JP2008232605A - 冷却装置及びそれを備えた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】着霜状態を正確に検出して、除霜運転の開始と終了を的確なタイミングで実施することができる冷却装置を得る。
【解決手段】伝熱用のフィン４を備えた冷却器３と、フィン４に付着する霜の量を光学的に検出する少なくとも１つの光学式着霜センサ７とを備え、光学式着霜センサ７が、冷却器３の空気吹出口側、空気吸込口側、または空気吹出口側と空気吸込口側の両側に位置するフィン４の先端面４Ａの霜の付着量を検出するように配置されており、光学式着霜センサ７の霜検出量に応じて冷却器３に付着した霜取が行われる冷却装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学的検知による着霜検知手段を備えた冷却装置及びその冷却装置を備えた冷蔵庫（冷凍冷蔵庫）に関する。

冷凍冷蔵庫においては、庫内を１０℃より低い温度帯に制御しなければならない。庫内を１０℃より低い温度帯に制御するためには、冷媒の蒸発温度を０℃より低くする必要がある。このため、時間とともに冷却器（蒸発器）のフィンに霜が発生し、それにより熱抵抗が増加し、風量が小さくなり、冷却能力が低下する。この問題を、従来は蒸発器にヒータを取り付け、定期的にヒータに通電して霜取り運転を行うことで解消していた。しかし、このように一定時間毎に霜取り運転を行うように制御するものにあっては、次のような問題が発生する。

ａ．霜取り運転が必要でないときに、霜取り運転を行ってしまうことがあり、この場合には、エネルギの浪費につながる。
ｂ．逆に、霜取り運転が必要なときに、霜取り運転にならないことがあり、この場合には、既述した冷却能力低下に起因する冷凍冷蔵庫の庫内温度の上昇を招き、庫内に収納されている品物の品質が劣化する。
ｃ．冷却器への着霜により、冷却器に隣接するファンと冷却器とが接触して、ファンの回転による異常音の発生やファンの破損が生ずる恐れもある。

一方、発光部と受光部とからなる着霜量検出器を、室外熱交換器（蒸発器）の着霜の進行が早い低温低圧冷媒入口近傍に設置し、着霜量検出手段が検出した着霜着氷状態に基づいて除霜運転を開始するようにしたヒートポンプ冷凍サイクルも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−６１８１３号公報（図５、図６）

しかしながら、着霜着氷状態を光学的に検知する着霜量検出器を室外熱交換器の着霜の進行が早い低温低圧冷媒入口近傍に設置し、その着霜量検出器の検出結果に基づいて除霜運転を開始するようにしたものにあっては、除霜運転開始のタイミングを適切に判断できるものの、着霜が早く進行する箇所と、除霜の進行が遅い箇所とは必ずしも一致せず、除霜運転終了タイミングの最適化を安定して得ることができず、安定したシステムの効率化が図れない。

すなわち、除霜運転終了の判断を誤り、除霜運転を早く終了させた場合、霜の融け残りが発生する。霜の融け残りが発生すると、これが最終的には根氷へと成長する。根氷は通常の除霜運転で溶かしきることができないため、蒸発器の伝熱面積を小さくすることに繋がり、その結果、冷却性能が大幅に低下する。また、逆に、除霜運転を遅く終了させた場合は、除霜運転の熱により、蒸発器周辺の雰囲気温度を急上昇させる。

本発明は上記課題に対応してなされたものであり、冷却装置への着霜状態を正確に検出して、霜取運転（除霜運転に同じ）の開始や終了を的確なタイミングで実行することができる冷却装置およびそれを備えた冷蔵庫を得ることを目的とする。

本発明に係る冷却装置は、伝熱用のフィンを備えた冷却器と、前記フィンに付着する霜の量を光学的に検出する少なくとも１つの光学式着霜センサとを備え、前記光学式着霜センサが、前記冷却器の空気吹出口側、空気吸込口側、または前記空気吹出口側と前記空気吸込口側の両側であって、少なくとも前記フィンの霜の付着量を検出するように配置されており、前記光学式着霜センサの霜検出量に応じて前記冷却器に付着した霜取の運転開始または運転終了の少なくとも一方が定められているものである。
また、伝熱用のフィンを備えた冷却器と、前記冷却器に対峙して配置された送風用のファンと、前記ファンに付着する霜の量を光学的に検出する少なくとも１つの光学式着霜センサとを備え、前記光学式着霜センサが、少なくとも前記冷却器に対峙する側の前記ファンの霜の付着量を検出するように配置されており、前記光学式着霜センサの霜検出量に応じて前記冷却器に付着した霜取の運転開始または運転終了の少なくとも一方が定められているものである。
さらに、伝熱用のフィンを備えた冷却器と、前記冷却器に対峙して配置された送風用のファンとを備え、前記フィンに付着する霜の量を光学的に検出する少なくとも１つの光学式着霜センサが、前記冷却器の空気吹出口側、空気吸込口側、または前記空気吹出口側と前記空気吸込口側の両側であって、少なくとも前記フィンの霜の付着量を検出するように配置されており、前記ファンに付着する霜の量を光学的に検出する少なくとも１つの光学式着霜センサが、前記冷却器に対峙する側の前記ファンの霜の付着量を検出するように配置されており、前記各光学式着霜センサの霜検出量に応じて前記冷却器に付着した霜取の運転開始または運転終了の少なくとも一方が定められているものである。

本発明の冷却装置によれば、光学式着霜センサがフィンやファンへの実際の着霜量を検知しているため、霜取運転の開始時点や終了時点を的確に判断することができ、無駄な除霜運転を無くすことができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷却装置の構成図である。この冷却装置１は、筐体２の中に伝熱用のフィン４を備えた冷却器（熱交換器）３と、モータ５で駆動される送風用のファン６と、フィン４に付着する霜の量を光学的に検出する少なくとも１つの光学式着霜センサ７とを備えている。ここでは、光学式着霜センサ７が、冷却器３の空気吹出口側と空気吸込口側の両側に位置するフィン４の先端面４Ａの霜の付着量を検出するように、それぞれ複数配置されていて、その光学式着霜センサ７の霜検出量に応じて、冷却器３に付着した霜取が行われるように構成されている。

なお、冷蔵用途の冷却器（等庫内の設定温度が、例えば−２０℃以上）であれば、冷却器の吹出口側から着霜し易く、冷凍用途の冷却器（等庫内の設定温度が例えば−２０℃未満）であれば、吸込口側から着霜し易いので、それに合わせて、光学式着霜センサ７を、冷却器の空気吹出口側または空気吸込口側のいずれか一方側にだけ設置しても良い。
また、光学式着霜センサ７は、図１のように複数個設けることでフィン４への着霜が細かく検知できるようになるが、例えば最も着霜が生じ易い箇所に１個だけ設けても良い。

ここで、冷却器３の着霜検知機構について説明する。図２は、光学式着霜センサ７を用いた着霜検知機構の全体構成図である。この光学式着霜センサ７は、発光素子７ａと受光素子７ｂとから構成されている。発光素子７ａには発光ダイオード（ＬＥＤ）などが、受光素子７ｂには発光ダイオード、フォトダイオード等が利用できる。その他、赤外線の発光及び受光素子も利用できる。ただし、発明者らの実験によれば、発光素子７ａが発光する光の中心波長が６００ｎｍ以下の時に、露と霜を明確に判別できることが分かっているので、その波長帯を利用するのが特に好ましい。

発光素子７ａと受光素子７ｂの制御及び受光素子７ｂの受光量（又は受光強度）の判定は、判定プログラムが予め組み込まれたマイコンなどから構成された光量判定制御部（光量判定手段と制御手段とからなる）１２によって行われる。光量判定制御部１２はまた、その判定結果に基づいて、冷却器３に付随している霜取機構１０を駆動させて霜取処理を実行させる。

光学式着霜センサ７の作用は次のとおりである。蒸発器３のフィン４の先端面４Ａに霜が付着すると、発光素子７ａから発せられた光が、霜で反射・吸収されて、受光素子７ｂに当たる。受光素子７ｂには予め逆バイアスの電圧が印加され充電されている。そして、霜で反射された光が受光素子７ｂに当たると放電する。放電した時の受光素子７ｂの電位と時間の関係は、例えば図２０に示すようになる。従って、ある電圧Ｖｔになるまでの時間を測定することで、光強度Ｐを求めることができる。光強度Ｐと電圧Ｖｔになるまでの時間ｔとの関係は下式で表わせ、光強度Ｐを求めることが可能である。これらの演算処理やデータの記憶は、光量判定制御部１２で行われる。

Ｐ＝（ａＱo／ｔ）×（１／Ｖｔ−１／Ｖ０）
ここで、ａは定数、Ｑoは受光素子ＬＥＤの初期帯電量、Ｖ０は時間０における電位である。

光強度Ｐが変化する物理量（着霜量）であれば、光強度Ｐと着霜量との関係を予めデータとして持っておけば、光強度Ｐから着霜量を求めることができる。なお、光強度Ｐではなく、直接、ある時間の出力電圧Ｖを用いても、着霜量を求めることができる。従って、予め所定の着霜量、例えば霜取処理が必要な量、に対応した光量の閾値を記憶させておき、それと図２のようにして測定した受光素子７ｂの受光量とを比較することで、霜取処理が必要な着霜状態を検知できる。
また、光強度Ｐの代わりに時間ｔを比較しても良い。この場合は、着霜量の増加と共にｔが減少する特性となる。

霜取機構１０には、冷却器に備えたヒータを利用する方法、冷却器に冷媒を送る圧縮機の吐出ガス（ホットガス）を利用する方法、冷却器の冷却管に水を散布する方法、冷却器が配置された庫内の空気を循環させる方法などの既知の機構を単体で、またはこれらの機構を組み合わせて利用できる。
特に、冷却器（熱交換器）の目詰まりに影響されないようにするためには、ヒータと水の散布とを組み合わせるのが良い。これによれば、ヒータで霜を溶かすのと同時に、冷却器のフィンの間に堆積した埃なども洗い流すことができるため、冷却器の目詰まりによる信頼性の低下を防止する事ができるからである。

次に、図２の着霜検知機構の作用を図３の動作フローチャートに従って説明する。着霜検知機構は冷却装置１がＯＮ状態の間、発光素子７ａからの発光と受光素子７ｂでの反射光の受光とを、所定の間隔で行いながら、フィン４の先端面４Ａにおける着霜状態を常時検知するものとする（Ｓ１）。
光量判定制御部１２は、各受光素子７ｂで受光した光を読み込んで例えば電圧Ｖ（測定値）に変換し、予め定めておいた「着霜状態」または「霜取処理が必要な着霜量」に対応する閾値電圧Ｖ１と比較する（Ｓ２）。ここで、全ての光学式着霜センサ７について、Ｖ＜Ｖ１の場合にはそのままの状態を維持し、Ｖ≧Ｖ１の場合には霜取機構１０を駆動させて霜取処理を開始させる（Ｓ３）。
光量判定制御部１２は、霜取処理の間にもフィン４の先端面４Ａにおける着霜状態を検知しており、受光素子７ｂで受光した光を読み込んで変換した電圧Ｖ（測定値）と、予め定めた「霜取処理が不要な着霜量」または「着霜がない状態」に対応する閾値電圧Ｖ２と比較する（Ｓ４）。ここで、全ての光学式着霜センサ７について、Ｖ＞Ｖ２の場合には霜取処理を維持し、Ｖ≦Ｖ２の場合には霜取機構１０に対して霜取処理を終了させる（Ｓ５）。

以上の作用により、冷却装置１は、除霜処理が必要または不要な冷却器３への着霜状態を、光学式着霜センサ７のある場所毎に正確に検出して、除霜運転の開始と終了を的確なタイミングで実施することができ、無駄な除霜運転を回避することができる。なお、本例のように光学式着霜センサ７を霜取の運転開始と運転終了の両方の設定に利用するのが好ましいが、光学式着霜センサ７をそれらの一方のみの設定に利用し、他方は他の手段により設定しても、従来より無駄な除霜運転を回避することができる。
また、冷却器３への着霜状態を検出しているため、冷却器３とファン６との間隔が狭い場合でも、それらの間が霜でつながってしまう前に着霜の検出及び除霜が可能となり、霜によるファンの破損や回転異常音の発生を防止できるとともに、冷却装置の小型化にも寄与できる。

ところで、冷却器３の霜が融けたら、すぐに冷却運転を再開するのが好ましい。しかしながら、フィン４に付着した融解水が冷却装置のドレンパン上に滴下しないうちに冷却運転を開始すると、再び霜となってフィンに残ったり、ドレン管の残水で凍結するおそれがある。これを回避するためには、霜取後ある一定時間ほど装置を全停止させ、融けた水滴のほとんどをドレンパン上に落とし、ドレン管からの排水がゼロになる程度まで流しきる、「水切り停止」時間を設け、「水切り停止」後、圧縮機を起動させて冷却運転を再開するのが好ましい。水切り停止時間は冷却器の大きさによって異なり、例えば、小形冷却器であれば３分、大形冷却器であれば１０分などと適宜定めて良い。また、水切り停止時間は、庫内保冷物が湿気を多く含んだ物であれば、それに応じて長くする必要がある。
なお、この水切り停止時間の設定は、この実施の形態１に限らず、以下に説明する霜取運転の他の実施の形態においても採用することができる。

実施の形態２．
ここでは、光学式着霜センサ７に、撮像素子である一次元のリニアイメージセンサを利用した、冷却装置１の着霜検知方法の一例を説明する。
図４（ａ）は、リニアイメージセンサを利用した光学式着霜センサ７による着霜検知方法である実施の形態２を示す斜視図（ａ）であり、図４（ｂ）はその平面図である。ここでの光学式着霜センサ７は、３枚のフィン４の撮影対象部分を照射する光源としての発光ダイオード（例えば赤色ダイオード６５０ｎｍ）７ａと、リニアイメージセンサを構成する一列に並んだ２０個のフォトダイオード７ｂとを備えている。なお、図４（ｂ）の中で、符号７ｃは光源用レンズ、７ｄは受光素子用レンズを示している。
発光ダイオード７ａは、制御により任意の間隔で発光し（例えば１分毎に１０秒間発光し）、フィン４の端面を照射する。そのときのフィン４の端面をリニアイメージセンサが撮影する。イメージセンサを構成する個々のフォトダイオード７ｂの出力はそれぞれの受光量に比例する。この出力に応じて灰色の明るさを代えて２０個の図形を直線上に並べて描けば一次元イメージとなる。

フィン４を室内空気中で０度以下に冷却すると、空気中の水蒸気がフィン４上で霜となる。このときのフィン４に付く霜の状態を時間とともに表したのが、図５の時間の経過に伴う冷却器のフィンへの着霜状態を示した模式図である。図５によれば、冷却を行ってから１２０分以降、フィン４の端面及び側面に霜９０が付着し始め、その後その霜９０が大きく成長し、３６０分で風路を完全に閉鎖している。そして、４８０分後には、霜９０の全体がフィン４の幅にまで大きくなっている。

このときのリニアイメージセンサの出力をプロットしたグラフが図６である。図６は、光学式着霜センサを構成する各撮像素子（フォトダイオード）とフィンへの着霜状態に対応したそれらの出力との関係図（グラフ）である。これによれば、各撮像素子の出力は、霜の量に依存して変化していることが分かる。このグラフから、冷却器の風路の閉塞度合いを検知するためには、所定の閾値以上の出力をもつフォトダイオードの数を求めればよいことが分かる。図５からは、冷却後１２０分経過後において風路はまだ十分確保されているが、１８０分経過後では半分程度が閉塞され熱交換器の効率が著しく落ちていると推定される。そこで、冷却後１２０分経過後における最大出力値に対応するフォトダイオードの出力「４」を閾値とする。そして、その閾値「４」以上を出力したフォトダイオードの数を、経過時間に対応させて図７に示した。図７は、光学式着霜センサを構成する各撮像素子の出力が閾値「４」以上の素子数と時間との関係図を示している。なお、実際には画素数（フォトダイオードの数（素子数））は整数であるので階段状のグラフになるが、ここではそれを平滑化して示している。

図５を基にすると、フィン４間の風路が半分以上閉じられるのは、冷却後約１８０分経過後と推定される。そこで、図７の時間１８０分の時に対応する、出力閾値「４」を超えたフォトダイオードの素子数「５」を画素数閾値とする。そして、その画素数閾値「５」となった時に霜取り運転を開始すれば、風路が霜で閉鎖されることがなくなり、冷却装置１は常に安定した能力を発揮できることになる。
なお、以上に示した、検知対象とするフィン４の数、フォトダイオード７ｂの数、出力闘値、画素数閾値は一例にすぎず、フィン４の間隔や厚さ、運転状態、イメージセンサの設置位置に合わせて適宜設定してよい。
また、今回は撮像素子として一次元のリニアイメージセンサを用いたが、カメラに使われるような二次元のエリアイメージセンサを用いてもよい。その場合、それに合わせた出力閾値と画素数閾値を設定することにより、全く同様に対応することができる。
ここで示した、多数の受光素子を用い画素数閾値を設定する着霜検知方法においては、画素の内の一部が汚損して出力が異常となり出力闇値を超えたとしても、他の画素が出力閾値を超えないので、除霜運転指示に大きな影響を与えないという効果がある。なお、上記の例では出力閾値と画素数閾値の両方を予め定めておく方法を示したが、画素出力値を全画素について合計または平均したり、あるいは最大値と最小値を除いた出力値を合計または平均するなど、出力そのものを所定の条件で処理した値に対する閾値を予め決めておいて、その閾値以上になった場合に除霜運転を始める判断を行ってもよい。
さらに、受光素子の信号読み出し方式としては、ＣＣＤ、ＭＯＳ方式などを用いることができる。また、受光素子としてフォトダイオードを用いたが、光導電セルＣｄＳ（硫化カドミウム）などの他の素子を用いてもよい。また、どの方式においても、除霜終了のための閾値を決めておいて、その値以下になったときに霜取り運転を終了させるようにすることができる。

光学式着霜センサに撮像素子を用いた実施の形態２においても、図２に示した着霜検知機構の構成が適用できる。ただし、実施の形態２の場合には、図２の光量判定制御部１２を画像解析制御部（画像解析手段と制御手段からなる）と読み替えるものとする。この画像解析制御部は上記に説明したような画像解析を行うと共に、その画像解析に基づいて霜取機構１０の開始と終了などを制御するものであり、それに対応した画像解析及び制御プログラムが組み込まれたマイコンなどから構成される。

実施の形態３．
実施の形態３では光学式着霜センサ７を移動可能に配置する例を示す。図８は、本発明の実施の形態３に係る光学式着霜センサ７を移動可能に配置した冷却装置の構成図（ａ）と、その場合の可動式センサ取付板（ｂ）の例示図である。図８において、光学式着霜センサ７は、可動式センサ取付板２０に取り付けられて、冷却器３の空気吸込口側に配置されている。可動式センサ取付板２０は、その平坦面２１に、光学式着霜センサ７を保持してそれを水平方向にスライド可能にする溝２２が形成されている、また、平坦面２１の左右端部２３は、冷却筐体１の筐体２にスライド可能に嵌合しており、可動式センサ取付板２０自体が、筐体２に沿って垂直方向に移動可能となっている。
可動式センサ取付板２０のこの構成により、光学式着霜センサ７を冷却器３の空気吸込口側に位置するフィン４の先端面に沿って、上下左右方向の所望の位置に配置する事が可能となる。従って、設置状況などに応じて変化する着霜態様に対応させて、光学式着霜センサ７を容易に適切な位置に変更することができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、冷却器３とファン６とが近接して配置されている場合に有効な例を示す。図９は、本発明の実施の形態４に係る冷却装置の構成図である。図９においては、光学式着霜センサ７が、冷却器３と対峙するファン６の先端面６Ａの着霜を検知する態様に配置されている。すなわち、冷却器３の風路方向と直交するファン６の先端面６Ａの延長線上の筐体２に光学式着霜センサ７を配置している。
この構成によれば、冷却器３と対峙するファン６の先端への着霜状態を検知できるので、それを検知した場合に冷却装置１の霜取処理を行うことでファン６から霜が除去されて、ファン６の破損や回転異常音などの発生を確実に回避することができる。また、冷却装置１の小型化にも寄与する。

実施の形態５．
実施の形態５では、冷却器３とファン６とが近接して配置されている場合に有効な他の例を示す。図１０は、本発明の実施の形態５に係る冷却装置の構成図である。図１０においては、図９の態様に加え、さらに別の光学式着霜センサ７が、ファン６と対峙する冷却器３のフィン４の先端面４Ａの着霜を検知する態様に配置されている。すなわち、冷却器３の風路方向と直交するフィン４の先端面４Ａの延長線上の筐体２に光学式着霜センサ７を配置している。この場合、フィン４の先端面４Ａとファン６の先端面６のそれぞれに対応する光学式着霜センサ７が、共に第１の所定値以上となった場合に霜取を開始させ、共に第２の所定値以下となった場合に霜取を終了させるのが良い。
この構成によれば、対峙する冷却器３のフィン４の先端面４Ａと、ファン６の先端面６Ａへの着霜状態を確実に検知できるので、それを検知した場合に冷却装置１の霜取処理を行うことで、冷却器３及びファン６から霜が除去されて、ファン６の破損や回転異常音などの発生を確実に回避することができる。また、冷却装置１の小型化にも寄与する。

実施の形態６．
本発明で使用する光学式着霜センサ７にレンズが含まれている場合、そのレンズが冷却装置の冷却空間に露出した状態のままであると、低温のために曇る恐れがある。そこで、実施の形態６ではそのための対応策の一例を説明する。
図１１は、本発明の実施の形態６に係る冷却装置の構成図である。図１１の構成は、光学式着霜センサ７がレンズ３０を有する場合、そのレンズ３０を、周囲にヒータ３２が巻かれた、熱伝導性の良好な筒状部材（アルミ部材など）３１の内面に密着固定したものである。
これによれば、ヒータ３２により筒状部材３１を加熱することで、筒状部材３１を介してレンズ３０が暖められるため、低温に起因するレンズ３０の曇りが防止できる。

実施の形態７．
実施の形態７では、光学式着霜センサ７を冷却装置１に着脱可能に取り付ける態様についていくつか説明する。
図１２は、本発明の実施の形態７に係る冷却装置における光学式着霜センサの着脱機構の第１の例示図である。ここでは、光学式着霜センサ７を穴３５Ａ付きの固定板３５に取り付け、その光学式着霜センサ７付き固定板３５を、冷却器３の筐体３３に設けたねじ穴３３Ａに位置決めし、ねじを利用して光学式着霜センサ７付き固定板３５を冷却器３の筐体３３に固定する構造を示している。なお、図１２中の符号７Ａは、光学式着霜センサ７から延びる信号配線を示している。
この構成によれば、既存の冷却器３に対しても、冷却器３の筐体３３にねじ穴３３Ａを設けるだけで光学式着霜センサ７を容易に取り付けることができ、また、既に取り付けられている光学式着霜センサ７の交換も容易に行うことが可能となる。

図１３は、本発明の実施の形態７に係る冷却装置における光学式着霜センサの着脱機構の他の例示図である。図１３（ａ）では、光学式着霜センサ７がアタッチメント７１に取り付けられており、そのアタッチメント７１の下端部７１Ａが冷却器３の底部に配置されているドレンパン２０２の端部（折り曲げ部）に着脱自在に嵌合され、アタッチメント７１の上端部７１Ｂが冷却器３の上部カバー２０１に着脱自在に嵌合されて、冷却装置１に取付固定されている。なお、アタッチメント７１とドレンパン２０２の端部、及びアタッチメント７１と上部カバー２０１とは、直接取付られても、何かを介して間接的に取付られてもよい。
また、図１３（ｂ）では、光学式着霜センサ７がアタッチメント７２に取り付けられており、そのアタッチメント７２の下端部７２Ａが冷却器３の底部に配置されているドレンパン２０２の端部（折り曲げ部）に着脱自在に嵌合されて、冷却器３に取付固定されている。なお、この場合、アタッチメント７２の上端部は固定せずに開放端としている。また、アタッチメント７２とドレンパン２０２の端部とは、直接取付られても、何かを介して間接的に取付られてもよい。
これらの態様によって、光学式着霜センサ７を冷却装置１に容易に着脱することが可能となる。

図１４は、実施の形態７に関連した光学式着霜センサの取付態様の他の例示断面図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。ここでは図示のように、光学式着霜センサ７がアタッチメント７３に取り付けられており、そのアタッチメント７３の脚部７３Ａが、冷却器３のフィン４を貫通しているヘアピンパイプ３０１に着脱自在に嵌合されて、冷却器３に固定されている。この場合、アタッチメント７３はネジや工具なしでヘアピンパイプ３０１に取付けできる。なお、アタッチメント７３とヘアピンパイプ３０１とは、直接取付られても、何かを介して間接的に取付られてもよい。また、その取付位置は着霜状態に応じて変更することが好ましい。

図１５は、実施の形態７に関連した光学式着霜センサ７の取付態様の他の例示図である。ここでは光学式着霜センサ７が固定具７５によりアタッチメント７４に取り付けられており、そのアタッチメント７４の両端に設けられたゴム押さえ部材等の緩衝部材８０を介して、冷却装置１の筐体２に固定されている。筺体２は平面状であり、緩衝部材８０は筺体２の端部を挟み込んでいる。なお、緩衝部材８０は筐体２に直接取付られても、何かを介して間接的に筐体２に取付られてもよい。
緩衝部材８０は、冷却装置１内のファン６の振動を光学式着霜センサ７に伝えない役割の他、着霜センサ７と冷却装置１を電気的に絶縁させる目的もある。従って、緩衝部材８０には、氷点下２５℃でも、柔軟性と絶縁性が保持される部材、例えばシリコーンや、ニトリルゴムなど使用するのが適当である。また、緩衝部材８０には、ゴム系材料の他に、発泡スチロール、発泡ウレタン、発泡スチレン等の発泡系プラスチックを用いてもよい。もし、光学式着霜センサ７と筐体２の間で断熱性を保持したい場合には、緩衝部材８０に発泡系プラスチックを用いた方が有利である。
図１５において、アタッチメント７４の筺体２への固定は、筺体２の上面および下面で行われ、全体として筺体２を上下間で挟む構成とする。また、緩衝部材８０は筐体２等に、ボルト８１及びナット８２で締め付け固定するのが好ましい。このように構成することで、アタッチメント７４を確実に冷却装置１に固定することが可能となる。

図１５では、光学式着霜センサ７をムッフと呼ばれる接合部材とクランプを介して固定した態様を図示しているが、光学式着霜センサ７も含めてこれらを全て一体化してもよい。また、光学式着霜センサ７を、左右方向および／または上下方向に微調整することが可能となるように可動に設置してもよい。こうすることで、冷却装置の機種または現場の状況に応じて最適な着霜部位に向けて、光学式着霜センサ７を設置することができる。
上記図１２〜図１５に示した取付態様によって、光学式着霜センサ７を冷却装置１に容易に着脱固定することが可能となる。

なお、ヒータを利用した除霜（ヒータデフロスト）の場合、ヒータ熱の伝導により、冷却装置のフィンに付着した霜を溶かすが、ヒータから速い冷却装置下部は熱の伝わりが弱く、条件によっては残霜する恐れがある。また、冷却装置上部は、ヒータ熱で温度上昇した空気が自然対流で上昇する為、この影響によっても霜が融けやすい。しかし、熱せられた空気が自然対流で下部へ流れることは原理的にありえない。したがって、ヒータデフロストの冷却装置では、ヒータから離れていて、その熱の影響を受けにくい冷却装置の下端部に光学式着霜センサを設けるのが好ましい。
また、ヒータデフロストの場合、霜に与える熱量が他の霜取方式に比べ大きいため、霜が融け、水蒸気となって上方へ移動することがある。従って、ＬＥＤセンサなどをヒータより上方に備えていると、水蒸気の影響を受けてＬＥＤセンサのレンズが量り、適正な検知ができなくなるおそれもある。この点からも、光学式着霜センサは冷却装置の下端部に設けるのが好ましい。
このための態様を図１６に示した。ここでは、デフロスト用のヒータ３０２が配置されている部分から離れていて、ヒータ３０２の発熱が影響しにくい、冷却器３の下端部のコーナー部分に光学式着霜センサ７を設けている。なお、光学式着霜センサ７の数は２個に限られるものではなく、適宜定めることができる。

実施の形態８．
実施の形態８は、冷却装置１を空調機の室外機として使用する際の態様について説明する。冷却装置１を空調機の室外機として使用する際、冷却装置１には太陽光が当たり、光学式着霜センサ７に悪影響を与える恐れがある。そのため、ここではその対策の一例を示す。図１７は、本発明の実施の形態８に係る冷却器３における光学式着霜センサ７の遮光機構を示す例示図である。なお、図１７の具体例を図１８に示した。図１８（ａ）は図１７の詳細を示した光学式着霜センサの取付態様の斜視図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＹ方向断面図、図１８（ｃ）は図１８（ａ）のＸ方向断面図である。ここで光学式着霜センサ７は、図１４で説明した態様でへアピンパイプ３０１に取り付けられている。
図１７、図１８（ａ）〜（ｃ）では、光学式着霜センサ７、特に発光素子７ａ及び受光素子７ｂを、遮光板４１で囲むようにしている。また、受光素子７ｂに余計な光が入らないように、冷却器３を挟んだ反対の投影面上も遮光板４２で囲むのが好ましい。
この構成により、冷却器３を備えた冷却装置１を空調機の室外機として使用した場合にも、冷却器３への着霜状態を正確に検出して、除霜運転の開始と終了を的確なタイミングで実施することができる。

実施の形態９．
実施の形態９では、上記各実施形態で説明してきた冷却装置１を備えた冷蔵庫について説明する。図１９は本発明の実施の形態９に係る冷蔵庫（冷蔵倉庫）５０の例示図である。図１９に示すように、冷蔵庫５０の内部には冷却装置１が配置されており、通常の場合には、光学式着霜センサ７による霜検出が行われ、それに基づいて除霜が行われる。従って、この冷蔵庫５０も冷却装置１と同様の各種の効果を享受することができる。
ただし、冷蔵庫５０のドア５１を開けている時または庫内の照明が点灯している時は、採光や照明光が光学式着霜センサ７に悪影響を与える恐れがある。そのため、ドア５１を開けている時または庫内の照明が点灯している時は、光学式着霜センサ７による霜検出を、停止または無効とするように、光量判定制御部（または画像解析制御部）１２に設定しておくのが好ましい。

実施の形態１０．
実地形態１０では、着霜センサの出力を霜の厚さと正確に対応させるよう補正する方法について説明する。冷却器３に着霜した霜は、霜の厚さを厚くする成分と、霜の内部に浸透して、霜の密度を増加させる成分とに分かれる。霜の密度が異なると、光の反射率が異なるため、同じ霜の厚さであっても着糟センサ７の出力が変化してしまう。そこで、霜の密度を予測して、着霜センサ７の出力を補正し、霜の厚さに換算する必要がある。
冷却運転を開始した時の冷却器３への初期着霜時の密度は、冷却器３のフィン４または配管の表面温度と、冷却器吸込空気の絶対温度と、冷却器３のフィン４表面の空気の風速とによって定まる。更に、冷却器３への着霜量は、冷却器のフィン４または配管の表面温度と、冷却器吸込空気の絶対温度と、冷却器３のフィン表面の空気の風速と、冷却運転を開始してからの経過時間とによって決る。冷却器吸込空気の絶対温度は、冷却器吸込空気の温度と相対湿度とによって求まり、相対湿度は負荷状況からある程度予測でき、風速はファン６の仕様から決る。また、霧の内部への拡散による霜密度の増加分、水蒸気の拡散速度かあるいは着霜量に一定比率をかけた値によって求まる。よって、最低限、冷却器のフィン４または配管の表面温度と、冷却器吸込空気の温度と、冷却運転を開始してからの経過時間とが分かれば、着霜量および霜の密度が予測でき、着霜センサ７の出力を補正し、正確な霜の厚さを算出することが可能となる。
また、霜の各物性値は、例えば、霜の密度と霜の熱伝導率の間には関係式があるなど、密接に関係があり、霜の熱伝導率、霜の厚さ、霜表面の熱伝達率、霜表面の物質伝達率、霜の表面温度のいずれかが推測できれば、霜の密度を算出することが可能となり、着霜センサ７の出力を補正することができるため、これらの物性値のいずれかを推測する手段を備えていれば十分である。

本発明の実施の形態１に係る冷却装置の構成図。 発光素子及び受光素子からなる光学式着霜センサを用いた着霜検知機構の全体構成図。 図２の光学式着霜センサを利用した霜取運転のフローチャート。 光学式着霜センサによる着霜検知の実施の形態２を示す斜視図（ａ）及び平面図（ｂ）。 時間の経過に伴う冷却装置のフィンへの着霜状態を示した模式図。 光学式着霜センサを構成する各撮像素子とフィンへの着霜状態に対応したそれらの出力との関係図。 光学式着霜センサを構成する各撮像素子の出力の閾値と時間の関係図。 本発明の実施の形態３に係る光学式着霜センサを移動可能に配置した冷却装置の構成図（ａ）と、その場合の可動式センサ取付板（ｂ）の例示図。 本発明の実施の形態４に係る冷却装置の構成図。 本発明の実施の形態５に係る冷却装置の構成図。 本発明の実施の形態６に係る冷却装置における光学式着霜センサのレンズ曇り防止機構の例示図。 本発明の実施の形態７に係る冷却装置における光学式着霜センサの着脱機構の例示図。 実施の形態７に関連した光学式着霜センサの取付態様の他の例示図（ａ）と（ｂ）。 実施の形態７に関連した光学式着霜センサの取付態様の他の例示断面図（ａ）及び斜視図（ｂ）。 実施の形態７に関連した光学式着霜センサの取付態様の他の例示図。 実施の形態７に関連した光学式着霜センサの取付態様の他の例示斜視図。 本発明の実施の形態８に係る冷却装置における光学式着霜センサの遮光機構の例示図。 実施の形態８の詳細を示した光学式着霜センサの取付態様の斜視図（ａ）、Ｙ方向断面図（ｂ）及びＸ方向断面図（ｃ）。 本発明の実施の形態９に係る冷蔵庫の例示図。 図２の光学式着霜センサにおける受光素子（ＬＥＤ）の放電したときの電位と時間との関係図。

符号の説明

１ 冷却装置、２ 冷却装置の筐体、３ 冷却器、４ 冷却器のフィン、４Ａ フィンの先端、５ ファンモータ、６ ファン、６Ａ ファンの先端、７ 光学式着霜センサ、７ａ 発光素子または発光ダイオード、７ｂ 受光素子またはフォトダイオード、８，９ 光学式着霜センサ取付板、１０ 霜取機構、１２ 光量判定制御部、２０ 可動式センサ取付板、３０ レンズ、３１ 熱伝導性の良い筒部材、３２ ヒータ、３３ 冷却器の筐体、３３Ａ ねじ穴、３５ センサ後付部材、３５Ａ ねじ穴、４１，４２ 遮光部材、５０ 冷蔵庫、５１ 冷蔵庫のドア、７１〜７４ アタッチメント。

Claims (22)

1. 伝熱用のフィンを備えた冷却器と、
   前記フィンに付着する霜の量を光学的に検出する少なくとも１つの光学式着霜センサとを備え、
   前記光学式着霜センサが、前記冷却器の空気吹出口側、空気吸込口側、または前記空気吹出口側と前記空気吸込口側の両側であって、少なくとも前記フィンの霜の付着量を検出するように配置されており、
   前記光学式着霜センサの霜検出量に応じて前記冷却器に付着した霜取の運転開始または運転終了の少なくとも一方が定められていることを特徴とする冷却装置。
2. 伝熱用のフィンを備えた冷却器と、
   前記冷却器に対峙して配置された送風用のファンと、
   前記ファンに付着する霜の量を光学的に検出する少なくとも１つの光学式着霜センサとを備え、
   前記光学式着霜センサが、少なくとも前記冷却器に対峙する側の前記ファンの霜の付着量を検出するように配置されており、
   前記光学式着霜センサの霜検出量に応じて前記冷却器に付着した霜取の運転開始または運転終了の少なくとも一方が定められていることを特徴とする冷却装置。
3. 伝熱用のフィンを備えた冷却器と、
   前記冷却器に対峙して配置された送風用のファンとを備え、
   前記フィンに付着する霜の量を光学的に検出する少なくとも１つの光学式着霜センサが、前記冷却器の空気吹出口側、空気吸込口側、または前記空気吹出口側と前記空気吸込口側の両側であって、少なくとも前記フィンの霜の付着量を検出するように配置されており、
   前記ファンに付着する霜の量を光学的に検出する少なくとも１つの光学式着霜センサが、前記冷却器に対峙する側の前記ファンの霜の付着量を検出するように配置されており、 前記各光学式着霜センサの霜検出量に応じて前記冷却器に付着した霜取の運転開始または運転終了の少なくとも一方が定められていることを特徴とする冷却装置。
4. 前記光学式着霜センサが複数有る場合、各光学式着霜センサの霜検出量が全て予め定めた値以上となった場合に前記霜取り運転を開始させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置。
5. 前記光学式着霜センサが複数有る場合、各光学式着霜センサの霜検出量が全て予め定めた値以下となった場合に前記霜取り運転を終了させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷却装置。
6. 前記光学式着霜センサの霜検出量の全てが予め定めた値以下となった後、所定時間経過後に前記霜取り運転を終了させることを特徴とする請求項５記載の冷却装置。
7. 前記霜取り運転の終了後、所定時間経過後に冷却運転が開始されるように設定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の冷却装置。
8. 前記光学式着霜センサを移動可能に配置していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の冷却装置。
9. 前記光学式着霜センサが、発光素子と、前記発光素子で発光された光の反射光を受光する受光素子とから構成されており、
   前記受光素子の受光量から霜の量を判定する光量判定手段とを備えてなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の冷却装置。
10. 前記光学式着霜センサが、撮像素子から構成されており、
    前記撮像素子で撮影された画面の画素から霜の量を判定する画像解析手段とを備えてなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の冷却装置。
11. 前記光学式着霜センサの周囲および前記光学式着霜センサが対象としている霜検出部位の後部を、遮光材で囲ったことを特徴とする請求項９または１０記載の冷却装置。
12. 前記ファンの先端面の着霜を検知する前記光学式着霜センサが、前記冷却器の風路方向と直交する前記ファン先端面の延長線上から、前記ファン先端面の霜の付着量を検出するように配置されていることを特徴とする請求項２〜１１のいずれかに記載の冷却装置。
13. 前記フィンの先端面の着霜を検知する前記光学式着霜センサが、前記冷却器の風路方向と直交する前記フィン先端面の延長線上から、前記フィン先端面の霜の付着量を検出するように配置されていることを特徴とする請求項１、３〜１２のいずれかに記載の冷却装置。
14. 前記光学式着霜センサがレンズを備えるものにおいて、前記レンズを、周囲にヒータが巻かれた筒状部材の内面に密着固定したことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の冷却装置。
15. 前記光学式着霜センサが、前記冷却器の下端部に設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の冷却装置。
16. 前記光学式着霜センサがアタッチメントに取り付けられており、前記アタッチメントが前記冷却器の底部に配置されているドレンパンの端部に直接または間接的に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の冷却装置。
17. 前記光学式着霜センサがアタッチメントに取り付けられており、前記アタッチメントが前記冷却器の前記フィンを貫通しているパイプに直接または間接的に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の冷却装置。
18. 前記光学式着霜センサがアタッチメントに取り付けられており、前記アタッチメントが緩衝部材を介して前記冷却器の筐体に直接または間接的に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の冷却装置。
19. 少なくとも、前記冷却器の吸込空気温度と、前記冷却器の配管内を流れる冷媒の飽和温度または前記冷却器の配管もしくはフィンの表面温度と、前記冷却器内に低温の冷媒を流す冷却運転を開始してからの経過時間とを用いて、前記フィンに付着した霜の物性値を推測し、前記光学式着霜センサの出力を補正することを特徴とする請求項１〜１８に記載の冷却装置。
20. 前記霜の物性値とは、霜の密度、霜の熱伝導率、霜の厚さ、霜表面の熱伝達率、霜表面の物質伝達率、霜の表面温度のいずれかまたは複数であることを特徴とする請求項１９に記載の冷却装置。
21. 前記各請求項のいずれか１項に記載の冷却装置を備えたことを特徴とする冷蔵庫。
22. ドアが開かれている時または庫内の照明が点灯している時は、前記光学式着霜センサによる霜検出を停止または無効とすることを特徴とする請求項２１記載の冷蔵庫。

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