JPH0996480A - 低温貯蔵庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低価格化と小型化と簡素化を実現する。 【解決手段】 貯蔵庫１は外箱２と第１の内箱３との間
に断熱材４を充填し、内箱３の内側に循環冷却槽９を設
け、貯蔵室６を形成し、戻り配管８が断熱材４内に埋設
され、位置８Ａから位置８Ｂ方向へ配設されている。熱
搬送体循環送出部１０の上部室１３は流出口１３ａによ
って循環冷却槽９に連通しており、下部室１４は流入口
１４ａによって戻り配管８に連通し、上部室１３内にタ
ーボポンプ１６が配置され、下部室１４にはスターリン
グ冷凍機１７の熱伝導部１８を突出するように配置され
ている。

Description

【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
機を用いた低温貯蔵庫に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、比較的容積の大きな物を大量に
低温、例えば、−８０℃程度で貯蔵する場合、従来の一
元冷凍方式の冷凍装置では、冷凍能力が不足するために
いわゆる二元冷凍方式の冷凍装置を使用して大型の貯蔵
庫内を冷却していた。

【０００３】従来、この種の二元冷凍方式の冷凍装置
は、例えば、実公昭５８−２３１０１号公報に示されて
いる。すなわち、これは高温側と低温側の冷媒回路をそ
れぞれ独立した二系統の冷媒閉回路にて構成し、高温側
冷媒回路の蒸発器と低温側冷媒回路の凝縮器とで熱交換
器を構成し、高温側冷媒回路の冷媒の蒸発によって低温
側冷媒回路の冷媒を凝縮するようにしている。これによ
って、低温側冷媒回路にはより低い沸点（蒸発温度）の
冷媒を用いることができるので低温側冷媒回路の蒸発器
によって極めて低い温度を得ることが可能となり、大き
な容器の低温貯蔵庫を比較的に低温、例えば、−８０℃
程度に冷却することができる。

【０００４】かかる二元冷凍方式では、低温側冷媒回路
の蒸発器において通常−８０℃程の低温を得るものであ
るが、より低い温度、例えば、−１３０℃以下の温度を
得るためには沸点の極めて低い、例えば、Ｒ５０（メタ
ン）等の冷媒を低温側冷媒回路において用いなければな
らず、そのために低温側冷媒回路の圧縮機には多大に負
荷が加わることになり、異常な温度上昇を来して焼付き
を生じる問題があった。

【０００５】そこで、かかる問題を解決するために特公
平３−７１６２４号公報の提案では、それぞれ圧縮機か
ら吐出された冷媒を凝縮した後蒸発せしめて冷却作用を
発揮する独立した冷媒閉回路を構成する高温側冷媒回路
と低温側冷媒回路とから成り、高温側冷媒回路の蒸発器
と低温側冷媒回路の凝縮器とで熱交換器を構成した冷凍
装置において、高温側冷媒回路には冷却作用を発揮する
沸点の低い冷媒と圧縮機の潤滑油を帰還せしめるための
比較的沸点の高い冷媒を封入し、熱交換器を経て高温側
冷媒回路の圧縮機へ帰還する配管の一部にて低温側冷媒
回路の圧縮機の潤滑油冷却器を構成して高温となる低温
側冷媒回路の圧縮機を良好に冷却して焼付や潤滑油の劣
化を防止している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記二元冷
凍方式を用いた低温貯蔵庫では、どうしても大型とな
り、全体の構成も複雑とならざるを得ず、経済的でない
という問題がある。

【０００７】すなわち、例えば、前記特公平３−７１６
２４号公報に示す冷凍装置のように高温側冷媒回路の蒸
発器と低温側冷媒回路の凝縮器とで熱交換器により熱交
換するように独立した二系統の冷媒回路で構成するため
に、高温側冷媒回路の蒸発器は低温側冷媒回路の凝縮パ
イプと共にカスケードコンデンサを構成し、低温側冷媒
回路は気流分離器、複数の中間熱交換器、電動圧縮機、
蒸発パイプ、複数の減圧器等からなっている。従って、
貯蔵室を除く冷凍装置だけでも大型となり、装置全体が
大型となり、さらに複雑で、しかも、高価なものになら
ざるを得ない。

【０００８】そこで、本発明は、小型で、かつ、構成を
簡素化し、経済性を向上させた低温貯蔵庫を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、圧縮
シリンダ部の先方部に形成される圧縮室から膨張シリン
ダ部の先方部に形成される膨張室へ導かれる作動ガスの
膨張行程を少なくとも含む熱サイクル行程によって冷熱
を発生するスターリング冷凍機と、膨張シリンダ部の先
方部に形成され膨張室で発生した冷熱を熱伝導する熱伝
導部と、被冷却負荷を収納する貯蔵室を形成する内箱と
外箱との間に断熱材を有する貯蔵庫と、熱伝導部と熱を
搬送する熱搬送体とを熱交換させて冷却された熱搬送体
を貯蔵庫内へ送り出し強制循環させて貯蔵室を低温とす
る熱搬送体循環送出部とを設けるようにしたものであ
る。以上の構成によって、スターリング冷凍機により得
られる熱伝導部から冷熱が熱搬送体循環送出部内の熱搬
送体と熱交換して熱搬送体が貯蔵庫内を循環して貯蔵室
が迅速にしかも均等に低温とされる。また、スターリン
グ冷凍機を用いることにより、装置の低価格化が図れ、
装置の小型化と装置の簡素化が実現できる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１記載の低温貯
蔵庫において、貯蔵庫の内箱のさらに内側に貯蔵室を配
設する一方、貯蔵室と内箱との間に熱搬送体を循環させ
る循環冷却槽を形成し、この循環冷却槽へ熱搬送体循環
送出部から冷却された熱搬送体を流出させ、循環冷却槽
を循環した熱搬送体を再び熱搬送体循環送出部へ流入循
環させるようにしたことである。以上の構成によって、
冷凍能力に優れるスターリング冷凍機によって発生した
冷熱が循環冷却槽を介して貯蔵室全体を冷却するから迅
速に均等に被冷却物を低温とすることができ、しかも、
スターリング冷凍機を用いるから装置の低価格化が図
れ、装置の小型化と装置の簡素化が実現できる。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１記載の低温貯
蔵庫において、貯蔵庫と内箱と間に熱搬送体を循環させ
る循環冷却管を配設し、この循環冷却管へ熱搬送体循環
送出部から冷却された熱搬送体を流出させると共に、循
環冷却管を循環した熱搬送体を再び熱搬送体循環送出部
へ流入させるようにしたことである。以上の構成によっ
て、冷凍能力に優れるスターリング冷凍機によって発生
した冷熱が循環冷却槽を介して貯蔵室全体を冷却するか
ら迅速に均等に被冷却物を低温とすることができ、しか
も、スターリング冷凍機を用いるから装置の低価格化が
図れ、装置の小型化と装置の簡素化が実現できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態を示す低温貯蔵庫であって、１は断面箱状の貯蔵庫
で、貯蔵庫１は上面開口の外箱２に上面開口の第１の内
箱３とが組込まれ、外箱２と第１の内箱３との間にウレ
タン等の断熱材４を充填して箱体を形成し、第１の内箱
３のさらに内側に第２の内箱５を設けて、第１の内箱３
と第２の内箱５との間に形成される槽に後述する熱搬送
体Ａを循環させ冷却する循環冷却槽９を設け、熱伝導良
好な材質、例えば、アルミニュウムまたはステンレスス
チールによる第２の内箱５の内面によって貯蔵室６を形
成し、外箱２と第１の内箱３の上部の開口縁はブレーカ
７ａに接続され、上部に断熱開閉扉７を設けている。そ
して、後述する熱搬送体Ａが戻る戻り配管８が循環冷却
槽９の位置９Ａに接続されると共に、外箱２と第１の内
箱３の間の断熱材４内に埋設され、位置８Ａから位置８
Ｂ方向へ配設されている。

【００１３】１０は熱搬送体Ａを生成し循環するための
熱搬送体循環送出部であって、熱搬送体循環送出部１０
は断熱箱１１に囲われた内側に仕切壁１２により上部室
１３と下部室１４とが形成され、上部室１３は流出口１
３ａによって循環冷却槽９に連通しており、下部室１４
は流入口１４ａによって戻り配管８に連通し、上部室１
３内に外方のモータ１５に連絡するターボポンプ１６が
配置され、下部室１４には後述するスターリング冷凍機
１７の熱伝導部１８が突出するように配置されている。

【００１４】熱搬送体循環送出部１０の下部のスターリ
ング冷凍機１７は、固定台３０上に固定され、スターリ
ング冷凍機１７と熱搬送体循環送出部１０とは、外カバ
ー３１によって覆われ、下部に脚３２が取付けられてい
る。

【００１５】次に、スターリング冷凍機１７は、図２に
示すような内部構成となっており、スターリング冷凍機
１７は、圧縮シリンダ部１９に嵌装される第１ピストン
２０の前方に作動ガスを圧縮する圧縮室２１を有する一
方、膨張シリンダ部２２に嵌装される第２ピストン２３
の前方に作動ガスを膨張させる膨張室２４とを有して圧
縮室２１と膨張室２４とは、図示省略する熱再生器と放
熱器とを介在させてガス流路で連通しており、第１ピス
トン２０と第２ピストン２３とは、ある位相差をもって
原動機を動力とするクランク機構２５によって往復運動
をするように構成されている。さらに、スターリング冷
凍機１７の上方には前述した冷熱を熱伝導するコールド
ヘッドである熱伝導部１８を有し、熱伝導部１８は膨張
シリンダ部２２の先端に接続している。

【００１６】以上の構成で、図２に示すスターリング冷
凍機１７が作動するとクランク機構２５によって、まず
第１ピストン２０が移動して圧縮室２１に充満するヘリ
ウム等の作動ガスを圧縮し、この圧縮され発熱した作動
ガスは、図示しない放熱器で放熱されて図示しない熱再
生器でさらに冷やされてから膨張室２４へ導かれる。そ
の後に、第２ピストン２３の下降によって膨張室２４の
作動ガスが膨張する膨張行程となり、作動ガスの膨張に
より作動ガスが低温となって、熱伝導部１８を冷却し、
続いて、第２ピストン２３の上昇によって膨張室２４の
低温の作動ガスが押し出されて熱再生器を冷やしながら
圧縮室２１へ導かれる。

【００１７】以上の行程が順次繰り返されて、膨張室２
４の作動ガスが膨張時に膨張シリンダ部２２に連結する
熱伝導部１８を冷却する。

【００１８】ここで、図１に示す熱搬送体循環送出部１
０の上部室１３と下部室１４と循環冷却槽９には、熱搬
送体Ａが充填されている。この熱搬送体Ａは、例えば、
エタノール等のブラインや空気が用いられる。

【００１９】熱伝導部１８によって熱搬送体循環送出部
１０に充填される熱搬送体Ａが徐々に冷却されると冷却
された熱搬送体Ａが下部室１４から仕切壁１２に形成さ
れる吸入口１２ａを介してターボポンプ１６によって上
部室１３へ吸込まれ、さらに、流出口１３ａを介して循
環冷却槽９へ流入する一方、暖かい熱搬送体Ａが戻り配
管８から流入口１４ａを介して下部室１４へ流入して循
環する。この熱搬送体Ａの循環動作の繰返しによって徐
々に熱搬送体Ａの全体の温度が低下すると共に、循環冷
却槽９の内側の貯蔵室６内が低温、例えば、−８０℃程
度とされ、貯蔵室６内の被冷却物を冷却する。

【００２０】このように本発明の第１実施の形態によれ
ば、循環冷却槽９へ熱搬送体Ａを充填してスターリング
冷凍機によって発生した冷熱が熱搬送体循環送出部１０
内で熱搬送体Ａを冷却し、冷却された熱搬送体Ａを循環
供給するようにしたために貯蔵室６が全体に迅速に低温
とできる。また、スターリング冷凍機１７によつて熱搬
送体Ａを冷却するようにしたために従来の二元冷凍方式
の冷凍機に比べ、圧縮手段が１つでカスケードコンデン
サ、オイルクーラ等が不要となり、部品点数および材料
費の低減により低価格化が図れ、さらに、装置全体が小
型化し、装置全体が簡素化される。

【００２１】図３は、本発明の第２の実施の形態を示す
低温貯蔵庫であって、１Ａは断面箱状の貯蔵庫で、貯蔵
庫１Ａは外箱２と内箱３Ａとの間にウレタン等の断熱材
４を充填して箱体を形成し、内箱３Ａの内面によって貯
蔵室６を形成し、上部にブレーカ７ａを介して断熱開閉
扉７を設けている。そして、外箱２と内箱３Ａとに充填
される断熱材４内に図示鎖線で示す循環配管２６が蛇行
するように上部から下部へ配設されている。

【００２２】１０は第１の実施の形態で説明したと同様
の熱搬送体Ａを生成し循環するための熱搬送体循環送出
部であって、熱搬送体循環送出部１０は断熱箱１１に囲
われ内側の仕切壁１２により上部室１３と下部室１４と
が形成され、上部室１３は流出口１３ａによって循環配
管２６の一端の流入側２６ａに接続して連通しており、
下部室１４は流入口１４ａによって循環配管２６の流出
側２６ｂに接続して連通し、上部室１３内に外方のモー
タ１５に連絡するターボポンプ１６が配置され、下部室
１４には、第１の実施の形態で説明したと同様の図２に
示すスターリング冷凍機１７の熱伝導部１８が突出して
配置されている。なお、その他図１と同一符号の部分
は、同一部分または相当部分を示している。

【００２３】以上の構成で、図３に示すスターリング冷
凍機１７が作動すると図２に示すクランク機構２５によ
って、第１の実施の形態と同様に膨張室２４の作動ガス
が膨張時に膨張シリンダ部２２に連結する熱伝導部１８
を冷却する。

【００２４】ここで、図３に示す上部室１３と下部室１
４と循環配管２６には、熱搬送体Ａが充填されている。
この熱搬送体Ａは、例えば、エタノール等のブラインや
空気が用いられる。

【００２５】熱伝導部１８によって下部室１４の熱搬送
体Ａが徐々に冷却されると冷却された熱搬送体Ａが下部
室１４から仕切壁１２に形成される吸入口１２ａを介し
てターボポンプ１６によって上部室１３へ吸込まれる。
さらに、ターボポンプ１６により流出口１３ａを介して
熱搬送体Ａが循環配管２６の流入側２６ａから流入され
上部から下部に蛇行状に配設される循環配管２６へ流れ
る。これによって、熱伝導良好な内箱３Ａを冷却して貯
蔵室６内を低温とする。そして、暖かい熱搬送体Ａが循
環配管２６の流出側２６ｂから流入口１４ａを介して下
部室１４へ流入して循環する。この熱搬送体Ａの循環動
作の繰返しによって徐々に熱搬送体Ａの全体の温度が低
下すると共に、内箱３Ａを介して貯蔵室６内が低温とさ
れ、貯蔵室６内の被貯蔵物を冷却する。

【００２６】このように本発明の第２の実施の形態によ
れば、外箱２と内箱３Ａの内の断熱材４に埋設され内箱
３Ａを囲むように蛇行状に配設される循環配管２６に循
環する熱搬送体Ａによって内箱３Ａを介して貯蔵室６が
迅速に冷却される。また、スターリング冷凍機１７を用
いて熱搬送体Ａを冷却するようにしたために、従来の二
元冷凍方式の冷凍機に比べ、低価格化と小型化と装置の
簡素化とが図れる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明よれ
ば、スターリング冷凍機の熱伝導部の冷熱が熱搬送体循
環送出部内の熱搬送体と熱交換して熱搬送体を貯蔵庫内
に循環するようにしたために貯蔵室を迅速にしかも均等
に低温とすることができ、スターリング冷凍機を用いる
ことにより装置の低価格化が図れ、装置の小型化と装置
の簡素化が実現できる。

【００２８】請求項２の発明は、循環冷却槽を介して貯
蔵室全体を冷却するために迅速に均等または被冷蔵物を
低温とすることができ、しかも、スターリング冷凍機を
用いるから装置の低価格化が図れ、装置の小型化と装置
の簡素化が実現できる。

【００２９】請求項３の発明は、循環冷却管を介して貯
蔵室全体を冷却するために迅速に均等または被冷蔵物を
低温とすることができ、スターリング冷凍機を用いるか
ら装置の低価格化が図れ、装置の小型化と装置の簡素化
が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態を示す低温貯蔵庫の側
断面図。

【図２】図１に備えるスターリング冷凍機を示す側断面
図。

【図３】本発明の第２実施の形態を示す低温貯蔵庫の側
断面図。

【符号の説明】

１ 貯蔵庫 ２ 外箱 ３ 第１の内箱 ３Ａ 内箱 ５ 第２の内箱 ６ 貯蔵室 ７ 断熱開閉扉 ８ 戻り配管 ９ 循環冷却槽 １０ 熱搬送体循環送出部 １１ 断熱箱 １２ 仕切壁 １３ 上部室 １４ 下部室 １６ ターボポンプ １７ スターリング冷凍機 ２６ 循環配管 Ａ 熱搬送体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮シリンダ部の先方部に形成される圧
   縮室から膨張シリンダ部の先方部に形成される膨張室へ
   導かれる作動ガスの膨張行程を少なくとも含む熱サイク
   ル行程によって冷熱を発生するスターリング冷凍機と、 前記膨張シリンダ部の先方部に形成され前記膨張室で発
   生した冷熱を熱伝導する熱伝導部と、 被冷却負荷を収納する貯蔵室を形成する内箱と外箱との
   間に充填される断熱材とを有する貯蔵庫と、 前記熱伝導部と熱を搬送する熱搬送体とを熱交換させて
   冷却された熱搬送体を前記貯蔵庫内へ送り出し強制循環
   させて前記貯蔵室を低温とする熱搬送体循環送出部とを
   備えることを特徴とする低温貯蔵庫。
2. 【請求項２】 前記貯蔵庫の内箱のさらに内側に前記貯
   蔵室を配設する一方、前記貯蔵室と前記内箱との間に前
   記熱搬送体を循環させる循環冷却槽を形成し、この循環
   冷却槽へ前記熱搬送体循環送出部から冷却された熱搬送
   体を流出させ、前記循環冷却槽を循環した熱搬送体を再
   び前記熱搬送体循環送出部へ流入循環させるようにした
   ことを特徴とする請求項１記載の低温貯蔵庫。
3. 【請求項３】 前記貯蔵庫の前記内箱と外箱との間に前
   記熱搬送体を循環させる循環冷却管を配設し、この循環
   冷却管へ前記熱搬送体循環送出部から冷却された熱搬送
   体を流出させると共に、前記循環冷却管を循環した熱搬
   送体を再び前記熱搬送体循環送出部へ流入させるように
   したことを特徴とする請求項１記載の低温貯蔵庫。