JPH02217765A - 熱ポンプにおいて外部周囲温度を確定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔利用分野〕 本発明の技術分野は熱ポンプすなわちヒートポンプの制
御、特に、除霜操作を行うためのヒートポンプの制御に
関する。

〔背景技術〕 ヒートポンプは内部スペースを加熱するために典型的に
使用される温度変更装置である。ヒートポンプは内部ス
ペースを温めるためにより冷い外気から熱を移動させる
。この熱移動は冷媒の液体又は気体の状態の変化をコン
トロールすることによって行われる。

コンプレッサーは気体状の冷媒を受入れ、圧力をかける
ことによりその冷媒の状態を液体に変化させる。このプ
ロセスは冷媒温度を上昇させてしまう。内部熱交換器は
温熱冷媒から内部スペースの空気へ熱を移動させること
ができる。典型的なものでは、この熱移動を容易にする
ために、ファンを使って内部空気全内部熱交換器上へ移
動させる。

液体冷媒はそれから蒸発器へ送られる。この蒸発器にお
いて、コンプレッサーにより与えられた圧力は釈放され
る。このことにより、その冷媒は液状から蒸発して気体
状態となる。液体冷媒の熱の多くは、蒸発熱となるため
に必要でおる。その結果、蒸発器から出る気体冷媒は流
入する液体冷媒よりもつと低温である。

この低温の気体冷媒はそれから外部熱交換器へ送られる
。この外部熱交換器は、熱が外気からもつと冷い気体冷
媒へ流れることを除けば、内部熱交換器と同じである。

内部熱交換器の場合のように、外部熱交換器も、典型的
には、熱移動を容易にするために、外部ファンを有し、
それによって外気を外部熱交換器−・移動させる。外気
からの熱で温度が上昇し次気体冷媒はそれからコンブ１
／ツサーへ送られ、この周期をくり返す。

この周期の正味の結果は、内部空気を温める友めにより
冷い外気から熱全移動させることである。

コンプレッサーからの液体冷媒の温度は、典型的なもの
では、１１０’Ｆ（４３，３℃）となる。その冷媒は典
型的には、内部空気を約７０’Ｆ（２１，１℃）に温め
ることにより、内部熱交換器内を約１００″Ｆ（３７，
８℃）まで冷やす。蒸発器から出る気体状冷媒は、典型
的には、もつと冷えており、約Ｏ″Ｆ　（−１７，８℃
）である。外気が６０〜３５”Ｆ（１５，６〜１６．７
℃）の範囲にある時、それは典型的なものでは、気体状
冷媒金的２８’Ｆ（−２，２℃）のは度に加熱する。冷
媒の液体又は気体状態の変化をコントロールすることに
よって、より冷い外気から熱を移動させ、より温い内部
スペースを温めることができる。この熱を移動させるた
めに必要な電気エネルギーの量（コンプレッサーと内部
ファン及び外部ファンの電力消耗ｆ）は一般に、この熱
に等しい電気エネルギーより小さい。かくして、ヒート
ポンプは同量の電力を使った電気抵抗ヒーターより一層
多くの加熱を生じさせる。

ヒートポンプはいくつかの欠点とセリ限を有し、これが
その広範な使用を妨げている。第１に、熱移動機構は冷
媒を気体から液体へ変換し、それから液体から気体へ戻
すことによって達成される制限された温度示差に基づい
ている。この温度示差は、所望の熱移動を生じさせるた
めには、内部スペースと外部との間の温度示差より大き
くなければならない。さらに、その熱移動機構は、内部
と外部との間の温度差が最小の時に最も有効であるかく
して、熱移動プロセスは効率が低くなム同時に、外部周
囲温度が非常に低い時に、熱移動袂求が最大となる。そ
の結果、ヒートポンプシステムは、所望の内部温度にす
るためにこのヒートポンプでは不十分な時に使用するた
めに、例えばガスやオイルで発火する炉のような、補助
加熱ユニットと共にしばしば使用される。

第２に、外気温が低い時、ヒートポンプの有効性全低下
させる要素がさらにあることである。外部熱交換器に霜
が形成されると、ヒートポンプの有用性が著しく制限さ
れる。冷媒はＯ？の範囲の温度を有することができるの
で、熱移動は、理論上、凍結温度（３２”Ｆ　（０℃）
）以下の外部周囲温度で生じることになる。しかしなが
ら、外部熱交換器の冷媒温度が低いために、外部周囲温
度が凍結温度以上の時でさえ、外気中の湿気が凍結する
ことにより、外部熱交換器に霜が形成され易い。

典型的には、霜は外気温度が３５〜３７°Ｆ（１，６７
〜２．７８℃〕の時に形成され始める。そのような霜が
蓄積すると、外部熱交換器が外気から隔離されるので、
熱移動プロセスが生じなくなる。

従来の先行技術によれば、除霜を行うために内部及び外
部の熱交換器の接続を逆にするシステムがある。これは
霜を溶かすような温熱液体冷媒を外部熱交換器へ移動さ
せることになる。しかし不都合なことに、これは最も加
熱したい時に、内部から外部へ熱を移動させるニアコン
ディショナーとして、そのヒートポンプを作動させる。

そのような除霜操作は又、加熱作用として働かないエネ
ルギーを消費する。従って、外部熱交換器を除霜するの
に適した時間を検出することは、エネルギーの節約とな
る。

先行技術では、霜の蓄積を検出するシステムや、そのよ
うな蓄積を生じさせることが知られている状態を検出す
るシステムがある。従来のその１つの方法ハ、ヒートポ
ンプのコンプレッサーの総合操作時間に基づいて除霜を
行う。そのようなシステムは典型的にはコンプレッサー
へ供給される電流によシ加熱されるバイメタルスナップ
スイッチ全コンプレッサー回路に使用する。コンプレッ
サーの仕事の操作周期とｔ流操作の時間とがバイメタル
スナップスイッチの特性によって設定される制限に達す
る時、そのバイメタルスナップスイッチが外れる。これ
によって、コンプレッサーが中断し、除霜操作全開始す
る。そのようなシステムは、霜の形成傾向をコントロー
ルする、例えば温度や湿度のような外部＋！件を考慮し
ていない。かくして、このシステムは、除霜全必要とす
る時、その時間の近似値を与えるだけでよい。

従来のもうひとつのシステムは、除霜全必要とする時全
決定するために外部周囲温度と外部熱交換器−度との間
の差異を用いている。この差異が外部周囲温度に基づい
て所定ｉｔヲこえる時、除霜操作が開始する。この方法
は、霜の形成により外気から外部熱交換器の隔離、結果
を検出し、かくして特定の周囲の状態に応答する。その
ようなシステムは２つの理由で理想的でない。これらの
システムは２つの温度測定を必要とするので、一般に２
個の温度センサーが必要となる。さらに、典型的には、
外部周囲温度の一次関数から形成されるトリツガ−温度
差異は通常、複数のヒートポンプの場合、中間的妥協の
産物である。さらに、特定のヒートポンプの場合、箱形
成時の温度差は、モータ軸受の質の低下や、冷媒の部分
的損失やその他の要素によって生じるエイジングにより
変化することがある。かくして、この除霜操作基準は、
その有効寿命中のある特定時点での特定ヒートポンプに
対する近似法でしかない。

前述の２つの要素は成る気候では、ヒートポンプの有用
性を制限してしまう。外部周囲温度が加熱シーズンの最
も重要な部分で凍結温度以下となる場合、ヒートポンプ
をほんの稀に据え付けるか、或いはヒートポンプを補助
加熱ユニットにより補助しなければならない。その結果
、間歇的にしか使用されないような外部装置全必要とす
ることになる。外部熱交換器上の霜を溶かす従来の方法
は、加熱システム上に付加的に加熱負荷を置くことであ
り、同時に、外部熱交換器全加熱するために内部スペー
スを冷やすことによって熱を最も多く必要とすることに
なる。

多くの米国の引用文献の温度バター／の研究の結果、ヒ
ートポンプの最低操作温度をほんの数度だけ低下させる
と、ヒートポンプを排他的に使用できる部分が著しく増
大し、他の領域で補助熱を必要とする部分も著しく減少
する。ヒートポンプの操作方法を、霜の存在をよシ確実
に検出できるようにすることによって、電力による除霜
をよりよく利用することができ、従って、最低操作温度
をそのように改善することもできる。従って、このヒー
トポンプの分野において、確実な霜検出法全提供するこ
とは、大変有用なことである。

〔発明の概要〕

本発明は、熱ポンプにおいて外部周囲温度を確定する方
法及び装置である。外部熱交換器の温度が外部周囲温度
に対して所定の関係を有する場合、熱ポンプは外部熱交
換器全除霜する。本発明は、外部熱交換器の温度の測定
から外部周囲温度を確定する方式である。このように、
この方法では、２つの温度全測定するために２つの温度
セ／すは不要である。

本発明は、外部熱交換器の温度と外部周囲温度との所定
の関係全検出したときに除霜動作を開始する。外部熱交
換器の温度は温度センサを介して直接測定される。本発
明の改良点には、圧縮機の動作後、外部熱交換器の温度
を繰返し測定しながら、外部ファンを動作させることが
ある。外部ファンの動作は、外部熱交換器の温度がプラ
トーに達するまで続く。プラトー温度が凍結温度以外で
あるならば、外部周囲温度はこのプラトー温度と等しい
値に設定される。

外部ファ／の継続動作によって、外部熱交換器の温度は
外の空気から熱を奪いながら外部周囲温度に近づいてゆ
くので、上述の方法は有効に作用する。凍結温度以外の
プラトー温度は、いずれも、外部熱交換器の温度が外部
周囲温度に達したことを示す。凍結点のプラトー温度は
そのように容易に解釈できない。外部周囲温度が凍結温
度であることも考えられるであろうし、外部周囲温度が
凍結温度より高く、外部熱交換器に多少の霜が形成され
てしまっていることもちシうる。後者の場合には、外部
ファンによシ供給される外の空気の熱は、外部熱交換器
の温度を上げるより先に、霜を溶かすであろう。このよ
うに、凍結点のブラ）−温度は凍結温度である外部周囲
温度を指示してはいない。

プラトー（平坦部）温度が凍結温度である場合には、特
別の手段が講じられる。外部ファンは動作し続けている
。外部熱交換器に霜が付いておシ且つ外部周囲温度が凍
結温度より高いならば、霜は最終的には溶け、外部熱交
換器の温度は外部周囲温度に近づく。第２のプラトー温
度が検出されたときに、実際の外部周囲温度が得られる
。凍結温度Ｌ＃）ごくわずかに高い外部周囲温度の範囲
では、サーモスタットは、外部熱交換器の温度がこの第
２のプラトー温度に達するか、又は、凍結温度より高く
なるのに先立って、付加的な圧縮機サイクルを必要とす
る。第２のプラトー温度に達しない場合には、外部周囲
温度は、実際の温度の近似値である妥協温度に設定され
る。この妥協温度は、サーモスタットが第２のプラトー
温度に達するのに先立って別の圧縮機サイクル金要求す
る凍結温度よりわずかに高い温度の範囲の中心に近いの
が好ましい。好ましい実施例では、この妥協温度は華氏
３４度である。

このよりにして確定された外部周囲温度は、霜の堆積に
関して熱ポンプを監視するときに使用される。圧縮機の
動作中、外部熱交換器の温度は絶えず監視されている。

この温度は、それに先立つ圧縮機のオフ時間中に本発明
に従って確定された外部周囲温度と共に、外部熱交換器
に霜が形成されつつあるか否かを判定するために使用さ
れる。

霜の形成が検出されれば、圧縮機のサイクルは中断され
、除霜動作が始まる。この除霜動作は、従来の技術に従
った動力除霜動作であっても良い。

〔実施例〕

第１図は本発明の部品′？！−概略的に示す。ヒートポ
ンプ１００はコンプレッサーモータ１０５により駆動さ
れるコンプレッサー１１０と、冷媒流スイッチ１２０と
、内部にノア／モータ１３５と内部ファン１３７とを有
する内部熱交換器１３０と、蒸発器１４０と、外部ファ
ンモータ１５５と外部フ゛アン１５γとを有する外部熱
交換器１５０と、コントローラー１６０とを有する。

第１図に概略的に示すように、冷媒はヒートポンプの部
材を通って流れる。第１図の矢印は、ヒートポンプ１０
００通常の操作中、冷媒流スイッチ１２０ヲ通って流れ
る冷媒流を示す。第１図に示すように、冷媒はコンプレ
ッサー１１０から、冷媒流スイッチ１２０ヲ通って内部
熱交換器１３０へ流れ、それから蒸発器１４０へ、そし
て外部熱交換器１５０へ流れて冷媒流スイッチ１２０へ
戻り、それからコンプレッサー１１０へ戻る。この冷媒
流路により、ヒートポンプ１００は熱を外部から内部へ
移動させることができる。冷媒流スイッチ１２０にヨリ
、ヒートポンプ１００の逆流操作が可能となる。逆流は
コンプレッサー１１０から冷媒流スイッチ１２０ヲ通り
、外部熱交換器１５０へ流れ、蒸発器１４０ヲ通り、内
部熱交換器１３０ヲ通り、冷媒流スイッチ１２０へ戻り
、それからコンプレッサー１１０へ戻る。この冷媒流路
によって、ヒートポンプ１００は熱全内部から外部へ移
動させることができる。この逆流操作は外部熱交換器１
５０を除霜するために従来の方法に従って使用される。

コントローラー１６０　ハ、コンプレッサーモータ１０
５と、冷媒流スイッチ１２０の内部ノア／モータ１３５
と、外部ファンモータ１５５とに接続する。コントロー
ラー　１６０　ハ、コンプレッサーモータｉｏｓ。

冷媒流スイッチ１２０の内部ファンモータ１３５及び外
部ファンモータ１５５の制御によりヒートポンプ１００
の操作全制御する。この制御は内部スペースの温度のサ
ーモスタットによる調節を行い、除霜用外部熱交換器１
５０の制御を行う。

第２図はコントローラー１６０をさらに詳細に示す。コ
ントローラー１６０は、マイクロプロセスサー２００と
、内部温度センサー２１０と、外部温度センサー２２０
と、デイスプレィ２３０と、キーボード２４０と、外部
コントローラー２５０とを含む。内部温度センサー２１
０は、内部温度を測定する温度センサーである。この内
部温度は、ヒートポンプ１００のサーモスタットによる
調温の時に使用する。

外部温度セッサ２２０は外部熱変換器１５０の温度を測
定して、外部周囲温度の確定を可能にする。

それらの温度は霜つきの調整に使用される。本発明の好
ましい実施例では、外部温度センサ２２０は、外部熱交
換器１５０の温度全測定するために、外部熱交換器に熱
結合され且つ外気からは遮断されている温度センサであ
る。外気の温度は外部熱交換器の温度から決定される。

デイスプレィ２３０は、従来の技術に従って構成され、
ヒートポンプ１００の使用者へメツセージを送るために
使用される。そのようなメツセージは現在時と、現在の
内部温度と、現在の所望温度とを含む。さらに、デイス
プレィ２３０はキーボード２４０全介してコマ７ドを人
力する間、使用者へフィードバック金与える定めにキー
ボード２４０に関連して使用される。キーボード２４０
は従来の技術に従って構成され、ヒートポンプ１００の
オペレーターによる制御を可能にするために使用される
。

さらに、この技術分野では、マイクロプロ七スサ＝２０
０内に保管する之めに、キーボード２４０を介して一日
のうちの特定の時間に、一連の所望の温度全提供するこ
とは知られている。この事は、マイクロプロセスサ−２
００がヒートポンプ１００　ｆ制御して特定の時間にこ
の保管された一連の所望の温度に対応する時間と温度の
輪郭全提供することを可能にする。

出力コントローラー２５０　ハ、コンプレッサーモータ
１０５．冷媒流スイッチ１２０．内部ファ／モータ１３
５．外部ファンモータ１５５に接続する。出力コントロ
ーラー２５０は１個以上のリレー、又は半導体スイッチ
切換え部材金有し、これはマイクロプロセスサー２００
の制御のもとにこれらの部材への電力を切り換える。

マイクロプロセスサー２００は従来の方法に従って構成
される。そしてこのマイクロプロセスサ２００は、プロ
グラム制御のもとて算術操作及びロジック操作を行う中
央処理ユニット２０２と、データや中間計算結果等を一
時的に保管するう／ダムアクセスメモリー２０４と、マ
イクロプロセスサ２００の制御のためプログラムを永久
的に保管し、さらにその操作に使用される定数表金保管
することのできる読み専用、メモリー２０６と、現在時
金指示する実際タイムクロック２０８とを含む。中央処
理ユニット２０２と、う／ダムアクセスメモリー２０４
と、読み専用メモ’Ｊ　−２０６と、実際のタイムクロ
ック２０８とを含む典型的なマイクロプロセスサー２０
０は、単一の集積回路に形成される。マイクロプロセス
サー２００は事実、小型プログラム式＝ｆｆ　ンヒュ−
ｐ−でアル。マイクロプロセスサ−２００の製造中、読
み専用メモ’Ｊ　−２０６に永久的に保管されたプログ
ラムを適切に選択することによって、同一構造体に種々
の仕事を遂行させることができる。自づと、読み専用メ
モ’Ｊ−２０６において特定プログラムを指定すると、
特定のマイクロプロセスサーがそのプログラムにより遂
行される特定の仕事に割当てられることになる。この方
法による設計上、及び製造上の融通性は、変化の激しい
この技術分野では、非常に効果的である。

操作時、読み専用メモ１．１−２０６に保管されるプロ
グラムは、マイクロプロ七スサー２００によりヒートポ
ンプ１００の操作を制御させる。このプログラムでは、
マイクロプロセスサー２００は、キーボード２４０から
の入力コマンドき共に、内部温度センサー２１０及び外
部温度センサー２２０からの入力信号を受信する。そこ
でマイクロプロセスサー２００は、デイスプレィ２３０
　’ｉ介してユーザーへ出力を出し、実際タイムクロッ
ク２０８が指示する現在時に関連して読み専用メモＩＪ
　−２０６に永久的に保管されたプログラムに従って出
力コントローラ−２５（ｌ介ｔ、て、コンプレッサーモ
ータ１０５．冷媒流スイッチ１２０．内部ファンモータ
１３５．及び外部ファンモータ１５５の操作を制御する
。

第３図は、コンプレッサーを切った後、外部熱又換器の
時間と温度との成る時間におけるプロフィル金示す。縦
目盛は華氏単位である。このグラフには、凍結温度（３
２°Ｆ（０℃））が印されていることに留意する。第３
図は曲８３１０　、３２０　３３０で３つの場合を示す
。

第３図において、時間１ｏは、コンプレッサーが切れた
時間に対応する。時間ｔｏに至る前で、外部熱交換器１
５０に配置し之センサーで測定された温度は、操作条件
のもとてヒートポンプ１００により達成される最低温度
に対応し、これは特定のヒー　トボンブの構造の１つの
機能である。時間ｔ。

に後続する時刻では、外部熱交換器１５０の温度は、外
部の周囲温度に従って変化する静止レベルへ向って上昇
する。

曲線３１０は凍結温度よす高い静止温度Ｔｌへの上昇を
示す。この状態は、外部の周囲温度、が凍結温度より烏
い時に生じる。そのような場合、外部熱交換器１５０に
は、霜は形成されない。

曲Ｍ　３２ＣＩは凍結温度よシ低い静止温度Ｔ２への上
昇全示す。この場合、外部周囲温度は凍結＠度以下であ
る。そのような場合、外部熱交換器１５０に霜が形成さ
れるか否かわからない。しかしながら、■は形成され易
く、さらに外部熱交換器１５０はその外部熱交換器１５
０を横切って外気全移動させるために外部ファン１５７
全作動させても除霜さル得ないことは明らかである。こ
れは、外部周囲温度が凍結温度以下であるためである。

曲線３３０は、凍結温度に寺しい静止温度Ｔ３への上昇
を示す。その後の温度上昇は、ｔ２の所で始まって、タ
イムｔ３の所での次の静止温度Ｔ４までである。これは
、外部熱交換器１５０上に霜が蓄積し、外部の周囲温度
が凍結温度以上となる場合に対応する。外部熱交換器１
５０の温度は、凍結温度まで上昇する。外部熱交換器１
５０へ移動した熱はその後、その温度を上昇させること
はなくて、霜をいくらか溶解させる。全ての霜が時間ｔ
２の所で溶解した後、外部熱交換器１５０の温度ｔよ再
び上昇し始める。これは時間ｔ３の所でレベルＴ４に達
する。

測定した外部熱交換器の温度から外部周囲温度全決定す
る方法は、第３図から理解できる。本発明の１つの実施
例によれば、コンプレッサー１１０のスイッチを切り換
えた後、外部ファン１５７が作動する。これは外部熱交
換器１５０の−まわりに外気を移動させるように働き、
それによって、外部熱交換器１５０の温度は外部の周囲
温度まで上昇する。

外部熱交換器の温度の平坦部（プラトー）は、これが生
じる時に検知される。そのような場合、外部周囲温度は
平坦温度に等しい。しかしながら、３２下の平坦な温度
は必ずしも、３２’Ｆ（０℃）の外部周囲温度を示すも
のではない。凸線３３０で示すように、外部熱交換器１
５０の時間と温度のプロフィルは、霜を溶かす際に吸収
される外気からの熱によって生じる凍結温度（３２下）
で第１平坦部を表わし、それより高温度で後の平坦部が
後続する。それはこの後方の平坦温度であって、その温
度は外部周囲温度に対応する。かくして、外部周囲温度
は、３２”Ｆ（０℃）以外の温度で平坦部（プラトー）
が発生するように外部熱交換器の温度をモニターするこ
とによって決定される。

前述のように、凍結温度以上の成る範囲の外周温度では
、外部熱交換器の温度が凍結温度以上になる時、サーモ
スタットは時間ｔ２の手前で付加的コンプレッサー周期
を必要とすることが予期される。これは、ヒートポンプ
の熱負荷が大きすぎて、時間ｔｏとｔ２との間のインタ
ーバルにおいてコンプレッサーがオフとなるために生じ
る。この範囲の外気温度は３２°Ｆ（０℃）と３５又は
３６下との間にあることが期待される。そのような場合
、外周温度は、例えば３４下（１，１℃）のよ５にこの
範囲内の中間温度に設定される。

第４図は本発明に従ったサーモスタットによる制御と霜
による制御を達成するためにマイクロプロセスサー２０
０の操作を制御するために使用されるプログラムのフロ
ーチャートラ示す。第４図に示すプログラム４００は、
マイクロプロセスサー２００の制御のためのプログラム
を正確な詳細部を示すものではない。その代わり、プロ
グラム４００はこのプログラムに使用される全ての一般
的段階だけを示すものである。第４図のプログラムは又
、ヒートホン７’１００の制御に必要な制御プロセスの
全てを示すものでもないことに注意すべきである。

特に、プログラム４００は、オペレータの入力がキーボ
ード２４０から受信される方法又は、ユーザーへメツセ
ージを送る丸めにデイスプレィ２３０ヲ使用する方法を
示すものでもない。マイクロプロセスサー２００の操作
のためにプログラムのこれらの必要な部分はこの技術分
野でよく知られており、それは本発明の一部を構成する
ものではないので、本発明の説明から省略する。マイク
ロプロセスナーのプログラミング技術に熟達した人々は
、マイクロプロセスサー２００を使用するためにこの型
のマイクロプロセスサーユニット’を一旦選択し、それ
と共にそれに関連した取扱い説明ｉ１金使用する時、本
出願のここの箇所やその他の場所に示すプログラム４０
０からマイクロプロセスサー２００ヲ制御するためにそ
のプログラムの正確な詳細を提供することができる。

プログラム４００は反復して遂行される連続ループであ
る。便宜上、この連続ループの説明は処理用ブロック４
０１から始める。その処理用ブロック４０１において、
プログラム４００は内部温度′！ｉ−測定するためにマ
イクロプロセスサー２００を制御する。

このプロセスは内部温度センサー２１０からの信号？！
７！み、処理することによって生じる。本発明の好まし
い実施例は、内部温度センサー２１０としてサーミスタ
ーの可変抵抗を使用する。マイクロプロセスサー２００
は、そのようなサーミスターの抵抗全デジタル数へ変換
するためにデジタル変換プロセスへのアナログをコント
ロールするのが好ましい。最後に、マイクロプロセスサ
ー２００は、ルックアップテーブルヲ使ってサーミスタ
ーの抵抗のこのデジタル測定値を内部温度Ｔｌへ変換す
るのが好ましい。このプロセスや、温度を示すデジタル
信号を得るその他の方法は従来の技術でよく知られてい
る。

プログラム４００は次【、現在時に対する所望の温度Ｔ
ａ　を決定する（処理ブロック４０２）。この温度はキ
ーボード２４０ヲ介して入力される設定点となる。しか
しながら、好ましい実施例によれば、この所望温度Ｔｄ
は、ランダムアクセスメモリー・２０４内に保管された
一日の特定時間に対して一連の所望の温度を含むテーブ
ルから呼び出される。

特定時間に対する所望の温度Ｔｄは、゛大隊のタイムク
ロック２０８により示される現在時に関連して呼び戻さ
れる。このプロセスはこの技術でよく知られているので
これ以上説明しない。プログラム４００　Ｋおけるこの
段階の基本的要素は、内部温度Ｔｌに比較するため所望
の温度Ｔａ金生じさせることである。

プログラム４００は次に、ヒートポンプ１００のサーモ
スタットによる制御を行う（サブルーチン４１０　）。

このプロセスは、出力コントローラ−２５０を介してコ
ンプレッサーモータ１ｏ５．冷媒流スイッチ１２０．内
部ファンモータ１３５．外部ファンモータ１５５の操作
を制御する。第４ａ図および第４ｂ図に示すサブルーチ
ン４１０は、単一の例として、この制御プロセスに対す
る非常に簡単な比較算術を示す。この技術と他のもつと
複雑な技術は、この技術分野でよく知られている。

プログラム４００ははじめに、コンプレッサー１１０が
現在、オフ状態にあれば、それが所定の時間ｔｄ以上に
長い時間、オフ状態にあったがどうかを決定する（決定
ブロック４１１）。このテストはモータ１０５を保護す
るためにコンプレッサー１１０が遮断されている時には
必ず、最低オフ時間全保証するために行われる。コンプ
レッサー１１０がオフで、必要なインターバルｔｄの間
オフ状態になかった場合、サーモスタットによるサブル
ーチン４１０の残９部分は、バイパスされ、処理ブロッ
ク４３４へ制御力が送られる。コンプレッサ１１０がオ
ンの場合、又はコンプレッサー１１０がインターバルｔ
ｄ　より長時間、オフとなっていた場合、サーモスタッ
トによるサブルーチン４１０の残り部分は実行される。

プログラム４００は測定した内部温度ＴＩ　’に所望の
温度Ｔｄに比較する（決定ブロック４１２）。測定され
た内部温度Ｔｌが所望の温度Ｔｄ以下の場合、コンプレ
ッサーモータ１０５と、内部ファンモータ１３５と、外
部ファンそ一夕１５５は、それらがすでにオン状態にあ
る場合、通電されるか、又はオン状態のままである（処
理用ブロック４１３）。

これは、これらのモータを駆動するため適切なコマンド
全出力コントローラー２５０へ送ることによりマイクロ
プロセスサー２００により行われる。これによってヒー
トポンプ１００が作動し、外部から内部への熱移動が始
る３、プログラム４００はそこで、下文で説明する方法
で外部熱交換器１５０に霜が形成されたか否かをテスト
する。

測定した内部温度Ｔ１が所望の温度Ｔｄ　　より低くな
い場合、コンプレッサーモータ１０５と内部ファンモー
タ１３５とは遮断されるか、又は遮断されたままである
（処理ブロック４１４）。前述のように、これはこれら
のモータｔｍ断するためマイクロプロセスサー２００が
必要なコマンド全出力コントローラー２５０・＼出すこ
とによって達成される。

外部ファンモータ１５５は本発明に従って別個にコント
ロールされる。

フログラム４００の残り部分は、ヒートポンプ１００の
除霜操作に関連する。そこには２つのブランチがあり、
１つは、ヒートポンプ１００の作動時に入力し、他の１
つはヒートポンプ１００の非作動時に入力する。ヒート
ポンプ１０口が作動する場合、プログラム４００がデス
１行い、霜が形成されているかどうか全決定する。その
場合、ヒートポンプ１００の操作は中断され、除霜操作
が始る。ヒートポンプ１００が作動しない場合、プログ
ラム４０Ｇが作動して外気温度を決定する。

ヒートポンプ１００が作動している場合、プログラム４
００は霜が形成されていないか否かをくり返しテストす
る。これは外部熱交換器の温度と外部の周囲温度との比
較によって行われる。プログラム４００ははじめに、外
部熱交換器の温度Ｔ。全測定する（処理ブロック４２０
）。この好ましい実施例において、外部センサー２２０
は、外部熱交換器１５０と熱接触状態にあるサーミスタ
ーを有し、このサーミスターは外気から隔離されている
。マイクロプロセスサー２００は内部温度Ｔ１の決定に
関して前述と同じ方法で外部熱交換器温度Ｔｅ　ｋ決定
するのが好ましい。

プログラム４００は次に、その前に決定された外部周囲
温度Ｔｏと測定したばかりの外側熱交換器温度Ｔ。との
間の差異が所定の箱形成差異関数Ｔ　（Ｔｏ　）より大
であるかどうかを決定する念めにテストする。好ましい
実施例によれば、この所定の箱形成差異関数−Ｔ（Ｔｏ
）はマイクロプロセスサー２００により調整自在である
。この好ましい実施例において、各外部周囲温度Ｔｏに
対する所定の箱形成差異関数−Ｔ（Ｔｏ）の対応する差
異値は、ランダムアクセスメモリー２０４のルックアッ
プテーブルに保管される。この所定の組形成差異関数−
Ｔ（Ｔｏ）の調整方法については、下文で説明する。所
定の組形成差異関数−Ｔ（Ｔｏ、）は次式に従って設定
される。即ち、 その際、電力は何ら調整金行う前に、コントローラー１
６０へ最初にかけられる。マイクロプロセスサー２００
は、最初に、所定の組形成差異関数−Ｔ（Ｔｏ）に対し
て一次関数を与えるよりにプログラムされる。外部周囲
温度Ｔｏと外部熱交換器温度Ｔｅ　との間の差異がこの
所定の組形成差異関数Ｔ　（Ｔｏ　）　’ｅこえない場
合、霜は検知されず、プログラム４００は処理ブロック
４０１に戻ｐ、制御プロセス金反復する。前記差異が所
定の組形成差異関数−Ｔ　（Ｔｏ　）をこえる場合、外
部ファン１５７が速断される（処理ブロック４２２）。

それからプログラム４００は電力ｉＣＪ、る除絹操作金
行う。かくしてヒートポンプｉ００の操作線、霜が検知
される時に中断される。

プログラム４００は次に、電力による除霜周期を行う。

プログラム４００は、凍結流スイッチ１２（１逆転させ
る（処理ブロック４２３）。これは適切なコマンドをマ
イクロプロセスチー２ｏｏカラ出方コントローラー２５
０へ送ることによって達成される。

これはコンプレッサー１１０からの加熱液体冷媒全外部
熱交換器１５０へ供給させ、除霜し、そしてこのプロセ
スの内部熱交換器１３０　’ｉ介して内部スペースから
熱を除去する。

本発明の好ましい実施例によれば、１形成差異関数−Ｔ
（Ｔ））は、除霜操作に必要な時間に基づいて調整され
る。従って、マイクロプロセスサー２００はこの操作の
時間を測定するようにプログラムされる。かくして、除
霜操作の時間を測る之めに、タイマーがスタートする（
処理ブロック４２４尤そこでプログラム４００は前述の
方法と同じ、７５法で外部熱交換器温度Ｔ６全測定する
（処理ブロック４２５）。それからプログラム４００は
外部熱交換器温度Ｔ、が凍結温度以下か、それとも凍結
温度に等しいかどうかを決定するためにテストする（決
定ブロック４２６）。この場合、制御作用が処理ブロッ
ク４２５へ戻り、温度測定全反復させる。

プログラム４００は、外部熱交換器温度Ｔｅが凍結温度
より高くなるまでこのループ内にそのままの状態で存在
する（決定ブロック４２６）。

−旦、この状態が生じると、除霜操作がストップする。

プログラム４００がタイマ・〜をストップさせる（処理
ブロック４２Ｔ）ので、経過時間ｔ６生じさせる。そこ
でプログラムはコンプレッサーモータ１０５を遮断しく
処理ブロック４２８）、冷媒流スイッチ１２０を適材の
流れヘリセットする（処理フロック４２９）。これによ
って除霜操作が完了する。

プログラム４００は次に、前記経過時間を全使用して、
組形成差異関数−Ｔ（Ｔｏ）′ｆ：調整すべきかどうか
を決定する。外部熱交換器１５０を除霜する時間が狭い
範囲内に最もよく保持されると考えられる。除霜操作に
とって理想的な時間は５分と考えられる。除霜時間が理
想的時間より長くなると、過度の箱形成によりヒートポ
ンプの効率が低下する。除霜時間が前記理想的時間より
短い場合、必要以上に頻繁に除霜することにより、エネ
ルギの浪費となる。組形成差異関数−’ｒ　（１ｐｏ）
　全調整して除ｎ時間を理想値により接近させるために
、理想的時間から逸脱を行う、 その調整は次のように行われる。プログラム４００は、
前記経過時間ｔが上限値ｔ１１以上であるかどうかを決
定するためにテストする（決定ブロック４３０）。この
上限値は、本発明の好ましい実施例に従って６分に設定
される。その場付、現在の外部周囲温度Ｔ、での組形成
差異関数−Ｔ（Ｔｏ　）は漸減する（処理ブロック４３
１）。これは特定の外部周囲温度Ｔｎで除霜操作を開始
させるのに必要な温度差を減少させ、かくして、−層頻
繁で、より短時間の除霜が生じる。組形成差異関数−Ｔ
（Ｔ、）がランダムアクセスメモリー２０４に保管され
るような好ましい実施例において、これは、現在外部周
囲温度Ｔｒｌに対応するメモリー位置に保管されたーＴ
の値から少ｔｋ差し引くことにより達成される。

前記経過時間ｔが上限値ｔｕ　よシ長くない場合、プロ
グラム４００は、経過時間ｔが下限値ｔ１よシ短いかど
うかを決定するためにテストする（決定ブロック４３２
）。本発明の好ましい実施例に従えば、この下限値は４
分に設定される。さもなければ、経過時間ｔは上限値１
ｕと下限値１．　との間となり、従って、箱形成差異関
数−Ｔ（Ｔｏ）を調整する必要はない。従って、プログ
ラム４００は入力点Ａを通って処理ブロック４０１へ戻
る。経過時間ｔが下限ｔ１　より短い場合、現在の外部
周囲温度Ｔｎでの箱形成差異関数−Ｔ（Ｔｏ）の値は漸
増する（処理ブロック４３３）。これは特定の外部周囲
温度Ｔｎで除霜操作を開始するために必要な温度差を増
大させ、かくして除霜回数を減らし、除霜時間も長くな
る。この好ましい実施例においてこれは現在の外部周囲
温度に対応するメモリー位（度に保管されたーＴの値に
少ｉｌ全追加することによシ達成される。

前述のこの箱形成差異関数−Ｔ（Ｔｏ）のこの調整は、
点と点をベースに行う。即ち、そのような調整は、その
関数の単一点を変化させるだけである。箱形成差異関数
−Ｔ（Ｔｏ）は最初に、次式、即ち、 に従って一次式の近似式として設定される。箱形成差異
関数−Ｔ（Ｔｏ）のこの最初の近似式は、上限値と下限
値以外の時間を必要とする各除霜操作の次めに反復して
ｎ整される。

前述の箱形成関数−Ｔ（Ｔｏ）の調整は、所定の上限値
ｔｕと所定の下限値１１　とに基づいている。

又、上限＊　ｔ　ｕと下限値ｋｍはヒートポンプ１１０
０ｋえる際にオペレーターによシ選択される。（この選
択はキーボード２４０　’に介して行うことができる。

）この方法で、単一型のマイクロプロセスサ−２００ハ
、差異コンプレッサー１１０と、内部熱交換器１３０と
、外部熱交換器１５０とを備え次差異ヒートポンプ装置
用コントローラーとして機能し、かくして差異式箱形成
特性？もつ。

プログラム４００はヒートポンプ１００が作動していな
い場合、もうひとつのブランチを入力させる。

プログラム４００のこのブランチは、コンプレッサーモ
ータ１０５と内部ファンモータ１３５とがすでに遮断さ
れている（決定ブロック４１１）時、又はコンプレッサ
ーモータ１０５と内部ファンモータ１３５とが遮断され
たばかりの時（処理ブロック４１４）のみ入力される。

サブルーチン４１０に示すものの代わりに、もうひとつ
の型のサーモスタットによる制御プロセスが使用される
場合、このプログラムブランチは、コンプレッサーモー
タ１０５と内部ファンモータ１３５とが遮断された直後
に入力される。

プログラム４００は外部熱交換器の温度Ｔｅを測定する
（処理ブロック４３４）。これは処理ブロック４２０に
関連して前述したのと同じ方法で行われる。プログラム
４００はそれから外部熱交換器の最後に測定した温度Ｔ
ｅと外部熱交換器のその前に測定した温度Ｔ、との間の
差異の絶対値が小値ｅより小さいかどうか全決定するた
めにテストする（決定ブロック４３５）。このテストは
、外部熱交換器１５０の温度が平坦部に達したか否かを
決定する。その温度が変動状態にあることが指示され、
このテストが失敗する場合、外部熱交換器の前に測定し
た温度’ｒｐ　′ｆｃ外部熱交換器の最後に測定した温
度Ｔ６と等しくなるように設定しく処理ブロック４３６
）、制御プロセス金くり返すように制御全処理ブロック
４０１へ戻す。決定ブロック４１１により行われる最低
オフ時間は、この平坦部の決定が各オフ周期で何回も行
われることを確実にする。

平坦部の温度に一旦、達すると、プログラム４００は、
外部熱交換器の温度Ｔ６が凍結温度に等しいかどうか全
決定するためにテストする（決定ブロック４３７）。も
しそうであれば、外部周囲温度は中間温度に設定され（
処理ブロック４３８）、これは３４″Ｆが好ましい。

平坦部の温度Ｔ、が凍結温度ではない場合、プログラム
４００は外部周囲温度Ｔｏを平坦部温度Ｔｐに等しくな
るように設定する（処理ブロック４３９）。

第３図に関連して前述したように、これらの粂件のもと
で、外部ファン１５７は外部熱交換器１５０の平坦部の
温度Ｔｐを外部周囲温度にする。かくして、外部周囲温
度Ｔｏはセンサー全史に付加する必要なしに決定される
。この外部周囲温度Ｔｏはプログラム４００のその他の
部分でも使用される。

外部ファン社遮断され（処理ブロック４４０）、制御プ
ロセスを反復するために、コントロールが処理ブロック
４０１へ戻る。平坦部の温度に達しない場合、外部周囲
温度Ｔｏはリセットされない。そのような場合、その前
の外部周囲温度は変化しない。

前述のプロセスは２つの効果的な特徴を有する。

これらの両方の特徴はコントローラー１６０が特定のヒ
ートポンプ１０（ｌ除［ｆる際に実際の経験に基づく霜
決定機能金調整するという事実から生じる。第１に、こ
のプロセスは特定の装置に適合する。最初の霜形成差異
関数力程式は多くのヒートポンプの場合、適切な近似式
にすることができるけれども、前述のプロセスは、実際
の用途や・ら）・１−・ドパツク全位用した「特定Ｖ）
ヒートポンプに対して霜の決定を最適にする。第２に、
霜決定の調整ができるために、特定のヒートポンプの特
性全いかようにも矯正できることである。特定のヒート
ポンプの場合、霜形成時の温度差がその装置の摩耗やエ
イソングによって変わることはこの技術分野でよく知ら
れている。特に、使用中、ゆっくりと漏れが生じるよう
なヒートポンプの冷媒レベルは霜形成時に温度差を生じ
させる。従って、本発明は特定時にヒートポンプの特定
の特徴に有効に適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のヒー・トボンブ制御システムの部品の
全体的配置を示す図、第２図は第１図に示すヒートポン
プコントローラーの祥細を示す図、第３図はこれらの差
異のある条件の場合の外部熱交換器の温度と時間のプロ
フィルを示す図であり、第４ａ図および第４ｂ図は本発
明全実施するために第２図に示すマイクロプロセスサー
で実行するのに適し、たプログラムのフローチャート？
示す。 １００・・命・ヒートポンプ、　　１１０・８冷・コン
プレッサー　１０５−−・・コンプレッサーモータ、１
２０・・−ａ′？＠媒筬スイッチ７１３０・の・・内部
熱交換器、１３５・・昏・内部ファンモータ、１３７・
・・傘内部ファン、１４０・・ｅ参蒸発器、１５０・・
・・外部熱交換器、１５７・・・・外部ファン、１６０
−・畠・コントローラー　１５５＠・・・外部ファンモ
ータ、２００−−−−マイクロプロセスサ２１０−−・
・内部温度センサー、２２０・・蕾・外部温度センサー
、２３０・−・−デイスプレー２４０・−・−キーボー
ド、２５０・−峰一出力コントローラー、２０２・・・
―中央処理ユニット、２０４・・・−ランダムアクセス
メモリー　２０６・・・・読み専用メモＩＪ−２０８・
拳・・実際のタイムクロック、４００−・拳・プログラ
ム、４１０−・・をサブルーチン。 特許出願人　　　ハネウェル・インコーホレーテッド図
面の浄Ｓ（内容に変更壇し） 復代理人　山　　川　　政　　樹

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機と、内部熱交換器と、外部熱交換器とを有
   する熱ポンプにおいて外部周囲温度を確定する方法にお
   いて、 圧縮機の動作後、前記外部ファンを動作させる過程と； 圧縮機の動作後、外部熱交換器の測定温度が凍結温度以
   外のプラトー温度に達するまで、外部熱交換器の温度を
   繰返し測定する過程と； 外部周囲温度を前記プラトー温度として確定する過程と から成る熱ポンプにおいて外部周囲温度を確定する方法
   。
2. （２）圧縮機と、内部熱交換器と、中の空気を内部熱交
   換器を通過するように動かす内部ファンと、蒸発器と、
   外部熱交換器と、外の空気を外部熱交換器を通過するよ
   うに動かす外部ファンとを含み、内部空間を加熱する熱
   ポンプの制御のための電子サーモスタットにおいて、 内部空間の中の周囲気温を示すデジタル内部温度信号を
   発生する内部温度センサと； 所定の希望温度を示すデジタル希望温度信号を発生する
   希望温度手段と； 圧縮機と、内部ファンと、外部ファンと、前記内部温度
   センサと、前記希望温度手段とに接続され、前記内部温
   度信号と前記希望温度信号との関係に基づいて内部空間
   を暖めるために、圧縮機、内部ファン及び外部ファンを
   動作させる第１の制御手段と； 外部熱交換器の温度を示すデジタル外部熱交換器温度信
   号を発生する外部熱交換器温度センサと；外部ファンと
   、前記第１の制御手段と、前記熱交換器温度センサとに
   接続され、 圧縮機の動作後、外部ファンをさらに動作させ、圧縮機
   の動作後、前記デジタル外部熱交換器温度信号が凍結温
   度以外のプラトー温度に達するまで、前記デジタル外部
   熱交換器温度信号をそれより前のデジタル外部熱交換器
   温度信号と繰返し比較し、且つ 前記プラトー温度に対応するデジタル外部周囲温度信号
   を発生する外部周囲温度手段と； 圧縮機と、内部ファンと、外部ファンと、前記第１の制
   御手段と、前記外部熱交換器温度センサと、前記外部周
   囲温度手段とに接続され、前記デジタル外部熱交換器温
   度信号と前記デジタル外部周囲温度信号とが所定の関係
   を有する場合に、外部熱交換器を除霜するために、圧縮
   機の動作を中断して一次除霜動作を開始する第２の制御
   手段とを具備する熱ポンプの制御のための電子サーモス
   タット。