(57)【要約】【課題】冷凍装置が放熱する廃熱を循環回路で所定箇所に伝達するにあたり、循環回路に設置された容積型循環ポンプの騒音を効果的に抑制できる冷却庫を提供する。【解決手段】冷却庫１はスターリング冷凍機１１０で断熱筐体１０内の収納室を冷却する。スターリング冷凍機１１０が放熱する廃熱は高温側第２循環回路１５０で断熱筐体１０の防露部１６０に伝えられる。高温側第２循環回路１５０は容積型ポンプである循環ポンプ１５７で冷媒を循環させる。循環ポンプ１５７の吸込側には吸込側気液分離器１５８が設けられ、吐出側には吐出側気液分離器１５９が設けられる。吸込側気液分離器１５８と吐出側気液分離器１５９は、それぞれ、器体の長軸を傾斜させて上方を入口側、下方を出口側としている。循環ポンプ１５７、吸込側気液分離器１５８、及び吐出側気液分離器１５９は遮音空間１８０に収容される。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍装置の冷却部で庫内を冷却するとともに、前記冷凍装置が放熱する廃熱を循環回路で所定箇所に伝達する冷却庫において、
前記循環回路は容積型循環ポンプで冷媒を循環させるものであり、前記循環ポンプの吸込側には吸込側気液分離器、吐出側には吐出側気液分離器が設けられていることを特徴とする冷却庫。
【請求項２】
前記吸込側気液分離器及び吐出側気液分離器は、それぞれ、器体の長軸を傾斜させて上方を入口側、下方を出口側としたものであることを特徴とする請求項１に記載の冷却庫。
【請求項３】
前記両気液分離器の気体貯留空間に窒素ガスが充填されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却庫。
【請求項４】
前記吸込側気液分離器の気体貯留可能容積を、
（封入時のガス体積）×｛大気圧÷（大気圧−循環ポンプが循環回路内に発生させる差圧）｝
で表される式の値より小とすることを特徴とする請求項１に記載の冷却庫。
【請求項５】
前記吸込側気液分離器の内部ガスと前記吐出側気液分離器の内部ガスの合計体積が、前記循環回路内冷媒の全凍結時の体積膨張分を上回ることを特徴とする請求項１に記載の冷却庫。
【請求項６】
前記循環回路にガスを封入するチャージ部が、前記循環ポンプから前記吐出側気液分離器までの区間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却庫。
【請求項７】
冷媒中の異物を捕集するフィルタが前記吸込側気液分離器内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却庫。
【請求項８】
前記循環ポンプ、前記吸込側気液分離器、及び前記吐出側気液分離器を収容する遮音空間を形成したことを特徴とする請求項１に記載の冷却庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍装置の冷却部で庫内を冷却するとともに、前記冷凍装置が放熱する廃熱を冷媒循環回路で所定箇所に伝達する冷却庫に関する。「冷却庫」とは、本明細書においては、食品その他の物品の温度を下げる装置全般を指す概念であり、「冷蔵庫」「冷凍庫」「冷凍冷蔵庫」「ショーケース」「自動販売機」といった商品としての名称を問わない。
【背景技術】
【０００２】
冷却庫の冷凍サイクルには特定フロン（CFC:chlorofluorocarbon）や代替フロン（HCFC:hydrochlorofluorocarbon、HFC:hydrofluorocarbon）が冷媒として使用されている。これらの冷媒のうちＣＦＣとＨＣＦＣは大気中に放出されると程度の差こそあれオゾン層の破壊につながるので、その生産及び使用は国際的な規制の対象となっている。また、オゾン層を破壊しないＨＦＣにも地球温暖化を促進するという問題がある。
【０００３】
そこで、冷媒としてオゾン破壊物質を使用しないスターリング冷凍機が脚光を浴びている。スターリング冷凍機ではヘリウム等の不活性ガスを作動媒体として使用し、外部動力によりピストンとディスプレーサを動作させて作動媒体の圧縮・膨張を繰り返し、高温ヘッドの温度を高めるとともに低温ヘッドの温度を下げる。そして高温ヘッドで周囲環境に放熱を行い、低温ヘッドで庫内から吸熱を行うものである。
【０００４】
スターリング冷凍機で放熱と吸熱を行うにあたっては、気液相変化を伴う冷媒（熱輸送媒体）を用いることが多い。すなわち高温ヘッドには高温側蒸発器を取付け、その中の冷媒を温熱で蒸発させる。蒸発した冷媒は高温側凝縮器に送られ、そこで放熱して液化し、高温側蒸発器に戻る。低温ヘッドには低温側凝縮器を取付け、その中の冷媒を冷熱で凝縮させる。凝縮した冷媒は低温側蒸発器に送られ、そこで吸熱して気化し、低温側凝縮器に戻る。
【０００５】
上記のように冷媒を循環させてスターリング冷凍機の温熱と冷熱を伝達する冷却庫の例を特許文献１に見ることができる。特許文献１には高温ヘッドの温熱を液状冷媒で回収し、その冷媒を冷却室の開口部など結露防止の必要な箇所（防露部）に張り巡らした防露配管に流して、防露部の温度が結露点以下に下がらないようにした構成が開示されている。
【０００６】
防露配管は冷却庫の断熱筐体の開口部の周囲や断熱筐体内の仕切り部を複雑に経由しており、細く、屈曲箇所が多く、高低差が大きいという、液状冷媒の流れを阻害する要因が揃っている。従って防露配管に冷媒を循環させる循環ポンプとしては、シリンダ方式やダイヤフラム方式など、駆動圧力の高い容積型ポンプが好適する。
【０００７】
容積型ポンプの例を特許文献２、３に見ることができる。特許文献２に記載されているのはシリンダブロック内のローリングピストンをクランクピンで偏心回転させるタイプのものである。特許文献３に記載されているのは圧電振動子ポンプである。
【特許文献１】特開２００６−２１４７０９号公報
【特許文献２】特許第３７３９８０８号公報
【特許文献３】実開昭６２−４５３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
容積型ポンプは内部空間の容積を変化させる駆動体と逆止弁の組み合わせで流体を送り出すものであり、流体が液体である場合、管内の圧力に脈動が生じることが避けられない。圧力の脈動は配管系を振動させ、騒音を生じさせる。
【０００９】
また特許文献２の容積型ポンプのように気液系冷媒を用いるものでは、冷媒の気化と液化が平衡状態にあり、局所的な圧力差でキャビテーションによる騒音・振動が発生しやすい。
【００１０】
圧力の脈動やキャビテーションの問題を軽減するため、特許文献１−３では様々な工夫がこらされている。
【００１１】
特許文献１では、三次冷媒が循環する三次冷媒回路を、高温側蒸発器に接続された二次冷媒循環回路から独立した循環回路として構成し、液系の三次冷媒を強制循環させるポンプにキャビテーションが発生するのを抑制できるようにしている。
【００１２】
特許文献２では、容積型ポンプの吐出側に脈動緩和容器を設けている。
【００１３】
特許文献３では、圧電振動子ポンプの吐出側に、空気を溜めておける貯溜タンクを設けている。
【００１４】
しかしながら、特許文献１−３に記載された構成は、圧力の脈動やキャビテーションによる騒音が外部に聞こえないようにするという点で、十分に手段が尽くされているとは言い難い。
【００１５】
特許文献１の構成は、キャビテーションの発生を抑制できるものではあるが、圧力の脈動を緩和することに関し格別の配慮はなされていない。
【００１６】
特許文献２、３の構成では、ポンプ吐出口の直近に設けた脈動緩和容器あるいは貯溜タンクにより、吐出側に関しては圧力の脈動を緩和できる。しかしながらポンプの吸込側の圧力の脈動まで十分に緩和できるとは言い難い。
【００１７】
特許文献３の第２図のように、気体を隔膜（風船）で封じ込めた体積可変空間を設ける構成もあるが、その場合、隔膜の固有振動数をポンプ駆動周波数以下にしてさらに容積型ポンプの容積可変量を吸収する変位が必要であること、また長期にわたり使用しても冷媒を通さない素材を隔膜とする必要があることなど、満たさねばならない条件が多く、脈動緩和の最適条件を見いだすのが難しい。
【００１８】
また特許文献２の構成では、脈動緩和容器の外周にシーズヒータを巻回し、容器内の液冷媒を蒸発させてガス冷媒とする。容器を包囲する筐体には空気口が設けられ、外気温が高いときは容器の周囲に外気を取り入れてシーズヒータの消費電力を減らすようになっているが、この構成は遮音性を低下させる。却って空気口を通じ騒音を外部にまき散らすことになりかねない。
【００１９】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、冷凍装置が放熱する廃熱を循環回路で所定箇所に伝達するにあたり、循環回路に設置された容積型循環ポンプの騒音を効果的に抑制できる冷却庫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】
【００２０】
（１）上記目的を達成するために本発明は、冷凍装置の冷却部で庫内を冷却するとともに、前記冷凍装置が放熱する廃熱を循環回路で所定箇所に伝達する冷却庫において、前記循環回路は容積型循環ポンプで冷媒を循環させるものであり、前記循環ポンプの吸込側には吸込側気液分離器、吐出側には吐出側気液分離器が設けられていることを特徴としている。
【００２１】
この構成によると、容積型循環ポンプの吸込側と出口側のそれぞれに気液分離器を設けたことにより、気液分離器内に貯留された気体で、循環ポンプの吸込側配管についても吐出側配管についても、圧力の脈動を緩和することができる。
【００２２】
循環回路の内圧を、循環ポンプの位置で大気圧以上となるように調整しておけば、循環ポンプの駆動によるキャビテーションを抑制することができる。
【００２３】
気液分離器を設けることにより脈動が解消され、断続的な送液が円滑になることから循環ポンプの流量を増加させることができ、しかも気液分離器を脈動緩和容器に利用するにあたっては、隔膜を設ける必要がない。
【００２４】
（２）また本発明は、上記構成の冷却庫において、前記吸込側気液分離器及び吐出側気液分離器は、それぞれ、器体の長軸を傾斜させて上方を入口側、下方を出口側としたものであることを特徴としている。
【００２５】
気液分離器はある程度の容積と長さを要する構造体であるため、器体の長軸を垂直にして配置すると、その配置空間が冷却庫の収納空間の方に食い込むことになり、両空間を隔てるために必要な断熱層の量も増える。この構成のように気液分離器の器体の長軸を傾斜させて配置することとすれば、冷却庫の収納空間に食い込まないような配置空間の設計が容易になる。そして、器体を傾斜させたことにより流路断面積を大きく、水面を広くとることができるので、循環回路の主たる配管部分に比べて流速を落とし、気液分離を十分に行うことができる。
【００２６】
（３）また本発明は、上記構成の冷却庫において、前記両気液分離器の気体貯留空間に窒素ガスが充填されていることを特徴としている。
【００２７】
窒素ガスは安全且つ安価である上、不活性なので循環回路の配管や循環ポンプを侵食しない。また、水系冷媒に溶けやすいガスであると、高圧となる循環ポンプの吐出側で冷媒に溶け込み、低圧となる循環ポンプの吸込側で冷媒から抜け出すという傾向が顕著となり、気泡の消滅と発生が騒音をもたらすが、窒素ガスは水系冷媒に溶けにくいのでその懸念はない。
【００２８】
（４）また本発明は、上記構成の冷却庫において、前記吸込側気液分離器の気体貯留可能容積を、
（封入時のガス体積）×｛大気圧÷（大気圧−循環ポンプが循環回路内に発生させる差圧）｝
で表される式の値より小とすることを特徴としている。
【００２９】
循環ポンプを運転すると、循環ポンプが循環回路内に発生させる差圧により、吐出側気液分離器は加圧され、内部の気体は圧縮されて体積が減少する。反対に吸込側気液分離器は減圧され、内部の気体は膨張して体積が増大する。また、吐出側気液分離器から吸込側気液分離器へ封入ガスが移行する現象が発生する。これは、高圧となる吐出側気液分離器でガスが冷媒に溶け込み、低圧となる吸込側気液分離器でガスが冷媒から抜け出すためである。循環ポンプの運転が長期にわたると、循環回路内に封入したガスの大部分が吸込側気液分離器に移行する。吸込側気液分離器の気体貯留可能容積が大きすぎると、吐出側気液分離器のガスが奪われ尽くされてしまい、吐出側気液分離器は圧力の脈動を緩和する能力を喪失する。従って吸込側気液分離器の気体貯留可能容積は、ポンプ差圧による封入ガスの膨張を加味した上で、初期状態の全封入ガスの体積から計算しなければならない。吸込側気液分離器の気体貯留可能容積を上記式の値より小とすることにより、条件が満たされることになる。
【００３０】
循環ポンプ運転時の吸込側気液分離器内の液位は、最終的には、気液分離境界の近辺、言い換えれば吸込側気液分離器の出口上端の高さの近辺で安定する。この状態だと、吸込側気液分離器内のガスが出口から流れ出す、すなわちオーバーフローする可能性があるが、オーバーフローする量は少量であり、一時的に循環ポンプが気泡を吸うものの、気泡は直ちに吐出され、吐出側気液分離器にトラップされる。このため、循環システムは即座に安定する。
【００３１】
（５）また本発明は、上記構成の冷却庫において、前記吸込側気液分離器の内部ガスと前記吐出側気液分離器の内部ガスの合計体積が、前記循環回路内冷媒の全凍結時の体積膨張分を上回ることを特徴としている。
【００３２】
この構成によると、寒冷な気候に見舞われて循環回路の冷媒が全て凍結したとしても、その体積膨張分は吸込側気液分離器の内部ガスと吐出側気液分離器の内部ガスの圧縮によって吸収されるから、配管の破裂を回避できる。
【００３３】
（６）また本発明は、上記構成の冷却庫において、前記循環回路にガスを封入するチャージ部が、前記循環ポンプから前記吐出側気液分離器までの区間に設けられていることを特徴としている。
【００３４】
循環ポンプの吸込側に吸込側気液分離器、吐出側に吐出側気液分離器を設けた構成では、両気液分離器にガスを貯留する必要がある。この構成のように循環ポンプから吐出側気液分離器までの区間にチャージ部を設けておけば、循環ポンプを運転しつつガスをチャージすると、ガスはまず吐出側気液分離器の気体貯留空間を満たして行く。吐出側気液分離器の気体貯留空間を満たしたガスはオーバーフローして経路を一巡し吸込側気液分離器に流れ、そこでトラップされる。チャージするガス量が適切であれば、ガスが吸込側気液分離器からオーバーフローすることはない。
【００３５】
吐出側気液分離器からも吸込側気液分離器からもオーバーフローが生じるような量のガスを封入すると、気液分離器以外の配管にまでガスが溢れてしまう。例えば余剰ガス量が２０ミリリットルで、配管の内径が５ｍｍの場合を想定すると、配管の約１ｍの部分をガスが満たし、その区間の冷媒は排除されることになる。自吸能力の低い循環ポンプであると、簡単に送液不能の状態に陥ってしまう。チャージ部の位置を上記のように設定し、ガス量を適切に設定すれば、このような事態を招かないので、自吸能力の低い循環ポンプであっても採用可能となる。
【００３６】
（７）また本発明は、上記構成の冷却庫において、冷媒中の異物を捕集するフィルタが前記吸込側気液分離器内に設けられていることを特徴としている。
【００３７】
循環回路には、製造段階で入り込んでいた塵や材料切断粉末の他、時間の経過と共に配管内壁に発生した酸化スケールや、純度の低い不凍液を冷媒に混入した場合に析出する不純物や添加物など、様々な固形異物が存在する。これらの異物が容積型循環ポンプに吸い込まれると、弁に異物が挟まって送液能力が低下する。これを防ぐには、循環ポンプの吸込側にできるだけ近い箇所にフィルタを設けるのがよい。吸込側気液分離器は丁度この条件を満たす。また気液分離器は通常の配管部分より内径が大きいため、濾過面積の大きいフィルタを設置することができ、流路抵抗をそれほど増大させなくて済む。
【００３８】
（８）また本発明は、上記構成の冷却庫において、前記循環ポンプ、前記吸込側気液分離器、及び前記吐出側気液分離器を収容する遮音空間を形成したことを特徴としている。
【００３９】
この構成によると、振動とそれに伴う騒音を発生する要素を遮音空間に収容したので、冷却庫の静音化を実現することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によると、容積型循環ポンプの吸込側と出口側のそれぞれに気液分離器を設けたことにより、気液分離器内に貯留された気体で、循環ポンプの吸込側配管についても吐出側配管についても、圧力の脈動を緩和し、騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下本発明の実施形態を図１−１４に基づき説明する。図１は冷却庫の正面図、図２は断熱扉を取り除いた状態の冷却庫の正面図、図３は冷却庫の垂直断面図、図４は異なる部位における冷却庫の垂直断面図、図５は冷気通路の構成説明図、図６は図４のＡ−Ａ線に沿って切断した冷却庫の水平断面図、図７は垂直方向仕切り部の拡大水平断面図、図８は冷却庫に搭載される冷却装置の概略構成図、図９は冷却庫のスターリング冷凍機搭載箇所の部分垂直断面図、図１０は支持部材に支持されたスターリング冷凍機の上面図、図１１は支持部材の上面図、図１２は冷却装置の概略斜視図、図１３は循環ポンプと気液分離器の構造を示す断面図、図１４は冷気の流れを示すブロック構成図である。
【００４２】
冷却庫１は断熱筐体１０を備える。断熱筐体１０は、板金製アウターハウジングの内部に合成樹脂製インナーハウジングを挿入し、アウターハウジングとインナーハウジングの間の隙間に断熱材を挿入、あるいはその隙間で合成樹脂を発泡させて断熱層を形成したものである。このような断熱筐体の製作手法は周知であり、本発明の要点ではないことから、立ち入った説明はしない。
【００４３】
断熱筐体１０の内部は収納室となる。本明細書において「収納室」とは、冷蔵温度帯（０℃〜１０℃）の区画、それよりもやや低い（マイナス３℃程度まで）温度帯である、「氷温」「チルド」「パーシャル」などの呼称が用いられる温度帯の区画、冷凍温度帯（マイナス十数度以下）の区画、高温帯（例えば５０℃〜８０℃）の区画、冷蔵温度帯を除く、高温帯と冷凍温度帯の中間の温度帯の区画など、食品（調味料を含む）、薬品、化粧品などの貯蔵用に用いられる空間の総称である。
【００４４】
収納室は前面に食品出し入れ用の開口部を有し、この開口部を断熱扉で閉ざす。図２に見られるように、収納室は水平方向仕切り部１１により上下に二分割される。水平方向仕切り部１１の上下の空間は垂直方向仕切り部１２、１３により左右に区画部される。なお本明細書では断熱筐体１０の前面に正対した観察者の左側を断熱筐体１０の左側、観察者の右側を断熱筐体１０の右側と定義する。水平方向仕切り部１１より下で、垂直方向仕切り部１３の左側の空間は、水平方向仕切り部１４によりさらに上下に二分割されている。
【００４５】
水平方向仕切り部１１の上、垂直方向仕切り部１２の左の空間は第１区画部１５となる。水平方向仕切り部１１の上、垂直方向仕切り部１２の右の空間は第２区画部１６となる。水平方向仕切り部１４の下、垂直方向仕切り部１３の左の空間は第３区画部１７となる。水平方向仕切り部１１の下、垂直方向仕切り部１３の右の空間は第４区画部１８となる。第１区画部１５と第２区画部１６は冷蔵室として用いられる。第３区画部１７と第４区画部１８は冷凍室として用いられる。水平方向仕切り部１１、１４の間で、垂直方向仕切り部１３の左の空間は、冷蔵室としても冷凍室としても使用可能な温度切替区画部１９となる。第２区画部１６及び第４区画部１８の方が、第１区画部１５、第３区画部１７、及び温度切替区画部１９よりも左右方向の幅が広い。
【００４６】
第１区画部１５の前面開口部には断熱扉２０（図１参照）が設けられ、第２区画部１６の前面開口部には断熱扉２１が設けられ、第３区画部１７の前面開口部には断熱扉２２が設けられ、第４区画部１８の前面開口部には断熱扉２３が設けられ、温度切替区画部１９の前面開口部には断熱扉２４が設けられる。断熱扉２０、２２、２４は向かって左側に設けられたヒンジ部を中心として回動し、断熱扉２１、２３は向かって右側に設けられたヒンジ部を中心として回動する。断熱扉２０の下部には収納室内の各部の温度を設定する操作部２５が設けられている。
【００４７】
第１区画部１５は３段の棚３０により上下方向に仕切られる。最下段の棚３０の下には引き出し式のケース３１が配置される。
【００４８】
第２区画部１６も３段の棚３２により上下方向に仕切られる。最下段の棚３２ａはその上の２段よりも奥行き寸法が大きく、その下には上下二段に重なる引き出し式のケース３３、３４が配置される。下方のケース３４の上面開口部に対しては仕切カバー３５（図３参照）が設けられている。最下段の棚３２ａと仕切カバー３５の間の空間は隔離区画部１６ａを構成し、仕切カバー３５の下の空間は隔離区画部１６ｂを構成する。断熱扉２１の内面にはボトル類や飲料の紙パックなどを収納するラック３６が取り付けられている。
【００４９】
第１区画部１５及び第２区画部１６に対してはそれぞれ照明が設けられる。第１区画部１５用の照明はその天井部に配置されたダウンライト３７（図４参照）であり、第２区画部１６用の照明は奥の壁の上部に配置された照明パネル３８（図３参照）である。ダウンライト３７と照明パネル３８はいずれもＬＥＤを光源とする。
【００５０】
第３区画部１７には計２個のケース４０ａ、４０ｂが、第４区画部１８には計３個のケース４１ａ、４１ｂ、４１ｃが、それぞれ上下に重なる形で挿入されている。ケース４０ａ、４０ｂは両側縁部によって第３区画部１７の内面に、ケース４１ａ、４１ｂ、４１ｃは両側縁部によって第４区画部１８の内面に、それぞれ支持されており、いずれも前方にスライドさせて引き出すことができる。温度切替区画部１９にはケース４２が挿入されている。
【００５１】
第４区画部１８の天井部には製氷ユニット４３が配置される（図３、５参照）。製氷ユニット４３で製造した氷はケース４１ａの中の氷容器４４（図２参照）に受けられる。製氷ユニット４３に水を供給する給水タンク４５は隔離区画部１６ｂの中、ケース３４の右側に設置される。
【００５２】
第３区画部１７及び第４区画部１８は必要に応じて分割し、製氷に特化した独立区分を設置したり、急速冷凍から解凍まで、求められる様々な温度設定に適合した独立区分を設置したりすることが可能である。
【００５３】
収納室は図８の冷却装置１００によって冷却される。冷却装置１００の中心的存在がスターリング冷凍機１１０である。スターリング冷凍機１１０は逆スターリングサイクルにより温熱と冷熱を発生するものであり、温熱は廃熱として主として高温ヘッド１１１から取り出され、冷熱は低温ヘッド１１２から取り出される。
【００５４】
スターリング冷凍機１１０は、内部にはディスプレーサ、ピストン、ピストンを駆動するリニアモータなどの構成要素が配置され、外部形状は軸線を備えた回転体形状となっている。このスターリング冷凍機１１０を、高温ヘッド１１１が上、低温ヘッド１１２が下となるように、軸線を垂直に立てた状態で配置する。前記リニアモータを内蔵する動力部１１３は高温ヘッド１１１のさらに上に位置する。
【００５５】
高温ヘッド１１１から温熱を取り出して放熱するのは高温側第１循環回路１２０である。高温側第１循環回路１２０には二次冷媒として水（水溶液を含む）あるいは炭化水素系の冷媒が封入されている。「二次冷媒」とは、スターリング冷凍機１１０の内部の作動媒体を「一次冷媒」、スターリング冷凍機１１０の外部で熱輸送に用いられる作動媒体を「二次冷媒」と定義することによる。ちなみに後述の「三次冷媒」は、二次冷媒との間で熱交換を行う冷媒の意である。
【００５６】
高温側第１循環回路１２０は二次冷媒を自然循環させるサーモサイフォン循環回路であり、高温ヘッド１１１に対し互いの間で熱を授受する状態、すなわち熱接続された状態で装着された高温側蒸発器１２１と、スターリング冷凍機１１０の上に配置された高温側凝縮器１２２と、高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２とを接続する二次冷媒配管１２３を含む。高温側凝縮器１２２は放熱用の熱交換器として機能する。
【００５７】
高温側蒸発器１２１は銅や銅合金、アルミニウムなど熱伝導の良い金属を中空のリング状に成形したものであり、高温ヘッド１１１の外周面に嵌合し、高温ヘッド１１１に熱接続される。高温側蒸発器１２１の側面からは二次冷媒配管１２３が導出される。二次冷媒配管１２３は、高温側蒸発器１２１の側面から導出された後、上に向かって延びる。そしてスターリング冷凍機１１０の上方で高温側凝縮器１２２に接続される。二次冷媒配管１２３は、蒸発して気体となった二次冷媒を高温側凝縮器１２２に送る気相配管１２３Ｇと、高温側凝縮器１２２で凝縮して液体となった二次冷媒を高温側蒸発器１２１に戻す液相配管１２３Ｌとに分かれている。
【００５８】
高温側凝縮器１２２は、銅や銅合金といった熱伝導の良い金属材料からなるパイプ１２２ａを折り曲げ、これに、同じく熱伝導の良い金属材料からなる多数の放熱フィン１２２ｂを取り付けた構造である。高温側凝縮器１２２には強制空冷用の放熱ファン１２４が組み合わせられる。
【００５９】
低温ヘッド１１２には低温側循環回路１３０が熱接続される。低温側循環回路１３０には二次冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒を封入する。低温側循環回路１３０は、低温ヘッド１１２に対し熱接続された状態で装着された低温側凝縮器１３１と、冷却庫１の断熱筐体１０内に設置された低温側蒸発器１３２と、低温側凝縮器１３１と低温側蒸発器１３２とを接続する二次冷媒配管１３３を含む。低温側蒸発器１３２は冷却装置１００の冷却部として機能する。
【００６０】
低温側凝縮器１３１は銅や銅合金、アルミニウムなど熱伝導の良い金属を中空のリング状に成形したものであり、低温ヘッド１１２の外周面に嵌合し、低温ヘッド１１２に熱接続される。低温側凝縮器１３１の側面からは二次冷媒配管１３３が導出される。二次冷媒配管１３３は、低温側凝縮器１３１の側面から導出された後、下に向かって延びる。そして断熱筐体１０の内部に入り、低温側蒸発器１３２に接続される。二次冷媒配管１３３は、低温側凝縮器１３１で凝縮して液体となった二次冷媒を低温側蒸発器１３２に流下させる液相配管１３３Ｌと、低温側蒸発器１３２で蒸発して気体となった二次冷媒を低温側凝縮器１３１に戻す気相配管１３３Ｇとに分かれている。
【００６１】
低温側蒸発器１３２も高温側凝縮器１２２と同様、銅や銅合金といった熱伝導の良い金属材料からなるパイプ１３２ａを折り曲げたうえで熱伝導の良い金属材料からなる多数の吸熱フィン１３２ｂを取り付けた構造である。
【００６２】
スターリング冷凍機１１０を運転すると、動力部１１３と高温ヘッド１１１、それに高温側第１循環回路１２０の温度が上昇する。すなわちこれらが冷却装置１００の発熱部となる。他方で低温ヘッド１１２と低温側循環回路１３０の温度は下降する。低温側循環回路１３０の中でも低温側蒸発器１３２が、収納室から温熱を奪う冷却部としての役割を果たす。
【００６３】
冷却装置１００は、次のようにして冷却庫１に搭載される。
【００６４】
断熱筐体１０の背面上方の左寄りまたは右寄りの角部に凹部を形成する。この凹部が機械室４６となる（図４、６、９、１２参照）。本実施形態では、機械室４６は断熱筐体１０を正面から見た場合左に偏った位置、すなわち第１区画部１５の奥の左寄りの位置に設けられている。機械室４６は、冷却装置１００の一部、すなわちスターリング冷凍機１１０、高温側蒸発器１２１、高温側凝縮器１２２、二次冷媒配管１２３、放熱ファン１２４、低温側凝縮器１３１と、二次冷媒配管１３３の一部を収容する。収容すべき要素を全て収容した後、機械室４６の上面開口と背面開口は適宜の通風グリルで閉ざされる。
【００６５】
このように冷却装置１００の発熱部は、冷凍室として使用される第３区画部１７や第４区画部１８に比べて温度の高い、冷蔵室として使用される第１区画部１５に隣り合う形で配置されるから、第３区画部１７や第４区画部１８の隣に配置した場合に比べ、間の断熱層を薄くできる。また第１区画部１５は後で説明するように第２区画部１６より温度が高くなる区画部なので、冷却装置１００の発熱部からの影響を第２区画部１６以上に受けにくく、間の断熱層を一層薄くできる。
【００６６】
さらに、断熱筐体１０の背面上方の左寄りまたは右寄りの角部に形成した凹部を機械室４６とし、その中に冷却装置１００の発熱部を配置しているから、収納室の天井部後方の隅部全体が収納室に突き出すことにはならず、収納室への機械室４６の突き出しは比較的小さなものとなり、収納室の有効内容積を大きくとることができる。
【００６７】
機械室４６の正面から見て左側の断熱壁を取り除き、断熱壁の厚さの分だけ機械室４６を左側へ移動させることもできる。このようにすると、収納室への機械室４６の突き出しはさらに小さくなり、収納室の有効内容積が増加し、容積効率が一段と向上する。
【００６８】
スターリング冷凍機１１０を機械室４６の内部に支持するにあたっては支持部材１４０（図１１参照）を用いる。支持部材１４０は断熱筐体１０とは別の部品として形成される額縁状の枠であって、機械室４６の中ほどの高さに適宜の固定手段により水平に固定される。支持部材１４０の内部には、スターリング冷凍機１１０及び高温側第１循環回路１２０の二次冷媒配管１２３を通す開口部１４１が形成されている。開口部１４１の中には、後述する振動吸収体を下から支える張出部１４２が４箇所に形成されている。
【００６９】
スターリング冷凍機１１０の動力部１１３の外面には、板金をプレス加工してなるフランジ状の取付脚１１４（図１０参照）を溶接等適宜手段で固定する。取付脚１１４には、先端が支持部材１４０の張出部１４２に重なる脚部１１４ａが４箇所に放射状に形成されている。なお、取付脚１１４はプレス成形品に限定されるものではない。ダイカスト成形品であってもよく、ＭＣナイロン等高強度の合成樹脂材料を射出成形したものであってもよい。
【００７０】
スターリング冷凍機１１０は、低温ヘッド１１２が一番下に来て、その上に高温ヘッド１１１が来るよう、軸線を垂直にした姿勢で支持部材１４０の開口部１４１に上方から挿入される。スターリング冷凍機１１０の重量は、張出部１４２が取付脚１１４の脚部１１４ａを支持することにより支えられるが、その際、張出部１４２と脚部１１４ａの間には振動吸収手段を介在させる。実施形態では、ゴムのような弾性物質からなる円柱状の振動吸収体１４３が振動吸収手段を構成する。
【００７１】
振動吸収体１４３には、４個の張出部１４２の中心にスターリング冷凍機１１０を、動力部１１３の側面が張出部１４２に接触することのないように支持する役割が求められる。そのため振動吸収体１４３は、適宜の連結手段により、位置ずれや張出部１４２と脚部１１４ａの間からの脱落が生じないように保持される。連結手段としてはボルト、ナット、ワッシャなど周知の機械要素を用いることができる。
【００７２】
高温側第１循環回路１２０は、スターリング冷凍機１１０を支持部材１４０に取り付ける前の段階で高温ヘッド１１１に接続しておく。その状態でスターリング冷凍機１１０の低温ヘッド１１２及び高温ヘッド１１１の部分と、高温側蒸発器１２１と、二次冷媒配管１２３の一部を支持部材１４０の開口部１４１に挿入し、取付脚１１４の脚部１１４ａを振動吸収体１４３の上面に着座させる。
【００７３】
高温側凝縮器１２２は二次冷媒配管１２３により支えられた状態でスターリング冷凍機１１０の上方に位置している。なお、図８では気相配管１２３Ｇと液相配管１２３Ｌは１本ずつしか示されていないが、現実の構成では、図１０に見られるように、気相配管１２３Ｇと液相配管１２３Ｌは２本ずつ存在する。
【００７４】
高温側凝縮器１２２の下面には放熱ファン１２４がダクト１２５を介して連結される。放熱ファン１２４の送風方向は、高温側凝縮器１２２に風を吹き付ける方向であってもよく、高温側凝縮器１２２を通じて風を取り入れる方向であってもよい。
【００７５】
低温側循環回路１３０は、スターリング冷凍機１１０を支持部材１４０に取り付けた段階で、あるいはそれより前の、低温ヘッド１１２が開口部１４１を通り抜けて支持部材１４０の下に頭を出した段階で、低温ヘッド１１２に接続される。
【００７６】
支持部材１４０に対するスターリング冷凍機１１０の組み付けと、スターリング冷凍機１１０に対する高温側第１循環回路１２０と低温側循環回路１３０の接続が完了した状態では、すなわち図８の状態では、高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間にスターリング冷凍機１１０の動力部１１３が配置されている。この構成により、高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間の高低差を、二次冷媒を自然循環させるに十分な程度に大きく確保することができる。これにより、放熱効率が向上するとともに、高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間の空間を、スターリング冷凍機１１０の動力部１１３の配置に利用するので、空間を有効に活用できる。
【００７７】
また図９の状態では、高温側凝縮器１２２を強制空冷する放熱ファン１２４も高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間に配置されている。この構成も高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間の高低差を大きくするのに役立つ。
【００７８】
高温側第１循環回路１２０の二次冷媒配管１２３は、高温側蒸発器１２１から導出された後、スターリング冷凍機１１０の上方にある高温側凝縮器１２２に向かって上に延びる。低温側循環回路１３０の二次冷媒配管１３３は、低温側凝縮器１３１から導出された後、スターリング冷凍機１１０の下方にある低温側蒸発器１３２に向かって下に延びる。上にある高温側蒸発器１２１からの二次冷媒配管１２３が上に向かい、下にある低温側凝縮器１３１からの二次冷媒配管１３３が下に向かうという、きわめて単純な構図なので、低温ヘッド１１２及び低温側循環回路１３０を含む冷却サイクルと、高温ヘッド１１１及び高温側第１循環回路１２０を含む放熱サイクルとを無理・無駄なく分離できる。配管作業も容易である。
【００７９】
なお低温側蒸発器１３２は、正面から見てスターリング冷凍機１１０のある側に片寄らせておくと、二次冷媒配管１３３の引回しが更に容易になり、二次冷媒の循環効率が向上する。また、二次冷媒配管１３３と低温側蒸発器１３２の接続部もスターリング冷凍機１１０のある側に設けておけば、二次冷媒配管１３３の引回しが一層容易になり、二次冷媒の循環効率が更に向上する。
【００８０】
低温ヘッド１１２付近の構造、特に配管構造が複雑化していないので、それを取り囲むように断熱構造を形成することも容易である。図９には低温ヘッド１１２と二次冷媒配管１３３を囲む断熱体１４４を仮想線で示す。断熱体１４４は、所定の空間を囲っておいてその中でウレタン発泡を行わせたり、複数の発泡ウレタンブロックを組み合わせるといった手法で形成できる。
【００８１】
高温側凝縮器１２２と放熱ファン１２４、それにダクト１２５は、二次冷媒配管１２３により、スターリング冷凍機１１０自体を支えとして機械室４６の内部空間に保持されている。このため、高温側凝縮器１２２と放熱ファン１２４がスターリング冷凍機１１０と共に支持されることになり、振動吸収体１４３の振動吸収作用を高温側凝縮器１２２と放熱ファン１２４にも及ぼすことができ、これらの構成要素の振動レベルを一挙に低下させることができる。
【００８２】
また支持部材１４０にスターリング冷凍機１１０を取り付けるにあたっては、高温側第１循環回路１２０を接続した形のスターリング冷凍機１１０を上から支持部材１４０の開口部１４１に通し、その上で低温ヘッド１１２に低温側循環回路１３０を接続すればよく、組立が容易である。
【００８３】
高温側第１循環回路１２０が高温ヘッド１１１から取り出した温熱は防露部（断熱筐体１０の表面のうち、結露を避けたい箇所）の結露防止にも利用される。これを実現するのが高温側第２循環回路１５０である。なお特許請求の範囲に「循環回路」とあるのは、この高温側第２循環回路１５０のことである。
【００８４】
高温側第２循環回路１５０は高温側第１循環回路１２０の気相冷媒配管１２３Ｇに熱交換器１５１を介して熱接続される。
【００８５】
高温側第２循環回路１５０内には三次冷媒が非減圧状態で封入される。三次冷媒は水と不凍液の混合液である。三次冷媒は循環量確保のため低粘度にする必要があるので、不凍液の混合比は低くなっている。
【００８６】
高温側第２循環回路１５０の配管１５２は、熱交換器１５１を出た後、図１２に示す経路をたどる。すなわち配管１５２は下り管１５２Ｄとなって断熱筐体１０の底部へと下り、そこに設置されたドレンパン１５３に入る。配管１５２はドレンパン１５３の中を蛇行し、ドレンパン１５３に溜まったドレン水の温度を上昇させる。ドレンパン１５３に対してはファン１５４が組み合わせられ、ドレン水の蒸発をさらに促進するようになっている。
【００８７】
ドレンパン１５３を出た配管１５２は分岐部１５５で２系統に分かれる。一方の系統は第１防露配管１５２Ｆとなり、他方の系統はそれと並列の第２防露配管１５２Ｓとなる。第１防露配管１５２Ｆと第２防露配管１５２Ｓは共に断熱筐体１０の右側壁の下部に入り、右側壁を前方に抜けて断熱筐体１０の前面下部に達する。第１防露配管１５２Ｆと第２防露配管１５２Ｓはそこから別の経路をたどる。
【００８８】
第１防露配管１５２Ｆは断熱筐体１０の右側壁の前縁を上昇する。上昇途中で水平方向仕切り部１１の前縁に入り、ヘアピン形状を描いた後、右側壁の前縁に戻り、上昇を続ける。右側壁の上端に達した第１防露配管１５２Ｆは天井壁に入り、天井壁の前縁を右から左に抜けて左側壁に至り、左側壁の前縁を下降し、さらに左側壁の下部を背面側に抜けて集合部１５６に達する。このように、第１防露配管１５２Ｆは断熱筐体１０の前面外周部分を主たる配管場所としている。
【００８９】
第２防露配管１５２Ｓは右側壁の前縁から底部壁に入り、底部壁の前縁を右から左に抜けて垂直方向仕切り部１３の下端に達する。第２防露配管１５２Ｓはそこで上方へと向きを変え、垂直方向仕切り部１３、１２の前縁を下から上に抜ける。垂直方向仕切り部１２の上端に達した第２防露配管１５２Ｓは折り返して下降する。下降途中で水平方向仕切り部１１の前縁に入り、ヘアピン形状を描いた後、垂直方向仕切り部１３の前縁に戻る。第２防露配管１５２Ｓはその後水平方向仕切り部１４の前縁にも入り、ヘアピン形状を描いた後、垂直方向仕切り部１３の前縁に戻って底部壁まで下降を続ける。第２防露配管１５２Ｓはその後底部壁の前縁を右から左に抜けて左側壁に入り、左側壁の下部を背面側に抜けて集合部１５６に達する。このように、第２防露配管１５２Ｓは仕切り部（垂直方向仕切り部１２、１３と水平方向仕切り部１１、１４）を主たる配管場所としている。
【００９０】
第１防露配管１５２Ｆと第２防露配管１５２Ｓとで管の種類を異ならせてあり、第２防露配管１５２Ｓの流路断面積（管の内部の断面積）は第１防露配管１５２Ｆの流路断面積より大となっている。また第１防露配管１５２Ｆと第２防露配管１５２Ｓは、互いの全長が同程度になるように設計されている。そして第２防露配管１５２Ｓの最高部が垂直方向仕切り部１２の上端に達しているので、第１防露配管１５２Ｆと第２防露配管１５２Ｓは互いの最高高さも同程度ということになる。
【００９１】
集合部１５６で一本化された配管１５２は断熱筐体１０の底部に設置された循環ポンプ１５７に入る。循環ポンプ１５７には容積型ポンプが用いられており、その吸込側には吸込側気液分離器１５８が接続され、吐出側には吐出側気液分離器１５９が接続されている。
吸込側気液分離器１５８及び吐出側気液分離器１５９は配管１５２を通じて運ばれる冷媒から気泡を分離する。循環ポンプ１５７、吸込側気液分離器１５８、及び吐出側気液分離器１５９の構造と配置については後で詳しく説明する。
【００９２】
循環ポンプ１５７を出た配管１５２は上り管１５２Ｕとなり、熱交換器１５１に戻る。
【００９３】
右側壁と左側壁、天井壁と底部壁、及び水平方向仕切り部と垂直方向仕切り壁の各前縁を包括したものが防露部１６０（図８参照）となる。第１防露配管１５２Ｆと第２防露配管１５２Ｓは防露部１６０では断熱筐体１０の表面近くを通り、高温側第１循環回路１２０より熱交換器１５１を介して得た温熱をその箇所に伝える。これにより防露部１６０の温度は結露点以上に維持される。
【００９４】
前述の通り、第１防露配管１５２Ｆよりも第２防露配管１５２Ｓの方が流路断面積大となっている。断熱筐体１０の外周部分を通る第１防露配管１５２Ｆよりも、断熱筐体１０の内部で一層低い温度にさらされる仕切り部を通る第２防露配管１５２Ｓの方が多くの温熱を必要とするところ、第２防露配管１５２Ｓを第１防露配管１５２Ｆよりも流路断面積大としたことにより、第２防露配管１５２Ｓの方により多くの冷媒が流れるようになり、温熱の適切な配分を実現できる。
【００９５】
また前述の通り、第１防露配管１５２Ｆと第２防露配管１５２Ｓは、互いの全長同士、及び互いの最高高さ同士が同程度に設定されているので、第１防露配管１５２Ｆと第２防露配管１５２Ｓの間に冷媒の偏流が生じる要因がなく、いずれにおいても冷媒のスムーズな流れを確保できる。また冷媒の流量比がほぼ防露配管の流路断面積比で決まることになり、配管設計が楽である。
【００９６】
第１防露配管１５２Ｆと第２防露配管１５２Ｓを断熱筐体１０及び仕切り部の外殻部分の裏側に配置するにあたり、配管を外殻部分の裏側にブチルゴムテープで貼り付けるという作業を行う。このとき、流路断面積の小さい、すなわち外径の細い第１防露配管１５２Ｆはテープでは外殻部分に密着させにくいのであるが、第１防露配管１５２Ｆが通る箇所は温熱伝達が比較的少なくて済む箇所なので問題は少ない。これに対し外径の太い第２防露配管１５２Ｓはテープをもって外殻部分に密着させることができ、温度が低くなる仕切り部により多くの温熱を伝達するという課題の達成が可能となる。
【００９７】
場所によっては、ブチルゴムテープでなく外殻部分の内部に配置される部品で防露配管を外殻部分の内面に押しつける設計にすることもある。第１防露配管１５２Ｆに対しても第２防露配管１５２Ｓに対しても共通の部品を使用することとすれば、外径の太い第２防露配管１５２Ｓは外殻部分に密着するものの、外径の細い第１防露配管１５２Ｆは外殻部分に密着しないという事態がここでも発生するが、ブチルゴムテープの場合と同じ理由により、大きな問題にはならない。
【００９８】
続いて低温側蒸発器１３２及び冷気通路の配置を、主に図５を参照しつつ説明する。低温側蒸発器１３２は断熱筐体１０の内部でスターリング冷凍機１１０よりも下の位置に置かれる。さらに言えば、垂直方向仕切り部１２の下部以下のレベルに配置される。これにより、二次冷媒の自然循環が更に安定して行われることになる。
【００９９】
低温側蒸発器１３２が配置されるのは、第４区画部１８の奥の壁の手前に設けられた冷気通路５０（図３参照）の中である。冷気通路５０の手前には別の冷気通路５１が設けられる。冷気通路５０の下部には収納室内冷却の役目を終えた戻り空気を吸い込む吸気口５２が形成される。低温側蒸発器１３２は冷気通路５０の中で吸気口５２の上方の位置に設置される。低温側蒸発器１３２の上方には冷気通路５１に空気を吹き出すファン５３が設けられる。
【０１００】
冷気通路５１から、支線となる３本の冷気通路が延び出す。１番目のものは第１区画部１５及び第２区画部１６に冷気を送る冷気通路５４である。冷気通路５４は第２区画部１６の奥の壁の手前へと上昇し、そこに吐出ダンパ５５とファン５６が設けられている。ファン５６を過ぎた冷気通路５４は垂直方向仕切り部１２の中に入り、垂直方向仕切り部１２の内部を上り冷気通路５４Ｕ（図３参照）となって上昇する。
【０１０１】
垂直方向仕切り部１２の上部に達した上り冷気通路５４Ｕは、短い水平連絡通路５４Ｈを経て下り冷気通路５４Ｄに連続する。下り冷気通路５４Ｄは垂直方向仕切り部１２の下部へと上り冷気通路５４Ｕの手前側を降下する。上り冷気通路５４Ｕ、水平連絡通路５４Ｈ、及び下り冷気通路５４Ｄは倒立した略Ｕの字状となる。
【０１０２】
上り冷気通路５４Ｕには、第２区画部１６に冷気を吐出する冷気吐出口５７が上下方向に間隔を置いて複数形成される。下り冷気通路５４Ｄには、第１区画部１５に冷気を吐出する冷気吐出口５８が上下方向に間隔を置いて複数形成される。冷気吐出口５７、５８は垂直方向仕切り部１２内に位置する。
【０１０３】
複数の冷気吐出口５７の総開口面積と、複数の冷気吐出口５８の総開口面積は、第２区画部１６と第１区画部１５の容積比に応じて配分するのがよい。また、第２区画部１６においては複数の冷気吐出口５７を、第１区画部１５においては複数の冷気吐出口５８を、それぞれ室内温度の均一化が進むように配置する。実験を通じて冷気吐出口の位置を決定するのが望ましい。
【０１０４】
上り冷気通路５４Ｕを流れる冷気の量は、冷気吐出口５７から供給される冷気の量と冷気吐出口５８から供給される冷気の量の合計である。従って、上り冷気通路５４Ｕには下り冷気通路５４Ｄよりも大きな断面積が必要になる。上り冷気通路５４Ｕと下り冷気通路５４Ｄの断面積比も実験を通じて決定するのが望ましい。
【０１０５】
冷気通路５４には２本の横方向冷気通路が連通する。１本は冷気通路５４が垂直方向仕切り部１２に入る前に枝分かれする横方向冷気通路５９で、最下段の棚板３２の下面に沿うように隔離区画部１６ａの奥の壁を這う。横方向冷気通路５９には垂直方向仕切り部１２から所定距離離れた場所に冷気吐出口６０が形成される。冷気吐出口６０は隔離区画部１６ａの中で左右方向に間隔を置いて複数形成する。本実施形態では、冷気吐出口６０は２個設けられている。冷気吐出口６０はケース３３の内部に向けて冷気を供給する。冷気吐出口６０は、横方向冷気通路５９の下流側に配置されたものほど開口面積を大きくし、隔離区画部１６ａの左側部分と右側部分で温度が均一化するようにしておくとよい。
【０１０６】
もう１本の横方向冷気通路は上り冷気通路５４Ｕから枝分かれする横方向冷気通路６１で、第２区画部１６の奥の壁と天井とのなすコーナー部を這う。横方向冷気通路６１には垂直方向仕切り部１２から所定距離離れた場所に冷気吐出口６２が形成される。冷気吐出口６２は第２区画部１６の中で左右方向に間隔を置いて複数形成する。本実施形態では、冷気吐出口６２は２個設けられている。冷気吐出口６２は、横方向冷気通路６１の下流側に配置されたものほど開口面積を大きくし、第２区画部１６の左側部分と右側部分で温度が均一化するようにしておくとよい。
【０１０７】
冷気通路５１から支線として延び出す３本の冷気通路のうち、２番目のものは第３区画部１７に冷気を送る冷気通路６３である。冷気通路６３には吐出ダンパ６４が設けられ、その下流に冷気吐出口６５が形成されている。
【０１０８】
冷気通路５１から支線として延び出す３本の冷気通路のうち、３番目のものは温度切替区画部１９に冷気を送る冷気通路６６である。冷気通路６６には上流から下流へ、吐出ダンパ６７、ファン６８、ヒータ６９、及び冷気吐出口７０が設けられている。
【０１０９】
冷気通路５１には、冷気通路５４、６３、６６だけでなく、第４区画部１８に直接冷気を吐出する冷気吐出口（図示せず）も形成される。
【０１１０】
各区画部を冷却した冷気は、それぞれに戻り通路を介して冷気通路５０の吸気口５２に戻される。第２区画部１６に対しては戻り通路７１が用意される。戻り通路７１は２箇所に吸気口を有する。その１は隔離区画部１６ａに開口した吸気口７２である。その２は隔離区画部１６ｂに開口した吸気口７３である。
【０１１１】
第１区画部１５に対しては、垂直方向仕切り部１２の下部後方を貫通して隔離区画部１６ｂへと抜ける開口部が戻り通路７４となる。第１区画部１５内の冷気は戻り通路７４から隔離区画部１６ｂに入り、吸気口７３に吸い込まれる。
【０１１２】
温度切替区画部１９に対しては戻り通路７５が用意される。戻り通路７５には戻りダンパ７６が設けられている。
【０１１３】
第３区画部１７に対しても吸気口５２に連結する戻り通路が用意されるが、これは図示せず、図５に点線矢印で冷気の流れを示すにとどめる。第４区画部１８の内部の冷気は直接吸気口５２に吸い込まれる。
【０１１４】
スターリング冷凍機１１０の運転を続けていると、断熱筐体１０内の空気中の水分が霜となって低温側蒸発器１３２に付着する。霜は低温側蒸発器１３２の熱交換効率を低下させる。これを防ぐため、低温側蒸発器１３２の下方に霜取りヒータ７７を配置する。霜取りヒータ７７は適宜のタイミングで通電され、低温側蒸発器１３２の除霜を行う。霜が溶けて生じた水分は冷気通路５０の底部の漏斗部７８からドレンパン１５３にドレン水として滴下する。ドレン水はそこで配管１５２からの熱とファン１５４からの風により蒸発せしめられる。
【０１１５】
冷却庫１の全体制御を司るのは図８に示す制御部８０である。制御部８０は、操作部２５を通じてなされた温度設定指令あるいは運転指令に基づき、また各部に配置された温度センサ（図示せず）からの信号に基づき、スターリング冷凍機１１０、製氷ユニット４３、ファン５３、吐出ダンパ５５、ファン５６、吐出ダンパ６４、吐出ダンパ６７、ファン６８、ヒータ６９、戻りダンパ７６、霜取りヒータ７７、ファン１５４、循環ポンプ１５７などの要素を制御して各室の温度を調節し、また製氷、霜取りを行う。なお制御部８０を構成する電装部品は断熱筐体１０の天井部の上に設置された電装ボックス８１（図３、４参照）の内部に収納される。
【０１１６】
制御部８０がスターリング冷凍機１１０の運転を始めると、高温ヘッド１１１には温熱が発生する。温熱により高温側蒸発器１２１の内部の二次冷媒は蒸発して気体となり、温熱を潜熱として保持する。気体化した二次冷媒は気相配管１２３Ｇを上昇して高温側凝縮器１２２に入り、そこで凝縮して潜熱を顕熱化する。顕熱となった温熱は高温側凝縮器１２２の表面から庫外に放熱される。放熱ファン１２４から吹き付ける風が放熱を助ける。凝縮し、液体になった二次冷媒は液相配管１２３Ｌを下降して高温側蒸発器１２１に戻る。
【０１１７】
低温ヘッド１１２には冷熱が発生する。冷熱により低温側凝縮器１３１の内部の気体状の二次冷媒は凝縮して液体となり、冷熱を潜熱として保持する。液体化した二次冷媒は液相配管１３３Ｌを下降して低温側蒸発器１３２に入り、そこで冷却庫１の庫内の熱により蒸発する。二次冷媒の蒸発により、冷熱が顕熱化する。蒸発し、気体になった二次冷媒は気相配管１３３Ｇを上昇して低温側凝縮器１３１に戻る。
【０１１８】
低温側蒸発器１３２で冷熱が顕熱化した状態でファン５３を運転すると、冷気通路５０の下端の吸気口５２から吸い込まれた空気が低温側蒸発器１３２によって冷却され、冷気となる。冷気はファン５３により冷気通路５１に送り込まれ、そこからさらに冷気通路５４、６３、６６へと送り込まれる。また図示しない冷気吐出口から第４区画部１８に吹き出される。
【０１１９】
冷却装置１００は、通常のコンプレッサ方式冷却装置で達成できる冷凍温度であるマイナス１８℃よりもさらに低い、平均でマイナス４２〜４３℃、場合によっては局部的にはマイナス５０℃程度の吐出温度の冷気温度が実現可能である。このため、ファン５３からの冷気が直接吹き出す第４区画部１８は室内温度をマイナス４０℃程度にまで下げることができる。製氷ユニット４３の中の製氷ファン（図示せず）はこの冷気を水に吹き付けて製氷を行うものであり、製氷は迅速に進む。なお冷却装置１００の冷凍能力を加減することにより、マイナス１８℃程度の冷気温度とすることもできる。
【０１２０】
図１２から判るように、垂直方向仕切り部１３に入る第２防露配管１５２Ｓの中で、上流側となる部分が、最も低温とすることのできる区画部である第４区画部１８の傍らを通る。このため、仕切り部の中でも結露防止により多くの熱量を必要とする箇所に、第２防露配管１５２Ｓの中でも温熱輸送量の多い部分を一致させることができ、結露防止を合理的に実現できる。
【０１２１】
第３区画部１７は、吐出ダンパ６４の開度を調整することにより、流入する冷気の量を制御することができる。このため、第４区画部１８と無関係に、第３区画部１７の温度を通常の冷凍温度であるマイナス１８℃に維持することができる。
【０１２２】
温度切替区画部１９は、チルド温度からマイナス１８℃まで、幅広い温度帯で使用されるが、その温度調整は、吐出ダンパ６７及び戻りダンパ７６により流入する冷気量を制御し、また必要に応じヒータ６９で冷気を加温することによって行われる。
【０１２３】
温度切替区画部１９は冷凍食品の解凍にも用いられるため、第４区画部１８と大きな温度差がつくことがある。温度切替区画部１９の高い温度が第４区画部１８に影響を及ぼさないように、垂直方向仕切り部１３の中でも温度切替区画部１９と第４区画部１８の間の部分は特に断熱層が厚くされている。また温度切替区画部１９から吸気口５２に戻る空気が第４区画部１８の中の空気に混じらないよう、戻り通路７５は第４区画部１８から独立している。
【０１２４】
なお、吐出ダンパ６７と戻りダンパ７６を閉じ、ファン６８を運転すると、温度切替区画部１９の中で空気が循環する。この状態でヒータ６９に通電すると、温度切替区画部１９の温度を、チルド温度をはるかに超える５０〜８０℃といった高温にすることができる。このような高温では腐敗菌の増殖が抑えられるので、食品その他を保温状態で衛生的に貯蔵することができる。
【０１２５】
第１区画部１５と第２区画部１６に対しては冷気通路５４を通じファン５６より冷気が送り込まれるが、その冷気が第１区画部１５と第２区画部１６を冷却しすぎることにならないように、冷気量は吐出ダンパ５５によって調整される。冷気は冷気通路５４から上り冷気通路５４Ｕに入り、その中を上昇しつつ冷気吐出口５７から第２区画部１６に吹き出す。冷気吐出口５７は隔離区画部１６ａより上の空間に上下方向に間隔を置いて複数形成されているので、その空間は均一に冷却される。
【０１２６】
冷気の一部は上り冷気通路５４Ｕの上端付近で横方向冷気通路６１に入り、冷気吐出口６２から吹き出す。冷気吐出口６２は垂直方向仕切り部１２から所定距離離れた場所に設けられているので、冷気吐出口５７が吐出する冷気と、冷気吐出口６２が吐出する冷気により、隔離区画部１６ａより上の空間は均一に冷却される。冷気吐出口６２が水平方向に間隔を置いて２個形成されているので、均一冷却の働きは一層強まる。横方向冷気通路６１の下流側、すなわち右側の冷気吐出口６２の開口面積を左側のものより大きくしておけば、冷蔵室１６の左側部分と右側部分の温度均一化を一層促進することができる。
【０１２７】
上り冷気通路５４Ｕの上端に達した冷気は水平連絡通路５４Ｈを経て下り冷気通路５４Ｄに入る。そして下り冷気通路５４Ｄの中を下降しつつ冷気吐出口５８から第１区画部１５に吹き出す。冷気吐出口５８は垂直方向に間隔を置いて複数形成されているので、第１区画部１５は均一に冷却される。
【０１２８】
冷気は、上り冷気通路５４Ｕを上昇するに従い左右の区画部に間接的に冷熱を放出する。逆に言えば温熱を受け取るので、下り冷気通路５４Ｄに入る冷気は上り冷気通路５４Ｕに入ったばかりの頃よりも温度が上昇している。このため、第１区画部１５の温度は第２区画部１６の温度より高くなる。
【０１２９】
このように、垂直方向仕切り部１２の内部に冷気通路を設けたことにより、これまで顧みられなかった垂直方向仕切り部１２の内部空間を有効活用し、第１区画部１５及び第２区画部１６の奥行きを拡大できる。また垂直方向仕切り部１２内には、低温側蒸発器１３２で冷却された冷気を上に上げる上り冷気通路５４Ｕと、上に上がった冷気を下に下ろす下り冷気通路５４Ｄとを形成し、第２区画部１６には上り冷気通路５４Ｕから冷気を供給し、第１区画部１５には下り冷気通路５４Ｄから冷気を供給するから、流動過程で自然に生じる冷気の温度上昇を利用して、第２区画部１６と第１区画部１５とで温度を異ならせることができる。
【０１３０】
図７には垂直方向仕切り部１２の詳細構造が示されている。垂直方向仕切り部１２は垂直方向仕切り部前方部分１２Ａと垂直方向仕切り部後方部分１２Ｂにより構成される。垂直方向仕切り部前方部分１２Ａは断熱体１７０を左シェル１７１Ｌと右シェル１７１Ｒで挟んだ構造であり、垂直方向仕切り部後方部分１２Ｂは断熱体１７２を左シェル１７３Ｌと右シェル１７３Ｒで挟んだ構造である。断熱体１７０、１７２はスチロールやウレタンなどの樹脂を発泡させたものである。左シェル１７１Ｌ、右シェル１７１Ｒ、左シェル１７３Ｌ、右シェル１７３Ｒはポリプロピレンやポリスチレンなどの樹脂により形成される。左シェル１７１Ｌと右シェル１７１Ｒ、左シェル１７３Ｌと右シェル１７３Ｒは爪係合やねじ止め、接着により互いに結合される。
【０１３１】
垂直方向仕切り部前方部分１２Ａの前面はカバー１７４で覆われる。カバー１７４はカラー鋼板からなり、言うまでもなくこれは磁性体なので、第１断熱扉２０及び第２断熱扉２１の裏面に取り付けた磁石入りのガスケットがぴったりと吸着する。これにより、第１断熱扉２０と第２断熱扉２１の密閉性が向上する。カバー１７４の左シェル１７１Ｌと右シェル１７１Ｒに対する結合も、爪係合やねじ止め、接着などにより行われる。
【０１３２】
カバー１７４の裏面に近接して、第２防露配管１５２Ｓが配置されている。第２防露配管１５２Ｓは、断熱体１７０に形成された凹部１７５の中に配置されている。第２防露配管１５２Ｓはカバー１７４に直接接触させても良いし、カバー１７４の裏面にブチルゴムシートを貼り付け、このブチルゴムシートを介してカバー１７４に接触させても良い。ブチルゴムシートはカバー１７４の取り付けの補強にもなる。なお第２防露配管１５２Ｓをカバー１７４に接触させるについては、前述のようにブチルゴムテープによる貼り付け、あるいは左シェル１７１Ｌと右シェル１７１Ｒの内部に配置された部品による押し付けといった手段を用いる。
【０１３３】
ここまで説明した垂直方向仕切り部１２の形成手法は、水平方向仕切り部１１、１４と垂直方向仕切り部１３の形成にも適用される。
【０１３４】
断熱体１７２には、左シェル１７３Ｌに面する側に、上り冷気通路５４Ｕ、水平連絡通路５４Ｈ、及び下り冷気通路５４Ｄをかたどった凹部１７６が形成される。この凹部１７６を左シェル１７３Ｌで覆うことにより、上り冷気通路５４Ｕ、水平連絡通路５４Ｈ、及び下り冷気通路５４Ｄが形成されるものである。
【０１３５】
上り冷気通路５４Ｕを外部から隔てるのは左シェル１７３Ｌのみである。従って、上り冷気通路５４Ｕを通る冷気で左シェル１７３Ｌの表面が冷却され、そこに結露の可能性が生じるが、図６に見られるように、この部分は機械室４６の右側隔壁４６ａに密着しているため、結露は防止される。なお、左シェル１７３Ｌと右側隔壁４６ａの間に空気が入り込むと、空気中の水分が結露するので、この箇所に空気が入り込まないようにシール材（例えばブチルゴム、シリコンゴム、軟質ウレタン発泡体等）でシールしておくとよい。
【０１３６】
水平連絡通路５４Ｈのうち、右側隔壁４６ａから外れる部分と、下り冷気通路５４Ｄについては、外部から隔てるのが左シェル１７３Ｌだけということになると、左シェル１７３Ｌの表面に結露が発生する。そこで、これらの箇所については左シェル１７３Ｌの裏側に断熱体１７７を配置し、水平連絡通路５４Ｈと下り冷気通路５４Ｄを通る冷気が左シェル１７３Ｌに接触しないようにする。
【０１３７】
断熱体１７７を配置する結果、下り冷気通路５４Ｄは多少右側にずれる。その分、右シェル１７３Ｒとの間の断熱体１７２の厚さが薄くなるが、下り冷気通路５４Ｄを流れる冷気は上り冷気通路５４Ｕを流れる冷気に比べ温度が上昇しているので、問題は少ない。
【０１３８】
上り冷気通路５４Ｕについても、必要があれば断熱体１７７に相当する断熱体を設ける。例えば右側隔壁４６ａから外れるような箇所が生じたような場合がこれに該当する。
【０１３９】
また、本実施形態のように、第１区画部１５の容積が第２区画部１６の容積に比べて大幅に小さい場合は、第１区画部１５に供給する冷気量を第２区画部１６に供給する冷気量より少なくできる。すなわち下り冷気通路５４Ｄの断面積を上り冷気通路５４Ｕの断面積より小さくできる。下り冷気通路５４Ｄの断面積を冷気通路５４Ｕの断面積よりも小さくするにあたり、下り冷気通路５４Ｄの左右方向の幅を圧縮して断面積縮小を図ることとすれば、右シェル１７３Ｒとの間の断熱体１７２の厚さを回復させることができる。
【０１４０】
また、本実施形態のように、第１区画部１５の容積が第２区画部１６の容積に比べて大幅に小さい場合は、第１区画部１５に供給する冷気量を第２区画部１６に供給する冷気量より少なくできる。すなわち下り冷気通路５４Ｄの断面積を上り冷気通路５４Ｕの断面積より小さくできる。下り冷気通路５４Ｄの断面積を冷気通路５４Ｕの断面積よりも小さくするにあたり、下り冷気通路５４Ｄの左右方向の幅を圧縮して断面積縮小を図ることとすれば、右シェル１７３Ｒとの間の断熱体１７２の厚さを回復させることができる。
【０１４１】
冷気通路５４を流れる冷気は、上り冷気通路５４Ｕに入る手前で一部が横方向冷気通路５９に入る。横方向冷気通路５９に入った冷気は水平方向に間隔を置いて配置された２個の冷気吐出口６０からケース３３内へ吹き出し、隔離区画部１６ａ内にあるケース３３内を均一に冷却する。冷気通路５９から吹き出す冷気の量を調整することにより、隔離区画部１６ａの温度をそれより上の空間より低くし、例えば庫内温度０℃、−３℃といったチルド室や氷温室として隔離区画部１６ａを使用することができる。冷気量の調整は、横方向冷気通路５９の断面積の設定、冷気吐出口６０の開口面積の設定、あるいは横方向冷気通路５９へのダンパの設置などといった手法で実現できる。
【０１４２】
隔離区画部１６ｂ内のケース３４の周囲には、特にその下側には、比較的温度が高くなった第１区画部１５からの戻り空気と第２区画部１６からの戻り空気が流れる。第１区画部１５からの戻り空気と第２区画部１６からの戻り空気が流れることにより、隔離区画部１６ａの温度低下は小さく、例えば内部温度が５℃といったレベルになる。そのため、隔離区画部１６ｂは野菜貯蔵空間として利用することができる。また、仕切カバー３５はケース３４の上面開口部をぴったりと閉ざすものであり、これによりケース３４内の食品の水分蒸発が抑制される。そのためケース３４の内部は野菜貯蔵に一層適した空間となる。
【０１４３】
低温部を下に置き、高温部を上に置くことにより、冷却サイクルと放熱サイクルを無理・無駄なく分離できるという効果は、冷却装置以外の冷却装置でも享受できる。例えばペルチエ素子を用いた冷却装置の場合、低温ヘッド１１２や低温側蒸発器１３２をペルチエ素子の低温部に置き換え、高温ヘッド１１１や高温側凝縮器１２２をペルチエ素子の高温部に置き換えることにより、同様の効果を得ることができる。
【０１４４】
ＨＣ冷媒等の冷媒を用いる冷凍サイクルであって、圧縮機、凝縮器、冷媒管、膨張弁、キャピラリーチューブ、蒸発器等を備えたものを冷却装置とする場合も同様のことが言える。圧縮機や凝縮器等の発熱部を機械室４６に置き、庫内にはキャピラリーチューブの一部や蒸発器を置くこととすれば、断熱筐体１０の上部背面に発熱部があるため、熱が上方に逃げやすくなり、収納室への熱の影響も少なくなり、エネルギーロスの少ない冷却庫が得られる。
【０１４５】
また、凹部状の機械室を断熱筐体の背面上部に設けることによる効果は、スターリング冷凍機を搭載する冷却庫に特有のものではない。ＨＣ冷媒等の冷媒を用いた圧縮機タイプの冷却装置でも、機械室の収納室への突き出しを小さくし、容積効率の良い冷却庫を得ることができる。機械室に圧縮機を置き、凝縮器や冷媒配管を断熱筐体の天井部の一部に設けることとすれば、機械室の収納室への突き出しは更に小さくなり、収納室の有効内容積が増す。
【０１４６】
続いて循環ポンプ１５７、吸込側気液分離器１５８、及び吐出側気液分離器１５９の構造と配置を、主に図１３に基づき説明する。これらのものは、断熱筐体１０の背面下部を収納室の方に窪ませる形で形成された遮音空間１８０（図４参照）に収容される。遮音空間１８０は周囲のすべてを壁で取り囲まれている。断熱筐体１０の断熱壁が存在する箇所ではその断熱壁が遮音空間１８０の壁となり、断熱筐体１８０の断熱壁が存在しない箇所では断熱筐体１０に取り付けられた遮音パネル１８１が遮音空間の壁となる。実施形態では１個の遮音パネル１８１が遮音空間１８０の底部を構成しており、その上面に循環ポンプ１５７が設置されている。循環ポンプ１５７の設置にはラバーマウントや吸振懸架構造を用い、振動吸収を図る。
【０１４７】
前述のように循環ポンプ１５７は容積型のものであり、実施形態では圧電ポンプが用いられている。循環ポンプ１５７は、円筒形のケーシング１８２の内部空間を円板状の圧電素子１８３で仕切り、ポンプ室１８４と背圧室１８５を形成している。ポンプ室１８４には吸込口１８６と吐出口１８７が形成される。吸込口１８６には逆止弁１８８が設けられ、吐出口１８７には逆止弁１８９が設けられている。
【０１４８】
圧電素子１８３に所定周波数の交番電圧を印加すると、圧電素子１８３は図１３の上下方向に交互にたわむ。圧電素子１８３が図１３において下方にたわむと、ポンプ室１８４の内部が負圧になり、吸込口１８６からポンプ室１８４の中に冷媒が流入する。負圧は吐出口１８７にも及ぶが、逆止弁１８９が直ちに反応するので、吐出口１８７から冷媒が流入することはない。逆に圧電素子１８３が図１３において上方にたわむと、ポンプ室１８４の内部が正圧になり、吐出口１８７から冷媒が押し出される。正圧は吸込口１８６にも及ぶが、逆止弁１８８が直ちに反応するので、吸込口１８６から冷媒が逆流することはない。圧電素子１８３が交互に異なる方向にたわみを繰り返すことにより、吸込口１８６から冷媒が吸い込まれ、吐出口１８７から吐出される動作が脈動的に遂行されることになる。
【０１４９】
循環ポンプ１５７は上記のような動作原理で動くので、循環ポンプ１５７を駆動すると配管１５２の内部に圧力変動が生じる。圧力変動は循環ポンプ１５７の駆動周波数に合わせて周期的に発生する。すなわち圧力の脈動となる。この圧力の脈動により、配管１５２自身が振動及びそれに伴う騒音を発するうえ、それが冷却庫１の外壁に伝わって増幅されてしまうと冷却庫１の静粛度が著しく低下し、商品価値が大きく損なわれる。また、順送と停止を繰り返す断続的な送液となるため循環ポンプ１５７の流量も低下する。
【０１５０】
そこで、吸込側気液分離器１５８及び吐出側気液分離器１５９の出番となる。吸込側気液分離器１５８と吐出側気液分離器１５９のそれぞれの内部に貯留された気体により、循環ポンプ１５７の吸込側配管についても吐出側配管についても圧力の脈動が緩和される。このため、循環ポンプ１５７と配管１５２の振動が小さくなり、騒音が低減する。
【０１５１】
そして、循環ポンプ１５７やそれに接続される配管１５２、吸込側気液分離器１５８、吐出側気液分離器１５９など、振動とそれに伴う騒音を発生する要素は遮音空間１８０に収容されているので、冷却庫１の静音化を実現することができる。
【０１５２】
高温側第２循環回路１５０の内圧を、循環ポンプ１５７の位置で大気圧以上となるように調整しておけば、循環ポンプ１５７の駆動によるキャビテーションを抑制することができる。
【０１５３】
吸込側気液分離器１５８から循環ポンプ１５７までの配管１５２は、上方に凸となった湾曲部や屈曲部が生じることのないように設計する。これは、その湾曲部や屈曲部に気泡がトラップされて冷媒の流通が妨げられるのを防ぐためである。
【０１５４】
吸込側気液分離器１５８と吐出側気液分離器１５９は、それぞれ、器体の長軸を傾斜させて上方を入口側、下方を出口側としている。
【０１５５】
気液分離器はある程度の容積と長さを要する構造体であるため、器体の長軸を垂直にして配置すると、遮音空間１８０が冷却庫１の収納室の方に食い込むことになり、収納室と遮音空間１８０を隔てるために必要な断熱層の量も増える。この構成のように気液分離器の器体の長軸を傾斜させて配置することとすれば、遮音空間１８０にそれほど高さは必要なくなり、収納室方向への遮音空間の食い込みを小さくすることができる。吸込側気液分離器１５８及び吐出側気液分離器１５９の長軸方向を断熱筐体１０の左右方向に一致させておけば、遮音空間１８０の奥行き寸法も小さくできるので、収納室方向への遮音空間の食い込みを一層小さくできる。
【０１５６】
そして、吸込側気液分離器１５８と吐出側気液分離器１５９のそれぞれの器体の長軸を傾斜させたことにより、気液分離器内における流路断面積を大きく、水面を広くとることができる。このため吸込側気液分離器１５８と吐出側気液分離器１５９では、高温側第２循環回路１５０の主たる配管部分に比べて流速を落とし、気液分離を十分に行うことができることになる。
【０１５７】
吸込側気液分離器１５８及び吐出側気液分離器１５９の気体貯留空間には窒素ガスが充填されている。窒素ガスは安全且つ安価である上、不活性なので高温側第２循環回路１５０の配管１５２や循環ポンプ１５７を侵食しない。また、水系冷媒に溶けやすいガスであると、高圧となる循環ポンプ１５７の吐出側で冷媒に溶け込み、低圧となる循環ポンプ１５７の吸込側で冷媒から抜け出すという傾向が顕著となり、気泡の消滅と発生が騒音をもたらすが、窒素ガスは水系冷媒に溶けにくいのでその懸念はない。
【０１５８】
吸込側気液分離器１５８の気体貯留可能容積は、（封入時のガス体積）×｛大気圧÷（大気圧−循環ポンプが循環回路内に発生させる差圧）｝で表される式の値より小とされる。
【０１５９】
循環ポンプ１５７を運転すると、循環ポンプ１５７が高温側第２循環回路１５０内に発生させる差圧により、吐出側気液分離器１５９は加圧され、内部の気体は圧縮されて体積が減少する。反対に吸込側気液分離器１５８は減圧され、内部の気体は膨張して体積が増大する。また、吐出側気液分離器１５９から吸込側気液分離器１５８へ封入ガスが移行する現象が発生する。これは、高圧となる吐出側気液分離器１５９でガスが冷媒に溶け込み、低圧となる吸込側気液分離器１５８でガスが冷媒から抜け出すためである。循環ポンプ１５７の運転が長期にわたると、高温側第２循環回路１５０内に封入したガスの大部分が吸込側気液分離器１５８に移行する。吸込側気液分離器１５８の気体貯留可能容積が大きすぎると、吐出側気液分離器１５９のガスが奪われ尽くされてしまい、吐出側気液分離器１５９は圧力の脈動を緩和する能力を喪失する。従って吸込側気液分離器１５８の気体貯留可能容積は、ポンプ差圧による封入ガスの膨張を加味した上で、初期状態の全封入ガスの体積から計算しなければならない。吸込側気液分離器１５８の気体貯留可能容積を上記式の値より小とすることにより、条件が満たされることになる。
【０１６０】
なお、本発明では冷却庫１として民生用の冷却庫を想定しており、循環ポンプ１５７は特別強力な能力を要しない。よって上記式の（大気圧−循環ポンプが循環回路内に発生させる差圧）の項は常に正である。
【０１６１】
循環ポンプ１５７を運転した時の吸込側気液分離器１５８内の液位は、最終的には、気液分離境界の近辺、言い換えれば吸込側気液分離器１５８の出口１５８ａの上端高さの近辺で安定する。この状態だと、吸込側気液分離器１５８内のガスが出口から流れ出す、すなわちオーバーフローする可能性があるが、オーバーフローする量は少量であり、一時的に循環ポンプ１５７が気泡を吸うものの、気泡は直ちに吐出され、吐出側気液分離器１５９にトラップされる。このため、循環システムは即座に安定する。
【０１６２】
吸込側気液分離器１５８の内部ガスと吐出側気液分離器１５９の内部ガスの量は、それらの体積の合計が、高温側第２循環回路１５０内の冷媒が全て凍結した時の体積膨張分を上回るように設定されている。これにより、寒冷な気候に見舞われて高温側第２循環回路１５０内の冷媒が全て凍結したとしても、その体積膨張分は吸込側気液分離器１５８の内部ガスと吐出側気液分離器１５９の内部ガスの圧縮によって吸収されるから、配管１５２の破裂を回避できる。
【０１６３】
水系の冷媒には凍結しにくいように不凍液成分（アルコール、グリコールなど）を添加する。ただし不凍液成分の濃度が高くなると冷媒の粘度も高くなり、冷媒の循環流量が低下する。そのため、不凍液成分はやや少なめにせざるを得ず、凍結を完全に防ぐことはできない。
【０１６４】
不凍液成分を添加した冷媒はスラリー状に凍結し、流動性を示す。流動性があるとは言え、凍結した冷媒は循環ポンプ１５７の逆止弁１８８、１８９の動きの妨げになることには変わりがない。
【０１６５】
冷媒は、不安定な過冷却状態から偶発的に生じた氷核によって凍結が開示する。そのため凍結の開始する箇所やその箇所数は全く制御ができない。循環ポンプ１５７の近辺で凍結が進行したとすれば、スラリー状の流動が逆止弁１８８、１８９で滞り、ポンプ内では冷媒の体積膨張によって圧電素子１８３に許容限界以上のたわみが生じ、劣化・破損する恐れがある。しかしながら本発明の構成では、吸込側気液分離器１５８の内部ガスと吐出側気液分離器１５９の内部ガスを圧縮する形で冷媒の押し戻しが循環ポンプ１５７の吸込口１８６と吐出口１８７の両方から可能であるから、圧電素子１８３に損傷を与えなくて済む。
【０１６６】
高温側第２循環回路１５０にガスを封入するチャージ部は、循環ポンプ１５７から吐出側気液分離器１５９までの区間に設けられていることを特徴としている。実施形態では、吐出側気液分離器１５９にチャージパイプ１９１が設けられている。
【０１６７】
循環ポンプ１５７の吸込側に吸込側気液分離器１５８、吐出側に吐出側気液分離器１５９を設けた構成では、両気液分離器にガスを貯留する必要がある。循環ポンプ１５７から吐出側気液分離器１５９までの区間にチャージ部を設けておけば、循環ポンプ１５７を運転しつつガスをチャージした時、ガスはまず吐出側気液分離器１５９の気体貯留空間を満たして行く。吐出側気液分離器１５９の気体貯留空間を満たしたガスはオーバーフローした後高温側第２循環回路１５０を一巡して吸込側気液分離器１５８に流れ、そこでトラップされる。チャージするガス量が適切であれば、ガスが吸込側気液分離器１５８からオーバーフローすることはない。
【０１６８】
チャージパイプ１９１は冷媒の封入にも用いられる。最初、高温側第２循環回路１５０の中の空気を真空ポンプで抜き、それから冷媒を所定量封入する。長期間の使用に伴う冷媒の漏洩や、封入量のバラつきを考慮して、所定量より少し（例えば５％）多めに封入するのがよい。
【０１６９】
冷媒の封入量を考慮して吸込側気液分離器１５８と吐出側気液分離器１５９の容積を設計する。冷媒は常温から６０〜７０℃にまで昇温すると体積が２〜３％膨張する。封入したガスはこれにより圧迫され、またガス自身の温度上昇もあって、吸込側気液分離器１５８と吐出側気液分離器１５９の内圧は上昇する。冷媒が全凍結した場合の体積膨張を封入ガスの圧縮で吸収する場合の内圧上昇も考慮する必要がある。循環ポンプ１５７の起動時は吐出側気液分離器１５９は一層加圧される。これら諸条件を考慮して、循環システムの性能（冷媒の流量、静音性）や信頼性（冷媒が漏れないこと）に悪影響が及ぶような内圧上昇が生じないように、吸込側気液分離器１５８と吐出側気液分離器１５９の容積を設計する。
【０１７０】
吸込側気液分離器１５８の内部には、冷媒中の異物を捕集するフィルタ１９２が設けられている。フィルタ１９２はメッシュフィルタであり、吸込側気液分離器１５８の出口１５８ａの方に向かって凸形状をなし、濾過面積を確保している。
【０１７１】
高温側第２循環回路１５０には、製造段階で入り込んでいた塵や材料切断粉末の他、時間の経過と共に配管１５２の内壁に発生した酸化スケールや、純度の低い不凍液を冷媒に混入した場合、低温時に氷状に析出する不純物や添加物など、様々な固形異物が存在する。これらの異物が循環ポンプ１５７に吸い込まれると、逆止弁１８８、１８９に異物が挟まって送液能力が低下する。これを防ぐには、循環ポンプ１５７の吸込側にできるだけ近い箇所にフィルタを設けるのがよい。吸込側気液分離器１５８は丁度この条件を満たす。また吸込側気液分離器１５８は通常の配管部分より内径が大きいため、濾過面積の大きいフィルタ１９２を設置することができ、流路抵抗をそれほど増大させなくて済む。
【０１７２】
横方向冷気通路６１に形成する冷気吐出口は、図５の冷気吐出口６２と異なる形状にすることができる。その変形態様を図１５、１６に示す。図１５は冷却庫の垂直断面図、図１６は冷気通路の構成説明図である。
【０１７３】
図１５、１６の変形態様では、横方向冷気通路６１には水平方向に長いスリット状の冷気吐出口６２Ａが設けられている。冷気吐出口６２Ａは第２区画部１６の奥の壁と天井とのなすコーナー部に開口している。このように幅広の冷気吐出口６２Ａから冷気が吐出されるので、隔離区画部１６ａより上の空間は均一に冷却される。
【０１７４】
垂直方向仕切り部１２の構成を図６から変化させることができる。その変形態様を図１７に示す。図１７は冷却庫の水平断面図である。
【０１７５】
図１７の変形態様では、下り冷気通路５４Ｄを手前側に移動させた。こうすると垂直方向仕切り部１２の前面部と下り冷気通路５４Ｄの間の断熱層が薄くなるが、下り冷気通路５４Ｄを流れる冷気の温度は比較的高いので、断熱層が薄くなっても垂直方向仕切り部１２の前面が過度に冷却されることにはなりにくい。下り冷気通路５４Ｄをこのように移動させることにより、上り冷気通路５４Ｕと下り冷気通路５４Ｄの間隔が広がるので、上り冷気通路５４Ｕと下り冷気通路５４Ｄのそれぞれの前後方向の幅を拡大し、流路抵抗を減らすことができる。
【０１７６】
図１７に見られるように、上り冷気通路５４Ｕと下り冷気通路５４Ｄの間で垂直方向仕切り部１２の厚さを減らして凹部１７８を形成し、収納室の容積を拡大することも可能である。凹部１７８は棚３２の上下の空間の連通路となり、第２区画部１６内に冷気循環を生じさせ、第２区画部１６の温度を均一化するのに役立つ。
【０１７７】
第２区画部１６と隔離区画部１６ａを隔てる最下段の棚３２ａと、隔離区画部１６ａと隔離区画部１６ｂを隔てる仕切カバー３５のところでは、凹部１７８を塞ぐ。これにより、第２区画部１６と隔離区画部１６ａの間で冷気が混じり合い、また隔離区画部１６ａと隔離区画部１６ｂの間で冷気が混じり合うのを防いで、隔離区画部１６ａ、１６ｂに設定した所定の温度差が消滅してしまわないようにする。凹部１７８を塞ぐのは、そこにリブを設ける、あるいは断熱材をはめ込むといった手段で実現できる。隔離区画部１６ａ、１６ｂに対しては凹部１７８を全く設けないこととしてもよい。
【０１７８】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
本発明は家庭用または業務用の冷却庫に広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８０】
【図１】冷却庫の正面図
【図２】断熱扉を取り除いた状態の冷却庫の正面図
【図３】冷却庫の垂直断面図
【図４】異なる部位における冷却庫の垂直断面図
【図５】冷気通路の構成説明図
【図６】図４のＡ−Ａ線に沿って切断した冷却庫の水平断面図
【図７】垂直方向仕切り部の拡大水平断面図
【図８】冷却庫に搭載される冷却装置の概略構成図
【図９】冷却庫のスターリング冷凍機搭載箇所の部分垂直断面図
【図１０】支持部材に支持されたスターリング冷凍機の上面図
【図１１】支持部材の上面図
【図１２】冷却装置の概略斜視図
【図１３】循環ポンプと気液分離器の構造を示す断面図
【図１４】冷気の流れを示すブロック構成図
【図１５】冷気吐出口の変形態様を示す冷却庫の垂直断面図
【図１６】冷気吐出口の変形態様を示す冷気通路の構成説明図
【図１７】垂直方向仕切り部の変形態様を示す冷却庫の水平断面図
【符号の説明】
【０１８１】
１    冷蔵庫
１０  断熱筐体
１１、１４  水平方向仕切り部
１２、１３  垂直方向仕切り部
１５  第１区画部
１６  第２区画部
１７  第３区画部
１８  第４区画部
１９  温度切替区画部
２０、２１、２２、２３、２４  断熱扉
４６  機械室
５０、５１、５４、６３、６６  冷気通路
５４Ｕ  上り冷気通路
５４Ｄ  下り冷気通路
５９、６１  横方向冷気通路
５７、５８、６０、６２、６２Ａ、６５、７０  冷気吐出口
１００  冷却装置
１１０  スターリング冷凍機
１１１  高温ヘッド
１１２  低温ヘッド
１２０  高温側第１循環回路
１２１  高温側蒸発器
１２２  高温側凝縮器
１２３  二次冷媒配管
１２４  放熱ファン
１２５  ダクト
１３０  低温側循環回路
１３１  低温側凝縮器
１３２  低温側蒸発器（冷却部）
１３３  二次冷媒配管
１５０  高温側第２循環回路
１５１  熱交換器
１５２Ｆ  第１防露配管
１５２Ｓ  第２防露配管
１５７  循環ポンプ
１５８  吸込側気液分離器
１５９  吐出側気液分離器
１６０  防露部
１８０  遮音空間
１９１  チャージパイプ
１９２  フィルタ
【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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【図１６】
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【図１７】
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