(57)【要約】【課題】圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダを一直線上に並べつつ圧縮用ピストンと膨張用ピストンの往復運動に所望の位相差を与えることができるスターリング冷凍機を提供する。【解決手段】モータに接続され、所定の軸方向に延びる斜板軸と、前記斜板軸に対して斜めに取り付けられた圧縮用斜板と、前記圧縮用斜板の回転によって、前記軸方向に往復運動するように設けられた圧縮用ピストンと、前記圧縮用ピストンによって作動流体が圧縮される圧縮用シリンダと、前記斜板軸に対して斜めに取り付けられた膨張用斜板と、前記膨張用斜板の回転によって、前記軸方向に往復運動するように設けられた膨張用ピストンと、前記圧縮用シリンダと前記軸方向に並んで配置され、前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体を膨張させる膨張用シリンダと、を備え、前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板とが、所定の位相差をつけて前記斜板軸に設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに接続され、所定の軸方向に延びる斜板軸と、
前記斜板軸に対して斜めに取り付けられた圧縮用斜板と、
前記圧縮用斜板の回転によって、前記軸方向に往復運動するように設けられた圧縮用ピストンと、
前記圧縮用ピストンによって作動流体が圧縮される圧縮用シリンダと、
前記斜板軸に対して斜めに取り付けられた膨張用斜板と、
前記膨張用斜板の回転によって、前記軸方向に往復運動するように設けられた膨張用ピストンと、
前記圧縮用シリンダと前記軸方向に並んで配置され、前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体を膨張させる膨張用シリンダと、を備え、
前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板とが、所定の位相差をつけて前記斜板軸に設けたことを特徴とするスターリング冷凍機。
【請求項２】
前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板の位相差が８０°以上１００°以下に設定されている請求項１記載のスターリング冷凍機。
【請求項３】
前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板の位相差がほぼ９０°である請求項１記載のスターリング冷凍機。
【請求項４】
前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体が外部へ放熱する加熱器と、
前記膨張用シリンダで膨張した作動流体が外部から吸熱する冷却器と、
前記加熱器を通過した作動流体の熱を蓄熱し、前記冷却器を通過した作動流体を蓄熱した熱で昇温する再生器と、を備え、
前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダの間に、前記加熱器、前記再生器、前記冷却器が前記軸方向に並んで配置された請求項１乃至３いずれかに記載のスターリング冷凍機。
【請求項５】
前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体が外部へ放熱する加熱器と、
前記膨張用シリンダで膨張した作動流体が外部から吸熱する冷却器と、
前記加熱器を通過した作動流体の熱を蓄熱し、前記冷却器を通過した作動流体を蓄熱した熱で昇温する再生器と、を備え、
前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダに対して、前記斜板軸の半径方向にずらして前記加熱器、前記再生器、前記冷却器が配置された請求項１乃至３いずれかに記載のスターリング冷凍機。
【請求項６】
前記冷却器、及び、前記冷却器が、それぞれ内部に作動流体が流通する複数のパイプで構成されている請求項４又は５いずれかに記載のスターリング冷凍機。
【請求項７】
前記再生器が、内部に作動流体が流通する複数のパイプで構成されている請求項６記載のスターリング冷凍機。
【請求項８】
前記パイプの該表面にフィンを設けた請求項６記載のスターリング冷凍機。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれかに記載のスターリング冷凍機と、
冷蔵室と、
冷凍室と、
前記冷蔵室の冷却時と前記冷凍室の冷却時とで、前記モータの回転数を異ならせる回転数制御を行う制御部と、を備えた冷蔵庫。
【請求項１０】
請求項１乃至８いずれかに記載のスターリング冷凍機と、
冷蔵室と、
冷凍室と、
前記スターリング冷凍機の前記冷却器と、前記冷蔵室及び前記冷凍室との間を接続するダクトと、
前記ダクトを介して前記冷蔵室又は前記冷凍室のいずれかに前記冷却器を通過した空気が供給されるように流路を切り替えるダクト切替装置と、を備えた冷蔵庫。
【請求項１１】
請求項１乃至８いずれかに記載のスターリング冷凍機と、
冷蔵室と、
冷凍室と、
前記スターリング冷凍機の前記冷却器と、前記冷蔵室内の空気又は前記冷凍室内の空気との間でブラインを介して熱交換するブライン回路と、を備えた冷蔵庫。
【請求項１２】
前記ブライン回路が、ブラインを循環させるブラインポンプを備えた請求項１１記載の冷蔵庫。
【請求項１３】
前記スターリング冷凍機が前記冷蔵室及び前記冷凍室よりも上方に配置されており、
ブラインがサーマルサイフォンにより前記ブライン回路を循環するように構成されている請求項１１記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリング冷凍機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１日中通電する冷蔵庫の省エネ化は、地球環境保全、温暖化対策の一環として急務である。このような省エネ対策の観点から冷蔵庫においても蒸発式の冷凍サイクルではなく、スターリング冷凍機を用いることが検討されている。
【０００３】
スターリング冷凍機としては、モータによって回転させる斜板軸に対して１つの斜板を設け、この斜板の回転により圧縮ピストン及び膨張ピストンの双方を往復運動させて作動流体について圧縮用シリンダでの圧縮、膨張用シリンダでの膨張を繰り返させるようにしたものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８７５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来スターリング冷凍サイクルでは以下に挙げるような問題点がある。
【０００６】
１．従来の斜板式スターリング冷凍機では、１つの斜板に対して圧縮ピストン及び膨張ピストンが設けられているため、各ピストンの周方向に対する配置で位相差が固定されてしまう。このため、スターリング冷凍サイクルとして最もよい冷凍効率を実現できるように最適設計することが難しい。
【０００７】
２．圧縮ピストンと膨張ピストンに理想的な位相差を与えようとすると、圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダはそれぞれ周方向にずれた位置に配置し、それぞれのシリンダ間を作動流体が行き来できるように別途つなぎ配管で接続する必要がある。このため、つなぎ配管が長くなり、作動流体の圧縮、膨張に寄与しない無駄な容積である死容積が大きくなってしまい、出力が大きく低下してしまう。
【０００８】
３．また、つなぎ配管を設けることによってスターリング冷凍サイクル自体が大型化してしまうという問題もある。
【０００９】
４．さらにつなぎ配管の流路長が長いと作動流体の流動損失も発生するため、やはり性能が低下してしまう。
【００１０】
５．加えて、各シリンダの配置により各ピストンの往復運動に理想的な位相差を発生させるので、シリンダ配置はほぼ固定されてしまう。このため、位相差を保ちながらさらに各シリンダの組数を自由に設計することが難しい。
【００１１】
そこで、本発明は上述したような一挙に解決することができるスターリング冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明に係るスターリング冷凍機は、モータに接続され、所定の軸方向に延びる斜板軸と、前記斜板軸に対して斜めに取り付けられた圧縮用斜板と、前記圧縮用斜板の回転によって、前記軸方向に往復運動するように設けられた圧縮用ピストンと、前記圧縮用ピストンによって作動流体が圧縮される圧縮用シリンダと、前記斜板軸に対して斜めに取り付けられた膨張用斜板と、前記膨張用斜板の回転によって、前記軸方向に往復運動するように設けられた膨張用ピストンと、前記圧縮用シリンダと前記軸方向に並んで配置され、前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体を膨張させる膨張用シリンダと、を備え、前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板とが、所定の位相差をつけて前記斜板軸に設けたことを特徴とする。
【００１３】
このようなものであれば、前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板の位相差によって前記圧縮用ピストンと前記膨張用ピストンの往復運動に所望の位相差を設定することができる。このため、前記圧縮用シリンダと前記膨張用シリンダの配置が設定した位相差によって拘束されないので、前記圧縮用シリンダと前記膨張用シリンダを前記軸方向に並べて配置することができる。
【００１４】
したがって、前記圧縮用シリンダと前記膨張用シリンダを従来のように周方向に所定角度ずらして配置する必要がないので、前記圧縮用シリンダと前記膨張用シリンダを作動流体が行き来する流路を従来よりも短く構成することが可能となる。このため、死容積を小さくし、作動流体の流動損失を低減でき、高効率でありながら装置自体は小さく構成することが可能となる。
【００１５】
また、前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダが一列に並んでいるので、従来と比較して各シリンダの組数を自由に設定でき、最適設計が実現しやすい。
【００１６】
スターリング冷凍機として高効率を実現できる前記圧縮用斜板及び前記膨張用斜板の位相差の好ましい範囲としては、前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板の位相差が８０°以上１００°以下に設定されているものが挙げられる。
【００１７】
効率の観点から更に好ましい位相差が形成されたスターリング冷凍機としては、前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板の位相差がほぼ９０°であるものが挙げられる。
【００１８】
前記圧縮用シリンダと前記膨張用シリンダ間を行き来する作動流体の流路長をできるだけ短く形成し、冷凍効率を高められるようにするには、前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体が外部へ放熱する加熱器と、前記膨張用シリンダで膨張した作動流体が外部から吸熱する冷却器と、前記加熱器を通過した作動流体の熱を蓄熱し、前記冷却器を通過した作動流体を蓄熱した熱で昇温する再生器と、を備え、前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダの間に、前記加熱器、前記再生器、前記冷却器が前記軸方向に並んで配置されたものであればよい。
【００１９】
従来よりも冷凍効率を向上させることができる別の構成例としては、前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体が外部へ放熱する加熱器と、前記膨張用シリンダで膨張した作動流体が外部から吸熱する冷却器と、前記加熱器を通過した作動流体の熱を蓄熱し、前記冷却器を通過した作動流体を蓄熱した熱で昇温する再生器と、を備え、前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダに対して、前記斜板軸の半径方向にずらして前記加熱器、前記再生器、前記冷却器が配置されたものが挙げられる。
【００２０】
例えば空気と作動流体との間で熱交換が行われやすくし、熱交換性能を向上させるには、前記冷却器、及び、前記冷却器が、それぞれ内部に作動流体が流通する複数のパイプで構成されていればよい。
【００２１】
前記冷却器、前記再生器、前記加熱器を同じ部材を用いて一列にし、構造を簡素できるようにするには、前記再生器が内部に作動流体が流通する複数のパイプで構成されていればよい。
【００２２】
前記冷却器及び前記加熱器における作動流体と空気との間の熱交換効率をさらに向上させるには、前記パイプの該表面にフィンを設けたものであればよい。
【００２３】
本発明に係るスターリング冷凍機と、冷蔵室と、冷凍室と、前記冷蔵室の冷却時と前記冷凍室の冷却時とで、前記モータの回転数を異ならせる回転数制御を行う制御部と、を備えた冷蔵庫であれば、蒸発式の冷凍サイクルを備えた冷蔵庫と比較して同等の冷却能力を実現しながら省エネを実現することが可能となる。また、環境負荷の高い冷媒や、可燃性の冷媒の使用を避けられるので、環境負荷や温暖化対策にも効果を発揮し得る。
【００２４】
本発明に係るスターリング冷凍機と、冷蔵室と、冷凍室と、前記スターリング冷凍機の前記冷却器と、前記冷蔵室及び前記冷凍室との間を接続するダクトと、前記ダクトを介して前記冷蔵室又は前記冷凍室のいずれかに前記冷却器を通過した空気が供給されるように流路を切り替えるダクト切替装置と、を備えた冷蔵庫であれば、前記スターリング冷凍機のモータの回転数を変更しなくても、ダクトの切替によって前記冷蔵室及び前記冷凍室の温度を所望の温度に保つことができる。
【００２５】
本発明に係るスターリング冷凍機と、冷蔵室と、冷凍室と、前記スターリング冷凍機の前記冷却器と、前記冷蔵室内の空気又は前記冷凍室内の空気との間でブラインを介して熱交換するブライン回路と、を備えた冷蔵庫であれば、ブラインによって効率よく冷却器によって冷蔵室及び冷凍室を冷却することができる。
【００２６】
前記ブライン回路が、ブラインを循環させるブラインポンプを備えたものであれば、前記スターリング冷凍機の冷蔵庫内での位置によらず、ブラインを循環させて冷蔵室及び冷凍室を冷却することができる。
【００２７】
ブラインの循環のために小さな電力消費で、冷蔵室及び冷凍室を冷却できるようにするには、前記スターリング冷凍機が前記冷蔵室及び前記冷凍室よりも上方に配置されており、ブラインがサーマルサイフォンにより前記ブライン回路を循環するように構成されていればよい。
【発明の効果】
【００２８】
このように本発明に係るスターリング冷凍機によれば、前記圧縮用斜板及び前記膨張用斜板により前記圧縮用ピストン及び前記膨張用ピストンの往復運動に位相差を形成することができるので、前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダの配置で位相差を形成する必要がない。このため、前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダを一列に並べて配置し、作動流体が流通する流路を最小化し、死容積や流動抵抗を低減し、装置を小型化できる。また、作動流体が流通する前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダを一列に並べるので、各シリンダの組数を増加させても設計上の制限が起きにくく、最適設計を実現しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスターリング冷凍機を示す模式的縦断面図。
【図２】本発明の第２実施形態に係るスターリング冷凍機を示す模式的縦断面図。
【図３】本発明の第３実施形態に係るスターリング冷凍機を示す模式的縦断面図及び模式的Ａ−Ａ線断面図。
【図４】本発明の第３実施形態の変形例に係るスターリング冷凍機を示す模式的縦断面図及び模式的Ｂ−Ｂの線断面図。
【図５】本発明の第４実施形態に係るスターリング冷凍機を示す模式的縦断面図及び模式的Ｃ−Ｃ線断面図。
【図６】本発明の第５実施形態に係るスターリング冷凍機及び冷蔵庫を示す模式図。
【図７】本発明の第５実施形態に係るスターリング冷凍機及び冷蔵庫の第１変形例を示す模式図。
【図８】本発明の第５実施形態係るスターリング冷凍機及び冷蔵庫の第２変形例を示す模式図。
【図９】本発明の第５実施形態に係るスターリング冷凍機及び冷蔵庫の第３変形例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の第１実施形態に係るスターリング冷凍機１００について図１を参照しながら説明する。
【００３１】
このスターリング冷凍機１００は例えば冷蔵庫において冷気を発生させるために用いられるものである。具体的にはスターリング冷凍機１００は、内部が密閉された概略円筒状のケーシング１内に複数組のシリンダ及びピストンが収容され、作動流体が圧縮、放熱、膨張、吸熱のサイクルを繰り返すように構成されたものである。作動流体としては臨界点が低く、サイクルの過程で液化しにくいものが選択される。具体的にはヘリウム、窒素、水素等が作動流体として使用される。
【００３２】
すなわち、スターリング冷凍機１００は、ケーシング１の軸方向ＡＸに延び、モータ２に接続された斜板軸３を回転させることによって動作する。このスターリング冷凍機１００は、ケーシング１内部に充填された作動流体を圧縮用ピストン４２の往復運動によって圧縮する圧縮用シリンダ４１と、圧縮用シリンダ４１で圧縮された作動流体を膨張用ピストン５２の往復運動によって膨張させる膨張用シリンダ５１と、を備えている。第１実施形態では圧縮用シリンダ４１と膨張用シリンダ５１は周方向に９０°ごとに１組ごとに配置されている。さらに作動流体が流通し合う圧縮用シリンダ４１と膨張用シリンダ５１の組は軸方向ＡＸに並べて配置されている。
【００３３】
圧縮用ピストン４２及び膨張用ピストン５２はそれぞれ所定の位相差で往復運動を繰り返すように構成されている。第１実施形態では圧縮用ピストン４２及び膨張用ピストン５２のそれぞれの内面は対向するように配置されている。
【００３４】
具体的には圧縮用ピストン４２は、斜板軸３のモータ２側に斜めに取り付けられた圧縮用斜板４３により往復運動を繰り返すように構成されている。具体的には、圧縮用斜板４３はその面板部に対して斜板軸３の軸方向ＡＸに対して斜めに入射するように取り付けられている。
【００３５】
膨張用ピストン５２は、斜板軸３の先端側に取り付けられた膨張用斜板５３により往復運動を繰り返すように構成されている。具体的には膨張用斜板５３はその面板部に対して斜板軸３の軸方向ＡＸに対して斜めに入射するように取り付けられている。
【００３６】
圧縮用斜板４３と膨張用斜板５３とは、軸方向ＡＸに一列に並んだ圧縮用シリンダ４１及び膨張用シリンダ５１において、作動流体が等温圧縮、等積過程、及び、等温膨張の反復を繰り返すように斜板軸３に対する周方向の取り付け向きを異ならせてある。このため、圧縮用斜板４３及び膨張用斜板５３は所定の位相差をつけてそれぞれ斜板軸３に取り付けられている。第１実施形態では圧縮用斜板４３及び膨張用斜板５３の位相差は、８０°以上１００°以下に設定される。より好ましくは圧縮用斜板４３及び膨張用斜板５３の位相差は９０°に設定されている。
【００３７】
また、第１実施形態では圧縮用シリンダ４１と膨張用シリンダ５１と間には加熱器６、再生器７、冷却器８が軸方向ＡＸに対して一列に並ぶように配置されている。
【００３８】
加熱器６は、圧縮用シリンダ４１で圧縮された作動流体が外部の空気に放熱し、空気を加熱する部分である。
【００３９】
冷却器８は、膨張用シリンダ５１で膨張した作動流体が外部の空気から吸熱し、空気を冷却する部分である。
【００４０】
再生器７は、加熱器６と冷却器８との間に設けられ、加熱器６を通過した作動流体の熱を吸熱して蓄熱し、冷却器８を通過した作動流体に蓄熱した熱で昇温するものである。
【００４１】
このように構成された第１実施形態のスターリング冷凍機１００は、作動流体が流通する圧縮用シリンダ４１、加熱器６、再生器７、冷却器８、膨張用シリンダ５１が軸方向ＡＸに一列に並んで配置されているので、従来のようなつなぎ配管は存在しない。したがって、作動流体の圧縮、膨張に寄与しない死容積を最小化できる。また、作動流体が流通する流路長も最小化できるので作動流体の流動抵抗も抑えることができる。これらのことから、スターリング冷凍機１００としてのサイズをコンパクトに構成しながら、冷却効率を従来よりも向上させることが可能となる。
【００４２】
また、圧縮用斜板４３及び膨張用斜板５３の斜板軸３に対する周方向の取り付け向きを異ならせて位相差を形成し、対となる圧縮用ピストン４２及び膨張用ピストン５２の往復運動の位相差を形成できる。このため、従来のように圧縮用シリンダ４１と膨張用シリンダ５１の周方向の配置を異ならせることで位相差を形成する必要がなく、圧縮用シリンダ４１と膨張用シリンダ５１を軸方向ＡＸに並べて一列に配置することができる。この特徴によって上述したようにつなぎ配管を無くし、死容積及び流路長の低減を可能とする。また、圧縮用シリンダ４１、加熱器６、再生器７、冷却器８、膨張用シリンダ５１を軸方向ＡＸに一列に並べて配置できるので、これらの機構を複数組設ける場合でも従来よりも配置に関する制約が小さい。したがって、第１実施形態のように４組だけでなくさらに多数組の圧縮用シリンダ４１及び膨張用シリンダ５１を設けることが容易になる。
【００４３】
さらに、圧縮用斜板４３及び膨張用斜板５３の２つの斜板を備えているので、それぞれ別々に取り付けを調整することができ、自由に各斜板の位相差及び圧縮用ピストン４２及び膨張用ピストン５２の往復運動の位相差を調整することができる。このため、例えば冷却効率が最もよくなるような位相差を実現しやすい。
【００４４】
次に第２実施形態のスターリング冷凍機１００について図２を参照しながら説明する。なお、第１実施形態において説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。
【００４５】
第２実施形態のスターリング冷凍機１００は、第１実施形態のように圧縮用シリンダ４１及び膨張用シリンダ５１の間に加熱器６、再生器７、及び、冷却器８が並べて一列に設けられておらず、半径方向に対してずらして配置されている。また、圧縮用ピストン４２と膨張用ピストン５２の内面がそれぞれ外向きになるように配置されている。
【００４６】
具体的には第２実施形態では加熱器６、再生器７、及び、冷却器８はケーシング１内において圧縮用シリンダ４１及び膨張用シリンダ５１よりも半径方向外側において一例に並べて配置されている。また、圧縮用シリンダ４１において圧縮された作動流体がまず膨張用シリンダ５１とは逆側のモータ２側へと移動し、外周側に配置された加熱器６、冷却器８、冷却器８を通って先端側から膨張用シリンダ５１内に流入する。膨張用シリンダ５１で膨張した作動流体は先と逆の順路で圧縮用シリンダ４１まで戻る。
【００４７】
なお、圧縮用ピストン４２及び膨張用ピストン５２の往復運動の位相差については、第１実施形態と同様に圧縮用斜板４３及び膨張用斜板５３の斜板軸３に対する取り付け向きによる位相差によって調整される。
【００４８】
このように構成された第２実施形態のスターリング冷凍機１００であれば、第１実施形態と同様に圧縮用斜板４３及び膨張用斜板５３の位相差によってサイクル中に必要な動作の位相差を設定できる。また、第１実施形態と同様に作動流体が流通し合う圧縮用シリンダ４１及び膨張用シリンダ５１の組については軸方向ＡＸに並べて配置することができる。したがって、複数組の圧縮用シリンダ４１及び膨張用シリンダ５１をケーシング１内に設ける場合でも設定したい位相差によりその配置が制限されることがなく、最適設計しやすい。
【００４９】
さらに、ケーシング１内だけで作動流体が流通する流路を形成できるので、従来のようにケーシング１の半径方向に延びる部分を有するつなぎ配管を設ける必要がないので、流路を短く形成し、死容積や流動抵抗を低減できる。
【００５０】
また、加熱器６及び冷却器８をケーシング１の外周側に配置することができるので、ケーシング１を介して外部の空気との熱交換の面積を第１実施形態よりも大きくすることができ、熱交換量を大きくすることができる。
【００５１】
次に第３実施形態のスターリング冷凍機１００について図３を参照しながら説明する。なお、第１実施形態において説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。加えて図３においては縦断面図だけでなくＡ−Ａ線断面図も併せて記載している。
【００５２】
第３実施形態のスターリング冷凍機１００は、第１実施形態と比較して加熱器６、再生器７、及び、冷却器８の構成が異なっている。具体的には、加熱器６、再生器７、及び、冷却器８はそれぞれ内部に作動流体が流通する複数のパイプＰで形成されている。また、加熱器６、及び、冷却器８については、ケーシング１の切れ目部分に配置され、複数のパイプＰの外表面が外気に直接接触できるようにして、熱交換に寄与する表面積を大きくするように構成されている。
【００５３】
このような第３実施形態のスターリング冷凍機１００であれば、加熱器６、及び、冷却器８において作動流体と外部の空気との間における熱交換量をさらに増加させ、冷凍効率を向上させることができる。
【００５４】
また、加熱器６、再生器７、冷却器８がそれぞれ円筒状のパイプＰで形成されており、軸方向ＡＸに一列にならんで配置されているので、組み立て性をよくすることができる。
【００５５】
次に第３実施形態の変形例について図４を参照しながら説明する。なお、図４においては縦断面図だけでなくＢ−Ｂ線断面図も併せて記載している。
【００５６】
図４に示すように、加熱器６、及び、冷却器８のみを複数のパイプＰで形成し、再生器７についてはパイプＰで形成していないものであっても構わない。このようなものであっても作動流体と空気との熱交換できる表面積を大きくし、熱交換効率を高めることができる。
【００５７】
次に第４実施形態のスターリング冷凍機１００について図５を参照しながら説明する。なお、なお、第１及び第３実施形態において説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。加えて図５においては縦断面図だけでなくＣ−Ｃ線断面図も併せて記載している。
【００５８】
第４実施形態のスターリング冷凍機１００では、複数のパイプＰで形成された加熱器６、及び、冷却器８において、各パイプＰの外表面に円環状のフィンＦが複数設けられている。
【００５９】
このようにして、第４実施形態の加熱器６及び冷却器８ではさらに熱交換に寄与する表面積を大きくして、熱交換効率を高めることができる。
【００６０】
次に本発明の第５実施形態に係る冷蔵庫２００について図６を参照しながら説明する。なお、第５実施形態の冷蔵庫２００では、第１実施形態から第４実施形態において説明したスターリング冷凍機１００のいずれかが用いられる。
【００６１】
図６に示すように、この冷蔵庫２００は、所定の温度に保たれる冷蔵室、冷蔵室よりも低い温度に保たれる冷凍室、スターリング冷凍機１００等の各種機器が収容される機械室と、を備えている。機械室と冷蔵室及び冷凍室との間には図示しないダクトが設けられており、機械室にあるスターリング冷凍機１００で冷却された空気がダクトを介して冷蔵室又は冷凍室の一方に供給できるように構成されている。すなわち、この冷蔵庫２００は空気を直接冷却する直冷式の冷蔵庫２００である。
【００６２】
また、第５実施形態ではスターリング冷凍機１００のモータ２の回転数を司る制御部ＣＯＭを更に備えており、冷蔵室の冷却時と、冷凍室の冷却時とでモータ２の回転数を異ならせるように構成されている。すなわち、冷蔵室の冷却時よりも冷凍室の冷却時においてはモータ２の回転数を大きくして空気の冷却量を大きくし、冷凍室の温度がより低下するよう構成されている。具体的に制御部ＣＯＭは例えばＣＰＵ，メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、各種入出力機器を備えたコンピュータによってその機能が実現されるものである。すなわち、メモリに格納されている冷蔵庫用プログラムが実行されて、各種機器が協業することにより制御部ＣＯＭとしての機能が実現される。
【００６３】
このようなスターリング冷凍機１００を備えた冷蔵庫２００であれば、蒸発式の冷凍サイクルを備えた冷蔵庫２００と比較して同等の冷却能力を実現しながら省エネを実現することが可能となる。また、環境負荷の高い冷媒や、可燃性の冷媒の使用を避けられるので、環境負荷や温暖化対策にも効果を発揮し得る。
【００６４】
次に第５実施形態の変形例について図７乃至図９を参照しながら説明する。
【００６５】
図７で示す変形例の冷蔵庫２００では、スターリング冷凍機１００のモータ２の回転数を冷蔵室の冷却時と冷凍室の冷却時において変更せず一定の回転数で動作させるとともに、ダクトＤの切替によって各室内の温度を制御するように構成されている。
【００６６】
具体的には、ダクトＤはスターリング冷凍機１００において外周にフィンＦが形成された多数のパイプＰで構成された冷却器８を空気流が通過するように構成されている。すなわち、ダクトＤは、冷却器８とダクト切替装置ＤＳとの間を接続する冷気吐出流路Ｄ１と、ダクト切替装置ＤＳと冷蔵室との間を接続し、冷蔵室に対して冷気を供給する第１冷気供給流路Ｄ２と、冷蔵室と冷却器８との間を接続し、冷蔵室から冷却器８の吸入側へ冷蔵室内の空気を戻す第１戻し流路Ｄ３と、ダクト切替装置ＤＳと冷凍室との間を接続し、冷凍室に対して冷気を供給する第２冷気供給流路Ｄ４と、冷凍室と冷却器８との間を接続し、冷凍室から冷却器８の吸入側に冷凍室の空気を戻す第２戻し流路と、を備えている。
【００６７】
ダクト切替装置ＤＳは、冷却器８、冷気吐出流路Ｄ１、第１冷気供給流路Ｄ２、冷蔵室、第１戻し流路Ｄ３、冷却器８の順番で空気流を循環させる第１循環路と、冷却器８、冷気吐出流路Ｄ１、第２冷気供給流路Ｄ４、冷凍室、第２戻し流路Ｄ５、冷却器８の順番で空気流を循環させる第２循環路のいずれかに空気流を流す、もしくは、いずれにも空気を流さないように流路を切り替えるものである。
【００６８】
ダクト切替装置ＤＳの動作は例えば冷蔵室又は冷凍室内の温度によってその切替タイミングが制御される。すなわち、ダクト切替装置ＤＳはまず第１循環路に空気を循環させて、冷蔵室内が第１所定低温度となったら第２循環路に空気が循環するように切り替え、冷凍室の冷却を開始する。冷凍室の温度が第２所定低温度となったらダクト切替装置ＤＳは冷蔵室及び冷凍室のいずれにも空気が循環しないように空気の循環を休止させる。そして、冷凍室内の温度が所定高温度となった場合には、再び前述舌動作を繰り返す。
【００６９】
このようなものであっても、スターリング冷凍装置１００によって、冷蔵室及び冷凍室を所定の温度域に保ち続けることができる。
【００７０】
図８に示す変形例の冷蔵庫２００では、ブラインを利用して冷蔵室及び冷凍室の冷却を行えるように構成されている。具体的には、この冷蔵庫２００はブラインがスターリング冷凍機１００の冷却器８と、冷蔵室又は冷凍室に設けられた冷蔵室内熱交換器９４又は冷凍室内熱交換器９５との間を循環するように構成されたブライン回路９を備えている。すなわち、この変形例の冷蔵庫２００はブラインで庫内の空気を冷却する二次冷却式の冷蔵庫２００である。
【００７１】
ブライン回路９は、スターリング冷凍機１００の冷却器８とブラインとの間で熱交換を行うブライン熱交換器９１と、ブライン回路９内においてブラインを循環させるブラインポンプ９２と、冷蔵室内熱交換器９４、冷凍室内熱交換器９５のいずれかにブラインが流通するように切り替える切換弁９３と、を備えている。ブライン熱交換器は、扁平管で構成されており、スターリング冷凍機１００の冷却器８の外周に巻かれている。
【００７２】
このようなものであれば、スターリング冷凍機１００については一定回転数で動作させながら、ポンプ９２の吐出量や切換弁９３を制御することによって、冷蔵室及び冷凍室をそれぞれ異なる温度に保ち続ける事が可能となる。
【００７３】
図９に示す変形例の冷蔵庫２００では、ブラインを流通させるポンプ９２をブライン回路９が備えておらず、サーマルサイフォンにより、ブラインを循環させるように構成されている。
【００７４】
具体的には図９に示すように機械室が冷蔵室及び冷凍室よりも上方に配置されており、上方にあるスターリング冷凍機１００において冷却されて液化して重くなったブラインが下方にある冷蔵室内熱交換器９４又は冷凍室内熱交換器９５へと流入する。冷蔵室内熱交換器９４又は冷凍室内熱交換器９５において庫内の空気とブラインとの熱交換が生じ、ブラインが気化する。一方、上方にあるブライン熱交換器９１では、気化されたブラインがスターリング冷凍機１００により冷却されて液化するため、ブライン熱交換器９１内では圧力低下が生じる。この圧力低下により冷蔵室内熱交換器９４又は冷凍室内熱交換器９５で気化したブラインが上方にあるブライン熱交換器９１へと吸引される。このようにしてブライン回路９において下部に存在する気化したブラインが上部へ流れ込み、ブラインがブライン熱交換器９１へ戻るように構成されている。
【００７５】
このようなものであれば、ブラインを流通させるためのポンプ９２が必要ないので、その分省電力を実現できる。また、切換弁９３の制御によって冷蔵室又は冷凍室にブラインが供給される時間長を変化させることで、それぞれ異なる温度で保つことができる。
【００７６】
その他の実施形態について説明する。
【００７７】
各実施形態で説明したスターリング冷凍機は主に冷蔵庫に用いる場合について説明したがその他の用途に用いても構わない。例えばカーエアコンやその他の空気調和装置として本発明に係るスターリング冷凍機を用いても構わない。
【００７８】
また、スターリング冷凍機を冷却用途だけで用いるのではなく、加熱器により空気やブラインを加熱するヒートポンプとして用いても構わない。
【００７９】
各実施形態に示した圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダの組数は４組であったがさらに多数の圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダの組を設けて１つのスターリング冷凍機としての冷却量をさらに大きくしても構わない。用途や目的に応じて適宜組数を設定すればよい。例えば周方向に４５°ずつ圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダの組を並べて配置し、ケーシング内に８組の圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダが配置されるようにしてもよい。逆に圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダの組数を減らして、１組、２組、又は、３組にしても構わない。
【００８０】
加熱器、再生器、冷却器の構成についても各実施形態に示した構成に限られない。従来知られているその他の構成であっても構わない。
【００８１】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて各実施形態の一部を変形したり、各実施形態の一部又は全部をそれぞれ組み合わせたりしても構わない。
【符号の説明】
【００８２】
２００・・・冷蔵庫
１００・・・スターリング冷凍機
１    ・・・ケーシング
２    ・・・モータ
３    ・・・斜板軸
４１  ・・・圧縮用シリンダ
４２  ・・・圧縮用ピストン
４３  ・・・圧縮用斜板
５１  ・・・膨張用シリンダ
５２  ・・・膨張用ピストン
５３  ・・・膨張用斜板
６    ・・・加熱器
７    ・・・再生器
８    ・・・冷却器
９    ・・・ブライン回路
９１  ・・・ブライン熱交換器
９２  ・・・ポンプ
９３  ・・・切換弁
９４  ・・・冷蔵庫内熱交換器
９５  ・・・冷凍庫内熱交換器
ＣＯＭ・・・制御部
Ｐ    ・・・パイプ
Ｆ    ・・・フィン
ＡＸ  ・・・軸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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