WO2006051703A1

WO2006051703A1 - Stirling refrigration system and cooling room with the same

Info

Publication number: WO2006051703A1
Application number: PCT/JP2005/019964
Authority: WO
Inventors: Kazuya Kitatani; Masaki Ohtsuka
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2006-05-18
Also published as: JP2006138543A

Abstract

A Stirling refrigeration system (1) comprising a Stirling refrigeration machine (2) for generating cold, and a system (3) for radiating heat generated in return for the generation of the cold. The heat radiation system (3) comprises a heat absorbing heat exchanger (4) fixed to a warm section (11) of the Stirling refrigeration machine (2), a heat radiating heat exchanger (5) for radiating heat to the outer air, piping (8) connecting the heat absorbing heat exchanger (4) to the heat radiating heat exchanger (5) and circulating a refrigerant, and a fan (6) for supplying air to the heat radiating heat exchanger (5). The air supply fan (6) is disposed between the heat radiating heat exchanger (5) and the Stirling refrigeration machine (2). Radiation of heat can be sufficiently accelerated at the warm section (11) of the Stirling refrigeration machine (2), so that the Stirling refrigeration system (1) having a compact, low noise and low power consumption heat radiation system (3) can be obtained.

Description

スターリング冷凍システムおよびそれを備えた冷却庫 Stirling refrigeration system and refrigerator equipped with the same

技術分野 Technical field

[0001] 本発明は、スターリング冷凍システムおよびそれを備えた冷却庫に関するものである。 [0001] The present invention relates to a Stirling refrigeration system and a refrigerator provided with the same.

背景技術 Background art

[0002] 冷蔵庫などに用いられて!/、る従来の冷凍機は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用したものである。この蒸気圧縮式冷凍機においては、冷媒として主に特定フロン (CFC: し hloro Fluoro し arbon)ま 7こ ίま代 ¾=スロン (Hし FC:Hydro Chloro Fluoro Carbonノが用いられ、フロンの凝縮作用および蒸発作用を利用することによって、所要の冷却能力が得られている。これらの冷媒は、非常に化学的安定性が高いため、大気中に放出されると成層圏に達して、オゾン層を破壊するという指摘がある。このため、近年、特定フロンまたは代替フロンを対象としたフロンの使用および生産が規制されてきている。 [0002] Conventional refrigerators used in refrigerators and the like utilize a vapor compression refrigeration cycle. In this vapor compression refrigerator, the refrigerant is mainly specified chlorofluorocarbon (CFC: 7 hloro Fluoro arbon) or 7 ί ¾ 代 = stron (H FC: Hydro Chloro Fluoro Carbon), which is used for condensation of chlorofluorocarbons. The required cooling capacity is obtained by using the action and evaporation, and these refrigerants have a very high chemical stability, so when released into the atmosphere they reach the stratosphere and cause the ozone layer to penetrate. For this reason, in recent years, the use and production of chlorofluorocarbons for specific or alternative chlorofluorocarbons has been regulated.

[0003] そのため、蒸気圧縮式冷凍機の代替品として、逆スターリングサイクルを用いたスタ一リング冷凍機が注目^^めている。 [0003] Therefore, as an alternative to a vapor compression refrigerator, a Stirling refrigerator using a reverse Stirling cycle has attracted attention.

[0004] スターリング冷凍機は、その構造がコンパクトであり、冷凍能力が大きい割に、その低温部および高温部ともに表面積が小さい。そのため、スターリング冷凍機を用いれば、冷凍システムの放熱および吸熱効率が高められるため、冷却庫の性能を飛躍的に向上させることができる。 [0004] The Stirling refrigerator has a compact structure and a large refrigerating capacity, but has a small surface area in both the low temperature part and the high temperature part. Therefore, if a Stirling refrigerator is used, the heat dissipation and heat absorption efficiency of the refrigeration system can be improved, and the performance of the refrigerator can be dramatically improved.

[0005] また、スターリング冷凍機を用いるスターリング冷凍システムは、低温部にて生成された冷熱を伝達する冷却システムと、高温部にて発生した温熱を効率的に放出する放熱システムとを有している。このスターリング冷凍システムを備える冷却庫は、冷凍性能が非常に高いが、従来の冷却庫には必要な力つた放熱システムを有している。そのため、放熱システムによって冷却庫内の冷却対象物が収容される空間の容積が狭められている。したがって、スターリング冷凍システムを冷却庫に用いる場合には、放熱システムをコンパクトにすることが切望されて、る。 [0006] 図 9は、従来の放熱システムを有するスターリング冷凍システム 1の正面図である。図 10は、図 9における X— X断面図である。なお、図中の矢印は気流の向きを表す。 [0005] Further, a Stirling refrigeration system using a Stirling refrigerator has a cooling system that transmits the cold generated in the low temperature part and a heat dissipation system that efficiently releases the heat generated in the high temperature part. ing. The refrigerator equipped with this Stirling refrigeration system has very high refrigeration performance, but the conventional refrigerator has a powerful heat dissipation system. For this reason, the volume of the space in which the object to be cooled in the refrigerator is accommodated is reduced by the heat dissipation system. Therefore, when a Stirling refrigeration system is used for a refrigerator, it is desired to make the heat dissipation system compact. FIG. 9 is a front view of a Stirling refrigeration system 1 having a conventional heat dissipation system. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. In addition, the arrow in a figure represents the direction of airflow.

[0007] 放熱システム 3は、スターリング冷凍機 2のウォームセクション 11に取り付けられた吸熱用熱交換器 (高温側熱搬送サイクルにおける蒸発器) 4と、送風ファン 6と、送風フアン 6が生成する気流によって放熱が促進される放熱用熱交換器 (高温側熱搬送サイタルにおける凝縮器） 5とを有している。吸熱用熱交 4と放熱用熱交 5とは、吸熱用熱交 4と放熱用熱交 5との間で冷媒を循環させるための循環用配管 8によって互いに接続されている。また、吸熱用熱交換器 4の内部には、図示しな Vヽ気液分離器または液溜が設けられて、る。 [0007] The heat dissipation system 3 generates an endothermic heat exchanger (evaporator in the high temperature side heat transfer cycle) 4 attached to the worm section 11 of the Stirling refrigerator 2, a blower fan 6, and a blower fan 6. The heat dissipation heat exchanger (condenser in the high temperature side heat transfer site) 5 is provided. The endothermic heat exchanger 4 and the heat dissipating heat exchanger 5 are connected to each other by a circulation pipe 8 for circulating the refrigerant between the endothermic heat exchanger 4 and the heat dissipating heat exchanger 5. In addition, the endothermic heat exchanger 4 is provided with a V-gas / liquid separator or a liquid reservoir (not shown).

[0008] 従来の放熱システムにおける放熱用熱交換器 5の形状は、縦 170mm、横 200mm 、かつ、高さ 100mmの直方体である。放熱用熱交換器 5においては、縦 170mm、かつ、横 200mmの開口部 10が設けられている。開口部 10にはダクト 9が連通している。送風ファン 6は、ダクト 9の終端部に直径 70mmの軸流ファンが 2個並列に設けられている。送風ファン 6によって生じた気流は、図 9および図 10中の矢印で示すように、スターリング冷凍機 2から放熱用熱交^^ 5に向力つて流れる。それにより、その気流は、放熱用熱交 5を通過した後、ダクト 9の終端カゝら送風ファン 6を経て放熱システム 3の外部に放出される。スターリング冷凍システム 1は、冷却庫の中段部に設置される。また、送風ファン 6は、その回転中心軸が冷却庫の後方に気流が排出されるように設けられている。 [0008] The shape of the heat-dissipating heat exchanger 5 in the conventional heat-dissipating system is a rectangular parallelepiped having a length of 170 mm, a width of 200 mm, and a height of 100 mm. In the heat exchanger 5 for heat dissipation, an opening 10 having a length of 170 mm and a width of 200 mm is provided. A duct 9 communicates with the opening 10. The blower fan 6 has two axial fans with a diameter of 70 mm arranged in parallel at the end of the duct 9. The air flow generated by the blower fan 6 flows from the Stirling refrigerator 2 to the heat-dissipating heat exchanger 5 as directed by arrows in FIGS. 9 and 10. As a result, the airflow passes through the heat-dissipating heat exchanger 5 and is then discharged to the outside of the heat-dissipating system 3 through the blower fan 6 from the end of the duct 9. The Stirling refrigeration system 1 is installed in the middle part of the refrigerator. In addition, the blower fan 6 is provided such that the rotation center axis of the blower fan 6 discharges airflow behind the refrigerator.

[0009] 図 11は、従来の放熱システム 3の放熱用熱交換器 5の開口部 10の風速分布を示す図であり、図 9および図 10に示す放熱システム 3の開口部 10を上側力も見た図である。図中の放熱用熱交^^ 5の開口部 10の縦軸の 0の位置力も外部に向力つて気流が流出されるように、送風ファン 6の回転中心軸が冷却庫の後部上方に向力つて延びている。また、放熱用熱交^^ 5の開口部 10に対して送風ファン 6の径が小さい。そのため、風速分布に偏りが生じている。放熱システム 3において所望の熱交換能力を得るためには、風速分布に偏りがある状態では、偏流の無い状態に比較して、大きな風量が必要になる。その結果、騒音値が増大するとともに、消費電力が増加してしまう。 [0010] スターリング冷凍機 2のウォームセクション（ウォームヘッドまたは高温部） 11から放熱を効率よく行なうための技術が特開 2003-302117号公報に開示されている。 FIG. 11 is a diagram showing a wind speed distribution in the opening 10 of the heat exchanger 5 for heat dissipation of the conventional heat dissipation system 3, and the opening 10 of the heat dissipation system 3 shown in FIG. 9 and FIG. It is a view. In the figure, the rotation center axis of the blower fan 6 is located above the rear of the refrigerator so that the flow of the heat flow for heat dissipation ^^ 5 in the figure is 0 due to the 0 position of the vertical axis of the vertical axis. It stretches by force. In addition, the diameter of the blower fan 6 is smaller than the opening 10 of the heat exchanger for heat dissipation 5. Therefore, the wind speed distribution is biased. In order to obtain the desired heat exchange capacity in the heat dissipation system 3, a larger air volume is required when the wind speed distribution is uneven than when there is no drift. As a result, the noise level increases and the power consumption increases. [0010] A technique for efficiently releasing heat from the worm section (worm head or high temperature portion) 11 of the Stirling refrigerator 2 is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-302117.

[0011] また、放熱を効率よく行ないながら、放熱システムをコンパクトにする技術が特開 20[0011] Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 20-228867 discloses a technique for making a heat dissipation system compact while efficiently performing heat dissipation.

04- 156802号公報に開示されている。 It is disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 04-156802.

特許文献 1：特開 2003— 302117号公報 Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2003-302117

特許文献 2：特開 2004— 156802号公報 Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-156802

発明の開示 Disclosure of the invention

発明が解決しょうとする課題 Problems to be solved by the invention

[0012] 放熱システム 3の冷媒を循環させる駆動力として冷媒の自然循環作用を利用する場合には、放熱用熱交翻 5を吸熱用熱交翻 4よりも高い位置に設けなければならない。一方、放熱用熱交 5と吸熱用熱交 4との間の距離を大きくした場合には、放熱システム 3の放熱効率が低下する。そのため、お互いの位置関係が適切なものとなるように調整する必要がある。そのため、スターリング冷凍機 2と放熱用熱交 5の間にはある程度の大きさの空間が必要となる。したがって、スターリング冷凍システム 1をコンパクトにすることが困難であるという問題がある。 [0012] When the natural circulation action of the refrigerant is used as a driving force for circulating the refrigerant in the heat dissipation system 3, the heat dissipation heat exchange 5 must be provided at a position higher than the heat absorption heat exchange 4 . On the other hand, when the distance between the heat exchanger 5 for heat dissipation and the heat exchanger 4 for heat absorption is increased, the heat dissipation efficiency of the heat dissipation system 3 decreases. Therefore, it is necessary to make adjustments so that the mutual positional relationship is appropriate. For this reason, a certain amount of space is required between the Stirling refrigerator 2 and the heat exchanger 5 for heat dissipation. Therefore, there is a problem that it is difficult to make the Stirling refrigeration system 1 compact.

[0013] また、特許文献 1および特許文献 2のそれぞれに記載の放熱システムでは、スターリング冷凍システムをコンパクトにすることができる力放熱用熱交^^の開口部に対して均一に送風できな、ため、放熱用熱交^^中の通風抵抗の小さ、部分に強ヽ気流が生じる、すなわち偏流が生じるという問題がある。なお、十分に長いダクトを有する送風経路内に送風ファンを設置するとヽぅ方法も従来から用いられてヽるが、この方法ではスターリング冷凍システムをコンパクトにすることが困難であるという問題がある。 [0013] In addition, in the heat dissipation system described in each of Patent Document 1 and Patent Document 2, the Stirling refrigeration system can be made compact. Air can be uniformly blown to the opening of the heat exchanger for heat dissipation. However, there is a problem that the draft resistance in the heat exchanger for heat dissipation is small and the strong air flow is generated in the part, that is, the drift occurs. In addition, when a blower fan is installed in a blower path having a sufficiently long duct, a dredging method has also been used conventionally. However, this method has a problem that it is difficult to make the Stirling refrigeration system compact. is there.

[0014] また、気流が放熱用熱交換器の全体に均一に生じないため、所望の熱交換能力を確保するためには、送風ファンの送風能力を増加させなければならない。このため、送風ファンを大型化させるという方法が考えられる。し力しながら、この方法ではスタ一リング冷凍システムをコンパクトにするという要望に応えられないという問題が生じる。また、送風ファンを大型化させずに、送風ファンの回転数を増加させることによって、風量を増加させる方法も考えられる。し力しながら、この方法では騒音値が増大するとともに消費電力が増加するという問題がある。 [0014] Further, since airflow is not uniformly generated in the entire heat dissipating heat exchanger, in order to secure a desired heat exchanging capacity, the air blowing capacity of the blower fan must be increased. For this reason, the method of enlarging a ventilation fan can be considered. However, this method has a problem that it cannot meet the demand for a compact sterilization refrigeration system. A method of increasing the air volume by increasing the rotation speed of the blower fan without increasing the size of the blower fan is also conceivable. However, this method increases the noise level. In addition, there is a problem that power consumption increases.

[0015] 本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、スターリング冷凍機のウォームセクションで発生する温熱の放出が促進されるとともに、コンパクトで、騒音が小さぐかつ消費電力が小さな放熱システムを有するスターリング冷凍システムおよびそれを備えた冷却庫を提供することである。 [0015] The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to promote the release of warm heat generated in the worm section of a Stirling refrigerator, and to be compact and reduce noise. A Stirling refrigeration system having a heat dissipation system with low power consumption and a refrigerator equipped with the same.

課題を解決するための手段 Means for solving the problem

[0016] 上記目的を達成するために、逆スターリングサイクルによって冷熱を生成するスターリング冷凍機と、スターリング冷凍機で発生した温熱を放出する放熱システムとを備えている。放熱システムは、スターリング冷凍機のウォームセクションに取り付けられた吸熱用熱交換器と、スターリング冷凍機の上方に設けられ、外気へ温熱を放出するための放熱用熱交換器とを有している。吸熱用熱交換器と放熱用熱交換器とは、ゥオームセクションで発生した温熱を受け取った高温側二次冷媒が自然循環する循環用配管によって接続されている。また、放熱システムは、送風機を有しており、送風機によって放熱用熱交換器における高温側二次冷媒と外気との熱交換を促進する気流が生成される。また、送風機は、放熱用熱交^^とスターリング冷凍機との間に設置されている。 [0016] In order to achieve the above object, a Stirling refrigerator that generates cold by a reverse Stirling cycle and a heat dissipation system that releases the heat generated by the Stirling refrigerator are provided. The heat dissipation system includes an endothermic heat exchanger attached to the worm section of the Stirling refrigerator, and a heat dissipation heat exchanger that is provided above the Stirling refrigerator and emits heat to the outside air. The heat-absorbing heat exchanger and the heat-dissipating heat exchanger are connected by a circulation pipe through which the high-temperature side secondary refrigerant that receives the heat generated in the warm section circulates naturally. In addition, the heat dissipation system includes a blower, and an air flow that promotes heat exchange between the high-temperature side secondary refrigerant and the outside air in the heat dissipation heat exchanger is generated by the blower. The blower is installed between the heat-dissipating heat exchanger and the Stirling refrigerator.

[0017] この構成によれば、放熱用熱交^^と吸熱用熱交またはスターリング冷凍機との間に必然的に生じる空間であって、従来のスターリング冷凍システムにおいては有効に活用されていな力つた空間が有効に活用される。 [0017] According to this configuration, a space that is inevitably generated between the heat-dissipating heat exchanger ^^ and the heat-absorbing heat exchanger or the Stirling refrigerator, and is effectively utilized in the conventional Stirling refrigeration system. Effective space is utilized effectively.

[0018] また、気流が仮想の面を通過するときに、最大風速が Vmaxであり、最小風速が V minであり、かつ、平均風速が Vaveである場合において、仮想の面に生じる風速分布の均一度合を示す値であって、 DI= (Vmax— Vmin) ZVaveという式によって規定されるディストーションインデックス DIの値力 0以上かつ 0. 5以下であることが望ましい。 [0018] Also, when the airflow passes through the virtual plane, the maximum wind speed is Vmax, the minimum wind speed is Vmin, and the average wind speed is Vave, and the wind speed distribution generated on the virtual plane It is desirable that the value of the distortion index DI specified by the equation DI = (Vmax—Vmin) ZVave be 0 or more and 0.5 or less.

[0019] この構成によれば、放熱用熱交^^の周囲を通過する気流が偏流となることを抑制することができる。そのため、放熱用熱交^^における熱交換の効率を高めることができる。 [0019] According to this configuration, it is possible to suppress the airflow passing around the heat-dissipating heat exchanger from becoming uneven. As a result, the efficiency of heat exchange in the heat exchanger for heat dissipation can be increased.

[0020] また、送風機が放熱用熱交換器の下側に設置されていれば、送風機が放熱用熱交力ゝら熱的な悪影響を受け難い。そのため、より長寿命な放熱システムを有するスターリング冷凍システムが得られる。 [0020] In addition, if the blower is installed under the heat dissipation heat exchanger, the blower is configured to dissipate heat. It is hard to be affected by thermal effects. Therefore, a Stirling refrigeration system having a longer-life heat dissipation system can be obtained.

[0021] また、送風機は、放熱用熱交換器の位置よりも前述の気流の上流側の位置に設けられていれば、放熱用熱交換器は上昇気流を有効利用して放熱することができる。そのため、送風機の負担が軽減される。その結果、より騒音が小さぐかつ、消費電力が小さな放熱システムを有するスターリング冷凍システムが得られる。 [0021] Further, if the blower is provided at a position upstream of the above-described airflow with respect to the position of the heat-dissipating heat exchanger, the heat-dissipating heat exchanger can radiate heat by effectively using the rising airflow. . Therefore, the burden on the blower is reduced. As a result, a Stirling refrigeration system having a heat dissipation system with lower noise and lower power consumption can be obtained.

[0022] また、送風機は、放熱用熱交換器の位置よりも前述の気流の下流側の位置に設けられていれば、放熱用熱交換器の整流効果によって、送風機に送り込まれる気流が整流される。そのため、より騒音が小さな放熱システムを有するスターリング冷凍システムを得ることができる。 [0022] Further, if the blower is provided at a position downstream of the airflow from the position of the heat exchanger for heat dissipation, the airflow sent to the fan is rectified by the rectification effect of the heat exchanger for heat dissipation. The Therefore, a Stirling refrigeration system having a heat dissipation system with lower noise can be obtained.

[0023] また、本発明の冷却庫は、前述の放熱システムを備えている。そのため、ウォームセクシヨンにおいて受け取った温熱を放熱用熱交換器を介して外部へ効率よく放出することができ、コンパクトで、かつ、地球環境に与える悪影響が小さな放熱システムを有するスターリング冷凍システムが搭載された冷却庫を得ることができる。 [0023] The refrigerator of the present invention includes the above-described heat dissipation system. For this reason, the Stirling refrigeration system that has a heat dissipation system that can efficiently release the heat received in the warm section to the outside through the heat exchanger for heat dissipation and that is compact and has little adverse effect on the global environment is installed. You can get a refrigerator.

発明の効果 The invention's effect

[0024] 本発明によれば、放熱用熱交^^と吸熱用熱交またはスターリング冷凍機との間に必然的に生じる空間であって、従来有効に活用されていなかった空間を有効に活用することが可能となる。 [0024] According to the present invention, the space that is inevitably generated between the heat-dissipating heat exchanger ^ and the heat-absorbing heat exchanger or the Stirling refrigerator, and that has not been effectively used in the past is effectively used. It becomes possible to do.

[0025] この発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。 [0025] The above and other objects, features, aspects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the present invention which is to be understood in connection with the accompanying drawings.

図面の簡単な説明 Brief Description of Drawings

[0026] [図 1]第 1の実施形態のスターリング冷凍システムの放熱システムを説明するための概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a heat dissipation system of the Stirling refrigeration system of the first embodiment.

[図 2]第 1実施形態のスターリング冷凍システムの送風ファンを設置する位置を説明するための概略図である。 FIG. 2 is a schematic view for explaining a position where a blower fan is installed in the Stirling refrigeration system of the first embodiment.

[図 3]第 1の実施形態の放熱用熱交換器が設置される仮想の空間を説明するための模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a virtual space in which the heat dissipation heat exchanger according to the first embodiment is installed.

[図 4]第 1の実施形態の放熱用熱交換器のディストーションインデックス DIと、放熱用熱交^^を用いて一定の放熱量を得るために必要となる風量との関係を示すグラフである。 [Fig.4] Distortion index DI of heat dissipation heat exchanger of the first embodiment and heat dissipation It is a graph which shows the relationship with the air volume required in order to obtain a fixed heat dissipation using heat exchange ^^.

[図 5]第 1の実施形態の放熱用熱交換器の仮想の直方体の上面の風速分布を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a wind speed distribution on the upper surface of a virtual rectangular parallelepiped of the heat dissipation heat exchanger according to the first embodiment.

[図 6]第 2の実施形態の送風ファンの配置を説明するための模式図である。 FIG. 6 is a schematic view for explaining the arrangement of the blower fans of the second embodiment.

[図 7]第 3の実施形態のスターリング冷凍システムの放熱システムを示す概略図である。 FIG. 7 is a schematic diagram showing a heat dissipation system of a Stirling refrigeration system according to a third embodiment.

[図 8]第 4の実施形態のスターリング冷凍システムの放熱システムが搭載された冷却庫の概略的な構成を示す断面図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a refrigerator equipped with a heat dissipation system of a Stirling refrigeration system of a fourth embodiment.

[図 9]従来の放熱システムを有するスターリング冷凍システムの概略図である。 FIG. 9 is a schematic view of a Stirling refrigeration system having a conventional heat dissipation system.

[図 10]図 9における X— X断面の模式図である。 FIG. 10 is a schematic view taken along the line XX in FIG. 9.

[図 11]従来の放熱システムの放熱用熱交換器の長方形の面の風速分布を示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing a wind speed distribution on a rectangular surface of a heat dissipation heat exchanger of a conventional heat dissipation system.

符号の説明 Explanation of symbols

[0027] 1 スターリング冷凍システム、 2 スターリング冷凍機、 3 放熱システム、 4 吸熱用熱交換器、 5 放熱用熱交換器、 6 送風ファン、 7 冷却庫、 8 循環用配管、 9 ダクト、 10 開口咅、l l ウォームセクション、 12 断熱壁、 13 コーノレドセクション、 14 冷気ダクト、 15 冷凍室、 16 冷蔵室、 17 野菜室、 19 冷却システム、 111 冷却発明を実施するための最良の形態 [0027] 1 Stirling refrigeration system, 2 Stirling refrigerator, 3 heat dissipation system, 4 heat absorption heat exchanger, 5 heat dissipation heat exchanger, 6 blower fan, 7 cooler, 8 circulation piping, 9 duct, 10 opening咅, ll Warm section, 12 Insulated wall, 13 Cornored section, 14 Cold air duct, 15 Freezer room, 16 Cold room, 17 Vegetable room, 19 Cooling system, 111 Cooling Best mode for carrying out the invention

[0028] 以下、図を参照しながら、本発明の実施の形態のスターリング冷凍システムを説明する。なお、各実施の形態においては、同一の部位には同一の参照符号が付されており、その説明は繰り返さない。また、図 1、図 6、図 7、および図 9のそれぞれは、スタ一リング冷凍システム 1の正面図である力ダクト 9のみについては、それに内包される放熱用熱交換器 5および送風ファン 6が見えるようにするために、断面図となっている。 Hereinafter, a Stirling refrigeration system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, the same reference numerals are assigned to the same parts, and description thereof will not be repeated. In addition, FIG. 1, FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 9 show that only the power duct 9 that is a front view of the Stirling refrigeration system 1 is included in the heat exchanger 5 for heat dissipation and the blower fan 6 included therein. The cross-sectional view is shown so that can be seen.

[0029] (第 1の実施形態） [0029] (First embodiment)

まず、本発明の第 1の実施形態のスターリング冷凍システム 1を図面を参照して説明する。図 1は、本発明の第 1の実施形態のスターリング冷凍機 2の放熱システム 3を示す概略図である。放熱システム 3は、スターリング冷凍機 2のウォームセクション 11 に取り付けられた吸熱用熱交換器 4と、送風ファン 6と、送風ファン 6が生成する気流によって放熱する放熱用熱交換器 5とを有してヽる。吸熱用熱交換器 4と放熱用熱交換器 5とは、吸熱用熱交換器 4と放熱用熱交換器 5との間で高温側二次冷媒を循環させるための循環用配管 8によって互いに接続されている。また、吸熱用熱交 4 の内部には、図示しない気液分離器または液溜が設けられている。なお、前述の構成は、従来のスターリング冷凍システム 1と同様である。 First, the Stirling refrigeration system 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Light up. FIG. 1 is a schematic diagram showing a heat dissipation system 3 of the Stirling refrigerator 2 according to the first embodiment of the present invention. The heat dissipation system 3 includes an endothermic heat exchanger 4 attached to the worm section 11 of the Stirling refrigerator 2, a blower fan 6, and a heat dissipation heat exchanger 5 that radiates heat by the airflow generated by the blower fan 6. Speak. The heat absorption heat exchanger 4 and the heat dissipation heat exchanger 5 are connected to each other by a circulation pipe 8 for circulating the high-temperature side secondary refrigerant between the heat absorption heat exchanger 4 and the heat dissipation heat exchanger 5. It is connected. Further, a gas-liquid separator or a liquid reservoir (not shown) is provided inside the heat absorption heat exchanger 4. The above-described configuration is the same as that of the conventional Stirling refrigeration system 1.

[0030] また、本実施の形態のスターリング冷凍システム 1にお、ては、放熱用熱交換器 5 は、伝熱フィンと伝熱管とを有している。伝熱フィンは、熱伝導性の良好なアルミまたは銅など力もなる板状部材が互いに平行に所定の間隔で配置されたものである。また、伝熱管は、伝熱フィンと同様の素材力なり、蛇行しながら、複数の伝熱フィンを貫通している。つまり、本実施の形態のスターリング冷凍システム 1においては、いわゆるフィンチューブ型熱交^^が用いられて、る。このフィンチューブ型熱交は、通風抵抗が小さぐまた、ホコリの付着量も少ないため、メンテナンスフリーを実現できるというメリットを有している。ただし、フィンチューブ型熱交^^のうち伝熱面積が大きいものが用いられる場合には、冷却庫内の空間が熱交翻によって大きく占有されてしまう。なお、伝熱フィンは、その熱伝導性能が高ければ、本実施形態で用いられるものに限定されず、如何なるものであってもよい。たとえば、伝熱フィンは、格子型またはコルゲート型のものであってもよい。これらの伝熱フィンは、本実施形態における伝熱フィンと比較して、表面積が大きいため、高い熱交換効率を有している。また、伝熱フィンの形状は、スターリング冷凍機 2の形状に適合する環状 (ドーナツ状）であってもよい。ただし、放熱用熱交換器 5を設置する場所および状況に応じて適切な型の伝熱フィンが選択されることが望ま、。 [0030] In the Stirling refrigeration system 1 of the present embodiment, the heat dissipation heat exchanger 5 includes heat transfer fins and heat transfer tubes. The heat transfer fins are made by arranging plate members having a high heat conductivity such as aluminum or copper in parallel with each other at a predetermined interval. In addition, the heat transfer tube has the same material force as the heat transfer fin, and penetrates through the plurality of heat transfer fins while meandering. That is, in the Stirling refrigeration system 1 of the present embodiment, a so-called fin tube type heat exchanger is used. This fin tube type heat exchange has a merit that maintenance-free can be realized because the ventilation resistance is small and the amount of dust attached is small. However, when a fin tube type heat exchanger having a large heat transfer area is used, the space in the refrigerator is largely occupied by heat exchange. The heat transfer fins are not limited to those used in the present embodiment as long as their heat conduction performance is high, and any heat transfer fins may be used. For example, the heat transfer fins may be of a lattice type or a corrugated type. Since these heat transfer fins have a larger surface area than the heat transfer fins in the present embodiment, they have high heat exchange efficiency. In addition, the shape of the heat transfer fins may be an annular shape (doughnut shape) that matches the shape of the Stirling refrigerator 2. However, it is desirable that an appropriate type of heat transfer fin is selected according to the place and situation where the heat exchanger 5 for heat dissipation is installed.

[0031] 上記放熱システム 3の循環用配管 8内には水とエタノールとの混合物が高温側二次冷媒として封入されている。この冷媒を用いることにより、環境および人体への悪影響を低減することができる。他の冷媒の例としては、水（単体）、アルコール、炭化水素、 CO、またはアンモニア等が挙げられる。ただし、前述の冷媒は、それぞれ、メリツトとデメリットとを有しているため、状況に応じて適切なものが選択されることが望ましい。 [0031] A mixture of water and ethanol is sealed in the circulation pipe 8 of the heat dissipation system 3 as a high temperature side secondary refrigerant. By using this refrigerant, adverse effects on the environment and the human body can be reduced. Examples of other refrigerants include water (simple substance), alcohol, hydrocarbon, CO, or ammonia. However, each of the aforementioned refrigerants Therefore, it is desirable to select the appropriate one according to the situation.

[0032] たとえば、炭化水素が用いられれば、高い熱交換効率を実現することができる。し力しながら、炭化水素は、爆発性を有しているため、循環用配管 8内への封入量が制限される。また、 COは、無毒であるが、圧縮率が高いため、循環用配管の耐圧を高 [0032] For example, if a hydrocarbon is used, high heat exchange efficiency can be realized. However, since the hydrocarbons are explosive, the amount enclosed in the circulation pipe 8 is limited. In addition, CO is non-toxic, but the compression rate is high, so the pressure resistance of the circulation piping is high.

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める必要がある。また、アンモニアは、従来から実用的に用いられている冷媒であり、特にそれが低温で用いられる場合には数多くの実績がある。しかしながら、アンモ- ァは、毒性ガスかつ可燃性ガスであるため、その取扱いには十分な配慮が必要となる。さらに、アンモニアは、危険性が高いため、その使用においては、防毒マスク、警報装置、除害装置、および吸収材等を準備する必要がある。その結果、アンモニアを用いない他の放熱システムに比べて、アンモニアを用いる放熱システムは、その付帯設備費用が大きなものとなる。 It is necessary to Ammonia is a refrigerant that has been practically used in the past, and has a proven track record, particularly when it is used at low temperatures. However, since ammonia is a toxic and flammable gas, it must be handled with great care. Furthermore, since ammonia is highly dangerous, it is necessary to prepare a gas mask, a warning device, an abatement device, and an absorbent material for its use. As a result, compared to other heat dissipation systems that do not use ammonia, the heat dissipation system that uses ammonia has a higher cost for the incidental facilities.

[0033] また、循環用配管 8内にフロンガスが冷媒として封入された場合には、フロン冷媒の蒸発および凝縮による潜熱を積極的に利用することによって、顕熱による熱交換よりも熱伝達量が数 10倍も大きくなる。そのため、スターリング冷凍機 2の成績係数 (CO P : Coefficient Of Performance)を大幅に向上させることができるとともに、スターリング冷凍機 2の消費電力を低減させることができる。し力しながら、フロン冷媒は、地球温暖化係数（GWP : Global Warming Potential)が非常に高い。たとえば、最も広く使用されているフロン冷媒 (HFC— 134a)は、その地球温暖化係数が二酸ィ匕炭素の 1300倍であり、地球温暖化を大きく促進させてしまう。そのため、全世界的にフロン冷媒の使用および生産が規制されてきている。 [0033] In addition, when chlorofluorocarbon gas is sealed as a refrigerant in the circulation pipe 8, the amount of heat transfer is greater than the heat exchange by sensible heat by actively using the latent heat generated by the evaporation and condensation of the chlorofluorocarbon refrigerant. It is several tens of times larger. Therefore, the coefficient of performance (COP) of the Stirling refrigerator 2 can be greatly improved and the power consumption of the Stirling refrigerator 2 can be reduced. However, CFC refrigerants have a very high global warming potential (GWP). For example, the most widely used CFC refrigerant (HFC-134a) has a global warming potential of 1300 times that of carbon dioxide and promotes global warming significantly. For this reason, the use and production of Freon refrigerants has been regulated worldwide.

[0034] 本実施形態においては、水とエタノールとの混合物が高温側二次冷媒として使用されるが、本発明に用いられる高温側二次冷媒は、前述のものに限定されず、他の冷媒であってもよい。 [0034] In the present embodiment, a mixture of water and ethanol is used as the high temperature side secondary refrigerant, but the high temperature side secondary refrigerant used in the present invention is not limited to the above-described one, and other cold refrigerants. It may be a medium.

[0035] 次に、図 1を参照して、放熱システム 3の動作について説明する。スターリング冷凍機 2が駆動されると、スターリング冷凍機 2内の一次冷媒 (たとえば、ヘリウム）の逆スターリングサイクルによって、コールドセクションに冷熱が生成され、その代償として、ウォームセクション 11に温熱が発生する。この温熱は、ウォームセクション 11の外周面から吸熱用熱交 4に伝達され、それにより、吸熱用熱交 4内に溜まっている高温側二次冷媒が蒸発する。その結果、冷媒蒸気が生成される。冷媒蒸気は、放熱用熱交 5に接続されている循環用配管 8の往路内を上昇して、吸熱用熱交換器 4よりも高い位置に設置された放熱用熱交翻 5に流入する。放熱用熱交翻 5 内においては、冷媒蒸気は、外気と熱交換することによって、液化する。それにより、純粋の液体冷媒または気体が混ざって、る液体冷媒が生成される。その液体冷媒は、吸熱用熱交換器 4に接続された循環用配管 8の復路内を下降し、その途中で気液分離器によって気体と液体とに分離される。その後、液体冷媒は、吸熱用熱交換器 4 に戻り、再びウォームセクション 11から温熱を受け取って蒸発する。 Next, the operation of the heat dissipation system 3 will be described with reference to FIG. When Stirling Refrigerator 2 is driven, cold heat is generated in the cold section by the reverse sterling cycle of the primary refrigerant (for example, helium) in Stirling Refrigerator 2, and at the expense of warm temperature in Warm Section 11. To do. This heat is the outer circumference of the worm section 11. The heat is transferred to the endothermic heat exchanger 4 from the surface, whereby the high temperature side secondary refrigerant accumulated in the endothermic heat exchanger 4 evaporates. As a result, refrigerant vapor is generated. The refrigerant vapor rises in the forward path of the circulation pipe 8 connected to the heat exchanger 5 for heat release and flows into the heat exchanger 5 for heat dissipation installed at a position higher than the heat exchanger 4 for heat absorption. . In the heat exchanger 5 for heat dissipation, the refrigerant vapor is liquefied by exchanging heat with the outside air. As a result, pure liquid refrigerant or gas is mixed to produce liquid refrigerant. The liquid refrigerant descends in the return path of the circulation pipe 8 connected to the heat-absorbing heat exchanger 4 and is separated into gas and liquid by the gas-liquid separator along the way. Thereafter, the liquid refrigerant returns to the endothermic heat exchanger 4 and again receives warm heat from the warm section 11 and evaporates.

[0036] 本実施の形態の放熱システム 3によれば、冷媒の蒸発および凝縮における潜熱を利用することによって、顕熱による熱交換よりも数 10倍も大きい熱伝達量の熱交換が行なわれるため、熱交換効率が大幅に高められる。 [0036] According to the heat dissipation system 3 of the present embodiment, heat exchange with a heat transfer amount several tens of times larger than heat exchange by sensible heat is performed by using latent heat in the evaporation and condensation of the refrigerant. The heat exchange efficiency is greatly increased.

[0037] さらに、本実施形態の放熱システム 3によれば、吸熱用熱交 4と放熱用熱交換器 5との高さの差と、気体冷媒の比重と液体冷媒の比重との差とに起因する圧力差を利用して、高温側二次冷媒を循環させる駆動力を得ることができる。したがって、ボンプなどの駆動装置の動力なしに冷媒を自然循環させることができるため、消費電力を低減することが可能になる。なお、循環用配管 8を吸熱用熱交 4の最下端部に接続すれば、前述の圧力差が大きくなるため、冷媒の蒸発および凝縮による自然循環をより一層円滑にすることができる。 [0037] Further, according to the heat dissipation system 3 of the present embodiment, the difference in height between the heat exchanger 4 for heat absorption and the heat exchanger 5 for heat dissipation and the difference between the specific gravity of the gas refrigerant and the specific gravity of the liquid refrigerant are reduced. A driving force for circulating the high-temperature side secondary refrigerant can be obtained by using the pressure difference. Accordingly, the refrigerant can be naturally circulated without the power of the driving device such as a pump, so that power consumption can be reduced. If the circulation pipe 8 is connected to the lowermost end portion of the heat absorption heat exchanger 4, the above-described pressure difference increases, so that natural circulation due to the evaporation and condensation of the refrigerant can be further smoothed.

[0038] また、本実施形態の放熱システム 3によれは、ポンプ等の駆動装置が必要な、ため、製造コストを低減することができる。また、放熱システム 3の寿命が、駆動装置の寿命によって決定されてしまうことがない。つまり、放熱システム 3の寿命が長くなる。 [0038] Further, according to the heat dissipation system 3 of the present embodiment, since a driving device such as a pump is required, the manufacturing cost can be reduced. Further, the life of the heat dissipation system 3 is not determined by the life of the drive device. That is, the life of the heat dissipation system 3 is extended.

[0039] 次に、本実施形態における送風ファン 6の配置について説明する。図 2は、本発明のスターリング冷凍システム 1の概略図を示す。上述のように冷媒を循環させる駆動力として冷媒の自然循環作用を利用する場合には、放熱用熱交換器 5を吸熱用熱交換器 4およびスターリング冷凍機 2よりも上方に設置する必要がある。 [0039] Next, the arrangement of the blower fans 6 in this embodiment will be described. FIG. 2 shows a schematic diagram of the Stirling refrigeration system 1 of the present invention. As described above, when the natural circulation action of the refrigerant is used as the driving force for circulating the refrigerant, it is necessary to install the heat-dissipating heat exchanger 5 above the heat-absorbing heat exchanger 4 and the Stirling refrigerator 2. .

[0040] また、放熱用熱交換器 5と吸熱用熱交換器 4との間の距離 Dが大き過ぎる場合には、放熱性能が悪ィ匕し、外気の温度が低くなるほどその悪影響が顕著に表れる。そのため、放熱用熱交 5と吸熱用熱交 4との位置関係を適切にする必要がある。その結果、放熱用熱交換器 5と吸熱用熱交換器 4およびスターリング冷凍機 2との間には、必要でありながら従来においては有効に活用されていない無駄な空間 Sが存在する。 [0040] If the distance D between the heat-dissipating heat exchanger 5 and the heat-absorbing heat exchanger 4 is too large, the heat dissipating performance deteriorates, and the adverse effect becomes more noticeable as the temperature of the outside air decreases. appear. That Therefore, it is necessary to make the positional relationship between the heat exchanger 5 for heat dissipation and the heat exchanger 4 for heat absorption appropriate. As a result, there is a useless space S that is necessary but has not been effectively used in the past, between the heat-dissipating heat exchanger 5, the heat-absorbing heat exchanger 4, and the Stirling refrigerator 2.

[0041] したがって、放熱システム 3の構成要素である送風ファン 6を前述の空間 Sに設置することによって、必要でありながら有効に活用されていない空間 Sを有効に活用することができる。また、前述のような位置に送風ファン 6を設置すれば、送風ファン 6の駆動によって生じる気流がスターリング冷凍機 2本体付近を通過するため、放熱用熱交 5のみならずスターリング冷凍機 2本体もまた冷却される。 [0041] Therefore, by installing the blower fan 6 that is a component of the heat dissipation system 3 in the space S described above, the space S that is necessary but not effectively used can be used effectively. In addition, if the blower fan 6 is installed at the position as described above, the air flow generated by the drive of the blower fan 6 passes through the vicinity of the Stirling refrigerator 2 main body, so that not only the heat exchange 5 for heat dissipation but also the Stirling refrigerator 2 main body. Is also cooled.

[0042] ところで、一般に、放熱用熱交 5の伝熱面積が一定であると仮定とした場合、熱交換効率を向上させるためには、放熱用熱交 5において生じる高温側二次冷媒と外気との熱伝達作用を促進させることが必要である。そこで、放熱用熱交換器 5 の熱伝達を向上させる手法の一つとして風速を大きくする手法が考えられる。しかしながら、この手法では、送風ファン 6の回転数を大きくするために騒音値が増大するといった問題がある。この問題を解決するために、本実施形態のスターリング冷凍システム 1にお、ては、次に説明する構造が採用されて、る。 [0042] By the way, in general, assuming that the heat transfer area of the heat dissipating heat exchanger 5 is constant, in order to improve the heat exchange efficiency, the high-temperature side secondary refrigerant generated in the heat dissipating heat exchanger 5 and It is necessary to promote the heat transfer effect with the outside air. Therefore, a method of increasing the wind speed can be considered as one of the methods for improving the heat transfer of the heat exchanger 5 for heat radiation. However, this method has a problem that the noise value increases in order to increase the rotational speed of the blower fan 6. In order to solve this problem, the structure described below is adopted in the Stirling refrigeration system 1 of the present embodiment.

[0043] 図 3は、本発明の第 1の実施形態の放熱用熱交換器 5が設置される仮想の空間を説明するための模式図である。本実施形態においては、放熱用熱交翻 5は、図 3 に示すように、縦 170 (mm)、横 200 (mm)、力、つ、高さ 100 (mm)の直方体の空間内に設置されていると仮定する。また、放熱用熱交翻5は、仮想の直方体の空間とほぼ同様の形状であるものとする。本実施形態においては、外径 d= 170 (mm)の円形状の送風ファン 6が、放熱用熱交換器 5が設置される仮想の直方体の空間内の上面または下面と平行な縦 a= 170 (mm)かつ横 b = 200 (mm)の仮想の長方形の面に対向し、かつ、前述の長方形の対角線の交点を通る前述の長方形の面に垂直な軸と送風ファン 6の回転中心軸とがー致するように、送風ファン 6によって生じる気流の上流側、すなわち、放熱用熱交換器 5の下側に設置されている。なお、仮想の長方形は、前述の開口部 10の形状、すなわち、送風ファン 6を内包するように設けられたダクト 9の横断面とほぼ同様の形状であるものとする。 [0044] ここで、放熱用熱交換器 5の前述の仮想の長方形の面に生じる風速分布の均一度合を示すディストーションインデックス DIにつ、て説明する。前述の仮想の長方形の面に生じる気流の、最大風速を Vmax、最小風速を Vmin、平均風速を Vaveとすると、ディストーションインデックス DIは、 DI= (Vmax— Vmin) ZVaveという式によって規定される。前述の式から分かるように、最大風速と最小風速との差が 0であるとき、ディストーションインデックス DI = 0となる。つまり、放熱用熱交^^ 5の仮想の長方形の面に生じる風速分布が均一であるほどディストーションインデックス DIの値は小さくなり、放熱用熱交換器 5の前述の仮想の長方形の面における風速の偏りが少ない。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a virtual space in which the heat dissipating heat exchanger 5 according to the first embodiment of the present invention is installed. In this embodiment, the heat exchanger 5 for heat dissipation is installed in a rectangular parallelepiped space of 170 mm (length), 200 mm (width), force, and height (100 mm) as shown in Fig. 3. Assuming that In addition, it is assumed that the heat exchanger 5 for heat dissipation has substantially the same shape as the virtual rectangular parallelepiped space. In the present embodiment, the circular blower fan 6 having an outer diameter d = 170 (mm) has a longitudinal a = parallel to the upper surface or the lower surface in the space of the virtual rectangular parallelepiped where the heat exchanger 5 for heat dissipation is installed. The axis perpendicular to the rectangular surface that faces the virtual rectangular surface of 170 (mm) and lateral b = 200 (mm) and passes through the intersection of the diagonal lines of the aforementioned rectangle and the rotation center axis of the blower fan 6 It is installed on the upstream side of the air flow generated by the blower fan 6, that is, on the lower side of the heat exchanger 5 for heat dissipation so as to match. Note that the virtual rectangular shape is substantially the same as the shape of the opening 10 described above, that is, the cross section of the duct 9 provided so as to contain the blower fan 6. Here, the distortion index DI indicating the uniformity of the wind speed distribution generated on the above-described virtual rectangular surface of the heat-dissipating heat exchanger 5 will be described. The distortion index DI is defined by the formula DI = (Vmax-Vmin) ZVave, where Vmax is the maximum wind speed, Vmin is the minimum wind speed, and Vave is the average wind speed of the airflow generated on the virtual rectangular surface. As can be seen from the above equation, when the difference between the maximum wind speed and the minimum wind speed is 0, the distortion index DI = 0. In other words, the more uniform the wind speed distribution generated on the imaginary rectangular surface of the heat-dissipating heat exchanger ^^ 5, the smaller the distortion index DI value, and the wind speed on the imaginary rectangular surface of the heat-dissipating heat exchanger 5 There is little bias.

[0045] 図 4は、本発明の第 1の実施形態の放熱用熱交換器 5のディストーションインデックス DIと、放熱用熱交 5を用いて一定の放熱量を得るために必要となる風量との関係を示している。図中の符号 100で示すデータは、本発明の第 1の実施形態の放熱システムのデータであり、図中の符号 200で示すデータは、従来の放熱システムのデータである。ディストーションインデックス DIがほぼ 0. 5以下の場合には、所望の熱交換能力を得るための風量は 2. 3m³Zminである。一方、ディストーションインデックス DIがほぼ 0. 5よりも大きい場合には、所望の熱交換能力を得るための風量は、徐々に増加する。また、従来の放熱用熱交換器においては、ディストーションインデックス DIの値が 1付近においては、約 3. 2m³Zminの風量、すなわち、本実施形態の風量の約 140%の風量が必要である。 FIG. 4 shows the distortion index DI of the heat dissipating heat exchanger 5 according to the first embodiment of the present invention and the air flow necessary to obtain a constant heat dissipating amount using the heat dissipating heat exchanger 5. The relationship is shown. Data indicated by reference numeral 100 in the figure is data of the heat dissipation system of the first embodiment of the present invention, and data indicated by reference numeral 200 in the figure is data of the conventional heat dissipation system. When the distortion index DI is approximately 0.5 or less, the air flow to obtain the desired heat exchange capacity is 2.3m ³ Zmin. On the other hand, when the distortion index DI is larger than about 0.5, the air volume for obtaining the desired heat exchange capacity gradually increases. In addition, in the conventional heat exchanger for heat dissipation, when the distortion index DI value is around 1, an air volume of about 3.2 m ³ Zmin, that is, an air volume of about 140% of the air volume of this embodiment is required. is there.

[0046] 前述の図 4に示すような結果が得られるのは次のような理由によるものと考えられるディストーションインデックス DIがほぼ 0. 5以下である場合には、放熱用熱交換器 5 の近傍に比較的一様に気流が生じている。そのため、放熱用熱交換器 5の伝熱フィンの単位面積あたりの放熱量が大きい。その結果、最低限の風量で所望の熱交換能力を得ることができる。一方、ディストーションインデックス DIがほぼ 0. 5よりも大きい場合には、風速の偏りによる悪影響が表れ始め、所望の熱交換能力を得るためにより多くの風量が必要となる。 [0046] The reason why the result shown in FIG. 4 is obtained is considered to be as follows. When the distortion index DI is approximately 0.5 or less, the vicinity of the heat exchanger 5 for heat dissipation is used. The airflow is relatively uniform. For this reason, the heat dissipation amount per unit area of the heat transfer fin of the heat dissipation heat exchanger 5 is large. As a result, a desired heat exchange capacity can be obtained with a minimum air volume. On the other hand, when the distortion index DI is larger than about 0.5, adverse effects due to the deviation of wind speed begin to appear, and more air volume is required to obtain the desired heat exchange capacity.

[0047] なお、図 4から、放熱用熱交換器 5の仮想の長方形の面における最大風速、最小風速および平均風速を用いて計算されるディストーションインデックス DI値が 0. 5以下の範囲では、風速は略一様であることが分かる。 [0047] From Fig. 4, the distortion index DI value calculated using the maximum wind speed, the minimum wind speed, and the average wind speed on the virtual rectangular surface of the heat-dissipating heat exchanger 5 is 0.5 or more. In the lower range, it can be seen that the wind speed is substantially uniform.

[0048] 図 5は、本発明の第 1の実施形態における放熱用熱交換器 5の仮想の直方体の上面の風速分布を示している。また、表 1は、本発明の第 1の実施形態の放熱用熱交換器 5のディストーションインデックス DIの値の計算値、および、従来の放熱用熱交換器 5のディストーションインデックス DIの計算値を示している。 FIG. 5 shows the wind speed distribution on the upper surface of the imaginary rectangular parallelepiped of the heat-dissipating heat exchanger 5 in the first embodiment of the present invention. Table 1 shows the calculated value of the distortion index DI of the heat dissipating heat exchanger 5 according to the first embodiment of the present invention, and the calculated value of the distortion index DI of the conventional heat dissipating heat exchanger 5. Is shown.

[0049] [表 1] [0049] [Table 1]

[0050] 図 5および表 1から、本実施形態の放熱用熱交換器 5の仮想の直方体の上面における風速分布は、送風ファン 6のボス部の延長線上の位置に若干風速が小さ、部分を有している力略一様であることが分かる。また、本実施形態のディストーションインデッタス DIの値が 0. 3であることからも、放熱用熱交 5の仮想の直方体の上面における風速分布はほぼ一様であることが分かる。 [0050] From FIG. 5 and Table 1, the wind speed distribution on the upper surface of the virtual rectangular parallelepiped of the heat-dissipating heat exchanger 5 of the present embodiment is slightly lower at the position on the extension line of the boss portion of the blower fan 6. It can be seen that the force with the part is almost uniform. In addition, since the value of the distortion index DI of the present embodiment is 0.3, it can be seen that the wind speed distribution on the upper surface of the virtual rectangular parallelepiped of the heat exchanger 5 for heat radiation is almost uniform.

[0051] 一方、本実施の形態の放熱用熱交換器 5と比較される従来の放熱用熱交換器 5においては、ディストーションインデックス DIの 1. 0であることから、放熱用熱交^^ 5の仮想の長方形の面における風速分布にばらつきが生じていることが分かる。したがつて、前述の図 5および表 1から、放熱用熱交換器 5の伝熱面全体に均一に気流を生じさせることによって単位面積あたりの熱交換効効率を向上させ、それにより、放熱用熱交 5全体の放熱量を向上させることができることが分力る。 [0051] On the other hand, in the conventional heat-dissipating heat exchanger 5 compared with the heat-dissipating heat exchanger 5 of the present embodiment, since the distortion index DI is 1.0, It can be seen that there is variation in the wind speed distribution on the hypothetical rectangular surface of ^ 5. Therefore, from Fig. 5 and Table 1 above, the heat exchange efficiency per unit area is improved by generating an air flow uniformly over the entire heat transfer surface of the heat exchanger 5 for heat dissipation, Heat dissipation heat exchange 5 It can be divided that it can improve the heat radiation amount of the whole.

[0052] (第 2の実施形態） [0052] (Second Embodiment)

次に、本発明における第 2の実施形態のスターリング冷凍システムを、図面を参照して説明する。 Next, a Stirling refrigeration system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[0053] 図 6は、本発明の第 2の実施形態のスターリング冷凍システムの送風ファン 6の配置を示す模式図である。本実施形態の送風ファン 6の構造は、図 6に示すように、第 1の実施形態と同様である。なお、図 6中の矢印は、送風ファン 6によって生じる気流の向さを示している。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the arrangement of the blower fans 6 of the Stirling refrigeration system according to the second embodiment of the present invention. The structure of the blower fan 6 of this embodiment is the same as that of the first embodiment as shown in FIG. Note that the arrow in FIG. 6 indicates the direction of the airflow generated by the blower fan 6. It shows.

[0054] 一般に、放熱システム 3における放熱用熱交換器 5は、スターリング冷凍システム 1 の駆動時に周囲の外気よりも高温となる。そのため、送風ファン 6が放熱用熱交換器 5の上方に設置されて、る場合には、送風ファン 6は放熱用熱交 5からの自然対流による温度拡散の悪影響を直接受ける。そのため、本実施形態では、送風ファン 6 が放熱用熱交換器 5の下方に設置されている。それにより、送風ファン 6が放熱用熱交 5から受ける熱的な影響を最小限にすることができる。その結果、放熱システム 3の寿命をより長くすることができる。 In general, the heat exchanger 5 for heat dissipation in the heat dissipation system 3 is hotter than the surrounding outside air when the Stirling refrigeration system 1 is driven. Therefore, when the blower fan 6 is installed above the heat dissipation heat exchanger 5, the blower fan 6 is directly affected by the temperature diffusion due to natural convection from the heat dissipation heat exchanger 5. Therefore, in this embodiment, the ventilation fan 6 is installed under the heat exchanger 5 for heat radiation. Thereby, the thermal influence which the ventilation fan 6 receives from the heat exchanger 5 for heat radiation can be minimized. As a result, the life of the heat dissipation system 3 can be extended.

[0055] (第 3の実施形態） [0055] (Third embodiment)

次に、本発明の第 3の実施形態のスターリング冷凍システムを図面を参照して説明する。 Next, a Stirling refrigeration system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[0056] 図 7は、本発明の第 3の実施形態のスターリング冷凍機システムの放熱システム 3を示す概略図である。なお、図中の送風ファン 6の上下方向に延びる矢印は気流の向きを表す。本実施の形態のスターリング冷凍システムにおいては、図 7に示す送風フアン 6の構造以外の構造は、第 1の実施形態と同様である。本実施形態においては、送風ファン 6は、放熱用熱交換器 5からスターリング冷凍機 2へ気流が向力ように設置されている。つまり、送風ファン 6は、実施の形態 2と同様に、放熱用熱交翻5の下方に設置されているとともに、放熱用熱交 5よりも送風ファン 6によって生じる気流の下流側に設置されている。 FIG. 7 is a schematic diagram showing a heat dissipation system 3 of a Stirling refrigerator system according to a third embodiment of the present invention. In the figure, the arrow extending in the vertical direction of the blower fan 6 represents the direction of the airflow. In the Stirling refrigeration system of the present embodiment, the structure other than the structure of the blower fan 6 shown in FIG. 7 is the same as that of the first embodiment. In the present embodiment, the blower fan 6 is installed so that the airflow is directed from the heat dissipation heat exchanger 5 to the Stirling refrigerator 2. That is, the blower fan 6 is installed below the heat dissipating heat exchanger 5 as in the second embodiment, and is disposed downstream of the airflow generated by the blower fan 6 than the heat dissipating heat exchanger 5. Yes.

[0057] 本実施形態の放熱システム 3によれば、放熱用熱交換器 5を通過することによって整流された気流が送風ファン 6に流入する。そのため、送風ファン 6の翼面から気流が剥離することが抑制される。その結果、より低騒音な放熱システム 3を得ることができる。 According to the heat dissipation system 3 of the present embodiment, the air flow rectified by passing through the heat dissipation heat exchanger 5 flows into the blower fan 6. As a result, the separation of the airflow from the blade surface of the blower fan 6 is suppressed. As a result, a heat dissipation system 3 with lower noise can be obtained.

[0058] (第 4の実施形態） [0058] (Fourth Embodiment)

本発明の実施の形態の冷却庫を図面を参照して説明する。 A refrigerator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[0059] 図 8は、本発明の第 4の実施形態の放熱システム 3が搭載された冷却庫 7の概略的な構成を示す断面図である。図 8に示すように、本実施形態の冷却庫 7においては、その背面の近傍であって高さ方向の中央部の近傍に、スターリング冷凍機 2が設置され、冷却庫 7の背面の近傍であって高さ方向の下端部の近傍に、冷却システム 19を構成する冷却器 111が設置され、さらに、冷却庫 7の背面の近傍であって、高さ方向の中央部の近傍に、放熱システム 3が設置されている。 [0059] FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a refrigerator 7 in which a heat dissipation system 3 according to a fourth embodiment of the present invention is mounted. As shown in FIG. 8, in the refrigerator 7 of the present embodiment, the Stirling refrigerator 2 is installed in the vicinity of the rear surface and in the vicinity of the center in the height direction. The cooler 111 constituting the cooling system 19 is installed in the vicinity of the rear surface of the refrigerator 7 and in the vicinity of the lower end portion in the height direction. The heat dissipation system 3 is installed near the center of the direction.

[0060] そして、冷却器 111は、冷却庫 7の断熱壁 12の内側に設置され、放熱システム 3およびスターリング冷凍機 2は、冷却庫 7の断熱壁 12の外側の空気ダクト内に設置されている。図中の矢印 A、 B、 C、 D、および Eのそれぞれは、気流の向きを表している。 [0060] The cooler 111 is installed inside the heat insulating wall 12 of the cooler 7, and the heat dissipation system 3 and the Stirling refrigerator 2 are installed in the air duct outside the heat insulating wall 12 of the cooler 7. ing. Each of arrows A, B, C, D, and E in the figure represents the direction of airflow.

[0061] スターリング冷凍機 2が起動すると、上述のようにウォームセクション 11で発生した温熱を受け取った高温側二次冷媒と外気とが放熱用熱交換器 5を介して熱交換を行なう。このとき、送風ファン 6の駆動によって、冷却庫 7の周囲の外気が矢印 Aで示すように、放熱システム 3内に取り込まれるとともに、矢印 Bで示すように空気ダクト内の温かい空気が冷却庫 7の周囲へ排出され、それによつて、前述の熱交換が促進される。 When the Stirling refrigerator 2 is activated, the high-temperature side secondary refrigerant that has received the heat generated in the warm section 11 and the outside air exchange heat through the heat-dissipating heat exchanger 5 as described above. At this time, as the blower fan 6 is driven, outside air around the cooler 7 is taken into the heat dissipation system 3 as indicated by the arrow A, and warm air in the air duct is drawn into the cooler 7 as indicated by the arrow B. The heat exchange described above is facilitated.

[0062] 本実施の形態においては、送風ファン 6は、放熱用熱交換器 5よりも気流の上流側に設けられている。したがって、放熱用熱交 5が放出した熱によって生じる上昇気流を有効に利用して、放熱用熱交 5における熱交換が促進されるため、送風ファン 6の負担が軽減されて!、る。 In the present embodiment, the blower fan 6 is provided on the upstream side of the airflow with respect to the heat-dissipating heat exchanger 5. Therefore, the heat exchange in the heat-dissipating heat exchanger 5 is promoted by effectively using the rising air flow generated by the heat released by the heat-dissipating heat exchanger 5, so that the burden on the blower fan 6 is reduced!

[0063] 一方、スターリング冷凍機 2のコールドセクション (低温側熱搬送サイクルの凝縮器） 13で発生した冷熱は、冷却器 (低温側熱搬送サイクルの蒸発器） 111によって、冷気ダクト 14内の空気へ伝達される。このとき、送風ファン 6 (図示しない）の回転によって、冷気ダクト 14内の冷気の一部力矢印 Eで示すように、冷凍室 15内に送り込まれるとともに、矢印 Cで示すように、冷気の一部が冷蔵室 16内に送り込まれる。冷蔵室 16 内に送り込まれた冷気は、矢印 Dで示すように、野菜室 17内へ送り込まれる。さらに、野菜室 17内の冷気は、冷気ダクト 14の開口介して、再び冷却器 111の付近へ送られる。なお、冷却器 111の除霜によって生じたドレン水は、ドレンパンに向かって落下し、ドレンパン内で蒸発する。 [0063] On the other hand, the cold generated in the cold section (cooler in the low-temperature side heat transfer cycle) 13 of the Stirling refrigerator 2 is cooled by the cooler (evaporator in the low-temperature side heat transfer cycle) 111 to the air in the cold air duct 14 Is transmitted to. At this time, by the rotation of the blower fan 6 (not shown), a partial force of the cold air in the cold air duct 14 is sent into the freezer compartment 15 as indicated by an arrow E and one of the cold air is indicated as indicated by an arrow C. Department is sent into the refrigerator compartment 16. The cold air sent into the refrigerator compartment 16 is sent into the vegetable compartment 17 as shown by arrow D. Further, the cold air in the vegetable compartment 17 is sent again to the vicinity of the cooler 111 through the opening of the cold air duct 14. The drain water generated by the defrosting of the cooler 111 falls toward the drain pan and evaporates in the drain pan.

[0064] 前述のように、本実施の形態の放熱システム 3によれば、ウォームセクション 11において発生した温熱は、冷媒によって放熱用交換器 5へ搬送され、放熱用熱交換器 5 を介して、冷却庫 7の外部に効率よく放出される。また、本実施形態の放熱システム 3 はコンパクトであるため、冷却庫 7内の空間を放熱システム 3が大きく占有してしまうことはない。さらに、ウォームセクション 11で発生した温熱の放出を十分に促進することができるため、コールドセクション 13において極低温の冷熱を効率よく発生させることができる。具体的に言うと、—50°C以下の温度帯で貯蔵物を保存することが可能であり、冷凍および冷蔵の効率が高ぐ地球環境に与える悪影響が小さぐかつ騒音が小さ、冷却庫を得ることができる。 [0064] As described above, according to the heat dissipation system 3 of the present embodiment, the heat generated in the worm section 11 is conveyed to the heat dissipation exchanger 5 by the refrigerant, and passes through the heat dissipation heat exchanger 5. And efficiently discharged to the outside of the refrigerator 7. In addition, the heat dissipation system 3 of this embodiment Is compact, the heat dissipation system 3 does not occupy the space inside the refrigerator 7. Furthermore, since the release of the warm heat generated in the warm section 11 can be sufficiently promoted, the cryogenic cold can be efficiently generated in the cold section 13. Specifically, it is possible to preserve stored items in a temperature range of -50 ° C or lower, the efficiency of freezing and refrigeration is high, the negative impact on the global environment is small, the noise is low, and the refrigerator is Obtainable.

[0065] この発明を詳細に説明し示してきた力これは例示のためのみであって、限定ととつてはならず、発明の精神と範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定されることが明らかに理解されるであろう。 [0065] Power to describe and illustrate this invention in detail This is for illustrative purposes only, and not as a limitation, and the spirit and scope of the invention is limited only by the scope of the appended claims. Will be clearly understood.

産業上の利用可能性 Industrial applicability

[0066] スターリング冷凍機のウォームセクションでの放熱を十分に促進することができ、コンパクト、低騒音、かつ低消費電力である放熱システムを有するスターリング冷凍システム等が得られる。 [0066] Heat dissipation in the worm section of the Stirling refrigerator can be sufficiently promoted, and a Stirling refrigeration system having a heat dissipation system that is compact, low noise, and low power consumption can be obtained.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims

[1] 逆スターリングサイクルによって冷熱を生成するスターリング冷凍機 (2)と、 [1] A Stirling refrigerator (2) that generates cold by a reverse Stirling cycle;

前記スターリング冷凍機 (2)で発生した温熱を放出する放熱システム（3)とを備え、前記放熱システム（3)は、 A heat dissipating system (3) that releases the heat generated in the Stirling refrigerator (2), and the heat dissipating system (3) includes:

前記スターリング冷凍機（2)のウォームセクション（11)に取り付けられた吸熱用熱交 (4)と、 An endothermic heat exchanger (4) attached to the worm section (11) of the Stirling refrigerator (2);

前記スターリング冷凍機（2)の上方に設けられ、外気へ温熱を放出するための放熱用熱交 (5)と、 A heat exchange for heat release (5) provided above the Stirling refrigerator (2) for releasing heat to the outside air;

前記吸熱用熱交 (4)と前記放熱用熱交 (5)とを接続するとともに、前記ウォームセクション（11)で発生した温熱を受け取った高温側二次冷媒が自然循環する循環用配管 (8)と、 The endothermic heat exchanger (4) and the heat dissipating heat exchanger (5) are connected, and the high-temperature side secondary refrigerant that has received the heat generated in the worm section (11) circulates naturally. 8) and

前記放熱用熱交換器 (5)における前記高温側二次冷媒と外気との熱交換を促進する気流を生成する送風機 (6)とを有し、 A blower (6) for generating an air flow that promotes heat exchange between the high-temperature side secondary refrigerant and the outside air in the heat dissipation heat exchanger (5),

前記送風機 (6)が、前記放熱用熱交 (5)と前記スターリング冷凍機 (2)との間に設置された、スターリング冷凍システム。 A Stirling refrigeration system, wherein the blower (6) is installed between the heat dissipation heat exchanger (5) and the Stirling refrigerator (2).

[2] 前記気流が仮想の面を通過するときに、最大風速が Vmaxであり、最小風速が Vm inであり、かつ、平均風速が Vaveである場合において、前記仮想の面に生じる風速分布の均一度合を示す値であって、 DI= (Vmax—Vmin) ZVaveという式によって規定されるディストーションインデックス DIの値力 0以上かつ 0. 5以下である、請求項 1に記載のスターリング冷凍システム。 [2] When the airflow passes through the virtual plane, the maximum wind speed is Vmax, the minimum wind speed is Vmin, and the average wind speed is Vave. 2. The Stirling refrigeration system according to claim 1, wherein the Stirling refrigeration system is a value indicating a degree of uniformity, and is a value of a distortion index DI defined by an equation of DI = (Vmax−Vmin) ZVave of 0 or more and 0.5 or less.

[3] 前記送風機 (6)は、前記放熱用熱交換器 (5)の下側に設置された、請求項 1に記載のスターリング冷凍システム。 [3] The Stirling refrigeration system according to claim 1, wherein the blower (6) is installed below the heat-dissipating heat exchanger (5).

[4] 前記送風機 (6)は、前記放熱用熱交換器 (5)の位置よりも前記気流の上流側の位置に設けられた、請求項 1に記載のスターリング冷凍システム。 [4] The Stirling refrigeration system according to claim 1, wherein the blower (6) is provided at a position upstream of the airflow from a position of the heat-dissipating heat exchanger (5).

[5] 前記送風機 (6)は、前記放熱用熱交換器 (5)の位置よりも前記気流の下流側の位置に設けられた、請求項 1に記載のスターリング冷凍システム。 [5] The Stirling refrigeration system according to claim 1, wherein the blower (6) is provided at a position downstream of the airflow with respect to the heat dissipation heat exchanger (5).

[6] 請求項 1〜5のいずれかに記載のスターリング冷凍システム（1)を備えた、冷却庫。 [6] A refrigerator comprising the Stirling refrigeration system (1) according to any one of claims 1 to 5.