(57)【要約】【課題】比較的高い効率で稼働する超低温冷凍庫に使用するための冷凍システムであって冷凍庫の冷却／貯蔵空間を最大化することを可能にする冷凍システムに対する必要性がある。【解決手段】冷凍システム２０は、デッキ１４及びデッキ１４の上にあり支持される冷凍キャビネット１６を有する超低温冷凍庫１０で使用するために提供される。システム２０は、第１冷凍段２４及び第２冷凍段２６を有する。第１段２４は、第１冷媒３４を循環させるための第１流体回路を規定する。第１段２４は、第１流体回路と流体連通する第１圧縮器５０、凝縮器５４及び第１膨張装置５８を有する。第２段２６は、第２冷媒３６を循環させるための第２流体回路を規定する。第２段２６は、第２流体回路と流体連通する第２圧縮器７０、第２膨張装置７４及び蒸発器７８を有する。システム２０は、デッキ１４内に支持される断熱筐体１５０と、第１及び第２流体回路と流体連通し且つ断熱筐体１５０内に設置される分流熱交換器４４と、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デッキ（１４）及び前記デッキ（１４）の上で支持される冷凍キャビネット（１６）を有する超低温冷凍庫（１０）に使用するための冷凍システム（２０）であって、
第１冷媒（３４）を循環させるための第１流体回路を規定する第１冷凍段（２４）であって、該第１冷凍段（２４）は、前記第１流体回路と流体連通する第１圧縮器（５０）、凝縮器（５４）及び第１膨張装置（５８）を有する、第１冷凍段（２４）と、
第２冷媒（３６）を循環させるための第２流体回路を規定する第２冷凍段（２６）であって、該第２冷凍段は、前記第２流体回路と流体連通する第２圧縮器（７０）、第２膨張装置（７４）及び蒸発器（７８）を有する、第２冷凍段（２６）と、
前記デッキ（１４）内に支持される断熱筐体（１５０）と、
前記第１及び前記第２流体回路と流体連通し、前記断熱筐体（１５０）内に設置される分流熱交換器（４４）と、
を含むことを特徴とする冷凍システム（２０）。
【請求項２】
前記分流熱交換器（４４）は、前記分流熱交換器（４４）を通る前記第１及び前記第２冷媒（３４，３６）のための流路を規定する複数の積み重ねたプレート（１６０）を含むことを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム（２０）。
【請求項３】
前記分流熱交換器（４４）は、ろう付けプレート熱交換器を含むことを特徴とする請求項２に記載の冷凍システム（２０）。
【請求項４】
前記分流熱交換器（４４）は、前記分流熱交換器（４４）の長手方向が鉛直方向となるように前記断熱筐体（１５０）内に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の冷凍システム（２０）。
【請求項５】
前記第１冷媒（３４）は、前記第１冷媒（３４）が前記分流熱交換器（４４）内で全体として上方向に流れるように、前記分流熱交換器の下部に近接して前記分流熱交換器（４４）に流入し、前記分流熱交換器の上部に近接して前記分流熱交換器（４４）から流出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の冷凍システム（２０）。
【請求項６】
前記第２冷媒（３６）は、前記第２冷媒（３６）が前記分流熱交換器（４４）内で全体として下方向に流れるように、前記分流熱交換器の上部に近接して前記分流熱交換器（４４）に流入し、前記分流熱交換器の下部に近接して前記分流熱交換器（４４）から流出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の冷凍システム（２０）。
【請求項７】
前記分流熱交換器（４４）は、逆流タイプからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の冷凍システム（２０）。
【請求項８】
前記第１膨張装置（５８）は、前記断熱筐体（１５０）内に設置されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の冷凍システム（２０）。
【請求項９】
前記第１冷凍段（２４）は、第１蓄積器（１１６）が前記断熱筐体（１５０）内に設置される第１蓄積器（１１６）であって前記第１流体回路と流体連通する第１蓄積器（１１６）をさらに有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の冷凍システム（２０）。
【請求項１０】
超低温冷凍庫（１０）であって、
デッキ（１４）と、
前記デッキ（１４）の上で支持される冷凍キャビネット（１６）と、
請求項１から９のいずれか一項に記載の冷凍システム（２０）と、
を含むことを特徴とする超低温冷凍庫（１０）。
【請求項１１】
デッキと、前記デッキ（１４）の上で支持される冷凍キャビネット（１６）と、前記デッキ（１４）内の断熱筐体と、を有する超低温冷凍庫（１０）を稼働させる方法であって、
第１冷媒（３４）を冷凍システム（２０）の第１冷凍段（２４）における第１圧縮器（５０）、凝縮器（５４）及び第１膨張装置（５８）を通って循環させる工程と、
第２冷媒（３６）を前記冷凍システム（２０）の第２冷凍段（２６）における第２圧縮器（７０）、第２膨張装置（７４）及び蒸発器（７８）を通って循環させる工程と、
前記第１及び前記第２冷媒（３４，３６）間で熱交換するために、前記超低温冷凍庫（１０）の前記デッキ（１４）内の前記断熱筐体内で、前記第１または前記第２冷媒（３４，３６）の少なくとも一方の流れを前記第１または前記第２冷媒の他方の１つ以上の流れ（３４ａ，３６ａ）に対して配置される複数の流れ（３４ａ，３６ａ）に分ける工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記第１または前記第２冷媒（３４，３６）の少なくとも一方の流れを分ける工程は、前記第１または前記第２冷媒（３４，３６）の少なくとも一方を複数の全体として平行な流れ（３４ａ，３６ａ）に沿うように向ける工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１または前記第２冷媒（３４，３６）の少なくとも一方の流れを分ける工程は、前記第１または前記第２冷媒（３４，３６）の少なくとも一方に乱流を生じさせることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１及び前記第２冷媒（３４，３６）それぞれの流れを第１及び第２それぞれの複数の流れ（３４ａ，３６ａ）に沿って分ける工程であって、前記第１及び第２の複数の流れ（３４ａ，３６ａ）は、前記第１及び第２冷媒（３４，３６）間で熱交換するために、互いに対して配置される、工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１または前記第２冷媒（３４，３６）の少なくとも一方の流れを分ける工程は、前記第１または前記第２冷媒（３４，３６）の少なくとも一方を互いに間隔を空けられる複数の平行なプレート（１６０）に沿うように向ける工程を含むことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１または前記第２冷媒（３４，３６）の少なくとも一方の流れを分ける工程は、前記第１冷媒（３４）を全体として上方向に流す工程を含むことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１または前記第２冷媒（３４，３６）の少なくとも一方の流れを分ける工程は、前記第２冷媒（３６）を全体として下方向に流す工程を含むことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記断熱筐体（１５０）内で液体形態の前記第１冷媒（３４）または液体形態の前記第２冷媒（３６）を蓄積する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として冷凍システム、より具体的に、超低温冷凍庫に使用するための冷凍システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍システムは、“超低温冷凍庫”（“ＵＬＴ”）として知られている種類の冷凍庫に使用することに関して公知であり、この冷凍システムは、冷凍庫の内部の貯蔵空間を例えば約−８０℃以下など相対的に低温に冷却するために使用される。
【０００３】
この種類の公知の冷凍システムは、第１及び第２冷媒それぞれを循環させる２つの段を含有する。第１段は、第１冷媒から凝縮器を通じて周辺環境にエネルギー（すなわち熱）を移動させると同時に、第２段の第２冷媒は、蒸発器を通じて冷却空間（例えばキャビネット内部）からエネルギーを受ける。熱は、冷凍システムの２つの段と流体連通する熱交換器を通じて第２冷媒から第１冷媒へ移動される。
【０００４】
上述した種類の冷凍システムにおいて、熱交換器は、コイル型の単一の流路からなる。しかしながら、この種類の熱交換器は、通常、冷媒間における所望の形式の熱交換を可能にするために、広い空間を占有する。これらの熱交換器のための空間及び方向の関係の必要条件は、設計者に対して、外側の冷凍庫キャビネットの前方に、内部の冷凍庫チャンバーの壁と平行にまたは壁の後方にそれらを設置させることを強制し、通常、有益な冷却／貯蔵空間を占め、それゆえに冷却するために利用できない。
【０００５】
上記に加えて、これらの熱交換器の達成できる効率は、断熱材が比較的少量であることによって制限され、この断熱材は、内側の冷凍庫チャンバーの壁と外側の冷凍庫キャビネットとの間でそれらの周囲に配置される。具体的に、比較的少量の断熱材は、この種類の冷凍システムの熱交換器の周囲に設置され、熱交換器に消費される冷却／貯蔵空間の量を最小化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／００７２８３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、比較的高い効率で稼働する超低温冷凍庫に使用するための冷凍システムであって冷凍庫の冷却／貯蔵空間を最大化することを可能にする冷凍システムに対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの実施形態において、冷凍システムは、デッキ及びデッキの上にあり支持される冷凍キャビネットを有する超低温冷凍庫で使用するために提供される。システムは、第１冷凍段及び第２冷凍段を有する。第１段は、第１冷媒を循環させるための第１流体回路を規定する。第１段は、第１流体回路と流体連通する第１圧縮器、凝縮器及び第１膨張装置を有する。第２段は、第２冷媒を循環させるための第２流体回路を規定する。第２段は、第２流体回路と流体連通する第２圧縮器、第２膨張装置及び蒸発器を有する。システムは、デッキ内に支持される断熱筐体と、第１及び第２流体回路と流体連通し且つ断熱筐体内に設置される分流熱交換器と、を含む。
【０００９】
１つの実施形態では、熱交換器は、熱交換器を通る第１及び第２冷媒のための流路を規定する複数の積み重ねたプレートを有する。特別な実施形態において、熱交換器は、ろう付けプレート熱交換器の形態である。熱交換器は、その長手方向の寸法が全体として垂直に方向付けられるように、断熱筐体内に方向付けられる。第１冷媒は、第１冷媒が熱交換器内で全体として上方向に流れるように、熱交換器の下部に近接して熱交換器に流入し、熱交換器の上部に近接して熱交換器から流出する。さらに、または代わりに、第２冷媒は、第２冷媒が熱交換器内で全体として下方向に流れるように、熱交換器の上部に近接して熱交換器に流入し、熱交換器の下部に近接して熱交換器から流出する。
【００１０】
特別な実施形態では、熱交換器は、逆流タイプからなる。同様に、第１膨張装置は、断熱筐体内に設置される。さらに、第１膨張装置は、少なくとも１つの毛管またはバルブを含んでもよい。第１冷凍段は、第１流体回路と流体連通する第１蓄積器を有する。例えば、第１蓄積器は、断熱筐体内に設置される。第１冷凍段は、デッキ内に支持され、第１流体回路と流体連通する第１フィルター／乾燥機を有する。いくつかの実施形態では、第１フィルター／乾燥機は、断熱筐体の外部に設置される。第２膨張装置は、断熱筐体の外部に設置されてもよい。さらに、または代わりに、第２膨張装置は、少なくとも１つの毛管またはバルブを含んでもよい。特別な実施形態において、第２冷凍段は、第２流体回路と流体連通する第２蓄積器を有する。例えば、第２蓄積器は、断熱筐体の外部に設置される。代わりに、第２蓄積器は、断熱筐体の内部に設置されてもよい。
【００１１】
別の実施形態では、冷凍システムは、デッキ及びデッキの上にあり支持される冷凍キャビネットを有する超低温冷凍庫で使用するために提供される。システムは、第１冷凍段及び第２冷凍段を含む。第１段は、第１冷媒を循環させるための第１流体回路を規定するとともに、第１段は、第１流体回路と流体連通する第１圧縮器、凝縮器、第１フィルター／乾燥機、第１膨張装置及び第１蓄積器を有する。第２段は、第２冷媒を循環させるための第２流体回路を規定し、第２流体回路と流体連通する第２圧縮器、第２フィルター／乾燥機、第２膨張装置、蒸発器及び第２蓄積器を有する。システムは、デッキ内に支持される断熱筐体と、第１及び第２流体回路と流体連通する分流熱交換器と、を同様に含む。熱交換器、膨張装置、第１蓄積器及び第２フィルター／乾燥機は、断熱筐体内に設置される。
【００１２】
さらに別の実施形態では、超低温冷凍庫は、デッキと、デッキの上にあり支持される冷凍キャビネットと、冷凍キャビネットと熱的につながる冷凍システムと、を有して提供される。冷凍システムは、第１冷媒を循環させるための第１流体回路を規定する第１冷凍段を含むとともに、第１段は、第１流体回路と流体連通する第１圧縮器、凝縮器及び第１膨張装置を有する。システムは、第２冷媒を循環させるための第２流体回路を規定する第２冷凍段を同様に含むとともに、第２段は、第２流体回路と流体連通する第２圧縮器、第２膨張装置及び蒸発器を有する。冷凍システムの断熱筐体は、デッキ内に支持され、分流熱交換器は、第１及び第２流体回路と流体連通し、断熱筐体内に設置される。
【００１３】
別の実施形態において、方法は、超低温冷凍庫を稼働するために提供される。方法は、第１冷媒を冷凍システムの第１段における第１圧縮器、凝縮器及び第１膨張装置を通って循環させる工程を含む。第２冷媒は、システムの第２段における第２圧縮器、第２膨張装置及び蒸発器を通って循環される。第１または第２冷媒の少なくとも一方の流れは、冷凍庫のデッキ内で第１または第２冷媒の他方の１つ以上の流れに対して配置される複数の流れに分かれ、第１及び第２冷媒間で熱交換する。方法は、複数の流れを再結合する工程と、冷凍庫におけるデッキの上にある冷凍キャビネットを支持する工程と、を含む。
【００１４】
特別な実施形態では、方法は、第１または第２冷媒の少なくとも一方の流れを複数の全体として平行な流れに沿うように向ける工程を含む。方法は、第１または第２冷媒の少なくとも一方の流れを分ける工程が第１または第２冷媒の少なくとも一方を荒く流す工程を含むようであってもよい。さらに、または代わりに、第１または第２冷媒の少なくとも一方の流れを分ける工程は、第１または第２冷媒の少なくとも一方を互いから間隔を空けられる複数の平行なプレートに沿って向ける工程を含む。方法は、第１冷媒を全体として上方向に流す工程及び／または第２冷媒を全体として下方向に流す工程を含んでもよい。
【００１５】
特別な実施形態において、方法は、複数の流れを断熱する断熱筐体内で液体形態の第１冷媒または液体形態の第２冷媒を蓄積する工程を含む。方法は、バルブまたは毛管の一方内で第１冷媒または第２冷媒を膨張させる工程を含んでもよい。
【００１６】
それゆえに、本明細書で説明されるシステム及び関連する方法は、冷凍庫のデッキ内の熱交換器によって、熱交換器の周囲における適切な量の断熱材の位置決めを可能にし、それによって、従来型の超低温冷凍庫で観測されるよりもより高い効率を達成する。その上、冷凍庫のデッキ内に熱交換器を有することは、デッキの上にあるキャビネット内部の空間を最大化させることを可能にする。
【００１７】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、上述した本発明の全体的な説明及び下記の実施形態の詳細な説明とともに本発明の実施形態を示し、本発明の原理を説明することに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態における超低温冷凍庫における部分的に壊れた斜視図である。
【図２】図１の冷凍庫で使用される冷凍システムの略図である。
【図３】図１の冷凍庫のデッキの斜視図である。
【図４】図２のデッキの内部の一部を示す斜視図である。
【図５】図２及び図３のデッキ内の断熱筐体における内部の一部の斜視図である。
【図６】図２のシステムの例示的な熱交換器を通る第１及び第２冷媒の流れを示す分解略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面、より具体的に図１を参照すると、本発明の１つの実施形態による例示的な冷凍ユニットが示される。図１のユニットは、デッキ１４を有する超低温冷凍庫（“ＵＬＴ”）１０の形態であり、このデッキ１４は、例えば約−８０℃以下の温度に冷却することを必要とする品目を保存するために、その上にあるキャビネット１６を支持する。次に、キャビネット１６は、キャビネット１６の内部１６ｃへのアクセスをもたらすキャビネットハウジング１６ａ及びドア１６ｂを含む。デッキ１４は、２段カスケードシステム２０を共同で規定する（図２）１つ以上の構成要素を支持し、この冷凍システムは、キャビネット１６と熱的に相互作用し、その内部１６ｃを冷却する。本明細書に使用されるように、用語“デッキ”は、キャビネット１６の下に設置されるまたはキャビネット１６を支持する構造組立体または骨格を称する。システム２０と同様の例示的な冷凍システムは、本出願の指定代理人が担当し且つ本出願と同時に出願された可変速度圧縮機を有する冷凍システムと題される米国特許出願第１２／５７０３４８号（代理人整理番号ＴＦＬＥＤ−２２６ＡＵＳ）で説明される。この同一出願人による出願の開示は、その全体を参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００２０】
図２から図５を参照すると、例示的な冷凍システム２０の詳細が示される。システム２０は、第１冷媒３４及び第２冷媒３６を循環させるために、第１及び第２回路をそれぞれ規定する第１段２４及び第２段２６で構成される。複数のセンサーＳ１からＳ１８がシステム２０のさまざまな状態及び／またはシステム２０内の冷媒３４、３６の特性を感知するように構成される一方で、制御装置１３０は、制御装置インターフェース１３２を通じてアクセス可能であり、システム２０の稼働を制御することを可能にする。第１段２４は、第１冷媒３４から周辺環境４０へエネルギー（すなわち熱）を移動させる一方で、第２段２６の第２冷媒３６は、キャビネット内部１６ｃからエネルギーを受ける。熱は、冷凍システム２０の第１及び第２段２４、２６と流体連通する熱交換器４４を通じて第２冷媒３６から第１冷媒３４へ移動される（図５）。
【００２１】
第１段２４は、順に、第１圧縮器５０、凝縮器５４及び第１膨張装置５８を含む。ファン６２は、フィルター５４ａを通して凝縮器５４を横断するように周囲の空気を向け、第１冷媒３４から周辺環境４０への熱の移動を促進する。第２段２６は、同様に順に、第２圧縮器７０、第２膨張装置７４及び蒸発器７８を含む。蒸発器７８は、熱が内部１６ｃから蒸発器７８に移動されるように、キャビネット１６の内部１６ｃと熱的につながり（図１）、それによって内部１６ｃを冷却する。熱交換器４４は、第１膨張装置５８と第１圧縮器５０との間で第１段２４と流体連通する。さらに、熱交換器４４は、第２圧縮器７０と第２膨張装置７４との間で第２段２６と流体連通する。通常、第１冷媒３４は、凝縮器５４内で凝縮され、熱交換器４４内のある位置で蒸発するまで液相のままである。第１冷媒の蒸気は、凝縮器５４に戻る前に、第１圧縮器５０によって圧縮される。
【００２２】
稼働において、第２冷媒３６は、蒸発器７８を通じて内部１６ｃから熱を受けて、導管９０を通って蒸発器７８から第２圧縮器７０へ流れる。蓄積装置９２は、導管９０と流体連通し、ガス形態にある第２冷媒３６を第２圧縮器７０へ通過させる一方で、液体形態にある過量の第２冷媒を蓄積し、制御された比率でそれを第２圧縮器７０へ送る。第２圧縮器７０からの圧縮された第２冷媒３６は、導管９６を通って、第１及び第２段２４、２６に互いに熱的につながる熱交換器４４内へ流入する。第２冷媒３６は、ガス形態で熱交換器４４に入り、熱を第１冷媒３４へ移動させると同時に、液体形態に凝縮する。この点において、例えば第１冷媒３４の流れは、第２冷媒３６に対して逆向きの流れであり、伝熱速度を最大化させる。１つの特別な限定的でない実施例において、熱交換器４４は、デッキ１４内に垂直に方向付けられ（図１）且つ熱交換器４４内の第１及び第２冷媒３４、３６の乱流の量を最大化させるように設計された分流ろう付けプレート式熱交換器の形態であり、この熱交換器は、第２冷媒３６から第１冷媒３４への熱移動を同様に最大化させる。別の種類または構成の熱交換器は同様に可能性がある。
【００２３】
図２から図５を継続して参照すると、第２冷媒３６は、液体形態で熱交換器４４からその出口４４ａを通って流出し、導管１０２を通って、フィルター／乾燥機ユニット１０３を通って、次に、第２膨張装置７４を通って、その後、第２段２６の蒸発器７８に戻るように流れ、この蒸発器では、第２冷媒がガス形態に蒸発する一方で、キャビネット内部１６ｃから熱を吸収する。この例示的な実施形態の第２段２６は、第２圧縮器７０を潤滑化するためのオイルループ１０４を同様に含有する。具体的に、オイルループ１０４は、導管９６と、第２圧縮器７０内へ戻すようにオイルを向けるオイル復帰ライン１０８と、と流体連通するオイル分離機１０６を含有する。さらにまたは代わりに、第２段２６は、過熱度低減器１１０を含有してもよく、第２冷媒３６の吐出流を冷却し、この過熱度低減器は、熱交換器４４の上流の導管９６と流体連通する。
【００２４】
上記のように、第１冷媒３４は、第１段２４を通して流れる。具体的に、第１冷媒３４は、熱交換器４４を通って流れる第２冷媒３６から熱を受けて、ガス形態で熱交換器４４からその出口４４ｂを通って流出し、一組の導管１１４，１１５に沿って第１圧縮器５０に向かって流れる。蓄積装置１１６は、導管１１４及び１１５間に位置決めされ、ガス形態にある第１冷媒３４を第１圧縮器５０に通過させる一方で、液体形態にある過量の第１冷媒を蓄積して、制御された速度でそれを第１圧縮器５０へ送る。第１圧縮器５０からの圧縮された第１冷媒３４は、導管１１８を通って凝縮器５４内に流れる。凝縮器５４内の第１冷媒３４は、導管１２２，１２３に沿ってフィルター／乾燥器ユニット１２６を通り、そして第１膨張装置５８内に流れる前に、それがガスから液体形態へ凝縮するにしたがって、熱を周辺環境４０へ移動させ、この膨張装置では、第１冷媒３４は、圧力損失を受ける。第１膨張装置５８から、第１冷媒３４は、導管１２７を通って、液体形態にある第１冷媒が流入する熱交換器４４内に戻るように流れる。
【００２５】
図２から図５を継続して参照すると、デッキ１４内に支持される例示的な断熱筐体１５０は、上述された１つ以上の構成要素を包囲し、これらの構成要素の十分な断熱を可能にし、この断熱は、従来型の冷凍システムに対してシステム２０の効率を同様に向上させる。具体的に、熱交換器４４は、断熱筐体１５０内に支持され、十分な量の断熱材１５２によって囲まれており、熱交換器４４における所望のレベルの効率を実現することを可能にする。その上、例えば発砲ブロックなど複数の防振装置１５４は、選択的な場所にある筐体１５０内における導管間の接触を防ぎ、筐体１５０が発泡剤で断熱されるときに導管及び別の構成要素を位置決めする。
【００２６】
この例示的な実施形態において、熱交換器４４は、全体として垂直に、さらに第１冷媒３４が全体として上方向に流れる一方で、第２冷媒３６が全体として下方向に流れるように方向付けられる。より具体的に、第１冷媒３４は、熱交換器の下部に近接して熱交換器４４に流入し、熱交換器の上部に近接して熱交換器４４から流出する。同様に、第２冷媒３６は、熱交換器の上部に近接して熱交換器４４に流入し、熱交換器の下部に近接して熱交換器４４から流出する。上記のように、第１冷媒３４は、熱交換器４４内で液体からガス形態へ蒸発する一方で、第２冷媒３６は、熱交換器４４内でガスから液体形態へ凝縮する。
【００２７】
その上、図２から図５の例示的な実施形態において、断熱筐体１５０は、その内部に第１段２４の第１膨張装置５８を支持する。この実施形態では、第１膨張装置５８は、毛管の形態であるが、考えられることは、代わりに、例えば限定なく膨張バルブ（図示せず）など他の形態を利用してもよいことである。第１膨張装置５８に加えて、第１段２４の蓄積装置１１６は、第２段２６のフィルター／乾燥機ユニット１０３のように断熱筐体１５０の内部に同様に支持される。当業者は、図示された実施形態における筐体１５０の内部に設置されるこれらの構成要素の代わりにまたは追加的に、システム２０の別の構成要素が断熱筐体１５０の内部に設置されてもよいことを容易に理解する。
【００２８】
筐体１５０内に含む構成要素を決定することに当業者が使用するファクタには、第１冷媒３４及び第２冷媒３６の沸点及び他の特性、キャビネット内部１６ｃを維持する所望の温度、さまざまな稼働圧力並びに同様のファクタを考慮に入れると、一定状態の稼働状況の下にある特定の構成要素の予期する稼働温度がある。例えば、約−８６℃の予期されたキャビネット温度及びある一般的な冷媒を有するＵＬＴ冷凍庫では、熱交換器４４は、約−４０℃で一定状態の状況下で稼働すると予期される。現在、説明される実施形態に対して適した例示的な冷媒は、それぞれの記号表示が第１冷媒３４に対してＲ４０４Ａ、第２冷媒３６に対してＲ２９０及びＡ５０８Ｂの混合物である市販の冷媒を含有する。その上、特別な実施形態において、第１及び第２冷媒は、オイルと組み合わせられてもよく、それぞれの圧縮器５０、７０の潤滑を促進する。例えば限定なく、第１冷媒３４は、モービルＥＡＬアーティック３２オイルと組み合わせられてもよく、第２冷媒は、ゼロール１５０アルキルベンゼンオイルと組み合わせられてもよい。本開示の他の態様では、図に示される構成要素の正確な配置は、限定的よりもむしろ単になる例となることを意図する。
【００２９】
上述したように、図２から図５の実施形態の熱交換器４４は、デッキ１４内、より具体的に断熱筐体１５０内に設置される。本発明に使用するために適した１つの例示的な熱交換器は、デンマークのノードボーグ(Nordborgvej)にあるダンフォスＡ／Ｓから市販されている型番B3-C30-14-30-HQ-Q1Q2Q3(H1/4D)/Q4 (H38D)のろう付けプレート式熱交換器である。図に示される熱交換器４４は、図６に示されるように、第１冷媒３４における複数の全体として平行な流れ３４ａと第２冷媒３６における複数の全体として平行な流れ３６ａとが、逆向きに流れる方法で熱交換器４４を通るように向けられ、第１及び第２冷媒３４、３６間の熱交換を可能とするように、配置される。この目的を達成するために、例示的な熱交換器４４は、複数の積み重ねた平板１６０を含有する分流ろう付けプレート式熱交換器の形態であり、これらの平板は、互いに間隔を空けられ、それぞれがその平坦面の一方または双方に一続きの溝１６０ａを有する。
【００３０】
隣接するプレート１６０間のそれぞれの体積は、チャンバー１６４、１６６を規定し、このチャンバー内で冷媒３４、３６の一方が流れる。さらに、チャンバー１６４、１６６は、交互に並ぶ、すなわち、隣接する２つのチャンバー１６４、１６６それぞれが異なる２つの冷媒３４、３６の流れを受ける方法で配置される。標準状態下では、それぞれの溝１６４が、第１冷媒３４が上方へ移動するにしたがって蒸発するその底部と隣接する液体の第１冷媒３４を有することが予期されている。標準状態下では、それぞれの溝１６６が、第２冷媒３６が下方へ移動するにしたがって凝縮するその頂部と隣接するガスの第２冷媒３６を有することが予期されている。液体冷媒に対する且つ混合された液体／ガス冷媒に対するレベルは、溝１６４及び溝１６６の間で変化してもよく、平行な溝１６４間で且つ平行な溝１６６間で同様に変化してもよい。制御装置（図示せず）は、システムの始動中を除いて、特に溝１６４または１６６が完全にガス状の冷媒か完全に液状の冷媒かで占められるという状況を最小化させるために使用される。
【００３１】
例示的な熱交換器４４の１つの態様において、プレート１６０の溝１６０ａの形状は、熱交換器４４内での乱流の発生を促進するために選択され、そして、この乱流は、冷媒３４，３６間の熱移動のレベルを最大化させる。限定なく例えば、溝１６０ａは、Ｖ字形でありまたは波型のプレートのひだとして形成されてもよい。本明細書で使用されるように、用語“分流”熱交換器は、第１または第２冷媒の流動の少なくとも一方を単一の流動から複数の流動に分ける熱交換器に関連し、この複数の流動は、単一の流体流動に最終的に再結合される。
【００３２】
例示的な熱交換器４４は、第１及び第２冷媒３４、３６それぞれの複数の流動を通じてそこに受けるように構成されているものの、考えられることは、代わりに、異なる種類の分流熱交換器４４が、冷媒３４または３６の一方のみが他方の冷媒３４または３６それぞれに対して多数の流動の中に流れるように配置されてもよいことである。限定なく例えば、代わりの分流熱交換器４４は、円筒多管式熱交換器(tube-and-shell heat exchanger)、フィン付式熱交換器(fin-plate heat exchanger)または別の種類の熱交換器の形態を呈し、これらの熱交換器は、逆向きの流れ、交差する流れまたは平行な流れの配置の複数の流動において冷媒３４，３６の少なくとも一方が流れることを可能とするように構成される。これらの代わりの種類の熱交換器４４を任意に使用することは、本開示の範囲内に収まるとみなされる。さらに、図６に示される例示的な熱交換器４４は、全体として互いに平行である第１冷媒３４の多数の流動の流れと、同様に互いに平行である第２冷媒３６の多数の流動の流れと、を可能にする。分流熱交換器４４内のこの種類の流れは、限定的よりもむしろ例となることを目的とする。
【００３３】
本発明は、さまざまな実施形態の説明によって示されると同時に、これらの実施形態が相当詳細にわたって説明される一方で、それは、出願人の限定する目的ではなく、添付の特許請求の範囲の適用範囲を上記詳細までまったく限定しない。さらなる利点及び修正は、当業者には容易にわかる。したがって、そのより広い態様の本発明は、特別な詳細と、代表的な装置及び方法と、示され且つ説明された実例となる実施例と、に限定されない。ゆえに、新たな試みは、出願人の全体的な発明に関する概念の精神または範囲から逸脱することなく、上記詳細からなされる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  超低温冷凍庫、１４  デッキ、１６  キャビネット、２０  冷凍システム、２４  第１冷凍段、３４  第１冷媒、３４ａ  流れ、３６  第２冷媒、３６ａ  流れ、４４  分流熱交換器、５０  第１圧縮器、５４  凝縮器、５８  第１膨張装置、７０  第２圧縮器、７４  第２膨張装置、７８  蒸発器、１１６  第１蓄積器、１５０  断熱筐体、１６０  プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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