JP2008180441A

JP2008180441A - 冷却庫

Info

Publication number: JP2008180441A
Application number: JP2007014110A
Authority: JP
Inventors: Kohei Ono; 紘平小野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2008-08-07

Abstract

【課題】スターリング冷凍機の二次冷媒の過冷却あるいは凍結を簡略化されたアルゴリズムで判定して対策に着手することができるようにした冷却庫を提供する。
【解決手段】冷却庫１の断熱筐体１０の内部の貯蔵室は冷却装置１００によって冷却される。スターリング冷凍機１１０の低温ヘッド１１２の冷熱は低温側循環回路１３０によって低温側蒸発器１３２に伝えられる。高温ヘッド１１１の温熱は高温側循環回路１２０によって放熱される。低温ヘッド温度センサ１５８の検知温度が第１所定温度以下に低下したときは制御部８０はスターリング冷凍機１１１の出力を低下させる。低温ヘッド温度センサ１５８の検知温度が第１所定温度よりも低い第２所定温度以下に低下したときは、制御部８０はスターリング冷凍機１１０を停止させると共に霜取りヒータ７７に通電する。
【選択図】図１４

Description

本発明はスターリング冷凍機を搭載した冷却庫に関する。「冷却庫」とは、被冷却物である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にも地球温暖化を促進するという問題がある。

そこで、冷媒としてオゾン破壊物質を使用しな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で放熱と吸熱を行うにあたっては、冷媒を用いるのが普通である。すなわち高温ヘッドには高温側蒸発器を取付け、その中の二次冷媒（「二次」の意味は後で説明する）を温熱で蒸発させる。蒸発した二次冷媒は高温側凝縮器に送られ、そこで液化して高温側蒸発器に戻る。低温ヘッドには低温側凝縮器を取付け、その中の二次冷媒を冷熱で凝縮させる。凝縮した二次冷媒は低温側蒸発器に送られ、そこで気化して低温側凝縮器に戻る。

スターリング冷凍機を用いる冷却庫では、冷凍室の温度を−４０℃といった低温にすることができる。この時、低温側蒸発器に送られる二次冷媒の温度は−５０℃以下になる。低温側二次冷媒として例えばＣＯ₂を用いる場合、ＣＯ₂の凝固点は−５６℃〜−５７℃なので、注意しないと二次冷媒が凍結してしまう恐れがある。二次冷媒が凍結すると、当然のことながら冷却機能が働かなくなる。このような事態を避ける手段として、特許文献１には、スターリング冷凍機を搭載した冷却機器において、二次冷媒の凍結を検知したときはヒータで二次冷媒を溶解するようにしたものが記載されている。
特開２００５−２８２９６３号公報

特許文献１に記載された冷却機器では、低温ヘッドの温度の時間変化と低温側蒸発器の温度の時間変化に基づき二次冷媒の凍結と融解を判定している。これを実現するには２箇所に温度センサを配置し、また検知温度の時間変化を記憶させる必要があり、制御が複雑なものになってしまう。また低温ヘッド温度センサ自体の測定誤差やセンサ取付位置のばらつきによる検知温度の誤差も当然存在する訳であるが、それによって二次冷媒の凍結が頻繁化したとしても、事態打開の手立てがなかった。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、簡略化されたアルゴリズムでスターリング冷凍機の二次冷媒の過冷却あるいは凍結を判定して対策に着手することができ、また問題の再発生を未然に防いで無駄な電力消費を抑えられるようにした冷却庫を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために本発明は、スターリング冷凍機の低温ヘッドの冷熱を冷却空間内の低温側蒸発器に伝える低温側循環回路と、前記スターリング冷凍機の高温ヘッドの温熱を放熱する高温側循環回路と、前記低温ヘッドの温度を検知する低温ヘッド温度センサと、前記低温側蒸発器に設けられた霜取りヒータと、全体制御を司る制御部を備えた冷却庫において、前記低温ヘッド温度センサの検知温度が第１所定温度以下に低下したときは前記スターリング冷凍機の出力を低下させ、前記低温ヘッド温度センサの検知温度が前記第１所定温度よりも低い第２所定温度以下に低下したときは前記スターリング冷凍機を停止させると共に前記霜取りヒータに通電することを特徴としている。

この構成によると、低温ヘッド温度センサの検知温度が第１所定温度以下に低下したときは二次冷媒が過冷却になったと判断し、スターリング冷凍機の出力を低下させて冷媒温度の低下を抑止し、凍結温度まで到達しないようにする。低温ヘッド温度センサの検知温度が第２所定温度以下に低下したときは二次冷媒が凍結したと判断し、スターリング冷凍機を停止し、霜取りヒータに通電する。これにより二次冷媒を融解させて冷却能力を回復することができる。二次冷媒の状態を低温ヘッド温度センサの検知温度の瞬時値だけで判定するので、制御を簡略化することができる。

（２）また本発明は、上記構成の冷却庫において、前記霜取りヒータへの通電が、前記低温ヘッド温度センサが所定温度以上の温度を検知したとき、または通電開始から所定時間が経過したときに停止されることを特徴としている。

この構成によると、二次冷媒の融解を低温ヘッド温度センサの検知温度の瞬時値だけで、またはヒータ通電時間の計測値だけで判定するから、制御が簡単になる。そしてこれにより二次冷媒融解動作を適切なタイミングで終了させ、ヒータ電力の無用な消費やそれに伴う庫内温度上昇を防ぐことができる。

（３）また本発明は、上記構成の冷却庫において、前記霜取りヒータへの通電後に前記スターリング冷凍機の運転を再開するときは、前記第１所定温度が以前よりも高く設定されることを特徴としている。

この構成によると、二次冷媒の凍結を経験するたびに、凍結回避あるいは凍結解消の動きがより早い段階でなされるようになるから、最終目標である「凍結ゼロ」に向け、制御の的確さを高めて行くことができる。また低温ヘッド温度センサには測定誤差があり、センサ取付位置のばらつきによっても測定誤差が生じる訳であるが、それらが原因で二次冷媒の凍結が生じたとしても、その後の第１所定温度の設定温度引き上げを通じて正常動作に至らしめることができる。すなわち測定誤差の較正を実現することができる。

本発明によると、低温ヘッド温度センサの検知温度をもって二次冷媒が過冷却になったとの判定、また二次冷媒が凍結したとの判定を行い、凍結回避あるいは凍結解消の措置をとるものであるから、簡単な制御で、冷却庫の安定した運転を維持することができる。また判定基準となる第１所定温度が、二次冷媒の凍結を経験するたびに引き上げられ、その結果凍結回避あるいは凍結解消の動きがより早い段階でなされるようになるから、最終目標である「凍結ゼロ」に向け、制御の的確さを高めて行くことができる。

以下本発明の実施形態を図１−１４に基づき説明する。図１は冷却庫の正面図、図２は断熱扉を取り除い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は異なる部位における冷却庫の垂直断面図、図５は冷気通路の構成説明図、図６は図４のＡ−Ａ線に沿って切断した冷却庫の水平断面図、図７は垂直方向仕切り部の拡大水平断面図、図８は冷却庫に搭載される冷却装置の概略構成図、図９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１０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１１は支持部材の上面図、図１２は冷却装置の概略斜視図、図１３は冷気の流れを示すブロック構成図、図１４は制御のフローチャートである。

冷却庫１は断熱筐体１０を備える。断熱筐体１０は、板金製アウターハウジングの内部に合成樹脂製インナーハウジングを挿入し、アウターハウジングとインナーハウジングの間の隙間に断熱材を挿入、あるいはその隙間で合成樹脂を発泡させて断熱層を形成したものである。このような断熱筐体の製作手法は周知であり、本発明の要点ではないことから、立ち入った説明はしない。

断熱筐体１０の内部は収納室となる。本明細書において「収納室」とは、冷蔵温度帯（０℃〜１０℃）の区画、それよりもやや低い（マイナス３℃程度まで）温度帯である、「氷温」「チルド」「パーシャル」などの呼称が用いられる温度帯の区画、冷凍温度帯（マイナス十数度以下）の区画、高温帯（例えば５０℃〜８０℃）の区画、冷蔵温度帯を除く、高温帯と冷凍温度帯の中間の温度帯の区画など、被冷却物である食品（調味料を含む）、薬品、化粧品などの貯蔵用（収納用）に用いられる空間の総称である。

収納室は前面に食品（被冷却物）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に示すように、収納室は水平方向仕切り部（第１仕切り部）１１により上下に二分割される。水平方向仕切り部１１の上下の空間は垂直方向仕切り部（第２仕切り部）１２と垂直方向仕切り部（第３仕切り部）１３により左右に区画される。なお本明細書では断熱筐体１０の前面に正対した観察者の左側を断熱筐体１０の左側、観察者の右側を断熱筐体１０の右側と定義する。水平方向仕切り部（第１仕切り部）１１より下で、垂直方向仕切り部１３の左側の空間は、水平方向仕切り部（第４仕切り部）１４によりさらに上下に二分割されている。

水平方向仕切り部１１の上、垂直方向仕切り部１２の左の空間は第１区画部１５となる。水平方向仕切り部１１の上、垂直方向仕切り部１２の右の空間は第２区画部１６となる。水平方向仕切り部１４の下、垂直方向仕切り部１３の左の空間は第３区画部１７となる。水平方向仕切り部１１の下、垂直方向仕切り部１３の右の空間は第４区画部１８となる。第１区画部１５と第２区画部１６は冷蔵室として用いられる。第３区画部１７と第４区画部１８は冷凍室として用いられる。水平方向仕切り部１１、１４の間で、垂直方向仕切り部１３の左の空間部は、冷蔵室としても冷凍室としても使用可能な温度切替区画部１９となる。

第１区画部１５の前面開口部には第１断熱扉２０（図１参照）が設けられ、第２区画部１６の前面開口部には第２断熱扉２１が設けられ、第３区画部１７の前面開口部には第３断熱扉２２が設けられ、第４区画部１８の前面開口部には第４断熱扉２３が設けられ、温度切替区画部１９の前面開口部には第５断熱扉２４が設けられる。第１断熱扉２０、第３断熱扉２２、第５断熱扉２４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、第２断熱扉２１、第４断熱扉２３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。第１断熱扉２０の下部には収納室内の各部の温度を設定する操作部２５が設けられている。

第１区画部１５は３段の棚３０により上下方向に仕切られる。最下段の棚３０の下には引き出し式のケース３１が配置される。

第２区画部１６も３段の棚３２により上下方向に仕切られる。最下段の棚３２ａはその上の２段よりも奥行き寸法が大きく、その下には上下二段に重なる引き出し式のケース３３、３４が配置される。下方のケース３４の上面開口部に対しては仕切カバー３５（図３参照）が設けられている。最下段の棚３２ａと仕切カバー３５の間の空間は隔離区画部１６ａを構成し、仕切カバー３５の下の空間は隔離区画部１６ｂを構成する。第２断熱扉２１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３６が取り付けられている。

第１区画部１５及び第２区画部１６に対してはそれぞれ照明が設けられる。第１区画部１５用の照明はその天井部に配置されたダウンライト３７（図４参照）であり、第２区画部１６用の照明は奥の壁の上部に配置された照明パネル３８（図３参照）である。ダウンライト３７と照明パネル３８はいずれもＬＥＤを光源とする。

第３区画部１７には計２個のケース４０ａ、４０ｂが、第４区画部１８には計３個のケース４１ａ、４１ｂ、４１ｃが、それぞれ上下に重なる形で挿入されている。ケース４０ａ、４０ｂは両側縁部によって第３区画部１７の内面に、ケース４１ａ、４１ｂ、４１ｃは両側縁部によって第４区画部１８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。温度切替区画部１９にはケース４２が挿入されている。

第４区画部１８の天井部には製氷ユニット４３が配置される（図３、５参照）。製氷ユニット４３で製造した氷はケース４１ａの中の氷容器４４（図２参照）に受けられる。製氷ユニット４３に水を供給する給水タンク４５は隔離区画部１６ｂの中、ケース３４の右側に設置される。

第３区画部１７及び第４区画部１８は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。

収納室は図８の冷却装置１００によって冷却される。冷却装置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、冷熱は冷却部の一環を構成する低温ヘッド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。低温ヘッド１１２に対し、その温度を検知する低温ヘッド温度センサ１５８（図８参照）が設けられる。

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第１循環回路１２０である。高温側第１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冷媒が封入されている。「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。ちなみに後述の「三次冷媒」は、二次冷媒との間で熱交換を行う冷媒の意である。

高温側第１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、アルミニウム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には強制空冷用の放熱ファン１２４が組み合わせられる。

低温ヘッド１１２には冷却部の一環を構成する低温側循環回路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、冷却庫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は冷却部の中で収納室内の空気を直接冷却する部分として機能する。

低温側凝縮器１３１は銅や銅合金、アルミニウム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。

スターリング冷凍機１１０を運転すると、動力部１１３と高温ヘッド１１１、それに高温側第１循環回路１２０の温度が上昇する。すなわちこれらが冷却装置１００の発熱部となる。他方で低温ヘッド１１２と低温側循環回路１３０の温度は下降する。

冷却装置１００は、次のようにして冷却庫１に搭載される。

断熱筐体１０の背面上方角部に凹部を形成する。凹部は、垂直方向仕切り部１２の左側、すなわち第１区画部１５の奥の上部の角部か、垂直方向仕切り部１２の右側、すなわち第２区画部１６の奥の上部の角部に設けられる。この凹部が機械室４６となる（図４、６、９、１２参照）。機械室４６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区画部１５の奥の左寄りの位置に設けられている。機械室４６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、放熱ファン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４６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。

このように冷却装置１００の発熱部は、第３区画部１７や第４区画部１８に比べ温度の高い第１区画部１５に隣り合う形で配置されるから、第３区画部１７や第４区画部１８第３区画部１７や第４区画部１８の隣に配置した場合に比べ、間の断熱層を薄くできる。また第１区画部１５は後で説明するように第２区画部１６より温度が高くなるので、冷却装置１００の発熱部から影響を受けにくく、間の断熱層を一層薄くできる。

さらに、断熱筐体１０の背面上方の左寄りまたは右寄りの角部に形成した凹部を機械室４６とし、その中に冷却装置１００の発熱部を配置しているから、収納室の天井部後方の隅部全体が収納室に突き出すことにはならず、貯蔵室への機械室４６の突き出しは比較的小さなものとなり、貯蔵室の有効内容積を大きくとることができる。

機械室４６の正面から見て左側の断熱壁を取り除き、断熱壁の厚さの分だけ機械室４６を左側へ移動させることもできる。このようにすると、貯蔵室への機械室４６の突き出しはさらに小さくなり、貯蔵室の有効内容積が増加し、容積効率が一段と向上する。

スターリング冷凍機１１０を機械室４６の内部に支持するにあたっては支持部材１４０（図１１参照）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４６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及び高温側第１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。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（図１０参照）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。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。

高温側第１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７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１０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の下面には放熱ファン１２４がダクト１２５を介して連結される。放熱ファン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に対する高温側第１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９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９の状態では、高温側凝縮器１２２を強制空冷する放熱ファン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。

高温側第１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及び高温側第１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８には低温ヘッド１１２と二次冷媒配管１３３を囲む断熱体１４４を仮想線で示す。断熱体１４４は、所定の空間を囲っておいてその中でウレタン発泡を行わせたり、複数の発泡ウレタンブロックを組み合わせるといった手法で形成できる。

高温側凝縮器１２２と放熱ファン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４６の内部空間に保持されている。このため、高温側凝縮器１２２と放熱ファン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と放熱ファン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、高温側第１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。

低温部を下に置き、高温部を下に置くことにより、冷却サイクルと放熱サイクルを無理・無駄なく分離できるという効果は、冷却装置以外の冷却システムでも享受できる。例えばペルチエ素子を用いた冷却システムの場合、低温ヘッド１１２や低温側蒸発器１３２をペルチエ素子の低温部に置き換え、高温ヘッド１１１や高温側凝縮器１２２をペルチエ素子の高温部に置き換えることにより、同様の効果を得ることができる。

ＨＣ冷媒等の冷媒を用いる冷凍サイクルであって、圧縮機、凝縮器、冷媒管、膨張弁、キャピラリーチューブ、蒸発器等を備えたものを冷却システムとする場合も同様のことが言える。圧縮機や凝縮器等の発熱部を機械室４６に置き、庫内にはキャピラリーチューブの一部や蒸発器を置くこととすれば、断熱筐体１０の上部背面に発熱部があるため、熱が上方に逃げやすくなり、貯蔵室への熱の影響も少なくなり、エネルギーロスの少ない冷却庫が得られる。

また、凹部状の機械室を断熱筐体の背面上部に設けることによる効果は、スターリング冷凍機を搭載する冷却庫に特有のものではない。ＨＣ冷媒等の冷媒を用いた圧縮機タイプの冷却システムでも、機械室の貯蔵室への突き出しを小さくし、容積効率の良い冷却庫を得ることができる。凝縮器や冷媒配管を断熱筐体の天井部に設けることとすれば、機械室の貯蔵室への突き出しは更に小さくなり、貯蔵室の有効内容積が増す。

高温側第１循環回路１２０が高温ヘッド１１１から取り出した温熱は防露部（断熱筐体１０の表面のうち、結露を避けたい箇所）の結露防止にも利用される。これを実現するのが高温側第２循環回路１５０である。

高温側第２循環回路１５０は高温側第１循環回路１２０の気相冷媒配管１２３Ｇに熱交換器１５１を介して熱接続される。高温側第２循環回路１５０内には三次冷媒が非減圧状態で封入される。三次冷媒は水と不凍液の混合液である。三次冷媒は循環量確保のため低粘度にする必要があるので、不凍液の混合比は低くなっている。

高温側第２循環回路１５０の配管１５２は、熱交換器１５１を出た後、図１２に示す経路をたどる。すなわち配管１５２は下り管１５２Ｄとなって断熱筐体１０の底部へと下り、そこに設置されたドレンパン１５３に入る。配管１５２はドレンパン１５３の中を蛇行し、ドレンパン１５３に溜まったドレン水の温度を上昇させる。ドレンパン１５３に対してはファン１５４が組み合わせられ、ドレン水の蒸発をさらに促進するようになっている。

ドレンパン１５３を出た配管１５２は分岐部１５５で２系統に分かれた後、２系統とも断熱筐体１０の右側壁の下部に入り、右側壁を前方に抜けて断熱筐体１０の前面下部に達する。２系統の進路はそこから分かれ、一方の系統は断熱筐体１０の右側壁の前縁を上昇する。上昇途中で水平方向仕切り部１１の前縁に入り、ヘアピン形状を描いた後、右側壁の前縁に戻り、上昇を続ける。右側壁の上端に達した配管１５２は天井壁に入り、天井壁の前縁を右から左に抜けて左側壁に至り、左側壁の前縁を下降し、さらに左側壁の下部を背面側に抜けて集合部１５６に達する。

他方の系統は右側壁の前縁から底部壁に入り、底部壁の前縁を右から左に抜けて垂直方向仕切り部１３の下端に達する。配管１５２はそこで上方へと向きを変え、垂直方向仕切り部１３、１２の前縁を下から上に抜ける。垂直方向仕切り部１２の上端に達した配管１５２は折り返して下降する。下降途中で水平方向仕切り部１１の前縁に入り、ヘアピン形状を描いた後、垂直方向仕切り部１３の前縁に戻る。配管１５２はその後水平方向仕切り部１４の前縁にも入り、ヘアピン形状を描いた後、垂直方向仕切り部１３の前縁に戻って底部壁まで下降を続ける。配管１５２はその後底部壁の前縁を右から左に抜けて左側壁に入り、左側壁の下部を背面側に抜けて集合部１５６に達する。

集合部１５６で一本化された配管１５２は断熱筐体１０の底部に設置された圧電式の循環ポンプ１５７に入る。循環ポンプ１５７を出た配管１５２は上り管１５２Ｕとなって熱交換器１５１に戻る。

右側壁と左側壁、天井壁と底部壁、及び水平方向仕切り部と垂直方向仕切り部の各前縁を包括したものが防露部１６０（図８参照）となる。配管１５２は防露部１６０では断熱筐体１０の表面近くを通り、高温側第１循環回路１２０より熱交換器１５１を介して得た温熱をその箇所に伝える。これにより防露部１６０の温度は結露点以上に維持される。

続いて低温側蒸発器１３２及び冷気通路の配置を、主に図５を参照しつつ説明する。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。さらに言えば、垂直方向仕切り部１２の下部以下のレベルに配置される。

低温側蒸発器１３２が配置されるのは、第４区画部１８の奥の壁の手前に設けられた冷気通路５０（図３参照）の中である。冷気通路５０の手前には別の冷気通路５１が設けられる。冷気通路５０の下部には貯蔵室内冷却の役目を終えた戻り空気を吸い込む吸気口５２が形成される。低温側蒸発器１３２は冷気通路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の上方には冷気通路５１に空気を吹き出すファン５３が設けられる。

冷気通路５１から、支線となる３本の冷気通路が延び出す。１番目のものは第１区画部１５及び第２区画部１６に冷気を送る冷気通路５４である。冷気通路５４内には吐出ダンパ５５とファン５６が設けられている。ファン５６を過ぎた冷気通路５４は垂直方向仕切り部１２の中に入り、垂直方向仕切り部１２の内部を上り冷気通路５４Ｕ（図３参照）となって上昇する。

垂直方向仕切り部１２の上部に達した上り冷気通路５４Ｕは、短い水平連絡通路５４Ｈを経て下り冷気通路５４Ｄに連続する。下り冷気通路５４Ｄは垂直方向仕切り部１２の下部へと上り冷気通路５４Ｕの手前側を降下する。上り冷気通路５４Ｕ、水平連絡通路５４Ｈ、及び下り冷気通路５４Ｄは倒立した略Ｕの字状となる。

垂直方向仕切り部１２に限らず、仕切り部に冷気通路を設けるにあたっては、仕切り部に冷気通路を完全に埋設することを要しない。冷気通路の一部のみ仕切り部に埋設された形態であってもよく、仕切り部の外面を這うように設けた形態であってもよい。

上り冷気通路５４Ｕには、第２区画部１６に冷気を吐出する冷気吐出口５７が上下方向に間隔を置いて複数形成される。下り冷気通路５４Ｄには、第１区画部１５に冷気を吐出する冷気吐出口５８が上下方向に間隔を置いて複数形成される。冷気吐出口５７、５８は垂直方向仕切り部１２内に位置する。

図３において、複数の冷気吐出口５７と複数の冷気吐出口５８はそれぞれ垂直なラインに沿って整列しているが、必ずしもこのような配置にする必要はない。複数の冷気吐出口５７同士、また複数の冷気吐出口５８同士、前後方向に位置をずらす形で分散配置してもよい。そして上り冷気通路５４Ｕ及び下り冷気通路５４Ｄは、このように分散配置した冷気吐出口５７及び冷気吐出口５８に満遍なく冷気を送り届けられるものであればよい。

冷気吐出口５７について言えば、棚３２や棚３２ａによって仕切られる領域毎に複数個ずつ、前後方向に位置をずらして設けてもよい。上り冷気通路５４Ｕの領分から外れた箇所に設けられる冷気吐出口５７については、上り冷気通路５４Ｕから支線として張り出す冷気通路を用意する。このような構成とすることにより、第２区画部１６の内部温度分布の更なる均一化を図ることができる。

冷気吐出口５８についても同様であり、棚３０によって仕切られる領域毎に複数個ずつ、前後方向に位置をずらして設けることができる。下り冷気通路５４Ｄの領分から外れた箇所に設けられる冷気吐出口５８については下り冷気通路５４Ｄから支線として張り出す冷気通路を用意する。このような構成とすることにより、第１区画部１５の内部温度分布の更なる均一化を図ることができる。

棚３２、３２ａで仕切られる領域毎に複数の冷気吐出口５７を前後方向に位置をずらして設け、また棚３０で仕切られる領域毎に複数の冷気吐出口５８を前後方向に位置をずらして設けるという構成を実施するにあたっては、棚３２、３２ａの高さと棚３０の高さが揃わないように、互いの上下方向位置をずらしておくとよい。そして冷気吐出口５７を棚３２、３２ａの高さに見合った高さに置き、冷気吐出口５８を棚３０の高さに見合った高さに置くこととすれば、上記構成を容易に実現できる。

本実施形態では、垂直な上り冷気通路５４Ｕと垂直な下り冷気通路５４Ｄを水平連絡通路５４Ｈが連結しているが、上り冷気通路５４Ｕと下り冷気通路５４Ｄを直接連結し、水平連絡通路５４Ｈを省く構成とすることも可能である。例えば上り冷気通路５４Ｕと下り冷気通路５４Ｄの上端を屈曲させたり湾曲させたりして連結する、あるいは上り冷気通路５４Ｕと下り冷気通路５４Ｄそのものを傾斜させ、倒立したＶの字状となるように連結するなどの手法でこれを実現できる。

複数の冷気吐出口５７の総開口面積と、複数の冷気吐出口５８の総開口面積は、第２区画部１６と第１区画部１５の容積比に応じて配分するのがよい。また、第２区画部１６においては複数の冷気吐出口５７を、第１区画部１５においては複数の冷気吐出口５８を、それぞれ室内温度の均一化が進むように配置する。実験を通じて冷気吐出口の位置を決定するのが望ましい。

上り冷気通路５４Ｕを流れる冷気の量は、冷気吐出口５７から供給される冷気の量と冷気吐出口５８から供給される冷気の量の合計である。従って、上り冷気通路５４Ｕには下り冷気通路５４Ｄよりも大きな断面積が必要になる。上り冷気通路５４Ｕと下り冷気通路５４Ｄの断面積比も実験を通じて決定するのが望ましい。

冷気通路５４には２本の横方向冷気通路が連通する。１本は冷気通路５４が垂直方向仕切り部１２に入る前に枝分かれする横方向冷気通路５９で、最下段の棚板３２の下面に沿うように隔離区画部１６ａの奥の壁を這う。横方向冷気通路５９には垂直方向仕切り部１２から所定距離離れた場所に冷気吐出口６０が形成される。冷気吐出口６０は隔離区画部１６ａの中で左右方向に間隔を置いて複数形成する。本実施形態では、冷気吐出口６０は２個設けられている。冷気吐出口６０はケース３３の内部に向けて冷気を供給する。冷気吐出口６０は、横方向冷気通路５９の下流側に配置されたものほど開口面積を大きくし、隔離区画部１６ａの左側部分と右側部分で温度が均一化するようにしておくとよい。

もう１本の横方向冷気通路は上り冷気通路５４Ｕから枝分かれする横方向冷気通路６１で、第２区画部１６の奥の壁と天井とのなすコーナー部を這う。横方向冷気通路６１には垂直方向仕切り部１２から所定距離離れた場所に冷気吐出口６２が形成される。冷気吐出口６２は第２区画部１６の中で左右方向に間隔を置いて複数形成する。本実施形態では、冷気吐出口６２は２個設けられている。冷気吐出口６２は、横方向冷気通路６１の下流側に配置されたものほど開口面積を大きくし、第２区画部１６の左側部分と右側部分で温度が均一化するようにしておくとよい。

冷気通路５１から支線として延び出す３本の冷気通路のうち、２番目のものは第３区画部１７に冷気を送る冷気通路６３である。冷気通路６３には吐出ダンパ６４が設けられ、その下流に冷気吐出口６５が形成されている。

冷気通路５１から支線として延び出す３本の冷気通路のうち、３番目のものは温度切替区画部１９に冷気を送る冷気通路６６である。冷気通路６６には上流から下流へ、吐出ダンパ６７、ファン６８、ヒータ６９、及び冷気吐出口７０が設けられている。

冷気通路５１には、冷気通路５４、６３、６６だけでなく、第４区画部１８に直接冷気を吐出する冷気吐出口（図示せず）も形成される。

各区画部を冷却した冷気は、それぞれに戻り通路を介して冷気通路５０の吸気口５２に戻される。第２区画部１６に対しては戻り通路７１が用意される。戻り通路７１は２箇所に吸気口を有する。その１は隔離区画部１６ａに開口した吸気口７２である。その２は隔離区画部１６ｂに開口した吸気口７３である。

第１区画部１５に対しては、垂直方向仕切り部１２の下部を貫通して隔離区画部１６ｂへと抜ける開口部が戻り通路７４となる。第１区画部１５内の冷気は戻り通路７４から隔離区画部１６ｂに入り、吸気口７３に吸い込まれる。

温度切替区画部１９に対しては戻り通路７５が用意される。戻り通路７５には戻りダンパ７６が設けられている。

第３区画部１７に対しても吸気口５３に連結する戻り通路が用意されるが、これは図示せず、図５に点線矢印で冷気の流れを示すにとどめる。第４区画部１８の内部の冷気は直接吸気口５２に吸い込まれる。

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。これを防ぐため、低温側蒸発器１３２の下方に霜取りヒータ７７を配置する。霜取りヒータ７７は適宜のタイミングで通電され、低温側蒸発器１３２の除霜を行う。霜が溶けて生じた水分は冷気通路５０の底部の漏斗部７８からドレンパン１５３にドレン水として滴下する。ドレン水はそこで配管１５２からの熱とファン１５４からの風により蒸発せしめられる。

冷却庫１の全体制御を司るのは図８に示す制御部８０である。制御部８０は、操作部２５を通じてなされた温度設定指令あるいは運転指令に基づき、また低温ヘッド温度センサ１５８をはじめ、各部に配置された温度センサからの信号に基づき、スターリング冷凍機１１０、製氷装置４３、ファン５３、吐出ダンパ５５、ファン５６、吐出ダンパ６４、吐出ダンパ６７、ファン６８、ヒータ６９、戻りダンパ７６、霜取りヒータ７７、ファン１５４、循環ポンプ１５７などの要素を制御して各区画部の温度を調節し、また製氷、霜取りを行う。なお制御部８０を構成する電装部品は断熱筐体１０の天井部の上に設置された電装ボックス８１（図３、４参照）の内部に収納される。

制御部８０がスターリング冷凍機１１０の運転を始めると、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。放熱ファン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、そこで冷却庫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ファン５３を運転すると、冷気通路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、冷気となる。冷気はファン５３により冷気通路５１に送り込まれ、そこからさらに冷気通路５４、６３、６６へと送り込まれる。また図示しない冷気吐出口から第４区画部１８に吹き出される。

冷却装置１００は、通常のコンプレッサ方式冷却装置で達成できる冷凍温度であるマイナス１８℃よりもさらに低い、平均でマイナス４２〜４３℃、場合によっては局部的にマイナス５０℃程度の吐出温度の冷気温度が実現可能である。このため、ファン５３からの冷気が直接吹き出す第４区画部１８は室内温度をマイナス４０℃程度にまで下げることができる。製氷ユニット４３の中の製氷ファン（図示せず）はこの冷気を水に吹き付けて製氷を行うものであり、製氷は迅速に進む。なお冷却装置１００の冷凍能力を加減することにより、マイナス１８℃程度の冷気温度とすることもできる。

第３区画部１７は、吐出ダンパ６４の開度を調整することにより、流入する冷気の量を制御することができる。このため、第４区画部１８と無関係に、第３区画部１７の温度を通常の冷凍温度であるマイナス１８℃に維持することができる。

温度切替区画部１９は、チルド温度からマイナス１８℃まで、幅広い温度帯で使用されるが、その温度調整は、吐出ダンパ６７及び戻りダンパ７６により流入する冷気量を制御し、また必要に応じヒータ６９で冷気を加温することによって行われる。

温度切替区画部１９は冷凍食品の解凍にも用いられるため、第４区画部１８と大きな温度差がつくことがある。温度切替区画部１９の高い温度が第４区画部１８に影響を及ぼさないよう、垂直方向仕切り部１３の中でも温度切替区画部１９と第４区画部１８の間の部分は特に断熱層が厚くされている。また温度切替区画部１９から吸気口５２に戻る空気が第４区画部１８の中の空気に混じらないよう、戻り通路７５は第４区画部１８から独立している。

なお、吐出ダンパ６７と戻りダンパ７６を閉じ、ファン６８を運転すると、温度切替区画部１９の中で空気が循環する。この状態でヒータ６９に通電すると、温度切替区画部１９の温度を、チルド温度をはるかに超える５０〜８０℃といった高温にすることができる。このような高温では腐敗菌の増殖が抑えられるので、食品その他を保温状態で衛生的に貯蔵することができる。

第１区画部１５と第２区画部１６に対しては冷気通路５４を通じファン５６より冷気が送り込まれるが、その冷気が第１区画部１５と第２区画部１６を冷却しすぎることにならないように、冷気量は吐出ダンパ５５によって調整される。冷気は冷気通路５４から上り冷気通路５４Ｕに入り、その中を上昇しつつ冷気吐出口５７から第２区画部１６に吹き出す。冷気吐出口５７は隔離区画部１６ａより上の空間に上下方向に間隔を置いて複数形成されているので、その空間は均一に冷却される。

冷気の一部は上り冷気通路５４Ｕの上端付近で横方向冷気通路６１に入り、冷気吐出口６２から吹き出す。冷気吐出口６２は垂直方向仕切り部１２から所定距離離れた場所に設けられているので、冷気吐出口５７が吐出する冷気と、冷気吐出口６２が吐出する冷気により、隔離区画部１６ａより上の空間は均一に冷却される。冷気吐出口６２が水平方向に間隔を置いて２個形成されているので、均一冷却の働きは一層強まる。横方向冷気通路６１の下流側、すなわち右側の冷気吐出口６２の開口面積を左側のものより大きくしておけば、第２区画部１６の左側部分と右側部分の温度均一化を一層促進することができる。

上り冷気通路５４Ｕの上端に達した冷気は水平連絡通路５４Ｈを経て下り冷気通路５４Ｄに入る。そして下り冷気通路５４Ｄの中を下降しつつ冷気吐出口５８から第１区画部１５に吹き出す。冷気吐出口５８は上下方向に間隔を置いて複数形成されているので、第１区画部１５は均一に冷却される。

冷気は、上り冷気通路５４Ｕを上昇するに従い左右の区画部に間接的に冷熱を放出する。逆に言えば温熱を受け取るので、下り冷気通路５４Ｄに入る冷気は上り冷気通路５４Ｕに入ったばかりの頃よりも温度が上昇している。このため、第１区画部１５の温度は第２区画部１６の温度より高くなる。

このように、垂直方向仕切り部１２の内部に冷気通路を設けたことにより、これまで顧みられなかった垂直方向仕切り部１２の内部空間を有効活用し、第１区画部１５及び第２区画部１６の奥行きを拡大できる。また垂直方向仕切り部１２内には、低温側蒸発器１３２で冷却された冷気を上に上げる上り冷気通路５４Ｕと、上に上がった冷気を下に下ろす下り冷気通路５４Ｄとを形成し、第２区画部１６には上り冷気通路５４Ｕから冷気を供給し、第１区画部１５には下り冷気通路５４Ｄから冷気を供給するから、流動過程で自然に生じる冷気の温度上昇を利用して、第２区画部１６と第１区画部１５とで温度を異ならせることができる。

図７には垂直方向仕切り部１２の詳細構造が示されている。垂直方向仕切り部１２は垂直方向仕切り部前方部分１２Ａと垂直方向仕切り部後方部分１２Ｂにより構成される。垂直方向仕切り部前方部分１２Ａは断熱体１７０を左シェル１７１Ｌと右シェル１７１Ｒで挟んだ構造であり、垂直方向仕切り部後方部分１２Ｂは断熱体１７２を左シェル１７３Ｌと右シェル１７３Ｒで挟んだ構造である。断熱体１７０、１７２はスチロールやウレタンなどの樹脂を発泡させたものである。左シェル１７１Ｌ、右シェル１７１Ｒ、左シェル１７３Ｌ、右シェル１７３Ｒはポリプロピレンやポリスチレンなどの樹脂により形成される。左シェル１７１Ｌと右シェル１７１Ｒ、左シェル１７３Ｌと右シェル１７３Ｒは爪係合やねじ止め、接着などにより互いに結合される。

垂直方向仕切り部前方部分１２Ａの前面はカバー１７４で覆われる。カバー１７４はカラー鋼板からなり、言うまでもなくこれは磁性体なので、第１断熱扉２０及び第２断熱扉２１の裏面に取り付けた磁石入りのガスケットがぴったりと吸着する。これにより、第１断熱扉２０と第２断熱扉２１の密閉性が向上する。カバー１７４の左シェル１７１Ｌと右シェル１７１Ｒに対する結合も、爪係合やねじ止め、接着などにより行われる。

カバー１７４の裏面に近接して、配管１５２が配置されている。配管１５２は、断熱体１７０に形成された凹部１７５の中に配置されている。配管１５２はカバー１７４に直接接触させても良いし、カバー１７４の裏面にブチルゴムシートを貼り付け、このブチルゴムシートを介してカバー１７４に接触させても良い。ブチルゴムシートはカバー１７４の取り付けの補強にもなる。

ここまで説明した垂直方向仕切り部１２の形成手法は、水平方向仕切り部１１、１４と垂直方向仕切り部１３の形成にも適用される。

断熱体１７２には、左シェル１７３Ｌに面する側に、上り冷気通路５４Ｕ、水平連絡通路５４Ｈ、及び下り冷気通路５４Ｄをかたどった凹部１７６が形成される。この凹部１７６を左シェル１７３Ｌで覆うことにより、上り冷気通路５４Ｕ、水平連絡通路５４Ｈ、及び下り冷気通路５４Ｄが形成されるものである。

上り冷気通路５４Ｕを外部から隔てるのは左シェル１７３Ｌのみである。従って、上り冷気通路５４Ｕを通る冷気で左シェル１７３Ｌの表面が冷却され、そこに結露の可能性が生じるが、図６に見られるように、この部分は機械室４６の右側隔壁４６ａに密着しているため、結露は防止される。なお、左シェル１７３Ｌと右側隔壁４６ａの間に空気が入り込むと、空気中の水分が結露するので、この箇所に空気が入り込まないようにシール材（例えばブチルゴム、シリコンゴム、軟質ウレタン発泡体等）でシールしておくとよい。

水平連絡通路５４Ｈのうち、右側隔壁４６ａから外れる部分と、下り冷気通路５４Ｄについては、外部から隔てるのが左シェル１７３Ｌだけということになると、左シェル１７３Ｌの表面に結露が発生する。そこで、これらの箇所については左シェル１７３Ｌの裏側に断熱体１７７を配置し、水平連絡通路５４Ｈと下り冷気通路５４Ｄを通る冷気が左シェル１７３Ｌに接触しないようにする。

断熱体１７７を配置する結果、下り冷気通路５４Ｄは多少右側にずれる。その分、右シェル１７３Ｒとの間の断熱体１７２の厚さが薄くなるが、下り冷気通路５４Ｄを流れる冷気は上り冷気通路５４Ｕを流れる冷気に比べ温度が上昇しているので、問題は少ない。

上り冷気通路５４Ｕについても、必要があれば断熱体１７７に相当する断熱体を設ける。例えば右側隔壁４６ａから外れるような箇所が生じたような場合がこれに該当する。

また、本実施形態のように、第１区画部１５の容積が第２区画部１６の容積に比べて大幅に小さい場合は、第１区画部１５に供給する冷気量を第２区画部１６に供給する冷気量より少なくできる。すなわち下り冷気通路５４Ｄの断面積を上り冷気通路５４Ｕの断面積より小さくできる。下り冷気通路５４Ｄの断面積を冷気通路５４Ｕの断面積よりも小さくするにあたり、下り冷気通路５４Ｄの左右方向の幅を圧縮して断面積縮小を図ることとすれば、右シェル１７３Ｒとの間の断熱体１７２の厚さを回復させることができる。

冷気通路５４を流れる冷気は、上り冷気通路５４Ｕに入る手前で一部が横方向冷気通路５９に入る。横方向冷気通路５９に入った冷気は水平方向に間隔を置いて配置された２個の冷気吐出口６０からケース３３内へ吹き出し、隔離区画部１６ａ内にあるケース３３内を均一に冷却する。冷気通路５９から吹き出す冷気の量を調整することにより、隔離区画部１６ａの温度をそれより上の空間より低くし、例えば庫内温度０℃、−３℃といったチルド室や氷温室として隔離区画部１６ａを使用することができる。冷気量の調整は、横方向冷気通路５９の断面積の設定、冷気吐出口６０の開口面積の設定、あるいは横方向冷気通路５９へのダンパの設置などといった手法で実現できる。

隔離区画部１６ｂ内のケース３４の周囲には、特にその下側には、比較的温度が高くなった第１区画部１５からの戻り空気と第２区画部１６からの戻り空気が流れる。第１区画部１５からの戻り空気と第２区画部１６からの戻り空気が流れることにより、隔離区画部１６ａの温度低下は小さく、例えば内部温度が５℃といったレベルになる。そのため、隔離区画部１６ｂは野菜貯蔵空間として利用することができる。また、仕切カバー３５はケース３４の上面開口部をぴったりと閉ざすものであり、これによりケース３４内の食品の水分蒸発が抑制される。そのためケース３４の内部は野菜貯蔵に一層適した空間となる。

なお、第２区画部１６からの戻り空気の一部を仕切カバー３５の上面とケース３３の下面の間の隙間に流すようにすれば、比較的温度が高くなった戻り空気による空気断熱の効果により、隔離区画部１６ａがチルド室や氷温室に設定されていたとしても、その低温が隔離区画部１６ｂにまで伝わりにくくなり、ケース３４内の野菜の凍結防止に役立つ。断熱効果を高めるため、断熱材を貼り付けるなどして仕切カバー３５に断熱層を形成してもよい。

制御部８０は、低温側循環回路１３０の中の二次冷媒の凍結を防ぎ、凍結してしまった場合はそれを解消するため、図１４のフローチャートのように制御を行う。以下これについて説明する。

ステップ＃２０１では、低温ヘッド温度センサ１５８が低温ヘッド１１２の温度Ｔ_Cを検知する。検知は所定の時間間隔で行われる。ステップ＃２０２では低温ヘッド温度Ｔ_Cが第１所定温度Ｔ₁以下に低下したかどうかの判定が制御部８０によって行われる。低温ヘッド温度Ｔ_Cが第１所定温度Ｔ₁まで低下していなければフローはそこで終了する。低温ヘッド温度Ｔ_Cが第１所定温度Ｔ₁以下に低下したときは低温側循環回路１３０の二次冷媒が過冷却になったとの判断が制御部８０によって下され、ステップ＃２０３に進む。

ステップ＃２０３では制御部８０がスターリング冷凍機１１０の出力を低下させる。そして所定時間経過後ステップ＃２０４に進む。

ステップ＃２０４では低温ヘッド温度Ｔ_Cが第１所定温度Ｔ₁より５℃低い第２所定温度以下に低下したかどうかの判定が行われる。低温ヘッド温度Ｔ_Cが第２所定温度まで低下していなければステップ＃２０１に戻る。低温ヘッド温度Ｔ_Cが第２所定温度以下に低下したときは二次冷媒が凍結したとの判断が下され、ステップ＃２０５に進む。

ステップ＃２０５では、制御部８０はスターリング冷凍機１１０の運転を停止させると共に霜取りヒータ７７に通電し、凍結した二次冷媒の融解を開始する。そしてステップ＃２０６に進む。

ステップ＃２０６では霜取りヒータ７７への通電時間を計測する。また低温ヘッド温度Ｔ_Cを検知する。

ステップ＃２０７では、霜取りヒータ７７への通電時間が１０分以上になったかどうか、あるいは低温ヘッド温度Ｔ_Cがマイナス２０℃を超えて上昇したかどうかの判定が行われる。いずれの条件も未達であればステップ＃２０６に戻る。いずれかの条件が満たされれば二次冷媒の融解は完了したとの判断が下され、ステップ＃２０８に進む。

ステップ＃２０８では霜取りヒータ７７への通電が停止される。そしてステップ＃２０９へと進む。

ステップ＃２０９ではスターリング冷凍機１１０の運転が再開される。また第１所定温度Ｔ₁の設定が１℃高められる。これにより、凍結回避あるいは凍結解消の動きがより早い段階でなされるようになる。

図１４の制御フローによれば、二次冷媒が過冷却になった、あるいは凍結したとの判定を低温ヘッド温度センサ１５８の検知温度の瞬時値だけで判定するので、制御が簡単である。また凍結した二次冷媒が融解したとの判定を低温ヘッド温度センサ１５８の検知温度の瞬時値だけで、または霜取りヒータ７７への通電時間の計測値だけで判定するから、これまた制御が簡単である。

なお、図１４の制御フローの説明中に登場した「マイナス５℃」「１０分」「マイナス２０℃」「１℃」といった具体的数値は単なる例示にすぎず、発明の限定条件となるものではない。

以上、本発明の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。

冷蔵庫の正面図断熱扉を取り除いた状態の冷蔵庫の正面図冷蔵庫の垂直断面図異なる部位における冷蔵庫の垂直断面図冷気通路の構成説明図図４のＡ−Ａ線に沿って切断した冷蔵庫の水平断面図垂直方向仕切り部の拡大水平断面図冷蔵庫に搭載される冷却装置の概略構成図冷蔵庫のスターリング冷凍機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冷却装置の概略斜視図冷気の流れを示すブロック構成図制御のフローチャート

符号の説明

１冷却庫
１０断熱筐体
８０制御部
１１０スターリング冷凍機
１１１高温ヘッド
１１２低温ヘッド
１２０高温側第１循環回路
１３０低温側循環回路
１５０高温側第２循環回路
１５８低温ヘッド温度センサ

Claims

スターリング冷凍機の低温ヘッドの冷熱を冷却空間内の低温側蒸発器に伝える低温側循環回路と、前記スターリング冷凍機の高温ヘッドの温熱を放熱する高温側循環回路と、前記低温ヘッドの温度を検知する低温ヘッド温度センサと、前記低温側蒸発器に設けられた霜取りヒータと、全体制御を司る制御部を備えた冷却庫において、
前記低温ヘッド温度センサの検知温度が第１所定温度以下に低下したときは前記スターリング冷凍機の出力を低下させ、前記低温ヘッド温度センサの検知温度が前記第１所定温度よりも低い第２所定温度以下に低下したときは前記スターリング冷凍機を停止させると共に前記霜取りヒータに通電することを特徴とする冷却庫。
前記霜取りヒータへの通電が、前記低温ヘッド温度センサが所定温度以上の温度を検知したとき、または通電開始から所定時間が経過したときに停止されることを特徴とする請求項１に記載の冷却庫。
前記霜取りヒータへの通電後に前記スターリング冷凍機の運転を再開するときは、前記第１所定温度が以前よりも高く設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却庫。