JP2003314937A - スターリング冷却装置の運転方法及びそれを用いたスターリング冷蔵庫 - Google Patents
スターリング冷却装置の運転方法及びそれを用いたスターリング冷蔵庫Info
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- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- F25D17/06—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating air, e.g. by convection by forced circulation
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 不安定状態を抜け出し、速やかに高い冷凍能
力が得られるフリーピストン型のスターリング冷凍機を
用いたスターリング冷却装置の運転方法を提供すること
である。 【解決手段】 スターリング冷却装置は、フリーピスト
ン型のスターリング冷凍機１と、スターリング冷凍機１
のコールドヘッド３の表面温度を測定する温度センサ９
ａと、コールドヘッド３で発生する冷熱を熱交換する低
温側熱交換器５と、低温側熱交換器５での熱交換量を調
整する庫内ファン７と、温度センサ９ａの測定結果に基
づき庫内ファン７を制御する負荷制御基板１０とを備
え、コールドヘッド３の温度が所定温度以上のときは庫
内ファン７を停止させる運転方法とする。
力が得られるフリーピストン型のスターリング冷凍機を
用いたスターリング冷却装置の運転方法を提供すること
である。 【解決手段】 スターリング冷却装置は、フリーピスト
ン型のスターリング冷凍機１と、スターリング冷凍機１
のコールドヘッド３の表面温度を測定する温度センサ９
ａと、コールドヘッド３で発生する冷熱を熱交換する低
温側熱交換器５と、低温側熱交換器５での熱交換量を調
整する庫内ファン７と、温度センサ９ａの測定結果に基
づき庫内ファン７を制御する負荷制御基板１０とを備
え、コールドヘッド３の温度が所定温度以上のときは庫
内ファン７を停止させる運転方法とする。
Description
【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を備えたスターリング冷却装置に
おける運転方法及びその運転方法により運転するスター
リング冷蔵庫に関するものである。
のスターリング冷凍機を備えたスターリング冷却装置に
おける運転方法及びその運転方法により運転するスター
リング冷蔵庫に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、家庭用冷凍冷蔵庫に用いられる
冷凍サイクルは圧縮機を備え、主としてフロンや代替フ
ロンを利用する蒸気圧縮式冷凍サイクルである。しか
し、これらの冷媒はオゾン層破壊や地球温暖化の原因と
なるため、地球環境への配慮から全世界的にその使用が
規制されている。
冷凍サイクルは圧縮機を備え、主としてフロンや代替フ
ロンを利用する蒸気圧縮式冷凍サイクルである。しか
し、これらの冷媒はオゾン層破壊や地球温暖化の原因と
なるため、地球環境への配慮から全世界的にその使用が
規制されている。
【０００３】そこで、蒸気圧縮式冷凍サイクルに代わる
技術として、逆スターリングサイクルを用いた冷凍装置
であるスターリング冷凍機およびこれを用いたスターリ
ング冷蔵庫の研究開発が進められている。このスターリ
ング冷凍機は、作動媒体にヘリウムや窒素などの不活性
ガスを用いるため地球環境に悪影響を及ぼすことがな
い。
技術として、逆スターリングサイクルを用いた冷凍装置
であるスターリング冷凍機およびこれを用いたスターリ
ング冷蔵庫の研究開発が進められている。このスターリ
ング冷凍機は、作動媒体にヘリウムや窒素などの不活性
ガスを用いるため地球環境に悪影響を及ぼすことがな
い。
【０００４】こういった逆スターリングサイクルを利用
し冷熱を得るスターリング冷凍機として、構造的に異な
るいくつかの方式が既に考案されているが、中でもフリ
ーピストン型と呼ばれる方式は、機械損失が少なく小型
軽量であることで知られている。
し冷熱を得るスターリング冷凍機として、構造的に異な
るいくつかの方式が既に考案されているが、中でもフリ
ーピストン型と呼ばれる方式は、機械損失が少なく小型
軽量であることで知られている。
【０００５】図１２は、フリーピストン型スターリング
冷凍機を用いたスターリング冷却装置の側断面図であ
る。スターリング冷凍機１は密閉されており、内部には
冷媒が充填されている。冷媒にはヘリウムガスや窒素ガ
スなどが用いられる。ここに示すように膨張空間２２と
圧縮空間２３を仕切るディスプレーサ２０と、リニアモ
ータ２５に接続され、特定の周期で冷媒に対し圧縮、膨
張といった機械仕事を行うピストン２１とが互いに位相
差をもって往復動作する。そして、このピストン２１と
ディスプレーサ２０の往復動により冷媒が膨張空間２２
と圧縮空間２３を行き来し、膨張空間２２と圧縮空間２
３の間に設けられた再生器２６に対して吸熱または放熱
する。それにより、膨張空間２２で低温、圧縮空間２３
で高温を得ることができる。
冷凍機を用いたスターリング冷却装置の側断面図であ
る。スターリング冷凍機１は密閉されており、内部には
冷媒が充填されている。冷媒にはヘリウムガスや窒素ガ
スなどが用いられる。ここに示すように膨張空間２２と
圧縮空間２３を仕切るディスプレーサ２０と、リニアモ
ータ２５に接続され、特定の周期で冷媒に対し圧縮、膨
張といった機械仕事を行うピストン２１とが互いに位相
差をもって往復動作する。そして、このピストン２１と
ディスプレーサ２０の往復動により冷媒が膨張空間２２
と圧縮空間２３を行き来し、膨張空間２２と圧縮空間２
３の間に設けられた再生器２６に対して吸熱または放熱
する。それにより、膨張空間２２で低温、圧縮空間２３
で高温を得ることができる。
【０００６】また、膨張空間２２には低温側内部熱交換
器２７が設けられ、これを通じてコールドヘッド３より
冷熱が得られる。一方、圧縮空間２３には高温側内部熱
交換器２８が設けられ、これを通じてウォームヘッド４
より放熱を行う。さらに、上述のディスプレーサ２０は
モータやクランク等の直接位相制御される機構を持たな
い。ディスプレーサ２０に接続されピストン２１を貫通
するよう設けられたディスプレーサーロッド２９が、ピ
ストン２１の動作によるバウンス空間２４の圧力変動の
影響を受けることにより、ディスプレーサ２０がピスト
ン２１に対し所定の位相差で動作するよう設計される。
器２７が設けられ、これを通じてコールドヘッド３より
冷熱が得られる。一方、圧縮空間２３には高温側内部熱
交換器２８が設けられ、これを通じてウォームヘッド４
より放熱を行う。さらに、上述のディスプレーサ２０は
モータやクランク等の直接位相制御される機構を持たな
い。ディスプレーサ２０に接続されピストン２１を貫通
するよう設けられたディスプレーサーロッド２９が、ピ
ストン２１の動作によるバウンス空間２４の圧力変動の
影響を受けることにより、ディスプレーサ２０がピスト
ン２１に対し所定の位相差で動作するよう設計される。
【０００７】また、コールドヘッド３に接続される低温
側熱交換器５は、庫内ファン７により送風される空気を
冷却し、冷却対象となる庫内を冷却する。また、ウォー
ムヘッド４に接続される高温側熱交換器６は、庫外ファ
ン８により送風される空気を放熱する。一方、制御基板
２によりリニアモータ２５への入力電圧を操作してピス
トン２１の振幅を制御し冷凍能力を調整するとともに、
ディスプレーサ２０の脱調防止や、ディスプレーサ２０
とピストン２１が衝突しないよう運転される。
側熱交換器５は、庫内ファン７により送風される空気を
冷却し、冷却対象となる庫内を冷却する。また、ウォー
ムヘッド４に接続される高温側熱交換器６は、庫外ファ
ン８により送風される空気を放熱する。一方、制御基板
２によりリニアモータ２５への入力電圧を操作してピス
トン２１の振幅を制御し冷凍能力を調整するとともに、
ディスプレーサ２０の脱調防止や、ディスプレーサ２０
とピストン２１が衝突しないよう運転される。
【０００８】このように、フリーピストン式スターリン
グ冷凍機１は、ディスプレーサ２０に対して直接駆動す
る機構をもたないことにより、機械損失の少ない高効率
な冷凍装置を実現する。また。このフリーピストン式ス
ターリング冷凍機１を利用することにより、オゾン層破
壊や地球温暖化につながる冷媒を用いない、高効率なス
ターリング冷蔵庫を得ることができる。
グ冷凍機１は、ディスプレーサ２０に対して直接駆動す
る機構をもたないことにより、機械損失の少ない高効率
な冷凍装置を実現する。また。このフリーピストン式ス
ターリング冷凍機１を利用することにより、オゾン層破
壊や地球温暖化につながる冷媒を用いない、高効率なス
ターリング冷蔵庫を得ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ディスプレーサ２０と
ピストン２１の位相差はバウンス空間２４の圧力変動に
よって決まるが、実際には膨張空間２２と圧縮空間２３
の圧力バランス（または温度バランス）やバウンス空間
２４そのもの圧力状態（または温度状態）の影響を受け
る。特に膨張空間２２と圧縮空間２４に温度差がほとん
どなく、バウンス空間２４の温度が上がりきっていない
状態ではディスプレーサ２０の振幅および位相が不安定
なため、効率が低下するばかりでなく、ディスプレーサ
２０が脱調するなどして、ディスプレーサ２０とピスト
ン２１とが衝突する危険性がある。
ピストン２１の位相差はバウンス空間２４の圧力変動に
よって決まるが、実際には膨張空間２２と圧縮空間２３
の圧力バランス（または温度バランス）やバウンス空間
２４そのもの圧力状態（または温度状態）の影響を受け
る。特に膨張空間２２と圧縮空間２４に温度差がほとん
どなく、バウンス空間２４の温度が上がりきっていない
状態ではディスプレーサ２０の振幅および位相が不安定
なため、効率が低下するばかりでなく、ディスプレーサ
２０が脱調するなどして、ディスプレーサ２０とピスト
ン２１とが衝突する危険性がある。
【００１０】このため、ピストン２１の振幅を大きくす
ることができず、結果としてその間、低い冷凍能力しか
得られない。さらに、冷凍能力が低いため、膨張空間２
２、圧縮空間２３、バウンス空間２４の圧力バランス
（または温度バランス）が長時間改善されない。
ることができず、結果としてその間、低い冷凍能力しか
得られない。さらに、冷凍能力が低いため、膨張空間２
２、圧縮空間２３、バウンス空間２４の圧力バランス
（または温度バランス）が長時間改善されない。
【００１１】このような不安定状態は、スターリング冷
凍機１の始動時や、一定時間停止した後の再始動時に起
こる。実用上、特に問題と考えられるのは、コールドヘ
ッド３に接続された低温側熱交換器５の表面に付着した
霜を融解し排水する除霜処理の間、スターリング冷凍機
は停止、又はモータへの入力を低く押さえた停止に準じ
た状態となるので、除霜処理終了後、再冷却開始直後に
高い冷凍能力が得られず、結果として冷却対象となる冷
凍室などの温度上昇を招き、庫内の食品に悪影響を与え
る。
凍機１の始動時や、一定時間停止した後の再始動時に起
こる。実用上、特に問題と考えられるのは、コールドヘ
ッド３に接続された低温側熱交換器５の表面に付着した
霜を融解し排水する除霜処理の間、スターリング冷凍機
は停止、又はモータへの入力を低く押さえた停止に準じ
た状態となるので、除霜処理終了後、再冷却開始直後に
高い冷凍能力が得られず、結果として冷却対象となる冷
凍室などの温度上昇を招き、庫内の食品に悪影響を与え
る。
【００１２】そこで本発明は、不安定状態を抜け出し、
速やかに高い冷凍能力が得られるフリーピストン型のス
ターリング冷凍機を用いたスターリング冷却装置の運転
方法を提供することを目的とする。また、その運転方法
を用いたスターリング冷蔵庫を提供することを目的とす
る。
速やかに高い冷凍能力が得られるフリーピストン型のス
ターリング冷凍機を用いたスターリング冷却装置の運転
方法を提供することを目的とする。また、その運転方法
を用いたスターリング冷蔵庫を提供することを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、スターリング冷凍機のコールドヘッドま
たはウォームヘッドの温度が不安定状態を脱する温度に
なるまで、スターリング冷凍機にかかる負荷を最小にす
るようにした。
に本発明では、スターリング冷凍機のコールドヘッドま
たはウォームヘッドの温度が不安定状態を脱する温度に
なるまで、スターリング冷凍機にかかる負荷を最小にす
るようにした。
【００１４】第１の発明は、フリーピストン型のスター
リング冷凍機と、該スターリング冷凍機のコールドヘッ
ド又は／及びウォームヘッドの温度を測定する温度測定
手段と、前記コールドヘッド又は／及びウォームヘッド
で発生する熱を熱交換する熱交換手段と、該熱交換手段
での熱交換量を調整する負荷調整手段と、該負荷調整手
段を制御する制御手段と、を備えたスターリング冷却装
置における運転方法であって、前記制御手段により、前
記温度測定手段の測定結果に基づき前記負荷調整手段を
制御することを特徴とするものである。
リング冷凍機と、該スターリング冷凍機のコールドヘッ
ド又は／及びウォームヘッドの温度を測定する温度測定
手段と、前記コールドヘッド又は／及びウォームヘッド
で発生する熱を熱交換する熱交換手段と、該熱交換手段
での熱交換量を調整する負荷調整手段と、該負荷調整手
段を制御する制御手段と、を備えたスターリング冷却装
置における運転方法であって、前記制御手段により、前
記温度測定手段の測定結果に基づき前記負荷調整手段を
制御することを特徴とするものである。
【００１５】この構成によると、コールドヘッド又は／
及びウォームヘッドの温度が不安定状態を脱する温度状
態になるまでは冷凍機に負荷をかけないように制御でき
るため、速やかに安定動作する温度状態に達し、高い冷
凍能力を得ることができる状態になる。
及びウォームヘッドの温度が不安定状態を脱する温度状
態になるまでは冷凍機に負荷をかけないように制御でき
るため、速やかに安定動作する温度状態に達し、高い冷
凍能力を得ることができる状態になる。
【００１６】第２の発明は、フリーピストン型のスター
リング冷凍機と、該スターリング冷凍機のコールドヘッ
ドの温度を測定する温度測定手段と、前記コールドヘッ
ドで発生する冷熱を熱交換する低温側熱交換手段と、該
低温側熱交換手段での熱交換量を調整する負荷調整手段
と、前記温度測定手段の測定結果に基づき前記負荷調整
手段を制御する制御手段と、を備えたスターリング冷却
装置における運転方法であって、前記コールドヘッドの
温度が所定温度以上のときは前記負荷調整手段を停止さ
せることを特徴とするものである。
リング冷凍機と、該スターリング冷凍機のコールドヘッ
ドの温度を測定する温度測定手段と、前記コールドヘッ
ドで発生する冷熱を熱交換する低温側熱交換手段と、該
低温側熱交換手段での熱交換量を調整する負荷調整手段
と、前記温度測定手段の測定結果に基づき前記負荷調整
手段を制御する制御手段と、を備えたスターリング冷却
装置における運転方法であって、前記コールドヘッドの
温度が所定温度以上のときは前記負荷調整手段を停止さ
せることを特徴とするものである。
【００１７】この構成によると、コールドヘッド温度が
不安定状態を脱する温度状態になるまでは冷凍機に負荷
をかけないため、速やかに安定動作する温度状態に達
し、高い冷凍能力を得ることができる状態になる。
不安定状態を脱する温度状態になるまでは冷凍機に負荷
をかけないため、速やかに安定動作する温度状態に達
し、高い冷凍能力を得ることができる状態になる。
【００１８】第３の発明は、フリーピストン型のスター
リング冷凍機と、該スターリング冷凍機のウォームヘッ
ドの温度を測定する温度測定手段と、前記ウォームヘッ
ドで発生する温熱を熱交換する高温側熱交換手段と、該
高温側熱交換手段での熱交換量を調整する負荷調整手段
と、前記温度測定手段の測定結果に基づき前記負荷調整
手段を制御する制御手段と、を備えたスターリング冷却
装置における運転方法であって、前記ウォームヘッドの
温度が所定温度以下のときは前記負荷調整手段を停止さ
せることを特徴とするものである。
リング冷凍機と、該スターリング冷凍機のウォームヘッ
ドの温度を測定する温度測定手段と、前記ウォームヘッ
ドで発生する温熱を熱交換する高温側熱交換手段と、該
高温側熱交換手段での熱交換量を調整する負荷調整手段
と、前記温度測定手段の測定結果に基づき前記負荷調整
手段を制御する制御手段と、を備えたスターリング冷却
装置における運転方法であって、前記ウォームヘッドの
温度が所定温度以下のときは前記負荷調整手段を停止さ
せることを特徴とするものである。
【００１９】この構成によると、ウォームヘッド温度が
不安定状態を脱する温度状態になるまでは冷凍機に負荷
をかけないため、速やかに安定動作する温度状態に達
し、高い冷凍能力を得ることができる状態になる。
不安定状態を脱する温度状態になるまでは冷凍機に負荷
をかけないため、速やかに安定動作する温度状態に達
し、高い冷凍能力を得ることができる状態になる。
【００２０】第４の発明は、フリーピストン型のスター
リング冷凍機と、該スターリング冷凍機のコールドヘッ
ドの温度を測定する第１の温度測定手段と、前記スター
リング冷凍機のウォームヘッドの温度を測定する第２の
温度測定手段と、前記コールドヘッドで発生する冷熱を
熱交換する低温側熱交換手段と、前記ウォームヘッドで
発生する温熱を熱交換する高温側熱交換手段と、前記低
温側熱交換手段又は高温側熱交換手段での熱交換量を調
整する負荷調整手段と、前記第１及び第２の温度測定手
段の測定結果に基づき前記負荷調整手段を制御する制御
手段と、を備えたスターリング冷却装置における運転方
法であって、前記コールドヘッドとウォームヘッドとの
温度差が所定温度以下のときは前記負荷調整手段を停止
させることを特徴とするものである。
リング冷凍機と、該スターリング冷凍機のコールドヘッ
ドの温度を測定する第１の温度測定手段と、前記スター
リング冷凍機のウォームヘッドの温度を測定する第２の
温度測定手段と、前記コールドヘッドで発生する冷熱を
熱交換する低温側熱交換手段と、前記ウォームヘッドで
発生する温熱を熱交換する高温側熱交換手段と、前記低
温側熱交換手段又は高温側熱交換手段での熱交換量を調
整する負荷調整手段と、前記第１及び第２の温度測定手
段の測定結果に基づき前記負荷調整手段を制御する制御
手段と、を備えたスターリング冷却装置における運転方
法であって、前記コールドヘッドとウォームヘッドとの
温度差が所定温度以下のときは前記負荷調整手段を停止
させることを特徴とするものである。
【００２１】この構成によると、所定温度の閾値による
判定にスターリング冷凍機の周囲温度の高低による影響
を受けにくく、環境条件に対して安定した制御ができる
ため、速やかに安定動作する温度状態に達し、高い冷凍
能力を得ることができる状態になる。
判定にスターリング冷凍機の周囲温度の高低による影響
を受けにくく、環境条件に対して安定した制御ができる
ため、速やかに安定動作する温度状態に達し、高い冷凍
能力を得ることができる状態になる。
【００２２】第５の発明は、フリーピストン型のスター
リング冷凍機と、該スターリング冷凍機のコールドヘッ
ドで発生する冷熱を熱交換する低温側熱交換手段と、前
記スターリング冷凍機のウォームヘッドで発生する温熱
を熱交換する高温側熱交換手段と、前記低温側熱交換手
段又は高温側熱交換手段での熱交換量を調整する負荷調
整手段と、前記スターリング冷凍機に供給される電力に
対応する電気信号を検知する供給電力検知手段と、該供
給電力検知手段の検知結果に基づき前記負荷調整手段を
制御する制御手段と、を備えたスターリング冷却装置に
おける運転方法であって、検知された電気信号に対応す
る電力が所定電力以下のときは前記負荷調整手段を停止
させることを特徴とするものである。
リング冷凍機と、該スターリング冷凍機のコールドヘッ
ドで発生する冷熱を熱交換する低温側熱交換手段と、前
記スターリング冷凍機のウォームヘッドで発生する温熱
を熱交換する高温側熱交換手段と、前記低温側熱交換手
段又は高温側熱交換手段での熱交換量を調整する負荷調
整手段と、前記スターリング冷凍機に供給される電力に
対応する電気信号を検知する供給電力検知手段と、該供
給電力検知手段の検知結果に基づき前記負荷調整手段を
制御する制御手段と、を備えたスターリング冷却装置に
おける運転方法であって、検知された電気信号に対応す
る電力が所定電力以下のときは前記負荷調整手段を停止
させることを特徴とするものである。
【００２３】この構成によると、スターリング冷凍機へ
の供給電力を知ることにより、スターリング冷凍機の運
転条件に応じた適切な負荷を供給できるため、過負荷と
ならず安定した冷凍能力を得ることができる。
の供給電力を知ることにより、スターリング冷凍機の運
転条件に応じた適切な負荷を供給できるため、過負荷と
ならず安定した冷凍能力を得ることができる。
【００２４】第６の発明は、第１〜第５の発明において
前記負荷調整手段をファンとし、該ファンは前記制御手
段により運転／停止を択一的に切り替えられるものであ
る。
前記負荷調整手段をファンとし、該ファンは前記制御手
段により運転／停止を択一的に切り替えられるものであ
る。
【００２５】この構成によると、ファンの停止中は低温
側または高温側熱交換手段はわずかに自然対流で循環す
る空気に対して放熱する状態になり、スターリング冷凍
機に対する負荷を低く押さえることができる。
側または高温側熱交換手段はわずかに自然対流で循環す
る空気に対して放熱する状態になり、スターリング冷凍
機に対する負荷を低く押さえることができる。
【００２６】第７の発明は、第１〜第５の発明において
前記負荷調整手段をファンとし、該ファンは前記制御手
段により回転数が可変的に制御されるものである。
前記負荷調整手段をファンとし、該ファンは前記制御手
段により回転数が可変的に制御されるものである。
【００２７】この構成によると、負荷を適度に調整する
ことができるため、ファンの運転開始後すぐに冷凍機に
過度の負荷がかかり、再び不安定状態に戻るのを防ぎ、
安定して高い冷凍能力を得つづけることができる。
ことができるため、ファンの運転開始後すぐに冷凍機に
過度の負荷がかかり、再び不安定状態に戻るのを防ぎ、
安定して高い冷凍能力を得つづけることができる。
【００２８】第８の発明は、第４又は第５の発明におい
て前記低温側熱交換手段又は高温側熱交換手段は、循環
路を二次冷媒が自然循環する自然循環式熱交換器であ
り、前記負荷調整手段は、前記循環路上に設けられた電
気的に開閉可能な弁とするものである。
て前記低温側熱交換手段又は高温側熱交換手段は、循環
路を二次冷媒が自然循環する自然循環式熱交換器であ
り、前記負荷調整手段は、前記循環路上に設けられた電
気的に開閉可能な弁とするものである。
【００２９】この構成によると、弁を閉じた状態では二
次冷媒の循環が止まるため、二次冷媒から冷却や放熱の
対象となる空気への熱交換が一切行われず、冷凍機にか
かる負荷を最小にすることができる。
次冷媒の循環が止まるため、二次冷媒から冷却や放熱の
対象となる空気への熱交換が一切行われず、冷凍機にか
かる負荷を最小にすることができる。
【００３０】第９の発明は、第４又は第５の発明におい
て前記低温側熱交換手段又は高温側熱交換手段は、循環
路を二次冷媒が強制循環する強制循環式熱交換器であ
り、前記負荷調整手段は、前記循環路上に設けられた循
環ポンプであり、該循環ポンプは前記制御手段により運
転／停止を択一的に切り替えられるものである。
て前記低温側熱交換手段又は高温側熱交換手段は、循環
路を二次冷媒が強制循環する強制循環式熱交換器であ
り、前記負荷調整手段は、前記循環路上に設けられた循
環ポンプであり、該循環ポンプは前記制御手段により運
転／停止を択一的に切り替えられるものである。
【００３１】この構成によると、循環ポンプを停止した
状態では二次冷媒の循環がほぼ止まるため、二次冷媒か
ら冷却や放熱の対象となる空気への熱交換が行われず、
冷凍機にかかる負荷を最小にすることができる。
状態では二次冷媒の循環がほぼ止まるため、二次冷媒か
ら冷却や放熱の対象となる空気への熱交換が行われず、
冷凍機にかかる負荷を最小にすることができる。
【００３２】第１０の発明は、第４又は第５の発明にお
いて前記低温側熱交換手段又は高温側熱交換手段は、循
環路を二次冷媒が強制循環する強制循環式熱交換器であ
り、前記負荷調整手段は、前記循環路上に設けられた循
環ポンプであり、該循環ポンプは前記制御手段により通
電量が可変的に制御されるものである。
いて前記低温側熱交換手段又は高温側熱交換手段は、循
環路を二次冷媒が強制循環する強制循環式熱交換器であ
り、前記負荷調整手段は、前記循環路上に設けられた循
環ポンプであり、該循環ポンプは前記制御手段により通
電量が可変的に制御されるものである。
【００３３】この構成によると、負荷を適度に調整する
ことができるため、循環ポンプの運転開始後すぐに冷凍
機に過度の負荷がかかり、再び不安定状態に戻るのを防
ぎ、安定して高い冷凍能力を得つづけることができる。
ことができるため、循環ポンプの運転開始後すぐに冷凍
機に過度の負荷がかかり、再び不安定状態に戻るのを防
ぎ、安定して高い冷凍能力を得つづけることができる。
【００３４】第１１の発明のスターリング冷蔵庫は、第
１〜第１０の発明の何れかのスターリング冷却装置の運
転方法により運転することを特徴とするものである。
１〜第１０の発明の何れかのスターリング冷却装置の運
転方法により運転することを特徴とするものである。
【００３５】この構成によると、除霜処理終了後の再冷
却などを速やかに行うことができ、庫内の温度上昇によ
る食品などへの悪影響をなくすることができる。
却などを速やかに行うことができ、庫内の温度上昇によ
る食品などへの悪影響をなくすることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。なお、本発明のスターリング
冷凍機には図１２に示した従来のスターリング冷凍機１
を採用することができる。
図面を参照して説明する。なお、本発明のスターリング
冷凍機には図１２に示した従来のスターリング冷凍機１
を採用することができる。
【００３７】＜第１の実施形態＞図１は、第１の実施形
態のスターリング冷却装置の概略構成図である。スター
リング冷凍機１は冷凍機制御基板２により特定周波数の
電力供給を受け、入力電圧の大小によって冷凍能力を可
変的に制御すると同時に、過度の電力供給を受けスター
リング冷凍機１を破損することがないよう運転される。
このスターリング冷凍機１のコールドヘッド３には低温
側熱交換器５が接続される。低温側熱交換器５はスター
リング冷凍機１より得られた冷熱と庫内の空気との熱交
換を行う。庫内の空気の循環には庫内ファン７を用い、
冷却対象である庫内へ送風する。
態のスターリング冷却装置の概略構成図である。スター
リング冷凍機１は冷凍機制御基板２により特定周波数の
電力供給を受け、入力電圧の大小によって冷凍能力を可
変的に制御すると同時に、過度の電力供給を受けスター
リング冷凍機１を破損することがないよう運転される。
このスターリング冷凍機１のコールドヘッド３には低温
側熱交換器５が接続される。低温側熱交換器５はスター
リング冷凍機１より得られた冷熱と庫内の空気との熱交
換を行う。庫内の空気の循環には庫内ファン７を用い、
冷却対象である庫内へ送風する。
【００３８】一方、ウォームヘッド４には高温側熱交換
器６が接続される。高温側熱交換器６は庫外ファン８よ
り送風される空気と熱交換を行い、ウォームヘッド４を
冷却する。コールドヘッド３の表面には、温度センサ９
ａが密着するよう取り付けられ、温度センサ９ａによる
コールドヘッド表面温度Ｔｃの測定結果を示す出力信号
は負荷制御基板１０に伝達される。負荷制御基板１０は
庫内ファン７に接続されており、温度センサ９ａによる
温度測定結果に基づき庫内ファン７へ供給する電力の制
御を行う。
器６が接続される。高温側熱交換器６は庫外ファン８よ
り送風される空気と熱交換を行い、ウォームヘッド４を
冷却する。コールドヘッド３の表面には、温度センサ９
ａが密着するよう取り付けられ、温度センサ９ａによる
コールドヘッド表面温度Ｔｃの測定結果を示す出力信号
は負荷制御基板１０に伝達される。負荷制御基板１０は
庫内ファン７に接続されており、温度センサ９ａによる
温度測定結果に基づき庫内ファン７へ供給する電力の制
御を行う。
【００３９】このとき、負荷制御基板１０において行わ
れる処理過程を図２のフローチャートを用いて説明す
る。まずステップＳ１において温度センサ９ａにより測
定されたコールドヘッド表面温度Ｔｃを読み込み、ステ
ップＳ２へ進んでコールドヘッド表面温度Ｔｃが閾値Ｔ
ｔ以下か否かを判定する。ステップＳ２においてＴｃ＞
ＴｔであればステップＳ４へ進んで庫内ファン７への通
電をＯＦＦ（庫内ファン７の運転を停止）し、スターリ
ング冷凍機１への負荷を減じる。一方、ステップＳ２に
おいてＴｃ≦ＴｔであればステップＳ３へ進んで庫内フ
ァン７への通電をＯＮ（庫内ファン７の運転を開始）
し、スターリング冷凍機１へ負荷をかけ冷却対象となる
庫内の冷却を行う。
れる処理過程を図２のフローチャートを用いて説明す
る。まずステップＳ１において温度センサ９ａにより測
定されたコールドヘッド表面温度Ｔｃを読み込み、ステ
ップＳ２へ進んでコールドヘッド表面温度Ｔｃが閾値Ｔ
ｔ以下か否かを判定する。ステップＳ２においてＴｃ＞
ＴｔであればステップＳ４へ進んで庫内ファン７への通
電をＯＦＦ（庫内ファン７の運転を停止）し、スターリ
ング冷凍機１への負荷を減じる。一方、ステップＳ２に
おいてＴｃ≦ＴｔであればステップＳ３へ進んで庫内フ
ァン７への通電をＯＮ（庫内ファン７の運転を開始）
し、スターリング冷凍機１へ負荷をかけ冷却対象となる
庫内の冷却を行う。
【００４０】ここで用いられる閾値Ｔｔは不安定状態を
抜け出し安定状態にあると判断できる温度であり、実験
により決定される。詳述すると、スターリング冷凍機１
のディスプレーサがピストンやコールドヘッドと衝突せ
ず、設計仕様どおりのピストン振幅が得られるときのコ
ールドヘッド表面温度Ｔｃを調べ、その近傍温度を閾値
Ｔｔとする。
抜け出し安定状態にあると判断できる温度であり、実験
により決定される。詳述すると、スターリング冷凍機１
のディスプレーサがピストンやコールドヘッドと衝突せ
ず、設計仕様どおりのピストン振幅が得られるときのコ
ールドヘッド表面温度Ｔｃを調べ、その近傍温度を閾値
Ｔｔとする。
【００４１】図３に、冷凍能力Ｑｃとコールドヘッド表
面温度Ｔｃおよび閾値Ｔｔの関係の一例を示す。図中、
横軸はコールドヘッド表面温度Ｔｃ、縦軸は冷凍能力Ｑ
ｃ、破線で示したＱｃ設計曲線は上述のピストン振幅が
設計どおりに得られた場合の推定値であり、実線で示し
たＱｃ実効曲線は不安定状態などによりピストン振幅を
減じたことによるＱｃの最大値である。閾値ＴｔはＱｃ
設計曲線とＱｃ実効曲線とが交わる近傍の温度とするこ
とができる。
面温度Ｔｃおよび閾値Ｔｔの関係の一例を示す。図中、
横軸はコールドヘッド表面温度Ｔｃ、縦軸は冷凍能力Ｑ
ｃ、破線で示したＱｃ設計曲線は上述のピストン振幅が
設計どおりに得られた場合の推定値であり、実線で示し
たＱｃ実効曲線は不安定状態などによりピストン振幅を
減じたことによるＱｃの最大値である。閾値ＴｔはＱｃ
設計曲線とＱｃ実効曲線とが交わる近傍の温度とするこ
とができる。
【００４２】上記の第１の実施形態ではコールドヘッド
表面温度Ｔｃの閾値Ｔｔを一つとしているが、低温の閾
値Ｔｔ1と高温の閾値Ｔｔ2を設け、Ｔｃ≦Ｔｔ1となっ
たとき庫内ファン７への通電を開始し、庫内ファン通電
後にＴｃ≧Ｔｔ2となったとき庫内ファン７への通電を
停止しても良い。この場合は、庫内ファン７の運転のハ
ンチング抑制することができ、庫内ファン７の発停回数
の増加を押さえ寿命を延ばすことができる。
表面温度Ｔｃの閾値Ｔｔを一つとしているが、低温の閾
値Ｔｔ1と高温の閾値Ｔｔ2を設け、Ｔｃ≦Ｔｔ1となっ
たとき庫内ファン７への通電を開始し、庫内ファン通電
後にＴｃ≧Ｔｔ2となったとき庫内ファン７への通電を
停止しても良い。この場合は、庫内ファン７の運転のハ
ンチング抑制することができ、庫内ファン７の発停回数
の増加を押さえ寿命を延ばすことができる。
【００４３】＜第２の実施形態＞第２の実施形態とし
て、図１において温度センサ９ｂをウォームヘッド４の
表面に密着させウォームヘッド表面温度Ｔｈを測定して
もよい。この場合、負荷制御基板１０は庫外ファン８に
接続されており、温度センサ９ｂの温度測定結果に基づ
き庫外ファン８へ供給される電力の制御を行う。
て、図１において温度センサ９ｂをウォームヘッド４の
表面に密着させウォームヘッド表面温度Ｔｈを測定して
もよい。この場合、負荷制御基板１０は庫外ファン８に
接続されており、温度センサ９ｂの温度測定結果に基づ
き庫外ファン８へ供給される電力の制御を行う。
【００４４】このとき、負荷制御基板１０において行わ
れる処理過程を図４のフローチャートを用いて説明す
る。まずステップＳ１１において温度センサ９ｂにより
検知されたウォームヘッド表面温度Ｔｈを読み込み、ス
テップＳ１２へ進んでウォームヘッド表面温度Ｔｈが閾
値Ｔｔ以上か否かを判定する。ステップＳ１２において
Ｔｈ＜ＴｔであればステップＳ１４へ進んで庫外ファン
８への通電をＯＦＦ（庫外ファン８の運転を停止）し、
スターリング冷凍機１にかかる負荷を減じる。
れる処理過程を図４のフローチャートを用いて説明す
る。まずステップＳ１１において温度センサ９ｂにより
検知されたウォームヘッド表面温度Ｔｈを読み込み、ス
テップＳ１２へ進んでウォームヘッド表面温度Ｔｈが閾
値Ｔｔ以上か否かを判定する。ステップＳ１２において
Ｔｈ＜ＴｔであればステップＳ１４へ進んで庫外ファン
８への通電をＯＦＦ（庫外ファン８の運転を停止）し、
スターリング冷凍機１にかかる負荷を減じる。
【００４５】一方、ステップＳ１２においてＴｈ≧Ｔｔ
であればステップＳ１３へ進んで庫外ファン８への通電
をＯＮ（庫外ファン８の運転を開始）し、ウォームヘッ
ド４は高温側熱交換器６を介して放熱を行う。
であればステップＳ１３へ進んで庫外ファン８への通電
をＯＮ（庫外ファン８の運転を開始）し、ウォームヘッ
ド４は高温側熱交換器６を介して放熱を行う。
【００４６】＜第３の実施形態＞第３の実施形態とし
て、図１においてコールドヘッド３の表面に密着させた
温度センサ９ａと、ウォームヘッド４の表面に密着させ
た温度センサ９ｂの両方を利用し、コールドヘッド表面
温度Ｔｃとウォームヘッド表面温度Ｔｈを測定してもよ
い。この場合、負荷制御基板１０は庫内ファン７と庫外
ファン８のどちらか一方又は両方に接続されており、こ
れらの温度測定結果に基づき庫内ファン７と庫外ファン
８へ供給する電力の制御を行う。
て、図１においてコールドヘッド３の表面に密着させた
温度センサ９ａと、ウォームヘッド４の表面に密着させ
た温度センサ９ｂの両方を利用し、コールドヘッド表面
温度Ｔｃとウォームヘッド表面温度Ｔｈを測定してもよ
い。この場合、負荷制御基板１０は庫内ファン７と庫外
ファン８のどちらか一方又は両方に接続されており、こ
れらの温度測定結果に基づき庫内ファン７と庫外ファン
８へ供給する電力の制御を行う。
【００４７】このとき、負荷制御基板１０において行わ
れる処理過程の一例を図５のフローチャートを用いて説
明する。まずステップＳ２１において温度センサ９ａお
よび温度センサ９ｂにより検知されたコールドヘッド表
面温度Ｔｃとウォームヘッド表面温度Ｔｈを読み込み、
ステップＳ２２へ進んでＴｃとＴｈの温度差が閾値Ｔｔ
以上か否かを判定する。ステップＳ２２において（Ｔｈ
−Ｔｃ）＜ＴｔであればステップＳ２４へ進んで庫内フ
ァン７および庫外ファン８への通電をＯＦＦ（庫内ファ
ン７および庫外ファン８の運転を停止）し、スターリン
グ冷凍機１にかかる負荷を減じる。
れる処理過程の一例を図５のフローチャートを用いて説
明する。まずステップＳ２１において温度センサ９ａお
よび温度センサ９ｂにより検知されたコールドヘッド表
面温度Ｔｃとウォームヘッド表面温度Ｔｈを読み込み、
ステップＳ２２へ進んでＴｃとＴｈの温度差が閾値Ｔｔ
以上か否かを判定する。ステップＳ２２において（Ｔｈ
−Ｔｃ）＜ＴｔであればステップＳ２４へ進んで庫内フ
ァン７および庫外ファン８への通電をＯＦＦ（庫内ファ
ン７および庫外ファン８の運転を停止）し、スターリン
グ冷凍機１にかかる負荷を減じる。
【００４８】一方、ステップＳ２２において（Ｔｈ−Ｔ
ｃ）≧ＴｔであればステップＳ２３へ進んで庫内ファン
７および庫外ファン８への通電をＯＮ（庫内ファン７お
よび庫外ファン８の運転を開始）し、スターリング冷凍
機１へ負荷をかけ、コールドヘッド３は低温側熱交換器
５を介して冷却対象となる庫内の冷却を行うとともに、
ウォームヘッド４は高温側熱交換器６を介して放熱を行
う。この方法では、ＴｃまたはＴｈのどちらか一方を利
用する場合に比べて環境温度の影響を受けにくく、環境
温度の変化に対してより安定した冷凍能力が得られる冷
却装置を提供することができる。なお、負荷調整手段
は、庫内ファン７と庫外ファン８の何れか一方であって
も構わない。
ｃ）≧ＴｔであればステップＳ２３へ進んで庫内ファン
７および庫外ファン８への通電をＯＮ（庫内ファン７お
よび庫外ファン８の運転を開始）し、スターリング冷凍
機１へ負荷をかけ、コールドヘッド３は低温側熱交換器
５を介して冷却対象となる庫内の冷却を行うとともに、
ウォームヘッド４は高温側熱交換器６を介して放熱を行
う。この方法では、ＴｃまたはＴｈのどちらか一方を利
用する場合に比べて環境温度の影響を受けにくく、環境
温度の変化に対してより安定した冷凍能力が得られる冷
却装置を提供することができる。なお、負荷調整手段
は、庫内ファン７と庫外ファン８の何れか一方であって
も構わない。
【００４９】＜第４の実施形態＞図６は、第４の実施形
態のスターリング冷却装置の概略構成図である。なお、
図６において図１と同じ構成部分については同じ符号を
付して詳細な説明を省略する。図６において、冷凍機制
御手段２よりスターリング冷凍機１に供給される電力を
検知する供給電力検知手段１１を設け、その検知結果を
示す出力信号を負荷制御基板１０に伝達する。負荷制御
基板１０は庫内ファン７および庫外ファン８の両方、又
はどちらか一方に接続されており、供給電力検知手段１
１の検知結果に基づき庫内ファン７又は庫外ファン８へ
供給する電力の制御を行う。ここで、電力検知手段１１
は直接的に入力電圧などを測定しても良いが、冷凍機制
御手段２の制御パラメータを利用し、供給電力Ｅを類推
しても良い。
態のスターリング冷却装置の概略構成図である。なお、
図６において図１と同じ構成部分については同じ符号を
付して詳細な説明を省略する。図６において、冷凍機制
御手段２よりスターリング冷凍機１に供給される電力を
検知する供給電力検知手段１１を設け、その検知結果を
示す出力信号を負荷制御基板１０に伝達する。負荷制御
基板１０は庫内ファン７および庫外ファン８の両方、又
はどちらか一方に接続されており、供給電力検知手段１
１の検知結果に基づき庫内ファン７又は庫外ファン８へ
供給する電力の制御を行う。ここで、電力検知手段１１
は直接的に入力電圧などを測定しても良いが、冷凍機制
御手段２の制御パラメータを利用し、供給電力Ｅを類推
しても良い。
【００５０】このとき、負荷制御基板１０において行わ
れる処理過程を図７に示す。まずステップＳ３１におい
て供給電力検知手段７により検知された供給電力Ｅを読
み込み、ステップＳ３２へ進んで供給電力Ｅが閾値Ｅｔ
以上か否かを判定する。ステップＳ３２においてＥ＜Ｅ
ｔであればステップＳ３４へ進んで庫内ファン７への通
電をＯＦＦ（庫内ファン７の運転を停止）し、スターリ
ング冷凍機１への負荷を減じる。
れる処理過程を図７に示す。まずステップＳ３１におい
て供給電力検知手段７により検知された供給電力Ｅを読
み込み、ステップＳ３２へ進んで供給電力Ｅが閾値Ｅｔ
以上か否かを判定する。ステップＳ３２においてＥ＜Ｅ
ｔであればステップＳ３４へ進んで庫内ファン７への通
電をＯＦＦ（庫内ファン７の運転を停止）し、スターリ
ング冷凍機１への負荷を減じる。
【００５１】一方、ステップＳ３２においてＥ≧Ｅｔで
あればステップＳ３３へ進んで庫内ファン７への通電を
ＯＮ（庫内ファン７の運転を開始）し、スターリング冷
凍機１へ負荷をかけ冷却対象となる庫内の冷却を行う。
この方法では、環境温度の変化に対してより安定した冷
凍能力が得られる冷却装置を提供することができる。な
お、負荷調整手段は、庫内ファン７と庫外ファン８の何
れか一方であっても構わない。
あればステップＳ３３へ進んで庫内ファン７への通電を
ＯＮ（庫内ファン７の運転を開始）し、スターリング冷
凍機１へ負荷をかけ冷却対象となる庫内の冷却を行う。
この方法では、環境温度の変化に対してより安定した冷
凍能力が得られる冷却装置を提供することができる。な
お、負荷調整手段は、庫内ファン７と庫外ファン８の何
れか一方であっても構わない。
【００５２】＜第５の実施形態＞第１〜第４の実施形態
では、負荷調整手段として庫内ファン７ないしは庫外フ
ァン８を利用しその運転／停止を択一的に行っただけで
あるのに対し、第５の実施形態は運転中の回転数を可変
的に変えるようにしたものであり、その構成は第１から
第４の実施形態と同じである。よって図１と同じ構成と
して、図８を用いて処理過程を説明すると、ステップＳ
４１〜Ｓ４４は図２に示した第１の実施形態のステップ
Ｓ１〜Ｓ４と同じであり、ステップＳ４３に続いてステ
ップＳ４５に進む。ステップＳ４５において、あらかじ
め設定されたコールドヘッド表面温度Ｔｃと庫内ファン
７の必要風量の関係に基づいて、ステップＳ４１で読み
込んだＴｃに対応する風量を導き出し、その風量に応じ
て庫内ファン７の回転数を調整する。
では、負荷調整手段として庫内ファン７ないしは庫外フ
ァン８を利用しその運転／停止を択一的に行っただけで
あるのに対し、第５の実施形態は運転中の回転数を可変
的に変えるようにしたものであり、その構成は第１から
第４の実施形態と同じである。よって図１と同じ構成と
して、図８を用いて処理過程を説明すると、ステップＳ
４１〜Ｓ４４は図２に示した第１の実施形態のステップ
Ｓ１〜Ｓ４と同じであり、ステップＳ４３に続いてステ
ップＳ４５に進む。ステップＳ４５において、あらかじ
め設定されたコールドヘッド表面温度Ｔｃと庫内ファン
７の必要風量の関係に基づいて、ステップＳ４１で読み
込んだＴｃに対応する風量を導き出し、その風量に応じ
て庫内ファン７の回転数を調整する。
【００５３】なお、第５の実施形態はコールドヘッド温
度Ｔｃを利用する第１の実施形態に準じたものとなって
いるが、ウォームヘッド温度Ｔｈを利用する第２、第３
の実施形態や、スターリング冷凍機への供給電力を利用
する第４の実施形態に準じたものであっても良い。
度Ｔｃを利用する第１の実施形態に準じたものとなって
いるが、ウォームヘッド温度Ｔｈを利用する第２、第３
の実施形態や、スターリング冷凍機への供給電力を利用
する第４の実施形態に準じたものであっても良い。
【００５４】＜第６の実施形態＞第１〜第５の実施形態
では、負荷調整手段として庫内ファン７ないしは庫外フ
ァン８を利用したが、第６の実施形態は低温側熱交換手
段または高温側熱交換手段として、図９に示すような二
次冷媒を用いた自然循環式熱交換器を備え、二次冷媒の
循環路に負荷調整手段として電磁弁を設けた構成であ
る。
では、負荷調整手段として庫内ファン７ないしは庫外フ
ァン８を利用したが、第６の実施形態は低温側熱交換手
段または高温側熱交換手段として、図９に示すような二
次冷媒を用いた自然循環式熱交換器を備え、二次冷媒の
循環路に負荷調整手段として電磁弁を設けた構成であ
る。
【００５５】低温側に用いられる自然循環式熱交換器１
２は、コールドヘッドに接続される凝縮器１２ａと庫内
の空気を冷却する蒸発器１２ｂを２本の循環路１２ｃで
連通させ密閉されている。その内部には二次冷媒として
二酸化炭素などの炭酸ガスや、イソブタンなどの炭化水
素が封入されている。凝縮器１２ａの内部においてコー
ルドヘッドの冷熱で液化した二次冷媒は、重力により循
環路１２ｃのうち一方を流下して蒸発器１２ｂに導かれ
る。蒸発器１２ｂでは庫内空気を冷却することによって
二次冷媒が蒸発し、気体となって他方の循環路１２ｃを
通って凝縮器１２ａに戻ることにより、二次冷媒が循環
しコールドヘッドより蒸発器１２ｂを介して庫内空気に
冷熱が供給される。
２は、コールドヘッドに接続される凝縮器１２ａと庫内
の空気を冷却する蒸発器１２ｂを２本の循環路１２ｃで
連通させ密閉されている。その内部には二次冷媒として
二酸化炭素などの炭酸ガスや、イソブタンなどの炭化水
素が封入されている。凝縮器１２ａの内部においてコー
ルドヘッドの冷熱で液化した二次冷媒は、重力により循
環路１２ｃのうち一方を流下して蒸発器１２ｂに導かれ
る。蒸発器１２ｂでは庫内空気を冷却することによって
二次冷媒が蒸発し、気体となって他方の循環路１２ｃを
通って凝縮器１２ａに戻ることにより、二次冷媒が循環
しコールドヘッドより蒸発器１２ｂを介して庫内空気に
冷熱が供給される。
【００５６】ただし、循環に重力を利用するため、凝縮
器１２ａの下方に蒸発器１２ｂが設置される。ここで循
環路１２ｃには電磁弁１４ａが設けられており、負荷制
御手段により弁の開閉制御がなされ、電磁弁１４ａを開
いた場合には前述のとおり二次冷媒が循環しコールドヘ
ッドに負荷がかかるが、閉じた場合には循環がないため
庫内空気への冷熱の供給が行われず、コールドヘッドに
対する負荷を減じる。この電磁弁１４ａに対して行われ
る処理過程は、第１、第３、第４の実施形態で庫内ファ
ン７に対してなされたものに準じるので、詳細な説明は
省略する。
器１２ａの下方に蒸発器１２ｂが設置される。ここで循
環路１２ｃには電磁弁１４ａが設けられており、負荷制
御手段により弁の開閉制御がなされ、電磁弁１４ａを開
いた場合には前述のとおり二次冷媒が循環しコールドヘ
ッドに負荷がかかるが、閉じた場合には循環がないため
庫内空気への冷熱の供給が行われず、コールドヘッドに
対する負荷を減じる。この電磁弁１４ａに対して行われ
る処理過程は、第１、第３、第４の実施形態で庫内ファ
ン７に対してなされたものに準じるので、詳細な説明は
省略する。
【００５７】また、高温側に用いられる自然循環式熱交
換器１３は、低温側とは利用される温度域や熱の移動方
向が異なるため、炭化水素や水を二次冷媒として用い、
蒸発器１３ｂがウォームヘッド側に取り付けられ、凝縮
器１３ａが庫外空気へ放熱する他は、二次冷媒の動作が
上述の低温側と同様であり、電磁弁１４ｂに対して行わ
れる処理過程は、第２、第３、第４の実施形態で庫外フ
ァン８に対してなされたものに準じるので、詳細な説明
は省略する。
換器１３は、低温側とは利用される温度域や熱の移動方
向が異なるため、炭化水素や水を二次冷媒として用い、
蒸発器１３ｂがウォームヘッド側に取り付けられ、凝縮
器１３ａが庫外空気へ放熱する他は、二次冷媒の動作が
上述の低温側と同様であり、電磁弁１４ｂに対して行わ
れる処理過程は、第２、第３、第４の実施形態で庫外フ
ァン８に対してなされたものに準じるので、詳細な説明
は省略する。
【００５８】＜第７の実施形態＞第７の実施形態は低温
側熱交換手段または高温側熱交換手段として、図１０に
示すような二次冷媒を用いた強制循環式熱交換器を備
え、負荷調整手段として循環ポンプを利用する構成であ
る。
側熱交換手段または高温側熱交換手段として、図１０に
示すような二次冷媒を用いた強制循環式熱交換器を備
え、負荷調整手段として循環ポンプを利用する構成であ
る。
【００５９】低温側に用いられる強制循環式熱交換器１
５は、コールドヘッドに接続されるコールドヘッド側熱
交換器１５ａと庫内の空気を冷却する庫内気流側熱交換
器１５ｂを２本の循環路１５ｃで連通させ、その内部に
は二次冷媒が封入されており、循環路１５ｃに設けられ
た循環ポンプ１５ｄの動力により二次冷媒が循環し、コ
ールドヘッドの冷熱を庫内の気流へ伝達する構成となっ
ている。二次冷媒は液体のみの液相状態で循環しても、
液体と気体が混在する気液二相状態で循環してもよく、
液相状態であればエタノールなどのアルコール、気液二
相状態であれば炭化水素や炭酸ガスが二次冷媒として用
いられる。
５は、コールドヘッドに接続されるコールドヘッド側熱
交換器１５ａと庫内の空気を冷却する庫内気流側熱交換
器１５ｂを２本の循環路１５ｃで連通させ、その内部に
は二次冷媒が封入されており、循環路１５ｃに設けられ
た循環ポンプ１５ｄの動力により二次冷媒が循環し、コ
ールドヘッドの冷熱を庫内の気流へ伝達する構成となっ
ている。二次冷媒は液体のみの液相状態で循環しても、
液体と気体が混在する気液二相状態で循環してもよく、
液相状態であればエタノールなどのアルコール、気液二
相状態であれば炭化水素や炭酸ガスが二次冷媒として用
いられる。
【００６０】ここで、循環ポンプ１５ｄは、負荷制御手
段により運転／停止の制御がなされ、循環ポンプ１５ｄ
を運転した場合には上述のとおり二次冷媒が循環しコー
ルドヘッドに負荷がかかるが、循環ポンプ１５ｄを停止
した場合には循環しないため庫内空気への冷熱の供給が
行われず、コールドヘッドに対する負荷を減じる。この
強制循環式熱交換器１５に対して行われる処理過程は、
第１、第３、第４、第５の実施形態で庫内ファン７に対
してなされたものに準じるので、詳細な説明は省略す
る。
段により運転／停止の制御がなされ、循環ポンプ１５ｄ
を運転した場合には上述のとおり二次冷媒が循環しコー
ルドヘッドに負荷がかかるが、循環ポンプ１５ｄを停止
した場合には循環しないため庫内空気への冷熱の供給が
行われず、コールドヘッドに対する負荷を減じる。この
強制循環式熱交換器１５に対して行われる処理過程は、
第１、第３、第４、第５の実施形態で庫内ファン７に対
してなされたものに準じるので、詳細な説明は省略す
る。
【００６１】また、同様に高温側に用いられる強制循環
式熱交換器１６は、温度帯が異なるため利用される二次
冷媒が、液相のみであれば水やアルコール、エチレング
リコールなどの不凍液であり、気液二相であれば同じく
水や炭化水素である他は、上述の低温側と同様であり、
循環ポンプ１６ｄに対して行われる処理過程は、第２、
第３、第４、第５の実施形態で庫外ファン８に対してな
されたものに準じるので、詳細な説明は省略する。
式熱交換器１６は、温度帯が異なるため利用される二次
冷媒が、液相のみであれば水やアルコール、エチレング
リコールなどの不凍液であり、気液二相であれば同じく
水や炭化水素である他は、上述の低温側と同様であり、
循環ポンプ１６ｄに対して行われる処理過程は、第２、
第３、第４、第５の実施形態で庫外ファン８に対してな
されたものに準じるので、詳細な説明は省略する。
【００６２】＜第８の実施形態＞図１１に、本発明のス
ターリング冷却装置を備えたスターリング冷蔵庫の側断
面図を示す。スターリング冷蔵庫１７は互いに断熱し仕
切られた冷蔵室１７ａ、野菜室１７ｂ、冷凍室１７ｃを
備えてなり、スターリング冷凍機１の冷熱は低温側熱交
換器５により庫内空気に伝達され、庫内ファン７により
ダクト１８を通じて冷蔵室１７ａ、野菜室１７ｂ、冷凍
室１７ｃに適切な割合で送風され、庫内の食品を冷却す
る。
ターリング冷却装置を備えたスターリング冷蔵庫の側断
面図を示す。スターリング冷蔵庫１７は互いに断熱し仕
切られた冷蔵室１７ａ、野菜室１７ｂ、冷凍室１７ｃを
備えてなり、スターリング冷凍機１の冷熱は低温側熱交
換器５により庫内空気に伝達され、庫内ファン７により
ダクト１８を通じて冷蔵室１７ａ、野菜室１７ｂ、冷凍
室１７ｃに適切な割合で送風され、庫内の食品を冷却す
る。
【００６３】一方、庫内を循環する空気には食品から蒸
発する水分などもあり、この空気中の水分が低温側熱交
換器５の表面に霜となって付着し、熱交換性能を低下さ
せるとともに、庫内ファン７による送風の妨げとなるた
め、必要に応じて低温側熱交換器５の除霜処理を行う。
発する水分などもあり、この空気中の水分が低温側熱交
換器５の表面に霜となって付着し、熱交換性能を低下さ
せるとともに、庫内ファン７による送風の妨げとなるた
め、必要に応じて低温側熱交換器５の除霜処理を行う。
【００６４】除霜処理では、まずスターリング冷凍機１
を停止または電力供給を下げ停止に近い状態に保ち、冷
熱を発生させないようにし、庫内ファン７も停止して除
霜ヒータ１９へ通電する。除霜ヒータ１９にはガラス管
ヒータなどが用いられ、低温側熱交換器５の表面に付着
した霜を解かしてダクト１８の外へ排水する。除霜処理
は低温側熱交換器５の表面温度または周辺空気の温度
が、０℃よりも十分高く霜が解けきったと判断できるま
で続けられるため、通常２０〜３０分の時間を要する。
そして、除霜終了後に上述の運転方法によって速やかに
冷熱の供給がなされる。
を停止または電力供給を下げ停止に近い状態に保ち、冷
熱を発生させないようにし、庫内ファン７も停止して除
霜ヒータ１９へ通電する。除霜ヒータ１９にはガラス管
ヒータなどが用いられ、低温側熱交換器５の表面に付着
した霜を解かしてダクト１８の外へ排水する。除霜処理
は低温側熱交換器５の表面温度または周辺空気の温度
が、０℃よりも十分高く霜が解けきったと判断できるま
で続けられるため、通常２０〜３０分の時間を要する。
そして、除霜終了後に上述の運転方法によって速やかに
冷熱の供給がなされる。
【００６５】なお、上記の説明では除霜処理の終了後に
本発明の運転方法を行うとしたが、スターリング冷蔵庫
への通電開始直後や、冷蔵庫の扉を長時間開け放した後
など、スターリング冷凍機が長時間停止状態にあり、速
やかな冷熱の供給を要する場合に本発明の運転方法を適
用しても良い。
本発明の運転方法を行うとしたが、スターリング冷蔵庫
への通電開始直後や、冷蔵庫の扉を長時間開け放した後
など、スターリング冷凍機が長時間停止状態にあり、速
やかな冷熱の供給を要する場合に本発明の運転方法を適
用しても良い。
【００６６】
【発明の効果】本発明のスターリング冷却装置の運転方
法によると、コールドヘッド温度が不安定状態を脱する
温度状態になるまでは冷凍機に負荷をかけないため、速
やかに安定動作する温度状態に達し、高い冷凍能力を得
ることができる状態になる。
法によると、コールドヘッド温度が不安定状態を脱する
温度状態になるまでは冷凍機に負荷をかけないため、速
やかに安定動作する温度状態に達し、高い冷凍能力を得
ることができる状態になる。
【００６７】また本発明のスターリング冷却装置の運転
方法によると、ウォームヘッド温度が不安定状態を脱す
る温度状態になるまでは冷凍機に負荷をかけないため、
速やかに安定動作する温度状態に達し、高い冷凍能力を
得ることができる状態になる。
方法によると、ウォームヘッド温度が不安定状態を脱す
る温度状態になるまでは冷凍機に負荷をかけないため、
速やかに安定動作する温度状態に達し、高い冷凍能力を
得ることができる状態になる。
【００６８】また本発明のスターリング冷却装置の運転
方法によると、閾値による判定にスターリング冷凍機の
周囲温度の高低による影響を受けにくく、環境条件に対
して安定した制御ができるため、速やかに安定動作する
温度状態に達し、高い冷凍能力を得ることができる状態
になる。
方法によると、閾値による判定にスターリング冷凍機の
周囲温度の高低による影響を受けにくく、環境条件に対
して安定した制御ができるため、速やかに安定動作する
温度状態に達し、高い冷凍能力を得ることができる状態
になる。
【００６９】また本発明のスターリング冷却装置の運転
方法によると、スターリング冷凍機への供給電力を知る
ことにより、スターリング冷凍機の運転条件に応じた適
切な負荷を供給できるため、過負荷とならず安定した冷
凍能力を得ることができる。
方法によると、スターリング冷凍機への供給電力を知る
ことにより、スターリング冷凍機の運転条件に応じた適
切な負荷を供給できるため、過負荷とならず安定した冷
凍能力を得ることができる。
【００７０】また本発明のスターリング冷却装置の運転
方法によると、ファンの停止中は低温側または高温側熱
交換手段はわずかに自然対流で循環する空気に対して放
熱する状態になり、スターリング冷凍機に対する負荷を
低く押さえることができる。
方法によると、ファンの停止中は低温側または高温側熱
交換手段はわずかに自然対流で循環する空気に対して放
熱する状態になり、スターリング冷凍機に対する負荷を
低く押さえることができる。
【００７１】また本発明のスターリング冷却装置の運転
方法によると、負荷を適度に調整することができるた
め、ファンの運転開始後すぐに冷凍機に過度の負荷がか
かり、再び不安定状態に戻るのを防ぎ、安定して高い冷
凍能力を得つづけることができる。
方法によると、負荷を適度に調整することができるた
め、ファンの運転開始後すぐに冷凍機に過度の負荷がか
かり、再び不安定状態に戻るのを防ぎ、安定して高い冷
凍能力を得つづけることができる。
【００７２】また本発明のスターリング冷却装置の運転
方法によると、電磁弁を閉じた状態では二次冷媒の循環
が止まるため、二次冷媒から冷却や放熱の対象となる空
気への熱交換が一切行われず、冷凍機にかかる負荷を最
小にすることができる。
方法によると、電磁弁を閉じた状態では二次冷媒の循環
が止まるため、二次冷媒から冷却や放熱の対象となる空
気への熱交換が一切行われず、冷凍機にかかる負荷を最
小にすることができる。
【００７３】また本発明のスターリング冷却装置の運転
方法によると、循環ポンプを停止した状態では二次冷媒
の循環がほぼ止まるため、二次冷媒から冷却や放熱の対
象となる空気への熱交換が行われず、冷凍機にかかる負
荷を最小にすることができる。
方法によると、循環ポンプを停止した状態では二次冷媒
の循環がほぼ止まるため、二次冷媒から冷却や放熱の対
象となる空気への熱交換が行われず、冷凍機にかかる負
荷を最小にすることができる。
【００７４】また本発明のスターリング冷却装置の運転
方法によると、負荷を適度に調整することができるた
め、循環ポンプの運転開始後すぐに冷凍機に過度の負荷
がかかり、再び不安定状態に戻るのを防ぎ、安定して高
い冷凍能力を得つづけることができる。
方法によると、負荷を適度に調整することができるた
め、循環ポンプの運転開始後すぐに冷凍機に過度の負荷
がかかり、再び不安定状態に戻るのを防ぎ、安定して高
い冷凍能力を得つづけることができる。
【００７５】また本発明のスターリング冷蔵庫による
と、除霜処理終了後の再冷却などを速やかに行うことが
でき、庫内の温度上昇による食品などへの悪影響をなく
することができる。
と、除霜処理終了後の再冷却などを速やかに行うことが
でき、庫内の温度上昇による食品などへの悪影響をなく
することができる。
【図１】 第１の実施形態のスターリング冷却装置の
概略構成図である。
概略構成図である。
【図２】 第１の実施形態の負荷制御基板での処理過
程を示すフローチャートである。
程を示すフローチャートである。
【図３】 第１の実施形態の冷凍能力とコールドヘッ
ド表面温度および閾値の関係の一例を示す図である。
ド表面温度および閾値の関係の一例を示す図である。
【図４】 第２の実施形態の負荷制御基板での処理過
程を示すフローチャートである。
程を示すフローチャートである。
【図５】 第３の実施形態の負荷制御基板での処理過
程を示すフローチャートである。
程を示すフローチャートである。
【図６】 第４の実施形態のスターリング冷却装置の
概略構成図である。
概略構成図である。
【図７】 第４の実施形態の負荷制御基板での処理過
程を示すフローチャートである。
程を示すフローチャートである。
【図８】 第５の実施形態の負荷制御基板での処理過
程を示すフローチャートである。
程を示すフローチャートである。
【図９】 第６の実施形態のスターリング冷却装置の
概略構成図である。
概略構成図である。
【図１０】 第７の実施形態のスターリング冷却装置の
概略構成図である。
概略構成図である。
【図１１】 本発明のスターリング冷却装置を備えたス
ターリング冷蔵庫の側断面図である。
ターリング冷蔵庫の側断面図である。
【図１２】 従来のフリーピストン型スターリング冷凍
機を用いたスターリング冷却装置の側断面図である。
機を用いたスターリング冷却装置の側断面図である。
１ スターリング冷凍機
３ コールドヘッド
４ ウォームヘッド
５ 低温側熱交換器（低温側熱交換手段）
６ 高温側熱交換器（高温側熱交換手段）
７ 庫内ファン（負荷調整手段）
８ 庫外ファン（負荷調整手段）
９ 温度センサ（温度測定手段）
１０ 負荷制御基板（制御手段）
１１ 供給電力検知手段
１２、１３ 自然循環式熱交換手段
１２ｃ、１３ｃ 循環路
１４ 電磁弁（弁）
１５、１６強制循環式熱交換器
１５ｃ、１６ｃ 循環路
１５ｄ、１６ｄ 循環ポンプ
１７ スターリング冷蔵庫
Claims (11)
- 【請求項１】 フリーピストン型のスターリング冷凍機
と、該スターリング冷凍機のコールドヘッド又は／及び
ウォームヘッドの温度を測定する温度測定手段と、前記
コールドヘッド又は／及びウォームヘッドで発生する熱
を熱交換する熱交換手段と、該熱交換手段での熱交換量
を調整する負荷調整手段と、該負荷調整手段を制御する
制御手段と、を備えたスターリング冷却装置における運
転方法であって、 前記制御手段により、前記温度測定手段の測定結果に基
づき前記負荷調整手段を制御することを特徴とするスタ
ーリング冷却装置の運転方法。 - 【請求項２】 フリーピストン型のスターリング冷凍機
と、該スターリング冷凍機のコールドヘッドの温度を測
定する温度測定手段と、前記コールドヘッドで発生する
冷熱を熱交換する低温側熱交換手段と、該低温側熱交換
手段での熱交換量を調整する負荷調整手段と、前記温度
測定手段の測定結果に基づき前記負荷調整手段を制御す
る制御手段と、を備えたスターリング冷却装置における
運転方法であって、 前記コールドヘッドの温度が所定温度以上のときは前記
負荷調整手段を停止させることを特徴とするスターリン
グ冷却装置の運転方法。 - 【請求項３】 フリーピストン型のスターリング冷凍機
と、該スターリング冷凍機のウォームヘッドの温度を測
定する温度測定手段と、前記ウォームヘッドで発生する
温熱を熱交換する高温側熱交換手段と、該高温側熱交換
手段での熱交換量を調整する負荷調整手段と、前記温度
測定手段の測定結果に基づき前記負荷調整手段を制御す
る制御手段と、を備えたスターリング冷却装置における
運転方法であって、 前記ウォームヘッドの温度が所定温度以下のときは前記
負荷調整手段を停止させることを特徴とするスターリン
グ冷却装置の運転方法。 - 【請求項４】 フリーピストン型のスターリング冷凍機
と、該スターリング冷凍機のコールドヘッドの温度を測
定する第１の温度測定手段と、前記スターリング冷凍機
のウォームヘッドの温度を測定する第２の温度測定手段
と、前記コールドヘッドで発生する冷熱を熱交換する低
温側熱交換手段と、前記ウォームヘッドで発生する温熱
を熱交換する高温側熱交換手段と、前記低温側熱交換手
段又は高温側熱交換手段での熱交換量を調整する負荷調
整手段と、前記第１及び第２の温度測定手段の測定結果
に基づき前記負荷調整手段を制御する制御手段と、を備
えたスターリング冷却装置における運転方法であって、 前記コールドヘッドとウォームヘッドとの温度差が所定
温度以下のときは前記負荷調整手段を停止させることを
特徴とするスターリング冷却装置の運転方法。 - 【請求項５】 フリーピストン型のスターリング冷凍機
と、該スターリング冷凍機のコールドヘッドで発生する
冷熱を熱交換する低温側熱交換手段と、前記スターリン
グ冷凍機のウォームヘッドで発生する温熱を熱交換する
高温側熱交換手段と、前記低温側熱交換手段又は高温側
熱交換手段での熱交換量を調整する負荷調整手段と、前
記スターリング冷凍機に供給される電力に対応する電気
信号を検知する供給電力検知手段と、該供給電力検知手
段の検知結果に基づき前記負荷調整手段を制御する制御
手段と、を備えたスターリング冷却装置における運転方
法であって、 検知された電気信号に対応する電力が所定電力以下のと
きは前記負荷調整手段を停止させることを特徴とするス
ターリング冷却装置の運転方法。 - 【請求項６】 前記負荷調整手段はファンであり、該フ
ァンは前記制御手段により運転／停止を択一的に切り替
えられることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載
のスターリング冷却装置の運転方法。 - 【請求項７】 前記負荷調整手段はファンであり、該フ
ァンは前記制御手段により回転数が可変的に制御される
ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のスター
リング冷却装置の運転方法。 - 【請求項８】 前記低温側熱交換手段又は高温側熱交換
手段は、循環路を二次冷媒が自然循環する自然循環式熱
交換器であり、前記負荷調整手段は、前記循環路上に設
けられた電気的に開閉可能な弁であることを特徴とする
請求項４又は５記載のスターリング冷却装置の運転方
法。 - 【請求項９】 前記低温側熱交換手段又は高温側熱交換
手段は、循環路を二次冷媒が強制循環する強制循環式熱
交換器であり、前記負荷調整手段は、前記循環路上に設
けられた循環ポンプであり、該循環ポンプは前記制御手
段により運転／停止を択一的に切り替えられることを特
徴とする請求項４又は５記載のスターリング冷却装置の
運転方法。 - 【請求項１０】 前記低温側熱交換手段又は高温側熱交
換手段は、循環路を二次冷媒が強制循環する強制循環式
熱交換器であり、前記負荷調整手段は、前記循環路上に
設けられた循環ポンプであり、該循環ポンプは前記制御
手段により通電量が可変的に制御されることを特徴とす
る請求項４又は５記載のスターリング冷却装置の運転方
法。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０の何れかに記載のスタ
ーリング冷却装置の運転方法により運転することを特徴
とするスターリング冷蔵庫。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002117045A JP4070499B2 (ja) | 2002-04-19 | 2002-04-19 | スターリング冷却装置の運転方法及びそれを用いたスターリング冷蔵庫 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002117045A JP4070499B2 (ja) | 2002-04-19 | 2002-04-19 | スターリング冷却装置の運転方法及びそれを用いたスターリング冷蔵庫 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003314937A true JP2003314937A (ja) | 2003-11-06 |
| JP2003314937A5 JP2003314937A5 (ja) | 2005-08-25 |
| JP4070499B2 JP4070499B2 (ja) | 2008-04-02 |
Family
ID=29534369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002117045A Expired - Fee Related JP4070499B2 (ja) | 2002-04-19 | 2002-04-19 | スターリング冷却装置の運転方法及びそれを用いたスターリング冷蔵庫 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4070499B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006011344A1 (ja) * | 2004-07-29 | 2006-02-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | 冷却庫 |
| WO2006087840A1 (ja) * | 2005-02-17 | 2006-08-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | 冷却庫 |
| JP2008117141A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Fuji Electric Retail Systems Co Ltd | 自動販売機 |
| CN101806471A (zh) * | 2009-02-17 | 2010-08-18 | 丹佛斯压缩机有限责任公司 | 个人环境温度调整装置 |
| CN106679017A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-05-17 | 章晓晓 | 一种具有斯特林机的空调 |
| CN115218602A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-10-21 | 青岛海尔生物医疗股份有限公司 | 用于控制冰箱温度的方法及装置、冰箱、存储介质 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104329847B (zh) * | 2014-03-28 | 2017-01-04 | 海尔集团公司 | 一种半导体冰箱及其安装方法 |
-
2002
- 2002-04-19 JP JP2002117045A patent/JP4070499B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| WO2006011344A1 (ja) * | 2004-07-29 | 2006-02-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | 冷却庫 |
| WO2006087840A1 (ja) * | 2005-02-17 | 2006-08-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | 冷却庫 |
| JP2008117141A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Fuji Electric Retail Systems Co Ltd | 自動販売機 |
| CN101806471A (zh) * | 2009-02-17 | 2010-08-18 | 丹佛斯压缩机有限责任公司 | 个人环境温度调整装置 |
| CN106679017A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-05-17 | 章晓晓 | 一种具有斯特林机的空调 |
| CN115218602A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-10-21 | 青岛海尔生物医疗股份有限公司 | 用于控制冰箱温度的方法及装置、冰箱、存储介质 |
| CN115218602B (zh) * | 2022-06-27 | 2023-08-11 | 青岛海尔生物医疗股份有限公司 | 用于控制冰箱温度的方法及装置、冰箱、存储介质 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4070499B2 (ja) | 2008-04-02 |
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