JPH0638019B2 - 結霜結露検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は冷蔵庫の除霜機その他各種産業機器に用いられ
る結霜結露検出装置に関する。

［従来の技術］ 冷蔵庫やエアコン等に組込まれている熱交換器の表面に
は所定の条件下で周知の如く結霜が生じる。こうした結
霜状態を放置したままで装置動作を続行すれば消費エネ
ルギー効率が著しく低下して不経済となるのみならず、
往々にして結障発生を引き起こす。

従来において、結霜結露を検知する手段としては、振動
体を用いたものや結霜結露による素子の誘電率変化を利
用したものあるいは光学的検知を行うものなどが開発さ
れている。

第４図及び第５図にはそれぞれ振動子を用いた結霜結露
検知装置のうち振動子の共振周波数変化を検出するもの
と振幅変化を検出するものとをそれぞれ示す。

第４図（Ａ）において、中空の筒状ハウジング１の上面
に弾性支持体２を介して圧電振動子３が装着されてお
り、該圧電振動子３をその上下面で挟持する電極４から
出力端子５が導出されている。

同図（Ｂ）は回路構成を示し、振動子３の出力は一方が
抵抗Ｒを介してまた他方が増幅器６にて増幅作用を受
け、発振周波数判別回路７に供給された後出力として取
出される。その作用を説明すると、振動子３の表面に結
霜または結露が生じるとその量に応じて振動子３から得
られる共振周波数が通常の場合とは変化するため、この
変化量が所定値以上である時に結霜結露状態にある判定
するものである。

第５図は同じく圧電振動子を用いた検知装置のうち、振
動子３の振幅変化を基に結霜結露の発生を検知するタイ
プの構成を示す。基本的な装置構成は前記第４図のもの
と共通するが、振動子３の出力は発振振幅判別回路８に
供給されるもので、この装置では結霜結露が発生すると
その重量によって振動子３の振動が抑圧されることに着
目し、所定値以上の振幅変化が生じた場合に結霜結露状
態にあると推定するものである。

第６図に前記第４図及び第５図に係る装置における圧電
振動子３の発振出力及び装置の検知出力の波形図を示
す。

同図（Ａ）は前記第４図に係る装置の発振出力波形であ
り、結霜が生じると同時に共振周波数が約２倍に上昇
し、また同図（Ｂ）は前記第５図に係る装置の発振出力
波形で、結霜結露状態の発生と同時に振動子３の出力信
号の振幅が減少していることが認められる。

そして、このような共振周波数及び共振振幅の変化が認
められたときに装置出力は結霜結露状態の発生を告知す
る信号を出力し、これに応答して所定の除霜あるいは除
湿装置が駆動されて行く。

第７図は誘電率変化を利用した結霜結露検知装置の構成
例を示す。

同図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ構造と外観を示し、櫛
状の電極９を印刷した絶縁基板１０の構造になってい
る。

同図（Ｃ）は検知回路を示し、前記検知部には交流信号
源１２から交流電圧が印加され、検知部の出力はインピ
ーダンス検出回路１３に供給され、その出力が不図示の
除霜あるいは除湿機に接続されている。

以上の構成において、検知部の表面に結霜結露を生じる
櫛型電極９間の交流インピーダンスが変化するので、こ
れをインピーダンス検出回路１３が検出したときに結霜
結露状態にあるものと推定される。

第８図は光学的手段を用いた装置の構成例を示す。

同図（Ａ）は発光素子１４及び受光素子１５そして反射
面１６を有し、発光素子１４から照射される光が反射面
１６上で反射して受光素子１５に入射する。そして、反
射面１６上に結霜結露が生じると受光素子１４からの光
の屈折率あるいは受光素子１５に入射する光の入射角が
ずれるなどして受光素子１５への入射する光量が減少す
ることになる。この光量変化が認められたときに結霜結
露が発生しているものと判断するものである。

同図（Ｂ）はＬＥＤ１７とフォトダイオード１８との間
で光の授受を行うものである。受光素子であるＬＥＤ１
７と受光素子であるフォトダイオード１８とで形成され
る光路中に結霜結露が生じると、その透過光量が変化す
る。この変化量をレベル判定回路１９で基準値と比較
し、基準値以上である時に結霜結露が生じていることを
告知するという構成を取る。

［発明が解決しようとする課題］ こうした従来装置の構成では、次のような問題を避けら
れないため、十分な実用性を得られない。

まず、前記第４図及び第５図に係る圧電振動子を用いた
ものでは、振動子上へのゴミその他物質の付着あるいは
内外部から加えられる振動の影響で容易に誤動作してし
まう。

また、誘電率変化を利用するものや光学方式を採用する
ものでは検知部の小型化が困難となると共に検知精度を
所定レベルに保持するには定期的なメインテナンスが必
須となり、更に再現性に欠けたり装置の回路構成が複雑
化して製造コストを低く抑えるとができないという不都
合があった。

発明の目的 本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、小
型かつ安価な構成で検知精度が優れ再現性の良い結霜結
露検知装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は、近接配置された一
対の感温抵抗素子と、前記感温抵抗素子の一方に対し空
気中で自己発熱による温度上昇を生じさせる電流供給を
行う発熱電流源と、前記他方の感温抵抗素子に対しその
温度上昇が無視し得る程度の電流供給を行う比較基準電
流源と、前記両感温抵抗素子間の温度差を求めこれを予
め定められた基準値と比較する演算回路と、を含み、前
記高温側感温抵抗素子の温度が熱伝導作用により低下し
たときに結霜または結露状態が発生しているものと判定
することを特徴とする。

［作用］ 以上の如く構成される本発明によれば、空気中において
は発熱電流源からの電流供給を受ける感温抵抗素子は常
に比較基準電流電源からの電流供給を受ける他方の感温
抵抗素子よりも高い温度に保持されている。

そして、このように予め互いに温度差が与えられている
近接配置された一対の感温抵抗素子上に結霜または結露
が生じると、こうした固体及び液体は周知のように気体
である空気よりも熱伝導率が大きい。発熱電流源からの
比較的大きな電流供給によって高い温度に保持されてい
た前記感温抵抗素子からその表面に付着している霜また
は露を介して熱の放散作用が生じ、この結果、当該感温
抵抗素子の温度は低下して、比較基準電流源からの電流
供給を受けほぼ一定温度に保持されている他方の感温抵
抗素子との温度差が小さくなる。

演算回路はこうして生じた両感温抵抗素子間の温度差を
求めると共にこれを予め設定されている基準値と比較
し、基準値よりも小さいときに結霜結露状態にあるもの
と判定する。

更に、周囲の雰囲気温度が結氷温度よりも下がっている
ことを検知ることで、結霜状態のより確実な検出が可能
となる。

従って、本発明によれば、温度を結霜結露発生の判定対
象とするので、検知部表面への塵埃その他の付着物の影
響による誤検出の発生は最少限に抑制でき、また小型で
単価の低い感温抵抗素子を用いれば済むので製造のコト
も低廉で堅牢かつ性能の安定した装置を提供できる。

［実施例］ 発明の原理 本発明はそれぞれ異なった電流を供給することにより意
図的に作り出された一対の両感温抵抗素子間の温度差が
その表面に結霜結露が生じたとき熱伝導作用によって高
温側感温抵抗素子の温度が低下して両感温抵抗素子間の
温度差が縮まることに着目し、この温度差が所定値以下
であったときに結霜結露が生じていると推察するもので
ある。

従って、本発明における検出パラメータには日常的な使
用状況では誤動作の生じる条件が揃いにくい「温度」の
みが用いられ、また感温抵抗素子自体は小型で安価かつ
堅牢であるため、検知性能及び装置の安定性そして製造
コストの種々の面において非常に優れた利点を得ること
ができる。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明す
る。

第１図に本発明に係る結霜結露検知装置における検知部
の外観斜視図を示す。

前述した如く、本発明は一対の感温抵抗素子間に生じる
温度差を基に結霜結露状態を判定するものであり、図示
例では基体１０の両側壁間に一定の間隔を以て一対の感
温抵抗素子１２及び１４が並列配置されている。

第２図は本発明装置の全体回路構成図である。一端がア
ースされた前記両感温抵抗素子１２及び１４には電源Ｐ
ｓから異なる出力電流値が設定された定電流回路１６及
び１８を介して電流が供給されている。

前記両定電流回路１６及び１８からの出力はＯＰアンプ
２２に供給されており、該ＯＰアンプ２２内で前記異な
る電流に基づく感温抵抗素子１２及び１４の温度差が求
められる。算出された温度差は比較器２４の一方の入力
に供給され、該比較器２４内で直流基準電圧Ｖref₂を下
回っているか否かが判定される。

他方、比較器２６は感温抵抗素子１２の温度を監視して
おり、このモニタ温度と直流基準電圧Ｖref₁とが比較さ
れ、モニタ温度が基準値以下であるか否かが判定され
る。

この比較は特に霜の付着のみを検出する必要がある場合
に基準電圧Ｖref₁を０℃に相当する値に設定しておくこ
とで結露との区別を行うことができ、霜の発生のみを検
知することが可能である。

両比較器２４及び２６からはそれぞれ温度差値及びモニ
タ温度値がいずれも基準値以下であるときにのみ出力が
発生する。本例では出力は負論理であり、この両出力が
揃ったときにのみトランジスタＱ_２にベース電流が流れ
通電する。

トランジスタＱ_１は両出力がそろった時にのみｏｆｆと
なり、この時電源Ｐｓ_２から抵抗Ｒ_７及びＲ_８を介して
トランジスタＱ_２のベースに電圧が印加され、トランジ
スタＱ_２がオンして結霜結露状態の発生をオープンコレ
クタ信号により告知する出力が得られる。

以下、本発明装置の作用について説明する。

通常、感温抵抗素子は第３図（Ａ）に示すような温度−
抵抗特性を有し、両者は略反比例の関係にある。

第２図において、感温抵抗素子１２には自己発熱による
温度上昇を無視し得る程度の微少な直流電流が電源Ｐｓ
_１から定電流回路１６を介して供給され、感温抵抗素子
１４へはそれ自身が一定の温度上昇が生じるような値の
直流電流を定電流回路１８を介して供給しておく。この
場合、感温抵抗素子１４の温度上昇をΔＴとすれば、こ
のΔＴは感温抵抗素子１４の消費電力と周囲への放熱量
（Ｑｒ）によって決定される。

感温抵抗素子が空気中にあるとき、すなわち結霜も結露
も生じていないときにおける周囲温度と感温抵抗素子温
度との関係及び周囲温度に対する両感温抵抗素子１２及
び１４間の差は第３図（Ｂ）のように表される。

ここで、感温抵抗素子の放熱量は該感温抵抗素子が気体
中に存在するか固体または液体中に存在するかによって
大きく変化することが知られている。これは気体の熱伝
導率に対する固体のそれが２桁以上大きな値であること
に起因している。

今、空気中で２つの感温抵抗素子１２及び１４の温度を
比較すれば、感温抵抗素子１２の温度はＴ_０＋ΔＴａ、
感温抵抗素子１４の温度はＴ_０＋ΔＴｂとなり、温度差
はΔＴｂ−ΔＴａとなる。なお、Ｔ_０は空気温度であ
る。

他方、両感温抵抗素子１２及び１４が通気または氷中
（霜中）に存在する場合には温度がそれぞれＴ_１′＋Δ
Ｔａ′、Ｔ_１′＋ΔＴｂ′となり温度差はΔＴｂ′−Δ
Ｔａ′となる。

ところが、空気に比して水または氷の熱伝導率は大きい
ため、ΔＴａ′＜＜ΔＴａ、ΔＴｂ′＜＜ΔＴｂとな
り、この結果、温度差ΔＴｂ′−ΔＴａ′はΔＴｂ−Δ
Ｔｂ′に比し十分に小さな値となることが理解できる。

従って、両感温抵抗素子１２及び１４間の温度差がある
程度以上減少したときに結霜結露状態が生じていると判
断して良いことがわかる。

第２図において、オペアンプ２２は両感温抵抗素子１２
及び１４の温度を検出し、その差を求めて比較器２４の
一方の入力に供給する。

比較器２４の他方の入力には非結霜結露状態時における
電流供給がなされている両感温抵抗素子１２及び１４間
の温度差に相当する基準電圧Ｖref₂が印加されており、
ＯＰアンプ２２の出力がこの基準電圧値Ｖfef₂以下であ
るか否かを判定する。

ここで、本原理によれば、氷（結霜）ではなく水（結
露）が付着してもやはりΔＴｂ−ΔＴａは小さな値とな
る。従って、もし結霜と結露の区別を行う必要がある場
合には供給電流量が極めて小さく周囲温度Ｔ_０極めて近
い温度状態にある感温抵抗素子１２を介して周囲温度の
モニタを行う比較器２６を配設すれば良い。

比較器２６の他方の入力には水の凝固点に相当する基準
電圧値Ｖref₁が直流電源から印加されており、感温抵抗
素子１２からのモニタ温度を表わす入力信号が基準電圧
信号よりも小さいときに水ではなく霜が付着しているも
のと見做すことができる。

そして、比較器２４及び２６はいずれも検出信号が基準
値以下であった時に負論理出力を発生し、ダイオードＤ
_１及びＤ_２によってアンドが取られる。

両比較器２４及び２６の出力が揃ったときにのみトラン
ジスタＱ_１の通電が断たれ、電源Ｐｓ_２からアースへの
電流が断たれる。

従って、抵抗Ｒ_７及びＲ_８を介してＰｓ_２よりトランジ
スタＱ_２のベースに電圧が印加され、このトランジスＱ
_２がオンして結霜状態を告知する出力信号が例えば不図
示の除霜機駆動部などに送出されていくこととなる。こ
の出力は「周囲温度（サーミスタ１２の温度）が０℃以
下でありかつ感温抵抗素子の周囲に氷（霜）が形成され
ている」ことを意味する。

なお、感温抵抗素子の周囲に付着する氷の状況によって
差ΔＴｂ−ΔＴａが変化することになるが、これに対し
ては比較器２４の基準電圧を変えることで最も感度のよ
い結氷（結霜）状態検知作用を得ることが可能である。

なお、結霜と結露との区別をする必要がない場合には比
較器２６及びダイオードＤ_１，Ｄ_２は不要である。

また、上記実施例では感温抵抗素子として感温抵抗素子
を用いた例を説明したが、これに限られることなく例え
ば白金やニッケル等を抵抗体とした感温抵抗でも同等の
構成をとることができる。但し、この場合には抵抗体の
抵抗温度係数が正となる点への考慮を要する。

更に、演算回路についても、例えば上記実施例の回路に
対して更にタイマ回路やマイコンを応用した制御回路を
追加接続してもよい。

本実施例では単一のＯＰアンプと２個の比較器及びトラ
ンジスタ等で演算回路２０を構成したが、そのほかにも
例えば感温抵抗体の出力電圧をＡ／Ｄ変換器に入力し、
マイクロプロセッサを用いデジタル情報として演算処理
してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、結霜結露の検知手
段として一対の感温抵抗素子を用いてその温度差の変化
をパラメータとしたので、該変動要因による誤検出の発
生を最少限に抑制でき、非常に安定した性能で機械的強
度に優れた結霜結露検知装置に安価に提供し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る結霜結露検知装置における検知部
の外観斜視図、 第２図は本発明装置の回路構成図、 第３図は空気中及び氷中での感温抵抗素子の温度特性を
示すグラフ図、 第４図〜第８図は従来の結霜結露検知装置の構成図であ
る。 １２，１４……感温抵抗素子 １６，１８……定電流回路 ２０……演算回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】近接配置された一対の感温抵抗素子と、前
   記感温抵抗素子の一方に対し自己発熱による温度上昇を
   生じさせる電流供給を行う発熱電流源と、 前記他方の感温抵抗素子に対しその温度上昇が無視し得
   る程度の電流供給を行う比較基準電流源と、 前記両感温抵抗素子間の温度差を求めこれを予め定めら
   れた基準値と比較する演算回路と、を含み、 前記高温側感温抵抗素子の温度が熱伝導作用により低下
   したときに結霜または結露状態が発生しているものと判
   定することを特徴とする結霜結露検知装置。
2. 【請求項２】請求項（１）に記載の結霜結露検知装置に
   おいて、比較基準電流電源の接続された感温抵抗素子の
   抵抗値より周囲の雰囲気温度の検出を行い、周囲温度が
   水の結氷温度以下に下がった時にのみ結霜状態が発生し
   ているものと判定することを特徴とする結霜結露検知装
   置。