JP2010032152A - 除霜装置付き冷却器と除霜装置付き冷却器の製造方法およびその冷却器を備えた物品貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】除霜装置のヒータ線の熱を効率よく冷却器へ供給し、除霜効率を向上させる除霜装置付き冷却器を提供する。
【解決手段】ヒータ線３を挿入した除霜装置８と冷媒管２を一体構造とし、冷媒管２の曲げ加工に伴って除霜装置８の曲げ加工を可能とすることにより、除霜装置８は冷媒管２と共に複数の冷却フィン１ａを貫通した構成となる。したがって、除霜装置８の運転時は、ヒータ線３の熱を効率よく冷媒管２および冷却フィン１ａに伝達することができ、冷却器１の除霜効率を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷蔵庫等の物品貯蔵装置に搭載される除霜装置を有する冷却器およびこの冷却器を備えた物品貯蔵装置に関するものである。

物品貯蔵装置として代表される冷蔵庫には、除霜装置としてヒータを具備した冷却器が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。

以下、図８に基づき、従来の冷却器について説明する。図８は、特許文献１に記載された冷蔵庫の要部断面図である。

図８において、冷蔵庫１２０は、最下部に冷凍室１２１が配置され、冷凍室１２１の前面には、冷凍室扉１２２が設けられている。また、冷凍室１２１の上方に冷蔵室１２３が配置され、冷蔵室１２３の前面に冷蔵室扉１２４が設けられている。さらに、冷蔵庫本体の下部後方には、冷却器１２５と、冷却器１２５の下部に配置された除霜装置としてのガラス管ヒータ１２６と、冷却器１２５の上部に位置するファン１２７が設けられている。

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。

冷却器１２５内を流通する冷媒により冷却器１２５が冷却され、ファン１２７の作動により冷凍室１２１および冷蔵室１２３が冷却される。ここで、冷却器１２５で熱交換される空気は、冷凍室扉１２２や冷蔵室扉１２４の開閉に伴って流入した高温外気や、冷凍室１２１あるいは冷蔵室１２３の保存食品に含まれる水分の蒸発等によって高湿化された空気であることから、低温である冷却器１２５には、前述の高湿空気に含まれる水分が霜となって着霜し、堆積する。

したがって、霜の堆積量が増加すると、冷却器１２５の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し、これに伴って熱通過率が低下し、冷却不足が発生する。

そこで、冷却不足となる前にガラス管ヒータ１２６に通電し、放射熱により冷却器１２５を暖め除霜する。
特開２００２−５５５３号公報

しかしながら、上記従来の特許文献１に記載された構成では、ガラス管ヒータ１２６と冷却器１２５との距離を縮めて、除霜効率を向上させてはいるものの、ガラス管ヒータ１２６の放射熱によって除霜するものであることから、除霜効率をさらに向上させるには限界がある、という課題を有していた。

特に、冷却器１２５の高さが高く設計された冷却器１２５においては、冷却器１２５の上部を除霜するには、除霜時間が長く必要となるという課題を有していた。

また、冷凍サイクルに可燃性冷媒を使用した場合において、ガラス管の表面温度を可燃性冷媒の発火温度以下に抑えた場合においても、ガラス管ヒータ１２６の熱容量を下げる必要が生じるため、除霜時間が長く必要となる課題を有していた。

さらに、ヒータ線を金属管内に挿入し、曲げ加工を施したパイプヒータを冷却器の冷却フィンの側面に挿入した除霜装置も知られているが、予め金属パイプに曲げ加工が必要なため、加工費が高いという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、除霜効率を向上させることができ、安価で、かつ、除霜装置の表面温度を可燃性冷媒の発火温度以下に低下させる除霜装置付き冷却器を提供することを目的とするものである。

また、その冷却器を冷蔵庫等の物品貯蔵装置に搭載することにより、冷却器の除霜に費やす消費電力を削減した物品貯蔵装置を提供することを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明は、冷却器の除霜装置を曲げ加工可能な発熱体とし、この除霜装置を冷媒管と一体化し、かつ、冷媒管と共に曲げ加工を施すようにしたものである。

これによって、冷媒管に除霜装置の熱をより短時間で効率よく伝達することができ、除霜時間の短縮化をはかることができる。

また、除霜装置は、冷媒管と同時に曲げ加工を施すことが可能であるため、除霜装置の長さは冷媒管と同程度とすることができ、充分長い設定が可能となる。その結果、冷却器を除霜するために必要な熱は、除霜装置の長さに分散することができ、除霜装置の表面温度を容易に低下させることができる。

また、冷媒管と除霜装置は同時に曲げ加工を施すことにより、冷媒管と除霜装置それぞれに曲げ加工を施す場合に比べて加工費を低減することができる。

本発明の除霜装置付き冷却器は、除霜装置の熱を熱伝導により、冷媒管に効率よく供給することができるため、除霜効率を向上させることができる。しかも、冷媒管の長さに応じて適切な範囲にヒータ線等の発熱体を配置することができるため、除霜効率の向上に加えて、除霜装置の熱を広範囲に分散することができる。

その結果、除霜装置の表面温度を低く抑えることができ、可燃性冷媒を使用した場合においては、除霜装置の表面温度を可燃性冷媒の発火温度以下に抑えることができる。したがって、安全性を確保することができる。

さらに、冷媒管と除霜装置を、同時に曲げ加工することができるため、冷却器の組立工程において、冷媒管の冷却フィンへの組み込みと除霜装置の装着が一連して行うことができ、組立の作業性を向上することができる。

また、かかる冷却器を搭載した物品貯蔵装置は、冷却器の除霜時間の短縮化がはかれ、除霜運転に伴う消費電力を削減することができる。

請求項１に記載の発明は、複数の冷却フィンと前記冷却フィンを貫通する冷媒管を具備する冷却器と、前記冷却器を除霜する除霜装置とを備え、前記除霜装置に、曲げ加工可能なヒータ線等の発熱体を用いたものである。

かかる構成とすることにより、前記除霜装置を冷媒管と一体化することが可能となり、これに伴って、除霜装置の熱が効率よく冷媒管へ伝達され、冷却器の除霜特性を向上することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記除霜装置を、前記複数の冷却フィンと接触させたものである。

かかることにより、除霜装置の熱を直接冷却フィンへ伝達することができ、さらに除霜効率を向上させることができる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記除霜装置を、冷媒が流通する冷媒流路と該冷媒流路に隣接した空洞路を具備する金属製の冷媒管と、前記空洞路に挿入された曲げ加工可能なヒータ線を具備する構成としたものである。

かかる構成とすることにより、冷媒管の曲げ加工に伴ってヒータ線の曲げ加工も行えるため、冷却器の組立作業の簡略化をはかることができる。また、冷媒流路と空洞路が隣接しているため、曲げ加工に伴って冷媒流路と空洞路が離れることもなく、ヒータ線の熱を一様に冷媒流路へ伝達することができる。したがって、除霜斑の少ない除霜が可能となる。

さらに、冷媒とヒータ線が完全に分離された構成であるため、ヒータ線の冷媒による劣化もなく、また、冷媒管の曲げ加工に伴って冷媒流路と空洞部の仕切り部が破損することもなく、信頼性を高めることができる。

請求項４記載の発明は、請求項３に記載の発明において、耐熱性を有する絶縁被覆で覆われたヒータ線を前記空洞路に挿入したものである。

かかることにより、前記冷媒管への挿入性、および曲げ加工時におけるヒータ線と冷媒管との絶縁性を確保することができ、安全性を高めることができる。

請求項５記載の発明は、冷媒が流通する冷媒流路と該冷媒流路に隣接した空洞路を一体化して具備した金属製の冷媒管と、予め前記空洞路に挿入された曲げ加工可能なヒータ線等の発熱体と、前記冷媒管が貫通する長穴状の貫通孔を具備した冷却フィンを具備し、前記冷媒管を前記発熱体と共に蛇行状に曲げ加工し、曲げ加工した前記冷媒管をその曲げ部より前記冷却フィンの貫通孔に挿入する除霜装置付き冷却器の製造方法である。

かかることにより、冷媒管の曲げ加工と一連してヒータ線等の発熱体の曲げ加工も行えるため、冷却器の組立作業の簡略化をはかることができ、また、曲げ加工に伴って冷媒流路と空洞路が離れることもなく、一様の作業で発熱体の熱を一様に冷媒流路へ伝達する構成が得られる。したがって、除霜品質が安定した冷却器を製造することができる。

請求項６に記載の発明は、物品を収納する収納空間を具備した貯蔵装置本体に、冷却熱源と、前記冷却熱源によって冷却された空気を前記収納空間へ供給する通風路を設け、前記冷却熱源を、請求項１から４のいずれか一項に記載の除霜装置付き冷却器とした物品貯蔵装置である。

したがって、物品貯蔵装置は、冷却器における除霜性能の向上に伴い、冷却器の除霜時間の短縮化がはかれ、除霜運転に伴う消費電力を削減することができる。また、可燃性冷媒を封入した物品貯蔵装置の場合は、除霜装置による冷媒管の一様な加熱作用に伴い、その表面温度を可燃性冷媒の発火温度以下に低下させることができ、安全性を確保することができるものである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における除霜装置付き冷却器の斜視図、図２は、同冷却器における図１のＡ−Ａ線による要部断面図、図３は、同冷却器における冷媒管の要部斜視図、図４は、同冷却器における図３のＢ−Ｂ線による冷媒管の断面図である。図５は、実施の形態１における除霜装置付き冷却器を搭載した冷蔵庫の要部断面図である。

図１において、除霜装置付き冷却器（以下、単に冷却器と称す）１は、複数の冷却フィン１ａと、蛇行状に曲げ加工され、かつ複数の冷却フィン１ａそれぞれに設けられた貫通孔１ｂを貫通した金属製の冷媒管２を主体とする構成である。なお、必要に応じて貫通孔１ｂの周縁にフィンカラー（図示せず）を設け、冷媒管２との接触面積を大きくしてもよい。

冷媒管２は、図２、図３に示す如く二つの孔２ａ，２ｂを有しており、一方の孔２ａには可燃性冷媒であるイソブタンが封入され、他方の孔２ｂには、細管状の除霜装置８が挿入されている。

ここで、孔２ａには前述の如く冷媒が流れるため、冷凍サイクルを構成する他の機器との接合の関係上、冷媒管２の孔２ａにおける両端には、リードパイプ２ｃがロウ付け等の適宜手段によって設けられている。

なお、以下については、便宜上孔２ａを冷媒流路、孔２ｂを空洞路と称して説明する。

除霜装置８は、図４に示す如く発熱体であり、かつガラス糸等の芯材３ａにコイル状に巻回されたヒータ線３と、ヒータ線３の外皮を兼ね、該ヒータ線３と冷媒管２とを絶縁する絶縁材４と、ヒータ線３と外気を遮断する栓５と、電源を供給するためのリード線６と、ヒータ線３とリード線６を接続するコネクタ７を具備する構成であり、ヒータ線３は、コードヒータあるいはシリコンラバーヒータ等の如く、柔軟性に富んだフレキシブルな周知のヒータを採用している。

ここで、冷却フィン１ａ、冷媒管２には、熱伝導率の高い材質であるアルミニウムを採用し、また、絶縁材４には、絶縁性、耐熱が高く、曲げ加工性が優れたシリコーンゴム等の材料を採用している。

なお、栓５は、ヒータ線３と外気を遮断することにより、ヒータ線３の耐食性を向上させるために設けている。

上記構成からなる冷却器１は、例えば以下のような方法で形成される。

予め、曲げ加工されていない直管状の冷媒管２の空洞路２ｂに、絶縁材４で覆われたヒータ線３を挿入する。したがって、冷媒管２が直管状にあるため、ヒータ線３の挿入は容易であり、また、絶縁材４を破損することも抑制できる。

次に、ヒータ線３とリード線６をコネクタ７にて、カシメ加工により、電気接続する。そして、空洞路２ｂの端部に、栓５を装着することにより、除霜装置８が内蔵された空洞部２ｂの内部と外気を遮断する。

次に、冷媒管２に複数回の曲げ加工を施して蛇行状に形成し、そして、冷媒管２を、その曲げ加工部分から複数の冷却フィン１ａの貫通孔１ｂに挿入し、冷媒管２の冷媒流路２ａの径を周知の拡管手法にて大きくし、冷媒管２とフィン１ａの密着性を向上させる。この冷媒管２とフィン１ａの密着性は、拡管手法に限るものではなく、冷却フィン１ａの貫通孔１ｂ周辺を変形させて密着性を向上させることもできる。

上記構成からなる冷却器１は、図５に示す如く冷蔵庫１１の背面下部に形成された冷却室１２内に配置され、圧縮機１９等とともに周知の冷凍サイクルを形成している。

ここで、冷蔵庫１１の構成は、周知の構成で良いため、冷却器１に関係する構成について説明する。

冷却室１２は、通風路１３を介して貯蔵室（例えば、冷凍室）１４と連通し、冷却器１によって冷却された空気は、矢印Ｘで示す如く送風機１５によって貯蔵室１４へ供給され、戻り風路１６より冷却室１２へ流入し、ここで冷却器１によって再び冷却され、通風路１３から貯蔵室１４へ供給される循環流となる。

冷却器１によって冷却された一部の空気は、矢印Ｙで示す如く送風機１５によって異なる通風路１７へ流れ、同様に異なる貯蔵室（例えば、冷蔵室）１８を冷却する順貫流を形成する。

これらの冷却された空気の流れは、周知であり、詳細な説明は割愛する。

上述の如く循環空気によって冷却を継続すると、循環空気の水分が霜となり、冷却器１に着霜する。したがって、冷蔵庫１１は、冷却器１の所定の能力を引き出すために除霜運転を行う。

次に、冷却器１の除霜を行う除霜装置８の動作について説明する。

着霜した冷却器１の除霜は、リード線６からの通電により、ヒータ線３が発熱し、冷媒管２の冷媒流路２ａに伝熱されることによって行われる。

冷媒流路２ａ内の冷媒は、その熱によって加熱され、気化する。その作用は、冷媒流路２ａ内の冷媒に順次伝播し、それらの冷媒の熱によって冷却管２に付着した霜を溶かす。所謂サーモサイフォン作用によって冷媒の熱を利用して冷却器１の除霜を行う。

一方、ヒータ線３の熱は、冷媒管２から冷却フィン１ａにも伝達され、冷却フィン１ａを加熱する。これにより、冷却フィン１ａに付着した霜が溶かされる。

特に、ヒータ線３は、冷媒管２の冷媒流路２ａに並行して蛇行状に位置しているため、広範囲に亘って冷媒管２および冷却フィン１ａを加熱することができる。したがって、冷却器１は、短時間で除霜装置８の熱が伝達されることとなり、除霜時間も短縮化される。

このようにヒータ線３の熱は広範囲に亘って効率よく冷却器１に伝達されるため、冷蔵庫１１の冷媒に、可燃性冷媒を用いた場合であっても、その安全性を維持することができる。

例えば、可燃性冷媒の一つであるイソブタンの場合であると、イソブタンの発火温度は４９４℃であり、除霜装置８の表面温度は、発火温度より１００℃低い３９４℃以下に設定し、安全性を確保する必要がある。

金属製の冷媒管２は、除霜装置８（ヒータ線３）と共に曲げ加工を施しており、除霜装置８の長さは、冷媒管２（冷媒流路２ａ）とほぼ同程度の長さとすることができる。したがって、冷却器の横幅程度に設定されるガラス管ヒータ等に比べ、充分長く設定することができる。

その結果、冷却器１を除霜するために必要な熱は分散され、除霜装置８の単位長さ当りの熱容量は、ガラス管ヒータ等に比べて小さく設定することができる。

このように、冷媒管２の曲げ加工と同時に曲げ加工される除霜装置８を採用することは、単位長さあたりの熱容量を小さくすることによって、除霜装置８の表面温度を３９４℃以下にすることが可能となり、また除霜装置８の長さを確保することによって、除霜特性を向上させることが可能となるもので、冷蔵庫１１の除霜制御設計の容易化がはかれるものである。

さらに、除霜装置８と冷媒管２（冷媒流路２ａ）は一体構造であり、かつ除霜装置８の外周の一部が冷却フィン１ａと接触していることから、除霜装置８の表面温度を下げる作用が大きく、万一可燃性冷媒が漏洩した環境下で除霜装置８の通電が行われた場合においても、可燃性冷媒の着火を防止する冷蔵庫とすることができる。

しかも、除霜効率が向上し、除霜時間を短縮できるので、冷蔵庫１１の除霜運転に費やす消費電力を低減することができる。

また、ヒータ線３は、予め、絶縁性および耐熱性が高く、また、曲げ加工性に優れたシリコーンゴム製の、あるいはシリコーンゴムを主体とする絶縁材４により覆われているため、曲げ加工を施す場合であっても、ヒータ線３と金属管２における絶縁作用の信頼性を保つことができる。

さらに、ヒータ線３を冷媒管２の空洞路２ｂ内に挿入した構成とすることにより、除霜に伴う溶融水の除霜装置上への滴下防止として必要としていたカバー等が不要となり、その結果、冷却運転時における通風抵抗の低減がはかれ、冷却器１の性能を引き出すことができる。

なお、本実施の形態では、予め冷媒管２の空洞路２ｂに絶縁材４で覆われたヒータ線３を挿入し、その後に冷媒管２の曲げ加工を行う手順で説明したが、金属管２の曲げ加工後に、絶縁材４で覆われたヒータ線３を挿入する手順としても、冷却器１の除霜特性は同様に維持することができる。

また、冷媒管２は、熱伝導率の高い材質であるアルミニウムとしたが、銅を材料とする構成でもよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２においては、冷媒管２の構成を主体に説明する。なお、実施の形態１と同じ構成要件については、同一の符号を付して説明する。

図６は、本発明の実施の形態２における冷媒管の要部の斜視図である。図７は、実施の形態２における異なる構成を示す冷媒管の要部斜視図である。

図６に示す冷媒管２０は、冷媒流路を形成する冷媒流路管２０ａに、除霜装置８を挿入した空洞管２０ｂを例えばロウ付け２１により一体化した構成である。

空洞管２０ｂにおける除霜装置８（ヒータ線等）の挿入構造および、栓５による密封構造は、実施の形態１と同様の構造となっている。

なお、冷却器を構成する冷却フィン１ａの貫通孔１ｂの形状は、ロウ付け２１の箇所も含めた形状とすることが好ましい。また、貫通孔１ｂの周縁にフィンカラー１ｃを設け、冷媒管２０との接触面積を確保している。

かかる構成によれば、冷媒流路管２０ａと空洞管２０ｂが独立しているため、必要とする冷媒循環量が確保できる冷媒流路管２０ａの管径を選択することができ、冷却器における設計の自由度を増すことができる。

さらに、空洞管２０ｂの長さを適宜設定し、冷却器における冷媒管２０の引き回しパターンに応じて、最も効果的な除霜が行える範囲に空洞管２０ｂを配置することができる。したがって、冷却器の冷媒入口から冷媒出口に亘って除霜装置８を設ける必要もなく、除霜作用にとって合理的な配置が可能となる。

また、空洞管２０ｂは、ロウ付け２１によって冷媒流路管２０ａと一体化されているため、冷媒流路管２０ａの曲げ加工に伴って一緒に曲げ加工することができ、実施の形態１と同様に良好な組立作業性が確保できる。

図７に示す冷媒管３０の構成は、冷媒流路管３０ａと空洞管３０ｂを金属管の引き抜き加工等によって一体に形成したものである。したがって、冷却フィン１ａの貫通孔１ｂの形状も、冷媒管３０の断面形状に合わせた形状とすることが好ましい。図７の構成は、冷媒流路管３０ａよりも空洞管３０ｂが小径であるため、貫通孔１ｂは、だるま型となる。

かかる構成においても、図６の構成と同様の作用効果が期待でき、また冷媒流路管３０ａと空洞管３０ｂのロウ付け作業も不要であり、組立作業性をさらに向上することができる。

以上のように、本発明にかかる除霜装置付き冷却器は、組立作業性がよく、また、ヒータ線の熱を効率よく冷却器へ供給することができるので、除霜特性に優れた冷却器が提供でき、冷蔵庫等の家庭用から自動販売機等の産業用の物品貯蔵装置の冷却器として広く適用できるものである。

本発明の実施の形態１における除霜装置付き冷却器の斜視図 同冷却器における図１のＡ−Ａ線による要部断面図 同冷却器における冷媒管の要部斜視図 同冷却器における図３のＢ−Ｂ線による冷媒管の断面図 同実施の形態１における除霜装置付き冷却器を搭載した冷蔵庫の要部断面図 本発明の実施の形態２における冷媒管の要部の斜視図 本発明の実施の形態２における異なる構成を示す冷媒管の要部斜視図 従来例を示す冷蔵庫の要部断面図

符号の説明

１ 冷却器
１ａ 冷却フィン
１ｂ 貫通孔
２ 冷媒管
２ａ 冷媒流路
２ｂ 空洞路
３ ヒータ線（発熱体）
４ 絶縁材
５ 栓
８ 除霜装置
１１ 冷蔵庫（貯蔵装置）
１３ 通風路
１４ 貯蔵室
１７ 通風路
１８ 貯蔵室
２０ 冷媒管
２０ａ 冷媒流路管（冷媒流路）
２０ｂ 空洞管（空洞路）
３０ 冷媒管
３０ａ 冷媒流路管（冷媒流路）
３０ｂ 空洞管（空洞路）

Claims (6)

1. 複数の冷却フィンと前記冷却フィンを貫通する冷媒管を具備する冷却器と、前記冷却器を除霜する除霜装置とを備え、前記除霜装置に、曲げ加工可能なヒータ線等の発熱体を用いた除霜装置付き冷却器。
2. 前記除霜装置を、前記複数の冷却フィンと接触させた請求項１に記載の除霜装置付き冷却器。
3. 前記除霜装置を、冷媒が流通する冷媒流路と該冷媒流路に隣接した空洞路を具備する金属製の冷媒管と、前記空洞路に挿入された曲げ加工可能なヒータ線を具備する構成とした請求項１または２に記載の除霜装置付き冷却器。
4. 耐熱性を有する絶縁被覆で覆われたヒータ線を前記空洞路に挿入した請求項３に記載の除霜装置付き冷却器。
5. 冷媒が流通する冷媒流路と該冷媒流路に隣接した空洞路を一体化して具備した金属製の冷媒管と、予め前記空洞路に挿入された曲げ加工可能なヒータ線等の発熱体と、前記冷媒管が貫通する長穴状の貫通孔を具備した冷却フィンを具備し、前記冷媒管を前記発熱体と共に蛇行状に曲げ加工し、曲げ加工した前記冷媒管をその曲げ部より前記冷却フィンの貫通孔に挿入する除霜装置付き冷却器の製造方法。
6. 物品を収納する収納空間を具備した貯蔵装置本体に、冷却熱源と、前記冷却熱源によって冷却された空気を前記収納空間へ供給する通風路を設け、前記冷却熱源を、請求項１から４のいずれか一項に記載の除霜装置付き冷却器とした物品貯蔵装置。

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