JPH08320163A - スタ−リング冷凍装置 - Google Patents

スタ−リング冷凍装置

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JPH08320163A
JPH08320163A JP12665695A JP12665695A JPH08320163A JP H08320163 A JPH08320163 A JP H08320163A JP 12665695 A JP12665695 A JP 12665695A JP 12665695 A JP12665695 A JP 12665695A JP H08320163 A JPH08320163 A JP H08320163A
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JP
Japan
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heat
freezing
heat conducting
conducting
heat conduction
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JP12665695A
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Takayuki Shimizu
隆幸 清水
Yasushi Sakata
康 坂田
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2400/00General features of, or devices for refrigerators, cold rooms, ice-boxes, or for cooling or freezing apparatus not covered by any other subclass
    • F25D2400/30Quick freezing

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  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷凍負荷を急速冷凍する。 【構成】スターリング機関1は圧縮シリンダ部2aの先
方部に形成される圧縮室3から膨張シリンダ部4aの先
方部に形成される膨張室5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。熱伝導部18は、冷凍室15内に突設され膨張シ
リンダ部4aの先端部に形成される膨張室5で発生した
冷熱を熱伝導する。熱伝導ブロック19は熱伝導部18
に接して冷凍負荷を急速冷凍する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スターリング機関を用
いて超低温状態を冷凍ボックス内で実現するスターリン
グ冷凍装置に関する。
【0002】
【従来の技術】スターリング機関による冷凍装置は、メ
ンテナンスが比較的容易で作動ガスの膨張時に吸熱して
冷凍ボックス内を−60℃から超低温の約−200℃ま
で冷やし、血液、薬品等の被冷凍品を超低温状態に冷却
するのに適し、各種分野で広く利用されようとしてい
る。
【0003】図7は、この種のスターリング冷凍装置の
内部を示す部分断面図であって、スターリング機関1
は、圧縮シリンダ部2aに嵌装される第1ピストン2の
前方に作動ガスを圧縮させる圧縮室3を有する一方、膨
張シリンダ部4aに嵌装される第2ピストン4の前方に
作動ガスを膨張させる膨張室5とを有して圧縮室3と膨
張室5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2と第2ピ
ストン4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7によって往復運動をするように構成され
ている。
【0004】一方、冷凍ボックス10は、スターリング
機関1の上方に配置され、箱状の外箱11と内箱12と
の間にウレタン等の断熱材13を充填し、内箱12の内
周壁には、熱伝導良好な板を側壁に熱伝導板14aとし
て張り付ける一方、底壁に熱伝導板14bを張り付けて
おり、熱伝導板14a,14bにより包囲される内側に
は、冷凍負荷としての被冷凍品を収納する冷凍室15が
形成され、冷凍室15の上部の間口部には被冷凍品を出
し入れする蓋16が設けられている。
【0005】さらに、冷凍ボックス10は、下部にスタ
ーリング機関1から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は一端側が膨張
シリンダ部4aの先端に接続する一方、他端側が熱伝導
板14bの底面に接合している。
【0006】以上の構成で、原動機を駆動させるとクラ
ンク機構7によって第1ピストン2と第2ピストン4が
ある位相差をもって往復運動をする。まず、第1ピスト
ン2が移動して圧縮室3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5へ導かれる。その後に、第2ピス
トン4の降下によって膨張室5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
4の上昇によって膨張室5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3へ導かれる。
【0007】以上の行程が順次繰返されて、膨張室5の
作動ガスが膨張時に膨張シリンダ部4aの熱伝導部18
を冷却し、これによって、熱伝導部18が熱伝導板14
a,14bを介して冷凍ボックス10の冷凍室15を徐
々に低温とし、さらに、この繰り返しによって膨張シリ
ンダ部4aの熱伝導部18の上部を約−200℃近くの
温度とする。冷凍室15は、熱伝導部18から熱伝導板
14aを介して冷凍熱が伝えられ中央部を約−180℃
とする。また、冷凍室15内の周辺は、熱伝導部18か
ら熱伝導板14aを介して熱伝導板14bによって冷凍
熱が伝えられ、中央部より低い約−170℃とされる。
これにより、冷凍室15には血液、薬品や各種菌等の被
冷凍品を超低温で保存することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図7に示す
スターリング冷凍装置では、冷凍室15内を急速に冷凍
温度とすることが難しかった。すなわち、まず、スター
リング機関1によってコールドヘッドである熱伝導部1
8が冷凍温度の近くとなっても冷熱が熱伝導部18から
熱伝導板14bと熱伝導板14aを介して冷凍室15へ
伝えられるのにかなりの時間を要し、冷凍室15を急速
冷凍用として使用することに支障があった。
【0009】そこで、本発明は、被冷凍負荷を急速に冷
凍温度とすることが可能なスターリング冷凍装置を提供
することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】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機関と、前記膨張シリンダ部の
先端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、内壁が熱伝導板で形成されて冷凍負荷を
収納する冷凍室を形成する冷凍ボックスとを備えたスタ
ーリング冷凍装置において、冷凍室内に熱伝導部を突設
させると共に、熱伝導板で形成された内壁から離間して
熱伝導部に嵌合する冷凍負荷へ冷凍熱を伝導する熱伝導
ブロックを設けるようにしたものである。
【0011】請求項2の発明は、熱伝導板で形成された
内壁から離間するように熱伝導部の突設部に嵌合する凹
部を熱伝導ブロックに形成する一方、熱伝導板で形成さ
れた内壁に接するように熱伝導部の突設部に嵌合する凹
部を熱伝導ブロックに形成するようにしたものである。
【0012】
【作用】請求項1の発明によれば、冷凍室内に突設され
た熱伝導部から直接集中的に熱伝導ブロックへ冷凍熱が
熱伝導される。これに伴い冷凍負荷を急速に冷凍温度と
することができる。
【0013】請求項2の発明によれば、目的に応じて熱
伝導ブロックを冷凍室の底面から離し、また、熱伝導ブ
ロックを冷凍室の底面に接することができる。従って、
急速冷凍と通常の冷凍とを使い分けることができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0015】図1乃至図4は、本発明の一実施例を示す
スターリング冷凍装置の概略断面図であって、従来例を
示す図7と同一符号は、同一部分または相当部分を示
し、図1および図2は従来例に示す冷凍ボックス10の
構成を異にする冷凍ボックス10Aを装備している。
【0016】すなわち、冷凍ボックス10Aは、図7で
説明したと同様のスターリング機関1の上方に配置さ
れ、箱状の外箱11と内箱12との間にウレタン等の断
熱材13を充填し、内箱12の内周壁には、熱伝導良好
な板を側壁に熱伝導板14aとして張り付ける一方、底
壁に熱伝導板14aを張り付けており、熱伝導板14
a,14bにより包囲される内側には、冷凍負荷として
の被冷凍品を収納する冷凍室15が形成され、冷凍室1
5の上部の間口部には被冷凍品を出し入れする蓋16が
設けられている。なお、図2の6はクランク機構7の原
動機を示している。
【0017】さらに、冷凍ボックス10Aは、下部にス
ターリング機関1から冷熱を熱伝導するコールドヘッド
である熱伝導部18の先端を冷凍室15内に突設し、熱
伝導部18の先端に熱伝導ブロック19を後述するよう
に取付けると共に、熱伝導ブロック19に試料棚20が
載置され、熱伝導部18の後端は膨張シリンダ部4aの
先端に接続している。
【0018】次に、熱伝導部18の先端部は、図5に示
す例のように半円筒18aが半円部18bに比べ寸法L
だけ突設され、対応する熱伝導ブロック19にもこの半
円筒18aに嵌合するように半円状の凹部が形成されて
いる。そして、例えば、熱伝導ブロック19が図5に示
す熱伝導部18の半円筒18aに嵌合した熱伝導板14
bに接するようにする。また、図5に示す半円筒18a
に図示矢印方向から図6に示すスペーサとして半円筒1
8cを接して置き、熱伝導ブロック19を180度変更
して嵌合させるようにして熱伝導ブロック19を熱伝導
板14bから寸法Lだけ離れるようにする。なお、図6
に示す半円筒18cは、熱伝導部18と同じ材質で熱伝
導部18と半径が同じで寸法2Lのものを用いる。
【0019】この構成にすれば、熱伝導板14bに熱伝
導ブロック19を接する場合と離す場合の双方において
熱伝導部18と熱伝導ブロック19とを常に密着して接
触させることができる。
【0020】以上の構成で、冷凍室15内を急速冷凍す
るとき、熱伝導部18の先端と熱伝導ブロック19との
位置関係から図1および図2に示すように熱伝導ブロッ
ク19が熱伝導板14bから離れるようにする。
【0021】例えば、図5に示す半円筒18aを突設さ
せた熱伝導部18に図6に示すスペーサとしての半円筒
18cを接して置き、上部から半円状の凹部を形成する
熱伝導ブロック19を嵌合させる。
【0022】これにより、寸法Lだけ熱伝導板14bか
ら熱伝導ブロック19が浮き熱伝導部18の冷凍熱が直
接熱伝導ブロック19へ集中的に熱伝導され、急速に熱
伝導ブロック19を冷凍状態の温度とし、試料棚20の
試料20aを冷凍状態とする。従って、従来のように熱
伝導板14bを介して冷凍室15内を冷凍とする場合と
比較すると、急速に試料20aを冷凍とすることができ
る。
【0023】また、急速冷凍を要しないとき、熱伝導部
18の先端と熱伝導ブロック19の位置関係を変更する
と図3および図4の如く熱伝導板14bに熱伝導ブロッ
ク19が接して通常の冷凍ができる。例えば、図5に示
す半円筒18aを突設する熱伝導部18に熱伝導ブロッ
ク19の半円状に形成される凹部が嵌合するようにす
る。なお、図5と図6に示す説明では、スペーサを用い
たが熱伝導ブロック19に形成する凹部を急速冷凍用と
通常用と目的により別々に設けてもよい。この場合には
熱伝導ブロック19の凹部の位置を目的によりずらして
嵌合させるかまたは熱伝導ブロック19の表と裏に凹部
を設けて反転させる。これによって、スターリング冷凍
装置は、必要によって急速冷凍と通常の冷凍の用途に適
用できる。なお、急速冷凍専用として熱伝導ブロック1
9と熱伝導部18とを固定してもよい。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明によ
れば、冷凍室内に突設された熱伝導部から直接集中的に
熱伝導ブロックへ冷凍熱を熱伝導するようにしたために
冷凍負荷を急速に冷凍温度とすることができる。
【0025】請求項2の発明によれば、熱伝導ブロック
を冷凍室の底面から離し、また、熱伝導ブロックを冷凍
室の底面に接するようにできるから急速冷凍と通常の冷
凍とを使い分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すスターリング冷凍装置
の正面断面図。
【図2】本発明の一実施例を示すスターリング冷凍装置
の側面断面図。
【図3】図1に対応する熱伝導ブロックが熱伝導板に接
した状態を示すスターリング冷凍装置の正面断面図。
【図4】図2に対応する熱伝導ブロックが熱伝導板に接
した状態を示すスターリング冷凍装置の側面断面図。
【図5】図1乃至図4に備える熱伝導部の先端を示す説
明図。
【図6】図5の熱伝導部のスペーサを示す説明図。
【図7】従来のスターリング冷凍装置を示す正面断面
図。
【符号の説明】
1 スターリング機関 2 第1ピストン 2a 圧縮シリンダ部 3 圧縮室 4 第2ピストン 4a 膨張シリンダ部 5 膨張室 6 原動機 7 クランク機構 10A 冷凍ボックス 11 外箱 12 内箱 13 断熱材 14a,14b 熱伝導板 15 冷凍室 16 蓋 18 熱伝導部 18a,18c 半円筒 18b 半円部 19 熱伝導ブロック 20 試料棚

Claims (2)

    【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機関と、前
    記膨張シリンダ部の先端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、内壁が熱伝導板で形
    成されて冷凍負荷を収納する冷凍室を形成する冷凍ボッ
    クスとを備えたスターリング冷凍装置において、 前記冷凍室内に前記熱伝導部を突設させると共に、前記
    熱伝導板で形成された内壁から離間して前記熱伝導部に
    嵌合する前記冷凍負荷へ冷凍熱を伝導する熱伝導ブロッ
    クを設けたことを特徴とするスターリング冷凍装置。
  2. 【請求項2】 前記熱伝導板で形成された内壁から離間
    するように前記熱伝導部の突設部に嵌合する凹部を前記
    熱伝導ブロックに形成する一方、前記熱伝導板で形成さ
    れた内壁に接するように前記熱伝導部の突設部に嵌合す
    る凹部を前記熱伝導ブロックに形成することを特徴とす
    る請求項1記載のスターリング冷凍装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003509656A (ja) * 1999-09-22 2003-03-11 ザ・コカ−コーラ・カンパニー スターリングクーラーシステム使用する装置及び使用方法
CN107246761A (zh) * 2017-06-12 2017-10-13 上海理工大学 机械式超低温冷冻设备及应用方法

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003509656A (ja) * 1999-09-22 2003-03-11 ザ・コカ−コーラ・カンパニー スターリングクーラーシステム使用する装置及び使用方法
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