JP2006138523A - 結露センサとそれを用いたヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、結露検出素子の検知精度を低下させることなく、作業効率を向上させた結露センサと、それを用いて庫外蒸発器の結露を確実に防ぐことのできるヒートポンプシステムを提供する。
【解決手段】金属製のホルダー１２の表面上に、熱伝導性の接着剤で結露検出素子１３を接合すると共に、複数個の小径孔の通気孔１６を有した保護カバー１４を結露検出素子１３の周囲空間を覆うように配置し、かつホルダー１２と一体になるように接合したことにより、結露検出素子１３が機械的接触や塵埃等に曝されるのを防ぐことができると共に、ヒートポンプユニットの交換や修理の際には、保護カバー１４と一緒に結露検出素子１３を取り外すことができ、作業者が結露検出素子１３に直接触れるのを防止することができるので、作業効率が良く、長期間使用しても結露を確実に検出することができる結露センサを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、庫外に設置された蒸発器での結露を検出するための結露センサとそれを用いたヒートポンプシステムに関するものである。

従来、空気調和機や給湯器のようにヒートポンプシステムを搭載している機器は、屋外に蒸発器が設置されており、蒸発器で結露が発生したとしても、屋外に排水している。一方、近年、自動販売機の省エネルギー化技術として、ヒータを使わず、ヒートポンプシステムを搭載したものが提案されているが、自動販売機は屋内に設置されることもあり、機械室に設置された蒸発器で結露が発生しても、外に排水することは好まれない。そのため、筆者らは、結露センサを用いて蒸発器の結露を検知することを提案している。

しかしながら、屋外に設置された蒸発器に結露センサを設置すると、塵埃に曝され結露センサの検知精度が低下する可能性がある。

これに対処する手段として、保護カバーを結露センサの周囲に設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

図４は、特許文献１に記載された従来の結露センサの構成図である。図４に示すように、従来の結露センサ１は、自動車のフロントガラス２上に直接接着された保護カバー３と、この保護カバー３の開口面４に配設された静電フィルタ５と、フロントガラス２上の保護カバー３で囲まれた領域内でフロントガラス２上に直接接着された結露検出素子６と、この結露検出素子６に接続されるリード線７とにより構成されている。

以上のように構成された結露センサについて、以下その動作を説明する。

結露検出素子６は、結露検出素子６自体が結露することにより、電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値の変化により結露が検出できる。そのため、フロントガラス２と同じ外気状態に曝される必要があり、結露検出素子６をフロントガラス２上に直接接着することにより、結露を確実に検出できる。一方、自動車のフロントガラス２は、人の手が触れる等の機械的接触や、洗浄剤、タバコの煙、塵埃等の各種汚染物質に曝されるというような状態にあり、結露検出素子６にこれらの汚染物質が付着すると検知精度が低下してしまう。そこで、保護カバー３で結露検出素子６の周囲を覆うと共に、保護カバー３の両端に設けられた開口面４から車内の空気が出入りすることで、結露検出素子６を機械的接触から保護することができ、かつフロントガラス２と同じ外気状態に曝すことができる。また、開口面４に配設された静電フィルタ５により、洗浄剤、タバコの煙、塵埃等の各種汚染物質がカバー３内に入り込むことを阻止することができる。
特開２００４−８５２６５号公報

しかしながら、ヒートポンプシステムの蒸発器に結露センサを取り付けた場合、ヒートポンプユニットの交換や修理の際には、結露センサを取り外して作業を行うことが考えられ、上記従来の構成では、結露検出素子と保護カバーが別々に結露検出面に直接接着されているため、取り外しに手間がかかり作業効率が悪いと共に、結露検出素子に作業者が触れてしまうという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、結露検出素子の検知精度を低下させることなく、作業効率を向上させた結露センサと、それを用いて庫外蒸発器の結露を確実に防ぐことのできるヒートポンプシステムを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の結露センサは、金属製のホルダーの表面上に結露検出素子を密着して設置したものである。

これによって、被検知物に結露検出素子を直接接着しなくても、熱伝導の良い金属製のホルダーにより被検知物の温度を結露検出素子に伝えることができ、被検知物と結露検出素子とが同じ環境条件に曝されることとなる。

また、本発明の結露センサは、少なくとも１面以上に通気孔を有した保護カバーが結露検出素子の周囲空間を覆い、かつホルダーと一体になるように接合されたものである。

これによって、ヒートポンプユニットの交換や修理の際に、保護カバーと一緒に結露検出素子を取り外すことができるので、結露検出素子の検知精度を低下させることなく、機械的接触から結露検出素子を保護することができる。

本発明の結露センサとそれを用いたヒートポンプシステムは、通気孔を有した保護カバーと、結露検出素子を密着して設置した金属製ホルダーとを一体に接合することで、効果的に被検知物の温度を結露検出素子に伝えると共に、作業効率を向上でき、結露検出素子を機械的接触や塵埃等から保護することで検知精度の低下を防ぐことができる。

請求項１に記載の発明は、結露膜の吸湿量を検知し電気信号に変換する結露検出素子と、少なくとも１面以上に通気孔を有した保護カバーと、金属製のホルダーとを備え、前記ホルダーの表面上に前記結露検出素子を密着して設置すると共に、前記保護カバーが前記結露検出素子の周囲空間を覆い、かつ前記ホルダーと一体になるように接合することにより、熱伝導の良い金属製の前記ホルダーを介して被検知物から結露検出素子に熱伝達することで温度差の発生を抑えると共に、機械的接触や塵埃等から結露検出素子を保護し、ヒートポンプユニットの交換や修理の際に、前記保護カバーと一緒に前記結露検出素子を取り外すことができ、作業者が前記結露検出素子に直接触れるのを防止することができるため、作業効率が良く、前記結露検出素子の検知精度の低下を防ぐことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の結露検出素子と制御基板とを接続するリード線の一部をホルダー上に固定したことにより、前記リード線に引っ張り荷重がかかり、前記結露検出素子から前記リード線が外れることを防止することができるため、結露センサの故障による検出不良を防止できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の結露センサを、ヒートポンプシステムの庫外に設置された、少なくとも、冷媒配管と、前記冷媒配管の周囲に設けたフィンと、前記フィンの外側に設けられたエンドプレートとからなる蒸発器において、前記冷媒配管の入口近傍の前記エンドプレートまたは前記フィンに、ホルダーが密着するように取り付けることにより、前記蒸発器から大量の結露水が流出することを防止できる。

ここで、前記蒸発器において、前記冷媒配管よりもその周辺のフィンの方が、温度が高く、前記冷媒配管で結露が発生しても、その周辺のフィンの温度が露点以上であれば、結露水は滴り落ちる前に前記フィンで蒸発してしまう。すなわち、前記フィンの温度が露点を下回ると大量の結露水が流出することとなる。なお、冷媒配管近傍のフィンとエンドプレートはほぼ同じ温度となることから、最も温度の低い冷媒配管の入口近傍のエンドプレートにおいて結露を検知することで、蒸発器の結露を防止し、大量の結露水が流出することを防止することができる。

また、このような結露センサが取り付けられたフィンチューブ熱交換器を用いたヒートポンプユニットは、結露水の排水工事が行えないような屋内に設置される自動販売機などに利用することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のヒートポンプシステムにおいて、結露検出素子により検知した相対湿度が所定値を超えるとヒートポンプシステムの運転を停止し、かつ前記相対湿度の所定値を７５〜９５％の範囲に設定することにより、蒸発器の冷媒配管で結露が発生しても、その周辺のフィンでは結露が発生しない限界までヒートポンプシステムを稼動することが可能となる。

ここで、前記蒸発器において、前記冷媒配管よりもその周辺のフィンの方が、温度が高く、前記冷媒配管で結露が発生しても、その周辺のフィンの温度が露点以上であれば、結露水は滴り落ちる前に前記フィンで蒸発してしまう。そのため、前記冷媒配管が露点以下でも、前記フィンが露点温度に達するまでは、すなわち、前記結露センサで検知した相対湿度が１００％未満であれば、大量の結露水を流出させることなくヒートポンプシステムを稼動することが可能となる。

また、ヒートポンプシステムの運転を停止させる相対湿度の所定値は、結露センサの方がフィンよりもわずかに温度が高いことを考慮して、フィンでの結露を防止するように７５〜９５％の範囲で設定することが望ましい。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の発明の結露センサが、垂直に取り付けられ、保護カバーの上方に位置する面以外の、少なくとも１面以上に、複数の小径孔で構成された通気孔を有したことにより、結露水がエンドプレートから垂れ落ちたとしても、保護カバーに進入することを防ぎ、結露検知素子が誤動作を起こすのを防止できる。また、保護カバーの下方に水抜き孔を設けたことにより、結露検出素子が結露した場合においても、保護カバー内で結露水が滞留しないようにすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における結露センサの分解斜視図である。

図２は、同実施の形態における結露センサの断面図である。

図１および図２において、結露センサ１１は、アルミニウム等の高熱伝導性の金属で構成されたホルダー１２と、結露検出素子１３と、樹脂製の保護カバー１４と、結露検出素子１３から導出されたリード線１５とから構成され、リード線１５は図示しない制御基板に接続される。なお、リード線１５は、作業性を考慮して、途中に１箇所以上の中継用のコネクタを介在させてもよい。

結露検出素子１３は、ホルダー１２の表面上に、熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性接着剤で接合されている。

さらに、保護カバー１４は、結露検出素子１３の周囲空間を覆うようにホルダー１２上に固定されている。また、保護カバー１４には、結露検出素子１３と相対する面に複数の小径の通気孔１６が設けられると共に、その側面には水抜き孔１７が設けられており、水抜き孔１７が下方に位置するように結露センサ１１は取り付けられる。

また、リード線１５は、ホルダー１２上に、例えば、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等のモールド樹脂１８により一部を固定される。

図３は、同実施の形態における結露センサの取り付け位置の概略図である。

図３において、ヒートポンプシステムの庫外に設置された蒸発器１９は、冷媒配管２０と、冷媒配管２０の周辺に設けられたフィン２１と、フィン２１の外側に設けられたエンドプレート２２とから構成されている。結露センサ１１は、冷媒配管２０の入口近傍のエンドプレート２２上に、ホルダー１２とエンドプレート２２とが密着するようにネジ止めされている。なお、本実施の形態においては、エンドプレート２２に結露センサ１１を取り付けたが、エンドプレートを有さない蒸発器においては、一番外側のフィンや、冷媒配管２０に結露センサ１１が取り付け可能な擬似的なフィンを設けて、その擬似フィン上に結露センサ１１を取り付けても良い。

以上のように構成された結露センサとそれを用いたヒートポンプシステムについて、以下その動作、作用を説明する。

ヒートポンプシステムが起動すると、蒸発器１９は低温低圧の液冷媒により、外気温度よりも低い温度となり、図示しない蒸発器ファンにより蒸発器１９に導かれた外気と熱交換を行う。その際、蒸発器１９の温度が導入された外気の露点温度を下回ると蒸発器１９の冷媒配管２０やフィン２１やエンドプレート２２に結露が発生する。

ここで、結露センサ１１に使用する結露検出素子１３は、結露検出素子１３自体が結露し、結露検出素子１３の結露膜の吸湿量に応じて電気抵抗値が変化する性質を利用したものであり、被検知物と同じ外気状態に曝される必要がある。

従って、エンドプレート２２上に設置された結露センサ１１は、ホルダー１２とエンドプレート２２とが密接しており、さらにホルダー１２の表面上に熱伝導性の接着剤で結露検出素子１３が接合されることで、結露検出素子１３をエンドプレート２２とほぼ同等の温度とすることができる。なお、本実施の形態においては接着剤を用いたが、熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものであれば、両面テープを用いても同様の効果が得られる。

さらに、結露検出素子１３の周囲空間を覆うように、通気孔１６を有した保護カバー１４を配置することにより、機械的接触から結露検出素子１３を保護すると共に、保護カバー１４内に外気を導入することができる。

しかしながら、結露検出素子１３に塵埃が付着すると検知性能が低下するため、通気孔１６を複数個の小径孔で構成することにより、塵埃が保護カバー１４内に進入することを防ぐことができる。ここで、本実施の形態において、結露センサ１１は蒸発器ファンの風路外にある蒸発器１９のエンドプレート２２に取り付けられるため、結露センサ１１に直接風が当たることは少なく、比較的塵埃等に曝されることは少ないため、比較的孔径が大きくても問題はない。しかしながら、結露センサ１１に直接風が当たるような場所で用いる場合は、通気孔１６の孔径を０．１〜０．５μｍとすることが望ましく、この孔径であれば、水蒸気のみを通過させることが可能となり、より効果的に結露検出素子１３を保護することができる。なお、ＰＴＦＥメンブレンフィルター等の透湿膜で保護カバー１４の一部の面を構成することで容易に微細径の通気孔１６を形成することができる。

なお、本実施の形態においては、エンドプレート２２から垂れ落ちた結露水が保護カバー１４の内部に侵入しないように、保護カバー１４の上面に通気孔１６を設けてはいないが、保護カバー１４の上面に通気孔１６を設け、さらにその上方に水避け用の屋根を設けても良い。

また、ヒートポンプシステムの蒸発器１９は、配管を溶接したり、配管の傍の狭い隙間に結露センサ１１を設置したりするため、結露センサ１１をホルダー１２上に結露検出素子１３と保護カバー１４を設置した一体構成とし、かつ、エンドプレート２２にネジ止めにより設置したことにより、取り付け、取り外しが簡単に行え、作業性が良い。なお、本実施の形態では、作業性を考慮してネジ止めにより結露センサ１１を設置したが、ホルダー１２とエンドプレート２２の間に高熱伝導性グリス等の高熱伝導性の材料を介在させて固定しても良い。

さらに、リード線１５の一部を樹脂モールドにより、ホルダー１２上に固定することにより、リード線１５に引っ張り荷重がかかり、リード線１５が結露検出素子１３から外れることを防止することができる。なお、本実施の形態では、リード線１５の一部を樹脂モールドすることによりホルダー１２に固定したが、ホルダー１２に切り起こしを設け、リード線１５を巻きつけたり、リード線１５の途中に中継用のコネクタを介在させ、そのコネクタをホルダー１２上に固定してもよい。

次に、結露検出素子１３により検知したエンドプレート２２の温度に対する相対湿度が所定値、例えば８５％を超えると、ヒートポンプシステムの運転を停止する。ここで、本実施の形態において、結露センサ１１は、蒸発器１９の最も温度の低い冷媒配管２０の入口近傍のエンドプレート２２に結露センサ１１が取り付けられており、その場所での相対湿度を検知することにより、フィンで結露が発生する前にヒートポンプシステムを停止し、蒸発器１９の温度を露点以上に上げることができる。また、ヒートポンプシステムの運転を停止する相対湿度の所定値は、結露センサ１１とエンドプレート２２とのわずかな温度差を考慮して、７５〜９５％の範囲で設定することが望ましい。さらに、これにより、結露検出素子１３が結露する前に、ヒートポンプシステムを停止することとなるので、保護カバー１４内に結露水が滞留することを防止することができる。

なお、仮に結露検出素子１３が結露したとしても、保護カバー１４の下方に水抜き孔１７が設けられているので、保護カバー１４内に結露水が滞留することを防止できる。

以上のように、本実施の形態においては、金属製のホルダーの表面上に、熱伝導性の接着剤で結露検出素子を接合し、ホルダーを被検知物に密着させたことにより、被検知物に直接、結露検出素子を接着しなくても、ホルダーを介して効果的に被検知物の温度を伝えることができ、検知精度を低下させることなく、作業効率を向上することができる。

また、本実施の形態では、複数の小径孔で構成された通気孔を有した保護カバーを結露検出素子の周囲空間を覆うように配置し、かつホルダーと一体になるように接合したことにより、結露検出素子が機械的接触や塵埃等に曝されるのを防ぐことができると共に、ヒートポンプユニットの交換や修理の際には、保護カバーと一緒に結露検出素子を取り外すことができ、作業者が結露検出素子に直接触れるのを防止することができるので、作業効率が良く、長期間使用しても結露を確実に検出することができる結露センサを提供することができる。

また、本実施の形態では、リード線の一部をホルダー上に固定したことにより、引っ張り荷重によってリード線が結露検出素子から外れるのを防ぐことができるので、故障の少ない結露センサを提供することができる。

また、本実施の形態では、ヒートポンプシステムの蒸発器の最も温度の低い吸入配管近傍のエンドプレートに、ホルダーが密着するように結露センサを取り付け、検知したエンドプレートの温度に対する相対湿度が所定値を超えると、ヒートポンプシステムの運転を停止することにより、効果的に蒸発器の結露を検知し、蒸発器から大量の結露水が流出することを防ぐことができるので、排水処理を必要としないヒートポンプシステムを提供することができる。

以上のように、本発明にかかる結露センサとそれを用いたヒートポンプシステムは、作業効率が良いと共に、結露検出素子を機械的接触や塵埃等から保護し検知精度の低下を防ぐことができるので、自動車のフロントガラス等の曇りを検知する用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における結露センサの分解斜視図 同実施の形態における結露センサの断面図 同実施の形態における結露センサの取り付け位置の概略図 従来の結露センサの構成図

符号の説明

１１ 結露センサ
１２ ホルダー
１３ 結露検出素子
１４ 保護カバー
１５ リード線
１６ 通気孔
１７ 水抜き孔
１９ 蒸発器
２０ 冷媒配管
２１ フィン
２２ エンドプレート

Claims (5)

1. 結露膜の吸湿量を検知し電気信号に変換する結露検出素子と、少なくとも１面以上に通気孔を有した保護カバーと、金属製のホルダーとを備え、前記ホルダーの表面上に前記結露検出素子を密着して設置すると共に、前記保護カバーが前記結露検出素子の周囲空間を覆い、かつ前記ホルダーと一体になるように接合された結露センサ。
2. 結露検出素子と制御基板とを接続するリード線の一部をホルダー上に固定した請求項１に記載の結露センサ。
3. 少なくとも、冷媒配管と、前記冷媒配管の周囲に設けたフィンと、前記フィン外側に設けられたエンドプレートとからなる蒸発器が庫外に設置され、前記冷媒配管の入口近傍の前記エンドプレートまたは前記フィンに、ホルダーが密着するように取り付けられた請求項１または２に記載の結露センサを用いたヒートポンプシステム。
4. 結露検出素子により検知した相対湿度が所定値を超えると運転を停止し、かつ前記所定値が７５〜９５％の範囲に設定された請求項３に記載の結露センサを用いたヒートポンプシステム。
5. 垂直に取り付けられた結露センサにおいて、保護カバーの上方に位置する面以外の、少なくとも１面以上に、複数の小径孔で構成された通気孔を有すると共に、保護カバーの下方に水抜き孔を設けた請求項３または４に記載の結露センサを用いたヒートポンプシステム。

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