JP2008096034A - 除霜装置および冷却機器 - Google Patents

Abstract

【課題】除霜装置を可燃性冷媒を使用した冷却機器に組み込んだ場合において、安全性をより確実にする。
【解決手段】発熱用のヒータ線３８と当該配線を収納するガラス管３２から構成されるガラス管ヒータ３７を、０．８１３ｍｍ以下の目の開きであって、メッシュ数が３０メッシュ未満である金網３６で囲む構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷却機器に用いられる除霜装置およびこれを用いた冷却機器に関する。

最近冷却装置に利用されているＲ２２に代表される代替フロンの一種であるＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）系の冷媒は、成層圏のオゾン層を破壊すると言われている。さらに、このＨＣＦＣ系冷媒の代替冷媒としてＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒が利用されはじめているが、このＨＦＣ系冷媒は温暖化現象を促進する性質を持つ。そこで、オゾン層の破壊や温暖化現象に影響を与えないＨＣ（ハイドロカーボン；炭化水素）系冷媒の採用が始まっている。しかし、このＨＣ系冷媒は、可燃性冷媒であるために爆発や発火を未然に防止し、安全性を確保する技術を必要とする。

例えば、可燃性冷媒を用いた冷凍機器の爆発防止装置が、特許文献１に記載されている。この公報に記載された爆発防止装置は、リレーや火花を発生する恐れのある部品や制御部を、メッシュ部材で覆い、このメッシュ部材のメッシュ間隔を可燃性冷媒の消炎距離以下としたものである。

特許文献１の爆発防止装置では、セパレート型エアコンの室外機の爆発防止を目的としている。しかしながら、可燃性冷媒を使用した冷蔵庫のように、除霜作用のためのガラス管ヒータなどを必要とする冷却機器などには容易に適用することは難しく、その応用範囲は限られたものである。

特に湿気の多い地域において使用される冷蔵庫には、冷却器に付着しがちな霜を除去する自動霜取機能が付いた冷気強制循環方式（間冷式）の冷蔵庫が採用される。このような方式の冷蔵庫には、ガラス管ヒータなどにより構成された除霜装置が備え付けられているが、このような除霜装置は発火源となるおそれが高い。このような装置に対応した防爆技術が望まれている。

特許文献２には、除霜ガラス管ヒータを持つ冷蔵庫において、ガラス管ヒータを３０メッシュ以上の金網で囲むことにより、可燃性冷媒が冷蔵庫庫内に漏れ、金網とガラス管ヒータの表面との間で燃焼が起こり、炎が金網の外部に伝播することを防止する技術が開示されている。
特開平１１−１２５４８２号公報 特開２００３−１０６７４３号公報

特許文献１においては、着火伝播回避を金網メッシュの大きさによって規定している。メッシュとは、１インチ内のふるい目の数であるが、金網においては、メッシュ以外にも線材の線径など、金網の性質を規定するその他の要因がある。したがって、特許文献１の規定のみでは、爆発防止に十分な技術が提供されているとは言い難い。

本発明は、可燃性冷媒を使用した冷却機器に組込んで使用しても安全に使用できる除霜装置及びこれを使用した冷却機器を提供するものである。

本発明によれば、可燃性冷媒を用いた冷却機器用の除霜装置であって、発熱体と当該発熱体を収納するガラス管から構成されるガラス管ヒータと、前記ガラス管ヒータを囲み、最小寸法が０．８１３ｍｍ以下の複数の開口部を有する防爆部材と、を備える除霜装置が提供される。

上記構成によれば、たとえ冷却機器において可燃性冷媒が漏れた場合であっても、可燃性冷媒の着火爆発を抑制することができる。

前記開口部の個数を定義付ける前記防爆部材のメッシュ数を３０メッシュ未満に設定することができる。メッシュ数の少ない防爆部材の使用が可能となる。

前記防爆部材は金網でもよく、この場合容易に防爆部材を製造することができる。この金網の線材としてはステンレス鋼がある。

前記開口部の形状は、一辺の長さが０．８１３ｍｍ以下の正方形としてよく、この場合容易に防爆部材を製造することができる。

前記開口部の形状としては、略四角形とすることが考えられる。また、より具体的には、前記開口部の形状として、正方形、ひし形、六角形、円形のうちの少なくとも一つを採用することができる。

また、本発明は、上記の除霜装置を有する冷却機器を提供するものでもある。この冷却機器にあっては、環境保護の観点から可燃性冷媒として炭化水素系冷媒を用いることが望ましい。冷却機器の典型例としては冷蔵庫がある。

本発明によれば、可燃性冷媒の着火爆発を抑制することができる除霜装置およびこれを用いた冷却機器が提供される。

以下、本発明の除霜装置の一実施形態として、防爆機能付きの除霜用ガラス管ヒータについて、図面を用いて説明する。図１は除霜用ガラス管ヒータの長手方向側面図、図２は当該ガラス管ヒータの断面図である。

図１に示すように、本実施形態の防爆機能付き除霜用ガラス管ヒータ３１は、ガラス管３２と、脱臭触媒３３と、ガラス管３２の両端に取付けられるシリコーンゴム製のキャップ３４と、ガラス管３２に収納され、キャップ３４の両端において配線３５に接続されるヒータ線３８と、ガラス管３２の表面から間隔Ｃで離間して、ガラス管３２の全面を囲む金網３６で構成されている。

ヒータ線３８は発熱用の発熱体であり、電源から電源の供給を受ける配線３５を流れる電流によりヒータ線３８が発熱し、ガラス管３２を介して外部に熱が放出される。したがって、少なくともヒータ線３８とガラス管ヒータ３２より、一般的なガラス管ヒータ３７が構成される。尚、図１には、金網の一部を切り欠いて示しており、各寸法や、金網に隠れた構成が判るように図示している。また、キャップ３４と金網３６との間を空気が連通しにくくなるように、キャップ３４に金網３６が嵌め込まれている。

図２において、Ａは金網３６の外径（金網直径）、Ｂはガラス管ヒータ３７（ガラス管３２）の外径を示し、ガラス管ヒータ３７から間隔Ｃをあけて金網３６でガラス管３２が覆われている。金網３６の線材の直径寸法（線径）を無視すると、Ａ−Ｂが２Ｃとなる。後述するように、金網３６は、可燃性冷媒が漏れ、ガラス管ヒータ３７に触れたとき、燃焼がその外部に伝播して爆発が生ずるのを防ぐ防爆部材としての役割を果たす。

図３には、本実施形態の金網３６の拡大平面図を示す。本図から明らかなように、金網３６は上述した線材が格子状に編み込まれて形成されており、線材の存在しない開口部は正方形形状を呈している。ここで、メッシュ数（以下具体的な例として「３０メッシュ」、「６０メッシュ」などと表現する）は、１辺が１インチ（２５．４ｍｍ）の長さの正方形内におけるふるい目の数、すなわち開口部の数で定義される。そして、開口部における最小寸法、正方形では１辺の長さ、すなわち平行配列された二つの隣接した線材間の距離が目の開き（目開き）として定義される。したがって、メッシュ数が一定であっても線径が変われば目の開きが変わることが理解される。尚、正方形の例では、平行配列された二つの隣接した線材の中心間の距離がピッチとして定義され、ピッチ＝目の開き＋線径となる。

金網３６の線材には、一例として、ＪＩＳで規定するＳＵＳ３０４（Ｃｒ：１８％、Ｎｉ：８％のステンレス鋼）、線材の線径が０．１８ｍｍ（φ０．１８）のものを用いる。当該線径において金網３６が６０メッシュの場合、開口率は約３３％となるが、３０メッシュの場合、開口率は６２％となる。ただし、線材の材料はステンレス鋼には限定されない。

次に、防爆機能付き除霜用ガラス管ヒータ３１を冷却機器としての冷蔵庫に組み込んだ実施形態について説明する。図４は冷蔵庫の正面図、図５は同冷蔵庫の要部、特に冷凍室周辺を示す断面図、図６は同冷蔵庫の冷媒回路図である。冷蔵庫１は、その断熱箱体２を仕切りで仕切ることにより、上から、約３℃に制御される冷蔵室（貯蔵室）３、約５℃に制御される野菜室（貯蔵室）４、約−２０℃に制御され、製氷皿あるいは自動製氷機が配置される製氷室（貯蔵室）５、冷蔵室や冷凍室に切替えて使用される切替室（貯蔵室）６、約−２０℃に制御される冷凍室（貯蔵室）７が形成されている。また、冷蔵室３の下部は約０〜−１℃に制御される氷温室（図示せず）が形成されている。また、８、９、１０、１１、１２はこれらの室の開口を開閉するための扉である。

図５に示す冷凍室用蒸発器１３は、内部で液冷媒が蒸発することによりこの蒸発器を通る空気を冷却するものである。蒸発器１３の上部の送風機１４は、庫内の空気を循環させるものであり、本実施形態の冷蔵庫１は、いわゆる冷気強制循環方式（間冷式）のものである。前述した防爆機能付き除霜用ガラス管ヒータ３１は、蒸発器１３の霜を溶かすと同時に、庫内空気内の臭気を分解するもので、蒸発器１３の下方に配置されている。また、水滴防止部材１５が防爆機能付き除霜用ガラス管ヒータ３１の上方に配置されている。冷媒圧縮機１６が防爆機能付き除霜用ガラス管ヒータ３１の下方に配置され、冷凍室用のダクト１７が、蒸発器１３の前方に形成されている、切換室６と冷凍室７は仕切り１８によって仕切られている。

図６に示す冷媒回路において、凝縮器１９が上述した冷媒圧縮機１６に接続されるとともに、三方弁（切換弁）２０が凝縮器１９に接続されている。この三方弁２０は通路をＡＣへの通路を連通させるか、ＡＢへの通路を連通させるか切換えるもので、その流路を切換えるためにステッピングモータを用いている。さらに、三方弁２０には減圧装置として機能するキャピラリーチューブ２１、さらには冷蔵室用蒸発器２２が接続されている。

冷媒回路は、冷媒圧縮機１６と、凝縮器１９と、三方弁２０と、キャピラリーチューブ２１と、冷蔵室用蒸発器２２と、冷凍室用蒸発器１３とが冷媒管で環状に接続され、構成されている。また、バイパス管路２３がキャピラリーチューブ２１及び冷蔵室用蒸発器２２をバイパスして、減圧装置として機能するキャピラリーチューブ２４と冷凍室用蒸発器１３を接続する。そして、この冷媒回路には、可燃性冷媒が充填されている。

このように構成された冷蔵庫１では、冷凍室用蒸発器１３を除霜するため、あるいは、庫内の空気中の臭気を除去するために防爆機能付き除霜用ガラス管ヒータ３１に通電がなされる。

ところで、何らかの不具合のため、冷媒回路の可燃性冷媒が漏れることが稀に生ずる。この場合、除霜用ガラス管ヒータに何らの防爆機能も付与されていない場合、ガラス管ヒータが高温となっているとき（通電時、あるいは通電停止直後など）に可燃性冷媒が触れると着火爆発を引き起こす危険性がある。

そこで、本実施形態では、ガラス管ヒータ３７を、防爆機能を有する金網３６で覆い、防爆機能付き除霜用ガラス管ヒータ３１を構成している。この構成においては、たとえ可燃性冷媒が漏れ、ガラス管３２の表面に触れた場合であっても、ガラス管３２の表面と金網３６の間だけで燃焼が抑えられて着火伝播を防止し、金網３６外に炎が伝播し、冷蔵庫１が延焼する恐れを防止することを目的としている。したがって、金網３６は、ガラス管ヒータ３７を囲み、漏れた可燃性冷媒の着火爆発を防ぐ防爆部材、防爆層（筒状として考えれば防爆管）としての役割を果たす。

特許文献２には、除霜ガラス管ヒータを持つ冷蔵庫において、ガラス管ヒータを３０メッシュ以上の金網で囲むことにより、可燃性冷媒が冷蔵庫庫内に漏れ、金網とガラス管ヒータの表面との間で燃焼が起こり、炎が金網の外部に伝播することを防止する技術が開示されている。

特許文献２においては、ガラス管ヒータを覆う金網のメッシュの値を３０メッシュ以上という所定のメッシュ数以上に設定することにより、金網の外周部に対流現象を生じさせ、エネルギー放出量を抑える効果を狙っている。すなわち、防爆のために主としてメッシュ数に着目したものである。

ところで、上述したようにメッシュ数とは、金網の所定領域、特に１インチ四方内のふるい目の数、開口部の数であり、たとえメッシュ数が一定であっても線材の線径（直径寸法）が変われば、目の開きの大きさ、開口部の大きさは変わることとなる。したがって、３０メッシュ未満の金網でも、線材の線径が大きくなれば目の開きの値は小さくなり、金網外周面に対流現象が現れるものと考えられる。その結果、金網内部で発生した燃焼は金網内部にとどまり、外部に伝播することが無くなる。このように、金網のメッシュが指定されても、線材の線径が変わることにより、着火爆発の起こりうる条件が変わってしまうことになる。したがって、特許文献１の情報は有意義ではあるものの、防爆技術としてより詳細な情報が提示される必要がある。

そこで、本出願人は、防爆機能付き除霜用ガラス管ヒータ３１についてより詳細な条件を調べるため、各種の実験を行った。以下、その実験結果について説明する。

実験１：ガラス管ヒータ（金網なし）による着火爆発の確認実験
図７は、図１、図２における金網３６のないガラス管ヒータ３７を用いた着火爆発の確認実験を示す。本実験においては、内容積４２．９リットルの容器内に可燃性冷媒（Ｒ−６００ａ；イソブタン）を人為的に濃度３．４ｖｏｌ％注入し、その後ガラス管ヒータの電源を入れヒータを加熱させた。すると、図示のように、ガラス管ヒータの表面温度が可燃性冷媒（Ｒ−６００ａ）の最低着火温度４０８℃に達し、着火爆発が生じた。図７では、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に時系列で燃焼の様子が示されている。実験の結果、ガラス管ヒータ近傍で温度が上昇し、ヒータの全長で一気に着火爆発が生じたことが確かめられた。

実験２：シュリーレン法によるガラス管ヒータによる着火爆発の検証実験
金網のないガラス管ヒータを加熱させたときの、ガラス管ヒータ近傍の熱流れの現象をシュリーレン装置により撮影した。ただし、シュリーレン法は、定性的な測定によって熱流れの現象を解明するものであり、定量的な測定をしようとすると、光源の像の移動量を直接測ることが必要となり測定は困難である。したがって、本実験では、定性的な測定から着火爆発の検証を行うことで十分実用に対応出来るものと判断した。

図８は、ガラス管ヒータに独立して通電した際において、シュリーレン装置（形式ＳＬＣ−１５０）を用いて解析したガラス管ヒータ近傍の熱流れ現象を示す。図８（ａ）は温度２０±５℃、図８（ｂ）は、温度１３±５℃における熱流れ現象を示す。この解析により、ガラス管近傍においては、ガス（可燃性冷媒ガスと空気との混合ガス）の密度が低く、その熱流が上昇していることが判明した。すなわち、ガラス管ヒータの熱が放射によって周囲に放出され、可燃性冷媒の温度を上昇させていることが判明した。このことから、熱が放射によって放出される現象では、ガラス管ヒータ近傍の温度が可燃性冷媒の着火温度に達しやすいため、着火爆発が発生しやすいものと考えられる。

実験３：ガラス管ヒータを目の開き１．０３７で２０メッシュの金網で被覆した場合の着火爆発の確認実験
図９は、実験１と同様の容器内にガラス管ヒータを目の開き１．０３７（２０メッシュ）の金網で被覆し、可燃性冷媒（Ｒ−６００ａ）を人為的に３．４ｖｏｌ％漏らした実験の状況を示す。ガラス管ヒータの加熱により着火爆発が発生した。着火は、ガラス管ヒータ中央部で起こり、その後幅広く伝播している。

実験４：シュリーレン法による熱流の検証実験
図１０は、金網に囲まれたガラス管ヒータに独立して通電した際において、シュリーレン装置を用いて解析したガラス管ヒータ近傍の熱流れ現象を示す。金網は実験３（図９）におけるものと同一の金網を用い、目の開きが１．０３７で２０メッシュの金網をガラス管ヒータの周りに置いた。２０メッシュの金網の場合、目の開きを広範囲に変化させることができるためである。この時、ガラス管ヒータと金網との間隔（図２のＣ）は４〜５ｍｍにセットされた。また、撮影時の室温は実験２の場合と同様であった。この図から明らかなように、ガラス管ヒータからの熱は、放射によって外部に放出され、金網は熱放射を妨げる効果を奏していない。したがって、目の開きが１．０３７で２０メッシュの金網は、可燃性冷媒が庫内に漏れた場合に着火伝播を回避させる目的としては不適当であると考えられる。

実験５：ガラス管ヒータを目の開き０．６３３（３０メッシュ）の金網で覆った場合の着火爆発の確認実験
図１１は、実験１と同様の容器内にガラス管ヒータを目の開き０．６３３（３０メッシュ）の金網で覆い、可燃性冷媒（Ｒ−６００ａ）を人為的に３．４ｖｏｌ％漏らした実験の状況を示す。実験３の場合とは異なり、ガラス管ヒータを加熱させ、ガラス管表面温度が可燃性冷媒（Ｒ−６００ａ）の着火温度に達しても、金網内部のみで着火し、外部に燃焼の伝播が起こっていない。

実験６：シュリーレン法による熱流の検証実験
図１２は、温度１３±５℃下で金網に囲まれたガラス管ヒータに独立して通電した際において、シュリーレン装置を用いて解析したガラス管ヒータ近傍の熱流れ現象を示す。ガラス管近傍のガス密度変化の状況が瞬間的に撮影されている。金網は、目の開きが０．６３３で３０メッシュのものをガラス管ヒータの周りに置いた。この時、ガラス管ヒータと金網との間隔は４〜５ｍｍにセットされた。

この瞬間写真の映像の図から明らかなように、ガラス管ヒータを加熱させると、金網表面は熱せられ、密度が小さくなったガスは上層に上がり、熱せられない密度の大きいガスが下降する対流的な現象が現れた。このような対流は、金網の全長にわたって、局所的に複数箇所で発生と消滅を繰り返すものであった。

このように、金網表面近傍の対流が非定常性である場合、定量的な測定は非常に困難である。したがって、定性的な状況から実験６（図１２）で見られた現象を推測すると、以下の様に考えられる。

（１）金網表面に発生した境界層により、可燃性冷媒はガラス管と金網との間に閉じこめられ、可燃性冷媒は暖められる。その間、金網外部のガスは金網内部に侵入することはない。（２）これにより、金網内部の可燃性冷媒はゆっくりと燃焼し、発火を繰り返す。（３）その過程で、金網内部のガスが膨脹したとき金網表面の境界層が乱れる。（４）膨張したガスの収縮過程で金網外部のガスが吸収され、その後再び、金網表面に境界層が発生する。（５）これらの繰り返しによって、金網内部の可燃性冷媒は、着火燃焼を繰り返すものと考えられる。したがって、金網内部から外部に放出されるガスは、燃焼後のガスであって金網外部で着火爆発を引き起こすガスではない。

以上の実験結果および推測を総括すると、ガラス管ヒータの周囲を金網で覆い、着火伝播を誘発するか否かは、金網表面の熱流が放射現象を示しているか（放射状態にあるか）、対流現象を示しているか（対流状態にあるか）によるものと考えられる。上述の実験では金網の目の開きに応じて熱流の挙動が異なるものとなっている。そこで、金網の目の開きに注目して以下の実験を行った。

実験７：シュリーレン法による金網の目の開きの違いに関する検証実験
ガラス管ヒータと金網とを４〜５ｍｍの間隔で間をあけ、金網の目の開きを１．０３７ｍｍから０．２１０ｍｍまで変化させ、ガラス管ヒータを加熱させた時の金網表面近傍のガス密度変化をシュリーレン装置により撮影した。

図１３は、金網に囲まれたガラス管ヒータに独立して通電した際において、シュリーレン装置を用いて撮影したガラス管ヒータ近傍の熱流れ現象を示す。本例においては、金網のメッシュ数を２０メッシュで一定にし、目の開き１．０３７（ａ）、０．９９６（ｂ）、０．９１５（ｃ）、０．８１３（ｄ）、０．７６２（ｅ）の間で変化させ、温度２０±５℃下で撮影した。図から明らかなように、ガラス管ヒータを加熱させると、目の開き１．０３７，０．９９６、０．９１５では、熱流の流れは放射現象を示し、目の開き０．８１３、０．７６２において金網表面の流れは乱れ、対流現象が現れた。

図１４は、２０メッシュで目の開き１．０３７の金網（ａ）、３０メッシュで目の開き０．６３３の金網（ｂ）、６０メッシュで目の開き０．２１０の金網（ｃ）の３種類について、室内１３±５℃において、シュリーレン装置を用いて金網表面の熱流の流れを撮影した映像の図である。図から明らかなように、ガラス管ヒータを加熱させると、２０メッシュ、目の開き１．０３７の金網の場合は、熱流の流れは放射流れであるのに対し、３０メッシュ、目の開き０．６３３の金網および６０メッシュ、目の開き０．２１０の金網においては対流の流れが現れている。

ここで、ガス濃度：３．４％、金網直径（図２のＡ）：２０ｍｍ、電圧：１１０Ｖにおける実験で得られた温度の数値を用い、金網の放射率と吸収率を求めてみる。金網表面の放射率εは、以下の（１）式によって求められる。

本実験に用いた金網の材質ＳＵＳ３０４は、温度によってその放射率εが変化する。この場合の温度Ｔ_bの黒体または反色体から放射された放射線が、温度Ｔの固体表面で吸収されるときの吸収率αは、その固体が金属のとき、代替温度Ｔ’を用いてその面の放射率εの値で代替することができる。代替温度Ｔ’は以下の（２）式によって求められ、吸収率αは以下の（３）式によって求められる。

ここで、Ｔ：金網上部表面温度、Ｔ_b：ガラス管上部温度、Ｔ’：代替温度、ｒ_e：比抵抗、ε：放射率、α：吸収率である。

表１の結果から、金網の吸収率αに注目すると、目の開き１．０３７は、目の開き０．６３３、０．２１０より小さい値を示している。このことは、目の開きが大きいと金網は抵抗とならないで、熱エネルギーが放出されることを意味する。一方、目の開きが小さいと金網は抵抗となり熱エネルギーが金網にとどまり、熱エネルギーの放出量は小さくなる。このことは、目の開き０．６３３、０．２１０の場合より１．０３７において、金網上部表面温度Ｔ、およびガラス管上部温度Ｔ_bが低いことから証明される。したがって、金網表面に吸収された熱と金網表面近傍のガス温度との密度変化の差によって、対流現象が発生するものと考えられる。

図１３、図１４のシュリーレン撮影で見られるように、金網表面に発生する熱流の流れが、目の開きが０．９１５より大きい場合に放射現象が観察され、目の開きが０．８１３以下の場合に対流現象が観察されている。したがって、ガラス管ヒータの回りを目の開きが０．８１３ｍｍ以下の金網で覆った場合には、着火伝播は生じず、ガラス管ヒータの回りを目の開きが０．８１３ｍｍより大きい金網で覆った場合には、着火伝播は起こる。

ガラス管ヒータを金網で被覆すると、目の開きが小さい場合に金網表面に乱れが生じ、防爆効果が現れた。このように、金網の目の開きが小さくなると外部に伝播が起こらない理由を図１５の概念図を用いて説明する。Ａで示されるように、ガラス管表面に上昇気流と金網内面に沿う下降流れの対抗流により渦が発生する。このような金網内部の複雑な流れによって燃焼は局所的な着火にとどまる。そして、Ｂで示されるように、金網外部の比較的厚い境界層内の流体が流体壁として機能し、火炎伝播を防ぐ。さらにＣで示されるように、金網の目の開きが小さいため、火炎の通過路が減少し、金網は、その外部への火炎伝播の障害の役割を果たす。したがって、Ａ〜Ｃの相乗効果によって着火爆発を回避することが可能となる。

上述した実験、推論をまとめると以下の結論が得られる。

金網の如き防爆部材による防爆効果を得るには、ガスの流れ（放射）に対する抵抗を作ることが重要である。そして、防爆効果は、防爆部材のメッシュ数のみならず、目の開き、すなわち開口部の最小寸法にも依存する。そして、防爆部材が金網の場合、その目の開きが、約０．８１３ｍｍ超では、着火爆発を回避することが困難となる（実験４参照）。したがって、目の開きを０．８１３ｍｍ以下とすることにより、着火爆発を抑制することが可能となる（実験６、７参照）。

また、本発明においては、特許文献２における３０メッシュ以上というメッシュ数は必須事項ではなく、当該文献における金網の射程外のもの、すなわちメッシュ数が３０メッシュ未満のものにおいても有効である。このことは、実験７からも明らかであり、開口部の最小寸法という別要素を考慮すれば、３０メッシュ未満という小さいメッシュ数の金網、防爆部材も使用可能である。言い換えると、３０メッシュ未満という小さいメッシュ数の金網でも、太い線材を用いることにより、本発明の様に小さい開口部を達成することができる。いずれにせよ、本発明によれば、金網の選択幅が広げられる。

本実施形態では、漏れた可燃性冷媒の着火爆発を防ぐ防爆部材、防爆層（筒状として考えれば防爆管）として、代表的な素材である金網を例に挙げて説明した。しかしながら、このような防爆部材は、いわゆる多孔質の部材であればよく、金網に限定されるものではない。たとえば、金属板に多数の穴を穿って形成されるパンチングメタルの板を筒状に加工することによっても、本発明の防爆部材を構成することができる。このような部材は原材料が板材であり、構成材として線材を想定できないが、複数の穴を金網の開口部と見たてることで、金網と同様に考えることができる。すなわち、穴以外の部分が金網における線材に該当する。

開口部の大きさを規定する要素の一つとして、本発明では最小寸法が０．８１３ｍｍ以下と規定した。最小寸法としては、開口部の外形形状が多角形の場合、その最短の一辺の長さを採りあげることができる。特に外形形状が等辺の多角形の場合（正方形、正六角形、正八角形など）、一辺の長さを最小寸法として定義することができる。また、円などの曲線図形の場合は半径、直径などを採りあげればよい。すなわち、最小寸法としては隣接する頂点間の距離や、曲率半径（直径）など、外形形状から観念できる最小の次元の長さである。最短部の長さを０．８１３ｍｍ以下に設定すれば、他の部分の長さが０．８１３ｍｍを超えるものであっても、ガスの流れに対する抵抗として作用し、本発明のねらいである対流効果を奏するものと考えられるからである。

また、開口部の大きさの規定を他の観点から把握すると、開口部の面積も重要となってくるものと考えられる。面積の大小がガスの流れに対する抵抗を変更させ、対流現象の発生の有無に影響を与えるものと考えられるからである。特にある程度までは、面積を小さくするほど、対流現象を生じさせやすくなるものと考えられる。実施形態の開口部に注目すると、当該開口部は正方形であり、その面積は（０．８１３×０．８１３）ｍｍ²以下である。それ故、開口部の形状を正方形から変形したものであっても、その面積が（０．８１３×０．８１３）ｍｍ²以下であれば、対流効果を奏するものと考えられ、本発明の範囲に含めることができる。

さらに開口部の大きさの規定を他の観点から把握すると、開口部の最大内径というものをも考慮することもできる。最大内径もガスの流れに対する抵抗の要素として考えられ、これが小さいほど抵抗が大きくなり、対流効果を奏しやすくなるものと考えられるからである。最大内径は最小寸法と異なり、外形形状から観念できる最大の次元の長さであり、性質上、対角線のように開口部の平面内部に存在することとなり、辺のように開口部の外縁には一般的に存在しない。上述の例では、最大内径として正方形の対角線の長さをとりあげることができ、最大内径を（０．８１３×√２）ｍｍ以下にすることにより、対流効果を奏するものと考えられ、形状が変わっても本発明の範囲に含めることができる。

開口部の形状としては正方形、平行四辺形、ひし形など及びこれらを多少変形した略四角形形状にするのが一般的であるが、本発明の効果を奏するものであれば、特に限定はされない。例えば、正方形、ひし形、六角形、円形などを開口部の形状として採用することができる。また、通常、開口部の形状は一種類であるが、複数種類の形状を採用することもできる。

上述の実施形態では、金網の線材の線径を変えた例を説明していないが、もちろん線径を変えてもよい。

尚、上述の実験においては、可燃性冷媒の一例として、ＨＣ（ハイドロカーボン；炭化水素）系冷媒の一種であるイソブタン（Ｒ−６００ａ）を用いたが、これ以外のＨＣ系冷媒など、その他の可燃性冷媒を用いる場合においても本発明は有用である。特に環境保護の面からは炭化水素系冷媒を冷却機器に使用するのが望ましい。また、冷却機器の種類も特に限定はされないが、本発明の除霜装置は霜の除去に用いられるものであり、冷蔵庫に好ましくは用いられる。

以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明によれば、可燃性冷媒の着火爆発を抑制することができる除霜装置およびこれを用いた冷却機器が提供される。

本発明の実施形態のガラス管ヒータの側面図 ガラス管ヒータの断面図 金網の拡大平面図 本発明のガラス管ヒータが組込まれる冷蔵庫の正面図 冷蔵庫の要部を示す断面図 冷蔵庫の冷媒回路図 金網のないガラス管ヒータを用いた着火爆発実験の状況を撮影した写真撮影図 金網のないガラス管ヒータにおけるシュリーレン法により撮影した熱流れの写真撮影図 金網付き（目の開き１．０３７ｍｍ、２０メッシュ）のガラス管ヒータを用いた着火爆発実験の状況を撮影した写真撮影図 金網付き（目の開き１．０３７ｍｍ、２０メッシュ）のガラス管ヒータにおけるシュリーレン法により撮影した熱流れの写真撮影図 金網付き（目の開き０．６３３ｍｍ、３０メッシュ）のガラス管ヒータを用いた着火爆発実験の状況を撮影した写真撮影図 金網付き（目の開き０．６３３ｍｍ、３０メッシュ）のガラス管ヒータにおけるシュリーレン法により撮影した熱流れの写真撮影図 メッシュ数を一定値（２０メッシュ）にしたまま、目の開きを順次変化させた金網付きのガラス管ヒータにおけるシュリーレン法により撮影した熱流れの写真撮影図 メッシュ数および目の開きを順次変化させた金網付きのガラス管ヒータにおけるシュリーレン法により撮影した熱流れの写真撮影図 防爆機能付き除霜用ガラス管ヒータにおける防爆メカニズムを表現した概念図

符号の説明

１ 冷蔵庫
２ 断熱箱体
８ 冷蔵室（貯蔵室）
１２ 冷凍室（貯蔵室）
１３ 冷凍室用蒸発器（蒸発器）
１６ 圧縮機
１９ 凝縮器
２１ キャピラリーチューブ（減圧装置）
２２ 冷蔵室用蒸発器（蒸発器）
３１ 防爆機能付き除霜用ガラス管ヒータ（除霜装置）
３２ ガラス管
３５ 配線
３６ 金網
３７ ガラス管ヒータ
３８ ヒータ線

Claims (10)

1. 可燃性冷媒を用いた冷却機器用の除霜装置であって、
   発熱体と当該発熱体を収納するガラス管から構成されるガラス管ヒータと、
   前記ガラス管ヒータを囲み、最小寸法が０．８１３ｍｍ以下の複数の開口部を有する防爆部材と、
   を備える除霜装置。
2. 請求項１記載の除霜装置であって、
   前記開口部の個数を定義付ける前記防爆部材のメッシュ数が３０メッシュ未満である除霜装置。
3. 請求項１記載の除霜装置であって、
   前記防爆部材が金網である除霜装置。
4. 請求項３記載の除霜装置であって、
   前記金網の線材がステンレス鋼である除霜装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の除霜装置であって、
   前記開口部の形状が、最小寸法としての一辺の長さが０．８１３ｍｍ以下の正方形である除霜装置。
6. 請求項１から４のいずれか１項記載の除霜装置であって、
   前記開口部の形状が略四角形である除霜装置。
7. 請求項１から４のいずれか１項記載の除霜装置であって、
   前記開口部の形状が、正方形、ひし形、六角形、円形のうちの少なくとも一つである除霜装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項記載の除霜装置を有する冷却機器。
9. 請求項８の冷却機器であって、
   前記可燃性冷媒が炭化水素系冷媒である冷却機器。
10. 請求項８または９記載の冷却機器より構成された冷蔵庫。