JP2007003072A - 冷却庫 - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力が小さなスターリング冷凍機搭載型の冷却庫を提供する。
【解決手段】 冷却庫１は、放熱システム２００を備えている。放熱システム２００は、スターリング冷凍機４で発生した温熱を放出する。また、放熱システム２００は、スターリング冷凍機４のウォームセクションで発生した温熱を、高温側循環路３０を介して放熱用熱交換器５へ送る。放熱用熱交換器５においては、高温側二次冷媒と外気とが熱交換する。熱交換は、送風機６によって促進される。また、送風機６が生成した気流は、開口２からエアーダクト８内へ流れ込み、その後、開口３から冷却庫１の外部へ流れ出る。開口２は、冷却庫１の正面１ａ側の上面１ｃに設けられており、開口３は、冷却庫１の背面１ｂ側の上面１ｃに設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スターリング冷凍機が搭載された冷却庫に関するものである。

冷蔵庫などに用いられている従来の冷凍機は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用したものである。この蒸気圧縮式冷凍機においては、冷媒として主に特定フロン（CFC:Chloro Fluoro Carbon）または代替フロン（HCFC:Hydro Chloro Fluoro Carbon）が用いられ、フロンの凝縮作用および蒸発作用を利用することによって、所要の冷却能力が得られている。これらの冷媒は、非常に化学的安定性が高いため、大気中に放出されると成層圏に達して、オゾン層を破壊するという指摘がある。このため、近年、特定フロンまたは代替フロンを対象としたフロンの使用および生産が規制されてきている。そのため、蒸気圧縮式冷凍機の代替品として、逆スターリングサイクルを用いたスターリング冷凍機が注目を集めている。

スターリング冷凍機は、その構造がコンパクトであり、冷凍能力が大きい割に、そのコールドセクション（コールドヘッドまたは低温部）およびウォームセクション（ウォームヘッドまたは高温部）ともに表面積が小さい。そのため、スターリング冷凍システムは、コールドセクションにて生成された冷熱を伝達する冷却システムと、ウォームセクションにて発生した温熱を効率的に放出する放熱システムとを有している。

図８は、従来のスターリング冷凍システムを有する冷却庫１を示す。図中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥは気流の向きを示す。スターリング冷凍機４が起動すると、送風機６の駆動によって、冷却庫１の周囲の外気は、矢印Ａで示すように、エンジンルーム２０内に取り込まれるとともに、熱交換後の温かい空気は、矢印Ｂで示すように、冷却庫１の周囲へ排出される。

一方、スターリング冷凍機４のコールドセクション（低温側熱搬送サイクルの凝縮器）で発生した冷熱は、低温側循環路４０内を循環して、冷却器（低温側熱搬送サイクルの蒸発器）１４から冷気エアーダクト１０内の空気へ伝達される。このとき、送風ファン（図示しない）の回転によって、冷気エアーダクト１０内の冷気の一部が、矢印Ｄで示すように、冷凍室１１内に送り込まれるとともに、矢印Ｃで示すように、冷気の一部が冷蔵室１２内に送り込まれる。冷蔵室１２内に送り込まれた冷気は、矢印Ｅで示すように、野菜室１３内へ送り込まれる。さらに、野菜室１３内の冷気は、排気エアーダクト（図示しない）を介して、再び冷却器１４の付近へ送られる。なお、冷却器１４の除霜によって生じたドレン水は、ドレンパン（図示しない）に向かって落下し、ドレンパン内で蒸発する。
特開２００３−３０２１１７号公報 特開２００４−１５６８０２号公報

上記の冷却庫においては、スターリング冷凍機４のウォームセクションで発生した温熱は、ウォームセクションの周囲に取り付けられた吸熱用熱交換器内の高温側二次冷媒に伝達される。ウォームセクションから温熱を受け取った二次冷媒は、吸熱用熱交換器と放熱用熱交換器５とに接続された高温側循環路３０内を循環する。このとき、高温側二次冷媒の温熱は、放熱用熱交換器５からその周囲の空気へ伝達される。したがって、冷却庫として所望の冷却性能を確保するためには、放熱用熱交換器５と外気との熱交換を効率よく行わなければならない。

放熱システムに必要な所望の風量を確保しつつ送風機６にかかる消費電力を削減するためには、送風機６の負担を軽減するためエアーダクトの圧力損失を低減することが必要となる。そのため、エアーダクト容積を十分に確保する必要があるが、エアーダクト容積を拡大すれば、冷却庫における物を貯蔵する空間を縮小してしまうといった問題が生じる。

また、キッチン等の冷却庫を設置するための空間の周囲が壁である場合には、冷却庫の周囲の外気を直接エンジンルーム２０内へ取り込むことは困難である。そのため、外気をエンジンルーム２０内に取り込む際のエアーダクト内の空気経路が長くなり、エアーダクト内での空気抵抗が大きくなってしまう。したがって、放熱用熱交換器５へ導かれる風の量を所望量だけ確保するために、回転数を比較的高く設定する必要がある。その結果、消費電力の増加および騒音値の増大といった問題が生じる。

また、従来の冷却庫１のエンジンルーム２０は、冷却庫１の背面１ｂ側の中央部に設けられている場合には、冷却庫１の周囲の部屋の壁と冷却庫１の排気口とが接近して配置されるため、冷却庫１の背面１ｂの全体に沿って延びるエアーダクトを設置する必要が生じる。その結果、冷却庫１の食品等を貯蔵する空間を大きく削減しなければならないという問題が生じてしまう。

また、キッチンのような環境で前述の冷却庫を使用した場合には、油煙が放熱用熱交換器およびエアーダクトの内面に附着するため、冷却庫の性能が著しく劣化するといった問題が生じる。放熱用熱交換器５およびエアーダクトの清掃は使用者にとって大きな負担となるため、清掃回数の削減またはメンテナンスフリーである冷却庫が強く望まれている。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その一の目的は、スターリング冷凍機のウォームセクションで発生する温熱を効率よく放出するためのエアーダクトを備えた冷却庫を提供することである。

また、他の目的は、騒音が小さく、かつ、エアーダクト全体の圧力損失を低減し、所望風量確保のための送風ファンに必要な消費電力を低減することが可能な冷却庫を提供することである。

本発明の冷却庫は、逆スターリングサイクルによって冷熱を生成するスターリング冷凍機と、スターリング冷凍機で発生した温熱を放出する放熱システムとを備えている。放熱システムは、スターリング冷凍機のウォームセクションに取り付けられた吸熱用熱交換器と、スターリング冷凍機よりも上側に設けられ、外気へ温熱を放出するための放熱用熱交換器とを有している。また、冷却庫は、吸熱用熱交換器と放熱用熱交換器とを接続するとともに、ウォームセクションで発生した温熱を受け取った高温側二次冷媒が自然循環する高温側循環路を有している。また、冷却庫は、放熱用熱交換器における高温側二次冷媒と外気との熱交換を促進する気流を生成する送風機と、放熱用熱交換器および送風機を内包し、第１開口から第２開口まで気流を案内するエアーダクトとを有している。さらに、エアーダクトの第１開口は、冷却庫の上面の背面側に設けられ、エアーダクトの第２開口部は、冷却庫の正面の上面側または冷却庫の上面の正面側に設けられている。

上記の構成によれば、第１開口から第２開口までの距離を短くすることが可能になるため、エアーダクト内での気流の圧力損失を極力小さくすることが可能になる。その結果、所望の風量を確保するための送風ファンに必要な消費電力を低減することが可能になる。また、正面および上面以外の面が壁と密接に接するように冷却庫を設置しても、放熱システムによる放熱効果が損なわれることがない。

また、冷却庫の外形寸法において、幅Ｗ、奥行きＦ、かつ高さＨであれば、エアーダクトの全長寸法Ｌは、Ｈ＞Ｆ≧Ｗという関係が成立する場合には、Ｗ≧Ｌであり、また、Ｈ＞Ｗ≧Ｆという関係が成立する場合には、Ｆ≧Ｌであることが望ましい。

これによれば、エアーダクトの全長を極力短くすることができる。そのため、気流がエアーダクト壁面から受ける粘性の影響を極力小さくすることができる。その結果、エアーダクト全体の圧力損失が低減される。したがって、所望の風量を確保のために必要な送風機の消費電力を低減することが可能になる。

また、エアーダクトは、冷却庫の上面の近傍に上面に沿って設置されていることが望ましい。一般に、冷却庫内の最上部の背面の近傍は使用者の手が届きにくく、貯蔵スペースとして有効に活用しにくい空間が存在するが、前述の構成によれば、その空間を有効に利用することによって冷却庫内全体を有効に活用することができる。また、冷却庫の使用時の利便性が向上する。

また、第１開口は、冷却庫の正面側の上面に設けられ、第２開口は、冷却庫の正面の上面側に設けられていてもよい。これによれば、正面および上面以外の面が部屋の壁と隣接するように冷却庫が設置されている場合においても、放熱用熱交換器の周囲の空気を冷却庫の前方に放出することが可能になる。そのため、放熱用熱交換器の温熱が冷却庫の周囲に滞留することが防止される。その結果、放熱用熱交換器の放熱効果を向上させることができる。

また、送風機は、第２開口から排出された空気を冷却庫が設置されている部屋の天井面に沿って流すように設けられていることが望ましい。これによれば、冷却庫が設置されている部屋全体において気流を循環させることが可能となるため、放熱用熱交換器の周囲の温められた空気を拡散させることができる。その結果、放熱用熱交換器の放熱効果を向上させることができる。

また、冷却庫は、第２開口から外部へ排出された空気が第１開口からエアーダクト内へ吸引されないようにするためのショートサーキット防止部材をさらに備えていることが望ましい。これによれば、放熱用熱交換器と熱交換を行った後の気流が部屋全体に拡散する前に再度放熱用熱交換器内に取り込まれるショートサーキットを防止することができる。そのため、常に、放熱用熱交換器よりも温度が低く、熱交換能力の高い空気をエアーダクト内へ取り込むことが可能になる。さらに、放熱用熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。

また、冷却庫は、ダクトの放熱用熱交換器の上流側にフィルターをさらに備えていることが望ましい。これによれば、埃および油煙がエアーダクト内に吸い込まれてエアーダクトの壁面および放熱用熱交換器に付着することが防止される。そのため、放熱用熱交換器の目詰まりおよびエアーダクト内壁の全面への埃および油の付着に起因するエアーダクトの横断面の縮小による圧力損失の増加の抑制することができる。また、フィルターは、エアーダクトから取り外され得るものである。そのため、定期的にエアーダクトを洗浄することで常に冷却庫を清潔にすることができる。さらに、エアーダクト内壁面に付着した埃および油を除去するための清掃の回数を大幅に低減することによって、使用者の負担を大幅に軽減することができる。

また、第２開口にフィルターが設けられていれば、第１開口からエアーダクト内に進入した埃および油煙が再び空間に飛散することが防止されため、室内空間を清潔な状態に維持することが可能になる。

また、送風機の正面が放熱用熱交換器の開口部に対向していれば、エアーダクトの曲がり部等の形状のために生じる偏流の影響を最小限にすることができるため、送風機によって生成された気流は、放熱用熱交換器の開口部を均一に流通する。つまり、放熱用熱交換器の近傍で偏流が発生することが抑制される。したがって、放熱用熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。

また、第２開口は、放熱用熱交換器の開口部を通過する気流の流れにほぼ垂直な平面に沿って設けられていれば、送風機、放熱用熱交換器の開口部、および第２開口を一直線状に配置することができる。そのため、エアーダクト全体の圧力損失を増加させる要因であるエアーダクトの曲がり部をなくすことができる。その結果、エアーダクト全体の圧力損失を低減することが可能になる。したがって、送風機の負担を軽減し、低騒音かつ低消費電力な冷却庫を提供することができる。

また、スターリング冷凍機および放熱システムは、エアーダクトに内装されていれば、エアーダクト、スターリング冷凍機、および放熱システムを１つの組品によって構成することができる。したがって、スターリング冷凍機の修理および構成部品の交換等といったメンテナンスを容易に行うことが可能になる。

また、エアーダクトは、断熱性材を用いて形成されていれば、放熱用熱交換器によって温められた空気の熱に起因するエアーダクトおよび冷却庫の温度上昇を抑制することができる。

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態の冷却庫を説明する。なお、各実施形態においては、同一の部位には同一の参照符号が付されており、その説明は繰り返さない。また、以下の各実施形態の冷却庫において説明がなされていない構成は、図８を用いて説明した従来の冷却庫の構成と同様である。

各実施形態の冷却庫を説明する前に、まず、図９を参照して、本発明の実施形態の冷却庫に用いられるスターリング冷凍システム１０００の概略構成を説明する。ただし、図９を用いて説明する事項は、スターリング冷凍システム１０００の基本構成であり、スターリング冷凍システム１０００の各部位の配置は、図９に示すものと異なっていてもよい。

図９に示すように、スターリング冷凍システム１０００は、スターリング冷凍機４で発生した温熱を放出するための放熱システム１００と、スターリング冷凍機４が生成した冷熱を伝達するための冷却システム２００とを有している。

放熱システム１００は、スターリング冷凍機３のウォームセクションの周囲に取り付けられた吸熱用熱交換器２１と、気流を生成する送風機６と、送風機６が生成する気流によって放熱する放熱用熱交換器５とを有している。吸熱用熱交換器２１と放熱用熱交換器５とは、高温側二次冷媒を循環させるための高温側循環路３０によって互いに接続されている。なお、放熱用熱交換器５は、スターリング冷凍機４の上側に設けられているため、水などの高温側二次冷媒は、高温側循環路３０内を自然に循環する。

一方、冷却システム２００は、スターリング冷凍機４のコールドセクションに取り付けられた凝縮器２３と、凝縮器２３内で液化した低温側二次冷媒が循環する低温側循環路４０と、低温側循環路４０に接続され、冷却庫１内の空間に対して冷熱を伝達する冷却器１４とを備えている。なお、冷却器１４は、スターリング冷凍機４よりも下側に設けられているため、二酸化炭素等の低温側二次冷媒は、低温側循環路４０内を自然循環する。

（第１の実施形態）
図１および図２を参照して、第１の実施形態の冷却庫を説明する。ただし、本実施の形態の冷却庫は、図８を用いて説明された冷却庫とほぼ同様の構造であるため、以下においては、本実施の形態の冷却庫と図８に示す冷却庫との相違点を主に説明する。

図１は、本実施形態の冷却庫のエアーダクトの位置を模式的に示している。図２は、図１における点線部分で囲われたＶ平面における断面図である。図中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦのそれぞれは、気流の向きを表している。図中の傾斜角αは、水平面とエアーダクト８の下面とのなす角度を表している。

本実施形態の冷却庫１においては、図１および図２に示すように、幅Ｗかつ高さＨの正面１ａを見たときに、左側であってかつ上面１ｃの近傍にエアーダクト８が設置されている。また、冷却庫１の上面１ｃの正面１ａ側に開口３が設けられている。また、冷却庫１の上面１ｃの背面１ｂ側に開口２が設けられている。エアーダクト８は、断熱性材で形成されており、開口２と開口３とを連通させている。エアーダクト８は、開口２から開口３まで上面１ｃに沿って延びている。エアーダクト８は、放熱用熱交換器５および送風機６を内包している。

また、開口２からエアーダクト８内へ外部の空気が吸い込まれ、開口３から外部へエアーダクト８内の空気が排出される。そのため、エアーダクト８内の流路の長さが比較的短い。それにより、エアーダクト８全体の圧力損失が比較的小さい。その結果、所望の風量を確保するための送風ファン（送風機）６に必要な消費電力の低減することが可能になっている。したがって、特に、冷却庫１の正面１ａおよび上面１ｃ以外の面が、冷却庫１が設置されている部屋の壁と密接に接しているような場合に、冷却庫１を効率的に使用することが可能である。

さらに、開口２には、開口２を完全に覆うフィルター７ａが設けられている。また、開口３にも、開口３の全て覆うフィルター７ｂが設けられている。つまり、放熱用熱交換器５の上流側にも下流側にもフィルターが設けられている。

また、冷却庫１の外形寸法は、幅Ｗ＝８００（ｍｍ）、奥行きＦ＝７００（ｍｍ）、かつ高さＨ＝１８００（ｍｍ）である。エアーダクト８の全長Ｌは、Ｌ≦Ｆ＝７００であるものとして、冷却庫１の奥行き方向の長さＦとほぼ同じ長さに設定される。そのため、エアーダクト８の全長を最短にすることができる。その結果、気流がエアーダクト８の内壁面から受ける粘性の影響を最小に抑えることができる。したがって、エアーダクト８全体の圧力損失を最小にし、所望の風量を確保するための送風機６に必要な消費電力の低減を図ることができる。

なお、冷却庫１の外形寸法において、幅Ｗ、奥行きＦ、かつ高さＨであれば、エアーダクトの全長寸法Ｌは、Ｈ＞Ｆ≧Ｗという関係が成立する場合には、Ｗ≧Ｌであり、また、Ｈ＞Ｗ≧Ｆという関係が成立する場合には、Ｆ≧Ｌであればよい。

また、放熱システム（スターリング冷凍機４のウォームセクション、放熱用熱交換器５および高温側循環路３０：図９参照）１００は、エアーダクト８内に設置されている。冷却庫１の上面１ｃの背面１ｂ側の開口２の中央部と放熱用熱交換器５の中央部の開口部（後述する図６の参照符号３００）とは対向している。

開口２から放熱用熱交換器５の開口部（気流に垂直なダクト横断面における放熱用熱交換器５以外の部分）を気流が流通する際に、気流の流通が阻害されないように、開口２の面積は、放熱用熱交換器５の開口部の面積と同一またはそれよりも１０％程度大きくなっている。なお、送風機６の回転軸が前述の放熱用熱交換器の開口部を通過するように延びていれば、放熱用熱交換器５の整流作用を利用することができる。

また、開口２と同様の理由から、開口３の面積は、少なくとも放熱用熱交換器５の開口部の面積と同一またはそれよりも１０％程度大きくなっている。ただし、開口２および開口３は、互いに同一面積である必要はなく、また、同一形状である必要もなく、それぞれの面積および形状はいかなるものであってもよい。

エアーダクト８内の気流が流通する方向に垂直ないずれの断面の面積も、放熱用熱交換器５の開口部の面積と同様の面積を有している。エアーダクト８内の気流が流通する方向に垂直な断面の面積を大きくすれば、エアーダクト８全体の圧力損失が低減される一方、冷却庫１の貯蔵スペースを縮小させてしまう。そのため、少なくとも放熱用熱交換器５の開口部の断面積を極力大きくすることが望ましい。

次に、スターリング冷凍機４は、放熱用熱交換器５の設置位置より下方であって、放熱用熱交換器５とスターリング冷凍機４のウォームセクションとの間で二次冷媒を循環させる高温側循環路３０の距離が最短になるような位置に設けられている。スターリング冷凍機４は、エアーダクト８から隔てられた空間に設けられており、エアーダクト８とスターリング冷凍機４との間には、埃および油煙からスターリング冷凍機４を保護するための仕切り５０が設けられている。

また、本実施形態においては、送風機６は、エアーダクト８の中間部であって、放熱用熱交換器５よりも気流の下流側に設けられている。送風機６の位置は特に中間部に限定されるわけではなく、エアーダクト８内であればいかなる位置であってもよい。

また、冷却庫１の背面１ｂの近傍であり、高さＨ方向の下端部の近傍に、冷却システムを構成する冷却器１４が設置されている。低温側循環路４０は、冷却器１４とスターリング冷凍機４のコールドセクションとの間で二次冷媒を循環させるために、スターリング冷凍機４から冷却庫１の断熱壁９の内部を通って冷却器１４まで至っている。冷却器１４は、冷却庫１の断熱壁９の内側に設置されている。

スターリング冷凍機４が起動すると、送風機６の駆動によって、冷却庫１の周囲の外気が、矢印Ａで示すように、開口２から流入し、開口２の近傍に設置されている放熱用熱交換器５を通過する。このとき、放熱用熱交換器５内の二次冷媒と外気との間で熱交換が行われる。その後、熱交換後の温かい空気は、エアーダクト８に沿って流れ、送風機６を通過した後、矢印Ｂで示すように、開口３から冷却庫１の周囲へ放出される。

上記のような構成の冷却庫１によれば、エアーダクト８の全長を極力短くすることができる。そのため、気流がエアーダクト８の内壁面から受ける粘性の影響を最小に抑えることができる。その結果、エアーダクト８全体の圧力損失が低減され、所望の風量を確保するために、送風機６に必要な消費電力を低減することが可能になる。

送風機６によって生成された気流は、エアーダクト８の壁面に沿って流れ、開口３から排出される。そのため、エアーダクト８の傾斜角αを適切に設定すれば、冷却庫１が設置される部屋の天井面に沿った気流を生成することができる。また、開口３から排出された気流の方向が水平面となす傾斜角αは、エアーダクト８の複数の内壁面のうち、送風機６によって生じた気流が衝突する面の影響を強く受ける。すなわち、開口３から吹き出される気流の向きは、気流が衝突するエアーダクト８の内壁面の影響を強く受ける。本実施形態においては、気流の向きは、エアーダクト８の内壁面のうちの下面の影響を最も強く受ける。そこで、エアーダクト８の内壁面のうち下面と水平面とをなす角度を傾斜角αとすると、傾斜角αが大きくなるほど、気流が天井面と衝突する傾向が強くなり、冷却庫１の周辺で滞留する。

そのため、傾斜角αは小さいほど望ましい。仮に、傾斜角αが０度から除々に増加すると、３０度を境界として、開口３から排出される気流が、冷却庫１が設置される部屋の天井面と衝突するようになる。この場合、開口３から排出された気流が冷却庫１の周辺で滞留し、冷却庫１の周辺の温度が上昇する。傾斜角αは３０度以下であれば、天井面に沿う気流が生成され、冷却庫１が設置された部屋全体に気流を循環させることが可能となる。その結果、冷却庫１の廃熱を部屋全体に十分に拡散させることができるため、冷却庫１の放熱効果を高めることができる。

また、部屋の天井面に沿うようにエアーダクト８から気流を排出するためには、開口３の形状は、必要な断面積が確保される範囲内で、細長いことが望ましい。これによれば、気流は、帯のような横断面を有するため、部屋の天井面に沿って流れ易くなる。その結果、冷却庫の放熱効果をより高めることができる。

また、エアーダクト８が高い断熱性を有する材料で形成されていれば、エアーダクト８内を流れる冷却庫１の周囲の空気より高い温度の気流によって、冷却庫１の温度が上昇することが抑制される。

また、開口２にフィルター７ｂが設けられていれば、埃および油煙がエアーダクト８中に進入し、エアーダクト８の壁面および放熱用熱交換器５に付着することが防止される。そのため、放熱用熱交換器５の目詰まりおよびエアーダクト８の内壁面に埃および油が堆積することが防止される。その結果、エアーダクト面積が縮小するといった圧力損失を増大させる要因を大幅に削減することが可能になる。

また、フィルター７ａおよび７ｂは、それぞれ、開口２および３に対して着脱可能なものであるため、定期的に洗浄されれば、冷却庫を常に清潔にすることができる。さらに、エアーダクト８の内壁面に付着した埃および油を清掃する回数を大幅に削減することが可能になる。その結果、使用者の負担を大幅に削減することが可能である。

また、開口３にフィルター７ａが設けられているため、エアーダクト８内に進入した埃および油煙が再び空間に飛散することが防止されるため、冷却庫１の周囲の空間を清潔に保つことが可能となる。

図３は、図２における点線Ｋで囲われた部分が拡大された図にさらにショートサーキット防止部材１５が付加された冷却庫の断面図である。冷却庫１が部屋に設置されており、冷却庫１の背面１ｂと部屋の壁５００とは隣接するように配置され、冷却庫１の上面１ｃから１００ｍｍ上方の位置に部屋の天井面５１０があるものとする。

開口３から排出された空気が開口２からエアーダクト８内へ戻るショートサーキットが生じると、冷却庫１の放熱能力が著しく低下する。そのため、本実施形態の冷却庫１は、その上面１ｃにショートサーキット防止部材１５が設けられている。ショートサーキット防止部材１５は、平板状であり、開口２と開口３との間に設けられている。ショートサーキット防止部材１５の高さは部屋の天井面５１０と冷却庫１の上面１ｃとの隙間の距離とほぼ同一であることが望ましい。また、ショートサーキット防止部材１５の幅方向の大きさは、エアーダクト８の幅（冷却庫の正面から見たときの横幅）とほぼ同様であることが望ましい。本実施形態においては、部屋の天井面５１０と冷却庫１の上面１ｃとの隙間の距離Ｚ＝１００ｍｍであるため、ショートサーキット防止部材１５の高さＸ＝１００ｍｍとする。

ショートサーキット防止部材１５により、冷却庫１の上面１ｃと天井面５１０との間での気流の流通が阻害される。したがって、ショートサーキット防止効果が高められるにつれて、圧力損失が増加する。その結果、所望の風量を確保するための送風機６の負担が増加する。したがって、消費電力および騒音値が増加する。したがって、ショートサーキット防止効果と消費電力および騒音値の低減との関係を考慮して、適切なショートサーキット防止部材１５を選択することが望ましい。

例えば、ショートサーキット防止部材１５の高さが部屋の天井面５１０と冷却庫１の上面１ｃとの間の距離の半分に低減されれば、ショートサーキット防止効果も低減される。そのため、放熱用熱交換器５とエアーダクト８内に吸い込まれる気流との温度差が十分確保されない。その結果、放熱能力の低い気流が放熱システムを循環する。したがって、全体の性能が低下するものと考えられる。しかしながら、同一風量を確保するための送風機６にかかる負担は軽減されるため、消費電力量および騒音値を低減させることができるという効果が期待される。

上記のように、本実施の形態の冷却庫１によれば、開口３から排出された空気は、ショートサーキット防止部材１５が設置されているため、冷却庫１の前方に流れる。したがって、本実施形態の冷却庫においては、開口３から排出された空気が、開口２からエアーダクト８内へ吸い込まれることはない。

図４は、図２の点線Ｋで囲われた部分の拡大図であって、他の例のショートサーキット防止部材１６が付加された冷却庫の断面図である。図４に示すように、平面視において、開口２を完全に覆うようなショートサーキット防止部材１６が設置されている。ショートサーキット防止部材１６における冷却庫１の背面側には、開口１６ａが設けられている。気流は、上述の開口１６ａを介して開口２に至る。図４に示す他の例のショートサーキット防止部材１６によっても、前述のショートサーキット防止部材１５と同様の効果を得ることができる。

一方、スターリング冷凍機４のコールドセクション（低温側熱搬送サイクルの凝縮器）で発生した冷熱は、低温側循環路４０を循環して、冷却器（低温側熱搬送サイクルの蒸発器）１４から冷気エアーダクト１０内の空気へ伝達される。このとき、送風ファン（図示しない）の回転によって、冷気エアーダクト１０内の冷気の一部が、矢印Ｄで示すように、冷凍室１１内に送り込まれるとともに、矢印Ｃで示すように、冷気の一部が冷蔵室１２内に送り込まれる。冷蔵室１２内に送り込まれた冷気は、矢印Ｅで示すように、野菜室１３内へ送り込まれる。さらに、野菜室１３内の冷気は、庫内排気エアーダクト（図示しない）を介して再び冷却器１４の付近へ送られる。なお、冷却器１４の除霜によって生じたドレン水は、ドレンパンに向かって落下し、ドレンパン内で蒸発する。

前述のように、本発明により放熱用熱交換器５の熱交換効率を高めることができるため、冷却器１４において極低温の冷熱を効率よく発生させることができる。具体的に言うと、本実施形態の冷却庫は、−５０℃以下の温度帯で貯蔵物を保存することが可能であり、冷凍および冷蔵の効率が高く、地球環境に与える悪影響が小さく、かつ騒音が小さい。

（第２の実施形態）
次に、図５および図６を参照して、本発明の第２の実施形態の冷却庫を説明する。図５は、本発明の第２の実施形態の冷却庫１の概略的な構成を示す断面図である。図中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのそれぞれは、気流の向きを表している。本実施形態の冷却庫の構成は、特に記載がない限り、第１の実施形態および従来の冷却庫の構成と同様である。また、図６は、放熱用熱交換器の開口部３００を説明するための図である。

本実施の形態の冷却庫においては、上面１ｃの近傍の正面１ａに開口３が設けられており、背面１ｂの近傍の上面１ｃに開口２が設けられている。エアーダクト８は、断熱性材で形成されており、開口２と開口３とを連通させるように延びている。また、本実施形態においても、開口２から冷却庫１の周辺の空気が吸い込まれ、開口３からエアーダクト８内の空気が排出される。このため、送風機６、放熱用熱交換器５の開口部（放熱用熱交換器５の近傍の流路）３００、および開口３がほぼ一直線状に配置されている。そのため、エアーダクト８全体の圧力損失を増大させる要因となるエアーダクト８の曲がり部が存在しない。その結果、エアーダクト８全体の圧力損失を低減させることができるため、送風機６の負担を軽減することができる。したがって、本実施形態の冷却庫は、騒音が小さくかつ消費電力が小さくなる。

また、放熱システム１００の全ての構成要素がエアーダクト８内に設置されており、放熱用熱交換器５は、エアーダクト８内であって、一直線状に延びるエアーダクト８の中央部に設置されている。ただし、放熱用熱交換器５の設置位置は、特にエアーダクト８の中央部に限定されるわけではなく、エアーダクト８内であれば、いずれであってもよい。より具体的には、開口３は、放熱用熱交換器５の開口部３００を通過する気流の流れにほぼ垂直な平面に沿って、放熱用熱交換器５の開口部３００および送風機６に対向するように設けられている。言い換えれば、送風機６、放熱用熱交換器５の開口部３００、および開口３を一直線上に配置することができる。そのため、エアーダクト８全体の圧力損失を増加させる要因であるエアーダクト８の曲がり部をなくすことができる。その結果、エアーダクト８全体の圧力損失を低減することが可能になる。したがって、送風機６の負担を軽減し、低騒音かつ低消費電力な冷却庫を提供することができる。

また、送風機６の正面（気流の吸い込み側の面）と放熱用熱交換器５の開口部３００とは、互いに向かい合うように配置されている。つまり、送風機６の回転軸の延長線は、放熱用熱交換器５の開口部３００を通過するように、すなわち、図６において紙面垂直に延びている。そのため、送風機６によって生成された気流は、さほど大きな抵抗を受けることなく、放熱用熱交換器５の開口部３００を通過する。そのため、気流が放熱用熱交換器５を流通する際に、偏流が生じることがない。その結果、放熱用熱交換器５の熱交換効率を高めることができる。

なお、放熱用熱交換器５の開口部３００は、たとえば、放熱用熱交換器５がフィンチューブ型熱交換器である場合には、図６にハッチングで示すように、図５に示すエアーダクト８の横断面（気流に垂直な断面）と同一であって、放熱用熱交換器５の外形とほぼ同一部分（放熱用熱交換器５を構成するフィンおよびチューブの部分）とその周囲の領域とを含めた部分である。そのため、送風機６によって生成された気流は、放熱用熱交換器５の開口部３００を流通する際に整流される。言い換えれば、放熱用熱交換器５の近傍で偏流が発生することが抑制される。したがって、放熱用熱交換器５の熱交換効率を向上させることができる。

なお、送風機６と放熱用熱交換器５との間の距離はいかなるものであってもよい。また、送風機６は、放熱用熱交換器５よりも下流側に設けられているため、放熱用熱交換器５を通過することによって整流された気流が送風機６に流入する。そのため、気流が送風機６の翼面から剥離することが抑制されため、より低騒音な放熱システムを得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、図７を参照して、本発明における第３の実施形態の冷却庫を説明する。図７は、本発明の第３の実施形態の冷却庫１の概略的な構成を示す断面図である。図中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥのそれぞれは、気流の向きを表している。本実施の形態の冷却庫の構成は、特に記載がない限り第１の実施形態および従来の冷却庫の構成と同様である。

本実施形態の冷却庫１においては、正面１ａ側の上面１ｃに開口３が設けられており、冷却庫１の背面１ｂ側の上面１ｃに開口２が設けられている。エアーダクト８は、断熱性材で形成されており、開口２と開口３とを連通させるように設けられている。エアーダクト８は、上面１ｃに沿って、開口２から開口３まで延びている。また、開口２から冷却庫１の周囲の空気が吸い込まれ、開口３からエアーダクト８内の空気が排出される。また、本実施形態においては、放熱用熱交換器５の開口部を通過する気流の流れに垂直な面に沿ってフィルター７ａが設けられている。スターリング冷凍機４は、エアーダクト８内の冷却庫１の背面１ｂの近傍に設置されている。

そのため、開口２は、スターリング冷凍機４の直上ではなく、スターリング冷凍機４の直上の位置よりも正面１ａ側の位置に設けられている。開口２は吸気口として機能し、開口３は排気口として機能する。つまり、吸気口から排気口までの距離は極めて短い。そのため、エアーダクト８全体の圧力損失を低減することによって、所望の風量を確保のための送風機６に必要な消費電力を低減させることができる。また、冷却庫１の正面１ａおよび上面１ｃ以外の面が壁に隣接していても、冷却庫１の放熱特性を向上させることができる。

また、エアーダクト８内に、スターリング冷凍機４および放熱システム１００が設けられているため、エアーダクト８とスターリング冷凍機４および放熱システム１００とを一体の組品として取り扱うことができる。そのため、本実施の形態のエアーダクト８は、冷却庫１の大きさとは無関係に、汎用品として利用され得る。したがって、スターリング冷凍機４の修理および構成部品の交換等のメンテナンスを容易に行うことが可能である。

また、本実施形態のエアーダクト８が採用されれば、複数種類の製品においてエアーダクトの構成部品を共通化することができるため、冷却庫１のコストを削減することができる。さらに、高温側循環路（配管）３０の構造が単純になるため、高温側循環路３０の折れ曲がり部等に起因する冷媒循環時の圧損を増大させる要因を低減させることができる。そのため、放熱効果の高い放熱システム１００を有する冷却庫１が得られる。

なお、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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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ていることが意図される。

本発明の第１の実施形態の冷却庫１のエアーダクト部を模式的に示す図である。 図１のＶ平面における冷却庫の断面図である。 図２の点線Ｋで囲われた部分の拡大図であって、ショートサーキット防止部材が取り付けられた冷却庫の断面図である。 図２の点線Ｋで囲われた部分の拡大図であって、別のショートサーキット防止部材が取り付けられた冷却庫の断面図である。 本発明の第２の実施形態の冷却庫１の概略的な構成を示す断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 本発明の第３の実施形態の冷却庫１の概略的な構成を示す断面図である。 従来のスターリング冷凍システムを有する冷却庫を示す図である。 実施形態のスターリング冷凍システムの構成を説明するための図である。

符号の説明

１ 冷却庫、１ａ 正面、１ｂ 背面、１ｃ 上面、１ｄ 底面、２ 開口（吸気用）、３ 開口（排気用）、４ スターリング冷凍機、５ 放熱用熱交換器、６ 送風機、７ａ，７ｂ フィルター、８ エアーダクト、９ 断熱壁、１０ 冷気エアーダクト、１１ 冷凍室、１２ 冷蔵室、１３ 野菜室、１４ 冷却器、１５，１６ ショートサーキット防止部材、１６ａ 開口。

Claims (12)

1. 逆スターリングサイクルによって冷熱を生成するスターリング冷凍機と、
   前記スターリング冷凍機で発生した温熱を放出する放熱システムとを備えた冷却庫であって、
   前記放熱システムは、
   前記スターリング冷凍機のウォームセクションに取り付けられた吸熱用熱交換器と、
   前記スターリング冷凍機よりも上側に設けられ、外気へ温熱を放出するための放熱用熱交換器と、
   前記吸熱用熱交換器と前記放熱用熱交換器とを接続するとともに、前記ウォームセクションで発生した温熱を受け取った高温側二次冷媒が自然循環する高温側循環路と、
   前記放熱用熱交換器における前記高温側二次冷媒と外気との熱交換を促進する気流を生成する送風機と、
   前記放熱用熱交換器および前記送風機を内包し、第１開口から第２開口まで前記気流を案内するエアーダクトとを有し、
   前記エアーダクトの第１開口は、当該冷却庫の上面の背面側に設けられ、
   前記エアーダクトの第２開口は、当該冷却庫の正面の上面側または当該冷却庫の上面の正面側に設けられた、冷却庫。
2. 当該冷却庫の外形寸法において、幅Ｗ、奥行きＦ、かつ高さＨであれば、前記エアーダクトの全長寸法Ｌは、Ｈ＞Ｆ≧Ｗという関係が成立する場合には、Ｗ≧Ｌであり、また、Ｈ＞Ｗ≧Ｆという関係が成立する場合には、Ｆ≧Ｌである、請求項１に記載の冷却庫。
3. 前記エアーダクトは、当該冷却庫の上面の近傍に前記上面に沿って設置されている、請求項１に記載の冷却庫。
4. 前記第２開口は、当該冷却庫の正面の上面側に設けられた、請求項１に記載の冷却庫。
5. 前記送風機は、前記第２開口から排出された空気を当該冷却庫が設置されている部屋の天井面に沿って流すように設けられている、請求項１に記載の冷却庫。
6. 前記第２開口から外部へ排出された空気が前記第１開口からエアーダクト内へ吸引されないようにするためのショートサーキット防止部材をさらに備えた、請求項１に記載の冷却庫。
7. 前記ダクトの前記放熱用熱交換器の上流側にフィルターをさらに備えた、請求項１に記載の冷却庫。
8. 前記第２開口にフィルターが設けられた、請求項１に記載の冷却庫。
9. 前記送風機の正面は、前記放熱用熱交換器の開口部と対向している、請求項１に記載の冷却庫。
10. 前記第２開口は、前記放熱用熱交換器の開口部を通過する気流の流れにほぼ垂直な平面に沿って設けられている、請求項１に記載の冷却庫。
11. 前記スターリング冷凍機および前記放熱システムは、前記エアーダクトに内装されている、請求項１に記載の冷却庫。
12. 前記エアーダクトは、断熱性材を用いて形成されている、請求項１に記載の冷却庫。

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