JP4067130B2 - ヒートポンプにおける除霜制御 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、主にヒートポンプシステムの室外機コイルの除霜に関し、特に室外機コイルの除霜作用を適時に始動させる装置及び方法に関する。
従来の技術
空気を熱源とするヒートポンプシステムに関して最もよく生じる問題は、特定の室外環境条件において暖房運転を行った場合に室外機に霜が蓄積することである。室外機コイルに蓄積した霜は、絶縁作用を生じ、コイル内を流れる冷媒と周囲の媒体との間の熱伝達を減少させてしまう。これにより、室外機コイルに霜が蓄積してしまった場合には、ヒートポンプシステムは暖房容量を失い、システム全体の運転効率が低下してしまう。従って、このように霜が蓄積してしまう前に除霜を開始し、ヒートポンプの効率に好影響を与えることが望ましい。また、上記のように霜が蓄積される前に、室外機コイルの除霜を不要に始動しないことも望ましい。これは、室外機コイルの各除霜装置は、冷凍装置を逆動作させて熱っする必要のある箇所から熱を取り除くためである。
除霜を適時に行うために、異なる種類の除霜始動システムが利用されてきた。これらのシステムには、ヒートポンプシステム内の特定の温度条件を監視することも含まれている。上記温度条件は、一般に、特定の所定限度と比較される。該所定限度は、通常固定されており、ヒートポンプの運転状態の変化は考慮されない。
本発明の目的は、特定の温度測定を行い、これらの測定値と、検出した温度条件に対応するリアルタイムで計算した適切なしきい値と、を比較した後に初めて除霜動作を始動することである。
本発明のもう一つの目的は、除霜サイクル数が最小となるように除霜動作の始動を制御することである。除霜サイクル数の増加は、温度条件を、所定のしきい値と単に比較した結果、除霜を早く始動してしまった場合に起こり得る。単に所定のしきい値と比較するだけでは、必ずしも正確に除霜を行う必要性を反映しない。
本発明に係る上記及びその他の目的は、特定の検出温度に対して適切なしきい値をリアルタイムに基づいて計算し、除霜動作が必要な場合にのみこの動作を始動するヒートポンプシステムのためのプログラム化したコンピュータ制御を提供することである。このプログラム化したコンピュータ制御は、まず、ヒートポンプシステムの室内機コイルの最新温度を検出し、前回行われた室外機コイルの除霜後に検出されたどの最高室内機コイル温度よりも高いかどうかを検知する。以前に検出した最高室内機コイル温度よりも最新の室内機コイル温度が高い場合に、この温度が検出した最高室内機コイル温度となる。室内機コイル温度に関する上記の測定は、ヒートポンプシステムの特定のコンポーネントが所定時間の間中断せずに運転している状態の後に行われることが望ましい。特に、室内機コイルに関連して設けられた室内機ファンのファンスピードは、コンプレッサ及び室外機ファンが運転している所定時間の間変化してはならない。
本発明では、記録された最高室内機コイル温度より室内機コイル温度の低下がどこまで許容されるかを示す値が計算される。この値は、最高室内機コイル温度の現在値の関数として連続的に計算される。最新の室内機コイル温度が、記録した最高室内機コイル温度から上述の計算された値を差し引いた値よりも低い場合に、室外機コイルの除霜を始動することが望ましい。室外機コイルの除霜の始動は、更に、ヒートポンプシステムのコンプレッサの総運転時間などの特定の時間に関するパラメータや実際の室外機コイル温度によって決定されることが望ましい。
上記値を計算するために使用される数学的関係は、制御される特定のヒートポンプシステムと同様の特性を有するヒートポンプシステムの運転を観測することによって導かれることが望ましい。これらの観測には、室外温度、室内温度、及びファン速度などの与えられた条件の組み合わせでヒートポンプシステムの暖房運転を始動し、時間の経過とともに室内機コイル温度を記録することも含まれる。
ある時点で、室内機コイル温度は大きく低下する。これは、循環する冷媒から室外機コイルへの熱伝達が実質的に損なわれる程度まで室外機コイルが凍結したことを示す。室内機コイル温度の最高値と、室外機コイルの凍結が実質的に起こる温度と、の差は、超過してはならない許容差異として記録される。
超過してはならない記録された許容差異と最高室内機コイル温度とは、記録された最高室内機コイル温度と、それに対応する記録された許容差異と、をそれぞれ軸とするグラフ上の一点として示される。許容差異と最高室内機コイル温度との間で最終的に求められる数学的関係は、非線形の関係であることが分かった。この非線形の関係は、ヒートポンプシステムを制御するプログラム化したコンピュータ内での計算を容易とするために線形の関係の数列に変形することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
本発明の他の目的及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面によって明らかとなる。
図１は、プログラム化したコンピュータ制御装置を含んだヒートポンプシステムの説明図である。
図２は、特定の暖房状況において図１のヒートポンプシステムで生じる暖房用室内機コイルの温度パターンの説明図である。
図３は、室内機コイルの最高温度と計測された室内機コイルの温度との間の許容差が、室内機コイルの最高温度の関数としてどのように変化するかを示している。
図４は、システム全体をパワーアップするためにヒートポンプシステムのコンピュータ制御装置によって実行される処理を示している。
図５Ａ〜図５Ｄは、ヒートポンプシステムのコンピュータ制御装置が室外機コイルの除霜動作を行う際に実行されるステップのシーケンスを示している。
発明の最良の実施形態
図１を参照すると、ヒートポンプシステムは、室内機コイル１０と、室外機コイル１２と、それらの間に設けられたコンプレッサ１４と逆洗弁１６と、を含む。室内機コイル及び室外機コイルとの間に更に、一対の二方向膨張バルブ１８，２０が設けられており、これらのバルブにより、逆洗弁の配置次第でいずれの方向にも冷媒が流れることが可能となっている。全ての上記コンポーネントは、ほぼ従来の方法で、ヒートポンプシステムが冷房モードでの運転では室内空間に冷房を提供し、暖房モードでの運転では室内空間に暖房を提供することができるように動作する。
室内ファン２２は、室内機コイル１０へ空気流を提供し、一方、室外機ファン２４は、室外機コイル１２へ空気流を提供する。室内機ファン２２は、ファンモータ２６によって駆動され、一方、室外機ファン２４は、ファンモータ２８によって駆動される。この特定の実施例では、室内機モータは、少なくとも二つの一定駆動速度を有する。これらの駆動速度は、リレー駆動装置を通じてファンモータ２６を制御する制御プロセッサ３０によって指令されることが望ましい。ファンモータ２８は、リレー駆動装置Ｒ１によって制御されることが望ましい。逆洗弁１６も、リレー回路Ｒ３を通じて動作する制御プロセッサ３０によって制御される。また、コンプレッサ１４も、コンプレッサモータ３２に接続されたリレイ回路Ｒ２を通じて動作する制御プロセッサ３０によって同様に制御される。
制御プロセッサ３０を参照すると、この制御プロセッサ３０が室外機コイル温度値を室外機コイル１２に関連して設けられたサーミスタ３４から受信することが分かる。制御プロセッサ３０は、また、サーミスタ３６から室内機コイル温度値を受信する。
制御プロセッサ３０は、サーミスタ３４，３６が特定の温度条件を示した場合に除霜動作を始動するように作動可能である。制御プロセッサ３０が除霜が必要な特定の温度条件を検出するためには、室内機コイル温度と室内温度とに関する特定の計算を行うことが必要となる。通常、これらの温度は、サーミスタ３６によって提供される。制御プロセッサによって実行される特定の計算は、以下に説明する図１のヒートポンプシステムの特定の装置に関して行った一連の試験に基づくことが望ましい。
図２では、特定の暖房サイクルにおける図１のヒートポンプシステムの室内機コイル温度を表したグラフを示している。この暖房サイクルは、ヒートポンプシステムに関する与えられた環境条件の集合及び与えられたシステム条件の集合に関して生じる。上記環境条件には、特定の外気温や空調の始動時の室内温度に関するものが含まれる。また、上記システム条件には、特定のファン速度設定やシステム内の冷媒の特定の量に関するものが含まれる。サーミスタ３６によって測定される室内機コイル温度は、周期的な時間インターバルで記録される。ある地点で、室内機コイルの温度Ｔ_icは、時間ｔ₁におけるＴ_MAXによって示される最高温度に達する。暖房サイクルは、ｔ₁以降も継続し、室外機コイルに霜が堆積するのに従って室内機コイルの温度Ｔ_icが低下する。室外機コイルにおける霜の堆積は、低い外気温とこの外気温における水分量によって起こる。ある時点ｔ_fで、室外機コイルにかなりの程度の霜が堆積し、これにより、室内機コイルの温度が大きく低下する。この室内機コイル温度の低下は、凍結した室外機コイルの蒸発機の能力が失われ、これにより、循環する冷媒の熱伝達容量が低下することによって起こる。ｔ₁で生じる室内機コイルの最高温度と、室内機コイルのｔ_fでの温度との差は、除霜温度差ΔＴ_dとして記録される。
本発明によると、時間ｔ_fにおける除霜温度差ΔＴ_dと、時間ｔ₁におけるＴ_MAXの値と、は共にその特定の暖房運転に関して記録される。他の特定の環境条件のセット及び他の特定のシステム条件のセットに関する暖房運転も追加して行われる。除霜温度差ΔＴ_dと最大温度Ｔ_MAXとは、これらの各運転ごとに記録される。除霜温度差ΔＴ_dと最大室内機コイル温度差Ｔ_MAXは、ΔＴ_dとＴ_MAXとの関係を定めるために後に図３のようなグラフのデータ点として使用される。
図３を参照すると、ある特定の設計におけるヒートポンプシステムで暖房試験によって得た種々のデータ点を通るように引いた曲線から非線形性が示される。この曲線は、Ｔ_MAXのＴ_Kで終わる傾斜Ｓ₁を有する第一の線形セグメントと、同地点で始まる傾斜Ｓ₂を有する第二の線形セグメントと、の二つの線形セグメントに分けることが望ましい。これらの二つの線形セグメントは、以下のように表すことができる。
Ｔ_MAX≦Ｔ_K，ΔＴ_d＝Ｓ₁＊Ｔ_MAX−Ｃ₁
Ｔ_MAX≧Ｔ_K，ΔＴ_d＝Ｓ₂＊Ｔ_MAX−Ｃ₂
Ｃ₁とＣ₂とは、それぞれの線形セグメントのＴ_MAXの値がゼロと等しくなる時のΔＴ_dの座標値である。Ｔ_K，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｃ₁，Ｃ₂の特定値は、試験を行ったヒートポンプシステムの特定の設計によって決まってくる。上記に関して、各ヒートポンプシステムの設計は、特定の寸法に設けられたファン、ファンモータ、コイル形状、及びコンプレッサなどのコンポーネントを有し、これらのコンポーネントの特定寸法によってそれぞれ対応する図２、図３及びＴ_K，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｃ₁，Ｃ₂の値が生じる。以下で詳細に説明するように、特定の設計に基づいたヒートポンプシステムによって得られた線形の関係は、このようなシステムの室外機コイル１２の除霜をどの時点で始動するかを決定する際に制御プロセッサ３０によって使用される。
図４を参照すると、ヒートポンプシステムの除霜制御を実行する以前に制御プロセッサ３０によって一連の初期設定が行われる。これらの初期設定は、ヒートポンプシステムに関連する種々のコンポーネントを適切な初期状態におくためにリレイＲ１〜Ｒ４をオフ状況に設定することも含む。これは、ステップ４０で行われる。プロセッサユニットは、ステップ４２に進み、除霜ロジックで利用するいくつかのソフトウエア変数の初期設定を行う。ＴＭ＿ＤＦＤＥＬ，ＴＭ＿ＤＦＳＥＴの変数に連続的に時間を提供し続けるためにいくつかの計時機構がオンにされる。最後に、プロセッサユニットは、ステップ４６において、最新のファン速度変数のＣＵＲ＿ＦＮＳＰＤと等しい値に変数のＯＬＤ＿ＦＮＳＰＤを設定する。上記ステップは、ヒートポンプシステムの制御の開始に当たってプロセッサユニットを立ち上げたときにのみ実行される。
図５Ａを参照すると、適時に室外機コイル１２の除霜を始動するために制御プロセッサ３０によって実行される処理は、コンプレッサリレイＲ２がオンになっているか否かを照会するステップ５０で始まる。このリレイは、初期設定でオフに設定されているので、制御プロセッサ３０は、ステップ５２に進み、変数の“ＷＡＳ＿ＯＮ”が真か否かを照会する。ＷＡＳ＿ＯＮは、偽であるので、プロセッサは、“ｎｏ”を選択してステップ５４に進む。次に、プロセッサは、ステップ５６で変数“ＷＡＳ＿ＯＮ”を偽に設定する前に、ステップ５４でリレイコンプレッサＲ２がオンになっているか否かを照会する。続いて、ＩＮ＿ＤＥＦＲＯＳＴが真であるか否かの照会をステップ５８で行う。ＩＮ＿ＤＥＦＲＯＳＴは、立ち上げ時に偽に設定されるので、制御プロセッサは、ステップ６０に進んで暖房モードが選択されているか否かを照会する。これに関して、制御パネルまたは制御プロセッサ３０と関連して設けられた他の通信装置によって、図１のヒートポンプシステムが暖房モードで運転されるべきか否かは示される。暖房モードが選択されていない場合には、プロセッサは“ｎｏ”を選択し、図５Ｃのステップ６２に進み、変数のＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮをゼロに設定する。プロセッサは、また、ステップ６４で変数のＭＡＸ＿ＴＥＭＰをゼロに設定し、ステップ６６で変数のＴＭ＿ＤＦＤＥＬをゼロに設定する。制御プロセッサは、ステップ６６からステップ６８に進み、再度コンプレッサリレイＲ２がオンになっているか否かを照会する。コンプレッサリレイＲ２がオンになっていなければ、プロセッサは、ステップ６８を出てステップ７０に進み、ＴＭ＿ＤＦＳＥＴをゼロに設定する。次に、ステップ７２でＩＮ＿ＤＥＦＲＯＳＴが真であるか否かの照会を行う。この変数は、初期段階で偽であるので、制御プロセッサ３０は出口ステップ７４に進む。
制御プロセッサは、図５Ａ〜図５Ｄの特定ロジックから出たのに続いて、ヒートポンプシステムを制御するために種々の処理を実行する。制御プロセッサ３０の処理速度は、制御プロセッサが数ミリ秒で図５Ａのロジックの実行に戻ることができる速度となっている。サーモスタットが測定した室内温度が所望の温度設定よりも低い場合には、ある時点で暖房モードが選択され、続いて、制御プロセッサ３０によって暖房が始動される。暖房が行われる必要のある場合には、制御プロセッサ３０は、コンプレッサモータとともに室内機ファン２２及び室外機ファン２４をオンにすることが望ましい。逆洗弁１６も、冷媒がコンプレッサから室内機コイル１０へと流れ、そこから室外機コイル１２へと流れるように設定される。
ステップ５０を参照すると、制御プロセッサはコンプレッサリレイＲ２が暖房の始動に続いてオンにされたか否かを再び照会する。暖房が要求された時にコンプレッサリレイＲ２は、プロセッサによって起動されるので、制御プロセッサは、ステップ５０において、コンプレッサリレイがオンになっていることを確認し、変数のＷＡＳ＿ＯＮが偽であるか否かを照会するためにステップ７６に進む。この変数は、この時点で偽であるので、プロセッサは、ステップ７８に進んでＴＭ＿ＣＭＰＯＮ，ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮに関連して設けられた計時機構をオフにする。プロセッサは、続いてコンプレッサリレイＲ２がオンであるか否かを照会し、その時点でコンプレッサリレイＲ２はオンになっているのでステップ８０に進む。変数のＷＡＳ＿ＯＮは、ステップ８０において真に設定される。プロセッサは、上記で説明したようにステップ５８〜６０を通じて進む。暖房モードが選択されているので、プロセッサはステップ６０からステップ８１に進み、タイミング変数ＴＭ＿ＤＦＳＥＴが６０秒よりも大きいか否かを照会する。この変数の初期値はゼロであるので、プロセッサは図５Ｃのステップ６６に進み、タイミング変数ＴＭ＿ＤＦＤＥＬをゼロに設定する。プロセッサは、次に、ステップ６８でコンプレッサリレイＲ２がオンであるか否かを照会する。暖房の要求に応答してコンプレッサリレイが制御プロセッサによって起動されているので、プロセッサは、ステップ８２に進む。
ステップ８２では、プロセッサは、室外機ファンリレイＲ１がオンか否かを照会する。ヒートポンプシステムが暖房に対する要求に応答している場合には、室外機ファンリレイＲ１は、通常オンになっている。よって、制御プロセッサは、“ｙｅｓ”を選択し、室内機ファン速度を読み取るステップ８４に進む。暖房の開始時に室内ファンは起動されるので、ファンスピードはゼロではない。ファン速度は、他の制御ソフトウエアを通じて制御プロセッサによって指令されているので、制御プロセッサ内に値が存在する。このファン速度は、変数のＣＵＲ＿ＦＮＳＰＤとして設定され、ステップ８６でＯＬＤ＿ＦＮＳＰＤと表される旧ファン速度のその時点の値と比較される。この後者の変数の初期値がゼロであるので、制御プロセッサは、ステップ８６を出て、ステップ８８で旧ファン速度変数を最新のファン速度と等しく設定する。制御プロセッサは、ステップ７２で再度ＩＮ＿ＤＥＦＲＯＳＴが真であるか否かを照会する前に、ステップ７０でタイミング変数ＴＭ＿ＤＦＳＥＴをゼロに設定する。ＩＮ＿ＤＥＦＲＯＳＴは偽であるので、制御プロセッサは、ステップ７２で“ｎｏ”を選択して出口ステップ７４に進む。
再び図５Ａを参照すると、引き続き実行される除霜ロジックにより、再びプロセッサがコンプレッサがオンであるかを照会する。コンプレッサリレイがオンであるので、プロセッサはステップ７６に進み、“ＷＡＳ＿ＯＮ”の状況を照会する。この変数は、この時点で真であるので、制御プロセッサはステップ５４に進み、ここでコンプレッサリレイＲ２が再度オンであることが記録され、プロセッサは、ステップ８０，５８，６０を通じてステップ８１へと進む。ステップ８１では、プロセッサは、ＴＭ＿ＤＦＳＥＴのタイムカウントが６０秒よりも大きいか否かを検出している。この変数は、ステップ８８において旧ファン速度が最新のファン速度と等しく設定された時点から時間の累積を開始している。コンプレッサリレイＲ２及び室外機ファンが運転されているとともに、室内機ファン速度が変わらない限り、この変数は、続いて実行される各除霜ロジックの間、時間の累積を引き続き行う。このように、ＴＭ＿ＤＦＳＥＴに反映されるこのタイムカウントは、コンプレッサ、室外機ファン、及び室内機ファンの状況の上記三つの条件が一定に保たれている時間の測定値となる。従って、制御プロセッサ３０は、これらのコンポーネントが変化しない状態で少なくとも６０秒の間ヒートポンプシステムを運転し、該システムを一定のレベルに保ったことになる。
ＴＭ＿ＤＦＳＥＴによって維持されるタイムカウントが６０秒よりも大きい値に達すると、制御プロセッサは図５Ａのステップ８１からステップ９０へ進み、サーミスタ３６によって提供される室内機コイル温度を読み取る。この値は、ステップ９２でＴ＿ＩＣＯＩＬとして格納される。制御プロセッサは、ステップ９４に進み、このステップで、Ｔ＿ＩＣＯＩＬの値がＭＡＸ＿ＴＥＭＰの値よりも大きいか否かを照会する。ＭＡＸ＿ＴＥＭＰの値は、暖房モードが選択された後に制御プロセッサが暖房を最初に始動した時点では０である。照会のステップ９４によって、制御プロセッサは、ステップ９６でＭＡＸ＿ＴＥＭＰをＴ＿ＩＣＯＩＬの最新値と等しく設定する。制御プロセッサは、除霜ロジックを繰り返し実行するので、室内コイルの温度上昇によるＴ＿ＩＣＯＩＬの値の上昇も検出される。これにより制御プロセッサは、ＭＡＸ＿ＴＥＭＰをＴ＿ＩＣＯＩＬの最新値にほぼ等しく調整し続ける。制御プロセッサは、ステップ９６でＭＡＸ＿ＴＥＭＰのなんらかの調整が行われた場合は、直接ステップ９８に進む。制御プロセッサは、Ｔ＿ＩＣＯＩＬがその時点で格納されているＭＡＸ＿ＴＥＭＰの値よりも小さい場合には、ステップ９４からステップ９８へと進む。
ステップ９８では、制御プロセッサは、ＭＡＸ＿ＴＥＭＰがＴ_K以下であるか否かを照会する。Ｔ_Kの値は、図３で既に示している。ＭＡＸ＿ＴＥＭＰがＴ_K以下である場合には、制御プロセッサは、ステップ１１０に進んでＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡの値を計算する。ステップ１１０におけるＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡとＭＡＸ＿ＴＥＭＰとの間の数学的な関係は、図３においてＴ_MAXがＴ_K以下であるときのΔＴ_dのＴ_MAXに関する線形の関係と同様である。ステップ９８を再び参照すると、ＭＡＸ＿ＴＥＭＰの値がＴ_K以下でない場合には、制御プロセッサは、“ｎｏ”を選択してステップ１０２に進み、ＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡの適切な値を計算する。この計算は、図３においてＴ_MAXがＴ_Kよりも大きいときのΔＴ_d対Ｔ_MAXの関係と同様である。プロセッサは、ステップ１００または１０２でＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡの適切な値を計算した後に、ステップ１０４に進み、このステップでは、上記計算値が２よりも小さいか否かを照会する。計算値が２よりも小さい場合には、制御プロセッサは、ステップ１０６でこの計算値が２に等しくなるように調整する。制御プロセッサは、その後直接ステップ１０８に進む。プロセッサは、ＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡが２以上である場合には、ステップ１０４で“ｎｏ”を選択してステップ１０８に進むことも有り得る。
ステップ１０８では、Ｔ＿ＩＣＯＩＬの最新値がＭＡＸ＿ＴＥＭＰとＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡとの差よりも小さいか否かを照会する。ステップ１０８で行われる照会は、室内機コイル最新温度の測定値が、ＭＡＸ＿ＴＥＭＰとして定義される最高室内機コイル温度からＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡを差し引いた値よりも低い値まで減少したか否かに関する実質的なチェックである。この状態では、通常、室外機コイルにかなりの霜が堆積していることはないので、室内機コイル温度の最新測定値が上記したような値まで減少していることはない。このような状況では、制御プロセッサは、ステップ１０８から繰り返し“ｎｏ”を選択し、ステップ６６，６８，８２，８４，８６，７２，７４を通じて進み、図５Ａ〜図５Ｄの除霜ロジックを再度実行する。過熱要求が満たされたら、制御プロセッサは、コンプレッサリレイＲ２をオフにして、これにより、特定の暖房期間を終わらせる。これにより、制御プロセッサは、次に除霜ロジックを実行するときには、コンプレッサリレイＲ２がオフであることを認識する。続いて、プロセッサは、ステップ５２で“ＷＡＳ＿ＯＮ”が真であり、ステップ１１０の実行が必要であることを認識し、“ＴＭ＿ＣＭＰＯＮ”及びＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮで格納されている時間の計測がオフにされ、これらの変数は、特定の時限における値に保持される。制御プロセッサは、ＴＭ＿ＣＭＰＯＮのタイムカウントをステップ１１０でゼロにリセットする。しかし、制御プロセッサは、ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮに格納されたタイムカウントのリセットは行わない。従って、変数ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮは、ステップ５０でコンプレッサがオンまたはオフにされたことを認識する度に、時間の累積を行い続ける。
制御プロセッサは、適時に図５Ａ〜図５Ｄの除霜ロジックを実行し続ける。更に、プロセッサは、通常、ステップ５０，７６，５４，８０，５８，６０，８１を実行し、その後で暖房が要求されると除霜ロジックから出る。これは、ステップ６８，８２，８４，８６で要求されるヒートポンプシステムの条件が満たされるまで継続的に行われる。この時点で、制御プロセッサは、再度室内機コイル温度を読み取り、必要であればＭＡＸ＿ＴＥＭＰの値を更新する。制御プロセッサは、これ以降、ＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡの適切な計算を行う。これにより、ステップ１０８に進み、このステップで、Ｔ＿ＩＣＯＩＬの最新測定温度がＭＡＸ＿ＴＥＭＰとして定義される最高室内機コイル温度からＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡを差し引いた値よりも低い値まで減少したか否かを照会する。測定値が上記のように減少すると、制御プロセッサは、室外機コイル１２にかなりの霜が堆積し、除霜作用を要すると推定する。制御プロセッサは、ステップ１１２に進み、ＴＭ＿ＤＦＤＥＬの時間の値が６０秒よりも大きいか否かを照会する。この変数は、制御プロセッサが最初にステップ１０８からステップ１１２に進む直前に行われた前回の完全な除霜ロジックから連続する秒数測定を開始する。上記変数が６０秒よりも大きい値を示すまで、制御プロセッサは、ステップ１１２で“ｎｏ”を選択して通常通りにステップ８２，８４，８６，７２を通じて進み、ステップ７２から“ｎｏ”を選択して出口ステップ７４へと進む。ステップ１１２を再び参照すると、制御プロセッサが除霜ロジックを通じて数回循環した後に、ＴＭ＿ＤＦＤＥＬのタイムカウントが６０秒よりも長くなると、制御プロセッサは、ステップ１１４に進む。ステップ１１４では、ＴＭ＿ＣＭＰＯＮで示した時間の値が１５分よりも長いか否かを照会する。この特定の時間変数は、制御プロセッサが、“ＷＡＳ＿ＯＮ”の変数が偽でありコンプレッサ１４が直前にオンにされたことを示すと認識したことに続いて、ステップ７８でオンにされている。このことは、ＴＭ＿ＣＭＰＯＮによって記録した時間が、コンプレッサ１４が制御プロセッサによって最も最近起動された時点からオンになっている総時間を表していることを示す。コンプレッサが最も最近起動されてからオンになっている総時間が１５分以下である限り、制御プロセッサは、ステップ１１４から“ｎｏ”を選択し、上記で説明したようにステップ６８，８２，８４，８６，７２，７４を実行する。コンプレッサが最後に起動されてからオンになっている総時間が１５分を越えた場合には、制御プロセッサは、ステップ１１４から“ｙｅｓ”を選択してステップ１１６に進み、変数ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮによって示された時間が３０分よりも長いか否かを照会する。ステップ６２をでは、タイミング変数ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮは、ステップ６０の照会において暖房モードが選択されていない場合には、ゼロに設定される。また、ステップ５８で照会したＩＮ＿ＤＥＦＲＯＳＴが真である場合には、タイミング変数ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮもゼロに設定される。以下で詳細に説明するように、変数ＩＮ＿ＤＥＦＲＯＳＴは、室外機コイルの除霜の間のみ真である。よって、変数ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮは、除霜動作後に時間を累積することができる。ステップ５０，７６，７８では、変数ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮは、除霜動作後にコンプレッサリレイが直前にオンにされたことにより、ステップ７８で関連する計時装置がオンになった時点から時間を累積することができる。ステップ５０，５２で記載したように、ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮは、コンプレッサがオフにされるまで引き続き時間を累積して記録し続ける。コンプレッサがオフにされると、制御プロセッサは、ステップ１１０に進み、ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮとともにＴＭ＿ＣＭＰＯＮの両方によって時間の計測及び記録を停止する。ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮによって累積された時間は、単にその時点の値に維持される。従って、コンプレッサリレイＲ２が再びオンにされると、変数ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮは、除霜動作が始動されたか暖房モードの選択が取り消されていない限り、以前に累積した時間に加えて更に時間を累積する。ある時点で、除霜動作後に、コンプレッサがオンになっている総時間が３０分に達することになる。
再びステップ１１６を参照すると、コンプレッサがオンとなっている時間の総累積時間が３０分を越えた場合には、制御プロセッサは、ステップ１１８に進み、サーミスタ３４から室外機コイル温度を読み取ってこの値を変数Ｔ＿ＯＣＯＩＬに格納する。制御プロセッサは、次に、ステップ１２０でＴ＿ＯＣＯＩＬに格納された室外機コイル温度の値が摂氏マイナス２度よりも低いか否かを照会する。室外機コイル温度が摂氏マイナス２度よりも低くなければ、制御プロセッサは、上記で説明したように、単にステップ６８に進み、その後出口ステップ７４に進む。ステップ１２０を再度参照すると、室外機コイルの温度が摂氏マイナス２度よりも低い場合には、制御プロセッサは、ステップ１２２で変数ＩＮ＿ＤＥＦＲＯＳＴを真に設定する。制御プロセッサは、ステップ１２２からステップ６８に進み、コンプレッサリレイがオンであることを認識する。これにより、プロセッサは、ステップ８２に進み、室外機ファンリレイＲ１がオンになっているか否かを照会する。室外機ファンリレイＲ１がオンになっていれば、制御プロセッサは、“ｙｅｓ”を選択してステップ８４に進み、室内機ファン速度を読み取って、この値をＣＵＲ＿ＦＮＳＰＤに格納する。プロセッサは、次に、ステップ８６でＣＵＲ＿ＦＮＳＰＤの値をＯＬＤ＿ＦＮＳＰＤと比較する。プロセッサがステップ７０でＴＭ＿ＤＥＳＥＴをゼロに設定してステップ７２へと進む前に、必要であれば、ＣＵＲ＿ＦＮＳＰＤは、ステップ８８でＯＬＤ＿ＦＮＳＰＤの値と等しく設定される。ＩＮ＿ＤＥＦＲＯＳＴがこの時点で真であるので、制御プロセッサは、ステップ７２から“ｙｅｓ”を選択し、ステップ１２４の除霜ルーチンに進む。除霜ルーチンは、逆洗弁１６がファンコイル１０，１２との間の冷媒の流れの方向を逆転するようにリレイＲ３を設定することを含む。この除霜ルーチンは、また、室外機ファン２４がオフになるようにリレイＲ１を設定する。ファンがオフになった状態で冷媒が逆流すると、室外機コイルは冷媒から熱を吸収してコイルに堆積した霜を除去し始める。制御プロセッサは、ステップ１２４からステップ１２６に進み、サーミスタにより計測される室外機コイルの温度が摂氏１８度よりも高い温度まで上昇したか否かを照会する。室外機コイルの温度が、摂氏１８度まで上昇するにはある程度時間がかかる。このために、プロセッサは、図５Ａ〜図５Ｄの除霜ロジックが実行される度にステップ５８で“ｙｅｓ”を繰り返し選択することになる。制御プロセッサは、ステップ５８からステップ６２，６４に進み、オンになっている総タイムカウントの変数ＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮとＭＡＸ＿ＴＥＭＰとを繰り返しゼロに設定する。プロセッサは、また、ステップ６６でＴＭ＿ＤＦＤＥＬをゼロに設定する。制御プロセッサが室外機コイル１２の除霜を実行している限り、上記のステップは、これらの変数の初期設定を行う。制御プロセッサは、上記変数をゼロに設定した後にステップ６８，８２，８４，８６，７２を通じて進み、除霜ルーチンを再度実行する。ステップ１２６で、室外機コイル温度が摂氏１８度よりも高い温度に上昇すると、制御プロセッサはステップ１２８に進み、ステップ７４から除霜ロジックを出る前に変数ＩＮ＿ＤＥＦＲＯＳＴを偽に設定する。除霜制御ロジックを次に実行したときには、制御プロセッサは、再度ステップ５８を実行することになり、このとき、ＩＮ＿ＤＥＦＲＯＳＴはもはや真ではないことを認識する。制御プロセッサは、暖房モードが引き続き選択されている限りステップ５８からステップ６０まで進む。上記で述べたように、コンプレッサ、室外機ファン速度、及び室内機ファン速度の条件が全て満たされるまでプロセッサはステップ８１で“ｎｏ”を選択し続ける。ＭＡＸ＿ＴＥＭＰの値とともにＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮの値は、コンプレッサリレイＲ２がオンになっているときに、この時点からゼロ以外の値を累積することができる。ＴＭ＿ＤＥＳＥＴが示す時間が６０秒よりも長い場合には、最大のデルタの値は、温度値を累積し始める。ＴＭ＿ＤＥＳＥＴが示すタイムカウントは、室内機ファン速度が以前にロジックを実行した時点から変化していない状態で、コンプレッサリレイと室外機ファンとがオンにされた時点から開始される。ＴＭ＿ＤＦＳＥＴが６０秒を越えた場合に関して上記したように、ＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡの計算も再び開始される。ステップ１０８で行われるＴ＿ＩＣＯＩＬの最新値と、ＭＡＸ＿ＴＥＭＰからＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡの値を差し引いた値と、の比較は、どの時点でステップ１１２，１１４，１１６の種々のタイミング値を調べたらよいかをこれ以降決定する。
ＴＭ＿ＤＦＤＥＬと、コンプレッサのタイミングを示すＴＭ＿ＣＭＰＯＮとＴＭ＿ＡＣＣ＿ＣＭＰＯＮと、を更に調べた結果、十分に時間が経過したことが示された場合にのみ除霜サイクルが始動される。これらの条件が一旦満たされると、変数ＩＮ＿ＤＥＦＲＯＳＴは、再び真に設定され、プロセッサによって除霜ルーチンを行うことをが可能となる。
好適実施例に則して本発明を説明してきたが、当業者によって理解されるように、本発明の趣旨から離れないで種々の変更を行うことができる。例えば、ステップ１０２，１０４でのＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡに関する線形の計算は、ＤＥＦＲＯＳＴ＿ＤＥＬＴＡと変数ＭＡＸ＿ＴＥＭＰとの間の非線形の関係に基づく除霜デルタの適切な計算で補充することができる。このような計算は、実際には、図３でのＴ_MAXに対するΔＴ_dの関係を定める数学的曲線により近くなる。また、異なるコンプレッサ、ファン、及び他のヒートポンプコンポーネントを有する異なるヒートポンプシステムを分析した場合には、図３の数学的曲線は変化する。このようなヒートポンプシステムは、図２及び図３に関して説明したのと同様に試験を行い、適切な関係を定義することができる。上記理由により、本発明は、開示された特定の実施例に限定されることはなく、本発明は、請求項の範囲にある実施例を全て含むものである。

Claims (16)

1. ヒートポンプにおける室外機コイルの除霜動作を始動することのできるコンピュータ手段により実行可能である方法であって、
   前記室外機コイルの前回の除霜の後に、前記ヒートポンプの室内機コイル温度を、室内機コイル温度センサから繰り返し読み取り、
   前記室外機コイルの前回の除霜の後の前記室内機コイル温度の読取り値から読み取られた最高室内機コイル温度を判定し、
   前記室内機コイル温度の読取り値が、前記判定した最高室内機コイル温度から低下しても許容される限度を計算し、この限度は、前記判定した最高室内機コイル温度の関数として計算され、
   前記室内機コイル温度センサによって検出された前記室内機コイル温度の読取り値が、前記判定した最高室内機コイル温度から前記判定した最高室内機コイル温度の関数として計算した前記限度を差し引いた値よりも低い値を示した場合に、前記室外機コイルの除霜動作を始動すべきか否かを判定することを特徴とする方法。
2. 前記ヒートポンプシステムにおいて室外機コイルの除霜動作を始動すべきか否かを判定するステップは、
   前記室内機コイル温度が前記判定した最高室内機コイル温度から計算した限度を差し引いた値よりも低い値を示した後に、前記室内機コイル温度を少なくとももう一度連続して読み取り、
   このように連続して読み取った前記室内機コイル温度センサが検出した室内機コイル温度が、前記判定した最高室内機コイル温度から計算した限度を差し引いた値よりも引き続き低い値を示すまで、除霜動作を遅らせるステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記室外機コイルの除霜動作を始動すべきか否かを判定するステップは、
   前記ヒートポンプのコンプレッサが所定時間にわたって連続的に運転されているか否かを判定し、
   前記コンプレッサが前記所定時間にわたって連続的に運転された後にのみ、除霜動作を始動すべきか否かを更に判定するステップを含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記室外機コイルの除霜動作を始動すべきか否かを更に判定するステップは、
   前記ヒートポンプシステムの前記室外機コイルの前回の除霜以降に、前記コンプレッサが所定の累積時間にわたって運転されているか否かを判定するステップを含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記コンプレッサが前記所定の累積時間にわたって運転されているか否かを判定するステップは、
   前回の除霜動作の終了後に、前記コンプレッサの運転時間を監視し、
   監視した最新の運転時間を、それ以前でかつ前回の除霜動作の後に監視した前記コンプレッサの運転時間の和に加算することにより、前記コンプレッサの最新の運転時間の和を求め、
   前記コンプレッサの前記最新の運転時間の和と前記所定の累積時間とを比較し、
   前記最新の運転時間の和が、前記ヒートポンプシステムの前記室外機コイルの除霜後の前記所定の累積時間を超えた場合に、除霜動作を始動すべきか否かを更に判定するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記室外機コイルの前回の除霜の後に行われた室内機コイル温度の読取りによって前記最高室内機コイル温度を判定するステップは、
   最新の室内機コイル温度が、前記室外機コイルの前回の除霜以降に読み取られた最高室内機コイル温度の前の読取り値を超えるか否かを判定し、
   前記最新の室内機コイル温度の読み取値が、前記室外機コイルの前回の除霜以降に記録された最高室内機コイル温度の前の値を越える場合に、前記最新の室内機コイル温度の読み取値を、前記最高室内機コイル温度として格納するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記室内機コイルと関連するように設けられた室内機ファンの速度が一定に保たれるとともに、前記ヒートポンプシステムのコンプレッサと前記室外機コイルに関連するように設けられたファンとの両方が運転された状態で、所定の時間が経過したか否かを検出し、
   前記所定時間が経過した後に、前記ヒートポンプシステムの前記室内機コイルの温度を繰り返し読み取るステップに進むステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記室内機コイルと関連するように設けられた室内機ファンの速度が一定に保たれるとともに、前記ヒートポンプシステムのコンプレッサと前記室外機コイルに関連するように設けられたファンとの両方が運転された状態で、所定の時間が経過したか否かを検出するステップは、
   前記室内機ファンの速度を一定に保つとともに、前記コンプレッサと前記室外機コイルに関連して設けられた前記ファンとの両方を運転された状態に保つ必要のある前記所定時間を定め、
   前記室内ファン速度が変化した時点もしくは前記コンプレッサまたは前記室外機コイルと関連して設けられた前記ファンが停止された時点で、この所定時間の計測をリセットするステップを含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 前記判定した最高室内機コイル温度の値の関数として計算される前記限度は、種々の異なるシステム及び環境条件の下で同様の設計を有するヒートポンプの運転を観測し、このように観測される運転に関して、システムの前記最高室内機コイル温度の記録とともに、前記室外機コイルが実質的に凍結した時点における前記記録した最高室内機コイル温度からの温度低下を記録し、記録した最高室内機コイル温度と、この記録した最高室内機コイル温度からの温度低下と、の間の関連性を求めることによって得られることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. ヒートポンプシステムの室外機コイルの除霜を制御するシステムであって、
    前記ヒートポンプの室内機コイルの温度を検出するためのセンサと、
    前記ヒートポンプの前記室外機コイルの除霜を行うための装置と、
    前記コイルの前回の除霜以降に、前記センサによって読み取られた最高室内機コイル温度を判定するために、前記室内機コイルの検出温度を前記センサから繰り返し読み取ることのできるコンピュータ手段と、を有し、
    前記コンピュータ手段は、更に、前記センサの読取り値が、前記判定した最高室内機コイル温度から前記判定した最高室内機コイル温度の関数として前記コンピュータ手段によって計算された値を差し引いた値よりも低下したか否かを判定することができ、
    前記コンピュータ手段は、前記室内機コイルの読取り値が、前記判定した最高室内機コイル温度から前記計算した値を差し引いたものよりも低い値まで低下するとともに、前記コンピュータ手段が、ヒートポンプの特定のコンポーネントが所定時間にわたって運転されていることを認識した時点で前記装置に除霜信号を送信することができることを特徴とするシステム。
11. 前記コンピュータ手段は、前記室外機コイルの除霜を行うために前記装置に除霜信号を送信する前に、前記判定した最高室内機コイル温度から前記判定した最高室内機コイル温度の関数として計算された値を差し引いた値よりも、前記センサの読取り値が引き続き低くなっていることを少なくとももう一度確認することができることを特徴とする請求項１０記載のシステム。
12. 前記コンピュータ手段は、前記センサの読取り値が、前記判定した最高室内機コイル温度から計算された値を差し引いた値よりも低下したことを最初に判定した後に、前記センサから所定時間にわたって繰り返し温度を読み取ることができ、
    前記コンピュータ手段は、前記室外機コイルを除霜するために前記装置に除霜信号を送信する前に、前記センサから繰り返し読み取った温度が、前記所定期間にわたって、前記最高室内機コイル温度から前記計算値を差し引いた値よりも低いことを確認することができることを特徴とする請求項１０記載のシステム。
13. 運転されている状態が認識される前記ヒートポンプの前記特定のコンポーネントは、前記ヒートポンプ内のコンプレッサであることを特徴とする請求項１０記載のシステム。
14. 前記除霜装置は、前記ヒートポンプ内に該ヒートポンプ内の冷媒の流れを逆転させるための逆洗弁を含むことを特徴とする請求項１０記載のシステム。
15. 前記ヒートポンプは、前記室内機コイルと関連して設けられた室内機ファンと、室外機コイルと関連して設けられた室外機ファンと、を有し、
    前記コンピュータ手段は、前記室内機コイルの前記検出温度を繰り返し読み取るステップに進む前に、前記各ファンのそれぞれの運転状況が変化していないことを確認することができることを特徴とする請求項１０記載のシステム。
16. 前記室外機コイルに近接する位置において温度を検出するためのセンサを有し、
    前記コンピュータ手段は、前記室外機コイルに近接する位置で温度を検出する前記センサから読み取った温度値に応じて、前記室外機コイルを除霜するために前記除霜信号を送信することを調整することができることを特徴とする請求項１０記載のシステム。

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