JP7344757B2

JP7344757B2 - 保冷庫

Info

Publication number: JP7344757B2
Application number: JP2019198187A
Authority: JP
Inventors: 勝彦吉田; 完也伊藤
Original assignee: Twinbird Corp
Current assignee: Twinbird Corp
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2023-09-14
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: JP2021071233A

Description

本発明は、冷熱源を有する保冷庫に関するものであり、特に、スターリング冷凍機を用いた直冷式の保冷庫に関するものである。

従来、この種の保冷庫としては、例えば、金属製の内容器に伝熱部材を介して、複数のペルチェ素子を有するサーモモジュールを伝熱的に接続した保冷庫としての電子式温冷庫が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、近年では、より低温まで冷却できると共に細かく温度制御できる逆スターリングサイクルを応用したスターリング冷凍機を、固定部（本発明の吸熱部に相当する）を介して内容器の底部に固定した低温収納庫も知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特許第３３０３２９０号公報特開２００４－２２５９４２号公報

特許文献１のような電子式温冷庫においては、サーモモジュール自体が小型軽量であるものの、あまり低温まで冷却できないという欠点がある。この欠点を解消するために、カスケード構造とすることもできるが、排熱側の温度が高くなりすぎるため、半導体であるペルチェ素子を破損させないように大型の熱交換器を設けることになり、小型軽量であるという利点を損なうという問題があった。

一方、スターリング冷凍機を用いた低温収納庫では、内容器内を極めて低温まで冷却することができるばかりでなく、細かいステップで温度調節することができる。しかしながら、特許文献２のような、内容器の下方にスターリング冷凍機を配置する構造では、重心が高くなり、不安定になる。これは、転倒対策が施された据え置き型では、それほど問題にはならないが、比較的小型の可搬型保冷庫では問題となる。このため、可搬型保冷庫では、スターリング冷凍機を内容器の側方に配置するのが一般的である。そして、保冷庫が直冷式の場合、伝熱部を断熱カバーで覆う必要がある。伝熱部を断熱カバーで覆わなければ、或いは断熱カバーが薄ければ、スターリング冷凍機の排熱部の熱が伝熱部に移動するため、内容器内が十分に冷却されない。一方、伝熱部を断熱カバーで厚く覆うと、スターリング冷凍機の排熱部に取り付けられた排熱フィンを通過する気流が妨げられるので、排熱が妨げられ、この結果、吸熱部による吸熱能力が低下するという問題があった。また、保冷庫が直冷式の場合、伝熱部と内容器との接触面積が小さければ、内容器が局所的に低温になるため、内容器内を良好に冷却できない。このため、伝熱部を大型にすると、断熱カバーもそれに伴って大型化するため、スターリング冷凍機の排熱部に取り付けられた排熱フィンを通過する気流が妨げられるので、排熱が妨げられ、この結果、吸熱部による吸熱能力が低下するという問題があった。

本発明は以上の問題点を解決し、伝熱部を確実に断熱しつつ排熱フィンからの排熱を良好に行うことができる保冷庫を提供することを目的とする。また、内容器からスターリング冷凍機の吸熱部に熱を良好に移動させることができる保冷庫を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の保冷庫は、金属製の内容器を有する保冷庫本体と、前記内容器の側方に配されて吸熱部と排熱部を有すると共にこの排熱部に排熱フィンが設けられたスターリング冷凍機と、前記内容器と吸熱部とを伝熱的に接続する伝熱部と、前記排熱フィンに送風するためのファンとを有する保冷庫において、前記伝熱部を覆う断熱カバーを有し、この断熱カバーと排熱フィンの間に通風路が形成されると共に、前記断熱カバーが、前記スターリング冷凍機の排熱部側ほど前記スターリング冷凍機の中心軸線から離れる傾斜部を有するものである。

また、本発明の請求項２に記載の保冷庫は、請求項１において、先記スターリング冷凍機を覆うと共に排熱部側に入口開口端部が設けられた導風カバーを有し、この導風カバーに前記ファンが設けられると共に、前記断熱カバーの傾斜部の排熱部側端部が、前記導風カバーの入口開口端部又はそれよりも外側に位置するものである。

更に、本発明の請求項３に記載の保冷庫は、請求項１において、前記伝熱部が、吸熱部側から内容器側に向かって断面積が大きくなるように形成されるものである。

本発明の請求項１に記載の保冷庫は、以上のように構成することにより、前記断熱カバーと排熱フィンの間に形成される通風路を通過する気流が、前記断熱カバーの傾斜部に案内されて前記排熱フィンに流れるので、前記スターリング冷凍機の排熱部の熱を良好に排出して前記吸熱部を低温にし、これによって、内容器内を良好に冷却することができる。

なお、先記スターリング冷凍機を覆うと共に排熱部側に入口開口端部が設けられた導風カバーを有し、この導風カバーに前記ファンが設けられると共に、前記断熱カバーの傾斜部の排熱部側端部が、前記導風カバーの入口開口端部又はそれよりも外側に位置することで、前記ファンによって発生する気流が前記排熱フィン全体を通るようにして、より良好に排熱部の熱を排出することができる。

また、前記伝熱部が、吸熱部側から内容器側に向かって断面積が大きくなるように形成されることで、前記内容器の広い範囲から熱が前記吸熱部に移動するので、前記内容器を良好に冷却することができる。

本発明の第１の実施形態を示す保冷庫の正面図である。同、左側面図である。同、斜視図である。同、Ｃ－Ｃ断面図である。同、要部の拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図５に基づいて説明する。なお、図１における左右を、本実施形態における左右と規定する。１は本発明の保冷庫である。なお、本実施形態では、この保冷庫１は携帯型である。この保冷庫１は、保冷庫本体２と蓋体３とを有して構成される。なお、前記蓋体３は、ヒンジ部４を介して前記保冷庫本体２に取り付けられる。

前記保冷庫本体２は、外殻体５と内容器６を有する。前記外殻体５は、上方が開口した箱状に形成される。同様に、前記内容器６も、上方が開口した箱状に形成される。この内容器６は、アルミニウム合金等の熱良導性金属により形成される。また、前記内容器の厚みは、冷却特性の観点から１ｍｍ以上、望ましくは５ｍｍ程度とされる。そして、前記外殻体５と内容器６との間には、断熱部７が設けられる。なお、この断熱部７としては、発泡ウレタンや真空断熱材が用いられる。更に、前記外殻体５の下面には、床Ｆに接する複数の脚部８が設けられる。

前記外殻体５の左側には、前記断熱部７を有さない機構室９が設けられる。そして、前記断熱部７における前記機構室９側には、通孔１０が設けられる。前記機構室９の左側面には、吸気口１１が設けられる。また、前記機構室９の下面には、排気口１２が設けられる。また、前記機構室９の上面には、操作パネル１３が設けられる。また、前記機構室９の内上部には、回路基板１４が設けられる。更に、前記機構室９の内部には、冷却ユニット１５が設けられる。

前記冷却ユニット１５について詳述する。この冷却ユニット１５は、スターリング冷凍機１６と、排熱フィン１７と、伝熱部１８と、導風カバー１９と、送風ファン２０とを有する。前記スターリング冷凍機１６は、筒状部２１と胴部２２とを有し、前記筒状部２１の先端部が吸熱部２３、前記筒状部２１の基端部が排熱部２４とされる。なお、前記スターリング冷凍機１６は、中心軸線Ｘを有する形状であり、この中心軸線Ｘが垂直となるように前記機構室９内に配置される。そして、前記筒状部２１が上側で前記胴部２２が下側となる。従って、前記機構室９内に配置された状態で、前記吸熱部２３が前記スターリング冷凍機１６の上端となる。そして、前記排熱フィン１７は、前記排熱部２４に対し伝熱的に取り付けられる。また、前記伝熱部１８は、前記吸熱部２３に対し伝熱的に取り付けられる。なお、前記伝熱部１８は、断熱カバー２５によって覆われる。また、前記導風カバー１９は、前記胴部２２及び排熱フィン１７を囲むように筒状に設けられる。そして、前記排熱フィン１７の外端と前記導風カバー１９の入口開口端部１９Ａの内面との間には、微少な隙間が設けられる。なお、前記排熱フィン１７の外端と前記導風カバー１９の入口開口端部１９Ａの内面との間には、防振性を有するシール材を設けても良い。更に、前記送風ファン２０は、前記導風カバー１９の下部に設けられる。

前記伝熱部１８は、前記通孔１０を通って前記内容器６の外面に伝熱的に接触する。そして、前記伝熱部１８は、前記吸熱部２３側から前記内容器６側に向かって断面が下方に広がる拡大部２６を有する。即ち、前記伝熱部１８は、前記吸熱部２３側から内容器６側に向かって断面積が大きくなるように形成される。そして、前記伝熱部１８を覆う前記断熱カバー２５も、その下面が、前記吸熱部２３側から前記内容器６側に向かうほど下方に広がる傾斜部２７を有する。即ち、この傾斜部２７は、前記スターリング冷凍機１６の排熱部２４側ほど前記スターリング冷凍機１６の中心軸線Ｘから離れるように形成される。なお、前記断熱カバー２５の傾斜部２７の排熱部２４側の端部２７Ａは、前記導風カバー１９の入口開口端部１９Ａの外側に近接する。そして、前記断熱カバー２５と排熱フィン１７の間に、吸気流Ａｉの通風路２８が形成される。また、前記脚部８によって、前記外殻体５の底部と床Ｆとの間に排気流Ａｅの通路Ｐが形成される。

次に、本実施形態の作用について説明する。まず、使用者は図示しない電源コードを図示しない電源に接続する。そして、前記操作パネル１３を操作することで、前記冷却ユニット１５が作動する。即ち、この冷却ユニット１５のスターリング冷凍機１６及び送風ファン２０が作動する。前記冷却ユニット１５のスターリング冷凍機１６に電力が供給されることで、このスターリング冷凍機１６の吸熱部２３が低温となり、且つ前記排熱部２４が高温になる。なお、この熱移動の原理については既知なので、説明を省略する。また、前記スターリング冷凍機１６を作動させると、このスターリング冷凍機１６の胴部２２内の図示しないリニアモータでジュール熱が発生する。そして、前記送風ファン２０に電力が供給されることで、気流が発生する。前述したように、前記導風カバー１９の下部に前記送風ファン２０が設けられるので、この送風ファン２０が発生させた気流は、前記導風カバー１９内を流れる。本実施形態では、気流は図５における上方から下方に向かって流れる。即ち、前記吸気口１１から前記吸気流Ａｉが前記通風路２８に流入し、前記導風カバー１９内を通過した後、前記排気口１２から前記排気流Ａｅが前記通路Ｐに流出する。そして、比較的低温の前記吸気流Ａｉは、前記通風路２８を通って向きを変え、前記排熱フィン１７から熱を奪った後、前記導風カバー１９内を通過する際に前記胴部２２からも熱を奪う。更に、高温になった気流は、前記送風ファン２０を通過した後、前記排気口１２から前記排気流Ａｅとして排出される。

前述したように、前記スターリング冷凍機１６の筒状部２１の吸熱部２３が低温になることで、この吸熱部２３に対し伝熱的に取り付けられた前記伝熱部１８も低温になる。更に、この伝熱部１８が低温になることで、この伝熱部１８に対し伝熱的に接触した内容器６も低温になる。なお、前記伝熱部１８が、前記吸熱部２３側から前記内容器６側に向かって断面が下方に広がる拡大部２６を有することで、前記吸熱部２３側から内容器６側に向かって断面積が大きくなるように形成されるので、前記伝熱部１８は広い面積で前記内容器６に接触する。このため、前記スターリング冷凍機１６は、前記内容器６の比較的広い範囲から吸熱することができる。更に、前記内容器６の厚さが５ｍｍ程度と比較的厚く形成されることで、前記スターリング冷凍機１６は、前記内容器６のより広い範囲から良好に吸熱することができる。なお、前記伝熱部１８及び吸熱部２３が前記断熱カバー２５によって覆われるため、前記内容器６以外から前記吸熱部２３に熱が流入することが抑制される。

なお、前記伝熱部１８の拡大部２６は、前記吸熱部２３側から前記内容器６側に向かって断面が下方、即ち前記スターリング冷凍機１６の排熱部２４側に広がる。一方、前記伝熱部１８の上面（即ち吸熱部２３側）は、水平である。このため、前記冷却ユニット１５の軸線Ｘ方向の寸法を小さく抑えることができる。これによって、前記保冷庫１の大型化を抑えることができる。そして、前記拡大部２６の下面は、中心軸線Ｘから離れるほど低くなるように傾斜する。更に、前記断熱カバー２５における前記拡大部２６に対応する部位に、前記傾斜部２７が形成されるので、前記吸気口１１から通風路２８に流入した前記吸気流Ａｉは、前記傾斜部２７に沿って滑らかに下方に向きを変える。そして、前記傾斜部２７の前記排熱部２４側の端部２７Ａが、前記導風カバー１９の入口開口端部１９Ａの外側に近接するので、前記排熱フィン１７に前記吸気流Ａｉが通らない部分が生じないようにすることができる。

なお、前述したように、前記スターリング冷凍機１６は、その筒状部２１の先端部が吸熱部２３、基端部が排熱部２４となる。このため、前記吸熱部２３と排熱部２４との距離が短く、前記伝熱部１８を前記断熱カバー２５で覆うと、前記通風路２８が狭くなってしまう。前記吸気流Ａｉは、この狭い通風路２８を通って前記排熱フィン１７に流れることになる。しかしながら、前記断熱カバー２５に傾斜部２７が設けられることで、前記吸気流Ａｉは前記傾斜部２７に沿って滑らかに下方に向きを変える。このため、前記吸気流Ａｉは、前記排熱フィン１７が設けられた前記導風カバー１９の入口開口端部１９Ａを良好に流れる。これによって、前記排熱フィン１７は、前記吸気流Ａｉへ効率よく排熱することができる。そして、前記排熱部２４における排熱効率を高めることで、前記吸熱部２３における吸熱効率を高めることができる。

以上のように本発明は、金属製の内容器６を有する保冷庫本体２と、前記内容器６の側方に配されて吸熱部２３と排熱部２４を有すると共にこの排熱部２４に排熱フィン１７が設けられたスターリング冷凍機１６と、前記内容器６と吸熱部２３とを伝熱的に接続する伝熱部１８と、前記排熱フィン１７に送風するためのファン２０とを有する保冷庫１において、前記伝熱部１８を覆う断熱カバー２５を有し、この断熱カバー２５と排熱フィン１７の間に通風路２８が形成されると共に、前記断熱カバー２５が、前記スターリング冷凍機１６の排熱部２４側ほど前記スターリング冷凍機１６の中心軸線Ｘから離れる傾斜部２７を有するものであり、前記断熱カバー２５と排熱フィン１７の間に形成される通風路２８を通過する吸気流Ａｉが、前記断熱カバー２５の傾斜部２７に案内されて前記排熱フィン１７に流れるので、前記スターリング冷凍機１６の排熱部２４の熱を良好に排出して前記吸熱部２３を低温にし、これによって、内容器６内を良好に冷却することができる。

また、先記スターリング冷凍機１６を覆うと共に排熱部２４側に入口開口端部１９Ａが設けられた導風カバー１９を有し、この導風カバー１９に前記ファン２０が設けられると共に、前記断熱カバー２５の傾斜部２７の排熱部２４側端部２７Ａが、前記導風カバー１９の入口開口端部１９Ａ又はそれよりも外側に位置することで、前記ファン２０によって発生する吸気流Ａｉが前記排熱フィン１７全体を通るようにして、より良好に排熱部２４の熱を排出することができる。

更に、前記伝熱部１８が、吸熱部２３側から内容器６側に向かって断面積が大きくなる拡大部２６を有することで、前記内容器６の広い範囲から熱が前記吸熱部２３に移動するので、前記内容器６を良好に冷却することができる。

なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施形態では、スターリング冷凍機の中心軸線が垂直となるように構成されたが、中心軸線が水平となるようにしてもよい。また、上記実施形態では、スターリング冷凍機の吸熱部が上方となるようにしたが、吸熱部が下方となるようにしてもよい。何れの場合も、伝熱部を覆う断熱カバーの傾斜部が、前記スターリング冷凍機の排熱部側ほど前記スターリング冷凍機の中心軸線から離れるように傾斜すれば良い。また、上記実施形態では、前記傾斜部が直線状となるように傾斜させたが、連続的にに傾斜が大きくなるように曲線状に傾斜させても良い。

１保冷庫
２保冷庫本体
６内容器
１６スターリング冷凍機
１７排熱フィン
１８伝熱部
１９導風カバー
１９Ａ入口開口端部
２０送風ファン
２３吸熱部
２４排熱部
２５断熱カバー
２６拡大部
２７傾斜部
２７Ａ端部
２８通風路
Ａｉ吸気流
Ａｅ排気流
Ｘ中心軸線

Claims

金属製の内容器を有する保冷庫本体と、前記内容器の側方に配されて吸熱部と排熱部を有すると共にこの排熱部に排熱フィンが設けられたスターリング冷凍機と、前記内容器と吸熱部とを伝熱的に接続する伝熱部と、前記排熱フィンに送風するためのファンとを有する保冷庫において、
前記伝熱部を覆う断熱カバーを有し、この断熱カバーと排熱フィンの間に通風路が形成されると共に、前記断熱カバーが、前記スターリング冷凍機の排熱部側ほど前記スターリング冷凍機の中心軸線から離れる傾斜部を有することを特徴とする保冷庫。
先記スターリング冷凍機を覆うと共に排熱部側に入口開口端部が設けられた導風カバーを有し、この導風カバーに前記ファンが設けられると共に、前記断熱カバーの傾斜部の排熱部側端部が、前記導風カバーの入口開口端部又はそれよりも外側に位置することを特徴とする請求項１記載の保冷庫。
前記伝熱部が、吸熱部側から内容器側に向かって断面積が大きくなるように形成されることを特徴とする請求項１記載の保冷庫。