JP2002235963A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 除霜が可能なスターリング冷凍機を備えた冷
却装置を提供することである。また、本発明の他の課題
は、除霜時のドレン水処理が可能なスターリング冷凍機
を備えた冷却装置を提供することである。 【解決手段】 冷却装置は、フリーピストン型のスター
リング冷凍機１３と、スターリング冷凍機１３に接続さ
れた冷却器１４を含む低温側機械室１５と、スターリン
グ冷凍機１３に接続された放熱器１６を含む高温側機械
室１７と、被冷却物を冷却する冷却室１８とを備え、冷
却器１４の除霜手段として、冷却器１４付近に設けた発
熱体１１２により除霜する手段と、スターリング冷凍機
１３のピストンとディスプレーサとが往復動する周期の
位相差をほぼゼロになるように制御して冷却器１４を加
温することにより除霜する手段とを有した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フリーピストン型
のスターリング冷凍機で発生した冷熱により冷却室を冷
却する冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子保冷庫の冷却装置には種
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
て保冷庫内を冷却するタイプのものが一般的である。こ
の電子保冷庫は、図１０に示すように、外観が略直方体
形状で、内部に飲食物等を保冷する空間１０１が形成さ
れ、冷却源としてペルチェ素子１０３を用いるものであ
った。

【０００３】すなわち、この電子保冷庫は、本体ケース
１０４と、内ケース１０５とアルミニウム等の金属でで
きた冷却壁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１０８と、ペルチェ素子１０３とスペーサ１０９と放
熱フィン１０１０とからなり内容器１０７にねじ等で固
定された冷却ユニット１０１１と、冷却ファン１０１２
と、冷却ユニット１０１１と冷却ファン１０１２とを覆
うサイドカバー１０１３と、内部に断熱材１０１４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】しかし、ペルチェ素子１０３を用いた電子
保冷庫では、最低の保冷温度が０℃付近であり、冷凍庫
並の性能（庫内温度−１８℃）まで下げることができな
かった。

【０００５】そこで、極低温レベルまで冷熱を発生させ
ることができる小型冷凍機としてスターリング冷凍機が
知られている。スターリング冷凍機は、作動媒体として
ヘリウムガス、水素ガス、窒素ガス等の地球環境に悪影
響を与えないガスを採用し、逆スターリングサイクルに
よって低温を得るようにしたものである。

【０００６】ここで、フリーピストン型スターリング冷
凍機の構成について説明する。図１１は、従来のフリー
ピストン型のスターリング冷凍機１１００の側断面図で
ある。共振用バネ１１０１で支持されたピストン１１０
２は、リニアモータ１１０３により駆動されシリンダ１
１１０内を往復動する。ピストン１１０２の動きにより
圧縮空間１１０４内の作動ガスは圧縮され、高温ヘッド
部１１０５で圧縮熱を放出し、再生器１１０６で予冷さ
れ膨張空間１１０７に入る。

【０００７】そうすると、膨張空間１１０７内の作動ガ
スの圧力は、圧縮空間１１０４内の作動ガスの圧力とあ
る位相差をもって正弦波的に変化する。すなわち、ディ
スプレーサ１１０８はピストン１１０２に対してある位
相差を保ってシリンダ１１１０内を往復動することにな
る。膨張空間１１０７に流入した作動ガスは、膨張する
際に低温ヘッド部１１０９を介して外部から熱を奪い、
再生器１１０６内を通過して高温となり圧縮空間１１０
４に戻る。このとき、作動ガスは再生器１１０６の熱を
回収して予熱される。

【０００８】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、低温ヘッド部１１０９で極低温の冷熱を
得ることができる。このスターリング冷凍機１１００を
保冷庫の冷熱源として使用することで、製氷や飲食物の
冷凍保存が可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ペル
チェ素子１０３を用いた場合、最低の保冷温度は０℃付
近であったが、スターリング冷凍機１１００を用いた場
合、０℃以下の低温を発生させることができ、ペルチェ
素子１０３を用いた場合の保冷温度域を含めた、より広
い温度域での使用が可能である。

【００１０】そのなかで、スターリング冷凍機１１００
を保冷庫の冷熱源として０℃以下の低温で使用する場
合、スターリング冷凍機１１００の除霜が必要になる。
例えば低温ヘッド部１１０９に熱交換器を接続し、庫内
ファンで冷却する保冷庫の場合、着霜したまま冷凍機を
動作させ続けると、冷却性能が低下するだけでなく堆積
した霜により送風できなくなる恐れもある。また、冷凍
機の除霜は素早く行わなければ保冷庫内の温度を上昇さ
せることに繋がる。さらに、除霜時にはドレン水が発生
するため、その処理手段も必要となる。

【００１１】本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、除
霜が可能なスターリング冷凍機を備えた冷却装置を提供
することである。また、本発明の他の目的は、除霜時の
ドレン水の排除が可能なスターリング冷凍機を備えた冷
却装置を提供することである。

【００１２】

【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の発明に係る冷却装置は、作動ガスを封入した
シリンダ内でピストンおよびディスプレーサが往復動す
ることにより冷熱を発生させるフリーピストン型のスタ
ーリング冷凍機と、前記スターリング冷凍機に接続され
た冷却器を含む低温側機械室と、前記スターリング冷凍
機に接続された放熱器を含む高温側機械室と、被冷却物
を冷却する冷却室とを備え、前記スターリング冷凍機で
発生した冷熱により前記冷却室を冷却する冷却装置であ
って、前記冷却器の除霜手段として、前記冷却器付近に
設けた発熱体により除霜する手段と、前記ピストンとデ
ィスプレーサとが往復動する周期の位相差をほぼゼロに
なるように制御して前記冷却器を加温することにより除
霜する手段とを有することを特徴とするものである。

【００１３】第２の発明に係る冷却装置は、作動ガスを
封入したシリンダ内でピストンおよびディスプレーサが
往復動することにより冷熱を発生させるフリーピストン
型のスターリング冷凍機と、前記スターリング冷凍機に
接続された冷却器を含む低温側機械室と、前記スターリ
ング冷凍機に接続された放熱器を含む高温側機械室と、
被冷却物を冷却する冷却室とを備え、前記スターリング
冷凍機で発生した冷熱により前記冷却室を冷却する冷却
装置であって、前記冷却器の除霜手段として、一時的に
前記低温側機械室と前記高温側機械室とを連通すること
により、前記高温側機械室の高温空気を前記低温側機械
室に導入して除霜する手段と、前記ピストンとディスプ
レーサとが往復動する周期の位相差をほぼゼロになるよ
うに制御して前記冷却器を加温することにより除霜する
手段とを有することを特徴とするものである。

【００１４】第３の発明に係る冷却装置は、作動ガスを
封入したシリンダ内でピストンおよびディスプレーサが
往復動することにより冷熱を発生させるフリーピストン
型のスターリング冷凍機と、前記スターリング冷凍機に
接続された冷却器を含む低温側機械室と、前記スターリ
ング冷凍機に接続された放熱器を含む高温側機械室と、
被冷却物を冷却する冷却室とを備え、前記スターリング
冷凍機で発生した冷熱により前記冷却室を冷却する冷却
装置であって、前記スターリング冷凍機と前記冷却器と
を液体の熱媒体が循環する第１の循環経路で接続し、前
記スターリング冷凍機と前記放熱器とを液体の熱媒体が
循環する第２の循環経路で接続し、前記冷却器の除霜手
段として、第２の循環経路を流れる熱媒体を第１の循環
経路に導くことにより除霜する手段と、前記ピストンと
ディスプレーサとが往復動する周期の位相差をほぼゼロ
になるように制御して前記冷却器を加温することにより
除霜する手段とを有することを特徴とするものである。

【００１５】第４の発明に係る冷却装置は、作動ガスを
封入したシリンダ内でピストンおよびディスプレーサが
往復動することにより冷熱を発生させるフリーピストン
型のスターリング冷凍機と、前記スターリング冷凍機に
接続された冷却器を含む低温側機械室と、前記スターリ
ング冷凍機に接続された放熱器を含む高温側機械室と、
被冷却物を冷却する冷却室とを備え、前記スターリング
冷凍機で発生した冷熱により前記冷却室を冷却する冷却
装置であって、前記スターリング冷凍機と前記冷却器と
を液体の熱媒体が循環する第１の循環経路で接続し、前
記スターリング冷凍機と前記放熱器とを液体の熱媒体が
循環する第２の循環経路で接続し、前記冷却器の除霜手
段として、第２の循環経路を流れる熱媒体を第１の循環
経路に導くことにより除霜する手段と、前記冷却器付近
に設けた発熱体により除霜する手段とを有することを特
徴とするものである。

【００１６】第５の発明に係る冷却装置は、作動ガスを
封入したシリンダ内でピストンおよびディスプレーサが
往復動することにより冷熱を発生させるフリーピストン
型のスターリング冷凍機と、前記スターリング冷凍機に
接続された冷却器を含む低温側機械室と、前記スターリ
ング冷凍機に接続された放熱器を含む高温側機械室と、
被冷却物を冷却する冷却室とを備え、前記スターリング
冷凍機で発生した冷熱により前記冷却室を冷却する冷却
装置であって、前記冷却器の除霜手段として、一時的に
前記低温側機械室と前記高温側機械室とを連通すること
により、前記高温側機械室の高温空気を前記低温側機械
室に導入して除霜する手段と、前記冷却器付近に設けた
発熱体により除霜する手段とを有したことを特徴とする
ものである。

【００１７】第６の発明に係る冷却装置は、第２の発明
において、前記冷却器の除霜手段として、前記冷却器付
近に設けた発熱体により除霜する手段を有することを特
徴とするものである。

【００１８】第７の発明に係る冷却装置は、第３の発明
において、前記冷却器の除霜手段として、前記冷却器付
近に設けた発熱体により除霜する手段を有することを特
徴とするものである。

【００１９】第８の発明に係る冷却装置は、スターリン
グ冷凍機と、前記スターリング冷凍機に接続された冷却
器を含む低温側機械室と、前記スターリング冷凍機に接
続された放熱器を含む高温側機械室と、被冷却物を冷却
する冷却室とを備え、前記スターリング冷凍機で発生し
た冷熱により前記冷却室を冷却する冷却装置であって、
前記冷却器の下方に、除霜時に生じたドレン水を受ける
着脱可能なドレン水貯溜手段を設けたことを特徴とする
ものである。

【００２０】第９の発明に係る冷却装置は、スターリン
グ冷凍機と、前記スターリング冷凍機に接続された冷却
器を含む低温側機械室と、前記スターリング冷凍機に接
続された放熱器を含む高温側機械室と、被冷却物を冷却
する冷却室と、前記冷却器の下方に設けた除霜時に生じ
たドレン水を受ける第１のドレン水貯溜手段と、前記放
熱器付近に設けた第２のドレン水貯溜手段と、前記ドレ
ン水を第１のドレン水貯溜手段から第２のドレン水貯溜
手段へ移送する配管とを備え、前記スターリング冷凍機
で発生した冷熱により前記冷却室を冷却する冷却装置で
あって、第２のドレン水貯溜手段に集められた前記ドレ
ン水が、前記放熱器の温熱により蒸発することを特徴と
するものである。

【００２１】第１０の発明に係る冷却装置は、第９の発
明において、前記第２のドレン水貯溜手段を良伝熱体と
したことを特徴とするものである。

【００２２】第１１の発明に係る冷却装置は、スターリ
ング冷凍機と、前記スターリング冷凍機に接続された冷
却器を含む低温側機械室と、前記スターリング冷凍機に
接続された放熱器を含む高温側機械室と、被冷却物を冷
却する冷却室と、前記冷却器の下方に設けた除霜時に生
じたドレン水を受ける第１のドレン水貯溜手段と、前記
放熱器付近に設けた噴霧手段と、前記ドレン水を第１の
ドレン水貯溜手段から前記噴霧手段へ移送する配管とを
備え、前記スターリング冷凍機で発生した冷熱により前
記冷却室を冷却する冷却装置であって、前記ドレン水
が、前記噴霧手段から前記放熱器に向けて噴霧され、前
記放熱器の温熱により蒸発することを特徴とするもので
ある。

【００２３】第１２の発明に係る冷却装置は、第９また
は第１１の発明において、前記第１のドレン水貯溜手段
を着脱可能としたことを特徴とするものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の冷却装置を保冷庫
に適用した場合の実施形態について、図面を参照しなが
ら説明するが、同一部分には同一の符号を付してその重
複する詳細な説明を省略する。なお、スターリング冷凍
機の構成は、従来と同様の構成とすることができる。な
お、本明細書中で「冷熱」とは、吸熱の際に生じる対象
物の温度を下げる熱のことを指し、「温熱」とは、放熱
の際に生じる対象物の温度を上げる熱のことを指す。

【００２５】〈第１の実施形態〉図１は、第１の実施形
態の保冷庫１０の側断面図である。保冷庫１０の外観
は、本体１１と蓋体１２とで略直方体に構成されてい
る。保冷庫１０の内部は、スターリング冷凍機１３が備
えられ、スターリング冷凍機１３の低温ヘッド部１３ａ
に接続された冷却器１４を含む低温側機械室１５と、ス
ターリング冷凍機１３の高温ヘッド部１３ｂに接続され
た放熱器１６を含む高温側機械室１７と、被冷却物を冷
却する冷却室１８とに仕切られている。ここで、低温側
機械室１５と冷却室１８との間は仕切１９により通風可
能に仕切られている。

【００２６】スターリング冷凍機１３を運転すると、低
温ヘッド部１３ａに冷熱が発生し、冷却器１４に伝えら
れた冷熱は、冷却器１４付近に設けられた冷却ファン１
１０により冷却室１８へ送風される。一方、高温ヘッド
部１３ｂに発生した温熱は、放熱器１６に伝えられ、放
熱器１６付近に設けられた放熱ファン１１１により本体
１１の排気口から保冷庫１０外へ排気される。

【００２７】このスターリング冷凍機１３を長時間運転
すると冷却器１４に着霜し、冷却性能が低下し、更に時
間が経過すると堆積した霜により送風できなくなってし
まう。そこで、保冷庫１０には、冷却器１４の着霜状態
を検知するセンサ（不図示）を設け、その検出結果から
着霜状態と判断された場合、除霜モードに移行するよう
に制御している。なお、着霜状態を検知するセンサとし
ては特に限定はなく、例えば、冷却器１４の表面温度を
検出するセンサや、冷却器１４の着霜の厚みを検出する
センサ等を用いることができる。また、除霜モードへの
移行の判断は、タイマー手段を用いて所定の間隔で定期
的に行ってもよい。

【００２８】除霜モードでは、除霜手段として、冷却器
１４付近に設けられた発熱体１１２の発熱により除霜す
る第１の除霜手段と、スターリング冷凍機１３のピスト
ン（不図示）とディスプレーサ（不図示）とが往復動す
る周期の位相差をほぼゼロになるように制御して冷却器
１４を加温することにより除霜する第２の除霜手段とを
有している。ただし、除霜モード時は冷却ファン１１０
は停止している。ここで、第１の除霜手段の発熱体１１
２には、例えば、温度上昇の速いシーズヒータ等を用い
ることができる。

【００２９】次に、第２の除霜手段の原理について説明
する。図１１に示したように、ディスプレーサ１１０８
はピストン１１０２に対してある位相差をもって摺動す
る。その位相差は、運転条件が同一であればディスプレ
ーサ１１０８の質量、共振バネ１１０１のバネ定数、お
よび動作周波数により決まる。ディスプレーサ１１０８
の質量や共振バネ１１０１のバネ定数は設計時に決まる
が、動作周波数については可変である。

【００３０】その動作周波数を変化させるために、スタ
ーリング冷凍機１１００の電源周波数を強制的に共振周
波数から変化させた場合、位相差の変化とともにスター
リング冷凍機１１００の冷凍能力が低下する。ここで、
ピストン１１０２とディスプレーサ１１０８の位相差を
制御する方法としては、例えば、ピストン１１０２とデ
ィスプレーサ１１０８の位相差を検出する位置センサ
（不図示）を設け、インバータ電源の周波数を徐々に変
化させて、位置センサが位相差をゼロ若しくはほぼゼロ
と検出したときにインバータ電源の周波数を固定する方
法がある。また他の方法としては、スターリング冷凍機
１１０２の設計時に、予め位相差がゼロ若しくはほぼゼ
ロとなる電源周波数を測定しておき、除霜時にはその周
波数にする方法がある。

【００３１】このような方法で位相差をゼロ若しくはほ
ぼゼロにすると、ピストン１１０２とディスプレーサ１
１０８は一定の距離を保って同方向に運動するため、圧
縮空間１１０４の容積は変化せずディスプレーサ１１０
８の運動によって膨張空間１１０７内の作動ガスが圧縮
・膨張される。したがって、通常の冷凍サイクルではな
く低温ヘッド部１１０９は、加熱されることになる。そ
の結果、図１の冷却器１４の温度は上昇し、霜が溶融す
る。そして、除霜終了時には電源周波数を再び元の周波
数に戻し、冷却を再開する。

【００３２】図２に、図１１のスターリング冷凍機１３
の電源周波数を変化させたときの冷凍機出力および位相
差を測定した結果を示す。電源周波数を強制的に共振周
波数から変化させた場合、位相差が変化するとともに冷
凍機出力が低下していることがわかる。

【００３３】〈第２の実施形態〉図３は、第２の実施形
態の保冷庫１０の側断面図である。前述した第１の実施
形態に係る図１の構成と同様の部分については説明を省
略する。ここで、低温側機械室１５と冷却室１８との間
は、仕切１９と第１の開閉弁３１ａ、３１ｂにより通風
の制御が可能に仕切られている。また、低温側機械室１
５と高温側機械室１７との間は、第２の開閉弁３２によ
り通風の制御が可能に仕切られている。

【００３４】冷却室１８を冷却する通常運転の場合、第
１の開閉弁３１ａ、３１ｂが開いて冷却室１８と低温側
機械室１５とを連通し、第２の開閉弁３２が低温側機械
室１５と高温側機械室１７との間を遮断するとともに放
熱ファン１１１付近の本体１１に設けられた排気口を開
口する。それにより、冷却器１４で発生する冷熱が冷却
ファン１１０により冷却室１８へ送風される。また、放
熱器１６に発生する温熱が放熱ファン１１１により排気
口から保冷庫１０外へ排気される。

【００３５】この保冷庫１０の除霜モードへの移行の判
断は、第１の実施形態と同様の手段により行われる。図
２は、除霜モード時の状態を示しており、除霜手段とし
て、第１の開閉弁３１ａ、３１ｂを閉じるとともに、第
２の開閉弁３２を開けて排気口を閉じることにより、低
温側機械室１５と高温側機械室１７とが繋がった密閉空
間を形成し、高温側機械室１７の高温空気を放熱ファン
１１１により低温側機械室１５に導入して除霜する第３
の除霜手段と、第１の実施形態に用いた第２の除霜手段
とを有している。ただし、除霜モード時は冷却ファン１
１０は停止している。これにより、冷却器１４は加熱さ
れ、その結果、霜が溶融する。そして、再び通常運転に
戻る場合、第１の開閉弁３１ａ、３１ｂが開くととも
に、第２の開閉弁３２が低温側機械室１５と高温側機械
室１７との間を遮断する。

【００３６】〈第３の実施形態〉図４は、第３の実施形
態の保冷庫１０の側断面図である。前述した第１の実施
形態に係る図１の構成と同様の部分については説明を省
略する。ここで、スターリング冷凍機１３の低温ヘッド
部１３ａを覆い液体の熱媒体が循環可能なジャケット４
１ａと、循環経路を切り替える切替弁４６と、循環用の
ポンプＰと、冷却器１４とが順に回路を形成するように
配管４２で接続され、第１の循環経路４４を構成してい
る。また、スターリング冷凍機１３の高温ヘッド４３ｂ
を覆い液体の熱媒体が循環可能なジャケット４１ｂと、
切替弁４６と、放熱器１６と、循環用のポンプＰ’と
が、順に回路を形成するように配管４３で接続され、第
２の循環経路４５を構成している。

【００３７】冷却室１８を冷却する通常運転の場合、熱
媒体は第１の循環経路４４内と第２の循環経路４５内と
をそれぞれ個別に循環している。すなわち、第１の循環
経路４４内の熱媒体は、ジャケット４１ａで冷却され、
切替弁４６、循環用のポンプＰを経由し、冷却器１４で
冷熱を放出して再びジャケット４１ａに戻る。また、第
２の循環経路４５内の熱媒体は、ジャケット４１ｂで温
熱を得て、切替弁４６を経由し、放熱器１６で温熱を放
出した後、循環用のポンプＰ’を経由して再びジャケッ
ト４１ｂに戻る。ここで、冷却器１４の冷熱は、冷却器
１４付近に設けられた冷却ファン１１０により冷却室１
８へ送風される。また、放熱器１６の温熱は、放熱器１
６付近に設けられた放熱ファン１１１により本体１１の
排気口から保冷庫１０外へ排気される。

【００３８】この保冷庫１０の除霜モードへの移行の判
断は、第１の実施形態と同様の手段により行われる。除
霜モードの場合、切替弁４６を切り替えて第１の循環経
路４４と第２の循環経路４５とを直列に繋ぐことによっ
て、第２の循環経路４５中の温熱を有した熱媒体を第１
の循環経路４４に導いて除霜する第４の除霜手段を用い
ている。すなわち、ジャケット４１ｂで加熱された熱媒
体は、切替弁４６、ポンプＰを経由して冷却器１４に流
れ、冷却器１４を加熱して除霜し、冷却器１４からジャ
ケット４１ａ、切替弁４６、放熱器１６、ポンプＰ’を
経由してジャケット４１ｂに戻る。ただし、除霜モード
時は冷却ファン１１０は停止している。第３の実施形態
においては、この第４の除霜手段に加え、更に、第１の
実施形態に用いた第２の除霜手段を用いている。

【００３９】〈第４の実施形態〉図５は、第４の実施形
態の保冷庫１０の側断面図である。冷却器１４付近に発
熱体１１２が設けられている以外は、前述した第３の実
施形態に係る図４の構成と同様であるため説明を省略す
る。また、この保冷庫１０の除霜モードへの移行の判断
は、第１の実施形態と同様の手段により行われる。除霜
手段として、第３の実施形態に用いた第４の除霜手段
と、第１の実施形態に用いた第１の除霜手段とを有して
いる。ただし、除霜モード時は冷却ファン１１０は停止
している。これにより、冷却器１４は加熱され、その結
果、霜が溶融する。

【００４０】〈第５の実施形態〉図６は、第５の実施形
態の保冷庫１０の側断面図である。冷却器１４付近に発
熱体１１２が設けられている以外は、前述した第２の実
施形態に係る図３の構成と同様であるため説明を省略す
る。また、この保冷庫１０の除霜モードへの移行の判断
は、第１の実施形態と同様の手段により行われる。除霜
手段として、第２の実施形態に用いた第３の除霜手段
と、第１の実施形態に用いた第１の除霜手段とを有して
いる。ただし、除霜モード時は冷却ファン１１０は停止
している。これにより、冷却器１４は加熱され、その結
果、霜が溶融する。

【００４１】〈第６の実施形態〉第６の実施形態は、図
６に示した第５の実施形態の構成を備え、さらに、第１
の実施形態に用いた第２の除霜手段を有した構成とす
る。

【００４２】〈第７の実施形態〉第７の実施形態は、図
５に示した第４の実施形態の構成を備え、さらに、第１
の実施形態に用いた第２の除霜手段を有した構成とす
る。

【００４３】上記、第１〜第７の実施形態によれば、除
霜手段を複数有することにより、それぞれ単独の手段を
用いる場合よりも素早く、保冷庫内の温度を上昇させる
ことなく除霜できる。なお、第１〜第３および第６〜第
７の実施形態においては、スターリング冷凍機１３の通
常の冷却運転から除霜モードへの移行はスターリング冷
凍機１３の運転を停止することなく、連続的に行うこと
もできる。一方、第４および第５の実施形態において
は、スターリング冷凍機１３の通常の冷却運転から除霜
モードへの移行はスターリング冷凍機１３の運転を停止
して行われる。

【００４４】〈第８の実施形態〉図７は、第８の実施形
態の保冷庫１０の側断面図である。冷却器１４の下方
に、除霜時に生じたドレン水を受けるドレン水貯溜手段
７１が設けられ、発熱体が備えられていない以外は、前
述した第１の実施形態に係る図１の構成と同様であるた
め説明を省略する。なおドレン水貯溜手段７１は、例え
ば、上面が開口したプラスチック等の箱体を用いること
で、冷却器１４の除霜により生じたドレン水を受けるこ
とができ、また、この箱体を本体１１の外側から着脱可
能とすることで、スターリング冷凍機１３の運転時、停
止時に関わらず随時、ドレン水を排除することが可能と
なる。

【００４５】〈第９の実施形態〉図８は、第９の実施形
態の保冷庫１０の側断面図である。第９の実施形態は、
スターリング冷凍機１３をピストン（不図示）及びディ
スプレーサ（不図示）の運動方向が上下方向となり、か
つ低温ヘッド部１３ａが下になるように設置し、冷却器
１４の下方に設けた除霜時に生じたドレン水を受ける第
１のドレン水貯溜手段８１と、放熱器１６に設けた第２
のドレン水貯溜手段８２と、ドレン水を第１のドレン水
貯溜手段８１から第２のドレン水貯溜手段８２へ移送す
る配管８３とを備えている。

【００４６】冷却器１４の除霜により生じたドレン水
は、第１のドレン水貯溜手段８１で受けられ、配管８３
に設けられたポンプＰによって、第２のドレン水貯溜手
段８２へ移送される。ここで、第２のドレン水貯溜手段
８２は、放熱器１６から温熱が与えられ、ドレン水は蒸
発する。この構成では、スターリング冷凍機１３の運転
により生じた温熱をドレン水の蒸発に利用しているた
め、エネルギーの効率よくドレン水を排除することがで
きるとともに、効率のよい放熱も可能としている。

【００４７】なお、第２のドレン水貯溜手段８２の設置
場所は、放熱器１６の付近であれば特に限定はなく、例
えば、高温側機械室１７の壁面に設置してもよい。

【００４８】〈第１０の実施形態〉第１０の実施形態
は、第９の実施形態の第２のドレン水貯溜手段８２を良
伝熱体としてなるものである。良伝熱体としては、例え
ば、金属を用いることができる。この構成により、第２
のドレン水貯溜手段８２に与えられた温熱を効率よくド
レン水に伝えることができ、ドレン水をより蒸発させ易
くすることができる。

【００４９】〈第１１の実施形態〉図９は、第１１の実
施形態の保冷庫１０の側断面図である。第１１の実施形
態は、冷却器１４の下方に設けた除霜時に生じたドレン
水を受ける第１のドレン水貯溜手段８１と、放熱器１６
付近に設けた噴霧手段９１と、ドレン水を第１のドレン
水貯溜手段８１から噴霧手段９１へ移送する配管８３と
を備え、その他の構成は、前述した第９の実施形態に係
る図８の構成と同様であるため説明を省略する。なお噴
霧手段９１は、ドレン水を霧状に噴射できれば特に限定
はなく、例えば、バルブ等を用いることができる。

【００５０】冷却器１４の除霜により生じたドレン水
は、第１のドレン水貯溜手段８１で受けられ、配管８３
に設けられたポンプＰによって、噴霧手段９１へ移送さ
れる。ここで、ドレン水は、噴霧手段９１から放熱器１
６に向けて噴霧され、放熱器１６の温熱により蒸発す
る。この構成では、スターリング冷凍機１３の運転によ
り生じた温熱をドレン水の蒸発に利用しているため、エ
ネルギーの効率よくドレン水を排除することができると
ともに、効率のよい放熱も可能としている。

【００５１】〈第１２の実施形態〉第１２の実施形態
は、第９または第１１の実施形態の第１のドレン水貯溜
手段８１を着脱可能としてなるものである。第１のドレ
ン水貯溜手段８１を本体１１の外側から着脱可能とする
ことで、スターリング冷凍機１３の停止時でも、ドレン
水を排除することが可能となる。

【００５２】なお、第８〜第１２の実施形態の除霜手段
には特に限定はなく、例えば、第１〜第７の実施形態の
何れかのものを採用することができる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、除霜手段を有すること
により、それぞれ単独の手段を用いる場合よりも素早
く、保冷庫内の温度を上昇させることなく除霜可能な冷
却装置を得ることができる。

【００５４】また本発明によれば、ドレン水を受けるド
レン水貯溜手段を冷却装置の外側から着脱可能とするこ
とで、スターリング冷凍機の運転時、停止時に関わらず
随時、ドレン水を排除することが可能な冷却装置を得る
ことができる。

【００５５】また本発明によれば、スターリング冷凍機
の運転により生じた温熱をドレン水の蒸発に利用するこ
とにより、エネルギーの効率よくドレン水を排除するこ
とができるとともに、効率のよい放熱も可能な冷却装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態の保冷庫の側断
面図である。

【図２】 本発明に用いたスターリング冷凍機の電
源周波数を変化させたときの冷凍機出力および位相差を
示した図である。

【図３】 本発明の第２の実施形態の保冷庫の側断
面図である。

【図４】 本発明の第３の実施形態の保冷庫の側断
面図である。

【図５】 本発明の第４の実施形態の保冷庫の側断
面図である。

【図６】 本発明の第５の実施形態の保冷庫の側断
面図である。

【図７】 本発明の第８の実施形態の保冷庫の側断
面図である。

【図８】 本発明の第９の実施形態の保冷庫の側断
面図である。

【図９】 本発明の第１１の実施形態の保冷庫の側
断面図である。

【図１０】 従来の電子保冷庫の側断面図である。

【図１１】 従来のフリーピストン型のスターリング
冷凍機の側断面図である。

【符号の説明】

１３ スターリング冷凍機 １４ 冷却器 １５ 低温側機械室 １６ 放熱器 １７ 高温側機械室 １８ 冷却室 ４４ 第１の循環経路 ４５ 第２の循環経路 ７１ ドレン水貯溜手段 ８１ 第１のドレン水貯溜手段 ８２ 第２のドレン水貯溜手段 ８３ 配管 ９１ 噴霧手段 １１２ 発熱体 １１０２ ピストン １１０８ ディスプレーサ １１１０ シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２５Ｄ 21/10 Ｆ２５Ｄ 21/10 Ａ 21/12 21/12 21/14 21/14 Ａ Ｖ Ｆターム(参考） 3L045 AA01 AA03 AA06 DA02 LA14 MA04 MA12 NA01 NA06 NA17 NA22 PA01 PA04 3L046 AA01 AA06 BA01 CA02 CA06 CA13 FB01 GA01 JA03 JA06 JA12 LA01 LA02 LA07 LA11 LA15 MA01 MA04 3L048 AA01 AA07 AA09 CA02 CB04 CC03 CD02 CE01 DA03 DB02 DB08 DC03 DC07

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動ガスを封入したシリンダ内でピスト
   ンおよびディスプレーサが往復動することにより冷熱を
   発生させるフリーピストン型のスターリング冷凍機と、
   前記スターリング冷凍機に接続された冷却器を含む低温
   側機械室と、前記スターリング冷凍機に接続された放熱
   器を含む高温側機械室と、被冷却物を冷却する冷却室と
   を備え、前記スターリング冷凍機で発生した冷熱により
   前記冷却室を冷却する冷却装置であって、 前記冷却器の除霜手段として、前記冷却器付近に設けた
   発熱体により除霜する手段と、前記ピストンとディスプ
   レーサとが往復動する周期の位相差をほぼゼロになるよ
   うに制御して前記冷却器を加温することにより除霜する
   手段とを有することを特徴とする冷却装置。
2. 【請求項２】 作動ガスを封入したシリンダ内でピスト
   ンおよびディスプレーサが往復動することにより冷熱を
   発生させるフリーピストン型のスターリング冷凍機と、
   前記スターリング冷凍機に接続された冷却器を含む低温
   側機械室と、前記スターリング冷凍機に接続された放熱
   器を含む高温側機械室と、被冷却物を冷却する冷却室と
   を備え、前記スターリング冷凍機で発生した冷熱により
   前記冷却室を冷却する冷却装置であって、 前記冷却器の除霜手段として、一時的に前記低温側機械
   室と前記高温側機械室とを連通することにより、前記高
   温側機械室の高温空気を前記低温側機械室に導入して除
   霜する手段と、前記ピストンとディスプレーサとが往復
   動する周期の位相差をほぼゼロになるように制御して前
   記冷却器を加温することにより除霜する手段とを有する
   ことを特徴とする冷却装置。
3. 【請求項３】 作動ガスを封入したシリンダ内でピスト
   ンおよびディスプレーサが往復動することにより冷熱を
   発生させるフリーピストン型のスターリング冷凍機と、
   前記スターリング冷凍機に接続された冷却器を含む低温
   側機械室と、前記スターリング冷凍機に接続された放熱
   器を含む高温側機械室と、被冷却物を冷却する冷却室と
   を備え、前記スターリング冷凍機で発生した冷熱により
   前記冷却室を冷却する冷却装置であって、 前記スターリング冷凍機と前記冷却器とを液体の熱媒体
   が循環する第１の循環経路で接続し、前記スターリング
   冷凍機と前記放熱器とを液体の熱媒体が循環する第２の
   循環経路で接続し、 前記冷却器の除霜手段として、第２の循環経路を流れる
   熱媒体を第１の循環経路に導くことにより除霜する手段
   と、前記ピストンとディスプレーサとが往復動する周期
   の位相差をほぼゼロになるように制御して前記冷却器を
   加温することにより除霜する手段とを有することを特徴
   とする冷却装置。
4. 【請求項４】 作動ガスを封入したシリンダ内でピスト
   ンおよびディスプレーサが往復動することにより冷熱を
   発生させるフリーピストン型のスターリング冷凍機と、
   前記スターリング冷凍機に接続された冷却器を含む低温
   側機械室と、前記スターリング冷凍機に接続された放熱
   器を含む高温側機械室と、被冷却物を冷却する冷却室と
   を備え、前記スターリング冷凍機で発生した冷熱により
   前記冷却室を冷却する冷却装置であって、 前記スターリング冷凍機と前記冷却器とを液体の熱媒体
   が循環する第１の循環経路で接続し、前記スターリング
   冷凍機と前記放熱器とを液体の熱媒体が循環する第２の
   循環経路で接続し、 前記冷却器の除霜手段として、第２の循環経路を流れる
   熱媒体を第１の循環経路に導くことにより除霜する手段
   と、前記冷却器付近に設けた発熱体により除霜する手段
   とを有することを特徴とする冷却装置。
5. 【請求項５】 作動ガスを封入したシリンダ内でピスト
   ンおよびディスプレーサが往復動することにより冷熱を
   発生させるフリーピストン型のスターリング冷凍機と、
   前記スターリング冷凍機に接続された冷却器を含む低温
   側機械室と、前記スターリング冷凍機に接続された放熱
   器を含む高温側機械室と、被冷却物を冷却する冷却室と
   を備え、前記スターリング冷凍機で発生した冷熱により
   前記冷却室を冷却する冷却装置であって、 前記冷却器の除霜手段として、一時的に前記低温側機械
   室と前記高温側機械室とを連通することにより、前記高
   温側機械室の高温空気を前記低温側機械室に導入して除
   霜する手段と、前記冷却器付近に設けた発熱体により除
   霜する手段とを有したことを特徴とする冷却装置。
6. 【請求項６】 前記冷却器の除霜手段として、前記冷却
   器付近に設けた発熱体により除霜する手段を有すること
   を特徴とする請求項２記載の冷却装置。
7. 【請求項７】 前記冷却器の除霜手段として、前記冷却
   器付近に設けた発熱体により除霜する手段を有すること
   を特徴とする請求項３記載の冷却装置。
8. 【請求項８】 スターリング冷凍機と、前記スターリン
   グ冷凍機に接続された冷却器を含む低温側機械室と、前
   記スターリング冷凍機に接続された放熱器を含む高温側
   機械室と、被冷却物を冷却する冷却室とを備え、前記ス
   ターリング冷凍機で発生した冷熱により前記冷却室を冷
   却する冷却装置であって、 前記冷却器の下方に、除霜時に生じたドレン水を受ける
   着脱可能なドレン水貯溜手段を設けたことを特徴とする
   冷却装置。
9. 【請求項９】 スターリング冷凍機と、前記スターリン
   グ冷凍機に接続された冷却器を含む低温側機械室と、前
   記スターリング冷凍機に接続された放熱器を含む高温側
   機械室と、被冷却物を冷却する冷却室と、前記冷却器の
   下方に設けた除霜時に生じたドレン水を受ける第１のド
   レン水貯溜手段と、前記放熱器付近に設けた第２のドレ
   ン水貯溜手段と、前記ドレン水を第１のドレン水貯溜手
   段から第２のドレン水貯溜手段へ移送する配管とを備
   え、前記スターリング冷凍機で発生した冷熱により前記
   冷却室を冷却する冷却装置であって、 第２のドレン水貯溜手段に集められた前記ドレン水が、
   前記放熱器の温熱により蒸発することを特徴とする冷却
   装置。
10. 【請求項１０】 前記第２のドレン水貯溜手段を良伝熱
    体としたことを特徴とする請求項９記載の冷却装置。
11. 【請求項１１】 スターリング冷凍機と、前記スターリ
    ング冷凍機に接続された冷却器を含む低温側機械室と、
    前記スターリング冷凍機に接続された放熱器を含む高温
    側機械室と、被冷却物を冷却する冷却室と、前記冷却器
    の下方に設けた除霜時に生じたドレン水を受ける第１の
    ドレン水貯溜手段と、前記放熱器付近に設けた噴霧手段
    と、前記ドレン水を第１のドレン水貯溜手段から前記噴
    霧手段へ移送する配管とを備え、前記スターリング冷凍
    機で発生した冷熱により前記冷却室を冷却する冷却装置
    であって、 前記ドレン水が、前記噴霧手段から前記放熱器に向けて
    噴霧され、前記放熱器の温熱により蒸発することを特徴
    とする冷却装置。
12. 【請求項１２】 前記第１のドレン水貯溜手段を着脱可
    能としたことを特徴とする請求項９または１１記載の冷
    却装置。