JP7281546B2 - 冷凍装置、及び、温度センサ取付構造 - Google Patents

Description

本開示は、冷凍装置、特に、二元冷媒回路を備える冷凍装置、並びに、温度センサ取付管及び温度センサ取付構造に関する。

例えば特許文献１に開示されるように、従来、高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とを備え、高温側冷媒回路中の冷媒によって低温側冷媒回路中の冷媒を冷却する二元冷媒回路を備える冷凍装置が用いられている。

一般的に、冷凍装置は、冷却対象物が配置される収納庫の温度が目標温度になるように、圧縮機等の被制御機器の制御が行われる。

特開平１１－２０１５６９号公報

冷凍装置が二元冷媒回路を備える場合、冷媒回路が２系統あり、構成が複雑である。そのため、単に収納庫内の温度を検出し、その温度が目標温度になるように被制御機器を制御するだけでは、必ずしも効率が良い運転にならない可能性がある。

本開示は、冷凍装置をより効率的に作動させることを目的とする。

本開示に係る冷凍装置の一態様は、
高温側圧縮機を有し、高温側冷媒が循環する高温側冷媒回路と、
低温側圧縮機を有し、低温側冷媒が循環する低温側冷媒回路と、
高温側冷媒によって低温側冷媒を冷却するカスケード熱交換器と、
制御部と、
を備え、
低温側冷媒回路は、
カスケード熱交換器の下流側に配置された低温側減圧器と、
カスケード熱交換器と低温側減圧器とを接続し、大表面積部、大表面積部に上流側から接続された上流側配管、及び大表面積部に下流側から接続された下流側配管を有する配管部と、
温度センサと、
温度センサを外気と遮断された状態で収納し、外周面が大表面積部に接触した状態で設置された温度センサ取付管と、を有し、
制御部は、温度センサの検出値に基づいて高温側圧縮機及び低温側圧縮機の少なくとも一方を制御する。

本開示によれば、冷凍装置をより効率的に作動させることができる。

本開示の第１実施形態に係る冷凍装置の回路図である。 本開示の第１実施形態に係る温度センサ取付管の正面図である。 本開示の第１実施形態に係る温度センサ取付管の縦断面図である。 本開示の第１実施形態に係る温度センサ取付構造を示す図である。 本開示の第２実施形態に係る温度センサ取付管の正面図である。 本開示の第２実施形態に係る温度センサ取付管の縦断面図である。 本開示の第２実施形態に係る温度センサ取付構造を示す図である。 本開示の第２実施形態に係る冷凍装置が備える冷媒回路を示す図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本開示はこの実施形態により限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態に係る冷凍装置が備える冷媒回路の一例を示している。冷媒回路１は、例えば、収納庫の内部温度が－８０℃以下となる超低温フリーザのような冷凍装置に備え付けられている。

冷媒回路１は、互いに独立して冷媒が循環する高温側冷媒回路１０及び低温側冷媒回路２０を有する二元冷媒回路である。

高温側冷媒回路１０は、高温側圧縮機１１と、高温側凝縮器１２と、高温側減圧器１３と、高温側蒸発器１４と、乾燥器１５と、受液器１６とを備える。

高温側蒸発器１４は、後に説明するカスケード熱交換器３０の外管であり、後述する第２熱交換器２３を取り囲んでいる。

高温側圧縮機１１から吐出された冷媒（高温側冷媒）が再び高温側圧縮機１１に戻るように上記各機器が所定の配管（高温側配管）で接続されている。高温側冷媒は、図１中の矢印の方向に循環する。すなわち、高温側冷媒回路１０では、高温側冷媒が、高温側圧縮機１１、高温側凝縮器１２、乾燥器１５、高温側減圧器１３、高温側蒸発器１４、受液器１６をこの順に流れ、高温側圧縮機１１に帰還する。なお、高温側冷媒回路１０における冷凍サイクルによって、高温側蒸発器１４において－４０℃程度まで温度を下げることができる。

低温側冷媒回路２０は、低温側圧縮機２１と、第１熱交換器２２と、第２熱交換器２３と、低温側減圧器２４と、低温側蒸発器２５と、大表面積部２６とを備える。

低温側圧縮機２１から吐出された冷媒（低温側冷媒）が再び低温側圧縮機２１に戻るように上記各機器が所定の配管（低温側配管）で接続されている。低温側冷媒は、図１中の矢印の方向に循環する。すなわち、低温側冷媒回路２０では、低温側冷媒が、低温側圧縮機２１、第１熱交換器２２、第２熱交換器２３、大表面積部２６、低温側減圧器２４、低温側蒸発器２５をこの順に流れ、低温側圧縮機２１に帰還する。なお、低温側冷媒回路２０における冷凍サイクルによって、低温側蒸発器２５において－８０℃以下の超低温が得られる。

第１熱交換器２２は、その内部を通過する冷媒を気相のまま冷却する。なお、第１熱交換器２２は、その内部を通過する冷媒を凝縮させる凝縮器であってもよい。

第２熱交換器２３は、カスケード熱交換器３０の内管である。すなわち、内管である第２熱交換器２３が、外管である高温側蒸発器１４に囲まれている。カスケード熱交換器３０内では、高温側蒸発器１４内を通過する低温の冷媒と、第２熱交換器２３内を通過する高温の冷媒とが熱交換する。このとき、第２熱交換器２３内を通過する高温の冷媒は、凝縮する。なお、第１熱交換器２２が凝縮器である場合、第２熱交換器２３は、その内部を通過する液相の冷媒を冷却する。

また、第２熱交換器２３の下流側に位置する上流側配管２６ａと、低温側減圧器２４の上流側に位置する下流側配管２６ｂとの間には、内部を低温側冷媒が流れる大表面積部２６が配置されている。大表面積部２６は、低温側配管、特に、上流側配管２６ａ及び下流側配管２６ｂのいずれよりも、冷媒が流れる方向の単位長さ当たりの表面積が大きい部位である。大表面積部２６は、例えば、大径の配管や容器状部材である。大径の配管とは少なくとも上流側配管２６ａおよび下流側配管２６ｂよりも冷媒が流れる方向の単位長さあたりの容積が大きい配管である。また、容器状部材は例えば、低温側冷媒回路２０中の水分を吸着するデハイドレータである。また、大表面積部２６は、上流側配管２６ａ及び下流側配管２６ｂの内径と同じ大きさの内径を有し、上流側配管２６ａ及び下流側配管２６ｂよりも肉厚の配管であってもよい。以下の説明では、大表面積部２６は、容器状部材であるとして説明する。

大表面積部２６には、上流側から上流側配管２６ａが接続されている。上流側配管２６ａは、第２熱交換器２３と大表面積部２６を接続してもよい。

大表面積部２６には、下流側から下流側配管２６ｂが接続されている。下流側配管２６ｂは、大表面積部２６と低温側減圧器２４を接続してもよい。

また、大表面積部２６に流入する冷媒は液体となっている。

よって、大表面積部２６には、大表面積部２６の上流側から流入し、大表面積部２６の下流側に流出する液体状の冷媒（低温側冷媒）が、一時的に貯留される。言い換えると、大表面積部２６の内部を比較的低速で流れる。大表面積部２６の表面には、その内部を通過する冷媒の温度を検出する温度センサＴ１が設置されている。

高温側冷媒回路１０及び低温側冷媒回路２０は、それぞれ、図示されていない補機を有していても良い。それらの補機が、低温側冷媒回路２０において、第２熱交換器２３と低温側減圧器２４との間に配置されている場合は、それらの補機の表面に温度センサＴ１を設置してもよい。

温度センサＴ１の検出値は、冷凍装置が備える制御部４０に入力される。制御部４０は、収納庫の設定温度及び温度センサＴ１の検出値等に基づいて、高温側圧縮機１１又はその回転数を調整するインバータ、及び、低温側圧縮機２１又はその回転数を調整するインバータの少なくとも一方を制御する。なお、冷凍装置は、温度センサＴ１以外の温度センサ、例えば、収納庫内の温度を検出する温度センサも備え、制御部４０は、温度センサＴ１を含む複数個の温度センサの検出値に基づいて被制御機器を制御してもよいことは勿論である。

以上のように構成された冷媒回路１において、収納庫内に配置された冷却対象物は、低温側蒸発器２５内を流れる冷媒、つまり、低温側冷媒回路２０内を循環する冷媒（低温側冷媒）によって冷却される。また、温度センサＴ１は、低温側冷媒回路２０側に設置されている。

つまり、温度センサＴ１は、冷却対象物の冷却に間接的に作用する高温側冷媒の温度ではなく、冷却対象物の冷却に直接的に作用する低温側冷媒の温度を検出することができる。よって、温度センサＴ１の検出値を用いて高温側圧縮機１１又は低温側圧縮機２１等の被制御機器を制御することによって、より効率的な冷媒回路１の運転を実現することができる。

しかも、温度センサＴ１は、気相または気液混合状態ではなく、液相である冷媒が流れる位置、具体的には、第２熱交換器２３の下流側であって低温側減圧器２４の上流側に位置する配管部に設置されている。液体は気体よりも熱伝導率が大きい。よって、流通する冷媒の温度が変化した場合、気相の冷媒が流れる部位よりも液相の冷媒が流れる部位の方が、より迅速に冷媒の温度変化を検出することができる。すなわち、本実施形態によれば、低温側冷媒回路を流れる冷媒の温度変化を、より迅速に検出することができ、ひいては、より効率的な冷媒回路１の運転を実現することができる。

また、低温側蒸発器２５は、冷媒回路１中で最も温度が低い状態の冷媒が流れる部分であり、冷却対象物が配置される収納庫を取り巻くように配置され、かつ、断熱材の中に封入された状態になっている。よって、低温側蒸発器２５又はその上流側若しくは下流側近傍の配管に温度センサＴ１を設置すると、温度センサＴ１も断熱材の中に封入されてしまい、メンテナンスを行う場合、断熱材を剥がす必要が生じる。つまり、温度センサＴ１のメンテナンスを行うことが難しくなる。これに対し、本実施形態では、温度センサＴ１は、第２熱交換器２３と低温側減圧器２４との間、つまり、必ずしも断熱材の中に封入する必要のない部位に配置されている。よって、本実施形態によれば、温度センサＴ１またはその取付構造のメンテナンスを容易に行うことができる。

なお、低温側蒸発器２５内を流れる冷媒よりも高いとはいえ、大表面積部２６内を流れる冷媒の温度も外気に比べると十分に低い。よって、大表面積部２６つまり温度センサＴ１の周囲に結露水または氷が付着する可能性がある。温度センサＴ１の周囲に結露水が付着すると、検出温度が不正確になるおそれがある。また、氷が付着すると、温度センサＴ１が破損するおそれがある。

このような事態が発生することを未然に防止するため、温度センサＴ１を外気と遮断された状態で収納する温度センサ取付管を用いてもよい。図２は、第１実施形態に係る温度センサ取付管１０１の正面図である。図３は、図２のＡ－Ａ断面矢視図、つまり、温度センサ取付管１０１の縦断面図である。

温度センサ取付管１０１は、金属例えば銅製のパイプを加工することによって形成されている。温度センサ取付管１０１の一端は、開口しており、開口端部１０２を構成している。図２及び図３には、開口端部１０２が上側に位置するように配置された状態の温度センサ取付管１０１が示されている。以下、開口端部１０２が上側に位置しているという前提で説明を行うが、開口端部１０２が上側に位置していなくてもよいことは言うまでもない。

温度センサ取付管１０１の他端は、封止されており、封止端部１０３を構成している。封止端部１０３は、温度センサ取付管１０１の他端を加締めて２枚の平板が重なったような状態とした後に、対向する平板状部位同士を溶接して、対向する部位同士の間の隙間を溶接部１０３ａで封止することにより形成されている。完全に封止するために、溶接部１０３ａは、平板状部位の左端から右端まで延在する。

狭窄部１０４は、開口端部１０２と封止端部１０３との間の部位を、加締めることによって形成されている。図２に示される例では、狭窄部１０４の内部には隙間が残されているが、隙間が残らないように加締められて狭窄部１０４が形成されていてもよい。

開口端部１０２と狭窄部１０４との間には、第１中間部１０５が形成されている。第１中間部１０５は、一端が窄まっている中空パイプ状の部分である。

封止端部１０３と狭窄部１０４との間には、第２中間部１０６が形成されている。第２中間部１０６は、両端が窄まっている中空パイプ状の部分である。封止端部１０３と狭窄部１０４との間の距離、つまり、第２中間部１０６の長さは、溶接部１０３ａの長さよりも大きい。

図３には、温度センサ取付管１０１に開口端部から挿入された温度センサＴ１が示されている。温度センサＴ１は、狭窄部１０４の上に載置されている。なお、温度センサＴ１は、狭窄部１０４によって挟持されていてもよい。温度センサ取付管１０１によれば、狭窄部１０４の上に載置された場合も、狭窄部１０４によって挟持された場合も、温度センサＴ１を所定の位置に位置決めすることができる。

図４は、本開示の第１実施形態に係る温度センサ取付構造を示す図である。温度センサ取付管１０１は、金属製の大表面積部２６に、溶接によって取り付けられている。具体的には、溶接部１０５ａが形成されるように、第１中間部１０５が、大表面積部２６に溶接されている。

また、温度センサ取付管１０１は、その内部に配置される温度センサＴ１、つまり、狭窄部１０４が、正面視で大表面積部２６の中央に位置するように取り付けられる。このような位置に取り付けることにより、大表面積部２６の表面温度を均一に感知することができ、大表面積部２６内部の液体の温度をより正確に測定することができる。

第１中間部１０５は、温度センサ取付管１０１を構成する他の部分よりも長い。よって、溶接部１０５ａの長さを十分に確保することができ、温度センサ取付管１０１を大表面積部２６に確実に取り付けることができる。なお、温度センサ取付管１０１が大表面積部２６に確実に取り付けられさえすれば、溶接部１０５ａの長さ及び位置に特に制限はない。

温度センサ取付管１０１を大表面積部２６に溶接で取り付ける際、熱が発生し、温度センサ取付管１０１に伝わる。ただし、封止端部１０３と狭窄部１０４との間には、十分な距離が確保されている。具体的には、前述のとおり、封止端部１０３と狭窄部１０４との間の距離は、溶接部１０３ａの長さよりも大きい。よって、温度センサ取付管１０１を大表面積部２６に溶接で取り付ける際に発生する熱のうち、封止端部１０３に伝わる熱の量は十分に小さく、封止端部１０３における温度上昇は小さい。したがって、温度センサ取付管１０１を大表面積部２６に溶接で取り付ける際、封止端部１０３における溶接部１０３ａが溶けてしまい、封止端部１０３の封止が不十分になることを防止することができる。

溶接によって取り付けられた後、開口端部１０２を介して、温度センサＴ１が温度センサ取付管１０１の内部に挿入される。前述のとおり、温度センサＴ１は、狭窄部１０４の上に載置されているので温度センサＴ１を所定の位置に位置決めすることができる。

なお、温度センサＴ１は、前述のとおり、狭窄部１０４によって挟持されていてもよい。温度センサＴ１が、狭窄部１０４によって挟持されている場合、大表面積部２６が、例えば高温側圧縮機１１または低温側圧縮機２１の影響を受けて、振動したとしても、温度センサ取付管１０１の内部で温度センサＴ１は暴れず、常に温度センサ取付管１０１を介して、大表面積部２６に接触した状態を維持することができる。つまり、より正確に、冷媒の温度を測定することができる。また、温度センサ取付管１０１によれば、狭窄部１０４によって挟持された場合も、狭窄部１０４の上に載置された場合と同様に、温度センサＴ１を所定の位置に位置決めすることができる。

温度センサＴ１が挿入された後、開口端部１０２の開口は、例えばペースト状の封止材（不図示）によって封止される。これによって、温度センサ取付管１０１は、完全に外気から遮断される。よって、例えば大表面積部２６が低温または極低温になる場合であっても、周辺大気中の水分が結露して発生する水滴が温度センサＴ１に付着し、温度測定が不正確になること、及び、氷が付着し、温度センサＴ１が破損することを防止することができる。

なお、封止端部１０３は、温度センサ取付管１０１を大表面積部２６に取り付ける前に、溶接部１０３ａによって封止されていてもよいし、大表面積部２６に溶接部１０５ａを介して取り付けた後に、溶接部１０３ａによって封止されてもよい。何れの場合においても、単に封止端部１０３を溶接するだけで封止することができるので、例えばペースト状の封止材を用いて封止する場合に比べて、温度センサ取付管１０１の下端部を容易に封止することができる。大表面積部２６に温度センサ取付管１０１を取り付けた後に封止端部１０３を封止する場合において、ペースト状の封止材を用いて封止する場合は、作業姿勢が不安定なものとなりがちなので、特に利点が大きい。

なお、封止端部１０３の封止方法として、封止端部１０３の対向する平板状部位同士が互いに接触して封止される手法が採用されれば、大表面積部２６に温度センサ取付管１０１を取り付けた後に封止端部１０３を封止する場合において、封止端部１０３を容易な作業で封止できる。つまり、封止材を用いずに封止されるのであれば、必ずしも溶接部１０３ａによって封止されなくてもよい。

封止端部１０３の封止方法としては様々な方法が採用され得る。封止端部１０３は、かしめや封止端部１０３の対向する平板状部位同士を圧接するなど、機械的結合により封止されていてもよい。封止端部１０３は、ろう付け溶接、超音波溶着、及び溶接などの材質的結合によって封止されていてもよい。または、封止端部１０３は、接着などの化学的結合により、封止されていてもよい。

機械的結合、材質的結合及び化学的結合のいずれか２つ以上を組み合わせて封止端部１０３を封止することで、封止がより確実となり、温度センサ取付管１０１内の温度センサＴ１を外気からより確実に遮断することができる。

（第２実施形態）
ところで、従来、例えば特許文献２（特開平０８－０８２３０８号公報）に開示される温度センサの固定装置が提案されている。

しかしながら、特許文献２に開示される固定装置は、固定装置に温度センサを挿入した後のかしめ作業を要するものである。よって、取付作業が面倒であるという問題点を有している。また、特許文献２に開示される固定装置では、温度センサは外気に触れている。そのため、温度センサによって温度測定する部位が低温である場合、外気中の水分が結露し、温度測定が不正確になるおそれがある。さらに、温度センサによって温度測定する部位が極低温である場合、外気中の水分が凝固し、温度センサを破損させてしまうおそれがある。

本開示は、このような状況に鑑みなされたものであり、温度センサを簡単に取り付けることができ、かつ、温度センサを破損させることなく正確に温度を測定することができる温度センサ取付管及び温度センサ取付構造を提供することを課題とする。

本開示に係る温度センサ取付管は、金属製であり、温度センサが挿入される開口を有する開口端部と、封止端部と、前記開口端部と前記封止端部との間に配置されており、前記温度センサを位置決めする狭窄部と、を備える。

また、本開示に係る温度センサ取付構造は、前記温度センサ取付管と、前記温度センサ取付管が取り付けられる金属製の被取付物と、を備え、前記温度センサ取付管のうち、前記開口端部と前記狭窄部との間に位置する部分のみが、溶接によって、前記被取付物に取り付けられている。

本開示に係る温度センサ取付管及び温度センサ取付構造によれば、温度センサを簡単に取り付けることができ、かつ、温度センサを破損させることなく正確に温度を測定することができる。

以下、本開示の第２実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図５は、本開示の第２実施形態に係る温度センサ取付管２０１の正面図であり、図６は、図５のＡ－Ａ断面矢視図、つまり、本開示に係る温度センサ取付管２０１の縦断面図である。温度センサ取付管２０１は、金属例えば銅製のパイプを加工することによって形成されている。温度センサ取付管２０１の一端は、開口しており、開口端部２０２を構成している。図５及び図６には、開口端部２０２が上側に位置するように配置された状態の温度センサ取付管２０１が示されている。以下、開口端部２０２が上側に位置しているという前提で説明を行うが、開口端部２０２が上側に位置していなくてもよいことは言うまでもない。

温度センサ取付管２０１の他端は、封止されており、封止端部２０３を構成している。封止端部２０３は、温度センサ取付管２０１の他端を加締めて２枚の平板が重なったような状態とした後に、対向する平板状部位同士を溶接して、対向する部位同士の間の隙間を溶接部２０３ａで封止することにより形成されている。完全に封止するために、溶接部２０３ａは、平板状部位の左端から右端まで延在する。

狭窄部２０４は、開口端部２０２と封止端部２０３との間の部位を、加締めることによって形成されている。図５に示される例では、狭窄部２０４の内部には隙間が残されているが、隙間が残らないように加締められて狭窄部２０４が形成されていてもよい。

開口端部２０２と狭窄部２０４との間には、第１中間部２０５が形成されている。第１中間部２０５は、一端が窄まっている中空パイプ状の部分である。

封止端部２０３と狭窄部２０４との間には、第２中間部２０６が形成されている。第２中間部２０６は、両端が窄まっている中空パイプ状の部分である。封止端部２０３と狭窄部２０４との間の距離、つまり、第２中間部２０６の長さは、溶接部２０３ａの長さよりも大きい。

図６には、温度センサ取付管２０１に開口端部から挿入された温度センサＴ２が示されている。温度センサＴ２は、狭窄部２０４の上に載置されている。

図７は、本開示の第２実施形態に係る温度センサ取付構造を示す図である。温度センサ取付管２０１は、被取付物であり金属製の大表面積部２０７に、溶接によって取り付けられている。具体的には、溶接部２０５ａが形成されるように、第１中間部２０５が、大表面積部２０７に溶接されている。

ここで、大表面積部２０７は、大表面積部２０７に上流側から接続する配管及び大表面積部２０７に下流側から接続する配管のいずれよりも、冷媒が流れる方向の単位長さ当たりの表面積が大きい。大表面積部２０７は、例えば、大径の配管や容器状部材である。大径の配管とは少なくとも大表面積部２０７に接続する配管よりも冷媒が流れる方向の単位長さあたりの容積が大きい配管である。また、容器状部材は、例えば、低温側冷媒回路２２０中の水分を吸着するデハイドレータである。また、大表面積部２０７は、大表面積部２０７に接続する配管の内径と同じ大きさの内径を有し、該配管よりも肉厚の配管であってもよい。以下の説明では、大表面積部２０７は、容器状部材であるとして説明する。

また、温度センサ取付管２０１は、その内部に配置される温度センサＴ２、つまり、狭窄部２０４が、正面視で大表面積部２０７の中央に位置するように取り付けられる。このような位置に取り付けることにより、大表面積部２０７の表面温度を均一に感知することができ、大表面積部２０７内部の液体の温度をより正確に測定することができる。

第１中間部２０５は、温度センサ取付管２０１を構成する他の部分よりも長い。よって、溶接部２０５ａの長さを十分に確保することができ、温度センサ取付管２０１を大表面積部２０７に確実に取り付けることができる。なお、温度センサ取付管２０１が大表面積部２０７に確実に取り付けられさえすれば、溶接部２０５ａの長さ及び位置に特に制限はない。

温度センサ取付管２０１を大表面積部２０７に溶接で取り付ける際、熱が発生し、温度センサ取付管２０１に伝わる。ただし、封止端部２０３と狭窄部２０４との間には、十分な距離が確保されている。具体的には、前述のとおり、封止端部２０３と狭窄部２０４との間の距離は、溶接部２０３ａの長さよりも大きい。よって、温度センサ取付管２０１を大表面積部２０７に溶接で取り付ける際に発生する熱のうち、封止端部２０３に伝わる熱の量は十分に小さく、封止端部２０３における温度上昇は小さい。したがって、温度センサ取付管２０１を大表面積部２０７に溶接で取り付ける際、封止端部２０３における溶接部２０３ａが溶けてしまい、封止端部２０３の封止が不十分になることを防止することができる。

溶接によって取り付けられた後、開口端部２０２を介して、温度センサＴ２が温度センサ取付管２０１の内部に挿入される。前述のとおり、温度センサＴ２は、狭窄部２０４の上に載置されているので、温度センサＴ２を所定の位置に位置決めすることができる。

なお、温度センサＴ２は、狭窄部２０４によって挟持されていてもよい。温度センサＴ２が、狭窄部２０４によって挟持されている場合、大表面積部２０７等の被取付物が振動する部材であったとしても、温度センサ取付管２０１の内部で温度センサＴ２は暴れず、常に温度センサ取付管２０１を介して、被取付物に接触した状態を維持することができる。つまり、より正確に、測定対象物の温度を測定することができる。温度センサ取付管２０１によれば、狭窄部２０４によって挟持されている場合も、狭窄部２０４の上に載置された場合と同様に、温度センサＴ２を所定の位置に位置決めすることができる。

温度センサＴ２が挿入された後、開口端部２０２の開口は、例えばペースト状の封止材（不図示）によって封止される。これによって、温度センサ取付管２０１は、完全に外気から遮断される。よって、例えば大表面積部２０７等の被取付物が低温または極低温になる場合であっても、周辺大気中の水分が結露して発生する水滴が温度センサＴ２に付着し、温度測定が不正確になること、及び、氷が付着し、温度センサＴ２が破損することを防止することができる。

なお、封止端部２０３は、温度センサ取付管２０１を大表面積部２０７に取り付ける前に、溶接部２０３ａによって封止されていてもよいし、大表面積部２０７に溶接部２０５ａを介して取り付けた後に、溶接部２０３ａによって封止されてもよい。何れの場合においても、単に封止端部２０３を溶接するだけで封止することができるので、例えばペースト状の封止材を用いて封止する場合に比べて、温度センサ取付管２０１の下端部を容易に封止することができる。大表面積部２０７に温度センサ取付管２０１を取り付けた後に封止端部２０３を封止する場合において、ペースト状の封止材を用いて封止する場合は、作業姿勢が不安定なものとなりがちなので、特に利点が大きい。

なお、封止端部２０３の封止方法として、封止端部２０３の対向する平板状部位同士が互いに接触して封止される手法が採用されれば、大表面積部２０７に温度センサ取付管２０１を取り付けた後に封止端部２０３を封止する場合において、封止端部２０３を容易な作業で封止できる。つまり、封止材を用いずに封止されるのであれば、必ずしも溶接部２０３ａによって封止されなくてもよい。

封止端部２０３の封止方法としては様々な方法が採用され得る。封止端部２０３は、かしめや封止端部２０３の対向する平板状部位同士を圧接するなど、機械的結合により封止されていてもよい。封止端部２０３は、ろう付け溶接、超音波溶着、及び溶接などの材質的結合によって封止されていてもよい。または、封止端部２０３は、接着などの化学的結合により、封止されていてもよい。

機械的結合、材質的結合及び化学的結合のいずれか２つ以上を組み合わせて封止端部２０３を封止することで、封止がより確実となり、温度センサ取付管２０１内の温度センサＴ２を外気からより確実に遮断することができる。

続いて、本開示に係る温度センサ取付管２０１及び温度センサ取付構造が適用される具体例について説明する。

図８は、本開示の第２実施形態に係る冷凍装置が備える冷媒回路の一例を示している。冷媒回路２００は、例えば、収納庫の内部温度が－８０℃以下となる超低温フリーザのような冷凍装置に備え付けられている。

冷媒回路２００は、互いに独立して冷媒が循環する高温側冷媒回路２１０及び低温側冷媒回路２２０を有する二元冷媒回路である。

高温側冷媒回路２１０は、高温側圧縮機２１１と、高温側凝縮器２１２と、高温側減圧器２１３及び高温側蒸発器２１４と、乾燥器２１５と、受液器２１６とを備える。

高温側蒸発器２１４は、後に説明するカスケードコンデンサ２３０の外管である。

高温側圧縮機２１１から吐出された冷媒が再び高温側圧縮機２１１に戻るように上記各機器が所定の配管（高温側配管）で接続されている。高温側冷媒は、図８中の矢印の方向に循環する。すなわち、高温側冷媒回路２１０では、高温側冷媒が、高温側圧縮機２１１、高温側凝縮器２１２、乾燥器２１５、高温側減圧器２１３、高温側蒸発器２１４、受液器２１６をこの順に流れ、高温側圧縮機２１１に帰還する。なお、高温側冷媒回路２１０における冷凍サイクルによって、高温側蒸発器２１４において－４０℃程度まで温度を下げることができる。

低温側冷媒回路２２０は、低温側圧縮機２２１と、第１熱交換器２２２と、第２熱交換器２２３と、低温側減圧器２２４と、低温側蒸発器２２５と、大表面積部２０７とを備える。

低温側圧縮機２２１から吐出された冷媒が再び低温側圧縮機２２１に戻るように上記各機器が所定の配管（低温側配管）で接続されている。低温側冷媒は、図８中の矢印の方向に循環する。すなわち、低温側冷媒回路２２０では、低温側冷媒が、低温側圧縮機２２１、第１熱交換器２２２、第２熱交換器２２３、大表面積部２０７、低温側減圧器２２４、低温側蒸発器２２５をこの順に流れ、低温側圧縮機２２１に帰還する。なお、低温側冷媒回路２２０における冷凍サイクルによって、低温側蒸発器２２５において－８０℃以下の超低温が得られる。

第１熱交換器２２２は、その内部を通過する冷媒を気相のまま冷却する。なお、第１熱交換器２２２は、その内部を通過する冷媒を凝縮させる凝縮器であってもよい。

第２熱交換器２２３は、カスケードコンデンサ２３０の内管である。すなわち、内管である第２熱交換器２２３が、外管である高温側蒸発器２１４に取り囲まれている。カスケードコンデンサ２３０内では、高温側蒸発器２１４内を通過する低温の冷媒と、第２熱交換器２２３内を通過する高温の冷媒とが熱交換する。このとき、第２熱交換器２２３内を通過する高温の冷媒は、凝縮する。なお、第１熱交換器２２２が凝縮器である場合、第２熱交換器２２３は、その内部を通過する液相の冷媒を冷却する。

また、第２熱交換器２２３の下流側であって低温側減圧器２２４の上流側には、大表面積部２０７が配置されている。大表面積部２０７は、発泡剤によって構成される断熱材によって覆われていても良い。この場合、温度センサ取付管２０１も断熱材によって覆われることとなる。しかしながら、前述のとおり、温度センサ取付管２０１は完全に封止されているので、温度センサ取付管２０１の中に発泡剤が侵入することはない。よって、温度センサＴ２と大表面積部２０７との間に、発泡剤が介在することがないので、より正確に測定対象物の温度を測定することができる。

また、大表面積部２０７に流入する冷媒は液体となっている。

よって、大表面積部２０７には、大表面積部２０７の上流側から流入し、大表面積部２０７の下流側に流出する液体状の冷媒が、一時的に貯留される。言い換えると、大表面積部２０７の内部を比較的低速で流れる。そして、大表面積部２０７を通過する冷媒の温度を、大表面積部２０７、溶接部２０５ａ及び温度センサ取付管２０１を介して温度センサＴ２に速やかに伝達することができる。

高温側冷媒回路２１０及び低温側冷媒回路２２０は、それぞれ、図示されていない補機を有していても良い。また、それらの補機を温度センサ取付管２０１が取り付けられる被取付部としても良い。

冷媒回路２００を備える冷凍装置は制御部２４０を備えている。制御部２４０は、収納庫の設定温度及び温度センサＴ２によって検出された温度等に基づいて、高温側圧縮機２１１及び低温側圧縮機２２１の回転数等を制御する。温度センサ取付管２０１及び温度センサ取付管２０１を備える温度センサ取付構造によれば、より正確に、大表面積部２０７中の冷媒の温度を測定することができる。よって、より適切に高温側圧縮機２１１及び低温側圧縮機２２１の回転数等を制御することができる。

２０１９年７月１８日出願の特願２０１９－１３２８２０および特願２０１９－１３２８２８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。

本開示に係る冷凍装置は、極低温フリーザ等、二元冷媒回路を備える冷凍装置に好適である。よって、その産業上の利用可能性は多大である。また、本開示に係る温度センサ取付管及び温度センサ取付構造は、冷媒回路を備える冷凍装置等、金属で構成される部材またはその内部に存在する物体の温度の測定に利用することができる。よって、その産業上の利用可能性は多大である。

１ 冷媒回路
１０ 高温側冷媒回路
１１ 高温側圧縮機
１２ 高温側凝縮器
１３ 高温側減圧器
１４ 高温側蒸発器
１５ 乾燥器
１６ 受液器
２０ 低温側冷媒回路
２１ 低温側圧縮機
２２ 第１熱交換器
２３ 第２熱交換器
２４ 低温側減圧器
２５ 低温側蒸発器
２６ 大表面積部
２６ａ 上流側配管
２６ｂ 下流側配管
３０ カスケード熱交換器
４０ 制御部
１０１ 温度センサ取付管
１０２ 開口端部
１０３ 封止端部
１０３ａ 溶接部
１０４ 狭窄部
１０５ 第１中間部
１０５ａ 溶接部
１０６ 第２中間部
Ｔ１ 温度センサ
２００ 冷媒回路
２０１ 温度センサ取付管
２０２ 開口端部
２０３ 封止端部
２０３ａ 溶接部
２０４ 狭窄部
２０５ 第１中間部
２０５ａ 溶接部
２０６ 第２中間部
２０７ 大表面積部
２１０ 高温側冷媒回路
２１１ 高温側圧縮機
２１２ 高温側凝縮器
２１３ 高温側減圧器
２１４ 高温側蒸発器
２１５ 乾燥器
２１６ 受液器
２２０ 低温側冷媒回路
２２１ 低温側圧縮機
２２２ 第１熱交換器
２２３ 第２熱交換器
２２４ 低温側減圧器
２２５ 低温側蒸発器
２３０ カスケードコンデンサ
２４０ 制御部
Ｔ２ 温度センサ

Claims (8)

1. 高温側圧縮機を有し、高温側冷媒が循環する高温側冷媒回路と、
   低温側圧縮機を有し、低温側冷媒が循環する低温側冷媒回路と、
   前記高温側冷媒によって前記低温側冷媒を冷却するカスケード熱交換器と、
   制御部と、
   を備え、
   前記低温側冷媒回路は、
   前記カスケード熱交換器の下流側に配置された低温側減圧器と、
   前記カスケード熱交換器と前記低温側減圧器とを接続し、大表面積部、前記大表面積部に上流側から接続された上流側配管、及び前記大表面積部に下流側から接続された下流側配管を有する配管部と、
   温度センサと、
   前記温度センサを外気と遮断された状態で収納し、外周面が前記大表面積部に接触した状態で設置された温度センサ取付管と、を有し、
   前記制御部は、前記温度センサの検出値に基づいて前記高温側圧縮機及び前記低温側圧縮機の少なくとも一方を制御する、
   冷凍装置。
2. 前記温度センサ取付管の両端部のうち、前記温度センサが挿入される側の端部は、ペースト状の封止部材により封止されている、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記大表面積部は、前記低温側冷媒を貯留する、
   請求項１に記載の冷凍装置。
4. 温度センサ取付管と、前記温度センサ取付管が取り付けられる金属製の被取付物と、を備える温度センサ取付構造であって、
   前記温度センサ取付管は、
   金属製であり、
   温度センサが挿入される開口を有する開口端部と、
   封止端部と、
   前記開口端部と前記封止端部との間に配置されており、前記温度センサを位置決めする狭窄部と、を有し、
   前記温度センサ取付管のうち、前記開口端部と前記狭窄部との間に位置する部分のみが、溶接によって、前記被取付物に取り付けられている、
   温度センサ取付構造。
5. 前記封止端部は、対向する平板状部位同士が互いに接触して封止されている、
   請求項４に記載の温度センサ取付構造。
6. 前記封止端部は、機械的結合、材質的結合、および化学的結合のいずれか、もしくは、機械的結合、材質的結合、および化学的結合のいずれか２つ以上の組み合わせによって封止されている、
   請求項５に記載の温度センサ取付構造。
7. 前記封止端部は、溶接によって封止されている、
   請求項６に記載の温度センサ取付構造。
8. 前記狭窄部と前記封止端部との距離は、前記封止端部における溶接長さよりも大きい、
   請求項７に記載の温度センサ取付構造。

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