JP2005257267A - 除霜手段を備えた蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】可燃性冷媒を使用した冷凍サイクルにおいて、可燃性冷媒が漏洩した環境下で除霜が行われた時に着火防止を図る。
【解決手段】ガラス管ヒータ１１５の外郭に合わせ、フィン１２６の端部に折曲部１２８を設けたので、ガラス管ヒータ１１５の外殻との接触面積がさらに増加し、熱伝導効率が上がることにより、さらに除霜効果が向上するとともに、発熱量は変えずに前記ガラス管ヒータ１１５の表面温度をさらに低くすることができ、ガラス管ヒータ１１５の表面温度を可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。
【選択図】図５

Description

本発明は可燃性冷媒を使用した冷凍サイクルに用いる蒸発器の除霜に関するものである。

近年、可燃性冷媒を使用した冷蔵庫に関するものとしては、特許文献１に示すような例が挙げられる。

以下、図面を参照しながら上記従来の冷蔵庫を説明する。図１６は、従来の冷蔵庫の要部縦断面図である。図１６において、１は冷蔵庫本体、２は冷蔵庫本体１の内部にある冷凍室、３は冷蔵庫本体１の内部にある冷蔵室、４は冷凍室扉、５は冷蔵室扉、６は冷凍室２と冷蔵室３を仕切る仕切壁、７は冷凍室２内の空気を吸い込む冷凍室吸込口、８は冷蔵室３内の空気を吸込む冷蔵室吸込口、９は冷気を吐出する吐出口、１０は蒸発器、１１は冷気を循環させるファン、１２は蒸発器１０と冷凍室２を仕切る蒸発器仕切壁、１３は桶、１４は排水口、１５はニクロム線をコイル状にしたものをガラス管で覆ったガラス管ヒータ、１６は除霜水がガラス管ヒータ１５に直接滴下して接触するときに発する蒸発音を防止するための屋根、１７は桶１３と除霜用管ヒータ１５の間に設置され絶縁保持された金属製の底板である。１８は蒸発器出口部に設けたアキュームレータである。

次に動作について説明する。冷凍室２や冷蔵室３を冷却する場合は、蒸発器１０に冷媒が流通して蒸発器１０が冷却される。これと同じくしてファン１１の作動により、冷凍室吸込口７や冷蔵室吸込口８から冷凍室２や冷蔵室３の昇温空気を冷却室２０に送り、蒸発器１０で熱交換して冷却されて吐出口９から冷却風を冷凍室２内に送り、冷凍室２から図示していない連通口を通って冷蔵庫に冷気を送る。ここで、蒸発器１０と熱交換する空気は、冷凍室扉４及び冷蔵室扉５の開閉による高温外気の流入や冷凍室２及び冷蔵室３の保存食品の水分の蒸発等により高湿化された空気であることから、その空気より低温である蒸発器１０に空気中の水分が霜となって着霜する。一方アキュームレータ１８は、冷却運転中の冷媒不足を防止したり、あるいは液冷媒が圧縮機に直接帰って圧縮機を損傷することを防止したり、あるいは冷媒流音の防止を図るものである。

このように、蒸発器１０が着霜すると着霜量が増加するに従って蒸発器１０表面と熱交換する空気との伝熱が阻害されると共に通風抵抗となって風量が低下するために熱通過率が低下して冷却量不足が発生する。

このことから、除霜用のガラス管ヒータ１５のニクロム線に通電により放射される熱線により蒸発器１０や桶１３や排水口１４付近に着いた霜を水に融解する。

また、このようにして融解した除霜水は一部は直接に桶１３に落ち、その他は屋根１６によりガラス管ヒータ１５を避けて桶１３に落ちて排水口１４から庫外に排水される。このとき、ガラス管ヒータ１５から桶１３に放射された熱線は底板１７により一部反射され蒸発器１０方向に散乱する。
特開平８−５４１７２号公報

しかしながら、上記従来の構成では、可燃性冷媒を使用した冷凍サイクルにおいて、可燃性冷媒は比較的に潜熱が大きいことから可燃性冷媒が溜まる蒸発器１０の配管部において熱量が他の配管部に比べてかなり大きくなることから除霜不足となり、霜残りを生じて、除霜終了後の冷却運転時に残った霜により熱伝達が阻害され不冷が発生する。

また、一般的に除霜用のガラス管ヒータ１５のニクロム線表面は言うまでもなくガラス表面温度は非常に高温度であり、可燃性冷媒が蒸発器１０等の庫内と連通している部分にある配管から漏洩した場合に、ガラス管ヒータ１５の通電により着火する危険性があるという課題を有していた。

本発明は上記課題に鑑み、可燃性冷媒が除霜手段の設置雰囲気に漏洩した環境下で除霜が行われた場合に可燃性冷媒の着火を防止するとともに、霜残りによる不冷を防止する除霜手段を備えた可燃性冷媒を使用した冷蔵庫を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、可燃性冷媒が流通する蒸発パイプと、前記蒸発パイプに固着された複数のフィンと、除霜手段としてのガラス管ヒータとを備えて、前記フィンの下端部に前記ガラス管ヒータを接触して設けたので、輻射熱を利用した除霜に加え、熱伝導による除霜効果も加わり除霜効率が向上するとともに、フィンへの熱伝導による放熱効果により、発熱量は変えずにガラス管ヒータの表面温度を低くすることができ、ガラス管ヒータの表面温度を可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、フィンの下端部に切欠部を設け、ガラス管ヒータの外郭に接触させたので、ガラス管ヒータの外殻との接触面積が増加し、熱伝導効率が上がることにより、さらに除霜効果が向上するとともに、発熱量は変えずに前記ガラス管ヒータの表面温度をさらに低くすることができ、ガラス管ヒータの表面温度を可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、フィンの下端部に折曲部を設け、ガラス管ヒータの外郭に接触させたので、ガラス管ヒータの外殻との接触面積がさらに増加し、熱伝導効率が上がることにより、さらに除霜効果が向上するとともに、発熱量は変えずに前記ガラス管ヒータの表面温度をさらに低くすることができ、ガラス管ヒータの表面温度を可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、ガラス管ヒータからの輻射熱を上部に伝えるように折曲部を形成したので、ガラス管ヒータの表面温度を可燃性冷媒の着火温度以下に保ちながら除霜効果を向上することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、折曲部の端面と隣合うフィンとの間に隙間を形成したので、ガラス管ヒータからの輻射熱を上部に伝えることができる。

以上説明したように請求項１に記載の発明は、可燃性冷媒が流通する蒸発パイプと、前記蒸発パイプに固着された複数のフィンと、除霜手段としてのガラス管ヒータとを備えて、前記フィンの下端部に前記ガラス管ヒータを接触して設けたので、輻射熱を利用した除霜に加え、熱伝導による除霜効果も加わり除霜効率が向上するとともに、前記フィンへの熱伝導による放熱効果により、発熱量は変えずに前記ガラス管ヒータの表面温度を低くすることができ、ガラス管ヒータの表面温度を可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、フィンの下端部に切欠部を設け、ガラス管ヒータの外郭に接触させたので、ガラス管ヒータの外殻との接触面積が増加し、熱伝導効率が上がることにより、さらに除霜効果が向上するとともに、発熱量は変えずに前記ガラス管ヒータの表面温度をさらに低くすることができ、ガラス管ヒータの表面温度を可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、フィンの下端部に折曲部を設け、ガラス管ヒータの外郭に接触させたので、ガラス管ヒータの外殻との接触面積がさらに増加し、熱伝導効率が上がることにより、さらに除霜効果が向上するとともに、発熱量は変えずに前記ガラス管ヒータの表面温度をさらに低くすることができ、ガラス管ヒータの表面温度を可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、ガラス管ヒータからの輻射熱を上部に伝えるように折曲部を形成したので、ガラス管ヒータの表面温度を可燃性冷媒の着火温度以下に保ちながら除霜効果を向上することができる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、折曲部の端面と隣合うフィンとの間に隙間を形成したので、ガラス管ヒータからの輻射熱を上部に伝えることができる。

以下、本発明による除霜手段を備えた蒸発器の実施の形態について、図１から図１５を用いて説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による除霜手段を備えた蒸発器を有する冷蔵庫の要部断面図である。

図１において、１０１は冷蔵庫本体で、１０２は外箱、１０３は内箱、１０４は硬質ポリウレタン発泡断熱材で前記外箱１０２と内箱１０３間に一体に充填発泡している。

１０５は冷蔵室、１０６は冷凍室で、区画壁１０７にて区画されている。１０８は蒸発器で、冷凍室１０６の背面に取付けられている。１０９は、蒸発器１０８が収納する部屋と冷凍室１０６を断熱するポリスチレン発泡体で、蒸発器１０８の前面に取り付けられている。ポリスチレン発泡体１０９の外側には樹脂成形された化粧板１１０が取り付けられている。１１１は冷気吹出し口で前記化粧版１１０に一体に成形している。化粧版１１０の下部端面と前記内箱１０４の間には、冷気吸い込み口１１２が設けられている。

１１３は冷気攪拌用のファンモータで、化粧板１１０の一画に取り付けられ、蒸発器１０８で冷却された冷気を冷凍室１０６及び他の温度帯の室（図示せず）へ循環する。１１４は除霜水受け皿で、蒸発器１０８の下方に位置し、除霜水受け皿１１４の上面開口部は、蒸発器１０８の下面外形より若干大きく開口して取付けられている。１１５はガラス管ヒータで、蒸発器１０８と除霜水受け皿１１４の間に位置して取付き、除霜水受け皿１１４より突出する支持体（図示せず）にて固着している。１１６は蒸発パイプ、１１７はフィンで、蒸発パイプ１１６とフィン１１７とは、圧入又は、カシメ等により、固着している。

１１９は蒸発皿で、除霜水受け１１４に滴下した除霜水を溜める。１２０は放熱パイプで蒸発皿１１９内に位置し、蒸発皿１１９に溜まった除霜水を加熱し蒸発させるものである。

そして、ガラス管ヒータ１１５の外殻と前記フィン１１７の端面は常に接触した構成としている。

また、蒸発器１０８に設けるフィン１１７は、上下方向に連続した連続フィンで構成されている。

また、ガラス管ヒータ１１５のヒータ用抵抗線にはＮｉ−Ｃｒ線を使用したものである。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を説明する。

蒸発器１０８で冷却された冷気は、ファンモータ１１３により冷気吹出し口１１１より吐出され、熱交換して、冷気吸い込み口１１２から蒸発器１０８へ戻り冷凍室１０６を所定の温度に冷却する。そして、蒸発器１０８で冷却された冷気の一部はダクトおよびダンパー（図示せず）を介して、冷蔵室１０５や他の温度帯の室（図示せず）へ送られ、所定の温度に冷却される。

そして、蒸発器１０８には徐々に霜が付着してくるため、冷気の流れが阻害される前に定期的にガラス管ヒータ１１５に通電し除霜する。除霜された水は除霜水受け皿１１４から蒸発皿１１９に溜まり、放熱パイプ１２０の熱により蒸発される。

そして、本実施の形態では、圧縮機と、凝縮器と、減圧機構と、蒸発器とを順次接続してなる冷凍サイクルに可燃性冷媒を封入したものであるが、前記ガラス管ヒータ１１５と前記フィン１０８の端部を接触させたので、輻射熱を利用した除霜に加え、熱伝導による除霜効果も加わり除霜効率が向上するとともに、前記フィンへの熱伝導による放熱効果により、発熱量は変えずに前記ガラス管ヒータの表面温度を低くすることができ、ガラス管ヒータ１１５の表面温度を可燃性冷媒の着火温度以下（たとえばイソブタンの発火温度は４６０℃）以下に保つことができる。

したがって、万が一可燃性冷媒が庫内に漏洩しても着火するという危険性が生じない。

また、蒸発器１０８に設けるフィン１１７は、上下方向に連続した連続フィンで構成されているので、前記フィンへの熱伝導による放熱効果がいっそう高まり、除霜効率が向上するとともに、発熱量は変えずにガラス管ヒータ１１５の表面温度を低くすることができ、可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。

また、ガラス管ヒータ１１５のヒータ用抵抗線にはＮｉ−Ｃｒ線を使用しているので、ヒータ線を低温で使用しても、Ｆｅ−Ｃｒなどで４７０℃前後で生じるヒータ用抵抗線の脆性が生じず、ヒータ線の断線を防止できる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２による除霜手段を備えた蒸発器を有する冷蔵庫の要部断面図である。

実施の形態１の構成に加え、図２において、１２１は、ガラス管ヒータ１１５の外殻に沿って半円状に連続して成る切欠部１２２を備えた複数のフィンで、切欠部１２２がガラス管ヒータ１１５の外殻円周上に連続して接触させている。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を説明する。

実施の形態１で説明した動作に加え、切欠部１２２がガラス管ヒータ１１５の外殻円周上に連続して接触させているので、ガラス管ヒータの外殻との接触面積が増加し、熱伝導効率が上がることにより、さらに除霜効果が向上するとともに、発熱量は変えずにガラス管ヒータ１１５の表面温度をさらに低くすることができ、可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。

（実施の形態３）
図３は、本実施の形態３による冷蔵庫の蒸発器とガラス管ヒータの部分斜視図、図４は、図３のＢから見た矢視図、図５は同実施の形態の冷蔵庫の他の蒸発器とガラス管ヒータの部分斜視図、図６は、図５のＣから見た矢視図である。

図３から図６において、フィン１２３はフィン下端部にＬ型に成形した折曲部１２４を備えており、折曲部１２４はガラス管ヒータ１１５の外殻に接触させている。そして折曲部１２４の端面と隣合うフィンとには隙間１２５を形成している。

また、フィン１２６の端部にはガラス管ヒータの外殻に沿って半円状に形成した切欠部１２７を有し、さらにＬ状に曲げられた折曲部１２８を有している。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を説明する。

フィン１２３はガラス管ヒータ１１５の外殻に沿ってＬ型に曲げられているため、フィン１２３と、ガラス管ヒータ１１５との接触は線状となり熱伝導効率を向上させることができる。また、折曲部１２４の端面と隣合うフィンとには隙間１２５を形成しているので、ガラス管ヒータ１１５からの輻射熱を上部に伝えることができる。

また、フィン１２６の端部にはガラス管ヒータの外殻に沿って半円状に形成した切欠部１２７を有し、さらにＬ状に曲げられた折曲部１２８を有しているので、フィン１２３と、ガラス管ヒータ１１５との接触は面状となり熱伝導効率をさらに向上させることができる。

したがって、除霜効果が向上するとともに、発熱量は変えずにガラス管ヒータ１１５の表面温度をさらに低くすることができ、可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。

（実施の形態４）
図７は本実施の形態４による冷蔵庫の蒸発器とガラス管ヒータの部分斜視図、図８は図７のＤから見た矢視図である。

図７，図８において、１２９は、ガラス管ヒータ１１５の両端部を固定する固定部で、蒸発器側面に設けた側板１３０の縦フランジ１３１の一部を切り欠いて形成されている。そして、固定部１２９にガラス管ヒータ１１５を固定した状態でフィン１１７の端部とガラス管ヒータ１１５の表面が接触するように設定されている。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を説明する。

ガラス管ヒータ１１５の両端部を固定する際、固定部１２９は蒸発器側面に設けた側板１３０の縦フランジ１３１の一部を切り欠いて形成しているので、下方に落下することはなく、組立時も特別な固定部材を必要とせず安価にできるとともに、ガラス管ヒータ１１５とフィン１１７との接触を常に安定した寸法関係で保持でき、安定した熱伝導を確保できる。

したがって、除霜効果が向上するとともに、発熱量は変えずにガラス管ヒータ１１５の表面温度を低くすることができ、可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。

（実施の形態５）
図９は、本実施の形態５による冷蔵庫の蒸発器とガラス管ヒータの部分斜視図、図１０は図９のＥから見た矢視図である。

図９，図１０において、１３２は遮蔽板で、蒸発器１０８とガラス管ヒータ１１５の間に位置する。そして、遮蔽板１３２の上面部と前記複数のフィン１１７の下端１３３は接触した位置関係で構成している。遮蔽板１３２の両端１３４は、両端フィン１３５に、かしめ等で一体に取り付けられている。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を説明する。

ガラス管ヒータ１１５に通電されると、その熱は遮蔽板１３２に伝わる。そして遮蔽板１３２の上面部と複数のフィン１１７の下端１３３は接触した位置関係で構成しているので、遮蔽板１３２を介してフィン１１７にガラス管ヒータ１１５の熱を放熱できる。したがって、発熱量は変えずにガラス管ヒータの表面温度を低くすることができ、ガラス管ヒータの表面温度を可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。さらに、蒸発器１０８から解け出した除霜水は、遮蔽板１３２に滴下するので、蒸発器１０８から解け出した除霜水が直接ガラス管ヒータ１１５に滴下して除霜水が急激に蒸発する時に発生する音、（たとえばジュン、ジュンという音）を防止できる。

（実施の形態６）
図１１は、本実施の形態６による冷蔵庫の蒸発器とガラス管ヒータの部分斜視図、図１２は、図１１のＦから見た矢視図である。

図１１、図１２において、長フィン１３６はフィン下端部にＬ型に成形した折曲部１３８を備えており、折曲部１３８はガラス管ヒータ１１５の外殻に接触させている。１３７は短フィンで、下端面が長フィン１３６より短く設定しており、長フィン１３６間の寸法ａは、長フィン１３６と短フィン１３７間の寸法ｂより広く設定している。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を説明する。

ガラス管ヒータ１１５通電時、長フィン１３６は、ガラス管ヒータ１１５の外殻に沿ってＬ型に曲げられているため、長フィン１３６と、ガラス管ヒータ１１５との接触は線状となり、ガラス管ヒータ１１５から長フィン１３６への熱伝導効率を向上させることができる。また、蒸発器を構成する長フィンおよび短フィンは、上方より下方のフィン間寸法を大きくした（ａ＞ｂ）ので、庫内冷気循環時、蒸発器への着霜が下部に偏らず蒸発器全体に均一になり除霜周期を長く設定できる。したがって除霜に要する消費電力量を抑えることができ省エネになるという効果を有する。

（実施の形態７）
図１３は、本実施の形態７による冷蔵庫の蒸発器とガラス管ヒータの部分斜視図、図１４は、図１３のＧから見た矢視図、図１５は同実施の形態の冷蔵庫のガラス管ヒータの拡大部分断面図である。

図１３から図１５において、１３９は二重構造のガラス管ヒータで、内側管１４０、外側管１４１よりなり、内側管１４０の外周に所定の間隔をあけて外側管１４１を配し、内側管１４０の内部には抵抗線ヒータ１４３を有している。そして、両管の両端にはキャップ１４２により所定の寸法を維持し一体に固着している。

ここで、ガラス管ヒータの外側管１４１と複数のフィン１１７の下端は常に接触した構成としている。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を説明する。

ガラス管ヒータ１３９に通電されると、抵抗線ヒータ１４３から発する熱は、内側管１４０から外側管１４１の表面より発熱する。この時、内側管１４０と外側管１４１の空間の断熱作用により外側管１４１の表面温度は低くなる。

したがって、除霜効果が向上するとともに、発熱量は変えずにガラス管ヒータ１１５の表面温度を低くすることができ、可燃性冷媒の着火温度以下に保つことができる。

また、二重構造のガラス管ヒータ１３９の端面を、一体に成形したキャップ１４２で固定したので、二重ガラス管内の隙間寸法を正しく確保でき、ガラス管表面温度のバラツキを小さくできるとともに組立も容易になる。

本発明による除霜手段を備えた蒸発器を有する冷蔵庫の実施の形態１の要部断面図 本発明による除霜手段を備えた蒸発器を有する冷蔵庫の実施の形態２の要部断面図 本発明による除霜手段を備えた蒸発器を有する冷蔵庫の実施の形態３の部分斜視図 図３のＢから見た矢視正面図 同実施の形態の他の蒸発器とガラス管ヒータの部分斜視図 図５のＣから見た矢視正面図 本発明による冷蔵庫の実施の形態４の蒸発器とガラス管ヒータの部分斜視図 図７のＤから見た矢視正面図 本発明による冷蔵庫の実施の形態５の蒸発器とガラス管ヒータの部分斜視図 図９のＥから見た矢視正面図 本発明による冷蔵庫の実施の形態６の蒸発器とガラス管ヒータの部分斜視図 図１１のＦから見た矢視正面図 本発明による冷蔵庫の実施の形態７の蒸発器とガラス管ヒータの部分斜視図 図１３のＧから見た矢視図 同実施の形態の除霜手段を備えた蒸発器のガラス管ヒータの拡大部分断面図 従来の冷蔵庫の要部縦断面図

符号の説明

１０１ 冷蔵庫
１０８ 蒸発器
１１５ ガラス管ヒータ
１１７、１２１、１２３、１２６ フィン
１２２、１２７ 切欠部
１２４、１２８、１３８ 折曲部
１３０ 側板
１３２ 遮蔽板
１３６ 長フィン
１３７ 短フィン
１３９ 二重構造のガラス管ヒータ
１４２ キャップ
１４３ 抵抗線ヒータ

Claims (5)

1. 可燃性冷媒が流通する蒸発パイプと、前記蒸発パイプに固着された複数のフィンと、除霜手段としてのガラス管ヒータとを備えて、前記フィンの下端部に前記ガラス管ヒータを接触して設けたことを特徴とする除霜手段を備えた蒸発器。
2. フィンの下端部に切欠部を設け、ガラス管ヒータの外郭に接触させたことを特徴とする請求項１に記載の除霜手段を備えた蒸発器。
3. フィンの下端部に折曲部を設け、ガラス管ヒータの外郭に接触させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の除霜手段を備えた蒸発器。
4. ガラス管ヒータからの輻射熱を上部に伝えるように折曲部を形成したことを特徴とする請求項３に記載の除霜手段を備えた蒸発器。
5. 折曲部の端面と隣合うフィンとの間に隙間を形成したことを特徴とする請求項４に記載の除霜手段を備えた蒸発器。

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