KR101023674B1 - 면상히터를 이용한 제상장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스트립형 면상 발열체를 갖는 면상히터를 이용한 제상장치에 관한 것이다.
본 발명의 제상장치는 증발기의 하부 앞뒷면에 상기 방열핀에 접촉하도록 서로 마주보게 배치하는 전면 및 후면 제상히터를 포함하며, 상기 제상히터는 각각, 금속 박판을 슬리팅 가공하여 얻어진 다수의 스트립으로 이루어지며, 전원이 스트립의 양단부에 인가될 때 발열이 이루어지고 다수의 스트립이 간격을 두고 평행하게 배열되며 인접된 각 스트립의 양측단부는 상호 연결되는 스트립형 면상 발열체와, 상기 스트립형 면상 발열체로부터 발생된 열을 전달받아 상기 증발기 쪽으로 전달하기 위한 열전달용 기판과, 상기 스트립형 면상 발열체를 열전달용 기판에 고정함과 동시에 절연시키기 위한 제1절연층과, 상기 스트립형 면상 발열체의 상부로 열이 전달되는 것을 차단하기 위한 제2절연층을 포함한다.
선형 방열핀, 면상히터, 제상수, 증발기, 아이스메이커

Description

면상히터를 이용한 제상장치{Defrost apparatus using heater of surface type}
본 발명은 제상장치에 관한 것으로, 스트립형 면상 발열체를 갖는 면상히터를 이용한 제상장치에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고는 냉동실 및 냉장실로 구획된 본체와, 냉동실 및 냉장실의 전면 개구를 회동 개폐하는 도어와, 냉동실 및 냉장실의 내부를 냉각시키기 위한 냉동장치를 포함한다.
상기 냉동장치는 기체상태의 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기와, 압축기로부터 압축된 기체상태의 냉매를 액체상태로 응축하는 응축기와, 액화된 냉매를 저온 저압의 상태로 변환시키는 모세관과, 모세관으로부터 저온 저압으로 액화된 냉매를 기화시켜 증발 잠열을 흡수함으로써 주위의 공기를 냉각시키는 증발기를 포함한다. 상기 냉동장치는 블로워를 사용하여 증발기 주위의 냉각된 공기를 냉동실 및 냉장실의 내부에 공급함으로써, 냉동실 및 냉장실의 내부를 냉각시킬 수 있다.
이러한 냉장고의 냉동장치에 마련된 증발기의 표면 온도는 냉장고 내의 온도보다 낮으므로, 냉장고 내의 공기 중에 존재하는 수분이 증발기 표면에 서리 형태 의 성에로 부착하게 된다. 이러한 성에는 증발기의 열교환 능력을 감소시키는 원인이 되므로 증발기에 착상된 성에를 제거하기 위해 전기히터와 같은 제상용 히터를 설치하여 제상사이클을 가동한다.
제상사이클이 가동되면, 제상을 위해 블로워 팬을 오프(off)함과 동시에 제상용 히터를 온(on)한다. 그러면, 히터의 표면온도가 상승하여 히터로부터 발열된 열이 증발기의 방열핀에 전달되고 방열핀을 통해 증발기튜브의 온도도 동시에 상승시켜 증발기에 착상된 성에를 제거하게 된다. 그리고 제상이 완료되어 제상사이클이 정지되면, 다시 팬을 온하고 히터를 오프한다. 이러한 제상사이클 동안에 냉장고 룸의 온도는 거의 변화를 주지 않는 범위내에서 제상을 수행하여야 하며, 제상완료 후에는 제상사이클로 인하여 저하되었던 냉동성능을 빠르게 회복하여야 한다.
이러한 제상사이클을 가동시키기 위해 필요한 구성들을 포함한 종래의 제상장치의 일예를 도 1에 도시한다.
도 1을 참고하면, 제너럴 일렉트릭 사에서 제조된 냉장고(100)의 내부 뒷쪽에는 냉동장치 중 냉매가 흐르는 지그재그 형상으로 절곡된 튜브(110)와 튜브(110) 전체의 수평라인을 둘러싸도록 촘촘히 연장된 다수의 선형 방열핀(120)으로 이루어진 증발기(130)가 배치되어 있다.
상기 냉장고(100)의 제상장치는 증발기(130)의 하단에 설치되어 선형의 방열핀(120)으로 둘러싸인 튜브(110)의 하부로 열을 가하기 위한 글라스히터(140)를 포함한다. 그리고 글라스히터(140)의 하부로는 제상수를 배출하기 위한 제상수배출구를 구비한다.
상기 냉장고(100)는 냉장고의 내부 뒷면에 설치된 것으로, 냉장고(100)의 하부의 튜브(110)는 넓은 간격으로 배치하며 상부로 갈수록 상대적으로 좁은 동일 간격으로 가깝게 배치한다. 하부의 튜브(110)는 최하부에 위치한 글라스히터(140)에서 제상시에 발생하는 열을 상부로 전달하기 위해 대류공간을 구비하기 위하여 넓은 간격으로 배치되어 있다.
제상사이클이 가동되면, 글라스히터(140)가 가열되어 발열한다. 이때 글라스히터(140)로부터 발생된 열은 대류공간을 통해 상부로 이동한다. 이렇게 상부로 전달되는 열은 증발기(130)의 방열핀(120)과 튜브(110)에 의해 전달되어 증발기(130)의 온도를 올려주어 방열핀(120)과 튜브(110)에 붙은 성에를 녹여서 제거하게 된다. 이때 성애가 녹아 발생하는 제상수는 글라스히터(140) 아래의 제상수배수관(141)으로 흘러들어 제상수배출구(142)를 통해 물받침(미도시)에 모이게 된다. 여기서, 글라스히터(140)는 아래 제상수배수관(141)에 고여지는 제상수와 성애 덩어리를 증발시키는 역할도 수행한다.
이러한 제상사이클을 수행하는 동안 글라스히터(140)가 가열될 때 발생되는 열은 상부로 배열된 증발기(130) 전체에 골고루 전달되어야하나 글라스히터(140)가 증발기(130)의 하부에 설치되어 있으므로 발생된 열이 상부 증발기(130)까지 제대로 전달되지 못하여 상측에 제상불량이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 제상 작용에 따라 상측의 증발기로부터 분리된 덩어리 형태의 성애 조각이 하측으로 내려오다가 증발기 튜브(110)와 방열핀(120)이 밀집되어 배치된 중간부분에 쌓여서 누적되고, 완전 제상이 이루어지지 못한 잔류 성에가 냉동사이클 이 재개될 때 방열핀(120)에 결빙되어 제상효율을 떨어트리는 문제가 있다.
이는 글라스히터(140)의 위치가 증발기(130)의 하부에 위치되어 있음에 기인한다. 또한, 글라스히터(140)는 증발기(130)의 상부까지 열을 대류시키기 위해 대략 562 와트 정도의 고용량 히터를 사용하여 고온을 발생하게 된다.
또한, 종래의 제상장치는 대류방식으로 제상을 실시하기 때문에 제상효율이 떨어져서 고용량의 글라스히터(140)를 장시간 가열하여야 증발기(130) 상측의 성에가 제거될 수 있다. 그 결과, 증발기(130) 상측의 성에가 제거되는 동안 증발기(130) 상측에 위치한 냉동고 내부에 배치된 아이스메이커(ice maker)에 의해 기 생성된 각 얼음이 일부 녹게 되며, 냉동사이클이 재개되면 얼음 표면의 물이 결빙되어 각 얼음이 서로 붙어버리는 문제점도 발생한다.
더욱이, 증발기(130)의 하부에 위치하는 글라스히터(140)의 발생열이 대류현상에 의해 대부분 상부로 이동하므로 그 하부에 열전달이 효과적으로 되지 않아 제상수배수관(141)에 고인 제상수와 성에 덩어리가 제대로 증발되지 못하고, 냉동사이클이 재개될 때 결빙되어 제상수배출구가 막히는 문제점도 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 제상을 위한 히터를 면상히터로 대체하여 증발기의 앞뒷면에 접촉하도록 설치하여 전도방식으로 열을 전달하여 제상을 실시함에 의해 제상효율을 높여 저용량 히터로도 효과적인 제상을 실시할 수 있는 면상히터를 이용한 제상장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 저온 발열이 이루어지며 온도 응답성이 빠른 박막의 금속 스트립으로 이루어진 면상히터를 이용하여 증발기의 하단에 배치함에 의해 증발기 상단의 아이스메이커에 기 생성된 얼음이 서로 녹아 붙게 되는 현상을 방지할 수 있는 면상히터를 이용한 제상장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제상장치 하부에 위치한 제상수배수관에 결빙이 발생하는 것을 방지할 수 있는 면상히터를 이용한 제상장치를 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제상장치는 냉매가 흐르는 지그재그 형상으로 절곡된 튜브에 전체의 수평 라인을 둘러싸도록 다수의 선형 방열핀이 촘촘히 형성된 구조를 가지는 냉동장치의 증발기에 착상(着霜)된 성에를 제거하기 위한 제상장치에 있어서, 상기 제상장치는 증발기의 하부 앞뒷면에 상기 방열핀에 접촉하도록 서로 마주보게 배치하는 한쌍의 전면 및 후면 제상히터를 포함하며, 상기 제상히터는 각각, 금속 박판을 슬리팅 가공하여 얻어진 다수의 스트립으로 이루어지며, 전원이 스트립의 양단부에 인가될 때 발열이 이루어지고 다수의 스트립이 간격을 두고 평행하게 배열되며 인접된 각 스트립의 양측단부는 상호 연결되는 스트립형 면상 발열체와, 상기 스트립형 면상 발열체로부터 발생된 열을 전달받아 상기 증발기 쪽으로 전달하기 위한 열전달용 기판과, 상기 스트립형 면상 발열체를 열전달용 기판에 고정함과 동시에 절연시키기 위한 제1절연층과, 상기 스트립형 면상 발열체의 상부로 열이 전달되는 것을 차단하기 위한 제2절연층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 제상장치는 냉매가 흐르는 지그재그 형상으로 절곡된 튜브에 전체의 수평 라인을 둘러싸도록 선형의 방열핀이 촘촘히 형성된 구조를 가지는 냉동장치의 증발기에 착상(着霜)된 성에를 제거하기 위한 제상장치에 있어서, 상기 제상장치는 증발기의 하부 앞뒷면에 상기 방열핀에 접촉하도록 서로 마주보게 배치하는 전면 및 후면 제상히터를 포함하며, 상기 제상히터는 각각, 금속 박판을 슬리팅 가공하여 얻어진 다수의 스트립으로 이루어지며, 전원이 스트립의 양단부에 인가될 때 발열이 이루어지고 다수의 스트립이 간격을 두고 평행하게 배열되며 인접된 각 스트립의 양측단부는 상호 연결되는 스트립형 면상 발열체와, 상기 스트립형 면상 발열체의 외주를 피복하기 위한 절연층과, 상기 스트립형 면상 발열체를 피복하는 절연층을 고정하여 상기 스트립형 면상 발열체의 열을 상기 증발기 쪽으로 전달하기 위한 열전달용 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 절연층은 열경화성 수지, 실리콘 바니쉬, 테프론 코팅, 플라즈마 코팅 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 상기 제2 절연층은 제1 절연층보다 두껍게 형성되는 것이 바람직하다. 기판은 Al, Cu, Ag 및 Au 중의 어느 하나로 형성된다.
상기 제상히터의 열전달용 기판은 증발기와 접촉하도록 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전면 및 후면 제상히터는 증발기의 하측 1/4 구역에 대응하는 길이로 형성되어, 증발기의 하측 1/4 구역에 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 전면 및 후면 제상히터는 서로 다른 길이로 설정될 수 있다.
더욱이, 상기 전면 및 후면 제상히터 중 적어도 하나는 상기 제상수배출관까지 연장 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 증발기 배면에 배치된 후면 제상히터가 상기 제상수배출관까지 연장 배치되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 제상장치는 증발기의 하단 앞/뒷면에 접촉되는 한쌍의 면상히터를 이용하여 제상효율을 높일 수 있는 효과를 제공하며, 또한 한쌍의 면상히터가 저용량으로 저온발열의 특성을 가지고 하측에 배치되므로 아이스메이커로 고온의 열이 전달되지 않아 얼음이 녹아 서로 엉겨 붙지 않는다.
또한, 본 발명의 제상장치는 면상히터가 박막으로 제작되어 설치 위치가 자유로워 하부에 제상수배출관까지 연장 배치되는 것이 가능하여 제거된 성에로부터 발생된 제상수를 효과적으로 증발시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 기술하기로 한다.
도 2a는 본 발명에 적용된 스트립형 면상 발열체를 이용한 히터어셈블리를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2b는 도 2a에 표시된 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참고하면, 본 발명에 적용된 스트립형 면상 발열체를 이용한 히터 어셈블리(10a)는 양 단부에 제1 및 제2 전극단자(15a,15b)를 구비한 스트립형 면상 발열체(13), 및 스트립형 면상 발열체(13)의 외측면을 둘러싸는 절연 층(17)을 포함한다.
스트립형 면상 발열체(13)는 소정 두께의 금속 박막을 슬리팅하여 스트립(13a~13d)이 지그재그로 연속되는 일정한 패턴으로 형성되고, 그 외측면은 방습, 내열 및 전기 절연 기능을 하는 절연층(17)이 피복되어 있다.
이 경우, 스트립형 면상 발열체(13)는 상측 및 하측 절연성 필름 사이에 패턴 형성된 다수의 스트립(13a-13c)을 배열한 상태로 라미네이팅하여 스트립형 면상 발열체(13)의 외주에 판형상으로 피복된 절연층(17)을 형성할 수 있다.
다수의 스트립(13a-13c)의 양단부는 히터어셈블리에 요구되는 저항값을 맞추도록 직렬 접속, 병렬 접속 및 직렬과 병렬 접속의 조합 중 어느 하나의 방식으로 접속된다.
이와 같은 스트립형 면상 발열체(13)는 Fe, Al, Cu 등의 단원소 금속 박판, 철계(Fe-X), 철크롬계(Fe-Cr) 금속 박판, Fe-(14~21%)Cr-(2~10%)Al와 같은 FeCrAl 합금 박판, Ni(77%~), Cr(19~21%) 및 Si(0.75~1.5%)로 이루어지거나 Ni(57%~), Cr(15~18%), Si(0.75~1.5%) 및 Fe(잔부)로 이루어진 니크롬 열선 재료, 비정질 박판(리본) 중 어느 하나의 재료로 이루어질 수 있다.
FeCrAl 합금 박판의 바람직한 합금 재료는 Fe-15Cr-5Al 비율로 합성된 페칼로이 합금(일명, 칸탈(KANTHALTM)선) 또는 Fe-20Cr-5Al-REM(희토류 금속)(여기서, REM(Y, Hf, Zr) 1% 정도 포함)을 사용할 수 있다.
또한, 비정질 박판은 Fe계 또는 Co계 비정질 재료로 이루어지며, Fe계 비정 질 재료가 상대적으로 저렴하므로 바람직하다.
Fe계 비정질 재료는 예를 들어, Fe100-u-y-z-w Ru Tx Qy Bz Siw, 여기서, R은 Ni 및 Co 중의 적어도 1종이고, T는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo 및 W 중의 적어도 한 종이며, Q는 Cu, Ag, Au, Pd 및 Pt 중의 적어도 1종이고, u는 0~10, x는 1~5, y는 0~3, z는 5~12, 그리고 w는 8~18이다.
Co계 비정질 재료는 예를 들어, Co1-x1-x2Fex1Mx2)x3Bx4, 여기서, M은 Cr, Ni, Mo 및 Mn에서 선택된 1종류 이상의 원소이고, x1, x2, x3은 각각 0≤x1≤0.10, 0≤x2≤0.10, 70≤x3≤79로 되는 비정질합금에 있어서, B의 조성비 x4는 11.0≤x4≤13.0이다.
스트립형 면상 발열체(13) 재료 중에서 가장 바람직한 재료는 Fe-15Cr-5Al 또는 Fe계 비정질 재료이고, Fe-15Cr-5Al는 열처리가 이루어지는 경우 표면에 Al2O3(알루미나) 절연막이 형성되어 고온 내식성을 갖게 되어 철계 재료의 산화 문제를 저렴하게 해결하는 이점이 있게 된다.
또한, 잘 알려진 고온 열선 재료 중 니크롬(NiCr) 열선의 니크로탈(NIKROTHALTM(Ni: 80)은 비저항이 1.09Ωmm2/m, KANTHALTM D는 비저항이 1.35Ωmm2/m인 것으로 알려져 있다. 그런데, Fe계 비정질 박판(리본)은 전술한 KANTHALTM선과 유사한 1.3~1.4Ωmm2/m의 비저항을 가지고 있어 열선 재료로서 양호한 특성을 가지고 있는 것을 알 수 있으며, 더욱이 KANTHALTM선 보다 상대적으로 저렴하므로 본 발명에서는 이를 스트립형 면상 발열체(13) 재료로 사용한다.
그러나, 스트립형 면상 발열체(13) 재료는 열선 재료의 특성으로 요구되는 비저항값이 크지 않고 저렴하게 입수 가능하다면 어떤 금속재 또는 합금 재료도 사용 가능하다.
한편, 전술한 비정질 박판(리본)은 예를 들어, 액체급냉법에 의해 비정질 합금의 용융합금을 고속 회전되는 냉각롤에 분사하여 106K/sec의 냉각속도로 냉각시켜 박리함에 의해 얻어지는 것으로 10∼50㎛의 두께로 이루어지며, 20mm∼200mm 폭으로 제조된다. 또한, 비정질 재료는 일반적으로 고강도, 고내식성, 고연자성 등의 우수한 재료 특성을 가지고 있고, Fe계 비정질 리본은 종래의 실리콘 히터와 비교할 때 약 1/2 정도로 저렴하게 구입할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이, 본 발명의 스트립형 면상 발열체(13)는 히터 재료로서 10~50㎛의 금속 박판을 사용하므로 동일한 단면적을 갖는 다른 코일형 열선과 비교할 때 10~20배 이상의 표면적을 가지게 되어 동일한 전력을 사용하여 발열이 이루어질 때 넓은 면적에서 저온 발열이 이루어지므로 저온 히팅 재료로 적합하다. 즉, 스트립형 면상 발열체(13)는 금속 박판으로 이루어져 있기 때문에 1㎠당 발생하는 열밀도가 낮아 열량도 낮게 된다.
그 결과, 박판으로 이루어진 리본을 가공하여 제작되는 스트립형 면상 발열체(13)는, 종래의 니크롬선으로 이루어지는 코일형 열선과 비교할 때, 상대적으로 과다 및/또는 고온 열 발생을 고려하여 발열체 외주에 두꺼운 내열성 피복층을 형성할 필요가 없게 된다. 따라서, 높은 열전달 효율을 도모할 수 있게 된다.
또한, 스트립형 면상 발열체(13)는 히터의 표면 온도가 시즈 히터와 같이 600~800℃의 고온으로 상승하지 않고 최대 110℃를 넘지 않기 때문에 별도의 컨트롤러를 사용한 온도 제어가 요구되지 않는다.
한편, 본 발명에서 채택하고 있는 면상 히터 재료는 금속 박판이므로 예를 들어, 증발기의 크기에 따라 면상 히터의 미리 설정된 폭과 길이 및 면적이 결정되고 제상에 필요한 미리 설정된 온도로 발열이 이루어지도록 할 때 이에 적합한 저항값을 갖도록 하기 위해서 광폭의 리본을 적절한 폭을 갖는 스트립으로 슬리팅하여 폭을 좁게 하고 발열체의 전체 길이를 길게 형성하여 면상 히터에 요구되는 저항값을 갖도록 패터닝하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 발명에 적용된 스트립형 면상 발열체(13)에 사용되는 스트립(13a-13c)은 25㎛의 두께에 1-2mm의 폭을 갖도록 슬리팅될 수 있다.
이 경우, 예를 들어, 200W의 히터 용량을 가지며 면상 히터의 길이와 폭이 약 1500mm, 50mm로 이루어진 띠 형태로 구현되는 경우 약 8줄의 스트립을 사용하여 구성될 수 있다. 또한, 도 5 및 도 6과 같이 면상 히터가 직사각형 판으로 구현되는 경우 길이는 단축되고 폭은 증가하며 이에 사용되는 스트립의 수는 예를 들어, 20개로 증가할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극단자(15a,15b)는 일단이 전원 케이블(16a,16b)을 통하여 전원 플러그에 각각 접속되고, 타단이 각각 스트립형 면상 발열체(13)의 양단에 스폿 용접 또는 솔더링되고, 연결부분을 실링하도록 절연 필름을 사용하여 인서트 몰딩방법으로 코팅하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 및 제2 전극단자(15a,15b)의 타단과 스트립형 면상 발열체(13)의 양단 사이에는 쇼트에 의해 과전류가 흐르는 경우 단선이 이루어지도록 소정의 퓨즈(미 도시)를 삽입할 수 있다. 이러한 퓨즈(미 도시)는 스트립(13a,13b,13c)을 이어주는 다른 연결 스트립(13e,13f) 대신에 사용하는 것도 물론 가능하다. 더욱이, 본 발명에 적용된 스트립형 면상 발열체(13)에서는 특수한 온도 제어장치를 사용하지 않고 설정온도 이상으로 상승하는 경우 전원을 차단하도록 서머 스탯을 사용하여 안전성을 확보하는 것도 가능하다.
전술한 면상 발열체를 이용한 면상 히터를 제조하는 방법을 하기의 도 3 및 도 4의 공정도를 참고하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제상장치에 적용된 제1실시예에 따른 면상히터를 설명하기 위한 공정도이다.
면상 히터를 제조하기 앞서 스트립형 면상 발열체를 제작해서 준비해야 한다. 즉, 스트립형 면상발열체는 전술한 바와 같이 박막의 비정질 리본 또는 FeCrAl 합금 박판을 설정된 저항값을 갖도록 1~2mm의 폭을 갖는 스트립(도 2a의 13a∼13c) 패턴으로 슬리팅하여 폭을 좁게 하고 직렬 접속된 구조로 발열체의 전체 길이를 길게 형성하여, 일측 및 타측에 2 전극단자가 배치된 패턴으로 성형하여 준비한다.
면상 발열체가 준비 완료되면, 도 3a의 알루미늄 기판(31)을 준비한다. 알 루미늄 기판(31)은 면상 히터의 발생열을 균일하게 전달하기 위한 것이므로, 열전달 특성이 우수한 Al, Cu, Ag 및 Au 중의 하나 또는 그의 합금 재료로 형성할 수 있으며, 본 실시예에서는 알루미늄을 사용한다. 이 경우 애노다이징 처리되어 표면에 산화 방지용 절연막을 형성할 수 있다.
알루미늄 기판(31)이 준비 완료되면, 도 3b에 도시된 것처럼, 제1 절연층(32)을 코팅한다. 제1 절연층(32)은 실리콘 바니쉬(silicon vanish)와 같은 절연성 접착제를 사용하여 침적(dipping) 코팅 또는 다른 방식으로 알루미늄 기판(31)에 형성된다. 상기 실리콘 바니쉬(silicon vanish)는 도포 후 반경화 상태일 때 강한 접착력을 가지므로 이러한 성질을 이용하여 접착제로 사용된다. 여기서, 제1 절연층(32)은 히터가 사용되는 전압 환경에 따라 두께가 설정되는 것이 바람직하며, 10마이크로미터 ~ 100마이크로미터 두께, 가장 바람직하게는 50마이크로미터이다. 여기서 제1 절연층의 두께가 10마이크로미터 이하로 너무 얇으면 절연성의 문제가 발생하고, 100마이크로미터 이상으로 너무 두꺼우면 열전도성이 감소하기 때문이다.
알루미늄 기판(31)의 상부로 제1 절연층(32)의 코팅이 완료되면, 도 3c에 도시된 것처럼 앞서 준비된 면상발열체(33)를 배치한다. 면상발열체(33)는 도 2a에서 설명된 면상발열체(33)와 동일한 재질과 형상 및 동일한 기능을 갖는다하여도 무방할 것이다.
면상발열체(33)를 제1 절연층(32)의 상부로 배치하여 접착이 이루어지면, 도 3d에 도시된 것처럼 그 상부로 제2 절연층(34)을 코팅하여 면상발열체(33)와 제1 절연층(32) 위에 형성한다.
제2 절연층(34)도 제1 절연층(32)과 마찬가지로 실리콘 바니쉬(silicon vanish)와 같은 절연성 접착제를 사용하여 본딩 고정된다. 여기서 제2 절연층(34)은 1밀리미터 ~ 100마이크로미터 두께로 코팅되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 300 ~ 400마이크로미터 두께로 코팅된다.
제1 및 제2 절연층(32,34)의 절연재료는 개시한 실리콘 바니쉬 이외에 내열성과 전기 절연성이 우수한 합성수지를 사용할 수 있으며, 예를 들어, PET(Polyethylene Terephthalate), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), TPA(Terephthalic Acid)와 MEG(Mono-ethylene Glycol)을 중합하여 얻어지는 폴리이미드(Polyimide)나, 또는 실리콘 등의 각종 전기 절연용 필름 재료를 사용할 수 있다.
전술한 실시예에서는 실리콘 바니쉬를 이용하여 절연층을 형성하는 것을 예로 하였으나, 테프론 코팅이나 플라즈마 코팅에 의한 절연층의 형성도 가능하다. 플라즈마 코팅시에는 나노 사이즈의 무기물 도료나 세라믹 소재를 이용하여 코팅할 수 있다. 이렇게 하면 스트립형 면상 발열체(33)의 외표면이 제1 절연층(32)과 제2 절연층(34)에 의해 코팅되어 방습, 내열 및 전기 절연 기능을 가질 수 있다. 제1실시예에서 최종적으로 생성된 면상히터(30)의 두께는 예를 들어, 1.50mm이다.
여기서, 면상히터(30)는 제상장치에 사용될 때, 제2 절연층(34)이 냉장고의 벽측을 향하여 설치되고 알루미늄 기판(31)이 증발기와 대향하여 접촉이 이루어지도록 설치된다. 이 경우, 제2 절연층(34)은 단열 기능을 갖는 것이 바람직하다.
따라서, 제2 절연층(34)은 제1 절연층(32) 보다 상대적으로 두껍게 형성되는 것이 면상 발열체(33)로부터 발생된 열이 알루미늄 기판(31)으로 효과적으로 전도되어 증발기의 성에를 제상하는데 이용될 수 있다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제상장치에 적용된 제2실시예에 따른 면상히터를 설명하기 위한 공정도이다.
면상 히터를 제조하기 앞서 스트립형 면상 발열체를 제작해서 준비해야 한다. 즉, 스트립형 면상발열체는 전술한 바와 같이 박막의 비정질 리본 또는 FeCrAl 합금 박판을 설정된 저항값을 갖도록 1~2mm의 폭을 갖는 스트립(도 2a의 13a∼13c) 패턴으로 슬리팅하여 폭을 좁게 하고 직렬 접속된 구조로 발열체의 전체 길이를 길게 형성하여, 일측 및 타측에 2 전극단자가 배치된 패턴으로 성형하여 준비한다.
면상 발열체가 준비 완료되면, 도 4a의 제1 절연층(41)을 준비한다. 이때, 제1 절연층(41)은 열경화성 필름, 예를 들어, PET 필름을 준비한다. 그리고, 도 4b에 도시된 것처럼, 제1 절연층(41)인 PET 필름의 상부로 면상발열체(42)를 그 위에 배치한다. 도 4c에 도시한 것처럼, 면상발열체(42)가 배치된 제1 절연층(41)의 상부로 제2 절연층(43)인 PET 필름을 배치한다. 즉, 면상발열체(42)는 상하부로 절연재료인 PET 필름이 배치된다. 도 4d를 참고하면, 면상발열체(42)에 상하로 PET 필름을 코팅하기 위해 라미네이팅을 실시한다. 즉, 두 개의 히터가 내장된 실리콘 롤(A, B)을 이용하여 제작한다.
면상발열체(42)의 상측 및 하측에 각각 제1 및 제2 절연층(41, 43)을 이루는 PET 필름을 중첩하여 예를 들어, 100~200도로 설정된 실리콘 롤(A, B)을 화살표방향으로 통과시키면 히터어셈블리(40)를 얻을 수 있다. 바람직하게는 히터어셈블리(40)의 두께는 0.30mm이다.
여기서, 스트립형 면상 발열체(42)의 외표면에 코팅되어 방습, 내열 및 전기 절연 기능을 하는 절연층(41, 43) 재료로 본 실시예에서는 PET 필름을 사용한 것을 예시하였으나, 전술한 제1실시예에서 개시한 나머지 재료들도 사용 가능하다.
상기 절연층(41, 43) 재료로 사용되는 합성수지는 일반적으로 비교적 염가이며 전기절연성, 열안정성, 내수성이 우수한 특성을 가지며, 실리콘 또한 내열성, 인장강도, 신축율 및 내마모성이 우수하다. 따라서, 스트립형 면상 발열체(42)의 외표면에 상기 특성의 절연층(41, 43)이 코팅되어 있으므로 습도가 높은 환경에서도 단락현상이 발생하지 않게 되어 안전성을 도모할 수 있다.
이렇게 라미네이팅 방법에 의해 절연층으로 PET 필름을 코팅한 면상발열체(42)는 열을 균일하게 전달하기 위해 열전달 기판에 적층시켜야 한다. 기판은 열전달 특성이 우수한 Al, Cu, Ag 및 Au 중의 하나 또는 그의 합금 재료로 형성할 수 있으며, 본 실시예에서는 알루미늄을 사용한다. 이 경우 애노다이징 처리되어 표면에 산화 방지용 절연막을 형성할 수 있다. 도 4e를 보면, 알루미늄 기판(44)의 상부로 실리콘 바니쉬 같은 접착제(45)를 도포한다. 그리고, 도 4f에 도시한 것처럼, 기판(44)의 상부로 접착제(45)에 의해 히터어셈블리(40)가 본딩 고정된다. 이렇게 하여 최종적으로 제조된 면상히터의 바람직한 두께는 1.40mm이다.
전술한 실시예들에 따른 면상히터가 제상장치에 설치된 경우 제상동작을 개시할 때 히터의 최대 상승온도까지의 승온시간이 짧으며, 제상동작을 완료한 후 압축기를 재가동하는 시점에서 가동시간을 줄여 냉동사이클로의 복귀시간을 최소화할 수 있다. 즉, 제상동작이 완료됨과 동시에 제상히터의 전원이 턴-오프되고 압축기가 작동되어 실질적으로 냉동장치의 냉동사이클이 재가동되는 시점, 즉 0℃까지 냉매관의 온도가 낮아지는 냉각시간이 짧아져(즉, 히터의 온도 응답성이 빠름), 전체적인 제상 사이클이 짧아지므로 제상 종료 후 바로 냉동 사이클로 전환 가능한 이점이 있다.
전술한 실시예들에 의해 제조된 면상히터의 실물사진을 도 5에 도시한다.
도 5를 참고하면, 면상발열체가 동일 간격을 두고 배치되어 절연층으로 코팅된 상태의 면상히터가 케이싱된 상태를 보여주며, 냉장고의 제상장치에 채용하기 위하여 제작된 예이다.
이하 도 5의 면상히터를 이용한 본 발명에 따른 제상장치의 실시예들을 도 6 내지 도 10을 참고하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 면상히터를 이용한 제상장치의 측면개략도이다.
도 6을 참고하면, 냉장고 설치벽면 쪽으로 증발기(130)의 측면을 개략적으로 도시한다. 그리고, 그 하부로 증발기(130)의 앞면과 뒷면에 각각 마주보도록 서로 다른 길이를 갖는 한쌍의 전면 및 후면 면상히터(30a,30b)를 배치한다. 이 경우, 바람직하게는 상기 전면 및 후면 면상히터(30a,30b)는 증발기(130)의 하측 1/4 구역에 배치되며, 이에 대응하는 길이를 갖도록 설정된다.
냉장고 설치 벽면쪽의 후면 면상히터(30b)는 하부의 제상수배출관(150)까지 연장 설치하며 냉장고 문쪽의 전면 면상히터(30a)는 제상수배출관(150)의 상부로 위치한다. 대략, 전면 면상히터(30a)는 100mm의 길이를 가지며, 후면 면상히터(30)는 200mm의 길이를 가진다. 전면 및 후면 면상히터(30a,30b)의 상단은 동일하게 설정된다.
도 6의 부분 확대된 단면도를 참고하면, 전면 및 후면 면상히터(30a,30b)는 다수의 방열핀(120 : 도 1 참조)과의 접촉면에 알루미늄 기판(31)이 배치되어 있으며 서로 마주보도록 밀착 배치되어 있다.
이렇게 배치하면, 제상 동작시에 면상 발열체(33)로부터 발생된 열이 박막의 제1절연층(32)을 거쳐 열전달 특성이 우수한 알루미늄 기판(31)에 전도된 후, 알루미늄 기판(31)의 상/하, 좌/우에 균일한 온도로 전도가 이루어진다. 따라서, 균일한 온도의 알루미늄 기판(31)을 통하여 증발기(130)의 다수의 방열핀(120 : 도 1 참조)에 열이 전도되므로 균일한 제상이 이루어지게 된다.
이 경우, 박막의 제1절연층(32)에 비하여 후막의 제2절연층(34)이 면상 발열체(33)의 배면을 감싸고 있으므로 제2절연층(34)이 단열층의 역할을 하게 된다. 그 결과, 제상 동작시에 면상 발열체(33)로부터 발생되는 열은 주로 박막의 제1절연층(32)을 통하여 알루미늄 기판(31)으로 전도되어 열 전도 효율이 높게 되고, 냉장고 벽을 통하여 냉장실의 온도를 상승시키는 것을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 상기 면상 히터(30)는 다수의 방열핀(120)과 무수한 선접촉으로 이루어지므로 면상 발열체(33)에서 발생된 열을 전도방식으로 원활하게 전달하며, 다수 의 방열핀(120)으로 전달된 열은 다수의 방열핀(120) 뿐 아니라 증발기(40)의 튜브(41)에도 전달되어 튜브(41) 표면을 제상하게 된다.
따라서, 면상 히터(30)는 면상 발열체(33)에서 발생된 열이 직접 전도방식으로 증발기(130)에 손실 없이 균일하게 전달되므로 제상 효율이 향상되어 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
전술한 제1실시예에 따른 제상시 각 부분의 온도를 하기 표 1을 참고하여 비교 설명한다.
종래예는 도 1에 도시된 바와 같이 562W의 히터 용량을 갖는 글래스 히터를 사용한 것이고, 제1실시예는 180W의 히터 용량을 갖는 도 3d 및 도 5에 도시된 면상 히터를 사용한 것이다.
아이스메이커온도 튜브온도 증발기상부온도 증발기중부온도 제상수배수관온도
종래예 11.8 -1.3 23.7 25.9 24.7
제1실시예 7.5 3.5 12.6 13.8 17.5
상기 표 1에서 보는 바와 같이 도 1의 종래예에서는 제상 히터가 증발기의 하단에 배치되어 대류방식으로 제상을 실시하므로 증발기 중부 및 상부의 온도가 높게 나타나고, 그 결과 아이스메이커의 온도가 11.8도로 나타나 기 생성된 각 얼음이 녹는 문제가 발생할 수 있게 된다.
이에 비하여 본 발명의 제1실시예에서는 종래에 비하여 1/3의 저용량 히터를 사용하여 저온 발열이 이루어질지라도 직접 접촉에 의한 전도방식으로 증발기에 열이 전도되므로 증발기의 제상이 빠른 시간에 이루어지면서도 증발기 중부 및 상부의 온도가 종래예와 비교하여 상대적으로 10도 이상 낮게 나타나고, 그 결과 아이스메이커의 온도가 7.5도로 나타나 기 생성된 각 얼음이 녹는 문제가 발생하지 않게 된다.
즉, 본 발명의 제1실시예를 제상장치로 적용하는 경우 약 4일에 10회의 제상 및 냉동 사이클이 반복되는 것을 확인할 수 있으며, 제상사이클의 면상 히터를 가동시키는 시간은 약 50분 정도 소요되고, 제상 완료 후에 증발기의 온도가 0도로 하강하는 시간은 증발기 하측에도 5분 이내에 도달하게 되어 빠른 냉동사이클이 재개될 수 있게 된다.
또한, 종래의 증발기에서는 튜브 온도가 영하의 온도인 -1.3도로 너무 낮기 때문에 튜브 표면의 성에가 녹지 못하고 상부로부터 녹아서 흘러내린 물 및 성에가 튜브의 표면에 들러붙어서 적층되는 문제가 발생하게 되나, 본 발명에서는 튜브의 온도가 3.5도의 영상의 온도를 갖게 되어 이러한 문제가 발생하지 않게 된다.
더욱이, 본 발명에서는 제상수배수관에 인접하여 면상 히터가 배치되어 있어 제상수배수관에 수집된 제상수 및 덩어리 성에를 녹여서 증발시키는 데 어떤 문제도 발생하지 않았다.
상기한 바와 같이 종래예는 증발기와 튜브 등의 각 부분 온도가 큰 차이를 나타내고 있으나, 본 발명에서는 전면 및 후면 면상히터가 모두 하측에 직접 접촉방식으로 배치되어 증발기의 하측과 제상수배수관은 전도방식으로 제상이 이루어지고 중간부분과 상측은 전도와 대류방식으로 제상이 이루어지게 되어, 각 부분의 온도 차이가 크지 않고 각 부분에 최적의 제상온도를 인가할 수 있게 된다.
이하의 실시예들에서는 면상히터(30)를 증발기(130)의 앞뒤로 배치하며 위치나 높낮이, 및 크기 등에 변화를 주어도 가능함을 보여주기 위한 것이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 면상히터를 이용한 제상장치를 설명하기 위한 측면개략도이다.
도 7을 참고하면, 증발기(130) 앞뒤로 마주보도록 전면 및 후면 면상히터(30a,30b)를 배치하며, 전술한 제1실시예처럼 전면 및 후면 면상히터(30a,30b)의 높이가 서로 다르다. 즉, 전면 면상히터(30)의 위치를 증발기(130)의 상부로 위치 이동한 예이며, 이러한 설치 구조로도 증발기에 대한 동일한 제상효과를 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 면상히터를 이용한 제상장치를 설명하기 위한 측면개략도이다.
도 8을 참고하면, 증발기(130) 앞뒤로 마주보도록 전면 및 후면 면상히터(30a,30b)를 배치하며 동일한 길이를 갖는 면상히터가 사용되었다. 즉, 냉장고 문쪽의 전면 면상히터(30a)와 냉장고 설치 벽면 쪽의 후면 면상히터(30b)는 모두 200mm의 길이를 가진다. 제3실시예는 냉장고 문쪽 전면 면상히터(30a)의 상단 위치를 후면 면상히터(30b) 보다 상부로 배치한 예이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 면상히터를 이용한 제상장치를 설명하기 위한 측면개략도이다.
도 9를 참고하면, 제4실시예는 제3실시예와 반대로 동일 길이를 갖는 전면 및 후면 면상히터(30a,30b)를 마주보게 배치하며, 전면 면상히터(30a)를 제상수배출관(150)의 아래까지 위치시키고, 후면 면상히터(30b)를 제상수배출관(150)의 상부로 배치한 예이다.
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 면상히터를 이용한 제상장치를 설명하기 위한 측면개략도이다.
도 10을 참고하면, 동일 길이를 갖는 전면 및 후면 면상히터(30a,30b)를 마주보게 배치하되, 전면 및 후면 면상히터(30a,30b) 모두를 제상수배출관(150)의 상부로 동일한 레벨로 배치한 예이다.
전술한 실시예들에서 보는 바와 같이, 두 개의 전면 및 후면 면상히터(30a,30b)를 증발기(130)의 앞뒤로 서로 마주보게 증발기(130)의 방열핀에 접촉하도록 배치하며 설치 위치를 조절하거나 높이를 조절하는 등의 변경은 당업자에게 자명한 것으로 전술한 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 종래의 제상장치를 설명하기 위한 실물사진,
도 2a는 본 발명에 적용된 스트립형 면상 발열체를 이용한 히터어셈블리를 설명하기 위한 평면도,
도 2b는 도 2a에 표시된 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 나타낸 단면도,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제상장치에 적용된 제1실시예에 따른 면상히터의 제조공정을 설명하기 위한 공정도,
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제상장치에 적용된 제2실시예에 따른 면상히터의 제조공정을 설명하기 위한 공정도,
도 5는 제1실시예의 면상히터에 대한 샘플 사진,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 면상히터를 이용한 제상장치를 설명하기 위한 측면개략도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 면상히터를 이용한 제상장치를 설명하기 위한 측면개략도,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 면상히터를 이용한 제상장치를 설명하기 위한 측면개략도,
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 면상히터를 이용한 제상장치를 설명하기 위한 측면개략도,
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 면상히터를 이용한 제상장치를 설명하기 위한 측면개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30,30a,30b,40 : 면상히터 130 : 증발기
150 : 제상수배수관

Claims (14)

  1. 냉매가 흐르는 지그재그 형상으로 절곡된 튜브에 전체의 수평 라인을 둘러싸도록 다수의 선형 방열핀이 촘촘히 형성된 구조를 가지는 냉동장치의 증발기에 착상(着霜)된 성에를 제거하기 위한 제상장치에 있어서,
    상기 제상장치는 증발기의 하부 앞뒷면에 상기 방열핀에 접촉하도록 서로 마주보게 배치하는 한쌍의 전면 및 후면 제상히터를 포함하며, 상기 제상히터는 각각,
    10∼50㎛의 두께의 금속 박판을 슬리팅 가공하여 얻어진 다수의 스트립으로 이루어지며, 전원이 스트립의 양단부에 인가될 때 발열이 이루어지고 다수의 스트립이 간격을 두고 평행하게 배열되며 인접된 각 스트립의 양측단부는 상호 연결되는 스트립형 면상 발열체와,
    상기 스트립형 면상 발열체로부터 발생된 열을 전달받아 상기 증발기 쪽으로 전달하기 위한 열전달용 기판과,
    상기 스트립형 면상 발열체를 열전달용 기판에 고정함과 동시에 절연시키기 위한 제1절연층과,
    상기 스트립형 면상 발열체의 상부로 열이 전달되는 것을 차단하기 위한 제2절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 제상장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 절연층은 열경화성 수지, 실리콘 바니쉬, 테프론 코팅, 플라즈마 코팅 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 제상장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 절연층은 제1 절연층보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 제상장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전면 및 후면 제상히터는 증발기의 하측 1/4 구역에 배치되는 것을 특징으로 하는 제상장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전면 및 후면 제상히터는 서로 다른 길이로 설정되는 것을 특징으로 하는 제상장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 냉매가 흐르는 지그재그 형상으로 절곡된 튜브에 전체의 수평 라인을 둘러싸도록 선형의 방열핀이 촘촘히 형성된 구조를 가지는 냉동장치의 증발기에 착상(着霜)된 성에를 제거하기 위한 제상장치에 있어서,
    상기 제상장치는 증발기의 하부 앞뒷면에 상기 방열핀에 접촉하도록 서로 마주보게 배치하는 전면 및 후면 제상히터를 포함하며, 상기 제상히터는 각각,
    10∼50㎛의 두께의 금속 박판을 슬리팅 가공하여 얻어진 다수의 스트립으로 이루어지며, 전원이 스트립의 양단부에 인가될 때 발열이 이루어지고 다수의 스트립이 간격을 두고 평행하게 배열되며 인접된 각 스트립의 양측단부는 상호 연결되는 스트립형 면상 발열체와,
    상기 스트립형 면상 발열체의 외주를 피복하기 위한 절연층과,
    상기 스트립형 면상 발열체를 피복하는 절연층을 고정하여 상기 스트립형 면상 발열체의 열을 상기 증발기 쪽으로 전달하기 위한 열전달용 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 제상장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판에 고정되는 절연층은 열경화성 수지 또는 실리콘 바니쉬인 것을 특징으로 하는 제상장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 기판은 Al, Cu, Ag 및 Au 중의 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 제상장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제상히터의 열전달용 기판이 증발기와 접촉하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 제상장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 스트립형 면상 발열체를 피복하는 절연층은 라미네이팅(laminating)에 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는 제상장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 후면 제상히터는 증발기 하단에 배치된 제상수배출관까지 연장 배치되는 것을 특징으로 하는 제상장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 전면 및 후면 제상히터는 증발기의 하측 1/4 구역에 대응하는 길이로 형성되어, 증발기의 하측 1/4 구역에 배치되는 것을 특징으로 하는 제상장치.
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