(57)【要約】  【課題】  本発明は、容器内をムラなく強力に冷却できるよう、冷却効率を高めると共に、多少の傾きでも冷媒の流下が妨げられないサーモサイフォンを提供する。  【解決手段】  サーモサイフォン１は、スターリング冷凍機４の吸熱部４ａに設けられて冷媒６を凝縮させる凝縮器２と、この凝縮器２に接続されていると共に容器５の熱を吸熱するように該容器５の周囲に配置されている配管３とを備える。この配管３は複数の経路を有し、これら複数の経路が前記容器５の外周に対して多重螺旋状となるように、前記容器５に沿って熱的に接触して設けられているものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機の吸熱部に設けられ冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器に接続されていると共に容器の熱を吸熱するように該容器の周囲に配置されている配管とを備え、前記冷媒が封入されているサーモサイフォンにおいて、前記配管が複数の経路を有し、これら複数の経路が前記容器の外周に対して多重螺旋状となるように、前記容器に沿って熱的に接触して設けられていることを特徴とするサーモサイフォン。
【請求項２】
前記配管の各経路のうち、少なくとも前記容器の側面と接している部分が互いに略平行に設けられていることを特徴とする請求項１記載のサーモサイフォン。
【請求項３】
前記配管の複数の経路全てが連通していることを特徴とする請求項１乃至２記載のサーモサイフォン。
【請求項４】
前記配管の複数の経路が前記容器の外底面において連通していることを特徴とする請求項３記載のサーモサイフォン。
【請求項５】
前記配管の複数の経路が予めそれぞれ直線状に形成されると共に、これら複数の経路が平行に配設されているものを前記容器の外周に対して多重螺旋状に設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のサーモサイフォン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の相変化を利用して熱を輸送するサーモサイフォンに関し、特に、比較的小さな容器内を強力に冷凍するサーモサイフォンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のサーモサイフォンとしては、例えば、冷凍機の冷熱を容器に輸送するために、前記容器の外面に沿って設けられているものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。そして、前記サーモサイフォンは、その配管が前記容器の外面に沿って螺旋状に配されている。更に、前記サーモサイフォンの配管を前記容器の外周に対して複数回巻回することで、前記容器内をムラなく強力に冷却することができる。
【特許文献１】特開２００３−１４８８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような前記サーモサイフォンでは、前記容器内をムラなく強力に冷却するために、前記配管を前記容器の外周に対して複数回巻回すると、前記配管の傾きが緩やかになってしまうことで、前記サーモサイフォン内の凝縮された冷媒の流下速度が遅くなってしまったり、前記配管における凝縮器側の基端から先端までの長さが長くなってしまうことで、気体状の冷媒と液体状の冷媒との往き来がしにくくなってしまったりするので、冷却効率が低下してしまうという虞があった。また、前述したように、前記サーモサイフォンの配管の傾きが緩やかになってしまうため、冷凍装置が携帯型であった場合など、少し傾いただけで冷媒の流下が妨げられることになってしまい、容器内が冷却されないという問題があった。
【０００４】
本発明は以上の問題点を解決し、冷却効率を高めると共に、多少の傾きでも冷媒の流下が妨げられないサーモサイフォン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】
【０００５】
本発明の請求項１に記載のサーモサイフォンは、冷凍機の吸熱部に設けられ冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器に接続されていると共に容器の熱を吸熱するように該容器の周囲に配置されている配管とを備え、前記冷媒が封入されているサーモサイフォンにおいて、前記配管が複数の経路を有し、これら複数の経路が前記容器の外周に対して多重螺旋状となるように、前記容器に沿って熱的に接触して設けられているものである。
【０００６】
また、本発明の請求項２に記載のサーモサイフォンは、請求項１において、前記配管の各経路のうち、少なくとも前記容器の側面と接している部分が互いに略平行に設けられているものである。
【０００７】
また、本発明の請求項３に記載のサーモサイフォンは、請求項１乃至２において、前記配管の複数の経路全てが連通しているものである。
【０００８】
また、本発明の請求項４に記載のサーモサイフォンは、請求項３において、前記配管の複数の経路が前記容器の外底面において連通しているものである。
【０００９】
更に、本発明の請求項５に記載のサーモサイフォンは、請求項１乃至４において、前記配管の複数の経路が予めそれぞれ直線状に形成されると共に、これら複数の経路が平行に配設されているものを前記容器の外周に対して多重螺旋状に設けたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に記載のサーモサイフォンは、以上のように構成することにより、前記容器外面に対する前記配管の巻数を多くしたとしても、従来の単数の経路しか有さない配管を用いた冷凍装置に比較して、複数の経路を有する配管の傾斜が大きく取れ、なおかつ前記配管の各経路における前記凝縮器側の基端から先端までの長さが長くならないので、このサーモサイフォンによる前記容器の冷却効果を高めることができるばかりでなく、前記配管の各経路の傾きを大きくすることができるので、冷凍装置の傾きによって冷媒の流下が妨げられにくくすることができる。
【００１１】
また、本発明の請求項２に記載のサーモサイフォンは、以上のように構成することにより、前記配管の各経路を密に巻回することが可能となるので、このサーモサイフォンによる前記容器の冷却効果をより高めることができる。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載のサーモサイフォンは、以上のように構成することにより、冷媒を一箇所から注入すれば配管全体に冷媒が行き渡るので、冷媒の封入作業を容易にすることができるばかりでなく、各経路に冷媒が均等に行き渡ることで、経路毎の冷却性能を略均等にすることができる。また、冷媒封入の対象である配管全体の容積が大きくなるので、所定の封入密度にするための冷媒の封入質量管理が容易になり、配管内の冷媒量の精度を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の請求項４に記載のサーモサイフォンは、以上のように構成することにより、前記容器の外側面だけでなく外底面においても吸熱されるので、このサーモサイフォンによる前記容器の冷却効果をより高めることができる。
【００１４】
更に、請求項５に記載のサーモサイフォンは、以上のように構成することにより、前記配管の製作及びその取り付けを容易に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明の実施例１について、図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本発明によるサーモサイフォンの第１の実施例を説明するための斜視図である。図１において、サーモサイフォン１は、冷媒を凝縮する凝縮器２と、後述する容器５の熱を吸熱する配管３とで構成されている。前記凝縮器２は、スターリング冷凍機４の先端の吸熱部４ａに固定されている。なお、前記スターリング冷凍機４については、一般に使用されているものと差異はないので、その説明を省略する。そして、前記スターリング冷凍機４の吸熱部４ａに固定された前記凝縮器２は、前記吸熱部４ａに対して固定された下ブロック２ａと、この下ブロック２ａに対して固定される上ブロック２ｂとの間で前記配管３の上端である一端３ａの近傍を挟持することで構成されており、前記配管３からの熱を前記上ブロック２ｂ及び下ブロック２ａを介して前記スターリング冷凍機４の吸熱部４ａに効率的に伝導させることができるようになっている。
【００１７】
前記下ブロック２ａとスターリング冷凍機４の吸熱部４ａとの固定は、例えば、前記下ブロック２ａに孔を形成し、この孔に対して前記スターリング冷凍機４の吸熱部４ａを圧入したり、または熱伝導性のよい接着剤で接着したりするといった方法で行われるが、要は前記スターリング冷凍機４の吸熱部４ａと前記下ブロック２ａとが伝熱的に接続されていればよいので、これら以外の固定方法を採用してもよい。また、前記下ブロック２ａと前記上ブロック２ｂとによる前記配管３の挟持は、例えば、前記配管３を前記下ブロック２ａと前記上ブロック２ｂとで挟んだ状態で螺子止めしたり、熱伝導性のよい接着剤で接着したりする方法で行われるが、要は前記下ブロック２ａと上ブロック２ｂと配管３とが伝熱的に接続されていればよいので、これら以外の固定方法を採用してもよい。なお、前記下ブロック２ａと前記上ブロック２ｂとは熱伝導性のよい金属素材であるアルミニウムや銅などで形成されている。
【００１８】
この実施例では、前記配管３には３本の経路が設けられており、これら３本の経路は、前記配管３の両端３ａ，３ｂにおいてそれぞれ連通して接続されている。そして、前記配管３の各経路の一端３ａ近傍は、前記凝縮器２に固定されている。また、前記配管３の各経路は、冷却対象となる有底筒型の容器５の外面に接するまでの区間において、略一定の傾きで斜め下方を向くように形成されている。更に、前記配管３の各経路の他端３ｂ側は前記有底筒型の容器５の外面に対して螺旋状に巻きながら容器５の底部５ａまで至っている。なお、前記配管３の３本の経路は、略平行に並べて配置されている。即ち、前記配管３の３本の経路は、少なくとも前記有底筒型の容器５の外面と接する区間において、略平行な三重螺旋状、即ち多重螺旋状となっている。なお、前記配管３の経路は３本に限ることなく、容器５の大きさや形状を勘案して、増減できることは勿論である。また、前記配管３の一端３ａには、図示しない冷媒を封入するための封入口が形成されている。そして、前記配管３は、熱伝導性の高い素材である銅管等から形成されていると共に、この配管３には、二酸化炭素、代替フロン等の冷媒６が封入されている。なお、この実施例を示す各図面では、前記配管３の複数の経路が多重螺旋状であることを分かり易くするために、前記配管３の各経路間の間隔Ａよりも前記配管３全体の間隔Ｂが大きくなるように記載しているが、これら間隔Ａと間隔Ｂとが略同じになるように前記配管３を前記容器５に巻き付けることが望ましい。但し、これは前記配管３の間隔Ａと間隔Ｂとが異なった状態となることを除外するものではない。
【００１９】
そして、これらのサーモサイフォン１、スターリング冷凍機４及び容器５等が図示しない筺体に納められることで、冷蔵庫や冷凍庫、アイスクリーマ等の機器が構成される。また、前記サーモサイフォン１及び容器５の外側は、前記筐体内において図示しない断熱材で覆われている。
【００２０】
次に、以上のように構成されているサーモサイフォン１の作用について説明する。図２は、前記サーモサイフォン１の作用を説明するための模式図である。まず、前記スターリング冷凍機４を作動させると、このスターリング冷凍機４の先端部の吸熱部４ａが冷却される。これによって、前記スターリング冷凍機４の吸熱部４ａに固定されている前記凝縮器２が冷却される。そして、この凝縮器２が冷却されると、前記ブロック２ａ，２ｂによって挟持された、前記配管３における前記凝縮器２を構成する部位が冷却され、この部位の内部において、前記配管３に封入されている冷媒６が凝縮する。そして、この冷媒６が凝縮すると、この冷媒６が前記配管３の管内を他端３ｂ側に向かって斜め下方に流下する。この際、前記容器５を取り巻く配管３を流下した液体状の前記冷媒６は、前記配管３における最低部となる他端３ｂに至る間に、前記容器５から気化熱を奪って気化すると共に、気化されなかった液体状の冷媒６は、前記配管３の最低部となる他端３ｂ側に溜まることになる。なお、この他端３ｂ側に溜まった液体状の冷媒６も、前記容器５から気化熱を奪うことで、順次気化することになる。そして、気化した前記冷媒６は、液体となって流下した前記配管３の経路と同じ経路を逆方向に上昇して、前記凝縮器２に戻る。更に、前記凝縮器２に戻った気体状の前記冷媒６は、再び前記凝縮器２で凝縮する。このように、上述した作用が連続的に繰り返されることで、前記容器５、ひいてはこの容器５内の収容物が冷却される。
【００２１】
次に、以上のように構成されている前記サーモサイフォン１の組立手順について説明する。まず、所望の長さをもつ銅製の管の両端を封じ、所望の形状、即ち図３に示されるような前記配管３を得ると共に、この配管３の一部に図示しない封入口を形成する。そして、この封入口から冷媒６を注入する。そして、所定量の前記冷媒６が注入されたら、前記封入口を封止する。このとき、前記配管３の複数（この実施例では３本）の経路が全て連通しているので、前記封入口から前記冷媒６を封入するだけで３本の経路全てに前記冷媒が行き渡る。なお、前記配管３に前記冷媒６を封入する工程において、前記配管３が３本の経路を有するものの、それぞれの経路が全て連通していることで、前記配管３全体の容積が各経路の容積の和になるので、前記配管３内の冷媒６の封入密度が所定値になるように前記配管３に封入される冷媒６の質量の管理が行い易く、精度を高めることができる。即ち、仮に前記冷媒６の封入量に±０．５ｇの誤差が生ずるとした場合、単数の経路しか有さない従来の配管を用いたサーモサイフォンでは、配管全体で構成される一つの経路に対して±０．５ｇの誤差が生じ、また、独立した複数の経路にそれぞれ冷媒６を封入する場合では、各経路それぞれに±０．５ｇの誤差が生じてしまうことになるが、本実施例の場合では、前記３本の経路を有する配管３全体に対して±０．５ｇの誤差となり、従って、前記３本の経路それぞれに対して見かけ上の誤差を±０．１７ｇとすることができる。即ち、前記配管３全体に対する冷媒６の量の誤差を、各経路の本数によって割ることで、各経路の見かけ上の誤差を小さく（本実施例の場合は約１／３に）することができる。更に、前記配管３の一端３ａ近傍を、予め前記スターリング冷凍機４に取り付けられた下ブロック２ａ及び上ブロック２ｂによって挟持することで、前記凝縮器２に固定する。
【００２２】
そして、前記配管３の３本の経路は、図１乃至図２に示すように、それぞれ適当な間隔Ａで、ほぼ平行になるように、前記容器５の側面に沿って三重螺旋状に前記容器５を巻きながら下方に延ばす。また、前記配管３の他端３ｂは、前記容器５の底面５ａ付近まで延びている。そして、前記容器５に沿って巡らされた前記配管３を前記容器５に熱的に密着させた後、この容器５の外側を図示しない断熱材によって前記配管３ごと覆う。また、前記凝縮器２及び前記配管３のうち前記容器５から離れている区間を、図示しない断熱材によって覆う。このようにして、前記サーモサイフォン１が作成される。
【００２３】
以上のような本実施例によれば、冷却効果を高めるために前記容器５の外面に対する前記配管３の各経路の合計巻数を多くしたとしても、単数の経路しか有さない従来の配管を用いたサーモサイフォンを、本発明における前記サーモサイフォン１の配管３の経路と同じ合計巻き数だけ前記容器５に巻き付けた場合に比較して、前記配管３の各経路の傾斜が大きく取られ、前記冷媒６が前記配管３の他端３ｂ近傍までスムーズに流下するので、前記配管３の前記容器５と接する区間全体によって、前記サーモサイフォン１による前記容器５の冷却効果を高めることができるばかりでなく、前述したように、前記配管３の各経路の傾斜が大きく取られるので、前記サーモサイフォン１を含む機器全体が傾いたとしても、前記冷媒６の流下が妨げられにくくすることができる。また、前記冷媒６を一箇所から注入すれば、前記配管13に冷媒６が行き渡るので、冷媒６の封入作業を容易にすることができるばかりでなく、前記配管３の各経路に前記冷媒６が均等に行き渡ることで、前記配管３の各経路の冷却性能を略均等にすることができる。更に、前記冷媒６封入の対象である配管３の容積が大きくなるので、所定の封入密度にするための前記冷媒６の封入質量管理が容易になり、前記配管３内における前記冷媒６の量の精度を高めることができる。
【実施例２】
【００２４】
次に、本発明に係るサーモサイフォンの実施例２について説明する。なお、本実施例において、前述した実施例１に示す構成と同一の構成については、同一符号を付すと共に、その説明を省略する。
【００２５】
図４は、本発明に係るサーモサイフォンの実施例２を説明する図である。この図４のサーモサイフォン11は、冷媒６を凝縮する凝縮器２と、容器５から熱を吸収する配管13とから構成されている。本実施例の特徴は、前記配管13を、一本の長い銅管を略三等分する位置、即ち前記配管13の両端13ａ及び13ｂとなる位置において折り返して形成することで、３本の経路が略平行に形成された点にある。そして、前記配管13の各経路は、それぞれ直線状に形成されると共に、これら各経路の他端13ｂ側は前記有底筒型の容器５の外面に対して螺旋状に巻きながら容器５の底部５ａまで至っている。なお、前記配管13の３本の経路は、略平行に並べて配置されている。即ち、前記配管３の３本の経路は、少なくとも前記有底筒型の容器５の外面と接する区間において、略平行な三重螺旋状、即ち多重螺旋状となっている。そして、前記配管13の端部、例えば一端13ａから前記冷媒６を注入し、所定量の前記冷媒６が注入されたら、前記配管13の各経路の一端13ａを封止する。
【００２６】
この配管13の一端13ａ近傍を、前記スターリング冷凍機４に取り付けられた下ブロック２ａ及び上ブロック２ｂによって挟んで、前記凝縮器２に固定する。そして、図４に示すように、それぞれ適当な間隔Ａで、前記配管３のそれぞれの経路がほぼ平行になるように、前記容器５の側面に沿って螺旋状に前記配管13を巻きつけてゆく。また、この配管13の他端13ｂは、前記容器５の底面５ａ付近まで延びている。そして、前記容器５に沿って巡らされた前記配管13を前記容器５に熱的に密着させた後、この容器５の外側を図示しない断熱材によって前記配管13ごと覆う。また、前記凝縮器２及び前記配管13のうち前記容器５から離れている区間を、図示しない断熱材によって覆う。このようにして、前記サーモサイフォン11が作成される。
【００２７】
以上のような本実施例によれば、冷却効果を高めるために前記容器５の外面に対する前記配管13の各経路の合計巻数を多くしたとしても、単数の経路しか有さない従来の配管を用いたサーモサイフォンを、本発明における前記サーモサイフォン11の配管13の経路と同じ合計巻き数だけ前記容器５に巻き付けた場合に比較して、前記配管13の各経路の傾斜が大きく取られ、前記冷媒６が前記配管13の他端13ｂ近傍までスムーズに流下するので、前記配管13の前記容器５と接する区間全体によって、前記サーモサイフォン11による前記容器５の冷却効果を高めることができるばかりでなく、前述したように、前記配管13の各経路の傾斜が大きく取られるので、前記サーモサイフォン11を含む機器全体が傾いたとしても、前記冷媒６の流下が妨げられにくくすることができる。また、前記冷媒６を一箇所から注入すれば、前記配管13に冷媒６が行き渡るので、冷媒６の封入作業を容易にすることができるばかりでなく、前記配管13の各経路に前記冷媒６が均等に行き渡ることで、前記配管13の各経路の冷却性能を略均等にすることができる。更に、前記冷媒６封入の対象である配管13の容積が大きくなるので、所定の封入密度にするための前記冷媒６の封入質量管理が容易になり、前記配管13内における前記冷媒６の量の精度を高めることができる。
【実施例３】
【００２８】
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、図５に示す実施例３では、配管23の他端23ｂを容器５の底面５ａまで延ばして配置する。このような構成にすることにより、前記容器５の外側面だけでなく外底面５ａにおいても吸熱されるので、サーモサイフォン21による前記容器５の冷却効果をより高めることができる。勿論、前記配管23の経路の数は３本に限定されることなく、容器の大きさや形状により増減できる。
【００２９】
また、前記配管に複数の枝を設けて、より密度高く、前記容器５の側面に配管を配置する構造とすることもできる。特に、前記容器５の上部に位置する配管に枝部分を設けることにより、前記容器５の上部にある内容物を効果的に冷却できるので、さらに冷却効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１に係るサーモサイフォンの斜視図である。
【図２】本発明の実施例１に係るサーモサイフォンの作用を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る配管の形状を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施例２に係るサーモサイフォンの斜視図である。
【図５】本発明の実施例３に係るサーモサイフォンの斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，11，21  サーモサイフォン
２    凝縮器
２ａ  下ブロック
２ｂ  上ブロック
３，13，23  配管
４  スターリング冷凍機
５  容器
【図１】
2005308357.tif 000003
【図２】
2005308357.tif 000004
【図３】
2005308357.tif 000005
【図４】
2005308357.tif 000006
【図５】
2005308357.tif 000007