JP2000337747A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極低温域の冷却を可能とするとともに、ラン
ニングコストの低い冷蔵庫を提供する。 【解決手段】 スターリング冷凍機３により第１冷却室
４を冷却するとともに、コンプレッサー６と連結される
熱交換器７により循環経路１０内を通る空気と熱交換し
て第２冷却室２を冷却する冷蔵庫において、循環経路１
０と連通する送風路１３を介して循環経路１０内の冷気
をスターリング冷凍機３の放熱側熱交換部３ｂに導くよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷蔵庫に関し、特
に、スターリング冷凍機を用いた冷蔵庫に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷蔵庫はコンプレッサーを用いた
冷凍サイクルが採用されている。この冷凍サイクルは冷
媒としてフロンを使用しており、フロンの凝縮及び蒸発
により所定の冷却性能が得られるようになっている。ま
た、フロンはオゾン層を破壊する危険があるため、コン
プレッサーに替えてペルチェ素子を使用した冷蔵庫が特
開平７−３０１４７９号公報に開示されている。ペルチ
ェ素子は半導体素子から成り、電流を流すと一方の低温
部から吸熱し、他方の高温部から放熱を行って、低温部
と高温部との間に温度差を生じさせる特性を有してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コンプ
レッサーによる冷凍サイクルを使用した冷蔵庫の冷却能
力では−３０゜以下の極低温域を必要とする場合に対応
することが困難である。また、急冷時に必要な冷却能力
を保持するために大型のコンプレッサーが使用される。
このため、冷蔵庫の庫内温度が安定した後に断続的に運
転する際にその都度大きな電力を必要とし、ランニング
コストがかかる問題がある。

【０００４】一方、ペルチェ素子によっても同様に−３
０゜以下の極低温域を達成することが困難である。ま
た、ペルチェ素子により所望の冷却能力を得るためには
コンプレッサーよりも大きな消費電力を必要とし、ラン
ニングコストがかかる問題がある。

【０００５】本発明は、極低温域の冷却を可能とすると
ともに、ランニングコストの低い冷蔵庫を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、第１、第２冷却室と、第１冷却室を冷却す
るスターリング冷凍機と、第２冷却室を冷却するコンプ
レッサーとを備えたことを特徴としている。

【０００７】また本発明は、上記構成の冷蔵庫におい
て、第１冷却室の急冷時に前記コンプレッサーによる冷
気を第１冷却室に導くようにしたことを特徴としてい
る。この構成によると、第２冷却室を冷却するコンプレ
ッサーによる冷気の一部が第１冷却室に導かれて第１冷
却室の急冷が行われる。

【０００８】また本発明は、冷却室と、前記冷却室を冷
却するスターリング冷凍機と、コンプレッサーとを備
え、前記コンプレッサーにより冷却された冷気を前記ス
ターリング冷凍機の放熱側熱交換部に導くようにしたこ
とを特徴としている。この構成によると、スターリング
冷凍機の内部に充填された冷媒は圧縮により高温とな
り、放熱側熱交換部から放熱を行う。スターリング冷凍
機はコンプレッサーにより冷却された冷気によって、放
熱側熱交換部が冷却され、放熱が効率良く行われる。

【０００９】また本発明は、冷却室と、前記冷却室を冷
却するスターリング冷凍機と、前記冷却室を冷却するコ
ンプレッサーとを備え、前記冷却室の急冷時に前記コン
プレッサーにより所定温度まで冷却するとともに、該所
定温度に到達した後、前記スターリング冷凍機により冷
却することを特徴としている。この構成によると、冷却
室の温度が上昇した際にコンプレッサーによって冷却室
が急冷される。冷却室の温度が所定温度に到達した後、
スターリング冷凍機により冷却室が冷却されて、該所定
温度が維持される。

【００１０】また本発明は、第１、第２冷却室と、第１
冷却室を冷却するスターリング冷凍機と、第２冷却室を
冷却するペルチェ素子とを備えたことを特徴としてい
る。

【００１１】また本発明は、冷却室と、前記冷却室を冷
却するスターリング冷凍機と、ペルチェ素子とを備え、
前記ペルチェ素子の低温部で発生する冷熱を前記スター
リング冷凍機の放熱側熱交換部に導くようにしたことを
特徴としている。この構成によると、スターリング冷凍
機の内部に充填された冷媒は圧縮により高温となり、放
熱側熱交換部から放熱を行う。スターリング冷凍機はペ
ルチェ素子により発生した冷熱によって、放熱側熱交換
部が冷却され、放熱が効率良く行われる。

【００１２】また本発明は、上記構成の冷蔵庫におい
て、前記低温部を前記放熱側熱交換部に密着したことを
特徴としている。

【００１３】また本発明は、冷却室と、前記冷却室を冷
却するペルチェ素子と、スターリング冷凍機とを備え、
前記スターリング冷凍機の吸熱側熱交換部で発生する冷
熱を前記ペルチェ素子の高温部に導くようにしたことを
特徴としている。この構成によると、ペルチェ素子はス
ターリング冷凍機により発生した冷熱によって高温部が
冷却され、低温部が更に降温される。

【００１４】また本発明は、上記構成の冷蔵庫におい
て、前記吸熱側熱交換部と前記高温部とを密着したこと
を特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図を参照して
説明する。図１は第１実施形態の冷蔵庫を示す側面断面
図である。冷蔵庫本体１は扉４ａにより前面を開閉され
る第１冷却室４と、扉２ａにより前面を開閉される第２
冷却室とを備えている。第１冷却室４の後部上方にはス
ターリング冷凍機３が配される冷凍機室１４が設けられ
ている。第２冷却室２の後部下方にはコンプレッサー６
が配されるコンプレッサー室１５が設けられている。

【００１６】第２冷却室２の背面には上部と下部に流入
口１０ａ及び流出口１０ｂが開口し、流入口１０ａと流
出口１０ｂとを連通する循環通路１０が設けられてい
る。流出口１０ｂにはダンパー９が設けられている。循
環通路１０の経路途中には送風ファン８及び熱交換器７
が設けられ、熱交換器７はコンプレッサー６と連結され
ている。

【００１７】コンプレッサー６が稼働されると、送風フ
ァン８が回転して第２冷却室２内の空気は流出口１０ｂ
から循環通路１０に侵入して上昇する。そして、コンプ
レッサー６により低温に保持された熱交換器７との間で
熱交換が行われた後、流入口１０ａから第２冷却室２に
戻るようになっている。これにより第２冷却室２の庫内
が冷却されるようになっている。

【００１８】スターリング冷凍機３はシリンダ３ｃ内を
ピストン（不図示）が往復運動することにより、ヘリウ
ムガス、水素ガス、窒素ガス等の作動媒体が圧縮空間と
膨張空間との間を移動して圧縮、膨張される。圧縮空間
で圧縮された作動媒体は放熱側熱交換部３ａにより冷凍
機室１４内の空気と熱交換されて放熱冷却される。冷却
された作動媒体は膨張空間で膨張されて更に冷却され、
第１冷却室４に臨む吸熱側熱交換部３ｂにより第１冷却
室４内の空気と熱交換される。これにより第１冷却室４
の庫内が冷却されるようになっている。

【００１９】冷凍機室１４と循環通路１０とは送風路１
３により連通されている。送風路１３内には送風ファン
１２が設けられている。コンプレッサー６が稼働される
と、送風ファン１２が回転して、熱交換器７によって冷
却された空気の一部が送風路１３を通って冷凍機室１４
内に流入する。この時、スターリング冷凍機３の放熱側
熱交換部３ｂを冷却して排気口１４ａから排気されるよ
うになっている。

【００２０】本実施形態によると、スターリング冷凍機
３により冷却される第１冷却室４とコンプレッサー６に
より冷却される第２冷却室２とを有するので、例えば第
２冷却室２を−１６℃の低温にし、第１冷却室４を−３
０℃の極低温にして用途に分けて使用することができ、
使い勝手のよい冷蔵庫を得ることができる。

【００２１】また、コンプレッサー６により冷却される
循環通路１０内の空気によりスターリング冷凍機３の放
熱側熱交換部３ｂを冷却することによって、高温の作動
媒体の放熱を促進することができる。従って、吸熱側熱
交換部３ａを効率良く冷却することができ、スターリン
グ冷凍機３の冷却効率を向上させることができる。

【００２２】図２は第２実施形態の冷蔵庫を示す側面断
面図である。図１の第１実施形態と同一の部分について
は同一の符号を付している。第１実施形態と異なる点
は、送風路１３は冷凍機室１４と連通せずに、第１冷却
室４に臨んで開口している点である。第１冷却室４の開
口部にはダンパー１１が設けられている。その他の構成
は第１実施形態と同一である。

【００２３】このような構成によると、第１冷却室４は
スターリング冷凍機３により冷却され、第２冷却室２は
コンプレッサー６により冷却される。第１冷却室４内の
食品等の出し入れの為に扉４ａが開閉されて第１冷却室
４内の温度が上昇すると、コンプレッサー６及び送風フ
ァン１２が稼働する。そして、熱交換器７により冷却さ
れた冷気が送風路１３を通って第１冷却室４に流入し、
第１冷却室４が急冷される。

【００２４】第１冷却室４の設定温度近傍まで庫内温度
が低下すると、コンプレッサー６及び送風ファン１２が
停止される。その後、第１冷却室４はスターリング冷凍
機３により冷却され、設定温度に到達する。そして、第
１冷却室４が設定温度より低いときはスターリング冷凍
機３を停止し、設定温度より高くなるとスターリング冷
凍機３が稼働されて所定の温度範囲を維持するようにな
っている。

【００２５】これにより、急冷が困難なスターリング冷
凍機３を補助してコンプレッサー６により第１冷却室４
を急冷することができ、第１冷却室４内の食品等の劣化
を防止することができる。尚、第１冷却室４内の空気
は、図示しない連通孔により第２冷却室に流入し、第
１、第２冷却室４、２の圧力が維持されるようになって
いる。

【００２６】図３は第３実施形態の冷蔵庫を示す側面断
面図である。図１の第１実施形態と同一の部分について
は同一の符号を付している。第１実施形態と異なる点
は、コンプレッサー６（図１参照）に替えてペルチェ素
子２１を設けた点である。熱交換器７はペルチェ素子２
１の低温部２１ａが密着されて吸熱され、ペルチェ素子
２１の高温部２１ｂから開口部１ａを介して放熱される
ようになっている。その他の構成は第１実施形態と同一
である。

【００２７】本実施形態によると、ペルチェ素子２１の
低温部２１ａと密着した熱交換器７によって循環通路１
０内の空気は冷却される。その冷気は、流入口１０ａか
ら第２冷却室２に放出されるとともに、送風路１３を通
ってスターリング冷凍機３の放熱側熱交換部３ｂを冷却
する。従って、第１実施形態と同様の効果を得ることが
できる。更に、コンプレッサー６を使用しないので作動
媒体であるフロンを使用せず、オゾン層破壊や地球温暖
化等の環境に対して有益な冷蔵庫を得ることができる。

【００２８】また、図４の第４実施形態に示すように、
送風路１３及び送風ファン１２に替えて、ヒートパイプ
２２によりペルチェ素子２１の低温部２１ａとスターリ
ング冷凍機３の放熱側熱交換部３ｂとを連結してもよ
い。このようにしても第３実施形態と同様に、ペルチェ
素子２１の低温部２１ａで得られる冷熱をスターリング
冷凍機３の放熱側熱交換部３ｂに導いて放熱側熱交換部
３ｂを冷却することができる。

【００２９】図５は第５実施形態の冷蔵庫を示す側面断
面図である。図３の第３実施形態と同一の部分について
は同一の符号を付している。冷蔵庫本体１は扉５ａによ
り前面を開閉される冷却室５を備えている。冷却室５の
背面には上部と下部に流入口１０ａ及び流出口１０ｂが
開口し、流入口１０ａと流出口１０ｂとを連通する循環
通路１０が設けられている。流出口１０ｂにはダンパー
９が設けられている。

【００３０】循環通路１０の経路途中には送風ファン８
及び熱交換器７が設けられている。循環通路１０の後部
上方にはスターリング冷凍機３が配される冷凍機室１４
が設けられている。スターリング冷凍機３の吸熱側熱交
換部３ａは熱交換器７と密着されている。

【００３１】スターリング冷凍機３の放熱側熱交換部３
ｂには低温部２１ａ、２３ａが密着されたペルチェ素子
２１、２３が配されている。ペルチェ素子２１、２３の
高温部２１ｂ、２３ｂからの放熱は冷凍機室１４の背面
に設けられた排気口１４ａから外部に放出されるように
なっている。

【００３２】スターリング冷凍機３が稼働されると、送
風ファン８が回転して冷却室５内の空気は流出口１０ｂ
から循環通路１０に侵入して上昇する。そして、スター
リング冷凍機３の吸熱側熱交換部３ａにより低温に保持
される熱交換器７との間で熱交換が行われた後、流入口
１０ａから冷却室５に戻るようになっている。これによ
り冷却室５の庫内が冷却されるようになっている。

【００３３】この時、ペルチェ素子２１、２３の低温部
２１ａ、２３ａによりスターリング冷凍機３の放熱側熱
交換部３ｂが冷却され、スターリング冷凍機３内の高温
の作動媒体の放熱を促進することができる。従って、吸
熱側熱交換部３ａを効率良く冷却することができ、スタ
ーリング冷凍機３の冷却効率を向上させることができ
る。

【００３４】図６は第６実施形態の冷蔵庫を示す側面断
面図である。図３の第３実施形態と同一の部分について
は同一の符号を付している。第３実施形態と異なる点
は、循環通路１０と連通する送風路１３に替えて、独立
の送風路２５を設けている点である。送風路２５はスタ
ーリング冷凍機３の吸熱側熱交換部３ａの近傍とペルチ
ェ素子２１の高温部２１ｂの近傍とを連通している。送
風路２５内には送風ファン２６が配されている。その他
の構成は第３実施形態と同様である。

【００３５】スターリング冷凍機３が稼働されると、送
風ファン２６が回転し、スターリング冷凍機３の吸熱側
熱交換部３ａで得られる冷気がペルチェ素子２１の高温
部２１ｂに導かれるようになっている。これにより、ペ
ルチェ素子２１の高温部２１ｂが冷却されて低温部２１
ａをより低温にすることができる。従って、ペルチェ素
子２１の冷却効率を向上させることができ、第２冷却室
２を冷却する消費電力の大きいペルチェ素子２１の稼働
率を下げることができる。その結果、ランニングコスト
を削減することができる。

【００３６】図７は第７実施形態の冷蔵庫を示す側面断
面図である。図４の第４実施形態と同一の部分について
は同一の符号を付している。第４実施形態と異なる点
は、ヒートパイプ２２によりスターリング冷凍機３の吸
熱側熱交換部３ａとペルチェ素子２１の高温部２１ｂと
を連結している点である。その他の構成は第４実施形態
と同様である。

【００３７】本実施形態によると、第６実施形態（図６
参照）と同様に、スターリング冷凍機３の吸熱側熱交換
部３ａで得られる冷熱がヒートパイプ２２を介してペル
チェ素子２１の高温部２１ｂに導かれて高温部２１ｂを
冷却することができる。従って、第６実施形態と同様の
効果を得ることができる。

【００３８】図８は第８実施形態の冷蔵庫を示す側面断
面図である。図３の第３実施形態と同一の部分について
は同一の符号を付している。冷蔵庫本体１は扉５ａによ
り前面を開閉される冷却室５を備えている。冷却室５の
背面には上部と下部に流入口１０ａ及び流出口１０ｂが
開口し、流入口１０ａと流出口１０ｂとを連通する循環
通路１０が設けられている。流出口１０ｂにはダンパー
９が設けられている。

【００３９】循環通路１０の経路途中には送風ファン８
及び熱交換器７が設けられている。熱交換器７にはペル
チェ素子２１の低温部２１ａが密着されている。循環通
路１０の後部上方にはスターリング冷凍機３が配される
冷凍機室１４が設けられている。

【００４０】スターリング冷凍機３の吸熱側熱交換部３
ａは連結部材２４を介してペルチェ素子２１の高温部２
３ｂに密着されている。連結部材２４は銅やアルミニウ
ム等の熱伝導率の高い材料が用いられる。

【００４１】ペルチェ素子２１が稼働されると、送風フ
ァン８が回転して冷却室５内の空気は流出口１０ｂから
循環通路１０に侵入して上昇する。そして、ペルチェ素
子２１の低温部２１ａにより低温に保持される熱交換器
７との間で熱交換が行われた後、流入口１０ａから冷却
室５に戻るようになっている。これにより冷却室５の庫
内が冷却されるようになっている。

【００４２】この時、ペルチェ素子２１の高温部２１ｂ
が、連結されるスターリング冷凍機３の吸熱側熱交換部
３ｂとほぼ同じ温度であるので、ペルチェ素子２１の低
温部２１ａの温度をさらに低下させることが可能であ
る。従って、第６実施形態と同様に、ペルチェ素子２１
の冷却効率を向上させてランニングコストを削減するこ
とができる。更に、スターリング冷凍機３による冷却よ
り低温の冷却室を簡単に実現することができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によると、例えば−１６℃の低温
の冷却室と、−３０℃の極低温の冷却室とを用途に分け
て使用することができ、使い勝手のよい冷蔵庫を得るこ
とができる。

【００４４】また本発明によると、急冷が困難なスター
リング冷凍機によって冷却される冷却室をコンプレッサ
ーにより急冷することができるので、扉の開閉等による
温度上昇に対して冷却室内の食品等の劣化を防止するこ
とができる。

【００４５】また本発明によると、冷却室をコンプレッ
サーにより急冷するとともに、スターリング冷凍機によ
り設定温度を維持するので、消費電力の大きなコンプレ
ッサーを急冷時のみ稼働すればよく、ランニングコスト
を削減できる。

【００４６】また本発明によると、例えば−１６℃の低
温の冷却室と、−３０℃の極低温の冷却室とを用途に分
けて使用することができ、使い勝手のよい冷蔵庫を得る
ことができる。更に、コンプレッサーを使用しないので
作動媒体であるフロンを使用せず、オゾン層破壊や地球
温暖化等の環境に対して有益な冷蔵庫を得ることができ
る。

【００４７】また本発明によると、ペルチェ素子の低温
部の冷熱によりスターリング冷凍機の放熱側熱交換部を
冷却することにより、スターリング冷凍機の冷却効率を
向上させることができ、消費電力を低減することができ
る。更に、ペルチェ素子の低温部とスターリング冷凍機
の放熱側熱交換部を密着してより効率良く放熱側熱交換
部を冷却することができる。

【００４８】また本発明によると、ペルチェ素子の高温
部がスターリング冷凍機の吸熱側熱交換部により冷却さ
れるので、ペルチェ素子の低温部の温度をさらに低くす
ることができる。従って、冷却室の冷却効率を向上させ
ることができるとともに、消費電力の大きいペルチェ素
子の稼働率低下によって、ランニングコストを削減する
ことができる。

【００４９】また本発明によると、ペルチェ素子の高温
部をスターリング冷凍機の吸熱側熱交換部とほぼ同じ温
度まで低下させることができるので、スターリング冷凍
機による冷却よりも更に低温の冷却室を簡単に実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の冷蔵庫を示す側
面断面図である。

【図２】 本発明の第２実施形態の冷蔵庫を示す側
面断面図である。

【図３】 本発明の第３実施形態の冷蔵庫を示す側
面断面図である。

【図４】 本発明の第４実施形態の冷蔵庫を示す側
面断面図である。

【図５】 本発明の第５実施形態の冷蔵庫を示す側
面断面図である。

【図６】 本発明の第６実施形態の冷蔵庫を示す側
面断面図である。

【図７】 本発明の第７実施形態の冷蔵庫を示す側
面断面図である。

【図８】 本発明の第８実施形態の冷蔵庫を示す側
面断面図である。

【符号の説明】

１ 冷蔵庫本体 ２ 第２冷却室 ３ スターリング冷凍機 ３ａ 吸熱側熱交換部 ３ｂ 放熱側熱交換部 ４ 第１冷却室 ５ 冷却室 ６ コンプレッサー ７ 熱交換器 ８、１２、２６ 送風ファン ９、１１ ダンパー １０ 循環経路 １３、２５ 送風路 ２１、２３ ペルチェ素子 ２１ａ、２３ａ 低温部 ２１ｂ、２３ｂ 高温部 ２２ ヒートパイプ

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） Ｆ２５Ｄ 11/00 １０１ Ｆ２５Ｄ 11/00 １０１Ｗ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１、第２冷却室と、第１冷却室を冷却
   するスターリング冷凍機と、第２冷却室を冷却するコン
   プレッサーとを備えたことを特徴とする冷蔵庫。
2. 【請求項２】 第１冷却室の急冷時に前記コンプレッサ
   ーによる冷気を第１冷却室に導くようにしたことを特徴
   とする請求項１に記載の冷蔵庫。
3. 【請求項３】 冷却室と、前記冷却室を冷却するスター
   リング冷凍機と、コンプレッサーとを備え、前記コンプ
   レッサーにより冷却された冷気を前記スターリング冷凍
   機の放熱側熱交換部に導くようにしたことを特徴とする
   冷蔵庫。
4. 【請求項４】 冷却室と、前記冷却室を冷却するスター
   リング冷凍機と、前記冷却室を冷却するコンプレッサー
   とを備え、前記冷却室の急冷時に前記コンプレッサーに
   より所定温度まで冷却するとともに、該所定温度に到達
   した後、前記スターリング冷凍機により冷却することを
   特徴とする冷蔵庫。
5. 【請求項５】 第１、第２冷却室と、第１冷却室を冷却
   するスターリング冷凍機と、第２冷却室を冷却するペル
   チェ素子とを備えたことを特徴とする冷蔵庫。
6. 【請求項６】 冷却室と、前記冷却室を冷却するスター
   リング冷凍機と、ペルチェ素子とを備え、前記ペルチェ
   素子の低温部で発生する冷熱を前記スターリング冷凍機
   の放熱側熱交換部に導くようにしたことを特徴とする冷
   蔵庫。
7. 【請求項７】 前記低温部を前記放熱側熱交換部に密着
   したことを特徴とする請求項６に記載の冷蔵庫。
8. 【請求項８】 冷却室と、前記冷却室を冷却するペルチ
   ェ素子と、スターリング冷凍機とを備え、前記スターリ
   ング冷凍機の吸熱側熱交換部で発生する冷熱を前記ペル
   チェ素子の高温部に導くようにしたことを特徴とする冷
   蔵庫。
9. 【請求項９】 前記吸熱側熱交換部と前記高温部とを密
   着したことを特徴とする請求項８に記載の冷蔵庫。