DE60026898T2

DE60026898T2 - Klimaanlage

Info

Publication number: DE60026898T2
Application number: DE60026898T
Authority: DE
Inventors: Etsuo Kitakatsuragi-gun Shibata; Mamoru Amagasaki-shi Kontani; Hirokuni Ikoma-gun Ikeda
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2020-05-24
Also published as: EP1055885A3; AU3634900A; EP1055885A2; ES2259955T3; EP1055885B1; JP3609286B2; DE60026898D1; JP2000337682A; CN1275698A; CN1135336C; AU768701B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Klimaanlage mit Heizbetrieb zur Gewährleistung einer um eine eingestellte Temperatur stabilisierten Raumtemperatur.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine Klimaanlage gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist in US-A 4,774,813 offenbart.
Es ist allgemein bekannt, dass ein Wärmetauscher einer Außeneinheit einer Klimaanlage eingefroren ist, falls die Klimaanlage sich im Heizbetrieb befindet. Der Grund hierfür ist wie folgt. Beim Heizbetrieb dient der Wärmetauscher der Außeneinheit als Verdampfer. Die Verdampfungstemperatur erniedrigt sich, sobald die Außenlufttemperatur niedriger wird. Wasser in der Luft wandelt sich in Wassertropfen um, falls dieses Wasser mit einem Objekt in Berührung kommt, dessen Temperatur nicht höher als die Taupunkttemperatur ist. Erreicht die Außentemperatur 5°C oder weniger, so entspräche die Verdampfungstemperatur zum Zeitpunkt des Heizbetriebs –5 bis –10°C und Wasser in der Luft, das sich in Kontakt mit dem Wärmetauscher der Außeneinheit befindet, friert auf der Oberfläche des Wärmetauschers ein. Sobald ein Einfrieren stattgefunden hat, erniedrigt sich die Menge der durch die Einheit fließenden Luft, wodurch die Effizienz des Wärmetransfers und damit die Verdampfungstemperatur weiter absinken. Zudem wird das Einfrieren des Wärmeaustauschers der Außeneinheit unterstützt. Hieraus resultiert eine Abnahme der Heizfähigkeit. Deshalb ist es erforderlich, ein Einfrieren zu detektieren und geeignet abzutauen.
Ist insbesondere der Wärmetauscher der Außeneinheit vollständig mit Frost bedeckt und ist die Funktion des Wärmetauschens vollständig verloren gegangen, so wandert das Kühlmittel, das beim Durchlaufen des Wärmetauschers im Außenbereich in Gas umgewandelt werden sollte, in flüssiger Form zum Kompressor. Dadurch sammelt sich Flüssigkeit im Speicher an und lediglich das gasförmige Kühlmittel wird vom Kompressor aufgenommen. Übertrifft das flüssige Kühlmittel die Kapazität des Speichers, so tritt das flüssige Kühlmittel zum Kompressor, was möglicherweise zu einer Komprimierung der Flüssigkeit führt, wodurch der Kompressor geschädigt werden kann.
Somit enthält eine Klimaanlage im Allgemeinen eine Abtauermittlungsschaltung zur Detektion, ob ein Wärmetauscher einer Außeneinheit eingefroren ist oder nicht und die Klimaanlage weist die Funktion eines Abtaubetriebs zum Abtauen des Wärmetauschers der Außeneinheit auf, falls seitens der Abtauermittlungsschaltung ermittelt wird, dass ein Abtauen erforderlich ist.
Hierbei gilt zu beachten, dass die Heizfähigkeit zum Zeitpunkt des Abtaubetriebs abnimmt. Aus diesem Grund ist ein Abtaubetrieb bei nicht eingefrorenem Wärmetauscher der Außeneinheit, d. h. ein sogenannter Leerlauf-Abtaubetrieb, zu vermeiden. Es ist deshalb erforderlich, dass die Abtauermittlungsschaltung mit hoher Genauigkeit festlegt, ob ein Abtauen erforderlich ist oder nicht. In einer gewöhnlichen Klimaanlage wird die Notwendigkeit eines Abtauens unter Verwendung verschiedener Faktoren einschließlich Temperaturen der Wärmetauscher im Innenbereich und Außenbereicht, der Außenlufttemperatur und einer Betriebsdauer ermittelt. Was die Temperatur des Wärmetauschers der Außeneinheit betrifft, so wird diese über wenigstens 6 Minuten nach Betriebsbeginn eines Kompressors überwacht, um die Genauigkeit beim Ermitteln der Notwendigkeit eines Abtauvorgangs zu verbessern.
Nicht-Inverter-Klimaanlagen, bei denen die Komprimierfähigkeit eines Kompressors gleichbleibend ist und Inverter-Klimaanlagen, bei denen die Komprimierfähigkeit des Kompressors variabel ist, wurden bereits vorgeschlagen. Falls die Raumtemperatur in einer Nicht-Inverter-Klimaanlage nach dem Start des Heizbetriebs in die Nähe einer eingestellten Temperatur kommt, wird die Heizfähigkeit über einen Zwischenbetrieb des Inverters abgestimmt, so dass die Raumtemperatur in der Nähe der eingestellten Temperatur stabilisiert wird. Hierbei sollten die Betriebszeiten und Ruhezeiten der Kompressorfunktion im Zwischenbetrieb kurz sein, um die Raumtemperatur stabil zu halten. Wird der Betrieb des Kompressors einmal gestoppt und erneut gestartet, bevor der Druck des Kühlmittels bis zu einem bestimmten Grad ausgeglichen ist, führt dies zu einer großen Last des Kompressors, wodurch eine Schädigung verursacht werden kann. Deshalb darf der Betrieb des Kompressors nicht erneut gestartet werden, bevor der Druck des Kühlmittels nicht bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen ist.
In einem gewöhnlichen Kompressor sind üblicherweise ungefähr drei Minuten erforderlich, bis der Druck des Kühlmittels nach dem Betriebsstopp des Kompressors bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen ist. Aus diesem Grund wird der Betrieb nach einer sogenannten dreiminütigen Verzögerung erneut gestartet. Demnach sind in einer gewöhnlichen Nicht-Inverter-Klimaanlage die Betriebszeit und Ruhezeit des Kompressors im Zwischenbetrieb meistens auf drei Minuten eingestellt, um die Raumtemperatur zu stabilisieren.
Bei einer Nicht-Inverter-Klimaanlage ist für die Außeneinheit keine elektronische Steuereinheit vorgesehen, jedoch für die Inneneinheit. Falls jedoch beispielsweise im Außenbereich die Temperatur des Wärmetauschers zum Ermitteln der Notwendigkeit eines Abtauvorgangs gemessen werden soll, wird eine Querverbindung zwischen Innen- und Außeneinheiten kompliziert. Folglich wird die Messung nicht durchgeführt und die Notwendigkeit eines Abtauvorgangs wird durch Messen der Temperatur des Wärmetauschers im Innenbereich ermittelt.
Wie beispielsweise in JP 58-32296 beschrieben ist, nimmt die Temperatur des Wärmetauschers im Innenbereich ab und damit naturgemäß auch die Heizfähigkeit, falls die Menge an aufgenommener Wärme aus der Außenluft über den Wärmetauscher im Außenbereich aufgrund des Frosts abnimmt, und bei Kenntnisnahme dieser Erscheinung wird der Abtauvorgang in Gang gesetzt, sofern die Temperatur des Wärmetauschers im Innenbereich die Temperatur der von dem Wärmetauscher im Innenbereich aufgenommenen Luft nicht um einen bestimmten Wert übersteigt.
Ist der Wärmetauscher, wie zudem in JP 62-206336 und 63-15020 beschrieben ist, im Außenbereich vollständig mit Frost bedeckt, so ist die Temperatur des Kühlmittels am Eingang des Wärmetauschers im Innenbereich nicht verschieden von einem mittleren Bereich und falls kein Frost vorliegt, ist die Temperatur des Kühlmittels am Eingang höher als im mittleren Bereich und falls diese Erscheinung wahrgenommen wird, indem nach einer vorgeschriebenen Zeitdauer nach Betriebsbeginn des Kompressors die Temperatur eines an den Kühlmitteleingang des Wärmetauschers im Innenbereich gekoppelten Rohres als vergleichsweise niedriger detektiert wird gegenüber den Temperaturen in verschiedenen entsprechend den Luftmengen des Ventilators im Innenbereich eingestellten Bereichen, wird der Betrieb auf den Abtaubetrieb umgeschaltet.
Zudem wird in einigen Klimaanlagen nach einer bestimmten Zeitdauer nach Start des Heizbetriebs des Kompressors und nach einer bestimmten Zeitdauer ab der Detektion, dass die Temperatur eines an den Kühlmitteleingang des Wärmetauschers im Innenbereich gekoppelten Rohres geringer wird als eine erste bestimmte Temperatur, der Betrieb auf den Abtaubetrieb umgeschaltet, sofern detektiert wurde, dass die Rohrtemperatur unterhalb einer zweiten vorgeschriebenen Temperatur liegt.
Für eine höchst genaue Ermittlung der Notwendigkeit des Abtauvorgangs ist es notwendig so lange zu warten bis die Temperatur des Wärmetauschers, durch den das Kühlmittel bei Betrieb des Kompressors durchzufließen beginnt, stabilisiert ist. Im Allgemeinen dauert es ungefähr vier Minuten bis die Temperatur des Wärmetauschers stabil ist. Somit ist die Zeitspanne von ungefähr vier Minuten nach Betriebsstart des Kompressors erforderlich, um mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, ob ein Abtauen notwendig ist oder nicht, vgl. obige Ausführungen. Mit anderen Worten ist eine höchst genaue Ermittlung des Abtauens nicht während des Zwischenbetriebs, in dem die Betriebsdauer des Kompressors drei Minuten beträgt, möglich. Dies hat zum Leerlauf-Abtaubetrieb geführt oder zum Fehlschlagen eines notwendigen Abtauvorgangs.
Gelangt die Raumtemperatur nach Beginn des Heizbetriebsvorgangs bei der Inverter-Klimaanlage in die Nähe der eingestellten Temperatur, so wird die Heizfähigkeit durch Reduzieren der dem Kompressor bereitgestellten Ansteuerleistung (Ansteuerenergie: Ansteuerversorgungsleistungsfrequenz Spannung) abgestimmt, um die Raumtemperatur in der Nähe der eingestellten Temperatur zu stabilisieren und dadurch die Raumtemperatur stabil um die eingestellte Temperatur zu steuern. Ist die Heizfähigkeit selbst bei dem Kompressor bereitgestellter geringster Ansteuerenergie außergewöhnlich hoch und steigt die Raumtemperatur weiter an, erfolgt der Zwischenbetrieb des Kompressors auf ähnliche Weise wie bei der Nicht-Inverter-Klimaanlage, so dass die Raumtemperatur auf die eingestellte Temperatur abgestimmt wird. Der Zwischenbetrieb des Kompressors wird nämlich durchgeführt, um auch in der Inverter-Klimaanlage die Raumtemperatur stabil in der Nähe der eingestellten Temperatur zu halten. Während dieses Zwischenbetriebs ist eine höchst genaue Ermittlung der Notwendigkeit des Abtauens unmöglich, wie oben beschrieben wurde. Somit tritt erneut das Problem eines Leerlauf-Abtauvorgangs oder ein Fehlschlagen eines erforderlichen Abtauvorgangs auf.
Bei der Inverter-Klimaanlage wird an der Außeneinheit eine elektronische Steuerschaltung zum Steuern der Leistungsversorgung an den Kom pressor bereitgestellt (Leistungsversorgungsfrequenz·Spannung). Somit werden die Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich und die Temperatur der Außenluft gemessen und falls die Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich nicht um einen bestimmten Wert höher als die Temperatur der Luft im Außenbereich liegt, wird festgelegt, dass ein Abtauvorgang nicht erforderlich ist. Zum Messen der Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich gilt als Vorbedingung, dass eine bestimmte Zeitspanne ab Beginn des Betriebs des Kompressors verstrichen ist, so dass die Temperatur des Wärmetauschers abhängig vom Kühlmittel stabilisiert ist.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Somit ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Klimaanlage anzugeben, die mit hoher Genauigkeit ermitteln kann, ob ein Wärmetauscher einer Außeneinheit eingefroren ist oder nicht, wodurch ein Leerlauf-Abtauvorgang verhindert wird und die Heizeffizienz verbessert wird, indem ein Abtaubetrieb lediglich dann durchgeführt wird, falls dieser erforderlich ist.
Somit ist erfindungsgemäß ein erster Wärmetauscher in einem Innenbereich vorgesehen, ein zweiter Wärmetauscher ist in einem Außenbereich vorgesehen, wobei die Raumtemperatur von einer Raumtemperaturdetektiereinrichtung detektiert wird und von einer Temperatureinstellschaltung eingestellt wird. Ein Kühlmittel wird durch die ersten und zweiten Wärmetauscher mittels eines Kompressors umgewälzt und eine Abtaueinrichtung führt einen Abtaubetrieb zum Entfernen des Frosts vom zweiten Wärmetauscher aus. Eine dem Kompressor bereitgestellte Leistung wird basierend auf der detektierten Raumtemperatur und der eingestellten Raumtemperatur gesteuert. Eine Steuereinrichtung erhöht vorübergehend die dem Kompressor bereitgestellte Leistung mit bestimmter Zeitvorgabe. Danach bestimmt diese, ob ein Abtauen erforderlich ist oder nicht und bei erforderlichem Abtauen betreibt die Steuereinrichtung die Abtaueinrichtung zum Abtauen.
Somit wird erfindungsgemäß die dem Kompressor bereitgestellte Leistung vorübergehend mit bestimmter Zeitvorgabe erhöht und deshalb ist ein Ermitteln, ob ein Abtauen des zweiten Wärmetauschers erforderlich ist oder nicht, innerhalb dieser Periode mit hoher Genauigkeit möglich.
Da hieraus resultierend der Kompressor stark angesteuert wird, kann im Falle, dass der zweite Wärmetauscher kurz vor einer Abtauanforderung steht, dieser Zustand unmittelbar in den Abtauanforderungszustand überführt werden. Somit kann die Betriebsdauer in demjenigen Zustand, in dem das Abtauen des zweiten Wärmetauschers kurz bevorsteht, verkürzt werden und die Betriebseffizienz der Klimaanlage lässt sich verbessern. Dies reduziert die Betriebskosten der Klimaanlage und trägt zur Vermeidung des Green-House-Effektes bei. Da zudem mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann, ob ein Abtauen erforderlich ist oder nicht, lässt sich die Referenz zum Ermitteln der Notwendigkeit eines Abtauens präziser einstellen. Deshalb kann die Wahrscheinlichkeit eines Leerlauf-Abtauvorgangs weiter verkleinert werden.
Ob ein Abtauen erforderlich ist oder nicht, wird nach einer vorübergehenden Erhöhung der dem Kompressor bereitgestellten Leistung ermittelt und bei erforderlichem Abtauen betreibt die Steuereinrichtung die Abtaueinrichtung zum Abtauen.
Bevorzugt wird ein Zwischenbetrieb durchgeführt, in dem der Kompressor durchgehend betrieben wird bis die detektierte Temperatur in die Nähe der eingestellten Temperatur gelangt und ein Betreiben und Ruhen des Kompressors werden bei Annähern der Temperatur wiederholt und die Betriebsdauer des Kompressors im Zwischenbetrieb wird mit bestimmter Zeitvorgabe auf eine voreingestellte Dauer geändert, unabhängig von der eingestellten Temperatur und der während des Zwischenbetriebs detektierten Temperatur.
Bevorzugt wird die Betriebsdauer geändert, falls eine bestimmte Dauer nach dem Start des Zwischenbetriebs abgelaufen ist.
Bevorzugt wird die Betriebsdauer geändert, falls die Anzahl von Wiederholungen des Betreibens und Ruhens des Kompressors eine bestimmte Zahl erreicht.
Bevorzugt wird der Zwischenbetrieb mit der geänderten Betriebsdauer mit bestimmter Häufigkeit wiederholt und ein auf der detektierten Temperatur und der eingestellten Temperatur basierender Zwischenbetrieb wieder aufgenommen.
Bevorzugt wird eine Außenlufttemperaturdetektiereinrichtung zum Detektieren der Außenlufttemperatur bereitgestellt und falls die detektierte Außenlufttemperatur nicht geringer als eine bestimmte Temperatur ist, wird eine Änderung der Betriebsdauer blockiert.
Bevorzugt wird die dem Kompressor bereitgestellte Amplitude der Leistung geändert, falls eine bestimmte Zeitdauer ab Betriebsbeginn des Kompressors abgelaufen ist.
Bevorzugt wird die Außenlufttemperatur detektiert und falls die detektierte Außenlufttemperatur nicht geringer als eine bestimmte Temperatur ist, wird eine Änderung der Amplitude der Betriebsleistung blockiert.
Bevorzugt wird der Kompressor von einem Induktionsmotor oder einem DC Motor angesteuert. Bei Ansteuerung über den Induktionsmotor wird die Amplitude der dem Kompressor bereitgestellten Leistung durch Anpassen von Frequenz und Spannung der Betriebsleistungsversorgung geändert und bei Ansteuerung über den DC Motor wird die Spannung oder das Ein/Aus-Einschaltverhältnis der Ansteuerspannung geändert.
Obige und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung mit Bezug zu den begleitenden Abbildungen ersichtlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Aufbaus einer Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung im Zusammenhang mit einer Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung eines spezifischen Betriebs einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine mit dem Abtauvorgang verknüpfte Darstellung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt Betriebszyklen des Heizbetriebs der Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt eine Darstellung von Betriebszuständen im Zwischenbetrieb der Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
7 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
8 zeigt eine mit dem Abtauvorgang verknüpfte Darstellung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
9 zeigt den Betriebszustand des Heizvorgangs der Klimaanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die in 1 gezeigte Klimaanlage ist vom Nicht-Inverter Typ und enthält eine Außeneinheit A und eine Inneneinheit B. Die Außeneinheit A ist mit einem Kompressor 1, einem Vier-Wege-Schaltventil 2, einem Dekompressor 4, einem Wärmetauscher 5 im Außenbereich und einem Ventilator 8 im Außenbereich ausgestattet. Die Inneneinheit B ist mit einem Wärmetauscher 3 im Innenbereich, einem Lufttemperatursensor 6 im Innenbereich und einem Ventilator 7 im Innenbereich ausgestattet. Die Inneneinheit B ist an das Stromversorgungsnetz angeschlossen und Leistung wird der Außenein heit A durch eine Inneneinheit-Außeneinheit-Querverbindung bereitgestellt. Im Bereich der Außeneinheit A wird ein Stromverbrauch im Kompressor 1 über die Stromdetektiereinrichtung 9 detektiert. Ein Thermistor zur Temperaturdetektion, eine Steuerschaltung und desgleichen sind in der Außeneinheit A zum Messen der Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich vorgesehen.
Bei der in 1 gezeigten Klimaanlage wird ein Kühl-Zyklus durch sukzessives Verbinden des Kompressors 1, des Vier-Wege-Schaltventils 2, des Wärmetauschers 3 im Innenbereich, des Dekompressors 4 und des Wärmetauschers 5 im Außenbereich ausgebildet. Das Kühlmittel vom Kompressor 1 wird über das Vier-Wege-Schaltventil 2 umgeschaltet und zum Zeitpunkt des Kühlbetriebs wird das Kühlmittel vom Kompressor 1 durch den Wärmetauscher 5 im Außenbereich kondensiert, an die Umgebung abgestrahlt und das Kühlmittel wird über den Dekompressor 4 und Wärmetauscher 3 im Innenbereich expandiert, so dass die Luft in diesem Bereich gekühlt wird und das Kühlmittel wird dem Kompressor 1 über das Vier-Wege-Schaltventil 2, wie anhand der durchgezogenen Pfeile in 1 gezeigt ist, zugeführt.
Beim Heizbetrieb wird das Kühlmittel vom Kompressor 1 durch den Wärmetauscher 3 im Innenbereich kondensiert und die Luft im Raum wird erhitzt, das Kühlmittel wird über den Dekompressor 4 und den Wärmetauscher 5 im Außenbereich expandiert und verdampft, Wärme wird über die Außenluft zugeführt und das Kühlmittel kehrt zum Kompressor 1 über das Vier-Wege-Schaltventil 2, wie anhand der gepunkteten Pfeile in 1 gezeigt ist, zurück.
2 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Steuerschaltung in 2 enthält eine Steuereinheit 10 für die Inneneinheit B und eine Steuereinheit 20 für die Außeneinheit A. Die Steuereinheiten 10 und 20 sind beispielsweise in einem Mikroprozessor implementiert. Um die Einheit 10 zu steuern, werden eine Ausgabe einer Raumtemperaturdetektierschaltung 11 sowie eine Ausgabe einer Raumtemperatureinstellschaltung 12 verwendet. Zur Steuerung der Einheit 20 wird eine Ausgabe einer Stromdetektierschaltung 21, eine Ausgabe einer Schaltung 25 zum Detektieren der Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich und eine Ausgabe einer Schaltung zum Detektieren einer Außentemperatur bereitgestellt. Die Steuerschaltung 10 legt ein Steuersignal an ein Schaltelement 13 für den Ventilator im Innenbereich an und die Steuerschaltung 20 legt jeweils Steuersignale an ein Vier-Wege-Schaltventil- Relais 22, ein Ventilatorrelais 23 im Innenbereich und ein Kompressorrelais 24 an.
Die Temperaturdetektiereinrichtung 11 detektiert die Raumtemperatur basierend auf einer Ausgabe des Raumtemperatursensors 6, siehe 1, und legt die detektierte Ausgabe an die Steuereinheit 10 an. Die Temperatureinstellschaltung 12 stellt die Innentemperatur ein. Die Steuerschaltung 10 ermittelt die Differenz zwischen der detektierten Ausgabe von der Raumtemperaturschaltung 11 und der über die Temperatureinstellschaltung 12 eingestellten Temperatur und gibt ein Ermittlungssignal an die Steuereinheit 20 aus.
Die Stromdetektierschaltung 21 detektiert den Stromverbrauch basierend auf einer Ausgabe einer Stromdetektiereinrichtung 9, die in der in 1 gezeigten Außeneinheit A vorgesehen ist, und führt diese der Steuereinheit 20 zu. Die Schaltung 25 zum Detektieren der Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich detektiert die Temperatur des in 1 gezeigten Wärmetauschers 5 im Außenbereich und die Schaltung 26 zum Detektieren der Außentemperatur detektiert die Außentemperatur. In dieser Ausführungsform wird basierend auf der von der Schaltung 25 zum Detektieren der Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich detektierten Temperatur und der von der Schaltung 26 zum Detektieren der Außentemperatur detektierten Temperatur festgelegt, ob der Wärmetauscher 5 im Außenbereich eingefroren ist oder nicht. Der Abtaubetrieb wird durch Umschalten des Vier-Wege-Ventils in den Kühl-Zyklus durchgeführt, wodurch ein heißer Gasfluss vom Kompressor 1 zum Wärmetauscher 5 im Außenbereich veranlasst wird, was als sogenanntes Revers-Abtauen bezeichnet wird.
Die Steuereinheit 10 steuert den Ventilator 7 im Innenbereich über das Schaltelement 13 für den Ventilator im Innenbereich, die Steuereinheit 20 steuert das Vier-Wege-Ventil 2 über das Vier-Wege-Ventil-Relais 22, diese steuert den Ventilator 8 im Außenbereich über das Relais 23 des Ventilators im Außenbereich und diese steuert ebenso den Kompressor 1 über das Kompressor-Relais 24.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines spezifischen Betriebs einer Ausführungsform der Erfindung, 4 betrifft den Abtauvorgang, 5 zeigt Betriebszyklen im Zwischenbetrieb des Kompressors und 6 zeigt den Betriebszustand beim Heizbetrieb der Klimaanlage.
Ein spezifischer Betrieb einer Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug zu 1 bis 6 beschrieben. Im Folgenden wird lediglich der Heizbetrieb erläutert. Beim Heizbetrieb ermittelt die Steuereinheit 10 die Raumtemperatur basierend auf der detektierten Ausgabe der in 2 gezeigten Raumtemperaturdetektierschaltung 11.
Gewöhnlich wird eine an der Wand platzierbare Inneneinheit B der Klimaanlage in der Nähe einer Decke platziert, wo sich warme Luft ansammelt. Deshalb wird die von dem Raumtemperatursensor 6 detektierte Temperatur gemäß dieser Ausführungsform nicht als Raumtemperatur der Klimaanlage betrachtet. Die Steuereinheit 10 führt der Steuereinheit 20 basierend auf der Differenz der von der Temperatureinstellschaltung 12 eingestellten Temperatur und der von dem Raumtemperatursensor 6 detektierten Temperatur ein Steuersignal zu und die Steuereinheit 20 steuert den Kompressor 1.
Genauer gesagt wird der Kompressor durchgehend betrieben, bis die gemessene Temperatur die eingestellte Temperatur +4°C übersteigt, wie in 6 gezeigt ist, und sobald die Raumtemperatur größer wird und die eingestellte Temperatur +4°C übersteigt, schaltet der Kompressor in den ersten Zwischenbetriebsmodus um, in dem drei Minuten Betrieb/drei Minuten Ruhen wiederholt werden. Steigt die Raumtemperatur weiter an und übersteigt diese die eingestellte Temperatur +6°C, schaltet der Kompressor in den zweiten Zwischenbetriebsmodus um, in dem drei Minuten des Betrieb/acht Minuten des Ruhen wiederholt werden. Steigt die Raumtemperatur weiter an und übersteigt diese die eingestellte Temperatur +9°C, wird der Betrieb des Kompressors 1 gestoppt. In derartigen Zyklen des Heizbetriebs wird der Abtauvorgang, der nachfolgend beschrieben wird, durchgeführt. Das Flussdiagramm von 3 zeigt den Abtauvorgang schematisch dargestellt in einem bestimmten Zyklus während des Heizbetriebs.
Nachfolgend wird der Abtauvorgang in einem bestimmten Zyklus während des Heizbetriebs beschrieben. In Schritt (in der Abbildung einfach als SP dargestellt) SP1 in 3 wird der Heizbetrieb durchgeführt und in Schritt SP2 wird ermittelt, ob die detektierte Raumtemperatur die eingestellte Temperatur +4°C (gemessene Temperatur – eingestellte Temperatur = 4°C) im in 6 gezeigten Betriebszustand überschreitet, und falls diese nicht überschritten wird, wird das Kompressor-Relais 24 von der Steuereinheit 20 für einen durchgängigen Betrieb in Schritt SP3 eingeschaltet und in diesem Zustand gehalten und dem Kompressor 1 wird durchgehend Leistung zugeführt. Die Steuereinheiten 10 und 20 wiederholen die Vorgänge der Schritte SP2 und SP3 zum durchgängigen Betrieb des Kompressors 1, wobei die Raumtemperatur ansteigt.
Wird seitens der Steuereinheit 10 ermittelt, dass die gemessene Raumtemperatur die eingestellte Temperatur +4°C in Schritt SP2 über schritten hat, schaltet die Steuereinheit 20 den Kompressor 1 in den ersten Zwischenbetriebsmodus, in dem der Kompressor 1 über das Kompressor-Relais 24 wiederholt im Zyklus von drei Minuten Betrieb/drei Minuten Ruhen betrieben wird. Die Steuereinheit 20 bestimmt in Schritt SP5, ob der erste Zwischenbetriebsmodus zehn Mal wiederholt wird oder nicht. Durch Wiederholen der Vorgänge der Schritte SP4 und SP5 wiederholt der Kompressor die drei Minuten Betrieb und die drei Minuten Ruhen zehn Mal hintereinander, siehe 5, sofern die gemessene Raumtemperatur +4°C oder +6°C höher als die eingestellte Temperatur liegt. Die Raumtemperatur wird durchgehend detektiert und der Betriebsmodus (durchgängiger Betrieb ~ Zwischenbetrieb ~ Ruhen) wird in Bezug zur eingestellten Temperatur, wie in 6 dargestellt ist, umgeschaltet.
Ermittelt die Steuereinheit 20 in Schritt SP5, dass der erste Zwischenbetriebsmodus von drei Minuten Betrieb und drei Minuten Ruhen unter den Bedingungen der eingestellten und der detektierten Temperatur zehn Mal wiederholt wird (6), schaltet das Kompressorrelais 24 ein, um vorübergehend den Zwischenbetrieb auszuführen, wodurch die Betriebsdauer des Kompressors 1 in Schritt SP6 um fünf Minuten verlängert wird. Insbesondere ist es im Zwischenbetrieb von drei Minuten Betrieb und drei Minuten Ruhen nicht möglich, mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, ob ein Abtauen erforderlich ist oder nicht (vergleiche obige Ausführungen). Somit wird die Betriebsdauer des Kompressors nach zehnfachem Zwischenbetrieb des Kompressors mit drei Minuten Betrieb und drei Minuten Ruhen automatisch um fünf Minuten verlängert.
Da die Betriebsdauer des Kompressors 1 um fünf Minuten verlängert ist, wird es möglich, mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, ob ein Abtauvorgang erforderlich ist oder nicht, zumal der Kühlmittelfluss stabil wird, die Temperatur des Wärmetauschers wird stabil und die gemessene Temperatur kann zuverlässig verwendet werden. Deshalb bestimmt die Steuereinheit 20 in Schritt 7 nahe am Ende der Verlängerungszeit von fünf Minuten, ob ein Abtauen erforderlich ist oder nicht. Durch zweimaliges Wiederholen des Zwischenbetriebs mit der um fünf Minuten verlängerten Betriebsdauer des Kompressors 1 können nachfolgende Punkte realisiert werden. Ist der Zustand des Wärmetauschers 5 im Außenbereich derart, dass ein Abtauen nahezu erforderlich ist oder kurz bevorsteht, steigt der Frost am Wärmetauscher 5 im Außenbereich an und der Wärmetauscher 5 im Außenbereich tritt schnell in den Zustand über, in dem ein Abtauen erforderlich ist. Das Ermitteln ob ein Abtauen erforderlich ist oder nicht wird basierend darauf getroffen, ob die Temperatur des Wärmetauschers 5 im Außenbereich und die Au ßenlufttemperatur in dem bestimmten Bereich liegen, in dem ein Abtauen erforderlich ist, siehe 4.
Bei der gewöhnlichen Nicht-Inverter-Klimaanlage wird die Notwendigkeit eines Abtauens derart ermittelt, dass Frost am Wärmetauscher im Außenbereich basierend auf der Temperatur eines mit dem Kühlmitteleingang in den Wärmetauscher 3 im Innenbereich gekoppelten Rohres angenommen wird. Das Ermitteln der Notwendigkeit des Abtauens erfolgt mit diesem Verfahren jedoch nicht sehr genau. Deshalb werden in der gegenwärtigen Ausführungsform sowohl die Außentemperatur als auch die Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich wie der Inverter-Klimaanlage gemessen, um ein präzises Ermitteln des Abtauens zu ermöglichen.
Problematisch ist hierbei, dass die Betriebsdauer des Kompressors 1 im durchgängigen Betrieb drei Minuten beträgt. Im Allgemeinen wird die Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich immer während des Betriebs gemessen, vorausgesetzt die akkumulierte Betriebsdauer des Kompressors 1 übersteigt 20 Minuten (die akkumulierte Zeit im Abtaubetrieb wird verrechnet). Zu Beginn des Betriebs ist die Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich jedoch nicht stabil. Falls jedoch die Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich nach vier Minuten ab Betriebsbeginn des Kompressors 1 für zwei Minuten innerhalb des Bereichs liegt, der ein Abtauen wie in 4 gezeigt erfordert und der über die Außentemperatur und die Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich bestimmt ist, so wird festgelegt, dass ein Abtauen erforderlich ist.
Im Zwischenbetrieb beträgt die Betriebsdauer des Kompressors fünf Minuten und falls folglich die Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich nach drei Minuten ab Betriebsbeginn des Kompressors für zwei Minuten innerhalb des Bereichs liegt, der ein Abtauen erfordert, wird festgelegt, dass ein Abtauen notwendig ist.
Wird seitens der Steuereinheit 20 ermittelt, dass ein Abtauen erforderlich ist, wird der Abtauvorgang in Schritt SP8 durchgeführt. Beim Heizbetrieb dient der Wärmetauscher 5 im Außenbereich als Verdampfer. Sinkt die Außenlufttemperatur als auch die Verdampfungstemperatur ab, wandelt sich Wasser in der Luft in Wassertropfen um, sofern das Wasser in Kontakt mit einem Objekt tritt, dessen Temperatur nicht höher als der Taupunkt ist. Erreicht die Außenlufttemperatur 5°C oder weniger, so läge der Verdampfer im Heizbetrieb bei –5°C bis –10°C und das Wasser in der Luft, das in Kontakt mit dem Wärmetauscher 5 im Außenbereich gelangt, friert auf der Oberfläche ein, so dass der Wärmetauscher 5 im Außenbereich eingefroren ist.
Deshalb findet im Abtaubetrieb der umgekehrte Zyklus statt. Genauer gesagt wird der Betriebszyklus während des Heizbetriebs vorübergehend in einen Kühlzyklus umgeschaltet, so dass der Wärmetauscher 5 im Außenbereich als Kondensator zur Wärmeabstrahlung verwendet wird und der Frost somit beseitigt wird. Auf diese Weise wird es mittels der beiden Vorgänge mit um fünf Minuten verlängerter Betriebsdauer des Kompressors 1 möglich, die Betriebsdauer des Wärmetauschers 5 im Außenbereich in dem Zustand, in dem dieser sich kurz vor einer Abtauanforderung befindet, zu reduzieren und folglich wird die Heizeffizienz der Klimaanlage verbessert. Dies erniedrigt die Betriebskosten des gesamten Gerätes (Erniedrigung des Leistungsverbrauchs) und zusätzlich lässt sich dem Green-House-Effekt (Erniedrigung der Menge ausgestoßenen CO₂) vorbeugen.
Die Steuereinheit 20 ermittelt in Schritt SP9, ob die detektierte Temperatur die eingestellte Temperatur +6°C übersteigt (gemessene Temperatur – eingestellte Temperatur = 6°C). Ist dies der Fall, d. h. „JA", wird das Kompressorrelais 24 umgeschaltet und für drei Minuten eingeschaltet gelassen sowie erneut umgeschaltet und für acht Minuten ausgeschaltet gelassen, um den Betriebsmodus in einen zweiten Zwischenbetriebsmodus zu schalten, in dem der Kompressor 1 wiederholt so betrieben wird, dass dieser drei Minuten betrieben wird und acht Minuten ruht (Schritt SP12). In Schritt SP13 ermittelt die Steuereinheit 20, ob der Zyklus aus drei Minuten Betrieb und acht Minuten Ruhen im zweiten Zwischenbetriebsmodus zehnmal wiederholt wurde und falls dem so ist, wird in Schritt SP14 der Zwischenbetrieb mit der um fünf Minuten verlängerten Betriebsdauer des Kompressors 1 zweimal wiederholt. Ähnlich wie im oben beschriebenen Schritt SP7 wird die Notwendigkeit des Abtauens in Schritt SP15 am Ende der Verlängerungszeit von fünf Minuten ermittelt und falls ein Abtauen erforderlich ist, wird der Abtauvorgang in Schritt SP16 durchgeführt.
Die Steuereinheit 10 ermittelt in Schritt SP10, ob die Temperatur die eingestellte Temperatur +9°C übersteigt (gemessene Temperatur – eingestellte Temperatur = 9°C), zumal die Raumtemperatur im zweiten Zwischenbetriebsmodus ansteigt, und falls die Steuereinheit 10 zum Ergebnis kommt, dass die eingestellte Temperatur +9°C überschritten ist, stoppt die Steuereinheit 20 die Leistungsversorgung des Kompressors 1 über das Kompressorrelais 24.
Wird der Zwischenbetrieb mit der um fünf Minuten verlängerten Betriebsdauer des Kompressors 1 in den Schritten SP6 und SP14 zweimal wiederholt, führt die Steuereinheit 20 den ursprünglichen Zwischenbetrieb mit der auf drei Minuten zurückgestellten Betriebsdauer des Kompressors 1 durch, wobei der Zwischenbetrieb mit der dreiminütigen Betriebsdauer des Kompressors 1 zehnmal wiederholt wird, wonach der Zwischenbetrieb mit der um fünf Minuten verlängerten Betriebsdauer des Kompressors 1 erneut zweimal wiederholt wird und in den Schritten SP7 und SP15 ermittelt wird, ob ein Abtauen des Wärmetauschers im Außenbereich 5 erforderlich ist oder nicht.
Liegt die Außenlufttemperatur bei der Klimaanlage dieser Ausführungsform höher als eine bestimmte Temperatur, blockiert die Steuereinheit 20 den Zwischenbetrieb mit der um fünf Minuten verlängerten Betriebsdauer des Kompressors 1. Ist die Außenlufttemperatur verhältnismäßig hoch, so ist der Wärmetauscher im Außenbereich 5 nahezu von Frost befreit und folglich ist ein Abtauvorgang nicht erforderlich. Deshalb ist es nicht erforderlich, im Rahmen der um fünf Minuten verlängerten Betriebsdauer des Kompressors zu ermitteln, ob ein Abtauen notwendig ist oder nicht. Folglich wird die Betriebsdauer des Kompressors 1 nicht um fünf Minuten verlängert und die Raumtemperatur wird mittels der gewöhnlichen drei Minuten Zwischenbetrieb des Kompressors 1 in der Nähe der eingestellten Temperatur stabilisiert.
Oben beschriebene Steuerung betrifft das Umschalten des Betriebsmodus, falls die vom Raumtemperatursensor 6 detektierte Temperatur ansteigt. Die Steuerung mit abnehmender detektierter Temperatur ist wie folgt. Sinkt die detektierte Temperatur von der eingestellten Temperatur +9°C (nach Beendigung des Betriebs des Kompressors 1) unterhalb der eingestellte Temperatur +9°C, betreibt die Steuereinheit 10 den Kompressor 1, dessen Betrieb gestoppt wurde, im zweiten Zwischenbetriebsmodus mit drei Minuten Betrieb/acht Minuten Ruhen (Schritt SP12). Sinkt die vom Temperatursensor 9 detektierte Temperatur ab und wird die detektierte Temperatur selbst im zweiten Zwischenbetriebsmodus kleiner als die eingestellte Temperatur +6°C, schaltet die Steuereinheit 10 den Betriebsmodus des Kompressors 1 in den ersten Zwischenbetriebsmodus um, in dem der Kompressor wiederholt mit drei Minuten Betrieb/drei Minuten Ruhen betrieben wird. Sinkt die vom Temperatursensor 6 detektierte Temperatur im ersten Zwischenbetriebsmodus zunehmend ab und wird die detektierte Temperatur kleiner als die eingestellte Temperatur +3°C, schaltet die Steuereinheit 10 den Betriebsmodus in einen kontinuierlichen Betriebsmodus um, in dem der Kompressor 1 kontinuierlich betrieben wird (Schritt SP3).
Somit schaltet die Steuereinheit 10 den Betriebsmodus des Kompressors 1 in der Klimaanlage dieser Ausführungsform basierend auf der Differenz zwischen der eingestellten Temperatur und der vom Temperatursensor 6 detektierten Temperatur zur Abstimmung der Heizfähigkeit um, so dass die Raumtemperatur stabil in der Nähe der eingestellten Temperatur angepasst werden kann.
Obwohl die Steuereinheit 10 in obiger Ausführungsform die Leistungsversorgung zum Kompressor 1 gemäß der von dem Temperatursensor im Innenbereich detektierten Temperatur steuert, kann die Zeitvorgabe zum Umschalten des Zwischenbetriebs mit um fünf Minuten verlängerter Betriebsdauer des Kompressors 1 abhängig von der Ausgabe der Schaltung 26 zum Detektieren der Temperatur im Außenbereich umgeschaltet werden. Genauer gesagt kann die Anzahl von Wiederholungen des Zwischenbetriebs des Kompressors 1, welche den Zeitablauf des Zwischenbetriebs mit um fünf Minuten verlängerter Betriebsdauer des Kompressors 1 festlegt, reduziert werden, falls die Temperatur im Außenbereich absinkt.
In oben beschriebenem Beispiel findet der Zwischenbetrieb mit um fünf Minuten verlängerter Betriebsdauer des Kompressors 1 nach zehnmaligem Wiederholen des Betreibens/Ruhens des Kompressors 1 statt. Ist die Temperatur im Außenbereich vergleichsweise hoch, kann der Zwischenbetrieb mit um 5 Minuten verlängerter Betriebsdauer des Kompressors 1 nach fünfmaligem wiederholten Betreiben/Ruhen des Kompressors 1 durchgeführt werden. Genauer gesagt wird der Zyklus zum Ermitteln der Notwendigkeit des Abtauens bei größerer Wahrscheinlichkeit eines eingefrorenen Wärmetauschers 1 verkürzt, so dass die Betriebsdauer des Zustands, in dem der Wärmetauscher ein Abtauen erfordert, reduziert werden kann.
Nach Eintritt in den ersten Zwischenbetriebsmodus steigt die seitens des Temperatursensors 6 detektierte Temperatur möglicherweise an, bevor der dreiminütige Betrieb/das dreiminütige Ruhen des Kompressors 1 zehnmal wiederholt wurden und der Betriebsmodus wird in den zweiten Zwischenbetriebsmodus umgeschaltet. In einem derartigen Fall lässt sich der Zwischenbetrieb mit um fünf Minuten verlängerter Betriebsdauer des Kompressors durchführen, falls im Kompressor 1 drei Minuten Betrieb/acht Minuten Ruhen im zweiten Zwischenbetriebsmodus zehnmal wiederholt wurden.
Der Zwischenbetrieb mit um fünf Minuten verlängerter Betriebsdauer des Kompressors 1 kann durchgeführt werden, falls die Anzahl der Zwischenbetriebsvorgänge des Kompressors 1 in den ersten und zweiten Zwischenbetriebsmodi die Zahl 10 erreicht.
Falls die Raumtemperatur im Zwischenbetrieb mit um fünf Minuten verlängerter Betriebsdauer des Kompressors 1 ansteigt, lässt sich die Ruhezeit des Kompressors 1 etwa von drei auf fünf oder acht Minuten verlängern, so dass die Raumtemperatur ebenso während der Ruhezeit des Kompressors 1 stabil gehalten wird.
7 zeigt ein Blockdiagramm eines Aufbaus einer Klimaanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In der in 1 bis 6 gezeigten Ausführungsform wurde die Erfindung auf eine Nicht-Inverter-Klimaanlage übertragen. Die in 7 gezeigte Ausführungsform stellt die auf eine Inverter-Klimaanlage übertragene Erfindung dar.
In 7 weisen die Steuereinheit 10 für die Inneneinheit B, die Raumtemperaturdetektierschaltung 11, die Raumtemperatureinstellschaltung 12, das Schaltelement 14 für den Ventilator im Innenbereich, die Steuerschaltung 20 für die Außeneinheit A, die Stromdetektierschaltung 21, die Schaltung 25 zum Detektieren der Temperatur des Wärmetauschers im Außenbereich, die Schaltung 26 zum Detektieren der Außentemperatur, das Vier-Wege-Schaltventil Relais 22 und der Ventilator im Außenbereich 23 denselben Aufbau wie in 2 auf. Da die Klimaanlage vom Inverter-Typ ist, sind zusätzlich eine Leistungsversorgungssteuereinheit 30, eine Gleichrichterschaltung 17, eine Boosterschaltung 18 und ein Inverter 19 vorgesehen. Die Leistungsversorgungssteuereinheit 30 steuert in der Boosterschaltung 18 und dem Inverter 19 basierend auf einem Steuersignal der Steuereinheit 20 die Umwandlung einer DC Spannung in eine AC Spannung. Die Gleichrichterschaltung 17 richtet die AC Leistung (Stromversorgungsnetz) in eine DC Spannung gleich, welche der Boosterschaltung 18 zugeführt wird. Die Boosterschaltung 18 erhöht die gleichgerichtete DC Spannung, der Inverter 19 wandelt die erhöhte DC Spannung in ein AC Signal um und stellt das Signal der Motorspule des Kompressors 1 bereit.
8 zeigt eine mit dem Abtauvorgang gemäß dieser weiteren Ausführungsform der Erfindung verknüpfte Darstellung und 9 zeigt die Betriebszustände im Heizbetrieb der Klimaanlage gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung.
In dieser Ausführungsform wird die Anzahl der Drehungen des Kompressors 1 über die Temperaturdifferenz zwischen der eingestellten Temperatur und der seitens des Temperatursensors 6 detektierten Temperatur gesteuert. Steigt die Differenz zwischen der eingestellten Temperatur und der seitens des Temperatursensors 9 detektierten Temperatur, wie in 9 gezeigt, an, steuert die Steuereinheit 20 die Leistungsversorgungssteuereinheit 30, sodass die Frequenz vom Inverter 19 allmählich abnimmt. Nimmt die vom Inverter 19 erzeugte Frequenz allmählich ab, nimmt auch die Anzahl der Drehungen des Kompressors 1 allmählich von F6 → F5 → F4 → F3 → F2 → F1 ab (F6 > F5 > F4 > F3 > F2 > F1).
Ist die detektierte Temperatur insbesondere geringer als die eingestellte Temperatur +1,5°C, wird die Anzahl der Drehungen des Kompressors 1 auf F6 eingestellt. Ist die detektierte Temperatur geringer als die eingestellte Temperatur +2°C, wird die Anzahl der Drehungen auf F5 eingestellt. Ist die detektierte Temperatur kleiner als die eingestellte Temperatur +4°C, wird die Anzahl der Drehungen des Kompressors auf F1 eingestellt und der Betrieb fortgesetzt. Ist die detektierte Temperatur kleiner als die eingestellte Temperatur +4°C, wird der Zwischenbetrieb mit drei Minuten Betrieb und drei Minuten Ruhen ausgeführt. Ist die detektierte Temperatur kleiner als die eingestellte Temperatur +6°C, wird die Anzahl der Drehungen des Kompressors 1 auf F1 eingestellt und der zweite Zwischenbetrieb mit drei Minuten Betrieb und acht Minuten Ruhen ausgeführt. Wurde der zweite Zwischenbetrieb viermal wiederholt oder ist die detektierte Temperatur nicht kleiner als die eingestellte Temperatur +6°C, wird der Betrieb des Kompressors 1 gestoppt.
Wurde in dieser Ausführungsform das dreiminütige Betreiben und dreiminütige Ruhen des Kompressors 1 im ersten Zwischenbetriebsmodus zehnmal wiederholt, wird der Zwischenbetrieb mit um fünf Minuten verlängerter Betriebsdauer des Kompressors 1 zweimal wiederholt. Ist die Betriebsdauer des Kompressors 1 um fünf Minuten verlängert, wird ermittelt, ob ein Abtauen des Wärmetauschers 5 im Außenbereich erforderlich ist oder nicht. Ist ein Abtauen erforderlich, wird ein Abtauvorgang durchgeführt. In dieser Ausführungsform ist die Klimaanlage jedoch vom Invertertyp. Deshalb hängt der Bereich, der einen Abtaubetrieb erfordert, davon ab, ob die vom Inverter 19 erzeugte Frequenz in einem niedrigen Frequenzband oder in einem hohen Frequenzband liegt. Deshalb führt die Steuereinheit 20 den Abtaubetrieb abhängig davon aus, ob die Beziehung zwischen der Lufttemperatur im Außenbereich und der Temperatur des Wärmetauschers 5 im Außenbereich innerhalb des ein Abtauen erfordernden Bereichs liegt, wobei der Bereich mittels der vom Inverter 19 erzeugten Frequenz festgelegt wird, siehe 8. In 8 entspricht der Abtaubereich a einer kleinen Antriebsversorgungsleistungsfrequenz des Kompressors 1 und der Abtaubereich b entspricht einer großen Antriebsversorgungsleistungsfrequenz des Kompressors 1.
Somit wird in dieser Ausführungsform die Notwendigkeit eines Abtauens des Wärmetauschers 5 im Außenbereich ebenso im Zwischenbetrieb mit um fünf Minuten verlängerter Betriebsdauer des Kompressors 1 ermittelt. Folglich lässt sich wie bei der Klimaanlage vom Nicht-Inverter-Typ mit hoher Genauigkeit ermitteln, ob ein Abtauen des Wärmetauschers 5 im Außenbereich erforderlich ist oder nicht.
Selbst falls der Betriebsmodus in einer gewöhnlichen Inverter-Klimaanlage in den zweiten Zwischenbetrieb umgeschaltet wird, fällt die Raumtemperatur in kurzer Zeit ab und der Betriebsmodus kehrt zum ersten Zwischenbetrieb zurück, und damit wird der Betrieb des Kompressors 1 in den meisten Fällen nicht gestoppt (vollständig gestoppt).
Bei der Klimaanlage dieser Ausführungsform wird die dem Kompressor 1 zugeführte Ansteuerleistung selbst bei kontinuierlichem Betrieb des Kompressors 1 vorübergehend zu jeder bestimmten Zeitperiode vergrößert, um vorübergehend die Heizfähigkeit und ebenso die Menge des an der Wärmetauschereinheit im Außenbereich anhaftenden Frosts zu erhöhen. Was das Verfahren zum Erhöhen der dem Kompressor 1 bereitgestellten Ansteuerleistung betrifft, kann der Kompressor 1 beispielsweise kontinuierlich über 40 Minuten mit der Ansteuerfrequenz F1 betrieben werden und dieser wird lediglich für fünf Minuten mit der Betriebszahl F3 betrieben. Befindet sich der Wärmetauscher 5 in einem solchen Zustand, in dem ein Abtauen fast erforderlich ist, so geht dieser unmittelbar in den Zustand über, in dem ein Abtauen erforderlich ist. Deshalb wird der Betriebsmodus verkürzt, in dem der Wärmetauscher in einem solchen Zustand ist, in dem eine Abtauanforderung kurz bevorsteht, und dadurch lässt sich die Betriebseffizienz der Klimaanlage verbessern. Dies reduziert die Betriebskosten der Klimaanlage insgesamt und trägt zur Vorbeugung des Green-House-Effektes (Erniedrigung des CO₂ Ausstoßes) bei.
Für den Kompressor 1 können ein Induktionsmotor oder ein DC Motor eingesetzt werden. Im Folgenden wird für beide Fälle beschrieben, wie der Inverter 19 der Motorspule des Kompressors 1 Leistung über die von der Gleichrichterschaltung 17 gleichgerichtete DC Spannung bereitstellt.
Wird ein Induktionsmotor zur Erhöhung der Anzahl der Drehungen des Kompressors 1 und zur Erhöhung der Heizfähigkeit verwendet, sollte die dem Kompressor 1 bereitzustellende Ansteuerfrequenz erhöht werden und ebenso sollte die Pulsbreite einer PWM (Pulsweitenmodulation, Puls Width Modulation)-Steuerung durch den Inverter 19 vergrößert werden, sodass die dem Leistungskompressor 1 bereitgestellte Ansteuerspannung erhöht wird und damit auch der Ansteuerstrom ansteigt, was zu einer höheren Ansteuerleistung führt. Somit wird die Ansteuerfrequenz und die Ansteuerspannung durch die sogenannte PWM-Steuerung des Inverters vergrößert.
Wird ein DC Motor zur Erhöhung der Anzahl der Drehungen des Kompressors 1 und zur Verbesserung der Heizfähigkeit verwendet, ist es not wendig, die dem Kompressor 1 bereitzustellende Leistung zu vergrößern. Wird als Gleichrichterschaltung 17 eine Gleichrichterschaltung mit Spannungsverdopplung verwendet, lässt sich eine Spannung von ungefähr DC 280 V erzielen. Soll der Kompressor 1 mit einer höheren Spannung angesteuert werden, wird die DC Spannung über die Boosterschaltung 18 erhöht. Soll der Kompressor 1 mit einer geringeren Spannung angesteuert werden, wird das Einschaltverhältnis zwischen der Einzeit und der Auszeit über den Inverter 19 geändert. Gewöhnlich wird die Ein/Aus-Frequenz als 3 kHz oder 5 kHz gewählt. Alternativ hierzu lässt sich der Leistungsfaktor durch PAM (Puls-Amplituden-Modulation)-Steuerung über die Boosterschaltung 18 verbessern, so dass die dem Kompressor 1 bereitgestellte Leistung ansteigt.
Die PWM-Steuerung und die PAM-Steuerung des Inverters stellen bekannte Verfahren dar, die beispielsweise in JP 59-181973 und 6-105563 beschrieben sind. Deshalb wird an dieser Stelle auf eine detaillierte Beschreibung derselbigen verzichtet.
Somit lässt sich in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Ermittlung, ob ein Abtauvorgang erforderlich ist oder nicht, mit hoher Genauigkeit durchführen. Folglich kann die Referenz zum Ermitteln der Notwendigkeit eines Abtauens präzise eingestellt werden und damit die Wahrscheinlichkeit eines Leerlaufbetriebs reduziert werden.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Betriebsdauer des Kompressors bei den Ausführungsformen der Erfindung selbst bei einem im Zwischenbetrieb betriebenen Kompressor mit bestimmter Zeitvorgabe länger eingestellt und damit kann selbst im Zwischenbetrieb mit hoher Genauigkeit ermittelt werden, ob ein Abtauen des Wärmetauschers erforderlich ist oder nicht.
Da der Kompressor folglich mit hoher Leistung angesteuert wird, lässt sich der Wärmetauscher schnell in einen Zustand bringen, der ein Abtauen erfordert, falls sich der Wärmetauscher im Außenbereich in einem solchen Zustand befindet, der kurz vor einer Abtauanforderung steht. Somit lässt sich die Betriebsdauer des Wärmetauschers in einem solchen Zustand verkürzen, in dem der Wärmetauscher kurz vor einer Abtauanforderung steht, und hierdurch kann die Betriebseffizienz der Klimaanlage verbessert werden. Da die Notwendigkeit eines Abtauens sehr präzise ermittelt werden kann, lässt sich die Referenz zum Ermitteln der Notwendigkeit des Abtauens exakt einstellen und folglich kann die Wahrscheinlichkeit eines Leerlaufbetriebs weiter reduziert werden.

Claims

Klimaanlage mit Heizbetrieb, umfassend: ein in einem Innenbereich vorgesehener erster Wärmetauscher (3); ein in einem Außenbereich vorgesehener zweiter Wärmetauscher (5); eine Raumtemperaturdetektiereinrichtung (6) zum Detektieren einer Raumtemperatur; eine Temperatureinstelleinrichtung (12) zum Einstellen der Raumtemperatur; ein Kompressor (1) zum Umwälzen eines Kühlmittels zum ersten und zweiten Wärmetauscher (3, 5); eine Abtaueinrichtung (1, 2, 3, 4, 5) zum Abtauen des zweiten Wärmetauschers (5) und zum Entfernen von am zweiten Wärmetauscher (5) anhaftenden Frosts; und eine Steuereinrichtung (10, 20) zum Steuern der dem Kompressor (1) bereitgestellten Leistung basierend auf einer von der Raumtemperaturdetektiereinrichtung (6) detektierten Raumtemperatur und einer von der Temperatureinstelleinrichtung (12) eingestellten Raumtemperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10, 20) die dem Kompressor (1) bereitgestellte Leistung mit bestimmter Zeitvorgabe erhöht und danach bestimmt, ob ein Abtauen erforderlich ist oder nicht und bei erforderlichem Abtauen die Abtaueinrichtung (1, 2, 3, 4, 5) zum Abtauen betreibt.
Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung den Kompressor durchgehend betreibt bis die detektierte Raumtemperatur nahe zur eingestellten Raumtemperatur gelangt, einen Zwischenbetrieb durchführt, in dem ein Betreiben und Ruhen des Kompressors wiederholt werden sofern die detektierte Temperatur nahe zur eingestellten Temperatur gelangt und wobei während des Zwischenbetriebs die Betriebsdauer des Kompressors im Zwischenbetrieb auf eine bestimmte Dauer unabhängig von der mit der bestimmten Zeitvorgabe detektierten Raumtemperatur und der eingestellten Raumtemperatur geändert wird.
Klimaanlage nach Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung die Betriebsdauer nach einer vorgeschriebenen Zeitdauer ab Beginn des Zwischenbetriebs ändert.
Klimaanlage nach Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung die Betriebsdauer ändert sofern eine Dauer der Wiederholung des Betriebs und Ruhens des Kompressors eine bestimmte Zahl erreicht.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung den Zwischenbetrieb mit der mit einer bestimmten Häufigkeit geänderten Betriebsdauer durchführt und zum Zwischenbetrieb basierend auf der detektierten Temperatur und der eingestellten Temperatur zurückkehrt.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zusätzlich aufweisend: eine Außenlufttemperaturdetektiereinrichtung zum Detektieren der Außenlufttemperatur, wobei die Steuereinrichtung eine Änderung der Betriebsdauer blockiert, falls die von der Außenlufttemperaturdetektiereinrichtung detektierte Außenlufttemperatur nicht höher als eine bestimmte Temperatur ist.
Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung eine Amplitude der dem Kompressor bereitgestellten Leistung nach einer vorgeschriebenen Zeitdauer ab Beginn des Betriebs des Kompressors ändert.
Klimaanlage nach Anspruch 7, aufweisend eine Außenlufttemperaturdetektiereinrichtung zum Detektieren der Außenlufttemperatur, wobei die Steuereinrichtung eine Änderung der Amplitude der Leistung blockiert, falls die von der Außenlufttemperaturdetektiereinrichtung detektierte Außenlufttemperatur nicht höher als eine bestimmte Temperatur ist.
Klimaanlage nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Kompressor die dem Kompressor bereitgestellte Amplitude der Leistung durch Ändern der Spannung oder Frequenz einer Betriebsleistungsversorgung für einen Induktionsmotor ändert.
Klimaanlage nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Kompressor durch einen DC Motor betrieben wird, und die Steuereinrichtung das Einschaltverhältnis zwischen Ein und Aus oder eine Spannung einer Betriebsleistungsversorgung für den DC Motor ändert.