JP2008096078A - スターリング冷凍機及びこれを搭載した冷却庫 - Google Patents

Abstract

【課題】低温ヘッドを断熱材から出し入れするにあたり、断熱材の破壊と再形成という手順を踏む必要のないスターリング冷凍機を提供する。
【解決手段】スターリング冷凍機１１０は高温ヘッド１１１と低温ヘッド１１２を備え、高温ヘッド１１１には温熱取出用の高温側循環回路１２０を接続し、低温ヘッド１１２には冷熱取出用の低温側循環回路１３０を接続する。低温ヘッド１１２を囲む断熱材１５０はリング状部１５１と蓋状部１５２を備える可分解構造で、リング状部１５１と蓋状部１５２を分離することにより低温ヘッド１１２を断熱材１５０から取り出すことができる。リング状部１５１と蓋状部１５２は再組立可能である。リング状部１５１と蓋状部１５２の間は粘性充填剤１５６で密封する。
【選択図】図６

Description

本発明は低温ヘッドの冷熱によって冷却庫の庫内を冷却するスターリング冷凍機、及びスターリング冷凍機を搭載した冷却庫に関する。なお「冷却庫」とは、本明細書においては、食品その他の物品の温度を下げる装置全般を指す概念であり、「冷蔵庫」「冷凍庫」「冷凍冷蔵庫」「ショーケース」「自動販売機」といった商品としての名称を問わない。

冷却庫の冷凍サイクルには特定フロン（CFC:chlorofluorocarbon）や代替フロン（HCFC:hydrochlorofluorocarbon、HFC:hydrofluorocarbon）が冷媒として使用されている。これらの冷媒のうちＣＦＣとＨＣＦＣは大気中に放出されると程度の差こそあれオゾン層の破壊につながるので、その生産及び使用は国際的な規制の対象となっている。また、オゾン層を破壊しないＨＦＣにも地球温暖化への寄与が大きいという問題がある。

そこで、冷媒としてオゾン破壊物質を使用せず、コンパクトでエネルギー効率の良いスターリング冷凍機が脚光を浴びている。スターリング冷凍機ではヘリウム等の不活性ガスを作動媒体として使用し、外部動力によりピストンとディスプレーサを動作させて作動媒体の圧縮・膨張を繰り返し、高温ヘッドの温度を高めるとともに低温ヘッドの温度を下げる。そして高温ヘッドで周囲環境に放熱を行い、低温ヘッドで庫内から吸熱を行うものである。スターリング冷凍機を搭載した冷却庫の例を特許文献１に見ることができる。またスターリング冷凍機の構造例を特許文献２に見ることができる。
特開２００２−１３８８５号公報（第３−４頁、図１−３） 特開２００３−４２５８０号公報（第３−５頁、図１−４）

スターリング冷凍機に所期の冷却性能を発揮させるには、低温ヘッド回りを断熱材で囲み、冷熱が逃げないようにすることが不可欠である。特許文献１、２にも上記の点に配慮した構成が記載されている。ところで従来、断熱材で低温ヘッドを囲んだ後に断熱材から低温ヘッドを出すという事態はあまり想定されていなかったが、現実にはスターリング冷凍機を交換するなどでそのような作業が必要となるケースがしばしば発生する。そのような場合、低温ヘッドを取り出すために断熱材の破壊を余儀なくされることがあった。このように一旦破壊した後に断熱材を再形成するというのは煩雑であるばかりか、再形成された断熱材では当初の性能を再現できなかったりする。また断熱不良や水の浸入を許すなどの不具合が生じることもあった。

特許文献２には、断熱材を取り付けたままの状態の冷却用熱交換ハウジングをシリンダブロックに固着し、または取り外し可能とする構成が記載されている。この構成でも、断熱材から冷却用熱交換ハウジングを取り出そうと思えば上記と同じ問題が発生する。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、低温ヘッドを断熱材から出し入れするにあたり、断熱材の破壊と再形成という手順を踏む必要のないスターリング冷凍機を提供することを目的とする。また、このようなスターリング冷凍機を搭載して修理を容易にした冷却庫を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために本発明は、高温ヘッドと低温ヘッドを備え、前記高温ヘッドには温熱取出用の高温側循環回路を接続し、前記低温ヘッドには冷熱取出用の低温側循環回路を接続するスターリング冷凍機において、前記低温ヘッドを囲む断熱材を複数部品からなる可分解構造とし、断熱材からの低温ヘッド取り出し及び断熱材内への低温ヘッド再挿入を可能にしたことを特徴としている。

この構成によると、断熱材を分解して低温ヘッドを取り出すことができる。また低温ヘッドを再挿入した後に断熱材を組み立てることにより、断熱構造を再現できる。断熱材を破壊し再形成するという手間が不要であり、また再組立後の断熱材は破壊の痕跡を有しないので問題なく当初の性能を発揮する。さらに、断熱材部品に求められる役割、あるいはその部品の配置箇所などに応じて部品形成材料を変えるといったアレンジが可能になる。

（２）また本発明は、上記構成のスターリング冷凍機において、前記断熱材の部品間を粘性充填剤で密封したことを特徴としている。

この構成によると、分解・再組立の過程を経ても断熱材の断熱性と水分遮断性が損なわれない。また、粘性充填剤を適切に選定すれば断熱材の分解・再組立を容易に行うことができる。

（３）また本発明は、上記構成のスターリング冷凍機において、前記断熱材の部品の一つは前記高温ヘッドと低温ヘッドの間の首状部分に嵌合し、断熱材の他の部品を覆う蓋状部であり、この蓋状部は前記低温ヘッドの取り出しとともに断熱材の他の部品から分離することを特徴としている。

この構成によると、従来はその部分を破壊して低温ヘッドを取り出していた高温ヘッドと低温ヘッドの間の断熱材を無傷で取り出すことができる。その断熱材である蓋状部には破壊の痕跡が存在しないので再組立後も問題なく当初の断熱性能を発揮する。

（４）また本発明は、上記構成のスターリング冷凍機において、前記断熱材の部品の一つは前記低温ヘッドの外周面を囲むリング状部であり、このリング状部の一部は分離可能な栓状部となっていて、前記栓状部を除去するとその跡が前記低温ヘッドの出し入れ用開口になることを特徴としている。

この構成によると、断熱材のリング状部と低温ヘッドを低温ヘッドの軸線と直角の方向に相対移動させて分離できるから、低温ヘッドの軸線方向には相対移動させづらい場合でも低温ヘッドを断熱材から出し入れすることが可能となる。

（５）また本発明は、上記構成のスターリング冷凍機において、前記低温ヘッドは、前記断熱材の内部で軟質断熱材に囲まれていることを特徴としている。

この構成によると、低温ヘッドを極力隙間が生じないように断熱材で囲むことができる。そして低温ヘッドを取り巻く凝縮器から低温ヘッドを抜く際、凝縮器を拡げるのが楽になる。

（６）また本発明は、前面に食品出し入れ用の開口部と、この開口部を閉ざす断熱扉を備えた断熱筐体に、上記スターリング冷凍機を搭載した冷却庫であることを特徴としている。

この構成によると、スターリング冷凍機の修理が容易な冷却庫を得ることができる。

本発明によると、高温ヘッドと低温ヘッドを備え、高温ヘッドには温熱取出用の高温側循環回路を接続し、低温ヘッドには冷熱取出用の低温側循環回路を接続するスターリング冷凍機において、低温ヘッドを囲む断熱材を複数部品からなる可分解構造とし、断熱材からの低温ヘッド取り出し及び断熱材内への低温ヘッド再挿入を可能にしたから、断熱材を破壊することなく分解して低温ヘッドを取り出すことができる。そして低温ヘッドを再挿入した後に断熱材を組み立てることにより、断熱構造を再現できる。断熱材を破壊し再形成するという手間がかからないうえ、再組立後の断熱材は破壊の痕跡を有しないので問題なく当初の性能を発揮する。

以下本発明の第１実施形態を図１−１１に基づき説明する。図１は冷却庫の正面図、図２は断熱扉を開放した状態の冷却庫の正面図、図３は冷却庫の垂直断面図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿って切断した冷却庫の断熱筐体の水平断面図、図５は冷却庫に搭載されるスターリング冷却サイクルの概略構成図、図６は冷却庫のスターリング冷凍機搭載箇所の部分垂直断面図、図７は支持部材に支持されたスターリング冷凍機の上面図、図８は支持部材の上面図、図９はスターリング冷凍機の低温ヘッドを凝縮器に組み合わせる状況を示す説明図、図１０は低温ヘッドと凝縮器に対応の断熱材部品を取り付けた状態を示す垂直断面図、図１１は断熱材の完成状態の垂直断面図である。

本実施形態における冷却庫は冷蔵庫であり、これに後述のスターリング冷凍機を搭載する。冷蔵庫１は断熱筐体１０を備える。断熱筐体１０は前面に食品出し入れ用の開口部を有し、この開口部を断熱扉で閉ざす。図２に見られるように、断熱筐体１０の内部は上下左右に区分されていて、左上が第１区分１１、右上が第２区分１２、左下が第３区分１３、右下が第４区分１４となっている。第１区分１１の前面開口部には断熱扉２１が設けられ、第２区分１２の前面開口部には断熱扉２２が設けられ、第３区分１３の前面開口部には断熱扉２３が設けられ、第４区分１４の前面開口部には断熱扉２４が設けられている。断熱扉２１と断熱扉２３は向かって左側に設けられたヒンジ部を中心として回動し、断熱扉２２と断熱扉２４は向かって右側に設けられたヒンジ部を中心として回動する。断熱扉２１、２２、２３、２４には把手２５、２６、２７、２８が取り付けられている。

なお、第１区分から第４区分の何れか若しくは幾つかを更に分割して、第５区分、第６区分等を設置してもよい（この構成は図示しない）。

第１区分１１及び第２区分１２は冷蔵室３１及び冷蔵室３２として用いられる。冷蔵室３１は複数の棚３３により複数段に仕切られ、最下段には引き出し式の冷蔵食品ケース３４が置かれている。冷蔵室３２は複数の棚３５により複数段に仕切られ、最下段には引き出し式の冷蔵食品ケース３６が置かれている。また断熱扉２１、２２の内面にはボトル類や飲料の紙パックなどを収納するラック群３７（図３参照）が取り付けられている。

第３区分１３及び第４区分１４は冷凍室３８及び冷凍室３９として用いられる。冷凍室３８には計３個の冷凍食品ケース４０ａ、４０ｂ、４０ｃが、冷凍室３９には計４個の冷凍食品ケース４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが、それぞれ上下に重なる形で挿入されている。冷凍食品ケース４０ａ、４０ｂ、４０ｃは両側縁部によって冷凍室３８の内面に、冷凍食品ケース４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは両側縁部によって冷凍室３９の内面に、それぞれ支持されており、いずれも前方にスライドさせて引き出すことができる。

第３区分１３及び第４区分１４は冷凍室として冷蔵室よりも断熱構造を厚くしているため、必要に応じて分割し、製氷に特化した独立区分を設置したり、急速冷凍から解凍まで、求められる様々な温度設定に適合した独立区分を設置したりすることが可能である。

冷蔵庫１の庫内は図５のスターリング冷却システム１００によって冷却される。スターリング冷却システム１００の中心的存在がスターリング冷凍機１１０である。スターリング冷凍機１１０は逆スターリングサイクルにより温熱と冷熱を発生するものであり、温熱は廃熱として主として高温ヘッド１１１から取り出され、冷熱は低温ヘッド１１２から取り出される。

スターリング冷凍機１１０の内部にはディスプレーサ、ピストン、ピストンを駆動するリニアモータなどの構成要素が配置され、外部形状は軸線を備えた回転体形状となっている。スターリング冷凍機１１０は、高温ヘッド１１１が上、低温ヘッド１１２が下となるように、軸線を垂直に立てた状態で配置される。前記リニアモータを内蔵する動力部１１３は高温ヘッド１１１のさらに上に位置する。

高温ヘッド１１１から温熱を取り出して放熱するのは高温側循環回路１２０である。高温側循環回路１２０には二次冷媒として水（水溶液を含む）あるいは炭化水素系のブライン（熱輸送媒体に用いる液体）が封入されている。なお「二次冷媒」とは、スターリング冷凍機１１０の内部の作動媒体を「一次冷媒」、スターリング冷凍機１１０の外部で熱輸送に用いられる作動媒体を「二次冷媒」と定義することによる。

高温側循環回路１２０は二次冷媒を自然循環させるサーモサイフォン循環回路であり、高温ヘッド１１１に対し互いの間で熱を授受する状態、すなわち熱接続された状態で装着された高温側蒸発器１２１と、スターリング冷凍機１１０の上に配置された高温側凝縮器１２２と、高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２とを接続する二次冷媒配管１２３を含む。高温側凝縮器１２２は放熱用の熱交換器として機能する。

高温側蒸発器１２１は銅や銅合金、アルミなど熱伝導の良い金属を中空のリング状に成形したものであり、高温ヘッド１１１の外周面に嵌合し、高温ヘッド１１１に熱接続される。高温側蒸発器１２１の側面からは二次冷媒配管１２３が導出される。二次冷媒配管１２３は、高温側蒸発器１２１の側面から導出された後、上に向かって延びる。そしてスターリング冷凍機１１０の上方で高温側凝縮器１２２に接続される。二次冷媒配管１２３は、蒸発して気体となった二次冷媒を高温側凝縮器１２２に送る気相配管１２３Ｇと、高温側凝縮器１２２で凝縮して液体となった二次冷媒を高温側蒸発器１２１に戻す液相配管１２３Ｌとに分かれている。

高温側凝縮器１２２は、銅や銅合金といった熱伝導の良い金属材料からなるパイプ１２２ａを折り曲げ、これに、同じく熱伝導の良い金属材料からなる多数の放熱フィン１２２ｂを取り付けた構造である。高温側凝縮器１２２には強制空冷用の送風機１２４が組み合わせられる。

低温ヘッド１１２には低温側循環回路１３０が熱接続される。低温側循環回路１３０には二次冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒を封入する。低温側循環回路１３０は、低温ヘッド１１２に対し熱接続された状態で装着された低温側凝縮器１３１と、冷蔵庫１の断熱筐体１０内に設置された低温側蒸発器１３２と、低温側凝縮器１３１と低温側蒸発器１３２とを接続する二次冷媒配管１３３を含む。低温側蒸発器１３２は冷却用の熱交換器として機能する。

低温側凝縮器１３１は銅や銅合金、アルミなど熱伝導の良い金属を中空のリング状に成形したものであり、低温ヘッド１１２の外周面に嵌合し、低温ヘッド１１２に熱接続される。低温側凝縮器１３１の側面からは二次冷媒配管１３３が導出される。二次冷媒配管１３３は、低温側凝縮器１３１の側面から導出された後、下に向かって延びる。そして断熱筐体１０の内部に入り、低温側蒸発器１３２に接続される。二次冷媒配管１３３は、低温側凝縮器１３１で凝縮して液体となった二次冷媒を低温側蒸発器１３２に流下させる液相配管１３３Ｌと、低温側蒸発器１３２で蒸発して気体となった二次冷媒を低温側凝縮器１３１に戻す気相配管１３３Ｇとに分かれている。

低温側蒸発器１３２も高温側凝縮器１２２と同様、銅や銅合金といった熱伝導の良い金属材料からなるパイプ１３２ａを折り曲げたうえで熱伝導の良い金属材料からなる多数の吸熱フィン１３２ｂを取り付けた構造である。

スターリング冷却システム１００は、次のようにして冷蔵庫１に搭載される。

断熱筐体１０の上面と背面の角に凹部を形成する。この凹部が機械室１５となる（図３、４、６参照）。機械室１５は断熱筐体１０を正面から見た場合左に偏った位置、すなわち第１区分１１の奥の左寄りの位置に設けられている。機械室１５は、スターリング冷凍機１１０、高温側蒸発器１２１、高温側凝縮器１２２、二次冷媒配管１２３、送風機１２４、低温側凝縮器１３１と、二次冷媒配管１３３の一部を収容する。収容すべき要素を全て収容した後、機械室１５の上面開口と背面開口は適宜の通風グリルで閉ざされる。

スターリング冷凍機１１０を機械室１５の内部に支持するにあたっては支持部材１４０を用いる。支持部材１４０は断熱筐体１０とは別の部品として形成される額縁状の枠であって、機械室１５の中ほどの高さに適宜の固定手段により水平に固定される。支持部材１４０の内部には、スターリング冷凍機１１０及び高温側循環回路１２０の二次冷媒配管１２３を通す開口部１４１が形成されている（図８参照）。開口部１４１の中には、後述する振動吸収体を下から支える張出部１４２が４箇所に形成されている。

スターリング冷凍機１１０の動力部１１３の外面には、板金をプレス加工してなるフランジ状の取付脚１１４を溶接等適宜手段で固定する。取付脚１１４には、先端が支持部材１４０の張出部１４２に重なる脚部１１４ａが４箇所に放射状に形成されている（図７参照）。なお、取付脚１１４はプレス成形品に限定されるものではない。ダイカスト成形品であってもよく、ＭＣナイロン等高強度の合成樹脂材料を射出成形したものであってもよい。

スターリング冷凍機１１０は、低温ヘッド１１２が一番下に来て、その上に高温ヘッド１１１が来るよう、軸線を垂直にした姿勢で支持部材１４０の開口部１４１に上方から挿入される。スターリング冷凍機１１０の重量は、張出部１４２が取付脚１１４の脚部１１４ａを支持することにより支えられるが、その際、張出部１４２と脚部１１４ａの間には振動吸収手段を介在させる。実施形態では、ゴムのような弾性物質からなる円柱状の振動吸収体１４３が振動吸収手段を構成する。

振動吸収体１４３には、４個の張出部１４２の中心にスターリング冷凍機１１０を、動力部１１３の側面が張出部１４２に接触することのないように支持する役割が求められる。そのため振動吸収体１４３は、適宜の連結手段により、位置ずれや張出部１４２と脚部１１４ａの間からの脱落が生じないように保持される。連結手段としてはボルト、ナット、ワッシャなど周知の機械要素を用いることができる。

高温側循環回路１２０は、スターリング冷凍機１１０を支持部材１４０に取り付ける前の段階で高温ヘッド１１１に接続しておく。その状態でスターリング冷凍機１１０の低温ヘッド１１２及び高温ヘッド１１１の部分と、高温側蒸発器１２１と、二次冷媒配管１２３の一部を支持部材１４０の開口部１４１に挿入し、取付脚１１４の脚部１１４ａを振動吸収体１４３の上面に着座させる。

高温側凝縮器１２２は二次冷媒配管１２３により支えられた状態でスターリング冷凍機１１０の上方に位置している。なお、図５では気相配管１２３Ｇと液相配管１２３Ｌは１本ずつしか示されていないが、現実の構成では、図７に見られるように、気相配管１２３Ｇと液相配管１２３Ｌは２本ずつ存在する。

高温側凝縮器１２２の下面には送風機１２４がダクト１２５を介して連結される。送風機１２４の送風方向は、高温側凝縮器１２２に風を吹き付ける方向であってもよく、高温側凝縮器１２２を通じて風を取り入れる方向であってもよい。

低温側循環回路１３０は、スターリング冷凍機１１０を支持部材１４０に取り付けた段階で、あるいはそれより前の、低温ヘッド１１２が開口部１４１を通り抜けて支持部材１４０の下に頭を出した段階で、低温ヘッド１１２に接続される。

支持部材１４０に対するスターリング冷凍機１１０の組み付けと、スターリング冷凍機１１０に対する高温側循環回路１２０と低温側循環回路１３０の接続が完了した状態では、すなわち図６の状態では、高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間にスターリング冷凍機１１０の動力部１１３が配置されている。この構成により、高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間の高低差を、二次冷媒を自然循環させるに十分な程度に大きく確保することができる。これにより、放熱効率が向上するとともに、高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間の空間を、スターリング冷凍機１１０の動力部１１３の配置に利用するので、空間を有効に活用できる。

また図６の状態では、高温側凝縮器１２２を強制空冷する送風機１２４も高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間に配置されている。この構成も高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間の高低差を大きくするのに役立つ。

高温側循環回路１２０の二次冷媒配管１２３は、高温側蒸発器１２１から導出された後、スターリング冷凍機１１０の上方にある高温側凝縮器１２２に向かって上に延びる。低温側循環回路１３０の二次冷媒配管１３３は、低温側凝縮器１３１から導出された後、スターリング冷凍機１１０の下方にある低温側蒸発器１３２に向かって下に延びる。上にある高温側蒸発器１２１からの二次冷媒配管１２３が上に向かい、下にある低温側凝縮器１３１からの二次冷媒配管１３３が下に向かうという、きわめて単純な構図なので、低温ヘッド１１２及び低温側循環回路１３０を含む冷却サイクルと、高温ヘッド１１１及び高温側循環回路１２０を含む放熱サイクルとを無理・無駄なく分離できる。配管作業も容易である。

なお低温側蒸発器１３２は、正面から見てスターリング冷凍機１１０のある側に片寄らせておくと、二次冷媒配管１３３の引回しが更に容易になり、二次冷媒の循環効率が向上する。また、二次冷媒配管１３３と低温側蒸発器１３２の接続部もスターリング冷凍機１１０のある側に設けておけば、二次冷媒配管１３３の引回しが一層容易になり、二次冷媒の循環効率が更に向上する。

低温ヘッド１１２付近の構造、特に配管構造が複雑化していないので、それを取り囲むように断熱構造を形成することも容易である。図６には低温ヘッド１１２と二次冷媒配管１３３を囲む断熱材１５０が示されている。断熱材１５０の構造は後で詳しく説明する。

高温側凝縮器１２２と送風機１２４、それにダクト１２５は、二次冷媒配管１２３により、スターリング冷凍機１１０自体を支えとして機械室１５の内部空間に保持されている。このため、高温側凝縮器１２２と送風機１２４がスターリング冷凍機１１０と共に支持されることになり、振動吸収体１４３の振動吸収作用を高温側凝縮器１２２と送風機１２４にも及ぼすことができ、これらの構成要素の振動レベルを一挙に低下させることができる。

また支持部材１４０にスターリング冷凍機１１０を取り付けるにあたっては、高温側循環回路１２０を接続した形のスターリング冷凍機１１０を上から支持部材１４０の開口部１４１に通し、その上で低温ヘッド１１２に低温側循環回路１３０を接続すればよく、組立が容易である。

低温側蒸発器１３２は断熱筐体１０の内部でスターリング冷凍機１１０よりも下の位置に置かれる。すなわち、断熱筐体１０の内部には、背面側の内壁に沿って垂直方向に延びる冷却ダクト５０、５１が設けられる。冷却ダクト５０は奥側に位置し、冷却ダクト５１はその手前側に位置する。冷却ダクト５０の下端には庫内空気を吸い込む吸気口５２が設けられる。低温側蒸発器１３２は冷却ダクト５０の中で吸気口５２の上方の位置に設置される。低温側蒸発器１３２の上方には冷却ダクト５１に空気を吹き出す送風機５３が設けられる。

スターリング冷凍機１１０の運転が始まると、高温ヘッド１１１には温熱が発生する。温熱により高温側蒸発器１２１の内部の二次冷媒は蒸発して気体となり、温熱を潜熱として保持する。気体化した二次冷媒は気相配管１２３Ｇを上昇して高温側凝縮器１２２に入り、そこで凝縮して潜熱を顕熱化する。顕熱となった温熱は高温側凝縮器１２２の表面から庫外に放熱される。送風機１２４から吹き付ける風が放熱を助ける。凝縮し、液体になった二次冷媒は液相配管１２３Ｌを下降して高温側蒸発器１２１に戻る。

低温ヘッド１１２には冷熱が発生する。冷熱により低温側凝縮器１３１の内部の気体状の二次冷媒は凝縮して液体となり、冷熱を潜熱として保持する。液体化した二次冷媒は液相配管１３３Ｌを下降して低温側蒸発器１３２に入り、そこで冷蔵庫１の庫内の熱により蒸発する。二次冷媒の蒸発により、冷熱が顕熱化する。蒸発し、気体になった二次冷媒は気相配管１３３Ｇを上昇して低温側凝縮器１３１に戻る。

低温側蒸発器１３２で冷熱が顕熱化した状態で送風機５３を運転すると、冷却ダクト５０の下端の吸気口５２から吸い込まれた空気が低温側蒸発器１３２によって冷却され、冷気となって冷却ダクト５１に送り込まれる。冷気は冷却ダクト５１の所定箇所に形成された吹出口５４を通じて冷蔵室３１、３２、冷凍室３８、３９に吹き出し、各室を所定の温度に冷却する。

スターリング冷凍機１１０の運転を続けていると、断熱筐体１０内の空気中の水分が霜となって低温側蒸発器１３２に付着する。霜は低温側蒸発器１３２の熱交換効率を低下させるので、適宜のタイミングで霜取りヒータ（図示せず）に通電し、低温側蒸発器１３２の除霜を行う。霜が溶けた除霜水は冷却ダクト５０の底部のドレンパン６０に受けられ、そこからドレンパイプ６１を通じて庫外の蒸発皿６２に排水される。蒸発皿６２内の水は自然蒸発により、あるいは適宜のヒータ手段による強制蒸発により、蒸発せしめられる。蒸発皿６２を手前側に引き出して水を捨てることもできる。

冷蔵庫１は上記のように構成されているので、把手２５に手を掛けて断熱扉２１を開けば冷蔵室３１に物を出し入れでき、把手２６に手を掛けて断熱扉２２を開けば冷蔵室３２に物を出し入れでき、把手２７に手を掛けて断熱扉２３を開けば冷凍室３８に物を出し入れでき、把手２８に手を掛けて断熱扉２４を開ければ冷凍室３９に物を出し入れできる。

次に断熱材１５０の構造を説明する。断熱材１５０は複数部品からなる可分解構造とされている。部品の一つは低温ヘッド１１２の外周面を囲むリング状部１５１であり、他の一つは高温ヘッド１１１と低温ヘッド１１２の間の首状部分に嵌合し、断熱材１５０の他の部品（この場合はリング状部１５１）を覆う蓋状部１５２である。リング状部１５１と蓋状部１５２の平面形状はほぼ同一である。リング状部１５１の内部の空間１５３には低温側凝縮器１３１及びそこから導出された二次冷媒配管１３３の一部も収納される。低温側凝縮器１３１と二次冷媒配管１３３を収納した後、空間１５３に別の断熱材を充填して隙間を塞ぐのが好ましい。この断熱材は低温側凝縮器１３１及び二次冷媒配管１３３に密着させ、隙間に湿気が入り込まないようにする。これは、その湿気が霜や氷に成長して隙間をさらに広げるのを防ぐためである。リング状部１５１には二次冷媒配管１３３を通す鞘状部１５４が一体成形されている。

リング状部１５１と鞘状部１５４は硬質の断熱材料、例えば独立気泡発泡スチロールや独立気泡発泡ポリエチレンで形成される。蓋状部１５２はリング状部１５１及び鞘状部１５４とは別の軟質断熱材料で形成される。

図９には断熱材１５０を組み合わせる前の低温ヘッド１１２と低温側凝縮器１３１が示されている。ここで図１０に示すように、低温側凝縮器１３１にリング状部１５１と鞘状部１５４を組み合わせる。高温ヘッド１１１と低温ヘッド１１２の間の首状部分には蓋状部１５２を、それが軟質材料で形成されていることを利用して弾性的に嵌合する。

低温ヘッド１１２の端面には離型処理１５５を施す。これは低温ヘッド１１２とリング状部１５１の分離を容易にするためである。離型処理１５５は、例えばシリコーン系離型剤をスプレーすることにより達成できる。

リング状部１５１と蓋状部１５２の合わせ目には粘性充填剤１５６を塗布する。粘性充填剤１５６としては低温耐性のグリース、例えば新日本石油株式会社製エピノック２０３Ｋ２などが適切である。

図１１のように低温ヘッド１１２と低温側凝縮器１３１との嵌合、すなわち熱接続を完成させると、リング状部１５１と蓋状部１５２も互いに密着し、断熱材１５０の組立が完成する。リング状部１５１と蓋状部１５２の合わせ目を粘性充填剤１５６が密封するので、この箇所から水分が浸入することはない。また粘性充填剤１５６の粘性により、締結手段や接着剤を使用することなくリング状部１５１と蓋状部１５２の接合を維持できる。

スターリング冷凍機１１０を交換する必要が生じたときは、低温ヘッド１１２を断熱材１５０から取り出さねばならない。この作業は、低温ヘッド１１２を低温側凝縮器１３１から引き抜くだけで事足りる。蓋状部１５２は破壊されることなくリング状部１５１から分離する。蓋状部１５２は粘性充填剤１５６の粘性でリング状部１５１に付着しているだけなので、分離容易である。また離型処理１５５により低温ヘッド１１２とリング状部１５１も簡単に分離する。

蓋状部１５２は古いスターリング冷凍機１１０から抜き取って新しいスターリング冷凍機１１０に装着し直し、再びリング状部１５１に組み合わせることになる。このように断熱材１５０の再組立を行っても、蓋状部１５２及びリング状部１５１に破壊の痕跡が存在しないので、問題なく当初の断熱性能を発揮する。

本発明の第２実施形態を図１２に示す。図１２は断熱材の水平断面図である。

第２実施形態では、リング状部１５１（鞘状部１５４を含む）の一部が分離可能な栓状部１５７とされている。栓状部１５７を引き抜くと、その跡は低温ヘッド１１２を出し入れするための開口１５８となる。この構成によると、リング状部１５１と低温ヘッド１１２を低温ヘッド１１２の軸線と直角の方向に相対移動させて分離できるから、低温ヘッド１１２の軸線方向には相対移動させにくい状況下でも、低温ヘッド１１２及び低温側凝縮器１３１を断熱材１５０から出し入れすることが可能となる。

開口１５８は別の目的にも使用することができる。すなわち低温側凝縮器１３１が完全なリング状でなく一部に切れ目を有する構造のものである場合、開口１５８から工具を挿入して切れ目を広げるのである。第１実施形態のように低温ヘッド１１２をその軸線方向に抜き出すこととなっていれば、低温側凝縮器１３１の切れ目を広げ、低温側凝縮器１３１を拡径することにより、低温ヘッド１１２の抜き出しが非常に容易になる。

本発明の第３実施形態を図１３に示す。図１３は断熱材の完成状態の垂直断面図である。

第３実施形態の断熱材１５０では、低温ヘッド１１２は、断熱材１５０の内部で軟質断熱材１５９に囲まれている。硬質断熱材料からなるリング状部１５１の内部に軟質断熱材１５９の層を形成してこの構成を実現する。このようにすることにより、低温ヘッド１１２及び低温側凝縮器１３１を極力隙間が生じないように軟質断熱材１５９で囲むことができる。

第２実施形態の説明で触れたように、低温側凝縮器１３１が完全なリング状でなく一部に切れ目を有する構造のものであった場合、周囲の軟質断熱材１５９は容易に変形するので低温側凝縮器１３１の拡径を楽に行うことができる。

軟質断熱材１５９としてはＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）やＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンゴム）を主成分とする発泡ゴムが適する。これらのゴムは低温でも弾性を維持するので、室温まで温度上昇するのを待つことなく低温ヘッド１１２や低温側凝縮器１３１を取り外すことができる。

軟質断熱材１５９の形成は、低温ヘッド１１２と低温側凝縮器１３１を収納したリング状部１５１の空間１５３の中で発泡ポリウレタンを発泡させることにより行うこともできる。発泡ポリウレタンは隅々にまで行きわたるので、複雑な形状の断熱構造を実現できる。低温ヘッド１１２と低温側凝縮器１３１を水分から遮断することもできる。

なお、リング状部１５１の内部に軟質断熱材１５９の層を形成する構成は第２実施形態にも応用可能である。

以上、本発明の各実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は家庭用又は業務用の冷却庫に搭載するスターリング冷凍機、及びこのスターリング冷凍機を搭載した冷却庫に広く利用可能である。

冷却庫の正面図 断熱扉を開放した状態の冷却庫の正面図 冷却庫の垂直断面図 図３のＡ−Ａ線に沿って切断した冷却庫の断熱筐体の水平断面図 冷却庫に搭載されるスターリング冷却サイクルの概略構成図 冷却庫のスターリング冷却サイクル搭載箇所の部分垂直断面図 支持部材に支持されたスターリング冷凍機の上面図 支持部材の上面図 スターリング冷凍機の低温ヘッドを凝縮器に組み合わせる状況を示す説明図 低温ヘッドと凝縮器に対応の断熱材部品を取り付けた状態を示す垂直断面図 断熱材の完成状態の垂直断面図 第２実施形態に係る断熱材の水平断面図 第３実施形態に係る断熱材の完成状態の垂直断面図

符号の説明

１ 冷蔵庫
１０ 断熱筐体
１００ スターリング冷凍システム
１１０ スターリング冷凍機
１１１ 高温ヘッド
１１２ 低温ヘッド
１２０ 高温側循環回路
１２１ 高温側蒸発器
１２２ 高温側凝縮器
１２３ 二次冷媒配管
１２４ 送風機
１２５ ダクト
１３０ 低温側循環回路
１３１ 低温側凝縮器
１３２ 低温側蒸発器
１３３ 二次冷媒配管
１５０ 断熱材
１５１ リング状部
１５２ 蓋状部
１５３ 空間
１５４ 鞘状部
１５６ 粘性充填剤
１５７ 栓状部
１５８ 開口
１５９ 軟質断熱材

Claims (6)

1. 高温ヘッドと低温ヘッドを備え、前記高温ヘッドには温熱取出用の高温側循環回路を接続し、前記低温ヘッドには冷熱取出用の低温側循環回路を接続するスターリング冷凍機において、
   前記低温ヘッドを囲む断熱材を複数部品からなる可分解構造とし、断熱材からの低温ヘッド取り出し及び断熱材内への低温ヘッド再挿入を可能にしたことを特徴とするスターリング冷凍機。
2. 前記断熱材の部品間を粘性充填剤で密封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凍機。
3. 前記断熱材の部品の一つは前記高温ヘッドと低温ヘッドの間の首状部分に嵌合し、断熱材の他の部品を覆う蓋状部であり、この蓋状部は前記低温ヘッドの取り出しとともに断熱材の他の部品から分離することを特徴とする請求項１または２に記載のスターリング冷凍機。
4. 前記断熱材の部品の一つは前記低温ヘッドの外周面を囲むリング状部であり、このリング状部の一部は分離可能な栓状部となっていて、前記栓状部を除去するとその跡が前記低温ヘッドの出し入れ用開口になることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスターリング冷凍機。
5. 前記低温ヘッドは、前記断熱材の内部で軟質断熱材に囲まれていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のスターリング冷凍機。
6. 前面に食品出し入れ用の開口部と、この開口部を閉ざす断熱扉を備えた断熱筐体に、請求項１から５のいずれか１項に記載のスターリング冷凍機を搭載することを特徴とする冷却庫。

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