(57)【要約】【課題】  騒音が小さく、かつ消費電力が小さなスターリング冷凍機搭載型の冷却庫を提供する。【解決手段】  冷却庫１は、冷熱を生成するスターリング冷凍機３と、スターリング冷凍機３で発生した温熱を放出する放熱システム４とを備えている。放熱システム４は、スターリング冷凍機３の上方に設けられ、外気へ温熱を放出するための放熱用熱交換器５と、放熱用熱交換器５における高温側二次冷媒と外気との熱交換を促進する気流を生成する送風機６と、送風機６によって生成された気流を放熱用熱交換器５へ導くための吸気用ダクト８および放熱用熱交換器５から放出するための排気用ダクト８とを有する。【選択図】        図４
2006342989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆スターリングサイクルによって冷熱を生成するスターリング冷凍機と、
前記スターリング冷凍機で発生した温熱を放出する放熱システムとを備え、
前記放熱システムは、
前記スターリング冷凍機のウォームセクションに取り付けられた吸熱用熱交換器と、
前記スターリング冷凍機の上方に設けられ、外気へ温熱を放出するための放熱用熱交換器と、
前記吸熱用熱交換器と前記放熱用熱交換器とを接続するとともに、前記ウォームセクションで発生した温熱を受け取った高温側二次冷媒が自然循環する循環用配管と、
前記放熱用熱交換器における前記高温側二次冷媒と外気との熱交換を促進する気流を生成する送風機と、
前記送風機によって生成された気流を前記放熱用熱交換器へ導くための吸気用ダクトとを有する、冷却庫。
【請求項２】
逆スターリングサイクルによって冷熱を生成するスターリング冷凍機と、
前記スターリング冷凍機で発生した温熱を放出する放熱システムとを備え、
前記放熱システムは、
前記スターリング冷凍機のウォームセクションに取り付けられた吸熱用熱交換器と、
前記スターリング冷凍機の上方に設けられ、外気へ温熱を放出するための放熱用熱交換器と、
前記吸熱用熱交換器と前記放熱用熱交換器とを接続するとともに、前記ウォームセクションで発生した温熱を受け取った高温側二次冷媒が自然循環する循環用配管と、
前記放熱用熱交換器における前記高温側二次冷媒と外気との熱交換を促進する気流を生成する送風機と、
前記送風機によって生成された気流を前記放熱用熱交換器から放出するための排気用ダクトとを有する、冷却庫。
【請求項３】
逆スターリングサイクルによって冷熱を生成するスターリング冷凍機と、
前記スターリング冷凍機で発生した温熱を放出する放熱システムとを備え、
前記放熱システムは、
前記スターリング冷凍機のウォームセクションに取り付けられた吸熱用熱交換器と、
前記スターリング冷凍機の上方に設けられ、外気へ温熱を放出するための放熱用熱交換器と、
前記吸熱用熱交換器と前記放熱用熱交換器とを接続するとともに、前記ウォームセクションで発生した温熱を受け取った高温側二次冷媒が自然循環する循環用配管と、
前記放熱用熱交換器における前記高温側二次冷媒と外気との熱交換を促進する気流を生成する送風機と、
前記送風機によって生成された気流を前記放熱用熱交換器へ導くための吸気用ダクトおよび前記放熱用熱交換器から放出するための排気用ダクトとを有する、冷却庫。
【請求項４】
前記吸気用ダクトに気流を取り込むための開口部は、当該冷却庫の底面部近傍に設けられた、請求項１または３に記載の冷却庫。
【請求項５】
前記吸気用ダクトに気流を取り込むための開口部は、当該冷却庫の上面部近傍に設けられた、請求項１または３に記載の冷却庫。
【請求項６】
前記ダクトは、気流の方向が変化する部位および気流の横断面の大きさが変化する部分に、該ダクトの内壁面から気流が剥離することを抑制する剥離抑制部を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の冷却庫。
【請求項７】
前記ダクト中にフィルターが設置された、請求項１〜６のいずれかに記載の冷却庫。
【請求項８】
前記ダクトは、断熱性の板材によって形成された、請求項１〜７のいずれかに記載の冷却庫。
【請求項９】
前記ダクトの横断面の面積は、エンジンルーム内の気流に垂直な断面における前記放熱用熱交換器の開口部の面積の６０％以上の面積を有する、請求項１〜８のいずれかに記載の冷却庫。
【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が搭載された冷却庫に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷蔵庫などに用いられている従来の冷凍機は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用したものである。この蒸気圧縮式冷凍機においては、冷媒として主に特定フロン（CFC:Chloro Fluoro Carbon）または代替フロン（HCFC:Hydro Chloro Fluoro Carbon）が用いられ、フロンの凝縮作用および蒸発作用を利用することによって、所要の冷却能力が得られている。ただし、これらの冷媒は、非常に化学的安定性が高いため、大気中に放出されると成層圏に達して、オゾン層を破壊するという指摘がある。このため、近年、特定フロンまたは代替フロンを対象としたフロンの使用および生産が規制されてきている。そのため、蒸気圧縮式冷凍機の代替品として、逆スターリングサイクルを用いたスターリング冷凍機が注目を集めている。
【０００３】
スターリング冷凍機は、その構造がコンパクトであり、冷凍能力が大きい割に、そのコールドセクション（コールドヘッドまたは低温部）およびウォームセクション（ウォームヘッドまたは高温部）は、ともに、その表面積が小さい。そのため、スターリング冷凍システムは、コールドセクションにて生成された冷熱を伝達する冷却システムと、ウォームセクションにて発生した温熱を効率的に放出する放熱システムとを有している。
【特許文献１】特開２００３−３０２１１７号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、スターリング冷凍システムが搭載された冷却庫の開発を行なっている。次に、図１５を用いて、本発明者らが非公開の技術として開発しているスターリング冷凍システムを有する冷却庫を説明する。図１５の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥのそれぞれは、気流の向きを示す。
【０００５】
冷却庫１においては、スターリング冷凍機３のウォームセクションで発生した温熱は、その周囲に設けられた吸熱用熱交換器（高温側熱搬送サイクルの蒸発器）へ伝達される。次に、吸熱用熱交換器内の温熱は、高温側冷媒循環用配管（図示せず）内を循環する２次冷媒によって、放熱用熱交換器（高温側熱搬送サイクルの凝縮器）５へ伝達され、さらに、放熱用熱交換器５から外気へ伝達される。このとき、図１５に示す冷却庫において、スターリング冷凍機３が起動すると、送風ファン６の駆動によって、冷却庫１の周囲の外気は、矢印Ａで示すように、開口部ｘからエンジンルーム２内に取り込まれ、熱交換後の温かい空気は、矢印Ｂで示すように、開口部ｙから冷却庫１の周囲へ排出される。
【０００６】
一方、スターリング冷凍機３のコールドセクションで発生した冷熱は、その周囲に設けられた熱交換器（低温側熱搬送サイクルの凝縮器）へ伝達される。その熱交換器内の温熱は、低温側冷媒循環用配管内を循環する２次冷媒によって、冷却器（低温側熱搬送サイクルの蒸発器）１４へ伝達され、さらに、冷却器１４から冷気ダクト１０内の空気へ伝達される。なお、低温側冷媒循環用配管は、熱交換器（低温側熱搬送サイクルの凝縮器）と冷却器１４とに接続されている。このとき、送風ファン（図示せず）の回転によって、冷気ダクト１０内の冷気の一部が、矢印Ｄで示すように、冷凍室１１内に送り込まれるとともに、矢印Ｃで示すように、冷気の一部が冷蔵室１２内に送り込まれる。冷蔵室１２内に送り込まれた冷気は、矢印Ｅで示すように、野菜室１３内へ送り込まれる。さらに、野菜室１３内の冷気は、排気ダクト（図示しない）を介して、再び冷却器１４の付近へ送られる。なお、冷却器１４の除霜によって生じたドレン水は、ドレンパン（図示しない）に向かって落下し、ドレンパン内で蒸発する。
【０００７】
一般に、スターリング冷凍機が搭載された冷却庫の冷却性能を向上させるためには、放熱用熱交換器と外気とが熱交換を効率よく行なう必要がある。しかしながら、冷却庫は、キッチン等の設置環境次第では、所望の放熱性能を得ることができない場合がある。特に、壁に密接して冷却庫が設置される場合には、冷却庫の周囲の外気をエンジンルーム内に取り込むことが困難である。また、外気をエンジンルームに取り込む際の空気抵抗が大きくなる。この場合、所望のエンジンルーム内に取り込まれる風量を所定量以上確保するために、回転数を高く設定すれば、消費電力の増加および騒音値の増大という問題が生じる。さらに、空気抵抗がかなり大きい場合には、所望の放熱性能を確保することができないため、スターリング冷凍機が起動させることができなくなるといった問題もある。また、送風ファンが極端に高い速度で回転すると、モータが焼き付いてしまうという問題もある。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その一の目的は、ウォームセクションで発生する温熱を効率よく外部へ放出することによって、騒音が小さく、かつ消費電力が小さなスターリング冷凍機搭載型の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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一の局面に係る冷却庫は、逆スターリングサイクルによって冷熱を生成するスターリング冷凍機と、スターリング冷凍機で発生した温熱を放出する放熱システムとを備えている。放熱システムは、スターリング冷凍機のウォームセクションに取り付けられた吸熱用熱交換器と、スターリング冷凍機の上方に設けられ、外気へ温熱を放出するための放熱用熱交換器とを有する。吸熱用熱交換器と放熱用熱交換器とは、ウォームセクションで発生した温熱を受け取った高温側二次冷媒が自然循環する循環用配管によって接続されている。また、放熱システムは、送風機を有しており、送風機によって放熱用熱交換器における高温側二次冷媒と外気との熱交換を促進する気流が生成される。さらに、冷却庫は、前述の送風機によって生成された気流を放熱用熱交換器へ導くためのダクトを有する。
【００１０】
この構成によれば、ダクトにより外気を効率的に安定して放熱用熱交換器に導くことができるため放熱効果の高い放熱システムを有する冷却庫が得られる。
【００１１】
また、気流を導くためのダクトが放熱用熱交換器の下方に設置される場合には、放熱気流の上昇力を利用して放熱を行なうことができる。そのため、送風ファンの負担が軽減され、低騒音かつ低消費電力の冷却庫を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の他の局面に係る冷却庫は、逆スターリングサイクルによって冷熱を生成するスターリング冷凍機と、スターリング冷凍機で発生した温熱を放出する放熱システムとを備えている。放熱システムは、スターリング冷凍機のウォームセクションに取り付けられた吸熱用熱交換器と、スターリング冷凍機の上方に設けられ、外気へ温熱を放出するための放熱用熱交換器とを有する。吸熱用熱交換器と放熱用熱交換器とは、ウォームセクションで発生した温熱を受け取った高温側二次冷媒が自然循環する循環用配管によって接続されている。また、放熱システムは、送風機を有しており、送風機によって放熱用熱交換器における高温側二次冷媒と外気との熱交換を促進する気流が生成される。さらに、冷却庫は、前述の送風機によって生成された気流を放熱用熱交換器から放出するためのダクトを有する。
【００１３】
この構成によれば、放熱用熱交換器から放出された気流が、放熱用熱交換器周辺に滞留することなく、ダクトによって外部に導かれるため、より放熱効果の高い放熱システムを有する冷却庫が得られる。
【００１４】
また、気流を放出するためのダクトが放熱用熱交換器の上方に設置される場合、煙突効果を積極的に利用することができる。そのため、送風ファンの負担が軽減され、低騒音かつ低消費電力の冷却庫を得ることができる。
【００１５】
さらに、気流を放出するためのダクトが、放熱用熱交換器の下方に設置される場合には、放熱用熱交換器の整流効果を利用することができる。そのため、低騒音な放熱システムを得ることができる。
【００１６】
また、本発明のさらに他の局面の冷却庫は、逆スターリングサイクルによって冷熱を生成するスターリング冷凍機と、スターリング冷凍機で発生した温熱を放出する放熱システムとを備えている。放熱システムは、スターリング冷凍機のウォームセクションに取り付けられた吸熱用熱交換器と、スターリング冷凍機の上方に設けられ、外気へ温熱を放出するための放熱用熱交換器とを有する。吸熱用熱交換器と放熱用熱交換器とは、ウォームセクションで発生した温熱を受け取った高温側二次冷媒が自然循環する循環用配管によって接続されている。また、放熱システムは、送風機を有しており、送風機によって放熱用熱交換器における高温側二次冷媒と外気との熱交換を促進する気流が生成される。冷却庫は、前述の送風機によって生成された気流を放熱用熱交換器へ導くためのダクトおよび放熱用熱交換器から放出するためのダクトを有する。
【００１７】
この構成によれば、放熱用熱交換器から放出された熱が、放熱用熱交換器周辺に滞留することなく、送風機によってダクト内を案内され、放熱用熱交換器と熱交換を行った後に外部に放出されるため、冷却庫の正面側および上面側以外の面が壁と密接に接している場合であっても、熱交換特性が良好となる。
【００１８】
また、上述の一の局面およびさらに他の局面の冷却庫のそれぞれにおいて、ダクトに気流を取り込む開口部が冷却庫の底面部近傍に設けられていれば、それらの冷却庫のそれぞれがキッチンのような環境で使用される場合に、油煙に起因する悪影響を最小限にし、放熱用熱交換器およびダクトに油分が付着することを防止することができる。そのため、冷却庫の性能を長期間にわたって維持することができる。
【００１９】
また、上述の一の局面、他の局面、およびさらに他の局面の冷却庫のそれぞれにおいて、ダクトに気流を取り込む開口部が冷却庫の上面部の近傍に設けられていれば、放熱用熱交換器から温熱を受け取った気流は、冷却庫の下部に設置されたドレン水処理装置に流入し、効果的に処理される。そのため、ドレン水処理装置としてドレン水処理用ヒータ、送風装置等が省略された構造の冷却庫を提供することが可能になる。その結果、冷却庫の全体的な構成をシンプルにすることができるとともに、消費電力を大幅に削減することが可能になる。
【００２０】
また、上述の一の局面、他の局面、およびさらに他の局面の冷却庫のそれぞれにおいて、ダクトは、気流の方向が変化する部位および気流の横断面の大きさが変化する部分に、そのダクトの内壁面から気流が剥離することを抑制する剥離抑制部を有していれば、ダクト内において渦流が形成されて擬似的に流路が狭くなる縮流の悪影響が抑制される。そのため、ダクト内の気流の平均風速を安定させることが可能となり、ダクト中を効率よく気流が流通するため、ダクト面積を最小限の大きさにすることが可能になる。したがって、冷却庫の庫内容積を最も大きくすることができる。
【００２１】
また、上述の一の局面、他の局面、およびさらに他の局面の冷却庫のそれぞれにおいて、ダクト中にフィルターが設置されていれば、埃や油煙がダクト中に進入し、ダクトの壁面や放熱用熱交換器に付着することが防止される。そのため、放熱用熱交換器の目詰まりやダクト内において埃や油が堆積することによりダクト面積が縮小するといった圧力損失増大の原因となる要因を大幅に削減することが可能となる。また、フィルターは着脱可能であるため、定期的に洗浄することで常に清潔な冷却庫を提供することができる。さらに、ダクト壁面に付着した埃や油を清掃する回数を大幅に削減することが可能となり、使用者の負担を大幅に削減することが可能になる。
【００２２】
また、上述の一の局面、他の局面、およびさらに他の局面の冷却庫のそれぞれにおいて、ダクトは、断熱性の板材によって形成されていることが望ましい。これによれば、排熱によってダクトおよび冷却庫の温度上昇を抑制することができる。
【００２３】
また、ダクトの横断面の面積は、エンジンルーム内の気流に垂直な断面における放熱用熱交換器の開口部の面積の６０％以上の面積を有するように形成されていれば、ダクトにおける気流の平均流速の変化に起因する悪影響を最小限にすることができる。そのため、流体が有するエネルギー損失を最小限にし、送風機の必要消費電力を低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図を参照しながら、本発明の実施の形態のスターリング冷凍システムを説明する。なお、各実施の形態においては、同一の部位には同一の参照符号が付されており、その説明は繰り返さない。
【００２５】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態のスターリング冷凍システム１を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態のスターリング冷凍システムの概略図である。スターリング冷凍システム１は、スターリング冷凍機３で発生した温熱を放出するための放熱システム４と、スターリング冷凍機３が生成した冷熱を伝達するための冷却システム７とを有している。
【００２６】
放熱システム４は、スターリング冷凍機３のウォームセクションの周囲に取り付けられた吸熱用熱交換器２１と、送風ファン６と、送風ファン６が生成する気流によって放熱する放熱用熱交換器５とを有している。吸熱用熱交換器２１と放熱用熱交換器５とは、高温側二次冷媒を循環させるための循環用配管２８によって互いに接続されている。
【００２７】
一方、冷却システム７は、スターリング冷凍機３のコールドセクションに取り付けられた凝縮器２３と、凝縮器２３内で液化した低温側二次冷媒が循環する循環用配管２９と、低温側二次冷媒の循環用配管２９に接続され、冷却庫１内の空間に対して冷熱を伝達する冷却器１４とを備えている。
【００２８】
図２は、本発明の第１の実施形態の冷却庫１の概略的な構成を示す断面図である。本実施の形態の冷却庫は、図１５を用いて説明された冷却庫とほぼ同様の構造であるため、以下においては、本実施の形態の冷却庫と図１５に示す冷却庫との相違点を主に説明する。図２中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦのそれぞれは、気流の向きを表している。
【００２９】
図２に示すように、本実施形態の冷却庫１においては、その背面の近傍であり、かつ、高さ方向の中央部の近傍であって、冷却庫１の断熱壁９の外側にエンジンルーム２が設置されている。エンジンルーム２内には、放熱システム４およびスターリング冷凍機３が設置されている。また、エンジンルーム２の下端部であって、冷却庫の背面の近傍に、吸気用のダクト８の開口部８ａが設けられている。冷却庫の前面上であって冷却庫の下端部の近傍には、開口部８ｂが設けられている。ダクト８は、開口部８ｂから開口部８ａまで延びるとともに、エンジンルーム２より下方において冷却庫の背面および冷却庫の底面に沿うよう形成されている。
【００３０】
また、冷却庫１の背面の近傍であり、かつ、下端部の近傍に、冷却システム７を構成する冷却器１４が設置されている。冷却器１４は、冷却庫１の断熱壁９の内側に設置されている。
【００３１】
また、本実施形態においては、送風ファン６は、放熱用熱交換器５よりも気流の上流側に設けられている。したがって、放熱用熱交換器５が放出した熱によって生じる上昇気流を有効に利用して、放熱用熱交換器５における熱交換が促進されるため、送風ファン６の負担が軽減される。
【００３２】
スターリング冷凍機３が起動すると、気流は、送風ファン６の駆動によって冷却庫１の周囲の外気が矢印Ｆで示すように、開口部８ｂから吸気用のダクト８内へ取り込まれ、吸気用のダクト８によって導かれ、矢印Ａで示すように、エンジンルーム２内に流入し、放熱用熱交換器５に到達する。放熱用熱交換器５と熱交換が行われた後のエンジンルーム２内の温かい空気は、矢印Ｂで示すように、エンジンルーム２の上部に設けられた開口部８ｃから冷却庫１の周囲へ放出される。このように、本実施の形態の冷却庫１によれば、外気が、吸気用のダクト８によって、効率的かつ安定して放熱用熱交換器５まで導かれるため、放熱システム４の放熱効果は高くなる。
【００３３】
さらに、冷却庫１の下部の背面に沿って延びるように吸気用のダクト８が形成されているため、その下部の吸気用のダクト８と壁面とが密接に設置されても、冷却庫１の上部の背面と壁面との間に、開口部８ｃから排出される空気の通り道が形成される。そのため、排気の流通性が損なわれず、効率的な熱交換を行なうことが可能になる。
【００３４】
さらに、冷却庫１は、開口部８ｂが冷却庫１の底面部の近傍に設けられているため、キッチンのような環境下で使用されても、油煙の悪影響を最小限にすることができ、放熱用熱交換器５およびダクト８を構成する壁面に油分が付着することが防される。そのため、冷却庫１の性能を長期間にわたって維持することが可能になる。
【００３５】
さらに、ダクト８は、断熱性に富む材料で形成されているため、周囲温度より温度が高い熱交換後の排熱空気に起因する冷却庫１の内の冷却空間の温度上昇が抑制される。
【００３６】
また、ダクト８中であり、開口部８ｂの近傍にはフィルター１６が設けられている。そのため、埃や油煙がダクト８中に進入し、ダクト８の壁面や放熱用熱交換器５に付着することが防止される。また、フィルター１６はダクト８に対して着脱可能であるため、フィルター１６を定期的に洗浄することによって、常に冷却庫を清潔にすることができる。
【００３７】
一方、スターリング冷凍機３のコールドセクション（低温側熱搬送サイクルの凝縮器）で発生した冷熱は、冷却器（低温側熱搬送サイクルの蒸発器）１４によって、冷気ダクト１０内の空気へ伝達される。このとき、送風ファン（図示しない）の回転によって、冷気ダクト１０内の冷気の一部が、矢印Ｄで示すように、冷凍室１１内に送り込まれるとともに、矢印Ｃで示すように、冷気の他の一部が冷蔵室１２内に送り込まれる。冷蔵室１２内に送り込まれた冷気は、矢印Ｅで示すように、野菜室１３内へ送り込まれる。さらに、野菜室１３内の冷気は、冷却庫１内の排気ダクト（図示せず）を介して再び冷却器１４の付近へ送られる。なお、冷却器１４の除霜によって生じたドレン水は、ドレンパンに向かって落下し、ドレンパン内で蒸発する。
【００３８】
前述のように、本実施の形態の冷却庫においては、ダクト８によって放熱用熱交換器５の熱交換効率を高めることができるため、冷却器１４において極低温の冷熱を効率よく発生させることができる。具体的に言うと、冷却庫１は、−５０℃以下の温度帯で貯蔵物を保存することが可能であり、冷凍および冷蔵の効率が高く、地球環境に与える悪影響が小さく、かつ騒音が小さい。
【００３９】
また、放熱用熱交換器５から放出された気流が、冷却庫１の背面と壁面との間に形成される通気路を通って外部へ排出されるように、ダクト８が冷却庫１のエンジンルーム２よりも下方においてのみ冷却庫１の背面から突出するように設けられている。そのため、放熱用熱交換器５周辺に滞留することなく外部に排出されるため、放熱システム４の放熱効果がより高くなる。
【００４０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の冷却庫を、図面を参照して説明する。図３は、本実施形態の冷却庫１の概略的な構成を示す断面図である。図中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦのそれぞれは、気流の向きを表している。本実施形態の冷却庫の構成は、以下において特に記載がない限り、第１の実施形態の構成と同様とする。
【００４１】
図３に示すように、本実施形態の冷却庫１においては、エンジンルーム２の上端部であって、冷却庫１の背面部の近傍に排気用のダクト８の開口部８ｄが設けられている。冷却庫背面であって冷却庫１の上端部の近傍には、開口部８ｅが設けられている。ダクト８は、開口部８ｅから開口部８ｄまで延びるとともに、エンジンルーム２より上方において冷却庫１の背面に沿うよう形成されている。
【００４２】
スターリング冷凍機３が起動すると、気流は、送風ファン６の駆動によって冷却庫１の周囲の外気が、矢印Ａで示すように、冷却庫１の下端部の開口部８ｆからエンジンルーム２内へ流入する。放熱用熱交換器５において熱交換が行われた後のエンジンルーム２内の温かい空気は、矢印Ｂで示すように、エンジンルーム２の上端部に接続されたダクト８内に流入し、排気用のダクト８によって案内されて、矢印Ｆで示すように、開口部８ｅから冷却庫１の上部へ排出される。
【００４３】
このため、放熱用熱交換器５から放出された気流が、排気用のダクト８によって、放熱用熱交換器５周辺に滞留することなく、外部へ排出されるため、放熱システム４は、その放熱効果がより高くなる。
【００４４】
（第３の実施形態）
次に、本発明における第３の実施形態の冷却庫を、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態の冷却庫１の概略的な構成を示す断面図である。図中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、ＦおよびＧのそれぞれは、気流の向きを表している。本実施形態の冷却庫も、特に記載がない限り、第１の実施形態の冷却庫の構成と同様とする。
【００４５】
ダクト８は、冷却庫１の前面上であって冷却庫の下端部の近傍に設けられた開口部８ｇから、冷却庫１の背面の近傍であってエンジンルーム２内の下端部と上端部に設けられた開口部８ｊおよび８ｉを経て、冷却庫１の背面部の近傍であって冷却庫の上端部に設けられた開口部８ｈまで延びるとともに、冷却庫１の背面部および冷却庫１の底面部に沿うよう形成されている。
【００４６】
スターリング冷凍機３が起動すると、気流は、送風ファン６の駆動によって冷却庫１の周囲の外気が矢印Ｆで示すように、冷却庫１の底面部の近傍の開口部８ｇから吸気用のダクト８内に取り込まれ、ダクト８に案内されて、矢印Ａのように、エンジンルーム２内に流入する。放熱用熱交換器５において熱交換が行われた後のエンジンルーム２内の温かい空気は、矢印Ｂで示すように、エンジンルーム２の上方に形成された排気用のダクト８内に流入し、排気用のダクト８内を案内されて、矢印Ｇで示すように、冷却庫１の上部へ排出される。
【００４７】
上記の構成によれば、壁面と密接に冷却庫１が設置されている場合においても、冷却庫背面部に排気用および吸気用のダクト８が形成されているため、効率的に熱交換を行なうことが可能となる。さらに、吸気口としての開口部８ｇと排気口としての開口部８ｈが、冷却庫１の上端と下端に分かれて設けられているため、排気口から排出された気流がすぐに吸気口からダクト８内に取り込まれる、いわゆるショートサーキットが生じ難い。したがって、効率的に熱交換を行なうことが可能である。
【００４８】
（第４の実施形態）
次に、本発明における第４の実施形態の冷却庫を、図面を参照して説明する。図５は、本実施形態の冷却庫１の概略的な構成を示す断面図である。図中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨのそれぞれは、気流の向きを表している。本実施形態の冷却庫の構成も、特に記載がない限り、第１の実施形態の構成と同様とする。
【００４９】
ダクト８は、冷却庫１の背面部の近傍であって冷却庫１の上端部の近傍に設けられた開口部８ｋから、エンジンルーム２内の上端部と下端部に設けられた開口部８ｍおよび８ｎを介して、冷却庫１の前面であって冷却庫の下端部に設けられた開口部８ｌまで延びるとともに、冷却庫１の背面部および冷却庫１の底面部に沿うように形成されている。
【００５０】
また、本実施形態においては、送風ファン６は、放熱用熱交換器５よりも気流の下流側に設けられている。したがって、放熱用熱交換器５を通過することによって整流された気流が送風ファン６に流入する。そのため、送風ファン６の翼面から気流が剥離することが抑制され、より低騒音な放熱システム４を得ることができる。
【００５１】
スターリング冷凍機３が起動すると、気流は、送風ファン６の駆動によって冷却庫１の周囲の外気が矢印Ｆで示すように、冷却庫１上部の開口部８ｋから吸気用のダクト８内に取り込まれ、吸気用のダクト８を案内されて、矢印Ｂで示すように、エンジンルーム２内に流入する。放熱用熱交換器５において熱交換が行われた後のエンジンルーム２内の温かい空気は、矢印Ａで示すように、エンジンルーム２の下方に形成された排気用のダクト８に流入する。一方、冷却器１４の除霜機能によって生じたドレン水は排気用のダクト８内設置されたドレンパン１５に集められている。排気用のダクト８内においては、ドレンパン１５は、矢印Ｇのように、その内部に溜められた水に直接気流が衝突するように設置されている。そのため、放熱用熱交換器５で温められた気流がドレンパン１５に集められたドレン水に直接吹き付けられる。その結果、ドレン水が効率よく処理される。その後、気流は、矢印Ｈで示すように、冷却庫の下部の近傍であって前面部に設けられた開口部８ｌから冷却庫１の周囲へ排出される。
【００５２】
壁面と冷却庫１の背面とが密接に設置される場合においても、冷却庫１の背面部に沿って吸気用および排気用のダクト８が形成されているため、効率的な熱交換が可能となる。
【００５３】
また、気流を吸気用のダクト８内へ流入するための開口部８ｋと気流を排気用のダクト８から放出するための開口部８ｌが、冷却庫１の上端と下端に分かれて設けられているため、開口部８ｌから放出された気流が、すぐに開口部８ｋから再びダクト８内へ取り込まれる、いわゆるショートサーキットが生じ難く、効率的に熱交換が行われる。
【００５４】
さらに、本実施形態の冷却庫１によれば、ドレン水処理装置、ドレン水処理用ヒータ、または送風装置等を必要としないため、冷却庫１の全体的な構成をシンプルにすることができるとともに、消費電力を大幅に削減することが可能になる。
【００５５】
（第５の実施形態）
次に、本発明における第５の実施形態のスターリング冷凍システムを、図面を参照して説明する。図６は、本発明の第５の実施形態の冷却庫１の概略的な構成を示す断面図である。図中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、ＦおよびＧのそれぞれは、気流の向きを表している。図中の破線で囲った領域Ｘ、Ｙ及びＺのそれぞれは、ダクト８内の気流が剥離するおそれがある部位を示しており、ダクト８を形成する上で特に注意を要する部位である。また、本実施の形態の冷却庫は、特に記載がない限り、第３の実施形態の構成と同様とする。
【００５６】
気流は、本来、ダクト８の内壁面に沿って流れようとする性質を有するが、気流の方向が大きく（たとえば、９０度）変化する部位、および、ダクト８の横断面の大きさが急激に変化するような部位においては、気流は、ダクト８の内壁面から剥離し、渦流が生じるため、擬似的に流路が狭くなる。そのため、消費電力の増大、および渦流の発生に起因する騒音値の増大を招く。
【００５７】
図６の領域Ｘ、Ｙ及びＺのそれぞれの部位において、気流の方向に垂直なダクト８の断面、すなわちダクト８の横断面（たとえば、β−β断面）が図７に示すような矩形であり、図８に示すように、その矩形の斜辺（対角線）Ｓの１６分の１以上の曲率半径を有する円弧状の縦断面（気流の流れに平行な平面でのダクト８の断面：図６に示す断面）を有する剥離抑制部が形成されていることが望ましい。なお、図６の領域Ｘ、Ｙ及びＺのそれぞれの部位において、ダクト８の横断面が図９に示すような円形の場合には、図１０に示すように、その円の直径Ｄの１６分の１以上の曲率半径を有する円弧状の縦断面を有する剥離抑制部が形成されていることが望ましい。また、図６の領域Ｘ、Ｙ及びＺのそれぞれの部位において、ダクト８の横断面が矩形または円形以外の形状である場合には、たとえば、図１１および図１２に示すような円形または矩形の一部が欠けているような図形の場合には、図１０に示すように、その形状が調度収まる円の直径Ｄの１６分の１以上の曲率半径を有する円弧状の縦断面を有する剥離抑制部が形成されていることが望ましい。
【００５８】
前述のような構造によれば、ダクト８内での気流の剥離が抑制され、コアンダ効果が利用されて、全てのダクト８の内壁面に沿うように、気流が案内される。そのため、ダクト８から剥離した気流が渦流を形成し、擬似的に流路が狭くなるといった縮流の悪影響が抑制され、気流の平均風速が安定する。また、気流がダクト８によって効率よく案内されるため、ダクトの横断面の大きさを最小限にするだけで、冷却庫１の冷却空間の容積を最も大きくすることができる。
【００５９】
また、上記の効果と同様の効果を得るための他の手段として、ボルテックスジェネレータを用いてもよい。
【００６０】
具体的には、図６の領域Ｘ、ＹおよびＺの部分にボルテックスジェネレータを設置し、ボルテックスジェネレータの下流域で積極的に乱流境界層を発生させることで、気流の剥離を抑制することができる。
【００６１】
また、上記の効果と同様の効果を得るための他の手段として、ダクトの横断面の面積が変化する部位に、徐々にダクトの横断面の面積を変化させるために、１０度以下の傾斜角を有する接続部を設けることが考えられる。なお、傾斜角が小さいほど、気流の剥離を抑制する効果が高い。
【００６２】
（第６の実施形態）
次に、図１３を参照して、本発明における第６の実施形態の冷却庫を説明する。本実施の形態の冷却庫の構成は、特に記載がない限り、第１の実施形態の構成と同様とする。
【００６３】
図１３は、ダクト面積率とダクト圧力損失率との関係を示す。ここで、ダクト面積率は、気流が流通する放熱用熱交換器５の開口部の面積を基準とした場合のダクト８の横断面の面積の大きさ示す。なお、ここで考慮されるダクト８の横断面は、ダクト８の中で最小面積となる部分の断面であるものとする。
【００６４】
また、放熱用熱交換器５の開口部の面積とは、たとえばフィンチューブ型熱交換器の場合、図１４にハッチングで示すように、エンジンルーム（図６参照）２の水平面と平行な断面において、放熱用熱交換器５の外形とほぼ同一部分（放熱用熱交換器５を構成するフィンおよびチューブの部分を含めたの部分）の面積である。
【００６５】
また、放熱用熱交換器５の開口部の面積がエンジンルーム２の水平断面の面積に比べ小さい場合には、エンジンルーム２内において水平方向に延びる仕切り板が設置される。この仕切り板には放熱用熱交換器５の開口部の外形とほぼ同一の開口部が設けられている。その開口部に嵌め込まれるように放熱用熱交換器５が設置される。それにより、エンジンルーム２に取り込まれた気流の全てが放熱用熱交換器５の周辺を通過する。その結果、熱交換効率を効果的に高めることができる。
【００６６】
なお、図６のβ−β線断面のダクト８の面積を図６のα−α線断面におけるエンジンルーム２内の放熱用熱交換器５の部分（図１４のハッチング部分）の面積で除した値がダクト面積率である。たとえば、ダクト面積率が５０％であることは、放熱用熱交換器５の開口部の面積の５０％の面積がダクトの横断面の面積であることを示す。
【００６７】
また、ダクト圧力損失率は、放熱用熱交換器５を含むダクト８全体の圧力損失を放熱用熱交換器５のみの圧力損失で除した値であり、その値が１に近づくほど、ダクト８による圧力損失が少ないことを示す。
【００６８】
図１３から、ダクト面積が放熱用熱交換器５の開口部の面積の６０％以上の場合には、圧力損失率は、放熱用熱交換器５の圧力損失率とほぼ同一であり、ダクト面積が放熱用熱交換器５の開口部の面積の６０％より小さい場合には、ダクト圧力損失率が高くなっていることが分かる。これは、ダクトの横断面の面積が小さくなったことによって、ダクト８中の気流の平均流速が速くなるために、流速の変化および流体の粘性の影響が大きくなり、圧力損失が増大するためである。この結果、ダクト面積を放熱用熱交換器５の開口部の面積の６０％以上確保することによって、送風ファン６に必要な消費電力を低減することができることが分かる。
【００６９】
なお、前述の各実施の形態の冷却庫においては、スターリング冷凍機３の上方に送風ファン６が配置され、送風ファン６の上方に放熱用熱交換器５が配置されている。しかしながら、冷却庫の構成は、前述のものに限定されるものではなく、たとえば、スターリング冷凍機３の上方に放熱用熱交換器５が配置され、放熱用熱交換器５の上方に送風ファン６が配置されたものであってもよい。また、送風ファン６は、エンジンルーム２の中に配置されているものに限定されものではなく、ダクト８中に配置されていてもよい。
【００７０】
なお、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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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ていることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】スターリング冷凍システムの構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の冷却庫の概略的な構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の冷却庫の概略的な構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の冷却庫の概略的な構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の冷却庫の概略的な構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施形態の冷却庫の概略的な構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態の冷却庫の矩形のダクトの横断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態の冷却庫の矩形のダクトの剥離抑制部の縦断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態の冷却庫の円形のダクトの横断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態の冷却庫の円形のダクトの剥離抑制部の縦断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態の冷却庫の矩形が一部欠けたダクトの横断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態の冷却庫の円形が一部欠けたダクトの横断面図である。
【図１３】ダクト面積率とダクト圧力損失率の関係を示すグラフである。
【図１４】放熱用熱交換器５の開口部の面積を説明するための、図６のα−α線断面図である。
【図１５】本発明者らが非公開の技術として開発中のスターリング冷凍システムを有する冷却庫を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  冷却庫、２  エンジンルーム、３  スターリング冷凍機、４  放熱システム、５  放熱用熱交換器、６  送風ファン、７  冷却システム、８  ダクト、９  断熱壁、１０  冷気ダクト、１１  冷凍室、１２  冷蔵室、１３  野菜室、１４  冷却器、１５  ドレンパン、１６  フィルター。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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