JP2006500546A

JP2006500546A - 冷却機能付き携帯断熱容器

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Publication number: JP2006500546A
Application number: JP2004540048A
Authority: JP
Inventors: ネバド，ホセ，エンリケ; ベーニッヒ，ジェームズ，マイケル
Original assignee: Coleman Co Inc
Current assignee: Coleman Co Inc
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2006-01-05
Also published as: US20040055313A1; EP1546620A1; WO2004029526A1; US6751963B2; CA2498394A1; AU2003268475A1

Abstract

スターリング冷却技術を利用した断熱容器であって、断熱容器およびスターリング冷却器は、電池、燃料電池、ソーラーパネルなどの携帯電源を備え、スターリング冷却器は、ヒートシンクおよびファンを介して、断熱用器内のライナに直接取り付けられ、または、スターリング冷却器用の受熱器に接続され、断熱用器内に巡らされたサーモサイフォンまたはヒートパイプを介して、断熱容器の内部を冷却し、制御器により、スターリング冷却器のサイクルを調節し、断熱容器の内部温度を制御できる。該断熱容器は、冷凍庫と冷蔵庫の両方を備えることができる。

Description

本発明は、一般的に断熱容器に関し、さらに詳しくは冷却装置を有する断熱容器に関する。

「クーラ」とも呼ばれる断熱容器は、現代の生活に広く行き渡っている。断熱容器は、ピクニックに、あるいはキャンプまたはスポーツイベントなどの野外活動に、しばしば使用される。加えて、断熱容器は、医療産業でも普及してきており、輸送中に低温に維持する必要のある移植用臓器および他の物品を移動するために使用される。また、傷みやすい食品、飲料、医薬品、および環境試料などの商品を輸送する必要性が重要さを増すようになってきている。

現在の断熱容器の一つの弱点は、断熱容器が物品を低温に維持できる時間が限られていることである。例えば、断熱容器で氷を使用する場合、クーラは氷の溶解を阻止するのに必要な低温の内部温度を維持することができないので、氷は往々にして溶解する。冷凍アイスパックはあまり長く維持できない。従来の蒸気サイクルシスは、効率的ではあるが、非常に大きくかつ重い。これらのシステムの大部分は、運転のために１１０ボルトのコンセントを必要とする。最近では、１２ボルトまたは２４ボルトのシステムが、わずかに入手可能であるが、これらのシステムもまた、大きくかつ重い。１２ボルトおよび２４ボルトの蒸気サイクルシステムには、輸送中の振動の問題もある。さらに、吸収または吸着方式の冷凍機があるが、これらは、振動が激しいと機能せず、正しい向きに設置しないと、装置が故障する原因になることがある。蒸気サイクル冷凍機と同様に、これらのクーラシステムは重く、かつ、冷凍するためにアンモニアを使用しなければならない。

断熱容器の別の弱点は、長時間、冷凍温度に維持することができないことである。この問題を解決するために、多くの会社はしばしばドライアイスを使用して、断熱容器の中身を低温に維持している。しかし、ドライアイスも時間に限りがあり、また、その使用および取扱いは難しい。

低温を長時間維持できる断熱容器を提供するために、最近使用されるようになった一つの解決策に、断熱容器の構成部品として冷却装置を設けることがある。このような冷却装置は、一般的に、冷却を達成するためにＡＣコンセントまたは車のシガレットライタにプラグを差し込む必要がある。かかる冷却装置は、断熱容器内の物品を冷却するのにはよく機能するが、必ずしもＡＣコンセントまたは同様の電源が容易に利用できるとは限らない。

本発明は、スターリング冷却器の技術を利用した断熱容器を提供する。

本発明の一態様では、断熱容器およびスターリング冷却器は、これらに結合される内蔵式携帯電源を備える。携帯電源として、バッテリ、燃料電池、可撓性ソーラパネル、スターリング発電機、または、燃焼機関発電機を用いることができる。

本発明の別の実施形態では、スターリング冷却器は、多種多様な方法で断熱容器に冷却機能を付与することができる。一例では、ヒートシンクをスターリング冷却器の冷却部（つまり受熱部）に取り付け、ファンでヒートシンクを介してクーラの断熱内部に送風することにより、断熱内部を冷却することができる。別の例として、ヒートパイプまたはサーモサイフォンをスターリング冷却器の受熱部に取り付け、サーモサイフォンの作動流体（例えば水）をスターリング冷却器の受熱部から断熱容器内に循環させてもよい。一実施形態では、ヒートパイプまたはサーモサイフォンを、冷却される区画室の内部に連結するコイルとして配設し、スターリング冷却器を該区画室の外側に配置する。別の実施形態では、ヒートパイプまたはサーモサイフォンを、クーラの下部の周囲に延在させ、これらは隣接する金属ライナを備える。代替的に、ヒートパイプまたはサーモサイフォンを、クーラの頂部の周囲に、隣接する金属ライナ付きで、配設する。また、ヒートパイプを、クーラの内部ライナに外から取り付けられ、次いで、所定の場所に発泡された金属板に取り付けてもよい。これにより、掃除しやすい内部を有する断熱容器を提供できる。

本発明の別の態様では、ヒートシンクおよびファンを使用する場合、断熱容器は冷蔵機能のみを提供する。しかし、ヒートパイプまたはサーモサイフォンを使用する場合、スターリング冷却器の循環を増大させることができるので、同じ断熱容器を同時に冷凍庫として使用することもできる。スターリング冷却器の循環を調整する制御装置を設けることで、断熱容器の内部温度を制御することができる。必要に応じて、スターリング冷却器の循環を変化させ、受熱器が温度を十分に調節できるようにして、必要に応じて、ヒートパイプまたはサーモサイフォンを有する断熱容器を、冷蔵庫または冷凍庫として選択的に使用することができる。

本発明のさらに別の態様では、ヒートパイプまたはサーモサイフォンを使用する断熱容器は、追加的に、冷蔵機能を有する断熱容器内に別の区画室を設けて、冷凍部とすることができる。本発明のこの実施形態の一態様では、冷凍部と冷蔵部との間に、調整可能なあるいは固定式の小さな開口が設けられる。冷気は冷凍部から冷蔵部へ流動し、冷蔵機能を達成するのに十分な冷却がなされる。代替的に、小孔を設ける代わりに、二つの区画室間の断熱材を十分に薄くして、二つの容器間に熱の移動がなされるようにしてもよい。さらに、冷凍室および／または冷蔵室から断熱され、冷凍も冷却も全くされない、別の区画室を設けてもよい。さらに別の断熱容器では、スターリング冷却器の高温部（除熱器側）からの熱を、区画室の加温または加熱に利用できるようにしてもよい。

本発明の別の態様では、スターリング冷却器の高温部（除熱器側）にヒートシンクが設けられる。このヒートシンクおよびスターリング冷却器の高温部は、断熱容器の外側に取り付けるとよい。これらを内部に取り付ける場合には、冷却される区画室とは分離された区画室内に取り付ける。スターリング冷却器の除熱器に取り付けられたヒートシンクから遠ざけるように熱を伝達するために、ファンが設けられる。区画室内に取り付けられる場合には、クーラから外に熱気を排出させるために、クーラ側に孔を設けるとよい。

本発明のスターリング冷却器は、非常にわずかなエネルギ入力しか必要としない携帯可能な冷蔵または冷凍装置を提供する。装置は、各々特定の区画室により、加熱、自然放熱、冷蔵、もしくは冷凍の各機能、またはこれらの機能の任意の組合せを提供することができる。加えて、本発明は、スターリング技術を使用するので、冷蔵装置は無公害で、静音、軽量、かつ、効率的である。

他の利点は、以下の詳細な説明および添付の図面により、明らかにされる。

以下の詳細な説明では、本発明の様々な態様について記載する。説明のために、特定の形態および詳細を記述して、本発明の完全な理解を図っている。しかし、特定の詳細な説明がなくても本発明を実施できることも、当業者には明らかである。さらに、本発明を不明瞭にしないために、周知の特徴については省略または簡素化することがある。加えて、「上」、「下」、「前」、「後」など、本発明についての方向が記述されるが、方向は発明に対する理解を補助するためのものであって、本発明を限定することを意図するものではない。

図面について言及するが、幾つかの図を通して同様の参照番号は同様の部品を表わしている。図１は、本発明で使用することができるスターリング冷却器を示す。スターリング冷却器は当該技術分野で公知であり、例えば、オハイオ州アセンズのグローバル・クーリング社（Global Cooling, Inc.）によって開発されている。スターリング冷却器は公知であるが、便宜のために、ここで簡単に説明する。

一般的に、スターリング冷却器（例えば、スターリング冷却器２０）は、ヘリウムのような少量の作動流体を含んだ密封カプセルを備える。カプセルは、二つの可動部品、すなわちピストン２２およびディスプレーサ２４を備える。ピストン２２はＡＣリニアモータ２６によって前後に駆動される。

スターリング冷却器サイクルは、リニアモータ２６へのＡＣ入力により開始する。この入力は、ピストン２２に固定されたマグネットリング３２を駆動する。ピストン２２は、移動するマグネットリング３２に固定しているので、ピストン２２はリニアモータ２６によって駆動される。ピストンの揺動運動は作動流体を圧縮および膨張させる。

ディスプレーサ２４は、スターリング冷却器２０の上部で自由に浮動している。この上部は再生器３６と呼ばれる。作動流体は、ディスプレーサ２４の周りを前後に自由に流動する。ディスプレーサ２４は、受熱器２８と呼ばれるスターリング冷却器２０の低温側から、除熱器３０と呼ばれる高温側へと、作動流体を前後に往復させる。膨張中に熱は受熱器２８に吸収され、圧縮中に圧縮熱は除熱器３０で除去される。図１に示すスターリング冷却器２０は、その下部に吸収体３４を備え、これは、基本的にスターリング冷却器のバランスをとる質量ばねシステムである。吸収体３４は、運転中のディスプレーサ２４およびピストン２２が揺動することによる振動を吸収する。

簡単に説明すると、本発明はスターリング冷却器（例えばスターリング冷却器２０）の受熱器２８（低温部）を利用して、断熱容器内に冷蔵または冷凍の機能をもたらす。断熱容器、および冷蔵または冷凍のために受熱器２８を利用する構造体の多種多様な形態について以下に述べる。

本発明の一実施形態では、スターリング冷却器の運転中に発生する熱を放散させるために、スターリング冷却器２０の除熱器３０（高温部）に、ヒートシンクのような構造体を設ける。構造体は、以下に述べるように、冷却される断熱容器の区画室の外側に配設することが好ましい。

図２は、除熱器３０によって発生する熱を放散するために使用される、ラップアラウンドヒートシンク４０の一部分を示す。図示する実施形態のラップアラウンドヒートシンク４０は、波形金属片から作られるが、任意の構造をとることもでき、あるいは任意の適切な熱伝導性材料により形成してもよい。ラップアラウンドヒートシンク４０は、その外周に幅広の波形（襞）４２を、その内側に幅狭の波形（襞）４４を備える。ラップアラウンドヒートシンク４０の外面の中央部付近には欠刻４６が設けられる。

ラップアラウンドヒートシンク４０は、設置されたときに、図３に示す通り、スターリング冷却器２０の除熱器３０の上に位置する。幅狭の波形４４は、再生器３６の側面に対し嵌合される。除熱器３０とラップアラウンドヒートシンク４０との間の熱伝導をより効果的にするために、除熱器３０とラップアラウンドヒートシンク４０の接続部にサーマルグリースを使用してもよい。以下に述べるように、運転中に、除熱器３０によって発生する熱の除去を助けるために、ファンを使用してもよい。ファンは、ラップアラウンドヒートシンク４０に対し送風することが好ましく、ラップアラウンドヒートシンク４０の波形内にまたは波形上に送風するように構成するとよい。

当該技術分野で公知の通り、ラップアラウンドヒートシンク４０のようなヒートシンクは、構造体内の熱を放散するために利用可能な表面積を増大する。除熱器３０は非常に幅狭の帯である。ラップアラウンドヒートシンク４０は、幅狭の除熱器３０に集中し、かつ熱放散がより効果的になるように除熱器に熱的に接続される材料の表面積を増大するので、特によく機能する。

本発明の一態様では、断熱容器の一つまたはそれ以上の区画室から受熱器を介して熱を除去するために、受熱器２８に熱伝達装置を取り付けるか、他の方法で関連付ける（つまり、受熱器はこれらの区画室の冷却をもたらす）。例えば、熱伝達装置は、受熱器２８と接続され、かつ、受熱器２８で発生する冷却器温度を放散または拡散させる（つまり受熱器で熱を除去する）ヒートシンクを含むことができる。以下で述べるように、このヒートシンクは、受熱器２８で発生する冷却器温度を、例えば断熱容器の区画室内に放散するために使用する。この方法により、ヒートシンクは断熱容器の区画室から熱を除去し、区画室の冷蔵を達成する。

出願人は、中央処理装置（「ＣＰＵ」）用に製造され、受熱器２８に適合するように改造されたヒートシンクが、受熱器２８で発生するクーラ温度を放散するのに特にうまく機能することを見出した。このようなヒートシンク５０の一例を図４に示す。ヒートシンク５０は、例えば、台湾台北県のパワー・クーラ・エンタプライズ社（Power Cooler Enterprise Co, Ltd.）によって製造されたモデルとすることができる。他のヒートシンクを使用することができるが、ＣＰＵを冷却するように設計されたヒートシンクは、７０〜１００ワットの熱を放散するように設計されており、本発明の一実施形態では、受熱器２８は、７０ワット未満のエネルギを放散する必要があるので、特によく機能する。

図４に示すヒートシンク５０の頂部にファン５２を取り付ける。ファン５２は、ヒートシンク５０から外方に送風するように構成されるが、受熱器２８と共に使用されるヒートシンクに対して他の方法で、例えば、ヒートシンクを横切ってあるいはヒートシンク内を下方に送風するように、一つまたはそれ以上のファンを配設してもよい。

ヒートシンク５０は、受熱器２８の周りに延在するように構成された渦巻きフィン５４を備える。ＣＰＵの頂部に取り付けるように設計されたヒートシンクを使用する場合、渦巻きフィン５４は、受熱器２８の上に取り付けることができるように、コア部を除去する。代替的に、渦巻きフィンは、単に受熱器２８の端部に取り付けてもよい。しかし、受熱器２８の上に渦巻きフィン５４を取り付けることにより、より大きい熱伝導が得られ、受熱器で発生する冷却器温度のより良好な放散が達成される。渦巻きフィン５４は、サーマルグリースによって、または他の適切な手段によって、受熱器２８に取り付けられる。

渦巻きフィン５４に上部スカート５６を取り付ける。上部スカート５６は、ヒートシンク５０にさらなる表面積をもたらし、熱放散を増大させる。受熱器２８とヒートシンク５０との間の熱伝達が最大になるように、上部スカート５６および渦巻きフィン５４は両方とも、熱伝導性の高い金属、例えば、銅またはアルミニウムから作成することが好ましい。

図５は、組み立てられたスターリング冷却器２０、ラップアラウンドヒートシンク４０、およびヒートシンク５０を示す。図示の通り、ラップアラウンドヒートシンク４０およびヒートシンク５０の構成および位置は、それらの間に間隙５７が形成されるようになっている。本発明の一実施形態では、ヒートシンク５０および受熱器２８、およびしたがってスターリング冷却器２０の低温放出部は、間隙５７の上に位置する。間隙５７の下には、ラップアラウンドヒートシンク４０および受熱器３０、つまりスターリング冷却器２０の熱放出部がある。加えて、間隙５７の下にはスターリング冷却器２０用の投入口５８がある。投入口５８は、ヘリウムまたは別の適切な作動流体をスターリング冷却器２０内に導入する場所である。電源（例えば、ＡＣワイヤ）５９も間隙５７の下に配置される。

図６は、スターリング冷却器２０、ヒートシンク５０、および、ラップアラウンドヒートシンク４０を備える断熱容器６０の概略を示す。断熱容器６０は、前壁６２、後壁６４、左側壁６６、および、右側壁６８を含む。断熱容器は、例えば、ポリウレタン、耐衝撃性ポリスチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ポリエチレン、または別の適切な耐衝撃性の熱可塑性断熱材料から形成された断熱材を備える。断熱材は、断熱容器６０の側面および頂部から有意量の熱が損失されないように、十分な断熱性を有することが好ましい。断熱容器６０の蓋をしっかりと嵌合わせ、Ｏリングおよび当該技術で公知のロックで密閉することが好ましい。そのような構造は、蓋の閉鎖部から生じる熱損失を最小化する。

スターリング冷却器２０は、壁６２、６４、６６、６８の一つを介して、またはクーラの頂部または底部を介して取り付けられる。図示した例では、スターリング冷却器２０は右側壁６８を介して取り付けられる。この目的のために、右側壁６８に孔（図示せず）が設けられる。孔は、再生器３６の周りにきつく嵌合し、かつ、間隙５７と整列する寸法に形成される。本発明の一態様では、ヒートシンク５０および受熱器２８は、断熱容器６０内で冷却される区画室の内部に取り付けられ、ラップアラウンドヒートシンク４０および除熱器３０は冷却される区画室の外側に取り付けられる。

ファン７０は、ラップアラウンドヒートシンク４０を横切って空気を送風するように配置されている。ファン７０は、断熱容器６０の側面に取り付けられる筐体７１内に取り付ける。筐体７１にスターリング冷却器２０を収容するようにしてもよい。ファン７０は、ラップアラウンドヒートシンク４０を横切るように空気を送風するように図示されているが、ファン７０は代替的に、ファンが熱をエンクロージャ７１から外に引き出すように、それが外方（つまり筐体７１の側面の孔７６から外）を向くように配設することができる。

必要に応じて、ラップアラウンドヒートシンク４０で放散される熱は、筐体７１を加温または加熱するために使用することができる。そのような実施形態では、熱の損失を防止するために、筐体７１も断熱するようにしてもよい。加熱される筐体７１は、加温または加熱された状態に維持する必要のある物品の貯蔵に使用することができる。

図６に示す構成は、スターリング冷却器２０の冷却部品すなわちヒートシンク５０および受熱器２８が、冷却される区画室の内部に配置されるという点で有利である。つまり、これらの構成部品は断熱容器６０内に配置される。対照的に、スターリング冷却器２０の被加熱部、すなわち除熱器３０およびラップアラウンドヒートシンク４０は、これらを断熱容器６０の内部、例えば筐体７１内に置くとしても、冷却される区画室の外側に配置される。加えて、投入口５８、ＡＣワイヤ５９、スターリング冷却器２０用のバッテリ７２、ならびにスターリング冷却器２０用の制御箱７４は全て、冷却される区画室の外側に取り付けるが、筐体７１の内部に取り付けてもよい。ファン７０によってラップアラウンドヒートシンク４０に対して送られた熱気を逃がすために、筐体７１の側面に開口７６を設ける。筐体７１を加温区画室として使用する場合には、開口は設けなくてよい。別の実施形態では、開口７６の外側に別個の加温区画室を配設し、開口を通して吹き付けられる熱を、別個の区画室を加温するために使用する。

スターリング冷却器２０の熱発生要素を冷気発生要素から構造的に分離することによって、ヒートシンク５０および受熱器２８からの冷気は、断熱容器６０の冷蔵室内部に提供され、熱は、例えば、ファン７０によって冷蔵部から離れ、孔７６から出る（または筐体７１に入る）ようにされる。さらに、ファン７０、バッテリ７２、制御箱７４、および投入口５８は全て、断熱容器６０の冷却部を開けなくても、容易にアクセスすることができる。筐体７１を暖温区画室として使用する場合には、断熱容器６０の右壁６６が、スターリング冷却器の低温部を暖温区画室から分離する。

図７は、スターリング冷却器２０を使用して断熱容器に冷凍庫を形成する、代替実施形態を示す。図７に示す実施形態では、熱伝達装置はサーモサイフォン８２を備える。サーモサイフォン８２は、低温流体を受熱器２８から断熱容器８０の冷凍区画室８４内へ移送するために使用される。サーモサイフォン８２は、代替的にヒートパイプとしてもよい。

ヒートパイプおよびサーモサイフォンの機能および動作は周知であるが、便宜のために、ここで簡単に説明する。一般的にヒートパイプまたはサーモサイフォンは、その長さに沿って絶えず流動する作動流体を含む。サーモサイフォン（例えば、図７のサーモサイフォン８２）の場合、冷却された液体は冷却源（例えば、本発明の受熱器２８）を出て、パイプ内を流下し、次いで再び冷却源に戻る。液体は、断熱容器の内部から熱を吸収するので、ループの下流部の移動中に蒸発する。流体は、冷却源に戻ってくる前に、しばしば完全に蒸気になる。次いで、蒸気は冷却源で凝縮し、再び流下し始め、サイクルを繰り返す。液体の流下により、作動要素がなくても、流体はシステム内を移動し続ける。サーモサイフォン８２は、冷却源と同一温度近くに維持され、本発明では、冷凍区画室８４の内部を冷却または冷凍するために使用される。ヒートパイプは、同様に作動するが、流体をパイプ内で移動させるために、重力の代わりに、流体に毛細管ポンピングをもたらすウィックを利用する。

サーモサイフォン内の流体は加圧する必要がないので、流体はループの下方部分を流動するときに気化する。図７に示す実施形態の場合、サーモサイフォン８２は、冷凍区画室８４の一側面に沿って内部に蛇行経路をとるように配設される。サーモサイフォン８２は、スターリング冷却器２０の残りの部分とともに冷凍区画室８４の外側（例えば、別個の筐体内）に設置された受熱器２８に取り付けられる。スターリング冷却器２０は、図示した実施形態では直立型なので、受熱器２８はサーモサイフォン効果を増強するように構成される。しかし、スターリング冷却器２０の構造として、例えば、水平、あるいは上下逆に配置することもできる。ラップアラウンドヒートシンク４０の冷却のために、ファン７０を使用してもよい。

サーモサイフォン８２は、溶接、あるいはサーマルグリースまたは感熱接着剤の使用など、適切な方法で受熱器２８に取り付けられる。サーモサイフォン８２は、流体が受熱器２８を出て、冷凍区画室８４の側面の孔内を移動し、蛇行経路に沿って冷凍区画室の底部まで流下し、冷凍区画室の壁の別の孔から外に出て、次いで受熱器２８に戻る。サーモサイフォン８２内の流体は、受熱器２８の近傍において凝縮して液体になり、サーモサイフォン８２の蛇行経路を流下するときに気化して蒸気になり、受熱器２８に戻る。

サーモサイフォン８２は、作動部品がなくても、移動流体の絶え間ない流動を提供する。サーモサイフォン８２内の流体の気化および凝結が、流体の連続移動のための機能を提供する。流体として、例えば、二酸化炭素、アルゴン、ベンゼン、アルコール、または水を用いることができる。サーモサイフォン８２の低温流体は、断熱容器８０の冷凍区画室８４内に十分な熱伝導を提供するので、区画室は、区画室内の食品または他の物品を冷凍するのに十分な温度に維持される。

必要に応じて、冷凍区画室８４内の熱伝達を増強するために、金属ライナ８６（図８）を設けてもよい。金属ライナをヒートパイプまたはサーモサイフォンと共に使用することは必須ではないが、金属ライナは、冷凍区画室８４内の熱伝達を高めることができる。金属ライナ８６は、厚さ１／１６ないし１／１８インチ（１．４１〜１．５９ｍｍ）の任意の適切な熱伝導性材料、例えばアルミニウムにより形成する。図８では、金属ライナ８６は、冷凍区画室８４の周りに延在するように図示されているが、冷凍区画室の周りの一部分にだけ延在させてもよく、あるいは、サーモサイフォン８２が配列されている壁に沿ってのみ延在させてもよい。

サーモサイフォン８２は、例えば、溶接またはサーマルグリースによって金属ライナ８６に取り付けられる。代替的に、本発明の一態様では、断熱容器をサーモサイフォン８２および金属ライナ８６の周りに形成してもよい。断熱容器の発泡プロセスにより、サーモサイフォン８２を金属ライナ８６の内縁に当てて楔止することができる。図１２に示すように、金属ライナ８６はサーモサイフォン８２に当てて配置され、断熱容器の外殻９５と金属ライナとの間に発泡体が挿入される。発泡体は、外殻９５の底部の孔から挿入されるように図示されているが、他の場所から挿入してもよい。

発泡体は、外殻の内部で硬化し、サーモサイフォン８２を所定の位置に固定する。このプロセスにより、金属ライナ８６がサーモサイフォン８２と完全に接触し、サーモサイフォンが断熱容器の内側に露出せず、金属ライナが容器の内側を覆う構造となる。サーモサイフォンは、発泡プロセス中に金属ライナに押し付けられ、発泡が完了した後その位置に適切に保持されるので、サーモサイフォン８２および金属ライナ８６の機械的取付けは不要である。

サーモサイフォン８２を密封することにより、断熱容器の内部は掃除が容易である。さらに、金属ライナ８６が区画室の内部に露出するので、区画室の内部への熱伝達が増強される。

金属ライナ８６を、区画室の内部に完全に露出させてもよいが、本発明の別の態様では、金属ライナ８６の内側表面にライナ９４（図１２）を設けている。ライナ９４は、例えば、熱伝導性プラスチック、または別の適切なプラスチックのコーティングである。ライナ９４は、金属ライナ８６と断熱容器の壁との間の平滑な遷移をもたらし、ごみや汚れが捕捉される接合線をなくことができる。

金属ライナ１００の代替実施形態を図９および１０に示す。金属ライナ１００は、冷凍区画室１０２の底部のみの周りに延在する。さらに別の実施形態では、冷凍庫ライナ１００を、冷凍区画室８４の頂部のみの周りに延在させる。図９および１０に示す実施形態の場合、受熱器２８に接続されるヒートパイプまたはサーモサイフォン８２は、金属ライナ１００の周囲に延在する。代替的に、ヒートパイプまたはサーモサイフォンを、図７の実施形態の場合のように、一側面のみに沿って延在させてもよい。一側面のみに沿って延在するサーモサイフォンは、製造コストを低減する（つまり、必要なサーモサイフォンが少なくなり、かつ、サーモサイフォンを断熱容器の外周に組み込む必要がない）。

本発明の一態様では、図７および８の断熱容器８０は、冷凍区画室８４だけでなく、冷蔵区画室８８をも備える。冷蔵区画室８８は、障壁９０（図８）によって冷凍区画室８４から分離される。障壁９０は、断熱容器８０の側壁と同様の断熱性を有する断熱材を含有するか、あるいはその壁を介して多少の熱対流を可能にする、より薄い断熱材を含有する。より薄い断熱材を使用する場合、冷凍区画室８４内の冷気は、冷蔵区画室８８内に流入することができ、冷蔵のための十分な冷却が達成される。

より薄い断熱材に加えて、あるいはより薄い断熱材の代わりに、冷凍区画室８４と冷蔵区画室８８との間の障壁９０に開口９２を設けてもよい。開口９２は、例えば１／２インチ（１２．７ｍｍ）または、より小さい直径の円形孔とする。開口９２は、冷凍区画室８４から冷蔵区画室８８への冷気の流動を可能にし、こうして冷蔵のための十分な冷気が提供される。

開口９２は、一定径を有するか、あるいは、開口の大きさを変更することを可能にする装置を含む。例えば、図１３に示すように、開口を介する空気流を希望通りに増減することができるように、開口９２にルーバ９６を設けることができる。ルーバ９６を回転させることにより、開口がより大きく、または、より小さく覆われる。ルーバ９６は手動、あるいは自動で動かすことができる。例えば、作動するとカバーを回転させるサーボモータ９７にカバー９６を接続する。サーボモータは、ルーバ９６を開位置と閉位置との間で作動させ、サーボモータ９７の制御は、スイッチまたはサーモスタットで行う。

必要に応じて、サーモサイフォン８２を熱伝達装置に使用する場合、サーモサイフォンのわずか一部を冷蔵区画室８８の一部分の中に延材するようにしてもよい。冷蔵区画室８８を貫通して延びるサーモサイフォン８２の量は、冷蔵区画室に様々な冷却レベルに応じて変動させることができる。

図９および１０に示す実施形態では、冷凍区画室１０２および冷蔵区画室１０４に加えて、乾燥区画室１０６（つまり冷蔵または冷凍しない）が設けられる。この乾燥区画室１０６は、追加の障壁１０８によって他の区域から分離される。乾燥区画室１０６では、冷却または加温がなされず、例えば、釣具、衣服、または他の物品の貯蔵に使用する。

図１１に、スターリング冷却器２０の回路機構の概略したダイアグラムを示す。この同じ回路機構を、本書で記述した冷蔵庫実施形態または冷凍庫実施形態のどちらにも使用することができる。回路機構では、ソーラパネル、バッテリ、またはＡＣ電源のような電源１１０が、制御装置１２に取り付けられ、制御装置１２は、スターリング冷却器２０に取り付けられる。

電源１１０として、ソーラまたはバッテリを含め、多くの様々な電力源の一つを用いることができる。電源も持ち運びできれば、スターリング冷却器２０を利用する断熱容器をＡＣ引出口付近に置く必要がなくなる。さらに、電源を自蔵型とする（つまり、断熱容器上または内に設置される）ことが好ましい。これにより、例えば、取っ手９８（図６）を握り、車輪９９上の断熱容器を引くことにより、断熱容器を完全に可搬にすることができる。電源１１０は内蔵されているので、断熱容器の冷蔵区画室は、移動中および静止時のいずれでも運転可能である。

出願人は、受熱器２８で４０ワットの出力に対応する冷却を得るために、わずか平均１１ワットの電力をスターリング冷却器２０に入力すればよいことを究明した。１１ワットの電力は、例えば、再充電可能な１２ボルトのバッテリによって供給することができる。代替的に、燃料電池を使用してスターリング冷却器２０に電力を供給することができる。燃料電池として、例えば、ニューメキシコ州ロスアラモスのエナジー・リレーテッド・デバイシズ社（Energy Related Devices, Inc.）によって販売されている、５０〜６０ワットの燃料電池を用いることができる。

ソーラパネル１１４は、図７に示すように、断熱容器の頂面に設置するとよい。ソーラパネルは、光に曝されるのであれば、断熱容器のどこにでも設置することができる。ソーラパネル１１４として、例えば、アイオワ・シン・フィルム・テクノロジーズ社（Iowa Thin Film Technologies, Inc.）によって製造されている、光発電用の軽量の可撓性ソーラモジュールを用いることができる。ソーラモジュールは、薄いプラスチック基板上に作製され、完成したモジュールを一枚の紙のように薄くかつ軽量にすることができる。モジュールの極度の可撓性により、ソーラモジュールを多種多様な表面に順応させ、かつ、既存の製品に容易に設置することを可能にする。

本発明の一態様では、ソーラモジュールは、例えば、適切な接着技術によって、断熱容器の蓋（例えば、断熱容器８０の蓋１２０）に組み込まれる。ソーラモジュールは、蓋全体を覆ようにしても、あるいは蓋の一部分に嵌め込むようにしてもよい。蓋１２０に設置する場合、ワイヤを蓋１２０から下にクーラ内まで伸長させる。

ソーラパネル１１４は、スターリング冷却器２０用の電源として機能する。図１１に示す代替実施形態では、ソーラパネル１１４は、日中にバッテリを充電する充電器として使用することができる。代替的に、ソーラパネルを、スターリング装置に電源を供給し、クーラに冷蔵および／または冷凍の機能をもたらすとともに、夜間運転用にバッテリを充電するためにも使用ができるようにしてもよい。

ソーラパネル１１４の機能を、断熱容器用のスターリング冷却器２０または別の冷蔵装置に利用することができる。ソーラパネル１１４を使用する一つの利点は、特にソーラパネルが断熱容器の外部を覆う場合、冷却効果を失う危険なく、断熱容器８０を日光に曝しておくことができることである。実際、直射日光は、スターリング冷却器２０または他の冷蔵装置の運転に利用可能な電力を増大させるのである。

制御装置１１２は、オン／オフスイッチのように簡単なアナログスイッチでよく、あるいはスターリング冷却器２０の動作を制御するためのマイクロコントローラとしてもよい。制御装置は、スターリング冷却器２０および／またはその構成部品の作動を調整または案内するために使用される任意の装置または機構とすることができ、あるいは、プログラムモジュールのようなコンピュータ実行可能な命令を実行できる装置とすることもできる。一般的に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するかまたは特定の抽象データ型を実現する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。一実施形態では、制御装置１１２により、スターリング冷却器２０のピストン２２の往復運動の速度を調整する。このようにすれば、制御装置１１２により受熱器２８の温度を調整できるので、スターリング冷却器２０により温度を調整できる。

本発明の一実施形態では、断熱容器内の単一の区画室が、スターリング冷却器２０によって供給される温度に基づいて、冷凍庫または冷蔵庫のいずれかとして機能するようにできる。このような実施形態では、制御装置１１２は、スターリング冷却器２０の運転を冷凍庫モードと冷蔵庫モードの間で切り替えることを可能にするスイッチを備えるとよい。冷凍庫モードでは、ピストン２２は冷蔵庫モードより高速で揺動する。冷蔵庫運転に対する冷凍庫運転の速度比は経験的に決定され、当業者が用いる方法により設定することができる。

また、制御装置１１２は、断熱容器の区画室に接続されたサーモスタットを備えてもよい。このようなサーモスタットは、制御装置１１２がスターリングへの電力入力を調整するための情報を制御装置１１２に提供し、制御装置は、ユーザによって設定されたレベルに従って、スターリング冷却器２０のピストン２４の速度を調整する。つまり、温度が低すぎる場合、スターリング冷却器２０は減速され、温度が高すぎる場合、スターリング冷却器２０は加速される。

サーモサイフォン８２またはヒートシンク５０の代替物として、受熱器２８を他の熱伝達装置と共に使用してもよい。例えば、受熱器は、断熱容器の冷凍庫または冷蔵庫内の金属ライナ（例えば、金属ライナ８６）に直接接続してもよい。このような実施形態では、例えば、受熱器２８は断熱容器の側壁を貫通して伸長し、金属ライナに溶接、あるいは他の方法で接続される。受熱器２８によって発生した低温を断熱容器内に放散するために、他の構造を使用してもよい。

要約すると、本発明は、運転のために非常にわずかな電力しか必要としない携帯冷蔵庫または冷凍庫を提供する。断熱容器およびスターリングモータの複合部品はわずか２０ポンド（９．０７ｋｇ）以下の重量とすることができ、断熱容器を一人または二人で容易に運び、あるいは断熱容器に車輪を取り付けて移動させることが可能になる。

その他の変形も本発明の思想の範囲内にある。したがって、本発明は、様々な変形および代替的構成を許容するが、特定の例示的実施形態について、図面に示し、かつ、詳細に上述した。しかし、本発明を開示した特定の形態に限定する意図はなく、本発明は、請求の範囲に記載する本発明の思想および範囲に該当する全ての変形、代替的構成、および均等物を含むものである。

本発明で使用することができるスターリング冷却器の構成部品を概略的に表わす部分断面斜視図である。図１のスターリング冷却器の除熱部で使用することができるラップアラウンドヒートシンクの部分断面斜視図である。図１のスターリング冷却器の除熱部に設置された図２のラップアラウンドヒートシンクを示す部分断面斜視図である。図１のスターリング冷却器の受熱部で使用することができるヒートシンクおよびファンの斜視図である。図１のスターリング冷却器に設置された図４のヒートシンクおよびファンの斜視図である。図５のスターリング冷却器が設置された断熱容器の概略図である。図１のスターリング冷却器と同様のスターリング冷却器が設置され、スターリング冷却器から断熱容器内の区画室に通じるサーモサイフォンを持つ断熱容器の斜視図である。図７の断熱容器の概略平面図である。図８に示した断熱容器と同様の断熱容器の代替実施形態の概略平面図である。図１のスターリング冷却器と同様のスターリング冷却器を含み、断熱容器の区画室の底部に沿って延在するヒートパイプを有する、本発明に係る断熱容器の代替実施形態を示す斜視図である。本発明の一態様に係る図１のスターリング冷却器の回路機構の概略図である。本発明の一態様に係る断熱容器を形成するための方法を示す平面図である。本発明の一態様に係る断熱容器のルーバを含む中心壁を示す端面図である。

Claims

第１の区画室、第２の区画室、放熱器および受熱器を有するスターリング冷却器、該受熱器から該第１および第２の区画室に熱を導くように構成および配置された熱伝達装置、および、該スターリング冷却器に接続され、電力を供給する内蔵型の携帯電源を備える断熱容器。
前記内蔵型の携帯電源が電池である請求項１に記載の断熱容器。
前記電池に接続され、該電池を充電するように構成されたソーラーパネルをさらに備える請求項２に記載の断熱容器。
前記ソーラーパネルが、前記断熱容器の外面に接続されたソーラーモジュールを備える請求項３に記載の断熱容器。
前記ソーラーモジュールが、前記断熱容器の蓋と一体化している請求項４に記載の断熱容器。
前記携帯電源が燃料電池である請求項１に記載の断熱容器。
前記携帯電源が、ソーラーパネルである請求項１に記載の断熱容器。
前記ソーラーパネルが、前記断熱容器の外面に接続されたソーラーモジュールを備える請求項７に記載の断熱容器。
前記ソーラーモジュールが、前記断熱容器の蓋と一体化している請求項８に記載の断熱容器。
前記受熱器が、前記第１の区画室の内部に取り付けられている請求項１に記載の断熱容器。
前記熱伝達装置が、前記受熱器に取り付けられたヒートシンク、および、該ヒートシンクを経由して、前記第１の区画室内にエアを送るファンを備える請求項１に記載の断熱容器。
前記放熱器が、前記第１の区画室の外側に取り付けられている請求項１に記載の断熱容器。
前記放熱器が第２の区画室に取り付けられており、該第２の区画室に配置された、熱を逃すように開口をさらに備える請求項１２に記載の断熱容器。
前記放熱器から熱を除去し、前記開口を通して外へ熱を導くように配置されたファンをさらに備える請求項１３に記載の断熱容器。
前記熱伝達装置が、少なくとも１つのヒートパイプまたはサーモサイフォンを備える請求項１に記載の断熱容器。
前記少なくとも１つのヒートパイプまたはサーモサイフォンが、前記受熱器に接続され、前記第１の区画室内に巡らされ、該第１の区画室の内側壁に沿って蛇行経路を形成するように伸長する請求項１５に記載の断熱容器。
前記第１の区画室が、前記受熱器および熱伝達装置により、冷凍庫として機能するには十分に冷却され、前記第２の区画室が、前記受熱器および熱伝達装置により、冷蔵庫として機能するには十分に冷却される、請求項１に記載の断熱容器。
前記第１の区画室が前記受熱器および熱伝達装置により冷却され、前記第２の区画室が第１の区画室により冷却される、請求項１７に記載の断熱容器。
前記第２の区画室が、前記第１の区画室と第２の区画室の間に設けられた開口を通じて流れるエアにより冷却される、請求項１８に記載の断熱容器。
前記開口の一部を任意に閉鎖する装置をさらに備える請求項１９に記載の断熱容器。
前記装置がルーバを備える請求項２０に記載の断熱容器。
前記ルーバがモータにより作動する請求項２１に記載の断熱容器。
前記第１の区画室と第２の区画室の間に隔壁をさらに備え、該隔壁を通じた対流により該第２の区画室が冷却される、請求項１８に記載の断熱容器。
移動用に接続されたハンドルをさらに備える請求項１に記載の断熱容器。
前記第２の区画室が前記放熱器により加熱される請求項１に記載の断熱容器。
第１の区画室、放熱器と受熱器を有するスターリング冷却器、および、該受熱器を介して該第１の区画室より熱を取り出すように構成および配置され、かつ、該第１の区画室の一端にのみ沿って配置される熱伝達装置を備える断熱容器。
前記熱伝達装置が、少なくとも１つのヒートパイプまたはサーモサイフォンを備える請求項２６に記載の断熱容器。
前記少なくとも１つのヒートパイプまたはサーモサイフォンが、前記受熱器に接続され、前記第１の区画室内に巡らされ、該第１の区画室の一端の内側に沿って蛇行経路を形成するように伸長する請求項２７に記載の断熱容器。
前記第１の区画室が、前記受熱器および熱伝達装置により、冷凍庫として機能するには十分に冷却され、前記熱伝達装置から離れて配置された第２の区画室が、第１の区画室により、冷蔵庫として機能するには十分に冷却される、請求項２８に記載の断熱容器。
前記第２の区画室が、前記第１の区画室と第２の区画室の間に設けられた開口を通じて流れるエアにより冷却される、請求項２９に記載の断熱容器。
前記開口の一部を任意に閉鎖する装置をさらに備える請求項３０に記載の断熱容器。
前記装置がルーバを備える請求項３１に記載の断熱容器。
前記ルーバがモータにより作動する請求項３２に記載の断熱容器。
前記第１の区画室と第２の区画室の間に隔壁をさらに備え、該隔壁を通じた対流により該第２の区画室が冷却される、請求項２９に記載の断熱容器。
移動用に接続されたハンドルをさらに備える請求項２６に記載の断熱容器。
前記放熱器により加熱される第２の区画室をさらに備える請求項２６に記載の断熱容器。
放熱器と受熱器を有するスターリング冷却器、第１の区画室、第２の区画室、該受熱器を介して該第１の区画室より熱を取り出すように構成および配置された熱伝達装置を備え、該第１の区画室が、該受熱器および熱伝達装置により、冷凍庫として機能するには十分に冷却されるようになっており、かつ、該第２の区画室が、該受熱器および熱伝達装置により、冷蔵庫して機能するには十分に冷却されるようになっている、断熱容器。
前記熱伝達装置が、少なくとも１つのヒートパイプまたはサーモサイフォンを備える請求項３７に記載の断熱容器。
前記少なくとも１つのヒートパイプまたはサーモサイフォンが、前記受熱器に接続され、前記第１の区画室内に巡らされ、該第１の区画室の内側壁に沿って蛇行経路を形成するように伸長する請求項３８に記載の断熱容器。
前記第２の区画室が、前記第１の区画室により冷却される請求項３７に記載の断熱容器。
前記第２の区画室が、前記第１の区画室と第２の区画室の間に設けられた開口を通じて流れるエアにより冷却される、請求項３７に記載の断熱容器。
前記開口の一部を任意に閉鎖する装置をさらに備える請求項４１に記載の断熱容器。
前記装置がルーバを備える請求項４２に記載の断熱容器。
前記ルーバがモータにより作動する請求項４３に記載の断熱容器。
前記第１の区画室と第２の区画室の間に隔壁をさらに備え、該隔壁を通じた対流により該第２の区画室が冷却される、請求項３７に記載の断熱容器。
前記第２の区画室が、前記放熱器により加熱される請求項３７に記載の断熱容器。
少なくとも１つの区画室、該少なくとも１つの区画室を冷却するための冷蔵装置、蓋、および、該蓋と一体的に取り付けられ、該冷蔵装置に電力を供給するように構成されたソーラーパネルを備える断熱容器。
前記冷蔵装置が、放熱器および受熱器を有するスターリング冷却器、および、前記第１の区画室から該受熱器を介して熱を取り出すように構成および配置された熱伝達装置を備える請求項４７に記載の断熱容器。
前記ソーラーパネルが、断熱容器の外面に取り付けられたソーラーモジュールを備える請求項４７に記載の断熱容器。
前記冷蔵装置に電力を供給する電池を備え、前記ソーラーパネルが該電池を再充電できるように構成されている請求項４７に記載の断熱容器。
前記ソーラーパネルが、断熱容器の外面に取り付けられたソーラーモジュールを備える請求項５０に記載の断熱容器。
第１の区画室、放熱器と受熱器を有するスターリング冷却器、および、該第１の区画室より受熱器を介して熱を取り出すように構成および配置され、複数の熱フィンを有するヒートシンク、を備える断熱容器。
前記ヒートシンクを経由してエアを送るように配置されたファンをさらに含む請求項５２に記載の断熱容器。
前記ヒートシンクが前記第１の区画室の内側に配置され、前記放熱器が該第１の区画室の外側に配置されている請求項５２に記載の断熱容器。
第１の区画室、放熱器と受熱器を有するスターリング冷却器、該第１の区画室から該受熱器を介して熱を取り出すように構成および配置された熱伝達装置、該熱伝達装置に接続された金属ライナ、該金属ライナを覆うように配置され、該第１の区画室の内側の一部を形成するプラスチックライナを備える断熱容器。
サーモサイフォンおよびヒートパイプのうち少なくとも１つをシェルの内側に並べ、該サーモサイフォンおよびヒートパイプのうち少くとも１つに沿って、シェルに対向するように金属ライナを並べ、該金属ライナとシェルの間に発泡体を射出し、該発泡体を硬化させることにより、該サーモサイフォンおよびヒートパイプのうち少くとも１つを該金属ライナに対して取り付ける、断熱容器の製造方法。
前記金属ライナに対して取り付けられたサーモサイフォンおよびヒートパイプのうち少なくとも１つをさらにスターリング冷却器に取り付ける、請求項５６に記載の断熱容器の製造方法。