JP2018136061A - 冷凍装置および断熱材充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒タンクの断熱性を確保しつつ、冷媒タンクを好適に設置することができる冷凍装置および断熱材充填方法を提供する。【解決手段】冷媒を一時的に貯留して冷媒回路の内圧上昇を緩和させる冷媒タンク２０６，３０６を有する冷凍装置であって、冷媒タンクは、冷媒回路により冷却される冷凍貯蔵室を内包する内箱１０４を覆う断熱材１０５の内部、かつ、内箱１０４の表面から所定距離以上離れた位置に配置される。また、内箱１０４および断熱材１０５を内包する外箱１０１をさらに有し、内箱１０４と外箱１０１との間に、断熱材１０５が充填されている。【選択図】図５

Description

本開示は、冷媒タンクを有する冷凍装置および断熱材充填方法に関する。

効率よく−８０℃等の超低温環境を作り出すことができる冷凍装置として、カスケードコンデンサを用いた二元冷凍装置が普及している。二元冷凍装置は、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路とを有するが、各冷凍回路の低圧側に、起動時の回路内の圧力上昇を抑制するために、冷媒を一時的に貯蔵する冷媒タンクが設けられることがある。この冷媒タンクは、回路内の冷媒量に応じて起動性を担保するために、内容積をある程度大きくする必要があるが、冷媒タンクの内容積を大きくすると、その設置スペースが問題となる。

特許文献１には、冷媒タンクを管状体で構成し、断面積を小さくして延在長さを長くとることで、必要な内容積を確保するとともに、管状体を適宜曲げることで任意の形状で形成し、狭い隙間等に配置して、冷媒タンクをコンパクトに設置することができる冷却装置が開示されている。

特開２０１０−７８３０７号公報

特許文献１に開示された冷却装置では、収納室を内部画成した箱体の天板に載置され、冷却装置の一部および冷却装置を制御する制御用電装箱が配置される機械室の底部に設けられた、機械室に配置される機器の共通基板となる台板の内部や、機械室・収納室の中に管状体の冷媒タンクを収納している。このため、収納室、機械室や台板の形状に合わせて冷媒タンクを構成する管状体を複雑な形状に加工する必要があり、多大な加工コストが必要となる。

本開示の目的は、冷媒タンクの断熱性を確保しつつ、冷媒タンクを好適に設置することができる冷凍装置および断熱材充填方法を提供することである。

本開示の冷凍装置は、冷媒を一時的に貯留して冷媒回路の内圧上昇を緩和させる冷媒タンクと、前記冷媒回路により冷却される冷凍貯蔵室を内包する内側筐体と、前記内側筐体を覆う断熱材と、を有し、前記冷媒タンクは、前記断熱材の内部、かつ、前記内側筐体の外壁面から所定距離以上離れた位置に配置される。

本開示の断熱材充填方法は、冷媒回路により冷却される冷凍貯蔵室を内包する内側筐体の周囲に断熱材を充填する断熱材充填方法であって、冷媒を一時的に貯留して前記冷媒回路の内圧上昇を緩和させる冷媒タンクの周囲にあらかじめ第２の断熱材を設け、前記冷媒タンクを、前記内側筐体と、前記内側筐体を内包する外側筐体との間に配置した後、前記内側筐体と前記外側筐体との間に前記断熱材を充填させる。

本開示によれば、冷媒タンクの断熱性を確保しつつ、冷媒タンクを好適に設置することができる。

本開示の実施の形態に係る冷凍装置の内部構成を例示した図 冷凍装置の外観の一例を示す斜視図 図２のＡ−Ａ断面図 図２のＢ−Ｂ断面図 図２のＢ−Ｂ断面図であって、冷媒タンクを外箱と内箱との間に配置した様子を示す図 図２のＢ−Ｂ断面図であって、第２の例における冷媒タンクを外箱と内箱との間に配置した様子を示す図

以下、本開示の実施の形態に係る冷凍装置について図面を参照して詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明、例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明等は省略する場合がある。

なお、以下の説明および参照される図面は、当業者が本開示を理解するために提供されるものであって、本開示の請求の範囲を限定するためのものではない。

＜冷凍装置の内部構成＞
図１は、本開示の実施の形態に係る冷凍装置の１００の内部構成を例示した図である。図１に示すように、冷凍装置１００は、高温側冷媒回路Ｈと低温側冷媒回路Ｌとを有する。高温側冷媒回路Ｈは、圧縮機２０１、凝縮器２０２、減圧弁２０３、蒸発器２０４が直列に連結されて構成される。また、低温側冷媒回路Ｌは、圧縮機３０１、凝縮器３０２、減圧弁３０３、蒸発器３０４が直列に連結されて構成される。

図１に示すように、高温側冷媒回路Ｈの蒸発器２０４と、低温側冷媒回路Ｌの凝縮器３０２とは併設されており、蒸発器２０４で蒸発させた高温側冷媒回路Ｈの冷媒の気化熱により、低温側冷媒回路Ｌの冷媒を凝縮器３０２において冷却して凝縮させることができる。低温側冷媒回路Ｌにおいて、凝縮器３０２で冷却された冷媒を蒸発器３０４で蒸発させることによって、高温側冷媒回路Ｈの蒸発器２０４で得られる冷熱より低い冷熱を低温側冷媒回路Ｌの蒸発器３０４で得ることができる。

また、図１に示すように、高温側冷媒回路Ｈおよび低温側冷媒回路Ｌは、それぞれ低圧側、すなわち圧縮機２０１，３０１の冷媒吸込側に、減圧手段であるキャピラリーチューブ２０５，３０５を介して冷媒タンク２０６，３０６が接続されている。冷媒タンク２０６，３０６は、高温側冷媒回路Ｈおよび低温側冷媒回路Ｌ中の冷媒を一時的に貯留し、回路内の内圧上昇を緩和させるものである。

＜冷凍装置の外観＞
図２は、冷凍装置１００の外観の一例を示す斜視図である。図２に示すように、冷凍装置１００は、外箱１０１、扉１０２、土台１０３を有する。外箱１０１は、冷凍装置１００の最も外側の筐体であって、後述する内箱１０４および断熱材１０５をその内部に収容する箱体である。外箱１０１は、本開示の外側筐体の一例である。外箱１０１の前面は開口されており、例えばヒンジによって開閉可能に外箱１０１の一面に接続された扉１０２が閉じられることにより、その開口が閉塞される。土台１０３は、外箱１０１および内箱１０４を支持する土台であって、例えば内部に上記説明した高温側冷媒回路Ｈおよび低温側冷媒回路Ｌの構成の一部が収容されている。

図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。また、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。図３および図４に示すように、外箱１０１の内部には、内箱１０４と、断熱材１０５とが収容されている。

内箱１０４は、低温側冷媒回路Ｌの蒸発器３０４で得られた冷熱により、例えば−８０℃の超低温まで冷却される冷凍貯蔵室を内包する箱体である。内箱１０４は、本開示の内側筐体の一例である。外箱１０１と同様に、内箱１０４の前面も開口されており、扉１０２が閉じられることにより開口が閉塞される。

内箱１０４の外壁面と外箱１０１の内壁面との間には、あらかじめ設定された厚さ以上の断熱材１０５が設けられる。より具体的には、内箱１０４の上面、下面、左右側面、背面の各面と、外箱１０１の上面、下面、左右側面、背面の各面との間に、断熱材１０５が設けられる。内箱１０４および外箱１０１の上面、下面、左右側面、背面のそれぞれに設けられる断熱材の厚さは、それぞれ異なっていてもよい。断熱材１０５の厚さは、冷凍装置１００に対して要求される冷凍貯蔵室内の温度等によってあらかじめ決定される。

また、扉１０２の少なくとも一部も断熱材料で構成されている。断熱材１０５および扉１０２に使用される断熱材料としては、発泡ウレタン（ポリウレタン）、ポリスチレン、ポリエチレン、グラスウール等が挙げられる。断熱材１０５は、外箱１０１の内壁面と内箱１０４の外壁面とに接するように設けられる。この断熱材１０５および扉１０２によって、内箱１０４内の冷凍貯蔵室内が低温のまま維持される。

＜冷媒タンクの配置＞
上記した冷媒タンク２０６，３０６は、冷媒を一時貯留して回路内の内圧上昇を緩和するという性質上、所定以上の内容積が必要となる。本開示の実施の形態に係る冷凍装置１００では、以下のような方法により冷媒タンク２０６，３０６の設置スペースを確保する。

＜第１の例＞
第１の例では、冷媒タンク２０６，３０６は、外箱１０１の内壁面と内箱１０４の外壁面との間、すなわち断熱材１０５の内部に配置される。冷媒タンク２０６，３０６を外箱１０１と内箱１０４との間に配置した様子を図５に示す。図５は、図２のＢ−Ｂ断面図であって、冷媒タンク２０６，３０６を外箱１０１と内箱１０４との間に配置した様子を示す図である。なお、図５においては、冷媒タンク２０６が図の左側、冷媒タンク３０６が右側となっているが、反対でもよい。

図５において、冷媒タンク２０６，３０６は、円柱形状の管状部材であることが想定されている。図５に示す冷媒タンク２０６，３０６は、冷凍装置１００の設置面（例えば、床面）に対して垂直な方向に沿って配置されていることが想定されている。冷媒タンク２０６，３０６の太さは、本開示では特に限定しないが、冷媒タンク２０６，３０６の必要な内容積と、外箱１０１の内壁面と内箱１０４の外壁面との間において冷媒タンク２０６，３０６が取り得る長さと、によって決定されればよい。

内箱１０４内の冷凍貯蔵室の低温維持のためには、冷媒タンク２０６，３０６が内箱１０４の外壁面に近接することは望ましくない。このため、冷媒タンク２０６，３０６は、内箱１０４の外壁面から所定距離以上離れた位置に設けられる。外箱１０１の内側で、かつ内箱１０４の外壁面からの距離を最も離すことができるのは、外箱１０１の四隅近傍である。そして、前面側には開口があるため、図５に示す例では、冷媒タンク２０６，３０６は、外箱１０１と内箱１０４との間の、背面側の両隅角部に配置されている。

このような配置により、冷媒タンク２０６，３０６の十分な内容積を確保しつつ、また冷媒タンク２０６，３０６によって冷凍装置１００全体の大きさを大きくすることなく、さらに十分な断熱性を確保しつつ、冷媒タンク２０６，３０６を配置することができる。また、冷媒タンク２０６，３０６が外箱１０１に内包されるので、冷媒タンク２０６，３０６が外箱１０１によって保護される。すなわち、外部に露出した冷媒タンク２０６，３０６に対して、例えば冷凍装置１００以外の物が当たって破損することで、冷媒が漏れ出す事態を防止することができる。

＜第１の例における冷媒タンクの配置方法＞
以下では、断熱材１０５として発泡ウレタンを用いる場合に、図５に示す位置に冷媒タンク２０６，３０６を配置する方法について説明する。

まず、断熱材１０５が設けられていない状態で、外箱１０１に対して内箱１０４と冷媒タンク２０６，３０６の位置決めを行う。断熱材１０５の厚さはあらかじめ決まっているため、外箱１０１の内壁面に対してあらかじめ断熱材１０５の厚さ分だけ内箱１０４の外壁面が離れた位置となるように内箱１０４が固定を固定する。そして、冷媒タンク２０６，３０６を、内箱１０４の外壁面からできるだけ離れた位置である、外箱１０１の背面側の両隅角部に配置して固定する。

この状態で外箱１０１と内箱１０４との間に発泡したウレタンを注入し、固化させることによって、外箱１０１と内箱１０４との間に配置された断熱材１０５の内部に冷媒タンク２０６，３０６を配置することができる。

＜第２の例＞
第２の例では、冷媒タンク２０６，３０６は、外箱１０１の内壁面と内箱１０４の外壁面との間に配置される点は第１の例と同様だが、冷媒タンク２０６，３０６の周囲にあらかじめ所定厚さの断熱材１０６が設けられている点で第１の例と異なる。断熱材１０６は、本開示の第２の断熱材の一例である。図６は、図２のＢ−Ｂ断面図であって、第２の例における冷媒タンク２０６，３０６を外箱１０１と内箱１０４との間に配置した様子を示す図である。なお、図６においても、図５と同様に、冷媒タンク２０６が図の左側、冷媒タンク３０６が右側となっているが、反対でもよい。

図６に示す例においても、冷媒タンク２０６，３０６は円柱形状の管状部材で構成されている。断熱材１０６は、この管状部材に所定厚さの断熱材料を巻き付ける、あるいは管状部材に対して発泡材料を吹き付ける等の方法によって形成される。断熱材１０６として使用される断熱材料は、断熱材１０５と同様、発泡ウレタン（ポリウレタン）、ポリスチレン、ポリエチレン、グラスウール等である。

このように所定厚さの断熱材１０６が周囲に設けられた冷媒タンク２０６，３０６が、図６に示すように、外箱１０１と内箱１０４との間の、背面側の両隅角部に配置される。冷媒タンク２０６，３０６がこの位置に配置される理由は、図５に示す例と同様に、内箱１０４の外壁面からできるだけ離れた位置に冷媒タンク２０６，３０６を配置するためである。

このような配置により、冷媒タンク２０６，３０６の十分な内容積を確保しつつ、また冷媒タンク２０６，３０６によって冷凍装置１００全体の大きさを大きくすることなく、さらに内箱１０４の十分な断熱性を確保しつつ、冷媒タンク２０６，３０６を配置することができる。また、冷媒タンク２０６，３０６が外箱１０１に内包されるので、冷媒タンク２０６，３０６が外箱１０１によって保護される。すなわち、外部に露出した冷媒タンク２０６，３０６に対して、例えば冷凍装置１００以外の物が当たって破損することで、冷媒が漏れ出す事態を防止することができる。

さらに、図６に示す例では、冷媒タンク２０６，３０６の周囲に所定厚さの断熱材１０６が設けられている。例えば図５に示す例では、外箱１０１の内壁面と冷媒タンク２０６，３０６の外壁面とが接触する場合があったが、図６に示す例では断熱材１０６によって外箱１０１の内壁面と冷媒タンク２０６，３０６の外壁面が直接接触しないので、冷媒タンク２０６，３０６の断熱性をより向上させることができる。

＜第２の例における冷媒タンクの配置方法＞
以下では、断熱材１０５として発泡ウレタンを用いる場合に、図６に示す位置に冷媒タンク２０６，３０６を配置する方法について説明する。

まず、何らかの方法によって、円柱形状の管状部材である冷媒タンク２０６，３０６の周囲に、所定以上の厚さの断熱材１０６を設ける。断熱材１０６を設ける方法としては、例えば、あらかじめシート状に形成された断熱材１０６を冷媒タンク２０６，３０６に巻き付けるようにしてもよいし、冷媒タンク２０６，３０６に対して例えばスプレー等により、厚さが所定厚さ以上となるように発泡ウレタン等の断熱材料を吹き付けるようにしてもよい。

次に、第１の例と同様に内箱１０４の位置決めを行う。そして、周囲に断熱材１０６が設けられた冷媒タンク２０６，３０６を、内箱１０４の外壁面からできるだけ離れた位置である、外箱１０１の背面側の両隅角部に配置して固定する。この際、例えば断熱材１０６が周囲に設けられた冷媒タンク２０６，３０６の断面形状が四角形等、外箱１０１の内壁面と接する面積が大きくなるような形状となるように断熱材１０６を形成すれば、周囲に断熱材１０６が設けられた冷媒タンク２０６，３０６を特に固定する必要がなく、外箱１０１の背面側の両隅角部に置くだけで位置決めを行うことができる。これにより、冷媒タンク２０６，３０６配置時の作業性が向上する。

この状態で外箱１０１と内箱１０４との間に発泡したウレタンを注入し、固化させることによって、図６に例示した位置に冷媒タンク２０６，３０６を配置することができる。この際、例えば注入されたウレタンが外箱１０１と内箱１０４との間にうまく充填されない事態が生じたとしても、少なくとも冷媒タンク２０６，３０６の周囲には既に断熱材１０６が配置されているので、確実に冷媒タンク２０６，３０６の断熱を行うことができる。

＜作用・効果＞
以上説明したように、本開示の実施の形態に係る冷凍装置１００は、冷媒を一時的に貯留して冷媒回路の内圧上昇を緩和させる冷媒タンク２０６，３０６を有する冷凍装置であって、冷媒タンクは、冷媒回路により冷却される冷凍貯蔵室を内包する内箱１０４を覆う断熱材１０５の内部、かつ、内箱１０４の表面から所定距離以上離れた位置に配置される。また、本開示の実施の形態に係る冷凍装置１００は、内箱１０４および断熱材１０５を内包する外箱１０１をさらに有し、内箱１０４と外箱１０１との間に、断熱材１０５が充填されている。

このような構成により、冷媒タンク２０６，３０６の十分な内容積を確保しつつ、また冷媒タンク２０６，３０６によって冷凍装置１００全体の大きさを大きくすることなく、さらに内箱１０４の十分な断熱性を確保しつつ、冷媒タンク２０６，３０６を配置することができる。また、冷媒タンク２０６，３０６が外箱１０１に内包されるので、冷媒タンク２０６，３０６が外箱１０１によって保護される。すなわち、外部に露出した冷媒タンク２０６，３０６に対して、例えば冷凍装置１００以外の物が当たって破損することで、冷媒が漏れ出す事態を防止することができる。

さらに、本開示の実施の形態に係る冷凍装置１００において、断熱材１０５は、周囲に所定厚さ以上の断熱材１０６があらかじめ設けられた冷媒タンク２０６，３０６が内箱１０４と外箱１０１との間に配置された後、内箱１０４と外箱１０１との間に充填されて配置される。これにより、外箱１０１の内壁面と冷媒タンク２０６，３０６の外壁面が直接接触しないので、冷媒タンク２０６，３０６の断熱性をより向上させることができる。また、例えば注入されたウレタンが外箱１０１と内箱１０４との間にうまく充填されない事態が生じたとしても、少なくとも冷媒タンク２０６，３０６の周囲には既に断熱材１０６が配置されているので、確実に冷媒タンク２０６，３０６の断熱を行うことができる。

また、例えば断熱材１０６が周囲に設けられた冷媒タンク２０６，３０６の断面形状が四角形等、外箱１０１の内壁面と接する面積が大きくなるような形状となるように断熱材１０６を形成することで、周囲に断熱材１０６が設けられた冷媒タンク２０６，３０６を特に固定する必要がなく、外箱１０１の背面側の両隅角部に置くだけで位置決めを行うことができる。これにより、冷媒タンク２０６，３０６配置時の作業性が向上する。

＜変形例＞
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素は任意に組み合わせられてもよい。

上記した実施の形態において、冷媒タンク２０６，３０６が、外箱１０１と内箱１０４との間の、背面側の両隅角部に配置されるとしたが、本開示では、冷媒タンク２０６，３０６の位置は両隅角部には限定されない。冷媒タンク２０６，３０６は、外箱１０１と内箱１０４との間の断熱材１０５の内部であって、内箱１０４の外壁面から所定距離以上離れた位置であれば、どこに配置してもよい。

また、上記した実施の形態において、冷媒タンク２０６，３０６が冷凍装置１００の設置面に対して垂直な方向に沿って配置されるとしたが、本開示では、冷媒タンク２０６，３０６の配置方向は設置面に対して垂直な方向には限定されない。冷媒タンク２０６，３０６は、外箱１０１と内箱１０４との間の断熱材１０５の内部であって、内箱１０４の外壁面から所定距離以上離れた位置であれば、例えば設置面に対して斜めや真横になるように配置されてもよい。

さらに、上記した実施の形態では、冷媒タンク２０６，３０６が円柱形状の管状部材であるとしたが、本開示では、冷媒タンク２０６，３０６の形状については円柱形状の管状部材には限定されない。冷媒タンク２０６，３０６は、例えば円柱形状以外の管状部材であってもよい。また、冷媒タンク２０６，３０６は、断面円形の管状部材であって、長尺方向において曲げられた形状をとってもよい。

本開示は、冷媒回路の内圧上昇を緩和するための冷媒タンクを有する冷凍装置に有用である。

１００ 冷凍装置
１０１ 外箱
１０２ 扉
１０３ 土台
１０４ 内箱
１０５ 断熱材
１０６ 断熱材
２０１，３０１ 圧縮機
２０２，３０２ 凝縮器
２０３，３０３ 減圧弁
２０４，３０４ 蒸発器
２０５，３０５ キャピラリーチューブ
２０６，３０６ 冷媒タンク
Ｈ 高温側冷媒回路
Ｌ 低温側冷媒回路

Claims (4)

1. 冷媒を一時的に貯留して冷媒回路の内圧上昇を緩和させる冷媒タンクと、
   前記冷媒回路により冷却される冷凍貯蔵室を内包する内側筐体と、
   前記内側筐体を覆う断熱材と、
   を有し、
   前記冷媒タンクは、前記断熱材の内部、かつ、前記内側筐体の外壁面から所定距離以上離れた位置に配置される、
   冷凍装置。
2. 前記内側筐体および前記断熱材を内包する外側筐体をさらに有し、
   前記内側筐体と前記外側筐体との間に、前記断熱材が配置されている、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記冷媒タンクの周囲に設けられた、所定厚さ以上の第２の断熱材をさらに有する、
   請求項１または２に記載の冷凍装置。
4. 冷媒回路により冷却される冷凍貯蔵室を内包する内側筐体の周囲に断熱材を充填する断熱材充填方法であって、
   冷媒を一時的に貯留して前記冷媒回路の内圧上昇を緩和させる冷媒タンクの周囲にあらかじめ第２の断熱材を設け、
   前記冷媒タンクを、前記内側筐体と、前記内側筐体を内包する外側筐体との間に配置した後、
   前記内側筐体と前記外側筐体との間に前記断熱材を充填させる、
   断熱材充填方法。
   

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