JPH065133B2 - 空気調和機の除霜制御装置 - 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ものである。

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、かかる従来の構成では、温度検出素子が
複数個必要となり、おのず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、室内側の送風量が
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の冷媒温度を検出している
ため、室外側熱交換器に対する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、マイクロコンピュ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っても弊害のもととなり、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、上記従来の問題点を解決するもので、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ことを目的とするものである。

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Ｔ_１を記憶している
設定時間Ｔ_１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Ｔ_１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、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ｔ₁およ
びｔ₂をそれぞれ記憶した設定温度ｔ₁およびｔ₂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ｔ₁およびｔ₂記憶手段にそれぞれ記憶された境界値
温度より低下したことを検出し出力する第２および第３
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
４の比較手段と、電源電流を検出する電流検出手段と、
あらかじめ設定された境界値電流を記憶した設定電流Ｉ
_１記憶手段と、前記圧縮機の駆動を検出する圧縮機駆動
検出手段と、前記電流検出手段により検出した電流が前
記設定電流Ｉ_１記憶手段に記憶された境界値電流より前
記圧縮機始動後上昇したことを検出して出力し、前記圧
縮機停止時には出力をクリアーする第５の比較手段と、
前記第１の比較手段による設定時間Ｔ_１経過信号と、前
記第５の比較手段による境界値電流上昇信号と、前記第
４の比較手段により選択された前記第２または前記第３
の比較手段による境界値低下信号により、前記圧縮機停
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切換え制御する
選択出力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Ｔ_１が経過
するまでと、サーモスタットＯＮなどによる圧縮機始動
から電流検出手段の検出電流がＩ_１以上となるまでは暖
房運転が確保され、その後において電源周波数計測手段
により50Hzあるいは60Hzを判定し、あらかじめ選択され
た設定温度ｔ₁およびｔ₂と温度検出手段の検出温度との
比較により、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。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、冷房運転時は第２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第２図の破線矢印の方向に冷媒が
流れるようになっている。

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および主外送風機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、
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９、ならびに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
近辺でもよい。

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12、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および15を介
して温度検出手段である配管温度検出素子６（たとえば
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温度設定用抵抗16〜20とが接続さ
れ、さらに、コンパレータ21を介して電流検出手段であ
る電流検出素子９（たとえば電流変成器）と電流値を電
圧値に変換する電流−電圧変換回路22と必要に応じて抵
抗値が変えられる電流設定用抵抗23,24とが接続されて
いる。また50Hzか60Hzかの電源周波数を検出するための
入力回路として電源周波数検出回路25が接続されてい
る。

一方、マイコン11の出力側には、スイッチ用トランジス
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16は第１図の温度検出手段
に相当し、コンパレータ14,15はそれぞれ第１図の第２
および第３の比較手段に相当し、抵抗17,18の接続点か
ら得られる電圧は第１図の設定温度ｔ_１記憶手段の信号
に相当し、抵抗19,20の接続点から得られる電圧は第１
図の設定温度ｔ_２記憶手段の信号に相当し、電流検出素
子９および電流電圧変換回路22は第１図の電流検出手段
に相当し、コンパレータ21は第１図の第５の比較手段に
相当し、抵抗23,24によって作られる電圧は第１図の設
定電流Ｉ_１記憶手段の信号に相当し、電源周波数検出回
路25は第１図の電源周波数計測手段に相当し、記憶部12
を含むマイコン11は第１図の設定時間Ｔ_１記憶手段、時
間計測手段、圧縮機駆動検出手段、第１の比較手段、第
５の比較手段の一部、電源周波数記憶手段、第４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Ｐ
ｄ、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。

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などでの熱損失により
所定温度低下した温度である。したがって第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。すなわ
ち、入口配管温度ｔが設定配管温度ｔ₁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の入口配管温度にて適
切な除霜運転の判断を行うことができる。

ここで圧縮機１の回転数は電源周波数50Hzおよび60Hzに
ほぼ比例した値となるため、冷凍サイクルの高圧圧力は
60Hzの場合が高くなる。したがって第４図に示す室内側
熱交換器の入口配管温度は実線部ｔを60Hzとすると、破
線部ｔ′が50Hzの場合となる。したがって除霜開始をｔ
₁のみとすると、50Hzの場合には着霜が少ないうちに除
霜に入り、暖房効率が悪くなる。そこで50Hzの場合に
は、室内側熱交換の入口配管温度の除霜開始温度をｔ₂
とすることで、最適の除霜動作が確保できる。

また設定された室温で動作するサーモスタットのＯＮ，
ＯＦＦにより圧縮機の運転、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
６図に示すように過渡的な挙動を示す。したがって圧縮
機停止中および再始動後電源電流値がＩ_１以下の間は除
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。

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。すなわち、第
５図のステップ(1)で示すように暖房運転が開始される
と、マイコン11で所定時間Ｔ_１のタイマーカウントがセ
ットされる（ステップ(2)）。このタイマーカウントセ
ットは、暖房運転開始からＴ_１時間（たとえば１時間）
暖房運転を確保するためのもので、たとえば強制的にＴ
_１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
(3)でＴ_１時間経過が判定される。Ｔ時間経過するまで
は暖房運転が継続される。

次にステップ(4)で圧縮機の停止、運転を判定し、停止
の場合は始動開始等となる。次にステップ(5)で圧縮機
始動を検出し、ステップ(6)で電流値Ｉが設定値Ｉ_１よ
り高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。ステップ(6)による判定は暖房
運転を確保するためのもので、圧縮機始動時の過渡的は
状況の中で、誤って除霜動作に入ることを防止するもの
である。電流値Ｉが設定値Ｉ_１を越えるまでは暖房運転
が継続される。

そしてＴ_１を越えるとステップ(7)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る。

次にステップ(8)で電源周波数検出回路25により電源周
波数ｆの読み込みを行い、ステップ(9)において電源周
波数の判定が行われる。電源周波数が60Hzであれば設定
配管温度ｔ₁よりも、また50Hzであれば設定配管温度ｔ₂
よりも配管温度ｔが低いかどうかが判定される。（ステ
ップ(10)）。具体的には第３図において、設定配管温度
ｔ₁はコンパレータ14が、設定配管温度ｔ₂はコンパレー
タ15がそれぞれ判定する。

ステップ(10)の条件が満足されない場合は、ステップ
(4)に戻り、再び圧縮機のＯＮ／ＯＦＦを監視すること
になる。

そしてステップ(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ご
とく適宜手段にて実施できる。

なお、本実施例においては、除霜運転を暖房サイクルか
ら冷房サイクルへの切換えによって行うようにしたが、
たと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、過熱域冷媒ガスの温
度を室内側熱交換器入口配管にて検出し、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点で
行うことができ、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およ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。

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、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
て著しく高い点に着眼し、入口側の冷媒温度を検出する
ことによって、未着霜から着霜に至るまでの温度変化が
大きくとれ、各１点の温度検出お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、快適さが損われること
もない。さらに電源周波数により入口側の冷媒温度の補
正を行っているため、より最適な除霜動作が保証されて
いる。

また、サーモスタットのＯＦＦなどにより、暖房運転中
に圧縮機が停止することがあるが、圧縮機停止中および
始動後電源電流が低いうち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関係を示す特性図、第５
図は同除霜制御装置の動作内容を示すフローチャート、
第６図はサーモスタットの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
入冷媒温度および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、11…マイクロコンピュータ、12…記憶部、13…駆動
信号発生手段、14,15,21…コンパレータ、16〜28…温度
設定用抵抗、22…電流−電圧変換回路、23,24…電流設
定用抵抗、25…電源周波数検出回路、Ａ…室外ユニッ
ト、Ｂ…室内ユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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、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Ｔ_１
   を記憶している設定時間Ｔ_１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Ｔ_１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ｔ_１およびｔ_２をそれぞれ記憶した設定温度
   ｔ_１およびｔ_２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ｔ_１およびｔ_２記憶手段にそ
   れぞれ記憶された境界値温度より低下したことを検出し
   出力する第２および第３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４の比較手段と、電源電流を
   検出する電流検出手段と、あらかじめ設定された境界値
   電流を記憶した設定電流Ｉ_１記憶手段と、前記圧縮機の
   駆動を検出する圧縮機駆動検出手段と、前記電流検出手
   段により検出した電流が前記設定電流Ｉ_１記憶手段に記
   憶された境界値電流より前記圧縮機始動後上昇したこと
   を検知して出力し、前記圧縮機停止時には出力をクリア
   ーする第５の比較手段と、前記第１の比較手段による設
   定時間Ｔ_１経過信号と、前記第５の比較手段による境界
   値電流上昇信号と、前記第４の比較手段により選択され
   た前記第２または前記第３の比較手段による境界値低下
   信号により、前記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
   除霜運転へ切換え制御する選択出力手段とで構成した空
   気調和機の除霜制御装置。