WO1997024568A1 - Dispositif de detection de givre - Google Patents

Description

明 細 書

着 霜 検 知 装 置

〔発明の詳細な説明〕

〔発明の属する技術分野〕

本発明は、 各種産業機器や冷却器の着霜検知装置に関するものである。

〔従来の技術〕

冷涑冷蔵庫は、 そこに組み込まれている熱交換器の冷却ファン表面への霜の付 着が機器の冷却効率を低下させ、 これを放置したままで運転を続ければ、 消費ェ ネルギー効率が著しく低下して不経済になるだけでなく故障の原因ともなる。 こ のために、 家庭用冷蔵庫などでは庫内の温度を検知してコンプレツサをオンーォ フさせるとともに、 タイマを用いて一定時間冷却動作させ、 その積算時間が所定 の時間に達すると、 ヒータ動作に切替えて除霜を扦い、 除霜運転終了後、 一定時 間経過するとヒータへの通電を終了させる除霜方法が一般に用いられている。 この方法では除霜の開始は時間によって制御できるが、 着霜状態は冷蔵庫の周 囲温度、 湿度、 扉の開閉頻度、 庫内に入れた物の状態、 例えば、 温度、 蒸発量、 熱容量等により異なるため、 単に時間だけで制御することはできない。 又、 この 方法は実際の着霜状態を検知するものではないために、 未着霜状態でも除霜動作 が行われたり、 又は、 過着霜状態であっても除霜動作が行われない場合が発生し 、 エネルギー効率の悪い冷却運転が行われる。

このような従来の除霜方法の欠点を解消するために、 各種の着霜検知方法が開 発されているが誤動作ゃ検知精度等の面で実用上問題点が多い欠点があった。 図

6は、 冷凍庫や冷蔵庫に使用するために提案された結霜結露検知装置の一例であ り、 例えば、 特開平 2 - 1 1 5 6 7 8号公報で開示されている。

この結霜結露検出装置は、 近接配置された一対の感熱素子 R 1 と R 2が設けら れ、 それぞれに電流供給源が設けられている。 感熱素子 R 1 と R 2の一方の感熱 素子に対して空気中で自己発熱して温度上昇を生じさせる程度の発熱電流源とし 、 他方の感熱素子に対してはその温度上昇が無視できる程度の比較基準電流源と する。 そして、 発熱電流源から電流供給を受ける感熱素子は常に比較基準電流源 からの電流供給を受ける他方の感熱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上記一対の感熱素子上 に結霜又は結露が生じると、 このような固体及び液体は空気よりも熱伝導率が大 きいので、 高温に保持された感熱素子からその表面に付着している霜又は露を介 して熱の放散作用が生じる。 このような放散作用によって感熱素子の温度が低下 し、 他方の一定温度に保持されている憨熱素子との温度差が小さくなる。 この温 度差を演箕回路で求めて予め設定した値と比較し、 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ものである。

〔発明が解决しょうとする課題〕

従来の結霜結露検知装置を冷凍冷蔵庫等に適応しょうとすると、 次のような欠 点がある。 家庭用冷涑冷蔵庫では、 一般に、 冷却運転のときにコンプレッサと冷 却ファンが同時に動作する方式である。 その結霜結露検知装置が図 7 ( a ) に示 されており、 結霜結露検知器 1 0が感熱素子 1 0 aと 1 0 bの直列回路からなり 、 その出力電圧 V aが増幅回路 1 1に入力され、 その出力電圧 V 1が比較回路 1 2に入力されている。 レベル設定回路 1 3から基準電圧 V rが比較回路 1 2に入 力されている。 図 7 ( b ) に示すようにコンプレッサは、 庫内に設置した温度セ ンサによつて庫内温度を検知して庫内温度が一定になるようにオン一オフ動作を 繰り返す。 しかし、 通常の使用状態では、 コンブレッサのタイ ミングチャートの ように一定の繰り返し動作となる。 コンプレッサが時刻 で運転開始して時間 が経過すると、 エバポレータ （冷却器） 及び結霜結露検知装置の感熱素子に霜が 付着し感熱素子 R 1 と R 2間の温度差が縮小し、 増幅回路 2の出力電圧 V 1のレ ベルは徐々に低下していく。

しかし、 着霜検知器に霜が十分に成長しない状態でコンプレッサ及び冷却ファ ンが停止した場合、 即ち、 図 7 ( b ) の時刻 t _s に示すように、 信号電圧 V Iが 比較器 1 2の設定レベル V rまで降下しない状態でコンプレッサ及び冷却ファ ン が停止した場合、 感熱素子 R l , R 2の温度差に対応した出力電圧 V 1は、 時刻 t c に示すように、 初期値の状態に戻る。 その結果とし、 信号電圧 V 1は設定レ ベル V r以下になるので信号電圧 V 2が出力される。 即ち、 従来の着霜検知装置 では、 着霜運転状態でもないにもかかわらず霜を検知して、 除霜状態になる欠点 がある。 このように、 コンプレッサ及び冷却ファンが動作している時は正常に動 作しているが、 コンブレッサ及び冷却ファンが停止すると正常に動作しなくなる 欠点がある。

本発明は、 上述の課題に鑑みなされたものであり、 検知用感熱素子と補償用感 熱素子を用いてその温度差から着霜量を検出する着霜検知器を使用した着霜検知 装置を提供することを目的とするものである。

又、 本発明は、 コンプレッサ及び冷却ファンの動作に依存して誤動作が生じな い着霜検知装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、 上記の目的を達成する為になされたものであり、 請求項 1に記載さ れた発明は、 検知用感熱素子と補償用感熱素子からなる着霜検知器と、 前記着霜 検知器の出力信号を増幅する増幅回路と、 前記増幅回路の出力電圧を設定レベル と比較する比較手段と、 コンブレッサ及び冷却ファンの運転状態を検知する動作 検知回路と、 前記動作検知回路と前記比較回路の出力電圧によって着霜の有無を 判定する判定回路とを備えることを特徴とする着霜検知装置であり、 動作検知回 路によりコンプレッサ及び冷却ファンの運転状態を監視しながら判定回路の出力 に基づいて着霜を検知している。

又、 請求項 2に記載の発明は、 検知用感熱素子と補償用感熱素子からなる着霜 検知器と、 前記着霜検知器の出力信号を増幅する増幅回路と、 前記増幅回路の出 力電圧を設定レベルと比較する比較手段と、 コンプレッサ及び冷却ファンの運転 状態を検知する動作検知回路と、 前記動作検知回路の出力信号によって動作する 遅延パルス発生回路と、 前記遅延パルス発生回路のパルス出力信号と前記比較回 路の出力電圧によって着霜の有無を判定する判定回路とを備えることを特徴とす る着霜検知装置であり、 コンプレッサ及び冷却ファ ンの運転状態を監視して、 動 作検知回路の動作に応じた遅延パルスを発生させてその遅延パルスに同期させて 判定回路からの出力に基づいて着霜を検知するものである。

又、 請求項 3に記載の発明は、 検知用感熱素子と補償用感熱素子からなる着霜 検知器と、 前記着霜検知器の出力信号を増幅する増幅回路と、 前記増幅回路の出 力電圧を設定レベルと比較する比較手段と、 コンプレッサ及び冷却ファンの運転 状態を検知する動作検知回路と、 前記コンプレッサ及び冷却ファンの何れもが動 作したときに前記動作検知回路が出力する出力信号によって動作する遅延パルス 発生回路と、 前記遅延パルス発生回路のパルス出力信号と前記比較回路の出力電 圧によって着霜の有無を判定する判定回路とを備えることを特徴とする着霜検知 装置であり、 コンプレッサ及び冷却ファンの何れもが作動した際に動作検知回路 からの出力に応じた遅延バルスを発生するようにし、 判定回路の出力を運延パル スに同期させて出力させることにより所定の時間が経過した後に着霜量を検知し ている。

〔発明の実施の形態〕

以下、 本発明に係る着霜検知装置の一実施形態について図面を参照して説明す る。 図 1は、 本発明に係る着霜検知装置の一実施形態を示す回路図である。 同図 に於いて、 着霜検知装置は着霜検知器 1と、 着霜検知器 1の出力信号を増幅する 増幅回路 2と、 着霜量に応じて設定した設定レベル （基準電圧） と増幅回路 2の 出力とを比較する比較回路 3と、 比較回路 3に供給される設定レベル （基準電圧 ) を発生するレベル設定回路 8と、 コンプレッサ及び冷却ファ ン 4の動作停止を 検出する動作検知回路 5と、 コンプレッサ及び冷却ファン 4の動作に対応して着 霜の有無を検出する判定回路 6とから構成されている。

因に、 着霜検知器 1について、 図 2を参照して説明すると、 同図 （ a ) はその 斜視図であり、 同図 （ b ) はその X— X線に ¾つた断面図である。 同図に於いて 、 着霜検知器 1は検知用感熱素子 1 aと補償用感熱素子 1 bと、 これらの素子を 収納する容器 1 1とからなり、 これらの素子により構成される回路から得られる 電位差、 即ち、 温度差から着霜量を検出するセンサである。 着霜検知器 1は、 図 2に示すように、 仕切壁 1 1 aが設けられた容器 1 1に蓋 体 1 4が設けられ、 空間 1 2 a , 1 2 bが形成され、 空間 1 2 aには間隙 1 3が 設けられ、 空間 1 2 a内に検知用感熱素子 1 aが設けられ、 密封された空間 1 2 bには補償用感熱素子 1 bが設けられている。 検知用感熱素子 1 a及び補償用感 熱素子 1 bのリード線 1 0 a, 1 0 bが蓋体 1 4から外部に引き出されている。 この着霜検知器が冷蔵庫内に装着され、 間隙 1 3に霜が付着していない状態では 、 庫内の空気が間隙 1 3を介して流入するので、 検知用感熱素子 1 aと補償用感 熱素子 1 bとの温度差が発生する。 しかし、 問隙 1 3に霜が付着して閉塞される と検知用感熱素子 1 aと補償用感熱素子 1 bとが空間 1 2 a , 1 2 bに閉塞され た状態、 即ち、 物理的条件が同一となるので検知用感熱素子 1 aと捕償用感熱素 子 1 bの抵抗が等しくなる。 その結果、 各素子の端子間電圧が等しくなり温度差 が零となる。 本発明の着霜検知装置に使用される着霜検知器は、 上記のような動 作原理に基づいており、 両感熱素子の温度差によって着霜状態を検知する着霜検 知装置である。

更に、 詳細に説明すると、 着霜検出器 1は、 図 1に示すように、 検知用感熱素 子 1 aと補償用感熱素子 1 bが電圧源 Eと接地間に直列接続されており、 検知用 感熱素子 1 _aと補償用感熱素子 1 bの抵抗値をそれぞれ R a , R bとすると、 そ の出力電圧 V aは以下のように表される。

V a =E · R b/ (R a +R b ) ( 1 ) 又、 温度が上昇して検知用感熱素子 1 aの抵抗値 R aが低下すると、 補償用感 熱素子 1 bの端子間電圧は、 （ 1 ) 式は以下のように表される。

V a =E · R b/ ( (R a—厶 R a ) + R b〕 ······ （ 2 ) 但し、 補償用愍熱素子 1 bの抵抗値 R bは一定である。 Eは印加電圧、 （R a

—厶 R a ) は検知用感熱素子 1 aの抵抗値を示している。

着霜検知器 1の出力 V aは増幅回路 2に入力されて増幅され、 その出力電圧 V 1が比較回路 3に入力される。 又、 比較回路 3には、 レベル設定回路 8からの設 定レベル （基準電圧） V rが入力されており、 出力電圧 V 1と設定レベル V rと が比較回路 3で比較される。 出力電圧 V 1が設定レベル V rより低下すると、 比 較回路 3からの出力電圧 V 2が判定回路 6に入力され、 コ ンプレッサ 4の動作に 応じて動作検知回路 5から出力電圧 V 3に同期して判定回路 6から出力され、 着 霜量が検出される。

次に、 本発明に係る着霜検知装置の他の実施形態について図 3を参照して説明 する。 同図の着霜検知装置は、 着霜検知器 1 と、 着霜検知器 1の出力電圧 V aを 増幅する増幅回路 2と、 検出すべき着霜量に応じて定めた設定レベル （基準電圧 V r ) と増幅回路 2の出力電圧 V 1とを比較する比較回路 3と、 コ ンプレッサ及 び冷却ファ ン 4の何れもの動作停止を検出する動作検知回路 5と、 動作検知回路 5の出力に応じて遅延したパルスを発生する遅延パルス発生画路 7と、 遅延バル ス発生回路 7からの遅延パルスに対応して着霜の有無を検出する判定回路 6とか ら構成されている。

遅延パルス発生回路 7は、 動作検知回路 5がオン状態となった後、 一定時間 T 1が経過する毎に遅延パルスが発生する回路である。 比較回路 3は、 増幅回路 2 の出力電圧 V 1が設定レベル （着霜量） を越えたか否かを判定する回路である。 判定回路 6は、 比較回路 3の出力電圧 V 2と遅延パルス発生回路 7からの遅延パ ルスに同期させて着霜の有無を検出するものである。 この遅延パルスは、 コンプ レッサ 4の運転と停止を操り返す場合、 運転開始直後はエバポレータ （冷却器） が十分に冷却されていないために、 増幅回路 2の出力電圧は不安定になり、 この ためにコンブレッサ 4の動作検知回路 5の次段に遅延パルス発生回路 7を設けて 、 コ ンプレッサ 4の運転開始時から一定時間 （T 1 ) 遅延してパルスを判定回路 6に入力するようにしている。

続いて、 図 3の実施形態における着霜検知装置の動作について、 図 4のタイ ミ ングチャート図を参照して説明する。 同図に於いて、 （ a ) はコ ンプレッサ 4の 動作を示す動作波形であり、 （ b ) は動作検知回路 5の出力波形を示し、 （ c ) は遅延パルス発生回路 7からのパルス波形を示し、 （ d ) は増幅回路 2の出力波 形を示し、 （ e ) は比較回路 3の出力波形を示し、 （ f ) は判定回路 6の出力波 形を示している。

先ず、 着霜検知装置は冷蔵庫内に装着されており、 冷蔵庫のコンプレッサ 4は 庫内温度を検知してオン一オフ動作を操り返し、 冷蔵庫内の温度が設定温度まで 下がるとコンプレッサ 4は停止する。 同図 （ a ) に示すように、 コンプレッサ 4 の動作に応じて、 同図 （ b ) に示すように、 コンブレッサ 4のオン一オフ動作に 連動して動作検知回路 5は信号電圧 V 3を出力する動作検知回路 5に示すように パルス状の出力波形が得られる。 同図 （ c ) に示すように、 動作検知回路 5の出 力が遅延パルス発生回路 7に入力され、 時間 T 1 の周期でパルスが発生し、 判定 回路 6に入力される。 時刻 t , でコンプレッサ 4が動作を開始する。 その時点で は着霜検知器 1の間隙 1 3には、 まだ霜が付着していないので、 検知用感熱素子 1 a と補償用感熱素子 1 bとの温度差に対応する電圧 V 1が設定レベル V rより 十分高いレベルにある。 コンプレッサ 4が 2回目の動作時 （時刻 t ₃ ) でも着霜 検知器 1の間隙 1 3に霜が付着され始めているが、 その間隙 1 3が閉塞されてい ないので、 電圧 V 1は設定レベル V rより十分高いレベルにある。 動作検知回路 5の信号電圧 V 3がオン状態となると、 同図 （ c ) に示すように、 遅延パルス発 生回路 7が作動して遅延パルスを出力する。

コンプレッサ 4が時刻 t _s で 3回目の動作を開始すると、 まだ着霜検知器 1の 間隙 1 3が霜によって閉塞されていない。 しかし、 時刻 t ₆ になると、 間隙 1 3 が霜によって閉塞され、 着霜検知器 1の出力レベルは設定レベル V rより低下す る。 時刻 t ₆ では、 同図 （ e ) に示すように、 Hレベルに反転する。 一方、 同図 ( f ) に示すように、 遅延パルス P 1に同期して、 判定回路 6の出力が時刻 t ₇ で L レベルから Hレベルに反転する。 着霜を検出して判定回路 6の出力電圧 V 5 はォン状態になる。

次に、 本発明の他の実施形態について図 5を参照して説明する。

上記実施形態では、 コンプレッサと冷却ファ ンの動作と停止をドアの開閉に応 じて別個に行う方式の冷凍冷蔵庫の場合に適応されるが、 通常、 コンプレッサと 冷却ファ ンが運転と停止動作を同時に行うとは限らない。 従って、 このようなコ ンプレッサと冷却ファンが別個に動作する方式の冷凍冷蔵庫では以下のような実 施形態とする。

図 5の着霜検知装置は、 コンプレッサ 4 a と冷却ファン 4 bの動作を個別に監 視しており、 他の部分は図 3の実施形態と同一である。 この実施形態では、 コン ブレッサ 4 a と冷却ファン 4 bを別々に監視してコンプレッサ 4 aと冷却ファン 4 bの両者が何れも動作しているときのみ動作検知回路 5の信号電圧 V 3がォン となって遅延パルス発生回路 7が動作して遅延パルスが出力される。 遅延パルス 発生回路 7は、 パルス電圧 V 4を出力する。

一方、 エバポレータ （冷却器） に取り付けた着霜検知器 1の表面の着霜量が増 えると検知感熱素子〗 a側に設けられた間隙 1 3が閉塞するために、 検知用感熱 素子 1 aと補償用感熱素子 1 bの温度差が無くなり電圧 V 1が設定レベル値以下 になる。 そして、 比較回路 3の出力電圧 V 2がオン状態となる。 パルス信号 V 4 と出力電圧 V 2がオンすると判定回路 6の出力電圧 V 5がォン状態となり、 エバ ボレータが着霜状態にあることを検知することができる。 従って、 図 5の実施形 態では、 コンプレッサ 4 aと冷却ファン 4 bの動作を個別に監視し、 同時に動作 して始めて動作検知回路 5から出力が発生されるようにすることによって、 誤動 作を解消したものであり確実に着霜を検出し得る利点がある。

〔発明の効果〕

上述のように、 本発明によれば、 着霜検知器を冷谏冷蔵庫内のエバポレータ （ 冷却器） に取り付けて、 コンプレッサ及び冷却ファンの運転状態を検知し、 これ らのコンプレッサ及び冷却ファンの信号電圧と、 着霜検知器の出力によって着霜 の有無を判定する判定回路とから構成された着霜検知装置を設けることにより、 誤動作を解消できる利点がある。

又、 本発明によれば、 エバボレータへの霜の付着状態を的確に検知できるため に、 従来のように過着霜状態での効率の悪い運転や未着霜状態での除霜運転を行 う必要がなくなるので、 消費エネルギ効率の良好な冷却運転を行う冷凍冷蔵庫を 除霜操作ができる着霜検知装置を提供できる利点がある。 〔図面の簡単な説明〕

〔図 1〕

本発明に係る着霜検知装置の一実施形態を示す回路図である。

〔図 2〕

( a ) は、 本発明に係る着霜検知装置に使用される着霜検知器を示す斜視図、 ( b ) はその X— X線に沿った断面図である。

〔図 3〕

本発明に係る着霜検知装置の他の実施形態を示す回路図である。

〔図 4 〕

図 3の着霜検知装置の動作を説明するためのタイ ミ ングチャート図である。

〔図 5〕

本発明に係る着霜検知装置の他の実施形態を示す回路図である。

〔図 6〕

従来の着霜検知装置の一例を示す回路図である。

〔図 7〕

( a ) は従来の着霜検知装置の他の例を示す回路図、 （ b ) はそのタイ ミ ング チヤ一卜図である。

〔符号の説明〕

1 着霜検知器

1 a 検知用感熱素子

1 b 補償用感熱素子

2 増幅回路

3 比較回路

4 コ ンプレッサ （及び冷却ファ ン）

5 動作検知回路

6 判定回路

7 運延バルス発生回路 レベル設定回路 a , 1 0 リード線 a , 1 2 b 空間 間隙

蓋体

Claims

請求の範囲

1. 検知用感熱素子と補償用感熱素子からなる着霜検知器と、

前記着霜検知器の出力信号を増幅する増幅回路と、

前記増幅回路の出力電圧を設定レベルと比較する比較手段と、

コ ンブレッサ及び冷却ファ ンの運転状態を検知する動作検知回路と、 前記動作検知回路と前記比較回路との出力電圧によって着霜の有無を判定する 判定回路とを備えることを特徴とする着霜検知装置。

2. 検知用感熱素子と補償用感熱素子からなる着霜検知器と、

前記着霜検知器の出力信号を増幅する増幅回路と、

前記増幅回路の出力電圧を設定レベルと比較する比較手段と、

コンプレッサ及び冷却ファ ンの運転状態を検知する動作検知回路と、 前記動作検知回路の出力信号によって動作する遅延パルス発生回路と、 前記遅延パルス発生画路のバルス出力信号と前記比較回路の出力電圧によって 着霜の有無を判定する判定回路とを備えることを特徴とする着霜検知装置。

3. 検知用感熟素子と補償用感熱素子からなる着霜検知器と、

前記着霜検知器の出力信号を増幅する増幅回路と、

前記増幅回路の出力電圧を設定レベルと比較する比較手段と、

コンプレッサ及び冷却ファ ンの運転状態を検知する動作検知回路と、 前記コンプレンサ及び冷却ファ ンの何れもが動作したときに前記動作検知回路 が出力する出力信号によって動作する遅延パルス発生回路と、

前記遅延パルス発生回路のパルス出力信号と前記比較回路の出力電圧によって 着霜の有無を判定する判定回路とを備えることを特徴とする着霜検知装置。