JP2009121725A - 冷凍装置及び多段冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地球環境にやさしく、且つ、冷凍装置のコストアップを抑えられる冷凍装置を提供する。
【解決手段】二酸化炭素を吸着及び脱着する機能を有すると共に炭化水素は実質的に吸着しない吸着材９をそれぞれ備えた複数の吸着ユニット（第１、第２の吸着ユニット８、１８）と圧縮機２を備える。圧縮機２の吐出側２Ａが一方の吸着ユニット（第１の吸着ユニット８）に接続され、且つ吸入側２Ｂが他方の吸着ユニット（第２の吸着ユニット１８）に接続された状態と、圧縮機２の吐出側２Ａが他方の吸着ユニットに接続され、且つ吸入側２Ｂが一方の吸着ユニットに接続された状態とで圧縮機２と各吸着ユニットとの接続を切り換える切換手段（四方弁６）を備える。切換手段により圧縮機２の吐出側２Ａに接続された吸着ユニット（第１の吸着ユニット８）を経た冷媒を減圧する減圧手段（第１のキャピラリチューブ１２）と、減圧された冷媒を蒸発する蒸発器１３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒回路内に封入された冷媒を吸着及び脱着する機能を有する吸着ユニットを備えた吸着式冷凍装置と一般的な蒸気圧縮冷凍装置のハイブリッドに関するものである。

従来の冷凍装置は、圧縮機を含む冷媒回路構成部品の設計が容易な、約２Ｍｐａと冷媒回路内の圧力を低く抑えられるフロンガスが用いられていた。しかし、フロンガスはオゾン層破壊などの環境破壊の問題があった。そこで、近年ではフロンガスに変わって地球環境にやさしい自然冷媒である二酸化炭素が主流となってきている。

該二酸化炭素を冷媒とする冷凍装置（ヒートポンプ）は、圧縮機が運転されると冷媒ガスは吸込ポートから１段目のシリンダの低圧室側に吸入され、１段目の圧縮が行われて中間圧となりシリンダの高圧室側より吐出ポートを通り、オイルセパレータを兼ねたマフラー内に流入して速度を落とす。これによって、冷媒ガスの脈動が平準化されて、密閉容器内に吐出される。密閉容器内に吐出された冷媒ガスは、吸込ポートから２段目のシリンダの低圧室側に吸入され、２段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり高圧室側からガスクーラに流入し、そこで放熱して冷却される。

ガスクーラを出た冷媒ガスは、膨張弁で減圧された後、蒸発器に流入して蒸発する。そして、蒸発器に流入した冷媒が蒸発する時に周囲から奪う気化熱により、周囲の空気が冷却されて冷却庫内の冷却や、冷房などが行われる。蒸発器で蒸発した冷媒蒸気はアキュムレータ（気液分離器）を経て吸込ポートから１段目のシリンダの低圧室側に吸い込まれるサイクルを繰り返す（特許文献１参照）。
特開２００７−９２７３４号公報 特開２００１−２７２１２９号公報

しかしながら、自然冷媒である二酸化炭素は、圧縮機の高圧側が極めて高圧の超臨界圧力で使用しなければならないため、圧縮機から吐出される冷媒回路内の圧力は約１０Ｍｐａの高圧となる。このため、圧縮機を含む冷媒回路構成部品を設計から高耐圧のものに変えなければならず、冷凍装置がコストアップとなってしまう問題があった。

また、冷媒回路内の冷媒を二酸化炭素の代わりに自然冷媒である炭化水素（ブタン、プロパン、イソブタンなど）の使用も考えられるが、冷媒回路内に封入した炭化水素が漏れ出して引火した場合爆発する危険性があった。そこで、それらを同時に解決できる吸着蒸気圧縮式ハイブリッド冷凍装置を開発した。

本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、地球環境にやさしく、且つ、冷凍装置のコストアップを抑えられる冷凍装置を提供することを目的とする。

即ち、本発明の冷凍装置は、二酸化炭素を吸着及び脱着する機能を有すると共に、炭化水素は実質的に吸着しない吸着剤をそれぞれ備えた複数の吸着ユニットと、吐出側が一方の吸着ユニットに接続され、吸入側が他方の吸着ユニットに接続されると共に、二酸化炭素と炭化水素とが混合された冷媒を圧縮して吐出側より吐出し、吸入側より吸引する圧縮機と、該圧縮機の吐出側が一方の吸着ユニットに接続され、且つ、吸入側が他方の吸着ユニットに接続された状態と、圧縮機の吐出側が他方の吸着ユニットに接続され、且つ、吸入側が一方の吸着ユニットに接続された状態とで圧縮機と各吸着ユニットとの接続を切り換える切換手段と、該切換手段により圧縮機の吐出側に接続された吸着ユニットを経た冷媒を減圧する減圧手段と、該減圧手段にて減圧された冷媒が流入して蒸発する蒸発器とを備え、該蒸発器を出た冷媒が圧縮機の吸入側から吸引されるよう冷媒回路が構成されていることを特徴とする。

また、請求項２の発明の冷凍装置は、上記において、切換手段により圧縮機の吐出側に接続された吸着ユニットを経た冷媒を、圧縮機の吸入側に接続された吸着ユニットと熱交換させた後、減圧手段に流入させる凝縮用熱交換配管を備えたことを特徴とする。

また、請求項３の発明の冷凍装置は、請求項２において、蒸発器から出た冷媒を、圧縮機の吸入側に接続された吸着ユニットに流入させる帰還用配管を備えたことを特徴とする。

また、請求項４の発明の多段冷凍装置は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の冷凍装置の冷媒回路を高温側冷媒回路として用い、圧縮機、凝縮器、減圧手段、及び、蒸発器が順次環状に配管接続された低温側冷媒回路と、高温側冷媒回路の蒸発器と低温側冷媒回路の凝縮器とが熱交換関係に設けられて構成されたカスケードコンデンサとを備えたことを特徴とする。

また、請求項５の発明の多段冷凍装置は、請求項４において、高温側冷媒回路は、各吸着ユニットそれぞれに対応した複数の減圧手段及び蒸発器を備えると共に、低温側冷媒回路は、高温側冷媒回路の各蒸発器に対応して複数のカスケードコンデンサを構成する複数の凝縮器を備えたことを特徴とする。

また、請求項６の発明の多段冷凍装置は、請求項５において、低温側冷媒回路は、圧縮機から吐出された冷媒を、高温側冷媒回路の圧縮機の吸入側に接続された吸着ユニットと熱交換させる過冷却用配管を備えたことを特徴とする。

請求項１の発明の冷凍装置によれば、二酸化炭素を吸着及び脱着する機能を有すると共に、炭化水素は実質的に吸着しない吸着剤をそれぞれ備えた複数の吸着ユニットと、吐出側が一方の吸着ユニットに接続され、吸入側が他方の吸着ユニットに接続されると共に、二酸化炭素と炭化水素とが混合された冷媒を圧縮して吐出側より吐出し、吸入側より吸引する圧縮機と、この圧縮機の吐出側が一方の吸着ユニットに接続され、且つ、吸入側が他方の吸着ユニットに接続された状態と、圧縮機の吐出側が他方の吸着ユニットに接続され、且つ、吸入側が一方の吸着ユニットに接続された状態とで圧縮機と各吸着ユニットとの接続を切り換える切換手段と、この切換手段により圧縮機の吐出側に接続された吸着ユニットを経た冷媒を減圧する減圧手段と、この減圧手段にて減圧された冷媒が流入して蒸発する蒸発器とを備え、この蒸発器を出た冷媒が圧縮機の吸入側から吸引されるよう冷媒回路が構成されているので、圧縮機から吐出された冷媒中の二酸化炭素は吸着ユニットの吸着剤に吸着され、炭化水素が吸着ユニットを経て減圧手段にて減圧された後、蒸発器に流入して蒸発し、冷却作用を発揮するようになる。

即ち、二酸化炭素と炭化水素の混合冷媒にて冷却作用を発揮させることができるので、冷媒による地球環境問題を解決することが可能となると共に、二酸化炭素の混合によって炭化水素の不燃化も実現することができるようになり、取扱の簡易化と安全性の向上を図ることができるようになる。また、二酸化炭素を圧縮した後、減圧し、蒸発させて冷却作用を発揮させるものでは無いので、冷媒回路内の圧力を低く抑えることが可能となり、圧縮機を含む冷媒回路構成部品のコストの削減と耐圧設計の簡略化をも図ることも可能となる。

更に、複数の吸着ユニットを用い、切換手段により二酸化炭素の吸着と脱着とを交互に切り換えて実行しながら、炭化水素を減圧手段にて減圧した後、蒸発器に流入させ、蒸発させた後、圧縮機に吸引させることができるので、蒸発器における冷却作用も連続的に得られるようになる。更にまた、圧縮機のオイルも、炭化水素によって圧縮機に搬送し、帰還させることができるものである。

また、請求項２の発明の冷凍装置によれば、上記に加えて切換手段により圧縮機の吐出側に接続された吸着ユニットを経た冷媒を、圧縮機の吸入側に接続された吸着ユニットと熱交換させた後、減圧手段に流入させる凝縮用熱交換配管を備えているので、二酸化炭素の脱着の際に生じる吸熱反応を利用して炭化水素を冷却し、凝縮させることができるようになり、蒸発器における冷却作用と運転効率の向上を図ることができるようになる。

また、請求項３の発明の冷凍装置によれば、上記に加えて蒸発器から出た冷媒を、圧縮機の吸入側に接続された吸着ユニットに流入させる帰還用配管を備えているので、蒸発器を出た低温の冷媒によっても、凝縮用熱交換配管を流れる炭化水素を冷却することができるようになるので、更なる冷却作用と運転効率の向上を図ることができるようになる。

請求項４の発明によれば、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の冷凍装置の冷媒回路を高温側冷媒回路として用い、圧縮機、凝縮器、減圧手段、及び、蒸発器が順次環状に配管接続された低温側冷媒回路と、高温側冷媒回路の蒸発器と低温側冷媒回路の凝縮器とが熱交換関係に設けられて構成されたカスケードコンデンサとを設けて多段冷凍装置を構成しているので、低温側冷媒回路に沸点の低い冷媒を用い、カスケードコンデンサにて凝縮させて蒸発器にて蒸発させることが可能となるので、この低温側冷媒回路の蒸発器にて極低温を得ることができるようになる。

また、請求項５の発明の多段冷凍装置によれば、上記に加えて高温側冷媒回路は、各吸着ユニットそれぞれに対応した複数の減圧手段及び蒸発器を備えると共に、低温側冷媒回路は、高温側冷媒回路の各蒸発器に対応して複数のカスケードコンデンサを構成する複数の凝縮器を備えているので、高温側冷媒回路の圧縮機と吸着ユニットとの接続切換に伴い、高温側冷媒回路の蒸発器に流れる冷媒の方向が逆になることが防止できるようになるので、蒸発器における冷媒循環に支障が生じなくなる。

更に、請求項６の発明の多段冷凍装置によれば、上記に加えて低温側冷媒回路は、圧縮機から吐出された冷媒を、高温側冷媒回路の圧縮機の吸入側に接続された吸着ユニットと熱交換させる過冷却用配管を備えているので、二酸化炭素の脱着の際に生じる吸熱反応を利用して低温側冷媒回路の圧縮機から吐出された冷媒を冷却することが可能となり、低温側冷媒回路の蒸発器における冷却作用と多段冷凍装置全体としての運転効率の向上も図ることができるようになる。

本発明は、自然冷媒の使用で爆発の危険性と冷媒回路内が高圧になりコストアップになってしまうのを防止することを最も主な特徴とする。冷媒爆発の危険性と冷凍装置のコストアップを防止するという目的を、冷媒を二酸化炭素と炭化水素とを所定の割合で混合し、炭化水素を吸着しない吸着剤をそれぞれ備えた複数の吸着ユニットを設けることで実現した。

次に、図面に基づき本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明の一実施例を示す冷凍装置１の冷媒回路図を示している。冷却装置１は、例えば冷凍、冷蔵ショーケース等の庫内冷却、或いはエアコンなどで冷房を行うために用いられるもので、冷凍装置１を構成する圧縮機２の吐出側２Ａは吐出側配管３を介してプレクーラ４の入口に接続されている。プレクーラ４の出口は配管５を介して四方弁６（本発明の切換手段に相当）の接続ポート６Ａに接続されている。該四方弁６は、４ヶ所の接続ポート６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄを備えており、後述する制御装置３１によって接続ポート６Ａと６Ｂ、接続ポート６Ｃと６Ｄとを連通する第１の切換状態と、接続ポート６Ａと６Ｃ、接続ポート６Ｂと６Ｄとを連通する第２の切換状態とを有している。

そして、四方弁６の接続ポート６Ｂは、配管７を介してタンク（密閉容器）にて構成された第１の吸着ユニット８（本発明の複数の吸着ユニットの内の一つ）の接続口８Ａに接続されている。第１の吸着ユニット８の内部には、冷媒回路内に二酸化炭素と炭化水素とが所定の割合で混合された冷媒が押し込まれた（圧送）ときに二酸化炭素を吸着し、吸引（減圧）されて二酸化炭素を脱着する機能を有する吸着剤９が設けられている。この吸着剤９は、炭化水素系冷媒は吸着しない、或いは、殆ど吸着しない（実質的に吸着しない）活性炭或いはシリカゲルなどにて構成されている。該第１の吸着ユニット８には当該第１の吸着ユニット８の放熱を行うための送風機２０が近接して設けられている。

第１の吸着ユニット８の他の接続口８Ｂには、第１の凝縮用熱交換配管１１が接続され、この第１の凝縮用熱交換配管１１は第２の吸着ユニット１８内を通過した後、第１のキャピラリチューブ１２（本発明の減圧手段に相当）の入口に接続されている。この第２の吸着ユニット１８は、第１の吸着ユニット８同様に構成されており内部には吸着剤９同様の吸着剤１９が配設されている。また、第１の凝縮用熱交換配管１１は第２の吸着ユニット１８内において、内部に設けられた吸着剤１９及びその内部を流れる冷媒と熱交換関係に構成されている。

そして、キャピラリチューブ１２の出口は蒸発器１３の一端に接続され、蒸発器１３の他端は帰還用配管１４を介して、冷媒回路内に封入された冷媒の流通、停止を行う開閉式の、第１の電磁弁１５の入口に接続されている。第１の電磁弁１５の出口は、配管１６を介して第２の吸着ユニット１８の接続口１８Ｃから内部を通り、第２の吸着ユニット１８の他の接続口１８Ａから配管１７を介して四方弁６の接続ポート６Ｃに接続されている。四方弁６の接続ポート６Ｄは吸入側配管２３を介して圧縮機２の吸入側２Ｂに接続される、環状の冷媒回路が構成されている。該第２の吸着ユニット１８にも当該第２の吸着ユニット１８の放熱を行うための送風機３０が近接して設けられている。

また、第２の吸着ユニット１８の他の接続口１８Ｂには第２の凝縮用熱交換配管２１が接続され、この第２の凝縮用熱交換配管２１は第１の吸着ユニット８内を通過した後、第２のキャピラリチューブ２２（本発明の減圧手段に相当）の入口に接続されている。第２の凝縮用熱交換配管２１も第１の凝縮用熱交換配管１１同様、第１の吸着ユニット８内において、内部に設けられた吸着剤９及びその内部を流れる冷媒と熱交換関係に構成されている。

そして、第２のキャピラリチューブ２２の出口は蒸発器１３の他端に接続されている。また、蒸発器１３の一端は、配管２４を介して冷媒回路内に封入された冷媒の流通、停止を行う開閉式の、第２の電磁弁２５の入口に接続されている。この第２の電磁弁２５の出口は配管２６を介して第１の吸着ユニット８の他の接続口８Ｃに接続されている。

一方、冷凍装置１には制御装置３１が設けられており、この制御装置３１は、圧縮機２及び送風機２０、３０の運転制御を行うと共に、四方弁６の切り換え、及び、第１、第２の電磁弁１５、２５の開閉制御を行う。そして、冷媒回路内には圧縮機２を含む冷媒回路構成部品の耐圧設計が容易、且つ、混合冷媒（二酸化炭素と爆発する危険性のある炭化水素とが所定の割合で混合された冷媒）封入される。また、冷凍機油としては、第１、第２の吸着ユニット８、１８内のオイルを、ブタンにて搬送可能な、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油等既存のオイルが使用される。

また、実施例では混合冷媒としては炭化水素（ＣＯ₂）とブタンが用いられる。このときの二酸化炭素とブタンとを、例えば７：３の割合で混合される。これにより、冷媒回路内の圧力を二酸化炭素だけの冷媒の時よりも大幅に低く抑えている（例えば、従来使用していたフロンガスと略同等の圧力）。これにより、圧縮機２を含む冷媒回路構成部品は、フロンガスの耐圧設計の部品をそのまま使用することができ、圧縮機２を含む冷媒回路構成部品のコストの低減を図ることが可能となる。

また、炭化水素としてはブタンの代わりにプロパン、イソブタンなどを用いても差し支えない。即ち、二酸化炭素とイソブタンとの混合冷媒、二酸化炭素とプロパンとの混合冷媒であっても差し支えない。該炭化水素は引火性が強く、爆発する危険性がある。そこで、爆発の危険性を防止するため、二酸化炭素と炭化水素（プロパン、イソブタン）とを８〜７：２〜３の割合で混合している。即ち、二酸化炭素と炭化水素（プロパン、イソブタン）とを８〜７：２〜３の割合で混合することにより冷媒を不燃性にすることができる。これにより、炭化水素を混合した混合冷媒の不燃化を図ることが可能となる。該二酸化炭素とブタンとの混合冷媒の沸点は約−０．５℃、二酸化炭素とプロパンとの混合冷媒の沸点は約−４２．１℃、二酸化炭素とイソブタンとの混合冷媒の沸点は約−１１．８℃となる。

そして、冷凍装置１の運転が開始されると、制御装置３１は圧縮機２の運転を開始し、四方弁６を第１の切換状態にすると同時に第１電磁弁１５を開いて電磁弁２５を閉じることにより、第１の吸着ユニット８は二酸化炭素の吸着状態、第２の吸着ユニット１８は二酸化炭素の脱着状態となる。即ち、図１黒矢印で示すように圧縮機２の吐出側２Ａから吐出された高温冷媒（二酸化炭素とブタン）は、プレクーラ４にて放熱し、配管５、四方弁６、配管７を介して第１の吸着ユニット８に押し込まれて、そこで二酸化炭素は吸着剤９に吸着されていく。

そして、二酸化炭素が吸着剤９に吸着された後の冷媒（炭化水素成分が非常にリッチとなった冷媒）は、第１の吸着ユニット８の、他の接続口８Ｂから第１の凝縮用熱交換配管１１内、第２の吸着ユニット１８内を通り、第１のキャピラリチューブ１２で減圧され、蒸発器１３にて蒸発し冷却作用（冷却庫内の冷却や、エアコンなどの冷房）を発揮した後、電磁弁１５を介して接続口１８Ｃから第２の吸着ユニット１８内に入る。冷媒は第２の吸着ユニット１８内が減圧され吸着剤１９から脱着された炭化水素と混合されて、他の接続口１８Ａから配管１７を介して四方弁６を通り圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。

そこで冷媒（二酸化炭素）は、後述する四方弁６が第２の切換状態のときに第２の吸着ユニット１８内が減圧され、吸着剤１９から脱着された炭化水素と混合されて、他の接続口１８Ａから配管１７を介して四方弁６を通り圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。

そして、制御装置３１は、第１の吸着ユニット８で二酸化炭素の吸着が完了する所定のタイミングで、接続ポート６Ａと６Ｃ、接続ポート６Ｂと６Ｄとを連通して四方弁６を第２の切換状態とする。制御装置３１は、同時に第１電磁弁１５を閉じ、電磁弁２５を開き、これによって第２の吸着ユニット１８は二酸化炭素の吸着状態、第１の吸着ユニット８は二酸化炭素の脱着状態に切り替わる。

ここで、第１の吸着ユニット８で二酸化炭素の吸着が完了するタイミングを具体的に説明する。この場合、圧縮機２の運転による冷媒の流量から吸着剤９に二酸化炭素が飽和状態まで吸着（１００％吸着）される時間を予め実験で求めておく。係る吸着剤９への吸着が飽和状態を超えると、当然二酸化炭素は吸着剤９へ吸着されなくなる。これにより、吸着剤９への二酸化炭素の吸着効率が低下し、冷凍装置１の能力も低下してしまうので、冷凍装置１の運転による冷媒の流量ばらつきを考慮して、第１の吸着ユニット８（第２の吸着ユニット１８）で二酸化炭素の吸着が完了するタイミングを、吸着剤９への二酸化炭素の吸着効率を、実験で求めた飽和状態までの時間の約９０％の時間に設定している。

即ち、制御装置３１は、吸着剤９、１９へ二酸化炭素が９０％吸着したタイミングで、四方弁６を切り換える。ここで、四方弁６の切り替えで、圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒が流入する側の第１の吸着ユニット８（第２の吸着ユニット１８）を吸着側、冷媒が圧縮機２に吸引される側の第２の吸着ユニット１８（第１の吸着ユニット８）を脱着側と称す。尚、吸着剤９（１９を含む）は二酸化炭素を吸着する際、発熱反応（加熱作用）を呈するので、制御装置３１は発熱反応側の送風機２０或いは送風機３０を運転して、第１、第２の吸着ユニット８、１８の放熱を行う。逆に脱着する際、吸熱反応（冷却作用）を呈するので、吸熱反応側の送風機２０或いは送風機３０の運転は行わない。

係る四方弁６が第１の切換状態では、圧縮機２の吸引により第２の吸着ユニット１８内は低圧状態となる。これにより、吸着剤９に吸着された二酸化炭素は第２の吸着ユニット２８（脱着側）から脱着する。このときの吸熱反応（冷却作用）により、冷媒は第１の吸着ユニット８から凝縮用熱交換配管１１を通過する過程で第２の吸着ユニット１８（脱着側）内で冷却され、凝縮する。その後、冷媒は第１のキャピラリチューブ１２にて減圧され、蒸発器１３にて蒸発し冷却作用を発揮し、第２の吸着ユニット１８（脱着側）内で凝縮用熱交換配管１１の冷却に寄与した後、四方弁６を経て圧縮機２に吸引される。

そして、吸着剤９への二酸化炭素の吸着が完了すると、制御装置３１は四方弁６を第２の切換状態に切り換える。四方弁６が第２の切換状態に切り換わると図２黒矢印で示すように、圧縮機２から吐出された高温冷媒は、プレクーラ４にて放熱し、四方弁６、第２の吸着ユニット１８に押し込まれ、そこで二酸化炭素は吸着剤１９に吸着されていく。このとき、冷媒と共に冷媒回路内を循環する圧縮機２のオイルも吸着剤１９に吸着されていく。二酸化炭素が吸着剤１９に吸着された後の冷媒（炭化水素）は、第２の吸着ユニット１８の他の接続口１８Ｂから第２の凝縮用熱交換配管２１を通り、第１の吸着ユニット８内で冷却され、凝縮する。

そして、冷媒回路内の冷媒に二酸化炭素（ＣＯ₂）とブタンを用いた場合には、冷凍装置１（蒸発器１３）は約−０．５℃、二酸化炭素とプロパンとの混合冷媒では約−４２．１℃、二酸化炭素とイソブタンとの混合冷媒では約−１１．８℃を達成することができる。この場合、混合冷媒に炭化水素を用いているので、圧縮機２を含む冷媒回路構成部品の耐圧設計も混合冷媒の混合割合を調整すればフロンガスの耐圧設計を略そのままで使用することが可能となる。従って、冷凍装置１を冷蔵庫や冷凍装置などの庫内を冷却することができると共に、エアコンなどにも使用することができる。

そして、その後冷媒は第２のキャピラリチューブ２２にて減圧され、蒸発器１３にて蒸発し冷却作用を発揮し、第１の吸着ユニット１８内で凝縮用熱交換配管１２の冷却に寄与した後、四方弁６を経て圧縮機２に吸引される循環を繰り返す。圧縮機２のオイルは、冷媒回路内を流れる冷媒（ブタン）により洗い流され、冷媒と共に搬送されて圧縮機２に戻される。即ち、四方弁６を所定のタイミングで交互に切り換え、第１、第２の吸着ユニット８、１８内のオイルを流すようにしている。

このように、冷凍装置１は二酸化炭素を吸着及び脱着する機能を有すると共に、ブタンは実質的に吸着しない吸着材９をそれぞれ備えた第１、第２の吸着ユニット８、１８と、吐出側２Ａが第１の吸着ユニット８に接続され、吸入側２Ｂが第２の吸着ユニット１８に接続されると共に、二酸化炭素とブタンとが混合された冷媒を圧縮して吐出側２Ａより吐出し、吸入側２Ｂより吸引する圧縮機２と、この圧縮機２の吐出側２Ａが第１の吸着ユニット８に接続され、且つ、吸入側２Ｂが第２の吸着ユニット１８に接続された状態と、圧縮機２の吐出側２Ａが第２の吸着ユニット１８に接続され、且つ、吸入側２Ｂが第１の吸着ユニット８に接続された状態とで圧縮機２と両第１、第２の吸着ユニット８、１８との接続を切り換える四方弁６と、この四方弁６により圧縮機２の吐出側２Ａに接続された第１の吸着ユニット８を経た冷媒を減圧する第１のキャピラリチューブ１２と、この第１のキャピラリチューブ１２にて減圧された冷媒が流入して蒸発する蒸発器１３とを備えている。そして、蒸発器１３を出た冷媒が圧縮機２の吸入側２Ｂから吸引されるよう冷媒回路が構成されているので、圧縮機２から吐出された冷媒中の二酸化炭素は第１の吸着ユニット８の吸着材９に吸着され、ブタンが第１の吸着ユニット８を経て第１のキャピラリチューブ１２にて減圧された後、蒸発器１３にて冷却作用を発揮させることができる。

即ち、二酸化炭素とブタンの混合冷媒にて冷却作用を発揮させることができるので、冷媒による地球環境問題を解決することが可能となると共に、二酸化炭素とブタンの混合によってブタンの不燃化も実現することができる。これにより、冷凍装置１の取扱の簡易化と安全性の向上を図ることができる。また、二酸化炭素を圧縮した後、減圧し、蒸発させて冷却作用を発揮させるものでは無いので、冷媒回路内の圧力を低く抑えることが可能となり、圧縮機２を含む冷媒回路構成部品のコストの削減と耐圧設計の簡略化をも図ることも可能となる。

また、四方弁６により複数の吸着ユニット（第１、第２の吸着ユニット８、１８）を交互に切り換えて、二酸化炭素の吸着と脱着とを実行しながら、ブタンを第１のキャピラリチューブ１２にて減圧され、蒸発器１３に流入させ、蒸発させた後、圧縮機２に吸引させることができるので、蒸発器１３における冷却作用も連続的に得られるようになる。更に、両第１、第２の吸着ユニット８、１８の吸着材９に付着した圧縮機２のオイルも、ブタンによって圧縮機２に搬送し、帰還させることができる。

また、四方弁６により圧縮機２の吐出側２Ａに接続された第１の吸着ユニット８を経た冷媒を、圧縮機２の吸入側２Ｂに接続された第２の吸着ユニット１８と熱交換させた後、第１のキャピラリチューブ１２に流入させる第１の凝縮用熱交換配管１１を備えているので、二酸化炭素の脱着の際に生じる吸熱反応を利用してブタンを冷却し、凝縮させることができるので、蒸発器１３における冷却作用と運転効率の向上を大幅に向上させることができる。

また、蒸発器１３から出た冷媒を、圧縮機２の吸入側２Ｂに接続された第１、第２の吸着ユニット８、１８に流入させる帰還用配管（配管１６、２６）を備えているので、蒸発器１３を出た低温の冷媒によっても、第１、第２の凝縮用熱交換配管１１、２１を流れるブタンを冷却することができるようになり、更なる冷却作用と運転効率の向上を図ることができる。

次に、図３には本発明の他の実施例の多段冷凍装置６０を示している。該多段冷凍装置６０は、前述の実施形態と略同じ構成を有している。以下に異なる部分について説明する。尚、前述の実施の形態と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。多段冷凍装置６０は、図３に示すように一方に実施例１の冷凍装置１（図中上側）、他方に通常の冷凍装置１Ａ（図中下側）を接続した構成とされている。

該冷凍装置１Ａを構成する圧縮機６２の吐出側は吐出側配管６３を介してプレクーラ６４の入口に接続されている。プレクーラ４の出口は配管６５を介して凝縮器６６の入口に接続され、凝縮器６６の出口は配管６７を介してキャピラリチューブ６８の入口に接続されている。キャピラリチューブ６８の出口は配管６９を介して蒸発器７０の入口に接続され、蒸発器７０の出口は吸入側配管７１を介して圧縮機６２の吸入側に接続される環状の冷媒回路を構成している。また、吸入側配管７１にはキャピラリチューブ７２を介して、冷凍装置１Ａ運転時の軽負荷時に余剰となる冷媒を溜めておく膨張タンク７３が接続されている。

この冷凍装置１Ａを構成する凝縮器６６と、冷凍装置１を構成する蒸発器１３とは熱交換関係に配設されている。該多段冷凍装置６０は、実施例１の冷媒回路を高温側冷媒回路とし、冷凍装置１Ａの冷媒回路を低温側冷媒回路としている。そして、高温側冷媒回路の蒸発器１３と低温側冷媒回路の凝縮器６６は熱交換関係に配設されたカスケードコンデンサ７４にて構成されている。該高温側冷媒回路内には前述同様の冷媒が封入され、低温側冷媒回路内には、亜酸化チッソ（Ｎ₂Ｏ）、亜酸化チッソとエタノール、亜酸化チッソとエチレンなどの冷媒或いは混合冷媒が封入される。

そして、冷凍装置１は図３黒矢印で示すように、四方弁６が第１の切換状態では圧縮機２から吐出された高温冷媒は、プレクーラ４にて冷却され、四方弁６、第１の吸着ユニット８内に押し込まれ、そこで吸着剤９に二酸化炭素が吸着されていく。このとき、冷媒と共に冷媒回路内を循環するオイルも吸着剤９に吸着されていく。二酸化炭素が吸着剤９に吸着された後の冷媒（炭化水素）は、第１の吸着ユニット８の他の接続口８Ｂから第１の凝縮用熱交換配管１１を介して第２の吸着ユニット１８内に流入する。

第２の吸着ユニット１８内に流入した冷媒（炭化水素）は第１のキャピラリチューブ１２にて減圧され、蒸発器１３にて冷却作用を発揮した後、電磁弁１５、第２の吸着ユニット１８内を通り、四方弁６を介して圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。このとき、冷媒が圧縮機２に吸い込まれ第２の吸着ユニット１８内が低圧状態となり、吸着剤１９に吸着された二酸化炭素は脱着して圧縮機２に帰還すると共に、圧縮機２のオイルも、ブタンによって圧縮機２に搬送される。この時図３白矢印で示すように、冷凍装置１Ａの圧縮機６２から吐出された高温冷媒は、プレクーラ６４にて放熱し、凝縮器６６にて凝縮された後、キャピラリチューブ６８で絞られ、蒸発器７０にて冷却作用を発揮した後圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。

また、四方弁６が第２の切換状態で、冷凍装置１は図４黒矢印で示すように、圧縮機２から吐出された高温冷媒は、プレクーラ４にて放熱し、四方弁６、第２の吸着ユニット１８内、第２の凝縮用熱交換配管２１、第１の吸着ユニット８、第２のキャピラリチューブ２２、蒸発器１３、電磁弁２５、第１の吸着ユニット８内、四方弁６を介して圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。この時も冷凍装置１Ａを出た冷媒は、四方弁６が第１の切換状態では冷凍装置１の運転時同様図４白矢印で示すように、圧縮機６２から吐出された冷媒はプレクーラ６４にて放熱し、凝縮器６４、キャピラリチューブ６８にて絞られ、蒸発器７０にて冷却作用を発揮した後圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。

係る多段冷凍装置６０が運転された状態では、冷凍装置１は前述した如き四方弁６により第１、第２の吸着ユニット８、１８を交互に切り換え、ブタンを第１、第２のキャピラリチューブ１２、２２にて減圧した後、蒸発器１３に流入させる運転を行う。これにより、蒸発器１３にて連続的に冷却作用を発生させることができるので、カスケードコンデンサ７４の熱交換により、蒸発器７０での更なる冷却効果を発揮させることができる。

係る冷媒回路内の冷媒に亜酸化チッソ（Ｎ₂Ｏ）を用いた場合には、冷凍装置１（蒸発器７０）は約−９０℃、亜酸化チッソとエタノールの混合冷媒では約−８８℃、亜酸化チッソとエチレンを用いた場合には約−１０３．７℃を達成することができる。これにより、極低温の冷凍装置１Ａを製造することが可能となる。

このように、多段冷凍装置６０には、高温側冷媒回路の蒸発器１３と低温側冷媒回路の凝縮器６４とが熱交換関係に配設されたカスケードコンデンサ７４を設けている。そして、低温側冷媒回路に沸点の低い冷媒を用いて、カスケードコンデンサ７４にて凝縮させれば、蒸発器１３にて冷却作用を発揮させることができるので、低温側冷媒回路の蒸発器７０にて極低温を得ることができる。これにより、多段冷凍装置６０の利便性を極めて向上させることが可能となる。

また、膨張タンク７３内に低温側冷媒回路の冷媒の吸着剤９を入れて膨張タンク７３を小型化し、吸着側となる吸着ユニット８及び１８の吸着剤９の発熱を、この膨張タンク７３内の吸着剤９から冷媒を追い出すことに利用することができる。その場合には、吸着ユニット８及び１８と膨張タンク７３の間に図示しないポンプ付きのブライン回路を設け、吸着ユニット８及び１８の発熱反応による熱を膨張タンク７３に選択的に搬送させるようにすればよい。

また、ブライン回路等で発熱反応を搬送して冷却貯蔵庫（超低温フリーザなど）の結露箇所を加熱し、結露を防止することも可能となる。これにより、多段冷凍装置６０の大幅な省エネ化を図ることができる。

前記実施例２の多段冷凍装置６０を構成する冷凍装置１では四方弁６を切り替えることにより冷媒を蒸発器１３の一端或いは多端から流入させ、蒸発器１３の一端或いは多端から冷媒を流出させている。しかし、蒸発器１３の冷媒の流れ方向は一定のほうが良いのは従来より知られている。そこで、実施例３では実施例２に対して蒸発器１３内の冷媒の流れ方向を一定方向に構成している。該実施例３の多段冷凍装置６０は、前述の実施形態と略同じ構成を有している。以下に異なる部分について説明する。尚、前述の実施の形態と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。

即ち、実施例３の多段冷凍装置６０は図５に示すように一方に実施例１の冷凍装置１、他方に冷凍装置１Ｂを接続した構成とされている。そして、冷凍装置１の冷媒回路には前述同様、二酸化炭素とブタン、二酸化炭素とプロパン、二酸化炭素とイソブタン等の混合冷媒が封入され、冷凍装置１Ａの冷媒回路内には亜酸化チッソ、亜酸化チッソとエタノール、亜酸化チッソとエチレンなどの冷媒、或いは混合冷媒が封入される。

該冷凍装置１は、図５に示すように圧縮機２の吐出側２Ａは吐出側配管３を介してプレクーラ４の入口に接続されている。プレクーラ４の出口は配管５を介して四方弁６（本発明の切換手段に相当）の接続ポート６Ａに接続されている。この四方弁６は、４ヶ所の接続ポート６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄを備えており、後述する制御装置３１によって接続ポート６Ａと６Ｂ、接続ポート６Ｃと６Ｄとを連通する第１の切換状態と、接続ポート６Ａと６Ｃ、接続ポート６Ｂと６Ｄとを連通する第２の切換状態とを有している。

また、四方弁６の接続ポート６Ｂは、配管７を介してタンク（密閉容器）にて構成された第１の吸着ユニット８（本発明の複数の吸着ユニットの内の一つ）の接続口８Ａに接続されている。第１の吸着ユニット８の内部には、冷媒回路内に二酸化炭素と炭化水素とが所定の割合で混合された冷媒が押し込まれた（圧送）ときに二酸化炭素を吸着し、吸引（減圧）されて二酸化炭素を脱着する機能を有する吸着剤９が封入されている。この吸着剤９は、ブタン（冷媒）は吸着しない、或いは、殆ど吸着しない（実質的に吸着しない）活性炭或いはシリカゲルなどにて構成されている。該第１の吸着ユニット８には当該第１の吸着ユニット８の放熱を行うための送風機２０が近接して設けられている。

第１の吸着ユニット８の他の接続口８Ｂには、第１の凝縮用熱交換配管１１が接続されている。この第１の凝縮用熱交換配管１１は、第２の吸着ユニット１８内を通過した後、第１のキャピラリチューブ１２（本発明の減圧手段に相当）の入口に接続されている。この第２の吸着ユニット１８は第１の吸着ユニット８同様に構成されており、内部には吸着剤９同様の吸着剤１９が配設されている。また、第１の凝縮用熱交換配管１１は第２の吸着ユニット１８内において、内部に設けられた吸着剤１９及びその内部を流れる冷媒と熱交換関係に配設されている。

そして、キャピラリチューブ１２の出口は蒸発器４０の一端に接続され、蒸発器４０の他端は配管４１を介して、第２の吸着ユニット１８の接続口１８Ｃに接続されている。そして、第２の吸着ユニット１８の他の接続口１８Ａに接続された配管１７は四方弁６の接続ポート６Ｃに接続され、四方弁６は吸入側配管２３を介して圧縮機２の吸入側２Ｂに接続される、環状の冷媒回路が構成されている。第２の吸着ユニット１８には当該第２の吸着ユニット１８の放熱を行うための送風機３０が設けられている。

また、第２の吸着ユニット１８の他の接続口１８Ｂには第２の凝縮用熱交換配管２１が接続され、この第２の凝縮用熱交換配管２１は第１の吸着ユニット８内を通過した後、第２のキャピラリチューブ２２（本発明の減圧手段に相当）の入口に接続されている。第２の凝縮用熱交換配管２１も第１の凝縮用熱交換配管１１同様、第１の吸着ユニット８内において、内部に設けられた吸着剤９及びその内部を流れる冷媒と熱交換関係に配設されている。そして、第２のキャピラリチューブ２２の出口は蒸発器４２の他端に接続され、蒸発器４２の一端は配管４３を介して第１の吸着ユニット８の接続口８Ｃに接続されている。

一方、冷凍装置１Ｂを構成する圧縮機６２の吐出側は、吐出側配管６３を介してプレクーラ６４の入口に接続されている。プレクーラ６４の出口は配管６５を介して四方弁４４の接続ポート４４Ａに接続されている。また、四方弁４４の接続ポート４４Ｂは配管４６、過冷却用配管４７、配管４８を介して凝縮器４９に接続されている。この過冷却用配管４７は、前記第２の吸着ユニット１８内に設けられ、当該第２の吸着ユニット１８内を通過する冷媒と熱交換関係に設けられている。

凝縮器４９は配管５１、凝縮器５２、配管５４を介して過冷却用配管５５に接続されている。この過冷却用配管５５は前記第１の吸着ユニット８内に設けられ、当該第１の吸着ユニット８内を通過する冷媒と熱交換関係に設けられている。また、過冷却用配管５５は、配管５６を介して四方弁４４の接続ポート４４Ｃに接続されている。四方弁４４の接続ポート４４Ｄは配管６７を介してキャピラリチューブ６８の入口に接続されている。この四方弁４４は、４ヶ所の接続ポート６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄを備えており、制御装置３１によって接続ポート６Ａと６Ｂを連通し、接続ポート６Ｃと６Ｄとを閉塞する第１の切換状態と、接続ポート６Ｃと６Ｄを連通し、接続ポート６Ａと６Ｂとを閉塞する第２の切換状態とを有している。

そして、キャピラリチューブ６８の出口は配管６９を介して蒸発器７０の入口に接続され、蒸発器７０の出口は吸入側配管７１を介して圧縮機６２の吸入側に接続される環状の冷媒回路を構成している。該吸入側配管７１にはキャピラリチューブ７２を介して、冷凍装置１Ｂ運転時の軽負荷時に余剰となる冷媒を溜めておく膨張タンク７３が接続されている。また、配管５１は分岐してバイパス配管５８の一端が接続され、バイパス配管５８の他端は配管６７に接続されている。係る冷凍装置１と冷凍装置１Ｂとを構成する蒸発器４２と凝縮器５２は、熱交換関係に設けられた第１のカスケードコンデンサ５３にて構成されると共に、蒸発器４０と凝縮器４９は、熱交換関係に設けられた第２のカスケードコンデンサ５０にて構成されている。

一方、多段冷凍装置６０には制御装置３１が設けられており、この制御装置３１は、圧縮機２及び送風機２０、３０の運転制御を行うと共に、四方弁６及び四方弁４４を第１の切換状態と、第２の切換状態とに切り換える。そして、この場合も冷媒回路内には圧縮機２を含む冷媒回路構成部品の耐圧設計が容易、且つ、混合冷媒（二酸化炭素と爆発する危険性のある炭化水素とが所定の割合で混合された冷媒）封入される。また、冷凍機油としては、第１、第２の吸着ユニット８、１８の吸着剤９、１９に付着したオイルを、ブタンにて搬送可能な、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油等既存のオイルが使用される。尚、実施例では混合冷媒としての炭化水素にブタンを用いている。

そして、多段冷凍装置６０の運転が開始されると、制御装置３１は圧縮機２、６２の運転を開始し、四方弁６、４４を第１の切換状態にする。係る冷凍装置１では、図５黒矢印で示すように圧縮機２の吐出側２Ａから吐出された高温冷媒（二酸化炭素とブタン）は、プレクーラ４にて放熱し、配管５、四方弁６、配管７を介して第１の吸着ユニット８に押し込まれ、そこで吸着剤９に二酸化炭素が吸着されていく。吸着剤９に二酸化炭素が吸着された後の冷媒（炭化水素）は第１の吸着ユニット８の他の接続口８Ｂから第１の凝縮用熱交換配管１１を通り第２の吸着ユニット１８内に流入する。

第２の吸着ユニット１８内を出た冷媒は、第１のキャピラリチューブ１２にて減圧され、第２のカスケードコンデンサ５０（蒸発器４０）に流入して冷却作用を発揮する。第２のカスケードコンデンサ５０（蒸発器４０）を出た冷媒は、配管４１、第２の吸着ユニット１８、四方弁６を経て吸入側配管２３、吸入側２Ｂから圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。

そして、冷凍装置１が運転されると同時に冷凍装置１Ｂが運転される。冷凍装置１Ｂでは図５白矢印で示すように、圧縮機６２から吐出された高温冷媒は、プレクーラ６４にて放熱し、四方弁４４、過冷却用配管４７を経て第２のカスケードコンデンサ５０（凝縮器４９）に流入する。このときプレクーラ６４にて放熱した冷媒（低温側冷媒回路の冷媒）をカスケードコンデンサ５０の前で、更にプレクール（冷却）できるので、冷凍装置１の冷却能力の改善を図ることができる。第２のカスケードコンデンサ５０（蒸発器４９）出た冷媒は、バイパス配管５８を経てキャピラリチューブ６８にて減圧され、蒸発器７０にて冷却作用を発揮した後、圧縮機６２に吸い込まれる循環を繰り返す。

また、四方弁６が第２の切換状態で、冷凍装置１では図６黒矢印で示すように、圧縮機２から吐出された高温冷媒は、プレクーラ４にて放熱し、四方弁６、第２の吸着ユニット１８内、第２の凝縮用熱交換配管２１、第１の吸着ユニット８を経て第２のキャピラリチューブ２２にて減圧され、蒸発器４２にて冷却作用を発揮した後、第１の吸着ユニット８内を通り、四方弁６を介して圧縮機２に吸い込まれる循環を繰り返す。

また、冷凍装置１Ｂでは図５白矢印で示すように、圧縮機６２から吐出された高温冷媒は、プレクーラ６４にて放熱し、四方弁４４、過冷却用配管５５を経て第１のカスケードコンデンサ５３（凝縮器５２）に流入する。このときプレクーラ６４にて放熱した冷媒（低温側冷媒回路の冷媒）をカスケードコンデンサ５３の前で、更にプレクール（冷却）できるので、冷凍装置１Ｂの冷却能力の改善を図ることができる。第１のカスケードコンデンサ５３（凝縮器５２）を出た冷媒は、バイパス配管５８、キャピラリチューブ６８にて減圧され、蒸発器７０にて冷却作用を発揮した後、圧縮機６２に吸い込まれる循環を繰り返す。

このように、高温側冷媒回路は、各吸着ユニット（第１、第２の吸着ユニット８、１８）それぞれに対応した複数の減圧手段（第１、第２のキャピラリチューブ１２、２２）及び蒸発器４０、４２を備えると共に、低温側冷媒回路は、高温側冷媒回路の各蒸発器４０、４２に対応して複数のカスケードコンデンサ５０、５２を構成する複数の凝縮器４９、５２を備えているので、高温側冷媒回路の圧縮機２と各吸着ユニット（第１、第２の吸着ユニット８、１８）との接続切換に伴い、高温側冷媒回路の蒸発器４０、４２に流れる冷媒の方向が逆になってしまうのを防止することができるので、蒸発器４０、４２における冷媒循環に支障が生じなくなる。

また、低温側冷媒回路は、圧縮機６２から吐出された冷媒を、高温側冷媒回路の圧縮機２の吸入側２Ｂに接続された吸着ユニット（第１、第２の吸着ユニット８、１８）と熱交換させる過冷却用配管４７、５５を備えているので、二酸化炭素の脱着の際に生じる吸熱反応を利用して低温側冷媒回路の圧縮機６２から吐出された冷媒を冷却することが可能となり、低温側冷媒回路の蒸発器４０、４２における冷却作用と多段冷凍装置６０全体としての運転効率の大幅な向上も図ることができる。

また、従来フロンガスを用いた冷媒回路の圧力の範囲で、これらの二酸化炭素と炭化水素の混合冷媒を使用した場合に、空調用の＋１０℃の温度より超低温冷蔵庫として−８５℃以下の温度帯域の冷凍回路の実用化を図ることも期待することができる。

尚、本発明は、上記各実施形態のみに限定されるものではなく、この発明の範囲を逸脱することなく他の様々な変更を行っても本発明は有効である。

本発明の一実施例を示す冷凍装置（四方弁が第１の切換状態）の冷媒回路図である（実施例１）。 同図１の冷凍装置（四方弁が第２の切換状態）の冷媒回路図である。 本発明の一実施例を示す多段冷凍装置（四方弁が第１の切換状態）の冷媒回路図である（実施例２）。 同図３の多段冷凍装置（四方弁が第２の切換状態）の冷媒回路図である。 本発明の一実施例を示すもう一つの多段冷凍装置（四方弁が第１の切換状態）の冷媒回路図である（実施例３）。 同図５のもう一つの多段冷凍装置（四方弁が第２の切換状態）の冷媒回路図である。

符号の説明

１ 冷凍装置
２ 圧縮機
６ 四方弁
８ 第１の吸着ユニット
９ 吸着剤
１１ 第１の凝縮用熱交換配管
１２ 第１のキャピラリチューブ
１３ 蒸発器
１５ 第１の電磁弁
１８ 第２の吸着ユニット
１９ 吸着剤
２１ 第２の凝縮用熱交換配管
２２ 第２のキャピラリチューブ
２５ 第２の電磁弁
３１ 制御装置
４０ 蒸発器
４２ 蒸発器
４４ 四方弁
４７ 過冷却用配管
４９ 凝縮器
５０ 第２のカスケードコンデンサ
５２ 凝縮器
５３ 第１のカスケードコンデンサ
５５ 過冷却用配管
５８ バイパス配管
６０ 多段冷凍装置
６２ 圧縮機
６４ プレクーラ
６６ 凝縮器
６８ キャピラリチューブ
７０ 蒸発器
７４ カスケードコンデンサ

Claims (6)

1. 二酸化炭素を吸着及び脱着する機能を有すると共に、炭化水素は実質的に吸着しない吸着剤をそれぞれ備えた複数の吸着ユニットと、
   吐出側が一方の前記吸着ユニットに接続され、吸入側が他方の前記吸着ユニットに接続されると共に、二酸化炭素と炭化水素とが混合された冷媒を圧縮して前記吐出側より吐出し、前記吸入側より吸引する圧縮機と、
   該圧縮機の吐出側が前記一方の吸着ユニットに接続され、且つ、吸入側が前記他方の吸着ユニットに接続された状態と、前記圧縮機の吐出側が前記他方の吸着ユニットに接続され、且つ、吸入側が前記一方の吸着ユニットに接続された状態とで前記圧縮機と各吸着ユニットとの接続を切り換える切換手段と、
   該切換手段により前記圧縮機の吐出側に接続された前記吸着ユニットを経た冷媒を減圧する減圧手段と、
   該減圧手段にて減圧された冷媒が流入して蒸発する蒸発器とを備え、
   該蒸発器を出た冷媒が前記圧縮機の吸入側から吸引されるよう冷媒回路が構成されていることを特徴とする冷凍装置。
2. 前記切換手段により前記圧縮機の吐出側に接続された前記吸着ユニットを経た冷媒を、前記圧縮機の吸入側に接続された前記吸着ユニットと熱交換させた後、前記減圧手段に流入させる凝縮用熱交換配管を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記蒸発器から出た冷媒を、前記圧縮機の吸入側に接続された前記吸着ユニットに流入させる帰還用配管を備えたことを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の冷凍装置の冷媒回路を高温側冷媒回路として用い、
   圧縮機、凝縮器、減圧手段、及び、蒸発器が順次環状に配管接続された低温側冷媒回路と、前記高温側冷媒回路の蒸発器と前記低温側冷媒回路の凝縮器とが熱交換関係に設けられて構成されたカスケードコンデンサとを備えたことを特徴とする多段冷凍装置。
5. 前記高温側冷媒回路は、前記各吸着ユニットそれぞれに対応した複数の前記減圧手段及び蒸発器を備えると共に、前記低温側冷媒回路は、前記高温側冷媒回路の各蒸発器に対応して複数の前記カスケードコンデンサを構成する複数の凝縮器を備えたことを特徴とする請求項４に記載の多段冷凍装置。
6. 前記低温側冷媒回路は、前記圧縮機から吐出された冷媒を、前記高温側冷媒回路の圧縮機の吸入側に接続された前記吸着ユニットと熱交換させる過冷却用配管を備えたことを特徴とする請求項５に記載の多段冷凍装置。

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