(57)【要約】【課題】  僅かな空間にも配置可能なフィン構造体を提供することを目的とする。【解決手段】  スターリングサイクル冷凍機７の放熱部16に取り付けられる放熱用のフィン構造体18において、前記スターリングサイクル冷凍機７の中心軸線に対して垂直に配置される板状のフィン17を備えることを特徴とする。これによると、複数の板状のフィン17…がスターリングサイクル冷凍機７の中心軸線と直交してそれぞれ平行に配置されているため、フィン構造体18の上方に気流の方向転換をするための空間を設ける必要がない。【選択図】      図３
2005156010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スターリングサイクル冷凍機の放熱部又は吸熱部に取り付けられる熱交換用のフィン構造体において、前記スターリングサイクル冷凍機の中心軸線に対して垂直に配置される板状のフィンを備えることを特徴とするフィン構造体。
【請求項２】
前記フィンの略中央部に前記放熱部又は吸熱部を挿通させる挿通穴が設けられ、前記フィンの前記挿通穴の設けられた縁部から、前記中心軸線と平行にスリーブ部が延設されており、前記フィンが前記スターリングサイクル冷凍機に複数枚並設されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフィン構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリングサイクル冷凍機の放熱部又は吸熱部に取り付けられる熱交換用のフィン構造体に関し、特に携帯用の冷却庫で使用されるスターリングサイクル冷凍機に取り付けられるフィン構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フロン代替冷却装置として、スターリングサイクル冷凍機を利用した冷却庫が広く用いられるようになっている。スターリングサイクル冷凍機とは、外部動力で作動されるピストンと、このピストンと所定の位相差を維持して反復運動されるディスプレイサーとによって作動ガスを膨張、圧縮させ、それを繰り返すことによって吸熱（冷却）、放熱を行う密閉サイクルである。そして作動ガスが膨張される冷却部は吸熱用熱交換器を介して冷却庫に熱的に接続され、当該熱交換器によって冷却庫の冷却が行われる。一方、作動ガスが圧縮される放熱部では、内部が高温になるため、当該放熱部の外周に放熱用熱交換器としてフィン構造体が巻回され、そのフィン構造体に送風することによって放熱部の温度を下げる方法がとられている。
【０００３】
図５は、スターリングサイクル冷凍機100の放熱部101に取り付けられた従来のフィン構造体102を示した図である。この従来のフィン構造体102は、帯状の薄板材を長手方向軸線に対して垂直に略等間隔で折り曲げて形成したフィン103を、環状の保持枠104の外周に周回させ、全体として環状に形成したものであり、スターリングサイクル冷凍機100の中心軸線に沿って嵌め込まれている（例えば、特許文献１参照。）。また、吸熱部105と吸熱部105の下方の放熱部101との間には、放熱部101からの熱によって吸熱部105の冷却が妨げられないように、一般に断熱材106が配置されている。そして、放熱部101の冷却を行う際には、スターリングサイクル冷凍機100の側部に設けられた排気用ファン（図示せず）を回し、図中矢印で示すような、フィン構造体102の内部を中心軸線と平行に流れてフィン構造体102上方でファン方向に流れの向きを変える気流が形成される。
【特許文献１】特開２００２−６２０２１号公報（第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のフィン構造体101の場合、フィン構造体101内部においてスターリングサイクル冷凍機100の中心軸線と平行に流れた空気が、フィン構造体101上方で方向を変えるために、断熱材106との間に所定の空間が必要であり、全体としてかなりの空間を占めることになる。一方、携帯用の冷却庫に使用するためにスターリングサイクル冷凍機100の大きさには制限がある。このため、断熱材106の厚さを薄くせざるを得ないという問題がある。更に、ファンによる気流が効率よく前記フィン構造体101を通るようにするためには、ダクト等を用いることで気流が前記フィン構造体101以外を通らないようにする必要があるため、これも小型化の妨げになっていた。
【０００５】
そこで、本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、僅かな空間にも配置可能なフィン構造体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】
【０００６】
本発明の請求項１に記載のフィン構造体は、スターリングサイクル冷凍機の放熱部又は吸熱部に取り付けられる熱交換用のフィン構造体において、前記スターリングサイクル冷凍機の中心軸線に対して垂直に配置される板状のフィンを備えることを特徴とする。
【０００７】
これによると、板状のフィンがスターリングサイクル冷凍機の中心軸線に対して垂直に配置されているため、フィン構造体の上方に空気の流れの方向転換をするための空間を設ける必要がない。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載のフィン構造体は、請求項１において、前記フィンの略中央部に前記放熱部又は吸熱部を挿通させる挿通穴が設けられ、前記フィンの前記挿通穴の設けられた縁部から、前記中心軸線と平行にスリーブ部が延設されており、前記フィンが前記スターリングサイクル冷凍機に複数枚並設されて構成されていることを特徴とする。
【０００９】
これによると、前記スターリングサイクル冷凍機に前記フィンを挿通させた場合に、一のフィンのスリーブ部の上端と、当該フィンと隣接する他のフィンのスリーブの下端とが接し、スリーブ部の高さだけ互いに隣接するフィン間の距離が保たれ、一定の平行離隔関係でフィンを複数枚並設することができる。また、前記放熱部又は吸熱部と前記スリーブ部とが熱的に接することで、前記放熱部又は吸熱部と前記フィンとの間の熱の移動が良好に行われる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に記載のフィン構造体によると、スターリングサイクル機関の中心軸線に沿った方向に空気の流路を形成するための空間を設ける必要がなく、また、気流を導くための部材を用いる必要がない。したがって冷却庫の小型化を図ることができる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載のフィン構造体によると、隣接フィン間の平行離隔関係を容易に形成することができるばかりでなく、前記放熱部又は吸熱部と前記フィンとの間の熱の移動を良好とし、熱交換効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、携帯用冷却庫について説明するが、これに限定されず、設置型の冷却庫であってもよい。
【００１３】
まず、本実施形態のフィン構造体が使用される冷却庫について、図１を参照して説明する。同図において、１は冷却庫を示し、この冷却庫１は、外殻体２と、前記外枠体２内部に配置されかつアルミニウム等の良熱伝導性材料で形成された内容器３と、前記外殻体２と前記内容器３の間に設けられる断熱材４とで構成されている。また、前記冷却庫１の前面には開口部１ａが形成されていると共に、この開口部１ａには、内部に断熱材４ａが設けられた蓋体５が開閉自在に取り付けられている。
【００１４】
前記冷却庫１の後壁部には収容室６が形成され、この収容室６の内部には、前記内容器３を冷却するためのスターリングサイクル冷凍機７が設置されている。前記スターリングサイクル冷凍機７は、例えば特開２０００−３３７７２５号公報等に開示されるように、シリンダ８内を往復動可能なピストン９と、前記ピストン９を軸方向に往復駆動する駆動装置10と、前記ピストン９の往復運動に追従して軸方向に往復運動するディスプレイサー11等を備えている。なお、前記スターリングサイクル冷凍機７は、前記ピストン９及び前記ディスプレイサー11が垂直となるように直立して前記内容器３と並設されている。
【００１５】
前記スターリングサイクル冷凍機７の先端部は冷却用の熱交換が行われる冷却部12（吸熱部）であり、当該冷却部12にはアルミニウム等の良熱伝導性材料からなる熱伝導ブロック13が設けられている。この熱伝導ブロック13には、冷媒が充填されたヒートパイプ14が熱接続されており、当該ヒートパイプ14は前記熱伝導ブロック13から前記内容器３へ延び、この内容器３自身、又はこの内容器３内の空気の熱を吸収する構造になっている。
【００１６】
前記スターリングサイクル冷凍機７の前記冷却部12及びその下方には、中央に穴が設けられた円形の断熱材15が挿通されていると共に、この断熱材15の下方は、作動ガスが圧縮されて高温になる放熱部16となっている。当該放熱部16には、スターリングサイクル冷凍機７の中心軸線に対して垂直、すなわち水平方向に複数枚の板状のフィン17…が並設されて構成されたフィン構造体18が取付けられている。なお、これらのフィン17…は同形状であり、前記放熱部に対して鑞付等によって固定されている。また、前記収容室６の側壁のフィン構造体18と同じ高さの部分、即ち前記フィン構造体18の側方には、排気ファン19が取り付けられており、また収容室６の下部には、吸気ファン20が取り付けられている。なお、前記排気ファン19は軸流ファンであり、この排気ファン19の回転軸と前記各フィン17…の面方向とが略平行となるように、即ち前記排気ファン19による気流の方向と前記フィン17の面方向とが略平行となるように、前記フィン構造体18の側方に前記排気ファン19が設けられている。
【００１７】
図３はフィン構造体18を構成する前記フィン17の上面図である。前記フィン17は銅製の板状部材であって、中央部には、スターリングサイクル冷凍機７を挿入するための挿通穴21が設けられている。また前記フィン17の板状部分には、２８個の円形の放熱穴22が設けられている。なお、前記フィン17の材質は銅に限定されず、熱伝導性が良好であれば他の材質であってもよく、また、放熱穴22の形状及び数もこれに限定されず、他の形状及び数であってもよい。
【００１８】
図４は図３のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。前記フィン17の中央部の挿通穴21が設けられた縁部は、前記フィン17の長手方向に対して直角に曲がって延び、略短円筒状のスリーブ部23が延設されている。そして図１に示すように、複数枚の前記フィン17…が、前記スターリングサイクル冷凍機７に挿通され、下のフィン17ａのスリーブ部23ａの上端と、上のフィン17ｂのスリーブ部23ｂの下端とが接し、前記複数のフィン17…間を、前記スリーブ23の高さからフィンの厚さを引いた分の長さの一定距離に保つことができる。即ち、例えば前記フィン17の厚さが０．５mm、前記スリーブ23の高さが２mmである場合、前記フィン構造体18の前記各フィン17…は、これらの間隔が１．５mmとなるように、平行離隔関係で保持される。なお、前記フィン17の枚数及び前記スリーブ23の高さは任意である。
【００１９】
次に、その作用について説明する。前記スターリングサイクル冷凍機７を作動させると、このスターリングサイクル冷凍機７の冷却部12の温度が下がるので、この冷却部12に接続された熱伝導ブロック13を介して前記ヒートパイプ14内に封入された冷媒は熱を奪われて凝縮する。そして凝縮した冷媒は前記ヒートパイプ14を流下し、前記内容器３又はこの内容器３内の空気から熱を奪って気化した後、前記熱伝導ブロック13に戻る。更に、気化した冷媒は、前記熱伝導ブロック13において再び熱を奪われて凝縮して液化する。以上の動作が繰り返されることによって、前記内容器３から前記ヒートパイプ14、熱伝導ブロック13を経て前記スターリングサイクル冷凍機７の冷却部12に熱が移動し続けることで、前記内容器３内が冷却される。
【００２０】
一方、前記スターリングサイクル冷凍機７を作動させると、前記放熱部16の温度が上昇し、その熱が前記フィン構造体18に熱伝導され、個々のフィン17，17…の温度も上昇する。この時、前記各フィン17…が略円筒形の前記スリーブ部23によって前記放熱部16と熱的に接しているので、前記各フィン17…と前記放熱部16とが比較的広い面積で接することになり、これによって、前記放熱部16から前記各フィン17…へ熱が良好に移動する。そして、前記スターリングサイクル冷凍機７の作動と同時に前記排気ファン19及び吸気ファン20が作動され、前記排気ファン19によって生じた前記収容室６内からフィン構造体18及び排気ファン19を経て前記収容室６外に抜ける気流によって前記フィン構造体18が冷却されると共に、前記収容室６外の空気が前記吸気ファン20によって前記収容室６内に送られる。そしてこのような動作が持続することによって、前記放熱部16の温度を低下させることができる。この時、前述したように、前記排気ファン19によって生ずる気流の方向と前記各フィン17…の面方向とが略平行であるため、気流に対して前記フィン構造体18が殆ど抵抗とならず、気流がスムーズに収容室６外に抜けるため、前記フィン構造体18、ひいてはこのフィン構造体18と熱的に接した前記放熱部16は、前記排気ファン19によって生ずる気流によって良好に冷却されることになる。また、前記排気ファン19が前記フィン構造体18の側方に設けられているため、前記排気ファン19によって生ずる気流の方向と前記各フィン17…の面方向とが略平行であることと相まって、前記排気ファン19によって生ずる気流の多くが前記フィン構造体18を通ることになり、従って、ダクト等を設けなくとも多くの気流を前記フィン構造体18に通すことができ、これによって、前記フィン構造体18、ひいてはこのフィン構造体18と熱的に接した前記放熱部16をより効率的に冷却することができる。更に、前述したように、前記各フィン17…同士の間隔が、前記スリーブ23の高さからフィンの厚さを引いた分の長さの一定距離に保たれることで、前記各フィン17…間における気流の流量が略均等となり、冷却ムラが生じにくくすることができる。
【００２１】
このように、本実施形態によると、複数の板状のフィン17，17…が水平に配置されることでフィン構造体18が形成されているため、このフィン構造体18の上方に気流の向きを変える流路を形成するための空間を設ける必要がない。また、前記排気ファン19が前記フィン構造体18の側方に設けられていると共に、前記排気ファン19によって生ずる気流の方向と前記各フィン17…の面方向とが略平行であるため、前記排気ファン19によって生ずる気流の多くを前記フィン構造体18にスムーズに通すことができるので、このフィン構造体18、ひいては前記放熱部16を良好に冷却することができる。
【００２２】
なお、本実施形態は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施形態においては、前記スリーブ部が前記フィンの一面側に突出しているが、前記スリーブ部が前記フィンの両面側に突出してもよい。また、上記実施形態においては、前記フィン構造体の側方に排気ファンを設けたが、フィン構造体の側方に吸気ファンを設けても良い。更に、上記実施形態においては、前記フィン構造体が放熱部に設けられているが、内容器内を冷却するために吸熱部に設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態のフィン構造体を取り付けた冷却庫の概略垂直断面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿った、本発明の実施形態のフィン構造体の水平概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態のフィン構造体の上面図である。
【図４】図３のＩＩ−ＩＩ線に沿った、本発明の実施形態のフィン構造体の断面図である。
【図５】従来技術のフィン構造体の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  冷却庫
７  スターリングサイクル冷凍機
12  冷却部
16  放熱部
17  フィン
18  フィン構造体
19  排気ファン
21  挿通穴  
23  スリーブ部
【図１】
2005156010.tif 000003
【図２】
2005156010.tif 000004
【図３】
2005156010.tif 000005
【図４】
2005156010.tif 000006
【図５】
2005156010.tif 000007