JP3933996B2 - Defrost heater and cooling device using the same - Google Patents

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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍庫、冷蔵庫等の冷却保管装置又は冷却装置に用いられる除霜ヒーターに関し、特に冷却機構の冷媒として可燃性ガスを用いた冷却保管装置に好適な除霜ヒーターに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の冷蔵庫の除霜ヒーターについて図6及び図7を参照しつつ説明する。
図6に示すように、従来の冷蔵庫21は箱状の本体21aと、本体21aの前部にパッキン21cを介して取り付けられた取手21dを有するドア21bとで冷蔵室を形成している。冷蔵室の内部には棚21e等が設けられている。
この冷蔵庫21における冷却機構では、圧縮機22で圧縮された冷媒ガスが高温高圧となり、その高温高圧の冷媒ガスが凝縮器23で外気と熱交換して凝集液化し、膨張機構24に流入する。膨張機構24で液化している冷媒ガスは減圧され、蒸発器25で蒸発し、保護板25aを通して冷蔵室内の空気と熱交換して冷却される。
【0003】
そして冷却機構が一定時間運転されると、蒸発器25の外壁には冷蔵室内の空気の冷却により霜が付着する。そこで自動的に除霜運転に切り替わり除霜ヒーター26aに通電して電力が供給される。通電により除霜ヒーター26から放射される熱で蒸発器25の外部に付着した霜が溶融して水滴等となりドレン穴27から冷蔵庫21の外へ流出して除去される。
【0004】
従来ニクロム線をコイル状に巻いたフィラメントを不透明石英管に挿入し、そのフィラメントの両端部にリード線を接合し、シリコーンゴムキャップ等で封止した構造のLTバルブと呼ばれる除霜ヒーターが広く使用されていた。
最近では図7に示すコルツランプと呼ばれる除霜ヒーター26aも使用されている。このコルツランプは、コイル状に巻いたタングステン線フィラメント12の両端部にモリブデン箔7a、7bを溶接接合し、さらにそれにそれぞれ外部リード線8a、8bの内端に接合したモリブデン線6a、6bを溶接し、こうして得た発熱体を透明石英ガラス管1に挿入したものである。なお8c、8dはリード線8a、8b導入用の絶縁被覆である。このコルツランプの除霜ヒーター26aでは、内部の空気を不活性ガスに置換後前記モリブデン箔7a、7bの部分で石英ガラス管1の端部を溶融封止している。
【0005】
従来冷却装置用の冷媒として広く用いられているクロロフルオロカーボン(以下CFCと称す)がオゾン層破壊および地球温暖化等の環境悪化の原因になっているという問題がクローズアップされてきた。このような観点から、近年冷却装置用の冷媒として広く用いられて来たCFCの使用全廃が極めて重要な環境問題のテーマとなってきている。
そこで冷媒ガスとして可燃性ではあるが地球温暖化への影響は極めて少ないハイドロカーボン(以下HCと称す)の使用への転換が検討されている。例えば1993年2月にベルギーで行われた11R−11FのコミッションB1/2の予稿集のp281〜p291には、家庭用冷蔵庫にHCであるプロパン(R290)やイソブタン(R600a)が適用できることが開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
除霜ヒーターとして用いられている前者のニクロム線タイプのLTバルブは、発熱体自体の温度が500℃以上になるとともに、発熱体を挿入した不透明石英管の内部空間と外部雰囲気間とが完全に密封されてない。そのため冷却装置から外部に漏洩した可燃性の冷媒ガスに対して発熱体が着火源になる可能性がある。
【0007】
また後者のコルツランプは、透明石英ガラス管の両端部が溶融封止されているので内部の発熱体と外部雰囲気とは完全に遮断されており、発熱体が着火源となることはない。しかし発熱体の温度が1500℃〜2000℃にもなっているので、透明石英ガラス管の表面温度が400℃を越えている。したがってオゾン層破壊の極端に少ないHC系冷媒、例えば発火温度が460〜495℃と低いイソブタンを用いた場合、冷却機構からイソブタンが洩れたとき、コルツランプ自体が着火源となる可能性がある。
このように従来の除霜ヒーターはいずれも可燃性の冷媒ガスに対して発火、爆発の危険性があり使用できないという問題があった。
【0008】
そこで1本のコルツランプの消費電力を下げ、透明石英ガラス管の表面温度をイソブタンの発火温度より約100℃下げ、360℃以下の安全な状態で使用することが試みられている。この場合は消費電力が小さいので除霜能力が不足するためコルツランプを2本使用する方法も検討されている。
一方従来の除霜ヒーターに用いられるニクロム線やタングステン線はその材料の固有抵抗値が決まっており、1本のコルツランプの消費電力を小さくするように発熱体の抵抗値を増加させるには線径を細くする、または長くするしか手段がない。機械的強度が低下するため発熱体の線径には限界があり、長くして抵抗値を増加するのが一般的である。その場合は除霜ヒーターのサイズが大きくなる。
しかし冷蔵庫に用いられる除霜ヒーターは、冷蔵庫の内部スペースによってそのサイズに制限がある。そのように制限された寸法内で石英ガラス管の表面温度を360℃以下にすることは非常に困難であるという問題があった。
【0009】
本発明は、1本のヒーターで十分な消費電力が得られ、かつ小さいサイズであるにもかかわらず石英ガラス管の表面温度を360℃以下とすることのできる除霜ヒーター、及びそれを用いた冷却装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の除霜ヒーターは、圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器とを順次冷媒用管路で循環路状に接続して構成した冷却システムに可燃性冷媒を封入した冷却機構を有する冷却装置の庫内に配置され、前記蒸発器の外部に生ずる霜を気化させて除去するよう前記蒸発器の近傍に設けられる除霜ヒーターであって、前記除霜ヒーターが炭素系物質を含む焼結体で形成された発熱体を内部に密封した石英ガラス管を備え、前記発熱体は、賦形性を有し焼結後実質的に残留炭素を含む組成物と、少なくとも一種の金属化合物または半金属化合物とを混合し、焼結して形成されたものであり、前記発熱体の表面からのエネルギー放射密度(単位放射面積当たりの消費電力量:以下ワット密度)が2〜20W/cm で、前記石英ガラス管の表面温度は360度以下である、ことを特徴としている。
【0011】
この構成の除霜ヒーターによれば、発熱体が石英ガラス管に密封されているため、可燃性の冷媒ガスが漏洩した場合にも高温の発熱体と直接接触することがなく、発熱体が着火源とはならない。また、賦形性を有し焼結後実質的に残留炭素を含む組成物と、少なくとも一種の金属化合物または半金属化合物とを混合し、焼結して形成された、炭素系物質を含む焼結体により形成した発熱体は、その組成を調節することにより固有抵抗値を大きい範囲の中の値に選択することができる。したがって消費電力と発熱体の温度とが自由に選択できる除霜ヒーターを作成できる。
【0012】
さらに発熱体の温度と石英ガラス管の表面温度とは正確な相関関係が存在する。これにより石英ガラス管の表面温度が可燃性冷媒(R600a) の発火温度より約100℃ 低い360℃(安全と言われている温度)のヒーターが実現できる。 その結果万一可燃性の冷媒ガスが洩れたとき除霜ヒーターに起因する発火、爆発を生じない安全な除霜ヒーターを提供することができる。
また組立時の内部ガスである酸化ガスを不活性ガスに置換したり、または真空状態にすることにより発熱体の酸化防止が図れる。さらに、賦形性を有し焼結後実質的に残留炭素を含む組成物と、少なくとも一種の金属化合物または半金属化合物とを混合し、焼結して形成された、炭素系物質を含む焼結体で形成した発熱体は押出成形して焼成する製造方法のため、細く薄いものや太く厚い物など種々の断面形状を有する発熱体が自由に作成できる。
【0013】
発明者はこれまで炭素系物質を含む焼結体を用いたランプタイプのヒーターを種々検討してきた。その中で導電体である、炭素系物質、化合物の酸化物、半金属化合物の酸化物、炭化物、窒化物、硼化物、珪化物等の1種または2種以上よりなる焼結体やそれらの混合比を変えたもの、或いは炭素系物質より形成した発熱体の形状や断面積を変えたものなどを試作して評価した。その結果発熱体の固有抵抗値が数千から数百万μΩ・cmのものが作れることを確認した。
【0014】
上記構成の除霜ヒーターにおいて、前記発熱体の表面からのエネルギー放射密度(単位放射面積当たりの消費電力量:以下ワット密度)が、2〜20W/cmである発熱体を用いるのが好ましい。
発熱体の消費電力(W数)を発熱体の表面積で割ったワット密度(W/cm)と発熱体の表面温度(℃)との間にはバラツキの少ない相関関係がある。この関係は発熱体の材料、断面形状、または発光長等が変わっても変化がなく、ワット密度にのみ相関していることがわかった。
もちろん発熱体の表面温度と封入する石英ガラス管の表面温度とも正確な相関関係が存在することも確認している。すなわち石英ガラス管の管径を決め、所望の石英ガラス管の表面温度となる除霜ヒーターを求める場合、ワット密度より目的とする発熱体が設計できることが判明した。
【0015】
前述のごとく、賦形性を有し焼結後実質的に残留炭素を含む組成物と、少なくとも一種の金属化合物または半金属化合物とを混合し、焼結して形成された、炭素系物質を含む焼結体を発熱体に用いた除霜ヒーターは、ワット密度が任意に選択できるため、除霜ヒーターの石英ガラス管の表面温度を所定の温度以下に保つことができる。例えばイソブタンを冷媒として用いた場合、冷媒が洩れても発火しない安全温度は360℃ 以下であり、その温度以下で必要な消費電力が得られる発熱体のワット密度は、2〜20W/cm、より好ましくは3〜15W/cmである。
【0016】
また本発明のヒーターで重要なことは、除霜ヒーターの発光長、石英ガラス管径が決まった状態で所望の消費電力、石英ガラス管の表面温度をもつ除霜ヒーターを実現するには、発熱体の表面積が自由に変えられることと、発熱体の固有抵抗値を自由に変えられることである。賦形性を有し焼結後実質的に残留炭素を含む組成物と、少なくとも一種の金属化合物または半金属化合物とを混合し、焼結して形成された、炭素系物質を含む焼結体で形成した発熱体は、押出成形法等で作られるので、押出部のダイス形状、サイズを変えることにより表面積の変化ができる。また固有抵抗値の変化を得るには、多くの材料につき実験検討の結果、炭素系材料と金属化合物または半金属化合物とを混合し焼結することで、幅広い固有抵抗値を有し、かつ材料強度や長期信頼性の高い発熱体を作れることが判明した。
【0017】
この金属化合物または半金属化合物としては、金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属酸化物、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属炭化物のうち少なくとも1種を含有するのが好ましい。前述のワット密度を実現するためには、炭素系材料に対し、固有抵抗を増加させかつ発熱時における特性変動の少ない添加材料として、金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属酸化物、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属炭化物のうち少なくとも1種を混合した材料を焼結して作った発熱体では、発熱体の固有抵抗値を数千〜数百万μΩ・cmの範囲で変えられることが確認された。
【0018】
前記の焼結前の混合材料中の、焼結後実質的に残留炭素を含む組成物は、成分として樹脂を含むのが好ましい。樹脂を含めることにより焼成したときそれが炭素化し、その過程で抗折強度の大きな焼結体が実現できる。また樹脂材料の種類を選定することにより、焼成後の炭素が難黒鉛化炭素のように固有抵抗値の大きい炭素を含んだ発熱体が形成できる。
前記焼結後実質的に残留炭素を含む組成物は、カーボンブラック、黒鉛およびコークス粉のうち少なくとも1種の炭素粉末を含むことがさらに好ましい。発熱体の導電機構を司る成分は炭素であり、それには各種形態の材料があるが、温度を上げた状態で長時間使用してもその特性が変化しにくい材料は、カーボンブラック、黒鉛およびコークス粉のうち少なくとも1種を用いることにより実現できる。
【0019】
さらに上記構成の除霜ヒーターにおいて、前記石英ガラス管の内壁または外壁の少なくとも一部に発熱体から輻射される光を所定の方向に反射する反射膜を形成するのが好ましい。除霜ヒーターは蒸発器の周辺に付着した霜を速やかに除去することであり、放射率が黒体(放射率は1.0)に近い0.85である炭素系発熱体は、輻射エネルギーによる加熱が主体であるので、輻射光を集中して蒸発器方向に照射することが重要である。石英ガラス管の表面に反射膜を形成すると大部分の放射光を蒸発器に向けて照射できるので、したがってエネルギー効率の良い除霜ヒーターが実現できる。
【0020】
また上記構成の除霜ヒーターにおいて、前記石英ガラス管の外壁の少なくとも1部分に、臭気を分解する物質を被着するのが好ましい。冷蔵庫内には各種食材が保存しているため、不快な臭気が溜まりやすい。臭気を分解する物質を被着することにより冷蔵庫内等の不快ガスを取り除く機能が付加できる。
臭気を分解する物質の形成方法は、吸着機能を有するモレキュラーシーブの粉末、触媒成分として白金系化合物、粘着成分としてアルミナまたは二酸化珪素のゾル、及び水を混合したスラリー状物質を前記石英ガラス管に塗布焼成して形成するのが好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下本発明による冷蔵庫用等に適した除霜ヒーターの好適な実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。
【0022】
《実施例1》
図1は冷蔵庫用に採用した本発明の実施例1の除霜ヒーター26の断面図である。
図1に示す除霜ヒーター26は、透明石英ガラス管1の内部に炭素系物質を含む焼結体で形成された発熱体2が封入されている。詳しくは発熱体2の両端部に内部リード線3a、3bのコイル状部5a、5bがそれぞれ密な嵌合でねじ込まれ電気的に接合している。内部リード線3a、3bの中間部には発熱体2に引張り張力を与えるためのスプリング部4a、4bが設けられている。内部リード線3a、3bの他端部は、モリブデン線6a、6bが溶接されたモリブデン箔7a、7bの他端部にそれぞれ溶接接合されて、発熱体ブロックを形成している。この発熱体ブロックを石英ガラス管1の内部に挿入し、モリブデン箔7a、7bの部分の石英ガラス管1を溶融し封止している。
【0023】
この封止の際に石英ガラス管1の内部は窒素またはアルゴン、或いはその混合ガスで置換されている。封止部から石英ガラス管1の外部に取り出されたモリブデン線6a、6bにはそれぞれ外周を絶縁体8c、8dで被覆されたリード線8a、8bの内側端が溶接接合されている。石英ガラス管1の封止部を湿度から保護するためのシリコーン樹脂で形成されたキャップ9a、9bがそれぞれシリコーン樹脂系の接着剤で接着固定されている。
このように構成した除霜ヒーター26は、図6に断面を示すように基本的には従来と同形の冷蔵庫21の蒸発器25の近くに取りつけられる。
【0024】
地球環境保全が現在の商品開発の命題であり、冷蔵庫においても従来使用されている不燃性のCFCやHFCがオゾン層を破壊するため、オゾン層の破壊の程度がより少ない冷媒ガスを用いた冷蔵庫が求められている。その具体策としてオゾン層をほとんど破壊しないイソブタンガスを冷媒に用いる冷蔵庫が開発されている。
しかしイソブタンガスは可燃性ガスであり、その発火温度は460〜495℃であり、万一イソブタンガスが冷却機構の外部に洩れても発火しない温度帯は360℃以下と言われている。したがって冷蔵庫内の蒸発器に付着した霜を加熱して除去するための除霜ヒーター26の石英ガラス管1の表面温度を360℃以下にすることが要望されている。
【0025】
従来のニクロム線やタングステン線フィラメントでも、その発光長を制限しなければその石英ガラス管1の表面温度が360℃以下のヒーターは製作可能である。しかし現実的には冷蔵庫中の除霜ヒーターの設置スペースには制限があり、かつ効率よく除霜するためには最低の加熱エネルギーとなる発熱体の消費電力を供給することが要求され、小型でかつ充分な消費電力を供給できる除霜ヒーターを実現することが難しかった。
【0026】
発明者等はこれらの条件を満足する炭素系物質の焼結体を発熱体とした除霜ヒーターを検討してきたが、当初は消費電力を満足させれば石英ガラス管1の表面温度が360℃以上になり、表面温度を満足させれば消費電力が供給できない状態であった。そのため消費電力と石英ガラス管1の表面温度の関係を詳細に検討した結果、ワット密度(発熱体の消費電力量Wを発熱体の表面積で割った値:W/cm)と発熱体2の表面温度、及び発熱体2の表面温度と石英ガラス管1の表面温度との間には各々良好な直線関係があることが判明した。またこの直線関係は発熱体2の断面形状、例えば丸棒や板状や発熱体の長さ等に関係無く表面積のみで表現した値で正確な直線関係を示すことを見出した。
例えば石英ガラス管1の直径が10mmで、石英ガラス管1の表面温度が360℃とする場合には、そのワット密度が8W/cmであった。このワット密度の値は、石英ガラス管1の直径で変化し、管が細くなればより小さなワット密度で、太くなればより大きなワット密度でこの温度となることが判明した。
【0027】
これらの結果よりイソブタンを冷媒ガスとして用いる冷蔵庫に使用できる発熱体2のワット密度は2〜20W/cm、より好ましくは3〜15W/cmであることが実験結果より判明した。
この発熱体2のワット密度と石英ガラス管1の表面温度との相関関係を用いて冷蔵庫に使用できる除霜ヒーター用発熱体を実現するためには、発熱体2の固有抵抗値が自由に変えられることが必須条件である。これが可能な発熱体材料としては炭素系物質を含む焼結体が好ましいことがわかった。
【0028】
本発明の炭素系物質を含む燒結体で形成した発熱体の製法の一例について説明する。この製法は本出願人の先願である国際公開番号WO98/59526の公報に開示されている実施例のものに近い。すなわち、樹脂成分として塩素化塩化ビニール樹脂(日本カーバイド社製T−741)45重量部とフラン樹脂(日立化成社製ヒタフラン(商標)樹VF−302)15重量部との混合樹脂に炭素系物質として天然黒鉛粉末(日本黒鉛社製平均粒度5μm)10重量部を含有させた組成物、及び抵抗値調整成分として窒化硼素(信越化学社製平均粒度2μm)30重量部の混合物に対し、可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを20重量部添加して混練し、スラリー状の混合物を作成する。このスラリー状の混合物を引き抜き断面形状が円形のダイスを用いて押出成形し、その後窒素ガス雰囲気中で焼成し、円柱状の炭素系発熱体を得た。
【0029】
検討の結果固有抵抗値を変える抵抗調整成分の材料としては、窒化硼素以外に窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、及び窒化クロムなどの窒化物が好ましい。また炭化珪素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、炭化モリブデン、及び炭化タングステン等の炭化物も好ましい。さらに硼化チタン、硼化ジルコニウム、硼化ニオブ、硼化タンタル、硼化クロム及び硼化モリブデン等の硼化物、または珪化チタン、珪化ジルコニウム、珪化ニオブ、珪化タンタル、珪化クロム、珪化モリブデン、及び珪化タングステン等の珪化物も好ましい。さらにまた二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシュウム等の酸化物、またはそれ等の混合物、或いはカオリナイト、ハロイサイト、雲母、モンモリロナイト、緑泥石等の粘土鉱物等の金属、または半金属化合物が有効に使用できる。例えばカオリナイトを主成分として用いたものでは、固有抵抗値を10万〜200万μΩ・cmの発熱体が作成できた。これらの材料は単独でも用いられるが、好ましくは複数の材料を混合して用いた方が良い。
【0030】
粘土鉱物は層状化合物なので他の酸化物、窒化物、炭化物、珪化物、または硼化物と混合して用いると滑り性が付加される。滑り性が付加されたスラリー状の混合物を用いると押出成形物が均質となり、またダイスが摩耗しにくいため生産上有効である。
【0031】
発熱体材料として金属材料以外の各種材料も検討した。例えば炭化珪素粉末等の各種半導体材料を酸化物材料と混合して押出成形し焼成した棒状発熱体を成分を変えて多数作成したが、発熱体の固有抵抗値を前記本発明の如き広範囲とすることはできず、かつ薄板(厚み0.5mm以下)状発熱体は作れなかった。すなわち本発明の広範囲の固有抵抗値の実現の目的に好適な発熱体としては、炭素系物質を含む焼結体以外に適当なものが見いだせなかった。
【0032】
炭素系物質では発熱体中の炭素成分が導電成分となるが、導電率も炭素成分の生成履歴によって異なっており、カーボンブラックや熱硬化性樹脂分解炭素などは難黒鉛化炭素といわれ導電率が低く、反対に黒鉛やコークスなどは易黒鉛化炭素といわれ導電率が大きい材料である。すなわち炭素成分を選択することによっても固有抵抗値が変えられる。本発明の発熱体には、黒鉛、コークス、またはカーボンブラック等を含有しており、点灯時の高温状態でも黒鉛化が起こりにくく抵抗値が変化し難い難黒鉛化炭素が得られる。
【0033】
図3は、従来のニクロム線を不透明石英ガラス管に挿入したLTランプ、タングステンフィラメントを石英ガラス管に封止し内部に不活性ガスを密封した従来のコルツランプ、及び本発明の炭素系物質を含む焼結体を石英ガラス管に封止し内部に不活性ガスを密封したカーボンランプのそれぞれの、波長1〜14μm間での放射強度を比較したグラフである。図3において、太い実線で示すカーブではカーボン発熱体(発熱体の色温度:1100℃)を石英ガラスの透明バルブに封入してなる本発明実施品(以下、カーボン透明バルブと略称する)の特性を示す。図3において点線で示すカーブは、従来のタングステンフィラメント(発熱体の色温度:2000℃)を石英ガラス管に封入したコルツランプ(以下コルツ赤バルブと略称する)の特性を示す。図3において細い実線で示すカーブは、従来のニクロム線(発熱体の色温度:800℃)を不透明バルブに挿入したニクロム線ヒーター(以下LT不透明バルブと略称する)の特性を示す。各ランプとも消費電力は300W、発熱部の長さ315mmのものに統一した。
【0034】
図3に示すように、カーボン透明バルブの放射光のピーク波長は約2.1μmに、コルツ赤バルブの放射光のピーク波長は約1.6μmに、LT不透明バルブの放射光のピーク波長は約2.8μmにそれぞれある。
【0035】
図4は、前記放射強度特性の波長域2.5〜8.0μmにおける全放射強度と、波長域1.38〜14.08μmでの全放射強度量とを示すグラフである。
図4に示すように、全放射強度量はカーボン透明バルブのヒーターが最も大きく、1.38〜14.08μmの波長域では他の従来のヒーターより約40%放射強度量が大きかった。これは炭素自体の放射率が黒体に近い0.85であるのに対しニクロム線やタングステン線などの従来のヒーターの放射率が0.5以下であることに起因している。
【0036】
図5は、水の赤外線吸収特性を示すグラフである。図5に示すように、水は波長が約2.9μmと6μm付近の赤外線に対して強い吸収帯を有し、この波長の赤外線が照射されると共鳴吸収し水分子のO−H間で振動が起こり温度上昇が起こる。すなわち冷蔵庫の蒸発器に付着した霜取りのためには水の吸収帯である2.9μm付近にピーク波長を持つヒータ−で、かつ放射強度量の大きいヒーターが最も効果的であることがわかる。
つまり図3〜図5の特性からわかるように、本発明のカーボン透明バルブはピーク波長が2.9μmに非常に近くかつその付近の放射強度量も大きいので、除霜ヒーターには好適なヒーターである。
【0037】
上記の実施例1の除霜ヒーターは、図1に示すように発熱体2の両端部に直接内部リード線3a、3bの他端部のコイル状部5a、5bをそれぞれ密にねじ込み接合した。しかし発熱体2は高温になるので点灯中微量であるが不純物や不純ガスが発生し、長期間使用しているとコイル状部5a、5bが変色して温度特性を変化することがある。したがってコイル状部5a、5b、またはスプリング部4a、4bも含めて内部リード線3a、3bの表面に耐腐食性材料をコートすることが好ましい。
モリブデン線を用いた内部リード線3a、3bの表面には、金をコートするのが安定な導電性を得るために好適であり、ニッケル下地メッキに金を電気メッキしたものが最も良好な結果を示した。但し上記の導電性向上のためのメッキは金メッキに限定されるものではなく、クロム、ロジウム、または窒化チタンなどの化合物膜も有効に作用することがわかった。
内部リード線3a、3bの材料としては、モリブデン線以外にタングステン線も同様に使用できる。
【0038】
《実施例2》
図2は本発明の実施例2の除霜ヒーター26bの断面図である。実施例2の除霜ヒーターは、反射膜を設けた点が実施例1で説明したものと異なるものである。したがって実施例1と同様な部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
図2において、実施例2の除霜ヒーター26bの発熱体2を封入した石英ガラス管1の外側表面の半周部分には、発熱体2からの輻射光を反射する材料により形成した反射膜11を設けている。反射膜11の材料としては近赤外線領域の反射率の高い材料がよく、好ましくは金薄膜や窒化チタン薄膜が用いられる。反射膜の作成方法は、スパッター法によるのが一般的であるが、金薄膜の場合には有機金化合物(一般にレジネートと呼ばれるもの)を主成分としたペーストを薄く塗布し、乾燥焼成して形成するのが量産に適している。
実施例2の除霜ヒーター26bでは、反射膜11を石英ガラス管1の外側表面に設けたが、内面に設けても同様の効果が得られる。
【0039】
実施例2の除霜ヒーター26bによれば、発熱体2から放射された赤外線等の輻射光は大部分が蒸発器の方向である上方向に放射されるので熱効率の高い除霜ヒーターが実現できる。
【0040】
また反射膜11のさらに外周の一部に脱臭機能を有する物質を塗布すると、冷蔵庫内の臭気成分を無臭の成分に分解するのでより好適である。脱臭機能を有する物質の具体例として、好ましくはモレキュラーシーブなど吸着機能を有する微粉末に白金材料、例えば塩化白金酸などの触媒成分、及び粘着成分としてのアルミナや二酸化珪素のゾル成分に水を加えスラリー状としたものがある。この脱臭機能を有する物質を含むスラリーを石英ガラス管1の約半周部に塗布し、乾燥焼き付け作製する。この脱臭機能を有する物質は、発熱体2の熱により触媒機能を発揮し、冷蔵庫等の中で発生する各種臭気性ガスを無臭の成分ガスに分解する。
【0041】
本発明は実施例1及び実施例2の構成に制限されるものでない。すなわち発熱体2は棒状形状だけでなく、板状など各種形状のものでも同じ効果を有している。
また実施例では冷蔵庫用の除霜ヒーターについて説明したが、本発明の除霜ヒーターの機能は冷蔵庫用に用いた除霜ヒーターに制限されず、業務用冷凍冷蔵装置や冷凍室または冷蔵室用の冷却サイクル装置、各種飲料食品や水などの冷却装置等の多くの冷却装置の除霜ヒーターに有効に適用できる。
【0042】
【発明の効果】
以上実施例で詳細に説明したように、本発明の除霜ヒーターは、発熱体として所望の固有抵抗値に調整できる炭素系物質を含む燒結体を作り、その発熱体を石英ガラス管の内部に封入している。これにより除霜ヒーターの発熱体のワット密度を調整して石英ガラス管の表面温度を低く設定した場合でも、大きい加熱エネルギーの放射が実現できる。その結果冷媒として可燃性冷媒、例えばイソブタンガスなどを用いた冷却機構をもつ冷蔵庫において、万一可燃性ガスが冷蔵庫内にもれた場合でも、この発熱体による除霜ヒーターは引火爆発の着火源となるおそれがなく、かつ除霜ヒータの消費電力についても発熱体の表面積、固有抵抗及び石英ガラス管径を選択することにより各種のものが自由に設計できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の冷蔵庫用に用いる実施例1の除霜ヒーターの断面図
【図2】本発明の冷蔵庫用に用いる実施例2の除霜ヒーターの断面図
【図3】LTランプ、コルツランプ、及びカーボンランプのそれぞれの波長1〜14μm間での放射強度を比較したグラフ
【図4】LTランプ、コルツランプ、及びカーボンランプのそれぞれの波長域2.5〜8.0μmにおける全放射強度と1.38〜14.08μmでの全放射強度量とを示すグラフ
【図5】水の波長に対する赤外線吸収特性を示すグラフ
【図6】本発明の除霜ヒーターを設けた冷蔵庫の構成を示す断面図
【図7】冷蔵庫用に用いる従来の除霜ヒーターの断面図
【符号の説明】
1 石英ガラス管
2 発熱体
3a、3b 内部リード線
4a、4b スプリング部
5a、5b コイル部
6a、6b モリブデン線
7a,7b モリブデン箔
8a、8b リード線
8c、8d 絶縁被覆
9a、9b キャップ
11 反射膜
21 冷蔵庫
21a 本体
21b ドア
21c パッキン
21d 取手
21e 棚
22 圧縮機
23 凝縮器
24 膨張機構
25 蒸発器
25a 保護板
26、26b 除霜ヒーター
27 ドレン孔
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a defrosting heater used in a cooling storage device or a cooling device such as a freezer or a refrigerator, and more particularly to a defrosting heater suitable for a cooling storage device using a combustible gas as a refrigerant of a cooling mechanism.
[0002]
[Prior art]
A conventional refrigerator defrost heater will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 6, the conventional refrigerator 21 forms a refrigerator compartment with a box-shaped main body 21a and a door 21b having a handle 21d attached to the front portion of the main body 21a via a packing 21c. A shelf 21e and the like are provided inside the refrigerator compartment.
In the cooling mechanism in the refrigerator 21, the refrigerant gas compressed by the compressor 22 becomes high-temperature and high-pressure, and the high-temperature and high-pressure refrigerant gas exchanges heat with the outside air in the condenser 23 to be liquefied and flows into the expansion mechanism 24. The refrigerant gas liquefied by the expansion mechanism 24 is decompressed, evaporated by the evaporator 25, and cooled by exchanging heat with the air in the refrigerator compartment through the protective plate 25a.
[0003]
And if a cooling mechanism is drive | operated for a fixed time, frost will adhere to the outer wall of the evaporator 25 by cooling of the air in a refrigerator compartment. Therefore, the operation is automatically switched to the defrosting operation and the defrosting heater 26a is energized to supply power. The frost adhering to the outside of the evaporator 25 is melted by the heat radiated from the defrosting heater 26 by energization, becomes water droplets, etc., flows out of the refrigerator 21 through the drain hole 27 and is removed.
[0004]
Conventionally, a defrost heater called LT valve with a structure in which a filament wound with a nichrome wire is inserted into an opaque quartz tube, lead wires are joined to both ends of the filament, and sealed with a silicone rubber cap or the like is widely used. It had been.
Recently, a defrosting heater 26a called a Colts lamp shown in FIG. 7 is also used. In this Colts lamp, molybdenum foils 7a and 7b are welded to both ends of a tungsten wire filament 12 wound in a coil shape, and molybdenum wires 6a and 6b joined to inner ends of external lead wires 8a and 8b, respectively, are welded thereto. The heating element thus obtained is inserted into the transparent quartz glass tube 1. 8c and 8d are insulation coatings for introducing the lead wires 8a and 8b. In the defrosting heater 26a of this Colts lamp, the end of the quartz glass tube 1 is melt-sealed with the molybdenum foils 7a and 7b after the inside air is replaced with an inert gas.
[0005]
The problem that chlorofluorocarbon (hereinafter referred to as CFC), which has been widely used as a refrigerant for a conventional cooling device, has caused environmental degradation such as ozone layer destruction and global warming has been highlighted. From this point of view, the abolition of CFC, which has been widely used as a refrigerant for cooling devices in recent years, has become an extremely important environmental problem theme.
Therefore, conversion to the use of hydrocarbons (hereinafter referred to as HC), which is flammable as a refrigerant gas but has very little influence on global warming, has been studied. For example, it is disclosed that propane (R290) and isobutane (R600a), which are HC, can be applied to household refrigerators in p281 to p291 of the 11R-11F commission B1 / 2 proceedings in Belgium in February 1993 Has been.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The former nichrome wire type LT valve used as a defrosting heater has a temperature of the heating element itself of 500 ° C. or more and the space between the opaque quartz tube in which the heating element is inserted and the external atmosphere are completely Not sealed. Therefore, the heating element may become an ignition source for the combustible refrigerant gas leaked to the outside from the cooling device.
[0007]
In the latter Colts lamp, both ends of the transparent quartz glass tube are melt-sealed, so that the internal heating element and the external atmosphere are completely cut off, and the heating element does not become an ignition source. However, since the temperature of the heating element is as high as 1500 ° C to 2000 ° C, the surface temperature of the transparent quartz glass tube exceeds 400 ° C. Therefore, when using an HC refrigerant with extremely low ozone depletion, such as isobutane with an ignition temperature as low as 460 to 495 ° C., if isobutane leaks from the cooling mechanism, the Colts lamp itself may become an ignition source. .
As described above, all the conventional defrost heaters have a problem that they cannot be used due to the danger of ignition and explosion with respect to the combustible refrigerant gas.
[0008]
Therefore, an attempt has been made to reduce the power consumption of one Colts lamp and to lower the surface temperature of the transparent quartz glass tube by about 100 ° C. from the ignition temperature of isobutane in a safe state of 360 ° C. or less. In this case, since the power consumption is small, the defrosting capability is insufficient, so a method of using two Colts lamps has been studied.
On the other hand, the nichrome wire and tungsten wire used in the conventional defrost heater have a specific resistance value of the material, and it is a wire to increase the resistance value of the heating element so as to reduce the power consumption of one Colts lamp. There is no other way but to make the diameter narrower or longer. Since the mechanical strength is lowered, there is a limit to the wire diameter of the heating element, and the resistance value is generally increased by increasing the wire diameter. In that case, the size of the defrost heater becomes large.
However, the size of the defrosting heater used in the refrigerator is limited by the internal space of the refrigerator. There is a problem that it is very difficult to set the surface temperature of the quartz glass tube to 360 ° C. or less within such limited dimensions.
[0009]
The present invention provides a defrosting heater capable of obtaining sufficient power consumption with a single heater and capable of reducing the surface temperature of a quartz glass tube to 360 ° C. or less despite the small size, and the same. An object is to provide a cooling device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  Defrosting of the present inventionheaterThe compressorAndContractorAnd bulgeZhang mechanismAnd steamConnect the generator to the circulation path with a refrigerant line in sequence.ConfiguredCooling systemToA defrosting heater disposed in the vicinity of the evaporator so as to vaporize and remove frost generated outside the evaporator, which is disposed inside a refrigerator having a cooling mechanism enclosing a combustible refrigerant, A defrosting heater is a heating element formed of a sintered body containing a carbonaceous material.Sealed insideQuartz glass tubeThe heating element is formed by mixing and sintering a composition having shapeability and substantially containing residual carbon after sintering, and at least one metal compound or metalloid compound. The energy radiation density from the surface of the heating element (power consumption per unit radiation area: hereinafter watt density) is 2 to 20 W / cm 2 And the surface temperature of the quartz glass tube is 360 degrees or less,It is characterized by that.
[0011]
  According to the defrost heater of this configuration, since the heating element is sealed in the quartz glass tube, even when a flammable refrigerant gas leaks, the heating element does not come into direct contact with the heating element. It cannot be a fire source. AlsoSintering comprising a carbon-based material formed by mixing and sintering a composition having formability and substantially containing residual carbon after sintering and at least one metal compound or metalloid compound bodyThe specific resistance value of the heating element formed by the above can be selected within a large range by adjusting its composition. Therefore, it is possible to create a defrosting heater in which power consumption and the temperature of the heating element can be freely selected.
[0012]
  Furthermore, there is an exact correlation between the temperature of the heating element and the surface temperature of the quartz glass tube. As a result, a heater having a surface temperature of the quartz glass tube of 360 ° C. (which is said to be safe) lower by about 100 ° C. than the ignition temperature of the flammable refrigerant (R600a) can be realized. As a result, it is possible to provide a safe defrosting heater that does not cause ignition or explosion caused by the defrosting heater when flammable refrigerant gas leaks.
  Further, the oxidation of the heating element can be prevented by replacing the oxidizing gas, which is the internal gas at the time of assembly, with an inert gas or by applying a vacuum. furtherFormed by mixing and sintering a composition having formability and substantially containing residual carbon after sintering, and at least one metal compound or metalloid compound,A heating element formed of a sintered body containing a carbon-based material is a manufacturing method in which extrusion molding is performed and fired, so that heating elements having various cross-sectional shapes such as thin and thin objects and thick and thick objects can be freely created.
[0013]
The inventor has studied various lamp-type heaters using a sintered body containing a carbon-based material. Among them, a sintered body composed of one or more of carbonaceous materials, oxides of compounds, oxides of metalloid compounds, carbides, nitrides, borides, silicides, etc., which are conductors, and their A device with a different mixing ratio or a heat generating element formed from a carbon-based material with a different shape or cross-sectional area was prototyped and evaluated. As a result, it was confirmed that a heating element having a specific resistance value of several thousand to several million μΩ · cm can be produced.
[0014]
In the defrost heater having the above configuration, the energy radiation density from the surface of the heating element (power consumption per unit radiation area: watt density) is 2 to 20 W / cm.2It is preferable to use a heating element.
Watt density (W / cm) obtained by dividing the power consumption of the heating element (W number) by the surface area of the heating element2) And the surface temperature (° C.) of the heating element have a little variation. It has been found that this relationship does not change even when the material of the heating element, the cross-sectional shape, or the light emission length changes, and correlates only with the watt density.
Of course, it has also been confirmed that there is an accurate correlation between the surface temperature of the heating element and the surface temperature of the encapsulated quartz glass tube. That is, when the diameter of the quartz glass tube is determined and a defrosting heater having a desired surface temperature of the quartz glass tube is obtained, it has been found that a desired heating element can be designed from the watt density.
[0015]
  As mentioned aboveFormed by mixing and sintering a composition having formability and substantially containing residual carbon after sintering, and at least one metal compound or metalloid compound,A defrost heater using a sintered body containing a carbon-based material as a heating element can arbitrarily select a watt density, so that the surface temperature of the quartz glass tube of the defrost heater can be kept below a predetermined temperature. For example, when isobutane is used as a refrigerant, the safe temperature at which the refrigerant does not ignite even if the refrigerant leaks is 360 ° C. or less, and the watt density of the heating element that can obtain the necessary power consumption at the temperature is 2 to 20 W / cm.2, More preferably 3-15 W / cm2It is.
[0016]
  Also,What is important in the heater of the present invention is that in order to realize a defrost heater having a desired power consumption and a surface temperature of the quartz glass tube with the light emission length of the defrost heater and the diameter of the quartz glass tube determined, a heating element That is, the surface area of the heating element can be freely changed and the specific resistance value of the heating element can be freely changed.Formed by mixing and sintering a composition having shapeability and substantially containing residual carbon after sintering, and at least one metal compound or metalloid compound,Since the heating element formed of a sintered body containing a carbon-based material is made by an extrusion molding method or the like, the surface area can be changed by changing the die shape and size of the extruded portion. In addition, in order to obtain a change in the specific resistance value, as a result of experimental studies on many materials, a mixture of a carbon-based material and a metal compound or metalloid compound is sintered to obtain a wide range of specific resistance values. It was found that a heating element with high strength and long-term reliability can be made.
[0017]
The metal compound or metalloid compound contains at least one of metal carbide, metal boride, metal silicide, metal nitride, metal oxide, metalloid nitride, metalloid oxide, metalloid carbide. Is preferred. In order to realize the watt density, metal carbide, metal boride, metal silicide, metal nitride, metal, as an additive material that increases specific resistance and has little characteristic fluctuation during heat generation compared to carbon-based materials. In a heating element made by sintering a material in which at least one of oxide, semi-metal nitride, semi-metal oxide, and semi-metal carbide is mixed, the specific resistance value of the heating element is several thousand to several million μΩ. -It was confirmed that it can be changed within the range of cm.
[0018]
The composition containing substantially residual carbon after sintering in the mixed material before sintering preferably contains a resin as a component. When fired by including a resin, it is carbonized, and a sintered body with a high bending strength can be realized in the process. Further, by selecting the type of the resin material, it is possible to form a heating element in which the fired carbon contains carbon having a large specific resistance value such as non-graphitizable carbon.
More preferably, the composition containing carbon substantially after sintering contains at least one carbon powder of carbon black, graphite, and coke powder. The component that controls the conduction mechanism of the heating element is carbon, and there are various types of materials, but materials whose characteristics do not easily change even when used for a long time at elevated temperatures are carbon black, graphite and coke. This can be realized by using at least one of the powders.
[0019]
Furthermore, in the defrosting heater having the above-described configuration, it is preferable that a reflection film that reflects light radiated from the heating element in a predetermined direction is formed on at least a part of the inner wall or the outer wall of the quartz glass tube. The defrost heater is to quickly remove frost adhering to the periphery of the evaporator, and the carbon-based heating element whose emissivity is 0.85 close to a black body (emissivity is 1.0) depends on radiant energy. Since heating is the main component, it is important to concentrate the radiant light in the direction of the evaporator. When a reflective film is formed on the surface of the quartz glass tube, most of the emitted light can be irradiated toward the evaporator, so that an energy efficient defrosting heater can be realized.
[0020]
In the defrosting heater having the above-described configuration, it is preferable that a substance that decomposes odor is deposited on at least a portion of the outer wall of the quartz glass tube. Since various foods are stored in the refrigerator, an unpleasant odor tends to accumulate. A function of removing unpleasant gas in the refrigerator or the like can be added by applying a substance that decomposes odor.
A method for forming a substance that decomposes odor is a powder of molecular sieve having an adsorption function, a platinum compound as a catalyst component, a sol of alumina or silicon dioxide as an adhesive component, and a slurry-like material mixed with water in the quartz glass tube. It is preferably formed by coating and baking.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a defrosting heater suitable for a refrigerator according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0022]
Example 1
FIG. 1 is a cross-sectional view of a defrosting heater 26 according to a first embodiment of the present invention that is employed for a refrigerator.
In the defrosting heater 26 shown in FIG. 1, a heating element 2 formed of a sintered body containing a carbon-based material is enclosed inside a transparent quartz glass tube 1. Specifically, the coil-like portions 5a and 5b of the internal lead wires 3a and 3b are screwed into the both ends of the heating element 2 with a close fitting, and are electrically connected. Spring portions 4a and 4b for applying a tensile tension to the heating element 2 are provided at intermediate portions of the internal lead wires 3a and 3b. The other end portions of the internal lead wires 3a and 3b are welded to the other end portions of the molybdenum foils 7a and 7b to which the molybdenum wires 6a and 6b are welded to form a heating element block. The heating element block is inserted into the quartz glass tube 1 to melt and seal the quartz glass tube 1 in the portions of the molybdenum foils 7a and 7b.
[0023]
At the time of sealing, the inside of the quartz glass tube 1 is replaced with nitrogen, argon, or a mixed gas thereof. The inner ends of the lead wires 8a and 8b, the outer circumferences of which are covered with the insulators 8c and 8d, are welded to the molybdenum wires 6a and 6b taken out from the sealing portion to the outside of the quartz glass tube 1, respectively. Caps 9a and 9b formed of a silicone resin for protecting the sealing portion of the quartz glass tube 1 from humidity are respectively bonded and fixed with a silicone resin adhesive.
The defrosting heater 26 configured in this manner is basically mounted near the evaporator 25 of the refrigerator 21 having the same shape as the conventional one as shown in the cross section of FIG.
[0024]
Conservation of the global environment is the current proposition of product development, and non-flammable CFCs and HFCs that are also used in refrigerators destroy the ozone layer. Therefore, refrigerators that use refrigerant gas with less destruction of the ozone layer. Is required. As a concrete measure, refrigerators using isobutane gas that hardly destroys the ozone layer as a refrigerant have been developed.
However, isobutane gas is a flammable gas, and its ignition temperature is 460 to 495 ° C., and it is said that the temperature zone where no ignition occurs even if isobutane gas leaks outside the cooling mechanism is 360 ° C. or less. Therefore, there is a demand for the surface temperature of the quartz glass tube 1 of the defrost heater 26 for heating and removing frost attached to the evaporator in the refrigerator to be 360 ° C. or lower.
[0025]
Even with a conventional nichrome wire or tungsten wire filament, a heater having a surface temperature of the quartz glass tube 1 of 360 ° C. or less can be manufactured unless the light emission length is limited. In reality, however, the installation space for the defrost heater in the refrigerator is limited, and in order to efficiently defrost, it is required to supply the power consumption of the heating element, which is the minimum heating energy, and it is small in size. In addition, it has been difficult to realize a defrost heater that can supply sufficient power consumption.
[0026]
The inventors have studied a defrost heater using a sintered body of a carbon-based material that satisfies these conditions as a heating element. Initially, if the power consumption is satisfied, the surface temperature of the quartz glass tube 1 is 360 ° C. As described above, power consumption cannot be supplied if the surface temperature is satisfied. Therefore, as a result of examining the relationship between the power consumption and the surface temperature of the quartz glass tube 1 in detail, the watt density (the value obtained by dividing the power consumption W of the heating element by the surface area of the heating element: W / cm)2) And the surface temperature of the heating element 2 and the surface temperature of the heating element 2 and the surface temperature of the quartz glass tube 1 were found to have good linear relationships, respectively. It has also been found that this linear relationship shows an accurate linear relationship with a value expressed only by the surface area, regardless of the cross-sectional shape of the heating element 2, such as a round bar, plate shape, length of the heating element, or the like.
For example, when the diameter of the quartz glass tube 1 is 10 mm and the surface temperature of the quartz glass tube 1 is 360 ° C., the watt density is 8 W / cm.2Met. The value of the watt density varies with the diameter of the quartz glass tube 1, and it has been found that the temperature becomes a smaller watt density when the tube becomes thinner and a larger watt density when the tube becomes thicker.
[0027]
From these results, the watt density of the heating element 2 that can be used in the refrigerator using isobutane as the refrigerant gas is 2 to 20 W / cm.2, More preferably 3-15 W / cm2It was found from the experimental results that
In order to realize a heating element for a defrost heater that can be used in a refrigerator by using the correlation between the watt density of the heating element 2 and the surface temperature of the quartz glass tube 1, the specific resistance value of the heating element 2 can be changed freely. It is an indispensable condition. It has been found that a sintered body containing a carbon-based substance is preferable as a heating element material capable of this.
[0028]
An example of a method for producing a heating element formed of a sintered body containing the carbonaceous material of the present invention will be described. This manufacturing method is close to that of the embodiment disclosed in the publication of International Publication No. WO 98/59526, which is the prior application of the present applicant. That is, as a resin component, a carbon-based substance is added to a mixed resin of 45 parts by weight of chlorinated vinyl chloride resin (T-741 manufactured by Nippon Carbide) and 15 parts by weight of furan resin (Hitafuran (trademark) tree VF-302 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.). As a plasticizer, a composition containing 10 parts by weight of natural graphite powder (average particle size of 5 μm manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.) and a mixture of 30 parts by weight of boron nitride (average particle size of 2 μm manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) as a resistance value adjusting component As a starting material, 20 parts by weight of diallyl phthalate monomer is added and kneaded to prepare a slurry mixture. This slurry-like mixture was drawn and extruded using a die having a circular cross-sectional shape, and then fired in a nitrogen gas atmosphere to obtain a columnar carbon-based heating element.
[0029]
As a material of the resistance adjusting component that changes the specific resistance value as a result of the study, nitrides such as titanium nitride, zirconium nitride, vanadium nitride, niobium nitride, tantalum nitride, and chromium nitride are preferable in addition to boron nitride. Further, carbides such as silicon carbide, titanium carbide, zirconium carbide, vanadium carbide, niobium carbide, tantalum carbide, molybdenum carbide, and tungsten carbide are also preferable. Further borides such as titanium boride, zirconium boride, niobium boride, tantalum boride, chromium boride and molybdenum boride, or titanium silicide, zirconium silicide, niobium silicide, tantalum silicide, chromium silicide, molybdenum silicide, and silicide Silicides such as tungsten are also preferred. In addition, oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, or mixtures thereof, or metals such as kaolinite, halloysite, mica, montmorillonite, clay minerals such as chlorite, or metalloid compounds are effective. Can be used for For example, in the case of using kaolinite as a main component, a heating element having a specific resistance value of 100,000 to 2 million μΩ · cm could be created. These materials can be used alone, but it is preferable to use a mixture of a plurality of materials.
[0030]
Since clay minerals are layered compounds, slip properties are added when used in combination with other oxides, nitrides, carbides, silicides, or borides. Use of a slurry-like mixture to which slipperiness is added is effective in production because the extruded product becomes homogeneous and the die is less likely to wear.
[0031]
Various materials other than metal materials were also examined as heating element materials. For example, a large number of rod-like heating elements obtained by mixing various semiconductor materials such as silicon carbide powder with an oxide material, extruding, firing, and changing the components were prepared. In addition, a thin plate (thickness 0.5 mm or less) heating element could not be made. That is, no suitable heating element other than a sintered body containing a carbon-based material has been found as a heating element suitable for the purpose of realizing a wide range of specific resistance values of the present invention.
[0032]
In carbon-based materials, the carbon component in the heating element becomes a conductive component, but the conductivity varies depending on the carbon component generation history. Carbon black and thermosetting resin-decomposed carbon are called non-graphitizable carbon and have a high conductivity. On the other hand, graphite, coke, etc. are materials that are said to be easily graphitized carbon and have high electrical conductivity. That is, the specific resistance value can also be changed by selecting a carbon component. The heating element of the present invention contains graphite, coke, carbon black or the like, and it is possible to obtain non-graphitizable carbon in which graphitization hardly occurs even in a high temperature state during lighting and resistance value hardly changes.
[0033]
FIG. 3 shows a conventional LT lamp in which a nichrome wire is inserted in an opaque quartz glass tube, a conventional Colts lamp in which a tungsten filament is sealed in a quartz glass tube and an inert gas is sealed inside, and the carbon-based material of the present invention. It is the graph which compared each radiation intensity between the wavelengths of 1-14 micrometers of the carbon lamp which sealed the sintered compact containing in a quartz glass tube, and sealed the inert gas inside. In FIG. 3, the characteristic curve of the product of the present invention (hereinafter abbreviated as carbon transparent bulb) in which a carbon heating element (color temperature of the heating element: 1100 ° C.) is enclosed in a quartz glass transparent bulb is shown by a thick solid curve. Indicates. A curve indicated by a dotted line in FIG. 3 shows the characteristics of a Colts lamp (hereinafter abbreviated as “Cortz red bulb”) in which a conventional tungsten filament (color temperature of a heating element: 2000 ° C.) is enclosed in a quartz glass tube. A curve indicated by a thin solid line in FIG. 3 represents the characteristics of a conventional nichrome wire heater (color temperature of heating element: 800 ° C.) inserted into an opaque bulb (hereinafter abbreviated as “LT opaque bulb”). Each lamp has a power consumption of 300 W and a heat generating part with a length of 315 mm.
[0034]
As shown in FIG. 3, the peak wavelength of the emitted light of the carbon transparent bulb is about 2.1 μm, the peak wavelength of the emitted light of the Colts red bulb is about 1.6 μm, and the peak wavelength of the emitted light of the LT opaque bulb is about 2.8 μm respectively.
[0035]
FIG. 4 is a graph showing the total radiation intensity in the wavelength region of 2.5 to 8.0 μm and the total radiation intensity amount in the wavelength region of 1.38 to 14.08 μm.
As shown in FIG. 4, the heater of the carbon transparent bulb has the largest total radiant intensity, and the radiant intensity is about 40% greater than that of other conventional heaters in the wavelength range of 1.38 to 14.08 μm. This is because the emissivity of carbon itself is 0.85, which is close to that of a black body, whereas the emissivity of a conventional heater such as a nichrome wire or a tungsten wire is 0.5 or less.
[0036]
FIG. 5 is a graph showing the infrared absorption characteristics of water. As shown in FIG. 5, water has a strong absorption band with respect to infrared rays having wavelengths of about 2.9 μm and 6 μm, and when irradiated with infrared rays of this wavelength, it absorbs resonance between OH of water molecules. Vibration occurs and temperature rises. In other words, it can be seen that a heater having a peak wavelength in the vicinity of 2.9 μm, which is a water absorption band, and a heater having a large radiation intensity is most effective for defrosting the refrigerator evaporator.
That is, as can be seen from the characteristics of FIGS. 3 to 5, the carbon transparent bulb of the present invention has a peak wavelength very close to 2.9 μm and a large amount of radiant intensity in the vicinity thereof. is there.
[0037]
In the defrosting heater of Example 1 described above, the coiled portions 5a and 5b at the other end portions of the internal lead wires 3a and 3b were directly screwed and joined to both ends of the heating element 2 as shown in FIG. However, since the heating element 2 is at a high temperature, a small amount is generated during lighting, but impurities and impure gas are generated. If the heating element 2 is used for a long period of time, the coil-like portions 5a and 5b may be discolored to change temperature characteristics. Therefore, it is preferable to coat the surface of the internal lead wires 3a and 3b including the coiled portions 5a and 5b or the spring portions 4a and 4b with a corrosion resistant material.
The surface of the internal lead wires 3a and 3b using molybdenum wire is preferably coated with gold in order to obtain stable conductivity, and the best result is obtained by electroplating gold on a nickel base plating. Indicated. However, the above-described plating for improving conductivity is not limited to gold plating, and it has been found that a compound film such as chromium, rhodium, or titanium nitride also works effectively.
As a material for the internal lead wires 3a and 3b, a tungsten wire can be used in the same manner in addition to the molybdenum wire.
[0038]
Example 2
FIG. 2 is a cross-sectional view of the defrost heater 26b according to the second embodiment of the present invention. The defrosting heater of Example 2 is different from that described in Example 1 in that a reflective film is provided. Therefore, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
In FIG. 2, a reflective film 11 formed of a material that reflects radiation light from the heating element 2 is formed on the outer peripheral surface of the quartz glass tube 1 in which the heating element 2 of the defrosting heater 26 b of Example 2 is enclosed. Provided. The material of the reflective film 11 is preferably a material having a high reflectance in the near infrared region, and preferably a gold thin film or a titanium nitride thin film is used. The reflective film is usually made by sputtering, but in the case of a thin gold film, a thin paste of organic gold compound (generally called a resinate) is applied as a main component, followed by drying and firing. It is suitable for mass production.
In the defrosting heater 26b of Example 2, the reflective film 11 is provided on the outer surface of the quartz glass tube 1, but the same effect can be obtained even if it is provided on the inner surface.
[0039]
According to the defrost heater 26b of the second embodiment, most of the radiation light such as infrared rays emitted from the heating element 2 is emitted upward, which is the direction of the evaporator, so that a defrost heater with high thermal efficiency can be realized. .
[0040]
Further, it is more preferable to apply a substance having a deodorizing function to a part of the outer periphery of the reflective film 11 because the odor component in the refrigerator is decomposed into an odorless component. As a specific example of a substance having a deodorizing function, water is preferably added to a fine powder having an adsorption function such as molecular sieve, a platinum material, for example, a catalyst component such as chloroplatinic acid, and a sol component of alumina or silicon dioxide as an adhesive component. There is a slurry. The slurry containing the substance having the deodorizing function is applied to about a half circumference of the quartz glass tube 1 and dried and baked. The substance having the deodorizing function exhibits a catalytic function by the heat of the heating element 2, and decomposes various odorous gases generated in a refrigerator or the like into odorless component gases.
[0041]
The present invention is not limited to the configurations of the first and second embodiments. That is, the heating element 2 has the same effect not only in the rod shape but also in various shapes such as a plate shape.
Moreover, although the Example demonstrated the defrost heater for refrigerators, the function of the defrost heater of this invention is not restrict | limited to the defrost heater used for refrigerators, and it is for commercial use refrigeration equipment, a freezer room, or a refrigerator room. It can be effectively applied to a defrosting heater of many cooling devices such as a cooling cycle device, a cooling device for various beverage foods and water.
[0042]
【The invention's effect】
As described in detail in the above embodiments, the defrosting heater of the present invention forms a sintered body containing a carbon-based material that can be adjusted to a desired specific resistance value as a heating element, and the heating element is placed inside the quartz glass tube. Enclosed. Thereby, even when the watt density of the heating element of the defrost heater is adjusted and the surface temperature of the quartz glass tube is set low, radiation of large heating energy can be realized. As a result, in a refrigerator having a cooling mechanism using a flammable refrigerant such as isobutane gas as a refrigerant, even if the flammable gas leaks into the refrigerator, the defrost heater by the heating element is ignited by an ignition explosion. There is no possibility of becoming a source, and the power consumption of the defrost heater can be freely designed by selecting the surface area, specific resistance and quartz glass tube diameter of the heating element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a defrosting heater of Example 1 used for a refrigerator of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a defrosting heater of Example 2 used for a refrigerator of the present invention.
FIG. 3 is a graph comparing the radiation intensities of LT lamps, Colts lamps, and carbon lamps at wavelengths of 1 to 14 μm.
FIG. 4 is a graph showing the total radiation intensity in the wavelength range of 2.5 to 8.0 μm and the total radiation intensity in the range of 1.38 to 14.08 μm for each of the LT lamp, the Colts lamp, and the carbon lamp.
FIG. 5 is a graph showing infrared absorption characteristics with respect to the wavelength of water.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a refrigerator provided with a defrosting heater according to the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a conventional defrosting heater used for a refrigerator.
[Explanation of symbols]
1 Quartz glass tube
2 Heating element
3a, 3b Internal lead wire
4a, 4b Spring part
5a, 5b Coil part
6a, 6b Molybdenum wire
7a, 7b Molybdenum foil
8a, 8b Lead wire
8c, 8d insulation coating
9a, 9b cap
11 Reflective film
21 Refrigerator
21a body
21b door
21c packing
21d handle
21e shelf
22 Compressor
23 Condenser
24 Expansion mechanism
25 Evaporator
25a Protection plate
26, 26b Defrost heater
27 Drain hole

Claims (12)

圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器とを順次冷媒用管路で循環路状に接続して構成した冷却システムに可燃性冷媒を封入した冷却機構を有する冷却装置の庫内に配置され、前記蒸発器の外部に生ずる霜を気化させて除去するよう前記蒸発器の近傍に設けられる除霜ヒーターであって、
素系物質を含む焼結体で形成された発熱体を内部に密封した石英ガラス管を備え、
前記発熱体は、賦形性を有し焼結後実質的に残留炭素を含む組成物と、少なくとも一種の金属化合物または半金属化合物とを混合し、焼結して形成されたものであり、
前記発熱体の表面からのエネルギー放射密度(単位放射面積当たりの消費電力量:以下ワット密度)が2〜20W/cm で、前記石英ガラス管の表面温度は360度以下である、
ことを特徴とする除霜ヒーター。
Compressor coagulation condenser and Rise Zhang mechanism and evaporator and circulation like connected configured to cooling systems in the refrigerator of the cooling device having a cooling mechanism encapsulating flammable refrigerant sequentially in the refrigerant conduit A defrosting heater disposed in the vicinity of the evaporator so as to vaporize and remove frost generated outside the evaporator,
Comprising a quartz glass tube sealed inside the heating element formed of a sintered body containing carbon Motokei material,
The heating element is formed by mixing and sintering a composition having shapeability and substantially containing residual carbon after sintering, and at least one metal compound or metalloid compound,
The energy radiation density from the surface of the heating element (power consumption per unit radiation area: watt density) is 2 to 20 W / cm 2 , and the surface temperature of the quartz glass tube is 360 degrees or less.
A defrosting heater characterized by that.
前記金属化合物が、
金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属酸化物の少なくとも一種を含む
ことを特徴とする請求項に記載の除霜ヒーター。
The metal compound is
The defrosting heater according to claim 1 , comprising at least one of metal carbide, metal boride, metal silicide, metal nitride, and metal oxide.
前記半金属化合物が、
半金属窒化物、半金属酸化物、半金属炭化物の少なくとも一種を含む
ことを特徴とする請求項に記載の除霜ヒーター。
The metalloid compound is
The defrost heater according to claim 1 , comprising at least one of a metalloid nitride, metalloid oxide, and metalloid carbide.
前記焼結後実質的に残留炭素を含む組成物が樹脂を含む
ことを特徴とする請求項のいずれかに記載の除霜ヒーター。
The defrost heater according to any one of claims 1 to 3 , wherein the composition containing carbon substantially after sintering contains a resin.
前記焼結後実質的に残留炭素を含む組成物が、カーボンブラック、黒鉛、コークス粉の少なくとも一種の炭素粉末を含む
ことを特徴とする請求項のいずれかに記載の除霜ヒーター。
The defrosting heater according to any one of claims 1 to 4 , wherein the composition containing substantially residual carbon after sintering contains at least one carbon powder of carbon black, graphite, and coke powder.
前記発熱体の表面からのエネルギー放射密度(単位放射面積当たりの消費電力量:以下ワット密度と記す)が、
3〜15W/cmである
ことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の除霜ヒーター。
Energy radiation density from the surface of the heating element (power consumption per unit radiation area: hereinafter referred to as watt density),
It is 3-15W / cm < 2 >. The defrost heater in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
前記石英ガラス管の内壁または外壁の少なくとも一部に発熱体から輻射される光を所定の方向に反射する反射膜が形成されている
ことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の除霜ヒーター。
According to any one of claims 1 to 6, characterized in that the reflective film that reflects light radiated from the heating element to at least a portion of the inner wall or outer wall of the quartz glass tube in a predetermined direction is formed Defrost heater.
前記除霜ヒーターの石英ガラス管の外壁の少なくとも一部分に臭気発生物質を分解する物質を被着した
ことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の除霜ヒーター。
The defrosting heater according to any one of claims 1 to 7, wherein a substance that decomposes an odor generating substance is attached to at least a part of an outer wall of the quartz glass tube of the defrosting heater.
前記臭気発生物質を分解する物質が、
吸着機能を有するモレキュラーシーブの粉末、触媒成分として白金系化合物、粘着成分としてアルミナまたは二酸化珪素のゾル、及び水を混合したスラリー状物質を前記石英ガラス管に塗布焼成して被着形成したものである
ことを特徴とする請求項に記載の除霜ヒーター。
The substance that decomposes the odor generating substance is
The silica glass tube is coated with a slurry-like substance in which molecular sieve powder having an adsorbing function, a platinum compound as a catalyst component, an alumina or silicon dioxide sol as an adhesive component, and water are mixed and deposited. The defrosting heater according to claim 8 , wherein the defrosting heater is provided.
前記請求項1〜のいずれかに記載の除霜ヒ−タ−を用いた
ことを特徴とする冷蔵庫または冷凍冷蔵庫。
A refrigerator or refrigerator-freezer using the defrost heater according to any one of claims 1 to 9 .
前記請求項1〜のいずれかに記載の除霜ヒ−タ−を用いた
ことを特徴とする食品保管庫。
A food storage, wherein the defrost heater according to any one of claims 1 to 9 is used.
前記請求項1〜10のいずれかに記載の除霜ヒ−タ−を用いた
ことを特徴とする冷却装置。
Joshimohi according to any of the claims 1-10 - data - cooling device characterized by using the.
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