JP2006138605A - スターリング冷却庫 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱媒体を安定的に流通させることができると共に、ポンプの小型化することができ、さらに、コストの低廉化を図ることができるスターリング冷却庫を提供する。
【解決手段】 放熱部１８と吸熱部とを含むスターリング冷却機と、放熱部１８に設けられ、熱媒体を蒸発させて放熱部１８を冷却する蒸発器１４と、外箱１０の前面開口部に配設した発露防止パイプ１６ａ〜１６ｂ、１７ａ〜１７ｃに熱媒体を循環させる循環回路４０とを備えてなるスターリング冷却庫１００において、循環回路４０を蒸発器１４の高さ位置より上方に位置する第１循環回路１７と下方に位置する第２循環回路１６とに分割して、第１循環回路１７をサーモサイフォン利用による自然循環回路とし、第２循環回路１６をポンプ利用による強制循環回路とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、スターリング冷却庫に関し、外箱の前面開口部に配設する発露防止パイプの配管構造に関する。

従来から、冷却庫の一例として、スターリング冷凍機を備えたスターリング冷却庫が知られている。スターリング冷凍機は、吸熱部と放熱部とを備えており、放熱部から放出される熱を冷却庫外表面の露付き防止に利用することができる。放熱部からの熱を露付き防止のために利用した例が、例えば特開２０００−２０５６８２号公報に記載されている。

特開２０００−２０５６８２号公報に記載されているスターリング冷却庫は、放熱部に設けられ熱媒体により放熱部を冷却する放熱器と、冷凍対象物を収容する冷凍室と、冷蔵対象物を収容する冷蔵室と、冷凍室および冷蔵室の前面開口部に配置され加熱された熱媒体が流通する露付き防止配管と、熱媒体を循環させるポンプとを備えている。このスターリング冷却庫においては、加熱された熱媒体（水）が配管内を流通し、ドアパッキン配設部分を加熱することにより、ドアパッキン配設部分に露が生じることを防止するようになっている。

なお、本明細書において、「冷却庫」とは冷凍および冷蔵の双方を含めた概念として用いる。つまり、冷却庫は、冷却の対象となる空間を外気よりも低い温度にする全てのものをいうものと定義する。また、冷却庫には冷凍冷蔵庫が含まれる。冷凍冷蔵庫とは、対象物を冷凍させる冷凍庫と、対象物を冷凍させることはないが、対象物の周囲空間を外気よりも低い温度に保持する冷蔵庫との双方を有する冷却庫のことである。
特開２０００−２０５６８２号公報

しかし、上記従来のスターリング冷却庫において熱媒体に水を用いた場合には、蒸発器より上方に配置された露付き防止配管内に、気体状の熱媒体（水蒸気）が溜まりやすいため液体状の熱媒体（水）の流通が悪くなり、結果的に発露を防止することができない場合があるという問題があった。また、ポンプは、冷蔵室の前面開口部に配置された発露防止パイプ内および、冷凍室の前面開口部に配置された発露防止パイプ内に熱媒体を循環させる必要があるため、ポンプ自体が大きくなると共に、ポンプおよびスターリング冷却庫本体のコストが高くなるという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、蒸発器より上方に配置される発露防止管に、気体状の熱媒体を自然循環させることにより、熱媒体の流通を確保して、安定的に発露防止を図ることができると共に、ポンプを小型にすることができ、コストの低廉化を図ることができるスターリング冷却庫を提供することを目的とする。

本発明に係るスターリング冷却庫は、１の局面では、放熱部と吸熱部とを含むスターリング冷却機と、放熱部に設けられ、熱媒体を蒸発させて放熱部を冷却する蒸発器と、外箱の前面開口部に配設した発露防止パイプに熱媒体を循環させる循環回路と、を備えてなるスターリング冷却庫において、循環回路を蒸発器の高さ位置より上方に位置する第１循環回路と下方に位置する第２循環回路とに分割して、第１循環回路をサーモサイフォン利用による自然循環回路とし、第２循環回路をポンプ利用による強制循環回路とする。また、第２循環回路を蒸発器・ポンプ・発露防止パイプ・蒸発器の順に接続して構成し、発露防止パイプを並列にすると、ポンプを更に小型化でき発露防止の均質化を図れる。更に、蒸発器とポンプとを接続する配管の一部を発露防止パイプの一部とし利用すると、ポンプにおけるキャビテーション発生を防止できると共に発露防止パイプの並列化が容易となる。

本発明によれば、熱媒体を安定的に流通させることができて、発露防止の安全化が図れると共に、ポンプを小型化することができ、コストの低廉化を図ることができる。

図１から図６を用いて、本発明に係る実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
図１から図３を用いて、本実施の形態１について説明する。図１は、本実施の形態１に係るスターリング冷却庫１００の概略構成を示す斜視図である。この図１に示されるように、スターリング冷却庫１００は、冷蔵物を収容する冷蔵室１１と、冷凍物を収容する冷凍室１２と、冷蔵室１１と冷凍室１２とに画成し断熱材からなる外箱１０と、放熱部１８と吸熱部とを含むスターリング冷却機と、放熱部１８に設けられ熱媒体を蒸発させて放熱部１８を冷却する高温側蒸発器１４と、外箱１０の前面開口部に配設された発露防止パイプ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃに熱媒体を循環させる循環回路４０と、液体状の熱媒体と液体状の熱媒体とを分離する気液分離体１５とを備えている。冷蔵室１１は、高温側蒸発器１４より上方側に配置されており、冷凍室１２は、高温側蒸発器１４より下方側に配置されている。

循環回路４０は、蒸発器の高さ位置より上方に位置する第１循環回路１７と、蒸発器の下方に位置する第２循環回路１６とに分割されており、第１循環回路１７がサーモサイフォン利用による自然循環回路とされており、第２循環回路１６がポンプ利用による強制循環回路とされている。スターリング冷凍機と気液分離体１５と高温側蒸発器１４とは、機械室１３内に配置されており、この機械室１３は、スターリング冷却庫１００の略中央部に配置されている。なお、サーモサイフォンとは、熱媒体の蒸発／凝縮たとえば水の気化／液化による自然対流を利用し熱伝達を行なう熱輸送系をいう。そして、自然対流とは、流体内に温度や濃度の勾配があると、流体内中に密度差が生じ密度の不均一によって生じる流れをいう。

図２に示されるように、スターリング冷却機５０は、先端部側に形成され冷熱を生成する吸熱部５２と、吸熱部５２より後端部側に形成された放熱部１８とを備えている。スターリング冷凍機５０の上方には、気体状の熱媒体（例えば水蒸気）を凝縮する凝縮器５３が配置されている。この凝縮器５３と高温側蒸発器１４との間には、凝縮器連通パイプ２０ａ、２０ｂが設けられている。凝縮器連通パイプ２０ａは、高温側蒸発器１４にて生成された気体状の熱媒体が流通しており、凝縮器５３の上面側に接続されている。また、凝縮器連通パイプ２０ｂは、凝縮器５３内にて液化された液体状の熱媒体（例えば水）が流通しており、凝縮器５３の下面側に接続されている。

また、図１において、高温側蒸発器１４の底部と気液分離体１５との底部とは、連結パイプ２１により接続されている。第２循環回路１６の一方の端部は、気液分離体１５の底部に接続されており、第２循環回路１６の他方の端部は、高温側蒸発器１４の上端部に接続されている。また、第２循環回路１６は、冷凍室１２のドアパッキン付近に配置された発露防止パイプ１６ａ、１６ｂ、１６ｃを備えている。発露防止パイプ１６ａは、冷凍室１２の底辺部分に配置され、発露防止パイプ１６ｂは冷凍室１２の一方の側辺部分および上辺部分に配置されており、さらに、発露防止パイプ１６ｃは冷凍室１２の他方の側辺部分に配置されている。また、発露防止パイプ１６ａは、スターリング冷却庫１００の背面側に形成された分岐部１６ｄで、発露防止パイプ１６ｂと発露防止パイプ１６ｃとに分岐する。分岐部１６ｄより僅かに上流側には、液体状の熱媒体を強制循環させるポンプ３０が配置されている。なお、このポンプ３０としては、例えば、圧電ポンプが用いられる。

すなわち、第２循環回路１６は、蒸発器１４の下流側に配置された気液分離体１５と、気液分離体１５の下流側に配置された発露防止パイプ１６ａと、発露防止パイプ１６ａの下流側に配置されたポンプ３０と、ポンプ３０の下流側に配置された分岐部１６ｄと、分岐部１６ｄにて並列に配置された発露防止パイプ１６ｂ、１６ｃとを備え、蒸発器１４を介して熱媒体が循環可能とされており、高温側蒸発器１４より下方に延在するように配置されている。

図３は、機械室１３付近の概略構成を示す断面図であり、この図３に示されるように、高温側蒸発器１４は、２分割された構成とされており、円柱状に形成された放熱部１８を両側面から挟みこむ構成とされている。また、高温側蒸発器１４内は、熱媒体が放熱部１８の温度で蒸発可能なように、大気圧より低く設定されている。

第１循環回路１７は、冷蔵室１１のドアパッキン当接部に配置された発露防止パイプ１７ａ、１７ｂ、１７ｃと、接続パイプ１７ｄ、１７ｅとを備える。発露防止パイプ１７ａは、冷蔵室１１の開口部の側辺部分に配置されており、接続パイプ１７ｄにより凝縮器連結パイプ２０ａ、２０ｂに接続されている。発露防止パイプ１７ｂは発露防止パイプ１７ａの下流側に配置され、冷蔵室１１の開口部の上辺部分に配置されている。また、発露防止パイプ１７ｃは、発露防止パイプ１７ｂの下流側に配置されており、冷蔵室１１の開口部の側辺部分に配置されている。さらに、発露防止パイプ１７ｃは、接続パイプ１７ｅにより連結パイプ２１に接続されている。このため、第１循環回路１７は、高温側蒸発器１７より上方に配置された発露防止パイプ１７ａ〜１７ｃを備え、高温側蒸発器１４を介して、第２循環回路１６に接続されており、高温側蒸発器１４内の熱媒体が、発露防止パイプ１７ａ〜１７ｃ内を巡り、第１循環回路１６を介して、再び、高温側蒸発器１４内に戻るように、高温側蒸発器１４より上方に延在している。

発露防止パイプ１７ｃの下端部側と接続パイプ１７ｅとは、高温側蒸発器１４内に満たされた液体状の熱媒体の液面より下方に配置されている。このため、発露防止パイプ１７ｃの下端部側と、接続パイプ１７ｅとには、液体状の熱媒体が満たされている。なお、本実施の形態１においては、気液分離体１５が設けられているが、図４に示されるように、気液分離体１５を設けなくてもよい。また、気液分離体１５は、気体と液体とを分離することができればよく、例えば、タンク、他の配管より拡径された管等により構成されている。

上記のターリング冷却庫１００においては、高温側蒸発器１４内の熱媒体の一部が蒸発することにより、放熱部１８が冷却される。そして、蒸発した気体状の熱媒体は、凝縮器連結パイプ２０ａを通って凝縮器５３に送られ、凝縮器５３内にて液化される。気体状の熱媒体が凝縮器連結パイプ２０ａを流通する際、気体状の熱媒体の一部が接続パイプ１７ｄ内に入り込む。接続パイプ１７ｄに入り込んだ気体状の熱媒体は、順次発露防止パイプ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ内を流通する。発露防止パイプ１７ａ〜１７ｃ内を流通する気体状の熱媒体は、高温側蒸発器１４内で高温とされており、冷蔵室１１のドアパッキン当接部付近を暖めて、発露の発生を抑制する。その一方で、発露防止パイプ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ内を流通する気体状の熱媒体は、発露防止パイプ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを流通する間に、冷やされて順次液化する。そして、液化した熱媒体は、発露防止パイプ１７ｃ内に流れ込む。

第１循環回路１７内を流れる気体状の熱媒体が、発露防止パイプ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを流通する間に漸次液化すると、第１循環回路１７内の内圧が低くなる。このため、高温側蒸発器１４にて生成された気体状の熱媒体が、接続パイプ１７ｄ内に入り込み、順次気体状の熱媒体が第２循環回路内に供給される。このように、第１循環回路１７の取り入れ口である接続パイプ１７ｄは、高温側蒸発器１４の上方に配置されているため、高温側蒸発器１４で生成された気体状の熱媒体は、接続パイプ１７ｄから第１循環回路１７内に入り込み易くなっている。また、第１循環回路１７内の気体状の熱媒体は、自然循環するため、第１循環回路１７内にポンプ等を設置する必要がない。

そして、発露防止パイプ１７ｃは、接続パイプ１７ｅにより連結パイプ２１に接続されているため、第１循環回路１７内にて液化した熱媒体は、第２循環回路１６に入り込む。第２循環回路１６内には、第１循環回路１７内にて液化した熱媒体と、高温側蒸発器１４内の液体状の熱媒体とが流通する。これら、液体状の熱媒体は、まず、気液分離体１５で、液体状の熱媒体と、気体状の熱媒体とが分離される。そして、分離された液体状の熱媒体が、気液分離体１６の下端部から発露防止パイプ１６ａ、１６ｂ、１６ｃに送り込まれ、冷凍室１２のドアパッキン当接部付近の発露を防止する。また、第２循環回路内の熱媒体を強制循環させるポンプ３０に流れ込む液体状の熱媒体は、既に、気液分離体１５にて気体状の熱媒体が分離されているため、ポンプ３０でキャビテーションが生じ難く、第２循環回路１６内の液体状の熱媒体を安定的に循環させることができる。

このように、本実施の形態に係るスターリング冷凍機１００は、高温側蒸発器１４より上方に延在し、高温側蒸発器１４と連通し、気体状の熱媒体が高温側蒸発器１４から送り込まれ、熱媒体が自然循環し、発露防止機能を有する第１循環回路１７と、高温側蒸発器１４より下方に延在し、液状の熱媒体が高温側蒸発器１４から供給され、熱媒体が強制循環する第２循環回路１６と、第２循環回路１６内で熱媒体を強制循環させるポンプ３０とを備えている。また、第１循環回路１７と第２循環回路１６とは、接続されており、第１循環回路１７において凝縮して液状となった熱媒体を第２循環回路１６に供給可能とされている。

上記のように構成されたスターリング冷却庫１００は、気体状の熱媒体が発露防止パイプ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ内を滞りなく循環するため、冷蔵室１１のドアパッキン当接部付近を安定的に温めることができ、発露の発生を抑制することができる。

すなわち、高温側蒸発器１４内の熱媒体の液面より上方に配置された冷却室のドアパッキン当接部には、気体状の熱媒体を循環させ、高温側蒸発器１４内の熱媒体の液面より下方に配置された冷却室のドアパッキン当接部付近には、液体状の熱媒体を循環させることにより、熱媒体を良好に流通させることができる。また、第１循環回路１７内の熱媒体は、自然循環するため、第１循環回路１７内にポンプを設ける必要がなく、ポンプ３０を小型化することができ、ポンプ３０およびスターリング冷却庫１００のコストの低廉化を図ることができる。その上、高温側蒸発器１４内にて生成された気体状の熱媒体は、第１循環回路１７で冷蔵室１１のドアパッキン当接部に発露が発生することを抑制し、さらに、第１循環回路１７内で液化した熱媒体は、第２循環回路１６にて再度利用され、冷凍室１２のドアパッキン当接部に発露が発生することを抑制するため、熱媒体が有する熱の多くを発露防止に有効活用することができ、熱媒体を確実に冷却することができる。

さらに、第１循環回路１６内を循環する熱媒体は、気液分離体１５によりポンプ３０に流れ込む液体状の熱媒体は、既に、気体状の熱媒体が分離されているため、ポンプ３０にキャビテーションが生じ難く、第２循環回路１６内の液体状の熱媒体を安定的に循環させることができる。このため、冷蔵室１３のドアパッキン当接部付近にて発露が発生することを安定的に抑制することができる。

（実施の形態２）
図５を用いて、本発明に係る実施の形態２について説明する。図５は、本実施の形態２に係るスターリング冷却庫２００の機械室１３付近の概略構成を示す断面図であり、この図５に示されるように、第１循環回路１７の接続パイプ１７ｅは、高温側蒸発器１４の下端部側に接続されている。すなわち、接続パイプ１７ｅは、高温側蒸発器１４内に熱媒体の液面より下方で、高温側蒸発器１４に接続されている。このため、第１循環回路１７は、高温側蒸発器１４を介して第２循環回路１６に接続されている。

すなわち、第１循環回路１７は、高温側蒸発器１４より上方に配置された発露防止パイプ１７ａ〜１７ｃを備え、高温側蒸発器１４を介して第２循環回路１６に接続されて、高温側蒸発器１４内の熱媒体が、発露防止パイプ１７ａ〜１７ｃを巡り、そして、高温側蒸発器１４に再び戻るように配置されている。なお、上記構成以外の構成は、上記実施の形態１と同様の構成とされている。

このように構成されたスターリング冷却庫２００は、発露防止パイプ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ内を循環することにより、液化した熱媒体は、高温側蒸発器１４内に戻される。そして、高温側蒸発器１４内に戻された熱媒体の一部は、高温側蒸発器１４内にて再び蒸発させられて、放熱部１８を冷却する。そして、高温側蒸発器１４内に戻された熱媒体の残りは、第２循環回路１６内に供給され、再び、高温側蒸発器１４内に戻される。このスターリング冷却庫２００によれば、第１循環回路１７内にて液化した熱媒体を、高温側蒸発器１４内にて放熱部１８の冷却に利用することができ、そして、再び、第１循環回路１７にて、冷蔵室１１のドアパッキン当接部の発露を抑制するために利用することができる。なお、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、第１循環回路１７内には気体状の熱媒体が循環し、また、第１循環回路１７内にて液化した熱媒体の一部は、第２循環回路１６内に供給されるため、上記実施の形態１と同様の作用・効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図６を用いて、本実施の形態３について説明する。図６は、本実施の形態３に係るスターリング冷却庫３００の機械室１３付近の概略構成を示す断面図であり、この図６に示されるように、接続部１７ｄが高温側蒸発器１４の上端部側に接続されており、また、接続部１７ｅも高温側蒸発器１４の上部側に接続されている。

すなわち、第２循環回路１７は、発露防止パイプ１７ａ、１７ｂ、１７ｃと、接続パイプ１７ｄ、１７ｅとを備え、高温側蒸発器１４を介して、冷蔵室１２のドアパッキン当接部付近を循環するように構成されている。なお、上記構成以外の構成は、上記実施の形態１または実施の形態２と同様に構成されている。

このように構成されたスターリング冷却庫３００においては、接続部１７ｅが高温側蒸発器１４内の熱媒体の液面より上方に接続されているため、発露防止パイプ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ内で液化した液体状の熱媒体は、接続パイプ１７ｅを介して、高温側蒸発器１４内に戻される。つまり、接続パイプ１７ｅ内および発露防止パイプ１７ｃ内は、気体状の熱媒体が流通している。このように、気体状の熱媒体が第２循環回路１７内を循環しやすいため、循環する気体状の熱媒体が液化しやすく、接続部１７ｄから新たな気体状の熱媒体が第２循環回路１７内に入り込みやすい。

すなわち、第２循環回路１７内の気体状の熱媒体が良好に自然循環し、安定的に冷蔵室１１のドアパッキン当接部付近を温めることができ、発露を安定的に抑制することができる。なお、本実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様の作用・効果を得ることができる。また、本実施の形態３は、上記実施の形態１と同様に、第１循環回路１７内には気体状の熱媒体が循環しているため、上記実施の形態１と同様の作用・効果を得ることができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態の特徴を適宜組合せることも当初から予定されている。また、今回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えられるべきである。本発明の範囲は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変更が含まれることが意図される。

本発明は、スターリング冷却庫に好適である。

実施の形態１に係るスターリング冷却庫の概略構成を示す斜視図である。 スターリング冷凍機の側面図である。 図１に示されたスターリング冷却庫の機械室付近の概略構成を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係るスターリング冷却庫の機械室付近の概略構成を示す断面図である。 実施の形態２に係るスターリング冷却庫の機械室付近の概略構成を示す断面図である。 実施の形態３に係るスターリング冷却庫の機械室付近の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 外箱、１１ 冷蔵室（冷却室）、１２ 冷凍室（冷却室）、１３ 機械室、１５ 気液分離体、１６ 第２循環回路、１７ 第１循環回路、１８ 放熱部、３０ポンプ。

Claims (3)

1. 放熱部と吸熱部とを含むスターリング冷却機と、
   前記放熱部に設けられ、熱媒体を蒸発させて前記放熱部を冷却する蒸発器と、
   外箱の前面開口部に配設した発露防止パイプに前記熱媒体を循環させる循環回路と、を備えてなるスターリング冷却庫において、
   前記循環回路を前記蒸発器の高さ位置より上方に位置する第１循環回路と下方に位置する第２循環回路とに分割して、前記第１循環回路をサーモサイフォン利用による自然循環回路とし、前記第２循環回路をポンプ利用による強制循環回路としたことを特徴とするスターリング冷却庫。
2. 前記第２循環回路を前記蒸発器・前記ポンプ・発露防止パイプ・前記蒸発器の順に接続して構成し、前記発露防止パイプを並列にしたことを特徴とする請求項１に記載のスターリング冷却庫。
3. 前記蒸発器と前記ポンプとを接続する配管の一部を、発露防止パイプの一部として利用したことを特徴とする請求項２に記載のスターリング冷却庫。

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