特許 7393543 二元冷凍装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-28

(45)【発行日】2023-12-06

(54)【発明の名称】二元冷凍装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 7/00 20060101AFI20231129BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20231129BHJP

   F28D 7/02 20060101ALI20231129BHJP

   F28D 7/10 20060101ALI20231129BHJP

   F28D 9/02 20060101ALI20231129BHJP

   F28F 3/08 20060101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

F25B7/00 D

F25B1/00 331Z

F28D7/02

F28D7/10 A

F28D9/02

F28F3/08 311

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022528511

(86)(22)【出願日】2021-05-14

(86)【国際出願番号】 JP2021018389

(87)【国際公開番号】W WO2021246137

(87)【国際公開日】2021-12-09

【審査請求日】2022-10-12

(31)【優先権主張番号】P 2020097933

(32)【優先日】2020-06-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314005768

【氏名又は名称】ＰＨＣホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】豊岡 峻

(72)【発明者】

【氏名】須藤 稔

【審査官】笹木 俊男

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－０７３０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１２６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－１９９７６７（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、
前記螺旋管から流出した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、
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、
二元冷凍装置。

【請求項2】

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に記載の二元冷凍装置。

【請求項3】

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又は２に記載の二元冷凍装置。

【請求項4】

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３に記載の二元冷凍装置。

【請求項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面の幅方向である、請求項３に記載の二元冷凍装置。

【請求項6】

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３から５の何れか１項に記載の二元冷凍装置。

【請求項7】

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３から６の何れか１項に記載の二元冷凍装置。

【請求項8】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、二元冷凍装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第８０１１２０１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、螺旋管から流出した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。
上述のような二元冷凍装置を実施する場合に、好ましくは、本体管は、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よい。
又、螺旋管は、低温側冷媒が、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よい。

【0007】

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。

【発明の効果】

【0008】

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。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】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2】図１に示すプレート式熱交換器の斜視図である。

【図3】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4】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5】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6】図５に示す箱体の後側壁の部分拡大断面図である。

【図7】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8】図７に示す二重管式熱交換器の断面図である。

【図9】図８に示す多葉管の概要を示す斜視図である。

【図10】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。

【図11】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。

【図12】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13】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。

【図14】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。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

＜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。

【0066】

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）。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

＜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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【産業上の利用可能性】

【0083】

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。

【符号の説明】

【0084】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】