(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１軸フリーピストン型スターリング冷凍機の冷却部に熱交換器の一端を固定し、熱交換器を介して被冷却対象を冷却する冷却装置において、前記熱交換器の他端を自由端にし該自由端が前記スターリング冷凍機の振動方向に伸縮するよう前記熱交換器に弾性部を設けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
１軸フリーピストン型スターリング冷凍機の冷却部に熱交換器の一端を固定し、熱交換器を介して被冷却対象を冷却する冷却装置において、前記熱交換器の他端を自由端にし該自由端が前記スターリング冷凍機の軸心方向に伸縮するよう前記熱交換器に弾性部を設けたことを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスターリング冷凍機を備えた冷蔵庫などの冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍冷蔵庫といった冷却装置では、従来より蒸気圧縮式冷凍サイクルが使用されている。このサイクルの作動媒体はフロンが用いられており、地球規模の環境の観点から問題とされてきた。しかしながら、フロンに代わって前記サイクルで使用され得る温暖化係数ゼロの作動媒体は存在しない。
【０００３】
これに対して、逆スターリングサイクルを利用したスターリング冷凍機は、作動媒体としてヘリウムや水素、窒素といった地球環境に悪影響を与えないガスを使用するものである。このスターリング冷凍機の原理は次の通りである。
【０００４】
即ち、シリンダ内にはある位相差をもって外部動力により往復運動させられるディスプレーサとピストンが配され、膨張空間と圧縮空間とが形成されている。これらの空間の間には蓄冷材によって閉回路が構成されており、この閉回路の作動空間に作動媒体が充填されている。
【０００５】
上記構成において、先ず圧縮空間内の作動媒体を圧縮して放熱させた後、同作動媒体を蓄冷材を介して膨張空間に送る。そして、膨張空間内で作動媒体を膨張させて吸熱させる。この吸熱によって低温が得られ、冷凍機の役割を果たす。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記スターリング冷凍機は運転させると振動を伴うものであり、それが冷却装置本体にまで伝播して全体を振動させるという問題がある。そこで、特開平６−１２９７２５号公報や特開平６−１３７６９８号公報には、この問題を解決するための技術が開示されている。
【０００７】
即ち、冷凍機本体にバランサを取り付けて振動の反力を打ち消したり、位相シフト可能な往復運動調整回路により動作する可動装置を振動方向と逆方向に動作させて制振していた。しかしながら、上記従来技術ではスターリング冷凍機の本来の構成と直接関係のないバランサや可動部などを設置しなければならず、無駄のある構成となっていた。
【０００８】
また、スターリング冷凍機はその冷却部の構造は簡素であるが、冷却部自体を大きくすることが難しいため、冷却部から効率よく冷熱を取り出して冷媒に伝達することができない。上記従来技術では、この問題にも対応できる構成とはなっていない。
【０００９】
本発明は上記課題をかんがみて成されたものであり、スターリング冷凍機による冷却装置本体の振動を抑制した冷却装置であって、熱交換効率の良好なものを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、１軸フリーピストン型スターリング冷凍機の冷却部に熱交換器の一端を固定し、熱交換器を介して被冷却対象を冷却する冷却装置において、前記熱交換器の他端を自由端にし該自由端が前記スターリング冷凍機の振動方向に伸縮するよう前記熱交換器に弾性部を設けたことを特徴とする。また、本発明の他の冷冷却装置は、１軸フリーピストン型スターリング冷凍機の冷却部に熱交換器の一端を固定し、熱交換器を介して被冷却対象を冷却する冷却装置において、前記熱交換器の他端を自由端にし該自由端が前記スターリング冷凍機の軸心方向に伸縮するよう前記熱交換器に弾性部を設けたことを特徴とする。つまり、該冷却装置はスターリング冷凍機が本来備えている構成の熱交換器によって振動が抑制される。
【００１１】
この構成では、スターリング冷凍機の振動は冷却部を介して熱交換器に伝達されると、熱交換器はそれに伴って伸縮する。故に、スターリング冷凍機の振動はこの熱交換器で吸収される。
【００１２】
また、スターリング冷凍機の冷却部と該冷却部に取り付けられる熱交換器との間には制振材料から成る部材が介装されるようにしてもよい。この制振材料から成る部材によって、スターリング冷凍機の振動が吸収される。
【００１３】
スターリング冷凍機は緩衝材料又は制振材料から成る支持部材によって支持されていると好ましい。この緩衝材料としては防振ゴムや高分子ゲル材料、シリコンゲルなどが用いられ、制振材料としては鋼板などが用いられる。このような材料の部材に支持されることでスターリング冷凍機の振動は低減する共に、その振動が冷却装置本体へ伝播されにくくなる。
【００１４】
また、スターリング冷凍機を支持する支持部材は冷却装置本体に固定された剛性材料から成る部材によって支持されるようにしてもよい。この剛性材料としてはセラミックなどの無機材料や、ガラス強化繊維といった有機材料などが用いられる。この構成では、スターリング冷凍機の振動が冷却装置本体へ伝播されにくくなる。
【００１５】
なお、この１軸フリーピストン型スターリング冷凍機は振動方向が一定である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について説明する。尚、各図とも同じ名称の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
先ず、第１実施形態について説明する。図１は本実施形態の冷却装置の機械室を示す構成概略図である。１は１軸フリーピストン型スターリング冷凍機であり、２は冷熱が発生するスターリング冷凍機１の冷却部である。
【００１８】
３は冷却部で発生した冷熱を冷媒と熱交換させるための熱交換器である。この熱交換器３は２部に分かれた熱交換器本体３ａどうしを弾性部３ｂで連結した構成となっており、一方の本体３ａが冷却部２に固定されている。他方の本体３ａは自由端となっており、熱交換器３全体としては弾性部３ｂによって自在に伸縮することができる。
【００１９】
４はスターリング冷凍機１の周囲を支持する支持部材である。この支持部材４は防振ゴムや高分子ゲル材料、シリコンゲルなどの緩衝材料、又はアルミニウムなどの鋼板といった制振材料で構成するとよい。
【００２０】
また、５は支持部材４を支持する基台であり、冷却装置の機械室６の底壁に固定されている。この基台５は剛性材料から成るもので、例えばセラミックといった無機材料や、ガラス強化繊維といった有機材料などで構成するとよい。
【００２１】
上記構成の冷却装置では、スターリング冷凍機１の運転と共に振動が発生する。熱交換器３では冷却部２を介して振動が伝達され、これに伴って微少伸縮する。故に、スターリング冷凍機１の振動は熱交換器３で吸収され、その振動は低減する。特に、このスターリング冷凍機は１軸式フリーピストン型なので振動方向が一定であり、熱交換器にその振動が吸収されやすい。
【００２２】
また、スターリング冷凍機１を支持する支持部材４にもスターリング冷凍機１の振動は吸収され、さらに基台５と共に振動が冷却装置本体への伝播するのを防止する。従って、本実施形態の冷却装置はスターリング冷凍機１が運転していても静かである。
【００２３】
また、本実施形態では熱交換器３の本体３ａ内に冷媒が流れていて冷却部２で発生した冷熱と熱交換を行う。このとき、熱交換器３はそれ自体が微小伸縮を繰り返すので、冷媒の流れを乱流状態にさせる。故に、冷熱と冷媒との間の熱交換効率は向上する。
【００２４】
また、本実施形態では示していない冷却装置のほかの部材でスターリング冷凍機１と接するものがあれば、その間に緩衝材料又は制振材料を介在させるとよい。これによって、冷却装置の振動はより抑制される。
【００２５】
次に、本発明に係るほかの実施形態について説明する。図２は第２実施形態の冷却装置の構成概略図である。この冷却装置では、スターリング冷凍機１の本体は完全に支持部材４に覆われて支持されている。故に、第１実施形態と同様に、スターリング冷凍機１で発生する振動は支持部材４にて吸収される。
【００２６】
また、図３は第３実施形態の冷却装置の構成概略図である。この冷却装置では、冷却装置本体の壁７に支持部材４に周囲を支持されたスターリング冷凍機１が埋設されており、図２に示す基台５は省略されている。これによって、スターリング冷凍機１の振動は壁７によって低減される。
【００２７】
また、図４は第４実施形態の冷却装置の構成概略図である。この冷却装置では、支持部材４及び該支持部材４を支持する基台５が、スターリング冷凍機１の設けられた機械室６の内壁と隙間が生じないように密接している。これによって、振動は冷却装置本体に伝播しにくくなる。
【００２８】
また、図５は第５実施形態の冷却装置の構成概略図であり、図６は第６実施形態の冷却装置の構成概略図である。いずれもスターリング冷凍機１を縦置きに構成しており、支持部材４及び基台５によって第５実施形態では下方より、第６実施形態では上方より支持されている。これによって、スターリング冷凍機１の振動は低減される。
【００２９】
また、図７は第７実施形態の冷却装置の構成概略図である。機械室６の内壁に固定されている基台５は線材８によって支持部材４を吊持しており、この支持部材４上にはスターリング冷凍機１が固定されている。これによって、スターリング冷凍機１の振動は冷却機本体に伝播されにくくなる。
【００３０】
また、図８は第８実施形態の冷却装置の構成概略図である。この冷却装置は、第１実施形態の冷却装置において、スターリング冷凍機１の冷却部２に制振材料から成る部材９が取り付けられており、これを介して熱交換器３が取り付けられている。
【００３１】
この制振材料から成る部材９によって、スターリング冷凍機１の振動は低減される。尚、制振材料から成る部材９をアルミニウムといった熱伝導性の良好な材料で構成すると、冷熱と被冷却対象との間の熱交換が損なわれにくい。
【００３２】
ここでは、第１実施形態の冷却装置に制振材料から成る部材９を設けた構成としているが、このほか第２乃至第７実施形態のいずれかに適用してもよいのはもちろんである。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の冷却装置は、本来備わっている構成の熱交換器によって冷却装置の振動を抑制している。従って、振動を抑制する手段として新たに部材を設けるものに比べると構成は簡単であり、またコストや製作も従来どおりですむ。
【００３４】
このように、熱交換器によって振動を抑制したり、また制振材料や緩衝材料、剛性材料から成る部材によって振動の抑制やその伝播の防止を行うことで、本発明の冷却装置は運転させても静かである。
【００３５】
また、熱交換器はスターリング冷凍機と共に振動することでその振動を吸収しているので、熱交換器内を流れる冷媒に乱流が生じる。故に、スターリング冷凍機の冷却部で発生した冷熱と冷媒との熱交換は効率よく行われる。
【００３６】
さらに、１軸フリーピストン型スターリングを用いると、振動方向が一定であるので、スターリング冷凍機と共に振動する熱交換器にその振動が吸収されやすい。従って、振動はさらに抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の冷却装置の機械室を示した構成概略図。
【図２】本発明に係る第２実施形態の冷却装置の機械室を示した構成概略図。
【図３】本発明に係る第３実施形態の冷却装置の機械室を示した構成概略図。
【図４】本発明に係る第４実施形態の冷却装置の機械室を示した構成概略図。
【図５】本発明に係る第５実施形態の冷却装置の機械室を示した構成概略図。
【図６】本発明に係る第６実施形態の冷却装置の機械室を示した構成概略図。
【図７】本発明に係る第７実施形態の冷却装置の機械室を示した構成概略図。
【図８】本発明に係る第８実施形態の冷却装置の機械室を示した構成概略図。
【符号の説明】
１    スターリング冷凍機
２    冷却部
３    熱交換器
４    支持部材
５    基台
６    機械室
７    壁
８    線材
９    制振材料から成る部材
【図１】
0003593275.tif 000002
【図２】
0003593275.tif 000003
【図３】
0003593275.tif 000004
【図４】
0003593275.tif 000005
【図５】
0003593275.tif 000006
【図６】
0003593275.tif 000007
【図７】
0003593275.tif 000008
【図８】
0003593275.tif 000009