(57)【要約】  冷凍装置は、冷却室を取り囲む内箱と、前記内箱よりも高い位置に配置された冷媒液化装置と、前記冷媒液化装置に接続され、且つ、水平面に対して傾斜した状態で前記内箱の真上に配置された傾斜部を有する冷媒配管と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却室を取り囲む内箱と、
前記内箱よりも高い位置に配置された冷媒液化装置と、
前記冷媒液化装置に接続され、且つ、水平面に対して傾斜した状態で前記内箱の真上に配置された傾斜部を有する冷媒配管と、
を備える、冷凍装置。
【請求項２】
前記内箱の天井は水平面に対して傾斜している、
請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記内箱の天井と前記傾斜部は、互いに平行である、
請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記傾斜部は、前記内箱の天井に接触している、
請求項１から３のいずれかに記載の冷凍装置。
【請求項５】
伝熱部材をさらに備え、
前記内箱の天井は水平であり、
前記傾斜部は、前記伝熱部材を介して前記内箱の天井に支持されている、
請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記傾斜部は蛇行している、
請求項１から５のいずれかに記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記冷媒配管を複数有する、
請求項１から６のいずれかに記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記冷媒配管は、前記傾斜部に接続され、且つ、鉛直面に対して平行に配置された鉛直部を含む、
請求項１から７のいずれかに記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記鉛直部は、前記内箱の２以上の側面に沿うように配置され、平面視において所定角度に折れ曲がっている、
請求項８に記載の冷凍装置。
【請求項１０】
前記冷媒配管は、水平面に対して傾斜した状態で前記内箱の真下に配置された下方傾斜部を含む、
請求項１から９のいずれかに記載の冷凍装置。
【請求項１１】
前記傾斜部は、液相の冷媒を流通させる、
請求項１から１０のいずれかに記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載されているように、スターリング冷凍機とサーモサイフォンを備える冷凍装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６２２４６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
サーモサイフォンを備える冷凍装置においては、冷媒は重力を利用してサーモサイフォン内を移動する。そのため、サーモサイフォンは、冷却室を取り囲む内箱の鉛直な側面に沿うように配置されている。よって、サーモサイフォンを備える冷凍装置においては、内箱の側面が冷媒によって冷却される。言い換えると、内箱に取り囲まれている冷却室の内部は、内箱側面に近い部分が他の部分よりも強く冷却される。つまり、冷却室内は、均等に冷却されない。【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みなされたものであり、冷却室内を均等に冷却することが可能な冷凍装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る冷凍装置は、冷却室を取り囲む内箱と、前記内箱よりも高い位置に配置された冷媒液化装置と、前記冷媒液化装置に接続され、且つ、水平面に対して傾斜した状態で前記内箱の真上に配置された傾斜部を有する冷媒配管と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、冷却室内を均等に冷却することが可能な冷凍装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る冷凍装置の斜視図。
【図２】一実施形態に係る冷凍装置が備える内箱及び冷媒配管の右側面図。
【図３】他の実施形態に係る冷凍装置が備える内箱及び冷媒配管の右側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置１を後方斜め上方から見た斜視図である。また、図２は、冷凍装置１が備える内箱２０、第１冷媒配管５０、及び第２冷媒配管６０の右側面図である。なお、冷凍装置１は、例えば、極低温フリーザーである。
【００１１】
冷凍装置１は、外箱１０、内箱２０及びこれらの間に配置された図示しない断熱材によって構成された断熱箱体を備えている。この断熱箱体の前方には、扉３０が開閉可能に取り付けられている。また、断熱箱体よりも高い位置には、冷媒液化装置４０が配置されている。なお、説明の便宜上、図１は、外箱１０、扉３０及び冷媒液化装置４０が透視されてそれらの内部に配置された他の部材が見えるように描かれている。なお、断熱箱体の下方には、断熱箱体を支持する図示しない脚または台が配置されている。
【００１２】
内箱２０は、その内部に、前方が開口した冷却室を有している。言い換えると、冷却室は内箱２０によって、上方、右側方、左側方、後方及び下方を取り囲まれている。なお、特に断らない限り、本明細書において、右とは、冷凍装置１の前方側から見て右側を意味し、左とは、冷凍装置１の前方側から見て左側を意味する。
【００１３】
内箱２０は、天井２１、右側壁２２、後側壁２３、図示されない左側壁、及び、底２４を有している。
【００１４】
天井２１は、水平面に対して傾斜している。
【００１５】
右側壁２２、後側壁２３、及び、左側壁は、鉛直である。右側壁２２と後側壁２３は、平面視において互いに直交している。左側壁と後側壁２３は、平面視において互いに直交している。
【００１６】
底２４は、水平である。
【００１７】
冷媒液化装置４０は、ヘリウム等の沸点が極低温である冷媒を液化することが可能な装置である。冷媒液化装置４０は、例えば、スターリング冷凍機である。但し、所定の沸点を有する冷媒を液化することができれば、スターリング冷凍機には限られない。
【００１８】
内箱２０の周囲には、第１冷媒配管５０と第２冷媒配管６０が配置されている。各冷媒配管の最も高い位置にある第１冷媒配管５０の一端、及び、第２冷媒配管６０の一端は、それぞれ、冷媒液化装置４０に接続されている。第１冷媒配管５０及び第２冷媒配管６０は、それぞれサーモサイフォンを構成する。
【００１９】
第１冷媒配管５０は、第１傾斜部５１、第１側方鉛直部５２、及び、第１後方鉛直部５３を有する。
【００２０】
第１傾斜部５１は、内箱２０の真上、具体的には、天井２１の真上に配置されている。天井２１と第１傾斜部５１は、互いに平行である。すなわち、第１傾斜部５１は、水平面に対して傾斜している。
【００２１】
第１傾斜部５１は、天井２１の右側半分を略覆うように、蛇行している。第１傾斜部５１は、天井２１の外面に直接接触するように、図示しない粘着テープ等で天井２１に取り付けられている。
【００２２】
第１傾斜部５１は、第１側方鉛直部５２に、屈曲部を介して接続されている。第１側方鉛直部５２は、内箱２０の側方、具体的には、右側壁２２の右側に配置されている。右側壁２２と第１側方鉛直部５２は、互いに平行である。
【００２３】
第１側方鉛直部５２は、第１後方鉛直部５３に接続されている。第１後方鉛直部５３は、内箱２０の後方、具体的には、後側壁２３の後側に配置されている。後側壁２３と第１後方鉛直部５３は、互いに平行である。
【００２４】
第１冷媒配管５０は、第１側方鉛直部５２と第１後方鉛直部５３とを交互に形成するように、右側壁２２の右側と後側壁２３の後側との間で大きく蛇行するとともに、蛇行する毎に、徐々に下方に伸びるように配置されている。すなわち、第１側方鉛直部５２と、第１後方鉛直部５３は、右側壁２２と後側壁２３に沿うように、平面視において略直交している。言い換えると、第１側方鉛直部５２と第１後方鉛直部５３とからなる鉛直部は、平面視において略９０°に折れ曲がっている。この角度は、右側壁２２と後側壁２３がなす角度が変更された場合、当該変更後の角度に準じた角度になることは言うまでもない。
【００２５】
第１側方鉛直部５２及び第１後方鉛直部５３は、それぞれ、右側壁２２及び後側壁２３に直接接触するように、図示しない粘着テープ等で右側壁２２及び後側壁２３に取り付けられている。
【００２６】
第２冷媒配管６０は、第２傾斜部６１、図示しない第２側方鉛直部、及び、第２後方鉛直部６３を有する。
【００２７】
第２傾斜部６１は、内箱２０の真上、具体的には、天井２１の真上に配置されている。天井２１と第２傾斜部６１は、互いに平行である。すなわち、第２傾斜部６１は、水平面に対して傾斜している。
【００２８】
第２傾斜部６１は、天井２１の左側半分を略覆うように、蛇行している。第２傾斜部６１は、天井２１の外面に直接接触するように、図示しない粘着テープ等で天井２１に取り付けられている。
【００２９】
第２傾斜部６１は、第２側方鉛直部に、屈曲部を介して接続されている。第２側方鉛直部は、内箱２０の側方、具体的には、左側壁の左側に配置されている。左側壁と第２側方鉛直部は、互いに平行である。
【００３０】
第２側方鉛直部は、第２後方鉛直部６３に接続されている。第２後方鉛直部６３は、内箱２０の後方、具体的には、後側壁２３の後側に配置されている。後側壁２３と第２後方鉛直部６３は、互いに平行である。
【００３１】
第２冷媒配管６０は、第２側方鉛直部と第２後方鉛直部６３とを交互に形成するように、左側壁の左側と後側壁２３の後側との間で大きく蛇行するとともに、蛇行する毎に、徐々に下方に伸びるように配置されている。すなわち、第２側方鉛直部と、第２後方鉛直部６３は、左側壁と後側壁２３に沿うように、平面視において略直交している。言い換えると、第２側方鉛直部と第２後方鉛直部６３とからなる鉛直部は、平面視において略９０°に折れ曲がっている。この角度は、左側壁と後側壁２３がなす角度が変更された場合、当該変更後の角度に準じた角度になることは言うまでもない。
【００３２】
第２側方鉛直部及び第２後方鉛直部６３は、それぞれ、左側壁及び後側壁２３に直接接触するように、図示しない粘着テープ等で左側壁及び後側壁２３に取り付けられている。
【００３３】
第１冷媒配管５０と第２冷媒配管６０は、それぞれの他端（冷媒液化装置４０に接続されていない側の各端）で冷媒の流れが止まり、各他端近傍での冷却作用が弱まることを防ぐため、接続部７０において接続されている。よって、冷媒が一方から他方へ向けて流通でき、各他端においても十分な冷却作用を得ることができる。
【００３４】
以上のように構成された冷凍装置１は、次のように作動する。
【００３５】
冷媒液化装置４０は、冷媒を液化し、液化された冷媒を第１冷媒配管５０及び第２冷媒配管６０に供給する。以下、主に第１冷媒配管５０内及びその周辺で起きる現象並びにそれらの作用について説明するが、第２冷媒配管６０内及びその周辺でも同様の現象が起き、同様の作用が得られる。
【００３６】
第１冷媒配管５０に供給された冷媒は、重力の作用によって、第１冷媒配管５０の内部を下方に向けて流れていく。この際、冷媒は、第１冷媒配管５０及び内箱２０を介して、冷却室の内部と熱交換する。すなわち、液相の冷媒は、熱交換しながら下方に向けて流れていく。よって、冷却室の内部は冷却され、冷媒は加熱される。
【００３７】
冷媒の温度が冷媒の沸点を超えると、冷媒は気化する。このときの潜熱によって、冷却室の内部はさらに冷却される。
【００３８】
気化した冷媒は、第１冷媒配管５０内を上方に向けて流れていく。第１冷媒配管５０の一端に達すると、冷媒液化装置４０によって、再び冷却され、液化される。液化された冷媒は、再び、第１冷媒配管５０の内部を下方に向けて流れていく。
【００３９】
このような冷媒の流通及び相変化が繰り返されることによって、冷却室の内部は目標温度に冷却される。
【００４０】
本実施形態においては、第１冷媒配管５０は第１傾斜部５１を有している。第１傾斜部５１は、水平面に対して傾斜している。よって、液相状態の冷媒は、第１傾斜部５１内の高い位置から低い位置に流れることができ、気相状態の冷媒は、第１傾斜部５１内の低い位置から高い位置に流れることができる。
【００４１】
よって、第１傾斜部５１内を流れる冷媒は、天井２１を介して、冷却室の内部を冷却室の上方から冷却することができる。
【００４２】
しかも、第１傾斜部５１内を、液相、つまり、冷媒の沸点よりも温度が低い冷媒が流れる。よって、より効果的に、冷却室の内部を冷却室の上方から冷却することができる。
【００４３】
さらに、第１傾斜部５１は、天井２１の右側半分を略覆うように蛇行している。よって、天井２１の広い領域を介して、冷却室の内部を冷却室の上方から均等に冷却することができる。
【００４４】
また、本実施形態においては、第１傾斜部５１と第１側方鉛直部５２とは、屈曲部を介して接続されている。この屈曲部の屈曲角度は、液相及び気相の冷媒の流通が妨げられない角度に設定されている。特に、気相の冷媒によって形成される気泡が滞留しない角度に設定されている。よって、第１傾斜部５１内を流れた液相の冷媒は、何ら支障なく第１側方鉛直部５２内に流れ込むことができる。また、第１側方鉛直部５２内を流れた気相の冷媒は、何ら支障なく第１傾斜部５１内に流れ込むことができる。従って、第１冷媒配管５０の一端から他端まで、冷媒液化装置４０で冷却された冷媒を供給することができる。また、有効な熱交換ができない場所が生じることを防ぐことができる。
【００４５】
しかも、第１側方鉛直部５２と第１後方鉛直部５３は、冷媒が右側壁２２の右側と後側壁２３の後側を交互に行き来するように、且つ、徐々に下方に伸びるように蛇行している。よって、冷媒は、右側壁２２及び後側壁２３を介して、２つの面から均等に冷却室を冷却することができる。
【００４６】
したがって、本実施形態においては、冷却室は、その上方、右側方、後側方、及び、左側方から均等に冷却される。よって、冷却室の内部に温度分布の偏りが生じることを防ぐことができる。
【００４７】
また、本実施形態においては、天井２１が水平面に対して傾斜している。具体的には、前方が高くなるように天井２１が傾斜している。すなわち、冷却室内は手前側（前方側）ほど広くなっている。よって、本実施形態によれば、冷却室の手前側に載置されている被冷却物に視界を遮られることなく、奥まで見渡すことができるとともに、奥側に載置されている被冷却物に手を伸ばしやすくなるという利点が得られる。
【００４８】
続いて、他の実施形態について、先の実施形態とは異なる点を中心に説明する。図３は、他の実施形態に係る冷凍装置１が備える内箱２０、第１冷媒配管５０、及び第２冷媒配管６０の右側面図である。
【００４９】
天井２１は、水平である。第１傾斜部５１及び第２傾斜部６１は、先の実施形態と同様、水平面に対して傾斜している。よって、天井２１と第１傾斜部５１及び第２傾斜部６１との間には隙間がある。
【００５０】
本実施形態においては、複数の支持部材８０が天井２１の上に配置されている。各支持部材８０は、第１傾斜部５１または第２傾斜部６１を下方から支持する脚部８１と、脚部８１を下方から支持するベース８２とから構成されている。すなわち、各支持部材８０は第１傾斜部５１または第２傾斜部６１を下方から支持している。
【００５１】
各支持部材８０は、金属等、熱伝導率が高い素材で形成されている。各脚部８１は、第１傾斜部５１または第２傾斜部６１に密着している。各ベース８２は、天井２１に密着している。よって、第１傾斜部５１及び第２傾斜部６１の内部を流通する冷媒は、支持部材８０を介して、冷却室を冷却することができる。
【００５２】
なお、各支持部材８０は、第１傾斜部５１及び第２傾斜部６１を熱伝導可能に支持することが可能のものであれば、上述の形状及び素材に限られないことは言うまでもない。
【００５３】
また、本実施形態においては、底２４は、水平面に対して傾斜している。
【００５４】
第１冷媒配管５０及び第２冷媒配管６０は、それぞれ、第１後方鉛直部５３及び第２後方鉛直部６３（図１参照）に接続される第１下方傾斜部５４及び図示されない第２下方傾斜部を含んでいる。
【００５５】
第１下方傾斜部５４及び第２下方傾斜部は、それぞれ、第１後方鉛直部５３及び第２後方鉛直部６３（図１参照）に、屈曲部を介して接続されている。なお、これらの屈曲部の角度は、それぞれ、先の実施形態における第１傾斜部５１と第１側方鉛直部５２との間の屈曲角度、及び、第２傾斜部６１と第２側方鉛直部との間の屈曲角度と同様に設定されている。よって、同様の効果が得られる。
【００５６】
第１下方傾斜部５４及び第２下方傾斜部は、内箱２０の真下、具体的には、底２４の真下に配置されている。底２４と第１下方傾斜部５４は、互いに平行である。底２４と第２下方傾斜部は、互いに平行である。すなわち、第１下方傾斜部５４及び第２下方傾斜部は、水平面に対して傾斜している。
【００５７】
第１下方傾斜部５４は、底２４の右側半分を略覆うべく、蛇行している。第２下方傾斜部は、底２４の左側半分を略覆うべく、蛇行している。第１下方傾斜部５４及び第２下方傾斜部は、底２４の外面に直接接触するように、図示しない粘着テープ等で底２４に取り付けられている。
【００５８】
第１冷媒配管５０と第２冷媒配管６０は、先の実施形態と同様に、接続部７０において接続されている。
【００５９】
以上のように第１冷媒配管５０及び第２冷媒配管６０が配置されている本実施形態においては、冷媒は、底２４を介しても、冷却室を冷却することができる。したがって、本実施形態においては、冷却室は、その上方、右側方、後側方、左側方、及び、下方から均等に冷却される。よって、冷却室の内部に温度分布の偏りが生じることをより効果的に防ぐことができる。
【００６０】
なお、本発明が、先に説明された各実施形態には限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形や応用が可能であることは言うまでもない。
【００６１】
例えば、本発明に係る冷凍装置１は、保冷庫には限られず、メディカルフリーザ、ショーケース、冷凍冷蔵倉庫又は製氷機等であってもよい。
【００６２】
天井２１と底２４の両方が傾斜していても良い。天井２１と底２４の両方が水平であり、それぞれ、支持部材８０を介して第１傾斜部５１及び第２傾斜部６１、並びに、第１下方傾斜部５４及び第２下方傾斜部に接続されていても良い。
【００６３】
冷媒配管の数は２つには限られず、１本であっても３本以上であってもよい。冷媒配管が１本の場合、１本の冷媒配管は、天井２１の上方に配置される傾斜部と、右側壁２２、後側壁２３及び左側壁の外面に沿って大きく蛇行する鉛直部とを含む。
【００６４】
冷媒配管の数が３本の場合は、１本の冷媒配管が、天井２１の上方に配置される傾斜部と、右側壁２２の外面に沿って配置される鉛直部を有する。また、他の１本の冷媒配管が、天井２１の上方に配置される傾斜部と、後側壁２３の外面に沿って配置される鉛直部を有する。また、さらに他の１本の冷媒配管が、天井２１の上方に配置される傾斜部と、左側壁の外面に沿って配置される鉛直部を有する。
【００６５】
第１傾斜部５１及び第２傾斜部６１は、水平面に対して傾斜する天井２１と平行でなくてもよい。この場合、天井２１と第１傾斜部５１及び第２傾斜部６１との間に隙間が生じるものの、第１傾斜部５１及び第２傾斜部６１を支持部材８０で支持することにより、天井２１を介して冷却室を上方から冷却することができる。
【００６６】
第１下方傾斜部５４及び第２下方傾斜部は、水平面に対して傾斜する底２４と平行でなくてもよい。この場合、底２４と第１下方傾斜部５４及び第２下方傾斜部との間に隙間が生じるものの、第１下方傾斜部５４及び第２下方傾斜部を支持部材８０で支持することにより、底２４を介して冷却室を下方から冷却することができる。
【００６７】
第１側方鉛直部５２、第１後方鉛直部５３、第２側方鉛直部、又は、第２後方鉛直部６３は、支持部材８０のような熱伝導性の良い部材を介して、右側壁２２、後側壁２３、又は、左側壁に支持されていても良い。
【００６８】
２０１８年３月６日出願の特願２０１８−０３９７０１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。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、圧縮機をオンオフ制御する冷凍装置として好適に利用される。
【符号の説明】
【００７０】
１  冷凍装置
１０  外箱
２０  内箱
２１  天井
２２  右側壁
２３  後側壁
２４  底
３０  扉
４０  冷媒液化装置
５０  第１冷媒配管
５１  第１傾斜部
５２  第１側方鉛直部
５３  第１後方鉛直部
５４  第１下方傾斜部
６０  第２冷媒配管
６１  第２傾斜部
６３  第２後方鉛直部
７０  接続部
８０  支持部材
８１  脚部
８２  ベース
【図１】
2019172001.tif 000003
【図２】
2019172001.tif 000004
【図３】
2019172001.tif 000005
【国際調査報告】
2019172001.tif 000006
2019172001.tif 000007
2019172001.tif 000008
2019172001.tif 000009