(57)【要約】【課題】オゾン層破壊に影響のない可燃性ガスを冷媒として用いる冷却装置において冷媒ガスが冷却機構の外部に漏洩した場合にも着火源とならない除霜ヒーターを提供する。【解決手段】固有抵抗値を数千〜数百万μΩ／ｃｍに調整できる炭素系物質を含む燒結体で形成した発熱体を石英ガラス管の内部に封入した構造とする。消費電力（Ｗ）を前記発熱体の表面積で除した値（ワット密度）と石英ガラス管の表面温度との間に良好な直線関係があるため、石英ガラス管の表面温度や消費電力を発熱体の形状、固有抵抗値を調整することで自由に設計できる。【選択図】　図１
2004014357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを順次冷媒用管路で循環路状に接続して冷却システムを構成し、その冷媒システムに可燃性冷媒を封入した冷却機構を有する冷却装置の庫内に配置され、前記蒸発器の外部に生ずる霜を気化させて除去するよう前記蒸発器の近傍に設けられる除霜ヒーターであって、
前記除霜ヒーターが
炭素系物質を含む焼結体で形成された発熱体を石英ガラス管内に密封した構成である
ことを特徴とする除霜ヒーター。
【請求項２】
前記発熱体が、
賦形性を有し焼結後実質的に残留炭素を含む組成物と、少なくとも一種の金属化合物または半金属化合物とを混合し、焼結して形成されたものである
ことを特徴とする請求項１に記載の除霜ヒーター。
【請求項３】
前記金属化合物が、
金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属酸化物の少なくとも一種を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の除霜ヒーター。
【請求項４】
前記半金属化合物が、
半金属窒化物、半金属酸化物、半金属炭化物の少なくとも一種を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の除霜ヒーター。
【請求項５】
前記焼結後実質的に残留炭素を含む組成物が樹脂を含む
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の除霜ヒーター。
【請求項６】
前記焼結後実質的に残留炭素を含む組成物が、カーボンブラック、黒鉛、コークス粉の少なくとも一種の炭素粉末を含む
ことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の除霜ヒーター。
【請求項７】
前記発熱体の表面からのエネルギー放射密度（単位放射面積当たりの消費電力量：以下ワット密度）が、
２〜２０Ｗ／ｃｍ２である
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の除霜ヒーター。
【請求項８】
前記発熱体の表面からのエネルギー放射密度（単位放射面積当たりの消費電力量：以下ワット密度と記す）が、
３〜１５Ｗ／ｃｍ２である
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の除霜ヒーター。
【請求項９】
前記石英ガラス管の内壁または外壁の少なくとも一部に発熱体から輻射される光を所定の方向に反射する反射膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の除霜ヒーター。
【請求項１０】
前記除霜ヒーターの石英ガラス管の外壁の少なくとも一部分に臭気発生物質を分解する物質を被着した
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の除霜ヒーター。
【請求項１１】
前記臭気発生物質を分解する物質が、
吸着機能を有するモレキュラーシーブの粉末、触媒成分として白金系化合物、粘着成分としてアルミナまたは二酸化珪素のゾル、及び水を混合したスラリー状物質を前記石英ガラス管に塗布焼成して被着形成したものである
ことを特徴とする請求項１０に記載の除霜ヒーター。
【請求項１２】
前記請求項１〜１１のいずれかに記載の除霜ヒ−タ−を用いた
ことを特徴とする冷蔵庫または冷凍冷蔵庫。
【請求項１３】
前記請求項１〜１１のいずれかに記載の除霜ヒ−タ−を用いた
ことを特徴とする食品保管庫。
【請求項１４】
前記請求項１〜１１のいずれかに記載の除霜ヒ−タ−を用いた
ことを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍庫、冷蔵庫等の冷却保管装置又は冷却装置に用いられる除霜ヒーターに関し、特に冷却機構の冷媒として可燃性ガスを用いた冷却保管装置に好適な除霜ヒーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷蔵庫の除霜ヒーターについて図６及び図７を参照しつつ説明する。
図６に示すように、従来の冷蔵庫２１は箱状の本体２１ａと、本体２１ａの前部にパッキン２１ｃを介して取り付けられた取手２１ｄを有するドア２１ｂとで冷蔵室を形成している。冷蔵室の内部には棚２１ｅ等が設けられている。
この冷蔵庫２１における冷却機構では、圧縮機２２で圧縮された冷媒ガスが高温高圧となり、その高温高圧の冷媒ガスが凝縮器２３で外気と熱交換して凝集液化し、膨張機構２４に流入する。膨張機構２４で液化している冷媒ガスは減圧され、蒸発器２５で蒸発し、保護板２５ａを通して冷蔵室内の空気と熱交換して冷却される。
【０００３】
そして冷却機構が一定時間運転されると、蒸発器２５の外壁には冷蔵室内の空気の冷却により霜が付着する。そこで自動的に除霜運転に切り替わり除霜ヒーター２６ａに通電して電力が供給される。通電により除霜ヒーター２６から放射される熱で蒸発器２５の外部に付着した霜が溶融して水滴等となりドレン穴２７から冷蔵庫２１の外へ流出して除去される。
【０００４】
従来ニクロム線をコイル状に巻いたフィラメントを不透明石英管に挿入し、そのフィラメントの両端部にリード線を接合し、シリコーンゴムキャップ等で封止した構造のＬＴバルブと呼ばれる除霜ヒーターが広く使用されていた。
最近では図７に示すコルツランプと呼ばれる除霜ヒーター２６ａも使用されている。このコルツランプは、コイル状に巻いたタングステン線フィラメント１２の両端部にモリブデン箔７ａ、７ｂを溶接接合し、さらにそれにそれぞれ外部リード線８ａ、８ｂの内端に接合したモリブデン線６ａ、６ｂを溶接し、こうして得た発熱体を透明石英ガラス管１に挿入したものである。なお８ｃ、８ｄはリード線８ａ、８ｂ導入用の絶縁被覆である。このコルツランプの除霜ヒーター２６ａでは、内部の空気を不活性ガスに置換後前記モリブデン箔７ａ、７ｂの部分で石英ガラス管１の端部を溶融封止している。
【０００５】
従来冷却装置用の冷媒として広く用いられているクロロフルオロカーボン（以下ＣＦＣと称す）がオゾン層破壊および地球温暖化等の環境悪化の原因になっているという問題がクローズアップされてきた。このような観点から、近年冷却装置用の冷媒として広く用いられて来たＣＦＣの使用全廃が極めて重要な環境問題のテーマとなってきている。
そこで冷媒ガスとして可燃性ではあるが地球温暖化への影響は極めて少ないハイドロカーボン（以下ＨＣと称す）の使用への転換が検討されている。例えば１９９３年２月にベルギーで行われた１１Ｒ−１１ＦのコミッションＢ１／２の予稿集のｐ２８１〜ｐ２９１には、家庭用冷蔵庫にＨＣであるプロパン（Ｒ２９０）やイソブタン（Ｒ６００ａ）が適用できることが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
除霜ヒーターとして用いられている前者のニクロム線タイプのＬＴバルブは、発熱体自体の温度が５００℃以上になるとともに、発熱体を挿入した不透明石英管の内部空間と外部雰囲気間とが完全に密封されてない。そのため冷却装置から外部に漏洩した可燃性の冷媒ガスに対して発熱体が着火源になる可能性がある。
【０００７】
また後者のコルツランプは、透明石英ガラス管の両端部が溶融封止されているので内部の発熱体と外部雰囲気とは完全に遮断されており、発熱体が着火源となることはない。しかし発熱体の温度が１５００℃〜２０００℃にもなっているので、透明石英ガラス管の表面温度が４００℃を越えている。したがってオゾン層破壊の極端に少ないＨＣ系冷媒、例えば発火温度が４６０〜４９５℃と低いイソブタンを用いた場合、冷却機構からイソブタンが洩れたとき、コルツランプ自体が着火源となる可能性がある。
このように従来の除霜ヒーターはいずれも可燃性の冷媒ガスに対して発火、爆発の危険性があり使用できないという問題があった。
【０００８】
そこで１本のコルツランプの消費電力を下げ、透明石英ガラス管の表面温度をイソブタンの発火温度より約１００℃下げ、３６０℃以下の安全な状態で使用することが試みられている。この場合は消費電力が小さいので除霜能力が不足するためコルツランプを２本使用する方法も検討されている。
一方従来の除霜ヒーターに用いられるニクロム線やタングステン線はその材料の固有抵抗値が決まっており、１本のコルツランプの消費電力を小さくするように発熱体の抵抗値を増加させるには線径を細くする、または長くするしか手段がない。機械的強度が低下するため発熱体の線径には限界があり、長くして抵抗値を増加するのが一般的である。その場合は除霜ヒーターのサイズが大きくなる。
しかし冷蔵庫に用いられる除霜ヒーターは、冷蔵庫の内部スペースによってそのサイズに制限がある。そのように制限された寸法内で石英ガラス管の表面温度を３６０℃以下にすることは非常に困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は、１本のヒーターで十分な消費電力が得られ、かつ小さいサイズであるにもかかわらず石英ガラス管の表面温度を３６０℃以下とすることのできる除霜ヒーター、及びそれを用いた冷却装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の除霜ヒータは、圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを冷媒の管路によって順次循環路状に接続したシステムを構成しその冷媒システムに可燃性冷媒を封入した冷却機構を有する冷却装置の庫内に配置され、前記蒸発器の外部に生ずる霜を気化させて除去するため前記蒸発器の近傍に設けられる除霜ヒーターであって、前記除霜ヒーターが炭素系物質を含む焼結体で形成された発熱体を石英ガラス管内に密封した構成であることを特徴としている。
【００１１】
この構成の除霜ヒーターによれば、発熱体が石英ガラス管に密封されているため、可燃性の冷媒ガスが漏洩した場合にも高温の発熱体と直接接触することがなく、発熱体が着火源とはならない。また炭素系物質を含む焼結体により形成した発熱体は、その組成を調節することにより固有抵抗値を大きい範囲の中の値に選択することができる。したがって消費電力と発熱体の温度とが自由に選択できる除霜ヒーターを作成できる。
【００１２】
さらに発熱体の温度と石英ガラス管の表面温度とは正確な相関関係が存在する。これにより石英ガラス管の表面温度が可燃性冷媒（Ｒ６００ａ）の発火温度より約１００℃低い３６０℃（安全と言われている温度）のヒーターが実現できる。　その結果万一可燃性の冷媒ガスが洩れたとき除霜ヒーターに起因する発火、爆発を生じない安全な除霜ヒーターを提供することができる。
また組立時の内部ガスである酸化ガスを不活性ガスに置換したり、または真空状態にすることにより発熱体の酸化防止が図れる。さらに炭素系物質を含む燒結体で形成した発熱体は押出成形して焼成する製造方法のため、細く薄いものや太く厚い物など種々の断面形状を有する発熱体が自由に作成できる。
【００１３】
発明者はこれまで炭素系物質を含む焼結体を用いたランプタイプのヒーターを種々検討してきた。その中で導電体である、炭素系物質、化合物の酸化物、半金属化合物の酸化物、炭化物、窒化物、硼化物、珪化物等の１種または２種以上よりなる焼結体やそれらの混合比を変えたもの、或いは炭素系物質より形成した発熱体の形状や断面積を変えたものなどを試作して評価した。その結果発熱体の固有抵抗値が数千から数百万μΩ・ｃｍのものが作れることを確認した。
【００１４】
上記構成の除霜ヒーターにおいて、前記発熱体の表面からのエネルギー放射密度（単位放射面積当たりの消費電力量：以下ワット密度）が、２〜２０Ｗ／ｃｍ２である発熱体を用いるのが好ましい。
発熱体の消費電力（Ｗ数）を発熱体の表面積で割ったワット密度（Ｗ／ｃｍ２）と発熱体の表面温度（℃）との間にはバラツキの少ない相関関係がある。この関係は発熱体の材料、断面形状、または発光長等が変わっても変化がなく、ワット密度にのみ相関していることがわかった。
もちろん発熱体の表面温度と封入する石英ガラス管の表面温度とも正確な相関関係が存在することも確認している。すなわち石英ガラス管の管径を決め、所望の石英ガラス管の表面温度となる除霜ヒーターを求める場合、ワット密度より目的とする発熱体が設計できることが判明した。
【００１５】
前述のごとく炭素系物質を含む焼結体を発熱体に用いた除霜ヒーターは、ワット密度が任意に選択できるため、除霜ヒーターの石英ガラス管の表面温度を所定の温度以下に保つことができる。例えばイソブタンを冷媒として用いた場合、冷媒が洩れても発火しない安全温度は３６０℃以下であり、その温度以下で必要な消費電力が得られる発熱体のワット密度は、２〜２０Ｗ／ｃｍ２、より好ましくは３〜１５Ｗ／ｃｍ２である。
【００１６】
また上記構成の除霜ヒーターにおいて、前記発熱体が、賦形性を有し焼結後実質的に残留炭素を含む組成物と、少なくとも一種の金属化合物または半金属化合物とを混合し焼結して形成したものであるのが好ましい。
本発明のヒーターで重要なことは、除霜ヒーターの発光長、石英ガラス管径が決まった状態で所望の消費電力、石英ガラス管の表面温度をもつ除霜ヒーターを実現するには、発熱体の表面積が自由に変えられることと、発熱体の固有抵抗値を自由に変えられることである。炭素系物質を含む焼結体で形成した発熱体は、押出成形法等で作られるので、押出部のダイス形状、サイズを変えることにより表面積の変化ができる。また固有抵抗値の変化を得るには、多くの材料につき実験検討の結果、炭素系材料と金属化合物または半金属化合物とを混合し焼結することで、幅広い固有抵抗値を有し、かつ材料強度や長期信頼性の高い発熱体を作れることが判明した。
【００１７】
この金属化合物または半金属化合物としては、金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属酸化物、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属炭化物のうち少なくとも１種を含有するのが好ましい。前述のワット密度を実現するためには、炭素系材料に対し、固有抵抗を増加させかつ発熱時における特性変動の少ない添加材料として、金属炭化物、金属硼化物、金属珪化物、金属窒化物、金属酸化物、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属炭化物のうち少なくとも１種を混合した材料を焼結して作った発熱体では、発熱体の固有抵抗値を数千〜数百万μΩ・ｃｍの範囲で変えられることが確認された。
【００１８】
前記の焼結前の混合材料中の、焼結後実質的に残留炭素を含む組成物は、成分として樹脂を含むのが好ましい。樹脂を含めることにより焼成したときそれが炭素化し、その過程で抗折強度の大きな焼結体が実現できる。また樹脂材料の種類を選定することにより、焼成後の炭素が難黒鉛化炭素のように固有抵抗値の大きい炭素を含んだ発熱体が形成できる。
前記焼結後実質的に残留炭素を含む組成物は、カーボンブラック、黒鉛およびコークス粉のうち少なくとも１種の炭素粉末を含むことがさらに好ましい。発熱体の導電機構を司る成分は炭素であり、それには各種形態の材料があるが、温度を上げた状態で長時間使用してもその特性が変化しにくい材料は、カーボンブラック、黒鉛およびコークス粉のうち少なくとも１種を用いることにより実現できる。
【００１９】
さらに上記構成の除霜ヒーターにおいて、前記石英ガラス管の内壁または外壁の少なくとも一部に発熱体から輻射される光を所定の方向に反射する反射膜を形成するのが好ましい。除霜ヒーターは蒸発器の周辺に付着した霜を速やかに除去することであり、放射率が黒体（放射率は１．０）に近い０．８５である炭素系発熱体は、輻射エネルギーによる加熱が主体であるので、輻射光を集中して蒸発器方向に照射することが重要である。石英ガラス管の表面に反射膜を形成すると大部分の放射光を蒸発器に向けて照射できるので、したがってエネルギー効率の良い除霜ヒーターが実現できる。
【００２０】
また上記構成の除霜ヒーターにおいて、前記石英ガラス管の外壁の少なくとも１部分に、臭気を分解する物質を被着するのが好ましい。冷蔵庫内には各種食材が保存しているため、不快な臭気が溜まりやすい。臭気を分解する物質を被着することにより冷蔵庫内等の不快ガスを取り除く機能が付加できる。
臭気を分解する物質の形成方法は、吸着機能を有するモレキュラーシーブの粉末、触媒成分として白金系化合物、粘着成分としてアルミナまたは二酸化珪素のゾル、及び水を混合したスラリー状物質を前記石英ガラス管に塗布焼成して形成するのが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明による冷蔵庫用等に適した除霜ヒーターの好適な実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
《実施例１》
図１は冷蔵庫用に採用した本発明の実施例１の除霜ヒーター２６の断面図である。
図１に示す除霜ヒーター２６は、透明石英ガラス管１の内部に炭素系物質を含む焼結体で形成された発熱体２が封入されている。詳しくは発熱体２の両端部に内部リード線３ａ、３ｂのコイル状部５ａ、５ｂがそれぞれ密な嵌合でねじ込まれ電気的に接合している。内部リード線３ａ、３ｂの中間部には発熱体２に引張り張力を与えるためのスプリング部４ａ、４ｂが設けられている。内部リード線３ａ、３ｂの他端部は、モリブデン線６ａ、６ｂが溶接されたモリブデン箔７ａ、７ｂの他端部にそれぞれ溶接接合されて、発熱体ブロックを形成している。この発熱体ブロックを石英ガラス管１の内部に挿入し、モリブデン箔７ａ、７ｂの部分の石英ガラス管１を溶融し封止している。
【００２３】
この封止の際に石英ガラス管１の内部は窒素またはアルゴン、或いはその混合ガスで置換されている。封止部から石英ガラス管１の外部に取り出されたモリブデン線６ａ、６ｂにはそれぞれ外周を絶縁体８ｃ、８ｄで被覆されたリード線８ａ、８ｂの内側端が溶接接合されている。石英ガラス管１の封止部を湿度から保護するためのシリコーン樹脂で形成されたキャップ９ａ、９ｂがそれぞれシリコーン樹脂系の接着剤で接着固定されている。
このように構成した除霜ヒーター２６は、図６に断面を示すように基本的には従来と同形の冷蔵庫２１の蒸発器２５の近くに取りつけられる。
【００２４】
地球環境保全が現在の商品開発の命題であり、冷蔵庫においても従来使用されている不燃性のＣＦＣやＨＦＣがオゾン層を破壊するため、オゾン層の破壊の程度がより少ない冷媒ガスを用いた冷蔵庫が求められている。その具体策としてオゾン層をほとんど破壊しないイソブタンガスを冷媒に用いる冷蔵庫が開発されている。
しかしイソブタンガスは可燃性ガスであり、その発火温度は４６０〜４９５℃であり、万一イソブタンガスが冷却機構の外部に洩れても発火しない温度帯は３６０℃以下と言われている。したがって冷蔵庫内の蒸発器に付着した霜を加熱して除去するための除霜ヒーター２６の石英ガラス管１の表面温度を３６０℃以下にすることが要望されている。
【００２５】
従来のニクロム線やタングステン線フィラメントでも、その発光長を制限しなければその石英ガラス管１の表面温度が３６０℃以下のヒーターは製作可能である。しかし現実的には冷蔵庫中の除霜ヒーターの設置スペースには制限があり、かつ効率よく除霜するためには最低の加熱エネルギーとなる発熱体の消費電力を供給することが要求され、小型でかつ充分な消費電力を供給できる除霜ヒーターを実現することが難しかった。
【００２６】
発明者等はこれらの条件を満足する炭素系物質の焼結体を発熱体とした除霜ヒーターを検討してきたが、当初は消費電力を満足させれば石英ガラス管１の表面温度が３６０℃以上になり、表面温度を満足させれば消費電力が供給できない状態であった。そのため消費電力と石英ガラス管１の表面温度の関係を詳細に検討した結果、ワット密度（発熱体の消費電力量Ｗを発熱体の表面積で割った値：Ｗ／ｃｍ２）と発熱体２の表面温度、及び発熱体２の表面温度と石英ガラス管１の表面温度との間には各々良好な直線関係があることが判明した。またこの直線関係は発熱体２の断面形状、例えば丸棒や板状や発熱体の長さ等に関係無く表面積のみで表現した値で正確な直線関係を示すことを見出した。
例えば石英ガラス管１の直径が１０ｍｍで、石英ガラス管１の表面温度が３６０℃とする場合には、そのワット密度が８Ｗ／ｃｍ２であった。このワット密度の値は、石英ガラス管１の直径で変化し、管が細くなればより小さなワット密度で、太くなればより大きなワット密度でこの温度となることが判明した。
【００２７】
これらの結果よりイソブタンを冷媒ガスとして用いる冷蔵庫に使用できる発熱体２のワット密度は２〜２０Ｗ／ｃｍ２、より好ましくは３〜１５Ｗ／ｃｍ２であることが実験結果より判明した。
この発熱体２のワット密度と石英ガラス管１の表面温度との相関関係を用いて冷蔵庫に使用できる除霜ヒーター用発熱体を実現するためには、発熱体２の固有抵抗値が自由に変えられることが必須条件である。これが可能な発熱体材料としては炭素系物質を含む焼結体が好ましいことがわかった。
【００２８】
本発明の炭素系物質を含む燒結体で形成した発熱体の製法の一例について説明する。この製法は本出願人の先願である国際公開番号ＷＯ９８／５９５２６の公報に開示されている実施例のものに近い。すなわち、樹脂成分として塩素化塩化ビニール樹脂（日本カーバイド社製Ｔ−７４１）４５重量部とフラン樹脂（日立化成社製ヒタフラン（商標）樹ＶＦ−３０２）１５重量部との混合樹脂に炭素系物質として天然黒鉛粉末（日本黒鉛社製平均粒度５μｍ）１０重量部を含有させた組成物、及び抵抗値調整成分として窒化硼素（信越化学社製平均粒度２μｍ）３０重量部の混合物に対し、可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを２０重量部添加して混練し、スラリー状の混合物を作成する。このスラリー状の混合物を引き抜き断面形状が円形のダイスを用いて押出成形し、その後窒素ガス雰囲気中で焼成し、円柱状の炭素系発熱体を得た。
【００２９】
検討の結果固有抵抗値を変える抵抗調整成分の材料としては、窒化硼素以外に窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、窒化タンタル、及び窒化クロムなどの窒化物が好ましい。また炭化珪素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、炭化モリブデン、及び炭化タングステン等の炭化物も好ましい。さらに硼化チタン、硼化ジルコニウム、硼化ニオブ、硼化タンタル、硼化クロム及び硼化モリブデン等の硼化物、または珪化チタン、珪化ジルコニウム、珪化ニオブ、珪化タンタル、珪化クロム、珪化モリブデン、及び珪化タングステン等の珪化物も好ましい。さらにまた二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシュウム等の酸化物、またはそれ等の混合物、或いはカオリナイト、ハロイサイト、雲母、モンモリロナイト、緑泥石等の粘土鉱物等の金属、または半金属化合物が有効に使用できる。例えばカオリナイトを主成分として用いたものでは、固有抵抗値を１０万〜２００万μΩ・ｃｍの発熱体が作成できた。これらの材料は単独でも用いられるが、好ましくは複数の材料を混合して用いた方が良い。
【００３０】
粘土鉱物は層状化合物なので他の酸化物、窒化物、炭化物、珪化物、または硼化物と混合して用いると滑り性が付加される。滑り性が付加されたスラリー状の混合物を用いると押出成形物が均質となり、またダイスが摩耗しにくいため生産上有効である。
【００３１】
発熱体材料として金属材料以外の各種材料も検討した。例えば炭化珪素粉末等の各種半導体材料を酸化物材料と混合して押出成形し焼成した棒状発熱体を成分を変えて多数作成したが、発熱体の固有抵抗値を前記本発明の如き広範囲とすることはできず、かつ薄板（厚み０．５ｍｍ以下）状発熱体は作れなかった。すなわち本発明の広範囲の固有抵抗値の実現の目的に好適な発熱体としては、炭素系物質を含む焼結体以外に適当なものが見いだせなかった。
【００３２】
炭素系物質では発熱体中の炭素成分が導電成分となるが、導電率も炭素成分の生成履歴によって異なっており、カーボンブラックや熱硬化性樹脂分解炭素などは難黒鉛化炭素といわれ導電率が低く、反対に黒鉛やコークスなどは易黒鉛化炭素といわれ導電率が大きい材料である。すなわち炭素成分を選択することによっても固有抵抗値が変えられる。本発明の発熱体には、黒鉛、コークス、またはカーボンブラック等を含有しており、点灯時の高温状態でも黒鉛化が起こりにくく抵抗値が変化し難い難黒鉛化炭素が得られる。
【００３３】
図３は、従来のニクロム線を不透明石英ガラス管に挿入したＬＴランプ、タングステンフィラメントを石英ガラス管に封止し内部に不活性ガスを密封した従来のコルツランプ、及び本発明の炭素系物質を含む焼結体を石英ガラス管に封止し内部に不活性ガスを密封したカーボンランプのそれぞれの、波長１〜１４μｍ間での放射強度を比較したグラフである。図３において、太い実線で示すカーブではカーボン発熱体（発熱体の色温度：１１００℃）を石英ガラスの透明バルブに封入してなる本発明実施品（以下、カーボン透明バルブと略称する）の特性を示す。図３において点線で示すカーブは、従来のタングステンフィラメント（発熱体の色温度：２０００℃）を石英ガラス管に封入したコルツランプ（以下コルツ赤バルブと略称する）の特性を示す。図３において細い実線で示すカーブは、従来のニクロム線（発熱体の色温度：８００℃）を不透明バルブに挿入したニクロム線ヒーター（以下ＬＴ不透明バルブと略称する）の特性を示す。各ランプとも消費電力は３００Ｗ、発熱部の長さ３１５ｍｍのものに統一した。
【００３４】
図３に示すように、カーボン透明バルブの放射光のピーク波長は約２．１μｍに、コルツ赤バルブの放射光のピーク波長は約１．６μｍに、ＬＴ不透明バルブの放射光のピーク波長は約２．８μｍにそれぞれある。
【００３５】
図４は、前記放射強度特性の波長域２．５〜８．０μｍにおける全放射強度と、波長域１．３８〜１４．０８μｍでの全放射強度量とを示すグラフである。
図４に示すように、全放射強度量はカーボン透明バルブのヒーターが最も大きく、１．３８〜１４．０８μｍの波長域では他の従来のヒーターより約４０％放射強度量が大きかった。これは炭素自体の放射率が黒体に近い０．８５であるのに対しニクロム線やタングステン線などの従来のヒーターの放射率が０．５以下であることに起因している。
【００３６】
図５は、水の赤外線吸収特性を示すグラフである。図５に示すように、水は波長が約２．９μｍと６μｍ付近の赤外線に対して強い吸収帯を有し、この波長の赤外線が照射されると共鳴吸収し水分子のＯ−Ｈ間で振動が起こり温度上昇が起こる。すなわち冷蔵庫の蒸発器に付着した霜取りのためには水の吸収帯である２．９μｍ付近にピーク波長を持つヒータ−で、かつ放射強度量の大きいヒーターが最も効果的であることがわかる。
つまり図３〜図５の特性からわかるように、本発明のカーボン透明バルブはピーク波長が２．９μｍに非常に近くかつその付近の放射強度量も大きいので、除霜ヒーターには好適なヒーターである。
【００３７】
上記の実施例１の除霜ヒーターは、図１に示すように発熱体２の両端部に直接内部リード線３ａ、３ｂの他端部のコイル状部５ａ、５ｂをそれぞれ密にねじ込み接合した。しかし発熱体２は高温になるので点灯中微量であるが不純物や不純ガスが発生し、長期間使用しているとコイル状部５ａ、５ｂが変色して温度特性を変化することがある。したがってコイル状部５ａ、５ｂ、またはスプリング部４ａ、４ｂも含めて内部リード線３ａ、３ｂの表面に耐腐食性材料をコートすることが好ましい。
モリブデン線を用いた内部リード線３ａ、３ｂの表面には、金をコートするのが安定な導電性を得るために好適であり、ニッケル下地メッキに金を電気メッキしたものが最も良好な結果を示した。但し上記の導電性向上のためのメッキは金メッキに限定されるものではなく、クロム、ロジウム、または窒化チタンなどの化合物膜も有効に作用することがわかった。
内部リード線３ａ、３ｂの材料としては、モリブデン線以外にタングステン線も同様に使用できる。
【００３８】
《実施例２》
図２は本発明の実施例２の除霜ヒーター２６ｂの断面図である。実施例２の除霜ヒーターは、反射膜を設けた点が実施例１で説明したものと異なるものである。したがって実施例１と同様な部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
図２において、実施例２の除霜ヒーター２６ｂの発熱体２を封入した石英ガラス管１の外側表面の半周部分には、発熱体２からの輻射光を反射する材料により形成した反射膜１１を設けている。反射膜１１の材料としては近赤外線領域の反射率の高い材料がよく、好ましくは金薄膜や窒化チタン薄膜が用いられる。反射膜の作成方法は、スパッター法によるのが一般的であるが、金薄膜の場合には有機金化合物（一般にレジネートと呼ばれるもの）を主成分としたペーストを薄く塗布し、乾燥焼成して形成するのが量産に適している。
実施例２の除霜ヒーター２６ｂでは、反射膜１１を石英ガラス管１の外側表面に設けたが、内面に設けても同様の効果が得られる。
【００３９】
実施例２の除霜ヒーター２６ｂによれば、発熱体２から放射された赤外線等の輻射光は大部分が蒸発器の方向である上方向に放射されるので熱効率の高い除霜ヒーターが実現できる。
【００４０】
また反射膜１１のさらに外周の一部に脱臭機能を有する物質を塗布すると、冷蔵庫内の臭気成分を無臭の成分に分解するのでより好適である。脱臭機能を有する物質の具体例として、好ましくはモレキュラーシーブなど吸着機能を有する微粉末に白金材料、例えば塩化白金酸などの触媒成分、及び粘着成分としてのアルミナや二酸化珪素のゾル成分に水を加えスラリー状としたものがある。この脱臭機能を有する物質を含むスラリーを石英ガラス管１の約半周部に塗布し、乾燥焼き付け作製する。この脱臭機能を有する物質は、発熱体２の熱により触媒機能を発揮し、冷蔵庫等の中で発生する各種臭気性ガスを無臭の成分ガスに分解する。
【００４１】
本発明は実施例１及び実施例２の構成に制限されるものでない。すなわち発熱体２は棒状形状だけでなく、板状など各種形状のものでも同じ効果を有している。
また実施例では冷蔵庫用の除霜ヒーターについて説明したが、本発明の除霜ヒーターの機能は冷蔵庫用に用いた除霜ヒーターに制限されず、業務用冷凍冷蔵装置や冷凍室または冷蔵室用の冷却サイクル装置、各種飲料食品や水などの冷却装置等の多くの冷却装置の除霜ヒーターに有効に適用できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上実施例で詳細に説明したように、本発明の除霜ヒーターは、発熱体として所望の固有抵抗値に調整できる炭素系物質を含む燒結体を作り、その発熱体を石英ガラス管の内部に封入している。これにより除霜ヒーターの発熱体のワット密度を調整して石英ガラス管の表面温度を低く設定した場合でも、大きい加熱エネルギーの放射が実現できる。その結果冷媒として可燃性冷媒、例えばイソブタンガスなどを用いた冷却機構をもつ冷蔵庫において、万一可燃性ガスが冷蔵庫内にもれた場合でも、この発熱体による除霜ヒーターは引火爆発の着火源となるおそれがなく、かつ除霜ヒータの消費電力についても発熱体の表面積、固有抵抗及び石英ガラス管径を選択することにより各種のものが自由に設計できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷蔵庫用に用いる実施例１の除霜ヒーターの断面図
【図２】本発明の冷蔵庫用に用いる実施例２の除霜ヒーターの断面図
【図３】ＬＴランプ、コルツランプ、及びカーボンランプのそれぞれの波長１〜１４μｍ間での放射強度を比較したグラフ
【図４】ＬＴランプ、コルツランプ、及びカーボンランプのそれぞれの波長域２．５〜８．０μｍにおける全放射強度と１．３８〜１４．０８μｍでの全放射強度量とを示すグラフ
【図５】水の波長に対する赤外線吸収特性を示すグラフ
【図６】本発明の除霜ヒーターを設けた冷蔵庫の構成を示す断面図
【図７】冷蔵庫用に用いる従来の除霜ヒーターの断面図
【符号の説明】
１　石英ガラス管
２　発熱体
３ａ、３ｂ　内部リード線
４ａ、４ｂ　スプリング部
５ａ、５ｂ　コイル部
６ａ、６ｂ　モリブデン線
７ａ，７ｂ　モリブデン箔
８ａ、８ｂ　リード線
８ｃ、８ｄ　絶縁被覆
９ａ、９ｂ　キャップ
１１　反射膜
２１　冷蔵庫
２１ａ　本体
２１ｂ　ドア
２１ｃ　パッキン
２１ｄ　取手
２１ｅ　棚
２２　圧縮機
２３　凝縮器
２４　膨張機構
２５　蒸発器
２５ａ　保護板
２６、２６ｂ　除霜ヒーター
２７　ドレン孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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