(57)【要約】【課題】  冷却効率のよいループ型サーモサイフォンを提供する。【解決手段】  ループ型サーモサイフォンは、熱源から熱を奪い、内部の作動流体を蒸発させる蒸発器１１Ａと、作動流体の熱を外部に放出し、内部の作動流体を凝縮させる凝縮器とを備え、作動流体がこれら蒸発器１１Ａと凝縮器との間を循環するように、蒸発器１１Ａと凝縮器とが接続されてなる。本ループ型サーモサイフォンにおいては、蒸発器１１Ａが複数に分割された枠体１５，１６を含み、これら枠体１５，１６同士がろう材２１にて接続されて組み立てられている。このうち熱源に当接する当接面１５ａを含む内側枠体１５の当接面１５ａの反対側に位置する内側壁面１５ｂから突出して設けられた台状部１５ｃの頂面１５ｃ１に粗面化処理が施され、作動流体の流路に面する部分に粗面化処理の加工面１５ｄが位置している。【選択図】        図４
2005140447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源から熱を奪い、内部の作動流体を蒸発させる蒸発器と、
作動流体の熱を外部に放出し、内部の作動流体を凝縮させる凝縮器とを備え、
前記作動流体が前記蒸発器と前記凝縮器との間を循環するように、前記蒸発器と前記凝縮器とが接続されてなるループ型サーモサイフォンであって、
前記蒸発器の前記熱源に当接する部位の内壁面に、粗面化処理が施されている、ループ型サーモサイフォン。
【請求項２】
前記蒸発器は、複数に分割された枠体を含み、
前記複数に分割された枠体同士がろう材にて接続されることにより、前記蒸発器が組み立てられている、請求項１に記載のループ型サーモサイフォン。
【請求項３】
前記複数に分割された枠体は、前記熱源に当接する当接面を含む内側枠体と、前記熱源に当接しない外側枠体とを含み、
前記当接面の反対側に位置する前記内側枠体の壁面に、前記粗面化処理の加工面が位置している、請求項２に記載のループ型サーモサイフォン。
【請求項４】
前記内側枠体は、前記当接面の反対側に位置する前記内側枠体の壁面から突出する台状部を有し、
前記台状部の頂面に前記加工面が位置している、請求項３に記載のループ型サーモサイフォン。
【請求項５】
スターリング冷凍機を搭載したスターリング冷却庫であって、
前記スターリング冷凍機は、請求項１から４のいずれかに記載のループ型サーモサイフォンを備えており、
前記蒸発器が、前記スターリング冷凍機の放熱部と熱交換するように構成されている、スターリング冷却庫。
【請求項６】
熱源を取り囲む放熱部と、
前記放熱部から熱を奪い、内部の作動流体を蒸発させる蒸発器と、
作動流体の熱を外部に放出し、内部の作動流体を凝縮させる凝縮器とを備え、
前記作動流体が前記蒸発器と前記凝縮器との間を循環するように、前記蒸発器と前記凝縮器とが接続されてなる放熱システムであって、
前記蒸発器は、作動流体が流動する流路を内側に含む環状の枠体からなり、
前記環状の枠体は、前記環状の枠体の軸線を含む断面において、前記放熱部の側に開口を有し、
前記流路は、前記環状の枠体の内壁面と、前記開口を塞ぐように位置する前記放熱部の外壁面とによって構成され、
前記放熱部の前記外壁面のうち、前記流路に面する部分に、粗面化処理が施されている、放熱システム。
【請求項７】
前記放熱部と前記環状の枠体とは、ろう材にて接続されており、
前記放熱部は、前記放熱部の外壁面のうちの前記流路に面する部分から前記流路側に向かって突出する台状部を有し、
前記台状部の頂面に前記加工面が位置している、請求項６に記載の放熱システム。
【請求項８】
スターリング冷凍機を搭載したスターリング冷却庫であって、
前記スターリング冷凍機は、請求項６または７に記載の放熱システムを備えており、
前記蒸発器が、前記スターリング冷凍機の放熱部と熱交換するように構成されている、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、ループ型サーモサイフォンおよび放熱システムならびにこれらを備えたスターリング冷却庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱源にて発生する熱を放熱する放熱システムとして、ヒートシンクやヒートパイプ、サーモサイフォン等を用いた放熱システムが知られている。ヒートシンクを用いた放熱システムにあっては、熱源に取り付けたヒートシンクに顕著な温度分布が生じるため、熱源から離れれば離れるほど放熱に寄与しなくなり、放熱性能の向上には自ずと限界がある。これに対し、ヒートパイプやサーモサイフォンを用いた放熱システムでは、熱源にて生じた熱を作動流体を用いて伝達するため、熱搬送能力がヒートシンクに比べて非常に高く、放熱性能を高く維持することが可能である。
【０００３】
ヒートパイプは、閉回路内に配設されたウィックの毛管力を用いて作動流体を循環させる毛管力駆動型熱搬送デバイスである。これに対しサーモサイフォンは、作動流体が蒸発および凝縮することによって生じる作動流体の密度差を利用した重力駆動型熱搬送デバイスである。なお、ループ型サーモサイフォンとはループ状に構成された閉回路内を作動流体が循環するように構成されたサーモサイフォンである。
【０００４】
ループ型サーモサイフォンを備えたスターリング冷却庫を開示した文献として、たとえば特開２００３−５００７３号公報（特許文献１）がある。また、スターリング冷凍機の放熱部側ではないが、吸熱部側にループ型サーモサイフォンを適用した文献として、たとえば特開２００１−３３１３９号公報（特許文献２）がある。
【特許文献１】特開２００３−５００７３号公報
【特許文献２】特開２００１−３３１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ループ型サーモサイフォンにおいては、熱源を囲むように構成された放熱部と蒸発器との間の熱交換を促進させ、蒸発器内の作動流体の蒸発を促すことにより、冷却性能が向上するようになる。放熱部と蒸発器との熱交換を促進させるためには、これらの密着性を高めたり、接触面積を大きく確保したりすることが効果的である。しかしながら、密着性を高めたり、接触面積を大きく確保したりしたとしても、必ずしも十分な冷却性能が得られるものではなく、また、接触面積を大きく確保するためには装置が大型化するという問題もあり、ループ型サーモサイフォンの利用が一部の分野に限定されていた。
【０００６】
したがって、本発明は、上述の問題を解決すべくなされたものであり、冷却効率のよいループ型サーモサイフォンおよび放熱システムならびにこれらを備えたスターリング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】
【０００７】
本発明に基づくループ型サーモサイフォンは、熱源から熱を奪い、内部の作動流体を蒸発させる蒸発器と、作動流体の熱を外部に放出し、内部の作動流体を凝縮させる凝縮器とを備え、作動流体がこれら蒸発器と凝縮器との間を循環するように、蒸発器と凝縮器とが接続されてなるものであり、蒸発器の熱源に当接する部位の内壁面に粗面化処理が施されていることを特徴とする。
【０００８】
上記本発明に基づくループ型サーモサイフォンにあっては、蒸発器が複数に分割された枠体を含み、これら枠体同士がろう材にて接続されて組み立てられていることが好ましい。この場合、複数に分割された枠体は、熱源に当接する当接面を含む内側枠体と熱源に当接しない外側枠体とからなり、上記粗面化処理による加工面が内側枠体の上記当接面の反対側に位置する壁面に設けられていることが好ましい。また、上記加工面が、内側枠体が上記当接面の反対側に位置する壁面から突出して設けられた台状部の頂面に設けられていることが好ましい。
【０００９】
本発明に基づく放熱システムは、熱源を取り囲む放熱部と、この放熱部から熱を奪い、内部の作動流体を蒸発させる蒸発器と、作動流体の熱を外部に放出し、内部の作動流体を凝縮させる凝縮器とを備え、作動流体がこれら蒸発器と凝縮器との間を循環するように、蒸発器と凝縮器とが接続されてなるものである。蒸発器は、作動流体が流動する流路を内側に含む環状の枠体からなり、この環状の枠体は、環状の枠体の軸線を含む断面において、放熱部の側に開口を有している。上記流路は、環状の枠体の内壁面と、上記開口を塞ぐように位置する放熱部の外壁面とによって構成されている。本放熱システムにおいては、放熱部の外壁面のうち、上記流路に面する部分に、粗面化処理が施されていることを特徴とする。
【００１０】
上記本発明に基づく放熱システムにあっては、放熱部と環状の枠体とがろう材にて接続されており、放熱部は、放熱部の外壁面のうちの上記流路に面する部分から流路側に向かって突出する台状部を有し、台状部の頂面に上記加工面が設けられていることが好ましい。
【００１１】
本発明の第１の局面に基づくスターリング冷却庫は、スターリング冷凍機を搭載した冷却庫であって、スターリング冷凍機は上述のいずれかのループ型サーモサイフォンを備えている。そして、本スターリング冷却庫においては、上述のいずれかのループ型サーモサイフォンの蒸発器がスターリング冷凍機の放熱部と熱交換するように構成されている。
【００１２】
本発明の第２の局面に基づくスターリング冷却庫は、スターリング冷凍機を搭載した冷却庫であって、スターリング冷凍機は上述のいずれかの放熱システムを備えている。そして、本スターリング冷却庫においては、上述のいずれかの放熱システムの蒸発器がスターリング冷凍機の放熱部と熱交換するように構成されている。
【発明の効果】
【００１３】
上記構造を採用することにより、蒸発器内における作動流体の蒸発が促進されるため、冷却効率に優れたループ型サーモサイフォンおよび放熱システムならびにそれらを備えたスターリング冷却庫とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
本実施の形態における放熱システムは、スターリング冷凍機にて発生する熱を外部へ放熱するために、ループ型サーモサイフォンを採用した放熱システムである。すなわち、本実施の形態における放熱システムは、スターリング冷凍機の圧縮空間を熱源として、圧縮空間に生じる熱をスターリング冷凍機に設けられた放熱部を介してループ型サーモサイフォンの蒸発器にて回収し、蒸発器内の作動流体を媒体として凝縮器に熱を搬送し、外部に放熱するものである。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態１におけるループ型サーモサイフォンを備えたスターリング冷凍機の概略斜視図である。まず、図１を参照して、ループ型サーモサイフォンおよびこのループ型サーモサイフォンが取り付けられたスターリング冷凍機の設置構造について説明する。
【００１７】
図１に示すように、スターリング冷凍機１は、支持台５上に載置され、支持台５の底板に設けられた支持部６によって支持されている。また、ループ型サーモサイフォン１０も支持台５上に載置され、支持台５の底板に設けられた支持部６によって支持されている。なお、後述するループ型サーモサイフォン１０の蒸発器１１は、スターリング冷凍機１の放熱部４に締め付けバンド７によって固定されている。これら支持台５にて支持されたスターリング冷凍機１およびループ型サーモサイフォン１０は、所定の機器（たとえば、冷却庫等）の筐体内に設置される。
【００１８】
次に、スターリング冷凍機１の構造および動作について説明する。
【００１９】
図１に示すように、スターリング冷凍機１は、圧力容器２を備えている。圧力容器２内には、ピストンおよびディスプレーサが嵌装されたシリンダが設けられている。シリンダ内はヘリウム等の作動媒体によって充填されている。シリンダ内の空間は、ピストンおよびディスプレーサによって圧縮空間と膨張空間とに区画されている。圧縮空間の周囲には放熱部（ウォームヘッド）４が設けられており、膨張空間の周囲には吸熱部（コールドヘッド）３が設けられている。
【００２０】
シリンダ内に嵌装されたピストンは、リニアアクチュエータによって駆動され、シリンダ内を往復動する。ディスプレーサは、ピストンが往復動することによって生じる圧力変化により、シリンダ内をピストンの往復動と一定の位相差をもって往復動する。このピストンおよびディスプレーサの往復動により、シリンダ内に逆スターリングサイクルが実現される。これにより、圧縮空間を取り囲むように設けられた放熱部４は昇温し、膨張空間を取り囲むように設けられた吸熱部３は極低温にまで冷却される。
【００２１】
次に、ループ型サーモサイフォン１０の構造および動作について説明する。
【００２２】
図１に示すように、ループ型サーモサイフォン１０は、蒸発器１１と凝縮器１３とを備える。蒸発器１１は、スターリング冷凍機１の放熱部４と接するように配置され、放熱部４に生じる熱を奪い、蒸発器１１内に充填された作動流体を蒸発させる部位である。凝縮器１３は、蒸発器１１よりも高所に配置され、蒸発器１１にて蒸発した作動流体を凝縮させる部位である。蒸発器１１と凝縮器１３とは、送り管１２および戻り管１４によって接続されており、これらによって閉回路が構成されている。なお、図示するループ型サーモサイフォン１０にあっては、熱源である放熱部４の外形が円筒形状であるため、蒸発器１１は円弧状に分割された２つの蒸発器１１Ａ，１１Ｂにて構成されている。
【００２３】
凝縮器１３は、送り管側母管（送り管側ヘッダーパイプ）１３ａと、戻り管側母管（戻り管側ヘッダーパイプ）１３ｃと、これら送り管側母管１３ａと戻り管側母管１３ｃとを接続する複数の並行管１３ｂと、並行管１３ｂに接触して設けられた放熱フィン１３ｄとからなる組立体としてユニット化されて構成されている。
【００２４】
送り管側母管１３ａは、送り管１２に接続され、導入された作動流体を分流する分配器である。これに対して、戻り管側母管１３ｃは、戻り管１４に接続され、分流された作動流体を合流させる管寄せである。
【００２５】
蒸発器１１内においてスターリング冷凍機１の放熱部４から熱を奪って蒸発した作動流体は、蒸発器１１と凝縮器１３との蒸気圧力差によって重力に抗して上昇し、送り管１２を通って凝縮器１３に導入される。凝縮器１３内で冷却され凝縮した作動流体は、重力によって落下し、戻り管１４を通って蒸発器１１に導入される。以上のような相変化を伴う作動流体の対流作用により、スターリング冷凍機１の放熱部４にて生じる熱を外部へと放熱することが可能になる。
【００２６】
図２は、スターリング冷凍機の放熱部を取り囲むように設置された蒸発器の端面図である。また、図３は、蒸発器の組立て構造を示す分解斜視図である。以下においては、これらの図を参照して、蒸発器の構造について詳細に説明する。
【００２７】
図２に示すように、蒸発器１１は、円筒形状の放熱部４の外周面に対して密着して取付けが可能となるように、２つの半円環状に分割された蒸発器１１Ａ，１１Ｂによって構成される。すなわち、蒸発器１１Ａ，１１Ｂは、組付け後において略円環状に構成される。それぞれの蒸発器１１Ａ，１１Ｂは、その上部において、送り管１２および戻り管１４に接続されている。
【００２８】
放熱部４と蒸発器１１Ａ，１１Ｂとの間には、高熱伝導グリス２０が介在している。高熱伝導グリス２０は、放熱部４と蒸発器１１Ａ，１１Ｂとの密着性を高めるために塗布されるものであり、この高熱伝導グリス２０にて放熱部４と蒸発器１１Ａ，１１Ｂの間の隙間を充填することにより、放熱部４に生じる熱が蒸発器１１Ａ，１１Ｂに効率よく伝熱される。なお、本明細書においては、放熱部と蒸発器とが直接接触するように構成された場合に限らず、本実施の形態の如く放熱部と蒸発器とが放熱グリス等の伝熱材を介して間接的に接触するように構成された場合をも含めて、放熱部と蒸発器とが当接していると表現する。
【００２９】
図２および図３に示すように、蒸発器１１Ａ，１１Ｂは、複数に分割された枠体にてそれぞれ構成されている。複数に分割された枠体は、放熱部４に当接する当接面１５ａを含む内側枠体１５と、放熱部４に当接しない外側枠体１６と、内側枠体１５と外側枠体１６を組立てた場合に蒸発器１１Ａ，１１Ｂの周方向端部に生じる開口を塞ぐキャップ１７，１８とからなる。これら複数に分割された枠体同士は、ろう材を用いた溶接にて接続される。なお、外側枠体１６の外周面には、組立て後において送り管１２および戻り管１４と蒸発器１１Ａ，１１Ｂの内部とを接続する孔１６ａ，１６ｂが設けられており、この孔１６ａ，１６ｂに対応する位置に送り管１２および戻り管１４が溶接によって接続される。
【００３０】
上記構成の蒸発器１１Ａ，１１Ｂとすることにより、蒸発器１１Ａ，１１Ｂの内部には、作動流体が流動可能な流路が構成される。この蒸発器１１Ａ，１１Ｂの内部には、作動流体として、たとえば水にエタノールやエチレングリコールなどを含む添加剤が混入させた冷媒が封入される。
【００３１】
図４は、図２に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った蒸発器の断面図である。また、図５は、図４に示す領域Ｖの拡大断面図である。以下においては、これらの図を参照して、蒸発器内部の構造について説明する。
【００３２】
図４に示すように、蒸発器１１Ａの内側枠体１５と外側枠体１６とは、その接続部位においてろう材２１によって接続されている。内側枠体１５の当接面１５ａの反対側に位置する壁面である内側壁面１５ｂには、流路側に向かって突出する台状部１５ｃが設けられている。台状部１５ｃの頂面１５ｃ１には、予め粗面化処理が施されることにより加工面１５ｄが形成されている。
【００３３】
ここで、粗面化処理とは、表面に微小な凹凸形状を付与する処理のことであり、たとえば切削具を用いて内側枠体１５の内側壁面１５ｂを切り起こすことにより、内側壁面１５ｂに無数の突部１５ｅを形成し、その後ローラにて突部１５ｅの先端を折り曲げる処理のことを指す。このような粗面化処理を施すことにより、作動流体に面する部分の内側枠体１５の内側壁面１５ｂに無数の突部１５ｅが位置することとなり、蒸発器１１Ａ，１１Ｂを構成する枠体と作動流体との接触面積が大きく確保されるようになる。このため、熱交換が促進されて蒸発器１１Ａ，１１Ｂの冷却性能が大幅に向上するようになる。また、上述の如く切り起こした突部１５ｅに折り曲げ処理を加えることにより、突部１５ｅによって囲まれた空間内に気泡の核が形成され易くなるため、作動流体の蒸発が促進され、蒸発器の冷却性能をさらに向上させることが可能になる。
【００３４】
以上において説明したように、本実施の形態の如く、ループ型サーモサイフォンの蒸発器の放熱部と当接する部位の内壁面に粗面化処理を施すことにより、放熱部から蒸発器の枠体に伝熱された熱が効率よく作動流体の蒸発に利用されるようになるため、冷却効率に優れたループ型サーモサイフォンとすることが可能になる。また、蒸発器を複数の枠体に分割することにより、蒸発器の組立て前に放熱部に当接する部位を有する枠体のみに粗面化処理を施すことが可能になるため、煩雑な製造工程を経ることなく容易に上記構成の蒸発器を形成することが可能になる。
【００３５】
しかしながら、上述のように、内側枠体に粗面化処理を施した後に複数に分割された枠体をろう材を用いた溶接にて接続する構成とした場合には、粗面化処理による加工面にろう材が流入し易くなる問題が生じる。冷却性能をより高く維持するためには、内側枠体の流路に面する部分のすべてが粗面化処理されていることが好ましいが、このように構成した場合にはろう材が加工面の凹凸部分に吸い込まれ易くなり、結果としてろう材が蒸発器内部に大量に流入して冷却性能の低下を引き起こすこととなってしまう。このため、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォンにおいては、上述の如く、蒸発器の内側枠体の内側壁面に台状部を設け、この台状部の頂面に粗面化処理を施すことによってこの問題を解決している。以下、この点について、図を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図４に示すように、蒸発器１１Ａの軸方向における外側枠体１６の外形寸法Ｌ１に対し、蒸発器１１Ａの軸方向における内側枠体１５の外形寸法Ｌ２がより大きく構成されている。このため、組付け後において、内側枠体１５の蒸発器１１Ａの軸方向における端部は、外側枠体１６よりも突出して位置することになる。
【００３７】
図６は、図４に示す領域ＶＩの拡大断面図である。内側枠体１５の蒸発器１１Ａの軸方向における端部近傍の内側壁面１５ｂ側には、台状部１５ｃを設けられることによって生ずる段差部が位置しており、組付け時にはこの段差部に外側枠体１６の縁が嵌め込まれ、ろう付けが施される。ここで、台状部１５ｃの頂面１５ｃ１に位置する加工面１５ｄの厚みＨ２は、加工面の頂面１５ｄ１から段差部の底面である内側壁面１５ｂまでの距離Ｈ１に比べて小さく構成されている。
【００３８】
内側枠体１５および外側枠体１６をこのような形状とすることにより、内側枠体１５と外側枠体１６との溶接時にろうが盛られる位置から、加工面１５ｄまでの距離が大きく確保されるようになるため、ろう材２１が蒸発器１１Ａ内に流入して加工面１５ｄに吸い込まれることが回避されるようになり、冷却性能の低下が防止されるようになる。
【００３９】
また、図２に示すように、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１０の蒸発器１１は、半円環状に分割された２つの蒸発器１１Ａ，１１Ｂによって構成され、外形が円筒形状の放熱部４の外周面に組付けられる。このため、溶接後の内側枠体１５および外側枠体１６にキャップ１７，１８を溶接にて取付ける際には、ろう材が内側枠体１５の当接面１５ａ側にはみ出したり、キャップの表面にはみ出したりしないように注意して溶接する必要がある。万が一、これらの場所にろう材がはみ出した場合には、放熱器と蒸発器の密着性が阻害され、ループ型サーモサイフォン１０の冷却性能が低下するおそれがある。このため、本実施の形態におけるループ型サーモサイフォン１０においては、キャップの取付け位置を工夫することにより、この問題の解決を図っている。以下、この点について、図を参照して詳細に説明する。
【００４０】
図７は、蒸発器の軸線と直交する面における蒸発器の断面を示す図である。また、図８は、図７に示す領域ＶＩＩＩの拡大図であり、図９は、図７に示す領域ＩＸの拡大図である。
【００４１】
図７に示すように、溶接後における内側枠体１５および外側枠体１６の周方向端部に生じる開口を閉塞するように取付けられるキャップ１７は、蒸発器１１Ａの径方向において、外側に僅かにずれた位置にて取付けられる。すなわち、図８に示すように、領域ＶＩＩＩにおいては、内側枠体１５の加工面１５ｄの頂面１５ｄ１から内側枠体１５の当接面１５ａまでの距離Ｈ４に比べ、内側枠体１５の頂面１５ｄ１からキャップ１７の端部までの距離Ｈ３がより小さくなるように、キャップ１７が取付けられる。また、図９に示すように、領域ＩＸにおいては、外側枠体１６の厚みＨ５に比べ、内側枠体の内壁面からキャップ１７の端部までの距離Ｈ６がより大きくなるように、キャップ１７が取付けられる。
【００４２】
このように、溶接後における内側枠体１５および外側枠体１６にキャップ１７を僅かにずらして取付けられることにより、ろう材が内側枠体１５の当接面１５ａ側にはみ出したり、キャップ１７の表面にはみ出したりするおそれがなくなる。このため、放熱部と蒸発器の高い密着性を実現することが可能になり、冷却性能が高く維持されたループ型サーモサイフォンとすることが可能になる。
【００４３】
（実施の形態２）
本実施の形態における放熱システムは、上述の実施の形態１と同様に、スターリング冷凍機にて発生する熱を外部へ放熱するために、ループ型サーモサイフォンを採用した放熱システムである。図１０は、本実施の形態における放熱システムの構成例を説明するためのスターリング冷凍機およびループ型サーモサイフォンの部分断面図である。
【００４４】
図１０に示すようにスターリング冷凍機１の放熱部４は、熱源である圧縮空間２３を囲むように配設されており、圧縮空間２３に設けられた内部熱交換器２４を介して圧縮空間２３内に生じる熱を回収する。放熱部４の外壁面４ｂには、ループ型サーモサイフォンの蒸発器を構成する外側枠体１６が溶接等によって組付けられる。なお、内部熱交換器２４の膨張空間側には、再生器２５が配置されている。
【００４５】
本実施の形態におけるループ型サーモサイフォンの蒸発器は、環状の枠体１９のみによって構成されており、上述の実施の形態１の如くの内側枠体１５は備えていない。すなわち、蒸発器は、作動流体が流動する流路を内側に含む環状の枠体１９からなり、環状の枠体１９は、環状の枠体１９の軸線を含む断面において、スターリング冷凍機１の放熱部４側に開口を有している。このため、溶接等によって環状の枠体１９が放熱部４に組付けられた後においては、流路は、環状の枠体１９の内壁面と、上記開口を塞ぐように位置する放熱部４の外壁面４ｂとによって構成されることになる。
【００４６】
本実施の形態における放熱システムにおいては、スターリング冷凍機１の放熱部４の外壁面４ｂのうちの流路に面する部分に、粗面化処理の加工面４ｄが位置している。このように構成することにより、放熱部から直接作動流体に熱が与えられるとともに、放熱部と作動流体の接触面積が大きく確保されるため、効率よく作動流体を蒸発させることが可能になり、冷却効率に優れたループ型サーモサイフォンとすることが可能になる。
【００４７】
図１１は、本実施の形態における放熱システムの変形例を示すスターリング冷凍機およびループ型サーモサイフォンの部分断面図である。図１１に示すように、本実施の形態における放熱システムにおいても、上述の実施の形態１と同様に、スターリング冷凍機の放熱部４の外壁面のうちの流路に面する部分に、台状部４ｃを設け、この台状部４ｃの頂面４ｃ１に粗面化処理の加工面４ｄを形成することにより、溶接時におけるろう材の流路内への流入が効果的に防止されるようになる。
【００４８】
（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３におけるスターリング冷却庫の構造を示す模式断面図である。本実施の形態におけるスターリング冷却庫は、上述の実施の形態１または２に記載のスターリング冷凍機およびループ型サーモサイフォンを搭載している。
【００４９】
図１２に示すように、スターリング冷却庫３０は、冷却空間として冷凍空間３８と冷蔵空間３９とを備える。スターリング冷却庫３０は、スターリング冷凍機１の放熱部４の冷却を行なう放熱部側熱搬送システムとしてループ型サーモサイフォン１０を備えている。なお、スターリング冷凍機１の吸熱部３に発生する極低温は、吸熱部側熱搬送システム３１（図１２中の破線部分参照）によって庫内の冷却に利用される。この吸熱部側の熱搬送システムとしては、放熱部側熱搬送システムと同様にループ型サーモサイフォンによって構成してもよいし、強制対流型の熱搬送システムとしてもよい。
【００５０】
ここで、放熱部側熱搬送システムであるループ型サーモサイフォン１０は、スターリング冷凍機１の放熱部４の周囲に接触して取り付けられた蒸発器１１と、送り管および戻り管によって上記蒸発器１１と接続された凝縮器１３とから構成される。この蒸発器１１、凝縮器１３、送り管および戻り管からなる循環回路内には、たとえばエタノールが添加された水などが冷媒として封入される。そして、冷媒の蒸発と凝縮による自然対流を利用して放熱部４で発生した熱を伝達することができるように、凝縮器１３が蒸発器１１より上方（高所）に配置されている。
【００５１】
図１２に示すように、スターリング冷凍機１は、スターリング冷却庫３０の背面上部に配置される。また、吸熱部側熱搬送システム３１は、スターリング冷却庫３０の背面側に配置される。これに対し、放熱部側熱搬送システムであるループ型サーモサイフォン１０は、スターリング冷却庫３０の上部に配置される。なお、ループ型サーモサイフォン１０の凝縮器１３はスターリング冷却庫３０の上部に設けたダクト３４に内設される。
【００５２】
スターリング冷凍機１を動作させると、放熱部４で発生した熱が、ループ型サーモサイフォン１０の凝縮器１３を介してダクト３４内の空気と熱交換される。このとき、送風ファン３５により、ダクト３４内の暖かい空気がスターリング冷却庫３０の庫外へ排出されるとともに、スターリング冷却庫３０の庫外の空気が取り込まれ、熱交換が促進される。
【００５３】
一方、吸熱部３で発生した極低温は、冷気ダクト３３内の気流（図１２中の矢印）と熱交換される。このとき、冷凍空間側ファン３６および冷蔵空間側ファン３７により、冷却された冷気がそれぞれ冷凍空間３８および冷蔵空間３９に送風される。各冷却空間３８，３９からの暖かくなった気流は再び冷気ダクト３３に導入され、繰り返し冷却される。
【００５４】
上記のスターリング冷却庫に搭載された放熱システムは、上述の実施の形態１または２に記載の放熱システムであるため、冷却効率に優れた放熱システムである。このため、スターリング冷凍機を高効率で運転させることが可能になり、スターリング冷却庫の性能も向上する。
【００５５】
なお、上述の実施の形態においては、ループ型サーモサイフォンを含む放熱システムをスターリング冷凍機の放熱部側熱搬送システムに採用した場合を例示して説明を行なったが、熱源を有する他のデバイスにも当然に適用可能である。
【００５６】
このように、今回開示した上記各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。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるループ型サーモサイフォンを備えたスターリング冷凍機の概略斜視図である。
【図２】スターリング冷凍機の放熱部を取り囲むように設置された蒸発器の端面図である。
【図３】蒸発器の組立て構造を示す分解斜視図である。
【図４】図２に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った蒸発器の断面図である。
【図５】図４に示す領域Ｖの拡大断面図である。
【図６】図４に示す領域ＶＩの拡大断面図である。
【図７】蒸発器の軸線と直交する面における蒸発器の断面を示す図である。
【図８】図７に示す領域ＶＩＩＩの拡大図である。
【図９】図７に示す領域ＩＸの拡大図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における放熱システムの構成例を示すスターリング冷凍機およびループ型サーモサイフォンの部分断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における放熱システムの変形例を示すスターリング冷凍機およびループ型サーモサイフォンの部分断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３におけるスターリング冷却庫の模式縦断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  スターリング冷凍機、２  圧力容器、３  吸熱部、４  放熱部、４ｂ  外壁面、４ｃ  台状部、４ｃ１  頂面、４ｄ  加工面、５  支持台、６  支持部、７  締め付けバンド、１０  ループ型サーモサイフォン、１１  蒸発器、１２  送り管、１３  凝縮器、１３ａ  送り管側母管、１３ｂ  並行管、１３ｃ  戻り管側母管、１３ｄ  放熱フィン、１４  戻り管、１５  内側枠体、１５ａ  当接面、１５ｂ  内側壁面、１５ｃ  台状部、１５ｃ１  頂面、１５ｄ  加工面、１５ｄ１  頂面、１５ｅ  突部、１６  外側枠体、１６ａ，１６ｂ  孔、１７，１８  キャップ、１９  枠体、２０  高熱伝導グリス、２１  ろう材、２３  圧縮空間、２４  内部熱交換器、２５  再生器、３０  スターリング冷却庫、３１  吸熱部側熱搬送システム、３３  冷気ダクト、３４  ダクト、３５  送風ファン、３６  冷凍空間側ファン、３７  冷蔵空間側ファン、３８  冷凍空間、３９  冷蔵空間。
【図１】
2005140447.tif 000003
【図２】
2005140447.tif 000004
【図３】
2005140447.tif 000005
【図４】
2005140447.tif 000006
【図５】
2005140447.tif 000007
【図６】
2005140447.tif 000008
【図７】
2005140447.tif 000009
【図８】
2005140447.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005140447.tif 000012
【図１１】
2005140447.tif 000013
【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年1月14日(2005.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源から熱を奪い、内部の作動流体を蒸発させる蒸発器と、
作動流体の熱を外部に放出し、内部の作動流体を凝縮させる凝縮器とを備え、
前記作動流体が前記蒸発器と前記凝縮器との間を循環するように、前記蒸発器と前記凝縮器とが接続されてなるループ型サーモサイフォンであって、
前記蒸発器は、前記熱源に当接する当接面を含む内側枠体と、前記熱源に当接しない外側枠体とを含み、
前記内側枠体には、前記当接面の反対側に位置する前記内側枠体の壁面に該壁面から突出する台状部が形成されるとともに、前記台状部が形成されていない部分に前記外側枠体がろう材にて接続され、
前記台状部の頂面に粗面化処理が施されていることを特徴とする、ループ型サーモサイフォン。
【請求項２】
スターリング冷凍機を搭載したスターリング冷却庫であって、
前記スターリング冷凍機は、請求項１に記載のループ型サーモサイフォンを備えており、
前記蒸発器が、前記スターリング冷凍機の放熱部と熱交換するように構成されている、スターリング冷却庫。
【請求項３】
熱源を取り囲む放熱部と、
前記放熱部から熱を奪い、内部の作動流体を蒸発させる蒸発器と、
作動流体の熱を外部に放出し、内部の作動流体を凝縮させる凝縮器とを備え、
前記作動流体が前記蒸発器と前記凝縮器との間を循環するように、前記蒸発器と前記凝縮器とが接続されてなる放熱システムであって、
前記蒸発器は、作動流体が流動する流路を内側に含む環状の枠体からなり、
前記環状の枠体は、前記環状の枠体の軸線を含む断面において、前記放熱部に取着する側に開口を有し、
前記流路は、前記環状の枠体の内壁面と、前記開口を塞ぐように位置する前記放熱部の外壁面とによって構成され、
前記放熱部には、前記放熱部の外壁面から前記流路側に向かって突出する台状部が形成されるとともに、前記台状部が形成されていない部分に前記環状の枠体がろう材にて接続され、
前記台状部の頂面に粗面化処理が施されていることを特徴とする、放熱システム。
【請求項４】
スターリング冷凍機を搭載したスターリング冷却庫であって、
前記スターリング冷凍機は、請求項３に記載の放熱システムを備えており、
前記蒸発器が、前記スターリング冷凍機の放熱部と熱交換するように構成されている、
スターリング冷却庫。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に基づくループ型サーモサイフォンは、熱源から熱を奪い、内部の作動流体を蒸発させる蒸発器と、作動流体の熱を外部に放出し、内部の作動流体を凝縮させる凝縮器とを備え、作動流体がこれら蒸発器と凝縮器との間を循環するように、蒸発器と凝縮器とが接続されてなるものである。蒸発器は、熱源に当接する当接面を含む内側枠体と、熱源に当接しない外側枠体とを含む。内側枠体には、内側枠体の当接面の反対側に位置する壁面から突出する台状部が形成されるとともに、この台状部が形成されていない部分に外側枠体がろう材にて接続されている。本ループ型サーモサイフォンにあっては、この台状部の頂面に粗面化処理が施されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明に基づく放熱システムは、熱源を取り囲む放熱部と、この放熱部から熱を奪い、内部の作動流体を蒸発させる蒸発器と、作動流体の熱を外部に放出し、内部の作動流体を凝縮させる凝縮器とを備え、作動流体がこれら蒸発器と凝縮器との間を循環するように、蒸発器と凝縮器とが接続されてなるものである。蒸発器は、作動流体が流動する流路を内側に含む環状の枠体からなり、この環状の枠体は、環状の枠体の軸線を含む断面において、放熱部に取着する側に開口を有している。上記流路は、環状の枠体の内壁面と、上記開口を塞ぐように位置する放熱部の外壁面とによって構成されている。放熱部には、放熱部の外壁面から流路側に向かって突出する台状部が形成されるとともに、この台状部が形成されていない部分に環状の枠体がろう材にて接続されている。本放熱システムにあっては、この台状部の頂面に粗面化処理が施されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の第１の局面に基づくスターリング冷却庫は、スターリング冷凍機を搭載した冷却庫であって、スターリング冷凍機は上述のループ型サーモサイフォンを備えている。そして、本スターリング冷却庫においては、上述のループ型サーモサイフォンの蒸発器がスターリング冷凍機の放熱部と熱交換するように構成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の第２の局面に基づくスターリング冷却庫は、スターリング冷凍機を搭載した冷却庫であって、スターリング冷凍機は上述の放熱システムを備えている。そして、本スターリング冷却庫においては、上述の放熱システムの蒸発器がスターリング冷凍機の放熱部と熱交換するように構成されている。