JPH0146771B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ヒートポンプ装置の除霜制御に関
し、特に、除霜制御のために特別の工場較正や現
場調整を必要としないヒートポンプの除霜制御方
法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

ヒートポンプ装置の屋外コイルの除霜運転を制
御する装置は、多数存在する。

外気温度が氷点下の場合には60分ないし90分の
コンプレツサ運転毎に定期的に除霜サイクルをく
り返すのが最適であることが経験的に見出されて
いる。この最悪条件の場合の結氷は、屋外コイル
の約75％をおおうような量である。屋外コイルの
結氷量が少ない時とは、外気湿度が低いときであ
る。また、寒い時は除霜サイクルはより頻繁とな
る。

米国特許第3077747号明細書（1963年２月19日
発行）、 米国特許第3107499号明細書（1963年10月22日
発行）、 米国特許第3062019号明細書（1962年11月６日
発行）、 米国特許第3066496号明細書（1962年12月４日
発行）、 においてみられる除霜制御装置では、屋外コイル
が結氷によりおおわれた場合の屋外コイルを通過
する空気の圧力降下が用いられている。

コイルに結氷を生じていなくても、塵埃、木の
葉や紙などの異物、狭い空隙、コイル表面の形状
やフアンの特性などに起因して、しばしば大きな
圧力降下を生じることがある。

反対に、比較的大型の屋外コイルをもつた高エ
ネルギー効率比（Energy Efficiency Ratio）の
ヒートポンプの場合は、圧力降下は極めて低い。
更に圧力降下は、屋外キヤビネツトの設計により
コイルをバイパスする漏洩空気などのためにユニ
ツト毎に異なる。

したがつて、これらの装置は、全て特定のヒー
トポンプ設計や、特定の外気条件毎に設計しなけ
ればならないという共通の欠点を有する。

〔発明の概要〕

本発明は、除霜制御のために特別の工場較正や
現場調整を必要としない除霜制御装置に関する。

本発明は、ヒートポンプ装置の屋外コイルの除
霜を制御するために、屋外コイルの結氷状態を検
出する状態検出手段を設け、ヒートポンプを予め
決められた時間制御運転して屋外コイルの結氷状
態を検出しておき、つぎに屋外コイルが同一の結
氷状態になるまでヒートポンプを運転させ、そし
て除霜サイクルを開始するようにした。

本発明は、さらに、除霜時間が長くなりすぎな
いように、除霜時間が予め決められた時間を超え
ると、予め決められた時間制御運転の時間を短縮
するようにもできる。

特に、実施例では本発明は、複数回のコンプレ
ツサ時間制御運転の間に、屋外コイルを通過する
空気の差圧を測定し、その間に到達した最大差圧
を記憶しておき除霜運転に入るまでの圧力制御運
転における通常のコンプレツサの運転時間の長さ
の制御に用いるようにしている。

ヒートポンプは、結氷を生じるほど十分長時間
運転され、その運転の終りに差圧が測定され、メ
モリーに記憶される。

以後の運転は、周期的に行れる時間制御運転の
間に、ルームサーモスタツトによりヒートポンプ
の通常の運転が圧力制御で行われるが、 この圧力制御運転においては、結氷による屋外
コイルの差圧が、上記記憶値に達すると除霜運転
が開始される。除霜運転を開始するように通常の
圧力制御運転を終了させる差圧値は、定期的に挿
入される時間制御運転によつて更新される。

以下、本発明を図面を用いて一実施例により説
明する。

〔実施例〕

第１図は冷凍機コンプレツサ１０、屋内コイル
１１をもち、フアン１２が、コイルを通して空気
を吹き出すことにより屋内空間１３を暖房あるい
は冷房する従来型のヒートポンプ装置を示す。

フアン１５が屋外空気を屋外コイル１４に吹き
つけることにより、熱を放散または吸収させる。
屋内温度検出手段またはルームサーモスタツト２
０は、冷凍機コンプレツサを制御するように接続
されている。このようなヒートポンプ装置の例
は、1963年12月24日に発行された米国特許第
3115018号に示される。

屋外コイル１４の入口側と出口側にある圧力取
出端２１および２２は圧力検出装置２３に接続さ
れていて、コイル１４の両端の差圧または空気流
抵抗を示す信号を２４に出力する。取出端の一つ
は、前記米国特許第3066496号明細書に示される
ように、ある位置に設置された気圧検出手段とと
もに用いることができる。

空気流抵抗あるいは結氷状態を示すものとし
て、空気差圧を用いているが、例えば、フアンモ
ータ電流、コンプレツサモータ電流、コイル温度
と外気温度との温度差、結氷によるコイル重量の
変化など、コイル１４に氷がつくにつれて変化す
るものを用いて除霜運転の必要性を決定してもよ
い。

温度センサ２５が温度検出装置または除霜終了
制御装置３０に接続されていて、屋外コイル温度
を示す信号を３１に出力する。

当業者によく知られた従来型のマイクロプロセ
ツサ制御機器３２が、回路３３を介して冷凍機コ
ンプレツサに接続されていて除霜運転を制御す
る。屋外コイルの解氷には、装置の運転を逆転し
て、屋外コイルへ熱を与えるようにするなどの従
来の方法を用いることができる。周知のようにマ
イクロプロセツサ制御機器は、時間を制御するた
めの時間制御機能、データの比較等の演算機能、
データを記憶する機能等を有しているが、ここで
は、時間制御機能、制御機能および除霜機能を特
に有している。

ヒートポンプ装置は、連続運転または、間欠運
転のくり返しとして、予め定められた累積時間
（Total compressor run time）にわたつて屋内
空間１３を暖房するように運転される。

外気温度が十分に低く、湿度が十分に高いと、
屋外コイルが結氷し、空気流の通過を妨げ、圧力
取出端２１および２２の間に差圧を示す信号が生
じる。

第２図は、装置が運転を開始した直後に行われ
る90分の累積時間のくり返しである時間制御運転
の３サイクルを示す。各運転の終りに除霜運転が
開始する。除霜運転によるコイル１４の除霜ある
いは解氷には５ないし10分を要する。温度センサ
２５が除霜あるいは解氷が完了したことを示す温
度を検出すると制御機器３２により除霜運転は、
終了される。３サイクルの各運転において、空気
流の抵抗によるコイルの差圧の最大値P_A、P_Bお
よびP_Cが測定され、このうちの最大値P_Bがマイ
クロプロセツサメモリに記憶される。

以後の自動サイクルあるいはコンプレツサの圧
力制御運転において、 除霜を始めるまでの各運転時間の長さは、第３
図にt₁，t₁′およびt₁″として示される。

コンプレツサは連続運転あるいは、間欠運転の
くり返しにより前もつて記憶された差圧P_Bに達
するまで運転される。

P_Bに達するまでの累積時間t₁，t₁′およびt₁″は、
必ずしも等しくはない。

結氷を生じないような外気温度や湿度条件の場
合には、累積時間は、不適当となるであろう。
P_Bにより運転を終了させる圧力制御運転は、定
期的に90分の時間制御運転が挿入され、記憶され
ている除霜運転を開始させる差圧値が更新され
る。第４図は、圧力制御運転が、更新用の90分の
時間制御運転に割込まれ、以後の圧力制御運転の
ための新しい差圧値P_Xが得られ、再び圧力制御
運転に入つたときの運転時間がt₂になることを示
す。

高湿度条件下では、第５図に示すように除霜の
ための圧力P_Xに達するまでの時間は90分より短
いtdになる可能性がある。この場合には90分の時
間制御運転を開始し、新しい圧力値P_Yを得る。
90分の時間制御運転が終り、除霜運転に入つてか
ら、大きな圧力変化があれば、それは異常な偏差
または故障の存在を示す。

第６図は、差圧P_Yを用いて、圧力制御運転が
行われ、除霜運転が終了した後に、差圧値P_Oで
なくP_Sが得られたことを示す。この場合には、通
常ならば、圧力P_Oを示すはずなので警報装置４
０が作動させられる。

第７図は、各90分運転時のデータをメモリに記
憶し、従来のコンピユータによる平均値算出法に
より得られる圧力降下曲線を示す。突風などのた
めに、異常な圧力が検出されたときは装置の運転
に影響を与えないように、その値は削除される。

圧力制御運転が、コンプレツサの間欠運転のく
り返しである場合には屋外コイルの結氷速度は遅
く、間欠運転毎に徐々に結氷が蓄積されて行き、
第８図に示すように各間欠運動の“ON”サイク
ル毎に差圧が上昇して行く。結氷が進行し差圧値
が時間制御運転で前に決められた値P_Yに達する
と、除霜運転が開始される。第８図では、符号５
０で示すように最後の“ON”サイクルで、圧力
曲線に急激な変化が生じているが、これは、屋外
コイルに異物が詰つた結果と思われる。マイクロ
プロセツサは第７図に示す記憶データと比較し
て、この急激な変化を検出し、警報４０を発する
などの適切な対策がとられる。

温度センサ２５が制御機器３２を介して、除霜
運転を終了させるが、除霜に要する時間は、制御
機器３２の中のタイミングユニツトによつて計測
される。過大な除霜時間はコイルに多量の結氷を
生じ、運転効率を低下させていることを示す。除
霜時間、すなわち予め決められた温度まで温度セ
ンサ２５の温度が上昇するまでの時間によつて決
められる時間が長い場合には、圧力制御運転を終
了させる差圧を、第４図のP_XからP_Bへのように、
下げることによつて、それを短くすることができ
る。低効率運転を避けるためには、低差圧制御運
転サイクルとすることもできる。

以下、動作について説明する。

第１図は、ヒートポンプの制御に用いられた本
発明の制御装置を示す。ヒートポンプの運転が開
始されると、制御装置は除霜運転を開始するまで
の最適運転時間を設定しなければならない。その
時間として、通常90分が選ばれるが、ヒートポン
プの設計や使用される場所の地理的条件により変
更され得る。最初、マイクロプロセツサ制御機器
３２は、ヒートポンプを連続的にあるいは間欠的
に、90分の累積時間にわたつて運転する。

外気の温・湿度が、屋外コイルに結氷を生じさ
せるような条件であると、90分の時間制御運転の
終りに第２図に示すように、屋外コイルを通過す
る空気流の抵抗により、差圧値はP_Aに達する。
この差圧値P_Aは、マイクロプロセツサのメモリ
に記憶され、マイクロプロセツサ制御機器３２
は、その除霜機能により屋外コイルの結氷を除去
する従来方法による除霜運転を開始させる。

第２図に90分の時間制御運転の間の除霜運転と
して示されているが、除霜には数分間かゝる。

除霜運転の後に、次の90分の時間制御運転が開
始される。３回の90分の時間制御運転の後に、３
つの差圧値のうちの最大値P_Bが選ばれ、メモリ
に記憶される。

外気温度が高いか、湿度が極めて低い場合に
は、90分のコンプレツサ運転を行つても、コイル
に結氷せず、差圧が極めて低いことが有り得る。
後述のように、時間制御運転は、定期的に繰り返
えされるので、最初の時間制御運転で結氷しなく
ても、後の時間制御運転で結氷による差圧信号を
得られることもある。

最初の時間制御運転時に、外気温度が結氷を生
じないような条件の場合には、この間に差圧は、
上昇しないであろう。

このような場合、最初の時間制御運転時には、
差圧値は、適当な低い値に設定される。

以後は、ヒートポンプは、時間制御運転ではな
くて圧力制御運転が行われる。圧力制御運転の時
間は、屋外コイル１４の両端の圧力差が、時間制
御運転の間の最大差圧として選択されたP_Bに達
するまで続く。第３図に示すように、以後の運転
時間はt₁，t₁′およびt₁″として示される。これらの
時間は、コンプレツサの連続運転または間欠運転
の繰り返しにより、屋外コイルに結氷を生じ、差
圧値がP_Bに達するまでの累積時間である。各運
転時間t₁，t₁′およびt₁″はそれぞれ異なるであろう
が、各運転時間の終りに除霜運転が行われる。除
霜運転が終了すると、差圧はP_Oに戻り、再び、
ヒートポンプはコイル両端の差圧がP_Bになるま
での間圧力制御運転を行なう。

第４図は、第３図の運転サイクルの続きであ
り、時間t₁は差圧がP_Bに達するまでの時間であ
る。第４図は、また、マイクロプロセツサの時間
制御機能と制御機器３２により定期的に挿入され
る90分の更新用時間制御運転を示す。

この更新用時間制御運転により、この90分の運
転における外気温度および湿度などによる新しい
結氷条件に基づき新しい差圧値を得る。新しい差
圧値P_Xは、現在までの差圧値P_Bに代つてメモリ
に記憶される。

そして、除霜運転後再び圧力制御運転に入り、
結氷による新しい差圧P_Xに達するまでの時間は、
t₂に変化するであろう。

圧力制御運転は、ストアされている差圧値を更
新するための次回の更新用時間制御運転が挿入さ
れるまで、差圧P_Xによつて制御されて、繰返え
される。

時間制御機能を有するマイクロプロセツサの制
御機器が、除霜運転開始前に必要な差圧値を更新
するので、ヒートポンプのマイクロプロセツサ制
御機器３２は、屋外の外気温度および湿度条件に
対し、除霜運転を開始するまでの最大の運転時間
が得られるように連続的に調節される。このよう
にして制御機器は、従来技術による時間制御の除
霜制御装置がもたらす不必要な除霜運転の回数を
最小にすることができる。例えば、厳格に時間制
御運転を行なう場合では90分毎に除霜運転が開始
されるが、本発明を用いれば長時間にわたつて除
霜運転を行わないようにできる。

除霜運転を開始するに必要な屋外コイルの両端
の差圧値がP_Xである場合に、外気温度が極めて
高く、外気湿度が極めて低いならば、結氷を生じ
ず、コンプレツサは、長時間にわたつて除霜運転
に入ることなしに圧力制御運転されることがあ
る。

マイクロプロセツサのメモリに差圧値ととも
に、90分という時間サイクルを記憶させておき、
第５図にtdとして、示すように圧力制御運転の時
間が90分より短かくなつた場合には、マイクロプ
ロセツサはP_Xを新しい差圧値に更新すべきこと
を知り、圧力制御運転から、時間制御運転に切換
えて、新しい差圧値P_Yを得るように90分間コン
プレツサを動作させ続ける。

除霜運転が終了すると、第２図ないし第６図に
示すように、コイル両端の差圧は、正常値P_Oに
戻らなければならない。

圧力制御運転では差圧P_Yに達するまでの運転
時間がt₃としたときに、完全に解氷し、除霜運転
が終了してコンプレツサの動作し始めたときの圧
力がP_Oに復帰せずP_Sになるとマイクロプロセツ
サ制御機器３２は異常が生じたことを検知し、警
報４０を発する。このような状態は木の葉が屋外
コイルに吹き込まれたり、紙または雪が屋外コイ
ルを被い、コイルを通過する空気流を妨げること
により起り得る。いずれにしろ、抵抗のないコイ
ルならば、圧力はP_Oであり、P_OでなくP_Sならば、
制御機器３２は警報を発する。

第７図は、先行する時間制御運転の予め決めら
れた回数の繰返しにおけるサンプル値からなる典
型的な曲線を示す。次々の運転と先行する運転の
グループとの平均値がとられる。一定の特性か
ら、はずれた圧力値は、平均値と矛盾するので数
値から削除される。例えば、突風が屋外コイル１
４に吹きつけられたときの圧力は、通常の値から
全く離れたものとなり、圧力制御信号に用いられ
るべきではない。

第８図は、屋外コイルの結氷が次第に増加し
て、差圧がP_Yに達するまでの圧力制御運転にお
けるコンプレツサの間欠運転の動作を示す。この
運転態様は、前述のいずれの運転においても起り
得る。

第８図の最後の“ON”運転において、特別な
ジヤンプが符号５０で示される。マイクロプロセ
ツサは、このステツプ状の変化を検出し、紙が屋
外コイルに吹き込まれたり、結氷以外の異物が、
大きな差圧を生じさせるなどの異常を知り、警報
を発したり、異常発生の表示をする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のように、ヒートポンプ
装置毎に、その特性や外気条件に基づいて除霜制
御装置を設計しなければならないような欠点を除
去できるものである。

以上の説明は好ましい実施例で説明されたが、
当業者であれば、この発明の範囲内で種々の変更
が可能であることは明らかであろう。従つて、こ
の発明は、特許請求の記載のみによつて限定され
ることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、屋外コイルの差圧検出装置をもつた
ヒートポンプ装置の構成図である。第２図は、最
大差圧を得るための時間制御運転を示す図であ
る。第３図は、第２図で得られた差圧を用いた通
常圧力制御運転を示す図である。第４図は、通常
の圧力制御運転の間に、時間制御運転を挿入し
て、制御のための差圧を更新することを示す図で
ある。 第５図は、圧力制御運転の間に、差圧を更新す
ることを示す図である。第６図は、除霜運転の直
後の急激な差圧の変化によつて検知される異常を
示す図である。第７図は、通常運転中のデータサ
ンプリング曲線を示す図である。第８図は、間欠
運転の繰返しによる累積時間運転のデータサンプ
リングを示し、間欠運転の最後に異常が発生した
ことを示す図である。 １０：冷凍機コンプレツサ、１１：屋内コイ
ル、１２：屋内フアン、１３：屋内空間、１４：
屋外コイル、１５：屋外フアン、２０：ルームサ
ーモスタツト、２１：圧力取出端、２２：圧力取
出端、２３：圧力検出装置、２５：温度センサ
ー、３０：温度検出装置、３２：マイクロプロセ
ツサ制御機器、４０：警報装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 強制通風し屋外空気から熱を取り込むための
   屋外コイルとこの屋外コイルを周期的に加熱して
   除霜する除霜手段を有するヒートポンプ装置の除
   霜制御装置において、 前記屋外コイルの両端間の空気差圧に応答する
   差圧応答手段と、 前記ヒートポンプ装置を周期的に所定の稼働累
   積時間時間制御運転し、各周期における稼働累積
   時間の終わりに前記差圧を測定するための時間制
   御手段と、 前記累積時間の終わりに測定された差圧値を記
   憶する第１の記憶手段と、 周期的に行われる前記時間制御運転の間におい
   ては、ヒートポンプ装置を圧力制御運転下におく
   制御手段と、 前記制御手段に接続され、前記屋外コイルの正
   常な圧力降下曲線を得るべく、先行する運転にお
   いて測定された複数の差圧値を記憶する第２の記
   憶手段と、 前記制御手段に接続され、運転中における差圧
   の測定値が前記第２の記憶手段に記憶された圧力
   降下曲線の対応する差圧値から所定偏差以上異な
   るとアラームを発する警報手段とを具備し、 前記制御手段は、前記ヒートポンプ装置を前記
   差圧応答手段が前記第１の記憶手段に記憶された
   最新の差圧値に達するまで前記圧力制御運転下に
   おき、続いて除霜手段が前記屋外コイルの除霜を
   開始するように制御することを特徴とするヒート
   ポンプ装置の除霜制御装置。