JP2003004354A - 冷凍庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 逆スターリングサイクルを用いた冷凍庫であ
って、食品を真空凍結保存することが可能でかつ電力消
費量の少ない省エネルギーの冷凍庫を提供する。 【解決手段】 保存袋１６内に包蔵された食品１８を真
空凍結するための真空凍結室１９と、保存袋１６内を減
圧するための真空ポンプ１３と、真空凍結室１９を極低
温に冷却するためのスターリング冷凍機１４と、当該ス
ターリング冷凍機１４のピストン２の運動エネルギーを
電気エネルギーに変換する動力−電力変換装置２９とを
備え、当該動力−電力変換装置２９によって変換された
電気エネルギーを用いて真空ポンプ１３を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スターリング冷凍
機を備えた冷凍庫に関し、より具体的には被収蔵物を真
空凍結させる機能をあわせて備えた冷凍庫に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、食品を長期間にわたって保存する
ことを目的とした業務用の凍結乾燥機能を備えた冷凍庫
が知られている。この種の冷凍庫で利用される食品の凍
結乾燥とは、冷凍庫の冷凍機能により食品を凍結させた
後、これを略真空下で加熱ヒータによって熱を与えるこ
とで氷結晶を昇華させて食品を乾燥させるものである。
略真空下にて食品が保存されるため、酸化されることな
く、長期間にわたって食品を保存することが可能とな
る。

【０００３】しかし、上記のうような保存方法では、食
品中に含まれる氷結晶を昇華して凍結乾燥させるため、
水分を維持した状態で鮮度よく食品を保存することは難
しく、さらには、氷結晶を昇華させるために使用される
加熱ヒータによって、食品の組織が損傷を受けたり、食
品中の蛋白質が変質・変性するといった問題があった。

【０００４】一般の冷凍庫に使用される冷凍サイクルと
しては、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが主に採用されてい
る。この蒸気圧縮式の冷凍サイクルでは、作動媒体とし
ての冷媒にフロン（クロロフルオロカーボン）が用いら
れ、フロンの凝縮および蒸発を利用して所要の冷却性能
を得るものである。しかし、冷媒として使用されるフロ
ンは非常に化学安定性が高く、大気中に放出されると成
層圏に達してオゾン層を破壊するとの指摘がある。この
ため、近年、特定フロンの使用および生産が規制されて
きている。そこで、フロンを用いた冷凍サイクルに代わ
るものとして、逆スターリング冷凍サイクルが注目され
ている。

【０００５】逆スターリング冷凍サイクルでは、作動媒
体として、ヘリウムガス、水素ガス、窒素ガスなどを採
用することができるため、地球環境に影響を及ぼすこと
がない。この逆スターリング冷凍サイクルを利用したス
ターリング冷凍機は、極低温（−１００℃前後）を発生
させる小型冷凍機として知られている。

【０００６】このスターリング冷凍機は、作動媒体であ
る冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮機から吐出された
冷媒ガスを膨張させる膨張機とを組み合わせたものであ
り、上記圧縮機としては、冷媒ガス圧をたとえば正弦波
状等に繰り返し経時変化するように圧縮するものが使用
される。一方、膨張機は、先端が閉塞されたシリンダ
と、シリンダ内に往復動自在に嵌装され、シリンダ内を
先端側の膨張室と基端側の作動室とに区画形成するディ
スプレーサと、当該ディスプレーサの往復運動を弾性支
持する共振用バネとを備える構造となっている。

【０００７】上記作動室は上記圧縮機に接続されてお
り、圧縮機からの冷媒ガス圧によりディスプレーサを往
復運動させて冷媒ガスを膨張させることにより、シリン
ダ先端の冷却部に極低温を発生させる。なお、この方式
のスターリング冷凍機は、一般にフリーピストン型スタ
ーリング冷凍機と呼ばれている。

【０００８】このスターリング冷凍機を利用した真空凍
結機能を備えた冷凍庫が、特開２０００―２８３６２７
に示されている。上述のように、スターリング冷凍機で
は、−１００℃前後という極低温を発生させることがで
きるため、上述した食品の品質を維持するために必要な
急速凍結が可能となる。このため、従来の緩慢凍結で引
き起こされていた蛋白質の変質や変性を防止することが
可能となり、さらには、食品中の水分が微細な氷結晶と
なって食品中に均一に生成されるため、加熱ヒータによ
って氷結晶を昇華させる必要もない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
真空凍結機能とスターリング冷凍機とを同時に備えた冷
凍庫では、その冷凍機能の主要部であるスターリング冷
凍機を動作させるための電力と、減圧手段である真空ポ
ンプを動作させるための電力とが、別個同時に必要であ
ったため、その消費電力は非常に大きくなるという問題
点があった。また、真空ポンプにて真空引きする真空凍
結室の容積が必要以上に大きい場合には、余分な電力を
必要としていた。

【００１０】そこで本発明は、上記問題を解決すべく、
真空ポンプを動作させるための電力が節約できる省エネ
ルギーの逆スターリング冷凍サイクルを用いた冷凍庫を
提供することを目的とする。さらには、冷凍庫に備えら
れた庫内照明、庫内ファン等といった、スターリング冷
凍機および真空ポンプ以外の機器を動作させるために必
要な電力を節約できる、省エネルギーの冷凍庫を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の局面にお
ける冷凍庫は、シリンダ内に嵌装されたピストンが往復
運動することによって極低温を発生させるスターリング
冷凍機と、被収蔵物周りの空気を脱気する減圧手段とを
備えており、この減圧手段に連通する開口部を備え、被
収蔵物を収蔵して凍結する密閉可能な真空凍結室と、減
圧手段をピストンの動力にて駆動させる補助駆動手段と
を備えていることを特徴とする（請求項１）。

【００１２】本構成の補助駆動手段を備えることで、従
来の真空凍結機能を備えたスターリング冷凍機よりも消
費電力を低減することが可能となる。

【００１３】上記本発明の第１の局面における冷凍庫
は、たとえば、補助駆動手段がピストンの動力を電力に
変換する動力−電力変換装置と、この動力−電力変換装
置によって変換された電力を減圧手段に送電する送電手
段とを備えていることが望ましい（請求項２）。

【００１４】本構成とすることで、ピストンの運動エネ
ルギーを電気エネルギーに変換することができ、さらに
この電気エネルギーを用いて減圧手段を駆動させること
で、エネルギーの節約が図れる。

【００１５】上記本発明の第１の局面における冷凍庫
は、たとえば、補助駆動手段によって冷凍庫に設置され
た庫内灯、庫内ファン、除湿ヒータおよび結露防止用ド
アヒータのうち少なくとも１つが駆動されることが好ま
しい（請求項３）。

【００１６】本構成とすることで、冷凍機および減圧手
段以外の冷凍庫に付加的に加えられた電力消費機器の駆
動に、動力−電力変換装置によって変換された電気エネ
ルギーを使用することで、冷凍庫全体としての消費電力
をより小さくすることが可能となり、省エネルギーとな
る。

【００１７】本発明の第２の局面における冷凍庫では、
シリンダ内に嵌装されたピストンが往復運動することに
よって極低温を発生させるスターリング冷凍機と、被収
蔵物周りの空気を脱気する減圧手段と、被収蔵物を収蔵
して凍結する密閉可能な真空凍結室とを備えた冷凍庫で
あって、真空凍結室は、減圧手段に連通する開口部と、
被収蔵物が包蔵された保存袋の開口端を固定する保存袋
固定手段とを備え、真空凍結室内において、保存袋の開
口端と真空凍結室に設けられた開口部とが連通するよう
に、保存袋が保存袋固定手段によって固定され、減圧手
段により保存袋内の空気が脱気される（請求項４）。

【００１８】本構成とすることで、真空凍結する被収蔵
物を保存袋内に入れ、この保存袋内のみを減圧手段にて
真空引きすることで、余分な電力の消費を抑えることが
可能となる。従来の方式では、真空凍結室の容積の分だ
け真空引きする必要があったが、本構成とすることで、
被収蔵物にあった大きさの保存袋を使用することで、大
幅にその容積が縮小される。

【００１９】上記本発明の第２の局面における冷凍庫
は、たとえは、保存袋が熱可塑性樹脂部材からなり、そ
の開口部を熱処理にて閉口させる保存袋閉口手段を備え
ていることが望ましい（請求項５）。

【００２０】本構成により、熱可塑性樹脂部材からなる
保存袋を使用することで、その開口部を真空引きした後
に熱処理することで、容易に保存袋を密閉することが可
能となる。このため、真空引き後は減圧手段を駆動させ
なくても保存袋内の真空状態を維持することが可能とな
り、さらには、真空凍結室のみならず他の隔室内でも保
存することが可能となる。

【００２１】上記本発明の冷凍庫は、たとえば、減圧手
段の減圧能力が調節可能であることが望ましい（請求項
６）。

【００２２】本構成により、被収蔵物の大きさにあわせ
て減圧手段の減圧能力を調整することで、より迅速に、
かつ少ないエネルギーで真空処理することが可能とな
る。

【００２３】上記本発明の冷凍庫では、たとえば、減圧
手段の駆動時に駆動を知らせる表示手段を備えているこ
とが望ましい（請求項７）。

【００２４】本構成により、冷凍庫の使用者に確実に減
圧手段が駆動していることを知らせることが可能とな
り、減圧手段の停止忘れや真空処理中の誤停止が防止さ
れる。さらには、減圧手段駆動時の事故防止にもつなが
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
を参照して説明する。

【００２６】（実施の形態１）図１は、本実施の形態の
冷凍冷蔵庫に使用されるスターリング冷凍機の構造を説
明するための概略断面図であり、図２は、本実施の形態
の冷凍冷蔵庫の構成を示す概略前面図である。また、図
３は、真空凍結機能部の構成を説明するための模式図で
あり、図４は、動力−電力変換装置を用いた駆動回路の
ブロック図である。

【００２７】まず、本実施の形態に使用されるスターリ
ング冷凍機について説明する。図１に示すスターリング
冷凍機１４は、一方の端面が閉塞された筒状の冷凍機本
体９と、この冷凍機本体９の他方の端面に同軸状に取付
けられた筒状の放熱部１０と、さらにその先端に取付け
られた閉塞端を形成する冷却部１１とを備えている。放
熱部１０と冷凍機本体９の内部空間は連通口１２を介し
て連通し、また、冷却部１１と放熱部１０の内部空間も
連通している。

【００２８】冷凍機本体１４の内部には、軸方向に往復
動自在に嵌装されたピストン２と、このピストン２を往
復自在に弾性支持するコイルバネ５と、ピストンを駆動
するリニアモータ６とが設けられており、リニアモータ
６により駆動されたピストン２は、コイルバネ５により
正弦運動を行なうようになっている。ピストン２の先端
面と連通口１２との間には圧縮空間８が形成されてお
り、ピストン２の移動により圧縮空間８内の作動ガスの
圧力が正弦波状に変化する。

【００２９】放熱部１０の内部には、軸方向に往復自在
のディスプレーサ１と、このディスプレーサ１を往復動
自在に弾性支持するコイルバネ４とが設けられている。
ディスプレーサ１の内部には再生器３が設けられてお
り、ディスプレーサ１の先端面と冷却部１１の閉塞端と
の間には膨張空間７が形成されている。

【００３０】ピストン２が放熱部１０に向けて前進する
と圧縮空間８内の作動ガスが圧縮され、圧縮された作動
ガスは放熱部１０で熱を放出し、再生器３で予冷されて
膨張空間７内に流入する。これにより、ディスプレーサ
１が冷凍機本体９側に後退し、膨張空間７内の作動ガス
は膨張して温度が低下する。この膨張空間７内に発生し
た極低温が、冷却部１１を介して冷凍室等に伝熱され
る。また、ピストン２が後退すると圧縮空間８内の作動
ガスの圧力が下がり、コイルバネ４によりディスプレー
サ１が前進し、膨張空間７内の作動ガスの圧力が上が
る。このように、膨張空間７の作動ガスの圧力は、圧縮
空間８内の作動ガスの圧力とある位相差をもって正弦波
状に変化する。すなわち、ディスプレーサ１はピストン
２に対してある一定の位相差をもって周期運動する。

【００３１】次に、図２を参照して、本実施の形態にお
ける冷凍冷蔵庫の構成について説明する。本実施の形態
の冷凍冷蔵庫は家庭用のものであり、冷蔵室、冷凍室、
野菜室の３つの隔室を備えており、さらに冷凍室内には
食品を真空凍結するための真空凍結室１９が区画形成さ
れている。この真空凍結室１９の前面には扉が設けられ
ており、使用者によってこの扉が開閉されることで被収
蔵物の出し入れが行なわれる。また、冷凍冷蔵庫の背面
空間には、冷凍手段であるスターリング冷凍機１４、減
圧手段である真空ポンプ１３および動力−電力変換装置
２９が設置されている。

【００３２】次に、本実施の形態における冷凍冷蔵庫の
真空凍結機能部の構成について、より詳しく説明する。
図３を参照して、真空凍結室１９を区画形成する壁面に
は、外部との熱交換を遮断するための断熱材１５が設け
られており、これにより真空凍結室１９内の温度が維持
される。また、スターリング冷凍機１４により発生した
極低温は、真空凍結室１９内に伝熱される。これによ
り、真空凍結室１９内は常に極低温に維持されている。
また、真空ポンプ１３は、真空凍結室１９内に設けられ
た開口部である吸引口２０に接続されているため、必要
に応じて真空ポンプ１３を駆動することで被収蔵物周り
の空気を脱気することが可能である。さらに、上記スタ
ーリング冷凍機１４には、ピストン２の動力を電力に変
換させるための動力−電力変換装置２９が取付けられて
いる。また、この動力電力変換装置は、送電手段２２に
よって真空ポンプ１３に接続されている。

【００３３】以上の構成において、外部の電源から供給
された電力により、スターリング冷凍機１４が駆動さ
れ、スターリング冷凍機１４内のピストン２がリニアモ
ータ６によって駆動されてピストン２およびディスプレ
ーサ１がシリンダ内を往復運動する。このピストン２の
往復運動を利用して、動力−電力変換装置２９を用いて
ピストン２の動力を電力に変換する。このエネルギーの
取出し方法としては、たとえば、ピストン２の往復運動
を軸回転に変換し、電機子コイル等を用いて変換する方
法等が考えられる。この動力−電力変換装置２９により
発生した電力は真空ポンプ１３に供給され、真空ポンプ
１３の駆動に使用される。

【００３４】また、図４を参照して、動力−電力変換装
置２９を用いてピストン２の運動エネルギーを電気エネ
ルギーに変換することで得られた電力を、真空ポンプ１
３のみならず、冷凍冷蔵庫に設けられた他の機器の駆動
に使用することも可能である。たとえば、庫内灯や、庫
内ファン、除湿ヒータ、結露防止用ドアヒータ等が考え
られる。

【００３５】次に、被収蔵物を真空凍結する際の手順に
ついて説明する。まず、真空凍結することで長期保存を
行なう被収蔵物１８を耐熱性および耐寒性のある保存袋
１６に収納する。この保存袋１６は、熱可塑性のビニー
ル系合成樹脂材料からなり、その耐熱性および耐寒性は
−１００℃から１００℃くらいのものが好ましい。次
に、内部に被収蔵物１８を包蔵した保存袋１６を真空冷
凍室１２内に入れ、保存袋１６の開口端が真空凍結室１
９内に設けられた吸引口２０に連通するようにセットす
る。その後、保存袋固定手段であるストッパ１７を用い
て保存袋１６を固定し、真空ポンプ１３を動作させて保
存袋１６内の空気を脱気する。さらに、ストッパ１７に
設けられた保存袋閉口手段であるヒータ２１を用いて保
存袋１６の開口端を閉口させ、被収蔵物１８を真空パッ
クにする。この真空パックされた被収蔵物１８を真空凍
結室１９または冷凍室等に収蔵することで、被収蔵物１
８が長期にわたって鮮度を保ったまま保存可能となる。

【００３６】以上の構成とすることで、動力−電力変換
装置によって変換された電気エネルギーにて真空ポンプ
を動作させることが可能となるため、省エネルギーとな
る。また、冷凍冷蔵庫内の他の機器をもこの動力−電力
変換装置によって変換された電気エネルギーで動作させ
ることで、さらなる電力の節約が可能となる。また、保
存袋を使用することで脱気する容積を小さく抑えること
ができるため、真空ポンプの動作時間を大幅に短縮で
き、省エネルギーとなる。また、保存袋を使用すること
で、被収蔵物の持ち運びが可能となり便利である。

【００３７】（実施の形態２）図５は、本発明の実施の
形態２における冷凍冷蔵庫の要部前面図であり、図６
は、操作パネルの拡大前面図である。また、図７は、減
圧能力を強にした場合の説明図であり、図８は、減圧能
力を弱にした場合の説明図である。なお、上記実施の形
態１と同様の部分については同一の符号を付し、説明は
省略する。

【００３８】本実施の形態の冷凍冷蔵庫では、真空ポン
プ１３の減圧能力を強、弱の２段階に切換えることが可
能である。図６に示すように、真空凍結室１９の下方の
冷凍冷蔵庫前面には、使用者が操作するための操作パネ
ル２４が設置されている。この操作パネル２４には、真
空ポンプ１３の減圧能力を調節するための切替えスイッ
チ２６と、真空ポンプ１３の運転および停止を行なう操
作スイッチ２７と、真空ポンプが作動中であるか否かを
表示するためのＬＥＤ等による表示ランプ２８とが設け
られている。

【００３９】図７を参照して、たとえば、魚等のように
被収蔵物が大きい場合や分厚い場合には、使用者が操作
パネル２４の切替えスイッチ２６を強にあわせること
で、真空ポンプ１３の減圧能力を上げて真空処理を行な
う。真空ポンプ１３の減圧能力を上げることで、大きな
食品である場合にも保存袋１６内の空気を速やかに脱気
し、適度に食品内に水分を残存させたまま凍結保存する
ことが可能となる。

【００４０】また、図８を参照して、たとえば、スライ
スした野菜や、細切れの肉等のように真空凍結を行なう
食品が小さい場合や薄い場合には、使用者が操作パネル
２４の切替えスイッチ２６を弱にあわせることで、真空
ポンプの減圧能力を下げて真空処理を行なう。比較的小
さいものを真空処理する場合には、少ない減圧能力で十
分に脱気処理することが可能なため、必要以上の電力の
消費を防止することができる。

【００４１】以上のように、使用者が真空凍結を行なう
被収蔵物の大きさにあわせて真空ポンプの減圧能力を調
整することで、余分な電力の消費が防止され、省エネル
ギーとなる。

【００４２】以上において、開示した各実施の形態はす
べての点で例示であって、制限的なものではない。本発
明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、ま
た特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での
すべての変更を含むものである。

【００４３】

【発明の効果】本発明を用いることで、真空ポンプを動
作させるために必要な電力を節約することが可能となる
ため、省エネルギーの冷凍冷蔵庫を提供することが可能
となる。また、動力−電力変換装置によって変換された
電気エネルギーを冷凍冷蔵庫内に付加的に設けられた他
の機器の駆動に使用することで、さらなるエネルギーの
節約が可能となる。また、真空ポンプの減圧能力を調節
できる構成とすることで、余分なエネルギー消費も防止
される。さらには、保存袋を使用することで、真空ポン
プの作動時間が短縮され、エネルギーの浪費が防止され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態における冷凍冷蔵庫に使
用されるスターリング冷凍機の構造を説明するための概
略断面図である。

【図２】 本発明の実施の形態１における冷凍冷蔵庫の
概略前面図である。

【図３】 本発明の実施の形態１における冷凍冷蔵庫の
真空凍結機能部の構成を示した模式図である。

【図４】 本発明の実施の形態１における冷凍冷蔵庫の
駆動回路のブロック図である。

【図５】 本発明の実施の形態２における冷凍冷蔵庫の
要部前面図である。

【図６】 本発明の実施の形態２における冷凍冷蔵庫の
操作パネルの拡大前面図である。

【図７】 本発明の実施の形態２における冷凍冷蔵庫の
真空ポンプを強動作させた場合の説明図である。

【図８】 本発明の実施の形態２における冷凍冷蔵庫の
真空ポンプを弱動作させた場合の説明図である。

【符号の説明】

１ ディスプレーサ、２ ピストン、３ 再生器、４，
５ コイルバネ、６リニアモータ、７ 膨張空間、８
圧縮空間、９ 冷凍機本体、１０ 放熱部、１１ 冷却
部、１２ 開口部、１３ 真空ポンプ、１４ スターリ
ング冷凍機、１５ 断熱材、１６ 保存袋、１７ スト
ッパ、１８ 被収蔵物、１９ 真空凍結室、２０ 吸引
口、２１ ヒータ、２２ 送電手段、２４ 操作パネ
ル、２６切替えスイッチ、２７ 操作スイッチ、２８
表示ランプ、２９ 動力−電力変換装置。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内に嵌装されたピストンが往復
   運動することによって極低温を発生させるスターリング
   冷凍機と、被収蔵物周りの空気を脱気する減圧手段とを
   備えた冷凍庫であって、 前記減圧手段に連通する開口部を有し、被収蔵物を収蔵
   して凍結する密閉可能な真空凍結室と、 前記減圧手段を前記ピストンの動力にて駆動させる補助
   駆動手段とを備えたことを特徴とする、冷凍庫。
2. 【請求項２】 前記補助駆動手段が、前記ピストンの動
   力を電力に変換する動力−電力変換装置と、前記動力−
   電力変換装置によって変換された電力を前記減圧手段に
   送電する送電手段とを備えた、請求項１に記載の冷凍
   庫。
3. 【請求項３】 前記補助駆動手段によって、冷凍庫に設
   置された庫内灯、庫内ファン、除湿ヒータおよび結露防
   止用ドアヒータのうち少なくとも１つが駆動される、請
   求項１または２に記載の冷凍庫。
4. 【請求項４】 シリンダ内に嵌装されたピストンが往復
   運動することによって極低温を発生させるスターリング
   冷凍機と、被収蔵物周りの空気を脱気する減圧手段と、
   被収蔵物を収蔵して凍結する密閉可能な真空凍結室とを
   備えた冷凍庫であって、 前記真空凍結室は、前記減圧手段に連通する開口部と、
   被収蔵物が包蔵された保存袋の開口端を固定する保存袋
   固定手段とを備え、 前記真空凍結室内において、前記保存袋の開口端と前記
   真空凍結室に設けられた開口部とが連通するように、前
   記保存袋が前記保存袋固定手段によって固定され、前記
   減圧手段により前記保存袋内の空気が脱気されることを
   特徴とする、冷凍庫。
5. 【請求項５】 前記保存袋が熱可塑性樹脂部材からな
   り、前記真空凍結室が、さらに、その開口部を熱処理に
   て閉口させる保存袋閉口手段を備えた、請求項４に記載
   の冷凍庫。
6. 【請求項６】 前記減圧手段の減圧能力が調節可能であ
   る、請求項１から５のいずれかに記載の冷凍庫。
7. 【請求項７】 前記減圧手段の駆動時に、駆動を知らせ
   る表示手段を備えた、請求項１から６のいずれかに記載
   の冷凍庫。