(57)【要約】      （修正有）【課題】熱交換器の着霜状態を、霜と露の判別を容易に、かつ、正確に行うことができる測定する着霜検出装置を用いて、冷凍機などの効率的なデフロスト運転を実現する。【解決手段】被検出部材に光を照射する発光素子と、前記被検出部材からの反射光を受けてこの反射光に応じた電気信号を出力する受光素子と、この電気信号に基づいて着霜状態を判定する判定装置とを備えた着霜検出装置に於いて、前記発光素子が出射する光の中心波長が６００ｎｍ以下とする。【選択図】図１
2007271168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出部材に光を照射する発光素子と、前記被検出部材からの反射光を受けてこの反射光に応じた電気信号を出力する受光素子と、この電気信号に基づいて着霜状態を判定する判定装置とを備えた着霜検出装置に於いて、
前記発光素子が出射する光の中心波長が６００ｎｍ以下であることを特徴とする着霜検出装置。
【請求項２】
前記発光素子が出射する光の中心波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の着霜検出装置。
【請求項３】
前記被検出部材の光の反射表面の法線に対する前記発光素子の光軸の角度と、前記受光素子の光軸の角度とが共に１５度であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の着霜検出装置。
【請求項４】
前記被検出部材の光の反射表面の法線に対する前記発光素子の光軸の角度が、前記受光素子の光軸の角度よりも大きいことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の着霜検出装置。
【請求項５】
前記被検出部材の光の反射表面の法線に対する前記発光素子の光軸の角度が３０度であり、前記受光素子の光軸の角度が０度であることを特徴とする請求項４に記載の着霜検出装置。
【請求項６】
中心波長が赤外線である第２の光を前記被検出部材に照射する第２の発光素子を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の着霜検出装置。
【請求項７】
前記受光素子は前記発光素子からの光の反射光および前記第２の発光素子からの第２の光を選択的に受けて前記電気信号あるいは第２の電気信号を発生し、前記判定装置は前記電気信号が第１の閾値よりも大きいときに着霜発生と判定し、前記第２の電気信号が前記第１の閾値よりも小さな第２の閾値よりも小さいときに着霜解消と判定することを特徴とする請求項６に記載の着霜検出装置。
【請求項８】
請求項６あるいは７に記載の着霜検出装置を用いて着霜する部材のデフロストを行うデフロスト装置であって、
前記着霜する部材を加熱してデフロストする発熱部と、
この発熱部の作動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記発光素子の光による前記受光素子の電気信号に応じて前記発熱部を発熱させる第１のデフロスト運転モードと、前記第２の発光素子の光による前記受光素子の第２の電気信号に応じて前記発熱部を発熱させる第２のデフロスト運転モードとを持つことを特徴とするデフロスト装置。
【請求項９】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の着霜検出装置を用いてデフロストを行うデフロスト装置であって、
前記発光素子の光による前記受光素子の出力からデフロスト運転開始の判断とし、前記第２の発光素子の光の前記受光素子の出力を、デフロスト運転終了の判断として用いることを特徴とする請求項８に記載のデフロスト装置。
【請求項１０】
前記被検出部材上に設けられた白色の第２の反射表面と、この第２の反射表面からの反射光を受けてこの反射光に応じた第３の電気信号を出力する第２の受光素子とを備え、前記判定装置は前記第３の電気信号を基準値として着霜状態の判定を行うたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の着霜検出装置。
【請求項１１】
前記第２の反射表面に光触媒を含んだ材料を塗布し、前記発光素子の発生する光の中心波長が４５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の着霜検出装置。
【請求項１２】
前記第２の反射表面に光触媒を含んだ材料を塗布し、前記発光素子の発生する光の中心波長が４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の着霜検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱交換器などに付着する霜を検出する着霜検出装置およびそれを用いたデフロスト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来行われている熱交換器のフィンに付着する霜の検出は、過去のデータなどにより予め時間設定したタイマーにより着霜があると判断する方法や、サーミスタにより測定した外気温度と冷媒温度の差が変化した場合に着霜があるとみなした方法が存在する（例えば特許文献１）。一方、フィンに付着した霜がデフロスト運転と呼ばれるヒータの加熱運転により除去された時点の判断は、サーモスタットあるいはサーミスタにより測定した温度が一定温度に達したときをもって行い、そのときにヒータがＯＦＦにされる。
【０００３】
また、光を利用するものとしては、発光素子から出た赤外光を、投光レンズを介して、熱交換器のフィンの端面等の着霜面に照射し、反射した散乱光を受光素子で受光して、その出力から着霜を検出する方法が知られており、また赤外光の代替として超音波を用いる方法も知られている（例えば特許文献２、３および４）。
【０００４】
また光を利用した測定の改良型として、発光素子一個と受光素子二個とした上で光路が二組となるように構成して、片方の光路の途中に透明な着霜体を備えて他方の光路には反射体を設けて、両者の差を比較して検出する方法も存在する（例えば特許文献５）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−０７１８３３号公報（〔００２６〕〜〔００３７〕および図１〜３）
【特許文献２】特開昭６１−２０８４５７号公報（全頁および図１）
【特許文献３】特開平７−２６０２９５号公報（〔００３５〕〜〔００３７〕および図１）
【特許文献４】特開平８−６２３４１号公報（〔００２７〕〜〔００３５〕および図１〜２）
【特許文献５】特開平１１-３２５７００号公報（〔００１６〕〜〔００３３〕および図１〜３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような着霜検出装置にあっては、タイマーによる判定方法は実際の状況においては、着霜が無いのにデフロスト運転を行ったり、逆に霜が付着しすぎて冷凍機の運転が困難になってもデフロスト運転が行われないといった問題があり、様々な状況に対応するのが困難という問題点がある。またサーモスタットあるいはサーミスタによる測定は、温度による判定であるため、着霜が無いのに着霜していると判断することがあるため、安全側の設定にせざるを得ない。また着霜の有無は検出できたとしても着霜量を測定することができず、また霜の質が変化した場合例えば雪状の霜と氷状の霜を識別することができないという問題点がある。また従来の光による検出方法は、霜と露が識別できないため、デフロスト運転を効率的に行えないという問題点や、経時的な変化で照射面が汚れた時に着霜を過大評価するため、例えば冷凍機のデフロスト運転のヒータの制御に用いる場合、霜の除去が完了しているのにヒータが発熱したままとなり、無駄が多いという問題点がある。
【０００７】
従ってこの発明の目的は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、着霜を正確に検出できる着霜検出装置およびそれを用いたデフロスト装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る着霜検出装置は、被検出部材に光を照射する発光素子と、この被検出部材からの反射光を受けてこの反射光に応じた電気信号を出力する受光素子と、この電気信号に基づいて着霜状態を判定する判定装置とを備えた着霜検出装置に於いて、発光素子が出射する光の中心波長が６００ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、霜と露の判別が容易になって、着霜状態をより正確に知ることが可能となり、といった従来にない顕著な効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の着霜検出装置を用いた冷凍機１を上方から見た概略断面図である。冷凍機１の本体は冷凍庫２の内部に設置し、冷凍機１の内部に蒸発器として熱交換器３および冷媒配管４を設置し、冷媒配管４を介して放熱する機能を持つ室外機５に接続されている。具体的に図示してないが室外機５は圧縮機、凝縮器、液だめ、膨張弁で構成されている。冷凍機１は更に、送風するためのファン６、着霜を検出するセンサ７、センサ７に規定の電圧を供給しかつ出力を送るためのケーブル８、センサ７の出力に応じて着霜状態を判定する判定装置９ａを有する制御装置９、加温するためのヒータ１０を備えている。ファン６の動作によりａ-ａ'の方向に空気が流れる。制御装置９はセンサに電源を供給する機能と、外部に出力を増幅し演算する機能、及びヒータ１０を制御する機能を持つ。制御装置９は冷凍機１の外部に置いてもよい。センサ７はここではファン６と熱交換器３の間の熱交換器３の一面に向かって設置されている。
【００１１】
図２は図１の冷凍機１のセンサ７およびその周辺の概略側面図であり、図３は図２の概略平面図である。熱交換器３の一部であるフィン１１のうちの一枚にアルミ板などを材料とする反射板１２を取り付けて、光を反射する反射表面１２ａを設けてある。反射板１２はフィン１１と一体成型としてもよいし、フィン１１の表面を反射表面１２ａとしてもよい。フィン１１の延長線上にフィン１１に対向してセンサ７の中心線を重ね合わせて設置し、垂直面を保つようにしてある。センサ７の内部には発光ダイオードである発光素子１３ａの光軸（中心軸）１３ｐおよび受光素子１５ａの光軸（中心軸）１５ｐが、反射板１２を含む平面の法線１６ａに対し、それぞれθ１１、θ１２の角度で反射板１２に向かい合っているように設置してある。換言すれば、発光素子１３ａおよび受光素子１５ａの反射表面１２ａに対する配置は、発光素子１３ａから出射されて反射表面１２ａで反射して受光素子１５ａによって受光される光の光路である光軸１３ｐおよび１５ｐが、反射表面１２ａの法線１６ａとの間に角度θ１１およびθ１２を持つような配置である。この時の様子を上方の方向から見た図として図３となる。受光素子１５ａとしては可視光から近赤外線に高感度となるフォトダイオードとした。発光素子１３ａの中心波長は４７０ｎｍとしてある。
【００１２】
霜に限らずフィンに付着する物体を検出する方法としては、大別して二つの方法に分かれる。一つは初期状態つまり何も付着していないときに、フィンを鏡面体とみなして全反射とみなす条件である。すなわち角度θ１１、θ１２を同じとする。フィン１１に何らかの物体が付着すると光の散乱が増加するに従い、受光素子１５ａの受光量が減少する。この減少量を測定することで検出する方法である。もう一つの方法は初期状態を反射が無い条件とする。すなわち、θ１１、θ２１を異なる角度として受光素子１５ａの受光量をほぼゼロ近くとし、フィン１１に物体が付着することで散乱光が増加し受光素子１５ａの受光量が増加を測定する方法である。この実施の形態では、前者すなわち初期状態で受光素子１５ａは反射板１２からの光が全反射となるように構成した。つまりθ１１、θ１２を共に３０度と設定してある。
【００１３】
上に述べた冷凍機１および冷凍庫２を模擬した小型の実験装置を用いて、人工的に着霜させる実験を行った。図４はその実験結果を示すものである。発光素子１３ａは、３８０ｎｍ（紫色、半値全幅が１００ｎｍ以下）、４７０ｎｍ（青色、半値全幅が１００ｎｍ以下）、５２０ｎｍ（緑色、半値全幅が１００ｎｍ以下）、５９１ｎｍ（黄色、半値全幅が１００ｎｍ以下）、６１０ｎｍ（橙色、半値全幅が１００ｎｍ以下））、６３０ｎｍ（赤色、半値全幅が１００ｎｍ以下）、９５０ｎｍ（赤外、半値全幅が１００ｎｍ以下）、１２００ｎｍ（赤外、半値全幅が１００ｎｍ以下）の発光ダイオードに付け替えて、同じ条件で実験を行った。発光ダイオードの視野角は２５〜３０度の範囲に入るものを選定した。反射表面１２ａとしてアルミニウム９９％以上含有のアルミ板を反射板１２として用いた。この時の周辺温度は２８℃、相対湿度は６５％であった。センサ７の出力値は０分時の測定値、すなわち全反射の条件における出力値で除算することにより規格化した。
【００１４】
図４から明らかな通り、実験では０分時において冷却を開始してしばらくして、反射板１２の表面に露が付着した。３分を超えると、霜の付着が始まった。さらに冷却を続けて１０分時に冷却を停止させ、ヒータ１０で加温すると１分以内に霜が露に変化した。時間が経過するにつれて、センサ７の出力値が変化していく様子が認められる。図４から明らかなように波長が短いほど縦軸である「出力値／０分時の出力値」の変動が大きい結果となった。また時間の経過とともに霜の厚さが大きくなっているのが目視で確認されたが、図４の実験結果でそれを裏付けるものとして、時間が経つにつれて「出力値／０分時の出力値」は上昇していることが分かった。次に３分時を露付着時とし、１０分時を霜付着時とみなして、霜の出力値と露の出力値の比の波長による変化を図５に示す。図から明らかなように、６００ｎｍ以下で霜と露が判別できており、５００ｎｍ以下であればさらに良好に区別可能であることが分かる。
【００１５】
このようにこの発明の着霜検出装置は、フィン１１あるいは反射板１２である着霜する部材（被検出部材）に光を照射する発光素子１３ａと、着霜する部材の反射表面１２ａからの反射光を受けてこの反射光に応じた電気信号Ｓ１を出力する受光素子１５ａと、この電気信号Ｓ１に基づいて着霜状態を判定する制御装置９内の判定装置９ａとを備えていて、発光素子１３ａが出射する光の中心波長が６００ｎｍ以下である。この構成により、霜と露の区別が容易になり、霜の状態に応じた出力値を高いＳＮ比で得ることが可能となる。
【００１６】
また、発光素子１３ａが出射する光の中心波長は５００ｎｍ以下とするのが望ましい。また、フィン１１あるいは反射板１２である着霜する部材（１１、１２）の光の反射表面１２ａの法線１６ａに対する発光素子１３ａの光軸１３ｐの角度θ１１と、反射表面１２ａの法線１６ａに対する受光素子１５ｂの光軸１５ｐの角度θ１２とが共に１５度であるのが望ましい。
【００１７】
以上の結果は以下のように説明される。実験開始前は光は反射表面１２ａにより全反射されるが、冷却に従って露や霜が反射表面１２ａに付着すると散乱現象による影響を受けるため、一部の光のみが受光素子１５ａに到達する。露や霜の表面は微小な凹凸となっているため、露や霜の散乱度合いは波長の違いにより反射の状態が異なる。実験では紫の波長である３８０ｎｍまでしか実行していないが、これより短波長である紫外線ではより明確な結果となることは容易に推測することができる。現在では紫外領域の発光ダイオードの光出力が小さいものが多く、かつ高価であることが知られている。従って必要とする性能に応じて発光素子の波長を決めるのが望ましい。すなわち家電製品など低コストが要求されるものについては緑の発光ダイオード、性能が要求される場合は紫外、紫または青の発光ダイオードを用いるのが望ましい。
【００１８】
また使用した発光ダイオードの波長は、発光スペクトルの中心波長を示すが、この値である必要が無いことは言うまでも無い。
【００１９】
なお、発光素子１３ａはここでは発光ダイオードを用いたが、光を発するものであれば何でもよく、例えばレーザーダイオード、キセノンランプ、ハロゲンランプなどでもよい。受光素子１５ａについてもフォトダイオード以外に、発光ダイオード、フォトマルチプライヤー、ＣＣＤなどでもよい。発光素子１３ａに白色の発光ダイオードやキセノンランプなどスペクトル分布が広い素子を用いる場合は、それぞれ異なる狭い波長域の光のみを通したり反射するデバイス、例えばバンドパスフィルタと、それぞれに光を通したり遮閉可能なシャッターを組み合わせたものを用いたりすることも可能である。シャッターを順次開いていくことによって、上記の発光ダイオードの場合と同様な効果が得られた。また発光素子１３ａと受光素子１５ａを反射板１２の近傍に置くのではなく、光ファイバなどの導光材を介しても同様の結果が得られた。
【００２０】
ところで、センサ７の位置はこの実施の形態では熱交換器のファン側に設置したが、図６に示すように側面側でもよいし、図７に示すように熱交換器３のファン６の側の反対側の面と向かい合わせに設置してもよい。また上下方向についても制約は無いが、熱交換器３の着霜は温度条件によって場所の偏在性があるため、もっとも着霜しやすい場所の近傍に設置するのが効果的である。
【００２１】
運転動作については以下のとおりである。冷凍機１の動作に従い、フィン１１と反射板１２の反射表面１２ａに霜が次第に付着するが、センサ７からの電気信号Ｓ１の大きさが予め定めた値（閾値Ａとする）を超えたときにデフロスト運転を開始する。デフロスト運転時には冷却を停止し、ヒータ１０で発熱することにより熱交換器３を加熱する。加温するに従いフィン１１と反射板１２の表面に付着した霜は融け、センサ７からの電気信号Ｓ１の大きさが次第に低下する。その後センサ７からの電気信号Ｓ１がある一定値（閾値Ｂとする）を下回ったときに除霜が完了したと判断し、ヒータ１０による加熱を停止させてデフロスト運転を終了させ、通常の冷却運転に戻る。なお閾値Ａと閾値Ｂは従来の光による検出方法に示すような着霜の有無を判別するための値ではないので、同じ値である必要性は無い。
【００２２】
ここではヒータ１０により加熱する方法でデフロスト運転を実施したが、その代わりに熱交換器３を放熱側とし室外機５内の熱交換器（図示なし）を冷却側とする、いわゆるリバース運転で加熱する方法や、圧縮機から出た高温・高圧のガスを熱交換器３に導くホットガスで加熱する方法もあり、いずれを用いても同様な結果が得られる。また、冷凍庫２の庫内温度が０℃より高い場合は、単に冷媒を流すことを止め、周囲空気で霜を融かすオフサイクルデフロストを用いても、同様の効果が得られる。
【００２３】
これにより熱交換器３に付着した霜を確実かつ必要最小限の加熱時間により除去することで、従来よりも効率的で省エネルギーとなるデフロスト運転が可能となる。
【００２４】
実施の形態２．
図８乃至１０に示す本発明の着霜検出装置に於いては、センサ７とフィン１１との位置関係が図２に示すものと相違しており、特に着霜する部材であるフィン１１あるいは反射板１２の光の反射表面１２ａの法線１６ａに対する発光素子１３ａの光軸１３ｐの角度θ１１が、受光素子１５ａの光軸１５ｐの角度θ１２よりも大きく設定されている。図９に示す例では、着霜する部材（フィン１１）の光の反射表面１２ａの法線１６ａに対する発光素子１３ａの光軸１３ｐの角度θ１１が３０度であり、受光素子１５ａの光軸１５ｐの角度θ１２が１５度である。このような構成の場合、フィン１１の反射表面１２ａに霜が付着していない初期状態では、反射表面１２ａに照射された光は法線１６ａの反対側に反射する。このとき受光素子１５ａに到達する反射光がほとんど無いため、受光素子１５ａからの出力値はゼロに近い。冷凍機を運転するに従ってフィン１１と反射板１２に霜が付着すると、反射表面１２ａからの乱反射の光が多くなるため受光素子１５ａに光が到達し始め、受光素子１５ａの出力値が上昇する。
【００２５】
また、ここではフィン１１の前面側に設置したが、実施の形態１と同様に図６に示すフィン１１の側面に面してセンサ７を設置してもよい。また反射板１２は必ずしも必要とではなく、フィン１１の端面に直接光を照射してもよい。この場合はフィン１１に付着した霜が奥行き方向に厚くなるほど反射光が多くなる。実施の形態１は全反射光の光の減少量を測定しているのに対し、本実施の形態では乱反射光の増加を測定する点が異なる。両者を比較すると、後者については着霜量が少ない場合には反応性がよくなるため、着霜量が少ない場合の測定に有利である。ただしこの場合、初期状態すなわちバックグラウンド状態を安定して設定することが要求されるため、設置状況に応じて使い分けることが必要である。
【００２６】
図８には、角度θ１１、θ１２を変化させた場合の受光素子１５ａの出力値の変化を実験により調べた結果をグラフにして示す。図８のグラフは、条件１としてθ１１を０度、θ１２を３０度、条件２としてθ１１を３０度、θ１２を０度、条件３としてθ１１を３０度、θ１２を６０度、条件４としてθ１１を６０度、θ１２を３０度として、計４つの条件で、着霜あるいは結露の有無による出力値の大きさの変化の割合の測定実験を行った結果を図８に示す。前述のようにこの実施の形態では、初期状態は反射光による受光量がほとんどゼロに近く、着霜あるいは結露と共に受光量が増加するため、実施の形態１で用いた「出力値／０分時の出力値」の逆数である「０分時の出力値／出力値」で評価した。実施の形態１の実験と同様に、３分時を露が付着しているときの出力値とし、１０分時を霜が付着しているときの出力値として計算した。実験結果から条件２および条件４の場合に露と霜の区別が容易であり、霜付着時の「０分時の出力値／出力値」が大きいことが分かるが、これらの条件はいずれも角度θ１１が角度θ１２よりも大きい場合である。このように設定することで、露と霜の区別が容易となり、着霜を効率的に検出できる。従って着霜と結露とを区別してデフロスト運転をする場合には、例えば発光素子１３ａの光軸１３ｐの角度θ１１を３０度、受光素子１５ａの光軸の角度θ１２を０度とすると良い結果が得られる。
【００２７】
実際の熱交換器３に設置する場合は、図９に示すようにフィン１１の端面に向けて照射する方法と、図１０に示すようにフィン１１の側面部分に向けて照射する方法の二通りが考えられるが、いずれも角度θ１１を角度θ１２よりも大きくすることが着霜検出の高感度化のために効果的である。
【００２８】
運転動作については基本的には実施の形態１と同じであるが、実施の形態１とは逆に、初期状態は反射による受光が全く無い条件で着霜に従って反射による受光が増加するため、霜の付着量が増加するとセンサ７の出力値が増大する。従って実施の形態１の閾値Ａとは異なる閾値Ａ’、閾値Ｂとは異なる閾値Ｂ’を設定して判断する点は異なるが、他は同様である。
【００２９】
また効果についても、実施の形態１と同様に熱交換器３に付着した霜を結露と区別して確実かつ必要最小限の加熱時間により除去することで、従来よりも効率的で省エネルギーとなるデフロスト運転が可能となる。
【００３０】
実施の形態３．
図１１に示す着霜検出装置に於いては、センサ７の内部に発光素子１３ａと同じ発光ダイオードを用いた第２の発光素子１３ｂを追加されている。受光素子１５ａを間にして発光素子１３ａと第２の発光素子１３ｂとが両側に配置されている。発光素子１３ａの光軸１３ｐａが反射板１２の反射表面１２ａの平面の法線１６ａに対して角度θ１１となり、第２の発光素子１３ｂの光軸１３ｐｂが反射板１２の反射表面１２ａの平面の法線１６ｂに対して角度θ２１の角度となるようにしてある。
【００３１】
また受光素子１５ａは反射板１２からの光が全反射となるように構成する。すなわち、発光素子１３ａからの光は光路１５ｐａを通って、法線１６ａに対して角度θ１２で受光素子１５ａに入射し、第２の発光素子１３ｂからの光は光路１５ｐｂを通って、法線１６ｂに対して角度θ２２で受光素子１５ａに入射するようにしてある。ここで、角度θ１１とθ１２、および角度θ２１とθ２２はそれぞれ同じ角度になるようにしてある。図示の例ではθ１１とθ１２、θ２１とθ２２は３０度と設定されている。
【００３２】
発光素子１３ａの光の中心波長は４７０ｎｍとし、第２の発光素子１３ｂの光の中心波長は赤外線である９５０ｎｍと設定した。青の波長である４７０ｎｍは霜と露の判別に有利であるが、一方でセンサの周辺雰囲気で蒸気や霜が浮遊している場合は短波長の光が吸収されてしまい、反射板１２まで十分に届かず測定値のＳＮ比が悪化し、霜の検出自体が困難となる。この現象は外気温度と庫内温度が著しく異なる場合や、デフロスト終了時において庫内の相対湿度が１００％近くになると起こる。このような場合に於いても、第２の発光素子１３ｂからの赤外線である９５０ｎｍの光による検出で補完して正確な検出を行うことができる。
【００３３】
運転動作については実施の形態１と同様な運転動作であり、異なる点を以下に記す。フィン１１の表面（反射表面１２ａ）に霜が付着したときに、発光素子１３ａから発せられる４７０ｎｍの可視光による受光素子１５ａの出力値が閾値Ａを超えたときにデフロスト運転を開始する。第２の発光素子１３ｂから発せられる９５０ｎｍの光による受光素子１５ａの出力値がある一定値、閾値Ｄを下回ったときにデフロスト運転の終了時とし、ヒータ１０による加熱を停止させ、その後通常の冷却運転に戻る。閾値Ｄについては実施の形態１および２の閾値Ｂとは波長が異なるため、別の値となる。実施の形態２で述べているように、発光素子１３ａの出射光は可視光であるため、白色のゴミや埃が混入した場合の出力値が白色のゴミや埃が付着してない場合よりも低くなるため、この影響によりデフロスト運転が早めに終了してしまって霜が残存するような運転をすることを防ぐことができる。よって、より安全側に霜を除去することができる効果がある。
【００３４】
また本実施の形態では互いに波長が異なる光を発生する２個の発光ダイオードを用いたが、波長が異なる３個以上の発光ダイオード、例えば青（４７０ｎｍ）、黄色（５９１ｎｍ）、赤外線（９５０ｎｍ）を用いてもよい。除霜直後の蒸気が非常に多い状態の時は、青の光は蒸気の粒子により散乱されやすいため反射板１２まで十分に届かず測定値のＳＮ比が悪化するが、黄色の光の測定で補完することができる。従って２個の場合よりも更に高精度に霜と露の判別が可能となる。
【００３５】
実施の形態４．
この実施の形態では構成については実施の形態３と同様であるが、運転動作が異なる。即ち、デフロスト運転として二つの方式、すなわちデフロスト運転モード１およびデフロスト運転モード２を併用する。
【００３６】
通常のデフロスト運転モード１では、発光素子１３ａから発せられる４７０ｎｍの可視光による受光素子１５ａの出力値が閾値Ａを超えたときにデフロスト運転を開始し、受光素子１５ａの出力値が閾値Ｂを下回ったときにデフロスト運転の終了時としてヒータ１０による加熱を停止させ、その後通常の冷却運転に戻る。
【００３７】
一方、デフロスト運転モード２は例えばデフロスト運転モード１の５回実施した次のデフロスト運転の時に実施するものであり、第２の発光素子１３ｂから発せられる９５０ｎｍの光による受光素子１５ａの出力値が予め定めた値（閾値Ｃとする）を超えたときにデフロスト運転を開始し、受光素子１５ａの出力値がある一定値（閾値Ｄとする）を下回ったときにデフロスト運転の終了時とする。
【００３８】
デフロスト運転モード１の発光素子１３ａは可視光であるため、白色のゴミや埃が混入した場合には出力値が、白色のゴミや埃が存在しない状況よりも低くなるため、この影響によりデフロスト運転が早めに終了し、霜が熱交換器に残存することがある。しかしながら、このようにデフロスト運転モード１とデフロスト運転モード２を併用することで、より効果的に霜を除去することができる効果がある。
【００３９】
なお、デフロスト運転モード１とデフロスト運転モード２の回数の比は任意でよいが、５：１〜２０：１程度が適当である。またこの実施の形態では発光素子１３ａと１３ｂは同時に点灯させないように構成したが、それぞれ異なる狭い波長域の光のみを通したり反射するデバイス、例えばバンドパスフィルタとそれぞれに光を通したり遮閉可能なシャッターを組み合わせたものを用いることで、同時に点灯させるよう構成してもよい。なおこのデバイスは、発光素子１３ａ、１３ｂと反射板１２の間、または反射板１２と受光素子１５ａの間、のいずれかに設置すればよい。
【００４０】
運転動作と効果は実施の形態３と同様である。
【００４１】
実施の形態５．
図１２にはこの発明の着霜検出装置のセンサ７およびその周辺を概略側面断面図で示す。図２と比較して相違している点は、受光素子１５ａと第２の受光素子１５ｂとが設けられ、反射表面１２ａに白色板１７が設けられていることである。受光素子１５ａと同様の第２の受光素子１５ｂは、センサ７内で発光素子１３ａと受光素子１５ａとの間に設けられていて、受光素子１５ａと並列にケーブル８に接続されている。また反射板１２の一部に断面が三角形状の白色板１７が設置されていて、発光素子１３ａからの光の一部が白色板１７から全反射で、第２の受光素子１５ｂに入射するように配置してある。第２の受光素子１５ｂは受光素子１５ａと同じフォトダイオードでよい。白色板１７は霜が熱交換器３のフィン１１を覆うように付着した場合に相当した状態を模擬するものであって、酸化アルミニウムなど丈夫で温度変化にも変形しにくい材質のものを用いる。
【００４２】
このように構成した着霜検出装置に於いて、デフロスト運転が終了した時点で、反射板１２の反射表面１２ａからの反射光が入光する受光素子１５ａの出力をゼロ出力とし、白色板１７からの反射光が入光する第２の受光素子１５ｂの出力をリファレンス出力（基準出力）とし、定期的に閾値Ａ、閾値Ｂの値を変更することができる。具体的には、汚れ、塵、異物等が反射表面１２ａに付着した場合にはゼロ出力が上がるので、閾値Ａ、Ｂともにそれに相応して値を上げるのである。リファレンス出力が低下した場合には、閾値Ａ、Ｂともにそれに相応して値を下げる操作を制御装置９において自動的に演算して行う。
【００４３】
このような構成により、センサ７の表面や反射板１２にゴミや埃が付着しても、デフロスト運転に影響を少なくすることができ、効率的なデフロスト運転を持続させることが可能となる。
【００４４】
実施の形態６.
また、白色板１７の白色を汚れから保護して維持するために、白色板１７の表面に酸化チタンなどの光触媒を表面コーティングし、発光素子１３ａとして波長３８０ｎｍの光を発生する発光ダイオードを用いることもできる。光触媒は紫外光が照射されると、発生したＯＨラジカルなどにより表面付近の有機物などの汚れを分解し、白色板１７の白色の度合いを保つ作用がある。また表面状態が超親水性となるため、仮に白色板に露が付着しても水は薄い膜となるため、リファレンス校正時に影響を及ぼさない。従って長期的に安定したリファレンス状態を確保し、着霜を安定して測定できるという効果がある。なお光触媒は、表面コーティング以外にも、白色板１７に予め光触媒を加えて成型したものを用いることによっても同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１の着霜検出装置を用いた冷凍機および冷凍庫を示す概略図である。
【図２】図１の着霜検出装置周辺の概略側面図である。
【図３】図２の着霜検出装置周辺の概略平面図である。
【図４】本発明の着霜検出装置を用いた実験結果を示すグラフである。
【図５】本発明の着霜検出装置を用いた実験結果を示すグラフである。
【図６】本発明の着霜検出装置の別の例を示す概略平面図である。
【図７】本発明の着霜検出装置の別の例を示す概略平面図である。
【図８】本発明の実施の形態２の着霜検出装置を用いた場合の実験結果を示すグラフである。
【図９】図８のグラフで示す実験に用いた着霜検出装置を示す概略図である。
【図１０】図８のグラフで示す実験に用いた別の着霜検出装置を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による着霜検出装置周辺の概略平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態５による着霜検出装置周辺の概略平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  冷凍機、２  冷凍庫、３  熱交換器、４  冷媒配管、５  室外機、６  ファン、７  センサ、８  ケーブル、９  制御装置、９ａ  判定装置、１０  ヒータ、１１、１２  被検出部材、１１  フィン、１２  反射板、１２ａ  反射表面、１３ａ  発光素子、１３ｂ  第２の発光素子、１３ｐ  光軸、１５ａ  受光素子、１５ｂ  第２の受光素子、１５ｐ  光軸、１６ａ、１６ｂ  法線、１７  白色板、θ１１、θ１２、θ２１、θ２２  角度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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