JP2004037055A

JP2004037055A - スターリング冷蔵庫

Info

Publication number: JP2004037055A
Application number: JP2002198784A
Authority: JP
Inventors: Tsuneyoshi Cho; 張　恒良; Isamu Chin; 陳　偉; Masaaki Masuda; 増田　雅昭
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】スターリング冷凍機の高温部で発生した熱および低温部で発生した冷熱を効率よく搬送可能な、省エネルギーのスターリング冷蔵庫を提供する。
【解決手段】本発明のスターリング冷蔵庫１は、スターリング冷凍機２と、スターリング冷凍機２の高温部で生じた熱を高温側の二次冷媒によって搬送するための高温側ループ状管路３と、スターリング冷凍機２の低温部で生じた冷熱を低温側の二次冷媒によって搬送するための低温側ループ状管路４とを備え、スターリング冷凍機２の軸中心線が冷蔵庫１の背面と垂直に交わるように、スターリング冷凍機２を冷蔵庫１の中部に配置する。
【選択図】　　　　図１

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使ったスターリング冷蔵庫に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷蔵庫などの冷却手段として、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが採用されている。こうした蒸気冷却式の冷凍サイクル装置には、作動媒体としての冷媒にフロンが用いられ、フロンの凝縮、蒸発を利用して、所要の冷却性能を得るようにしている。しかし、フロンはオゾン破壊係数が大きいため、近年フロンのうち特定フロンを対象として使用と生産とが規制されてきている。このため、特定フロンを用いなくてもすむ技術として、逆スターリングサイクルを利用したスターリング冷凍機などの研究が進められている。
【０００３】
スターリング冷凍機は、他の冷凍機関と比較して、小型で冷却効率が高く、低消費電力を実現できるものである。一方、冷却ヘッド部の電熱面積が小さく、冷熱を効率よく取り出せないという問題があった。
【０００４】
そこで特開平７−１８０９２１号公報には、スターリング冷凍機のピストン背圧の脈動を利用して冷媒が循環されることにより、冷蔵庫の下部に配置されたスターリング冷凍機の低温部で発生した冷熱が、冷蔵庫の上部の凝縮器に搬送され、冷蔵庫内が冷却される、スターリング冷蔵庫が提案されている。
【０００５】
また、特開２００１−３３１３９号公報には、スターリング冷凍機の低温部で発生した冷熱がループ状管路を介して冷凍キャビネットの内部に搬送され、冷蔵庫内が冷却される、小型のスターリング冷蔵庫が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
大型の冷蔵庫にスターリング冷凍機を搭載した場合には、熱負荷が大きくなるため、スターリング冷凍機の低温部で発生した冷熱が効率よく搬送されるとともに、高温部で発生した大量の熱が効率よく搬送され、外部へ放出されることが必要になる。
【０００７】
特開平７−１８０９２１号公報に開示されたスターリング冷蔵庫では、スターリング冷凍機の低温部の冷熱は、ピストンの背圧の脈動で循環される冷媒により搬送されている。しかし、あくまでもピストンは作動ガスを圧縮・膨張させることを主目的とするものであり、背圧の脈動により冷媒を循環させることは付随的な目的にすぎない。これにより、作動ガスの圧縮、膨張に有利な設計とされるため、十分な冷媒の循環流量が得られる背圧を発生させるように設計することは困難である。したがって、特に大型の冷蔵庫では、ピストンの背圧の脈動のみでは冷媒の循環流量が不十分となり、低温部の冷熱が効率よく搬送されないという問題があった。
【０００８】
また、特開平７−１８０９２１号公報および特開２００１−３３１３９号公報に開示された各スターリング冷凍機では、スターリング冷凍機の高温部の熱は、動力を使ったファンにより外部へ放出されている。したがって、大型の冷蔵庫に適用する場合、高温部で大量に発生した熱を効率よく外部へ放出するためにはファンの動力を大きくする必要があり、省エネルギーに反するという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、スターリング冷凍機の高温部で発生した熱および低温部で発生した冷熱を効率よく搬送可能な、省エネルギーのスターリング冷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】
本発明のスターリング冷蔵庫は、スターリング冷凍機と、スターリング冷凍機の圧縮室で生じた熱を高温側の二次冷媒によって搬送するためのループ状の高温側管路と、スターリング冷凍機の膨張室で生じた冷熱を低温側の二次冷媒によって搬送するためのループ状の低温側管路とを備えたスターリング冷蔵庫において、スターリング冷凍機の軸中心線が冷蔵庫の背面と垂直に交わるように、スターリング冷凍機を冷蔵庫の中部に配置している。
【００１１】
本発明のスターリング冷蔵庫によれば、スターリング冷凍機で生じた熱は、ループ状の高温側管路の中に充填された液体の二次冷媒に伝熱される。熱を受け取った高温側の二次冷媒は、蒸発して気体となり、液体と気体の重力差を利用して移動する。そして高温側の二次冷媒の熱が冷蔵庫の外部へ放出され、高温側の二次冷媒は凝縮して液体となる。そして、高温側の二次冷媒は、液体と気体の重力差を利用して再びスターリング冷凍機の方へ移動し、スターリング冷凍機から熱を受け取る。このように、高温側の二次冷媒がループ状の高温側管路の中で凝縮、蒸発をしながら循環することにより、スターリング冷凍機で生じた熱は効率よく冷蔵庫の外部へ搬送される。
【００１２】
一方、スターリング冷凍機で生じた冷熱は、ループ状の低温側管路の中に充填された気体の低温側の二次冷媒に伝熱される。冷熱を受け取った低温側の二次冷媒は、凝縮して液体となり、液体と気体の重力差を利用して移動する。そして冷熱がスターリング冷蔵庫内へ放出され、低温側の二次冷媒は蒸発して気体となる。そして、低温側の二次冷媒は、液体と気体の重力差を利用して再びスターリング冷凍機の方へ移動し、スターリング冷凍機から冷熱を受け取る。このように、低温側の二次冷媒がループ状の低温側管路の中で凝縮、蒸発をしながら循環することにより、スターリング冷凍機の膨張室で生じた冷熱は効率よく冷蔵庫内へ搬送される。
【００１３】
以上の作用により、スターリング冷蔵庫において、ループ状管路に充填された冷媒は、液体と気体との重力差により自然循環するので、冷媒の循環にファンなどの動力を必要とせず、省エネルギーとなる。
【００１４】
また、本発明では、冷媒の液体状態と気体状態とでの重力差を利用して冷媒を循環させるが、その冷媒を通す高温側および低温側の管路を、液体から気体、気体から液体への状態の変化が生じやすいように適切に設計することができるため、適切な設計が困難な背圧の脈動を用いる構成よりも、冷媒を循環させるための大きな圧力を得ることができる。この結果、高温部で発生した熱および低温部で発生した冷熱が効率よく搬送される。
【００１５】
また、ループ状の高温側管路を用いているため、この高温側管路の管路長を長くするなどの手段により、ファンなどの動力を用いることなく、圧縮室で生じた熱を冷蔵庫の外部へ容易に放出することができる。このように高温部で発生した熱を冷蔵庫外部へ効率よく放出できるため、省エネルギー化を図ることができる。
【００１６】
また、スターリング冷蔵庫の背面部分には、通常、冷気ダクトや冷気ダクトへの冷気の流路等が設置されるためのスペースが必要である。しかし、スターリング冷凍機は通常、その軸中心線方向に寸法が大きくなるため、その軸中心線方向と冷蔵庫の背面とが平行となるように冷凍機を設置すると、スターリング冷蔵庫の背面部分のスペースがスターリング冷凍機に占められてしまう。この結果、スターリング冷凍機が、冷気ダクトや冷気ダクトへの冷気の流路等を設置する際の妨げとなり、好ましくない。
【００１７】
特に、スターリング冷凍機がスターリング冷蔵庫の中部の高さ位置に配置されている場合には、スターリング冷凍機は、冷気を発生する部分と冷気ダクトとをつなぐ冷気の流路を設置する際の妨げとなる。冷気の流路が妨げられると、冷気の流路のスペースが小さくなるので、冷気ダクトへの流動抵抗が増加し、スターリング冷蔵庫の冷却効率が低下する問題が起こる。しかし、本発明では、スターリング冷凍機は軸中心線が冷蔵庫の背面と垂直に交わるように配置されている。したがって、スターリング冷凍機が背面を占めるスペースが小さくなり、冷気の流路を設置するスペースを背面に確保することができるので、スターリング冷蔵庫の冷却効率が低下する等の問題を防止することができる。
【００１８】
なお、本願明細書において「中部」という文言は、冷蔵庫内で区画された上部空間と下部空間との間に位置する部分を意味する。
【００１９】
上記本発明のスターリング冷蔵庫において好ましくは、高温側管路がスターリング冷凍機の上方へ延び、かつ低温側管路がスターリング冷凍機の下方へ延びている。
【００２０】
この構成により、高温側管路においては、スターリング冷凍機で生じた熱を受け取った冷媒は液体から気体へ状態変化し上方へ移動する。一方、低温側管路においては、スターリング冷凍機で生じた冷熱を受け取った冷媒は気体から液体へ状態変化し下方へ移動する。したがって、冷媒の循環が促進され、高温部で発生した熱および低温部で発生した冷熱は一層効率よく搬送される。
【００２１】
上記本発明のスターリング冷蔵庫において好ましくは、高温側管路は、蒸発部と凝縮部とを有し、凝縮部は自然対流により外部との熱交換を行う。
【００２２】
高温側管路を設けたことにより、高温側管路の凝縮部において管路長を長くするなどの手法により、放熱面積を容易に大きくすることができるため、ファンを用いない自然対流によって大量の熱を外部に放出可能となる。したがって、スターリング冷凍機の高温部の熱は、動力を用いずに放出されるので、一層省エネルギーとなる。
【００２３】
上記本発明のスターリング冷蔵庫において好ましくは、高温側管路は、蒸発部と凝縮部とを有し、凝縮部は強制対流により外部との熱交換を行う。
【００２４】
この構成により、ファンなどを用いて高温側管路の凝縮部を強制的に冷却することができるため、高温側管路からの熱の放出を自然対流の場合よりも促進することができる。
【００２５】
上記本発明のスターリング冷蔵庫において好ましくは、高温側管路は、凝縮部において銅およびアルミニウムの少なくともいずれかを含む材質からなる管路またはフィン付の管路である。
【００２６】
この構成により、高温側管路の凝縮部は熱伝導性の良好な材質もしくは構成で作製されるので、高温側管路の凝縮部において一層効率よく熱を外部に放出することが可能となる。
【００２７】
上記本発明のスターリング冷蔵庫において好ましくは、高温側管路は、凝縮部において、並列に分岐した複数のパイプを有しており、かつ凝縮部で凝縮された高温側の二次冷媒が重力によって凝縮部の出口へ流れ落ちるように構成されている。
【００２８】
この構成により、高温側管路の凝縮部の放熱面積が一層大きくなるので、一層効率よく熱を外部に放出可能となる。また、凝縮した高温側の二次冷媒が円滑に凝縮器から回収される。
【００２９】
上記本発明のスターリング冷蔵庫において好ましくは、高温側管路は、凝縮部において蛇行しており、かつ凝縮部で凝縮された高温側の二次冷媒が重力によって凝縮部の出口へ流れ落ちるように構成されている。
【００３０】
この構成により、高温側管路の凝縮部の放熱面積が一層大きくなるので、一層効率よく熱を外部に放出可能となる。また、凝縮した高温側の二次冷媒が円滑に凝縮器から回収される。
【００３１】
上記本発明のスターリング冷蔵庫において好ましくは、高温側の二次冷媒は、水と６０質量％以下のエタノールとを含み、低温側の二次冷媒は二酸化炭素を含む。
【００３２】
二酸化炭素および水は、オゾン層を破壊しない物質であり、地球環境への影響がほとんどないので、好ましい。また、水と６０質量％以下のエタノールとを混合することにより水の融点が下がるので、水の凍結を防止することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１および図２は、本発明の実施の形態１におけるスターリング冷蔵庫の側面断面図および正面方向から見た模式図である。
【００３４】
図１および図２を参照して、スターリング冷蔵庫１は、本体７と、スターリング冷凍機２と、高温側ループ状管路３と、低温側ループ状管路４とを主に有している。本体７は箱形に構成されている。スターリング冷凍機２は、本体７の中部の高さ位置に配置されており、それによって本体７は上部空間１２と、中部空間１３と、下部空間１４，１５とに区画される。たとえば上部空間１２は冷蔵室、中部空間１３はチルド室、下部空間１４は野菜室、下部空間１５は冷凍室に用いられる。
【００３５】
高温側ループ状管路３はスターリング冷凍機２の高温部より上方であって冷蔵室１２の背面に位置している。この高温側ループ状管路３は、内部に冷媒を通すものであり、かつスターリング冷凍機２で生じた熱を冷媒によって搬送するためのものである。高温側ループ状管路３は、スターリング冷凍機２の高温部に設置される高温側蒸発器（蒸発部）３ａと、ループ状管路の最上部に設置される高温側凝縮器（凝縮部）３ｂとを備えている。
【００３６】
低温側ループ状管路４はスターリング冷凍機２の低温部より下方であって野菜室１４および冷凍室１５の背面に位置している。この低温側ループ状管路４は、内部に冷媒を通すものであり、かつスターリング冷凍機２で生じた冷熱を冷媒によって搬送するためのものである。低温側ループ状管路４は、ループ状管路の最下部に設置される低温側蒸発器（蒸発部）４ａと、スターリング冷凍機２の低温部に設置される低温側凝縮器（凝縮部）４ｂとを備えている。
【００３７】
低温側蒸発器４ａ付近には、低温側蒸発器４ａの冷熱を庫内に循環させるための冷却ファン６が設置されている。冷蔵室１２の背面には、冷気を排出するための冷気ダクト１６（図２）が設置されている。また、低温側蒸発器４ａの冷熱が庫外へ出るのを防ぎ、かつ高温側凝縮器３ｂの熱が庫内に入るのを防ぐように、本体７が断熱材１７で覆われている。
【００３８】
高温側ループ状管路３には冷媒として、たとえば水とエタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）の混合物が充填されている。低温側ループ状管路４には冷媒として、たとえば二酸化炭素（ＣＯ_２）が充填されている。ここで、高温側ループ状管路３、低温側ループ状管路４にそれぞれ充填されている冷媒としては、気温の低下によって凝結しない物質であって、潜熱が利用可能な物質が適している。潜熱が利用可能な物質とは、高温側凝縮器３ｂまたは低温側凝縮器４ｂで凝縮し、高温側蒸発器３ａおよび低温側蒸発器４ａで蒸発するような沸点を有する物質である。潜熱が利用可能な冷媒によって、より大量の熱および冷熱の運搬が可能となる。
【００３９】
次に、上記のスターリング冷凍機２の構成について詳細に説明する。図３は、本発明の実施に用いられるスターリング冷凍機の断面図である。
【００４０】
図３を参照して、スターリング冷凍機２では、一端がケーシング１１３で密閉されたシリンダ１０１内に、ディスプレーサ１０３とピストン１０２とが配設されており、これらによって圧縮空間１０８と膨張空間１０９とが形成されている。そして、これらと再生器１０５により閉回路が構成され、この閉回路の作動空間にはヘリウムなどの作動ガスが充填されている。ピストン１０２はスプリング１１９を介して接続されており、リニアモータなどの外部動力によってシリンダ１０１の軸方向に振動可能とされている。ディスプレーサ１０３は、ディスプレーサロッド１０４を介してスプリング１０６に接続され、自由に往復運動することが可能である。
【００４１】
このスターリング冷凍機２の高温部となる放熱器１１１には、放熱器１１１からの熱を受け取ることができるように、高温側ループ状管路３の一部が巻き回され、高温側蒸発器３ａを構成している。また、スターリング冷凍機２の低温部となる吸熱器１１７には、吸熱器１１７からの冷熱を受け取ることができるように、低温側ループ状管路４の一部が巻き回され、低温側凝縮器４ｂを構成している。
【００４２】
なお、スターリング冷凍機２は、図中のＡ−Ａ’線で示されるピストン１０２とディスプレーサ１０３との軸中心線を有しており、スターリング冷凍機２は、図１に示すように、その軸中心線がスターリング冷蔵庫１の背面と垂直に交わるように配置されている。
【００４３】
次に、本実施の形態におけるスターリング冷蔵庫の冷却動作について説明する。
【００４４】
まず、図３を参照して、ピストン１０２により圧縮された圧縮空間１０８内の作動ガスは、シリンダ通気口１１８、流路１１２、高温側熱交換器１１０を通過し、再生器１０５で予冷されて、低温側熱交換器１１４を経由して膨張空間１０９へ移動する。このとき、圧縮空間１０８で生じた熱は高温側熱交換器１１０を介して放熱器１１１から高温側蒸発器３ａに放出される。大部分の作動ガスが膨張空間１０９に流入すると、膨張空間１０９の圧力は上昇し、作動ガスはディスプレーサ１０３を押し上げるようにして膨張を始める。そして、ある程度膨張すると、ピストン１０２の復元力によりディスプレーサ１０３は逆に押し上げられ、圧力の低くなった膨張空間１０９内の作動ガスが再び圧縮空間１０８へ移動する。このときに、膨張空間１０９で生じた冷熱は低温側熱交換器１１４を介して吸熱器１１７から低温側凝縮器４ｂに放出される。そして、大部分の作動ガスが圧縮空間１０８へ移動すると、再びピストン１０２に圧縮されて次のサイクルに移行する。以上のような一連のサイクルが連続的に繰り返されることにより、極低温の冷熱が取り出される。
【００４５】
スターリング冷凍機２で発生した熱および冷熱は、以下の原理によって自然循環する冷媒によって搬送され、放出される。すなわち、図１において、スターリング冷凍機２の放熱器１１１の熱は高温側蒸発器３ａへ伝えられる。高温側ループ状管路３に充填されている冷媒は、高温側蒸発器３ａへ伝えられた熱によって液体から気体に変化する。気体となった冷媒は液体との重量差を利用して高温側ループ状管路３内を上昇し、高温側凝縮器３ｂへ移動する。高温側凝縮器３ｂでは、冷媒は熱を外部へ放出し、気体から液体に変化する。液体となった冷媒は気体との重量差を利用して高温側ループ状管路３内を下降し、再び高温側蒸発器３ａへ移動し、熱を受け取る。なお、本実施の形態では、高温側凝縮器３ｂからの熱の放出は自然対流により行われる。自然対流とは、空気が熱の影響を受けて密度変化し、受ける重力の力の差により起こる対流を意味する。
【００４６】
一方、スターリング冷凍機２の吸熱器１１７の冷熱は低温側凝縮器４ｂへ伝えられる。低温側ループ状管路４に充填されている冷媒は、低温側凝縮器４ｂへ伝えられた冷熱によって気体から液体に変化する。液体となった冷媒は気体との重量差を利用して低温側ループ状管路４内を下降し、低温側蒸発器４ａへ移動する。低温側蒸発器４ａでは、冷媒は冷熱をスターリング冷蔵庫１の内部へ放出し、液体から気体に変化する。気体となった冷媒は液体との重量差を利用して低温側ループ状管路４内を上昇し、再び低温側凝縮器４ｂへ移動し、冷熱を受け取る。このように、低温側蒸発器４ａによりスターリング冷蔵庫１の内部へ冷熱を放出することができるため、スターリング冷蔵庫１内を冷却することができる。
【００４７】
次に、冷却ファン６の作用について説明する。
図２を参照して、冷却ファン６は、庫内空気を図中の矢印のように循環させる。すなわち、低温側蒸発器４ａで冷却された庫内空気により、冷凍室１５が冷却される。このとき、冷却ファン６は、冷熱を受け取った庫内空気の一部を、低温側蒸発器４ａと冷気ダクト１６とをつなぐ流路を介して冷気ダクト１６へ送り、冷気ダクト１６から排出する。これにより、冷蔵室１２が冷却される。さらに冷却ファン６は、冷蔵室１２の庫内空気を流路を介してチルド室１３および野菜室１４へ送る。これにより、チルド室１３および野菜室１４が冷却される。
【００４８】
以上の構成・動作により、本実施の形態においては、以下の４つの効果が得られる。
【００４９】
１つ目の効果としては、本実施の形態においては、冷媒の重力による自然循環を利用して、高温側ループ状管路３および低温側ループ状管路４により高温部で発生した熱および低温部で発生した冷熱が搬送されるので省エネルギーとなる。また、ピストン１０２の背圧の脈動で冷媒を循環させる方式の場合では、あくまでもピストン１０２は作動ガスを圧縮・膨張させることを主目的とするものであり、冷媒を循環させることは付随的な目的にすぎない。このため、十分な冷媒の循環流量が得られる背圧を発生させるようにピストン１０２を設計することはできないので、ピストン１０２の背圧の脈動のみでは冷媒の循環流量を十分に得ることはできない。一方、本発明においては、液体から気体、気体から液体への状態の変化が生じやすいように管路の直径を適切に設計することにより、冷媒の液体と気体との重力差により冷媒を循環させるための大きな圧力が得られる。したがって、ピストン１０２の背圧の脈動を利用する場合よりも高温部で発生した熱および低温部で発生した冷熱が効率よく搬送される。
【００５０】
また、高温側ループ状管路３を備えるため、この高温側管路の管路長を長くするなどの手段により、ファンなどの動力を用いることなく、圧縮室で生じた熱を冷蔵庫の外部へ容易に放出することができる。このように高温部で発生した熱を冷蔵庫外部へ効率よく放出できるため、省エネルギー化を図ることができる。
【００５１】
２つ目の効果としては、本実施の形態では、スターリング冷凍機２はスターリング冷蔵庫１の中部の高さ位置に配置されていて、高温側蒸発器３ａと高温側凝縮器３ｂとの高低差、および低温側蒸発器４ａと低温側凝縮器４ｂとの高低差が大きくとられている。このような蒸発器と凝縮器の配置をとるために、冷媒の液体と気体の重力差による移動が容易となり、冷媒の循環が促進される。
【００５２】
３つ目の効果としては、本実施の形態においては、前述のように、スターリング冷凍機２はスターリング冷蔵庫１の中部の高さ位置に配置されている。しかし、スターリング冷蔵庫１の背面部分には、通常、低温側蒸発器４ａから冷気ダクト１６への冷気の流路が設けられている。しかし、スターリング冷凍機は通常、その軸中心線方向に寸法が大きくなるため、その軸中心線方向と冷蔵庫の背面とが平行となるように冷凍機を設置すると、冷気の流路のスペースがスターリング冷凍機２に占められてしまう。冷気の流路のスペースが小さくなれば、冷気ダクト１６の流動抵抗が増加し、スターリング冷蔵庫１の冷却効率が低下する問題が起こる。しかし、本実施の形態において、スターリング冷凍機２は、軸中心線が冷蔵庫の背面と垂直に交わるように配置されているので、背面に冷気の流路のスペースが確保される。したがって、スターリング冷凍機２がスターリング冷蔵庫１の中部の高さ位置に配置されても、冷気ダクト１６の流動抵抗の増加による冷却効率の低下という問題が起こらない。
【００５３】
４つ目の効果としては、本実施の形態では、高温側凝縮器３ｂにおいて、管路長を長くするなどの手法により放熱面積を容易に大きくすることができるので、自然対流により外部との熱交換を行うことが容易となり、スターリング冷凍機２で発生した熱を放出するのにファンなどの動力が不要となり、省エネルギーとなる。
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるスターリング冷蔵庫の側面断面図である。
【００５４】
図４を参照して、本実施の形態では、高温側凝縮器３ｂの付近に凝縮ファン５が設けられている。
【００５５】
なお、これ以外の構成については図１に示す実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５６】
これにより、高温側凝縮器３ｂにおいて、冷媒の熱は凝縮ファン５による強制対流で外部に放出される。したがって、高温側凝縮器３ｂからの熱の放出を自然対流の場合よりも一層促進することができる。強制対流とは、ファンなどの動力によって起こる対流を意味する。
【００５７】
次に、本発明の実施の形態１および２におけるスターリング冷蔵庫の高温側凝縮器３ｂの構成について説明する。
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３におけるスターリング冷蔵庫に用いられる高温側凝縮器の構成を示す模式図である。
【００５８】
図５を参照して、本実施の形態における高温側凝縮器３ｂは、パイプ１８とフィン付きパイプ１９とからなる。フィン付きパイプ１９は、パイプ１８に並列に分岐して複数本接続されている。パイプ１８およびフィン付きパイプ１９の各々は、たとえば銅からなる。
【００５９】
気体の状態の冷媒は、上部のパイプ１８から流入し、分岐した複数のフィン付きパイプ１９へ移動する。フィン付きパイプ１９は熱伝導性が高く、放熱面積が大きいので、冷媒の熱を効率よく放出することができる。したがって、フィン付きパイプ１９によって冷媒は熱を奪われ、液体となって重力により出口へ流れ落ち、下部のパイプ１８から流出する。
【００６０】
この構成により、高温側凝縮器３ｂにおいて一層効率よく熱を外部へ放出可能となる。
【００６１】
本実施の形態においては、液体となった冷媒が重力によって出口へ流れ落ちるように構成されていれば、たとえば図６のように冷媒が一方のパイプ１８の上方から流入し、他方のパイプ１８の下部から流出するような構成でもよい。
【００６２】
なお、図６の上記以外の構成は、図５に示す構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４におけるスターリング冷蔵庫に用いられる高温側凝縮器の構成を示す模式図である。
【００６３】
図７を参照して、本実施の形態における高温側凝縮器３ｂは、フィン付きパイプ１９からなり、フィン付きパイプ１９は上部と下部は水平に配置され、その間の部分は蛇行している構成である。フィン付きパイプ１９は、たとえば銅からなる。
【００６４】
気体の状態の冷媒は、フィン付きパイプ１９の上部から流入し、フィン付きパイプ１９内を移動する。フィン付きパイプ１９は熱伝導性が高く、放熱面積が大きいので、冷媒の熱を効率よく放出することができる。したがって、フィン付きパイプ１９によって冷媒は熱を奪われ、液体となって重力により出口へ流れ落ち、フィン付きパイプ１９の下部から流出する。
【００６５】
この構成により、高温側凝縮器３ｂにおいて一層効率よく熱を外部へ放出可能となる。
【００６６】
なお、本実施の形態において、スターリング冷凍機２はリニアモータを駆動源とするフリーピストン型のものが用いられたが、リニアモータ以外の駆動源を用いるものや、フリーピストン型以外のスターリング冷凍機でもよい。
【００６７】
また、本実施の形態３および４において、高温側凝縮器３ｂの材質は銅であったが、その他、アルミニウムでもよく、また銅とアルミニウムとの双方を含む材質でもよい。
【００６８】
以上に開示された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と考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、本発明のスターリング冷蔵庫によれば、ループ状管路に充填された冷媒は、液体と気体との重力差により自然循環するので、冷媒の循環にファンなどの動力を必要とせず、省エネルギーとなる。また、ピストンの背圧の脈動を利用する場合よりも、スターリング冷凍機の高温部で発生した熱および低温部で発生した冷熱を効率よく搬送可能である。また、ループ状の高温側管路を用いているため、この高温側管路の管路長を長くするなどの手段により、ファンなどの動力を用いることなく、高温部で発生した熱を冷蔵庫外部へ効率よく放出できるため、省エネルギー化を図ることができる。さらに、スターリング冷凍機は軸中心線が冷蔵庫の背面と垂直に交わるように配置されているので、スターリング冷凍機が背面を占めるスペースが小さくなり、冷気の流路を設置するスペースを背面に確保することができるので、スターリング冷蔵庫の冷却効率が低下する等の問題を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスターリング冷蔵庫の側面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるスターリング冷蔵庫を正面方向から見た模式図である。
【図３】本発明の実施に用いられるスターリング冷凍機の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるスターリング冷蔵庫の側面断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３におけるスターリング冷蔵庫に用いられる高温側凝縮器の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるスターリング冷蔵庫に用いられる高温側凝縮器の他の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態４におけるスターリング冷蔵庫に用いられる高温側凝縮器の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１　スターリング冷蔵庫、２　スターリング冷凍機、３　高温側ループ状管路、３ａ　高温側蒸発器、３ｂ　高温側凝縮器、４　低温側ループ状管路、４ａ　低温側蒸発器、４ｂ　低温側凝縮器、５　凝縮ファン、６　冷却ファン、７　本体、１２　冷蔵室、１３　チルド室、１４　野菜室、１５　冷凍室、１６　冷気ダクト、１７　断熱材、１８　パイプ、１９　フィン付きパイプ、１０１　シリンダ、１０２　ピストン、１０３　ディスプレーサ、１０４　ディスプレーサロッド、１０５　再生器、１０６　スプリング、１０８　圧縮空間、１０９　膨張空間、１１０　高温側熱交換器、１１１　放熱器、１１２　流路、１１３　ケーシング、１１４　低温側熱交換器、１１７　吸熱器、１１８　シリンダ通気口、１１９　スプリング。

Claims

スターリング冷凍機と、前記スターリング冷凍機の圧縮室で生じた熱を高温側の二次冷媒によって搬送するためのループ状の高温側管路と、前記スターリング冷凍機の膨張室で生じた冷熱を低温側の二次冷媒によって搬送するためのループ状の低温側管路とを備えたスターリング冷蔵庫において、
前記スターリング冷凍機の軸中心線が冷蔵庫の背面と垂直に交わるように、前記スターリング冷凍機を冷蔵庫の中部に配置したことを特徴とする、スターリング冷蔵庫。
前記高温側管路が前記スターリング冷凍機の上方へ延び、かつ前記低温側管路が前記スターリング冷凍機の下方へ延びていることを特徴とする、請求項１に記載のスターリング冷蔵庫。
前記高温側管路は、蒸発部と凝縮部とを有し、前記凝縮部は自然対流により外部との熱交換を行うことを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のスターリング冷蔵庫。
前記高温側管路は、蒸発部と凝縮部とを有し、前記凝縮部は強制対流により外部との熱交換を行うことを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のスターリング冷蔵庫。
前記高温側管路は、前記凝縮部において銅およびアルミニウムの少なくともいずれかを含む材質からなる管路または前記材質からなるフィン付の管路であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のスターリング冷蔵庫。
前記高温側管路は、前記凝縮部において、並列に分岐した複数のパイプを有しており、かつ前記凝縮部で凝縮された前記高温側の二次冷媒が重力によって前記凝縮部の出口へ流れ落ちるように構成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のスターリング冷蔵庫。
前記高温側管路は、前記凝縮部において蛇行しており、かつ前記凝縮部で凝縮された前記高温側の二次冷媒が重力によって前記凝縮部の出口へ流れ落ちるように構成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のスターリング冷蔵庫。
前記高温側の二次冷媒は、水と６０質量％以下のエタノールとを含み、前記低温側の二次冷媒は二酸化炭素を含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載のスターリング冷蔵庫。