JPS6317975Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本案は冷凍装置の改良構成に関し、特に凍結乾
燥による昇華空気中より脱湿した後真空ポンプに
て排気する如く、この昇華空気中よりの脱湿を行
う冷却槽を具備したものである。

従来生物学物質、例えば血清、ワクチン、人体
組織等を保存する場合、乾燥保存が良いが、この
乾燥作業は単純乾燥であれば、生物学物質の変質
を生じたり長期保存が出来なくなつていた。その
ために予備凍結された生物学物質を容器内に収納
し、真空ポンプにて容器内を真空にし、凍結氷を
昇華させて乾燥する方法が採用されているが、こ
の昇華空気中には当然多量の湿気が混入してお
り、真空ポンプのバルブなどに付着し腐触したり
汚染していた。特に生物学物質の種類によつて
は、この湿気中に酸やアルカリを含むものであれ
ば、係る真空ポンプの損傷などが著しく耐用期間
が短かかつた。

本案は斯る点に鑑みて成されたものであり、収
納容器より真空ポンプに至る排気路の途中を臨ま
せる冷却槽を設け、この冷却槽内を極低温、例え
ば−90℃前後などに冷却し排気中の湿気を凍結除
湿して、真空ポンプには除湿された乾燥空気を流
通して排気するものであり、更に、冷却槽内表面
に除湿凍結した霜氷を定期的に、冷媒サイクルの
蒸発器にホツトガスを流通させて溶融除去すると
共に、ホツトガスの切替用の電磁弁と並列に接続
されたリレーにて開閉されるリレー開閉器を、ホ
ツトガス流通時に冷媒圧縮機を運転制御する温度
開閉器に切替関係の並列に接続し、ホツトガスス
イツチが投入されると、ホツトガス除霜用の電磁
弁を開放させるとともに、温度開閉器によつて冷
媒圧縮機を運転、停止させる構成であり、このよ
うに構成することによつて排気中の湿気を除去し
て真空ポンプの劣化損傷を防止し、且つ冷却槽は
極低温のため除湿効果も良好であり、ホツトガス
スイツチの投入中は温度開閉器によつてホツトガ
ス運転を断続的に行ない、その余熱及び室温等を
利用して霜氷の除去運転を経済的に行なうととも
に、冷却槽内の温度上昇を抑制し、冷却運転再開
時の冷却時間を短縮することが可能であり、しか
もホツトガススイツチの投入中は電磁弁が常時開
放しているため、過負荷再起動して損傷するなど
の弊害を生じることはなくなるものである。

以下本案の実施例を図について説明する。

１は理科学実験用等任意の用途に供する冷凍装
置本体で、外装体２内に設置した冷却槽３等の被
冷却体を具備し且つこの冷却槽３を冷却するため
の冷媒サイクル４を具備している。この冷媒サイ
クル４は冷媒圧縮機５、凝縮器６、第１気液分離
器７、第１熱交換器８、第２気液分離器９、第２
熱交換器１０、過冷却器１１、キヤピラリーチユ
ーブ１２、及び蒸発器１３等を順次接続して構成
し、且つ蒸発温度の異る複数種類（例えば冷媒Ｒ
−21とＲ−13BとＲ−14など）の冷媒を混合封入
している。前記第１気液分離器７は中空筒状の外
筒側部に、前記凝縮器６よりの冷媒管１４を貫通
して臨ませ、上部に連通して第１熱交換器８へ至
る冷媒管１５を連結し、下部にドライヤー１６等
を介してキヤピラリーチユーブ１７に連通する導
管１８を連通連結している。前記第２気液分離器
９は側部に、前記第１熱交換器８に一端を連結し
た吐出管１９の他端を貫通して臨ませ、且つ上部
に連通して第２熱交換器１０へ至る冷媒管２０を
連結し、下部にドライヤ２１等を介してキヤピラ
リーチユーブ２２に連通する導管２３を連通連結
している。前記第２熱交換器１０よりの吐出管２
４は過冷却器１１に連通連結している。前記蒸発
器１３より冷媒圧縮機５に至る吸込管２５は、途
中に連通して形成した前記熱交換器１０，８部分
にて蛇行状に屈曲したり交熱フインを設けるなど
によつてこれら熱交換器１０，８と夫々非連通熱
交換関係に配設し、且つ第１熱交換器８より蒸発
器１３側位置適所に前記キヤピラリーチユーブ１
７を、第２熱交換器１０より蒸発器１３側位置適
所に前記キヤピラリーチユーブ２２を、夫々連通
連結している。前記凝縮器６の出口と蒸発器１３
の入口間とを、電磁弁２６にて流通制御される側
路管２７にて連通せしめ、前記電磁弁２６を付勢
開放することにより、冷媒圧縮機５よりの加圧高
温冷媒を、凝縮器６を経た後、蒸発器１３へ直接
供給し、この蒸発器１３を加熱して前記本体１の
冷却槽３に付着した霜氷を加熱溶融する。そして
係る冷媒サイクル４の動作は、冷媒圧縮機５にて
圧縮された複数種（実施例では３種類）の混合冷
媒が、凝縮器６にて放熱され蒸発温度の高い冷媒
が液化し、未だガス状の他の冷媒と共に冷媒管１
４より第１気液分離器７内へ流入する。第１気液
分離器７内へ噴出した気液混合冷媒は、気液を分
離されて、凝縮器６にて液化されなかつた蒸発温
度の低いガス状冷媒（実施例ではＲ−13BとＲ−
14の二種類の混合ガス冷媒）が冷媒管１５を介し
て第１熱交換器８へ流通する。一方第１気液分離
器７内底部に滴下した液状冷媒は、導管１８より
ドライヤ１６を通つて除湿され、キヤピラリーチ
ユーブ１７にて減圧されて第１熱交換器８と交熱
関係の吸込管２５にて蒸発気化し第１熱交換器８
を冷却する。これによつて第１気液分離器７を通
過し第１熱交換器８に流入した混合冷媒ガスのう
ち蒸発温度の高い冷媒ガスが凝縮液化する。そし
て第１熱交換器８より、気液混合冷媒が第２気液
分離器９に流入し、第１気液分離器７と同様この
第２気液分離器９にて蒸発温度の低いガス状冷媒
（例えばＲ−14）と第１熱交換器８にて液化した
液状冷媒（例えばＲ−13B）とに分離し、ガス状
冷媒は第２熱交換器１０へ、液状冷媒は導管２３
よりドライヤ２１を経て除湿されキヤピラリーチ
ユーブ２２にて減圧されて第２熱交換器１０と交
熱関係の吸込管２５にて蒸発気化し第２熱交換器
１０を冷却する。この時凝縮器６にて液化する冷
媒より第１熱交換器８で液化する冷媒が蒸発温度
が低いため、第２熱交換器１０に第２気液分離器
９より分離されて供給されるガス状冷媒は第２熱
交換器１０にて第１熱交換器８よりも低温度に冷
却されて凝縮液化され吐出管２４より過冷却器１
１に流通し、この過冷却器１１の中空筒体を貫通
した蒸発器１３より冷媒圧縮機５へ帰還する吸込
管２５を流通する低温度（例えば−20℃〜−80℃
前後）の帰還冷媒にて過冷却される。この過冷却
器１１の中空筒体内に第２熱交換器１０を経て流
入した、蒸発温度の最も低い冷媒（実施例では冷
媒Ｒ−14）は、第２熱交換器１０で冷却液化しき
れないでガス状冷媒を含んだ気液混合冷媒である
が、ガス状冷媒は中空筒体内上部に浮遊滞溜し、
液状冷媒が中空筒体内に露出している吸込管２５
の交熱部にて過冷却され、吐出口より冷媒管２６
及びキヤピラリーチユーブ１２を介して蒸発器１
３へ供給される。一方中空筒体内上部に浮遊して
いるガス状冷媒は、蒸発器１３より流出した直後
の低温冷媒を流通する吸込管２５の交熱部に接触
しているため、冷却されて交熱部外表面等に凝縮
結露し、上下方向に延びた交熱部等を伝つて流下
し、或いは直接滴下して、中空筒体内底部に溜つ
た液状冷媒に合流して吐出口より流出する。この
過冷却器１１を経てキヤピラリーチユーブ１２に
至る最も蒸発温度が低い冷媒にて、蒸発器１３を
蒸発冷却し、この蒸発器１３を冷却槽３外周に捲
回装着して利用する。実験のものでは前記３種類
の冷媒Ｒ−21、Ｒ−13B、Ｒ−14を使用して冷却
槽３を−80℃から−90℃の冷却温度が得られた。

尚、前記実施例では３種類の冷媒を利用したも
のについて記述したが、２種類であつても、４種
類以上であつても差しつかえない。この時には冷
媒の種類に応じて気液分離器及び熱交換器の数量
が増減する。

前記本体１の冷却槽３は、生物学物質Ａ等を収
納する収納容器４７に一端を連通した、管体にて
形成した中空路２８の他端を臨ませると共に、真
空ポンプ２９の吸込管３０を臨ませており、前記
収納容器４７内の空気を、この冷却槽３内を介し
て真空ポンプ２９にて吸引し、収納容器４７内を
真空状態にして予備凍結された生物学物質Ａ等を
所謂凍結乾燥する。この時冷却槽３内を通過する
収納容器４７よりの空気中に含まれた湿気は、−
80℃〜−90℃等極低温に冷却された冷却槽３内周
壁に凍結し、殆んど除湿された空気が真空ポンプ
２９へ引かれ、排気筒３１より大気中へ排出され
る。前記冷却槽３及び収納容器４７は夫々蓋板３
２，３３にて開閉自在にパツキング３４，３５を
介し密閉されている。

次に前述の如き構成における制御を行う、第３
図に示した制御装置Ｓの電気回路について説明す
る。

真空ポンプ２９は電源３６と並列に接続し、電
源スイツチ３７を介して凝縮器６を強制通風する
送風機３８、電磁弁２６及び冷媒圧縮機５を接続
している。

前記電磁弁２６は直列に手動或いはタイマなど
自動的に開閉するホツトガスススイツチ３９を接
続すると共に、リレーコイル４０を並列に接続し
ている。

４１は切換開閉器４２制御用のリレーコイル
で、前記冷却槽３の温度等を感知して開閉する温
度開閉器４３を介して電源３６に接続されてい
る。前記冷媒圧縮機５は第１接点ａ、第２接点
ｂ、及び切替片ｃよりなる前記切替開閉器４２の
切替片ｃに接続し、リレーコイル４１の付勢時に
は切替片ｃを介して第１接点ａに、消勢時には切
替片ｃを介して第２接点ｂに接続される。４４は
前記リレーコイル４０にて開閉制御される常閉ス
イツチで、一端を前記電源スイツチ３７と温度開
閉器４３間に接続し、他端を切替開閉器４２の第
２接点ｂに接続している。４５は冷媒圧縮機５の
過負荷開閉器である。

この様な電気回路にすることによつて、冷却槽
３を蒸発器１３によつて冷却する場合、電源スイ
ツチ３７を投入すると、３６−３７−４４−ｂ−
ｃ−５−４５−３６の閉回路が形成され冷媒圧縮
機５が運転されて蒸発器１３による冷却が開始さ
れ、所定温度以下（例えば２℃程度）になると温
度開閉器４３が閉路し、リレーコイル４１を付勢
して切替片ｃを第２接点ｂより第１接点ａに切替
えて冷媒圧縮機５の運転を継続し、冷却槽３を−
80℃〜−90℃等の極低温迄冷却する。その後収納
容器４７よりの中空路２８を冷却槽３内に臨ませ
ると、運転中の真空ポンプ２９により、収納容器
４７内の空気が冷却槽３を介して吸引排気され、
収納容器４７内の凍結した生物学物質Ａ等を昇華
乾燥する。

所定時間運転後冷却槽３内周壁に多量の湿気が
付着凍結するため、自動的に或いは目視などによ
り確認して手動にてホツトガススイツチ３９を閉
路すると、電磁弁２６が開路して冷媒圧縮機５よ
りの冷媒が、凝縮器６を経た後側路管２７にて直
接蒸発器１３に流通し、加熱して冷却槽３周壁に
付着した霜氷を溶融する。霜氷の溶融が進み冷却
槽３内が所定温度例えば約10℃迄上昇すると温度
開閉器４３が開路し、リレーコイル４１が消勢さ
れ切替開閉器４２の切替片ｃを第１接点ａより第
２接点ｂに切替復帰する。これと同時に、電磁弁
２６と並列のリレーコイル４０がホツトガススイ
ツチ３９の閉路により付勢されたままであり、常
閉スイツチ４４が開路を継続しており、冷媒圧縮
機５は停止し、冷媒サイクル４の冷媒流通を停止
する。また、ホツトガスの余熱が奪われ、冷却槽
３の温度が低下すると、温度開閉器４３は再び閉
路し、ホツトガス運転を再開させる。このよう
に、ホツトガス運転を断続させることにより、冷
却槽３内周壁の残溜霜氷は、余熱及び室温等にて
徐々に溶融される。冷却槽３内周壁の霜氷が完全
に溶融され、冷却槽３から除去された後、手動に
より或いは自動的にホツトガススイツチ３９を開
路し、電磁弁２６を閉路すると共にリレーコイル
４０を消勢すると、常閉スイツチ４４が閉路し、
再び冷媒圧縮機５を運転して冷却槽３の冷却を再
開する。

この冷媒圧縮機５の停止中に、側路管２７を介
して冷媒サイクル４の高低圧調整が出来、再起動
時に冷媒圧縮機５に過負荷が加わりバルブ折損や
モータ焼損などの損傷が回避される。

前記真空ポンプ２９は制御スイツチ４６を直列
接続して任意に運転制御するのが望ましい。

本案は以上の如く構成しているため、極低温の
冷却槽にて真空ポンプへ至る空気中の湿気を良好
に除去出来真空ポンプの腐触や汚染等の損傷を軽
減し耐用期間を長く出来る。しかも冷却槽内周壁
に付着した霜氷の除去をホツトガスにて加熱する
ことによつて行なうため構造が簡単となり、しか
も所定温度になると電磁弁の開放は継続したまま
ホツトガス運転を断続させ、霜氷除去を余熱及び
室温等にて行なうため、霜氷の除去運転を経済的
に行なうことができるとともに、冷却槽内が極端
に温度上昇することがなく冷却運転再開に伴なう
所定温度までの冷却時間が短縮され、且つこの冷
媒圧縮機の停止中に側路管の連通により冷媒サイ
クルの均圧化が計れ、運転再開時冷媒圧縮機の過
負荷運転が防止出来る。

尚、前記冷却槽３は凍結乾燥の排気中の湿気を
除去する用途にのみ適用されるものではなく、任
意の用途に供されることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本案冷凍装置の斜視図、第２図は同概
略冷媒サイクル図、第３図は同じく概略電気回路
図、第４図は同使用例を示す一部切欠断面せる概
略構成図である。 ３……冷却槽、４……冷媒サイクル、５……冷
媒圧縮機、２６……電磁弁、２７……側路管、２
８……中空管（排気路）、３０……真空ポンプ、
Ｓ……制御装置、３９……ホツトガススイツチ、
４０……第１のリレーコイル、４１……第２のリ
レーコイル、４２……切換開閉器、４３……温度
開閉器、４４……常閉スイツチ、４７……収納容
器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 蒸発温度の異なる複数種の冷媒を混合封入し、
   且つ冷媒圧縮機、凝縮器、気液分離器及び蒸発器
   等より構成する極低温の冷媒サイクルを具備する
   と共に、前記凝縮器と蒸発器間とを電磁弁にて流
   通制御される側路管にて連通せしめ、上記蒸発器
   を収納容器より真空ポンプに至る排気路の冷却槽
   に設けてなる冷凍装置において、ホツトガススイ
   ツチと並列の上記電磁弁及び第１のリレーコイル
   との直列回路と、上記冷却槽の温度を検知する温
   度開閉器と第２のリレーコイルとの直列回路を並
   列接続し、これらの直列回路と並列に第１リレー
   コイルの常閉スイツチ、第２のリレーコイルの切
   換開閉器の常閉接点及び上記冷媒圧縮機の直列回
   路を設け、上記冷媒圧縮機を上記切換開閉器の常
   開接点を介して上記第２のリレーコイルと並列に
   接続してなる制御装置を備えたことを特徴とする
   冷凍装置。