(57)【要約】【課題】より効率的に庫内を超低温に冷却可能な冷凍装置を提供する。【解決手段】圧縮機１４から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブ１８で減圧し、蒸発器１３にて蒸発させて冷却作用を発揮する冷凍装置Ｒ１において、蒸発器１３から圧縮機１４に帰還する冷媒が通過する吸込配管３２内に、キャピラリチューブ１８を挿通して二重管構造とした。更に、キャピラリチューブ１８が挿通されて二重管構造とされた吸込配管３２（配管３２Ａ）を断熱材３５にて囲繞した。【選択図】図２
2011112351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する冷凍装置において、
前記蒸発器から前記圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、前記キャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
それぞれ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とを備え、前記高温側冷媒回路の蒸発器と前記低温側冷媒回路の凝縮器とでカスケード熱交換器が構成され、前記低温側冷媒回路の蒸発器にて最終的な冷却作用を発揮する冷凍装置において、
前記低温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、前記低温側冷媒回路のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
圧縮機、凝縮器、蒸発器、該蒸発器からの帰還冷媒が流通するように接続された単一若しくは複数の中間熱交換器、及び、複数のキャピラリチューブを備え、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、前記凝縮器を経た冷媒中の凝縮冷媒を前記キャピラリチューブを介して前記中間熱交換器に合流させ、該中間熱交換器で前記冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段の前記キャピラリチューブを介して最低沸点の冷媒を前記蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する冷凍装置において、
前記蒸発器から前記圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、前記最終段のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
それぞれ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とを備え、該低温側冷媒回路は、前記圧縮機、凝縮器、前記蒸発器、該蒸発器からの帰還冷媒が流通するように接続された単一若しくは複数の中間熱交換器、及び、複数のキャピラリチューブを有し、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、前記凝縮器を経た冷媒中の凝縮冷媒を前記キャピラリチューブを介して前記中間熱交換器に合流させ、該中間熱交換器で前記冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段の前記キャピラリチューブを介して最低沸点の冷媒を前記蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮すると共に、前記高温側冷媒回路の蒸発器と前記低温側冷媒回路の凝縮器とでカスケード熱交換器が構成され、前記低温側冷媒回路の蒸発器にて最終的な冷却作用を発揮する冷凍装置において、
前記低温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、前記低温側冷媒回路の最終段のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
前記高温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、前記高温側冷媒回路のキャピラリーチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記キャピラリチューブが挿通されて二重管構造とされた吸込配管を、断熱材にて囲繞したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記キャピラリチューブ内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブの外側の前記吸込配管内を通過する冷媒の流れを対向流としたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何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、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、蒸発器にて蒸発せしめて冷却作用を発揮する冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、長期低温保存を行う冷凍食品の貯蔵や、生体組織や検体などの超低温保存に用いられる超低温冷凍庫の冷凍装置は、ブタン、エチレン及びＲ１４（四フッ化炭素：ＣＦ4）を含む非共沸系混合冷媒や、ブタン、エタン及びＲ１４を含む非共沸系混合冷媒が冷媒回路に封入され、これら非共沸系混合冷媒ガス中の沸点の高いブタンの常温における作動性により冷凍装置における冷媒の取扱性を確保すると共に、極めて沸点の低いエタンやエチレンを蒸発器で蒸発させることにより、貯蔵室内の温度を−６０℃以下の超低温とするものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０７８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、所望の超低温を実現するためには、より能力の大きい圧縮機を選択しなければ成らず、係る場合には、装置の大型化、コストの高騰を伴う問題があった。また、使用する圧縮機の能力が大きくなるに従い、消費電力量の増加を伴うことから、より効率的に貯蔵室内を超低温にまで冷却可能とする冷凍装置の開発が望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明は従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、より効率的に貯蔵室内を超低温に冷却可能な冷凍装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明の冷凍装置は、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮するものであって、蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、キャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明の冷凍装置は、それぞれ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とを備え、高温側冷媒回路の蒸発器と低温側冷媒回路の凝縮器とでカスケード熱交換器が構成され、低温側冷媒回路の蒸発器にて最終的な冷却作用を発揮するものであって、低温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、低温側冷媒回路のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明の冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、この蒸発器からの帰還冷媒が流通するように接続された単一若しくは複数の中間熱交換器、及び、複数のキャピラリチューブを備え、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、凝縮器を経た冷媒中の凝縮冷媒をキャピラリチューブを介して中間熱交換器に合流させ、この中間熱交換器で冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段のキャピラリチューブを介して最低沸点の冷媒を蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮するものであって、蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、最終段のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明の冷凍装置は、それぞれ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とを備え、この低温側冷媒回路は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、この蒸発器からの帰還冷媒が流通するように接続された単一若しくは複数の中間熱交換器、及び、複数のキャピラリチューブを有し、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、凝縮器を経た冷媒中の凝縮冷媒をキャピラリチューブを介して中間熱交換器に合流させ、中間熱交換器で冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段のキャピラリチューブを介して最低沸点の冷媒を蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮すると共に、高温側冷媒回路の蒸発器と低温側冷媒回路の凝縮器とでカスケード熱交換器が構成され、低温側冷媒回路の蒸発器にて最終的な冷却作用を発揮するものであって、低温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、低温側冷媒回路の最終段のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明の冷凍装置は、請求項２又は請求項４の発明において高温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、高温側冷媒回路のキャピラリーチューブを挿通して二重管構造としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項６の発明の冷凍装置は、上記各発明においてキャピラリチューブが挿通されて二重管構造とされた吸込配管を、断熱材にて囲繞したことを特徴とする。
【００１２】
請求項７の発明の冷凍装置は、上記各発明においてキャピラリチューブ内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブの外側の吸込配管内を通過する冷媒の流れを対向流としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の本発明によれば、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する冷凍装置において、蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、キャピラリチューブを挿通して二重管構造としたので、吸込配管内の冷媒とキャピラリチューブ中の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができるようになる。
【００１４】
特に、キャピラリチューブを蒸発器から出た直後の吸込配管内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブの全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、蒸発器からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができるようになる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、それぞれ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とを備え、高温側冷媒回路の蒸発器と低温側冷媒回路の凝縮器とでカスケード熱交換器が構成され、低温側冷媒回路の蒸発器にて最終的な冷却作用を発揮する冷凍装置において、低温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、低温側冷媒回路のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたので、吸込配管内の冷媒とキャピラリチューブ中の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができるようになる。
【００１６】
特に、低温側冷媒回路のキャピラリチューブを蒸発器から出た直後の吸込配管内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブの全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、低温側冷媒回路の蒸発器からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができるようになる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、圧縮機、凝縮器、蒸発器、この蒸発器からの帰還冷媒が流通するように接続された単一若しくは複数の中間熱交換器、及び、複数のキャピラリチューブを備え、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、凝縮器を経た冷媒中の凝縮冷媒をキャピラリチューブを介して中間熱交換器に合流させ、この中間熱交換器で冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段のキャピラリチューブを介して最低沸点の冷媒を蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する冷凍装置において、蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、最終段のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたので、吸込配管内の冷媒とキャピラリチューブ中の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができるようになる。
【００１８】
特に、キャピラリチューブを蒸発器から出た直後の吸込配管内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブの全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、蒸発器からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができるようになる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、それぞれ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路と低温側冷媒回路とを備え、この低温側冷媒回路は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、この蒸発器からの帰還冷媒が流通するように接続された単一若しくは複数の中間熱交換器、及び、複数のキャピラリチューブを有し、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、凝縮器を経た冷媒中の凝縮冷媒をキャピラリチューブを介して中間熱交換器に合流させ、中間熱交換器で冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段のキャピラリチューブを介して最低沸点の冷媒を蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮すると共に、高温側冷媒回路の蒸発器と低温側冷媒回路の凝縮器とでカスケード熱交換器が構成され、低温側冷媒回路の蒸発器にて最終的な冷却作用を発揮する冷凍装置において、低温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、低温側冷媒回路の最終段のキャピラリチューブを挿通して二重管構造としたので、吸込配管内の冷媒とキャピラリチューブ中の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができるようになる。
【００２０】
特に、低温側冷媒回路のキャピラリチューブを蒸発器から出た直後の吸込配管内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブの全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、低温側冷媒回路の蒸発器からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができるようになる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、請求項２又は請求項４の発明において、高温側冷媒回路の蒸発器から圧縮機に帰還する冷媒が通過する吸込配管内に、高温側冷媒回路のキャピラリーチューブを挿通して二重管構造としたので、高温側冷媒回路においても吸込配管内の冷媒とキャピラリチューブ中の冷媒との熱交換効率をより向上させて、冷凍装置の性能を更に改善を図ることができるようになる。
【００２２】
また、上記各発明において、請求項６の発明の如くキャピラリチューブが挿通されて二重管構造とされた吸込配管を、断熱材にて囲繞すれば、熱交換効率をより一層改善することができるようになる。
【００２３】
更に、上記各発明において、請求項７の発明の如くキャピラリチューブ内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブの外側の吸込配管内を通過する冷媒の流れを対向流とすれば、更なる熱交換能力の改善を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】冷凍装置を適用した超低温貯蔵庫の側面図である。
【図２】図１の超低温貯蔵庫の実施例における冷媒回路図である。
【図３】図２に示す本発明の吸込配管内にキャピラリチューブを挿通してなる熱交換器の二重管構造を説明するための図である。
【図４】Ｒ２４５ｆａとＲ６００の混合冷媒及びＲ１４の重量を一定とし、Ｒ２３の重量を変化させた場合の各データに関するグラフである。
【図５】Ｒ２４５ｆａとＲ６００の混合冷媒及びＲ２３の重量を一定とし、Ｒ１４の重量を変化させた場合の各データに関するグラフである。
【図６】第２実施例における冷媒回路図である（実施例２）。
【図７】第３実施例における冷媒回路図である（実施例３）。
【図８】第４実施例における冷媒回路図である（実施例４）。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の冷凍装置を適用した超低温貯蔵庫１の側面図である。超低温保存庫１は、例えば長期低温保存を行う冷凍食品の貯蔵や、生体組織や検体などの超低温保存に用いられるものであり、上面に開放した断熱箱体２と、当該断熱箱体２の下部に位置して、内部に本実施例の冷凍装置Ｒ１の冷媒回路を構成する圧縮機１４等が設置される図示しない機械室とにより本体が構成されている。
【００２７】
この断熱箱体２は、いずれも上面を開放した鋼板製の外箱３と内箱４と、これら両箱３、４の上端間を接続する合成樹脂製のブレーカ５と、これら外箱３、内箱４及びブレーカ５にて囲繞された空間内を現場発泡方式にて充填されたポリウレタン樹脂断熱材７とから構成されており、上記内箱４内を上面に開口した貯蔵室８としている。
【００２８】
本実施例では、目標とする貯蔵室８内の温度（以下、庫内温度と称する。）を、例えば−８０℃以下とするため、貯蔵室８内と外気とを区画する断熱箱体２は、庫内温度を０℃付近に設定する低温庫に比して大きな断熱能力が必要とされる。そのため、上述したようなポリウレタン樹脂断熱材７のみにより当該断熱能力を確保するためには、相当の厚さに形成しなければならず、限られた本体寸法では、貯蔵室８の収納量を十分に確保することができないという問題がある。これにより、本実施例における断熱箱体２は、外箱３の内壁面にガラスウール製の真空断熱材が配置されており、当該真空断熱材による断熱能力に応じて、ポリウレタン樹脂断熱材７の厚さ寸法を小さく形成している。
【００２９】
また、ブレーカ５の上面は階段状に成形されており、そこにパッキン１１を介して断熱扉９が一端、本実施例では後端を中心に回動自在に設けられる。これにより、断熱扉９にて貯蔵室８の上面開口は開閉自在に閉塞される。また、断熱扉９の他端、本実施例では前端には、把手部１０が設けられており、当該把手部１０を操作することで、断熱扉９が開閉操作される。更に、内箱４の断熱材７側の周面には冷凍装置Ｒ１の冷媒回路を構成する蒸発器（冷媒配管）１３が交熱的（熱交換的）に取り付けられる。
【００３０】
次に、図２を参照して本実施例の冷凍装置Ｒ１の冷媒回路について説明する。本実施例の冷凍装置Ｒ１の冷媒回路は、単元単段の冷媒回路１２により構成されている。冷媒回路１２を構成する圧縮機（コンプレッサ）１４は、一相若しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機である。この圧縮機１４は、ディスーパーヒータ２０が接続され、圧縮機１４で圧縮された冷媒を、一旦、外部に吐出して放熱した後、密閉容器のシェル内に帰還させて、再び、冷媒吐出管３１に吐出する構成とされている。当該圧縮機１４の吐出側に接続された冷媒吐出管３１は、補助凝縮器（プレコンデンサ）２１に接続される。この補助凝縮器２１は貯蔵室８の開口縁を加熱して露付きを防止するためのフレームパイプ２２に接続された後、凝縮器（コンデンサ）１５に接続される。
【００３１】
そして、凝縮器１５を出た冷媒配管は、ドライコア１７及び凝縮パイプ２３に接続される。ドライコア１７は、冷媒回路１２内の水分を除去するための水分除去手段である。また、凝縮パイプ２３は、蒸発器（エバポレータ）１３から出て圧縮機１４に戻る吸込配管３２の一部と共に熱交換器１６を構成している。
【００３２】
凝縮パイプ２３を出た冷媒配管は減圧装置としてのキャピラリチューブ１８を経て蒸発器（エバポレータ）１３に接続される。当該キャピラリチューブ１８は、蒸発器１３から出て圧縮機１４に戻る吸込配管３２の一部（配管３２Ａ）内に挿通されている。具体的に、蒸発器１３の吐出側に設けられたヘッダー２６の吐出側（出口側）であって、且つ、前記熱交換器１６の吸込側に位置する吸込配管３２の一部である配管３２Ａ内に、キャピラリチューブ１８を挿通して図３に示すように二重管構造を構成している。係る二重管構造により、当該二重管２５（以下、二重管構造体と称する）の内側となるキャピラリチューブ１８を流れる冷媒と、その外側となる配管３２Ａを流れる蒸発器１３からの冷媒とが熱交換可能に構成されている。
【００３３】
ここで、上記二重管構造体２５の製造方法について説明する。先ず、比較的大径の直管状の配管３２Ａ内に直管状のキャピラリチューブ１８を挿通する。次に、係る二重管を螺旋状に複数段巻回する。このとき、配管３２Ａの軸の中心と、キャピラリチューブ１８の軸の中心とがなるべく一致するように巻回して、螺旋状の二重管を形成する。これにより、配管３２Ａの内壁面とキャピラリチューブ１８の外壁面との間にできるだけ一貫して隙間を構成する。このように、二重管を複数段螺旋状に巻回して、螺旋状の二重管構造とすることで、キャピラリーチューブ１８の長さを十分に確保し、且つ、係る二重管構造の熱交換部分を十分に確保しながら、小型化を図ることが可能となる。
【００３４】
そして、次に、配管３２Ａの両端に、両端と横に孔の空いたキャップ状の接続配管（図示せず）を取り付け、横の孔からキャピラリチューブ１８の端部をそれぞれ引き出した後、当該横孔を溶接してシールする。更に、配管３２Ａの一端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管３２Ａの接続部を溶接し、該接続配管の他端に蒸発器１３の吐出側に接続された吸込配管３２を接続して、この接続部を溶接する。同様に、配管３２Ａの他端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管３２Ａの接続部分を溶接し、該接続配管の他端に熱交換器１６に至る吸込配管３２を接続して、この接続部を溶接する。そして、係る二重管構造とされた配管３２Ａを断熱材３５により囲繞することで、本実施例の二重管構造体２５を構成することができる。
【００３５】
ところで、従来の冷凍装置において、キャピラリチューブと蒸発器から出た吸込配管とを熱交換可能に形成する場合には、キャピラリチューブの外壁と当該吸込配管の外壁とが交熱的に接触するように、吸込配管の外周面にキャピラリチューブを添設していた。この場合、吸込配管とキャピラリチューブとは線接触するのみである。このため、熱交換性能が悪く、熱交換を十分に行うことができなかった。
【００３６】
これに対して、本発明の如くキャピラリチューブ１８を吸込配管３２（配管３２Ａ）内に挿通して二重管構造とすることで、キャピラリチューブ１８内を通過する冷媒と吸込配管３２内を通過する冷媒とは、キャピラリチューブ１８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換することとなる。これにより、従来の構造から比して、熱交換性能を格段に向上させることができるようになる。特に、上述したように二重管構造の配管３２Ａの外周全体を断熱材３５により囲繞することで、外部からの熱の影響を受け難くなり、配管３２Ａ内の冷媒とキャピラリチューブ１８内の冷媒との熱交換能力をより一層向上させることができるようになる。
【００３７】
更に、二重管構造の内側となるキャピラリーチューブ１８内と、当該キャピラリチューブ１８の外側の吸込配管３２（配管３２Ａ）内において、冷媒の流れが対向流となるように冷媒を流すことで、二重管構造体２５における熱交換能力をより一層改善することができるようになる。
【００３８】
係る二重管構造体２５は、上記断熱部材７内に配置されている。具体的には、図１に示すように、内箱４の背面側であって、熱交換器１６の下方となる断熱材７内に出し入れ可能に収納されている。
【００３９】
一方、当該二重管構造体２５を出た吸込配管３２は、熱交換器１６、逆止弁２７、アキュムレータ２８を順次経て圧縮機１４の吸込側に接続される。尚、本実施例において、補助凝縮器２１及び凝縮器１５は一体の凝縮器として構成されており、凝縮器用送風機としての凝縮用ファン２９により冷却される。
【００４０】
本実施例では、上記冷媒回路１２内にＲ２４５ｆａとＲ６００とからなる混合冷媒と、Ｒ２３と、Ｒ１４とから構成される非共沸混合冷媒が充填されている。Ｒ２４５ｆａは、１，１，１，−３，３−ペンタフルオロプロパン（ＣＦ3ＣＨ2ＣＨＦ2）であり、沸点は＋１５．３℃である。Ｒ６００は、ブタン（Ｃ4Ｈ10）であり、沸点は−０．５℃である。当該Ｒ６００は、圧縮機１４の潤滑油やドライヤー１７で吸収しきれなかった混合水分をその中に溶け込ませた状態で圧縮機１４に帰還せしめる機能を有する。しかし、このＲ６００は、可燃性物質であるため、不燃性であるＲ２４５ｆａと所定割合、本実施例ではＲ２４５ｆａ・／Ｒ６００＝７０／３０の割合で混合することにより、不燃性として扱うことが可能となる。Ｒ２３は、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）であり、沸点は−８２．１℃である。Ｒ１４は、テトラフルオロメンタン（ＣＦ4）であり、沸点は、−１２７．９℃である。
【００４１】
そして、本実施例におけるこれら混合冷媒の組成は、Ｒ２４５ｆａとＲ６００の混合冷媒が全体の６４重量％、Ｒ２３が２４重量％、Ｒ１４が１２重量％である。
【００４２】
尚、図２において矢印は当該冷媒回路１２を循環する冷媒の流れを示している。具体的に説明すると、圧縮機１４から吐出された高温ガス状冷媒は、一旦、ディスーパーヒータ２０側の冷媒吐出管を介して密閉容器からディスーパーヒータ２０に吐出され、放熱された後、再度密閉容器のシェル内に戻る。これにより、密閉容器のシェル内をディスーパーヒータ２０にて放熱して温度低下した冷媒により冷却することができる。そして、係る高温ガス状冷媒は、冷媒吐出管３１を介して密閉容器から吐出され、補助凝縮器２１、フレームパイプ２２、凝縮器１５にて凝縮されて放熱液化した後、ドライコア１７で含有する水分が除去され、熱交換器１６に流入する。この熱交換器１６において、凝縮器１５からの冷媒は交熱的に配設される吸込配管３２内の低温の冷媒と熱交換することで、未凝縮の冷媒を冷却して凝縮液化した後、キャピラリチューブ１８に流入する。
【００４３】
ここで、キャピラリチューブ１８において、冷媒は当該キャピラリチューブ１８の全周に設けられた吸込配管３２内を通過する冷媒と、キャピラリチューブ１８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換して、更に温度低下しながら減圧した後、蒸発器１３に流入する。そして、蒸発器１３において冷媒Ｒ１４、Ｒ２３が周囲から熱を奪って蒸発する。このとき、冷媒Ｒ１４、Ｒ２３が蒸発器１３で蒸発することにより、冷却作用を発揮して、この蒸発器１３の周囲を−８５℃という超低温に冷却する。この場合、前述したように当該蒸発器（冷媒配管）１３は内箱４の断熱材７側に沿って交熱的に巻回して構成されているので、係る蒸発器１３の冷却により、超低温貯蔵庫１の貯蔵室８内を、−８０℃以下の庫内温度とすることが可能となる。
【００４４】
そして、蒸発器１３にて蒸発した冷媒は、その後、吸込配管３２を介して蒸発器１３から出て、ヘッダー２６、前述した二重管構造体２５、熱交換器１６、逆止弁２７、アキュムレータ２８を経て圧縮機１４に帰還する。
【００４５】
このとき、圧縮機１４の運転中の蒸発器１３の最終到達温度は−１００℃乃至−６０℃になる。かかる低温下では冷媒中のＲ２４５ｆａは沸点が＋１５．３℃であり、Ｒ６００は沸点が−０．５℃であるため、蒸発器１３では蒸発せず液状態のままであり、従って、冷却には殆ど寄与しない。しかし、Ｒ６００は圧縮機１４の潤滑油やドライコア１７で吸収しきれなかった混入水分をその中に溶け込ませた状態で圧縮機１４に帰還せしめる機能と、その液冷媒の圧縮機１４内での蒸発により、圧縮機１４の温度を低減させる機能を奏する。
【００４６】
蒸発器１３における蒸発温度は、冷媒回路１２内に封入される非共沸系混合冷媒の組成比率により異なる。以下、各実験結果に基づき各冷媒の組成比率に対する蒸発器温度、庫内温度、高圧側圧力、低圧側圧力について詳述する。図４はＲ２４５ｆａとＲ６００の混合冷媒及びＲ１４の重量を一定とし、Ｒ２３の重量を変化させた場合の蒸発器入口温度、庫内温度、高圧側圧力、低圧側圧力について示したグラフである。図５はＲ２４５ｆａとＲ６００の混合冷媒及びＲ２３の重量を一定とし、Ｒ１４の重量を変化させた場合の蒸発器入口温度、庫内温度、高圧側圧力、低圧側圧力について示したグラフである。
【００４７】
図４の実験結果は、封入される全冷媒重量に対するＲ２３の重量比率を２０．０重量％から４２．０重量％まで増加させたものである。これによると、かかる実験で最小量とされる２０．０重量％では、蒸発器１３の入口温度が−８８．０℃であり、これに対する庫内温度が−７１．０℃であった。これに対し、当該Ｒ２３の重量比率を２１．３重量％とすると、急激に蒸発器１３の入口温度が−９５．９℃にまで低下し、これに対する庫内温度も−８７．５℃にまで低下している。以後、当該Ｒ２３の重量比率を４２．０重量％まで増加させていくに従い、僅かな温度上昇をするのみで、いずれも庫内温度を約−８５℃以下とすることを可能としている。
【００４８】
また、図５の実験結果は、封入される全冷媒重量に対するＲ１４の重量比率を０．０重量％から１４．１重量％まで増加させたものである。これによると、かかる実験で最小量とされる０．０重量％、即ち、Ｒ１４を含まない場合における蒸発器１３の入口温度は−６６．１℃であり、これに対する庫内温度が−６６．９℃であった。これに対し、当該Ｒ１４の重量比率を１．８重量％とすると、急激に蒸発器１３の入口温度が−８０．２℃にまで低下し、これに対する庫内温度も−７４．１℃にまで低下した。徐々にＲ１４の重量％を増加させていき、本実験では、１４．１重量％の時点で、蒸発器１３の入口温度が−９８．９℃にまで低下し、これに対する庫内温度も−９０．０℃にまで低下している。Ｒ１４の沸点が−１２９．７℃であることから、以後、Ｒ１４の重量比率を増加させていくと、更に蒸発器１３の温度及び庫内温度が低下することが予想される。
【００４９】
しかしながら、図５のグラフからわかるように、Ｒ１４の重量比率が増加するに従い、高圧側圧力が上昇している。そのため、更に、Ｒ１４の重量比率を増加させ、２０重量％以上となった場合には、高圧側圧力が例えば３ＭＰａ以上となるまでに高くなりすぎてしまう問題が発生する。当該高圧側圧力の上昇は、圧縮機１４等に対する機器の破損を招く問題やまた、当該圧縮機１４の起動性が悪くなるという問題がある。そのため、好適に目標とする庫内温度を−７５℃以下とするためには、Ｒ１４の重量比率を全体の３重量％〜２０重量％とすることが好ましい。
【００５０】
尚、上述したようにＲ２３の沸点は、−８２．１℃である。そのため、当該Ｒ２３のみでは、蒸発器１３の温度を当該沸点以下の温度を達成することができない。しかしながら、本発明のように沸点が著しく低いＲ１４を所定量、例えば約５重量％以上加えることで、Ｒ１４の冷却作用により、恒常的に蒸発器１３における蒸発温度を−８０℃以下の超低温を実現することが可能となる。
【００５１】
上記各実験結果より、冷媒回路１２内に封入される非共沸混合冷媒は、総重量に対して、Ｒ２４５ｆａとＲ６００とをあわせた混合冷媒の総重量が４０重量％から８０重量％、Ｒ２３が１５重量％から４７重量％、Ｒ１４が３重量％から２０重量％とすることで、不燃性の非共沸混合冷媒により庫内温度を−７０℃以下とする超低温を実現することができるようになる。特に、冷媒回路１２内に封入される非共沸混合冷媒は、総重量に対して、Ｒ２４５ｆａとＲ６００とをあわせた混合冷媒の総重量が４９重量％〜７０重量％、Ｒ２３が２１重量％〜４２重量％、Ｒ１４が９重量％〜２０重量％とすることで、不燃性の非共沸混合冷媒により庫内温度を−８５℃以下とする超低温を実現することができるようになる。
【００５２】
これにより、食品や、生体組織、検体等の長期保存をより安定化させることができ、信頼度の向上を図ることができる。また、当該非共沸混合冷媒は、不燃性であることから、安全に用いることが可能となり、取扱性の向上、及び、冷媒配管が破損等し、該混合冷媒が漏出した際に燃える不都合を回避することができる。
【００５３】
特に、当該非共沸混合冷媒の各成分の組成比率を、Ｒ２４５ｆａとＲ６００との混合冷媒を６４重量％、Ｒ２３を２４重量％、Ｒ１４を１２重量％とした場合には、庫内温度を−８０℃以下とする超低温を実現することができるようになる。これにより、より一層安定して食品や、生体組織、検体等の長期保存を行うことが可能となり、機器の信頼度を向上させることが可能となる。
【００５４】
尚、上記Ｒ２３は、これに限られるものではなく、例えば、沸点が−７８．４℃であるＲ１１６（ヘキサフルオロエタン：ＣＦ3ＣＦ3）、若しくは、当該Ｒ２３とＲ１１６とを所定割合で混合して構成されるＲ５０８Ａ（Ｒ２３／Ｒ１１６＝３９／６１、沸点：−８５．７℃）やＲ５０８Ｂ（Ｒ２３／Ｒ１１６＝４６／５４、沸点：−８６．９℃）であっても同様の効果を奏することが可能である。
【００５５】
また、本実施例のような非共沸混合冷媒を用いることで、冷媒組成の変更に伴う従来からの冷凍回路を殆ど変更することなく、その性能を維持することができると共に、オゾン層の破壊という環境問題に対応することができる。
【００５６】
更に、前述した本発明の如く蒸発器１３から圧縮機１４に帰還する冷媒が通過する吸込配管３２（配管３２Ａ）内に、キャピラリチューブ１８を挿通して二重管構造とすることで、配管３２Ａ内の冷媒とキャピラリチューブ１８内の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができる。特に、キャピラリチューブ１８を本発明の如く蒸発器１３から出た直後の吸込配管３２の配管３２Ａ内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブ１８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、蒸発器１３からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができる。
【００５７】
更に、キャピラリチューブ１８が挿通されて二重管構造とされた配管３２Ａを、断熱材３５にて囲繞することで、熱交換効率をより一層改善することができるようになる。更にまた、キャピラリチューブ１８内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブ１８の外側の配管３２Ａ内を通過する冷媒の流れを対向流とすることで、更なる熱交換能力の改善を図ることができる。
【００５８】
これらにより、従来の同様の使用の冷凍装置から比して、１５％〜２０％程の省エネを図ることができるようになる。また、蒸発器１３の周囲の温度も従来より低温を実現することが可能となる。これにより、従来使用していた圧縮機より能力の小さい圧縮機に変更した場合であっても、十分な性能を確保することが可能となる。これにより、消費電力量の更なる低減や装置の小型化を図ることができる。
【００５９】
総じて、本発明により、所謂多段式の冷凍方式を用いることなく、本実施例のように、単段式の冷凍方式によって、超低温を実現することができることから、装置を簡素化することができ、コストの低減を図ることができる。
【００６０】
尚、本発明の冷凍装置は実施例の冷凍装置Ｒ１に限定されるものでなく、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮した後、キャピラリチューブで減圧し、蒸発器にて蒸発させて冷却作用を発揮するものであれば本発明は有効である。また、本実施例において、熱交換器１６を使用しない場合は、他の周知の冷却手段を用いて、圧縮ガスの温度をこれらの温度範囲に冷却して目的とする凝縮過程の進行を図っても良い。
【００６１】
更に、本実施例では、冷媒回路１２にＲ２４５ｆａ、Ｒ６００、Ｒ２３、Ｒ１４を含む非共沸混合冷媒、又は、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ６００、Ｒ１１６、Ｒ１４を含む非共沸混合冷媒、又は、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ６００、Ｒ５０８Ａ、Ｒ１４を含む非共沸混合冷媒、又は、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ６００、Ｒ５０８Ｂ、Ｒ１４を含む非共沸混合冷媒を封入するものとして説明したが、これに限らず、単一冷媒を使用した場合であっても、本発明は有効である。
【実施例２】
【００６２】
次に、本発明の他の実施例の冷凍装置について、図６を用いて説明する。図６は、図１の超低温貯蔵庫１の冷凍装置を構成するもう一つの実施例の冷媒回路図である。この場合、当該冷凍装置Ｒ２の冷媒回路を構成する圧縮機５４、８４等は超低温貯蔵庫１の断熱箱体２の下部に位置する図示しない機械室に設置されており、蒸発器（冷媒配管）８３は、前記実施例１の蒸発器１３と同様に、内箱４の断熱材７側の周面に交熱的に取り付けられている。
【００６３】
本実施例の冷凍装置Ｒ２の冷媒回路は、多元（二元）単段の冷媒回路として、それぞれ独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路５２と低温側冷媒回路８２により構成されている。高温側冷媒回路５２を構成する圧縮機５４は、一相若しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機である。この圧縮機５４は、ディスーパーヒータ６０が接続され、圧縮機５４で圧縮された冷媒を、一旦、外部に吐出して放熱した後、密閉容器のシェル内に帰還させて、再び、冷媒吐出管７１に吐出する構成とされている。当該圧縮機５４の吐出側に接続された冷媒吐出管７１は、補助凝縮器（プレコンデンサ）６１に接続される。この補助凝縮器６１は貯蔵室８の開口縁を加熱して露付きを防止するためのフレームパイプ６２に接続される。フレームパイプ６２を出た冷媒配管は、低温側冷媒回路８２を構成する圧縮機８４のオイルクーラー８４Ｃに接続された後、凝縮器（コンデンサ）５５に接続される。
【００６４】
そして、凝縮器５５を出た冷媒配管は、高温側デハイドレータ（ドライコア）５７及びキャピラリチューブ５８に接続される。デハイドレータ５７は、高温側冷媒回路５２内の水分を除去するための水分除去手段である。また、キャピラリーチューブ５８は、カスケード熱交換器５６の高温側蒸発器５９から出て圧縮機５４に戻る吸込配管７２の一部（７２Ａ）内に挿通されている。
【００６５】
具体的には、蒸発器５９の吐出側であって、且つ、アキュムレータ６８の吸込側に位置する吸込配管７２の一部である配管７２Ａ内に、キャピラリチューブ５８を挿通して図３に示すように二重管構造を構成している。係る二重管構造により、当該二重管６７（以下、二重管構造体と称する）の内側となるキャピラリチューブ５８を流れる冷媒と、その外側となる配管７２Ａを流れる蒸発器８３からの冷媒とが熱交換可能に構成されている。
【００６６】
上記二重管構造体６７は前記実施例１で説明した二重管構造体２５と同様の方法で製造される。即ち、先ず、比較的大径の直管状の配管７２Ａ内に直管状のキャピラリチューブ５８を挿通する。次に、係る二重管を螺旋状に複数段巻回する。このとき、配管７２Ａの軸の中心と、キャピラリチューブ５８の軸の中心とがなるべく一致するように巻回して、螺旋状の二重管を形成する。これにより、配管７２Ａの内壁面とキャピラリチューブ５８の外壁面との間にできるだけ一貫して隙間を構成する。このように、二重管を複数段螺旋状に巻回して、螺旋状の二重管構造とすることで、キャピラリーチューブ５８の長さを十分に確保し、且つ、係る二重管構造の熱交換部分を十分に確保しながら、小型化を図ることが可能となる。
【００６７】
そして、次に、配管７２Ａの両端に、両端と横に孔の空いたキャップ状の接続配管（図示せず）を取り付け、横の孔からキャピラリチューブ５８の端部をそれぞれ引き出した後、当該横孔を溶接してシールする。更に、配管７２Ａの一端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管７２Ａの接続部を溶接し、該接続配管の他端に蒸発器５９の吐出側に接続された吸込配管７２を接続して、この接続部を溶接する。同様に、配管７２Ａの他端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管７２Ａの接続部分を溶接し、該接続配管の他端にアキュムレータ６８に至る吸込配管７２を接続して、この接続部を溶接する。そして、係る二重管構造とされた配管７２Ａの外周を断熱材（図示せず）により囲繞することで、本実施例の二重管構造体６７を構成することができる。
【００６８】
このように、キャピラリチューブ５８を吸込配管７２（配管７２Ａ）内に挿通して二重管構造とすることで、キャピラリチューブ５８内を通過する冷媒と吸込配管７２（配管７２Ａ）内を通過する冷媒とは、キャピラリチューブ５８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換することとなる。これにより、従来の吸込配管の外周面にキャピラリチューブを添設した構造から比して、熱交換性能を格段に向上させることができるようになる。
【００６９】
更に、上述したように二重管構造の配管７２Ａの外周全体を断熱材により囲繞することで、外部からの熱の影響を受け難くなり、配管７２Ａ内の冷媒とキャピラリチューブ５８内の冷媒との熱交換能力をより一層向上させることができるようになる。更にまた、二重管構造の内側となるキャピラリーチューブ５８内と、当該キャピラリチューブ５８の外側の吸込配管７２（配管７２Ａ）内において、冷媒の流れが対向流となるように冷媒を流すことで、当該二重管構造体６７における熱交換能力をより一層改善することができるようになる。
【００７０】
また、キャピラリチューブ５８を出た冷媒配管は、低温側冷媒回路８２の凝縮器８５と交熱的に設けられた高温側蒸発器５９に接続される。当該高温側蒸発器５９は、低温側冷媒回路８２の凝縮器８５と共にカスケード熱交換器５６を構成している。
【００７１】
高温側蒸発器５９から出た吸込配管７２は、高温側ヘッダー６６、上記二重管構造体６７、アキュムレータ６８、逆止弁６９を順次経て圧縮機５４の吸込側に接続される。
【００７２】
当該高温側冷媒回路５２内には、冷媒としてＲ４０４Ａが封入されている。当該Ｒ４０４Ａは、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ2ＣＦ3）と、Ｒ１４３ａ（１，１，１−トリフルオロエタン：ＣＨ3ＣＦ3）と、Ｒ１３４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタン：ＣＨ2ＦＣＦ3）とから構成され、その組成は、Ｒ１２５が４４重量％、Ｒ１４３ａが５２重量％、Ｒ１３４ａが４重量％である。当該混合冷媒の沸点は、−４６．５℃である。
【００７３】
尚、高温側冷媒回路５２内に封入される冷媒は、上述したＲ４０４Ａに限定されるものでない。例えば、Ｒ１３４ａとＲ３２（ジフルオロメタン：ＣＨ2Ｆ2）とＲ１２５との３種混合冷媒から成るＲ４０７Ｃを冷媒として封入するものとしても本発明は有効である。
【００７４】
図６において、破線矢印は高温側冷媒回路５２を循環する冷媒の流れを示している。即ち、圧縮機５４から吐出された高温ガス状冷媒は、一旦、ディスーパーヒータ６０側の冷媒吐出管を介して密閉容器からディスーパーヒータ６０に吐出され、放熱された後、再度密閉容器のシェル内に戻る。これにより、密閉容器のシェル内をディスーパーヒータ６０にて放熱して温度低下した冷媒により冷却することができる。そして、係る高温ガス状冷媒は、冷媒吐出管７１を介して密閉容器から吐出され、補助凝縮器６１、フレームパイプ６２、低温側冷媒回路８２の圧縮機８４のオイルクーラー８４Ｃ、凝縮器５５にて凝縮されて放熱液化した後、デハイドレータ５７で含有する水分が除去され、二重管構造体６７のキャピラリチューブ５８に流入する。
【００７５】
ここで、キャピラリチューブ５８において、冷媒は当該キャピラリチューブ５８の全周に設けられた吸込配管７２（配管７２Ａ）内を通過する冷媒と、キャピラリチューブ５８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換して、更に温度低下しながら減圧されて、蒸発器５９に流入する。そして、蒸発器５９においてＲ２０４Ａがカスケード熱交換器５６の凝縮器８５内を流れる冷媒から吸熱することにより蒸発する。このとき、Ｒ２０４Ａ冷媒が蒸発することにより、凝縮器８５内を流れる冷媒が冷却される。
【００７６】
そして、蒸発器５９にて蒸発した冷媒は、その後、吸込配管７２を介して高温側蒸発器５９から出て、高温側ヘッダー６６を経て二重管構造体６７内に流入し、前述したキャピラリチューブ５８内を流れる冷媒と熱交換した後、アキュムレータ６８、逆止弁６９を経て圧縮機５４に帰還する。
【００７７】
他方、低温側冷媒回路８２を構成する圧縮機８４は、高温側冷媒回路５２の圧縮機５４と同様に一相若しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機である。この圧縮機８４は、ディスーパーヒータ９０が接続され、圧縮機８４で圧縮された冷媒を、一旦、外部に吐出して放熱した後、密閉容器のシェル内に帰還させて、再び、冷媒吐出管１０１に吐出する構成とされている。当該圧縮機８４の吐出側に接続された冷媒吐出管１０１は、補助凝縮器（プレコンデンサ）９１に接続される。補助凝縮器９１を出た冷媒配管はオイルセパレータ９２に接続される。このオイルセパレータ９２には、圧縮機８４に戻るオイル戻し管１０３が接続される。
【００７８】
オイルセパレータ９２を出た冷媒配管は、内部熱交換器９３に至る。この内部熱交換器９３は、圧縮機８４で圧縮され、キャピラリチューブ８８に向かう途中の高圧側冷媒と蒸発器８６にて蒸発し、圧縮機８４に戻る途中の低圧側冷媒とを熱交換するための熱交換器である。
【００７９】
内部熱交換器９３を経た高圧側の冷媒配管は、凝縮器８５に接続される。当該凝縮器８５は、前述したように高温側冷媒回路５２の高温側蒸発器５９と共にカスケード熱交換器５６を構成している。凝縮器８５から出た冷媒配管は、低温側デハイドレータ（ドライコア）８７及びキャピラリチューブ８８に接続される。デハイドレータ８７は、低温側冷媒回路８２内の水分を除去するための水分除去手段である。また、キャピラリチューブ８８は、蒸発器８３から出て圧縮機８４に戻る吸込配管１０２の一部（配管１０２Ａ）内に挿通されている。
【００８０】
具体的には、蒸発器８３の吐出側であって、且つ、内部熱交換器９３の吸込側に位置する吸込配管１０２の一部である配管１０２Ａ内に、キャピラリチューブ８８を挿通して図３に示すように二重管構造を構成している。係る二重管構造により、当該二重管９５（以下、二重管構造体と称する）の内側となるキャピラリチューブ８８を流れる冷媒と、その外側となる配管１０２Ａを流れる蒸発器８３からの冷媒とが熱交換可能に構成されている。
【００８１】
上記二重管構造体９５は前記実施例１で説明した二重管構造体２５と同様の方法で製造される。即ち、先ず、比較的大径の直管状の配管１０２Ａ内に直管状のキャピラリチューブ８８を挿通する。次に、係る二重管を螺旋状に複数段巻回する。このとき、配管１０２Ａの軸の中心と、キャピラリチューブ８８の軸の中心とがなるべく一致するように巻回して、螺旋状の二重管を形成する。これにより、配管１０２Ａの内壁面とキャピラリチューブ８８の外壁面との間にできるだけ一貫して隙間を構成する。このように、二重管を複数段螺旋状に巻回して、螺旋状の二重管構造とすることで、キャピラリーチューブ８８の長さを十分に確保し、且つ、係る二重管構造の熱交換部分を十分に確保しながら、小型化を図ることが可能となる。
【００８２】
そして、次に、配管１０２Ａの両端に、両端と横に孔の空いたキャップ状の接続配管（図示せず）を取り付け、横の孔からキャピラリチューブ８８の端部をそれぞれ引き出した後、当該横孔を溶接してシールする。更に、配管１０２Ａの一端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管１０２Ａの接続部を溶接し、該接続配管の他端に蒸発器８３の吐出側に接続された吸込配管１０２を接続して、この接続部を溶接する。同様に、配管１０２Ａの他端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管１０２Ａの接続部分を溶接し、該接続配管の他端に内部熱交換器９３に至る吸込配管１０２を接続して、この接続部を溶接する。そして、係る二重管構造とされた配管１０２Ａの外周を断熱材１０５により囲繞することで、本実施例の二重管構造体９５を構成することができる。
【００８３】
このように、キャピラリチューブ８８を吸込配管１０２（配管１０２Ａ）内に挿通して二重管構造とすることで、キャピラリチューブ８８内を通過する冷媒と吸込配管１０２（配管１０２Ａ）内を通過する冷媒とは、キャピラリチューブ８８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換することとなる。これにより、従来の吸込配管の外周面にキャピラリチューブを添設した構造から比して、熱交換性能を格段に向上させることができるようになる。
【００８４】
更に、上述したように二重管構造の配管１０２Ａの外周全体を断熱材１０５により囲繞することで、外部からの熱の影響を受け難くなり、配管１０２Ａ内の冷媒とキャピラリチューブ８８内の冷媒との熱交換能力をより一層向上させることができるようになる。更にまた、二重管構造の内側となるキャピラリーチューブ８８内と、当該キャピラリチューブ８８の外側の吸込配管１０２（配管１０２Ａ）内において、冷媒の流れが対向流となるように冷媒を流すことで、当該二重管構造体９５における熱交換能力をより一層改善することができるようになる。
【００８５】
係る二重管構造体９５は、前記実施例１の二重管構造体２５と同様に、内箱４の背面側の下方となる断熱材７内に出し入れ可能に収納されている。
【００８６】
一方、当該二重管構造体９５を出た吸込配管１０２は、内部熱交換器９３を経て圧縮機８４の吸込側に接続される。圧縮機８４には更に冷媒配管１０６が接続されており、当該冷媒配管１０６には圧縮機８４停止時に冷媒を貯溜する膨張タンク１０７が減圧装置としてのキャピラリーチューブ１０８を介して接続されている。
【００８７】
他方、当該低温側冷媒回路８２内には、冷媒としてＲ５０８Ａが封入されている。当該Ｒ５０８Ａは、Ｒ２３（トリフルオロメタン：ＣＨＦ3）と、Ｒ１１６（ヘキサフルオロエタン：ＣＦ3ＣＦ3）とから構成され、その組成は、Ｒ２３が３９重量％、Ｒ１１６が６１重量％である。当該混合冷媒の沸点は、−８５．７℃である。
【００８８】
尚、低温側冷媒回路８２内に封入される冷媒は、本実施例で説明したＲ５０８Ａに限定されるものではない。例えば、Ｒ５０８Ａに代えてＲ２３とＲ１１６との混合比率が異なるＲ５０８Ｂ（Ｒ２３／Ｒ１１６：４６／５４）を用いた場合であっても本発明は有効である。
【００８９】
図６において、実線矢印は低温側冷媒回路８２を循環する冷媒の流れを示している。具体的に当該低温側冷媒回路８２における冷媒の流れを説明すると、圧縮機８４から吐出された高温ガス状冷媒は、一旦、ディスーパーヒータ９０側の冷媒吐出管を介して密閉容器からディスーパーヒータ９０に吐出され、放熱された後、再度密閉容器のシェル内に戻る。これにより、密閉容器のシェル内をディスーパーヒータ９０にて放熱して温度低下した冷媒により冷却することができる。そして、係る高温ガス状冷媒は、冷媒吐出管１０１を介して密閉容器から吐出され、補助凝縮器９１にて放熱した後、オイルセパレータ９２内に流入する。
【００９０】
当該オイルセパレータ９２にて冷媒と混合している圧縮機８４の潤滑オイルの大部分と補助凝縮器９１にて凝縮液化した冷媒の一部がオイル戻し管１０３にて圧縮機８４に帰還される。一方、オイルセパレータ９２から出た冷媒は、内部熱交換器９３、凝縮器８５にて凝縮されて放熱液化した後、低温側デハイドレータ８７で含有する水分が除去され、キャピラリチューブ８８に流入する。
【００９１】
ここで、キャピラリチューブ８８において、冷媒は当該キャピラリチューブ８８の全周に設けられた吸込配管１０２（配管１０２Ａ）内を通過する冷媒と、キャピラリチューブ８８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換して、更に温度低下しながら減圧されて蒸発器８３に流入する。そして、蒸発器８３において冷媒Ｒ５０８Ａが周囲から熱を奪って蒸発する。このとき、冷媒Ｒ５０８が蒸発器８３で蒸発することにより、冷却作用を発揮して、この蒸発器８３の周囲を−８６℃〜−８７℃という超低温に冷却する。この場合、前述したように当該蒸発器（冷媒配管）８３は内箱４の断熱材７側に沿って交熱的に巻回して構成されているので、係る蒸発器８３の冷却により、超低温貯蔵庫１の貯蔵室８内を、−８０℃以下の庫内温度とすることが可能となる。
【００９２】
そして、蒸発器８３にて蒸発した冷媒は、その後、吸込配管１０２を介して蒸発器８３から出て、前述した二重管構造体９５、内部熱交換器９３を経て圧縮機８４に帰還する。
【００９３】
他方、低温側冷媒回路８２を構成する圧縮機８４は、貯蔵室８内の庫内温度に基づき、図示しない制御装置により、ＯＮ−ＯＦＦ制御が行われる。この場合、制御装置により圧縮機８４の運転が停止されると、低温側冷媒回路８２内の混合冷媒は、冷媒配管１０６よりキャピラリチューブ１０８を介して、膨張タンク１０７内に回収される。
【００９４】
これにより、冷媒回路８２内の圧力が上昇することを防止することができる。また、制御装置により圧縮機８４が起動された際には、キャピラリーチューブ１０８を介して徐々に膨張タンク１０７から圧縮機８４内に冷媒を戻すことで、圧縮機８４の起動負荷を軽減することが可能となる。
【００９５】
以上詳述したように、蒸発器８３から圧縮機８４に帰還する冷媒が通過する吸込配管１０２（配管１０２Ａ）内に、キャピラリチューブ８８を挿通して二重管構造とすることで、配管１０２Ａ内の冷媒とキャピラリチューブ８８内の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができる。
【００９６】
特に、キャピラリチューブ８８を本発明の如く蒸発器８３から出た直後の吸込配管１０２の配管１０２Ａ内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブ８８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、蒸発器８３からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができる。従って、本実施例のような超低温貯蔵庫１では、特に有効である。
【００９７】
更に、キャピラリチューブ８８が挿通されて二重管構造とされた配管１０２Ａを、断熱材１０５にて囲繞することで、熱交換効率をより一層改善することができるようになる。更にまた、キャピラリチューブ８８内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブ８８の外側の配管１０２Ａ内を通過する冷媒の流れを対向流とすることで、更なる熱交換能力の改善を図ることができる。
【００９８】
更にまた、本実施例では、高温側冷媒回路５２の減圧手段としてのキャピラリチューブ５８も低温側冷媒回路８２のキャピラリチューブ８８と同様に二重管構造とされ、係る二重管構造の配管７２Ａが断熱材にて囲繞されている。更に、二重管構造の内側となるキャピラリーチューブ５８内と、当該キャピラリチューブ５８の外側の吸込配管７２（配管７２Ａ）内において、冷媒の流れが対向流となる。これにより、蒸発器５９からの帰還冷媒によって、キャピラリチューブ５８内の冷媒を効率的に冷却することができる。これにより、熱交換効率をより一層向上させて、更なる性能の改善を図ることができる。
【００９９】
総じて、本発明により効率的に貯蔵室８内を所望の超低温に冷却可能とする超低温貯蔵庫１を実現することができる。特に、本発明によれば、従来の同様の使用の冷凍装置から比して、１５％〜２０％程の省エネを図ることができるようになる。また、蒸発器１３の周囲の温度も従来では、−８３℃程であったが、上述した本発明の構造とすることで、−８６℃〜−８７℃という低温を実現することが可能となる。これにより、従来、低温側冷媒回路８２の圧縮機として使用していた２００Ｖ仕様の圧縮機から能力の小さい１１５Ｖ仕様の圧縮機に変更した場合であっても、十分な性能を確保することが可能となる。これにより、消費電力量の更なる低減や装置の小型化を図ることができる。
【実施例３】
【０１００】
次に、本発明のもう一つの他の実施例の冷凍装置について、図７を用いて説明する。図７は、図１の超低温貯蔵庫１の冷凍装置を構成するもう一つの他の実施例の冷媒回路図である。この場合、当該冷凍装置Ｒ３の冷媒回路を構成する圧縮機１１４等は超低温貯蔵庫１の断熱箱体２の下部に位置する図示しない機械室に設置されており、蒸発器（冷媒配管）１１３は、内箱４の断熱材７側の周面に交熱的に取り付けられている。
【０１０１】
本実施例の冷凍装置Ｒ３の冷媒回路は、圧縮機１１４、凝縮器１１５、蒸発器１１３、この蒸発器１１３からの帰還冷媒が流通するように接続された単一の中間熱交換器１１６、及び、複数のキャピラリチューブ１１８、１３５を有する単元多段（２段）の冷媒回路１１２により構成されている。冷媒回路１１２を構成する圧縮機１１４は、前記各実施例と同様に一相若しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機である。この圧縮機１１４の吐出側に接続された冷媒吐出管１３１は、補助凝縮器（プレコンデンサ）１２１に接続される。この補助凝縮器１２１は貯蔵室８の開口縁を加熱して露付きを防止するためのフレームパイプ１２２、圧縮機１１４のオイルクーラー１１４Ｃに接続された後、凝縮器（コンデンサ）１１５に接続される。尚、本実施例において、補助凝縮器１２１及び凝縮器１１５は一体の凝縮器として構成されており、凝縮器用送風機としての凝縮用ファン１２９により冷却される。
【０１０２】
そして、凝縮器１１５を出た冷媒配管は、デハイドレータ（ドライコア）１１７を介して分流器１３０に接続される。デハイドレータ１１７は、冷媒回路１１２内の水分を除去するための水分除去手段である。分流器１３０は、補助凝縮器１２１、フレームパイプ１２２、凝縮器１１５を通過する過程で凝縮して液化した冷媒（凝縮冷媒）と、未だ凝縮せずに気体の状態のままの冷媒（未凝縮冷媒）とを分離するための気液分離器である。この分流器１３０の吐出側（出口側）に接続され、当該分流器１３０により分離された気相冷媒（未凝縮冷媒）を取り出すための気相配管１３３は、凝縮パイプ１２３に接続される。
【０１０３】
この凝縮パイプ１２３は、補助蒸発器１３６と共に、中間熱交換器１１６を構成している。当該中間熱交換器１１６は、分流器１３０によって分離された液相冷媒（凝縮冷媒）をキャピラリチューブ１３５にて減圧した後、中間熱交換器１１６の補助蒸発器１３６に流して、そこで蒸発させることで、凝縮パイプ１２３を流れる気相冷媒（未凝縮冷媒）を冷却して、凝縮させるためのものである。凝縮パイプ１２３から出た冷媒配管はキャピラリチューブ（最終段のキャピラリチューブ）１１８を介して蒸発器（エバポレータ）１１３に接続される。
【０１０４】
上記キャピラリチューブ１１８は、蒸発器１１３から出て圧縮機１１４に戻る吸込配管１３２の一部（配管１３２Ａ）内に挿通されている。具体的には、蒸発器１１３の吐出側であって、且つ、中間熱交換器１１６の吸込側に位置する吸込配管１３２の一部である配管１３２Ａ内に、キャピラリチューブ１１８を挿通して図３に示すように二重管構造を構成している。係る二重管構造により、当該二重管１２５（以下、二重管構造体と称する）の内側となるキャピラリチューブ１１８を流れる冷媒と、その外側となる配管１３２Ａを流れる蒸発器１１３からの冷媒とが熱交換可能に構成されている。
【０１０５】
上記二重管構造体１２５は前記実施例１で説明した二重管構造体２５と同様の方法で製造される。即ち、先ず、比較的大径の直管状の配管１３２Ａ内に直管状のキャピラリチューブ１１８を挿通する。次に、係る二重管を螺旋状に複数段巻回する。このとき、配管１３２Ａの軸の中心と、キャピラリチューブ１１８の軸の中心とがなるべく一致するように巻回して、螺旋状の二重管を形成する。これにより、配管１３２Ａの内壁面とキャピラリチューブ１１８の外壁面との間にできるだけ一貫して隙間を構成する。このように、二重管を複数段螺旋状に巻回して、螺旋状の二重管構造とすることで、キャピラリーチューブ１１８の長さを十分に確保し、且つ、係る二重管構造の熱交換部分を十分に確保しながら、小型化を図ることが可能となる。
【０１０６】
そして、次に、配管１３２Ａの両端に、両端と横に孔の空いたキャップ状の接続配管（図示せず）を取り付け、横の孔からキャピラリチューブ１１８の端部をそれぞれ引き出した後、当該横孔を溶接してシールする。更に、配管１３２Ａの一端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管１３２Ａの接続部を溶接し、該接続配管の他端に蒸発器１１３の吐出側に接続された吸込配管１０２を接続して、この接続部を溶接する。同様に、配管１３２Ａの他端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管１３２Ａの接続部分を溶接し、該接続配管の他端に中間熱交換器１１６に至る吸込配管１０２を接続して、この接続部を溶接する。そして、係る二重管構造とされた配管１３２Ａの外周を断熱材１４０により囲繞することで、本実施例の二重管構造体１２５を構成することができる。
【０１０７】
このように、キャピラリチューブ１１８を吸込配管１３２内に挿通して二重管構造とすることで、キャピラリチューブ１１８内を通過する冷媒と吸込配管１３２内を通過する冷媒とは、キャピラリチューブ１１８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換することとなる。これにより、従来の吸込配管の外周面にキャピラリチューブを添設した構造から比して、熱交換性能を格段に向上させることができるようになる。
【０１０８】
更に、上述したように二重管構造の配管１３２Ａの外周全体を断熱材１４０により囲繞することで、外部からの熱の影響を受け難くなり、配管１３２Ａ内の冷媒とキャピラリチューブ１１８内の冷媒との熱交換能力をより一層向上させることができるようになる。更にまた、二重管構造の内側となるキャピラリーチューブ１１８内と、当該キャピラリチューブ１１８の外側の吸込配管１３２（配管１３２Ａ）内において、冷媒の流れが対向流となるように冷媒を流すことで、当該二重管構造体１２５における熱交換能力をより一層改善することができるようになる。
【０１０９】
係る二重管構造体１２５は、前記各実施例の二重管構造体２５、９５と同様に、内箱４の背面側の下方となる断熱材７内に出し入れ可能に収納されている。
【０１１０】
一方、蒸発器１１３を出た吸込配管１３２は、上述した二重管構造体１２５の配管１３２Ａを通過して補助蒸発器１３６に接続される。そして補助蒸発器１３６を出た吸込配管１３２は圧縮機１１４の吸込側に接続される。吸込配管１３２の当該圧縮機１１４と補助蒸発器１３６との間には、更に圧縮機１１４停止時に冷媒を貯留する膨張タンク１３７が減圧装置としてのキャピラリチューブ１３８を介して接続されている。
【０１１１】
そして、冷媒回路１１２内には、冷媒として沸点の異なる複数種類の混合冷媒から成る非共沸混合冷媒が封入される。本実施例では、実施例１と同様に、Ｒ２４５ｆａ（１，１，１，−３，３−ペンタフルオロプロパン：ＣＦ3ＣＨ2ＣＨＦ2 ）、Ｒ６００（ブタン：ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ3）Ｒ２３（トリフルオロメタン：ＣＨＦ3）及びＲ１４（テトラフルオロメンタン：ＣＦ4）から成る非共沸混合冷媒が封入される。
【０１１２】
尚、冷媒回路１１２に封入される冷媒は上述したＲ２４５ｆａ、Ｒ６００、Ｒ２３、Ｒ１４を含む非共沸混合冷媒に限定されるものではない。例えば、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ６００、Ｒ１１６、Ｒ１４を含む非共沸混合冷媒、又は、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ６００、Ｒ５０８Ａ、Ｒ１４を含む非共沸混合冷媒、又は、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ６００、Ｒ５０８Ｂ、Ｒ１４を含む非共沸混合冷媒を封入するものとしても構わないし、その他の冷媒を使用するものとしても、本発明は有効である。
【０１１３】
図７において矢印は冷媒回路１１２を循環する冷媒の流れを示している。具体的に説明すると、圧縮機１１４から吐出された高温ガス状冷媒は、冷媒吐出管１３１を介して密閉容器から吐出され、補助凝縮器１２１、フレームパイプ１２２、圧縮機１１４のオイルクーラー１１４Ｃ、凝縮器１１５を順次通過する。圧縮機１１４から吐出された高温ガス状冷媒は、当該補助凝縮器１２１、フレームパイプ１２２、オイルクーラー１１４Ｃ、凝縮器１１５を通過する過程で放熱して、混合冷媒中の沸点の高い冷媒（Ｒ２４５ｆａ、Ｒ６００）が凝縮液化する。
【０１１４】
そして、凝縮器１１５を出た混合冷媒は、デハイド１１７で含有する水分が除去され、分流器１３０に流入する。この時点では混合冷媒中のＲ２３とＲ１４は沸点が極めて低いために未だ凝縮されておらずガス状態であり、沸点の高いＲ２４５ｆａとＲ６００が凝縮液化されているため、Ｒ２３とＲ１４は気相配管１３３に、Ｒ２４５ｆａとＲ６００は液相配管１３４へと分離される。気相配管１３３に流入した冷媒混合物は、中間熱交換器１１６を構成する凝縮パイプ１２３に流入する。
【０１１５】
また、液相配管１３４に流入した混合冷媒は、キャピラリチューブ１３５で減圧された後、上記凝縮パイプ１２３と共に中間熱交換器１１６を構成する補助蒸発器１３６に流入し、蒸発器１１３から帰還してくる冷温の冷媒と共に凝縮パイプ１２３を流れるＲ２３とＲ１４を冷却する。これにより、凝縮パイプ１２３を流れるＲ２３とＲ１４が凝縮液化する。そして、当該中間熱交換器１１６において、凝縮したＲ２３とＲ１４はその後、凝縮パイプ１２３から出て、キャピラリチューブ１１８に流入する。
【０１１６】
ここで、キャピラリチューブ１１８において、冷媒は当該キャピラリチューブ１１８の全周に設けられた吸込配管１３２（配管１３２Ａ）内を通過する冷媒と、キャピラリチューブ１１８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換して、更に温度低下しながら減圧されて蒸発器１１３に流入する。そして、蒸発器１１３において冷媒Ｒ１４、Ｒ２３が周囲から熱を奪って蒸発する。このとき、冷媒Ｒ１４、Ｒ２３が蒸発器１１３で蒸発することにより、冷却作用を発揮して、この蒸発器１１３の周囲を−８５℃という超低温に冷却する。この場合、前述したように当該蒸発器（冷媒配管）１１３は内箱４の断熱材７側に沿って交熱的に巻回して構成されているので、係る蒸発器１１３の冷却により、超低温貯蔵庫１の貯蔵室８内を、−８０℃以下の庫内温度とすることができる。
【０１１７】
そして、蒸発器１１３にて蒸発した冷媒は、その後、吸込配管１３２を介して蒸発器１１３から出て、前述した二重管構造体１２５を経て中間熱交換器１１６の補助蒸発器１３６に流入し、当該補助蒸発器１３６で蒸発した沸点の高い冷媒（Ｒ２４５ｆａ、Ｒ６００）と合流する。その後、冷媒は、補助凝縮器１３６を出て圧縮機１１４に帰還する。
【０１１８】
他方、冷媒回路１１２を構成する圧縮機１１４は、貯蔵室８内の庫内温度に基づき、図示しない制御装置により、ＯＮ−ＯＦＦ制御が行われる。この場合、制御装置により圧縮機１１４の運転が停止されると、低温側冷媒回路１１２内の混合冷媒は、キャピラリチューブ１３８を介して、膨張タンク１３７内に回収される。
【０１１９】
これにより、冷媒回路１１２内の圧力が上昇することを防止することができる。また、制御装置により圧縮機１１４が起動された際には、キャピラリーチューブ１３８を介して徐々に膨張タンク１３７から冷媒回路１１２中に冷媒を戻すことで、圧縮機１１４の起動負荷を軽減することが可能となる。
【０１２０】
以上詳述した本実施例のように蒸発器１１３から圧縮機１１４に帰還する冷媒が通過する吸込配管１３２（配管１３２Ａ）内に、キャピラリチューブ１１８を挿通して二重管構造とすることで、配管１３２Ａ内の冷媒とキャピラリチューブ１１８内の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができる。特に、キャピラリチューブ１１８を本発明の如く蒸発器１１３から出た直後の吸込配管１３２の配管１３２Ａ内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブ１１８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、蒸発器１１３からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができる。従って、本実施例のような超低温貯蔵庫１では、特に有効である。
【０１２１】
更に、キャピラリチューブ１１８が挿通されて二重管構造とされた配管１３２Ａを、断熱材１４０にて囲繞することで、熱交換効率をより一層改善することができるようになる。更にまた、キャピラリチューブ１１８内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブ１１８の外側の吸込配管１３２Ａ内を通過する冷媒の流れを対向流とすることで、更なる熱交換能力の改善を図ることができる。
【０１２２】
総じて、本発明により効率的に貯蔵室８内を所望の超低温にまで冷却可能とする超低温貯蔵庫１を実現することができる。特に、本発明によれば、従来の同様の使用の冷凍装置から比して、１５％〜２０％程の省エネを図ることができるようになる。また、蒸発器１１３の周囲の温度も従来より低温とすることが可能となる。これにより、従来の圧縮機より能力の小さい圧縮機に変更した場合であっても、十分な性能を確保することが可能となる。これにより、消費電力量の更なる低減や装置の小型化を図ることができる。
【０１２３】
尚、本実施例では、上記で説明した冷媒回路１１２のみにて超低温貯蔵庫１の冷凍装置Ｒ３を構成するものとしてもよいが、図７に示すように冷媒回路１１２に加えて、当該冷媒回路１１２と同様の回路構成から成る冷媒回路１５２を並設して、２つの冷媒回路１１２、１５２により超低温貯蔵庫１の冷凍装置Ｒ３を構成するものとしても差し支えない。この冷媒回路１５２の回路構成、及び、冷媒の流れは、上述する冷媒回路１１２と同様であるため、冷媒回路１１２を構成する各部材と同一の符号を付している。即ち、冷媒回路１１２と同一の符号を付されたものは、同一又は類似の効果、或いは作用を奏するものであるため、ここでは説明を省略する。
【０１２４】
当該冷媒回路１５２を構成する圧縮機１１４等は冷媒回路１１２の圧縮機１１４と同様に、超低温貯蔵庫１の断熱箱体２の下部に位置する図示しない機械室に設置されており、冷媒回路１５２の蒸発器１１３も冷媒回路１１２の蒸発器１１３と同様に、内箱４の断熱材７側の周面に交熱的に取り付けられている。更に、当該冷媒回路１５２に封入する冷媒及び当該冷媒の循環も上記で説明した冷媒回路１１２と同様であるためここでは説明を省略する。
【０１２５】
このように、低温貯蔵庫１の冷凍装置Ｒ３を略同一の性能の２つの独立した冷媒回路１１２、１５２を並設して構成した場合には、一方の冷媒回路が故障した場合のバックアップとして他方の冷媒回路を使用することが可能となる。即ち、例えば、冷媒回路１１２が故障した場合であっても、冷媒回路１５２を支障なく運転して、当該冷媒回路１５２の蒸発器１１３により貯蔵室８内を超低温に維持することが可能となる。これにより、超低温貯蔵庫１の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【０１２６】
尚、本実施例では、冷凍装置を構成する各冷媒回路を、圧縮機１１４、凝縮器１１５、蒸発器１１３、この蒸発器１１３からの帰還冷媒が流通するように接続された単一の中間熱交換器１１６と、複数の、具体的には、２つのキャピラリチューブ１３５、１１８を有し、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、凝縮器１１５を経た冷媒中の凝縮冷媒をキャピラリチューブ１３５を介して中間熱交換器１１６に合流させ、この中間熱交換器１１６で冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段のキャピラリチューブ１１８を介して最低沸点の冷媒を蒸発器１１３にて蒸発させて冷却作用を発揮させる単元二段方式の冷凍装置Ｒ３として説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、複数の中間熱交換器を直列接続して回路を構成するものとしても差し支えない。
【実施例４】
【０１２７】
次に、本発明の更にもう一つの他の実施例の冷凍装置について、図８を用いて説明する。図８は、図１の超低温貯蔵庫１の冷凍装置を構成する更にもう一つの他の実施例の冷媒回路図である。この場合、当該冷凍装置Ｒ４の冷媒回路を構成する圧縮機２１４、２５４等は超低温貯蔵庫１の断熱箱体２の下部に位置する図示しない機械室に設置されており、蒸発器（冷媒配管）２５３は、前記各実施例の蒸発器１３、８３、１１３と同様に、内箱４の断熱材７側の周面に交熱的に取り付けられている。
【０１２８】
本実施例の冷凍装置Ｒ４の冷媒回路は、多元多段の冷媒回路として、それぞれ独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路２１２と、低温側冷媒回路２５２の二元二段の冷媒回路により構成されている。高温側冷媒回路２１２を構成する圧縮機２１４は、一相若しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機であり、当該圧縮機２１４の吐出側に接続された冷媒吐出管２３１は、補助凝縮器２２１に接続される。この補助凝縮器２６は貯蔵室８開口縁を加熱して露付きを防止するためのフレームパイプ２２２に接続される。
【０１２９】
このフレームパイプ２２２は、圧縮機２１４のオイルクーラー２１４Ｃに接続された後、凝縮器２１５に接続される。そして、凝縮器２１５を出た冷媒配管は、低温側冷媒回路２５２を構成する圧縮機２５４のオイルクーラー２５４Ｃに接続された後、凝縮器２２３に接続され、当該凝縮器２２３を出た冷媒配管は、乾燥器（ドライコア）２１７及び減圧装置としてのキャピラリーチューブ２１８を順次介して当該高温側冷媒回路２１２の蒸発器を構成する蒸発器部分としての高温側蒸発器２１３に接続される。
【０１３０】
当該高温側蒸発器２１３は、低温側冷媒回路２５２の凝縮器としての凝縮パイプ２５５と共にカスケード熱交換器２１６を構成している。補助蒸発器２１３から出た吸込配管２３２には、冷媒液溜としてのアキュムレータ２２８が接続され、当該アキュムレータ２２８を出た吸込配管２３２は圧縮機２１４の吸込側に接続される。尚、本実施例における補助凝縮器２２１と凝縮器２１５及び２２３は、一体の凝縮器として構成されており、凝縮器用送風機としての凝縮用ファン２２９により冷却される。
【０１３１】
高温側冷媒回路２１２には沸点の異なる非共沸冷媒として、Ｒ４０７Ｄとｎ−ペンタンとから成る冷媒が充填される。Ｒ４０７Ｄは、Ｒ３２（ジフルオロメタン：ＣＨ2Ｆ2）と、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ2ＣＦ3）と、Ｒ１３４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタン：ＣＨ2ＦＣＦ3）とから構成され、その組成は、Ｒ３２が１５重量％、Ｒ１２５が１５重量％、Ｒ１３４ａが７０重量％である。各冷媒の沸点は、Ｒ３２が−５１．８℃、Ｒ１２５が−４８．５７℃、Ｒ１３４ａが−２６．１６℃である。また、ｎ−ペンタンの沸点は、＋３６．１℃である。
【０１３２】
係る構成で、圧縮機２１４から吐出された高温ガス状冷媒は、補助凝縮器２２１、フレームパイプ２２２、オイルクーラー２１４Ｃ、凝縮器２１５、低温側冷媒回路２５２の圧縮機２５４のオイルクーラー２５４Ｃ、凝縮器２２３にて凝縮されて放熱液化した後、乾燥器２１７で含有する水分が除去され、キャピラリーチューブ２１８に流入する。そして、当該キャピラリチューブ２１８にて減圧された冷媒は、カスケード熱交換器２１６を構成する高温側蒸発器２１３に流入する。当該高温側蒸発器２１３において、冷媒Ｒ３２、Ｒ１２５及びＲ１３４ａが凝縮パイプ２５５内を流れる冷媒から吸熱することにより蒸発する。このとき、当該カスケード熱交換器２１６において、高温側冷媒回路２１２の高温側蒸発器２１３の冷媒が蒸発することにより、凝縮パイプ２５５内を流れる低温側冷媒回路２５２の冷媒が冷却される。
【０１３３】
そして、高温側蒸発器２１３にて蒸発した冷媒は、その後、吸込配管２３２を介して蒸発器２１３から出て、アキュムレータ２２８を経て圧縮機２１４に帰還する。
【０１３４】
このとき、圧縮機２１４の能力は例えば１．５ＨＰであり、運転中の高温側蒸発器２１３の最終到達温度は−２７℃乃至−３５℃になる。かかる低温下では冷媒中のｎ−ペンタンは沸点が＋３６．１℃であるので蒸発器２１３では蒸発せず液状態のままであり、従って冷却には殆ど寄与しないが、圧縮機２１４の潤滑油や乾燥器２１７で吸収しきれなかった混入水分をその中に溶け込ませた状態で圧縮機２１４に帰還せしめる機能と、その液冷媒の圧縮機２１４内での蒸発により、圧縮機２１４の温度を低減させる機能を奏する。
【０１３５】
他方、低温側冷媒回路２５２は、圧縮機２５４、凝縮パイプ（凝縮器）２５５、蒸発器２５３、この蒸発器２５３からの帰還冷媒が流通するように接続された複数の中間熱交換器２６２、２６６、２７０、２７２、及び、複数のキャピラリチューブ２６４、２６８、２５８を有している。具体的に、低温側冷媒回路２５２を構成する圧縮機２５４は、前記圧縮機２１４と同様に一相若しくは三相交流電源を用いる電動圧縮機であり、当該圧縮機２５４の吐出側に接続された冷媒吐出管２８１には、ワイヤコンデンサにて構成される放熱器２５９を介してオイル分離器２６０が接続される。このオイル分離器２６０は、圧縮機２５４に戻るオイル戻し管２８７が接続される。オイル分離器２６０の吐出側に接続された冷媒配管は、前記高温側蒸発器２１３と共にカスケード熱交換器２１６を構成する凝縮器としての凝縮パイプ２５５に接続される。
【０１３６】
そして、凝縮パイプ２５５の吐出側に接続された冷媒配管は乾燥器（ドライコア）２５７を介して第１の気液分離器２６１に接続される。気液分離器２６１により分離された気相冷媒（未凝縮冷媒）は、気相配管２８３を介して第１の中間熱交換器２６２内を通過し、第２の気液分離器２６５に流入する。一方、第１の気液分離器２６１により分離された液相冷媒（凝縮冷媒）は、液相配管２８４を介して乾燥器２６３、減圧装置としてのキャピラリーチューブ２６８を経て第１の中間熱交換器２６２に流入する。当該第１の中間熱交換器２６２は、第１の気液分離器２６１によって分離された液相冷媒（凝縮冷媒）をキャピラリチューブ２６４を介して、当該中間熱交換器２６２に合流させ、そこで気相配管２８３を流れる気相冷媒（未凝縮冷媒）を冷却することにより、より低沸点の冷媒を凝縮させるためのものである。
【０１３７】
第２の気液分離器２６５により分離された液相冷媒は、液相配管２８６により、乾燥器２６７を経た後、減圧装置としてのキャピラリーチューブ２６８を経て第２の中間熱交換器２６６に流入する。また、第２の気液分離器２６５により分離された気相冷媒は、気相配管２８５を介して、第２の中間熱交換器２６６内を通過する。当該第２の中間熱交換器２６６は、第２の気液分離器２６５によって分離された液相冷媒（凝縮冷媒）をキャピラリチューブ２６８を介して、当該中間熱交換器２６６に合流させ、そこで気相配管２８５を流れる気相冷媒（未凝縮冷媒）を冷却することにより、より低沸点の冷媒を凝縮させるためのものである。
【０１３８】
第２の中間熱交換器２６６内を通過した気相配管２８５は、次に、第３の中間熱交換器２７０、第４の中間熱交換器２７２及び乾燥器２７４を経て減圧装置としてのキャピラリーチューブ２５８に流入する。
【０１３９】
当該キャピラリーチューブ２５８は、蒸発器２５３から出て圧縮機２５４に戻る吸込配管２８２の一部（配管２８２Ａ）内に挿通されている。具体的に、蒸発器２５３の吐出側であって、且つ、第４の中間熱交換器２７２の吸込側に位置する吸込配管２８２の一部である配管２８２Ａ内に、キャピラリチューブ２５８を挿通して、図３に示すように二重管構造を構成している。係る二重管構造により、当該二重管２９５（以下、二重管構造体と称する）の内側となるキャピラリチューブ２５８を流れる冷媒と、その外側となる配管２８２Ａを流れる蒸発器２５３からの冷媒とが熱交換可能に構成されている。
【０１４０】
当該二重管構造体２９５は前述した実施例１で説明した二重管構造体２５と同様の方法で製造される。即ち、先ず、比較的大径の直管状の配管２８２Ａ内に直管状のキャピラリチューブ２５８を挿通する。次に、係る二重管を螺旋状に複数段巻回する。このとき、配管２８２Ａの軸の中心と、キャピラリチューブ２５８の軸の中心とがなるべく一致するように巻回して、螺旋状の二重管を形成する。これにより、配管２８２Ａの内壁面とキャピラリチューブ２５８の外壁面との間にできるだけ一貫して隙間を構成する。このように、二重管を複数段螺旋状に巻回して、螺旋状の二重管構造とすることで、キャピラリーチューブ２５８の長さを十分に確保し、且つ、係る二重管構造の熱交換部分を十分に確保しながら、小型化を図ることが可能となる。
【０１４１】
そして、次に、配管２８２Ａの両端に、両端と横に孔の空いたキャップ状の接続配管（図示せず）を取り付け、横の孔からキャピラリチューブ２５８の端部をそれぞれ引き出した後、当該横孔を溶接してシールする。更に、配管２８２Ａの一端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管２８２Ａの接続部を溶接し、該接続配管の他端に蒸発器２５３の吐出側に接続された吸込配管２８２を接続して、この接続部を溶接する。同様に、配管２８２Ａの他端に取り付けられた接続配管の一端と当該配管２８２Ａの接続部分を溶接し、該接続配管の他端に第４の中間熱交換器２７２に至る吸込配管２８２を接続して、この接続部を溶接する。そして、係る二重管構造とされた配管２８２Ａの外周を断熱材２９７により囲繞することで、本実施例の二重管構造体２９５を構成することができる。
【０１４２】
このように、キャピラリチューブ２５８を吸込配管２８２内に挿通して二重管構造とすることで、キャピラリチューブ２５８内を通過する冷媒と吸込配管２８２内を通過する冷媒とは、キャピラリチューブ２５８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換することとなる。これにより、従来の吸込配管の外周面にキャピラリチューブを添設した構造から比して、熱交換性能を格段に向上させることができるようになる。
【０１４３】
更に、上述したように二重管構造の配管２８２Ａの外周全体を断熱材２９７により囲繞することで、外部からの熱の影響を受け難くなり、配管２８２Ａ内の冷媒とキャピラリチューブ２５８内の冷媒との熱交換能力をより一層向上させることができるようになる。更にまた、二重管構造の内側となるキャピラリーチューブ２５８内と、当該キャピラリチューブ２５８の外側の吸込配管２８２（配管２８２Ａ）内において、冷媒の流れが対向流となるように冷媒を流すことで、当該二重管構造体２９５における熱交換能力をより一層改善することができるようになる。
【０１４４】
係る二重管構造体２９５は、前記実施例１の二重管構造体２５と同様に、内箱４の背面側の下方となる断熱材７内に出し入れ可能に収納されている。
【０１４５】
一方、当該二重管構造体２９５を出た吸込配管２８２は、第４の中間熱交換器２７２、第３の中間熱交換器２７０、第２の中間熱交換器２６６及び第１の中間熱交換器２６２に次々に接続された後、圧縮機２５４の吸込側に接続される。当該吸込冷媒配管２８２の圧縮機２５４と第１の中間熱交換器２６２との間には、更に圧縮機２５４停止時に冷媒を貯留する膨張タンク２８８が減圧装置としてのキャピラリチューブ２８９を介して接続されている。また、当該キャピラリチューブ２８９には、膨張タンク２８８の方向を順方向とした逆止弁２９０が並列に接続されている。
【０１４６】
他方、低温側冷媒回路２５２には沸点の異なる７種類の混合冷媒として、Ｒ２４５ｆａと、Ｒ６００と、Ｒ４０４Ａと、Ｒ５０８と、Ｒ１４と、Ｒ５０、Ｒ７４０とを含む非共沸混合冷媒が封入される。Ｒ２４５ｆａは、１，１，１，−３，３−ペンタフルオロプロパン（ＣＦ3ＣＨ2ＣＨＦ2 ）であり、Ｒ６００はブタン（ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ3）である。Ｒ２４５ｆａの沸点は、＋１５．３℃、Ｒ６００の沸点は、−０．５℃である。そのため、これらを所定割合で混合することで、従来用いられていた沸点が＋８．９℃のＲ２１の代替として使用可能となる。
【０１４７】
尚、Ｒ６００は、可燃性物質であるため、不燃性であるＲ２４５ｆａと所定割合、本実施例ではＲ２４５ｆａ／Ｒ６００：７０／３０の割合で混合することにより、不燃性として冷媒回路３８に封入するものとする。尚、本実施例では、Ｒ２４５ｆａとＲ６００を合わせた総重量に対してＲ２４５ｆａを７０重量％としているが、それ以上であれば不燃性となるため、それ以上であっても良いものとする。
【０１４８】
Ｒ４０４Ａは、Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ2ＣＦ3）と、Ｒ１４３ａ（１，１，１−トリフルオロエタン：ＣＨ3ＣＦ3）と、Ｒ１３４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタン：ＣＨ2ＦＣＦ3）とから構成され、その組成は、Ｒ１２５が４４重量％、Ｒ１４３ａが５２重量％、Ｒ１３４ａが４重量％である。当該混合冷媒の沸点は、−４６．４８℃である。そのため、従来用いられていた沸点が−４０．８℃のＲ２２の代替として使用可能となる。
【０１４９】
Ｒ５０８は、Ｒ２３（トリフルオロメタン：ＣＨＦ3）と、Ｒ１１６（ヘキサフルオロエタン：ＣＦ3ＣＦ3）とから構成され、その組成は、Ｒ２３が３９重量％、Ｒ１１６が６１重量％である。当該混合冷媒の沸点は、−８８．６４℃である。
【０１５０】
また、Ｒ１４は、テトラフルオロメタン（四弗化炭素：ＣＦ4）であり、Ｒ５０は、メタン（ＣＨ4）、Ｒ７４０は、アルゴン（Ａｒ）である。これらの沸点は、Ｒ１４が−１２７．９℃、Ｒ５０が−１６１．５℃、Ｒ７４０が−１８５．８６℃である。尚、Ｒ５０は酸素との結合にて爆発を生じる危険があるが、Ｒ１４と混合することによって爆発の危険は無くなる。従って、混合冷媒の漏洩事故が発生したとしても爆発は発生しない。
【０１５１】
尚、これら上述した如き冷媒は、一旦、Ｒ２４５ｆａとＲ６００、及び、Ｒ１４とＲ５０を予め混合し、不燃化状態とした後、Ｒ２４５ｆａとＲ６００の混合冷媒と、Ｒ４０４Ａと、Ｒ５０８Ａと、Ｒ１４とＲ５０の混合冷媒と、Ｒ７４０とを予め混合した状態で、冷媒回路２５２に封入される。若しくは、Ｒ２４５ｆａとＲ６００、次にＲ４０４Ａ、Ｒ５０８０Ａ、Ｒ１４とＲ５０、最後にＲ７４０と沸点の高い順に封入される。各冷媒の組成は、例えば、Ｒ２４５ｆａとＲ６００の混合冷媒が１０．３重量％、Ｒ４０４Ａが２８重量％、Ｒ５０８Ａが２９．２重量％、Ｒ１４とＲ５０の混合冷媒が２６．４重量％、Ｒ７４０が５．１重量％であるものとする。
【０１５２】
尚、本実施例では、Ｒ４０４Ａ中に４重量％のｎ−ペンタン（非共沸冷媒の総重量に対して０．５〜２重量％の範囲）を添加しても良いものとする。
【０１５３】
次に、低温側冷媒回路２５２の冷媒の循環を説明する。圧縮機２５４から吐出された高温高圧のガス状混合冷媒は、冷媒吐出管２８１を介して放熱器２５９内に流入し、そこで放熱されて混合冷媒中の沸点が高く、オイル相溶性の良好なオイルキャリア冷媒としてのｎ−ペンタンやＲ６００の一部が凝縮液化する。
【０１５４】
放熱器２５９を経た混合冷媒は、オイル分離器２６０内に流入し、冷媒と混合している圧縮機２５４の潤滑オイルの大部分と放熱器２５９にて凝縮液化した冷媒の一部（ｎ−ペンタン、Ｒ６００の一部）がオイル戻し管２８７にて圧縮機２５４に帰還される。これにより、カスケード熱交換器２１６より後段の冷媒回路２５２には、より純度の高い低沸点冷媒が流れることとなり、効率的に超低温を得ることが可能となる。これにより、同一の能力の圧縮機２１４及び２５４であっても、より大きな容積の被冷却対象である貯蔵室８内を所定の超低温にまで冷却することが可能となり、冷凍装置Ｒ全体が大型化することなく収納容量の増大を図ることが可能となる。
【０１５５】
ここで、本実施例では、オイル分離器２６０内に流入される冷媒は、一旦、放熱器２５９にて冷却されているため、カスケード熱交換器２１６に入る冷媒温度を下げることが可能となる。具体的には、従来では、カスケード熱交換器２１６内に流入される冷媒温度が＋６５℃程度であったものを本実施例では、＋４５℃程度にまで下げることが可能となる。
【０１５６】
そのため、カスケード熱交換器２１６において、低温側冷媒回路２５２内の冷媒を冷却するための高温側冷媒回路２１２の圧縮機２１４に加わる負荷を軽減することが可能となる。また、効果的に低温側冷媒回路２５２内の冷媒を冷却することが可能となるため、当該低温側冷媒回路２５２を構成する圧縮機２５４に加わる負荷を軽減することが可能となる。これにより、冷凍装置Ｒ４全体の運転効率の改善を実現することが可能となる。
【０１５７】
他の混合冷媒自体はカスケード熱交換器２１６にて高温側蒸発器２１３より−４０℃〜−３０℃程度に冷却されて混合冷媒中の沸点の高い一部の冷媒（Ｒ２４５ｆａ、Ｒ６００、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０８の一部）を凝縮液化する。そして、カスケード熱交換器２１６の凝縮パイプ２５５を出た混合冷媒は乾燥器２５７を経て第１の気液分離器２６１に流入する。この時点では混合冷媒中のＲ１４とＲ５０とＲ７４０は沸点が極めて低いために未だ凝縮されておらずガス状態であり、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ６００、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０８の一部のみが凝縮液化されているため、Ｒ１４とＲ５０とＲ７４０は気相配管２８３に、Ｒ２４５ｆａとＲ６００とＲ４０４ＡとＲ５０８Ａは液相配管２８４へと分離される。
【０１５８】
気相配管２８３に流入した冷媒混合物は第１の中間熱交換器２６２と熱交換して凝縮された後、第２の気液分離器２６５に至る。ここで、第１の中間熱交換器２６２には蒸発器（冷媒配管）２５３より帰還してくる低温の冷媒が流入し、更に液相配管２８４に流入した液冷媒が乾燥器２６３を経てキャピラリーチューブ２６４で減圧された後、第１の中間熱交換器２６２に流入してそこで蒸発することにより、冷却に寄与するため、未凝縮のＲ１４、Ｒ５０、Ｒ７４０、及びＲ５０８の一部を冷却する結果、第１の中間熱交換器２６２の中間温度は−６０℃程となっている。従って、気相配管２８３を通過した混合冷媒中のＲ５０８は完全に凝縮液化され、第２の気液分離器２６５に分流される。Ｒ１４、Ｒ５０、Ｒ７４０は更に沸点が低いために未だガス状態である。
【０１５９】
第２の中間熱交換器２６６では、第２の気液分離器２６５で分流されたＲ５０８が乾燥器２６７で水分が除去され、キャピラリーチューブ２６８で減圧された後、第２の中間熱交換器２６６へ流入し、蒸発器２５３から帰還してくる低温の冷媒と共に気相配管２８５中のＲ１４、Ｒ５０及びＲ７４０を冷却し、このうちで蒸発温度が最も高いＲ１４を凝縮させる。この結果、第２の中間熱交換器２６６の中間温度は−９０℃程となる。
【０１６０】
この第２の中間熱交換器２２６を通過する気相配管２８５は、続いて第３の中間熱交換器２７０を経て第４の中間熱交換器２７２を通過する。ここで、第４の中間熱交換器２７２には蒸発器２５３から二重管構造体２９５を経て直ぐの冷媒が帰還されており、実験によれば第４の中間熱交換器２７２の中間温度が−１３０℃程とかなり低い温度に達する。
【０１６１】
ここで、キャピラリチューブ２５８において、冷媒は当該キャピラリチューブ２５８の全周に設けられた吸込配管２８２（配管２８２Ａ）内を通過する冷媒と、キャピラリチューブ２５８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換して、更に温度低下しながら減圧されて蒸発器２５３に流入する。そして、蒸発器２５３において冷媒が周囲から熱を奪って蒸発する。実験によれば、このとき、蒸発器２５３の周囲の温度は−１６０．３℃〜−１５７．３℃という超低温となった。
【０１６２】
このように、低温側冷媒回路２５２における各冷媒の蒸発温度の差を利用して各中間熱交換器２６２、２６６、２７０、２７２でまだ気相状態にある冷媒を次々に凝縮させ、最終段の蒸発器２５３において−１５０℃以下という超低温を達成することができる。そのため、当該蒸発器２５３が内箱４の断熱材７側に沿って交熱的に巻回して構成されることで、貯蔵室８内は、−１５２℃以下の庫内温度を実現することが可能となる。
【０１６３】
蒸発器２５３にて蒸発した冷媒は、その後、吸込配管２８２を介して蒸発器２５３から出て、前述した二重管構造体２９５、第４の中間熱交換器２７２、第３の中間熱交換器２７０、第２の中間熱交換器２６６、第１の中間熱交換器２６２に次々に流入し、各熱交換器で蒸発した冷媒と合流して圧縮機２５４に帰還する。
【０１６４】
圧縮機２５４から冷媒に混入して吐出されるオイルは、大部分がオイル分離器２６０により分離されて圧縮機２５４に戻されているが、ミスト状となって冷媒と共にオイル分離器２６０から吐出されてしまったものは、オイルとの相溶性の高いＲ６００に溶け込んだ状態で圧縮機２５４に戻される。これにより、圧縮機２５４の潤滑不良やロックを防止できる。また、Ｒ６００は液状態のまま圧縮機２５４へ帰還してこの圧縮機２５４内で蒸発されるので、圧縮機２５４の吐出温度を低減できる。
【０１６５】
尚、低温側冷媒回路２５２を構成する圧縮機２５４は、貯蔵室８内の庫内温度に基づき、図示しない制御装置により、ＯＮ−ＯＦＦ制御が行われる。この場合、制御装置により圧縮機２５４の運転が停止されると、低温側冷媒回路２５２内の混合冷媒は、膨張タンク２８８方向を順方向とする逆止弁２９０を介して、膨張タンク２８８内に回収される。
【０１６６】
そのため、圧縮機２５４の停止時においてキャピラリーチューブ２８９を介して膨張タンク２８８内に冷媒が回収される場合に比して、著しく迅速に逆止弁２９０を介して冷媒回路２５２中の冷媒を膨張タンク２８８内に回収することが可能となる。
【０１６７】
これにより、冷媒回路２５２内の圧力が上昇することを防止することができ、制御装置により圧縮機２５４が起動された際には、キャピラリーチューブ２８９を介して徐々に膨張タンク２８８から冷媒回路２５２中に冷媒を戻すことで、圧縮機２５４の起動負荷を軽減することが可能となる。
【０１６８】
従って、圧縮機２５４の停止時における冷媒の膨張タンク２８８への回収を迅速に行うことで、冷媒回路２５２内の圧力を迅速に平衡とすることが可能となり、圧縮機２５４の再起動時に、圧縮機２５４に負荷をかけることなく、円滑に圧縮機２５４の再起動を実行することができる。これにより、圧縮機起動時における冷媒回路２５２内が平衡圧となるまでに要する時間を著しく短縮することで、圧縮機２５２の運転効率を向上することができ、例えばプルダウン運転に要する時間を短縮することができ、利便性の向上を図ることができる。
【０１６９】
以上詳述した本発明のように、蒸発器２５３から圧縮機２５４に帰還する冷媒が通過する吸込配管２８２（配管２８２Ａ）内に、キャピラリチューブ２５８を挿通して二重管構造とすることで、配管２８２Ａ内の冷媒とキャピラリチューブ２５８内の冷媒との熱交換効率を向上させて、性能の改善を図ることができる。特に、キャピラリチューブ２５８を本発明の如く蒸発器２５３から出た直後の吸込配管２８２の配管２８２Ａ内に挿通して二重管構造として、キャピラリチューブ２５８の全周の壁面を伝達する熱伝導によって熱交換可能に構成することで、蒸発器２５３からの帰還冷媒によって、最も沸点の低い冷媒が効率的に冷却されることとなり、性能の著しい向上を図ることができる。従って、本実施例のような超低温貯蔵庫１では、特に有効である。
【０１７０】
更に、キャピラリチューブ２５８が挿通されて二重管構造とされた配管２８２Ａを、断熱材２９７にて囲繞することで、熱交換効率をより一層改善することができるようになる。更にまた、キャピラリチューブ２５８内の冷媒の流れと、当該キャピラリチューブ２５８の外側の吸込配管２８２Ａ内を通過する冷媒の流れを対向流とすることで、更なる熱交換能力の改善を図ることができる。
【０１７１】
総じて、本発明により効率的に貯蔵室８内を所望の超低温にまで冷却可能とする超低温貯蔵庫１を実現することができる。特に、本発明によれば、従来の同様の使用の冷凍装置から比して、１５％〜２０％程の省エネを図ることができるようになる。また、蒸発器２５３の周囲の温度も従来より低温とすることが可能となる。これにより、従来の圧縮機より能力の小さい圧縮機に変更した場合であっても、十分な性能を確保することが可能となる。これにより、消費電力量の更なる低減や装置の小型化を図ることができる。
【０１７２】
尚、本実施例では、低温側冷媒回路２５２の最終段のキャピラリチューブ２５８のみを本発明の二重管構造としたが、これに限らず、高温側冷媒回路２１２のキャピラリチューブ２１８も同様に高温側冷媒回路２１２の蒸発器２１３から圧縮機２１４に帰還する冷媒が通過する吸込配管２３２の一部配管内に挿通して二重管構造としても本発明は有効である。この場合には、高温側冷媒回路２１２においても吸込配管２３２内の冷媒とキャピラリチューブ２１８中の冷媒との熱交換能力を向上させることができるようになる。これにより、冷凍装置Ｒ４の性能をより一層改善することができるようになる。
【０１７３】
また、本実施例では、冷凍装置を構成する冷媒回路を、それぞれ圧縮機２１４又は２５４から吐出された冷媒を凝縮した後、減圧して、蒸発器２１３又は２５３にて蒸発せしめて冷却作用を発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路２１２と、低温側冷媒回路２５２とから構成し、低温側冷媒回路２５２は、圧縮機２５４、凝縮パイプ２５５、蒸発器２５３、この蒸発器２５３からの帰還冷媒が流通するように直列接続された複数の、具体的には、４つの中間熱交換器２６２、２６６、２７０、２７２と、複数の、具体的には、３つのキャピラリーチューブ２６４、２６８、２５８を有し、複数種の非共沸混合冷媒が封入され、凝縮パイプ２５５を経た冷媒中の凝縮冷媒を各キャピラリーチューブを介して各中間熱交換器に合流させ、各中間熱交換器で冷媒中の未凝縮冷媒を冷却することにより、順次より低い沸点の冷媒を凝縮させ、最終段のキャピラリーチューブ２５８を介して最低沸点の冷媒を蒸発器２５３蒸発させて冷却作用を発揮させると共に、高温側冷媒回路２１２の蒸発器２１３と低温側冷媒回路２５２の凝縮パイプ２５５とでカスケード熱交換器２１６を構成し、低温側冷媒回路２５２の蒸発器２５３にて超低温を得る二元多段方式の冷凍装置Ｒ４として説明しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、多元多段方式の冷凍装置であっても良いものとする。また、気液分離器及び中間熱交換器が１つの二元単段方式の冷凍装置であっても本発明は有効である。
【符号の説明】
【０１７４】
Ｒ    冷凍装置
１    超低温冷凍庫
２    断熱箱体
７    断熱材
８    貯蔵室
９    断熱扉
１２  冷媒回路
１３  蒸発器（エバポレータ）
１４  圧縮機（コンプレッサ）
１５  凝縮器（コンデンサ）
１６  熱交熱器（カスケードコンデンサ）
１８  キャピラリーチューブ
２１  補助凝縮器（プレコンデンサ）
２２  フレームパイプ
２３  凝縮パイプ
２５  二重管構造体
３１  冷媒吐出管
３２  吸込配管
３２Ａ  配管（吸込配管の一部を構成する）
３５  断熱材
【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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【図７】
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【図８】
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