JPH0760027B2

JPH0760027B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JPH0760027B2
Application number: JP63072397A
Authority: JP
Inventors: 一夫竹政; 福治吉田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPH01244251A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は圧縮機を用いた冷凍装置、特に複数種の非共沸
混合冷媒を用いて極低温を得るための冷凍装置に関する
ものである。

（ロ）従来の技術従来より理化学実験室等に於いて生体細胞の保存等に使
用される冷凍庫に用いる機械式冷凍装置は−80℃程度の
低温を得るのが限界であった。斯かる低温によれば細胞
の凍結保存は達成されるものの、時間の経過に従い、凍
結した細胞内の氷結晶の核が再結合して氷結晶の大きさ
が拡大し、細胞破壊現象が発生する。これは氷の再結晶
化と称されるものであるが、この氷の再結晶は再結晶化
点である−130℃より低い環境では発生しないことが知
られている。即ち−130℃より低い超低温下であれば細
胞の永久保存が達成でき、斯かる超低温を得る冷凍装置
が期待されていた。

ここで此種冷凍装置、特に圧縮機を用いたものでは、圧
縮機から吐出された高温ガス状冷媒を凝縮器に流入せし
めて空気若しくは水と熱交換することによって液化せし
め、減圧装置によって圧力調整した後、蒸発器に流入せ
しめて蒸発せしめる。この時気化熱を周囲より吸収する
ことによって冷却作用を達成するものであるが、単一の
冷媒を用いた冷凍装置では、通常の圧縮機の場合、−40
℃程度の最低到達温度を達成するのが限度である。

また、二つの独立した冷媒閉回路を用い、両者をカスケ
ード接続すると共に、低温を達成する側の冷媒閉回路に
より低沸点の冷媒を封入することによって低温度を達成
する所謂二元冷凍方式もあるが、これとて通常の圧縮機
を用いたものでは−80℃程度が限度である。

これらの問題を解決するものとして1973年10月３日付米
国特許第3,768,273号の如く、沸点の異なる複数種の混
合冷媒を用い、中間熱交換器でのより高い沸点の冷媒の
蒸発によって、より低い沸点の冷媒を次々に凝縮して行
くことにより、最終段の蒸発器で最も低い沸点の冷媒を
蒸発せしめ、単一の圧縮機によって低温度を得る所謂混
合冷媒冷凍方式もある。

更に、1973年５月22日付米国特許第3,733,845号の如く
独立した二つの冷媒閉回路をカスケード接続し、低温側
の冷媒閉回路を前述の混合冷媒冷凍方式として極めて低
い温度を達成するものもある。これによれば通常用いら
れる圧縮機（例えば1.5HP程度）によって−130℃より極
めて低い低温を達成することが可能である。

（ハ）発明が解決しようとする課題前記米国特許第3,733,845号の冷凍装置では例えば冬季
等の低外気温時に、カスケード部分の温度が低くなり過
ぎると、低温側の冷媒閉回路が過冷却され、ここでは凝
縮すべきでない沸点の低い冷媒までカスケード部分にて
凝縮してしまう状況が生ずる。斯かる状況下では低温側
の冷媒閉回路の最終の蒸発器で冷却作用を生じさせるべ
き沸点の低い冷媒が、途中の気液分離器によって圧縮機
に帰還せしめられてしまい、最終の蒸発器で冷却作用を
発揮できなくなる問題があった。

本発明は斯かる問題点を解消するために成されたもので
ある。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は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第１及び第
２の冷媒閉回路とから成り、第２の冷媒閉回路には沸点
の異なる複数種の混合冷媒を充填し、且つ第２の冷媒閉
回路の圧縮機から蒸発器に至る高圧側冷媒配管と第１の
冷媒閉回路の蒸発器との間に熱交換器を構成して冷凍装
置を構成すると共に、前記第１の冷媒閉回路の蒸発器の
温度を所定の範囲内に維持する如く前記第１の冷媒閉回
路の圧縮機を制御する制御装置を設けたものである。

（ホ）作用本発明によれば第１の冷媒閉回路の蒸発器によって第２
の冷媒閉回路の高圧側冷媒配管が過冷却され、混合冷媒
中の沸点の低い冷媒が凝縮されない。

（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）を出た高圧
側冷媒配管（200）は乾燥器（12）を経た後、減圧器（1
3）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）を経てフキュムレー
タ（15）に接続された後、低圧側冷媒配管（201）を経
て電動圧縮機（４）の吸入側配管（4S）に接続れさる。
この低圧側冷媒配管（201）には分岐配管（202）の入口
側（202A）及び出口側（202B）が接続され、中途部を低
温側冷媒回路（３）の電動圧縮機（10）のオイルクーラ
ー（11）とされている。第１蒸発器（14A）と第２蒸発
器（14B）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）には共沸混合冷媒であるR500が充
填されている。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R500が蒸発
し、気化熱を周囲から吸収して各蒸発器（14A），（14
B）を冷却し、冷媒液溜めとしてのアキュムレータ（1
5）に流入する。

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−35℃程度になる。この時冷媒R500は各蒸発器（14
A），（14B）では全部は蒸発せず、従ってアキュムレー
タ（15）から出て低圧側冷媒配管（201）を流れる冷媒
の湿り度は高く、温度は−25℃前後となっている。この
低温ガス冷媒の一部は入口側（202A）から分岐配管（20
2）に流入し、残りの一部はそのまま吸入側配管（4S）
より電動圧縮機（４）に帰還する。分岐配管（202）に
流入した湿り度の高い冷媒はオイルクーラー（11）に至
り、そこで低温側冷媒回路（３）の電動圧縮機（10）内
の潤滑油と熱交換してそれを冷却し、電動圧縮機（10）
の焼付きや潤滑油の劣化を防止する。

オイルクーラー（11）から出る冷媒は＋20℃程度の温度
となって出口側（202B）より電動圧縮機（４）に吸入さ
れる。従って総ての吸入冷媒をオイルクーラー（11）に
流すと低温側冷媒回路（３）の電動圧縮機（10）の焼付
き防止効果は向上するものの、今度は高温側冷媒回路
（２）の電動圧縮機（４）への吸入ガス冷媒の温度が高
くなり過ぎるため、電動圧縮機（４）が焼付きを起して
破損してしまう。これに対して本発明では低圧側冷媒配
管（201）を流れる冷媒を分岐配管（202）にて分流し、
例えば40％をそのまま電動圧縮機（４）に吸入せしめ、
60％をオイルクーラー（11）を経て電動圧縮機（４）に
吸入されるように構成している。これによって、電動圧
縮機（４），（10）双方の焼付きを防止して安定した動
作を達成している。

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）と高圧側冷媒配管
（203）に分かれる。高圧側冷媒配管（203）中には第１
凝縮パイプ（23A）と第２凝縮パイプ（23B）が直列に接
続され、それぞれ第１蒸発器（14A）及び第２蒸発器（1
4B）内に挿入されている。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２凝縮パイプ（23B）は乾燥
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（38）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（43）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（45）ほ経て減圧器（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２（42）及び
第１の中間熱交換器（32）に次々に接続された後、アキ
ュムレータ（49）に接続され、アキュムレータ（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）には沸点の異なる五種類の混合冷
媒が封入される。即ち、R22（クロロジフルオロメタ
ン）、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5.5
重量％、R14が24.4重量％、R13B1が39.7重量％、R12が2
5.7重量％、R22が4.7重量％である。R50はメタンてあり
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って爆発の危険性は無くなる。従
っ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），（14B）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（1
9）にて電動圧縮機（10）に戻し、冷媒自体は第１凝縮
器（23A）及び第２凝縮器（23B）に次々に流入して、そ
れぞれカスケードコンデンサ（25A）及び（25B）にて第
１（14A）及び第２蒸発器（14B）より冷却されて混合冷
媒中の沸点の高い冷媒を凝縮液化せられる。

第２凝縮器（23B）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、R22とR12とR13B1の一部のみが凝
縮液化されている為、R14とR50は気相配管（30）に、R2
2とR12とR13B1の一部は液相配管（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の一部が減圧器（3
6）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−60℃程となっている。
従って気相配管（30）を通過した混合冷媒中の残りのR1
3B1とR14の一部は凝縮液化され、R50は更に沸点が低い
為に未だガス状態である。よってR13B1とR14の一部は気
液分離器（33）から液相配管（38）へ又、R50と残りのR
14は気相配管（43）へと分離され、R13B1とR14の一部は
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R13B1と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−85
℃程となっている。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、その温度は−105℃程の極めて低い温度とな
っているので、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と残りのR14は凝縮液化され、乾燥器（4
5）を経て減圧機（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−140℃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−135℃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
は前述の如く第3,第2,第１の中間熱交換器（44），（4
2），（32）に次々に流入、流出し、各冷媒R14,R13B1,R
12及びR22と合流しながらアキュムレータ（49）にて未
蒸発の冷媒を分離した後、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とR22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っているため蒸発せず
液状態のままであり、従って冷却に何等寄与しないが、
油分離器（18）で分離し切れなかった残留潤滑油や各乾
燥器で吸収し切れなかっ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）の潤滑油や水が低温側冷媒回路
（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、目詰まりの原因となる。その為
にR12とR22で略完全なる潤滑油と水分の帰還を達成して
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−140℃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。これによっ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、−140℃の達成によって後述
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。

次に第２図は本発明の冷凍装置（Ｒ）の制御用電気回路
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）間に温調リレー（206）の接点（2
06A）とカスケードサーモスタット（205）と直列に接続
される。カスケードサーモスタット（205）は高温側冷
媒回路（２）のアキュムレータ（15）の温度を感知する
様に取り付けけられている。アキュムレータ（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ので、カスケードサーモスタッ
ト（205）は実質的に蒸発器（14A），（14B）の温度を
感知する。カスケードサーモスタット（205）はアキュ
ムレータ（15）の温度が例えば−36℃に低下して接点を
閉じ、−20℃に上昇して接点を開く動作をする。接点
（206A）はコイル（206C）に通電されて閉じる。（10
M）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），（A
C）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ィファレンシャルを設定し、
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。例えば設定温度が−13
5℃の時の上下限は−134℃乃至−136℃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（63）の接点（63A）が直列接続され
ると共に、更に温調リレー（206）のコイル（206C）が
接続される。温調リレー（62）はコイル（26C）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）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
スイッチである。高圧スイッチ（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/cm
²に低下すると接点を閉じる。タイマー（63）は高圧ス
イッチ（65）の接点が閉じた後、３乃至５分経過後に接
点（63A）を閉じ、高圧スイッチ（65）が開いて接点（6
3A）を開く。（66）は低温始動サーモスタットであり、
高温側冷媒回路（２）のアキュムレータ（15）の温度を
感知する様に取り付けられ、アキュムレータ（15）の温
度が例えば−30℃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ット
（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），（A
C）に接続される。タイマー（68）と低温始動サーモス
タット（66）間にはタイマー（68）の切換えスイッチ
（69）のコモン端子が接続され、切換えスイッチ（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（70），（71）が並列に接続される。タイマー
（68）は常には切換えスイッチ（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
間になるとスイッチ（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図及び第４図のタイミングチャートを参照して
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。この時、冷蔵
室内とアキュムレータ（15）は常温に近い状態であるか
ら出力端子（61A），（61B）間に電圧を発生してコイル
（206C）に通電され、接点（206A）が閉じ、又、カスケ
ードサーモスタット（205）も閉じているのでモーター
（4M）が起動し、電動圧縮機（４）が動作して高温側冷
媒回路（２）内を冷媒が循環し始める。この時アキュム
レータ（15）は常温に近い状態であるから低温始動サー
モスタット（66）は開放状態であり、従って温度調節器
（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、従って接点（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
よって温度が低下して行き、それに伴ってアキュムレー
タ（15）の温度が低下して時刻（t₁）に−30℃になると
低温始動サーモスタット（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
から当然高圧スイッチ（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（6
3）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。従って低温始動サーモスタット（66）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）の各部の温
度は依然高く、従って内部の冷媒は殆どがガス状となっ
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（10
D）の圧力が急激に上昇する。これを放置すると高圧力
によって電動圧縮機（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ッチ（65）がそれを感知し
て接点を開くので接点（63A）が開き、それによって温
調リレー（62）の接点（62A）が強制的に開放せられ、
コイル（60C）が非通電となって接点（60A）が開きモー
ター（10M）は停止する。これによって電動圧縮機（1
0）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）の停止によって吐出側配管（10D）の
圧力は低下して8kg/cm²まで下がるがチャタリング防止
用のタイマー（63）の存在によって高圧スイッチ（65）
の閉動作から３乃至５分間は接点は閉じず、従ってモー
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），（1
4B）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（1M）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ッチ（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って第
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って沸点の
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（4
7）の温度が徐々に低下して行って前述の最終到達温度
を得る。

この様な動作中に第４図の時刻（t₄）においてアキュム
レータ（15）の温度が−36℃に達するとカスケードサー
モスタット（205）が開きモーター（4M）が停止し、そ
の後時刻（t₅）にアキュムレータ（15）の温度が上昇し
て−20℃に達すると再びカスケードサーモスタット（20
5）が閉じてモーター（4M）が起動する。即ち、アキュ
ムレータ（15）の温度即ち、蒸発器（14A），（14B）の
温度は略−20℃と−36℃の間で維持される。

ここで蒸発器（14A），（14B）の温度に拘わらずモータ
ー（4M）を運転すると、低外気温下ではカスケードコン
デンサ（25A），（25B）において凝縮パイプ（23A），
（23B）を流れる低温側冷媒回路（３）内の混合冷媒が
過冷却される危険性がある。斯かる状況下では沸点の低
い冷媒、例えばＲ−13B1の大部分やＲ−14,R−50が凝縮
パイプ（23A），（23B）にて凝縮してしまい、第１の気
液分離器（29）から液相配管（34）に流れて行って第１
の中間熱交換（32）より電動圧縮機（10）に戻されてし
まう場合が生ずる。この様になると最終の蒸発パイプ
（47）にＲ−50やＲ−14が流れなくなり、貯蔵室の冷却
を行えなくなる問題が生ずるが、本発明では蒸発器（14
A），（14B）の温度を−20℃乃至−36℃に保持して過冷
却が行われないようにしているので斯かる冷却不良は生
じない。

その後時刻（t₆）に貯蔵室の温度が温度調節器（61）で
設定する下限温度（例えば−136℃）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），（206A）が開き、更に接点（60A）も開く為、
モーター（4M），（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、時刻
（t₇）にて温度調節器（61）で設定する上昇温度（例え
ば−134℃）に達すると再び接点（64A），（206A）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。接点（602A）が閉じて
も、アキュムレータ（15）の温度が−20℃に達していな
ければモーター（4M）は起動されず、時刻（t₈）で−20
℃に達したら、カスケードサーモスタット（205）が閉
じてモーター（4M）が起動される。即ち、高温側冷媒回
路（２）の電動圧縮機（４）は貯蔵室温度が下限温度と
なった時に低温側冷媒回路（３）の電動圧縮機（10）と
共に停止するので、高温側冷媒回路（２）の低圧側配管
（201）や吸入側配管（4S）での凍結が生じない。以上
を繰り返えして貯蔵室は平均して設定温度（例えば−13
5℃）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
モスタット（66）が閉じている間、即ちモーター（10
M）が運転されている時間を積算しており、この積算が1
2時間に達すると切換えスイッチ（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−100℃以下で極めて低い温度に達している。従って
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
長すると目詰まりが発生し、冷媒が流れなくなってしま
うが、本発明ではヒーター（70），（71）によって定期
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、従っ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）にスイッチ（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５図は本発明を適用せる冷凍庫（75）の前方斜視
図を示し、第６図はその要部断面図を示す。更に第７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設置さ
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）によって開閉自在に閉塞さ
れている。本体（74）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（78）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
（81）が設けられる。又、（82）は通気用スリットであ
る。

第６図は本体（74）部分の側断面図を示している。（8
3）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、内箱（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）の開口縁はプレーカ（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（38）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）の冷却作用によって内断熱材（86）が収縮
しても外断熱材（85）には何等影響を与えず、従って断
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（88）より
後述する如き断熱材（90）によっ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）内周面のガスケット、
（94）は運搬用キャスターである。

次に第７図は冷凍装置（Ｒ）の冷媒回路（１）との具体
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（17）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（14A），（1
4B）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。（96）は
各中間熱交換器（32），（42），（44）等から成りそれ
を断熱材（97）によっ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（8
4）外面に予めアルモニウムテープ或いは接着剤等によ
っ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。

尚、実施例ではカスケードサーモスタット（205）をア
キュムレータ（15）に取り付けたが、それに限られず、
第１或いは第２蒸発器（14A），（14B）に直接取り付け
て、その温度を感知するようにしても良い。

（ト）発明の効果本発明によれば第１の冷媒閉回路の蒸発器の温度を所定
の範囲内で維持するので、そこと熱交換する第２の冷媒
閉回路の高圧側冷媒配管を流れる混合冷媒が過冷却され
てその内の沸点の低い冷媒が凝縮せられて第２の冷媒閉
回路の蒸発器に至る以前に圧縮機に帰還せしめられるの
を未然に防止でき、冷却不良の発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

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図及び第４図は冷凍装置の動作を説明する
タイミングチャート、第５図は冷凍庫の斜視図、第６図
は冷凍庫本体の側断面図、第７図は冷凍装置の冷媒回路
の具体的構成を示す図である。（２）……高温側冷媒回路、（３）……低温側冷媒回
路、（４），（10）……電動圧縮機、（14A），（14B）
……第１及び第２蒸発器、（15）……アキュムレータ、
（25A），（25B）……カスケードコンデンサ、（205）
……カスケードサーモスタット。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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第１及
び第２の冷媒閉回路とから成り、前記第２の冷媒閉回路
には沸点の異なる複数種の混合冷媒を充填し、凝縮して
分離された沸点の高い冷媒の蒸発にて沸点の低い冷媒を
凝縮させ、且つ第２の冷媒閉回路の圧縮機から蒸発器に
至る高圧側冷媒配管と前記第１の冷媒閉回路の蒸発器と
の間に熱交換器を構成すると共に、前記第１の冷媒閉回
路の蒸発器の温度を所定の範囲内に維持する如く前記第
１の冷媒閉回路の圧縮機を制御する制御装置を設けたこ
とを特徴とする冷凍装置。