(57)【要約】  【課題】  冷却庫の筐体にスターリング冷凍機の二次冷媒回路を通すに際し、その部分からの空気の出入りを確実に遮断する。  【解決手段】  冷却庫１は断熱構造の筐体１０及び扉１１を備える。筐体１０の上面にはスターリング冷凍機２０が設置される。スターリング冷凍機２０の吸熱部２２を包む断熱体５５は軟質発泡材の成形品で構成し、筐体１０に圧接させる。吸熱部２２と筐体１０内部の冷却器４２を接続する二次冷媒回路４０が筐体１０を貫通する部分は軟質発泡材からなる鞘管５６で包み、この鞘管５６の上端に設けたフランジ部５７を断熱体５５に圧接させる。鞘管５６と、これを通すべく筐体１０の断熱壁１３に設けた穴１６はテーパ形状であり、鞘管５６を穴１６に挿入するにつれ、両者はぴったりと密着する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体外にスターリング冷凍機を設置し、このスターリング冷凍機の吸熱部と筐体内の冷却器とを二次冷媒回路を介して接続する冷却庫において、
前記吸熱部を包む断熱体を軟質発泡材の成型品で構成し、この断熱体と前記筐体とを圧接状態に置くことを特徴とする冷却庫。
【請求項２】
前記二次冷媒回路のうち、前記筐体を貫通する部分を軟質発泡材の鞘管で包むとともに、この鞘管の上端にフランジ部を設け、このフランジ部と前記断熱体とを圧接状態に置くことを特徴とする請求項１に記載の冷却庫。
【請求項３】
前記鞘管を、上部が太く、下部が細くなるテーパ形状に形成するとともに、前記筐体の断熱壁に設けられた鞘管挿通用の穴も同様のテーパ形状としたことを特徴とする請求項２に記載の冷却庫。
【請求項４】
前記穴は、前記断熱壁にテーパ状の連通管を通すことにより形成されることを特徴とする請求項３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により庫内の冷却を行う冷却庫に関する。「冷却庫」とは、食品その他の物品の保存のため、「庫内」と呼称される密閉空間の温度を下げる装置全般を指す概念であり、「冷蔵庫」「冷凍庫」「冷凍冷蔵庫」といった商品としての名称を問わない。
【背景技術】
【０００２】
冷却庫の冷凍サイクルには特定フロン（CFC:chlorofluorocarbon）や代替フロン（HCFC:hydrochlorofluorocarbon、HFC:hydrofluorocarbon）が冷媒として使用されている。これらの冷媒のうちＣＦＣとＨＣＦＣは大気中に放出されると程度の差こそあれオゾン層の破壊につながるので、その生産及び使用は国際的な規制の対象となっている。また、オゾン層を破壊しないＨＦＣにも地球温暖化への影響が大きいという問題がある。
【０００３】
そこで、冷媒としてオゾン破壊物質を使用しないスターリング冷凍機が脚光を浴びている。スターリング冷凍機ではヘリウム等の不活性ガスを冷媒として使用し、外部動力によりピストンとディスプレーサを動作させて冷媒の圧縮・膨張を繰り返し、放熱部（ウォームヘッド）の温度を高めるとともに吸熱部（コールドヘッド）の温度を下げる。そして放熱部で周囲環境に放熱を行い、吸熱部で庫内から吸熱を行うものである。スターリング冷凍機を用いた冷却庫は、特許文献１にその例に見ることができる。
【０００４】
また、冷凍機がスターリング冷凍機であるかどうかにかかわらず、冷却庫の庫内と庫外を貫通する冷媒回路を設ける際には、貫通箇所から熱の漏洩が発生しないように、確実にシールすることが必要である。そのようなシール構造の例を例を特許文献２に見ることができる。
【特許文献１】特開平３−３６４６８号公報（第３−５頁、図１）
【特許文献２】実開昭５７−１２８０７４号公報（第３−４頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧縮機（コンプレッサ）で冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を凝縮器（コンデンサ）に送って冷却庫外に放熱させ、その冷媒を蒸発器（エバポレータ）で気化させて冷却庫内より吸熱する、一般の冷凍サイクルにあっては、圧縮機の動力によって冷媒を循環させるため、凝縮器、蒸発器の配置は比較的自由である。しかしながらスターリング冷凍機の場合、一般の冷凍サイクルと同様に冷媒を循環させると圧縮、膨脹に寄与しない死容積が増加し、成績係数（COP:Coefficient of Performance）が低下するので、二次冷媒回路を通じて吸熱、放熱を行う。この場合、二次冷媒回路の動作原理により、構成要素の配置に一定の制約が生じる。
【０００６】
スターリング冷凍機の放熱部に組み合わせられる二次冷媒回路にあっては、二次冷媒が放熱部の熱により気化し、多数の放熱フィンを並べた放熱器まで上昇する。放熱器を通じて周囲の空気に熱を与えた二次冷媒は凝縮し、重力により流下して放熱部の高さまで戻る。二次冷媒をこのように循環させるため、放熱器はスターリング冷凍機の放熱部（ウォームヘッド）よりも高い位置に置く必要がある。
【０００７】
スターリング冷凍機の吸熱部に組み合わせられる二次冷媒回路にあっては、二次冷媒が吸熱部の冷熱により凝縮し、多数の冷却フィンを並べた冷却器へと流下する。二次冷媒は冷却器を通じ周囲の空気から熱を奪って気化し、吸熱部の高さへと戻る。二次冷媒をこのように循環させるため、冷却器はスターリング冷凍機の吸熱部（コールドヘッド）よりも低い位置に置く必要がある。
【０００８】
上記のような制約により、スターリング冷凍機は冷却庫の底部に置くことはできない。放熱器ともども、冷却庫筐体の上部、特に背面側の角部に置くのが自然且つ適切ということになる。
【０００９】
上記条件を満たすように構成された従来のスターリング方式冷却庫の例を図４〜９に示す。図４は冷却庫の斜視図、図５は冷凍サイクル構成要素の分解斜視図、図６は冷却庫の部分断面図、図７は要部拡大断面図、図８は図６のＡ−Ａ線に沿って切断した要部拡大断面図、図９は図７のＢ−Ｂ線に沿って切断した部分拡大断面図である。
【００１０】
冷却庫１は断熱構造の筐体１０を有する。筐体１０は前面が開口し、この前面開口は同じく断熱構造の扉１１で覆われる。筐体１０の上面はカバー１２で覆われ、このカバー１２の内部にスターリング冷凍機２０が設置されている。なおカバー１２は仮想線により存在のみを示す。
【００１１】
スターリング冷凍機２０は架台２１により筐体１０の上面に設置固定される。スターリング冷凍機２０の放熱部２２には二次冷媒回路３０が組み合わせられ、吸熱部２３には二次冷媒回路４０が組み合わせられる（図５参照）。
【００１２】
二次冷媒回路３０は銅や銅合金、アルミなど熱伝導の良い金属からなるパイプを閉ループ状にしたものであり、一部は放熱部２２を取り巻く。放熱器２２を取り巻く部分はパイプがコイル状に巻かれており、リング状のカバー３１で覆われている。二次冷媒回路３０の他の一部は上方に延び出し、放熱器３２の中を蛇行する。放熱器３２は放熱フィンを多数並べたものである。カバー３１、放熱器３２とも熱伝導の良い金属からなる。二次冷媒回路３０の内部には水などの二次冷媒が密封される。
【００１３】
二次冷媒回路４０も銅や銅合金、アルミなど熱伝導の良い金属からなるパイプを閉ループ状にしたものであり、一部は吸熱部２３を取り巻く。吸熱部２３を取り巻く部分は、リング状のキャップ４１の周囲にパイプがコイル状に巻かれた形になっている。二次冷媒回路４０の他の一部は筐体１０の内部に入り込む。筐体１０の内部に入り込んだ部分は、冷却フィンを多数並べた冷却器４２の中を蛇行する。キャップ４１、冷却器４２とも熱伝導の良い金属からなる。二次冷媒回路４０の内部にはＣＯ2などの二次冷媒が密封される。
【００１４】
スターリング冷凍機２０を駆動すると、放熱部２２は温度が上昇し、吸熱部２３は温度が低下する。
【００１５】
二次冷媒回路３０内の二次冷媒は放熱部２２の熱により気化し、放熱器３２に熱を伝達する。放熱器３２は図示しない送風機により空冷され、熱を大気中に放散する。二次冷媒は放熱器３２で熱を奪われて凝縮し、重力によって放熱部２２のレベルまで流下する。このように二次冷媒回路３０内の二次冷媒は気化と凝縮を繰り返して循環し、放熱部２２の熱を放熱器３２に伝達する。
【００１６】
二次冷媒回路４０内の二次冷媒は吸熱部２３の冷熱により凝縮して冷却器４２に流下する。図示しない送風機が冷却器４２に庫内空気を送り、庫内空気は冷却器４２により熱を奪われて冷気となる。逆に二次冷媒回路４０内の二次冷媒は冷却器４２から熱を与えられて気化し、吸熱部２３のレベルまで上昇する。このように二次冷媒回路４０内の二次冷媒は凝縮と気化を繰り返して循環し、吸熱部２３の冷熱を冷却器４２に伝達する。
【００１７】
さて、吸熱部２３にはこれを取り巻く外気から熱を受け取らないように断熱の措置を施す必要がある。そこで、軟質発泡材の断熱体５０で吸熱部２３を包む。断熱体５０は第１断熱体５０ａ、第２断熱体５０ｂ、及び第３断熱体５０ｃからなる。第１断熱体５０ａは放熱部２２と吸熱部２３の間の部分に嵌合する穴あき硬貨状の部材である。第２断熱体５０ｂはキャップ４１の外側を包むリング状の部材である。第３断熱体５０ｃは吸熱部２３の端面をカバーする円形の部材である。第１断熱体５０ａ、第２断熱体５０ｂ、及び第３断熱体５０ｃは所定位置に配置された後に溶着又は接着され、一体化する。
【００１８】
二次冷媒回路４０は、吸熱部２３を取り巻くコイル部分を主体とする上方部分４０ａと、冷却器４２内の蛇行部分を主体とする下方部分４０ｂとに二分割される。下方部分４０ｂの先端には拡管部４３が形成され、ここに上方部分４０ａを差し込んで両者を溶接し、密閉された回路を構成する仕組みになっている。拡管部４３は筐体１０の内部にあり、筐体１０の断熱壁１３を貫通する穴１４（図６参照）を通じてそこまで上方部分４０ａを届かせる必要がある。
【００１９】
筐体１０は、外面シェルと内面シェルの間に発泡断熱材を充填して断熱壁１３を構成しており、その外面シェルと内面シェルを突き抜ける連通管１５の内部空間が穴１４となる。連通管１５は合成樹脂製で、上端にフランジを備えた形状である。筐体１０の製造にあたっては、外面シェルと内面シェルとに連通管１５を通しておいてから発泡断熱材の充填を行う。
【００２０】
穴１４の箇所から外気が庫内に侵入したり、庫内の冷気が漏出したりしないよう、穴１４の隙間を塞がねばならない。また、二次冷媒回路４０も外気に接触しないようにしなければならない。これらの要求を満たすため、二次冷媒回路４０の上方部分４０ａのうち、断熱体５０を出て断熱壁１３を貫通する部分を鞘管５１で包む。鞘管５１は断熱体５０と同様に軟質発泡材で形成される。鞘管５１は直管状で、連通管１５の内径に近い外径を有し、穴１４の隙間をほぼ埋める。
【００２１】
上述のような穴１４の箇所の断熱処理には次のような弱点がある。第１に、鞘管５１の外径Ｄ１が連通管１５の内径よりも小さいときに生じる隙間Ｇ１の問題である（図７参照）。また鞘管５１の上端は第２断熱体５０ｂに設けた穴５２に入り込むが、この穴５２の内面と鞘管５１の外面との間に隙間Ｇ２が生じるという問題もある。
【００２２】
穴５２の内面と鞘管５１の外面との間の隙間Ｇ２は、次の理由で生じる。第２断熱体５０ｂは、平板状の軟質発泡体に穴５２を明けておいてこれを円筒形に丸め、両端を溶着や接着で接合してリング状に仕上げるのであるが、リング直径に比較して肉厚Ｔ１が厚いため、穴５２が第２断熱体５０ｂの内側に向かってはすぼまり、外側に向かっては拡がる形になる（図８参照）。このため、鞘管５１は上端の角部でしか第２断熱体５０ｂに接しなくなる。また、穴５２と鞘管５１のはめ合いがきつかったりすると、穴５２に差し込まれる過程で鞘管５１が内側に折れ、穴５２との間に隙間５３が生じることもある（図９参照）。
【００２３】
このように隙間Ｇ１やＧ２が生じていると、図７の太線の矢印のように庫外から庫内に外気が侵入したり、断熱体５０の内部に外気が侵入したりする。逆の見方をすれば、庫内から庫外に冷気が漏れる、また断熱体５０の内部から冷気が漏れるということでもある。冷気が漏れ出すと、冷却庫１の冷却性能が低下する。スターリング冷凍機２０を運転するのに使用したエネルギーも無駄になる。また、穴１４、５２の周辺が冷却され、結露や着霜といった現象が発生する。結露した水分はそのまま流れ出すし、霜の状態になっていたとしても、冷却器４２の除霜を行うためスターリング冷凍機２０の運転を止めれば霜が溶けて流れ出す。流れ出した水が冷却庫１の外面や床を濡らすようなことでもあれば、製品として重大な問題になる。
【００２４】
上記のような問題を回避するため、鞘管５１が連通管１５から突き出す箇所にはパテによるシール５４が施される。しかしながらこのシール５４は、パテが乾燥すると体積が縮んで隙間が生じる、あるいは冷却庫１自体が振動すると隙間が生じるといった問題があり、確実なシール構造とは言えない。
【００２５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、冷却庫の筐体にスターリング冷凍機の二次冷媒回路を通すに際し、その部分からの空気の出入りを確実に遮断することのできるシール構造を提供することを目的とする。また、スターリング冷凍機の吸熱部の断熱を確実に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決するため、本発明では冷却庫を次のように構成した。
【００２７】
（１）筐体外にスターリング冷凍機を設置し、このスターリング冷凍機の吸熱部と筐体内の冷却器とを二次冷媒回路を介して接続する冷却庫において、前記吸熱部を包む断熱体を軟質発泡材の成型品で構成し、この断熱体と前記筐体とを圧接状態に置くものとした。
【００２８】
（２）前述のように構成された冷却庫において、前記二次冷媒回路のうち、前記筐体を貫通する部分を軟質発泡材の鞘管で包むとともに、この鞘管の上端にフランジ部を設け、このフランジ部と前記断熱体とを圧接状態に置くものとした。
【００２９】
（３）前述のように構成された冷却庫において、前記鞘管を、上部が太く、下部が細くなるテーパ形状に形成するとともに、前記筐体の断熱壁に設けられた鞘管挿通用の穴も同様のテーパ形状とした。
【００３０】
（４）前述のように構成された冷却庫において、前記穴は、筐体壁にテーパ状の連通管を通すことにより形成するものとした。
【発明の効果】
【００３１】
（１）スターリング冷凍機の吸熱部を軟質発泡体の断熱体で包み、この断熱体を冷却庫の筐体に対し圧接状態に置いたから、二次冷媒回路が筐体を貫通する箇所における空気の出入りを効果的に遮断できる。これにより、冷却庫の冷却性能を低下させたり、スターリング冷凍機を運転するのに使用したエネルギーを無駄にしたりせずに済む。また、断熱体は金型で成型するから、筐体にぴったりと密着する形状を容易に得ることができる。
【００３２】
（２）前記二次冷媒回路のうち、筐体を貫通する部分を軟質発泡材の鞘管で包むとともに、この鞘管の上端に設けたフランジ部と、スターリング冷凍機の吸熱部を包む断熱体とを圧接状態に置くものとしたから、断熱体内部への出入り口となる穴は鞘管で完全に塞がれ、空気の出入りは止まる。断熱体も鞘管も軟質発泡材からなるので、両者は各自の弾性でぴったりと密着し、高いシール効果を得ることができる。
【００３３】
（３）鞘管を、上部が太く、下部が細くなるテーパ形状に形成するとともに、筐体の断熱壁に設けられた鞘管挿通用の穴も同様のテーパ形状としたから、鞘管で穴をぴったりと塞ぎ、断熱壁を通じての空気の出入りを効果的に遮断することができる。
【００３４】
（４）断熱壁の穴は、断熱壁にテーパ状の連通管を通すことにより形成するから、鞘管のテーパ形状に適合するテーパ形状の穴を容易に得ることができる。また、穴の内面に断熱壁内の発泡断熱材がはみ出したりしないので、鞘管を所定の深さまでスムーズに押し込むことができる。加えて、穴は上端が拡がり、鞘管は下端が細くなっているので、筐体とスターリング冷凍機の位置決めが多少ずれたとしても、穴と鞘管の嵌合を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図１〜３に基づき説明する。図１は冷凍サイクル構成要素の分解斜視図、図２は冷却庫の部分断面図、図３は要部拡大断面図である。なお実施形態は、図４〜９で説明した従来構造と共通の構成部分が多い。そこで、説明の重複を避けるため、従来構造と共通の構成要素には前と同じ符号を付し、説明は省略する。
【００３６】
本発明は、吸熱部２３を包む断熱体の構造と、鞘管の形状と、鞘管を受け入れる穴の構造が従来構造と異なる。すなわち断熱体５５は断熱体５０と同じく軟質発泡材からなるものであるが、従来構造の断熱体５０のように平板状の軟質発泡材を組み合わせて構成するのでなく、金型の中で発泡成型した第１断熱体５５ａと第２断熱体５５ｂを組み合わせて構成する。
【００３７】
第１断熱体５５ａ及び第２断熱体５５ｂはスターリング冷凍機２０の中心線を含む垂直面で分割され、合わせ目には吸熱部２３及び二次冷媒回路４０の上方部分４０ａを収容する凹部が形設されている。第１断熱体５５ａと第２断熱体５５ｂは所定位置に配置された後に溶着又は接着され、一体化する。
【００３８】
二次冷媒回路４０の上方部分４０ａのうち、断熱体５５を出て断熱壁１３を貫通する部分は軟質発泡材製の鞘管５６で包まれるが、この鞘管５６は、従来構造の鞘管５１のような直管状ではなく、上の方ほど太く、下の方ほど細くなった、テーパ形状に形成されている。また上端にはフランジ部５７が形成されている。
【００３９】
鞘管５６を挿通するため断熱壁１３に形成する穴１６も、鞘管５６と同様のテーパ形状になっている。穴１６は合成樹脂製の連通管１７を断熱壁１３に通すことによって形成されるが、連通管１７自体がテーパ状なので、穴１６もテーパ状になる。連通管１７は上端にフランジ部１８を有するが、このフランジ部１８の外径はフランジ部５７の外径よりも大きい。断熱体５５の下面にはフランジ部１８、５７を収容する凹部５８が形設され、断熱体５５はこの凹部５８の外側の部分で筐体１０に接触する。
【００４０】
断熱体５５の下面（凹部５８の外側の部分の下面）は筐体１０の上面に圧接する。この目的のため、断熱体５５の下面からスターリング冷凍機２０の中心軸線までの高さＨ１（図３参照）を、筐体１０の上面からスターリング冷凍機２０の中心軸線までの高さＨ２よりも高くする。
【００４１】
また、鞘管５６のフランジ部５７の上面を断熱体５５に圧接させる。この目的のため、筐体１０の上面から凹部５８の天井面までの高さＨ３を、筐体１０の上面からフランジ部５７の上面までの高さＨ４よりも低くする。
【００４２】
図３では、断熱体５５の下面及びフランジ部５７の上面が何にも当たっていないものとして描かれている。実際の組立状態では、断熱体５５の下面が筐体１０に当たってＨ１が縮み、またフランジ部５７の上面が断熱体５５に当たってＨ４が縮み、それぞれの箇所で所期の圧接状態が得られることになる。
【００４３】
このように、断熱体５５が筐体１０に対し圧接状態に置かれるから、二次冷媒回路４０が筐体１０を貫通する箇所における空気の出入りが効果的に遮断される。これにより、冷却庫１の冷却性能を低下させたり、スターリング冷凍機２０を運転するのに使用したエネルギーを無駄にしたりせずに済む。また、断熱体５５は金型で成型するから、筐体にぴったりと密着する形状を容易に得ることができる。
【００４４】
さらに、鞘管５６の上端に設けたフランジ部５７と断熱体５５とを圧接状態に置くから、断熱体５５内部への出入り口となる穴は鞘管５６で完全に塞がれ、空気の出入りは止まる。断熱体５５も鞘管５６も軟質発泡材からなるので、両者はそれぞれに備える弾性でぴったりと密着し、高いシール効果を得ることができる。
【００４５】
組立にあたり、鞘管５６は断熱体５５で圧迫され、連通管１７によって形成される穴１６の中に押し込まれる。鞘管５６の外面と穴１６の内面とはそれぞれテーパ形状をなしているから、押し込まれるにつれ、鞘管５６は穴１６をぴったりと塞ぐ。これにより、断熱壁１３を通じての空気の出入りを効果的に遮断することができる。また、穴１６は上端が拡がり、鞘管５６は下端が細くなっているので、筐体１０とスターリング冷凍機２０の位置決めが多少ずれたとしても、穴１６と鞘管５６の嵌合を容易に行うことができる。
【００４６】
冷却庫１の組立を通じ、断熱体５５と筐体１０の間、断熱体５５と鞘管５６の間、及び鞘管５６と穴１６の間に自然な形でシールラインが形成される。これにより、パテシールなど、後工程での作業が不要となり、作業性が向上する。また、確実なシールが得られるため、断熱性が向上し、冷却庫１の冷却性能が向上する。冷却庫１の外面に結露や着霜が生じることもなくなり、冷却庫１の製品品質が確保される。
【００４７】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は家庭用又は業務用の冷却庫であって、スターリング冷凍機を冷熱源とするもの全般に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却庫の冷凍サイクル構成要素の分解斜視図
【図２】冷却庫の部分断面図
【図３】要部拡大断面図
【図４】従来のスターリング方式冷却庫の斜視図
【図５】従来のスターリング方式冷却庫の冷凍サイクル構成要素の分解斜視図
【図６】冷却庫の部分断面図
【図７】要部拡大断面図
【図８】図６のＡ−Ａ線に沿って切断した要部拡大断面図
【図９】図７のＢ−Ｂ線に沿って切断した部分拡大断面図
【符号の説明】
【００５０】
１    冷却庫
１０  筐体
１１  扉
１３  断熱壁
１６  穴
１７  連通管
２０  スターリング冷凍機
２２  放熱部
２３  吸熱部
３０  二次冷媒回路
３２  放熱器
４０  二次冷媒回路
４２  冷却器
５５  断熱体
５６  鞘管
５７  フランジ部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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