JPH063313B2 - ヒ−トポンプ式空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はヒートポンプ式空気調和機に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来よりヒートポンプ式空気調和機においては、暖房運
転時に室外熱交換器に着霜の生じることがあるが、着霜
量が多くなった場合には暖房能力の低下を招くことか
ら、例えば「冷凍−第55巻第632号」（第43頁〜第46
頁）〔昭和55年６月発行〕にも記載されているように、
必要に応じてデフロストが行われている。このデフロス
ト方法としての主なものは、圧縮機から室外熱交換器へ
と直接的に高温ガス冷媒を供給する逆サイクルを利用し
たホットガスデフロスト方式である。そして上記のよう
なデフロストは、上記室外熱交換器への着霜量を検出
し、この検出量が基準量を超えた場合に開始するような
されている。

ところで上記のようなヒートポンプ式空気調和機におい
ては、室内温度検出サーモを備え、室内温度が設定値を
超えた際に暖房運転を停止し、一方室内温度が基準温度
以下になった際に暖房運転を再開するような制御を行な
うのが普通である。しかも暖房運転時間を長く確保した
いという要求から、室外熱交換器の着霜量が、暖房運転
をこれ以上、継続できないという状態になるまで暖房運
転し、この時点でデフロスト運転を開始するのが一般的
であった。このため、いったんデフロスト運転にはいる
と、この運転が長くかかることになる。さらに前記とは
別に室内温度検出サーモの作動による暖房運転の停止が
あり、総合的にみると暖房運転停止時間が長時間になる
という結果をもたらしていた。

そこでこの発明の出願人は、先に、外気温度によって
は、室外ファンだけでも、ある程度のデフロストのでき
ることに着目すると同時に、サーモ等の室内温度センサ
による暖房運転の停止時間を利用し、室外熱交換器に付
着した霜を溶解させ、再起動時の暖房能力を向上するこ
とのできるヒートポンプ式空気調和機を提案した（特願
昭60-117517号）。また上記装置では、上記暖房運転の
停止時間を利用して、さらにこの時間内に必要に応じて
能力の大きいデフロストをもさせるようにしている。第
６図に上記装置の機能ブロック図を示しているが、同装
置には、室内温度センサ５１と運転制御手段５２と着霜
量検出手段５３と室外温度センサ５４とデフロスト制御
手段５５と室外ファン制御手段５６とが設けられてい
る。上記室内温度センサ５１は、室内温度を検出すると
共に検出温度が基準温度を超えたときに暖房停止信号を
発生するものであり、この暖房停止信号の有無に従って
暖房運転の停止と再起動とが上記運転制御手段５２によ
って行われる。また上記着霜量検出手段５３は、室外熱
交換器への着霜量を検出すると共に検出着霜量が基準量
を超えたときにデフロスト信号を発生する。さらに上記
室外温度センサ５４は、室外温度を検出すると共に検出
温度が基準温度を超えたときに適温信号を発生するもの
であり、上記暖房停止信号とデフロスト信号とが出力さ
れているときにデフロスト制御手段５５によりデフロス
ト機能が作動され、また上記暖房停止信号と適温信号と
が出力され、かつ上記デフロスト信号が出力されないと
きには、室外ファン制御手段５６によって室外ファンが
作動される。このように、暖房運転の停止信号が発生さ
れているときに、デフロスト運転、または室外ファンを
駆動するようにしてあり、暖房運転の停止時間を利用し
て除霜を行ない、再起動時の暖房能力の向上とデフロス
ト運転頻度の減少とを図ろうとするものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記のようなヒートポンプ式空気調和機におい
ては、次のような問題点があった。それは、無着霜状態
であるにもかかわらず、室外ファンを不必要に作動させ
てしまうという問題である。つまり、暖房停止状態にお
いて、着霜量が基準量以下である場合には、着霜量の有
無に拘らず自動的に室外ファン作動信号が出力されるた
めに、室外ファンが駆動され、無駄な電力消費を生ずる
のである。さらに、暖房運転をデフロスト運動より優先
させているために、例えば寒冷地等の着霜条件の悪い環
境で使用する場合には、暖房停止期間に限定されたデフ
ロスト運動では完全に除霜されない場合があり、室内温
度センサの信号によって不完全な除霜状態で暖房に切換
わることになる。このとき暖房能力は低下しているの
で、室温が基準温度を超える迄に長時間を要し、またこ
の間に着霜が進んでさらに暖房能力が低下していく、と
いう悪循環に陥り、自動的に正常復帰するのが困難とな
る場合が生じていた。

この発明は上記した従来の問題点を解消するためになさ
れたものであって、その目的は、室外熱交換器に付着し
た霜を除霜するに際し、着霜量が基準量以上となった場
合には暖房運転中であれば、これを停止して強制デフロ
スト運転を行なって暖房性能の回復を図ると共に、着霜
量が基準量以下のときには、室内温度サーモによる暖房
運転の停止時間を利用して、着霜量に応じてデフロスト
運転を行ない、あるいはわずかに着霜状態にある場合に
はこれを確認して室外ファンを運転することにより、室
外ファンの空運転を防止すると共に、停止時間中に着霜
量の低減又は解消を行なって、再起動時の暖房能力を向
上することのできるヒートポンプ式空気調和機を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明のヒートポンプ式空気調和機において
は、第１図のように、室内での空調負荷を検出すると共
に検出負荷が基準負荷以下のときに暖房停止信号を出力
する室内負荷検出手段２２と、上記暖房停止信号の有無
に従って暖房運転の停止と再起動とを行なう運転制御手
段２８とを有し、室外熱交換器５への着霜量を検出する
着霜量検出手段２４と、上記着霜量が第１基準量を越え
たときにデフロスト機能を作動させる第１デフロスト制
御手段２９と、上記着霜量が上記第１基準量とこの第１
基準量よりも小さい第２基準量との間であって、かつ上
記暖房停止信号が出力されているときにデフロスト機能
を作動させる第２デフロスト制御手段３０と、上記着霜
量が上記第２基準量とこの第２基準量よりも小さい第３
基準量との間であって、かつ上記暖房停止信号が出力さ
れているときに室外ファン６を作動させるファン制御手
段３１とを設けている。

（作用） 上記したヒートポンプ式空気調和機においては、着霜量
検出手段２４によって室外熱交換器５への着霜量を検出
し、この検出された着霜量が第１基準量を超えた場合に
は、暖房運転中であればこれを停止して強制的にデフロ
スト機能を作動させる第１デフロスト制御手段２９を設
けているので、着霜条件の悪い寒冷地等での使用におい
ても暖房性能の回復が保障される。また、暖房運転の停
止期間を利用して、着霜量が第１基準量以下で第２基準
量を超える場合にはデフロスト機能の作動を、また第２
基準量以下の場合には室外ファン６を作動させて行なう
除霜操作に際して、上記室外ファン６の作動条件として
さらに第３基準量以上という条件を設定しており、した
がって従来例のように無着霜状態においても室外ファン
６が空運転されるというようなことはなく、暖房停止期
間を利用した効率的な除霜操作が実現されるので、再起
動状態の暖房能力を向上することが可能となる。

（実施例） 次にこの発明のヒートポンプ式空気調和機の具体的な実
施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

第２図には空気調和機の全体の概略構成を示すが、図の
ようにこの装置は、室外ユニット１と室内ユニット２と
を有するもので、室外ユニット１は圧縮機３、四方切換
弁４、室外熱交換器５及び室外ファン６をそれぞれ有
し、また室内ユニット２は室内熱交換器７と室内ファン
８とをそれぞれ有している。上記室外ユニット１と室内
ユニット２とはさらにマイクロコンピュータ等の制御部
９を有しているが、この制御部９には、外気温度を検出
する室外サーミスタ１０と、室内温度を検出するルーム
サーモ１１と、室外熱交換器５への着霜量を検出するた
めのサーミスタ１２、すなわち室外熱交換器５での略蒸
発温度（Te）を検出し得るサーミスタ（以下外熱交サー
ミスタという。）１２とがそれぞれ接続されている。

そしてこの制御部９には、第１図のように、上記ルーム
サーモ１１によって検出された室内温度を基準温度と比
較して、検出温度が基準温度よりも高い場合には暖房停
止信号を出力する比較手段２１が設けられており、上記
ルームサーモ１１とこの比較手段２１とによって、室内
負荷検出手段２２が構成されている。また上記制御部９
には、上記室外サーミスタ１０と外熱交サーミスタ１２
とによって、室外熱交換器５の着霜量を間接的に検出す
る着霜量検出手段２４が設けられている。この着霜量検
出手段２４ではさらに検出された上記着霜量を、後で詳
しく説明する第１、第２、第３基準量と比較して、以下
の信号を出力する比較手段２３を有している。すなわ
ち、この比較手段２３からは、着霜量が第１基準量より
も多い場合には第１デフロスト信号を、また上記第１基
準量と第２基準量との間の場合には第２デフロスト信号
を、さらに上記第２基準量と第３基準量との間の場合に
は第３デフロスト信号がそれぞれ出力されるものであ
り、上記室外サーミスタ１０と外熱交サーミスタ１２と
上記比較手段２３とによって上記着霜量検出手段２４が
構成されているのである。

さらに上記制御部９には、上記室外サーミスタ１０によ
り検出された外気温度を、後で説明する２つの基準温度
（TH、TL）と比較して、高温側基準温度（TH）よりも上
記検出温度が低い場合に高温側適温信号を、また低温側
基準温度（TLよりも検出温度が高い場合に低温側適温信
号をそれぞれ出力する比較手段２５が設けられており、
前記室外サーミスタ１０は上記比較手段２５と共に室外
温度センサ２６も構成している。

ここで上記着霜量検出手段２４における第１、第２、第
３基準量と室外温度センサ２６における基準温度とにつ
いて説明する。上記のように、着霜量の検出用に、室外
サーミスタ１０と外熱交サーミスタ１２を用い、室外サ
ーミスタ１０で外気温度（TA）を検出し、外熱交サーミ
スタ１２で室外熱交換器５の温度（Te）を検出している
訳であるが、これらの温度（TA）、（Te）は従来装置に
おいては、経済的に、第３図のような変化をする。第３
図には、横軸が経過時間を、縦軸が暖房運転始動後の室
外熱交換器５の温度変化を示しており、始動後、定常暖
房運転中には、室外熱交換器５の温度（Te）は外気温度
（TA）より低い温度差（TA-Te=ΔTO）を保って運転され
る。ここで、室外熱交換器５に着霜し始めると、室外熱
交換器５で冷媒蒸発温度が低下してくるために、室外熱
交換器５の温度（Te）も次第に低下することとなり、第
３図に付記してある着霜状態模式図(a)(b)(c)のよう
に、着霜量の増加と共に外気温度（TA）と室外熱交換器
５の温度（Te）の差は（ΔT3）、（ΔT2）を経て（ΔT
1）に至るように次第に大きくなる。この模式図(c)の点
においては、多量の着霜状態となっており、暖房性能が
大幅に低下してくるために、暖房運転を停止し、強制的
にデフロスト運転に切換えて除霜するのである。以上の
説明のように、室外熱交換器５への着霜量を外気温度
（TA）と室外熱交換器５の温度（Te）との温度差で間接
的に検出することが可能であり、そこで本実施例におい
ては、上記強制デフロスト運転開始点に対応する温度差
（ΔT1）を第１基準量として、また上記デフロスト運転
を開始すべき着霜状態にまでは至っていないが、かなり
の着霜を生じている状態（模式図(b)に対応する温度差
（ΔT2）を第２基準量として、さらに、第３図の(a)の
ように着霜が始まって、定常運転時の温度差（ΔT0）よ
りも若干大きくなった温度差（ΔT3）を第３基準量とし
て設定するものである。さらに上記各基準量の設定に当
たっては、外気温度（TA）の変化に対応した値として限
定している。すなわち第４図は、外気温度（TA）の変化
に対する上記各基準量の検量線を示しており、例えば外
気温度（Ti）のときの第１基準量（ΔT1i）と、外気温
度（Tj）のときの第１基準量（ΔT1j）とは若干異なっ
た値となるが、それぞれ同図のような検量線に基づいて
外気温度の変化に対応した基準値を読取り、これらの基
準データテーブルとして制御部９に記憶させているので
ある。一方、上記テーブルには第４図のように外気温度
（TH）及び（TL）でそれぞれ上下限を設けている。上限
温度（TH）は誤動作防止のためであり、外気温度が（T
H）以上であれば、着霜が存在しないと判断される温度
に、したがってこのとき生じた温度差は着霜以外の要因
によるものと判断される温度に設定している。また下限
温度（TL）は例えば０℃に設定しており、後で説明する
ように、この温度（TL）以下の外気温度のときに上記温
度差がΔT3以上生じたときに室外ファン６を作動したと
しても低温外気の吹き付けでは除霜効果を生じ得ないと
判断される温度に設定しているのである。

上記制御部９はさらに、第１図のように、上記各信号の
出力によって作動される４個の制御手段を有している。
まずその第１の制御手段は、室内負荷検出手段２２から
暖房停止信号が出力されたときに、圧縮機３、室外ファ
ン６及び室内ファン８の駆動をそれぞれ停止して暖房運
転を停止し、一方暖房停止信号の出力されないときは圧
縮機３、室外ファン６及び室内ファン８を駆動して暖房
運転を行なう制御をするための運転制御手段２８であ
る。またその第２の制御手段は、着霜量検出手段２４か
ら第１デフロスト信号が出力されたときに、四路切換弁
４の切換、圧縮機３の駆動、室外ファン６の停止等のホ
ットガスデフロストを行い、一方第１デフロスト信号が
出力されないときには出力を行わない制御をするための
第１デフロスト制御手段２９である。そしてその第３の
制御手段は、上記暖房停止信号と室外温度センサ２６か
らの高温側適温信号と着霜量検出手段２４からの第２デ
フロスト信号がそれぞれ出力されたときに上記ホットガ
スデフロストを行い、それ以外の場合はデフロストを行
わない制御をするための第２デフロスト制御手段３０で
ある。さらに第４の制御手段は、暖房停止信号と室外温
度センサ２６からの高温側及び低温側適温信号が出力さ
れ、かつ着霜量検出手段２４から第３デフロスト信号が
出力されているときに室外ファン６を作動させ、それ以
外の場合、つまり室外熱交換器５への着霜量が第２基準
量を超えてデフロスト運転を行なう場合や、室外温度が
高温側基準温度以上の場合、あるいは低温側基準温度以
下の場合には室外ファン６を作動させないような制御を
行なうファン制御手段３１である。

上記空気調和機の作動状態を第５図に示すフローチャー
トに基づいて説明する。まず正常に暖房運転が継続され
ている場合には、第５図に示すように制御部９における
制御プログラムはステップS0、S1、S2、S3、S4→S0とサ
イクリックに各ステップを実行している。すなわちこの
間にステップS1では室外サーミスタ１０で検出される外
気温度（TA）と外熱交サーミスタ１２で検出される室外
熱交換器温度（Te）との差ΔＴを演算・記憶して、これ
をステップS2において第１基準量（ΔT1）と比較する。
（ΔT1）以下の時にはステップS3でルームサーモ１１の
作動状態により、これが作動しない場合、つまり室内温
度が基準温度以下の場合には、ステップS4で暖房運転信
号を発生し、再度ステップS0に戻ってプログラムの実行
を継続していく。このプログラムサイクル実行中に、ス
テップS2でΔＴがΔT1よりも大となった場合には、暖房
を停止してステップS6に移り、外気温度（TA）が高温側
基準温度（TH）より小さい場合には、室外熱交換器５へ
の着霜量が甚大であると判断して、ステップS7、S8の逆
サイクルデフロスト運転を行なう。このデフロストの完
了（ステップS8）は、図示してはいないが、室外熱交換
器５の温度が所定温度を超える際に出力されるデフロス
ト完了信号によって行われるようになされている。デフ
ロストが完了するとステップS9でデフロスト運転を停止
し、再度ステップS0に戻ってS1、S2・・・と続く暖房運
転サイクルを実行していくこととなる。

一方、上記暖房運転サイクル中、ステップS3でルームサ
ーモ１１がON作動したとき、すなわち室内温度が基準温
度を超えた場合には、暖房を停止してステップS11に移
り、外気温度（TA）が高温側基準温度TH）よりも小さい
場合にはステップS12において暖房停止直前に演算記憶
されたΔＴを第２基準量（ΔT2）と比較する。そしてこ
のΔＴがΔT2より大きいときには、室外熱交換器５への
着霜量がかなり多いと判断して、次のステップS13、S1
4、S15の逆サイクルデフロスト運転を実行するのであ
る。この逆サイクルデフロスト実行プログラム中ステッ
プS14でルームサーモ１１の作動状態を監視しており、
ルームサーモ１１がOFF作動し、室温が基準温度より低
下した場合にはステップS16でこの逆サイクルデフロス
ト運転を中断して、ステップS0に戻り、初めの暖房運転
サイクルを実行することとなる。

さらに、上記ステップS12において、ΔＴがΔT2以下の
場合にはステップS17へと移り、外気温度（TA）と（T
L）とを比較する。この外気温度（TA）が低温側基準温
度（TL）より低い場合には、室外ファン８を作動しても
送風による解霜はなし得ないので、このときステップS2
1へと移って室外ファン８をON作動することなく、初期
のプログラムステップS0へ移ることとなる。一方ステッ
プS17でTAがTLより大きい場合には、次にステップS18に
移り、暖房停止直前のΔＴを第３基準量（ΔT3）と比較
する。そしてこのΔＴがΔT3より小さい場合には室外熱
交換器５には着霜していないとして、ステップS21に移
り、室外ファン６は停止のままで初期プログラムステッ
プS0へ移る。一方ΔＴがΔT3より大きい場合には、室外
熱交換器５には着霜が始まっている状態に相当し、この
ときステップS19に移って室外ファン６をON作動し、送
風による除霜操作が実行されるのである。この室外ファ
ン６による除霜操作はステップS20におけるルームサー
モ１１のOFF作動信号、あるいはステップS17における外
気温度TAの低下、又は室外熱交換器５と外気温度との温
度差８（ΔＴ）が第３基準量（ΔT3）より小さくなった
場合にステップS21へと移って室外ファン６は停止さ
れ、初期プログラムステップS0に復帰する。

以上の説明のように、上記実施例においては、室外熱交
換器５への着霜量が、デフロスト運転をすべき第１基準
量に達していなくても、着霜が存在すればその量に応じ
て暖房運転の停止中を利用して除霜操作が自動的に行わ
れるものであり、着霜量が多ければ（第２基準量を超え
ていれば）停止期間中デフロスト運転が、また着霜量が
少なければ（第２基準量以下であれば）室外ファン６に
よる除霜操作が実行される。その結果、暖房運転再開時
の暖房能力を向上することが可能となる。また、除霜の
ための上記室外ファン６のON作動条件として、第３基準
量を設けているので、室外熱交換器５への霜の付着がな
いにもかかわらず、室外ファン６がON作動するような従
来装置における空運転が防止される。

以上の暖房運転停止中を利用した除霜機能によって、デ
フロスト運転頻度の減少を図ることができるが、上記実
施例ではルームサーモ１１の作動状態より優先する第１
デフロスト制御手段を有しているので、寒冷地等におけ
る着霜条件の悪い環境下においても、この第１デフロス
ト制御手段による強制デフロスト運転により暖房性能の
自動回復が保障されているので、広範囲の使用環境の下
に経済的な装置として利用することが可能である。

なお、上記実施例においては、着霜量の検出手段として
室外温度（TA）と室外熱交換器温度（Te）とを利用する
方法により構成したが、室外熱交換器の温度と室内温度
吸込温度とから間接的に着霜量を検出する方法等の他の
方法による構成とすることも可能である。また上記実施
例ではルームサーモを有する室内負荷検出手段を示した
が、室内熱交換器における冷媒の過冷却温度の変化によ
って負荷検出を行なう方法等によって室内負荷検出手段
を構成することもできる。また室外ファンによる除霜操
作の停止条件として、この室外ファンの運転中にΔＴが
ΔT3より大となったときに停止する制御構成としたが、
この条件を省略し、暖房停止直前のΔＴがΔT3より大で
あれば、その暖房停止期間中は室外ファンのON作動を継
続することによって、完全解霜を図るべく構成すること
もできる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明は、着霜量検出手段にお
いて検出した着霜量を第１、第２、第３基準量とそれぞ
れ比較し、着霜量がデフロスト運転をすべき第１基準量
に達していなくても、着霜が存在すればその量に応じて
暖房運転の停止中を利用して除霜操作が行われるように
成されており、着霜量が第１基準量以下で第２基準量を
超えていれば停止期間中のデフロスト運転が、また第２
基準量以下であれば室外ファンによる除霜操作が実行さ
れるものである。その結果、暖房運転再開時の暖房能力
を向上することができる。また除霜のための上記室外フ
ァンON作動条件として、第３基準量を設けているので、
従来例のように、室外熱交換器への霜の付着がない場合
にも室外ファンがON作動するような空運転状態が解消さ
れる。さらに第１デフロスト制御手段によって着霜量が
第１基準量を超える場合にはルームサーモ１１の作動状
態によらず、除霜運転を実行する機能を有しているの
で、寒冷地等における着霜条件の悪い環境下においても
暖房性能の自動回復が保障されているので、広範囲の使
用条件下において経済的な装置として利用することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のヒートポンプ式空気調和機の機能ブ
ロック図、第２図はその全体構成の概略を示す説明図、
第３図は室外熱交換器への着霜量と室外熱交換器温度と
の関係を示すグラフ、第４図は、第１、第２、第３基準
量と外気温度との関係を示すグラフ、第５図は上記空気
調和機の制御方法のフローチャート図、第６図は従来装
置の機能ブロック図である。 ５・・・室外熱交換器、６・・・室外ファン、２２・・
・室内負荷検出手段、２４・・・着霜量検出手段、２８
・・・運転制御手段、２９・・・第１デフロスト制御手
段、３０・・・第２デフロスト制御手段、３１・・・フ
ァン制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】室内での空調負荷を検出すると共に検出負
   荷が基準負荷以下のときに暖房停止信号を出力する室内
   負荷検出手段（22）と、上記暖房停止信号の有無に従っ
   て暖房運転の停止と再起動とを行なう運転制御手段（2
   8）とを有するヒートポンプ式空気調和機であって、室
   外熱交換器（５）への着霜量を検出する着霜量検出手段
   （24）と、上記着霜量が第１基準量を越えたときにデフ
   ロスト機能を作動させる第１デフロスト制御手段（29）
   と、上記着霜量が上記第１基準量とこの第１基準量より
   も小さい第２基準量との間であって、かつ上記暖房停止
   信号が出力されているときにデフロスト機能を作動させ
   る第２デフロスト制御手段（30）と、上記着霜量が上記
   第２基準量とこの第２基準量よりも小さい第３基準量と
   の間であって、かつ上記暖房停止信号が出力されている
   ときに室外ファン（６）を作動させるファン制御手段
   （31）とを設けたことを特徴とするヒートポンプ式空気
   調和機。