JPH0522149B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は冷蔵庫の除霜機その他各種産業機器に
用いられる結霜結露検出装置に関する。

［従来の技術］ 冷蔵庫やエアコン等に組込まれている熱交換器
の表面には所定の条件下で周知の如く結霜が生じ
る。こうした結霜状態を放置したままで装置動作
を続行すれば消費エネルギー効率が著しく低下し
て不経済となるのみならず、往々にして故障発生
を引き起こす。

従来において、結霜結露を検知する手段として
は、振動体を用いたものや結霜結露による素子の
誘電率変化を利用したものあるいは光学的検知を
行うものなどが開発されている。

第５図及び第６図にはそれぞれ振動子を用いた
結霜結露検知装置のうち振動子の共振周波数変化
を検出するものと振幅変化を検出するものとをそ
れぞれ示す。

第５図Ａにおいて、中空の筒状ハウジング１の
上面に弾性支持体２を介して圧電振動子３が装着
されており、該圧電振動子３をその上下面で挟持
する電極４から出力端子５が導出されている。

同図Ｂは回路構成を示し、振動子３の出力は一
方が抵抗Ｒを介してまた他方が増幅器６にて増幅
作用を受け、発振周波数判別回路７に供給された
後出力として取出される。その作用を説明する
と、振動子３の表面に結霜または結露が生じると
その量に応じて振動子３から得られる共振周波数
が通常の場合とは変化するため、この変化量が所
定値以上である時に結霜結露状態にあると判定す
るものである。

第６図は同じく圧電振動子を用いた検知装置の
うち、振動子３の振幅変化を基に結霜結露の発生
を検知するタイプの構成を示す。基本的な装置構
成は前記第５図のものと共通するが、この装置で
は結霜結露が発生するとその重量によつて振動子
３の振動が抑圧されることに着目し、所定値以上
の振幅変化が生じた場合に結霜結露状態にあると
推定するものである。

第７図に前記第５図及び第６図に係る装置にお
ける圧電振動子３の発振出力及び装置の検知出力
の波形図を示す。

同図Ａは前記第５図に係る装置の発振出力波形
であり、結霜が生じると同時に共振周波数が約２
倍に上昇し、また同図Ｂは前記第６図に係る装置
の発振出力波形で、結霜結露状態の発生と同時に
振動子３の出力信号の振幅が減少していることが
認められる。

そして、このような共振周波数及び共振振幅の
変化が認められたときに装置出力は結霜結露状態
の発生を告知する信号を出力し、これに応答して
所定の除霜あるいは除湿装置が駆動されて行く。

第８図は誘電率変化を利用した結霜結露検知装
置の構成例を示す。

同図Ａ及びＢはそれぞれ構造と外観を示し、櫛
状の電極９を印刷した絶縁基板１０の構造になつ
ている。

同図Ｃは検知回路を示し、前記検知部には交流
信号源１２から交流電圧が印加され、検知部の出
力はインピーダンス検出回路１３に供給され、そ
の出力が不図示の除霜あるいは除湿機に接続され
ている。

以上の構成において、検知部の表面に結霜結露
を生じると櫛型電極９間の交流インピーダンスが
変化するので、これをインピーダンス検出回路１
３が検出したときに結霜結露状態にあるものと推
定される。

第９図は光学的手段を用いた装置の構成例を示
す。

同図Ａは発光素子１４及び受光素子１５そして
反射面１６を有し、発光素子１４から照射される
光が反射面１６上で反射して受光素子１５に入射
する。そして、反射面１６上に結霜結露が生じる
と発光素子１４からの光の屈折率あるいは受光素
子１５に入射する光の入射角がずれるなどして受
光素子１５への入射する光量が減少することにな
る。この光量変化が認められたときに結霜結露が
発生しているものと判断するものである。

同図ＢはLED１７とフオトダイオード１８と
の間で光の授受を行うものである。発光素子であ
るLED１７と受光素子であるフオトダイオード
１８とで形成される光路中に結霜結露が生じる
と、その透過光量が変化する。この変化量をレベ
ル判定回路１９で基準値と比較し、基準値以上で
ある時に結霜結露が生じていることを告知すると
いう構成を取る。

［発明が解決しようとする課題］ こうした従来装置の構成では、次のような問題
を避けられないため、十分な実用性を得られな
い。

まず、前記第５図及び第６図に係る圧電振動子
を用いたものでは、振動子上へのゴミその他物質
の付着あるいは内外部から加えられる振動の影響
で容易に誤動作してしまう。

また、誘電率変化を利用するものや光学方式を
採用するものでは検知部の小型化が困難となると
共に検知精度を所定レベルに保持するには定期的
なメンテナンスが必須となり、更に再現性に欠け
たり装置の回路構成が複雑化して製造コストを低
く抑えることができないという不都合があつた。

発明の目的 本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、小型かつ安価な構成で検知精度が優れ再現
性の良い結霜結露検知装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は、出力電流
量を任意の値に設定可能な可変定電流源と、自己
発熱による温度上昇を生じさせる発熱電流と温度
上昇を無視し得る程度の微小な比較基準電流とが
交互に前記可変定電流源から供給される感温抵抗
体と、前記発熱電流を供給した場合と比較基準電
流を供給した場合とにおける感温抵抗体の温度差
を求めこれを予め定められた基準値と比較する演
算回路と、を含み、前記感温抵抗体の温度差が基
準値を下回つた時に結霜または結露状態にあると
判定することを特徴とする。

［作用］ 以上の如く構成される本発明によれば、非結霜
結露状態においては発熱電流が供給された時と比
較基準電流が供給された時との間で生じる感温抵
抗体の温度差は一定に保持されている。

そして、感温抵抗体表面に結霜結露が生じる
と、発熱電流供給時の感温抵抗体の温度が、付着
した霜または露の熱伝導作用によつて低下し、比
較基準電流供給時の温度との差が縮まる。

演算回路はこの温度差を予め設定されている基
準値と比較し、基準値よりも小さければ確実に結
霜結露が発生しているものと見做し、これを告示
する信号を出力する。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を説
明する。ここで、本実施例においては、感温抵抗
体としてサーミスタを用いる。

第１図に本発明装置の全体構成をブロツク図で
示す。

図において、一端が接地されたサーミスタ１０
に可変定電流回路１２から２種の異なる値の発熱
電流と比較基準電流とが交互に供給されている。
実施例におけるサーミスタ１０はＢ定数3350，25
℃の抵抗値5KΩのものが用いられている。この
サーミスタの空気中における熱放散係数は
2mW／℃、氷中でのそれは約50mW／℃である。
そして、０℃における抵抗値は14KΩを示す。

前記発熱電流とは、その供給を行うと、サーミ
スタ１０が自己発熱により充分な（〜0.5℃）温
度上昇を生じる電流値iBであり、一方、比較基
準電流とはサーミスタ１０の自己発熱がほとんど
無視し得て空気中における温度にほとんど変化が
ないような値の電流iAを意味する。

本発明によれば、単一の感温抵抗体に時分割し
て異なる電流値iA，iBを供給し、このときの周
囲の状況すなわち結霜結露がある場合とない場合
とで異なる放熱量を用いてその温度差を検出する
ものであり、この為の、サーミスタから検出され
る温度差に応じた電圧値は一方を一時的に遅延さ
せて他方の検出タイミングと合わせることによつ
て得られている。

従つて、本実施例においても、前記交互に選べ
る２個の検出値が一方は電圧ホールドによつて遅
延され、これに引き続く他方の検出値と同じタイ
ミングで比較回路に供給されている。

また、本実施例によれば、発熱電流iBは比較
基準電流iAより高い電流値に設定されているの
で、このまま比較した場合には、非結霜結露状態
において、両者間に相違が生じることとなり、こ
れを整合させるため、本実施例では、比較基準電
流iAを検知するときには、これを増幅して発熱
電流による検出時と同一レベルの検出値に整合さ
せている。

すなわち、第１図から明らかなように、サーミ
スタ１０の出力は増幅回路１４によつて増幅さ
れ、これが次のホールド回路１６によつて所定期
間中ホールドされる。

実施例において、このホールド信号はサーミス
タ１０に比較基準電流iAが供給されたときにホ
ールドされ、この増幅回路１４の増幅度αは次の
式で与えられる。

α＝iBR₀／iAR₀＝iB／iA 増幅回路１４の出力はホールド回路１６に入
る。このホールド回路１６は前述したように２つ
の電流値が時系列的に印加されるためにそのまま
では両者によつてサーミスタ１０に発生する電圧
を比較できないという点を回避するためのもの
で、例えば電流値iAが供給された時に増幅回路
１４に発生する電圧を一時保持し、所定時間後に
行われる電流値iBの供給によりサーミスタ１０
に発生する電圧との比較を次段の比較回路１８で
行うことを可能とするよう機能する。

比較回路１８は前記電流iA及びiBをサーミス
タ１０に供給した時に生じる温度差を比較すると
共に、結霜のみの判定を目的とする場合にはサー
ミスタ１０の周囲環境の温度T₀が結霜が生じる
０℃以下かどうかを判定する。

前記可変定電流回路１２、増幅回路１４、ホー
ルド回路１６及び比較回路１８に対しタイミング
信号発生回路２０からそれぞれサーミスタ１０に
供給する電流値をiA，iBと交互に切り替えるた
めの信号、該２種の電流供給時におけるサーミス
タ１０への電圧変化すなわち温度信号をモニタす
るための信号、増幅回路１４の出力をホールドす
るタイミングを与えるホールド信号及び比較タイ
ミングを与える信号がそれぞれ所定周期で一律に
供給されている。

判別回路２２は比較回路１８からの出力に基づ
き前記温度上昇部分が基準値以下である場合に結
霜結露状態にあると判定する。なお、前述のよう
に結霜のみの検出の場合には周囲温度T₀が０℃
以下であるという条件が加わる。

第２図Ａには実際の装置におけるサーミスタ１
０周辺の外観斜視図を示す。図において、サーミ
スタ１０は鉤状板材２４の側壁を貫通した支軸２
６の先端に装着されている。

そして、非結霜結露状態では同図Ｂのようにサ
ーミスタ１０は空気中に位置するが、結霜及び結
露が生じるとＣの如くサーミスタ１０の周囲が霜
及び露によつて取り囲まれる形になることを理解
できる。

以下、第１図に係る装置の具体的回路構成を表
した第３図を参照しつつ本発明装置の作用につい
て説明する。

第３図において、サーミスタ１０にはトランジ
スタQ₁，Q₂からなる可変定電流回路１２から時
系列的に異なるタイミングで比較基準電流iA及
び発熱電流iBが交互に供給されている。

前記可変定電流回路１２の切替えを行うために
タイミング回路２０が設けられており、実施例に
おけるタイミング回路２０は発振器３０とゲート
３２とを含み、前記発振器３０の発振周期によつ
て前記両電流値iA，iBの供給タイミングが交互
に切り替えられている。

すなわち、発振器３０の出力はゲート３２から
前記両トランジスタQ₂のコレクタに抵抗３４を
介して発振出力を供給し、この出力が「Ｌ」の時
に抵抗３４を介してトランジスタQ₂のコレクタ
に流れる電流を増大させる。トランジスタQ₁，
Q₂はカレントミラーを構成しており、従つて、
トランジスタQ₁のコレクタを流れるそれまでの
電流値iAを発熱電流iBに増加させる。

また、前記サーミスタ１０の出力は前述した如
く比較回路１８の負入力に接続されており、また
比較基準電流iAがサーミスタ１０に供給された
ときの出力を増幅器１４に供給する。

実施例における増幅器１４はその増幅回路３６
の前段に切替えスイツチ３８が設けられており、
前述したタイミング回路２０から発振器３０の出
力が「Ｌ」の時にスイツチ３８を開く切替信号が
供給されている。

従つて、実施例における増幅回路１４はサーミ
スタ１０に比較基準電流iAが供給されたときの
出力のみを取り込むことができる。

前記増幅器１４の出力はホールド回路１６に供
給され、その出力が前記比較回路１８の正入力端
子に供給されている。

従つて、比較回路１８は比較基準電流iA、発
熱電流iBがそれぞれサーミスタ１０に時系列的
に異なるタイミングで供給された時のサーミスタ
１０の出力を前記ホールド回路１６にて時間的に
遅延させて両者のタイミングを整合させた状態で
両出力を比較することとなる。

前記増幅器１４はその増幅率が非結霜結露状態
において比較回路１８に供給される信号値が同一
値となるように設定されており、この結果、比較
回路１８は非結霜結露時にはその出力が０となる
が、サーミスタ１０に結霜結露が生じた場合、比
較回路１８の負入力値が低下するので、このとき
の発熱温度差に応じた信号を第２比較器４２へ供
給し、基準値と比較し、放熱による温度差が所定
値を超えた時に信号を出力する。

以上のようにして、本実施例によれば、比較回
路１８から結霜結露検出信号が出力されるが、更
に、本実施例では、結霜時の信号を得るための零
度検出回路５０が設けられており、前記ホールド
回路１６の出力、すなわち比較基準電流iA供給
時におけるサーミスタ１０の出力が基準値と比較
され、サーミスタ周囲温度が０℃以下となつたと
きに信号を出力する。

実施例では、両検出信号はゲート５２によつて
それらのアンド出力がとられ、図示していない処
理回路に供給される。

ここで、比較基準電流iAがサーミスタ１０に
供給されているときには、第１比較器４０の負入
力値は１／αだけ正入力値より低くなるため、こ
の差が第２比較器４２に出力されて結霜結露の誤
信号が生じてしまう恐れがある。

このため、判別回路２２の後段には、スイツチ
７２が接続されている。該スイツチ７２には前記
タイミング回路２０内の発振器３０からのタイミ
ング信号がゲート７０を介して供給されており、
比較基準電流iAがサーミスタ１０に流れている
時にスイツチ７２を解放することによつて誤動作
の発生を防止している。

なお、スイツチ７２の後段にはそのコレクタ及
びベースにVccが接続されたトランジスタQ₃及び
Q₄が接続されており、判別回路２２からの出力
を増幅して結霜結露告知信号として以降の処理回
路に送出する。

上記実施例では結霜のみの検知を目的とした場
合を例にとり説明したが、前記各スレツシヨルド
レベルを除去あるいは変更することによつて結霜
結露双方あるいは結露のみの検知を行うことも勿
論可能である。

このような本発明によれば、結霜結露検知手段
として用いたサーミスタは外部変動を容易に受け
難く、安価で小型かつ機械的強度に優れているの
で、装置の大型化をもたらすことなく非常に信頼
性の高い結霜結露状態の検知を実現できる。

第４図には本発明装置の第２実施例に係る構成
を示す。

本実施例において特徴的なことは、可変定電流
回路１２に対するサーミスタ供給電流の切替指示
を発振回路ではなくμ−CPU６０の出力ポート
信号を用いると共に、サーミスタ１０から検出さ
れた温度信号はＡ／Ｄコンバータ６２によつてデ
ジタル変換された後一括してμ−CPU６０内で
処理するよう構成したことを特徴とする。μ−
CPU６０内における演算処理結果は出力回路６
４を経て結霜結露信号として出力されていく。

検知信号の演算処理過程は異なるが、基本的な
結霜結露状態検出原理は変るところがなく、前記
第１実施例と同等の効果を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、単一のサ
ーミスタを用いこれに発熱電流と比較基準電流と
を交互に供給することにより生じさせた温度差が
結霜結露時における熱伝導作用によつて縮まるこ
とに基づき結霜結露状態の発生を検知する構成と
したので、小型で堅牢かつ安価そして検知性能の
安定性に優れた結霜結露検知装置を提供でき、外
部変動要因の影響を受けて誤動作を生じさせるこ
となく確実な結霜結露の検知を装置の大型化を招
くことなく実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の構成図、第２図は本発明
に係る検知部の構造及び結霜結露時の状態を示す
図、第３図は第１図に係る装置の回路構成図、第
４図は本発明装置の第２実施例を示す構成図、第
５図乃至第９図は従来の結霜結露検知装置の構成
図及び特性図である。 １０……サーミスタ、１２……可変定電流回
路、１４……増幅回路、１６……ホールド回路、
１８……比較回路、２０……タイミング信号発生
回路、２２……判別回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 出力電流量を任意の値に設定可能な可変定電
   流源と、 自己発熱による温度上昇を生じさせる発熱電流
   と温度上昇を無視し得る程度の微小な比較基準電
   流とが交互に前記可変定電流源から供給される感
   温抵抗体と、 前記発熱電流を供給した場合と比較基準電流を
   供給した場合とにおける感温抵抗体の温度差を求
   めこれを予め定められた基準値と比較する演算回
   路と、を含み、 前記感温抵抗体の温度差が基準値を下回つた時
   に結霜または結露状態にあると判定することを特
   徴とする結霜結露検知装置。 ２ 請求項１記載の結霜結露検知装置において、
   比較基準電流を感温抵抗体に印加した場合に得ら
   れる周囲温度に応じた電圧値が、水の氷結温度で
   与えられる基準電圧値と比較してより低温度側に
   あることを検知する回路をさらに含み、周囲温度
   が水の氷結温度より低くかつ結霜結露状態にある
   ときにのみ、結霜状態にあると判定することを特
   徴とする結霜結露検知装置。