(57)【要約】  【課題】  サーモサイフォン（自然循環）を利用した冷熱搬送システムを備えた冷却庫において、低温側凝縮器と低温側蒸発器との間にできるだけ高低差を設けるためのレイアウト構造を提供する。  【解決手段】  貯蔵室１２と、スターリング冷凍機２と、前記スターリング冷凍機２の高温部２ａで生じた熱を高温側の二次冷媒によって搬送するためのループ状の熱搬送システム３と、前記スターリング冷凍機２の低温部２ｂで生じた冷熱を低温側の二次冷媒によって搬送するためのループ状の冷熱搬送システム４とを備え、  前記冷熱搬送システム３がサーモサイフォンを構成するよう前記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と該低温側凝縮器４ｂの下方に配設される低温側蒸発器４ａとを連結してなる冷却庫１において、  前記貯蔵室１２の底壁部に戻りダクト１５を形成し、該戻りダクト１５内に前記低温側蒸発器４ａを配置したことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯蔵室と、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高温側の二次冷媒によって搬送するためのループ状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低温側の二次冷媒によって搬送するためのループ状の冷熱搬送システムとを備え、
前記冷熱搬送システムがサーモサイフォンを構成するよう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該低温側凝縮器の下方に配設される低温側蒸発器とを連結してなる冷却庫において、
前記貯蔵室の底壁部にダクトを形成し、該ダクト内に前記低温側蒸発器を配置したことを特徴とする冷却庫。
【請求項２】
前記低温側蒸発器は、水平面に対して緩やかな勾配を有する平面内で蛇行させた蛇管部と、該蛇管部に取り付けられた複数の平板フィンとから構成し、前記蛇管部の出口側を入口側より高くしたことを特徴とする請求項１に記載の冷却庫。
【請求項３】
前記低温側蒸発器は、水平面に対して緩やかな勾配を有して配設され、二次冷媒の出口側を入口側より高く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、スターリング冷凍機を備えた冷蔵庫、冷凍庫、冷凍冷蔵庫等の冷却庫に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、本体天井部に機械室を備え、本体下面に蓄冷室を備えた保冷庫が開示されている。機械室内には、圧縮機、凝縮器、凝縮器ファン等が格納されている。蓄冷室内には、蒸発器と蒸発器を構成するパイプを挟み込むように固定されている蓄冷剤が設置されている。このため、凝縮器と蒸発器との間には、大きな高低差が形成される。圧縮機、凝縮器、蒸発器は冷媒を封入したループ状管路で連結され、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを構成している。
【０００３】
この構成で圧縮機を駆動すると、蒸発器が冷却され、蓄冷材が凍結する。これにより蓄冷室内で得られた冷気を庫内ファンで保冷室内に供給することにより、保冷室内の冷却を行うことができる。
【特許文献１】特開２００１−８２８４７号公報（第００１７−００２１段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この保冷庫では冷凍サイクル内の冷媒循環は、圧縮機を用いて強制的に行うため、凝縮器と蒸発器との間に大きな高低差が存在すると、冷媒循環の効率が悪くなる。
【０００５】
これに対し、サーモサイフォン（自然循環）を利用した冷熱搬送システム４を備えた冷却庫１では、図６に示すように、低温側凝縮器４ｂと低温側蒸発器４ａとの間に大きな高低差（Ｈ１）が存在する方が冷媒の循環効率が高くなる。なお、図６において、図１と同一の部分には同一の符号を付している。
【０００６】
本発明は、サーモサイフォン（自然循環）を利用した冷熱搬送システムを備えた冷却庫において、低温側凝縮器と低温側蒸発器との間にできるだけ高低差を設けるためのレイアウト構造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】
上記目的を達成するために本発明は、貯蔵室と、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高温側の二次冷媒によって搬送するためのループ状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低温側の二次冷媒によって搬送するためのループ状の冷熱搬送システムとを備え、
前記冷熱搬送システムがサーモサイフォンを構成するよう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該低温側凝縮器の下方に配設される低温側蒸発器とを連結してなる冷却庫において、
前記貯蔵室の底壁部にダクトを形成し、該ダクト内に前記低温側蒸発器を配置したことを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、低温側凝縮器と低温側蒸発器との高低差を大きく設定することができる。このため、冷媒の凝縮液と蒸気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。又、貯蔵室の底壁部にダクトを形成することにより、貯蔵室の底面が高くなり貯蔵室の使用性が良くなる。
【０００９】
そして、前記低温側蒸発器は、水平面に対して緩やかな勾配を有する平面内で蛇行させた蛇管部と、該蛇管部に取り付けられた複数の平板フィンとから構成し、前記蛇管部の出口側を入口側より高くしたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、低温側蒸発器は全体として扁平な構造を取ることができ、低温側蒸発器を貯蔵室の底壁の裏側に形成されたダクト内にコンパクトな形で収容することができる。又、冷媒の凝縮液と蒸気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。
【００１１】
尚、前記低温側蒸発器は、水平面に対して緩やかな勾配を有して配設され、二次冷媒の出口側を入口側より高くしたものであっても良い。この場合、貯蔵室の底面に傾斜が付くが除霜水の排水用傾斜と低温側蒸発器の傾斜を合わせることによりダクトをコンパクトにでき貯蔵室の内容積を増加させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、低温側凝縮器と低温側蒸発器との高低差を従来よりも大きく設定することができる。このため、冷媒の凝縮液と蒸気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。従って、冷媒の循環が促進され、低温側蒸発器にてより大きな冷熱を得ることができ、冷却効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１及び図２は、それぞれ本発明の実施の形態における冷却庫の側面断面図及び背面側から見た冷却庫上部の分解斜視図である。
【００１４】
図１及び図２を参照して、冷却庫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は箱体に構成され、その内部に貯蔵室１２が形成されている。本体７のすぐ下にはドレン皿１０が配置されている。貯蔵室１２の底壁の裏側には、断熱材１７との間に冷気戻りダクト１５が水平方向に形成され、貯蔵室１２の背壁の裏側には、断熱材１７との間に冷気送りダクト１６が鉛直方向に形成されている。冷気戻りダクト１５と冷気送りダクト１６は、貯蔵室１２の下部後方で直角に通じて、冷気通路を形成している。冷気戻りダクト１５内には、冷却ファン６が配設されている。貯蔵室１２の底壁前部には冷気戻りダクト１５の冷気戻り口１５ａが設けられている。貯蔵室１２の背壁天井部と所定の高さ位置には、冷気送りダクト１６の冷気送り口１６ａが設けられている。冷気戻りダクト１５の底面は、漏斗形状の斜面に形成され、その下端部から断熱材１７を下方に貫いてドレンパイプ９が設けられ、ドレンパイプ９の下端はドレン皿１０の上方に位置している。
【００１５】
１８は、貯蔵室１２の前面を開閉する扉である。貯蔵室１２の上部奥壁は貯蔵室１２内側へ出っ張り、その分奥行きが狭くなっており、その後方には、機械室８が形成されている。機械室８の上面には、上面カバー５が取り付けられ、機械室８の背面には、背面カバー１１が取り付けられる。そして、背面カバー１１には、矩形の排気口１４が二つ設けられ、そこに放熱ファン１３が設けられている。背面カバー１１の周縁には隙間が形成され、この隙間が吸気口１９となる。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冷却庫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、製品全体の重心が製品幅のほぼ中央に位置し、製品安定性が良くなり、転倒の危険が無く安全性が向上する。
【００１６】
スターリング冷凍機２は、図３に示すように、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。
【００１７】
熱搬送システム３はスターリング冷凍機２の高温部２ａより上方であって機械室８の内部に位置している。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。
【００１８】
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。ループ状管路４ｃは、低温側凝縮器４ｂから鉛直下方に延び貯蔵室１２の背壁後方の断熱材１７内部を貫き、冷気戻りダクト１５内に達している。低温側蒸発器４ａは、冷気戻りダクト１５内に配置される。これにより、低温側凝縮器４ｂと低温側蒸発器４ａとの高低差（Ｈ２）を大きく設定することができる。
【００１９】
ループ状管路４ｃは、図４に示すように、それ自体が低温側蒸発器４ａの一部を構成している。すなわち、ループ状管路４ｃは部分的に蛇行成形されており、低温側蒸発器４ａは、その蛇行した蛇管部４ｃ'と、該蛇管部４ｃ'に取り付けられた複数の平板フィン４ｄとから構成されている。蛇管部４ｃは、図５に示すように、水平面に対して緩やかな勾配（θ）を有する平面（Ｐ）内で蛇行しており、冷媒蒸気側（出口側）の管路が冷媒凝縮液側（入口側）の管路より高くなり、両者の間には、所定の高低差（ｈ）が形成され、該高低差及び冷媒蒸気と凝縮液の重力差を利用して冷媒の自然循環がスムーズに行える。従って、低温側蒸発器４ａは全体として扁平な構造を取ることができ、低温側蒸発器４ａを貯蔵室１２の底壁の裏側に形成された冷気戻りダクト１５内にコンパクトな形で収容することができる。これによって、冷媒凝縮液は、低温側蒸発器４ａの最も低い位置から蛇管部４ｃ'に流入し、戻り冷気により暖められて比重の軽くなった冷媒凝縮液は、低温側蒸発器内を上昇しながら冷媒蒸気となり、低温側蒸発器４ａの最も高い位置から蛇管部４ｃ'を出る。
【００２０】
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、貯蔵室１２の内容積を大きく取るため、貯蔵室１２の底面部であって冷気ダクト１６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、貯蔵室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パイプ９が設置され、更にその下方にドレンを溜めるドレン皿１０が設置されている。
【００２１】
上記構成によると、スターリング冷凍機２の上下に冷却庫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。
【００２２】
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。
【００２３】
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凝縮液から蒸気に変化する。蒸気となった冷媒は凝縮液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、冷媒は外部の空気と熱交換して蒸気から凝縮液に変化し、凝縮熱を機械室８内の空気へ放出する。放熱ファン１３を駆動すると、吸気口１９から庫外の空気が機械室８内に吸い込まれ、排気口１４から再び庫外へ排出される。これにより、高温側凝縮器３ｂによる放熱が促進される。凝縮液となった冷媒は蒸気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。
【００２４】
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蒸気から凝縮液に変化する。凝縮液となった冷媒は蒸気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。低温側蒸発器４ａでは、冷媒は平板フィン４ｄを介して外部の空気と熱交換して凝縮液から蒸気に変化し、蒸発熱を奪って、冷熱を冷気送りダクト１６の内部へ放出する。蒸気となった冷媒は凝縮液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により冷気戻りダクト１５内で冷熱を放出することができる。また、上述の通り低温側凝縮器４ｂと低温側蒸発器４ａの高低差（Ｈ２）が大きく設定されているため、冷媒の凝縮液と蒸気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。
【００２５】
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で冷却された戻りダクト１５内の空気を冷気ダクト１６を通って貯蔵室１２内に送り込むことにより、貯蔵室１２内が冷却される。また、上述の通り低温側凝縮器４ｂと低温側蒸発器４ａの高低差（Ｈ２）が従来よりも大きく（Ｈ２＞Ｈ１）設定されているため、冷媒の循環が促進され、低温側蒸発器４ａにてより大きな冷熱を得ることができ、冷却効率を向上させることができる。
【００２６】
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２ａで発生した熱および低温部２ｂで発生した冷熱が搬送されるので省エネルギーとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】は、本発明の実施の形態における冷却庫の側面断面図である。
【図２】は、その冷却庫を背面側から見た冷却庫上部の分解斜視図である。
【図３】は、スターリング冷凍機の熱搬送システム及び冷熱搬送システムを示す概念図である。
【図４】は、低温側蒸発器の斜視図である。
【図５】は、低温側蒸発器の側面図である。
【図６】は、従来の冷却庫の側面断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    冷却庫
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
４ｃ'  蛇管部
４ｄ  平板フィン
６    冷却ファン
７    本体
１２  貯蔵室
１５  冷気戻りダクト
１６  冷気送りダクト
１７  断熱材
【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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