JP2005164155A

JP2005164155A - フィン構造体

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Publication number: JP2005164155A
Application number: JP2003404735A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Sone; 和哉曽根; Kazuo Maezawa; 一男前沢
Original assignee: Twinbird Corp
Current assignee: Twinbird Corp
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-12-03
Also published as: EP1538414B1; JP4189855B2; US7243498B2; US20050120722A1; DE602004026145D1; EP1538414A3; EP1538414A2

Abstract

【課題】取り付けが容易なフィン構造体を提供することを目的とする。
【解決手段】スターリングサイクル冷凍機７の放熱部15に取り付けられる放熱用のフィン構造体16において、前記フィン構造体16を、内周から外周に向かう対向部たる接続壁19によって分割された複数の単位構造体16ａ，16ｂを結合させることで構成したことを特徴とする。これによると、前記フィン構造体16の取付時に前記放熱部15を外側より挟み込むようにして組み合わせて取り付けることができる。このため、前記フィン構造体16の取り付けに大きな力が不要であり、また、取付時に接着充填剤が前記スターリングサイクル冷凍機７の不要な部分に付着したり、前記スターリングサイクル冷凍機７のケーシングに傷や歪みが生じたりすることがない。
【選択図】図２

Description

本発明は、スターリングサイクル冷凍機の外周に取り付けられる熱交換用のフィン構造体に関するものである。

近年、フロン代替冷却装置として、スターリングサイクル冷凍機を利用した冷却庫が広く用いられるようになっている。スターリングサイクル冷凍機とは、外部動力で駆動されるピストンと、このピストンと所定の位相差を維持して反復運動させられるディスプレイサーとによって作動ガスを膨張、圧縮させ、それを繰り返すことによって吸熱及び放熱を行う密閉サイクルである。そして冷却部は、吸熱用熱交換器を介して冷却庫に熱的に接続され、当該熱交換器によって冷却庫の冷却が行われる。一方、放熱部では、内部が高温になるため、当該放熱部の外周に放熱用熱交換器としてフィン構造体が取り付けられ、そのフィン構造体に送風することによって放熱部の温度を下げる方法がとられている。

図５は、スターリングサイクル冷凍機100に取り付けられた従来のフィン構造体101を示した図である。これは環状の保持枠102の外周に、所定長さの薄板材を長手方向軸線に対して垂直に略等間隔で折り曲げて形成したフィン103を周回させ、全体として環状に形成されたフィン構造体101であり、スターリングサイクル冷凍機100を中心軸線に沿ってフィン構造体101に放熱部104まで挿入することによって、前記スターリングサイクル冷凍機100に取り付けられている（例えば、特許文献１参照。）。なお、前記フィン構造体101の保持枠102は、前記スターリングサイクル冷凍機100の放熱部104に対して、熱伝導性の接着剤や充填材、鑞等によって熱的に接続されている。
特開２００２−６２０２１号公報（第５図）

しかしながら、上記フィン構造体101は、スターリングサイクル冷凍機100を挿入する際に、熱伝導性の接着剤や充填材等がスターリングサイクル冷凍機100の上部に付着して上部が汚れ、またそのようなスターリングサイクル冷凍機100の上部に熱伝導性の接着剤が付着することによって、前記保持枠102内周の接着剤の塗布状態にむらが生じてしまうという問題がある。また、前記フィン構造体101をスターリングサイクル冷凍機100の上方から押し込んで圧入する場合には、かなりの力が必要であるので、取り付けが容易ではないばかりでなく、前記フィン構造体101を圧入する際に前記スターリングサイクル冷凍機100のケーシングに傷や歪みが生じてしまい、最悪の場合、ケーシングに過大な力が加わって破損させてしまう虞があった。更に、鑞等によって前記フィン構造体101をスターリングサイクル冷凍機100に固定する場合、鑞等を溶かすために局所的に高温になるので、前記スターリングサイクル冷凍機100のケーシングが歪んでしまう虞があった。

本発明は、上記従来の問題点を鑑みてなされたものであり、熱伝導性の接着剤や充填材等がスターリングサイクル冷凍機の不要な部分に付着することなく、傷や歪みを生じさせにくく、且つ取り付け容易なフィン構造体を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のフィン構造体は、スターリングサイクル冷凍機の放熱部又は吸熱部に取り付けられる熱交換用のフィン構造体において、前記フィン構造体を、内周から外周に向かう面によって分割された複数の単位構造体を結合させることで構成したものである。

これによると、分割された各単位構造体を放熱部又は吸熱部の周りに配置し、それらの各単位構造体を各々つなぎ合わせることによって、放熱部又は吸熱部の外周にわたってフィン構造体を取り付けることができる。従って、前記フィン構造体を放熱部又は吸熱部に取り付ける際に、前記スターリングサイクル冷凍機をフィン構造体に挿入する必要がなく、当該フィン構造体を放熱部又は吸熱部の周りに取り付けることができる。また、各単位構造体の内周に熱伝導性の接着剤や充填材等を塗布した後、当該部分を放熱部又は吸熱部の外方から放熱部又は吸熱部に向かって移動させて放熱部又は吸熱部の外周に配置すればよいため、取り付けの際に接着剤がスターリングサイクル冷凍機の不要な部分に付着することがない。また、前記放熱部又は吸熱部の外面とフィン構造体の内面との間に接着剤等が行き渡ったかどうかを確実に確認することができる。更に、取り付けの際に前記フィン構造体をスターリングサイクル冷凍機に圧入させることがないため、前記スターリングサイクル冷凍機のケーシングが傷付いたり変形したりすることがない。

また、請求項２に記載のフィン構造体は、請求項１において、互いに隣接する前記単位構造体が、この単位構造体の各々に形成された対向部を挟んで差し込まれる結合部材によって結合され、前記放熱部又は吸熱部に取り付けられるものである。

これによると、前記各単位構造体の前記スターリングサイクル冷凍機への圧着力を管理することなく、前記結合部材を差し込むだけで、前記フィン構造体の各単位構造体をつなぎ合わせることができるので、取り付けが容易である。

本発明の請求項１及び２に記載のフィン構造体は、以上のように構成することにより、スターリングサイクル冷凍機に容易に取り付けることができ、製造の手間及び時間が短縮でき、ひいては製造コストの削減ができる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、携帯用冷却庫について説明するが、これに限定されず、設置型の冷却庫であってもよい。

まず、本実施形態のフィン構造体が使用される冷却庫について、図１を参照して説明する。同図において、１は携帯型の冷却庫を示す。この冷却庫１は、外殻体２と、この外殻体２内部に配置されかつアルミニウム等の良熱伝導性材料で形成された内容器３と、前記外殻体２と内容器３の間に設けられた断熱材４とで構成されている。また、前記冷却庫１の上面には開口部１ａが形成されていると共に、この開口部１ａには、内部に断熱材４ａが設けられた蓋体５が開閉自在に取り付けられている。

また、前記外殻体２内部の前記内容器３の側部には収容室６が設けられており、この収容室６には、前記内容器３を冷却するためのスターリングサイクル冷凍機７が設置されている。このスターリングサイクル冷凍機７は、例えば特開２０００−３３７７２５号公報等に開示されるように、シリンダ８内を往復動可能なピストン９と、このピストン９を軸方向に往復駆動する駆動装置10と、前記ピストン９の往復運動に追従して軸方向に往復運動するディスプレイサー11等を備えている。なお、前記スターリングサイクル冷凍機７は、前記ピストン９及び前記ディスプレイサー11が垂直となるように直立して前記内容器３と並設されている。

前記スターリングサイクル冷凍機７の先端部は、逆スターリングサイクルによって吸熱が行われる冷却部12であり、当該冷却部12には、アルミニウム等の良熱伝導性材料からなる熱伝導ブロック13が設けられている。この熱伝導ブロック13には、冷媒が充填されたヒートパイプ14が熱的に接続されていると共に、当該ヒートパイプ14は前記熱伝導ブロック13から前記内容器３の外周へ延び、この内容器３の外周を周回し、また熱伝導ブロック13へと戻るように配置されることで、前記内容器３及びこの内容器３の内部の熱を吸収する構造になっている。

前記スターリングサイクル冷凍機７の前記先端部の下方には、逆スターリングサイクルにおいて作動ガスが圧縮されることで高温になる放熱部15がある。そして、当該放熱部15の温度を下げるために、その外周には熱交換用（この場合は冷却用）のフィン構造体16が取り付けられ、前記収容室６の側壁に設けられたファン６ａを回転させて気流を生じさせ、前記フィン構造体16の周囲の加熱された空気を外部に排出すると共に、比較的低温の空気を前記フィン構造体16の周囲に導入することによって、前記放熱部15の温度を下げるようになっている。

図２は、前記フィン構造体16の分解斜視図である。図示のように、前記フィン構造体16は、中心軸線に沿って２分割された一対の単位構造体16ａ，16ｂから形成されている。これらの単位構造体16ａ，16ｂの各々は、前記放熱部15の外形と略一致する半円弧状の内枠17と、当該内枠17の外方に離間して設けられた、同じく半円弧状の中枠18とを備える。そして、前記内枠17の両端部及び中央部からは、前記中枠18に向かって略放射状に延びる接続壁19が設けられており、これらの接続壁19によって、前記内枠17と前記中枠18とが一体に且つ同心状に形成されている。また、前記内枠17と中枠18の端部同士を接続する前記接続壁19のうちの一方における、前記中枠18寄りの部分には、ねじ穴20が設けられている。更に、前記中枠18の外方には、前記内枠17及び中枠18と同様に、半円弧状の外枠21が配置されている。そして、前記内枠17と前記中枠18との間には、所定長さの薄板材を長手方向軸線に対して垂直に且つ略等間隔で折り曲げて形成された内側フィン22が、一方の折目群23が前記内枠17の外周にろう付けされ、他方の折目群24が前記中枠18の内周にろう付けされることで固定されている。また、前記中枠18と前記外枠21との間には、前記内側フィン22と同様に、所定長さの薄板材を長手方向軸線に対して垂直に且つ略等間隔で折り曲げて形成した外側フィン25が、一方の折目群26が前記中枠18の外周、他方の折目群27が前記外枠21の内周にろう付けされることで固定されている。なお、前記外枠21は、前記外側フィン25によって、前記内枠17と中枠18に対して、同心状に配置されている。また、前記各フィン22，25には、放熱効果を高めるために、長手方向に沿って、複数の切込み28が設けられている。なお、本実施形態において、前記フィン構造体16は、軽量かつ熱伝導性の良好なアルミニウム製であるが、前記フィン構造体16の材質はこれに限定されるものではなく、熱伝導性が良好であれば他の材質、例えば銅等であってもよい。

図３は、前記フィン構造体16が前記スターリングサイクル冷凍機７の外周に取り付けられた状態を示した上面図である。この状態において、前記フィン構造体16は、前記スターリングサイクル冷凍機７の放熱部15の外周に沿って、前記単位構造体16ａ，16ｂが、互いの前記接続壁19が対向するように配置され、これらの対向する前記接続壁19を挟むようにクリップ29（結合部材）が挿入され、このクリップ29が、ねじ30によって、前記単位構造体16ａ，16ｂ双方の接続壁19を挟むように固定されている。また、図４は前記クリップ29を３方向から見た図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。前記クリップ29は、１枚の板をプレス等で打ち抜いた後、折り曲げて形成したものであり、ねじ穴31が設けられた背部32と、一対の脚部33とを有している。そして、この一対の脚部33，33の間隔は、下方に向かって狭くなっていると共に、これらの脚部33，33の中央よりも下方では、これら脚部33，33の間隔は、下方に向かって広くなっている。即ち、前記クリップ29を挿入する際、前記一対の脚部33，33の下部（下方に向かって間隔が広くなっている部分）において、前記接続壁19，19が前記脚部33，33間に迎え入れられると共に、前記一対の脚部33，33の中央から上部（下方に向かって間隔が狭くなっている部分）において、前記接続壁19，19が、前記クリップ29の弾性力によって一対の脚部33，33で挟まれることになる。なお、本実施形態において、前記クリップ29の材質としてステンレスを用いたが、これに限定されるものではなく、他の材質であってもよい。

次に、上記フィン構造体16の取付方法について説明する。まず、前記各単位構造体16ａ，16ｂの内枠17の内側面に、シリコン系接着充填剤を塗布する。なお、前記内枠17に塗布されるものはこれに限定されず、他の熱伝導性の高い接着剤や熱伝導性の粘着シート等を用いても良い。また、前記内枠17に塗布されるものは、前記フィン構造体16を支えるために、接着性、粘着性、溶着性等を有することが望ましいが、前記クリップ29による挟持力が十分であるならば、シリコングリス等の充填剤を用いても良い。更に、前記接着充填剤等を塗布又は貼付するのは、内枠17側でなく、放熱部15側であっても良い。次に、前記スターリングサイクル冷凍機７の前記放熱部15を挟んで、一対の前記単位構造体16ａ，16ｂを配置する。この時、前記各単位構造体16ａ，16ｂの内枠17の内側面が前記スターリングサイクル冷凍機７の放熱部15に、塗布された接着充填剤を介して接することになる。従って、前記放熱部15と内枠17の間の隙間が、前記接着充填剤によって充填されることになるので、前記放熱部15からフィン構造体16への熱の移動がスムーズに行われることになる。そして、一対の前記単位構造体16ａ，16ｂの両端に形成された、互いに対向する前記接続壁19，19の双方を挟むように、前記クリップ29の前記脚部33を差し込む。更に、前記クリップ29が前記スターリングサイクル冷凍機７の振動によって前記フィン構造体16から外れることを防ぐために、前記クリップ29のねじ穴を貫通して、前記ねじ30を前記フィン構造体16のねじ穴20に螺入することで、前記クリップ29を前記フィン構造体16に固定する。これによって、前記一対の単位構造体16ａ，16ｂが前記クリップ29によって締められることで、前記スターリングサイクル冷凍機７の放熱部15が前記フィン構造体16の内枠17によって締め付けられることになり、前記フィン構造体16が前記放熱部15に固定されることになる。なお、前記クリップ29による挟持力はそれほど大きくないので、このクリップ29を差し込むことで前記フィン構造体16によって前記放熱部15を締め付けたとしても、前記スターリングサイクル冷凍機７のケーシングが歪んでしまう虞が少ない。更に、前記クリップ29による締め付けの他に、前記フィン構造体16が前記接着充填剤によって前記放熱部15に固定されることになるので、前記クリップ29による挟持力がそれほど大きくなかったとしても、前記接着充填剤による接着力と相まって、前記フィン構造体16は前記放熱部15に対して十分な強度で固定されることになる。逆に、前記接着充填剤の接着力がそれほど大きくなかったとしても、前記クリップ29の挟持力と相まって、前記フィン構造体16は前記放熱部15に対して十分な強度で固定されることになる。従って、前記放熱部15と内枠17の間に塗布又は貼付されるものは、接着力等を重視せず熱伝導性を重視することで選択することが可能となる。

以上、本実施形態のフィン構造体16によると、接着剤が内側面に塗布された一対の単位構造体16ａ，16ｂを、放熱部15を挟んで周りに配置し、前記一対の単位構造体16ａ，16ｂの対向する双方の接続壁19を前記クリップ29で挟むように挿入することによって、前記放熱部15の外周に前記フィン構造体16を取り付けることができる。このため、前記フィン構造体16を放熱部15に取り付ける際に、前記フィン構造体16をスターリングサイクル冷凍機７の放熱部に対して圧入する必要がなく、大きな力が不要であるばかりでなく、前記スターリングサイクル冷凍機７のケーシングに傷や歪みが生ずることが防止される。また、一対の単位構造体16ａ，16ｂの内枠17の内周面に接着充填剤を塗布した後、当該単位構造体16ａ，16ｂを、放熱部15の外方からこの放熱部15の軸直方向内方に移動させて前記放熱部15の外周面に配置すればよいため、前記フィン構造体16を放熱部15に取り付ける際に、前記接着充填剤が前記スターリングサイクル冷凍機７の不要な部分に付着することがない。また、前記単位構造体16ａ，16ｂの内枠17の内周面に塗布された接着充填剤の均一性も保たれるので、前記放熱部15と単位構造体16ａ，16ｂとの間の隙間を確実に前記接着充填剤で充填することができる。また、前記クリップ29自体は構造が単純であるため、このクリップ29を容易に製造することができる。更に、前記クリップ29を、前記単位構造体16ａ，16ｂ双方の接続壁19，19を挟むように差し込むことで、前記フィン構造体16が前記スターリングサイクル冷凍機７の放熱部15に取り付けることができるので、フィン構造体16の取り付けが容易である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、フィン構造体の形状は、本実施形態では円形であるが、放熱部の形状が本実施形態の形状と異なる場合は、その放熱部の形状に合わせた他の形状であってもよい。また、本実施形態では、１枚の薄板を同じ長さで表裏に折り曲げてフィンを形成したが、これに限定されず、例えば複数の突起を有するフィンであってもよい。また、本実施形態では、内枠と中枠とを接続する接続壁を対向面とし、これらの対向面を挟むように接続部材たるクリップを差し込んでいるが、対向面はこのような形状でなくても良く、例えば単位構造体の両端のフィンを厚く形成することで、対向面としても良い。また、本実施形態では、一対、即ち二つの単位構造体を接続部材たるクリップで接続することによってフィン構造体が形成されているが、三つ以上の単位構造体を接続部材で接続することによってフィン構造体を形成しても良い。更に、本実施形態では、前記フィン構造体を前記スターリングサイクル機関の放熱部に取り付けているが、前記フィン構造体を前記スターリングサイクル機関の吸熱部に取り付けても良い。

本発明の実施形態のフィン構造体を取り付けた冷却庫の概略断面図である。本発明の実施形態を示すフィン構造体の概略斜視図である。本発明の実施形態のフィン構造体をスターリングサイクル機関に取り付けた状態を示した上面図である。本発明の実施形態のフィン構造体を結合するためのクリップを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。従来技術のフィン構造体の概略斜視図である。

符号の説明

７スターリングサイクル冷凍機
15 放熱部
16 フィン構造体
16ａ，16ｂ単位構造体
19 接続壁（対向部）
29 クリップ（接続部材）

Claims

スターリングサイクル冷凍機の放熱部又は吸熱部に取り付けられる熱交換用のフィン構造体において、前記フィン構造体を、内周から外周に向かう面によって分割された複数の単位構造体を結合させることで構成したことを特徴とするフィン構造体。
互いに隣接する前記単位構造体が、この単位構造体の各々に形成された対向部を挟んで差し込まれる結合部材によって結合され、前記放熱部又は吸熱部に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のフィン構造体。