(57)【要約】  冷凍装置１２は、冷凍機１４と、冷凍機１４と熱交換可能に接続されて冷媒を凝縮する凝縮部２４、保存対象物が収容される貯蔵室６と熱交換可能に接続されて冷媒を蒸発させる蒸発部２６、及び凝縮部２４と蒸発部２６との間で冷媒を循環させる配管部２８を有するヒートパイプ１６と、ヒートパイプ１６に接続されて冷媒を貯留する冷媒容器１８と、冷媒容器１８を加熱する加熱器２０とを備える。
2018225476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機と、
前記冷凍機と熱交換可能に接続されて冷媒を凝縮する凝縮部、保存対象物が収容される貯蔵室と熱交換可能に接続されて冷媒を蒸発させる蒸発部、及び前記凝縮部と前記蒸発部との間で冷媒を循環させる配管部を有するヒートパイプと、
前記ヒートパイプに接続されて前記冷媒を貯留する冷媒容器と、
前記冷媒容器を加熱する加熱器と、
を備えることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記加熱器は、前記蒸発部と前記冷媒容器との温度差が１００℃以上となるように前記冷媒容器を加熱する請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記冷媒容器の容積は、前記ヒートパイプの容積の１．５倍以上である請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍装置に関し、特に冷媒を凝縮した後、蒸発させて冷却作用を発揮する冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍機の冷却部に接続されるヒートパイプを介して、冷凍機と低温貯蔵室との間で熱交換を行う冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された冷凍装置では、ヒートパイプ内の圧力を調節するガス溜め部が設けられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３２０１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低温貯蔵庫の貯蔵室は、低温の状態を安定的に維持することが求められる。このため低温貯蔵庫には、貯蔵室内の温度上昇を抑えるための様々な工夫が施されている。例えば、貯蔵室は、高い断熱性を有する断熱材で覆われている。また、貯蔵対象物を貯蔵室に出し入れするための扉は、二重扉となっている。また、内扉は複数に分割され、これにより貯蔵対象物を出し入れする際の開口面積を小さくしている。また、一定時間以上扉が開いていると、使用者に注意喚起するためのアラームが鳴るように構成されている。また、一時的な停電への対策として、液化ガス等の補助冷却源によって貯蔵室内温度の上昇を抑制するように構成されている。【０００５】
本発明者らは、低温貯蔵庫に搭載される冷凍装置について鋭意研究を重ねた結果、従来の冷凍装置には、低温貯蔵庫の温度を安定的に維持する上で改善の余地があることを認識するに至った。【０００６】
本願はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温貯蔵庫の温度をより安定化させるための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本願のある態様は冷凍装置である。当該冷凍装置は、冷凍機と、冷凍機と熱交換可能に接続されて冷媒を凝縮する凝縮部、保存対象物が収容される貯蔵室と熱交換可能に接続されて冷媒を蒸発させる蒸発部、及び凝縮部と蒸発部との間で冷媒を循環させる配管部を有するヒートパイプと、ヒートパイプに接続されて冷媒を貯留する冷媒容器と、冷媒容器を加熱する加熱器とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本願によれば、低温貯蔵庫の温度をより安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る冷凍装置を搭載する低温貯蔵庫の概略構造を示す斜視図である。
【図２】低温貯蔵庫の概略構造を示す背面図である。
【図３】図２において破線で囲まれた領域Ａの拡大図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、蒸発部及び冷媒容器の温度差と、冷媒の液化温度の上昇値との関係を示す図である。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、蒸発部及び冷媒容器の温度差と、冷媒の液化温度の上昇値との関係を示す図である。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、容積比と、容積比１０倍のときの液化温度上昇指数Ａ１０に対する容積比ｎ倍のときの液化温度上昇指数Ａｎの比率との関係を示す図である。
【図７】変形例に係る冷凍装置における凝縮部を含む領域の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に用いられる「第１」、「第２」等の用語は、特に言及がない限りいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。
【００１１】
図１は、実施の形態に係る冷凍装置を搭載する低温貯蔵庫の概略構造を示す斜視図である。図２は、低温貯蔵庫の概略構造を示す背面図である。図３は、図２において破線で囲まれた領域Ａの拡大図である。なお、図２は、低温貯蔵庫の内部を透視した状態を図示している。低温貯蔵庫１は、例えば細胞や生体組織等の生体由来材料、薬剤、試薬等の低温保存に用いられる。低温貯蔵庫１は、上面が開放された断熱箱体２と、断熱箱体２に隣接して配置される機械室４とを有する。
【００１２】
断熱箱体２は、いずれも上面が開放された外箱２ａ及び内箱２ｂを有する。外箱２ａと内箱２ｂとの間の空間には、図示しない断熱材が充填される。断熱材は、例えばポリウレタン樹脂、グラスウール、真空断熱材である。内箱２ｂ内の空間は、貯蔵室６を構成する。貯蔵室６は、保存対象物が収容される空間である。目標とする貯蔵室６内の温度（以下では適宜、庫内温度と称する）は、例えば−５０℃以下である。
【００１３】
断熱箱体２の上面には、パッキンを介して断熱扉８が設けられる。断熱扉８は、一端が断熱箱体２に固定され、当該一端を中心として回動自在に設けられる。これにより、貯蔵室６の開口が開閉自在に閉塞される。断熱扉８の他端側には、断熱扉８を開閉操作するための把手部１０が設けられる。内箱２ｂの断熱材側の壁面には、後述するヒートパイプ１６の蒸発部２６が配置される。これにより、蒸発部２６での冷媒の蒸発によって貯蔵室６内が冷却される。
【００１４】
機械室４は、本実施の形態の冷凍装置１２が収容される空間である。ただし、ヒートパイプ１６の配管部２８の一部と蒸発部２６とは、断熱箱体２内に配置される。断熱箱体２及び機械室４の構造は公知であるため、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００１５】
冷凍装置１２は、貯蔵室６内を−５０℃以下の超低温まで冷却することができる装置である。冷凍装置１２は、冷凍機１４と、ヒートパイプ１６と、冷媒容器１８と、加熱器２０とを備える。
【００１６】
冷凍機１４は、ヒートパイプ１６の凝縮部を冷却するための装置である。冷凍機１４としては、例えば、ギフォード・マクマホン式（ＧＭ）冷凍機、パルスチューブ冷凍機、スターリング冷凍機、ソルベー冷凍機、クロードサイクル冷凍機、ジュール・トムソン式（ＪＭ）冷凍機等の従来公知の冷凍機を使用することができる。冷凍機１４は、外部の熱を吸収する冷却部２２を有する。冷凍機１４の構造は公知であるため、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００１７】
ヒートパイプ１６は、冷媒の気化熱を利用して冷却対象を冷却する装置であり、冷凍機１４の冷却部２２と貯蔵室６内との間の熱交換を仲介する。ヒートパイプ１６は、凝縮部２４、蒸発部２６、及び配管部２８を有する。凝縮部２４は、冷凍機１４の冷却部２２と熱交換可能に接続される。凝縮部２４と冷却部２２とが熱交換することで、凝縮部２４内の冷媒が冷却されて凝縮し、液体になる。冷媒としては、例えばＲ７４０（アルゴン）、Ｒ５０（メタン）、Ｒ１４（テトラフルオロメタン）、Ｒ１７０（エタン）等の冷媒ガスを使用することができる。
【００１８】
より具体的には図３に示すように、凝縮部２４は、凝縮フィン３０と、凝縮フィン３０の溝で構成される冷媒流路３２とを有する。そして、凝縮フィン３０が冷却部２２に接続される。冷却部２２の冷熱は、冷媒流路３２を流れる冷媒に凝縮フィン３０を介して伝達される。気体状の冷媒は、冷媒流路３２において液体になる。
【００１９】
凝縮部２４には、配管部２８の一端が接続される。より具体的には、配管部２８の一端は、冷媒流路３２に接続される。また、配管部２８の他端は、蒸発部２６に接続される。冷媒は、配管部２８を介して凝縮部２４と蒸発部２６との間で循環する。
【００２０】
蒸発部２６は、貯蔵室６と熱交換可能に接続される。本実施の形態では、蒸発部２６は、内箱２ｂの断熱材側の壁面に沿って延在している。凝縮部２４で液体となった冷媒は、配管部２８を介して蒸発部２６に流入する。そして、蒸発部２６において貯蔵室６内から吸熱して蒸発する。この冷媒の蒸発によって、貯蔵室６内が冷却される。蒸発部２６で気体となった冷媒は、配管部２８を介して凝縮部２４の冷媒流路３２に流入する。そして、凝縮部２４において再び凝縮されて液体になる。
【００２１】
凝縮部２４は、蒸発部２６よりも鉛直方向上方に配置される。したがって、凝縮部２４において液体になった冷媒は、重力により蒸発部２６に移送される。すなわち、本実施の形態のヒートパイプ１６は、重力により冷媒を循環させる、いわゆるサーモサイフォンである。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態の配管部２８は、奥側接続管２８ａと手前側接続管２８ｂとを有する。冷媒流路３２には、奥側接続管２８ａの一端と手前側接続管２８ｂの一端とが接続される。また、蒸発部２６は管状であり、奥側接続管２８ａの他端が蒸発部２６の一端に接続される。蒸発部２６の他端は、手前側接続管２８ｂの他端に接続される。
【００２３】
冷媒の一部は、冷媒流路３２から奥側接続管２８ａを介して蒸発部２６に流入する。この冷媒は、内箱２ｂの奥側（貯蔵室６背面側）を主に冷却しながら、蒸発部２６の下端に到達する。この過程で蒸発した気体状の冷媒は、奥側接続管２８ａを介して冷媒流路３２へ戻る。すなわち、蒸発部２６内及び奥側接続管２８ａ内で、液体状の冷媒と気体状の冷媒とが対向して流れる。このとき、液体冷媒が配管内の外側を流れ、気体冷媒が配管内の中心側を流れる。
【００２４】
また、冷媒の他の一部は、冷媒流路３２から手前側接続管２８ｂを介して蒸発部２６に流入する。この冷媒は、内箱２ｂの手前側（貯蔵室６の正面側）を主に冷却しながら、蒸発部２６の下端に到達する。この過程で蒸発した気体状の冷媒は、手前側接続管２８ｂを介して冷媒流路３２へ戻る。すなわち、蒸発部２６内及び手前側接続管２８ｂ内で、液体状の冷媒と気体状の冷媒とが対向して流れる。このとき、液体冷媒が配管内の外側を流れ、気体冷媒が配管内の中心側を流れる。
【００２５】
つまり、冷媒流路３２と蒸発部２６の下端部との間には、奥側接続管２８ａを含む第１系統の冷媒循環路と、手前側接続管２８ｂを含む第２系統の冷媒循環路とが形成されている。なお、ヒートパイプ１６は、毛細管力により冷媒を循環させる構造であってもよい。この場合、例えば奥側接続管２８ａが往路部とされ、手前側接続管２８ｂが復路部とされて、冷媒流路３２、往路部、蒸発部２６及び復路部をこの順につなぐ冷媒の循環路が構成される。
【００２６】
冷媒容器１８は、ヒートパイプ１６に接続されて、ヒートパイプ１６の冷媒を貯留する貯蔵タンクである。冷媒容器１８は、配管３４を介して、凝縮部２４の冷媒流路３２に接続される。冷媒は、配管３４を介してヒートパイプ１６と冷媒容器１８との間を行き来することができる。ヒートパイプ１６内の圧力が高まると、一部の冷媒はヒートパイプ１６から冷媒容器１８に移動する。また、ヒートパイプ１６内の圧力が下がると、一部の冷媒は冷媒容器１８からヒートパイプ１６に移動する。これにより、ヒートパイプ１６内の圧力を調節することができる。
【００２７】
加熱器２０は、冷媒容器１８を加熱する装置である。加熱器２０は、従来公知のヒータや温風送風機等で構成することができる。加熱器２０は、蒸発部２６及び冷媒容器１８の温度に基づいて稼働率が切り替えられる。本実施の形態では、加熱器２０の稼働率は、制御部３６によって制御される。制御部３６は、ハードウェア構成としてはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現される。制御部３６がハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２８】
制御部３６は、第１温度センサ３８から信号を受信する。第１温度センサ３８は、蒸発部２６を構成する配管の外側面に設置されて、蒸発部２６の温度を検知する。第１温度センサ３８により、実質的に蒸発部２６における冷媒の温度を測定することができる。また、制御部３６は、第２温度センサ４０から信号を受信する。第２温度センサ４０は、冷媒容器１８の外側面に設置されて、冷媒容器１８の温度を検知する。第２温度センサ４０により、実質的に冷媒容器１８における冷媒の温度を測定することができる。
【００２９】
制御部３６は、第１温度センサ３８及び第２温度センサ４０から受信した信号に基づいて、蒸発部２６と冷媒容器１８との温度差が予め定められた所定値以上となるように、加熱器２０の稼働率を切り替える。例えば制御部３６は、蒸発部２６と冷媒容器１８との温度差が予め定められた所定のしきい値未満である場合に、加熱器２０を駆動させる（ＯＮにする）。そして、当該温度差がしきい値に所定のマージンを加えた値に到達すると、加熱器２０を停止させる（ＯＦＦにする）。つまり制御部３６は、稼働率０と稼働率１００との２値制御を行う。
【００３０】
加熱器２０によって冷媒容器１８を加熱して、冷媒容器１８と蒸発部２６との間に所定の温度差を持たせることで、凝縮部２４において冷媒が液化する温度を上昇させることができる。つまり、加熱器２０によって冷媒容器１８を加熱することで、冷媒容器１８の内圧が高まる。これにより、ヒートパイプ１６の内圧が高まる。この結果、凝縮部２４において冷媒はより高温で液化することができる。
【００３１】
常温で気体の冷媒を用いるヒートパイプ１６では、冷媒が凝縮部２４で液化するまで、貯蔵室６を効率的に冷却することが困難である。気体冷媒は、液体冷媒に比べて冷熱の輸送効率が低いためである。このため例えば、冷凍装置１２の起動時に庫内温度が設定温度に到達するまでに、あるいは断熱扉８の解放後に庫内温度が解放前の温度に復帰するまでに、長い時間を要してしまう。
【００３２】
これに対し、本実施の形態に係る冷凍装置１２は、冷媒容器１８を加熱する加熱器２０を備える。これにより、冷媒の液化温度、言い換えれば凝縮温度をより高めることができる。よって、より短時間で冷媒を液化させることができる。この結果、貯蔵室６の庫内温度をより迅速に下げることができる。したがって、低温貯蔵庫１の温度をより安定化させることができる。
【００３３】
また、加熱器２０を備えない場合、低温貯蔵庫１あるいは冷媒容器１８が置かれる環境や、貯蔵室６の設定庫内温度によっては、蒸発部２６と冷媒容器１８との温度差が所望の値にならないおそれがある。あるいは、所望の温度差が得られるように、低温貯蔵庫１あるいは冷媒容器１８の配置や、設定庫内温度を限定する必要が生じ得る。これに対し、加熱器２０を設けることで、低温貯蔵庫１や冷媒容器１８の配置や設定庫内温度の自由度を損なうことなく、蒸発部２６と冷媒容器１８との温度差をより確実に獲得することができる。
【００３４】
本発明者らは、鋭意研究の結果、蒸発部２６と冷媒容器１８との温度差が大きくなるにつれて冷媒の液化温度が上昇することを見出した。また、温度差が大きくなるにつれて、温度差の増加幅に対する液化温度の上昇幅が小さくなることを見出した。また、本発明者らは、ヒートパイプ１６の容積（Ｃ１）に対する冷媒容器１８の容積（Ｃ２）の比率、すなわち容積比（Ｃ２／Ｃ１）が大きくなるにつれて、冷媒の液化温度が上昇することを見出した。また、当該容積比が大きくなるにつれて、容積比の増加幅に対する液化温度の上昇幅が小さくなることを見出した。さらに本発明者らは、好ましい温度差の範囲と、好ましい容積比の範囲とを見出した。
【００３５】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）及び図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、蒸発部及び冷媒容器の温度差と、冷媒の液化温度の上昇値との関係を示す図である。図４（Ａ）は冷媒Ｒ７４０のデータであり、図４（Ｂ）は冷媒Ｒ５０のデータであり、図４（Ｃ）は冷媒Ｒ１４のデータである。また、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）では、容積比を１倍、１．５倍、２．５倍、５倍、７．５倍、１０倍としたときのデータを示している。図５（Ａ）は容積比１．５倍のデータであり、図５（Ｂ）は容積比２．５倍のデータであり、図５（Ｃ）は容積比５倍のデータである。なお、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、横軸を対数目盛とした片対数グラフである。
【００３６】
いずれの冷媒であっても、温度差と液化温度の上昇値とは正の相関関係を有する。また、容積比と液化温度の上昇値も正の相関関係を有する。したがって、温度差及び／又は容積比の調節により、冷媒の液化温度の上昇幅を調節することができる。
【００３７】
加熱器２０は、蒸発部２６と冷媒容器１８との温度差が１００℃以上となるように冷媒容器１８を加熱することが好ましい。これにより、いずれの冷媒であっても、また冷媒容器１８の容積がいずれの場合であっても、冷媒の液化温度を５℃以上上昇させることができる。
【００３８】
低温貯蔵庫１の一般的な使用状況では、断熱扉８の開閉により庫内温度が５℃程度上昇することが想定される。庫内温度が５℃上昇すると、蒸発部２６における冷媒の温度も約５℃上昇する。このため、凝縮部２４において冷媒を液化させる際に、温度を５℃低下させる時間分だけ液化に要する時間が延びてしまう。これに対し、蒸発部２６と冷媒容器１８との温度差を１００℃以上とすることで、冷媒の液化温度を５℃以上上昇させることができる。このため、庫内温度の上昇によって冷媒の液化時間が延びることを抑制することができる。よって、より速やかに庫内温度を低下させることができる。
【００３９】
なお、蒸発部２６と冷媒容器１８との温度差は、より好ましくは１５０℃以上であり、さらに好ましくは２００℃以上である。これらにより、冷媒容器１８の容積の選択自由度と冷媒の選択自由度を向上させることができる。また、当該温度差は、好ましくは３００℃以下である。温度差を３００℃以下とすることで、冷媒容器１８に要求される耐熱性が過大となること、ひいては冷凍装置１２あるいは低温貯蔵庫１の製造コストが過大となることを回避することができる。
【００４０】
また、冷媒容器１８の容積は、ヒートパイプ１６の容積の１．５倍以上であること、すなわち容積比が１．５倍以上であることが好ましい。冷媒の液化温度は、容積比が１０倍を超えるとほとんど変化しなくなる。そこで、図４（Ａ）に示すように、容積比が１０倍のときの液化温度の上昇値Ｉ１０を基準（１００％）とすると、容積比が１．５倍のときの液化温度の上昇値Ｉ１．５は、基準の約５０％を超える。また、容積比が５倍のときの液化温度の上昇値Ｉ５は、基準の約８０％を超える。なお、容積比が７．５倍のときの液化温度の上昇値は、基準の約９０％である。つまり、容積比が増加するにつれて液化温度の上昇幅はゆるやかになっていく。
【００４１】
また、冷媒を使用する際は、冷媒の可燃性や温室効果の強さの観点から、使用量を少なくすることが望ましい。冷媒の使用量は、ヒートパイプ１６の容積と冷媒容器１８の容積との和（以下では適宜、総容積と称する）に比例する。そこで、容積比ｎ倍における総容積あたりの液化温度上昇（以下では液化温度上昇指数Ａｎと称する）を検討する。液化温度上昇指数Ａｎは、Ａｎ＝Ｉｎ／（１＋ｎ）で表される。Ｉｎは、容積比ｎ倍のときの液化温度の上昇値である。総容積には、ヒートパイプ１６の容積も含まれるため、１＋ｎとする。
【００４２】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、容積比と、容積比１０倍のときの液化温度上昇指数Ａ１０に対する容積比ｎ倍のときの液化温度上昇指数Ａｎの比率との関係を示す図である。図６（Ａ）は冷媒Ｒ７４０のデータであり、図６（Ｂ）は冷媒Ｒ５０のデータであり、図６（Ｃ）は冷媒Ｒ１４のデータである。また、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）では、蒸発部２６及び冷媒容器１８の温度差を５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃としたときのデータを示している。
【００４３】
容積比１０倍における液化温度上昇指数Ａ１０を基準とすると、ｎ＝０〜１．５程度の範囲で液化温度上昇指数Ａｎ（相対値）は急激に上昇し、確認した温度差と冷媒の組み合わせの全てにおいて、ｎ＝１〜１．５近傍で極大値となった。また、温度差と冷媒の組み合わせの大半において、ｎ＝１．５で液化温度上昇指数Ａｎは極大値となった。つまり、ｎ＝０〜１．５においては、冷媒使用量あたりの液化温度上昇の効率は、容積比ｎが増加するほど向上する傾向にある。したがって、冷媒容器１８の容積をヒートパイプ１６の容積の１．５倍以上とすることで、冷媒の液化温度の上昇による効果をより確実に奏することができる。
【００４４】
また、冷媒容器１８の容積は、ヒートパイプ１６の容積の５倍以下であることが好ましい。容積比１０倍における液化温度上昇指数Ａ１０を基準とすると、液化温度上昇指数Ａｎはｎ＝１．５以上で低下していく。液化温度上昇指数Ａｎの低下はおおよそ直線的であるが、低下の傾きは、ある１点において大幅に変化して緩やかになり、以降は低位水準となる。よって、冷媒使用量あたりの液化温度上昇効率と、より高い液化温度上昇値とを両立するためには、傾きの変化点における容積比ｎよりも小さい容積比ｎとなるように冷媒容器１８を構成することが望ましい。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、低下の傾きの変化点は容積比７．５倍の近傍であり、容積比７．５倍と容積比５倍との間に存在する。
【００４５】
したがって、冷媒容器１８の容積をヒートパイプ１６の容積の５倍以下とすることで、冷媒容器１８の容積の増大による低温貯蔵庫１の大型化、ならびに冷媒使用量の増加を抑制しながら、冷媒の液化温度の上昇による効果を奏することができる。つまり、容積比を１．５倍以上５倍以下とすることで、冷媒容器１８の寸法が過大になるとともに、冷媒使用量が増加することを抑制しながら、冷媒の液化温度を効率よく上昇させることができる。
【００４６】
なお、ここでは図４（Ａ）を参照しながら、冷媒がＲ７４０で温度差が２５０℃の場合の液化温度上昇値に基づいて、容積比を１．５倍以上あるいは５倍以下とすることの効果を説明しているが、他の冷媒及び他の温度差の場合でも、同様のことが言える。
【００４７】
また、温度差と容積比との組み合わせにより、冷媒の液化温度をより上昇させることができる。例えば、容積比が１．５倍以上で、温度差が２００℃以上である場合、冷媒の液化温度を１０℃以上上昇させることができる。また、容積比が２．５倍以上で、温度差が２５０℃以上である場合、冷媒の液化温度を１５℃以上上昇させることができる。なお、容積比を４倍以上とし、温度差を１８０℃以上とすることでも、冷媒の液化温度を１５℃以上上昇させられることを本発明者らは確認している。
【００４８】
図３に示すように、本実施の形態の冷凍装置１２では、冷媒容器１８とヒートパイプ１６とを接続する配管３４が、配管部２８よりも鉛直方向上方の位置で、凝縮部２４に接続されている。
【００４９】
ヒートパイプ１６の配管部２８や蒸発部２６には、外部から空気が侵入する可能性がある。空気に含まれる酸素や窒素の液化温度が冷媒の液化温度よりも低い場合、ヒートパイプ１６に侵入した酸素や窒素は、少なくとも一時において気体のまま凝縮部２４に溜まる。酸素や窒素は気体状態であるため、凝縮部２４の鉛直方向上方から溜まってゆく。凝縮部２４に酸素や窒素が溜まると、凝縮部２４における冷媒の液化が妨げられてしまう。また、凝縮部２４の大部分が酸素や窒素に占有され、これにより酸素や窒素が液化して冷媒に混入すると、冷媒の液化温度が変化し得る。この場合、設定された庫内温度を維持することが困難になり得る。
【００５０】
これに対し、配管３４と凝縮部２４との接続位置を、配管部２８と凝縮部２４との接続位置よりも鉛直方向上方に配置することで、凝縮部２４に溜まった空気を冷媒容器１８に円滑に回収することができる。つまり、本実施の形態の冷媒容器１８は、外部から混入したガスの回収機能を有する。これにより、冷媒の液化が妨げられることや、冷媒の液化温度の変化を抑制することができる。
【００５１】
なお、図７に示すように、配管３４と凝縮部２４との接続位置を、凝縮部２４の鉛直方向上端に配置することがより好ましい。これにより、外部からヒートパイプ１６に侵入したガスをより速やかに冷媒容器１８に回収することができる。図７は、変形例に係る冷凍装置における凝縮部を含む領域の拡大図である。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍装置１２は、冷凍機１４と、ヒートパイプ１６と、冷媒容器１８と、加熱器２０とを備える。加熱器２０により冷媒容器１８を加熱することで、冷媒容器１８と蒸発部２６との間に所望の温度差を生み出すことができる。これにより、冷媒の液化温度を高めることができるため、庫内温度をより迅速に低下させることができる。この結果、断熱扉８の開放等で庫内温度が上昇した場合であっても、速やかに庫内温度を設定値まで下げることができる。よって、低温貯蔵庫１の温度をより安定化させることができる。
【００５３】
また、一態様において、加熱器２０は、蒸発部２６と冷媒容器１８との温度差が１００℃以上となるように冷媒容器１８を加熱する。この場合、低温貯蔵庫１の温度をより確実に安定化させることができる。また、一態様において、冷媒容器１８の容積は、ヒートパイプ１６の容積の１．５倍以上である。この場合、低温貯蔵庫１の温度をより確実に安定化させることができる。
【００５４】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などのさらなる変形を加えることも可能であり、さらなる変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれる。上述した実施の形態への変形の追加によって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態、及び変形それぞれの効果をあわせもつ。
【００５５】
以上説明した構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【符号の説明】
【００５６】
６  貯蔵室、  １２  冷凍装置、  １４  冷凍機、  １６  ヒートパイプ、  １８  冷媒容器、  ２０  加熱器、  ２４  凝縮部、  ２６  蒸発部、  ２８  配管部。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は冷凍装置に利用可能である。
【図１】
2018225476.tif 000003
【図２】
2018225476.tif 000004
【図３】
2018225476.tif 000005
【図４】
2018225476.tif 000006
【図５】
2018225476.tif 000007
【図６】
2018225476.tif 000008
【図７】
2018225476.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月27日(2018.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機と、
前記冷凍機と熱交換可能に接続されて冷媒を凝縮する凝縮部、保存対象物が収容される貯蔵室と熱交換可能に接続されて冷媒を蒸発させる蒸発部、及び前記凝縮部と前記蒸発部との間で冷媒を循環させる配管部を有するヒートパイプと、
前記ヒートパイプに接続されて前記冷媒を貯留する冷媒容器と、
前記冷媒容器を前記蒸発部より高温になるように加熱する加熱器と、
を備えることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記加熱器は、前記蒸発部と前記冷媒容器との温度差が１００℃以上となるように前記冷媒容器を加熱する請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記冷媒容器の容積は、前記ヒートパイプの容積の１．５倍以上である請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【国際調査報告】
2018225476.tif 000010
2018225476.tif 000011