專利名稱：斯特林冷卻庫的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及斯特林冷卻庫，特別是涉及將斯特林制冷機的散熱部的 熱量有效利用于對凝露產(chǎn)生的防止和廢水的蒸發(fā)等的斯特林冷卻庫。
背景技術：
作為將利用逆斯特林循環(huán)的熱交換應用于冷卻庫的技術，例如可列
舉出日本特開2003 - 50073號公報所記載的技術。
在上述冷卻庫中，公開了具有如下特征的斯特林制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng) 具有向外部散發(fā)通過逆斯特林循環(huán)產(chǎn)生的工作氣體的壓縮熱量的高溫 部，從外部吸收通過逆斯特林循環(huán)產(chǎn)生的工作氣體的膨脹熱量的低溫 部，以及^f氐溫側循環(huán)回路，該低溫側循環(huán)回^各由封閉回^各構成，該封閉 回路將與低溫部熱結合的低溫側冷凝器和多個低溫側蒸發(fā)器以構成熱 虹吸管的方式連接；將用來輸送低溫部的低溫熱量的低溫熱量輸送介質 封裝在低溫側循環(huán)回路內。在這里，高溫部的熱量通過高溫側熱交換循 環(huán)(散熱系統(tǒng))進行散熱。高溫側熱交換循環(huán)包括通過配管連接的高溫 側蒸發(fā)器和高溫側冷凝器，利用熱虹吸原理進行熱量的輸送和散發(fā)。
專利文獻l:日本特開2003 - 50073號公報
但是，上面所述的那種散熱系統(tǒng)存在著以下問題。
在上述散熱系統(tǒng)中，除了上述熱虹吸回路之外有時還形成強制循環(huán) 回路(forced circulation circuit),該強制循環(huán)回3各包括循環(huán)泵，#皮/人高 溫側蒸發(fā)器供給液化了的制冷劑。在強制循環(huán)回路中流動的制冷劑的熱 量例如被用來防止冷卻庫產(chǎn)生凝露。
在這里，由于從高溫側蒸發(fā)器向強制循環(huán)回路的配管供給溫度較高 的液化了的制冷劑，因而是流動于該配管內的制冷劑中容易產(chǎn)生氣泡、 容易產(chǎn)生氣蝕的狀態(tài)。氣蝕的產(chǎn)生有可能導致噪音的產(chǎn)生或配管受到損 壞。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出來的，本發(fā)明的目的是，抑制在使三
次制冷劑進行強制循環(huán)的泵中產(chǎn)生氣蝕的情況，并利用三次制冷劑循環(huán) 回路很好地防止凝露的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，包括具有散熱部和吸熱部的斯特林制冷
機；靠吸熱部的低溫熱量而被冷卻的冷卻室；對散熱部進行冷卻的二次 制冷劑循環(huán)回路；以及與二次制冷劑循環(huán)回路進行熱交換的三次制冷劑 循環(huán)回^^。優(yōu)選地，還包括將與二次制冷劑循環(huán)回^^的二次制冷劑進4亍 熱交換后的三次制冷劑輸送到加熱對象部的循環(huán)泵。優(yōu)選地，加熱對象 部包括斯特林冷卻庫的開口部和廢水加熱部之中的至少一者。優(yōu)選地， 三次制冷劑循環(huán)回路的內部壓力設定為大氣壓或高于大氣壓。優(yōu)選地， 二次制冷劑循環(huán)回路包括對散熱部進行冷卻的蒸發(fā)器、進行二次制冷劑 與三次制冷劑之間的熱交換的熱交換器、以及對二次制冷劑進行冷卻的 冷凝器，熱交換器與蒸發(fā)器相比設置在二次制冷劑的流通方向下游側， 冷凝器設置在更下游側。優(yōu)選地，二次制冷劑循環(huán)回路與三次制冷劑循
管i熱交換器'中，二次制冷劑的^流通方向與三次制冷劑的流通方向相 反。還包括使二次制冷劑蒸發(fā)而對散熱部進行冷卻的蒸發(fā)器，熱交換器 設置在蒸發(fā)器內。
根據(jù)本發(fā)明，供三次制冷劑進行循環(huán)的三次制冷劑循環(huán)回路是獨立于 連接在高溫側蒸發(fā)器上的二次制冷劑循環(huán)回路的循環(huán)回路，因此，能夠 抑制在使三次制冷劑強制循環(huán)的泵中產(chǎn)生氣蝕的情況，能夠利用強制循 環(huán)很好地防止凝露的產(chǎn)生。


圖1是對本發(fā)明實施方式1的斯特林冷卻庫的概略結構進行展示的 立體圖。
圖2是實施方式1的斯特林冷卻庫的配管系統(tǒng)圖。
圖3是實施方式2的斯特林冷卻庫的立體圖。
圖4是圖3所示斯特林冷卻庫的后視圖。
圖5是圖3所示斯特林冷卻庫的側剖視圖。
圖6是實施方式3的斯特林冷卻庫的配管系統(tǒng)圖。
圖7是實施方式4的斯特林冷卻庫的配管系統(tǒng)圖。
圖8是實施方式5的斯特林冷卻庫的散熱部附近的立體圖。
圖9是實施方式6的斯特林冷卻庫的散熱部附近的立體圖。
圖10是對實施方式7的斯特林冷卻庫的概略結構進行展示的回路圖。
圖11是展示熱交換器的另一個例子的俯視圖。 圖12是展示熱交換器的又一個例子的俯視圖。 附圖標記說明
10冷藏室(冷卻室)，11冷凍室(冷卻室)，13斯特林制冷機， 13a散熱部，13b吸熱部，14 二次制冷劑循環(huán)回路，15蒸發(fā)器，17壓 電泵(循環(huán)泵)，16熱交換器，19a 19c、 20a 20d防凝露管，21廢 水力口熱部。
具體實施例方式
結合圖1至圖9對本發(fā)明的實施方式進行說明。 (實施方式1 )
圖1是對本發(fā)明實施方式1的斯特林冷卻庫100的概略結構進行展示 的立體圖，如圖l所示，斯特林冷卻庫100具有容納冷藏對象物(冷 卻對象物)的冷藏室(冷卻室)10;容納冷凍對象物(冷卻對象物)的、 設置在冷藏室IO下層的冷凍室(冷卻室)11;劃分冷凍室ll和冷藏室 IO并由隔熱材料構成的殼體(分隔壁)12;以及包括散熱部13a和吸熱 部13b的斯特林制冷機13。此外，斯特林冷卻庫100還具有供熱介質 (二次制冷劑)A進行自然循環(huán)的二次制冷劑循環(huán)回路14;使熱介質A 蒸發(fā)而對散熱部13a進行冷卻的蒸發(fā)器15;供熱介質(三次制冷劑)B 進行強制循環(huán)的三次制冷劑循環(huán)回路28;熱交換器16;以及使熱介質B 強制循環(huán)的壓電泵(循環(huán)泵)17。斯特林冷卻庫100還具有存留因除霜 而產(chǎn)生的廢水的、設置在斯特林冷卻庫100的底面?zhèn)鹊慕铀P(存水部) 18。斯特林制冷機13、熱交換器16以及冷凝器34設置在位于斯特林冷 卻庫100的大致中央部的機械室35內。熱交換器16設置在斯特林制冷 機13的上方，冷凝器34也設置在斯特林制冷機13的上方。
如圖1所示，二次制冷劑循環(huán)回路14具有將蒸發(fā)器15的上端部側 與熱交換器16的上表面?zhèn)冗B接起來的、供蒸發(fā)器15內產(chǎn)生的氣態(tài)的熱 介質A流通的氣體管30;將熱交換器16的下表面?zhèn)扰c蒸發(fā)器15的下 端部側連接起來的、供在熱交換器16內冷凝的熱介質A流通的液體管
33。此外，二次制冷劑循環(huán)回路14還具有將蒸發(fā)器15的上端部側與 冷凝器34的上表面?zhèn)冗B接起來的、供蒸發(fā)器15內產(chǎn)生的氣態(tài)的熱介質 A流通的氣體管32;將蒸發(fā)器15的下端部側與冷凝器34的下表面?zhèn)冗B 接起來的液體管31;熱交換器16;冷凝器34。
循環(huán)于二次制冷劑循環(huán)回路14內的熱介質A和循環(huán)于三次制冷劑循 環(huán)回路28內的熱介質B是水或水與乙醇的混合液，不容易凍結。而且， 該二次制冷劑循環(huán)回路14的內部壓力被設定得低于大氣壓，在蒸發(fā)器 15內熱介質A很容易利用散熱部13a的溫度蒸發(fā)。
三次制冷劑循環(huán)回路28具有將熱交換器16的下表面?zhèn)扰c壓電泵 17連接起來的、向下方延伸的高溫管27;對接水盤18內的廢水進行加 熱的廢水加熱部21;防凝露管19a 19c、 20a 20d;低溫管26。三次 制冷劑循環(huán)回路28還具有設置在斯特林制冷機13上方的熱交換器l6。
壓電泵17設置在斯特林冷卻庫100的背面?zhèn)龋掠蝹仍O置有廢水加 熱部21。廢水加熱部21設置在斯特林冷卻庫100的底面?zhèn)?。廢水加熱 部21在斯特林冷卻庫100的下表面呈蜿蜒狀設置。
在廢水加熱部21的下游側設置有防凝露管19a。該防凝露管19a設 置在冷凍室11的前面開口部的側邊部分上，從斯特林冷卻庫100的底 面?zhèn)瘸蛏媳砻鎮(zhèn)妊由?。在防凝露?9a的下游側設置有防凝露管20a。 該防凝露管20a設置在冷藏室10的前面開口部的側邊部分上，從斯特 林冷卻庫100的大致中央部朝向上表面?zhèn)妊由?。在該防凝露?0a的下 游側設置有防凝露管20b。防凝露管20b設置在冷藏室10的前面開口部 的上邊部分上，在防凝露管20b的下游側設置有防凝露管20c。該防凝 露管20c與防凝露管20a相向設置，設置在冷藏室10的前面開口部的側 邊部分上。在該防凝露管20c的下游側設置有防凝露管20d。該防凝露 管20d設置在冷藏室10的前面開口部的下邊部分上，在防凝露管20d 的下游側設置有防凝露管19b。該防凝露管19b設置在冷凍室11的前面 開口部的上邊部分上，在防凝露管19b的下游側設置有防凝露管19c。 該防凝露管19c與防凝露管19a相向設置，設置在冷凍室1的前面開口 部的側邊部分上。
即，在本實施方式中，三次制冷劑循環(huán)回路28的加熱對象部是4矣水 盤18的上表面、以及冷藏室10和冷凍室11的前面開口部即門封接觸 部。此外，在防凝露管19c的下游側設置有低溫管26。該低溫管26從
冷凍室11的前面開口部的下邊側朝向斯特林冷卻庫100的背面?zhèn)妊?br> 伸，并且，從斯特林冷卻庫100的底面?zhèn)瘸蛩固亓掷鋮s庫100的上表 面?zhèn)妊由臁４送?，低溫?6的上端部連接到熱交換器16的上表面?zhèn)取?br> 三次制冷劑循環(huán)回路28的內部壓力被設定為大氣壓或高于大氣壓， 例如設定在1013hPa以上。
圖2是本實施方式1的斯特林冷卻庫100的配管系統(tǒng)圖。如圖2所 示，斯特林冷卻庫100具有一次制冷劑循環(huán)回路44，該一次制冷劑循環(huán) 回路44包括設置在產(chǎn)生低溫熱量的吸熱部13b的低溫側冷凝器42; 冷卻器40;供熱介質C在低溫側冷凝器42與冷卻器40之間進行循環(huán)的 管路43。此外，在冷卻器40的附近，設置有將冷卻器40產(chǎn)生的冷氣供 給到冷凍室和冷藏室的風扇41。
熱交換器16呈中空狀構成，內部填充有熱介質B和非氧化性氣體。 填充在熱交換器16內的非氧化性氣體(非氧化性環(huán)境氣體)，例如可 列舉出氮氣、甲烷、乙烷等。作為非氧化性氣體，并不限于這幾種氣體， 只要是使熱交換器16的壁面不易氧化、不會生銹的氣體即可。此外， 熱交換器16內設置有呈蜿蜒形的二次制冷劑循環(huán)回路14的管路。由此 可確保熱介質A和熱介質B之間進4于熱交換的面積大。
作為如上構成的斯特林冷卻庫100，在圖1中，首先，在蒸發(fā)器15 內熱介質A被散熱部13a的溫度蒸發(fā)。此時，由于二次制冷劑循環(huán)回路 14的內部壓力設定得低于大氣壓，因而熱介質A能夠很好地蒸發(fā)，散 熱部13a很好地得到冷卻。之后，氣態(tài)的熱介質A經(jīng)氣體管30或氣體 管32流入冷凝器34或熱交換器16中。流入冷凝器34的氣態(tài)熱介質A 在冷凝器34內被冷卻而變成液態(tài)，經(jīng)液體管31內返回到蒸發(fā)器15內。 而流入熱交換器16內的氣態(tài)熱介質A,通過與熱介質B進行熱交換而 被冷卻變成液態(tài)，經(jīng)液體管33返回到蒸發(fā)器15內。即，熱介質A在二 次制冷劑循環(huán)回路14內進行自然循環(huán)。
熱介質B在熱交換器16內被熱介質A加熱。此時，由于熱介質B 所流通的三次制冷劑循環(huán)回路28的內部壓力設定在大氣壓以上，因而 熱介質B不容易蒸發(fā)，使得三次制冷劑循環(huán)回路28內不容易產(chǎn)生氣態(tài) 的熱介質B。之后，在熱交換器16內被加熱而變成高溫的熱介質B流 經(jīng)高溫管27并被壓電泵17排出。
之后，被壓電泵17排出的熱介質B首先在廢水加熱部21中對存留
在接水盤18內的廢水進行加熱，使之蒸發(fā)。其次，從防凝露管19a~ 19c、 20a 20d內流過，對冷藏室10以及冷凍室11的門封接觸部(加熱對象 部)附近進行加熱，以抑制凝露的產(chǎn)生。之后，經(jīng)低溫管26內返回到 熱交換器16內。如上所述，熱介質B受壓電泵17的驅動而在三次制冷 劑循環(huán)回路28內進4亍強制循環(huán)。
在這種斯特林冷卻庫100中，與蒸發(fā)器15連通的二次制冷劑循環(huán)回 路14、和三次制冷劑循環(huán)回路28分別獨立構成，使得相互的影響被抑 制到很小的程度。此外，三次制冷劑循環(huán)回路28的內部壓力設定在大 氣壓以上，因而三次制冷劑循環(huán)回路28內不容易產(chǎn)生氣態(tài)的熱介質B。 即，由于三次制冷劑循環(huán)回路28不與蒸發(fā)器15連通，因而不容易產(chǎn)生 氣態(tài)熱介質B,而且由于三次制冷劑循環(huán)回路28的內部壓力在大氣壓以 上，因而從中流通的熱介質B不容易變成氣態(tài)。因此，很難有氣態(tài)熱介 質B被供給到壓電泵17內，可抑制氣蝕的產(chǎn)生。
此外，由于三次制冷劑循環(huán)回路28的內部壓力設定在大氣壓以上， 因而即使壓電元件內形成了氣泡，該氣泡也難以變大，壓電元件仍能夠 很好地振動，可確保壓電泵17的工作效率。再有，二次制冷劑循環(huán)回 路14內的熱介質A在熱交換器16內也會受到冷卻，因而可使冷凝器34 的結構更為緊湊。除此之外，還能夠避免熱交換器16內所填充的氣體 產(chǎn)生收縮等而對三次制冷劑循環(huán)回路28的管路作用過大壓力的情況發(fā) 生。此外，通過熱交換器16內所填充的氣體的收縮或膨脹，可使得熱 介質B在三次制冷劑循環(huán)回路28內穩(wěn)定地進行循環(huán)，使斯特林冷卻庫 100穩(wěn)定地運行。 (實施方式2)
結合圖3至圖5對本發(fā)明的實施方式2進行說明。圖3是本實施方式 2的斯特林冷卻庫200的立體圖，如圖3所示，熱交換器51和冷凝器52 設置在斯特林冷卻庫200的背面?zhèn)?。此外，吸入?3設置在斯特林冷 卻庫200的背面?zhèn)鹊囊粋€側面?zhèn)取Ｔ撐牍?3呈柱狀構成，從斯特林 冷卻庫200的上表面?zhèn)瘸蛳卤砻鎮(zhèn)妊由?，并嵌埋在由隔熱材料制成?殼體12內。
此外，吸入罐53的直徑大于連接在吸入罐53的上端部上的高溫管 27等。并且，該吸入罐53的下端部位于斯特4木冷卻庫200的底面?zhèn)龋?吸入罐53的下端部連接著壓電泵17。再有，吸入罐53內填充了非氧化 性氣體。在該壓電泵17的下游側連接著廢水加熱部21以及防凝露管 19a 19c、 20a-20d,在最下游側連接著低溫管26。該低溫管26連接 到熱交換器51的下端部上。
熱交換器51呈平板狀構成，在斯特林冷卻庫200的背面?zhèn)纫栽谏舷?方向上延伸的方式設置。該熱交換器51具有連接至蒸發(fā)器15的上端部 的氣體管30、以及連接至蒸發(fā)器15的下端部側的液體管33。
冷凝器52具有彼此分離設置的一對頭管52a、 52a;設置在該頭管 52a、 52a之間的、將頭管52a、 52a彼此連接起來的平行管52b。即，該 冷凝器52也與熱交換器51同樣呈平板狀構成。 一對頭管52a之中的一 個頭管52a的下端部連接在氣體管30上，另一個頭管52a的下端部連接 著液體管31。該液體管31連接到蒸發(fā)器"上。頭管5h之間設置有多 根相互隔開等間隔的平行管52b。
圖4是本實施方式2的斯特林冷卻庫200的后視圖，如圖4所示，熱 交換器51和冷凝器52均設置在斯特林制冷機13的上方。冷凝器52的 平行管52b上設置有多個散熱片52c。圖5是本實施方式2的斯特林冷 卻庫200的側剖視圖，如圖5所示，在圖4所示的熱交換器51以及冷 凝器52的周圍設置有管道54。該管道54以至少將熱交換器51的周圍 包圍的狀態(tài)設置，從斯特林冷卻庫200的底面?zhèn)瘸蛏媳砻鎮(zhèn)仍谏舷路?向上延伸。
即，管道54在上下方向上延伸，圖4所示的熱交換器51也沿著管道 54在上下方向上延伸。因此，熱交換器51和管道54均以在上下方向上 延伸的狀態(tài)設置，熱交換器51沿著管道54設置。在管道54的上端部 附近設置有風扇55。除了上述結構之外，其余結構與上述實施方式1的 結構相同，凡相同的結構均賦予相同的附圖標記。
在如上構成的斯特林冷卻庫200中，在蒸發(fā)器15內被加熱了的熱介 質A在熱交換器51和冷凝器52內進行循環(huán)，從而熱交換器51和冷凝 器52周圍的空氣變暖。而由于管道54設置在該熱交換器51和冷凝器 52的周圍，因而在管道54內產(chǎn)生氣流，空氣從管道54的下方向上流動。 再加上風扇55對管道54內的空氣向外進行拉動，因而在管道54內很 好地形成自下向上流動的氣流。依靠管道54內產(chǎn)生的氣流，熱交換器 51和冷凝器52得到冷卻。
此外，在冷凝器52內流通的熱介質A在頭管52a中流通并在平行管
52b內流通。此時，由于平行管52b設置有多根，因而平行管52b與流 動于管道54內的氣流進行接觸的面積較大，使得流通于平行管52b內 的熱介質A得到冷卻。再者，由于平行管52b上設置有多個散熱片52c, 因而流通于平行管52b內的熱介質A可很好地得到冷卻。此外，由于吸 入罐53是嵌埋在殼體12內的，因而可防止吸入罐53內的熱介質B的 熱量向外部散發(fā)。
根據(jù)本實施方式的斯特林冷卻庫200，熱交換器51和冷凝器52呈平 板狀構成，因而可以設置在斯特林冷卻庫200的背面?zhèn)?，再加上吸入?53呈柱狀構成并設置在斯特林冷卻庫200的背面?zhèn)?，因此，可以減小機 械室35的大小而確保冷藏室IO和冷凍室11的大小。
此外，通過在熱交換器5]和冷凝器52的周圍設置管道54并驅動風 扇55,可在管道54內很好地產(chǎn)生氣流，對流通于冷凝器52以及熱交換 器51內的熱介質A進行冷卻。
再有，由于冷凝器52內設置有供熱介質A流通的多個平行管52b, 而且平行管52b上設置有多個散熱片52c，因而能夠對流通于冷凝器52 內的熱介質A很好地進行冷卻，使得冷凝器52能夠緊湊地構成。
此外，由于填充了氣體的吸入罐53設置在三次制冷劑循環(huán)回路28 內，因而與上述實施方式同樣，即便在三次制冷劑循環(huán)回路28內熱介 質B的體積改變或流通的熱介質B產(chǎn)生波動，也能夠通過吸入罐53內 的氣體的收縮或膨脹而使得熱介質B穩(wěn)定地流通。
除此之外，與上述實施方式l同樣，二次制冷劑循環(huán)回路14和三次 制冷劑循環(huán)回路28各自獨立地構成，因而能夠得到與上述實施方式1
相同的作用和效果。 (實施方式3)
結合圖6對本發(fā)明的實施方式3進行說明。圖6是本實施方式3的斯 特林冷卻庫300的配管系統(tǒng)圖，如圖6所示，蒸發(fā)器15上設置有具有 冷凝器和熱交換器的功能的雙層管式熱交換器80，其設置在蒸發(fā)器15 的上方。該雙層管式熱交換器80具有外管81和以小于外管81的直徑 形成的設置在外管引內的內管82。外管81的外周面上設置有多個散熱 片83。此外，外管81與內管82之間連接著二次制冷劑循環(huán)回路14, 內管82上連接著三次制冷劑循環(huán)回路28。即，在雙層管式熱交換器80 的上端部的外管81與內管82之間，連接著二次制冷劑循環(huán)回路"的
氣體管30,雙層管式熱交換器80的下端部的外管81和內管82之間連 接著液體管33。
此外，雙層管式熱交換器80的上端部的內管82上連接著三次制冷 劑循環(huán)回路28的高溫管27,雙層管式熱交換器80的下端部的內管82 上連接著低溫管26。
因此，熱介質A在雙層管式熱交換器80的內管82和外管81之間流 通，并且，熱介質B在內管82內進行循環(huán)，熱介質A的流通方向與熱 介質B的流通方向相反。此外，在雙層管式熱交換器80的附近，設置 有朝向雙層管式熱交換器80吹動空氣的風扇84。
在本實施方式中，設置有設置在雙層管式熱交換器80上的散熱片83 和風扇84,但也可以不設置散熱片83和風扇84而將雙層管式熱交換器 80嵌埋在殼體內。此外，也可以用管道將雙層管式熱交換器80的周圍 包圍。
在這樣構成的斯特林冷卻庫300中，蒸發(fā)器15內所產(chǎn)生的氣態(tài)的熱 介質A從雙層管式熱交換器80的上端部供給到雙層管式熱交換器80 內。在這里，雙層管式熱交換器80是設置在蒸發(fā)器15上方的，因而蒸 發(fā)器15內所產(chǎn)生的氣態(tài)的熱介質A能夠很好地供給到雙層管式熱交換 器80內。另一方面，熱介質B從雙層管式熱交換器80的下端部側流入 雙層管式熱交換器80內。
此時，在流通于內管82內的熱介質B與流通于內管82和外管81之 間的熱介質A之間進^f亍熱交^灸，熱介質A #皮冷卻而熱介質B #皮加熱。 此外，風扇84將外部空氣吹到外管81上，而且外管81上設置有多個 散熱片83,因而流通于外管81與內管82之間的熱介質A被冷卻。因 此，熱介質A在流通于雙層管式熱交換器80內期間被冷卻，熱介質B 被加熱。此外，被加熱的熱介質B流經(jīng)高溫管27并從吸入罐53中通過， 在壓電泵17的作用下在三次制冷劑循環(huán)回路28內進行強制循環(huán)。之 后，流經(jīng)防凝露管19和廢水加熱部再次返回到雙層管式熱交換器80 內。另一方面，熱介質A在從雙層管式熱交換器80內流過后返回到蒸 發(fā)器15內。
在以管道將該雙層管式熱交換器80的周圍圍起來的場合，借助于在 外管81與內管82之間流通的熱介質A的熱量，會在管道內產(chǎn)生氣流。 因此，可利用管道內產(chǎn)生的氣流對雙層管式熱交換器80的外管81的表 面進行冷卻。
根據(jù)本實施方式3的斯特林冷卻庫300，雙層管式熱交換器80具有 熱交換器和冷凝器的功能，因而斯特林冷卻庫300本體以及機械室的結 構可更為緊湊。因此，能夠確保冷藏室和冷凍室的容量。若采用將雙層 管式熱交換器80嵌埋在殼體內的方案，則能夠在不減小殼體內所形成 的冷凍室和冷卻室的容積的情況下設置雙層管式熱交換器80。此外，若 采用雙層管式熱交換器80的周圍設置管道的方案，則能夠對流通于外 管81內的熱介質A很好地進行冷卻。 (實施方式4)
結合圖7對本發(fā)明的實施方式4進行說明。圖7是本實施方式4的斯 特林冷卻庫的配管系統(tǒng)圖，如圖7所示，本實施方式的斯特林冷卻庫400 具有設置在蒸發(fā)器15的上方的雙層管式熱交換器90、管路93以及設置 在管路93的表面上的多個散熱片Wa。
蒸發(fā)器15上設置有向上延伸的氣體管94，在形成于該氣體管94的 上端部的連接部94a上連接著雙層管式熱交換器卯和管路93。雙層管 式熱交換器90具有外管91;以小于外管91的直徑形成的、設置在外 管91內的內管92。外管91與內管92之間連接著二次制冷劑循環(huán)回路 14,內管92上連接著三次制冷劑循環(huán)回路28。
該雙層管式熱交換器90的下端部上設置有連接部90a,該連接部90a 上連接著連接于外管91與內管92之間的液體管96、以及向內管92內 供給熱介質B的低溫管26。
在如上構成的斯特林冷卻庫400中，蒸發(fā)器15內所產(chǎn)生的氣態(tài)熱介 質A流經(jīng)氣體管94向上方轉移。并且，氣態(tài)熱介質A通過連接部94a 進入到雙層管式熱交換器90的外管91與內管92之間并進入到管路93 內。
此外，從連接在連接部90a上的低溫管26向雙層管式熱交換器90 內供給低溫的熱介質B。因此，在雙層管式熱交換器90內，熱介質A 與熱介質B之間進行熱交換。因此，熱介質A被冷卻。再者，流通于管 路93內的熱介質A在從管路93內流過期間向外散熱而被冷卻。此時， 由于管路93上設置有多個散熱片93a,因而熱介質A能夠很好地冷卻。 如上所述，熱介質A不僅在管路93中而且在雙層管式熱交換器90中也 得到冷卻，因而管路93上的散熱片93a不需要設置許多，散熱片93a
的間隔可以設計得比較寬。
根據(jù)本實施方式4的斯特林冷卻庫400，散熱片93a的間隔可以設計 得比較寬，因而能夠減少灰塵在散熱片93a之間的堆積。由于可以減少 灰塵在散熱片93a之間的堆積，因而管路93的散熱功能可長期得到保 證，能夠很好地對熱介質A進行冷卻。另外，由于本實施方式4的斯特 林冷卻庫400與上述實施方式3同樣具有雙層管式熱交換器90，因而能 夠得到與上述實施方式3同樣的作用和效果。 (實施方式5)
結合圖8對本發(fā)明的實施方式5進行說明。圖8是本實施方式5的斯 特林冷卻庫的散熱部附近的立體圖。
如圖8所示，在斯特林制冷機的散熱部13a的周圍，設置有與三次制 冷劑循環(huán)回路28連通的加熱部95、和蒸發(fā)器15。加熱部95是將管路 95a以螺旋狀巻繞在大致呈圓柱形構成的散熱部13a的表面上而構成 的。該管路95a是以與散熱部13a的表面相接近或相接觸的狀態(tài)設置 的。蒸發(fā)器15設置在散熱部13a的周圍，將散熱部13a和加熱部95包 容在內。此外，在蒸發(fā)器15內， 一直到比中央部更靠上的位置都充滿 了熱介質A。此外，加熱部95的一個端部上連接著低溫管26，另一個 端部上連接著高溫管27。
蒸發(fā)器15呈環(huán)形形成并嵌套在散熱部13a上。在蒸發(fā)器15的上端部 上，連接著與未圖示的冷凝器連通的氣體管30、以及供經(jīng)過冷凝器液化 后的熱介質A流通的液體管31。
在如上構成的斯特林冷卻庫中，流通于加熱部95內的熱介質B被散 熱部13a直接加熱，而且還被蒸發(fā)器15內的高溫的熱介質A加熱。因 此，熱介質B被很好地加熱，并且散熱部13a和熱介質A被冷卻。再有， 在加熱部95中的與氣態(tài)熱介質A相接觸的部分，與氣態(tài)熱介質A之間 能夠很好地進行熱交換，對加熱部95內的熱介質B很好地進4亍加熱。 即，由于氣態(tài)熱介質A比液態(tài)熱介質A具有更大的熱量，因而在配置于 熱介質A的液面上方的加熱部95中，熱介質B可/人氣態(tài)熱介質A得到 較多的熱量。除此之外，由于加熱部95與散熱部13a相接近或相^妄觸， 因而可從,文熱部13a直接接受熱量，對流通于加熱部95內的熱介質B 很好地進行加熱。
在本實施方式的斯特林冷卻庫中，熱介質B能夠在蒸發(fā)器15內很好
地被加熱，因而在設置在三次制冷劑循環(huán)回路28中的防凝露管和廢水 加熱部處，能夠很好地防止凝露的產(chǎn)生以及對廢水進行加熱。
此外，由于使熱介質A與熱介質B之間的熱交換在蒸發(fā)器15內進 行，因而不需要設置熱交換器，可使結構更為緊湊，使冷藏室和冷凍室 等的容積得到保證。 (實施方式6)
結合圖9對本發(fā)明的實施方式6進行說明。圖9是實施方式6的斯特 林冷卻庫的散熱部附近的立體圖，如圖9所示，具有設置在斯特林制冷 機的散熱部13a的周圍的、被分割為兩部分的中空狀的蒸發(fā)器15，蒸發(fā) 器15具有兩個部分蒸發(fā)器15a、 15b。該部分蒸發(fā)器15a、 15b呈半圓環(huán) 狀形成，從散熱部13a側面的兩側套在散熱部13a上。即，部分蒸發(fā)器 5a、 15b的徑向內側圓弧形外表面與散熱部13a的外周面相接觸。此外， 在部分蒸發(fā)器15a、 15b內，直到比中央部更靠上方處都填充著熱介質 A。在部分蒸發(fā)器15a、 15b的上端部上，連接著與未圖示的冷凝器連通 的氣體管30、以及供經(jīng)過冷凝器液化后的熱介質A流通的液體管31。
加熱部95具有設置在部分蒸發(fā)器15a內的部分加熱器9&、以及設 置在部分蒸發(fā)器15b內的部分加熱器95b。部分加熱器95c、 95b呈半圓 環(huán)形構成。該部分加熱器95c、95b的徑向內側外表面與部分蒸發(fā)器"a、 15b的徑向內側內表面相分離地設置。因此，在與散熱部13a的表面相 接觸的部分蒸發(fā)器15a、 15b的表面與部分加熱器95c、 95b的徑向內側 表面之間，充滿了熱介質A。
部分加熱器95c、 95b的上端部位于部分蒸發(fā)器15a、 15b的上端部附 近，并位于部分蒸發(fā)器15a、 15b內所填充的熱介質A的液面上方。
在該部分加熱器95c、 95b上，連接著向部分加熱器95c、 95b內供給 熱介質B的低溫管26、以及將被加熱后的熱介質B從部分加熱器95c、 95b內排出的高溫管27。高溫管27在部分蒸發(fā)器15a、 15b內所填充的 熱介質A的液面上方連接在部分加熱器95c、 95b上。
在這樣構成的斯特林冷卻庫中，填充在部分蒸發(fā)器15a、 15b內的熱 介質A被散熱部13a加熱而變成高溫狀態(tài)，并且一部分變成高溫氣體。 因此，部分加熱器95b內的熱介質B可被很好地加熱，另一方面，與熱 介質B之間進行熱交換的熱介質A被冷卻。
再有，部分加熱器95c、 95b的徑向內側周面與部分蒸發(fā)器15a、 15b
的周面之間所充滿的熱介質A對散熱部13a進行冷卻，另一方面該熱介 質A被散熱部13a加熱而變成高溫。因此，部分加熱器95c、 95b的徑 向內側周面被高溫的熱介質A加熱。此外，由于部分加熱器95c、 95b 延伸至部分蒸發(fā)器15a、 15b的上端部附近，而在部分蒸發(fā)器15a、 15b 的上端部附近充滿了高溫的氣態(tài)熱介質A,因而部分加熱器95c、 95b 的上端部附近被高溫的氣態(tài)熱介質A加熱。
此外，在部分加熱器95c、 95b內被加熱了的熱介質B流經(jīng)高溫管27 從部分加熱器95c、 95b排出。此時，由于高溫管27周圍充滿了高溫的 氣態(tài)熱介質A,因而流經(jīng)高溫管27的熱介質B被該氣態(tài)熱介質A很好 地加熱。之后，在三次制冷劑循環(huán)回路28內進行循環(huán)，流經(jīng)廢水加熱 部和防凝露管而對廢水進行加熱并抑制凝露的產(chǎn)生。根據(jù)本實施方式的 斯特林冷卻庫，在結構上與上述實施方式5同樣地進行熱介質A與熱介 質B之間的熱交換，因而能夠得到與上述實施方式5同樣的作用效果。 (實施方式7)
圖10是對本實施方式7的斯特林冷卻庫100的概略結構進行展示的 回路圖。如圖10所示，斯特林冷卻庫100具有供熱介質A進行循環(huán)的 二次制冷劑循環(huán)回路102、以及供熱介質B進行循環(huán)的三次制冷劑循環(huán) 回路IOI。 二次制冷劑循環(huán)回路102具有對圖1所示斯特林制冷機13 的散熱部13a進行冷卻的蒸發(fā)器112;與三次制冷劑循環(huán)回路101的熱 介質B進行熱交換的熱交換器103;對熱介質A進行冷卻的冷凝器123。
熱交換器103設置在蒸發(fā)器112的上方，冷凝器123設置在熱交換器 103的上方。此外，熱介質A這樣進行循環(huán)，即，從蒸發(fā)器112中流出 后流入熱交換器103,從熱交換器103中流出后流入冷凝器123，之后 返回蒸發(fā)器112。即，熱交換器103相對于蒸發(fā)器112設置在熱介質A 的流通方向的下游側，冷凝器123相對于熱交換器103設置在熱介質A 的流通方向的下游側。
此外，蒸發(fā)器112與熱交換器103之間通過配管124A相連接，熱交 換器103與冷凝器123之間通過配管124B相連接。其中，配管124B內 的熱介質A的流通面積L2比配管124A內的熱介質A的流通面積Ll 大。此外，在熱交換器103的下端部與蒸發(fā)器之間，設置有旨在使在熱 交換器103內液化了的熱介質A返回蒸發(fā)器112內的回液管124C。冷 凝器123與蒸發(fā)器112之間連接著配管125。在冷凝器123的附近，設 置有旨在對冷凝器123進行冷卻的風扇126。
三次制冷劑循環(huán)回路101具有使熱介質B強制循環(huán)的壓電泵108; 相對于該壓電泵108設置在熱介質B的流通方向的下游側的防凝露管 110和廢水加熱部111;相對于防凝露管110和廢水加熱部111設置在 熱介質B的流通方向的下游側的熱交換器103;相對于該熱交換器103 設置在熱介質B的流通方向的下游側的吸入罐105。吸入罐105呈在上 下方向上延伸的筒狀形成，在吸入罐105的上端部側儲存著氮氣等環(huán)境 氣體。此外，從吸入罐105的中央部位至下端部側，存留著熱介質B。
吸入罐105內熱介質B的液面位置由填充在三次制冷劑循環(huán)回路101 內的熱介質B的填充量唯一地設定。在該吸入罐105與熱交換器103之 間連4妄著配管104。并且，該配管104的吸入罐105側的開口部104a位 于吸入罐105的上端部側，露出于填充在吸入罐105內的氮氣環(huán)境氣體 中。此外，熱交換器103具有供熱介質B流通的管路103a;以將該管 路103a包覆的狀態(tài)形成的、供熱介質A流通的框體103b。
在這樣構成的斯特林冷卻庫100中，熱介質A在蒸發(fā)器112內被加 熱，其一部分蒸發(fā)。被加熱成高溫的氣態(tài)的熱介質A流經(jīng)配管124A進 入到熱交換器103內。之后，在熱交換器103內，熱介質A與在管路 103a內流通的熱介質B進行熱交換而被冷卻。經(jīng)過該熱交換而液化了的 熱介質A流經(jīng)配管124C返回蒸發(fā)器112內。而熱交換后的氣態(tài)的熱介 質A流經(jīng)配管124B進入到冷凝器123內被冷卻。
如上所述，熱交換器103與冷凝器123在熱介質A的流通方向上依 次串聯(lián)設置，因而無論熱交換器103還是冷凝器123，熱介質A均能夠 從中流通，可使熱介質A很好地得到冷卻。此外，由于配管124B的流 通面積L2比配管124A的流通面積L1大，因而可以減小熱介質A從熱 交換器103流向冷凝器123時的阻力。由此，可抑制熱介質A在熱交換 器103內的滯留，使其很好地朝向冷凝器123流動。
由于熱交換器103相對于冷凝器123設置在熱介質A的流通方向的 上游側，因而能夠以高溫狀態(tài)的熱介質A對熱介質B進行加熱，提高熱 交換效率。在這里，當冷凝器123內產(chǎn)生熱介質A的冷凝時，很容易使 冷凝器123的內部壓力比熱交換器103的內部壓力低。因此，熱交換器 103內的熱介質A容易被吸入冷凝器123內，使得熱介質A能夠在二次 制冷劑循環(huán)回路102內很好地進行循環(huán)。之后，在冷凝器123內被冷卻 并液化了的熱介質A經(jīng)由配管125被供給到蒸發(fā)器112內。
熱介質B在熱交換器103內與熱介質A進行熱交換而被加熱。之后， 流經(jīng)配管104進入吸入罐105內。在該吸入罐105內，熱介質B中所含 有的氣體^皮分離出來。在這里，配管104的開口部104a是露出于環(huán)境 氣體中的，因而開口部104a附近處于未施加有外部壓力的狀態(tài)。因此， 轉移到開口部104a附近的氣泡能夠很好地被排出到吸入罐105內。這 樣一來，三次制冷劑循環(huán)回路IOI內的氣泡等可在吸入罐105內分離出 來。熱介質B經(jīng)由連接在吸入罐105的下端部側的配管1(H朝向壓電泵 108流動。
之后，熱介質B被壓電泵108加壓，并朝向防凝露管110以及廢水 加熱部lll排出。通過熱介質B在防凝露管110內的流通，對冷凍室和 冷藏室的門封接觸部及其附近進行加熱，抑制凝露的產(chǎn)生。另外，通過 熱介質B在廢水加熱部111內的流通，對廢水進4亍加熱而使其蒸發(fā)。從 防凝露管IIO以及廢水加熱部111中流過的熱介質B此后被供給到熱交 換器103內，再次被加熱。
圖11是展示熱交換器103的另一個例子的俯視圖。圖ll所示的熱交 換器103具有彼此相向設置的主管路134、 135;將該主管路134、 135 之間連接起來的多個副管路136;內管132。內管132在各副管路136 內通過而呈蜿蜒形彎曲。
在這樣構成的熱交換器103中，將在圖IO所示的蒸發(fā)器112內被加 熱了的熱介質A從主管路134向熱交換器103內供給。之后，熱介質A 從副管路136內流過并從主管路135朝向圖10所示的冷凝器123流動。 在這里，由于該熱交換器103具有供熱介質A流通的多個副管路136, 因而能確保熱介質A的流通面積較大。因此，熱介質A的流通阻力小， 熱介質A能夠很好地在熱交換器103內流通。
此外，供熱介質B流通的內管132是以從各副管路l36內穿過的方 式設置的。熱介質A與熱介質B之間的熱交換在副管路136內的內管 132的表面進行，另一方面，內管132設置在副管路136內，因而確保 了進行熱交換的面積較大，可提高熱交換效率。再有，由于熱介質A很 好地流通，熱介質A與熱介質B之間的熱交換效率可得到進一步提高。
圖12是展示熱交換器103的又一個例子的俯視圖。該熱交換器103 具有相向設置的主管路134、 135;設置在該主管路134、 135之間的 多個副管路136;設置在副管路136的表面上的蜿蜒管137。蜿蜒管137 在與副管路136相交叉的方向上延伸，并在副管路136上進行折返而呈 蜿蜒狀形成。因此，能夠確保蜿蜒管137與副管路136之間的接觸面積 較大。
熱介質A從主管路134側進入熱交換器103內，并且熱介質B在蜿 蜒管137內流通。由此，在蜿蜒管137與副管路136之間的接觸面上進 行熱介質A與熱介質B的熱交換。由于這種熱交換器103是將蜿蜒管 137設置在副管路136的表面上而形成的，因而容易制造。再有，對蜿 蜒管137的形狀例如彎曲次數(shù)等進行調整，便可對副管路136與蜿蜒管 137之間的接觸面積進行調整，能夠很容易地對熱介質A與熱介質B之
間的熱交換效率進行調整。
在如上構成的斯特林冷卻庫100中，如圖10所示，熱交換器103和 冷凝器123是在熱介質A的流通方向上依次設置的，因而能夠確保熱介 質A的循環(huán)。與此同時，能夠對圖1所示的斯特林制冷機13的散熱部 13a很好地進行冷卻。此外，由于熱介質A能夠^艮好地進行循環(huán)，因而 能夠提高熱交換器103內熱介質A與熱介質B的熱交換效率。而由于如 上所述能夠提高熱介質A與熱介質B的熱交換效率，因而能夠很好地抑 制凝露的產(chǎn)生，使廢水很好地氣化。
此外，由于配管104的開口部104a露出于吸入罐105的環(huán)境氣體之 中，因而能夠使三次制冷劑循環(huán)回路101內的氣泡在吸入罐105內很好 》也分離出來。
此外，由于能夠抑制氣泡在三次制冷劑循環(huán)回路101內的滯留，因 而能夠使熱介質B很好地進行循環(huán)。
以上就本發(fā)明的實施方式進行了說明，但發(fā)明人從最初便設想到可 以將上述各實施方式的方案適當進行組合。此外，此次7>開的實施方 式，其所有要點均只是列舉的例子，應當認為它們并不具有限制性。本 發(fā)明的保護范圍如權利要求書所述，還包括與權利要求書等同的意思和 范圍內的所有變型。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明適用于斯特林冷卻庫。
權利要求
1.一種斯特林冷卻庫(100)，其特征是，包括具有散熱部(13a)和吸熱部(13b)的斯特林制冷機(13)；靠所述吸熱部(13b)的低溫熱量而被冷卻的冷卻室(10)；對所述散熱部(13a)進行冷卻的二次制冷劑循環(huán)回路(14)；以及與所述二次制冷劑循環(huán)回路(14)進行熱交換的三次制冷劑循環(huán)回路(28)。
2. 如權利要求1所述的斯特林冷卻庫(100)，其特征是，還包括將 與所述二次制冷劑循環(huán)回路(14)的二次制冷劑(A)進行熱交換后的 三次制冷劑(B)輸送到加熱對象部的循環(huán)泵(17)。
3. 如權利要求2所述的斯特林冷卻庫(100)，其特征是，所述加熱 對象部包括所述斯特林冷卻庫(100)的開口部和廢水加熱部(21)之 中的至少一者。
4. 如權利要求1所述的斯特林冷卻庫(100),其特征是，所述三次 制冷劑循環(huán)回路(28)的內部壓力設定為大氣壓或高于大氣壓。
5. 如權利要求1所述的斯特林冷卻庫(100),其特征是， 所述二次制冷劑循環(huán)回路(14)包括對所述散熱部(13a)進行冷卻的蒸發(fā)器(15)、 進行所述二次制冷劑(A)與所述三次制冷劑(B)之間的熱交換的 熱交換器(16)、以及對所述二次制冷劑(A)進行冷卻的冷凝器(34)， 所述熱交換器(16)與所述蒸發(fā)器(15)相比設置在所述二次制冷劑 (A)的流通方向的下游側，所述冷凝器(34)設置在更下游側。
6. 如權利要求1所述的斯特林冷卻庫(100),其特征是，所述二次 制冷劑循環(huán)回路(14)與所述三次制冷劑循環(huán)回路(28)之間的熱交換 通過雙層管式熱交換器(80)進行。
7. 如權利要求6所述的斯特林冷卻庫(100),其特征是，在所述雙 層管式熱交換器中，所述二次制冷劑(A)的流通方向與所述三次制冷 劑(B)的流通方向相反。
8. 如權利要求1所述的斯特林冷卻庫(100),其特征是， 還包括使所述二次制冷劑(A)蒸發(fā)而對所述散熱部(13a)進行冷卻的蒸發(fā)器(15),所述熱交換器(16)設置在所述蒸發(fā)器(15)內。
全文摘要
斯特林冷卻庫(100)包括具有散熱部(13a)和吸熱部(13b)的斯特林制冷機(13)；靠吸熱部(13b)的低溫熱量而被冷卻的冷卻室；對散熱部(13a)進行冷卻的二次制冷劑循環(huán)回路；以及與二次制冷劑循環(huán)回路進行熱交換的三次制冷劑循環(huán)回路。
文檔編號F25B9/14GK101208566SQ200680022839
公開日2008年6月25日 申請日期2006年6月8日 優(yōu)先權日2005年6月23日
發(fā)明者張恒良, 藤原啟司 申請人:夏普株式會社