JP2005201581A - Cooling system - Google Patents
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Abstract
【課題】低温側蒸発器の冷媒管最下部を加温しサーモサイフォンを利用して省スペース、高効率に除霜できる冷却装置を提供する。
【解決手段】スターリング冷凍機1の低温部3の冷熱を取り出す低温側冷熱搬送サイクル5と、スターリング冷凍機の高温部2の温熱を外部に放出する高温側熱搬送サイクル4を備えた冷却装置100にて、低温側冷熱搬送サイクルはスターリング冷凍機の低温部に取り付けられた低温側凝縮器12にループ状の冷媒管20を接続し、冷媒管の一部によって低温側凝縮器の下方に低温側蒸発器15を形成し、低温側蒸発器は鉛直方向に高さを変えて蛇行し互いの最下部21c,22cに折返し点を形成し水平に対向した一対の蛇管部21b,22bと、蛇管部21b,22bの最下部21c,22cを除く直線部分に水平に対向する一対の管にまたがって平行に取り付けた複数の平板フィン16を備え、蛇管部の最下部に電熱ヒータ23を取り付けた。
【選択図】図1The present invention provides a cooling device capable of defrosting in a space-saving and high-efficiency manner using a thermosiphon by heating a lowermost refrigerant pipe of a low-temperature side evaporator.
A cooling device including a low-temperature side heat transfer cycle for extracting cold heat from a low-temperature part of a Stirling refrigerator, and a high-temperature side heat transfer cycle that discharges heat from a high-temperature part of the Stirling refrigerator to the outside. In the low temperature side cold transfer cycle, the loop-shaped refrigerant pipe 20 is connected to the low temperature side condenser 12 attached to the low temperature part of the Stirling refrigerator, and the low temperature side is provided below the low temperature side condenser by a part of the refrigerant pipe. The evaporator 15 is formed, and the low-temperature side evaporator meanders with its height changed in the vertical direction to form a turning point at the lowermost portions 21c and 22c of each other, and a pair of the serpentine pipe portions 21b and 22b that are horizontally opposed to each other. A plurality of flat plate fins 16 mounted in parallel across a pair of horizontally opposed pipes are provided in a straight line portion excluding the lowermost portions 21c and 22c of 21b and 22b, and an electric heater 23 is provided at the lowermost portion of the serpentine tube portion. Attached was.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、スターリング冷凍機を備えた冷却装置に関し、特に低温側蒸発器の除霜の効率を向上させた冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling device provided with a Stirling refrigerator, and more particularly to a cooling device with improved defrosting efficiency of a low-temperature evaporator.
近年、フロン等による環境破壊への懸念から、スターリング冷凍機を搭載したいわゆるノンフロン冷蔵庫に対する関心が高まっている。このような冷蔵庫は、スターリング冷凍機の駆動により発生する極低温の冷熱を庫内へ搬送するとともに、廃熱を庫外へ放出するためのシステム(冷却装置)を備えている。 In recent years, interest in so-called non-fluorocarbon refrigerators equipped with Stirling refrigerators has increased due to concerns about environmental destruction caused by fluorocarbons and the like. Such a refrigerator is provided with a system (cooling device) for transporting cryogenic cold generated by driving a Stirling refrigerator into the cabinet and discharging waste heat to the outside.
従来のスターリング冷凍機を備えた冷却装置について説明する。図3は、従来の冷却装置の一例の概略構成図(a)及びその矢視x−x線断面図(b)である。冷却装置100は、スターリング冷凍機1にて発生する冷熱を取り出す低温側冷熱搬送サイクル5及び温熱を外部に放出する高温側熱搬送サイクル4を備えている。スターリング冷凍機1は、内部に封入された作動媒体(例えばヘリウム)の膨張過程で吸熱して冷熱を発生する低温部3と、作動媒体の膨張過程で温熱を発生する高温部2とを有する。
A cooling device equipped with a conventional Stirling refrigerator will be described. FIG. 3: is a schematic block diagram (a) of an example of the conventional cooling device, and its arrow xx sectional view (b). The
低温側冷熱搬送サイクル5は、低温部3に取り付けられた低温側凝縮器12にループ状の冷媒管20を接続し、該冷媒管20の一部によって前記低温側凝縮器12の下方に低温側蒸発器15を形成したものである。冷媒管20は、冷媒凝縮液が自然流下する下り管21と、比重の軽い冷媒蒸気が上昇していく上り管22とから構成され、下り管21、上り管22ともに鉛直方向に高さを変えながら蛇行する蛇管部(それぞれ、21b,22b)と、低温側凝縮器12から鉛直下方に延びて前記蛇管部21b,22bに連なる直管部(それぞれ、21a,22a)とを備え、下り管21と上り管22が対となるように、蛇管部21b,22bの互いの最下の直線部分(以下、「最下部」と呼ぶ。)21c,22cに折返し点を形成して水平に対向させたものである。蛇管部21b,22bの直線部分には水平に対向する一対の管にまたがって、列をなすように複数の平板フィン16が平行に取り付けられていて、これら蛇管部21b,22b及び平板フィン16で低温側蒸発器(冷却器)15を構成している。
The low-temperature side
この回路内には二酸化炭素や炭化水素等が冷媒として封入され循環回路内でサーモサイフォンを形成する。また、冷媒の蒸発と凝縮による自然循環が利用できるように、低温側蒸発器15を低温側凝縮器12より低い位置に設置している。そして、低温側蒸発器15の下方にはドレン皿17が設けられている。
In this circuit, carbon dioxide, hydrocarbon, or the like is sealed as a refrigerant to form a thermosiphon in the circulation circuit. Moreover, the low
一方、高温側熱搬送サイクル4は、水や炭化水素等の自然冷媒を用いたサーモサイフォンから成り、概略的には、スターリング冷凍機1の高温部2に取り付けられた高温側蒸発器6と、高温側蒸発器6より高い位置に配置され自然冷媒を凝縮する高温側凝縮器8と、高温側蒸発器6と高温側凝縮器8とを連結して冷媒を循環させる蒸気側冷媒配管7と凝縮液側冷媒配管11とから構成された循環回路である。この回路内には水(水溶液を含む)や炭化水素等の自然冷媒が冷媒として封入されている。このように、水(水溶液を含む)や炭化水素を冷媒として使うことによって、環境や人体への悪影響をなくすことができる。なお、冷媒の蒸発と凝縮による自然循環を円滑にするため、凝縮液側冷媒配管11を高温側蒸発器6の最上端に連結している。高温側凝縮器8には、熱交換面積を拡大するために複数の平板フィン18が取り付けられている。そして、高温側凝縮器8の後方には一対の放熱ファン19が設けられており、放熱ファン19により熱を外部に排出している。
On the other hand, the high temperature side
かかる構成で、冷蔵庫の保冷運転時にはスターリング冷凍機1を運転することにより、低温側冷熱搬送サイクル5内でサーモサイフォンが形成され、低温側凝縮器12内で凝縮した冷媒凝縮液が重力で下り管21の直管部21a内を下降して蛇管部21b内に流入し、該蛇管部21b内を蛇行して流下しながら平板フィン16を介して外気から熱を奪って加温される。冷媒凝縮液は、最下部21cを折り返して、上り管22の蛇管部22b内に流入したあたりから平板フィン16を介して外部から潜熱を奪って蒸発し始める。そして、蛇管部22b内を蛇行して自然上昇し、直管部22a内に流入し、直管部22a内をさらに上昇して低温側凝縮器12内に戻る。このサイクルが繰り返されることにより、低温側蒸発器15周囲の空気が低温に冷却されるので、この冷気をファン等により庫内に送ることで庫内を冷却することができる。
With such a configuration, by operating the Stirling
この冷蔵庫の保冷運転時には、低温側蒸発器15に霜が発生して着霜し、冷蔵庫の保冷運転の時間経過に伴ってその霜の量が成長する。この霜は低温側蒸発器15と循環空気流との熱交換、並びに通風を阻害して冷蔵庫の保冷性能を低下させることから、通常は一日に数回程度の割合で冷蔵庫の運転モードを保冷運転から除霜運転に切換え、低温側蒸発器15に付着している霜を融解除去して除霜するようにしている。
During the cold storage operation of the refrigerator, frost is generated in the low-
この除霜方法としては、ヒートパイプを利用して冷却器に除霜熱を与えるようにしたヒートパイプ除霜方式が開発されており、例えば、特許文献1〜4に記載されている。
しかしながら、かかるヒートパイプ除霜方式では、図3のように蛇管部21b,22bが幾重にも蛇行するような低温側蒸発器(冷却器)15の除霜では、冷却器全体に均等に熱移送するため、特許文献1及び2の第1図のように、複数本のヒートパイプを分散配置したり、特許文献3の第1図のように、ヒートパイプを蛇行状に長く配管する必要がある。そのため、ヒートパイプの配管スペースを庫内に充分に確保することが困難な場合は適用できないという問題がある。
However, in such a heat pipe defrosting method, in the defrosting of the low temperature side evaporator (cooler) 15 in which the
また、特許文献4の第1図に示すヒータ内蔵式のヒートパイプは、蛇管の鉛直方向を通して全管が一枚の平板フィンを共有する冷却器を対象としており、図3のように、平板フィン16が鉛直方向に分断された形で設けられたものには適用できない。
Further, the heater built-in heat pipe shown in FIG. 1 of
本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、低温側蒸発器の冷媒管最下部を加温することで、サーモサイフォンを利用して省スペース、かつ、高効率に除霜できる冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and by heating the lowermost part of the refrigerant pipe of the low-temperature evaporator, it is possible to defrost the space-saving and highly efficiently by using a thermosiphon. An object is to provide a cooling device.
上記目的を達成するため本発明では、スターリング冷凍機の低温部にて発生する冷熱を取り出す低温側冷熱搬送サイクルと、スターリング冷凍機の高温部にて発生する温熱を外部に放出する高温側熱搬送サイクルとを備えた冷却装置において、
前記低温側冷熱搬送サイクルは、スターリング冷凍機の低温部に取り付けられた低温側凝縮器に該低温側凝縮器の下方に位置する低温側蒸発器とをサーモサイフォンを構成するよう冷媒管で接続し、
前記低温側蒸発器に電熱ヒータを取り付けたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, in the present invention, a low temperature side cold transfer cycle for taking out the cold generated in the low temperature part of the Stirling refrigerator, and a high temperature side heat transfer that releases the heat generated in the high temperature part of the Stirling refrigerator to the outside A cooling device with a cycle,
In the low temperature side cold transfer cycle, a low temperature side condenser attached to a low temperature part of a Stirling refrigerator is connected to a low temperature side evaporator located below the low temperature side condenser with a refrigerant pipe so as to constitute a thermosyphon. ,
An electric heater is attached to the low temperature side evaporator.
この構成によると、冷蔵庫の運転モードが保冷運転から除霜に切り替わると、スターリング冷凍機の運転が停止されて電熱ヒータに通電され、蛇管部に封入されている冷媒凝縮液が気化し、蒸気となって低温側凝縮器に向けて上昇する。上昇した冷媒蒸気は、低温側凝縮器に放熱して凝縮液化した後、自然流下して最下部に還流して再び蒸発するところの、蒸発/凝縮サイクルを繰り返す。 According to this configuration, when the operation mode of the refrigerator is switched from the cold insulation operation to the defrosting, the operation of the Stirling refrigerator is stopped, the electric heater is energized, the refrigerant condensate sealed in the serpentine tube is vaporized, and the vapor and And rises toward the low-temperature side condenser. The rising refrigerant vapor dissipates heat to the low-temperature side condenser, condenses and liquefies, then flows down naturally, recirculates to the bottom, and evaporates again, repeating the evaporation / condensation cycle.
また、前記低温側蒸発器への電熱ヒータの取り付けは、前記低温側蒸発器を構成する冷媒管に電熱ヒータを取り付けると良い。しかも上り管側冷媒管に電熱ヒータを取り付けると更に良い。又、前記低温側蒸発器への電熱ヒータの取り付けは、前記低温側蒸発器を構成する平板フィンに電熱ヒータを取り付けても良い。 The electric heater may be attached to the low temperature side evaporator by attaching an electric heater to a refrigerant pipe constituting the low temperature side evaporator. Moreover, it is better to attach an electric heater to the upstream pipe side refrigerant pipe. The electric heater may be attached to the low temperature side evaporator by attaching an electric heater to a flat fin constituting the low temperature side evaporator.
この構成によると、冷蔵庫の運転モードが保冷運転から除霜に切り替わると、スターリング冷凍機の運転が停止されて電熱ヒータに通電され、冷媒管の上り管側下部または平板フィンに取り付けられた電熱ヒータからの伝熱により冷媒管に封入されている冷媒凝縮液が気化し、蒸気となって低温側凝縮器に向けて上昇する。上昇した冷媒蒸気は、低温側凝縮器に放熱して凝縮液化した後、自然流下して最下部に還流して再び蒸発するところの、蒸発/凝縮サイクルを繰り返す。 According to this configuration, when the operation mode of the refrigerator is switched from the cold insulation operation to the defrosting, the operation of the Stirling refrigerator is stopped and the electric heater is energized, and the electric heater attached to the lower part of the upstream side of the refrigerant pipe or the flat fin The refrigerant condensate sealed in the refrigerant tube is vaporized by heat transfer from the gas and becomes vapor and rises toward the low-temperature side condenser. The rising refrigerant vapor dissipates heat to the low-temperature side condenser, condenses and liquefies, then flows down naturally, recirculates to the bottom, and evaporates again, repeating the evaporation / condensation cycle.
本発明によれば、サーモサイフォンを利用して冷媒管内で冷媒を自然循環させることができ、この過程で、蛇管部からの放熱及び伝熱により、蛇管部自体に付着している霜及び平板フィンの表面に付着している霜を融解除去し、低温側蒸発器の除霜が効率良く行える。 According to the present invention, the refrigerant can be naturally circulated in the refrigerant pipe using the thermosiphon, and in this process, frost and flat fins adhering to the serpentine tube part itself due to heat dissipation and heat transfer from the serpentine tube unit The frost adhering to the surface is melted and removed, and the defrosting of the low-temperature side evaporator can be performed efficiently.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明の冷却装置100には次のような各実施例の低温側冷熱搬送サイクル5が装備されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The
図1(a)及び図1(b)は、実施例1に係る冷却装置の一例の概略構成図及びその矢視x−x線断面図である。この図において、図3に示す従来の構成と同一の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。平板フィン16は、蛇管部21b,22bの最下部21c,22cには配設されず、最下部21c,22cには、同等の長さを有する電熱ヒータ23が取り付けられている。
FIG. 1A and FIG. 1B are a schematic configuration diagram of an example of a cooling device according to the first embodiment and a cross-sectional view taken along line xx. In this figure, the same parts as those of the conventional configuration shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The
一方、冷蔵庫の運転モードが保冷運転から除霜に切り替わると、スターリング冷凍機1の運転が停止されて電熱ヒータ23に通電され、冷媒管20に封入されている冷媒凝縮液が気化し、蒸気となって低温側凝縮器12に向けて上り管22内を上昇する。そして、低温側凝縮器12に放熱して凝縮液化した後、下り管21内を自然流下して最下部21c,22cに還流して再び蒸発するように、蒸発/凝縮サイクルを繰り返す。この過程で、上り管22の蛇管部22bからの放熱及び伝熱により、蛇管部21b,22b自体に付着している霜及び平板フィン16の表面に付着している霜を融解除去し、低温側蒸発器15の除霜が効率良く行える。
On the other hand, when the operation mode of the refrigerator is switched from the cold insulation operation to the defrosting, the operation of the Stirling
この場合に、冷媒管20は、凝縮部である低温側凝縮器12と蒸発部である最下部21c,22cとの間がループ状に連なっており、これにより上り管22内を上昇する冷媒蒸気と下り管21内を下降する冷媒凝縮液はループ状の管路を循環するように流れるので、蒸気と液体が互いに同じ冷媒管20内で交錯して流れを阻害し合うような干渉が生じなくなる。この結果として、冷媒管20の冷媒循環量が大幅に上昇して高い熱移送能力を発揮できる。
In this case, the
図2(a)及び図2(b)は、実施例2に係る冷却装置の一例の概略構成図及びその矢視x−x線断面図である。蛇管部21b,22bの最下部21c,22cに取り付けられた平板フィン16の列を貫通して、最下部21c,22cと同等の長さを有する一対の電熱ヒータ23が最下部21c,22に対して平行に取り付けられている。
FIG. 2A and FIG. 2B are a schematic configuration diagram of an example of a cooling device according to the second embodiment and a cross-sectional view taken along line xx. A pair of
かかる構成で、冷蔵庫の運転モードが保冷運転から除霜に切り替わると、スターリング冷凍機1の運転が停止されて電熱ヒータ23に通電し、最下部21c,22cに取り付けられた平板フィン16が加温され、伝熱により最下部21c,22cに封入されている冷媒凝縮液が気化し、蒸気となって低温側凝縮器12に向けて上り管22内を上昇する。そして、低温側凝縮器12に放熱して凝縮液化した後、下り管21内を自然流下して最下部21c,22cに還流して再び蒸発するように、蒸発/凝縮サイクルを繰り返す。この過程で、上り管22の蛇管部22bからの放熱及び伝熱により、蛇管部21b,22b自体に付着している霜及び平板フィン16の表面に付着している霜を融解除去し、低温側蒸発器15の除霜が効率良く行える。
In such a configuration, when the operation mode of the refrigerator is switched from the cold insulation operation to the defrosting, the operation of the
本発明は、スターリング冷凍機を備えた冷却装置に関するものであり、本装置を冷蔵庫に搭載することで、いわゆるノンフロン冷蔵庫を実現できる。 The present invention relates to a cooling device provided with a Stirling refrigerator, and a so-called non-Freon refrigerator can be realized by mounting the device in a refrigerator.
1 スターリング冷凍機
2 高温部
3 低温部
4 高温側熱搬送サイクル
5 低温側冷熱搬送サイクル
6 高温側蒸発器
7 蒸気側冷媒配管
8 高温側凝縮器
11 凝縮液側冷媒配管
12 低温側凝縮器
15 低温側蒸発器
16,18 平板フィン
19 放熱ファン
20 冷媒管
21 下り管
22 上り管
21a,22a 直管部
21b,22b 蛇管部
21c,22c 最下部
23 電熱ヒータ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記低温側冷熱搬送サイクルは、スターリング冷凍機の低温部に取り付けられた低温側凝縮器と該低温側凝縮器の下方に位置する低温側蒸発器とをサーモサイフォンを構成するよう冷媒管で接続し、
前記低温側蒸発器に電熱ヒータを取り付けたことを特徴とする冷却装置。 In a cooling device comprising a low-temperature side heat transfer cycle for taking out the cold generated in the low-temperature part of the Stirling refrigerator, and a high-temperature side heat transfer cycle for releasing the heat generated in the high-temperature part of the Stirling refrigerator to the outside,
In the low-temperature side cold transfer cycle, a low-temperature side condenser attached to a low-temperature part of a Stirling refrigerator and a low-temperature side evaporator located below the low-temperature side condenser are connected by a refrigerant pipe so as to constitute a thermosyphon. ,
A cooling device comprising an electric heater attached to the low temperature side evaporator.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2004010031A JP2005201581A (en) | 2004-01-19 | 2004-01-19 | Cooling system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004010031A JP2005201581A (en) | 2004-01-19 | 2004-01-19 | Cooling system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005201581A true JP2005201581A (en) | 2005-07-28 |
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ID=34822869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004010031A Withdrawn JP2005201581A (en) | 2004-01-19 | 2004-01-19 | Cooling system |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2005201581A (en) |
-
2004
- 2004-01-19 JP JP2004010031A patent/JP2005201581A/en not_active Withdrawn
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