WO2011148413A1 - 冷凍空調装置 - Google Patents

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WO2011148413A1
WO2011148413A1 PCT/JP2010/003511 JP2010003511W WO2011148413A1 WO 2011148413 A1 WO2011148413 A1 WO 2011148413A1 JP 2010003511 W JP2010003511 W JP 2010003511W WO 2011148413 A1 WO2011148413 A1 WO 2011148413A1
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evaporator
frost
drain pan
heating device
detection means
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濱田守
畝崎史武
守川彰
上山智嗣
山下浩司
森本裕之
本村祐治
山下哲也
大坪祐介
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration air conditioner, and more particularly to a refrigeration air conditioner having a function of defrosting an evaporator and heating a drain pan.
  • a refrigeration air conditioner has a refrigeration cycle provided with a compressor, a condenser, expansion means, and an evaporator, and the refrigeration cycle is filled with a refrigerant.
  • the refrigerant compressed by the compressor becomes a high-temperature and high-pressure gas refrigerant and is sent to the condenser.
  • the refrigerant that has flowed into the condenser is liquefied by releasing heat into the air.
  • the liquefied refrigerant is decompressed by the expansion means to be in a gas-liquid two-phase state, and is gasified by absorbing heat from ambient air in the evaporator and returned to the compressor.
  • frost is generated on the surface of the evaporator fin with time.
  • frost is generated, the cooling capacity is reduced due to a decrease in the air volume and an increase in thermal resistance. Therefore, a defrosting operation that periodically removes frost is required.
  • a refrigeration air conditioner When the defrosting operation is performed, the frost adhering to the surface of the evaporator melts and drops, so that a refrigeration air conditioner is usually provided with a drain pan that receives so-called drain water such as dripped water.
  • the drain water dripped on the drain pan is discharged from a drain port provided in the drain pan.
  • the drain water may freeze and discharge becomes difficult, so a heater is attached to the drain pan to prevent freezing.
  • a heat transfer member is provided so as to be in contact with both the evaporator and the drain pan, a temperature sensor is attached to the heat transfer member, and the temperature of the heat transfer member detected by the temperature sensor is determined for both the evaporator and the drain pan.
  • a refrigeration apparatus that detects the frost state from the detected temperature and controls the defrosting operation of the evaporator and the ON / OFF of the drain pan heater (for example, see Patent Document 1). .
  • the frost formation state of the evaporator is estimated indirectly using the temperature of the heat transfer member. For this reason, the determination accuracy of the frost formation state is not sufficient, and it is necessary to set the threshold temperature used for the determination of the completion of defrosting to a safe side, that is, a temperature at which frost formation can be surely eliminated. In this case, there are problems such as an increase in power consumption due to excessive heater energization and an increase in the internal temperature.
  • the timing of the start of defrosting of the evaporator and the start of heating of the drain pan are made the same.
  • the drain water starts dripping into the drain pan after the defrosting operation of the evaporator is started and the frost temperature rises to 0 ° C. or more and the frost starts to melt, and the drain pan heating start timing and the evaporator
  • the defrosting start timing is not necessarily the same.
  • the technique of Patent Document 1 is not sufficient. Is the actual situation.
  • the defrosting operation is started periodically regardless of the frosting state. That is, even when the amount of frost formation is small and defrosting is unnecessary, the defrosting operation is forcibly performed when the defrost cycle is reached. Therefore, problems such as an increase in power consumption and quality deterioration of goods received due to a rise in the internal temperature occur.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and directly detects the frosting state of the evaporator, and on the basis of the detection result, ON / OFF of the drain pan heater and start / end of defrosting of the evaporator are performed.
  • An object of the present invention is to obtain a refrigeration air conditioner that can be implemented individually at each optimum timing.
  • a refrigerating and air-conditioning apparatus includes a refrigeration cycle configured by connecting a compressor, a condenser, an expansion unit, and an evaporator to perform cooling operation, an evaporator heating apparatus that heats the evaporator, and a drain from the evaporator.
  • a drain pan that receives and discharges water, a drain pan heating device that heats the drain pan, a light emitting element that irradiates light to the evaporator, and a light receiving element that receives the reflected light from the evaporator and outputs a voltage corresponding to the reflected light
  • a control device for controlling ON / OFF of the evaporator heating device and the drain pan heating device, respectively, and the control device detects the frost formation of the evaporator from the output of the frost detection means. The state is determined, and the heating device for the evaporator and the heating device for the drain pan are individually controlled according to the determination result.
  • the frosting state of the evaporator is directly detected by the frosting detection means, and the defrosting of the evaporator and the heating of the drain pan are individually performed at the optimum timing based on the detection result. Is possible.
  • Embodiment 1 of this invention It is the schematic of the refrigeration air conditioner in Embodiment 1 of this invention. It is an expansion schematic perspective view of the evaporator of FIG. It is the expansion schematic of the peripheral part containing the evaporator of FIG. It is a front view of the peripheral part containing the evaporator seen from the arrow A direction in FIG. It is a block diagram which shows the electrical structure of the refrigerating air conditioning apparatus in Embodiment 1 of this invention. It is the figure which showed the quantity of the reflected light at the time of non-frost formation in the frost formation detection means of Embodiment 1 of this invention, and frost formation. It is the figure which showed the time change of the cooling capacity of Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between potential and time when the light receiving element of FIG. 3 is discharged. It is a figure which shows the change (it may be the relationship between a voltage and time) of light intensity when it changes from the state where frost has not adhered to the surface of the fin 5a to a frost formation state. It is a figure which shows the change (it may be the relationship of a voltage and time) of light intensity when a defrost operation is started from the state which the frost has adhered to the surface of the fin 5a, and changes to the state without frost. It is a flowchart which shows the driving
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for determining a defrosting operation start timing in the refrigerating and air-conditioning apparatus according to Embodiment 4. It is a figure which shows the change of the light intensity (voltage) P of the frosting detection means from the cooling operation start. It is explanatory drawing of each dimension in the calculation formula of P_limit. It is a figure which shows the example using an IH heater as a heating apparatus for drain pans. It is a figure which shows the example which used the discharge pipe as a heating apparatus for drain pans. It is a figure which shows the example which attached the frosting detection means so that a movement to a horizontal direction and a vertical direction was possible with respect to the evaporator.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a refrigerating and air-conditioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic perspective view of the evaporator of FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic view of a peripheral portion including the evaporator of FIG.
  • FIG. 4 is a front view of a peripheral portion including the evaporator viewed from the direction of arrow A in FIG.
  • the refrigerating and air-conditioning apparatus 1 includes a compressor 2, a condenser 3, an expansion valve 4 as expansion means, an evaporator 5, a condenser fan 6 as a condenser blower, and an evaporator as an evaporator blower.
  • a fan 7 is provided, and the evaporator 5 and the evaporator fan 7 are installed in a freezing / refrigerated warehouse 11.
  • the evaporator 5 is composed of a fin tube heat exchanger and includes a plurality of fins 5a.
  • the evaporator 5 is provided with an evaporator heater 21 serving as an evaporator heating device that performs defrosting of the evaporator 5, and frosting detection means 22 that detects the frosting state of the evaporator 5.
  • a drain pan 23 that collects and discharges drain water from the evaporator 5 is provided below the evaporator 5, and a drain pan heater as a drain pan heating device that heats the drain pan 23 is provided on the bottom surface of the drain pan 23. 24 is provided.
  • the frosting detection means 22 includes a light emitting element 22a composed of an inexpensive light emitting diode (LED) capable of emitting light having a wavelength in the infrared region, and a light receiving element composed of an inexpensive light emitting diode (LED). 22b.
  • LEDs light emitting diodes
  • change current into light but structurally use junctions of P-type and N-type semiconductors, and are the same friends as photodiodes (solar cells).
  • photodiodes solar cells.
  • the light receiving element 22b including the LED according to the first embodiment is configured as a reverse bias circuit that converts light intensity into a time axis and evaluates the length of time to obtain an output.
  • the manufacturing cost of the frost detection means 22 can be made very low and the size can be reduced.
  • the detection sensitivity is less affected by the surrounding environment.
  • the frost detection means 22 configured as described above irradiates the light of the light emitting element 22a toward the fin 5a, which is a frosting member, and receives the reflected light by the light receiving element 22b.
  • the frost detection means 22 is connected to a control device 25 to be described later, and the control device 25 calculates the light intensity P from the output of the light receiving element 22b, and the frost formation state is determined based on the light intensity P. .
  • FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the refrigerating and air-conditioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the refrigerating and air-conditioning apparatus 1 includes a control device 25 that controls the entire refrigerating and air-conditioning apparatus 1.
  • the control device 25 includes a compressor 2, an expansion valve 4, a condenser fan 6, and an evaporator fan. 7.
  • An input operation means 10, a frosting detection means 22, an evaporator heater 21, and a drain pan heater 24 capable of setting a power switch, temperature and the like are connected.
  • the control device 25 controls the compressor 2, the expansion valve 4, the condenser fan 6, and the evaporator fan 7 based on a signal from the input operation means 10, and outputs light from the output of the light receiving element 22 b of the frosting detection means 22.
  • the intensity P is calculated, a frost formation state is determined based on the light intensity P, and control according to a flowchart described later is performed.
  • the control device 25 is specifically composed of a microcomputer or the like.
  • the refrigerant compressed by the compressor 2 becomes a high-temperature and high-pressure gas refrigerant and is sent to the condenser 3.
  • the refrigerant flowing into the condenser 3 is liquefied by releasing heat to the air introduced by the condenser fan 6.
  • the liquefied refrigerant flows into the expansion valve 4.
  • the liquid refrigerant is decompressed by the expansion valve 4 to become a gas-liquid two-phase flow state, and sent to the evaporator 5.
  • heat is absorbed from the air introduced by the evaporator fan 7 and gasified to perform a cooling operation.
  • the gasified refrigerant is returned to the compressor 2. This cycle is repeated to cool the inside of the freezer / refrigerated warehouse 11.
  • FIG. 7 is a graph showing a state in which the cooling capacity decreases due to frost forming on the evaporator.
  • the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the ratio of the cooling capacity to the initial cooling capacity. As apparent from FIG. 7, when frost adheres to the evaporator 5, the cooling capacity gradually decreases.
  • the heater 21 for the evaporator is provided, and the frost can be melted by the defrosting operation using the heat of the heater 21 for the evaporator. I have to. Further, at the time of defrosting, the drain pan 23 as a drain water receiving tray is heated by the drain pan heater 24 so that the drain water does not freeze again.
  • the frost 40 adheres to the fin 5a of the evaporator 5 as shown in FIG. 6, the light emitted from the light emitting element 22a of the frost detection means 22 is reflected and absorbed by the frost 40, and the reflected light is reflected. Light is received by the light receiving element 22b.
  • the light receiving element 22b is charged with a reverse bias voltage applied in advance, and detects the amount of light reflected from the frost 40 by discharging with the received reflected light.
  • the relationship between the potential of the light receiving element 22b when discharged and the time is as shown in FIG. (1) in FIG.
  • the relationship between the light intensity P and the time t until the voltage Vt is reached can be expressed by the following equation, and the light intensity P can be obtained.
  • a is a constant
  • Q 0 is an initial charge amount of the light receiving element 22b
  • V 0 is a potential at time 0.
  • FIG. 9 is a diagram showing a change in light intensity (may be a relationship between voltage and time) when changing from a state in which frost is not attached to the surface of the fin 5a to a frosting state.
  • the amount of frost increases with time, the amount of scattered light increases, so the amount of light returning to the light receiving element 22b increases, and the light intensity (or voltage) gradually increases.
  • P 0 is the intensity of the reflected light from the fins 5a of frost absence.
  • the light intensity P gradually increases from the light intensity P 0 over time, and it is clear that there is a correlation between the light intensity P and the amount of frost formation. Therefore, it is possible to determine the amount of frost formation from the light intensity using this relationship.
  • the relationship between the amount of frost formation and light intensity is acquired beforehand by experiment, and the amount of frost formation during operation is the limit amount of frost formation that can maintain the desired cooling capacity (this frost formation amount).
  • the control for starting the defrosting operation is performed.
  • the light intensity at the limit frost amount that can maintain the desired cooling capacity (this light intensity is hereinafter referred to as light intensity Ps) is obtained in advance, and the light intensity P during operation is the light intensity.
  • Ps control for starting the defrosting operation may be performed.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a change in light intensity (may be a relationship between voltage and time) when the defrosting operation is started from a state where frost is attached to the surface of the fin 5a and the state is changed to a state where there is no frost. is there.
  • the temperature of the frost gradually rises, and when it rises to 0 ° C., the frost starts to melt.
  • the start of the defrosting operation is delayed and the cooling operation is continued in a state where the desired cooling capacity cannot be obtained, there is a possibility that the freezing / refrigeration warehouse 11 will be insufficiently cooled.
  • the end of the defrosting operation is delayed and the defrosting operation is performed more than necessary, not only the power consumption during the defrosting increases, but also the temperature of the freezer / refrigerated warehouse 11 is increased, and the predetermined temperature is determined from the increased internal temperature. Power consumption is required to cool down to the temperature, and waste occurs. Further, when the temperature in the freezer / refrigerated warehouse 11 rises, the quality of the goods stored in the freezer / refrigerated warehouse 11 deteriorates and is damaged.
  • FIG. 12 is a diagram showing a change in the light intensity P when the control according to the flowchart of FIG. 11 is performed, and is an explanatory diagram of the ON / OFF timing of each of the evaporator heater 21 and the drain pan heater 24.
  • the control device 25 drives the compressor 2 and the like to start the cooling operation and outputs the light receiving element 22b of the frosting detection means 22
  • the light intensity P (voltage) is calculated from Then, it is determined whether or not the calculated light intensity P is greater than or equal to a preset light intensity Ps (Von) (S-2).
  • Ps preset light intensity
  • the defrosting operation is started. That is, energization of the evaporator heater 21 is started in order to defrost the evaporator 5 (S-3).
  • the control device 25 determines whether or not the light intensity P (voltage) calculated based on the output of the frost detection means 22 is equal to or lower than a preset Pds (Vdon) (S-4). When the light intensity P (voltage) becomes equal to or less than Pds (Vdon ⁇ ), it is determined that the frost in the evaporator 5 has started to melt, and energization of the drain pan heater 24 is started (S-5).
  • the light intensity Pds a change in the light intensity P when the defrosting operation is started from the state of the light intensity Ps is measured in advance by experiment, and the light intensity P starts to rapidly decrease from the measurement result. The light intensity at that time may be set as the light intensity Pds.
  • the time ta in FIG. 12 corresponds to the time from the start of the defrosting operation until the frost of the evaporator 5 starts to melt.
  • the control device 25 determines whether or not the light intensity P (voltage) calculated based on the output of the frost detection means 22 is equal to or less than P 0 (S-6). If it is determined that the calculated light intensity P is equal to or lower than P 0 , it is determined that frost or dew has disappeared in the evaporator 5 and the energization of the evaporator heater 21 is stopped (S-7). Finish defrosting.
  • the time tb in FIG. 12 corresponds to the time from the start of the defrosting operation until the evaporator 5 is free from frost and dew.
  • the control device 25 determines whether or not a preset draining time ⁇ tw has elapsed since the energization of the evaporator heater 21 was stopped (S-8).
  • a preset draining time ⁇ tw elapsed since the energization of the evaporator heater 21 was stopped.
  • FIG. 13 is a diagram showing the energization time of the evaporator heater 21 and the drain pan heater 24, where (a) shows the evaporator heater 21 and (b) shows the drain pan heater 24.
  • FIG. 13 the solid line indicates the energization time according to the first embodiment, and the dotted line indicates the energization time based on the defrosting end determination using the conventional temperature sensor.
  • the control according to the first embodiment is performed. For example, as shown in FIG. 13, the energization time of the evaporator heater 21 is shortened by (td ⁇ tb) seconds, and the energization time of the drain pan heater 24 is shortened by (ta + (td ⁇ tc)) seconds.
  • the time ta when the frost begins to thaw is about 350 seconds
  • the time tb when the evaporator 5 is free of frost is about 1100 seconds
  • the time tc when the drainage ends is about 1600 seconds.
  • the defrosting time td is about 1800 seconds in normal control
  • the energization time of the evaporator heater is shortened by 700 seconds (39%)
  • the energization time of the drain pan heater 24 is shortened by about 550 seconds (31%). Become. By shortening the heater energization time in this way, it is possible to reduce the amount of power consumption and suppress the rise in the internal temperature.
  • the frost formation state of the fin 5a which is a frost formation member in the evaporator 5 is directly detected by the frost detection means 22, From the detection result, Since the progress of defrosting can be grasped in detail, the optimum timing can be determined for each of the start and end of defrosting of the evaporator 5 and the start and end of heating of the drain pan 23. Since the evaporator heater 21 and the drain pan heater 24 are individually controlled in accordance with the determined timing, the defrosting of the evaporator 5 and the heating of the drain pan 23 can be minimized, which is useless. It is possible to improve energy savings by reducing power consumption and to suppress the rise in the internal temperature.
  • the evaporator heater 21 is turned on at a timing when the frosting state of the evaporator 5 reaches a limit frosting state in which a desired cooling capacity can be maintained, defrosting is started at a necessary timing. be able to.
  • the heater 21 for the evaporator is turned on and the heater for the drain pan 24 is not turned on, compared to the conventional method in which the heater 21 for the evaporator and the heater 24 for the drain pan are simultaneously turned on, Energy saving can be achieved.
  • the frost detection means 22 From the detection result of the frost detection means 22, it is possible to accurately determine the timing at which the frost starts to melt and the drain water begins to drip onto the drain pan 23, and this timing is the ON timing of the drain pan heater 24. It becomes possible to start the heating of the drain pan 23 at a substantially necessary timing.
  • the drain pan heater 24 is turned off after the draining time determined in advance by an experiment after the evaporator heater 21 is turned off, the heating of the drain pan 23 can be completed at a necessary and adequate timing. .
  • Embodiment 2 is an embodiment that assumes such a case.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an operation operation based on the output of the frost detection means 22 in the refrigeration air conditioner of the second embodiment.
  • a schematic diagram, a block configuration diagram, and the like of the refrigerating and air-conditioning apparatus 1 of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
  • the operation of the second embodiment different from that of the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a change in light intensity (which may be a relationship between voltage and time) when the defrosting operation is started from a state where frost is attached to the surface of the fin 5a and the state is changed to a state where there is no frost.
  • the solid line indicates the initial time
  • the dotted line indicates the aging deterioration.
  • the amount of light received by the light receiving element 22b is lower than the initial time due to the influence of dirt on the light receiving surface of the light receiving element 22b of the frost detection means 22, and the light intensity is reduced. P decreases.
  • the behavior of the change of the light intensity P itself is substantially the same. That is, even if the absolute value of the light intensity (voltage) with respect to the frosting state is different due to aging, the change in the light intensity (voltage) from the start of defrosting to the time ta when the frost of the evaporator 5 starts to melt.
  • the gradient in other words, the gradient of light intensity (voltage) is substantially the same.
  • the slope of the light intensity (voltage) when the light intensity (voltage) starts to drop sharply is substantially the same at the initial stage and at the time of aging deterioration.
  • the second embodiment utilizes this point, and determines the frosting state based on the gradient of the light intensity (voltage), and performs the defrosting control of the evaporator 5 and the heating control of the drain pan 23. .
  • FIG. 16 is a diagram showing a change in the absolute value of the gradient of the light intensity when the control according to the flowchart of FIG. 14 is performed. The timing of ON / OFF of each of the evaporator heater 21 and the drain pan heater 24 is explained.
  • the control device 25 determines whether or not the cooling time has passed a preset time tr (S-12).
  • This time tr is set as a limit time during which the desired cooling capacity can be maintained (corresponding to a limit time when the desired cooling capacity cannot be obtained when this time is exceeded). And when it determines with tr having passed, the defrost operation is started. That is, energization of the evaporator heater 21 is started to defrost the evaporator 5 (S-13).
  • the control device 25 sequentially determines the light intensity (voltage) gradient (time) from the current output of the light receiving element 22b of the frost detection means 22 and several past output data.
  • the absolute value AD of how the light intensity changes with time) is calculated.
  • a first inclination threshold value set in advance in this example, for example, several times (for example, 1.5 times) the absolute value ADs of the initial inclination of operation). Value) or more (S-14)
  • S-15 energization of the drain pan heater 24 is started
  • the control device 25 continues for several minutes (for example, 3 minutes) continuously (S-16). Then, it is determined that the evaporator 5 is free from frost and dew and the light intensity (voltage) is stable, the energization of the evaporator heater 21 is stopped (S-17), and the defrosting of the evaporator 5 is terminated. This time corresponds to tb described above.
  • a second inclination threshold value for example, 0.001
  • the control device 25 continues for several minutes (for example, 3 minutes) continuously (S-16). Then, it is determined that the evaporator 5 is free from frost and dew and the light intensity (voltage) is stable, the energization of the evaporator heater 21 is stopped (S-17), and the defrosting of the evaporator 5 is terminated. This time corresponds to tb described above.
  • the past 20 data or the past 10 data may be used.
  • the first inclination threshold and the second inclination threshold may be set based on the measurement
  • the control device 25 determines whether or not a preset draining time tw has elapsed since the energization of the evaporator heater 21 was stopped (S-18).
  • a preset draining time tw has elapsed since the energization of the evaporator heater 21 was stopped (S-18).
  • the draining time ⁇ tw elapses, the energization of the drain pan heater 24 is stopped (S-19), the defrosting operation is terminated, and the cooling operation is resumed. Let this time be tc.
  • the second embodiment is the first embodiment.
  • the energization time of the evaporator heater 21 is shortened by (td-tb) seconds
  • the energization time of the drain pan heater 24 is shortened by (ta + (td-tc)) seconds.
  • the time ta at which the frost begins to thaw is about 350 seconds
  • the time tb at which the frost disappears in the evaporator 5 is about 1100 seconds
  • the time tc when draining is completed is about 1600 seconds.
  • the defrosting time td is about 1800 seconds in normal control
  • the energization time of the evaporator heater is shortened by 700 seconds (39%)
  • the energization time of the drain pan heater 24 is shortened by about 550 seconds (31%).
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained, and the determination of the frost state using the absolute value of the light intensity (voltage) of the frost detection means 22 can be used.
  • the determination using the inclination of the light intensity (voltage) is performed, so that stable control can always be performed by eliminating the influence of aging degradation.
  • the ON timing of the evaporator heater 21 is determined by the time tr from the start of the cooling operation, but this timing is based on the detection result of the frost detection means 22 as in the first embodiment. It may be determined. That is, the defrosting operation and the heating control of the drain pan 23 may be performed by appropriately combining the first embodiment and the second embodiment.
  • the OFF timing of the drain pan heater 24 is determined based on a preset draining time.
  • the draining time is set as a sufficient time for completing draining reliably.
  • the draining time since the draining time is actually correlated with the amount of frost formation, it may be variable according to the amount of frost formation during operation. That is, the draining time needs to be set longer if the amount of frost formation is large, but can be set shorter if the amount of frost formation is small.
  • the evaporator heater 21 since the evaporator heater 21 is turned on after the time tr has elapsed since the start of the cooling operation, the amount of frost formed when the evaporator heater 21 is ON differs depending on the use environment.
  • This difference in the amount of frost appears as a difference in time ta from the start of the defrosting operation until the frost starts to melt. Accordingly, the relationship between the time ta and the amount of frost formation is obtained in advance, and the relationship between the amount of frost formation and the draining time is also obtained in advance until the frost starts to melt after starting the defrosting operation during actual operation.
  • the time ta may be obtained, the amount of frost formation is estimated from the time ta, and the draining time may be estimated and set from the estimated amount of frost formation.
  • the frost detection means 22 may be installed toward a drain pan as shown in FIG. 17, and the presence or absence of drain may be determined, and the OFF timing of the drain pan heater 24 may be determined. .
  • the stop timing of the evaporator heater 21 is determined based on the absolute value of the light intensity (voltage) or the absolute value of the inclination by the frost detection means 22.
  • the stop timing of the evaporator heater 21 is determined based on the drain pan temperature.
  • FIG. 19 is a front view of a peripheral portion including an evaporator of the refrigeration air conditioner according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 20 is a flowchart showing the operation of the refrigerating and air-conditioning apparatus according to Embodiment 3.
  • the refrigerating and air-conditioning apparatus of the third embodiment is provided with a drain pan temperature detecting means 26 for detecting the temperature of the drain pan 23 in addition to the configurations of the first and second embodiments, and the other configurations are the first and second embodiments. It is the same. Note that the modification applied to the same components as those in the first and second embodiments is similarly applied to the third embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram showing the change over time of the drain pan temperature detected by the drain pan temperature detecting means of FIG.
  • the change of the light intensity P detected by the frost detection means 22 is the same as that of FIG.
  • the detection value of the drain pan temperature detecting means 26 rises with the start of the defrosting operation (evaporator heater ON), and further rises after reaching the drain pan heater 24 to reach MAX. Then, the frost of the evaporator 5 melts and flows down to the drain pan 23, and at the same time, the detected value starts to decrease. As the defrosting progresses, the detection value of the drain pan temperature detecting means 26 decreases.
  • the detection value of the drain pan temperature detecting means 26 starts to rise again. Since the detection value of the drain pan temperature detection means 26 has such a change characteristic, the timing tb at which the detection value of the drain pan temperature detection means 26 starts to rise again after the decrease of the detection value of the drain pan temperature detection means 26 may be set as the stop timing of the evaporator heater 21. .
  • Steps S-11 to S-15 are the same as in the second embodiment.
  • the control device 25 detects the minimum value from the time series data of the temperature detected by the drain pan temperature detecting means 26 (the temperature rises from the reduced state).
  • the timing tb is detected by detecting the timing of transition to the state (S-16A).
  • the controller 25 stops energization of the evaporator heater 21 (S-17).
  • the subsequent operation is the same as in the second embodiment.
  • the defrosting time of the control in which the heater 21 for the evaporator and the heater 24 for the drain pan are simultaneously energized and stopped simultaneously in the defrosting end determination using the conventional temperature sensor is shown in FIG.
  • the energization time of the evaporator heater 21 is shortened by (td ⁇ tb) seconds
  • the energization time of the drain pan heater 24 is shortened by (ta + (td ⁇ tc)) seconds.
  • the time ta when the frost begins to thaw is about 350 seconds
  • the time tb when the evaporator is free of frost is about 1100.
  • the time tc when draining ends is about 1600 seconds.
  • the defrosting time td is about 1800 seconds in normal control
  • the energization time of the evaporator heater is shortened by 700 seconds (39%)
  • the energization time of the drain pan heater 24 is shortened by about 550 seconds (31%). Become. By shortening the heater energization time in this way, it is possible to reduce the amount of power consumption and suppress the rise in the internal temperature.
  • the amount of frost formation from the time te until the detected value becomes the minimum value (MIN in FIG. 21) from the MAX value. Can be estimated. Therefore, the amount of frost formation may be estimated from the time te, and the draining time may be set from the estimated amount of frost formation.
  • Embodiment 4 proposes a defrosting start timing determination method different from those of the first, second, and third embodiments.
  • FIG. 22 is an explanatory diagram of the start timing of a conventional normal defrosting operation.
  • the defrosting cycle from the start of the defrosting operation to the start of the next defrosting operation is set, and the defrosting operation is performed regardless of the frosting condition.
  • the defrosting operation is started periodically at a cycle. That is, even when the amount of frost formation is small and defrosting is unnecessary, the defrosting operation is forcibly performed at the defrost start timing of the defrost cycle. Therefore, problems such as an increase in power consumption and quality deterioration of goods received due to a rise in the internal temperature occur.
  • the frost detection means 22 detects the frost state and determines whether or not the defrost operation is necessary. Start defrosting operation. The determination of the necessity of the defrosting operation uses the frosting speed obtained from the operation time from the start of the cooling operation to the present time and the frost layer thickness detected from the frosting detection means 22. Details of the determination method will be described later.
  • FIG. 23 is a flowchart showing a method of determining the defrosting operation start timing in the refrigeration air conditioner of Embodiment 4.
  • FIG. 24 is a diagram showing a change in the light intensity (voltage) P of the frost detection means from the start of the cooling operation.
  • a schematic diagram, a block configuration diagram, and the like of the refrigerating and air-conditioning apparatus 1 of the fourth embodiment are the same as those of the first embodiment.
  • the configuration of the third embodiment provided with the drain pan temperature detecting means 26 may be the same. Modifications applied to the same components as in the first, second, and third embodiments are similarly applied to the fourth embodiment.
  • the control device 25 determines whether or not the cooling time has passed a preset time (defrost cycle) ts (S-22). If it is determined that ts has elapsed, the timer for counting the defrost cycle is reset (S-23). Next, the current light intensity (voltage) Pn of the frost detection means 22 is compared with a preset threshold value P_th described later (S-24). If Pn is equal to or greater than P_th, a defrosting operation is required. Immediately after the determination, the defrosting operation is started (S-27). On the other hand, when Pn is smaller than P_th, the following processing is performed prior to starting the defrosting operation.
  • the frost formation speed Mf_speed obtained by the following equation is calculated ( S-25).
  • the predicted light intensity (voltage) Pf of the frosting detection means 22 in the next defrosting cycle is obtained by the following equation (S-26).
  • the predicted light intensity Pf is smaller than the threshold value P_th (S-27).
  • the predicted light intensity Pf is smaller than the threshold value P_th, that is, when defrosting is started in the next defrost cycle, frost detection is performed.
  • the defrosting operation is canceled and the cooling operation is continued. Since the cooling time is reset in S-23, the cooling time is newly counted again from here.
  • the defrosting operation is still not performed at this time. This corresponds to canceling the defrosting operation by determining that it is unnecessary.
  • the energization of the evaporator heater 21 is started (defrost operation is started) (S-28).
  • the operation after the start of the defrosting operation is not particularly limited in the fourth embodiment, and the operations of the first, second, and third embodiments can be appropriately employed.
  • the threshold value P_th is, for example, the light intensity (voltage) P_limit of the frosting detection means 22 at the limit frost layer thickness that can obtain the cooling capacity capable of maintaining the inside of the freezer / refrigerated warehouse 11 at the set temperature, It is determined by the following formula using the safety factor ⁇ %.
  • FIG. 25 is an explanatory diagram of each dimension of the following formula, and shows a state in which frost 40 adheres to the fin 5 a of the evaporator 5.
  • Pmax Light intensity (voltage) of the frost detection means 22 when the fins 5a are completely closed
  • P 0 Light intensity (voltage) without frost formation
  • ft_limit limit frost layer thickness that can obtain cooling capacity capable of maintaining the inside of the refrigerated / refrigerated warehouse 11 at a set temperature
  • FP fin pitch t_fin: fin plate thickness
  • Ft_limit, FP, and t_fin are values determined according to the structure of the evaporator 5. For example, if the fin pitch of the unit cooler or the like is about 4 mm, ft_limit is about 1 mm of the frost layer thickness that closes about 50% between the fins 5a.
  • the defrosting start timing is determined using the frosting speed Mf_speed that is the operation state data of the refrigeration air conditioner. It is possible to set the defrosting start timing according to.
  • the frost layer thickness in the next defrost start timing is the limit frost layer which can obtain the cooling capacity which can maintain the inside of the freezing / refrigerated warehouse 11 at preset temperature.
  • the defrosting operation is canceled and the cooling operation is continued. For this reason, useless electric power consumption is suppressed and energy-saving property improves.
  • by canceling the defrosting operation at an unnecessary timing it is possible to suppress an increase in the internal temperature, and it is possible to suppress the quality deterioration of the goods received.
  • the heater is used as the drain pan heating device.
  • an IH heater may be used as shown in FIG.
  • the heating efficiency increases, so that the heater energization time can be further shortened.
  • a drain pan heating device for example, a discharge pipe that discharges high-temperature and high-pressure gas refrigerant from the compressor 2 is used, and the discharge pipe passes through the vicinity of the drain pan 23 or the inside of the evaporator 5 as shown in FIG. It is good also as a structure which heats 23. If the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 2 is used as the heating source in this way, heat collection from the air can be used, so that power consumption can be reduced.
  • the frost detection means 22 of Embodiment 1, 2, 3, 4 of this invention was fixed position, as shown in FIG. 28, it attaches to the evaporator 5 so that a movement in a horizontal direction and a vertical direction is possible. It is good also as a structure which can detect a frost formation state over the whole evaporator. The progress of frost formation is not uniform throughout the evaporator 5, and there are places where the progress of frost formation is fast and slow. The same can be said for the progress of defrosting. Therefore, when determining the ON timing of the evaporator heater 21 and the drain pan heater 24, the frosting detection means 22 detects the frosting state at a place where frosting progresses fast, and the evaporator heater 21 is determined. Alternatively, when the OFF timing of the drain pan heater 24 is determined, the determination may be made by causing the frost detection means 22 to detect the frost state at a location where defrosting is slow. This makes it possible to make a more accurate determination.
  • the refrigerant circulating in the refrigeration cycle of the present invention may be any refrigerant, natural refrigerants such as carbon dioxide, hydrocarbons and helium, refrigerants that do not contain chlorine, such as alternative refrigerants such as HFC410A and HFC407C, or existing products Any of chlorofluorocarbon refrigerants such as R22 and R134a used in the above may be used.
  • the compressor 2 may be of any type such as reciprocating, rotary, scroll, screw, etc., and may be a variable speed or a fixed speed.
  • the refrigeration and air-conditioning apparatus may be configured by appropriately combining the characteristic configuration and processing of each embodiment.
  • the third embodiment is characterized in that the stop timing of the evaporator heater 21 is determined based on the drain pan temperature. Therefore, the first embodiment and the third embodiment may be combined so that the determination at S-6 in FIG. 11 becomes the determination at S-16A in FIG.
  • Refrigeration air conditioner 2 compressor, 3 condenser, 4 expansion valve, 5 evaporator, 5a fin, 6 condenser fan, 7 evaporator fan, 11 freezer / refrigerated warehouse, 21 heater for heater, 22 frost detection means 22a light emitting element, 22b light receiving element, 23 drain pan, 24 drain pan heater, 25 control device, 26 drain pan temperature detecting means, 40 frost.

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Abstract

　圧縮機、凝縮器、膨張手段及び蒸発器を接続して構成され冷房運転を行う冷凍サイクルと、蒸発器を加熱する蒸発器用加熱装置と、蒸発器からのドレン水を受けて排出するドレンパンと、ドレンパンを加熱するドレンパン用加熱装置と、蒸発器に光を照射する発光素子と蒸発器からの反射光を受けてこの反射光に応じた電圧を出力する受光素子とを備えた着霜検知手段と、蒸発器用加熱装置及びドレンパン用加熱装置のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれ制御する制御装置とを有し、制御装置は、着霜検知手段の出力から蒸発器の着霜状態を判定し、その判定結果に応じて蒸発器用加熱装置及びドレンパン用加熱装置をそれぞれ個別に制御する。

Description

冷凍空調装置
　本発明は、冷凍空調装置に関し、更に詳しくは、蒸発器の除霜及びドレンパンの加熱を行う機能を備えた冷凍空調装置に関する。
　従来、冷凍空調装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器とを備えた冷凍サイクルを有し、その冷凍サイクル内に冷媒が充填されている。圧縮機で圧縮された冷媒は、高温高圧のガス冷媒となり、凝縮器に送り込まれる。凝縮器に流れ込んだ冷媒は、空気に熱を放出することにより液化する。液化した冷媒は、膨張手段で減圧されて気液二相状態となり、蒸発器にて周囲空気から熱を吸収することでガス化し、圧縮機へ戻される。
　冷凍・冷蔵倉庫においては、倉庫内を１０℃より低い温度帯に制御しなければならない。そのときの冷媒の蒸発温度は０℃より低くなるため、時間とともに蒸発器フィン表面に霜が発生する。霜が発生すると、風量低下及び熱抵抗の増大により冷却能力が低下するため、定期的に霜を取り除く除霜運転が必要となってくる。
　除霜運転を行うと、蒸発器の表面に付着した霜が溶けて滴下することから、冷凍空調装置には通常、滴下した水などのいわゆるドレン水を受けるドレンパンが設置されている。ドレンパン上に滴下したドレン水は、ドレンパンに設けた排水口から排出されるようになっている。外気温が低い場合等には、ドレン水が凍結して排出が困難になることがあるため、ドレンパンにはヒータが取り付けられ、凍結防止が図られている。
　このような蒸発器の除霜やドレンパンの加熱は、必要以上に行なわれると、消費電力の無駄な増大や庫内温度の上昇を招くことから、着霜状態を正確に見極め、最良のタイミングで適度に行う必要がある。そこで、従来より、蒸発器及びドレンパンの両方に接するように伝熱部材を設け、この伝熱部材に温度センサを取り付け、その温度センサで検出した伝熱部材の温度を、蒸発器とドレンパンの両方の温度として検知し、その検知温度から着霜状態を判定し、蒸発器の除霜運転とドレンパン用ヒータのＯＮ／ＯＦＦの制御を行うようにした冷凍装置がある（例えば、特許文献１参照）。
　また、従来、着霜状況によらず、所定の除霜周期にて除霜を開始するようにした冷凍装置もある。
特開２００４－２５１４８０号公報（第４頁、第５頁、図１）
　上記特許文献１の冷凍装置では、伝熱部材の温度を用いて間接的に蒸発器の着霜状況を推測している。このため、着霜状態の判定精度が十分ではなく、除霜終了判定に用いる閾値温度を安全側、すなわち確実に着霜を解消できる温度に設定する必要がある。この場合、過剰なヒータ通電による消費電力の増大や庫内温度の上昇を招くなどの課題がある。
　また、特許文献１の冷凍装置では、蒸発器の除霜開始とドレンパンの加熱開始のタイミングを同じとしている。しかしながら、ドレン水がドレンパンに滴下し始めるのは、蒸発器の除霜運転を開始し、霜の温度が０℃以上に上昇して霜が溶け始めてからであり、ドレンパンの加熱開始タイミングと蒸発器の除霜開始タイミングは必ずしも同じである必要はない。蒸発器の除霜開始・終了とドレンパン用ヒータのＯＮ／ＯＦＦは、上述したようにそれぞれ的確なタイミングで制御されることが望ましいが、上記特許文献１の技術では、十分に対応できていないのが実情である。
　また、所定の除霜周期で除霜を開始する冷凍装置では、着霜状態に関係なく定期的に除霜運転が開始される。つまり、着霜量が少なく除霜が不必要な場合でも、除霜周期となると強制的に除霜運転が行われる。よって、消費電力の増大や庫内温度上昇による入庫品の品質劣化などの問題が発生する。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、蒸発器の着霜状態を直接検知し、その検知結果に基づいてドレンパン用ヒータのＯＮ／ＯＦＦ及び蒸発器の除霜開始・終了をそれぞれの最適なタイミングで個別に実施することが可能な冷凍空調装置を得ることを目的とするものである。
　また、蒸発器の着霜状態を直接検知し、着霜状態から除霜運転開始判定を行う冷凍空調装置を得ることを目的とするものである。
　本発明に係る冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、膨張手段及び蒸発器を接続して構成され冷房運転を行う冷凍サイクルと、蒸発器を加熱する蒸発器用加熱装置と、蒸発器からのドレン水を受けて排出するドレンパンと、ドレンパンを加熱するドレンパン用加熱装置と、蒸発器に光を照射する発光素子と蒸発器からの反射光を受けてこの反射光に応じた電圧を出力する受光素子とを備えた着霜検知手段と、蒸発器用加熱装置及びドレンパン用加熱装置のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれ制御する制御装置とを有し、制御装置は、着霜検知手段の出力から蒸発器の着霜状態を判定し、その判定結果に応じて蒸発器用加熱装置及びドレンパン用加熱装置をそれぞれ個別に制御するものである。
　本発明によれば、蒸発器の着霜状態を着霜検知手段により直接検知し、その検知結果に基づいて蒸発器の除霜及びドレンパンの加熱をそれぞれの最適なタイミングで個別に実施することが可能である。
本発明の実施の形態１における冷凍空調装置の概略図である。 図１の蒸発器の拡大概略斜視図である。 図１の蒸発器を含む周辺部分の拡大概略図である。 図３において矢印Ａ方向から見た蒸発器を含む周辺部分の正面図である。 本発明の実施の形態１における冷凍空調装置の電気的な構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１の着霜検知手段における無着霜時と着霜時の反射光の量を示した図である。 本発明の実施の形態１の冷却能力の時間変化を示した図である。 図３の受光素子が放電した時の電位と時間の関係を示すグラフである。 フィン５ａの表面に霜が付着していない状態から着霜状態に変化するときの光強度の変化（電圧と時間の関係でもよい）を示す図である。 フィン５ａの表面に霜が付着している状態から除霜運転を開始し、霜が無い状態に変化するときの光強度の変化（電圧と時間の関係でもよい）を示す図である。 実施の形態１の冷凍空調装置における着霜検知手段の出力に基づく運転動作を示すフローチャートである。 図１１のフローチャートに従った制御を行った場合の光強度Ｐの変化を示す図である。 蒸発器用ヒータとドレンパン用ヒータの通電時間を示す図である。 実施の形態２の冷凍空調装置における着霜検知手段の出力に基づく運転動作を示すフローチャートである。 フィン５ａの表面に霜が付着している状態から除霜運転を開始し、霜が無い状態に変化するときの光強度の変化（電圧と時間の関係でもよい）を示す図で、初期時と経年劣化時のそれぞれについて示した図である。 実施の形態２の冷凍空調装置において除霜中の光強度の変化勾配（傾き）と蒸発器ヒータ及びドレンパン用ヒータのＯＮ／ＯＦＦタイミングを示した図である。 着霜検知手段の他の設置例を示す図である。 蒸発器用ヒータ故障時の着霜検知出力を示す図である。 本発明の実施の形態３における冷凍空調装置の蒸発器を含む周辺部分の正面図である。 実施の形態３の冷凍空調装置の運転動作を示すフローチャートである。 図２０のドレンパン温度検出手段により検出されたドレンパン温度の時間変化を示した図である。 従来の通常の除霜運転の開始タイミングの説明図である。 実施の形態４の冷凍空調装置における除霜運転開始タイミングの判定方法を示すフローチャートである。 冷却運転開始からの着霜検知手段の光強度（電圧）Ｐの変化を示す図である。 Ｐ_ｌｉｍｉｔの算出式における各寸法の説明図である。 ドレンパン用加熱装置としてＩＨヒータを用いた例を示す図である。 ドレンパン用加熱装置として吐出管を用いた例を示す図である。 着霜検知手段を蒸発器に対して横方向及び縦方向に移動可能に取り付けた例を示す図である。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１における冷凍空調装置の概略図である。図２は、図１の蒸発器の拡大概略斜視図である。図３は、図１の蒸発器を含む周辺部分の拡大概略図である。図４は、図２において矢印Ａ方向から見た蒸発器を含む周辺部分の正面図である。
　本発明の実施の形態１における冷凍空調装置１は圧縮機２、凝縮器３、膨張手段としての膨張弁４、蒸発器５、凝縮器用送風機としての凝縮器用ファン６及び蒸発器用送風機としての蒸発器用ファン７を備えており、蒸発器５及び蒸発器用ファン７は冷凍・冷蔵倉庫１１の内部に設置されている。
　蒸発器５は、フィンチューブ熱交換器で構成され、複数のフィン５ａを備えている。蒸発器５には、蒸発器５の除霜を行う蒸発器用加熱装置としての蒸発器用ヒータ２１と、蒸発器５の着霜状態を検知する着霜検知手段２２とが取り付けられている。また、蒸発器５の下方には、蒸発器５からのドレン水を回収して排出するドレンパン２３が設けられ、ドレンパン２３の底面には、ドレンパン２３を加熱するドレンパン用加熱装置としてのドレンパン用ヒータ２４が設けられている。
　着霜検知手段２２は、図３のように赤外領域の波長をもった光を照射できる安価な発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる発光素子２２ａと、同じく安価な発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる受光素子２２ｂとを備えている。ＬＥＤ（発光ダイオード）は、電流を光に変えるものであるが、構造的にはＰ型・Ｎ型の半導体の接合を利用しており、フォトダイオード（太陽電池）と同じ仲間である。半導体のＰＮ接合に光を照射すると、Ｐ型はプラス、Ｎ側はマイナスの電位を持つようになり、光起電力が発生する。本実施の形態１のＬＥＤからなる受光素子２２ｂは、光強度を時間軸に変換し、時間の長短を評価して出力を得る逆バイアス方式の回路に構成している。このように、発光素子２２ａと受光素子２２ｂを共に安価なＬＥＤから構成することで、着霜検知手段２２の製造原価を非常に安くすることができるとともに、小型化できる。さらに、赤外領域の波長を持った光は周囲の光の影響を受けにくいため、検知感度が周囲環境によって影響されにくい特性を有している。
　以上のように構成された着霜検知手段２２は、図３に示すように、発光素子２２ａの光を、着霜部材であるフィン５ａに向けて照射し、その反射光を受光素子２２ｂで受光するように配置されている。着霜検知手段２２は後述の制御装置２５に接続され、制御装置２５にて受光素子２２ｂの出力から光強度Ｐが算出され、光強度Ｐに基づき着霜状態が判定されるようになっている。
　図５は、本発明の実施の形態１における冷凍空調装置の電気的な構成を示すブロック図である。図５において、図１と同一部分には同一符号を付す。
　図５に示すように、冷凍空調装置１は、冷凍空調装置１全体を制御する制御装置２５を備えており、制御装置２５に、圧縮機２、膨張弁４、凝縮器用ファン６、蒸発器用ファン７、電源スイッチや温度等の設定が可能な入力操作手段１０、着霜検知手段２２、蒸発器用ヒータ２１及びドレンパン用ヒータ２４が接続されている。制御装置２５は、入力操作手段１０からの信号に基づいて圧縮機２、膨張弁４、凝縮器用ファン６、蒸発器用ファン７を制御したり、着霜検知手段２２の受光素子２２ｂの出力から光強度Ｐを算出し、光強度Ｐに基づき着霜状態を判定したり、後述のフローチャートに従った制御を行う。制御装置２５は具体的にはマイコン等で構成される。
　このように構成された冷凍空調装置１において、冷却運転が開始されると、圧縮機２で圧縮された冷媒は高温高圧のガス冷媒となり、凝縮器３に送り込まれる。凝縮器３に流れ込んだ冷媒は、凝縮器用ファン６により導入される空気に熱を放出することにより液化する。液化した冷媒は膨張弁４に流れ込む。液状態の冷媒は膨張弁４で減圧されて気液二相流状態となり、蒸発器５に送り込まれる。そして、蒸発器用ファン７で導入される空気から熱を吸収してガス化し、冷房作用を行う。そして、ガス化された冷媒は、圧縮機２へ戻される。このサイクルが繰り返し行われて冷凍・冷蔵倉庫１１内が冷却される。
　蒸発器５における蒸発温度が０℃以下の場合、空気中に存在している水分が蒸発器５に付着し、図６に示すように霜４０となって堆積する。その堆積量は時間とともに増加する。その結果、蒸発器５の一部であるフィン５ａに付着した霜４０による熱抵抗、通風抵抗増加により、次の図７に示すように時間とともに冷却能力が低下する。
　図７は、蒸発器に霜が着くことによって冷却能力が低下する様子を示すグラフである。横軸は時間、縦軸は、初期冷却能力に対する冷却能力の割合をとって示している。
　図７から明かなように、蒸発器５に霜が付着すると、次第に冷却能力が低下する。
　そのため、冷凍・冷蔵倉庫１１に用いられる冷凍空調装置１の蒸発器５では、蒸発器用ヒータ２１を設け、蒸発器用ヒータ２１の熱を利用して、除霜運転により霜を融かすことができるようにしている。また、除霜時には、ドレン水の受け皿であるドレンパン２３をドレンパン用ヒータ２４で加熱し、ドレン水が再凍結しないようにしている。
　ここで、図６に示したように蒸発器５のフィン５ａに霜４０が付着すると、着霜検知手段２２の発光素子２２ａから発せられた光は、霜４０で反射・吸収され、反射光が受光素子２２ｂにて受光される。受光素子２２ｂは、予め逆バイアスの電圧が印加され、充電されており、受光した反射光によって放電することにより、霜４０からの反射光量を検出するようになっている。放電したときの受光素子２２ｂの電位と時間の関係は図８の通りである。図８の（１）は、受光素子２２ｂの受光量が０の場合の基準グラフ、（２）は、受光素子２２ｂで反射光量を検出した場合のグラフであり、ある電圧Ｖｔになるまでの時間を測定することで、光強度Ｐを求めることができる。光強度Ｐと電圧Ｖｔになるまでの時間ｔとの関係は下式で表せ、光強度Ｐを求めることが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、aは定数、Ｑ0は受光素子２２ｂの初期帯電量、Ｖ0は時間０における電位である。
　図９は、フィン５ａの表面に霜が付着していない状態から着霜状態に変化するときの光強度の変化（電圧と時間の関係でもよい）を示す図である。
　時間が経過して着霜量が増えると、散乱光が増えるため、受光素子２２ｂへ返ってくる光の量が増え、光強度（電圧でもよい）が次第に増加する。なお、Ｐ0 は霜が無い状態のフィン５ａからの反射光の光強度である。図９に示すように、時間経過とともに光強度Ｐが光強度Ｐ0 から次第に増加しており、光強度Ｐと着霜量との間には相関関係があることが明らかである。従って、この関係を利用して光強度から着霜量を判断することが可能である。このため、本例では、予め実験により着霜量と光強度との関係を取得しておき、運転中の着霜量が、所望の冷却能力を維持できる限界の着霜量（この着霜量以上になると所望の冷却能力が得られなくなる限界の着霜量に相当）に達したとき、除霜運転を開始する制御を行う。具体的には、所望の冷却能力を維持できる限界の着霜量のときの光強度（この光強度を以下では光強度Ｐｓとする）を予め求めておき、運転中の光強度Ｐが光強度Ｐｓに到達したとき、除霜運転を開始する制御を行えば良い。
　次に、フィン５ａの表面に霜が付着している状態から除霜運転を開始した場合の、光強度Ｐの変化の挙動について説明する。
　図１０は、フィン５ａの表面に霜が付着している状態から除霜運転を開始し、霜が無い状態に変化するときの光強度の変化（電圧と時間の関係でもよい）を示す図である。
　除霜を開始すると霜の温度が次第に上昇し、０℃まで上昇すると、霜が溶け始める。このとき霜の透明度が増すため、散乱光が減り、受光素子２２ｂへ返ってくる光の量が減り、光強度（電圧でもよい）が急激に低下し始める（図１０の点ａ）。その後、霜が取り除かれるに従い、光強度（電圧）が低下し、蒸発器５表面に霜や露が完全に無くなると（図１０の点ｂ）、光強度（電圧）はＰ0（Ｖ0）で安定する。従って、予め実験により光強度Ｐｓの状態から除霜運転を開始した場合の光強度Ｐの変化を測定し、着霜状態に応じた光強度の変化を把握しておくことで、運転中の着霜検知手段２２の検知結果から、現在の着霜状態がどのような状態にあるのかを判定することが可能となる。
　ところで、除霜運転の開始が遅れ、所望の冷却能力が得られない状態のまま冷却運転を継続すると、冷凍・冷蔵倉庫１１の冷却不足に陥る可能性がある。また、除霜運転の終了が遅れ、除霜運転を必要以上に行うと、除霜中の消費電力が増えるばかりか、冷凍・冷蔵倉庫１１の温度を上昇させ、上昇させた庫内温度から所定の温度まで冷やし込むための消費電力が必要となり、無駄が生じる。また、冷凍・冷蔵倉庫１１内の温度が上昇すると、冷凍・冷蔵倉庫１１内に収納されている品物の品質が劣化し、損害を受ける。つまり、除霜の開始・終了タイミングを最適化し、必要十分な除霜運転を行うことが重要である。また、ドレンパン２３の加熱開始・加熱終了タイミングについても同様に、最適なタイミングを見極めることが省エネ及び品質劣化防止の観点から重要である。
　以下、本実施の形態１の冷凍空調装置１における着霜検知手段２２の出力に基づく運転動作について図１１のフローチャートに基づき説明する。図１２は、図１１のフローチャートに従った制御を行った場合の光強度Ｐの変化を示す図で、蒸発器用ヒータ２１及びドレンパン用ヒータ２４のそれぞれのＯＮＯＦＦのタイミングの説明図である。
　制御装置２５は、入力操作手段から冷却運転の開始が指示されると（Ｓ－１）、圧縮機２等を駆動して冷却運転を開始するとともに、着霜検知手段２２の受光素子２２ｂの出力から光強度Ｐ（電圧）を算出する。そして、算出した光強度Ｐが予め設定された光強度Ｐｓ（Ｖon）以上か否かを判定する（Ｓ－２）。光強度ＰがＰｓ（Ｖon）以上になったと判定した場合、除霜運転を開始する。すなわち、蒸発器５の除霜を行うために、蒸発器用ヒータ２１に通電を開始する（Ｓ－３）。
　制御装置２５は、着霜検知手段２２の出力に基づき算出した光強度Ｐ（電圧）が、予め設定されたＰｄｓ（Ｖdon）以下になったかどうかの判定を行う（Ｓ－４）。そして、光強度Ｐ（電圧）が、Ｐｄｓ（Ｖdon ）以下となると、蒸発器５の霜が溶け始めたと判断し、ドレンパン用ヒータ２４の通電を開始する（Ｓ－５）。ここで、光強度Ｐｄｓは、光強度Ｐｓの状態から除霜運転を開始した場合の光強度Ｐの変化を予め実験により測定しておき、その測定結果から、光強度Ｐが急激に低下し始めるときの光強度を、光強度Ｐｄｓとして設定しておくようにすればよい。なお、図１２中の時間ｔａは、除霜運転開始から蒸発器５の霜が溶け始めるまでの時間に相当する。
　そして、制御装置２５は、着霜検知手段２２の出力に基づき算出した光強度Ｐ（電圧）がＰ0 以下になったかどうか判定する（Ｓ－６）。そして、算出した光強度ＰがＰ0 以下になったと判定した場合、蒸発器５に霜や露が無くなったと判定して蒸発器用ヒータ２１の通電を停止し（Ｓ－７）、蒸発器５の除霜を終了する。なお、図１２中の時間ｔｂは、除霜運転開始から蒸発器５に霜や露が無くなるまでの時間に相当する。
　ついで、制御装置２５は、蒸発器用ヒータ２１の通電を停止してから、予め設定した水切り時間Δｔｗが経過したかどうか判定する（Ｓ－８）。そして、水切り時間Δｔｗが経過すると、ドレンパン用ヒータ２４の通電を停止して（Ｓ－９）、除霜運転を終了し、冷却運転に復帰する。この時間をｔｃとする。
　図１３は、蒸発器用ヒータ２１とドレンパン用ヒータ２４の通電時間を示す図で、（ａ）が蒸発器用ヒータ２１、（ｂ）がドレンパン用ヒータ２４を示している。図１３において実線は本実施の形態１による通電時間、点線は従来の温度センサを用いた除霜終了判定に基づく通電時間を示している。
　従来の温度センサを用いた除霜終了判定で、蒸発器用ヒータ２１とドレンパン用ヒータ２４を同時に通電し、同時に停止する制御で要する除霜時間をｔｄとすると、本実施の形態１の制御によれば、図１３に示すように蒸発器用ヒータ２１の通電時間は（ｔｄ－ｔｂ）秒短縮され、ドレンパン用ヒータ２４の通電時間は（ｔａ＋（ｔｄ－ｔｃ））秒短縮される。
　例えば、庫内温度０℃、蒸発温度－２０℃で運転したとき、霜が解け始める時間ｔａは約３５０秒、蒸発器５に霜が無くなる時間ｔｂは約１１００秒、水切りが終わる時間ｔｃは約１６００秒となる。この場合、通常制御では除霜時間ｔｄが約１８００秒となるので、蒸発器ヒータの通電時間は７００秒（３９％）、ドレンパン用ヒータ２４の通電時間は約５５０秒（３１％）の短縮となる。このようにヒータ通電時間短縮により、消費電力量の削減、庫内温度上昇の抑制が可能となる。
　このように、本実施の形態１によれば、蒸発器５における着霜部材であるフィン５ａの着霜状態を着霜検知手段２２により直接検知し、その検知結果から、着霜の進行状況や除霜の進行状況を細かく把握することができるため、蒸発器５の除霜開始・終了とドレンパン２３の加熱開始・終了のそれぞれについて、それぞれ最適なタイミングを見極めることができる。そして、その見極めたタイミングに従って蒸発器用ヒータ２１とドレンパン用ヒータ２４をそれぞれ個別に制御するようにしたので、蒸発器５の除霜及びドレンパン２３の加熱を必要最小限にすることができ、無駄な消費電力の削減による省エネ性向上や庫内温度上昇の抑制が可能となる。
　具体的には、蒸発器５の着霜状態が所望の冷却能力を維持できる限界の着霜状態に達したタイミングで蒸発器用ヒータ２１をＯＮするようにしたため、必要なタイミングで除霜を開始することができる。また、このとき、蒸発器用ヒータ２１についてのみＯＮし、ドレンパン用ヒータ２４についてはＯＮしないようにしたため、従来、蒸発器用ヒータ２１とドレンパン用ヒータ２４とを同時にＯＮするようにした方法に比べて、省エネが図れる。
　また、着霜検知手段２２の検知結果から、霜が溶け始めてドレン水がドレンパン２３に滴下し始めるタイミングを的確に判定することができ、このタイミングを、ドレンパン用ヒータ２４のＯＮタイミングとしているため、実質的に必要なタイミングでドレンパン２３の加熱を開始することが可能となる。
　また、ドレンパン用ヒータ２４のＯＦＦタイミングを、蒸発器用ヒータ２１をＯＦＦしてから予め実験により求めた水切り時間経過後としているため、必要十分な的確なタイミングでドレンパン２３の加熱を終了することができる。
実施の形態２．
　以上の実施の形態１では、着霜検知手段２２の光強度（電圧）の絶対値を用いて着霜状態を判定するようにしていたが、着霜状態に対する光強度（電圧）の絶対値は経年劣化（光学面の汚れ等）により異なってくる。実施の形態２は、このような場合を想定した実施形態である。
　図１４は、実施の形態２の冷凍空調装置における着霜検知手段２２の出力に基づく運転動作を示すフローチャートである。実施の形態２の冷凍空調装置１の概略図や、ブロック構成図等は実施の形態１と同様である。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる部分の動作を中心に説明する。
　ここで、実施の形態２における運転制御のフローチャートを説明するに先立ち、初期時と経年劣化時のそれぞれの着霜検知手段２２の出力変化について説明する。
　図１５は、フィン５ａの表面に霜が付着している状態から除霜運転を開始し、霜が無い状態に変化するときの光強度の変化（電圧と時間の関係でもよい）を示す図で、実線は初期時、点線は経年劣化時を示している。
　図１５に示すように、経年劣化時は、着霜検知手段２２の受光素子２２ｂの受光面の汚れ等の影響で、初期時に比べて受光素子２２ｂで受光される受光量が低下し、光強度Ｐが低下する。このように初期時と経年劣化時とでは、光強度Ｐの絶対値は異なるものの、光強度Ｐの変化の挙動自体は略同じである。すなわち、経年変化により、着霜状態に対する光強度（電圧）の絶対値が異なっていたとしても、除霜開始から蒸発器５の霜が溶け始める時間ｔａに至るまでの光強度（電圧）の変化勾配、言い換えれば、光強度（電圧）の傾きは略同じである。また、光強度（電圧）が急激に低下し始めたときの光強度（電圧）の傾きについても初期時と経年劣化時とでは略同じである。実施の形態２は、この点を利用したものであり、光強度（電圧）の傾きに基づき着霜状態を判定し、蒸発器５の除霜制御やドレンパン２３の加熱制御を行うようにしている。
　以下、図１４のフローチャートに基づき、実施の形態２の冷凍空調装置における着霜検知手段２２の出力に基づく運転動作について説明する。また、図１６は、図１４のフローチャートに従った制御を行った場合の光強度の傾きの絶対値の変化を示す図で、蒸発器用ヒータ２１及びドレンパン用ヒータ２４のそれぞれのＯＮＯＦＦのタイミングの説明図である。なお、図１６において、実線は傾き絶対値の変化を示しており、点線は、参考のため、光強度の変化を示したものである。
　制御装置２５は、冷却運転の開始が指示されると（Ｓ－１１）、冷却時間が予め設定した時間ｔｒを経過したかどうか判定する（Ｓ－１２）。この時間ｔｒは、所望の冷却能力が維持できる限界の時間（この時間以上になると所望の冷却能力が得られなくなる限界の時間に相当）として設定される。そして、ｔｒ経過したと判定した場合、除霜運転を開始する。すなわち、蒸発器５の除霜を行うために、蒸発器用ヒータ２１に通電を開始する（Ｓ－１３）。
　ところで、制御装置２５は、蒸発器用ヒータ２１の通電開始後、着霜検知手段２２の受光素子２２ｂの現在の出力と過去数個の出力データとから、逐次、光強度（電圧）の傾き（時間経過に対する光強度の変化具合）の絶対値ＡＤを算出している。そして、その絶対値ＡＤが急激に変化した場合、すなわち、予め設定した第１の傾き閾値（この例では例えば、運転初期の傾きの絶対値ＡＤｓに対して数倍（例えば１．５倍）の値）以上となった場合（Ｓ－１４）、霜が融け始めることによる光強度（電圧）の急激な低下だと判定し、ドレンパン用ヒータ２４の通電を開始する（Ｓ－１５）。この時間が既述したｔａに相当する。ここで、過去数個の出力データについては、過去３０個前後のデータを用いるのが望ましい。ただし、傾きが正確に算出できるのであれば、過去２０個でも過去１０個のデータとしても良い。また、傾きは下式のように最小二乗法を用いるのが望ましいが、傾きが正確に算出できるのであれば、他の方法でも良い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　そして、制御装置２５は、傾きの絶対値ＡＤが予め設定した第２の傾き閾値（例えば、０．００１）以下となる状態が数分（例えば３分）連続で続いた場合（Ｓ－１６）、蒸発器５に霜や露が無くなり、光強度（電圧）が安定したと判定し、蒸発器用ヒータ２１の通電を停止し（Ｓ－１７）、蒸発器５の除霜を終了する。この時間が既述したｔｂに相当する。ここで、過去数個のデータについては、過去３０個前後のデータを用いるのが望ましい。ただし、傾きが正確に算出できるのであれば、過去２０個でも過去１０個のデータとしても良い。なお、第１の傾き閾値及び第２の傾き閾値は、除霜運転を開始後の光強度Ｐの変化を予め実験により測定しておき、その測定結果に基づき設定しておくようにすればよい。
　そして、制御装置２５は、蒸発器用ヒータ２１の通電を停止してから、予め設定した水切り時間ｔｗが経過したかどうかを判定する（Ｓ－１８）。そして、水切り時間Δｔｗが経過すると、ドレンパン用ヒータ２４の通電を停止して（Ｓ－１９）、除霜運転を終了し、冷却運転に復帰する。この時間をｔｃとする。
　従来の温度センサを用いた除霜終了判定で、蒸発器用ヒータ２１とドレンパン用ヒータ２４を同時に通電し同時に停止する制御の除霜時間をｔｄとすると、本実施の形態２では、実施の形態１と同様に図１３に示すように蒸発器用ヒータ２１の通電時間は（ｔｄ－ｔｂ）秒短縮され、ドレンパン用ヒータ２４の通電時間は（ｔａ＋（ｔｄ－ｔｃ））秒短縮される。
　また、実施の形態１と同様に、例えば、庫内温度０℃、蒸発温度－２０℃で運転したとき、霜が解け始める時間ｔａは約３５０秒、蒸発器５に霜が無くなる時間ｔｂは約１１００秒、水切りが終わる時間ｔｃは約１６００秒となる。この場合、通常制御では除霜時間ｔｄが約１８００秒となるので、蒸発器ヒータの通電時間は７００秒（３９％）、ドレンパン用ヒータ２４の通電時間は約５５０秒（３１％）の短縮となる。
　このように、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、着霜検知手段２２の光強度（電圧）の絶対値を用いた着霜状態の判定に代えて、光強度（電圧）の傾きを用いた判定を行うようにしたので、経年劣化の影響を排除して常に安定した制御が可能となる。
　なお、本実施の形態２では、蒸発器用ヒータ２１のＯＮタイミングを冷却運転開始からの時間ｔｒによって決めているが、このタイミングを実施の形態１のように着霜検知手段２２の検知結果に基づき決定するようにしてもよい。すなわち、実施の形態１と実施の形態２とを適宜組み合わせて除霜運転及びドレンパン２３の加熱制御を行うようにしてもよい。
　なお、実施の形態１、２では、ドレンパン用ヒータ２４のＯＦＦタイミングを、予め設定した水切り時間に基づき決定している。なお、水切り時間は、水切りが確実に完了する十分な時間として設定されている。しかしながら、水切り時間は実際には着霜量との相関があるため、運転時の着霜量に応じて可変としてもよい。つまり、水切り時間は着霜量が多ければ長く設定する必要があるが、逆に着霜量が少ない場合には短く設定することができる。実施の形態２では、冷却運転を開始してから時間ｔｒ経過後に蒸発器用ヒータ２１をＯＮするようにしているため、蒸発器用ヒータ２１ＯＮ時の着霜量は、使用環境によって異なっている。この着霜量の違いは、除霜運転を開始してから霜が溶け始めるまでの時間ｔａの違いとなって現れる。従って、時間ｔａと着霜量との関係を予め求めておくとともに、着霜量と水切り時間との関係も予め求めておき、実運転時に、除霜運転を開始してから霜が溶け始めるまでの時間ｔａを求め、時間ｔａから着霜量を推測し、推測した着霜量から水切り時間を推測して設定するようにしてもよい。こうすることで、着霜量に応じた水切り時間が可能となり、適切なタイミングで冷却運転に復帰できるので、入庫品の品質劣化を抑制することが可能となる。
　また、実施の形態１、２において着霜検知手段２２を、図１７に示すようにドレンパンに向けて設置し、ドレンの有無を判定して、ドレンパン用ヒータ２４のＯＦＦタイミングを判定しても良い。
　また、実施の形態１、２において、図１８に示すように、除霜運転を開始しているにも関わらず、センサ出力の変化が無い場合は、蒸発器用ヒータ２１が故障していると判断することも可能である。これによりユーザーに故障をいち早く知らせることが可能となる。
実施の形態３．
　以上の実施の形態１、２では、蒸発器用ヒータ２１の停止タイミングを、着霜検知手段２２による光強度（電圧）の絶対値又は傾きの絶対値に基づき判断していた。これに対し、実施の形態３ではドレンパン温度に基づき蒸発器用ヒータ２１の停止タイミングを判定するようにしたものである。
　図１９は、本発明の実施の形態３における冷凍空調装置の蒸発器を含む周辺部分の正面図である。図２０は、実施の形態３の冷凍空調装置の運転動作を示すフローチャートである。図２０において、図１４に示した実施の形態２と同一処理部分には同一ステップ番号を付している。
　実施の形態３の冷凍空調装置は、実施の形態１、２の構成に加え、更にドレンパン２３の温度を検出するドレンパン温度検出手段２６を備えたもので、その他の構成は実施の形態１、２と同様である。なお、実施の形態１、２と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態３についても同様に適用される。
　図２１は、図２０のドレンパン温度検出手段により検出されたドレンパン温度の時間変化を示した図である。なお、着霜検知手段２２により検知された光強度Ｐの変化は図１２と同様である。
　ドレンパン温度検出手段２６の検出値は、除霜運転の開始（蒸発器用ヒータＯＮ）とともに上昇し、ドレンパン用ヒータ２４をＯＮ後、更に上昇してＭＡＸに達する。そして、蒸発器５の霜が溶けてドレンパン２３に流れ落ちてくると同時に検出値が低下し始める。除霜が進むに従ってドレンパン温度検出手段２６の検出値が低下していく。蒸発器５の除霜が終了してドレンパン２３への除霜水の供給が無くなると、ドレンパン温度検出手段２６の検出値が再び上昇し始める。ドレンパン温度検出手段２６の検出値はこのような変化特性となることから、ドレンパン温度検出手段２６の検出値が減少した後、再び上昇し始めるタイミングｔｂを蒸発器用ヒータ２１の停止タイミングとすればよい。
　以下、図２０のフローチャートを説明する。本実施の形態３が実施の形態２と異なる部分の動作を中心に説明する。
　ステップＳ－１１～Ｓ－１５までは実施の形態２と同様である。実施の形態３では、ドレンパン用ヒータ２４に通電（Ｓ－１５）後、制御装置２５は、ドレンパン温度検出手段２６により検出された温度の時系列データから極小値を検知（温度が減少状態から上昇状態に移行するタイミングを検知）することにより上記タイミングｔｂの検知をする（Ｓ－１６Ａ）。制御装置２５は、ドレンパン２３の温度変化の極小値を検知すると、蒸発器用ヒータ２１の通電を停止する（Ｓ－１７）。その後の動作は実施の形態２と同様である。
　従来の温度センサを用いた除霜終了判定で、蒸発器用ヒータ２１とドレンパン用ヒータ２４を同時に通電し同時に停止する制御の除霜時間をｔｄとすると、本実施の形態３では、図１３に示すように蒸発器用のヒータ２１の通電時間は（ｔｄ－ｔｂ）秒短縮され、ドレンパン用ヒータ２４の通電時間は（ｔａ＋（ｔｄ－ｔｃ））秒短縮される。
　実施の形態１、２と同様に、例えば、庫内温度０℃、蒸発温度－２０℃で運転したとき、霜が解け始める時間ｔａは約３５０秒、蒸発器に霜が無くなる時間ｔｂは約１１００秒、水切りが終わる時間ｔｃは約１６００秒となる。この場合、通常制御では除霜時間ｔｄが約１８００秒となるので、蒸発器ヒータの通電時間は７００秒（３９％）、ドレンパン用ヒータ２４の通電時間は約５５０秒（３１％）の短縮となる。このようにヒータ通電時間短縮により、消費電力量の削減、庫内温度上昇の抑制が可能となる。
　本実施の形態３では、図２１のドレンパン温度検出手段２６の検出温度の変化において、検出値がＭＡＸ値となってから前記極小値（図２１のＭＩＮ）となるまで時間ｔｅから、着霜量を推定することが可能である。従って、時間ｔｅにより着霜量を推定し、推定した着霜量から水切り時間を設定するようにしても良い。こうすることで、着霜量に応じた水切り時間が可能となり、適切なタイミングで冷却運転に復帰できるので、入庫品の品質劣化を抑制することが可能となる。
実施の形態４．
　実施の形態４は、実施の形態１、２、３とは別の除霜開始タイミングの判定方法を提案するものである。
　以下、実施の形態４の冷凍空調装置について説明するに先だって、通常の除霜運転の開始タイミングについて説明する。
　図２２は、従来の通常の除霜運転の開始タイミングの説明図である。
　通常、除霜運転は、図２２に示すように、除霜運転を開始してから次の除霜運転を開始するまでの除霜周期が設定されており、着霜状況によらず、除霜周期で定期的に除霜運転が開始される。つまり、着霜量が少なく除霜が不必要な場合でも、除霜周期の除霜開始タイミングとなると強制的に除霜運転を行うようにしている。よって、消費電力の増大や庫内温度上昇による入庫品の品質劣化などの問題が発生する。
　そこで、本実施の形態４では、除霜周期の除霜開始タイミングとなると、着霜検知手段２２により着霜状況を検知して除霜運転の要否を判断し、要と判断した場合に限り除霜運転を開始する。除霜運転の要否の判断は、冷却運転開始から現在までの運転時間と、着霜検知手段２２から検知される霜層厚さとから求めた着霜スピードを用いる。判定方法の詳細は後述する。
　図２３は、実施の形態４の冷凍空調装置における除霜運転開始タイミングの判定方法を示すフローチャートである。図２４は、冷却運転開始からの着霜検知手段の光強度（電圧）Ｐの変化を示す図である。実施の形態４の冷凍空調装置１の概略図や、ブロック構成図等は実施の形態１と同様である。なお、ドレンパン温度検出手段２６を備えた実施の形態３の構成と同様としてもよい。実施の形態１、２、３と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態４についても同様に適用される。以下、実施の形態４の冷凍空調装置における除霜運転開始タイミングの判定方法を図２３及び図２４を参照して説明する。
　制御装置２５は、入力操作手段から冷却運転の開始が指示されると（Ｓ－２１）、冷却時間が予め設定した時間（除霜周期）ｔｓを経過したかどうか判定する（Ｓ－２２）。そして、ｔｓ経過したと判定した場合、除霜周期をカウントするタイマーをリセットする（Ｓ－２３）。次いで、現在の着霜検知手段２２の光強度(電圧)Ｐｎと予め設定された後述の閾値Ｐ_ｔｈとを比較し（Ｓ－２４）、ＰｎがＰ_ｔｈ以上の場合には、除霜運転が必要と判断して直ちに除霜運転を開始（Ｓ－２７）する。一方、ＰｎがＰ_ｔｈよりも小さい場合には、除霜運転を開始するに先だって、以下の処理を行う。
　まず、現在の着霜検知手段２２の光強度（電圧）Ｐｎと運転時間ｔｓと無着霜時の光強度（電圧）Ｐ0 とを用いて、下式で求まる着霜スピードＭｆ_ｓｐｅｅｄを算出する（Ｓ－２５）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　そして、着霜スピードＭｆ_ｓｐｅｅｄと次回の冷却時間（除霜周期）ｔｓとから、次回の除霜周期における着霜検知手段２２の予測光強度（電圧）Ｐｆを下式で求める（Ｓ－２６）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　予測光強度Ｐｆが閾値Ｐ_ｔｈよりも小さいかどうかを判定し（Ｓ－２７）、予測光強度Ｐｆが閾値Ｐ_ｔｈよりも小さい場合、すなわち次回の除霜周期における除霜開始のときも、着霜検知手段２２により検知される光強度（電圧）が閾値Ｐ_ｔｈよりも小さいと予測されるときは、除霜運転をキャンセルして冷却運転を継続する。冷却時間はＳ－２３でリセットされているので、ここからまた新たに冷却時間のカウントが開始される。
　ところで、着霜検知手段２２により検知される光強度と着霜量との間には相関関係がある。このため、光強度は霜層厚さに換算可能であり、予測光強度Ｐｆは次回の除霜開始のときの霜層厚さ推算値に対応する値である。よって、Ｓ－２７以降の処理は、次回の除霜開始のときの霜層厚さ推算値が所定の霜層厚さに比べて薄いと予測される場合には、現時点ではまだ除霜運転は不要と判断して除霜運転をキャンセルすることに相当する。
　また、予測光強度Ｐｆが閾値Ｐ_ｔｈ以上の場合、すなわち、次回の除霜周期のときに着霜検知手段２２により検知される光強度（電圧）が閾値Ｐ_ｔｈ以上になると予測されるときは、次回の除霜周期のときに光強度（電圧）が閾値Ｐ_ｔｈ以上とならないように、蒸発器用ヒータ２１に通電を開始する（除霜運転を開始する）（Ｓ－２８）。除霜運転を開始後の動作は実施の形態４では特に限定するものではなく、実施の形態１、２、３の動作を適宜採用できる。
　ここで、閾値Ｐ_ｔｈは、例えば、冷凍・冷蔵倉庫１１内を設定温度に維持可能な冷却能力を得られる限界の霜層厚さのときの着霜検知手段２２の光強度（電圧）Ｐ_ｌｉｍｉｔと、安全率α％とを用いて以下の式で決定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　Ｐ_ｌｉｍｉｔは下式で求められる。図２５は、下式の各寸法の説明図であり、蒸発器５のフィン５ａに霜４０が付着した様子を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　ここで、
　Ｐｍａｘ ：フィン５ａ間が完全に閉塞したときの着霜検知手段２２の光強度（電圧）
　Ｐ0 　　 ：無着霜時の光強度（電圧）
　ｆｔ_ｌｉｍｉｔ：冷凍・冷蔵倉庫１１内を設定温度に維持可能な冷却能力を得られる限界の霜層厚さ
　ＦＰ　　 ：フィンピッチ
　ｔ_ｆｉｎ：フィン板厚
　ｆｔ_ｌｉｍｉｔ、ＦＰ、ｔ_ｆｉｎはそれぞれ、蒸発器５の構造に応じて決まる値である。ｆｔ_ｌｉｍｉｔは、例えば、ユニットクーラなどのフィンピッチ４mm程度のものであれば、フィン５ａ間を５０％程度閉塞させる霜層厚さ１mm程度となる。
　このように、本実施の形態４によれば、冷凍空調装置の運転状態データである着霜スピードＭｆ_ｓｐｅｅｄを用いて除霜開始タイミングを判定するようにしているため、蒸発器５の特性や使用環境に即した除霜開始タイミング設定が可能である。
　また、除霜周期における除霜開始タイミングとなっても、次回の除霜開始タイミングにおける霜層厚さが、冷凍・冷蔵倉庫１１内を設定温度に維持可能な冷却能力を得られる限界の霜層厚さに比べて薄いと予測される場合には、除霜運転をキャンセルして冷却運転を継続するようにした。このため、無駄な電力消費が抑えられ省エネ性が向上する。また、不要なタイミングにおける除霜運転をキャンセルすることにより庫内温度上昇を抑制でき、入庫品の品質劣化も抑制できる。
　また、上記実施の形態１、２、３、４では、ドレンパン用加熱装置としてヒータを用いるとしたが、具体的には図２６に示すようにＩＨヒータを用いても良い。ＩＨヒータであれば、加熱効率が上昇するため、更にヒータ通電時間を短縮することが可能となる。
　また、ドレンパン用加熱装置として、他に例えば圧縮機２から高温高圧のガス冷媒を吐出する吐出管を用い、吐出管を図２７に示すようにドレンパン２３近傍や蒸発器５内部を通過させてドレンパン２３を加熱する構成としてもよい。このように加熱源として圧縮機２から吐出される高温高圧のガス冷媒を用いれば、空気からの採熱を使用できるので、消費電力が削減可能となる。
　また、本発明の実施の形態１、２、３、４の着霜検知手段２２は位置固定としていたが、図２８に示すように蒸発器５に対して横方向及び縦方向に移動可能に取り付け、蒸発器全体に渡って着霜状態を検知可能な構成としてもよい。着霜の進行具合は、蒸発器５全体において一様ではなく、着霜の進行が速い箇所や遅い箇所がある。また、除霜の進行具合についても同様のことが言える。よって、蒸発器用ヒータ２１やドレンパン用ヒータ２４のＯＮタイミングを判断する際には、着霜の進行が速い箇所の着霜状態を着霜検知手段２２に検知させて判断を行い、蒸発器用ヒータ２１やドレンパン用ヒータ２４のＯＦＦタイミングを判断する際には、除霜が遅い箇所の着霜状態を着霜検知手段２２に検知させて判断を行うようにしてもよい。これにより、より正確な判断が可能となる。
　なお、本発明の冷凍サイクル内を循環する冷媒は、どんなものでもよく、二酸化炭素、炭化水素、ヘリウムのような自然冷媒、ＨＦＣ４１０Ａ、ＨＦＣ４０７Ｃなどの代替冷媒など塩素を含まない冷媒、もしくは既存の製品に使用されているＲ２２、Ｒ１３４ａなどのフロン系冷媒の何れでもよい。
　また、圧縮機２は、レシプロ、ロータリー、スクロール、スクリューなどの各種タイプのいずれのものを用いてもよく、回転数可変可能のものでも、回転数固定のものでも構わない。
　また、各実施の形態１～４においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態の特徴的な構成及び処理を適宜組み合わせて冷凍空調装置を構成してもよい。例えば、実施の形態３はドレンパン温度に基づき蒸発器用ヒータ２１の停止タイミングの判定を行う点に特徴がある。よって、実施の形態１と実施の形態３とを組合せ、図１１のＳ－６の判断を図２０のＳ－１６Ａの判断とするようにしてもよい。
　１　冷凍空調装置、２　圧縮機、３　凝縮器、４　膨張弁、５　蒸発器、５ａ　フィン、６　凝縮器用ファン、７　蒸発器用ファン、１１　冷凍・冷蔵倉庫、２１　蒸発器用ヒータ、２２　着霜検知手段、２２ａ　発光素子、２２ｂ　受光素子、２３　ドレンパン、２４　ドレンパン用ヒータ、２５　制御装置、２６　ドレンパン温度検出手段、４０　霜。

Claims (20)

  1. 　圧縮機、凝縮器、膨張手段及び蒸発器を接続して構成され冷房運転を行う冷凍サイクルと、
    　前記蒸発器を加熱する蒸発器用加熱装置と、
    　前記蒸発器からのドレン水を受けて排出するドレンパンと、
    　該ドレンパンを加熱するドレンパン用加熱装置と、
    　前記蒸発器に光を照射する発光素子と前記蒸発器からの反射光を受けてこの反射光に応じた電圧を出力する受光素子とを備えた着霜検知手段と、
    　前記蒸発器用加熱装置及び前記ドレンパン用加熱装置のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれ制御する制御装置とを有し、
    　該制御装置は、前記着霜検知手段の出力から前記蒸発器の着霜状態を判定し、その判定結果に応じて前記蒸発器用加熱装置及び前記ドレンパン用加熱装置をそれぞれ個別に制御する冷凍空調装置。
  2. 　前記制御装置は、前記着霜検知手段の出力から、前記蒸発器の着霜状態が所望の冷却能力を維持できる限界の着霜状態に達したと判定した場合、前記蒸発器用加熱装置をＯＮし、前記ドレンパン用加熱装置はＯＮしない請求項１記載の冷凍空調装置。
  3. 　前記制御装置は、前記着霜検知手段の出力電圧Ｖ又は該出力電圧Ｖから算出した光強度Ｐが、所定の電圧Ｖon又は所定の光強度Ｐｓ以上になった場合、前記蒸発器の着霜状態が所望の冷却能力を維持できる限界の着霜状態に達したと判定する請求項２記載の冷凍空調装置。
  4. 　前記制御装置は、前記着霜検知手段の出力から、前記蒸発器の霜が溶け始めたと判定した場合、前記ドレンパン用加熱装置をＯＮする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
  5. 　前記制御装置は、前記着霜検知手段の出力電圧Ｖ又は該出力電圧Ｖから算出した光強度Ｐが、前記蒸発器用加熱装置をＯＮ後、所定の電圧Ｖdon又は所定の光強度Ｐｄｓ以下になった場合、前記蒸発器の霜が溶け始めたと判定する請求項４記載の冷凍空調装置。
  6. 　前記制御装置は、前記蒸発器用加熱装置をＯＮ後の前記着霜検知手段の出力電圧の傾きを逐次算出し、該傾きが、第１の傾き閾値以上となった場合、前記蒸発器の霜が溶け始めたと判定する請求項４記載の冷凍空調装置。
  7. 　前記制御装置は、前記蒸発器用加熱装置をＯＮ後、前記着霜検知手段の出力から、前記蒸発器に霜が無くなったと判定した場合、前記蒸発器用加熱装置をＯＦＦする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
  8. 　前記制御装置は、前記着霜検知手段の出力電圧Ｖ又は該出力電圧Ｖから算出した光強度Ｐが、前記蒸発器用加熱装置をＯＮ後、所定の電圧Ｖoff又は所定の光強度Ｐ0 以下となった場合、前記蒸発器に霜が無くなったと判定する請求項７記載の冷凍空調装置。
  9. 　前記制御装置は、前記ドレンパン用加熱装置をＯＮ後の前記着霜検知手段の出力電圧の傾きが、第２の傾き閾値以下となる状態が所定時間継続した場合、前記蒸発器に霜が無くなったと判定する請求項７に記載の冷凍空調装置。
  10. 　ドレンパン温度検出手段を備え、前記制御装置は、前記蒸発器用加熱装置をＯＮ後、前記ドレンパン温度検出手段の検出温度が極小値となったことを検知した場合、前記蒸発器に霜が無くなったと判定して前記蒸発器用加熱装置をＯＦＦする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
  11. 　前記制御装置は、前記蒸発器用加熱装置をＯＦＦ後、予め設定した水切り時間が経過すると、前記ドレンパン用加熱装置をＯＦＦする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
  12. 　前記制御装置は、前記蒸発器用加熱装置をＯＮしてから前記ドレンパン用加熱装置をＯＮさせるまでの時間から着霜量を推測し、推測した着霜量に基づき前記蒸発器用加熱装置をＯＦＦしてから前記ドレンパン用加熱装置をＯＦＦするまでの水切り時間を推測し、該水切り時間になると、前記ドレンパン用加熱装置をＯＦＦする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
  13. 　前記制御装置は、前記ドレンパン温度検出手段の検出値がＭＡＸ値となってから前記極小値となるまでの時間から着霜量を推測し、推定した着霜量に基づき水切り時間を決定し、前記蒸発器用加熱装置をＯＦＦ後、前記水切り時間が経過すると、前記ドレンパン用加熱装置をＯＦＦする請求項１０記載の冷凍空調装置。
  14. 　前記制御装置は、除霜運転中の前記着霜検知手段の出力値から、前記蒸発器用加熱装置の故障を検知する請求項１乃至請求項１３の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
  15. 　前記ドレンパン用加熱装置がＩＨヒータである請求項１乃至請求項１４の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
  16. 　前記ドレンパン用加熱装置が圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒を利用したものである請求項１乃至請求項１４の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
  17. 　前記着霜検知手段を、前記蒸発器全体の着霜状態が検知可能なように前記蒸発器に対して移動可能に取り付けた請求項１乃至請求項１６の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
  18. 　前記着霜検知手段を、前記蒸発器全体の着霜状態が検知可能なように前記蒸発器に対して移動可能に取り付け、
    　前記制御装置は、
    　前記蒸発器において着霜の進行が速い箇所の着霜状態に基づいて前記蒸発器用加熱装置及び前記ドレンパン用加熱装置のＯＮタイミングを判断し、
    　また、前記蒸発器において除霜の進行が遅い箇所の着霜状態に基づいて前記蒸発器用加熱装置及び前記ドレンパン用加熱装置のＯＦＦタイミングを判断する
    請求項１乃至請求項１６の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
  19. 　圧縮機、凝縮器、膨張手段及び蒸発器を接続して構成され冷房運転を行う冷凍サイクルと、
    　前記蒸発器を加熱する蒸発器用加熱装置と、
    　前記蒸発器からのドレン水を受けて排出するドレンパンと、
    　該ドレンパンを加熱するドレンパン用加熱装置と、
    　前記蒸発器に光を照射する発光素子と前記蒸発器からの反射光を受けてこの反射光に応じた電圧を出力する受光素子とを備えた着霜検知手段と、
    　前記蒸発器用加熱装置のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御装置とを有し、
    　該制御装置は、前記着霜検知手段の検知結果により前記蒸発器用加熱装置をＯＮするタイミングを判定する冷凍空調装置。
  20. 　前記制御装置は、除霜運転を開始してから次の除霜運転を開始するまでの除霜周期を予め有し、除霜周期における除霜開始タイミングとなると、次回の除霜開始タイミングにおける霜層厚さを前記着霜検知手段の検出結果に基づき求め、前記霜層厚さに基づいて除霜運転の要否を判定し、除霜運転が不必要と判定した場合は除霜運転をキャンセルして冷却運転を継続し、除霜運転が必要と判定した場合は前記蒸発器用加熱装置をＯＮして除霜運転を開始する請求項１９記載の冷凍空調装置。
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