JP2012184854A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】光学式センサを使用して着霜状態を検知する方式は、発光及び受光素子部のレンズ等の光透過部が、ゴミや誇り等で汚れてしまうと誤検知してしまい、最適な除霜運転ができない課題がある。
【解決手段】パイプ２９側に設置した第一の温度センサ３２で検知したパイプ側温度と、第一の温度センサ３２と断熱部３３で熱遮断された第二の温度センサ３５で検知した蒸発器周囲温度との温度差により、着霜状態を直接検知することになるので、信頼性の高い除霜運転が行なえる。
【選択図】図４

Description

本発明は、着霜検知部を備えた冷却装置を有し、検知した着霜量に応じて除霜運転を行なう冷蔵庫に関するものである。

従来、この種の冷蔵庫は、冷却装置の熱交換器（蒸発器）のフィン表面への着霜が製品の冷却性能を低下させるため、その着霜状態を検出してヒータ等で過熱して除霜運転を行なっている。その着霜状態を検出する着霜検知部として、例えば光学的に霜量を直接測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。

図１０は特許文献１に記載された従来の冷蔵庫の光学式着霜センサを用いた着霜検知機構の構成図を示すものである。

図１０に示すように、蒸発器１のフィン１ａに光を当てて反射させる配置で、光学式着霜センサ２が装着されており、光学式着霜センサ２は、発光素子２ａと受光素子２ｂから構成されている。発光素子２ａには発光ダイオード（ＬＥＤ）等が、受光素子２ｂにはフォトダイオードやフォトトランジスタ等が利用される。発光素子２ａと受光素子２ｂの制御及び受光量の判定は、光量判定制御部３によって行われる。

また、光量判定制御部３はその判定結果に基づいて、蒸発器１に付随している霜取機構４を駆動させて除霜制御を行なう。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を説明する。

まず、冷却運転が開始されると、蒸発器１の温度が低下しフィン１ａの伝熱作用により、冷蔵庫の庫内が冷却されて行く。運転開始当初はフィン１ａの表面は未着霜状態であるので、発光素子２ａから発せられた光はフィン１ａの一点でのみ反射され、受光素子２ｂは少量の受光量を検知する。光量判定制御部３ではその受光量が小さいので、着霜状態ではないと判定し、十分な冷却能力があるとして除霜運転は行なわない。

次にさらに冷却運転が継続すると、フィン１ａの周りの着霜量が増加して行く。霜が増加すると、発光素子２ａから発せられた光の霜での乱反射も増加し、受光素子２ｂの受光量も多くなって行く。光量判定制御部３では一定の受光量を超えると過着霜状態と判定し、冷却能力を回復させるために除霜運転に切換える制御を行なう。すなわち、受光素子２ｂの受光量によって、蒸発器１の着霜状態を判定し最適な除霜制御を行うことになる。

特開２００８−２３２６０５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、光の発光や受光を検出しており、各素子部の光を透過させるレンズ等が汚れてくると透過率が低下するので、霜量の検知精度が悪くなってくる。

特に、蒸発器の設置場所は埃、ゴミ、油等が多いため、光学式の場合は顕著に精度が低
下する。また、発光部と受光部との位置関係や距離は、高精度な設置が要求されるので、センサ取付け時の作業ばらつきも大きな誤検知要因になるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、汚れやノイズ等の光学的あるいは電気的な外乱要因、センサの取付け精度によるばらつき要因を排除し、精度の良い着霜状態検知ができる冷蔵庫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、本発明の冷蔵庫は、蒸発器のパイプに熱的に当接する少なくとも一つ以上の着霜検知部を備え、前記着霜検知部は前記パイプに近い側から順に、第一の温度センサを有する第一の高熱伝導部と、断熱部と、第二の温度センサを有する第二の高熱伝導部とを備えたものである。

本構成によって、パイプ側温度と周囲温度との温度差で着霜状態を直接検知するので、埃、ゴミ、ノイズ等による外乱要因や、取付け精度ばらつきによる誤検知を排除することになる。

本発明の冷蔵庫は、設置環境等の外乱要因を排除した高精度の着霜状態検知が可能になるので、最適な冷却及び除霜運転が行なえ、信頼性の高い省エネ制御を実現することができる。

本発明の実施の形態１における冷蔵庫の冷凍サイクル図 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の蒸発器の斜視図 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の着霜検知部の取付け図 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の図３のＡ−Ａ断面図 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の着霜検知部の着霜状態図 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の着霜検知部の出力特性と着霜量と冷却性能の関係図 本発明の実施の形態２における冷蔵庫の着霜検知部の取付け図 本発明の実施の形態３における冷蔵庫の着霜検知部の取付け図 本発明の実施の形態４における冷蔵庫の着霜検知部の取付け図 従来の冷蔵庫の光学式着霜センサを用いた着霜検知機構の構成図

第１の発明は、冷媒循環用のパイプと伝熱用のフィンとを備えた蒸発器と、前記蒸発器のパイプに熱的に当接する少なくとも一つ以上の着霜検知部を備え、前記着霜検知部は前記パイプに近い側から順に内部を、第一の温度センサを有する第一の高熱伝導部と、断熱部と、第二の温度センサを有する第二の高熱伝導部とで構成することにより、パイプ側温度を第一の温度センサ、蒸発器周囲温度を第二の温度センサで検出することになり、着霜検知部の着霜状態によるその温度差の違いにより着霜量を直接検知することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の着霜検知部を、前記蒸発器のフィン間に配置し、前記着霜検知部と近接する前記フィンまでの距離を、前記フィン間距離よりも短くすることにより、フィンから成長してきた霜が近接する他のフィンとつながるよりも先に、着霜検知部に着霜することになるので、フィン間が霜で目詰まりする前の着霜状態を検知することができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明の着霜検知部を装着する箇所の前記フィンを
、少なくとも一つ以上取り除いたことにより、着霜検知部を取付けるスペースが確保できるので、正確な位置に着霜検知部が装着でき、確実な着霜状態の検知を行なうことができる。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明の着霜検知部の外形で、前記パイプ中心から最も離れた距離を、前記パイプ間距離よりも短くすることにより、着霜検知部が装着後に仮に位置ずれを起こしたとしても、先端が他のパイプに触れることはないので、第二の温度センサが誤ってパイプ温度を検出することはなく、誤検知要因を排除することができる。

第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明の着霜検知部と当接させる前記パイプの間に、熱伝導性の良い圧接部材を介在させることにより、パイプと着霜検知部間のばらつき要因による熱伝導の悪い空気層の隙間をなくせるので、パイプ温度を正確に第一の温度センサに熱伝導することができる。

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。尚、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における冷蔵庫の冷凍サイクル図、図２は本発明の実施の形態１における冷蔵庫の蒸発器の斜視図、図３は本発明の実施の形態１における冷蔵庫の着霜検知部の取付け図、図４は本発明の実施の形態１における冷蔵庫の図３のＡ−Ａ断面図、図５は本発明の実施の形態１における冷蔵庫の着霜検知部の着霜状態図、図６は本発明の実施の形態１における冷蔵庫の着霜検知部の出力特性と着霜量と冷却性能の関係図をそれぞれ示すものである。

図１において、冷蔵庫の冷凍サイクルは、圧縮機２１、凝縮器２２、キャピラリチューブ２３、蒸発器２４の順に冷媒が循環するように構成され、蒸発器２４では周囲空気がその熱交換によって冷却される。蒸発器２４周辺には熱交換を促進させ、冷気を冷蔵庫庫内へ送風する冷却ファン２５が設置されている。また、蒸発器２４の熱交換が進んでいくと蒸発器２４が着霜するため、その霜を除霜するための除霜ヒータ２６も、蒸発器２４周囲に設置されている。この蒸発器２４、冷却ファン２５、除霜ヒータ２６で冷却部２７を構成し、冷蔵庫庫内の冷気循環経路に配置され庫内の冷却運転が行なわれる。

図２において、蒸発器２４はフィンチューブ熱交換器で構成され、冷媒を循環させるパイプ２９には、パイプ２９の温度を伝熱する複数のフィン３０を備えている。パイプ２９の一部には、着霜検知部２８が装着されている。尚、本実施の形態では着霜検知部２８を１個装着した例を説明するが、着霜検知が容易にできる場所のパイプ２９に複数個装着しても構わない。

次に、図３において、蒸発器２４のフィン間距離をｄ１とし、パイプ２９に装着された着霜検知部２８と、近接するフィン３０までの距離をｄ２およびｄ３としている。このとき各距離の関係は、ｄ１＞ｄ２、ｄ１＞ｄ３を満たすように、着霜検知部２８がフィン３０の間に装着されている。また、ｄ２＝ｄ３の関係となる配置が可能であれば、さらに良好である。

図４において、着霜検知部２８はパイプ２９に熱的に当接して、密着装着されている。着霜検知部２８の内部は、パイプ２９に近い側（図面の左側）から順に、第一の高熱伝導部３１、断熱部３３、第二の高熱伝導部３４で構成され、第一の高熱伝導部３１と第二の
高熱伝導部３４は、着霜検知部２８の内部で熱的に分離されている。第一の高熱伝導部３１には内部にパイプ２９の温度を検出する第一の温度センサ３２が、第二の高熱伝導部３４には蒸発器２４の周囲温度を検出する第二の温度センサ３５が実装されている。ここで、第一の温度センサ３２、第二の温度センサ３５としては、サーミスタ、熱電対、白金測温体等、着霜検知部２８内部に実装できるものであればいずれを選んでもよい。また、本実施の形態では温度センサ間の熱的分離のための高熱伝導部と断熱部の三層構造としたが、各温度センサを限りなくパイプ側とその反対端側に近づけ、一つの断熱部（例えば低熱伝導率のプリント配線板）に実装した簡易構造にしても構わない。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作、作用を、図５の着霜状態図、図６の出力特性と着霜量と冷却性能の関係図を用いて説明する。

まず、冷凍サイクルにより冷却運転が開始されると、冷却部２７から冷気が庫内に送られ、蒸発器２４での熱交換が十分に行なわれる。このとき蒸発器２４には徐々に着霜が始まるが、着霜検知部２８への着霜量も少なく、蒸発器２４の冷却能力も十分あり冷却運転が継続できる（図５（ａ）の着霜状態で、図６のｔ１時間後）。この時の第一の温度センサ３２（パイプ側温度）をＴ１、第二の温度センサ３５（蒸発器周囲温度）をＴ２とすると、その温度差ΔＴ（Ｔ２−Ｔ１）は本実施の形態の場合は、実験的に約１０℃程度である。なぜなら、着霜量が少ないので第一の温度センサ３２と第二の温度センサ３５は熱分離され、温度Ｔ１は冷媒温度の約−３５℃程度、温度Ｔ２は蒸発器周囲温度の約−２５℃程度を検出しているからである。

次に、冷却運転が継続されると、蒸発器２４の着霜が多くなり、着霜検知部２８への着霜量も中ぐらいになり、一部の霜が着霜検知部２８の外形を覆うように着霜をし始め、蒸発器２４の冷却能力は限界となる（図５（ｂ）の着霜状態で、図６のｔ２時間後）。この時の温度差ΔＴは実験的に約２℃程度になり、着霜量（霜厚み）も３ｍｍ程度まで成長して冷却運転の効率は限界を迎える。この状態で温度差ΔＴが初期よりも小さくなってくるのは、パイプ温度の一部を成長した霜を伝わって第二の温度センサ３５が検出しているからである。

さらに、強制的に冷却運転が行なわれると、蒸発器２４の着霜は激しくなり、着霜検知部２８への着霜量は多くなり、ついには霜が着霜検知部２８の外形を完全に覆うまで着霜して、さらにはフィン３０間が霜で埋まってしまういわゆる目詰まり状態となり、蒸発器２４の冷却能力は完全に低下し、消費電力量が増加するばかりでなく、庫内温度も上昇して品質低下に陥ってしまう（図５（ｃ）の着霜状態で、図６のｔ３時間後）。この時、蒸発器２４のフィン３０間距離ｄ１よりも、着霜検知部２８と近接するフィン３０までの距離ｄ２およびｄ３を短くしているので、フィン３０間が着霜で目詰まりするよりも早く、着霜検知部２８が霜で覆われるので正確な検出ができる。

すなわち、上記のように、温度差ΔＴが予め規定されて判定閾値（本実施の形態では２℃としており、運転開始からｔ２時間後にあたる）よりも、小さくなれば蒸発器２４の冷却能力は着霜によって低下を始めていると判断して、除霜運転に切換えるようにすればよい。

尚、第一の温度センサ３２はパイプ２９に流れる冷媒温度、第二の温度センサ３５は蒸発器２４の周囲温度をそれぞれ検出するので、着霜検知部２８での検知するタイミングは、冷媒が循環する圧縮機２１の運転中でかつ、冷気が送風される冷却ファン２５の運転中に行うことで精度よく着霜量が検知できる。

以上のように、本実施の形態においては、蒸発器２４のパイプ２９側の温度を検出する
第一の温度センサ３２と、蒸発器２４の周囲温度を検出する第二の温度センサ３５との間を断熱部３３で構成して、着霜検知部２８をパイプ２９に熱的に当接したので、蒸発器２４の冷却能力が低下する着霜状態を、二つの温度センサの温度差ΔＴが規定の閾値より小さくなったことで判断でき、除霜運転開始のタイミングや除霜運転時間を直接的な霜量検知で最適化できるので、無駄な除霜運転が削減でき、確実な省エネ制御が行える。

また、着霜検知部２８をフィン３０間に設置して、着霜検知部２８と近接するフィン３０までの距離をフィン３０間距離よりも短くしたので、フィン３０から成長してきた霜がフィン３０間を目詰まらすよりも先に、着霜検知部２８が霜で覆われることになり、蒸発器２４の冷却能力の低下前を確実に判断することができる。

（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２における冷蔵庫の着霜検知部の取付け図である。

図７において、第一のフィン３０ａ、第二のフィン３０ｂ、第三のフィン３０ｃは順に、それぞれ等間隔で蒸発器２４のパイプ２９に装着されている。着霜検知部２８が装着されるパイプ２９の最上部には第二のフィン３０ｂは延長されず、パイプ２９の中段部までの装着としている。

こうすることで着霜検知部２８を取付けるスペースが確保できる。尚、この時のフィン間距離（第一のフィン３０ａと第二のフィン３０ｂ間、および第二のフィン３０ｂと第三のフィン３０ｃ間）と、着霜検知部２８と近接するファン間（第一のフィン３０ａおよび第三のフィン３０ｃ）距離の関係は、実施の形態１で説明した寸法を満足するようにしている。

以上のように、本実施の形態においては、着霜検知部２８を装着する箇所の第二のフィン３０ｂを取り除くことにより、作業者が着霜検知部２８を取付ける作業箇所スペースが十分確保されることになり、正確な位置に取付けることができ、取付けばらつきによる誤検知要因が排除できる。

（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態２における冷蔵庫の着霜検知部の取付け図である。

図８において、着霜検知部２８は上段にある第一のパイプ２９ａに装着され、第一のパイプ２９ａの中心から着霜検知部２８外形の最も離れた箇所までの距離はｒ１で規定されている。第一のパイプ２９ａの下段には第二のパイプ２９ｂが配置され、第一のパイプ２９ａの中心から第二のパイプ２９ｂ外形の最も近い箇所までの距離はｒ２で規定されている。この距離ｒ１と距離ｒ２の関係は、ｒ１＜ｒ２を満たすように設定されている。この時、着霜検知部２８が例えば固定不足等で回転してしまった場合、着霜検知部２８が９０度回転して第二のパイプ２９ｂに接近したとしても、ｒ１＜ｒ２で距離を規制しているので接触することはなく、第二の温度センサ３５が誤って第二のパイプ２９ｂの温度を検知することはない。

以上のように、本実施の形態においては、着霜検知部２８外形で第一のパイプ２９ａ中心からの最も離れた距離を、第一のパイプ２９ａと第二のパイプ２９ｂ間距離よりも短くすることにより、着霜検知部２８が装着後に仮に位置ずれを起こしたとしても、先端が第二のパイプ２９ｂに触れることはないので、第二の温度センサ３５が誤ってパイプ温度すなわち冷媒温度を検出することはなく、誤検知要因を排除した実装信頼性の高い着霜検知を行なうことができる。

（実施の形態４）
図９は本発明の実施の形態３における冷蔵庫の着霜検知部の取付け図である。

図９において、パイプ２９に装着される着霜検知部２８とパイプ２９の間には、熱伝導性の良い圧接部材３６を介在させ、パイプ２９の温度を精度良く着霜検知部２８に伝熱させている。圧接部材３６としては、パイプ２９や着霜検知部２８の表面粗さを吸収できる柔軟性のある、例えばシリコンシート、グラファイシート等のシート材や、コンパウンドやグリス等の樹脂材が望ましい。また、着霜検知部２８には固定部材３７が装着され、パイプ２９と着霜検知部２８が密着するように固定している。固定部材３７としてはチューブバンディングやクリップ等のような、着霜検知部２８が回転しないある程度の応力をかける部材が望ましい。さらに、固定部材３７の応力が緩んだ場合も考慮し、パイプ２９やフィン３０に突起部（図示せず）を設けて、着霜検知部２８の回転を物理的に防止することも有効である。

以上のように、本実施の形態においては、着霜検知部２８と当接させるパイプ２９の間に、熱伝導性の良い圧接部材３６を介在させることにより、着霜検知部２８とパイプ２９の表面粗さ等による空気層を含んでしまうばらつき要因が排除できるので、正確に第一の温度センサ３２にパイプ２９の温度を熱伝導することができる。

以上のように、本発明にかかる冷蔵庫は、家庭用又は業務用冷蔵庫だけでなく、冷却装置を搭載するエアコンやショーケース等で蒸発器を設けている機器に着霜検知部を設けて、着霜状態を検知し着霜量に応じて冷却運転から除霜運転に切換える制御に実施、応用できるものである。

２１ 圧縮機
２２ 凝縮器
２３ キャピラリチューブ
２４ 蒸発器
２５ 冷却ファン
２６ 除霜ヒータ
２７ 冷却部
２８ 着霜検知部
２９ パイプ
３０ フィン
３１ 第一の高熱伝導部
３２ 第一の温度センサ
３３ 断熱部
３４ 第二の高熱伝導部
３５ 第二の温度センサ
３６ 圧接部材
３７ 固定部材

Claims (5)

1. 冷媒循環用のパイプと伝熱用のフィンとを備えた蒸発器と、前記蒸発器のパイプに熱的に当接する少なくとも一つ以上の着霜検知部を備え、前記着霜検知部は前記パイプに近い側から順に、第一の温度センサを有する第一の高熱伝導部と、断熱部と、第二の温度センサを有する第二の高熱伝導部とを有した冷蔵庫。
2. 前記着霜検知部は、前記蒸発器のフィン間に配置され、前記着霜検知部と近接する前記フィンまでの距離が、前記フィン間距離よりも短いことを特徴とした請求項１に記載の冷蔵庫。
3. 前記着霜検知部を装着する箇所の前記フィンを少なくとも一つ以上取り除いたことを特徴とした請求項１または２に記載の冷蔵庫。
4. 前記着霜検知部の外形で前記パイプ中心から最も離れた距離が、前記パイプ間距離よりも短いことを特徴とした請求項１から３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
5. 前記着霜検知部と当接させる前記パイプの間に、熱伝導性の良い圧接部材を介在させることを特徴とした請求項１から４のいずれか一項に記載の冷蔵庫。