JPH0684830B2 - 空気調和機の除霜装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電気熱源ヒートポンプ機などの空気調和機の除
霜装置に関する。

（従来の技術） 従来の除霜装置は能力低下割合には全く関係なく所定の
時間、例えば60分が経過していて、かつ除霜指令器から
コイルフイン温度が例えば−５℃以下であってデフロス
ト指令信号が発信されていることによって、デフロスト
（除霜）を開始させるようにしていたが、これでは暖房
能力の低下割合には凡そ関係なくデフロストさせていた
ため、能力低下が大きくなる場合が多くて暖房効率が悪
いことからエネルギー有効比（EER）が低かった。

かかる点を改良するものとして本出願人はさきに、最適
デフロストタイミングでデフロストを行わせるための空
気調和機の除霜装置を特願昭61−207360号（昭和61年９
月２日出願）において提案した。

上記出願は、暖房運転中の利用側コイルにおける除霜終
了直後の暖房運転開始時からの暖房能力を利用側コイル
の出口・入口間での被加熱流体温度差に換算されるもの
として一定時間毎の周期的に積算すると共に、この積算
した暖房能力値を、暖房運転の直前に行われた除霜運転
の運転時間と、その後の暖房運転時間との和で除算して
平均暖房能力を算出し、この算出した平均暖房能力にお
ける今回の値と前回の値とを比較して今回の値が小さい
ときに除霜信号を出力させるようにした除霜装置に関す
るものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上述する出願の内容は、暖房能力の低下を利用
側コイルの温度差の低下により判断するものであるか
ら、今回と前回の温度差の大小を比較すれば変化の割合
は判断可能であって、暖房能力自体を厳密に計算する必
要はないのであるが、これは風量など被加熱流体の流量
が一定の場合を前提とした考え方であって、風量が変化
する運転態様の場合についてはそのまま、対応すること
ができなく、最近のように可変送風ファンを搭載して暖
房運転中に自動あるいは手動で風量を変化し得るように
した空気調和機の場合には別途対策を講じなければなら
ない。

かかる問題点に対処して本発明は、先の前記出願におけ
るEER向上を果たす制御方式に加えて、利用側コイルを
流通する被加熱流体が流量変化する暖房運転態様にも対
応し得る制御方式を備えてなる改良された除霜装置を提
供するべく発明するに至つたものであって、かくして除
霜運転開始の適正化、EERの最高値保持による運転経済
性の向上ならびに調和空気の温度安定化による快適環境
の維持を果たさせることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は第１図に示す如く、空気調和機の除霜装
置として、温度差算出手段（１）、流量検出手段
（２）、温度差補正手段（３）、温度差積算手段
（４）、平均暖房能力算出手段（５）及び比較手段
（６）とを備えしめたものであって、温度差算出手段
（１）は、暖房運転中の利用側コイル（11）における被
加熱流体の出口温度（T_o）および入口温度（T_i）から一
定時間毎の周期的に温度差（ΔT_n）を算出してこれを記
憶する構成を有する。

次に、流量検出手段（２）は、暖房運転中に前記被加熱
流体の流量切替えが成されたか否かを検出して流量切替
えが成されている間、出力を発信する構成を有する。

一方、温度差補正手段（３）に関しては、前記流量検出
手段（２）が発信する出力によって作動し、前記温度差
算出手段（１）が算出した流量切替え直前の温度差（Δ
T_A）と流量切替え直後の温度差（ΔT_B）との比を補正係
数（ａ）として算出するとともに、温度差算出手段
（１）が算出した流量切替え以後の各温度差（ΔT_n）を
前記補正係数（ａ）の乗算によって流量切替え以前の相
当温度差（ΔＴ′_n）に補正せしめる構成を有する。

次いで温度差積算手段（４）は、温度差算出手段（１）
が算出し、かつ、温度差補正手段（３）により補正され
てなる各温度差値から、除霜終了直後の暖房運転開始時
を基点とする温度差積算値（Ｓ）を算出し記憶する構成
を有する。

また、平均暖房能力算出手段（５）は、前記温度差積算
手段（４）が算出した温度差積算値（Ｓ）を、暖房運転
の直前に行われた除霜運転の運転時間（td）と、その後
の暖房運転時間（ti）との和で除すことにより、平均暖
房能力（Q_m）を算出し記憶する構成を有する。

さらに、比較手段（６）に関しては、前記平均暖房能力
算出手段（５）が算出した平均暖房能力（Q_m）における
今回の値と前回の値とを比較して今回の値が小さいとき
に除霜信号を出力する構成を有する。

なお、被加熱流体としては、利用側コイル（11）の種類
によって空気又は水がこれに相当するものであってファ
ン又はポンプの能力制御により流量制御が成される。

（作用） 本発明は平均暖房能力算出手段（５）と比較手段（６）
とによって平均暖房能力（Q_m）がピークとなる時点をと
らえて、この時点で除霜が必要なときは除霜を行わせる
ようにしてなるものにおいて、被加熱流体の流量切替え
が行われた場合は、温度差補正手段（３）によって暖房
能力の算出要素である温度差（ΔT_n）を流量切替えによ
る変動の影響が及ばないように補正しているので、実態
に即した暖房能力の計算が行えて適正な除霜タイミング
をとり得る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面により説明する。

第２図は本発明の実施例に係る空気調和機の装置回路図
であり、圧縮機（７）、四路切換弁（８）、熱源側コイ
ル（９）、キャピラリーチューブ（10）、利用側コイル
（11）及びアキュームレータ（12）により公知の冷凍回
路を構成しており、暖房運転の際は冷媒を実線矢示の方
向に流通せしめて利用側コイル（11）を凝縮器，熱源側
コイル（９）を蒸発器に夫々作用せしめ、一方、冷房運
転及び除霜（デフロスト）運転の際は冷媒を破線矢示の
方向に流通せしめて、熱源側コイル（９）を凝縮器，利
用側コイル（11）を蒸発器に夫々作用せしめるのであっ
て、冷媒の流通方向の切換えは四路切換弁（６）の切換
操作によって行うことは言うまでもなく、また、デフロ
スト運転の場合は、熱源側ファン（15）及び利用側ファ
ン（16）を共に停止せしめるものである。

なお、第２図中、（13）は利用側コイル（11）の出口に
おける空気温度（T_o）を検出する第１温度検出器，（1
4）は同じく入口における空気温度（T_i）を検出する第
２温度検出器を夫々示し、両温度検出器（13），（14）
は前記温度差算出手段（１）の入力要素を構成してい
る。

一方、（17）はデアイサで暖房運転時に蒸発器となる熱
源側コイル（９）のコイル入口温度を検出して−５℃以
下であるか、また、内蔵するタイマが暖房運転時間を計
測して２時間を経過したかのいずれかの条件によって要
デフロスト信号を発する公知の除霜検出器であって、除
霜指令手段の入力端に接続している。

上記構成になる空気調和機の除霜制御を司る電子制御回
路は第３図に概略示される通りであって、（18）は周知
のマイクロコンピュータで、CPU（19）、RAM（20）及び
ROM（21）を基本要素として構成されている。

ROM（21）にはCPU（19）を制御するプログラムが書き込
まれ、CPU（19）はこのプログラムに従ってインプット
ポート（22）より外部データを取込み、あるいはRAM（2
0）との間でデータの授受を行ったりしながら演算処理
し、必要に応じて処理したデータをアウトプットポート
（23）に出力する。

アウトプットポート（23）はCPU（19）からの出力ポー
ト指定信号を受けて、そのポートにデータを一次記憶す
ると共にD/Aコンバータ（27）を経てアナログ信号を四
路切換弁（８）のソレノイド（8_S）および利用側ファン
（16）のモータ（16_M）に出力するようになっている。

一方、インプットポート（22）はCPU（19）からの入力
ポート指定信号を受けると、そのポートに必要な情報を
取り込むものであって、暖房運転中の利用側コイル（1
1）における空気出口温度（T_o）がA/Dコンバータ（24）
を経てデイジタル信号として、また、空気入口温度
（T_i）がA/Dコンバータ（25）を経てデジタル信号とし
て、さらにデアイサ（17）で検出した熱源側コイル
（９）のコイル入口温度がA/Dコンバータ（26）を経て
デイジタル信号として夫々インプットポート（22）に出
力される。

しかして、このマイクロコンピュータ（18）におけるプ
ログラム制御が、温度差算出手段（１）、流量検出手段
（２）、温度差補正手段（３）、温度差積算手段
（４）、平均暖房能力算出手段（５）及び比較手段
（６）を構成するものであって、ROM（21）に書き込ま
れてなるプログラムをフローチャートで示すと第４図の
ようになる。

ここで、本発明において除霜開始時期のタイミングを適
正にとるための理論的根拠について第５図以降の線図を
参照しながら説明するが、除霜開始タイミングのとり方
が暖房時の利用側コイル（11）における平均暖房能力、
すなわち空気調和機の平均暖房能力に大きい影響を与え
るものであって、EERの向上をはかるには平均暖房能
力、すなわち、除霜運転開始から次の除霜運転開始まで
の間の暖房能力の平均値を最大値とし得る条件が満足さ
れなければならなくて、空気熱源、空気利用方式の空気
調和機で除霜時に利用側ファン（16）を停止する場合の
平均暖房能力（Q_m）は下記式となる。

但し ΔT_m：平均温度差（℃） t_h：暖房運転時間（H_r） C_p：空気比熱（Kcal/kg・℃） r:空気比重量（kg/m²） w:風量（m²／H_r） Q_m：平均暖房能力（Kcal/H_r） t_d：デフロスト運転時間（H_r） 上記式（イ）はC_p,r,wはほぼ一定であるために、Q_mは
（ΔT,t_h,t_d）の函数とみることができる。

ところで、暖房運転とデフロスト運転とを交互に繰り返
した場合に、暖房能力、すなわち、利用側コイル（11）
の暖房時における空気出口温度（T_o）と空気入口温度
（T_i）との差である温度差（ΔＴ）に比例する値である
が、これが時間の経過により変化する状態は第５図に示
される通りであり、前記温度差（ΔＴ）の推移は、暖房
運転開始時（T_o）は零であって、運転とともに差が増加
してゆき、最大温度差値（ΔT_M）に達すると、次に熱源
側コイル（９）での霜の付着・成長に伴って能力が減じ
ることから温度差（ΔＴ）は順次減少し飽和に近い状態
になる。

そこで、暖房運転の開始から所定時間毎、例えば30秒毎
又は１分毎に読み取った各温度差（ΔＴ）から、運転開
始時を基点とする現時点までの積算値（Ｓ）、すなわ
ち、暖房能力相当値を積分して得た積算値である暖房能
力値（Ｓ）を逐次算出して第６図に線図で示した結果を
第１段階として得た後、さらに、この暖房能力値（Ｓ）
を、暖房運転開始の直前に行われた除霜運転の運転時間
（t_d）と、その後の暖房運転時間（t_i）との和で除した
平均暖房能力（Q_m）を逐次算出して第７図に線図で示し
た結果を第２段階として得るのである。

ところで上記各線図から明らかなように、暖房運転開始
時から最大温度差（ΔT_m）、すなわち最大暖房能力値に
達するまでの間の暖房能力値（Ｓ）の変化状態は低レベ
ルで急峻なカーブとなり、最大暖房能力値に達してから
後の能力低下時期は高レベルで緩やかなカーブとなり、
そして暖房能力値が着霜が生じたことにより低く飽和状
態になるところでは高レベルで若干急なカーブとなる。

従って、平均暖房能力（Q_m）は、第７図に示す如く、着
霜が生じて除霜運転を必要とする時点の直前で最大とな
り、その後は減少する推移となる。

以上の点から明らかなように、一定時間の周期で算出し
た平均暖房能力（Q_m）が最大となる時期を判定して除霜
を行えばEERを最高に保たせて暖房運転と除霜運転とを
行わせることが可能となり、要するに周期的な平均暖房
能力（Q_m）の算出に際してその値が最大となる条件を見
出すには、前回の算出値よりも今回の算出値の方が小さ
くなったことを判定すれば良いことを意味している。

なお、上述の説明は暖房運転中において利用側ファン
（16）の風量（被加熱流体の流量）を一定に保持するこ
とを前提としているが、最近の空気調和機においては、
暖房運転の状態に応じて風量を自動又は手動により加減
調節を行うものが多く、従って運転中において風量の切
替えが成されることを考慮して除霜運転制御する必要が
ある。

かかる風量切替えを行う場合の制御態様について第８図
を参照しながら説明すると、例えば暖房運転中に温度差
（ΔＴ）が小さくなってきて風量がはじめの風量（W_H）
から低下して風量（W_L）に切換えられたとした場合に
は、低風量（W_L）の場合の温度差（ΔT_L）が高風量
（W_H）を持続した場合の温度差（ΔT_H）よりも当然大き
くなってくる。

一方、風量を変えても空気調和機の暖房能力は左程変化
がなく、実質的に等しいと見なして問題がないので、 Q_H＝Q_L…（ロ） 但し、 Q_H：風量（W_H）における暖房能力 Q_L：風量（W_L）における暖房能力 一方、（イ）式を参照すれば明らかなように Q_H＝Δt_H・C_P・ｒ・W_H…（ハ） Q_L＝Δt_L・C_P・ｒ・W_L…（ニ） であるから、 （ロ）〜（ニ）各式より、 （ホ）式を（ニ）式に代入すると、 となる。

上記（ヘ）式から、風量切替え後の温度差（ΔT_L）に対
して温度差変化比である補正係数 を乗ずることによって風量切替え後も、切替え以前の温
度差（ΔT_H）の低下度合として、適用することが可能で
あり、従って風量切替えを検出して切替え直前と直後の
温度差変化比（ａ）を演算し、切替え後の温度差（Δ
Ｔ）に乗じた値を使用することにより、風量切替えが暖
房運転中に行われるとしても何等問題なく対応できる。

以上説明した判断処理にもとづき除霜運転を行うための
フローチャートを第４図によって説明する。

暖房運転スイッチを投入して空気調和機を暖房開始させ
（ステップ）ると共に、初期セットを行う（ステップ
）。

この初期セットとは電子タイマを始点である零にリセッ
トし、暖房能力値（Ｓ）及び平均暖房能力（Ｑ）を夫々
零にセットし、さらに、運転開始時においてはデフロス
ト運転が一度も行われていないために、その後のタイミ
ングをとるための条件の１つとして５分等の適当な除霜
時間（t_d）を設定して、それ等をマイクロコンピュータ
（18）に記憶させることを意味する。

かくして電子タイマが計時を開始し（ステップ）、一
定時間（例、１分）が経過する（ステップ）毎に空気
出口温度（T_o）及び空気入口温度（T_i）を読み込み、温
度差（ΔＴ）を算出し記憶すると共に、暖房運転開始か
らの経過時間（t_i）を計時して記憶する（ステップ
）。

運転開始から３分以内は、ホットスタートと称される運
転が成されて、利用側ファン（16）を停止した状態で冷
凍回路を暖房サイクルで運転する過渡期であるところか
ら、前記ステップと同時的に、暖房能力値（Ｓ）の算
出及び記憶と、暖房能力値（Ｓ）、除霜時間（t_d）及び
暖房運転時間（t_i）からの平均暖房能力（Ｑ）の算出及
び記憶を行わせる（ステップ）。

なお、ステップにおける温度差（ΔＴ）の算出が温度
差算出手段（１）の機能に該当し、また、ステップの
暖房能力値（Ｓ）及び平均暖房能力（Ｑ）の算出が温度
差積算手段（４）及び平均暖房能力算出手段（５）の機
能に該当するものである。

３分経過によりホットスタート運転が終って通常の温風
吹出しによる暖房運転に至ったことを判断する（ステッ
プ）と、ステップに移行して風量切替えがあったか
どうかをチエック（ステップ）、風量切替えがなされ
ていなければステップに至らせ、一方、切替えがなさ
れていると、次のステップに移行して補正係数（ａ）
の算出を前述の要領によって行わせるとともに、ステッ
プにおいて温度差（ΔＴ）の補正を行わせる。

この場合のステップとステップにおける温度差（Δ
Ｔ）の補正とが温度差補正手段（３）の機能に該当す
る。

かくして運転時間が１分経過する毎にステップ，，
における演算，記憶が繰り返されるが、運転開始から
ある所定の時間例えば20分程度は運転態様が不安定状態
であるので（不確定要因がある）、電子タイマにおける
１機能であるガードタイマの作用によって（ステップ
）、前回の演算結果の平均暖房能力（記憶）値
（Q_n-1）を今回の演算結果の平均暖房能力値（Q_n）に置
換させる処理を行わせる（ステップ）。

なお、このステップは前記比較手段（６）が周期的に
行う比較処理に際し、前述するように不確定要因の影響
を無視して誤判断することがないように運転開始から20
分間は比較演算を実質的に無効にさせるためと、また、
比較手段（６）に対して今回の演算結果に対する比較値
として前回の演算結果を入力させるためとの２種の役割
りを果させるためのものである。

このように、ステップを経て暖房能力開始から20分経
過し、空気調和機の運転が定常状態に安定すると、比較
手段（６）により今回演算した平均暖房能力値（Q_n）と
前回のそれ（Q_n-1）との大小比較を行わせる（ステップ
）。

この比較結果がQ_n≧Q_n-1であると、ステップに移行さ
せることは前述した通りであり、一方、Q_n＜Q_n-1である
と、その時点において平均暖房能力値が最大値を過ぎて
減少に移行する状態となっていることを意味しているの
で、比較手段（６）から除霜信号を出力させる。

この状態になって、さらに、デアイサ（17）が熱源側コ
イル（９）のコイル温度が−５℃以下で着霜しているこ
とにより除霜を要する信号を発している（ステップ）
ことによって、マイクロコンピュータ（18）から除霜指
令を発信せしめるとともに除霜運転の時間を併せて計測
せしめる（ステップ）。

かくして冷房サイクルによる除霜運転に入って霜は融か
されるが、この除霜運転の態様が除霜指令手段であっ
て、この指令手段を設けたことによって不必要になされ
る空デフロスト運転は防止される。

なお、暖房運転開始から２時間経過していることをチエ
ックし、しかもデアイサ（17）から着霜検出信号が発せ
られていることをチエックした場合、マイクロコンピュ
ータ（18）においてQ_n＜Q_n-1の演算結果が出ていなくて
も、強制的に除霜運転に入らせるようにする手段を追加
しても良い。

その後、デアイサ（17）などからデフロストが終了した
ことによる信号が発せられるとデフロスト運転を終了し
て暖房運転に切り換える（ステップ）。

なお、ステップの作動において、終了した除霜運転に
要した時間（t_d）と、暖房能力値（Ｓ）及び平均暖房能
力（Ｑ）についての初期値（いずれも零）とをマイクロ
コンピュータ（18）に記憶させると共に電子タイマをリ
セットさせるものであって、以上によって暖房運転と除
霜運転とからなる１サイクルは完了し、再びステップ
からの作動を行わせる。

しかして実際の運転制御の場合において、風量切替えが
あったときは、該切替えにより出入り口の温度差（Δ
Ｔ）が安定するまでの所定時間（概して数十秒と考えら
れる）が経過した後に温度差（ΔＴ）を計測するように
タイミングをとることが好ましい。

以上説明した例は空気熱源・空気利用方式の一般に空冷
エヤコンと称される装置の場合であって、デフロスト運
転中は室内側ファンを停止させることによって暖房能力
に対する負の要因はないと考えて成されたものである
が、一方、空冷チラーと称される空気熱源・水利用方式
の場合にはデフロスト運転中に温水が冷却されることに
より暖房能力に対する負の能力を考慮しなければならな
く、その場合には温水が５℃程度温度低下するとして、
この温度低下分に見合った暖房能力を差引くようにし
て、その他は前述の例と同じ演算を行わせればよい。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように、着霜による暖房能力の低
下現象に対して、平均暖房能力が最大値となる状態を演
算により見出して、この状態に応じて除霜運転に切換え
る制御を行わせているものにおいて、暖房運転中に被加
熱流体の流量切替えが行われても、そのときの温度差を
切替え以前の流量に相当する値に補正して流量変化によ
る暖房能力変動の悪影響を無くするようにしているの
で、適正な除霜タイミングをとることができて擾乱の全
く生じない高効率暖房運転が可能であり、多段変速や無
断変速の送風機を搭載した空気調和機に対応し得る利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の実施例に係る装置回路図、第３図は同じく除霜制御
用電子制御回路図、第４図は除霜制御態様を示すフロー
チャート、第５図乃至第８図は運転時間に対する暖房能
力、暖房能力積分値及び平均暖房能力ならびに被加熱流
体の温度差の変化を示す説明図である。 （１）…温度差算出手段、（２）…流量検出手段、 （３）…温度差補正手段、（４）…温度差積算手段、 （５）…平均暖房能力算出手段、 （６）…比較手段、（11）…利用側コイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植野 武夫 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 堀内 正美 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】暖房運転中の利用側コイル（11）における
   被加熱流体の出口温度（T_o）および入口温度（T_i）から
   一定時間毎の周期的に温度差（ΔT_n）を算出してこれを
   記憶する温度差算出手段（１）と、 暖房運転中に前記被加熱流体の流量切替えが成されたか
   否かを検出して流量切替えが成されている間、出力を発
   信する流量検出手段（２）と、 前記流量検出手段（２）が発信する出力によって作動
   し、前記温度差算出手段（１）が算出した流量切替え直
   前の温度差（ΔT_A）と流量切替え直後の温度差（ΔT_B）
   との比を補正係数（ａ）として算出するとともに、温度
   差算出手段（１）が算出した流量切替え以後の各温度差
   （ΔT_n）を前記補正係数（ａ）の乗算によって流量切替
   え以前の相当温度差（ΔＴ′_n）に補正せしめる温度差
   補正手段（３）と、 温度差算出手段（１）が算出し、かつ、温度差補正手段
   （３）により補正されてなる各温度差値から、除霜終了
   直後の暖房運転開始時を基点とする温度差積算値（Ｓ）
   を算出し記憶する温度差積算手段（４）と、 前記温度差積算手段（４）が算出した温度差積算値
   （Ｓ）を、暖房運転の直前に行われた除霜運転の運転時
   間（td）と、その後の暖房運転時間（ti）との和で除す
   ことにより、平均暖房能力（Q_m）を算出し記憶する平均
   暖房能力算出手段（５）と、 前記平均暖房能力算出手段（５）が算出した平均暖房能
   力（Q_m）における今回の値と前回の値とを比較して今回
   の値が小さいときに除霜信号を出力する比較手段（６）
   とを備えていることを特徴とする空気調和機の除霜装
   置。