JP2011112351A - Refrigerating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、蒸発器にて蒸発せしめて冷却作用を発揮する冷凍装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration apparatus that condenses refrigerant discharged from a compressor and then evaporates it in an evaporator to exert a cooling action.
従来より、長期低温保存を行う冷凍食品の貯蔵や、生体組織や検体などの超低温保存に用いられる超低温冷凍庫の冷凍装置は、ブタン、エチレン及びR14(四フッ化炭素:CF4)を含む非共沸系混合冷媒や、ブタン、エタン及びR14を含む非共沸系混合冷媒が冷媒回路に封入され、これら非共沸系混合冷媒ガス中の沸点の高いブタンの常温における作動性により冷凍装置における冷媒の取扱性を確保すると共に、極めて沸点の低いエタンやエチレンを蒸発器で蒸発させることにより、貯蔵室内の温度を−60℃以下の超低温とするものであった。 Conventionally, the cryogenic freezer used for the storage of frozen food for long-term cryopreservation and the ultra-low temperature preservation of living tissues and specimens is a non-copolymer containing butane, ethylene and R14 (carbon tetrafluoride: CF 4 ). A boiling mixed refrigerant or a non-azeotropic mixed refrigerant containing butane, ethane and R14 is sealed in a refrigerant circuit, and the refrigerant in the refrigeration apparatus due to the operability at room temperature of butane having a high boiling point in the non-azeotropic mixed refrigerant gas. As a result, the temperature in the storage chamber was set to an ultra-low temperature of −60 ° C. or less by evaporating ethane or ethylene having a very low boiling point with an evaporator.
しかしながら、所望の超低温を実現するためには、より能力の大きい圧縮機を選択しなければ成らず、係る場合には、装置の大型化、コストの高騰を伴う問題があった。また、使用する圧縮機の能力が大きくなるに従い、消費電力量の増加を伴うことから、より効率的に貯蔵室内を超低温にまで冷却可能とする冷凍装置の開発が望まれていた。 However, in order to realize a desired ultra-low temperature, a compressor having a larger capacity has to be selected. In such a case, there are problems associated with an increase in the size of the apparatus and an increase in cost. In addition, as the capacity of the compressor to be used increases, the amount of power consumption increases, so it has been desired to develop a refrigeration apparatus that can cool the storage chamber to an ultra-low temperature more efficiently.
そこで、本発明は従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、より効率的に貯蔵室内を超低温に冷却可能な冷凍装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the conventional technical problems, and an object of the present invention is to provide a refrigeration apparatus that can cool the storage chamber to an ultra-low temperature more efficiently.
請求項1の発明の冷凍装置は、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮するものであって、蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、キャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to the first aspect of the present invention, the refrigerant discharged from the compressor is condensed and then depressurized by a capillary tube and evaporated by an evaporator to exert a cooling action. A capillary tube is inserted into a suction pipe through which the refrigerant returning to the pipe passes, and a double pipe structure is formed.
請求項2の発明の冷凍装置は、それぞれ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とを備え、高温側冷媒回路の蒸発器と低温側冷媒回路の凝縮器とでカスケード熱交換器が構成され、低温側冷媒回路の蒸発器にて最終的な冷却作用を発揮するものであって、低温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、低温側冷媒回路のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to the second aspect of the present invention, the refrigerant discharged from the compressor is condensed, decompressed by the capillary tube, evaporated by the evaporator, and constitutes an independent refrigerant closed circuit that exhibits a cooling action. Side refrigerant circuit and low temperature side refrigerant circuit, and a cascade heat exchanger is configured by the evaporator of the high temperature side refrigerant circuit and the condenser of the low temperature side refrigerant circuit, and finally cooling is performed by the evaporator of the low temperature side refrigerant circuit. It has a double-pipe structure by inserting the capillary tube of the low-temperature side refrigerant circuit into the suction pipe through which the refrigerant returning from the evaporator of the low-temperature side refrigerant circuit to the compressor passes. Features.
請求項3の発明の冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、この蒸発器からの帰還冷媒が流通するように接続された単一若しくは複数の中間熱交換器、及び、複数のキャピラリチューブを備え、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、凝縮器を経た冷媒中の凝縮冷媒をキャピラリチューブを介して中間熱交換器に合流させ、この中間熱交換器で冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段のキャピラリチューブを介して最低沸点の冷媒を蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮するものであって、蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、最終段のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a refrigeration apparatus comprising a compressor, a condenser, an evaporator, a single or plural intermediate heat exchangers connected so that a return refrigerant from the evaporator flows, and a plurality of capillary tubes A plurality of types of non-azeotropic refrigerant mixture are enclosed, and the condensed refrigerant in the refrigerant that has passed through the condenser is joined to the intermediate heat exchanger via the capillary tube, and the uncondensed refrigerant in the refrigerant in the intermediate heat exchanger The refrigerant having a lower boiling point is condensed by cooling the refrigerant, and the refrigerant having the lowest boiling point is evaporated in the evaporator via the capillary tube in the final stage, and the cooling action is exhibited. The final stage capillary tube is inserted into the suction pipe through which the refrigerant returning to the pipe passes, thereby forming a double pipe structure.
請求項4の発明の冷凍装置は、それぞれ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とを備え、この低温側冷媒回路は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、この蒸発器からの帰還冷媒が流通するように接続された単一若しくは複数の中間熱交換器、及び、複数のキャピラリチューブを有し、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、凝縮器を経た冷媒中の凝縮冷媒をキャピラリチューブを介して中間熱交換器に合流させ、中間熱交換器で冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段のキャピラリチューブを介して最低沸点の冷媒を蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮すると共に、高温側冷媒回路の蒸発器と低温側冷媒回路の凝縮器とでカスケード熱交換器が構成され、低温側冷媒回路の蒸発器にて最終的な冷却作用を発揮するものであって、低温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、低温側冷媒回路の最終段のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the refrigerant discharged from the compressor is condensed, decompressed by the capillary tube, evaporated by the evaporator, and constitutes an independent refrigerant closed circuit that exhibits a cooling action. Side refrigerant circuit and low temperature side refrigerant circuit, and this low temperature side refrigerant circuit includes a compressor, a condenser, an evaporator, and a single or a plurality of intermediate heats connected so that the return refrigerant from the evaporator flows. An exchanger and a plurality of capillary tubes are filled with a plurality of types of non-azeotropic refrigerant mixture, and the condensed refrigerant in the refrigerant that has passed through the condenser is joined to the intermediate heat exchanger via the capillary tube, and the intermediate heat By cooling the uncondensed refrigerant in the refrigerant with the exchanger, the refrigerant with the lower boiling point is condensed, and the refrigerant with the lowest boiling point is evaporated in the evaporator via the capillary tube at the final stage, and the cooling effect is exhibited. A cascade heat exchanger is constituted by the evaporator of the high temperature side refrigerant circuit and the condenser of the low temperature side refrigerant circuit, and exhibits a final cooling action in the evaporator of the low temperature side refrigerant circuit. A double-pipe structure is formed by inserting the capillary tube at the final stage of the low-temperature side refrigerant circuit into the suction pipe through which the refrigerant returning from the evaporator of the circuit passes to the compressor.
請求項5の発明の冷凍装置は、請求項2又は請求項4の発明において高温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、高温側冷媒回路のキャピラリーチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the capillary tube of the high temperature side refrigerant circuit is placed in the suction pipe through which the refrigerant returning from the evaporator of the high temperature side refrigerant circuit passes to the compressor in the invention of the second or fourth aspect. It is characterized by having a double-pipe structure.
請求項6の発明の冷凍装置は、上記各発明においてキャピラリチューブが挿通されて二重管構造とされた吸込配管を、断熱材にて囲繞したことを特徴とする。 A refrigeration apparatus according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that, in each of the above-described inventions, the suction pipe into which the capillary tube is inserted to form a double pipe structure is surrounded by a heat insulating material.
請求項7の発明の冷凍装置は、上記各発明においてキャピラリチューブ内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブの外側の吸込配管内を通過する冷媒の流れを対向流としたことを特徴とする。 A refrigeration apparatus according to a seventh aspect of the present invention is characterized in that, in each of the above-described inventions, the flow of the refrigerant in the capillary tube and the flow of the refrigerant passing through the suction pipe outside the capillary tube are used as counterflows.
請求項1の本発明によれば、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する冷凍装置において、蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、キャピラリチューブを挿通して二重管構造としたので、吸込配管内の冷媒とキャピラリチューブ中の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができるようになる。 According to the first aspect of the present invention, in the refrigeration apparatus that condenses the refrigerant discharged from the compressor, depressurizes it with a capillary tube, evaporates it with an evaporator, and exhibits a cooling action. Since the capillary tube is inserted into the suction pipe through which the returning refrigerant passes, a double-pipe structure is adopted, improving the heat exchange efficiency between the refrigerant in the suction pipe and the refrigerant in the capillary tube, and improving performance. It becomes possible to plan.
特に、キャピラリチューブを蒸発器から出た直後の吸込配管内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブの全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、蒸発器からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができるようになる。 In particular, the capillary tube is inserted into the suction pipe immediately after coming out of the evaporator to form a double pipe structure so that heat exchange is possible by heat conduction that transmits the entire wall surface of the capillary tube. With this return refrigerant, the refrigerant having the lowest boiling point is efficiently cooled, and the performance can be significantly improved.
請求項2の発明によれば、それぞれ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とを備え、高温側冷媒回路の蒸発器と低温側冷媒回路の凝縮器とでカスケード熱交換器が構成され、低温側冷媒回路の蒸発器にて最終的な冷却作用を発揮する冷凍装置において、低温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、低温側冷媒回路のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたので、吸込配管内の冷媒とキャピラリチューブ中の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができるようになる。
According to invention of
特に、低温側冷媒回路のキャピラリチューブを蒸発器から出た直後の吸込配管内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブの全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、低温側冷媒回路の蒸発器からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができるようになる。 In particular, the capillary tube of the low-temperature side refrigerant circuit is inserted into the suction pipe immediately after exiting the evaporator to form a double tube structure so that heat can be exchanged by heat conduction that transmits the entire wall surface of the capillary tube. Thus, the refrigerant having the lowest boiling point is efficiently cooled by the return refrigerant from the evaporator of the low-temperature side refrigerant circuit, and the performance can be significantly improved.
請求項3の発明によれば、圧縮機、凝縮器、蒸発器、この蒸発器からの帰還冷媒が流通するように接続された単一若しくは複数の中間熱交換器、及び、複数のキャピラリチューブを備え、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、凝縮器を経た冷媒中の凝縮冷媒をキャピラリチューブを介して中間熱交換器に合流させ、この中間熱交換器で冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段のキャピラリチューブを介して最低沸点の冷媒を蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する冷凍装置において、蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、最終段のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたので、吸込配管内の冷媒とキャピラリチューブ中の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができるようになる。
According to the invention of
特に、キャピラリチューブを蒸発器から出た直後の吸込配管内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブの全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、蒸発器からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができるようになる。 In particular, the capillary tube is inserted into the suction pipe immediately after coming out of the evaporator to form a double pipe structure so that heat exchange is possible by heat conduction that transmits the entire wall surface of the capillary tube. With this return refrigerant, the refrigerant having the lowest boiling point is efficiently cooled, and the performance can be significantly improved.
請求項4の発明によれば、それぞれ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とを備え、この低温側冷媒回路は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、この蒸発器からの帰還冷媒が流通するように接続された単一若しくは複数の中間熱交換器、及び、複数のキャピラリチューブを有し、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、凝縮器を経た冷媒中の凝縮冷媒をキャピラリチューブを介して中間熱交換器に合流させ、中間熱交換器で冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段のキャピラリチューブを介して最低沸点の冷媒を蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮すると共に、高温側冷媒回路の蒸発器と低温側冷媒回路の凝縮器とでカスケード熱交換器が構成され、低温側冷媒回路の蒸発器にて最終的な冷却作用を発揮する冷凍装置において、低温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、低温側冷媒回路の最終段のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたので、吸込配管内の冷媒とキャピラリチューブ中の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができるようになる。
According to invention of
特に、低温側冷媒回路のキャピラリチューブを蒸発器から出た直後の吸込配管内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブの全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、低温側冷媒回路の蒸発器からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができるようになる。 In particular, the capillary tube of the low-temperature side refrigerant circuit is inserted into the suction pipe immediately after exiting the evaporator to form a double tube structure so that heat can be exchanged by heat conduction that transmits the entire wall surface of the capillary tube. Thus, the refrigerant having the lowest boiling point is efficiently cooled by the return refrigerant from the evaporator of the low-temperature side refrigerant circuit, and the performance can be significantly improved.
請求項5の発明によれば、請求項2又は請求項4の発明において、高温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、高温側冷媒回路のキャピラリーチューブを挿通して二重管構造としたので、高温側冷媒回路においても吸込配管内の冷媒とキャピラリチューブ中の冷媒との熱交換効率をより向上させて、冷凍装置の性能を更に改善を図ることができるようになる。
According to the invention of
また、上記各発明において、請求項6の発明の如くキャピラリチューブが挿通されて二重管構造とされた吸込配管を、断熱材にて囲繞すれば、熱交換効率をより一層改善することができるようになる。 In each of the above inventions, the heat exchange efficiency can be further improved by enclosing the suction pipe having a double tube structure through which the capillary tube is inserted as in the invention of claim 6 with a heat insulating material. It becomes like this.
更に、上記各発明において、請求項7の発明の如くキャピラリチューブ内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブの外側の吸込配管内を通過する冷媒の流れを対向流とすれば、更なる熱交換能力の改善を図ることができるようになる。
Further, in each of the above-described inventions, if the refrigerant flow in the capillary tube and the refrigerant flow passing through the suction pipe outside the capillary tube are made to counter flow as in the invention of
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の冷凍装置を適用した超低温貯蔵庫1の側面図である。超低温保存庫1は、例えば長期低温保存を行う冷凍食品の貯蔵や、生体組織や検体などの超低温保存に用いられるものであり、上面に開放した断熱箱体2と、当該断熱箱体2の下部に位置して、内部に本実施例の冷凍装置R1の冷媒回路を構成する圧縮機14等が設置される図示しない機械室とにより本体が構成されている。
FIG. 1 is a side view of an
この断熱箱体2は、いずれも上面を開放した鋼板製の外箱3と内箱4と、これら両箱3、4の上端間を接続する合成樹脂製のブレーカ5と、これら外箱3、内箱4及びブレーカ5にて囲繞された空間内を現場発泡方式にて充填されたポリウレタン樹脂断熱材7とから構成されており、上記内箱4内を上面に開口した貯蔵室8としている。
The
本実施例では、目標とする貯蔵室8内の温度(以下、庫内温度と称する。)を、例えば−80℃以下とするため、貯蔵室8内と外気とを区画する断熱箱体2は、庫内温度を0℃付近に設定する低温庫に比して大きな断熱能力が必要とされる。そのため、上述したようなポリウレタン樹脂断熱材7のみにより当該断熱能力を確保するためには、相当の厚さに形成しなければならず、限られた本体寸法では、貯蔵室8の収納量を十分に確保することができないという問題がある。これにより、本実施例における断熱箱体2は、外箱3の内壁面にガラスウール製の真空断熱材が配置されており、当該真空断熱材による断熱能力に応じて、ポリウレタン樹脂断熱材7の厚さ寸法を小さく形成している。
In this embodiment, in order to set the target temperature in the storage chamber 8 (hereinafter referred to as the internal temperature) to, for example, −80 ° C. or less, the
また、ブレーカ5の上面は階段状に成形されており、そこにパッキン11を介して断熱扉9が一端、本実施例では後端を中心に回動自在に設けられる。これにより、断熱扉9にて貯蔵室8の上面開口は開閉自在に閉塞される。また、断熱扉9の他端、本実施例では前端には、把手部10が設けられており、当該把手部10を操作することで、断熱扉9が開閉操作される。更に、内箱4の断熱材7側の周面には冷凍装置R1の冷媒回路を構成する蒸発器(冷媒配管)13が交熱的(熱交換的)に取り付けられる。
Further, the upper surface of the
次に、図2を参照して本実施例の冷凍装置R1の冷媒回路について説明する。本実施例の冷凍装置R1の冷媒回路は、単元単段の冷媒回路12により構成されている。冷媒回路12を構成する圧縮機(コンプレッサ)14は、一相若しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機である。この圧縮機14は、ディスーパーヒータ20が接続され、圧縮機14で圧縮された冷媒を、一旦、外部に吐出して放熱した後、密閉容器のシェル内に帰還させて、再び、冷媒吐出管31に吐出する構成とされている。当該圧縮機14の吐出側に接続された冷媒吐出管31は、補助凝縮器(プレコンデンサ)21に接続される。この補助凝縮器21は貯蔵室8の開口縁を加熱して露付きを防止するためのフレームパイプ22に接続された後、凝縮器(コンデンサ)15に接続される。
Next, the refrigerant circuit of the refrigeration apparatus R1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. The refrigerant circuit of the refrigeration apparatus R1 of the present embodiment is configured by a single-unit single-
そして、凝縮器15を出た冷媒配管は、ドライコア17及び凝縮パイプ23に接続される。ドライコア17は、冷媒回路12内の水分を除去するための水分除去手段である。また、凝縮パイプ23は、蒸発器(エバポレータ)13から出て圧縮機14に戻る吸込配管32の一部と共に熱交換器16を構成している。
The refrigerant pipe exiting the
凝縮パイプ23を出た冷媒配管は減圧装置としてのキャピラリチューブ18を経て蒸発器(エバポレータ)13に接続される。当該キャピラリチューブ18は、蒸発器13から出て圧縮機14に戻る吸込配管32の一部(配管32A)内に挿通されている。具体的に、蒸発器13の吐出側に設けられたヘッダー26の吐出側(出口側)であって、且つ、前記熱交換器16の吸込側に位置する吸込配管32の一部である配管32A内に、キャピラリチューブ18を挿通して図3に示すように二重管構造を構成している。係る二重管構造により、当該二重管25(以下、二重管構造体と称する)の内側となるキャピラリチューブ18を流れる冷媒と、その外側となる配管32Aを流れる蒸発器13からの冷媒とが熱交換可能に構成されている。
The refrigerant pipe exiting the condensing
ここで、上記二重管構造体25の製造方法について説明する。先ず、比較的大径の直管状の配管32A内に直管状のキャピラリチューブ18を挿通する。次に、係る二重管を螺旋状に複数段巻回する。このとき、配管32Aの軸の中心と、キャピラリチューブ18の軸の中心とがなるべく一致するように巻回して、螺旋状の二重管を形成する。これにより、配管32Aの内壁面とキャピラリチューブ18の外壁面との間にできるだけ一貫して隙間を構成する。このように、二重管を複数段螺旋状に巻回して、螺旋状の二重管構造とすることで、キャピラリーチューブ18の長さを十分に確保し、且つ、係る二重管構造の熱交換部分を十分に確保しながら、小型化を図ることが可能となる。
Here, the manufacturing method of the said double-
そして、次に、配管32Aの両端に、両端と横に孔の空いたキャップ状の接続配管(図示せず)を取り付け、横の孔からキャピラリチューブ18の端部をそれぞれ引き出した後、当該横孔を溶接してシールする。更に、配管32Aの一端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管32Aの接続部を溶接し、該接続配管の他端に蒸発器13の吐出側に接続された吸込配管32を接続して、この接続部を溶接する。同様に、配管32Aの他端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管32Aの接続部分を溶接し、該接続配管の他端に熱交換器16に至る吸込配管32を接続して、この接続部を溶接する。そして、係る二重管構造とされた配管32Aを断熱材35により囲繞することで、本実施例の二重管構造体25を構成することができる。
Next, cap-shaped connection pipes (not shown) having holes on both sides and sides are attached to both ends of the
ところで、従来の冷凍装置において、キャピラリチューブと蒸発器から出た吸込配管とを熱交換可能に形成する場合には、キャピラリチューブの外壁と当該吸込配管の外壁とが交熱的に接触するように、吸込配管の外周面にキャピラリチューブを添設していた。この場合、吸込配管とキャピラリチューブとは線接触するのみである。このため、熱交換性能が悪く、熱交換を十分に行うことができなかった。 By the way, in the conventional refrigeration apparatus, when the capillary tube and the suction pipe exiting from the evaporator are formed so as to be capable of heat exchange, the outer wall of the capillary tube and the outer wall of the suction pipe are in heat exchange contact with each other. The capillary tube was attached to the outer peripheral surface of the suction pipe. In this case, the suction pipe and the capillary tube are only in line contact. For this reason, heat exchange performance was poor and heat exchange could not be performed sufficiently.
これに対して、本発明の如くキャピラリチューブ18を吸込配管32(配管32A)内に挿通して二重管構造とすることで、キャピラリチューブ18内を通過する冷媒と吸込配管32内を通過する冷媒とは、キャピラリチューブ18の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換することとなる。これにより、従来の構造から比して、熱交換性能を格段に向上させることができるようになる。特に、上述したように二重管構造の配管32Aの外周全体を断熱材35により囲繞することで、外部からの熱の影響を受け難くなり、配管32A内の冷媒とキャピラリチューブ18内の冷媒との熱交換能力をより一層向上させることができるようになる。
On the other hand, the refrigerant passing through the
更に、二重管構造の内側となるキャピラリーチューブ18内と、当該キャピラリチューブ18の外側の吸込配管32(配管32A)内において、冷媒の流れが対向流となるように冷媒を流すことで、二重管構造体25における熱交換能力をより一層改善することができるようになる。
Further, in the
係る二重管構造体25は、上記断熱部材7内に配置されている。具体的には、図1に示すように、内箱4の背面側であって、熱交換器16の下方となる断熱材7内に出し入れ可能に収納されている。
The
一方、当該二重管構造体25を出た吸込配管32は、熱交換器16、逆止弁27、アキュムレータ28を順次経て圧縮機14の吸込側に接続される。尚、本実施例において、補助凝縮器21及び凝縮器15は一体の凝縮器として構成されており、凝縮器用送風機としての凝縮用ファン29により冷却される。
On the other hand, the
本実施例では、上記冷媒回路12内にR245faとR600とからなる混合冷媒と、R23と、R14とから構成される非共沸混合冷媒が充填されている。R245faは、1,1,1,−3,3−ペンタフルオロプロパン(CF3CH2CHF2)であり、沸点は+15.3℃である。R600は、ブタン(C4H10)であり、沸点は−0.5℃である。当該R600は、圧縮機14の潤滑油やドライヤー17で吸収しきれなかった混合水分をその中に溶け込ませた状態で圧縮機14に帰還せしめる機能を有する。しかし、このR600は、可燃性物質であるため、不燃性であるR245faと所定割合、本実施例ではR245fa・/R600=70/30の割合で混合することにより、不燃性として扱うことが可能となる。R23は、トリフルオロメタン(CHF3)であり、沸点は−82.1℃である。R14は、テトラフルオロメンタン(CF4)であり、沸点は、−127.9℃である。
In this embodiment, the
そして、本実施例におけるこれら混合冷媒の組成は、R245faとR600の混合冷媒が全体の64重量%、R23が24重量%、R14が12重量%である。 The composition of these mixed refrigerants in this example is 64% by weight of the mixed refrigerant of R245fa and R600, 24% by weight of R23, and 12% by weight of R14.
尚、図2において矢印は当該冷媒回路12を循環する冷媒の流れを示している。具体的に説明すると、圧縮機14から吐出された高温ガス状冷媒は、一旦、ディスーパーヒータ20側の冷媒吐出管を介して密閉容器からディスーパーヒータ20に吐出され、放熱された後、再度密閉容器のシェル内に戻る。これにより、密閉容器のシェル内をディスーパーヒータ20にて放熱して温度低下した冷媒により冷却することができる。そして、係る高温ガス状冷媒は、冷媒吐出管31を介して密閉容器から吐出され、補助凝縮器21、フレームパイプ22、凝縮器15にて凝縮されて放熱液化した後、ドライコア17で含有する水分が除去され、熱交換器16に流入する。この熱交換器16において、凝縮器15からの冷媒は交熱的に配設される吸込配管32内の低温の冷媒と熱交換することで、未凝縮の冷媒を冷却して凝縮液化した後、キャピラリチューブ18に流入する。
In FIG. 2, the arrows indicate the flow of the refrigerant circulating in the
ここで、キャピラリチューブ18において、冷媒は当該キャピラリチューブ18の全周に設けられた吸込配管32内を通過する冷媒と、キャピラリチューブ18の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換して、更に温度低下しながら減圧した後、蒸発器13に流入する。そして、蒸発器13において冷媒R14、R23が周囲から熱を奪って蒸発する。このとき、冷媒R14、R23が蒸発器13で蒸発することにより、冷却作用を発揮して、この蒸発器13の周囲を−85℃という超低温に冷却する。この場合、前述したように当該蒸発器(冷媒配管)13は内箱4の断熱材7側に沿って交熱的に巻回して構成されているので、係る蒸発器13の冷却により、超低温貯蔵庫1の貯蔵室8内を、−80℃以下の庫内温度とすることが可能となる。
Here, in the
そして、蒸発器13にて蒸発した冷媒は、その後、吸込配管32を介して蒸発器13から出て、ヘッダー26、前述した二重管構造体25、熱交換器16、逆止弁27、アキュムレータ28を経て圧縮機14に帰還する。
Then, the refrigerant evaporated in the
このとき、圧縮機14の運転中の蒸発器13の最終到達温度は−100℃乃至−60℃になる。かかる低温下では冷媒中のR245faは沸点が+15.3℃であり、R600は沸点が−0.5℃であるため、蒸発器13では蒸発せず液状態のままであり、従って、冷却には殆ど寄与しない。しかし、R600は圧縮機14の潤滑油やドライコア17で吸収しきれなかった混入水分をその中に溶け込ませた状態で圧縮機14に帰還せしめる機能と、その液冷媒の圧縮機14内での蒸発により、圧縮機14の温度を低減させる機能を奏する。
At this time, the final reached temperature of the
蒸発器13における蒸発温度は、冷媒回路12内に封入される非共沸系混合冷媒の組成比率により異なる。以下、各実験結果に基づき各冷媒の組成比率に対する蒸発器温度、庫内温度、高圧側圧力、低圧側圧力について詳述する。図4はR245faとR600の混合冷媒及びR14の重量を一定とし、R23の重量を変化させた場合の蒸発器入口温度、庫内温度、高圧側圧力、低圧側圧力について示したグラフである。図5はR245faとR600の混合冷媒及びR23の重量を一定とし、R14の重量を変化させた場合の蒸発器入口温度、庫内温度、高圧側圧力、低圧側圧力について示したグラフである。
The evaporation temperature in the
図4の実験結果は、封入される全冷媒重量に対するR23の重量比率を20.0重量%から42.0重量%まで増加させたものである。これによると、かかる実験で最小量とされる20.0重量%では、蒸発器13の入口温度が−88.0℃であり、これに対する庫内温度が−71.0℃であった。これに対し、当該R23の重量比率を21.3重量%とすると、急激に蒸発器13の入口温度が−95.9℃にまで低下し、これに対する庫内温度も−87.5℃にまで低下している。以後、当該R23の重量比率を42.0重量%まで増加させていくに従い、僅かな温度上昇をするのみで、いずれも庫内温度を約−85℃以下とすることを可能としている。
The experimental results in FIG. 4 are obtained by increasing the weight ratio of R23 to the total refrigerant weight enclosed from 20.0 wt% to 42.0 wt%. According to this, at 20.0% by weight, which is the minimum amount in this experiment, the inlet temperature of the
また、図5の実験結果は、封入される全冷媒重量に対するR14の重量比率を0.0重量%から14.1重量%まで増加させたものである。これによると、かかる実験で最小量とされる0.0重量%、即ち、R14を含まない場合における蒸発器13の入口温度は−66.1℃であり、これに対する庫内温度が−66.9℃であった。これに対し、当該R14の重量比率を1.8重量%とすると、急激に蒸発器13の入口温度が−80.2℃にまで低下し、これに対する庫内温度も−74.1℃にまで低下した。徐々にR14の重量%を増加させていき、本実験では、14.1重量%の時点で、蒸発器13の入口温度が−98.9℃にまで低下し、これに対する庫内温度も−90.0℃にまで低下している。R14の沸点が−129.7℃であることから、以後、R14の重量比率を増加させていくと、更に蒸発器13の温度及び庫内温度が低下することが予想される。
Further, the experimental results in FIG. 5 are obtained by increasing the weight ratio of R14 to 0.01% by weight to 14.1% by weight with respect to the total weight of the refrigerant enclosed. According to this, 0.0% by weight which is the minimum amount in such an experiment, that is, the inlet temperature of the
しかしながら、図5のグラフからわかるように、R14の重量比率が増加するに従い、高圧側圧力が上昇している。そのため、更に、R14の重量比率を増加させ、20重量%以上となった場合には、高圧側圧力が例えば3MPa以上となるまでに高くなりすぎてしまう問題が発生する。当該高圧側圧力の上昇は、圧縮機14等に対する機器の破損を招く問題やまた、当該圧縮機14の起動性が悪くなるという問題がある。そのため、好適に目標とする庫内温度を−75℃以下とするためには、R14の重量比率を全体の3重量%〜20重量%とすることが好ましい。
However, as can be seen from the graph of FIG. 5, as the weight ratio of R14 increases, the high-pressure side pressure increases. Therefore, when the weight ratio of R14 is further increased to 20% by weight or more, there arises a problem that the high pressure side pressure becomes too high, for example, to 3 MPa or more. The increase in the high-pressure side pressure has a problem that causes damage to equipment for the
尚、上述したようにR23の沸点は、−82.1℃である。そのため、当該R23のみでは、蒸発器13の温度を当該沸点以下の温度を達成することができない。しかしながら、本発明のように沸点が著しく低いR14を所定量、例えば約5重量%以上加えることで、R14の冷却作用により、恒常的に蒸発器13における蒸発温度を−80℃以下の超低温を実現することが可能となる。
As described above, the boiling point of R23 is −82.1 ° C. Therefore, only the R23 cannot achieve the temperature of the
上記各実験結果より、冷媒回路12内に封入される非共沸混合冷媒は、総重量に対して、R245faとR600とをあわせた混合冷媒の総重量が40重量%から80重量%、R23が15重量%から47重量%、R14が3重量%から20重量%とすることで、不燃性の非共沸混合冷媒により庫内温度を−70℃以下とする超低温を実現することができるようになる。特に、冷媒回路12内に封入される非共沸混合冷媒は、総重量に対して、R245faとR600とをあわせた混合冷媒の総重量が49重量%〜70重量%、R23が21重量%〜42重量%、R14が9重量%〜20重量%とすることで、不燃性の非共沸混合冷媒により庫内温度を−85℃以下とする超低温を実現することができるようになる。
From the above experimental results, the non-azeotropic mixed refrigerant sealed in the
これにより、食品や、生体組織、検体等の長期保存をより安定化させることができ、信頼度の向上を図ることができる。また、当該非共沸混合冷媒は、不燃性であることから、安全に用いることが可能となり、取扱性の向上、及び、冷媒配管が破損等し、該混合冷媒が漏出した際に燃える不都合を回避することができる。 Thereby, long-term preservation | save of a foodstuff, a biological tissue, a specimen, etc. can be stabilized more, and the improvement of reliability can be aimed at. In addition, since the non-azeotropic refrigerant mixture is nonflammable, it can be used safely, improving handling, and damaging the refrigerant piping, etc., causing inconvenience of burning when the refrigerant mixture leaks. It can be avoided.
特に、当該非共沸混合冷媒の各成分の組成比率を、R245faとR600との混合冷媒を64重量%、R23を24重量%、R14を12重量%とした場合には、庫内温度を−80℃以下とする超低温を実現することができるようになる。これにより、より一層安定して食品や、生体組織、検体等の長期保存を行うことが可能となり、機器の信頼度を向上させることが可能となる。 In particular, when the composition ratio of each component of the non-azeotropic refrigerant mixture is 64 wt% for the mixed refrigerant of R245fa and R600, 24 wt% for R23, and 12 wt% for R14, the internal temperature is − An ultra-low temperature of 80 ° C. or lower can be realized. As a result, food, living tissue, specimens, etc. can be stored for a long period of time more stably, and the reliability of the device can be improved.
尚、上記R23は、これに限られるものではなく、例えば、沸点が−78.4℃であるR116(ヘキサフルオロエタン:CF3CF3)、若しくは、当該R23とR116とを所定割合で混合して構成されるR508A(R23/R116=39/61、沸点:−85.7℃)やR508B(R23/R116=46/54、沸点:−86.9℃)であっても同様の効果を奏することが可能である。 The R23 is not limited to this. For example, R116 (hexafluoroethane: CF 3 CF 3 ) having a boiling point of −78.4 ° C., or R23 and R116 are mixed at a predetermined ratio. R508A (R23 / R116 = 39/61, boiling point: −85.7 ° C.) and R508B (R23 / R116 = 46/54, boiling point: −86.9 ° C.) exhibit the same effect. It is possible.
また、本実施例のような非共沸混合冷媒を用いることで、冷媒組成の変更に伴う従来からの冷凍回路を殆ど変更することなく、その性能を維持することができると共に、オゾン層の破壊という環境問題に対応することができる。 In addition, by using a non-azeotropic refrigerant mixture such as in this example, the performance can be maintained with almost no change to the conventional refrigeration circuit accompanying the change in refrigerant composition, and the ozone layer is destroyed. It is possible to deal with environmental problems.
更に、前述した本発明の如く蒸発器13から圧縮機14に帰還する冷媒が通過する吸込配管32(配管32A)内に、キャピラリチューブ18を挿通して二重管構造とすることで、配管32A内の冷媒とキャピラリチューブ18内の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができる。特に、キャピラリチューブ18を本発明の如く蒸発器13から出た直後の吸込配管32の配管32A内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブ18の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、蒸発器13からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができる。
Furthermore, the
更に、キャピラリチューブ18が挿通されて二重管構造とされた配管32Aを、断熱材35にて囲繞することで、熱交換効率をより一層改善することができるようになる。更にまた、キャピラリチューブ18内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブ18の外側の配管32A内を通過する冷媒の流れを対向流とすることで、更なる熱交換能力の改善を図ることができる。
Furthermore, the heat exchange efficiency can be further improved by surrounding the
これらにより、従来の同様の使用の冷凍装置から比して、15%〜20%程の省エネを図ることができるようになる。また、蒸発器13の周囲の温度も従来より低温を実現することが可能となる。これにより、従来使用していた圧縮機より能力の小さい圧縮機に変更した場合であっても、十分な性能を確保することが可能となる。これにより、消費電力量の更なる低減や装置の小型化を図ることができる。
As a result, energy savings of about 15% to 20% can be achieved as compared with conventional refrigeration apparatuses that are used in the same manner. In addition, the temperature around the
総じて、本発明により、所謂多段式の冷凍方式を用いることなく、本実施例のように、単段式の冷凍方式によって、超低温を実現することができることから、装置を簡素化することができ、コストの低減を図ることができる。 In general, according to the present invention, an ultra-low temperature can be realized by a single-stage refrigeration system as in this embodiment without using a so-called multi-stage refrigeration system, so that the apparatus can be simplified. Cost can be reduced.
尚、本発明の冷凍装置は実施例の冷凍装置R1に限定されるものでなく、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮するものであれば本発明は有効である。また、本実施例において、熱交換器16を使用しない場合は、他の周知の冷却手段を用いて、圧縮ガスの温度をこれらの温度範囲に冷却して目的とする凝縮過程の進行を図っても良い。
Note that the refrigeration apparatus of the present invention is not limited to the refrigeration apparatus R1 of the embodiment. After condensing the refrigerant discharged from the compressor, the refrigerant is decompressed by a capillary tube and evaporated by an evaporator to provide a cooling action. The present invention is effective as long as it exhibits. In this embodiment, when the
更に、本実施例では、冷媒回路12にR245fa、R600、R23、R14を含む非共沸混合冷媒、又は、R245fa、R600、R116、R14を含む非共沸混合冷媒、又は、R245fa、R600、R508A、R14を含む非共沸混合冷媒、又は、R245fa、R600、R508B、R14を含む非共沸混合冷媒を封入するものとして説明したが、これに限らず、単一冷媒を使用した場合であっても、本発明は有効である。
Further, in this embodiment, the
次に、本発明の他の実施例の冷凍装置について、図6を用いて説明する。図6は、図1の超低温貯蔵庫1の冷凍装置を構成するもう一つの実施例の冷媒回路図である。この場合、当該冷凍装置R2の冷媒回路を構成する圧縮機54、84等は超低温貯蔵庫1の断熱箱体2の下部に位置する図示しない機械室に設置されており、蒸発器(冷媒配管)83は、前記実施例1の蒸発器13と同様に、内箱4の断熱材7側の周面に交熱的に取り付けられている。
Next, a refrigeration apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a refrigerant circuit diagram of another embodiment constituting the refrigeration apparatus of the
本実施例の冷凍装置R2の冷媒回路は、多元(二元)単段の冷媒回路として、それぞれ独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路52と低温側冷媒回路82により構成されている。高温側冷媒回路52を構成する圧縮機54は、一相若しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機である。この圧縮機54は、ディスーパーヒータ60が接続され、圧縮機54で圧縮された冷媒を、一旦、外部に吐出して放熱した後、密閉容器のシェル内に帰還させて、再び、冷媒吐出管71に吐出する構成とされている。当該圧縮機54の吐出側に接続された冷媒吐出管71は、補助凝縮器(プレコンデンサ)61に接続される。この補助凝縮器61は貯蔵室8の開口縁を加熱して露付きを防止するためのフレームパイプ62に接続される。フレームパイプ62を出た冷媒配管は、低温側冷媒回路82を構成する圧縮機84のオイルクーラー84Cに接続された後、凝縮器(コンデンサ)55に接続される。
The refrigerant circuit of the refrigeration apparatus R2 according to the present embodiment includes a high-temperature side
そして、凝縮器55を出た冷媒配管は、高温側デハイドレータ(ドライコア)57及びキャピラリチューブ58に接続される。デハイドレータ57は、高温側冷媒回路52内の水分を除去するための水分除去手段である。また、キャピラリーチューブ58は、カスケード熱交換器56の高温側蒸発器59から出て圧縮機54に戻る吸込配管72の一部(72A)内に挿通されている。
The refrigerant pipe exiting the
具体的には、蒸発器59の吐出側であって、且つ、アキュムレータ68の吸込側に位置する吸込配管72の一部である配管72A内に、キャピラリチューブ58を挿通して図3に示すように二重管構造を構成している。係る二重管構造により、当該二重管67(以下、二重管構造体と称する)の内側となるキャピラリチューブ58を流れる冷媒と、その外側となる配管72Aを流れる蒸発器83からの冷媒とが熱交換可能に構成されている。
Specifically, the
上記二重管構造体67は前記実施例1で説明した二重管構造体25と同様の方法で製造される。即ち、先ず、比較的大径の直管状の配管72A内に直管状のキャピラリチューブ58を挿通する。次に、係る二重管を螺旋状に複数段巻回する。このとき、配管72Aの軸の中心と、キャピラリチューブ58の軸の中心とがなるべく一致するように巻回して、螺旋状の二重管を形成する。これにより、配管72Aの内壁面とキャピラリチューブ58の外壁面との間にできるだけ一貫して隙間を構成する。このように、二重管を複数段螺旋状に巻回して、螺旋状の二重管構造とすることで、キャピラリーチューブ58の長さを十分に確保し、且つ、係る二重管構造の熱交換部分を十分に確保しながら、小型化を図ることが可能となる。
The
そして、次に、配管72Aの両端に、両端と横に孔の空いたキャップ状の接続配管(図示せず)を取り付け、横の孔からキャピラリチューブ58の端部をそれぞれ引き出した後、当該横孔を溶接してシールする。更に、配管72Aの一端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管72Aの接続部を溶接し、該接続配管の他端に蒸発器59の吐出側に接続された吸込配管72を接続して、この接続部を溶接する。同様に、配管72Aの他端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管72Aの接続部分を溶接し、該接続配管の他端にアキュムレータ68に至る吸込配管72を接続して、この接続部を溶接する。そして、係る二重管構造とされた配管72Aの外周を断熱材(図示せず)により囲繞することで、本実施例の二重管構造体67を構成することができる。
Next, cap-shaped connection pipes (not shown) having holes on both sides and the sides are attached to both ends of the
このように、キャピラリチューブ58を吸込配管72(配管72A)内に挿通して二重管構造とすることで、キャピラリチューブ58内を通過する冷媒と吸込配管72(配管72A)内を通過する冷媒とは、キャピラリチューブ58の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換することとなる。これにより、従来の吸込配管の外周面にキャピラリチューブを添設した構造から比して、熱交換性能を格段に向上させることができるようになる。
As described above, the
更に、上述したように二重管構造の配管72Aの外周全体を断熱材により囲繞することで、外部からの熱の影響を受け難くなり、配管72A内の冷媒とキャピラリチューブ58内の冷媒との熱交換能力をより一層向上させることができるようになる。更にまた、二重管構造の内側となるキャピラリーチューブ58内と、当該キャピラリチューブ58の外側の吸込配管72(配管72A)内において、冷媒の流れが対向流となるように冷媒を流すことで、当該二重管構造体67における熱交換能力をより一層改善することができるようになる。
Further, as described above, by surrounding the entire outer periphery of the
また、キャピラリチューブ58を出た冷媒配管は、低温側冷媒回路82の凝縮器85と交熱的に設けられた高温側蒸発器59に接続される。当該高温側蒸発器59は、低温側冷媒回路82の凝縮器85と共にカスケード熱交換器56を構成している。
The refrigerant pipe exiting the
高温側蒸発器59から出た吸込配管72は、高温側ヘッダー66、上記二重管構造体67、アキュムレータ68、逆止弁69を順次経て圧縮機54の吸込側に接続される。
The
当該高温側冷媒回路52内には、冷媒としてR404Aが封入されている。当該R404Aは、R125(ペンタフルオロエタン:CHF2CF3)と、R143a(1,1,1−トリフルオロエタン:CH3CF3)と、R134a(1,1,1,2−テトラフルオロエタン:CH2FCF3)とから構成され、その組成は、R125が44重量%、R143aが52重量%、R134aが4重量%である。当該混合冷媒の沸点は、−46.5℃である。
In the high temperature side
尚、高温側冷媒回路52内に封入される冷媒は、上述したR404Aに限定されるものでない。例えば、R134aとR32(ジフルオロメタン:CH2F2)とR125との3種混合冷媒から成るR407Cを冷媒として封入するものとしても本発明は有効である。
In addition, the refrigerant | coolant enclosed in the high temperature side
図6において、破線矢印は高温側冷媒回路52を循環する冷媒の流れを示している。即ち、圧縮機54から吐出された高温ガス状冷媒は、一旦、ディスーパーヒータ60側の冷媒吐出管を介して密閉容器からディスーパーヒータ60に吐出され、放熱された後、再度密閉容器のシェル内に戻る。これにより、密閉容器のシェル内をディスーパーヒータ60にて放熱して温度低下した冷媒により冷却することができる。そして、係る高温ガス状冷媒は、冷媒吐出管71を介して密閉容器から吐出され、補助凝縮器61、フレームパイプ62、低温側冷媒回路82の圧縮機84のオイルクーラー84C、凝縮器55にて凝縮されて放熱液化した後、デハイドレータ57で含有する水分が除去され、二重管構造体67のキャピラリチューブ58に流入する。
In FIG. 6, the broken line arrows indicate the flow of the refrigerant circulating in the high temperature side
ここで、キャピラリチューブ58において、冷媒は当該キャピラリチューブ58の全周に設けられた吸込配管72(配管72A)内を通過する冷媒と、キャピラリチューブ58の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換して、更に温度低下しながら減圧されて、蒸発器59に流入する。そして、蒸発器59においてR204Aがカスケード熱交換器56の凝縮器85内を流れる冷媒から吸熱することにより蒸発する。このとき、R204A冷媒が蒸発することにより、凝縮器85内を流れる冷媒が冷却される。
Here, in the
そして、蒸発器59にて蒸発した冷媒は、その後、吸込配管72を介して高温側蒸発器59から出て、高温側ヘッダー66を経て二重管構造体67内に流入し、前述したキャピラリチューブ58内を流れる冷媒と熱交換した後、アキュムレータ68、逆止弁69を経て圧縮機54に帰還する。
The refrigerant evaporated in the
他方、低温側冷媒回路82を構成する圧縮機84は、高温側冷媒回路52の圧縮機54と同様に一相若しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機である。この圧縮機84は、ディスーパーヒータ90が接続され、圧縮機84で圧縮された冷媒を、一旦、外部に吐出して放熱した後、密閉容器のシェル内に帰還させて、再び、冷媒吐出管101に吐出する構成とされている。当該圧縮機84の吐出側に接続された冷媒吐出管101は、補助凝縮器(プレコンデンサ)91に接続される。補助凝縮器91を出た冷媒配管はオイルセパレータ92に接続される。このオイルセパレータ92には、圧縮機84に戻るオイル戻し管103が接続される。
On the other hand, the
オイルセパレータ92を出た冷媒配管は、内部熱交換器93に至る。この内部熱交換器93は、圧縮機84で圧縮され、キャピラリチューブ88に向かう途中の高圧側冷媒と蒸発器86にて蒸発し、圧縮機84に戻る途中の低圧側冷媒とを熱交換するための熱交換器である。
The refrigerant pipe exiting the
内部熱交換器93を経た高圧側の冷媒配管は、凝縮器85に接続される。当該凝縮器85は、前述したように高温側冷媒回路52の高温側蒸発器59と共にカスケード熱交換器56を構成している。凝縮器85から出た冷媒配管は、低温側デハイドレータ(ドライコア)87及びキャピラリチューブ88に接続される。デハイドレータ87は、低温側冷媒回路82内の水分を除去するための水分除去手段である。また、キャピラリチューブ88は、蒸発器83から出て圧縮機84に戻る吸込配管102の一部(配管102A)内に挿通されている。
The refrigerant pipe on the high pressure side that has passed through the
具体的には、蒸発器83の吐出側であって、且つ、内部熱交換器93の吸込側に位置する吸込配管102の一部である配管102A内に、キャピラリチューブ88を挿通して図3に示すように二重管構造を構成している。係る二重管構造により、当該二重管95(以下、二重管構造体と称する)の内側となるキャピラリチューブ88を流れる冷媒と、その外側となる配管102Aを流れる蒸発器83からの冷媒とが熱交換可能に構成されている。
Specifically, the
上記二重管構造体95は前記実施例1で説明した二重管構造体25と同様の方法で製造される。即ち、先ず、比較的大径の直管状の配管102A内に直管状のキャピラリチューブ88を挿通する。次に、係る二重管を螺旋状に複数段巻回する。このとき、配管102Aの軸の中心と、キャピラリチューブ88の軸の中心とがなるべく一致するように巻回して、螺旋状の二重管を形成する。これにより、配管102Aの内壁面とキャピラリチューブ88の外壁面との間にできるだけ一貫して隙間を構成する。このように、二重管を複数段螺旋状に巻回して、螺旋状の二重管構造とすることで、キャピラリーチューブ88の長さを十分に確保し、且つ、係る二重管構造の熱交換部分を十分に確保しながら、小型化を図ることが可能となる。
The
そして、次に、配管102Aの両端に、両端と横に孔の空いたキャップ状の接続配管(図示せず)を取り付け、横の孔からキャピラリチューブ88の端部をそれぞれ引き出した後、当該横孔を溶接してシールする。更に、配管102Aの一端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管102Aの接続部を溶接し、該接続配管の他端に蒸発器83の吐出側に接続された吸込配管102を接続して、この接続部を溶接する。同様に、配管102Aの他端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管102Aの接続部分を溶接し、該接続配管の他端に内部熱交換器93に至る吸込配管102を接続して、この接続部を溶接する。そして、係る二重管構造とされた配管102Aの外周を断熱材105により囲繞することで、本実施例の二重管構造体95を構成することができる。
Next, cap-shaped connection pipes (not shown) having holes on both sides and the sides are attached to both ends of the
このように、キャピラリチューブ88を吸込配管102(配管102A)内に挿通して二重管構造とすることで、キャピラリチューブ88内を通過する冷媒と吸込配管102(配管102A)内を通過する冷媒とは、キャピラリチューブ88の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換することとなる。これにより、従来の吸込配管の外周面にキャピラリチューブを添設した構造から比して、熱交換性能を格段に向上させることができるようになる。
As described above, the
更に、上述したように二重管構造の配管102Aの外周全体を断熱材105により囲繞することで、外部からの熱の影響を受け難くなり、配管102A内の冷媒とキャピラリチューブ88内の冷媒との熱交換能力をより一層向上させることができるようになる。更にまた、二重管構造の内側となるキャピラリーチューブ88内と、当該キャピラリチューブ88の外側の吸込配管102(配管102A)内において、冷媒の流れが対向流となるように冷媒を流すことで、当該二重管構造体95における熱交換能力をより一層改善することができるようになる。
Further, as described above, the entire outer periphery of the
係る二重管構造体95は、前記実施例1の二重管構造体25と同様に、内箱4の背面側の下方となる断熱材7内に出し入れ可能に収納されている。
Similar to the
一方、当該二重管構造体95を出た吸込配管102は、内部熱交換器93を経て圧縮機84の吸込側に接続される。圧縮機84には更に冷媒配管106が接続されており、当該冷媒配管106には圧縮機84停止時に冷媒を貯溜する膨張タンク107が減圧装置としてのキャピラリーチューブ108を介して接続されている。
On the other hand, the
他方、当該低温側冷媒回路82内には、冷媒としてR508Aが封入されている。当該R508Aは、R23(トリフルオロメタン:CHF3)と、R116(ヘキサフルオロエタン:CF3CF3)とから構成され、その組成は、R23が39重量%、R116が61重量%である。当該混合冷媒の沸点は、−85.7℃である。
On the other hand, in the low temperature side
尚、低温側冷媒回路82内に封入される冷媒は、本実施例で説明したR508Aに限定されるものではない。例えば、R508Aに代えてR23とR116との混合比率が異なるR508B(R23/R116:46/54)を用いた場合であっても本発明は有効である。
In addition, the refrigerant | coolant enclosed in the low temperature side
図6において、実線矢印は低温側冷媒回路82を循環する冷媒の流れを示している。具体的に当該低温側冷媒回路82における冷媒の流れを説明すると、圧縮機84から吐出された高温ガス状冷媒は、一旦、ディスーパーヒータ90側の冷媒吐出管を介して密閉容器からディスーパーヒータ90に吐出され、放熱された後、再度密閉容器のシェル内に戻る。これにより、密閉容器のシェル内をディスーパーヒータ90にて放熱して温度低下した冷媒により冷却することができる。そして、係る高温ガス状冷媒は、冷媒吐出管101を介して密閉容器から吐出され、補助凝縮器91にて放熱した後、オイルセパレータ92内に流入する。
In FIG. 6, the solid line arrows indicate the flow of the refrigerant circulating in the low temperature side
当該オイルセパレータ92にて冷媒と混合している圧縮機84の潤滑オイルの大部分と補助凝縮器91にて凝縮液化した冷媒の一部がオイル戻し管103にて圧縮機84に帰還される。一方、オイルセパレータ92から出た冷媒は、内部熱交換器93、凝縮器85にて凝縮されて放熱液化した後、低温側デハイドレータ87で含有する水分が除去され、キャピラリチューブ88に流入する。
Most of the lubricating oil of the
ここで、キャピラリチューブ88において、冷媒は当該キャピラリチューブ88の全周に設けられた吸込配管102(配管102A)内を通過する冷媒と、キャピラリチューブ88の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換して、更に温度低下しながら減圧されて蒸発器83に流入する。そして、蒸発器83において冷媒R508Aが周囲から熱を奪って蒸発する。このとき、冷媒R508が蒸発器83で蒸発することにより、冷却作用を発揮して、この蒸発器83の周囲を−86℃〜−87℃という超低温に冷却する。この場合、前述したように当該蒸発器(冷媒配管)83は内箱4の断熱材7側に沿って交熱的に巻回して構成されているので、係る蒸発器83の冷却により、超低温貯蔵庫1の貯蔵室8内を、−80℃以下の庫内温度とすることが可能となる。
Here, in the
そして、蒸発器83にて蒸発した冷媒は、その後、吸込配管102を介して蒸発器83から出て、前述した二重管構造体95、内部熱交換器93を経て圧縮機84に帰還する。
The refrigerant evaporated in the
他方、低温側冷媒回路82を構成する圧縮機84は、貯蔵室8内の庫内温度に基づき、図示しない制御装置により、ON−OFF制御が行われる。この場合、制御装置により圧縮機84の運転が停止されると、低温側冷媒回路82内の混合冷媒は、冷媒配管106よりキャピラリチューブ108を介して、膨張タンク107内に回収される。
On the other hand, the
これにより、冷媒回路82内の圧力が上昇することを防止することができる。また、制御装置により圧縮機84が起動された際には、キャピラリーチューブ108を介して徐々に膨張タンク107から圧縮機84内に冷媒を戻すことで、圧縮機84の起動負荷を軽減することが可能となる。
Thereby, it is possible to prevent the pressure in the
以上詳述したように、蒸発器83から圧縮機84に帰還する冷媒が通過する吸込配管102(配管102A)内に、キャピラリチューブ88を挿通して二重管構造とすることで、配管102A内の冷媒とキャピラリチューブ88内の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができる。
As described above in detail, the
特に、キャピラリチューブ88を本発明の如く蒸発器83から出た直後の吸込配管102の配管102A内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブ88の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、蒸発器83からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができる。従って、本実施例のような超低温貯蔵庫1では、特に有効である。
In particular, the
更に、キャピラリチューブ88が挿通されて二重管構造とされた配管102Aを、断熱材105にて囲繞することで、熱交換効率をより一層改善することができるようになる。更にまた、キャピラリチューブ88内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブ88の外側の配管102A内を通過する冷媒の流れを対向流とすることで、更なる熱交換能力の改善を図ることができる。
Furthermore, the heat exchange efficiency can be further improved by surrounding the
更にまた、本実施例では、高温側冷媒回路52の減圧手段としてのキャピラリチューブ58も低温側冷媒回路82のキャピラリチューブ88と同様に二重管構造とされ、係る二重管構造の配管72Aが断熱材にて囲繞されている。更に、二重管構造の内側となるキャピラリーチューブ58内と、当該キャピラリチューブ58の外側の吸込配管72(配管72A)内において、冷媒の流れが対向流となる。これにより、蒸発器59からの帰還冷媒によって、キャピラリチューブ58内の冷媒を効率的に冷却することができる。これにより、熱交換効率をより一層向上させて、更なる性能の改善を図ることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
総じて、本発明により効率的に貯蔵室8内を所望の超低温に冷却可能とする超低温貯蔵庫1を実現することができる。特に、本発明によれば、従来の同様の使用の冷凍装置から比して、15%〜20%程の省エネを図ることができるようになる。また、蒸発器13の周囲の温度も従来では、−83℃程であったが、上述した本発明の構造とすることで、−86℃〜−87℃という低温を実現することが可能となる。これにより、従来、低温側冷媒回路82の圧縮機として使用していた200V仕様の圧縮機から能力の小さい115V仕様の圧縮機に変更した場合であっても、十分な性能を確保することが可能となる。これにより、消費電力量の更なる低減や装置の小型化を図ることができる。
In general, the
次に、本発明のもう一つの他の実施例の冷凍装置について、図7を用いて説明する。図7は、図1の超低温貯蔵庫1の冷凍装置を構成するもう一つの他の実施例の冷媒回路図である。この場合、当該冷凍装置R3の冷媒回路を構成する圧縮機114等は超低温貯蔵庫1の断熱箱体2の下部に位置する図示しない機械室に設置されており、蒸発器(冷媒配管)113は、内箱4の断熱材7側の周面に交熱的に取り付けられている。
Next, a refrigerating apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a refrigerant circuit diagram of another example constituting the refrigeration apparatus of the
本実施例の冷凍装置R3の冷媒回路は、圧縮機114、凝縮器115、蒸発器113、この蒸発器113からの帰還冷媒が流通するように接続された単一の中間熱交換器116、及び、複数のキャピラリチューブ118、135を有する単元多段(2段)の冷媒回路112により構成されている。冷媒回路112を構成する圧縮機114は、前記各実施例と同様に一相若しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機である。この圧縮機114の吐出側に接続された冷媒吐出管131は、補助凝縮器(プレコンデンサ)121に接続される。この補助凝縮器121は貯蔵室8の開口縁を加熱して露付きを防止するためのフレームパイプ122、圧縮機114のオイルクーラー114Cに接続された後、凝縮器(コンデンサ)115に接続される。尚、本実施例において、補助凝縮器121及び凝縮器115は一体の凝縮器として構成されており、凝縮器用送風機としての凝縮用ファン129により冷却される。
The refrigerant circuit of the refrigeration apparatus R3 of the present embodiment includes a
そして、凝縮器115を出た冷媒配管は、デハイドレータ(ドライコア)117を介して分流器130に接続される。デハイドレータ117は、冷媒回路112内の水分を除去するための水分除去手段である。分流器130は、補助凝縮器121、フレームパイプ122、凝縮器115を通過する過程で凝縮して液化した冷媒(凝縮冷媒)と、未だ凝縮せずに気体の状態のままの冷媒(未凝縮冷媒)とを分離するための気液分離器である。この分流器130の吐出側(出口側)に接続され、当該分流器130により分離された気相冷媒(未凝縮冷媒)を取り出すための気相配管133は、凝縮パイプ123に接続される。
The refrigerant pipe exiting the
この凝縮パイプ123は、補助蒸発器136と共に、中間熱交換器116を構成している。当該中間熱交換器116は、分流器130によって分離された液相冷媒(凝縮冷媒)をキャピラリチューブ135にて減圧した後、中間熱交換器116の補助蒸発器136に流して、そこで蒸発させることで、凝縮パイプ123を流れる気相冷媒(未凝縮冷媒)を冷却して、凝縮させるためのものである。凝縮パイプ123から出た冷媒配管はキャピラリチューブ(最終段のキャピラリチューブ)118を介して蒸発器(エバポレータ)113に接続される。
The condensing
上記キャピラリチューブ118は、蒸発器113から出て圧縮機114に戻る吸込配管132の一部(配管132A)内に挿通されている。具体的には、蒸発器113の吐出側であって、且つ、中間熱交換器116の吸込側に位置する吸込配管132の一部である配管132A内に、キャピラリチューブ118を挿通して図3に示すように二重管構造を構成している。係る二重管構造により、当該二重管125(以下、二重管構造体と称する)の内側となるキャピラリチューブ118を流れる冷媒と、その外側となる配管132Aを流れる蒸発器113からの冷媒とが熱交換可能に構成されている。
The
上記二重管構造体125は前記実施例1で説明した二重管構造体25と同様の方法で製造される。即ち、先ず、比較的大径の直管状の配管132A内に直管状のキャピラリチューブ118を挿通する。次に、係る二重管を螺旋状に複数段巻回する。このとき、配管132Aの軸の中心と、キャピラリチューブ118の軸の中心とがなるべく一致するように巻回して、螺旋状の二重管を形成する。これにより、配管132Aの内壁面とキャピラリチューブ118の外壁面との間にできるだけ一貫して隙間を構成する。このように、二重管を複数段螺旋状に巻回して、螺旋状の二重管構造とすることで、キャピラリーチューブ118の長さを十分に確保し、且つ、係る二重管構造の熱交換部分を十分に確保しながら、小型化を図ることが可能となる。
The
そして、次に、配管132Aの両端に、両端と横に孔の空いたキャップ状の接続配管(図示せず)を取り付け、横の孔からキャピラリチューブ118の端部をそれぞれ引き出した後、当該横孔を溶接してシールする。更に、配管132Aの一端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管132Aの接続部を溶接し、該接続配管の他端に蒸発器113の吐出側に接続された吸込配管102を接続して、この接続部を溶接する。同様に、配管132Aの他端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管132Aの接続部分を溶接し、該接続配管の他端に中間熱交換器116に至る吸込配管102を接続して、この接続部を溶接する。そして、係る二重管構造とされた配管132Aの外周を断熱材140により囲繞することで、本実施例の二重管構造体125を構成することができる。
Next, cap-shaped connection pipes (not shown) having holes on both sides and the sides are attached to both ends of the
このように、キャピラリチューブ118を吸込配管132内に挿通して二重管構造とすることで、キャピラリチューブ118内を通過する冷媒と吸込配管132内を通過する冷媒とは、キャピラリチューブ118の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換することとなる。これにより、従来の吸込配管の外周面にキャピラリチューブを添設した構造から比して、熱交換性能を格段に向上させることができるようになる。
As described above, the
更に、上述したように二重管構造の配管132Aの外周全体を断熱材140により囲繞することで、外部からの熱の影響を受け難くなり、配管132A内の冷媒とキャピラリチューブ118内の冷媒との熱交換能力をより一層向上させることができるようになる。更にまた、二重管構造の内側となるキャピラリーチューブ118内と、当該キャピラリチューブ118の外側の吸込配管132(配管132A)内において、冷媒の流れが対向流となるように冷媒を流すことで、当該二重管構造体125における熱交換能力をより一層改善することができるようになる。
Furthermore, as described above, by surrounding the entire outer periphery of the
係る二重管構造体125は、前記各実施例の二重管構造体25、95と同様に、内箱4の背面側の下方となる断熱材7内に出し入れ可能に収納されている。
The
一方、蒸発器113を出た吸込配管132は、上述した二重管構造体125の配管132Aを通過して補助蒸発器136に接続される。そして補助蒸発器136を出た吸込配管132は圧縮機114の吸込側に接続される。吸込配管132の当該圧縮機114と補助蒸発器136との間には、更に圧縮機114停止時に冷媒を貯留する膨張タンク137が減圧装置としてのキャピラリチューブ138を介して接続されている。
On the other hand, the
そして、冷媒回路112内には、冷媒として沸点の異なる複数種類の混合冷媒から成る非共沸混合冷媒が封入される。本実施例では、実施例1と同様に、R245fa(1,1,1,−3,3−ペンタフルオロプロパン:CF3CH2CHF2 )、R600(ブタン:CH3CH2CH2CH3)R23(トリフルオロメタン:CHF3)及びR14(テトラフルオロメンタン:CF4)から成る非共沸混合冷媒が封入される。 In the refrigerant circuit 112, a non-azeotropic mixed refrigerant composed of a plurality of types of mixed refrigerants having different boiling points is enclosed as a refrigerant. In this example, as in Example 1, R245fa (1,1,1, -3,3-pentafluoropropane: CF 3 CH 2 CHF 2 ), R600 (butane: CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 ) A non-azeotropic refrigerant mixture composed of R23 (trifluoromethane: CHF 3 ) and R14 (tetrafluoromentane: CF 4 ) is enclosed.
尚、冷媒回路112に封入される冷媒は上述したR245fa、R600、R23、R14を含む非共沸混合冷媒に限定されるものではない。例えば、R245fa、R600、R116、R14を含む非共沸混合冷媒、又は、R245fa、R600、R508A、R14を含む非共沸混合冷媒、又は、R245fa、R600、R508B、R14を含む非共沸混合冷媒を封入するものとしても構わないし、その他の冷媒を使用するものとしても、本発明は有効である。 In addition, the refrigerant | coolant enclosed with the refrigerant circuit 112 is not limited to the non-azeotropic refrigerant mixture containing R245fa, R600, R23, R14 mentioned above. For example, a non-azeotropic refrigerant mixture including R245fa, R600, R116, and R14, a non-azeotropic refrigerant mixture including R245fa, R600, R508A, and R14, or a non-azeotropic refrigerant mixture including R245fa, R600, R508B, and R14 The present invention is effective even when the refrigerant is used or other refrigerant is used.
図7において矢印は冷媒回路112を循環する冷媒の流れを示している。具体的に説明すると、圧縮機114から吐出された高温ガス状冷媒は、冷媒吐出管131を介して密閉容器から吐出され、補助凝縮器121、フレームパイプ122、圧縮機114のオイルクーラー114C、凝縮器115を順次通過する。圧縮機114から吐出された高温ガス状冷媒は、当該補助凝縮器121、フレームパイプ122、オイルクーラー114C、凝縮器115を通過する過程で放熱して、混合冷媒中の沸点の高い冷媒(R245fa、R600)が凝縮液化する。
In FIG. 7, arrows indicate the flow of the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 112. Specifically, the high-temperature gaseous refrigerant discharged from the
そして、凝縮器115を出た混合冷媒は、デハイド117で含有する水分が除去され、分流器130に流入する。この時点では混合冷媒中のR23とR14は沸点が極めて低いために未だ凝縮されておらずガス状態であり、沸点の高いR245faとR600が凝縮液化されているため、R23とR14は気相配管133に、R245faとR600は液相配管134へと分離される。気相配管133に流入した冷媒混合物は、中間熱交換器116を構成する凝縮パイプ123に流入する。
Then, the mixed refrigerant that has exited the
また、液相配管134に流入した混合冷媒は、キャピラリチューブ135で減圧された後、上記凝縮パイプ123と共に中間熱交換器116を構成する補助蒸発器136に流入し、蒸発器113から帰還してくる冷温の冷媒と共に凝縮パイプ123を流れるR23とR14を冷却する。これにより、凝縮パイプ123を流れるR23とR14が凝縮液化する。そして、当該中間熱交換器116において、凝縮したR23とR14はその後、凝縮パイプ123から出て、キャピラリチューブ118に流入する。
The mixed refrigerant flowing into the
ここで、キャピラリチューブ118において、冷媒は当該キャピラリチューブ118の全周に設けられた吸込配管132(配管132A)内を通過する冷媒と、キャピラリチューブ118の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換して、更に温度低下しながら減圧されて蒸発器113に流入する。そして、蒸発器113において冷媒R14、R23が周囲から熱を奪って蒸発する。このとき、冷媒R14、R23が蒸発器113で蒸発することにより、冷却作用を発揮して、この蒸発器113の周囲を−85℃という超低温に冷却する。この場合、前述したように当該蒸発器(冷媒配管)113は内箱4の断熱材7側に沿って交熱的に巻回して構成されているので、係る蒸発器113の冷却により、超低温貯蔵庫1の貯蔵室8内を、−80℃以下の庫内温度とすることができる。
Here, in the
そして、蒸発器113にて蒸発した冷媒は、その後、吸込配管132を介して蒸発器113から出て、前述した二重管構造体125を経て中間熱交換器116の補助蒸発器136に流入し、当該補助蒸発器136で蒸発した沸点の高い冷媒(R245fa、R600)と合流する。その後、冷媒は、補助凝縮器136を出て圧縮機114に帰還する。
Then, the refrigerant evaporated in the
他方、冷媒回路112を構成する圧縮機114は、貯蔵室8内の庫内温度に基づき、図示しない制御装置により、ON−OFF制御が行われる。この場合、制御装置により圧縮機114の運転が停止されると、低温側冷媒回路112内の混合冷媒は、キャピラリチューブ138を介して、膨張タンク137内に回収される。
On the other hand, the
これにより、冷媒回路112内の圧力が上昇することを防止することができる。また、制御装置により圧縮機114が起動された際には、キャピラリーチューブ138を介して徐々に膨張タンク137から冷媒回路112中に冷媒を戻すことで、圧縮機114の起動負荷を軽減することが可能となる。
Thereby, it is possible to prevent the pressure in the refrigerant circuit 112 from increasing. Further, when the
以上詳述した本実施例のように蒸発器113から圧縮機114に帰還する冷媒が通過する吸込配管132(配管132A)内に、キャピラリチューブ118を挿通して二重管構造とすることで、配管132A内の冷媒とキャピラリチューブ118内の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができる。特に、キャピラリチューブ118を本発明の如く蒸発器113から出た直後の吸込配管132の配管132A内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブ118の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、蒸発器113からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができる。従って、本実施例のような超低温貯蔵庫1では、特に有効である。
By inserting the
更に、キャピラリチューブ118が挿通されて二重管構造とされた配管132Aを、断熱材140にて囲繞することで、熱交換効率をより一層改善することができるようになる。更にまた、キャピラリチューブ118内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブ118の外側の吸込配管132A内を通過する冷媒の流れを対向流とすることで、更なる熱交換能力の改善を図ることができる。
Furthermore, the heat exchange efficiency can be further improved by surrounding the
総じて、本発明により効率的に貯蔵室8内を所望の超低温にまで冷却可能とする超低温貯蔵庫1を実現することができる。特に、本発明によれば、従来の同様の使用の冷凍装置から比して、15%〜20%程の省エネを図ることができるようになる。また、蒸発器113の周囲の温度も従来より低温とすることが可能となる。これにより、従来の圧縮機より能力の小さい圧縮機に変更した場合であっても、十分な性能を確保することが可能となる。これにより、消費電力量の更なる低減や装置の小型化を図ることができる。
In general, according to the present invention, it is possible to realize the
尚、本実施例では、上記で説明した冷媒回路112のみにて超低温貯蔵庫1の冷凍装置R3を構成するものとしてもよいが、図7に示すように冷媒回路112に加えて、当該冷媒回路112と同様の回路構成から成る冷媒回路152を並設して、2つの冷媒回路112、152により超低温貯蔵庫1の冷凍装置R3を構成するものとしても差し支えない。この冷媒回路152の回路構成、及び、冷媒の流れは、上述する冷媒回路112と同様であるため、冷媒回路112を構成する各部材と同一の符号を付している。即ち、冷媒回路112と同一の符号を付されたものは、同一又は類似の効果、或いは作用を奏するものであるため、ここでは説明を省略する。
In this embodiment, the refrigeration apparatus R3 of the
当該冷媒回路152を構成する圧縮機114等は冷媒回路112の圧縮機114と同様に、超低温貯蔵庫1の断熱箱体2の下部に位置する図示しない機械室に設置されており、冷媒回路152の蒸発器113も冷媒回路112の蒸発器113と同様に、内箱4の断熱材7側の周面に交熱的に取り付けられている。更に、当該冷媒回路152に封入する冷媒及び当該冷媒の循環も上記で説明した冷媒回路112と同様であるためここでは説明を省略する。
Like the
このように、低温貯蔵庫1の冷凍装置R3を略同一の性能の2つの独立した冷媒回路112、152を並設して構成した場合には、一方の冷媒回路が故障した場合のバックアップとして他方の冷媒回路を使用することが可能となる。即ち、例えば、冷媒回路112が故障した場合であっても、冷媒回路152を支障なく運転して、当該冷媒回路152の蒸発器113により貯蔵室8内を超低温に維持することが可能となる。これにより、超低温貯蔵庫1の信頼性の向上を図ることができるようになる。
As described above, when the refrigeration apparatus R3 of the
尚、本実施例では、冷凍装置を構成する各冷媒回路を、圧縮機114、凝縮器115、蒸発器113、この蒸発器113からの帰還冷媒が流通するように接続された単一の中間熱交換器116と、複数の、具体的には、2つのキャピラリチューブ135、118を有し、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、凝縮器115を経た冷媒中の凝縮冷媒をキャピラリチューブ135を介して中間熱交換器116に合流させ、この中間熱交換器116で冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段のキャピラリチューブ118を介して最低沸点の冷媒を蒸発器113にて蒸発させて冷却作用を発揮させる単元二段方式の冷凍装置R3として説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、複数の中間熱交換器を直列接続して回路を構成するものとしても差し支えない。
In this embodiment, each refrigerant circuit constituting the refrigeration apparatus has a single intermediate heat connected so that the
次に、本発明の更にもう一つの他の実施例の冷凍装置について、図8を用いて説明する。図8は、図1の超低温貯蔵庫1の冷凍装置を構成する更にもう一つの他の実施例の冷媒回路図である。この場合、当該冷凍装置R4の冷媒回路を構成する圧縮機214、254等は超低温貯蔵庫1の断熱箱体2の下部に位置する図示しない機械室に設置されており、蒸発器(冷媒配管)253は、前記各実施例の蒸発器13、83、113と同様に、内箱4の断熱材7側の周面に交熱的に取り付けられている。
Next, a refrigerating apparatus according to still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a refrigerant circuit diagram of still another embodiment constituting the refrigeration apparatus of the
本実施例の冷凍装置R4の冷媒回路は、多元多段の冷媒回路として、それぞれ独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路212と、低温側冷媒回路252の二元二段の冷媒回路により構成されている。高温側冷媒回路212を構成する圧縮機214は、一相若しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機であり、当該圧縮機214の吐出側に接続された冷媒吐出管231は、補助凝縮器221に接続される。この補助凝縮器26は貯蔵室8開口縁を加熱して露付きを防止するためのフレームパイプ222に接続される。
The refrigerant circuit of the refrigerating apparatus R4 of the present embodiment is configured as a multi-stage multi-stage refrigerant circuit by a high-temperature side
このフレームパイプ222は、圧縮機214のオイルクーラー214Cに接続された後、凝縮器215に接続される。そして、凝縮器215を出た冷媒配管は、低温側冷媒回路252を構成する圧縮機254のオイルクーラー254Cに接続された後、凝縮器223に接続され、当該凝縮器223を出た冷媒配管は、乾燥器(ドライコア)217及び減圧装置としてのキャピラリーチューブ218を順次介して当該高温側冷媒回路212の蒸発器を構成する蒸発器部分としての高温側蒸発器213に接続される。
This
当該高温側蒸発器213は、低温側冷媒回路252の凝縮器としての凝縮パイプ255と共にカスケード熱交換器216を構成している。補助蒸発器213から出た吸込配管232には、冷媒液溜としてのアキュムレータ228が接続され、当該アキュムレータ228を出た吸込配管232は圧縮機214の吸込側に接続される。尚、本実施例における補助凝縮器221と凝縮器215及び223は、一体の凝縮器として構成されており、凝縮器用送風機としての凝縮用ファン229により冷却される。
The high
高温側冷媒回路212には沸点の異なる非共沸冷媒として、R407Dとn−ペンタンとから成る冷媒が充填される。R407Dは、R32(ジフルオロメタン:CH2F2)と、R125(ペンタフルオロエタン:CHF2CF3)と、R134a(1,1,1,2−テトラフルオロエタン:CH2FCF3)とから構成され、その組成は、R32が15重量%、R125が15重量%、R134aが70重量%である。各冷媒の沸点は、R32が−51.8℃、R125が−48.57℃、R134aが−26.16℃である。また、n−ペンタンの沸点は、+36.1℃である。
The high temperature side
係る構成で、圧縮機214から吐出された高温ガス状冷媒は、補助凝縮器221、フレームパイプ222、オイルクーラー214C、凝縮器215、低温側冷媒回路252の圧縮機254のオイルクーラー254C、凝縮器223にて凝縮されて放熱液化した後、乾燥器217で含有する水分が除去され、キャピラリーチューブ218に流入する。そして、当該キャピラリチューブ218にて減圧された冷媒は、カスケード熱交換器216を構成する高温側蒸発器213に流入する。当該高温側蒸発器213において、冷媒R32、R125及びR134aが凝縮パイプ255内を流れる冷媒から吸熱することにより蒸発する。このとき、当該カスケード熱交換器216において、高温側冷媒回路212の高温側蒸発器213の冷媒が蒸発することにより、凝縮パイプ255内を流れる低温側冷媒回路252の冷媒が冷却される。
In such a configuration, the high-temperature gaseous refrigerant discharged from the
そして、高温側蒸発器213にて蒸発した冷媒は、その後、吸込配管232を介して蒸発器213から出て、アキュムレータ228を経て圧縮機214に帰還する。
The refrigerant evaporated in the high
このとき、圧縮機214の能力は例えば1.5HPであり、運転中の高温側蒸発器213の最終到達温度は−27℃乃至−35℃になる。かかる低温下では冷媒中のn−ペンタンは沸点が+36.1℃であるので蒸発器213では蒸発せず液状態のままであり、従って冷却には殆ど寄与しないが、圧縮機214の潤滑油や乾燥器217で吸収しきれなかった混入水分をその中に溶け込ませた状態で圧縮機214に帰還せしめる機能と、その液冷媒の圧縮機214内での蒸発により、圧縮機214の温度を低減させる機能を奏する。
At this time, the capacity of the
他方、低温側冷媒回路252は、圧縮機254、凝縮パイプ(凝縮器)255、蒸発器253、この蒸発器253からの帰還冷媒が流通するように接続された複数の中間熱交換器262、266、270、272、及び、複数のキャピラリチューブ264、268、258を有している。具体的に、低温側冷媒回路252を構成する圧縮機254は、前記圧縮機214と同様に一相若しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機であり、当該圧縮機254の吐出側に接続された冷媒吐出管281には、ワイヤコンデンサにて構成される放熱器259を介してオイル分離器260が接続される。このオイル分離器260は、圧縮機254に戻るオイル戻し管287が接続される。オイル分離器260の吐出側に接続された冷媒配管は、前記高温側蒸発器213と共にカスケード熱交換器216を構成する凝縮器としての凝縮パイプ255に接続される。
On the other hand, the low-temperature side
そして、凝縮パイプ255の吐出側に接続された冷媒配管は乾燥器(ドライコア)257を介して第1の気液分離器261に接続される。気液分離器261により分離された気相冷媒(未凝縮冷媒)は、気相配管283を介して第1の中間熱交換器262内を通過し、第2の気液分離器265に流入する。一方、第1の気液分離器261により分離された液相冷媒(凝縮冷媒)は、液相配管284を介して乾燥器263、減圧装置としてのキャピラリーチューブ268を経て第1の中間熱交換器262に流入する。当該第1の中間熱交換器262は、第1の気液分離器261によって分離された液相冷媒(凝縮冷媒)をキャピラリチューブ264を介して、当該中間熱交換器262に合流させ、そこで気相配管283を流れる気相冷媒(未凝縮冷媒)を冷却することにより、より低沸点の冷媒を凝縮させるためのものである。
The refrigerant pipe connected to the discharge side of the condensing
第2の気液分離器265により分離された液相冷媒は、液相配管286により、乾燥器267を経た後、減圧装置としてのキャピラリーチューブ268を経て第2の中間熱交換器266に流入する。また、第2の気液分離器265により分離された気相冷媒は、気相配管285を介して、第2の中間熱交換器266内を通過する。当該第2の中間熱交換器266は、第2の気液分離器265によって分離された液相冷媒(凝縮冷媒)をキャピラリチューブ268を介して、当該中間熱交換器266に合流させ、そこで気相配管285を流れる気相冷媒(未凝縮冷媒)を冷却することにより、より低沸点の冷媒を凝縮させるためのものである。
The liquid-phase refrigerant separated by the second gas-
第2の中間熱交換器266内を通過した気相配管285は、次に、第3の中間熱交換器270、第4の中間熱交換器272及び乾燥器274を経て減圧装置としてのキャピラリーチューブ258に流入する。
The gas phase piping 285 that has passed through the second
当該キャピラリーチューブ258は、蒸発器253から出て圧縮機254に戻る吸込配管282の一部(配管282A)内に挿通されている。具体的に、蒸発器253の吐出側であって、且つ、第4の中間熱交換器272の吸込側に位置する吸込配管282の一部である配管282A内に、キャピラリチューブ258を挿通して、図3に示すように二重管構造を構成している。係る二重管構造により、当該二重管295(以下、二重管構造体と称する)の内側となるキャピラリチューブ258を流れる冷媒と、その外側となる配管282Aを流れる蒸発器253からの冷媒とが熱交換可能に構成されている。
The
当該二重管構造体295は前述した実施例1で説明した二重管構造体25と同様の方法で製造される。即ち、先ず、比較的大径の直管状の配管282A内に直管状のキャピラリチューブ258を挿通する。次に、係る二重管を螺旋状に複数段巻回する。このとき、配管282Aの軸の中心と、キャピラリチューブ258の軸の中心とがなるべく一致するように巻回して、螺旋状の二重管を形成する。これにより、配管282Aの内壁面とキャピラリチューブ258の外壁面との間にできるだけ一貫して隙間を構成する。このように、二重管を複数段螺旋状に巻回して、螺旋状の二重管構造とすることで、キャピラリーチューブ258の長さを十分に確保し、且つ、係る二重管構造の熱交換部分を十分に確保しながら、小型化を図ることが可能となる。
The
そして、次に、配管282Aの両端に、両端と横に孔の空いたキャップ状の接続配管(図示せず)を取り付け、横の孔からキャピラリチューブ258の端部をそれぞれ引き出した後、当該横孔を溶接してシールする。更に、配管282Aの一端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管282Aの接続部を溶接し、該接続配管の他端に蒸発器253の吐出側に接続された吸込配管282を接続して、この接続部を溶接する。同様に、配管282Aの他端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管282Aの接続部分を溶接し、該接続配管の他端に第4の中間熱交換器272に至る吸込配管282を接続して、この接続部を溶接する。そして、係る二重管構造とされた配管282Aの外周を断熱材297により囲繞することで、本実施例の二重管構造体295を構成することができる。
Next, cap-shaped connection pipes (not shown) having holes on both sides and laterally are attached to both ends of the
このように、キャピラリチューブ258を吸込配管282内に挿通して二重管構造とすることで、キャピラリチューブ258内を通過する冷媒と吸込配管282内を通過する冷媒とは、キャピラリチューブ258の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換することとなる。これにより、従来の吸込配管の外周面にキャピラリチューブを添設した構造から比して、熱交換性能を格段に向上させることができるようになる。
In this way, the
更に、上述したように二重管構造の配管282Aの外周全体を断熱材297により囲繞することで、外部からの熱の影響を受け難くなり、配管282A内の冷媒とキャピラリチューブ258内の冷媒との熱交換能力をより一層向上させることができるようになる。更にまた、二重管構造の内側となるキャピラリーチューブ258内と、当該キャピラリチューブ258の外側の吸込配管282(配管282A)内において、冷媒の流れが対向流となるように冷媒を流すことで、当該二重管構造体295における熱交換能力をより一層改善することができるようになる。
Further, as described above, the entire outer periphery of the
係る二重管構造体295は、前記実施例1の二重管構造体25と同様に、内箱4の背面側の下方となる断熱材7内に出し入れ可能に収納されている。
Similar to the
一方、当該二重管構造体295を出た吸込配管282は、第4の中間熱交換器272、第3の中間熱交換器270、第2の中間熱交換器266及び第1の中間熱交換器262に次々に接続された後、圧縮機254の吸込側に接続される。当該吸込冷媒配管282の圧縮機254と第1の中間熱交換器262との間には、更に圧縮機254停止時に冷媒を貯留する膨張タンク288が減圧装置としてのキャピラリチューブ289を介して接続されている。また、当該キャピラリチューブ289には、膨張タンク288の方向を順方向とした逆止弁290が並列に接続されている。
On the other hand, the
他方、低温側冷媒回路252には沸点の異なる7種類の混合冷媒として、R245faと、R600と、R404Aと、R508と、R14と、R50、R740とを含む非共沸混合冷媒が封入される。R245faは、1,1,1,−3,3−ペンタフルオロプロパン(CF3CH2CHF2 )であり、R600はブタン(CH3CH2CH2CH3)である。R245faの沸点は、+15.3℃、R600の沸点は、−0.5℃である。そのため、これらを所定割合で混合することで、従来用いられていた沸点が+8.9℃のR21の代替として使用可能となる。
On the other hand, a non-azeotropic refrigerant mixture including R245fa, R600, R404A, R508, R14, R50, and R740 is enclosed in the low temperature side
尚、R600は、可燃性物質であるため、不燃性であるR245faと所定割合、本実施例ではR245fa/R600:70/30の割合で混合することにより、不燃性として冷媒回路38に封入するものとする。尚、本実施例では、R245faとR600を合わせた総重量に対してR245faを70重量%としているが、それ以上であれば不燃性となるため、それ以上であっても良いものとする。
Since R600 is a flammable substance, it is mixed with the nonflammable R245fa at a predetermined ratio, in this embodiment, at a ratio of R245fa / R600: 70/30, so that it is sealed in the
R404Aは、R125(ペンタフルオロエタン:CHF2CF3)と、R143a(1,1,1−トリフルオロエタン:CH3CF3)と、R134a(1,1,1,2−テトラフルオロエタン:CH2FCF3)とから構成され、その組成は、R125が44重量%、R143aが52重量%、R134aが4重量%である。当該混合冷媒の沸点は、−46.48℃である。そのため、従来用いられていた沸点が−40.8℃のR22の代替として使用可能となる。 R404A includes R125 (pentafluoroethane: CHF 2 CF 3 ), R143a (1,1,1-trifluoroethane: CH 3 CF 3 ), and R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane: CH 2 FCF 3 ), and the composition thereof is 44% by weight of R125, 52% by weight of R143a, and 4% by weight of R134a. The mixed refrigerant has a boiling point of −46.48 ° C. Therefore, it can be used as a substitute for R22 having a boiling point of −40.8 ° C. which has been conventionally used.
R508は、R23(トリフルオロメタン:CHF3)と、R116(ヘキサフルオロエタン:CF3CF3)とから構成され、その組成は、R23が39重量%、R116が61重量%である。当該混合冷媒の沸点は、−88.64℃である。 R508 is composed of R23 (trifluoromethane: CHF 3 ) and R116 (hexafluoroethane: CF 3 CF 3 ), and the composition thereof is 39% by weight for R23 and 61% by weight for R116. The mixed refrigerant has a boiling point of −88.64 ° C.
また、R14は、テトラフルオロメタン(四弗化炭素:CF4)であり、R50は、メタン(CH4)、R740は、アルゴン(Ar)である。これらの沸点は、R14が−127.9℃、R50が−161.5℃、R740が−185.86℃である。尚、R50は酸素との結合にて爆発を生じる危険があるが、R14と混合することによって爆発の危険は無くなる。従って、混合冷媒の漏洩事故が発生したとしても爆発は発生しない。 R14 is tetrafluoromethane (carbon tetrafluoride: CF 4 ), R50 is methane (CH 4 ), and R740 is argon (Ar). As for these boiling points, R14 is −127.9 ° C., R50 is −161.5 ° C., and R740 is −185.86 ° C. Although R50 has a danger of causing an explosion when combined with oxygen, mixing with R14 eliminates the danger of an explosion. Therefore, even if a mixed refrigerant leakage accident occurs, no explosion occurs.
尚、これら上述した如き冷媒は、一旦、R245faとR600、及び、R14とR50を予め混合し、不燃化状態とした後、R245faとR600の混合冷媒と、R404Aと、R508Aと、R14とR50の混合冷媒と、R740とを予め混合した状態で、冷媒回路252に封入される。若しくは、R245faとR600、次にR404A、R5080A、R14とR50、最後にR740と沸点の高い順に封入される。各冷媒の組成は、例えば、R245faとR600の混合冷媒が10.3重量%、R404Aが28重量%、R508Aが29.2重量%、R14とR50の混合冷媒が26.4重量%、R740が5.1重量%であるものとする。
These refrigerants as described above are once mixed with R245fa and R600 and R14 and R50 in advance to be incombustible state, then mixed with R245fa and R600, R404A, R508A, R14 and R50. The mixed refrigerant and R740 are mixed in advance and sealed in the
尚、本実施例では、R404A中に4重量%のn−ペンタン(非共沸冷媒の総重量に対して0.5〜2重量%の範囲)を添加しても良いものとする。 In this embodiment, 4% by weight of n-pentane (in the range of 0.5 to 2% by weight with respect to the total weight of the non-azeotropic refrigerant) may be added to R404A.
次に、低温側冷媒回路252の冷媒の循環を説明する。圧縮機254から吐出された高温高圧のガス状混合冷媒は、冷媒吐出管281を介して放熱器259内に流入し、そこで放熱されて混合冷媒中の沸点が高く、オイル相溶性の良好なオイルキャリア冷媒としてのn−ペンタンやR600の一部が凝縮液化する。
Next, the circulation of the refrigerant in the low temperature side
放熱器259を経た混合冷媒は、オイル分離器260内に流入し、冷媒と混合している圧縮機254の潤滑オイルの大部分と放熱器259にて凝縮液化した冷媒の一部(n−ペンタン、R600の一部)がオイル戻し管287にて圧縮機254に帰還される。これにより、カスケード熱交換器216より後段の冷媒回路252には、より純度の高い低沸点冷媒が流れることとなり、効率的に超低温を得ることが可能となる。これにより、同一の能力の圧縮機214及び254であっても、より大きな容積の被冷却対象である貯蔵室8内を所定の超低温にまで冷却することが可能となり、冷凍装置R全体が大型化することなく収納容量の増大を図ることが可能となる。
The mixed refrigerant that has passed through the
ここで、本実施例では、オイル分離器260内に流入される冷媒は、一旦、放熱器259にて冷却されているため、カスケード熱交換器216に入る冷媒温度を下げることが可能となる。具体的には、従来では、カスケード熱交換器216内に流入される冷媒温度が+65℃程度であったものを本実施例では、+45℃程度にまで下げることが可能となる。
Here, in the present embodiment, since the refrigerant flowing into the
そのため、カスケード熱交換器216において、低温側冷媒回路252内の冷媒を冷却するための高温側冷媒回路212の圧縮機214に加わる負荷を軽減することが可能となる。また、効果的に低温側冷媒回路252内の冷媒を冷却することが可能となるため、当該低温側冷媒回路252を構成する圧縮機254に加わる負荷を軽減することが可能となる。これにより、冷凍装置R4全体の運転効率の改善を実現することが可能となる。
Therefore, in the
他の混合冷媒自体はカスケード熱交換器216にて高温側蒸発器213より−40℃〜−30℃程度に冷却されて混合冷媒中の沸点の高い一部の冷媒(R245fa、R600、R404A、R508の一部)を凝縮液化する。そして、カスケード熱交換器216の凝縮パイプ255を出た混合冷媒は乾燥器257を経て第1の気液分離器261に流入する。この時点では混合冷媒中のR14とR50とR740は沸点が極めて低いために未だ凝縮されておらずガス状態であり、R245fa、R600、R404A、R508の一部のみが凝縮液化されているため、R14とR50とR740は気相配管283に、R245faとR600とR404AとR508Aは液相配管284へと分離される。
Other mixed refrigerants themselves are cooled to about −40 ° C. to −30 ° C. from the high-
気相配管283に流入した冷媒混合物は第1の中間熱交換器262と熱交換して凝縮された後、第2の気液分離器265に至る。ここで、第1の中間熱交換器262には蒸発器(冷媒配管)253より帰還してくる低温の冷媒が流入し、更に液相配管284に流入した液冷媒が乾燥器263を経てキャピラリーチューブ264で減圧された後、第1の中間熱交換器262に流入してそこで蒸発することにより、冷却に寄与するため、未凝縮のR14、R50、R740、及びR508の一部を冷却する結果、第1の中間熱交換器262の中間温度は−60℃程となっている。従って、気相配管283を通過した混合冷媒中のR508は完全に凝縮液化され、第2の気液分離器265に分流される。R14、R50、R740は更に沸点が低いために未だガス状態である。
The refrigerant mixture flowing into the
第2の中間熱交換器266では、第2の気液分離器265で分流されたR508が乾燥器267で水分が除去され、キャピラリーチューブ268で減圧された後、第2の中間熱交換器266へ流入し、蒸発器253から帰還してくる低温の冷媒と共に気相配管285中のR14、R50及びR740を冷却し、このうちで蒸発温度が最も高いR14を凝縮させる。この結果、第2の中間熱交換器266の中間温度は−90℃程となる。
In the second
この第2の中間熱交換器226を通過する気相配管285は、続いて第3の中間熱交換器270を経て第4の中間熱交換器272を通過する。ここで、第4の中間熱交換器272には蒸発器253から二重管構造体295を経て直ぐの冷媒が帰還されており、実験によれば第4の中間熱交換器272の中間温度が−130℃程とかなり低い温度に達する。
The gas-
ここで、キャピラリチューブ258において、冷媒は当該キャピラリチューブ258の全周に設けられた吸込配管282(配管282A)内を通過する冷媒と、キャピラリチューブ258の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換して、更に温度低下しながら減圧されて蒸発器253に流入する。そして、蒸発器253において冷媒が周囲から熱を奪って蒸発する。実験によれば、このとき、蒸発器253の周囲の温度は−160.3℃〜−157.3℃という超低温となった。
Here, in the
このように、低温側冷媒回路252における各冷媒の蒸発温度の差を利用して各中間熱交換器262、266、270、272でまだ気相状態にある冷媒を次々に凝縮させ、最終段の蒸発器253において−150℃以下という超低温を達成することができる。そのため、当該蒸発器253が内箱4の断熱材7側に沿って交熱的に巻回して構成されることで、貯蔵室8内は、−152℃以下の庫内温度を実現することが可能となる。
In this way, by using the difference in the evaporation temperature of each refrigerant in the low-temperature side
蒸発器253にて蒸発した冷媒は、その後、吸込配管282を介して蒸発器253から出て、前述した二重管構造体295、第4の中間熱交換器272、第3の中間熱交換器270、第2の中間熱交換器266、第1の中間熱交換器262に次々に流入し、各熱交換器で蒸発した冷媒と合流して圧縮機254に帰還する。
The refrigerant evaporated in the
圧縮機254から冷媒に混入して吐出されるオイルは、大部分がオイル分離器260により分離されて圧縮機254に戻されているが、ミスト状となって冷媒と共にオイル分離器260から吐出されてしまったものは、オイルとの相溶性の高いR600に溶け込んだ状態で圧縮機254に戻される。これにより、圧縮機254の潤滑不良やロックを防止できる。また、R600は液状態のまま圧縮機254へ帰還してこの圧縮機254内で蒸発されるので、圧縮機254の吐出温度を低減できる。
Most of the oil mixed and discharged from the
尚、低温側冷媒回路252を構成する圧縮機254は、貯蔵室8内の庫内温度に基づき、図示しない制御装置により、ON−OFF制御が行われる。この場合、制御装置により圧縮機254の運転が停止されると、低温側冷媒回路252内の混合冷媒は、膨張タンク288方向を順方向とする逆止弁290を介して、膨張タンク288内に回収される。
The
そのため、圧縮機254の停止時においてキャピラリーチューブ289を介して膨張タンク288内に冷媒が回収される場合に比して、著しく迅速に逆止弁290を介して冷媒回路252中の冷媒を膨張タンク288内に回収することが可能となる。
Therefore, when the
これにより、冷媒回路252内の圧力が上昇することを防止することができ、制御装置により圧縮機254が起動された際には、キャピラリーチューブ289を介して徐々に膨張タンク288から冷媒回路252中に冷媒を戻すことで、圧縮機254の起動負荷を軽減することが可能となる。
Thereby, it is possible to prevent the pressure in the
従って、圧縮機254の停止時における冷媒の膨張タンク288への回収を迅速に行うことで、冷媒回路252内の圧力を迅速に平衡とすることが可能となり、圧縮機254の再起動時に、圧縮機254に負荷をかけることなく、円滑に圧縮機254の再起動を実行することができる。これにより、圧縮機起動時における冷媒回路252内が平衡圧となるまでに要する時間を著しく短縮することで、圧縮機252の運転効率を向上することができ、例えばプルダウン運転に要する時間を短縮することができ、利便性の向上を図ることができる。
Therefore, by quickly collecting the refrigerant into the
以上詳述した本発明のように、蒸発器253から圧縮機254に帰還する冷媒が通過する吸込配管282(配管282A)内に、キャピラリチューブ258を挿通して二重管構造とすることで、配管282A内の冷媒とキャピラリチューブ258内の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができる。特に、キャピラリチューブ258を本発明の如く蒸発器253から出た直後の吸込配管282の配管282A内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブ258の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、蒸発器253からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができる。従って、本実施例のような超低温貯蔵庫1では、特に有効である。
As in the present invention described above in detail, by inserting the
更に、キャピラリチューブ258が挿通されて二重管構造とされた配管282Aを、断熱材297にて囲繞することで、熱交換効率をより一層改善することができるようになる。更にまた、キャピラリチューブ258内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブ258の外側の吸込配管282A内を通過する冷媒の流れを対向流とすることで、更なる熱交換能力の改善を図ることができる。
Furthermore, the heat exchange efficiency can be further improved by surrounding the
総じて、本発明により効率的に貯蔵室8内を所望の超低温にまで冷却可能とする超低温貯蔵庫1を実現することができる。特に、本発明によれば、従来の同様の使用の冷凍装置から比して、15%〜20%程の省エネを図ることができるようになる。また、蒸発器253の周囲の温度も従来より低温とすることが可能となる。これにより、従来の圧縮機より能力の小さい圧縮機に変更した場合であっても、十分な性能を確保することが可能となる。これにより、消費電力量の更なる低減や装置の小型化を図ることができる。
In general, according to the present invention, it is possible to realize the
尚、本実施例では、低温側冷媒回路252の最終段のキャピラリチューブ258のみを本発明の二重管構造としたが、これに限らず、高温側冷媒回路212のキャピラリチューブ218も同様に高温側冷媒回路212の蒸発器213から圧縮機214に帰還する冷媒が通過する吸込配管232の一部配管内に挿通して二重管構造としても本発明は有効である。この場合には、高温側冷媒回路212においても吸込配管232内の冷媒とキャピラリチューブ218中の冷媒との熱交換能力を向上させることができるようになる。これにより、冷凍装置R4の性能をより一層改善することができるようになる。
In the present embodiment, only the
また、本実施例では、冷凍装置を構成する冷媒回路を、それぞれ圧縮機214又は254から吐出された冷媒を凝縮した後、減圧して、蒸発器213又は253にて蒸発せしめて冷却作用を発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路212と、低温側冷媒回路252とから構成し、低温側冷媒回路252は、圧縮機254、凝縮パイプ255、蒸発器253、この蒸発器253からの帰還冷媒が流通するように直列接続された複数の、具体的には、4つの中間熱交換器262、266、270、272と、複数の、具体的には、3つのキャピラリーチューブ264、268、258を有し、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、凝縮パイプ255を経た冷媒中の凝縮冷媒を各キャピラリーチューブを介して各中間熱交換器に合流させ、各中間熱交換器で冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、順次より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段のキャピラリーチューブ258を介して最低沸点の冷媒を蒸発器253蒸発させて冷却作用を発揮させると共に、高温側冷媒回路212の蒸発器213と低温側冷媒回路252の凝縮パイプ255とでカスケード熱交換器216を構成し、低温側冷媒回路252の蒸発器253にて超低温を得る二元多段方式の冷凍装置R4として説明しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、多元多段方式の冷凍装置であっても良いものとする。また、気液分離器及び中間熱交換器が1つの二元単段方式の冷凍装置であっても本発明は有効である。
Further, in this embodiment, the refrigerant circuit constituting the refrigeration apparatus condenses the refrigerant discharged from the
R 冷凍装置
1 超低温冷凍庫
2 断熱箱体
7 断熱材
8 貯蔵室
9 断熱扉
12 冷媒回路
13 蒸発器(エバポレータ)
14 圧縮機(コンプレッサ)
15 凝縮器(コンデンサ)
16 熱交熱器(カスケードコンデンサ)
18 キャピラリーチューブ
21 補助凝縮器(プレコンデンサ)
22 フレームパイプ
23 凝縮パイプ
25 二重管構造体
31 冷媒吐出管
32 吸込配管
32A 配管(吸込配管の一部を構成する)
35 断熱材
14 Compressor
15 Condenser
16 Heat exchanger (cascade capacitor)
18
22
35 Insulation
Claims (7)
前記蒸発器から前記圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、前記キャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする冷凍装置。 In the refrigeration system that condenses the refrigerant discharged from the compressor, depressurizes with a capillary tube, evaporates with an evaporator, and exhibits a cooling action.
A refrigerating apparatus, wherein the capillary tube is inserted into a suction pipe through which a refrigerant returning from the evaporator to the compressor passes to form a double pipe structure.
前記低温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、前記低温側冷媒回路のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする冷凍装置。 After the refrigerant discharged from the compressor is condensed, the high-pressure side refrigerant circuit and the low-temperature side refrigerant circuit, which constitute an independent refrigerant closed circuit that exhibits a cooling action by depressurizing with a capillary tube and evaporating with an evaporator, A refrigeration system comprising a cascade heat exchanger composed of the evaporator of the high temperature side refrigerant circuit and the condenser of the low temperature side refrigerant circuit, and exhibiting a final cooling action in the evaporator of the low temperature side refrigerant circuit ,
2. A refrigeration apparatus comprising a double-pipe structure in which a capillary tube of the low-temperature side refrigerant circuit is inserted into a suction pipe through which refrigerant returning from the evaporator of the low-temperature side refrigerant circuit passes to the compressor.
前記蒸発器から前記圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、前記最終段のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする冷凍装置。 A compressor, a condenser, an evaporator, a single or a plurality of intermediate heat exchangers connected so that a return refrigerant from the evaporator flows, and a plurality of capillary tubes, and a plurality of types of non-azeotropic mixing Refrigerant is sealed, condensed refrigerant in the refrigerant that has passed through the condenser is joined to the intermediate heat exchanger via the capillary tube, and by cooling the uncondensed refrigerant in the refrigerant in the intermediate heat exchanger, In a refrigeration apparatus that condenses a refrigerant having a lower boiling point and evaporates the refrigerant having the lowest boiling point in the evaporator via the capillary tube in the final stage to exert a cooling action.
A refrigeration apparatus comprising a double-pipe structure in which a capillary tube in the final stage is inserted into a suction pipe through which a refrigerant returning from the evaporator to the compressor passes.
前記低温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、前記低温側冷媒回路の最終段のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする冷凍装置。 After the refrigerant discharged from the compressor is condensed, the high-pressure side refrigerant circuit and the low-temperature side refrigerant circuit, which constitute an independent refrigerant closed circuit that exhibits a cooling action by depressurizing with a capillary tube and evaporating with an evaporator, The low-temperature side refrigerant circuit includes the compressor, the condenser, the evaporator, the single or plural intermediate heat exchangers connected so that the return refrigerant from the evaporator flows, and the plural capillaries A plurality of types of non-azeotropic refrigerant mixture, and the condensed refrigerant in the refrigerant that has passed through the condenser is joined to the intermediate heat exchanger via the capillary tube, and the intermediate heat exchanger By cooling the uncondensed refrigerant in the refrigerant, the refrigerant having a lower boiling point is condensed, and the refrigerant having the lowest boiling point is evaporated in the evaporator via the capillary tube in the final stage, thereby exhibiting a cooling action. , The condenser and the cascade heat exchanger of the evaporator and the low temperature side refrigerant circuit of the high-temperature side refrigerant circuit is constituted, in the refrigeration system to exhibit ultimate cooling effect at the evaporator of the low temperature side refrigerant circuit,
A refrigeration having a double-pipe structure in which a capillary tube at the final stage of the low-temperature side refrigerant circuit is inserted into a suction pipe through which the refrigerant returning from the evaporator of the low-temperature side refrigerant circuit passes to the compressor. apparatus.
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