KR20210088603A - 유체 온조 시스템 및 냉동 장치 - Google Patents

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Abstract

[해결 수단] 실시 형태에 의한 유체 온조 시스템은, 고온측 냉동기(100), 중온측 냉동기(200), 및 저온측 냉동기(300)를 구비하는 다원식 냉동 장치에 의해서, 유체를 냉각한다. 다원식 냉동 장치에서의 중온측 냉동기(200)는, 중온측 제1 증발기(204)와, 중온측 제2 증발기(224)를 가진다. 고온측 냉동기(100)의 고온측 증발기(104)와 중온측 냉동기(200)의 중온측 응축기(202)가, 제1 캐스케이드 콘덴서(CC1)를 구성한다. 중온측 냉동기(200)의 중온측 제2 증발기(224)와 저온측 냉동기(300)의 저온측 응축기(302)가, 제2 캐스케이드 콘덴서(CC2)를 구성한다. 그리고, 유체 통류 장치가 통류시키는 유체는, 중온측 냉동기(200)의 중온측 제1 증발기(204)에 의해서 냉각된 후, 저온측 냉동기(300)의 저온측 증발기(304)에 의해서 냉각된다.

Description

유체 온조 시스템 및 냉동 장치
본 발명의 실시 형태는, 히트 펌프식의 냉동 장치에 의해서 유체를 냉각하는 유체 온조(溫調, 온도 조절) 시스템 및 냉동 장치에 관한 것이다.
JP2014-97156A는 삼원(三元) 냉동 장치를 개시한다.
삼원 냉동 장치는, 각각 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기를 가지는 고온측 냉동기, 중온측 냉동기 및 저온측 냉동기를 구비하고 있으며, 고온측 냉동기는 고온측 냉매를 순환시키고, 중온측 냉동기는 중온측 냉매를 순환시키고, 저온측 냉동기는 저온측 냉매를 순환시킨다. 또, 고온측 냉매와 중온측 냉매를 열교환시키는 고중(高中)측 캐스케이드 콘덴서가 고온측 냉동기의 증발기 및 중온측 냉동기의 응축기에 의해서 구성되고, 중온측 냉매와 저온측 냉매를 열교환시키는 중저(中低)측 캐스케이드 콘덴서가 중온측 냉동기의 증발기 및 저온측 냉동기의 응축기에 의해서 구성된다.
이러한 삼원 냉동 장치는, 저온측 냉동기의 증발기에 의해서 매우 저온의 온도역까지 기체나 액체를 냉각하고, 냉각한 기체나 액체에 의해서 온도 제어 대상을 매우 저온의 온도역까지 냉각할 수 있다. 온도 제어 대상은 공간이라도 괜찮고, 특정의 물체라도 괜찮다.
삼원 냉동 장치는, 온도 제어 대상을 목표 냉각 온도까지 안정적으로 냉각하기 위해서, 각 냉동기에서 고성능인 압축기가 필요하게 되는 경우가 있다. 특히 저온측 냉동기의 압축기에 관해서는, 고성능인 것에 더하여, 매우 저온의 저온측 냉매에 대한 내구(耐久) 성능(내냉(耐冷) 성능)을 확보하기 위한 특수 구조가 필요한 경우도 생길 수 있다. 그 때문에, 장치 전체의 사이즈가 과도하게 대형화되거나, 압축기가 입수 곤란해지는 것에 의한 제조 코스트의 증가나 공기(工期) 지연이 생기거나 하는 경우가 있다.
본 발명은 상기 실정을 고려하여 이루어진 것이며, 소망 온도까지의 온도 제어 대상의 냉각을 용이하게 또한 안정적으로 실현할 수 있는 유체 온조 시스템 및 냉동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 관한 유체 온조 시스템은,
고온측 압축기, 고온측 응축기, 고온측 팽창 밸브 및 고온측 증발기가, 이 순서로 고온측 냉매를 순환시키도록 접속된 고온측 냉동 회로를 가지는 고온측 냉동기와,
중온측 압축기, 중온측 응축기, 중온측 제1 팽창 밸브 및 중온측 제1 증발기가, 이 순서로 중온측 냉매를 순환시키도록 접속된 중온측 냉동 회로를 가짐과 아울러, 상기 중온측 냉동 회로에서의 상기 중온측 응축기의 하류측이고 또한 상기 중온측 제1 팽창 밸브의 상류측의 부분으로부터 분기되고, 상기 중온측 제1 증발기의 하류측이고 또한 상기 중온측 압축기의 상류측의 부분에 접속되고, 상기 중온측 냉동 회로로부터 분기하는 상기 중온측 냉매를 통류(通流)시키는 분기 유로, 상기 분기 유로에 마련된 중온측 제2 팽창 밸브, 및 상기 분기 유로에서 상기 중온측 제2 팽창 밸브보다도 하류측에 마련된 중온측 제2 증발기를 포함하는 캐스케이드용 바이패스 회로를 가지는 중온측 냉동기와,
저온측 압축기, 저온측 응축기, 저온측 팽창 밸브 및 저온측 증발기가, 이 순서로 저온측 냉매를 순환시키도록 접속된 저온측 냉동 회로를 가지는 저온측 냉동기와,
유체를 통류시키는 유체 통류 장치를 구비하며,
상기 고온측 냉동기의 상기 고온측 증발기와 상기 중온측 냉동기의 상기 중온측 응축기가, 상기 고온측 냉매와 상기 중온측 냉매와의 열교환을 가능하게 하는 제1 캐스케이드 콘덴서를 구성하고,
상기 중온측 냉동기의 상기 중온측 제2 증발기와 상기 저온측 냉동기의 상기 저온측 응축기가, 상기 중온측 냉매와 상기 저온측 냉매와의 열교환을 가능하게 하는 제2 캐스케이드 콘덴서를 구성한다.
그리고, 해당 유체 온조 시스템은, 상기 유체 통류 장치가 통류시키는 유체를, 상기 중온측 냉동기의 상기 중온측 제1 증발기에 의해서 냉각한 후, 상기 저온측 냉동기의 상기 저온측 증발기에 의해서 냉각한다.
상기 유체 온조 시스템에서는, 유체 통류 장치가 통류시키는 유체가, 중온측 냉동기의 중온측 제1 증발기에 의해서 냉각(프리쿨(precool))된 후, 중온측 제1 증발기보다도 큰 냉동 능력을 출력할 수 있는 저온측 냉동기의 저온측 증발기에 의해서 냉각된다.
이것에 의해, 상기 유체 온조 시스템은, 온도 제어 대상물에 대한 목표의 소망 온도까지의 냉각을 실현할 때에, 저온측 냉동기에서 고성능인 압축기를 채용한 단순한 삼원 냉동 장치보다도 용이하게 제작될 수 있음으로써, 소망 온도까지의 온도 제어 대상의 냉각을 용이하게 또한 안정적으로 실현할 수 있다.
상기 저온측 냉동 회로에서의 상기 저온측 응축기의 하류측이고 또한 상기 저온측 팽창 밸브의 상류측의 부분과, 상기 저온측 냉동 회로에서의 상기 저온측 증발기의 하류측이고 또한 상기 저온측 압축기의 상류측의 부분이, 각 상기 부분을 통과하는 상기 저온측 냉매의 열교환을 가능하게 하는 내부 열교환기를 구성해도 괜찮다.
이 구성에서는, 저온측 응축기로부터 유출되고, 저온측 팽창 밸브에 유입되기 전의 저온측 냉매와, 저온측 증발기로부터 유출되고, 저온측 압축기에 유입되기 전의 저온측 냉매가, 내부 열교환기에서 서로 열교환한다. 이것에 의해, 저온측 응축기로부터 유출된 저온측 냉매를 저온측 팽창 밸브에 유입되기 전에 냉각할 수 있고, 저온측 증발기로부터 유출된 저온측 냉매를 저온측 압축기에 유입되기 전에 가열할 수 있다. 그 결과, 저온측 증발기의 냉동 능력을 간이적으로 높게 할 수 있고, 또한 저온측 압축기의 내구 성능(내냉 성능)의 확보에 대한 부담을 경감할 수 있다. 그 때문에, 저온측 압축기의 능력을 과잉으로 높이지 않아도 소망의 냉각을 실현하기 쉬워지기 때문에, 제작 용이성을 향상시킬 수 있다.
상기 저온측 냉매는, R23이며, 상기 저온측 팽창 밸브에 의해서 팽창되는 것에 의해, -70℃ 이하까지 강온(降溫)되어도 괜찮다.
상기 저온측 냉매는, R1132a이며, 상기 저온측 팽창 밸브에 의해서 팽창되는 것에 의해, -70℃ 이하까지 강온되어도 괜찮다.
상기 저온측 냉매는, R1132a를 포함하며, 상기 저온측 팽창 밸브에 의해서 팽창되는 것에 의해, -70℃ 이하까지 강온되어도 괜찮다.
상기 중온측 냉매와, 상기 저온측 냉매는, 동일 냉매라도 좋다.
또, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 냉동 장치는,
제1 압축기, 제1 응축기, 제1 팽창 밸브 및 제1 증발기가, 이 순서로 제1 냉매를 순환시키도록 접속된 제1 냉동 회로를 가짐과 아울러, 상기 제1 냉동 회로에서의 상기 제1 응축기의 하류측이고 또한 상기 제1 팽창 밸브의 상류측의 부분으로부터 분기되고, 상기 제1 증발기의 하류측이고 또한 상기 제1 압축기의 상류측의 부분에 접속되고, 상기 제1 냉동 회로로부터 분기하는 상기 제1 냉매를 통류시키는 분기 유로, 상기 분기 유로에 마련된 캐스케이드용 팽창 밸브, 및 상기 분기 유로에서 상기 캐스케이드용 팽창 밸브보다도 하류측에 마련된 캐스케이드용 증발기를 포함하는 캐스케이드용 바이패스 회로를 가지는 제1 냉동기와,
제2 압축기, 제2 응축기, 제2 팽창 밸브 및 제2 증발기가, 이 순서로 제2 냉매를 순환시키도록 접속된 제2 냉동 회로를 가지는 제2 냉동기를 구비하며,
상기 제1 냉동기의 상기 캐스케이드용 증발기와 상기 제2 냉동기의 상기 제2 응축기가, 상기 제1 냉매와 상기 제2 냉매와의 열교환을 가능하게 하는 캐스케이드 콘덴서를 구성한다.
해당 냉동 장치는, 온도 제어 대상을, 상기 제1 냉동기의 상기 제1 증발기에 의해서 냉각한 후, 상기 제2 냉동기의 상기 제2 증발기에 의해서 냉각해도 괜찮다.
또, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 냉동 장치는,
압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기가, 이 순서로 냉매를 순환시키도록 접속된 냉동 회로를 구비하며,
상기 냉동 회로에서의 상기 응축기의 하류측이고 또한 상기 팽창 밸브의 상류측의 부분과, 상기 냉동 회로에서의 상기 증발기의 하류측이고 또한 상기 압축기의 상류측의 부분이, 각 상기 부분을 통과하는 상기 냉매의 열교환을 가능하게 하는 내부 열교환기를 구성한다.
본 발명에 의하면, 소망 온도까지의 온도 제어 대상의 냉각을 용이하게 또한 안정적으로 실현할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 관한 유체 온조 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 유체 온조 시스템을 구성하는 중온측 냉동기 및 저온측 냉동기의 확대도이다.
도 3은 도 1의 유체 온조 시스템을 구성하는 저온측 냉동기의 확대도이다.
이하에, 첨부의 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태를 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 유체 온조 시스템(1)의 개략도이다. 본 실시 형태에 관한 유체 온조 시스템(1)은, 다원식(多元式) 냉동 장치(10)와, 유체를 통류시키는 유체 통류 장치(20)와, 제어 장치(30)를 구비하고 있다. 유체 온조 시스템(1)은, 다원식 냉동 장치(10)에 의해서 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체를 냉각한다. 본 실시 형태에서는, 다원식 냉동 장치(10)에 의해서 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 액체를 냉각하지만, 유체 통류 장치(20)는 기체를 통류시켜도 괜찮고, 다원식 냉동 장치(10)는 기체를 냉각해도 괜찮다.
제어 장치(30)는, 다원식 냉동 장치(10) 및 유체 통류 장치(20)에 전기적으로 접속되어 있고, 다원식 냉동 장치(10) 및 유체 통류 장치(20)의 동작을 제어한다. 제어 장치(30)는, 예를 들면 CPU, ROM, RAM 등을 포함하는 컴퓨터라도 괜찮고, 기억된 컴퓨터 프로그램에 따라 다원식 냉동 장치(10) 및 유체 통류 장치(20)의 동작을 제어해도 괜찮다.
본 실시 형태에 관한 유체 온조 시스템(1)은, 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체를 -70℃ 이하, 바람직하게는 -80℃ 이하까지 냉각하도록 구성되지만, 유체 온조 시스템(1)의 냉동 능력이나 냉각 가능 온도는 특별히 한정되는 것은 아니다.
＜다원식 냉동 장치＞
다원식 냉동 장치(10)는 삼원식 냉동 장치이며, 각각 히트 펌프식의 냉동기로서 구성되는 고온측 냉동기(100)와, 중온측 냉동기(200)와, 저온측 냉동기(300)를 구비하고 있다.
고온측 냉동기(100)와 중온측 냉동기(200)와의 사이에는 제1 캐스케이드 콘덴서(CC1)가 구성되고, 중온측 냉동기(200)와 저온측 냉동기(300)와의 사이에는 제2 캐스케이드 콘덴서(CC2)가 구성된다. 이것에 의해, 다원식 냉동 장치(10)는, 고온측 냉동기(100)가 순환시키는 고온측 냉매에 의해서 중온측 냉동기(200)가 순환시키는 중온측 냉매를 냉각할 수 있고, 냉각된 중온측 냉매에 의해서 저온측 냉동기(300)가 순환시키는 저온측 냉매를 냉각할 수 있다.
(고온측 냉동기)
고온측 냉동기(100)는, 고온측 압축기(101), 고온측 응축기(102), 고온측 팽창 밸브(103) 및 고온측 증발기(104)가, 이 순서로 고온측 냉매를 순환시키도록 배관 부재(파이프)에 의해서 접속된 고온측 냉동 회로(110)와, 고온측 핫 가스 회로(120)와, 냉각용 바이패스 회로(130)를 가지고 있다.
고온측 냉동 회로(110)에서는, 고온측 압축기(101)가, 고온측 증발기(104)로부터 유출된 기본적으로는 기체 상태의 고온측 냉매를 압축하여, 승온 및 승압시킨 상태로 고온측 응축기(102)에 공급한다. 고온측 응축기(102)는, 고온측 압축기(101)에서 압축된 고온측 냉매를 냉각수에 의해서 냉각함과 아울러 응축하고, 소정의 온도의 고압의 액체 상태로 하여, 고온측 팽창 밸브(103)에 공급한다.
본 실시 형태의 형태에서는, 고온측 응축기(102)에 냉각수 공급관(40)이 접속되고, 냉각수 공급관(40)으로부터 공급되는 냉각수에 의해서 고온측 냉매가 냉각된다. 고온측 냉매를 냉각하기 위한 냉각수로서는, 물이 이용되어도 좋고, 그 외의 냉매가 이용되어도 괜찮다. 또, 고온측 응축기(102)는 공냉식의 응축기로서 구성되어도 괜찮다.
고온측 팽창 밸브(103)는, 고온측 응축기(102)로부터 공급된 고온측 냉매를 팽창시키는 것에 의해 감압시켜, 팽창전에 비해서 강온 및 강압시킨 기액 혼합 또는 액체 상태의 고온측 냉매를 고온측 증발기(104)에 공급한다. 고온측 증발기(104)는, 중온측 냉동기(200)의 후술하는 중온측 응축기(202)와 함께 제1 캐스케이드 콘덴서(CC1)를 구성하고, 공급된 고온측 냉매를, 중온측 냉동기(200)가 순환시키는 중온측 냉매와 열교환시켜 중온측 냉매를 냉각한다. 중온측 냉매와 열교환한 고온측 냉매는 승온하여 이상적으로는 기체 상태가 되고, 고온측 증발기(104)로부터 유출되어 다시 고온측 압축기(101)에서 압축된다.
고온측 핫 가스 회로(120)는, 고온측 냉동 회로(110)에서의 고온측 압축기(101)의 하류측이고 또한 고온측 응축기(102)의 상류측의 부분으로부터 분기하여, 고온측 팽창 밸브(103)의 하류측이고 또한 고온측 증발기(104)의 상류측의 부분에 접속되는 핫 가스 유로(121)와, 핫 가스 유로(121)에 마련된 유량 조절 밸브(122)를 가지고 있다.
고온측 핫 가스 회로(120)는, 유량 조절 밸브(122)의 개폐 및 개도 조절에 따라서, 고온측 압축기(101)로부터 유출된 고온측 냉매를 고온측 팽창 밸브(103)가 팽창시킨 고온측 냉매에 혼합시킴으로써, 고온측 증발기(104)의 냉동 능력을 조절한다. 즉, 고온측 핫 가스 회로(120)는, 고온측 증발기(104)의 용량 제어를 위해서 마련되어 있다. 고온측 냉동기(100)에서는, 고온측 핫 가스 회로(120)를 마련함으로써 고온측 증발기(104)의 냉동 능력을 신속히 조절하는 것이 가능하게 되어 있다.
냉각용 바이패스 회로(130)는, 고온측 냉동 회로(110)에서의 고온측 응축기(102)의 하류측이고 또한 고온측 팽창 밸브(103)의 상류측의 부분으로부터 분기 하여, 고온측 압축기(101)에 접속되는 냉각용 유로(131)와, 냉각용 유로(131)에 마련된 냉각용 팽창 밸브(132)를 가지고 있다. 냉각용 바이패스 회로(130)는, 고온측 응축기(102)로부터 유출된 고온측 냉매를 팽창시키고, 팽창전에 비해서 강온시킨 고온측 냉매에 의해, 고온측 압축기(101)를 냉각할 수 있다.
이상과 같은 고온측 냉동기(100)에서 이용되는 고온측 냉매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 온도 제어 대상에 대한 목표 냉각 온도에 따라 적절히 결정된다. 본 실시 형태에서는, 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체를 -70℃ 이하, 바람직하게는 -80℃ 이하까지 냉각하고, 냉각된 유체에 의해서 온도 제어 대상을 냉각하기 위해서, 고온측 냉매로서 R410A가 이용되지만, 고온측 냉매의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다. 고온측 냉매로서는, R32, R125, R134a, R407C, HFO계, CO2, 암모니아 등이 이용되어도 괜찮다. 또, 고온측 냉매는 혼합 냉매라도 괜찮다. 또, R410A, R32, R125, R134a, R407C, 혼합 냉매 등에서, 오일 캐리어로서, n-펜탄이 첨가된 냉매가 이용되어도 괜찮다. n-펜탄이 첨가된 경우에는, 고온측 압축기(101)의 윤활을 위한 오일을 냉매와 함께 적합하게 순환시킬 수 있고, 고온측 압축기(101)를 안정적으로 운전시킬 수 있다. 또, 오일 캐리어로서, 프로판이 첨가되어도 괜찮다.
(중온측 냉동기)
중온측 냉동기(200)는, 중온측 압축기(201), 중온측 응축기(202), 중온측 제1 팽창 밸브(203) 및 중온측 제1 증발기(204)가, 이 순서로 중온측 냉매를 순환시키도록 배관 부재(파이프)에 의해 접속된 중온측 냉동 회로(210)와, 캐스케이드용 바이패스 회로(220)와, 중온측 핫 가스 회로(230)를 가지고 있다.
중온측 냉동 회로(210)에서는, 중온측 압축기(201)가, 중온측 제1 증발기(204)로부터 유출된 기본적으로는 기체 상태의 중온측 냉매를 압축하여, 승온 및 승압시킨 상태로 중온측 응축기(202)에 공급한다. 중온측 응축기(202)는, 상술한 바와 같이 고온측 냉동기(100)의 고온측 증발기(104)와 함께 제1 캐스케이드 콘덴서(CC1)를 구성하고 있고, 공급된 중온측 냉매를, 제1 캐스케이드 콘덴서(CC1)에서 고온측 냉매에 의해서 냉각함과 아울러 응축하고, 소정의 온도의 고압의 액체 상태로 하여, 중온측 제1 팽창 밸브(203)에 공급한다.
중온측 제1 팽창 밸브(203)는, 중온측 응축기(202)로부터 공급된 중온측 냉매를 팽창시키는 것에 의해 감압시켜, 팽창전에 비해서 강온 및 강압시킨 기액 혼합 또는 액체 상태의 중온측 냉매를 중온측 제1 증발기(204)에 공급한다. 중온측 제1 증발기(204)는, 공급된 중온측 냉매를, 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체와 열교환시켜 해당 유체를 냉각한다. 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체와 열교환한 중온측 냉매는 승온하여 이상적으로는 기체 상태가 되고, 중온측 제1 증발기(204)로부터 유출되어 다시 중온측 압축기(201)에서 압축된다.
캐스케이드용 바이패스 회로(220)는, 중온측 냉동 회로(210)에서의 중온측 응축기(202)의 하류측이고 또한 중온측 제1 팽창 밸브(203)의 상류측의 부분으로부터 분기되고, 중온측 제1 증발기(204)의 하류측이고 또한 중온측 압축기(201)의 상류측의 부분에 접속되고, 중온측 냉동 회로(210)로부터 분기하는 중온측 냉매를 통류시키는 분기 유로(221)와, 분기 유로(221)에 마련된 중온측 제2 팽창 밸브(223)와, 분기 유로(221)에서 중온측 제2 팽창 밸브(223)보다도 하류측에 마련된 중온측 제2 증발기(224)를 가지고 있다.
중온측 제2 팽창 밸브(223)는, 중온측 냉동 회로(210)로부터 분기한 중온측 냉매를 팽창시키는 것에 의해 감압시키고, 팽창전에 비해서 강온 및 강압시킨 기액 혼합 또는 액체 상태의 중온측 냉매를 중온측 제2 증발기(224)에 공급한다. 중온측 제2 증발기(224)는, 저온측 냉동기(300)의 후술하는 저온측 응축기(302)와 함께 제2 캐스케이드 콘덴서(CC2)를 구성하고 있고, 공급된 중온측 냉매를, 저온측 냉동기(300)가 순환시키는 저온측 냉매와 열교환시켜 저온측 냉매를 냉각한다. 저온측 냉매와 열교환한 중온측 냉매는 승온하여 이상적으로는 기체 상태가 되고, 제2 캐스케이드 콘덴서(CC2)로부터 유출되어, 중온측 제1 증발기(204)로부터 유출된 중온측 냉매와 합류한다.
중온측 핫 가스 회로(230)는, 중온측 냉동 회로(210)에서의 중온측 압축기(201)의 하류측이고 또한 중온측 응축기(202)의 상류측의 부분으로부터 분기하여, 캐스케이드용 바이패스 회로(220)에서의 중온측 제2 팽창 밸브(223)의 하류측이고 또한 중온측 제2 증발기(224)의 상류측의 부분에 접속되는 핫 가스 유로(231)와, 핫 가스 유로(231)에 마련된 유량 조절 밸브(232)를 가지고 있다.
중온측 핫 가스 회로(230)는, 유량 조절 밸브(232)의 개폐 및 개도 조절에 따라서, 중온측 압축기(201)로부터 유출된 중온측 냉매를 중온측 제2 팽창 밸브(223)가 팽창시킨 중온측 냉매에 혼합시킴으로써, 제2 캐스케이드 콘덴서(CC2)(중온측 제2 증발기(224))의 냉동 능력을 조절한다. 즉, 중온측 핫 가스 회로(230)는, 제2 캐스케이드 콘덴서(CC2)의 용량 제어를 위해서 마련되어 있다. 중온측 냉동기(200)에서는, 중온측 핫 가스 회로(230)를 마련함으로써 제2 캐스케이드 콘덴서(CC2)의 냉동 능력을 신속히 조절하는 것이 가능하게 되어 있다.
이상과 같은 중온측 냉동기(200)에서 이용되는 중온측 냉매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 고온측 냉매의 경우와 마찬가지로, 온도 제어 대상에 대한 목표 냉각 온도에 따라 적절히 결정된다. 본 실시 형태에서는, 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체를 -70℃ 이하, 바람직하게는 -80℃ 이하까지 냉각하기 위해서, 중온측 냉매로서 R23가 이용되지만, 중온측 냉매의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다.
(저온측 냉동기)
저온측 냉동기(300)는, 저온측 압축기(301), 저온측 응축기(302), 저온측 팽창 밸브(303) 및 저온측 증발기(304)가, 이 순서로 저온측 냉매를 순환시키도록 배관 부재(파이프)에 의해 접속된 저온측 냉동 회로(310)와, 저온측 핫 가스 회로(320)를 가지고 있다.
저온측 냉동 회로(310)에서는, 저온측 압축기(301)가, 저온측 증발기(304)로부터 유출된 기본적으로는 기체 상태의 저온측 냉매를 압축하여, 승온 및 승압시킨 상태로 저온측 응축기(302)에 공급한다. 저온측 응축기(302)는, 상술한 바와 같이 중온측 냉동기(200)의 중온측 제2 증발기(224)와 함께 제2 캐스케이드 콘덴서(CC2)를 구성하고 있고, 공급된 저온측 냉매를, 제2 캐스케이드 콘덴서(CC2)에서 중온측 냉매에 의해서 냉각함과 아울러 응축하고, 소정의 온도의 고압의 액체 상태로 하여, 저온측 팽창 밸브(303)에 공급한다.
저온측 팽창 밸브(303)는, 저온측 응축기(302)로부터 공급된 저온측 냉매를 팽창시키는 것에 의해 감압시켜, 팽창전에 비해서 강온 및 강압시킨 기액 혼합 또는 액체 상태의 저온측 냉매를 저온측 증발기(304)에 공급한다. 저온측 증발기(304)는, 공급된 저온측 냉매를, 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체와 열교환시켜 해당 유체를 냉각한다. 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체와 열교환된 저온측 냉매는 승온하여 이상적으로는 기체 상태가 되고, 저온측 증발기(304)로부터 유출되어 다시 저온측 압축기(301)에서 압축된다.
저온측 핫 가스 회로(320)는, 저온측 냉동 회로(310)에서의 저온측 압축기(301)의 하류측이고 또한 저온측 응축기(302)의 상류측의 부분으로부터 분기하여, 저온측 팽창 밸브(303)의 하류측이고 또한 저온측 증발기(304)의 상류측의 부분에 접속되는 핫 가스 유로(321)와, 핫 가스 유로(321)에 마련된 유량 조절 밸브(322)를 가지고 있다.
저온측 핫 가스 회로(320)는, 유량 조절 밸브(322)의 개폐 및 개도 조절에 따라서, 저온측 압축기(301)로부터 유출된 저온측 냉매를 저온측 팽창 밸브(303)가 팽창시킨 저온측 냉매에 혼합시킴으로써, 저온측 증발기(304)의 냉동 능력을 조절한다. 즉, 저온측 핫 가스 회로(320)는, 저온측 증발기(304)의 용량 제어를 위해서 마련되어 있다. 저온측 냉동기(300)에서는, 저온측 핫 가스 회로(320)를 마련함으로써 저온측 증발기(304)의 냉동 능력을 신속히 조절하는 것이 가능하게 되어 있다.
또, 저온측 냉동기(300)에서는, 저온측 냉동 회로(310)에서의 저온측 응축기(302)의 하류측이고 또한 저온측 팽창 밸브(303)의 상류측의 제1 부분(311)과, 저온측 냉동 회로(310)에서의 저온측 증발기(304)의 하류측이고 또한 저온측 압축기(301)의 상류측의 제2 부분(312)이, 각 부분(311, 312)을 통과하는 저온측 냉매끼리의 열교환을 가능하게 하는 내부 열교환기(IE)를 구성하고 있다.
내부 열교환기(IE)에서는, 저온측 응축기(302)로부터 유출되고, 저온측 팽창 밸브(303)에 유입되기 전의 저온측 냉매와, 저온측 증발기(304)로부터 유출되고, 저온측 압축기(301)에 유입되기 전의 저온측 냉매가 서로 열교환한다. 이것에 의해, 저온측 응축기(302)로부터 유출된 저온측 냉매를 저온측 팽창 밸브(303)에 유입되기 전에 냉각할 수 있고, 저온측 증발기(304)로부터 유출된 저온측 냉매를 저온측 압축기(301)에 유입되기 전에 가열할 수 있다. 그 결과, 저온측 증발기(304)의 냉동 능력을 간이적으로 높게 할 수 있고, 또한 저온측 압축기(301)의 내구 성능(내냉 성능)의 확보에 대한 부담을 경감할 수 있다.
이상과 같은 저온측 냉동기(300)에서 이용되는 저온측 냉매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 고온측 냉매 및 중온측 냉매의 경우와 마찬가지로, 온도 제어 대상에 대한 목표 냉각 온도에 따라 적절히 결정된다. 본 실시 형태에서는, 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체를 -70℃ 이하, 바람직하게는 -80℃ 이하까지 냉각하기 위해서, 저온측 냉매로서 R23가 이용되지만, 저온측 냉매의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다.
여기서, 본 실시 형태에서의 중온측 냉동기(200) 및 저온측 냉동기(300)는 모두, R23를 이용하지만, 중온측 냉동기(200) 및 저온측 냉동기(300)에서는 서로 다른 냉매가 이용되어도 괜찮다. 또, 초저온의 냉각을 실현하는 경우, 중온측 냉동기(200) 및 저온측 냉동기(300) 중 적어도 어느 하나에서, R23를 대신하여, R1132a가 이용되어도 괜찮다. R1132a는, 그 비점이 약 -83℃ 이하이며, -70℃ 이하까지 강온 가능하기 때문에, 매우 저온의 냉각을 행할 때에 바람직하게 이용될 수 있다. 게다가, R1132a의 지구 온난화 계수(GWP)는 매우 낮기 때문에, 환경에 우수한 장치를 구성할 수 있다.
또, 중온측 냉동기(200) 및 저온측 냉동기(300) 중 적어도 어느 하나에서, R23와 그 외의 냉매를 포함하는 혼합 냉매나, R1132a와 그 외의 냉매를 포함하는 혼합 냉매가 이용되어도 괜찮다.
예를 들면, 중온측 냉동기(200) 및 저온측 냉동기(300) 중 적어도 어느 하나에서는, R1132a와, CO2(R744)를 혼합시킨 혼합 냉매가 이용되어도 괜찮다. 이 경우, 매우 저온의 냉각과 지구 온난화 계수의 억제를 실현하면서, 취급도 용이하게 될 수 있다.
또, 중온측 냉동기(200) 및 저온측 냉동기(300) 중 적어도 어느 하나에서, R1132a와, R744와, R23를 혼합시킨 혼합 냉매가 이용되어도 괜찮다.
또, 중온측 냉동기(200) 및 저온측 냉동기(300) 중 적어도 어느 하나에서는, 예를 들면, R23, R1132a, 또는 이들 중 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합 냉매에, n-펜탄이 첨가된 냉매가 이용되어도 괜찮다. n-펜탄은 오일 캐리어로서 기능하기 때문에, 첨가된 경우에는, 압축기(201, 301)의 윤활을 위한 오일을 냉매와 함께 적합하게 순환시킬 수 있고, 압축기(201, 301)를 안정적으로 운전시킬 수 있다. 또, 오일 캐리어로서, 프로판이 첨가되어도 괜찮다.
＜유체 통류 장치＞
이어서 유체 통류 장치(20)에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서의 유체 통류 장치(20)는, 유체가 통류하는 유체 유로(21)와, 유체 유로에서 유체를 통류시키기 위한 구동력을 부여하는 펌프(22)를 가지고 있다. 본 실시 형태에서의 유체 유로(21)는, 중온측 냉동기(200)의 중온측 제1 증발기(204)에 접속되고, 저온측 냉동기(300)의 저온측 증발기(304)에 접속되며, 또한 온도 제어 대상(50)에 접속되어 있다.
펌프(22)로부터 유출된 유체는, 중온측 제1 증발기(204)에서 중온측 냉매에 의해서 냉각된 후, 저온측 증발기(304)에서 저온측 냉매에 의해서 냉각된다. 그 후, 유체는, 온도 제어 대상(50)에 공급되고, 펌프(22)로 되돌아간다. 본 실시 형태에서는, 펌프(22)로부터 유출된 유체가 온도 제어 대상(50)을 통과한 후에 펌프(22)로 되돌아가지만, 유체 통류 장치(20)는 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 유체 통류 장치(20)는, 펌프(22)로부터 유출된 유체를 온조하여 온도 제어 대상(50)에 공급하고, 그 후, 배출하도록 되어 있어도 괜찮다.
유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 실시 형태에서는, 초저온용의 브라인(brine)이 이용된다.
온도 제어 대상(50)은 여러 가지의 것이 상정되지만, 예를 들면 반도체 제조 장치의 스테이지라도 좋고, 반도체가 실장된 기판을 싣기 위한 부재라도 좋다. 또, 유체 통류 장치(20)가 기체를 통류시키는 경우에는, 온도 제어 대상(50)은 공간이라도 괜찮다.
＜동작＞
다음으로, 유체 온조 시스템(1)의 동작의 일 예를 설명한다.
유체 온조 시스템(1)을 동작시킬 때에는, 먼저, 제어 장치(30)의 지령에 의해, 고온측 냉동기(100)의 고온측 압축기(101), 중온측 냉동기(200)의 중온측 압축기(201), 저온측 냉동기(300)의 저온측 압축기(301), 및 유체 통류 장치(20)의 펌프(22)가 구동된다. 이것에 의해, 고온측 냉동기(100)에서 고온측 냉매가 순환하고, 중온측 냉동기(200)에서 중온측 냉매가 순환하고, 저온측 냉동기(300)에서 저온측 냉매가 순환하고, 유체 통류 장치(20)에서 액체가 통류한다.
제어 장치(30)는, 냉각의 동작시, 고온측 냉동기(100)에서의 고온측 팽창 밸브(103), 유량 조절 밸브(122) 및 냉각용 팽창 밸브(132), 중온측 냉동기(200)에서의 중온측 제1 팽창 밸브(203), 중온측 제2 팽창 밸브(223) 및 유량 조절 밸브(232), 저온측 냉동기(300)에서의 저온측 팽창 밸브(303) 및 유량 조절 밸브(322)의 개도를 적절히 조절할 수 있다. 또, 상기 각 밸브는, 본 실시 형태에서, 외부 신호에 근거하여 개도를 조절할 수 있는 전자(電子) 팽창 밸브이다.
고온측 냉동기(100)에서는, 고온측 압축기(101)가 압축시킨 고온측 냉매가 고온측 응축기(102)에서 응축되어, 고온측 팽창 밸브(103)에 공급된다. 고온측 팽창 밸브(103)는, 고온측 응축기(102)가 응축한 고온측 냉매를 팽창시켜 강온하여, 고온측 증발기(104)에 공급한다. 고온측 증발기(104)는, 상술한 바와 같이 중온측 냉동기(200)의 중온측 응축기(202)와 함께 제1 캐스케이드 콘덴서(CC1)를 구성하고 있고, 공급된 고온측 냉매를, 중온측 냉동기(200)가 순환시키는 중온측 냉매와 열교환시켜 중온측 냉매를 냉각한다.
중온측 냉동기(200)에서는, 중온측 압축기(201)가 압축시킨 중온측 냉매가 제1 캐스케이드 콘덴서(CC1)에서 응축되어, 도 2에 나타내어지는 분기점(BP)에서 분기하여, 화살표로 나타내는 바와 같이, 중온측 제1 팽창 밸브(203)와, 중온측 제2 팽창 밸브(223)로 보내어진다. 중온측 제1 팽창 밸브(203)는, 제1 캐스케이드 콘덴서(CC1)가 응축한 중온측 냉매를 팽창시켜 강온하여, 중온측 제1 증발기(204)에 공급한다. 한편, 중온측 제2 팽창 밸브(223)는, 제1 캐스케이드 콘덴서(CC1)가 응축한 중온측 냉매를 팽창시켜 강온하여, 중온측 제2 증발기(224)에 공급한다.
그리고, 중온측 제1 증발기(204)는, 중온측 냉매에 의해서, 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체를 냉각한다. 중온측 제2 증발기(224)는, 상술한 바와 같이 저온측 냉동기(300)의 저온측 응축기(302)와 함께 제2 캐스케이드 콘덴서(CC2)를 구성하고 있고, 공급된 중온측 냉매를, 저온측 냉동기(300)가 순환시키는 저온측 냉매와 열교환시켜 저온측 냉매를 냉각한다.
저온측 냉동기(300)에서는, 저온측 압축기(301)가 압축시킨 저온측 냉매가 제2 캐스케이드 콘덴서(CC2)에서 응축되어, 도 3에 나타내어지는 바와 같이 내부 열교환기(IE)를 거쳐 저온측 팽창 밸브(303)에 보내어진다. 저온측 팽창 밸브(303)는, 내부 열교환기(IE)를 통과한 저온측 냉매를 팽창시켜 강온하여, 저온측 증발기(304)에 공급한다. 그리고, 저온측 증발기(304)는, 저온측 냉매에 의해서, 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체를 냉각한다.
또, 내부 열교환기(IE)에서는, 저온측 응축기(302)로부터 유출되고, 저온측 팽창 밸브(303)에 유입되기 전의 저온측 냉매와, 저온측 증발기(304)로부터 유출되고, 저온측 압축기(301)에 유입되기 전의 저온측 냉매가 서로 열교환한다. 이것에 의해, 저온측 응축기(302)로부터 유출된 저온측 냉매에 과냉각도가 부여될 수 있다.
이상으로 설명한 유체 온조 시스템(1)에서는, 유체 통류 장치(20)가 통류시키는 유체가, 중온측 냉동기(200)의 중온측 제1 증발기(204)에 의해서 냉각(프리쿨)된 후, 중온측 제1 증발기(204)보다도 큰 냉동 능력을 출력할 수 있는 저온측 냉동기(300)의 저온측 증발기(304)에 의해서 냉각된다. 이것에 의해, 유체 온조 시스템(1)은, 온도 제어 대상에 대한 목표의 소망 온도까지의 냉각을 실현할 때에, 저온측 냉동기(300)에서 고성능인 압축기를 채용한 단순한 삼원 냉동 장치보다도 용이하게 제작될 수 있음으로써, 소망 온도까지의 온도 제어 대상의 냉각을 용이하게 또한 안정적으로 실현할 수 있다.
또, 내부 열교환기(IE)에서는, 저온측 응축기(302)로부터 유출되고, 저온측 팽창 밸브(303)에 유입되기 전의 저온측 냉매와, 저온측 증발기(304)로부터 유출되고, 저온측 압축기(301)에 유입되기 전의 저온측 냉매가 서로 열교환한다. 이것에 의해, 저온측 응축기(302)로부터 유출된 저온측 냉매를 저온측 팽창 밸브(303)에 유입되기 전에 냉각할 수 있고, 저온측 증발기(304)로부터 유출된 저온측 냉매를 저온측 압축기(301)에 유입되기 전에 가열할 수 있다. 그 결과, 저온측 증발기(304)의 냉동 능력을 간이적으로 높게 할 수 있고, 또한 저온측 압축기(301)의 내구 성능(내냉 성능)의 확보에 대한 부담을 경감할 수 있다. 그 때문에, 저온측 압축기(301)의 능력을 과잉으로 높이지 않아도 소망의 냉각을 실현하기 쉬워지기 때문에, 제작 용이성을 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시 형태에서의 중온측 냉동기(200) 및 저온측 냉동기(300)는, 이원식의 냉동 장치로서 구성된 경우에도 유용하다. 즉, 중온측 냉동기(200)를 제1 냉동기로서 구비함과 아울러, 저온측 냉동기(300)를 제2 냉동기로서 구비하는 이하와 같은 이원식의 냉동 장치도 유용하다.
제1 압축기, 제1 응축기, 제1 팽창 밸브 및 제1 증발기가, 이 순서로 제1 냉매를 순환시키도록 접속된 제1 냉동 회로를 가짐과 아울러, 상기 제1 냉동 회로에서의 상기 제1 응축기의 하류측이고 또한 상기 제1 팽창 밸브의 상류측의 부분으로부터 분기되고, 상기 제1 증발기의 하류측이고 또한 상기 제1 압축기의 상류측의 부분에 접속되고, 상기 제1 냉동 회로로부터 분기하는 상기 제1 냉매를 통류시키는 분기 유로, 상기 분기 유로에 마련된 캐스케이드용 팽창 밸브, 및 상기 분기 유로에서 상기 캐스케이드용 팽창 밸브보다도 하류측에 마련된 캐스케이드용 증발기를 포함하는 캐스케이드용 바이패스 회로를 가지는 제1 냉동기와,
제2 압축기, 제2 응축기, 제2 팽창 밸브 및 제2 증발기가, 이 순서로 제2 냉매를 순환시키도록 접속된 제2 냉동 회로를 가지는 제2 냉동기를 구비하며,
상기 제1 냉동기의 상기 캐스케이드용 증발기와 상기 제2 냉동기의 상기 제2 응축기가, 상기 제1 냉매와 상기 제2 냉매와의 열교환을 가능하게 하는 캐스케이드 콘덴서를 구성하는 냉동 장치.
이 때, 온도 제어 대상을, 상기 제1 냉동기의 상기 제1 증발기에 의해서 냉각한 후, 상기 제2 냉동기의 상기 제2 증발기에 의해서 냉각하는 것이 좋다.
또한, 본 실시 형태에서의 저온측 냉동기(300)는, 이하와 같은 단원식의 냉동 장치로 하여 구성된 경우에도 유용하다.
압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기가, 이 순서로 냉매를 순환시키도록 접속된 냉동 회로를 구비하며,
상기 냉동 회로에서의 상기 응축기의 하류측이고 또한 상기 팽창 밸브의 상류측의 부분과, 상기 냉동 회로에서의 상기 증발기의 하류측이고 또한 상기 압축기의 상류측의 부분이, 각 상기 부분을 통과하는 상기 냉매의 열교환을 가능하게 하는 내부 열교환기를 구성하는 냉동 장치.
또, 본 발명은 상술의 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 상술의 실시 형태에서는 여러 가지의 변경을 가할 수 있다.
1 - 유체 온조 시스템 10 - 다원식 냉동 장치
20 - 유체 통류 장치 21 - 유체 유로
22 - 펌프 30 - 제어 장치
40 - 냉각수 공급관 50 - 온도 제어 대상
100 - 고온측 냉동기 101 - 고온측 압축기
102 - 고온측 응축기 103 - 고온측 팽창 밸브
104 - 고온측 증발기 110 - 고온측 냉동 회로
120 - 고온측 핫 가스 회로 121 - 핫 가스 유로
122 - 유량 조절 밸브 130 - 냉각용 바이패스 회로
131 - 냉각용 유로 132 - 냉각용 팽창 밸브
200 - 중온측 냉동기 201 - 중온측 압축기
202 - 중온측 응축기 203 - 중온측 제1 팽창 밸브
204 - 중온측 제1 증발기 210 - 중온측 냉동 회로
220 - 캐스케이드용 바이패스 회로 221 - 분기 유로
223 - 중온측 제2 팽창 밸브 224 - 중온측 제2 증발기
230 - 중온측 핫 가스 회로 231 - 핫 가스 유로
232 - 유량 조절 밸브 300 - 저온측 냉동기
301 - 저온측 압축기 302 - 저온측 응축기
303 - 저온측 팽창 밸브 304 - 저온측 증발기
310 - 저온측 냉동 회로 311 - 제1 부분
312 - 제2 부분 320 - 저온측 핫 가스 회로
321 - 핫 가스 유로 322 - 유량 조절 밸브
CC1 - 제1 캐스케이드 콘덴서 CC2 - 제2 캐스케이드 콘덴서
IE - 내부 열교환기

Claims (8)

  1. 고온측 압축기, 고온측 응축기, 고온측 팽창 밸브 및 고온측 증발기가, 이 순서로 고온측 냉매를 순환시키도록 접속된 고온측 냉동 회로를 가지는 고온측 냉동기와,
    중온측 압축기, 중온측 응축기, 중온측 제1 팽창 밸브 및 중온측 제1 증발기가, 이 순서로 중온측 냉매를 순환시키도록 접속된 중온측 냉동 회로를 가짐과 아울러, 상기 중온측 냉동 회로에서의 상기 중온측 응축기의 하류측이고 또한 상기 중온측 제1 팽창 밸브의 상류측의 부분으로부터 분기되고, 상기 중온측 제1 증발기의 하류측이고 또한 상기 중온측 압축기의 상류측의 부분에 접속되고, 상기 중온측 냉동 회로로부터 분기하는 상기 중온측 냉매를 통류(通流)시키는 분기 유로, 상기 분기 유로에 마련된 중온측 제2 팽창 밸브, 및 상기 분기 유로에서 상기 중온측 제2 팽창 밸브보다도 하류측에 마련된 중온측 제2 증발기를 포함하는 캐스케이드용 바이패스 회로를 가지는 중온측 냉동기와,
    저온측 압축기, 저온측 응축기, 저온측 팽창 밸브 및 저온측 증발기가, 이 순서로 저온측 냉매를 순환시키도록 접속된 저온측 냉동 회로를 가지는 저온측 냉동기와,
    유체를 통류시키는 유체 통류 장치를 구비하며,
    상기 고온측 냉동기의 상기 고온측 증발기와 상기 중온측 냉동기의 상기 중온측 응축기가, 상기 고온측 냉매와 상기 중온측 냉매와의 열교환을 가능하게 하는 제1 캐스케이드 콘덴서를 구성하고,
    상기 중온측 냉동기의 상기 중온측 제2 증발기와 상기 저온측 냉동기의 상기 저온측 응축기가, 상기 중온측 냉매와 상기 저온측 냉매와의 열교환을 가능하게 하는 제2 캐스케이드 콘덴서를 구성하며,
    상기 유체 통류 장치가 통류시키는 유체를, 상기 중온측 냉동기의 상기 중온측 제1 증발기에 의해서 냉각한 후, 상기 저온측 냉동기의 상기 저온측 증발기에 의해서 냉각하는 유체 온조 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저온측 냉동 회로에서의 상기 저온측 응축기의 하류측이고 또한 상기 저온측 팽창 밸브의 상류측의 부분과, 상기 저온측 냉동 회로에서의 상기 저온측 증발기의 하류측이고 또한 상기 저온측 압축기의 상류측의 부분이, 각 상기 부분을 통과하는 상기 저온측 냉매의 열교환을 가능하게 하는 내부 열교환기를 구성하는 유체 온조 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 저온측 냉매는, R23이며, 상기 저온측 팽창 밸브에 의해서 팽창되는 것에 의해, -70℃ 이하까지 강온(降溫)되는 유체 온조 시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 저온측 냉매는, R1132a이며, 상기 저온측 팽창 밸브에 의해서 팽창되는 것에 의해, -70℃ 이하까지 강온되는 유체 온조 시스템.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 저온측 냉매는, R1132a를 포함하며, 상기 저온측 팽창 밸브에 의해서 팽창되는 것에 의해, -70℃ 이하까지 강온되는 유체 온조 시스템.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 중온측 냉매와, 상기 저온측 냉매가 동일 냉매인 유체 온조 시스템.
  7. 제1 압축기, 제1 응축기, 제1 팽창 밸브 및 제1 증발기가, 이 순서로 제1 냉매를 순환시키도록 접속된 제1 냉동 회로를 가짐과 아울러, 상기 제1 냉동 회로에서의 상기 제1 응축기의 하류측이고 또한 상기 제1 팽창 밸브의 상류측의 부분으로부터 분기되고, 상기 제1 증발기의 하류측이고 또한 상기 제1 압축기의 상류측의 부분에 접속되고, 상기 제1 냉동 회로로부터 분기하는 상기 제1 냉매를 통류시키는 분기 유로, 상기 분기 유로에 마련된 캐스케이드용 팽창 밸브, 및 상기 분기 유로에서 상기 캐스케이드용 팽창 밸브보다도 하류측에 마련된 캐스케이드용 증발기를 포함하는 캐스케이드용 바이패스 회로를 가지는 제1 냉동기와,
    제2 압축기, 제2 응축기, 제2 팽창 밸브 및 제2 증발기가, 이 순서로 제2 냉매를 순환시키도록 접속된 제2 냉동 회로를 가지는 제2 냉동기를 구비하며,
    상기 제1 냉동기의 상기 캐스케이드용 증발기와 상기 제2 냉동기의 상기 제2 응축기가, 상기 제1 냉매와 상기 제2 냉매와의 열교환을 가능하게 하는 캐스케이드 콘덴서를 구성하는 냉동 장치.
  8. 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기가, 이 순서로 냉매를 순환시키도록 접속된 냉동 회로를 구비하며,
    상기 냉동 회로에서의 상기 응축기의 하류측이고 또한 상기 팽창 밸브의 상류측의 부분과, 상기 냉동 회로에서의 상기 증발기의 하류측이고 또한 상기 압축기의 상류측의 부분이, 각 상기 부분을 통과하는 상기 냉매의 열교환을 가능하게 하는 내부 열교환기를 구성하는 냉동 장치.
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