JPS624628B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧縮機、凝縮器および蒸発器（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、冷蔵庫の冷却器あるいは、空気調和機
器の冷却器には、冷蔵庫内に収納された収納物か
ら発生する水蒸気や扉の開閉によつて庫内に侵入
するしめり空気により、あるいは外気と室内空気
との温度差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アン３に除霜用ヒータ２
を設け、一定時間冷蔵庫が稼動する毎に冷蔵庫の
冷却装置の運転を停止し、除霜用ヒータ２へ通電
し、除霜用ヒータ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。また、空調
機器の場合には着霜が生じると、一定時間空調機
器の運転を停止し、外気の熱により霜を溶かし、
除霜を行なつている。冷蔵庫の除霜ヒータ２とし
ては、従来ニクロム線、ニツケル、銅線等の金属
ヒータ線をアルミパイプ等の保護管に収納したヒ
ータが用いられている。

この従来の除霜ヒータ２は、自己温度制御機能
を有しないヒータであり、冷却器に付着した霜の
量及び霜の分布状態にかかわらず一定の発熱量を
維持する特性を有するため、冷却器１の各部の除
霜完了時点が異なる。すなわち霜が多量に付着し
ている部分では除霜が遅れる。そこで従来除霜が
完了したことを検出するためには冷却器１の除霜
完了時点が最も遅い部分にサーミスタ等の温度検
知装置を設け、除霜をしながら温度を検知して、
ある温度に達した時に除霜が完了したものとみな
している。またさらに、季節の変化により着霜量
が増大する場合や、収納物の配置状態の差異によ
り着霜の分布状態が変化した時の事を考慮して、
いずれの増合にも十分に除霜が行なわれるように
温度、時間などの除霜条件を設定せざるを得なか
つた。このため、冷却器１における着霜量が少な
く、早く除霜が完了した部分の温度は、通電時間
とともに不必要に高くなる。すなわち、ヒータ２
への通電を終了した時点において冷却器１の各部
の温度は第２図に示すように大きな温度差を生じ
る。第２図において、曲線４，５および６はそれ
ぞれ除霜用ヒータ２、冷却管１ａおよび熱交換フ
イン３の冷却器１の上部、中部および下部位置に
おける温度分布を示している。第２図の曲線４，
５および６に示すように冷却器１の温度が不必要
に高温になると、除霜を完了した後に、冷却運転
を再開した際に冷却器１の温度を低下させるため
の時間が長くなり、消費電力が大きくなる欠点を
有していた。またさらに、除霜ヒータ２を加熱す
るための電力も不必要に大きいという欠点があ
る。また、冷蔵庫内に収納された食品等の温度上
昇を招き易いという欠点がある。

上記の欠点を解決する手段として、除霜ヒータ
または除霜ヒータの一部を正の大きな抵抗温度係
数を有する正特性サーミスタにより構成しヒータ
に流れる電流が、予め定める一定値に減少した
時、上記除霜ヒータに流れる電流を遮断する除霜
制御装置が、特開昭54―101533号にて開示されて
いる。しかし、冷却器部近辺に設けられたヒータ
の抵抗値は、ヒータが霜、氷、水、加熱等の苛酷
な冷熱サイクルを加えられるため長期間の動作で
変化する。そのため、上記ヒータの抵抗値が長期
間動作で増加した場合には、上記したヒータ制御
装置では、ヒータの発熱が除霜不完全な状態で終
了する。また抵抗値が減少した場合には、除霜が
完全に終了した状態以降もヒータは発熱を続ける
こととなる。すなわち特開昭54―10533号にて開
示された除霜制御装置においてもヒータオフ制御
するある閾値に除霜時間を長くするように裕度を
もたせる必要があり、このため、先に述べた金属
ヒータ線を除霜ヒータとして用いた場合と同様な
問題が程度は小さいが生じていた。

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装置を提
供するにある。

上記目的を達成するため本発明では、抵抗値の
温度係数が正で、かつ、抵抗値の温度係数がある
温度で急変するヒータを除霜ヒータとして用い、
除霜ヒータ自体の加熱動作時における特性変化を
利用して自動的に除霜を終了せしめるものであ
る。

まず、本発明に用いられるヒータについて説明
する。第３図は、このヒータを切欠いた斜視図を
示す。第３図において、７および７′は例えばす
ずめつき銅線などの給電用電気導体、８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、９は例
えばウレタンゴム等の絶縁用被覆部、１０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７と７′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８
に電流が流れヒータ部８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８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れて抵抗値は急激に増
大する。第４図にヒータ部８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４図に
おいて、曲線１１がヒータ部８の抵抗変化特性を
示し、１２は抵抗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８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。除霜用ヒータ
２′に流れる電流の時間的な変化および冷却器の
温度の推移を第５図に示す。第５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１３は、ヒータ電流
を、曲線１４は冷却器の温度を示している。除霜
用ヒータ２′は通電直後に突入電流が流れ温度上
昇し、それにつれてヒータ電流１３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５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１３の変化率が減少から増加へと変わ
る。Ａ点以降において除霜ヒータ２′の温度は
徐々に上昇をして、さらに除霜を進め、同時にヒ
ータ電流１３の変化率は増加し、除霜用ヒータ
２′の温度が第５図中のＢ点の温度に達すると完
全に除霜が終了する。

ヒータ２′に通電される時間は、着霜量により
異なるが第５図中のＡ点からＢ点に達するまでの
ヒータ電流の減少は霜が融けた程度とヒータの持
つ熱容量との関係による熱時定数で決定され、こ
れは、ほぼ一定の傾向を示す。

本発明による除霜装置における除霜完了検知
は、この現象を利用して行なう。

次に本発明による除霜装置のブロツク図および
各部の電圧に変換された出力信号を示す特性図を
第６図、第７図に示す。

第６図において、１５は除霜ヒータ、１６は除
霜ヒータ１５への給電用スイツチ、１７は除霜ヒ
ータ１５を流れる電流を検出するための電流検出
回路１８はあらかじめ定められた関数で時間と共
に減少する信号を発生する信号発生器、１９は信
号発生器１８の信号出力の開始時間を制御するタ
イマ回路、２０は電流検出回路１７と信号発生器
１８の出力を減算し、その結果が予め定められた
値に達したときに信号を出力する比較回路、２１
は比較回路２０の出力により除霜ヒータ１５への
給電スイツチ１６を開放する制御回路、２２は電
源である。この装置において、給電用スイイツチ
１６が閉じられると、電源２２から給電用スイツ
チ１６を介して除霜ヒータ１５に電流が流れ、除
霜ヒータ１５は発熱する。そして除霜ヒータ１５
を流れる電流は電流検出回路１７に供給される。
電流検出回路１７は電流変成器などによつて電流
値を第７図の曲線υ_１のごとく電圧値に変換し、
比較回路２０と信号発生器１８に供給する。信号
発生器１８は、第７図に示す曲線ν_２のように、
タイマ回路１９により、予め定められた時刻toに
おける電流検出回路１７の出力を初期値とする信
号を、時刻toから発生する。また除霜完了時にお
ける上記した信号発生器１８の出力は、電流検出
回路１７の出力よりも小なるものである。次に、
電流検出回路１７と信号発生器１８の出力が供給
される比較回路２０は、回路内で第７図に示す曲
線υ_３のごとく曲線υ_１の値から曲線υ_２の値を
減算し、その減算の最大値を記憶し、減算値が最
大となる点を過ぎた後に、記憶された最大値と減
算して得られた減算結果とを比較し、減算結果と
記憶された減算の最大値が、ある予め定められた
比率になつた時点で、除霜完了信号を発生し、制
御回路２１に供給する。比較回路２０から除霜完
了信号を供給された制御回路２１はその時点で、
給電用スイツチ１６を開放する。給電用スイツチ
１６が開放されると除霜ヒータ１５へ供給された
電流は遮断され除霜は終了する。ここで上記した
実施例における第７図中の曲線υ_２は、信号発生
器１８をコンデンサと抵抗で構成した充電器とし
たときの充電器の放電特性を用いたものである
が、信号発生器１８の信号は信号の初期値が、タ
イマ回路１９により予め定められた時刻における
電流検出回路の出力であり、該信号の終値は除霜
完了時における電流検出回路の出力以下であつ
て、さらに初期値と終値を結ぶ直線を含み、直線
に対して下に凸の信号であれば良い。

また、上記実施例における比較回路２１は電流
検出回路１７により得られるヒータ電流に応動す
る信号と、信号発生器１８の信号の減算値が、減
算値の最大値に対して予め定める比率となつた時
点でヒータ制御信号を発したが減算値と該値の最
大値との関係は信号発生器１８の信号、除霜ヒー
タ１５の特性、そして、除霜される冷却器の形状
などによつて決定され、場合によつては、減算値
どうしの比率ではなく、減算値が該値の最大値に
対して一定レベル低下した時点で除霜完了として
も同様な効果が生じることを付記しておく。

なお、上記実施例では、ヒータ電流を用いて動
作説明をしたが、ヒータに供給される電力をもつ
て除霜完了検知動作させても同様の効果の得られ
ることは云うまでもない。

上記したように本発明による除霜装置によれば
他の除霜完了検知素子を別個に設けことなく、ヒ
ータ２′自体で除霜完了検知を適切に行なうこと
ができる。動作設定温度が65℃に選ばれた自己温
度制御機能を有するヒータ２′を第１図に示した
冷蔵庫の冷却器１に設置した場合における除霜完
了時の冷却器１の各部の温度分布を第８図に示
す。第８図において曲線２３は自己温度制御機能
を有するヒータ２′の温度、曲線２４は冷媒管１
２の温度、曲線２５は熱交換用フイン３の表面温
度であり、冷却器１の温度分布が第２図に示した
従来の除霜装置による結果と較べて、均一化され
るとともに、不必要に高温度となる部分が無いこ
とがわかる。

なお、本発明の実施例として有機物系のヒータ
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効果が
得られることは云うまでもない。

以上述べたごとく、本発明によれば、抵抗の温
度数が正でかつ抵抗の温度係数が急変する温度を
有するヒータを用い、ヒータに流れる電流の変化
を利用して除霜完了検知を行なうことができ、除
霜完了時における冷却器の不必要な温度上昇を防
止できる。その結果除霜ヒータで消費する電力を
低減し、さらに再冷却時の消費電力の低減に大き
な効果を有している。

また、本発明は、ヒータ電流の絶対値を用いる
のではなく、その変化する状態を有効に利用して
除霜完了検知するため、除霜ヒータ抵抗値の変動
特性に変化が生じても問題ない。このため除霜ヒ
ータ抵抗のバラツキに裕度をもたらすことがで
き、コストの低下が計れ、除霜装置個々において
の回路調整も簡単となり、生産性が向上する。ま
た、除霜ヒータの抵抗が長時間の動作により経時
変化しても上記と同様になんら問題は生ぜず、信
頼性の面においても優れている。

【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、従来の除霜ヒータが使用され
た場合の除霜完了時における冷却器各部の温度分
布を示す特性図、第３図は本発明による一実施例
の除霜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４図は、その除霜ヒータの特
性図、第５図は、本発明の除霜装置における除霜
ヒータを流れる電流と温度の変化を示す特性図、
第６図は本発明による除霜装置の構成を示すブロ
ツク図、第７図は、第６図における各部の出力電
圧を示す動作特性例図、第８図は、本発明におけ
る冷却器各部の温度分布を示す特性図である。 １５……ヒータ、１７……電流検出回路、１８
……タイマ回路、１９……信号発生器、２０……
比較回路、２１……制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも、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
   するヒータと、このヒータに流れる電流の値を検
   出する電流検出回路と、この電流検出回路の出力
   信号が供給され、ヒータへ電流が供給されはじめ
   てから後、あらかじめ定められた時間経過後にお
   ける電流検出回路の出力信号を初期値とし、時間
   の経過とともに値が減少する信号を発生する信号
   発生器と、この信号発生器の信号と電流検出回路
   の出力信号とを減算して減算値を発生し、かつ、
   減算値の最大値を記憶し、減算値が最大となる点
   を過ぎた後に、記憶された最大値と上記減算値と
   を比較し、両者があらかじめ定められた割合又は
   差に達した際に出力信号を発生する比較回路と、
   比較回路に接続され、比較回路の出力信号によ
   り、ヒータの電流を遮断する制御回路とを有する
   ことを特徴とする除霜装置。