JP3975942B2 - 除霜ヒーター及びこの除霜ヒーターを備えた冷蔵庫 - Google Patents
除霜ヒーター及びこの除霜ヒーターを備えた冷蔵庫 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷蔵庫等の、可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルの冷却器に付着・堆積した霜を融解する除霜ヒーター及びこの除霜ヒーターを備えた冷蔵庫に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷蔵庫に使用されている除霜ヒーターに関するものとしては、ニクロム線をコイル状にし、それをガラス管で覆ったものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら上記従来の除霜ヒーターについて説明する。
【０００４】
図６は、従来の冷蔵庫の要部縦断面図である。図６において、冷蔵庫本体１は、冷凍室２、冷蔵室３、冷凍室扉４、冷蔵室扉５、冷凍室２と冷蔵室３を仕切る仕切壁６、冷凍室２内の空気を吸い込む冷凍室吸込口７、冷蔵室３内の空気を吸込む冷蔵室吸込口８、冷気を吐出する吐出口９、蒸発器１０、冷気を循環させるファン１１、蒸発器１０と冷凍室２を仕切る蒸発器仕切壁１２が設けられている。
【０００５】
蒸発器１０の下方には、ニクロム線をコイル状にしたものをガラス管で覆った除霜ヒーター１５、除霜水が除霜ヒーター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１６、金属製の底板１７が設けられており、桶１３で集められた除霜水が排水口１４を通って排水される構造となっている。
【０００６】
以上のように構成された除霜ヒーターについて、以下その動作を説明する。
【０００７】
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の保存食品に含まれる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・堆積する。
【０００８】
そして、ニクロム線に通電が開始されるとニクロム線から蒸発器１０や周辺部品に熱線が放射され、蒸発器１０や桶１３や排水口１４付近に着いた霜を融解する。このようにして融解した除霜水は、一部は直接桶１３に落ち、その他は屋根１６により除霜ヒーター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。
【０００９】
除霜時、ガラス管内は空気が膨張し高圧なるが、ニクロム線に接続されているリード線まわりの隙間から膨張した空気が出て行き、ガラス管内に圧力は緩和され破裂は起らない。除霜終了後は、ガラス管内は冷却され低圧になるが、周囲の水蒸気を含んだ空気が隙間から進入し圧力を緩和する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−５４１７２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、除霜時のガラス管表面は５００℃以上の高温となっており、冷凍サイクルに可燃性冷媒を使用している場合には、万が一可燃性冷媒が漏洩するようなことがあれば、高温となったガラス管表面から可燃性冷媒に引火する可能性がある。したがって、除霜時でも漏洩した可燃性冷媒に引火しない除霜ヒーターが必要である。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑み、可燃性冷媒が漏洩した環境下においても安全性の高い除霜ヒーター、およびこの除霜ヒーター備えた冷蔵庫を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルの蒸発器に付着・堆積した霜を加熱により除去する除霜ヒーターにおいて、前記除霜ヒーターは、ガラス管と、前記ガラス管内部に設置した金属抵抗体からなるヒーター線と、リード線挿入孔が形成され前記ガラス管の両端開口部を覆う栓と、前記リード線挿入孔を通り前記ヒーター線の端部に接続されるリード線と、前記ガラス管を空間を設けて覆う管体とを備え、前記管体に可燃性冷媒が前記管体内で着火しても前記管体外への着火、伝播を防止する７．１平方ミリメートル以下の面積の放熱を促進するための孔を設けたものである。
【００１４】
これによって、管体内で温度上昇した空気は孔から放出されるので、熱のこもりがなく、管体は可燃性冷媒の発火温度未満の温度に保たれ、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が管体で冷やされて消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
また、これによって、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が孔を通過できずに消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
【００１５】
次に、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、前記孔は、前記管体の前記蒸発器と対面しない側に設けられているものであり、これによって、蒸発器から落下してくる水が孔から進入することはないので、ガラス管に水が滴下することもなく、水の蒸発音が抑制される。
【００１７】
次に、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、前記孔はスリット状で、その対辺の最短距離は、可燃性冷媒が前記管体内で着火しても前記管体外への着火、伝播を防止する寸法を有するものであり、これによって、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が孔を通過できずに消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
【００１８】
次に、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記孔は前記管体の両端部寄りに配置されているものであり、これによって、管体の温度上昇が栓に伝わり難くなり、栓の熱的負荷を抑制することができる。
【００１９】
次に、請求項５に記載の発明は、可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルの蒸発器に付着・堆積した霜を加熱により除去する除霜ヒーターにおいて、前記除霜ヒーターは、ガラス管と、前記ガラス管内部に設置した金属抵抗体からなるヒーター線と、リード線挿入孔が形成され前記ガラス管の両端開口部を覆う栓と、前記リード線挿入孔を通り前記ヒーター線の端部に接続されるリード線と、前記ガラス管を覆う管体とを備え、前記管体は一領域を窮孔しその領域を４０メッシュ以上の金網からなる金網領域と金網を備えない非金網領域とを有するものである。
【００２０】
これによって、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が金網で冷やされて消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
【００２１】
次に、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記金網領域は、前記管体の前記蒸発器と対面しない側に設けられているものであり、蒸発器から落下してくる水が金網領域から進入することはないので、ガラス管に水が滴下することもなく、水の蒸発音が抑制される。
【００２２】
次に、請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の発明において、前記金網領域は、前記管体の両端部寄りに配置されているものであり、これによって、管体の温度上昇が栓に伝わり難くなり、栓の熱的負荷を抑制することができる。
【００２８】
次に請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の除霜ヒータを備えた冷蔵庫であり、可燃性冷媒が漏洩した庫内で除霜ヒーターに通電しても、可燃性冷媒に着火することはなく安全である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による除霜ヒーターの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による除霜ヒーターを示す要部断面図である。
【００３１】
図１に示すように除霜ヒーター２０は、抵抗線をコイル状に形成したヒーター線２１を内臓し、ヒーター線２１の両端近傍はコイル状ではなく直線状の接続端２１ａを有する。
【００３２】
シリコンゴム製の栓２２は、後述のガラス管２３と管体２４の開口端を覆っている。栓２２には、後述のリード線２６が貫通するリード線挿入孔２２ａと、リード線挿入孔２２ａとは干渉しない位置でガラス管２３の内部空間２３ａから外部に通じる孔２２ｂが設けられている。なお、孔２２ｂはその最小断面積が７．１平方ミリメートル以下に設定されている。
【００３３】
ガラス管２３はヒーター線２１を覆い、外径１０．５ｍｍ程度の両端が開口した円筒形状を成している。
【００３４】
管体２４は両端を開口した円筒形状を成し、ガラス管２３を覆っている。管体２４には、孔２４ａが複数設けられており、孔２４ａの面積は７．１平方ミリメートル以下に設定されている。
【００３５】
弁２５はゴム製で、孔２２ｂに後述の筒２７を介して取り付けられており、所定の圧力差で一方向にだけ開弁する逆止弁として作用する。
【００３６】
リード線２６は栓２２に設けられたリード線挿入孔２２ａを通ってヒーター線２１に接続されている。
【００３７】
筒２７は栓２２の孔２２ｂの端部に収納され、弁２５を保持する。スリーブ２８は導電性部材で、ヒーター線２１とリード線２６を接続する。
【００３８】
図２は本発明の実施の形態による除霜ヒーターを用いた冷蔵庫の冷凍システムの略図である。
【００３９】
図２において、圧縮機６０、凝縮器６１、減圧機構６２と蒸発器１０が機能的に接続された冷凍サイクルの内部には可燃性冷媒が封入されている。
【００４０】
以上のように構成された除霜ヒーターについて、以下にその動作を説明する。圧縮機６０の運転により冷凍サイクルの蒸発器１０が冷却され、圧縮機６０の運転と同時に作動するファン１１により冷蔵庫の庫内空気が、冷却された蒸発器１０を通過し、蒸発器１０と熱交換された冷気が庫内へ吐出される。そして、圧縮機６０の任意の運転時間が経過後に圧縮機６０も運転停止となる。このとき同時にリード線２６を通じてヒーター線２１に通電し、除霜ヒーター２０を発熱させる。
【００４１】
ヒーター線２１が発熱すると、輻射熱線の一部はガラスを透過し、管体２４の孔２４ａを通過して外部へ到達する。その他はガラス管２３、管体２４と伝わり、ガラス管２３の表面、管体２４の表面は温度上昇する。ガラス管２３の表面で加熱された空気は孔２４ａを通って対流するので、管体２４内での熱こもり、圧力上昇はなく、管体２４の表面温度も可燃性冷媒の発火温度未満の温度までしか上昇せず、周辺部品の除霜を安全に行うことができる。
【００４２】
孔２４ａは概ね管体２４のどの面に設けてもガラス管２３の表面で加熱された空気の外部への対流を図り、管体２４内での熱こもりを抑制することができるが、特に管体２４の上面近傍に設ければ、ガラス管２３を透過した輻射熱の一部が孔２４ａを通過して上方にある蒸発器１０の方向に対して放射され、蒸発器１０の除霜促進のために有効に作用して除霜効率を高めることができる。
【００４３】
一方、ガラス管２３の内部空間２３ａでは温度上昇により内部の気体が膨張するが、孔２２ｂを通って弁２５から外部に排出されるため、内圧上昇によりガラス管が破損したり、栓２２が抜けるようなことは起こらない。
【００４４】
そして、この状態でヒーター線２１への通電を停止し再び冷却を開始するとガラス管２３内部が温度低下により減圧されるが、弁２５によって外気の流入が妨げられ除霜ヒーター２０の内部は減圧された状態を保つ。
【００４５】
したがって、万が一に可燃性冷媒が除霜ヒーター２０の周辺に存在しても、除霜ヒーター２０の内部に可燃性冷媒が流入しにくくなり着火する可能性を極めて低くすることができる。
【００４６】
仮に、何らかの原因でガラス管２３内部に可燃性冷媒が流入し、ヒーター線２１によって着火が起こったとしても、弁２５は所定圧力以上になった場合にわずかに開き、内圧が上がりすぎるのを防止するだけで、火炎は弁によって遮断されてしまう為、外部への火炎伝播を防ぐことができる。
【００４７】
また、仮に何らかの原因で弁が欠落したとしても、孔２２ｂは火炎が通過できない大きさに設定されているので、火炎が外部に伝播することができず、より高い安全性を確保している。
【００４８】
出願人は、可燃性冷媒であるイソブタンを体積濃度３．１％の条件下で着火実験した結果、孔の面積が７．１平方ミリメートル以下ならば、火炎がその孔を通って伝播できないことを確認した。それゆえ、弁２５を廃した形態でもなんら問題はない。本実施の形態では孔２２ｂの面積を７．１平方ミリメートル以下に設定している。
【００４９】
栓２２のリード線挿入孔２２ａの直径は、リード線２６の直径よりも小さく構成されている。したがって組み立て後はリード線２６を栓２２で締め付けた状態で保持しており、外気がこの部分を通って流入することはない。
【００５０】
ここで、リード線２６はシリコンゴム等の柔らかい被覆である為そのままではリード線挿入孔２２ａには通しにくい。そのため、まずリード線２６の先端にスリーブ２８が取り付けられる。そしてスリーブ２８をリード線挿入孔２２ａに通すことで組み立てを容易にしている。
【００５１】
管体２４に設けた孔２４ａの形状は、面積が７．１平方ミリメートル以下に設定されていれば、万が一管体２４内で火炎が発生しても孔から管体２４外へ漏れることはなく安全であるので、形状は限定されない。
【００５２】
なお、管体２４を熱伝導性の良好な例えばアルミニウムなどの金属とした場合は、管体２４の長手方向の表面温度分布が抑えられやすく、ピーク温度を含めて可燃性冷媒の発火温度未満に収めやすくなる。また、この場合に管体２４の厚みを大きくすれば長手方向の熱抵抗が小さくなって、一層表面温度の均一化を図り易くなる。
【００５３】
また、本実施の形態では上述のように、ガラス管２３内の内圧上昇を緩和する弁２５を設け、かつリード線２６が栓２２に対して隙間なく密接した状態で挿通している例を示しているが、可燃性冷媒の火炎伝播を防止できるような上述の設計値に各通気部分の面積を抑制すれば、万一発火しても外部に伝播することがなく、製造バラツキ等を考慮して品質的な管理ができればこのような選択も可能である。
【００５４】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２による除霜ヒーターを示す斜視図である。管体３４にはスリット状の孔３４ａが複数個設けられており、管体３４内の空気対流を促進するため、孔の面積を大きくしている。
【００５５】
一般に火炎には通過できない限界の隙間があり、これを消炎距離という。出願人は、可燃性冷媒であるイソブタンを体積濃度３．１％の条件下で着火実験した結果、消炎距離は２．４ｍｍであることを確認している。
【００５６】
したがって、孔３４ａの対面距離を火炎が伝播できない寸法、すなわち２．４ｍｍ以下に設定すれば、万が一管体３４内で着火しても、孔の消炎効果により火炎が管体３４外へ漏れることはなく安全である。
【００５７】
また、孔３４ａを全て蒸発器１０とは対面しない側に配置すれば、除霜時に蒸発器１０から落下してくる水が入り込むことはなく、屋根１６を廃止することができるので低コスト化が図れる。
【００５８】
また、孔３４ａは管体３４の端部寄りに設けられているので、管体３４の中央部の温度が栓２２側へ伝わり難くなり、栓２２への熱負荷は抑制され熱的損傷が防止できるので信頼性も向上する。
【００５９】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３による除霜ヒーターを示す斜視図である。管体４４には、一領域を穿孔しその領域を金網で覆った金網領域４４ａが設けられており、網目の大きさは４０メッシュである。なお、４０メッシュとは１インチ四方に中に４０個の網目がある状態をいう。
【００６０】
また、金網領域４４ａは全て蒸発器１０とは対面しない側にあるので、除霜時に蒸発器１０から落下してくる水が入り込むことはなく、屋根１６を廃止することができるので低コスト化が図れる。
【００６１】
除霜ヒーターへの通電時に、万が一可燃性冷媒が漏洩して管体４４内に進入し、高温になったガラス管２３の表面で着火しても、その火炎は金網領域４４ａの金網で冷却されて消炎し、管体４４外へ火炎が漏れることはなく安全である。
【００６２】
また、金網領域４４ａは管体４４の端部寄りに設けられているので、管体４４の中央部の温度が栓２２側へ伝わり難くなり、栓２２への熱負荷は抑制され熱的損傷が防止できるので信頼性も向上する。
【００６３】
（参考例１）
図５は、参考例１による除霜ヒーターを示す要部断面図である。
【００６４】
管体５４は、熱伝導性の高い素材、例えばアルミニウムで形成された円筒管であり、ヒーター線から輻射される熱を内面で吸収し、且つ外側表面で放熱する。
【００６５】
管体５４は万が一可燃性冷媒が漏洩しても引火しないように、表面温度が可燃性冷媒（イソブタン）の発火温度未満となるように適切な厚みに設定されおり、本実施の形態では、厚さ１ｍｍで、通電時、管体５４の表面温度は３００℃以下である。
【００６６】
栓５２にはガラス管２３の内部空間、ガラス管２３と管体５４との間の空間の空気を逃がす孔５２ｂが設けられており、通電時に温度上昇で各空間の空気が膨張しても孔５２ｂから逃げるので、各空間の圧力が緩和され、破裂、栓の外れは発生しない。
【００６７】
なお、可燃性冷媒がガラス管２３の内部空間中、ガラス管２３と管体５４との間の空間中に進入し着火しても、火炎が孔５２ｂを伝播して漏れないように、孔５２ｂの最小面積を火炎が伝播できない面積にしている。本参考例では、孔５２ｂの最小面積を７．１平方メートル以下に設定している。
【００６８】
また、孔５２ｂは、リード線２６と干渉しない位置に設けているので、水分を多く含んだ空気の流通は、流通抵抗の少ない孔５２ｂを介して行うので、リード線２６と栓５２との間にできる僅かな隙間に水等が滞留するのを防止することができ、しいてはリード線２６とヒーター線２１の接続部をサビから守ることになり、信頼性が向上する。
【００６９】
上述の実施の形態においては、除霜ヒーターを適用する機器として冷蔵庫を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく蒸発器を備えた所謂冷却貯蔵庫であればよく、たとえば可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルを備えたショーケースや自動販売機などに広く適用できるものである。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載の発明は、可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルの蒸発器に付着・堆積した霜を加熱により除去する除霜ヒーターにおいて、前記除霜ヒーターは、ガラス管と、前記ガラス管内部に設置した金属抵抗体からなるヒーター線と、リード線挿入孔が形成され前記ガラス管の両端開口部を覆う栓と、前記リード線挿入孔を通り前記ヒーター線の端部に接続されるリード線と、前記ガラス管を空間を設けて覆う管体とを備え、前記管体に可燃性冷媒が前記管体内で着火しても前記管体外への着火、伝播を防止する７．１平方ミリメートル以下の面積の放熱を促進するための孔を設けたものである。
【００７１】
これによって、管体内で温度上昇した空気は孔から放出されるので、管体は可燃性冷媒の発火温度未満の温度に保たれ、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が管体で冷やされて消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
また、これによって、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が孔を通過できずに消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
【００７２】
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、前記孔は、前記管体の前記蒸発器と対面しない側に設けられているものである。これによって、蒸発器から落下してくる水が孔から進入することはないので、ガラス管への水の滴下はなく、急激な熱衝撃でガラス管が割れるようなことはない。また、水の蒸発音も抑制される。
【００７４】
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、前記孔はスリット状で、その対辺の最短距離は、可燃性冷媒が前記管体内で着火しても前記管体外への着火、伝播を防止する寸法を有するものである。
【００７５】
これによって、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が孔を通過できずに消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
【００７６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記孔は前記管体の両端部寄りに配置されているものであり、これによって、管体の温度上昇が栓に伝わり難くなり、栓の熱的負荷を抑制することができる。
【００７７】
また、請求項５に記載の発明は、可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルの蒸発器に付着・堆積した霜を加熱により除去する除霜ヒーターにおいて、前記除霜ヒーターは、ガラス管と、前記ガラス管内部に設置した金属抵抗体からなるヒーター線と、リード線挿入孔が形成され前記ガラス管の両端開口部を覆う栓と、前記リード線挿入孔を通り前記ヒーター線の端部に接続されるリード線と、前記ガラス管を覆う管体とを備え、前記管体は一領域を窮孔しその領域を４０メッシュ以上の金網からなる金網領域と金網を備えない非金網領域とを有するものである。
【００７８】
これによって、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が金網で冷やされて消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
【００７９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記金網領域は、前記管体の前記蒸発器と対面しない側に設けられているものであり、蒸発器から落下してくる水が金網領域から進入することはないので、ガラス管への水の滴下はなく、急激な熱衝撃でガラス管が割れるようなことはない。また、水の蒸発音も抑制される。
【００８０】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の発明において、前記金網領域は、前記管体の両端部寄りに配置されているものであり、これによって、管体の温度上昇が栓に伝わり難くなり、栓の熱的負荷を抑制することができる。
【００８６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の除霜ヒーターを備えた冷蔵庫であり、可燃性冷媒が漏洩した庫内で除霜ヒーターに通電しても、可燃性冷媒に着火することはなく安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による除霜ヒーターの実施の形態１の要部断面図
【図２】 同実施の形態の除霜ヒーターを用いた冷蔵庫の冷凍システム図
【図３】 本発明による除霜ヒーターの実施の形態２の斜視図
【図４】 本発明による除霜ヒーターの実施の形態３の斜視図
【図５】 除霜ヒーターの参考例１の要部断面図
【図６】 従来の除霜ヒーターを備えた冷蔵庫の概略縦断面図
【符号の説明】
２０ 除霜ヒーター
２１ ヒーター線
２２、５２ 栓
２２ａ、５２ａ リード線挿入孔
２２ｂ、５２ｂ 孔
２３ ガラス管
２４、３４、４４、５４ 管体
２４ａ、３４ａ、 孔
２６ リード線
４４ａ 金網領域
【発明の属する技術分野】
本発明は冷蔵庫等の、可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルの冷却器に付着・堆積した霜を融解する除霜ヒーター及びこの除霜ヒーターを備えた冷蔵庫に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷蔵庫に使用されている除霜ヒーターに関するものとしては、ニクロム線をコイル状にし、それをガラス管で覆ったものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら上記従来の除霜ヒーターについて説明する。
【０００４】
図６は、従来の冷蔵庫の要部縦断面図である。図６において、冷蔵庫本体１は、冷凍室２、冷蔵室３、冷凍室扉４、冷蔵室扉５、冷凍室２と冷蔵室３を仕切る仕切壁６、冷凍室２内の空気を吸い込む冷凍室吸込口７、冷蔵室３内の空気を吸込む冷蔵室吸込口８、冷気を吐出する吐出口９、蒸発器１０、冷気を循環させるファン１１、蒸発器１０と冷凍室２を仕切る蒸発器仕切壁１２が設けられている。
【０００５】
蒸発器１０の下方には、ニクロム線をコイル状にしたものをガラス管で覆った除霜ヒーター１５、除霜水が除霜ヒーター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１６、金属製の底板１７が設けられており、桶１３で集められた除霜水が排水口１４を通って排水される構造となっている。
【０００６】
以上のように構成された除霜ヒーターについて、以下その動作を説明する。
【０００７】
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の保存食品に含まれる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・堆積する。
【０００８】
そして、ニクロム線に通電が開始されるとニクロム線から蒸発器１０や周辺部品に熱線が放射され、蒸発器１０や桶１３や排水口１４付近に着いた霜を融解する。このようにして融解した除霜水は、一部は直接桶１３に落ち、その他は屋根１６により除霜ヒーター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。
【０００９】
除霜時、ガラス管内は空気が膨張し高圧なるが、ニクロム線に接続されているリード線まわりの隙間から膨張した空気が出て行き、ガラス管内に圧力は緩和され破裂は起らない。除霜終了後は、ガラス管内は冷却され低圧になるが、周囲の水蒸気を含んだ空気が隙間から進入し圧力を緩和する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−５４１７２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、除霜時のガラス管表面は５００℃以上の高温となっており、冷凍サイクルに可燃性冷媒を使用している場合には、万が一可燃性冷媒が漏洩するようなことがあれば、高温となったガラス管表面から可燃性冷媒に引火する可能性がある。したがって、除霜時でも漏洩した可燃性冷媒に引火しない除霜ヒーターが必要である。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑み、可燃性冷媒が漏洩した環境下においても安全性の高い除霜ヒーター、およびこの除霜ヒーター備えた冷蔵庫を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルの蒸発器に付着・堆積した霜を加熱により除去する除霜ヒーターにおいて、前記除霜ヒーターは、ガラス管と、前記ガラス管内部に設置した金属抵抗体からなるヒーター線と、リード線挿入孔が形成され前記ガラス管の両端開口部を覆う栓と、前記リード線挿入孔を通り前記ヒーター線の端部に接続されるリード線と、前記ガラス管を空間を設けて覆う管体とを備え、前記管体に可燃性冷媒が前記管体内で着火しても前記管体外への着火、伝播を防止する７．１平方ミリメートル以下の面積の放熱を促進するための孔を設けたものである。
【００１４】
これによって、管体内で温度上昇した空気は孔から放出されるので、熱のこもりがなく、管体は可燃性冷媒の発火温度未満の温度に保たれ、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が管体で冷やされて消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
また、これによって、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が孔を通過できずに消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
【００１５】
次に、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、前記孔は、前記管体の前記蒸発器と対面しない側に設けられているものであり、これによって、蒸発器から落下してくる水が孔から進入することはないので、ガラス管に水が滴下することもなく、水の蒸発音が抑制される。
【００１７】
次に、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、前記孔はスリット状で、その対辺の最短距離は、可燃性冷媒が前記管体内で着火しても前記管体外への着火、伝播を防止する寸法を有するものであり、これによって、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が孔を通過できずに消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
【００１８】
次に、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記孔は前記管体の両端部寄りに配置されているものであり、これによって、管体の温度上昇が栓に伝わり難くなり、栓の熱的負荷を抑制することができる。
【００１９】
次に、請求項５に記載の発明は、可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルの蒸発器に付着・堆積した霜を加熱により除去する除霜ヒーターにおいて、前記除霜ヒーターは、ガラス管と、前記ガラス管内部に設置した金属抵抗体からなるヒーター線と、リード線挿入孔が形成され前記ガラス管の両端開口部を覆う栓と、前記リード線挿入孔を通り前記ヒーター線の端部に接続されるリード線と、前記ガラス管を覆う管体とを備え、前記管体は一領域を窮孔しその領域を４０メッシュ以上の金網からなる金網領域と金網を備えない非金網領域とを有するものである。
【００２０】
これによって、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が金網で冷やされて消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
【００２１】
次に、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記金網領域は、前記管体の前記蒸発器と対面しない側に設けられているものであり、蒸発器から落下してくる水が金網領域から進入することはないので、ガラス管に水が滴下することもなく、水の蒸発音が抑制される。
【００２２】
次に、請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の発明において、前記金網領域は、前記管体の両端部寄りに配置されているものであり、これによって、管体の温度上昇が栓に伝わり難くなり、栓の熱的負荷を抑制することができる。
【００２８】
次に請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の除霜ヒータを備えた冷蔵庫であり、可燃性冷媒が漏洩した庫内で除霜ヒーターに通電しても、可燃性冷媒に着火することはなく安全である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による除霜ヒーターの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による除霜ヒーターを示す要部断面図である。
【００３１】
図１に示すように除霜ヒーター２０は、抵抗線をコイル状に形成したヒーター線２１を内臓し、ヒーター線２１の両端近傍はコイル状ではなく直線状の接続端２１ａを有する。
【００３２】
シリコンゴム製の栓２２は、後述のガラス管２３と管体２４の開口端を覆っている。栓２２には、後述のリード線２６が貫通するリード線挿入孔２２ａと、リード線挿入孔２２ａとは干渉しない位置でガラス管２３の内部空間２３ａから外部に通じる孔２２ｂが設けられている。なお、孔２２ｂはその最小断面積が７．１平方ミリメートル以下に設定されている。
【００３３】
ガラス管２３はヒーター線２１を覆い、外径１０．５ｍｍ程度の両端が開口した円筒形状を成している。
【００３４】
管体２４は両端を開口した円筒形状を成し、ガラス管２３を覆っている。管体２４には、孔２４ａが複数設けられており、孔２４ａの面積は７．１平方ミリメートル以下に設定されている。
【００３５】
弁２５はゴム製で、孔２２ｂに後述の筒２７を介して取り付けられており、所定の圧力差で一方向にだけ開弁する逆止弁として作用する。
【００３６】
リード線２６は栓２２に設けられたリード線挿入孔２２ａを通ってヒーター線２１に接続されている。
【００３７】
筒２７は栓２２の孔２２ｂの端部に収納され、弁２５を保持する。スリーブ２８は導電性部材で、ヒーター線２１とリード線２６を接続する。
【００３８】
図２は本発明の実施の形態による除霜ヒーターを用いた冷蔵庫の冷凍システムの略図である。
【００３９】
図２において、圧縮機６０、凝縮器６１、減圧機構６２と蒸発器１０が機能的に接続された冷凍サイクルの内部には可燃性冷媒が封入されている。
【００４０】
以上のように構成された除霜ヒーターについて、以下にその動作を説明する。圧縮機６０の運転により冷凍サイクルの蒸発器１０が冷却され、圧縮機６０の運転と同時に作動するファン１１により冷蔵庫の庫内空気が、冷却された蒸発器１０を通過し、蒸発器１０と熱交換された冷気が庫内へ吐出される。そして、圧縮機６０の任意の運転時間が経過後に圧縮機６０も運転停止となる。このとき同時にリード線２６を通じてヒーター線２１に通電し、除霜ヒーター２０を発熱させる。
【００４１】
ヒーター線２１が発熱すると、輻射熱線の一部はガラスを透過し、管体２４の孔２４ａを通過して外部へ到達する。その他はガラス管２３、管体２４と伝わり、ガラス管２３の表面、管体２４の表面は温度上昇する。ガラス管２３の表面で加熱された空気は孔２４ａを通って対流するので、管体２４内での熱こもり、圧力上昇はなく、管体２４の表面温度も可燃性冷媒の発火温度未満の温度までしか上昇せず、周辺部品の除霜を安全に行うことができる。
【００４２】
孔２４ａは概ね管体２４のどの面に設けてもガラス管２３の表面で加熱された空気の外部への対流を図り、管体２４内での熱こもりを抑制することができるが、特に管体２４の上面近傍に設ければ、ガラス管２３を透過した輻射熱の一部が孔２４ａを通過して上方にある蒸発器１０の方向に対して放射され、蒸発器１０の除霜促進のために有効に作用して除霜効率を高めることができる。
【００４３】
一方、ガラス管２３の内部空間２３ａでは温度上昇により内部の気体が膨張するが、孔２２ｂを通って弁２５から外部に排出されるため、内圧上昇によりガラス管が破損したり、栓２２が抜けるようなことは起こらない。
【００４４】
そして、この状態でヒーター線２１への通電を停止し再び冷却を開始するとガラス管２３内部が温度低下により減圧されるが、弁２５によって外気の流入が妨げられ除霜ヒーター２０の内部は減圧された状態を保つ。
【００４５】
したがって、万が一に可燃性冷媒が除霜ヒーター２０の周辺に存在しても、除霜ヒーター２０の内部に可燃性冷媒が流入しにくくなり着火する可能性を極めて低くすることができる。
【００４６】
仮に、何らかの原因でガラス管２３内部に可燃性冷媒が流入し、ヒーター線２１によって着火が起こったとしても、弁２５は所定圧力以上になった場合にわずかに開き、内圧が上がりすぎるのを防止するだけで、火炎は弁によって遮断されてしまう為、外部への火炎伝播を防ぐことができる。
【００４７】
また、仮に何らかの原因で弁が欠落したとしても、孔２２ｂは火炎が通過できない大きさに設定されているので、火炎が外部に伝播することができず、より高い安全性を確保している。
【００４８】
出願人は、可燃性冷媒であるイソブタンを体積濃度３．１％の条件下で着火実験した結果、孔の面積が７．１平方ミリメートル以下ならば、火炎がその孔を通って伝播できないことを確認した。それゆえ、弁２５を廃した形態でもなんら問題はない。本実施の形態では孔２２ｂの面積を７．１平方ミリメートル以下に設定している。
【００４９】
栓２２のリード線挿入孔２２ａの直径は、リード線２６の直径よりも小さく構成されている。したがって組み立て後はリード線２６を栓２２で締め付けた状態で保持しており、外気がこの部分を通って流入することはない。
【００５０】
ここで、リード線２６はシリコンゴム等の柔らかい被覆である為そのままではリード線挿入孔２２ａには通しにくい。そのため、まずリード線２６の先端にスリーブ２８が取り付けられる。そしてスリーブ２８をリード線挿入孔２２ａに通すことで組み立てを容易にしている。
【００５１】
管体２４に設けた孔２４ａの形状は、面積が７．１平方ミリメートル以下に設定されていれば、万が一管体２４内で火炎が発生しても孔から管体２４外へ漏れることはなく安全であるので、形状は限定されない。
【００５２】
なお、管体２４を熱伝導性の良好な例えばアルミニウムなどの金属とした場合は、管体２４の長手方向の表面温度分布が抑えられやすく、ピーク温度を含めて可燃性冷媒の発火温度未満に収めやすくなる。また、この場合に管体２４の厚みを大きくすれば長手方向の熱抵抗が小さくなって、一層表面温度の均一化を図り易くなる。
【００５３】
また、本実施の形態では上述のように、ガラス管２３内の内圧上昇を緩和する弁２５を設け、かつリード線２６が栓２２に対して隙間なく密接した状態で挿通している例を示しているが、可燃性冷媒の火炎伝播を防止できるような上述の設計値に各通気部分の面積を抑制すれば、万一発火しても外部に伝播することがなく、製造バラツキ等を考慮して品質的な管理ができればこのような選択も可能である。
【００５４】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２による除霜ヒーターを示す斜視図である。管体３４にはスリット状の孔３４ａが複数個設けられており、管体３４内の空気対流を促進するため、孔の面積を大きくしている。
【００５５】
一般に火炎には通過できない限界の隙間があり、これを消炎距離という。出願人は、可燃性冷媒であるイソブタンを体積濃度３．１％の条件下で着火実験した結果、消炎距離は２．４ｍｍであることを確認している。
【００５６】
したがって、孔３４ａの対面距離を火炎が伝播できない寸法、すなわち２．４ｍｍ以下に設定すれば、万が一管体３４内で着火しても、孔の消炎効果により火炎が管体３４外へ漏れることはなく安全である。
【００５７】
また、孔３４ａを全て蒸発器１０とは対面しない側に配置すれば、除霜時に蒸発器１０から落下してくる水が入り込むことはなく、屋根１６を廃止することができるので低コスト化が図れる。
【００５８】
また、孔３４ａは管体３４の端部寄りに設けられているので、管体３４の中央部の温度が栓２２側へ伝わり難くなり、栓２２への熱負荷は抑制され熱的損傷が防止できるので信頼性も向上する。
【００５９】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３による除霜ヒーターを示す斜視図である。管体４４には、一領域を穿孔しその領域を金網で覆った金網領域４４ａが設けられており、網目の大きさは４０メッシュである。なお、４０メッシュとは１インチ四方に中に４０個の網目がある状態をいう。
【００６０】
また、金網領域４４ａは全て蒸発器１０とは対面しない側にあるので、除霜時に蒸発器１０から落下してくる水が入り込むことはなく、屋根１６を廃止することができるので低コスト化が図れる。
【００６１】
除霜ヒーターへの通電時に、万が一可燃性冷媒が漏洩して管体４４内に進入し、高温になったガラス管２３の表面で着火しても、その火炎は金網領域４４ａの金網で冷却されて消炎し、管体４４外へ火炎が漏れることはなく安全である。
【００６２】
また、金網領域４４ａは管体４４の端部寄りに設けられているので、管体４４の中央部の温度が栓２２側へ伝わり難くなり、栓２２への熱負荷は抑制され熱的損傷が防止できるので信頼性も向上する。
【００６３】
（参考例１）
図５は、参考例１による除霜ヒーターを示す要部断面図である。
【００６４】
管体５４は、熱伝導性の高い素材、例えばアルミニウムで形成された円筒管であり、ヒーター線から輻射される熱を内面で吸収し、且つ外側表面で放熱する。
【００６５】
管体５４は万が一可燃性冷媒が漏洩しても引火しないように、表面温度が可燃性冷媒（イソブタン）の発火温度未満となるように適切な厚みに設定されおり、本実施の形態では、厚さ１ｍｍで、通電時、管体５４の表面温度は３００℃以下である。
【００６６】
栓５２にはガラス管２３の内部空間、ガラス管２３と管体５４との間の空間の空気を逃がす孔５２ｂが設けられており、通電時に温度上昇で各空間の空気が膨張しても孔５２ｂから逃げるので、各空間の圧力が緩和され、破裂、栓の外れは発生しない。
【００６７】
なお、可燃性冷媒がガラス管２３の内部空間中、ガラス管２３と管体５４との間の空間中に進入し着火しても、火炎が孔５２ｂを伝播して漏れないように、孔５２ｂの最小面積を火炎が伝播できない面積にしている。本参考例では、孔５２ｂの最小面積を７．１平方メートル以下に設定している。
【００６８】
また、孔５２ｂは、リード線２６と干渉しない位置に設けているので、水分を多く含んだ空気の流通は、流通抵抗の少ない孔５２ｂを介して行うので、リード線２６と栓５２との間にできる僅かな隙間に水等が滞留するのを防止することができ、しいてはリード線２６とヒーター線２１の接続部をサビから守ることになり、信頼性が向上する。
【００６９】
上述の実施の形態においては、除霜ヒーターを適用する機器として冷蔵庫を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく蒸発器を備えた所謂冷却貯蔵庫であればよく、たとえば可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルを備えたショーケースや自動販売機などに広く適用できるものである。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載の発明は、可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルの蒸発器に付着・堆積した霜を加熱により除去する除霜ヒーターにおいて、前記除霜ヒーターは、ガラス管と、前記ガラス管内部に設置した金属抵抗体からなるヒーター線と、リード線挿入孔が形成され前記ガラス管の両端開口部を覆う栓と、前記リード線挿入孔を通り前記ヒーター線の端部に接続されるリード線と、前記ガラス管を空間を設けて覆う管体とを備え、前記管体に可燃性冷媒が前記管体内で着火しても前記管体外への着火、伝播を防止する７．１平方ミリメートル以下の面積の放熱を促進するための孔を設けたものである。
【００７１】
これによって、管体内で温度上昇した空気は孔から放出されるので、管体は可燃性冷媒の発火温度未満の温度に保たれ、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が管体で冷やされて消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
また、これによって、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が孔を通過できずに消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
【００７２】
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、前記孔は、前記管体の前記蒸発器と対面しない側に設けられているものである。これによって、蒸発器から落下してくる水が孔から進入することはないので、ガラス管への水の滴下はなく、急激な熱衝撃でガラス管が割れるようなことはない。また、水の蒸発音も抑制される。
【００７４】
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、前記孔はスリット状で、その対辺の最短距離は、可燃性冷媒が前記管体内で着火しても前記管体外への着火、伝播を防止する寸法を有するものである。
【００７５】
これによって、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が孔を通過できずに消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
【００７６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記孔は前記管体の両端部寄りに配置されているものであり、これによって、管体の温度上昇が栓に伝わり難くなり、栓の熱的負荷を抑制することができる。
【００７７】
また、請求項５に記載の発明は、可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルの蒸発器に付着・堆積した霜を加熱により除去する除霜ヒーターにおいて、前記除霜ヒーターは、ガラス管と、前記ガラス管内部に設置した金属抵抗体からなるヒーター線と、リード線挿入孔が形成され前記ガラス管の両端開口部を覆う栓と、前記リード線挿入孔を通り前記ヒーター線の端部に接続されるリード線と、前記ガラス管を覆う管体とを備え、前記管体は一領域を窮孔しその領域を４０メッシュ以上の金網からなる金網領域と金網を備えない非金網領域とを有するものである。
【００７８】
これによって、万が一可燃性冷媒が漏洩し、管体内に可燃性冷媒が進入しガラス管表面で着火しても、火炎が金網で冷やされて消炎するので管体外に火炎が伝播することはなく安全である。
【００７９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記金網領域は、前記管体の前記蒸発器と対面しない側に設けられているものであり、蒸発器から落下してくる水が金網領域から進入することはないので、ガラス管への水の滴下はなく、急激な熱衝撃でガラス管が割れるようなことはない。また、水の蒸発音も抑制される。
【００８０】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の発明において、前記金網領域は、前記管体の両端部寄りに配置されているものであり、これによって、管体の温度上昇が栓に伝わり難くなり、栓の熱的負荷を抑制することができる。
【００８６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の除霜ヒーターを備えた冷蔵庫であり、可燃性冷媒が漏洩した庫内で除霜ヒーターに通電しても、可燃性冷媒に着火することはなく安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による除霜ヒーターの実施の形態１の要部断面図
【図２】 同実施の形態の除霜ヒーターを用いた冷蔵庫の冷凍システム図
【図３】 本発明による除霜ヒーターの実施の形態２の斜視図
【図４】 本発明による除霜ヒーターの実施の形態３の斜視図
【図５】 除霜ヒーターの参考例１の要部断面図
【図６】 従来の除霜ヒーターを備えた冷蔵庫の概略縦断面図
【符号の説明】
２０ 除霜ヒーター
２１ ヒーター線
２２、５２ 栓
２２ａ、５２ａ リード線挿入孔
２２ｂ、５２ｂ 孔
２３ ガラス管
２４、３４、４４、５４ 管体
２４ａ、３４ａ、 孔
２６ リード線
４４ａ 金網領域
Claims (8)
- 可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルの蒸発器に付着・堆積した霜を加熱により除去する除霜ヒーターにおいて、
前記除霜ヒーターは、ガラス管と、前記ガラス管内部に設置した金属抵抗体からなるヒーター線と、リード線挿入孔が形成され前記ガラス管の両端開口部を覆う栓と、前記リード線挿入孔を通り前記ヒーター線の端部に接続されるリード線と、前記ガラス管を空間を設けて覆う管体とを備え、前記管体に可燃性冷媒が前記管体内で着火しても前記管体外への着火、伝播を防止する７．１平方ミリメートル以下の面積の放熱を促進するための孔を設けたことを特徴とする除霜ヒーター。 - 前記孔は、前記管体の前記蒸発器と対面しない側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の除霜ヒーター。
- 前記孔はスリット状で、その対辺の最短距離は、可燃性冷媒が前記管体内で着火しても前記管体外への着火、伝播を防止する寸法に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の除霜ヒーター。
- 前記孔は前記管体の両端部寄りに配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の除霜ヒーター。
- 可燃性冷媒を封入した冷凍サイクルの蒸発器に付着・堆積した霜を加熱により除去する除霜ヒーターにおいて、
前記除霜ヒーターは、ガラス管と、前記ガラス管内部に設置した金属抵抗体からなるヒーター線と、リード線挿入孔が形成され前記ガラス管の両端開口部を覆う栓と、前記リード線挿入孔を通り前記ヒーター線の端部に接続されるリード線と、前記ガラス管を覆う管体とを備え、前記管体は一領域を窮孔しその領域を４０メッシュ以上の金網からなる金網領域と金網を備えない非金網領域とを有することを特徴とする除霜ヒーター。 - 前記金網領域は、前記管体の前記蒸発器と対面しない側に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の除霜ヒーター。
- 前記金網領域は、前記管体の両端部寄りに配置されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の除霜ヒーター。
- 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の除霜ヒータを備えたことを特徴とする冷蔵庫。
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