JP2870936B2

JP2870936B2 - 空気調和機の運転制御装置

Info

Publication number: JP2870936B2
Application number: JP2044871A
Authority: JP
Inventors: 正則小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1999-03-17
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: JPH03247940A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明の空気調和機の運転制御装置は、熱電変換素子
（電子冷凍素子もしくはペルチェ効果素子）を利用し
た、小型空調機の運転時における着霜の検出、除霜およ
びその終了検出を行うことにより、より効率的、低温性
能の良好な空気調和機の運転制御の実現を図ることを目
的とするものである。

従来の技術従来熱電変換素子を用いた空調機器として代表的な除
湿装置は、例えば実開昭61-136234号公報に記載されて
いるような構成であり、屋外などに設置された電力用操
作盤・接続用ターミナル箱内などに設置されていた。そ
の構成は第12図に示すようになっていた。以下第12図を
中心に従来のこの種の除湿装置について説明する。すな
わち、ペルチェ効果素子１の冷却面および放熱面はそれ
ぞれ冷却用熱交換器２および放熱用熱交換器３に対して
熱的に取り付けられており、ペルチェ効果素子１に通電
することにより、冷却用熱交換器２および放熱用熱交換
器３は冷却もしくは加熱されている。さらに、これらペ
ルチェ効果素子１・冷却用熱交換器２・放熱用熱交換器
３は、筒状の本体ケース４に組み込まれている。この本
体ケース４は風回路を構成しており、その下部には吸気
口５が設置されており、本体ケース４の上部には排気口
６が設けてある。排気口６には、空気循環効率を良くす
るために送風機７が設けられていた。すなわち、吸気口
５より吸気した高湿度の空気は、冷却用熱交換器２によ
り露点温度以下に冷却され、空気中の水蒸気は冷却用熱
交換器２の表面に結露する。除湿乾燥後の空気は、送風
機７により、排気口６から電源盤内に排気循環される。
以後、この循環を繰り返すことにより、限定された空間
（電源盤内）の絶対湿度を下げている。なお、冷却用熱
交換器２の表面に結露した除湿水（ドレン水）は、水受
け皿８に滴下し、排水パイプ９により電源盤外に排出さ
れる。さらに、本体ケース４の外面には、電源盤内の湿
度検出用の湿度センサ10が設置されている。この湿度セ
ンサ10を駆動する制御回路およびペルチェ効果素子１を
駆動する電源回路11が、水受け皿８の下部に設けられて
いた。すなわち、湿度センサ10により電源盤内部の湿度
を計測し、高湿度時のみペルチェ効果素子１を駆動する
ことにより、間欠運転を実現するものであった。また、
本例にて紹介した、除湿装置以外にも、電子冷凍素子が
用いられており、小型クーラーなどの冷風装置や小型冷
蔵庫などにも、同様の構成にて実現化されていた。

発明が解決しようとする課題前記のような空気調和機（除湿装置）では、下記のよ
うな課題があった。たとえば、除湿装置においては冷却
用熱交換器の表面温度を露点温度以下に保つ必要がある
が、周囲温度が低温時においては、露点温度が凍結温度
以下に下がり、熱交換器表面に於いて着霜する。このた
め、熱交換器の性能が低下し、空調機としての性能が低
下してしまう場合があった。また、冷風装置や小型冷蔵
庫などにおいても、同様に熱交換器に低温時においては
着霜する。その結果、この種の熱電変換素子を利用した
空調機は、低温時に使用できないといった課題があっ
た。また、着霜が発展するとともに、空調機としての能
力が低下していた。着霜時の除霜として、たとえば、実
開昭63-34931公報に記載されているように、熱電変換素
子への電流の方向を反転切り替える方法などがあるが、
除霜運転時に電流を瞬時に反転することにより、熱電変
換素子の熱変化により、膨張収縮を招き、熱電変換素子
の機械的破壊を起こすといった課題を持っていた。

課題を解決するための手段従来、この種の空気調和機に見られた上記のような問
題点を解決するために、本発明の空調機の運転制御装置
では、冷却用熱交換器の温度を検出する検出部を設け、
温度検出部の信号に基づいて熱電交換素子に連通する電
流を制御する電源部を設けたものである。また、本発明
は、冷却用熱交換器の温度を検出するにあたって、運転
開始時より所定時間間隔ごとに冷却用熱交換器の温度を
検出する温度検出部を設け、所定時間毎にのみ、温度と
時間の両者により除霜運転を行うものである。また、本
発明は、温度検出部として熱電変換素子に発生する熱発
電電圧により、冷却用熱交換器温度を検出する検出部を
設けたものである。また、本発明は、除霜時において、
熱電変換素子に流す電流の方向を、通常運転時と除霜時
において反転する時に電流を遮断する所定の時間遅れを
設けたものである。また、本発明は、除霜時において、
熱電変換素子に流す電流値を、少なくとも除霜時におい
ては、通常除湿時の運転電流値以下に制限したものであ
る。また、本発明は、除霜時において、送風手段を間欠
運転するものである。また、本発明は、除霜時におい
て、少なくとも送風手段を通常運転時より小能力運転
（風量制御）状態にて運転するものである。さらに、本
発明は、熱電変換素子に発生する電圧値により、除霜が
終了したことを検出するものである。

作用上記手段による作用は、以下の通りである。本発明
は、冷却用熱交換器の温度を検出する検出部を設け、冷
却用熱交換器の温度を検出することにより、着霜を検出
し、熱電変換素子に通電する電流を制御することによ
り、除霜運転を行ない、低温時での空調機能力を高める
ものである。また、本発明は、冷却用熱交換器の温度を
検出するにあたって、運転開始時より一定時間間隔ごと
に温度を検出し、低温時での運転率を高めるものであ
る。また、本発明は、温度検出部として、熱電変換素子
に発生する熱発電電圧により、冷却用熱交換器の温度を
検出することにより、温度検出部を不用とするものであ
る。また、本発明は、除霜時において、熱電変換素子に
流す電流の方向を、通常運転時と除霜時において反転す
る時に時間遅れを設けたことにより、熱電素子に発生す
る熱ストレスを低減するものである。また、本発明は、
除霜時において、熱電変換素子に流す電流値を、すくな
くとも通常運転時の運転電流値以下に制限することによ
り、熱電素子における異常温度上昇を防止し、熱電素子
の破壊を防止するものである。また、本発明は、除霜時
において、送風手段を間欠運転することにより、冷却用
熱交換器に着霜した水分が再蒸発することを防止するも
のである。また、本発明は、除霜時において、少なくと
も送風手段を通常運転時より小能力運転（風量制御）状
態にて運転することにより、冷却用熱交換器に着霜した
水分が再蒸発することを防止するものである。さらに、
本発明は、熱電変換素子に発生する熱発電電圧値によ
り、除霜が終了したことを検出するものである。

実施例以下、本発明の一実施例について図面を参考に説明す
る。まず、第１図により、本発明の第１の実施例につい
て説明する。同図において、熱電変換素子（ペルチェ効
果素子）１の冷却面および放熱面はそれぞれ冷却用熱交
換器２および放熱用熱交換器３に対して熱的および機械
的に取り付けられており、ペルチェ効果素子１に通電す
ることにより、冷却用熱交換器２および放熱用熱交換器
３は冷却もしくは加熱されている。さらに、これらペル
チェ効果素子１・冷却用熱交換器２・放熱用熱交換器３
は、筒状の本体ケース４に組み込まれている。この本体
ケース４は風回路を構成しており、その下部には吸気口
５が設置されており、本体ケース４の上部には排気口６
が設けてある。排気口６には、空気循環効率を良くする
ために送風機７が設けられていた。すなわち、吸気口５
より吸気した高湿度の空気は、冷却用熱交換器２により
露点温度以下に冷却され、冷却用熱交換器２の表面に結
露する。除湿後の空気は、送風機７により、排気口６か
ら排気循環される。以後、この循環を繰り返すことによ
り、除湿を行い、湿度を下げている。なお、冷却用熱交
換器２の表面に結露した除湿水（ドレン水）は、水受け
皿８に滴下し、排水パイプ９により排出される。さら
に、本体ケース４の外面には、電源盤内の湿度検出用の
湿度センサ10が設置されている。この湿度センサ10を駆
動する制御回路およびペルチェ効果素子１を駆動する電
源回路11が、水受け皿８の下部に設けられている。ま
た、温度検出素子12は、例えば、サーミスタのような感
温素子であり、冷却用熱交換器２の表面温度を検出する
ように取り付けられている。上記構成において、熱電変
換素子（ペルチェ効果素子）１に電流を通電し、運転す
ることにより、冷却用熱交換器２の温度が低下し、露点
温度以下に低下し、空気中の水分が結露を始める。ここ
で周囲温度が低い状態であれば冷却用熱交換器２の表面
において、凍結を始める。この状態に於いては、冷却用
熱交換器２と空気との熱交換が十分行われないために、
空気調和機としての能力が急速に低下を始める。そこ
で、温度検出素子12によって、冷却用熱交換器２の温度
を検出し、凍結温度以下に低下した際には、熱電変換素
子（ペルチェ効果素子）１に通電する電流値を制御す
る。これにより、熱電変換素子（ペルチェ効果素子）１
による冷却用熱交換器２の温度低下は制御され、着霜を
防止することができる。なお、電流制御技術について
は、既知の技術であり、特に説明しないが、熱電変換素
子（ペルチェ効果素子）１に通電する電流は直流電流で
あり、トランジスタなどの半導体による制御により容易
に実現できる。次に第２図および第３図をもちいて、本
発明の第２の実施例について説明する。以後、前記実施
例と同一のものについては、同一の符号を付与して説明
を省略する。第２図において、温度検出素子12は電圧比
較器13の負入力に接続されている。また、電圧比較器13
の出力端子は、タイマ回路14のRESET端子に接続されて
いる。このRESET端子は、電圧比較器13の出力が立ち下
がりエッジにて、タイマ回路14をクリヤするものであ
る。また、タイマ回路14の出力端子は、トランジスタ15
のベースに接続されており、トランジスタ15のコレクタ
は、電圧比較器13の出力端子に接続されている。タイマ
回路14の出力端子は、通常HIレベルであり、トランジス
タ15はONしていいるが、所定の時間カウントを行うと、
タイマ回路14の出力端子は、LOとなり、トランジスタ15
はOFFする。第３図において、この動きを説明する。冷
却用熱交換器２の温度を温度検出素子12が所定の温度よ
り、低いことを検出した場合、電圧比較器13の出力はHI
レベルとなる。一方、タイマ回路14は、電源投入時にリ
セットされており、所定の時間（タイマがカウントUP）
が経過するまでは、タイマ回路14の出力トランジスタ15
をLOレベルに引き込んでおり、この間は冷却用熱交換器
２の温度がどんな値であっても、温度出力はLOのままで
ある。一方、タイマ回路14のタイマがカウントUPする
と、タイマ回路14の出力トランジスタ15がHIレベルとな
って、温度検出素子12によって検出した、冷却用熱交換
器２によって温度出力が得られることになる。この温度
出力によって、制御装置は着霜を検出することができ
る。また、タイマ回路14は、温度出力がHIからLOへ変化
するとき、その立ち下がりエッジにより再度RESETされ
る。これにより、雰囲気温度が低温時にあっても、必要
以上に除霜運転を繰り返すことなく、低温時において
も、運転率を保てるものである。次に、第４図および第
５図を用いて、本発明の第３の実施例について説明す
る。熱電変換素子（ペルチェ効果素子）１は、外部より
温度差を与えると、ゼーベック効果により、熱発電を行
う。第４図に示すように、熱電変換素子１の両面の温度
差とそのときの端子起電圧は、比例関係にある。この特
性を用いて、第５図の構成の制御装置を構成する。本図
において、熱電変換素子（ペルチェ効果素子）１は、２
個のリレー駆動回路16により、駆動されるリレー接点17
aおよび17bのcommon端子を介して電源回路11に接続され
ている。一方、リレー接点17aおよび17bのNO端子は、電
圧変換回路18に接続されている。電圧変換回路18の出力
は、制御回路19に熱電変換素子（ペルチェ効果素子）１
によって発生する電圧を所定のコードに変換出力するＡ
−Ｄ変換器などにより、構成されている。この出力コー
ドは、マイクロコンピュータで構成される、制御回路19
に入力される。一方、リレー駆動回路16は、制御回路19
により制御されており、その制御回路19からの出力によ
って、リレー接点17aおよび17bを駆動し、制御回路19に
熱電変換素子（ペルチェ効果素子）１の電圧値を取り込
む。これによって、制御回路19は、必要な時にリレー駆
動回路16に対して、制御信号を出力することにより、リ
レー接点17aおよび17bを切り換えて、冷却用熱交換器２
と放熱用熱交換器３との温度差を検出することができ
る。一般に放熱用熱交換器３の送風量に対する冷却能力
差は固定であるから、この起電圧による温度差によっ
て、冷却用熱交換器２の温度を知ることかできるので、
温度による除霜運転を行うことができる。次に、第６図
を用いて、本発明の第４の実施例について説明する。同
図において、熱電変換素子（ペルチェ効果素子）１は、
リレー接点17aおよび17bのCOMMON端子に接続されてお
り、NC端子は電源回路11に接続されている。一方、リレ
ー接点17aおよび17bはリレー駆動回路16により駆動され
ており、除霜検出回路20の出力により、リレー駆動回路
16はリレー接点17aおよび17bを反転する。ここで、除霜
検出回路20は、温度検出素子12および電圧比較器13など
で構成される、第２図のような、温度検出回路である。
この構成に於いて、温度検出素子12が所定の温度以下で
あることを検出すると、リレー駆動回路16に対して除霜
信号を送り、リレー接点17aおよび17bを反転する。これ
により、熱電変換素子（ペルチェ効果素子）１に流れる
電流の方向は反転する。これにより、通常冷却用熱交換
器２と放熱用熱交換器３が入れ替わり、冷却用熱交換器
２に着霜していた霜を熱電変換素子（ペルチェ効果素
子）１の放熱により、除霜することができるものであ
る。第６図の構成において、リレー接点17aおよび17bに
より、電流値を反転すると、熱電変換素子（ペルチェ効
果素子）１および冷却用熱交換器２および放熱用熱交換
器３においては、急激な温度変化を生じて、その熱スト
レスによって、熱電変換素子（ペルチェ効果素子）１が
破壊することがある。そこで、第７図のように熱電変換
素子（ペルチェ効果素子）に通電する電流の方向を反転
する場合には、所定の時間だけ、電流をOFFする。この
ための回路構成は、（特に図示せず）除霜信号を、リレ
ー駆動回路16とともに電源回路11に取り込み、電源回路
11において、反転時に出力を所定の時間だけOFFする様
にしている。次に、第８図をもちいて、本発明の第５の
実施例について説明する。同図において、21は、電源回
路11とリレー接点17bとの間に接続された抵抗器であ
る。すなわち、温度検出素子12が除霜条件を検出した場
合には、リレー駆動回路16にたいして、除霜信号を送信
する、これにより、リレー接点17aおよび17bは動作し、
熱電変換素子（ペルチェ効果素子）１における電流の方
向が反転する、抵抗器21によって電流値が制限されてい
るために、冷却用熱交換器２が放熱側となっても、異常
温度上昇して、熱電変換素子（ペルチェ効果素子）１が
破壊することはない。一般に、熱電変換素子（ペルチェ
効果素子）１のCOPは悪いために、冷却用熱交換器２の
大きさと放熱用熱交換器３の大きさは、数倍の放熱能力
差があるために、電流値を反転しただけであれば、冷却
用熱交換器２の温度が熱電変換素子（ペルチェ効果素
子）１の接合の限界温度を越えることがある。次に、第
９図を用いて、本発明の第６の実施例について説明す
る。除霜時において、送風機７を通常運転時と同一の風
量にて運転すると、冷却用熱交換器２に着霜した水分が
空気中に再蒸発されてしまい、空調機器としては、好ま
しくない、第９図に示すように、ON-OFFの間欠運転を行
うことにより、再蒸発を防止できるものである。なお、
この送風機７の間欠運転はSSRやリレーなどをもちいて
容易に実現できるものである。次に第10図を用いて、本
発明の第７の実施例について説明する。除霜時におい
て、送風機７を通常運転時と同一の風量にて運転する
と、冷却用熱交換器２に着霜した水分が空気中に再蒸発
されてしまい、空調機器としては、好ましくない、第10
図に示すように、風量を低減することにより、再蒸発を
防止できるものである。また、間欠運転時にSSRやリレ
ーなどによって、ON-OFF時に発生する、ノイズなどがな
い除霜制御が実現できる。なお、この送風機７の運転
は、モーターのタップ切り替えなどをもちいて容易に実
現できるものである。次に、第11図および第５図を用い
て、本発明の第８の実施例について説明する。第11図に
おいて、除霜運転中に、熱電変換素子（ペルチェ効果素
子）１の端子電圧を測定することにより、端子電圧が所
定の値以下に下がった場合には、冷却用熱交換器２の温
度と放熱用熱交換器３の温度差が十分小さくなった場合
であるので、除霜終了と判断して通常運転を行う。

発明の効果以上の実施例より明らかなように本発明は、熱電素子
（電子冷凍素子）を用いた、空気調和機において、冷却
用熱交換器に冷却用熱交換器の温度を検出する検出部を
設け、冷却用熱交換器の温度を検出することにより、着
霜を検出し、熱電変換素子に通電する電流を制御し、除
霜運転を行うことにより、空気調和機における、低温時
での空調機能力を高める効果が得られる。また、冷却用
熱交換器の温度を検出するにあたって、運転開始時より
一定時間間隔ごとに温度を検出し、温度検出時のみに、
除霜運転を行うことにより、必要以上に除霜運転を行わ
ないことが可能となり、低温時での空気調和機の運転率
を高める効果が得られる。また、温度検出部として、熱
電変換素子による熱発電電圧により、冷却用熱交換器の
温度を検出することにより、特別の温度検出部を不要と
なり、機器構成が簡略化できるといった効果が得られ
る。また、除霜時において、熱電変換素子に流す電流の
方向を、通常運転時と除霜時において反転し、かつ電流
を通常運転時の運転電流値以下に制御することにより、
熱電変換素子に発生する熱ストレスを防止しながら、除
霜を速やかに行うことができ、低温時での運転率を高め
ることができるといった効果が得られる。また、除霜時
において、熱電変換素子に流す電流の方向を、通常運転
時と除霜時において反転する時に時間遅れを設けたこと
により、熱電素子に発生する熱ストレスによって、熱電
素子が機械的に破壊することを防止できるといった効果
が得られる。また、除霜時において、熱電変換素子に流
す電流値を、少なくとも通常運転時の運転電流値以下に
制限することにより、冷却用および放熱用の熱交換器の
放熱能力差によって起こる、熱電素子の異常温度上昇を
防止することができ、空気調和機の信頼性を高めること
ができるといった効果が得られる。また、除霜時におい
て、送風手段を間欠運転することにより、冷却用熱交換
器に着霜した水分が再蒸発することなく、放熱用熱交換
器に蓄熱されていた熱エネルギーを伝熱により、冷却用
熱交換器に伝えることにより、効果的な除霜運転が実現
でき、省エネルギー運転が可能となるといった効果が得
られる。また、除霜時において、少なくとも送風手段を
通常運転時より、小能力運転（風量制御）状態にて運転
することにより、冷却用熱交換器に着霜した水分を再蒸
発させることなく、除霜運転を行うことができる。ま
た、送風機を停止しないために、誘導性のノイズが発生
しないといった効果が得られる。また、熱電変換素子の
両面に与えられている、冷却用熱交換器温度および放熱
用熱交換器温度の温度差によって発生する熱発電電圧値
が一定値以下に達した場合に、除霜が終了したことを検
出することにより、特別の温度検出部を不要とすること
ができ、機器の構成が簡易できるといった効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における空気調和機の断
面図、第２図は本発明の第２の実施例における空気調和
機の運転制御装置における回路図、第３図は同実施例に
おける空気調和機の運転制御装置における運転タイムチ
ャート、第４図は本発明の第３の実施例における熱電変
換素子の温度−電圧特性図、第５図は本発明の第３の実
施例における空気調和機の運転制御装置におけるブロッ
ク図、第６図は本発明の第４の実施例における空気調和
機の運転制御装置のブロック図、第７図は本発明の第４
の実施例における空気調和機の運転制御装置におけるタ
イムチャート、第８図は本発明における第５の実施例に
おける空気調和機の運転制御装置おけるブロック図、第
９図は本発明の第６の実施例における空気調和機の運転
制御装置の運転タイムチャート、第10図は本発明の第７
図の実施例における空気調和機の運転制御装置の運転タ
イムチャート、第11図は本発明の第８の実施例における
空気調和機の運転制御装置の運転タイムチャート、第12
図は従来例における空気調和機の運転制御装置の断面図
である。１……ペルチェ効果素子、２……冷却用熱交換器、３…
…放熱用熱交換器、12……湿度検出機能部、13……除湿
機能部、14……制御機能部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電変換素子と熱的に接合し、かつ前記熱
電変換素子により冷却した冷却用熱交換器と、前記熱電
変換素子の放熱用熱交換器と、前記両熱交換器に対する
送風手段と、前記冷却用熱交換器の温度を検出する温度
検出部とを具備し、前記温度検出部の信号に基づいて前
記熱電交換素子に通電する電流を通常運転時の運転電流
値以下に制御する電源部とから構成される空気調和機の
運転制御装置。
【請求項２】運転開始時より所定時間間隔ごとに冷却用
熱交換器の温度を検出する温度検出部を具備し、前記温
度検出部の信号に基づいて、熱電交換素子に通電する電
流を制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和
機の運転制御装置。
【請求項３】熱電変換素子に発生する熱発電電圧を検出
し、冷却用熱交換器温度を検出する検出部を具備したこ
とを特徴とする請求項１記載の空気調和機の運転制御装
置。
【請求項４】熱電変換素子に流す電流の方向を、通常運
転時と除霜時において反転する際に、電流を所定時間だ
け遮断した後に、通電方向を反転することを特徴とする
請求項１記載の空気調和機の運転制御装置。
【請求項５】熱電変換素子に流す電流の方向を通常運転
時と除霜時において反転し、かつ除霜時における電流値
を通常運転時の運転電流値以下に設定したことを特徴と
する請求項１記載の空気調和機の運転制御装置。
【請求項６】冷却用熱交換器に成長した霜を除霜する際
に、送風手段を間欠運転することにより、除霜運転する
ことを特徴とする請求項１記載の空気調和機の運転制御
装置。
【請求項７】冷却用熱交換器に成長した霜を除霜する際
に、送風手段を通常運転時より小能力運転することによ
り、除霜運転することを特徴とする請求項１記載の空気
調和機の運転制御装置。
【請求項８】熱電変換素子に発生する熱発電電圧知によ
り、冷却用熱交換器と放熱用熱交換器の温度差が所定値
以下であることを検出し、除霜を終了する請求項３記載
の空気調和機の運転制御装置。