KR100781433B1

KR100781433B1 - 냉동 장치

Info

Publication number: KR100781433B1
Application number: KR1020060066643A
Authority: KR
Inventors: 지로 유자와; 후꾸지 요시다; 스스무 고바야시; 미노루 스또
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2007-12-03
Also published as: US7624586B2; EP1775333B1; CN100460779C; US20070084224A1; EP1775333A1; CN1952527A; JP2007107858A; KR20070042067A

Abstract

본 발명의 과제는 혼합 냉매를 불연성으로 함으로써 안전하게 취급하는 것이 가능하고, 또한 간소한 냉동 장치에서 고내 온도를 －85 ℃ 이하로 하는 초저온을 실현하는 것을 가능하게 하는 냉동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 냉동 장치(R)는 압축기(14)로부터 토출된 냉매를 응축한 후, 증발시켜 냉각 작용을 발휘하는 동시에, 증발한 냉매와 응축된 냉매를 열교환시키는 단일의 냉매 회로(12)로 구성된 것이며, 냉매 회로(12)에 R245fa, R600, R23, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매, R245fa, R600, R116, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매, R245fa, R600, R508A, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매, 또는 R245fa, R600, R508B, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매를 봉입하였다.

냉동 장치, 압축기, 냉매 회로, 열교환기, 단열재

Description

냉동 장치{REFRIGERATING APPARATUS}

도1은 냉동 장치를 적용한 초저온 냉동고의 정면도.

도2는 도1의 측면도.

도3는 도1의 평면도.

도4는 본 실시예에 있어서의 냉매 회로도.

도5는 다른 실시예에 있어서의 냉매 회로도.

도6은 R245fa와 R600의 혼합 냉매 및 R14의 중량을 일정하게 하고, R23의 중량을 변화시킨 경우의 각 데이터에 관한 그래프.

도7은 R245fa와 R600의 혼합 냉매 및 R23의 중량을 일정하게 하고, R14의 중량을 변화시킨 경우의 각 데이터에 관한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

R : 냉동 장치

1 : 초저온 냉동고

2 : 단열 상자체

7 : 단열재

8 : 저장실

9 : 단열 도어

12 : 냉매 회로

13 : 증발기

14, 24 : 압축기

15, 25 : 응축기

16 : 열교환기

17 : 드라이어

18 : 캐필러리 튜브

20 : 서브 쿨러

21, 26 : 냉매 토출관

22 : 복귀 배관

[문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-13049호 공보

[문헌 2] 일본 특허 공개 제2003-13050호 공보

본 발명은 압축기로부터 토출된 냉매를 응축한 후, 증발시켜 냉각 작용을 발휘하는 단일의 냉매 회로로 구성된 냉동 장치에 관한 것이다.

종래부터 냉장고나 냉동기 등에 이용되는 냉매에는, 소위 프론(fron)이 널리 이용되고 있다. 그러나, 염소를 포함하는 특정 프론은 대기층 상층부의 오존을 파 괴하고, 또한 대부분의 프론은 온실 효과 가스로서 지구 온난화에 영향을 미치기 때문에, 프론은 사용 규제의 대상으로 되어 있다. 그로 인해, 오존층을 파괴할 위험성이 없고, 또한 종래부터의 냉동 회로를 변경하지 않고 그 성능을 유지할 수 있는 대체 가능한 냉매 조성물의 개발이 요망되고 있다.

냉매로서 사용하기 위해서는, 가스의 기화 및 응축 시에 조성이나 비점 등의 물리적 특성이 변화되지 않고, 윤활유로서 사용되는 오일(알킬벤젠)과의 상용성이 높은 것 등의 특성이 필요한 것 외에, 목적으로 하는 고내 온도와의 관계에서 충분히 낮은 비점을 갖는 것과, 실온 환경 하에서 원활하게 작동하기 위해 임계 온도가 높은 것이 요구된다. 그로 인해, 단일 성분의 냉매 가스에서는, 실현하는 것은 매우 곤란해진다.

그래서, 종래부터 2종류 이상의 성분으로 이루어지는 혼합 냉매로서, 비점 등의 특성을 그 혼합 조성을 선정함으로써 조정하는 것이 행해지고 있다. 특히, 고내 온도가 －80 ℃를 넘는 초저온을 실현 가능하게 하기 위해서는, 2종류 이상의 성분으로 이루어지는 비공비계 혼합 냉매를 이용하고, 실온 환경 하에서 작동하는 응축기의 능력으로는 저비점에서 임계 온도가 낮은 성분의 액화가 곤란해지므로, 성분 냉매마다 다른 단계에서 응축시키는 다원 방식 등이 채용되고 있다.

그러나, 다원 방식에 의한 냉동 시스템에서는 구조가 복잡화, 대형화되는 문제가 있고, 또한 유지 보수도 곤란해지므로, 운전 비용의 앙등을 초래하는 문제가 있었다.

그래서, 종래에는 부탄, 에틸렌 및 R14(4불화탄소 : CF₄)를 포함하는 비공비계 혼합 냉매(특허문헌 1 참조)나, 부탄, 에탄 및 R14를 포함하는 비공비계 혼합 냉매(특허문헌 2 참조)가 개발되어 있다. 이들 비공비계 혼합 냉매 가스는 비점이 높은 부탄의 상온에 있어서의 작동성에 의해 냉동기에 있어서의 냉매의 취급성을 확보하고, 매우 비점이 낮은 에탄이나 에틸렌에 의해 초저온을 실현시키고 있다. 이에 의해, 복잡한 다원 방식에 의한 냉동 시스템을 이용하지 않고 고내 온도를 －60 ℃ 이하로 하는 것을 가능하게 하고 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-13049호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2003-13050호 공보

그러나, 상술한 바와 같이 종래의 비공비계 혼합 냉매에는 에틸렌이나 에탄 등의 가연성 가스가 이용되고 있다. 특히, 고내 온도를 －60 ℃ 이하의 초저온에서 실현하기 위해서는, 적어도 부탄과 에탄 또는 에틸렌에 의한 에탄 또는 에틸렌의 혼합 비율이 10 ％ 이상이어야만 하고, 비공비계 혼합 냉매의 상태에서 가연성의 영역을 벗어나지 않는 것이었다. 그로 인해, 가연성의 혼합 냉매는 안전면에 있어서 신뢰성이 나쁘고, 취급성이 매우 나쁘다는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은 종래의 기술적 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 혼합 냉매를 불연성으로 함으로써 안전하게 취급하는 것이 가능하고, 또한 간소한 냉동 장치에서 고내 온도를 －85 ℃ 이하로 하는 초저온을 실현하는 것을 가능하게 하는 냉동 장치를 제공한다.

본 발명의 냉동 장치는 압축기로부터 토출된 냉매를 응축한 후, 증발시켜 냉각 작용을 발휘하는 동시에, 증발한 냉매와 응축된 냉매를 열교환시키는 단일의 냉매 회로로 구성된 것이며, 냉매 회로에 R245fa, R600, R23, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매, R245fa, R600, R116, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매, R245fa, R600, R508A, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매, 또는 R245fa, R600, R508B, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매를 봉입한 것을 특징으로 한다.

청구항 2의 발명의 냉동 장치는, 상기 발명에 있어서, 비공비 혼합 냉매의 총 중량에 대해, R245fa와 R600을 합한 총 중량을 40 중량 ％ 내지 80 중량 ％, R23, R116, R508A, 또는 R508B를 15 중량 ％ 내지 47 중량 ％, R14를 3 중량 ％ 내지 20 중량 ％로 한 것을 특징으로 한다.

청구항 3의 발명의 냉동 장치는, 상기 발명에 있어서, 비공비 혼합 냉매의 총 중량에 대해, R245fa와 R600을 합한 총 중량을 49 중량 ％ 내지 70 중량 ％, R23, R116, R508A, 또는 R508B를 21 중량 ％ 내지 42 중량 ％, R14를 9 중량 ％ 내지 20 중량 ％로 한 것을 특징으로 한다.

청구항 4의 발명의 냉동 장치는, 상기 발명에 있어서, 비공비 혼합 냉매의 총 중량에 대해, R245fa와 R600을 합한 총 중량을 64 중량 ％, R23, R116, R508A, 또는 R508B를 24 중량 ％, R14를 12 중량 ％로 한 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세하게 서술한다. 도1은 본 발명의 냉동 장치(R)를 적용한 초저온 냉동고(1)의 정면도, 도2는 도1의 측면도, 도3은 도1의 평면도를 도시하고 있다. 본 실시예의 초저온 저장고(1)는, 예를 들어 장기간 저온 보존을 행하는 냉동 식품의 저장이나, 생체 조직이나 검체 등의 초저온 보존에 이용되는 것이고, 상면에 개방된 단열 상자체(2)에 의해 본체가 구성되어 있다.

이 단열 상자체(2)는 모두 상면을 개방한 강판제의 외부 상자(3)와 내부 상자(4)와, 이들 양 상자(3, 4)의 상단부 사이를 접속하는 합성 수지제의 브레이커(5)와, 이들 외부 상자(3), 내부 상자(4) 및 브레이커(5)로 둘러싸인 공간 내를 현장 발포 방식으로 충전된 폴리우레탄 수지 단열재(7)로 구성되어 있고, 상기 내부 상자(4) 내를 상면으로 개방한 저장실(8)로 하고 있다.

본 실시예에서는 목표로 하는 저장실(8) 내 온도(이하, 고내 온도라 칭함)를, 예를 들어 －80 ℃ 이하로 하기 위해, 저장실(8) 내기와 외기를 구획하는 단열 상자체(2)는 고내 온도를 0 ℃ 부근으로 설정하는 저온고에 비해 큰 단열 능력이 필요해진다. 그로 인해, 상술한 바와 같은 폴리우레탄 수지 단열재(7)에 의해서만 상기 단열 능력을 확보하기 위해서는, 상당한 두께로 형성해야만 하므로, 한정된 본체 치수로는 저장실(8)의 수납량을 충분히 확보할 수 없다는 문제가 있다. 이에 의해, 본 실시예에 있어서의 단열 상자체(2)는 외부 상자(3)의 내벽면에 유리 울(glass wool)제의 진공 단열재가 배치되어 있고, 상기 진공 단열재에 의한 단열 능력에 따라서 폴리우레탄 수지 단열재(7)의 두께 치수를 작게 형성하고 있다.

또한, 브레이커(5)의 상면은 계단형으로 성형되어 있고, 그곳에 패킹(11)을 거쳐서 단열 도어(9)가 일단부, 본 실시예에서는 후단부를 중심으로 회전 가능하게 설치되어 있다. 이에 의해, 단열 도어(9)로 저장실(8)의 상면 개구는 개폐 가능하게 폐색된다. 또한, 단열 도어(9)의 타단부, 본 실시예에서는 전단부에는 손잡이(10)가 설치되어 있고, 상기 손잡이(10)를 조작함으로써 단열 도어(9)가 개폐 조작된다.

또한, 내부 상자(4)의 단열재(7)측의 주위면에는 냉동 장치(R)의 냉매 회로를 구성하는 증발기(냉매 배관)(13)가 교열적으로 설치된다. 또한, 단열 상자체(2)의 하부에는 도시하지 않은 기계실이 구성되어 있고, 이 기계실 내에는 상기 냉동 장치(R)의 냉매 회로(12)를 구성하는 압축기(14)와, 응축기(15)와, 압축기(14)나 응축기(15)를 공랭하기 위한 도시하지 않은 송풍기 등이 설치되어 있다. 그리고, 이들 압축기(14), 응축기(15), 드라이어(17), 열교환기(16), 감압 장치로서의 캐필러리 튜브(18) 및 증발기(13)는, 도4 또는 도5에 도시한 바와 같이 차례로 환형으로 배관 접속되어 냉동 장치(R)의 냉매 회로(12)를 구성하고 있다. 또한, 상기 열교환기(16)는 상기 단열재(7) 내에 설치되어 있다.

도4는 로터리식 압축기(14)를 이용한 냉매 회로도이다. 압축기(14)는 서브 쿨러(20)가 접속되고, 일단 외부에 있어서 방열된 후, 다시 밀폐 용기의 쉘 내로 귀환되고, 다시 압축된 냉매를 냉매 토출관(21)으로 토출하는 구성이 된다. 압축기(14)의 토출측에는 냉매 토출관(21)을 거쳐서 응축기(15)에 접속되고, 응축기(15)의 출구측에는 드라이어(17), 열교환기(16), 감압 수단으로서의 캐필러리 튜브(18)가 차례로 접속되어 있다. 또한, 캐필러리 튜브(18)의 출구측에는 증발 기(13)가 접속되고, 상기 증발기(13)의 출구측에는 복귀 배관(22)에 의해 열교환기(16)를 거쳐서 압축기(14)의 흡입측에 접속된다.

본 실시예에서는, 상기 냉매 회로(12) 내에 R245fa와 R600으로 이루어지는 혼합 냉매와, R23과 R14로 구성되는 비공비 혼합 냉매가 충전되어 있다. R245fa는 펜타플루오로프로판(CHF₂CH₂CF₃)이고, 비점은 ＋15.3 ℃이다. R600은 부탄(C₄H₁₀)이고, 비점은 －0.5 ℃이다. 상기 R600은 압축기(14)의 윤활유나 드라이어(17)로 완전히 흡수할 수 없었던 혼합 수분을 그 속에 용해시킨 상태에서 압축기(14)로 귀환시키는 기능을 갖는다. 그러나, 이 R600은 가연성 물질이므로, 불연성인 R245fa와 소정 비율, 본 실시예에서는 R245faㆍ/R600 ＝ 70/30의 비율로 혼합함으로써, 불연성으로서 취급하는 것이 가능해진다. R23은 트리플루오로메탄(CHF₃)이고, 비점은 －82.1 ℃이다. R14는 테트라플루오로메탄(CF₄)이고, 비점은 －127.9 ℃이다.

그리고, 본 실시예에 있어서의 이들 혼합 냉매의 조성은 R245fa와 R600의 혼합 냉매가 전체의 64 중량 ％, R23이 24 중량 ％, R14가 12 중량 ％이다.

이상의 구성에 의해, 압축기(14)로부터 토출된 고온 가스형 냉매는, 일단 서브 쿨러(20)측의 냉매 토출관을 거쳐서 밀폐 용기로부터 서브 쿨러(20)로 토출되어 방열된 후, 다시 밀폐 용기의 쉘 내로 복귀되고, 냉매 토출관(21)을 거쳐서 응축기(15)로 토출된다.

응축기(15)로 유입된 고온 가스형 냉매는 응축되어 방열 액화된 후, 드라이어(17)로 함유하는 수분이 제거되어 열교환기(16) 내로 유입하고, 교열적으로 설치 되는 복귀 배관(22) 내의 저온의 냉매와 열교환함으로써, 열교환기(16)에서 미응축의 냉매를 냉각하여 응축 액화된다. 그로 인해, 열교환기(16)를 경유한 혼합 냉매는 캐필러리 튜브(18)에서 감압되고 증발기(13)로 유입하여 냉매(R14, R23)가 증발하고, 증발기(13)에서 냉각 작용을 행하고, 이 증발기(13)의 주위의 분위기 온도를 －85 ℃로 하여 고내를 －80 ℃의 초저온으로 하고 있다. 또한, 복귀 배관(22)에 의해 열교환기(16)를 경유한 냉매는 압축기(14)로 귀환된다.

이때, 압축기(14)의 능력은 425 W이고, 운전 중의 증발기(13)의 최종 도달 온도는 － 100 ℃ 내지 －60 ℃가 된다. 이러한 저온 하에서는, 냉매 중의 R245fa는 비점이 ＋15.3 ℃이고, R600은 비점이 －0.5 ℃이므로, 증발기(13)에서는 증발하지 않고 액상태 그대로이고, 따라서 냉각에는 거의 기여하지 않는다. 그러나, R600은 압축기(14)의 윤활유나 드라이어(17)로 흡수할 수 없었던 혼입 수분을 그 속에 용해시킨 상태에서 압축기(14)로 귀환시키는 기능과, 그 액냉매의 압축기(14) 내에서의 증발에 의해 압축기(14)의 온도를 저감시키는 기능을 발휘한다.

증발기(13)에 있어서의 증발 온도는 냉매 회로(12) 내에 봉입되는 비공비계 혼합 냉매의 조성 비율에 따라서 다르다. 이하, 각 실험 결과를 기초로 하여 각 냉매의 조성 비율에 대한 증발기 온도, 고내 온도, 고압측 압력, 저압측 압력에 대해 상세하게 서술한다. 도6은 R245fa와 R600의 혼합 냉매 및 R14의 중량을 일정하게 하고, R23의 중량을 변화시킨 경우의 증발기 입구 온도, 고내 온도, 고압측 압력, 저압측 압력에 대해 나타낸 그래프이다. 도7은 R245fa와 R600의 혼합 냉매 및 R23의 중량을 일정하게 하고, R14의 중량을 변화시킨 경우의 증발기 입구 온도, 고 내 온도, 고압측 압력, 저압측 압력에 대해 나타낸 그래프이다.

도6의 실험 결과는 봉입되는 전체 냉매 중량에 대한 R23의 중량 비율을 20.0 중량 ％ 내지 42.0 중량 ％까지 증가시킨 것이다. 이것에 따르면, 이러한 실험에서 최소량이 되는 20.0 중량 ％에서는 증발기(13)의 입구 온도가 －88.0 ℃이고, 이에 대한 고내 온도가 －71.0 ℃였다. 이에 대해, 상기 R23의 중량 비율을 21.3 중량 ％로 하면, 급격하게 증발기(13)의 입구 온도가 －95.9 ℃까지 저하되고, 이에 대한 고내 온도도 －87.5 ℃까지 저하되고 있다. 이후, 상기 R23의 중량 비율을 42.0 중량 ％까지 증가시켜 감에 따라서, 약간의 온도 상승을 하는 것만으로 모두 고내 온도를 약 －85 ℃ 이하로 하는 것을 가능하게 하고 있다.

또한, 도7의 실험 결과는 봉입되는 전체 냉매 중량에 대한 R14의 중량 비율을 0.0 중량 ％ 내지 14.1 중량 ％까지 증가시킨 것이다. 이것에 따르면, 이러한 실험에서 최소량이 되는 0.0 중량 ％, 즉 R14를 포함하지 않는 경우에 있어서의 증발기(13)의 입구 온도는 －66.1 ℃이고, 이에 대한 고내 온도가 －66.9 ℃였다. 이에 대해, 상기 R14의 중량 비율을 1.8 중량 ％로 하면, 급격하게 증발기(13)의 입구 온도가 －80.2 ℃까지 저하되고, 이에 대한 고내 온도도 －74.1 ℃까지 저하되었다. 서서히 R14의 중량 ％를 증가시켜 가고, 본 실험에서는 14.1 중량 ％의 시점에서 증발기(13)의 입구 온도가 －98.9 ℃까지 저하되고, 이에 대한 고내 온도도 －90.0 ℃까지 저하되고 있다. R14의 비점이 －129.7 ℃이므로, 이후, R14의 중량 비율을 증가시켜 가면, 증발기(13)의 온도 및 고내 온도가 더 저하될 것이 예상된다.

그러나, 도7의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, R14의 중량 비율이 증가하는 것에 따라서 고압측 압력이 상승하고 있다. 그로 인해, R14의 중량 비율을 더 증가시켜 20 중량 ％ 이상이 된 경우에는 고압측 압력이, 예를 들어 3 ㎫ 이상이 될 때까지 지나치게 높아지는 문제가 발생한다. 상기 고압측 압력의 상승은 압축기(14) 등에 대한 기기의 파손을 초래하는 문제나, 또한 상기 압축기(14)의 기동성이 나빠진다는 문제가 있다. 그로 인해, 적절하게 목표로 하는 고내 온도를 －75 ℃ 이하로 하기 위해서는, R14의 중량 비율을 전체의 3 중량 ％ 내지 20 중량 ％로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 바와 같이, R23의 비점은 －82.1 ℃이다. 그로 인해, 상기 R23만으로는 증발기(13)의 온도를 상기 비점 이하의 온도를 달성할 수 없다. 그러나, 본 발명과 같이 비점이 현저하게 낮은 R14를 소정량, 예를 들어 약 5 중량 ％이상 가함으로써 R14의 냉각 작용에 의해 항상적으로 증발기(13)에 있어서의 증발 온도를 －80 ℃ 이하의 초저온을 실현하는 것이 가능해진다.

상기 각 실험 결과로부터 냉매 회로(12) 내에 봉입되는 비공비 혼합 냉매는 총 중량에 대해, R245fa와 R600을 합한 혼합 냉매의 총 중량이 40 중량 ％ 내지 80 중량 ％, R23, R116, R508A, 또는 R508B가 15 중량 ％ 내지 47 중량 ％, R14가 3 중량 ％ 내지 20 중량 ％로 함으로써 불연성의 비공비 혼합 냉매에 의해 고내 온도를 －70 ℃ 이하로 하는 초저온을 실현할 수 있게 된다. 특히, 냉매 회로(12) 내에 봉입되는 비공비 혼합 냉매는 총 중량에 대해, R245fa와 R600을 합한 혼합 냉매의 총 중량이 49 중량 ％ 내지 70 중량 ％, R23, R116, R508A, 또는 R508B가 21 중량 ％ 내지 42 중량 ％, R14가 9 중량 ％ 내지 20 중량 ％로 함으로써 불연성의 비공비 혼합 냉매에 의해 고내 온도를 －85 ℃ 이하로 하는 초저온을 실현할 수 있게 된다.

이에 의해, 식품이나 생체 조직, 검체 등의 장기간 보존을 보다 안정화시킬 수 있고, 신뢰도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 상기 비공비 혼합 냉매는 불연성이므로, 안전하게 이용하는 것이 가능해지고, 취급성의 향상 및 냉매 배관이 파손되는 등, 상기 혼합 냉매가 누출되었을 때에 연소되는 문제점을 피할 수 있다.

특히, 상기 비공비 혼합 냉매의 각 성분의 조성 비율을, R245fa와 R600의 혼합 냉매를 64 중량 ％, R23을 24 중량 ％, R14를 12 중량 ％로 한 경우에는 고내 온도를 －80 ℃ 이하로 하는 초저온을 실현할 수 있게 된다. 이에 의해, 한층 안정적으로 식품이나 생체 조직, 검체 등의 장기간 보존을 행하는 것이 가능해지고, 기기의 신뢰도를 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 있어서의 R23은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 비점이 －78.4 ℃인 R116(헥사플루오로에탄 : CF₃CF₃), 혹은 상기 R23과 R116을 소정 비율로 혼합하여 구성되는 R508A(R23/R116 ＝ 39/61, 비점 : －85.7 ℃)나 R508B(R23/R116 ＝ 46/54, 비점 : －86.9 ℃)라도 동일한 효과를 발휘하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명과 같은 비공비 혼합 냉매를 이용함으로써 냉매 조성의 변경에 수반하는 종래부터의 냉동 회로를 변경하지 않고, 그 성능을 유지할 수 있는 동시에, 오존층의 파괴라는 환경 문제에 대응할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 소위 다단식의 냉동 방식을 이용하지 않고, 단단식의 냉동 방식에 의해 초저온을 실현할 수 있으므로, 장치를 간소화할 수 있고, 생산 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 압축기로서 도4에 도시한 바와 같이 로터리식의 압축기(14)를 이용하고 있지만, 도5에 도시한 바와 같이 왕복식 압축기(24)를 이용해도 좋다. 즉, 도5에 도시되는 압축기(24)의 토출측에는 냉매 토출관(26)을 거쳐서 응축기(25)가 접속된다. 이 응축기(25)의 중간단에는 압축기(24) 내부까지 인출된 오일 쿨러(27)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 오일 쿨러(27)는, 이 응축기(25)의 출구측에는 상기 실시예와 마찬가지로 드라이어(17), 열교환기(16), 감압 수단으로서의 캐필러리 튜브(18)가 차례로 접속되어 있다. 또한, 캐필러리 튜브(18)의 출구측에는 증발기(13)가 접속되고, 상기 증발기(13)의 출구측에는 복귀 배관(22)에 의해 열교환기(16)를 거쳐서 압축기(24)의 흡입측에 접속된다.

이러한 구성에서는, 압축기(24)로부터 토출된 고온 가스형 냉매는 냉매 토출관(26)을 거쳐서 응축기(25)로 토출된다. 응축기(25)에 있어서 일부 방열 액화된 냉매는 오일 쿨러(27)에 있어서 압축기(24)의 오일을 냉각한 후 후단의 응축기(25)에 있어서 방열 액화된다.

고온 가스형 냉매가 응축기(25)에 있어서 응축되어 방열 액화된 후, 드라이어(17)로 함유하는 수분이 제거되어 열교환기(16) 내로 유입하고, 교열적으로 설치되는 복귀 배관(22) 내의 저온의 냉매와 열교환함으로써, 열교환기(16)에서 미응축의 냉매를 냉각하여 응축 액화된다. 그로 인해, 열교환기(16)를 경유한 혼합 냉매는 상기 실시예와 마찬가지로 캐필러리 튜브(18)에서 감압되고 증발기(13)로 유입 하여 냉매(R14, R23)가 증발하고, 증발기(13)에서 냉각 작용을 행하고, 이 증발기(13)의 주위의 분위기 온도를 －85 ℃로 하여 고내를 －80 ℃의 초저온으로 하고 있다. 또한, 복귀 배관(22)에 의해 열교환기(16)를 경유한 냉매는 압축기(14)로 귀환된다.

이와 같이, 본 발명에 있어서 이용되는 압축기는 로터리식으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 왕복동식(reciprocal) 압축기라도 동일한 효과를 발휘하는 것이다.

또한, 각 실시예에 있어서, 열교환기(16)를 사용하지 않는 경우에는 다른 주지의 냉각 수단을 이용하여 압축 가스의 온도를 이들 온도 범위로 냉각하여 목적으로 하는 응축 과정의 진행을 도모해도 좋다.

본 발명에 따르면, 압축기로부터 토출된 냉매를 응축한 후, 증발시켜 냉각 작용을 발휘하는 동시에, 증발한 냉매와 응축된 냉매를 열교환시키는 단일의 냉매 회로로 구성된 냉동 장치에 있어서, 냉매 회로에 R245fa, R600, R23, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매, R245fa, R600, R116, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매, R245fa, R600, R508A, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매, 또는 R245fa, R600, R508B, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매를 봉입함으로써 프론 규제 대상 냉매를 사용하지 않고, 비교적 저렴한 각종 냉매에 의해 피냉각 대상이 되는 고내에 있어서 －80 ℃ 이하라는 초저온을 실현할 수 있게 된다. 이에 의해, 고내 온도 180 ℃ 이하를 실현함으로써 식품이나 생체 조직, 검체 등의 장기간 보존을 보다 안정 화시킬 수 있고, 신뢰도의 향상을 도모할 수 있다.

특히, 본 발명에 따르면, 냉매 조성의 변경에 수반하는 종래부터의 냉동 회로를 변경하지 않고, 그 성능을 유지할 수 있는 동시에, 오존층의 파괴라는 환경 문제에 대응할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 소위 다단식의 냉동 방식을 이용하지 않고, 단단식의 냉동 방식에 의해 초저온을 실현할 수 있으므로, 장치를 간소화할 수 있고, 생산 코드의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 이용되는 비공비 혼합 냉매는 불연성이므로, 안전하게 이용하는 것이 가능해 지고, 취급성의 향상 및 냉매 배관이 파손되는 등, 상기 혼합 냉매가 누출되었을 때에 연소되는 문제점을 피할 수 있다.

특히, 청구항 2의 발명과 같이 비공비 혼합 냉매의 총 중량에 대해, R245fa와 R600을 합한 총 중량을 40 중량 ％ 내지 80 중량 ％, R23, R116, R508A, 또는 R508B를 15 중량 ％ 내지 47 중량 ％, R14를 3 중량 ％ 내지 20 중량 ％로 함으로써, 보다 바람직하게는, 청구항 3의 발명과 같이 비공비 혼합 냉매의 총 중량에 대해, R245fa와 R600을 합한 총 중량을 49 중량 ％ 내지 70 중량 ％, R23, R116, R508A, 또는 R508B를 21 중량 ％ 내지 42 중량 ％, R14를 9 중량 ％ 내지 20 중량 ％로 함으로써, 보다 더 바람직하게는 비공비계 혼합 냉매의 총 중량에 대해, R245fa와 R600을 합한 총 중량을 64 중량 ％, R23, R116, R508A, 또는 R508B를 24 중량 ％, R14를 12 중량 ％로 함으로써, 안정적으로 내부 온도 －80 ℃ 이하를 실현하는 것이 가능해져, 식품이나 생체 조직, 검체 등의 장기간 보존을 보다 안정화시킬 수 있고, 신뢰도의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 확실하게 비공비계 혼합 냉매를 불연성으로 함으로써 누설되었을 때에 연소되는 문제점을 한층 효과적으로 피할 수 있다.

Claims

압축기로부터 토출된 냉매를 응축한 후, 증발시켜 냉각 작용을 발휘하는 동시에, 증발한 냉매와 응축된 냉매를 열교환시키는 단일의 냉매 회로로 구성된 냉동 장치에 있어서,

상기 냉매 회로에,

R245fa, R600, R23, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매,

R245fa, R600, R116, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매,

R245fa, R600, R508A, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매, 또는

R245fa, R600, R508B, R14를 포함하는 비공비 혼합 냉매를 봉입하고,

비공비 혼합 냉매의 총 중량에 대해,

상기 R245fa와 R600을 합한 총 중량을 40 중량 ％ 내지 80 중량 ％,

상기 R23, R116, R508A, 또는 R508B를 15 중량 ％ 내지 47 중량 ％,

상기 R14를 3 중량 ％ 내지 20 중량 ％로 한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
삭제
제1항에 있어서, 비공비 혼합 냉매의 총 중량에 대해,

상기 R245fa와 R600을 합한 총 중량을 49 중량 ％ 내지 70 중량 ％,

상기 R23, R116, R508A, 또는 R508B를 21 중량 ％ 내지 42 중량 ％,

상기 R14를 9 중량 ％ 내지 20 중량 ％로 한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제3항에 있어서, 비공비 혼합 냉매의 총 중량에 대해,

상기 R245fa와 R600을 합한 총 중량을 64 중량 ％,

상기 R23, R116, R508A, 또는 R508B를 24 중량 ％,

상기 R14를 12 중량 ％로 한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.