JP2005030646A

JP2005030646A - 超低温フリーザ

Info

Publication number: JP2005030646A
Application number: JP2003194741A
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: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】冷却効率が良く、冷却管組立ての容易な超低温フリーザを提供する。
【解決手段】超低温フリーザは、冷却する物品を入れる収納室３を有する断熱筐体１と断熱扉２とからなる収納庫１０を有し、そして断熱筐体１は収納室３を形成する内槽１ｂと、内槽１ｂの外面に沿って設置され冷凍装置の蒸発器として超低温の冷媒を流す冷却管４と、内槽１ｂと共に冷却管４を挟持して格納するカバー部材５と、内槽１ｂとカバー部材５間の密閉空間に封入した熱媒液６と、内槽と二重壁を形成する外槽１ｃと、カバー部材５／内槽１ｂと外槽１ｃ間に充填した断熱材１ａとから構成し、熱媒液６を用いることにより冷却管４から内槽１ｂへの伝熱面を拡大し、また組立てを容易にする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物品を超低温に冷却し、保存するために用いられる超低温フリーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超低温フリーザにおいては、収納庫は物品を収納する収納室を有する断熱筐体と断熱筐体の前面を構成する断熱扉とを備えている。この断熱筐体は、内槽とこの内槽を囲む外槽とで形成され、両槽間に充填された断熱材と内槽の外面（断熱材側）に設置された冷却管とから構成されている。内槽はステンレス鋼やアルミニウム、塗装鋼板等の金属板材で構成され、また冷凍装置に接続された冷却管は、内槽の外面にある程度の間隔（例えば５０〜１００ｍｍ）をあけて、アルミテープ等を用いて密着固定し、内槽を伝熱面としたチューブオンシート型の冷却器を構成している。このようなチューブオンシート型冷却器において、断熱筐体を形成する内槽と外槽の間に２層の断熱材を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−２４９８６２号公報（第２−５頁、第５−６図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のチューブオンシート型の冷却器では、内槽が物品を入れる収納室内の空気へ冷熱を伝える伝熱面となるが、冷却管と内槽との接触は線接触であり、またアルミテープ等により固定する方法では、内槽と冷却管との完全な密着固定は難しい。そのため、冷却管の取付間隔を小さくして冷却管全長を長くし、冷却管と内槽との接触部を多くすることで、十分な伝熱面積を確保し、冷却管から内槽への伝熱量を確保すると共に内槽の温度均一化を図っている。しかしながら、冷凍装置の運転において、冷却管の全長が長くなることで冷却器での圧力損失が大きくなり、冷凍装置の冷却運転効率が悪くなると共に冷却管の取付作業に多大な時間を要するという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、収納庫における冷却管から内槽への伝熱性を向上させて冷却効率によい、また内槽への冷却管の取り付けを容易にする構造の超低温フリーザを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による第１の超低温フリーザは、圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器からなる冷凍装置と、この蒸発器が配設されて該蒸発器内で蒸発する冷媒を用いて物品を冷却、保存する収納庫とを備え、収納庫が物品を入れる収納室を有する断熱筐体と該断熱筐体の開口部を開閉する断熱扉とから構成された超低温フリーザであって、断熱筐体は収納室を形成する内槽と、この内槽の外面に沿って設置され蒸発器として冷媒を流す冷却管と、内槽とともに冷却管を挟持しかつ密閉して格納するカバー部材と、内槽とカバー部材間の密閉空間に封入した熱媒液と、内槽と二重壁を形成する外槽と、カバー部材と外槽との間及びカバー部材の周りの内槽外面と外槽との間に充填した断熱材と、から構成することを特徴とする。
【０００７】
上記第１の超低温フリーザにおいて、収納庫の冷却管に供給される冷媒の冷熱は、冷却管の周囲の熱媒液から、熱媒液と接している内槽に伝わり、そして内槽内面から収納室内の空気を介して物品に伝わって冷却する。このように冷却管と内槽間に熱媒液を介在させることにより、単に冷却管と内槽とを接触させたチューブオンシートの冷却器よりも、冷却管及び内槽の伝熱面を拡大することができ、冷熱の伝達量を増加させ、冷却効率を向上させることができる。
【０００８】
本発明による第２の超低温フリーザは、第１の低温フリーザと同じく、冷凍装置、蒸発器が配設された収納庫を備え、断熱筐体と断熱扉から構成された超低温フリーザであって、断熱筐体は収納室を形成する内槽と、該内槽の外面に沿って設置され蒸発器として冷媒を流す冷却管と、内槽と共に冷却管を密閉して格納する中間槽と、内槽と中間槽間の密閉空間に封入した熱媒液と、中間槽との間に断熱材を充填して該中間槽を覆う外槽とから構成したことを特徴とする。
【０００９】
第２の超低温フリーザにおいて、収納庫の冷却管に供給される冷媒の冷熱は、冷却管の周囲の熱媒液から、熱媒液と接している内槽全域に伝わり、そして内槽内面から収納室内の空気を介して物品に伝わって冷却する。このように冷却管と内槽間に熱媒液を介在させることにより、チューブオンシートの冷却器よりも、冷却管及び内槽の伝熱面を拡大することができ、冷熱の伝達量を増加させ、冷却効率を向上させることができる。
【００１０】
さらに本発明による第３の超低温フリーザは、第１の低温フリーザと同じく、冷凍装置、蒸発器が配設された収納庫を備え、断熱筐体と断熱扉から構成された超低温フリーザであって、断熱筐体は収納室を形成する内槽と、内槽と断熱材を介して二重壁を形成する外槽と、蒸発器として冷媒を流す冷却管を格納しかつ内槽内面に沿って設置した箱体と、この箱体内に封入した熱媒液とから構成することを特徴とする。
【００１１】
上記第３の超低温フリーザにおいて、収納庫の冷却管に供給される冷媒の冷熱は、冷却管の周囲の熱媒液から、熱媒液を封入した箱体に伝わり、そして箱体外周面から収納室内の空気を介して物品に伝わって冷却する。このように冷却管と箱体間に熱媒液を介在させることにより、チューブオンシートの冷却器よりも、冷却管及び箱体で伝熱面を拡大でき、冷熱の伝達量の増加、冷却効率の向上を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態１の超低温フリーザを図面に基づいて説明する。図１は本発明による超低温フリーザの収納庫の縦断面図、図２は収納庫の部分断面図である。この超低温フリーザは収納庫内温度を−８０℃以下に冷却、保持可能とするものである。
【００１３】
図１に示すように、収納庫１０は、物品を収納する４角形の収納室３を有する断熱筐体１と断熱筐体１前面の開口部に組み付けられ断熱材２ａにより周囲からの熱移動を遮断された断熱扉２とから構成されている。断熱筐体１は、収納室３を形成する内槽１ｂと、その内槽１ｂと共に二重槽を形成する外槽１ｃと、内外槽１ｂ、１ｃ間に充填された断熱材１ａと、内槽１ｂの外壁面に沿って配置されたＵ字状に蛇行する形状の冷却管４と、冷却管４を覆い包んで密封するように内槽１ｂの外壁面に取り付けられたカバー部材５と、内槽１ｂの外壁面とカバー部材５との間に形成された密閉空間に封入された熱媒液６とから構成されている。熱媒液６は本発明を特徴付けるものである。そしてカバー部材５は断熱材１ａの内槽１ｂ側部分に形成された凹みの中に配置されている。
【００１４】
カバー部材５は皿形で平板と、その周縁から立ち上がって先端部が外向きに折れ曲がったカラーとからなり、カバー部材５を内槽１ｂに取付ける要領は、熱媒液６を封入することから密封取付けとし、その板材が例えばステンレス鋼などの金属の場合には、内槽１ｂの外壁面にカバー部材５のカラー部分をシーム溶接等より漏れ止め溶接を行い、また冷却管４端部をカバー部材から抜き出す貫通部はコーキング材等によりシールする。また、カバー部材５の深さ寸法は、カバー部材５が冷却管４の固定手段も兼ねることから、実用的には冷却管４の外径より少し大きな寸法となっている。熱媒液６は、熱伝導率が高く流動点が−９０℃以下の液体例えばフッ素系不活性液体を用いている。
【００１５】
収納庫１０に超低温の冷媒を供給する冷凍装置（図示せず）は、概して、ガス冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機から吐出されたガス冷媒を冷却して凝縮する凝縮器、液化された冷媒を減圧する減圧器及び減圧された液冷媒を蒸発させる蒸発器から構成され、これら機器が配管接続されて冷凍サイクルを構成する。ここで蒸発器は図１に示すようにＵ字状に蛇行する冷却管４のコイルである。圧縮機、凝縮器、減圧器は収納庫１０に隣接して、あるいは収納庫１０と一体的に設置される。
【００１６】
上記のように構成された超低温のフリーザにおいて、収納庫１０の冷却管４に流入した冷媒によって、順次、冷却管４の周囲の熱媒液６が冷却されて冷却管４と同等の温度まで低下し、熱媒液６と接している内槽１ｂの温度が低下し、そして内槽１ｂから発する冷熱が収納室３内の空気を介して物品を超低温にまで冷却する。
【００１７】
上記のように冷却管４と熱媒液６と内槽１ｂとから構成する冷却器は、従来のチューブオンシート型の冷却器よりも、熱媒液６によって伝熱面積を拡大できるので、その分だけ冷却管４の間隔（コイルピッチ）を従来に比べて大きくしても内槽１ｂの温度は、熱媒液６と接している部分は全て冷却管４と同等の温度となる。従って冷却能を同じとすれば、本発明による超低温フリーザでは、冷却管４の間隔を従来よりも広くすることが可能となり、冷却管４の全長を短くすることが可能となる。これにより、冷凍装置の運転において、冷却管４での圧力損失が小さくなり、冷凍装置の冷却運転効率の向上を図ることが可能となり、また、冷却管４と内槽１ｂとで直接熱交換しないため、冷却管４は必ずしも内槽１ｂに密着固定する必要がなく、冷却管４の取付も容易となる。さらに、熱媒液６は蓄冷材としての役割も果たすことから、通常運転時の冷凍装置の発停頻度を低減でき、冷凍装置の長寿命化を図ることが可能となり、また、停電や装置故障時等の異常事態においても収納庫３内の温度上昇を抑制することが可能となる。なお、熱媒液追加により初期の温度降下時間は長くなるが、超低温フリーザは、細胞等の長期保存をするための装置であり、常に−８０℃以下の超低温に冷却・保持する製品であることから、一旦温度を降下させた後は、温度を上げることは少なく消費電力低減が可能となる。
【００１８】
次に本発明による実施の形態２の超低温フリーザについて説明する。実施の形態２の超低温フリーザの収納庫は、図１に示すように、冷却管４を断熱筐体１の両側壁及び後壁及び天井壁に設置した例であるが、実施の形態２の超低温フリーザはさらに底壁を含めた全壁に冷却管４を設置した場合に好適な構造の断熱筐体を有するものである。すなわち、図１に示す複数カバー部材を一体にしかつ底壁に設置した冷却管をも含めて全壁にある冷却管を格納するために中間槽を設けた断熱筐体である。熱媒液は内槽と中間槽間に形成される密閉空間に封入される。
【００１９】
実施の形態２の超低温のフリーザの収納庫において、収納庫の冷却管に流入した超低温の冷媒によって、順次、冷却管４の周囲の熱媒液６が冷却され、冷却管４と同等の温度まで低下し、次いで熱媒液６と接している内槽全域の温度が低下し、内槽からの冷熱が収納室３内の空気を介して物品を超低温にまで冷却する。かくして、実施の形態１で説明したのと同様に、熱媒液６により伝熱面積を拡大できるという効果があり、ひいては冷却管長さの短縮、冷凍装置の冷却運転効率の向上、冷却管４の取付けの容易化等が可能になる。
【００２０】
次に図３を用いて、本発明による実施の形態３の超低温フリーザについて説明する。この超低温フリーザの収納庫１１は、実施の形態１と同じく収納室３を有する断熱筐体１と断熱扉２とから構成されている。断熱筐体１は、収納室３を形成する内槽１ｂ、その内槽１ｂとともに二重槽を形成する外槽１ｃ及び内外槽１ｂ、１ｃ間に充填された断熱材１ａと、内槽１ｂの内面に沿って設置された冷却器９とから構成されている。冷却器９は、Ｕ字状に蛇行する形状の冷却管４と、この冷却管４を格納する金属製箱８（箱体に当たる）と、この箱８に封入した熱媒液６とから構成される。ここでは、冷却器９は内槽の両側壁と後壁に配置されている。
【００２１】
上記の超低温のフリーザにおいて、収納庫１１の冷却管４に流入した超低温の冷媒によって、順次、冷却管４の周囲の熱媒液６が冷却され、冷却管４と同等の温度まで低下し、次いで熱媒液６と接している金属製箱８の温度が低下し、金属製箱８収納室３内の空気を介して物品を超低温にまで冷却する。
【００２２】
このように冷却管を格納し熱媒液を封入した金属製箱を冷却器として用いる場合も、実施の形態１で説明したように、熱媒液６により伝熱面積を拡大できるという効果があり、ひいては冷却管長さの短縮、冷凍装置の冷却運転効率の向上、冷却管４の取付けの容易化等が可能になる。なお、金属製箱８の取付け位置は内槽１ｂの外面、すなわち断熱材側でも構わない。
【００２３】
上記各実施の形態では、収納庫は断熱筐体の横に断熱扉を設けたいわゆる縦型であるが、断熱扉を断熱筐体の上側にした横型としても構わない。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、超低温冷媒の冷却管から物品を冷却する室までの伝熱経路に熱媒体を介在させて伝熱性を向上させることより、冷却効率に良い、また冷却管の組付けの容易な構造の超低温フリーザを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態となる超低温フリーザの収納庫の縦断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態にかかる収納庫壁部の部分断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態となる超低温フリーザの収納庫の縦断面図である。
【符号の説明】
１断熱筐体
１ａ断熱材
１ｂ内槽
１ｃ外槽
２断熱扉
３収納室
４冷却管
５カバー部材
６熱媒液
８箱体
９冷却器
１０収納庫
１１収納庫

Claims

圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器からなる冷凍装置と、前記蒸発器が配設されて該蒸発器内で蒸発する冷媒を用いて物品を冷却、保存する収納庫とを備え、前記収納庫が前記物品を入れる収納室を有する断熱筐体と該断熱筐体の開口部を開閉する断熱扉とから構成された超低温フリーザにおいて、前記断熱筐体は前記収納室を形成する内槽と、該内槽の外面に沿って設置され前記蒸発器として前記冷媒を流す冷却管と、前記内槽と共に前記冷却管を挟持しかつ密閉して格納するカバー部材と、前記内槽と前記カバー部材間の密閉空間に封入した熱媒液と、前記内槽と二重壁を形成する外槽と、前記カバー部材と前記外槽との間及び前記カバー部材の周りの内槽外面と前記外槽との間に充填した断熱材とから構成したことを特徴とする超低温フリーザ。
圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器からなる冷凍装置と、前記蒸発器が配設されて該蒸発器内で蒸発する冷媒を用いて物品を冷却、保存する収納庫とを備え、前記収納庫が前記物品を入れる収納室を有する断熱筐体と該断熱筐体の開口部を開閉する断熱扉とから構成された超低温フリーザにおいて、前記断熱筐体は前記収納室を形成する内槽と、該内槽の外面に沿って設置され前記蒸発器として前記冷媒を流す冷却管と、前記内槽と共に前記冷却管を密閉して格納する中間槽と、前記内槽と前記中間槽間の密閉空間に封入した熱媒液と、前記中間槽との間に断熱材を充填して該中間槽を覆う外槽とから構成したことを特徴とする超低温フリーザ。
圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器からなる冷凍装置と、前記蒸発器が配設されて該蒸発器内で蒸発する冷媒を用いて物品を冷却、保存する収納庫とを備え、前記収納庫が前記物品を入れる収納室を有する断熱筐体と該断熱筐体の開口部を開閉する断熱扉とから構成された超低温フリーザにおいて、前記断熱筐体は前記収納室を形成する内槽と、前記内槽と断熱材を介して二重壁を形成する外槽と、前記蒸発器として前記冷媒を流す冷却管を挟持して格納しかつ前記内槽の内面に沿って設置した箱体と、該箱体内に封入した熱媒液とから構成することを特徴とする超低温フリーザ。