(57)【要約】【課題】  温度変化等により冷媒の体積が変動した場合においても、冷媒が循環する冷媒循環回路の管路が受ける圧力を抑制することができ、また、水撃を抑制することができる冷媒循環回路およびこの冷媒循環回路を備えたスターリング冷却庫を提供する。【解決手段】  放熱部１８ｂを冷却する冷媒循環回路１７であって該冷媒循環回路１７の圧力変動を吸収する圧力変動吸収手段４０を設けたものにおいて、冷媒循環回路４０または該冷媒循環回路４０に連通する連通室に体積可変材３０を配設することにより、圧力変動吸収手段４０を構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱部を冷却する冷媒循環回路であって該冷媒循環回路の圧力変動を吸収する圧力変動吸収手段を設けたものにおいて、
前記冷媒循環回路または該冷媒循環回路に連通する連通室に体積可変材を配設することにより、前記圧力変動吸収手段を構成したことを特徴とする冷媒循環回路。
【請求項２】
放熱部と吸熱部とを有するスターリング冷凍機と、
前記吸熱部の冷熱により冷却される冷却室と、
前記放熱部を冷却する請求項１に記載の冷媒循環回路と、
を備えるスターリング冷却庫。
【請求項３】
放熱部と吸熱部とを有するスターリング冷凍機と、
前記吸熱部の冷熱により冷却される冷却室と、
前記放熱部を冷却する第１の冷媒循環回路と、
前記第１の冷媒循環回路と熱交換を行なった冷媒を循環ポンプにて加熱対象部に運ぶ第２の冷媒循環回路と、
前記第２の冷媒循環回路または該第２の冷媒循環回路に連通する連通室に体積可変材を配設して成る前記圧力変動吸収手段と、
を備えたスターリング冷却庫。
【請求項４】
前記体積可変材を、前記冷媒循環回路の管路内壁面に沿って配置し、該体積可変材によって流路を形成した、請求項２に記載のスターリング冷却庫。
【請求項５】
前記体積可変材を、前記第２の冷媒循環回路の管路内壁面に沿って配置し、該体積可変材によって流路を形成した、請求項３に記載のスターリング冷却庫。
【請求項６】
前記体積可変材は、発泡体を含み、
前記発泡体内に形成された複数の気泡が互いに独立とされている、請求項２から請求項５のいずれかに記載の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、冷媒循環回路およびこの冷媒循環回路を備えたスターリング冷却庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、冷媒を用いて、温度制御を行なう熱交換システムが知られている。例えば、特開平１１−３０４６７号公報には、熱媒体用液体を用いて温度制御を行う被温度制御系と、熱媒体用液体の温度を調整し温度調整した熱媒体用液体を被温度制御系に供給する熱交換器と、熱媒体用液体を循環させる循環ポンプと、被温度制御系、熱交換器及び循環ポンプ間を連結する熱媒体用配管と、熱媒体用液体の圧力変動を吸収する圧力吸収手段とを備えた熱交換システムが記載されている。
【０００３】
この熱交換システムにおいては、圧力吸収手段は、熱媒体用液体を貯蔵する密閉式の膨張タンクと、この膨張タンクの気体室に孔を介して接続される伸縮自在のベローズチューブとから構成されている。そして、膨張タンクには、気体室内の気体を逃がすチェック弁と、気体室内の気圧が所定の圧力以下になると気体室内に気体を入れるチェック弁とを備えている。また、特開平５−７６２１号公報には、弾性バッグ加圧型の液体吸入・送給ポンプと、該ポンプの容量を可変する容量可変手段とを備える体外循環用手動ポンプ装置が記載されている。
【０００４】
そして、特開平２−２８２６６０号公報には、燃焼部と、熱交換器および温水循環ポンプとを備え、熱交換器内の温水を吸引し、各放熱器に送ると共に、循環ポンプの吐出側近傍に脈動吸収装置を備える暖房用温水ボイラーが記載されている。この脈動吸収装置は、単なる密封管であって、内部には気体が充填されている。そして、この脈動吸収装置に連設されるパイプの径等を調整することにより、充填された気体が脈動吸収装置内に維持している。
【特許文献１】特開平１１−３０４６７号公報
【特許文献２】特開平５−７６２１号公報
【特許文献３】特開平２−２８２６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特開平１１−３０４６７号公報に記載された熱交換システムにおいては、膨張タンクと、ベローズチューブとを備えており、膨張タンクには、チェック弁が設けられている。このため、外気と隔絶された熱媒体用配管にこの熱交換システムを適用することは、困難であるという問題があった。また、特開平５−７６２１号公報に記載された体外循環用手動ポンプ装置においては、液体吸入・送給ポンプは、弾性材料から構成されており、長時間の仕様に対する耐久性に問題があった。そして、特開平２−２８２６６０号公報に記載された暖房用温水ボイラーにおいては、脈動吸収装置内に充填された気体は、時間使用されると、脈動吸収装置内に充填された気体がパイプに漏れやすく、パイプ内に脈動を抑制することが困難なものとなっていた。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、管路内の脈動を抑制することができる冷媒循環回路およびこの冷媒循環回路を備えたスターリング冷却庫を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る冷媒循環回路は、１つの局面では、放熱部を冷却する冷媒循環回路であって該冷媒循環回路の圧力変動を吸収する圧力変動吸収手段を設けたものにおいて、冷媒循環回路または該冷媒循環回路に連通する連通室に体積可変材を配設することにより、圧力変動吸収手段を構成する。本発明に係るスターリング冷却庫は、１つの局面では、放熱部と吸熱部とを有するスターリング冷凍機と、吸熱部の冷熱により冷却される冷却室と、放熱部を冷却する請求項１に記載の冷媒循環回路とを備える。本発明に係るスターリング冷却庫は、他の局面では、放熱部と吸熱部とを有するスターリング冷凍機と、吸熱部の冷熱により冷却される冷却室と、放熱部を冷却する第１の冷媒循環回路と、第１の冷媒循環回路と熱交換を行なった冷媒を循環ポンプにて加熱対象部に運ぶ第２の冷媒循環回路と、第２の冷媒循環回路または該第２の冷媒循環回路に連通する連通室に体積可変材を配設して成る圧力変動吸収手段とを備える。好ましくは、体積可変材を、冷媒循環回路の管路内壁面に沿って配置し、該体積可変材によって流路を形成する。好ましくは、体積可変材を、第２の冷媒循環回路の管路内壁面に沿って配置し、該体積可変材によって流路を形成する。好ましくは、体積可変材は、発泡体を含み、発泡体内に形成された複数の気泡が互いに独立とされている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る冷媒循環回路およびこの冷媒循環回路を備えたスターリング冷却庫によれば、温度変化等により冷媒の体積が変動した場合においても、体積可変部材が収縮または膨張するため、冷媒が循環する冷媒循環回路の管路内の脈動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】
【０００９】
図１から図７を用いて、本発明に係る実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係る冷媒循環回路１７を備えたスターリング冷却庫１０の斜視図である。この図１に示されるように、スターリング冷却庫１０は、冷蔵室（冷却室）１２と、冷凍室（冷却室）１３と、機械室１４とを規定し、断熱材料により構成されたキャビネット１１を備えている。機械室１４内には、スターリング冷凍機１８と、高温側凝縮器１９と、熱交換器２３とが配置されている。スターリング冷凍機１８は、吸熱部１８ａと、放熱部１８ｂとを備えており、冷蔵室１２や冷凍室１３は吸熱部１８ａからの冷熱により冷却される。放熱部１８ｂの外周面には、蒸発器２０が設けられている。この蒸発器２０内には、冷媒Ａが充填されている。そして、蒸発器２０の上端部には、高温側凝縮器１９に接続された管路２２ｂと、熱交換器２３に接続された管路２２ｃとが設けられている。
【００１０】
また、蒸発器２０の底部と、高温側凝縮器１９および熱交換器２３を接続する管路２２ａが配置されている。このように、管路２２ａと、管路２２ｂと、管路２２ｃとが配置されることにより、熱交換器２３と、高温側凝縮器１９と、蒸発器２０と、管路２２ａ、２２ｂ、２２ｃとからなり、冷媒Ａが循環する冷媒循環回路（第１の冷媒循環回路）２２が構成されている。
【００１１】
そして、熱交換器２３には、冷媒Ｂが循環する冷媒循環回路（第２の冷媒循環回路）１７が接続されている。冷媒循環回路１７は、冷凍室１３のドアパッキン当接部近傍に配置された冷凍室用発露防止パイプ１６と、冷蔵室１２のドアパッキン当接部近傍に配置された冷蔵室用発露防止パイプ１５と、圧力変動吸収手段４０と、冷媒Ｂを強制循環させる圧電ポンプ（循環ポンプ）３２とを備えている。
【００１２】
冷凍室用発露防止パイプ１６は、熱交換器２３から下方に向けて延在する下降パイプ１６ｅと、この下降パイプ１６ｅの下流側に配置されたドレン水加熱部１６ｃと、ドレン水加熱部１６ｃの下流側に配置され、上方に向けて延在する上昇パイプ１６ｄとを備えている。そして、下降パイプ１６ｅの下端部には、圧力変動吸収手段４０が接続されており、この圧力変動吸収手段４０の下流には、圧電ポンプ（循環ポンプ）３２が配置されている。
【００１３】
冷蔵室用発露防止パイプ１５は、冷蔵室１２のドアパッキン当接部の近傍に配置された発露防止パイプ１５ａと、この発露防止パイプ１５ａの下流側に配置され、冷蔵室１２の上辺部および側辺部に配置された発露防止パイプ１６ａと、発露防止パイプ１６ａの下流側に配置された上昇パイプ１６ｂとを備えている。上昇パイプ１６ｂは、スターリング冷却庫１０の底面側から上方に向けて延在し、その上端部は、熱交換器２３に接続されている。
【００１４】
このような冷凍室用発露防止パイプ１６および冷蔵室用発露防止パイプ１５とを備えた冷媒循環回路１７の内圧は、大気圧、または大気圧以上に設定されている。このため、冷媒循環回路１７内で気泡の発生が抑制されている。なお、この冷媒循環回路１７内は、冷媒Ｂにより満たされ、外気から隔絶された密封管路とされている。
【００１５】
圧力変動吸収手段４０は、筒状に形成された外殻体３０と、この外殻体３０内に配置された体積可変材３１とを備えている。外殻体３０は、金属により構成されており、例えば、金属パイプが適用される。体積可変材３１は、弾性変形可能な発泡体から構成されている。この体積可変材３１内には、互いに独立に形成された気泡が複数形成され、体積可変材３１としては、例えば、Poly-chloroprene Rubber等の独立気泡発泡体等が用いられる。なお、本実施の形態１においては、棒状の体積可変材３１が外殻体３０内に収納されることにより、圧力変動吸収手段４０が構成されているが、これに限られない。図２は、圧力変動吸収手段４０の変形例を示す断面図である。この図２に示されるように、圧力変動吸収手段４０を、筒状に形成された外殻体３０と、この外殻体３０の内壁面に沿って配置され、筒状に形成された体積可変材３１とから構成してもよい。この体積可変材３１の中央部には、軸線方向に沿って延在し、冷媒Ｂが流通する貫通孔（流路）３１ａが形成されている。
【００１６】
このように構成されたスターリング冷却庫１０においては、まず、図１において、蒸発器２０内で冷媒Ａが蒸発し、放熱部１８ｂを冷却する。そして、蒸発した冷媒Ａは、管路２２ｂ内を流通して高温側凝縮器１９内に供給されるか、または、管路２２ｃ内を流通して熱交換器２３内に供給される。高温側凝縮器１９内に供給された気体状の冷媒Ａは、冷却され液化する。そして、液化した冷媒Ａは、管路２２ａ内を流通して、蒸発器２０内に供給される。また、熱交換器２３内に供給された気体状の冷媒Ａは、熱交換器２３内で、冷媒Ｂに熱を奪われることにより冷却され、液化する。そして、熱交換器２３内で液化した冷媒Ａも、管路２２ａ内を流通して、蒸発器２０内に供給される。
【００１７】
また、冷媒Ｂは、熱交換器２３内で、冷媒Ａにより加熱される。そして、加熱された冷媒Ｂは、圧電ポンプ３２により、冷媒循環回路１７内を循環する。そして、加熱対象部である冷蔵室１２および冷凍室１３のドアパッキン当接部近傍を加熱して、発露の発生を抑制する。このように冷媒Ｂが冷媒循環回路１７内を流通する過程において、冷媒Ｂの温度が変動して、冷媒Ｂの体積が変動する場合がある。ここで、冷媒Ｂの温度が変動して、冷媒Ｂの体積が変動した場合には、圧力変動吸収手段４０内の体積可変材３１が収縮または膨張することにより、冷媒循環回路１７内の内圧が一定に維持される。すなわち、冷媒Ｂが膨張すると、体積可変材３１の気泡が小さくなることにより体積可変材３１が収縮して、冷媒循環回路１７内の体積が大きくなる。このため、冷媒循環回路１７内の圧力が高くなることが抑制されている。また、冷媒Ｂの温度が低くなり、冷媒Ｂの体積が小さくなると、体積可変材３１内の気泡が大きくなることにより体積可変材３１が膨張し、冷媒循環回路１７内の体積が小さくなり、冷媒循環回路１７内の内圧が一定に支持される。
【００１８】
なお、図２に示される圧力変動吸収手段４０によれば、体積可変材３１を図１に示す冷媒循環回路１７の内壁面に沿って、長尺に形成されている。このため、冷媒循環回路１７内の内圧が低下して、体積可変材３１が大きくなったとしても、径方向への膨らみは小さく抑えられており、冷媒Ｂの流路が閉鎖されたり、過度に小さくなることが抑制されている。
【００１９】
このように、本実施の形態１に係る冷媒循環回路１７およびこの冷媒循環回路１７を備えたスターリング冷却庫１０によれば、冷媒Ｂの温度が変動した場合においても、冷媒循環回路１７内の内圧を一定に維持することができる。特に、冷媒Ｂの温度が上昇し、冷媒Ｂが膨張した場合においても、冷媒循環回路１７内の内圧が上昇することを抑制することができるため、冷媒循環回路１７の内壁面にダメージが生じることを抑制することができる。なお、図２に示される圧力変動吸収手段４０によれば、体積可変材３１には、貫通孔３１ａが形成されているため、冷媒Ｂの流通を良好に確保することができる。また、体積可変材３１は、複数の気泡を含むため、多少気泡がつぶれたとしても、収縮および膨張する機能を維持することができるため、長期間使用したとしても、その機能を維持することができる。
【００２０】
（実施の形態２）
図３は、本実施の形態２に係る冷媒循環回路６７およびスターリング冷却庫６０の回路図である。この図３に示されるように、冷媒Ｂが流通する冷媒循環回路６７は、熱交換器６３と、この熱交換器６３の下流側に接続されたサクションタンク６８と、このサクションタンク６８の下流側に配置された圧電ポンプ３２と、この圧電ポンプ３２の下流側に配置された発露防止パイプ６６と、この発露防止パイプ６６の下流側に配置され熱交換器６３に接続された発露防止パイプ６５とを備えている。
【００２１】
そして、冷媒循環回路６７のうち、圧電ポンプ３２と、発露防止パイプ６６との間には、管路６９が配置されており、この管路６９には、圧力変動吸収手段６１が配置されている。
【００２２】
図４は、圧力変動吸収手段６１の断面図であり、この図４に示されるように、圧力変動吸収手段６１は、管路６９から分岐すると共に、管路６９に連通する連通室６１ｂと、この連通室６１ｂ内に充填された体積可変材６１ａとを備えている。
【００２３】
図５は、圧力変動吸収手段６１の変形例を示す断面図である。この図５に示されるように、圧力変動吸収手段６１は、球体状に形成された連通室６１ｂと、この連通室６１ｂ内に充填された体積可変材６１ａとを備えている。このように、圧力変動吸収手段６１を球体状に形成することにより、圧力変動吸収手段６１をコンパクトに構成することができる。
【００２４】
このように構成されたスターリング冷却庫６０および冷媒循環回路６７によれば、冷媒Ｂの温度が変動することにより、冷媒Ｂの体積が変動した場合においても、圧力変動吸収手段６１の体積可変材６１ａが収縮または、膨張することにより、冷媒循環回路６７の内壁面に大きな圧力がかかることを抑制することができる。
【００２５】
図６は、圧力変動吸収手段を備えたスターリング冷却庫の冷媒循環回路内の圧力最大変動量と、圧力変動吸収手段を備えていないスターリング冷却庫の冷媒循環回路内の圧力最大変動量を示した図である。なお、この図６において、▲を結ぶ実線は、圧力変動吸収手段を備えたスターリング冷却庫の冷媒循環回路内の圧力最大変動量を示す。また、▲を結ぶ実線の上方に示された実線は、圧力変動吸収手段を備えていないスターリング冷却庫の冷媒循環回路内の圧力最大変動量を示す。この図６に示されるように、圧電ポンプに供給される電力の電源周波数を順次変化させた場合に、圧力変動吸収手段を備えたスターリング冷却庫の冷媒循環回路内の圧力最大変動量は、圧力変動吸収手段を備えないスターリング冷却庫の冷媒循環回路内の圧力最大変動量よりも小さく抑えられていることが分かる。
【００２６】
また、圧力変動吸収手段を備えていないスターリング冷却庫の冷媒循環回路内の圧力は、電源周波数４０（Ｈｚ）付近においてピークとなるが、圧力変動吸収手段を備えるスターリング冷却庫においては、ピークを有さず、安定していることが分かる。
【００２７】
（実施の形態３）
図７は、本実施の形態３に係る冷媒循環回路８７およびスターリング冷却庫８０の回路図である。この図７に示されるように、冷媒Ａが循環する冷媒循環回路８７は、蒸発器８４と、この蒸発器８４に接続されたサクションタンク８８と、サクションタンク８８の下流側に配置された圧電ポンプ８２と、この圧電ポンプ８２の下流側に配置された圧力変動吸収手段８１と、この圧力変動吸収手段８１の下流側に接続された発露防止パイプ８６と、発露防止パイプ８６の下流側に配置され、蒸発器８４に接続された発露防止パイプ８５とを備えている。
【００２８】
そして、サクションタンク８８は、管路８９ｂにより蒸発器８４に接続されており、管路８９ｃにより圧電ポンプ８２に接続されている。このサクションタンク８８は、円筒状に形成されており、その径は、管路８９ｂおよび管路８９ｃの径より大径に形成されており、上方から下方に向けて延在している。また、サクションタンク８８内の下端部から中央部より上方の位置にまで体積可変材８３ａが配置されている。このサクションタンク８８内の下端部側には、液体状の冷媒Ａが充填されており、サクションタンク８８内の上端部側には、気体状の冷媒Ａが充満している。サクションタンク８８内に配置された体積可変材８３ａは、筒状に形成されており、サクションタンク８８の内壁面に沿って配置されている。
【００２９】
圧力変動吸収手段８１は、管路８９ａにより圧電ポンプ８２に接続されており、管路８９ｄにより、発露防止パイプ８６に接続されている。この圧力変動吸収手段８１は、金属等により構成された筒状の外殻体８１ｂと、この外殻体８１ｂの内壁面に沿って配置された体積可変材８１ａとから構成されている。体積可変材８１ａは、中央部に冷媒Ａが流通する貫通孔（流路）８１ｃが形成されている。この貫通孔８１ｃの径は、管路８９ａ、８９ｄの径と略同じとなるように形成されている。
【００３０】
このように構成された冷媒循環回路８７によれば、まず、蒸発器８４内で冷媒Ａが蒸発する。そして、高温側凝縮器（図示せず）に供給された気体状の冷媒Ａは冷却され、液化する。その一方で、蒸発器８４内の液体状の冷媒Ａの一部は、冷媒循環回路８７内を流通する。まず、蒸発器８４からの液体状の冷媒Ａは、サクションタンク８８内に供給される。このサクションタンク８８内で、液体状の冷媒Ａ内に含まれる気体状の冷媒Ａと、液体状の冷媒Ａとが分離される。そして、圧電ポンプ８２が液体状の冷媒Ａを強制循環させる。ここで、冷媒循環回路８７内の圧力は、大気圧よりも低く設定されており、冷媒Ａは、蒸発器８４において加熱されており、高温なものとなっている。このため、冷媒循環回路８７内を循環する冷媒Ａ内に気泡が発生し易く、また、発生した気泡が液化し消滅したりすることがある。
【００３１】
このように、冷媒循環回路８７内を循環する冷媒Ａ内に気泡が発生したり、消滅することにより、冷媒循環回路８７内の内圧が変動した場合においても、体積可変材８３ａおよび体積可変材８１ａが収縮または膨張することにより、冷媒循環回路８７内の圧力変動を抑制する。
【００３２】
このように構成された本実施の形態３に係る冷媒循環回路８７およびスターリング冷却庫８０によれば、冷媒循環回路８７の内圧の変動が抑制されているため、水撃が発生したとしても、その衝撃を軽減することができる。また、圧力変動の大きい圧電ポンプ８２の上流側および下流側に、体積可変材８３ａおよび圧力変動吸収手段８１を配置することにより、良好に冷媒循環回路８７内の圧力変動を抑制することができる。さらに、冷媒循環回路８７内に脈動が生じることを抑制することができる。
【００３３】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべ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すべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、冷媒循環回路およびスターリング冷却庫に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態１に係る冷媒循環回路を備えたスターリング冷却庫の斜視図である。
【図２】圧力変動吸収手段の変形例を示す断面図である。
【図３】実施の形態２に係る冷媒循環回路およびスターリング冷却庫の回路図である。
【図４】圧力変動吸収手段の断面図である。
【図５】圧力変動吸収手段の変形例を示す断面図である。
【図６】スターリング冷却庫の冷媒循環回路内の圧力最大変動量を示した図である。
【図７】実施の形態３に係る冷媒循環回路およびスターリング冷却庫の回路図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  スターリング冷却庫、１１  キャビネット、１２  冷蔵室、１３  冷凍室、１４  機械室、１５  冷蔵室用発露防止パイプ、１６  冷凍室用発露防止パイプ、１７  冷媒循環回路、１８  スターリング冷凍機、２３  熱交換器、３１  体積可変材、４０  圧力変動吸収手段。
【図１】
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【図２】
2006322676.tif 000004
【図３】
2006322676.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006322676.tif 000008
【図７】
2006322676.tif 000009