JP5806486B2

JP5806486B2 - 液体寒剤冷媒を使った冷凍庫および方法

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Publication number: JP5806486B2
Application number: JP2011056795A
Authority: JP
Inventors: ジェフリー・エス・ブルックス
Original assignee: チャート・インコーポレーテッド
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2015-11-10
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Also published as: US20110225984A1; JP2011196678A; EP2372274A2; EP2372274A3; CN102192626A; KR101797242B1; US8534079B2; CN102192626B; EP2372274B1; KR20110105353A

Description

[0001]本発明は一般に、冷凍庫に関し、より詳しくは、冷媒として液体寒剤を使用する冷凍庫に関する。

[0002]生物試料、標本、材料、製品および同様のものを保存するための冷凍庫はしばしば、冷媒として極低温液体を使用する。そのような冷凍庫は典型的には、冷凍庫貯蔵室の底部にある液体窒素などの液体寒剤のリザーバを特徴とし、製品は、そのリザーバの上に保存されるまたは極低温液体内に部分的に沈められる。冷凍庫は典型的にはまた、貯蔵室がよく断熱されるように二重壁の真空断熱構成も特徴とする。そのような冷凍庫は、近似的に−９０℃から−１９５℃に及ぶ貯蔵温度を提供する。

[0003]従来技術の液体寒剤冷凍庫の不都合は、温度が直接制御できないことである。温度は、リザーバ中の極低温液体の量を維持することによって制御される。冷凍庫貯蔵区画の温度はそれ故に、冷凍庫中の液体寒剤の量に依存して変化する。

[0004]従来技術の液体寒剤冷凍庫のさらなる不都合は、極低温液体に沈んでいる生物試料が試料容器間の交差汚染の危険性を提示するという心配がいくらかあることである。貯蔵試料容器が、極低温液体リザーバの上の冷たい蒸気中に置かれるときでさえ、もし冷凍庫が極低温液体でいっぱいになると、試料容器が極低温液体と接触するまたは極低温液体内に沈められる可能性がなおある。

[0005]液体寒剤リザーバの代わりに機械的冷却システムを使用する冷凍庫もまた、利用可能である。機械的冷却システムは典型的には、圧縮機、蒸発器、凝縮器および送風機を含む。空気が、貯蔵室を通り、冷却コイルを横断して循環されて、冷凍庫貯蔵室中の所望の温度を維持する。冷凍庫は普通、真空断熱を特徴とせず、発泡体および／またはファイバーグラス断熱材などの材料を用いて貯蔵室を断熱する。そのような冷凍庫は典型的には、−４０℃から−８０℃の範囲の貯蔵温度を提供する。

[0006]機械的冷凍庫の不都合は、機械的冷却システムが、冷凍庫貯蔵室内の所望の温度を維持するためにかなりの量の電力を必要とすることである。さらに、機械的冷却システムは、貯蔵室から熱を除去し、それを冷凍庫周辺の環境に廃棄する。これは、冷凍庫が保管される部屋にかなりの熱を追加し、その結果付加的な空気調節能力が、その部屋のために必要とされる。これは、付加的な所要電力を設備に追加する。加えて、電力障害の場合には、貯蔵室は、急速に温まることになり、そのことは、貯蔵生物材料の損失をもたらすこともあり得る。

[0007]本発明の液体寒剤冷媒を使った冷凍庫の実施形態の概略図である。 [0008]図１の制御装置によって行われる処理を示す流れ図である。

[0009]本発明の液体寒剤冷媒を使った冷凍庫の実施形態は、図１の１０で一般的に示される。冷凍庫は、貯蔵室１４を規定する内側容器１２を含む。外側ジャケット１６は、断熱空間１８が内側容器１２と外側ジャケット１６との間に規定されるように容器１２を全体的に取り囲む。断熱空間１８は好ましくは、貯蔵室１４が断熱されるように、真空に引かれる。代替実施形態では、真空断熱空間１８は、発泡体またはファイバーグラスを含むが限定されない、当技術分野で周知の断熱材料によって補完されるまたは交換されてもよい。

[0010]断熱プラグまたは蓋２０は、貯蔵室１４へのアクセスを可能にする冷凍庫の中心を外れたアクセス用開口２２内に取り外し可能に位置決めされる。蓋２０は好ましくは、ヒンジ付きブラケット２４によって冷凍庫の残りの部分に取り付けられる。回転トレイ２６は、貯蔵室１４内に位置決めされ、貯蔵されている品目を保持し、その上また蓋２０が開いているときは中心を外れたアクセス用開口２２を通じてのアクセスも提供する。

[0011]冷凍庫の貯蔵室１４、それ故にその中に貯蔵される品目は、貯蔵室の上部内に位置決めされる熱交換器によって冷却される。熱交換器は好ましくは、冷却コイル２８の形をとるが、代替熱交換器部品または構造が、代わりに使用されることもあり得る。

[0012]液体寒剤冷媒の供給部を含有する貯蔵容器２９は、給送配管３２の流入口３０と連通する。給送配管３２は、冷却コイル２８の流入口に通じる。液体窒素が、液体寒剤冷媒として以下で論じられるが、代替極低温液体が、液体窒素の代用とされることもあり得ると理解されるべきである。液体窒素は、ポンプ３３などによって給送配管３２の流入口３０へ移送するために加圧される。別法として、液体窒素は、ポンプが必要とされないように、貯蔵容器２９中の圧力下で保存されることもあり得る。圧力下で極低温液体を供給するための他の代替手段は、当技術分野で周知であり、同様に使用されてもよい。

[0013]図１の冷凍庫の運転に関して、冷凍庫の弁はすべて、最初は閉じられる。貯蔵室１４の冷却が望まれるときは、操作者は、電子制御装置３４を介して冷却サイクルを開始する。制御装置３４は、マイクロプロセッサまたは当技術分野で周知の任意の他の電子制御デバイスであってもよい。図２のブロック４３によって例示されるように、図１の制御装置３４は、自動化バイパス弁４２を開き、その結果液体窒素が、給送配管３２の流入口３０を通って流れる。

[0014]給送配管の流入口３０を加圧液体窒素源と接続する移送配管中には最初ガスがあるであろう。このガスは普通、冷凍庫の貯蔵室よりも温かいであろう。このガスが熱交換器に入ることを防止するために、流出口４０を有するバイパス配管３８もまた、冷却コイル２８の流入口と給送配管の流入口３０との間に位置決めされる給送配管３２の一部分に通じる。制御装置がバイパス弁４２を開くと、流入口３０を通って入る温かいガスは、バイパス配管３８および流出口４０を通って放出される。

[0015]給送配管３２に入るガスの温度は、給送温度センサー４４によって監視され、そのセンサーはまた、制御装置３４と通信もする。流入ガスの温度（図２の判定ブロック４５でＴ_Ｇとして示される）が、冷凍庫貯蔵室１４の温度（図２の判定ブロック４５でＴ_ＣＨとして示される）より下の温度まで冷却されたときは、図２の４８および５０でそれぞれ示されるように、制御装置は、バイパス弁４２を閉じ、パージガス弁４６が、開かれる。

[0016]結果として、液体窒素冷媒は、冷却コイル２８を通って流れる。冷却コイルを通って流れる液体窒素は、貯蔵室１４の内部のガスより冷たく、その結果液体窒素は、貯蔵室の内部から熱を吸収する。液体窒素が熱を吸収するにつれて、液体窒素は、気化され、吸収された熱をそれとともに持って熱交換器から出る。

[0017]図１で矢印５１ａおよび５１ｂによって例示されるように、貯蔵室内部の熱交換器を取り囲む、結果として生じる冷たいガスは、自然対流を介して貯蔵室全体にわたって循環する。より明確には、冷却コイルが位置決めされる貯蔵室の上部からのより高密度の冷たいガスは、降下し（矢印５１ａ）、それ故により温かいより低密度のガスが上昇して（矢印５１ｂ）冷却コイルによって冷却されることを強いる。

[0018]図１で例示されるように、開いたパージガス弁４６は、熱交換器の流出口側に位置決めされる。排気弁５６が閉じた状態にあるので、気化した窒素冷媒は、出口配管５２を通って熱交換器の流出口から出て、パージ配管５４中に進む。パージ配管５４は、冷却コイルに隣接し、冷却コイルを覆って位置決めされるパージ流出口６２を提供され、その結果窒素ガスは、パージガスとしてパージ配管から出て、貯蔵室１４に付加的な冷却を提供する。

[0019]加えて、冷却コイル２８の外面への氷形成は、その冷却コイルを冷凍庫の貯蔵室から断熱し、コイルの冷却有効性を低減する可能性がある。冷却コイル２８の上のパージ流出口６２から出る窒素パージガスは、乾燥ガスである。この乾燥窒素パージガスは、周囲空気（水を含有することもあり得る）を冷却コイルの外面周辺の空間から移動させて、コイルへの氷形成の可能性を低減する。さらに、図２のプロセスが行われるときは、パージは典型的には、十分な量の乾燥窒素パージガスが貯蔵室に導入されて、貯蔵室中のどんな湿った空気も移動させるまで継続する。

[0020]冷凍庫の所望貯蔵室温度より実質的に冷たいパージガスが貯蔵室１４中に排出するのを防止するために、制御装置３４は、パージガス温度センサー６４を介してパージガスの温度を監視する。パージ配管５４を通って進むパージガスの温度（図２の判定ブロック６６でＴ_Ｐとして示される）が、冷凍庫の貯蔵室の最小所望温度（図２の判定ブロック６６でＴ_Ｄｍｉｎとして示される）まで冷却されると、パージガス弁４６は、図２の７２で示されるように、制御装置３４によって閉じられる。

[0021]パージガス弁４６が閉じられると、冷却ガス排気弁５６は、図２の７３で示されるように、制御装置３４によって開かれて、冷却コイルからの窒素ガスを排気配管７４および排気口７６を介して冷凍庫の外部へ放出する。冷却コイル２８が、貯蔵室１４の内部のガスの温度より低い温度である限りは、対流冷却が、生じることになる。

[0022]制御装置３４は、排気ガス温度センサー８２を介して排気ガス温度を監視する。出口配管５２および排気配管７４を通って流れる窒素排気ガスの温度（図２の判定ブロック７８でＴ_Ｅとして示される）が、貯蔵室の最小所望貯蔵室温度より近似的に１０℃から２０℃下の温度（図２の判定ブロック７８でＴ_Ｄｍｉｎ−Ｘとして示される）まで冷えると、排気弁５６は、図２の８４で示されるように、制御装置によって閉じられ、その結果冷却コイル中への液体窒素の流れは、休止される。冷却コイル中の窒素（液体状または気体状）は次いで、貯蔵室から熱を吸収して、膨張または蒸発し、その結果流れのない冷却が、達成される。上記のおよび図２の判定ブロック７８での所定量Ｘは好ましくは、近似的に１０℃から２０℃であるが、代替温度量が、代わりに使用されてもよい。

[0023]排気ガス温度センサー８２は、冷凍庫の外部に位置決めされる。結果として、その温度センサーは、冷却コイル２８を通る流れがない間は周囲の外気によって温められる。いったん排気ガス温度センサーが、配管５２内のガスが最大所望貯蔵室温度（図２の判定ブロック８６でＴ_Ｄｍａｘとして示される）よりも上に温まったことを検出すると、排気弁５６は、制御装置によって再び開かれる。

[0024]図２の判定ブロック９０によって示されるように、排気弁５６は、冷凍庫貯蔵室１４が貯蔵室温度センサー９２によって測定されるように最小所望温度に冷えるまで、上記に従って反復される。その時には、判定ブロック９４によって示されるように、すべての弁は、閉じられ、制御装置は、貯蔵室温度を監視するだけである。

[0025]判定ブロック９６によって示されるように、貯蔵室の貯蔵室温度が、貯蔵室温度センサー９２によって測定されるように、最大所望温度まで再び温まると、バイパス弁４２は、制御装置によって再び開かれ、図２のプロセスが、再び始まる。

[0026]従って、図１および２の冷凍庫は、冷却コイル中の液体窒素を気化させ、次いでそのガスを冷凍庫の外部へおよび所望するならば冷凍庫が設置される部屋の外部へ放出することによって熱を貯蔵室から除去する。液体窒素を気化させることによって生成されるガスは、典型的な従来技術の機械的冷凍庫の冷媒と同様に周囲よりも上の温度の代わりに、冷凍庫貯蔵室の温度まで温めることができるだけである。結果として、熱が、冷凍庫が設置される部屋に追加されることがなく、部屋に必要とされる空気調節を増加させることはない。

[0027]図１および２の冷凍庫はまた、機械的冷凍庫の不都合がなく、典型的な従来技術の液体寒剤冷凍庫では不可能な、冷凍庫温度の制御も可能にする。加えて、図１および２の冷凍庫は、液体寒剤を冷凍庫の貯蔵室から除去することによって、貯蔵製品が液体寒剤と接触しかつ／または液体寒剤内に沈められるのを防止する。

[0028]図１および２の冷凍庫はまた、典型的な従来技術の機械的冷凍庫によって使用される機械的冷却部品も、それ故に関連する大きな所要電力も排除する。冷凍庫を監視し、制御する制御装置および運転に必要とされる関連する電磁弁を動かすために、最小電力が、図１および２の冷凍庫によって必要とされる。

[0029]さらに、電力障害の場合には、図１および２の冷凍庫は、すぐには影響を受けない。冷凍庫は、真空断熱貯蔵室を組み込むので、貯蔵室温度は、より長い期間にわたって維持され、それ故に典型的な従来技術の機械的冷凍庫によって必要とされる連続的な冷却とは対照的に、低頻度の冷却サイクルを必要とする。これは、冷凍庫内部の貯蔵温度が影響を受ける前に、電力障害問題に対処するのに十分な時間を提供する。

本願発明の実施形態は、例えば以下の通りである。
［実施形態１］
冷媒として液体寒剤を使用するための冷凍庫であって、
ａ）貯蔵室を規定する内側容器と、
ｂ）断熱空間がそこの間に規定されるように前記内側容器を全体的に取り囲む外側ジャケットと、
ｃ）前記貯蔵室中に位置決めされる熱交換器であって、前記液体寒剤冷媒が前記熱交換器を通って流れて、気化されながら前記貯蔵室を冷却できるように、前記液体寒剤冷媒の供給部と連通するように構成される流出口および流入口を有する前記熱交換器と、
ｄ）前記熱交換器の前記流出口と連通するパージ配管であって、前記熱交換器の外部に隣接して位置決めされるパージ流出口を含むパージ配管と、
ｅ）前記熱交換器からの前記気化した液体寒剤が、前記熱交換器の前記外部に選択的に向けられて、前記熱交換器への氷形成を低減できるように、前記パージ配管内に位置決めされるパージ弁とを含む、冷凍庫。
［実施形態２］
前記熱交換器は、前記貯蔵室の上部内に位置決めされる、実施形態１に記載の冷凍庫。
［実施形態３］
前記パージ流出口は、前記熱交換器を覆って位置決めされる、実施形態２に記載の冷凍庫。
［実施形態４］
前記熱交換器は、冷却コイルである、実施形態１に記載の冷凍庫。
［実施形態５］
前記パージ流出口は、前記熱交換器を覆って位置決めされる、実施形態１に記載の冷凍庫。
［実施形態６］
前記液体寒剤冷媒は、液体窒素である、実施形態１に記載の冷凍庫。
［実施形態７］
前記断熱空間は、真空断熱空間である、実施形態１に記載の冷凍庫。
［実施形態８］
前記内側容器および前記外側ジャケットを通って形成されるアクセス用開口ならびに前記アクセス用開口を取り外し可能に閉じるための蓋をさらに含む、実施形態１に記載の冷凍庫。
［実施形態９］
前記貯蔵室内に位置決めされる回転トレイをさらに含む、実施形態８に記載の冷凍庫。
［実施形態１０］
ｆ）前記熱交換器の前記流出口および前記パージ配管と連通する出口配管と、
ｇ）排気口を有する排気配管と、
ｈ）前記排気配管内に位置決めされる排気弁と、
ｉ）前記熱交換器の前記流入口と連通し、液体寒剤の前記供給部に通じるように構成される給送配管と、
ｊ）前記給送配管と連通するバイパス配管と、
ｋ）前記バイパス配管中に位置決めされるバイパス弁と、
ｌ）前記給送配管と連通する給送温度センサーと、
ｍ）前記パージ配管と連通するパージガス温度センサーと、
ｎ）前記出口配管と連通する排気ガス温度センサーと、
ｏ）前記貯蔵室と連通する貯蔵室温度センサーと、
ｐ）前記給送、パージガス、排気ガスおよび貯蔵室温度センサーならびに前記バイパス、パージおよび排気弁と通信する制御装置であって、
ｉ．前記給送配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の温度より高いときは、前記バイパス弁を開き、
ｉｉ．前記給送配管を通って流れるガスの前記温度が前記貯蔵室の前記温度より低いときは、前記バイパス弁を閉じ、
ｉｉｉ．前記パージ配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の最小所望温度より大きいときは、前記パージ弁を開き、前記排気弁を閉じ、
ｉｖ．前記パージ配管を通って流れるガスの前記温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より低いときは、前記パージ弁を閉じ、前記排気弁を開き、
ｖ．前記出口配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より所定量だけ低いときは、前記排気弁を閉じ、
ｖｉ．前記貯蔵室の温度が前記最小所望温度より小さいときは、すべての弁を閉じるようにプログラムされる制御装置とをさらに含む、実施形態１に記載の冷凍庫。
［実施形態１１］
ｐ）ｖ．の前記所定量は、近似的に１０℃から２０℃である、実施形態１０に記載の冷凍庫。
［実施形態１２］
ｆ）前記熱交換器の前記流出口および前記パージ配管と連通する出口配管と、
ｇ）排気口を有する排気配管と、
ｈ）前記排気配管内に位置決めされる排気弁とをさらに含む、実施形態１に記載の冷凍庫。
［実施形態１３］
ｉ）前記パージ配管と連通するパージガス温度センサーと、
ｊ）前記出口配管と連通する排気ガス温度センサーと、
ｋ）前記貯蔵室と連通する貯蔵室温度センサーと、
ｌ）前記パージガス、排気ガスおよび貯蔵室温度センサーならびに前記パージおよび排気弁と通信する制御装置であって、
ｉ．前記パージ配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の最小所望温度より大きいときは、前記パージ弁を開き、前記排気弁を閉じ、
ｉｉ．前記パージ配管を通って流れるガスの前記温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より低いときは、前記パージ弁を閉じ、前記排気弁を開き、
ｉｉｉ．前記出口配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より所定量だけ低いときは、前記排気弁を閉じ、
ｉｖ．前記貯蔵室の温度が前記最小所望温度より小さいときは、すべての弁を閉じるようにプログラムされる制御装置とをさらに含む、実施形態１２に記載の冷凍庫。
［実施形態１４］
ｌ）ｉｉｉ．の前記所定量は、近似的に１０℃から２０℃である、実施形態１３に記載の冷凍庫。
［実施形態１５］
ｆ）前記熱交換器の前記流入口と連通し、液体寒剤の前記供給部に通じるように構成される給送配管と、
ｇ）前記給送配管と連通するバイパス配管と、
ｈ）前記バイパス配管中に位置決めされるバイパス弁とをさらに含む、実施形態１に記載の冷凍庫。
［実施形態１６］
ｉ）前記給送配管と連通する給送温度センサーと、
ｊ）前記給送温度センサーおよび前記バイパス弁と通信する制御装置であって、前記給送配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の温度より高いときは、前記パイパス弁を開き、前記給送配管を通って流れるガスの前記温度が前記貯蔵室の前記温度より低いときは、前記パイパス弁を閉じるようにプログラムされる制御装置とをさらに含む、実施形態１５に記載の冷凍庫。
［実施形態１７］
ａ）貯蔵室を規定する内側容器と、
ｂ）断熱空間がそこの間に規定されるように前記内側容器を全体的に取り囲む外側ジャケットと、
ｃ）液体寒剤冷媒の供給部と、
ｄ）前記貯蔵室中に位置決めされる熱交換器であって、前記液体寒剤冷媒が前記熱交換器を通って選択的に流れて、気化されながら前記貯蔵室を冷却するように、前記液体寒剤冷媒の前記供給部と連通する流出口および流入口を有する熱交換器と、
ｅ）前記熱交換器の前記流出口と連通するパージ配管であって、前記熱交換器の外部に隣接して位置決めされるパージ流出口を含む前記パージ配管と、
ｆ）前記熱交換器からの前記気化した液体寒剤が、前記熱交換器の前記外部に選択的に向けられて、前記熱交換器への氷形成を低減するように、前記パージ配管内に位置決めされるパージ弁とを含む、冷凍庫。
［実施形態１８］
前記熱交換器は、前記貯蔵室の上部内に位置決めされる、実施形態１７に記載の冷凍庫。
［実施形態１９］
前記パージ流出口は、前記熱交換器を覆って位置決めされる、実施形態１８に記載の冷凍庫。
［実施形態２０］
前記熱交換器は、冷却コイルである、実施形態１７に記載の冷凍庫。
［実施形態２１］
前記パージ流出口は、前記熱交換器を覆って位置決めされる、実施形態１７に記載の冷凍庫。
［実施形態２２］
前記液体寒剤冷媒は、液体窒素である、実施形態１７に記載の冷凍庫。
［実施形態２３］
前記断熱空間は、真空断熱空間である、実施形態１７に記載の冷凍庫。
［実施形態２４］
前記内側容器および前記外側ジャケットを通って形成されるアクセス用開口ならびに前記アクセス用開口を取り外し可能に閉じるための蓋をさらに含む、実施形態１７に記載の冷凍庫。
［実施形態２５］
前記貯蔵室内に位置決めされる回転トレイをさらに含む、実施形態２４に記載の冷凍庫。
［実施形態２６］
ｇ）前記熱交換器の前記流出口および前記パージ配管と連通する出口配管と、
ｈ）排気口を有する排気配管と、
ｉ）前記排気配管内に位置決めされる排気弁と、
ｊ）前記熱交換器の前記流入口および液体寒剤の前記供給部と連通する給送配管と、
ｋ）前記給送配管と連通するバイパス配管と、
ｌ）前記バイパス配管中に位置決めされるバイパス弁と、
ｍ）前記給送配管と連通する給送温度センサーと、
ｎ）前記パージ配管と連通するパージガス温度センサーと、
ｏ）前記出口配管と連通する排気ガス温度センサーと、
ｐ）前記貯蔵室と連通する貯蔵室温度センサーと、
ｑ）前記給送、パージガス、排気ガスおよび貯蔵室温度センサーならびに前記バイパス、パージおよび排気弁と通信する制御装置であって、
ｉ．前記給送配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の温度より高いときは、前記バイパス弁を開き、
ｉｉ．前記給送配管を通って流れるガスの前記温度が前記貯蔵室の前記温度より低いときは、前記バイパス弁を閉じ、
ｉｉｉ．前記パージ配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の最小所望温度より大きいときは、前記パージ弁を開き、前記排気弁を閉じ、
ｉｖ．前記パージ配管を通って流れるガスの前記温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より低いときは、前記パージ弁を閉じ、前記排気弁を開き、
ｖ．前記出口配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より所定量だけ低いときは、前記排気弁を閉じ、
ｖｉ．前記貯蔵室の温度が前記最小所望温度より小さいときは、すべての弁を閉じるようにプログラムされる制御装置とをさらに含む、実施形態１７に記載の冷凍庫。
［実施形態２７］
ｑ）ｖ．の前記所定量は、近似的に１０℃から２０℃である、実施形態２６に記載の冷凍庫。
［実施形態２８］
ｇ）前記熱交換器の前記流出口および前記パージ配管と連通する出口配管と、
ｈ）排気口を有する排気配管と、
ｉ）前記排気配管内に位置決めされる排気弁とをさらに含む、実施形態１７に記載の冷凍庫。
［実施形態２９］
ｊ）前記パージ配管と連通するパージガス温度センサーと、
ｋ）前記出口配管と連通する排気ガス温度センサーと、
ｌ）前記貯蔵室と連通する貯蔵室温度センサーと、
ｍ）前記パージガス、排気ガスおよび貯蔵室温度センサーならびに前記パージおよび排気弁と通信する制御装置であって、
ｉ．前記パージ配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の最小所望温度より大きいときは、前記パージ弁を開き、前記排気弁を閉じ、
ｉｉ．前記パージ配管を通って流れるガスの前記温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より低いときは、前記パージ弁を閉じ、前記排気弁を開き、
ｉｉｉ．前記出口配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より所定量だけ低いときは、前記排気弁を閉じ、
ｉｖ．前記貯蔵室の温度が前記最小所望温度より小さいときは、すべての弁を閉じるようにプログラムされる制御装置とをさらに含む、実施形態２８に記載の冷凍庫。
［実施形態３０］
ｍ）ｉｉｉ．の前記所定量は、近似的に１０℃から２０℃である、実施形態２９に記載の冷凍庫。
［実施形態３１］
ｇ）前記熱交換器の前記流入口および液体寒剤の前記供給部と連通する給送配管と、
ｈ）前記給送配管と連通するバイパス配管と、
ｉ）前記バイパス配管中に位置決めされるバイパス弁とをさらに含む、実施形態１７に記載の冷凍庫。
［実施形態３２］
ｊ）前記給送配管と連通する給送温度センサーと、
ｋ）前記給送温度センサーおよび前記バイパス弁と通信する制御装置であって、前記給送配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の温度より高いときは、前記パイパス弁を開き、前記給送配管を通って流れるガスの前記温度が前記貯蔵室の前記温度より低いときは、前記パイパス弁を閉じるようにプログラムされる制御装置とをさらに含む、実施形態３１に記載の冷凍庫。
［実施形態３３］
液体寒剤冷媒の前記供給部は、前記液体寒剤冷媒を含有する加圧容器を含む、実施形態１
７に記載の冷凍庫。
［実施形態３４］
液体寒剤冷媒の前記供給部は、前記液体寒剤を含有する容器および前記容器と前記熱交換器流入口との間の回路中のポンプを含む、実施形態１７に記載の冷凍庫。
［実施形態３５］
液体寒剤冷媒を使って冷凍庫の貯蔵室を冷却するための方法であって、
ａ）前記貯蔵室の上部中に熱交換器を提供するステップと、
ｂ）前記液体寒剤冷媒を前記熱交換器に給送するステップと、
ｃ）前記貯蔵室が冷却され、寒剤冷媒蒸気が生成されるように、前記貯蔵室からの熱を使用して前記熱交換器中で前記液体寒剤冷媒を気化させるステップと、
ｄ）前記寒剤冷媒蒸気を前記熱交換器からパージするステップと、
ｅ）前記パージされた寒剤冷媒蒸気を前記熱交換器の外部に向けて、前記熱交換器への氷形成を低減するステップとを含む、方法。
［実施形態３６］
ｆ）前記寒剤冷媒蒸気の温度を検出するステップと、
ｇ）もし前記寒剤冷媒蒸気の前記温度が前記貯蔵室の所望最小温度より小さいならば、前記寒剤冷媒蒸気を前記冷凍庫の外部へ排気するステップとをさらに含む、実施形態３５に記載の方法。
[0030]本発明の好ましい実施形態が、示され、述べられたが、変形形態および変更形態が、本発明の精神から逸脱することなくその中でなされてもよく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定されることが、当業者には明らかであろう。

１０冷凍庫
１２内側容器
１４貯蔵室
１６外側ジャケット
１８断熱空間
２０断熱蓋
２２アクセス用開口
２４ヒンジ付きブラケット
２６回転トレイ
２８冷却コイル
２９貯蔵容器
３０流入口
３２給送配管
３３ポンプ
３４制御装置
３８バイパス配管
４０流出口
４２バイパス弁
４３バイパス弁を開くブロック
４４給送温度センサー
４５Ｔ_Ｇ≧Ｔ_ＣＨを判定するブロック
４６パージガス弁
４８バイパス弁を閉じるブロック
５０パージガス弁を開くブロック
５１ａガス降下の矢印
５１ｂガス上昇の矢印
５２出口配管
５４パージ配管
５６排気弁
６２パージ流出口
６４パージガス温度センサー
６６Ｔ_Ｐ≧Ｔ_Ｄｍｉｎを判定するブロック
７２パージガス弁を閉じるブロック
７３排気弁を閉じるブロック
７４排気配管
７６排気口
７８Ｔ_Ｅ≧Ｔ_Ｄｍｉｎ−Ｘを判定するブロック
８２排気ガス温度センサー
８４排気弁を閉じるブロック
８６Ｔ_Ｅ≧Ｔ_Ｄｍａｘを判定するブロック
９０Ｔ_ＣＨ≧Ｔ_Ｄｍｉｎを判定するブロック
９２貯蔵室温度センサー
９４すべての弁を閉じるブロック
９６Ｔ_ＣＨ≧Ｔ_Ｄｍａｘを判定するブロック

Claims

冷媒として液体寒剤を使用するための冷凍庫であって、
ａ）貯蔵室を規定する内側容器と、
ｂ）断熱空間がそこの間に規定されるように前記内側容器を全体的に取り囲む外側ジャケットと、
ｃ）前記貯蔵室中に位置決めされる熱交換器であって、前記液体寒剤が前記熱交換器を通って流れて、気化されながら前記貯蔵室を冷却できるように、前記液体寒剤の供給部と連通するように構成される流出口および流入口を有する熱交換器と、
ｄ）前記熱交換器の前記流出口と連通するパージ配管であって、前記熱交換器の外部に隣接して位置決めされるパージ流出口を含むパージ配管と、
ｅ）前記熱交換器からの気化した前記液体寒剤が、前記熱交換器の前記外部に選択的に向けられて、前記熱交換器への氷形成を低減できるように、前記パージ配管内に位置決めされるパージ弁と、
ｆ）前記熱交換器の前記流出口および前記パージ配管と連通する出口配管と、
ｇ）排気口を有し、前記出口配管と連通する排気配管と、
ｈ）前記排気配管内に位置決めされる排気弁と、
ｉ）前記パージ配管と連通するパージガス温度センサーと、
ｊ）前記出口配管と連通する排気ガス温度センサーと、
ｋ）前記貯蔵室と連通する貯蔵室温度センサーと、
ｌ）前記パージガス温度センサー、前記排気ガス温度センサーおよび前記貯蔵室温度センサーならびに前記パージ弁および前記排気弁と通信する制御装置であって、
ｉ．前記パージ配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の最小所望温度より大きいときは、前記パージ弁を開き、前記排気弁を閉じ、
ｉｉ．前記パージ配管を通って流れるガスの前記温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より低いときは、前記パージ弁を閉じ、前記排気弁を開き、
ｉｉｉ．前記出口配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より所定量だけ低いときは、前記排気弁を閉じ、
ｉｖ．前記貯蔵室の温度が前記最小所望温度より小さいときは、すべての弁を閉じるようにプログラムされる制御装置とを含む、冷凍庫。
前記熱交換器は、前記貯蔵室の上部内に位置決めされる、請求項１に記載の冷凍庫。
前記パージ流出口は、前記熱交換器を覆って位置決めされる、請求項２に記載の冷凍庫。
前記熱交換器は、冷却コイルである、請求項１に記載の冷凍庫。
前記パージ流出口は、前記熱交換器を覆って位置決めされる、請求項１に記載の冷凍庫。
前記液体寒剤は、液体窒素である、請求項１に記載の冷凍庫。
前記断熱空間は、真空断熱空間である、請求項１に記載の冷凍庫。
前記内側容器および前記外側ジャケットを通って形成されるアクセス用開口ならびに前記アクセス用開口を取り外し可能に閉じるための蓋をさらに含む、請求項１に記載の冷凍庫。
前記貯蔵室内に位置決めされる回転トレイをさらに含む、請求項８に記載の冷凍庫。
冷媒として液体寒剤を使用するための冷凍庫であって、
ａ）貯蔵室を規定する内側容器と、
ｂ）断熱空間がそこの間に規定されるように前記内側容器を全体的に取り囲む外側ジャケットと、
ｃ）前記貯蔵室中に位置決めされる熱交換器であって、前記液体寒剤が前記熱交換器を通って流れて、気化されながら前記貯蔵室を冷却できるように、前記液体寒剤の供給部と連通するように構成される流出口および流入口を有する熱交換器と、
ｄ）前記熱交換器の前記流出口と連通するパージ配管であって、前記熱交換器の外部に隣接して位置決めされるパージ流出口を含むパージ配管と、
ｅ）前記熱交換器からの気化した前記液体寒剤が、前記熱交換器の前記外部に選択的に向けられて、前記熱交換器への氷形成を低減できるように、前記パージ配管内に位置決めされるパージ弁と、
ｆ）前記熱交換器の前記流出口および前記パージ配管と連通する出口配管と、
ｇ）排気口を有し、前記出口配管と連通する排気配管と、
ｈ）前記排気配管内に位置決めされる排気弁と、
ｉ）前記熱交換器の前記流入口と連通し、前記液体寒剤の供給部に通じるように構成される給送配管と、
ｊ）前記給送配管と連通するバイパス配管と、
ｋ）前記バイパス配管中に位置決めされるバイパス弁と、
ｌ）前記給送配管と連通する給送温度センサーと、
ｍ）前記パージ配管と連通するパージガス温度センサーと、
ｎ）前記出口配管と連通する排気ガス温度センサーと、
ｏ）前記貯蔵室と連通する貯蔵室温度センサーと、
ｐ）前記給送温度センサー、前記パージガス温度センサー、前記排気ガス温度センサーおよび前記貯蔵室温度センサーならびに前記バイパス弁、前記パージ弁および前記排気弁と通信する制御装置であって、
ｉ．前記給送配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の温度より高いときは、前記バイパス弁を開き、
ｉｉ．前記給送配管を通って流れるガスの前記温度が前記貯蔵室の前記温度より低いときは、前記バイパス弁を閉じ、
ｉｉｉ．前記パージ配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の最小所望温度より大きいときは、前記パージ弁を開き、前記排気弁を閉じ、
ｉｖ．前記パージ配管を通って流れるガスの前記温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より低いときは、前記パージ弁を閉じ、前記排気弁を開き、
ｖ．前記出口配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より所定量だけ低いときは、前記排気弁を閉じ、
ｖｉ．前記貯蔵室の温度が前記最小所望温度より小さいときは、すべての弁を閉じるようにプログラムされる制御装置とを含む、冷凍庫。
ｐ）ｖ．の前記所定量は、近似的に１０℃から２０℃である、請求項１０に記載の冷凍庫。
ｌ）ｉｉｉ．の前記所定量は、近似的に１０℃から２０℃である、請求項１に記載の冷凍庫。
ｍ）前記熱交換器の前記流入口と連通し、前記液体寒剤の供給部に通じるように構成される給送配管と、
ｎ）前記給送配管と連通するバイパス配管と、
ｏ）前記バイパス配管中に位置決めされるバイパス弁とをさらに含む、請求項１に記載の冷凍庫。
ｐ）前記給送配管と連通する給送温度センサーと、
ｑ）前記給送温度センサーおよび前記バイパス弁と通信する制御装置であって、前記給送配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の温度より高いときは、前記パイパス弁を開き、前記給送配管を通って流れるガスの前記温度が前記貯蔵室の前記温度より低いときは、前記パイパス弁を閉じるようにプログラムされる制御装置とをさらに含む、請求項１３に記載の冷凍庫。
冷媒として液体寒剤を使用する冷凍庫であって、貯蔵室を規定する内側容器と、前記貯蔵室中に位置決めされる熱交換器と、前記熱交換器の流出口と連通し、前記熱交換器からの気化した前記液体寒剤が前記熱交換器の外部に選択的に向けられるように前記熱交換器の外部に隣接して位置決めされるパージ流出口を含むパージ配管と、前記パージ配管内に位置決めされるパージ弁と、前記熱交換器の流出口および前記パージ配管と連通する出口配管と、前記出口配管と連通する排気配管と、前記排気配管内に位置決めされる排気弁と、を備える前記冷凍庫の前記貯蔵室を冷却するための方法であって、
ａ）前記液体寒剤を前記熱交換器に給送するステップと、
ｂ）前記貯蔵室が冷却され、寒剤冷媒蒸気が生成されるように、前記貯蔵室からの熱を使用して前記熱交換器中で前記液体寒剤を気化させるステップと、
ｃ）前記パージ配管を通って流れるガスの温度を検出するステップと、
ｄ）前記パージ配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の最少所望温度より大きいときには、前記パージ弁を開き、前記排気弁を閉じるステップと、
ｅ）前記パージ配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の前記最小所望温度より低いときには、前記パージ弁を閉じ、前記排気弁を開くステップと、
ｆ）前記出口配管を通って流れるガスの温度を検出するステップと、
ｇ）前記出口配管を通って流れるガスの温度が前記貯蔵室の前記最少所望温度より所定量だけ低いときには、前記排気弁を閉じるステップと、
ｈ）前記貯蔵室の温度を検出するステップと、
ｉ）前記貯蔵室の温度が前記最少所望温度より低いときには、すべての弁を閉じるステップとを含む、方法。