KR20100001721A - 제상용 면상 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 응답성이 빠르고 열밀도가 낮은 금속 박막의 조온 발열 면상 발열체를 채용함에 따라 친환경 냉매의 사용이 가능하고, 제상 사이클의 가동시에 승온과 냉각이 빠르게 이루어짐에 따라 냉동 사이클이 신속하게 재개될 수 있어 제상 사이클의 소요시간을 크게 단축할 수 있는 제상용 면상 히터에 관한 것이다.
상기 본 발명은 냉동장치의 증발기에 착상(着霜)된 성에를 제거하기 위한 제상 히터에 있어서, 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 선택적으로 상호 연결되는 스트립형 면상 발열체와, 상기 스트립형 면상 발열체가 일측면에 결합되고, 상기 스트립형 면상 발열체의 외주를 피복하기 위한 절연층이 형성된 방열판과, 상기 방열판의 타측면에 부착된 파형 방열핀을 포함하며, 상기 파형 방열핀은 그의 일측면이 증발기의 튜브가 통과되도록 형성된 다수의 증발기 핀에 탄성적으로 선접촉되어 상기 스트립형 면상 발열체에서 발생된 열을 상기 증발기 핀을 통해 상기 증발기로 전달하는 것을 특징으로 한다.
제상 히터, 면상 발열체, 방열판, 방열핀, 친환경 냉매, 제상 사이클

Description

제상용 면상 히터{Defrost Heater of Surface Type}
본 발명은 제상용 면상 히터에 관한 것으로서, 특히, 냉장고 등의 증발기에 착상(着霜)된 성에를 제거할 수 있는 스트립형 면상 발열체를 이용한 제상용 면상 히터에 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 부착되게 된다. 이러한 성에는 증발기의 열교환 능력을 감소시키는 원인이 되므로 증발기에 착상된 성에를 제거하기 위해 전기히터와 같은 제상 히터가 설치된다.
도 1 및 2를 참고하여, 종래 기술에 따른 제상 히터를 설명한다. 도 1과 같이, 냉장고의 증발기(1)는 냉매가 흐르는 지그재그 형상으로 절곡된 튜브(2)와 열 교환이 이루어지도록 튜브(2)를 둘러싸는 다수의 핀(3)으로 이루어지며, 상기 다수의 핀(3)은 튜브(2)의 각 수평 라인별로 다수 개씩 형성되거나 전체의 수평 라인을 둘러싸도록 수직방향의 다수의 핀이 하나의 핀으로 형성된 구조를 가지고 있다. 상기 다수의 핀(3)은 중앙부에 튜브(2)가 통과되도록 형성되는 것으로 이 증발기(1)의 열 교환 특성을 향상시킨다.
이러한 냉장고의 증발기(1)를 제상하기 위한 종래의 제상 히터는 증발기(1)의 전면과 후면에 지그재그 형상으로 절곡되어 핀(3)과 선접촉이 이루어지도록 장착된 제1 및 제2 제상 히터(4,5)와, 상기 증발기(1)의 하측에 장착된 제3 제상 히터(6)로 구성되어 있으며, 상기 제1 내지 제3 제상 히터(4,5,6)를 통해 증발기(1)에 형성된 성에를 제거하는 제상운전이 주기적으로 실시되도록 되어 있다.
상기한 종래의 제상 히터에서 제1 및 제2 제상 히터(4,5)는 증발기(1)와 선 접촉 상태로 설치되며, 제3 제상 히터(6)는 증발기(1)의 하부에 간격을 두고 설치되어 있다.
이 경우, 상기 제1 내지 제3 제상 히터(4,5,6)는 시즈 히터(Sheath heater) 또는 글래스 히터 등으로 형성될 수 있다. 상기에서 시즈 히터 및 글라스 히터에서 발생된 열은 복사 또는 대류 방식으로 증발기(1)에 착상된 성에를 녹여 제상한다.
상기와 같이 종래에는 증발기(1)의 전면과 후면에 제1 제상 히터(4)와 제2 제상 히터(5)가 장착되고, 제3 제상 히터(6)가 하측에 장착되므로 위치에 따른 온도 차이로 인하여 각각의 발열 온도를 증가시켜야 한다.
그러나, 상술한 종래 기술에 따른 제1 내지 제3 제상 히터(4,5,6)가 증발기(1)와 선접촉 또는 이격되게 형성되므로 제상 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 제상 성능을 향상시키기 위해서는 히터 용량이 큰 제1 내지 제3 제상 히터(4,5,6)가 필요하므로 소비 전력이 증가되는 문제점이 있었다.
일반적으로 시즈 히터(Sheath heater)는 파이프 내부에 열선을 코일링하고 절연성과 열전도성이 뛰어난 고순도 산화마그네슘을 고압으로 충진하여 제작한 것으로서, 외부의 기계적 충격이나 진동에 견고하여 수명이 길고 고온 사용에도 절연 저하가 없어 전기적으로 매우 안전한 것으로 알려져 있다. 그러나, 제상 히터에 적용된 시즈 히터는 공간상의 제약으로 인해 그 발열 부위가 제한되고 히터의 전력 밀도(Watt Density)가 높기 때문에 표면 온도가 매우 높은 것이 특징이다.
한편, 제상 히터를 시즈 히터로 사용하는 경우, 약 600℃까지 발열이 이루어지는데, 이와 관련하여, 현재 비 친환경적 냉매인 R11 또는 R22의 경우에는 발화점이 높기 때문에 시즈 히터를 사용하여도 크게 문제가 되지 않고 있으나, 2010년 1월 1일부터는 제작하는 제품에는 비 친환경적인 냉매는 채택할 수 없으며, 기존에 비 환경적인 냉매가 채택된 제품의 경우에도 2020년 이후부터는 우루과이라운드 협정에 따라 R22의 사용이 금지되고 UL(Underwriters Laboratories Inc) 250 제5장의 제상히터 요구조건인 SA5.3에 의해 R600a(이소부탄; CH(CH3)3; 냉매 비점: 460℃) 등의 환경 친화적 냉매에 대해서만 사용이 허용될 예정이다.
UL 250 규격의 정의에 따르면 냉매가 누출되었을 때 냉매의 발화를 방지하기 위해 사용하는 제상히터의 표면온도의 규제를 냉매의 발화점 보다 100 oC 낮도록 제한하고 있다. 그런데, 기존의 냉매의 경우와는 달리 R600a, R600(n-부탄; CH3CH2CH2CH3; 냉매 비점: 365 oC) 및 R290(프로판; CH3CH2CH3; 냉매 비점: 470 oC)과 같은 새로운 냉매를 사용할 경우는 기존의 시즈 히터 혹은 글라스 히터를 사용할 경우는 이들 히터가 전력밀도가 높기 때문에, 제상 중 시즈 히터 혹은 글라스 히터의 표면온도가 새로운 냉매의 발화점에 대한 UL 250 규격이 지정하는 제한온도 즉, 냉매의 발화점 보다 100 oC 낮은 조건을 충족시키기가 어려우며, 이 경우 온도가 높아지게 되면 누출된 냉매에 의해 인화가 발생되는 등의 화재의 위험성이 내재되어 있다.
한편, 한국특허 제584274호에는 이러한 시즈 히터를 사용한 제상 히터의 문제점을 개선하기 위하여, 핀-튜브를 갖는 증발기와; 증발기의 표면 서리층을 제거하기 위해 절연필름 및 절연필름에 피복된 히터 선으로 갖고 표면이 파면으로 이루어져 증발기의 전면 및 배면에 부착되는 제1 및 제2 제상히터를 포함하는 제상히터를 구비하고, 상기 제상히터가 증발기의 양측면 및 이에 대향하는 냉장실 내측 고정물 사이에 상기 제상히터의 파면에 의해 압착되어 고정되는 것을 특징으로 하는 제상장치를 제안하고 있다.
상기 제상 히터는 튜브가 핀의 외측에 배치된 증발기 구조에 적용되도록 지그재그 형상의 히터선이 요철파면을 갖는 절연필름으로 피복되어 있고, 이러한 제상 히터의 양측에 수직으로 설치된 튜브 브라켓과 튜브에 접착제 등을 이용하여 장착되는 것으로 개시되어 있다.
그러나, 상기 튜브 브라켓이 "S"자형 튜브 좌/우측에서 직선과 곡선의 교차 지점에서 다수개의 수직 배열 및 수평 배열되는 튜브들이 삽입 관통되도록 사다리꼴 구조를 갖고 증발기 전체를 지지하는 구조를 이루고 있으므로 파면 형상의 제상히터는 양측단부가 우선적으로 양측의 튜브 브라켓과 접촉하기 때문에 이에 따라 튜브와는 실직적인 직접 접촉이 이루어지기 어려운 구조를 가지고 있다.
또한, 상기 제상 히터의 히터선은 열밀도가 높고 고가인 니크롬으로 이루어진 와이어를 사용하는 것이므로 1차로 와이어 외주를 절연 피복한 구조를 채용하여야 하므로 열전달 효율이 낮고, 또한 두꺼운 절연필름을 사용하여야 하므로 이 또한 열전달 효율이 낮아지게 된다.
한편, 공개특허공보 제2003-6262호에는 제상히터가 증발기의 열교환핀을 따라 배치되는 메인히팅부와, 이 메인 히팅부의 중도에서 벤딩 연장되어 증발기 냉매관의 연결부 주변에까지 열원이 전달되도록 하는 서브 히팅부로 이루어진 제상히터를 갖춘 냉장고를 개시하고 있다.
상기 제상히터의 메인히팅부는 파이프 타입으로 이루어진 것으로 열교환핀의 양측에 형성된 요홈에 배치된 냉매관을 따라 이에 근접하여 요홈에 배치되어 있으 며, 예를 들어, 시즈 히터를 사용하여 구현될 수 있는 것이다. 따라서, 메인히팅부가 다수의 열교환핀과 직접적인 면접촉 또는 선접촉에 의한 열전달이 이루어지는 것이 아니라, 거의 점접촉 또는 비접촉 상태로 배치되어 실질적으로 대류방식으로 열전달이 이루어지고 있다. 그 결과, 상기 제상히터는 종래의 대류를 이용하는 시즈 히터와 마찬가지로 성애의 제거가 신속하게 이루어지지 못하고 있어 열전달 효율의 극대화를 기대하기 어려운 구조이다.
더욱이, 상기한 시즈 히터와 같은 관형 히터를 사용한 제상히터에서는 공통적으로 고온 발열이 이루어지기 때문에 안전성에 문제가 발생할 수 있고, 제상동작이 완료됨과 동시에 제상히터의 전원이 턴-오프되고 콤프레셔가 작동되어 실질적으로 냉동장치의 냉동사이클이 재가동되는 시점, 즉 0℃까지 냉매관의 온도가 낮아지는 냉각시간이 길어(즉, 히터의 온도 응답성이 느림), 전체적인 제상 사이클이 길어지는 문제가 있다. 즉, 제상 사이클이 길어지면 제상 종료 후 바로 냉동 사이클로 전환할 수 없기 때문에 냉동 성능이 떨어지는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 온도 응답성이 빠르고 열밀도가 낮은 금속 박막의 면상 발열체를 채용함에 따라 히터의 표면온도가 친환경 냉매의 발화점 보다 충분히 낮아 안전성이 우수하고, 제상 사이클의 가동시에 승온이 빠르게 이루어지고 제상완료시에는 빠르게 냉각이 이루어짐에 따라 냉동 사이클이 신속하게 재개될 수 있어 제상 사이클의 소요시간을 크게 단축할 수 있는 제상용 면상 히터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 열밀도가 낮은 금속 박막의 면상 발열체를 채용하여 저온 발열이 이루어지므로 절연층의 두께도 박막화하는 것이 가능하여 슬림형 히터를 구현할 수 있고 열전달 효율이 높아 전력/열 변환 효율의 극대화를 도모할 수 있는 슬림형 제상용 면상 히터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 스트립형 면상 발열체를 다수의 증발기 핀 전체에 대해 균일하게 직접 접촉하여 열을 전달함으로써 제상 효율을 향상시키며 소비 전력을 감소시킬 수 있는 제상용 면상 히터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기존의 증발기의 크기 및 형태를 변형시키지 않고 착탈식으로 부착되어 사용되는 제상용 면상 히터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 증발기의 크기 및 형태에 따라 자유롭게 제작이 용이하게 이루어질 수 있으며, 구조가 간단하고 제조가 용이하여 비용절감을 도모할 수 있는 제상용 면상 히터를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 냉동장치의 증발기에 착상(着霜)된 성에를 제거하기 위한 제상 히터에 있어서, 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 발열체가 일측면에 결합되고, 상기 스트립형 면상 발열체의 외주를 피복하기 위한 절연층이 형성 된 방열판을 포함하며, 상기 방열판은 그의 일측면이 증발기의 튜브가 통과되도록 형성된 다수의 증발기 핀에 선접촉되어 상기 스트립형 면상 발열체에서 발생된 열을 상기 증발기 핀을 통해 증발기로 전달하는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터를 제공한다.
본 발명은 또한 상기 방열판의 타측면에 부착된 파형 방열핀을 더 포함하며, 상기 파형 방열핀은 판상의 주름형상을 가지며, 상기 다수의 증발기 핀에 탄력적으로 접촉하도록 상기 증발기 핀 측으로 가압 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제상용 면상 히터는 증발기의 전체 튜브 라인에 대응하도록, 다수 개를 간격을 두고 동일 평면상에 고정 배치하고 서로 인접한 면상 히터의 스트립형 면상 발열체의 일단을 상호 연결하여 단일 유닛으로 형성하는 것도 가능하다.
상기 스트립형 면상 발열체는 상기 절연층 내부에 간격을 두고 평행하게 배열된 다수의 스트립을 일측단에서 인접하는 스트립을 직렬 접속시키기 위한 직렬접속수단을 더 포함할 수 있다.
상기 절연층은 합성수지 또는 실리콘으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 다수의 스트립은 직렬 접속, 병렬 접속 및 직렬과 병렬 접속의 조합 중 어느 하나의 방식으로 접속될 수 있다.
본 발명은 상기 인접된 각 스트립의 단부를 직렬 접속할 때 미리 설정된 온도 범위에서 동작이 이루어지는 전류차단수단을 사용하여 연결하는 것도 가능하다.
상기 스트립형 면상 발열체는 10~50㎛ 두께로 설정되고, 상기 히터는 5mm 두께로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 방열판은 Cu, Ag, Au 및 Al 중의 적어도 1종으로 형성될 수 있고, 상기 스트립형 면상 발열체는 Fe계 비정질 스트립 또는 FeCrAl로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 스트립형 면상 발열체는 온도 응답성이 빠르고 열밀도가 낮은 특성을 갖도록 히터의 형상과 재료가 선택된다.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 본 발명은 냉동장치의 증발기에 착상(着霜)된 성에를 제거하기 위한 제상 히터에 있어서, 지그재그형 패턴으로 성형되며 온도 응답성이 빠르고 열밀도가 낮은 금속 박판 스트립으로 이루어지고 외주면에 판형상으로 절연필름이 라미네이트된 면상 발열체와, 상기 면상 발열체가 일측면에 접합되며, 열전달이 빠른 재료로 이루어진 방열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터를 제공한다.
이 경우, 상기 방열판은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 애노다이징 처리되어 표면에 산화 방지용 절연막이 형성되는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 제상용 면상 히터는 방열판의 타측면에 부착되며 상기 증발기의 다수의 핀과 탄력적으로 접촉이 이루어지도록 파형(corrugation type)으로 이루어지는 방열핀을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 면상 발열체는 Fe계 비정질 스트립 또는 FeCrAl로 이루어지며, 저온 발열 특성을 나타내도록 성형되는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 제상용 면상 히터는 증발기의 전체 튜브 라인에 대응하도록, 다수 개를 간격을 두고 평면형상으로 조합하는 것도 가능하다.
상기와 같은 본 발명에 있어서는, 온도 응답성이 빠르고 열밀도가 낮은 금속 박막의 면상 발열체를 채용함에 따라 히터의 표면온도가 친환경 냉매의 발화점 보다 충분히 낮아 안전성이 우수하고, 제상 사이클의 가동시에 승온이 빠르게 이루어지고 제상완료시에는 빠르게 냉각이 이루어짐에 따라 냉동 사이클이 신속하게 재개될 수 있어 제상 사이클의 소요시간을 크게 단축할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 열밀도가 낮은 금속 박막의 면상 발열체를 채용하여 저온 발열이 이루어지므로 절연층의 두께도 박막화하는 것이 가능하여 슬림형 히터를 구현할 수 있고 열전달 효율이 높아 전력/열 변환 효율의 극대화를 도모할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 금속 박막의 스트립형 면상 발열체에서 발생된 열은 핀을 통해 증발기에 손실되지 않고 균일하게 직접 전달되므로 제상 효율이 극대화되고 소비 전력이 감소되는 이점이 있다.
아울러, 본 발명은 증발기의 크기 및 형태에 구애 받지 않고 자유롭게 제작이 용이하게 이루어질 수 있으며, 구조가 간단하고 제조가 용이하여 비용절감을 도모할 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 스트립형 면상 발열체를 이용한 제상용 면상 히터를 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 3에 표시된 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 나타낸 단면도, 도 5는 제1실시예에 따른 한쌍의 제상용 면상 히터를 증발기 양측에 배치하는 상태를 나타내는 사시도, 도 6은 증발기 양측이 한쌍의 제상용 면상 히터를 밀착 배치한 상태에서 도 5에 도시된 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 나타낸 단면도, 도 7은 제1실시예에 따른 제상용 면상 히터를 다수 개 연결하여 하나의 유닛으로 구성한 도면이다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 스트립형 면상 발열체를 이용한 제상용 면상 히터(10a)는 소정 크기를 갖는 직사각형의 알루미늄 방열판(11), 양 단부에 제1 및 제2 전극단자(15a,15b)를 구비한 스트립형 면상 발열체(13), 및 스트립형 면상 발열체(13)의 외측면을 둘러싸는 절연층(17)을 포함한다.
또한, 본 발명의 제상용 면상 히터(10a)는 도 4와 같이 다수의 증발기 핀(23)과 탄력적으로 접촉이 이루어지도록 방열판(11)의 외측면에 파형(corrugation type) 방열핀(19)을 더 포함할 수 있다.
방열판(11)은 판형상으로 이루어지며 양단이 동일 방향으로 절곡되어 마감처리되는 것도 가능하다. 이러한 방열판(11)은 스트립형 면상 발열체(13)에서 발생된 열을 외부로 방열(즉, 전달)하는 역할을 한다.
따라서, 방열판(11)은 열 전달 특성이 우수한 Al, Cu, Ag 및 Au 중의 하나 또는 그의 합금 재료로 형성되며, 바람직하게는 가격이 저렴한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고 이 경우 애노다이징 처리되어 표면에 산화 방지용 절연막을 형성할 수 있다.
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 발열체의 외주에 판형상으로 피복된 절연층(17)을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 다수의 스트립(13a-13c)의 양단부는 히터에 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.
상기 FeCrAl 합금 박판의 바람직한 합금 재료는 Fe-15Cr-5Al 비율로 합성된 페칼로이 합금(일명, 칸탈(KANTHALTM)선) 또는 Fe-20Cr-5Al-REM(희토류 금속)(여기 서, REM(Y, Hf, Zr) 1% 정도 포함)을 사용할 수 있다.
또한, 상기 비정질 박판은 Fe계 또는 Co계 비정질 재료로 이루어지며, Fe계 비정질 재료가 상대적으로 저렴하므로 바람직하다.
상기 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.
상기 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, B의조성비 x4는 11.0≤x4≤13.0이다.
상기 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 상기 KANTHALTM선 과 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, 상기 스트립형 면상 발열체(13) 재료는 열선 재료의 특성으로 요구되는 비저항값이 크지 않고 저렴하게 입수 가능하다면 어떤 금속재 또는 합금 재료도 사용 가능하다.
한편, 상기 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.
상기와 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, 본 발명에서 박판으로 이루어진 리본을 가공하여 제작되는 스트립 형 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, 본 발명의 스트립형 면상 발열체(13)는 히터의 표면 온도가 시즈 히터와 같이 600~800℃의 고온으로 상승하지 않고 110℃를 넘지 않기 때문에 별도의 컨트롤러를 사용한 온도 제어가 요구되지 않는다.
한편, 본 발명에서 채택하고 있는 히터 재료는 금속 박판이므로 예를 들어, 증발기의 크기에 따라 제상용 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 히터에 요구되는 저항값을 같도록 패터닝하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 발명의 스트립형 면상 발열체(13)에 사용되는 히터, 즉 스트립(13a-13c)은 25㎛의 두께에 1-2mm의 폭을 갖도록 슬리팅될 수 있다.
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(미도시)를 삽입할 수 있다. 이러한 퓨즈(미도시)는 스트립(13a,13b,13c)을 이어주는 다른 연결 스트립(13e,13f) 대신에 사용하는 것도 물론 가능하다. 더욱이, 본 발명의 스트립형 면상 발열체(13)에서는 특수한 온도 제어장치를 사용하지 않고 설정온도 이상으로 상승하는 경우 전원을 차단하도록 서머 스탯을 사용하여 안전성을 확보하는 것도 가능하다.
한편, 상기 스트립형 면상 발열체(13)의 외주에 판형상으로 피복되는 절연층(17)은 바니쉬(vanish) 또는 실리콘(silicon)과 같은 접착제를 사용하여 알루미늄 방열판(11)에 본딩 고정된다. 상기 스트립형 면상 발열체(13)의 외표면에 코팅되어 방습, 내열 및 전기 절연 기능을 하는 절연층(17) 재료로는 내열성과 전기 절연성이 우수한 합성수지를 사용할 수 있으며, 예를 들어, PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), TPA(Terephthalic Acid)와 MEG(Mono-ethylene Glycol)을 중합하여 얻어지는 PET(Polyethylene Terephthalate), 폴리이미드(Polyimide)나, 또는 실리콘 등의 각종 전기 절연용 필름 재료를 사용할 수 있다. 상기 절연층(17) 재료로 사용되는 합성수지는 일반적으로 비교적 염가이며 전기절연성, 열안정성, 내수성이 우수한 특성을 가지며, 실리콘 또한 내열성, 인장강도, 신축율 및 내마모성이 우수하다. 따라서, 스트립형 면상 발열체(13)의 외표면에 상기 특성의 절연층(17)이 코팅되어 있으므로 습도가 높은 환경에서도 단락현상이 발생하지 않게 되어 안전성을 도모할 수 있다.
상기 파형 방열핀(19)은 도 4와 같이 방열판(11)과 동일하게 열 전달 특성이 우수한 재료로 이루어지며, 요철이 반복적으로 형성된 주름형상으로 이루어지며 알루미늄 방열판(11)의 타측면에 부착된다.
이하에 상기한 본 발명의 제1실시예에 따른 제상용 면상 히터를 냉장고의 증발기에 결합하는 구조를 도 5 및 도 6을 참고하여 설명한다.
도 5는 제1실시예에 따른 한쌍의 제상 히터를 증발기 양측에 배치하는 상태를 나타내는 사시도, 도 6은 증발기 양측이 한쌍의 제상 히터를 밀착 배치한 상태에서 도 5에 도시된 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 5와 같이, 냉매가 흐르는 지그재그 형상으로 절곡된 튜브(21)에 전체의 수평 라인을 둘러싸도록 수직방향으로 길게 형성된 다수의 핀(23)이 형성된 구조를 가지는 냉장고의 증발기(20)에, 본 발명에 따른 제상용 면상 히터(10a)를 양측에 부착시킬 때, 파형 방열핀(19)은 도 6과 같이, 증발기 핀(23)과 상호 선접촉이 이루어진다. 이때, 한쌍의 제상용 면상 히터(10a)를 증발기(20)에 소정 압력으로 밀착 배치하는 경우, 파형 방열핀(19)의 탄력에 의해 다수의 증발기 핀(23)의 높이가 다소 일치되지 않더라고 파형 방열핀(19)의 주름형상에 의해 모든 증발기 핀(23)과 접촉할 수 있어 알루미늄 방열판(11)으로부터 전달되는 열을 손실 없이 효과적으로 증발기(20)의 핀(23)으로 전달할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에서는 제상용 면상 히터(10a)가 다수의 핀(23)에 선접촉되어 직접 전도방식으로 히터의 열을 전달하게 된다.
상술한 제1실시예에 따른 제상용 면상 히터(10a)는 다음과 같은 단계를 거쳐 제작된다.
먼저, 예를 들어, 박막의 비정질 리본 또는 FeCrAl 합금 박판을 설정된 저항값을 갖도록 1~2mm의 폭을 갖는 스트립(13a∼13c) 패턴으로 슬리팅하여 폭을 좁게 하고 직렬 접속된 구조로 발열체의 전체 길이를 길게 형성하여, 일측 및 타측에 2 전극단자가 배치된 패턴으로 성형한 스트립형 면상 발열체(13)를 제작한다.
그 후, 길이방향으로 한쌍의 절연 필름을 사용하여 면상 발열체(13)의 외부를 코팅함에 의해 절연층(17)을 형성하고, 알루미늄 방열판(11)의 일면에 접착제를 사용하여 부착시키며, 알루미늄 방열판(11)의 타면에 파형 방열핀(19)을 부착한다. 이렇게 파형 방열핀(19)을 구비하여 제작된 면상 히터(10a)의 최종 두께는 4.35mm 이내로 이루어지며, 파형 방열핀(19)을 부착하지 않는 경우 1.35mm의 슬림형으로 제작될 수 있다.
이와 같이 구성된 제상용 면상 히터(10a)는 증발기의 면적에 비례하여 도 7과 같이, 소정 공간(S)을 두고 한쌍의 결합프레임(21a,21b)에 의해 다수 개를 연결하여 단일 유닛으로 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 다수의 제상용 면상 히터(10a)는 서로 인접한 제상용 면상 히터(10a)가 연결선(23)을 통해 각각 일단이 접속되고, 제일 양측에 배치된 제상용 면상 히터(10a)의 타단은 각각 전원케이블(25a,25b)에 연결된다. 이처럼 본 발명의 제상용 면상 히터(10a)는 증발기의 용량이나 크기에 따라 적정 개수로 연결하여 단일 유닛으로 사용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 스트립형 면상 발열체를 이용한 제상용 면상 히터를 나타낸 평면도이다.
제2실시예에 따른 제상용 히터(10b)는 상술한 제1실시예에 따른 제상용 면상 히터(10a)와 대부분의 구성이 동일하며, 다만, 도 8과 같이, 스트립형 면상 발열체(13)의 양단에 연결된 제1 및 제2 전극단자(15a,15b)의 배치방향이 제1실시예의 제상용 면상 히터(10a)와 서로 상이하다. 즉, 제1 및 제2 전극단자(15a,15b)는 그 배치방향이 서로 평행하게 배치된 스트립(13a,13b,13c)의 개수에 따라 결정되며, 제1실시예의 제상용 면상 히터(10a)와 같이 서로 평행하게 배치된 스트립의 개수가 홀수개일 경우 제1 및 제2 전극단자(15a,15b)는 도 3과 같이 서로 반대방향으로 배치되지만, 도 8과 같이 짝수개일 경우 서로 동일 방향으로 배치된다. 단, 이는 다수의 스트립(13a,13b,13c)을 직렬접속 구조로 패터닝한 경우에 해당된다. 도 8에서 미설명 부재번호 13e, 13f 및 13g는 각각 연결 스트립을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 스트립형 면상 발열체를 이용한 제상용 면상 히터를 나타낸 평면도이고, 도 10은 도 9에서 직렬접속장치가 결합된 것을 자세하게 나타낸 평면도이고, 도 11은 도 10에 표시된 ⅩⅠ-ⅩⅠ선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 9를 참고하면, 제3실시예에 따른 제상용 히터(10c)는 다수, 예를 들어 4개의 선형 제1 내지 제4 스트립(13a∼13d)을 제작한 후, 일측에는 제2 및 제3 스트립(13b,13c)의 단부는 바이메탈(bimetal)(31)을 사용하여 연결하고 면상 발열체(13)의 외부를 코팅함에 의해 절연층(17)을 형성하며, 타측에는 제1 및 제2 스트립(13a,13b)의 단부와 제3 및 제4 스트립(13c,13d)의 단부를 각각 연결하는 직렬접속장치(33)의 도전성 연결구(33a,33b)를 사용하여 연결함에 의해 상술한 제1 및 제2실시예와 동등한 직렬 접속된 면상 발열체(13) 구조를 형성한다.
상기 직렬접속장치(33)는 도 10 및 도 11과 같이, 면상 발열체(13)의 외측에 절연층(17)이 형성된 상태에서 단순히 그의 외측면에 끼우는 구조로 절연층(17) 내부에 매입되어 있는 제1 및 제2 스트립(13a,13b)의 단부와 제3 및 제4 스트립(13c,13d)의 단부를 각각 연결할 수 있는 구조를 가지고 있다. 즉, 직렬접속장치(33)는 인접한 제1 및 제2 스트립(13a,13b)의 단부와 제3 및 제4 스트립(13c,13d)의 단부를 각각 연결하기 위한 도전성 연결구(33a,33b)가 일측으로 직사각형의 요홈(33d) 구조를 갖는 하우징(33c)의 요홈 상측면에 일체로 형성되어 있고, 각각의 도전성 연결구(33a,33b)는 제1 및 제2 스트립(13a,13b)과, 제3 및 제4 스트립(13c,13d)에 대응하여 입구측으로부터 요홈 방향으로 선단부가 뾰족한 4개의 스토퍼(41∼44)가 일체로 돌출 형성되어 있다.
따라서, 면상 발열체(13)의 외측에 절연층(17)이 형성된 히터를 직렬접속장치(33)의 요홈(33d)에 삽입한 후 약간의 길이만큼 후퇴시키면 도전성 연결구(33a,33b)의 스토퍼(41,42)는 절연층(17)을 파고들어 제1 및 제2 스트립(13a,13b)에 연결되고, 스토퍼(43,44)는 제3 및 제4 스트립(13c,13d)에 연결되어 직렬접속이 이루어지며, 상기 히터는 스토퍼(41∼44)의 저지에 의해 어느 이상의 후퇴는 이루어지지 않게 된다.
이 경우, 상기 직렬접속장치(33) 대신에 직렬로 바이메탈(31)을 연결 설치하여 주변 온도가 설정온도 이상으로 올라간 경우 자동으로 제1 및 제2 전극단자(15a,15b)에 인가되는 전원을 차단하고 설정온도 이하로 내려간 경우 자동으로 전원을 연결시키는 방식으로 제어하는 것도 가능하다.
상기와 같이 제1 및 제2 전극단자(15a,15b) 중 어느 하나와 발열체(13) 사이에 바이메탈(bimetal)(31)이나 퓨즈(fuse) 등으로 이루어지는 전류차단수단을 구비하는 경우 일정한 온도범위 내에서만 발열체(13)에 전원이 공급되도록 하거나 과전류가 흐르는 경우 퓨즈를 용융시켜 전원을 차단함에 의해 화재발생을 예방할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 제상용 면상 히터가 냉장고의 증발기에 적용된 상태를 도시하는 정면도이다.
도 12에 도시된 냉장고의 증발기(20)는 냉매가 흐르는 지그재그 형상으로 절곡된 튜브(21)에 각각의 수평 라인마다 둘러싸도록 다수의 핀(23)이 각 수평 라인마다 결합된 구조를 가지고 있다.
본 발명에 따른 제상용 면상 히터(100a∼100d)는 각각의 수평라인마다 증발기(20)의 전면 및 후면에 각각 대응하여 설치되고, 방열핀(19)이 증발기(20)의 튜브(21)가 통과되도록 형성된 다수의 핀(23)에 선접촉되어 직접 전도방식으로 히터의 열을 전달하게 된다.
상기한 실시예에 따른 제상용 면상 히터(100a∼100d)는 증발기 각각의 수평라인마다 전면 및 후면에 대응하여 설치되는 것이므로 상기한 도 3에 도시된 실시예의 면상 히터(10a)와 비교할 때 면상 발열체(13)에 포함되는 스트립(13a∼13d)의 수가 작고, 폭이 좁다는 것을 제외하고 도 3의 면상 히터(10a)와 동일한 구조를 갖는다.
제상용 면상 히터(100a∼100d)는 다수 개로 분할되어 있는 점을 제외하고 도 2의 실시예와 동일하므로 제상용 면상 히터는 다수의 증발기 핀(23)과 접촉하는 부분이 선접촉으로 이루어지므로 스트립형 면상 발열체(13)에서 발생된 열을 원활하게 전달하며, 다수의 증발기 핀(23)으로 전달된 열은 증발기(20)의 튜브(21)에 전달된다.
따라서, 제상용 면상 히터는 스트립형 면상 발열체(13)에서 발생된 열은 파형 방열핀(19)에서 다수의 핀(23)을 통해 증발기(20)의 튜브(21)에 손실 없이 균일하게 전달되므로 제상 효율이 향상되고 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 도시된 실시예에 따른 제상용 면상 히터는 금속 박막을 슬리팅한 스트립형 면상 발열체(13)를 열원으로 사용하므로 제상 사이클이 개시되어 전원이 공급되면 온도 응답성이 빠른 금속 박막의 스트립형 면상 발열체(13)는 설정된 온도까지 빠른 온도 상승이 이루어져서 증발기(20) 표면의 성애를 녹여주며, 바이메탈(31) 또는 온도센서를 통하여 설정된 온도 이하로 주변온도가 하강하면 면상 발열체(13)에 대한 전원공급이 차단되어 빠르게 면상 발열체(13)의 온도가 하강하게 된다. 그 결과 냉장고 또는 냉동장치는 냉동 사이클이 신속하게 재개될 수 있게 되어 제상 사이클로 인하여 떨어졌던 냉동 성능을 빠르게 회복하여 냉장고 또는 냉동장치에 보관된 각종 보관물품의 설정된 상태로 보존할 수 있게 된다.
도 13a는 시즈 히터를 사용하여 대류방식으로 제상을 행하는 종래의 제상 히터의 제상 사이클을 보여주는 그래프이고, 도 13b 내지 도 13d는 본 발명의 실시예에 따른 제상용 면상 히터(전력소모량이 각각 100watt, 120watt, 180watt)의 제상 사이클을 보여주는 그래프이다.
상기 본 발명에 따른 제상용 면상 히터와 종래의 제상 히터의 제상 사이클 동안 각 부분의 온도를 나타낸 도 13a 내지 도 13d의 그래프와 하기의 표 1을 함께 참고하여 제상 사이클을 설명한다.
종래(225watt) 본 발명(100watt) 본 발명(120watt) 본 발명(180watt)
제상 전 제상 중 제상 전 제상 중 제상 전 제상 중 제상 전 제상 중
히터 표면온도(T11) -12.9 321 -19.1 75.4 -21.8 87.7 -21.7 112.9
증발기 핀 온도(T13) -20.9 38.6 -19.5 25.0 -22.5 23.8 -21.1 32.3
증발기 핀 사이 공간온도(T12) -21.0 39.7 -15.4 7.5 -18.2 11.7 -17.4 14.7
증발기 튜브온도(T14) -22.6 38.0 -25.1 6.7 -28.1 2.5 -24.3 3.4
냉장고 룸 온도(T15) -10 -0.1 -11.1 0.3 -14.4 -3.3 -13.3 -3.8
소요시간 12분 18분 9분 1분 9분 1분 6분 1분
(단, 상기 표 1에서 온도는 ℃임.)
먼저, 종래의 제상 히터를 사용한 경우, 도 13a와 같이, 제상을 위해 블로워 팬을 오프(off)하고 제상 히터를 온(on)하는 T1으로부터 팬을 온하고 제상 히터를 오프하는 T2까지의 히터 가동구간에서, T2 시점에서의 히터 표면의 온도(T11)는 321℃였고 T1에서 T2까지 소요된 시간은 약 12분으로 나타났다.
이에 반해 본 발명의 제상용 면상 히터를 사용한 경우, 각각 100watt, 120watt, 180watt 히터의 T2 시점에서의 히터 표면 온도(T11)는 각각 75.4℃, 87.7℃, 112.9℃ 였고, T1에서 T2까지 소요된 시간은 각각 9분, 8분, 6분으로 나타났다. 즉, 종래의 제상 히터는 T1에서 T2까지 소요된 히터 가동시간이 본 발명의 면상 히터에 비해 최소 3분 또는 최대 6분이 더 걸렸으며, 종래의 제상 히터의 온도 또한 본 발명의 면상 히터에 비해 최대 245.6℃ 또는 최소 208.1℃까지 대략 200℃ 이상 더 높은 온도를 유지하였다.
이를 통해 알 수 있는 바와 같이, 종래의 제상 히터는 공기 가열방식이고 온도 응답성이 느린 시즈 히터를 사용하여 승온시간이 긴 반면, 본 발명의 면상 히터는 온도 응답성이 빠른 면상 히터를 사용하며 직접 전도방식으로 승온시간이 짧다.
그 결과 종래의 제상 히터는 히터에 대한 전원공급이 오프된 이후 콤프레셔가 작동함에도 불구하고 오랜 시간 동안 증발기 핀 사이 공간 온도(T12), 증발기 핀 온도(T13), 증발기 튜브 온도(T14)는 약 39℃까지 상승하여 이를 유지하다가 하강하는 형태를 나타내고 있으나, 본 발명에서는 전원공급이 오프되고 콤프레셔가 작동함과 동시에 증발기 핀 사이 공간 온도(T12)와, 증발기 튜브 온도(T14)는 바로 하강을 시작하여 1분 이내에 0℃까지 하강하고, 증발기 핀 온도(T13)도 2-3분 이내에 0℃까지 하강하는 것을 알 수 있다.
또한, 종래의 제상 히터는 냉장고 룸온도(T15)가 제상 후에 0℃ 이상으로 상승하는 구간이 발생하고 있으나, 본 발명에서는 냉장고 룸온도(T15)가 제상 후에 0℃ 이상으로 상승하는 구간이 발생되지 않고 항상 영하에 머무르고 있으므로 냉동실이나 냉장실에 보관중인 제품의 선도가 떨어지는 것을 막을 수 있게 된다.
더욱이, 종래의 제상 히터는 상기와 같이 히터 표면온도(T11)가 321℃로 높기 때문에 발화점이 낮은 환경 친화적인 냉매, 예를 들어, R600a(냉매 비점: 460℃)를 사용하기 위해서는 (냉매 비점-100℃), 즉 360℃ 이상이면 발화가 일어날 수 있으므로 필히 히터의 온도를 제어해주어야 하는 반면, 본 발명의 면상 히터를 사용할 경우 제상을 위한 히터 표면의 최대 상승온도(약 113℃)는 냉매의 발화점보다 낮아 히터의 온도제어가 불필요한 이점이 있다.
한편, 종래의 제상 히터를 사용한 경우, T2에서 T3 시점 즉, 제상이 완료되어 냉동으로 전환할 수 있는 시점(0℃까지 하강하는 시점)까지 소요된 시간(이는 증발기 튜브의 온도를 기준으로 하였다)은 약 18분으로 나타났으나, 본 발명의 면상 히터는 모두 1분 미만으로 나타났다. 결국, 종래 제상 히터의 제상을 위한 1 사이클(제상을 위한 히터 가동시간과 제상완료 후 콤프레셔를 가동하여 증발기 튜브가 0℃로 하강하는 데 까지 걸리는 시간)은 총 30분이 소요되는 반면에 본 발명의 면상 히터는 10분, 9분, 7분으로 종래 제상 히터의 1 사이클 당 소요되는 시간의 약 1/3 이하로 단축시킬 수 있다는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 종래 제상 히터를 채용하는 경우에 비해 제상 사이클을 크게 줄일 수 있어 그 결과 냉장고 또는 냉동장치는 냉동 사이클이 신속하게 재개될 수 있게 되어 제상 사이클로 인하여 저하되었던 냉동성능을 빠르게 회복할 수 있다.
상기한 실시예 설명에서는 냉장고의 증발기를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 제상 사이클이 요구되는 증발기를 사용하는 장치라면 공업용 또는 가정용 냉동장치 또는 설비에도 적용 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 제상용 면상 히터는 온도 응답성이 빠르고 열밀도가 낮은 금속 박막의 면상 발열체를 채용함에 따라 히터의 표면온도가 친환경 냉매의 발화점 보다 충분히 낮아 친환경 냉매의 사용이 가능하고, 제상 사이클 시에 히터의 승온과 냉각이 조속히 이루어짐에 따라 제상 사이클의 소요시간을 크게 단축할 수 있는 제상 히터에 적용될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 제상 히터를 갖는 증발기의 정면도,
도 2는 도 1에 도시된 제상 히터의 측면도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 스트립형 면상 발열체를 이용한 제상 히터를 나타낸 평면도,
도 4는 도 3에 표시된 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 나타낸 단면도,
도 5는 제1실시예에 따른 한쌍의 제상 히터를 증발기 양측에 배치하는 상태를 나타내는 사시도,
도 6은 증발기 양측이 한쌍의 제상 히터를 밀착 배치한 상태에서 도 5에 도시된 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 나타낸 단면도,
도 7은 제1실시예에 따른 제상 히터를 다수 개 연결하여 하나의 유닛으로 구성한 도면,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 스트립형 면상 발열체를 이용한 제상 히터를 나타낸 평면도,
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 스트립형 면상 발열체를 이용한 제상 히터를 나타낸 평면도,
도 10은 도 9에서 직렬접속장치가 결합된 것을 자세하게 나타낸 평면도이고,
도 11은 도 10에 표시된 ⅩⅠ-ⅩⅠ선을 따라 나타낸 단면도,
도 12는 본 발명에 따른 제상 히터가 냉장고의 증발기에 적용된 상태를 도시하는 정면도,
도 13a는 시즈 히터를 통한 대류를 이용하여 제상을 행하는 종래의 제상 히터의 제상 사이클을 보여주는 그래프,
도 13b 내지 도 13d는 본 발명의 실시예에 따른 제상 히터(전력소모량이 각각 100watt, 120watt, 180watt)의 제상 사이클을 보여주는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *
11: 방열판 13: 면상 발열체
13a~13e: 스트립 15a: 제1 전극단자
15b: 제2 전극단자 17: 절연층
19: 파형 방열핀 20: 증발기
21: 튜브 23: 증발기 핀

Claims (19)

  1. 냉동장치의 증발기에 착상(着霜)된 성에를 제거하기 위한 제상 히터에 있어서,
    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,
    외주가 절연층으로 피복된 상기 스트립형 면상 발열체가 일측면에 결합되는 방열판을 포함하며,
    상기 방열판은 그의 일측면이 증발기의 튜브가 통과되도록 형성된 다수의 증발기 핀에 선접촉되어 상기 스트립형 면상 발열체에서 발생된 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방열판의 타측면에 부착되며 상기 다수의 증발기 핀과 탄력적으로 접촉이 이루어지도록 파형(corrugation type)으로 이루어지는 방열핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 파형 방열핀은 상기 다수의 증발기 핀에 탄력적으로 접촉하도록 상기 증발기 핀 측으로 가압 배치되는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제상용 면상 히터는 증발기의 전체 튜브 라인에 대응하도록, 다수 개를 평면형상으로 조합하여 단일 유닛으로 형성하는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 조합되는 다수 개의 제상용 면상 히터는 간격을 두고 동일 평면상에 고정 배치하고 서로 인접한 면상 히터의 스트립형 면상 발열체의 일단을 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 절연층은 합성수지 또는 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 다수의 스트립은 직렬 접속, 병렬 접속 및 직렬과 병렬 접속의 조합 중 어느 하나의 방식으로 접속되는 것을 특징으로 하는 동파방지용 히터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 인접된 각 스트립의 단부를 직렬 접속할 때 미리 설정된 온도 범위에서 동작이 이루어지는 전류차단수단을 사용하여 연결하는 것을 특징 으로 하는 제상용 면상 히터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스트립형 면상 발열체는 상기 절연층 내부에 간격을 두고 평행하게 배열된 다수의 스트립을 일측단에서 인접하는 스트립을 직렬 접속시키기 위한 직렬접속수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 방열판은 Cu, Ag, Au 및 Al 중의 적어도 1종으로 형성되는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  11. 제2항에 있어서, 상기 방열핀은 Cu, Ag, Au 및 Al 중의 적어도 1종으로 형성되는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트립형 면상 발열체는 Fe계 비정질 스트립 또는 FeCrAl로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  13. 제12항에 있어서, 상기 스트립형 면상 발열체는 온도 응답성이 빠르고 열밀도가 낮은 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  14. 냉동장치의 증발기에 착상(着霜)된 성에를 제거하기 위한 제상 히터에 있어 서,
    지그재그형 패턴으로 성형되며 온도 응답성이 빠르고 열밀도가 낮은 금속 박판 스트립으로 이루어지고 외주면에 판형상으로 절연필름이 라미네이트된 면상 발열체와,
    상기 면상 발열체가 일측면에 접합되며, 열전달이 빠른 재료로 이루어진 방열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  15. 제14항에 있어서, 상기 방열판은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 애노다이징 처리되어 표면에 산화 방지용 절연막이 형성된 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 방열판의 타측면에 부착되며 상기 증발기의 다수의 핀과 탄력적으로 접촉이 이루어지도록 파형(corrugation type)으로 이루어지는 방열핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  17. 제14항에 있어서, 상기 면상 발열체는 Fe계 비정질 스트립 또는 FeCrAl로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제상용 면상 히터는 증발기의 전체 튜브 라인에 대응하도록, 다수 개를 간격을 두고 평면형상으로 조합하는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
  19. 제14항에 있어서, 상기 면상 발열체는 저온 발열 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 제상용 면상 히터.
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