JP2002221384A - 冷蔵庫 - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D23/00—General constructional features
- F25D23/003—General constructional features for cooling refrigerating machinery
Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱交換効率が良く、大容量で低電力消費の冷
蔵庫を提供することである。 【解決手段】 低温側熱交換部１０において、スターリ
ング冷凍機１の低温部３に発生した冷熱は、低温側凝縮
器４に伝達され、冷媒はほとんどが液化される。その液
体と気体が混合した冷媒は、低温側凝縮器４と気液分離
器６の高低差を利用して、銅管１２を通じて低温側気液
分離器６に導入され、そこで液体が溜められる。気液分
離器６の底面から銅管１３を通じて低温側蒸発器５に導
入された液体の冷媒は、その冷熱を低温側蒸発器５の壁
面を通じて冷蔵庫庫内の空気と熱交換し、冷蔵庫庫内に
冷気を発生させるとともに蒸発する。高温側熱交換部１
１においても同様の原理で温熱を放出する。
蔵庫を提供することである。 【解決手段】 低温側熱交換部１０において、スターリ
ング冷凍機１の低温部３に発生した冷熱は、低温側凝縮
器４に伝達され、冷媒はほとんどが液化される。その液
体と気体が混合した冷媒は、低温側凝縮器４と気液分離
器６の高低差を利用して、銅管１２を通じて低温側気液
分離器６に導入され、そこで液体が溜められる。気液分
離器６の底面から銅管１３を通じて低温側蒸発器５に導
入された液体の冷媒は、その冷熱を低温側蒸発器５の壁
面を通じて冷蔵庫庫内の空気と熱交換し、冷蔵庫庫内に
冷気を発生させるとともに蒸発する。高温側熱交換部１
１においても同様の原理で温熱を放出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スターリング冷凍
機を備えた冷蔵庫に関するものである。
機を備えた冷蔵庫に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、冷凍・空調機器の作動媒
体としてＣＦＣ（特定フロン）及びＨＣＦＣ系冷媒が用
いられてきたが、既にＣＦＣ系冷媒は全廃されており、
ＨＣＦＣ系冷媒もオゾン層保護の国際条約により規制さ
れている。また、新しく開発されたＨＦＣ系冷媒は、オ
ゾン層を破壊しないが地球温暖化係数が二酸化炭素の数
百から数千倍という強力な温暖化物質であり、排出規制
の対象となっている。
体としてＣＦＣ（特定フロン）及びＨＣＦＣ系冷媒が用
いられてきたが、既にＣＦＣ系冷媒は全廃されており、
ＨＣＦＣ系冷媒もオゾン層保護の国際条約により規制さ
れている。また、新しく開発されたＨＦＣ系冷媒は、オ
ゾン層を破壊しないが地球温暖化係数が二酸化炭素の数
百から数千倍という強力な温暖化物質であり、排出規制
の対象となっている。
【０００３】そこで、上記のような冷媒を作動媒体とす
る蒸気圧縮式冷凍サイクルに代わる技術の一つとして、
逆スターリングサイクルを利用して冷熱を発生するスタ
ーリング冷凍機の研究が進められている。このスターリ
ング冷凍機は、地球環境に影響を及ぼすことのないヘリ
ウム等の不活性ガスを作動媒体としており、外部動力に
よりピストンとディスプレーサとを動作させて作動媒体
の圧縮・膨張過程を繰り返し、高温熱源（一般的に環境
雰囲気）への放熱と低温熱源（冷熱利用側）からの吸熱
を行うものである。
る蒸気圧縮式冷凍サイクルに代わる技術の一つとして、
逆スターリングサイクルを利用して冷熱を発生するスタ
ーリング冷凍機の研究が進められている。このスターリ
ング冷凍機は、地球環境に影響を及ぼすことのないヘリ
ウム等の不活性ガスを作動媒体としており、外部動力に
よりピストンとディスプレーサとを動作させて作動媒体
の圧縮・膨張過程を繰り返し、高温熱源（一般的に環境
雰囲気）への放熱と低温熱源（冷熱利用側）からの吸熱
を行うものである。
【０００４】更に、このスターリング冷凍機内部に設け
られたいわゆる内部熱交換器の形状と大きさにより、ウ
ォームセクションと呼ばれる高温部とコールドヘッドと
呼ばれる低温部との表面積が限定されることが特徴であ
り、ここで効率よく温熱を高温部から環境雰囲気へ、冷
熱を低温部から冷熱利用側へ搬送することが重要とな
る。
られたいわゆる内部熱交換器の形状と大きさにより、ウ
ォームセクションと呼ばれる高温部とコールドヘッドと
呼ばれる低温部との表面積が限定されることが特徴であ
り、ここで効率よく温熱を高温部から環境雰囲気へ、冷
熱を低温部から冷熱利用側へ搬送することが重要とな
る。
【０００５】次に、スターリング冷凍機の低温部の冷熱
を冷熱利用側へ伝達するために、特開平１１−２２３４
０４号公報及び特開２０００−１８７４８号公報等に開
示されているような構成が提案されている。まず、特開
平１１−２２３４０４号公報に開示されている構成で
は、エチルアルコール等を冷媒とし、ポンプで循環する
冷媒の顕熱を介して冷熱利用機器に冷熱を搬送すること
を特徴としている。
を冷熱利用側へ伝達するために、特開平１１−２２３４
０４号公報及び特開２０００−１８７４８号公報等に開
示されているような構成が提案されている。まず、特開
平１１−２２３４０４号公報に開示されている構成で
は、エチルアルコール等を冷媒とし、ポンプで循環する
冷媒の顕熱を介して冷熱利用機器に冷熱を搬送すること
を特徴としている。
【０００６】そして、特開２０００−１８７４８号公報
に開示されている構成では、基板部と該基板部に設けら
れたフィンからなる熱交換器をスターリング冷凍機の低
温部に密着させるとともに、該熱交換器を冷蔵庫庫内の
冷気循環回路に設けることにより、低温部の冷熱を冷蔵
庫庫内に伝達することを特徴としている。また、スター
リング冷凍機の高温部の温熱を放熱するために、特開平
１１−２２３４０４号公報に開示されている構成では、
水又は空気を利用して直接的に高温部を冷却することが
提案されている。
に開示されている構成では、基板部と該基板部に設けら
れたフィンからなる熱交換器をスターリング冷凍機の低
温部に密着させるとともに、該熱交換器を冷蔵庫庫内の
冷気循環回路に設けることにより、低温部の冷熱を冷蔵
庫庫内に伝達することを特徴としている。また、スター
リング冷凍機の高温部の温熱を放熱するために、特開平
１１−２２３４０４号公報に開示されている構成では、
水又は空気を利用して直接的に高温部を冷却することが
提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−２２３４０４号公報の構成では、冷媒の顕熱を利
用して冷熱を伝達するため、冷媒の循環回路内に温度差
が生じ、即ちスターリング冷凍機の低温部と冷熱利用側
に温度差が生じ、熱伝達効率が悪いという問題がある。
そして、冷媒に用いられるエチルアルコールは、引火点
が低く（約１２．８℃）、揮発性に富むので取り扱いに
注意を要する。更に、エチルアルコールの−４０〜−５
０℃における粘性は常温下の水の粘性と比較して約１０
０倍も高いので、循環ポンプの負荷が大きくなり、スタ
ーリング冷却装置のエネルギー効率の低下にも繋がる。
１１−２２３４０４号公報の構成では、冷媒の顕熱を利
用して冷熱を伝達するため、冷媒の循環回路内に温度差
が生じ、即ちスターリング冷凍機の低温部と冷熱利用側
に温度差が生じ、熱伝達効率が悪いという問題がある。
そして、冷媒に用いられるエチルアルコールは、引火点
が低く（約１２．８℃）、揮発性に富むので取り扱いに
注意を要する。更に、エチルアルコールの−４０〜−５
０℃における粘性は常温下の水の粘性と比較して約１０
０倍も高いので、循環ポンプの負荷が大きくなり、スタ
ーリング冷却装置のエネルギー効率の低下にも繋がる。
【０００８】また、特開２０００−１８７４８号公報の
構成では、冷熱を冷媒を介さず、基板部に設けられたフ
ィンを介して直接的に空気と熱交換しているが、冷熱の
発生が大きく（例えば２００Ｗ以上）なると、基板部を
低温部の温度付近に保つことが難しく、熱伝達効率が悪
いという問題がある。その原因としては、上述のように
逆スターリングサイクルを効率よく実現できるスターリ
ング冷凍機は、低温部の大きさが限定され、コンパクト
にできているため熱伝達率の小さい空気との熱交換に必
要となる大きな表面積が直接に提供できないからである
と考えられる。ここで、低温部と密着する基板部を大き
くすると、基板部の温度を一様に保つことができず、低
温部から離れるにつれ温度が高くなる。
構成では、冷熱を冷媒を介さず、基板部に設けられたフ
ィンを介して直接的に空気と熱交換しているが、冷熱の
発生が大きく（例えば２００Ｗ以上）なると、基板部を
低温部の温度付近に保つことが難しく、熱伝達効率が悪
いという問題がある。その原因としては、上述のように
逆スターリングサイクルを効率よく実現できるスターリ
ング冷凍機は、低温部の大きさが限定され、コンパクト
にできているため熱伝達率の小さい空気との熱交換に必
要となる大きな表面積が直接に提供できないからである
と考えられる。ここで、低温部と密着する基板部を大き
くすると、基板部の温度を一様に保つことができず、低
温部から離れるにつれ温度が高くなる。
【０００９】そして、スターリング冷凍機の高温部の放
熱技術に関して、特開平１１−２２３４０４号公報に開
示されている構成では、水冷の場合は、水を循環させる
外部動力が必要である。また、空冷の場合は、上記と同
様に高温部も熱交換器の大きさが限定されているため、
熱伝達効率を良くするには、熱交換器の表面積や風量を
大きくしなければならない。
熱技術に関して、特開平１１−２２３４０４号公報に開
示されている構成では、水冷の場合は、水を循環させる
外部動力が必要である。また、空冷の場合は、上記と同
様に高温部も熱交換器の大きさが限定されているため、
熱伝達効率を良くするには、熱交換器の表面積や風量を
大きくしなければならない。
【００１０】本発明は、上記の問題点に鑑み、熱交換効
率が良く、大容量で低電力消費の冷蔵庫を提供すること
を目的とする。また、人体及び地球環境に優しい冷蔵庫
を提供することも目的とする。更に、庫内の冷気を有効
に利用することができる冷蔵庫を提供することも目的と
する。
率が良く、大容量で低電力消費の冷蔵庫を提供すること
を目的とする。また、人体及び地球環境に優しい冷蔵庫
を提供することも目的とする。更に、庫内の冷気を有効
に利用することができる冷蔵庫を提供することも目的と
する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、スターリング冷凍機を備えた冷蔵庫
であって、前記スターリング冷凍機の冷熱発生源である
低温部より低位置に、冷熱を冷蔵庫庫内へ提供する低温
側蒸発器を設け、該低温側蒸発器と前記低温部との間を
冷媒が循環可能に回路を設け、前記冷媒は、前記低温部
で冷熱を得て液化し、前記低温側蒸発器までは前記低温
部と低温側蒸発器との高低差により流れ、前記低温側蒸
発器内で気化して冷熱を提供し、前記低温部までは気化
したまま流れることを特徴とするものである。
に、第１の発明は、スターリング冷凍機を備えた冷蔵庫
であって、前記スターリング冷凍機の冷熱発生源である
低温部より低位置に、冷熱を冷蔵庫庫内へ提供する低温
側蒸発器を設け、該低温側蒸発器と前記低温部との間を
冷媒が循環可能に回路を設け、前記冷媒は、前記低温部
で冷熱を得て液化し、前記低温側蒸発器までは前記低温
部と低温側蒸発器との高低差により流れ、前記低温側蒸
発器内で気化して冷熱を提供し、前記低温部までは気化
したまま流れることを特徴とするものである。
【００１２】第２の発明は、スターリング冷凍機を備え
た冷蔵庫であって、前記スターリング冷凍機の温熱発生
源である高温部より高位置に、温熱を冷蔵庫庫外へ放出
する高温側凝縮器を設け、該高温側凝縮器と前記高温部
との間を冷媒が循環可能に回路を設け、前記冷媒は、前
記高温部で温熱を得て気化し、前記高温側凝縮器までは
気化したまま流れ、前記高温側凝縮器内で液化して温熱
を放出し、前記高温部までは前記高温側凝縮器と高温部
との高低差により流れることを特徴とするものである。
た冷蔵庫であって、前記スターリング冷凍機の温熱発生
源である高温部より高位置に、温熱を冷蔵庫庫外へ放出
する高温側凝縮器を設け、該高温側凝縮器と前記高温部
との間を冷媒が循環可能に回路を設け、前記冷媒は、前
記高温部で温熱を得て気化し、前記高温側凝縮器までは
気化したまま流れ、前記高温側凝縮器内で液化して温熱
を放出し、前記高温部までは前記高温側凝縮器と高温部
との高低差により流れることを特徴とするものである。
【００１３】第３の発明は、スターリング冷凍機を備え
た冷蔵庫であって、前記スターリング冷凍機の冷熱発生
源である低温部より低位置に、冷熱を冷蔵庫庫内へ提供
する低温側蒸発器を設け、該低温側蒸発器と前記低温部
との間を第１の冷媒が循環可能に回路を設け、前記第１
の冷媒は、前記低温部で冷熱を得て液化し、前記低温側
蒸発器までは前記低温部と低温側蒸発器との高低差によ
り流れ、前記低温側蒸発器内で気化して冷熱を提供し、
前記低温部までは気化したまま流れる一方、前記スター
リング冷凍機の温熱発生源である高温部より高位置に、
温熱を冷蔵庫庫外へ放出する高温側凝縮器を設け、該高
温側凝縮器と前記高温部との間を第２の冷媒が循環可能
に回路を設け、前記第２の冷媒は、前記高温部で温熱を
得て気化し、前記高温側凝縮器までは気化したまま流
れ、前記高温側凝縮器内で液化して温熱を放出し、前記
高温部までは前記高温側凝縮器と高温部との高低差によ
り流れることを特徴とするものである。
た冷蔵庫であって、前記スターリング冷凍機の冷熱発生
源である低温部より低位置に、冷熱を冷蔵庫庫内へ提供
する低温側蒸発器を設け、該低温側蒸発器と前記低温部
との間を第１の冷媒が循環可能に回路を設け、前記第１
の冷媒は、前記低温部で冷熱を得て液化し、前記低温側
蒸発器までは前記低温部と低温側蒸発器との高低差によ
り流れ、前記低温側蒸発器内で気化して冷熱を提供し、
前記低温部までは気化したまま流れる一方、前記スター
リング冷凍機の温熱発生源である高温部より高位置に、
温熱を冷蔵庫庫外へ放出する高温側凝縮器を設け、該高
温側凝縮器と前記高温部との間を第２の冷媒が循環可能
に回路を設け、前記第２の冷媒は、前記高温部で温熱を
得て気化し、前記高温側凝縮器までは気化したまま流
れ、前記高温側凝縮器内で液化して温熱を放出し、前記
高温部までは前記高温側凝縮器と高温部との高低差によ
り流れることを特徴とするものである。
【００１４】第４の発明は、第１又は第３の発明におい
て、前記低温部から低温側蒸発器へ冷媒が流れる回路上
に、前記気化した冷媒と液化した冷媒とを分離する低温
側気液分離器を設けたことを特徴とするものである。
て、前記低温部から低温側蒸発器へ冷媒が流れる回路上
に、前記気化した冷媒と液化した冷媒とを分離する低温
側気液分離器を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】第５の発明は、第２又は第３の発明におい
て、前記高温側凝縮器から高温部へ冷媒が流れる回路上
に、前記気化した冷媒と液化した冷媒とを分離する高温
側気液分離器を設けたことを特徴とするものである。
て、前記高温側凝縮器から高温部へ冷媒が流れる回路上
に、前記気化した冷媒と液化した冷媒とを分離する高温
側気液分離器を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】第６の発明は、第１又は第４の発明におい
て、前記冷媒は、二酸化炭素とするものである。
て、前記冷媒は、二酸化炭素とするものである。
【００１７】第７の発明は、第２又は第５の発明におい
て、前記冷媒は、水とするものである。
て、前記冷媒は、水とするものである。
【００１８】第８の発明は、第３の発明において、前記
第１の冷媒は、二酸化炭素とし、前記第２の冷媒は、水
とするものである。
第１の冷媒は、二酸化炭素とし、前記第２の冷媒は、水
とするものである。
【００１９】第９の発明は、第１〜８の何れかの発明に
おいて、冷蔵庫庫内の構成は、上部が冷蔵室、中部が野
菜室、下部が冷凍室とするものである。
おいて、冷蔵庫庫内の構成は、上部が冷蔵室、中部が野
菜室、下部が冷凍室とするものである。
【００２０】第１０の発明は、第９の発明において、冷
蔵庫庫内で冷熱は、冷気として前記冷凍室と前記冷蔵室
の両方に導入され、前記冷蔵室の冷気が更に前記野菜室
に導入されることを特徴とするものである。
蔵庫庫内で冷熱は、冷気として前記冷凍室と前記冷蔵室
の両方に導入され、前記冷蔵室の冷気が更に前記野菜室
に導入されることを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の冷蔵庫の冷凍シ
ステムの概念図である。まず、その構成について説明す
る。この冷凍システムは、冷熱発生源である低温部３と
温熱発生源である高温部２とを有したスターリング冷凍
機１と、低温側熱交換部１０と、高温側熱交換部１１と
からなる。そして、低温側熱交換部１０は、低温部３に
銅管を巻回した低温側凝縮器４と、低温側凝縮器４と銅
管１２で繋がれ低温部３より低位置にある低温側気液分
離器６と、気液分離器６の底面から銅管１３で繋がれ更
に低位置にある低温側蒸発器５と、低温側蒸発器５と低
温側凝縮器４とを繋ぐ銅管１４とから構成される循環回
路である。この回路内には二酸化炭素が冷媒として封入
されている。
ステムの概念図である。まず、その構成について説明す
る。この冷凍システムは、冷熱発生源である低温部３と
温熱発生源である高温部２とを有したスターリング冷凍
機１と、低温側熱交換部１０と、高温側熱交換部１１と
からなる。そして、低温側熱交換部１０は、低温部３に
銅管を巻回した低温側凝縮器４と、低温側凝縮器４と銅
管１２で繋がれ低温部３より低位置にある低温側気液分
離器６と、気液分離器６の底面から銅管１３で繋がれ更
に低位置にある低温側蒸発器５と、低温側蒸発器５と低
温側凝縮器４とを繋ぐ銅管１４とから構成される循環回
路である。この回路内には二酸化炭素が冷媒として封入
されている。
【００２２】なおスターリング冷凍機１は、従来品を用
いることができ、例えば１つのパワーピストンと１つの
ディスプレーサ（不図示）が同軸上に配設され、パワー
ピストンの駆動には、リニアモータ（不図示）が用いら
れるスターリング冷凍機等を用いることができる。
いることができ、例えば１つのパワーピストンと１つの
ディスプレーサ（不図示）が同軸上に配設され、パワー
ピストンの駆動には、リニアモータ（不図示）が用いら
れるスターリング冷凍機等を用いることができる。
【００２３】一方、高温側熱交換部１１は、高温部２に
銅管を巻回した高温側蒸発器７と、高温側蒸発器７と銅
管１５で繋がれ高温部２より高位置にある高温側凝縮器
８と、高温側凝縮器８から銅管１６で繋がれ高温側凝縮
器８より低位置にあり高温部２より高位置にある気液分
離器９と、気液分離器９の底面と高温側蒸発器７とを繋
ぐ銅管１７とから構成される循環回路である。この回路
内には水が冷媒として封入されている。
銅管を巻回した高温側蒸発器７と、高温側蒸発器７と銅
管１５で繋がれ高温部２より高位置にある高温側凝縮器
８と、高温側凝縮器８から銅管１６で繋がれ高温側凝縮
器８より低位置にあり高温部２より高位置にある気液分
離器９と、気液分離器９の底面と高温側蒸発器７とを繋
ぐ銅管１７とから構成される循環回路である。この回路
内には水が冷媒として封入されている。
【００２４】次に、低温側熱交換部１０の動作について
説明する。低温部３に発生した冷熱は、低温側凝縮器４
に伝達され、冷媒はほとんどが液化される。その液体と
気体が混合した冷媒は、低温側凝縮器４と気液分離器６
の高低差を利用して、銅管１２を通じて低温側気液分離
器６に導入され、そこで液体が溜められる。気液分離器
６の底面から銅管１３を通じて低温側蒸発器５に導入さ
れた液体の冷媒は、その冷熱を低温側蒸発器５の壁面を
通じて冷蔵庫庫内の空気と熱交換し、冷蔵庫庫内に冷気
を発生させるとともに蒸発する。
説明する。低温部３に発生した冷熱は、低温側凝縮器４
に伝達され、冷媒はほとんどが液化される。その液体と
気体が混合した冷媒は、低温側凝縮器４と気液分離器６
の高低差を利用して、銅管１２を通じて低温側気液分離
器６に導入され、そこで液体が溜められる。気液分離器
６の底面から銅管１３を通じて低温側蒸発器５に導入さ
れた液体の冷媒は、その冷熱を低温側蒸発器５の壁面を
通じて冷蔵庫庫内の空気と熱交換し、冷蔵庫庫内に冷気
を発生させるとともに蒸発する。
【００２５】そして、気化した冷媒は、低温側蒸発器５
と低温側凝縮器４との、高低差と、気体と液体の比重差
による圧力差とによって、銅管１４を通じて低温側凝縮
器４に送られる。以上の動作を繰り返すことにより、冷
媒を循環させる外部動力なしに、冷蔵庫庫内へ冷熱を供
給できるので、低電力消費の冷蔵庫を実現することがで
きる。
と低温側凝縮器４との、高低差と、気体と液体の比重差
による圧力差とによって、銅管１４を通じて低温側凝縮
器４に送られる。以上の動作を繰り返すことにより、冷
媒を循環させる外部動力なしに、冷蔵庫庫内へ冷熱を供
給できるので、低電力消費の冷蔵庫を実現することがで
きる。
【００２６】このように、冷媒の気化及び液化による潜
熱を利用しているので、顕熱を利用する場合よりも熱伝
達効率がよく、低温部３の冷熱を低温側蒸発器５に効率
よく伝達でき、冷蔵庫の熱交換効率を向上することがで
きる。また、低温側凝縮器４と低温側蒸発器５の大きさ
は任意に設定できるので、逆スターリングサイクルの効
率から大きさが限定されている低温部３の冷熱を冷蔵庫
庫内の熱伝達率の小さい空気に効率よく伝達することが
でき、大容量の冷蔵庫を実現することができる。更に、
冷媒として不燃性、無毒性の自然冷媒である二酸化炭素
を用いているので、人体及び地球環境に優しい冷蔵庫を
提供することができる。
熱を利用しているので、顕熱を利用する場合よりも熱伝
達効率がよく、低温部３の冷熱を低温側蒸発器５に効率
よく伝達でき、冷蔵庫の熱交換効率を向上することがで
きる。また、低温側凝縮器４と低温側蒸発器５の大きさ
は任意に設定できるので、逆スターリングサイクルの効
率から大きさが限定されている低温部３の冷熱を冷蔵庫
庫内の熱伝達率の小さい空気に効率よく伝達することが
でき、大容量の冷蔵庫を実現することができる。更に、
冷媒として不燃性、無毒性の自然冷媒である二酸化炭素
を用いているので、人体及び地球環境に優しい冷蔵庫を
提供することができる。
【００２７】次に、高温側熱交換部１１の動作について
説明する。高温部２に発生した温熱は、高温側蒸発器７
に伝達され、冷媒は気化される。その気体の冷媒は、高
温側蒸発器７と高温側凝縮器８の高低差を利用して、銅
管１５を通じて高温側凝縮器８に導入され、その温熱を
高温側凝縮器８の壁面を通じて冷蔵庫庫外の空気と熱交
換するとともに液化される。
説明する。高温部２に発生した温熱は、高温側蒸発器７
に伝達され、冷媒は気化される。その気体の冷媒は、高
温側蒸発器７と高温側凝縮器８の高低差を利用して、銅
管１５を通じて高温側凝縮器８に導入され、その温熱を
高温側凝縮器８の壁面を通じて冷蔵庫庫外の空気と熱交
換するとともに液化される。
【００２８】この液体と気体が混合した冷媒は、高温側
凝縮器８の底面から銅管１６を通じて高温側気液分離器
９に導入され、そこで液体が溜められる。そして液体の
冷媒は、高温側気液分離器９と高温側蒸発器７の高低差
を利用して、銅管１７を通じて高温側蒸発器７に導入さ
れる。以上の動作を繰り返すことにより、冷媒を循環さ
せる外部動力なしに、冷蔵庫庫外へ温熱を放出できるの
で、低電力消費の冷蔵庫を実現することができる。
凝縮器８の底面から銅管１６を通じて高温側気液分離器
９に導入され、そこで液体が溜められる。そして液体の
冷媒は、高温側気液分離器９と高温側蒸発器７の高低差
を利用して、銅管１７を通じて高温側蒸発器７に導入さ
れる。以上の動作を繰り返すことにより、冷媒を循環さ
せる外部動力なしに、冷蔵庫庫外へ温熱を放出できるの
で、低電力消費の冷蔵庫を実現することができる。
【００２９】このように、冷媒の液化及び気化による潜
熱を利用しているので、顕熱を利用する場合よりも熱伝
達効率がよく、高温部２の温熱を高温側凝縮器８に効率
よく伝達でき、冷蔵庫の熱交換効率を向上することがで
きる。また、高温側蒸発器７と高温側凝縮器８の大きさ
は任意に設定できるので、逆スターリングサイクルの効
率から大きさが限定されている高温部２の温熱を冷蔵庫
庫外の熱伝達率の小さい空気に効率よく伝達することが
できる。更に、冷媒として不燃性、無毒性の自然冷媒で
ある水を用いているので、人体及び地球環境に優しい冷
蔵庫を提供することができる。
熱を利用しているので、顕熱を利用する場合よりも熱伝
達効率がよく、高温部２の温熱を高温側凝縮器８に効率
よく伝達でき、冷蔵庫の熱交換効率を向上することがで
きる。また、高温側蒸発器７と高温側凝縮器８の大きさ
は任意に設定できるので、逆スターリングサイクルの効
率から大きさが限定されている高温部２の温熱を冷蔵庫
庫外の熱伝達率の小さい空気に効率よく伝達することが
できる。更に、冷媒として不燃性、無毒性の自然冷媒で
ある水を用いているので、人体及び地球環境に優しい冷
蔵庫を提供することができる。
【００３０】なお、低温側気液分離器６、高温側気液分
離器９は、冷媒の循環流量を促進するために設けてあ
り、必ずしも必要とはしない。また、冷媒の循環流量
は、低温部３と低温側蒸発器５、又は高温部２と高温側
凝縮器８との高低差を最適化することで決定される。
離器９は、冷媒の循環流量を促進するために設けてあ
り、必ずしも必要とはしない。また、冷媒の循環流量
は、低温部３と低温側蒸発器５、又は高温部２と高温側
凝縮器８との高低差を最適化することで決定される。
【００３１】なお、低温側蒸発器５と高温側凝縮器８の
形状は、箱体とするのが最も簡略化した形状であるが、
例えば、フィン−チューブ型にすれば表面積が大きくな
り熱交換効率が向上する。
形状は、箱体とするのが最も簡略化した形状であるが、
例えば、フィン−チューブ型にすれば表面積が大きくな
り熱交換効率が向上する。
【００３２】また、低温側凝縮器４と高温側蒸発器７
は、それぞれ低温部３と高温部２に、着脱可能に密着、
ロー付け、又は一体化することができる。他の形状とし
ては、低温部３又は高温部２を内部に空洞を有したドー
ナツ形状とすることで空洞部に冷媒を循環させ、低温側
凝縮器又は高温側蒸発器を兼ねてもよい。
は、それぞれ低温部３と高温部２に、着脱可能に密着、
ロー付け、又は一体化することができる。他の形状とし
ては、低温部３又は高温部２を内部に空洞を有したドー
ナツ形状とすることで空洞部に冷媒を循環させ、低温側
凝縮器又は高温側蒸発器を兼ねてもよい。
【００３３】上述の低温側熱交換部１０、又は高温側熱
交換部１１を備えた冷凍システムは、食品流通、環境試
験、医療、バイオ産業、半導体製造等の産業用、又は家
庭用機器等のあらゆる産業分野に使用できる汎用性の高
い冷凍システムである。
交換部１１を備えた冷凍システムは、食品流通、環境試
験、医療、バイオ産業、半導体製造等の産業用、又は家
庭用機器等のあらゆる産業分野に使用できる汎用性の高
い冷凍システムである。
【００３４】図２に、上記冷凍システムを搭載した冷蔵
庫１８の概念図を示す。冷蔵庫１８の背面の中部にスタ
ーリング冷凍機１を、冷蔵庫１８の背面の下部に低温側
熱交換部１０を、冷蔵庫１８の背面の上部に高温側熱交
換部１１をそれぞれ配設している。そして、低温側蒸発
器５は、冷蔵庫１８の庫内の冷気ダクト１９に内設さ
れ、高温側凝縮器８は、冷蔵庫１８の庫外の空気ダクト
２０に内設される。冷蔵庫１８の庫内の構成は、上部が
冷蔵室２１、中部が野菜室２２、下部が冷凍室２３であ
る。冷気ダクト１９は、冷蔵室２１、野菜室２２、及び
冷凍室２３と連通しており、また、冷蔵室２１と野菜室
２２とが連通している。
庫１８の概念図を示す。冷蔵庫１８の背面の中部にスタ
ーリング冷凍機１を、冷蔵庫１８の背面の下部に低温側
熱交換部１０を、冷蔵庫１８の背面の上部に高温側熱交
換部１１をそれぞれ配設している。そして、低温側蒸発
器５は、冷蔵庫１８の庫内の冷気ダクト１９に内設さ
れ、高温側凝縮器８は、冷蔵庫１８の庫外の空気ダクト
２０に内設される。冷蔵庫１８の庫内の構成は、上部が
冷蔵室２１、中部が野菜室２２、下部が冷凍室２３であ
る。冷気ダクト１９は、冷蔵室２１、野菜室２２、及び
冷凍室２３と連通しており、また、冷蔵室２１と野菜室
２２とが連通している。
【００３５】スターリング冷凍機１が起動すると、上述
のように高温部２で発生した温熱が高温側凝縮器８を通
じて空気と熱交換される。このとき、ファン２４により
空気ダクト２０内の温かい空気が冷蔵庫１８の庫外へ排
出されるとともに、冷蔵庫１８の庫外の空気が取り込ま
れ、熱交換を促進させている。なお、ファン２４は必ず
しも必要はなく、空気ダクト２０と冷蔵庫１８の庫外と
の空気の対流は、自然対流としてもよい。
のように高温部２で発生した温熱が高温側凝縮器８を通
じて空気と熱交換される。このとき、ファン２４により
空気ダクト２０内の温かい空気が冷蔵庫１８の庫外へ排
出されるとともに、冷蔵庫１８の庫外の空気が取り込ま
れ、熱交換を促進させている。なお、ファン２４は必ず
しも必要はなく、空気ダクト２０と冷蔵庫１８の庫外と
の空気の対流は、自然対流としてもよい。
【００３６】一方、低温部３で発生した冷熱は、上述の
ように低温側蒸発器５を通じて冷気ダクト１９内の空気
と熱交換される。このとき、ファン２５により冷気ダク
ト１９内の冷気が、冷凍室２３に送風されるとともに、
一部の冷気が冷蔵室２１に送風される。冷蔵室２１に送
風された冷気は、野菜室２２へ送られ、更に、冷気ダク
ト１９を通じて再び低温側蒸発器５の付近へ送られる。
ように低温側蒸発器５を通じて冷気ダクト１９内の空気
と熱交換される。このとき、ファン２５により冷気ダク
ト１９内の冷気が、冷凍室２３に送風されるとともに、
一部の冷気が冷蔵室２１に送風される。冷蔵室２１に送
風された冷気は、野菜室２２へ送られ、更に、冷気ダク
ト１９を通じて再び低温側蒸発器５の付近へ送られる。
【００３７】また、低温側蒸発器５の除霜によりドレン
水は、冷蔵庫１８の下部に設けられたドレン水排出口２
６から冷蔵庫１８の庫外へ排出される。
水は、冷蔵庫１８の下部に設けられたドレン水排出口２
６から冷蔵庫１８の庫外へ排出される。
【００３８】このように、縦置きの大型冷蔵庫に冷凍シ
ステムを搭載することにより、冷蔵庫の高さを有効に利
用して低温側熱交換部１０及び高温側熱交換部１１を配
置することができる。更に、低温側蒸発器５に最も近い
場所を冷凍室２３、冷蔵室２１の下に野菜室２２を配置
することで、冷蔵庫１８の庫内の冷気を有効に利用する
ことができる。
ステムを搭載することにより、冷蔵庫の高さを有効に利
用して低温側熱交換部１０及び高温側熱交換部１１を配
置することができる。更に、低温側蒸発器５に最も近い
場所を冷凍室２３、冷蔵室２１の下に野菜室２２を配置
することで、冷蔵庫１８の庫内の冷気を有効に利用する
ことができる。
【００３９】
【発明の効果】本発明の冷蔵庫によれば、冷媒の気化及
び液化による潜熱を利用しているので、顕熱を利用する
場合よりも熱伝達効率がよく、冷熱の冷蔵庫庫内への供
給、又は温熱の冷蔵庫庫外への放出が効率よく行われ、
冷蔵庫の熱交換効率を向上することができる。
び液化による潜熱を利用しているので、顕熱を利用する
場合よりも熱伝達効率がよく、冷熱の冷蔵庫庫内への供
給、又は温熱の冷蔵庫庫外への放出が効率よく行われ、
冷蔵庫の熱交換効率を向上することができる。
【００４０】また本発明の冷蔵庫によれば、凝縮器と蒸
発器とを任意の大きさに設定できるので、逆スターリン
グサイクルの効率から大きさが限定されている低温部及
び高温部の熱を熱伝達率の小さい空気に効率よく伝達す
ることができ、大容量の冷蔵庫を実現することができ
る。
発器とを任意の大きさに設定できるので、逆スターリン
グサイクルの効率から大きさが限定されている低温部及
び高温部の熱を熱伝達率の小さい空気に効率よく伝達す
ることができ、大容量の冷蔵庫を実現することができ
る。
【００４１】また本発明の冷蔵庫によれば、冷媒を循環
させる外部動力なしに、高低差を利用して冷媒を循環さ
せているので、低電力消費の冷蔵庫を実現することがで
きる。
させる外部動力なしに、高低差を利用して冷媒を循環さ
せているので、低電力消費の冷蔵庫を実現することがで
きる。
【００４２】また本発明の冷蔵庫によれば、気液分離器
を設けることで冷媒の循環流量を促進することができ
る。
を設けることで冷媒の循環流量を促進することができ
る。
【００４３】また本発明の冷蔵庫によれば、冷媒として
不燃性、無毒性の自然冷媒である二酸化炭素、又は水を
用いているので、人体及び地球環境に優しい冷蔵庫を提
供することができる。
不燃性、無毒性の自然冷媒である二酸化炭素、又は水を
用いているので、人体及び地球環境に優しい冷蔵庫を提
供することができる。
【００４４】また本発明の冷蔵庫によれば、冷蔵庫の高
さを有効に利用して低温側熱交換部及び高温側熱交換部
を配置することができる。更に冷蔵庫庫内の構成は、上
部が冷蔵室、中部が野菜室、下部が冷凍室とすること
で、冷蔵庫庫内の冷気を有効に利用することができる。
さを有効に利用して低温側熱交換部及び高温側熱交換部
を配置することができる。更に冷蔵庫庫内の構成は、上
部が冷蔵室、中部が野菜室、下部が冷凍室とすること
で、冷蔵庫庫内の冷気を有効に利用することができる。
【図１】 本発明の冷蔵庫の冷凍システムの概念図
である。
である。
【図２】 本発明の冷蔵庫の概念図である。
１ スターリング冷凍機 ２ 高温部 ３ 低温部 ５ 低温側蒸発器 ６ 低温側気液分離器 ８ 高温側凝縮器 ９ 高温側気液分離器 １８ 冷蔵庫 ２１ 冷蔵室 ２２ 野菜室 ２３ 冷凍室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西本 貴志 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 増田 雅昭 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 3L045 AA01 AA06 BA01 CA02 DA01 DA05 EA01 FA02 GA07 PA04 PA05
Claims (10)
- 【請求項１】 スターリング冷凍機を備えた冷蔵庫であ
って、前記スターリング冷凍機の冷熱発生源である低温
部より低位置に、冷熱を冷蔵庫庫内へ提供する低温側蒸
発器を設け、該低温側蒸発器と前記低温部との間を冷媒
が循環可能に回路を設け、前記冷媒は、前記低温部で冷
熱を得て液化し、前記低温側蒸発器までは前記低温部と
低温側蒸発器との高低差により流れ、前記低温側蒸発器
内で気化して冷熱を提供し、前記低温部までは気化した
まま流れることを特徴とする冷蔵庫。 - 【請求項２】 スターリング冷凍機を備えた冷蔵庫であ
って、前記スターリング冷凍機の温熱発生源である高温
部より高位置に、温熱を冷蔵庫庫外へ放出する高温側凝
縮器を設け、該高温側凝縮器と前記高温部との間を冷媒
が循環可能に回路を設け、前記冷媒は、前記高温部で温
熱を得て気化し、前記高温側凝縮器までは気化したまま
流れ、前記高温側凝縮器内で液化して温熱を放出し、前
記高温部までは前記高温側凝縮器と高温部との高低差に
より流れることを特徴とする冷蔵庫。 - 【請求項３】 スターリング冷凍機を備えた冷蔵庫であ
って、前記スターリング冷凍機の冷熱発生源である低温
部より低位置に、冷熱を冷蔵庫庫内へ提供する低温側蒸
発器を設け、該低温側蒸発器と前記低温部との間を第１
の冷媒が循環可能に回路を設け、前記第１の冷媒は、前
記低温部で冷熱を得て液化し、前記低温側蒸発器までは
前記低温部と低温側蒸発器との高低差により流れ、前記
低温側蒸発器内で気化して冷熱を提供し、前記低温部ま
では気化したまま流れる一方、 前記スターリング冷凍機の温熱発生源である高温部より
高位置に、温熱を冷蔵庫庫外へ放出する高温側凝縮器を
設け、該高温側凝縮器と前記高温部との間を第２の冷媒
が循環可能に回路を設け、前記第２の冷媒は、前記高温
部で温熱を得て気化し、前記高温側凝縮器までは気化し
たまま流れ、前記高温側凝縮器内で液化して温熱を放出
し、前記高温部までは前記高温側凝縮器と高温部との高
低差により流れることを特徴とする冷蔵庫。 - 【請求項４】 前記低温部から低温側蒸発器へ冷媒が流
れる回路上に、前記気化した冷媒と液化した冷媒とを分
離する低温側気液分離器を設けたことを特徴とする請求
項１又は３記載の冷蔵庫。 - 【請求項５】 前記高温側凝縮器から高温部へ冷媒が流
れる回路上に、前記気化した冷媒と液化した冷媒とを分
離する高温側気液分離器を設けたことを特徴とする請求
項２又は３記載の冷蔵庫。 - 【請求項６】 前記冷媒は、二酸化炭素である請求項１
又は４記載の冷蔵庫。 - 【請求項７】 前記冷媒は、水である請求項２又は５記
載の冷蔵庫。 - 【請求項８】 前記第１の冷媒は、二酸化炭素であり、
前記第２の冷媒は、水である請求項３記載の冷蔵庫。 - 【請求項９】 冷蔵庫庫内の構成は、上部が冷蔵室、中
部が野菜室、下部が冷凍室である請求項１〜８何れかに
記載の冷蔵庫。 - 【請求項１０】 冷蔵庫庫内で冷熱は、冷気として前記
冷凍室と前記冷蔵室の両方に導入され、前記冷蔵室の冷
気が更に前記野菜室に導入されることを特徴とする請求
項９記載の冷蔵庫。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001014357A JP2002221384A (ja) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | 冷蔵庫 |
| BR0113516-3A BR0113516A (pt) | 2000-08-25 | 2001-08-13 | Refrigerador, resfriador e aparelho de refrigeração stirling |
| PCT/JP2001/006994 WO2002016836A1 (fr) | 2000-08-25 | 2001-08-13 | Refroidisseur a cycle de stirling, chambre de refroidissement et refrigerateur |
| RU2003107928/06A RU2253075C2 (ru) | 2000-08-25 | 2001-08-13 | Охладительная установка стирлинга, охладитель и холодильник |
| CN01814400A CN1447890A (zh) | 2000-08-25 | 2001-08-13 | 斯特林冷却装置、冷却库及冰箱 |
| CA002420028A CA2420028A1 (en) | 2000-08-25 | 2001-08-13 | Stirling cooling apparatus, cooler and refrigerator |
| EP01955705A EP1312875A4 (en) | 2000-08-25 | 2001-08-13 | STIRLING CYCLE COOLER, COOLING CHAMBER AND REFRIGERATOR |
| KR10-2003-7002650A KR20030029843A (ko) | 2000-08-25 | 2001-08-13 | 스터링 냉각 장치, 냉각고 및 냉장고 |
| TW090120890A TW514716B (en) | 2000-08-25 | 2001-08-24 | Stirling cooling apparatus, cooler, and refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001014357A JP2002221384A (ja) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | 冷蔵庫 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002221384A true JP2002221384A (ja) | 2002-08-09 |
Family
ID=18881065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001014357A Pending JP2002221384A (ja) | 2000-08-25 | 2001-01-23 | 冷蔵庫 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002221384A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005068921A1 (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | スターリング冷蔵庫 |
| CN110701935A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-17 | 山东兆瓦热能科技有限公司 | 一种低热阻斯特林制冷机导冷组件 |
-
2001
- 2001-01-23 JP JP2001014357A patent/JP2002221384A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005068921A1 (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | スターリング冷蔵庫 |
| CN110701935A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-17 | 山东兆瓦热能科技有限公司 | 一种低热阻斯特林制冷机导冷组件 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20050830 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060124 |