JPH0615932B2

JPH0615932B2 - 空気調和機の除霜制御装置

Info

Publication number: JPH0615932B2
Application number: JP61063439A
Authority: JP
Inventors: 誠海原; 正樹小山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-03-20
Filing date: 1986-03-20
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPS62223552A

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ものである。

従来の技術従来の空気調和機では、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、かかる従来の構成では、室内熱交換器の
補正温度Ｔ_ｃと室内温度Ｔaとの差(Ｔc−Ｔa)が、その
最大値(Ｔc−Ｔa)_maxよりも一定値低下したとき、除霜
信号が得られるようになっているが、前記室内熱交換器
の補正温度Ｔcは最小の設定風量までの補正値であり、
空気調和機を部屋の中で使用した場合、室内熱交換器の
前に設置しているフィルタにほこりなどがつまり、空気
調和機の最小設定風量より低下することが常であり、前
記補正温度Ｔcと室内温度Ｔaとの差(Ｔc−Ｔa)が、その
最大値(Ｔc−Ｔa)_maxから一定値低下することがない場
合があり、室外熱交換器が着霜しているにもかかわら
ず、除霜運転を行なわないという実用上の問題がある。

また、電源周波数により50Hzと60Hzにおいて圧縮機能力
が異なり、一般的に60Hzの方が高圧上がり、同じ室内側
熱交換器温度においても、50Hzと60Hzでは、室外側熱交
換器の着霜状態が異なり、適確な除霜判定はできなかっ
た。

以上のように、従来の技術には問題点があり、改善が要
求されるものである。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、従来技
術の利点を損うことなく、動作の確実化がはかれる除霜
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切
換え制御する制御装置を、圧縮機の暖房運転開始からの
時間を計測する第１の時間計測手段と、あらかじめ設定
された時間を記憶している設定時間Ｔ₁記憶手段と、前
記第１の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出力す
る第１の比較手段と、前記圧縮機の一時運転停止後、再
運転開始からの時間を計測する第２の時間計測手段と、
あらかじめ設定された時間を記憶している設定時間Ｔ₂
記憶手段と、前記第２の時間計測手段により検出した時
間と前記設定時間Ｔ₂記憶手段に設定された時間の一致
を検出し出力する第２の比較手段と、室内側熱交換器の
冷媒入口側（暖房運転時）に連結された配管の温度を検
出する第１の温度検出手段と、前記室内側熱交換器の中
央部に連結された配管の温度を検出する第２の温度検出
手段と、温度サイクルを除霜サイクルに切換えるある設
定温度値を記憶した設定温度記憶手段と、電源周波数を
入力する50/60Hzクロック入力手段と、50Hz/60Hzを判別
する50/60Hz判別手段と、その判別手段からの出力信号
により前記設定温度記憶手段の設定温度値を切換える設
定温度切換手段と、前記第１の温度検出手段により検出
した温度と第２の温度検出手段により検出した温度との
差温が前記設定温度記憶手段に記憶されたある設定温度
値より低下したことを検出し出力する第３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設定電流値を記憶した設定電
流記憶手段と、前記電流検出手段により検出した電流が
前記設定電流記憶手段に記憶された設定電流値により低
下したことを検知し出力する第４の比較手段と、前記第
１の比較手段による設定時間経過信号あるいは第１およ
び第２の比較手段による設定時間経過信号と前記第３の
比較手段による差温値低下信号により、暖房サイクルか
ら除霜サイクルへの切換えを判定するい判定手段と、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
から除霜運転へ切換え制御するい選択手段とで構成した
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が経過する
までは暖房運転が確保され、その所定時間経過後におい
て、２つの温度検出手段の検出温度差および電流検出手
段の検出電流により、さらには圧縮機再運転時には再運
転開始から所定時間経過後に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６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。第２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（凝縮機）の冷煤入口側となる配管に取り
付けられている。同様に６′は配管温度検出素子であ
り、室内側熱交換器３の中央部の配管に取り付けられて
熱交換器中央部の冷媒温度を検出する。この場合、冷房
運転時は第２図の実線矢印の方向に冷媒が流れ、暖房運
転時は四方切換弁２が切換わることにより第２図の破線
矢印の方向に冷媒が流れるようになってにる。さらに、
前記圧縮機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は室外ユニットＡに設けられ、
上記室内側熱交換器３、配管温度検出素子６と６′、お
よび室内送風機７、さらに電源電流を検出する電流検出
素子17、タイマ機能や温度調節機能などがプログラムさ
れたマイクロコンピュータ（以下マイコンと略称する）
を有する運転制御部（図示せず）は室内ユニット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通風回路からはずれた箇所
に取付けられている。また、室内ユニットＢの近辺でも
良い。

第３図は運転制御部における主要回路図である。第３図
において、マイコン９内には運転時間を判定するタイマ
カウント値を記憶する記憶部１０とこの記憶部10に記憶
されたタイマ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11および再運転時間
を判定するタイマカウント値を記憶する記憶部10に記憶
されたタイマ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を有している。この
マイコン９の入力側にはコンパレータ12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など）と必要に応じて抵抗値が
変えられる抵抗13で構成される第１の温度検出手段およ
び熱交換器温度検出素子６′（例えば配管サーミスタあ
るいは熱電対素子など）と必要に応じて抵抗値が変えら
れる抵抗13′で構成される第２の温度検出手段からの信
号を処理する演算処理部14と、必要に応じて抵抗値が変
えられる。15,16とが接続されている。

さらに、マイコン９の入力側には、交流電源より供給さ
れる電圧をトランス22で降圧し、ダイオードブリッジ23
で全波整流に変換し、この波形をインバータ24でクロッ
ク信号に変える50/60Hzクロック信号発生回路25が接続
されており、マイコン９は50/60Hzクロック信号発生回
路25の信号を受け50/60Hz制御手段（図示せず）により5
0Hzか60Hzかを制御する。ここで60Hzであればマイコン
９はＰ_１ポートからHiを出力し、抵抗26を通して抵抗1
5,16で分圧された基準電圧を引き上げ、設定温度を上げ
る。さらにマイコン９の入力側には、電流検出手段であ
る電流検出素子17（例えば電流変成器）が電流−電圧変
換回路18を通しかつ必要に応じて抵抗値が変えられる電
流設定用抵抗19,20とともにコンパレータ21を介して接
続されている。

また、出力側には、スイッチ用トランジスタＴＲ１〜Ｔ
Ｒ４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の構成を対比すると、配管
温度検出素子６および抵抗13は第１図の第１の温度検出
手段に相当し、熱交換器温度検出素子６′および抵抗1
3′は第２の温度検出手段に相当し、コンパレータ12は
第１図の第３の比較器に相当し、抵抗15〜16および26に
よって作られる信号は第１図の設定温度記憶手段の信号
に相当し、50/60Hzクロック信号発生回路25は第１図の5
0/60Hzクロック入力手段に相当し、マイコン９のＰ₁ポ
ートおよび抵抗26は設定温度切換手段に相当し、電流検
出素子17および電流−電圧変換回路18は第１図の電流検
出手段に相当し、抵抗19,20は第１図の設定電流記憶手
段に相当し、コンパレータ21は第１図の第４の比較器に
相当し、記憶部10を含むマイコン９は第１図の50/60Hz
判別手段、設定時間記憶手段、時間計測手段、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11
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の吐出冷媒温度を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したがって、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も高いが、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。同時に、吸入圧力Ｐs、
吐出圧力Ｐdも下がる。

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加熱域冷媒
ガスが流れる部分の温度を検出するが、実際その温度は
吐出ガスに比べて内外接続配管などでの熱損失により所
定温度低下した温度である。また、熱交換器温度検出素
子６′は室内側熱交換器３のほぼ中央部に設けられ、圧
縮機１から吐出された高温高圧の冷媒ガスが流れる部分
であり、気相の吐出冷媒ガスから気液２相状態、液相へ
と変化する部分であるが、その温度はほぼ一定と見なさ
れ、一般的に凝縮温度と称されるものである。また、前
記熱交換器３の入口配管の温度と前記凝縮温度の関係
は、圧縮機１から吐出された冷媒ガスが加熱域の少ない
ガス状態で熱交換器３に流入すると、その温度差は少な
くなってくる。したがって、第４図に示すように、室外
熱交換器５が未着霜時は、圧縮機１の吸入冷媒温度Ｔ
s、室内側熱交換器３の入口配管温度ｔ₁、室内側熱交換
器３の中央部の配管温度ｔ₂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幅に低下さ
せる着霜状態に至ると、室内側熱交換器３の入口配管温
度ｔ₁は極端に低下し、同時に熱交換器３の中央部配管
温度ｔ₂も低下し、その差がなくなり、ほとんど等しい
状態に進行する。

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の検出に概ね追随した値となる。しかし、空気
調和機の冷媒サイクルにお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ｔ₁と中央部配管温度ｔ₂との差温度が設定
配管温度ｔ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。

また、電源周波数により、50Hzと60Hzにおいては、圧縮
機１の能力が異なり、室外側熱交換器５の着霜時におけ
る高圧、吐出温度が異なる。すなわち、50Hzと60Hzでは
一般的に室内側熱交換器３の入口配管温度ｔ₁も異な
り、設定配度ｔを50Hzと60Hzでは切換えて除霜判定を行
っている。

このように室内側熱交換器３の入口配管温度ｔ₁は、加
熱域冷媒ガスの温度であるため、送風機７の風量の影響
を受けにくく、また、室内側熱交換器３の中央部配管温
度ｔ₂は凝縮温度を検知しているので安定しており、そ
の温度差ｔ₁−ｔ₂を測定することにより適確な除霜運転
の判断を行うことができる。

次に、冷凍サイクル内の冷媒量が不足した場合および長
期間使用により徐々に洩れた場合ならびに圧縮機停止後
の再運転時の挙動につき第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、公知の如く冷
凍サイクル内での冷媒循環量が減少することとなり、圧
縮機から吐出される冷媒の温度は上昇し、同様に吸入冷
媒温度も上昇する。またその両者の温度差も大きくな
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って下降するこ
ととなり、外気との熱交換により、暖房運転時は、定常
冷媒量運転時より着霜が進むこととなる。また、電源電
流は冷媒循環量が減少することにより、高圧圧力が下が
り、かつ高圧と低圧差が小さくなり、圧縮機の仕事量が
減少することとなり、定常運転に比較して減少する。し
たがって圧縮機１の吸入冷媒温度Ｔs、室内側熱交換器
の入口温度ｔ₁と室内熱交換器中央部配管温度ｔ₂の差Δ
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、下降傾向となる。したがって除霜開始判定条
件が熱交配管温度差値のみであると、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。

次に除霜運転終了後、暖房運転を開始しある一定の噴出
温度以上になると、公知の如く圧縮機が停止し、その後
暖房再運転を開始した場合について説明する。すなわ
ち、暖房再運転時は室内側熱交換器３の入口配管温度ｔ
₁は低く、同時に熱交換器３の中央部配管温度ｔ₂も低
く、その差がない。したがって、入口配管温度ｔ₁と中
央配管温度ｔ₂との差温が設定配管温度ｔ以下の状態と
なり、除霜運転の判断を行なうこととなる。そこで、圧
縮機停止後の暖房再運転時においては、圧縮機ＯＮ状態
である一定時間Ｔ以上経過後に判定開始することにより
除霜動作を正しく判定することができる。

以上の説明に基づき、第３図に示す制御回路は第５図に
示すフローチャートの内容の制御を行う。第５図のステ
ップ(1)にて電源周波数が60Hzかどうかを判定し、ステ
ップ(2)にて60HzであればＰ₁ポートをＨｉにし、50Hzで
あればＰ₁ポートをオープンにする。具体的には第３図
の50/60Hzクロック信号発生回路からの信号によりマイ
コン９内の50/60Hz判別手段により判別され、マイコン
９の出力側のＰ₁ポートを60HzであればＨｉにし、抵抗1
5,16の分圧によりできる基準電圧を引き上げ、設定配管
温度ｔ₁を50/60Hzによって変えている。

その後ステップ(3)にて暖房運転が開始されると、マイ
コン９で所定時間Ｔ₁のタイマーカウントがセットされ
る（ステップ(4)）。このタイマーカウントセットは暖
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Ｔ₁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ッ
トされると、ステップ(5)でＴ₁時間経過が判定され、Ｔ
₁時間経過するまでは暖房運転が継続される。

そしてＴ₁時間が経過するとステップ(6)へ移り、配管温
度検出素子６による配管温度ｔ₁の読み込みが行なわれ
る。次にステップ(7)へ移り、熱交換器温度検出素子
６′による熱交換器温度ｔ₂の読み込みが行なわれ、ス
テップ(8)に移って配管温度ｔ₁と熱交換器温度ｔ₂の差
温が設定温度ｔよりも低いかが判定される。具体的には
第３図のコンパレータ12が判定する。

ステップ(8)において、配管温度ｔ₁と熱交換器温度ｔ₂
の差が設定温度よりも高い場合には、ステップ(9)に移
って電流値Ｉを読み込みステップ(10)で電流値Ｉが設定
電流値Ｉ₁よりも低いかどうかが判定される。具体的に
は第３図のコンパレータ21が判定する。そしてステップ
(8)またはステップ(10)の条件が満足されるとステップ
(11)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
を停止し、冷房サイクルにて除霜を行なう。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（ステップ(12)）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。

次に、ある一定の吹出温度以上になると圧縮機が停止
（ステップ(13)）し、圧縮機が再運転（ステップ(14)）
すると、マイコン９で所定時間Ｔ₂のタイマーカウント
がカウント（ステップ(15)）される。このタイマーカウ
ントセットは暖房運転再開始からＴ₂時間（例えば１
分）経過後に判定され（ステップ(16)）、Ｔ₂時間経過
するまでは暖房運転が継続される。以降、第５図のステ
ップ(6)にもどり暖房、除霜のサイクルをくりかえす。

なお、本実施例においては、除霜運転を暖房サイクルか
ら冷房サイクルの切換えによって行なうようにしたが、
例えば暖房サイクルを維持したままとして室外側熱交換
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、過熱域冷媒ガス温度
を室内側熱交換器入口配管にて検出し、さらに気液２相
域の冷媒凝縮温度を室内側熱交換器の中央部にて検出し
てその差温を知り、適確な除霜運転を温度検出２点また
は電流検出１点で行なうことができ、構成を非常に簡単
にできる。また冷媒が暖房運転を行なう熱量を十分に有
しているか否かの判定が室内側熱交換器の入口側と中央
部の温度差で行なえ、さらに50Hz,60Hzにて設定温度を
切換えるため電源周波数が異なっても、実際の暖房能力
の有無を確実に判断して除霜を行なうことができる、し
かも冷凍サイクルの冷媒が不足している場合は電流によ
り適確な除霜を行なうことができる。

さらに、詳述すると、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と中央部に差がなく、
未着霜時に入口冷媒温度の方が中央部の冷媒温度に比べ
て著しく高い点と、入口側の冷媒温度と中央部の冷媒温
度の差と電源電流との比例関係に着眼し、入口側の冷媒
温度と中央部の冷媒温度および電源電流を検出すること
によって、未着霜から着霜に至るまでの温度差変化およ
び電流変化が大きくとれ、２点の温度検出とよび電流検
出で限界に近い暖房能力を引き出すことができる。ま
た、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、また、圧
縮機停止後の再運転においても一定時間経過するまで着
霜を検出しなため、快適さが損われることもない。

【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
たブロック図、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図は空気調和機における除
霜制御装置の回路図、第４図は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室内側熱交換器の中
央部の冷媒温度および圧縮機吸入冷媒温度と空気調和機
の電源電流との関係を示す特性図、第５図は除霜制御装
置の動作を示すフローチャート、第６図は上記除霜条件
における冷媒量不足の場合の室内側熱交換器の入口温度
と室内熱交換器中央部温度の差と圧縮機吸入冷媒温度お
よび空気調和機の電源電流の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、６′……熱交換器の中央配管温度検出素
子、９……マイクロコンピュータ、10……記憶部、11…
…駆動信号発生手段、12,21……コンパレータ、13,1
3′,15,16,20,21,26……抵抗、17……電流検出素子、18
……電流電圧変換回路、25……50/60Hzクロック信号発
生回路、Ａ……室外ユニット、Ｂ……室内ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、前記圧縮機の暖房運転開始か
らの時間を計測する第１の時間計測手段と、あらかじめ
設定された時間Ｔ_１を記憶している設定時間Ｔ_１記憶手
段と、前記第１の時間計測手段により検出した時間と前
記設定時間Ｔ_１記憶手段に設定された時間の一致を検出
し設定時間経過信号を出力する第１の比較手段と、前記
圧縮機の一時運転停止後、再運転開始からの時間を計測
する第２の時間計測手段と、あらかじめ設定された時間
Ｔ_２を記憶している設定時間Ｔ_２記憶手段と、前記第２
の時間計測手段により検出した時間と前記設定時間Ｔ_２
記憶手段に設定された時間の一致を検出し設定時間経過
信号を出力する第２の比較手段と、前記室内側熱交換器
の冷媒入口側（暖房運転時）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第１の温度
検出手段と、前記室内側熱交換器の中央部に連結された
配管の温度を検出する第２の温度検出手段と、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、電源周波数を入力する50／60Hzクロ
ック入力手段と、50／60Hzを判別する50／60Hz判別手段
と、その判別手段からの出力信号により前記設定温度記
憶手段の境界値温度を切換える設定温度切換手段と、前
記第１の温度検出手段により検出した温度と第２の温度
検出手段により検出した温度との差温が前記設定温度記
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
し差温値低下信号を出力する第３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
クルに切換えるある設定電流値を記憶した設定電流記憶
手段と、前記電流検出手段により検出した電流が前記設
定電流記憶手段に記憶された設定電流値より低下したこ
とを検知し電流値低下信号を出力する第４の比較手段
と、前記第１の比較手段による設定時間経過信号と前記
第３の比較手段による差温値低下信号あるいは前記第１
および第２の比較手段による設定時間経過信号と前記第
４の比較手段による電流値低下信号により、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
転から除霜運転へ切換え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。