図1に示すように、冷蔵庫10は、収納室14� �内部画成した断熱構造の箱体12と、この箱体 12の上方に設けられ、金属パネル18により外� �を構成したキャビネット16とを備えている。 箱体12には、前側に開放して物品の出し入れ� ��となる開口部12aが収納室14に連通して開設� �れ、この開口部12aは、図示しないヒンジに� �り箱体12の前部に開閉可能に支持された断熱 扉22で塞がれる。

 前記キャビネット16の内部には、収納室14 を冷却するための冷却設備31の一部および該� ��却設備31を制御する制御用電装箱(図示せず) が配設される機械室20が画成される。機械室2 0の底部には、箱体12の天板12bに載置されて、 該機械室20に配設する機器の共通基板となる� ��板24が設置されている。そして、キャビネ� �ト16の外壁をなす金属パネル18には、機械室2 0に連通する空気流通孔(図示せず)が適宜部位 に開設され、この空気流通孔を介して機械室 20内の雰囲気と外気とが入替わるようになっ� ��いる。

 前記収納室14の上部には、箱体12における 天板12bの下面から所定間隔離間して冷却ダク ト26が配設され、この冷却ダクト26と、箱体12 の天板12bに開設した切欠口12cを介して収納室 14側に臨む台板24との間に冷却室28が画成され る。この冷却室28は、冷却ダクト26の底部前� �に形成した吸込口26aおよび後側に形成した� �気吹出口26bを介して収納室14に連通している 。吸込口26aには送風ファン30が配設され、該� ��風ファン30を駆動することで、吸込口26aか� �収納室14の空気を冷却室28に取込み、冷気吹� ��口26bから冷却室28の冷気が収納室14に送出さ れる。天板12bの切欠口12cは、台板24で気密的� ��塞がれて、収納室14(冷却室28)と機械室20と� �、台板24で区切られて互いに独立した空間と なっている(図1参照)。

 図2は、二次側の回路として実施例1に係� �二次冷却装置(冷却装置)70を備える冷却設備3 1を示す概略回路図である。図2に示す如く、� ��却設備31は、冷媒を強制循環する機械圧縮� �の一次冷却装置(一次側の回路)34と、冷媒が� ��然対流するサーモサイフォンからなる二次� ��却装置70とを、熱交換器HEを介して熱交換す るように熱的に接続(カスケード接続)した二� ��ループ冷凍回路が採用される。熱交換器HE� �、機械室20に設置され、一次冷却装置34を構� ��する一次熱交換部36と、この一次熱交換部36 と別系統に形成されて、二次冷却装置70を構� ��する二次熱交換部(熱交換部)46とを備えてい る。すなわち、一次冷却装置34および二次冷� ��装置70には、独立した冷媒が循環する回路� �夫々形成され、二次冷却装置70を循環する二 次冷媒(冷媒)としては、毒性、可燃性および� ��食性を有していない安全性の高い二酸化炭� ��が採用される。これに対し、一次冷却装置3 4を循環する一次冷媒としては、蒸発熱や飽� �圧等の冷媒としての特性に優れているブタ� �やプロパン等のHC系の冷媒またはアンモニア などが採用され、実施例1ではプロパンが用� �られている。すなわち、冷却設備31は、冷媒 としてフロンを使用する必要はない。なお、 熱交換器HEとしては、例えばプレート式、二� ��管式およびその発展型またはそれに類する� ��のが採用される。

 前記一次冷却装置34は、気相一次冷媒を� �縮する圧縮機CMと、圧縮した一次冷媒を液化 する凝縮器CDと、液相一次冷媒の圧力を低下� ��せる膨張弁EVと、液相一次冷媒を気化する� �交換器HEの一次熱交換部36とを冷媒配管38で� �続して構成される(図2参照)。圧縮機CMおよび 凝縮器CDは、機械室20において台板24上に共通 的に配設され、凝縮器CDを強制冷却する凝縮� ��ファンFMも、該凝縮器CDに対向して台板24上� ��配設されている。一次冷却装置34では、圧� �機CMによる一次冷媒の圧縮により、圧縮機CM� ��凝縮器CD、膨張弁EV、熱交換器HEの一次熱交� ��部36および圧縮機CMの順に、一次冷媒が強制 循環され、各機器の作用下に一次熱交換部36� ��おいて所要の冷却を行なうようになってい� ��(図2参照)。

 前記二次冷却装置70は、気相二次冷媒(気� ��冷媒)を液化する熱交換器HEの二次熱交換部4 6と、液相二次冷媒(液化冷媒)を気化する蒸発 器EPとを備え、二次熱交換部46と蒸発器EPとが 1対1の関係で対応している(図2参照)。また二� ��冷却装置70は、二次熱交換部46と蒸発器EPと� ��接続する液配管48およびガス配管50を備え、 液配管48を介して二次熱交換部46から蒸発器EP へ重力の作用下に液相二次冷媒を供給し、ガ ス配管50を介して蒸発器EPから二次熱交換部46 へ気相二次冷媒を還流させる自然循環回路72� ��設けられる。そして、実施例1の二次冷却装 置70には、互いに独立した複数(図示の例では 3回路)の自然循環回路72が並列に構築される� �なお、二次熱交換部46は、機械室20に配設さ� ��る一方、蒸発器EPは、当該機械室20の下方に 位置する冷却室28に配設され、台板24を挟ん� �二次熱交換部46より下方に蒸発器EPが配置さ� ��る。

 前記二次熱交換部46には、凝縮経路47(特� �区別する場合は、符号47にα,β,γ…を追加す� ��。)が、並列して複数(実施例1では3本)設け� �れている。また蒸発器EPには、蒸発管(蒸発� �路)52が、並列して複数(実施例1では3本であ� �て、特に区別する場合は、符号52にα,β,γ…� ��追加する。)設けられている。図2では、凝� �経路47をガス配管50に接続する流入端47aから� ��配管48に接続する流出端47bまで直線的な経� �で表わすと共に、蒸発管52を液配管48に接続� ��る流入端52aからガス配管50に接続する流出� �52bまで直線的な経路で表わしているが、凝� �経路47および蒸発管52を蛇行させても、直線� ��に形成してもよい。ここで、二次冷却装置7 0では、複数の凝縮経路47、複数の蒸発管52、� ��数の液配管48(特に区別する場合は、符号48� �α,β,γ…を追加する。)および複数のガス配� �50(特に区別する場合は、符号50にα,β,γ…を� ��加する。)が同数となる。各自然循環回路72� ��おいて、液配管48は、上端(始端)を二次熱交 換部46における凝縮経路47の流出端47bに接続� �て台板24を貫通して配管され、冷却室28側に� ��置する下端(終端)が蒸発器EPにおける蒸発管 52の流入端52aに接続される。各自然循環回路7 2において、ガス配管50は、冷却室28側に位置� ��る下端(始端)が蒸発器EPにおける蒸発管52の� ��出端52bに接続して台板24を貫通して配管さ� �、機械室20側に位置する上端(終端)が二次熱� ��換部46における凝縮経路47の流入端47aに接続 される。なお、符号74は、各自然循環回路72� �冷媒を充填するために設けられた冷媒チャ� �ジポートである。

 前記二次冷却装置70では、各自然循環回� �72において、強制冷却される一次熱交換部36� ��の熱交換により冷却される二次熱交換部46� �蒸発器EPとの間に温度勾配が形成され、二次 冷媒が二次熱交換部46、液配管48、蒸発器EPお よびガス配管50を自然対流して二次熱交換部4 6に再び戻る冷媒の循環サイクルが形成され� �。なお、図2では、複数の蒸発管52が上下の� �係となっているが、水平方向に並列させて� �よい。

  〔実施例1の作用〕
 次に、実施例1に係る二次冷却装置70を備え� ��冷却設備31の作用について説明する。冷却� �備31では、冷却運転を開始すると、一次冷却 装置34および二次冷却装置70の夫々で冷媒の� �環が開始される。先ず、一次冷却装置34につ いて説明すると、圧縮機CMおよび凝縮器ファ� ��FMが駆動され、圧縮機CMで気相一次冷媒が圧 縮されて、この一次冷媒を冷媒配管38を介し� ��凝縮器CDに供給して、凝縮器ファンFMによる 強制冷却により凝縮液化することで液相とす る。液相一次冷媒は、膨張手段EVで減圧され� ��熱交換器HEの一次熱交換部36において二次熱 交換部46を流通する二次冷媒から熱を奪って( 吸熱)一挙に膨張気化する。このように一次� �却装置34は、熱交換器HEにおいて、一次熱交� ��部36により二次熱交換部46を強制冷却するよ うに機能している。そして、一次熱交換部36� ��蒸発した気相一次冷媒は、冷媒配管38を経� �圧縮機CMに帰還する強制循環サイクルを繰返 す。

 前記二次冷却装置70では、二次熱交換部46 が一次熱交換部36により冷却されているから� ��各自然循環回路72において二次熱交換部46の 各凝縮経路47を流通する過程で気相二次冷媒� ��放熱して凝縮し、気相から液相に状態変化� ��ることで比重が増加するので、重力の作用� ��に二次熱交換部46の各凝縮経路47に沿って液 相二次冷媒が流下する。二次冷却装置70では� ��二次熱交換部46を機械室20に配置する一方、 蒸発器EPを機械室20の下方に位置する冷却室28 に配設することで、二次熱交換部46と蒸発器E Pとの間に落差を設けてある。すなわち、各� �然循環回路72において、液相二次冷媒を、二 次熱交換部46の下部に接続した液配管48を介� �て、蒸発器EPへ向けて重力の作用下に自然流 下させることができる。液相二次冷媒は、蒸 発器EPの各蒸発管52を流通する過程で該蒸発� �EPの周囲雰囲気から熱を奪って蒸発して気相 に移行する。気相二次冷媒は、ガス配管50を� ��して蒸発器EPから二次熱交換部46へ還流し、 二次冷却装置70ではポンプやモータ等の動力� ��用いることなく、各自然循環回路72におい� �、簡単な構成で二次冷媒が自然循環するサ� �クルが繰返される。

 前記送風ファン30により吸込口26aから冷� �室28に吸引された収納室14の空気を、冷却さ� ��た蒸発器EPに吹付けることで、蒸発器EPと熱 交換した空気が冷気となる。そして冷気を、 冷却室28から冷気吹出口26bを介して収納室14� �送出することで、収納室14が冷却される。冷 気は、収納室14の内部を循環して、吸込口26a� ��介して再び冷却室28内に戻るサイクルを反� �する。

 前記二次冷却装置70では、夫々の自然循� �回路72が、経路や配管の分岐を伴わず互いに 独立して1つの回路を構成するように、凝縮� �路47と蒸発管52とが液配管48およびガス配管50 で接続されている。このように、各自然循環 回路72は、互いに独立しているから、凝縮経� ��47,47同士および蒸発管52,52同士または凝縮経 路47と蒸発管52との間で二次冷媒が偏在する� �とを抑制でき、各凝縮経路47および各蒸発管 52を流通する二次冷媒の量を一致させること� ��できる。

 また、二次冷却装置70に作用する外気温� �変動等の外因によって、各自然循環回路72を 循環する二次冷媒が凝縮経路47や蒸発管52の� �れかに偏在する場合もある。しかるに、各� �然循環回路72は、互いに独立したサーモサイ フォンが構成されているので、各凝縮経路47� ��よび各蒸発管52における二次冷媒の量が一� �するように、二次冷媒のバランスが自然に� �節される。従って、各凝縮経路47および各蒸 発管52において、二次冷媒の偏在自体が起き� ��くく、例え二次冷媒の偏在が生じても当該� ��縮経路47および蒸発管52を流通する二次冷媒 の量を一致させるよう調節力が作用するので 、二次冷媒のバランスを調節するために弁等 の調節手段を設ける必要がなく、二次冷却装 置70の構成を簡易にできる。しかも、自然循� ��回路72において、二次冷媒が円滑に自然対� �するから、蒸発器EPにおける冷却効率を向上 することができる。そして、熱交換部46およ� ��蒸発器EPにおいて要求される熱交換面積に� �じた数の自然循環回路72を冷却装置70に設け� ��ことで、必要とされる凝縮経路47および蒸� �管52を熱交換部46および蒸発器EPに配置する� �とができ、装置全体として必要とされる熱� �換面積が担保される。

 前記二次冷却装置70では、熱交換器46およ び蒸発器EPの夫々に凝縮経路47および蒸発管52 を複数配置することができる。すなわち、1� �当たりの凝縮経路47および蒸発管52に要求さ� ��る熱交換面積が小さくなり、各凝縮経路47� �よび各蒸発管52の配管長を短くすることが可 能となる。これにより、各凝縮経路47および� ��蒸発管52において、必要とされる配管長を� �ぐために蛇行させる回数を少なくでき、流� �抵抗となる屈曲部分を減らせるから、当該� �縮経路47および蒸発管52を流通する二次冷媒� ��圧力損失を小さくすることができる。また� ��自然循環回路72は、液配管48、ガス配管50、� ��縮経路47および蒸発管52を分岐させることな く、1つの冷媒の経路で構成しているから、� �管等の分岐部に起因する圧力損失が発生し� �い。更に各自然循環回路72では、凝縮経路47� ��蒸発管52との間で自然対流に必要とされる� �次冷媒のヘッド差を小さくできるので、凝� �経路47と蒸発管52との間で要求される落差が� ��さくなり、二次熱交換部46と蒸発器EPとの上 下の配置間隔を狭くすることが可能となり、 二次冷却装置70をコンパクトにできる。また� ��各自然循環回路72において、二次冷媒の圧� �損失が小さいので、液配管48およびガス配管 50として従来と比較して細い管径を選定して� ��、同一量の二次冷媒を回路内に循環させる� ��とができ、回路全体として充填する二次冷� ��の量を削減することが可能となる。

 このように、各凝縮経路47および各蒸発� �52の長さや断面積を減じることが可能である ので、二次熱交換部46や蒸発器EPをコンパク� �にできると共に、循環する冷媒量を低減す� �ことで、自然循環回路72の圧力上昇を緩和す る膨張タンク(図示せず)の容量等の付帯設備� ��小さくなるので、二次冷却装置70全体とし� �コンパクトにすることができ、コストダウ� �も可能となる。また液配管48、ガス配管50お� ��び蒸発管52等の配管を細径化することで、� �れらの配管48,50,52において耐圧性能を確保す るために必要な肉厚を減ずることが可能とな る。すなわち、各配管48,50,52が細径化したこ� ��だけでなく、各配管48,50,52の肉厚が減少す� �こととの相乗によって、配管重量を一層削� �することができ、コストを更に低減し得る� �

 ここで、液配管48、ガス配管50および蒸発管 52等の配管の細径化によるコストの低減につ� ��て具体的に説明する。
 例えば、耐圧性能Pを有する配管の肉厚tは� �以下の式で求められる。なお、σは材料の許 容応力であり、Dは配管の外径である。
 t=PD/2(σ+P)…(I)
 長さLの配管重量Mは、以下の式で求められ� �。なお、Cは材料の比重であり、D _i は配管の内径である。
 M=πLC(D ² -D _i ² )/4…(II)
 また、D _i =D-2tと表わすことができるので、これを(II)式 に代入すると、以下の式が導き出される。
 M=πLC(Dt-t ² )…(III)
 そして(III)式に(I)式を代入すると、以下の� �が導き出される。
 M=(1-P/2(σ+P))×πLCPD ² /2(σ+P)…(IV)
 前記(IV)式は、耐圧性能Pを有する配管の重� �を示している。(IV)式において、D以外の条件 は不変とすると、π、L、C、P、σの条件は定� �として扱うことができる。よって、耐圧性� �Pを有する配管重量(配管の外径D)は、以下の� ��で表わすことができる。
 M={(1-P/2(σ+P))×πLCP/2(σ+P)}×D ² …(V)
 (V)式における{ }内は前述の如く定数である から、M=AD ² と表わすことができる。
 そして、耐圧性能Pを有する外径D ₁ の配管の配管重量MD ₁ は、AD ₁ ² であり、耐圧性能Pを有する外径D ₂ の配管の配管重量MD ₂ は、AD ₂ ² である。
 更に、配管重量MD ₁ と配管重量MD ₂ との比は、以下のように表わされる。
 MD ₂ /MD ₁ =D ₂ ² /D ₁ ² …(VI)

 前記(VI)式に具体的な数字を当てはめて説明 する。一般的な冷却装置では、蒸発管の外径 は9.52mmに設定されることが多い。これに対し て、実施例1の冷却装置であれば、条件によ� �ても変わるが外径6.35mmの蒸発管を用いるこ� �ができる。これらの条件を前記(VI)式に当て� ��めると、以下のようになる。
 MD _φ6.35 /MD _φ9.52 =(6.35) ² /(9.52) ² =0.44
 また、実施例1の冷却装置において、外径4.7 6mmの蒸発管を用いた場合は、以下のようにな る。
 MD _φ4.76 /MD _φ9.52 =(4.76) ² /(9.52) ² =0.25
 すなわち、配管の重量比は、配管の材料価� ��の比であるともいえるから、実施例1の二次 冷却装置70によれば、従来の冷却装置と比較� ��て配管が細径化することにより大幅なコス� ��削減を達成し得ることは明らかである。

 前記冷却設備31は、一次冷却装置34と二次 冷却装置70とを熱交換器HEで接続し、この熱� �換器HEにおいて、一次冷却装置34の一次冷媒� ��二次冷却装置70の二次冷媒とが蒸発および� �縮作用下に熱交換を行なう。すなわち、顕� �のみによる熱交換と比べて、非常に高い熱� �達率を持つので、一次冷却装置34と二次冷却 装置70との間の伝熱面積を小さくすることが� ��きる。また、一次冷媒および二次冷媒は共� ��、潜熱により熱の輸送を行なうため、比較� ��少量で、多くの熱量を伝達することができ� ��から、熱交換器HEにおける熱交換量を低下� �せることなく、一次冷却装置34および二次冷 却装置70の内容積を小さくすることが可能と� ��る。従って、一次冷却装置34の一次冷媒量� �よび二次冷却装置70の二次冷媒量を何れも低 減でき、コストダウンや、一次冷却装置34お� ��び二次冷却装置70の小型化による冷却設備31 の省スペース化を図り得る。

 前記一次冷却装置34に必要とされる一次� �媒量が少ないから、法令等で規定された冷� �の使用上限量以下とすることができ、一次� �媒として使用する冷媒の種類についての選� �肢の幅が広がる。また機械室20は、凝縮器CD� ��よび圧縮機CMを空冷する都合上、空気が入� �えられる開放された空間とされる。このよ� �な機械室20に一次冷却装置34を配設してある� ��ら、一次冷媒が万が一漏出したとしても、� ��械室20に留まるおそれはない。また、機械� �20は、台板24により閉鎖空間である収納室14� �気密的に区切られているから、漏出した一� �冷媒が収納室14に流入することはなく、収納 室14に収納した物品に由来するアンモニアや� ��化水素等の腐食性ガスが、機械室20に流入� �ることもない。しかも、冷却設備31を一次冷 却装置34と二次冷却装置70との二次ループ式� �凍回路で構成することで、安全性に優れて� �る二酸化炭素等を二次冷媒として選択する� �とが可能となる。すなわち、二次冷却装置70 では、蒸発器EPが収納室14(冷却室28)に臨むが� ��例えば二次冷媒が収納室14に漏出したとし� �も、使用者に対する安全を担保し得る。

 前記一次冷却装置34および二次冷却装置70 は、熱交換器HEの一次熱交換部36と二次熱交� �部46とで熱的に接続されているが、冷媒の循 環経路として互いに独立している。冷却設備 31を停止(圧縮機CM:停止)した際に、一次冷却� �置34には凝縮器CDから高温の液相一次冷媒が� ��次熱交換部36に流入する。これにより熱交� �器HEは昇温されるものの、二次冷却装置70は� ��立しているから、蒸発器EPは昇温されるこ� �はなく、冷却設備31を停止した際の収納室14� ��温度上昇が緩やかになる。すなわち、冷却� ��備31により収納室14を所要の設定温度まで冷 却することで、冷却設備31を停止した後、冷� ��設備31を再度駆動するまでの時間を長くす� �ことができる。よって、冷却設備31の稼働率 が低下するので、消費電力量の削減に繋がる 。

 このように、実施例1の二次冷却装置70を� ��次ループ式冷凍回路からなる冷却設備31に� �用することで、従来のフロンを用いた冷却� �備と同等の大きさおよびコストで当該冷却� �備31を設計することが可能となり、冷媒とし てフロンを使用した機械圧縮式の冷凍回路と 比較して、装置全体が大型化して大きな設置 面積を要すると共にコストの上昇を伴う欠点 が解消されて市場での競争力を獲得すること ができる。すなわち、実施例1に係る二次冷� �装置70は、地球温暖化防止の観点から重要視 されている二次ループ式冷凍回路によるノン フロン化技術の普及を推進する上で、有効な 技術的な位置付けを有している。

 図3は、二次側の回路として実施例2に係� �二次冷却装置(冷却装置)44を備える冷却設備3 2を示す概略回路図である。なお、実施例2の� ��却設備32は、実施例1で説明した冷蔵庫10に� �置される。

 図3に示す如く、実施例2に係る冷却設備32 は、冷媒を強制循環する機械圧縮式の一次冷 却装置(一次側の回路)34と、冷媒が自然対流� �るサーモサイフォンからなる二次冷却装置(� ��却装置)44とを、熱交換器HEを介して熱交換� �るように熱的に接続(カスケード接続)した二 次ループ冷凍回路が採用される。熱交換器HE� ��、機械室20に設置され、一次冷却装置34を構 成する一次熱交換部36と、この一次熱交換部3 6と別系統に形成されて、二次冷却装置44を構 成する二次熱交換部(熱交換部)46とを備えて� �る。すなわち、一次冷却装置34および二次冷 却装置44には、独立した冷媒が循環する回路� ��夫々形成され、二次冷却装置44を循環する� �次冷媒(冷媒)としては、毒性、可燃性および 腐食性を有していない安全性の高い二酸化炭 素が採用される。これに対し、一次冷却装置 34を循環する一次冷媒としては、蒸発熱や飽� ��圧等の冷媒としての特性に優れているブタ� ��やプロパン等のHC系の冷媒またはアンモニ� �などが採用され、実施例2ではプロパンが用� ��られている。すなわち、冷却設備32は、冷� �としてフロンを使用する必要はない。なお� �熱交換器HEとしては、例えばプレート式、二 重管式およびその発展型またはそれに類する ものが採用される。

 前記一次冷却装置34は、気相一次冷媒を� �縮する圧縮機CMと、圧縮した一次冷媒を液化 する凝縮器CDと、液相一次冷媒の圧力を低下� ��せる膨張弁EVと、液相一次冷媒を気化する� �交換器HEの一次熱交換部36とを冷媒配管38で� �続して構成される(図3参照)。圧縮機CMおよび 凝縮器CDは、機械室20において台板24上に共通 的に配設され、凝縮器CDを強制冷却する凝縮� ��ファンFMも、該凝縮器CDに対向して台板24上� ��配設されている。一次冷却装置34では、圧� �機CMによる一次冷媒の圧縮により、圧縮機CM� ��凝縮器CD、膨張弁EV、熱交換器HEの一次熱交� ��部36および圧縮機CMの順に、一次冷媒が強制 循環され、各機器の作用下に一次熱交換部36� ��おいて所要の冷却を行なうようになってい� ��(図3参照)。

 前記二次冷却装置44は、気相二次冷媒(気� ��冷媒)を液化する熱交換器HEの二次熱交換部4 6と、液相二次冷媒(液化冷媒)を気化する蒸発 器EPとを備え、二次熱交換部46と蒸発器EPとが 1対1の関係で対応している(図3参照)。また二� ��冷却装置44は、二次熱交換部46と蒸発器EPと� ��接続する液配管48およびガス配管50を備え、 液配管48を介して二次熱交換部46から蒸発器EP へ重力の作用下に液相二次冷媒を供給し、ガ ス配管50を介して蒸発器EPから二次熱交換部46 へ気相二次冷媒を還流させる自然循環回路45� ��設けられる。前述した如く、二次熱交換部4 6は、機械室20に配設される一方、蒸発器EPは� ��当該機械室20の下方に位置する冷却室28に配 設され、台板24を挟んで二次熱交換部46より� �方に蒸発器EPが配置される。なお、符号74は� ��自然循環回路45に冷媒を充填するために設� �られた冷媒チャージポートであって、実施� �2の二次冷却装置44では、自然循環回路45が単 一であるから、冷媒チャージポート74および� ��全弁や膨張タンク(何れも図示せず)等の付� �設備が1組で足りる。

 前記二次熱交換部46には、凝縮経路47(特� �区別する場合は、符号47にα,β,γ…を追加す� ��。)が、並列して複数(実施例2では3本)設け� �れている。また蒸発器EPには、蒸発管(蒸発� �路)52が、並列して複数(実施例2では3本であ� �て、特に区別する場合は、符号52にα,β,γ…� ��追加する。)設けられている。図3では、凝� �経路47をガス配管50に接続する流入端47aから� ��配管48に接続する流出端47bまで直線的な経� �で表わすと共に、蒸発管52を液配管48に接続� ��る流入端52aからガス配管50に接続する流出� �52bまで直線的な経路で表わしているが、凝� �経路47および蒸発管52を蛇行させても、直線� ��に形成してもよい。ここで、二次冷却装置4 4では、複数の凝縮経路47、複数の蒸発管52、� ��数の液配管48(特に区別する場合は、符号48� �α,β,γ…を追加する。)および複数のガス配� �50(特に区別する場合は、符号50にα,β,γ…を� ��加する。)が同数に設定されている。液配管 48は、上端(始端)を二次熱交換部46における凝 縮経路47の流出端47bに接続して台板24を貫通� �て配管され、冷却室28側に位置する下端(終� �)が蒸発器EPにおける蒸発管52の流入端52aに接 続される。そして、ガス配管50は、冷却室28� �に位置する下端(始端)が蒸発器EPにおける蒸� ��管52の流出端52bに接続して台板24を貫通して 配管され、機械室20側に位置する上端(終端)� �二次熱交換部46における凝縮経路47の流入端4 7aに接続される。

 前記二次冷却装置44では、凝縮経路47の流 出端47bに接続する液配管48を、当該凝縮経路4 7の流入端47aに連結したガス配管50が接続して いる蒸発管52と別の蒸発管52に接続するよう� �成される。また二次冷却装置44では、蒸発管 52の流出端52bに接続するガス配管50を、当該� �発管52の流入端52aに連結した液配管48が接続� ��ている凝縮経路47と別の凝縮経路47に接続し て、複数の凝縮経路47、複数の蒸発管52、複� �の液配管48および複数のガス配管50によって� ��全体として1つの自然循環回路45が構成され� ��。そして、二次冷却装置44には、強制冷却� �れる一次熱交換部36との熱交換により冷却さ れる二次熱交換部46と蒸発器EPとの間に温度� �配が形成され、二次冷媒が二次熱交換部46、 液配管48、蒸発器EPおよびガス配管50を自然対 流して二次熱交換部46に再び戻る冷媒の循環� ��イクルが形成される。なお、図3では、複数 の蒸発管52が上下の関係となっているが、水� ��方向に並列させてもよい。

 前記二次冷却装置44に構成される自然循� �回路45について、図3を参照してより具体的� �説明する。実施例2の二次冷却装置44では、� �次熱交換部46に冷媒経路として3本の凝縮経� �47α,47β,47γが設けられ、蒸発器EPに冷媒経路� ��して3本の蒸発管52α,52β,52γが設けられてい� ��。第1凝縮経路47αの流出端47bには、第1液配� ��48αの始端が接続され、該第1液配管48αの終� ��が第1蒸発管52αの流入端52aに接続され、第1� ��縮経路47αから第1液配管48αを介して第1蒸発 管52αに二次液化冷媒が供給される。第1蒸発� ��52αの流出端52bには、第1ガス配管50αの始端� ��接続され、該第1ガス配管50αの終端が第2凝� ��経路47βの流入端47aに接続され、第1蒸発管52 αから第1ガス配管50αを介して第2凝縮経路47β に二次気化冷媒が戻される。第2凝縮経路47β� ��流出端47bには、第2液配管48βの始端が接続� �れ、該第2液配管48βの終端が第2蒸発管52βの� ��入端52aに接続され、第2凝縮経路47βから第2� ��配管48βを介して第2蒸発管52βに二次液化冷� ��が供給される。第2蒸発管52βの流出端52bに� �、第2ガス配管50βの始端が接続され、該第2� �ス配管50βの終端が第3凝縮経路47γの流入端47 aに接続され、第2蒸発管52βから第2ガス配管50 βを介して第3凝縮経路47γに二次気化冷媒が� �される。第3凝縮経路47γの流出端47bには、第 3液配管48γの始端が接続され、該第3液配管48� �の終端が第3蒸発管52γの流入端52aに接続され 、第3凝縮経路47γから第3液配管48γを介して� �3蒸発管52γに二次液化冷媒が供給される。第 3蒸発管52γの流出端52bには、第3ガス配管50γ� �始端が接続され、該第3ガス配管50γの終端が 第1凝縮経路47αの流入端47aに接続され、第3蒸 発管52γから第3ガス配管50γを介して第1凝縮� �路47αに二次気化冷媒が戻され、二次冷媒が� ��然循環回路45内を一巡する。

  〔実施例2の作用〕
 次に、実施例2に係る二次冷却装置44を備え� ��冷却設備32の作用について説明する。冷却� �備32では、冷却運転を開始すると、一次冷却 装置34および二次冷却装置44の夫々で冷媒の� �環が開始される。なお、一次冷却装置34の作 用は、[実施例1の作用]で説明しているので省 略する。

 前記二次冷却装置44では、二次熱交換部46 が一次熱交換部36により冷却されているから� ��二次熱交換部46の各凝縮経路47を流通する過 程で気相二次冷媒が放熱して凝縮し、気相か ら液相に状態変化することで比重が増加する ので、重力の作用下に二次熱交換部46の各凝� ��経路47に沿って液相二次冷媒が流下する。� �次冷却装置44では、二次熱交換部46を機械室2 0に配置する一方、蒸発器EPを機械室20の下方� ��位置する冷却室28に配設することで、二次� �交換部46と蒸発器EPとの間に落差を設けてあ� ��。すなわち、液相二次冷媒を、二次熱交換� ��46の下部に接続した液配管48を介して、蒸発 器EPへ向けて重力の作用下に自然流下させる� ��とができる。液相二次冷媒は、蒸発器EPの� �蒸発管52を流通する過程で該蒸発器EPの周囲� ��囲気から熱を奪って蒸発して気相に移行す� ��。気相二次冷媒は、ガス配管50を介して蒸� �器EPから二次熱交換部46へ還流し、二次冷却� ��置44ではポンプやモータ等の動力を用いる� �となく、簡単な構成で二次冷媒が自然循環� �るサイクルが繰返される。

 前記二次冷却装置44に構成した自然循環� �路45では、複数の凝縮経路47とこの凝縮経路4 7と同数の蒸発管52とを互い違いに接続するこ とで、1本の凝縮経路47と1本の蒸発管52とに交 互に二次冷媒を流通させる1つのサーモサイ� �ォンを形成してある。すなわち、自然循環� �路45によれば、液配管48、ガス配管50、凝縮� �路47および蒸発管52を分岐させることなく、1 つの回路の中に複数の凝縮経路47および複数� ��蒸発管52を設けることができる。このよう� �、自然循環回路45が全体として1つの冷媒の� �路で構成されているから、凝縮経路47,47同士 および蒸発管52,52同士または凝縮経路47と蒸� �管52との間で二次冷媒が偏在することを抑制 でき、各凝縮経路47および各蒸発管52を流通� �る二次冷媒の量を一致させることができる� �

 また、二次冷却装置44に作用する外気温� �変動等の外因によって、自然循環回路45を循 環する二次冷媒が凝縮経路47や蒸発管52の何� �かに偏在する場合もある。しかるに、自然� �環回路45は、1つのサーモサイフォンから構� �されているので、各凝縮経路47および各蒸発 管52における二次冷媒の量が一致するように� ��二次冷媒のバランスが自然に調節される。� ��って、各凝縮経路47および各蒸発管52におい て、二次冷媒の偏在自体が起きにくく、例え 二次冷媒の偏在が生じても当該凝縮経路47お� ��び蒸発管52を流通する二次冷媒の量を一致� �せるよう調節力が作用するので、二次冷媒� �バランスを調節するために弁等の調節手段� �設ける必要がなく、二次冷却装置44の構成を 簡易にできる。しかも、自然循環回路45にお� ��て、二次冷媒が円滑に自然対流するから、� ��発器EPにおける冷却効率を向上することが� �きる。従って、二次熱交換部46および蒸発器 EPに凝縮経路47および蒸発管52を複数設けるこ とができ、凝縮経路47および蒸発管52を屈曲� �分岐することなく、熱交換面積を稼ぐこと� �できる。

 前記二次冷却装置44では、熱交換器46およ び蒸発器EPの夫々に凝縮経路47および蒸発管52 を複数配置することができる。すなわち、1� �当たりの凝縮経路47および蒸発管52に要求さ� ��る熱交換面積が小さくなり、各凝縮経路47� �よび各蒸発管52の配管長を短くすることが可 能となる。これにより、各凝縮経路47および� ��蒸発管52において、必要とされる配管長を� �ぐために蛇行させる回数を少なくでき、流� �抵抗となる屈曲部分を減らせるから、当該� �縮経路47および蒸発管52を流通する二次冷媒� ��圧力損失を小さくすることができる。また� ��二次冷却装置44は、液配管48、ガス配管50、� ��縮経路47および蒸発管52を分岐させることな く、自然循環回路45を全体として1つの冷媒の 経路で構成しているから、配管等の分岐部に 起因する圧力損失が発生しない。自然循環回 路45では、凝縮経路47と蒸発管52との間で自然 対流に必要とされる二次冷媒のヘッド差を小 さくできるので、凝縮経路47と蒸発管52との� �で要求される落差が小さくなり、二次熱交� �部46と蒸発器EPとの上下の配置間隔を狭くす� ��ことが可能となり、二次冷却装置44をコン� �クトにできる。また、自然循環回路45におい て、二次冷媒の圧力損失が小さいので、液配 管48およびガス配管50として従来と比較して� �い管径を選定しても、同一量の二次冷媒を� �路内に循環させることができ、回路全体と� �て充填する二次冷媒の量を削減することが� �能となる。

 このように、各凝縮経路47および各蒸発� �52の長さや断面積を減じることが可能である ので、二次熱交換部46や蒸発器EPをコンパク� �にできると共に、循環する冷媒量を低減す� �ことで、自然循環回路45の圧力上昇を緩和す る膨張タンク(図示せず)の容量等の付帯設備� ��小さくなるので、二次冷却装置44全体とし� �コンパクトにすることができ、コストダウ� �も可能となる。また液配管48、ガス配管50お� ��び蒸発管52等の配管を細径化することで、� �れらの配管48,50,52において耐圧性能を確保す るために必要な肉厚を減ずることが可能とな る。すなわち、各配管48,50,52が細径化したこ� ��だけでなく、各配管48,50,52の肉厚が減少す� �こととの相乗によって、配管重量を一層削� �することができ、コストを更に低減し得る� �更に、実施例2の冷却設備32であっても、第11 頁第4行~第13頁第23行で説明した作用効果を奏 する。

 実施例2の二次冷却装置44は、単一の自然� ��環回路45で構成されているので、冷媒チャ� �ジポート74や圧力の過剰な上昇を防ぐ安全弁 や膨張タンク(何れも図示せず)等の付帯設備� ��、該自然循環回路45に対応した数だけ設け� �だけでよい。すなわち、実施例1の二次冷却� ��置70の如く、独立した複数の自然循環回路72 を備える構成と比較して、二次冷媒の偏流の 防止や配管径の細径化等のメリットを維持し つつ、付帯設備がコンパクトになり、コスト を低減し得る。また、実施例2の二次冷却装� �44は、製造工程やメンテナンスにおける冷媒 の充填作業を、単一の自然循環回路45に対し� ��なうだけなので、作業性およびメンテナン� ��性を向上し得る。

 前述した実施例2の二次冷却装置は、以下 の如く変更することも可能である。なお変更 例において、特に説明しない構成は実施例2� �構成が採用される。

(1)図4は、変更例1の冷却装置60の概略図で� �る。変更例1の冷却装置60は、複数(3基)の二� �熱交換部46A,46B,46Cと、この二次熱交換部46A,46 B,46Cと同数(3基)の蒸発器EP1,EP2,EP3を備えてい� �。また、各二次熱交換部46A,46B,46Cには、凝縮 経路47が1本ずつ設けられると共に、各蒸発器 EP1,EP2,EP3には、蒸発管52が1本ずつ設けられて� ��る。変更例1の自然循環回路は、凝縮経路47� ��流出端47bに接続する液配管48を、当該凝縮� �路47の流入端47aに連結したガス配管50が接続� ��ている蒸発管52と別の蒸発管52に接続すると 共に、蒸発管52の流出端52bに接続するガス配� ��50を、当該蒸発管52の流入端52aに連結した液 配管48が接続している凝縮経路47と別の凝縮� �路47に接続して、全体として1つの回路とし� �構成されている。ここで、変更例1の冷却装� ��60では、液化冷媒の供給を受けた凝縮経路47 を有する二次熱交換部46とは別の二次熱交換� ��46の凝縮経路47へ各蒸発器EPの蒸発管52から� �化冷媒を還流するよう構成される。また、� �更例1の冷却装置60では、気化冷媒の供給を� �けた蒸発管52を有する蒸発器EPとは別の蒸発� ��EPの蒸発管52へ各二次熱交換部46の凝縮経路4 7から液化冷媒を供給するようになっている� �

 変更例1の冷却装置60によれば、実施例2で 説明した前述の作用効果と同様の作用効果を 示す。また、二次熱交換部46および蒸発器EP� �複数備えていても、凝縮経路47と蒸発管52と� ��1対1の関係で液配管48およびガス配管50で接� ��され、自然循環回路全体に対する各液配管4 8および各ガス配管50の寸法が短くなり、各液 配管48および各ガス配管50における冷媒の流� �抵抗が減少するので、圧力損失を小さくす� �ことができる。

(2)図5は、変更例2の冷却装置62の概略図で� �る。変更例2の冷却装置62は、1基の二次熱交� ��部46と、複数(3基)の蒸発器EP1,EP2,EP3を備えて いる。また、各蒸発器EP1,EP2,EP3には、蒸発管5 2が1本ずつ設けられると共に、二次熱交換部4 6には、蒸発管52の総数と同数の凝縮経路47が� ��けられている。変更例2の自然循環回路は、 凝縮経路47の流出端47bに接続する液配管48を� �当該凝縮経路47の流入端47aに連結したガス配 管50が接続している蒸発管52と別の蒸発管52に 接続すると共に、蒸発管52の流出端52bに接続� ��るガス配管50を、当該蒸発管52の流入端52aに 連結した液配管48が接続している凝縮経路47� �別の凝縮経路47に接続して、全体として1つ� �回路として構成されている。ここで、変更� �2の冷却装置62では、気化冷媒の供給を受け� �蒸発管52を有する蒸発器EPとは別の蒸発器EP� �蒸発管52へ二次熱交換部46の各凝縮経路47か� �液化冷媒を供給するようになっている。

 変更例2の冷却装置62によれば、実施例2で 説明した前述の作用効果と同様の作用効果を 示す。また、複数の蒸発器EPを設けても、各� ��発器EPの蒸発管52に供給される液化冷媒の量 が一致しているから、複数の蒸発器EPによっ� ��別々の対象をバランスよく冷却することが� ��きる。なお、複数の蒸発器EPに設ける蒸発� �52は1本に限られず、図6に示す変更例3の冷却 装置64の如く、2本以上の複数本としても、蒸 発器EP毎に本数を異ならしてもよい。

(3)図7は、変更例4の冷却装置66の概略図で� �る。変更例4の冷却装置66は、複数(3基)の二� �熱交換部46A,46B,46Cと、1基の蒸発器EPを備えて いる。また、各二次熱交換部46A,46B,46Cには、� ��縮経路47が1本ずつ設けられると共に、蒸発� ��EPには、凝縮経路47の総数と同数(3本)の蒸発 管52が設けられている。変更例4の自然循環回 路は、凝縮経路47の流出端47bに接続する液配� ��48を、当該凝縮経路47の流入端47aに連結した ガス配管50が接続している蒸発管52と別の蒸� �管52に接続すると共に、蒸発管52の流出端52b� ��接続するガス配管50を、当該蒸発管52の流入 端52aに連結した液配管48が接続している凝縮� ��路47と別の凝縮経路47に接続して、全体とし て1つの回路として構成されている。ここで� �変更例4の冷却装置66では、液化冷媒の供給� �受けた凝縮経路47を有する二次熱交換部46と� ��別の二次熱交換部46の凝縮経路47へ蒸発器EP� ��各蒸発管52から気化冷媒を還流するよう構� �される。

 変更例4の冷却装置66によれば、実施例2で 説明した前述の作用効果と同様の作用効果を 示す。また、複数の二次熱交換部46を設けて� ��、各二次熱交換部46の凝縮経路47に循環する 気化冷媒の量が一致しているから、冷媒が偏 在することを回避して、蒸発器EPにおいて対� ��を効率よく冷却することができる。なお、� ��数の二次熱交換部46に設ける凝縮経路47は1� �に限られず、図8に示す変更例5の冷却装置68� ��如く、2本以上の複数本としても、二次熱交 換部46毎に本数を異ならしてもよい。

(4)実施例2および変更例の冷却装置は、1つ� ��自然循環回路を備える構成であるが、独立� ��た複数の自然循環回路を備える構成であっ� ��もよい。

(i)本発明の冷却装置は、空調設備等の冷却装 置にも適用可能である。
(ii)蒸発器は、箱体の内部を壁で区切ること� �冷媒経路を形成したタイプの蒸発器であっ� �もよい。
(iii)本発明の冷却装置は、冷凍庫、冷凍・冷� ��庫、ショーケースおよびプレハブ庫等の所� ��貯蔵庫に対しても適用し得る。
(iv)冷却設備の一次冷却装置として、吸収式� �その他の冷凍回路も採用することができる� �また、本発明に係る冷却装置は、熱交換部� �ファンによる送風等によって冷却する空冷� �であってもよい。
(v)熱交換器は、一次熱交換部と二次熱交換部 とを別体で構成したり、他の方式の熱交換器 であってもよい。
(vi)実施例では、一次冷却装置において液化� �媒を減圧する手段として膨張弁を用いたが� �これに限られず、キャピラリーチューブま� �はその他の減圧手段を採用し得る。
(vii)実施例では、二次ループ式冷凍回路を備� ��る冷却設備の二次側に本発明に係る冷却装� ��を用いる例を挙げている。前述の如く、二� ��ループ式冷凍回路を備えた冷却設備の欠点� ��解消し得ることから、本発明に係る冷却装� ��を二次ループ式冷凍回路に適用することは� ��常に有用である。しかし、本発明に係る冷� ��装置は、二次ループ式冷凍回路に適用する� ��とに限定されず、単体で冷却装置として用� ��ることも可能である。
(viii)実施例1の冷却装置において、1つの熱交� ��部に対して複数の蒸発器を設けてもよい。� ��なわち、複数の冷媒循環回路の各凝縮経路� ��1つの熱交換部に設けられると共に、各蒸発 器に対応の冷媒循環回路の蒸発経路が設けら れる。また実施例1の冷却装置において、複� �の熱交換部に対して1つの蒸発器を設けても� ��い。すなわち、複数の冷媒循環回路の各蒸� ��経路が1つの蒸発器に設けられると共に、各 熱交換部に対応の冷媒循環回路の凝縮経路が 設けられる。