JP2002090022A

JP2002090022A - 携帯用冷温蔵庫

Info

Publication number: JP2002090022A
Application number: JP2000279238A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Shimizu; 克美清水
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】冷凍庫と同等又はそれ以下の冷熱を得て庫
内を極低温に冷却でき、更には庫内負荷、設定温度に応
じた能力制御可能な携帯用冷温蔵庫を提供する。【解決手段】作動ガスを封入したシリンダ内をピスト
ン１８及びディスプレーサ２３が所定の位相差を保って
往復動することで低温を得るフリーピストン型スターリ
ング冷凍機１４を断熱箱体で区画された機械室１３内に
２台配設し、これらスターリング冷凍機１４，１４の駆
動を前記機械室１３内の負荷状態に応じて個別に冷凍能
力を制御して行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、庫内に飲食物等を
収容して冷却する冷温蔵庫に係り、特に野外に持ち出し
て使用できる携帯用冷温蔵庫に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、冷熱の発生手段を搭載する携
帯用冷温蔵庫には、種々のものが存在するが、特開平６
−３０７７５２号公報に開示されているように、ペルチ
ェ素子の性質を利用して庫内を冷却するタイプのものが
一般的である。この携帯用冷温蔵庫は、例えば図８の断
面図に示すように、外観が略直方体形状で、内部に飲食
物等を収容する空間１０１が形成され、冷熱源としてペ
ルチェ素子１０３を用いるものがある。

【０００３】即ち、この携帯用冷温蔵庫は、本体ケース
１０４、内ケース１０５及びアルミ等の金属からなる冷
却壁１０６とから形成される内容器１０７と、本体ケー
ス１０４と内容器１０７との間に充填された断熱材１０
８と、ペルチェ素子１０３とスペーサ１０９と放熱フィ
ン１１０とからなり内容器１０７にネジ等で固定された
冷却ユニット１１１と、冷却ファン１１２と、冷却ユニ
ット１１１と冷却ファン１１２とを覆うサイドカバー１
１３と、内部に断熱材１１４が充填された蓋体１０２と
を備えて構成されるものであった。

【０００４】このような携帯用冷温蔵庫は、消費電力
（Ｗ）に対する冷凍能力（Ｗ）の比が約１／１０であ
り、非常に効率が悪いため、省エネには不利であった。
例えば、１５Ｗの冷凍能力を得ようとすると、仮にペル
チェ素子１０３を１５Ｖで使用する場合、１０Ａの電流
を流す必要である。従って、１０時間以上使用するため
には、１００Ａｈ以上の大容量の電源が必要である。

【０００５】電源として商用電源や自動車のバッテリー
等を使用する場合は、充分これを賄うことができるが、
キャンプ場等の給電設備のない屋外で使用する場合に
は、屋外用の充電式ポータブル電源が必要となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな大容量のポータブル電源は非常に大型で重量も大き
く持ち運びに不便であり、しかも高価なため一般需用者
にとって入手困難なものであった。また、冷熱源である
ペルチェ素子による保冷温度は最低でも０℃付近が限界
であり、冷凍庫と同等の性能（庫内温度−１８℃）又は
それ以下の極低温を得ることができなかった。

【０００７】よって、ペルチェ素子１０３を複数設け
て、それらを個別に能力制御したとしても、０℃以上の
比較的狭い温度範囲でしか庫内温度の調節ができないた
め、鮮度の維持に凍結を要する食品の収容には不向きで
あり、使い勝手が悪かった。しかも、機器からの発熱を
逃がすための放熱フィン１１０の面積も大きくせざるを
得ず、これが携帯用冷温蔵庫の重量の増大に拍車をかけ
る要因にもなっていた。

【０００８】近年、このような課題を解決するものとし
て、比較的小型で高効率なスターリング冷凍機の研究が
進められている。スターリング冷凍機は、一般的に消費
電力（Ｗ）に対する冷凍能力（Ｗ）の比が約２倍であ
り、非常に効率が良いため、省エネに有利である。例え
ば、１５Ｗの冷凍能力を得るには、仮にスターリング冷
凍機を１５Ｖで使用する場合、０．５Ａの電流を流せば
足りる。従って、１０時間以上使用しても、電源の容量
は５Ａｈ以上あれば良く、これは充電式乾電池のバッテ
リーパック等でも充分賄える容量である。

【０００９】本発明は、冷凍庫と同等又はそれ以下の冷
熱を得て庫内を極低温に冷却でき、更には庫内負荷、設
定温度に応じて能力制御可能な携帯用冷温蔵庫を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明による携帯用冷温蔵庫は、作動ガスを封入したシ
リンダ内をピストン及びディスプレーサが所定の位相差
を保って往復動することで低温を得るスターリング冷凍
機を断熱箱体内に複数配設し、前記複数のスターリング
冷凍機の運転を前記断熱箱体内の負荷状態に応じて個別
に冷凍能力を制御して行うようにしたことを特徴とす
る。

【００１１】これによると、複数のスターリング冷凍機
の冷凍能力を個別に制御することで、高温から極低温ま
での広い温度範囲で庫内に収容した食品をきめ細かに冷
却できる。

【００１２】この場合、前記複数のスターリング冷凍機
の運転の上記制御を同一の冷凍能力にて行うようにする
と、スターリング冷凍機から略一定の冷凍能力が安定し
て得られる。

【００１３】それに対し、前記複数のスターリング冷凍
機の運転の上記制御を異なる冷凍能力にて行うようにす
ると、庫内の温度条件等に応じて各スターリング冷凍機
の冷凍能力を可変できる。

【００１４】そして、前記スターリング冷凍機の冷凍能
力が段階的に異なる２つのモードであって、冷凍能力の
比較的低い通常冷却モードと、冷凍能力の比較的高い急
速冷凍モードとの一方を必要に応じて切替可能すると、
用途に応じてモードを選択して使用できる使い勝手のよ
い携帯用冷温蔵庫となる。

【００１５】また、本発明による携帯用冷温蔵庫は、任
意のスターリング冷凍機の低温部が隣接する他のスター
リング冷凍機の高温部に接続されるように複数のスター
リング冷凍機を直列に配設したことを特徴とする。

【００１６】これによると、各スターリング冷凍機の冷
却面と放熱面との温度差が比較的小さくなるため、スタ
ーリング冷凍機の構成部品の信頼性が大幅に向上する。

【００１７】

【発明の実施の形態】＜第１の実施形態＞本発明の第１
の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本
実施形態に係る携帯用冷温蔵庫の外観斜視図である。こ
の携帯用冷温蔵庫は略直方体に形成された本体１と、該
本体１の上面開口部を開閉する蓋体２とを有しており、
本体１の前面の右側下方には放熱用のスリット１０が開
口形成されている。１１は外部電源に接続する電源プラ
グであり、１２は本体１と電源プラグ１２を繋ぐコード
である。

【００１８】図２はその携帯用冷温蔵庫の側面断面図で
ある。図２に示すように、蓋体２はその内部に断熱材３
が充填されており、本体１とヒンジピン４（図１）を中
心として回転自在に取り付けられている。５は合成樹脂
製の外ケースであり、略長方形の底壁を持ち、上面が開
口するような箱形状とし、蓋体２を固定するフック５ａ
（図１）を外面に形成している。

【００１９】６は合成樹脂製の内ケースであり、略長方
形の底壁を持ち、上面が開口するような箱形状をしてい
る。７はアルミ、銅等の蓄熱性に優れた金属から形成さ
れ、内ケース６の壁面に隙間を持たせず密着して設けた
シート状の蓄冷材である。８は、内ケース６内の保温性
を確保する断熱材であり、外ケース５と内ケース６とに
挟まれた部分に充填されている。

【００２０】図３はその携帯用冷温蔵庫の水平断面図で
ある。本体１の右側方には機械室１３が形成されてお
り、この機械室１３には後述する２つのフリーピストン
型スターリング冷凍機１４，１４が横臥方向に併設され
ている。

【００２１】６ｃは、内ケース６と一体又は内ケース６
と同一の材料からなる腕部である。この腕部６ｃの一端
部には、図示の如く、スターリング冷凍機１４のコール
ドヘッド部２６が接触している。更に、機械室１３に
は、スターリング冷凍機１４の冷却用の冷却ファン１５
と、リニアモータ１９への印加電圧を可変制御するイン
バータ回路１６とが配設されている。尚、１７は内ケー
ス６内の温度を検出する温度センサである。

【００２２】図４は、フリーピストン型スターリング冷
凍機１４の側面断面図である。スターリング冷凍機１４
は、逆スターリングサイクルとして既知の熱力学的サイ
クルによって極低温の冷熱を発生させる小型の冷凍機の
一種として知られている。その動作について、図４を参
照して説明する。ピストン１８はリニアモータ１９によ
り駆動され、共振用バネ２０により正弦運動する。この
ピストン１８の動きに伴い、圧縮空間２１内の作動ガス
の圧力は正弦的な変化をする。圧縮された作動ガスは、
放熱部２２で圧縮熱を放出し、ディスプレーサ２３内に
ある再生器２４で予冷され膨張空間２５に入る。

【００２３】膨張空間２５内の作動ガスの圧力は、圧縮
空間２１内の圧力とある位相差を持って正弦変化する。
即ち、ディスプレーサ２３はピストン１８に対しある位
相差を保って摺動することになる。作動ガスは膨張空間
２５に流入した後、膨張する際にコールドヘッド部２６
を介して外部から熱を奪う。膨張した作動ガスは、再生
器２４内を通過して圧縮空間２１に戻る。このとき、作
動ガスは再生器２４の熱を回収して予熱される。以上の
ような一連のサイクルが繰り返されることにより、コー
ルドヘッド部２６で極低温の冷熱を得ることができる。

【００２４】この携帯用冷温蔵庫の制御装置のブロック
図を図５に示すと、制御部２７の入力側には温度センサ
１７、内蔵のバッテリー２９及び商用電源３０が接続さ
れており、一方の出力側にはインバータ回路１６を介し
て２つのスターリング冷凍機１４，１４のそれぞれのリ
ニアモータ１９，１９及び冷却ファン１５が接続されて
いる。２８は、温度センサ１７からの信号を設定温度と
比較演算する演算部である。尚、本実施形態で使用する
インバータ回路１６は、スターリング冷凍機１４の特性
上、共振用バネ２０を使用した構成となっているため、
周波数を変化させるのではなく、一定周波数にてリニア
モータ１９への印加電圧を変化させる手法を採用してい
る。

【００２５】次に、以上のように構成された携帯用冷温
蔵庫の制御方法の一例について図５を参照して説明す
る。まず、制御部２７に給電設備として電源プラグ１１
（図１参照）が商用電源３０に接続されているか否かの
判断がなされる。即ち、電源プラグ１１が商用電源３０
に接続されている場合は、商用電源３０からの給電によ
りスターリング冷凍機１４（図４）のリニアモータ１９
及び冷却ファン１５に通電する。逆に、給電設備のない
場所で使用するときは、商用電源３０に接続できないの
で、内蔵のバッテリー２９からの給電を利用する。

【００２６】温度検出部１７により内ケース６内の温度
の検出を行い、その信号が演算部２８に入力される。こ
れに基づき、演算部２８は設定温度と内ケース６内の温
度とを比較し、設定温度に対して内ケース６内の温度が
下回っておれば、リニアモータ１９への印加電圧を低下
させ低出力でスターリング冷凍機１４を駆動させるよう
インバータ回路１６に出力する。逆に、設定温度に対し
て内ケース６内の温度が上回っている状況であれば、リ
ニアモータ１９への印加電圧を増加させ高出力でスター
リング冷凍機１４を駆動させるようインバータ回路１６
に出力する。

【００２７】これにより、携帯用冷温蔵庫の内ケース６
内の温度を設定温度付近で略一定に維持できる。ところ
で、スターリング冷凍機１４が一台しかなく、内ケース
６内の熱的負荷がスターリング冷凍機１４の最大出力を
越える場合には、スターリング冷凍機１４を最大出力に
て駆動しても設定温度に到達しないため、比較的高い温
度領域より低温に内ケース６の内容積全体を冷却できな
いことがある。

【００２８】それに対し、本実施形態では複数のスター
リング冷凍機１４を機械室１３内に設置し、その合計の
冷凍能力の最大値が内ケース６内の最大負荷を上回る設
定にしているので、スターリング冷凍機１４の冷凍能力
を負荷状態に対応させた形で可変できる。従って、大量
の食品を内ケース６内に収容しても、内ケース６内の異
常な温度上昇を防止して食品の鮮度を保持できる。

【００２９】＜第２の実施形態＞本発明の第２の実施形
態について図面を参照して説明する。本実施形態は上記
第１の実施形態の変形であり、基本的な構成は図３と同
様である。本実施形態に特徴的なスターリング冷凍機１
４の制御方法は、温度センサ１７からの信号に基づき演
算部２８で設定温度との比較を行った後、制御部２７に
より複数のスターリング冷凍機１４のそれぞれを同一の
冷凍能力で駆動すべくインバータ回路１６に出力させる
ようにしたことである。これによれば、スターリング冷
凍機１４の制御方法が容易になるとともに、従来のペル
チェ素子のものに比べ、比較的広い温度範囲で内ケース
６内の温度の調節が可能となる。

【００３０】＜第３の実施形態＞本発明の第３の実施形
態について図面を参照して説明する。本実施形態は上記
第１の実施形態の変形であり、基本的な構成は図３と同
様である。本実施形態に特徴的なスターリング冷凍機１
４の制御方法は、温度センサ１７からの信号に基づき演
算部２８で設定温度との比較を行った後、制御部２７に
より複数のスターリング冷凍機１４のそれぞれを単数台
ずつ異なる冷凍能力で駆動すべくインバータ回路１６に
出力させるようにしたことである。これによれば、従来
のペルチェ素子のもの比べ、比較的広い温度範囲できめ
細かに内ケース６内の温度の調節が可能となる。

【００３１】＜第４の実施形態＞本発明の第４の実施形
態について図面を参照して説明する。本実施形態に特徴
的な構成は、上記第１〜第３の実施形態に係る携帯用冷
温蔵庫の外観部に、急速冷凍モードスイッチ（図示せ
ず）を設け、必要に応じて該スイッチを押圧することで
スターリング冷凍機１４の冷凍能力を高めて内ケース６
内に収容した食品を急速冷凍できるようになっている。

【００３２】次に、本実施形態に係る携帯用冷温蔵庫の
使用形態について図５のブロック図及び図６のフローチ
ャートを参照して説明する。内ケース６内に食品を収容
して携帯用冷温蔵庫に電源を投入すると、スイッチを、
ステップＳ１で設定される初期条件に基づきスターリン
グ冷凍機１４の運転が開始される。

【００３３】そして、ステップＳ３で使用者が前記急速
冷却モードスイッチを押圧してＯＮにすると、急速冷凍
モードに移行し、ステップＳ４で温度センサ１７により
内ケース６内の温度が検出され、急速冷凍モードの設定
温度（例えば、−３０℃）と比較される。

【００３４】このとき、内ケース６内の温度が設定温度
より高いと、ステップＳ６に移行してスターリング冷凍
機１４の運転が継続されるとともに、ステップＳ７で冷
却ファン１５が回転され、スターリング冷凍機１４の放
熱部２２からの放熱を促進する。そして、ステップＳ１
に戻り、初期設定から始まる一連の制御が繰り返される
こととなる。

【００３５】一方、庫内温度が設定温度以下になると、
ステップＳ８に移行してスターリング冷凍機１４の運転
が停止されるとともに、ステップＳ９で冷却ファン１５
の回転も停止される。従って、省エネが図られる。そし
て、ステップＳ１に戻り、初期設定から始まる一連の制
御が繰り返されることとなる。

【００３６】また、ステップＳ３で急速冷凍モードが選
択されなかった場合は、通常の冷却モードに移行し、ス
テップＳ５で温度センサ１７により内ケース６内の温度
が検出され、通常冷却モードの設定温度（例えば、０〜
５℃）と比較される。

【００３７】このとき、内ケース６内の温度が設定温度
より高いと、ステップＳ６に移行してスターリング冷凍
機１４の運転が継続されるとともに、ステップＳ７で冷
却ファン１５が回転され、スターリング冷凍機１４の放
熱部２２からの放熱を促進する。そして、ステップＳ１
に戻り、初期設定から始まる一連の制御が繰り返される
こととなる。

【００３８】一方、内ケース６内の温度が設定温度以下
になると、ステップＳ８に移行してスターリング冷凍機
１４の運転が停止されるとともに、ステップＳ９で冷却
ファン１５の回転が停止される。従って、省エネが図ら
れる。そして、ステップＳ１に戻り、初期設定から始ま
る一連の制御が繰り返されることとなる。

【００３９】これによれば、スターリング冷凍機１４の
特徴である極低温の冷熱が、急速冷却モードスイッチの
操作１つで利用可能となり、用途に応じて通常冷蔵温度
帯又は急速冷凍温度帯の一方を選択することで設定され
る設定温度と、温度センサ１７により検出される内ケー
ス６内の温度との関係に基づき、スターリング冷凍機１
４の駆動が自動でＯＮ／ＯＦＦ制御されるため、無駄な
電力の消費を削減して省エネルギーに所望の冷却性能を
得ることができる。

【００４０】＜第５の実施形態＞本発明の第５の実施形
態について図面を参照して説明する。図７は本実施形態
に係る携帯用冷温蔵庫の上面断面図である。図７におい
て、図３に示す上記第１の実施形態に係る携帯用冷温蔵
庫と共通の部材には同一の符号を附し、その詳細な説明
を省略する。

【００４１】本実施形態に特徴的な構成は、機械室１３
内に２つのスターリング冷凍機１４，１４が直列に配設
されており、一方のスターリング冷凍機１４はコールド
ヘッド２６で腕部６ｃに接続され、放熱部２２には、他
方のスターリング冷凍機１４のコールドヘッド２６が熱
伝導体３１を介して接続されていることである。

【００４２】通常、単独のスターリング冷凍機１４で極
低温を得るには、例えば、コールドヘッド２６の温度を
−５０℃、放熱部２２の温度を５０℃とした場合、冷却
面と放熱面の温度差が１００℃にもなるため、スターリ
ング冷凍機１４の構成部品の寿命が短縮したり、信頼性
が低下する恐れがあった。

【００４３】そこで、本実施形態のように２台のスター
リング冷凍機１４を直列に接続することにより、各スタ
ーリング冷凍機１４における上記の温度差は比較的小さ
くなるため、構成部品の寿命の延長や信頼性の向上が図
られるとともに、各スターリング冷凍機１４の冷凍能力
を適切に制御することにより、比較的低入力で極低温を
得ることができる。尚、図７ではスターリング冷凍機１
４を２台直列に接続する場合について説明したが、２台
以上の冷凍機１４を同様な配置で直列に設けてもよいこ
とは言うまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、断
熱箱体内に設けた複数のスターリング冷凍機の冷凍能力
を個別に制御して運転するようにしたので、高温から極
低温までの広い温度範囲で庫内温度をきめ細かに調節し
て、庫内負荷に応じた所望の冷却能力を得ることのでき
る使い勝手のよい携帯用冷温蔵庫が得られる。また、給
電用のバッテリーも従来のペルチェ素子タイプより小型
で小容量のものを使用できるため、持ち運びと省エネに
有利な携帯用冷温蔵庫を提供できる。

【００４５】また、通常の冷却モードと急速冷凍モード
との一方を必要に応じて切替可能としたことにより、携
帯用冷温蔵庫の用途に応じてモードを選択して所望の冷
却性能を得ることができる使い勝手のよい携帯用冷温蔵
庫が得られる。

【００４６】また、任意のスターリング冷凍機の低温部
が隣接する他のスターリング冷凍機の高温部に接続され
るように複数のスターリング冷凍機を直列に配設したこ
とで、各冷凍機における冷却面と放熱面との温度差は比
較的小さくなるため、冷凍機の構成部品の寿命の延長や
信頼性の向上が図られるとともに、比較的低入力で極低
温が得られる省エネに有利な携帯用冷温蔵庫が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る携帯用冷温
蔵庫の外観斜視図である。

【図２】その携帯用冷温蔵庫の側面断面図である。

【図３】その携帯用冷温蔵庫の上面断面図である。

【図４】フリーピストン型スターリング冷凍機の断
面図である。

【図５】その携帯用冷温蔵庫の制御装置のブロック
図である。

【図６】本発明の第４の実施形態に係る携帯用冷温
蔵庫の制御方法の流れを示すフローチャートである。

【図７】本発明の第５の実施形態に係る携帯用冷温
蔵庫の上面断面図である。

【図８】従来の携帯用冷温蔵庫の一例の側面断面図
である。

【符号の説明】

１携帯用冷温蔵庫本体２蓋体３，８断熱材５外ケース６内ケース６ｃ腕部７保冷板１０スリット１１コード１２電源プラグ１４フリーピストン型スターリング冷凍機１５冷却ファン１６インバータ回路１７温度センサ２２放熱部２６コールドヘッド２７制御部２８演算部２９バッテリー３０商用電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作動ガスを封入したシリンダ内をピスト
ン及びディスプレーサが所定の位相差を保って往復動す
ることで低温を得るスターリング冷凍機を断熱箱体内に
複数配設し、前記複数のスターリング冷凍機の運転を前
記断熱箱体内の負荷状態に応じて個別に冷凍能力を制御
して行うようにしたことを特徴とする携帯用冷温蔵庫。
【請求項２】前記複数のスターリング冷凍機の運転の
上記制御を同一の冷凍能力にて行うようにしたことを特
徴とする請求項１に記載の携帯用冷温蔵庫。
【請求項３】前記複数のスターリング冷凍機の運転の
上記制御を異なる冷凍能力にて行うようにしたことを特
徴とする請求項１に記載の携帯用冷温蔵庫。
【請求項４】前記スターリング冷凍機の冷凍能力が段
階的に異なる２つのモードであって、冷凍能力の比較的
低い通常冷却モードと、冷凍能力の比較的高い急速冷凍
モードとの一方を必要に応じて切替可能としたことを特
徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の携帯用
冷温蔵庫。
【請求項５】任意のスターリング冷凍機の低温部が隣
接する他のスターリング冷凍機の高温部に接続されるよ
うに複数のスターリング冷凍機を直列に配設したことを
特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の携帯
用冷温蔵庫。