JP2004044899A - 家庭用冷蔵庫の除霜ヒータ - Google Patents
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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
【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(CH3)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
【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(CH3)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 (5)
- 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。
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