JP2003075000A - スターリング冷凍機用熱交換器およびスターリング冷蔵庫 - Google Patents
スターリング冷凍機用熱交換器およびスターリング冷蔵庫Info
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- F25D17/00—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
- F25D17/04—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating air, e.g. by convection
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- F25D17/062—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating air, e.g. by convection by forced circulation in household refrigerators
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- F25D2317/00—Details or arrangements for circulating cooling fluids; Details or arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces, not provided for in other groups of this subclass
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- F25D2317/068—Details or arrangements for circulating cooling fluids; Details or arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces, not provided for in other groups of this subclass with forced air circulation characterised by the fans
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- F25D2400/04—Refrigerators with a horizontal mullion
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率よくコールドヘッドから吸熱でき、かつ
冷凍システム全体の冷凍効率を高めたスターリング冷凍
機用熱交換器およびそれを備えたスターリング冷蔵庫を
提供する。 【解決手段】 スターリング冷凍機の端部に位置する冷
熱部から冷熱を受けて空気にその冷熱を供給する低温側
熱交換器１０であって、この熱交換器は、基板２１の中
空領域２１ａ内に冷媒を含み、コールドヘッド３２から
冷熱を受ける基板２１と、基板２１上に設けられ、空気
との熱交換を行うフィン２３と、コールドヘッドに対向
するように基板に設けられ、コールドヘッドが挿入され
るように配置された筒状部２２とを備える。
冷凍システム全体の冷凍効率を高めたスターリング冷凍
機用熱交換器およびそれを備えたスターリング冷蔵庫を
提供する。 【解決手段】 スターリング冷凍機の端部に位置する冷
熱部から冷熱を受けて空気にその冷熱を供給する低温側
熱交換器１０であって、この熱交換器は、基板２１の中
空領域２１ａ内に冷媒を含み、コールドヘッド３２から
冷熱を受ける基板２１と、基板２１上に設けられ、空気
との熱交換を行うフィン２３と、コールドヘッドに対向
するように基板に設けられ、コールドヘッドが挿入され
るように配置された筒状部２２とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、逆スターリングサ
イクルによるスターリング冷凍機に用いられるスターリ
ング冷凍機用熱交換器、およびそれを備えたスターリン
グ冷蔵庫に関する。
イクルによるスターリング冷凍機に用いられるスターリ
ング冷凍機用熱交換器、およびそれを備えたスターリン
グ冷蔵庫に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまで家庭用冷蔵庫に用いられてきた
冷凍サイクルは、圧縮機により作動媒体を圧縮して液化
し、気化熱を冷熱として取り出す蒸気圧縮式冷凍サイク
ルである。しかし、上記作動媒体は、オゾン層破壊や地
球温暖化の原因となるため、地球環境への配慮から全世
界的にその使用が規制されている。
冷凍サイクルは、圧縮機により作動媒体を圧縮して液化
し、気化熱を冷熱として取り出す蒸気圧縮式冷凍サイク
ルである。しかし、上記作動媒体は、オゾン層破壊や地
球温暖化の原因となるため、地球環境への配慮から全世
界的にその使用が規制されている。
【０００３】一方、冷熱または高熱を取り出すことがで
きる熱サイクルである逆スターリングサイクルでは、上
記のような地球環境に影響を及ぼすおそれのある作動媒
体を使用する必要はない。このため、逆スターリングサ
イクルを用いた冷凍装置であるスターリング冷凍機およ
びこれを用いたスターリング冷蔵庫の研究開発が進めら
れている。このスターリング冷凍機では、作動媒体にヘ
リウムや窒素などの不活性ガスを用いる。
きる熱サイクルである逆スターリングサイクルでは、上
記のような地球環境に影響を及ぼすおそれのある作動媒
体を使用する必要はない。このため、逆スターリングサ
イクルを用いた冷凍装置であるスターリング冷凍機およ
びこれを用いたスターリング冷蔵庫の研究開発が進めら
れている。このスターリング冷凍機では、作動媒体にヘ
リウムや窒素などの不活性ガスを用いる。
【０００４】スターリング冷凍機は外部動力によりピス
トンとディスプレーサを稼動させることによって作動媒
体の圧縮と膨張とを繰り返す密閉サイクルである。作動
媒体が、圧縮される部分では外部に放熱し、また、膨張
される部分では外部から吸熱する。すなわち、圧縮部が
高温部になり、膨張部が低温部を構成する。
トンとディスプレーサを稼動させることによって作動媒
体の圧縮と膨張とを繰り返す密閉サイクルである。作動
媒体が、圧縮される部分では外部に放熱し、また、膨張
される部分では外部から吸熱する。すなわち、圧縮部が
高温部になり、膨張部が低温部を構成する。
【０００５】冷蔵庫内の冷却は、スターリング冷凍機の
低温部であるコールドヘッドに接続された低温側熱交換
器（とくに混同を生じない場合、熱交換器と記す）によ
って、冷蔵庫内を循環する空気から吸熱することにより
行われる。また、同時に、スターリング冷凍機の高温部
であるウォームヘッドに接続された高温側熱交換器によ
って、冷蔵庫の外へ熱が放熱される。上記の吸熱と放熱
とは、スターリング冷凍機において表裏の関係にあり、
並行して進行する。
低温部であるコールドヘッドに接続された低温側熱交換
器（とくに混同を生じない場合、熱交換器と記す）によ
って、冷蔵庫内を循環する空気から吸熱することにより
行われる。また、同時に、スターリング冷凍機の高温部
であるウォームヘッドに接続された高温側熱交換器によ
って、冷蔵庫の外へ熱が放熱される。上記の吸熱と放熱
とは、スターリング冷凍機において表裏の関係にあり、
並行して進行する。
【０００６】スターリング冷凍機は、従来の蒸気圧縮式
冷凍サイクルと異なり、冷凍機の効率向上のために作動
媒体流路の容積をできるだけ小さく構成することが求め
られる。しかし、コールドヘッドおよびウォームヘッド
ともに伝熱面積を小さくした上で、冷蔵庫に必要な数百
ワットの冷凍能力を得るには多くの困難をともなう。た
とえば、上記の条件下では、効率的な熱搬送が行えない
結果として、冷凍機への入力が増大してしまう場合が生
じる。
冷凍サイクルと異なり、冷凍機の効率向上のために作動
媒体流路の容積をできるだけ小さく構成することが求め
られる。しかし、コールドヘッドおよびウォームヘッド
ともに伝熱面積を小さくした上で、冷蔵庫に必要な数百
ワットの冷凍能力を得るには多くの困難をともなう。た
とえば、上記の条件下では、効率的な熱搬送が行えない
結果として、冷凍機への入力が増大してしまう場合が生
じる。
【０００７】図６において、スターリング冷凍機の低温
部では、再生器１６４を経て圧縮部から送り込まれた作
動媒体は、ディスプレーサ１６５によって膨張室１６７
にて膨張され、冷熱を生じる。この冷熱は、低温側内部
熱交換器１６３を経て、コールドヘッド１６２に伝えら
れる。低温部から冷蔵庫内への冷熱の伝達を効率よく行
うために、図６に示すように、スターリング冷凍機１６
０のコールドヘッド１６２の先端部に低温側熱交換器１
００を接続する。低温側熱交換器１００は、中空の基板
部１０１とフィン部１０３とを備える。基板部１０１の
中空領域には冷媒が充填されており、基板部１０１をヒ
ートパイプとして機能させる。このため、スターリング
冷凍機１６０で発生した冷熱は、コールドヘッド１６２
を通じて基板部１０１に伝達される。この後、基板部は
ヒートパイプの冷媒の凝縮と蒸発により均熱化される。
この均熱化により、庫内空気と熱交換するフィン部１０
３とコールドヘッド１６２との間の温度差を低くでき
る。この結果、効率よく庫内を所定温度に冷却すること
ができる。
部では、再生器１６４を経て圧縮部から送り込まれた作
動媒体は、ディスプレーサ１６５によって膨張室１６７
にて膨張され、冷熱を生じる。この冷熱は、低温側内部
熱交換器１６３を経て、コールドヘッド１６２に伝えら
れる。低温部から冷蔵庫内への冷熱の伝達を効率よく行
うために、図６に示すように、スターリング冷凍機１６
０のコールドヘッド１６２の先端部に低温側熱交換器１
００を接続する。低温側熱交換器１００は、中空の基板
部１０１とフィン部１０３とを備える。基板部１０１の
中空領域には冷媒が充填されており、基板部１０１をヒ
ートパイプとして機能させる。このため、スターリング
冷凍機１６０で発生した冷熱は、コールドヘッド１６２
を通じて基板部１０１に伝達される。この後、基板部は
ヒートパイプの冷媒の凝縮と蒸発により均熱化される。
この均熱化により、庫内空気と熱交換するフィン部１０
３とコールドヘッド１６２との間の温度差を低くでき
る。この結果、効率よく庫内を所定温度に冷却すること
ができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】スターリング冷凍機１
６０の内部において、作動媒体であるヘリウムと直接熱
交換する低温側内部熱交換器１６３は、コールドヘッド
１６２の円筒内面に密着するように配置されている。し
かしながら、コールドヘッド１６２の先端に基板部１０
１の平坦表面を接触させるだけでは、たとえば、コール
ドヘッドの部分で熱伝導が発生したりする。コールドヘ
ッドで熱伝導が生じると、コールドヘッドで温度上昇が
生じ、温度損失が発生する。冷凍冷蔵庫の使用温度に比
べて、スターリング冷凍機の作動冷媒は、より低温であ
る必要がある。また、上記コールドヘッドでの熱伝導は
作動媒体の高温化をもたらすものであり、冷凍システム
全体の冷凍効率の低下を生じさせる。
６０の内部において、作動媒体であるヘリウムと直接熱
交換する低温側内部熱交換器１６３は、コールドヘッド
１６２の円筒内面に密着するように配置されている。し
かしながら、コールドヘッド１６２の先端に基板部１０
１の平坦表面を接触させるだけでは、たとえば、コール
ドヘッドの部分で熱伝導が発生したりする。コールドヘ
ッドで熱伝導が生じると、コールドヘッドで温度上昇が
生じ、温度損失が発生する。冷凍冷蔵庫の使用温度に比
べて、スターリング冷凍機の作動冷媒は、より低温であ
る必要がある。また、上記コールドヘッドでの熱伝導は
作動媒体の高温化をもたらすものであり、冷凍システム
全体の冷凍効率の低下を生じさせる。
【０００９】本発明は、効率よくコールドヘッドから吸
熱でき、かつ冷凍システム全体の冷凍効率を高めたスタ
ーリング冷凍機用熱交換器およびそれを備えたスターリ
ング冷蔵庫を提供することを目的とする。
熱でき、かつ冷凍システム全体の冷凍効率を高めたスタ
ーリング冷凍機用熱交換器およびそれを備えたスターリ
ング冷蔵庫を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のスターリング冷
凍機用熱交換器は、スターリング冷凍機の端部に位置す
る冷熱部から冷熱を受けて空気にその冷熱を供給する低
温側熱交換器である。この熱交換器は、内部に冷媒を含
み、端部から冷熱を受ける中空の基板と、基板上に設け
られ、空気との熱交換を行うフィンと、端部に対向する
ように基板に設けられ、端部が挿入されるように配置さ
れた筒状部とを備える（請求項１）。
凍機用熱交換器は、スターリング冷凍機の端部に位置す
る冷熱部から冷熱を受けて空気にその冷熱を供給する低
温側熱交換器である。この熱交換器は、内部に冷媒を含
み、端部から冷熱を受ける中空の基板と、基板上に設け
られ、空気との熱交換を行うフィンと、端部に対向する
ように基板に設けられ、端部が挿入されるように配置さ
れた筒状部とを備える（請求項１）。
【００１１】この構成により、上記筒状部は、コールド
ヘッドよりも低温部側に位置する低温側内部熱交換器か
らコールドヘッド側壁を通して冷熱を受け取り、基板部
に伝達することができる。このため、上記熱交換器は効
率よく低温部から冷熱を受けることができる。また、コ
ールドヘッドでの熱伝導が抑制されるので、作動冷媒を
高温化することが避けられ、冷凍システム全体の冷凍効
率を向上することが可能となる。なお、スターリング冷
凍機は、通常、円筒形なので、コールドヘッド等も円筒
形をとり、上記筒状部は円筒形状をとる場合が多い。ス
ターリング冷凍機が角型であれば、上記筒状部もそれに
合わせた角筒状とする。筒状部内面とコールドヘッド外
面とは、できるだけ熱伝導を確保するような配置、たと
えば、間に何も介在させない場合は、密着するように接
触させることが望ましい。
ヘッドよりも低温部側に位置する低温側内部熱交換器か
らコールドヘッド側壁を通して冷熱を受け取り、基板部
に伝達することができる。このため、上記熱交換器は効
率よく低温部から冷熱を受けることができる。また、コ
ールドヘッドでの熱伝導が抑制されるので、作動冷媒を
高温化することが避けられ、冷凍システム全体の冷凍効
率を向上することが可能となる。なお、スターリング冷
凍機は、通常、円筒形なので、コールドヘッド等も円筒
形をとり、上記筒状部は円筒形状をとる場合が多い。ス
ターリング冷凍機が角型であれば、上記筒状部もそれに
合わせた角筒状とする。筒状部内面とコールドヘッド外
面とは、できるだけ熱伝導を確保するような配置、たと
えば、間に何も介在させない場合は、密着するように接
触させることが望ましい。
【００１２】上記本発明のスターリング冷凍機用熱交換
器では、筒状部を構成する壁が中空であり、基板の内部
と連通している構成とすることができる（請求項２）。
器では、筒状部を構成する壁が中空であり、基板の内部
と連通している構成とすることができる（請求項２）。
【００１３】この構成によれば、円筒部から基板部へと
冷媒が内部の中空を拡散する。このため、コールドヘッ
ド側部から基板部への冷熱の伝達を促進し、フィン部と
コールドヘッドとの温度差を低減することができる。
冷媒が内部の中空を拡散する。このため、コールドヘッ
ド側部から基板部への冷熱の伝達を促進し、フィン部と
コールドヘッドとの温度差を低減することができる。
【００１４】上記本発明のスターリング冷凍機用熱交換
器では、先端側ほど細くなるテーパ形状の端部に適合す
るように、筒状部はスターリング冷凍機に向かって広が
るテーパ形状がついているようにできる（請求項３）。
器では、先端側ほど細くなるテーパ形状の端部に適合す
るように、筒状部はスターリング冷凍機に向かって広が
るテーパ形状がついているようにできる（請求項３）。
【００１５】この構成によれば、筒状部とコールドヘッ
ドとの接触圧力を向上させることができる。この結果、
両者間の接触熱抵抗を低減し、フィン部とコールドヘッ
ドとの温度差を低減することができる。
ドとの接触圧力を向上させることができる。この結果、
両者間の接触熱抵抗を低減し、フィン部とコールドヘッ
ドとの温度差を低減することができる。
【００１６】上記本発明のスターリング冷凍機用熱交換
器では、円筒状の端部に適合するように、筒状部が円筒
状であるように構成できる（請求項４）。
器では、円筒状の端部に適合するように、筒状部が円筒
状であるように構成できる（請求項４）。
【００１７】通常のスターリング冷凍機のシリンダ部は
円筒状であり、安価にスターリング冷凍機を形成するこ
とができる。したがって、格別にたとえば角断面とする
必要性がない場合、上記の構成により、安価で効率のよ
い熱交換器を得ることが可能になる。
円筒状であり、安価にスターリング冷凍機を形成するこ
とができる。したがって、格別にたとえば角断面とする
必要性がない場合、上記の構成により、安価で効率のよ
い熱交換器を得ることが可能になる。
【００１８】上記本発明のスターリング冷凍機用熱交換
器では、円筒部の内径が円筒状端部の外径よりも小さく
なるようにできる（請求項５）。
器では、円筒部の内径が円筒状端部の外径よりも小さく
なるようにできる（請求項５）。
【００１９】この構成では、コールドヘッドへの上記熱
交換器の接続には焼嵌めなどを行なうことを前提として
いる。たとえば、円筒部を加熱して径を広げ、コールド
ヘッドを挿入して冷却するか、またはコールドヘッドを
冷却して円筒部に挿入して常温にするなどの手法を用い
る。このため、低温側熱交換器とコールドヘッドとの接
触圧力を高めることができ、接触熱抵抗を低くすること
ができる。また、コールドヘッドを十分に熱収縮させる
か、または円筒部を十分に熱膨張させるので、接触部の
加工精度を高める必要がなくなり、製造コストを減少さ
せることができる。上記の手法を用いない場合には、コ
ールドヘッドと円筒部との密着性を確保するために、非
常に高い加工精度が要求される。上記構成は、このよう
な非常に高い加工精度の要求を不要とすることができ
る。
交換器の接続には焼嵌めなどを行なうことを前提として
いる。たとえば、円筒部を加熱して径を広げ、コールド
ヘッドを挿入して冷却するか、またはコールドヘッドを
冷却して円筒部に挿入して常温にするなどの手法を用い
る。このため、低温側熱交換器とコールドヘッドとの接
触圧力を高めることができ、接触熱抵抗を低くすること
ができる。また、コールドヘッドを十分に熱収縮させる
か、または円筒部を十分に熱膨張させるので、接触部の
加工精度を高める必要がなくなり、製造コストを減少さ
せることができる。上記の手法を用いない場合には、コ
ールドヘッドと円筒部との密着性を確保するために、非
常に高い加工精度が要求される。上記構成は、このよう
な非常に高い加工精度の要求を不要とすることができ
る。
【００２０】上記本発明のスターリング冷凍機用熱交換
器では、スターリング冷凍機用熱交換器が筒状部を縦割
りに分割する面によって２分割され、端部がその分割さ
れた筒状部の間に挟着される構成とできる（請求項
６）。
器では、スターリング冷凍機用熱交換器が筒状部を縦割
りに分割する面によって２分割され、端部がその分割さ
れた筒状部の間に挟着される構成とできる（請求項
６）。
【００２１】この構成によっても、非常に高い加工精度
を要求することなく、接触熱抵抗を減少させることがで
きる。たとえば、２分割された熱交換器によってコール
ドヘッドを挟んで、その２つの熱交換器の部分が互いに
相手側の部分に引き寄せられる部材を設ける。この結
果、製造コストを低減することが可能となる。
を要求することなく、接触熱抵抗を減少させることがで
きる。たとえば、２分割された熱交換器によってコール
ドヘッドを挟んで、その２つの熱交換器の部分が互いに
相手側の部分に引き寄せられる部材を設ける。この結
果、製造コストを低減することが可能となる。
【００２２】上記本発明のスターリング冷凍機用熱交換
器では、冷媒が、炭酸ガス、炭化水素、アンモニアおよ
びアセトンのうちの少なくとも１つであるようにできる
（請求項７）。
器では、冷媒が、炭酸ガス、炭化水素、アンモニアおよ
びアセトンのうちの少なくとも１つであるようにできる
（請求項７）。
【００２３】これにより、基板に含まれる冷媒にフロン
等を用いないので、微量でオゾン層を破壊するガスを排
除する構成とすることができる。また、上記の冷媒は、
その使用量から見て、地球温暖化への影響はほとんど無
視できるものである。
等を用いないので、微量でオゾン層を破壊するガスを排
除する構成とすることができる。また、上記の冷媒は、
その使用量から見て、地球温暖化への影響はほとんど無
視できるものである。
【００２４】本発明のスターリング冷蔵庫は、上記のい
ずれかのスターリング冷凍機用熱交換器を備え、スター
リング冷凍機用熱交換器から冷熱を受けた空気を冷蔵庫
内に導入する通路と、スターリング冷凍機からの放熱を
受けた空気を冷蔵庫外に排出する通路とを備える（請求
項８）。
ずれかのスターリング冷凍機用熱交換器を備え、スター
リング冷凍機用熱交換器から冷熱を受けた空気を冷蔵庫
内に導入する通路と、スターリング冷凍機からの放熱を
受けた空気を冷蔵庫外に排出する通路とを備える（請求
項８）。
【００２５】この構成により、微量でオゾン層を破壊す
るフロン等を用いずに、効率を向上させたスターリング
冷凍機を備えた冷蔵庫を得ることが可能となる。
るフロン等を用いずに、効率を向上させたスターリング
冷凍機を備えた冷蔵庫を得ることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】次に、図面を用いて、本発明の実
施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
【００２７】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１のスターリング冷蔵庫の断面構成図である。ま
た、図２は、図１に用いられる熱交換器の断面図であ
る。図１において、冷蔵庫本体１は、断熱材２および開
閉扉３によって取り囲まれている。冷蔵庫内は、仕切板
４によって仕切られている。上部には最も低温の冷凍室
１ａが、次いで冷蔵室１ｂが、下部には最も常温に近い
野菜室４が、それぞれ配置されている。冷凍室の上方に
は、冷蔵庫外に連通する通路も兼ねる機械室５が設けら
れている。この機械室には、スターリング冷凍機６が設
置されている。スターリング冷凍機６のウォームヘッド
３１には高温側熱交換器７が取り付けられており、ウォ
ームヘッド３１に伝達された温熱は、高温側熱交換器７
に伝達される。さらにこの温熱は、放熱ファン８によっ
て冷蔵庫外へ強制的に排出される。
形態１のスターリング冷蔵庫の断面構成図である。ま
た、図２は、図１に用いられる熱交換器の断面図であ
る。図１において、冷蔵庫本体１は、断熱材２および開
閉扉３によって取り囲まれている。冷蔵庫内は、仕切板
４によって仕切られている。上部には最も低温の冷凍室
１ａが、次いで冷蔵室１ｂが、下部には最も常温に近い
野菜室４が、それぞれ配置されている。冷凍室の上方に
は、冷蔵庫外に連通する通路も兼ねる機械室５が設けら
れている。この機械室には、スターリング冷凍機６が設
置されている。スターリング冷凍機６のウォームヘッド
３１には高温側熱交換器７が取り付けられており、ウォ
ームヘッド３１に伝達された温熱は、高温側熱交換器７
に伝達される。さらにこの温熱は、放熱ファン８によっ
て冷蔵庫外へ強制的に排出される。
【００２８】コールドヘッド３２は、冷蔵庫本体１の背
面に設けられた冷風ダクト９に臨んでいる。コールドヘ
ッド３２の先端には低温側熱交換器１０が取り付けられ
る。冷風ファン１２によって、各庫内の空気が循環し、
低温側熱交換器１０と熱交換する。冷風ファン１２は、
冷凍室１ａおよび冷蔵室１ｂの負荷状態に応じて適当な
風量が循環されるように制御がかけられている。冷蔵室
１ｂと野菜室１ｃとは、仕切板４に設けた通風管１４に
より連通しており、冷蔵室１ｂを循環する冷風の一部が
野菜室へ導入される。
面に設けられた冷風ダクト９に臨んでいる。コールドヘ
ッド３２の先端には低温側熱交換器１０が取り付けられ
る。冷風ファン１２によって、各庫内の空気が循環し、
低温側熱交換器１０と熱交換する。冷風ファン１２は、
冷凍室１ａおよび冷蔵室１ｂの負荷状態に応じて適当な
風量が循環されるように制御がかけられている。冷蔵室
１ｂと野菜室１ｃとは、仕切板４に設けた通風管１４に
より連通しており、冷蔵室１ｂを循環する冷風の一部が
野菜室へ導入される。
【００２９】図２を参照して、再生器３４を経て低温側
内部熱交換器３３に送り込まれた作動媒体は、ディスプ
レーサ３５によって膨張室３７に引き込まれ、冷熱を発
生する。この冷熱は、低温側内部熱交換器３３を経て、
また膨張室から直接、コールドヘッド３２に伝達され
る。コールドヘッド３２はヘリウムのガス圧に耐えうる
ように円筒形の先端壁は比較的肉厚に形成し、側壁は肉
薄とする。コールドヘッド３２の側壁を肉薄とすること
は、内部熱交換器３３から円筒部２２への熱伝導性を向
上するのに有効である。
内部熱交換器３３に送り込まれた作動媒体は、ディスプ
レーサ３５によって膨張室３７に引き込まれ、冷熱を発
生する。この冷熱は、低温側内部熱交換器３３を経て、
また膨張室から直接、コールドヘッド３２に伝達され
る。コールドヘッド３２はヘリウムのガス圧に耐えうる
ように円筒形の先端壁は比較的肉厚に形成し、側壁は肉
薄とする。コールドヘッド３２の側壁を肉薄とすること
は、内部熱交換器３３から円筒部２２への熱伝導性を向
上するのに有効である。
【００３０】低温側熱交換器１０は、アルミや銅など良
熱伝導性の材料で構成する。この低温側熱交換器１０
は、中空２１ａを含む基板部２１と、基板部２１に取り
付けられた円筒部２２と、基板部２１に取り付けられた
複数のフィン２３を備える。円筒部２２およびフィン２
３ともに、アルミや銅で構成され、基板部２１にろう付
け等により取り付けられる。
熱伝導性の材料で構成する。この低温側熱交換器１０
は、中空２１ａを含む基板部２１と、基板部２１に取り
付けられた円筒部２２と、基板部２１に取り付けられた
複数のフィン２３を備える。円筒部２２およびフィン２
３ともに、アルミや銅で構成され、基板部２１にろう付
け等により取り付けられる。
【００３１】基板部２１の内部の中空領域２１ａには冷
媒が充填されており、基板部をヒートパイプとして機能
させる。このため、基板部において、良好な熱拡散を得
ることができる。この冷媒には、二酸化炭素などの炭酸
ガスや、プロパン、ブタン、ペンタンなどの炭化水素ガ
ス、アンモニア、またはアセトン等を用いる。上記冷媒
は、冷蔵庫で用いる温度範囲０℃〜−４０℃で有効であ
り、かつオゾン層を破壊せず、地球温暖化係数が小さ
い。
媒が充填されており、基板部をヒートパイプとして機能
させる。このため、基板部において、良好な熱拡散を得
ることができる。この冷媒には、二酸化炭素などの炭酸
ガスや、プロパン、ブタン、ペンタンなどの炭化水素ガ
ス、アンモニア、またはアセトン等を用いる。上記冷媒
は、冷蔵庫で用いる温度範囲０℃〜−４０℃で有効であ
り、かつオゾン層を破壊せず、地球温暖化係数が小さ
い。
【００３２】円筒部２２の内面および／またはコールド
ヘッド３２の外面には、熱伝導性の高いシリコングリス
１３などを被覆させ、円筒部とコールドヘッドとの接触
熱抵抗を低下させている。また、接触熱抵抗を低下させ
るためには、円筒部２２の内径とコールドヘッド３２の
外径の嵌め合い精度、すなわち真円度の加工精度を高め
ることによっても可能である。
ヘッド３２の外面には、熱伝導性の高いシリコングリス
１３などを被覆させ、円筒部とコールドヘッドとの接触
熱抵抗を低下させている。また、接触熱抵抗を低下させ
るためには、円筒部２２の内径とコールドヘッド３２の
外径の嵌め合い精度、すなわち真円度の加工精度を高め
ることによっても可能である。
【００３３】円筒部２２は、内部熱交換器３３の直上に
あるように配置されるので、コールドヘッドの冷熱を効
率よく低温側熱交換器１０に熱伝達することができる。
あるように配置されるので、コールドヘッドの冷熱を効
率よく低温側熱交換器１０に熱伝達することができる。
【００３４】上記実施の形態１における円筒部およびコ
ールドヘッドを変形した本発明例を図３に示す。図３で
は、円筒部２２およびコールドヘッド３２の両方の接触
面にテーパを付けている。このような接触面をテーパ状
とすることにより、接続後に充分低い接触熱抵抗を得る
ことができる。
ールドヘッドを変形した本発明例を図３に示す。図３で
は、円筒部２２およびコールドヘッド３２の両方の接触
面にテーパを付けている。このような接触面をテーパ状
とすることにより、接続後に充分低い接触熱抵抗を得る
ことができる。
【００３５】上記実施の形態１における円筒部およびコ
ールドヘッドを変形したさらに別の本発明例として次の
ものがある。円筒部２２の内径をｄとし、コールドヘッ
ド３２の外径をＤと表すとき、ｄ＜Ｄとなるように、円
筒部２２およびコールドヘッド３２を形成する。両者を
接続する直前に低温側熱交換器１０を加熱する工程、お
よび／またはコールドヘッド３２を冷却する工程を行
う。接続後、熱膨張および／または熱収縮が発生し、そ
の結果生じる残留応力を利用することができる。この結
果、円筒部とコールドヘッドとの間に大きな接触圧力が
生じ、良好な熱伝達を得ることができる。
ールドヘッドを変形したさらに別の本発明例として次の
ものがある。円筒部２２の内径をｄとし、コールドヘッ
ド３２の外径をＤと表すとき、ｄ＜Ｄとなるように、円
筒部２２およびコールドヘッド３２を形成する。両者を
接続する直前に低温側熱交換器１０を加熱する工程、お
よび／またはコールドヘッド３２を冷却する工程を行
う。接続後、熱膨張および／または熱収縮が発生し、そ
の結果生じる残留応力を利用することができる。この結
果、円筒部とコールドヘッドとの間に大きな接触圧力が
生じ、良好な熱伝達を得ることができる。
【００３６】上記のコールドヘッド３２の冷却に際し
て、スターリング冷凍機を運転し、そこで発生する冷熱
を利用することができる。
て、スターリング冷凍機を運転し、そこで発生する冷熱
を利用することができる。
【００３７】（実施の形態２）図４は、本発明の実施の
形態２におけるスターリング冷凍機用熱交換器およびス
ターリング冷凍機の低温部の先端部の断面構成図であ
る。本実施の形態では、低温側熱交換器１０の円筒部２
２の内部に中空領域２２ａが設けられ、その中空領域２
２ａが基板部２１の中空領域２１ａと連通している。
形態２におけるスターリング冷凍機用熱交換器およびス
ターリング冷凍機の低温部の先端部の断面構成図であ
る。本実施の形態では、低温側熱交換器１０の円筒部２
２の内部に中空領域２２ａが設けられ、その中空領域２
２ａが基板部２１の中空領域２１ａと連通している。
【００３８】円筒部の中空領域２２ａと基板部の中空領
域２１ａとが連通しているため、両方の中空領域に共通
の冷媒が充填される。このため、円筒部も凝縮部として
用い、ヒートパイプを拡大して動作させることができ
る。したがって、基板部の熱拡散性をさらに向上させる
ことができる。この結果、スターリング冷凍機を用いた
冷蔵庫の冷凍効率をさらに向上させることができる。
域２１ａとが連通しているため、両方の中空領域に共通
の冷媒が充填される。このため、円筒部も凝縮部として
用い、ヒートパイプを拡大して動作させることができ
る。したがって、基板部の熱拡散性をさらに向上させる
ことができる。この結果、スターリング冷凍機を用いた
冷蔵庫の冷凍効率をさらに向上させることができる。
【００３９】（実施の形態３）図５は、本発明の実施の
形態３におけるスターリング冷凍機用熱交換器およびス
ターリング冷凍機の低温部の先端部の断面構成図であ
る。本実施の形態では、低温側熱交換器が、円筒部の中
心軸を通る面で２つの部分１０ａ，１０ｂに分割されて
いる。このような構成によれば、２つの部分１０ａ，１
０ｂによってコールドヘッド３２を挟み込んで密着させ
ることができる。挟み込んで密着固定させる方法として
は、バンド部材によって突き合せた円筒部を巻き回して
締め付ける方法、両方の円筒部にねじ孔を設けてボルト
とナットで締め付ける方法などがある。この場合、円筒
部の内径をコールドヘッドの外径より少し小さめに設定
することにより、加工精度をそれほど高くしなくても密
着性を確保することができる。また、フィンの取り付け
を２つの小部分に分けて行うことによってフィン取付作
業が容易化、高能率化されるメリットも得ることができ
る。このため、製造コストを低減することが可能であ
る。
形態３におけるスターリング冷凍機用熱交換器およびス
ターリング冷凍機の低温部の先端部の断面構成図であ
る。本実施の形態では、低温側熱交換器が、円筒部の中
心軸を通る面で２つの部分１０ａ，１０ｂに分割されて
いる。このような構成によれば、２つの部分１０ａ，１
０ｂによってコールドヘッド３２を挟み込んで密着させ
ることができる。挟み込んで密着固定させる方法として
は、バンド部材によって突き合せた円筒部を巻き回して
締め付ける方法、両方の円筒部にねじ孔を設けてボルト
とナットで締め付ける方法などがある。この場合、円筒
部の内径をコールドヘッドの外径より少し小さめに設定
することにより、加工精度をそれほど高くしなくても密
着性を確保することができる。また、フィンの取り付け
を２つの小部分に分けて行うことによってフィン取付作
業が容易化、高能率化されるメリットも得ることができ
る。このため、製造コストを低減することが可能であ
る。
【００４０】上記の密着させる挟み込みにより、コール
ドヘッド３２と円筒部２２との間の接触熱抵抗を低減す
ることができる。このため、スターリング冷凍機を用い
た冷蔵庫の冷凍効率をさらに向上させることができる。
ドヘッド３２と円筒部２２との間の接触熱抵抗を低減す
ることができる。このため、スターリング冷凍機を用い
た冷蔵庫の冷凍効率をさらに向上させることができる。
【００４１】上記において、本発明の実施の形態につい
て説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形
態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発
明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許
請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範
囲の記載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。
て説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形
態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発
明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許
請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範
囲の記載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。
【００４２】
【発明の効果】上記本発明の請求項１のスターリング冷
凍機用熱交換器によれば、筒状部は、コールドヘッドよ
りも低温部側に位置する低温側内部熱交換器からコール
ドヘッド側壁を通して冷熱を受け取り、基板部に効率よ
く伝達することができる。
凍機用熱交換器によれば、筒状部は、コールドヘッドよ
りも低温部側に位置する低温側内部熱交換器からコール
ドヘッド側壁を通して冷熱を受け取り、基板部に効率よ
く伝達することができる。
【００４３】また、請求項２のスターリング冷凍機用熱
交換器によれば、円筒部から基板部へと冷媒が中空領域
を拡散する。このため、コールドヘッド側部から基板部
への冷熱の伝達を促進し、フィン部とコールドヘッドと
の温度差を低減することができる。
交換器によれば、円筒部から基板部へと冷媒が中空領域
を拡散する。このため、コールドヘッド側部から基板部
への冷熱の伝達を促進し、フィン部とコールドヘッドと
の温度差を低減することができる。
【００４４】請求項３のスターリング冷凍機用熱交換器
によれば、筒状部とコールドヘッドとの接触圧力を向上
させることができる。この結果、両者間の接触熱抵抗を
低減し、フィン部とコールドヘッドとの温度差を低減す
ることができる。
によれば、筒状部とコールドヘッドとの接触圧力を向上
させることができる。この結果、両者間の接触熱抵抗を
低減し、フィン部とコールドヘッドとの温度差を低減す
ることができる。
【００４５】請求項４のスターリング冷凍機用熱交換器
によれば、通常のスターリング冷凍機のシリンダ部は円
筒状であり、格別、たとえば角断面とする必要性がない
場合、安価で効率のよい熱交換器を得ることが可能にな
る。
によれば、通常のスターリング冷凍機のシリンダ部は円
筒状であり、格別、たとえば角断面とする必要性がない
場合、安価で効率のよい熱交換器を得ることが可能にな
る。
【００４６】請求項５のスターリング冷凍機用熱交換器
によれば、熱交換器とコールドヘッドとの接触圧力を高
めることができ、接触熱抵抗を低くすることができる。
また、コールドヘッドを十分に熱収縮させるか、または
円筒部を十分に熱膨張させるので、接触部の加工精度を
高める必要がなくなり、製造コストを減少させることが
できる。
によれば、熱交換器とコールドヘッドとの接触圧力を高
めることができ、接触熱抵抗を低くすることができる。
また、コールドヘッドを十分に熱収縮させるか、または
円筒部を十分に熱膨張させるので、接触部の加工精度を
高める必要がなくなり、製造コストを減少させることが
できる。
【００４７】請求項６のスターリング冷凍機用熱交換器
によれば、非常に高い加工精度を要求することなく、接
触熱抵抗を減少させることができる。たとえば、２分割
された熱交換器によってコールドヘッドを挟んで、その
２つの熱交換器の部分が互いに相手側の部分に引き寄せ
られる部材を設ける。この結果、製造コストを低減する
ことが可能となる。
によれば、非常に高い加工精度を要求することなく、接
触熱抵抗を減少させることができる。たとえば、２分割
された熱交換器によってコールドヘッドを挟んで、その
２つの熱交換器の部分が互いに相手側の部分に引き寄せ
られる部材を設ける。この結果、製造コストを低減する
ことが可能となる。
【００４８】請求項７のスターリング冷凍機用熱交換器
によれば、基板に含まれる冷媒にフロン等を用いないの
で、微量でオゾン層を破壊するガスを排除する構成とす
ることができる。また、上記の冷媒は、その使用量から
見て、地球温暖化への影響はほとんど無視できるもので
ある。
によれば、基板に含まれる冷媒にフロン等を用いないの
で、微量でオゾン層を破壊するガスを排除する構成とす
ることができる。また、上記の冷媒は、その使用量から
見て、地球温暖化への影響はほとんど無視できるもので
ある。
【００４９】請求項８のスターリング冷蔵庫によれば、
上記のいずれかのスターリング冷凍機用熱交換器を備え
るので、微量でオゾン層を破壊するフロン等を用いず
に、効率を向上させたスターリング冷凍機を備えた冷蔵
庫を得ることが可能となる。
上記のいずれかのスターリング冷凍機用熱交換器を備え
るので、微量でオゾン層を破壊するフロン等を用いず
に、効率を向上させたスターリング冷凍機を備えた冷蔵
庫を得ることが可能となる。
【図１】 本発明の実施の形態１におけるスターリング
冷蔵庫の断面構成図である。
冷蔵庫の断面構成図である。
【図２】 図１のスターリング冷凍機用熱交換器および
スターリング冷凍機の低温部の先端部の断面構成図であ
る。
スターリング冷凍機の低温部の先端部の断面構成図であ
る。
【図３】 実施の形態１を変形した本発明例におけるス
ターリング冷凍機用熱交換器およびスターリング冷凍機
の低温部の先端部の断面構成図である。
ターリング冷凍機用熱交換器およびスターリング冷凍機
の低温部の先端部の断面構成図である。
【図４】 本発明の実施の形態２におけるスターリング
冷凍機用熱交換器およびスターリング冷凍機の低温部の
先端部の断面構成図である。
冷凍機用熱交換器およびスターリング冷凍機の低温部の
先端部の断面構成図である。
【図５】 本発明の実施の形態３におけるスターリング
冷凍機用熱交換器およびスターリング冷凍機の低温部の
先端部の断面構成図である。
冷凍機用熱交換器およびスターリング冷凍機の低温部の
先端部の断面構成図である。
【図６】 従来のスターリング冷凍機用熱交換器および
スターリング冷凍機の低温部の先端部の断面構成図であ
る。
スターリング冷凍機の低温部の先端部の断面構成図であ
る。
１ 冷蔵庫、２ 断熱材、３ 扉、４ 仕切板、５ 機
械室（放熱通路）、６スターリング冷凍機、７ 高温側
熱交換器、８ 放熱ファン、９ 冷風ダクト（冷風通
路）、１０ 低温側熱交換器（熱交換器）、１２ 冷風
ファン、１３グリス（接触補助剤）、１４ 連通孔、２
１ 基板部、２１ａ 基板部の中空領域、２２ 円筒
部、２２ａ 円筒部の中空領域、２３ フィン、３１
ウォームヘッド、３２ コールドヘッド、 ３３ 低温
側内部熱交換器、３４ 再生器、３５ ディスプレー
サ、３７ 膨張室。
械室（放熱通路）、６スターリング冷凍機、７ 高温側
熱交換器、８ 放熱ファン、９ 冷風ダクト（冷風通
路）、１０ 低温側熱交換器（熱交換器）、１２ 冷風
ファン、１３グリス（接触補助剤）、１４ 連通孔、２
１ 基板部、２１ａ 基板部の中空領域、２２ 円筒
部、２２ａ 円筒部の中空領域、２３ フィン、３１
ウォームヘッド、３２ コールドヘッド、 ３３ 低温
側内部熱交換器、３４ 再生器、３５ ディスプレー
サ、３７ 膨張室。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ２８Ｄ 15/02 １０２ Ｆ２８Ｄ 15/02 １０２Ｈ
Claims (8)
- 【請求項１】 スターリング冷凍機の端部に位置する冷
熱部から冷熱を受けて空気にその冷熱を供給する低温側
熱交換器であって、 内部に冷媒を含み、前記端部から前記冷熱を受ける中空
の基板と、 前記基板上に設けられ、前記空気との熱交換を行うフィ
ンと、 前記端部に対向するように前記基板に設けられ、前記端
部が挿入されるように配置された筒状部とを備える、ス
ターリング冷凍機用熱交換器。 - 【請求項２】 前記筒状部を構成する壁が中空であり、
前記基板の内部と連通している、請求項１に記載のスタ
ーリング冷凍機用熱交換器。 - 【請求項３】 先端側ほど細くなるテーパ形状の前記端
部に適合するように、前記筒状部は前記スターリング冷
凍機に向かって広がるテーパ形状がついている、請求項
１または２に記載のスターリング冷凍機用熱交換器。 - 【請求項４】 円筒状の前記端部に適合するように、前
記筒状部が円筒状である、請求項１〜３のいずれかに記
載のスターリング冷凍機用熱交換器。 - 【請求項５】 前記円筒部の内径が前記円筒状端部の外
径よりも小さい、請求項４に記載のスターリング冷凍機
用熱交換器。 - 【請求項６】 前記スターリング冷凍機用熱交換器が前
記筒状部を縦割りに分割する面によって２分割され、前
記端部がその分割された筒状部の間に挟着されている、
請求項１〜５のいずれかに記載のスターリング冷凍機用
熱交換器。 - 【請求項７】 前記冷媒が、炭酸ガス、炭化水素、アン
モニアおよびアセトンのうちの少なくとも１つである、
請求項１〜６のいずれかに記載のスターリング冷凍機用
熱交換器。 - 【請求項８】 前記請求項１〜７のいずれかに記載の前
記スターリング冷凍機用熱交換器を備え、前記スターリ
ング冷凍機用熱交換器から冷熱を受けた空気を冷蔵庫内
に導入する通路と、 前記スターリング冷凍機からの高熱を受けた空気を冷蔵
庫外に排出する通路とを備えた、スターリング冷蔵庫。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001267381A JP3784286B2 (ja) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | スターリング冷凍機用熱交換器およびスターリング冷蔵庫 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001267381A JP3784286B2 (ja) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | スターリング冷凍機用熱交換器およびスターリング冷蔵庫 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003075000A true JP2003075000A (ja) | 2003-03-12 |
| JP2003075000A5 JP2003075000A5 (ja) | 2005-04-28 |
| JP3784286B2 JP3784286B2 (ja) | 2006-06-07 |
Family
ID=19093516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001267381A Expired - Fee Related JP3784286B2 (ja) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | スターリング冷凍機用熱交換器およびスターリング冷蔵庫 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3784286B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007049355A1 (ja) * | 2005-10-28 | 2007-05-03 | Fuji Electric Retail Systems Co., Ltd. | 熱交換器及びその製造方法 |
| JP2007512497A (ja) * | 2003-11-20 | 2007-05-17 | アルチュリク・アノニム・シルケチ | 冷却装置 |
| JP4930376B2 (ja) * | 2005-10-28 | 2012-05-16 | 富士電機リテイルシステムズ株式会社 | 熱交換器 |
| CN104534767A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-04-22 | 合肥美的电冰箱有限公司 | 冰箱 |
| EP2224194A3 (de) * | 2009-02-25 | 2016-11-02 | Liebherr-Hausgeräte Ochsenhausen GmbH | Kühl- und/oder Gefriergerät |
| CN112639380A (zh) * | 2018-10-09 | 2021-04-09 | 青岛海尔电冰箱有限公司 | 一种冰箱 |
| WO2024048219A1 (ja) * | 2022-08-31 | 2024-03-07 | 株式会社ツインバード | スターリング冷凍機の伝熱構造 |
-
2001
- 2001-09-04 JP JP2001267381A patent/JP3784286B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007512497A (ja) * | 2003-11-20 | 2007-05-17 | アルチュリク・アノニム・シルケチ | 冷却装置 |
| WO2007049355A1 (ja) * | 2005-10-28 | 2007-05-03 | Fuji Electric Retail Systems Co., Ltd. | 熱交換器及びその製造方法 |
| JP4930376B2 (ja) * | 2005-10-28 | 2012-05-16 | 富士電機リテイルシステムズ株式会社 | 熱交換器 |
| EP2224194A3 (de) * | 2009-02-25 | 2016-11-02 | Liebherr-Hausgeräte Ochsenhausen GmbH | Kühl- und/oder Gefriergerät |
| CN104534767A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-04-22 | 合肥美的电冰箱有限公司 | 冰箱 |
| CN112639380A (zh) * | 2018-10-09 | 2021-04-09 | 青岛海尔电冰箱有限公司 | 一种冰箱 |
| CN112639380B (zh) * | 2018-10-09 | 2022-08-23 | 青岛海尔电冰箱有限公司 | 一种冰箱 |
| WO2024048219A1 (ja) * | 2022-08-31 | 2024-03-07 | 株式会社ツインバード | スターリング冷凍機の伝熱構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3784286B2 (ja) | 2006-06-07 |
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|---|---|---|---|
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