JP4070499B2

JP4070499B2 - スターリング冷却装置の運転方法及びそれを用いたスターリング冷蔵庫

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Publication number: JP4070499B2
Application number: JP2002117045A
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Inventors: 貴志西本
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Publication date: 2008-04-02
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリーピストン型のスターリング冷凍機を備えたスターリング冷却装置における運転方法及びその運転方法により運転するスターリング冷蔵庫に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、家庭用冷凍冷蔵庫に用いられる冷凍サイクルは圧縮機を備え、主としてフロンや代替フロンを利用する蒸気圧縮式冷凍サイクルである。しかし、これらの冷媒はオゾン層破壊や地球温暖化の原因となるため、地球環境への配慮から全世界的にその使用が規制されている。
【０００３】
そこで、蒸気圧縮式冷凍サイクルに代わる技術として、逆スターリングサイクルを用いた冷凍装置であるスターリング冷凍機およびこれを用いたスターリング冷蔵庫の研究開発が進められている。このスターリング冷凍機は、作動媒体にヘリウムや窒素などの不活性ガスを用いるため地球環境に悪影響を及ぼすことがない。
【０００４】
こういった逆スターリングサイクルを利用し冷熱を得るスターリング冷凍機として、構造的に異なるいくつかの方式が既に考案されているが、中でもフリーピストン型と呼ばれる方式は、機械損失が少なく小型軽量であることで知られている。
【０００５】
図１２は、フリーピストン型スターリング冷凍機を用いたスターリング冷却装置の側断面図である。スターリング冷凍機１は密閉されており、内部には冷媒が充填されている。冷媒にはヘリウムガスや窒素ガスなどが用いられる。ここに示すように膨張空間２２と圧縮空間２３を仕切るディスプレーサ２０と、リニアモータ２５に接続され、特定の周期で冷媒に対し圧縮、膨張といった機械仕事を行うピストン２１とが互いに位相差をもって往復動作する。そして、このピストン２１とディスプレーサ２０の往復動により冷媒が膨張空間２２と圧縮空間２３を行き来し、膨張空間２２と圧縮空間２３の間に設けられた再生器２６に対して吸熱または放熱する。それにより、膨張空間２２で低温、圧縮空間２３で高温を得ることができる。
【０００６】
また、膨張空間２２には低温側内部熱交換器２７が設けられ、これを通じてコールドヘッド３より冷熱が得られる。一方、圧縮空間２３には高温側内部熱交換器２８が設けられ、これを通じてウォームヘッド４より放熱を行う。さらに、上述のディスプレーサ２０はモータやクランク等の直接位相制御される機構を持たない。ディスプレーサ２０に接続されピストン２１を貫通するよう設けられたディスプレーサーロッド２９が、ピストン２１の動作によるバウンス空間２４の圧力変動の影響を受けることにより、ディスプレーサ２０がピストン２１に対し所定の位相差で動作するよう設計される。
【０００７】
また、コールドヘッド３に接続される低温側熱交換器５は、庫内ファン７により送風される空気を冷却し、冷却対象となる庫内を冷却する。また、ウォームヘッド４に接続される高温側熱交換器６は、庫外ファン８により送風される空気を放熱する。一方、制御基板２によりリニアモータ２５への入力電圧を操作してピストン２１の振幅を制御し冷凍能力を調整するとともに、ディスプレーサ２０の脱調防止や、ディスプレーサ２０とピストン２１が衝突しないよう運転される。
【０００８】
このように、フリーピストン式スターリング冷凍機１は、ディスプレーサ２０に対して直接駆動する機構をもたないことにより、機械損失の少ない高効率な冷凍装置を実現する。また。このフリーピストン式スターリング冷凍機１を利用することにより、オゾン層破壊や地球温暖化につながる冷媒を用いない、高効率なスターリング冷蔵庫を得ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ディスプレーサ２０とピストン２１の位相差はバウンス空間２４の圧力変動によって決まるが、実際には膨張空間２２と圧縮空間２３の圧力バランス（または温度バランス）やバウンス空間２４そのもの圧力状態（または温度状態）の影響を受ける。特に膨張空間２２と圧縮空間２４に温度差がほとんどなく、バウンス空間２４の温度が上がりきっていない状態ではディスプレーサ２０の振幅および位相が不安定なため、効率が低下するばかりでなく、ディスプレーサ２０が脱調するなどして、ディスプレーサ２０とピストン２１とが衝突する危険性がある。
【００１０】
このため、ピストン２１の振幅を大きくすることができず、結果としてその間、低い冷凍能力しか得られない。さらに、冷凍能力が低いため、膨張空間２２、圧縮空間２３、バウンス空間２４の圧力バランス（または温度バランス）が長時間改善されない。
【００１１】
このような不安定状態は、スターリング冷凍機１の始動時や、一定時間停止した後の再始動時に起こる。実用上、特に問題と考えられるのは、コールドヘッド３に接続された低温側熱交換器５の表面に付着した霜を融解し排水する除霜処理の間、スターリング冷凍機は停止、又はモータへの入力を低く押さえた停止に準じた状態となるので、除霜処理終了後、再冷却開始直後に高い冷凍能力が得られず、結果として冷却対象となる冷凍室などの温度上昇を招き、庫内の食品に悪影響を与える。
【００１２】
そこで本発明は、不安定状態を抜け出し、速やかに高い冷凍能力が得られるフリーピストン型のスターリング冷凍機を用いたスターリング冷却装置の運転方法を提供することを目的とする。また、その運転方法を用いたスターリング冷蔵庫を提供することを目的とする。
【００１３】
【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では、スターリング冷凍機のコールドヘッドまたはウォームヘッドの温度が不安定状態を脱する温度になるまで、スターリング冷凍機にかかる負荷を最小にするようにした。
【００１４】
第１の発明は、フリーピストン型のスターリング冷凍機と、該スターリング冷凍機のコールドヘッドの温度を測定する第１の温度測定手段と、前記スターリング冷凍機のウォームヘッドの温度を測定する第２の温度測定手段と、前記コールドヘッドで発生する冷熱を熱交換する低温側熱交換手段と、前記ウォームヘッドで発生する温熱を熱交換する高温側熱交換手段と、前記低温側熱交換手段又は高温側熱交換手段での熱交換を促進する熱交換促進手段と、前記第１及び第２の温度測定手段の測定結果に基づき前記熱交換促進手段を制御する制御手段と、を備えたスターリング冷却装置における運転方法であって、
前記コールドヘッドとウォームヘッドとの温度差が所定温度以下のときは不安定状態と判定し、前記熱交換促進手段を停止させて安定状態に移行させることを特徴とするものである。
【００１５】
この構成によると、コールドヘッドとウォームヘッドとの温度差が所定温度以下のときは不安定状態と判定し、前記熱交換促進手段を停止させるので、コールドヘッド又は／及びウォームヘッドの温度が不安定状態を脱する温度状態になるまでは冷凍機に負荷をかけないように制御できる。また、所定温度の閾値による判定にスターリング冷凍機の周囲温度の高低による影響を受けにくく、環境条件に対して安定した制御ができるため、速やかに、安定動作する温度状態に達し高い冷凍能力を得ることができる状態になる。
【００１６】
第２の発明は、前記熱交換促進手段はファンであり、前記低温側熱交換手段での熱交換を促進するための庫内ファンと、前記高温側熱交換手段での熱交換を促進するための庫外ファンとを含むと共に、これらのファンは前記制御手段により回転制御されることを特徴とするものである。
【００１７】
この構成によると、ファンの停止中は低温側または高温側熱交換手段はわずかに自然対流で循環する空気に対して熱交換する状態になり、スターリング冷凍機に対する負荷を低く押さえることができる。さらに、ファンの回転数を制御することで、熱交換量を適度に調整することができるため、ファンの運転開始後すぐに冷凍機に過度の負荷がかかり、再び不安定状態に戻るのを防ぎ、安定して高い冷凍能力を得つづけることができる。
【００１８】
第３の発明は、前記低温側熱交換手段又は高温側熱交換手段は、循環路を二次冷媒が強制循環する強制循環式熱交換器であり、前記熱交換促進手段は、前記循環路上に設けられた循環ポンプであり、該循環ポンプは前記制御手段により通電制御されることを特徴とするものである。
【００１９】
この構成によると、循環ポンプを停止した状態では二次冷媒の循環がほぼ止まるため、二次冷媒から冷却や放熱の対象となる空気への熱交換が殆んど行われず、冷凍機にかかる負荷を最小にすることができる。
【００２０】
第４の発明のスターリング冷蔵庫は、第１〜第３の発明の何れかのスターリング冷却装置の運転方法により運転することを特徴とするものである。
【００２１】
この構成によると、除霜処理終了後の再冷却などを速やかに行うことができ、庫内の温度上昇による食品などへの悪影響をなくすることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明のスターリング冷凍機には図１２に示した従来のスターリング冷凍機１を採用することができる。
【００３７】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態のスターリング冷却装置の概略構成図である。スターリング冷凍機１は冷凍機制御基板２により特定周波数の電力供給を受け、入力電圧の大小によって冷凍能力を可変的に制御すると同時に、過度の電力供給を受けスターリング冷凍機１を破損することがないよう運転される。このスターリング冷凍機１のコールドヘッド３には低温側熱交換器５が接続される。低温側熱交換器５はスターリング冷凍機１より得られた冷熱と庫内の空気との熱交換を行う。庫内の空気の循環には庫内ファン７を用い、冷却対象である庫内へ送風する。
【００３８】
一方、ウォームヘッド４には高温側熱交換器６が接続される。高温側熱交換器６は庫外ファン８より送風される空気と熱交換を行い、ウォームヘッド４を冷却する。コールドヘッド３の表面には、温度センサ９ａが密着するよう取り付けられ、温度センサ９ａによるコールドヘッド表面温度Ｔｃの測定結果を示す出力信号は負荷制御基板１０に伝達される。負荷制御基板１０は庫内ファン７に接続されており、温度センサ９ａによる温度測定結果に基づき庫内ファン７へ供給する電力の制御を行う。
【００３９】
このとき、負荷制御基板１０において行われる処理過程を図２のフローチャートを用いて説明する。まずステップＳ１において温度センサ９ａにより測定されたコールドヘッド表面温度Ｔｃを読み込み、ステップＳ２へ進んでコールドヘッド表面温度Ｔｃが閾値Ｔｔ以下か否かを判定する。ステップＳ２においてＴｃ＞ＴｔであればステップＳ４へ進んで庫内ファン７への通電をＯＦＦ（庫内ファン７の運転を停止）し、スターリング冷凍機１への負荷を減じる。一方、ステップＳ２においてＴｃ≦ＴｔであればステップＳ３へ進んで庫内ファン７への通電をＯＮ（庫内ファン７の運転を開始）し、スターリング冷凍機１へ負荷をかけ冷却対象となる庫内の冷却を行う。
【００４０】
ここで用いられる閾値Ｔｔは不安定状態を抜け出し安定状態にあると判断できる温度であり、実験により決定される。詳述すると、スターリング冷凍機１のディスプレーサがピストンやコールドヘッドと衝突せず、設計仕様どおりのピストン振幅が得られるときのコールドヘッド表面温度Ｔｃを調べ、その近傍温度を閾値Ｔｔとする。
【００４１】
図３に、冷凍能力Ｑｃとコールドヘッド表面温度Ｔｃおよび閾値Ｔｔの関係の一例を示す。図中、横軸はコールドヘッド表面温度Ｔｃ、縦軸は冷凍能力Ｑｃ、破線で示したＱｃ設計曲線は上述のピストン振幅が設計どおりに得られた場合の推定値であり、実線で示したＱｃ実効曲線は不安定状態などによりピストン振幅を減じたことによるＱｃの最大値である。閾値ＴｔはＱｃ設計曲線とＱｃ実効曲線とが交わる近傍の温度とすることができる。
【００４２】
上記の第１の実施形態ではコールドヘッド表面温度Ｔｃの閾値Ｔｔを一つとしているが、低温の閾値Ｔｔ₁と高温の閾値Ｔｔ₂を設け、Ｔｃ≦Ｔｔ₁となったとき庫内ファン７への通電を開始し、庫内ファン通電後にＴｃ≧Ｔｔ₂となったとき庫内ファン７への通電を停止しても良い。この場合は、庫内ファン７の運転のハンチング抑制することができ、庫内ファン７の発停回数の増加を押さえ寿命を延ばすことができる。
【００４３】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態として、図１において温度センサ９ｂをウォームヘッド４の表面に密着させウォームヘッド表面温度Ｔｈを測定してもよい。この場合、負荷制御基板１０は庫外ファン８に接続されており、温度センサ９ｂの温度測定結果に基づき庫外ファン８へ供給される電力の制御を行う。
【００４４】
このとき、負荷制御基板１０において行われる処理過程を図４のフローチャートを用いて説明する。まずステップＳ１１において温度センサ９ｂにより検知されたウォームヘッド表面温度Ｔｈを読み込み、ステップＳ１２へ進んでウォームヘッド表面温度Ｔｈが閾値Ｔｔ以上か否かを判定する。ステップＳ１２においてＴｈ＜ＴｔであればステップＳ１４へ進んで庫外ファン８への通電をＯＦＦ（庫外ファン８の運転を停止）し、スターリング冷凍機１にかかる負荷を減じる。
【００４５】
一方、ステップＳ１２においてＴｈ≧ＴｔであればステップＳ１３へ進んで庫外ファン８への通電をＯＮ（庫外ファン８の運転を開始）し、ウォームヘッド４は高温側熱交換器６を介して放熱を行う。
【００４６】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態として、図１においてコールドヘッド３の表面に密着させた温度センサ９ａと、ウォームヘッド４の表面に密着させた温度センサ９ｂの両方を利用し、コールドヘッド表面温度Ｔｃとウォームヘッド表面温度Ｔｈを測定してもよい。この場合、負荷制御基板１０は庫内ファン７と庫外ファン８のどちらか一方又は両方に接続されており、これらの温度測定結果に基づき庫内ファン７と庫外ファン８へ供給する電力の制御を行う。
【００４７】
このとき、負荷制御基板１０において行われる処理過程の一例を図５のフローチャートを用いて説明する。まずステップＳ２１において温度センサ９ａおよび温度センサ９ｂにより検知されたコールドヘッド表面温度Ｔｃとウォームヘッド表面温度Ｔｈを読み込み、ステップＳ２２へ進んでＴｃとＴｈの温度差が閾値Ｔｔ以上か否かを判定する。ステップＳ２２において（Ｔｈ−Ｔｃ）＜ＴｔであればステップＳ２４へ進んで庫内ファン７および庫外ファン８への通電をＯＦＦ（庫内ファン７および庫外ファン８の運転を停止）し、スターリング冷凍機１にかかる負荷を減じる。
【００４８】
一方、ステップＳ２２において（Ｔｈ−Ｔｃ）≧ＴｔであればステップＳ２３へ進んで庫内ファン７および庫外ファン８への通電をＯＮ（庫内ファン７および庫外ファン８の運転を開始）し、スターリング冷凍機１へ負荷をかけ、コールドヘッド３は低温側熱交換器５を介して冷却対象となる庫内の冷却を行うとともに、ウォームヘッド４は高温側熱交換器６を介して放熱を行う。この方法では、ＴｃまたはＴｈのどちらか一方を利用する場合に比べて環境温度の影響を受けにくく、環境温度の変化に対してより安定した冷凍能力が得られる冷却装置を提供することができる。なお、熱交換促進手段は、庫内ファン７と庫外ファン８の何れか一方であっても構わない。
【００４９】
＜第４の実施形態＞
図６は、第４の実施形態のスターリング冷却装置の概略構成図である。なお、図６において図１と同じ構成部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。図６において、冷凍機制御手段２よりスターリング冷凍機１に供給される電力を検知する供給電力検知手段１１を設け、その検知結果を示す出力信号を負荷制御基板１０に伝達する。負荷制御基板１０は庫内ファン７および庫外ファン８の両方、又はどちらか一方に接続されており、供給電力検知手段１１の検知結果に基づき庫内ファン７又は庫外ファン８へ供給する電力の制御を行う。ここで、電力検知手段１１は直接的に入力電圧などを測定しても良いが、冷凍機制御手段２の制御パラメータを利用し、供給電力Ｅを類推しても良い。
【００５０】
このとき、負荷制御基板１０において行われる処理過程を図７に示す。まずステップＳ３１において供給電力検知手段７により検知された供給電力Ｅを読み込み、ステップＳ３２へ進んで供給電力Ｅが閾値Ｅｔ以上か否かを判定する。ステップＳ３２においてＥ＜ＥｔであればステップＳ３４へ進んで庫内ファン７への通電をＯＦＦ（庫内ファン７の運転を停止）し、スターリング冷凍機１への負荷を減じる。
【００５１】
一方、ステップＳ３２においてＥ≧ＥｔであればステップＳ３３へ進んで庫内ファン７への通電をＯＮ（庫内ファン７の運転を開始）し、スターリング冷凍機１へ負荷をかけ冷却対象となる庫内の冷却を行う。この方法では、環境温度の変化に対してより安定した冷凍能力が得られる冷却装置を提供することができる。なお、熱交換促進手段は、庫内ファン７と庫外ファン８の何れか一方であっても構わない。
【００５２】
＜第５の実施形態＞
第１〜第４の実施形態では、熱交換促進手段として庫内ファン７ないしは庫外ファン８を利用しその運転／停止を択一的に行っただけであるのに対し、第５の実施形態は運転中の回転数を可変的に変えるようにしたものであり、その構成は第１から第４の実施形態と同じである。よって図１と同じ構成として、図８を用いて処理過程を説明すると、ステップＳ４１〜Ｓ４４は図２に示した第１の実施形態のステップＳ１〜Ｓ４と同じであり、ステップＳ４３に続いてステップＳ４５に進む。ステップＳ４５において、あらかじめ設定されたコールドヘッド表面温度Ｔｃと庫内ファン７の必要風量の関係に基づいて、ステップＳ４１で読み込んだＴｃに対応する風量を導き出し、その風量に応じて庫内ファン７の回転数を調整する。
【００５３】
なお、第５の実施形態はコールドヘッド温度Ｔｃを利用する第１の実施形態に準じたものとなっているが、ウォームヘッド温度Ｔｈを利用する第２、第３の実施形態や、スターリング冷凍機への供給電力を利用する第４の実施形態に準じたものであっても良い。
【００５４】
＜第６の実施形態＞
第１〜第５の実施形態では、熱交換促進手段として庫内ファン７ないしは庫外ファン８を利用したが、第６の実施形態は低温側熱交換手段または高温側熱交換手段として、図９に示すような二次冷媒を用いた自然循環式熱交換器を備え、二次冷媒の循環路に熱交換促進手段として電磁弁を設けた構成である。
【００５５】
低温側に用いられる自然循環式熱交換器１２は、コールドヘッドに接続される凝縮器１２ａと庫内の空気を冷却する蒸発器１２ｂを２本の循環路１２ｃで連通させ密閉されている。その内部には二次冷媒として二酸化炭素などの炭酸ガスや、イソブタンなどの炭化水素が封入されている。凝縮器１２ａの内部においてコールドヘッドの冷熱で液化した二次冷媒は、重力により循環路１２ｃのうち一方を流下して蒸発器１２ｂに導かれる。蒸発器１２ｂでは庫内空気を冷却することによって二次冷媒が蒸発し、気体となって他方の循環路１２ｃを通って凝縮器１２ａに戻ることにより、二次冷媒が循環しコールドヘッドより蒸発器１２ｂを介して庫内空気に冷熱が供給される。
【００５６】
ただし、循環に重力を利用するため、凝縮器１２ａの下方に蒸発器１２ｂが設置される。ここで循環路１２ｃには電磁弁１４ａが設けられており、負荷制御手段により弁の開閉制御がなされ、電磁弁１４ａを開いた場合には前述のとおり二次冷媒が循環しコールドヘッドに負荷がかかるが、閉じた場合には循環がないため庫内空気への冷熱の供給が行われず、コールドヘッドに対する負荷を減じる。この電磁弁１４ａに対して行われる処理過程は、第１、第３、第４の実施形態で庫内ファン７に対してなされたものに準じるので、詳細な説明は省略する。
【００５７】
また、高温側に用いられる自然循環式熱交換器１３は、低温側とは利用される温度域や熱の移動方向が異なるため、炭化水素や水を二次冷媒として用い、蒸発器１３ｂがウォームヘッド側に取り付けられ、凝縮器１３ａが庫外空気へ放熱する他は、二次冷媒の動作が上述の低温側と同様であり、電磁弁１４ｂに対して行われる処理過程は、第２、第３、第４の実施形態で庫外ファン８に対してなされたものに準じるので、詳細な説明は省略する。
【００５８】
＜第７の実施形態＞第７の実施形態は低温側熱交換手段または高温側熱交換手段として、図１０に示すような二次冷媒を用いた強制循環式熱交換器を備え、熱交換促進手段として循環ポンプを利用する構成である。
【００５９】
低温側に用いられる強制循環式熱交換器１５は、コールドヘッドに接続されるコールドヘッド側熱交換器１５ａと庫内の空気を冷却する庫内気流側熱交換器１５ｂを２本の循環路１５ｃで連通させ、その内部には二次冷媒が封入されており、循環路１５ｃに設けられた循環ポンプ１５ｄの動力により二次冷媒が循環し、コールドヘッドの冷熱を庫内の気流へ伝達する構成となっている。二次冷媒は液体のみの液相状態で循環しても、液体と気体が混在する気液二相状態で循環してもよく、液相状態であればエタノールなどのアルコール、気液二相状態であれば炭化水素や炭酸ガスが二次冷媒として用いられる。
【００６０】
ここで、循環ポンプ１５ｄは、負荷制御手段により運転／停止の制御がなされ、循環ポンプ１５ｄを運転した場合には上述のとおり二次冷媒が循環しコールドヘッドに負荷がかかるが、循環ポンプ１５ｄを停止した場合には循環しないため庫内空気への冷熱の供給が行われず、コールドヘッドに対する負荷を減じる。この強制循環式熱交換器１５に対して行われる処理過程は、第１、第３、第４、第５の実施形態で庫内ファン７に対してなされたものに準じるので、詳細な説明は省略する。
【００６１】
また、同様に高温側に用いられる強制循環式熱交換器１６は、温度帯が異なるため利用される二次冷媒が、液相のみであれば水やアルコール、エチレングリコールなどの不凍液であり、気液二相であれば同じく水や炭化水素である他は、上述の低温側と同様であり、循環ポンプ１６ｄに対して行われる処理過程は、第２、第３、第４、第５の実施形態で庫外ファン８に対してなされたものに準じるので、詳細な説明は省略する。
【００６２】
＜第８の実施形態＞
図１１に、本発明のスターリング冷却装置を備えたスターリング冷蔵庫の側断面図を示す。スターリング冷蔵庫１７は互いに断熱し仕切られた冷蔵室１７ａ、野菜室１７ｂ、冷凍室１７ｃを備えてなり、スターリング冷凍機１の冷熱は低温側熱交換器５により庫内空気に伝達され、庫内ファン７によりダクト１８を通じて冷蔵室１７ａ、野菜室１７ｂ、冷凍室１７ｃに適切な割合で送風され、庫内の食品を冷却する。
【００６３】
一方、庫内を循環する空気には食品から蒸発する水分などもあり、この空気中の水分が低温側熱交換器５の表面に霜となって付着し、熱交換性能を低下させるとともに、庫内ファン７による送風の妨げとなるため、必要に応じて低温側熱交換器５の除霜処理を行う。
【００６４】
除霜処理では、まずスターリング冷凍機１を停止または電力供給を下げ停止に近い状態に保ち、冷熱を発生させないようにし、庫内ファン７も停止して除霜ヒータ１９へ通電する。除霜ヒータ１９にはガラス管ヒータなどが用いられ、低温側熱交換器５の表面に付着した霜を解かしてダクト１８の外へ排水する。除霜処理は低温側熱交換器５の表面温度または周辺空気の温度が、０℃よりも十分高く霜が解けきったと判断できるまで続けられるため、通常２０〜３０分の時間を要する。そして、除霜終了後に上述の運転方法によって速やかに冷熱の供給がなされる。
【００６５】
なお、上記の説明では除霜処理の終了後に本発明の運転方法を行うとしたが、スターリング冷蔵庫への通電開始直後や、冷蔵庫の扉を長時間開け放した後など、スターリング冷凍機が長時間停止状態にあり、速やかな冷熱の供給を要する場合に本発明の運転方法を適用しても良い。
【００６６】
【発明の効果】
本発明のスターリング冷却装置の運転方法によると、コールドヘッド温度が不安定状態を脱する温度状態になるまでは冷凍機に負荷をかけないため、速やかに安定動作する温度状態に達し、高い冷凍能力を得ることができる状態になる。
【００６７】
また本発明のスターリング冷却装置の運転方法によると、ウォームヘッド温度が不安定状態を脱する温度状態になるまでは冷凍機に負荷をかけないため、速やかに安定動作する温度状態に達し、高い冷凍能力を得ることができる状態になる。
【００６８】
また本発明のスターリング冷却装置の運転方法によると、閾値による判定にスターリング冷凍機の周囲温度の高低による影響を受けにくく、環境条件に対して安定した制御ができるため、速やかに安定動作する温度状態に達し、高い冷凍能力を得ることができる状態になる。
【００６９】
また本発明のスターリング冷却装置の運転方法によると、スターリング冷凍機への供給電力を知ることにより、スターリング冷凍機の運転条件に応じた適切な負荷を供給できるため、過負荷とならず安定した冷凍能力を得ることができる。
【００７０】
また本発明のスターリング冷却装置の運転方法によると、ファンの停止中は低温側または高温側熱交換手段はわずかに自然対流で循環する空気に対して放熱する状態になり、スターリング冷凍機に対する負荷を低く押さえることができる。
【００７１】
また本発明のスターリング冷却装置の運転方法によると、負荷を適度に調整することができるため、ファンの運転開始後すぐに冷凍機に過度の負荷がかかり、再び不安定状態に戻るのを防ぎ、安定して高い冷凍能力を得つづけることができる。
【００７２】
また本発明のスターリング冷却装置の運転方法によると、電磁弁を閉じた状態では二次冷媒の循環が止まるため、二次冷媒から冷却や放熱の対象となる空気への熱交換が一切行われず、冷凍機にかかる負荷を最小にすることができる。
【００７３】
また本発明のスターリング冷却装置の運転方法によると、循環ポンプを停止した状態では二次冷媒の循環がほぼ止まるため、二次冷媒から冷却や放熱の対象となる空気への熱交換が行われず、冷凍機にかかる負荷を最小にすることができる。
【００７４】
また本発明のスターリング冷却装置の運転方法によると、負荷を適度に調整することができるため、循環ポンプの運転開始後すぐに冷凍機に過度の負荷がかかり、再び不安定状態に戻るのを防ぎ、安定して高い冷凍能力を得つづけることができる。
【００７５】
また本発明のスターリング冷蔵庫によると、除霜処理終了後の再冷却などを速やかに行うことができ、庫内の温度上昇による食品などへの悪影響をなくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のスターリング冷却装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態の負荷制御基板での処理過程を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施形態の冷凍能力とコールドヘッド表面温度および閾値の関係の一例を示す図である。
【図４】第２の実施形態の負荷制御基板での処理過程を示すフローチャートである。
【図５】第３の実施形態の負荷制御基板での処理過程を示すフローチャートである。
【図６】第４の実施形態のスターリング冷却装置の概略構成図である。
【図７】第４の実施形態の負荷制御基板での処理過程を示すフローチャートである。
【図８】第５の実施形態の負荷制御基板での処理過程を示すフローチャートである。
【図９】第６の実施形態のスターリング冷却装置の概略構成図である。
【図１０】第７の実施形態のスターリング冷却装置の概略構成図である。
【図１１】本発明のスターリング冷却装置を備えたスターリング冷蔵庫の側断面図である。
【図１２】従来のフリーピストン型スターリング冷凍機を用いたスターリング冷却装置の側断面図である。
【符号の説明】
１スターリング冷凍機
３コールドヘッド
４ウォームヘッド
５低温側熱交換器（低温側熱交換手段）
６高温側熱交換器（高温側熱交換手段）
７庫内ファン（負荷調整手段）
８庫外ファン（負荷調整手段）
９温度センサ（温度測定手段）
１０負荷制御基板（制御手段）
１１供給電力検知手段
１２、１３自然循環式熱交換手段
１２ｃ、１３ｃ循環路
１４電磁弁（弁）
１５、１６強制循環式熱交換器
１５ｃ、１６ｃ循環路
１５ｄ、１６ｄ循環ポンプ
１７スターリング冷蔵庫

Claims

フリーピストン型のスターリング冷凍機と、該スターリング冷凍機のコールドヘッドの温度を測定する第１の温度測定手段と、前記スターリング冷凍機のウォームヘッドの温度を測定する第２の温度測定手段と、前記コールドヘッドで発生する冷熱を熱交換する低温側熱交換手段と、前記ウォームヘッドで発生する温熱を熱交換する高温側熱交換手段と、前記低温側熱交換手段又は高温側熱交換手段での熱交換を促進する熱交換促進手段と、前記第１及び第２の温度測定手段の測定結果に基づき前記熱交換促進手段を制御する制御手段と、を備えたスターリング冷却装置における運転方法であって、
前記コールドヘッドとウォームヘッドとの温度差が所定温度以下のときは不安定状態と判定し、前記熱交換促進手段を停止させて安定状態に移行させることを特徴とするスターリング冷却装置の運転方法。
前記熱交換促進手段はファンであり、前記低温側熱交換手段での熱交換を促進するための庫内ファンと、前記高温側熱交換手段での熱交換を促進するための庫外ファンとを含むと共に、これらのファンは前記制御手段により回転制御されることを特徴とする請求項１に記載のスターリング冷却装置の運転方法。
前記低温側熱交換手段又は高温側熱交換手段は、循環路を二次冷媒が強制循環する強制循環式熱交換器であり、前記熱交換促進手段は、前記循環路上に設けられた循環ポンプであり、該循環ポンプは前記制御手段により通電制御されることを特徴とする請求項１に記載のスターリング冷却装置の運転方法。
請求項１〜３の何れかに記載のスターリング冷却装置の運転方法により運転することを特徴とするスターリング冷蔵庫。