JPS62258962A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、生物学物質の凍結保存等に好適な超低温装置
に関する。

（従来の技術） 従来、生物学物質の凍結保存には第２図のような超低温
冷凍装置が用いられている。冷凍サイクルは、圧縮機１
、凝縮機２、第１気液分離器３、第１カスケード熱交換
器４、第１細管５、第２気液分離器６、第２カスケード
熱交換器７、第２細管８．減圧装置９、冷却器１０で冷
媒循環路を構成している。冷凍サイクル内には蒸発温度
の異なる複数の冷媒（例えば、Ｒｎ、Ｒ１２、Ｒｎ、Ｒ
１４の組合せ等）が封入されている。また第１、第２カ
スケード熱交換器４．７は二重管構造で内管と外管全波
れ、る冷媒の流れ方向がたがいに逆向きになる構成であ
る。この冷凍サイクルの動作を説明する。圧縮機１で圧
縮された冷媒は凝縮器２で冷却され混合冷媒のうちの一
部の冷媒、ここでは蒸発温度の一番高い成分が主として
液化して気液混合状態で第１気液分離器３へ流入し液冷
媒となった高沸点成分と残りのガス冷媒とに分離され、
液冷媒は第１細管５で減圧されて第１カスケード熱交換
器４の一ｎａ部外側より内管４内に流入し、一方策１気
液分離器３で分離されたガス冷媒は第１カスケード熱交
讐器４の外管４′内に流入して熱交換が行なわれる。第
１カスケード熱交換器４の外管４を流れる冷媒はその一
部の冷媒、ここでは蒸発温度が中温の成分が主として液
化して気液混合状態で第２気液分離器６へ流入して液冷
媒となり九中沸点成分とガス冷媒（低沸点成分主体）と
に分離され、この液冷媒は第２細管８を通して第２カス
ケード熱交換器７の端部外側より内管７内に流入し、ま
たこのガス冷媒は第２カスケード熱交換器７の外管７′
内に流入して念がいに熱交換し外管７′内を流れる低沸
点冷媒は液化して減圧装置９で減圧された後に冷却器１
０に流入し、そこで蒸発するっこの蒸発によって冷却器
１０を設けた低温貯蔵庫（図示せず）の庫内は超低温と
なる。冷却器１０で蒸発した冷媒は第２．細管８で導か
れる冷媒とともに第２カスケード熱交換器７の内管７内
に流入し、つづいて、この冷媒は第１細管５で導かれる
冷媒と合流後、第１カスケード熱交換器Ｉ ４の内管４内に流入し、さらに圧縮機１へ帰還する。以
下、同様の動作を繰り返す。ここで、第１゜第２カスケ
ード熱交換、器４．７の作動状態をみると、例えば第１
カスケード熱交換器４の場合、定常運転時、には一般に
第２カスケード熱交換器７から流入する内管的冷媒の温
度ｔ１は、第１気液分離器３から第１細管５を介して減
圧された冷媒の温度ｔ２より低く、し友がって、これら
２つの冷媒が合流して該第１カスケード熱交換器４の内
管４に流入する冷媒の温度ｔ３は当然ｔ１より高くなる
。ｔｌ＜　ｔ３＜　ｔ２ｏこの結果、第１気液分離器８
から外管イに流入するガス冷媒は冷却され、ｔ３近くま
では下がるが、ｔｌに近づけることはできない。第２ガ
スケート熱交換器７での作動状態も同様であり説明を省
略する。これは、せっかく前操作で得られ超低温の熱が
有効に利用されないことを意味しており、冷却運転効率
が悪くなるとともに、冷却器でより低温が得られないと
ばり欠点があり几。

（解決しようとする問題点） 本発明は、前述の欠点に鑑みてなされ友もので、高性能
で経済的な運転が可能な超低温冷凍装置を提供するもゆ
である。

ζ問題点を解決するための手段および作用）□本発明は
、混合冷媒を頴次分離し、最終的に低沸点冷媒を液成分
として取出し、これを減圧、冷却器で冷却作用させるこ
とで超低温を発生させる冷凍システ云であり、低沸点冷
媒抽出のために用いる各カスケード熱交換器での凝縮側
と蒸発側の冷媒を温度的に完全に対向流熱交換させるよ
うに構成し、従来装置の欠点であるエクセルギ損失を極
力おさえ、より低温の発生と運転効率の改善を図り之も
のである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図で説明する。

基本構成は、第２図の従来例と同一である。違う点は、
第１、第２気液分離器８．６に一端を配する第１、第２
細管５．８を第１．第２カスケード熱交換器４，７の二
重管端部４ａ、７ａの外側よ４ｂ１７ｂに開口し次点に
ある。この構成において、作用を説明する。冷凍サイク
ルの基本的な作用は従来例と同一であるため、説明を省
略する。

第１、第２カスケード熱交換器４．７での熱交換につい
て説明する。まず第１カスケード熱交換器４についてみ
石と、第２カスケード熱交換器７より内管４″に流入す
る温度ｔ１の低温冷媒が外管４′を流れるある程度冷却
された後の冷媒を対向的に熱交換してさらに冷却、凝縮
し、第２気液分離器６に導びく。この過程で、上記第２
カスケード熱交換器７より流入し次低温冷媒が熱交換作
用で温度ｔ１から概略ｔ２の温度に上昇し友４ｂの点で
、第１細管５で減圧されて温度ｔ２となる冷媒と合流さ
せる。次いで、この冷媒温度ｔ２で第１気液分離器３か
も外管４に流入するガス冷媒を対向的に初期冷却する。

第２カスケード熱交換５７での作用も同様で、冷却器１
０から内管７に流入する冷媒で第２気液分離器６から外
管７内に流入したガス冷媒のある程度冷却され次ものを
追冷却し、該第２気液分離器６から第２細管８で減圧さ
れた冷媒と概略同温度に上昇し念所、７ｂ点でこの冷媒
と合流させ、上記第２気液分離器６から流入するガス冷
媒を初期冷却するようになっている。

以上のように第１、第２カスケード熱交換器での熱交換
を行なわせることで、冷却性能を向上させ、効率のよい
運転を行なうことができる。同時に、より低温度を実現
することもできる。

（効　果） 本発明では、混合冷媒を冷却、分離するために用いるカ
スケード熱交換器での熱交換をエクセルギ損失の少ない
構成とし’ｆＣ−ｆＣめ、高効率な運転を行なうことが
できる。ま之、より超低温が発生でき、生物学物質の貯
蔵性能を向上させることもできる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例及び従来列を示すものであり、
第１図は本発明の超低温の混合冷媒サイクル図、第２図
は従来の超低温混合冷媒サイクル図である。 図面において、１：圧縮機、２：凝縮器、３：第１気液
分離器、４：第１カスケード熱交換器。 ５：第１細管、６：第２気液分離器、７：第２カスケー
ド熱交換器、８：第２細管、９：減圧装置、ａ　ＨＴ　
ａ　：二重管端部、４ｂ、７ｂ二二重管中途部、である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸発温度の異なる冷媒の混合物である混合冷媒を用いて
   、圧縮機で圧縮した冷媒を凝縮器で冷却し、液化した高
   沸点冷媒と残留ガス冷媒とに分離する第１気液分離器と
   、該第１気液分離器で分離した液冷媒の減圧冷媒とガス
   冷媒とが熱交換する第１カスケード熱交換器と、該第１
   カスケード熱交換器を通過した前記ガス冷媒のうち液化
   した中沸点冷媒と残留ガス冷媒とを分離する第２気液分
   離器と、該第２気液分離器で分離した液冷媒の減圧冷媒
   とガス冷媒とが熱交換する第２カスケード熱交換器と、
   以下同様の作用を繰返し、最終段の第ｎカスケード熱交
   換器で残留する低沸点ガス冷媒を完全に液化し、これを
   減圧装置で減圧して蒸発させる冷却器と、前記各カスケ
   ード熱交換器および前記冷却器に流入した液冷媒の減圧
   冷媒が蒸発後圧縮機へ帰還する経路を有する冷凍装置に
   おいて、各カスケード熱交換器を二重管構造とするとと
   もに、外管側を凝縮側、内管内を蒸発側とし、該内管内
   に二重管端部の外側より各気液分離器で分離した液冷媒
   を流す減圧用細管を挿入、引延して該二重管の途中に開
   口する構造としたことを特徴とする冷凍装置。