本発明によれば大出力の電動圧縮機を用いる事無く、通
常の電動圧縮機で極めて低い温度を達成することができ
る。この時第１の冷媒閉回路の蒸発器と第２の冷媒閉回
路の高圧側配管を熱交換的に結合する所謂カスケードコ
ンデンサは複数に分割できるため、設置形態の自由度が
増し、冷凍装置全体の小型化が達成される。又、第１の
冷媒閉回路の各蒸発器部分は冷媒流に直列に接続し、第
２の冷媒閉回路の高圧側配管は複数の並列配管とした為
、各蒸発器部分の温度のバランスの崩れによる冷媒流量
の偏りが発生せず、各蒸発器部分は安定した凝縮能力を
発揮すると共に、高圧側配管を流れる混合冷媒も良好な
る熱交換が行なわれる事になるので結果として安定した
超低温の達成が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

各図は不発明の災施例を示すものであり、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
図は冷凍庫の斜視図、第４図は冷凍庫本体の側断面図、
第５図は冷凍装置の冷媒回路の具体的構成を示す図、第
６図は中間熱交換器部の斜視図、第７図は冷凍庫の後方
斜視図、第８図は自記温度記録計を構成するブルドン管
の斜視図、第９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である。 （Ｒ１・・・冷凍装置、　（２）・・・高温側冷媒回路
、　（３）・・・低温側冷媒回路、　　＋４１ＱＯ）・
・・電動圧縮機、　　（１４Ａ）第２凝縮券、　Ｃ３３
（４３（４４）・・・中間熱交換器。 △ 代理人　弁理士　　佐　野　靜　夫 第７図 第８図 Ｔ　（５ゑ１ミ“Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、それぞれ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後蒸
   発せしめて冷却作用を発揮する独立した第１及び第２の
   冷媒閉回路とから成り、前記第１の冷媒閉回路を構成す
   る蒸発器は冷媒流に対して直列に接続された複数の蒸発
   器部分とから構成し、前記第２の冷媒閉回路には沸点の
   異なる複数種の混合冷媒を充填すると共に前記圧縮機か
   ら蒸発器に至る高圧側配管を複数の並列配管から構成し
   てそれぞれ前記第１の冷閉回路の蒸発器部分との間に熱
   交換器を構成する様配設した冷凍装置。