JPH04128643A - 相変化予知センサ及び着霜・結露防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野コ 本発明は、結露や着霜等の相変化を予知させるためのセ
ンサと、この相変化検出センサを利用した着霜・結露防
止装置に関する。

［背景技術］ 電気冷蔵庫やエアコンの室外機、自動車等の窓ガラスな
どへの結露や着霜？検出するため、従来より種々の結露
センサや湿度センサ、着霜センサ等が提案されている。

第８図に示すものは、結露センサの従来例であって、ア
ルミナ基板３１の表面に一対のくし歯状電極３２．３３
を設け、画電極３２．３３の上に感湿膜３４を形成した
ものであり、画電極３２゜３３間の抵抗値変化により結
露を検出できる。

また、第９図（ａ）に示すものは、結露センサの別な従
来例であって、基板４１の上に配線された電極４２を吸
水性樹脂４３と感湿ペイント４４と導電粒子４５を含む
検知膜４６で覆ったものであり、この検知膜４６の上に
水蒸気や水滴が付着すると、第９図（ｂ）に示すように
検知膜４６が膨潤して電極４２間の抵抗値が変化するの
で、結露が検出される。

第１０図に示すものは、着霜センサの従来例であって、
熱伝導率の大きな材料からなる基台５１に固定された一
対の取付部材５２．５４には、光軸５Ｂを一致させて発
光素子５３と受光素子５５が取り付けられており、両歌
付部材５２．５４間において熱伝導率の大きな材料から
なる複数片の霜形成体５７が基台５１に取り付けられて
いる。

しかして、検知部である霜形成体５７の上端に着霜し、
霜厚が増加して発光素子５３がら受光素子５５に到達す
る光量が霜に遮られて所定値まで減少すると、霜の発生
が検出される。

また、第１１図（ａ）に示すものは、着霜センサの別な
従来例であって、発光素子６１と、受光素子６２と、検
知部である反射板６３とから構成されており、発光素子
６１から出射された光６４が反射板６３で反射した後、
受光素子６２に入射するように配置されている。しがし
て、反射板６３に霜６５が付着すると、第１１図（ｂ）
に示すように、発光素子６１から出射された光６４は反
射板６３に付着した霜６５で乱反射して分散され、受光
素子ｅ２へ入射する光量が減少する。したがって、受光
量の減少によって着霜が検出される。

第１２図に示すものは、結露・着霜センサの従来例であ
って、着色基板７１と親水性多孔質フィルム７２を積層
してなる検知部７３を設け、これに一定の距離をおいて
発光素子７４及び受光素子７５を設置したものである。

しかして、発光素子７４から検知部７３へ向けて発光さ
せ、受光素子７５で検知部７３の反射光を検出し、受光
素子７５で検出した光量の増減変化を抵抗変化として電
気的に変換し、乾燥・結露・着霜状態を識別するもので
ある。すなわち、フィルム７２は乾燥時と結露によって
濡れた時で透明度が変化し、また着霜した時には反射率
が大きくなるので、これによって上記３状態を識別する
。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の各種センサにあっては、いずれも霜
や露を直接検知するものであって、被検出対象物の表面
に霜や露が発生して初めて検出信号が検出される。

しかしながら、実際には、結露や着霜は、その発生を予
知し、結露や着霜が発生する前に結露や着霜を予防した
い場合が多く、結露や着霜の発生を事前に予知できるセ
ンサが望まれている。

本発明は液上の従来例の欠点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、霜や露の発生のような相
変化を事前に予知することができる相変化予知センサを
提供することにある。

さらにその目的とするところは、このような相変化予知
センサを用いて結露・着霜を予防することかできる着霜
・結露防止装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の相変化予知センサは、熱の輸送方向に位置する
２表面のうち一方の表面を被検出対象物に熱的に接触さ
せられる熱電素子と、少なくとも検知部を前記熱電素子
の他方の表面に熱的に接触させた相変化検出器とからな
ることを特徴としている。

また、本発明の第一の着霜・結露防止装置は、上記相変
化予知センサと、この相変化検出センサによって着霜も
しくは結露を予知した時に送風を行なう送風器とを備え
ている。

さらに、本発明の第二の着霜・結露防止装置は、上記相
変化予知センサと、この相変化検出センサによって着霜
もしくは結露を予知した時に発熱するヒータとを備えて
いる。

［作用］ 本発明の相変化予知センサにあっては、被検出対象物と
相変化検出器の検出部との間に熱電素子を介在させ、被
検出対象物から検出部へ、あるいは検８部から被検出対
象物へ熱移動な生じさせ、被検出対象物と検出部の間で
温度差を生じさせることができる。

したがって、結露（気体→液体）や着霜（気体→固体）
などの相変化の種類に応じて熱の輸送方向を予め設定し
ておくことにより、被検出対象物よりも−早く検出部で
相変化を生じさせることができる。この検出部で発生し
た相変化を相変化検土器で検出させることにより、被検
出対象物で相変化が生じていない段階で、被検出対象物
における相変化の発生を予知することができる。

しかも、本発明にあっては、相変化検出器の検出部と被
検出対象物との間に温度差を生じさせるための手段とし
て一方の表面から他方の表面へ熱を輸送する熱電素子を
用いているので、被検出系全体としての熱の出入りがな
く、熱電素子によって被検出系の熱的状態を乱して相変
化を促進させる恐れがない。

さらに、熱電素子を用いることにより、全体を小型に形
成することができる。

また、本発明の着霜・結露防止装置にあっては、相変化
予知センサによって結露の発生もしくは着霜を予知する
と、送風器によって送風を開始し、あるいはヒータで発
熱させることにより、結露及び着霜を未然に防止するこ
とができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図は、本発明の基本構成を示す図であって、結露や
着霜等の温度低下によって生じる相変化を予知するよう
に構成されている。すなわち、水蒸気の相変化が表われ
る被検出対象物１の表面に熱電冷却素子２を接触させて
設置し、熱電冷却素子２の上面に結露や着霜等の相変化
を検出する相変化検出器３を接触させて設けてあり、相
変化検出器３の少なくとも検知部が熱電冷却素子２を介
して被検出対象物１と熱的に結合されている。熱電冷却
素子２は、ペルチェ効果を含む熱電効果を持つ素子から
なり、相変化検出器３から被検出対象物１の表面に向け
て熱エネルギーＱを輸送させるように配置されている。

この熱電冷却素子２に電圧を印加すると、相変化検出器
３から被検出対象物１へ熱が輸送され、相変化検出器３
の温度Ｔ２が被検出対象物１の表面温度Ｔ１よりも低く
なり、この温度降下の大きさは被検出対象物１の表面や
空気の温度にほとんどよらず、熱電冷却素子２に流れる
電流によってほぼ一定に決まる。したがって、熱電冷却
素子２に通じる電流値を一定にすれば、相変化検出器３
の検知部の温度Ｔ２は、被検出対象物１の温度Ｔ１より
も常にほぼ一定値（例えば、１〜２°Ｃ）だけ低くする
ことができる。また、相変化検出器３は、結露や着霜等
の相変化が生じたことを外部へ電流値（あるいは、抵抗
値や電圧値）の変化として出力するものでもよく、光の
強度変化として出力するものでもよい。例えば、第８図
〜第１２図に示したような各種センサ等を用いることが
できる。

まず、第２図を用いて結露及び着霜の現象を説明する。

第２図は、相変化を生じる物質（以下、水を例として説
明する。）の相変化を示す相図であって、横軸は絶対湿
度Ｈ１縦軸は温度Ｔであって、αは水の飽和曲線である
。すなわち、飽和曲線αよりも上の領域では、水は水蒸
気となっているか、飽和曲線αよりも下の状態に移ると
、露が発生し、その時過冷却されることにより霜となる
。

例えば、第２図において、露も霜も発生していない状態
（’ｒ’ｏ＋　）（ｏ）から、絶対湿度Ｈの上昇のため
飽和曲線αを横切って（Ｔｏ、Ｈｓ）へ移動した場合に
結露や着霜が生じる。また、露も霜も発生していない状
態（’ｒｏ、）（ｏ）から、温度Ｔの低下のため飽和曲
線αを横切って（Ｔｓ、　ＨＯ）へ移動した場合にも結
露や着霜が生じる。

次に、第３図によって、上記相変化予知センサの原理を
説明する。第３図も第２図と同様な水の相図である。い
ま、結露及び着霜の見られない被検出対象物１の温度を
Ｔ８、絶対湿度をＨ８とし、熱電冷却素子２によって温
度を△Ｔだけ降下させられた相変化検出器３の検知部の
温度をＴ２（＝Ｔ１−△Ｔ）、絶対湿度をＨ８とする。

この状態（’ｒ’＋、　ＨＯ）より被検出対象物１の温
度が徐々に低下し、第３図に示す（Ｔ＋＋、Ｈａ）の状
態まで変化したとすると、相変化検出器３の検知部の温
度は、（Ｔ２２．　ＨＯ）　　Ｃ但し、Ｔ２２＝ＴＩｌ
−ΔＴ）まで変化する。この時、被検出対象物１の表面
の状態は、いまだ飽和曲線αの上方にあるため、結露や
着霜を発生していないが、検知部の状態は、飽和曲線α
を下方へ横切っているので、既に結露や着霜を発生する
状態となっている。つまり、相変化検出器３の検知部は
、常に被検出対象物１よりほぼ一定値ΔＴだけ温度が降
下した状態を保っＣいるので、被検出対象物１よりも早
く飽和曲線αを横切ることになる。同様に、湿度がＨ８
からＨｌに高くなった場合も、検知部の状態（Ｔ２．　
ＨＩ）の方が、被検出対象物１の状態（’ｒ’＋、　Ｈ
ｌ）よりも早く飽和曲線αを横切ることになるので、こ
の場合も被検出対象ａｌｌに結露や着霜が発生する前に
検知部に結露や着霜が発生し、この検知部に発生した結
露や着霜を相変化検出器３によって検出することにより
、被検出対象物１に結露や着霜が発生する前に、事前に
結露や着霜の発生を予知することができる。

また、本発明の相変化予知センサでは、相変化検出器３
の温度を低下させる手段として、熱エネルギーを一方か
ら他方へ輸送する熱電冷却素子２を用いているので、被
検出系の内部で熱を移動させるだけであって被検出系全
体としての熱の出入りがなく、被検出系の熱的状態を乱
して相変化を促進することがない。これに対し、ガスも
しくは冷媒の膨張収縮を利用した冷却装置等を用いて相
変化検出器３の温度な被検出対象物１よりも降下させる
と、次第に被検出対象物１や被検出系全体の温度が低下
し、結露や着霜の発生を促進し、結露や着霜が発生し易
くなるという問題がある。これに対し、熱電冷却素子２
を用いれば、このような問題は生じない。

次に、第４図に示す具体的な実施例を説明する。

これは、被検出対象物１の表面に熱伝導率の良好な材料
からなるベース５の上にベルチェ効果を示す熱電冷却素
子２を設置し、さらに熱電冷却素子２の上に相変化検出
器３として第８図もしくは第８図に示したようなタイプ
の結露センサ４を実装したものである。この熱電冷却素
子２にリード線Ｃ，Ｄから電流を流すと、熱電冷却素子
２のベルチェ効果によって結露センサ４の熱が被検出対
象物１の表面へ輸送され、結露センサ４と被検出対象物
１との間に温度差が生じて結露センサ４の温度が被検出
対象物１の温度よりも低くなる。

しかして、被検出対象物１よりも例えば数°Ｃ温度の低
い結露センサ４に着霜や結露が生じると、結露センサ４
は、それを抵抗値変化として感知し。

それをリード線Ａ、Ｂを通して外部へ出力する。

したがって、被検出対象物１に結露や着霜が発生する前
に、熱電冷却素子２の上に設置された結露センサ４が結
露や着霜を感知するので、被検出対象物１の表面におけ
る結露や着霜を未然に予知することがでとる。

第５図に示すものは、相変化検知器３として第１０図で
説明した着霜センサと同様な原理による着霜センサ６を
備えた相変化予知センサである。

すなわち、被検出対象物１の表面に熱伝導率の良好な材
料からなるベース５ａを設置し、ベース５ａの中央部に
熱電冷却素子２を搭載し、熱電冷却素子２の上に熱伝導
率の良好な材料からなる熱結合板５ｂを接着し、熱結合
板５ｂの上面に熱伝導率の良好な材料からなる箱形成体
７を垂直に立て、熱電冷却素子２の両側においてベース
５ａの上にそれぞれ取付部材９ａ、９ｂを立て、両数付
部材９ａ、ｅｂに発光素子８ａと受光素子８ｂを設け、
発光素子８ａから出射して受光素子８ｂに入る光線γが
箱形成体７の上端のすぐ上を通過するようにしたもので
ある。

しかして、熱電冷却素子２のベルチェ効果によって検出
部である箱形成体７から被検出対象物ｌへ熱が輸送され
、箱形成体７が被検出対象物１よりも数°Ｃ低温となっ
て着霜し易い状態となる。そして、箱形成体７に着霜や
結露が発生すると、発光素子８ａから受光素子８ｂへ向
かう光線γが箱形成体７に付着した霜や露によって妨げ
られ、受光素子８ｂに達する光量が減少するので、この
光量変化を検知し、リード線Ｅ、Ｆから外部へ出力する
。したがって、被検出対象物１に結露や着霜が発生する
前に、箱形成体７に発生した露や霜を感知するので、被
検出対象物１の表面における結露や着霜を未然に予知す
ることができる。

第６図に示すものは、上記相変化予知センサ１０を用い
た結露・着霜防止装置の一実施例であって、被検出対象
物の表面に設置された相変化予知センサ１０と、被検出
対象物１の表面に向けて送風する送風器１３と、信号検
出装置１１と、送風器１３の制御装置１２とからなって
いる。しかして、被検出対象物ｌの表面よりも数°Ｃ低
い温度の相変化検知器３を備えた相変化予知センサ１０
で着霜や結露を予知すると、相変化予知センサ１０から
信号検出装置１１へ信号が送信され、制御装置１２にフ
ァン出力信号が送られる。そして、送風器１３のファン
が作動しはじめ、空気（温風、熱風、乾燥風など）が被
検出対象物１の表面へ送風されることによって換気もし
くは加温し、被検出対象物１の着霜及び結露が防止され
る。

第７図に示すものは、本発明の結露・着霜防止装置の別
な実施例であって、被検出対象物ｌに内蔵されたヒータ
１４と、被検出対象物ｌの表面に設置された相変化予知
センサ１０と、信号検出装置１１と、ヒータ１４の制御
装置１２とからなっている。しかして、被検出対象物１
の表面よりも数°Ｃ低い温度の相変化検知器３を備えた
相変化予知センサ１０で着霜や結露を予知すると、相変
化予知センサ１０から信号検出装置１１へ信号が送信さ
れ、制御装置１２に出力信号が送られる。そして、ヒー
タ１４が作動しはじめ、被検出対象物ｌを加熱すること
によって、被検出対象物１の着霜及び結露が防止される
。

なお、上記実施例では、結露や着霜等を予知するための
相変化予知センサについて説明したが、本発明は、これ
以外の用途にも用いることができる。例えば液体、特に
アルコールやガソリン等の揮発性溶剤の蒸発（液体から
気体への相変化）を未然に予知するためのセンサにも用
いることかできる。この場合には、被検出対象物（アル
コールやガソリン、あるいはこれらの容器等）から相変
化検出器へ熱を輸送し、相変化検出器ｆｆ１１１で温度
が高くなるようにして用いられる。

［発明の効果］ 本発明によれば、被検出対象物と検出部の間で温度差を
生じさせることができ、結露や着霜などの相変化の種類
に応じて熱移動の方向を予め設定しておくことにより、
被検出対象物よりも−早く検出部で相変化を生じさせる
ことができる。この検出部で発生した相変化を相変化検
出器で検出させることにより、被検出対象物で相変化が
生じないうちに、被検出対象物における相変化の発生を
予知することができ、未然に相変化発生防止等の措置を
とることができる。

しかも、本発明にあっては、検出部と被検出対象物との
間に温度差を生じさせるための手段として一方の表面か
ら他方の表面へ熱移動を生じさせる熱電素子を用いてい
るので、被検出系全体としての熱の出入りがなく、熱電
素子によって被検出系の熱的状態を乱して相変化を促進
させる恐れがない。

さらに、熱電素子を用いることにより、全体を小型に形
成することができる。

また、本発明の結露・着霜防止装置にあっては、相変化
予知センサによって結露の発生もしくは着霜を予知する
と、送風器によって送風を開始し、あるいはヒータから
発熱させることにより、結露及び着霜を未然に防止する
ことができる。例えば、自動車の窓ガラスに結露や霜が
発生するのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略構成図、第２図は結露及び着霜の
発生する原理を示す図、第３図は本発明の動作原理を示
す図、第４図は本発明の相変化予知センサの具体的な実
施例を示す一部破断した概略正面図、第５図は本発明の
相変化予知センサの具体的な実施例の他側を示す一部破
断した概略正面図、第６図は本発明の着霜・結露防止装
置の一実施例を示す概略図、第７図は本発明の着霜・結
露防止装置の別な実施例を示す概略図、第８図は従来例
の概略平面図、第９図（ａ）　（ｂ）、第１０図、第１
１図（ａ）　（ｂ）及び第１２図はそれぞれ別な従来例
を示す図である。 １・・・被検出対象物 ２・・・熱電冷却素子 ３・・・相変化検出器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱の輸送方向に位置する２表面のうち一方の表面
   を被検出対象物に熱的に接触させられる熱電素子と、 少なくとも検知部を前記熱電素子の他方の表面に熱的に
   接触させた相変化検出器とからなることを特徴とする相
   変化予知センサ。
2. （２）請求項１に記載の相変化予知センサと、この相変
   化検出センサによって着霜もしくは結露を予知した時に
   送風を行なう送風器とを備えた着霜・結露防止装置。
3. （３）請求項１に記載の相変化予知センサと、この相変
   化検出センサによって着霜もしくは結露を予知した時に
   発熱するヒータとを備えた着霜・結露防止装置。