JPS61134651A - 霜の析出を検出するためのセンサ装置 - 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 本発明は、特に冷蔵装置において霜の析出を検出するた
めのセンサ装置に関する。

従来の技術 例えば冷蔵庫等の冷蔵装置においては、冷蔵室内で蒸気
が飽和状態になると蒸発器の冷却フィンで水蒸気が昇華
されるためにこれらのフィンで霜が形成される。霜が形
成されると、冷却液体を蒸発させるために必要な熱の１
部はフィンの周囲からうばわれないので、フィンはさら
に冷却される。つまシ、温度は下げられるが、むしろこ
のために、箱形成時に放出される凝固若しくは昇華熱が
使用される。霜が形成されると、水蒸気の昇華が行なわ
れる面が拡大されることにもなる。従って冷蔵装置の全
体的な効率が次第に低下するので、蒸発器で形成された
霜を取シ除かなければならず、このためにエネルギを再
供給しなければならない。霜取りは、例えば蒸発器のフ
ィン内を通って延びる冷却液ガイド管の間で同様に前記
フィンを通って延びる、組み込まれた電気式の管状加熱
体によって行なわれる。この電気式の管状加熱体は霜取
り加熱体と呼ばれている。蒸発気のフィンに形成された
霜だけを熱供給によって取シ除くべきであって、これに
よって冷蔵室全体を加熱すべきではないので、霜取り作
業は短時間で行なわなければならず、従って比較的大き
な電気効率を必要とする。

現在までのところ蒸発器の霜取９−は種種異なる形式で
行なわれる。現在は、定時同調式の霜取りが多く行なわ
れている。つまり、所定の時間間隔を保って切換えられ
るタイムスイッチが設けられておシ、これによって蒸発
器フィンに形成された霜が取り除かれる。このような時
間切換え法によれば、付着した霜若しくは氷の厚さにつ
いては考慮されていない。つまり、それ程厚くはない所
定の厚さの霜を最適な形式で霜取りすることはできず、
霜がまだ形成されていない場合は霜取り作業が早すぎる
か、又は蒸発器にすでに沢山の霜が形成されている場合
は霜取υが遅すぎることになる。そこで切換え作業を時
間的に制御するのではなく、温度に基づく抵抗によって
行なうことによって改良しようとする試みがなされてい
る（アメリカ合衆国特許第４３０５２５９号明細書）。

しかしながらこの形式においてもやはり加熱時点は固定
されている。また、霜の熱伝導率が低いためにわずかな
厚さに形成された霜を確認するのはほとんど不可能であ
る。

蒸発器フィンに付着する霜の量が増大すると空気貫流量
が減少することを利用した別の方法もある。こうして蒸
発前後で測定することによって圧力差が規定される。し
かしながらこの方法においては、汚れによって切換えミ
スが生じ、霜の厚さを十分正確に確認することはできな
い。

さらに、光線を受信器に向けて発信させ、この光線が霜
によって中断された時に霜取シ加熱体を切換える信号が
発信される形式の光学式の方法も公知である。この場合
でも、例えばフィンに霜が形成されていなくても、発信
器及び受信器に汚れ若しくは氷又は霜が付着することに
よって、霜取り装置が連続的にスイッチオンされるミス
が生じる。さらに、サーモスタットを介して調節を行な
うことが知られられているが、これは霜の形成を検出す
るには適していない。

本発明の測定原理とは異なるが、熱伝導率の変化に基づ
く別の測定法によれば測定ゾンデとして電極が設けられ
ている。この測定法においては、雪又は氷又はケーシン
グに配置された媒体がまず溶解され、電極間の液体が霜
取り装置をスイッチオンさせる（ドイツ連邦共和国特許
出願公開第２１５１８７６号明細書、同第３１０９５６
６号明細書、並びにドイツ連邦共和国特許出願公告第２
５１４４８９号明細書参照）。これと同じ測定原理に基
づいて、隣接し合う電極間の熱伝導率を加熱することな
しに直接測定する方法も公知である（ｒイツ連邦共和国
特許出願公開第３３１０３２７号明細書参照）。さらに
、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２１０４３０２号明
細書によれば、電気抵抗器として作用する金属部分を介
して電流によって熱を生ぜしめ、この金属部分にサーモ
部材として一定のサーモワイヤをはんだ付けしたものが
公知である。このサーモワイヤは金属部分の加熱が遅れ
ることによって金属部分に付着した氷を確認することが
できる。

発明が解決しようとする問題点 以上述べたすべての公知の方法においては、霜取り加熱
体のだめの不必要なスイッチオン又はスイッチオン信号
が間違った時点で与えられるので、過剰のエネルギ、ひ
いては著しく大きな費用が浪費される。そこで本発明の
課題は、このような欠点を避け、形成された霜を高い精
度で検出し、この検出結果に基づいてそれぞれ所望の調
節値に応じて霜取シ装置のスイッチオン信号を発信する
ことができるようなセンサ装置を提供することである。

問題点を解決するための手段 前記問題点は本発明によれば、互いに間隔を保って配置
された熱源と温度センサとの間に、霜の比熱伝導率と同
じ大きさの比熱伝導率を有する材料より成る熱伝導性の
接続部材が設けられていることＫよって解決された。本
発明による装置は特に霜を検出するために冷蔵庫の蒸発
器のフィンの間に設けられているが１．スイッチポイン
ト、雨どい又はこれと類似のものに設けて雪及び氷を確
認するためにも使用することができる。

作用 本発明は、熱源から生ぜしめられた熱が温度センサに達
し、この温度センサによって検出されることがら出発し
ている。これは次のような考えに基づいている。つまシ
、霜が形成されることによって、十分な熱量つまシ、熱
源から温度センサに達する部分熱量と同じくらいの部分
熱量が、熱源から温度センサに達する熱の流−れ　　　
　１から引き出され、これによって、温度センサに達す
る熱の量が霜の存在しない場合におけるよシも著しく少
なくなシ、霜が存在しない場合の熱量と霜が存在する場
合の熱量との差が、絶対的な吸収熱量とほぼ同根にも達
する。このために、熱源と温度センサとを接続する材料
の比熱伝導率を霜の比熱伝導率と同じ大きさにすること
が重要である。熱源と温度センサとを接続する材料の比
熱伝導率が著しく大きければ、霜は「多孔性」であるた
めに非常に小さい比熱伝導率しか有していないために霜
が形成された時でも熱を引き出すことはほとんどできず
、生ぜしめられた熱の大部分が熱源から温度センサにガ
イドされ、引き出される熱量は、例えば温度センサに達
する絶対的熱量の１０００分の１又はそれ以下のパーセ
ント範囲、つまシ、例えば種種異なる冷却温度、電子的
なミス等によるミス限界内であるので、使用可能な信号
を得ることはできない。つ１シ、温度センサに霜が形成
されても霜取シ加熱体をスイッチオンさせるだめの信号
は発せられない。

これに対して本願発明のセンサ装置によれば、霜及び氷
が形成された時に熱の影響が十分に変化し、ひいては温
度センサに種種異なる影響を与えることができるので霜
取シ装置を切換えるために使用される電気信号が非常に
正確に得られる。

実施態様 本発明の有利な実施態様によれば、熱源と温度゛センサ
とが共通のケーシング内に配置されて成し接続されてい
る。スリーブの材料としては、本発明の解決策によって
規定された条件に基づいて作成された適切な表〔例えば
ダッベル（Ｄｕｂｂｅｌ　）による〕から選び出される
。有利なスリーブ材料は、例えばカーボンブラック等の
混合されたシリコンラバーである。それというのはシリ
コンラバーは、厚さによって及び特にカーボンブラック
を混合することによって熱伝導率を調節できる他に必要
な剛性及び所望の弾性を有しているからである。

有利な形式によれば、熱源はＰＴＣ加熱部材を有してい
る。これによって周囲の条件が変化しても、温度センサ
に達する熱量（霜のできる率が同じであると仮定して）
の変動は可能な限シ小さい。この場合、センサ装置は、
ドイツ連邦共和国時第２９４８５９２号明細書によるス
リーブ状の抵抗加熱部材から出発して構成することがで
きる。また、熱源としてのＰＴＣ部材に付は加えてスリ
ーブ内に温度センサを挿入するが、この際、ＰＴＣ部材
の接触が金属の接触プレートを介して行なわれる場合に
は、この金属の接触プレートの寸法をＰＴＣ部材の寸法
に合わせ、温度センサにまで延びることがないようにし
なければならない。これによって金属の接触プレートは
高い比熱伝導率の熱ブリッジを形成することはない。

本発明の別の実施態様によれば、温度センサはＮＴＣ部
材として構成されているか、又は温度センサは、半導体
、特に珪素・温度センサとして構成されており、これは
−５０℃と０℃との間の良好かつ正確な測定範囲を有し
ている。

実施例 次に図面に示した実施例について本発明の構成を具体的
に説明する。

本発明によるセンサ１は外側のスリーブ２を有している
。このスリーブ２は、箱の熱伝導率λ＝　０．０９　Ｗ
　／　ｍＫと同じ大きさの熱伝導率を有する材料よシ成
っている（雪の熱伝導率はその密度に基づいておシ、密
度１００ｋｇ／ｍ３における０、０５　Ｗ　／　ｍＫか
ら密度４００′Ｋｇ／ｎｎ３における０−５２Ｗ　／　
ｍＫまで達する；霜は１００ｋｇ／ｍ３から１５０ｋＰ
／ｍ３までの密度を有する軽い雪に相当する）。スリー
ブの寸法自体はそれ程厳密ではない。一般にこのような
スリーブは、長さ５ｃｍ〜１３ｃｍ、直径０．０５　ｃ
ｍ〜１．５　ｃｍ。

また例えば０．２　ｃｍ〜０．５　ｃｍの壁厚を有して
いる。このようなスリーブに適した材料は、規格目録の
相応の熱伝導率衣から選び出される。熱　　Ｉ伝導率を
減少させるための有利な材料は、カーボンブラックの混
合されたシリコンラバー又は相応の合成樹脂であって、
これによって適した熱伝導率以外に必要な高い機械的剛
性が得られる。スリーブ２（熱接続部材）の熱伝導率は
、ＭｇＯ粒子をシリコンラバー又はこれと類似のものに
適当に加えることによって適当な形式で調節される。ス
リーブは中空室を有しておシ、この中空室内に、互いに
間隔を保って一方では加熱部材３（熱源）、他方では温
度センサが配置されている。図示の実施例では加熱部材
３と温度センサ４との間の空間は空であるか若しくは空
気が入れられている。しかしながらこの空間をスリーブ
の材料によって満たしてもよい。加熱部材は有利には、
正の温度係数を有する自己安定性材料よシ成っているが
、一般的な固定された抵抗体であってもよい。ＰＴＣ部
材としての加熱部材３はその表面６，７で金属接触部を
有しておシ、導線８，９を介してスリーブ２から外ヘガ
イドされている。この導線８，９は電圧源にガイドされ
ている。

温度センサは例えばＮＴＣ一部材であって、その抵抗は
温度が低くなるにつれて低下する。また、サーモ部材又
は温度センサ、特にシリコンヒートセンサ等のその他め
温度センサを使用することもできる。温度センサ４は温
度に応じて変化する信号を導線１１．１２に与える。こ
の信号は霜取シ装置を切換えるために使用される。

第３図及び第４図には、本発明による温度センサ１を冷
蔵装置の蒸発器内に配置した状態が示されている。この
蒸発器はフィン１３を有しておシ、このフィン１３には
冷却液導管が設けられていて、この冷却液導管内では冷
却液体が膨張によって気化され、これによってフィンを
介して周囲から熱がうばわれるので、周囲の冷却が行な
われる。冷却時には水蒸気が過飽和状態になるので、こ
の水蒸気はフィンで昇華され、従って霜として析出する
（第４図参照）。霜が形成されると不都合である。その
理由は、霜によって冷却効率が冷却つまシ温度を下げる
だめではなく、もっばら霜を形成するために使用され、
この時に霜によってフィンの表面積が大きくなシ、ひい
てはさらに霜が形成されて凝縮器による損失が大きくな
るからである。このだめ析 に霜の析出を避けるか、又は早期に中断させなければな
らない。

霜が形成されなければ（第６図参照）、加熱部材３で形
成された熱の１部はスリーブ２（接続部材）を通って温
度センサ４に達し、別のわずかな１部（基本的には前記
１部と同じ量であるが）はスリーブ２の外周壁を通って
放出される（第５図参照）。第５図及び第６図には、単
に説明するため１例としての数値若しくは概数のチが示
されているだけである。さて、フィン１３間で霜が形成
され、この霜が温度センサ４にも接触すると、スリーブ
２の材料の熱伝導率が霜の熱伝導率（著しく犬きくない
）と同じ大きさのものに選定されているので、加熱部材
３によって生ぜしめられた熱の大部分は、まず霜に伝達
され〔霜の熱伝導率が空気の熱伝導率（−２０’Ｏにお
いて約０．０２　Ｗ／ｍＫ　）よシも大きいために〕、
霜の質量によって温度が散逸して分散するために、もち
ろんいずれにしても非常にわずかな温度上昇が形成され
るだけであるので、場合によってはここで溶解熱として
使用（消費）されるか若しくは、霜によって拡大された
表面を介して容易に周囲に放出される。

この関係は第６゛図に示されている。スリーブ２の材料
及び付着した霜の熱伝導率が同じ大きさであるために、
温度センサによって受容される熱量が変化するか、又は
この熱量の変化は特に、絶対的に受容される熱量とほぼ
同程度にもなるので、この熱量の変化は、フィンに付着
した霜を取シ除く目的で加熱部材を加熱するために簡単
に、しかも大きな費用をかけることなしに測定されるか
若しくは処理される。信号は特に周囲の影響、及び例え
ば冷却装置等の種種異なる冷却効率等の欠陥源によって
影響を受けることはない。加熱部材３とセンサ部材４と
を接続する材料の熱伝導率が霜の熱伝導率よシも著しく
　　　　１高ければ、霜が形成されていない場合の熱影
響は１００％で”あって、霜が形成されている場合の熱
影響の変化は１０００分の１若しくはそれ以下の多範囲
である。それ故、絶対的な熱影響の大きさよシもわずか
に低いだけであるので、使用可能な信号はもはや得られ
ない。そのために、スリーブ又は、加熱部材とセンサと
の間の接続部は金属から製造してはならない。

効果 以上のように本発明のセンサ装置によれば、霜及び氷が
形成された時に熱の影響が十分に変化し、ひいては温度
センサに種種異なる影響を与えることができるので霜取
シ装置を切換えるだめの電気信号が非常に正確に得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例によるセンサの概略的な縦断
面図、第２図は第１図の１−１線に沿った断面図、第３
図は第１図にょるセンサを冷蔵装置の蒸発器の２つのフ
ィンの間に配置し、霜のない状態を示した図、第４図は
第６図に示したセンサで霜が形成されている状態を示し
た図、第５図は第３図の霜のない状態における熱の流れ
を示した概略図、第６図は第４図の霜の形成された状態
における熱の流れを示した概略図である。 １・・・センサ、２・・・外側のスリーブ、３・・・加
熱部材、４・・・温度センサ、６，７・・・表面、８．
９゜１１．１２・・・４線、１３・・・フィン輪 へ　（１）　・豐 ＼才 ａ）　！

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、霜の析出を検出するためのセンサ装置において、互
   いに間隔を保つて配置された熱源 （３）と温度センサ（４）との間に、霜の比熱伝導率と
   同じ大きさの比熱伝導率を有する材料より成る熱伝導性
   の接続部材（２）が設けられていることを特徴とする、
   霜の析出を検出するためのセンサ装置。 ２、熱源（３）と温度センサ（４）とが共通のケーシン
   グ内に配置されており、該ケーシングが、霜の比熱伝導
   率と同じ大きさの比熱伝導率を有する前記接続部材を形
   成している、特許請求の範囲第１項記載のセンサ装置。 ３、前記ケーシングが円筒形状に形成されている、特許
   請求の範囲第２項記載のセンサ装置。 ４、前記ケーシングが平行六面体形状である、特許請求
   の範囲第２項記載のセンサ装置。 ５、前記熱源（３）がＰＴＣ加熱部材を有している、特
   許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項記載
   のセンサ装置。 ６、前記熱源（３）が固定抵抗体を備えた電気式加熱部
   材として構成されている、特許請求の範囲第１項から第
   ５項までのいずれか１項記載のセンサ装置。 ７　温度センサ（４）がＮＴＣ部材として構成されてい
   る、特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１
   項記載のセンサ装置。 ８、温度センサ（４）がサーモ部材として構成されてい
   る、特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１
   項記載のセンサ装置。 ９　温度センサ（４）が半導体ヒートセンサとして構成
   されている、特許請求の範囲第１項から第８項までのい
   ずれか１項記載のセンサ装置。