JPH10197134A - 結霜結氷センサおよび結霜結氷の検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】取り付け作業が容易で取り付けに場所をとら
ず、しかも、霜または氷の付着を区別して検出できるよ
うにする。 【解決手段】吸発熱素子２の吸熱面３にサーミスタ６を
有する結霜結氷センサ１を熱交換器８に発熱面４を接し
て設置する。このサーミスタ６によって検出される温度
が氷結温度よりも小さい場合に、サーミスタ６によって
測定される温度が所定の値だけ下降するまで吸発熱素子
２を動作させ、その温度下降に要する下降時間が所定の
霜境界値より小さいときに結霜状態であると判定し、下
降時間が所定の氷境界値より大きいときに結氷状態であ
ると判定し、下降時間が霜境界値より大きく且つ氷境界
値より小さいときに霜も氷も付着していないと判定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空調機や冷蔵庫に使
用される熱交換器に霜または氷が付着しているかどうか
を検出する結霜結氷センサ、および、結霜または結氷状
態を検出する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から熱交換器に付着する霜を検出す
る霜センサとして特開平１−３１２３７８号公報に示さ
れるようなものが用いられていた。図５に示すように、
この霜センサ５０は感熱素子であるサーミスタ５１と加
熱手段である加熱ヒータ５２とを備えており、これらは
蒸発器５３の蒸発パイプ５４に設けられたステイ５５に
取り付けられている。この霜センサ５０は、加熱ヒータ
５２を一定時間通電することによって発生した熱がサー
ミスタ５１に伝わってその抵抗値が下がることを検出す
るものであり、周囲の霜の有無によって変わるサーミス
タ抵抗値の変化率の違いを測定することで霜の有無を検
出している。サーミスタ５１付近に霜が形成されると、
加熱ヒータ５２からサーミスタ５１への熱伝導度が悪く
なるのでサーミスタ抵抗値の変化率が小さくなり、霜セ
ンサ付近に霜が形成されたかどうかを検出できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の霜センサは上記
のように構成されているが、このようにサーミスタとヒ
ータを別々に設置する方式では全体の構成が大きくなり
狭い場所等への設置が困難になる。すなわち、図５のよ
うに構成された従来の霜センサでは、蒸発パイプ５４に
ステイ５５を取り付けた上で、さらにサーミスタ５１と
加熱ヒータ５２とをステイ５５に取り付ける必要があ
り、取り付け作業が繁雑になるうえ、霜センサ５０の取
り付けに要する容積が大きくならざるを得ず、そのため
に、全体として小型化が図れないという問題があった。
また、サーミスタとヒータを別々に設置すると、ヒータ
で発生した熱は輻射と空気の対流によってサーミスタに
伝わるが、空気の対流状態は周囲の風の状態などにより
変動し、熱の伝わり方が安定しないので霜の検出も安定
しないという問題もあった。

【０００４】また、上記従来技術のようにヒータに一定
時間の通電を行うと周囲の霜が融解してしまう場合があ
り、このようなときには霜の検出は正常には行われない
恐れがある。

【０００５】さらに、熱交換器に付着するものは霜に限
らず氷が付着する場合があるが、図５に示した従来の技
術では霜と氷を区別して検出することは考えられておら
ず、その区別は困難であった。

【０００６】本発明は、上述したような事情に鑑みて成
されたものであって、取り付け作業が容易で取り付けに
場所をとらず、しかも、霜または氷の付着を区別して検
出でき、検出精度の安定した結霜結氷センサ、および、
結霜または結氷状態を区別して検出する方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明は、上記課題を
解決するために、熱交換器に取り付けられてこの熱交換
器の結霜または結氷状態を検出する結霜結氷センサを構
成するにあたって、吸発熱素子と、この吸発熱素子の吸
熱面に付着された測温素子から結霜結氷センサを構成す
る。

【０００８】さらに、熱交換器の結霜または結氷状態を
検出する方法において、測温素子を吸熱面に有する吸発
熱素子をその発熱面が前記熱交換器に接するように取り
付け、前記測温素子によって測定される温度が所定の値
だけ下降するまで前記吸発熱素子を動作させ、その温度
下降に要する下降時間が所定の霜境界値より小さいとき
に結霜状態であると判定し、前記下降時間が所定の氷境
界値より大きいときに結氷状態であると判定し、前記下
降時間が前記霜境界値より大きく且つ前記氷境界値より
小さいときに霜も氷も付着していないと判定することを
特徴としている。

【０００９】ペルチェ効果を利用した吸発熱素子を動作
させることによって、その吸熱面に貼着された測温素子
の温度が下がり、奪われた熱は発熱面から熱交換器に放
出される。吸発熱素子による吸熱作用は一定であるか
ら、測温素子（およびその周辺）の温度下降速度は測温
素子付近の熱伝導度や熱容量よって決まる。この結霜結
氷センサの測温素子が貼着されている面に霜または氷が
付着すると周囲からの熱の流入は霜や氷を介して行われ
ることになり、それらが付着していない状態と比較して
熱の伝導度が変化する。すなわち、吸熱面上に霜が付着
した場合は霜の付着による断熱効果によって温度下降速
度がなにも付着していない状態と比較して早くなる。一
方、吸熱面上に氷が付着すると熱伝導がよくなり、温度
下降速度がなにも付着していない状態と比較して遅くな
る。したがって、吸発熱素子を動作させてから測温素子
が一定温度だけ下降するまでの時間を測定することによ
って霜または氷の有無を検知することができる。このと
き、結霜結氷センサに付着しているものが霜の場合と氷
の場合で実効的な熱の伝導度が異なるので霜と氷の違い
を区別して検出することができる。

【００１０】ここで、吸発熱素子を動作させてから測温
素子が一定温度だけ下降するまでの時間を測定するとい
う動作は、測温素子によって測定される周囲温度が水の
氷結温度すなわち０℃よりも小さい場合に限ることが望
ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１から図４を参照しつつ、本発
明の結霜結氷センサの構成、および、結霜結氷の検出方
法の実施の形態の一例を説明する。

【００１２】図１(a) に本発明の結霜結氷センサ本体部
分の平面図、図１(b) には図１(a)に示した結霜結氷セ
ンサ１を熱交換器８の吸熱板に取り付けた様子を側面か
ら見た図を示す。本発明の結霜結氷センサ１は、ペルチ
ェ効果を利用した吸発熱素子２とその吸熱面３上に貼付
されたＮＴＣサーミスタ６によって構成されている。そ
して吸発熱素子２の発熱面４が熱交換器８の吸熱板（す
なわち霜や氷が付着する面）などと接触するように取り
付けられている。吸発熱素子２およびサーミスタ６には
素子を動作させる電源をつなぐためのリード線５とリー
ド線７がそれぞれが付属している。また、図示はしてい
ないが吸熱面２およびサーミスタ６の表面は耐湿性を向
上させるため薄い保護膜で覆うようにしてもよい。

【００１３】図２は本発明の結霜結氷センサを動作制御
部を含めて説明する図である。動作回路１１はリード線
５を介して電流を吸発熱素子２に流す回路であって、定
電圧または定電流回路で構成される。温度検出回路１２
はリード線７を介してサーミスタ６の抵抗値を測定し、
サーミスタ自身およびその周囲の温度を検出する温度検
出手段であって、サーミスタ６の抵抗値を温度に換算す
る回路を含む。制御部１５は動作回路１１のＯＮ／ＯＦ
Ｆの制御を行い、また、温度検出回路１２の出力を取り
込み所定の温度だけ下降するのに要する時間を時間検出
回路１３によって検出し、その値を所定のしきい値（氷
境界値および霜境界値）と比較回路１４で比較して結霜
または結氷状態を判定する。制御部１５によって判定さ
れた結霜または結氷状態はランプや液晶パネルなどから
なる表示部１６に表示される。

【００１４】次に、結霜または結氷状態を検出する方法
を図３を用いて説明する。まず、サーミスタで周囲温度
を測定し、氷結温度すなわち０℃以下であることを確認
し、氷結温度以下の場合にのみ以下の動作を行う。ペル
チェ効果を利用した吸発熱素子２に一定電圧を印加する
か一定電流を流すかすると、吸熱面３から熱を奪い発熱
面４から熱を放出する。このとき、発熱面４からの放熱
量が大きくて温度が上昇しすぎると熱交換器８に付着し
た周囲の霜を融解する可能性があることから、制御回路
にてサーミスタ６の周辺の温度が１℃〜２℃程度の所定
温度Ｈだけ下降すると吸発熱素子２に流す電流スイッチ
がＯＦＦになるようにする。

【００１５】図３はこのようにしたときのサーミスタ６
で測定される温度の変化分を示すグラフである。このグ
ラフで、霜が付着している状態が曲線２１、霜も氷も付
着していない状態が曲線２２、氷が付着している状態が
曲線２３で示されている。感受面（結霜結氷センサのサ
ーミスタが取り付けられている面）に霜が付着すると、
霜による断熱効果によって周囲からの感受面への熱の流
入が少なくなり、サーミスタ６の温度下降速度は速くな
る。また、感受面に氷が付着すると、氷の熱伝導は何も
付着していない場合と比較して熱伝導がよいので、サー
ミスタ６の温度下降速度は遅くなる。このようにサーミ
スタ６付近の温度下降速度は結霜結氷センサに霜もしく
は氷が付着することによる熱容量および熱伝導度の変化
によって変化する。霜と氷ではその密度および熱伝導度
が異なることから温度下降速度も大きく異なっており、
この温度下降に要する時間を測定するにあたってしきい
値を２つ設けることによって霜と氷を区別することが可
能である。したがって図３に示すように吸発熱素子２に
電流を流し始めてからサーミスタ６で検出される温度が
所定の一定温度変化Ｈだけ下降するまでの下降時間Ｔを
測定し、その時間をしきい値となる時間と比較する。図
３において、結霜状態のときの下降時間はＴ0 であり、
霜も氷も付着していない状態のときの下降時間はＴ1 で
あり、結氷状態のときの下降時間はＴ2 である。下降時
間を過ぎて吸発熱素子２に流す電流スイッチをＯＦＦに
した後もわずかに温度が下降しているのは吸発熱素子２
付近の余冷がサーミスタ６に伝わるためである。

【００１６】しきい値となる時間は、霜が付着している
状態と霜がない状態を区別する霜境界値Ｔｓと、結氷状
態を区別する氷境界値Ｔｋの２種類を設定する。温度が
Ｈだけ上昇するのに要する上昇時間Ｔと上記した所定の
霜境界値Ｔｓおよび氷境界値Ｔｋとの関係で、次のよう
に結霜または結氷状態を判定する。

【００１７】 Ｔ ≦Ｔｓ のとき 結霜状態 Ｔｓ＜Ｔ＜Ｔｋ のとき 霜も氷もない状態 Ｔｋ≦Ｔ のとき 結氷状態 霜境界値Ｔｓおよび氷境界値Ｔｋについては、あらかじ
め実験により最適値を求めておく。なお、上記の所定の
温度変化Ｈを設定するに当たっては、制御部の内部では
温度変化そのものではなく、サーミスタの抵抗値の変化
分などの温度変化に相当する値を所定値として設定して
おいても良いことはもちろんである。

【００１８】上述した結霜または結氷状態を判定する動
作は、結霜結氷センサ１内のサーミスタ６によって測定
される周囲の温度が水の氷結温度すなわち０℃よりも下
回った場合のみに行い、図４に示すように所定の時間間
隔Ｔａ毎に間欠的に行われる。Ｔａは吸発熱素子２に流
す電流をＯＦＦにしてから周囲温度がもとの温度に戻る
のに十分な時間である。時間間隔Ｔａは一定の時間とす
ることが望ましいが、必ずしも一定である必要はない。

【００１９】本発明の結霜または結氷状態を検出する方
法は熱交換器周囲の絶対温度にはよらない。すなわち、
例えば、周囲温度が−５℃のときも−１０℃のときも同
じしきい値（氷境界値および霜境界値）を使用して結霜
または結氷状態を区別して検出することができる。

【００２０】本発明は次のような構成の結霜結氷センサ
を含むものである。熱交換器の結霜または結氷状態を検
出する結霜結氷センサにおいて、吸発熱素子と、この吸
発熱素子の吸熱面に貼着された測温素子と、前記吸発熱
素子を動作させる制御電源と、前記測温素子の温度を検
出する温度検出手段と、検出された温度が所定幅だけ下
降するのに要する下降時間を検出する時間検出手段と、
前記下降時間を複数の所定時間と比較する比較手段とを
備え、前記測温素子により検出される温度が所定値だけ
下降するまで前記吸発熱素子を動作させ、その温度下降
に要する下降時間と前記複数の所定時間との大小関係に
基づいて結霜または結氷状態を区別して検出することを
特徴とする結霜結氷センサ。

【００２１】

【発明の効果】本発明の結霜結氷センサの構成要素とな
るサーミスタが貼付された吸発熱素子は形状が小型なの
で様々な形状の熱交換器に容易に設置することが可能で
ある。また、２種類のしきい値を設定することで、霜ま
たは氷の付着を区別して精度よく検出できる。さらに、
本発明の方法において、サーミスタ温度上昇の速度は周
囲の絶対的な温度の影響を受けにくいため、周囲温度に
影響されずに結霜状態または結氷状態の検出をすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の結霜結氷センサ本体部の一実施の形態
を示す図である。

【図２】本発明の結霜結氷センサの一実施の形態を示す
図である。

【図３】結霜または結氷状態を検出する方法を説明する
図である。

【図４】本発明の結霜結氷センサを駆動する方法を説明
する図である。

【図５】従来の霜センサの一例を示す図である。

【符号の説明】

１…結霜結氷センサ ２…吸発熱素子 ３…吸熱面 ４…発熱面 ５…リード線 ６…サーミスタ ７…リード線 ８…熱交換器 １１…動作回路 １２…温度検出回路 １３…時間検出回路 １４…比較回路 １５…制御部 １６…表示部 ２１…結霜状態の曲線 ２２…霜氷なし状態の曲線 ２３…結氷状態の曲線 Ｔｓ…霜境界値 Ｔｋ…氷境界値

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器に取り付けられてこの熱交換器
   の結霜または結氷状態を検出する結霜結氷センサであっ
   て、吸発熱素子と、この吸発熱素子の吸熱面に付着され
   た測温素子からなる結霜結氷センサ。
2. 【請求項２】 熱交換器の結霜または結氷状態を検出す
   る方法において、測温素子を吸熱面に有する吸発熱素子
   をその発熱面が前記熱交換器に接するように取り付け、
   前記測温素子によって測定される温度が所定の値だけ下
   降するまで前記吸発熱素子を動作させ、その温度下降に
   要する下降時間が所定の霜境界値より小さいときに結霜
   状態であると判定し、前記下降時間が所定の氷境界値よ
   り大きいときに結氷状態であると判定し、前記下降時間
   が前記霜境界値より大きく且つ前記氷境界値より小さい
   ときに霜も氷も付着していないと判定することを特徴と
   する結霜結氷の検出方法。