JP2714155B2 - Cooling room - Google Patents

Cooling room

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JP2714155B2
JP2714155B2 JP1169672A JP16967289A JP2714155B2 JP 2714155 B2 JP2714155 B2 JP 2714155B2 JP 1169672 A JP1169672 A JP 1169672A JP 16967289 A JP16967289 A JP 16967289A JP 2714155 B2 JP2714155 B2 JP 2714155B2
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displacer
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low
cylinder
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澄 香川
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Toshiba Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes

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  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、庫内を冷却する冷却庫に関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a cooling box for cooling the inside of the box.

(従来の技術) 従来より、冷蔵庫、冷凍庫(いずれも冷却庫に相当)
は、フロン系の冷媒を用いた蒸気圧縮式の冷凍サイクル
を使用して、庫内を冷却している。
(Prior art) Conventionally, refrigerators and freezers (both are equivalent to refrigerators)
Uses a vapor compression refrigeration cycle using a chlorofluorocarbon-based refrigerant to cool the inside of the refrigerator.

(発明が解決しようとする課題) ところで、冷蔵庫および冷凍庫は、小型、低騒音、低
振動、さらには高冷却効率が要求される。
(Problems to be Solved by the Invention) By the way, refrigerators and freezers are required to be small, low noise, low vibration, and high cooling efficiency.

ところが、蒸気圧縮式の冷凍サイクルは、モータ等の
駆動源をもつ圧縮機、凝縮器、膨脹弁(あるいは絞り装
置)、蒸発器を構成要素とするために、小型化が難し
く、冷凍庫、冷蔵庫、特に小型のものには不向きであ
る。しかも、冷媒は液体、気体、液体と気体の二相の様
々な状態で、閉ループのサイクルを流れるために大きな
音圧の気流音が多く発生する。具体的には、圧縮機の騒
音よりも大きいレベルの気流音が発生することがあっ
た。
However, since the vapor compression type refrigeration cycle includes a compressor having a driving source such as a motor, a condenser, an expansion valve (or a throttle device), and an evaporator as components, it is difficult to reduce the size of the refrigeration cycle. Particularly, it is not suitable for a small-sized device. In addition, since the refrigerant flows through a closed loop cycle in various states of liquid, gas, and two phases of liquid and gas, a large amount of airflow noise with a large sound pressure is generated. Specifically, airflow noise at a level higher than the noise of the compressor was sometimes generated.

そのうえ、冷蔵庫および冷凍庫に主に用いられるフロ
ン系の冷媒は、近時、オゾン層の破壊といった環境汚染
をもたらすということで、フロン規制の対象となってお
り、将来は使用できなくなる。各メーカーは新たな冷媒
を探すべく、さかんに開発を行っているが、現在使用さ
れている冷媒より優れた成績係数(サイクル効率)を有
する、または置き換えるものはなく、安全で最適な冷媒
を探し出すのには、未だかなりの時間がかかるとされて
いる。
In addition, Freon-based refrigerants mainly used in refrigerators and freezers have recently been subject to Freon regulations because they cause environmental pollution such as destruction of the ozone layer, and will not be used in the future. Manufacturers are actively developing new refrigerants, but they have a better coefficient of performance (cycle efficiency) than currently used refrigerants. It is said that it will still take quite a while.

こうした状況の中で上記要求を満たすことができるよ
うにした冷凍庫、冷蔵庫が要望されている。
Under these circumstances, a freezer and a refrigerator capable of satisfying the above demands are demanded.

この発生はこのような事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところはフロン系の冷媒を用いずに
冷却運転を行うことができ、かつ小型化、低騒音化、低
振動化、さらには高冷却効率化に優れる冷却庫を提供す
ることにある。
This occurrence was made by paying attention to such circumstances, and the purpose is to perform a cooling operation without using a CFC-based refrigerant, and to reduce the size, reduce noise, reduce vibration, It is still another object of the present invention to provide a cooler excellent in high cooling efficiency.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明に係る冷却庫は、
内部に被冷却物を収容する収容部と該収容部を介して冷
気を循環させるための通路となる冷気通路とを備えると
ともに表層部が金属材で形成された冷却庫本体と、この
冷却庫本体の表層部を形成している前記金属材に高温側
熱交換器を接続するとともに前記冷気通路内に低温側熱
交換器を位置させて設けられたスターリング冷凍機とを
具備してなることを特徴としている。
[Configuration of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, a refrigerator according to the present invention comprises:
A cooling chamber body including a housing section for housing the object to be cooled and a cool air passage serving as a passage for circulating cool air through the housing section, and a surface layer portion formed of a metal material; And a Stirling refrigerator provided with a low-temperature heat exchanger located in the cold air passage while connecting a high-temperature heat exchanger to the metal material forming the surface layer portion of And

なお、前記冷却庫本体は前面部に開閉扉を有するとと
もに上記開閉扉から奥行き方向に順に前記収容部と前記
冷気通路とを備えており、前記スターリング冷凍機は上
記冷気通路と上記冷却庫本体の背面との間に設けられて
いることが好ましい。
The cooling box body has an opening / closing door on the front side and the housing section and the cold air passage in the depth direction from the opening / closing door in order, and the Stirling refrigerator has the cooling air passage and the cooling box body. It is preferably provided between the rear surface.

また、前記スターリング冷凍機は、シリンダと、この
シリンダ内に頭部側から順に配置されたディスプレーサ
ーおよびピストンと、前記シリンダの後部に設けられた
モータと、このモータの出力で前記ディスプレーサーお
よびピストンを所定の位相差で往復動させる往復動機構
と、一端側が前記シリンダの頭部と前記ディスプレーサ
ーとの間の空間に通じた低温側熱交換器と、一端側が前
記ディスプレーサーと前記ピストンとの間の空間に通じ
た高温側熱交換器と、この高温側熱交換器の他端側と前
記低温側熱交換器の他端側との間に接続された再生器
と、前記ディスプレーサーとシリンダ頭部との間の空
間、前記低温側熱交換器、前記再生器、前記高温側熱交
換器および前記ディスプレーサーと前記ピストンとの間
の空間に充填された作動流体とで構成されているものが
好ましい。
Further, the Stirling refrigerator includes a cylinder, a displacer and a piston arranged in this cylinder in order from the head side, a motor provided at the rear of the cylinder, and the displacer and the piston provided by an output of the motor. A reciprocating mechanism for reciprocating the cylinder with a predetermined phase difference, a low-temperature heat exchanger having one end communicating with a space between the head of the cylinder and the displacer, and one end including the displacer and the piston. A high-temperature-side heat exchanger communicating with a space therebetween, a regenerator connected between the other end of the high-temperature heat exchanger and the other end of the low-temperature heat exchanger, the displacer and the cylinder. Actuation filled in the space between the head, the cold side heat exchanger, the regenerator, the hot side heat exchanger and the space between the displacer and the piston What is configured in the body are preferred.

(作用) スターリング冷凍機を駆動開始すると、等温圧縮、等
容冷却、等温膨脹、等容膨脹の各過程を繰り返す逆スタ
ーリングサイクルが構成されていく。そして、この逆ス
ターリングサイクルで発生する低温側熱交換器の冷熱で
庫内が冷却されていく。
(Operation) When the Stirling refrigerating machine is started to drive, an inverse Stirling cycle that repeats the steps of isothermal compression, isovolume cooling, isothermal expansion, and isovolume expansion is configured. Then, the inside of the refrigerator is cooled by the cold heat of the low-temperature side heat exchanger generated in the reverse Stirling cycle.

ここで、逆スターリングサイクルはフロン規制の対象
となるフッ素系の冷媒を用いず、空気あるいはチッ素ガ
ス、ヘリウムガス等といった作動流体で成立するので、
環境汚染の心配はない。
Here, the reverse Stirling cycle does not use a fluorine-based refrigerant that is subject to Freon regulation, but is made up of a working fluid such as air or nitrogen gas or helium gas.
No need to worry about environmental pollution.

しかも、逆スターリングサイクルは従来の蒸気圧縮式
の冷凍サイクルと略同じ成績係数を得ることができる。
In addition, the reverse Stirling cycle can obtain substantially the same coefficient of performance as the conventional vapor compression refrigeration cycle.

そのうえ、スターリング冷凍機は、モータが取付くシ
リンダ内にディスプレーサー、ピストン、往復機構を設
け、シリンダ外に低温側熱交換器、再生器、高温側熱交
換器を設ける1シリンダ形の簡単な構造である上、従来
の蒸気圧縮式の冷凍サイクルのサイクルの最高圧、並び
に充填圧力に比べて、かなり作動流体の圧力が小さく耐
圧構造が簡易ですむ構造なので、小型・軽量である。
In addition, the Stirling refrigerator has a simple one-cylinder structure in which a displacer, a piston, and a reciprocating mechanism are provided in a cylinder to which a motor is attached, and a low-temperature heat exchanger, a regenerator, and a high-temperature heat exchanger are provided outside the cylinder. In addition, the pressure of the working fluid is considerably smaller than the maximum pressure and the filling pressure of the conventional vapor compression refrigeration cycle, and the pressure resistance structure is simple, so that it is small and lightweight.

加えて、スターリング冷凍機で構成される逆スターリ
ングサイクルは、従来の蒸発圧縮式の冷凍サイクルとは
違って、サイクル行程中、相変化を伴わず、常時、気体
であるために、気流音が少なく、騒音、振動共、小さ
い。
In addition, unlike a conventional evaporative compression type refrigeration cycle, a reverse Stirling cycle composed of a Stirling refrigerator has a low gas flow noise because it is always a gas without a phase change during a cycle process. Both noise and vibration are small.

つまり、フロン系の冷媒を用いずに、要求される各種
の条件を満たした冷却庫を実現できる。
That is, it is possible to realize a cooler satisfying various required conditions without using a CFC-based refrigerant.

また、本発明では、冷却庫本体の表層部を金属材で形
成し、この金属材に高温側熱交換器が接続されるように
スターリング冷凍機を設けているので、冷却庫本体の表
層部を形成している金属材を放熱板として有効に利用で
き、放熱系の構成を簡単化できる。
Further, in the present invention, the surface portion of the refrigerator main body is formed of a metal material, and a Stirling refrigerator is provided so that the high-temperature side heat exchanger is connected to the metal material. The formed metal material can be effectively used as a heat radiating plate, and the configuration of the heat radiating system can be simplified.

(実施例) 以下、この発明を第1図ないし第6図に示す一実施例
にもとづいて説明する。
(Embodiment) Hereinafter, the present invention will be described with reference to an embodiment shown in FIGS. 1 to 6.

第1図は、この発明を適用した例えば家庭用の冷凍冷
蔵庫(冷却庫に相当)を示し、1は冷凍冷蔵庫の本体で
ある。本体1内の上部には冷凍室2が設けられている。
また本体1内の中央から下部には冷蔵室3が設けられて
いる。
FIG. 1 shows a refrigerator-freezer for home use (corresponding to a refrigerator) to which the present invention is applied, and 1 denotes a main body of the refrigerator-freezer. A freezing room 2 is provided in an upper part in the main body 1.
A refrigeration compartment 3 is provided from the center to the lower portion in the main body 1.

また冷凍室2の背部に形成された冷気供給通路4に
は、スターリング冷凍機5が冷却装置として設置されて
いる。このスターリング冷凍機5の構造が第2図に示さ
れている。
A Stirling refrigerator 5 is installed as a cooling device in a cool air supply passage 4 formed at the back of the freezing compartment 2. The structure of this Stirling refrigerator 5 is shown in FIG.

スターリング冷凍機5について説明すれば、6はシリ
ンダ、7はそのシリンダ6の開放端に連結されたモータ
である。モータ7は、シリンダ6の開放端にケーシング
8を連結し、このケーシング8内に上記シリンダ6と同
軸をなして、ステータ9およびロータ10を設けた構造と
なっている。そして、ロータ10に連結された出力軸部10
aの先端部がシリンダ6内に延びている。
To describe the Stirling refrigerator 5, reference numeral 6 denotes a cylinder, and reference numeral 7 denotes a motor connected to an open end of the cylinder 6. The motor 7 has a structure in which a casing 8 is connected to an open end of a cylinder 6, and a stator 9 and a rotor 10 are provided in the casing 8 coaxially with the cylinder 6. The output shaft 10 connected to the rotor 10
The tip of a extends into the cylinder 6.

またシリンダ6内には、頭部側からディスプレーサー
11および低温ピストン12が順に直列をなして配置されて
いる。これらディスプレーサー11および低温ピストン12
は、いずれもシリンダ6の内周面に刻設したシリンダ6
の軸心に沿うガイド溝13の規制を受けて、回転せずに往
復できるようになっている。そして、これらディスプレ
ーサー11および低温ピストン12が、例えば円筒カム構造
で構成される往復機構14を介して上記出力軸部10aの先
端部に連結されている。
A displacer is placed in the cylinder 6 from the head side.
11 and a low temperature piston 12 are arranged in series in this order. These displacer 11 and low-temperature piston 12
Is a cylinder 6 engraved on the inner peripheral surface of the cylinder 6.
The guide groove 13 is restricted along the axis of the shaft so that it can reciprocate without rotating. The displacer 11 and the low-temperature piston 12 are connected to the distal end of the output shaft 10a via a reciprocating mechanism 14 having, for example, a cylindrical cam structure.

ここで、往復機構14について説明すれば、15は出力軸
部10aの先端部に同軸で一体に連結された円筒体であ
る。円筒体15の外周面には、2つの山および谷を有する
サインカーブを描いてカム溝16が周方向沿いに刻設され
ている。このカム溝16内の例えば「90°」位相のずれた
2つの地点には、それぞれカムローラ17,17が設けられ
ている。そして、カムローラ17,17のうち、例えば進み
側にあるカムローラ17はカムレバー18および低温ピスト
ン12を摺動自在に貫通した軸状のアーム19を介してディ
スプレーサー11に連結されている。またもう一方のカム
ローラ17は、カムレバー20を介して低温ピストン12に連
結されている。これにより、出力軸部10aの回転に伴な
い、ディスプレーサー11と低温ピストン12とを所定の位
相差で同期しながら往復動させることができるようにし
ている。
Here, the reciprocating mechanism 14 will be described. A cylindrical member 15 is coaxially and integrally connected to the tip of the output shaft 10a. A cam groove 16 is engraved on the outer peripheral surface of the cylindrical body 15 along a circumferential direction so as to draw a sine curve having two peaks and valleys. For example, cam rollers 17 are provided at two points in the cam groove 16 which are out of phase by “90 °”. Of the cam rollers 17, 17, for example, the cam roller 17 on the advancing side is connected to the displacer 11 via an axial arm 19 which slidably penetrates the cam lever 18 and the low temperature piston 12. The other cam roller 17 is connected to the low-temperature piston 12 via a cam lever 20. This allows the displacer 11 and the low-temperature piston 12 to reciprocate in synchronization with a predetermined phase difference with the rotation of the output shaft 10a.

一方、シリンダ6の頭部側の胴部分には再生器21が設
けられている。そして、この再生器21からシリンダ6の
頭部部分との間には、略J字状に形成した複数本の細径
な熱交換パイプ21aが連通接続されていて、シリンダ6
の頭部に低温側熱交換器22を構成している。またディス
プレーサー11と低温ピストン12との間に存在する空間と
再生器21との間には、略U字状に形成した複数本の細径
な熱交換パイプ23aが連通接続されていて、シリンダ6
の後部側に高温側熱交換器23を構成している。そして、
シリンダ6の頭部とディスプレーサー11との間のシリン
ダ空間、低圧側熱交換器22内、再生器21内、高温側熱交
換器23内、ディスプレーサー11と低温ピストン12との間
のシリンダ空間で構成される作動空間に、空気、チッ素
ガス、ヘリウムガスなどの作動流体が充填され、ディス
プレーサー11と低温ピストン12との往復動を利用して、
逆スターリングサイクルを構成できるようにしている。
むろん、作動流体はフロン系ではない。
On the other hand, a regenerator 21 is provided on the body part on the head side of the cylinder 6. A plurality of small-diameter heat exchange pipes 21a formed in a substantially J-shape are connected between the regenerator 21 and the head portion of the cylinder 6.
Constitutes a low-temperature-side heat exchanger 22 at the head. Further, between the space existing between the displacer 11 and the low-temperature piston 12 and the regenerator 21, a plurality of small-diameter heat exchange pipes 23a formed in a substantially U-shape are connected and connected. 6
A high-temperature side heat exchanger 23 is formed at the rear side of the heat exchanger. And
Cylinder space between the head of the cylinder 6 and the displacer 11, in the low-pressure heat exchanger 22, in the regenerator 21, in the high-temperature heat exchanger 23, and in the cylinder space between the displacer 11 and the low-temperature piston 12. The working space composed of is filled with a working fluid such as air, nitrogen gas, helium gas, etc., utilizing the reciprocating motion between the displacer 11 and the low-temperature piston 12,
A reverse Stirling cycle can be configured.
Of course, the working fluid is not Freon-based.

なお、24はモータ7のケーシング8内に貯溜された冷
凍機油である。
Incidentally, reference numeral 24 denotes refrigerating machine oil stored in the casing 8 of the motor 7.

そして、こうしたスターリング冷凍機5が冷凍室2の
背部壁を貫通して設置され、先端側となる低温側熱交換
器22を冷気供給通路4内に突出させている。これによ
り、逆スターリングサイクルで得られる冷熱を庫内に供
給できるようになっている。さらに述べれば、冷気供給
通路4の出口側には、冷凍室2の背部壁に埋設したファ
ンモータ26にプロペラファンを直結してなる庫内循環フ
ァン27が設けられていて、冷気を冷凍室2内に循環でき
るようにしている。なお、25は冷気供給通路4内に上記
低温側熱交換器22と連結して配設された熱交換フィンで
ある。
The Stirling refrigerator 5 is installed so as to penetrate the back wall of the freezer 2, and the low-temperature side heat exchanger 22, which is the tip side, protrudes into the cool air supply passage 4. Thereby, the cold obtained by the reverse Stirling cycle can be supplied into the storage. More specifically, at the outlet side of the cool air supply passage 4, an in-compartment circulating fan 27 is provided, which is formed by directly connecting a propeller fan to a fan motor 26 embedded in the back wall of the freezing room 2 to cool the free air. It can be circulated inside. Reference numeral 25 denotes heat exchange fins provided in the cool air supply passage 4 in connection with the low-temperature side heat exchanger 22.

また冷蔵室3の背部側の上段には冷気供給通路4と連
通する通路28が、該通路28を開閉制御するダンパー装置
29と共に設けられている。さらにまた冷蔵室3の上部壁
にも、上記冷気供給通路4に連通する通路30が設けられ
ていて、冷蔵室3内にも冷気を循環できるようにしてい
る。
A passage 28 communicating with the cool air supply passage 4 is provided in an upper stage on the back side of the refrigerator compartment 3, and a damper device for controlling opening and closing of the passage 28.
It is provided with 29. Further, a passage 30 communicating with the cold air supply passage 4 is provided also on the upper wall of the refrigerator compartment 3 so that cold air can be circulated in the refrigerator compartment 3.

他方、冷凍室2の背部壁には、上記スターリング冷凍
機5の高温側熱交換器23の部分を露出させるように、下
部側を入口とし、上部側を出口としたV字状の放熱路31
が設けられている。そして、放熱路31のうち入口側は本
体1の後方に開放している。また放熱路31ので出口側
は、冷凍室2の背部壁に設けた上下方向の通路32を介し
て本体1の上方に開放している。そして、この通路32に
は、上記ファンモータ26に横流ファンを直結してなる放
熱ファン33が配設され、空冷で高温側熱交換器23から発
生する熱を逃がすようにしている。なお、本実施例で
は、本体1の外表面を熱伝導の良い金属板などから構成
し、この外表面に高温側熱交換器23を接触あるいは連結
させて、高温側熱交換器23の放熱効果を高めるようにも
している。
On the other hand, a V-shaped heat radiation path 31 having a lower side as an inlet and an upper side as an outlet is provided on the back wall of the freezing room 2 so as to expose the high-temperature side heat exchanger 23 of the Stirling refrigerator 5.
Is provided. The inlet side of the heat radiation path 31 is open to the rear of the main body 1. The outlet side of the heat radiating path 31 is opened above the main body 1 through a vertical passage 32 provided on the back wall of the freezing compartment 2. In the passage 32, a heat radiating fan 33, which is formed by directly connecting the cross flow fan to the fan motor 26, is arranged to release heat generated from the high temperature side heat exchanger 23 by air cooling. In the present embodiment, the outer surface of the main body 1 is made of a metal plate or the like having good heat conductivity, and the high-temperature side heat exchanger 23 is brought into contact with or connected to this outer surface, so that the heat radiation effect of the high-temperature side heat exchanger 23 is reduced. I also try to increase.

また通路30には除霜装置34が設けられている。この除
霜装置34の構造が第3図に示されている。
Further, a defrosting device 34 is provided in the passage 30. The structure of the defrosting device 34 is shown in FIG.

除霜装置34を説明すれば、35は冷気供給通路4と放熱
路31とを仕切る壁部分36に、内外を連通するように設け
られた複数の円形な透孔である。透孔35は、シリンダ6
が貫通する貫通部35aの周囲部分にシリンダ6の軸心を
中心とした同一円上に所定の間隔で配置されている。そ
して、これら透孔群と重なるようして、シリンダ6の胴
部分に、通気制御用の環状板37が回転自在に支持されて
いる。環状板37は、板面に上記透孔35と同じ形状および
同じ配置の透孔38を有し、外周面にギヤ部39を有した構
造となっている。
Explaining the defrosting device 34, reference numeral 35 denotes a plurality of circular through holes provided in a wall portion 36 separating the cold air supply passage 4 and the heat radiation passage 31 so as to communicate inside and outside. The through hole 35 is the cylinder 6
Are arranged at predetermined intervals on the same circle centered on the axis of the cylinder 6 around the penetrating portion 35a that penetrates. An annular plate 37 for ventilation control is rotatably supported on the body of the cylinder 6 so as to overlap with the group of through holes. The annular plate 37 has a through-hole 38 having the same shape and the same arrangement as the through-hole 35 on the plate surface, and has a gear portion 39 on the outer peripheral surface.

一方、この環状板37のギヤ部39の位置に対応して壁部
分36には、モータ40が埋設されている。このモータ40の
出力軸に、上記ギヤ部39と噛み合う歯車41が設けられて
いる。さらにモータ40には駆動回路を介して制御部(い
ずれも図示しない)が接続されている。そして、制御部
の制御により、常時は本体1側の透孔35と環状板37の透
孔38との位置を異ならせて内外を遮断し、図示しない操
作部(あるいは着霜を検知するセンサー)から信号が入
力されることにより、両者の透孔35,38が合致するよう
に環状板37を回動するようになっている。つまり、合致
すれば、高温側熱交換器23の熱が低温側熱交換器22に導
かれ、同低温側熱交換器22および熱交換フィン25に着い
た霜を溶かすようにしている。
On the other hand, a motor 40 is embedded in the wall portion 36 corresponding to the position of the gear portion 39 of the annular plate 37. The output shaft of the motor 40 is provided with a gear 41 that meshes with the gear portion 39. Further, a control unit (both not shown) is connected to the motor 40 via a drive circuit. Under the control of the control unit, the position of the through hole 35 on the main body 1 side and the position of the through hole 38 of the annular plate 37 are made different at all times to shut off the inside and outside, and an operating unit (or a sensor for detecting frost formation) not shown , The annular plate 37 is rotated so that the two through holes 35 and 38 coincide with each other. That is, if they match, the heat of the high-temperature side heat exchanger 23 is guided to the low-temperature side heat exchanger 22, and the frost that has reached the low-temperature side heat exchanger 22 and the heat exchange fins 25 is melted.

なお、図中45は冷凍室2を開閉する扉、46は冷蔵室3
を開閉する扉である。
In the figure, reference numeral 45 denotes a door for opening and closing the freezer compartment 2 and 46 denotes a refrigerator compartment 3.
The door that opens and closes.

つぎに、このように構成された冷凍冷蔵庫の作用につ
いて説明する。
Next, the operation of the refrigerator-freezer configured as described above will be described.

図示しない電源プラグをコンセントに差し込んで、冷
凍冷蔵庫に電源を投入する。これにより、モータ7が励
磁され、ロータ10が出力軸部10aと共に回転していく。
すると、円筒体15が回転していく。そして、この回転
が、カム溝16を移動する所定位置にカムローラ17,17に
よって、往復動に変換されていく。
Insert a power plug (not shown) into the outlet and turn on the refrigerator. Thus, the motor 7 is excited, and the rotor 10 rotates together with the output shaft 10a.
Then, the cylindrical body 15 rotates. Then, this rotation is converted into reciprocating motion by the cam rollers 17, 17 at a predetermined position where the cam groove 16 moves.

これにより、ディスプレーサー11および低温ピストン
12が所定の位相差でシリンダ6内を往復動し、第4図お
よび第5図に示されるような逆スターリングサイクルを
構成していく。
This allows the displacer 11 and low-temperature piston
12 reciprocates in the cylinder 6 with a predetermined phase difference, and constitutes a reverse Stirling cycle as shown in FIGS.

すなわち、低温ピストン12が上昇する「A→B」の行
程で、作動流体が圧縮され、該圧縮により発生した熱が
高温側熱交換器23および該熱交換器23が接続されている
冷却庫本体1の表層材、すなわち表層を形成している金
属材の表面から大気に放熱されていく(等温圧縮過
程)。
That is, in the process of “A → B” in which the low-temperature piston 12 rises, the working fluid is compressed, and the heat generated by the compression is transferred to the high-temperature side heat exchanger 23 and the cooling chamber main body to which the heat exchanger 23 is connected. The heat is radiated to the atmosphere from the surface of the surface layer material of No. 1, that is, the metal material forming the surface layer (isothermal compression process).

そして、つぎのディスプレーサー11が下降する「B→
C」の行程で、再生器21を通過してディスプレーサー11
の下部の作動流体が上方に移る。この際、作動流体が再
生器21に蓄えられている冷熱により冷却されていく(等
容冷却過程)。
Then, the next displacer 11 descends "B →
C, passes through the regenerator 21 and passes through the displacer 11
The working fluid at the bottom of moves upward. At this time, the working fluid is cooled by the cold stored in the regenerator 21 (equal volume cooling process).

続いて、低温ピストン12が下降する「C→D」の行程
で、作動流体が膨脹していく。つまり、冷凍作用が生じ
る。この際、作動流体は外部からの熱で等温に保たれて
いく(等温膨脹過程)。
Subsequently, the working fluid expands in the “C → D” stroke in which the low temperature piston 12 descends. That is, a refrigeration action occurs. At this time, the working fluid is kept isothermal by external heat (isothermal expansion process).

そして、等温膨脹過程が終了すると、ディスプーレー
サー11が上昇する「D→A」の行程で、冷却された作動
流体が低温側熱交換器22および再生器21に導かれていく
(等容加熱過程)。
When the isothermal expansion process is completed, the cooled working fluid is guided to the low-temperature side heat exchanger 22 and the regenerator 21 in the “D → A” process in which the displacer 11 rises (equal volume heating). process).

これにより、低温側熱交換器22では等温膨脹行程によ
る吸熱が行われ、高温側熱交換器23では等温圧縮行程に
よる放熱がなされていく。つまり、逆スターリングサイ
クルの運転で発生する低温側熱交換器22の冷熱が庫内に
供給されていく。そして、この冷熱が庫内循環ファン27
に送風、ダンバー装置29の開閉動により、冷凍室2内,
冷蔵室3内を循環していく。
As a result, the low-temperature side heat exchanger 22 absorbs heat in the isothermal expansion process, and the high-temperature side heat exchanger 23 releases heat in the isothermal compression process. That is, the cold heat of the low-temperature side heat exchanger 22 generated in the operation of the reverse Stirling cycle is supplied into the refrigerator. And this cold heat is circulated in the refrigerator 27
To the freezer compartment 2
Circulates in the refrigerator compartment 3.

なお、高温側熱交換器23から放熱された熱は放熱ファ
ン33の送風により、通路32を通じて本体1の上方に排出
されていく。但し、一部は本体1の外表面から大気に放
熱されていく。
The heat radiated from the high-temperature side heat exchanger 23 is discharged to the upper part of the main body 1 through the passage 32 by the blowing of the radiating fan 33. However, part of the heat is radiated from the outer surface of the main body 1 to the atmosphere.

ここで、ディスプレーサー11、低温ピストン12のボア
を「約40mm」、同ストロークを「約16mm」、作動流体に
充填圧力「5kg f/cm2」の「チッ素ガス」を使用し、低
温側熱交換壁温度を「−30℃」(一般の冷蔵庫に使用さ
れる温度)に、高温側交換壁温度を「+30℃」に設定し
て、モータ7で駆動した結果、第6図に示されるように
「1500rpm」では「60W」程度、「3000rpm」で「100W」
程度の吸熱能力が得られた。また成績効率から見ると、
従来の圧縮機式の冷凍サイクルの成績係数に近い数値で
ある「約0.4〜0.8」の成績係数が得られた。
Here, the bore of the displacer 11 and the low-temperature piston 12 is about 40 mm, the stroke is about 16 mm, and the working fluid is nitrogen gas with a filling pressure of 5 kgf / cm 2. When the heat exchange wall temperature was set to “−30 ° C.” (temperature used for general refrigerators) and the high-temperature side exchange wall temperature was set to “+ 30 ° C.”, and the motor 7 was driven, the result is shown in FIG. As shown, "1500rpm" is about "60W", "3000rpm" is "100W"
A degree of endothermic capacity was obtained. Also, from the viewpoint of performance efficiency,
A coefficient of performance of "approximately 0.4 to 0.8", which is a value close to the coefficient of performance of the conventional compressor type refrigeration cycle, was obtained.

また作動流体に空気、ヘリウムガスなどを用いて実験
した結果(低温側熱交換壁温度を「−30℃」、高温側交
換壁温度を「+30℃」に設定)、いずれも充填圧力が
「0〜10kg f/cm2」で上記したと同様な結果が得られ
た。
In addition, as a result of an experiment using air, helium gas, or the like as a working fluid (the low-temperature side heat exchange wall temperature was set to “−30 ° C., and the high-temperature side exchange wall temperature was set to“ + 30 ° C.)), the charging pressure was “0 1010 kgf / cm 2 ”, and the same results as described above were obtained.

つまり、スターリング冷凍機5は、空気あるいはチッ
素ガス、ヘリウムガスなどを用い、そのときの充填圧力
を「0〜10kg f/cm2」に、回転数を「3000rpm以下」に
した運転条件で、「100W」程度の吸熱能力を得るように
設定することにより、冷凍庫、冷蔵庫の用途に合った最
適な能力を発揮できることがわかった。
In other words, the Stirling refrigerator 5 uses air or nitrogen gas, helium gas, or the like, under the operating conditions in which the filling pressure at that time is set to “0 to 10 kg f / cm 2 ” and the rotation speed is set to “3000 rpm or less”. It was found that by setting the heat absorption capacity to about "100W", it was possible to demonstrate the optimum capacity for use in freezers and refrigerators.

かくして、フロン規制の対象となるフロン系の冷媒を
用いずに、冷凍庫、冷蔵庫に合った冷却運転がなされる
冷凍冷蔵庫を実現することができる。
Thus, it is possible to realize a refrigerator-freezer that performs a cooling operation suitable for a freezer or a refrigerator without using a refrigerant based on the CFCs.

しかも、スターリング冷凍機5は、従来の蒸発圧縮式
の冷凍サイクルに比べ、はるかに小型・軽量ですむ。
In addition, the Stirling refrigerator 5 is much smaller and lighter than a conventional evaporative compression type refrigeration cycle.

具体的には従来の冷凍冷蔵庫に採用されている冷凍サ
イクルのシステムでは凝縮器などの大形の部品、さらに
は重量の有る部品を必要とするために「10kg f」位の重
量があるが、スターリング冷凍機5はこうした部品を必
要としない1シリンダ構造の上、約半分以下の「3.5kg
f」程度の重量ですんだ。しかも、冷凍サイクルのシス
テムではサイクルの最高圧が「12kg f/cm2」であるが、
スターリング冷凍機5は半分の「6kg f/cm2」の圧力で
すむので、耐圧構造も簡易となり、その分、小型・軽量
化を図ることができる。
Specifically, the refrigeration cycle system used in conventional refrigerators requires large parts such as condensers, and even heavy parts, so it weighs about 10 kgf. The Stirling refrigerator 5 has a one-cylinder structure that does not require such parts, and has about half or less “3.5 kg
f "weight. Moreover, in the refrigeration cycle system, the maximum pressure of the cycle is "12 kg f / cm 2 ",
Since the Stirling refrigerator 5 requires only half the pressure of “6 kg f / cm 2 ”, the pressure resistance structure is simplified, and the size and weight can be reduced accordingly.

そのうえ、スターリング冷凍機5はサイクル行程中で
相変化を伴わない常時、気体であるために、気流音が少
なく、低騒音および低振動である。
In addition, since the Stirling refrigerator 5 is always a gas without a phase change during a cycle process, the Stirling refrigerator 5 has low airflow noise, low noise and low vibration.

また、冷却庫本体1の表層部を金属材で形成し、この
金属材に高温側熱交換器23が接続されるようにスターリ
ング冷凍機5を設けているので、冷却庫本体1の表層部
を形成している金属材を放熱板として有効に利用でき、
放熱系の構成を簡単化できる。
Further, since the surface portion of the cooling main body 1 is formed of a metal material and the Stirling refrigerator 5 is provided so that the high-temperature side heat exchanger 23 is connected to the metal material, the surface portion of the cooling main body 1 is formed. The formed metal material can be used effectively as a heat sink,
The configuration of the heat radiation system can be simplified.

加えて、低温側熱交換器22に着霜が生じたならば、操
作部を操作すればよい。すなわち、環状板37が当該透孔
38と本体1側の透孔35と連通するように所定の角度回動
していく。これにより、温側熱交換器23から放出される
熱が低温側熱交換器22に導かれていき、霜を溶かすこと
になる。
In addition, if frost forms on the low-temperature side heat exchanger 22, the operation unit may be operated. That is, the annular plate 37 is
It rotates by a predetermined angle so as to communicate with 38 and the through hole 35 on the main body 1 side. As a result, the heat released from the warm side heat exchanger 23 is guided to the low temperature side heat exchanger 22 to melt the frost.

また、第7図および第8図はこの発明の他の実施例を
示す。本実施例は、パイプから低温側熱交換器22を構成
したのではなく、2枚の板の接合で構成したものであ
る。すなわち、押し型成形で、板面に通路用の凹部50を
形成した一対のアルミ板などの伝熱性の良い板部材51,5
1を双方の凹部50,50同志が対向するように、接着、ある
いはろう付け等で重合接合したものである。こうした構
造は、凹部50,50で形成される通路の断面積および死容
積を、先の一実施例のパイプ型の熱交換器と同じまま
に、有効伝熱面積を数〜数十倍にすることができる利点
がある。むろん、この構造を高温側熱交換器に適用して
もよい。
FIG. 7 and FIG. 8 show another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the low-temperature side heat exchanger 22 is not constituted by a pipe, but is constituted by joining two plates. That is, plate members 51 and 5 having good heat conductivity such as a pair of aluminum plates formed with a recess 50 for a passage in the plate surface by press molding.
1 is formed by adhesive bonding or brazing so that the two concave portions 50 face each other. Such a structure increases the effective heat transfer area several to several tens of times while keeping the cross-sectional area and dead volume of the passage formed by the recesses 50 and 50 the same as the pipe-type heat exchanger of the previous embodiment. There are advantages that can be. Of course, this structure may be applied to the high-temperature side heat exchanger.

なお、先の一実施例では複数の透孔を板面に設けた環
状板を用いて除霜するようにしたが、これに限らず、除
霜時、ヒートパイプを用いて高温側熱交換器の熱を、着
霜した低温側熱交換器に伝えれ溶かすようにしてもよ
い。また一実施例では往復機構に円筒カム構造を用いた
が、それ以外の構造を用いて、ディスプレーサー、低温
ピストンを所定の位相差で往復動させるようにしてもよ
い。
In the above embodiment, defrosting is performed using an annular plate having a plurality of through-holes formed on a plate surface. However, the present invention is not limited to this. May be transferred to the frosted low-temperature side heat exchanger and melted. Further, in the embodiment, the cylindrical cam structure is used for the reciprocating mechanism. However, another structure may be used to reciprocate the displacer and the low-temperature piston with a predetermined phase difference.

[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、フロン系の冷
媒を用いずに冷却運転を行うことができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a cooling operation can be performed without using a CFC-based refrigerant.

しかも、スターリング冷凍機は簡単、かつ耐圧構造が
簡易ですむ1シリンダ構造なので、小型・軽量化に優れ
る。
In addition, the Stirling refrigerator has a simple one-cylinder structure with a simple pressure-resistant structure, so that it is excellent in miniaturization and weight reduction.

そのうえ、スターリング冷凍機は気流音が少ないので
低騒音化、低振動化に優れる。また成績係数も良く、高
冷却効率化にも優れる。
In addition, the Stirling refrigerator has low noise and low vibration due to low airflow noise. It also has a good coefficient of performance and is excellent in high cooling efficiency.

また、特に冷却庫本体の表層部を金属材で形成し、こ
の金属材に高温側熱交換器が接続されるようにスターリ
ング冷凍機を設けているので、冷却庫本体の表層部を形
成している金属材を放熱板として有効に利用でき、放熱
系の構成を簡単化できる。
Also, in particular, the surface portion of the refrigerator main body is formed of a metal material, and a Stirling refrigerator is provided so that the high-temperature side heat exchanger is connected to this metal material. Metal material can be used effectively as a heat sink, and the configuration of the heat dissipation system can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図ないし第6図はこの発明の一実施例を示し、第1
図はこの発明を適用した冷凍冷蔵庫を示す側断面図、第
2図はスターリング冷凍機を示す側断面図、第3図は除
霜装置を示す分解斜視図、第4図は逆スターリングサイ
クルを説明するためのP−V線図、第5図はそのT−S
線図、第6図はスターリング冷凍機の性能を示す線図、
第7図はこの発明の他の実施例の要部の高温側熱交換器
の構造を示す側断面図、第8図はそのX−X線に沿う断
面図である。 1……本体、2……冷凍室、3……冷蔵室、5……スタ
ーリング冷凍機、6……シリンダ、7……モータ、11…
…ディスプレーサー、12……低温ピストン、14……往復
機構、16……カム溝、17……カムローラ、21……再生
器、22……低温側熱交換器、23……高温側熱交換器。
1 to 6 show an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing a refrigerator to which the present invention is applied, FIG. 2 is a side sectional view showing a Stirling refrigerator, FIG. 3 is an exploded perspective view showing a defroster, and FIG. And FIG. 5 shows the T-S
Diagram, FIG. 6 is a diagram showing the performance of the Stirling refrigerator,
FIG. 7 is a sectional side view showing the structure of a high-temperature side heat exchanger as a main part of another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a sectional view taken along the line XX. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main body, 2 ... Freezer room, 3 ... Refrigerator room, 5 ... Sterling refrigerator, 6 ... Cylinder, 7 ... Motor, 11 ...
... displacer, 12 ... low-temperature piston, 14 ... reciprocating mechanism, 16 ... cam groove, 17 ... cam roller, 21 ... regenerator, 22 ... low-temperature heat exchanger, 23 ... high-temperature heat exchanger .

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】内部に被冷却物を収容する収容部と該収容
部を介して冷気を循環させるための通路となる冷気通路
とを備えるとともに表層部が金属材で形成された冷却庫
本体と、この冷却庫本体の表層部を形成している前記金
属材に高温側熱交換器を接続するとともに前記冷気通路
内に低温側熱交換器を位置させて設けられたスターリン
グ冷凍機とを具備してなることを特徴とする冷却庫。
A cooling chamber body having a housing portion for housing an object to be cooled therein and a cool air passage serving as a passage for circulating cool air through the housing portion, and a surface layer portion formed of a metal material; A stirling refrigerator provided with a high-temperature side heat exchanger connected to the metal material forming the surface portion of the cooling box body and a low-temperature side heat exchanger positioned in the cool air passage. A cooling cabinet characterized by the following.
【請求項2】前記冷却庫本体は前面部に開閉扉を有する
とともに上記開閉扉から奥行き方向に順に前記収容部と
前記冷気通路とが形成されており、前記スターリング冷
凍機は上記冷気通路と上記冷却庫本体の背面との間に設
けられていることを特徴とする請求項1に記載の冷却
庫。
2. The cooling cabinet main body has an opening / closing door on a front portion thereof, and the housing portion and the cold air passage are formed in the depth direction from the opening / closing door in order. The cooling cabinet according to claim 1, wherein the cooling cabinet is provided between the cooling cabinet main body and a rear surface thereof.
【請求項3】前記スターリング冷凍機は、シリンダと、
このシリンダ内に頭部側から順に配置されたディスプレ
ーサーおよびピストンと、前記シリンダの後部に設けら
れたモータと、このモータの出力で前記ディスプレーサ
ーおよびピストンを所定の位相差で往復動させる往復動
機構と、一端側が前記シリンダの頭部と前記ディスプレ
ーサーとの間の空間に通じた低温側熱交換器と、一端側
が前記ディスプレーサーと前記ピストンとの間の空間に
通じた高温側熱交換器と、この高温側熱交換器の他端側
と前記低温側熱交換器の他端側との間に接続された再生
器と、前記ディスプレーサーとシリンダ頭部との間の空
間、前記低温側熱交換器、前記再生器、前記高温側熱交
換器および前記ディスプレーサーと前記ピストンとの間
の空間に充填された作動流体とで構成され、逆スターリ
ングサイクルで運転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。
3. The Stirling refrigerator includes a cylinder,
A displacer and a piston arranged in this cylinder in order from the head side, a motor provided at the rear of the cylinder, and a reciprocating motion for reciprocating the displacer and the piston with a predetermined phase difference by an output of the motor. A mechanism, a low-temperature heat exchanger having one end communicating with a space between the cylinder head and the displacer, and a high-temperature heat exchanger having one end communicating with a space between the displacer and the piston. A regenerator connected between the other end of the high-temperature heat exchanger and the other end of the low-temperature heat exchanger; a space between the displacer and the cylinder head; A heat exchanger, the regenerator, the high-temperature side heat exchanger, and a working fluid filled in a space between the displacer and the piston, and operated in a reverse Stirling cycle. Refrigerator according to claim 1 or 2, characterized in that it is.
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