本発明は冷却手段の冷熱により冷媒を凝縮する凝縮器に関する。 また本発明は、冷却手段の冷熱を冷媒により熱輸送する冷却システム及びそれを用いた冷蔵庫に関する。

低温に維持される冷却手段と離れた位置で冷却対象を冷却するために、冷却手段の冷熱を冷媒により熱輸送する冷却システムが知られている。 この冷却システムは冷却手段に熱接続して冷媒を凝縮する凝縮器と、冷媒を蒸発して冷却対象を冷却する蒸発器とを備えている。

特許文献１にはスターリングサイクルを運転するスターリング冷凍機を備えた冷蔵庫が開示される。 この冷蔵庫はスターリング冷凍機の低温部を冷却手段として冷却システムを構成し、螺旋状のパイプから成る凝縮器がスターリング冷凍機の低温部に嵌設される。 これにより、凝縮器に流入するガス冷媒はパイプを流通する間に冷却されて凝縮し、液冷媒が蒸発器に送られて蒸発する。 冷蔵庫を流通する空気は蒸発器と熱交換して冷気が生成される。 蒸発器で蒸発したガス冷媒は凝縮器に戻り、冷却手段の冷熱が熱輸送される。

上記の凝縮器は冷却手段との接触面積が小さいため熱交換効率が低く、冷却システムの熱伝達効率が悪くなる問題がある。

この問題を解決するために、複数の細管を並設した凝縮器が特許文献２に開示されている。 この凝縮器は環状に形成され、柱状の冷却手段に外嵌される。 凝縮器は冷媒の入口部と出口部との間に複数の細管が並設されている。 各細管は入口部及び出口部を流通する冷媒が分けて流通するため断面積を狭く形成することができ、冷却手段との接触面積を大きくすることができる。 入口部から流入するガス冷媒は細管内を流通して凝縮され、液冷媒が出口部から流出する。 出口部から流出した液冷媒は蒸発器で蒸発し、ガス冷媒が凝縮器に戻る。

特開２００１−３３１３９号公報（第４頁−第５頁、第１図）

特開２００３−１３０５５９号公報（第４頁−第６頁、第５図）

しかしながら、上記特許文献２に開示された凝縮器によると、スターリング冷凍機の低温部のような柱状の冷却手段の軸方向を垂直に配置すると各細管が水平に配される。 冷却システムが液冷媒を重力により流下させるサーモサイフォンサイクル式の場合は水平な細管を流れる液冷媒が凝縮器から流出しにくくなる。 このため、熱輸送の効率が悪くなる問題があった。

本発明は熱輸送の効率を向上することのできる凝縮器、冷却システム及びそれを用いた冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、低温に維持される冷却手段に熱接続して内部を流通する冷媒を凝縮する凝縮器において、ガス冷媒が流入するガス流入部と、凝縮された液冷媒が流出する液流出部と、冷媒が流通する複数の細管を並設して前記ガス流入部と前記液流出部との間を連通させる横流路と、前記横流路を横断して前記細管を連通させる縦流路とを備えたことを特徴としている。

この構成によると、冷却手段に密着して熱接続される凝縮器にはガス流入部からガス冷媒が流入し、細管から成る横流路を流通する間に冷却手段の冷熱を受けとって凝縮して液冷媒となる。 横流路内の液冷媒は液流出部に導かれる。 この時、細管が水平になるように凝縮器が配置されていると、液冷媒は縦流路を流下して下方の細管に導かれる。 これにより、下方の細管内に溜まる液冷媒は順に押し出されて液流出部に導かれる。

また本発明は、上記構成の凝縮器において、前記横流路及び前記縦流路は熱伝導の良い金属の内部に設けられることを特徴としている。 この構成によると、冷却手段に密着される金属を介して横流路及び縦流路を流通する冷媒が冷却手段の冷熱を受け取る。

また本発明は、上記構成の凝縮器において、前記ガス流入部及び前記液流出部は前記横流路の端面から前記細管が並ぶ方向に延出され、前記ガス流入部と前記液流出部とが前記横流路の端面から反対方向に延びることを特徴としている。 この構成によると、ガス流入部を流通するガス冷媒が流通方向を直角に変えて横流路に流入し、横流路から流出する液冷媒が流通方向を直角に変えて液流出部を流通する。 液流出部から下方に冷媒が流出するように凝縮器を配置すると、ガス冷媒はガス流入部を介して上方から横流路に流入する。

また本発明は、上記構成の凝縮器において、縦方向に並ぶ複数の前記細管を水平に配するとともに、前記ガス流入部において、下部の前記細管へガスが流入しないように、下部にある前記細管の入口が遮蔽されることを特徴としている。 この構成によると、縦流路を流下して下方の細管に溜まる液冷媒は、液冷媒が溜まっている下方の細管のガス流入部側が遮蔽されるため液冷媒側に流通する。 細管の端部を填塞して細管を遮蔽してもよく、ガス流入部の端部を填塞して細管を遮蔽してもよい。

また本発明は、低温に維持される冷却手段と、前記冷却手段に熱接続して内部を流通する冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器に接続して冷媒を蒸発する蒸発器とを備え、前記凝縮器から流出した冷媒が重力により流下して循環し、前記冷却手段の冷熱を熱輸送する冷却システムにおいて、前記凝縮器は、ガス冷媒が流入するガス流入部と、凝縮された液冷媒が流出する液流出部と、縦方向に並ぶ複数の細管を水平に配して前記ガス流入部と前記液流出部との間を連通させる横流路と、前記横流路を横断して前記細管を連通させる縦流路とを備えたことを特徴としている。

この構成によると、冷却システムはループ型サーモサイフォンサイクル式に構成され、冷却手段の冷熱を冷媒により熱輸送する。 冷却手段に密着して熱接続される凝縮器にはガス流入部を介して横流路にガス冷媒が流入する。 ガス冷媒は水平な細管から成る横流路を流通する間に冷却手段の冷熱を受けとって凝縮され、液冷媒となる。 横流路内の液冷媒は液流出部に導かれる。 この時、液冷媒は縦流路を流下して下方の細管に導かれ、下方の細管内に溜まる液冷媒は順に押し出されて液流出部に導かれる。 液流出部から流出した液冷媒は重力により流下して蒸発器で蒸発し、気化熱により冷却対象を冷却する。 蒸発器で蒸発した冷媒は上昇し、ガス流入部から凝縮器に戻る。

また本発明は、上記構成の冷却システムにおいて、前記ガス流入部が前記横流路の端面から上方に延びるとともに、前記液流出部が前記横流路の端面から下方に延びることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の冷却システムにおいて、前記凝縮器を前記冷却手段からはみ出して前記冷却手段に取付けたことを特徴としている。 この構成によると、液冷媒が多く流通する下部の細管と冷却手段とが離れて配置される。

また本発明は、上記構成の冷却システムにおいて、前記冷却手段からはみ出した前記細管は前記ガス流入部側が遮蔽されることを特徴としている。 この構成によると、縦流路を流下して冷却手段の下面からはみ出した細管に溜まる液冷媒は、ガス流入部側が遮蔽されるため液冷媒側に流通する。 細管の端部を填塞して細管を遮蔽してもよく、ガス流入部の下部を填塞して細管を遮蔽してもよい。

また本発明は、上記構成の冷却システムにおいて、前記凝縮器の下部に配される前記細管は前記ガス流入部側が遮蔽されることを特徴としている。 この構成によると、縦流路を流下して下方の細管に溜まる液冷媒は、ガス流入部側が遮蔽されるため液冷媒側に流通する。 細管の端部を填塞して細管を遮蔽してもよく、ガス流入部の下部を填塞して細管を遮蔽してもよい。

また本発明は、上記構成の冷却システムにおいて、前記冷却手段はスターリング冷凍機の低温部から成り、前記低温部の上方に高温部を配置するとともに、前記凝縮器を前記低温部に接する環状に形成したことを特徴としている。 この構成によると、スターリング冷凍機は所謂縦置きに設置され、下方に配される低温部に接した環状の凝縮器が熱交換して低温部の冷熱が冷媒により熱輸送される。

また本発明の冷蔵庫は、上記各構成の冷却システムを備え、前記蒸発器との熱交換によって冷気を生成することを特徴としている。

本発明の凝縮器によると、複数の細管を並設した横流路と横流路を横断して細管を連通させる縦流路とを備えるので、横流路を水平に配置した際に凝縮された液冷媒が縦流路を介して下方の細管に導かれる。 これにより、下方の細管内に溜まる液冷媒は順に押し出され、液冷媒を容易に液流出部から流出させることができる。 従って、熱輸送の効率を向上することができる。

また本発明の凝縮器によると、横流路及び縦流路は熱伝導の良い金属の内部に設けられるので、冷却手段の冷熱を効率よく横流路及び縦流路を流通する冷媒に伝えることができる。

また本発明の凝縮器によると、ガス流入部及び液流出部は横流路の端面から細管が並ぶ方向に延出されるので、上昇するガス冷媒が凝縮器に流入して凝縮器から流出する液冷媒が重力により下降するループ型サーモサイフォン式の冷却システムを容易に実現することができる。 また、ガス流入部及び液流出部は反対方向に延びるので、液流出部が下方に延びるように凝縮器を配置した際にガス流入部が上方に延びる。 従って、液冷媒の逆流を防止することができる。

また本発明の凝縮器によると、ガス流入部が上方に延びるように配置した時に、下部の細管はガス流入部側が遮蔽されるので、下部の細管に溜まる液冷媒が液流出部の方向に導かれ、液冷媒をより円滑に流出させることができる。

また本発明によると、ループ型サーモサイフォン式の冷却システムの凝縮器が水平な複数の細管を並設した横流路と横流路を横断して細管を連通させる縦流路とを備えるので、凝縮された液冷媒が縦流路を介して下方の細管に導かれる。 これにより、下方の細管内に溜まる液冷媒は順に押し出され、液冷媒を容易に液流出部から流出させることができる。 従って、熱輸送の効率を向上することができる。

また本発明によると、冷却システムの凝縮器はガス流入部が横流路の端面から上方に延びるとともに、液流出部が横流路の端面から下方に延びるので、液冷媒の逆流を防止することができる。

また本発明によると、凝縮器を冷却手段からはみ出して設けたので、液冷媒が多く流通する下部の細管を冷却手段から離して冷却手段の冷熱が上部の細管に与えられる。 従って、冷熱が効率よく凝縮に用いられ、冷却システムの凝縮効率を向上することができる。

また本発明によると、冷却手段からはみ出した細管はガス流入部側が遮蔽されるので、冷却手段に接した横流路の上部にガス冷媒を導いて効率よく凝縮するとともに、下部の細管の液冷媒が液流出部の方向に導かれ、液冷媒をより円滑に流出させることができる。

また本発明によると、凝縮器の下部に配される細管はガス流入部側が遮蔽されるので、下部の細管に溜まる液冷媒が液流出部の方向に導かれ、液冷媒をより円滑に流出させることができる。

また本発明によると、冷却手段がスターリング冷凍機の低温部から成り、低温部の上方に高温部を配置したので、高温部から上方へ放出される熱が低温部に干渉しないため、熱ロスを低減することができる。 また、凝縮器を低温部に接する環状に形成したので、凝縮器と低温部の熱交換を効率よく行うことができる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 図１は一実施形態の冷蔵庫の正面図を示している。 冷蔵庫１は上部に断熱扉２０、２１が左右に並設される。 断熱扉２０、２１はそれぞれ冷蔵庫１の左右の端部に設けたヒンジ部を中心にして、中央に対して左方に偏った位置を境に左右に開くことができる。 断熱扉２０の下部には貯蔵室内の各部の温度を設定する操作部２５が設けられている。

断熱扉２０の下方には断熱扉２４、２２が縦方向に並設され、冷蔵庫１の左側の端部に設けられるヒンジ部を中心にしてそれぞれ左方に開くことができる。 断熱扉２１の下方には断熱扉２３が設けられ、冷蔵庫１の右側の端部に設けられるヒンジ部を中心にして右方に開くことができる。

図２は冷蔵庫１の断熱扉２０〜２４を省いた状態を示す正面図である。 冷蔵庫１は本体筐体を形成する断熱箱体１０を有している。 断熱箱体１０は板金製の外箱の内部に樹脂成形品から成る内箱を挿入し、外箱と内箱との隙間に発泡断熱材が充填されている。

断熱箱体１０の内部には前面を開口した複数の貯蔵室が内箱によって形成される。 即ち、断熱箱体１０内は水平方向仕切壁１１により上下に仕切られる。 水平方向仕切壁１１の上方は垂直方向仕切壁１２により左右に仕切られ、左冷蔵室１５及び右冷蔵室１６が形成される。 左冷蔵室１５及び右冷蔵室１６の前面はそれぞれ断熱扉２０、２１（図１参照）により開閉される。

水平方向仕切壁１１の下方は垂直方向仕切壁１３により左右に仕切られ、右側に右冷凍室１８が形成される。 垂直方向仕切壁１３の左方は水平方向仕切壁１４によりさらに上下に仕切られ、マルチ室１９及び左冷凍室１７が形成される。 マルチ室１９は室内温度を切り替えて冷蔵室としても冷凍室としても使用可能になっている。 左冷凍室１７、右冷凍室１８及びマルチ室１９の前面はそれぞれ断熱扉２２、２３、２４（図１参照）により開閉される。

左冷蔵室１５の下部には引き出し式の冷蔵食品ケース３１が配置される。 冷蔵食品ケース３１の上方は棚３０により上下方向に３段に仕切られる。 左冷蔵室１５の下部には上下二段に重なる引き出し式の冷蔵食品ケース３３、３４が配置される。 冷蔵食品ケース３３の上方は棚３２により上下方向に３段に仕切られる。 冷蔵食品ケース３３、３４間は仕切カバー３５（図３参照）により仕切られている。 また、冷蔵食品ケース３４の右側には製氷用の給水タンク４５が配される。

左冷凍室１７には上下二段に重なる引き出し式の冷凍食品ケース４０ａ、４０ｂが配置される。 右冷凍室１８には上下三段に重なる引き出し式の冷凍食品ケース４１ａ、４１ｂ、４１ｃが配置される。 マルチ室１９にはマルチ用途食品容器４２が設けられている。

図３は右冷蔵室１６及び右冷凍室１８を通る断面の冷蔵庫１の右側面断面図を示している。 断熱箱体１０の上面には制御部８０（図８参照）を収納する電装ボックス８１が配されている。 右冷蔵室１６の背面上部にはＬＥＤ光源を有する照明パネル３８が設けられ、右冷蔵室１６内を照明する。 断熱扉２１の内面にはボトル類や飲料の紙パックなどを収納するラック３６が取り付けられている。

右冷蔵室１６の最下段の棚３２ａは上方の棚３２ａよりも奥行き寸法が大きく、冷蔵食品ケース３４の上面を覆う仕切カバー３５との間に独立冷蔵室１６ａが形成されている。 また、仕切カバー３５の下方に独立冷蔵室１６ｂが形成される。 独立冷蔵室１６ａ、１６ｂは右冷蔵室１６内で隔離され、右冷蔵室１６の上部と異なる温度に維持される。

右冷凍室１８の天井部には給水タンク４５（図２参照）からの給水により製氷を行う製氷ユニット４３が配置される。 製氷ユニット４３で製氷された氷は冷凍食品ケース４１ａ内に配される氷容器４４（図２参照）で貯氷される。

右冷凍室１８の背面には冷気ダクト５０が設けられる。 冷気ダクト５０内には後述する冷却システム１００（図８参照）により低温に維持される低温側蒸発器１３２が配置される。 冷気ダクト５０を流通する空気が低温側蒸発器１３２と熱交換して冷気が生成される。

低温側蒸発器１３２の下方には除霜ヒータ７７が配される。 除霜ヒータ７７の下方には漏斗状のドレンパイプ７８が配され、ドレンパイプ７８の下端は断熱箱体１０の外側に配されるドレンパン１５３上に開口する。 これにより、除霜ヒータ７７の駆動によって低温側蒸発器１３２が除霜され、ドレン水がドレンパイプ７８を介してドレンパン１３２に滴下する。 ドレンパン１３２に溜まるドレン水はドレン蒸発ファン１５４の送風及び後述する高温の配管１５２（図８参照）からの熱によって蒸発する。

冷気ダクト５０の前方には冷凍室ファン５３を介して冷気ダクト５０と連通する冷気ダクト５１が設けられる。 冷気ダクト５０の下部には各貯蔵室から流出した空気を吸い込んで低温側蒸発器１３２に戻す吸気口５２が形成される。

冷気ダクト５１の上方には冷蔵室吐出ダンパ５５を介して冷気ダクト５１と連通する冷気ダクト５４が配される。 冷気ダクト５４内には冷蔵室ファン５６が設けられている。 冷気ダクト５４は右冷蔵室１６の背面から屈曲して垂直方向仕切壁１２（図２参照）内に延びて配される。

垂直方向仕切壁１２内の冷気ダクト５４は上に凸のＵ字型に形成され、上昇通路５４Ｕ、水平通路５４Ｈ、下降通路５４Ｄを有している。 冷気は上昇通路５４Ｕを上昇して下降通路５４Ｄを下降する。 上昇通路５４Ｕには右冷蔵室１６に冷気を吐出する冷気吐出口５７が垂直方向に所定間隔で複数形成される。 下降通路５４Ｄには左冷蔵室１５に冷気を吐出する冷気吐出口５８が垂直方向に所定間隔で複数形成される。

上昇通路５４Ｕの上端からは横方向冷気ダクト６１が分岐する。 横方向冷気ダクト６１は右冷蔵室１６の天井奥のコーナー部に沿って水平に配される。 横方向冷気ダクト６１には右冷蔵室１６に冷気を吐出する冷気吐出口６２（図６参照）が水平方向に所定間隔で複数形成されている。

また、冷気ダクト５４は垂直方向仕切壁１２に入る前に横方向冷気ダクト５９が分岐する。 横方向冷気ダクト５９は最下段の棚板３２の下面に沿って水平に配される。 横方向冷気ダクト６１には独立冷蔵室１６ａの冷蔵食品ケース３３内に冷気を吐出する冷気吐出口６０（図６参照）が水平方向に間隔を置いて複数形成されている。

図４は左冷蔵室１５及び左冷凍室１９を通る断面の冷蔵庫１の右側面断面図を示している。 また、図５は図４のＡ−Ａ断面図を示している。 左冷蔵室１５の天井面にはＬＥＤ光源を有するダウンライト３７が設けられ、左冷蔵室１５内を照明する。 左冷蔵室１５の後方は断熱箱体１０に設けられた凹部によって機械室４５が形成される。 機械室４５には後述する冷却システム１００（図８参照）のスターリング冷凍機１１０が配される。

マルチ室１９の背面には冷気ダクト５１（図３参照）からマルチ室吐出ダンパ６７（図６参照）を介して分岐する冷気ダクト６６が設けられる。 冷気ダクト６６内にはマルチ室ファン６８及びマルチ室ヒータ６９が配され、マルチ室１９に冷気を吐出する冷気吐出口７０が設けられている。 冷気ダクト６６の下方には吸気口５２に連通する戻り通路７５が設けられる。 戻り通路７５内にはマルチ室戻りダンパ７６が設けられている。

図６、図７は冷蔵庫１の冷気の流れを説明する正面図及びブロック図を示している。 垂直方向仕切壁１２の下部には左冷蔵室１５と右冷蔵室１６の独立冷蔵室１６ｂとを連通させる貫通孔７４が設けられる。 左冷蔵室１５を流通した冷気は貫通孔７４を介して独立冷蔵室１６ｂに流入する。 右冷蔵室１６の右下部には独立冷蔵室１６ａ、１６ｂに流出口７２、７３を開口する戻り通路７１が設けられる。 戻り通路７１は吸気口５２（図２参照）に連通し、右冷蔵室１６内を流通した冷気を低温側蒸発器１３２に戻す。

右冷凍室１８背面の冷気ダクト５１は前述の冷気ダクト５４、６６が分岐するとともに、冷気ダクト６３が分岐する。 冷気ダクト６３は左冷凍室吐出ダンパ６４が設けられ、左冷凍室吐出ダンパ６４の開閉により冷気吐出口６５を介して左冷凍室１７に冷気を吐出する。 また、冷気ダクト５１には右冷凍室１８に直接冷気を吐出する冷気吐出口（図示せず）も形成される。 右冷凍室１８内を流通した冷気は吸気口５２を介して低温側蒸発器１３２に戻る。

尚、左冷凍室１７から流出する冷気を戻りダクト７５に導く通路（不図示）が形成されている。 これにより、左冷凍室１７を流通した冷気が吸気口５２を介して低温側蒸発器１３２に戻る。

冷凍室ファン５３を駆動すると低温側蒸発器１３２で生成された冷気が右冷凍室１８に吐出される。 詳細を後述するように、本実施形態の冷却システム１００（図８参照）は冷気温度を通常のコンプレッサ方式の冷却システムよりも低温の−４０℃程度にできる。 このため、冷凍室ファン５３から冷気が直接吹き出す右冷凍室１８は室内温度を−４０℃程度まで低くすることができる。

また、製氷機ユニット４３に設けられる製氷ファン（不図示）はこの冷気を水に吹き付けて製氷を行う。 このため、製氷を迅速に行うことができる。 右冷凍室１８を流通した冷気は吸気口５２を介して低温側蒸発器１３２に戻る。 尚、冷却システム１００の冷凍能力を抑制することにより、−１８℃程度の冷気温度とすることもできる。

左冷凍室１７には左冷凍室吐出ダンパ６４を介して冷気が流入する。 左冷凍室１７は左冷凍室吐出ダンパ６４の開度を調整することにより、流入する冷気の量を制御することができる。 このため、右冷凍室１８と無関係に、左冷凍室１７の温度を通常の冷凍温度である−１８℃に維持することができる。 左冷凍室１７を流通した冷気は戻り通路７５を介して低温側蒸発器１３２に戻る。

マルチ室１９はマルチ室吐出ダンパ６７を介して冷気が流入し、チルド温度から−１８℃の冷凍温度まで幅広い温度帯で使用される。 マルチ室１９の温度調整はマルチ室吐出ダンパ６７及びマルチ室戻りダンパ７６により流通する冷気量を制御して行われる。 また、必要に応じてマルチ室ヒータ６９を駆動して冷気を昇温し、マルチ室１９が温度制御される。 マルチ室１９を流通した冷気はマルチ室戻りダンパ７６及び戻り通路７５を介して低温側蒸発器１３２に戻る。

マルチ室１９は冷凍食品の解凍にも用いられるため、右冷凍室１８との温度差が大きくなる場合がある。 マルチ室１９の高い温度が右冷凍室１８に影響を及ぼさないように、垂直方向仕切壁１３はマルチ室１９と右冷凍室１８の間の部分が特に断熱層が厚くなっている。 また、マルチ室１９から吸気口５２に戻る空気が右冷凍室１８内に混入しないように、戻り通路７５は右冷凍室１８から独立して設けられている。

左冷蔵室１５及び右冷蔵室１６には冷蔵室ファン５６の駆動によって冷気ダクト５４を通じて冷気が送り込まれる。 左冷蔵室１５及び右冷蔵室１６が過冷却にならないように、冷蔵室吐出ダンパ５５により冷気量が調整される。 冷気ダクト５４を流通する冷気は上昇通路５４Ｕを上昇しながら冷気吐出口５７から右冷蔵室１６に吐出される。 冷気吐出口５７は独立冷蔵室１６ａよりも上方の垂直方向に所定間隔で複数形成されているので、右冷蔵室１６が均一に冷却される。

上昇通路５４Ｕを流通する冷気の一部は上端付近で横方向冷気ダクト６１に流入し、冷気吐出口６２から吐出される。 冷気吐出口６２は水平方向に所定間隔で複数形成されているので、独立冷蔵室１６ａよりも上方が更に均一に冷却される。

上昇通路５４Ｕから水平通路５４Ｈを介して下降通路５４Ｄに流入する冷気は下降通路５４Ｄを下降しながら冷気吐出口５８から左冷蔵室１５に吐出される。 冷気吐出口５８は垂直方向に所定間隔で複数形成されているので、左冷蔵室１５が均一に冷却される。

上昇通路５４Ｕを流通する冷気は上昇するに従って左冷蔵室１５及び右冷蔵室１６に間接的に冷熱を放出する。 これにより、冷気が昇温されるため、左冷蔵室１５の温度は右冷蔵室１６の温度より高くなる。

垂直方向仕切壁１２の内部空間を有効活用して冷気ダクト（５４Ｕ、５４Ｄ）を設けたことにより、左冷蔵室１５及び右冷蔵室１６の奥行きを拡大できる。 また、上昇通路５４Ｕから右冷蔵室１６に冷気を吐出して下降通路５４Ｄから左冷蔵室１５に冷気を吐出するため、右冷蔵室１６と左冷蔵室１５間に容易に温度差を設けることができる。

冷気ダクト５４を流通する冷気は上昇通路５４Ｕに流入する前に横方向冷気ダクト５９に流入する。 横方向冷気ダクト５９に入った冷気は水平方向に所定間隔で配置された複数の冷気吐出口６０から吐出され、独立冷蔵室１６ａを均一に冷却する。 冷気ダクト５９から吐出される冷気量を調整することにより、上方の右冷蔵室１６内よりも低温のチルド室や氷温室として使用することができる。 冷気量は横方向冷気ダクト５９の断面積や冷気吐出口６０の開口面積等により調整することができる。 また、横方向冷気ダクト５９にダンパを設けてもよい。

独立冷蔵室１６ｂには貫通孔７４を介して左冷蔵室１５からの戻り空気が流入する。 右冷蔵室１６より温度の高い左冷蔵室１５からの戻り空気が流れるので、独立冷蔵室１６ｂは温度が高くなる。 これにより、独立冷蔵室１６ｂは野菜の貯蔵空間として利用することができる。

また、仕切カバー３５（図３参照）は冷蔵食品ケース３４の上面開口部を密閉する。 これにより、冷蔵食品ケース３４内は食品の水分蒸発が抑制され、野菜の貯蔵に一層適した空間となる。 右冷蔵室１６の上部及び独立冷蔵室１６ａ、１６ｂを流通した冷気は流出口７２、７３から戻り通路７１を介して低温側蒸発器１３２に戻る。

図８は冷蔵庫１の冷却システム１００の構成図を示している。 また図９は冷却システム１００の配置を示す斜視図である。 冷却システム１００はスターリング冷凍機１１０を有している。 スターリング冷凍機１１０は内部の作動媒体（一次冷媒）の流通により逆スターリングサイクルを運転する。 これにより、高温ヘッド１１１が高温に保持され、低温ヘッド１１２（冷却手段）が低温に保持される。

スターリング冷凍機１１０は高温ヘッド１１１の下方に低温ヘッド１１２を配置した所謂縦置きに設置される。 これにより、高温ヘッド１１１から上方へ放出される熱が低温ヘッド１１２に干渉しないため、熱ロスを低減することができる。

低温ヘッド１１２で発生する冷熱はループ型サーモサイフォン式の低温側循環回路１３０により二次冷媒を自然循環して熱輸送される。 低温側循環回路１３０をサーモサイフォン式にするので凝縮された二次冷媒が重力により流下され、液冷媒の環流部材が不要でコストを削減することができる。 また、気流路と液流路とを分離したループ型にしているため、気流によって液流が戻されることがなく熱輸送限界を向上することができる。 低温側循環回路１３０の二次冷媒として二酸化炭素等が封入されている。

低温側循環回路１３０は、低温側凝縮器１３１、低温側蒸発器１３２、二次冷媒配管１３３を備えている。 低温側凝縮器１３１は低温ヘッド１１２に対して熱を授受する状態に熱接続され、低温ヘッド１１２の冷却により二次冷媒を凝縮する。

低温側蒸発器１３２は蛇行するパイプ１３２ａ上に多数の吸熱フィン１３２ｂが取り付けられ、前述のように冷却ダクト５０（図３参照）内に配される。 低温側蒸発器１３２が冷却ダクト５０内の空気と熱交換して二次冷媒が蒸発し、冷気が生成される。 パイプ１３２ａ及び吸熱フィン１３２ｂは銅や銅合金等の熱伝導の良い金属材料から成っている。

二次冷媒配管１３３は低温側凝縮器１３１と低温側蒸発器１３２とを接続し、液相配管１３３Ｌと気相配管１３３Ｇとを有している。 液層配管１３３Ｌは低温側凝縮器１３１で凝縮した液体の二次冷媒が重力により流下する。 気相配管１３３Ｇは低温側蒸発器１３２で蒸発した気体の二次冷媒が上昇する。

図１０は低温側凝縮器１３１の斜視図を示している。 低温側凝縮器１３１は銅、銅合金、アルミニウム等の熱伝導の良い金属により形成される。 これにより、低温ヘッド１１２の冷熱を後述する横流路１３１ｂ及び縦流路１３１ｃ（いずれも図１１参照）を流通する冷媒に効率よく伝えることができる。

低温側凝縮器１３１は中空の環状の環状部１３１ａを有し、環状部１３１ａを低温ヘッド１１２に外嵌して熱接続される。 これにより、低温側凝縮器１３１と低温ヘッド１１２の熱交換を効率よく行うことができる。 この時、環状部１３１ａは低温ヘッド１１２の下端からはみ出して設けられる。 環状部１３１ａの両側端面にはそれぞれ気相配管１３３Ｇ及び液層配管１３３Ｌが接続されるガス流入部１３１Ｇ及び液流出部１３１Ｌが設けられる。

ガス流入部１３１Ｇ及び液流出部１３１Ｌは二次冷媒配管１３３と同様の配管から成っている。 液流出部１３１Ｌは環状部１３１ａの端部から周方向に垂直な方向の下方に延出される。 ガス流入部１３１Ｇは環状部１３１ａの端部から周方向に垂直な方向の上方に延出され、屈曲して下方に延びている。 即ち、ガス流入部１３１Ｇ及び液流出部１３１Ｌは環状部１３１ａの端面から周方向に垂直な方向（後述する細管が並ぶ方向）に延出され、それぞれ反対方向に延びる。 これにより、ガス流入部１３１Ｇからの液冷媒の逆流を防止することができる。

図１１は低温側凝縮器１３１の環状部１３１ａを周方向に展開した縦断面図を示している。 また、図１２、図１３は図１１のＣ−Ｃ断面図及びＢ−Ｂ断面図を示している。 環状部１３１ａの周方向の一方の端面１３１ｄにガス流入部１３１Ｇが接続され、他方の端面１３１ｅに液流出部１３１Ｌが接続される。

環状部１３１ａ内には周方向に延びる複数の細管を並設した横流路１３１ｂが設けられる。 横流路１３１ｂによりガス流入部１３１Ｇと液流出部１３１Ｌとが連通する。 また、環状部１３１ａ内には横流路１３１ｂを横断して各細管を連通させる縦流路１３１ｃが形成されている。

ガス流入部１３１Ｇから流入するガス冷媒は横流路１３１ｂを流通し、低温ヘッド１１２の冷熱により凝縮されて液冷媒となる。 横流路１３１ｂ内の液冷媒は液流出部１３１Ｌに導かれる。 この時、液冷媒は縦流路１３１ｃを流下して下方の細管に導かれる。 これにより、下方の細管内に溜まる液冷媒は順に押し出されて液流出部１３１Ｌに導かれる。 従って、液冷媒を容易に液流出部１３１Ｌから流出させることができ、低温側循環回路１３０の熱輸送の効率を向上することができる。

図１４は低温側凝縮器１３１の展開図を示している。 ガス流入部１３１Ｇの開放端の下部は環状部１３１ａの下部にかかる高さまで栓１３１ｆが填塞されている。 これにより、横流路１３１ｂの下部の細管はガス流入部１３１Ｇ側が遮蔽されている。 従って、下部の細管に溜まる液冷媒が液流出部１３１Ｌの方向に導かれ、液冷媒をより円滑に流出させることができる。

図８、図９において、高温ヘッド１１１で発生する熱は低温側循環回路１３０と同様にループ型サーモサイフォン式の高温側第１循環回路１２０により二次冷媒を自然循環して熱輸送される。 高温側第１循環回路１２０の二次冷媒として水或いは炭化水素系ブライン等が封入されている。

高温側第１循環回路１２０は高温側蒸発器１２１、高温側凝縮器１２２、二次冷媒配管１２３を備えている。 高温側蒸発器１２１は高温ヘッド１１１に対して熱を授受する状態に熱接続され、高温ヘッド１１１の熱により二次冷媒を蒸発させる。 高温側蒸発器１２１は銅や銅合金、アルミなど熱伝導の良い金属を中空の環状に形成され、高温ヘッド１１１の外周面に嵌合される。

高温側凝縮器１２２はスターリング冷凍機１１０の上方に配置され、高温側凝縮器１２２は蛇行するパイプ１２２ａ上に多数の吸熱フィン１２２ｂが取り付けられる。 放熱ファン１２４の駆動により高温側凝縮器１２２が外気に放熱して二次冷媒が凝縮される。 パイプ１２２ａ及び吸熱フィン１２２ｂは銅や銅合金等の熱伝導の良い金属材料から成っている。

二次冷媒配管１２３は高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２とを接続し、液相配管１２３Ｌと気相配管１２３Ｇとを有している。 液層配管１２３Ｌは高温側凝縮器１２２で凝縮した液体の二次冷媒が重力により流下する。 気相配管１２３Ｇは高温側蒸発器１２１で蒸発した気体の二次冷媒が上昇する。

高温側第１循環回路１２０には断熱箱体１０の結露を防止するための高温側第２循環回路１５０が接続される。 高温側第２循環回路１５０は高温側第１循環回路１２０の気相冷媒配管１２３Ｇに熱交換器１５１を介して熱接続されている。 高温側第２循環回路１５０の配管１５２内には三次冷媒のブラインが非減圧状態で封入される。 三次冷媒のブラインは水と不凍液の混合液から成っている。 ブラインは不凍液の混合比を低くして低粘度になっている。 これにより、ブラインの循環量が確保されている。

高温側第２循環回路１５０は配管１５２は熱交換器１５１から導出される下り管１５２Ｄと上り管１５２Ｕとを有している。 下り管１５２Ｄは熱交換器１５１から下方に延び、断熱箱体１０の底部に配されたドレンパン１５３に入る。 配管１５２はドレンパン１５３内を蛇行し、ドレンパン１５３に溜まったドレンを昇温して蒸発させる。 ドレンパン１５３の側方にはドレン蒸発ファン１５４が配され、ドレンの蒸発を更に促進するようになっている。

ドレンパン１５３を出た配管１５２は断熱箱体１０内を通る。 配管１５２は断熱箱体１０の表面近くを通り、高温側第１循環回路１２０から熱交換器１５１を介して得た熱を伝える。 これにより、結露点以上に維持されて結露を防止する防露部１６０が断熱箱体１０内に形成される。 防露部１６０は断熱箱体１０の右側壁、左側壁、天井壁、底壁、水平方向仕切壁、垂直方向仕切り壁の各前縁に形成される。

尚、図９に示すように、防露部１６０は配管１５２が分岐部１５５で分岐して合流部１５６で合流する２系統に構成されている。 合流部１５６で合流した配管１５２は吸入タンク１５７を経て断熱箱体１０の底部に設置された圧電式の循環ポンプ１５８に入る。 循環ポンプ１５８を出た配管１５２は吐出タンク１５９を経た後、上り管１５２Ｕとなって熱交換器１５１に戻る。 循環ポンプ１５８は制御部８０により制御されている。

スターリング冷凍機１１０を運転すると高温ヘッド１１１の温度が上昇し、低温ヘッド１１２の温度が降下する。 これにより、高温側第１循環回路１２０を高温の二次冷媒が流通し、高温側凝縮器１２２で放熱して二次冷媒が循環する。 また、低温側循環回路１３０を低温の二次冷媒が流通し、低温側蒸発器１３２で熱を奪って二次冷媒が循環する。

図１５は機械室４５を示す側面図である。 機械室４５内にはスターリング冷凍機１１０、高温側蒸発器１２１、高温側凝縮器１２２、二次冷媒配管１２３、放熱ファン１２４、低温側凝縮器１３１が収容される。 機械室４５内に各部を収容した後に上面開口と背面開口が通風グリルで閉じられている。

機械室４５内に配される冷却システム１００の発熱部は左冷凍室１７や右冷凍室１８よりも高温の左冷蔵室１５に隣接するため、断熱層を薄くできる。 また、前述したように、左冷蔵室１５は右冷蔵室１６よりも高温に維持されるため断熱層を一層薄くできる。

スターリング冷凍機１１０は支持部材１４０により支持される。 支持部材１４０は断熱箱体１０とは別部材から成る額縁状の枠であり、機械室４５の中ほどの高さに水平に固定される。 支持部材１４０の内部にはスターリング冷凍機１１０及び高温側第１循環回路１２０の二次冷媒配管１２３を通す開口部（不図示）が形成されている。

スターリング冷凍機１１０の動力部１１３の外面にはフランジ状の取付脚１１４を溶接等により一体化される。 取付脚１１４は板金のプレス加工やダイカスト成形により形成される。 取付脚１１４をＭＣナイロン等の高強度の合成樹脂材料を射出成形して形成してもよい。

スターリング冷凍機１１０は低温ヘッド１１２を下方に配置して高温ヘッド１１１が配置されるように支持部材１４０の開口部に上方から挿入して取付けられる。 この時、支持部材１４０と取付脚１１４との間にはゴム等の弾性物質から成る円柱状の振動吸収体１４３が設けられる。 これにより、スターリング冷凍機１１０の振動が吸収される。 尚、高温側第１循環回路１２０はスターリング冷凍機１１０を支持部材１４０に取り付ける前に高温ヘッド１１１に接続される。

高温側凝縮器１２２は二次冷媒配管１２３により支えられてスターリング冷凍機１１０の上方に配置される。 高温側凝縮器１２２の下面にはダクト１２５を介して放熱ファン１２４が連結される。 放熱ファン１２４の送風方向は、高温側凝縮器１２２に風を吹き付ける方向であってもよく、高温側凝縮器１２２を通じて風を取り入れる方向であってもよい。

高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間に動力部１１３が配置されるため、高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間の高低差を大きくとることができる。 これにより、二次冷媒を自然循環させるのに十分な高低差を確保して放熱効率を向上させることができる。 また、高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間の空間をスターリング冷凍機１１０の動力部１１３の配置に利用するので、空間を有効に活用できる。

加えて、高温側凝縮器１２２を強制空冷する放熱ファン１２４も高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間に配置されている。 従って、高温側蒸発器１２１と高温側凝縮器１２２の間の高低差を更に大きく確保することができる。

また、高温側凝縮器１２２、放熱ファン１２４及びダクト１２５は二次冷媒配管１２３によりスターリング冷凍機１１０に一体に取付けられる。 このため、振動吸収体１４３によってスターリング冷凍機１１０に加えて、高温側凝縮器１２２や放熱ファン１２４の振動も吸収する。 従って、冷却システム１００の振動をより低下させることができる。

低温側循環回路１３０はスターリング冷凍機１１０を支持部材１４０に取り付けた後に低温ヘッド１１２に接続される。 低温ヘッド１１２を支持部材１４０の開口部に挿通した際に低温側循環回路１３０を低温ヘッド１１２に接続してもよい。

尚、図中、仮想線で示すように低温ヘッド１１２及び二次冷媒配管１３３を囲む断熱体１４４を設けてもよい。 断熱体１４４は所定の空間を囲んだ内部をウレタン発泡して形成することができる。 複数の発泡ウレタンブロックを組み合わせて断熱体１４４を形成してもよい。

また、低温側蒸発器１３２を正面から見てスターリング冷凍機１１０が配された側に偏って配置すると、二次冷媒配管１３３の引回しが容易になる。 これにより、二次冷媒の循環効率が向上する。 二次冷媒配管１３３と低温側蒸発器１３２の接続部もスターリング冷凍機１１０が配された側に偏って配置すると、二次冷媒配管１３３の引回しが更に容易になる。

高温側第１循環回路１２０の二次冷媒配管１２３は上方に配される高温側蒸発器１２１から高温側凝縮器１２２に向かって上方に延びる。 低温側循環回路１３０の二次冷媒配管１３３は下方に配される低温側凝縮器１３１から低温側蒸発器１３２に向かって下方に延びる。 これにより、単純な構成になるため、低温ヘッド１１２及び低温側循環回路１３０を含む冷却経路と、高温ヘッド１１１及び高温側第１循環回路１２０を含む放熱経路とを無理・無駄なく分離できる。 更に配管作業を容易にできる。

本実施形態によると、冷却システム１００はループ型サーモサイフォン式の低温側循環回路１３０を有し、低温側循環回路１３０の低温側凝縮器１３１が水平な複数の細管を並設した横流路１３１ｂと横流路１３１ｂを横断して細管を連通させる縦流路１３１ｃとを備えるので、凝縮された液冷媒が縦流路１３１ｃを介して下方の細管に導かれる。 これにより、下方の細管内に溜まる液冷媒は順に押し出され、液冷媒を容易に液流出部から流出させることができる。 従って、低温側循環回路１３０の熱輸送の効率を向上することができる。

また、冷却システム１００の低温側循環回路１３０の低温側凝縮器１３１はガス流入部１３１Ｇが横流路１３１ｂの端面から上方に延びるとともに、液流出部１３１Ｌが横流路１３１ｂの端面から下方に延びるので、液冷媒の逆流を防止することができる。

また、低温側凝縮器１３１の下部に配される細管はガス流入部１３１Ｇ側が遮蔽されるので、下部の細管に溜まる液冷媒が液流出部１３１Ｌの方向に導かれ、液冷媒をより円滑に流出させることができる。

また、環状部１３１ａは低温ヘッド１１２の下面からはみ出して設けたので、液冷媒が多く流通する下部の細管を低温ヘッド１１２から離して低温ヘッド１１２の冷熱が上部の細管に与えられる。 従って、冷熱が効率よく凝縮に用いられ、低温側循環回路１３０の凝縮効率を向上することができる。

また、低温ヘッド１１２の下面からはみ出した細管はガス流入部１３１Ｇ側が遮蔽されるので、低温ヘッド１１２に接した横流路１３１ｂの上部にガス冷媒を導いて効率よく凝縮するとともに、下部の細管の液冷媒が液流出部１３１Ｌの方向に導かれ、液冷媒をより円滑に流出させることができる。

次に第２実施形態の冷蔵庫１について図面を参照して説明する。 説明の便宜上、以下の図面において前述の図１〜図１５に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。 本実施形態は第１実施形態に対して低温側循環回路１３０の低温側凝縮器１３１の構成が異なっている。 その他の部分は第１実施形態と同様である。

図１６は本実施形態の低温側凝縮器１３１の斜視図を示している。 低温側凝縮器１３１は第１実施形態と同様の環状部１３１ａを有し、低温ヘッド１１２に外嵌して熱接続される。 この時、環状部１３１ａは低温ヘッド１１２の下端からはみ出して設けられる。

環状部１３１ａの両側端面にはそれぞれ気相配管１３３Ｇ及び液層配管１３３Ｌが接続されるガス流入部１３１Ｇ及び液流出部１３１Ｌが設けられる。 液流出部１３１Ｌは環状部１３１ａの端部から周方向に垂直な方向の下方に延出される。 ガス流入部１３１Ｇは環状部１３１ａの端部から周方向に垂直な方向の下方に延出されている。

図１７、図１８は低温側凝縮器１３１の環状部１３１ａを周方向に展開した縦断面図及び低温側凝縮器１３１の展開図を示している。 周方向の一方の端面１３１ｄにガス流入部１３１Ｇが接続され、他方の端面１３１ｅに液流出部１３１Ｌが接続される。

環状部１３１ａ内には周方向に延びる複数の細管を並設した横流路１３１ｂが設けられる。 横流路１３１ｂによりガス流入部１３１Ｇと液流出部１３１Ｌとが連通する。 また、環状部１３１ａ内には横流路１３１ｂを横断して各細管を連通させる縦流路１３１ｃが形成されている。

横流路１３１ｂの下部の細管はガス流入部１３１Ｇ側に栓１３１ｆが填塞され、ガス流入部１３１Ｇ側が遮蔽されている。 従って、下部の細管に溜まる液冷媒が液流出部１３１Ｌの方向に導かれ、液冷媒をより円滑に流出させることができる。

本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

第１、第２実施形態において、冷却システム１００はスターリング冷凍機１１０に替えて他の冷却装置を用いてもよい。 例えば、低温ヘッド１１２をペルチエ素子の低温部に置換し、高温ヘッド１１１をペルチエ素子の高温部に置換してもよい。

本発明によると、冷却手段の冷熱により冷媒を凝縮する凝縮器に利用することができる。 また本発明によると、スターリング冷凍機等の冷熱を冷媒により熱輸送する冷却システム及びそれを用いた家庭用または業務用の冷蔵庫に利用することができる。

本発明の第１実施形態の冷蔵庫を示す正面図

本発明の第１実施形態の冷蔵庫の断熱扉を取り除いた状態を示す正面図

本発明の第１実施形態の冷蔵庫の側面断面図

本発明の第１実施形態の冷蔵庫の側面断面図

本発明の第１実施形態の冷蔵庫の上面断面図

本発明の第１実施形態の冷蔵庫の冷気の流れを説明する正面図

本発明の第１実施形態の冷蔵庫の冷気の流れを説明するブロック図

本発明の第１実施形態の冷蔵庫の冷却システムを示す構成図

本発明の第１実施形態の冷蔵庫の冷却システムの配置を示す斜視図

本発明の第１実施形態の冷蔵庫の冷却システムの低温側凝縮器を示す斜視図

本発明の第１実施形態の冷蔵庫の冷却システムの低温側凝縮器の環状部を展開した状態を示す断面図

図１１のＣ−Ｃ断面図

図１１のＢ−Ｂ断面図

本発明の第１実施形態の冷蔵庫の冷却システムの低温側凝縮器を示す展開図

本発明の第１実施形態の冷蔵庫の機械室を示す側面図

本発明の第２実施形態の冷蔵庫の冷却システムの低温側凝縮器を示す斜視図

本発明の第２実施形態の冷蔵庫の冷却システムの低温側凝縮器の環状部を展開した状態を示す断面図

本発明の第２実施形態の冷蔵庫の冷却システムの低温側凝縮器を示す展開図

符号の説明

１ 冷蔵庫 １０ 断熱箱体 １１、１４ 水平方向仕切壁 １２、１３ 垂直方向仕切壁 １５ 左冷蔵室 １６ 右冷蔵室 １７ 左冷凍室 １８ 右冷凍室 １９ マルチ室 ２０、２１、２２、２３、２４ 断熱扉 ４５ 機械室 ５０、５１、５４、６３、６６ 冷気ダクト ５４Ｕ 上昇通路 ５４Ｄ 下降通路 ５９、６１ 横方向冷気ダクト ５７、５８、６０、６２、６５、７０ 冷気吐出口 １００ 冷却システム １１０ スターリング冷凍機 １１１ 高温ヘッド １１２ 低温ヘッド １２０ 高温側第１循環回路 １２１ 高温側蒸発器 １２２ 高温側凝縮器 １２３ 二次冷媒配管 １２４ 放熱ファン １２５ ダクト １３０ 低温側循環回路 １３１ 低温側凝縮器 １３１ａ 環状部 １３１ｂ 横流路 １３１ｃ 縦流路 １３１Ｇ ガス流入部 １３１Ｌ 液流出部 １３２ 低温側蒸発器 １３３ 二次冷媒配管 １５０ 高温側第２循環回路 １５１ 熱交換器 １６０ 防露部