JPS6140907B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧縮機、凝縮器毛細管および蒸発器
（以下冷却器と呼ぶ）からなる冷凍システムを備
えた冷蔵庫および空気調和機等の冷却器に付着し
た霜を取り除く除霜装置に関するものである。

一般に、冷蔵庫および空気調和機等の冷却器に
は、冷却器稼動時に冷却器周囲の空気中に含まれ
る湿分により着霜が生じる。冷却器に霜が付着す
ると、冷却器の熱交換効率が低下し、冷却能力が
低下する。そのため冷却器には、その周囲にヒー
タが配置され、そのヒータが発熱し、その熱で付
着した霜を溶かして除霜するようになつている。
冷蔵庫においては、従来から第１図に示すよう
に、冷却器１の冷媒管１ａに装着された熱交換用
フイン３に除霜ヒータ２を設け、除霜時には、除
霜ヒータ２へ通電し、除霜ヒータ２を加熱して除
霜を行ない冷却能力が低下するのを防止してい
る。ここで重要な問題は、除霜開始時期を決める
ことにある。冷却器の冷却能力を低下させる要因
であるところの着霜量や着霜の分布状態は季節の
変化や冷却器の稼動状態などで変化するため、除
霜開始時期を検知することは非常に困難である。
そこで、従来は冷却器が一定時間稼動する毎に除
霜する方法をとらざるを得ず、その時間は、着霜
量の多い時期においても、冷却器の冷却能力が低
下しないように配慮されている。

しかし、このような手段をもつ除霜制御装置
は、着霜量が少ない時期においては、冷却器の冷
却能力が低下してないにもかかわらず除霜をし、
電力の無駄を生じている。また、この除霜に要す
る電力により冷却器の温度は不必要に上昇し、冷
却運転を再開した際に冷却器の温度を低下させる
ための時間が長くなり、かつ消費電力を大きくす
る欠点を有している。

本発明の目的は上記した従来技術の欠点をなく
し、効率の良い除霜を行ない得る除霜制御装置を
提供するにある。

本発明では、上記した目的を達成するために、
抵抗値の温度係数が正で、かつ抵抗値の温度係数
がある温度で急変する特性を有する除霜ヒータを
用い、除霜ヒータ自体の加熱動作時における特性
変化を利用して除霜の要・不要を判断し、除霜を
終了せしめるものである。

まず、本発明に用いるヒータにつにて説明す
る。第２図は、このヒータを切欠いた斜視図を示
す。第２図において、４および４′は例えばすず
めつき銅線などの給電用電気導体、５は例えば高
密度ポリエチレン等の有機物材料とカーボン等の
導電材料との混練物からなるヒータ部、６は例え
ばウレタンゴム等の絶縁用被覆部、７はポリエチ
レン等の難燃性被覆部である。次にこのヒータ
２′の動作について説明する。ヒータ２′の給電用
電気導体４と４′間に定格電圧を印加すると有機
物材料とカーボンの混練物からなるヒータ部５に
電流が流れ、ヒータ部５がジユール熱により発熱
する。この発熱による温度上昇により有機物材料
が熱膨張し、それに伴ない前記ヒータ部５の固有
抵抗値が増大し、使用する有機物材料により定ま
る軟化温度に近づくにつれて抵抗値は急激に増大
する。第３図にヒータ部５の抵抗値の変化を縦軸
に抵抗値、横軸に温度をとつて示す。第３図にお
いて、曲線８がヒータ部５の抵抗変化特性を示
し、９は抵抗値の温度係数が急変する温度（動作
急変温度）を示す。ヒータ部５は温度上昇ととも
にその固有抵抗値が急激に増大するため、電流が
減少し、温度上昇は前記有機物材料で定まる一定
の温度で停止し安定する。

次に、上記した除霜ヒータ２′を使用して除霜
を行なう装置について説明する。除霜ヒータ２′
に流れる電流の時間的な変化および冷却器の温度
の推移特性図を第４図に示す。第４図において、
横軸は除霜ヒータ２′に通電を開始した時からの
時間、縦軸は除霜ヒータ２′を流れる電流および
冷却器の温度を示し、曲線１０はヒータ電流を、
曲線１１は冷却器の温度を示している。除霜ヒー
タ２′は、通電直後に突入電流が流れ、温度が上
昇し、それにつれてヒータ電流１０が減少し始め
冷却器の各部の温度が上昇し除霜が開始される。
冷却器の各部の除霜が開始されると、第４図中の
Ａ点を境にして霜の融解熱のために冷却器の各部
の温度が−０℃から＋０℃へと変わり、同時にヒ
ータ電流１０の変化率が減少から増加へと変わ
る。Ａ点以後の除霜ヒータ２′は徐々に温度上昇
をして、さらに除霜を進め、同時にヒータ電流１
０の変化率は増加し、除霜用ヒータ２′がある温
度に達する第４図中のＢ点にて完全に除霜が終了
する。ここで、電源投入直後の最大ヒータ電流か
らの電流減少部分の時定数は着霜量により異なる
が、ヒータ電流の勾配と着霜量との間に対応があ
る。

本発明による除霜制御装置は、この現象を利用
して行なう。

次に本発明による実施例を説明する。本発明の
除霜制御装置のブロツク図及びこの装置の各部と
冷却器の動作を示す時間線図を第５図，第６図に
示す。

第５図において、１２は除霜ヒータ、１３は除
霜ヒータ１２への給電用スイツチ、１４は除霜ヒ
ータ１２を流れる電流を険出するための電流検出
回路、１５は電流検出回路１４が発生する検出信
号を演算する命令を具備した演算回路、１６は演
算回路１５が発生する信号により除霜の要・不要
に判別する判別回路、１７は除霜ヒータ１２への
給電用スイツチ１３を切断するための給電停止回
路、１８は一定時間毎に除霜ヒータ１２への給電
用スイツチ１３を閉じるための給電開始回路、１
９は除霜ヒータ１２により除霜が完了したことを
検知する除霜完了検知回路、２０は電源である。
また第６図において、イは給電開始回路１８にお
いて、冷却器の稼動時間を示す信号の波形図、ロ
は演算回路１５の演算結果を示す信号の波形図、
ハは判別回路１６が演算回路１５の演算結果Ｅと
予め定める値Ｊの大小比較をして得る除霜ヒータ
１２への給電停止信号の波形図、ニは除霜完了検
知回路１９の除霜完了信号の波形図、ホは除霜ヒ
ータ１２の動作および給電用スイツチ１３の動作
を示す信号の波形図、ヘは冷却器の動作を示す信
号の波形図である。

この装置において、冷却器の稼動時間を示す信
号C₁，C₂，C₃，C₄が予め定める基準値Ｉに達し
た際に給電開始回路１８は給電用スイツチ１３を
閉じ、同時に冷却器の稼動信号C₁，C₂，C₃，C₄
を零に復帰させ、冷却器の稼動を積算する。な
お、図示されていないが冷却器は別に設けた冷却
器制御機能により除霜ヒータ１２が動作している
間は休止し、除霜ヒータ１２が停止している間は
冷却動作するよう制御されており、第６図中の信
号C₁にて同図の信号H₁のように冷却器の冷却動
作は休止する。給電用スイツチ１３が閉じられる
と電源２０から給電用スイツチ１３を経由して除
霜ヒータ１２に電流が流れる。そして除霜ヒータ
１２を流れる電流は電流検出回路１４に供給され
る。電流検出回路１４は電流変成器などで電流に
応動する信号を作り、演算回路１５に供給する。
演算回路１５は、その信号が最大値に致達した際
にそれを検知し、そののち一定の時間経過した点
における電流に応動する信号の変化率を演算し、
その結果信号D₁を判別回路１６に供給する。判
別回路１６は、この信号D₁を受けてこの信号D₁
が予め定める値Ｊ以上の場合給電停止回路１７に
除霜ヒータ１２への電流の供給を遮断させる信号
E₁を供給する。この信号E₁を受けた給電停止回
路１７は、給電用スイツチ１３を開放し、除霜ヒ
ータ１５の発熱を終了させる。次に給電用スイツ
チ１３が開放されると同時に別に設けられた冷却
器制御機能により冷却器は第６図中の信号Ｈに示
すように冷却動作を開始する。これにより、給電
開始回路１８は冷却器の稼動時間を計り始め、第
６図の信号C₂が再び予め定める基準値Ｉに達す
ると給電用スイツチ１３を閉じ以下先に述べたと
同様に除霜制御装置の各部が動作する。次に冷却
器が稼動し、再び信号C₃が予め定める基準値Ｉ
に達すると給電開始回路１８は給電用スイツチ１
３を閉じ、同時に冷却器の稼動信号Ｃを零に復帰
させ、冷却器の稼動を積算する。給電用スイツチ
１３が閉じられると電源２０から給電用スイツチ
１３を経由して、除霜ヒータ１２に電流が流れ、
同時に冷却器は冷却器制御機能により休止する。
そして給電用スイツチ１３を経由した除霜ヒータ
１２を流れる電流は電流検出回路１４に供給され
る。電流検出回路１４は、電流変成器などで電流
に応動する信号を作り、演算回路１５に供給す
る。演算回路１５は、その信号が最大値に致達し
たことを検知し、そののち一定時間経過した点に
おける電流に応動する信号の変化率を演算し、そ
の結果信号D₃を判別回路１６に供給する。判別
回路１６は、この信号D₃を受けてこの信号D₃が
予め定める値Ｊより小さい場合、給電停止回路１
７に除霜ヒータ１２への給電停止信号Ｅを出さな
い。給電停止信号Ｅが入力されない場合給電停止
回路１７は、給電用スイツチ１４を開放せずにそ
の状態を継続する。給電用スイツチ１４は閉じた
ままの状態を継続するため、除霜ヒータ１２は電
流の供給を継続して受け、発熱を続け、その熱に
より冷却器に付着した霜は溶ける。付着した霜が
完全に除かれると除霜完了検知回路１９は、除霜
完了信号F₁を停止回路１７に供給する。停止回
路１７はその信号F₁を受けて給電用スイツチ１
３を開放する。給電用スイツチ１３が開放される
と、冷却器制御機能により冷却器は冷却動作を開
始する。

以上のように、本発明による除霜制御装置は、
冷却器の稼動時間が予め定める時間に達する毎に
判別回路１６の出力信号Ｅの有無に応じて上記二
種類の動作の一方を行ない、これを繰返すもの
で、判別回路１６の出力信号Ｅの有無は、演算回
路１５の出力信号Ｄが予め定める値Ｊに対してそ
の値より大きな場合、信号Ｅは出力され、小さい
場合信号Ｅは出力されないようになつている。こ
こでこの演算回路１５の出力信号Ｄは、除霜ヒー
タ１２に流れる電流が最大値到達後、一定時間経
過した点での電流の変化率に応動したものであつ
て、この出力信号Ｄは、上記した点における除霜
ヒータ電流の微分値に相当し、またこの微分値
は、除霜ヒータ電流が最大値からの減少する時の
時定数の逆数にほぼ対応する。ここで除霜ヒータ
電流の時定数は除霜ヒータ１２の熱時定数に対応
し、除霜ヒータ１２の熱時定数は除霜ヒータ１２
の熱容量に比例し、この熱容量は除霜ヒータ１２
に付属する冷却器の熱容量に対応し、冷却器への
着霜量に比例するものであるから、着霜量が少な
ければ除霜ヒータ１２に流れる電流の時定数は小
さくなり、逆に着霜量が多ければ時定数は大きく
なる。したがつて、演算回路１５の信号Ｄは、そ
の値が大きければ除霜ヒータ１２に流れる電流の
時定数が小さいことを示し、同時に着霜量が少な
いことを示しており、逆にその値が小さければ着
霜量が多いことを示すことになり、上述した判別
回路１６の出力信号Ｅの有無は、着霜量が基準量
以下であるか否かを表わしていることになる。な
お、上記基準量は冷却能力の低下しない程度の量
が望ましい。すなわち、判別回路１６の出力信号
Ｅが有る場合は着霜量が少ないから除霜不要であ
るということを示し、出力信号が無い場合は着霜
量が多いから除霜の必要が有ることを示している
ことと同じである。

以上説明したように、本発明による除霜制御装
置は、除霜ヒータ１２を流れる電流が最大値を経
て減少する点における電流変化率から着霜量を推
測し、この結果から除霜の必要性の有無を判別
し、これにより除霜ヒータ１２への給電を制御す
るように動作する。

なお、上述の除霜制御装置における除霜完了検
知は、冷却器表面温度を検知して行なつてもよ
く、また単にタイマのみで行なつてもよく、その
タイマの設定時間を演算回路の出力信号Ｄの大き
さの逆数に対応させてもよく、別には、除霜ヒー
タ１２に流れる電流がある閾値以下に減少したこ
とを電流センサで検出して行なうなどでも良い。

また、上述の実施例において、除霜ヒータ１２
に流れる電流で動作説明したが、除霜ヒータ１２
へ供給される電力をもつて行なつても同一の作用
が得られる。

また本発明では、有機物系のヒータ１２を用い
たが、無機物、たとえば、チタン酸バリウム系の
正特性サーミスタであつても同様の作用が得られ
ることは云うまでもない。

さらに、上記実施例において冷却器の動作を単
に稼動、停止の２つの動作で示したが、冷却器は
稼動状態においても、温度制御をするためその状
態中にも一時停止する状態をもち、また稼動状態
に入つた時点で常に冷却器が冷却動作するもので
なくて、除霜ヒータ１２により昇温した冷却器を
自然冷却してから冷却器が冷却動作するような状
態であつても、本発明の作用にはなんら問題は生
じない。

以上述べたごとく、本発明によれば、抵抗値の
温度係数が正でかつ抵抗値の温度係数がある温度
で急変する特性を有するヒータを用い、ヒータに
流れる電流の変化を利用して着霜量を求め、その
着霜量が冷却能力を低下させるものでなければ除
霜を中止し、冷却能力を低下させる着霜量であれ
ば除霜を実施させることができる。その結果、不
必要な除霜を行なうことなく最適除霜制御ができ
省電力効果が大きい。

また本発明において、除霜ヒータへ通電を開始
する冷却器の稼動時間を従来から行なわれている
ように着霜量の多い夏場に適するように調整して
おけば、着霜量が少なく、除霜の必要性が少ない
冬場においては除霜回数が減るため、冷却器の加
熱回数も減ることになり、冷却器の再冷却に要す
る電力も少なくなり、この点にも電力効果を生じ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷蔵庫における冷却器の構造を示す正
面図、第２図は本発明による一実施例除霜制御装
置に用いられる除霜ヒータの一部を切断して示す
斜視図、第３図はその除霜ヒータの特性図、第４
図は本発明における除霜制御装置における除霜ヒ
ータ電流と冷却器温度の変化を示す特性図、第５
図は本発明による除霜制御装置の構成を示すブロ
ツク図、第６図は本発明による除霜制御装置動作
時における装置要部の信号の波形図である。 １２……ヒータ、１４……電流検出回路、１５
……演算回路、１６……判別回路、１７……給電
停止回路、１８……給電開始回路、１９……除霜
完了検知回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 抵抗値の温度係数が正で、かつ抵抗値の温度
   係数がある温度で急変する特性を有するヒータか
   らなる除霜ヒータと、除霜ヒータに電流を給電
   し、又はその電流を遮断する給電用スイツチと、
   除霜ヒータに流れる電流の電流値を検出し、電流
   値に応動する信号を発生する電流検出手段と、電
   流検出手段で得られた電流値に応動する信号が供
   給され、電流値が最大値に達したことを検知する
   とともに、電流値が最大値に達した後、あらかじ
   め定められた時間が経過した際における電流側の
   変化率を演算する演算手段と、演算手段で得られ
   た電流値の変化率があらかじめ定められた値より
   も小さい場合には、給電停止信号を発生せず、電
   流値の変化率があらかじめ定められた値よりも大
   きい場合に、除霜ヒータへの電流の給電を遮断さ
   せる給電停止信号を発生する判別手段と、判別手
   段から給電停止信号が供給されると、給電用スイ
   ツチを開放して、除霜ヒータに流れる電流を遮断
   させ除霜ヒータへの電流の供給を中断させる給電
   停止手段と、除霜が完了したことを検知し、除霜
   完了信号を発生して、除霜完了信号を給電停止手
   段に供給し、除霜完了信号により給電スイツチを
   開放して除霜ヒータに流れる電流を遮断する除霜
   完了検知手段とを有することを特徴とする除霜装
   置。