超低温冷冻库技术领域
本发明涉及一种超低温冷冻库。具体讲，就是涉及一种不另行使用例如低温
(Cryogenic)制冷剂等的制冷剂，通过调节套管(double pipe)的体积就能使具有通用结构
的冰箱急速冷冻至零下80度以下温度的超低温冷冻库。
背景技术
冰箱具有压缩机、冷凝机、膨胀机及蒸发机，采用压缩-凝缩-膨胀-蒸发的冷却循
环来冷却冷冻室。
冷却循环包括：通过压缩机的运转将气体状态的制冷剂压缩至高温-高压的压缩
循环；将压缩为高温-高压的气体冷凝液化的冷凝循环；降低冷凝气体压强的膨胀循环；将
压强降低的制冷剂汽化从而降低冷冻室温度的蒸发循环。
在由上述冷却循环构成的冰箱中，通过在冷凝机与膨胀机之间连接套管，利用从
蒸发器排出的低温/低压制冷剂来冷却从冷凝机排出的制冷剂，从而提高冰箱的制冷效率。
在这种情况下，套管包括：从冷凝机到膨胀机的第1制冷剂管；容纳第1制冷剂管、且连接在
蒸发机与压缩机之间的第2制冷剂管。利用套管使从冷凝机排出的制冷剂充分冷却，可以提
高由压缩机-冷凝机-膨胀机-蒸发机构成的冷却循环的制冷效果。
作为利用套管的冰箱的一个例子，韩国注册专利第10-0836824号中有相关记载。
注册专利第10-0836824号中利用干冰(二氧化碳)作为制冷剂，为了最大限度地减少因蓄电
池造成的体积增加，使与气体冷却器出口侧连接的第1流路和与蒸发机出口侧连接的第2流
路相互进行热交换。在这种情况下，注册专利第10-0836824号使第1流路朝本体的下方流
动，从而不用另行安装蓄电池，可以使冰箱本体更加紧凑。但是，如注册专利第10-0836824
号的图5所示，注册专利第10-0836824号是将套管构成为叠层线圈形状，因此，套管本身的
体积会使冰箱结构实现紧凑化受到限制，还需要使用干冰作为制冷剂。而且，其使用套管的
目的似乎不在于提高制冷效率，而仅在于使套管内的制冷剂向下方流动、从而去除蓄电池，
因此不存在有关于急速冷冻的技术考虑。
发明内容
所要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供一种超低温冷冻库，将从冷凝机排出的制冷剂和从蒸发
机排出的制冷剂进行热交换的套管体积与蒸发管的体积之比设定为70％～130％，从而随
着制冷剂的冷却循环重复，制冷剂的温度能够迅速地降至设定的超低温。
解决技术问题的方法
为了实现上述目的，依据本发明实施例的超低温冷冻库可包括：容纳蒸发管的蒸
发机、压缩机、膨胀管、冷凝机、套管。在这种情况下，套管包括：配置在冷凝机与膨胀管之
间，并连接在冷凝机与膨胀管之间的第1制冷剂管；内部容纳第1制冷剂管形成套管，并连接
在蒸发机与压缩机之间的第2制冷剂管。相比于蒸发管的体积，第2制冷剂管的体积与第1制
冷剂管的体积之差即差异体积为70％～130％。
为了实现上述目的，依据本发明实施例的超低温冷冻库可包括：容纳蒸发管的蒸
发机、压缩机、膨胀管、冷凝机、套管。在这种情况下，套管包括：配置在冷凝机与膨胀管之
间，将冷凝机与膨胀管连接起来的第1制冷剂管；内部容纳第1制冷剂管形成套管，位于蒸发
机与压缩机之间将二者连接起来的第2制冷剂管。相比于蒸发管的长度，第2制冷剂管或第1
制冷剂管的长度为70％～130％。
为了实现上述目的，依据本发明实施例的超低温冷冻库可包括：容纳蒸发管的蒸
发机、压缩机、膨胀管、冷凝机、套管。在这种情况下，套管包括：内部容纳所述第1制冷剂管
形成套管，位于蒸发机与压缩机之间将二者连接起来的第2制冷剂管。当制冷剂在蒸发管内
的移动时间为第1移动时间，制冷剂在第2制冷剂管内的移动时间为第2移动时间时，将第2
制冷剂管的长度设定为使第2移动时间与第1移动时间之比达到70％～130％。
发明效果
依据本发明，将从冷凝机排出的制冷剂和从蒸发机排出的制冷剂进行热交换的套
管形成为套管体积相比于蒸发管体积为70％～130，从而随着制冷剂的冷却循环重复，制冷
剂的温度能够迅速地降至超低温。
附图说明
图1是依据本发明一个实施例的超低温冷冻库的立体图。
图2是对依据本发明实施例的超低温冷冻库的冷藏循环进行说明的参考示意图。
图3与图4是图2所示套管一个示例的参考图。
图5与图6是配置在主体与本体之间的套管及套管成型结构的参考示意图。
图7是计算依据实施例的套管体积的方法的参考示意图。
图8是对依据本发明另一实施例的超低温冷冻库的冷藏循环进行说明的参考示意
图。
具体实施方式
本说明书中提到的蒸发机由蒸发管构成。在本说明书中，蒸发机与蒸发管其含义
可以混用。
下面，将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。在这里，需要注意的是，
附图中的相同构成要素尽量用同一符号标示。另外，对于可能对本发明主旨产生混淆的公
知功能及构成，这里就不再进行详细说明。基于同样的原因，附图中的一部分构成要素进行
了夸大或者省略或者概略性图解。
图1是示出依据本发明一个实施例的超低温冷冻库100的立体图，图2是对依据本
发明实施例的超低温冷冻库100的冷藏循环进行说明的参考示意图。
同时参照图1和图2可知，依据实施例的超低温冷冻库100具有本体103和冷冻室
101，冷冻室101可以容纳生物组织、血液、细胞组织。为了能够从外部看清里面，冷冻室101
也可以设置透视窗。在这种情况下，考虑到-80度的冷冻室101温度，透视窗可以由具有真空
层的双层玻璃构成。
超低温冷冻库100的下端可以容纳冷凝机120及压缩机110，背面可以容纳套管
140。在这里，套管140可以按照第2制冷剂管142容纳第1制冷剂管141的形态设置。第1制冷
剂管141从过滤干燥器130连接到膨胀管150，第2制冷剂管142可以连接在蒸发机160与压缩
机110之间。即，第1制冷剂管141用于冷却从过滤干燥器130流向膨胀管150的制冷剂。第2制
冷剂管142可以事先冷却第1制冷剂管141的制冷剂，然后再将冷却的制冷剂向膨胀管130排
出。
过滤干燥器130从冷凝机120排出的制冷剂中过滤湿气或异物后，再将制冷剂提供
至套管140的第1制冷剂管141。
在这里，套管140中的第1制冷剂管141使制冷剂从过滤干燥器130向膨胀管150流
动，第2制冷剂管142使制冷剂从蒸发机160向压缩机110流动。即，在第1制冷剂管141中流动
的制冷剂和在第2制冷剂管142中流动的制冷剂相互逆向移动，通过这种逆向移动，可以有
效执行第1制冷剂管141与第2制冷剂管142的热交换。
这种套管140配置在外壳103的背面后，通过发泡聚氨酯成型(molding)。发泡聚氨
酯是一种内部带有无数空气层的树脂，涂布在冷冻室101与本体103之间，可以使依据实施
例的超低温冷冻库100隔热。在这种情况下，本体103与冷冻室101之间可以成型具有平面线
圈形状的套管140。
为了使体积达到最小化，并使结构更加紧凑，套管140可以形成为平面线圈型。套
管140可以具有从周面朝向中心部的线圈形态。因此，将套管140配置在本体103的背面后，
用发泡聚氨酯成型，在不会使本体103的厚度增加太多的前提下，还可以通过发泡聚氨酯成
型在本体103的背面。这将会在后文中详述。
从过滤干燥器130排出的制冷剂在套管140的第1制冷剂管141内通过第2制冷剂管
142进行追加冷却后，再向膨胀机150提供。在这种情况下，向膨胀机150施加的制冷剂可以
处于被充分地过度冷却的状态。过度冷却的制冷剂在膨胀管150内膨胀，成为低温/低压的
气体状态的制冷剂，当其流入冷冻室101时，其就能够下降至足够低的温度。
蒸发机160吸收冷冻室101的潜热使制冷剂从气体相转换为液体状态。在这种情况
下，蒸发机160具有配置在蒸发室101内部的蒸发管形态，套管140的体积与蒸发管的体积之
比在1：1或70％～130％的范围内。
在这里，
1)蒸发管的体积是指以蒸发管的内径为基准计算出的体积；
2)套管140的体积是指[第2制冷剂管142的体积-第1制冷剂管141的体积]。下面，
将[第2制冷剂管142的体积-第1制冷剂管141的体积]定义为“差异体积”。
在这种情况下，第2制冷剂管142的体积对应于以第2制冷剂管142的内径为基准的
体积，而第1制冷剂管141的体积对应于以第1制冷剂管141的外径为基准的体积。
在这里，第2制冷剂管142的体积纯粹是指制冷剂能够在第2制冷剂管142的内部流
动的内部体积。
当差异体积＝蒸发管体积时，从蒸发管向压缩机110排出的制冷剂将从过滤干燥
器130流向膨胀管150的液态制冷剂冷却，通过第1制冷剂管141从过滤干燥器130流向膨胀
管150的制冷剂在冷凝机120内冷却后，经再次冷却，可以向膨胀管150提供。在膨胀管150内
汽化的制冷剂处于低温/低压状态，在蒸发机160内吸收冷冻室101的潜热后向第2制冷剂管
142提供。制冷剂在第2制冷剂管142中与第1制冷剂管141进行热交换，吸收在第1制冷剂管
141中流动的制冷剂的热量后，可以返回压缩机110。因此，压缩机110接收通过第1制冷剂管
141加热的制冷剂并迅速将制冷剂压缩成高温/高压的状态后可以向冷凝机120提供。如此，
从第2制冷剂管142回送到压缩机110的制冷剂被充分加热，可提高在压缩机110中压缩制冷
剂从而转换为高温/高压的状态的效率。提高效率意味着能够更快地完成冷却循环，并可以
进一步降低冷冻室101的温度。
在这种情况下，第2制冷剂管142的体积既可以与构成蒸发机160的蒸发管体积按
照1：1的比例进行等量配置，也可以根据目标温度对其体积进行增减。
蒸发管的体积与降低冷冻室101温度的冷却能力成比例关系，假设根据蒸发管的
冷却能力配置第2制冷剂管142的体积，且从节点A向节点D流动的制冷剂速度一定时，就可
以视为在蒸发管内流动的制冷剂在相同体积的第2制冷剂管142内加热。因此，从蒸发管向
压缩机110流动的制冷剂在第2制冷剂管142内被充分预热后再施加至压缩机110。然后，压
缩机110将经过预热的制冷剂压缩后，向冷凝机120提供。这种预热循环的顺序为压缩机
110-冷凝机120-过滤干燥器130，每当重复对套管140-膨胀机150-蒸发机160的冷却循环
时，预热制冷剂的热量就会积累起来，从而可以提高冷却循环的效率。
即，可以在短时间内使冷冻室101迅速冷却至超低温状态。例如：当假设构成蒸发
机160的蒸发管的管径为7mm，构成套管140的第1制冷剂管141的外径为4mm，第2制冷剂管
142的内径为8mm(外径为9mm)时，蒸发管的体积就可以按照(半径)2xΠx h(长度)进行计
算，即可以按照“12.25Πx h”进行计算。
在这种情况下，第1制冷剂管141的体积为“4Πx h”，第2制冷剂管142的体积可以
按照“16Πx h”进行计算，差异体积可以按照“16Πx h”–“4Πx h”＝“12Πx h”进行计算。
如果假设蒸发管的长度与第2制冷剂管142的长度相等，则相对于蒸发管体积的第2制冷剂
管142(或第1制冷剂管141)的体积比计算为12/12.5＝96％。
另外，当由所述体积比决定的蒸发管体积与第2制冷剂管142(或第1制冷剂管141)
的体积相近时，向膨胀管150流入的制冷剂温度在第1制冷剂管141的作用下上升，通过第2
制冷剂管142从蒸发管向压缩机110流动的制冷剂温度下降。在这一过程中，以在膨胀管150
内膨胀的制冷剂温度与冷藏室101的外部气温之间的温度差定义的膨胀温差(ΔT)下降。
膨胀温差(ΔT)的下降使在蒸发管内流动的制冷剂温度不至于降低到-100℃以
下，可以使制冷剂的温度达到-70℃～-80℃。即，依据实施例的超低温冷冻库能够迅速达到
一定的温度范围(-70℃～-80℃)，它不是单纯地持续使温度降低或者升高，而是能够迅速
达到规定的温度范围(-70℃～-80℃)。依据实施例的医用冷冻库可以将细胞、DNA、血液及
其它用于实验或者需要保存的材料迅速在一定的温度范围内进行保存。
图3和图4是示出图2所示套管140一个例子的参考图。下面，将参照图1对图3和图4
进行说明。
从图3中可以看出，依据实施例的套管140呈平面线圈状，其中插入第1制冷剂管
141的第2制冷剂管142的一个面从周面向中心部形成同心圆。对于这种结构来说，当依据实
施例的套管140配置在本体103的背面时，就以平面线圈的形状附着在本体103背面，从而可
以不增加本体103的厚度。即，可以使依据实施例的超低温冷冻库的结构更加紧凑、薄。图3
所示套管140的一侧可以与过滤干燥器130连接，另一侧可以从中心部向D4方向突出并与膨
胀管150连接。
如图4所示，套管140紧贴于主体103-1的背面，向外部露出平面的同心圆结构。在
这种状态下，本体103套在主体103-1上，如果在本体103与主体103-1之间涂布发泡聚氨酯
树脂就可以完成成型操作。对此，将参照图5和图6进行说明。
首先，图5是示出了将套管140配置在主体103-1上的一个例子。从图中可以看出，
套管140与主体103-1的暴露面平行配置，不会增加主体103-1的厚度。图6是示出配置有套
管140的主体103-1与本体103之间的配置关系的参考图，如图6所示，将套管140配置在主体
103-1上后，可以向主体103-1与本体103之间的区域S1填充如发泡聚氨酯等的隔热材料。在
本实施例中，虽然提到了用发泡聚氨酯作为填充区域S1的隔热材料，但是，除此之外，还可
以用发泡聚苯乙烯或者发泡橡胶及其它多种材质的隔热材料填充区域S1。
如果用发泡聚氨酯填充区域S1，配置在主体103-1上的套管140就能够通过发泡聚
氨酯与本体103一起成型。因此，套管140不会受外部温度的影响，并实现第1制冷剂管141与
第2制冷剂管142之间的热交换。
图7示出了计算依据实施例的套管140体积的方法的参考图。
参照图7可知，依据实施例的套管140以第1制冷剂管141的外径D2为基准计算出第
1制冷剂管141的体积，对于第2制冷剂管142来说，以内径D2为基准计算出第2制冷剂管142
的体积。同时，可以将在第2制冷剂管142内流动的制冷剂体积计算为第1制冷剂管141的体
积与第2制冷剂管142的体积之差即体积差。
圆形管状结构的体积可以通过下述数学式1进行计算，在此基础上，就可以计算出
第1制冷剂管141的体积、第2制冷剂管142的体积及体积差。
v＝π×r2×h
在这里，v表示圆筒的体积，Π表示圆周率，r表示圆筒的半径，h表示圆筒的长度。
参照数学式1可知，第1制冷剂管141的体积可以通过下述数学式2进行计算。
在这里，v1表示第1制冷剂管141的体积，Π表示圆周率，D1表示第1制冷剂管141的
半径，H表示第1制冷剂管141的长度。
然后，可以参照数学式1并通过下述数学式3计算出第2制冷剂管142的体积。
在这里，v2表示第2制冷剂管142的体积，Π表示圆周率，D2表示第2制冷剂管的半
径，H表示第2制冷剂管142的长度。在这种情况下，D2可以代表第2制冷剂管142的内径半径。
这是因为，计算出第2制冷剂管142的内部体积与第1制冷剂管141的外部体积之间的体积差
之后，可以将其用于计算第2制冷剂管142的纯粹体积。
差异体积可以通过V2-V1进行计算。可以调整长度，以便根据所述数学式1～数学
式3计算出的差异体积与蒸发管的体积之比达到70％～130％。当差异体积＝蒸发管体积
时，就可以对在蒸发管内流动的制冷剂进行充分预热。当差异体积与蒸发管体积之比超过
100％时，还能够进行进一步预热。如果依据实施例的超低温冷冻库的冷藏温度可以不降
至-80度以下，则相比于蒸发管体积的差异体积可以为70％～100％。相反，如果依据实施例
的超低温冰箱需要冷却至-80度以下的温度，则相比于蒸发管体积的差异体积可以为101％
～130％。即，相对于蒸发管体积的差异体积的比率可以根据依据实施例的超低温冷冻库将
冷冻室101的温度降低到何种程度决定。
如果蒸发管的长度与第2制冷剂管142的长度相等，这就意味着蒸发管的体积与第
2制冷剂管142和第1制冷剂管141的差异体积相等。在这种情况下，依据实施例的超低温冷
冻库100中第2制冷剂管142的长度与蒸发管的长度之比为70％～130％。
图8是对依据本发明另一实施例的超低温冷冻库的冷藏循环进行说明的参照图。
参照图8可知，依据实施例的超低温冷冻库的冷藏循环与通过图2说明的情况相
同，具有压缩-冷凝-膨胀-蒸发的冷藏循环。在本图中省略了一部分结构，但与图2相同，与
带有压缩机110、冷凝机120、过滤干燥器130、套管140、膨胀管150及蒸发机160的超低温冷
冻库相对应。
因此，与图2所示结构重复的压缩机110、冷凝机120、过滤干燥器130及膨胀管150
就不再进行说明和图解，对这些构成要素的说明可以参照图2进行理解。
本实施例的特征在于，不是利用构成蒸发机160的蒸发管的体积，而是利用制冷剂
在蒸发管内移动的移动时间与在第2制冷剂管142内移动的时间之比，使在第2制冷剂管内
移动的制冷剂充分吸收热量后再向压缩机100提供。如此，通过使制冷剂加热后再回送至压
缩机100，从而当压缩机100对制冷剂进行压缩时，可以在短时间内使制冷剂的状态转换为
高温/高压状态后再向冷凝机120提供。当制冷剂经过冷凝机120向膨胀管150移动时，使其
在第1制冷剂管141内冷却，从而可以使制冷剂在第2制冷剂管142内加热，而在第1制冷剂管
141内进行过度冷却。如果反复进行制冷剂的加热与过度冷却，则依据实施例的超低温冷冻
库就能够将冷冻室101的温度在短时间内降至-80度或更低的温度。在这里，与制冷剂的加
热及过度冷却相关的事项并非仅适用于图8所示结构，可适用于本实施例整体。
相比于在蒸发管内移动的制冷剂的第1移动时间t1在第2制冷剂管142内移动的制
冷剂的第2移动时间t2可以为70％～130％。根据冷凝机120的性能，也可以将相比于第1移
动时间t1的第2移动时间t2增加至70％～130％范围以上。
另外，本说明书和附图中列举的本发明的实施例是为了更加通俗易懂地对本发明
的技术内容进行说明，并有助于对本发明的理解而列举的特定示例，它并不限定本发明的
范围。毫无疑问，除了这里列举的实施例之外，本领域熟练技术人员完全可以以本发明的技
术思想为基础来实施其它变形例。
产业上的可利用性
本发明可为医疗产业、对血液或者细胞组织进行保管、研究及操作的行业和基因
操作产业作出贡献，如果将其用于对非生物组织(如：物品或者物质)的长期保管时，也可以
为冷冻及保管产业作出贡献。