JPH03247940A - 空気調和機の運転制御装置 - 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】 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ベルチェ効果素子）を利用した　
小型空調機の運転時における着霜の検且　除霜およびそ
の終了検出を行うことにより、より効率直　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
するものであム従来の技術 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
九　その構成は第１２図に示すようになってい九　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
すも　すなわ板　ベルチェ効果素子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、ベルチェ効果素
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も　さらく
　これらベルチェ効果素子１・冷却用熱交換器２・放熱
用熱交換器３　ｉｌ　　筒状の本体ケース４に組み込ま
れていも　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が設けてあも　排気口６には　空気
循環効率を良くするために送風機７が設けられてい九　
すなわ板　吸気口５より吸気した高湿度の空気（よ冷却
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の表面に結露すム　除湿乾燥後
の空気（表　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。以徽　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
。な抵　冷却用熱交換器２の表面に結露した除湿水（ド
レン水）（よ　水受は皿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（よ　電源盤内の湿度検出用の湿度センサｌＯが設置
されていも　この湿度センサ１０を駆動する制御回路お
よびベルチェ効果素子１を駆動する電源回路１１力丈　
水受は皿８の下部に設けられてい九すなわ杖　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
ベルチェ効果素子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
装置以外に転　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ｋ　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ζよ　下記のよ
うな課題があった　たとえ（瓜　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
るバ　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
た取　熱交換器の性能が低下味　空調機としての性能が
低下してしまう場合があっ島　また　冷風装置や小型冷
蔵庫などにおいてＬ　同様に熱交換器に低温時において
は着霜すも　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り
九　また　着霜が発展するととも圏　空調機としての能
力が低下してい九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
点を解決するため圏　本発明の空調機の運転制御装置で
Ｃヨ　　冷却用熱交換器の温度を検出する検出部を設（
す、温度検出部の信号に基づいて熱電変換素子に通電す
る電流を制御する電源部を設けたものであム　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置す、所定時間毎にのへ　
温度と時間の両者により除霜運転を行うものであ４また
　本発明ζよ　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４　また本発明１よ　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
除霜時とにおいて反転する電源部を設けたものであも　
また　本発明Ｃヨ　　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
ム　また　本発明ζよ　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番ヨ　　通
常除湿時の運転電流値以下に制限したものであム　また
　本発明は　除霜時において、送風手段を間欠運転する
ものであム　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ａ　さらへ　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ム 作用 上記手段による作用４１　　以下の通りであム　本発明
（よ　冷却用熱交換器の温度を検出する検出部を設（す
、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（＼　低温時での空調機能力を高
めるものである。また本発明（よ　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Ｌ　低温時での運転率を高めるもので
あムまた　本発明（友　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
あム　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とにおいて反
転することにより、除霜を速やかに行うことにより、低
温時での運転率を高めるものであム　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
るものであも　また　本発明ｔ！　　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ａ　また　本発明１よ　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ａ　また
　本発明ｔｉｔ、　　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ム　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ム 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も
　まず、第１図により、本発明の第１の実施例について
説明すも　同図において、熱電変換素子（ベルチェ効果
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、ベルチェ効果素子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。さら圏　これらベルチ
ェ効果素子１・冷却用熱交換器２・放熱用熱交換器３ζ
上　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
が設けである。排気口６にｊ＆　　空気循環効率を良く
するために送風機７が設けられてい九　すなわ板　吸気
口５より吸気した高湿度の空気Ｇ＆　　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
表面に結露すム　除湿後の空気【友　送風機７により、
排気口６から排気循環されも　以後、この循環を繰り返
すことにより、除湿を行（＼　湿度を下げていム　な叙
　冷却用熱交換器２の表面に結露した除湿水（ドレン水
）１よ　水受は皿８に滴下し排水バイブ９により排出さ
れも　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ベルチェ効果素子
１を駆動する電源回路１１力丈　水受は皿８の下部に設
けられている。また　温度検出素子１２ハ　　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（ベルチェ効果素子）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
が結露を始めも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、凍結を始めも　この状態
に於いてＣＡＬ　　冷却用熱交換器２と空気との熱交換
が十分性われないため番ミ　　空気調和機としての能力
が急速に低下を始めも　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（戴　熱電変換素子（ベルチェ効果素子
）１に通電する電流値を制御すムこれにより、熱電変換
素子（ベルチェ効果素子）ｌによる冷却用熱交換器２の
温度低下は制御さ扛着霜を防止することができる。な耘
　電流制御技術については　既知の技術であり、特に説
明しない力丈　熱電変換素子（ベルチェ効果素子）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４　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ζ
よ　同一の符号を付与して説明を省略すも　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
続されていも　また電圧比較器１３の出力端子は　タイ
マ回路１４のＲＥＳ　Ｅ　Ｔ’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
がりエツジにて、タイマ回路１４をクリヤするものであ
ム　またタイマ回路１４の出力端子は　トランジスタ１
５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ム
タイマ回路１４の出力端子（よ　通常ＨＩレベルであり
、　トランジスタ１５はＯＮしている力丈　所定の時間
カウントを行うと、タイマ回路１４の出力端子ζよＬＯ
となり、　トランジスタ１５はＯＦＦする。第３図にお
いて、この動きを説明すも　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レベルとなム　一
人　タイマ回路１４ハ　　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ｃ友　　タイマ回路１４の出力トランジスタ１５を
ＬＯレベルに引き詰んでおり、この間は冷却用熱交換器
２の温度がどんな値であって叡　温度出力はＬＯのまま
であム−Ｘ　　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も
　この温度比力によって、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（よ　温度出力がＨ
ＩからＬＯへ変化するとき、その立ち下がりエツジによ
り再度ＲＥＳＥＴされもこれにより、雰囲気温度が低温
時にあってｋ　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Ｌ　運転率を保てるものである。次凶
　第４図および第５図を用いて、本発明の第３の実施例
について説明すム　熱電変換素子（ベルチェ効果素子）
１（よ　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Ｃミ　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ζよ　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（ベルチ
ェ効果素子）１１友　２個のリレー駆動回路１６により
、駆動されるリレー接点１７ａおよび１７ｂのＣｏｍｍ
ｏｎ端子を介して電源回路１１に接続されていも　一方
　リレー接点１７ａおよび１７ｂのＮｏ端子（よ　電圧
変換回路１８に接続されていも　電圧変換回路１８の出
力（友　制御回路１９に熱電変換素子（ベルチェ効果素
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、構成されていも　この出
力コードは　マイクロコンピュータで構成され４　制御
回路１９に入力され＆　　−４リレ一駆動回路１６　Ｇ
＆　　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１
７ｂを駆動し　制御回路１９に熱電変換素子（ベルチェ
効果素子）１の電圧値を取り込ａ　これによって、制御
回路１９ハ　　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を切り替えて、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も　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
あるか収　この起電圧による温度差とによって、冷却用
熱交換器２の温度を知ることができるので、温度による
除霜運転を行うことができも　次Ｇ−。

第６図を用いて、本発明の第４の実施例について説明す
も　同図において、熱電変換素子（ベルチェ効果素子）
ｌｉ＆　　リレー接点１７ａおよび１７ｂのＣ０ＭＭ０
Ｎ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＆　　−Ｘ　　リレー接点１７ａおよび１７
ｂ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を反転すム　ここで、除霜検
出回路２０ハ　　温度検出素子１２および電圧比較器１
３などで構成されゑ　第２図のよう類　温度検出回路で
あム　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
を反転すム　これにより、熱電変換素子（ベルチェ効果
素子）１に流れる電流の方向は反転すも　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（
ベルチェ効果素子）１の放熱により、除霜することがで
きるものであ４　次Ｃミ　　第７図をもちいて、本発明
の第５の実施例について説明すも　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（ベルチェ効果素子）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ＧＬ
　　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（ベルチェ効果素子）１が破壊するこ
とがあム　そこで、第７図のように熱電変換素子（ベル
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　所定の時間だ法　電流をＯＦＦす４　このための回
路構成（ヨ（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に取り込へ　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
にしていも　次く　第８図をもちいて、本発明の第６の
実施例について説明すも　同図において、２１ハ　　電
源回路１１とリレー接点１７ｂとの間に接続された抵抗
器であも　すなわ叡　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４　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（ベルチェ効果素子）１
における電流の方向が反転す＆　抵抗器２１によって電
流値が制限されているためへ冷却用熱交換器２が放熱側
となって叡　異常温度上昇して、熱電変換素子（ベルチ
ェ効果素子）１が破壊することはな（℃　一般に、　熱
電変換素子（ベルチェ効果素子）ｌ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４よ　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（ベルチェ効果素子）１の接合の限界温度を越え
ることがあム　次に　第９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ｂ＼　空調機器として（よ　好ま
しくな（＼　第９図に示すよう一０Ｎ−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。

な扛　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ａ　次に第１０図を
用いて、本発明の第８の実施例について説明すも　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（＼　空調機器とじては　好ましくな
し〜　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も　また　間欠運転
時にＳＳＲやリレーなどによって、０Ｎ−ＯＦＦ時に発
生す４　ノイズなどがない除霜制御が実現できる。な耘
　この送風機７の運転（友　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９の実施例に
ついて説明すも　第１１図において、除霜運転中心ミ　
　熱電変換素子（ベルチェ効果素子）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１よ　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（よ　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
設置す、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＆　低温
時での空調機能力を高める効果が得られも　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もまた　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
もまた　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とにおいて反転することによ
り、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も　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
た効果が得られも　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ゑ　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も　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
果が得られも　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も
　また　送風機を停止しないためζミ　誘導性のノイズ
が発生しないといった効果が得られも　また　熱電変換
素子の両面に与えられてい黴　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
得られも

【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
面医　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医第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−電圧特性医　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
医　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医　第７図は本発明の第５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６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医　第９
図は本発明の第７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１１図は本発明の第９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１
２図は従来例における空気調和機の運転制御装置の断面
図であも

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （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
   変換素子に通電する電流を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。
2. （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、熱電変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。
3. （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。
4. （４）熱電変換素子に流す電流の方向を、通常運転時と
   除霜時とにおいて反転することにより、冷却用熱交換器
   に着霜した霜などを除霜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。
5. （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する際、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４
   記載の空気調和機の運転制御装置。
6. （６）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４記載の空気調和機の運転制御装置。
7. （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。
8. （８）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。
9. （９）熱電変換素子に発生する熱発電電圧値により、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。