JPH0583819B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、セパレート形ヒートポンプ式空気調
和機の除霜制御装置に関するもので、特に室外側
熱交換器の着霜を室内側で検知し得るようにした
空気調和機に関する。

従来の技術 従来、特公昭59−34255号公報に示されるよう
に、室内側熱交換器の温度変化と室内温度の変化
の両者に基づいて室外側熱交換器への着霜状態を
検知し、暖房運転と除霜運転を制御する技術が開
発されている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、かかる従来の構成は、温度検出
素子が複数必要となり、自と回路が複雑化する問
題がある。さらに、空気調和機においては、室内
側の送風通が任意に可変設定されることが常であ
り、そのためにも従来の技術に風量補正手段を加
味させることは、一層回路を複雑化にしてしま
う。しかも、かかる構成は熱交換器を流れている
途中の気液混合冷媒温度を検出しているため、着
霜時と未着霜時の温度変化が小さく、微小な範囲
で着霜判定を行わなければならず、検出精度が安
定しない問題がある。

また近年、マイクロコンピユータにて複雑な信
号処理を行わせ、制御装置を構成することが多い
が、従来技術のように入力信号源（温度検出素
子）が多いことは、そのプログラム作成に当つて
も弊害のもとであり、プログラムの簡素化にも限
界がある。

以上のように、従来の技術には問題点が多々あ
り、改善が要求されるものである。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、従来技術
の利点を損うことなく、構成の簡素化がはかれる
除霜制御装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明は、第１図
に示すように冷凍サイクルを暖房サイクルから除
霜サイクルに制御する制御装置を、暖房運転開始
からの時間を計測する時間計測手段と、あらかじ
め設定された時間T₁を記憶している設定時間T₁
記憶手段と、前記時間計測手段により検出した時
間と前記設定時間T₁記憶手段に設定された時間
の一致を検出し設定時間T₁経過信号を出力する
第１の比較手段と、前記室内側熱交換器の冷媒入
口側に連結された配管のうち過熱域冷媒ガスが流
れる部分の温度を検出する温度検出手段と、暖房
サイクルを除霜サイクルに切換える境界値温度を
記憶した設定温度記憶手段と、前記温度検出手段
により検出した温度が前記設定温度記憶手段に記
憶された境界値温度より低下したことを検出し温
度境界値低下信号を出力する第２の比較手段と、
電源周波数を計測する電源周波数計測手段と、あ
らかじめ設定された電源周波数の分岐点を記憶し
ている電源周波数記憶手段と、前記電源周波数計
測手段により検出した電源周波数と前記電源周波
数記憶手段に設定された電源周波数との大小を検
出し、出力する第５の比較手段と、電源電流を検
出する電流検出手段と、暖房サイクルを除霜サイ
クルに切換える第１の境界値電流を前記第５の比
較手段により検出された電源周波数に対応して複
数記憶した第１の設定電流記憶手段と、前記電流
検出手段により検出した電流が、前記第１の設定
電流記憶手段に記憶された第１の境界値電流より
低下したことを検出し電流境界値低下信号を出力
する第３の比較手段と、前記第１の境界値電流よ
り高い第２の境界値電流を前記第５の比較手段に
より検出された電源周波数に対応して複数記憶し
た第２の設定電流記憶手段と、前記電流検出手段
により検出した電流が、前記第２の設定電流記憶
手段に記憶された第２の境界値電流より上昇した
ことを検出し設定電流復帰信号を出力する第４の
比較手段と、前記第１の比較手段による設定時間
T₁経過信号と、前記圧縮機始動からの、前記第
５の比較手段の出力により選択された第２の境界
値電流による前記第４の比較手段にから出力され
る設定電流復帰信号を入力された後、前記第２の
比較手段による温度境界値低下信号、或いは前記
第５の比較手段の出力により選択された第１の境
界値電流による前記第３の比較手段による電流境
界値低下信号を受けて、圧縮機停止中を除き暖房
サイクルから除霜サイクルへの切換えを判定する
判定手段と、前記判定手段の出力に応じて前記冷
凍サイクルを暖房運転から除霜運転へ制御する選
択出力手段より構成したものである。

作 用 この構成により、暖房運転開始から所定時間
T₁が経過するまでと、サーモスタツトON等によ
る圧縮機始動から所定の電源電流I₂ ⁵⁰，I₂ ⁶⁰が復
起するまでは暖房運転が確保され、その所定時間
T₁において電源周波数計測手段、温度検出手段
の検出温度或いは電流検出手段の検出電流によ
り、除霜運転が制御される。

実施例 以下、本発明の一実施例を第２図〜第７図を参
照にして説明する。第２図は、本発明の一実施例
を示す冷凍サイクル図である。同図において、冷
凍サイクルは圧縮機１、四方切換弁２、室内側熱
交換器３、減圧器４、室外側熱交換器５を順次連
結することにより構成されている。６は配管温度
検出素子であり、暖房時において室内側熱交換器
３（凝縮器）の冷媒入口側となる配管に取り付け
られている。この場合、冷房運転時は同図の実線
矢印の方向に冷媒が流れ、暖房運転時には四方切
換弁２が切換わることにより同図の破線矢印の方
向に冷媒が流れるようになつている。

さらに、上記圧縮機１、四方切換弁２、減圧器
４、室外側熱交換器５および室外送風機８によつ
て室外ユニツトＡが構成されている。また上記室
内側熱交換器３および室内送風機７、さらに配管
温度検出素子６、電源電流を検出する電流検出素
子９、タイマ機能および温度調節機能などがプロ
グラムされたマイクロコンピユータ（以下、マイ
コンと略称する。）を有する運転制御部（図示せ
ず）は室内ユニツトＢに設けられている。ここ
で、配管温度検出素子６は、室内送風機７の送風
の影響を受けない風回路からはずれた箇所に取付
けられている。また、室内ユニツトＢの近辺でも
よい。

第３図は運転制御部における主要回路図であ
る。同図において、マイコン１１内には運転時間
を判定するタイムカウント値を記憶する記憶部１
２、この記憶部１２に記憶されたタイムカウント
値と入力値との比較により適宜出力信号を発生す
る駆動信号発生手段１３を有している。このマイ
コン１１の入力側にはコンパレータ１４を介して
温度検出手段である配管温度検出素子６（例えば
配管サーミスタあるいは熱電対素子等）と必要に
応じて抵抗値が変えられる温度設定用抵抗１５，
１６，１７と、コンパレータ１８を介して電流検
出手段である電流検出素子９（例えば電流変成
器）と電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換
回路２１と必要に応じて抵抗値が変えられる電流
設定用抵抗１９，２０が接続されている。また出
力側には、スイツチ用トランジスタTR₁〜TR₄を
介して駆動手段である四方切換弁コイルを駆動す
るリレーR₁、室内送風機７を駆動するリレーR₂、
室外送風機８を駆動するリレーR₃、圧縮機１を
駆動するリレーR₄が接続されている。

ここで、第３図の構成と第１図の構成を対比す
ると、配管温度検出素子６および抵抗１５は第１
図の温度検出手段に相当し、コンパレータ１４は
第１図の第２の比較手段に相当し、抵抗１６，１
７によつて作られる電圧は第１図の設定温度記憶
手段の信号に相当し、電流検出素子９及び電流電
圧交換回路２１は第１図の電流検出手段に相当
し、コンパレータ１８は第１図の第３及び第４の
比較手段に相当し、抵抗１９，２０，２６，２７
によつて作られる電圧は第１図の設定電流記憶手
段の信号に相当し、記憶部１２を含むマイコン１
１は第１図の設定時間T₁記憶手段設定電流I₂ ⁵⁰，
I₂ ⁶⁰記憶手段、第１の比較手段、第５の比較手
段、判定手段、選択出力手段に相当し、中でも駆
動信号発生手段１３は判定手段、選択出力手段に
相当する。

次に、暖房運転の開始から除霜運転に至るまで
の動作について説明する。

圧縮機１の吐出冷媒開始をTd、圧縮機１の吸
入冷媒温度をTs、圧縮機１の吐出圧力をPd、圧
縮機１の吸入圧力をPsとし、ポリトロープ指数
をｎ（ただし、１＜ｎ＜ｋの関係で、ｋは断熱圧
縮指数）とすると、吐出冷媒温度Tdは次式で表
わされる。

Td＝Ts・（Pd／Ps）^n-1/n したがつて、室外側熱交換器５が未着霜時は吸
入冷媒温度Tsが高く、また吐出冷媒温度Tdも高
い。そして外気が下がり、着霜が成長するにつれ
て吸入冷媒温度Tsは低下し、吐出冷媒温度Tdも
下がる。

本発明における配管温度検出素子６は、室内側
熱交換器３の入口配管に設けられ、圧縮機１から
吐出された高温高圧の過熱域冷媒ガスが流れる部
分の温度を検出するが、実際その温度は吐出ガス
に比べて室内外接続配管等での熱損失により所定
温度低下した温度である。

したがつて第４図に示すように室外側熱交換器
５が未着霜時は、圧縮機１の吸入冷媒温度Ts、
室内側熱交換器３の入口配管温度ｔはともに高
く、着霜が進むにつれて徐々に低下し、そして暖
房能力を大巾に低下させる着霜に至ると、室内側
熱交換器３の入口配管温度ｔは極端に低下する。

また、空気調和機の電源電流は、概ね、吐出冷
媒温度Tdに比例追随する値となり、第４図に示
すように、配管温度検出素子６の検出温度に概ね
追随した値となる。

しかし、空気調和機の冷凍サイクルに於ける冷
媒量が減少した場合には相対的に低い電流値とな
る傾向がある。

すなわち、入口配管温度ｔが設定配管温度t₁以
下になるか、或いは電流値Ｉが設定電流I₁ ⁵⁰ある
いはI₁ ⁶⁰以下になれば、暖房能力は低下し、着霜
が進んでいるので除霜する必要がある。

このように室内側熱交換器３の入口配管温度ｔ
は、過熱域冷媒ガスの温度であるため、室内送風
機７の風量の影響を受けにくく、室内側熱交換器
３の入口配管温度又は電流値にて適確な除霜運転
の判断を行うことができる。

またサーモスタツトOFF→ON等の、圧縮機の
運転、停止が発生した場合、圧縮機の再始動の
際、圧縮機の吸入冷媒温度Ts、室内側熱交換器
３の入口配管温度ｔ、電源電流値Ｉはそれぞれ第
７図に示す様に過渡的な挙動を示す。従つて圧縮
機停止中及び再始動後設定電流I₂ ⁵⁰、あるいはI₂ ^6
０復起の間は除霜判定を中止することにより、除
霜判定の誤動作を防止することができる。

次に冷凍サイクル内の冷媒量が不足した場合、
及び長期間にわたる使用により除々に冷媒漏れを
生じた場合の挙動につき第６図を用いて説明す
る。

定常の冷媒量に対して、冷媒量が不足すると公
知のごとく冷凍サイクル内での冷媒循環量が減少
することとなり、減圧機から吐出される冷媒の温
度は上昇し又同様に吸入冷媒温度が上昇する。一
方当然冷凍サイクルでは圧力が低下することとな
り、蒸発器での冷媒温度も圧力低下に伴つて下降
することとなり、外気との熱交換により、暖房運
転時は定常の冷媒量運転時より着霜が進むことと
なる。一方電源電流は冷媒循環量が減少すること
により高圧が下がりかつ高圧と低圧の圧力差が小
さくなり圧縮機の仕事量が減少することとなり、
定常運転に比較し減少する。

従つて圧縮機１の吸入冷媒温度Ts、室内側熱
交換器の入口配管温度ｔ、電源電流値Ｉは、第４
図の状態と比較してそれぞれ、上昇、上昇、低下
傾向となる。

従つて除霜開始判定条件が、室内側熱交換器の
入口配管温度ｔの値のみであると、冷媒量不足の
場合は、着霜が進行しても除霜動作に入らないこ
ととなる。

ここで電源電流値Ｉの判定点I₁ ⁵⁰あるいはI₁ ⁶⁰
を適切に設定することにより、このような場合に
も適切な除霜動作を行うことができる。

以上の説明に基づき、第３図に示す制御回路
は、第５図に示すフローチヤートの内容の制御を
行う。

すなわち、第５図のステツプ１で示すように暖
房運転が開始されると、マイコン１１で所要時間
T₁のタイマーカウントがセツトされる（ステツ
プ２）。このタイマーカウントセツトは、暖房運
転開始からT₁時間（例えば１時間）暖房運転を
確保するためのもので、例えば強制的にＴ時間暖
房を連続することも一つの手段である。

そしてタイマーカウントがセツトされると、ス
テツプ３でT₁時間経過が判定される。T₁時間経
過するまでは暖房運転が継続される。

次にステツプ４で圧縮機の停止、運転を判定
し、停止の場合は、始動待ちとなる。次にステツ
プ５で圧縮機始動を検出し、次のステツプ６で電
源周波数、例えば50Hz、60Hzの判定を行なう。ス
テツプ７では、電源周波数50Hz，60Hz、それぞれ
の設定電流I₂ ⁵⁰，I₂ ⁶⁰と電源電流Ｉとを比較する。
すなわち、圧縮機始動からの暖房運転を確保する
ためのもので、圧縮機始動時の過渡的な状況の中
で誤つて除霜動作に入ることを防止するものであ
り、圧縮機始動時は、前記設定電流I₂ ⁵⁰，I₂ ⁶⁰が
復起するまで暖房運転が継続される。圧縮機始動
時の電流検出終了後は、ステツプ８へ移り、配管
温度検出素子６による配管温度ｔの読み込みが行
われステツプ９に移つて配管温度ｔが設定配管温
度t₁よりも低いか否か判定される。具体的には第
３図のコンパレータ１４が判定する。

ステツプ９において、配管温度ｔが設定温度t₁
よりも高い場合にはステツプ８へ移り、低い場合
は、ステツプ10に移つて、電源周波数例えば50
Hz，60Hzでそれぞれ設定される電流値I₁ ⁶⁰，I₁ ⁵⁰
と電流値Ｉが比較される。そしてステツプ12の条
件が満足されるとステツプ13へ移り除霜運転が開
始される。すなわち、第３図のトランジスタ
TR₁，TR₂，TR₃，TR₄がそれぞれ動作し、四方
切換弁２を切換え、必要に応じてその前に圧縮機
１を一定時間停止し、室内送風機７および室外送
風機８を停止する。そして冷房サイクルにて除霜
を行う。この除霜運転の内容は従来周知のため、
詳細な説明を省略する。また暖房運転の復帰につ
いても従来より周知の如く、適宜手段にて実施で
きる。

なお、本発明においては、除霜運転を暖房サイ
クルから冷房サイクルへの切換えによつて行うよ
うにしたが、例えば暖房サイクルを維持したまま
として室内側熱交換器へ別途蓄熱していた冷媒を
流す構成あるいは、別熱源にて霜を溶かす構成と
してもよいことは言うまでもない。また圧縮機１
は除霜運転へ切換え時には連続運転とし、暖房運
転復帰前に一時停止させるようにしてもよい。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、上記した構
成により、過熱域冷媒ガスの温度を室内側熱交換
器入口配管にて検出し、また電源電流を検出し室
内風量の影響をあまり受けずに、適確な除霜運転
を温度検出１点又は電流検出１点で行うことがで
き、構成が非常に簡単であり、また冷媒が、暖房
を行う熱量を十分に有しているか否かの判定が室
内側熱交換器の入口側及び電源電流値で行えるた
め実際の暖房能力の有無を確実に判断して除霜を
行うことができる。また冷凍サイクルの冷媒が不
足している場合は電流により適確な除霜を行うこ
とができる。すなわち、本発明は完全に着霜が発
生している冷媒の温度が熱交換器の入口部、中間
部に差がなく、未着霜時に入口冷媒温度の方が中
間部の冷媒温度に比べて著しく高い点と入口冷媒
温度と電源電流との比例関係に着眼し、入口側の
冷媒温度及び電源電流を検出することによつて、
未着霜から着霜に至るまでの温度変化及び電流変
化が大きくとれ、各１点の温度検出及び電流検出
で限界に近い暖房能力を引き出すことができる。
また本発明は、暖房開始から一定時間経過するま
で着霜を検出しないため、その一定時間は暖房能
力が確保され、快適さが損われることもない。

また、サーモスタツトOFF等により、暖房運
転中に圧縮機が停止することがあるが、圧縮機停
止中及び始動後境界値電流に達するまでは除霜判
定を行わないため、これらの期間に除霜の誤動作
を行うこともない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の除霜制御装置を機能実現手段
で表現したブロツク図、第２図は本発明の一実施
例を示す空気調和機の冷凍サイクル図、第３図は
同空気調和機における除霜制御装置の回路図、第
４図は同除霜制御装置における室内側熱交換器へ
流入する冷媒温度と圧縮機吸入冷媒温度と空気調
和機の電源電流の動作内容を示す特性図、第５図
は同除霜制御装置の動作内容を示すフローチヤー
ト、第６図は同除霜制御装置における冷媒量不足
の場合の室内側熱交換器へ流入する冷媒温度と圧
縮機吸入冷媒温度と、空気調和機の電源電流の関
係を示す特性図、第７図はサーモスタツトOFF
を含む同除霜制御装置における室内側熱交換器へ
流入する冷媒温度と圧縮機吸入冷媒温度と空気調
和機の電源電流の関係を示す特性図である。 １……圧縮機、２……四方切換弁、３……室内
側熱交換器、４……減圧器、５……室外側熱交換
器、６……配管温度検出素子、７……室内送風
機、８……室外送風機、９……電流検出素子、１
１……マイクロコンピユータ、１２……記憶部、
１３……駆動信号発生手段、１４，１８……コン
パレータ、１５，１６，１７……温度設定用抵
抗、１９，２０，２６，２７……電流設定用抵
抗、２１……電流電圧変換回路、Ａ……室外ユニ
ツト、Ｂ……室内ユニツト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機、室内側熱交換器、減圧装置、室外側
   熱交換器を具備した冷凍サイクルに、暖房サイク
   ルと除霜サイクルを切換えるサイクル切換手段を
   設け、前記サイクル切換手段を暖房サイクルから
   除霜サイクルに切換えるための制御装置を、暖房
   運転開始からの時間を計測する時間計測手段と、
   あらかじめ設定された時間T₁を記憶している設
   定時間T₁記憶手段と、前記時間計測手段により
   検出した時間と前記設定時間T₁記憶手段に設定
   された時間の一致を検出し設定時間T₁経過信号
   を出力する第１の比較手段と、前記室内側熱交換
   器の冷媒入口側に連結された配管のうち過熱域冷
   媒ガスが流れる部分の温度を検出する温度検出手
   段と、暖房サイクルを除霜サイクルに切換える境
   界値温度を記憶した設定温度記憶手段と、前記温
   度検出手段により検出した温度が前記設定温度記
   憶手段に記憶された境界値温度より低下したこと
   を検出し温度境界値低下信号を出力する第２の比
   較手段と、電源周波数を計測する電源周波数計測
   手段と、あらかじめ設定された電源周波数の分岐
   点を記憶している電源周波数記憶手段と、前記電
   源周波数計測手段により検出した電源周波数と前
   記電源周波数記憶手段に設定された電源周波数と
   の大小を検出し、出力する第５の比較手段と、電
   源電流を検出する電流検出手段と、暖房サイクル
   を除霜サイクルに切換える第１の境界値電流を前
   記第５の比較手段により検出された電源周波数に
   対応して複数記憶した第１の設定電流記憶手段
   と、前記電流検出手段により検出した電流が、前
   記第１の設定電流記憶手段に記憶された第１の境
   界値電流より低下したことを検出し電流境界値低
   下信号を出力する第３の比較手段と、前記第１の
   境界値電流より高い第２の境界値電流を前記第５
   の比較手段により検出された電源周波数に対応し
   て複数記憶した第２の設定電流記憶手段と、前記
   電流検出手段により検出した電流が、前記第２の
   設定電流記憶手段に記憶された第２の境界値電流
   より上昇したことを検出し設定電流復帰信号を出
   力する第４の比較手段と、前記第１の比較手段に
   よる設定時間T₁経過信号と、前記圧縮機始動か
   らの、前記第５の比較手段の出力により選択され
   た第２の境界値電流による前記第４の比較手段に
   から出力される設定電流復帰信号を入力された
   後、前記第２の比較手段による温度境界値低下信
   号、或いは前記第５の比較手段の出力により選択
   された第１の境界値電流による前記第３の比較手
   段による電流境界値低下信号を受けて、圧縮機停
   止中を除き暖房サイクルから除霜サイクルへの切
   換えを判定する判定手段と、前記判定手段の出力
   に応じて前記冷凍サイクルを暖房運転から除霜運
   転へ制御する選択出力手段より構成した空気調和
   機の除霜制御装置。