JP2012007819A - 冷却器およびこれを備えた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的広い範囲の何れの位置に霜が発生（付着）したとしても、これを検出することが可能な着霜検出手段を装備した冷却器、およびこれを備えた冷蔵庫を提供する。
【解決手段】冷却器２００は、蒸発器１５と、赤外線を放射するヒーター５２と、赤外線検知器５１とを備えている。フィン２３間に着霜がない場合、ヒーター５２から放射された赤外線の一部は、所定のフィン２３同士の隙間を通過して直接、またはフィン２３の表面で反射されながら間接的に赤外線検知器５１に到達し所定の出力が得られ、一方、フィン２３に着霜がある場合、ヒーター５２から放射された赤外線の一部は、所定のフィン２３同士の隙間を塞ぐ着霜に吸入されたり、フィン２３表面の着霜に吸収されたりするから、赤外線検知器５１に到達する量が減少し所定の出力が得られないから、該出力の大小によって着霜状態を判断することができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、冷却器およびこれを備えた冷蔵庫、特に、冷凍サイクル装置を構成する冷却器、および該冷却器を備えた冷蔵庫に関するものである。

従来の冷蔵庫では、冷凍サイクルを実行する冷凍サイクル装置を有し、冷凍サイクル装置を構成する蒸発器（熱交換器に同じ）は、冷媒が流通する伝熱管と、該伝熱管に取り付けられた複数枚のフィンから形成されている。そして、蒸発器を通過する庫内空気を冷却する際、蒸発器のフィンの温度は「ー３０℃」近くまで低下するため、フィンとフィンとの隙間を通過する庫内空気に含まれる水蒸気がフィンの表面に霜となって付着する（以下「着霜」という）。
その結果、蒸発器を通過する空気の量は、着霜が進むにつれ減少し、蒸発器の冷却能力が低下する。そのため、冷蔵庫の冷却性能を維持するために、日におおよそ１回、除霜運転（デフロスト運転）を行う。
かかる除霜運転は、蒸発器への冷媒の供給を停止し、蒸発器の近くに配置されたヒーター等によって、フィンを加熱するものであるため、冷蔵庫内への余計な入熱（温熱の供給）によって冷蔵庫内の温度上昇を引き起こすから、適切な（できるだけ短い）除霜時間で終了することが望ましい。

そのため、フィンに温度センサー（霜取り温度センサー）を設置して、除霜運転時の温度上昇を検知し、温度が所定温度以上に到達した時点で除霜が終了したものと判断し、ヒーターへの通電を停止する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、フィンの温度を検知することによって除霜終了を判断する発明に替えて、フィンの着霜（除霜）状態を直接検知する発明、すなわち、特定のフィンの端面に向けて光を出射する発光素子と、フィンの端面および側面に付着した霜によって反射した光（発光素子から出射された光のうち反射された光）を受光する複数の受光センサー（リニアイメージサンサーを構成する）とから構成された発明が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−０６２０１１号公報（第３−４頁、第１図） 特開２００８−２３２６０５号公報（第５−８頁、第２図）

（あ）しかしながら、特許文献１に開示された発明では霜残りを避けるため、必要よりも高い温度に所定温度を設定する必要があり、結果的に余計な入熱が生じ、冷蔵庫内の温度上昇を引き起こすという問題があった。
（い）また、温度センサーの検知した温度が所定温度に到達しても、温度センサーが設置されていないフィンの除霜状態は把握できない（霜が残っていて、低温であっても検知されない）ため、予期せぬ位置に着霜が生じた場合には、そのまま除霜されないことがあるといった問題があった。
（う）さらに、特許文献２に開示された発明は、発光素子から出射された光が照射される範囲における着霜を検知するものであるため、前記と同様に、予期せぬ位置に着霜が生じた場合には、そのまま除霜されないことがあるといった問題があった。
（え）また、発光素子と受光素子との位置関係や、着霜状況によって光は様々な方向に反射されるため、検出精度が大きく変化（依存）するという問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、比較的広い範囲内の何れの位置に霜が発生（付着）したとしても、これを検出することが可能な着霜検出手段を、装備した冷却器（蒸発器に同じ）およびこれを備えた冷蔵庫を提供することを目的とする。

本発明に係る冷却器は、冷媒が通過する伝熱管と、
該伝熱管に設置された複数枚のフィンと、
該複数枚のフィンの一部または全部に向けて赤外線を放射するヒーターと、
該ヒーターから放射された赤外線のうち、前記複数枚のフィンのうち所定のフィンの間を通過した赤外線を検知する赤外線検知器と、
該赤外線検知器の検知結果に基づいて、前記ヒーターの入力を制御する制御装置と、を有する。

本発明に係る冷却器によれば、赤外線を放射するヒーターと、フィンの間を通過した赤外線を検知する赤外線検知器を有する。すなわち、フィンの間の何れの位置において霜が発生したとしても、赤外線はフィンの間を通過する際に付着した霜に吸収されるから、赤外線検知器に到達する赤外線の量（強度）は減少する。したがって、かかる到達する赤外線の量（強度）を検知することによって、赤外線の通過路の何れの位置において発生（付着）した霜であっても検知することができる。
そして、着霜の有無を検知する検知結果に基づいて、着霜が検知される間に限って、ヒーターに通電する。したがって、ヒーターの入力を制御することができるから、余計な入熱を抑えることができ、省エネルギー性に優れた冷却器が得られる。

本発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の構成を説明する正面図と側断面図。 本発明の実施の形態２に係る冷却器における風流れを説明する斜視図等。 霜の反射率・透過率・吸収率の霜密度依存性を示す特性図。 本発明の実施の形態２に係る冷却器の構成を示す正面図と側面図。 本発明の実施の形態２に係る冷却器の制御の流れを示すフローチャート。 図４に示す冷却器における許容値Ａの決定方法を示すフローチャート。 本発明の実施の形態３に係る冷却器の構成を説明する正面図。 本発明の実施の形態４に係る冷却器の構成を説明する斜視図。 本発明の実施の形態５に係る冷却器の構成を説明する斜視図。 本発明の実施の形態６に係る冷却器の構成を説明する側面図等。

［実施の形態１：冷蔵庫］
図１は本発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の構成を説明するものであって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面視の断面図である。なお、図１は模式的に示すものであって、各構成部材の形状や数量は限定するものではない、また、構成部材の一部を欠いてもよい。
図１において、冷蔵庫１００は、庫内１１は扉部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ（以下、まとめて「扉部１２」と称す）および断熱壁１３により庫外（外気）から断熱された筐体であって、筐体内部（以下、「庫内」と称す）１１は、複数の小部屋１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに分割され、それぞれ収納物を冷蔵または冷凍する（例えば、冷蔵室１１ａ、野菜室１１ｂ、第１冷凍室１１ｃ、第２冷凍室１１ｄ等）。
そして、蒸発器１５において冷却された庫内空気は、循環ファン１６により小部屋１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに直接または他の小部屋を経由して送られる（例えば、第１冷凍室１１ｃおよび第２冷凍室１１ｄを経由した後、冷蔵室１１ａに送られる）。

（冷凍サイクル）
庫内１１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、「冷凍サイクル」と称す）を利用して、目標温度まで冷却される。冷蔵庫１００の扉部１２および断熱壁１３からも多少の熱侵入（温熱の流入）があるため、冷蔵庫１００の冷凍サイクルにより冷却運転を行うことで庫内温度を維持する。
冷蔵庫１００の冷凍サイクルは、イソブタンなどの冷媒を圧縮機１４で圧縮し、高温高圧となった冷媒を、断熱壁１３に埋設されている配管（図示しない）へと流す。圧縮された高温高圧の冷媒は配管内で放熱（温熱を放出）し液冷媒となり、その後、キャピラリーチューブなどの膨張手段（図示しない）により膨張され気液二相の冷媒となる。そして、蒸発器１５において、冷媒は庫内１１から流れ込んだ庫内空気と熱交換をして、庫内空気に冷熱を受け渡すと共に、庫内空気からの吸熱（温熱の受け取り）によって気体となって圧縮機１４に戻る。一方、蒸発器１５において吸熱され（冷熱を受け取った）温度の低下した庫内空気は、循環ファン１６により庫内１１へと再度送られる。

このように冷蔵庫１００は、冷凍サイクルを実行する各装置を運転することにより、庫内１１の庫内空気を循環しながら、被冷蔵物や被冷凍物（図示しない）を冷却する冷却運転を行っている。
なお、蒸発器１５については実施の形態２において詳細に説明するが、赤外線を放射するヒーターと該赤外線を検知する赤外線検知器とによって着霜状況が把握され、余計な入熱を抑えながら除霜することができる。したがって、冷蔵庫１００は、不必要なエネルギーの消費が抑えられ、省エネルギー性能の高い冷蔵庫になっている。

［実施の形態２：冷却器］
図２〜図６は本発明の実施の形態２に係る冷却器を説明するものであって、図２の（ａ）は蒸発器における風流れを説明する斜視図、図２の（ｂ）は蒸発器における風流れを説明する正面図、（ｃ）は蒸発器における風流れを説明する側面視の断面図、図３は霜の反射率・透過率・吸収率の霜密度依存性を示す特性図、図４の（ａ）は冷却器の構成を示す正面図、図４の（ｂ）は冷却器の構成を示す側面図、図５は制御の流れを示すフローチャート、図６は許容値Ａを決定する方法を示すフローチャートである。

（蒸発器）
図２において、蒸発器１５は、実施の形態１において説明した冷蔵庫１００に設置されるものであって、蛇行した伝熱管２４と、伝熱管２４に設置された複数枚のフィン２３とを有するフィンアンドチューブタイプである。フィン２３は互いに平行であって、略鉛直方向と平行に配置され、伝熱管は直線部と直線部とを連結する折返し部（円弧部）とを有し、直線部は略水平方向に配置されている。
したがって、庫内１１を循環して冷熱を放出した庫内空気（温度が上昇している）は、蒸発器１５の下方側に設けられた入口部１５ａから、フィン２３の間に流入した後、上昇し、循環ファン１６に吸引される（蒸発器１５に流入する庫内空気の流れ（以下、「空気流れ」と称す）２６を矢印にて示す）。このとき、庫内空気はフィン２３および伝熱管２４を介して、冷媒と熱交換を行って冷却され（冷熱を受け取って）、蒸発器１５の出口部１５ｂから循環ファン１６に吸引され、さらに再度庫内１１へと戻し循環させる（図２において、循環ファン１６は出口部１５ｂに設置されているが、記載を省略している）。なお、蒸発器１５は、フィンアンドチューブタイプに限定するものではなく、コルゲートフィンタイプなどもよい。

（着霜）
上記のように構成された蒸発器１５において、循環ファン１６が回転することにより、庫内１１を循環した庫内空気２６が蒸発器１５の下部の入口部１５ａより蒸発器１５内に入り、上部の出口部１５ｂに向かって流れる（下部を風上部２５ａ、上部を風下部２５ｂと称す場合がある）。
庫内１１の冷却運転を開始した（冷凍サイクルを実行した）初期では、蒸発器１５の全体のフィン２３には着霜はない。冷却運転を継続すると、庫内１１を冷却してから蒸発器１５に流入する庫内空気２６は、風上部２５ａから風下部２５ｂを通過しながらフィン２３と熱交換を行い、再度冷却されて蒸発器１５の出口部１５ｂから抜けて循環ファン１６を通り庫内１１へと戻る。このとき、流入する庫内空気２６とフィン２３との熱交換は、主に流入する庫内空気２６とフィン２３の温度差が大きい蒸発器１５の風上部２５ａのフィン２３で行われる。

蒸発器１５のフィン２３の温度は「−３０℃」近くまで低下しているので、冷凍サイクルの運転に伴い庫内１１を循環して水蒸気を含んだ庫内空気２６の温度はフィンの表面温度に比較して高い。このため、庫内空気２６に含まれた水蒸気がフィン２３の表面において冷却され霜となってフィン２３の表面に付着する（着霜が生じる）。
着霜の発生の多少（分布）は、流入する庫内空気２６に含まれている水蒸気量によって増減し、水蒸気量の多い風上部２５ａにおいて着霜が先に生じ易く、蒸発器１５のフィン２３の間を通過する間に、庫内空気に含まれる水蒸気量が減ってくるため、風下部２５ｂにおいては着霜が生じ難い。
フィン２３の表面に付着した霜が成長すると、対向したフィン２３のそれぞれに付着した霜が連結するから、風路が閉塞されることになる。すなわち、風下部２５ｂと風上部２５ａを比較すると、風上部２５ａの方が着霜量は多くなるから、風上部２５ａにおいて風路が閉塞され易い。そして、着霜によって風上部２５ａのフィン２３間が閉塞されると、フィン２３間を通過する庫内空気の量が減少し、風上部２５ａ以外の領域では着霜していなくとも蒸発器１５を通過する庫内空気の量が減少するため、熱交換量が減少し、熱交換器としての熱交換性能（冷却性能）が低下する。
その結果、蒸発器１５を通過した庫内空気が十分に冷却されないまま循環ファン１６を通り庫内１１へと戻り、冷蔵庫１００の冷却性能が低下する。

（除霜）
そこで、着霜による性能低下を回避するため、冷蔵庫１００は定期的に除霜運転を行う。除霜運転は蒸発器１５の下部に設置されたヒーター５２（図４参照）によって行われる。なお、除霜運転は、冷却運転を中断（冷凍サイクルが停止）して、ヒーター５２に入力（通電）するため、消費電力は増加し、庫内温度の上昇につながる。このため省エネ及び庫内食品の品質維持の観点からも、除霜時間を短くすることが望ましい。
ただし、除霜運転が不充分であると、蒸発器１５に霜の解け残り（残霜）が発生し、除霜終了から再度風路閉塞に至るまでの時間が短くなるだけでなく、除霜直後に必要な冷却能力が得られず、庫内温度を目標温度に低下させることができない。
このため、従来は、残霜を防止するために安全を考慮して、一般的に霜が融解する温度は０℃であるにも関わらず、フィン２３の表面温度あるいはフィン２３を通過した庫内空気の温度が１０℃程度にまで上昇した時を、除霜終了タイミングにしていた。

（霜の赤外線吸収特性）
次に、本発明における着霜検知原理である霜の赤外線吸収特性を示す。
図３は、霜の反射率・透過率・吸収率の霜密度依存性を示す特性図である（例えば、「福迫尚一郎、稲葉英男著「低温環境下の伝熱現象とその応用」、１９９６年７月、養賢堂」参照）。
図３において、可視光ランプ、近赤外線ランプ、遠赤外線ランプを使用した結果を示しているが、それぞれのランプから放射される光はブロードな波長領域を持つ光であり、そのピーク波長は、可視光ランプは「λ＝０．５μｍ」、近赤外線ランプは「λ＝１．０μｍ」、遠赤外線ランプは「λ＝５．５μｍ」である。
そして、霜密度が１６０ｋｇ／ｍ³以上では、近赤外線ランプおよび遠赤外線ランプ共に吸収率（図３中の「αｆ」）が０．８以上となっており、放射された光（赤外線）が霜に吸収される。つまり、「１６０ｋｇ／ｍ³以上の霜密度では、波長１．０〜１０μｍの赤外線は霜に吸収される」と言える。
発明者等は、冷蔵庫の蒸発器に付着する霜の密度を、着霜量と霜高さと伝熱面積により計測を行い、冷蔵庫における空気条件と蒸発器の蒸発温度条件では、生成する霜の密度は１５０ｋｇ／ｍ³以上であることを見出した（例えば、「田代雄亮、濱田守、「Ｅ２２４−空気条件が霜成長速度に与える影響」、日本冷凍空調学会２００９年度年次大会」参考）。つまり、「蒸発器の霜に波長１．０〜１０μｍの赤外線が放射されると、そのほとんどが吸収される」と言える。

（冷却器）
図４において、冷却器２００は、上記の霜の吸収特性を利用するものであって、蒸発器１５と、赤外線を放射するヒーター５２と、赤外線検知器５１とを備えている。
すなわち、ヒーター５２から放射された赤外線の一部は、所定のフィン２３同士の隙間を通過して直接、またはフィン２３の表面で反射されながら間接的に赤外線検知器５１に到達する。
なお、図４において赤外線検知器５１を蒸発器１５の上部としているが、本発明は赤外線検知器５１の設置場所を限定するものではなく、フィン２３同士の間に障害物がないときに、ヒーター５２から放射された赤外線が到達する位置であればよい。したがって、一対のフィン２３の中央に位置する平面（フィン２３に平行）を仮定すると、当該仮想平面内で、ヒーター５２と赤外線検知器５１とを結ぶ仮想直線が、一対のフィン２３に挟まれた範囲を通過するものであれば、何れの位置に配置してもよい（反対に、仮想直線がフィン２３と交差する場合は、赤外線が遮られるから、赤外線検知器５１が機能しなくなる）。なお、当該仮想直線の一対のフィン２３に挟まれた範囲内であれば、当該範囲内の何れの位置に着霜しても、検知されるから、当該範囲の長さが長い程、検知精度が向上する。

（赤外線検知器）
赤外線検知器５１は、上記に述べた霜の吸収する波長である波長１．０〜１０μｍの赤外線に対して検知可能であれば以下に述べる効果を有することができ、例えば、波長１．０〜１０μｍの中で幾つかの波長が検知できれば以下に述べる効果をさらに高めることができる。
一例として、赤外線検知器５１として受光ダイオードがある。受光ダイオードは、特定の波長域の光（赤外線）を受光すると、電圧出力が得られる。一般的に受光ダイオードから得られる電圧は微小（数μＶ程度）であるので、例えば出力をアンプなどで増幅することで十分な出力信号として赤外線検知が可能となる。

（ヒーター）
ヒーター５２は、上記に示した蒸発器１５に付着した霜が吸収する波長１．０〜１０μｍの赤外線を放射することが望ましい。例えば波長１．０〜１０μｍ中の遠赤外線域の赤外線を発するカーボンヒーターなどが好ましいが、一般的に冷蔵庫で使用されているニクロム線ヒーターでも上記の霜の吸収する波長１．０〜１０μｍの赤外線を放射することを発明者らは確認済みであり、以下に述べる効果を十分に得られる。
なお、ヒーター５２は、着霜の有無を検知するための赤外線を放射すると共に、除霜のための熱線（赤外線）を放射するものであるから、検知用ヒーターであって、除霜用ヒーターでもある。

（着霜発生の検知動作）
次に、冷却器２００の動作を説明する。
図５に示す一連の動作フローに基づいて、着霜の検知動作を説明する。冷蔵庫１００の運転開始スイッチが押されると（Ｓ１）、冷凍サイクルが実行されて冷却運転が開始される（Ｓ２）。そして一定時間τが経過したところ、あるいは一定時間τが経過する毎に（Ｓ３）、冷凍サイクルを実行したまま、ヒーター５２に短時間の通電を行う（Ｓ４）。
ここで一定時間τは例えば数分から数十分でも以下の効果は得られるが、蒸発器１５への着霜が生じるのは主に冷蔵庫の扉開閉時（水分を含んだ庫外空気が侵入する）と考えられるので、扉開閉の後や若しくは扉開閉中には積極的に下記の検知を行うことが望ましい。なお、ヒーター５２への通電時間は、冷却運転中に長時間通電を行うと庫内温度の上昇や消費電力の増加につながるため、極力短時間か瞬間的に行うことが望ましいが、霜が吸収する波長１．０〜１０μｍの赤外線がヒーター５２から発せられれば、時間の長短に関わらず以下の効果が得られる。

そして、赤外線検知器５１に到達する赤外線の量を検知する（Ｓ５）。
蒸発器１５に着霜がないとき、ヒーター５２から放射された赤外線は赤外線検知器５１に到達する。そして、着霜量が比較的少ない時、フィン２３の表面において反射されながら到達していた赤外線が、フィン２３の表面に付着した霜によって吸収されるため、その分、赤外線検知器５１に到達する赤外線は僅かに減少する。さらに、着霜が進むに従って、赤外線検知器５１に到達する赤外線量が減少し、やがて、対向した一対のフィン２３の表面に付着した霜が、互いに成長して連結すると、赤外線検知器５１に直接照射されていた赤外線も吸収され、赤外線検知器５１からの出力値は大幅に減少する。そこで、赤外線検知器５１の出力の大きさを判定する（Ｓ６）。

すなわち、赤外線検知器５１に入射する赤外線量（正確には出力の値）が許容値Ａ（これについては別途詳細に説明する）を超えている場合、「着霜が発生していない」と判断し（Ｓ７）、再度、一定時間τが経過する毎に、前記操作を実行する（Ｓ３〜Ｓ６）。

一方、赤外線検知器５１に入射する赤外線量が許容値Ａ（これについては別途詳細に説明する）にまで、減少したところで、「着霜が発生した」と判断し（Ｓ８）、除霜運転を開始する。
すなわち、冷凍サイクルの運転を中止し、ヒーター５２への通電を開始する（Ｓ９）。
そして、前記操作と同様に、赤外線検知器５１に到達する赤外線の量を検知し（Ｓ１０）、赤外線検知器５１の出力の大きさを判定する（Ｓ１１）。
このとき、赤外線検知器５１の出力の値が許容値Ａを超えている場合、「除霜が完了した」と判断し（Ｓ１２）、冷凍サイクルの運転を再開し、ヒーター５２への通電を中止する（Ｓ１３）。さらに、再度、一定時間τが経過する毎に、前記操作を実行する（Ｓ１〜Ｓ６）。

一方、赤外線検知器５１の出力が許容値Ａよりも小さい場合、広い範囲に着霜があると判断して（Ｓ１４）、ヒーター５２への通電を継続する（Ｓ１５）。なお、赤外線検知器５１の出力が極端に小さい場合、着霜が広い範囲に及んでいると判断して、ヒーター５２への通電量（電流値）を多くすることによって、急速加熱を図り、庫内温度の上昇を抑えることで省エネ運転を推進してもよい。

（除霜終了の検知動作）
次に、除霜運転について詳細に説明する。前記着霜発生が検知されると（Ｓ８）、制御装置（図示しない）は、冷凍サイクルの運転を中止して、ヒーター５２の通電を開始する（Ｓ９）。ヒーター５２の通電が開始され、その温度上昇によって波長１．０〜１０μｍの赤外線が放射される。
除霜を開始した初期は、ヒーター５２より放射された赤外線は蒸発器１５に付着した霜（フィン２３同士に跨っている）に吸収されるため、赤外線検知器５１に赤外線は到達しないから、出力は得られない。
そして、除霜が進み蒸発器１５に付着した霜の融解が進むと、赤外線検知器５１に到達する赤外線量が増加し、微小な出力が得られる。これは霜が融解したため、波長１．０〜１０μｍの赤外線が霜に吸収される確率が減少するためである。除霜がさらに進み、蒸発器１５の霜が略完全に融解されると、赤外線検知器５１の出力は許容値Ａに到達する（Ｓ１２）。
したがって、除霜を開始した後、所定の時間間隔τ毎に赤外線検知器５１の出力を、許容値Ａと比較し、許容値Ａに到達した時点で、除霜終了と判断して、ヒーター５２への通電を終了すると共に、冷凍サイクルの運転を再開する。

（許容値Ａ）
上記動作で重要となる許容値Ａの決定方法を、図６に基づいて説明する。
すなわち、蒸発器１５が無着霜である時に、ヒーター５２に通電を瞬間的に行って、赤外線を放射させ、一方、赤外線検知器５１の出力を計測し、その値を許容値Ａとする。
このとき、赤外線検知器５１として受光ダイオードなどのセンサーを用いた場合、センサーの個体差により同一の赤外線入射があっても出力値は異なる。このような個体差により、許容値Ａは各センサー（または冷蔵庫毎に）で決定する必要がある。
許容値Ａの決定は、前記のように蒸発器１５が無着霜の際に行う。この無着霜状態とは例えば冷蔵庫に電源が投入されるときなどがある。
ただし、センサーの経年劣化等を考慮すると、許容値Ａの定期的な変更が望ましい。その際は、除霜終了時に定期的に校正を行うことで対処可能となる。
また停電や長期間電源を落とした際には、無着霜状態であるから、経年劣化等の判別が可能となる。その際は、電源印加時に蒸発器１５近傍の庫内空気温度を計測し、霜の融解温度である０℃を下回る状況では、停電等の瞬間的な電源ＯＦＦと考えられるので、許容値Ａの変更を行わないようにする。

このように冷却器２００は、蒸発器１５が赤外線検知器５１を有し、ヒーター５２から放射された赤外線を赤外線検知器５１が検知して、赤外線検知器５１の出力から蒸発器１５の着霜状態および除霜状態の把握ができる。このため、除霜時間の最適化と確実な除霜終了が実施可能となる。
また、赤外線検知器５１の出力が極めて少ない場合、蒸発器１５の広い範囲に着霜があると判定し、ヒーター５２への通電量を多くして、強力加熱をすることにより迅速除霜を図ることができる。一方、赤外線検知器５１の出力が僅かに少ない場合、蒸発器１５の狭い範囲に着霜があると判定し、ヒーター５２への通電量を少なくして、弱い加熱をすることにより余計な入熱を抑えることができる。
なお、以上は、赤外線検知器５１の出力の絶対値の大きさ（積分値）に基づいて、判断しているが、本発明はこれに限定するものではなく、赤外線検知器５１の出力の変化量（微分値）に基づいて判断してもより、例えば、扉を開閉した直後等のように、急速に着霜が発生する場合には、赤外線検知器５１の出力が急激に減少するから、ヒーター５２への通電量を多くして、強力加熱をすることにより迅速除霜を図ることもできる。

なお、蒸発器１５のより広い範囲の着霜状態および除霜状態を詳細に把握するには、１台乃至２台以上の赤外線検知器５１を、蒸発器１５に対して設置することが望ましい。以上の効果により、冷蔵庫１００の省エネ性向上と庫内食品の品質向上をより確実にすることができる。
また、冷却時には赤外線検知器５１自体の温度は、蒸発器１５が吹き出す庫内空気の温度である「−２０〜−３０℃」近くにまで低下し、除霜時にはヒーター５２からの照射される赤外線によって「０〜１０℃」近くにまで上昇する。このような温度変化による出力変化も事前にマイコン等に記憶させておくことで、正確な除霜終了判定が可能となる。
さらに、例えば、赤外線検知器５１から得られた出力と許容値Ａとの、大小を比較するのに替えて、前記出力と許容値Ａとの割合を判別することで、その割合に応じて蒸発器への着霜量を推測し、ヒーター５２への入力を調節することで、除霜運転の最適化を図り、省エネに繋げてもよい。

また、上記の着霜状態の違いは出力値（積分値）だけでなく出力の時間変化（微分値）からも判定が可能となる。例えば、扉を開閉した直後等のように、急速に着霜が発生する場合等、特定の赤外線検知器５１の出力が急激に減少すれば、赤外線検知器５１に対応した、上下および左右のヒーター管への通電量を多くして、当該範囲に限って強力加熱をすることにより、余計な入熱を防止しながら迅速除霜を図る。

また、例えば、あらかじめ着霜量と赤外線検知器５１の出力の相関をマイコン等に記憶しておくことで除霜直前に蒸発器１５の着霜量が把握でき、ヒーター入力の調節を行うことが出来る。

［実施の形態３：冷却器］
図７は本発明の実施の形態３に係る冷却器の構成を説明する斜視図である。なお、実施の形態２と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図７において、冷却器３００は、蒸発器１５と、蒸発器１５の下方に配置されたヒーター５２と、ヘッダーと呼ばれる蒸発器１５の上部７３に設置された赤外線検知器５１と、を有している。
蒸発器１５には通常、着霜は風上部２５ａに多い。ただし、蒸発器１５の背面や前面に設けたバイパス風路部への風流れが多いときなどには、例えば、蒸発器１５の側管部７２やヘッダーと呼ばれる蒸発器１５の上部７３に着霜が発生することもある。これら予期せぬ位置への着霜が生じた際にも、残霜なく除霜する必要がある。
すなわち、冷却器３００は、上部７３に設置された赤外線検知器５１の出力によって、庫内１１の冷却中または除霜運転前に、上部７３における着霜の発生を検知することができるから、除霜運転の信頼性向上につながる。

［実施の形態４：冷却器］
図８は本発明の実施の形態４に係る冷却器の構成を説明する正面図である。なお、実施の形態２と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図８に示す冷却器４００は、フィン２３および伝熱管２４を具備する蒸発器１５と、蒸発器１５の下方に配置されたヒーター５２と、蒸発器１５の下部（風上部２５ａに同じ）を主に加熱する下部ヒーター管８３と、蒸発器１５の下部（風上部２５ａに同じ）よりも上の範囲を主に加熱する上部ヒーター管８２と、蒸発器１５の上方に配置された赤外線検知器５１と、を有している。このとき、上部ヒーター管８２と下部ヒーター管８３とは、分離され、それぞれ別々に通電される。
したがって、前記のように赤外線検知器５１の出力が極めて少ない場合には、赤外線通過路の広い範囲で着霜が生じているから、ヒーター５２と共に、上部ヒーター管８２および下部ヒーター管８３に通電し、広い範囲に付着した霜を迅速に除くことができる。
一方、前記のように赤外線検知器５１の出力が僅かに減少した場合には、赤外線通過路の風上部２５ａの狭い範囲で着霜が生じているから、ヒーター５２および下部ヒーター管８３に通電し、狭い範囲に付着した霜を迅速に除くことができる。
よって、着霜状況に応じた除霜ができるから、消費電力の低減が可能となる。

また、霜密度と霜の熱伝導率との相関について、以下の文献ように報告されている。すなわち、密度が高い霜は熱伝導率も高くなる。熱伝導率の高い霜に対しては、上部ヒーター管８２や下部ヒーター管８３を蒸発器１５に直接設置して除霜を行うことで、蒸発器１５の下部に設置されたヒーター５２による対流と輻射による除霜に対して有効となる。
蒸発器１５の着霜状況だけでなく着霜量が把握できると、除霜に必要な熱量が着霜量と融解潜熱（例えば氷の融解潜熱は３３４Ｊ／ｇ）から把握できる。着霜量の大小により蒸発器１５の下部のヒーター５２、上部ヒーター管８２や下部ヒーター管８３に流す通電量を調節することで除霜時の消費電力の低減が可能となる。このことから除霜運転前に蒸発器の着霜量を把握することは冷蔵庫の省エネにつながる。

Ｙｏｎｋｏ， Ｊ． Ｄ．， Ｓｅｐｓｙ， Ｃ． Ｆ．， "Ａｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｆｒｏｓｔ ｗｈｉｌｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｎ ａ ｆｌａｔ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｐｌａｔｅ，" １９６７， ＡＳＨＲＡＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ， ｖｏｌ． ７３（２）， ｐｐ． Ｉ．１．１−Ｉ．１．１１

［実施の形態５：冷却器］
図９は本発明の実施の形態５に係る冷却器の構成を説明する斜視図である。なお、実施の形態２と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図９に示す冷却器５００は、実施の形態４に示す冷却器４００において赤外線検知器５１を複数台の赤外線検知器５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄにして、蒸発器１５の上方に左右方向に所定の間隔を空けて配置したものである。
したがって、左側に配置された赤外線検知器５１ａ、５１ｂの出力が、右側に配置された赤外線検知器５１ｃ、５１ｄの出力より高いとき、蒸発器１５の右側部１０３の方に着霜量が多いことになる。これはヒーター５２から放射された赤外線は右側部１０３では霜に吸収され易いためである。このことから左右方向に配置された赤外線検知器５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄのそれぞれの出力を比較することによって、着霜箇所の判別が可能となる。

なお、以上は、下部ヒーター管８３と上部ヒーター管８２とを有するものであるが、下部ヒーター管８３および上部ヒーター管８２を、それぞれ左右方向で分割し、それぞれ別々に通電自在にしてもよい。
例えば、右側に配置された赤外線検知器５１ｃ、５１ｄの出力が極めて少ない場合、蒸発器１５の右側の下部（風上部２５ａ）から上部（風下部２５ｂ）にかけた広い範囲に着霜があると判定し、ヒーター５２と共に、右側の下部ヒーターと右側の上部ヒーターとに通電する。一方、右側に配置された赤外線検知器５１ｃ、５１ｄの出力が僅かに少ない場合、蒸発器１５の右側の下部（風上部２５ａ）の狭い範囲に着霜があると判定し、ヒーター５２および右側の下部ヒーターのみに通電する。
そうすると、着霜状況をより狭い範囲毎に判断し、当該範囲に対して除霜することができるから、除霜が迅速であるだけでなく、余計な入熱が防止され、省エネ除霜がより促進される。
なお、赤外線検知器５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは、図９に示すように風流れの中にあって、風流れに晒されるため、なるべく風流れの阻害にならないように設置することが望ましい。また、赤外線検知器の数量は、４台に限定するものではない。

また、上記の着霜状態の違いは出力値（積分値）だけでなく出力の時間変化（微分値）からも判定が可能となる。例えば、扉を開閉した直後等のように、急速に着霜が発生する場合等、特定の赤外線検知器５１の出力が急激に減少すれば、赤外線検知器５１に対応した、上下および左右のヒーター管への通電量を多くして、当該範囲に限って強力加熱をすることにより、余計な入熱を防止しながら迅速除霜を図る。

［実施の形態６：冷却器］
図１０は本発明の実施の形態６に係る冷却器の構成を説明する、（ａ）は側面図、（ｂ）および（ｃ）はヒーター管の配置を模式的に示す斜視図である。なお、実施の形態５と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図１０に示す冷却器６００は、実施の形態４に示す冷却器４００において赤外線検知器５１を複数台の赤外線検知器５１ｅ、５１ｆ、５１ｇにして、蒸発器１５の側面に上下方向に所定の間隔を空けて配置したものである。
したがって、例えば、下方に配置した赤外線検知器５１ｅの出力が、上側に配置された赤外線検知器５１ｆ、５１ｇの出力より小さいとき、蒸発器１５の下方（風上部２５ａに相当する）に着霜量が多いことになる。また、赤外線検知器５１ｅ、５１ｆ、５１ｇの全てにおいて出力が小さいとき、蒸発器１５の全域において、着霜量が多いことになる。すなわち、上下方向に配置された赤外線検知器５１ｅ、５１ｆ、５１ｇのそれぞれの出力を比較することによって、着霜箇所（上下方向）の判別が可能となる。

このとき、図１０の（ｂ）に示すように、下部ヒーター管８３と上部ヒーター管８２とに対し別々に通電可能にしておけば、前記着霜箇所（上下方向）の判別結果に基づいて、下部ヒーター管８３または上部ヒーター管８２の一方または両方に通電することができる。そうすると、着霜状況をより狭い範囲毎に判断し、当該範囲に対して除霜することができるから、除霜が迅速であるだけでなく、余計な入熱が防止され、省エネ除霜がより促進される。

さらに、実施の形態５に準じて、赤外線検知器５１ｅ、５１ｆ、５１ｇを左右方向に複数配置し、さらに、図１０の（ｃ）に示すように、下部ヒーター管８３と上部ヒーター管８２とを、それぞれ左右方向で分割し、下部左側ヒーター管８３Ｌおよび下部右側ヒーター管８３Ｒ、と上部左側ヒーター管８２Ｌおよび上部右側ヒーター管８２Ｒとにしてもよい。
そうすると、上下方向および左右方向に配置された赤外線検知器５１ｅ等の出力（積分値または微分値）を比較することによって、着霜位置または着霜の激しい範囲を特定し、該範囲に対応する下部左側ヒーター管８３Ｌ等の何れかに通電することができる。
したがって、限られた範囲を加熱するだけであるから、余計な入熱が抑えられ、より省エネ除霜運転が可能になる。なお、赤外線検知器の数量や配置形態は限定するものではなく、また、下部ヒーター管８３の分割形態等も限定するものではない。

また、上記の着霜状態の違いは出力値（積分値）だけでなく出力の時間変化（微分値）からも判定が可能となる。例えば、扉を開閉した直後等のように、急速に着霜が発生する場合等、特定の赤外線検知器５１の出力が急激に減少すれば、赤外線検知器５１に対応した、下部左側ヒーター管８３Ｌ等の何れかにへの通電量を多くして、当該範囲に限って強力加熱をすることにより、余計な入熱を防止しながら迅速除霜を図る。

また、例えば、あらかじめ着霜量と赤外線検知器５１の出力の相関をマイコン等に記憶しておくことで除霜直前に蒸発器１５の着霜量が把握でき、ヒーター入力の調節を行うことが出来る。

以上説明したように、本実施の形態では、蒸発器１５に設置した赤外線検知器の出力等により、冷却運転中の蒸発器１５の着霜状況を把握し、その状況により例えばヒーター通電方法を変化させることで除霜時の入力が低減できる。そのため、不必要なエネルギーの消費を抑え、省エネルギー性能の高い冷蔵庫を得ることができる。

なお、以上の実施の形態１及び２では赤外線検知器５１を蒸発器の上部に設置して説明してきたが、蒸発器１５の除霜後の水蒸気により受光面が曇る、または赤外線透過路にごみや何らかの赤外線吸収体が挟まる可能性がある。そのため、赤外線検知器５１の配置は例えば蒸発器１５の背面や前面（実施の形態６参照）にしても上記効果は十分に得られる。また本発明では赤外線を発するヒーター５２が蒸発器の下部に設置されているため、赤外線発光部の曇りの発生はない。

なお、以上、実施の形態２〜６に説明した冷却器２００〜６００は、実施の形態１に説明した冷蔵庫１００に設置されるものとしているが、本発明はこれに限定するものではなく、冷凍サイクルを実行する冷凍サイクル装置を構成する蒸発器を備えるものであれば、冷凍機やユニットクーラーなどに、本発明の冷却器２００〜６００を設置することができる。

本発明の冷却器は、蒸発器の比較的広い範囲に付着した霜を検知することができ、余計な入熱を抑えて除霜するから、省エネ性を高めるため、冷蔵庫や冷凍機等の冷凍サイクル装置を有する事業用および家庭用の各種機器に広く利用することができる。

１１：庫内、１２：扉部、１３：断熱壁、１４：圧縮機、１５：蒸発器、１５ａ：入口部、１５ｂ：出口部、１６：循環ファン、２３：フィン、２４：伝熱管、２５ａ：風上部、２５ｂ：風下部、２６：庫内空気、５１：赤外線検知器、５２：ヒーター、７２：側管部、７３：上部、８２：上部ヒーター管、８３：下部ヒーター管、１００：冷蔵庫（実施の形態１）、１０３：右側部、２００：冷却器（実施の形態２）、３００：冷却器（実施の形態３）、４００：冷却器（実施の形態４）、５００：冷却器（実施の形態５）、６００：冷却器（実施の形態６）、Ａ：許容値。

Claims (10)

1. 冷媒が通過する伝熱管と、
   該伝熱管に設置された複数枚のフィンと、
   該複数枚のフィンの一部または全部に向けて赤外線を放射するヒーターと、
   該ヒーターから放射された赤外線のうち、前記複数枚のフィンのうち所定のフィンの間を通過した赤外線を検知する赤外線検知器と、
   該赤外線検知器の検知結果に基づいて、前記ヒーターの入力を制御する制御装置と、を有する冷却器。
2. 前記ヒーターが、１．０〜１０μｍの波長の範囲に含まれる１乃至２以上の波長の赤外線を放射することを特徴とする請求項１記載の冷却器。
3. 前記複数枚のフィンの前記ヒーターに近い側からフィン間に流入した空気が、前記赤外線検知器に近い側に向かって流れることを特徴とする請求項１または２記載の冷却器。
4. 前記赤外線検知器が複数台であって、
   該複数台の赤外線検知器と前記ヒーターとの間に前記複数枚のフィンが配置され、
   前記複数枚のフィンが前記ヒーターに対して略垂直であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の冷却器。
5. 前記制御装置は、前記ヒーターから放射された赤外線を検知した前記赤外線検知器の出力の絶対値または変化量に応じて、前記フィンまたは前記伝熱管に付着した霜の状態を判断することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の冷却器。
6. 前記制御装置は、前記赤外線検知器の出力が所定の許容値以下の場合、着霜ありと判断して、前記ヒーターへの通電を開始し、前記赤外線検知器の出力が所定の許容値超えの場合、着霜なしと判断して、前記ヒーターへの通電を停止することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の冷却器。
7. 前記制御装置は、一定時間毎に所定の時間に限って、前記ヒーターに赤外線を放射させると共に、該放射された赤外線を前記赤外線検知器に検知させることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の冷却器。
8. 前記複数枚のフィンの前記ヒーターに近い範囲を主に加熱するヒーター側ヒーター管と、前記複数枚のフィンの前記赤外線検知器に近い範囲を主に加熱する検知器側ヒーター管と、が配置され、
   前記制御装置は、前記ヒーターから放射された赤外線を検知した前記赤外線検知器の出力の絶対値または変化量に応じて、前記ヒーター側ヒーター管または前記検知器側ヒーター管の一方または両方に、通電を開始または停止することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の冷却器。
9. 前記赤外線検知器が、前記伝熱管の一方の端部に近い位置に相当する位置から他方の端部に近い位置に相当する位置にかけて複数台配置され、
   前記複数枚のフィンの前記ヒーターに近い範囲で前記伝熱管の一方の端部寄りの範囲を主に加熱するヒーター側一方ヒーター管と、
   前記複数枚のフィンの前記ヒーターに近い範囲で前記伝熱管の他方の端部寄りの範囲を主に加熱するヒーター側他方ヒーター管と、
   前記複数枚のフィンの前記赤外線検知器に近い範囲で前記伝熱管の一方の端部寄りの範囲を主に加熱する検知器側一方ヒーター管と、
   前記複数枚のフィンの前記赤外線検知器に近い範囲で前記伝熱管の他方の端部寄りの範囲を主に加熱する検知器側他方ヒーター管と、が配置され、
   前記制御装置は、前記ヒーターから放射された赤外線を検知した前記複数台の赤外線検知器それぞれの出力の絶対値または変化量に応じて、前記ヒーター側一方ヒーター管、前記ヒーター側他方ヒーター管、前記検知器側一方ヒーター管あるいは前記検知器側他方ヒーター管の少なくとも１台以上に、通電を開始または停止することを特徴とする請求項４乃至７の何れかに記載の冷却器。
10. 被冷蔵物または被冷凍物の一方または両方を収納する筐体と、
    冷凍サイクルを実行する冷凍サイクル装置と、
    該冷凍サイクル装置を構成し、前記筐体内の空気を冷却する冷却器と、
    を有し、
    前記冷却器が請求項１乃至９の何れかに記載の冷却器であることを特徴とする冷蔵庫。