JP6748780B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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Description

本発明は冷凍装置に関する。
従来、庫内が例えば−８５℃となる超低温フリーザー等の冷凍装置として、二元冷凍装置が用いられている。二元冷凍装置は、高温側冷凍回路と、低温側冷凍回路と、これらの冷凍回路中を流れる各冷媒間の熱交換を行う熱交換器とを備える。また、超低温フリーザー等の冷凍装置としては、他に、冷凍回路中の冷媒が気液分離された後に、液体側の冷媒を膨張させて得られた低温冷媒と気体側の冷媒とを熱交換させる熱交換器を備える冷凍装置が用いられている。これらの熱交換器はカスケードコンデンサとも呼ばれる。
このような二元冷凍装置において、高温側冷凍回路を循環する冷媒（以下、「高温側冷媒」）はカスケードコンデンサで蒸発し、低温側冷凍回路を循環する冷媒（以下、「低温側冷媒」）からカスケードコンデンサにおいて熱を奪う。このとき、低温側冷媒は凝縮液化する。また、低温側冷媒は低温側冷凍回路を構成する蒸発器内で蒸発し、蒸発器に隣接する冷凍室内を冷却する。
二元冷凍装置の１つが特許文献１に開示されている。この二元冷凍装置は、発泡断熱材が充填された断熱箱体を備えている。当該断熱箱体内には中間熱交換器（カスケードコンデンサ）が設けられている。また、断熱箱体の上部に冷蔵室が配されるとともに、冷蔵室の背面に第１蒸発器（蒸発器）が配されている。
特開２０１２−７７８１号公報
特許文献１に記載の二元冷凍装置は、上記のとおりの構成を有しているが、カスケードコンデンサと蒸発器との間における断熱は、特許文献１の図１に示されるように、断熱箱体に充填された発泡断熱材の一部によって行われている。本発明者らが検討を行ったところ、このような断熱構造では、以下のような問題が生じることが明らかとなった。
すなわち、断熱箱体を構成する内箱とカスケードコンデンサとの間に断熱材を十分に充填することができず、この部分に断熱材が充填されていない無充填部分及び／又は断熱材が不足して薄くなっている充填不足部分が生じる場合があることが判明した。
このような状態となると、圧縮機から吐出され高温となった低温側冷媒が供給されるカスケードコンデンサと、膨張弁等の絞り膨張手段を通過して低温となった低温側冷媒が供給される蒸発器との間で、熱伝達が生じる。このような熱伝達が生じると、二元冷凍装置の性能が低下してしまう。
カスケードコンデンサと蒸発器との間で熱伝達が生じると性能が低下してしまうことは、二元冷凍装置に限られず、カスケードコンデンサを備える冷凍装置に共通して言えることである。
本発明はこのような状況に鑑みなされたものであり、カスケードコンデンサと蒸発器との間における熱伝達を低減させることが可能な冷凍装置を提供することを課題とする。
本発明に係る冷凍装置は、内箱と、前記内箱の外側に前記内箱と間隔を空けて配置された外箱と、冷凍回路を構成する蒸発器と、前記冷凍回路を構成する減圧器と、前記冷凍回路を構成するカスケードコンデンサと、を備えた冷凍装置であって、前記冷凍装置の正面に設けられた扉と、前記冷凍装置の背面、かつ、前記蒸発器と前記カスケードコンデンサの間に配置される断熱ボードと、断熱材と、前記カスケードコンデンサが載置される載置部を有するカスケードコンデンサ配置部と、を備え、前記カスケードコンデンサ配置部には、前記蒸発器の入口、前記蒸発器の出口及び前記減圧器が設けられ、前記断熱ボードは、前記冷凍装置の正面から見た場合に、前記断熱ボードの背後に隠れて前記カスケードコンデンサが見えなくなる大きさ及び形状を有し、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の厚さであり、前記内箱から前記外箱に向かって、前記蒸発器、前記断熱ボード、および、前記カスケードコンデンサが順に配置されており、前記内箱と前記外箱との間の空間に前記断熱材が前記断熱ボードと密着するように充填されている。
本発明に係る冷凍装置は、内箱と、前記内箱の外側に前記内箱と間隔を空けて配置された外箱と、冷凍回路を構成する蒸発器と、前記冷凍回路を構成するカスケードコンデンサと、前記蒸発器と前記カスケードコンデンサの間に配置される断熱ボードと、断熱材と、を備え、前記内箱から前記外箱に向かって、前記蒸発器、前記断熱ボード、および、前記カスケードコンデンサが順に配置されており、前記内箱と前記外箱との間の空間に前記断熱材が前記断熱ボードと密着するように充填されている。
本発明によれば、カスケードコンデンサと蒸発器との間における熱伝達を低減させることが可能な冷凍装置を提供することができる。
第１の実施形態に係る冷凍装置の背面図 冷凍回路及びその構成機器を示す回路図 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面矢視図 内箱及び蒸発器の斜視図 参考例の水平断面図 参考例のカスケードコンデンサ配置部周辺の模式図 参考例のカスケードコンデンサ配置部周辺の変形後の模式図 第１の実施形態に係る冷凍装置のカスケードコンデンサ配置部周辺の模式図 第２の実施形態に係る冷凍装置の水平断面図 第３の実施形態に係る冷凍装置の水平断面図 第４の実施形態に係る冷凍装置の内部構成図 断熱ボードの変形例の斜視図
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本発明はこの実施形態により限定されるものではない。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る冷凍装置の背面図である。冷凍装置１は、機械収納部２と、その上方に設けられた本体３を備える。
機械収納部２の内部には、冷凍回路６０（図２参照）を構成する各種機器及び制御部が配置されている。冷凍回路６０及び冷凍回路６０を構成する各種機器については後に詳細に説明する。
本体３の背面には、第１カスケードコンデンサ６１６（後述）及び第２カスケードコンデンサ６２６（後述）等が配置されるカスケードコンデンサ配置部３９（後述）が設けられているとともに、カスケードコンデンサ配置部３９を塞ぐ蓋３１が取り付けられている。
図２は、冷凍回路６０を構成する主な機器を示す回路図である。冷凍回路６０は、互いに独立して冷媒が循環する第１冷凍回路６１０及び第２冷凍回路６２０を有する。第１冷凍回路６１０と第２冷凍回路６２０は、両方を同時に作動させることができる。また、省エネやメンテナンスを目的として、第１冷凍回路６１０と第２冷凍回路６２０の何れか一方のみを作動させることも可能である。
第１冷凍回路６１０は、第１圧縮機６１１と、第１プレコンデンサ６１２及び第１コンデンサ６１３と、気液を分ける第１分流器６１４と、第１補助減圧器６１５及び第１カスケードコンデンサ６１６と、第１減圧器６１７及び第１蒸発器管６１８とを備える。第１圧縮機６１１から吐出された冷媒（第１冷媒）が再び第１圧縮機６１１に戻るように上記各機器が所定の配管（第１配管）で接続されている。第１冷凍回路６１０には例えば４種類の冷媒を有する非共沸混合冷媒（以後、単に「冷媒」と称する）が封入されている。
また、第１冷凍回路６１０は、第１オイルクーラ６１１ａを第１圧縮機６１１内のオイル溜りに備え、第１環状配管６１１ｂを第１プレコンデンサ６１２及び第１オイルクーラ６１１ａの間に備える。
第１圧縮機６１１は、吸込んだ冷媒を圧縮して第１プレコンデンサ６１２に吐出する。
第１プレコンデンサ６１２は、第１圧縮機６１１から吐出される冷媒を放熱させるための例えば銅又はアルミニウム製の管を蛇行させたものである。
第１コンデンサ６１３は、第１プレコンデンサ６１２から出力される冷媒を更に放熱させるための例えば銅又はアルミニウム製の管を蛇行させたものである。
これら第１プレコンデンサ６１２及び第１コンデンサ６１３は、例えば同じ管板に一体に構成されている。なお、第１プレコンデンサ６１２及び第１コンデンサ６１３近傍には、第１プレコンデンサ６１２及び第１コンデンサ６１３に同時に送風を行うことができるように、第１共用ファン６１９が配置されている。
第１分流器６１４は、第１コンデンサ６１３から出力される冷媒を、液相の冷媒と、気相の冷媒とに分流する。分流後、液相の冷媒は第１補助減圧器６１５（例えばキャピラリチューブ）にて減圧された後、第１カスケードコンデンサ６１６の第１外側管６１６ａで蒸発する。
第１カスケードコンデンサ６１６は、第１外側管６１６ａ及び第１内側管６１６ｂを有する例えば銅又はアルミニウム製の２重管である。第１内側管６１６ｂには第１分流器６１４からの気相冷媒が流れる。第１外側管６１６ａでは液相冷媒が蒸発して第１内側管６１６ｂを流れる気相冷媒を冷却する。
第１減圧器６１７（例えばキャピラリチューブ）は、第１カスケードコンデンサ６１６の第１内側管６１６ｂで冷却され液相となった冷媒を減圧し、第１蒸発器管６１８に出力する。
第１蒸発器管６１８は、第１減圧器６１７によって減圧された冷媒を蒸発させるための例えば銅又はアルミニウム製の管であり、本体３を構成する内箱３５（図３参照）の開口を除く外面に熱的に接触するように貼付されている。第１蒸発器管６１８は後述する第２蒸発器管６２８とともに蒸発器管３８を構成する。
冷媒が第１蒸発器管６１８で蒸発（気化）する際の冷却作用によって内箱３５内が冷却される。第１蒸発器管６１８で蒸発して気相となった冷媒は、第１カスケードコンデンサ６１６にて先の蒸発した冷媒と合流し、共に第１圧縮機６１１に吸い込まれる。
第２冷凍回路６２０は、第１冷凍回路６１０と同様の構成を有している。すなわち、第２圧縮機６２１と、第２プレコンデンサ６２２及び第２コンデンサ６２３と、気液を分ける第２分流器６２４と、第２補助減圧器６２５及び第２カスケードコンデンサ６２６と、第２減圧器６２７及び第２蒸発器管６２８とを備える。第２圧縮機６２１から吐出された冷媒（第２冷媒）が再び第２圧縮機６２１に戻るように上記各機器が所定の配管（第２配管）で接続されている。第２冷凍回路６２０には第１冷凍回路６１０と同様の冷媒が封入されている。
また、第２冷凍回路６２０は、第１冷凍回路６１０と同様に、第２オイルクーラ６２１ａと、第２環状配管６２１ｂとを備える。第２カスケードコンデンサ６２６は、第２外側管６２６ａ及び第２内側管６２６ｂを有する。
なお、第２プレコンデンサ６２２及び第２コンデンサ６２３は、例えば同じ管板に一体に構成されている。なお、第２プレコンデンサ６２２及び第２コンデンサ６２３近傍には、第２プレコンデンサ６２２及び第２コンデンサ６２３に同時に送風を行うことができるように、第２共用ファン６２９が配置されている。
また、第１環状配管６１１ｂ及び第２環状配管６２１ｂは、本体３の開口の周囲に設けられる。この開口の周囲の部分は、結露や霜付きが発生しやすい部分である。しかしながら、第１環状配管６１１ｂ及び第２環状配管６２１ｂには比較的高温の冷媒が供給されるため、本体３の開口の周囲の部分を加温することができ、結露や霜付きの発生を防止することができる。
以上のように構成された冷凍装置１においては、第１冷凍回路６１０及び／又は第２冷凍回路６２０によって、具体的には、第１蒸発器管６１８及び／又は第２蒸発器管６２８の内部を流れる冷媒によって、冷却室３２（後述）が冷却される。
図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面矢視図を図３に示す。本体３は、前方が開口した鉄板製の内箱３５と、内箱３５の外側に内箱３５と間隔を空けて配置され、前方が開口した鉄板製の外箱３６と、内箱３５と外箱３６との間の空間に充填された断熱材３７とを備える。断熱材３７は、ムース状の液体で供給された後に固化して多数の独立気泡を有するスポンジ状となった樹脂、例えば発泡ウレタンで作られている。内箱３５の内部には被冷却物が収納される冷却室３２が形成されている。外箱３６には、ヒンジ３３（図１参照）を介して、扉３４が開閉可能に取り付けられている。なお、扉３４は任意の断熱部材を鉄板で取り囲んだ構造となっている板状部材である。第１環状配管６１１ｂ及び第２環状配管６２１ｂは図示が省略されている。
図４は、背面側下方から見た内箱３５の斜視図である。図４に示されるように、内箱３５の外面には、蒸発器管３８を構成する第１蒸発器管６１８及び第２蒸発器管６２８が、内箱３５すなわち図３に示される冷却室３２を取り囲むように張り巡らされている。第１蒸発器管６１８及び第２蒸発器管６２８はそれぞれ複数の直管部３８３を有している。
第１蒸発器管６１８及び第２蒸発器管６２８は、内箱３５の外面、具体的には、下面３５１、右側面３５２、背面３５３、左側面（不図示）及び上面（不図示）に沿って、これらの面に接触するように配設されている。第１蒸発器管６１８及び第２蒸発器管６２８は、例えば、片面に粘着層が設けられたアルミニウム等の金属製のテープ（不図示）によって、内箱３５の外面に取り付けられている。第１蒸発器管６１８は第１蒸発器管入口６１８ａ及び第１蒸発器管出口６１８ｂを有する。また、第２蒸発器管６２８は第２蒸発器管入口６２８ａ及び第２蒸発器管出口６２８ｂを有する。
再び図３を参照する。図３に示されるように、本体３の背面には、カスケードコンデンサ配置部３９が設けられている。カスケードコンデンサ配置部３９は、内箱３５の外側且つ外箱３６の内側となる位置に設けられている。また、カスケードコンデンサ配置部３９は、内箱３５と外箱３６との間に充填された断熱材３７によって上下左右が取り囲まれている。
カスケードコンデンサ配置部３９は、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６が載置される載置部（不図示）を有する。カスケードコンデンサ配置部３９には、第１蒸発器管入口６１８ａ、第１蒸発器管出口６１８ｂ、第２蒸発器管入口６２８ａ及び第２蒸発器管出口６２８ｂが配置される。また、第１減圧器６１７及び第２減圧器６２７が配置される。第１蒸発器管入口６１８ａは、第１減圧器６１７を介して第１カスケードコンデンサ６１６（第１内側管６１６ｂ）に接続される。第１蒸発器管出口６１８ｂは、第１カスケードコンデンサ６１６（第１外側管６１６ａ）を介して第１圧縮機６１１に接続される。第２蒸発器管入口６２８ａは、第２減圧器６２７を介して第２カスケードコンデンサ６２６（第２内側管６２６ｂ）に接続される。第２蒸発器管出口６２８ｂは、第２カスケードコンデンサ６２６（第２外側管６２６ａ）を介して第２圧縮機６２１に接続される。
また、本実施形態に係る冷凍装置１においては、外箱３６に穴３６１が設けられている。穴３６１が設けられる位置は、カスケードコンデンサ配置部３９の背面側に相当する位置である。
カスケードコンデンサ配置部３９には、内箱３５側から外箱３６側に向かって順に、蒸発器管３８の一部、断熱ボード５１、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６が配置される。断熱ボード５１は例えば粘着テープ（不図示）によって内箱３５の背面３５３に固定される。第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６は左右に並置される。機器が配置された後、蓋３１によってカスケードコンデンサ配置部３９は塞がれる。なお、蓋３１は外箱３６に対して図示しないボルト等によって着脱自在に取り付けられており、第１カスケードコンデンサ６１６又は第２カスケードコンデンサ６２６のメンテナンスが行われる際には取り外される。また、蓋３１は任意の断熱部材を鉄板で取り囲んだ構造となっている板状部材である。
断熱ボード５１は、予め工場等において公知の方法によって成形された、内部に多数の独立気泡を有する樹脂製の板部材であり、例えば硬質ポリウレタン製である。なお、断熱ボード５１は、十分な断熱性と、自身の板形状を維持できる剛性を備える部材であればどのようなものであっても良く、例えば、芯材にガラス繊維が入っている部材であるいわゆる真空断熱材、又は真空断熱材と十分な剛性を有する板部材を積層した部材であってもよい。
断熱ボード５１は、カスケードコンデンサ配置部３９に断熱ボード５１と、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６とを配置し、冷凍装置１の正面側からこれらを見た場合に、断熱ボード５１の背後に隠れて第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６が見えなくなる大きさ及び形状を有している。よって、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と蒸発器管３８との間における熱伝達に断熱ボード５１を介在させ、当該熱伝達を確実に低減させることができる。
断熱ボード５１の厚さは１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが好ましい。厚さを１０ｍｍ以上とすることで、十分に大きな断熱性及び機械的強度（剛性）を得ることができる。また、２０ｍｍ以下とすることにより、内箱３５と外箱３６との間の空間（カスケードコンデンサ配置部３９）に占める厚み方向の割合を比較的小さくすることができ、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６を配置するためのスペースを十分に確保することができる。なお、真空断熱材を用いる場合は、厚さが１ｍｍ程度あれば、十分な断熱性を得ることができる。
また、断熱ボード５１の熱伝導率は、十分な断熱性能を得るために、０．０５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、０．０３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることがより好ましく、０．０２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが更に好ましい。
なお、断熱材３７の充填は、蒸発器管３８が取り付けられた内箱３５と外箱３６とが、間隔を空けて配置されるとともに、蒸発器管３８の外箱３６側に断熱ボード５１が配置された後に行われることが好ましい。そうすることによって、断熱ボード５１の上下左右の空間を隙間なく断熱材３７で充填し、カスケードコンデンサ配置部３９周りの断熱性を高めることができる。
以上のように構成されている本実施形態に係る冷凍装置１においては、冷凍回路６０中の冷媒は蒸発器管３８において蒸発し、蒸発器管３８の周囲は超低温となる。よって、内箱３５を介して蒸発器管３８に取り囲まれている冷却室３２を低温にすることができる。また、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と蒸発器管３８との間における熱伝達は断熱ボード５１によって妨げられる。よって、冷凍装置１の性能を向上させることができる。
ここで、参考例の冷凍装置と比較しながら、本実施形態に係る冷凍装置１が奏する作用、効果について更に詳しく説明する。
図５は、参考例に係る冷凍装置１の水平断面図である。参考例に係る冷凍装置１においては、ムース状の液体で供給された後に固化して多数の独立気泡を有するスポンジ状となった断熱材３７が、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と蒸発器管３８との間に充填されている。断熱材３７の充填は、図５に示されるように、フィルムシート７１と、カスケードコンデンサ配置部３９に対応した形状を有するとともに断熱材３７の充填時にのみ配置される治具７２とが、カスケードコンデンサ配置部３９に配置された状態で行われる。なお、図４は、参考例に係る冷凍装置１の製造途中の様子を示す図であるため、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６は図示されていない。これら２つのカスケードコンデンサは、治具７２が取り外された後、図３に示される実施形態の場合と同様に、カスケードコンデンサ配置部３９に配置される。
参考例に係る冷凍装置１は、製造時にフィルムシート７１と蒸発器管３８との間に十分な量の断熱材３７が充填されることが望まれるが、治具７２と蒸発器管３８及び内箱３５との間隔が狭くなっている。また、参考例に係る冷凍装置１は、治具７２と蒸発器管３８及び内箱３５との間の部分の面積が大きくなっている（言い換えると、断熱材３７が進入する距離が長くなっている）。そのため、図５に示されるように、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６（いずれも不図示）と蒸発器管３８との間には、断熱材３７がない無充填部分３７１や、断熱材３７が薄い充填不足部分３７２といった不具合が充填のばらつきによって生じる。したがって、参考例に係る冷凍装置１においては、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と蒸発器管３８との間における熱伝達を十分に低減させることができない。
これに対し、本実施形態に係る冷凍装置１においては、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と蒸発器管３８との間に、貫通孔や薄い部分がない断熱ボード５１が配置されている。したがって、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と、蒸発器管３８との間における熱伝達を効果的に低減することができる。本実施形態に係る冷凍装置１によれば、カスケードコンデンサ配置部３９の大きさ、すなわち、配置されるカスケードコンデンサの数や大きさに関わらず、また、断熱材３７の充填不足時の不具合の恐れなく、熱伝達低減効果を得ることができる。
また、図６Ａは、図５中のＶＩａ−ＶＩａ断面矢視図であり、カスケードコンデンサ配置部３９の周囲を示す図である。図６Ａに示されるように、参考例に係る冷凍装置１においては、無充填部分３７１や充填不足部分３７２が存在する。そのため、輸送時や製造時等に冷凍装置１に振動又は衝撃が加わり、カスケードコンデンサ配置部３９を取り囲む断熱材３７に図６Ａ中に矢印で示されるような力が加わると、断熱材３７が変形し、図６Ｂに示すように、割れ３７３が生じる恐れがある。割れ３７３が生じると断熱材３７の断熱性能が更に低下するので、冷凍装置１の性能は更に低下してしまう。また、低温となる蒸発器管３８と断熱材３７の外側とが割れ３７３を介して連通してしまうので、蒸発器管３８の周囲で結露が発生する恐れが高くなる。結露した水は周辺の金属製の部材の腐食や樹脂製の部材の加水分解を引き起こす恐れがある。
これに対し、本実施形態に係る冷凍装置１においては、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と蒸発器管３８との間に、断熱ボード５１が配置されている。断熱ボード５１は貫通孔や薄い部分がない上に、剛性が高い。しかも、図３のＶＩｃ−ＶＩｃ断面矢視図（但し、カスケードコンデンサ配置部３９の周辺）である図６Ｃに示されるように、充填された断熱材３７と、断熱ボード５１とは密着しており、それらの間に隙間はない。よって、輸送時や製造時等に冷凍装置１に振動又は衝撃が加わり、図６Ｃに矢印で示されるような力がカスケードコンデンサ配置部３９を取り囲む断熱材３７に加わっても、断熱材３７が変形し、割れてしまう恐れはない。すなわち、断熱ボード５１によって、断熱材３７の機械的強度を高めることができる。ひいては、断熱材３７が割れることに起因する冷凍装置１の性能低下や部材の劣化を確実に防止することができる。
なお、本実施形態に係る冷凍装置１において、冷凍回路６０及び冷凍回路６０を構成するカスケードコンデンサの数は、２つずつでなくても良いことは勿論であり、１つずつであっても良いし、３つずつ以上であっても良い。
（第２の実施形態）
次に、図７を参照しながら、第２の実施形態について、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。図７は本実施形態に係る冷凍装置１の水平断面図である。本実施形態に係る冷凍装置１を構成する第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６は、組み立て後のメンテナンスを必要としない。そのため、外箱３６は穴３６１（図２参照）を有していない。したがって、第１の実施形態に係る冷凍装置１が有している蓋３１を本実施形態に係る冷凍装置１は有していない。
第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と外気との間における熱伝達、ひいては冷凍装置１の性能低下を防止するためには、これらのカスケードコンデンサと外箱３６との間に何らかの断熱体を配置する必要がある。
そこで、本実施形態においては、図７に示されるように、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と外箱３６との間に、第２の断熱ボード５２が配置されている。よって、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と外箱３６との間の距離を比較的小さくしつつ、十分な断熱性を得ることができる。よって、冷凍装置１の奥行きを小さくすることができる。したがって、冷凍装置１の設置に必要なスペースを小さくすることによって、設置の自由度が増すとともに、輸送や保管時に必要となるスペースも小さなものとすることができる。
第２の断熱ボード５２は、カスケードコンデンサ配置部３９に第２の断熱ボード５２と、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６とを配置し、冷凍装置１の背面側からこれらを見た場合に、第２の断熱ボード５２の背後に隠れて第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６が見えなくなる大きさ及び形状を有している。よって、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と外気との間における熱伝達に第２の断熱ボード５２を介在させ、当該熱伝達を確実に低減させることができる。
第２の断熱ボード５２の厚さは１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが好ましい。１０ｍｍ以上とすることで、十分に大きな断熱性及び機械的強度（剛性）を得ることができる。また、２０ｍｍ以下とすることにより、内箱３５と外箱３６との間の空間（カスケードコンデンサ配置部３９）に占める厚み方向の割合を比較的小さくすることができる。なお、真空断熱材を用いる場合は、厚さが１ｍｍ程度あれば、十分な断熱性を得ることができる。
また、第２の断熱ボード５２の熱伝導率は、十分な断熱性能を得るために、０．０５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、０．０３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることがより好ましく、０．０２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが更に好ましい。
なお、断熱材３７の充填は、蒸発器管３８が取り付けられた内箱３５と外箱３６とが、間隔を空けて配置されるとともに、蒸発器管３８の外箱３６側に断熱ボード５１、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６、並びに、第２の断熱ボード５２が配置された後に行われることが好ましい。そうすることによって、断熱ボード５１、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６、並びに、第２の断熱ボード５２それぞれの上下左右の空間を隙間なく断熱材３７で充填し、カスケードコンデンサ配置部３９周りの断熱性を高めることができる。
以上のように構成されている本実施形態に係る冷凍装置１においては、冷凍回路６０中の冷媒は蒸発器管３８において蒸発し、蒸発器管３８の周囲は超低温となる。よって、内箱３５を介して蒸発器管３８に取り囲まれている冷却室３２の内部を低温にすることができる。また、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と蒸発器管３８との間における熱伝達は断熱ボード５１によって妨げられる。更に、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と外気との間における熱伝達は第２の断熱ボード５２によって妨げられる。よって、冷凍装置１の性能を向上させることができる。
なお、第２の断熱ボード５２も、第１の断熱ボード５１と同様、断熱材３７の機械的強度を高める効果を奏するものである。
（第３の実施形態）
次に、図８を参照しながら、第３の実施形態について、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。図８は本実施形態に係る冷凍装置１の水平断面図である。本実施形態に係る冷凍装置１においては、カスケードコンデンサ配置部３９内に、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６が左右に並置されている。
第１冷凍回路６１０と、第２冷凍回路６２０との間で到達目標温度又は冷媒流量等の運転条件が異なると、第１カスケードコンデンサ６１６の内部を流れる冷媒の温度と、第２カスケードコンデンサ６２６の内部を流れる冷媒の温度が異なることとなる。その場合、第１カスケードコンデンサ６１６と第２カスケードコンデンサ６２６との間で熱伝達が生じる恐れがある。そのような熱伝達が生じると、冷凍装置１の性能が低下する恐れがある。
そこで、本実施形態に係る冷凍装置１においては、第１カスケードコンデンサ６１６と第２カスケードコンデンサ６２６との間に、第３の断熱ボード５３が配置されている。よって、第１カスケードコンデンサ６１６と第２カスケードコンデンサ６２６との間における熱伝達を低減させ、冷凍装置１の性能を向上させることができる。
第３の断熱ボード５３は、カスケードコンデンサ配置部３９に第３の断熱ボード５３と、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６とを配置し、側面側からこれらを見た場合に、第３の断熱ボード５３の背後に隠れて一方のカスケードコンデンサが見えなくなる大きさ及び形状を有している。よって、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６の間における熱伝達に第３の断熱ボード５３を介在させ、当該熱伝達を確実に低減させることができる。
第３の断熱ボード５３の厚さは１０ｍｍ以上とすることが好ましい。厚さを１０ｍｍ以上とすることで、十分に大きな断熱性及び機械的強度（剛性）を得ることができる。なお、真空断熱材を用いる場合は、厚さが１ｍｍ程度あれば、十分な断熱性を得ることができる。
また、第２の断熱ボード５２の熱伝導率は、十分な断熱性能を得るために、０．０５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、０．０３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることがより好ましく、０．０２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが更に好ましい。
なお、本実施形態に係る冷凍装置１においては、カスケードコンデンサは３つ以上配置されていても良い。その場合、複数のカスケードコンデンサの間それぞれに第３の断熱ボード５３を配置することが好ましい。そうすることによって、複数のカスケードコンデンサそれぞれの間における熱伝達を確実に低減させることができる。
（第４の実施形態）
次に、図９を参照しながら、第４の実施形態について、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。図９は背面側下方から見た内箱３５の斜視図である。また、図９には、冷凍装置１に組み付けられる前の断熱ボード５１と、直管部規制部材５４が示されている。なお、図９中には、組み付け後の直管部規制部材５４も破線で示されている。
蒸発器管３８は、内箱３５の背面３５３において、互いに平行且つ均等間隔とされた複数本の直管部３８３（第１蒸発器管６１８の一部及び第２蒸発器管６２８の一部）を有している。本実施例に係る冷凍装置１においては、上方に配置された直管部３８３同士の間隔は、下方に配置された直管部３８３同士の間隔よりも狭い。複数本の直管部３８３のうち、第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６と断熱ボード５１を介して対向する２本の対向直管部３８４は、内箱３５と図示しない第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６の間、すなわち、内箱３５と断熱ボード５１との間に配置されている。
また、本実施形態に係る冷凍装置１は、直管部３８３の位置を規制する部材である直管部規制部材５４を３つ有している。これらの直管部規制部材５４は互いに同じ寸法の正面視長方形の板状部材であり、その厚さは直管部３８３の外径とほぼ等しく、例えば１０ｍｍである。直管部規制部材５４は、直管部３８３の位置を規制することができる剛性を有する。
本実施形態に係る冷凍装置１においては、直管部規制部材５４が直管部３８３同士の間に隔離されるようにタイリング配置され、例えば粘着テープ等によって、内箱３５の背面３５３の所定位置に固定される。よって、直管部３８３を所定の位置に互いに等間隔に配置することが容易にできる。したがって、図示しない冷却室３２内を均等に冷却することができる。なお、直管部規制部材５４の数が３つに限られないことは勿論である。
また、直管部規制部材５４を構成する部材は、内箱３５すなわち冷却室３２と第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６との間における熱伝達を低減できる断熱体、例えば、断熱ボード５１と同じ構造を有する部材で構成することが好ましい。そのように構成すれば、冷却対象である冷却室３２と第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６との間における熱伝達を低減させ、冷凍装置１の性能を向上させることができる。
なお、本実施形態においては、断熱ボード５１は、対向直管部３８４及び直管部規制部材５４を覆うように配置される。
本実施形態に係る冷凍装置１が備える断熱ボード５１の変形例を図１０に示す。図１０に示される断熱ボード５１は、突出部５５を３つ有している。言い換えると、溝５６を２つ有している。これらの突出部５５は、直管部規制部材として機能する。すなわち、これらの突出部５５は、断熱ボード５１から図９に示される直管部３８３同士の間に向けて突出し、隣接する直管部３８３の位置を規制する。言い換えると、溝５６に対向直管部３８４が挿入されることによって、対向直管部３８４を含む直管部３８３の位置が規制される。よって、このような断熱ボード５１によれば、直管部３８３を所定の位置に規制し、図示しない冷却室３２内を均等に冷却することができる。また、このような断熱ボード５１によれば、タイリング配置に比べて断熱ボード５１の溝５６と直管部３８３との間の隙間が小さくなる。よって、冷却対象である冷却室３２と第１カスケードコンデンサ６１６及び第２カスケードコンデンサ６２６との間における熱伝達を低減させ、冷凍装置１の性能をより向上させることができる。しかも、このような断熱ボード５１は、図９に示されるように直管部規制部材５４と断熱ボード５１とが別体である場合と比較して、一部材であるが故に設置作業が簡便に行えるという利点を有している。
また、断熱ボード５１は、直管部３８３に押しつけられた時に直管部３８３の形状に応じて容易に変形するクッション材のような板状部材が、剛性を有する板状部材に積層されて構成された部材であっても良い。
本発明に係る冷凍装置が上述した各実施形態に限られず、種々の変更が可能なことは勿論である。例えば、第２の断熱ボード５２、第３の断熱ボード５３及び直管部規制部材５４のいずれか２つ以上を併用するものであっても良い。
２０１７年５月２３日出願の特願２０１７−１０１９６０の日本出願に含まれる明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明によれば、カスケードコンデンサと蒸発器との間における熱伝達を低減させることが可能な冷凍装置を提供することができる。よって、その産業上の利用可能性は多大である。
１ 冷凍装置
２ 機械収納部
３ 本体
３１ 蓋
３２ 冷却室
３３ ヒンジ
３４ 扉
３５ 内箱
３５１ 下面
３５２ 右側面
３５３ 背面
３６ 外箱
３６１ 穴
３７ 断熱材
３７１ 無充填部分
３７２ 充填不足部分
３７３ 割れ
３８ 蒸発器管
３８３ 直管部
３８４ 対向直管部
３９ カスケードコンデンサ配置部
５１ 断熱ボード
５２ 第２の断熱ボード
５３ 第３の断熱ボード
５４ 直管部規制部材
５５ 突出部
５６ 溝
６０ 冷凍回路
６１０ 第１冷凍回路
６１１ 第１圧縮機
６１１ａ 第１オイルクーラ
６１１ｂ 第１環状配管
６１２ 第１プレコンデンサ
６１３ 第１コンデンサ
６１４ 第１分流器
６１５ 第１補助減圧器
６１６ 第１カスケードコンデンサ
６１６ａ 第１外側管
６１６ｂ 第１内側管
６１７ 第１減圧器
６１８ 第１蒸発器管
６１８ａ 第１蒸発器管入口
６１８ｂ 第１蒸発器管出口
６１９ 第１共用ファン
６２０ 第２冷凍回路
６２１ 第２圧縮機
６２１ａ 第２オイルクーラ
６２１ｂ 第２環状配管
６２２ 第２プレコンデンサ
６２３ 第２コンデンサ
６２４ 第２分流器
６２５ 第２補助減圧器
６２６ 第２カスケードコンデンサ
６２６ａ 第２外側管
６２６ｂ 第２内側管
６２７ 第２減圧器
６２８ 第２蒸発器管
６２８ａ 第２蒸発器管入口
６２８ｂ 第２蒸発器管出口
６２９ 第２共用ファン
７１ フィルムシート
７２ 治具

Claims (16)

  1. 内箱と、
    前記内箱の外側に前記内箱と間隔を空けて配置された外箱と、
    冷凍回路を構成する蒸発器と、
    前記冷凍回路を構成する減圧器と、
    前記冷凍回路を構成するカスケードコンデンサと、を備えた冷凍装置であって、
    前記冷凍装置の正面に設けられた扉と、
    前記冷凍装置の背面、かつ、前記蒸発器と前記カスケードコンデンサの間に配置される断熱ボードと、
    断熱材と、
    前記カスケードコンデンサが載置される載置部を有するカスケードコンデンサ配置部と、を備え、
    前記カスケードコンデンサ配置部には、前記蒸発器の入口、前記蒸発器の出口及び前記減圧器が設けられ、
    前記断熱ボードは、前記冷凍装置の正面から見た場合に、前記断熱ボードの背後に隠れて前記カスケードコンデンサが見えなくなる大きさ及び形状を有し、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の厚さであり、
    前記内箱から前記外箱に向かって、前記蒸発器、前記断熱ボード、および、前記カスケードコンデンサが順に配置されており、前記内箱と前記外箱との間の空間に前記断熱材が前記断熱ボードと密着するように充填されている、
    冷凍装置。
  2. 前記断熱ボードとともに前記カスケードコンデンサを挟む位置に配置される第２の断熱ボードを更に備える、
    請求項１に記載の冷凍装置。
  3. 前記カスケードコンデンサを複数個備える、
    請求項１又は２に記載の冷凍装置。
  4. 前記複数個のカスケードコンデンサの間に配置される第３の断熱ボードを更に備える、
    請求項３に記載の冷凍装置。
  5. 前記蒸発器は互いに平行な複数の直管部を有する蒸発器であり、
    前記直管部同士の間に配置された直管部規制部材を更に備える、
    請求項１乃至４のいずれかに記載の冷凍装置。
  6. 前記直管部規制部材は断熱部材である、
    請求項５に記載の冷凍装置。
  7. 前記直管部規制部材は前記断熱ボードから前記直管部同士の間に突出する突出部である、
    請求項５又は６に記載の冷凍装置。
  8. 前記断熱ボードは、前記蒸発器と前記カスケードコンデンサの間に隙間無く配置された、
    請求項１乃至７のいずれかに記載の冷凍装置。
  9. 前記カスケードコンデンサ配置部を塞ぐ蓋を更に備え、
    前記蓋は、断熱部材を板で取り囲んだ構造である
    請求項１乃至８のいずれかに記載の冷凍装置。
  10. 前記断熱ボードは、樹脂製の板部材である
    請求項１乃至９のいずれかに記載の冷凍装置。
  11. 前記断熱ボードは、真空断熱材と板部材とを積層した部材である
    請求項１乃至９のいずれかに記載の冷凍装置。
  12. 前記第２の断熱ボードは、前記冷凍装置の背面側から見た場合に、前記第２の断熱ボードの背後に隠れて前記カスケードコンデンサが見えなくなる大きさ及び形状を有している
    請求項２、又は、請求項２を引用する場合の請求項３乃至１１のいずれかに記載の冷凍装置。
  13. 前記第２の断熱ボードの厚さは１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である
    請求項２、又は、請求項２を引用する場合の請求項３乃至１２のいずれかに記載の冷凍装置。
  14. 前記第３の断熱ボードは、前記冷凍装置の側面側から見た場合に、前記第３の断熱ボードの背後に隠れて前記カスケードコンデンサが見えなくなる大きさ及び形状を有している
    請求項４、又は、請求項４を引用する場合の請求項５乃至１３のいずれかに記載の冷凍装置。
  15. 前記第３の断熱ボードの厚さは１０ｍｍ以上である
    請求項４、又は、請求項４を引用する場合の請求項５乃至１４のいずれかに記載の冷凍装置。
  16. 内箱と、
    前記内箱の外側に前記内箱と間隔を空けて配置された外箱と、
    冷凍回路を構成する蒸発器と、
    前記冷凍回路を構成するカスケードコンデンサと、
    前記蒸発器と前記カスケードコンデンサの間に配置される断熱ボードと、
    断熱材と、
    を備え、
    前記内箱から前記外箱に向かって、前記蒸発器、前記断熱ボード、および、前記カスケードコンデンサが順に配置されており、前記内箱と前記外箱との間の空間に前記断熱材が前記断熱ボードと密着するように充填されている、
    冷凍装置。
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