專利名稱：家用電冰箱的除霜加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本涉發(fā)明涉及一種加熱融化、除去附著在家用電冰箱(包括家用冷凍冷藏箱、冷凍箱)的蒸發(fā)器(冷卻器)上的冰、霜的除霜加熱器。
于是，從2002年開始，在一部分家用電冰箱上開始采用作為上述HC制冷劑被重視的HC制冷劑R600a的異丁烷(CH3)3CH。
實(shí)際上，由于上述HC制冷劑R600a為燃點(diǎn)溫度為494℃的可燃性氣體，爆炸下限為1.8％V/V，因此其使用要求要有非常安全的對策。
這一點(diǎn)，在作為日本電機(jī)工業(yè)協(xié)會(以下簡稱JEMA)自主標(biāo)準(zhǔn)的使用碳?xì)浠衔镏评鋭┑碾姳涞陌踩约耙话阋笫马?xiàng)中作了如下規(guī)定在電氣元件的近旁，泄漏的制冷劑的濃度不超過上述爆炸下限的75％，曝露在漏出的HC制冷劑中的元件的表面溫度不超過制冷劑燃點(diǎn)溫度減去100K的溫度(JEMA自主標(biāo)準(zhǔn)溫度)。
現(xiàn)在的家用電冰箱一般采用這樣的結(jié)構(gòu)通常在電冰箱的背面?zhèn)仍O(shè)置1個(gè)或獨(dú)立的2個(gè)蒸發(fā)器(冷卻器)及風(fēng)扇，并且用于除去附著在所述蒸發(fā)器的表面上的霜、冰的除霜加熱器配置在各蒸發(fā)器的下方，而且在其下方配置接露盤。例如，圖13為下部冷凍室型家用電冰箱的蔬菜室附近的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，采用這樣的結(jié)構(gòu)在蔬菜室1的背面?zhèn)扰渲昧藦?qiáng)制地將冷氣送到蔬菜室1或其上方的圖中沒有示出的冷藏室的風(fēng)扇2、蒸發(fā)器3、該蒸發(fā)器3的下方的除霜加熱器5、以及比它更下面的接露盤9。圖16中表示了除霜加熱器5的配置模式。
上述家用電冰箱的除霜加熱器5必須在20～30分鐘的短時(shí)間內(nèi)有效地除去所述蒸發(fā)器3的霜，現(xiàn)在的主流的寬約600毫米、內(nèi)部容積300～420立升的家用電冰箱主要使用如圖14的結(jié)構(gòu)圖所示那樣的所謂輻射加熱器10，該輻射加熱器的結(jié)構(gòu)為將90～150瓦左右的電熱線(線圈加熱器)6穿插在外徑10.5毫米左右、長300毫米左右的透明玻璃管(為圓筒管)7中，兩端開口除圖中沒有示出的直徑1毫米左右的內(nèi)部氣體(蒸汽)抽出孔外，用耐熱密封蓋8大致密封。
這種以前的輻射加熱器10，玻璃管7的表面溫度在開放空間狀態(tài)下為450℃左右，對于使用新的無氟制冷劑HC制冷劑R600a的家用電冰箱來說不滿足上述JEMA自主標(biāo)準(zhǔn)溫度(燃點(diǎn)溫度494℃-100℃＝394℃)的要求。
這里，作為適于新的HC制冷劑R600a的除霜加熱器，曾考慮過將以前的輻射加熱器10的單重玻璃管變成雙重，將表面積大、直徑大(外徑20毫米左右)的外側(cè)玻璃管的表面溫度控制在JEMA自主標(biāo)準(zhǔn)溫度394℃以下，2002年上市的使用HC制冷劑的新型家用電冰箱采用了這種經(jīng)過改進(jìn)的雙重玻璃管結(jié)構(gòu)的輻射加熱器。這種改良是因?yàn)椋绻l(fā)熱量一樣，作為加熱器的表面積(外側(cè)玻璃管的表面積)越大每單位面積的散熱量就變得越小，表面溫度變低。
圖15為包括外徑為10.5毫米的內(nèi)側(cè)玻璃管(壁厚1.0毫米)和外徑為20毫米(壁厚1.8毫米)的外側(cè)玻璃管的雙重玻璃管結(jié)構(gòu)的輻射加熱器10(帶鋁傘)在開放空間實(shí)驗(yàn)條件下的外側(cè)玻璃管的表面溫度-加熱時(shí)間的溫度變化曲線(加熱器功率130瓦(100伏)、室溫27℃)。
如根據(jù)上述曲線能夠判明的那樣，超過10分鐘的區(qū)域以后，HC制冷劑R600a穩(wěn)定在JEMA自主標(biāo)準(zhǔn)溫度394℃以下的溫度(352℃)。
但是，作為采用了上述HC制冷劑R600a(異丁烷)的家用電冰箱的除霜加熱器的新型雙重玻璃管結(jié)構(gòu)的輻射加熱器，其玻璃管(具有耐熱性并且輻射效率高、熱透過性好的材質(zhì))本身價(jià)格高，帶來成本大幅上升。
并且，上述以前的單層玻璃管結(jié)構(gòu)的輻射加熱器10或上述雙重玻璃管結(jié)構(gòu)的輻射加熱器，由于處于高溫的玻璃管的表面如果接觸到蒸發(fā)器3融化的冰水，急冷，存在由于熱力激波而產(chǎn)生碎裂的危險(xiǎn)，并且玻璃管存在被落下的冰片砸壞的危險(xiǎn)，因此作為其對策如圖13及圖16的配置模式圖所示的那樣用傘(一般為鋁傘)4覆蓋在除霜加熱器5的上方防止從蒸發(fā)器3掉下的冰片破壞玻璃管。另外也有如圖14所示的那樣，將傘4的兩端掛搭在輻射加熱器10兩端的密封蓋8上附設(shè)在玻璃管7的上方的結(jié)構(gòu)。
于是，傘4的設(shè)置需要多余的空間，成本高，而且加熱效率低下，雖說是輻射，但輻射熱并未直接到達(dá)蒸發(fā)器3上，而被所述傘4遮擋，結(jié)果大部分傳到空氣中，通過熱傳導(dǎo)或?qū)α骷訜嵴舭l(fā)器3進(jìn)行除霜。
并且，如圖14所示的那樣，由于除霜加熱器本身為露出的玻璃管的結(jié)構(gòu)，因此有破碎的危險(xiǎn)，其使用、設(shè)置時(shí)要相當(dāng)注意。
為解決發(fā)明目的的技術(shù)方案為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
(1)本發(fā)明提供的家用電冰箱的除霜加熱器，其特征是，包括有玻璃管，和穿插在所述玻璃管內(nèi)的電熱線，和松插所述玻璃管、包圍其外周的金屬管，和支持從所述玻璃管的兩端引出的所述電熱線的引線部、并且大致密封所述金屬管的兩端開口或所述金屬管和所述玻璃管雙方的兩端開口的耐熱密封蓋。
(2)在上述(1)中所記載的家用電冰箱的除霜加熱器，其特征是，所述金屬管為壁厚0.5～3毫米且最大外徑為18～50毫米的鋁管。
(3)在上述(1)中所記載的家用電冰箱的除霜加熱器，其特征是，所述金屬管的斷面外形為方形。
(4)在上述(1)中所記載的家用電冰箱的除霜加熱器，在所述金屬管的外表面施行散熱片加工。
(5)在上述(1)中所記載的家用電冰箱的除霜加熱器，所述金屬管的外表面延設(shè)有與金屬制的接露盤相連的金屬連接板。
發(fā)明效果本發(fā)明的家用電冰箱的除霜加熱器如上所述那樣地構(gòu)成，具有如下效果(1)由于外周被大致密封的金屬管覆蓋，因此使用了可燃性的無氟制冷劑的家用電冰箱的除霜加熱器具有沒有著火、破損的危險(xiǎn)，安全性高這樣的好效果。
(2)特別是對于HC制冷劑R600a(異丁烷)能夠達(dá)到相對JEMA自主標(biāo)準(zhǔn)溫度394℃具有充分的冗余。
(3)不需要以前的輻射加熱器所需的傘，加熱效率高。
(4)能夠與蒸發(fā)器接觸配置，能夠提高加熱效率。
(5)能夠與金屬制的接露盤熱連接，擴(kuò)大一體化加熱器的表面積，能夠獲得高的散熱效果。
(6)比雙層玻璃管結(jié)構(gòu)的輻射加熱器便宜，使用方便。


圖1 本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的除霜加熱器的結(jié)構(gòu)示意2 第2實(shí)施形態(tài)的除霜加熱器的結(jié)構(gòu)示意3 本發(fā)明的除霜加熱器的中央部分的剖面結(jié)構(gòu)4 本發(fā)明的除霜加熱器及以前的單重玻璃管結(jié)構(gòu)的輻射加熱器在開放空間實(shí)驗(yàn)條件下的加熱時(shí)間-表面溫度變化曲線5 本發(fā)明的除霜加熱器(100伏、150瓦)和接露盤底面的電冰箱管道結(jié)構(gòu)內(nèi)在空間實(shí)驗(yàn)時(shí)的加熱時(shí)間-表面溫度變化曲線6 本發(fā)明的除霜加熱器(100伏、130瓦)和接露盤底面的電冰箱管道結(jié)構(gòu)內(nèi)在空間實(shí)驗(yàn)時(shí)的加熱時(shí)間-表面溫度變化曲線7 本發(fā)明的除霜加熱器(100伏、98瓦)和接露盤底面的電冰箱管道結(jié)構(gòu)內(nèi)在空間實(shí)驗(yàn)時(shí)的加熱時(shí)間-表面溫度變化曲線8 在配置在電冰箱管道結(jié)構(gòu)的凍結(jié)了的蒸發(fā)器的下方的狀態(tài)下，本發(fā)明的除霜加熱器的各部分的加熱時(shí)間-溫度變化曲線9 本發(fā)明的除霜加熱器的配置例圖10 本發(fā)明的除霜加熱器的配置例圖11 本發(fā)明的除霜加熱器的第3實(shí)施形態(tài)的中央部分的縱斷面結(jié)構(gòu)12 本發(fā)明的除霜加熱器的第4實(shí)施形態(tài)的中央部分的橫斷面結(jié)構(gòu)13 下部冷凍室型家用電冰箱的蔬菜室附近的內(nèi)部構(gòu)造14 以前的單層玻璃管結(jié)構(gòu)的輻射加熱器的結(jié)構(gòu)15 以前的除霜加熱器(帶鋁傘)的配置模式16表示雙重玻璃管結(jié)構(gòu)的輻射加熱器(帶鋁傘)在開放空間實(shí)驗(yàn)時(shí)的外側(cè)玻璃管的表面溫度變化的曲線圖符號說明1.蔬菜室；2.風(fēng)扇；3.蒸發(fā)器；4.傘(鋁傘)；5、20、30.除霜加熱器；6.電熱線；7.玻璃管；8、12.耐熱密封蓋；9.接露盤；10.輻射加熱器；11、21.金屬管；13.電熱線的引線部；14.陶瓷密封構(gòu)件；18.金屬連接板；22.散熱片；t.壁厚；φ.外徑；d.最大外徑圖1為本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的除霜加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為第2實(shí)施形態(tài)的除霜加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的除霜加熱器的中央部分的剖面結(jié)構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明的除霜加熱器及以前的單重玻璃管結(jié)構(gòu)的輻射加熱器在開放空間實(shí)驗(yàn)條件下的加熱時(shí)間-表面溫度變化曲線圖。圖5、圖6、圖7為本發(fā)明的除霜加熱器和接露盤底面的電冰箱管道結(jié)構(gòu)內(nèi)在空間實(shí)驗(yàn)時(shí)的加熱時(shí)間-表面溫度變化曲線圖。圖8為在配置在電冰箱管道結(jié)構(gòu)的凍結(jié)了的蒸發(fā)器的下方的狀態(tài)下，本發(fā)明的除霜加熱器的各部分的加熱時(shí)間-溫度變化曲線圖。圖9及圖10為本發(fā)明的除霜加熱器的配置例。圖11為本發(fā)明的除霜加熱器的第3實(shí)施形態(tài)的中央部分的縱斷面結(jié)構(gòu)圖。圖12為本發(fā)明的除霜加熱器的第4實(shí)施形態(tài)的中央部分的橫斷面結(jié)構(gòu)圖。
首先，如圖1或圖2所示，本發(fā)明的家用電冰箱的除霜加熱器20、30包括有耐熱性的玻璃管7，和穿插在所述玻璃管7內(nèi)的電熱線6，和松插所述玻璃管7、包圍其外周的金屬管11，和支持從所述玻璃管7的兩端引出的所述電熱線6的引線部13、并且大致密封所述金屬管11的兩端開口(圖2)或者所述金屬管11和所述玻璃管7雙方的兩端開口(圖1)的耐熱密封蓋12、12，為外側(cè)金屬管11與內(nèi)側(cè)玻璃管7的雙重結(jié)構(gòu)，以增大金屬管11的外表面的表面積、降低外表面的溫度的結(jié)構(gòu)為根本。并且，密封圖2所示的玻璃管7的兩端開口的是例如耐熱性好的陶瓷密封構(gòu)件14。
所述除霜加熱器20、30由于外側(cè)不是用玻璃管而是用金屬管11構(gòu)成的，因此沒有被從所述蒸發(fā)器3落下的冰片損壞的危險(xiǎn)。因此不需要以前的輻射加熱器10所必需的傘4，能夠如圖9所示的那樣接近蒸發(fā)器3與接露盤9之間配置除霜加熱器20(30)。并且，能夠如圖10所示的那樣使金屬管接觸蒸發(fā)器3安裝除霜加熱器20(30)，能夠顯著地提高加熱效率。另外，在與現(xiàn)存的蒸發(fā)器3接觸配置時(shí)，如果使金屬管11的斷面形狀為方形，還有增大接觸面積、通過直接的熱傳導(dǎo)提高加熱效率的優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)然，由于處于高溫的金屬管11的內(nèi)部、內(nèi)側(cè)的玻璃管7、電熱線6用硅等耐熱密封蓋12大致密封著，因此，既使HC制冷劑R600a泄漏，也因?yàn)檫M(jìn)入到處于燃點(diǎn)溫度以上的高溫的加熱器內(nèi)部的HC制冷劑的濃度還不到爆炸下限的一半，所以安全。
作為所述玻璃管7，使用與以前的輻射加熱器10同樣的耐熱性好的圓形管。并且，耐熱密封蓋12最好是硅密封蓋(適當(dāng)成型加工成任意形狀)。并且，電熱線6采用與以前一樣的線圈加熱器。并且，所述金屬管11雖然可以使用熱傳導(dǎo)率高的銅管或鋁管等各種管，但從加工性、低成本、重量輕等優(yōu)點(diǎn)出發(fā)，鋁管最好。其斷面形狀，如圖3(a)所示的壁厚t＝0.5～3毫米并且外徑φ18～50毫米的斷面為圓形的圓管，或者如圖3(b)所示的壁厚t＝0.5～3毫米并且最大外徑d＝18～50毫米的四邊形、六邊形等方形為典型的形狀。上述范圍實(shí)現(xiàn)作為將HC制冷劑、特別是R600a(異丁烷)作為制冷劑使用的家用電冰箱的除霜加熱器的最好的表面溫度及除霜時(shí)間。
圖4為以前的帶鋁傘的單重玻璃管(φ10.5毫米、壁厚1毫米)的所述輻射加熱器10，本發(fā)明的由φ10.5毫米、壁厚1毫米的玻璃管和φ18毫米、壁厚1毫米的鋁管構(gòu)成的除霜加熱器，及由φ10.5毫米、壁厚1毫米的玻璃管和φ25毫米、壁厚1毫米的鋁管構(gòu)成的除霜加熱器(任何一種都為100伏、130瓦)在進(jìn)行開放空間實(shí)驗(yàn)條件時(shí)的加熱時(shí)間-表面溫度的曲線圖(分別用◆點(diǎn)、■點(diǎn)和▲點(diǎn)表示實(shí)測點(diǎn))。
如從本圖能夠明白的那樣，以前的輻射加熱器10(◆點(diǎn))直線地超過了JEMA自主標(biāo)準(zhǔn)溫度394℃，但本發(fā)明的除霜加熱器(■點(diǎn)、▲點(diǎn))都沒有超過JEMA自主標(biāo)準(zhǔn)溫度，8分鐘左右穩(wěn)定在324℃和262℃附近。如從圖能夠判斷的那樣，雖然增加鋁管的外徑能夠降低表面溫度，但如果使直徑φ過大、與管內(nèi)部的玻璃管7的空隙過大，則作為加熱器本體的熱容量增加了，對于相同的每單位時(shí)間的發(fā)熱量，鋁管的外表面難于被加熱，不能達(dá)到在短時(shí)間內(nèi)除去蒸發(fā)器3的霜這一本來的目的。因此，作為以短時(shí)間內(nèi)除霜為目的的加熱器，其鋁管的大小如果兼顧JEMA自主標(biāo)準(zhǔn)溫度、為圓管，可以說壁厚0.5～3毫米、外徑φ18～30毫米為最好范圍。
圖5、圖6、圖7為在100伏時(shí)發(fā)熱功率分別為150瓦、130瓦、98瓦的本發(fā)明的除霜加熱器(外徑10.5毫米、壁厚1.00毫米、長310毫米的玻璃管和壁厚2毫米、20毫米×20毫米的四邊形斷面、長285毫米的鋁管)的電冰箱管道結(jié)構(gòu)內(nèi)在空間實(shí)驗(yàn)(室溫23℃)時(shí)的加熱時(shí)間對鋁管的外表面(◆點(diǎn))、接露盤底面(■點(diǎn))的溫度變化曲線圖。從曲線判斷，98瓦、130瓦和150瓦的任一個(gè)都滿足JEMA自主標(biāo)準(zhǔn)溫度394℃的要求?！c(diǎn)為穩(wěn)定后的密封蓋的側(cè)面溫度。
圖8為在配置在電冰箱管道結(jié)構(gòu)的凍結(jié)了的蒸發(fā)器的下方的狀態(tài)下，本發(fā)明的除霜加熱器(100伏、150瓦，鋁管壁厚2毫米、20毫米×20毫米的四邊形斷面、長285毫米)的各部分的加熱時(shí)間-溫度變化曲線圖(室溫23℃)。
如從該圖能夠判斷的那樣，雖然鋁管內(nèi)部溫度(◆點(diǎn))超過JEMA自主標(biāo)準(zhǔn)溫度394℃達(dá)到480℃左右，但鋁管表面溫度(■點(diǎn))被控制在320℃左右，穩(wěn)定在JEMA自主標(biāo)準(zhǔn)溫度以下。耐熱密封蓋的側(cè)面溫度在85分鐘后為117℃(●點(diǎn))。可以判斷，既使在現(xiàn)實(shí)條件下，在150瓦時(shí)也具有充分的冗余，滿足JEMA自主標(biāo)準(zhǔn)溫度的要求。
作為第3實(shí)施形態(tài)，作為提高所述金屬管11的散熱性的方法，通過使內(nèi)徑為18毫米左右，通過如圖11所示的那樣采用金屬管的外周面上設(shè)置了凹凸的散熱片22的金屬管21，使金屬管21的外表面積增大，使金屬管21內(nèi)側(cè)的熱量不停滯、散發(fā)出去，使表面溫度降低，這樣也可以認(rèn)為是一種很好的形態(tài)。該散熱片22可以用滾軋成型加工鋁管等的金屬管成型。
其次，作為第4實(shí)施形態(tài)，如果采用如圖12所示的那樣，在所述除霜加熱器的金屬管11的外表面延設(shè)與鋁等金屬制的接露盤9相連的金屬連接板(鋁板或銅板)18這樣的結(jié)構(gòu)(如圖所示，金屬連接板18也可以是作為金屬管11的一部分構(gòu)成)，接露盤9和金屬管11可以實(shí)現(xiàn)由于熱傳導(dǎo)的熱的一體化，就是說，接露盤9起到散熱片的作用，能夠使接露盤表面的全部或一部分加熱器化。于是，能夠?qū)挻蟮拿娣e加熱到比較低的溫度(100℃以下)，如果接近配置在蒸發(fā)器的下方，則成為結(jié)構(gòu)緊湊、加熱效果好、具有高的安全性的除霜加熱器。
雖然本發(fā)明的除霜加熱器可以安裝在家用冷凍、冷藏電冰箱的所述蒸發(fā)器3的附近任意的位置上(參照圖9、圖10)，但無論裝在哪里，由于沒有以前的輻射加熱器10與蒸發(fā)器3之間的傘4，因此可以認(rèn)為至少可以節(jié)省30％左右的能量。
另外，由于本發(fā)明中內(nèi)側(cè)的玻璃管7不象以前那樣以輻射為目的，而是以將電熱線6保持在內(nèi)部、防止電熱線由于受熱松弛而漏電為目的使用的，因此不必像輻射加熱器那樣拘泥于品質(zhì)，可以降低成本。
權(quán)利要求
1.一種家用電冰箱的除霜加熱器，其特征在于包括有玻璃管，和穿插在所述玻璃管內(nèi)的電熱線，和松插所述玻璃管、包圍其外周的金屬管，和支持從所述玻璃管的兩端引出的所述電熱線的引線部、并且大致密封所述金屬管的兩端開口或所述金屬管和所述玻璃管雙方的兩端開口的耐熱密封蓋。
2.如權(quán)利要求1所述的家用電冰箱的除霜加熱器，其特征在于所述金屬管為壁厚0.5～3毫米且最大外徑為18～50毫米的鋁管。
3.如權(quán)利要求1所述的家用電冰箱的除霜加熱器，其特征在于所述金屬管的斷面外形為方形。
4.如權(quán)利要求1所述的家用電冰箱的除霜加熱器，其特征在于在所述金屬管的外表面施行散熱片加工。
5.如權(quán)利要求1所述的家用電冰箱的除霜加熱器，其特征在于所述金屬管的外表面延設(shè)有與金屬制的接露盤相連的金屬連接板。
全文摘要
提供一種適合于使用了可燃性HC制冷劑的家用電冰箱、成本低、加熱效率高且安全性好的除霜加熱器。本發(fā)明的家用電冰箱的除霜加熱器20包括有耐熱性的玻璃管7，和穿插在所述玻璃管7內(nèi)的電熱線6，和松插所述玻璃管7、包圍其外周的金屬管11，和支持從所述玻璃管7的兩端引出的所述電熱線6的引線部13、并且大致密封所述金屬管11和所述玻璃管7雙方的兩端開口的耐熱密封蓋12、12，為外側(cè)金屬管11與內(nèi)側(cè)玻璃管7的雙重結(jié)構(gòu)，使散熱效率高的金屬管11的外表面的溫度維持在HC制冷劑的燃點(diǎn)溫度－100℃的安全標(biāo)準(zhǔn)溫度以下。
文檔編號H05B3/44GK1467467SQ0312341
公開日2004年1月14日 申請日期2003年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月11日
發(fā)明者小林秀雄 申請人:株式會社小林制作所