JP2004044899A

JP2004044899A - 家庭用冷蔵庫の除霜ヒータ

Info

Publication number: JP2004044899A
Application number: JP2002202434A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kobayashi; 小林　秀雄
Original assignee: Kobayashi Engineering Works Ltd
Current assignee: Kobayashi Engineering Works Ltd
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12
Also published as: CN1467467A; KR20040007207A

Abstract

【目的】可燃性のＨＣ冷媒を用いた家庭用冷蔵庫に適合する低コストで加熱効率が高く、安全性に優れた除霜ヒータを提供する。
【構成】家庭用冷蔵庫の除霜ヒータ２０は、耐熱性のガラス管７と、前記ガラス管７内に挿通した電熱線６と、前記ガラス管７を緩挿してその外周を囲む金属管１１と、前記ガラス管７の両端から引き出された前記電熱線６のリード線部１３を支持するとともに前記金属管１１と前記ガラス管７の双方の両端開口を略密閉する耐熱シールキャップ１２、１２と、を有する外側の金属管１１と内側のガラス管７との２重構造であり、放熱効率の高い金属管１１の外表面温度をＨＣ冷媒の発火温度−１００℃の安全基準温度未満に維持する構成。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は家庭用冷蔵庫（家庭用の冷凍冷蔵庫、冷凍庫を含む）の蒸発器（冷却器）に付着した氷、霜を加熱して溶かし除去する除霜ヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、家庭用冷蔵庫（家庭用の冷凍冷蔵庫、冷凍庫を含む総称。）の冷媒としてフロンガスＲ１２が使用されてきたが、先のオゾン層破壊防止のためのフロン規制で代替フロンＲ１４３ａに変更され、さらにＣＯＰ３における地球温暖化防止の京都議定書の採択から、上記代替フロンＲ１４３ａに代わるノンフロン冷媒のＨＣ（Ｈｙｄｒｏ　Ｃａｒｂｏｎ）冷媒に変更される方向に進んでいる。
【０００３】
そして２００２年より、上記ＨＣ冷媒として有力視されているＨＣ冷媒Ｒ６００ａのイソブタン（ＣＨ_３）_３ＣＨの採用が一部の家庭用冷蔵庫で始まっている。
【０００４】
尤も、上記ＨＣ冷媒Ｒ６００ａは発火温度４９４℃の可燃性で、爆発下限１．８％Ｖ／Ｖであって、その取り扱いには十分な安全対策が要求される。
【０００５】
この点、日本電機工業会（ＪＥＭＡ）の自主基準である炭化水素系冷媒適用冷蔵庫の安全性及び一般要求事項においては、電気部品の近傍で漏洩冷媒の濃度が前記爆発下限の７５％を超えてはならず、漏洩したＨＣ冷媒に曝されるものの表面の温度は、冷媒の発火温度から１００Ｋを減じた温度（ＪＥＭＡ自主基準温度）を超えてはならないとしている。
【０００６】
現在の家庭用冷蔵庫は、通常は１個又は独立した２個の蒸発器（冷却器）及びファンが冷蔵庫の背面側に設置されており、且つ前記蒸発器の表面に付着した霜、氷を除去するための除霜ヒータが各蒸発器の下方に配置され、さらにその下方にドレンパン（ｄｒａｉｎ　ｐａｎ；露受皿）が配置されている構造が一般である。例えば図１３はボトムフリーザタイプの家庭用冷蔵庫の野菜室近辺を示す内部構造図であり、野菜室１の背面側に冷気を強制的に野菜室１やその上の図示しない冷蔵室に送出するファン２と、蒸発器３と、該蒸発器３の下方に除霜ヒータ５と、さらにその下にドレンパン９が設置されている構造となっている。図１６に除霜ヒータ５の配置模式図を示す。
【０００７】
上記家庭用冷蔵庫の除霜ヒータ５は前記蒸発器２の除霜を２０〜３０分程度の短時間で効率的に行う必要があり、現在の主流である幅約６００ｍｍで内容積３００〜４２０リットルの家庭用冷蔵庫では、図１４の構造図に示されるような、９０Ｗ〜１５０Ｗ程度の電熱線（コイルヒータ）６を、外直径１０．５ｍｍ程度で長さ３００ｍｍ程度の透明なガラス管（円筒管である。）７に挿通して両端開口を耐熱シールキャップ８で図示されない直径１ｍｍ程度の内部ガス（蒸気）抜き孔を除いてほぼ密閉した構造の所謂ラジアント（輻射）ヒータ１０が主に使用されている。
【０００８】
この従来のラジアントヒータ１０は、ガラス管７の表面温度が開放空だき状態では４５０℃程度になり、新しいノンフロン冷媒であるＨＣ冷媒Ｒ６００ａを使用する家庭用冷蔵庫に対しては前記ＪＥＭＡ自主基準温度（発火温度４９４℃−１００℃＝３９４℃）を満たさない。
【０００９】
そこで、新しいＨＣ冷媒Ｒ６００ａに適合する除霜ヒータとして、従来のラジアントヒータ１０の１重のガラス管を２重にして表面積の広い直径の大きな外側のガラス管（外直径２０ｍｍ程度）の表面温度をＪＥＭＡ自主基準温度３９４℃未満に抑えるように改良を加えた２重ガラス管構造のラジアントヒータが考案されて２００２年に市販されたＨＣ冷媒使用の新しい家庭用冷蔵庫に採用されている。この改良は、同じ発熱量であればヒータとしての表面積（外側のガラス管の表面積）が広いほど単位面積当たりの放熱量が小さくなって表面温度が低くなることに因っている。
【００１０】
図１５は外直径１０．５ｍｍの内側ガラス管（肉厚１．０ｍｍ）と外直径２０ｍｍ（肉厚１．８ｍｍ）の外側ガラス管を備える２重ガラス管構造のラジアントヒータ（アルミ傘付）の開放空だき試験での外側ガラス管の表面温度の加熱時間に対する温度変化を表したグラフである（ヒータ容量１３０Ｗ（１００Ｖ）、室温２７℃）。
【００１１】
上記グラフから判るように１０分を超えた辺りからＨＣ冷媒Ｒ６００ａのＪＥＭＡ自主基準温度３９４℃を下回る温度（３５２℃）に安定している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＨＣ冷媒Ｒ６００ａ（イソブタン）を採用した家庭用冷蔵庫の除霜ヒータとしての新しい２重ガラス管構造のラジアントヒータは、ガラス管（耐熱性であり且つ輻射効率の高い熱透過性に優れた材質である。）そのものが高価であって、かなりのコスト上昇を伴っている。
【００１３】
また、上記従来の１重ガラス管構造のラジアントヒータ１０や上記２重ガラス管構造のラジアントヒータは、高温になったガラス管の表面に蒸発器３の融解した冷水がかかると急冷されてヒートショックでひび割れが生じる恐れがあり、また、落下してくる氷片でガラス管が破壊される恐れもあるので、その対策として図１３及び図１６の配置模式図に示されるように除霜ヒータ５の上方を傘（一般にアルミ傘）４で覆って蒸発器３から垂れ落ちる氷片によるガラス管の破損を防止する構成となっている。なお、図１４のラジアントヒータ１０のように両端のシールキャップ８に傘４の両端を掛止してガラス管７の上方に付設した構成もある。
【００１４】
而して、傘４の設置は余分なスペースとコスト高、更には加熱効率の低下をもたらし、ラジアント（輻射）とは言うものの輻射熱は直接に蒸発器３に加わるのではなく、前記傘４に遮られて結局は大方が空気中を伝わっての熱伝導又は対流によって蒸発器３を加熱して除霜しているのである。
【００１５】
また、図１４のように除霜ヒータ自身が剥き出しのガラス管構造であるために割れる危険があって、その取り扱い、設置の際には相当の注意を要することになる。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、可燃性ガスであるＨＣ冷媒、特にＲ６００ａ（イソブタン）を冷媒として使用する家庭用冷蔵庫に好適な、表面温度をＪＥＭＡ自主基準温度未満に抑えるとともに低コストで取り扱い面、加熱効率に優れた除霜ヒータを提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、
（１）ガラス管と、前記ガラス管内に挿通した電熱線と、前記ガラス管を緩挿してその外周を囲む金属管と、前記ガラス管の両端から引き出された前記電熱線のリード線部を支持するとともに前記金属管の両端開口又は前記金属管と前記ガラス管の双方の両端開口を略密閉する耐熱シールキャップと、を有することを特徴とする家庭用冷蔵庫の除霜ヒータを提供する。
【００１８】
（２）前記金属管が肉厚０．５ｍｍ〜３ｍｍ且つ最大外直径１８ｍｍ〜５０ｍｍのアルミ管であることを特徴とする上記（１）に記載の家庭用冷蔵庫の除霜ヒータを提供する。
【００１９】
（３）前記金属管の断面外形状が角形であることを特徴とする上記（１）に記載の家庭用冷蔵庫の除霜ヒータを提供する。
【００２０】
（４）前記金属管の外表面にフィン加工が施されていることを特徴とする上記（１）に記載の家庭用冷蔵庫の除霜ヒータを提供する。
【００２１】
（５）前記金属管の外表面に金属製ドレンパンと連結する接続金属板が延設されていることを特徴とする上記（１）に記載の家庭用冷蔵庫の除霜ヒータを提供する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る家庭用冷蔵庫の除霜ヒータの実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明に係る第１の実施形態の除霜ヒータの構造を示す図、図２は第２の実施形態の除霜ヒータの構造を示す図である。図３は本発明に係る除霜ヒータの中央部の断面構造図の例である。図４は本発明に係る除霜ヒータ及び従来の１重ガラス管構造のラジアントヒータの開放空だき試験の加熱時間に対する表面温度変化を示すグラフである。図５、図６、図７は本発明に係る除霜ヒータとドレンパン底面の冷蔵庫ダクト構造内空だき試験の加熱時間に対する表面温度変化を示すグラフである。図８は冷蔵庫ダクト構造の氷結した蒸発器の下方に設置した状態下での本発明の除霜ヒータ各部の加熱時間に対する温度変化を示すグラフである。図９及び図１０は本発明に係る除霜ヒータの配置例である。図１１は本発明に係る除霜ヒータの第３の実施形態の中央部縦断面構造図である。図１２は本発明に係る除霜ヒータの第４の実施形態の中央部横断面構造図である。
【００２４】
先ず、図１又は図２に示されるように、本発明の家庭用冷蔵庫の除霜ヒータ２０、３０は、耐熱性のガラス管７と、前記ガラス管７内に挿通した電熱線６と、前記ガラス管７を緩挿してその外周を囲む金属管１１と、前記ガラス管７の両端から引き出された前記電熱線６のリード線部１３を支持するとともに前記金属管１１の両端開口（図２）又は前記金属管１１と前記ガラス管７の双方の両端開口（図１）を略密閉する耐熱シールキャップ１２、１２と、を有する外側の金属管１１と内側のガラス管７との２重構造であり、金属管１１の外表面の表面積を大きくして外表面温度を下げる構造を基本とする。なお、図２のガラス管７の両端開口を封止しているのは例えば耐熱性に優れるセラミック封止部材１４である。
【００２５】
上記除霜ヒータ２０、３０は外側がガラス管ではなく金属管１１で構成されているため、前記蒸発器３からの氷片の落下で破損する恐れはない。このため従来のラジアントヒータ１０が必要としていた傘４が不要となり、図９のように蒸発器３とドレンパン９の間に近接して除霜ヒータ２０（３０）を配置することができる。また、図１０のように蒸発器３に金属管を接触させて除霜ヒータ２０（３０）を取り付けることも可能になり、加熱効率を格段に向上させることができる。なお、既存の蒸発器３に接触させて配置する場合には、金属管１１の断面形状を角形にすると接触面積が広く取れて直接の熱伝導による加熱効率が高くなる利点がある。
【００２６】
勿論、高温になった金属管１１内部、内側のガラス管７、電熱線６はシリコン等の耐熱性シールキャップ１２で略密閉されているため、ＨＣ冷媒Ｒ６００ａが仮に漏洩しても発火温度以上に高温になっているヒータ内部に侵入して内部のＨＣ冷媒濃度が爆発下限の半分にまで至ることは無く安全である。
【００２７】
上記ガラス管７としては、従来のラジアントヒータ１０と同様な耐熱性に優れた丸管を使用する。また、耐熱シールキャップ１２にはシリコンシールキャップ（形状は任意で適宜成形加工する。）が好適である。また、電熱線６には従来と同様なコイルヒータを採用する。また、上記金属管１１には熱伝導率の高い銅管やアルミ管等種々が適用可能であるが、加工性、低コスト、軽量であること等の利点からアルミ管が最適である。その断面外形状は、図３の（ａ）に示されるような肉厚ｔ＝０．５ｍｍ〜３ｍｍ且つ外直径φ１８ｍｍ〜５０ｍｍの断面円形の丸管、又は図３の（ｂ）に示されるような肉厚ｔ＝０．５ｍｍ〜３ｍｍ且つ最大外直径ｄ＝１８ｍｍ〜５０ｍｍの４角、６角等の角形が典型的形態である。上記範囲がＨＣ冷媒、特にＲ６００ａ（イソブタン）を冷媒として使用する家庭用冷蔵庫の除霜ヒータとして好適な表面温度及び除霜時間を実現する。
【００２８】
図４は従来の１重ガラス管（φ１０．５ｍｍ、肉厚１ｍｍ）アルミ傘付の前記ラジアントヒータ１０と、本発明のφ１０．５ｍｍ、肉厚１ｍｍのガラス管と、φ１８ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミ管からなる除霜ヒータと、φ１０．５ｍｍ、肉厚１ｍｍのガラス管と、φ２５ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミ管からなる除霜ヒータ（何れも１００Ｖ、１３０Ｗ）の開放空だき試験を行った加熱時間対表面温度のグラフである（それぞれ◆点、■点、▲点で実測点を表す）。
【００２９】
本図から明らかなように従来のラジアントヒータ１０（◆点）は直ぐにＪＥＭＡ自主基準温度３９４℃を超えてしまうが、本発明の除霜ヒータ（■点、▲点）は何れもＪＥＭＡ自主基準温度を超えない温度３２４℃、２６２℃近辺に８分程度で安定する。図から判るように、アルミ管の外径を大きくすると表面温度は下がるが、余りに直径φを太くして管内部のガラス管７との空隙を大きくすると、ヒータ本体としての蓄熱容量が増えてしまい、同じ単位時間当たりの発熱量に対してアルミ管の外表面が加熱されにくくなって、短時間での蒸発器３の除霜という本来の目的が達せられなくなる。したがって、短時間の除霜を旨とする除霜ヒータとしてはアルミ管の太さはＪＥＭＡ自主基準温度との兼ね合いで概ね円筒管であれば肉厚０．５ｍｍ〜３ｍｍ、外直径φ１８ｍｍ〜３０ｍｍが好ましい範囲と言える。
【００３０】
図５、図６、図７はそれぞれ１００Ｖで１５０Ｗ、１３０Ｗ、９８Ｗの発熱容量の本発明の除霜ヒータ（外径１０．５ｍｍ、肉厚１．００ｍｍ、長さ３１０ｍｍのガラス管と、肉厚２ｍｍ、２０ｍｍ×２０ｍｍの４角形断面で長さ２８５ｍｍのアルミ管）の冷蔵庫ダクト構造内空だき試験（室温２３℃）の加熱時間に対するアルミ管の外表面（◆点）、ドレンパン底面（■点）の温度変化を示すグラフである。グラフより９８Ｗ、１３０Ｗ、１５０Ｗ何れもＪＥＭＡ自主基準温度３９４℃を満たすことが判る。▲点は安定後のシールキャップ側面温度である。
【００３１】
次に、図８は冷蔵庫ダクト構造の氷結した蒸発器の下方に設置した状態下での本発明の除霜ヒータ（１００Ｖで１５０Ｗ、アルミ管肉厚２ｍｍ、２０ｍｍ×２０ｍｍの４角形断面、長さ２８５ｍｍ）各部の加熱時間に対する温度変化を示すグラフである（室温２３℃）。
【００３２】
当該グラフから判るようにアルミ管内部温度（◆点）はＪＥＭＡ自主基準温度３９４℃を超えて４８０℃程度になるが、アルミ管表面温度（■点）は３２０℃程度に抑えられてＪＥＭＡ自主基準温度未満に安定している。耐熱シールキャップの側面温度は８５分後において１１７℃（●点）であった。現実の条件下でも１５０Ｗにおいて十分なクリアランスをもってＪＥＭＡ自主基準温度を満たすことが判る。
【００３３】
次に、第３の実施の形態として、前記金属管１１の放熱性を高める手段として内径は１８ｍｍ程度にして図１１に示されるように金属管の外周面に凹凸のフィン２２を設けた金属管２１を採用することにより、金属管２１の外表面積を増大させて金属管２１の内側の熱を停滞させることなく放出させて表面温度を低下させることも好ましい形態として考えられる。このフィン２２の成形はアルミ管等の金属管の転造加工でできる。
【００３４】
次に、第４の実施の形態として、図１２に示されるように前記除霜ヒータの金属管１１の外表面にアルミ等の金属製のドレンパン９と連結する接続金属板（アルミ板や銅板）１８が延設されている構造（図のように接続金属板１８が金属管１１の一部として構成されていてもよい。）とすれば、ドレンパン９と金属管１１が熱伝導による熱的一体化が実現して、言わばドレンパン９がフィンの役目を果たしてドレンパン表面の全部又は一部をヒータ化することができる。而して広大な面積を比較的低温（１００℃弱）に加熱することができ、蒸発器の下方に近接して配置すれば、コンパクトで良好な加熱効率と高い安全性を備える除霜ヒータとなる。
【００３５】
本発明の除霜ヒータは家庭用冷凍冷蔵庫の前記蒸発器３の近傍の任意の位置に取り付けられるが（図９、図１０参照）、何れにしても、従前のラジアントヒータ１０と蒸発器３との間にあった傘４が無いので、少なくとも３０％程度の省エネルギーが実現できると考えられる。
【００３６】
なお、本発明における内側のガラス管７は従来のようなラジアントを目的としておらず、電熱線６を内部に保持して熱による電熱線の弛みによる漏電を防止する目的で使用しているのであり、ラジアントヒータほど品質に拘泥する必要はなくコスト低減が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る家庭用冷蔵庫の除霜ヒータは上記のように構成されており、
（１）外周が略密閉された金属管で覆われているので、可燃性のノンフロン冷媒を用いた家庭用冷蔵庫の蒸発器の除霜ヒータとして発火の恐れ、破損の恐れがなく安全性が高いという優れた効果を有する。
（２）特に、ＨＣ冷媒Ｒ６００ａ（イソブタン）に対してＪＥＭＡ自主基準温度の３９４℃を十分なクリアランスをもって達成する。
（３）従来のラジアントヒータに必要であった傘が不要であって、加熱効率が高い。
（４）蒸発器に対して接触させて配置可能であり、加熱効率を高くできる。
（５）金属製のドレンパンに熱的接続が可能であり、ヒータとして一体化して表面積が拡大され、高い放熱効果が得られる。
（６）２重ガラス管構造のラジアントヒータよりも安価であり、取り扱いが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る第１の実施形態の除霜ヒータの構造を示す図
【図２】第２の実施形態の除霜ヒータの構造を示す図
【図３】本発明に係る除霜ヒータの中央部の断面構造図
【図４】本発明に係る除霜ヒータ及び従来の１重ガラス管構造のラジアントヒータの開放空だき試験の加熱時間に対する表面温度変化を示すグラフ
【図５】本発明に係る除霜ヒータ（１００Ｖで１５０Ｗ）とドレンパン底面の冷蔵庫ダクト構造内空だき試験の加熱時間に対する表面温度変化を示すグラフ
【図６】本発明に係る除霜ヒータ（１００Ｖで１３０Ｗ）とドレンパン底面の冷蔵庫ダクト構造内空だき試験の加熱時間に対する表面温度変化を示すグラフ
【図７】本発明に係る除霜ヒータ（１００Ｖで９８Ｗ）とドレンパン底面の冷蔵庫ダクト構造内空だき試験の加熱時間に対する表面温度変化を示すグラフ
【図８】冷蔵庫ダクト構造の氷結した蒸発器の下方に設置した状態下での本発明の除霜ヒータ各部の加熱時間に対する温度変化を示すグラフ
【図９】本発明に係る除霜ヒータの配置例
【図１０】本発明に係る除霜ヒータの配置例
【図１１】本発明に係る除霜ヒータの第３の実施形態の中央部縦断面構造図
【図１２】本発明に係る除霜ヒータの第４の実施形態の中央部横断面構造図
【図１３】ボトムフリーザタイプの家庭用冷蔵庫の野菜室近辺を示す内部構造図
【図１４】従来の１重ガラス管構造のラジアントヒータの構造図
【図１５】従来の除霜ヒータ（アルミ傘付）の配置模式図
【図１６】２重ガラス管構造のラジアントヒータ（アルミ傘付）の開放空だき試験での外側ガラス管の表面温度の温度変化を表したグラフ
【符号の説明】
１　　　野菜室
２　　　ファン
３　　　蒸発器
４　　　傘（アルミ傘）
５、２０、３０　　　除霜ヒータ
６　　　電熱線
７　　　ガラス管
８、１２　　　耐熱シールキャップ
９　　　ドレンパン
１０　　　ラジアントヒータ
１１、２１　　金属管
１３　　　電熱線のリード線部
１４　　　セラミック封止部材
１８　　　接続金属板
２２　　　フィン
ｔ　　　肉厚
φ　　　外直径
ｄ　　　最大外直径

Claims

ガラス管と、前記ガラス管内に挿通した電熱線と、前記ガラス管を緩挿してその外周を囲む金属管と、前記ガラス管の両端から引き出された前記電熱線のリード線部を支持するとともに前記金属管の両端開口又は前記金属管と前記ガラス管の双方の両端開口を略密閉する耐熱シールキャップと、を有することを特徴とする家庭用冷蔵庫の除霜ヒータ。
前記金属管が肉厚０．５ｍｍ〜３ｍｍ且つ最大外直径１８ｍｍ〜５０ｍｍのアルミ管であることを特徴とする請求項１に記載の家庭用冷蔵庫の除霜ヒータ。
前記金属管の断面外形状が角形であることを特徴とする請求項１に記載の家庭用冷蔵庫の除霜ヒータ。
前記金属管の外表面にフィン加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載の家庭用冷蔵庫の除霜ヒータ。
前記金属管の外表面に金属製ドレンパンと連結する接続金属板が延設されていることを特徴とする請求項１に記載の家庭用冷蔵庫の除霜ヒータ。