(57)【要約】【課題】  冷媒配管中のキャビテーションが抑制された放熱システムおよびスターリング冷却庫を提供する。【解決手段】  放熱システムは、スターリング冷凍機２における放熱部の周囲に設けられ、内部の冷媒を蒸発させる高温側蒸発器３Ｂと、蒸発した冷媒を受け入れ、該冷媒を凝縮する高温側凝縮器３を含み、凝縮された冷媒を高温側蒸発器３Ｂ内に戻す第１循環回路３０と、高温側蒸発器３Ｂ下部に接続された発露防止パイプ３２および発露防止パイプ３２に取付けられた循環ポンプ３３を含み、高温側蒸発器３Ｂの外部に冷媒を導き、該冷媒を高温側蒸発器３Ｂ内に戻す第２循環回路３１と、高温側蒸発器３Ｂと循環ポンプ３３との間を流れる冷媒を冷却する冷却手段としての放熱フィン３４とを備える。【選択図】        図３
2006084135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源の周囲に設けられ、内部の冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発した前記冷媒を受け入れ、該冷媒を凝縮する凝縮器とを含み、凝縮された冷媒を前記蒸発器内に戻す第１循環回路と、
前記蒸発器下部に接続された冷媒流路および該冷媒流路に取付けられた循環ポンプを含み、前記蒸発器の外部に前記冷媒を導き、該冷媒を前記蒸発器内に戻す第２循環回路と、
前記蒸発器と前記循環ポンプとの間を流れる前記冷媒を冷却する冷却手段とを備えた放熱システム。
【請求項２】
前記冷却手段は、前記蒸発器と前記循環ポンプとの間に位置する前記冷媒流路に設けられた放熱フィンを含む、請求項１に記載の放熱システム。
【請求項３】
前記凝縮器の近傍に設置された送風手段をさらに備え、
前記冷却手段は前記送風手段を含む、請求項１または請求項２に記載の放熱システム。
【請求項４】
前記第２循環回路における前記循環ポンプの入口近傍に位置する前記冷媒流路内を流れる前記冷媒の温度Ｔ１と、
前記第２循環回路における前記蒸発器の出口近傍に位置する前記冷媒流路内を流れる前記冷媒の温度Ｔ０と、
前記冷媒のアントワン（ＡＮＴＯＩＮＥ）定数Ａ，Ｂ，Ｃと、
前記第２循環回路における前記蒸発器の出口近傍と前記第２循環回路における前記循環ポンプの入口近傍との間の位置水頭差および前記冷媒流路の流路面積差による圧力差Ｐｇと、
前記蒸発器の出口近傍から前記循環ポンプの入口近傍に至るまでの前記冷媒流路の配管抵抗による圧力損失量ΔＰと、
前記冷媒流路内を流れる前記冷媒中に気泡を発生させるための過熱度Ｔｓとが、
Ｔ１≦Ｂ／（Ａ−ｌｏｇ（Ｐｇ−ΔＰ＋１０(A-B/(C+T0)）−Ｃ＋Ｔｓ
の関係を満たす、請求項１から請求項３のいずれかに記載の放熱システム。
【請求項５】
低温部と前記熱源としての高温部とを有するスターリング冷凍機と、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の放熱システムとを備えたスターリング冷却庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱システムおよびスターリング冷却庫（Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ／Ｆｒｅｅｚｅｒ）に関し、特に、冷媒配管中のキャビテーションの発生が抑制された放熱システムおよびスターリング冷却庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆スターリングサイクルによる熱交換を冷却庫に適用したものとして、たとえば、特開２００３−５００７３号公報（従来例１）に記載されたものなどが挙げられる。
【０００３】
従来例１においては、逆スターリングサイクルによる作動ガスの圧縮熱を外部に放熱するための高温部と、逆スターリングサイクルによる作動ガスの膨張熱を外部から吸熱するための低温部と、低温部に熱的に結合された低温側凝縮器および複数の低温側蒸発器をサーモサイフォンを構成するように連結した閉回路からなる低温側循環回路とを備え、低温部の冷熱を搬送する冷熱搬送媒体を低温側循環回路内に封入したことを特徴とするスターリング冷凍システムが開示されている。ここで、高温部における熱は、高温側熱交換サイクル（放熱システム）により放熱される。高温側熱交換サイクルは、配管により接続された高温側蒸発器と高温側凝縮器とを含み、サーモサイフォン原理により熱が搬送、放出される。
【特許文献１】特開２００３−５００７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような放熱システムにおいては、以下のような問題があった。
【０００５】
上記放熱システムにおいて、上述したサーモサイフォン回路に加えて、循環ポンプを含み、高温側蒸発器から液化した冷媒が供給される強制循環回路（ｆｏｒｃｅｄ  ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ）が形成される場合がある。強制循環回路内を流れる冷媒の熱は、たとえば、冷却庫における発露防止に利用される。
【０００６】
ここで、強制循環回路の配管には高温側蒸発器から比較的高温の液化した冷媒が供給されるため、該配管内を流れる冷媒中に気泡が発生しやすい（キャビテーションがおこりやすい）状態になっている。キャビテーションがおこることにより、騒音が発生したり配管がダメージを受けたりする可能性があるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、冷媒配管中のキャビテーションが抑制された放熱システムおよびスターリング冷却庫を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る放熱システムは、熱源の周囲に設けられ、内部の冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発した冷媒を受け入れ、該冷媒を凝縮する凝縮器とを含み、凝縮された冷媒を蒸発器内に戻す第１循環回路と、蒸発器下部に接続された冷媒流路および該冷媒流路に取付けられた循環ポンプを含み、蒸発器の外部に冷媒を導き、該冷媒を蒸発器内に戻す第２循環回路と、蒸発器と循環ポンプとの間を流れる冷媒を冷却する冷却手段とを備える。
【０００９】
冷媒を冷却することにより、冷媒温度が低下する。結果として、気泡の発生（キャビテーション）が抑制される。
【００１０】
上記循環ポンプとして圧電ポンプが用いられてもよい。
【００１１】
圧電ポンプを用いた場合は、脈動が生じるため、ポンプ上流側で負圧になりやすく、キャビテーションが生じやすい。本発明により、この圧電ポンプ特有の問題が解決される。
【００１２】
上記冷却手段としては、蒸発器と循環ポンプとの間に位置する冷媒流路に設けられた放熱フィンを含むものが考えられる。
【００１３】
放熱フィンを用いることにより、簡単な構造で有効な冷却手段が得られる。
【００１４】
上記放熱システムに、凝縮器の近傍に設置された送風手段がさらに備えられ、冷却手段が送風手段を含むようにしてもよい。ここで、送風手段により生じる気流中に蒸発器と循環ポンプとの間に位置する冷媒流路の一部を配置することが好ましい。
【００１５】
この場合も、簡単な構造で有効な冷却手段が得られる。また、凝縮器に対する送風手段が冷却手段として兼用されることにより、庫内における省スペースが図られる。ここで、送風手段により生じる気流中に蒸発器と循環ポンプとの間に位置する冷媒流路の一部を配置することにより、上記気流による熱交換が促進される。
【００１６】
第２循環回路における循環ポンプの入口近傍に位置する冷媒流路内を流れる冷媒の温度Ｔ１と、第２循環回路における蒸発器の出口近傍に位置する冷媒流路内を流れる冷媒の温度Ｔ０と、冷媒のアントワン（ＡＮＴＯＩＮＥ）定数Ａ，Ｂ，Ｃと、第２循環回路における蒸発器の出口近傍と第２循環回路における循環ポンプの入口近傍との間の位置水頭差および冷媒流路の流路面積差による圧力差Ｐｇと、蒸発器の出口近傍から循環ポンプの入口近傍に至るまでの冷媒流路の配管抵抗による圧力損失量ΔＰと、冷媒流路内を流れる冷媒中に気泡を発生させるための過熱度Ｔｓとが、
Ｔ１≦Ｂ／（Ａ−ｌｏｇ（Ｐｇ−ΔＰ＋１０(A-B/(C+T0)）−Ｃ＋Ｔｓ
の関係を満たすことが好ましい。
【００１７】
ポンプ入口近傍における冷媒温度Ｔ１をこの程度にまで下げることにより、キャビテーションの抑制が十分に図られる。
【００１８】
本発明に係るスターリング冷却庫は、低温部と熱源としての高温部とを有するスターリング冷凍機と、上述した放熱システムとを備える。
【００１９】
上述した放熱システムにおいては、冷媒配管中のキャビテーションが抑制されている。したがって、騒音の発生などが抑制されたスターリング冷却庫が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、冷媒配管中のキャビテーションを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明に基づく放熱システムおよびスターリング冷却庫の実施の形態について、図１から図６を用いて説明する。
【００２２】
なお、本願明細書において、「冷却庫」とは、「冷蔵庫」、「冷凍庫」および「冷凍冷蔵庫」の全てを含む概念である。
【００２３】
また、本実施の形態においては、「放熱システム」を「スターリング機関」の典型的な一例としてのスターリング冷凍機に適用した場合ついて説明するが、この「放熱システム」はスターリング冷凍機の高温部（放熱部）に対してのみ適用されるものではなく、任意の熱源に対して適用可能である。また、「スターリング機関」の用途は「冷凍機」に限定されるものではなく、たとえば、「スターリング機関」を「発電機」として用いることも可能である。
【００２４】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係るスターリング冷却庫を示す図である。
【００２５】
図１に示すスターリング冷却庫１は、冷却空間として冷凍空間と冷蔵空間との少なくとも一方を備える。スターリング冷凍機２（スターリング機関）は、ウォームヘッド（放熱部）とコールドヘッド（吸熱部）とを備える。
【００２６】
スターリング冷却庫１は、スターリング冷凍機２のウォームヘッドの冷却を行なう高温側熱搬送サイクルと、冷却庫内とスターリング冷凍機２のコールドヘッドとの熱交換を行なう低温側熱搬送サイクルとを備えている。
【００２７】
高温側熱搬送サイクルは、スターリング冷凍機２のウォームヘッドの周囲に接触して取り付けられた高温側蒸発器と、高温側導管および高温側戻り管からなる高温側冷媒通路により高温側蒸発器に接続された高温側凝縮器３とから構成された循環回路を有する。
【００２８】
高温側の循環回路内には水（Ｈ2Ｏ）などが冷媒として封入されている。高温側蒸発器において蒸発した冷媒は高温側導管を介して高温側凝縮器３に達する。高温側凝縮器３において外気との熱交換が行なわれることで冷媒が凝縮する。凝縮した冷媒は、高温側戻り管を介して高温側蒸発器に戻る。このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、ウォームヘッドで発生した熱を伝達することができるように、高温側凝縮器３を高温側蒸発器より上方に配置している。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。
【００２９】
低温側熱搬送サイクルは、スターリング冷凍機２のコールドヘッドの周囲に接触して取り付けられた低温側凝縮器と、低温側導管および低温側戻り管からなる低温側冷媒通路６により低温側凝縮器に接続された低温側蒸発器５とから構成された循環回路を有する。なお、図１においては、互いに分離した低温側戻り管および低温側導管を合わせて低温側冷媒通路６として表示している。
【００３０】
低温側の循環回路内には二酸化炭素や炭化水素などが冷媒として封入されている。低温側凝縮器において凝縮した冷媒は低温側導管を介して低温側蒸発器５に達する。低温側蒸発器５において冷媒が蒸発することで熱交換が行なわれる。熱交換の後、ガス化された冷媒は、低温側戻り管を介して低温側凝縮器に戻る。このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、コールドヘッドで発生した冷熱を伝達することができるように、低温側蒸発器５を低温側凝縮器より下方に配置している。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。
【００３１】
図１に示すように、スターリング冷凍機２は、冷却庫本体１Ａ背面の上部に配置される。また、低温側熱搬送サイクルは冷却庫本体背面１Ｂ側に配置され、高温側熱搬送サイクルは冷却庫本体１Ａの上部側に配置される。なお、低温側蒸発器５は、冷却庫本体背面１Ｂ側に設けられた冷気ダクト５Ａに内設され、高温側凝縮器３は冷却庫本体１Ａの上部に設けられたダクト３Ａに内設される。
【００３２】
スターリング冷凍機２を作動させると、該冷凍機２のウォームヘッドで発生した熱が、高温側凝縮器３を介してダクト３Ａ内の空気と熱交換される。このとき、送風ファン４により、ダクト３Ａ内の暖かい空気がスターリング冷却庫１の庫外へ排出されるとともに、スターリング冷却庫１の庫外の空気が取り込まれ、熱交換が促進される。
【００３３】
一方、スターリング冷凍機２のコールドヘッドで発生した冷熱は、低温側蒸発器５を介して冷気ダクト５Ａ内の空気と熱交換される。このとき、庫内冷却ファン７により、低温側蒸発器５で冷却された冷気が冷却庫内（冷却空間）に送風される。冷却空間からの暖かくなった気流は、冷気ダクト５Ａを介して再び低温側蒸発器５に送られ、繰り返し冷却される。
【００３４】
上述した冷却サイクルの実施に伴い、冷却庫内（たとえば低温側蒸発器５周辺など）に着霜が生じる。これに対し、冷媒の流れを適宜調整することで、除霜を行なう。この除霜方法については、一般によく知られた技術を援用可能であるので、詳細な説明は行なわれない。
【００３５】
上述した除霜を実施することで、除霜水が発生する。除霜水は、冷気ダクト５Ａからドレンパイプ８を介して、冷却庫本体底面１Ｃの下部に設置されたドレンパン９（蒸発皿）に導かれる。ドレンパン９の上部には、送風ファン１０が設けられており、該送風ファン１０によってドレンパン９内に溜まった除霜水表面近傍に気流が形成され、比較的乾いた空気が除霜水上に供給されるので、除霜水の蒸発が促進される。
【００３６】
図２は、スターリング冷凍機２の構造の一例を示した側断面図である。
【００３７】
図２に示すように、本実施の形態のスターリング冷凍機２は、ケーシング１２と、該ケーシング１２に組付けられたシリンダ１３と、シリンダ１３内で往復動するピストン１４およびディスプレーサ１５と、再生器１６と、圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとを含む作動空間１７と、放熱部１８（ウォームヘッド）と、吸熱部１９（コールドヘッド）と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ２３と、ピストンスプリング２４と、ディスプレーサスプリング２５と、ディスプレーサロッド２６と、背圧空間２７とを備える。
【００３８】
図２の例では、スターリング冷凍機２の外殻体（外壁）は、単一の容器で構成されず、背圧空間２７側に位置するケーシング１２（ベッセル部分）と、作動空間１７側に位置する放熱部１８、再生器１６および吸熱部１９の外壁部分とで主に構成される。ケーシング１２は、背圧空間２７を規定する。ケーシング１２には、シリンダ１３、リニアモータ２３、ピストンスプリング２４およびディスプレーサスプリング２５をはじめとする種々の部品が組付けられる。上記外殻体の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。
【００３９】
シリンダ１３は、略円筒状の形状を有し、内部にピストン１４とディスプレーサ１５とを往復動可能に受け入れる。シリンダ１３内において、ピストン１４とディスプレーサ１５とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン１４およびディスプレーサ１５によってシリンダ１３内の作動空間１７が圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとに区画される。より詳しくは、作動空間１７は、ピストン１４におけるディスプレーサ１５側の端面よりもディスプレーサ１５側に位置する空間であり、ピストン１４とディスプレーサ１５との間に圧縮空間１７Ａが形成され、ディスプレーサ１５と吸熱部１９との間に膨張空間１７Ｂが形成される。圧縮空間１７Ａは主に放熱部１８によって囲まれ、膨張空間１７Ｂは主に吸熱部１９によって囲まれている。
【００４０】
圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとの間には、チューブ１８Ａの内周面上に所定の隙間を有しながらフィルムが巻回されてなる再生器１６が配設されており、この再生器１６を介して圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとが連通する。それにより、スターリング冷凍機２内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン１４およびディスプレーサ１５の動作に合わせて流動することにより、逆スターリングサイクルが実現される。
【００４１】
シリンダ１３の外側に位置する背圧空間２７にはリニアモータ２３が配設される。リニアモータ２３は、インナーヨーク２０と、可動マグネット部２１と、アウターヨーク２２とを有し、このリニアモータ２３によって、シリンダ１３の軸方向にピストン１４が駆動される。
【００４２】
ピストン１４の一端は、板バネなどで構成されるピストンスプリング２４と接続される。該ピストンスプリング２４は、ピストン１４に弾性力を付与する弾性力付与手段として機能する。該ピストンスプリング２４に弾性力を付加することにより、シリンダ１３内でピストン１４をより安定して周期的に往復動させることが可能となる。ディスプレーサ１５の一端は、ディスプレーサロッド２６を介してディスプレーサスプリング２５と接続される。ディスプレーサロッド２６はピストン１４を貫通して配設され、ディスプレーサスプリング２５は板バネなどで構成される。該ディスプレーサスプリング２５の周縁部と、ピストンスプリング２４の周縁部は、リニアモータ２３からピストン１４の背圧空間２７側（以下、後方と称する場合がある。）に延びる支持部材により支持される。
【００４３】
ピストン１４に対しディスプレーサ１５と反対側には、ケーシング１２によって囲まれた背圧空間２７が配設されている。背圧空間２７は、ケーシング１２内でピストン１４の周囲に位置する外周領域と、ケーシング１２内でピストン１４よりもピストンスプリング２４側（後方側）に位置する後方領域とを含む。この背圧空間２７内にも、作動媒体が存在する。
【００４４】
放熱部１８、吸熱部１９の内周面上には、それぞれ熱交換器１８０（第１熱交換器）と熱交換器１９０（第２熱交換器）とが設けられる。熱交換器１８０，１９０は、それぞれ、圧縮空間１７Ａ，膨張空間１７Ｂと放熱部１８，吸熱部１９との間の熱交換を行なう。
【００４５】
次に、スターリング冷凍機２の動作について説明する。
【００４６】
まず、リニアモータ２３を作動させてピストン１４を駆動する。リニアモータ２３によって駆動されたピストン１４は、ディスプレーサ１５に接近し、圧縮空間１７Ａ内の作動媒体（作動ガス）を圧縮する。
【００４７】
ピストン１４がディスプレーサ１５に接近することにより、圧縮空間１７Ａ内の作動媒体の温度は上昇するが、放熱部１８によってこの圧縮空間１７Ａ内に発生した熱が外部へと放出される。そのため、圧縮空間１７Ａ内の作動媒体の温度はほぼ等温に維持される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルにおける等温圧縮過程に相当する。
【００４８】
ピストン１４がディスプレーサ１５に接近した後にディスプレーサ１５は吸熱部１９側に移動する。他方、ピストン１４によって圧縮空間１７Ａ内において圧縮された作動媒体は再生器１６内に流入し、さらに膨張空間１７Ｂへと流れ込む。その際、作動媒体の持つ熱が再生器１６に蓄熱される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容冷却過程に相当する。
【００４９】
膨張空間１７Ｂ内に流入した高圧の作動媒体は、ディスプレーサ１５がピストン１４側（ケーシング１２の後端側）へ移動することにより膨張する。このようにディスプレーサ１５が後方側へ移動するのに伴い、ディスプレーサスプリング２５の中央部も後方側に突出するように変形する。
【００５０】
上記のように膨張空間１７Ｂ内で作動媒体が膨張することにより、膨張空間１７Ｂ内の作動媒体の温度は下降するが、吸熱部１９によって外部の熱が膨張空間１７Ｂ内へと伝熱されるため、膨張空間１７Ｂ内はほぼ等温に保たれる。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等温膨張過程に相当する。
【００５１】
その後、ディスプレーサ１５がピストン１４から遠ざかる方向に移動し始める。それにより、膨張空間１７Ｂ内の作動媒体は再生器１６を通過して再び圧縮空間１７Ａ側へと戻る。その際に再生器１６に蓄熱されていた熱が作動媒体に与えられるため、作動媒体は昇温する。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容加熱過程に相当する。
【００５２】
この一連の過程（等温圧縮過程−等容冷却過程−等温膨張過程−等容加熱過程）が繰り返されることにより、逆スターリングサイクルが構成される。この結果、吸熱部１９は徐々に低温になり、極低温を有するに至る。一方で、放熱部１８は徐々に高温になる。上述したように、吸熱部１９における冷熱は、低温側熱搬送サイクルを介して冷却庫内に供給され、放熱部１８における熱は、高温側熱搬送サイクルを介して冷却庫外に放出される。
【００５３】
図３は、スターリング冷却庫１における高温側冷媒回路（放熱システム）の構成を示した図である。本実施の形態に係る放熱システムは、基本的な構成として、後述する第１と第２循環回路を有する。また、図４は、図３に示す放熱システムにおける第２循環回路を示す図である。
【００５４】
図３を参照して、スターリング冷凍機２の放熱部に取付けられた高温側蒸発器３Ｂ内の冷媒は、上方に位置するガス相３Ｃと下方に位置する液相３Ｄとに分かれている。上記放熱システムにおいては、上述したように、スターリング冷凍機２における放熱部において発生した熱を冷却庫外に放出するために、高温側蒸発器３Ｂと高温側凝縮器３とを含む自然循環回路（第１循環回路３０）が形成されている。さらに、この放熱システムにおいては、循環ポンプ３３を含み、液相３Ｄの冷媒を該蒸発器３Ｂの外部に導き、冷媒の熱を利用した後、該冷媒を該蒸発器３Ｂ内に戻す強制循環回路（第２循環回路３１）が形成されている。冷媒の熱は、たとえば、発露防止のために用いられる。この場合、強制循環回路３１は、図３に示すように、発露防止パイプ３２を含むことになる。発露防止パイプ３２は、図４に示すように、高温側蒸発器３Ｂ中の冷媒を高温側蒸発器３Ｂの下部から該蒸発器３Ｂの外部へと導き、スターリング冷却庫本体１Ａ前面の全体にわたって循環させた後、高温側蒸発器３Ｂの上部から該蒸発器３Ｂ内へと戻す。なお、循環ポンプ３３としては、水晶やニオブ酸リチウムなどの圧電素子を用いた圧電ポンプが用いられる。
【００５５】
ところで、高温側蒸発器３Ｂ内における冷媒にはスターリング冷凍機２における放熱部の熱が伝達されるため、発露防止パイプ３２内を流れる冷媒は比較的高温であり、該冷媒は飽和液に近い状態となっていると考えられる。したがって、局所的な圧力変動によってもキャビテーションが発生し、これにより騒音が発生し、または、配管がダメージを受けることが懸念される。特に、高温側蒸発器３Ｂから循環ポンプ３３に至るまでの発露防止パイプ３２内を流れる冷媒については、この問題が顕著にあらわれると考えられる。また、圧電ポンプによる強制循環は、流れに脈動を生じさせるので、局所的な圧力変動を発生させやすい。
【００５６】
これに対し、本実施の形態に係る放熱システムにおいては、高温側蒸発器３Ｂと循環ポンプ３３との間に位置する発露防止パイプ３２に、放熱フィン３４（冷却手段）が取付けられている。また、発露防止パイプ３２における放熱フィン３４が取付けられた部分は、高温側凝縮器３と外気との熱交換を促進する放熱ファン４が生ずる気流（図３中の破線矢印）が達する位置に配管される。これにより、放熱ファン４を発露防止パイプ３２内の冷媒の冷却手段として兼用することができる。
【００５７】
上記構成により発露防止パイプ３２内の冷媒を冷却することで、外冷媒中の気泡の発生を抑制することができる。すなわち、キャビテーションが抑制される。
【００５８】
図５は、スターリング冷却庫１における高温側冷媒回路（放熱システム）の構成の変形例を示した図である。また、図６は、図５に示す放熱システムにおける第２循環回路を示す図である。
【００５９】
図５，図６を参照して、本変形例においても、高温側蒸発器３Ｂと循環ポンプ３３との間に位置する発露防止パイプ３２に、放熱フィン３４（冷却手段）が取付けられている。また、発露防止パイプ３２における放熱フィン３４が取付けられた部分は、高温側凝縮器３と外気との熱交換を促進する放熱ファン４が生ずる気流（図５中の破線矢印）が達する位置であって、高温側凝縮器３よりも下流側に配管される。高温側凝縮器３よりも下流側に発露防止パイプ３２を配管することにより、高温側凝縮器３上を通過した比較的高温の気流を発露防止パイプ３２にあてることができるので、放熱ファン４を発露防止パイプ３２内の冷媒の冷却手段として用いる一方で、冷媒の冷えすぎを抑制することができる。
【００６０】
循環ポンプ３３の入口近傍に位置する発露防止パイプ３２（冷媒流路）内を流れる冷媒の温度Ｔ１は、上記冷却手段（放熱フィン３４および放熱ファン４）の能力により決定される。この温度Ｔ１と、高温側蒸発器３Ｂの出口近傍に位置する発露防止パイプ３２内を流れる冷媒の温度Ｔ０と、冷媒のアントワン（ＡＮＴＯＩＮＥ）定数Ａ，Ｂ，Ｃと、高温側蒸発器３Ｂの出口近傍と循環ポンプ３３の入口近傍との間の位置水頭差およびこれらの位置（高温側蒸発器３Ｂの出口近傍／循環ポンプ３３の入口近傍）における発露防止パイプ３２の流路面積差による圧力差Ｐｇと、高温側蒸発器３Ｂの出口近傍から循環ポンプ３３の入口近傍に至るまでの発露防止パイプ３２の配管抵抗による圧力損失量ΔＰと、発露防止パイプ３２内を流れる冷媒中に気泡を発生させるための過熱度Ｔｓとが、
Ｔ１≦Ｂ／（Ａ−ｌｏｇ（Ｐｇ−ΔＰ＋１０(A-B/(C+T0)）−Ｃ＋Ｔｓ・・・（１）
の関係を満たすことが好ましい。
【００６１】
循環ポンプ３３入口近傍における冷媒温度Ｔ１をこの程度にまで下げることにより、キャビテーションの抑制が十分に図られる。
【００６２】
式（１）は、以下の手順で求められる。
【００６３】
循環ポンプ３３入口近傍で気泡の発生を抑制するためには、当該部分において、管内冷媒圧力が蒸気圧以上である、すなわち、
Ｐ１≦Ｐ１’・・・（I）
であることが好ましい。なお、
Ｐ１：循環ポンプ３３入口近傍を流れる冷媒温度Ｔ１に対応する蒸気圧
Ｐ１’：循環ポンプ３３入口近傍における管内冷媒圧力
である。
【００６４】
ここで、高温側蒸発器３Ｂ出口近傍と循環ポンプ３３入口近傍との位置関係から、
Ｐ１’＝Ｐ０’＋Ｐｇ−ΔＰ・・・（II）
が導かれる。なお、
Ｐ０’：高温側蒸発器３Ｂ出口近傍における管内冷媒圧力
Ｐｇ：高温側蒸発器３Ｂ出口近傍のとポンプ入口近傍との水頭差（主に位置水頭差、流路面積が変動する場合は速度水頭差も含む）による圧力差
ΔＰ：発露防止パイプ３２の配管抵抗による圧力損失量
である。
【００６５】
また、高温側発器３Ｂ出口近傍においては冷媒が液体状態であるので、当該部分においては、管内冷媒圧力が蒸気圧以上である、すなわち、
Ｐ０≦Ｐ０’・・・（III）
であると考えられる。なお、
Ｐ０：高温側蒸発器３Ｂ出口近傍を流れる冷媒温度Ｔ０に対応する蒸気圧
である。
【００６６】
上記（II），（III）より、
Ｐ１’≧Ｐ０＋Ｐｇ−ΔＰ・・・（IV）
となるので、
Ｐ１≦Ｐ０＋Ｐｇ−ΔＰ・・・(V)
とすることにより、上記（I）の関係（Ｐ１≦Ｐ１’）が満たされる。
【００６７】
さらに、上記(V)に、一般によく知られたＡＮＴＯＩＮＥの式
Ｐ０＝１０(A-B/(T0+C))，ｌｏｇ(Ｐ１)＝Ａ−Ｂ／（Ｃ＋Ｔ１）
（Ａ，Ｂ，Ｃ：ＡＮＴＯＩＮＥ定数）
を代入することにより、
Ｔ１≦Ｂ／（Ａ−ｌｏｇ（Ｐｇ−ΔＰ＋１０(A-B/(C+T0)）−Ｃ・・・（VI）
が導かれる。
【００６８】
すなわち、循環ポンプ３３入口近傍を流れる冷媒温度Ｔ１が(VI)を満たす程度に低いことが好ましいということになるが、ここで、実際に冷媒中に気泡を発生させるための過熱度Ｔｓだけ、Ｔ１の許容範囲を大きくすることができる。過熱度Ｔｓを考慮することにより、キャビテーションの抑制効果が得られる範囲で配管設計の自由度を高めることができる。以上の手順により、上記式（１）が導かれる。
【００６９】
なお、上記式（１）中の各パラメータは、以下のように特定可能である。
【００７０】
ΔＰは、発露防止パイプ３２の径、長さ、形状、表面粗度や該パイプを流れる冷媒流量から決定される。この値は、実際に配管を取り出して水理実験を行なうなどして確認することができる。
【００７１】
Ｐｇは、高温側蒸発器３Ｂと循環ポンプ３３との高さ方向における位置関係、および、高温側蒸発器３Ｂ出口近傍における発露防止パイプ３２の流路面積と循環ポンプ３３入口近傍における発露防止パイプ３２の流路面積との関係から求められる。
【００７２】
Ｔ０，Ｔ１は、実際に放熱システムを作動させながら、各部位における冷媒温度の測定をすることにより求められる。
【００７３】
Ａ，Ｂ，Ｃ(ＡＮＴＯＩＮＥ定数)は、冷媒の種類により一義的に定まる。たとえば冷媒がＨ2Ｏであれば、Ａ＝８．０７，Ｂ＝１７３０．６，Ｃ＝２３３．４３程度（圧力の単位をｍｍＨｇ、温度の単位を℃とした場合）である。
【００７４】
Ｔｓについては、冷媒の種類および蒸発面の状態（平滑面と比べて粗面におけるＴｓは小さい。）などによって定まる。たとえば冷媒がＨ2Ｏであれば、Ｔｓは０℃より大きく５℃以下程度である。
【００７５】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。
【００７６】
本実施の形態に係る放熱システムは、スターリング冷却庫に適用されるものであって、スターリング冷凍機２における放熱部１８（熱源）の周囲に設けられ、内部の冷媒を蒸発させる高温側蒸発器３Ｂ（蒸発器）と、蒸発した冷媒を受け入れ、該冷媒を凝縮する高温側凝縮器３（凝縮器）を含み、凝縮された冷媒を高温側蒸発器３Ｂ内に戻す第１循環回路３０と、高温側蒸発器３Ｂ下部に接続された発露防止パイプ３２（冷媒流路）および発露防止パイプ３２に取付けられた循環ポンプ３３を含み、高温側蒸発器３Ｂの外部に冷媒を導き、該冷媒を高温側蒸発器３Ｂ内に戻す第２循環回路３１と、高温側蒸発器３Ｂと循環ポンプ３３との間を流れる冷媒を冷却する冷却手段とを備える。
【００７７】
冷媒を冷却することにより、発露防止パイプ３２内の冷媒温度が低下する。結果として、循環ポンプ３３の入口近傍において、気泡の発生（キャビテーション）が抑制される。
【００７８】
上記循環ポンプ３３として圧電ポンプを用いた場合は、冷媒の流れに脈動が生じるため、循環ポンプ３３の上流側で負圧になりやすくなる。この結果、キャビテーションが生じやすくなるが、上記冷却手段により、この圧電ポンプ特有の問題が解決される。
【００７９】
冷却手段としては、たとえば、高温側蒸発器３Ｂと循環ポンプ３３との間に位置する発露防止パイプ３２に放熱フィン３４を設ける構造が考えられる。これにより、簡単な構造で有効な冷却手段が得られる。
【００８０】
また、高温側凝縮器３の近傍に設置された送風ファン４（送風手段）を上記冷却手段として用いることも考えられる。この場合、送風ファン４により生じる気流中に高温側蒸発器３Ｂと循環ポンプ３３との間に位置する発露防止パイプ３２の一部を配置することが好ましい。
【００８１】
この場合も、簡単な構造で有効な冷却手段が得られる。また、送風ファン４が冷却手段として兼用されることにより、庫内における省スペースが図られる。
【００８２】
以上の構成により、騒音の発生や冷媒配管損傷の発生などが抑制されたスターリング冷却庫が提供される。
【００８３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係るスターリング冷却庫を示した図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に係るスターリング冷却庫に備えられるスターリング冷凍機を示した側断面図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に係る放熱システムの基本構成を説明する図である。
【図４】図３に示す放熱システムにおける第２循環回路を示した図である。
【図５】本発明の１つの実施の形態に係る放熱システムの変形例の基本構成を説明する図である。
【図６】図５に示す放熱システムにおける第２循環回路を示した図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  スターリング冷却庫、１Ａ  冷却庫本体、１Ｂ  冷却庫本体背面、１Ｃ  冷却庫本体底面、２  スターリング冷凍機、３  高温側凝縮器、３Ａ  ダクト、３Ｂ  高温側蒸発器、３Ｃ  ガス相、３Ｄ  液相、４  送風ファン、５  低温側蒸発器、５Ａ  冷気ダクト、６  低温側冷媒通路、７  庫内冷却ファン、８  ドレンパイプ、９  ドレンパン、１０  送風ファン、１２  ケーシング、１３  シリンダ、１４  ピストン、１５  ディスプレーサ、１６  再生器、１７  作動空間、１７Ａ  圧縮空間、１７Ｂ  膨張空間、１８  放熱部、１８Ａ  チューブ、１９  吸熱部、２０  インナーヨーク、２１  可動マグネット部、２２  アウターヨーク、２３  リニアモータ、２４  ピストンスプリング、２５  ディスプレーサスプリング、２６  ディスプレーサロッド、２７  背圧空間、３０  第１循環回路、３１  第２循環回路、３２  発露防止パイプ、３３  循環ポンプ、３４  放熱フィン、１８０，１９０  熱交換器。
【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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