(57)【要約】【課題】消費電力が少なく、極低温冷凍が可能である冷蔵庫を提供する。【解決手段】冷蔵庫は、高温放熱部２および低温吸熱部３を含み、冷凍室を冷却するスターリング冷凍機１と、冷蔵室蒸発器１２を含む第１循環回路５で第１冷媒を循環させるための圧縮機１１とを備える。高温放熱部２は、第１循環回路５に形成された第１循環らせん部１７に接触している。【選択図】        図１
2005016740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温放熱部および低温吸熱部を含み、冷凍室を冷却するスターリング冷凍機と、
冷蔵室蒸発器を含む第１循環回路で第１冷媒を循環させるための圧縮機と
を備え、
前記高温放熱部は、前記第１循環回路に接触している、冷蔵庫。
【請求項２】
前記高温放熱部は、前記第１循環回路のうち、前記冷蔵室蒸発器から前記圧縮機に戻る途中の配管に接触している、請求項１に記載の冷蔵庫。
【請求項３】
前記高温放熱部は、前記第１循環回路のうち、前記冷蔵室蒸発器から前記圧縮機に戻る途中に形成された放熱部冷却用蒸発器に接触している、請求項１に記載の冷蔵庫。
【請求項４】
前記冷蔵室蒸発器の冷熱を冷蔵室に送るための冷蔵室冷却ファンを備え、
前記冷凍室の温度が設定値以上になったことを検知して、前記冷蔵室冷却ファンを停止する制御手段を備える、請求項１に記載の冷蔵庫。
【請求項５】
前記第１循環回路は、主回路と補助回路とを含み、
前記補助回路は、補助冷媒膨張部と前記補助冷媒膨張部より下流側に形成された放熱部冷却用蒸発器とを有し、入口が前記主回路の前記圧縮機から前記冷蔵室蒸発器に向かう配管に形成された分岐手段に接続され、
前記高温放熱部は、前記放熱部冷却用蒸発器に接触している、請求項１に記載の冷蔵庫。
【請求項６】
前記分岐手段として、前記冷蔵室蒸発器に向かう側及び前記放熱部冷却用蒸発器に向かう側がそれぞれ開閉可能な三方弁が配置されている、請求項５に記載の冷蔵庫。
【請求項７】
前記冷蔵室の温度が設定値以下になったことを検知して、前記三方弁の前記冷蔵室蒸発器に向かう側を閉にする制御手段を含む、請求項６に記載の冷蔵庫。
【請求項８】
前記冷凍室の温度が設定値以下になったことを検知して、前記三方弁の前記放熱部冷却用蒸発器に向かう側を閉にする制御手段を含む、請求項６に記載の冷蔵庫。
【請求項９】
前記冷凍室の温度が設定値以上になったことを検知して、前記三方弁の前記冷蔵室蒸発器に向かう側を閉にして、前記放熱部冷却用蒸発器に向かう側を開にする制御手段を含む、請求項６に記載の冷蔵庫。
【請求項１０】
前記冷蔵室蒸発器の冷熱を冷蔵室に送るための冷蔵室冷却ファンを備え、
前記三方弁の前記冷蔵室蒸発器に向かう側が閉の状態で、前記冷蔵室の湿度を検知して、前記冷蔵室冷却ファンを回転させる制御手段を含む、請求項６に記載の冷蔵庫。
【請求項１１】
前記冷蔵室蒸発器の温度が設定値以下になったことを検知して、前記圧縮機の回転数を下げるとともに、前記スターリング冷凍機の出力を上昇させる制御手段を含む、請求項１に記載の冷蔵庫。
【請求項１２】
外気温度と前記冷蔵室の温度に対応して、前記圧縮機の回転数を制御する制御手段を含む、請求項１に記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スターリング冷凍機および圧縮機を備える冷蔵庫に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷蔵庫は、圧縮機を用いた冷凍サイクルが採用されている。圧縮機は、冷凍サイクルの作動冷媒を凝縮するために用いられ、凝縮された作動冷媒は、膨張部で減圧しながら膨張し蒸発器に送られる。蒸発器は、作動冷媒が内部で蒸発することによって低温になる。蒸発器は冷蔵庫の内部に配置され、蒸発器によって冷蔵庫の内部が低温に保たれる。この作動冷媒には、代替冷媒（ＨＦＣ冷媒）やハイドロカーボン（ＨＣ冷媒）が用いられている。
【０００３】
圧縮機を用いた冷凍サイクルの代わりに、逆スターリングサイクルを利用したスターリング冷凍機を用いる冷蔵庫が提案されている（たとえば、特開２０００−１８７４８号公報）。その他に、スターリング冷凍機と圧縮機とを併用した冷蔵庫が提案されている。
【０００４】
図４に、スターリング冷凍機および圧縮機を備える冷蔵庫のうち、特開２０００−３３７７４７号公報に開示されている冷蔵庫の概略断面図を示す。この冷蔵庫は、冷蔵室２１と冷凍室２２とに分かれており、冷凍室２２が上側に冷蔵室２１が下側にそれぞれ配置されている。冷蔵室２１の底部の奥側には、圧縮機１１が配置されている。圧縮機１１で圧縮された冷媒は、第１循環回路５を通って、熱交換器２９に送られる。圧縮機１１から熱交換器２９までの間に、冷媒の冷却および膨張が行なわれる（図示せず）。熱交換器２９に到達した冷媒は、熱交換器２９の内部で蒸発するとともに、その潜熱によって熱交換器２９の冷却が行なわれる。冷蔵室蒸発器で蒸発した冷媒は、第１循環回路５を通って圧縮機１１に戻り再び圧縮される。
【０００５】
冷蔵室２１の奥側には、冷蔵室２１の空気を循環させるための冷蔵室循環通路８が形成されている。熱交換器２９は、冷蔵室循環通路８の内部に配置されている。また、冷蔵室循環通路８の内部には、冷蔵室冷却ファン２３が配置されている。冷蔵室冷却ファン２３が駆動することによって、冷蔵室循環通路８の内部には、空気の流れが発生する。図４においては、冷蔵室循環通路８の下側から冷蔵室２１の空気が入り、冷蔵室循環通路８に形成された出口から冷蔵室２１に放出される。冷蔵室２１内部の空気は、冷蔵室循環通路８を通過する際に、熱交換器２９に接触して冷やされる。冷蔵室循環通路８から出てくる空気は、冷却された温度の低い空気となっており、この空気の流れによって冷蔵室２１に保存されている物を冷却する。
【０００６】
冷蔵庫の上部の奥側には、スターリング冷凍機１が配置されている。スターリング冷凍機１は、シリンダ内部をピストンが往復運動することにより、作動媒体が圧縮空間と膨張空間との間を移動して、圧縮および膨張が繰返し行なわれる装置である。作動媒体としては、ヘリウムガス、水素ガスまたは窒素ガスなどが充填されている。圧縮空間で圧縮された作動媒体は高温であり、高温放熱部２において外界の空気により冷却される。冷却された作動媒体は、膨張空間に送られて膨張する。作動媒体は、膨張空間で膨張することによって低温になる。低温になった作動媒体によって低温吸熱部３が冷却される。低温吸熱部３の一部は、冷凍室２２に露出するように形成され、冷凍室２２は、低温吸熱部３によって冷却される。
【０００７】
図４に示す冷蔵庫は、スターリング冷凍機１が配置されている冷蔵庫上部まで冷蔵室循環通路８が延在している。また、冷蔵庫の上方まで冷気を送るための送風ファン２５が配置されている。この冷蔵庫は、送風ファン２５が駆動することによって、熱交換器２９で冷却された空気の一部を、スターリング冷凍機の高温放熱部まで送風できるように構成されている。高温放熱部２は、この低温の空気によって冷却される。高温放熱部２を冷却した空気は、冷蔵庫の背面に形成された排気口２６を通って外に排気される。
【０００８】
この冷蔵庫は、スターリング冷凍機１により冷却される冷凍室２２と熱交換器２９により冷却される冷蔵室２１とを有するので、それぞれの冷却室を用途に分けて使用することができて、使い勝手のよい冷蔵庫を得ることができる、というものである。また、熱交換器２９によって冷却された冷蔵室循環通路８の空気によって、スターリング冷凍機１の高温放熱部２を冷却することができ、その結果、スターリング冷凍機１の冷却効率が向上する、というものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１８７４８号公報（第４−５頁、第１−６図）
【００１０】
【特許文献２】
特開２０００−３３７７４７号公報（第３−４頁、第１−２図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
圧縮機による冷凍サイクルのみを用いた冷蔵庫においては、冷凍サイクルの温度が−３０℃以下の極低温域になると、冷媒蒸気の比容積と圧縮比とが大きくなって冷凍能力が極端に低下する。したがって、極低温冷凍を行なう冷蔵庫に適用することは困難である。
【００１２】
スターリング冷凍機のみを備える冷蔵庫は、極低温域の冷凍にも対応することができるが、−３０℃以下の冷気を０〜５℃の冷蔵室の冷却に利用すると、冷蔵庫全体での消費電力が増大するという問題がある。また、圧縮機による冷凍サイクルを利用する冷蔵庫と異なり、スターリング冷凍機の高温放熱部の熱を直接的に冷蔵庫のドアパッキン部分の発露防止やドレン水の処理に利用することは困難である。スターリング冷凍機の高温放熱部の熱をヒートパイプや二次冷媒循環ポンプなどを用いて、ドアパッキン部分やドレン皿の加熱に利用することもできるが、熱交換の効率が悪いためにシステムＣＯＰ（エネルギ消費効率：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が低下してしまう。
【００１３】
一方、特開２０００−３３７７４７号公報の冷蔵庫は、圧縮機による冷凍サイクルで発生した低温の空気を、直接的にスターリング冷凍機の高温放熱部の冷却に利用して、スターリング冷凍機の高温放熱部の冷却効率を向上している。しかし、この冷蔵庫は、空気の伝熱係数が低いために熱交換の効率が悪く、多くの冷気を環境に放出してしまって、システムＣＯＰが悪化するという問題があった。また、圧縮機による冷凍サイクルの熱交換器で空気を冷やして、冷やされた空気でスターリング冷凍機の高温放熱部を冷却するため、スターリング冷凍機の高温放熱部の温度が下がるまでに時間がかかってしまい、冷凍室の急冷には不向きであるという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、低消費電力で、極低温冷凍が可能である冷蔵庫を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に基づく冷蔵庫は、高温放熱部および低温吸熱部を含み、冷凍室を冷却するスターリング冷凍機と、冷蔵室蒸発器を含む第１循環回路で第１冷媒を循環させるための圧縮機とを備える。上記高温放熱部は、上記第１循環回路に接触している。この構成を採用することにより、上記スターリング冷凍機の上記高温放熱部を効率的に冷却することができ、低消費電力で極低温冷凍が可能な冷蔵庫を提供することができる。
【００１６】
上記発明において好ましくは、上記高温放熱部は、上記第１循環回路のうち、上記冷蔵室蒸発器から上記圧縮機に戻る途中の配管に接触している。この構成を採用することにより、簡単な構成で、上記高温放熱部を上記第１循環回路に接触させることができる。
【００１７】
上記発明において好ましくは、上記高温放熱部は、上記第１循環回路のうち、上記冷蔵室蒸発器から上記圧縮機に戻る途中に形成された放熱部冷却用蒸発器に接触している。この構成を採用することにより、上記高温放熱部と上記第１循環回路の接触面積を大きくすることができ、さらに効率よく上記高温放熱部を冷却することができる。
【００１８】
上記発明において好ましくは、上記冷蔵室蒸発器の冷熱を冷蔵室に送るための冷蔵室冷却ファンを備え、上記冷凍室の温度が設定値以上になったことを検知して、上記冷蔵室冷却ファンを停止する制御手段を備える。この構成を採用することにより、上記冷凍室の温度が高くなった場合においても、上記冷凍室を急冷することができる。
【００１９】
上記発明において好ましくは、上記第１循環回路は、主回路と補助回路とを含み、上記補助回路は、補助冷媒膨張部と上記補助冷媒膨張部より下流側に形成された放熱部冷却用蒸発器とを有し、入口が上記主回路の上記圧縮機から上記冷蔵室蒸発器に向かう配管に形成された分岐手段に接続され、上記高温放熱部は、上記放熱部冷却用蒸発器に接触している。この構成を採用することにより、上記第１冷媒の一部を、上記高温放熱部を冷却するために用いることができ、上記高温放熱部をさらに効率よく冷却することができる。
【００２０】
上記発明において好ましくは、上記分岐手段として、上記冷蔵室蒸発器に向かう側及び上記放熱部冷却用蒸発器に向かう側がそれぞれ開閉可能な三方弁が配置されている。この構成を採用することにより、上記分岐手段を容易に形成することができる。また、上記冷蔵室蒸発器に向かう上記第１冷媒または上記放熱部冷却用蒸発器に向かう上記第１冷媒を必要に応じて遮断して、消費電力を節減することができる。
【００２１】
上記発明において好ましくは、上記冷蔵室の温度が設定値以下になったことを検知して、上記三方弁の上記冷蔵室蒸発器に向かう側を閉にする制御手段を含む。この構成を採用することにより、上記冷蔵室を冷やす必要がないときに、上記冷蔵室蒸発器に向かう上記第１冷媒の流れを遮断して、消費電力を節減することができる。
【００２２】
上記発明において好ましくは、上記冷凍室の温度が設定値以下になったことを検知して、上記三方弁の上記放熱部冷却用蒸発器に向かう側を閉にする制御手段を含む。この構成を採用することにより、上記冷凍室の冷却が不要なときに、上記放熱部冷却用蒸発器に向かう上記第１冷媒の流れを遮断して、消費電力を節減することができる。
【００２３】
上記発明において好ましくは、上記冷凍室の温度が設定値以上になったことを検知して、上記三方弁の上記冷蔵室蒸発器に向かう側を閉にして、さらに、上記放熱部冷却用蒸発器に向かう側を開にする制御手段を含む。この構成を採用することにより、上記放熱部冷却用蒸発器の冷却能力を大きくすることができて、上記冷凍室を急冷することができる。
【００２４】
上記発明において好ましくは、上記冷蔵室蒸発器の冷熱を冷蔵室に送るための冷蔵室冷却ファンを備え、上記三方弁の上記冷蔵室蒸発器に向かう側が閉の状態で、上記冷蔵室の湿度を検知して、上記冷蔵室冷却ファンを回転させる制御手段を含む。この構成を採用することにより、上記冷蔵室蒸発器の周りに付いている霜を蒸発させることができ、上記冷蔵室の湿度を高く維持することができる。
【００２５】
上記発明において好ましくは、上記冷蔵室蒸発器の温度が設定値以下になったことを検知して、上記圧縮機の回転数を下げるとともに、上記スターリング冷凍機の出力を上昇させる制御手段を含む。この構成を採用することにより、上記冷蔵室蒸発器の周りに付いた霜を取除くことができ、上記冷蔵室蒸発器の周りに形成されていた除霜用ヒータが不要になる。よって、装置の構成が簡単になるとともに消費電力を節減することができる。
【００２６】
上記発明において好ましくは、外気温度と上記冷蔵室の温度に対応して、上記圧縮機の回転数を制御する制御手段を含む。この構成を採用することにより、上記圧縮機の余分な負荷を含む状態での運転を防止することができ、消費電力の節減に寄与することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
（構成）
図１および図２を参照して、本発明に基づく実施の形態１における冷蔵庫について説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態における冷蔵庫の冷却回路の説明図である。本冷蔵庫は、圧縮機１１を含む冷凍サイクルとスターリング冷凍機１とを備える。冷却回路は、第１循環回路５と第２循環回路６とを含む。第１循環回路５の内部には第１冷媒としてのＨＣ冷媒が、第２循環回路６の内部には第２冷媒としての二酸化炭素が充填されている。
【００２９】
第１循環回路５は、第１冷媒が圧縮機１１によって圧縮されて、矢印３１に示すように冷蔵室蒸発器１２に送られた後に、矢印３２に示すように第１循環らせん部１７を通って圧縮機１１に戻るように形成されている。スターリング冷凍機１は高温放熱部２と低温吸熱部３とを含み、内部には、ヘリウム、窒素または水素ガスなどが封入されている。第２循環回路６は、第２循環らせん部１８で低温吸熱部３に接触するように形成され、第２冷媒が矢印３３に示すように冷凍室蒸発器４に送られたのちに、矢印３４に示すように、第２循環らせん部１８に戻るように形成されている。
【００３０】
第１循環回路５の圧縮機１１の出口から冷蔵室蒸発器１２の入口の間には、ドレイン処理用冷媒パイプ１４、発露防止用冷媒パイプ１５、冷媒凝縮パイプ１６および冷媒膨張部１３ａが直列に配置されている。冷媒膨張部１３ａには、キャピラリチューブ（細管）型のものや膨張弁などが用いられる。冷蔵室蒸発器１２の出口と圧縮機１１の入口との間には、第１循環回路５の配管がらせん状に形成された第１循環らせん部１７が形成されている。第１循環らせん部１７は、スターリング冷凍機１の高温放熱部２を取囲んで接触するように形成されている。第２循環回路６の第２循環らせん部１８は、スターリング冷凍機１の低温吸熱部３の周りに、低温吸熱部３に接触するように形成されている。
【００３１】
図２に、本実施の形態における冷蔵庫の概略断面図を示す。本実施の形態における冷蔵庫は、冷蔵室２１および冷凍室２２を備え、上側が冷蔵室２１、下側が冷凍室２２である。圧縮機１１は、冷蔵庫の下部の奥側に配置されている。スターリング冷凍機１は、冷蔵庫の上部の奥側に配置されている。スターリング冷凍機１は、冷蔵室２１と隔離されて配置されている。冷凍室２２の奥側には、仕切り板２８が配置され、冷凍室循環通路９が形成されている。冷凍室循環通路９の内部には、冷凍室蒸発器４および冷凍室冷却ファン２４が配置されている。冷蔵室２１の奥側には、仕切り板２７が配置されて、冷蔵室循環通路８が形成されている。また、仕切り板２７によって、冷蔵室２１が上下に分割されている。冷蔵室循環通路８の内部には、冷蔵室蒸発器１２および冷蔵室冷却ファン２３が配置されている。
【００３２】
圧縮機１１に接続された第１循環回路５は、冷蔵庫の底部を通り、冷蔵庫の前方に導かれる。前方に導かれた第１循環回路５は、冷蔵庫の側面に形成された側板の内側を通って再び後方に導かれ、冷蔵室蒸発器１２の入口に接続されている。ドレン処理用冷媒パイプ（図示省略）は、冷蔵庫の底部に配設されている。発露防止用冷媒パイプ（図示省略）は、冷蔵庫の開口周縁部に配設されている。冷媒凝縮パイプ（図示省略）は、側板の内側に蛇行状に貼り付けて配設されている。冷媒膨張部（図示省略）はキャピラリチューブからなり、冷媒凝縮パイプと冷蔵室蒸発器１２との間に配設されている。冷蔵室蒸発器１２の出口に接続された第１循環回路５は、上方に配置されているスターリング冷凍機１の高温放熱部２に接触している第１循環らせん部１７（図１参照）を経由して圧縮機１１に戻るように形成されている。
【００３３】
第２循環回路６は、冷蔵庫の後方に形成されている。スターリング冷凍機１の低温吸熱部３に接触している第２循環らせん部１８（図１参照）を出た第２循環回路６は、冷凍室循環通路９に配設された冷凍室蒸発器４の入口に接続されている。冷凍室蒸発器４の出口に接続された第２循環回路６は、第２循環らせん部１８（図１参照）の入口に接続されている。
【００３４】
（作用・効果）
第１冷媒は、圧縮機１１を出たのちに、ドレン処理用冷媒パイプ１４、発露防止用冷媒パイプ１５および冷媒凝縮パイプ１６を通って、冷媒膨張部１３ａに送られる。圧縮機１１で凝縮された第１冷媒は、温度が上昇しており、ドレン処理用冷媒パイプ１４、発露防止用冷媒パイプ１５および冷媒凝縮パイプ１６を通ることによって冷却される。ドレン処理用冷媒パイプ１４は、冷蔵庫のドレン水を蒸発させ、発露防止用冷媒パイプ１５は、冷蔵庫のドアパッキン及び周縁部の発露を防止する。冷媒凝縮パイプ１６は、冷蔵庫の側板を介して、第１冷媒の熱を冷蔵庫の外部に放出する。これらの熱交換によって、冷媒膨張部１３ａに到達するまでに第１冷媒が冷却され凝縮される。本実施の形態においては、説明の便宜上、それぞれの放熱パイプは１つずつ直線状に形成されて、直列に連結しているが、それぞれが曲線状の部分を含んだ並列の回路を含み、複数個形成されていてもよい。
【００３５】
第１循環回路５を流れて冷却された第１冷媒は、冷媒膨張部１３ａにおいて減圧しながら膨張し、２相状態で冷蔵室蒸発器１２に送られる。冷蔵室蒸発器１２は第１冷媒が蒸発する際の潜熱によって低温になる。冷蔵室蒸発器１２を出た第１冷媒は、図１において矢印３２に示すように、第１循環らせん部１７に送られる。第１循環らせん部１７が、スターリング冷凍機１の高温放熱部２に接触していることによって、高温放熱部２が冷却される。その後に、圧縮機１１に戻され再び圧縮される。
【００３６】
圧縮機１１が運転を開始すると、第１循環回路５の内部の第１冷媒が循環を開始するとともに、冷蔵室蒸発器１２が低温になる。冷蔵室冷却ファン２３を駆動することによって、矢印４１，４２，４３に示す空気の流れが発生する。冷蔵室２１の空気は、冷蔵室循環通路８の内部に流入して、冷蔵室蒸発器１２によって冷却され、その後に冷蔵室２１に戻される。本実施の形態においては、冷蔵室２１は、仕切板２７によって上下の２段に分かれているので、冷蔵室２１の内部では、矢印４３に示すように、冷蔵室２１の上段から下段に向かった空気の流れが生じる。このように、冷蔵室蒸発器１２で冷却された空気は、冷蔵室２１の内部を循環して、冷蔵室２１の内部全体を冷却する。
【００３７】
一方で、冷凍室２２を冷却するために、スターリング冷凍機１を起動する。スターリング冷凍機１が起動すると、高温放熱部２の温度が上昇するとともに低温吸熱部３の温度が下降する。低温吸熱部３の周りに形成されている第２循環らせん部１８（図１参照）が冷却されて、内部の第２冷媒が凝縮される。第２冷媒は、下方に配置された冷凍室蒸発器４に向かって下降する。冷凍室蒸発器４に流入した第２冷媒が冷凍室蒸発器４の内部で蒸発して、冷凍室蒸発器４が低温になる。冷凍室蒸発器４を出た第２冷媒は、自然循環の作用によって、鉛直方向上側に形成されている第２循環らせん部１８に向かって移動し、再び冷やされて凝縮される。このように、第２冷媒は、第２循環回路６の内部を循環しながら冷凍室蒸発器４を低温にする。
【００３８】
冷凍室冷却ファン２４が駆動されることによって、冷凍室循環通路９の内部に矢印４４に示すように冷凍室の空気が流入する。流入した空気は、冷凍室蒸発器４と熱交換を行なって、低温の空気になる。この後に、矢印４５に示すように冷凍室２２の内部に放出され、冷凍室２２の内部が冷却されて極低温の状態を維持することができる。
【００３９】
スターリング冷凍機１が駆動すると、高温放熱部２の温度は上昇する。本実施の形態における冷蔵庫では、高温放熱部２は、第１循環回路５の冷蔵室蒸発器１２から圧縮機１１に戻る途中の配管に接触している。この構成を採用することによって、高温放熱部２を強制的に第１循環回路５の冷熱で冷却することができ、熱交換を速やかに、かつ効率よく行なうことができる。この結果、スターリング冷凍機１の消費電力を下げることができて、システムＣＯＰを向上させることができる。また、スターリング冷凍機の低温吸熱部が極低温の状態においても高い出力を得ることができ、冷凍室の極低温冷却を長時間にわたって持続することができる。
【００４０】
本実施の形態においては、高温放熱部２と第１循環回路５との接触部に、第１循環らせん部１７（図１参照）を形成したが、特にこの形態に限られず、第１循環回路５と高温放熱部２とが大きな面積で接触できればよい。または、第１循環らせん部１７の代わりに蒸発器を形成して、第１冷媒を再び蒸発させて、その潜熱によって高温放熱部２を冷却してもよい。すなわち、高温放熱部２の周りに接触するように放熱部冷却用蒸発器を形成してもよい。蒸発器を形成することによって、効率よく、高温放熱部２との熱交換を行なうことができる。また、高温放熱部２との接触面積を大きくすることができ、さらに熱交換の効率を向上させることができる。
【００４１】
本実施の形態においては、低温吸熱部３と第２循環回路６との接触部に、第２循環らせん部１８（図１参照）を形成したが、特にこの形態に限られず、低温吸熱部３と第２循環回路６との熱交換ができればよい。たとえば、第２循環らせん部１８の代わりに、凝縮器を形成して低温吸熱部３に密着させてもよい。凝縮器を形成することによって、効率よく低温吸熱部３との熱交換を行なうことができる。または、第２循環回路において、配管や冷凍室蒸発器の代わりにヒートパイプやヒートシンクなどの熱伝達手段を用いてもよい。
【００４２】
本実施の形態における冷蔵庫は、冷凍室２２の温度が設定値以上になったことを検知して、冷蔵室冷却ファン２３を停止する制御手段を備えている。たとえば、冷凍室２２の扉を長時間開放するなどによって、冷凍室２２の温度が上昇して冷凍室２２を急冷する必要が生じた場合を想定する。この場合、冷凍室２２の温度を検知して、冷蔵室冷却ファン２３を停止することによって、冷蔵室蒸発器１２の周りでの熱交換が自然対流によるものとなり、あまり熱交換が行なわれなくなる。その結果、第１循環回路５全体の温度が下降して、第１循環らせん部１７においてスターリング冷凍機１の高温放熱部２をより強力に冷却することができる。この結果、低温吸熱部３の冷却能力も向上させることができて、冷凍室２１内部を急冷することができる。
【００４３】
また、本実施の形態における冷蔵庫は、冷蔵室蒸発器１２の温度が設定値以下になったことを検知して、圧縮機１１の回転数を下げるとともに、スターリング冷凍機１の出力を上昇させる制御手段を含んでいる。冷蔵室蒸発器１２の温度が下がり過ぎると、冷蔵室蒸発器１２の周りに霜が発生する。この場合に、圧縮機１１の回転数が下がると、第１循環回路５の第１冷媒の温度は上昇する。したがって、冷蔵室蒸発器１２の温度も上昇する。加えて、スターリング冷凍機１の出力が上昇すると、高温放熱部２の温度が上昇するとともに、第１循環らせん部１７の温度も上昇する。すなわち、スターリング冷凍機の出力を上昇させることによって、第１冷媒の温度を上げることを促進できる。このような制御手段を含むことによって、冷蔵室蒸発器１２の周囲に付いた霜を除去することができる。この結果、冷蔵室蒸発器１２に取り付けられていた徐霜用ヒータが不要となり、装置の構成が簡単になるとともに、消費電力を節減することができる。
【００４４】
また、本実施の形態における冷蔵庫は、外気温度（冷蔵庫周辺の雰囲気温度）と冷蔵室の温度を検知し、外気温度と冷蔵室の温度に対応して、圧縮機の回転数を制御する手段を含んでいる。この構成を採用することによって、効率良く冷却が行なわれる結果、消費電力の節減に寄与する。
【００４５】
本実施の形態においては、第１冷媒にはＨＣ冷媒が使用されており、第２冷媒には、二酸化炭素が使用されている。これらの冷媒を使用することによって、地球環境を破壊するおそれのあるフロンなどを用いずに、本発明に基づく冷蔵庫を提供することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
（構成）
図３を参照して、本発明に基づく実施の形態２における冷蔵庫について説明する。図３は、本実施の形態における冷蔵庫の冷却回路の説明図である。
【００４７】
圧縮機１１に接続された冷蔵室蒸発器１２およびスターリング冷凍機１に接続された冷凍室蒸発器４を備えることは実施の形態１における冷蔵庫と同様である。圧縮機１１、スターリング冷凍機１、冷蔵室蒸発器１２および冷凍室蒸発器４の冷蔵庫内の位置についても実施の形態１と同様である。
【００４８】
本実施の形態における第１循環回路５は、主回路７ａと補助回路７ｂとを含む。主回路７ａは、圧縮機１１、ドレン処理用冷媒パイプ１４などの放熱器、冷媒膨張部１３ａおよび冷蔵室蒸発器１２を循環する回路である。冷蔵室１２を出た第１冷媒は、圧縮機１１に直接戻される。補助回路７ｂの入口は、主回路７ａの圧縮機１１から冷蔵室蒸発器１２に向かう配管に形成された分岐手段としての三方弁２０に接続されている。補助回路７ｂの出口は、主回路７ａの冷蔵室蒸発器１２から圧縮機１１に戻る途中に接続されている。補助回路７ｂは、主回路７ａの第１冷媒を減圧しながら膨張させるための補助冷媒膨張部１３ｂ、スターリング冷凍機１の高温放熱部２に接触している放熱部冷却用蒸発器１９を含む。放熱部冷却用蒸発器１９は、補助冷媒膨張部１３ｂの下流側に形成されている。補助回路７ｂは、冷蔵庫の背面に配置されている。
【００４９】
分岐手段としての三方弁２０は、冷媒凝縮パイプ１６と冷媒膨張部１３ａとの間に形成されている。三方弁２０は、冷蔵室蒸発器１２に向かう側または放熱部冷却用蒸発器１９に向かう側がそれぞれ開閉可能な４モードを有するものが用いられている。本実施の形態における三方弁２０は、それぞれの方向を全開または全閉の状態のみにする弁を用いているが、それぞれの方向の開度が調整可能なものが用いられていてもよい。
【００５０】
放熱部冷却用蒸発器１９は、高温放熱部２に接触して取囲むように形成されている。スターリング冷凍機１の低温吸熱部３の周りには、低温吸熱部３を取囲むように低温吸熱部３に接触したらせん状の第２循環らせん部１８が形成されている。第２循環回路６は、実施の形態１と同様に、第２冷媒が第２循環らせん部１８と冷凍室蒸発器４との間を循環できるように形成されている。第１冷媒としてＨＣ冷媒が用いられ、第２冷媒として二酸化炭素が用いられていることも実施の形態１と同様である。
【００５１】
本実施の形態における冷蔵庫は、冷蔵室２１の温度が設定値以下になったことを検知して、三方弁２０の冷蔵室蒸発器１２に向かう側を閉にする制御手段を含んでいる。また、冷凍室２２の温度が設定値以下になったことを検知して、三方弁２０の放熱部冷却用蒸発器１９に向かう側を閉にする制御手段を含んでいる。また、冷凍室２２の温度が設定値以上になったことを検知して、三方弁２０の冷蔵室蒸発器１２に向かう側を閉にして、放熱部冷却用蒸発器１９に向かう側を開にする制御手段を含んでいる。また、冷蔵室蒸発器１２に向かう側が閉の状態で、冷蔵室２１の湿度を検知して、冷蔵室冷却ファン２３を回転させる制御手段を含んでいる。
【００５２】
その他の構成については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【００５３】
（作用・効果）
圧縮機１１で圧縮された第１冷媒は、矢印３５に示すように、ドレン処理用冷媒パイプ１４などの放熱器を通って、冷媒膨張部１３ａで減圧しながら膨張して冷蔵室蒸発器１２に送られる。第１冷媒は、冷蔵室蒸発器１２で蒸発した後に、矢印３６に示すように、圧縮機１１に戻って再び圧縮される。冷蔵室蒸発器１２で第１冷媒の潜熱を用いた冷却が行なわれることは実施の形態１と同様である。第２循環回路６の作用および効果については実施の形態１と同様である。
【００５４】
第１冷媒の一部は、冷媒凝縮パイプ１６と冷媒膨張部１３ａとの間に形成された三方弁２０によって補助回路７ｂに流入する。補助回路７ｂに流入した第１冷媒は、補助冷媒膨張部１３ｂにおいて減圧しながら膨張して放熱部冷却用蒸発器１９に送られて蒸発する。放熱部冷却用蒸発器１９を出た第１冷媒は、主回路７ａに合流して、圧縮機１１に戻る。
【００５５】
補助冷媒膨張部１３ｂで減圧しながら膨張した第１冷媒は２相状態である。この第１冷媒が、放熱部冷却用蒸発器１９で蒸発することによって、放熱部冷却用蒸発器１９が低温になる。放熱部冷却用蒸発器１９がスターリング冷凍機１の高温放熱部２に接触していることによって、高温放熱部２が冷却される。この構成を採用することによって、第１冷媒の一部を利用して、スターリング冷凍機１の高温放熱部２を直接的に冷却することができ、熱効率を向上させることができる。よって、システムＣＯＰを向上させることができる。また、スターリング冷凍機１の低温吸熱部３が極低温の状態においても高い出力を得ることができ、冷凍室２２の極低温冷却を長時間にわたって持続することができる。
【００５６】
分岐手段として三方弁２０を採用することによって、容易に分岐手段を形成することができる。また、冷蔵室蒸発器１２に向かう側または放熱部冷却用蒸発器１９に向かう側がそれぞれ開閉可能ものを採用することによって、必要に応じて冷蔵室蒸発器１２または放熱部冷却用蒸発器１９に向かう第１冷媒の流れを遮断することができ、消費電力の節減に寄与する。本実施の形態における三方弁２０は、冷媒凝縮パイプ１６と冷媒膨張部１３ａとの間に配置したが、特にこの形態に限られず、冷媒膨張部１３ａと圧縮機１１との間の配管であれば、いずれの箇所においても配置することもできる。しかし、第１冷媒は、補助冷媒膨張部１３ｂに達するまでに放熱器で十分に冷却されていることが好ましく、冷媒凝縮パイプ１５などの放熱器の下流側に配置されることが好ましい。
【００５７】
冷蔵室２１の温度が設定値以下になったことを検知して、三方弁２０の冷蔵室蒸発器１２に向かう側を閉にする制御手段を含むことによって、冷蔵室の冷却が不要な場合に冷蔵室２１の冷却を中断して圧縮機１１の負荷を下げることができ、消費電力の節減に寄与することができる。また同様に、冷凍室２２の温度が設定値以下になったことを検知して、三方弁２０の放熱部冷却用蒸発器１９に向かう側を閉にする制御手段を含むことによって、冷凍室２２の冷却が不要なときに、スターリング冷凍機１の高温放熱部２の冷却を中断して圧縮機１１の負荷を下げることができ、消費電力の節減に寄与することができる。
【００５８】
また、本実施の形態における冷蔵庫は、冷凍室２２の扉を長時間開放した場合などの冷凍室２２の温度が設定値以上になった場合には、三方弁２０の冷蔵室蒸発器１２に向かう側を閉にして、放熱部冷却用蒸発器１９に向かう側を開にする制御手段を含んでいる。この制御手段を含むことによって、第１冷媒を冷蔵室蒸発器１２の側に流すことを中断して、第１冷媒の冷却能力を全てスターリング冷凍機１の高温放熱部２の冷却に用いることができる。よって、スターリング冷凍機１の高温放熱部２をより低温で冷却することができ、スターリング冷凍機１の低温吸熱部３の冷却能力を大きくすることができる。その結果、冷凍室２２を急冷することが可能である。
【００５９】
また、本実施の形態における冷蔵庫は、三方弁２０の冷蔵室蒸発器１２に向かう側が閉の状態で、冷蔵室２１の湿度を検知して、冷蔵室冷却ファン２３を回転させる制御手段を含んでいる。冷蔵室２１の冷却が不要な際に、冷蔵室冷却ファン２３を回して冷蔵室蒸発器１２の温度を上昇させることによって、冷蔵室蒸発器１２の周りに付いた霜が部分的に蒸発して冷蔵室２１を加湿することができる。
【００６０】
また、冷蔵室蒸発器１２の温度が下がり過ぎて周りに霜ができた場合に、圧縮機１１の回転数を下げるとともにスターリング冷凍機１の出力を上げて、除霜することは実施の形態１と同様である。また、外気温度と冷蔵室２１の温度を検知し、外気温度と冷蔵室の温度に対応して、圧縮機１１の回転数を制御する制御手段を含むことも実施の形態１と同様である。
【００６１】
その他の作用および効果については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【００６２】
なお、今回開示した上記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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲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。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、スターリング冷凍機の高温放熱部を効率良く冷却することができ、極低温冷凍が可能な低消費電力の冷蔵庫を提供することができる。
【００６４】
また、スターリング冷凍機の低温吸熱部が極低温の状態においても高い出力を得ることができ、冷凍室の極低温冷却を長時間にわたって持続することや冷凍室の急速冷凍を可能にした冷蔵庫を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施の形態１における冷蔵庫の冷却回路の説明図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１における冷蔵庫の概略断面図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態２における冷蔵庫の冷却回路の説明図である。
【図４】従来の技術に基づく冷蔵庫の概略断面図である。
【符号の説明】
１  スターリング冷凍機、２  高温放熱部、３  低温吸熱部、４  冷凍室蒸発器、５  第１循環回路、６  第２循環回路、７ａ  主回路、７ｂ  補助回路、８冷蔵室循環通路、９  冷凍室循環通路、１１  圧縮機、１２  冷蔵室蒸発器、１３ａ  冷媒膨張部、１３ｂ  補助冷媒膨張部、１４  ドレン処理用冷媒パイプ、１５  発露防止用冷媒パイプ、１６  冷媒凝縮パイプ、１７  第１循環らせん部、１８  第２循環らせん部、１９  放熱部冷却用蒸発器、２０  三方弁、２１冷蔵室、２２  冷凍室、２３  冷蔵室冷却ファン、２４  冷凍室冷却ファン、２５  送風ファン、２６  排気口、２７，２８  仕切り板、２９  熱交換器。
【図１】
2005016740.tif 000003
【図２】
2005016740.tif 000004
【図３】
2005016740.tif 000005
【図４】
2005016740.tif 000006