WO2021246137A1 - 二元冷凍装置 - Google Patents

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WO2021246137A1
WO2021246137A1 PCT/JP2021/018389 JP2021018389W WO2021246137A1 WO 2021246137 A1 WO2021246137 A1 WO 2021246137A1 JP 2021018389 W JP2021018389 W JP 2021018389W WO 2021246137 A1 WO2021246137 A1 WO 2021246137A1
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heat exchanger
low temperature
tube
low
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峻 豊岡
稔 須藤
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Ｐｈｃホールディングス株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to a dual refrigeration system.
  • Patent Document 1 discloses a dual refrigeration circuit including a cascade capacitor in which a high temperature side refrigerant flowing through a high temperature side refrigeration circuit and a low temperature side refrigerant flowing through a low temperature side refrigeration circuit exchange heat.
  • the cascade capacitor of Patent Document 1 is a plate heat exchanger.
  • the present disclosure is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present disclosure is to provide a dual refrigeration circuit capable of improving the efficiency of heat exchange in a plate heat exchanger.
  • the dual refrigerating apparatus in the present disclosure is formed in a tubular shape having a wavy cross-sectional shape cut by a plane orthogonal to the axis, and the low temperature side flowing out of the low temperature side compressor.
  • It includes a low-temperature side refrigeration circuit having a double-tube heat exchanger with an inflowing outer tube, and a high-temperature side refrigeration circuit in which a high-temperature side refrigerant that exchanges heat with a low-temperature side refrigerant via a plate heat exchanger circulates. ..
  • the efficiency of heat exchange in the plate heat exchanger can be improved.
  • FIG. 7 It is a schematic diagram of the dual refrigerating apparatus in the 1st Embodiment of this disclosure. It is a perspective view of the plate type heat exchanger shown in FIG. It is a figure which shows the structure of the heat exchange unit in 1st Embodiment. It is a figure which shows the arrangement of the equipment which comprises the heat exchange unit shown in FIG. It is a schematic diagram of the freezer in which the dual refrigerating apparatus shown in FIG. 1 is used. It is a partially enlarged sectional view of the rear side wall of the box body shown in FIG. It is a schematic diagram of the dual refrigerating apparatus in the 2nd Embodiment of this disclosure. It is sectional drawing of the double tube type heat exchanger shown in FIG. 7.
  • FIG. It is a perspective view which shows the outline of the multi-leaf tube shown in FIG. It is a figure which shows the structure of the heat exchange unit in 2nd Embodiment. It is a figure which shows the arrangement of the apparatus which constitutes the heat exchange unit of the dual refrigerating apparatus in one modification of 1st Embodiment of this disclosure. It is a schematic diagram of the dual refrigerating apparatus in another modification of 1st Embodiment of this disclosure. It is a figure which shows the structure of the heat exchange unit in the dual refrigerating apparatus shown in FIG. It is a perspective view which shows the outline of the multi-leaf tube of the double tube type heat exchanger in the modification of the 2nd Embodiment of this disclosure.
  • the dual refrigerating apparatus 1 is provided in, for example, a freezer 2 (FIG. 5) such as an ultra-low temperature freezer in which the internal temperature of the storage is ⁇ 80 ° C. or lower.
  • a freezer 2 such as an ultra-low temperature freezer in which the internal temperature of the storage is ⁇ 80 ° C. or lower.
  • the dual refrigeration apparatus 1 includes a high temperature side refrigeration circuit 10 and a low temperature side refrigeration circuit 20.
  • the high temperature side refrigeration circuit 10 includes a high temperature side compressor 11, a high temperature side condenser 12, a high temperature side dryer 13, a high temperature side decompressor 14, a high temperature side evaporator 15, a liquid receiver 16 and a high temperature side heat exchanger 17. ing.
  • the high temperature side heat exchanger 17 is composed of a double tube.
  • the inner tube of the high temperature side heat exchanger 17 is the high temperature side decompressor 14.
  • the high temperature side evaporator 15 constitutes a plate type heat exchanger 30, which will be described later.
  • the liquid receiver 16 is formed in a cylindrical shape.
  • Each of the above-mentioned devices is connected by the high temperature side pipe 18 so that the high temperature side refrigerant discharged from the high temperature side compressor 11 returns to the high temperature side compressor 11 again.
  • the high temperature side pipe 18 is an example of “piping”.
  • the high temperature side refrigerant circulates in the direction of the arrow shown in FIG. Specifically, the high-temperature side refrigerants are the high-temperature side compressor 11, the high-temperature side condenser 12, the high-temperature side dryer 13, the high-temperature side decompressor 14, the high-temperature side evaporator 15, the liquid receiver 16 and the high-temperature side heat exchanger. It flows through the outer pipe 17a of 17 in this order and returns to the high temperature side compressor 11.
  • the low temperature side refrigeration circuit 20 includes a low temperature side compressor 21, a spiral heat exchanger 22, a low temperature side condenser 23, a low temperature side dryer 24, a low temperature side decompressor 25, a low temperature side evaporator 26, and a low temperature side heat exchanger 27. It is equipped with.
  • the low temperature side dryer 24 is an example of a “dryer”.
  • the low temperature side dryer 24 is formed in a cylindrical shape.
  • the spiral heat exchanger 22 includes a main body tube 22a and a spiral tube 22b.
  • the main body tube 22a is formed in a cylindrical shape through which the low temperature side refrigerant flows.
  • the main body tube 22a is arranged so that the direction of the axis of the main body tube 22a is along the vertical direction.
  • the spiral tube 22b is spirally wound around the main body tube 22a so that the low temperature side refrigerant flows from the upper side to the lower side of the main body tube 22a.
  • the spiral tube 22b has a rectangular cross section.
  • the low temperature side heat exchanger 27 is composed of a double tube.
  • the inner tube of the low temperature side heat exchanger 27 is the low temperature side decompressor 25.
  • the low temperature side condenser 23 constitutes a plate type heat exchanger 30, which will be described later.
  • Each of the above-mentioned devices is connected by a low temperature side pipe 28 so that the low temperature side refrigerant discharged from the low temperature side compressor 21 returns to the low temperature side compressor 21 again.
  • the low temperature side pipe 28 is an example of “pipe”.
  • the low temperature side refrigerant circulates in the direction of the arrow shown in FIG. Specifically, the low temperature side refrigerant is the low temperature side compressor 21, the spiral tube 22b, the low temperature side condenser 23, the low temperature side dryer 24, the low temperature side decompressor 25, the low temperature side evaporator 26, and the low temperature side heat exchanger 27. It flows through the outer tube 27a and the main body tube 22a in this order, and returns to the low temperature side compressor 21.
  • an ultra-low temperature of ⁇ 80 ° C. or lower can be obtained in the low temperature side evaporator 26.
  • the plate heat exchanger 30 In the plate heat exchanger 30, the high temperature side refrigerant flowing through the high temperature side evaporator 15 and the low temperature side refrigerant flowing through the low temperature side condenser 23 exchange heat. As shown in FIG. 2, the plate heat exchanger 30 is formed in a rectangular parallelepiped shape.
  • the plate heat exchanger 30 includes a plurality of heat transfer plates 31 and a cover plate 32.
  • the heat transfer plate 31 and the cover plate 32 are plate members having a rectangular shape when viewed from the front.
  • the heat transfer plate 31 is formed in a wavy cross section.
  • the plurality of heat transfer plates 31 are laminated at a predetermined distance so that a flow path through which one of the high temperature side refrigerant and the low temperature side refrigerant flows is formed between the heat transfer plates 31 adjacent to each other.
  • the high temperature side flow path (not shown) through which the high temperature side refrigerant flows and the low temperature side flow path (not shown) of the low temperature side refrigerant are formed so as to be adjacent to each other with one heat transfer plate 31 interposed therebetween. That is, the high temperature side flow path and the low temperature side flow path are alternately arranged in the stacking direction of the plurality of heat transfer plates 31.
  • cover plates 32 are arranged at both ends of the stack of the plurality of heat transfer plates 31.
  • the high temperature side inflow section 33 into which the high temperature side refrigerant flows in On the plate surface of one of the cover plates 32, the high temperature side inflow section 33 into which the high temperature side refrigerant flows in, the high temperature side outflow section 34 in which the high temperature side refrigerant flows out, the low temperature side inflow section 35 in which the low temperature side refrigerant flows in, and the low temperature side outflow section.
  • the unit 36 is arranged.
  • the plate surface of the cover plate 32 on which the high temperature side inflow portion 33 and the like are arranged is referred to as the first surface 30a of the plate heat exchanger 30.
  • the high temperature side refrigerant flowing in from the high temperature side inflow section 33 flows through the high temperature side flow path and flows out from the high temperature side outflow section 34.
  • the low temperature side refrigerant flowing in from the low temperature side inflow section 35 flows through the low temperature side flow path and flows out from the low temperature side outflow section 36.
  • the high temperature side refrigerant and the low temperature side refrigerant exchange heat via the heat transfer plate 31. Further, since the heat transfer plate 31 is formed in a wavy cross section, the flow of the high temperature side refrigerant and the flow of the low temperature side refrigerant become turbulent, so that the heat exchange between the high temperature side refrigerant and the low temperature side refrigerant is relatively small. It is done efficiently.
  • FIGS. 3 and 4 a part of the equipment constituting the dual refrigerating apparatus 1 constitutes the heat exchange unit 40 shown in FIGS. 3 and 4.
  • the upper side and the lower side in FIG. 3 are the upper side and the lower side of the heat exchange unit 40, respectively, and the left side and the right side are the left side and the right side of the heat exchange unit 40, respectively.
  • the sides will be described as front and rear of the heat exchange unit 40, respectively.
  • the heat exchange unit 40 includes a plate heat exchanger 30, a high temperature side heat exchanger 17, a liquid receiver 16, a spiral heat exchanger 22, a low temperature side dryer 24, and a low temperature side heat exchanger 27. ..
  • the plate heat exchanger 30 is arranged so that the longitudinal direction is along the vertical direction and the first surface 30a faces forward.
  • the high temperature side heat exchanger 17 is arranged on the right side of the plate heat exchanger 30.
  • the liquid receiver 16 is arranged between the plate heat exchanger 30 and the high temperature side heat exchanger 17 so that the longitudinal direction is along the vertical direction.
  • the spiral heat exchanger 22 is arranged between the liquid receiver 16 and the high temperature side heat exchanger 17 so that the axis of the main body tube 22a is along the vertical direction.
  • the low temperature side dryer 24 is arranged on the left side of the plate heat exchanger 30 so that the longitudinal direction is along the vertical direction.
  • the low temperature side heat exchanger 27 is arranged on the left side of the low temperature side dryer 24.
  • the heat exchange unit 40 includes a part of the high temperature side pipe 18 and a part of the low temperature side pipe 28 connected to the above-mentioned components, respectively.
  • the high temperature side pipe 18 is the first to fifth high temperature side pipes 18a to 18e.
  • the first high temperature side pipe 18a is a pipe connecting the high temperature side inflow portion 33 of the plate type heat exchanger 30 and the inner pipe (high temperature side decompressor 14) of the high temperature side heat exchanger 17.
  • the second high temperature side pipe 18b is a portion of the pipe connecting the inner pipe of the high temperature side heat exchanger 17 and the high temperature side condenser 12 on the high temperature side heat exchanger 17 side.
  • the third and fourth high temperature side pipes 18c and 18d are pipes connected to the liquid receiver 16.
  • the fifth high temperature side pipe 18e is a portion of the pipe connecting the outer pipe 17a of the high temperature side heat exchanger 17 and the high temperature side compressor 11 on the outer pipe 17a side of the high temperature side heat exchanger 17.
  • a part of the low temperature side pipe 28 is the first to eighth low temperature side pipes 28a to 28h.
  • the first low temperature side pipe 28a is a pipe connecting the low temperature side inflow portion 35 of the plate heat exchanger 30 and the spiral pipe 22b.
  • the second low temperature side pipe 28b is a portion of the pipe connecting the spiral pipe 22b and the low temperature side compressor 21 on the spiral pipe 22b side.
  • the third and fourth low temperature side pipes 28c and 28d are pipes connected to the low temperature side dryer 24.
  • the fifth and sixth low temperature side pipes 28e and 28f are portions on the low temperature side heat exchanger 27 side of the pipe connecting the low temperature side heat exchanger 27 and the low temperature side evaporator 26.
  • the seventh low temperature side pipe 28g is a pipe connecting the outer pipe 27a of the low temperature side heat exchanger 27 and the main body pipe 22a.
  • the eighth low temperature side pipe 28h is a portion of the pipe connecting the main body pipe 22a and the low temperature side compressor 21 on the main body pipe 22a side.
  • the heat exchange unit 40 is formed so that the length A in a predetermined direction is suppressed.
  • the predetermined direction is a direction perpendicular to the vertical direction.
  • the predetermined direction is a direction orthogonal to the first surface 30a, that is, a front-rear direction.
  • the length A in the predetermined direction is, for example, a pipe connected from the second surface 30b opposite to the first surface 30a of the plate heat exchanger 30 to the high temperature side inflow portion 33 arranged on the first surface 30a. Is the length to the front end in.
  • the pipe connected to the plate heat exchanger 30 is bent so that the length A in a predetermined direction is suppressed.
  • the above-mentioned spiral heat exchanger 22 and the like are arranged, and a part of the high temperature side pipe 18 and a part of the low temperature side pipe 28 are routed.
  • the heat exchange unit 40 further includes a heat insulating member 40a that covers each component.
  • the heat insulating member 40a is formed of, for example, urethane foam.
  • the outer shape of the heat insulating member 40a is formed in a rectangular parallelepiped shape. A part of the high temperature side pipe 18 and the low temperature side pipe 28 are taken out from the lower side surface and the left side surface of the heat insulating member 40a.
  • the upper side and the lower side in FIG. 5 are the upper side and the lower side of the freezer 2, respectively, the upper left side and the lower right side are the front side and the rear side of the freezer 2, respectively, and the lower left side and the upper right side are the freezer 2 respectively. It will be described as the left side and the right side of.
  • the freezer 2 includes a box body 3 having an opening (not shown) formed on the front side, a door 4 that can open and close the opening of the box body 3, a lid member 5, and a machine room 6.
  • the box body 3 has a rear side wall 3a.
  • the rear side wall 3a is an example of a “side wall”.
  • the box body 3 has an inner box 3b made of an iron plate, an outer box 3c made of an iron plate arranged at intervals on the outside of the inner box 3b, and urethane foam, for example, between the inner box 3b and the outer box 3c. It has a heat insulating layer 3d formed by foam filling.
  • a storage portion 3d1 for accommodating the heat exchange unit 40 is formed on the rear side wall 3a. The storage portion 3d1 is formed so that the outer box 3c is opened and the heat insulating layer 3d is recessed.
  • the lid member 5 covers the storage portion 3d1.
  • the lid member 5 is detachably attached to the back surface of the box body 3.
  • the lid member 5 includes a cover panel 5a, a first sheet 5b, a heat insulating panel 5c, and a second sheet 5d.
  • the cover panel 5a is made of an iron plate having a rectangular shape when viewed from the front.
  • the cover panel 5a is formed with recesses 5a1 that are recessed from the front to the rear so that the first sheet 5b, the heat insulating panel 5c, and the second sheet 5d can be arranged inside.
  • a flange portion 5a2 is formed on the peripheral edge portion of the cover panel 5a so that the lid member 5 can be attached to the rear side wall 3a by, for example, a screw.
  • the first sheet 5b, the heat insulating panel 5c and the second sheet 5d are arranged in the recess 5a1 in this order.
  • the first sheet 5b is a flexible sheet made of, for example, polyethylene, and is adhered to the bottom surface of the recess 5a1.
  • the heat insulating panel 5c is, for example, a plate-shaped vacuum heat insulating material whose outer surface is sealed with a resin film, a metal film, or the like, and is adhered to the first sheet 5b.
  • the second sheet 5d is a flexible sheet made of, for example, polyethylene, and is adhered to the heat insulating panel 5c.
  • the heat exchange unit 40 is housed in the storage unit 3d1 so that the vertical direction of the heat exchange unit 40 faces the vertical direction of the freezer 2 and the front or rear of the heat exchange unit 40 faces the front of the freezer 2. ..
  • the machine room 6 is arranged so as to support the box body 3.
  • compressors 11 and 21, which form a part of the high temperature side refrigeration circuit 10 and the low temperature side refrigeration circuit 20 of the dual refrigeration apparatus 1, and condensers 12, 23 and the like are arranged.
  • the flow of the low-temperature side refrigerant in the spiral tube 22b of the spiral heat exchanger 22 will be described. As described above, the low temperature side refrigerant flowing out of the low temperature side compressor 21 flows into the spiral tube 22b.
  • the spiral tube 22b is wound from the upper side to the lower side of the main body tube 22a as described above (FIG. 3). Therefore, the low-temperature side refrigerant that has flowed into the spiral tube 22b flows downward in a spiral direction along the vertical direction. Due to the flow of the low temperature side refrigerant in this way, the flow of the low temperature side refrigerant becomes turbulent. Further, the length of the spiral tube 22b, the curvature of the spiral of the spiral tube 22b, and the number of turns of the spiral tube 22b are set so that turbulence is likely to occur. Further, the cross-sectional shape of the spiral tube 22b is formed in a rectangular shape in which turbulent flow is likely to occur. The low temperature side refrigerant whose flow has become turbulent flows into the plate heat exchanger 30.
  • the low temperature side refrigerant whose flow has become turbulent due to flowing through the spiral tube 22b flows into the plate heat exchanger 30.
  • the efficiency of heat exchange is improved as compared with the case of laminar flow. Therefore, the efficiency of heat exchange in the plate heat exchanger 30 is improved.
  • main body tube 22a is arranged so that the direction of the axis of the main body tube 22a is along the vertical direction. Further, the spiral tube 22b is wound so that the low temperature side refrigerant flows from the upper side to the lower side of the main body tube 22a.
  • the flow of the low temperature side refrigerant tends to be turbulent. Therefore, the efficiency of heat exchange in the plate heat exchanger 30 is further improved.
  • the portion of the spiral tube 22b through which the low-temperature side refrigerant flows is formed in a rectangular cross section.
  • the flow of the low temperature side refrigerant tends to be turbulent. Therefore, the efficiency of heat exchange in the plate heat exchanger 30 is further improved.
  • the heat exchange unit 40 is formed so that the length A in a predetermined direction is suppressed.
  • the plate heat exchanger 30 and the spiral heat exchanger 22 can be unitized so as to shorten the length A in the predetermined direction. Therefore, the degree of freedom in the layout of the heat exchange unit 40 can be improved.
  • the plate heat exchanger 30 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the high temperature side pipe 18 and the low temperature side pipe 28 are connected to the first surface 30a.
  • the predetermined direction is a direction orthogonal to the first surface 30a.
  • the length of the heat exchange unit 40 can be suppressed in the direction orthogonal to the first surface 30a.
  • the dual refrigerating apparatus 1 includes a liquid receiver 16 into which the high-temperature side refrigerant flowing out of the plate heat exchanger 30 flows in, and a low-temperature side dryer 24 in which the low-temperature side refrigerant flowing out of the plate heat exchanger 30 flows in. And, further equipped.
  • the heat exchange unit 40 further includes a liquid receiver 16 and a low temperature side dryer 24.
  • the heat exchange unit 40 includes the liquid receiver 16 and the low temperature side dryer 24, the length A in the predetermined direction can be suppressed.
  • the heat exchange unit 40 is covered with the heat insulating member 40a and is housed in the rear side wall 3a of the box body 3 in the freezer 2 in which the dual refrigerating device 1 is used.
  • the thermal effect on the heat exchange unit 40 by the components of the dual refrigerating device 1 housed in the machine room 6 is obtained. Can be suppressed.
  • the double tube heat exchanger 122 includes a multi-leaf tube 122a and an outer tube 122b.
  • the multi-leaf tube 122a is formed in a tubular shape having a wavy cross-sectional shape cut by a plane orthogonal to the axis line 122a1 (FIGS. 8 and 9).
  • the side wall of the multi-leaf tube 122a is formed so that the wave shape in which the mountain portion 122a2 and the valley portion 122a3 repeat in the circumferential direction extends straight along the direction of the axis 122a1 (FIGS. 8 and 9).
  • the first end of the multi-leaf pipe 122a is connected to the low temperature side compressor 21 via the second low temperature side pipe 28b (FIG. 10). Further, the second end of the multi-leaf pipe 122a is connected to the low temperature side inflow portion 35 of the plate heat exchanger 30 via the first low temperature side pipe 28a. That is, the low temperature side refrigerant flowing out of the low temperature side compressor 21 flows into the multi-leaf tube 122a. The low temperature side refrigerant flowing out of the multi-leaf pipe 122a flows into the low temperature side inflow portion 35 of the plate heat exchanger 30.
  • the outer tube 122b is formed in a tubular shape that accommodates the multi-leaf tube 122a inside (FIG. 8).
  • the first end of the outer pipe 122b is connected to the outer pipe 27a of the low temperature side heat exchanger 27 via the seventh low temperature side pipe 28g (FIG. 10). Further, the second end portion of the outer pipe 122b is connected to the low temperature side compressor 21 via the eighth low temperature side pipe 28h.
  • the low temperature side refrigerant flowing out from the outer pipe 27a of the low temperature side heat exchanger 27 flows into the outer pipe 122b.
  • the low temperature side refrigerant flowing into the outer pipe 122b flows between the inner peripheral surface of the outer pipe 122b and the outer peripheral surface of the multi-leaf pipe 122a.
  • the low temperature side refrigerant flowing out from the outer pipe 122b flows into the low temperature side compressor 21.
  • the double tube heat exchanger 122 In the double tube heat exchanger 122, the low temperature side refrigerant flowing through the multi-leaf tube 122a and the low temperature side refrigerant flowing through the outer tube 122b exchange heat. Since the multi-leaf tube 122a has a wavy cross-sectional shape as described above, the area of the outer surface of the multi-leaf tube 122a is larger than that of the case where the cross-sectional shape is circular. Therefore, the heat exchange in the double tube heat exchanger 122 is performed relatively efficiently. Further, in the heat exchange unit, the double tube heat exchanger 122 is arranged so that the axis line 122a1 of the multi-leaf tube 122a is along the vertical direction.
  • the dual refrigerating apparatus 1 is formed in a tubular shape having a wavy cross-sectional shape cut by a plane orthogonal to the axis line 122a1, and the low-temperature side refrigerant flowing out from the low-temperature side compressor 21.
  • the high temperature side refrigerating circuit 20 including the double tube type heat exchanger 122 having the outer tube 122b into which the side refrigerant flows, and the high temperature side refrigerant that exchanges heat with the low temperature side refrigerant via the plate type heat exchanger 30 circulate.
  • a side refrigeration circuit 10 is provided.
  • the inner pipe of the double-tube heat exchanger 122 is a multi-leaf pipe 122a
  • the flow of the low-temperature side refrigerant tends to be turbulent as compared with the case where the inner pipe is a cylindrical pipe. Therefore, the efficiency of heat exchange in the plate heat exchanger 30 is improved.
  • the inner tube of the double tube heat exchanger 122 is the multi-leaf tube 122a, heat exchange can be performed relatively efficiently. Therefore, the length of the multi-leaf tube 122a along the axis line 122a1 can be shortened to make the double-tube heat exchanger 122 compact.
  • the cross-sectional shape of the spiral tube 22b is rectangular, but instead of this, it may be circular.
  • the predetermined direction is the direction orthogonal to the first surface 30a, but instead of this, the width direction of the first surface 30a may be used.
  • the width direction of the first surface 30a is the front-rear direction when the first surface 30a of the plate heat exchanger 30 faces to the left.
  • the low temperature side dryer 24 is arranged on the left side of the plate heat exchanger 30.
  • the spiral heat exchanger 22 and the liquid receiver 16 are arranged on the right side of the plate heat exchanger 30.
  • the length of the low temperature side dryer 24, the spiral heat exchanger 22 and the liquid receiver 16 in the front-rear direction, and the routing of the low temperature side pipes 18 and 28 are within the width direction of the first surface 30a.
  • the length A in the predetermined direction corresponds to the length in the width direction of the first surface 30a.
  • the predetermined direction of the second embodiment may be the width direction of the first surface 30a instead of the direction orthogonal to the first surface 30a.
  • the heat exchange unit 40 includes a plate heat exchanger 30, a high temperature side heat exchanger 17, a liquid receiver 16, a spiral heat exchanger 22, a low temperature side dryer 24, and the like.
  • a low temperature side heat exchanger 27 is provided.
  • the heat exchange unit 40 may include at least a plate heat exchanger 30 and a spiral heat exchanger 22.
  • the heat exchange unit 40 does not have to include at least one of the high temperature side heat exchanger 17, the liquid receiver 16, the low temperature side dryer 24, and the low temperature side heat exchanger 27.
  • the heat exchange unit 40 of the second embodiment may be provided with at least a plate heat exchanger 30 and a double tube heat exchanger 122.
  • the heat insulating member 40a of the heat exchange unit 40 includes a plate heat exchanger 30, a high temperature side heat exchanger 17, a liquid receiver 16, a spiral heat exchanger 22, and a low temperature side dryer. It is formed so as to cover 24 and the low temperature side heat exchanger 27.
  • the heat insulating member 40a may not cover at least one of the high temperature side heat exchanger 17, the liquid receiver 16, the low temperature side dryer 24, and the low temperature side heat exchanger 27.
  • at least one of the high temperature side heat exchanger 17, the liquid receiver 16, the low temperature side dryer 24, and the low temperature side heat exchanger 27 You may not cover it.
  • the heat exchange unit 40 is housed in the rear side wall 3a of the box body 3, but instead, the heat exchange unit may be housed in another side wall of the box body 3.
  • the 40 is housed in, for example, the right side wall or the left side wall of the box body 3.
  • the heat exchange unit 40 is arranged so that the vertical direction of the heat exchange unit 40 is along the vertical direction of the freezer 2 and the front or rear of the heat exchange unit 40 faces the right or left of the freezer 2. It is stored in the right side wall and the left wall.
  • the low temperature side refrigeration circuit 20 includes the low temperature side heat exchanger 27, but instead of this, the low temperature side heat exchanger 27 may not be provided.
  • the low temperature side compressor is the low temperature side compressor 21, the spiral tube 22b, the low temperature side condenser 23, the low temperature side dryer 24, and the low temperature side. It flows through the side decompressor 25, the low temperature side evaporator 26, and the main body tube 22a in this order, and returns to the low temperature side compressor 21.
  • the low temperature side evaporator 26 and the main body pipe 22a are connected by the ninth low temperature side pipe 128i.
  • the low temperature side decompressor 25 is arranged on the left side of the plate type heat exchanger 30 and the low temperature side dryer 24, and the heat insulating member 40a is provided. It may not be covered with.
  • the ninth low temperature side pipe 128i connects the low temperature side evaporator 26 and the outer pipe 122b.
  • the high temperature side refrigeration circuit 10 includes the high temperature side heat exchanger 17 (FIG. 1), but instead of this, the high temperature side heat exchanger 17 does not have to be provided.
  • the high temperature side refrigerant is the high temperature side compressor 11, the high temperature side condenser 12, the high temperature side dryer 13, the high temperature side decompressor 14, the high temperature side evaporator 15, and the receiver.
  • the liquid vessel 16 flows in this order and returns to the high temperature side compressor 11.
  • the side wall of the multi-leaf tube 122a is formed so that the wave shape in which the mountain portion 122a2 and the valley portion 122a3 repeat in the circumferential direction extends straight along the axis line 122a1.
  • the side wall of the multi-leaf tube 222a may be formed in a spiral shape in which the wave shape swirls around the axis 222a1. As a result, the flow of the low-temperature side refrigerant in the multi-leaf pipe 222a is more likely to become turbulent.
  • the dual freezer of the present disclosure can be widely used in ultra-low temperature freezer and freezer.
  • Dual refrigeration system Freezer 3 Box body 3a Rear side wall (side wall) 3d1 Storage part 5 Cover member 5a Cover panel 5b 1st sheet 5c Insulation panel 5d 2nd sheet 10 High temperature side refrigeration circuit 16 Liquid receiver 18 High temperature side piping (piping) 20 Low temperature side refrigeration circuit 21 Low temperature side compressor 22 Spiral heat exchanger 22a Main body tube 22b Spiral tube 24 Low temperature side dryer (dryer) 28 Low temperature side piping (piping) 30 Plate heat exchanger 30a First surface 40 Heat exchange unit 40a Insulation member 122 Double tube heat exchanger 122a, 222a Multi-leaf tube 122a 1,222a1 Axis line 122b Outer tube

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Abstract

二元冷凍装置は、低温側圧縮機に流入する低温側冷媒が流入する本体管、及び、低温側圧縮機から流出した低温側冷媒が流入し、かつ、本体管に螺旋状に巻き付けられている螺旋管を有する螺旋型熱交換器を備える低温側冷凍回路と、低温側冷媒とプレート式熱交換器を介して熱交換する高温側冷媒が循環する高温側冷凍回路と、を備える。

Description

二元冷凍装置
　本開示は、二元冷凍装置に関する。
　特許文献１には、高温側冷凍回路を流れる高温側冷媒と、低温側冷凍回路を流れる低温側冷媒とが熱交換するカスケードコンデンサを備える二元冷凍回路が開示されている。特許文献１のカスケードコンデンサは、プレート式熱交換器である。
米国特許第８０１１２０１号明細書
　二元冷凍回路においては、プレート式熱交換器における熱交換の効率を向上させたい要請がある。
　本開示は、前記従来の課題を解決するもので、プレート式熱交換器における熱交換の効率を向上できる二元冷凍回路を提供することを目的とする。
　前記目的を達成するために、本開示における二元冷凍装置は、低温側圧縮機に流入する低温側冷媒が流入する本体管、及び、低温側圧縮機から流出した低温側冷媒が流入し、かつ、本体管に螺旋状に巻き付けられている螺旋管を有する螺旋型熱交換器を備える低温側冷凍回路と、低温側冷媒とプレート式熱交換器を介して熱交換する高温側冷媒が循環する高温側冷凍回路と、を備える。
　また、前記目的を達成するために、本開示における二元冷凍装置は、軸線に直交する平面によって切断された断面形状が波状である管状に形成され、かつ、低温側圧縮機から流出した低温側冷媒が流入する多葉管、および、多葉管を内側に収容する管状に形成され、かつ、内周面と多葉管の外周面との間に低温側圧縮機に流入する低温側冷媒が流入する外側管を有する二重管式熱交換器を備える低温側冷凍回路と、低温側冷媒とプレート式熱交換器を介して熱交換する高温側冷媒が循環する高温側冷凍回路と、を備える。
　本開示の一態様に係る二元冷凍装置によれば、プレート式熱交換器における熱交換の効率を向上できる。
本開示の第１実施形態における二元冷凍装置の概要図である。 図１に示すプレート式熱交換器の斜視図である。 第１実施形態における熱交換ユニットの構成を示す図である。 図３に示す熱交換ユニットを構成する機器の配置を示す図である。 図１に示す二元冷凍装置が用いられるフリーザの概要図である。 図５に示す箱体の後側壁の部分拡大断面図である。 本開示の第２実施形態における二元冷凍装置の概要図である。 図７に示す二重管式熱交換器の断面図である。 図８に示す多葉管の概要を示す斜視図である。 第２実施形態における熱交換ユニットの構成を示す図である。 本開示の第１実施形態の一の変形例における二元冷凍装置の熱交換ユニットを構成する機器の配置を示す図である。 本開示の第１実施形態の他の変形例における二元冷凍装置の概要図である。 図１１に示す二元冷凍装置における熱交換ユニットの構成を示す図である。 本開示の第２実施形態の変形例における二重管式熱交換器の多葉管の概要を示す斜視図である。
　＜第１実施形態＞
　以下、本開示の第１実施形態における二元冷凍装置１について、図面を参照しながら説明する。二元冷凍装置１は、例えば、収納庫の内部温度が－８０℃以下となる超低温フリーザのようなフリーザ２（図５）に備え付けられている。
　二元冷凍装置１は、図１に示すように、高温側冷凍回路１０および低温側冷凍回路２０を備えている。
　高温側冷凍回路１０は、高温側圧縮機１１、高温側凝縮器１２、高温側乾燥器１３、高温側減圧器１４、高温側蒸発器１５、受液器１６および高温側熱交換器１７を備えている。
　高温側熱交換器１７は二重管によって構成されている。高温側熱交換器１７の内管は、高温側減圧器１４である。また、高温側蒸発器１５は、後述するプレート式熱交換器３０を構成する。受液器１６は、円筒状に形成されている。
　高温側圧縮機１１から吐出された高温側冷媒が再び高温側圧縮機１１に戻るように、上述した各機器が高温側配管１８によって接続されている。高温側配管１８は、「配管」の一例である。
　高温側冷媒は、図１に示す矢印の方向に循環する。具体的には、高温側冷媒は、高温側圧縮機１１、高温側凝縮器１２、高温側乾燥器１３、高温側減圧器１４、高温側蒸発器１５、受液器１６および高温側熱交換器１７の外管１７ａをこの順に流れて、高温側圧縮機１１に戻る。
　低温側冷凍回路２０は、低温側圧縮機２１、螺旋型熱交換器２２、低温側凝縮器２３、低温側乾燥器２４、低温側減圧器２５、低温側蒸発器２６および低温側熱交換器２７を備えている。低温側乾燥器２４は、「乾燥器」の一例である。低温側乾燥器２４は、円筒状に形成されている。螺旋型熱交換器２２は、本体管２２ａおよび螺旋管２２ｂを備えている。
　本体管２２ａは、内側に低温側冷媒が流れる円筒状に形成されている。本体管２２ａは、本体管２２ａの軸線の方向が上下方向に沿うように配置されている。
　螺旋管２２ｂは、低温側冷媒が本体管２２ａの上側から下側に向かって流れるように、本体管２２ａに螺旋状に巻き付けられている。螺旋管２２ｂは、断面矩形状に形成されている。
　低温側熱交換器２７は二重管によって構成されている。低温側熱交換器２７の内管は、低温側減圧器２５である。また、低温側凝縮器２３は、後述するプレート式熱交換器３０を構成する。
　低温側圧縮機２１から吐出された低温側冷媒が再び低温側圧縮機２１に戻るように、上述した各機器が低温側配管２８によって接続されている。低温側配管２８は、「配管」の一例である。
　低温側冷媒は、図１に示す矢印の方向に循環する。具体的には、低温側冷媒は、低温側圧縮機２１、螺旋管２２ｂ、低温側凝縮器２３、低温側乾燥器２４、低温側減圧器２５、低温側蒸発器２６、低温側熱交換器２７の外管２７ａ、および、本体管２２ａをこの順に流れて、低温側圧縮機２１に戻る。なお、低温側冷凍回路２０における冷凍サイクルによって、低温側蒸発器２６において－８０℃以下の超低温が得られる。
　プレート式熱交換器３０は、高温側蒸発器１５を流れる高温側冷媒と、低温側凝縮器２３を流れる低温側冷媒とが熱交換するものである。プレート式熱交換器３０は、図２に示すように、直方体状に形成されている。
　プレート式熱交換器３０は、複数の伝熱プレート３１およびカバープレート３２を備えている。伝熱プレート３１およびカバープレート３２は、正面視長方形状の板部材である。伝熱プレート３１は、断面波状に形成されている。
　複数の伝熱プレート３１は、互いに隣り合う伝熱プレート３１の間に高温側冷媒および低温側冷媒の一方が流れる流路が形成されるように所定距離離れて積層されている。高温側冷媒が流れる高温側流路（不図示）および低温側冷媒の低温側流路（不図示）は、１枚の伝熱プレート３１を挟んで互いに隣り合うように形成される。すなわち、複数の伝熱プレート３１の積層方向において、高温側流路および低温側流路が交互に配置される。さらに、この複数の伝熱プレート３１が積層されたものの両端にカバープレート３２がそれぞれ配置されている。
　一方のカバープレート３２の板面には、高温側冷媒が流入する高温側流入部３３、高温側冷媒が流出する高温側流出部３４、低温側冷媒が流入する低温側流入部３５および低温側流出部３６が配置されている。高温側流入部３３などが配置されたカバープレート３２の板面を、プレート式熱交換器３０の第１面３０ａとする。
　高温側流入部３３から流入した高温側冷媒は、高温側流路を流れて高温側流出部３４から流出する。低温側流入部３５から流入した低温側冷媒は、低温側流路を流れて低温側流出部３６から流出する。
　高温側冷媒と低温側冷媒とは、伝熱プレート３１を介して熱交換をする。また、伝熱プレート３１が断面波状に形成されていることにより、高温側冷媒の流れおよび低温側冷媒の流れが乱流になるため、高温側冷媒と低温側冷媒との熱交換は、比較的効率よく行われる。
　また、二元冷凍装置１を構成する機器の一部は、図３および図４に示す熱交換ユニット４０を構成する。なお、説明の便宜上、図３における上側および下側をそれぞれ熱交換ユニット４０の上方および下方とし、同じく左側および右側をそれぞれ熱交換ユニット４０の左方および右方とし、同じく紙面手前側および紙面奥側をそれぞれ熱交換ユニット４０の前方および後方として説明する。
　熱交換ユニット４０は、プレート式熱交換器３０、高温側熱交換器１７、受液器１６、螺旋型熱交換器２２、低温側乾燥器２４、および、低温側熱交換器２７を備えている。
　プレート式熱交換器３０は、長手方向が上下方向に沿うように、かつ、第１面３０ａが前方を向くように配置される。
　高温側熱交換器１７は、プレート式熱交換器３０の右方に配置される。受液器１６は、プレート式熱交換器３０と高温側熱交換器１７との間に、長手方向が上下方向に沿うように配置される。
　螺旋型熱交換器２２は、受液器１６と高温側熱交換器１７との間に、本体管２２ａの軸線が上下方向に沿うように配置される。低温側乾燥器２４は、プレート式熱交換器３０の左方に、長手方向が上下方向に沿うように配置される。低温側熱交換器２７は、低温側乾燥器２４の左方に配置される。
　また、熱交換ユニット４０は、上述した構成部品にそれぞれ接続される高温側配管１８の一部および低温側配管２８の一部を備えている。
　高温側配管１８の一部は、具体的には、第１から第５の高温側配管１８ａ～１８ｅである。第１の高温側配管１８ａは、プレート式熱交換器３０の高温側流入部３３と高温側熱交換器１７の内管（高温側減圧器１４）とを接続する配管である。第２の高温側配管１８ｂは、高温側熱交換器１７の内管と高温側凝縮器１２とを接続する配管の高温側熱交換器１７側の部位である。
　第３，４の高温側配管１８ｃ，１８ｄは、受液器１６に接続される配管である。第５の高温側配管１８ｅは、高温側熱交換器１７の外管１７ａと高温側圧縮機１１とを接続する配管の高温側熱交換器１７の外管１７ａ側の部位である。
　低温側配管２８の一部は、具体的には、第１から第８の低温側配管２８ａ～２８ｈである。第１の低温側配管２８ａは、プレート式熱交換器３０の低温側流入部３５と螺旋管２２ｂとを接続する配管である。第２の低温側配管２８ｂは、螺旋管２２ｂと低温側圧縮機２１とを接続する配管の螺旋管２２ｂ側の部位である。
　第３，４の低温側配管２８ｃ，２８ｄは、低温側乾燥器２４に接続された配管である。第５，６の低温側配管２８ｅ，２８ｆは、低温側熱交換器２７と低温側蒸発器２６とを接続する配管の低温側熱交換器２７側の部位である。第７の低温側配管２８ｇは、低温側熱交換器２７の外管２７ａと本体管２２ａとを接続する配管である。第８の低温側配管２８ｈは、本体管２２ａと低温側圧縮機２１とを接続する配管の本体管２２ａ側の部位である。
　また、熱交換ユニット４０は、所定方向の長さＡが抑制されるように形成されている。所定方向は、上下方向と垂直な方向である。所定方向は、具体的には、第１面３０ａに直交する方向、すなわち前後方向である。所定方向の長さＡは、例えば、プレート式熱交換器３０の第１面３０ａとは反対の第２面３０ｂから、第１面３０ａに配置された高温側流入部３３などに接続された配管における前方端までの長さである。
　プレート式熱交換器３０に接続された配管は、所定方向の長さＡが抑制されるように曲げられている。この所定方向の長さＡの範囲内において、上述した螺旋型熱交換器２２などが配置され、高温側配管１８の一部および低温側配管２８の一部が取り回されている。
　さらに、熱交換ユニット４０は、各構成部品を覆う断熱部材４０ａをさらに備えている。断熱部材４０ａは、例えば発泡ウレタンによって形成される。この断熱部材４０ａの外形状は、直方体状に形成される。断熱部材４０ａの下側面および左側面から、高温側配管１８の一部および低温側配管２８が取り出される。
　次に、二元冷凍装置１が用いられるフリーザ２における熱交換ユニット４０の配置について図５および図６を用いて説明する。なお、説明の便宜上、図５における上側および下側をそれぞれフリーザ２の上方および下方とし、同じく左上側および右下側をそれぞれフリーザ２の前方および後方とし、同じく左下側および右上側をそれぞれフリーザ２の左方および右方として説明する。
　フリーザ２は、前側に開口部（不図示）が形成された箱体３、箱体３の開口部を開閉可能に覆う扉４、蓋部材５、および、機械室６を備えている。箱体３は、後側壁３ａを有している。後側壁３ａは、「側壁」の一例である。
　箱体３は、鉄板製の内箱３ｂ、内箱３ｂの外側に間隔を空けて配置された鉄板製の外箱３ｃ、および、内箱３ｂと外箱３ｃとの間に、例えば発泡ウレタンが発泡充填されることで形成された断熱層３ｄを有している。後側壁３ａには、熱交換ユニット４０を収納する収納部３ｄ１が形成されている。収納部３ｄ１は、外箱３ｃが開口され、断熱層３ｄが凹むように形成されている。
　蓋部材５は、収納部３ｄ１を覆うものである。蓋部材５は、箱体３の背面に着脱可能に取り付けられている。蓋部材５は、カバーパネル５ａ、第１シート５ｂ、断熱パネル５ｃおよび第２シート５ｄを備えている。
　カバーパネル５ａは、正面視矩形状の鉄板製である。カバーパネル５ａには、第１シート５ｂ、断熱パネル５ｃおよび第２シート５ｄを内側に配置可能に前方から後方にむけて凹む凹部５ａ１が形成されている。また、カバーパネル５ａの周縁部には、例えばネジによって後側壁３ａに蓋部材５を取付可能にするフランジ部５ａ２が形成されている。
　第１シート５ｂ、断熱パネル５ｃおよび第２シート５ｄは、凹部５ａ１にこの順に配置される。第１シート５ｂは、例えばポリエチレンによって形成された可撓性を有するシートであり、凹部５ａ１の底面に接着されている。断熱パネル５ｃは、例えば外表面を樹脂フィルムや金属フィルム等によってシールされた板状の真空断熱材であり、第１シート５ｂに接着されている。第２シート５ｄは、例えばポリエチレンによって形成された可撓性を有するシートであり、断熱パネル５ｃに接着されている。
　熱交換ユニット４０の上下方向がフリーザ２の上下方向に沿うように、かつ、熱交換ユニット４０の前方または後方がフリーザ２の前方を向くように、熱交換ユニット４０は収納部３ｄ１に収納される。
　機械室６は、箱体３を支持するように配置されている。機械室６には、二元冷凍装置１の高温側冷凍回路１０及び低温側冷凍回路２０の一部を構成する圧縮機１１，２１や、凝縮器１２，２３等が配置されている。
　次に、螺旋型熱交換器２２の螺旋管２２ｂにおける低温側冷媒の流れについて説明する。上述したように、低温側圧縮機２１から流出した低温側冷媒が螺旋管２２ｂに流入する。
　螺旋管２２ｂは、上述したように本体管２２ａの上側から下側に向けて巻き付けられている（図３）。よって、螺旋管２２ｂに流入した低温側冷媒は、上下方向に沿って下方に向けて、螺旋状に流れる。このように低温側冷媒が流れることにより、低温側冷媒の流れが乱流となる。さらに、螺旋管２２ｂの長さ、螺旋管２２ｂの螺旋の曲率や螺旋管２２ｂの巻き数は、乱流が生じやすいように設定されている。また、螺旋管２２ｂの断面形状は、乱流が生じやすい矩形状に形成されている。流れが乱流となった低温側冷媒は、プレート式熱交換器３０に流入する。
　本第１実施形態によれば、二元冷凍装置１は、低温側圧縮機２１に流入する低温側冷媒が流入する本体管２２ａ、及び、低温側圧縮機２１から流出した低温側冷媒が流入し、かつ、本体管２２ａに螺旋状に巻き付けられている螺旋管２２ｂを有する螺旋型熱交換器２２を備える低温側冷凍回路２０と、低温側冷媒とプレート式熱交換器３０を介して熱交換する高温側冷媒が循環する高温側冷凍回路１０と、を備える。
　これによれば、螺旋管２２ｂを流れることで流れが乱流となった低温側冷媒は、プレート式熱交換器３０に流入する。流体の流れが乱流である場合、層流である場合に比べて、熱交換の効率が向上する。よって、プレート式熱交換器３０における熱交換の効率が向上する。
　また、本体管２２ａは、本体管２２ａの軸線の方向が上下方向に沿うように配置されている。また、螺旋管２２ｂは、低温側冷媒が、本体管２２ａの上側から下側に向かって流れるように巻き付けられている。
　これによれば、低温側冷媒は螺旋管２２ｂを上下方向に沿って下方に向けて流れるため、低温側冷媒の流れが乱流になりやすい。よって、プレート式熱交換器３０における熱交換の効率がより向上する。
　また、螺旋管２２ｂにおける低温側冷媒が流れる部位は、断面矩形状に形成されている。
　これによれば、低温側冷媒の流れが乱流になりやすい。よって、プレート式熱交換器３０における熱交換の効率がさらに向上する。
　また、プレート式熱交換器３０、螺旋型熱交換器２２、並びに、プレート式熱交換器３０および螺旋型熱交換器２２の周囲に配置される高温側配管１８の一部および低温側配管２８の一部によって熱交換ユニット４０が構成される。熱交換ユニット４０は、所定方向の長さＡが抑制されるように形成されている。
　これによれば、所定方向の長さＡを短くするように、プレート式熱交換器３０および螺旋型熱交換器２２をユニット化することができる。よって、熱交換ユニット４０のレイアウトの自由度を向上することができる。
　また、プレート式熱交換器３０には、直方体状に形成され、第１面３０ａに高温側配管１８および低温側配管２８が接続される。所定方向は、第１面３０ａに直交する方向である。
　これによれば、第１面３０ａに直交する方向において、熱交換ユニット４０の長さを抑制することができる。
　また、二元冷凍装置１は、プレート式熱交換器３０から流出した高温側冷媒が流入する受液器１６と、プレート式熱交換器３０から流出した低温側冷媒が流入する低温側乾燥器２４と、をさらに備えている。熱交換ユニット４０は、受液器１６および低温側乾燥器２４をさらに備えている。
　これによれば、熱交換ユニット４０は、受液器１６および低温側乾燥器２４を備える場合においても、所定方向の長さＡを抑制することができる。
　また、熱交換ユニット４０は、断熱部材４０ａによって覆われるとともに、二元冷凍装置１が用いられるフリーザ２における箱体３の後側壁３ａに収納されている。
　これによれば、熱交換ユニット４０が機械室６に収納されている場合に比べて、機械室６に収納されている二元冷凍装置１の構成部品による熱交換ユニット４０への熱的な影響を抑制することができる。
　＜第２実施形態＞
　次に、本開示の第２実施形態について、上述した第１実施形態とは異なる部分を主として説明する。上述した第１実施形態の螺旋型熱交換器２２に代えて、本第２実施形態においては図７に示す二重管式熱交換器１２２を備えている。二重管式熱交換器１２２は、多葉管１２２ａおよび外側管１２２ｂを備えている。
　多葉管１２２ａは、軸線１２２ａ１に直交する平面によって切断された断面形状が波状である管状に形成されたものである（図８及び図９）。多葉管１２２ａの側壁は、周方向に山部１２２ａ２と谷部１２２ａ３とが繰り返す波形状が、軸線１２２ａ１の方向に沿って真直ぐに延びるように形成されている（図８及び図９）。
　多葉管１２２ａの第１端は、第２の低温側配管２８ｂを介して、低温側圧縮機２１に接続されている（図１０）。また、多葉管１２２ａの第２端は、第１の低温側配管２８ａを介して、プレート式熱交換器３０の低温側流入部３５に接続される。すなわち、多葉管１２２ａには、低温側圧縮機２１から流出した低温側冷媒が流入する。多葉管１２２ａから流出した低温側冷媒は、プレート式熱交換器３０の低温側流入部３５に流入する。
　外側管１２２ｂは、多葉管１２２ａを内側に収容する管状に形成されたものである（図８）。外側管１２２ｂの第１端部は、第７の低温側配管２８ｇを介して低温側熱交換器２７の外管２７ａに接続されている（図１０）。また、外側管１２２ｂの第２端部は、第８の低温側配管２８ｈを介して、低温側圧縮機２１に接続されている。
　すなわち、外側管１２２ｂには、低温側熱交換器２７の外管２７ａから流出した低温側冷媒が流入する。外側管１２２ｂに流入した低温側冷媒は、外側管１２２ｂの内周面と多葉管１２２ａの外周面との間を流れる。外側管１２２ｂから流出した低温側冷媒は、低温側圧縮機２１に流入する。
　二重管式熱交換器１２２では、多葉管１２２ａを流れる低温側冷媒と外側管１２２ｂを流れる低温側冷媒とが熱交換する。多葉管１２２ａは、断面形状が上述したように波状に形成されているため、断面円状に形成されている場合に比べて、外表面の面積が大きくなる。よって、二重管式熱交換器１２２における熱交換は、比較的効率よく行われる。また、二重管式熱交換器１２２は、熱交換ユニットにおいて、多葉管１２２ａの軸線１２２ａ１が上下方向に沿うように配置される。
　本第２実施形態によれば、二元冷凍装置１は、軸線１２２ａ１に直交する平面によって切断された断面形状が波状である管状に形成され、かつ、低温側圧縮機２１から流出した低温側冷媒が流入する多葉管１２２ａ、および、多葉管１２２ａを内側に収容する管状に形成され、かつ、内周面と多葉管１２２ａの外周面との間に低温側圧縮機２１に流入する低温側冷媒が流入する外側管１２２ｂを有する二重管式熱交換器１２２を備える低温側冷凍回路２０と、低温側冷媒とプレート式熱交換器３０を介して熱交換する高温側冷媒が循環する高温側冷凍回路１０と、を備える。
　これによれば、二重管式熱交換器１２２の内管が多葉管１２２ａであるため、内管が円筒管である場合に比べて、低温側冷媒の流れが乱流になり易い。よって、プレート式熱交換器３０における熱交換の効率が向上する。また、二重管式熱交換器１２２の内管が多葉管１２２ａであるため、熱交換を比較的効率よく行うことができる。このため、多葉管１２２ａの軸線１２２ａ１の方向に沿った長さを短くして、二重管式熱交換器１２２のコンパクト化を図ることができる。
　＜変形例＞
　以上、一つまたは複数の態様に係る二元冷凍装置１について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
　上述した第１実施形態では、螺旋管２２ｂの断面形状は矩形状であるが、これに代えて、円形状としてもよい。
　また、上述した第１実施形態では所定方向は、第１面３０ａに直交する方向であるが、これに代えて、第１面３０ａの幅方向としてもよい。第１面３０ａの幅方向は、図１１に示すように、プレート式熱交換器３０の第１面３０ａが左方に向いた場合において前後方向である。また、低温側乾燥器２４はプレート式熱交換器３０の左方に配置されている。螺旋型熱交換器２２および受液器１６はプレート式熱交換器３０の右方に配置されている。低温側乾燥器２４、螺旋型熱交換器２２および受液器１６の前後方向の長さ、並びに、各配管１８，２８低温側配管２８の取り回しが第１面３０ａの幅方向の長さに収まる場合、所定方向の長さＡは、第１面３０ａの幅方向の長さに相当する。なお、第２実施形態の所定方向についても同様に、第１面３０ａに直交する方向に代えて、第１面３０ａの幅方向としてもよい。
　また、上述した第１実施形態では、熱交換ユニット４０は、プレート式熱交換器３０、高温側熱交換器１７、受液器１６、螺旋型熱交換器２２、低温側乾燥器２４、および、低温側熱交換器２７を備えている。これに代えて、熱交換ユニット４０は、プレート式熱交換器３０および螺旋型熱交換器２２を少なくとも備えるようにしてもよい。換言すれば、熱交換ユニット４０は、高温側熱交換器１７、受液器１６、低温側乾燥器２４、および、低温側熱交換器２７の少なくとも一つを備えなくてもよい。なお、第２実施形態の熱交換ユニット４０についても同様に、プレート式熱交換器３０および二重管式熱交換器１２２を少なくとも備えるようにしてもよい。
　また、上述した第１実施形態では、熱交換ユニット４０の断熱部材４０ａは、プレート式熱交換器３０、高温側熱交換器１７、受液器１６、螺旋型熱交換器２２、低温側乾燥器２４、および、低温側熱交換器２７を覆うように形成されている。これに代えて、断熱部材４０ａは、高温側熱交換器１７、受液器１６、低温側乾燥器２４、および、低温側熱交換器２７の少なくとも一つを覆わないようにしてもよい。なお、第２実施形態の熱交換ユニット４０の断熱部材４０ａについても同様に、高温側熱交換器１７、受液器１６、低温側乾燥器２４、および、低温側熱交換器２７の少なくとも一つを覆わないようにしてもよい。
　また、上述した各実施形態では、熱交換ユニット４０は、箱体３の後側壁３ａに収納されているが、これに代えて、箱体３の他の側壁に収納されてもよい熱交換ユニット４０は、例えば、箱体３の右側壁や左側壁に収納される。この場合、熱交換ユニット４０の上下方向がフリーザ２の上下方向に沿うように、かつ、熱交換ユニット４０の前方または後方がフリーザ２の右方または左方を向くように、熱交換ユニット４０は右側壁や左側壁に収納される。
　また、上述した各実施形態では、低温側冷凍回路２０は、低温側熱交換器２７を備えているが、これに代えて、低温側熱交換器２７を備えないようにしてもよい。この場合、第１実施形態の低温側冷凍回路２０において、低温側冷媒は、図１２に示すように、低温側圧縮機２１、螺旋管２２ｂ、低温側凝縮器２３、低温側乾燥器２４、低温側減圧器２５、低温側蒸発器２６、および、本体管２２ａをこの順に流れて、低温側圧縮機２１に戻る。この場合、低温側蒸発器２６と本体管２２ａとは、第９の低温側配管１２８ｉで接続される。また、この場合、熱交換ユニット４０においては、図１３に示すように、低温側減圧器２５は、プレート式熱交換器３０および低温側乾燥器２４の左方に配置され、かつ、断熱部材４０ａに覆われないようにしてもよい。なお、第２実施形態の熱交換ユニット４０においては、第９の低温側配管１２８ｉは、低温側蒸発器２６と外側管１２２ｂとを接続する。
　また、上述した各実施形態では、高温側冷凍回路１０は、高温側熱交換器１７を備えているが（図１）、これに代えて、高温側熱交換器１７を備えなくてもよい。この場合、各実施形態の高温側冷凍回路１０において、高温側冷媒は、高温側圧縮機１１、高温側凝縮器１２、高温側乾燥器１３、高温側減圧器１４、高温側蒸発器１５および受液器１６をこの順に流れて、高温側圧縮機１１に戻る。
　また、上述した第２実施形態において、多葉管１２２ａの側壁は、周方向に山部１２２ａ２と谷部１２２ａ３とが繰り返す波形状が、軸線１２２ａ１の方向に沿って真直ぐに延びるように形成されている。これに代えて、図１４に示すように、多葉管２２２ａの側壁は、波形状が軸線２２２ａ１の回りに旋回する螺旋状に形成されてもよい。これにより、多葉管２２２ａにおける低温側冷媒の流れがさらに乱流になり易くなる。
　２０２０年６月４日出願の特願２０２０－０９７９３３の日本出願に含まれる明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本開示の二元冷凍装置は、超低温フリーザや冷凍庫などに広く利用可能である。
　１　二元冷凍装置
　２　フリーザ
　３　箱体
　３ａ　後側壁（側壁）
　３ｄ１　収納部
　５　蓋部材
　５ａ　カバーパネル
　５ｂ　第１シート
　５ｃ　断熱パネル
　５ｄ　第２シート
　１０　高温側冷凍回路
　１６　受液器
　１８　高温側配管（配管）
　２０　低温側冷凍回路
　２１　低温側圧縮機
　２２　螺旋型熱交換器
　２２ａ　本体管
　２２ｂ　螺旋管
　２４　低温側乾燥器（乾燥器）
　２８　低温側配管（配管）
　３０　プレート式熱交換器
　３０ａ　第１面
　４０　熱交換ユニット
　４０ａ　断熱部材
　１２２　二重管式熱交換器
　１２２ａ，２２２ａ　多葉管
　１２２ａ１，２２２ａ１　軸線
　１２２ｂ　外側管

Claims (9)

  1. 　低温側圧縮機に流入する低温側冷媒が流入する本体管、及び、前記低温側圧縮機から流出した前記低温側冷媒が流入し、かつ、前記本体管に螺旋状に巻き付けられている螺旋管を有する螺旋型熱交換器を備える低温側冷凍回路と、
    　前記低温側冷媒とプレート式熱交換器を介して熱交換する高温側冷媒が循環する高温側冷凍回路と、を備える二元冷凍装置。
  2. 　前記本体管は、前記本体管の軸線の方向が上下方向に沿うように配置されており、
    　前記螺旋管は、前記低温側冷媒が、前記本体管の上側から下側に向かって流れるように巻き付けられている、請求項１に記載の二元冷凍装置。
  3. 　前記螺旋管における前記低温側冷媒が流れる部位は、断面矩形状に形成されている、請求項１または請求項２に記載の二元冷凍装置。
  4. 　前記プレート式熱交換器、前記螺旋型熱交換器、並びに、前記プレート式熱交換器および前記螺旋型熱交換器の周囲に配置される配管によって熱交換ユニットが構成され、
    　前記熱交換ユニットは、所定方向の長さが抑制されるように形成されている、請求項１から３の何れか１項に記載の二元冷凍装置。
  5. 　前記プレート式熱交換器は、直方体状に形成されて、第１面に前記配管が接続され、
    　前記所定方向は、前記第１面に直交する方向である、請求項４に記載の二元冷凍装置。
  6. 　前記プレート式熱交換器は、直方体状に形成されて、第１面に前記配管が接続され、
    　前記所定方向は、前記第１面の幅方向である、請求項４に記載の二元冷凍装置。
  7. 　前記プレート式熱交換器から流出した前記高温側冷媒が流入する受液器と、
    　前記プレート式熱交換器から流出した前記低温側冷媒が流入する乾燥器と、をさらに備え、
    　前記熱交換ユニットは、前記受液器および前記乾燥器をさらに備えている、請求項４から６の何れか１項に記載の二元冷凍装置。
  8. 　前記熱交換ユニットは、断熱部材によって覆われるとともに、前記二元冷凍装置が用いられる箱体の側壁に収納されている、請求項４から７の何れか１項に記載の二元冷凍装置。
  9. 　軸線に直交する平面によって切断された断面形状が波状である管状に形成され、かつ、低温側圧縮機から流出した低温側冷媒が流入する多葉管、および、前記多葉管を内側に収容する管状に形成され、かつ、内周面と前記多葉管の外周面との間に前記低温側圧縮機に流入する前記低温側冷媒が流入する外側管を有する二重管式熱交換器を備える低温側冷凍回路と、
    　前記低温側冷媒とプレート式熱交換器を介して熱交換する高温側冷媒が循環する高温側冷凍回路と、を備える二元冷凍装置。
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