WO2004113804A1

WO2004113804A1 - 冷蔵庫

Info

Publication number: WO2004113804A1
Application number: PCT/JP2004/007959
Authority: WO
Inventors: Hengliang Zhang; Masaaki Masuda
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2004-12-29
Also published as: CN1809720A; US7386984B2; US20060144053A1; JP2005016740A; JP3746496B2; CN100371662C

Abstract

　冷蔵庫は、高温放熱部（２）および低温吸熱部（３）を含み、冷凍室を冷却するスターリング冷凍機（１）と、冷蔵室蒸発器（１２）を含む第１循環回路（５）で第１冷媒を循環させるための圧縮機（１１）とを備える。高温放熱部（２）は、第１循環回路（５）に形成された第１循環らせん部（１７）に接触している。

Description

明細書

冷蔵庫

技術分野

[0001] 本発明は、スターリング冷凍機および圧縮機を備える冷蔵庫に関する。

背景技術

[0002] 従来の冷蔵庫は、圧縮機を用いた冷凍サイクルが採用されている。圧縮機は、冷凍サイクルの作動冷媒を凝縮するために用いられ、凝縮された作動冷媒は、膨張部で減圧しながら膨張して蒸発器に送られる。蒸発器は、作動冷媒が内部で蒸発することによって低温になる。蒸発器は冷蔵庫の内部に配置され、蒸発器によって冷蔵庫の内部が低温に保たれる。この作動冷媒には、代替冷媒 (HFC冷媒)やハイドロカ一ボン（HC冷媒）が用いられてレ、る。

[0003] 圧縮機を用いた冷凍サイクルの代わりに、逆スターリングサイクルを利用したスターリング冷凍機を用いる冷蔵庫が提案されている（たとえば、特開 2000-18748号公報)。その他に、スターリング冷凍機と圧縮機とを併用した冷蔵庫が提案されている。

[0004] 図 4に、スターリング冷凍機および圧縮機を備える冷蔵庫のうち、特開 2000—3377 47号公報に開示されている冷蔵庫の概略断面図を示す。この冷蔵庫は、冷蔵室 21 と冷凍室 22とに分かれており、冷凍室 22が上側に冷蔵室 21が下側にそれぞれ配置されている。冷蔵室 21の底部の奥側には、圧縮機 11が配置されている。圧縮機 11 で圧縮された冷媒は、第 1循環回路 5を通って、熱交換器 29に送られる。圧縮機 11 から熱交換器 29までの間に、冷媒の冷却および膨張が行なわれる（図示せず)。熱交換器 29に到達した冷媒は、熱交換器 29の内部で蒸発するとともに、その潜熱によつて熱交換器 29の冷却が行なわれる。冷蔵室蒸発器で蒸発した冷媒は、第 1循環回路 5を通って圧縮機 11に戻り再び圧縮される。

[0005] 冷蔵室 21の奥側には、冷蔵室 21の空気を循環させるための冷蔵室循環通路 8が形成されている。熱交換器 29は、冷蔵室循環通路 8の内部に配置されている。また、冷蔵室循環通路 8の内部には、冷蔵室冷却ファン 23が配置されている。冷蔵室冷却ファン 23が駆動することによって、冷蔵室循環通路 8の内部には、空気の流れが発生する。図 4においては、冷蔵室循環通路 8の下側から冷蔵室 21の空気が入り、冷蔵室循環通路 8に形成された出口から冷蔵室 21に放出される。冷蔵室 21内部の空気は、冷蔵室循環通路 8を通過する際に、熱交換器 29に接触して冷やされる。冷蔵室循環通路 8から出てくる空気は、冷却された温度の低い空気となっており、この空気の流れによって冷蔵室 21に保存されてレ、る物を冷却する。

[0006] 冷蔵庫の上部の奥側には、スターリング冷凍機 1が配置されている。スターリング冷凍機 1は、シリンダ内部をピストンが往復運動することにより、作動媒体が圧縮空間と膨張空間との間を移動して、圧縮および膨張が繰返し行なわれる装置である。作動媒体としては、ヘリウムガス、水素ガスまたは窒素ガスなどが充填されている。圧縮空間で圧縮された作動媒体は高温であり、高温放熱部 2において外界の空気により冷却される。冷却された作動媒体は、膨張空間に送られて膨張する。作動媒体は、膨張空間で膨張することによって低温になる。低温になった作動媒体によって低温吸熱部 3が冷却される。低温吸熱部 3の一部は、冷凍室 22に露出するように形成され、冷凍室 22は、低温吸熱部 3によって冷却される。

[0007] 図 4に示す冷蔵庫は、スターリング冷凍機 1が配置されている冷蔵庫上部まで冷蔵室循環通路 8が延在している。また、冷蔵庫の上方まで冷気を送るための送風ファン 25が配置されている。この冷蔵庫は、送風ファン 25が駆動することによって、熱交換器 29で冷却された空気の一部を、スターリング冷凍機の高温放熱部まで送風できるように構成されている。高温放熱部 2は、この低温の空気によって冷却される。高温放熱部 2を冷却した空気は、冷蔵庫の背面に形成された排気口 26を通って外に排気される。

[0008] この冷蔵庫は、スターリング冷凍機 1により冷却される冷凍室 22と熱交換器 29により冷却される冷蔵室 21とを有するので、それぞれの冷却室を用途に分けて使用することができて、使い勝手のよい冷蔵庫を得ることができる、というものである。また、熱交換器 29によって冷却された冷蔵室循環通路 8の空気によって、スターリング冷凍機 1の高温放熱部 2を冷却することができ、その結果、スターリング冷凍機 1の冷却効率が向上する、というものである。

特許文献 1 :特開 2000—18748号公報 (第 4—5頁、第 1—6図）特許文献 2：特開 2000-337747号公報（第 3_4頁、第 1—2図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 圧縮機による冷凍サイクルのみを用いた冷蔵庫においては、冷凍サイクルの温度力 S— 30°C以下の極低温域になると、冷媒蒸気の比容積と圧縮比とが大きくなつて冷凍能力が極端に低下する。したがって、極低温冷凍を行なう冷蔵庫に適用することは困難である。

[0010] スターリング冷凍機のみを備える冷蔵庫は、極低温域の冷凍にも対応することができるが、一 30°C以下の冷気を 0— 5°Cの冷蔵室の冷却に利用すると、冷蔵庫全体での消費電力が増大するという問題がある。また、圧縮機による冷凍サイクルを利用する冷蔵庫と異なり、スターリング冷凍機の高温放熱部の熱を直接的に冷蔵庫のドアパッキン部分の発露防止ゃドレン水の処理に利用することは困難である。スターリング冷凍機の高温放熱部の熱をヒートパイプや二次冷媒循環ポンプなどを用いて、ドアパッキン部分ゃドレン皿の加熱に利用することもできる力熱交換の効率が悪いためにシステム C〇P (エネルギ消費効率： Coefficient of Performance)が低下してしまう。

[0011] 一方、特開 2000—337747号公報の冷蔵庫は、圧縮機による冷凍サイクルで発生した低温の空気を、直接的にスターリング冷凍機の高温放熱部の冷却に利用して、スターリング冷凍機の高温放熱部の冷却効率を向上している。しかし、この冷蔵庫は、空気の伝熱係数が低いために熱交換の効率が悪ぐ多くの冷気を環境に放出してしまって、システム COPが悪化するという問題があった。また、圧縮機による冷凍サイクルの熱交換器で空気を冷やして、冷やされた空気でスターリング冷凍機の高温放熱部を冷却するため、スターリング冷凍機の高温放熱部の温度が下がるまでに時間がかかってしまい、冷凍室の急冷には不向きであるという問題があった。

[0012] 本発明の目的は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、低消費電力で、極低温冷凍が可能である冷蔵庫を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0013] 本発明に基づく冷蔵庫は、高温放熱部および低温吸熱部を含み、冷凍室を冷却するスターリング冷凍機と、冷蔵室蒸発器を含む第 1循環回路で第 1冷媒を循環させるための圧縮機とを備える。高温放熱部は、第 1循環回路に接触している。この構成を採用することにより、スターリング冷凍機の高温放熱部を効率的に冷却することができ、低消費電力で極低温冷凍が可能な冷蔵庫を提供することができる。

[0014] 上記発明において好ましくは、高温放熱部は、第 1循環回路のうち、冷蔵室蒸発器力圧縮機に戻る途中の配管に接触している。この構成を採用することにより、簡単な構成で、高温放熱部を第 1循環回路に接触させることができる。

[0015] 上記発明において好ましくは、高温放熱部は、第 1循環回路のうち、冷蔵室蒸発器から圧縮機に戻る途中に形成された放熱部冷却用蒸発器に接触している。この構成を採用することにより、高温放熱部と第 1循環回路の接触面積を大きくすることができ、さらに効率よく高温放熱部を冷却することができる。

[0016] 上記発明において好ましくは、冷蔵室蒸発器の冷熱を冷蔵室に送るための冷蔵室冷却ファンを備え、冷凍室の温度が設定値以上になったことを検知して、冷蔵室冷却ファンを停止する制御手段を備える。この構成を採用することにより、冷凍室の温度が高くなつた場合においても、冷凍室を急冷することができる。

[0017] 上記発明において好ましくは、第 1循環回路は、主回路と補助回路とを含み、補助回路は、補助冷媒膨張部と補助冷媒膨張部より下流側に形成された放熱部冷却用蒸発器とを有し、入口が主回路の圧縮機から冷蔵室蒸発器に向力配管に形成された分岐手段に接続され、高温放熱部は、放熱部冷却用蒸発器に接触している。この構成を採用することにより、第 1冷媒の一部を、高温放熱部を冷却するために用いることができ、高温放熱部をさらに効率よく冷却することができる。

[0018] 上記発明において好ましくは、分岐手段として、冷蔵室蒸発器に向かう側及び放熱部冷却用蒸発器に向力側がそれぞれ開閉可能な三方弁が配置されている。この構成を採用することにより、分岐手段を容易に形成することができる。また、冷蔵室蒸発器に向力第 1冷媒または放熱部冷却用蒸発器に向力第 1冷媒を必要に応じて遮断して、消費電力を節減することができる。

[0019] 上記発明において好ましくは、冷蔵室の温度が設定値以下になったことを検知して、三方弁の冷蔵室蒸発器に向力側を閉にする制御手段を含む。この構成を採用することにより、冷蔵室を冷やす必要がないときに、冷蔵室蒸発器に向かう第 1冷媒の流れを遮断して、消費電力を節減することができる。

[0020] 上記発明において好ましくは、冷凍室の温度が設定値以下になったことを検知して、三方弁の放熱部冷却用蒸発器に向力う側を閉にする制御手段を含む。この構成を採用することにより、冷凍室の冷却が不要なときに、放熱部冷却用蒸発器に向かう第 1冷媒の流れを遮断して、消費電力を節減することができる。

[0021] 上記発明において好ましくは、冷凍室の温度が設定値以上になったことを検知して、三方弁の冷蔵室蒸発器に向力側を閉にして、さらに、放熱部冷却用蒸発器に向力側を開にする制御手段を含む。この構成を採用することにより、放熱部冷却用蒸発器の冷却能力を大きくすることができて、冷凍室を急冷することができる。

[0022] 上記発明において好ましくは、冷蔵室蒸発器の冷熱を冷蔵室に送るための冷蔵室冷却ファンを備え、三方弁の冷蔵室蒸発器に向力側が閉の状態で、冷蔵室の湿度を検知して、冷蔵室冷却ファンを回転させる制御手段を含む。この構成を採用することにより、冷蔵室蒸発器の周りに付いている霜を蒸発させることができ、冷蔵室の湿度を高く維持することができる。

[0023] 上記発明において好ましくは、冷蔵室蒸発器の温度が設定値以下になったことを検知して、圧縮機の回転数を下げるとともに、スターリング冷凍機の出力を上昇させる制御手段を含む。この構成を採用することにより、冷蔵室蒸発器の周りに付いた霜を取除くことができ、冷蔵室蒸発器の周りに形成されていた除霜用ヒータが不要になる。よって、装置の構成が簡単になるとともに消費電力を節減することができる。

[0024] 上記発明において好ましくは、外気温度と冷蔵室の温度に対応して、圧縮機の回転数を制御する制御手段を含む。この構成を採用することにより、圧縮機の余分な負荷を含む状態での運転を防止することができ、消費電力の節減に寄与することができる。

発明の効果

[0025] 本発明によれば、スターリング冷凍機の高温放熱部を効率良く冷却することができ、極低温冷凍が可能な低消費電力の冷蔵庫を提供することができる。

[0026] また、スターリング冷凍機の低温吸熱部が極低温の状態においても高い出力を得ること力 Sでき、冷凍室の極低温冷却を長時間にわたって持続することや冷凍室の急速冷凍を可能にした冷蔵庫を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0027] [図 1]本発明に基づく実施の形態 1における冷蔵庫の冷却回路の説明図である。

[図 2]本発明に基づく実施の形態 1における冷蔵庫の概略断面図である。

[図 3]本発明に基づく実施の形態 2における冷蔵庫の冷却回路の説明図である。

[図 4]従来の技術に基づく冷蔵庫の概略断面図である。

符号の説明

[0028] 1 スターリング冷凍機、 2 高温放熱部、 3 低温吸熱部、 4 冷凍室蒸発器、 5 第 1循環回路、 6 第 2循環回路、 7a 主回路、 7b 補助回路、 8 冷蔵室循環通路、 9 冷凍室循環通路、 11 圧縮機、 12 冷蔵室蒸発器、 13a 冷媒膨張部、 13b 補助冷媒膨張部、 14 ドレン処理用冷媒パイプ、 15 発露防止用冷媒パイプ、 16 冷媒凝縮パイプ、 17 第 1循環らせん部、 18 第 2循環らせん部、 19 放熱部冷却用蒸発器、 20 三方弁、 21 冷蔵室、 22 冷凍室、 23 冷蔵室冷却ファン、 24 冷凍室冷却ファン、 25 送風ファン、 26 排気口、 27， 28 仕切り板、 29 熱交換器。発明を実施するための最良の形態

[0029] 図 1および図 2を参照して、本発明に基づく実施の形態 1における冷蔵庫について説明する。

[0030] 図 1は、本実施の形態における冷蔵庫の冷却回路の説明図である。本冷蔵庫は、圧縮機 11を含む冷凍サイクルとスターリング冷凍機 1とを備える。冷却回路は、第 1 循環回路 5と第 2循環回路 6とを含む。第 1循環回路 5の内部には第 1冷媒としての H C冷媒が、第 2循環回路 6の内部には第 2冷媒としての二酸化炭素が充填されている

[0031] 第 1循環回路 5は、第 1冷媒が圧縮機 11によって圧縮されて、矢印 31に示すように冷蔵室蒸発器 12に送られた後に、矢印 32に示すように第 1循環らせん部 17を通つて圧縮機 11に戻るように形成されてレ、る。スターリング冷凍機 1は高温放熱部 2と低温吸熱部 3とを含み、内部には、ヘリウム、窒素または水素ガスなどが封入されている。第 2循環回路 6は、第 2循環らせん部 18で低温吸熱部 3に接触するように形成され、第 2冷媒が矢印 33に示すように冷凍室蒸発器 4に送られたのちに、矢印 34に示すように、第 2循環らせん部 18に戻るように形成されてレ、る。

[0032] 第 1循環回路 5の圧縮機 11の出口から冷蔵室蒸発器 12の入口の間には、ドレイン処理用冷媒パイプ 14、発露防止用冷媒パイプ 15、冷媒凝縮パイプ 16および冷媒膨張部 13aが直列に配置されている。冷媒膨張部 13aには、キヤビラリチューブ（細管）型のものや膨張弁などが用レ、られる。冷蔵室蒸発器 12の出口と圧縮機 11の入口との間には、第 1循環回路 5の配管がらせん状に形成された第 1循環らせん部 17が形成されている。第 1循環らせん部 17は、スターリング冷凍機 1の高温放熱部 2を取囲んで接触するように形成されている。第 2循環回路 6の第 2循環らせん部 18は、スタ一リング冷凍機 1の低温吸熱部 3の周りに、低温吸熱部 3に接触するように形成されている。

[0033] 図 2に、本実施の形態における冷蔵庫の概略断面図を示す。本実施の形態における冷蔵庫は、冷蔵室 21および冷凍室 22を備え、上側が冷蔵室 21、下側が冷凍室 2 2である。圧縮機 11は、冷蔵庫の下部の奥側に配置されている。スターリング冷凍機 1は、冷蔵庫の上部の奥側に配置されている。スターリング冷凍機 1は、冷蔵室 21と隔離されて配置されている。冷凍室 22の奥側には、仕切り板 28が配置され、冷凍室循環通路 9が形成されている。冷凍室循環通路 9の内部には、冷凍室蒸発器 4および冷凍室冷却ファン 24が配置されている。冷蔵室 21の奥側には、仕切り板 27が配置されて、冷蔵室循環通路 8が形成されている。また、仕切り板 27によって、冷蔵室 21が上下に分割されている。冷蔵室循環通路 8の内部には、冷蔵室蒸発器 12および冷蔵室冷却ファン 23が配置されている。

[0034] 圧縮機 11に接続された第 1循環回路 5は、冷蔵庫の底部を通り、冷蔵庫の前方に導かれる。前方に導かれた第 1循環回路 5は、冷蔵庫の側面に形成された側板の内側を通って再び後方に導かれ、冷蔵室蒸発器 12の入口に接続されている。ドレン処理用冷媒パイプ (図示省略)は、冷蔵庫の底部に配設されている。発露防止用冷媒パイプ（図示省略）は、冷蔵庫の開口周縁部に配設されている。冷媒凝縮パイプ（図示省略)は、側板の内側に蛇行状に貼り付けて配設されている。冷媒膨張部（図示省略）はキヤビラリチューブからなり、冷媒凝縮パイプと冷蔵室蒸発器 12との間に配設されている。冷蔵室蒸発器 12の出口に接続された第 1循環回路 5は、上方に配置されているスターリング冷凍機 1の高温放熱部 2に接触している第 1循環らせん部 17 (図 1参照）を経由して圧縮機 11に戻るように形成されている。

[0035] 第 2循環回路 6は、冷蔵庫の後方に形成されている。スターリング冷凍機 1の低温吸熱部 3に接触している第 2循環らせん部 18 (図 1参照）を出た第 2循環回路 6は、冷凍室循環通路 9に配設された冷凍室蒸発器 4の入口に接続されている。冷凍室蒸発器 4の出口に接続された第 2循環回路 6は、第 2循環らせん部 18 (図 1参照）の入口に接続されている。

[0036] 第 1冷媒は、圧縮機 11を出たのちに、ドレン処理用冷媒パイプ 14、発露防止用冷媒パイプ 15および冷媒凝縮パイプ 16を通って、冷媒膨張部 13aに送られる。圧縮機 11で凝縮された第 1冷媒は、温度が上昇しており、ドレン処理用冷媒パイプ 14、発露防止用冷媒パイプ 15および冷媒凝縮パイプ 16を通ることによって冷却される。ドレン処理用冷媒パイプ 14は、冷蔵庫のドレン水を蒸発させ、発露防止用冷媒パイプ 15は、冷蔵庫のドアパッキン及び周縁部の発露を防止する。冷媒凝縮パイプ 16は、冷蔵庫の側板を介して、第 1冷媒の熱を冷蔵庫の外部に放出する。これらの熱交換によって、冷媒膨張部 13aに到達するまでに第 1冷媒が冷却され凝縮される。本実施の形態においては、説明の便宜上、それぞれの放熱パイプは 1つずつ直線状に形成されて、直列に連結している力それぞれが曲線状の部分を含んだ並列の回路を含み、複数個形成されていてもよい。

[0037] 第 1循環回路 5を流れて冷却された第 1冷媒は、冷媒膨張部 13aにおいて減圧しな力 Sら膨張し、 2相状態で冷蔵室蒸発器 12に送られる。冷蔵室蒸発器 12は第 1冷媒が蒸発する際の潜熱によって低温になる。冷蔵室蒸発器 12を出た第 1冷媒は、図 1において矢印 32に示すように、第 1循環らせん部 17に送られる。第 1循環らせん部 17 が、スターリング冷凍機 1の高温放熱部 2に接触していることによって、高温放熱部 2 が冷却される。その後に、圧縮機 11に戻され再び圧縮される。

[0038] 圧縮機 11が運転を開始すると、第 1循環回路 5の内部の第 1冷媒が循環を開始するとともに、冷蔵室蒸発器 12が低温になる。冷蔵室冷却ファン 23を駆動することによつて、矢印 41 , 42, 43に示す空気の流れが発生する。冷蔵室 21の空気は、冷蔵室循環通路 8の内部に流入して、冷蔵室蒸発器 12によって冷却され、その後に冷蔵室 21に戻される。本実施の形態においては、冷蔵室 21は、仕切板 27によって上下の 2 段に分かれているので、冷蔵室 21の内部では、矢印 43に示すように、冷蔵室 21の上段から下段に向かった空気の流れが生じる。このように、冷蔵室蒸発器 12で冷却された空気は、冷蔵室 21の内部を循環して、冷蔵室 21の内部全体を冷却する。

[0039] 一方で、冷凍室 22を冷却するために、スターリング冷凍機 1を起動する。スターリング冷凍機 1が起動すると、高温放熱部 2の温度が上昇するとともに低温吸熱部 3の温度が下降する。低温吸熱部 3の周りに形成されている第 2循環らせん部 18 (図 1参照 )が冷却されて、内部の第 2冷媒が凝縮される。第 2冷媒は、下方に配置された冷凍室蒸発器 4に向かって下降する。冷凍室蒸発器 4に流入した第 2冷媒が冷凍室蒸発器 4の内部で蒸発して、冷凍室蒸発器 4が低温になる。冷凍室蒸発器 4を出た第 2冷媒は、自然循環の作用によって、鉛直方向上側に形成されている第 2循環らせん部 18に向かって移動し、再び冷やされて凝縮される。このように、第 2冷媒は、第 2循環回路 6の内部を循環しながら冷凍室蒸発器 4を低温にする。

[0040] 冷凍室冷却ファン 24が駆動されることによって、冷凍室循環通路 9の内部に矢印 4 4に示すように冷凍室の空気が流入する。流入した空気は、冷凍室蒸発器 4と熱交換を行なって、低温の空気になる。この後に、矢印 45に示すように冷凍室 22の内部に放出され、冷凍室 22の内部が冷却されて極低温の状態を維持することができる。

[0041] スターリング冷凍機 1が駆動すると、高温放熱部 2の温度は上昇する。本実施の形態における冷蔵庫では、高温放熱部 2は、第 1循環回路 5の冷蔵室蒸発器 12から圧縮機 11に戻る途中の配管に接触している。この構成を採用することによって、高温放熱部 2を強制的に第 1循環回路 5の冷熱で冷却することができ、熱交換を速やかに、かつ効率よく行なうことができる。この結果、スターリング冷凍機 1の消費電力を下げることができて、システム COPを向上させることができる。また、スターリング冷凍機の低温吸熱部が極低温の状態においても高い出力を得ることができ、冷凍室の極低温冷却を長時間にわたって持続することができる。

[0042] 本実施の形態においては、高温放熱部 2と第 1循環回路 5との接触部に、第 1循環らせん部 17 (図 1参照）を形成したが、特にこの形態に限られず、第 1循環回路 5と高温放熱部 2とが大きな面積で接触できればよい。または、第 1循環らせん部 17の代わりに蒸発器を形成して、第 1冷媒を再び蒸発させて、その潜熱によって高温放熱部 2 を冷却してもよい。すなわち、高温放熱部 2の周りに接触するように放熱部冷却用蒸発器を形成してもよい。蒸発器を形成することによって、効率よぐ高温放熱部 2との熱交換を行なうことができる。また、高温放熱部 2との接触面積を大きくすることができ、さらに熱交換の効率を向上させることができる。

[0043] 本実施の形態においては、低温吸熱部 3と第 2循環回路 6との接触部に、第 2循環らせん部 18 (図 1参照）を形成したが、特にこの形態に限られず、低温吸熱部 3と第 2 循環回路 6との熱交換ができればよい。たとえば、第 2循環らせん部 18の代わりに、凝縮器を形成して低温吸熱部 3に密着させてもよい。凝縮器を形成することによって、効率よく低温吸熱部 3との熱交換を行なうことができる。または、第 2循環回路において、配管や冷凍室蒸発器の代わりにヒートパイプやヒートシンクなどの熱伝達手段を用いてもよい。

[0044] 本実施の形態における冷蔵庫は、冷凍室 22の温度が設定値以上になったことを検知して、冷蔵室冷却ファン 23を停止する制御手段を備えている。たとえば、冷凍室 22の扉を長時間開放するなどによって、冷凍室 22の温度が上昇して冷凍室 22を急冷する必要が生じた場合を想定する。この場合、冷凍室 22の温度を検知して、冷蔵室冷却ファン 23が停止することによって、冷蔵室蒸発器 12の周りでの熱交換が自然対流によるものとなり、あまり熱交換が行なわれなくなる。その結果、第 1循環回路 5全体の温度が下降して、第 1循環らせん部 17においてスターリング冷凍機 1の高温放熱部 2をより強力に冷却することができる。この結果、低温吸熱部 3の冷却能力も向上させることができて、冷凍室 21内部を急冷することができる。

[0045] また、本実施の形態における冷蔵庫は、冷蔵室蒸発器 12の温度が設定値以下になったことを検知して、圧縮機 11の回転数を下げるとともに、スターリング冷凍機 1の出力を上昇させる制御手段を含んでいる。冷蔵室蒸発器 12の温度が下力 Sり過ぎると、冷蔵室蒸発器 12の周りに霜が発生する。この場合に、圧縮機 11の回転数が下がると、第 1循環回路 5の第 1冷媒の温度は上昇する。したがって、冷蔵室蒸発器 12の温度も上昇する。カロえて、スターリング冷凍機 1の出力が上昇すると、高温放熱部 2の温度が上昇するとともに、第 1循環らせん部 17の温度も上昇する。すなわち、スターリング冷凍機の出力を上昇させることによって、第 1冷媒の温度を上げることを促進できる。このような制御手段を含むことによって、冷蔵室蒸発器 12の周囲に付いた霜を除去すること力 Sできる。この結果、冷蔵室蒸発器 12に取り付けられていた徐霜用ヒータが不要となり、装置の構成が簡単になるとともに、消費電力を節減することができる。

[0046] また、本実施の形態における冷蔵庫は、外気温度（冷蔵庫周辺の雰囲気温度）と冷蔵室の温度を検知し、外気温度と冷蔵室の温度に対応して、圧縮機の回転数を制御する手段を含んでいる。この構成を採用することによって、効率良く冷却が行なわれる結果、消費電力の節減に寄与する。

[0047] 本実施の形態においては、第 1冷媒には HC冷媒が使用されており、第 2冷媒には、二酸化炭素が使用されている。これらの冷媒を使用することによって、地球環境を破壊するおそれのあるフロンなどを用いずに、本発明に基づく冷蔵庫を提供することができる。

[0048] 図 3を参照して、本発明に基づく実施の形態 2における冷蔵庫について説明する。

図 3は、本実施の形態における冷蔵庫の冷却回路の説明図である。

[0049] 圧縮機 11に接続された冷蔵室蒸発器 12およびスターリング冷凍機 1に接続された冷凍室蒸発器 4を備えることは実施の形態 1における冷蔵庫と同様である。圧縮機 1 1、スターリング冷凍機 1、冷蔵室蒸発器 12および冷凍室蒸発器 4の冷蔵庫内の位置についても実施の形態 1と同様である。

[0050] 本実施の形態における第 1循環回路 5は、主回路 7aと補助回路 7bとを含む。主回路 7aは、圧縮機 11、ドレン処理用冷媒パイプ 14などの放熱器、冷媒膨張部 13aおよび冷蔵室蒸発器 12を循環する回路である。冷蔵室 12を出た第 1冷媒は、圧縮機 11 に直接戻される。補助回路 7bの入口は、主回路 7aの圧縮機 11から冷蔵室蒸発器 1 2に向力配管に形成された分岐手段としての三方弁 20に接続されている。補助回路 7bの出口は、主回路 7aの冷蔵室蒸発器 12から圧縮機 11に戻る途中に接続されている。補助回路 7bは、主回路 7aの第 1冷媒を減圧しながら膨張させるための補助冷媒膨張部 13b、スターリング冷凍機 1の高温放熱部 2に接触している放熱部冷却用蒸発器 19を含む。放熱部冷却用蒸発器 19は、補助冷媒膨張部 13bの下流側に形成されている。補助回路 7bは、冷蔵庫の背面に配置されている。 [0051] 分岐手段としての三方弁 20は、冷媒凝縮パイプ 16と冷媒膨張部 13aとの間に形成されている。三方弁 20は、冷蔵室蒸発器 12に向力側または放熱部冷却用蒸発器 19に向力う側がそれぞれ開閉可能な 4モードを有するものが用いられている。本実施の形態における三方弁 20は、それぞれの方向を全開または全閉の状態のみにする弁を用いているが、それぞれの方向の開度が調整可能なものが用いられていてもよい。

[0052] 放熱部冷却用蒸発器 19は、高温放熱部 2に接触して取囲むように形成されている。スターリング冷凍機 1の低温吸熱部 3の周りには、低温吸熱部 3を取囲むように低温吸熱部 3に接触したらせん状の第 2循環らせん部 18が形成されている。第 2循環回路 6は、実施の形態 1と同様に、第 2冷媒が第 2循環らせん部 18と冷凍室蒸発器 4との間を循環できるように形成されている。第 1冷媒として HC冷媒が用いられ、第 2冷媒として二酸化炭素が用レ、られていることも実施の形態 1と同様である。

[0053] 本実施の形態における冷蔵庫は、冷蔵室 21の温度が設定値以下になったことを検知して、三方弁 20の冷蔵室蒸発器 12に向力側を閉にする制御手段を含んでいる。また、冷凍室 22の温度が設定値以下になったことを検知して、三方弁 20の放熱部冷却用蒸発器 19に向力側を閉にする制御手段を含んでいる。また、冷凍室 22 の温度が設定値以上になったことを検知して、三方弁 20の冷蔵室蒸発器 12に向かう側を閉にして、放熱部冷却用蒸発器 19に向力側を開にする制御手段を含んでいる。また、冷蔵室蒸発器 12に向かう側が閉の状態で、冷蔵室 21の湿度を検知して、冷蔵室冷却ファン 23を回転させる制御手段を含んでいる。

[0054] その他の構成については、実施の形態 1と同様であるのでここでは説明を繰返さなレ、。

[0055] 圧縮機 11で圧縮された第 1冷媒は、矢印 35に示すように、ドレン処理用冷媒パイプ 14などの放熱器を通って、冷媒膨張部 13aで減圧しながら膨張して冷蔵室蒸発器 12に送られる。第 1冷媒は、冷蔵室蒸発器 12で蒸発した後に、矢印 36に示すように、圧縮機 11に戻って再び圧縮される。冷蔵室蒸発器 12で第 1冷媒の潜熱を用いた冷却が行なわれることは実施の形態 1と同様である。第 2循環回路 6の作用および効果については実施の形態 1と同様である。 [0056] 第 1冷媒の一部は、冷媒凝縮パイプ 16と冷媒膨張部 13aとの間に形成された三方弁 20によって補助回路 7bに流入する。補助回路 7bに流入した第 1冷媒は、補助冷媒膨張部 13bにおいて減圧しながら膨張して放熱部冷却用蒸発器 19に送られて蒸発する。放熱部冷却用蒸発器 19を出た第 1冷媒は、主回路 7aに合流して、圧縮機 1 1に戻る。

[0057] 補助冷媒膨張部 13bで減圧しながら膨張した第 1冷媒は 2相状態である。この第 1 冷媒が、放熱部冷却用蒸発器 19で蒸発することによって、放熱部冷却用蒸発器 19 が低温になる。放熱部冷却用蒸発器 19がスターリング冷凍機 1の高温放熱部 2に接触していることによって、高温放熱部 2が冷却される。この構成を採用することによつて、第 1冷媒の一部を利用して、スターリング冷凍機 1の高温放熱部 2を直接的に冷却することができ、熱効率を向上させることができる。よって、システム COPを向上させること力 Sできる。また、スターリング冷凍機 1の低温吸熱部 3が極低温の状態においても高い出力を得ることができ、冷凍室 22の極低温冷却を長時間にわたって持続すること力 Sできる。

[0058] 分岐手段として三方弁 20を採用することによって、容易に分岐手段を形成することができる。また、冷蔵室蒸発器 12に向力う側または放熱部冷却用蒸発器 19に向かう側がそれぞれ開閉可能ものを採用することによって、必要に応じて冷蔵室蒸発器 12 または放熱部冷却用蒸発器 19に向力第 1冷媒の流れを遮断することができ、消費電力の節減に寄与する。本実施の形態における三方弁 20は、冷媒凝縮パイプ 16と冷媒膨張部 13aとの間に配置したが、特にこの形態に限られず、冷媒膨張部 13aと圧縮機 11との間の配管であれば、いずれの箇所においても配置することもできる。しかし、第 1冷媒は、補助冷媒膨張部 13bに達するまでに放熱器で十分に冷却されてレ、ることが好ましぐ冷媒凝縮パイプ 15などの放熱器の下流側に配置されることが好ましい。

[0059] 冷蔵室 21の温度が設定値以下になったことを検知して、三方弁 20の冷蔵室蒸発器 12に向力側を閉にする制御手段を含むことによって、冷蔵室の冷却が不要な場合に冷蔵室 21の冷却を中断して圧縮機 11の負荷を下げることができ、消費電力の節減に寄与することができる。また同様に、冷凍室 22の温度が設定値以下になったことを検知して、三方弁 20の放熱部冷却用蒸発器 19に向力側を閉にする制御手段を含むことによって、冷凍室 22の冷却が不要なときに、スターリング冷凍機 1の高温放熱部 2の冷却を中断して圧縮機 11の負荷を下げることができ、消費電力の節減に寄与することができる。

[0060] また、本実施の形態における冷蔵庫は、冷凍室 22の扉を長時間開放した場合などの冷凍室 22の温度が設定値以上になった場合には、三方弁 20の冷蔵室蒸発器 12 に向かう側を閉にして、放熱部冷却用蒸発器 19に向力側を開にする制御手段を含んでいる。この制御手段を含むことによって、第 1冷媒を冷蔵室蒸発器 12の側に流すことを中断して、第 1冷媒の冷却能力を全てスターリング冷凍機 1の高温放熱部 2 の冷却に用いることができる。よって、スターリング冷凍機 1の高温放熱部 2をより低温で冷却することができ、スターリング冷凍機 1の低温吸熱部 3の冷却能力を大きくすること力 Sできる。その結果、冷凍室 22を急冷することが可能である。

[0061] また、本実施の形態における冷蔵庫は、三方弁 20の冷蔵室蒸発器 12に向力側が閉の状態で、冷蔵室 21の湿度を検知して、冷蔵室冷却ファン 23を回転させる制御手段を含んでいる。冷蔵室 21の冷却が不要な際に、冷蔵室冷却ファン 23を回して冷蔵室蒸発器 12の温度を上昇させることによって、冷蔵室蒸発器 12の周りに付レ、た霜が部分的に蒸発して冷蔵室 21を加湿することができる。

[0062] また、冷蔵室蒸発器 12の温度が下力 Sり過ぎて周りに霜ができた場合に、圧縮機 11 の回転数を下げるとともにスターリング冷凍機 1の出力を上げて、除霜することは実施の形態 1と同様である。また、外気温度と冷蔵室 21の温度を検知し、外気温度と冷蔵室の温度に対応して、圧縮機 11の回転数を制御する制御手段を含むことも実施の形態 1と同様である。

[0063] その他の作用および効果については、実施の形態 1と同様であるのでここでは説明を繰返さない。

[0064] なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であつて制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲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。産業上の利用可能性 [0065] 本発明は、スターリング冷凍機および圧縮機を備える冷蔵庫に適応されうる _c

Claims

請求の範囲

高温放熱部（2)および低温吸熱部（3)を含み、冷凍室（22)を冷却するスターリング冷凍機（1)と、

冷蔵室蒸発器（12)を含む第 1循環回路（5)で第 1冷媒を循環させるための圧縮機 (11)と

を備え、

前記高温放熱部（2)は、前記第 1循環回路（5)に接触している、冷蔵庫。

前記高温放熱部（2)は、前記第 1循環回路（5)のうち、前記冷蔵室蒸発器（12)から前記圧縮機（11)に戻る途中の配管に接触している、請求項 1に記載の冷蔵庫。前記高温放熱部（2)は、前記第 1循環回路（5)のうち、前記冷蔵室蒸発器（12)から前記圧縮機（11)に戻る途中に形成された放熱部冷却用蒸発器に接触している、請求項 1に記載の冷蔵庫。

前記冷蔵室蒸発器（12)の冷熱を冷蔵室（21)に送るための冷蔵室冷却ファン（23 )を備え、

前記冷凍室（22)の温度が設定値以上になったことを検知して、前記冷蔵室冷却フアン (23)を停止する制御手段を備える、請求項 1に記載の冷蔵庫。

前記第 1循環回路（5)は、主回路（7a)と補助回路（7b)とを含み、

前記補助回路（7b)は、補助冷媒膨張部（13b)と前記補助冷媒膨張部（13b)より下流側に形成された放熱部冷却用蒸発器（19)とを有し、入口が前記主回路（7a)の前記圧縮機（11)から前記冷蔵室蒸発器（12)に向かう配管に形成された分岐手段に接続され、

前記高温放熱部（2)は、前記放熱部冷却用蒸発器（19)に接触している、請求項 1 に記載の冷蔵庫。

前記分岐手段として、前記冷蔵室蒸発器（12)に向かう側及び前記放熱部冷却用蒸発器（19)に向力う側がそれぞれ開閉可能な三方弁（20)が配置されている、請求項 5に記載の冷蔵庫。

前記冷蔵室（21)の温度が設定値以下になったことを検知して、前記三方弁（20) の前記冷蔵室蒸発器（12)に向かう側を閉にする制御手段を含む、請求項 6に記載の冷蔵庫。

前記冷凍室（22)の温度が設定値以下になったことを検知して、前記三方弁（20) の前記放熱部冷却用蒸発器（19)に向力側を閉にする制御手段を含む、請求項 6 に記載の冷蔵庫。

前記冷凍室（22)の温度が設定値以上になったことを検知して、前記三方弁（20) の前記冷蔵室蒸発器（12)に向力側を閉にして、前記放熱部冷却用蒸発器 (19) に向力側を開にする制御手段を含む、請求項 6に記載の冷蔵庫。

前記冷蔵室蒸発器（12)の冷熱を冷蔵室（21)に送るための冷蔵室冷却ファン (23 )を備え、

前記三方弁（20)の前記冷蔵室蒸発器（12)に向かう側が閉の状態で、前記冷蔵室（21)の湿度を検知して、前記冷蔵室冷却ファン（23)を回転させる制御手段を含む、請求項 6に記載の冷蔵庫。

前記冷蔵室蒸発器（12)の温度が設定値以下になったことを検知して、前記圧縮機（ 11 )の回転数を下げるとともに、前記スターリング冷凍機 ( 1 )の出力を上昇させる制御手段を含む、請求項 1に記載の冷蔵庫。

外気温度と前記冷蔵室（21)の温度に対応して、前記圧縮機（11)の回転数を制御する制御手段を含む、請求項 1に記載の冷蔵庫。