(57)【要約】      （修正有）【課題】給水パイプにスターリング冷凍機の高温部で生じた熱を伝え、給水パイプが凍結してパイプ内に氷が詰まる現象を回避し、給水パイプヒータを無くすことができる冷凍冷蔵庫。【解決手段】スターリング冷凍機２と、高温部２ａで生じた熱を搬送するための熱搬送システム３と、低温部２ｂで生じた冷熱を搬送するための冷熱搬送システム４とを備え、下冷凍室１４と、冷蔵室１２と、これら冷凍室１４・冷蔵室１２間を仕切る仕切部７ａとを有するスターリング冷蔵庫１において、冷蔵室１２の下部で着脱自在に設けられた給水タンク２１と、製氷皿２２と、一端が給水タンク２１に連結され他端が製氷皿２２の上方に位置する給水パイプ２３と、該給水パイプ２３を介して前記給水タンク２１内の貯水を前記製氷皿２２へ導く吸水ポンプ２４とからなる製氷ユニット２０を備え、該製氷ユニット２０の後方に前記スターリング冷凍機２を配置したことを特徴とする。【選択図】図２
2005221085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スターリング冷凍機と、前記スターリング冷凍機の高温部で生じた熱を搬送するための熱搬送システムと、前記スターリング冷凍機の低温部で生じた冷熱を搬送するための冷熱搬送システムとを備え、冷凍室と、冷蔵室と、これら冷凍室・冷蔵室間を仕切る仕切部とを有するスターリング冷蔵庫において、
前記冷蔵室の下部であって前記仕切部の上方に着脱自在に設けられた給水タンクと、前記冷凍室の上部であって前記仕切部の下方に設けられた製氷皿と、一端が前記給水タンクに連結されるとともに他端が前記製氷皿の上方に位置する給水パイプと、該給水パイプを介して前記給水タンク内の貯水を前記製氷皿へ導くポンプとからなる製氷ユニットを備え、
該製氷ユニットの後方に前記スターリング冷凍機を配置したことを特徴とするスターリング冷蔵庫。
【請求項２】
前記熱搬送システムは、ループ状管路と、前記スターリング冷凍機の高温部に設置される高温側蒸発器と、管路の最上部に設置される高温側凝縮器とを備え、
前記冷熱搬送システムは、ループ状管路と、管路の最下部に設置される低温側蒸発器と、前記スターリング冷凍機の低温部に設置される低温側凝縮器とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のスターリング冷蔵庫。
【請求項３】
前記給水パイプの一部が前記熱搬送システムの一部に接触していることを特徴とする請求項１に記載のスターリング冷蔵庫。
【請求項４】
前記給水パイプの一部が前記スターリング冷凍機を収容した機械室に臨んでいることを特徴とする請求項１に記載のスターリング冷蔵庫。
【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を備えた冷凍冷蔵庫に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来の冷蔵庫の一例の側断面図である。この図において、図２と同一の部分には同一の符号を付している。この冷蔵庫１００は、蒸気圧縮式の冷媒サイクル３０を利用している。これは、圧縮機３１、蒸発器３２、凝縮器（図示せず）等の要素を冷媒循環回路を形成するように配管３３で連結したものである。蒸発器３２を複数備えたものもあるが、基本的には一種類の冷媒を冷媒循環回路内で循環させるものであるため、圧縮機３１はサイクル全体では最も低い位置に配置される。この図に示すように、従来の冷蔵庫では、冷蔵庫本体７内の最下部後部に圧縮機３１等を設置する機械室８が形成されるものが一般的である。このため、機械室８前部は冷凍室１４側へ出っ張り、従来の仕様では庫内に圧迫感があった。
【０００３】
また、この冷蔵庫１００は、冷蔵室１２の下部であって仕切部７ａのすぐ上に着脱自在に設けられた給水タンク２１と、冷凍室１４の上部であって仕切部７ａのすぐ下に設けられた製氷皿２２と、一端が給水タンク２１に連結されるとともに他端が製氷皿２２の上部に位置する給水パイプ２３と、給水タンク２１内の貯水を吸水して給水パイプ２３へ導く吸水ポンプ２４とからなる製氷ユニット２０を備えている。そして、給水パイプが凍結して（パイプ内に氷が）詰まる現象を回避するための電熱ヒータ（給水パイプヒータ）２８を使用しており、消費電力が大きかった。
【０００４】
このような製氷ユニットは、スターリング冷凍機を備えた冷凍冷蔵庫にも搭載することができる。例えば、特許文献１には、サーモサイフォン（自然循環）を利用した二次冷媒回路により、スターリング冷凍機で発生した冷熱の搬送及び熱の搬送を行い、庫内の冷却と庫外への放熱を行うものが記載されている。
【特許文献１】特開２００３−５００７３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、サーモサイフォンを使用した冷熱搬送サイクルでは、スターリング冷凍機の低温部に取り付けられる凝縮器に対して蒸発器を下方に配置する必要があるため、従来の蒸気圧縮式の冷媒サイクルを用いた冷蔵庫に比べ、スターリング冷凍機の搭載される機械室が冷蔵庫本体の少なくとも中央の高さよりも高い位置に形成される。このため、機械室前部は庫内側へ出っ張り、従来の仕様では庫内に圧迫感があり、貯蔵できる食品の種類や量が制限され、使い勝手が悪かった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、スターリング冷凍機と、前記スターリング冷凍機の高温部で生じた熱を搬送するための熱搬送システムと、前記スターリング冷凍機の低温部で生じた冷熱を搬送するための冷熱搬送システムとを備え、冷凍室と、冷蔵室と、これら冷凍室・冷蔵室間を仕切る仕切部とを有するスターリング冷蔵庫において、
前記冷蔵室の下部であって前記仕切部の上方に着脱自在に設けられた給水タンクと、前記冷凍室の上部であって前記仕切部の下方に設けられた製氷皿と、一端が前記給水タンクに連結されるとともに他端が前記製氷皿の上方に位置する給水パイプと、該給水パイプを介して給水タンク内の貯水を前記製氷皿へ導くポンプとからなる製氷ユニットを備え、
該製氷ユニットの後方に前記スターリング冷凍機を配置したことを特徴とする。
【０００７】
この構成によると、冷蔵室及び冷凍室にまたがって配置される製氷ユニットの後方の狭い空間を有効利用してスターリング冷凍機を設置することができる。
【０００８】
また、前記熱搬送システムは、ループ状管路と、前記スターリング冷凍機の高温部に設置される高温側蒸発器と、管路の最上部に設置される高温側凝縮器とを備え、
前記冷熱搬送システムは、ループ状管路と、管路の最下部に設置される低温側蒸発器と、前記スターリング冷凍機の低温部に設置される低温側凝縮器とを備え、前記給水パイプの一部を前記熱搬送システムの一部に接触させるか、前記スターリング冷凍機を収容した機械室に臨ませていることを特徴とする。この構成によると、給水パイプにスターリング冷凍機の高温部で生じた熱を伝えることができ、給水パイプが凍結して（パイプ内に氷が）詰まる現象を回避できるので、従来必要であった給水パイプヒータを無くすことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、冷蔵室、冷凍室にまたがって配置される製氷ユニットの後方の狭い空間を有効利用してスターリング冷凍機を設置することにより、冷蔵庫筐体全体に対してスペース効率良くスターリング冷凍機を設置でき、従来の圧縮機搭載冷蔵庫において、圧縮機があった場所を庫内貯蔵空間（冷凍室）として広く利用できる。さらに、製氷ユニットの給水パイプをスターリング冷凍機の廃熱を利用して温めることができるため、従来必要であった給水パイプヒータを使用することなく給水パイプの凍結詰まりを防止でき、給水パイプヒータ廃止による省エネを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるスターリング冷蔵庫の正面方向から見た模式図、図２は、そのＡ−Ａ線側断面図である。
【００１１】
図１、図２を参照して、スターリング冷蔵庫１は、本体７と、スターリング冷凍機２と、熱搬送システム３と、冷熱搬送システム４とを主に有している。本体７は箱形に構成されている。本体７内は、冷蔵庫の中部の高さ位置に設けられる断熱材１７を備えた仕切部７ａにより上方の貯蔵室である冷蔵室１２と、下方の貯蔵室である冷凍室１４とに仕切られる。
【００１２】
１８，１９は、それぞれ冷蔵室１２、冷凍室１４の前面を開閉する扉である。冷凍室１４内には、食品を整理して収納できるように、スライド式のトレイ１１が数段に設けられている。冷凍室１２内の上部であって仕切部７ａのすぐ下には、水平軸周りに回転可能な製氷皿２２が設けられている。製氷皿２２の下方には、スライド式の貯氷ケース２７が設けられている。
【００１３】
次に、製氷ユニット２０について説明する。冷凍室１２の上部であって仕切部７ａのすぐ下には、製氷皿２２が回転可能に設けられている。冷蔵室１２内の下部であって仕切部７ａのすぐ上には、着脱自在な給水タンク２１が設置されている。給水パイプ２３の一端は、給水タンク２１の上蓋２１ａに取り付けられた吸水パイプ２５の下流端に連結パイプ２６を介して連結されている。また、給水タンク２１の上蓋２１ａには、吸水パイプ２５の途中に吸水ポンプ２４が設けられており、吸水ポンプ２４を駆動することにより、吸水パイプ２５に沿って給水タンク２１内の水を吸い上げて、給水パイプ２３に導くことができる。給水パイプ２３は、鉛直下方に断熱材１７を突き抜けて機械室８を通った後、前方に屈曲され仕切部７ａの断熱材１７の中を通って再び屈曲され、製氷皿２２の上部に他端が位置するように配設されている。貯氷ケース２７には、氷の重量や嵩を検知する図示しない氷量検知手段が設けられ、この氷量検知手段によって検知された氷の量が所定値よりも小さい時に吸水ポンプを駆動し、所定値を超えた場合には吸水ポンプ２４を停止して、貯氷ケース２７内に氷を蓄えるととともに、氷があふれないようにしている。
【００１４】
そして、製氷ユニット２０の後方には、機械室８が形成され、この機械室８内にスターリング冷凍機２がその軸心を水平かつスターリング冷蔵庫１の背面と平行にして、製品幅のほぼ中央部に配置されている。これにより、製氷ユニット２０の後方の狭い空間を有効利用してスターリング冷凍機２を設置することができる。スターリング冷凍機２は、内部に封入された作動媒体（例えばヘリウム）の膨張過程で吸熱して冷熱を発生する低温部２ｂと、作動媒体の膨張過程で温熱を発生する高温部２ａとを有する。
【００１５】
熱搬送システム３はスターリング冷凍機２の高温部２ａより上方であって冷蔵室１２の背壁後方に位置している。この熱搬送システム３は、ループ状管路の内部に冷媒を通すものであり、かつスターリング冷凍機２で生じた熱を冷媒によって搬送するためのものである。熱搬送システム３は、ループ状管路３ｃと、スターリング冷凍機２の高温部２ａに設置される高温側蒸発器３ａと、ループ状管路３ｃの最上部に設置される高温側凝縮器３ｂとを備えている。給水パイプ２３は、その一部が高温側蒸発器３ａあるいはループ状管路３ｃに接触しており、スターリング冷凍機２の高温部２ａで生じた熱を伝えることにより、電熱ヒータ（給水パイプヒータ）を使用することなく給水パイプ２３の凍結詰まり防止を行うことができる。また、スターリング冷凍機２の振動も給水パイプ２３に伝わり、給水パイプ２３の内壁に付着した水滴を効率良く製氷皿２２内に落下させることができる。尚、給水パイプ２３の凍結詰まり防止は、給水パイプ２３の一部を機械室８に臨ませるだけでも機械室８を利用して行うことができる。又、給水パイプ２３の傾斜の小さい部分には内壁に水滴が残りやすく氷による目詰まりが生じやすいので、熱搬送システム３あるいは機械室８の熱を傾斜の小さい部分全体に伝えるための伝熱シート（アルミ箔など）を給水パイプに巻き付けるのが好ましい。
【００１６】
冷熱搬送システム４はスターリング冷凍機２の低温部２ｂより下方であって冷凍室１４の背壁後方に位置している。この冷熱搬送システム４は、ループ状管路の内部に冷媒を通すものであり、かつスターリング冷凍機２で生じた冷熱を冷媒によって搬送するためのものである。冷熱搬送システム４は、ループ状管路４ｃと、ループ状管路４ｃの最下部に設置される低温側蒸発器４ａと、スターリング冷凍機２の低温部２ｂに設置される低温側凝縮器４ｂとを備えている。低温側蒸発器４ａは、冷凍室１４の後方であって冷気ダクト１６へ通ずる流路１５内に配置される。
【００１７】
低温側蒸発器４ａ付近には、低温側蒸発器４ａの冷熱を庫内に循環させるための冷却ファン６が設置されている。冷蔵室１２の背面には、低温側蒸発器４ａにて生成された冷気を貯蔵室である冷蔵室１２に送るための冷気ダクト１６が設置されている。また、低温側蒸発器４ａの冷熱が庫外へ出るのを防ぎ、かつ高温側凝縮器３ｂの熱が庫内に入るのを防ぐように、本体７が断熱材１７で覆われている。極低温となる低温側蒸発器４ａは、冷凍室１４の内容積を大きく取るため、冷凍室１４の後方であって冷気ダクト１６へ通ずる流路１５内に配置される。また、外気温より高温になる高温側凝縮器３ｂは、熱損失を低減するため、冷蔵室１２の背壁後方に配置される。低温側蒸発器４ａの下方には、除霜により落下するドレンを受けて庫外へ流出させるドレン受け９が設置されている。
【００１８】
上記構成によると、スターリング冷凍機２の上下に冷蔵庫１の高さを有効利用して、スターリング冷凍機の熱搬送システムおよび冷熱搬送システム３，４を好適に配置することができる。
【００１９】
熱搬送システム３のループ状管路３ｃには冷媒として、たとえば水とエタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）の混合物が充填されている。冷熱搬送システム４のループ状管路４ｃには冷媒として、たとえば二酸化炭素（ＣＯ2）が充填されている。ここで、ループ状管路３ｃ，４ｃにそれぞれ充填される冷媒としては、作動環境によって凝結しない物質であって、潜熱が利用可能な物質が適している。潜熱が利用可能な物質とは、高温側凝縮器３ｂまたは低温側凝縮器４ｂで凝縮し、高温側蒸発器３ａおよび低温側蒸発器４ａで蒸発するような沸点を有する物質である。潜熱が利用可能な冷媒によって、より大量の熱および冷熱の運搬が可能となる。
【００２０】
スターリング冷凍機２で発生した熱および冷熱は、以下の原理によって自然循環する冷媒によって搬送され、放出される。すなわち、図１において、スターリング冷凍機２の高温部２ａの熱は高温側蒸発器３ａへ伝えられる。ループ状管路３ｃに充填されている冷媒は、高温側蒸発器３ａへ伝えられた熱によって液体から気体に変化する。気体となった冷媒は液体との重量差を利用してループ状管路３ｃ内を上昇し、高温側凝縮器３ｂへ移動する。高温側凝縮器３ｂでは、冷媒は熱を外部へ放出し、気体から液体に変化する。液体となった冷媒は気体との重量差を利用してループ状管路３ｃ内を下降し、再び高温側蒸発器３ａへ移動し、熱を受け取る。なお、本実施の形態では、高温側凝縮器３ｂからの熱の放出は自然対流により行われる。
【００２１】
一方、スターリング冷凍機２の低温部２ｂの冷熱は低温側凝縮器４ｂへ伝えられる。ループ状管路４ｃに充填されている冷媒は、低温側凝縮器４ｂへ伝えられた冷熱によって気体から液体に変化する。液体となった冷媒は気体との重量差を利用してループ状管路４ｃ内を下降し、低温側蒸発器４ａへ移動する。冷媒は低温側蒸発器４ａで冷媒は冷熱をスターリング冷蔵庫１の内部へ放出し、液体から気体に変化する。気体となった冷媒は液体との重量差を利用してループ状管路４ｃ内を上昇し、再び低温側凝縮器４ｂへ移動し、冷熱を受け取る。このように、低温側蒸発器４ａによりスターリング冷蔵庫１の内部へ冷熱を放出することができるため、スターリング冷蔵庫１内を冷却することができる。
【００２２】
次に、冷却ファン６の作用について説明する。図１を参照して、冷却ファン６は、庫内空気を図中の矢印のように循環させる。すなわち、低温側蒸発器４ａで冷却された庫内空気により、冷凍室１４が冷却される。このとき、冷却ファン６は、冷熱を受け取った庫内空気の一部を、流路１５及び冷気ダクト１６を介して冷蔵室１２に送り込む。これにより、冷蔵室１２が冷却される。
【００２３】
以上の構成・動作により、冷媒の重力による自然循環を利用して、熱搬送システム３および冷熱搬送システム４により高温部で発生した熱および低温部で発生した冷熱が搬送されるので省エネルギーとなる。しかも、スターリング冷凍機２はスターリング冷蔵庫１の中部の高さ位置に配置されていて、高温側蒸発器３ａと高温側凝縮器３ｂとの高低差、および低温側蒸発器４ａと低温側凝縮器４ｂとの高低差が大きくとられている。このような蒸発器と凝縮器の配置をとるために、冷媒の液体と気体の重力差による移動が容易となり、冷媒の循環が促進される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】は、本発明の実施の形態におけるスターリング冷蔵庫の正面方向から見た模式図である。
【図２】は、図１のＡ−Ａ線側断面図である。
【図３】は、従来の冷蔵庫の側断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    スターリング冷蔵庫
２    スターリング冷凍機
２ａ  高温部
２ｂ  低温部
３    熱搬送システム
３ａ  高温側蒸発器
３ｂ  高温側凝縮器
３ｃ  ループ状管路
４    冷熱搬送システム
４ａ  低温側蒸発器
４ｂ  低温側凝縮器
４ｃ  ループ状管路
７ａ  仕切部
１２  冷蔵室
１４  冷凍室
２０  製氷ユニット
２１  給水タンク
２２  製氷皿
２３  給水パイプ
２４  吸水ポンプ
【図１】
2005221085.tif 000003
【図２】
2005221085.tif 000004
【図３】
2005221085.tif 000005