CN101443602B - 冷冻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冷冻装置，该冷冻装置可以减轻对压缩机的负荷，而且可以实现提高运转效率。本发明的冷冻装置(1)是所谓二元多级方式的冷冻装置，其中由高温侧冷媒回路(25)的蒸发器(34)与低温侧冷媒回路(38)的冷凝管(42)构成阶式热交换器(43)，并且由低温侧冷媒回路(38)的蒸发管(62)获得超低温，该冷冻装置(1)还配置有油分离器(43)，其安装在低温侧冷媒回路(38)的压缩机(20)的输出侧，用来分离非共沸点混合冷媒中的油，并使之回流到压缩机(20)中，在该油分离器(43)与压缩机(20)之间设置放热器(39)。
Description
技术领域
本发明涉及所谓二元冷冻方式的冷冻装置，其中构成有独立的双系统冷媒回路，并且由高温侧冷媒回路的蒸发器与低温侧冷媒回路的冷凝器构成热交换器。
背景技术
以往，例如在生物领域保存细胞、微生物等过程中所采用的超低温冷冻装置都是二元冷冻装置。图7表示采用二元冷冻装置的冷冻装置135的冷媒回路图。冷媒回路100由高温侧冷冻循环101与低温侧冷冻循环102构成。其中，构成高温侧冷冻循环101的压缩机103的输出侧配管103D连接在辅助冷凝器105上，而辅助冷凝管105与架管104(架管参照本申请的架管27)连接后，经由压缩机103的油冷却器106与冷凝器107连接。冷凝器107通过冷凝器用送风机116进行冷却。另外，冷凝器107输出侧的冷媒配管依次经由干燥器108与减压器109，和构成蒸发器且作为蒸发器一部分的蒸发器110连接。在蒸发器110的输出侧冷媒配管上连接储液器111，由该储液器111引出的冷媒配管连接在压缩机103的输入侧配管103S上。
另一方面，在构成低温侧冷冻循环102的压缩机113的输出侧配管113D上连接油分离器114，连接在该油分离器114的输出侧的冷媒配管，与作为被插入所述蒸发器110内的高温侧配管的冷凝管115连接。该冷凝管115与蒸发器110共同构成阶式热交换器130。
另外，连接在冷凝管115输出侧的输出配管，经由干燥器131与第一气液分离器116连接，通过该气液分离器116被分离的气相冷媒，经由气相配管通过第一中间热交换器117内，流入第二气液分离器118中。在气液分离器116被分离的液相冷媒，经由液相配管经过干燥器119、减压器120，流入第一中间热交换器117，通过蒸发冷却气相冷媒。
由第二气液分离器118被分离的液相冷媒，通过液相配管经过干燥器121后，再经过减压器122流入第二中间热交换器123。由第二气液分离器118被分离的气相冷媒，经由气相配管通过第二中间热交换器123内，再通过第三中间热交换器124内，进而经由干燥器125流入减压器126。减压器126与以进行热交换的方式设置在冷冻装置的绝热箱体132储藏室侧的内壁上的作为蒸发器的蒸发管127连接，进而蒸发管127与第三中间热交换器124连接。
第三中间热交换器124与第二、第一中间热交换器依次连接后，与压缩机113的输入侧配管113S连接。在该输入侧配管113S上，还经由减压器129连接有压缩机113停止时存放冷媒的膨胀罐128。
在如上所述的冷冻装置135中，特别是通过在低温侧冷冻循环102中使用沸点不同的多种混合冷媒，可以使低温侧冷冻循环102的蒸发管127获得-150℃以下的超低温。
专利文献1：(日本)专利第3208151号公报
然而，如上所述构成的冷冻装置，当采用同一功率的压缩机，将容积更大的储藏室内冷却至约-150℃左右的超低温时，存在压缩机的负荷增大的问题。因此，有必要根据储藏室容量选择压缩机。但是，要冷却更大的储藏室，就必须选择功率较大的压缩机，在这种情况下，又随之出现装置庞大、成本暴涨的问题。另外，随着所使用的压缩机功率的增大，所消耗的电量也将增加，因此，希望开发可以将储藏室更加有效地冷却至-150℃以下超低温的冷冻装置。
发明内容
本发明为了解决现有的技术课题而提供一种冷冻装置，该冷冻装置既可以减轻对压缩机的负荷，又能谋求提高运转效率。
本发明的冷冻装置，配置有构成独立的冷媒封闭回路的高温侧冷媒回路与低温侧冷媒回路，该独立的冷媒封闭回路将各个压缩机输出的冷媒冷凝后使之蒸发而发挥冷却作用，该低温侧冷媒回路具有压缩机、冷凝器、蒸发器、为使来自该蒸发器的回流冷媒流通而串联连接的多个中间热交换器以及多个减压装置，在该低温侧冷媒回路中封入多种非共沸点混合冷媒，使经由冷凝器的冷媒中的冷凝冷媒，通过减压装置在中间热交换器合流，并在该中间热交换器中冷却冷媒中的未冷凝冷媒，从而按顺序使沸点较低的冷媒冷凝，通过最后一级的减压装置使沸点最低的冷媒流入蒸发器，并且由高温侧冷媒回路的蒸发器和低温侧冷媒回路的冷凝器构成阶式热交换器，由低温侧冷媒回路的蒸发器得到超低温；该冷冻装置的特征在于：还配置有油分离器，其安装在低温侧冷媒回路的压缩机的输出侧，用来分离非共沸点混合冷媒中的油，并使之回流到压缩机中，在该油分离器与压缩机之间设置放热器。
第二方面发明的冷冻装置，其特征在于：在上述发明中的非共沸点混合冷媒中含有至少与其他的冷媒相比，与油的相溶性良好且沸点较高的冷媒。
根据本发明，冷冻装置配置有构成独立的冷媒封闭回路的高温侧冷媒回路与低温侧冷媒回路，该独立的冷媒封闭回路将各个压缩机输出的冷媒冷凝后使之蒸发而发挥冷却作用，该低温侧冷媒回路具有压缩机、冷凝器、蒸发器、为使来自蒸发器的回流冷媒流通而串联连接的多个中间热交换器以及多个减压装置，在该低温侧冷媒回路中封入多种非共沸点混合冷媒，使经由冷凝器的冷媒中的冷凝冷媒，通过减压装置在中间热交换器合流，并在该中间热交换器中冷却冷媒中的未冷凝冷媒，从而按顺序使沸点较低的冷媒冷凝，通过最后一级的减压装置使沸点最低的冷媒流入蒸发器，并且由高温侧冷媒回路的蒸发器和低温侧冷媒回路的冷凝器构成阶式热交换器，由低温侧冷媒回路的蒸发器得到超低温；该冷冻装置的特征在于：还配置有油分离器，其安装在低温侧冷媒回路的压缩机的输出侧，用来分离非共沸点混合冷媒中的油，并使之回流到压缩机中，在该油分离器与压缩机之间设置放热器，从而可以利用低温侧冷媒回路中的各冷媒的蒸发温度之差，在多个热交换器中，使尚处于气相状态的冷媒依次冷凝，在最后一级的蒸发器中达到-150℃的超低温。
特别是，因为在低温侧冷媒回路的压缩机的输出侧，与油分离器之间设有放热器，所以，通过该放热器可以降低流入低温侧冷媒回路的阶式热交换器的冷媒温度。由此，可以减轻两个冷媒回路的压缩机的负荷，实现改善运转效率的目的。
另外，根据第二方面的发明，在上述发明中的非共沸点混合冷媒中含有至少与其他的冷媒相比，与油的相溶性良好且沸点较高的冷媒，由此，通过在放热器使混在非共沸点混合冷媒中的油载体(オイルキヤリア)冷媒液化，从而可以与油一起从油分离器回流至压缩机，因此，纯度较高的低沸点冷媒从阶式热交换器流入后一级的回路中，可以更加有效地获得超低温。
据此，即使是同样功率的压缩机，也可以将容量更大的、作为被冷却对象的储藏室内冷却到规定的超低温，不必使整个装置大型化就能够谋求增大收纳容量。
附图说明
图1是适用本发明的冷冻装置的立体图；
图2是图1的冷冻装置的正视图；
图3是图1的冷冻装置的俯视图；
图4是透视图1的冷冻装置储藏室内时的侧视图；
图5是打开顶部面板状态下的冷冻装置的立体图；
图6是图1的冷冻装置的冷媒回路图；
图7是现有冷冻装置的冷媒回路图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1表示适用本发明的冷冻装置1的立体图；图2表示冷冻装置1的正视图；图3表示冷冻装置1的俯视图；图4表示透视冷冻装置1的储藏室4内时的侧视图；图5表示打开顶部面板状态下的冷冻装置1的立体图。本实施例的冷冻装置1适用于例如低温下长期保存生物体组织或被检体等的超低温保存，该冷冻装置1的主体由上面开口的绝热箱体2以及位于该绝热箱体2侧面并在其内部设置有压缩机10等的机械室3构成。
该绝热箱体2均由上表面开放的钢板制外箱6，导热性能良好的铝等金属制成的内箱7，连接外内两箱6，7上端之间的合成树脂制遮断器(ブレ—カ)8，以现场发泡方式填充由外箱6、内箱7和遮断器8围绕而形成的空间内的聚氨酯树脂制绝热材料9构成，其中将内箱7内作为上面开口的储藏室4。
在本实施例中，为了使作为目标的储藏室4内的温度(以下称为室内温度)达到例如-150℃以下，与将室内温度设定在0℃附近的低温相比，分隔储藏室4内与外界的绝热箱体2就需要具有较大的绝热能力。因此，为了只利用上述聚氨酯树脂制绝热材料9来确保该绝热能力，就必须将该绝热材料9制作得非常厚实，因此在限定了冷冻装置主体大小的情况下，就存在不能充分保证储藏室4内的容量的问题。
因此，在本实施例的绝热箱体2的外箱6的前壁6A、后壁6B以及位于与设置有机械室3的一侧相对一侧的侧壁6C的各内壁面上，安装玻璃棉制的真空绝热板12，利用双面胶临时固定后，在两箱6，7之间以现场发泡方式填充绝热材料9。
该真空绝热板12构成为：首先利用不具通气性的铝或合成树脂等构成多层薄膜，其次在由该多层薄膜构成的容器中放置具有绝热性能的玻璃棉，然后利用规定的真空排气装置将容器内的空气排出，最后通过热熔方式将该容器的开口部熔合。因此，该真空绝热板12由于具有其绝热性能，既可以比现有的绝热材料9的厚度作薄，又能获得同样的绝热效果。
另一方面，在内箱7的绝热材料9侧的周面，以进行热交换的方式安装构成冷却装置R的冷媒回路的蒸发器(蒸发管)62，对于该蒸发器62将在后面详细介绍。
另外，如上所述构成的绝热箱体2的遮断器8的上面，如图2和图4所示形成阶梯状，在此，绝热门13经由未图示的密封衬垫被设置为，以其一端，在本实施例中为后端为中心，通过枢轴支承部件14，14可自如地转动。另外，在该储藏室4的上面开口上开关自如地设置有由绝热材料构成的内盖15。而且，在绝热门13的下面形成有向下方突出地构成的按压部，通过这样的设计，绝热门13的按压部可压紧内盖15，由此，储藏室4的上面开口就可自如地关闭。在绝热门13的另一端，在本实施例中为前端安装有把手部16，通过操作该把手部16，进行绝热门13的开关操作。
另一方面，在绝热箱体2的侧方，通过前面板3A、未图示的后面板以及侧面板3B安装机械室3，其中侧面板3B是与安装有绝热箱体2的一侧相对一侧的侧面。在本实施例中的机械室3设置有将内部分隔为上下的隔板17。在隔板17的下方，收容并安装有结构为如上所述的冷却装置R的压缩机10，20等，在位于该隔板17下方的前面板3A与侧面板3B上形成有用于通气的缝隙3C。
隔板17的上方是上面开口的上部机械室18。顶部面板5以其一端，在本实施例中为后端为中心，转动自如地设置在该上部机械室18的上面开口处，由此，上部机械室18内就可自如地关闭。另外，设置在上部机械室18前面的面板是用来操作该冷冻装置1的操作面板21。
在构成该上部机械室18的绝热箱体2一侧的侧面，形成有测量孔19。为了与形成在相邻安装的绝热箱体2内的储藏室4连通，测量孔19贯穿构成绝热箱体2的外箱6、绝热材料9及内箱7而形成。测量孔19可以用于从外部将温度传感器插入储藏室4内，从该温度传感器引出的配线经由测量孔19与外部的记录装置主体连接。该测量孔19与配线之间的缝隙用栓19A堵塞，该栓19A由可以变形为海绵状、且具有绝热性能的特殊材料构成。在未安装温度传感器的情况下，测量孔19由该栓19A绝热地堵塞。
由此，在利用设备测量、记录储藏室4内的温度等的时候，可以打开设置在机械室3的顶部面板5，经由形成在位于上部机械室18内的绝热箱体2一侧的侧面的测量孔19，将该测量设备插入储藏室4内。因此，在冷却到所规定的超低温的储藏室4内设置测量设备就变得比较方便。
特别是本实施例中的测量孔19，它不同于设置在现有冷冻装置中的测量孔，由于它形成于绝热箱体2的机械室18一侧的侧面，因此，即使将该冷冻装置1安装在实验室等设置环境的墙壁上，或与其他的设备连接安装，也不必特意为使用测量孔19而保持必要的间隔。据此，就可以谋求减小设置冷冻装置1所需要的面积，适宜于实验室等的布置。
另外，由于测量孔19形成于与机械室3相邻一侧的绝热箱体2的壁面上，所以，在与机械室3相邻以外的侧面，即面向外部构成的绝热箱体2的前后壁与侧面上，可以配置如上所述的真空绝热面板12，此时，不会影响测量孔19的形成位置。通过这样的设计，可以降低储藏室4内冷热的泄露量，并且可以抑制多余的冷却能量的浪费。
因此，即便在像本实施例中那样，将储藏室4内设置为例如-150℃以下的超低温的情况下，也能提高绝热箱体2自身的绝热性能，并且能够谋求缩小绝热壁的尺寸，即使外观尺寸与现有的相同，也可以谋求扩大储藏室4内的收纳容积。或者，即使收纳容积与现有的相同，由于可以缩小外观尺寸，因此可以谋求减小安放冷冻装置1所需要的面积。
而且，由于本实施例中的测量孔19能够利用可开关上部机械室18的上面开口的顶部面板5加以隐藏，因此，在外观上属于未露出测量孔19的结构，可达到美化外观的目的。另外，通过打开顶部面板5，可以方便地对测量孔19进行操作，可提高其操作性。而且，通过取下隔板17，可方便地对设置于隔板17下方的构成其他冷却装置R的设备进行操作，可提高维修作业的方便性。该顶部面板5除了对测量孔19进行操作以外，还可在关闭机械室18内的状态下，作为操作用侧台使用，适宜进行储藏室4内样品等物件的出库操作等。
另外，在本实施例中，测量孔19虽然通过关闭上部机械室18的上面开口的顶部面板5得以隐藏，但方法并不只限于此，在测量孔19附近，也可以安装用来隐蔽该测量孔19的盖部件。
接着，参照图6针对本实施例的冷冻装置1的冷媒回路进行说明。本实施例中的冷冻装置1的冷媒回路，作为多元多级冷媒回路，由各自独立的作为第一冷媒回路的高温侧冷媒回路25和作为第二冷媒回路的低温侧冷媒回路38的二元二级冷媒回路构成。
构成高温侧冷媒回路25的压缩机10是采用单相或三相交流电源的电动压缩机，该压缩机10的输出侧配管10D与辅助冷凝器26连接。为了防止因加热储藏室4开口边缘而结露，该辅助冷凝器26与配置于该开口边缘后端的冷媒配管27(以下称为架管(フレ—ムパイプ))连接。另外，该架管27与压缩机10的油冷却器29连接后，再与冷凝器28连接。另外，从冷凝器28引出的冷媒配管与构成低温侧冷媒回路38的压缩机20的油冷却器30相连后，再与冷凝器31连接，从该冷凝器31引出的冷媒配管依次经由干燥器32和作为减压装置的毛细管33，与构成蒸发器的作为蒸发器一部分的蒸发器34连接。在蒸发器34的输出侧冷媒配管上连接存留冷媒液体的储液器35，从该储液器35引出的冷媒配管与压缩机10的输入侧配管10S连接。另外，本实施例中的辅助冷凝器26与冷凝器28，31构成为一体的冷凝器，并利用冷凝器用送风机36进行冷却。
在高温侧冷媒回路25中，作为沸点不同的非共沸点冷媒，填充有由R407D与n-戊烷构成的冷媒。R407D由R32(二氟甲烷：CH2F2)、R125(五氟乙烷：CHF2CF3)以及R134a(1，1，1，2-四氟乙烷：CH2FCF3)构成，其组成的重量百分比分别是R32为15％、R125为15％、R134a为70％。各冷媒的沸点分别为：R32为-51.8℃、R125为-48.57℃、R134a为-26.16℃。另外，n-戊烷的沸点为+36.1℃。
由压缩机10输出的高温气态冷媒经过辅助冷凝器26、架管27、油冷却器29、冷凝器28、低温侧冷媒回路38的压缩机20的油冷却器30及冷凝器31冷凝、放热液化后，在干燥器32中除去所含水分，经毛细管33被减压后，陆续流入蒸发器34中，蒸发冷媒R32、R125和R134a，通过吸收周围的汽化热冷却蒸发器34，经由作为冷媒液存留设备的储液器35，回流到压缩机10中。
此时，压缩机10的功率例如为1.5HP，运转中的蒸发器34的温度最终将达到-27℃至-35℃。在相关的低温下，由于冷媒中的n-戊烷沸点为+36.1℃，所以在蒸发器34中n-戊烷不蒸发而维持液体状态，因此，n-戊烷对冷却几乎不作出贡献，但它却具有两种功能：一种是使压缩机10的润滑油以及在干燥器32中未被完全吸收的混入水分溶解在它的液体状态中，然后以溶解的状态回流到压缩机10中；另一种功能是通过其液体冷媒在压缩机10内的蒸发，使压缩机10的温度降低。
另一方面，低温侧冷媒回路38所使用的压缩机20与所述压缩机10相同，也是采用单相或三相交流电源的电动压缩机，在该压缩机20输出侧配管20D上，通过由丝式冷凝器构成的放热器39连接油分离器40。该油分离器40与返回至压缩机20的油回流管41相连。连接在油分离器40输出侧的冷媒配管与作为插入所述蒸发器34内的高压侧配管的冷凝管42连接。该冷凝管42与蒸发器34一起构成阶式热交换器43。
另外，连接在冷凝管42输出侧的输出配管，经由干燥器44与第一气液分离器46连接，由气液分离器46分离的气相冷媒，经由气相配管47通过第一中间热交换器48内，流入第二气液分离器49。由第一气液分离器46分离的液相冷媒，经由液相配管50通过干燥器51、作为减压装置的毛细管52，流入第一中间热交换器48。
由第二气液分离器49被分离的液相冷媒，从液相配管53经过干燥器54后，经过作为减压装置的毛细管55，流入第二中间热交换器56。由第二气液分离器54被分离的气相冷媒，经由气相配管57通过第二中间热交换器56内，在通过第三、第四中间热交换器58、59内的期间被冷却而液化，然后经由配管68并经过干燥器60后流入作为减压装置的毛细管61。毛细管61与作为蒸发器的蒸发管62连接，并且蒸发管62经由回流配管69与第四中间热交换器59连接。
第四中间热交换器59依次与第三、第二以及第一中间热交换器58，56，48连接，然后连接在压缩机20的输入侧配管20S上。在输入侧配管20S上，经由作为减压装置的毛细管66，又连接压缩机20停止时贮存冷媒的膨胀罐65，在该毛细管66上并联连接将膨胀罐65的方向作为正向的逆止阀67。
作为不同沸点的7种混合冷媒，在低温侧冷媒回路38中，封入包括R245fa、R600、R404A、R508、R14、R50及R740的非共沸点混合冷媒。R245fa为1，1，1，-3，3-五氟丙烷(CF3CH2CHF2)，R600为正丁烷(CH3CH2CH2CH3)。R245fa的沸点为+15.3℃，R600的沸点为-0.5℃。因此，通过以规定比例混合这两种冷媒，可以代替以往所使用的沸点为+8.9℃的R21。
另外，因为R600是可燃性物质，通过与不燃性的R245fa以规定比例，例如在本实施例中R245fa与R600以7：3的比例混合，可作为不燃性物质封入冷媒回路38中。并且，在本实施例中，R245fa占R245fa与R600混合后总重量的70％，由于R245fa的重量占总重量的70％以上就属于不燃性物质，因此比重超过70％也可以。
R404A由R125(五氟乙烷：CHF2CF3)、R143a(1，1，1-三氟乙烷：CH3CF3)及R134a(1，1，1，2-四氟乙烷：CH2FCF3)构成，其组成的重量百分比分别为：R125为44％、R143a为52％、R134a为4％。该混合冷媒的沸点为-46.48℃，因此，可代替以往所使用的沸点为-40.8℃的R22。
R508由R23(三氟甲烷：CHF3)与R116(六氟乙烷：CF3CF3)构成，其组成的重量百分比分别为：R23为39％、R116为61％，该混合冷媒的沸点为-88.64℃。
另外，R14为四氟化碳(CF4)，R50为甲烷(CH4)，R740为氩(Ar)。它们的沸点分别是R14为-127.9℃，R50为-161.5℃，R740为-185.86℃。虽然R50与氧混合后会存在爆炸的危险，但与R14混合后就不会有爆炸的危险。因此，即使发生混合冷媒泄漏的事故，也不会产生爆炸。
如上所述的这些冷媒，一旦将R245fa与R600以及R14与R50预先混合，使其处于不燃性状态之后，再以预先混合R245fa与R600的混合冷媒、R404A、R508A、R14与R50的混合冷媒以及R740的状态，被封入冷媒回路中。或者，按照沸点的高低顺序，以R245fa与R600、接着为R404A、R508A、R14与R50、最后为R740的顺序被封入冷媒回路。各冷媒的组成的重量百分比，例如分别为R245fa与R600的混合冷媒为10.3％，R404A为28％，R508A为29.2％，R14与R50的混合冷媒为26.4％，R740为5.1％。
另外，在本实施例中，也可以在R404A中添加重量百分比为4％的n-戊烷(占非共沸点冷媒总重量的0.5％～2％范围)。
接着，说明低温侧的冷媒的循环。由压缩机20输出的高温高压气态混合冷媒，经由输出侧配管20D流入放热器39，并在此被放热而冷凝液化混合冷媒中沸点高且作为油相溶性良好的油载体(オイルキヤリア)冷媒的n-戊烷或一部分R600。
经过放热器39的混合冷媒流入油分离器40内，大部分与冷媒混合的压缩机20的润滑油以及在放热器39中冷凝液化的一部分冷媒(n-戊烷、一部分R600)通过油回流管41回流到压缩机20中。据此，在阶式热交换器43后面的冷媒回路38中流通纯度高的低沸点冷媒，可有效地获得超低温。据此，即使是同样功率的压缩机10与20，却可以将更大容积的、作为被冷却对象的储藏室4内冷却到规定的超低温，不必将整个冷冻装置1大型化就可以谋求增大收纳容量。
在此，在本实施例中，由于流入油分离器40内的冷媒暂且由放热器39冷却，所以可以降低进入阶式热交换器43的冷媒温度。具体地讲，就是以往流入阶式热交换器43内的温度为+65℃左右的冷媒，在本实施例中其温度可以降低到+45℃左右。
因此，在阶式热交换器43中，可以减轻施加在高温侧冷媒回路25的压缩机上的负荷，该压缩机用来冷却低温侧冷媒回路35内的冷媒。另外，由于能够有效地冷却低温侧冷媒回路35内的冷媒，所以也可以减轻施加在构成该低温侧冷媒回路35的压缩机20上的负荷。据此，就可以改善整个冷冻装置1的运转效率。
其他的混合冷媒自身在阶式热交换器43中，由蒸发器34冷却到-40～-30℃左右，冷凝液化混合冷媒中沸点较高的部分冷媒(R245fa、R600、R404A、一部分R508)。然后，由阶式热交换器43的冷凝管42输出的混合冷媒，经由干燥器44流入第一气液分离器46。此时，由于混合冷媒中的R14、R50与R740的沸点非常低，还没有冷凝，仍处于气体状态，只有R245fa、R600、R404A以及一部分R508被冷凝液化，所以，R14、R50、R740被分离到气相配管47中，而R245fa、R600、R404A、R508A被分离到液相配管50中。
流入气相配管47的冷媒混合物与第一中间热交换器48进行热交换而冷凝后，到达第二气液分离器49。在此，第一中间热交换器48中流入从蒸发管62回流的低温冷媒，而且，流入液相配管50的液相冷媒经过干燥器51并在毛细管52被减压后，流入第一中间热交换器48，并在此处进行蒸发，帮助进行冷却，所以，冷却未冷凝的R14、R50、R740以及一部分R508的结果，第一中间热交换器48的中间温度达到-60℃左右。因此，通过气相配管47的混合冷媒中的R508完全被冷凝液化，并分流到第二气液分离器49中。由于R14、R50、R740的沸点更低，因此仍然处于气体状态。
在第二中间热交换器56中，于第二气液分离器49被分流的R508，在干燥器54中被除去水分，在毛细管55被减压后流入第二中间热交换器56中，与从蒸发管62回流的低温冷媒一起冷却气相配管57中的R14、R50与R740，在此期间，使蒸发温度最高的R14冷凝。其结果，第二中间热交换器56的中间温度达到-90℃左右。
通过该第二中间热交换器56的气相配管57，继续经由第三中间热交换器58通过第四中间热交换器59。在此，由蒸发器62输出不久的冷媒回流到第四中间热交换器59中，根据实验测定，第四中间热交换器59的中间温度达到相当低的-130℃左右。
因此，在第四中间热交换器59中，气相配管57中的R50与一部分R740冷凝，这些被液化的R14、R50以及一部分R740在干燥器60中被除去水分，在毛细管61被减压后流入蒸发管62中，并在此进行蒸发而冷却周围。根据实验测定，此时蒸发管62的温度已达到-160.3～-157.3℃的超低温。
如上所述，可以利用低温侧冷媒回路38中的各冷媒的蒸发温度之差，在各个中间热交换器48，56，58，59中相继冷凝尚处于气相状态的冷媒，在最后一级的蒸发管42中达到-150℃以下的超低温。因此，该蒸发管62沿内箱6的绝热材料9一侧以可热交换的方式卷绕构成，从而冷冻装置1的储藏室4内的室内温度可达到-152℃以下。
由蒸发管62输出的冷媒相继流入第四中间热交换器59、第三中间热交换器58、第二中间热交换器56和第一中间热交换器48，并与在各热交换器中蒸发的冷媒合流后，从输入配管20S回流到压缩机20中。
混入到冷媒后从压缩机20输出的油，虽然其大部分被油分离器40分离后回流到压缩机20中，但是成为雾状后与冷媒一起从油分离器40输出的油，以溶解在与油相溶性较高的R600中的状态，回流到压缩机20中。据此，可以防止压缩机20润滑不足或锁止。另外，由于R600以液体状态回流到压缩机20后，在该压缩机20内被蒸发，因此可以降低压缩机20的输出温度。
构成如上所述的低温侧冷媒回路38的压缩机20，根据储藏室4内的室内温度，通过未图示的控制装置进行ON-OFF的控制。在这种情况下，如果通过控制装置停止压缩机20的运转，则低温侧冷媒回路38内的混合冷媒经由将膨胀罐65的方向作为正向的逆止阀67，被回收到膨胀罐65中。
因此，与压缩机20停止时冷媒经由毛细管66回收到膨胀罐65内的情况相比，可以明显迅速地经由逆止阀67将冷媒回路38中的冷媒回收到膨胀罐65中。
由此，能够防止冷媒回路38内的压力上升，并且，在利用控制装置起动压缩机20之际，可以通过经由毛细管66缓慢地将冷媒从膨胀罐65回流到冷媒回路38中，而减轻压缩机20的起动负荷。
因此，在压缩机20停止过程中，可以通过迅速将冷媒回收于膨胀罐65中，迅速平衡冷媒回路38内的压力，并且，当重新起动压缩机20时，压缩机20上不施加负荷，可以顺利地重新起动压缩机20。据此，就可以将压缩机起动时的冷媒回路38内的压力达到平衡所需要的时间明显缩短，提高压缩机的运转效率，例如可以缩短降温运转所需要的时间，谋求提高方便性。
另外，在本实施例中，针对二元多级方式的冷冻装置1进行了说明，但本发明并不只限于此，也适用于多元多级方式的冷冻装置。构成冷冻装置1的冷媒回路，由高温侧冷媒回路25和低温侧冷媒回路38构成，该高温侧冷媒回路25构成将各个压缩机10或20输出的冷媒冷凝后使之蒸发而发挥冷却作用的独立的冷媒封闭回路，该低温侧冷媒回路38具有压缩机20、冷凝管42、蒸发管62、为使来自该蒸发管62的回流冷媒流通而串联连接的多个，具体是4个中间热交换器48，56，58，59以及多个，具体是3个毛细管42，55，61，在该低温侧冷媒回路中封入多种非共沸点混合冷媒，使经由冷凝管42的冷媒中的冷凝冷媒，通过毛细管在各个中间热交换器合流，并在该中间热交换器中冷却冷媒中的未冷凝冷媒，从而按顺序使沸点较低的冷媒冷凝，经由最后一级的毛细管61使沸点最低的冷媒流入蒸发管62中，而且由高温侧冷媒回路25的蒸发器34和低温侧冷媒回路38的冷凝管42构成阶式热交换器43，由低温侧冷媒回路38的蒸发管42得到超低温。
Claims (1)
1.一种冷冻装置，配置有构成独立的冷媒封闭回路的高温侧冷媒回路与低温侧冷媒回路，该独立的冷媒封闭回路将各个压缩机输出的冷媒冷凝后使之蒸发而发挥冷却作用，该低温侧冷媒回路具有低温侧的压缩机、冷凝器、蒸发器、为使来自该蒸发器的回流冷媒流通而串联连接的多个中间热交换器以及多个减压装置，在该低温侧冷媒回路中封入多种非共沸点混合冷媒，使经由所述冷凝器的冷媒中的冷凝冷媒，通过所述减压装置在所述中间热交换器合流，并在该中间热交换器中冷却所述冷媒中的未冷凝冷媒，从而按顺序使沸点较低的冷媒冷凝，通过最后一级的所述减压装置使沸点最低的冷媒流入所述蒸发器，并且由所述高温侧冷媒回路的蒸发器和所述低温侧冷媒回路的冷凝器构成阶式热交换器，由所述低温侧冷媒回路的蒸发器得到超低温；该冷冻装置的特征在于：
还配置有油分离器，其安装在所述低温侧冷媒回路的所述低温侧的压缩机的输出侧，用来分离所述非共沸点混合冷媒中的油，并使之回流到所述低温侧的压缩机中；
在该油分离器与所述低温侧的压缩机之间设置放热器，所述放热器经由所述油分离器与所述阶式热交换器连接，流入所述油分离器的所述非共沸点混合冷媒由所述放热器冷却，低沸点的冷媒流入所述阶式热交换器；
所述非共沸点混合冷媒至少由R245fa、R600、R404A、R508、R14、R50、R740构成，其组成的重量百分比分别是R245fa和R600的混合冷媒为10.3％、R404A为28％、R508为29.2％、R14和R50的混合冷媒为26.4％、R740为5.1％，
所述R404A由R125、R143a、R134a构成，其组成的重量百分比分别是R125为44％、R143a为52％、R134a为4％，
所述R508由R23和R116构成，其组成的重量百分比分别是R23为39％、R116为61％，
所述R14为四氟化碳，所述R50为甲烷，所述R740为氩，
所述R245fa和R600的混合冷媒中R245fa的重量占70重量％以上。
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Owner name: PANASONIC HEALTHCARE HOLDINGS CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: PANASONIC HEALTHCARE + MEDICAL EQUIPMENT CO., LTD. Effective date: 20150402 |
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Effective date of registration: 20150402 Address after: Tokyo, Japan Patentee after: Panasonic's health medical treatment is controlled interest Co., Ltd. Address before: Ehime Prefecture, Japan Patentee before: Panasonic Healthcare Co., Ltd |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |