JPH0371624B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は独立した二系統の冷媒回路を構成し、
高温側冷媒回路の蒸発器と低温側冷媒回路の凝縮
器とで熱交換器を構成する所謂二元冷凍方式の冷
凍装置に関する。

(ロ) 従来の技術 従来此種所謂二元冷凍方式の冷凍装置は例えば
実公昭58−23101号公報に示されている。即ち高
温側と低温側の冷媒回路をそれぞれ独立した二系
統の冷媒閉回路にて構成し、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熱交換器を構
成し、高温側冷媒回路の冷媒の蒸発によつて低温
側冷媒回路の冷媒を凝縮する様にしている。これ
によつて低温側冷媒回路にはより低い沸点（蒸発
温度）の冷媒を用いる事ができるので低温側冷媒
回路の蒸発器によつて極めて低い温度を得る事が
可能となる。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 斯かる二元冷凍方式では低温側冷媒回路の蒸発
器に於いて通常−80℃程の低温を得るものである
が、より低い温度例えば−130℃以下の温度を得
るためには沸点の極めて低い例えばR50（メタン）
等の冷媒を低温側冷媒回路に於いて用いなければ
ならず、そのために低温側冷媒回路の圧縮機には
多大に負荷が加わる事になり、異常な温度上昇を
来たして焼付きを生ずる問題があつた。

本発明は斯かる問題点を解決するために成され
たものである。

(ニ) 問題点を解決するための手段 実施例に沿つて本発明の構成を説明する。高温
側冷媒回路２の蒸発器１４Ａ，１４Ｂは低温側冷
媒回路３の凝縮パイプ２３Ａ，２３Ｂと共にカス
ケードコンデンサ２５Ａ，２５Ｂを構成する。低
温側冷媒回路３は気液分離器２９，３３、複数の
中間熱交換器３２，４２，４４、電動圧縮機１
０、蒸発パイプ４７、複数の減圧器３６，４０，
４６等から成り、R50を最終蒸発冷媒とする複数
種の非共沸混合冷媒を充填して蒸発パイプ４７で
−150℃等の極低温を得る。高温側冷媒回路２に
はR502冷媒と油戻し用のR12冷媒を充填し、ア
キユムレータ１５から電動圧縮機４への配管の一
部を電動圧縮機１０のオイルクーラー１１に接続
する。

(ホ) 作用 本発明によれば高温側冷媒回路２を流れ蒸発器
１４Ａ，１４Ｂにて温度の低下したR12冷媒がオ
イルクーラー１１にて蒸発するので温度が非常に
高くなる低温側冷媒回路３の電動圧縮機１０を良
好に冷却できる。

(ヘ) 実施例 次に図面に於いて本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の冷凍装置Ｒの冷媒回路１を示し
ている。冷媒回路１はそれぞれ独立した第１の冷
媒閉回路としての高温側冷媒回路２と第２の冷媒
閉回路としての低温側冷媒回路３とから構成され
ている。４は高温側冷媒回路２を構成する一相若
しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機であり、
電動圧縮機４の吐出側配管４Ｄは補助凝縮器５に
接続され、補助凝縮器５は更に後に詳述する冷凍
庫の貯蔵室開口縁を加熱する露付防止パイプ６に
接続され、次に電動圧縮機４のオイルクーラー７
に接続された後、凝縮器８に接続される。９は凝
縮器８冷却用の送風機である。凝縮器８を出た冷
媒配管は乾燥器１２を経た後、減圧器１３を介し
て蒸発器を構成する蒸発器部分としての第１蒸発
器１４Ａと第２蒸発器１４Ｂを経て冷媒液溜めと
してのアキユムレータ１５に接続される。アキユ
ムレータ１５から出た配管は低温側冷媒回路３を
構成する電動圧縮機１０のオイルクーラー１１に
接続され、その後電動圧縮機４の吸入側配管４Ｓ
に接続される。第１蒸発器１４Ａと第２蒸発器１
４Ｂは直列に接続され、全体として高温側冷媒回
路２の蒸発器を構成している。

高温側冷媒回路２には沸点の異なる冷媒R502
とR12（ジクロロジフルオロメタン）が充填され、
その組成は例えばR502が88.0重量％、R12が12.0
重量％である。電動圧縮機４から吐出された高温
ガス状冷媒は、補助凝縮器５、露付防止パイプ
６、オイルクーラー７及び凝縮器８で凝縮されて
放熱液化した後、乾燥器１２で含有する水分を除
去され、減圧器１３にて減圧されて第１及び第２
蒸発器１４Ａ，１４Ｂに次々に流入して冷媒
R502が蒸発し、気化熱を周囲から吸収して各蒸
発器１４Ａ，１４Ｂを冷却し、冷媒液溜めとして
のアキユムレータ１５から低温側冷媒回路３の電
動圧縮機１０のオイルクーラー１１を経て電動圧
縮機４に帰還する動作をする。

この時、電動圧縮機４の能力は例えば1.5HPで
あり、運転中の各蒸発器１４Ａ，１４Ｂの最終到
達温度は−50℃になる。斯かる低温下では冷媒中
のR12は沸点が約−30℃であるので各蒸発器１４
Ａ，１４Ｂでは蒸発せず液状態のままであり、従
つて冷却には殆ど寄与しないが、電動圧縮機４の
潤滑油や乾燥器１２で吸収し切れなかつた混入水
分をその内に溶け込ませた状態で電動圧縮機４に
帰還せしめる機能を奏する。第９図にアキユムレ
ータ１５の断面図を示す。蒸発器１４Ｂに接続さ
れる配管１５Ａはアキユムレータ１５内下端に開
口し、オイルクーラー１１に接続される配管１５
Ｂはアキユムレータ１５内に上方より挿入されて
下端部で折曲され開口端は冷媒液位Ｈより上方に
臨んでいる。この配管１５Ｂの下端部には油戻し
用の孔１５Ｃが形成されている。即ちR12冷媒は
この孔１５Ｃからアキユムレータ１５より出て、
前述の潤滑油等を含んだ液体の状態で低温側冷媒
回路３のオイルクーラー１１に流入する事にな
る。ここで電動圧縮機１０の温度は、後述する如
くR50（メタン）等の極めて沸点の低い冷媒を循
環させるために、負荷が大きく、温度も高温とな
るがオイルクーラー１１に流入したR12冷媒が蒸
発するので冷却され焼付きや潤滑油の劣化は防止
される。即ち冷媒R12は高温側冷媒回路２中の潤
滑油を電動圧縮機４に戻す機能と、低温側冷媒回
路３の電動圧縮機１０を冷却する機能を奏する。
又、これによつて電動圧縮機４に液状のR12冷媒
が帰還しなくなるので電動圧縮機４の弁等の損傷
も生じなくなる。

低温側冷媒回路３を構成する電動圧縮機１０の
吐出側配管１０Ｄは補助凝縮器１７に接続された
後油分離器１８に接続される。油分離器１８から
は電動圧縮機１０に戻る油戻し管１９と乾燥器２
０に接続される配管に分かれ、乾燥器２０は分岐
用三方管２１に接続される。三方管２１から出た
一方の配管は低温側冷媒回路３の第２の吸入側熱
交換器２２周囲を熱交換的に巻回した後第１蒸発
器１４Ａ内に挿入された高圧側配管としての第１
凝縮パイプ２３Ａに接続される。三方管２１から
出た他方の配管は同様に低温側冷媒回路３の第１
の吸入側熱交換器２４周囲を熱交換的に巻回した
後第２蒸発器１４Ｂ内に挿入された高圧側配管と
しての第２凝縮パイプ２３Ｂに接続される。第１
蒸発器１４Ａと第１凝縮パイプ２３Ａ及び第２蒸
発器１４Ｂと第２凝縮パイプ２３Ｂはそれぞれカ
スケードコンデンサ２５Ａ及び２５Ｂを構成して
いる。第１及び第２凝縮パイプ２３Ａ，２３Ｂは
集合三方管２７にて結合された後、乾燥器２８を
経て第１の気液分離器２９に接続される。気液分
離器２９から出た気相配管３０は第１の中間熱交
換器３２内を通過して第２の気液分離器３３に接
続される。気液分離器２９から出た液相配管３４
は乾燥器３５を経た後減圧器３６を経て第１の中
間熱交換器３２と第２の中間熱交換器４２の間に
接続される。気液分離器３３から出た液相配管３
８は第３の中間熱交換器４４に熱交換的に配設し
た乾燥器３９を経た後減圧器４０を経て第２の中
間熱交換器４２と第３の中間熱交換器４４の間に
接続される。気液分離器３３から出た気相配管４
３は第２の中間熱交換器４２内を通過した後、第
３の中間熱交換器４４内を通過し、同様に第３の
中間熱交換器４４に熱交換的に配設した乾燥器４
５を経て減圧器４６に接続される。減圧器４６は
蒸発器としての蒸発パイプ４７に接続され、更に
蒸発パイプ４７は第３の中間熱交換器４４に接続
される。第３の中間熱交換器４４は第２４２及び
第１の中間熱交換器３２に次々に接続された後、
アキユムレータ４９に接続され、アキユムレータ
４９は更に第１の吸入側熱交換器２４に接続さ
れ、更に第２の吸入側熱交換器２２を経て電動圧
縮機１０の吸入側配管１０Ｓに接続される。吸入
側配管１０Ｓには更に電動圧縮機１０停止時に冷
媒を貯留する膨張タンク５１が減圧器５２を介し
て接続される。

低温側冷媒回路３には沸点の異なる四種類の混
合冷媒が封入される。即ち、R12（ジクロロジフ
ルオロメタン）、R13B1（プロモトリフルオロメ
タン）、R14（テトラフルオロメタン）及びR50
（メタン）から成る混合冷媒が予め混合された状
態で封入される。各冷媒の組成は例えばR50が
4.0重量％、R14が22.0重量％、R13B1が39.0重量
％、R12が35.0重量％である。R50はメタンであ
り酸素との結合にて爆発を生じるが上記割合の各
フロン冷媒と混合することによつて爆発の危険性
は無くなる。従つて混合冷媒の漏洩事故が発生し
たとしても爆発事故は発生しない。

ここで実施例では高温側冷媒回路２の蒸発器を
二つの蒸発器部分即ち第１第２蒸発器１４Ａ，１
４Ｂに分割し、低温側冷媒回路３の高圧側配管を
第１第２凝縮パイプ２３Ａ，２３Ｂに分割したこ
とにより、二つのカスケードコンデンサ２５Ａ，
２５Ｂを構成したが、それに限られず、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲で更に多くのカスケードコ
ンデンサに分割しても何等差支えない。

次に冷媒の循環を説明すると、電動圧縮機１０
から吐出された高温高圧のガス状混合冷媒は補助
凝縮器１７にて予冷された後、油分離器１８にて
冷媒と混在している電動圧縮機１０の潤滑油の大
部分を油戻し管１９にて電動圧縮機１０に戻し、
冷媒自体は乾燥器２０を経た後、三方管２１にて
二分される。三方管２１にて二分された冷媒はそ
れぞれ別々に吸入側熱交換器２２若しくは２４に
て予冷された後、それぞれカスケードコンデンサ
２５Ａ若しくは２５Ｂにて第１１４Ａ若しくは第
２の蒸発器１４Ｂより冷却されて混合冷媒中の沸
点の高い一部の冷媒を凝縮液化した後、三方管２
７に於いて合流する。この時混合冷媒は二分され
てそれぞれ量の少ない状態で別々にカスケードコ
ンデンサ２５Ａ若しくは２５Ｂに於いて冷却され
るため、十分なる熱交換が行なわれ、凝縮作用は
良好に達成される。

三方管２７を出た混合冷媒は乾燥器２８を経て
気液分離器２９に流入する。この時点では混合冷
媒中のR14とR50は沸点が極めて低い為に未だ凝
縮されておらずガス状態であり、R12とR13B1の
みが凝縮液化されている為、R14とR50は気相配
管３０に、R12とR13B1は液相配管３４へと分離
される。気相配管３０に流入した冷媒混合物は第
１の中間熱交換器３２と熱交換して凝縮された
後、気液分離器３３に至る。ここで第１の中間熱
交換器３２には蒸発パイプ４７より帰還して来る
低温の冷媒が流入し、更に液相配管３４に流入し
たR13B1が乾燥器３５を経て減圧器３６で減圧
された後、第１の中間熱交換器３２に流入してそ
こで蒸発することにより冷却に寄与する為、第１
の中間熱交換器３２の温度は−80℃程となつてい
る。従つて気相配管３０を通過した混合冷媒中の
R14の大部分は凝縮液化され、R50は更に沸点が
低い為に未だガス状態である。よつてR14は気液
分離器３３から液相配管３８へ又、R50は気相配
管４３へと分離され、R14は乾燥器３９を経て減
圧器４０にて減圧され第２の中間熱交換器４２と
第３の中間熱交換器４４の間に流入して第２の中
間熱交換器４２内で蒸発する。第２の中間熱交換
器４２には蒸発パイプ４７からの帰還低温冷媒が
流入すると共にR14の蒸発が更に冷却に寄与する
ため、第２の中間熱交換器４２の温度は−100℃
程となつている。更に第３の中間熱交換器４４に
は蒸発パイプ４７からの帰還低温冷媒が直ぐに流
入しているために、その温度は−120℃程の極め
て低い温度となつているので、第２及び第３の中
間熱交換器４２，４４と熱交換した気相配管４３
を通過する最も沸点の低い冷媒R50は凝縮液化さ
れ、乾燥器４５を経て減圧器４６にて減圧された
後、蒸発パイプ４７に流入してそこで蒸発する。
この時の蒸発パイプ４７の温度は−150℃に到達
している。これが本発明の冷凍装置Ｒの最終到達
温度であり、この蒸発パイプ４７を後述する冷凍
庫の貯蔵室に熱交換的に配設することにより貯蔵
室内を−140℃の超低温の環境とすることが可能
となる。蒸発パイプ４７から流出した冷媒（大部
分がR50）は前述の如く第３、第２、第１の中間
熱交換器４４，４２，３２に次々に流入、流出
し、各冷媒R14、R13B1、R12と合流しながらア
キユムレータ４９にて未蒸発の冷媒を分離した後
吸入側熱交換器２４，２２に次々に流入して冷却
した後、電動圧縮機１０に吸入される。

ここで第１の気液分離器２９にて液相配管３４
に流入したR12は第１の中間熱交換器３２に流入
するものの、既に極めて低い温度となつているた
め蒸発せず液状態のままであり、従つて冷却には
何等寄与しないが、油分離器１８で分離し切れな
かつた残留潤滑油や各乾燥器で吸収し切れなかつ
た混入水分をその内に溶け込ませた状態で電動圧
縮機１０に帰還せしめる機能を奏する。電動圧縮
機１０の潤滑油が低温側冷媒回路１３内を循環す
ると超低温であることにより、各部に残留する現
象が発生し、目詰りの原因となる。その為にR12
で略完全なる潤滑油の帰還を達成している。

以上を繰り返えすことにより冷媒回路１は定常
状態で蒸発パイプ４７に−150℃の超低温を発生
する様動作するが、電動圧縮機４，１０は1.5HP
程度の能力で済み、格別大なる能力を必要としな
い。これはカスケードコンデンサ２５Ａ，２５Ｂ
部分の熱交換が良好に行なわれている事と混合冷
媒の選択が大きく寄与している。これによつて電
動圧縮機による騒音の削減と低消費電力が達成さ
れる。又、−150℃の達成によつて後述する冷凍庫
内の生体資料を氷の再結晶化点より低い温度に冷
却する事が可能となり、永久保存が達成されるこ
とになる。更に高温側冷媒回路２の冷媒は第１蒸
発器１４Ａから第２蒸発器１４Ｂへと流れ、分流
するものでは無いので両蒸発器１４Ａ，１４Ｂの
温度バランスが何等かの原因で崩れても、冷媒流
量の偏りは発生し得ず、従つて低温側冷媒回路３
の第１凝縮パイプ２３Ａと第２凝縮パイプ２３Ｂ
の相方の安定した冷却が達成され、良好なる凝縮
作用が達成される。

次に第２図は本発明の冷凍装置Ｒの制御用電気
回路の概略を示す。４Ｍは高温側冷媒回路２の電
動圧縮機４駆動用のモーターであり、一相若しく
は三相の交流電源AC，AC間に接続される。即ち
モーター４Ｍは電源AC，ACが投入されている間
は連続運転とされる。１０Ｍは低温側冷媒回路３
の電動圧縮機１０駆動用のモーターであり、電磁
リレー６０の接点６０Ａと直列に電源AC，ACに
接続される。接点６０Ａは電磁リレー６０のコイ
ル６０Ｃに通電されて閉じ、モーター１０Ｍを運
転せしめる。６１は後述する冷凍庫貯蔵室の温度
調節器であり、電源AC，AC間に接続され、貯蔵
室内の温度を実質的に検出し、設定温度の上下に
適当なデイフアレンシヤルを設定し、上限温度で
出力端子６１Ａ，６１Ｂ間に電圧を発生し、下限
温度で発生を停止する。この設定温度は−145℃
乃至−150℃である。出力端子６１Ａ，６１Ｂ間
には温調リレー６２のコイル６２Ｃとタイマー６
３の接点６３Ａが直列接続される。温調リレー６
２はコイル６２Ｃに通電されて接点６２Ａを閉じ
る。６５は第１図の低温側冷媒回路３の電動圧縮
機１０の吐出側配管１０Ｄに、補助凝縮器１７の
前段側に於いて設けられる高圧スイツチである。
高圧スイツチ６５は電源AC，ACに対してタイマ
ー６３と直列に接続され、電動圧縮機１０吐出側
の圧力が上昇して圧縮機１０に過大な負荷をかけ
るようになる。例えば26Kg／cm²に上昇すると接点
を開き、圧力が十分に安全な状態例えば８Kg／cm²
に低下すると接点を閉じる。タイマー６３は高圧
スイツチ６３の接点が閉じた後、３乃至５分経過
後に接点６３Ａを閉じ、高圧スイツチ６５が開い
て接点６３Ａを開く。６６は低温始動サーモスタ
ツトであり、高温冷媒回路２のアキユムレータ１
５の温度を感知する様に取り付けられている。ア
キユムレータ１５には各蒸発器１４Ａ，１４Ｂで
蒸発した冷媒及び未蒸発の冷媒が流入するため、
蒸発器１４Ａ，１４Ｂと略同様の低温となるもの
であるが、低温始動サーモスタツト６６はアキユ
ムレータ１５の温度が例えば−35℃に低下して接
点を閉じ、−10℃に上昇して接点を開く動作をす
る。低温始動サーモスタツト６６は両側に温調リ
レー６２の接点６２Ａ及びタイマー６８とで直列
回路を構成して電源AC，ACに接続される。タイ
マー６８と低温始動サーモスタツト６６間にはタ
イマー６８の切換えスイツチ６９のコモン端子が
接続され、切換えスイツチ６９の端子６９Ａと電
源AC間には電磁リレー６０のコイル６０Ｃが接
続され、端子６９Ｂと電源AC間には第１図の減
圧器４６の前後に交熱的に設けられるヒーター７
０，７１が並列に接続される。タイマー６８は常
には切換えスイツチ６９を端子６９Ａに閉じてお
り、通電されて積算し、この積算が例えば12時間
になるとスイツチ６９を端子６９Ｂに例えば15分
間閉じて再び端子６９Ａに閉じる動作をする。

次に第３図のタイミングチヤートを参照して動
作を説明する。冷凍装置Ｒが据え付けられて時刻
t₀で電源AC，ACを投入するとモーター４Ｍが起
動し、電動圧縮機４が作動して高温側冷媒回路２
内を冷媒が循環し始める。この時アキユムレータ
１５は常温に近い状態であるから低温始動サーモ
スタツト６６は開放状態であり、従つて温度調節
器６１の如何に係わらず、電磁リレー６０のコイ
ル６０Ｃには通電されず、従つて接点６０Ａは開
いているため、モーター１０Ｍは起動せず、低温
側冷媒回路３の電動圧縮機１０は動作しない。こ
の様な高温側冷媒回路２のみの冷却運転が継続さ
れ、第１及び第２蒸発器１４Ａ，１４Ｂに液状冷
媒がたまることによつて温度が低下して行き、そ
れに伴つてアキユムレータ１５の温度が低下して
時刻t₁に−35℃になると低温始動サーモスタツト
６６が接点を閉じる。この閉動作の寸前の時点で
は電動圧縮機１０は停止しているから当然高圧ス
イツチ６５は閉じており、又、電源投入から３乃
至５分は当然経過しているからタイマー６３も接
点６３Ａを閉じている。更に貯蔵室内の温度も当
然設定温度より高いから、温度調節器６１も出力
を発生しているので温調リレー６２の接点６２Ａ
は閉じている。従つて低温始動サーモスタツト６
６が閉じた時点で電磁リレー６０のコイル６０Ｃ
に通電されて接点６０Ａが閉じ、モーター１０Ｍ
が起動して電動圧縮機１０より混合冷媒が吐出さ
れ回路３内を循環され始める。この時低温側冷媒
回路３各部の温度は依然高く、従つて内部の冷媒
は殆どがガス状となつているために回路内の圧力
は高い。その上電動圧縮機１０から冷媒が押し出
されるために吐出側配管１０Ｄの圧力が急激に上
昇する。これを放置すると高圧力によつて電動圧
縮機１０構成部品が損傷を受けるが、この圧力上
昇のピーク値が時刻t₂で許容限界である26Kg／cm²
に達すると高圧スイツチ６５がそれを感知して接
点を開くので接点６３Ａが開き、それによつて温
調リレー６２の接点６２Ａが強制的に開放せら
れ、コイル６０Ｃが非通電となつて接点６０Ａが
開きモーター１０Ｍは停止する。これによつて電
動圧縮機１０吐出側の圧力上昇は阻止され、損傷
は防止される。

電動圧縮機１０の停止によつて吐出側配管１０
Ｄの圧力は低下して８Kg／cm²まで下がるがチヤタ
リング防止用のタイマー６３の存在によつて高圧
スイツチ６５の閉動作から３乃至５分間は接点は
閉じず、従つてモーター１０Ｍは起動しない。こ
の間に低温側冷媒回路３内の圧力は第１若しくは
第２蒸発器１４Ａ，１４Ｂから第１若しくは第２
凝縮器２３Ａ，２３Ｂに於いて冷却された冷媒が
多少なりとも循環されて蒸発する為に、前回の起
動時より温度が低下し、圧力も低下している。タ
イマー６３による遅延時間が時刻t₃に経過すると
再び接点６３Ａが閉ざされて前述同様にモーター
１０Ｍが起動されるが、吐出側配管１０Ｄの圧力
が26Kg／cm²に達した時点で再び高圧スイツチ６５
が開放してモーター１０は停止する。この様なモ
ーター１０Ｍの起動と停止を繰り返えし、沸点の
高い冷媒が蒸発して徐々に冷却作用を発揮して行
くことによつて第１の中間熱交換器３２から徐々
に温度が低下して行き、モーター１０Ｍ起動時の
吐出側配管１０Ｄの圧力上昇のピーク値が26Kg／
cm²に達しなくなるとモーター１０Ｍは連続運転に
入る。

電動圧縮機１０が連続運転されることによつて
沸点の低い冷媒も凝縮されて徐々に冷却作用を発
揮し始め、各中間熱交換器３２，４２，４４と蒸
発パイプ４７の温度が徐々に低下して行つて前述
の最終到達温度を得る。その後貯蔵室の温度が温
度調節器６１で設定する下限温度に達すると出力
端子６１Ａ，６１Ｂ間の出力の発生を停止するの
で接点６２Ａが開き、更に接点６０Ａも開く為、
モーター１０Ｍが停止し、冷却運転は停止する。
その後貯蔵室内の温度が徐々に上昇して、温度調
節器６１で設定する上限温度に達すると再び接点
６２Ａが閉じ、更に接点６０Ａが閉じてモーター
１０Ｍが起動され再び冷却運転が開始される。以
上を繰り返して貯蔵室は平均して設定温度例えば
−140℃に維持されることになる。

ここでタイマー６８は接点６２Ａ及び低温始動
サーモスタツト６６が閉じている間、即ちモータ
ー１０Ｍが運転されている時間を積算しており、
この積算が12時間に達すると切換えスイツチ６９
を端子６９Ｂに閉じるのでモーター１０Ｍの運転
は禁止され、ヒーター７０，７１に通電されて発
熱する。ここで第３の中間熱交換器４４を出て減
圧器４６に流入するR50は−120℃以下の極めて
低い温度に達している。従つてこの冷媒中に極め
て微量の水分（これは冷媒の補充作業中等に侵入
するものである。）が混入していれば配管内に氷
結が発生する。ところで減圧器は通常細い径の配
管にて構成されるため、この減圧器４６部分で氷
結が成長すると目詰りが発生し、冷媒が流れなく
なつてしまうが、本発明ではヒーター７０，７１
によつて定期的に減圧器４６を加熱する為、この
氷結晶は融解されて成長せず、従つて斯かる事故
は防止される。このヒーター７０，７１の発熱は
15分で終了し、再び端子６９Ａにスイツチ６９が
閉じてモーター１０Ｍが起動され前述同様低温側
冷媒回路３の冷却運転が開始されることになる。

次に第４図は本発明を適用せる冷凍庫７５の前
方斜視図を示し、第５図はその要部断面図を示
す。更に第６図は冷凍装置Ｒの冷媒回路１の具体
的構成を説明する図である。冷凍庫７５は理化学
実験室等に配置されるものであり、７４は上方開
口の貯蔵室７６を内部に形成する本体であり、そ
の上方開口は後辺を回動自在に枢支された断熱扉
７７によつて開閉自在に閉塞されている。本体７
４側部には温度調節器６１や電動圧縮機４，１０
等を収容設置する機械室７８が形成されており、
その前面には貯蔵室７６内の温度を感知して記録
紙にその時間推移を記録する自記温度記録計７９
や貯蔵室７６の異常高温で警報を発する衆知の警
報器８０及び温度調節器６１の設定変更用摘み８
１が設けられる。又、８２は通気用スリツトであ
る。

第５図は本体７４部分の側断面図を示してい
る。８３は上方開口の鋼板製外箱、８４は同様に
上方開口のアルミニウム製内箱であり、内箱８４
は外箱８３内に組み込まれ、両箱８３，８４間に
それぞれ独立した上方に開口した箱状の外断熱材
８５及び内断熱材８６から成る二重の断熱層が形
成されて両箱８３，８４の開口縁はブレーカ８７
で接続されている。内箱８４の外面には蒸発パイ
プ４７が熱伝導的に配設され、内断熱材８６内に
埋設されており、又、外箱７６開口縁内面には露
付防止パイプ６が熱伝導的に配設されている。内
断熱材８６は外断熱材８５内に載置されているの
みで完全に分離しているため、蒸発パイプ４７の
冷却作用によつて内断熱材８６が収縮しても外断
熱材８５には何等影響を与えず、従つて断熱材の
割れが発生せず、又、十分なる断熱性能も維持す
るものである。外箱８３背面には開口８８が形成
され、又、外断熱材８５にもそれに対応して切欠
８９が形成されており、この切欠８９内に開口８
８より後述する如き断熱材９０によつてモールド
されたカスケードコンデンサ２５Ａ，２５Ｂ等が
収納配設され覆板９１にて覆われている。９２は
発泡スチロール製の内蓋、９３は断熱扉７７内周
面のガスケツト、９４は運搬用キヤスターであ
る。

次に第６図は冷凍装置Ｒの冷媒回路１の具体的
構成を示すもので、図中第１図と同一符号は同一
のものである。低温側冷媒回路３の補助凝縮器１
７は空気吸引型の送風機９に対して高温側冷媒回
路２の凝縮器８の風上側に配置せられ同時に冷却
される様にしている。第１及び第２蒸発器１４
Ａ，１４Ｂは内部中空のタンク状を成しており、
この内部に上方より螺旋状に巻回成形された第１
及び第２凝縮パイプ２３Ａ，２３Ｂがそれぞれ挿
入されている。６６Ａはアキユムレータ１５に溶
接固定された低温始動サーモスタツト６６固定用
の筒体である。９６は後述する各中間熱交換器３
２，４２，４４等から成りそれを断熱材９７によ
つてモールドして箱状と成した中間熱交換器部を
示している。蒸発パイプ４７は内箱８４外面に予
めアルミニウムテープ或いは接着剤等によつて蛇
行状に固定されるものであるが、貯蔵室７６内各
部の温度分布を出来る丈少なくするために、冷媒
の流れる順序が、内箱８４の上部周囲から下部周
囲へ回り、最後に底辺を回る様に配設されてい
る。

第７図に中間熱交換器部９６の構造を示す。点
線で囲む部分が第１、第２及び第３の中間熱交換
器３２，４２，４４、第２の気液分離器３３、乾
燥器３９，４５、減圧器４０及びアキユムレータ
４９を内包する中間熱交換器部９６である。各中
間熱交換器３２，４２，４４は比較的大径の外側
配管９８，９９，１００を螺旋状に複数段巻回し
て偏平としたものを相互に重合し、その内側を間
隔を存して各気相配管３０，４３が内側配管とな
つて通過する螺旋二重管構造で構成されており、
図中Ａ部分が第１の中間熱交換器３２を、Ｂ部分
が第２の中間熱交換器４２を、又、Ｃ部分が第３
の中間熱交換器４４となる。この螺旋の内側に第
２の気液分離器３３、乾燥器３９，４５、減圧器
４０及びアキユムレータ４９が収納されてデツド
スペースを少なくし、寸法の小型化を図つてい
る。

次に構成を説明する。１０１は乾燥器２８と第
１の気液分離器２９とを結ぶ配管である。第１の
気液分離器２９から上方に出る気相配管３０は封
止した入口IN₁より外側配管９８内に入り、内部
を螺旋状に周回して通過した後、出口OUT₁より
出て第２の気液分離器３３に入る。気相配管３０
内を流下するガス状冷媒はこの通過の際に気相配
管３０と外側配管９８の間隔を上昇する低温冷媒
によつて凝縮される。第２の気液分離器３３から
出た気相配管４３は入口IN₂より外側配管９９内
に入る。第１の気液分離器２９にて分離された液
冷媒は減圧器３６により減圧された後、外側配管
９８の出口OUT₁と９９の入口IN₂を結ぶ連通管
１０２途中に流入せられて外側配管９８内で蒸発
し、蒸発パイプ４７より帰還して来る冷媒と共に
気相配管３０内のガス状冷媒の凝縮に寄与する。
外側配管９９内に入つた気相配管４３は出口
OUT₂より出て再び入口IN₃より外側配管１００
内に入り、螺旋状に周回して出口OUT₃より出
る。以上の各出口と入口部の外側配管は封止され
ている。第２の気液分離器３３で分離れされた液
冷媒は外側配管１００と熱交換的に設けた乾燥器
３９を経て減圧器４０により減圧された後、外側
配管９９の出口OUT₂と１００の入口IN₃を結ぶ
連結管１０３途中に流入せられて外側配管９９内
で蒸発し、蒸発パイプ４７より帰還して来る冷媒
と共に気相配管４３内のガス状冷媒の凝縮に寄与
する。気相配管４３内を流下して来る冷媒R50は
外側配管１００内を通下する際に更に凝縮されて
殆ど液化した外側配管１００と熱交換的に設けた
乾燥器４５を経て減圧器４６に至る。１０５は蒸
発パイプ４７の出口側に接続される配管で外側配
管１００の出口OUT₃に接続されて気相配管４３
外側の間隔と連通される。又、１０６は外側配管
９８の入口IN₁に於いて気相配管３０外側の間隔
とアキユムレータ４９とを連通する配管である。
即ち蒸発パイプ４７からの帰還冷媒は配管１０５
より外側配管１００と気相配管４３との間隔内に
流入してそこを上昇し、気相配管４３内を流下し
て来る冷媒を凝縮し、連通管１０３にて減圧器４
０からの冷媒と合流して外側配管９９と気相配管
４３の間隔内に流入してそこを上昇し、気相配管
４３内の冷媒を凝縮し、更に連通管１０２にて減
圧器３６からの冷媒と合流して外側配管９８と気
相配管３０の間隔内に流入してそこを上昇し、気
相配管３０内の冷媒を凝縮した後、配管１０６を
通過してアキユムレータ４９に至り、配管１０８
にて吸入側熱交換器２４に流入する。以上の如く
気相配管３０或いは４３内を流下する冷媒の流れ
と、蒸発パイプ４７より気相配管３０或いは４３
と外側配管１００，９９，９８間を上昇して来る
冷媒の流れとは相互に対向流となつている。

次に第８図に冷凍庫７５の背方斜視図を示し、
冷凍装置Ｒの組み込む手順を説明する。外箱８３
背面には開口８８と並列して開口１１０が形成さ
れ、それに対応して外断熱材８５にも切欠１１１
が形成されている。断熱材９０内にはカスケード
コンデンサ２５Ａ，２５Ｂと共に吸入側熱交換器
２２，２４、アキユムレータ１５及び乾燥器２８
をモールドする。断熱材９０と９７の成形方法は
被モールド部品を樹脂袋内に収容し、その状態で
箱状の発泡型内に設置し、袋の中にウレタン断熱
材を発泡充填して成形するものである。断熱材９
７からは減圧器４６と配管１０５を延出してお
き、切欠１１１奥部の導出部１１２，１１２より
導出される蒸発パイプ４７と溶接により接続す
る。断熱材９０から延在せしめた減圧器１３等の
配管は切欠８９の機械室７８側の壁面より導出さ
れる配管と溶接接続する。第１の気液分離器２９
と乾燥器３５は断熱材９０外側に位置せしめ、断
熱材９０と９７も相互に配管接続した状態で切欠
８９，１１１内に組み込み、隙間にはグラスウー
ル等を装填した後、覆板９１で切欠８９と１１１
を覆う事により組み込みを完了する。又、電動圧
縮機４，１０、凝縮器８、送風機９及び膨張タン
ク５１等は機械室７８内に予め設置しておき、こ
れによつて冷凍庫７５は完成する。

(ト) 発明の効果 本発明によれば高温側冷媒回路の蒸発器にて温
度が低下した液状の油戻し用の冷媒を低温側冷媒
回路の電動圧縮機の潤滑油冷却器内で蒸発せしめ
るので、高温となる低温側冷媒回路の電動圧縮機
を良好に冷却して焼付きや潤滑油の劣化を防止で
きると共に、高温側冷媒回路の電動圧縮機の液戻
りによる損傷の発生も防止される等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

各図は本発明の実施例を示し、第１図は冷凍装
置の冷媒回路図、第２図は同制御用電気回路図、
第３図は冷凍装置の動作を説明するタイミングチ
ヤート、第４図は冷凍庫の斜視図、第５図は冷凍
庫本体の側断面図、第６図は冷凍装置の冷媒回路
の具体的構成を示す図、第７図は中間熱交換器部
の斜視図、第８図は冷凍庫の後方斜視図、第９図
は高温側冷媒回路のアキユムレータの断面図であ
る。 Ｒ……冷凍装置、２……高温側冷媒回路、３…
…低温側冷媒回路、４，１０……電動圧縮機、１
１……オイルクーラー、１４Ａ，１４Ｂ……蒸発
器、１５……アキユムレータ、２３Ａ，２３Ｂ…
…凝縮パイプ、２５Ａ，２５Ｂ……カスケードコ
ンデンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ それぞれ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮し
   た後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と低温側冷媒
   回路とから成り、前記高温側冷媒回路の蒸発器と
   前記低温側冷媒回路の凝縮器とで熱交換器を構成
   した冷凍装置に於いて、前記高温側冷媒回路には
   冷却作用を発揮する沸点の低い冷媒と圧縮機の潤
   滑油を帰還せしめるための比較的沸点の高い冷媒
   を封入し、前記熱交換器を経て前記高温側冷媒回
   路の圧縮機へ帰還する配管の一部にて前記低温側
   冷媒回路の圧縮機の潤滑油冷却器を構成した冷凍
   装置。