KR101123079B1 - 수평타입의 증발기에 적용 가능한 제상히터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평타입 증발기에 적용 가능한 면상 발열체를 이용한 제상히터와 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 각각 일정간격으로 배치되며 금속 박막으로 이루어진 다수의 면상발열체가 상호 연결된 히터조립체; 증발기의 하부에 배치되고, 상기 히터조립체를 하부면에 구비하여 상기 히터조립체의 다수의 면상발열체로부터 발생된 열을 전달받아 상기 증발기쪽으로 전달함과 동시에 증발기에 착상된 성에가 녹아서 흘러내리는 제상수를 배출하기 위한 제상수 배출판; 상기 제상수 배출판의 배면에 상기 히터조립체를 본딩하기 위한 본딩층; 및 상기 히터조립체의 상부로 노출된 부분을 실링 처리하기 위한 절연층을 포함한다.

면상발열체, 히터조립체, 직렬접속, 열전달 효율

Description

수평타입의 증발기에 적용 가능한 제상히터 및 그 제조방법{Defrost heater applicable to horizontal type evaporator and method for manufacturing the same}

본 발명은 수평타입 증발기에 적용 가능한 제상히터 및 그 제조방법에 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 온도 보다 낮으므로, 냉장고 내의 공기 중에 존재하는 수분이 증발기 표면에 서리 형태의 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 회복하여 냉동사이클을 재개하여야 한다.

이러한 제상사이클을 가동시키기 위해 필요한 구성들을 포함한 종래의 제상장치의 일예를 도 1에 도시한다.

도 1은 유럽의 빌트인 방식에 널리 사용되는 콤보형 냉장고(200)의 내부를 보여준다.

콤보형 냉장고(200)는 냉장실과 냉동실이 하나의 문 안에 배치되어 있는 형태의 냉장고이며, 유럽의 빌트인 방식에 주로 사용되므로 냉장고의 폭이 60cm로 그 크기가 제한적이다.

따라서, 도 1에 도시된 것처럼 빌트인 방식의 냉장고에서 증발장치(100)는 냉장고(200) 하부에 수평타입으로 배치되어 있다.

도 2는 상기 증발장치(100)를 냉장고로부터 분리하여 상부에서 찍은 사진이며, 이를 참고로 종래의 증발장치를 설명한다.

도 2에 도시된 종래의 증발장치(100)는 냉매가 흐르는 지그재그 형상으로 절곡된 튜브(110)와 튜브(110) 전체의 수평라인을 둘러싸도록 촘촘히 연장된 다수의 선형 방열핀(120)으로 이루어진 증발기(130)가 수평방향으로 배치되어 있다.

상기 냉장고(200)의 제상장치는 증발기(130)의 상하부에 설치되어 선형의 방열핀(120)으로 둘러싸인 튜브(110)의 상하부로 열을 가하기 위한 코드히터(140)를 포함한다.

코드히터(140)는 내부에 열선을 배치하고 열선의 외부로 절연체로 피복되며, 절연체의 외부에 알루미늄 케이스에 의해 케이싱된다.

그리고 코드히터(140)의 하부로는 제상수를 배출하기 위한 알루미늄 재질의 제상수배출판(141)과 제상수배출판(141)으로부터 유입된 제상수를 배출하는 제상수배출구(142)를 구비한다.

제상수배출구(142)는 도 3에 도시된 것처럼, 배출되는 제상수가 다시 결빙되는 것을 방지하고 원활하게 외부로 유출되도록 하기 위해 제상수배출판(141)과 코드히터(140)를 배치한다.

제상사이클이 가동되면, 코드히터(140)가 가열되어 발열한다. 이때 코드히터(140)로부터 발생된 열은 대류공간을 통해 상부로 이동한다. 이렇게 상부로 전달되는 열은 증발기(130)의 방열핀(120)과 튜브(110)로 전달되어 증발기(130)의 온 도를 올려주어 방열핀(120)과 튜브(110)에 붙은 성에를 녹여서 제거하게 된다. 이때 성애가 녹아 발생하는 제상수는 코드히터(140) 아래의 제상수배수판(141)으로 흘러들어 제상수배출구(142)를 통해 물받침(미도시)에 모이게 된다.

여기서, 코드히터(140)는 아래 제상수배출판(141)에 고여지는 제상수와 성애 덩어리를 증발시키는 역할과, 제상수배출구(142)로 배출되는 제상수가 결빙되지 않도록 하는 역할도 수행한다.

이러한 제상사이클을 수행하는 동안 코드히터(140)가 가열되어 열을 발생하기 위해서 사용되는 사용 전력은 200와트(W) 이상이 되므로 사용전력이 많이 소요되어 저전력의 히터의 필요성이 대두되었다.

또한, 전술한 코드히터는 제상사이클이 가동됨에 따라 제상을 위한 시간이 길고, 제상 완료 시에 냉동모드로 전환 시 걸리는 소요시간이 길어지므로 제상에 사용되는 히터로는 적합하지 못한 문제점이 있었다.

또한, 전술한 코드히터는 증발기의 튜브를 따라 절곡되어 고정되므로 코드히터를 수작업으로 조립하는 조립공정비가 높은 문제가 있으며, 또한, 제상수배출구까지 연장해야 하고, 코드히터를 고정하기 위해 방열핀에 홈을 형성하여야 하므로 제상히터의 조립이 용이하지 못한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 증발기에 구비된 제상수 배출판을 이용하여 제상수배출판의 하부면에 금속박판으로 이루어진 면상발열체로 히터를 구성하여 제상수 배출판과 일체로 조립하고 제상수배출판을 열전달 매체로 이용함에 의해 조립 생산성, 내구성 및 신뢰성이 높고 슬림한 타입으로 수평타입의 증발기에 조립할 수 있는 제상히터 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 제상히터가 제상수배출판에 일체로 형성됨에 따라 증발기에 설치하기 위한 별도의 조립공정 및 부품이 필요없고, 면상발열체의 채용에 따라 히터 용량을 1/2로 낮추어 전력소모량을 절감할 수 있는 제상히터 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속박판의 면상발열체를 사용하여 온도 응답성이 매우 빠르며, 히터용량을 최소화하면서 저온발열이 가능한 제상히터 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 열 밀도가 낮은 금속 박막의 면상 발열체를 채용하여 저온 발열이 이루어지므로 열전달 효율이 높아 전력/열 변환 효율의 극대화를 도모할 수 있는 제상히터 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 면상발열체의 재료로서 비정질 재료를 이용함에 의해 친환경 냉매의 발화점 이상으로 히터의 온도가 상승하는 경우 결정화가 이루어지면서 자연적인 단락이 발생하여 과열로 인한 안전성을 보장할 수 있는 새로운 제상히터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제상 완료 시에 냉동모드로 전환 시 걸리는 소요시간이 짧은 제상히터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전술한 코드히터와 달리 제상수배출구까지 히터를 연장설치할 필요가 없어 조립을 용이하게 할 수 있는 제상히터를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 증발기의 하부에 배치되어 증발기에 착상된 성에가 녹아서 흘러내리는 제상수를 배출하기 위한 제상수배출판; 상기 제상수배출판의 하부면에 일체로 형성되며 금속 박막으로 이루어진 다수의 면상발열체가 상호 연결된 히터조립체; 상기 제상수배출판의 하부면에 상기 히터조립체를 부착시키기 위한 접착층; 및 상기 히터조립체의 상부로 노출된 부분을 실링 처리하기 위한 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 제상히터를 제공한다.

상기 제상수 배출판은 Al, Cu, 및 Ag 중의 하나 또는 그의 합금 재료로 이루어진다.

상기 제상수 배출판은 배면에 상기 히터조립체가 부착되는 기판본체와, 기판본체의 일측에 돌출 형성되어 제상수를 배출하는 제상수배출부와, 상기 제상수가 제상수배출부로 용이하게 흐를 수 있도록 유도하는 배출턱을 갖는 배출부와, 상기 배출부의 타측에 형성되어 제상수의 역류를 방지하기 위한 역류방지턱을 갖는 역류방지부와, 상기 양측면에 형성되어 상기 수평타입 증발기를 조립하기 위한 한 쌍의 조립부를 포함한다.

상기 히터조립체는 각각 지그재그 패턴으로 이루어지고 상호간에 직렬접속된 면상발열체와, 상기 다수의 면상발열체에 전원을 인가하는 케이블을 연결하는 컨넥터로 이루어진다.

상기 히터조립체는 각각 일정간격으로 배치된 다수의 제1 및 제2 도전성 연결패드를 구비하고 간격을 두고 배치된 제1 및 제2 히터조립 PCB와, 금속 박막의 스트립 형상으로 이루어지며 양 단부가 상기 제1 히터조립 PCB의 다수의 제1 도전성 연결패드와, 상기 제2 히터조립 PCB의 다수의 제2 도전성 연결패드 사이에 접속되는 다수의 면상발열체를 구비한다.

상기 면상 발열체는 Fe계 비정질 스트립 또는 FeCrAl로 이루어진다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 증발기의 하부에 설치되는 제상수 배출판과, 상기 제상수 배출판의 하부면에 일체로 설치되어 증발기의 성에를 제거하기 위한 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 제상히터를 제공한다.

상기 히터는 금속박막으로 이루어지고 지그재그 패턴을 갖는 면상발열체로 구성된다.

상기 히터는 금속박막으로 이루어지고 다수의 직렬접속된 스트립형 면상발열체로 구성된다.

상기 면상발열체는 Fe계 비정질 스트립 또는 FeCrAl로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 수평타입 증발기에 착상(着霜)된 성에를 제거하기 위한 제상히터의 제조방법에 있어서, 증발기의 하부에 배치되어 제상수를 수집하여 배출함과 동시에 배면에 부착되는 히터로부터 발생되는 열을 전달하기 위한 제상수배출판을 준비하는 단계; 상기 제상수배출판의 배면에 접착층을 형성하는 단계; 각각 일정간격으로 배치되며 금속박막으로 이루어진 다수의 면상발열체가 상호 연결된 히터조립체를 제조하는 단계; 상기 접착층의 상부에 히터조립체를 배열하여 부착하는 단계; 및 상기 히터조립체의 상부로 노출된 부분을 실링하기 위한 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제상히터의 제조방법을 제공한다.

상기 히터조립체 제조단계는 각각 금속 박막을 프레스 펀칭하여 지그재그 패턴으로 이루어진 다수의 면상발열체를 형성하는 단계와, 상기 다수의 면상발열체를 직렬접속 방식으로 상호 연결하는 단계와, 상기 다수의 면상발열체에 전원을 인가하기 위해 컨넥터와 케이블을 연결하는 단계를 포함한다.

상기 히터조립체 제조단계는 금속 박막 재료를 슬리팅한 후 절단하여 다수의 면상 발열체를 준비하는 단계; 다수의 제1 도전성 연결패드가 일정간격으로 형성된 제1 히터조립 PCB와 다수의 제2 도전성 연결패드가 일정간격으로 형성된 제2 히터조립 PCB를 준비하는 단계; 상기 다수의 면상 발열체의 양 단부를 상기 제1 히터조립 PCB의 다수의 제1 도전성 연결패드와 상기 제2 히터조립 PCB의 다수의 제2 도전성 연결패드 사이에 직렬 접속방식으로 연결하는 단계; 및 상기 다수의 제1 도전성 연결패드의 양 단부에 배치된 한 쌍의 연결패드로부터 각각 도전성 스루홀을 통하여 배면에 형성된 한 쌍의 전원터미널패드에 한 쌍의 전원케이블을 연결하는 단계를 포함한다.

상기 면상 발열체는 Fe계 비정질 스트립 또는 FeCrAl로 이루어진다.

따라서, 본 발명에서는 제상수배출판의 하부면에 금속박판으로 이루어진 면상발열체를 히터로 사용하여 조립함에 의해 슬림형으로 구현될 수 있고 증발기에 설치하기 위한 별도의 조립공정을 제거할 수 있다.

본 발명에서는 면상발열체를 패터닝하기 위해 금속박판을 프레스 펀칭하여 히터 패턴을 형성한 후 직렬 접속하여 조립 생산성, 내구성 및 신뢰성이 높은 수평타입의 증발기에 조립할 수 있다.

본 발명에서는 면상발열체를 사용하므로 온도 응답성이 매우 빠르며, 히터용량을 최소화하면서 저온발열이 가능하여 최적의 제상히터 조건을 가진다.

본 발명에서는 열 밀도가 낮은 금속 박막의 면상 발열체를 채용하여 저온 발열이 이루어지므로 열전달 효율이 높아 전력/열 변환 효율의 극대화를 도모할 수 있다.

본 발명에서는 면상발열체의 재료로서 비정질 재료를 이용함에 의해 친환경 냉매의 발화점 이상으로 히터의 온도가 상승하는 경우 결정화가 이루어지면서 자연적인 단락이 발생하여 과열로 인한 안전성을 보장할 수 있다.

본 발명에서는 제상 완료 시에 냉동모드로 전환 시 걸리는 소요시간이 짧아 제상효율을 극대화할 수 있다.

본 발명에서는 전술한 코드히터와 달리 제상수배출구까지 히터를 연장설치할 필요가 없어 조립을 용이하게 할 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 슬리팅한 면상발열체를 채용하여 면상히터를 조립하므로 재료 손실이 발생하지 않고 구조가 간단하며 제조가 용이하여 비용절감을 도 모할 수 있다.

이하, 첨부한 도 4 내지 도 9c를 참조하여 본 발명의 바람직한 제1실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 제상히터를 제조하는 방법을 나타내는 개략 공정도이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 제상히터의 공정 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 제상히터의 기판의 배면도이고, 도 7은 상기 기판의 하부 면에 면상발열체가 배열된 상태를 보여주며, 도 8은 상기 면상발열체의 배열이 완료된 후 케이블을 커넥터에 연결하는 상태를 보여준다.

도 4 내지 도 8을 참고하면, 먼저, 히터조립체(40)(도 7 참조)가 배면에 배치되고, 저면은 제상수를 배출하기 위한 제상수배출판으로 역할을 하는 기판(20)으로서, 금속박판을 직사각 형상의 원하는 크기, 예를 들어, 수평 타입 증발기의 좌/우 폭에 대응하는 길이와 증발기 앞/뒤 폭에 대응하는 길이를 갖는 형태로 절단한 후, 프레스(press) 가공하여 일체로 성형한다(도 4의 단계S10).

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 기판(20)은 배면에 히터조립체가 부착되는 기판본체(20a)의 배면이 도시되어 있으며, 기판본체(20a)의 일측에 제상수배출부(21)를 돌출형성하고, 제상수가 제상부배출부(21)로 용이하게 흐를 수 있도록 유도하는 배출턱(22a)을 갖는 배출부(22)가 형성되어 있으며, 배출부(22)의 타측에는 제상수의 역류를 방지하기 위한 역류방지턱(23a)을 갖는 역류방지부(23)를 형성한다. 또 한, 기판(20)의 양측면에는 수평타입 증발기(도 2참조)에 조립하기 위한 한 쌍의 조립부(24)를 형성한다.

상기 기판(20)은 배면 중앙부에 배치될 히터조립체(40)를 안정적으로 지지함과 동시에 히터조립체(40)로부터 발생된 열을 수평타입의 증발기에 균일하게 전달하기 위한 것으로, 열전달 특성이 우수한 Al, Cu, 및 Ag 중의 하나 또는 그의 합금 재료를 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 저가이면서도 성형성이 좋고 경량인 Al(알루미늄)을 사용한다.

Al으로 이루어진 기판(20)을 사용하는 경우 예를 들어, 0.5mm 정도의 두께를 사용하여 빠른 전도 효율과 재료비 절감을 동시에 만족할 수 있다.

상기와 같이 기판(20)으로서 Al판을 0.5mm 두께의 박판으로 하는 경우 히터의 용량을 낮출지라도 이러한 면상발열체를 히터로 증발기에 적용하는 경우 증발기에의 전이온도는 증가하는 이점이 있다.

이후, 성형 완료된 도 6의 기판(20)의 배면에 히터조립체(40)를 배열하기 위해 실리콘을 본딩하여 실리콘 접착층(도 5의 참조부호 30)을 형성한다(도 4의 단계 S20).

실리콘 접착층(30)은 전기적 절연성을 갖으며 버퍼층의 역할을 하여 완충효과를 가짐과 동시에 히터조립체(40)를 부착 고정하기 위한 접착력을 제공할 수 있다. 실리콘 접착층(30)이 형성되면 절연내압이 3kv 이상 되어 절연성을 갖는다.

이렇게 하여 실리콘 접착층(30)의 형성이 완료되면, 금속박판을 소정형상의 패턴을 갖도록 패터닝하여 다수개 형성한 후, 이를 직렬연결 구조로 상호 연결하여 제작한다(도 4의 단계 S30). 이렇게 하여 다수의 면상발열체(41)가 직렬접속된 히터조립체(40)를 형성할 수 있다. 상기 면상발열체(41)는 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이 지그재그 패턴으로 이루어지거나 선형상의 스트립으로 이루어질 수 있다.

금속박판을 패터닝하여 히터조립체(40)를 형성하는 과정은 도 9를 참고하여 설명한다.

도 9a에 도시된 바와 같이 면상발열체(41)의 패턴을 예를 들어, 프레스 펀칭방식에 의해 형성한다. 이방식은 1피치의 형상(A)만을 타발 형성할 수 있는 프레스 금형을 만들고 금속박판을 연속 공급하여 프레스 펀칭으로 연속된 지그재그 패턴을 형성하는데 이러한 연속공정은 작업성, 생산성에서 유리하며 제작시 면상발열체(41)의 연결라인을 최소화할 수 있다. 따라서, 금형 제작 및 제품 비용을 낮출 수 있다. 또한, 이러한 프레스 펀칭에 의한 면상발열체(41)의 제작은 길이조정이 용이하여 금형 변경 없이도 다양한 형태의 히터 조립체(40)를 만들 수 있다.

한편, 상기한 방식으로 지그재그 패턴을 갖는 다수의 면상발열체(41)를 제작할 때, 인접된 면상발열체(41)의 직렬접속을 위해 양끝부분(B) 즉, 좌우 시작 또는 끝부분은 원하는 길이 작업 후에 금형에서 빈 공난으로 재료를 흘려보낸 후 2차 공정에서 직렬접속에 필요한 형상으로 타발 성형하여 도 9b와 같이 절곡형 연결부(41a)를 형성한다.

또한, 상기 연결부는 도 9c에 도시된 바와 같이 직선형태의 연결부(41b)를 채용하는 것도 가능하며, 다른 형태로 변형될 수 있다.

이러한 펀칭공정을 거친 후, 도 7에 도시된 바와 같이 다수의 면상발열 체(41)의 양단부에서 연결부(41a)를 상호 용접하여 직렬접속하면 히터조립체(40)가 완성 된다. 프레스 펀칭 가능한 면상발열체의 재료에 대해서는 하기에서 후술하기로 한다.

도 7을 참고하면, 히터의 패터닝이 완료되면 히터조립체(40)는 상기 기판(20)의 실리콘 접착층(도 5의 참조부호 30) 상부로 배열하여 고정시킨다(도 4의 단계 S40). 여기서 히터조립체(40)는 AC 230V, 0.347~0.434A 일때 전력이 80와트 내지 100와트 정도이며 최대발열온도는 75℃ 내지 85℃이다.

배열이 완료된 히터조립체(40)의 상부로 실리콘을 코팅하여 실리콘 절연층(도 5의 50)을 형성한다(도 4의 단계 S50). 실리콘 절연층(50)이 형성되면 절연내압이 5kv가 되어 절연성을 갖게 된다.

도 8을 참고하면, 케이블(70)을 컨넥터(60)를 통해 히터조립체(40)와 연결한다(도 4의 단계 S60). 여기서 케이블(70)은 AWG 16 규격의 실리콘와이어를 사용할 수 있으며, 컨넥터(60)는 실리콘 본딩에 의해 고정된다(도 4의 단계 S70).

상기한 본 발명의 제1실시예에 따른 제상히터는 도 8에 도시된 바와 같이 원래 증발기에 구비되는 제상수배출판을 기판으로 이용하여, 그의 하부면에 금속박판으로 이루어진 면상발열체를 사용하여 히터조립체 즉, 히터를 구성함에 의해 제상수배출판과 히터를 일체화하여 슬림한 구조로 제상히터를 실현할 수 있다.

또한, 상기 제상수 배출판으로 이용되는 기판을 열전도성이 우수한 AL 등의 금속박막을 이용함에 의해 히터조립체로부터 발생된 열을 증발기로 전달하는 열전달매체로 활용하는 것이 가능하다.

더욱이, 종래의 코드히터 또는 시즈히터 등과 비교하여 발열면적이 월등하게 넓은 금속 면상발열체를 히터 재료로 이용하면, 이로부터 발생된 열을 대면적의 제상수배출판을 통하여 증발기에 열전달이 이루어지므로 균일한 열전달과 함께 높은 열전달효율을 도모할 수 있다.

또한, 본발명에서는 히터조립체가 배면에 일체로 형성된 제상수배출판을 종래와 동일하게 증발기의 하부에 배치하고 양측면의 조립부를 사용하여 고정시킴에 의해 제상히터를 증발기에 설치하기 위한 별도의 조립공정을 생략할 수 있으며, 종래에 히터 조립에 요구되는 각종 부품도 사용되지 않는다.

한편, 본 발명의 히터조립체로 이용되는 면상발열체와 제상수배출판은 모두 금속 박판을 사용한 것이므로 온도응답성이 빠르기 때문에 제상을 위한 승온과 제상완료 후 냉동모드로 전환시간이 짧아 냉장실 온도를 빠르게 낮출 수 있다.

또한, 본 발명에서는 히터소재 및 구조의 변경에 의해 히터의 전력용량을 종래의 1/2수준인 80와트(Watt)로 낮추는 것이 가능하여 그 결과 전력소모량도 크게 낮출 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 제상수배출판의 하부에 히터가 조립되어 있으므로 증발기로부터 녹아서 떨어지는 성에 덩어리가 제상수배출판에 떨어짐과 동시에 녹아서 물로 변하여 제상수배출관으로 흐르기 때문에 종래와 같이 성에 덩어리가 흘러서 모아짐에 의해 제상수배출구를 막는 현상이 발생하지 않게 된다.

그 결가, 본 발명에서는 제상수배출구까지 제상히터의 일부를 연장설치할 필요가 없게 된다.

또한, 본 발명에 사용되는 히터조립체의 면상발열체는 저온발열이 이루어지는 특성을 가지므로 온도 과상승 방지용 센서인 서모스탯의 등급을 낮추어 부품 원가를 낮출 수 있다.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 제상히터를 제조하기 위한 히터조립체를 나타낸 것으로, 면상발열체를 전술한 도 7에서와 같이 프레스펀칭에 의해 제작하지 않고 비정질 리본을 슬리팅한 후, 직렬 접속하도록 한 예를 도시한다.

도 10을 참고하면, 제2실시예에 사용되는 히터조립체(40-1)는 선형상으로 슬리팅한 다수의 면상발열체(41-1)와 상기 다수의 면상발열체(41-1)를 직렬 접속시키기 위한 제1 및 제2 히터조립 인쇄회로기판(PCB)(42,44)으로 이루어진다. 또한, 제1 및 제2 히터조립 PCB(42,44)의 양 단부에는 기판 위에 고정될 때 이용할 수 있도록 각각 한 쌍의 리벳홀(43a,43b)을 형성한다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 히터조립 PCB(42,44)은 절연기판으로 에폭시 보드인 FR4 계열을 사용하거나, 메탈 PCB 또는 세라믹 PCB를 사용할 수 있다.

제1 및 제2 히터조립 PCB(42,44) 각각에는 다수의 면상발열체(41-1)를 일정 피치로 연속하여 접착하기 위한 다수의 연결패드(42a-42g;44a-44f)가 일정한 간격으로 도전체, 예를 들어, Cu로 형성되어 있다. 또한, 상기 연결패드(42a-42g; 44a-44f)의 표면에는 산화방지를 위해 주석(Sn) 또는 금(Au) 도금 처리한 것이 바람직하다.

또한, 상기 히터조립체(40-1)는 제1 및 제2 히터조립 PCB(42,44)를 간격을 두고 양측에 배치하고, 다수의 면상발열체(41-1)의 양 단부를 제1 히터조립 PCB(42)의 다수의 연결패드(42a-42g)와 제2 히터조립 PCB(44)의 다수의 연결패드(44a-44f)에 각각 연결시킴에 의해 다수의 면상발열체(41-1)를 직렬 접속시키고, 스루홀을 통해 배면에 형성된 전원터미널패드(미도시)에 전원 케이블의 전원터미널을 연결시킨다.

이렇게 형성된 슬리팅한 다수의 면상발열체를 이용한 히터조립체(40-1)를 상기 도 6에 개시된 기판(20)의 배면 상에 배치하여 전술한 바와 동일한 방법으로 제상히터를 제조할 수도 있다.

또한, 상기한 제1 및 제2실시예와 같이 면상발열체를 사용하지 않고 카본 페이스트를 발열체로 사용하여 제상히터를 제조할 수 도 있는데, 먼저 상기 기판위에 실리콘 코팅을 수행한 후, 카본 페이스트로 이루어진 지그재그 형상의 도전패턴을 적층하고 소결한 후, 실리콘 코팅을 다시 한번 수행하여 발열체를 형성하는 것도 가능하다.

전술한 바와 같은 본 발명의 면상발열체(41,41-1)는 소정 두께의 금속 박막을 도 7과 같이 지그재그 형상으로 성형하거나 도 10과 같이 선형상으로 슬리팅하여 스트립형태로 사용한다.

상기 면상 발열체(41,41-1)는 열선 재료의 특성으로 요구되는 비저항값(통상적으로 1.0~1.4Ωmm²/m의 범위)이 큰 것이 바람직하나, 비저항값이 1이상인 경우 저렴하게 입수 가능하다면 어떤 금속재 또는 합금 재료도 사용 가능하다.

면상 발열체(41,41-1)는 Fe, Al, Cu 등의 단 원소 금속 박판, 철계(Fe-X) 또 는 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.

상기 FeCrAl 합금 박판의 바람직한 합금 재료는 Fe-15Cr-5Al 비율로 합성된 페칼로이 합금(일명, 칸탈(KANTHAL^TM)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 비정질 재료가 상대적으로 저렴하므로 바람직하다.

상기한 면상 발열체(41,41-1) 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(NIKROTHAL^TM(Ni: 80)은 비저항이 1.09Ωmm²/m, KANTHAL^TM D는 비저항이 1.35Ωmm²/m인 것으로 알려져 있다. 그런데, Fe계 비정질 박판(리본)은 전술한 KANTHAL^TM선과 유사한 1.3~1.4Ωmm²/m의 비저항값을 가지고 있어 열선 재료로서 양호한 특성을 가지고 있는 것을 알 수 있으며, 더욱이 KANTHAL^TM선 보다 상대적으로 저렴함과 동시에 박판으로 얻어지므로 본 발명에서는 이를 스트립형태의 면상 발열체(41-1) 재료로 사용한다.

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 면상 발열체(41,41-1)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. 상기 면상 발열체(41,41-1)는 금속 박판으로 이루어져 있기 때문에 1㎠당 발생하는 열밀도가 낮아 열량도 낮게 된다.

그 결과, 본 발명에서 금속박판 또는 비정질 박판으로 이루어진 리본을 가공하여 제작되는 면상 발열체(41,41-1)는, 종래의 니크롬선으로 이루어지는 코일형 열선과 비교할 때, 상대적으로 과다 및/또는 고온 열 발생을 고려하여 발열체 외주에 두꺼운 내열성 또는 절연성 피복층을 형성할 필요가 없게 된다. 따라서, 발열체로부터 발생된 열이 높은 열전달 효율로 전도/전달이 이루어질 수 있게 된다.

더욱이, 본 발명의 면상 발열체(41-1)가 비정질 재료를 사용하여 이루어지는 경우 원천적으로 친환경 냉매의 냉매 비점보다 낮은 100℃ 이하로 발열이 이루어지므로 UL 권고사항도 만족하고 있다.

그러나, 만약 발열체에 부분적으로 단락(short-circuit)이 발생하여 순간적으로 친환경 냉매의 발화점 이상으로 히터의 온도가 상승하게 되면 비정질 합금의 면상 발열체 재료는 결정화가 이루어지면서 마치 퓨즈와 같이 순간적인 단선이 발생하게 된다.

즉, 비정질 조직은 금속결정학적으로 원자가 무질서하게 배치(Randomly oriented)되어 있기 때문에 비저항이 매우 크게 나타나나, 결정화가 진행되어 결정질 조직을 갖는 경우 비저항이 낮아지며, 또한 박막의 면상 또는 선형 발열체로 사용하는 경우 고전류 흐름으로 인한 발열에 의해 단선이 발생하게 된다.

그 결과, 본 발명의 비정질 재료로 이루어진 면상 발열체(41-1)는 과열로 인한 화재가 발생하지 않고 단선되어 히터 기능을 상실하여 자기 스스로 안전성을 보장할 수 있는 새로운 히터 재료이다.

한편, 본 발명에서 채택하고 있는 면상발열체(41, 41-1)는 냉장고용 증발기의 제상에 필요한 미리 설정된 온도와 시간 범위 내에서 발열이 이루어지도록 100W 이하의 히터 용량을 구현하는데 적합한 저항값을 갖도록 설정되어야 한다.

이를 위해 면상발열체(41-1)의 재료가 금속 박판이므로 예를 들어, 증발기의 크기에 따라 제상용 면상 히터의 미리 설정된 폭과 길이 및 면적이 결정되면, 우선 광폭의 비정질 리본을 미리 설정된 폭을 갖는 스트립형태로 슬리팅한다.

그 후 미리 설정된 전체 길이를 가지며 미리 설정된 폭으로 슬리팅된 면상 발열체를 증발기의 폭에 따라 동일한 길이를 갖는 다수의 면상 발열체(41-1)로 절단하여 준비하고, 이들을 도 10에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 히터 조립 PCB(42,44)를 이용하여 직렬 접속방식으로 연결하여 히터조립체(40-1)를 완성하면, 원하는 히터 용량을 갖는 제상 히터가 얻어지게 된다.

상기한 슬리팅 방식의 성형은 성형이 쉽게 이루어지고 재료 손실이 거의 없다. 또한, 제1 및 제2 히터 조립 PCB(42,44)를 이용함에 의해 다수의 면상 발열체(41-1)의 조립이 쉽게 이루어지면서도 슬림한 형태로 이루어지게 된다.

그러나, 면상발열체가 비정질재료인 경우 프레스 펀칭에 의한 패턴성형에 어려움이 있으나 비정질 재료 이외의 재료, 예를 들어 FeCrAl인 경우, 도 9에 도시된 바대로 면상발열체(41)는 직렬 접속방식의 지그재그 패턴으로 프레스 펀칭한다. 또한 프레스 펀칭 이외에 에칭방법으로 성형하는 것도 가능하나 에칭방법은 처리비용이 높은 문제가 있다.

그럼에도 불구하고 히터 용량이 작고, 지그재그 패턴 면적이 소형인 경우에는 에칭방법으로 성형할 수 있으며, 히팅 면적이 크기 때문에 온도 유지의 균일성이 요구되거나 히터에 허용되는 면적이 큰 경우에는 다수의 면상 발열체를 직렬접속 뿐 아니라 병렬접속 방식으로 연결하여 사용할 수 있다.

본 발명의 제상히터는 면상 발열체를 슬리팅하거나 프레스 펀칭하여 원하는 모양대로 사용가능하므로 형상에 제약이 따르지 않으므로, 증발기를 사용하는 장치 라면 공업용 또는 가정용 냉동장치 또는 설비에도 적용 가능하며, 저온 발열을 위한 온열기 등 다양한 분야에 사용가능하다.

도 1은 유럽의 빌트인 방식에 널리 사용되는 콤보형 냉장고의 내부를 보여주는 도면,

도 2는 도 1에 도시된 냉장고의 증발장치를 냉장고로부터 분리하여 상부에서 찍은 사진,

도 3은 도 1에 도시된 증발장치의 제상수배출구를 보여주는 도면,

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 제상히터를 제조하는 방법을 나타내는 개략 공정도,

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 제상히터의 제조공정을 나타내는 공정 단면도,

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 제상장치에 사용되는 기판의 하부면을 보여주는 도면,

도 7은 도 6의 기판의 하부면에 면상발열체가 배열된 상태를 보여주는 도면,

도 8은 도 7에서 면상발열체의 배열이 완료된 후 케이블을 커넥터에 연결하는 상태를 보여주는 도면,

도 9a는 본 발명에 따른 면상발열체의 패터닝 과정을 설명하기 위한 참고도,

도 9b 및 도 9c는 면상발열체의 직렬접속을 위한 연결부의 패턴 예를 나타낸 개략도,

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 제상히터를 설명하기 위한 히터어셈블리를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 제상히터 20 : 기판

20a : 기판 본체 30 : 실리콘본딩층

40, 40-1 : 히터조립체 50 : 실리콘코팅층

21 : 제상수배출부 22 : 배출부

22a :배출턱 23 : 역류방지부

23a : 역류방지턱 24 : 조립부

41, 41-1 : 면상발열체

Claims (14)

1. 증발기의 하부에 배치되어 증발기에 착상된 성에가 녹아서 흘러내리는 제상수를 배출하기 위한 제상수배출판;

   상기 제상수배출판의 하부면에 일체로 형성되며 금속 박막으로 이루어진 다수의 면상발열체가 상호 연결된 히터조립체;

   상기 제상수배출판의 하부면에 상기 히터조립체를 부착시키기 위한 접착층; 및

   상기 히터조립체의 상부로 노출된 부분을 실링 처리하기 위한 절연층을 포함하고,

   상기 히터조립체는

   각각 일정간격으로 배치된 다수의 제1 및 제2 도전성 연결패드를 구비하고 간격을 두고 배치된 제1 및 제2 히터조립 PCB; 및

   각각 금속 박막의 스트립으로 이루어지며 양 단부가 상기 제1 히터조립 PCB의 다수의 제1 도전성 연결패드 중 하나와 상기 제2 히터조립 PCB의 다수의 제2 도전성 연결패드 중 하나 사이에 접속되는 다수의 면상발열체를 구비하는 것을 특징으로 하는 제상히터. 는 것을 특징으로 하는 제상히터.
2. 제1항에 있어서, 상기 제상수 배출판은

   Al, Cu, 및 Ag 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 합금 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 제상히터.
3. 제1항에 있어서, 상기 제상수 배출판은

   배면에 상기 히터조립체가 부착되는 기판본체;

   상기 기판본체의 일측에 돌출 형성되어 제상수를 배출하는 제상수배출부;

   상기 제상수가 제상수배출부로 용이하게 흐를 수 있도록 유도하는 배출턱을 갖는 배출부;

   상기 배출부에 형성되어 제상수의 역류를 방지하기 위한 역류방지턱을 갖는 역류방지부; 및

   상기 배출부의 양측면에 형성되어 수평타입 증발기에 조립되는 한 쌍의 조립부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제상히터.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 면상 발열체는 Fe계 비정질 스트립 또는 FeCrAl로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제상히터.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 수평타입 증발기에 착상(着霜)된 성에를 제거하기 위한 제상히터의 제조방법에 있어서,

    증발기의 하부에 배치되어 제상수를 수집하여 배출함과 동시에 배면에 부착되는 히터로부터 발생되는 열을 전달하기 위한 제상수배출판을 준비하는 단계;

    상기 제상수배출판의 배면에 접착층을 형성하는 단계;

    각각 일정간격으로 배치되며 금속박막으로 이루어진 다수의 면상발열체가 상호 연결된 히터조립체를 제조하는 단계;

    상기 접착층의 상부에 히터조립체를 배열하여 부착하는 단계; 및

    상기 히터조립체의 상부로 노출된 부분을 실링하기 위한 절연층을 형성하는 단계를 포함하고,

    상기 히터조립체의 제조 단계는

    금속 박막 재료를 슬리팅한 후 절단하여 다수의 면상 발열체를 준비하는 단계;

    다수의 제1 도전성 연결패드가 일정간격으로 형성된 제1 히터조립 PCB와 다수의 제2 도전성 연결패드가 일정간격으로 형성된 제2 히터조립 PCB를 준비하는 단계; 및

    상기 다수의 면상 발열체의 양 단부를 상기 제1 히터조립 PCB의 다수의 제1 도전성 연결패드 중 하나와 상기 제2 히터조립 PCB의 다수의 제2 도전성 연결패드 중 하나 사이에 직렬 접속방식으로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제상히터의 제조방법.
12. 삭제
13. 삭제
14. 제11항에 있어서,

    상기 다수의 제1 또는 제2 도전성 연결패드의 양 단부에 배치된 한 쌍의 연결패드로부터 각각 도전성 스루홀을 통하여 배면에 형성된 한 쌍의 전원터미널패드에 한 쌍의 전원케이블을 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제상히터의 제조방법.

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