JP2007046830A - Cooling storage - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling storage having high defrosting capacity and restrained from the excessive rise of temperature in a cooling chamber even in an abnormal current carrying time. <P>SOLUTION: A Stirling cooling storage comprises a cooling storage body having the cooling chamber, a low temperature side evaporator 11 for cooling the interior of the cooling chamber, and a heater 11A defrosting the low temperature side evaporator 11. A heater 11A has a glass tube heater 111A provided with a space from the low temperature side evaporator 11, and a PTC heater 112A provided near the low temperature side evaporator 11. The PTC heater 112A has a function of suppressing its output (a self-temperature control function) when the heater reaches a predetermined temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、冷却庫に関し、特に、除霜機能を有する冷却庫に関する。   The present invention relates to a refrigerator, and more particularly to a refrigerator having a defrosting function.

冷却庫の除霜に用いられる除霜ヒータが従来から知られている。
たとえば、特開2004−340402号公報(特許文献1)においては、ガラス管内部に設置された金属抵抗体からなるヒータ線と、ガラス管を覆う管体とを備えた除霜ヒータが開示されている。該除霜ヒータは、その輻射熱が指向性を有するように形成されている。
特開2004−340402号公報
Conventionally, a defrost heater used for defrosting a refrigerator is known.
For example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-340402 (Patent Document 1), a defrost heater including a heater wire made of a metal resistor installed inside a glass tube and a tube covering the glass tube is disclosed. Yes. The defrost heater is formed so that the radiant heat has directivity.
JP 2004-340402 A

除霜ヒータを用いて冷却器の除霜を行なう場合、異常によりヒータが連続通電状態となった場合にも冷却室内の温度が異常に上昇することを抑制する必要がある。このため、ヒータ出力を十分に高く設定することができない場合がある。この結果、除霜処理に比較的長い時間を要し、除霜時に冷却室の温度を十分に低く保てない場合がある。   When defrosting a cooler using a defrost heater, it is necessary to prevent the temperature in the cooling chamber from rising abnormally even when the heater is continuously energized due to an abnormality. For this reason, the heater output may not be set sufficiently high. As a result, the defrosting process takes a relatively long time, and the temperature of the cooling chamber may not be kept sufficiently low during the defrosting.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、除霜能力が高く、かつ、異常通電時にも冷却室内の温度が過度に上昇することを抑制する冷却庫を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is a cooling system that has a high defrosting capability and suppresses an excessive increase in the temperature in the cooling chamber even during abnormal energization. Is to provide storage.

本発明に係る冷却庫は、冷却室を有する冷却庫本体と、冷却室内を冷却するための冷却器と、冷却器の除霜を行なうヒータとを備え、ヒータは、冷却器と離間して設けられた第1ヒータと、冷却器近傍に設けられた第2ヒータとを有し、第2ヒータは自己温度制御機能を有する。   A refrigerator according to the present invention includes a refrigerator main body having a cooling chamber, a cooler for cooling the cooling chamber, and a heater for defrosting the cooler, and the heater is provided apart from the cooler. And a second heater provided in the vicinity of the cooler, and the second heater has a self-temperature control function.

ここで、自己温度制御機能とは、ヒータが所定の温度に達した時に、その出力を抑制する機能を意味する。   Here, the self-temperature control function means a function of suppressing the output when the heater reaches a predetermined temperature.

上記構成によれば、冷却器と離間した第1ヒータからの輻射熱によって冷却器およびその周辺の部材に付着した霜を融解するとともに、冷却器近傍の第2ヒータから冷却器への熱伝導によって冷却器に付着した霜を効率よく融かすことができる。したがって、高い除霜能力が得られる。そして、除霜時間が短縮され、除霜時に冷却室内の温度を十分に低く保つことができる。一方で、異常によりヒータが連続通電状態となった場合、自己温度制御機能を有する第2ヒータの出力が抑制されるので、冷却庫内の温度が過度に上昇することを抑制することができる。   According to the above configuration, frost adhering to the cooler and its peripheral members is melted by radiant heat from the first heater separated from the cooler, and cooled by heat conduction from the second heater near the cooler to the cooler. The frost adhering to the vessel can be melted efficiently. Therefore, high defrosting capability is obtained. And defrosting time is shortened and the temperature in a cooling chamber can be kept low enough at the time of defrosting. On the other hand, when the heater is continuously energized due to an abnormality, the output of the second heater having the self-temperature control function is suppressed, so that the temperature in the refrigerator can be prevented from rising excessively.

上記冷却庫は、好ましくは、高温部と低温部とを有するスターリング機関と、スターリング機関の低温部に設けられ、内部の冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮器において凝縮した冷媒を蒸発させる蒸発器とをさらに備える、そして、上記冷却器としてこの蒸発器が用いられる。   The cooler is preferably a Stirling engine having a high temperature part and a low temperature part, a condenser provided in the low temperature part of the Stirling engine, a condenser for condensing the refrigerant inside, and an evaporator for evaporating the refrigerant condensed in the condenser And the evaporator is used as the cooler.

これにより、除霜能力が高く、かつ、異常通電時にも冷却室内の温度が過度に上昇することが抑制されたスターリング冷却庫が得られる。   As a result, a Stirling cooler having a high defrosting capability and suppressing the temperature in the cooling chamber from excessively rising even during abnormal energization is obtained.

本発明によれば、異常によりヒータが連続通電状態となった場合にも冷却室内の温度が過度に上昇することを抑制しながら、ヒータによる除霜能力を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when a heater will be in a continuous electricity supply state by abnormality, the defrosting capability by a heater can be improved, suppressing that the temperature in a cooling chamber rises too much.

以下に、本発明に基づく冷却庫の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。   Below, the embodiment of the refrigerator based on this invention is described. Note that the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may not be repeated.

本願明細書において、「冷却庫」とは、「冷蔵庫」、「冷凍庫」および「冷凍冷蔵庫」の全てを含む概念である。   In the specification of the present application, the “refrigerator” is a concept including all of “refrigerator”, “freezer”, and “refrigerator”.

図1は、本発明の1つの実施の形態に係る冷却庫の一例としてのスターリング冷却庫の配管系統図である。   FIG. 1 is a piping system diagram of a Stirling cooler as an example of a cooler according to one embodiment of the present invention.

スターリング冷却庫1は、図1に示すように、高温部2と低温部3とを有するスターリング冷凍機4(スターリング機関)と、高温部2に取付けられた高温側蒸発器5、高温側凝縮器7およびパイプ2A,2Bを含む第1高温側循環回路(第1循環回路)と、高温側蒸発器5、循環ポンプ6、発露防止パイプ9およびパイプ2C〜2Eを含む第2高温側循環回路(第2循環回路)と、低温部3に取付けられた低温側凝縮器10、低温側蒸発器11およびパイプ3A,3Bを含む低温側循環回路とを備える。第1高温側循環回路は、スターリング冷凍機4の高温部2の冷却を行ない、第2高温側循環回路は、発露防止パイプ9に熱を供給する。また、低温側循環回路は、低温側蒸発器11を介して冷却庫内の空気とスターリング冷凍機4の低温部3との熱交換を行なう。   As shown in FIG. 1, the Stirling refrigerator 1 includes a Stirling refrigerator 4 (Stirling engine) having a high temperature part 2 and a low temperature part 3, a high temperature side evaporator 5 attached to the high temperature part 2, and a high temperature side condenser. 7 and the first high temperature side circulation circuit (first circulation circuit) including the pipes 2A and 2B, and the second high temperature side circulation circuit including the high temperature side evaporator 5, the circulation pump 6, the dew prevention pipe 9 and the pipes 2C to 2E ( 2nd circulation circuit) and the low temperature side circulation circuit containing the low temperature side condenser 10 attached to the low temperature part 3, the low temperature side evaporator 11, and the pipes 3A and 3B. The first high temperature side circulation circuit cools the high temperature part 2 of the Stirling refrigerator 4, and the second high temperature side circulation circuit supplies heat to the dew condensation prevention pipe 9. The low temperature side circulation circuit exchanges heat between the air in the refrigerator and the low temperature part 3 of the Stirling refrigerator 4 via the low temperature side evaporator 11.

第1と第2高温側循環回路内には水(H2O)などが冷媒として封入されている。高温
側蒸発器5において蒸発した冷媒はパイプ2A(高温側導管)を介して高温側凝縮器7に達する(図1中の破線矢印)。高温側凝縮器7において外気との熱交換が行なわれることで冷媒が凝縮し液化する。この熱交換を促進するために、高温側凝縮器7近傍に気流を生じさせるファン8が設けられている。液化した冷媒は、パイプ2B(高温側戻り管)を介して高温側蒸発器5に戻る。第1高温側循環回路においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、高温部2で発生した熱を高温側凝縮器7に伝達することができるように、高温側凝縮器7は高温側蒸発器5より上方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整(大気圧よりも減圧)されている。
Water (H 2 O) or the like is sealed as a refrigerant in the first and second high-temperature side circulation circuits. The refrigerant evaporated in the high temperature side evaporator 5 reaches the high temperature side condenser 7 via the pipe 2A (high temperature side conduit) (broken line arrow in FIG. 1). The refrigerant is condensed and liquefied by heat exchange with the outside air in the high temperature side condenser 7. In order to promote this heat exchange, a fan 8 that generates an air flow in the vicinity of the high-temperature side condenser 7 is provided. The liquefied refrigerant returns to the high temperature side evaporator 5 through the pipe 2B (high temperature side return pipe). In the first high temperature side circulation circuit, the heat generated in the high temperature part 2 can be transferred to the high temperature side condenser 7 by utilizing the natural circulation caused by the evaporation and condensation of the refrigerant. The side condenser 7 is disposed above the high temperature side evaporator 5. Further, in order to adjust the boiling point of the refrigerant, the pressure in the circulation circuit system is adjusted (reduced pressure from atmospheric pressure).

一方、高温側蒸発器5の下部には、パイプ2Cが接続されている。高温側蒸発器5からパイプ2Cに液相の冷媒が流入する。パイプ2Cに流入した冷媒は、スターリング冷凍機4よりも下方に位置する循環ポンプ6に達する。循環ポンプ6から吐出された冷媒は、パイプ2Dを介して発露防止パイプ9に送られる。発露防止パイプ9内を流れた冷媒は、パイプ2Eを介して高温側蒸発器5内に戻る。このように、第2高温側循環回路においては、循環ポンプ6による強制循環が行なわれている。   On the other hand, a pipe 2 </ b> C is connected to the lower part of the high temperature side evaporator 5. Liquid phase refrigerant flows from the high temperature side evaporator 5 into the pipe 2C. The refrigerant flowing into the pipe 2 </ b> C reaches the circulation pump 6 positioned below the Stirling refrigerator 4. The refrigerant discharged from the circulation pump 6 is sent to the dew prevention pipe 9 via the pipe 2D. The refrigerant that has flowed through the dew condensation prevention pipe 9 returns to the high temperature side evaporator 5 through the pipe 2E. Thus, forced circulation by the circulation pump 6 is performed in the second high temperature side circulation circuit.

ここで、発露防止パイプ9内を流れる冷媒は、スターリング冷凍機4の高温部2から与えられた熱により比較的高温に保たれている。したがって、発露防止パイプ9を冷却庫の前面開口部に配置することで、ドア部等における発露を抑制することができる。   Here, the refrigerant flowing in the dew condensation prevention pipe 9 is kept at a relatively high temperature by the heat given from the high temperature part 2 of the Stirling refrigerator 4. Therefore, the dew condensation prevention pipe 9 can be arranged in the front opening of the refrigerator to suppress the dew condensation at the door portion or the like.

また、低温側循環回路内には二酸化炭素や炭化水素などが冷媒として封入されている。低温側凝縮器10において液化した冷媒はパイプ3A(低温側導管)を介して低温側蒸発器11に達する。低温側蒸発器11において冷媒が蒸発することで熱交換が行なわれる。この熱交換を促進するために、低温側蒸発器11近傍に気流を生じさせるファン12が設けられている。熱交換の後、気化された冷媒は、パイプ3B(低温側戻り管)を介して低温側凝縮器10に戻る。低温側循環回路においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、低温部3で発生した冷熱を低温側蒸発器11に伝達することができるように、低温側蒸発器11は低温側凝縮器10より下方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。   In addition, carbon dioxide, hydrocarbons, and the like are sealed as a refrigerant in the low-temperature side circulation circuit. The refrigerant liquefied in the low temperature side condenser 10 reaches the low temperature side evaporator 11 through the pipe 3A (low temperature side conduit). Heat exchange is performed by evaporating the refrigerant in the low temperature side evaporator 11. In order to promote this heat exchange, a fan 12 that generates an air flow in the vicinity of the low-temperature evaporator 11 is provided. After heat exchange, the vaporized refrigerant returns to the low temperature side condenser 10 via the pipe 3B (low temperature side return pipe). In the low-temperature side circulation circuit, the low-temperature side evaporation is performed so that the cold heat generated in the low-temperature part 3 can be transmitted to the low-temperature side evaporator 11 by utilizing natural circulation caused by the evaporation and condensation of the refrigerant. The vessel 11 is disposed below the low temperature side condenser 10. Further, the pressure in the circulation circuit system is adjusted in order to adjust the boiling point of the refrigerant.

スターリング冷凍機4を作動させると、該冷凍機4の高温部2で発生した熱は、高温側凝縮器7を介して外気と熱交換される。一方、スターリング冷凍機4の低温部3で発生した冷熱は、低温側蒸発器11を介して冷却庫内の空気と熱交換される。冷却庫内からの暖かくなった気流は、再び低温側蒸発器11近傍に送られ、繰り返し冷却される。   When the Stirling refrigerator 4 is operated, heat generated in the high temperature part 2 of the refrigerator 4 is exchanged with the outside air via the high temperature side condenser 7. On the other hand, the cold generated in the low temperature part 3 of the Stirling refrigerator 4 is heat exchanged with the air in the refrigerator through the low temperature side evaporator 11. The warmed airflow from the inside of the refrigerator is sent again to the vicinity of the low-temperature side evaporator 11 and repeatedly cooled.

上述した冷却サイクルの実施に伴い、低温側蒸発器11に着霜が生じる。スターリング冷却庫1においては、除霜用のヒータ11Aが設けられている。ヒータ11Aの構成および動作については後述する。   With the implementation of the cooling cycle described above, frost forms on the low temperature side evaporator 11. In the Stirling refrigerator 1, a heater 11A for defrosting is provided. The configuration and operation of the heater 11A will be described later.

低温側蒸発器11の除霜を実施することで、除霜水が発生する。除霜水は、ドレンパイプ12Aを介して、冷却庫本体底面の下部に設置されたドレンパン12B(蒸発皿)に導かれる。ドレンパン12Bの上部には、ファン12Cが設けられており、ファン12Cによってドレンパン12B内に溜まった除霜水表面近傍に気流が形成され、比較的乾いた空気が除霜水上に供給されことにより、除霜水の蒸発が促進される。   By performing defrosting of the low temperature side evaporator 11, defrosted water is generated. The defrost water is guided to the drain pan 12B (evaporating dish) installed at the lower part of the bottom surface of the refrigerator main body through the drain pipe 12A. A fan 12C is provided on the top of the drain pan 12B, and an air flow is formed in the vicinity of the surface of the defrost water accumulated in the drain pan 12B by the fan 12C, and relatively dry air is supplied onto the defrost water. Evaporation of defrost water is promoted.

次に、図2を用いて、スターリング冷凍機4の構造の一例およびその動作について説明する。   Next, an example of the structure of the Stirling refrigerator 4 and its operation will be described with reference to FIG.

図2に示すように、本実施の形態のスターリング冷凍機4は、フリーピストン型のスターリング機関であって、ケーシング30と、該ケーシング30に組付けられたシリンダ13と、シリンダ13内で往復動するピストン14およびディスプレーサ15と、再生器16と、圧縮空間17Aと膨張空間17Bとを含む作動空間17と、高温部2と、低温部3と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ23と、ピストンスプリング24と、ディスプレーサスプリング25と、ディスプレーサロッド26と、背圧空間27とを備える。   As shown in FIG. 2, the Stirling refrigerator 4 of the present embodiment is a free piston type Stirling engine, and includes a casing 30, a cylinder 13 assembled to the casing 30, and a reciprocating motion in the cylinder 13. Piston 14 and displacer 15, regenerator 16, working space 17 including a compression space 17 </ b> A and an expansion space 17 </ b> B, a high temperature portion 2, a low temperature portion 3, a linear motor 23 as a piston driving means, and a piston spring 24, a displacer spring 25, a displacer rod 26, and a back pressure space 27.

図2の例では、スターリング冷凍機4の外殻体(外壁)は、単一の容器で構成されず、背圧空間27側に位置するケーシング30(ベッセル部分)と、作動空間17側に位置する高温部2、チューブ18Aおよび低温部3とで主に構成される。ケーシング30は、背圧空間27を規定する。ケーシング30には、シリンダ13、リニアモータ23、ピストンスプリング24およびディスプレーサスプリング25をはじめとする種々の部品が組付けられる。上記外殻体の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。   In the example of FIG. 2, the outer shell (outer wall) of the Stirling refrigerator 4 is not constituted by a single container, but is positioned on the back pressure space 27 side and the casing 30 (vessel portion) and on the working space 17 side. The high-temperature part 2, the tube 18A, and the low-temperature part 3 are mainly configured. The casing 30 defines a back pressure space 27. Various parts including the cylinder 13, the linear motor 23, the piston spring 24, and the displacer spring 25 are assembled to the casing 30. The outer shell is filled with a working medium such as helium gas, hydrogen gas, or nitrogen gas.

シリンダ13は、略円筒状の形状を有し、内部にピストン14とフリーピストンとしてのディスプレーサ15とを往復動可能に受け入れる。シリンダ13内において、ピストン14とディスプレーサ15とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン14およびディスプレーサ15によってシリンダ13内の作動空間17が圧縮空間17Aと膨張空間17Bとに区画される。より詳しくは、作動空間17は、ピストン14におけるディスプレーサ15側の端面よりもディスプレーサ15側に位置する空間であり、ピストン14とディスプレーサ15との間に圧縮空間17Aが形成され、ディスプレーサ15と低温部3との間に膨張空間17Bが形成される。圧縮空間17Aは主に高温部2によって囲まれ、膨張空間17Bは主に低温部3によって囲まれている。   The cylinder 13 has a substantially cylindrical shape, and receives therein a piston 14 and a displacer 15 as a free piston so as to be capable of reciprocating. In the cylinder 13, the piston 14 and the displacer 15 are coaxially spaced apart, and the piston 14 and the displacer 15 divide the working space 17 in the cylinder 13 into a compression space 17 </ b> A and an expansion space 17 </ b> B. More specifically, the working space 17 is a space located closer to the displacer 15 than the end face of the piston 14 on the displacer 15 side, and a compression space 17A is formed between the piston 14 and the displacer 15, and the displacer 15 and the low temperature portion 3, an expansion space 17 </ b> B is formed. The compression space 17A is mainly surrounded by the high temperature part 2, and the expansion space 17B is mainly surrounded by the low temperature part 3.

圧縮空間17Aと膨張空間17Bとの間には、シリンダ13の外周面上に所定の隙間を有しながらフィルムが巻回されてなる再生器16が配設されており、この再生器16を介して圧縮空間17Aと膨張空間17Bとが連通する。それにより、スターリング冷凍機4内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン14およびディスプレーサ15の動作に合わせて流動することにより、後述する逆スターリングサイクルが実現される。   Between the compression space 17 </ b> A and the expansion space 17 </ b> B, a regenerator 16 in which a film is wound on the outer peripheral surface of the cylinder 13 with a predetermined gap is disposed. Thus, the compression space 17A and the expansion space 17B communicate with each other. Thereby, a closed circuit is formed in the Stirling refrigerator 4. The working medium sealed in the closed circuit flows in accordance with the operations of the piston 14 and the displacer 15, thereby realizing a reverse Stirling cycle described later.

シリンダ13の外側に位置する背圧空間27にはリニアモータ23が配設される。リニアモータ23は、インナーヨーク20と、可動マグネット部21と、アウターヨーク22およびコイルとを有し、このリニアモータ23によって、シリンダ13の軸方向にピストン14が駆動される。   A linear motor 23 is disposed in the back pressure space 27 located outside the cylinder 13. The linear motor 23 includes an inner yoke 20, a movable magnet portion 21, an outer yoke 22 and a coil, and the piston 14 is driven in the axial direction of the cylinder 13 by the linear motor 23.

ピストン14の一端は、板バネなどで構成されるピストンスプリング24と接続される。該ピストンスプリング24は、ピストン14に弾性力を付与する弾性力付与手段として機能する。該ピストンスプリング24による弾性力を付加することにより、シリンダ13内でピストン14をより安定して周期的に往復動させることが可能となる。ディスプレーサ15の一端は、ディスプレーサロッド26を介してディスプレーサスプリング25と接続される。ディスプレーサロッド26はピストン14を貫通して配設され、ディスプレーサスプリング25は板バネなどで構成される。該ディスプレーサスプリング25の周縁部と、ピストンスプリング24の周縁部は、リニアモータ23からピストン14の背圧空間27側(以下、後方と称する場合がある。)に延びる支持部材により支持される。   One end of the piston 14 is connected to a piston spring 24 constituted by a leaf spring or the like. The piston spring 24 functions as an elastic force applying means for applying an elastic force to the piston 14. By applying an elastic force by the piston spring 24, the piston 14 can be reciprocated in the cylinder 13 more stably and periodically. One end of the displacer 15 is connected to a displacer spring 25 via a displacer rod 26. The displacer rod 26 is disposed through the piston 14, and the displacer spring 25 is constituted by a leaf spring or the like. The peripheral edge of the displacer spring 25 and the peripheral edge of the piston spring 24 are supported by a support member that extends from the linear motor 23 toward the back pressure space 27 of the piston 14 (hereinafter sometimes referred to as the rear).

ピストン14に対しディスプレーサ15と反対側には、ケーシング30によって囲まれた背圧空間27が配設されている。背圧空間27は、ケーシング30内でピストン14の周囲に位置する外周領域と、ケーシング30内でピストン14よりもピストンスプリング
24側(後方側)に位置する後方領域とを含む。この背圧空間27内にも、作動媒体が存在する。
A back pressure space 27 surrounded by a casing 30 is disposed on the opposite side of the piston 14 from the displacer 15. The back pressure space 27 includes an outer peripheral area located around the piston 14 in the casing 30 and a rear area located closer to the piston spring 24 (rear side) than the piston 14 in the casing 30. There is also a working medium in the back pressure space 27.

高温部2は、ベース部材30Aを介してケーシング30に取付けられる。高温部2と低温部3とは、チューブ18Aを介して接続される。高温部2、低温部3の内周面上には、それぞれ内部熱交換器18と内部熱交換器19とが設けられる。内部熱交換器18,19は、それぞれ、圧縮空間17A,膨張空間17Bと高温部2,低温部3との間の熱交換を行なう。   The high temperature part 2 is attached to the casing 30 via the base member 30A. The high temperature part 2 and the low temperature part 3 are connected via the tube 18A. On the inner peripheral surfaces of the high temperature part 2 and the low temperature part 3, an internal heat exchanger 18 and an internal heat exchanger 19 are provided, respectively. The internal heat exchangers 18 and 19 perform heat exchange between the compression space 17A and the expansion space 17B and the high temperature part 2 and the low temperature part 3, respectively.

ケーシング30の後方側には、板バネ28を介してバランスマス29が取付けられている。バランスマス29は、ピストン14やディスプレーサ15が振動することによって生じるケーシング30の振動を吸収する質量部材である。具体的には、ピストン14やディスプレーサ15が振動することによってケーシング30に振動が生じた場合に、このケーシング30の振動に対して追従するようにバランスマス29が振動することにより、スターリング冷凍機4の振動が低減される。   A balance mass 29 is attached to the rear side of the casing 30 via a leaf spring 28. The balance mass 29 is a mass member that absorbs vibration of the casing 30 that is generated when the piston 14 and the displacer 15 vibrate. Specifically, when the vibration is generated in the casing 30 due to the vibration of the piston 14 or the displacer 15, the balance mass 29 is vibrated so as to follow the vibration of the casing 30, whereby the Stirling refrigerator 4. Vibration is reduced.

次に、このスターリング冷凍機4の動作について説明する。
まず、リニアモータ23を作動させてピストン14を駆動する。リニアモータ23によって駆動されたピストン14は、ディスプレーサ15に接近し、圧縮空間17A内の作動媒体(作動ガス)を圧縮する。
Next, the operation of the Stirling refrigerator 4 will be described.
First, the linear motor 23 is actuated to drive the piston 14. The piston 14 driven by the linear motor 23 approaches the displacer 15 and compresses the working medium (working gas) in the compression space 17A.

ピストン14がディスプレーサ15に接近することにより、圧縮空間17A内の作動媒体の温度は上昇するが、高温部2によってこの圧縮空間17A内に発生した熱が外部へと放出される。そのため、圧縮空間17A内の作動媒体の温度はほぼ等温に維持される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルにおける等温圧縮過程に相当する。   When the piston 14 approaches the displacer 15, the temperature of the working medium in the compression space 17 </ b> A rises, but heat generated in the compression space 17 </ b> A by the high temperature portion 2 is released to the outside. Therefore, the temperature of the working medium in the compression space 17A is maintained almost isothermal. That is, this process corresponds to an isothermal compression process in a reverse Stirling cycle.

ピストン14がディスプレーサ15に接近した後にディスプレーサ15は低温部3側に移動する。他方、ピストン14によって圧縮空間17A内において圧縮された作動媒体は再生器16内に流入し、さらに膨張空間17Bへと流れ込む。その際、作動媒体の持つ熱が再生器16に蓄熱される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容冷却過程に相当する。   After the piston 14 approaches the displacer 15, the displacer 15 moves to the low temperature part 3 side. On the other hand, the working medium compressed in the compression space 17A by the piston 14 flows into the regenerator 16, and further flows into the expansion space 17B. At that time, the heat of the working medium is stored in the regenerator 16. That is, this process corresponds to an isovolumetric cooling process in a reverse Stirling cycle.

膨張空間17B内に流入した高圧の作動媒体は、ディスプレーサ15がピストン14側(後方側)へ移動することにより膨張する。このようにディスプレーサ15が後方側へ移動するのに伴い、ディスプレーサスプリング25の中央部も後方側に突出するように変形する。   The high-pressure working medium that has flowed into the expansion space 17B expands when the displacer 15 moves to the piston 14 side (rear side). As the displacer 15 moves rearward in this way, the center portion of the displacer spring 25 is also deformed so as to protrude rearward.

上記のように膨張空間17B内で作動媒体が膨張することにより、膨張空間17B内の作動媒体の温度は下降するが、低温部3によって外部の熱が膨張空間17B内へと伝達されるため、膨張空間17B内はほぼ等温に保たれる。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等温膨張過程に相当する。   When the working medium expands in the expansion space 17B as described above, the temperature of the working medium in the expansion space 17B decreases, but external heat is transferred into the expansion space 17B by the low temperature portion 3, The inside of the expansion space 17B is kept almost isothermal. That is, this process corresponds to an isothermal expansion process of a reverse Stirling cycle.

その後、ディスプレーサ15がピストン14から遠ざかる方向(前方側)に移動し始める。それにより、膨張空間17B内の作動媒体は再生器16を通過して再び圧縮空間17A側へと戻る。その際に再生器16に蓄熱されていた熱が作動媒体に与えられるため、作動媒体は昇温する。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容加熱過程に相当する。   Thereafter, the displacer 15 starts to move away from the piston 14 (front side). Thereby, the working medium in the expansion space 17B passes through the regenerator 16 and returns to the compression space 17A side again. At this time, since the heat stored in the regenerator 16 is applied to the working medium, the working medium is heated. That is, this process corresponds to a constant volume heating process of a reverse Stirling cycle.

この一連の過程(等温圧縮過程−等容冷却過程−等温膨張過程−等容加熱過程)が繰り返されることにより、逆スターリングサイクルが構成される。この結果、低温部3は徐々に低温になり、極低温(たとえば−50℃程度)を有するに至る。一方で、高温部2は徐々に高温(たとえば60℃程度)になる。上述したように、低温部3における冷熱は、低温側循環回路を介して冷却庫内に供給され、高温部2における熱は、第1と第2高温側循環回路を介して冷却庫外に放出される。   By repeating this series of processes (isothermal compression process-isovolume cooling process-isothermal expansion process-isovolume heating process), an inverse Stirling cycle is configured. As a result, the low temperature part 3 is gradually lowered in temperature and has an extremely low temperature (for example, about −50 ° C.). On the other hand, the high temperature part 2 becomes gradually high temperature (for example, about 60 ° C.). As described above, the cold heat in the low temperature section 3 is supplied into the refrigerator through the low temperature side circulation circuit, and the heat in the high temperature section 2 is released to the outside of the refrigerator through the first and second high temperature side circulation circuits. Is done.

図3は、低温側蒸発器11の除霜機構を説明する図である。図3を参照して、低温側蒸発器11の除霜機構は、ヒータ11Aと「温度センサ」としての除霜サーミスタ11Bとを含んで構成される。ヒータ11Aは、ガラス管ヒータ111AとPTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータ112Aとを有する。   FIG. 3 is a diagram for explaining a defrosting mechanism of the low-temperature side evaporator 11. Referring to FIG. 3, the defrosting mechanism of low temperature side evaporator 11 includes a heater 11 </ b> A and a defrosting thermistor 11 </ b> B as a “temperature sensor”. The heater 11A includes a glass tube heater 111A and a PTC (Positive Temperature Coefficient) heater 112A.

ガラス管ヒータ111Aは、低温側蒸発器11の下方に位置し、低温側蒸発器11と離間して設けられている。そして、ガラス管ヒータ111A上には、ヒータカバー111Bが設けられている。一方、PTCヒータ112Aは、低温側循環回路における2次冷媒用配管に取付けられている。より具体的には、PTCヒータ112Aは、低温側蒸発器11の下部に取付けられている。ただし、PTCヒータ112Aの取付け位置は、図3に示される位置に限定されない。PTCヒータ112Aは、低温側蒸発器11の近傍に設けられている限り、該低温側蒸発器11と若干離間して設けられていてもよい。   The glass tube heater 111 </ b> A is located below the low temperature side evaporator 11 and is provided apart from the low temperature side evaporator 11. A heater cover 111B is provided on the glass tube heater 111A. On the other hand, the PTC heater 112A is attached to a secondary refrigerant pipe in the low temperature side circulation circuit. More specifically, the PTC heater 112 </ b> A is attached to the lower part of the low temperature side evaporator 11. However, the mounting position of the PTC heater 112A is not limited to the position shown in FIG. As long as the PTC heater 112 </ b> A is provided in the vicinity of the low temperature side evaporator 11, the PTC heater 112 </ b> A may be provided slightly apart from the low temperature side evaporator 11.

図3に示される除霜機構によれば、低温側蒸発器11と離間したガラス管ヒータ111Aからの輻射熱によって低温側蒸発器11およびその周辺の部材に付着した霜を融解するとともに、低温側蒸発器11近傍のPTCヒータ112Aから低温側蒸発器11への熱伝導によって冷却器に付着した霜を効率よく融かすことができる。したがって、高い除霜能力が得られる。そして、除霜時間が短縮され、除霜時に冷却室内の温度を十分に低く保つことができる。   According to the defrosting mechanism shown in FIG. 3, the frost adhering to the low temperature side evaporator 11 and its peripheral members is melted by the radiant heat from the glass tube heater 111A spaced from the low temperature side evaporator 11, and the low temperature side evaporation is performed. The frost adhering to the cooler can be efficiently melted by heat conduction from the PTC heater 112A in the vicinity of the cooler 11 to the low temperature side evaporator 11. Therefore, high defrosting capability is obtained. And defrosting time is shortened and the temperature in a cooling chamber can be kept low enough at the time of defrosting.

図4は、図3に示される除霜機構の正常時の動作を説明するタイミングチャートである。図4を参照して、ガラス管ヒータ111AおよびPTCヒータ112Aへの通電が開始され、それらがONされる(出力:100W)ことにより、低温側蒸発器11の除霜が開始される。なお、図4の例では、ガラス管ヒータ111AおよびPTCヒータ112Aが同時にONされているが、ガラス管ヒータ111AがONされた後にPTCヒータ112AがONされてもよいし、PTCヒータ112AがONされた後にガラス管ヒータ111AがONされてもよい。また、図4の例では、ガラス管ヒータ111Aおよびガラス管ヒータ112Aの出力は100Wとされているが、該出力は100Wに限定されず、たとえば150Wや170Wであってもよい。また、ガラス管ヒータ111Aの出力とPTCヒータ112Aの出力とが異なっていてもよい。   FIG. 4 is a timing chart for explaining the normal operation of the defrosting mechanism shown in FIG. Referring to FIG. 4, energization to glass tube heater 111 </ b> A and PTC heater 112 </ b> A is started and turned on (output: 100 W), whereby defrosting of low-temperature side evaporator 11 is started. In the example of FIG. 4, the glass tube heater 111A and the PTC heater 112A are simultaneously turned on. However, the PTC heater 112A may be turned on after the glass tube heater 111A is turned on, or the PTC heater 112A is turned on. After that, the glass tube heater 111A may be turned on. In the example of FIG. 4, the output of the glass tube heater 111A and the glass tube heater 112A is 100 W, but the output is not limited to 100 W, and may be 150 W or 170 W, for example. Further, the output of the glass tube heater 111A and the output of the PTC heater 112A may be different.

図4に示すように、ガラス管ヒータ111AおよびPTCヒータ112AがONされた後、除霜サーミスタ11Bにより検知される温度は上昇する。これは、ガラス管ヒータ111AおよびPTCヒータ112Aにより、低温側蒸発器11およびその周囲が加熱され、除霜が行なわれていることを意味する。そして、除霜サーミスタ11Bにより検知される温度が予め設定された所定の温度(図4の例では15℃)に達したときに、ガラス管ヒータ111AおよびPTCヒータ112Aへの通電が中止される。これにより、除霜運転が終了する。その後、除霜サーミスタ11Bにより検知される温度は低下する。以上の除霜運転は、予め設定された所定の時間毎に実施される。   As shown in FIG. 4, after the glass tube heater 111A and the PTC heater 112A are turned on, the temperature detected by the defrosting thermistor 11B rises. This means that the low temperature side evaporator 11 and its surroundings are heated and defrosted by the glass tube heater 111A and the PTC heater 112A. When the temperature detected by the defrosting thermistor 11B reaches a predetermined temperature set in advance (15 ° C. in the example of FIG. 4), the energization to the glass tube heater 111A and the PTC heater 112A is stopped. Thereby, a defrost operation is complete | finished. Thereafter, the temperature detected by the defrosting thermistor 11B decreases. The above defrosting operation is performed every predetermined time set in advance.

図5は、図3に示される除霜機構の異常時の動作を説明するタイミングチャートである。ここでは、ヒータ11A(ガラス管ヒータ111AおよびPTCヒータ112A)が異常により連続通電状態となった場合を想定している。図5を参照して、ヒータ11Aが連続通電状態となることにより、除霜サーミスタ11Bにより検知される温度は、予め設定された所定の温度(図5の例では15℃)以上に上昇する。このような状態が続いた場合、冷却室内の温度が異常に上昇することが懸念される。   FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation when the defrosting mechanism shown in FIG. 3 is abnormal. Here, it is assumed that the heater 11A (the glass tube heater 111A and the PTC heater 112A) is continuously energized due to an abnormality. Referring to FIG. 5, when heater 11A is continuously energized, the temperature detected by defrosting thermistor 11B rises to a predetermined temperature (15 ° C. in the example of FIG. 5) or higher. When such a state continues, there is a concern that the temperature in the cooling chamber rises abnormally.

これに対し、本実施の形態に係るスターリング冷却庫1においては、自己温度制御機能を有するPTCヒータ112Aを用いている。すなわち、PTCヒータ112Aは、キューリー温度(たとえば40℃〜60℃程度、図5の例では60℃)以上になると、急激に抵抗が増大し、出力がほぼゼロになるという性質を有する。したがって、ガラス管ヒータ111AおよびPTCヒータ112Aが連続通電状態となった場合においても、一定の温度以上では、PTCヒータ112Aの出力が抑制され、ガラス管ヒータ111Aのみの出力となり、冷却室内が以上に温度上昇することが抑制される。図5の例では、除霜サーミスタ11Bにより検知される温度は、70℃程度に収束している。   On the other hand, in the Stirling refrigerator 1 according to the present embodiment, a PTC heater 112A having a self-temperature control function is used. In other words, the PTC heater 112A has a property that when the temperature becomes equal to or higher than the Curie temperature (for example, about 40 ° C. to 60 ° C., 60 ° C. in the example of FIG. 5), the resistance rapidly increases and the output becomes almost zero. Therefore, even when the glass tube heater 111A and the PTC heater 112A are continuously energized, the output of the PTC heater 112A is suppressed at a certain temperature or higher, and only the glass tube heater 111A is output. An increase in temperature is suppressed. In the example of FIG. 5, the temperature detected by the defrosting thermistor 11 </ b> B converges to about 70 ° C.

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るスターリング冷却庫1は、冷却室を有する冷却庫本体と、冷却室内を冷却するための「冷却器」としての低温側蒸発器11と、低温側蒸発器11の除霜を行なうヒータ11Aとを備える。ヒータ11Aは、低温側蒸発器11と離間して設けられた「第1ヒータ」としてのガラス管ヒータ111Aと、低温側蒸発器11近傍に設けられた「第2ヒータ」としてのPTCヒータ112Aとを有し、PTCヒータ112Aは、該ヒータが所定の温度に達した時に、その出力を抑制する機能(自己温度制御機能)を有する。   The above contents are summarized as follows. That is, the Stirling cooler 1 according to the present embodiment includes a cooler body having a cooling chamber, a low temperature side evaporator 11 as a “cooler” for cooling the cooling chamber, and a low temperature side evaporator 11. The heater 11A that performs frost is provided. The heater 11A includes a glass tube heater 111A as a “first heater” provided apart from the low-temperature side evaporator 11, and a PTC heater 112A as a “second heater” provided in the vicinity of the low-temperature side evaporator 11. The PTC heater 112A has a function (self-temperature control function) for suppressing the output when the heater reaches a predetermined temperature.

さらに具体的には、スターリング冷却庫1は、高温部2と低温部3とを有する「スターリング機関」としてのスターリング冷凍機4と、スターリング冷凍機4の低温部3に設けられ、内部の冷媒を凝縮させる低温側凝縮器10と、低温側凝縮器10において凝縮した冷媒を蒸発させる低温側蒸発器11とを備えている。そして、低温側蒸発器11が、冷却室内を冷却する「冷却器」として用いられている。   More specifically, the Stirling refrigerator 1 is provided in a Stirling refrigerator 4 as a “Stirling engine” having a high-temperature part 2 and a low-temperature part 3, and the low-temperature part 3 of the Stirling refrigerator 4. A low-temperature side condenser 10 for condensing and a low-temperature side evaporator 11 for evaporating the refrigerant condensed in the low-temperature side condenser 10 are provided. The low temperature side evaporator 11 is used as a “cooler” for cooling the cooling chamber.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全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全ての変更が含まれることが意図される。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の1つの実施の形態に係る冷却庫の一例の配管系統図である。It is a piping distribution diagram of an example of a refrigerator concerning one embodiment of the present invention. 図1に示されるスターリング冷却庫におけるスターリング冷凍機を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the Stirling refrigerator in the Stirling refrigerator shown by FIG. 図1に示されるスターリング冷却庫における低温側蒸発器の除霜機構を説明する図である。It is a figure explaining the defrost mechanism of the low temperature side evaporator in the Stirling refrigerator shown by FIG. 図3に示される除霜機構の正常時の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the operation | movement at the time of the normal of the defrost mechanism shown by FIG. 図3に示される除霜機構の異常時の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the operation | movement at the time of abnormality of the defrost mechanism shown by FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 スターリング冷却庫、2 高温部、2A〜2E パイプ(高温側循環回路)、3 低温部、3A,3B パイプ(低温側循環回路)、4 スターリング冷凍機、5 高温側蒸発器、6 循環ポンプ、7 高温側凝縮器、8 ファン、9 発露防止パイプ、10 低温側凝縮器、11 低温側蒸発器、11A ヒータ、11B 除霜サーミスタ、12 ファン、12A ドレンパイプ、12B ドレンパン、12C ファン、111A ガラス管ヒータ、111B ヒータカバー、112A PTCヒータ。   1 Stirling cooler, 2 high temperature section, 2A-2E pipe (high temperature side circulation circuit), 3 low temperature section, 3A, 3B pipe (low temperature side circulation circuit), 4 Stirling refrigerator, 5 high temperature side evaporator, 6 circulation pump, 7 High temperature side condenser, 8 fan, 9 Condensation prevention pipe, 10 Low temperature side condenser, 11 Low temperature side evaporator, 11A heater, 11B Defrosting thermistor, 12 fan, 12A drain pipe, 12B drain pan, 12C fan, 111A glass tube Heater, 111B heater cover, 112A PTC heater.

Claims (2)

冷却室を有する冷却庫本体と、
前記冷却室内を冷却するための冷却器と、
前記冷却器の除霜を行なうヒータとを備え、
前記ヒータは、
前記冷却器と離間して設けられた第1ヒータと、
前記冷却器近傍に設けられた第2ヒータとを有し、
前記第2ヒータは自己温度制御機能を有する、冷却庫。
A refrigerator body having a cooling chamber;
A cooler for cooling the cooling chamber;
A heater for defrosting the cooler,
The heater is
A first heater provided apart from the cooler;
A second heater provided in the vicinity of the cooler;
The second heater is a refrigerator having a self-temperature control function.
高温部と低温部とを有するスターリング機関と、
前記スターリング機関の低温部に設けられ、内部の冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器において凝縮した前記冷媒を蒸発させる蒸発器とをさらに備え、
前記冷却器として前記蒸発器が用いられる、請求項1に記載の冷却庫。
A Stirling engine having a high temperature portion and a low temperature portion;
A condenser that is provided in a low temperature part of the Stirling engine, and that condenses an internal refrigerant;
An evaporator for evaporating the refrigerant condensed in the condenser;
The refrigerator according to claim 1, wherein the evaporator is used as the cooler.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101192100B1 (en) 2010-07-13 2012-10-17 위니아만도 주식회사 Method for protecting an article in custody of refrigerator from low-temperature

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