JP2700758B2

JP2700758B2 - スターリングサイクルを利用した冷凍機

Info

Publication number: JP2700758B2
Application number: JP5311897A
Authority: JP
Inventors: 成泰金; カンシックヂォ
Original assignee: エルジー電子株式会社
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1993-12-13
Publication date: 1998-01-21
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: KR940015426A; US5438848A; JPH074764A; KR950008382B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スターリングサイクル
を利用した冷凍機に関し、特に家庭用冷蔵庫に適用し
て、急速製氷及び食品の急速冷凍を可能にし、アイスク
リームの連続的な製造を可能にするスターリングサイク
ルを利用した冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に冷蔵庫は食品を冷凍室で冷凍保
管するか長時間食品の新鮮度を保持し得るように冷蔵室
に保管するか製氷またはアイスクリーム製造等をするた
めの有用な厨房機器として用いられる。しかしながら、
一般家庭用冷蔵庫においては、冷凍室の温度が−１８℃
程度であって食品の急速冷凍が難しく、またアイスクリ
ームの製造においては通常１８時間の長時間が所要され
るばかりでなく保氷材を利用しなければならないので連
続使用が不可能な短所があった。

【０００３】一方、Nakamuraに許与された米国特許第
４，５２２，０３２号には冷凍室の温度を極低温に下げ
得るスターリング冷凍機が開示されている。このスター
リング冷凍機は多数のスターリングサイクル冷凍機ユニ
ットと該ユニット内を循環する作動流体間の熱交換を果
し得るようにする向流熱交換機（Countercurrent heate
xchanger ）を備える点を構成上の特徴とし、このよう
な構成により冷凍温度を−２６９℃乃至−２７０℃まで
下げることのできる効果をもたらすようになる。しか
し、一般的な家庭用冷凍機においては−６０℃乃至−７
０℃程度の冷凍温度のみでも急速冷凍、急速製氷または
アイスクリーム製造等の機能を立派に行うことができる
から−２６９℃乃至−２７０℃程度の極低温を必ずしも
必要とせず、特に前記特許の冷凍機においては別途向流
熱交換機を必要とするので冷凍機の構造が複雑になり制
作費が増加する短所がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、別途
の向流熱交換機を必要とせずに急速冷凍及びアイスクリ
ームの連続製造等が可能なスターリングサイクルを利用
した冷凍機を提供することにある。

【０００５】本発明の他の目的は体積が既存の冷蔵庫よ
り数等縮小されながらも急速冷凍及びアイスクリームの
連続製造等が可能なスターリングサイクルを利用した冷
凍機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、スターリングサイクルにより駆動され
るスターリング冷凍ユニットと、前記スターリング冷凍
ユニットを駆動させるモーターと、前記スターリング冷
凍ユニットの冷却力を伝達する受熱部とで構成される冷
却力を提供手段；そしてケースと、前記ケースに被せら
れるカバーと、前記ケースの底部に形成され前記冷却力
提供手段の前記受熱部からの冷却力を伝達されるための
放熱部と、要求される形態に冷凍するための冷凍加工手
段とから構成され、前記冷却力提供手段から提供される
冷却力を用いて冷凍機能を行う冷却力応用手段を含むス
ターリングサイクルを利用した冷凍機が提供される。

【０００７】さらに、本発明によると、スターリングサ
イクルにより駆動されるスターリングモジュールと、中
間部分に設けられた断熱板を備える冷却力提供手段と；
中間部分にスライド可能に設けられた中間板と、前記中
間板の移動を案内する案内手段と、要求される形態に冷
凍するための冷凍加工手段を備えた冷却力応用手段と；
前記冷却力提供手段と前記冷却力応用手段間に設けられ
前記冷却力提供手段から提供される冷却力を冷却力応用
手段に伝達するための伝熱部と；そして前記冷却力提供
手段と前記冷却力応用手段と前記伝熱部を内蔵し、上部
にドアが回動開閉可能に設けられた断熱材ケースを含む
スターリングサイクルを利用した冷凍機が提供される。

【０００８】

【作用】食品を急速冷凍させる場合には、図１乃至図３
に示した冷却力応用部から攪拌モーターと、攪拌軸と、
そして攪拌翼を分離させて、ケースに食品を受納させた
後、冷却力提供部と冷却力応用部を結合させた後、電源
を印加すると、冷却力提供部の電源及び制御回路部の駆
動によりスターリング冷凍ユニットが動作するようにな
るから、該スターリング冷凍ユニットの通常的の作用に
より受熱部の温度が急速に−６０〜−７０℃に下降し、
従って冷却力提供部からの冷却力は図１乃至図３に示し
た各々の受熱部を通じて冷却力応用部の放熱部に伝達さ
れてケースの内部に受納された食品を急速に冷凍させる
ことができる。

【０００９】一方、アイスクリームを製造する場合に
は、図１乃至図３に示したように冷却力応用部に攪拌モ
ーターと、攪拌軸と、そして攪拌翼を取り付けた後、ア
イスクリーム原液を入れて前述したように同じく冷却力
提供部から提供される冷却力でケースの内部を冷却させ
ながらアイスクリーム原液を攪拌することによりアイス
クリームの製造が可能となり、氷ブロック(block）を製
造する場合には、図４に示したように、冷却力応用部の
ケース内に伝熱格子板を受納して、水を冷却させること
により氷ブロックを迅速に製造することができるように
なる。

【００１０】

【実施例の詳細な説明】以下、本発明によるスターリン
グサイクルを利用した冷凍機を添付図面に示した実施例
により説明すると次の通りである。

【００１１】図１は本発明によるスターリングサイクル
を利用した冷凍機の一実施例を示す構成図にして、本発
明の一実施例による冷凍機は、スターリングサイクルに
より駆動される冷却力提供部(2) と、前記冷却力提供部
(2) から提供される冷却力を利用して冷凍機能を行う冷
却力応用部(1) から構成されている。

【００１２】前記冷却力提供部(2) は、スターリング冷
凍ユニット(3) と、前記スターリング冷凍ユニット(3)
を駆動させるモーター(4) と、前記スターリング冷凍ユ
ニット(3) の冷却力を伝達する受熱部(5) から構成され
ている。

【００１３】前記冷却力応用部(1) は、所定の形状を有
するケース(6) と、前記ケース(6)に被せられるカバー
(7) と、前記カバー(7) に設けられる攪拌モーター(8)
と、前記ケース(6) の内部に設けられて攪拌モーター
(8) の駆動で回転される攪拌翼(10)と、前記ケース(6)
の底部に形成されて冷却力提供部(2) の受熱部(5) から
の冷却力を伝達される放熱部(11)から構成されている。

【００１４】前記ケース(6) の底面周縁部には、前記冷
却力応用部(1) の放熱部と一体にされた支持壁(12)が形
成されて、冷却力応用部(1) の放熱部(11)下面及び支持
壁(12)の内壁に冷却力提供部(2) の受熱部(5) 上面及び
外周壁が直接面接触されるように構成されている。

【００１５】図面中未説明符号(13)は、電源及び制御回
路部、(14)は取手を示したものである。

【００１６】図２に示した本発明の他の実施例による
と、冷却力提供部(2) の受熱部(5) に所定深さの凹部(1
5)が形成されてブライン等の伝熱媒体(16)が充填され
て、冷却力応用部(1) の放熱部(11)下面に数個の伝熱フ
ィン(17)が形成され、伝熱媒体(16)により伝熱が成され
るように構成することができ、又図３に示した本発明の
他の実施例のように冷却力提供部(2) と冷却力応用部
(1) の間にヒートパイプ(18)を連結設置して、ヒートパ
イプ(18)の作用で伝熱が成されるように構成することも
できる。

【００１７】このように構成される本発明によればスタ
ーリングサイクルを利用した冷凍機は、食品の急速冷
凍、製氷またはアイスクリームの製造機能を行うことが
できるが、先ず食品を急速冷凍させる場合には、図１乃
至図３に示した冷却力応用部(1) から攪拌モーター(8)
と、攪拌軸(9) と、そして攪拌翼(10)を分離させて、ケ
ース(6) に食品を受納させた後、冷却力提供部(2) と冷
却力応用部(1) を結合させた後、電源を印加すると、冷
却力提供部(2) の電源及び制御回路部(13)の駆動により
スターリング冷凍ユニット(3) が動作するようになるか
ら、該スターリング冷凍ユニットの通常的の作用により
受熱部(5) の温度が急速に−６０〜−７０℃に下降し、
従って、冷却力提供部(2) からの冷却力は図１乃至図３
に示した各々の受熱部(5) を通じて冷却力応用部(1) の
放熱部(11)に伝達されてケース(6)の内部に受納された
食品を急速に冷凍させることができる。

【００１８】一方、アイスクリームを製造する場合に
は、図１乃至図３に示したように冷却力応用部(1) に攪
拌モーター(8) と、攪拌軸(9) と、そして攪拌翼(10)を
取り付けた後、アイスクリーム原液を入れて前述したよ
うに同じく冷却力提供部(2) から提供される冷却力でケ
ース(6) の内部を冷却させながらアイスクリーム原液を
攪拌することによりアイスクリームの製造が可能とな
り、氷ブロック（block ）を製造する場合には、図４に
示したように、冷却力応用部(1) のケース(6) 内にに伝
熱格子板(19)を受納して、水を冷却させることにより氷
ブロックを迅速に製造することができるようになる。

【００１９】以外にも、目的とする冷凍機能に適合する
構造を冷却力応用部(1) に採択する場合、多様な急速冷
却効果を得ることができるのである。

【００２０】一方、図５乃至図１１は、本発明によるス
ターリングサイクルを利用した冷凍機のまた他の実施例
を示したもので、図５に示したスターリングサイクルを
利用した冷凍機は断熱材ケース(22)内に冷却力提供部(2
4)と冷却力応用部(25)と伝熱部(26)を備え、冷却力提供
部(24)はスターリングサイクルにより駆動されるスター
リングモジュール(23)と中間部分に設けられた断熱板(3
2)で構成され、冷却力応用部(25)は、中間部分にスライ
ド可能に設けられた中間板(27)と、前記中間板(27)の移
動を案内する案内レール(36)(36') と断熱材ケース(22)
の頂部に装着されるモーター(28)とモーターに連結され
た回転軸(29)及び循環用ファン(30)から構成される。更
に、伝熱部(26)は冷却力提供部(24)からの冷却力を冷却
力応用部(25)に伝達できるように冷却力提供部(24)と冷
却力応用部(25)間に設けられており、断熱材ケース(22)
の上部にはドア(21)が回動開閉可能に設けられている。
前記伝熱部(26)は、図１１の（イ）及び（ロ）に示した
ようにケース(22)の断面形状により四角形状または円形
状に形成することができ、前記伝熱部(26)の外側縁部に
は内側より高さが高いスレスホールド部(threshold）(2
6a) が形成されており、該スレスホールド部(26a) の外
側面にはケース(22)の内壁との気密を保持するための気
密部材(33)が取り付けられており、その下面には図１０
に示したように断熱コーティング面(34)が形成されてい
る。

【００２１】前記中間板(27)は、図９の（イ）及び
（ロ）に示したように、焼き網形状で上下に連通される
開放中間板(27') 、または板状の密閉型中間板(27'')を
選択的に用いることができるようになっており前記密閉
型中間板(27'')の各外側断面にはケース(22)の内壁との
気密を保持するための気密部材(35)が付着されている。

【００２２】前記案内レール(36)(36') はケース(22)の
内壁両側に各々形成されて中間板(27')(27'') の両側縁
部が挿入案内される。

【００２３】図６に示したスターリングサイクルを利用
した冷凍機は図５に示したものと類似しているが循環用
ファン(30)の代わりにアイスクリーム製造ユニット(31)
を備え、前記アイスクリーム製造ユニット(31)はアイス
クリーム製造用容器(37)と、前記容器(37)に被せられる
カバー(38)と、前記カバー(38)を介して容器(37)の内部
で回転可能に支持されるとともにモーター(28)の回転軸
(29)に結合される攪拌軸(39)と、前記攪拌軸(39)の下部
に結合固定される攪拌翼(40)で構成されている。前記モ
ーター(28)の回転軸(29)とアイスクリーム製造ユニット
(31)の攪拌軸(39)との結合構造は、図７及び図８に示し
たように回転軸(29)の外周面一側に縦方向に切り欠けて
形成される結合溝(41)に攪拌軸(39)の上端部に形成され
た結合突出部(42)が結合される構造となっており、前記
結合溝(41)の中心からの縦方向深さ(d2)は結合突出部(4
2)の中心からの縦方向幅(d1)と一致するようにするのが
望ましい。図面中未説明符号(43)は取手、(44)は氷箱を
示したものである。

【００２４】このように構成される本発明のまた他の実
施例によるスターリングサイクルを利用した冷凍機は、
少量の氷を急速製造する機能、多量の氷を急速製造する
機能、そしてアイスクリームを製造する機能等を行うこ
とができるが、先ず少量の氷を急速に製造する場合には
ケース(22)の両内壁に形成された案内レール(36)(36')
を利用して図９（ロ）に示したような密閉型中間板(2
7'')を押し入れ、その中間板(27'')ケース(22)の両内
壁、そして伝熱部(26)からなる小さい空間を形成するよ
うにし、このような小さい空間の伝熱部(26)に水が入っ
ている氷箱(44)を載置して、本発明の冷凍機を作動させ
ることにより少量の氷を急速に製造することができるの
である。

【００２５】一方、多量の氷を急速製造する場合にはケ
ース(22)の案内レール(36)(36') から密閉型中間板(2
7'')を分離させた後、前記案内レール(36)(36') を利用
して図９（イ）に示したような開放型中間板(27') を押
し入れて図５（イ）及び（ロ）に示したように伝熱部(2
6)及び開放型中間板(27') の上面に水が入っている氷箱
(44)を載置して本発明の冷凍機を作動させることにより
多量の氷を急速に製造することができるのである。

【００２６】このとき、モーター(28)を駆動させて循環
用ファン(30)を回転させることにより冷却空気を循環さ
せて氷をより迅速に製造することができる。なお、アイ
スクリームを製造する場合には、ケース(22)の案内レー
ル(36)(36') から中間板(27)を分離させ、モーター(28)
の回転軸(29)から攪拌翼(40)を分離させた後、ケース(2
2)の冷却力応用部(25)にアイスクリーム製造ユニット(3
1)を装着する。

【００２７】このとき、モーター(28)の回転軸(29)に形
成された結合溝(41)にアイスクリーム製造ユニット(31)
を構成する攪拌軸(39)の結合突出部(42)を図７及び図８
に示したような結合構造により結合する。

【００２８】前記攪拌軸(39)の結合突出部(42)は両側面
の中間部が少し突出されているのでモーター(28)の回転
軸(29)の結合動作がよくなされるようになる。

【００２９】このようにモーター(28)の回転軸(29)にア
イスクリーム製造ユニット(31)の攪拌軸(39)が結合され
た状態で本発明の冷凍機を作動させることにより攪拌軸
(39)が回転されながら攪拌翼(40)の回転によりアイスク
リームを製造するようになる。

【００３０】一方、本発明による冷凍機を使用するにお
いては、伝熱部(26)の熱交換をより促進するため伝熱部
(26)の上面に形成された凹んでいる部位に例えばブライ
ン等のような液状の低温用熱媒体を充填させる場合、伝
熱部(26)と氷箱(44)、または容器(37)間の伝熱効果が一
層倍加する。

【００３１】

【発明の効果】以上で説明したように本発明によれば、
スターリングサイクルを利用した冷凍機は食品を急速に
冷凍させることができ、保氷材を利用しなくてもアイス
クリームを迅速に製造することができるので、アイスク
リームの連続製造が可能であり、従来の冷凍機に比べて
体積が小さいながらも冷凍効果が卓越な長所がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスターリングサイクルを利用した
冷凍機の一実施例を示す構成図である。

【図２】本発明によるスターリングサイクルを利用した
冷凍機の他の実施例を示す構成図である。

【図３】本発明によるスターリングサイクルを利用した
冷凍機のまた別の実施例を示す構成図である。

【図４】本発明によるスターリングサイクルを利用した
冷凍機の要部構成を示す分解斜視図である。

【図５】（イ）及び（ロ）は本発明によるスターリング
サイクルを利用した冷凍機のまた別の実施例を示したも
ので、（イ）は断面図である。（ロ）は側断面図であ
る。

【図６】図５に示したスターリングサイクルを利用した
冷凍機の他の使用形態に応じて実施例を示す断面図であ
る。

【図７】図６のＡ部構成を示す分解斜視図である。

【図８】（イ）及び（ロ）は図６のＡ部の構成を示す断
面図である。

【図９】（イ）及び（ロ）は図５及び図６に示した本発
明によるスターリングサイクルを利用した冷凍機を構成
する中間板の実施形態を示す斜視図である。

【図１０】図５及び図６に示した本発明によるスターリ
ングサイクルを利用した冷凍機を構成する伝熱部の断面
図である。

【図１１】（イ）及び（ロ）は図５及び図６に示した本
発明によるスターリングサイクルを利用した冷凍機を構
成する伝熱部の実施形態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１、２５：冷却力応用部２、２４：冷却力提供部３：スターリング冷凍ユニット５：受熱部６：ケース８、２８：攪拌モーター９、３９：攪拌軸１０、４０：攪拌翼１１：放熱部２６：伝熱部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スターリングサイクルにより駆動される
スターリング冷凍ユニットと、前記スターリング冷凍ユ
ニットを駆動させるモーターと、前記スターリング冷凍
ユニットの冷却力を伝達する受熱部とを備えた冷却力提
供手段；そしてケースと、前記ケースに被せられるカバ
ーと、前記ケースの底部に形成され前記冷却力提供手段
の前記受熱部からの冷却力を伝達されるための放熱部
と、要求される形態に冷凍するための冷凍加工手段とを
具備し、前記冷却力提供手段から提供される冷却力を利
用して冷凍機能を行う冷却力応用手段を含むスターリン
グサイクルを利用した冷凍機。
【請求項２】前記冷凍加工手段は、前記カバーに設け
られる攪拌モーターと、前記攪拌モーターの駆動により
前記ケースの内部で回転する攪拌軸と、前記攪拌軸の下
部に結合される攪拌翼とからなることを特徴とする請求
項１記載のスターリングサイクルを利用した冷凍機。
【請求項３】前記冷凍加工手段は、前記ケースの内部
に着脱可能に結合される伝熱格子板であることを特徴と
する請求項１記載のスターリングサイクルを利用した冷
凍機。
【請求項４】前記冷却力応用手段の前記放熱部は前記
ケースの底面周縁部に支持壁を備え、前記冷却力応用手
段の前記放熱部下面及び前記支持壁の内壁に、前記冷却
力提供手段の受熱部の上面及び外周壁が直接面接触する
ように構成されたことを特徴とする請求項１記載のスタ
ーリングサイクルを利用した冷凍機。
【請求項５】前記冷却力提供手段の前記受熱部は伝熱
媒体が充填され得る凹部で形成され、前記冷却力応用手
段の前記放熱部は伝熱フィンを備え、前記多数の伝熱フ
ィンは伝熱媒体が充填された前記凹部に陥沈されること
を特徴とする請求項１記載のスターリングサイクルを利
用した冷凍機。
【請求項６】前記冷却力提供手段の前記受熱部と前記
冷却力応用手段の前記放熱部は、一体に連結されるヒー
トパイプであることを特徴とする請求項１記載のスター
リングサイクルを利用した冷凍機。
【請求項７】スターリングサイクルにより駆動される
スターリングモジュールと、中間部分に設けられた断熱
板とを備える冷却力提供手段；中間部分にスライド可能
に設けられた中間板と、前記中間板の移動を案内する案
内手段と、要求される形態に冷凍するための冷凍加工手
段とを備える冷却力応用手段；前記冷却力提供手段と前
記冷却力応用手段間に設けられて、前記冷却力提供手段
から提供される冷却力を冷却力応用手段に伝達するため
の伝熱部；そして前記冷却力提供手段、前記冷却力応用
手段および前記伝熱部を内蔵し、上部にドアが回動開閉
可能に設けられた断熱材ケースを含むスターリングサイ
クルを利用した冷凍機。
【請求項８】前記冷凍加工手段は、前記ケースの上部
に設けられるモーターと前記モーターの回転軸に着脱可
能に設けられる循環用ファンであることを特徴とする請
求項７記載のスターリングサイクルを利用した冷凍機。
【請求項９】前記冷凍加工手段は、前記ケースの上部
に設けられるモーターと、アイスクリーム製造用容器
と、前記容器に被せられるカバーと、前記カバーを介し
て前記容器の内部で回転可能に支持され、前記モーター
の回転軸に結合されて前記モーターにより回転する攪拌
軸と、前記攪拌軸の下部に結合される攪拌翼とで構成さ
れたアイスクリーム製造ユニットであることを特徴とす
る請求項７記載のスターリングサイクルを利用した冷凍
機。
【請求項１０】前記伝熱部には外側縁部に内側より高
さが高いスレスホールド部が形成されており、前記スレ
スホールド部の外側面にケースの内壁との気密を保持す
るための気密部材が取り付けられ、前記スレスホールド
部の下面に断熱コーティング面が形成されたことを特徴
とする請求項７記載のスターリングサイクルを利用した
冷凍機。
【請求項１１】前記中間板は上下に連通される焼き網
形状の開放型中間板または板状の密閉型中間板であるこ
とを特徴とする請求項７記載のスターリングサイクルを
利用した冷凍機。
【請求項１２】前記密閉型中間板は、外側断面にケー
スの内壁との気密を保持するための気密部材が付着され
たことを特徴とする請求項１１記載のスターリングサイ
クルを利用した冷凍機。
【請求項１３】前記案内手段は、前記ケースの内壁両
側に各々形成され、中間板の両側縁部が挿入案内される
案内レールであることを特徴とする請求項７記載のスタ
ーリングサイクルを利用した冷凍機。