| 【発明の名称】 |
冷凍装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】川瀬 義隆
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| 【要約】 |
【課題】往復動する機械要素を含む逆スターリング方式の冷凍装置には、その反作用により本体に生ずる振動を吸収するために動吸振手段を付加するが、吸収された振動エネルギーは有効に使われていない。また、この冷凍装置の冷凍熱や温熱はコールドヘッドやホットヘッドに集中するので取出しや排熱が難しい。
【解決手段】膨張機３の往復動作軸が振動節部となり他の部分が振動腹部となる振動吸収部材３２０を設け、これらの振動吸収部材をコールドヘッド３９に熱的に接続し、撹拌翼３２５を付加して送風機とする。これに通風ケースあるいは通風路を設けることにより、冷凍熱を冷蔵庫に効率的に伝熱する。これにより、冷凍装置の振動を効率良く低減し且つ熱交換もできる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 逆スターリング方式で動作する圧縮機と膨張機と再生器とからなる冷凍装置において、当該冷凍装置の動作で発生する振動により駆動される送風手段を設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】 前記送風手段は、前記圧縮機側の熱交換器、膨張機側の熱交換器の少なくとも一方の熱交換器へ送風することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】 前記送風手段は、前記圧縮機のピストンの往復動作又は膨張機のディスプレーサの動作による振動を吸収するための振動吸収手段を兼ねている請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】 前記振動吸収手段は、振動を吸収するための振動吸収部材とと、この振動吸収部材の動作で送風作用を行う送風体とからなる請求項３に記載の冷凍装置。
【請求項５】 前記振動吸収部材は、前記圧縮機、又は前記膨張機の往復動作軸上に配置されている請求項４に記載の冷凍装置。
【請求項６】 前記振動吸収部材は、固定部を前記圧縮機または前記膨張機に固定することにより、自由端が所定の振幅で弾性振動する弾性部材である請求項４又は請求項５に記載の冷凍装置。
【請求項７】 前記弾性部材の固定側を気体吸入口とし、自由端側を気体排出口とする通風路を設けた請求項６に記載の冷凍装置。
【請求項８】 中心部を固定部、外周部を自由端とし、この固定部と外周部とを複数のアームで連結した請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７に記載の冷凍装置用の弾性部材。
【請求項９】 前記アームは渦状に形成されている請求項８に記載の冷凍装置用の弾性部材。
【請求項１０】 外周部に重りを設けた請求項８又は請求項８に記載の冷凍装置用の弾性部材。
【請求項１１】 外周部に送風体を設けた請求項８、請求項９又は請求項１０に記載の冷凍装置用の弾性部材。
【請求項１２】 前記送風手段は振動を回転運動とする回転送風体である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の冷凍装置。
【請求項１３】 前記回転送風体は、前記圧縮機または前記膨張機の外部に設けた支軸に、回転自在に設けられている請求項１２に記載の冷凍装置。
【請求項１４】 請求項１記載の冷凍装置を組み込んだ冷蔵庫。
【請求項１５】 前記送風手段を前記冷凍装置の膨張機側に設けて冷却器として組み込んだ請求項１４に記載の冷蔵庫。
【請求項１６】 前記送風手段を前記冷凍装置の圧縮機側に設けて放熱器として庫外に組み込んだ請求項１４又は請求項１５に記載の冷蔵庫。
【請求項１７】 前記送風手段の少なくとも一部に、着霜防止のための熱伝達率の大きい合成樹脂を被覆あるいは塗装した請求項１５に記載の冷蔵庫。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、逆スターリング方式で動作する冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、特開平６−３００４０７号公報に記載されるように、対向する２つの圧縮機と、ディスプレーサを含んで一方の圧縮機の側に一体に設けられた膨張機とを備え、ヘリウム、窒素、アルゴン等の気体冷媒を用いて等温圧縮、等容移送、等温膨張、等容移送を繰り返し行う逆スターリングサイクルにより冷凍を発生する冷却装置において、膨張機のコールドヘッドから冷却風を得るために、コールドヘッドに送風ファンを一体に取り付けて熱的に接触させるとともに、その冷却装置全体を電気的に回転する構造にすることにより、送風ファンが冷却装置と一体に回転して冷却風を送風するようにしたものがある。
【０００３】この冷却装置では、ステータ側を永久磁石部材とし、ピストンに可動コイルを直結したリニヤモータを駆動源として圧縮機のピストンと膨張機のディスプレーサがそれぞれ往復動作している。
【０００４】圧縮機を２個用いて対向式にするのは、圧縮機が単独の場合に圧縮機のピストンとそれを同軸に駆動するリニヤモータとがともに往復動作するときの反作用により圧縮機本体に発生する大きな振動を、互いのピストンの往復動作を対向して同期させることにより打ち消して防止するためであるが、冷却対象に近接する膨張機においても、圧縮機から供給される気体冷媒で作動するディスプレーサが往復動作するときの反作用により、膨張機本体に振動が発生する。
【０００５】これを防止するためには、実開平５−４７７６０号公報に示されるように、膨張機の膨張室と反対側に、ディスプレーサにコイルばねを介してウェイト部材を連結することでディスプレーサの振動を吸収する動吸振手段を膨張機のシリンダー内部に設けることにより、膨張機本体に振動が発生しないようにしているものがある。同様にして、特開平４−３５３３６１号公報では、膨張機の外部に動吸振手段を設けることにより膨張機の振動を吸収するものが示されている。
【０００６】それぞれ単独の圧縮機と膨張機とが一体に配置されて、圧縮機のピストンと膨張機のディスプレーサとが同軸に往復動作するものでは、ディスプレーサがピストンと一定の位相差を保って作動するものの、冷却装置本体には往復動作の反作用による振動が発生するので、それを防止するためにこれまで述べてきたような振動吸収手段を設けている。
【０００７】冷却装置に付加するこれらの振動吸収手段では、コイルばねとウェイト部材との組み合わせを、振動を防止したいものが発生する基本共振周波数に等しくなるようなばね定数と可動部の合計質量とを組合わせて選択することにより実現できるが、これまで述べてきたようなコイルばねを用いたもののほかに、ひとつあるいは複数を組合わせた放射状の板バネやさらに、ストロークを大きくして特性を改善した渦状の板バネなどが採用されており、板バネにすることによりコイルばねのとき生ずる軸方向に対して横方向に偏った反作用力の発生を防止して、冷却装置の摺動部の長寿命化などの特性改善がなされている。
【０００８】板バネの形状に関し、用途が異なるが、実開平５−６９５６４号公報には中心から円形の外周に複数の渦状に延びるバネを形成するものが示されており、板バネのストロークを等価的に大きくすることにより各部の寿命を延ばしている。さらに、特開平４−３４７４６０号公報には円形の外周に中心から放射状の半径に線対称に複数のバネを形成することにより板バネのストロークを大きくするとともに、渦状のときに生ずる板バネがたわんだときの軸方向に対して横方向に偏った反作用力の発生を防止するものが示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記特開平６−３００４０７号公報に記載されるように、冷却風を得るために送風ファンと一体になった冷却装置全体を電動機として回転するためには、冷却装置の外郭にコイルを付加し回転軸に摺動接触端子を設けて回転子として給電するとともに、外郭円筒容器を設けて界磁を形成する必要があるので、コールドヘッドから送風ファンに直接熱伝導することによる熱的な効率の向上があっても全体として構造が複雑になり、特に冷却対象が大きなものでは出力を増大しようとしてもこの冷却装置の大型化は難しい。
【００１０】膨張機または圧縮機の外部に付加する振動吸収手段は、内部の往復動するエネルギーに見合う振動を吸収すればそれらの振動を防止することができるので、振動吸収手段を円形で放射状または渦状の板ばねで形成してその外周にウェイト部材を組み込むようにすると、冷却装置が大きな冷凍出力を発生するものでは膨張機や圧縮機の重量も大きく、それぞれの板バネの寸法もウェイト部材も大きなものとなっており、冷却装置を稼働するとこの振動吸収手段の板バネは大きな振動エネルギーを吸収して大きくたわんで振動し、冷却装置の効率を下げている。
【００１１】また、圧縮機と膨張機が一体となった冷却装置の外部に付加する振動吸収手段についても同様で、冷却効率を下げるとともに、圧縮機と膨張機を同軸に一体とするときには軸方向に冷却装置が長くなるので、外部の軸上の一方の端部に振動吸収手段を取り付けると軸に直交する横方向の振動が発生しやすくなる。
【００１２】膨張機または圧縮機、もしくはそれらが一体の冷却装置は、一般にピストンやディスプレーサを共振させて動作するようにしており、振動吸収手段の振動数はこれらの装置の共振周波数に合わせるように設計するが、これらの装置は共振周波数を基本周波数とする整数倍の高調波成分を含んで振動しているので、単一の振動吸収手段のみではすべての振動を除去することが難しい。
【００１３】本発明は、逆スターリング方式で動作する際に発生する振動を有効に利用してその効率を上げることを目的とする。また、振動の高調波成分の除去を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の冷凍装置は、逆スターリング方式で動作する冷凍装置の圧縮機のピストンや膨張機のディスプレーサが往復動作するときに反作用として発生する振動を吸収するために、当該振動を利用して送風手段を駆動するものである。また、その送風は膨張機側の低温熱交換機あるいは圧縮機側の高温熱交換機の少なくとも一方に送風する構成であることが望ましい。この送風手段は振動を吸収する手段を兼ねるものである。
【００１５】本発明の振動吸収手段は、振動吸収部材と、この部材の動作で送風作用を行う送風体とからなり、振動吸収部材は例えばスプリング等の弾性体であって必要に応じて重り付加してなり、その一部または一端を冷凍装置などに取付け固定し、他の部分または他端が自由に弾性振動するような構造である。また、その振動吸収部材自身が気体を撹拌するか、気体を撹拌する撹拌翼を取付けたものであるので、冷凍装置本体の振動を吸収して振動吸収部材が振動するとその振動エネルギーを利用して送風することができる。この振動吸収部材の形状は中心部と外周部とを複数のアームで連結した構成が好適である。
【００１６】さらに、本発明は振動吸収部材を冷凍装置などに取付け固定したところを空気吸入口とし、所定の振幅で振動する他の部分の側を空気排出口とする通風路または通風ケースを設ければ、振動吸収部材が冷凍装置などの振動を吸収して動作するときに、通風ケースの内部では冷凍装置などに取付け固定したところが静止するように作られていて正圧側となり、それに対して他の部分が所定の振幅で振動するように作られているので負圧側となって、外部からみれば、空気は負圧の空気吸入口に吸引され、正圧の空気排出口から吐出される構成となる。
【００１７】本発明は、送風手段を備えた冷凍装置の例えばコールドヘッドに直接にまたはコールドヘッドに熱的に接続された低温側熱交換器に取付けるとともに、これらを冷蔵庫の庫内の冷却のための循環通風路に配置した場合、膨張機または冷凍装置が稼働すると送風を行ってコールドヘッドと直接または低温側熱交換器と冷凍熱を熱交換して庫内に循環し冷蔵庫内を冷却することができる。
【００１８】同様に、本発明は、送風手段を備えた圧縮機または冷凍装置の例えばホットヘッドまたはホットヘッドに熱的に接続された高温側熱交換器に取付けるとともに、これらを冷蔵庫の庫外に配置すれば、圧縮機または冷凍装置が稼働すると送風を行って外気がホットヘッドと直接、または高温側熱交換器と熱交換して排熱することができる。
【００１９】さらに、本発明は、圧縮機または膨張機もしくは圧縮機と膨張機が一体の冷凍装置では、それらの往復動作軸上の両端または両側に送風手段を分割して配置することによりそれらを小型にすることができるとともに、振動系の非線形性にともなって発生する高次の高調波振動成分を小さくできる。また、それらを往復動作軸上に取付けようとして生ずる、取付け誤差による往復動作軸に直交する振動を両側のそれぞれが打ち消しあうことで減少することができる。
【００２０】本発明は、送風手段を備えた冷凍装置を冷蔵庫の冷却機として用いる場合、その送風手段の一部を熱伝達率の大きい合成樹脂で被覆あるいは塗装することで着霜を防止することができる。
【００２１】更に、本発明はによれば、冷凍装置の振動を直接回転運動とする回転体を設け、その回転により送風する構成によっても、振動を吸収することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２３】図１は、本発明の冷凍装置を搭載した冷蔵庫の概略を示す断面図である。冷蔵庫１の下部には冷凍装置の圧縮機２があり、庫内を冷却するための膨張機３に気体冷媒を連通するパイプ４と接続されている。冷蔵庫１は上から冷蔵室５、第一冷凍室６、第二冷凍室７からなり、膨張機３は第一冷凍室６の奥に配置して取付けられている。圧縮機２で圧縮されたヘリウム、窒素、アルゴン等の気体冷媒は再生器を内蔵する膨張機３にパイプ４によって通じており、逆スターリング方式で動作する等温圧縮、等容移送、等温膨張、等容移送を繰り返すことにより膨張機３の発生する冷凍熱が冷蔵庫１を冷却する。膨張機３の発生する冷凍熱は膨張機３のコールドヘッド３９に熱的に接続された低温側熱交換器３１で熱交換され、低温側送風機３２により冷却風として、まず、製氷室６１とともに第一冷凍室６を矢印６２のように冷却し、つぎにその冷却風が矢印７１のように第二冷凍室７に流入して冷却する。そして矢印７２のように低温側熱交換器３１に戻るようにして循環する。
【００２４】また、冷却風の一部は（図示しない）ダクトを経て冷蔵室５の上部より矢印５１のように吹き出して冷蔵室５を冷却し、矢印５２のように低温側熱交換器３１に戻るようにして循環する。それに対して、圧縮機２で生ずる温熱は外気が矢印２８１のように入って高温側熱交換器２８で熱交換され、高温側送風機２９により矢印２９３のように冷蔵庫１の庫外に排出される。
【００２５】ここで、第一冷凍室６は急速冷凍用に通常の冷凍温度より低い温度に設定され、第二冷凍室７は通常の冷凍温度に設定されている。第一冷凍室６の温度は冷凍装置の出力制御により達成され、第二冷凍室７の温度は、第一冷凍室６と第二冷凍室７との間の（図示しない）冷気ダンパーを制御することにより達成される。
【００２６】図２は、第一冷凍室６に組み込まれた本発明による膨張機３とその周辺を示す断面図である。よく知られた膨張機３は膨張機シリンダー３３とその内部で往復動するディスプレーサ３４とディスプレーサ３４に内蔵されている再生器３５とからなり、ディスプレーサ３４は、パイプ４から気体冷媒が供給される膨張機シリンダー３３の一方の側の膨張機作動室３６の内部で、弾性体のコイルスプリング３７を介し膨張機シリンダー３３に接続されている。膨張機シリンダー３３の他の側は膨張室３８になり、図１の圧縮機２から供給される気体冷媒の圧力変化とコイルスプリング３７の作用によってディスプレーサ３４が往復動すると、再生器３５における蓄冷および熱交換作用と気体冷媒の膨張室３８での膨張作用により膨張室３８の端部であるコールドヘッド３９は冷凍されて冷凍熱を生ずる。そして、このコールドヘッド３９での冷凍熱の取り出しを容易にするために低温側熱交換器３１がコールドヘッド３９に熱的に接続され、さらに低温側送風機３２がコールドヘッド３９に直接、あるいは低温側熱交換器３１を介装して取付けられている。
【００２７】外部からみれば、この低温側送風機３２は特にその中心部が負圧側となるので吸入口６３を設ける。それに対して外周部が正圧側となって吐出口６４となり、低温側送風機３２を囲むような、吸入口６３を設けた第一の隔壁６５を低温側熱交換器３１と低温側送風機３２との間に設け、また、低温側送風機３２と冷凍負荷となる第一冷凍室６との間に第二の隔壁６６を設ける。これらの隔壁が第一冷凍室６の断熱箱体の上下の内壁とともに低温側送風機３２の外郭となる通風ケースを形成し、庫内を循環する冷却風が吸入口６３から吸入され吐出口６４から排出されるような通風路を形成する。膨張機３はゴム等からなる熱伝達率が小さく、しかも、振動の吸収が容易な弾性体であるスペーサ１１を介して冷蔵庫奥壁１２を貫通するように取り付けられており、パイプ４は冷蔵庫奥壁１２の外部に沿って下部の圧縮機２と連通している。この膨張機３だけであれば、冷凍装置が稼働してディスプレーサ３４が往復動するとその反作用として膨張機３本体が振動するので、その大きな振動がスペーサ１１のみでは吸収されず冷蔵庫奥壁１２に伝搬するので好ましくない。
【００２８】そこで、これら往復動する装置には振動を吸収するために各種の振動吸収手段を付加する訳であるが、例えばディスプレーサ３４と同軸上に、スプリング等の弾性体と弾性体自身の重量やさらに付加する重りからなるウェイト材とからなる振動吸収手段を、その振動節部を同軸上に振動腹部を軸に直交する平面に置くようにコールドヘッド３９に取り付けることにより、膨張機３本体が振動するかわりにその振動吸収手段が振動する。本発明はそのような振動吸収手段の振動エネルギーを送風に利用するようにしたものである。
【００２９】図３（Ａ）は、振動を吸収する手段として、膨張機３の端部から突出した軸Ｇに設けた送風手段である送風機３２の例を示す外形説明図である。この送風手段は弾性を有する円盤状の振動吸収部材３２０とその外周部に設けられた送風体である撹拌翼３２５とから成る。この振動吸収部材３２０は、その中心の取付部３２１から放射状に複数のアーム３２２が円環状の外周部３２３に伸びるような形状に鋼板を打抜き加工したのち、油焼入れ等の熱処理をして弾性を持たせた板バネであり、取付部３２１には前記軸Ｇに嵌着するための取付穴３２１ａが設けられている。
【００３０】前記撹拌翼３２５は半円状に形成され、外周部３２３にほぼ均等に複数個設けられている。この撹拌翼３２５は板バネ３２０と一体に打抜き形成してもよいし、より機能的には板バネよりも薄い金属板あるいは適度の厚みを有するプラスチックからなり、内周の形状が前記円環状の外周部３２３の内周に合致しそれに外周の撹拌翼３２５を付け加えた形態のものを、板バネ３２０と重り３２４の間に挟んで装着することにより、図２の低温側送風機３２を形成する。このような低温側送風機３２は、その一部をプラスチックで被覆するか、またはプラスチックが主剤の塗料で塗装することにより、鋼板や金属板が庫内で裸出しないようにして着霜を防止している。
【００３１】前記取付穴３２５ａをもって軸Ｇに取付固定された送風機３２は、中心の取付部３２１を固定端として振動節部となり、振動腹部となる外周部３２３が均等に撓むことで振動する。振動吸収部材３２０自身の質量のみでは質量が不足するとき、外周部３２３に例えば環状の重り３２４を均等に分布するように取付けて振動特性を調整しても良い。前記振動吸収部材３２０が振動すると、中心の取付部３２１の振幅は０であるが、アーム３２２が撓むことで外周部３２３の振幅は大きく、この撓み量が中心から外周にゆくに従って増加することにより、低温側送風機３２の内部では中心側に対して外周側が負圧となるので、中心から外周に向かって気流を発生する。
【００３２】なお、振動特性の調整は、この振動吸収部材３２０のアーム３２２の長さと厚みと金属板の弾性係数とに依存するばね定数と、当該部材３２０自身の質量と付加する環状の重り３２４の質量とをウェイト材として選択して組合わせることにより、その固有振動数を膨張機３の基本共振周波数に合わせればよい。
【００３３】図３（Ｂ）は本発明の送風機の他の例を示す外形説明図である。
【００３４】振動吸収部材３２０は図３（Ａ）と同様であるが、外周に設ける撹拌翼３２５の形状が異なり扇状に形成されている。
【００３５】図３（Ｃ）は本発明の送風機の更に他の例を示す外形説明図であり、複数のアーム３２２の形状が全体として渦状になっている。アーム長を増大することで単位長さあたりの撓み量を小さくして振動吸収手段３２０である例えば板バネの金属疲労を減少するためであるが、アーム３２２の面積も増大するのでアーム全体が撹拌翼の機能をはたしており、振動吸収部材自身が気体を撹拌するように作用している。
【００３６】図４は、本発明の圧縮機の概要を示す断面図である。圧縮機２は、圧縮機シリンダー２０とピストン２１とリニヤモータ２２と、ピストン２１と一体のリニヤモータ２２を受ける板状スプリング２３とそれらを接続するロッド２４と外郭ケース２５とからなり、気体冷媒が圧縮される圧縮機作動室２６の周辺には圧縮熱を放熱するために熱伝達特性のよい銅等の金属からなる環状のホットヘッド２７が設けられており、そのホットヘッド２７に高温側熱交換器２８が熱的に接続されている。
【００３７】よく知られたリニヤモータ２２は可動部２２１と界磁２２３とからなり、可動部２２１の主な部分は円筒形の非磁性体から構成されており、稀土類磁石などからなる永久磁石２２２が組込まれている。界磁２２３は、透磁率の大きい磁性体からなる断面がＵ字型のヨーク２２４に電磁コイル２２５が組込まれたものであり、電磁コイル２２５に駆動電圧が印加されて磁界が生ずると、界磁２２３の磁化の方向に応じるようにあらかじめ着磁されている永久磁石２２２がその磁界に引込まれることにより、可動部２２１がヨーク２２４のＵ字型の空洞部に引込まれる。このとき可動部２２１と一体になっているピストン２１は圧縮機作動室２６の内部の気体冷媒を圧縮し、パイプ４を通じて膨張機３に圧縮気体冷媒を供給する。そして、このとき発生する圧縮熱はホットヘッド２７に吸熱され高温側熱交換器２８にも伝達される。
【００３８】電磁コイル２２５に交流電圧、例えば商用交流電圧を供給する。そのとき、ロッド２４に接続された板状スプリング２３を弾性体とし、ピストン２１とリニヤモータ２２とロッド２４と板状スプリング２３自身とのそれを質量として、その弾性体のバネ定数とそれらの質量とを選択調整すれば、圧縮機２は商用交流電圧の周波数と等しい周波数に共振して往復動する。出力は、商用交流電圧を変えるとピストン２１の振幅が変化することにより調節される。
【００３９】前記圧縮機２は、これまでに述べた膨張機３と同様に、冷凍装置が稼働してピストン２１が往復動するとその反作用として圧縮機２本体が振動し、その大きな振動が圧縮機２の取付けられた（図示しない）冷蔵庫１の底板などに伝搬するので好ましくない。そこで、これら往復動する装置には、振動を吸収するために膨張機３と同様の送風手段をホットヘッド２７の往復動作軸上に取付け、圧縮機２本体の振動を利用して送風手段を動作させ圧縮機２本体の振動を低減する。高温側送風機２９は軸Ｇ１に取り付けられ、形態的には図３の例と同一であるが、膨張機３に対して圧縮機２の場合には、ピストン２１とリニヤモータ２２が一体の構造となって往復動しており、その合計質量が大きいために高温側送風機２９も大きくなって、送風量を多くすることができる。
【００４０】この高温側送風機２９はホットヘッド２７に取付られた中心側の箇所を振動節部とし、その外周を振動腹部として振動するので、高温側送風機２９の内部では中心側に対して外周側が負圧となり中心から外周に向かって気流を発生する。
【００４１】そこで、高温側熱交換器２８の一方の外郭を覆うとともに、高温側送風機２９の外郭の一部を形成する隔壁を設けてさらに、その高温側送風機２９の中心近くに吸気口２９１を設け、高温側送風機２９の他方の隔壁と併せて外周側を排気口２９２とする熱気通気ケース２９０を設けると、圧縮機２の排熱を行うための外気は、矢印２８１のように高温側熱交換機２８に流入して熱交換し、吸気口２９１に流入して排気口２９２から矢印２９３のように排気するような通風路を形成する。
【００４２】図５は、これまでに述べた往復動作式の圧縮機２と膨張機３を同軸に一体にした本発明の冷凍装置８を冷蔵庫１に装着した例の概要を示す断面図である。このとき、パイプ４に相当する部分は圧縮機２と膨張機３との間で気体冷媒を連通する（図示しない）オリフィスとなる通気口を形成している。
【００４３】圧縮機２には気体冷媒の圧縮熱を吸熱するホットヘッド２７があり、それに高温側熱交換器２８が熱的に接続されている。さらに、圧縮機２の他の側にはこれまで述べたような送風手段である高温側送風機２９が軸Ｇ２を介して取付けられており、この高温側送風機２９を含め圧縮機２の外郭を通気のための所定のスペースを設けて覆う熱気通気ケース２９０があって、圧縮機２が稼働すると外気が矢印２８１のように流入して高温側熱交換器２８で熱交換し、圧縮機２の外郭を通って吸気口２９１に吸入され、排気口２９２から矢印２９３のように排気されて圧縮熱を排出する。
【００４４】膨張機３には気体冷媒の膨張により生ずる冷凍熱を吸熱するコールドヘッド３９がありそれと熱的に接続された低温側熱交換器３１がある。さらに、膨張機３にはこれまで述べたような送風手段である低温側送風機３２が軸Ｇ３を介して取付けられており、この低温側送風機３２には冷気通風ケース６７があって、冷凍機８が稼働すると庫内の冷気が冷気吸入口６８から流入して低温側熱交換器３１で熱交換され、低温側送風機３２の吸入口６３を経て吐出口６４から吹出して冷蔵庫１の庫内を冷却する。この冷凍装置８は、膨張機３の振動と低温側熱交換器３１と高温側熱交換器２８の熱とから冷蔵庫奥壁１２を隔絶するように、冷蔵庫奥壁１２との間にスペーサ１１を介装して冷蔵庫奥壁１２を貫通するように装着されている。
【００４５】この冷凍装置８の圧縮機２が、例えば商用交流電源で駆動されると、圧縮機２の内部はその周波数で共振して動作するように作られており、膨張機３の内部は圧縮機２の内部と所定の位相差を有しながらそれと同一の周波数で共振して動作するように作られている。送風機は振動吸収手段の機能に関する限りどちらか一方の側に取付ければいが、複数に分割して圧縮機２または膨張機３の、あるいは一体の冷凍装置８の両端もしくは両側に配置することにより、そのそれぞれを小型化することができるので、系の非線形性により生ずる共振周波数の高次の高調波振動成分を小さくすることができる。
【００４６】さらに、分割したものを両端もしくは両側に配置することにより、送風機を往復動作軸上に取付けるときの軸上に乗らなかったり、あるいは往復動作軸と送風機の振動面とが直交しなかったりする取付け誤差により発生する、往復動作軸に直交する振動を相互に打消しあうことができる。
【００４７】なお、本発明は逆スターリング方式のピストンやディスプレーサが往復動する冷凍装置について述べてきたが、一定の周波数の振動を発生する冷凍装置や機械装置の振動を防止する必要があり、同時に、熱交換作用や冷却のための送風機を必要とするものであれば、これまで述べたような方法を任意に適用することができる。また、低温側送風機３２や、特に高温側送風機２９の送風量が不足するときにはモータ駆動のファンを併用することで従来と同様の熱交換を可能とする。
【００４８】前記送風手段は、振動吸収部材の振幅を利用して送風するものであるが、プロペラファンを前記軸Ｇ、Ｇ１、Ｇ２に回転自在に緩挿すれば、当該軸の振れにより当該プロペラファンに直接回転を起こすことができる。従って、このような送風手段を用いても良いが、先に説明した振動吸収部材を利用した送風機と、回転式のフアンを同一軸状に設けて、両者による送風を行っても良い。この場合、軸Ｇの左右の振れ、及びこれとは直角方向の上下方向の振れをそれぞれ有効に利用することが可能になる。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、逆スターリング方式で動作する冷凍装置の振動を利用して送風手段を駆動するので、この送風を熱交換に利用すれば、振動吸収と熱交換とを効率良く行うことができる。また、振動吸収手段と送風手段とを兼ねるので構造が簡単になる。電動式ファンモータを併用する場合でもその出力容量を小さくできる。
【００５０】また、本発明によれば、振動吸収部材がスプリング等の弾性体の一端または一部を振動を発生する装置に固定し、他端または他の部分が所定の振幅で弾性振動することにより装置の振動を吸収するものであり、振動吸収部材そのものが気体を送風する形状か、これに送風体を付加すれば送風手段となって送風することができるので、構造が簡単になる。特に電動式フアンモータと併用する場合でも、その構造は簡単となる。
【００５１】さらに、振動吸収部材は冷凍装置などに取付け固定した個所を静止部とし他の自由端が弾性振動する構造であるので、これを覆う通風ケースを設けるか通風路を形成すれば、静止部が空気吸入口となり振動側が空気排出口となって空気を送風することができる。この静止部は自由端に比べて占有面積が小さく、冷凍熱や排熱が集中する構造の装置の冷熱を吸熱して大きな広いスペースに分配するのに適している。
【００５２】前記送風手段を膨張機や冷凍装置のコールドヘッドに直接または、その熱交換器に取付けて、冷蔵庫の庫内の冷却のための循環通風路に配置すれば、冷凍熱を効率よく伝えて冷蔵庫の庫内を冷却することができる。この場合、電動式ファンモータを補助的に使用することもできる。
【００５３】同様に、送風手段を冷凍装置のホットヘッドに直接または、その熱交換器に取付けて冷蔵庫の庫外に配置すれば、圧縮熱を集中して効率よく排出することができ、全体を冷却するのに適した回転機を駆動源とする送風用のファンモータを併用するときにも、容易に協調して用いることができる。
【００５４】送風手段を圧縮機または膨張機または、圧縮機と膨張機が一体の冷凍装置の往復動作軸上の両端に配置すれば、一個のみで構成するのに比べて個々を小さくでき、振動系の非線形性にともなって発生する高次の高調波振動成分も小さくできる。特に一体の冷凍装置では圧縮機と膨張機が所定の位相差を有して往復動しているので、振動系の非線形性が強く高次の高調波振動成分の発生量も大きいが、その吸収防止が可能となる。さらに、この送風手段を備えた動吸振手段の取付誤差に起因して発生する往復動作軸に直交する振動成分も小さくすることができ、冷蔵庫の奥壁などに直接取付けることも可能となる。
【００５５】なお、送風手段の一部を熱伝達率の大きな合成樹脂で被覆あるいは塗装すれば、冷凍熱の集中があっても着霜を防止して送風機の機能を失うことがない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５０４９
【氏名又は名称】シャープ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１２月２８日（１９９８．１２．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０３２９６
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 隆彌
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１９３３３７（Ｐ２０００−１９３３３７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年７月１４日（２０００．７．１４） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３７２０１０ |
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