JP2009186074A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】混合冷媒方式の冷凍装置１０において、低い到達温度を実現しつつ、冷凍能力の向上を図る。
【解決手段】冷凍装置１０は、混合冷媒を圧縮する第１圧縮機２０、第１圧縮機２０から吐出された混合冷媒を冷却する中間冷却器２１、中間冷却器２１から吐出された混合冷媒を圧縮する第２圧縮機２７、凝縮器１７，２２、複数段の気液分離器２４，３０，３６，４２、複数段のカスケード熱交換器２５，３１，３７，４３、最終段のカスケード熱交換器の１次側から流出した、相対的に低沸点の冷媒を減圧する膨張器８０ａ，８０ｂ、膨張器８０ａ，８０ｂで減圧された冷媒を蒸発させる冷却器５２、及び、これらの各機器が冷媒配管により互いに接続された冷媒回路１、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

従来より、例えば特許文献１に開示されているように、沸点温度の異なる複数種類の冷媒からなる混合冷媒を、相対的に沸点温度の高い冷媒から沸点温度の低い冷媒へと順次凝縮させていき、最も低い蒸発温度の冷媒を最終的に冷却器において蒸発させて所望の超低温を得るようにしたいわゆる混合冷媒方式の超低温冷凍装置が知られている。

具体的にこの超低温冷凍装置では、圧縮機と、凝縮器と、複数段の気液分離器及びカスケード熱交換器と、膨張器と、冷却コイル（冷却器）とを備えた冷媒回路を混合冷媒が流通するようになっている。そして、凝縮器で主として高沸点の冷媒を凝縮した後、第１段目の気液分離器で液冷媒とガス冷媒とに分離し、第１段目のカスケード熱交換器の１次側において、ガス冷媒と前記分離された後に減圧された液冷媒とを熱交換させて冷却する。また、第２段目以後のカスケード熱交換器においても同様に熱交換を行い、最終段のカスケード熱交換器の１次側から流出した液冷媒を膨張器で減圧させかつ、前記冷却コイルにおいて低沸点冷媒を蒸発させることで、超低温レベルの寒冷を供給する。さらに、前記超低温冷凍装置では、この冷却コイルで冷却作用を行った冷媒を最終段のカスケード熱交換器の２次側に戻し、各段のカスケード熱交換器の２次側を経由させながら圧縮機に帰還させるようにしている。
特開２００５−２０７６６２号公報

ところで冷凍装置の到達温度をさらに下げるべく、例えば圧縮機の圧力比を大きくした場合は、圧縮機の体積効率が小さくなったり、圧縮機から吐出されるガス温度が高くなることで潤滑油の劣化を招いたりするという不都合が生じる。

混合冷媒方式の冷凍装置では、こうした不都合を解消する一つの方策として、混合冷媒における高沸点側の冷媒の量を相対的に増量することによって、圧縮機の圧力比を低下させると共に、圧縮機から吐出されるガス温度を低くすることが考えられる。

しかしながら、高沸点冷媒の量を多くしすぎると、冷凍装置の冷凍能力を低下させることになるため、高沸点冷媒の増量には限界がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、混合冷媒方式の冷凍装置において、低い到達温度を実現しつつ、冷凍能力の向上を図ることにある。

本発明の一側面によると、冷凍装置は、沸点が互いに異なる複数種類の冷媒を混合した混合冷媒を圧縮する第１圧縮機、前記第１圧縮機から吐出された混合冷媒を冷却する中間冷却器、前記中間冷却器から吐出された混合冷媒を圧縮する第２圧縮機、前記第２圧縮機から吐出された混合冷媒のうち、相対的に高沸点の冷媒を冷却して液化する凝縮器、前記凝縮器で液化された混合冷媒を、相対的に高沸点の冷媒から低沸点の冷媒へと順次、液冷媒とガス冷媒とに分離する複数段の気液分離器、前記各気液分離器で分離された１次側のガス冷媒を、該各気液分離器で分離されかつ減圧された２次側の液冷媒との間で熱交換させて冷却する複数段のカスケード熱交換器、前記複数段のうちの最終段のカスケード熱交換器の１次側から流出した、相対的に低沸点の冷媒を減圧する膨張器、前記膨張器で減圧された冷媒を蒸発させる冷却器、及び、これらの各機器が冷媒配管により互いに接続された冷媒回路、を備えている。

この構成によると、第１圧縮機から吐出された高温高圧の混合冷媒は、中間冷却器において高圧のまま冷却され、その後に、第２圧縮機において圧縮される。このため、圧力比を高めつつも、第２圧縮機から吐出される混合冷媒の温度は抑制される。

このように中間冷却器を備えた二段圧縮方式を採用することによって、低い到達温度を実現する上で、混合冷媒中の高沸点側の冷媒量を増加させる必要がなくなる。その結果、冷凍装置の冷凍能力の向上が図られる。また、冷凍装置における冷媒量の低減化が可能になる。さらに、中間冷却器を備えた二段圧縮方式の採用により、圧縮機の負荷の軽減も図られる。

前記冷凍装置は、前記冷媒回路からの冷媒に代えて、前記第２圧縮機からの高温冷媒を前記冷却器に供給するデフロスト回路をさらに備えている、としてもよい。

前記第１及び／又は第２圧縮機は、その回転数が前記冷却器の温度に応じて制御される、としてもよい。

前記冷却器は、断熱容器内に設置されている、としてもよい。

前記冷却器は、真空装置内に配設されるクライオコイルである、としてもよい。

以上説明したように、本発明によると、冷凍装置における圧縮機の構成を、中間冷却器を備えた二段圧縮方式にすることによって、低い到達温度を実現する上で、混合冷媒における高沸点側の冷媒を増量する必要がなくなるため、到達温度を低温化を実現しつつ、冷凍装置の冷凍能力の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は超低温冷凍装置１０の全体構成を示している。この超低温冷凍装置１０は、冷媒として沸点温度が互いに異なる５種類又は６種類の冷媒を混合してなる非共沸混合冷媒を用いて−１００℃以下の超低温レベルの寒冷を発生させるものである。この超低温冷凍装置１０は、図示は省略するが、例えば真空成膜装置に設けられ、後述するクライオコイル５２により、真空成膜装置の真空チャンバ内の気体及び水分を直接に超低温レベルまで冷却することにより、その気体等を捕捉して真空チャンバ内の真空レベルを短時間で上げるために用いられる。

図１において、符号１は前記混合冷媒が封入された閉サイクルの冷媒回路で、この冷媒回路１は以下に説明する各種の機器を冷媒配管で接続してなる。２０はガス冷媒を圧縮する第１圧縮機で、この第１圧縮機２０の吐出部には第１の油分離器１５が接続されている。この第１の油分離器１５は、第１圧縮機２０から吐出されたガス冷媒中に混入されている圧縮機用潤滑油をガス冷媒から分離するものであり、この分離された潤滑油は、図示省略の油戻し管を経て第１圧縮機２０の吸込側に戻される。

前記第１の油分離器１５の冷媒吐出部には、第１圧縮機２０からの吐出ガス冷媒を冷却する中間冷却器２１が接続されている。中間冷却器２１には、冷却水又は空気が供給され、第１圧縮機２０から吐出された高温高圧のガス冷媒は、これとの間で熱交換を行うことにより、高圧のまま冷却される。

中間冷却器２１の吐出部には、第２圧縮機２７が接続されている。これによって中間冷却器２１において冷却されたガス冷媒が、第２圧縮機２７においてさらに圧縮されることになる。第２圧縮機２７の吐出部には、第２の油分離器１９が接続されており、第２の油分離器１９も、第１の油分離器１５と同様に、第２圧縮機２７から吐出されたガス冷媒中に混入されている圧縮機用潤滑油をガス冷媒から分離する。分離された潤滑油は、図示省略の油戻し管を経て第２圧縮機２７の吸込側に戻される。

第２の油分離器１９の冷媒吐出部には、冷却水との熱交換により冷却して凝縮する水冷コンデンサ１７が接続されている。水冷コンデンサ１７の吐出部には、補助コンデンサ２２の１次側が接続されており、この補助コンデンサ２２において、水冷コンデンサ１７からのガス冷媒を第１圧縮機２０に吸入される低温度の２次側の還流冷媒と熱交換して冷却し凝縮する。この実施形態では、水冷コンデンサ１７と補助コンデンサ２２とで凝縮器を構成しており、これら両コンデンサ１７，２２により、混合冷媒のうち、沸点温度が最高温度のガス冷媒を、主に凝縮させて液化するようになっている。尚、ここでは、水冷コンデンサ１７を用いた水冷システムを示したが、これに代え、空冷コンデンサを用いたシステムに構成してもよい。

前記補助コンデンサ２２における１次側の吐出部には第１気液分離器２４が接続され、この第１気液分離器２４で、前記補助コンデンサ２２からの気液混合の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。この第１気液分離器２４のガス冷媒吐出部にはカスケードタイプの第１熱交換器２５の１次側が、また液冷媒吐出部には、第１キャピラリチューブ２６を介して同じ第１熱交換器２５の２次側がそれぞれ接続されており、第１気液分離器２４で分離された液冷媒を第１キャピラリチューブ２６で減圧させた後に第１熱交換器２５の２次側に供給して蒸発させ、この蒸発により１次側のガス冷媒を冷却して、混合冷媒のうち、沸点温度が２番目に高い温度のガス冷媒を、主に凝縮させて液化するようになっている。

さらに、前記第１熱交換器２５における１次側の吐出部には第２気液分離器３０が接続されており、この第２気液分離器３０において、第１熱交換器２５からの気液混合の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。この第２気液分離器３０のガス冷媒吐出部にはカスケードタイプの第２熱交換器３１の１次側が、また液冷媒吐出部には、第２キャピラリチューブ３２を介して同じ第２熱交換器３１の２次側がそれぞれ接続されており、第２気液分離器３０で分離された液冷媒を第２キャピラリチューブ３２で減圧させた後に第２熱交換器３１の２次側に供給して蒸発させ、この蒸発により１次側のガス冷媒を冷却して、混合冷媒のうち、沸点温度が３番目に高い温度のガス冷媒を、主に凝縮させて液化するようにしている。

さらに、前記接続構造と同様にして、前記第２熱交換器３１における１次側の吐出部には、第３気液分離器３６、第３熱交換器３７及び第３キャピラリチューブ３８が、また当該第３熱交換器３７における１次側の吐出部には、第４気液分離器４２、第４熱交換器４３及び第４キャピラリチューブ４４がそれぞれ接続されており（これらの接続構造は前記第１気液分離器２４、第１熱交換器２５及び第１キャピラリチューブ２６の接続構造と同じであるので、その詳細な説明は省略する）、第３気液分離器３６で分離された液冷媒を第３キャピラリチューブ３８で減圧させた後に第３熱交換器３７の２次側に供給して蒸発させ、その蒸発により１次側のガス冷媒を冷却して、混合冷媒のうち、沸点温度が４番目に高い温度のガス冷媒を、主に凝縮させて液化するとともに、第４気液分離器４２で分離された液冷媒を第４キャピラリチューブ４４で減圧させた後に第４熱交換器４３の２次側に供給して蒸発させ、この蒸発により１次側のガス冷媒を熱交換により冷却して、混合冷媒のうち、沸点温度が５番目に高い温度のガス冷媒を、主に凝縮させて液化するようにしている。

そして、前記第４熱交換器４３における１次側の吐出部には、熱交換器からなる過冷却器（サブクーラ）４７の１次側が接続され、この過冷却器４７の１次側の吐出部に接続されている冷媒回路は、その途中で主冷媒回路２ａと副冷媒回路２ｂとに分岐されている。

前記副冷媒回路２ｂの途中には第５キャピラリチューブ４８が介設されていると共に、その下流端は同じ過冷却器４７の２次側に接続されている。この過冷却器４７の２次側は冷媒回路を介して前記第４熱交換器４３の２次側に接続されており、第４熱交換器４３から吐出された冷媒を、過冷却器４７の１次側に通過させた後、その一部を副冷媒回路２ｂの第５キャピラリチューブ４８で減圧させ、その液冷媒を過冷却器４７の２次側に供給して蒸発させ、その蒸発熱により１次側のガス冷媒を冷却するようにしている。

一方、前記主冷媒回路２ａは、その途中において第１及び第２の分岐回路８０，８１に分岐されている。

前記第１の分岐回路８０には、第１の分岐キャピラリチューブ８０ａが直列に接続されている。また、第２の分岐回路８１には、電磁開閉弁８１ｂと第２の分岐キャピラリチューブ８１ａとがそれぞれ上流側から直列に接続されている。第１及び第２の分岐キャピラリチューブ８０ａ，８１ａは、本実施形態では、互いに異なる減圧能力を有するキャピラリチューブとしている。しかしながら、第１及び第２の分岐キャピラリチューブ８０ａ，８１ａは、互いに同じ減圧能力を有するキャピラリチューブを用いてもよい。

前記第１及び第２の両分岐回路８０，８１の下流端合流部よりも下流側の主冷媒回路２ａには、主冷却器を構成するクライオコイル５２が直列に接続され、このクライオコイル５２の下流端は、前記第４熱交換器４３の２次側と過冷却器４７の２次側との間の冷媒回路に接続されている。これにより、過冷却器４７の１次側から吐出された冷媒の残部を第１の分岐キャピラリチューブ８０ａ、又は第１及び第２の分岐キャピラリチューブ８０ａ，８１ａで減圧させた後でクライオコイル５２に供給して蒸発させ、その蒸発熱により、例えば前記真空チャンバ内の気体や水分を−１００℃以下の温度の超低温レベルに冷却し、その気体や水分を捕捉して真空レベルを高めるようにしている。

前記過冷却器４７の２次側と、第４熱交換器４３、第３熱交換器３７、第２熱交換器３１、第１熱交換器２５及び補助コンデンサ２２の各２次側とは記載順に直列に冷媒配管により接続され、補助コンデンサ２２の２次側は第１圧縮機２０の吸込側に接続されており、混合冷媒において蒸発によってガス化した各冷媒を第１圧縮機２０に吸入させるようにしている。

尚、前記コンデンサ１７，２２、中間冷却器２１、熱交換器２５，３１，３７，４３及び過冷却器４７は、二重管構造のもの、プレート構造のもの、シェルアンドチューブ構造のもののいずれを用いてもよい。また、キャピラリチューブ２６，３２，３８，４４の代わりに他の減圧手段、例えば膨張弁等を用いることもできる。

図１において、符号６０は第２圧縮機２７から吐出された高温のガス冷媒（ホットガス）をそのままクライオコイル５２に供給するデフロスト回路であり、その上流端は、第２の油分離器１９及び水冷コンデンサ１７の間の冷媒回路に接続されている一方、その下流端は、第１及び第２の分岐回路８０，８１の合流部とクライオコイル５２との間の主冷媒回路２ａに接続されている。

尚、符号６１はデフロスト回路６０の途中に配置された電磁開閉弁、符号６２は第１及び第２の分岐回路８０，８１の合流部とクライオコイル５２との間の主冷媒回路２ａにおいて前記デフロスト回路６０の下流端との接続位置よりも上流側（第１及び第２の分岐回路８０，８１側）に配置された電磁開閉弁である。

また、前記デフロスト回路６０には、電磁開閉弁６１が配設されると共に、圧縮機用潤滑油をガス冷媒から分離する第３の油分離器１６が、その電磁開閉弁６１の上流側に配設されている。この第３の油分離器１６で分離された潤滑油は、図示省略の油戻し管を経て第１又は第２圧縮機２０，２７の吸込側に戻される。

尚、符号６５はバッファタンクで、超低温冷凍装置１０の運転開始時やその稼働中に、凝縮が不十分な高圧のガス冷媒を一時的に逃がすことによって第１及び第２圧縮機２０，２７の吐出圧の異常上昇を防ぐためのものである。バッファタンク６５の吸入側は、前記第１気液分離器２４のガス冷媒吐出側と第１熱交換器２５の１次側との間の冷媒配管に、電磁開閉弁６３を介して接続されている一方、その吐出側は、第１圧縮機２０の吸込側に、キャピラリチューブ６４を介して接続されている。尚、電磁開閉弁６３は、第１及び第２圧縮機２０，２７の吐出側の圧力に応じて開閉制御される。

また、デフロスト回路６０の第３の油分離器１６近傍と、主冷媒回路２ａにおける第１及び第２の分岐回路８０，８１の分岐位置よりも上流側と、クライオコイル５２の出口側と第４熱交換器４３の２次側との間の冷媒回路とに、それぞれ第１乃至第３の手動開閉弁７１，７２，７３が配設されている。これら第１乃至第３の手動開閉弁７１，７２，７３は、クライオコイル５２の交換やメンテナンス時に各々閉弁することで回路内に残存する混合冷媒が外部に漏れ出さないようにするものである。

さらに、クライオコイル５２の出口側と第４熱交換器４３の２次側との間の冷媒配管には、超低温冷凍装置１０の冷媒回路１内に混合冷媒を供給するための冷媒供給管路７０が接続されている。また、この冷媒供給管路７０は、冷媒回路１内から混合冷媒を排出するための排出管路を兼ねている。そして、冷媒供給管路７０には、冷媒の供給又は排出時に開く供給開閉弁７５が設けられている。

次に、前記構成の超低温冷凍装置１０の動作について説明する。この超低温冷凍装置１０の運転時、電磁開閉弁６１の閉弁によりデフロスト回路６０が閉じられかつ電磁開閉弁６２の開弁により主冷媒回路２ａが開かれる。さらに、電磁開閉弁８１ｂの開弁により第２の分岐回路８１が開かれる。

第１圧縮機２０から吐出された高温高圧の混合冷媒は中間冷却器２１において冷却された後に、第２圧縮機２７において圧縮される。ここで、第１及び／又は第２圧縮機２０，２７は、クライオコイル５２の設定温度や温度状態に応じて、例えばインバータ制御によりその回転数を制御するようにしてもよい。

第２圧縮機２７から吐出された混合冷媒は、水冷コンデンサ１７により冷却された後に補助コンデンサ２２で第１圧縮機２０へ戻る２次側の冷媒により冷却され、混合冷媒のうち、沸点温度が最高温度のガス冷媒が、主に凝縮されて液化する。この冷媒は第１気液分離器２４においてガス冷媒と液冷媒とに分離され、液冷媒は第１キャピラリチューブ２６で減圧された後に第１熱交換器２５の２次側で蒸発し、この蒸発熱により第１気液分離器２４からのガス冷媒が冷却され、混合冷媒のうち、沸点温度が２番目に高い温度のガス冷媒が、主に凝縮されて液化する。以後、同様にして、第２乃至第４熱交換器３１，３７，４３でそれぞれ混合冷媒のうちの沸点温度が高い温度から順にガス冷媒が凝縮されて液化し、この第４熱交換器４３では、沸点温度が最も低いガス冷媒が、主に凝縮されて液化する。

前記第４熱交換器４３の１次側から吐出された冷媒は気液混合状態となり、この気液混合の冷媒は、過冷却器４７の１次側を通過した後に主冷媒回路２ａと副冷媒回路２ｂとに分離される。そして、副冷媒回路２ｂに流れた冷媒は第５キャピラリチューブ４８で減圧された後に過冷却器４７の２次側に供給されて蒸発し、この蒸発熱により前記第４熱交換器４３から過冷却器４７の１次側に供給された気液混合状態の冷媒がさらに冷却される。

また、過冷却器４７の１次側から吐出された後に主冷媒回路２ａに流れる気液混合状態の冷媒の残部は、電磁開閉弁８１ｂの開弁により第１及び第２の分岐キャピラリチューブ８０ａ，８１ａにそれぞれ分岐して減圧され、その減圧後にクライオコイル５２において蒸発して、真空成膜装置における真空チャンバ内の気体や水分に寒冷を付与する。この−１００℃以下の温度の寒冷により真空チャンバ内の気体や水分が捕捉されて真空チャンバ内の真空レベルが上昇する。

そのとき、電磁開閉弁８１ｂの開弁により冷媒を第１及び第２の分岐回路８０，８１に分岐させてそれぞれ第１及び第２の分岐キャピラリチューブ８０ａ，８１ａで減圧させることで、冷媒の流通量を増やすことができる。冷媒の流通量の増減によって冷却対象を超低温レベルに冷却するための冷却能力の確保を図りつつ、超低温レベルに到達するまでの冷却時間の短縮化を図ることができる。ひいては真空チャンバにおける成膜処理の工程時間の短縮化及び高効率化を図ることができる。

そして、超低温冷凍装置１０に設けられた図示しない温度検出器又は圧力検出器で検出された検出値が予め設定した設定温度（例えば−１００℃以下）又は設定圧力に達したときに、電磁開閉弁８１ｂを閉弁して、冷媒を第１の分岐キャピラリチューブ８０ａにのみ流通させる。

前記クライオコイル５２及び過冷却器４７を流出した冷媒は、各キャピラリチューブ４４，３８，３２，２６で減圧された冷媒が順次合流しながら、第４熱交換器４３から第１熱交換器２５に流入し、更には補助コンデンサ２２に流入して上述の如く混合冷媒を冷却する。そして、この冷媒は、補助コンデンサ２２を流出した後、第１圧縮機２０に帰還する。

この構成の超低温冷凍装置１０では、その圧縮機が、中間冷却器２１を含む２段圧縮方式に構成されている。このため、圧力比を高くしつつも、第２圧縮機２７から吐出される混合冷媒の温度を抑制することが可能になる。これによって、この超低温冷凍装置１０では、圧力比を高めて低い到達温度を実現する上で、混合冷媒中の高沸点側の冷媒量を増加させる必要がなくなる。その結果、超低温冷凍装置１０の冷凍能力の向上を図ることができると共に、第１及び第２圧縮機２０，２７の負荷の軽減も図ることができる。

また、超低温冷凍装置１０における冷媒量を低減することも可能になる。

尚、本発明が適用可能な冷凍装置は、前記構成に限るものではない。例えば、本実施形態では、第１乃至第４熱交換器２５，３１，３７，４３においてクライオコイル５２に向かう冷媒を１次側に、またクライオコイル５２から第１圧縮機２０に還流する冷媒を２次側に導入する構成としたが、これとは逆にクライオコイル５２に向かう冷媒を２次側に、またクライオコイル５２から第１圧縮機２０に還流する冷媒を１次側に導入する構成としてもよいのは勿論である。また、これらを個別に組み合わせた構成としてもよい。

また、本実施形態では気液分離を４段階行うシステムを示したが、これに代え、気液分離を３段階以下又は５段階以上行うシステムにも本発明の適用が可能である。さらに、混合冷媒を用いた冷凍装置に限るものではない。

さらに、本発明における冷却器は、前記真空成膜装置に配設されるクライオコイル５２に限るものではなく、各種の冷凍装置における冷却器として広く適用することが可能である。例えば図示は省略するが、前記冷却器を、断熱容器内に設置することによっていわゆるフリーザーを構成してもよい。

以上説明したように、本発明は、低い到達温度を実現しつつ、冷凍能力の向上を図ることことができるため、各種の冷凍装置として有用である。

冷凍装置の全体構成を示す冷媒系統図である。

符号の説明

１ 冷媒回路
１０ 超低温冷凍装置
１７ 水冷コンデンサ（凝縮器）
２０ 第１圧縮機
２１ 中間冷却器
２２ 補助コンデンサ（凝縮器）
２４ 第１気液分離器
２５ 第１熱交換器
２７ 第２圧縮機
３０ 第２気液分離器
３１ 第２熱交換器
３６ 第３気液分離器
３７ 第３熱交換器
４２ 第４気液分離器
４３ 第４熱交換器
５２ クライオコイル（冷却器）
６０ デフロスト回路
８０ａ 第１の分岐キャピラリチューブ（膨張器）
８１ａ 第２の分岐キャピラリチューブ（膨張器）

Claims (5)

1. 沸点が互いに異なる複数種類の冷媒を混合した混合冷媒を圧縮する第１圧縮機、
   前記第１圧縮機から吐出された混合冷媒を冷却する中間冷却器、
   前記中間冷却器から吐出された混合冷媒を圧縮する第２圧縮機、
   前記第２圧縮機から吐出された混合冷媒のうち、相対的に高沸点の冷媒を冷却して液化する凝縮器、
   前記凝縮器で液化された混合冷媒を、相対的に高沸点の冷媒から低沸点の冷媒へと順次、液冷媒とガス冷媒とに分離する複数段の気液分離器、
   前記各気液分離器で分離された１次側のガス冷媒を、該各気液分離器で分離されかつ減圧された２次側の液冷媒との間で熱交換させて冷却する複数段のカスケード熱交換器、
   前記複数段のうちの最終段のカスケード熱交換器の１次側から流出した、相対的に低沸点の冷媒を減圧する膨張器、
   前記膨張器で減圧された冷媒を蒸発させる冷却器、及び、
   これらの各機器が冷媒配管により互いに接続された冷媒回路、を備えている冷凍装置。
2. 請求項１に記載の冷凍装置において、
   前記冷媒回路からの冷媒に代えて、前記第２圧縮機からの高温冷媒を前記冷却器に供給するデフロスト回路をさらに備えている冷凍装置。
3. 請求項１又は２に記載の冷凍装置において、
   前記第１及び／又は第２圧縮機は、その回転数が前記冷却器の温度に応じて制御される冷凍装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置において、
   前記冷却器は、断熱容器内に設置されている冷凍装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置において、
   前記冷却器は、真空装置内に配設されるクライオコイルである冷凍装置。

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