(57)【要約】【課題】  熱交換器の蒸発器への着霜の検出精度を向上することができる着霜検出装置を提供するものである。【解決手段】  着霜検出装置１０は、蒸発器２０に対して等速に相対移動しながら超音波を照射する超音波発生源１と、超音波発生源１から照射された超音波を受信する受信部２と、受信部２で受信された超音波に基づき、蒸発器２０の着霜を検出する検出部３と、を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器の蒸発器の着霜を検出する着霜検出装置において、
前記蒸発器に対して等速に相対移動しながら超音波を照射する超音波発生源と、
前記超音波発生源から照射された超音波を受信する受信部と、
前記受信部で受信された超音波に基づき、前記蒸発器の着霜を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする着霜検出装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の着霜検出装置において、
前記超音波発生源が、前記蒸発器の照射面に対して垂直移動することを特徴とする着霜検出装置。
【請求項３】
前記請求項１に記載の着霜検出装置において、
前記超音波発生源が、前記蒸発器の照射面に対して水平移動することを特徴とする着霜検出装置。
【請求項４】
前記請求項３に記載の着霜検出装置において、
前記超音波発生源が、前記蒸発器の照射面に対して平行に等間隔で並設される複数の超音波発振子を備え、
前記超音波発生源の水平移動は、前記複数の超音波発振子からの超音波の順次照射によることを特徴とする着霜検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器の蒸発器への着霜を検出する着霜検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機は、暖房運転時の室外熱交換器の着霜を検知するために、室外熱交換器を介して配置された超音波送信機及び超音波受信器を具備する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６１−１７５８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の空気調和機は、固定された高周波電源が一つであり、一の周波数の超音波を用いて着霜を検出するため、当該周波数の超音波では霜の状態（塊状、板状、膜状、粉状、粒状、鱗状、氷状、シャーベット状など）により着霜を検出することができない場合もあり得るという課題がある。また、従来の空気調和機は、室外熱交換器の一部を着霜の検出対象としているため、検出対象以外の部分における室外熱交換器への着霜を検出することができないという課題がある。
【０００５】
本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、複数の周波数の超音波による着霜の検出精度を向上すると共に、熱交換器に対して広範囲に亘り霜を検出することができる着霜検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る着霜検出装置においては、蒸発器に対して等速に相対移動しながら超音波を照射する超音波発生源と、超音波発生源から照射された超音波を受信する受信部と、受信部で受信された超音波に基づき、蒸発器の着霜を検出する検出部と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る着霜検出装置においては、熱交換器の蒸発器への着霜の検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る着霜検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）はドップラー効果を説明するための説明図であり、（ｂ）は経過時間（着霜量）に対する受信部の出力電圧を示す特性図であり、（ｃ）は除霜運転をした場合の経過時間（着霜量）に対する受信部の出力電圧を示す特性図である。
【図３】図１に示す着霜検出装置による処理の一例を示すフローチャート図である。
【図４】第２の実施形態に係る着霜検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】第３の実施形態に係る着霜検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示す着霜検出装置による処理の一例を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本発明の第１の実施形態）
着霜検出装置１０は、図１に示すように、熱交換器の蒸発器２０の照射面２０ａに対して等速に相対移動（垂直移動）しながら超音波を照射する超音波発生源１と、超音波発生源１から照射された超音波を受信する受信部２と、受信部２で受信された超音波に基づき、蒸発器２０の着霜を検出する検出部３と、を備える。
【００１０】
特に、着霜検出装置１０は、超音波発生源１が等速直線運動を行ないながら超音波を照射することにより、図２（ａ）に示すように、ドップラー効果を生じさせ、静止状態の超音波発生源１から照射する特定の周波数（以下、固有周波数と称す）の超音波と異なる周波数の超音波を蒸発器２０に照射することができる。
【００１１】
すなわち、超音波発生源１が蒸発器２０に対して接近する場合には、蒸発器２０側の超音波の周波数（以下、第１の周波数と称す）が固有周波数より高くなり、超音波発生源１が蒸発器２０に対して離間する場合には、蒸発器２０側の超音波の周波数（以下、第２の周波数と称す）が固有周波数より低くなる。また、超音波発生源１の等速度が異なる等速度に変化することにより、第１の周波数及び第２の周波数を異なる周波数に変化させることができる。すなわち、超音波発生源１からの超音波は、蒸発器２０に対して超音波発生源１を等速に接近若しくは離間又は等速度を異なる等速度に変化させることにより、様々な周波数の超音波を蒸発器２０の着霜の検出に用いることができる。
【００１２】
また、本実施形態に係る超音波発生源１は、熱交換器の室外機内に敷設したレール等により蒸発器２０に対して超音波発生源１を相対移動（垂直移動）させる搬送部１ａと、所定のデューティ比のパルスを発振する無安定マルチバイブレータのパルス発振器１ｂと、パルス発振器１ｂにより発振されたパルスを超音波として蒸発器２０に向けて照射する超音波発振子１ｃと、搬送部１ａ及びパルス発振器１ｂの駆動を制御する制御部１ｄと、を備える。
【００１３】
また、本実施形態に係る受信部２は、受信した超音波を電圧値に変換するマイクロホンからなる超音波センサであり、蒸発器２０を介して、超音波発生源１に対向する位置に配設されているが（直接波方式）、蒸発器２０の照射面２０ａを基準にして超音波発生源１と同じ側に配設されてもよい（送受信分離型反射方式、送受信兼用型反射方式）。
【００１４】
また、本実施形態に係る検出部３は、受信部２からの出力電圧を増幅する増幅器３ａと、増幅器３ａで増幅された電圧をダイオードで半波整流し、コンデンサで平滑化して直流電圧に変換する検波回路３ｂと、除霜運転開始時の着霜量に相当する超音波の電圧値を第１の閾値Ｖ１とし、除霜運転終了時の着霜量に相当する超音波の電圧値を第２の閾値Ｖ２として、予め設定された第１の閾値Ｖ１及び第２の閾値Ｖ２を記憶する閾値記憶部３ｃと、検波回路３ｂからの直流電圧と閾値記憶部３ｃからの閾値とを比較して着霜の有無（除霜運転の開始又は終了）を判定する比較器３ｄと、を備える。
【００１５】
ここで、受信部２で変換した超音波の電圧値は、図２（ｂ）に示すように、蒸発器２０への着霜がない場合に最大値になり、蒸発器２０への着霜量が増加（時間が経過）するに伴い、霜の吸収作用及び／又は反射作用により減衰し、所定の着霜量を超えると一定の最小値になる。
【００１６】
このため、比較器３ｄは、図２（ｃ）に示すように、超音波の電圧値が第１の閾値Ｖ１以下になると、Ｌレベルの信号からＨレベルの信号に反転して着霜検出信号を除霜運転指令回路４に出力すると共に、除霜運転により霜が融解し、超音波の電圧値が第２の閾値Ｖ２以上になると、Ｈレベルの信号からＬレベルの信号に反転して着霜検出信号の出力を停止する。
【００１７】
除霜運転指令回路４は、比較器３ｄからＨレベルの信号が入力されると、除霜運転を開始するように制御信号を熱交換器の制御部（不図示）に出力し、比較器３ｄからＬレベルの信号が入力されると、除霜運転を終了するように制御信号を熱交換器の制御部（不図示）に出力する。なお、除霜運転は、既存の技術であり、例えば、熱交換器がエアコンであれば、暖房運転を冷房運転に切り換えて霜取りを行なう。 
【００１８】
つぎに、着霜検出装置１０の処理動作について、図３を用いて説明する。
超音波発生源１の制御部１ｄは、パルス発振器１ｂにパルスを発振させ、超音波発振子１ｃから固有周波数（例えば、１００ｋＨｚ）の超音波を熱交換器の蒸発器２０に向けて照射させる（ステップＳ１）。
【００１９】
制御部１ｄは、パルス発振器１ｂの駆動を停止させ、超音波の照射を停止させると共に、後述するステップＳ８により超音波発生源１が移動しているのであれば、搬送部１ａの駆動を停止させ、超音波発生源１の移動を停止（超音波発生源１を静止）させる（ステップＳ２）。
【００２０】
受信部２は、超音波発生源１からの超音波を受信すると、電圧値に変換し、検出部３の増幅器３ａに出力する（ステップＳ３）。
また、増幅器３ａは、受信部２からの出力電圧を増幅して、検波回路３ｂに出力する（ステップＳ４）。
【００２１】
検波回路３ｂは、増幅器３ａからの出力電圧をダイオードで半波整流し、コンデンサで平滑化して直流電圧に変換し、比較器３ｄに出力する（ステップＳ５）。
また、比較器３ｄは、閾値記憶部３ｃの第１の閾値Ｖ１を参照して、比較器３ｄからの直流電圧の電圧値が第１の閾値Ｖ１以下であるか否かを判断する（ステップＳ６）。
【００２２】
ステップＳ６において第１の閾値Ｖ１以下でないと判断した場合に、比較器３ｄは、除霜運転中であるか（着霜検出信号を出力しているか）否かを判断する（ステップＳ７）。
【００２３】
そして、ステップＳ７において除霜運転中でないと判断した場合に、比較器３ｄは、超音波発生源１の制御部１ｄに制御信号を送信し、制御信号を受信した制御部１ｄは、搬送部１ａを駆動させて、超音波発生源１を熱交換器の蒸発器２０（照射面２０ａ）に対して等速で相対移動（垂直移動）させ（ステップＳ８）、ステップＳ１に戻る。
【００２４】
なお、ステップＳ８における超音波発生源１の垂直移動は、超音波発生源１の可動範囲の最遠点（蒸発器２０から最も遠い位置）に位置しているのであれば、蒸発器２０に接近する移動であり、超音波発生源１の可動範囲の最近点（蒸発器２０から最も近い位置）に位置しているのであれば、蒸発器２０から離間する移動である。
【００２５】
また、ステップＳ１では、超音波発振子１ｃから固有周波数の超音波を熱交換器の蒸発器２０に向けて照射するのであるが、超音波発生源１が熱交換器の蒸発器２０に対して等速で接近又は離間するために、第１の周波数又は第２の周波数の超音波が蒸発器２０に照射されることになる。
【００２６】
また、ステップＳ６において第１の閾値Ｖ１以下であると判断した場合に、比較器３ｄは、除霜運転中であるか（着霜検出信号を出力しているか）否かを判断する（ステップＳ９）。
【００２７】
そして、ステップＳ９において除霜運転中でないと判断した場合に、比較器３ｄは、Ｌレベルの信号からＨレベルの信号に反転して着霜検出信号を除霜運転指令回路４に出力する（ステップＳ１０）。
【００２８】
除霜運転指令回路４は、比較器３ｄからのＨレベルの信号に基づき、除霜運転を開始するように制御信号を熱交換器の制御部に出力して、熱交換器が除霜運転を開始し（ステップＳ１１）、ステップＳ１に戻る。
【００２９】
また、ステップＳ９において除霜運転中であると判断した場合に、比較器３ｄは、超音波発生源１の制御部１ｄに制御信号を送信し、制御信号を受信した制御部１ｄは、パルス発振器１ｂを駆動させるために、ステップＳ１に戻る。
【００３０】
また、前述したステップＳ７において除霜運転中であると判断した場合に、比較器３ｄは、閾値記憶部３ｃの第２の閾値Ｖ２を参照して、比較器３ｄからの直流電圧の電圧値が第２の閾値Ｖ２以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。
【００３１】
ステップＳ１２において第２の閾値Ｖ２以上でないと判断した場合に、比較器３ｄは、超音波発生源１の制御部１ｄに制御信号を送信し、制御信号を受信した制御部１ｄは、パルス発振器１ｂを駆動させるために、ステップＳ１に戻る。
【００３２】
また、ステップＳ１２において第２の閾値Ｖ２以上であると判断した場合に、比較器３ｄは、Ｈレベルの信号からＬレベルの信号に反転して着霜検出信号を停止する（ステップＳ１３）。
【００３３】
除霜運転指令回路４は、比較器３ｄからのＬレベルの信号に基づき、除霜運転を終了するように制御信号を熱交換器の制御部に出力して、熱交換器が除霜運転を終了し、着霜検出装置１０の処理を終了する。
【００３４】
以上のように、本実施形態に係る着霜検出装置１０は、静止状態の超音波発生源１から照射する固有周波数の超音波と、固有周波数と異なる周波数（第１の周波数、第２の周波数）の超音波と、を着霜の検出に用いることにより、蒸発器２０に着霜した霜の状態に応じて、蒸発器２０への着霜を精度よく検出することができるという作用効果を奏する。
【００３５】
（本発明の第２の実施形態）
図４は第２の実施形態に係る着霜検出装置の概略構成を示すブロック図である。図４において、図１と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
【００３６】
本実施形態に係る超音波発生源１は、図４に示すように、蒸発器２０の照射面２０ａに対して等速に水平移動する。
なお、本実施形態に係る着霜検出装置１０の処理動作は、以下の点を除き、第１の実施形態に係る着霜検出装置１０の処理動作（図３参照）と同様であるので、説明を省略する。
【００３７】
図３に示すステップＳ８は、ステップＳ７において除霜運転中でないと判断した場合に、比較器３ｄは、超音波発生源１の制御部１ｄに制御信号を送信し、制御信号を受信した制御部１ｄは、搬送部１ａを駆動させて、超音波発生源１を熱交換器の蒸発器２０（照射面２０ａ）に対して等速で相対移動（水平移動）させる。
【００３８】
なお、ステップＳ８における超音波発生源１の水平移動は、超音波発生源１の可動範囲の一端に位置しているのであれば、稼動範囲の他端への移動であり、超音波発生源１の可動範囲の他端に位置しているのであれば、稼動範囲の一端への移動である。
【００３９】
また、ステップＳ１では、超音波発振子１ｃから固有周波数の超音波を熱交換器の蒸発器２０に向けて照射するのであるが、超音波発生源１が熱交換器の蒸発器２０に対して等速で水平移動するために、固有周波数と異なる周波数の超音波が蒸発器２０に照射されることになる。
【００４０】
なお、この第２の実施形態においては、超音波発生源１が蒸発器２０の照射面２０ａに対して水平移動するところのみが第１の実施形態と異なるところであり、後述する超音波発生源１の水平移動による作用効果以外は、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００４１】
本実施形態に係る着霜検出装置１０は、超音波発生源１が蒸発器２０の照射面２０ａに対して水平移動することにより、熱交換器の蒸発器２０の広範囲に超音波を照射することができ、蒸発器２０への着霜の検出精度を向上することができるという作用効果を奏する。
【００４２】
また、本実施形態に係る着霜検出装置１０は、超音波発生源１が蒸発器２０の照射面２０ａに対して水平移動しながら蒸発器２０の照射面２０ａに超音波を照射することにより、固有周波数と異なる周波数の超音波が蒸発器２０に照射され、蒸発器２０に着霜した霜の状態に応じて、蒸発器２０への着霜を精度よく検出することができるという作用効果を奏する。
【００４３】
（本発明の第３の実施形態）
図５は第３の実施形態に係る着霜検出装置の概略構成を示すブロック図であり、図６は図５に示す着霜検出装置による処理の一例を示すフローチャート図ある。図５及び図６において、図１乃至４と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
【００４４】
本実施形態に係る超音波発生源１は、図５に示すように、搬送部１ａを備えず、蒸発器２０の照射面２０ａに対して平行に等間隔で並設される複数の超音波発振子１ｃを備える。
また、蒸発器２０の照射面２０ａに対する超音波発生源１の水平移動は、複数の超音波発振子１ｃからの超音波の順次照射による。
【００４５】
なお、本実施形態に係る着霜検出装置１０の処理動作は、図３に示すステップＳ２及びステップＳ８を削除し、図３に示すステップＳ１を後述するステップＳ１ａに変更した点を除き、第１の実施形態に係る着霜検出装置１０の処理動作（図３参照）と同様であるので、説明を省略する。
【００４６】
図６に示すステップＳ１ａは、超音波発生源１の制御部１ｄが、パルス発振器１ｂにパルスを発振させ、複数の超音波発振子１ｃのうち超音波発生源１の一端側（他端側）にある超音波発振子１ｃから他端側（一端側）にある超音波発振子１ｃにかけて、固有周波数の超音波を熱交換器の蒸発器２０に向けて順次照射させる。
【００４７】
なお、図６に示すステップＳ７において除霜運転中でないと判断した場合に、比較器３ｄは、超音波発生源１の制御部１ｄに制御信号を送信し、制御信号を受信した制御部１ｄは、超音波発振子１ｃを駆動させるために、ステップＳ１ａに戻る。
【００４８】
また、ステップＳ１ａにおける複数の超音波発振子１ｃからの順次照射は、ステップＳ７からステップＳ１ａに戻る度に、複数の超音波発振子１ｃのうち照射を始める超音波発振子１ｃとして、一端側と他端側とを交互に切り換えることが、異なる周波数の超音波を照射する上で好ましい。
【００４９】
なお、この第３の実施形態においては、超音波発生源１が、搬送部１ａを備えず、蒸発器２０の照射面２０ａに対して平行に等間隔で並設される複数の超音波発振子１ｃを備えるところのみが第１の実施形態と異なるところであり、後述する複数の超音波発振子１ｃによる作用効果以外は、第２の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００５０】
本実施形態に係る着霜検出装置１０は、搬送部１ａによる超音波発生源１自体の移動がないことにより、超音波発生源１を構成する機構が単純であり、搬送部１ａ（例えば、レール）の摩耗による劣化がなく、超音波発生源１自体の移動に伴う騒音も抑制することができるという作用効果を奏する。
【００５１】
なお、本実施形態に係る着霜検出装置１０は、複数の超音波発振子１ｃから同一の固有周波数の超音波を蒸発器２０の照射面２０ａにそれぞれ照射しているが、複数の超音波発振子１ｃから異なる固有周波数の超音波を蒸発器２０の照射面２０ａにそれぞれ照射してもよい。これにより、着霜検出装置１０は、複数の周波数の超音波による着霜の検出精度を向上することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１      超音波発生源
１ａ    搬送部
１ｂ    パルス発振器
１ｃ    超音波発振子
１ｄ    制御部
２      受信部
３      検出部
３ａ    増幅器
３ｂ    検波回路
３ｃ    閾値記憶部
３ｄ    比較器
４      除霜運転指令回路
１０    着霜検出装置
２０    蒸発器
２０ａ  照射面
【図１】
2013160414.tif 000003
【図２】
2013160414.tif 000004
【図３】
2013160414.tif 000005
【図４】
2013160414.tif 000006
【図５】
2013160414.tif 000007
【図６】
2013160414.tif 000008