JP2009281635A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】混合冷媒を用いた冷却装置において、冷却器５２の温度を目標温度となるように制御する。
【解決手段】冷却装置１０は、圧縮機２０、凝縮器２１，２２、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、膨張器４９、冷却器５２、冷却器５２の冷媒管の入口から途中位置までの範囲において、冷媒管に対して熱的に接触して配設される加熱手段５４、及び、冷却器５２の温度が所定の温度となるように、加熱手段５４から冷却器５２に供給される熱量を制御する制御手段５３を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、沸点が互いに異なる複数種類の冷媒からなる混合冷媒を用いた冷却装置に関する。

従来より、例えば特許文献１に開示されているように、混合冷媒を用いた冷却装置が知られており、この冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、気液分離器と、熱交換器と、膨張器と、冷却器とを備えた冷媒回路内を、混合冷媒が流通するように構成されている。この冷却装置では、凝縮器で主として高沸点の冷媒を凝縮した後、気液分離器で液冷媒とガス冷媒とに分離し、前記熱交換器において、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。そうして熱交換器から流出した液冷媒を膨張器で減圧させた後に、前記冷却器において冷媒を蒸発させることによって所定の低温を得、それによって冷却対象を冷却するようにしている。

前記の冷却装置ではさらに、前記気液分離器の液冷媒側と前記熱交換器との間に開閉弁を介設しており、この開閉弁の開閉を切り替えることによって、冷却器の温度の切り替えを実現するようにしている。つまり、開閉弁を開状態にしたときには、前述したように前記熱交換器においてガス冷媒と液冷媒とが熱交換して冷媒が冷却されることで前記冷却器の温度が相対的に低くなる一方で、この開閉弁を閉状態にしたときには、前記熱交換器における熱交換が行われなくなることで前記冷却器の温度が相対的に高くなる。
特開平７−１０３５８８号公報

前述したように、前記の冷却装置は、冷却器の温度を変更することができるものの、それは二段階に変更されるのみである。このため、混合冷媒を用いた冷却装置において、その冷却器の温度をさらに細かく制御したいという要求がある。例えば単一冷媒を用いた冷却装置では、冷却器に供給する冷媒流量に応じてその冷却器の温度が変化することから、混合冷媒を用いた前記の冷却装置においても、圧縮機を例えばインバータ制御することによってその吐出流量を制御し、それによって、冷却器に供給される冷媒流量を制御することが考えられる。

しかしながら、混合冷媒を用いた冷却装置において圧縮機の吐出流量を制御した場合には、冷却器に流入する冷媒の組成が変化してしまう。そのため、冷却器に供給される冷媒流量が変更されたとしても、冷媒組成が変化することによって冷却器の温度が目標温度になるとは限らない。つまり、混合冷媒を用いた冷却装置において単に圧縮機の吐出流量を制御しただけでは、冷却器を目標温度にすることはできないという不都合がある。

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、混合冷媒を用いた冷却装置において、冷却器の温度を、目標温度となるように制御することにある。

本発明の一側面によると、冷却装置は、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圧縮機、前記圧縮機で圧縮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、その入口側が前記膨張器側に接続されると共に、その出口側が前記圧縮機側に接続される冷媒管を有しかつ、前記膨張器で減圧された冷媒が前記冷媒管内を前記入口から出口に向かって流れることによって所定の冷却対象を冷却する冷却器、前記冷媒管の入口から、その入口と出口との間の途中位置までの間における所定の範囲に亘って当該冷媒管に対し熱的に接触して配設されると共に、前記冷却器に対して熱を供給する加熱手段、及び、前記冷却器の温度が目標温度となるように前記加熱手段から前記冷却器に供給される熱量を制御する制御手段、を備えている。

この構成によると、複数段のカスケード熱交換においては、相対的に高沸点の冷媒から低沸点の冷媒の順に凝縮し、冷却器は、その最終段のカスケード熱交換器から流出した冷媒を蒸発させる。このことによって、冷却器の温度が所定の低温になり、それによって、所定の冷却対象が冷却される。

前記冷却器を構成する冷媒管には、その入口から、入口と出口との間の途中位置までの間における所定の範囲に亘って加熱手段が熱的に接触するように配設されており、必要に応じて、この加熱手段から冷却器に対し熱が供給される。このことによって、冷却器の温度が調整されるようになる。

より詳細には、加熱手段から冷却器に熱を供給することで冷却器の熱負荷が上がることと等価になり、冷却器内部の圧力が上昇する。その結果、圧縮機から吐出される冷媒の質量流量が増大し、それに伴い冷却器を流れる冷媒の流量が増大するが、その流量増大は相対的に高沸点の冷媒の流量が増大することに起因する。そうして、相対的に高沸点の冷媒の流量が増大することにより、冷却器の温度が高まる。

一方、加熱手段から冷却器への熱の供給を停止することによって冷却器の熱負荷が下がることになるため、前記とは逆に、冷却器の温度は低下する。

従って、加熱手段から冷却器に供給される熱量を制御することによって、冷却器の温度を目標温度に略一定に保つことが実現する。

ここで、混合冷媒を用いた冷却装置の冷却器では、その入口側では相対的に沸点の低い冷媒が蒸発する一方、その出口側では相対的に沸点の高い冷媒が蒸発する。このため、前記冷却器（冷媒管）は、その入口から出口に向かって温度勾配を有することになる。前記加熱手段は、相対的に低温である、前記冷媒管における入口側に配設されており、これによって、加熱手段の熱を冷却器に対して効率的に供給することができるという利点がある。

前記冷却装置は、前記冷媒管の前記途中位置の付近における前記冷媒の温度に関係するパラメータを検出する検出手段をさらに備え、前記制御手段は、検出された前記パラメータに基づく前記冷媒の温度に応じて、前記加熱手段から前記冷却器に供給する熱量を制御する、としてもよい。

加熱手段による加熱直後の冷媒の温度に基づき、冷却器に供給する熱量を制御することによって、冷却器における冷媒の温度状態を正確に把握して、当該冷却器の温度を目標温度に精度良く制御することが実現する。

前記冷却装置は、前記膨張器と前記冷却器との間に介設されて、前記冷却器への冷媒の供給及び停止を切り替える開閉弁をさらに備え、前記制御手段はさらに、検出された前記パラメータに基づく前記冷媒の温度に応じて、前記開閉弁の開閉制御を行う、としてもよい。

加熱手段から冷却器に供給される熱量に加えて、冷却器への冷媒の供給・停止を制御することによって、冷却器の、目標温度に対する温度変動幅を狭くすることが可能になる。

また、前記の開閉弁は、膨張器と冷却器との間に介設されているため、その開閉弁を閉じても冷却装置の運転状態はそのままに維持することが可能である。つまり、開閉弁を閉じても、冷却器よりも上流側における冷媒の温度状態は所定の状態に保たれる。このため、冷却装置を安定に運転しながら、前記開閉弁の開閉制御によって冷却器の温度だけを制御することが実現する。

前記制御手段は、前記冷却器の温度を、−８０℃〜−１４０℃の温度範囲における所定の温度で略一定に保つ、としてもよい。

つまり、本構成の冷却装置は、混合冷媒を用いつつも冷却器の温度を目標温度に精度良く制御することが実現する。

以上説明したように、本発明によると、冷却器の冷媒管における入口側の部分に加熱手段を設けることによって、混合冷媒を用いた冷却装置において、冷却器の温度を、目標温度となるように制御することができる。

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。

（実施形態１）
図１は冷却装置１０の全体構成を示している。この冷却装置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いる。同図において、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。符号２０はガス冷媒を圧縮する圧縮機で、この圧縮機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、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、圧縮機２０からの吐出ガス冷媒を冷却水通路の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２１が接続されている。水冷コンデンサ２１の吐出部には、冷媒中の水分及びコンタミネーションを除去するドライヤ１７を介して補助コンデンサ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２１からのガス冷媒を圧縮機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２１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２１，２２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２１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（減圧器）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（減圧器）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（減圧器）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（減圧器）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、その途中で冷媒供給回路２ａと冷媒戻し回路２ｂとに分岐されている。

前記冷媒戻し回路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、その一部を冷媒戻し回路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、前記冷媒供給回路２ａには、膨張器（キャピラリチューブ）４９が直列に接続されていると共に、その膨張器４９よりも下流側は、所定の冷却対象を冷却し得るように配設された冷却器５２が直列に接続されている。この冷却器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膨張器４９で減圧させた後で冷却器５２に供給して、そこで蒸発させ、その蒸発熱により冷却対象を冷却する。

前記過冷却器４７の２次側及び冷却器５２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２１，２２、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２６，３２，３８，４４，４８，４９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は圧縮機２０から吐出された高温のガス冷媒（ホットガス）をそのまま冷却器５２に供給するデフロスト回路である。デフロスト回路６０の上流端は、第１の油分離器１５及び水冷コンデンサ２１の間の冷媒回路に接続されている一方、その下流端は冷媒供給回路２ａに接続されている。

尚、符号７１はデフロスト回路６０上に介設された電磁開閉弁（流量調整弁）であり、前記デフロスト回路６０の上流端と電磁開閉弁７１との間には、圧縮機用潤滑油をガス冷媒から分離する第２の油分離器１６が配設されている。この第２の油分離器１６で分離された潤滑油は、前記第１の油分離器１５と同様に、図示省略の油戻し管を経て圧縮機２０の吸込側に戻される。

また、符号６５はバッファタンクで、冷却装置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圧縮機２０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、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、圧縮機２０の吐出側の圧力に応じて開閉制御される。

そして、本実施形態に係る冷却装置１０の特徴の１つとして、冷却器５２には、加熱手段としてのヒータ５４が取り付けられている。ここで冷却器５２は、冷媒が流通する冷媒管としての銅管からなる。図例では模式的に示しているが、冷媒管は蛇行して配設されることで、その全長が比較的長くなるように設定されている。

また、前記ヒータ５４は、本実施形態ではリボンヒータからなり、具体的な構成の図示は省略するが、このヒータ５４は、冷媒管における入口から、その入口と出口との間の途中位置までの範囲（以下、この範囲を加熱範囲と呼ぶ場合がある）で、冷媒管の外周囲に巻き付けられている。これによって、冷却器５２の冷媒管とヒータ５４とは熱的に互いに接触している。尚、ヒータ５４からの熱が冷却器５２に供給される構成であればどのような構成を採用してもよく、前記の構成に限定されるものではない。

前記冷却器５２の冷媒管においてリボンヒータ５４が巻き付けられた加熱範囲の下流端の近傍には、その冷媒管に対して、検出手段としての温度センサ５５が取り付けられている。温度センサ５５は、冷媒管の温度を検出することによって、前記加熱範囲を通過直後の冷媒の温度を検出するためのセンサである。ここで、検出手段は、前記加熱範囲直後の冷媒の温度に関係するパラメータを検出するものであればよく、その構成に制限はない。例えば、冷媒管内の冷媒の温度を直接検出するようにしてもよい。

前記ヒータ５４及び温度センサ５５はそれぞれ、制御手段としての制御器５３に接続されている。制御器５３にはまた、図示省略の入力手段が接続されており、制御器５３が入力手段からの目標温度信号と、前記温度センサ５５の検出値とを受けて、ヒータ５４の作動・停止を制御することにより、そのヒータ５４から冷却器５２に供給される熱量が調整される。このようにして制御器５３は、後述するように、冷却器５２の温度制御を実行する。

次に、前記構成の冷却装置１０の動作について説明する。この冷却装置１０の運転時は、電磁開閉弁７１の閉弁によりデフロスト回路６０が閉じられる。

圧縮機２０から吐出された混合冷媒は水冷コンデンサ２１により冷却された後に補助コンデンサ２２で圧縮機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冷媒供給回路２ａと冷媒戻し回路２ｂとに分離される。そして、冷媒戻し回路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冷媒供給回路２ａに流れる気液混合状態の冷媒の残部は膨張器４９によって減圧され、その減圧後に冷却器５２において蒸発する。そうして、冷却器５２の温度が所定の低温レベルに維持される。

ここで、この冷却装置１０では、前述したように、制御器５３によって、冷却器５２の温度が目標温度となるように制御されている。

具体的に制御器５３は、入力手段において入力された目標温度と、温度センサ５５の検出値（加熱範囲直後の冷媒温度）との偏差に基づいて、ヒータ５４の作動・停止を制御する。ヒータ５４を作動させることによってヒータ５４から冷却器５２に熱を供給したときには、冷却器５２の熱負荷が上がることと等価になるため、冷却器５２内部の圧力は上昇する。こうして冷却装置１０における低圧側の圧力が上昇することにより、圧縮機２０から吐出される冷媒の質量流量は増大する。その結果、冷却器５２を流れる冷媒のうち、相対的に高沸点の冷媒の流量が増大し、冷却器５２の温度は上昇する。

一方、ヒータ５４の作動を停止したときには冷却器５２の熱負荷が下がるため、前記とは逆に、冷却器５２の温度は低下することになる。

従って、制御器５３が目標温度と温度センサ５５の検出値との偏差に基づいてヒータ５４の作動・停止を制御することにより、冷却器５２の温度は、目標温度で一定に維持される。このように、この冷却装置１０は混合冷媒を用いているにも拘わらず、冷却器５２の温度を、目標温度に精度良く制御することが実現する。具体的に、冷却装置１０は、−８０℃〜−１４０℃の温度範囲において、冷却器５２の温度を、所定の温度に、ほぼ一定に保つことができる。従って、この冷却装置１０は、所定の温度に維持することが要求される、例えばフリーザー等に広く適用することが可能である。

ここで、冷却器５２はその全長が比較的長く、それによって、混合冷媒が流れるこの冷却器５２は、入口から出口に向かって温度が上昇する温度勾配を有することになる。これに対し前記ヒータ５４は、前記冷却器５２における相対的に低温の入口側に取り付けられている。このことによって、ヒータ５４から冷却器５２（及びその内部を流れる冷媒）に対して、熱を効率的に供給することができるという利点がある。

（実施形態２）
図２は、実施形態２に係る冷却装置１０の全体構成を示す。図１に示す冷却装置１０と同じ構成については、同じ符号を付してその説明を適宜省略する。

図２に示す冷却装置１０においては、膨張器４９と冷却器５２との間に電磁開閉弁５６が介設されている。この電磁開閉弁５６は、制御器５３に接続されており、この制御器５３によって開閉制御が行われる。

具体的にこの冷却装置１０において制御器５３は、温度センサ５５の検出値に基づいて、前述したヒータ５４の作動・停止制御と、電磁開閉弁５６の開閉制御とを実行する。例えば、冷却器５２における冷却対象からの熱負荷が小さい、又は、ほとんど無いときには、電磁開閉弁５６を閉じて前記冷却器５２への冷媒の供給を一時的に停止する。この場合、ヒータ５４の加熱も停止する。こうして、ヒータ５４の作動・停止に加えて、冷却器５２への冷媒の供給・停止を制御することによって、当該冷却器５２の温度が目標温度に対して変動する幅を狭くすることができる。

また、開閉弁５６を冷却器５２の入口直前に配置することによって、冷却器５２への冷媒の供給を停止しても、冷却装置１０の運転状態をそのままの状態に維持することができる。従って、開閉弁５６の開閉制御は、冷却器５２の温度制御以外に影響を及ぼすことがなく、冷却装置１０を、継続して安定運転することができる。

以上、本発明に係る冷却装置について具体的に説明したが、本発明が適用可能な冷却装置は、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において冷却器５２に向かう冷媒を１次側に、また冷却器５２から圧縮機２０に還流する冷媒を２次側に導入する構成としたが、これとは逆に冷却器５２に向かう冷媒を２次側に、また冷却器５２から圧縮機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。

また、前記の各実施形態では、ヒータ５４を、冷媒管における入口から、その入口と出口との間の途中位置までの範囲に亘って配設しているが、ヒータ５４は、冷媒管における相対的に入口側に配設すればよい。従ってヒータ５４は、冷媒管における入口から前記途中位置までの間における適宜の範囲に亘って配設してもよい。

以上説明したように、本発明は、混合冷媒を用いた冷却装置において温度制御が可能になるため、所望の低温を得るための冷却装置として有用である。

本発明の実施形態１に係る冷却装置の全体構成を示す冷媒系統図である。 本発明の実施形態２に係る冷却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 冷却装置
２０ 圧縮機
２１ 水冷コンデンサ（凝縮器）
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
２６ キャピラリチューブ（減圧器）
３０ 第２気液分離器
３１ 第２熱交換器
３２ キャピラリチューブ（減圧器）
３６ 第３気液分離器
３７ 第３熱交換器
３８ キャピラリチューブ（減圧器）
４２ 第４気液分離器
４３ 第４熱交換器
４４ キャピラリチューブ（減圧器）
４９ 膨張器
５２ 冷却器
５３ 制御器（制御手段）
５４ ヒータ（加熱手段）
５５ 温度センサ（検出手段）
５６ 開閉弁

Claims (4)

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圧縮機、
   前記圧縮機で圧縮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、
   その入口側が前記膨張器側に接続されると共に、その出口側が前記圧縮機側に接続される冷媒管を有しかつ、前記膨張器で減圧された冷媒が前記冷媒管内で蒸発することによって所定の冷却対象を冷却する冷却器、
   前記冷媒管の入口から、その入口と出口との間の途中位置までの間における所定の範囲に亘って当該冷媒管に対し熱的に接触して配設されると共に、前記冷却器に対して熱を供給する加熱手段、及び、
   前記冷却器の温度が目標温度となるように前記加熱手段から前記冷却器に供給される熱量を制御する制御手段、
   を備えている冷却装置。
2. 請求項１に記載の冷却装置において、
   前記冷媒管の前記途中位置の付近における前記冷媒の温度に関係するパラメータを検出する検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、検出された前記パラメータに基づく前記冷媒の温度に応じて、前記加熱手段から前記冷却器に供給する熱量を制御する冷却装置。
3. 請求項２に記載の冷却装置において、
   前記膨張器と前記冷却器との間に介設されて、前記冷却器への冷媒の供給及び停止を切り替える開閉弁をさらに備え、
   前記制御手段はさらに、検出された前記パラメータに基づく前記冷媒の温度に応じて、前記開閉弁の開閉制御を行う冷却装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置において、
   前記制御手段は、前記冷却器の温度を、−８０℃〜−１４０℃の温度範囲における所定の温度で略一定に保つ冷却装置。

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