JPH0684833B2

JPH0684833B2 - 空気調和機の除霜装置

Info

Publication number: JPH0684833B2
Application number: JP62031848A
Authority: JP
Inventors: 賢治宮田; 知行徳田; 英樹辻井; 武夫植野; 正美堀内
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1987-02-13
Filing date: 1987-02-13
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPS63201443A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は温度調節器のオン・オフ指令によって自動発停
する空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）従来の除霜装置は暖房能力低下割合や暖房の自動発停の
回数には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暖房能力が或る程度下っ
てきたことを検知してデフロスト運転に入らせる技術が
提案され、実開昭57−16734号公報などによって開示さ
れている。

この装置は利用側コイルの吐出空気温度と吸込空気温度
との空気温度差及び空気流速から暖房能力係数を演算
し、熱源側コイルへの霜の蓄積に起因して暖房能力係数
の値が記憶してある最大暖房能力係数に対し設定割合ま
で低下したときに除霜を開始するようにしたものであっ
て、除霜の開始を暖房能力の低下状態として検出するこ
とによって、デフロストの開始を余り早くなく、また、
遅くない適正な時点で行わせようとする点を特徴として
いる。

（発明が解決しようとする問題点）上述する装置はデフロストの開始の要否を暖房能力の低
下して捕えた点では適切と云えるが、暖房能力がある状
態まで下がってきた状態を点として検出するものである
から、この低下割合を適切な値に選ばなければ早過ぎあ
るいは遅過ぎる結果となって、EERを最高の状態に保持
するために必要な低下割合の条件を見出すことは実際に
は困難な問題であり、さらに、降雪時などの異常現象の
発生によって左程着霜していないのに風速変化があって
誤作動することもあり、特に、デフロスト開始に至るま
での暖房運転の経過に関しては全く関係が無い制御であ
るので、暖房能力とデフロスト運転の兼ね合いからきま
るEERを高い状態に保ちながら適切にデフロストを行わ
せようとすることは容易には実現し得なかった。

このような問題点に対処して本発明は成されたものであ
って、本発明はデフロスト運転の必要性を実際に生じた
現在の事象によってもとめる従来の点制御方式とは異な
り、現在までの暖房運転の経過にもくづく暖房運転能力
実際値又は暖房能力に対応して変化する物理的変化量の
積分値に相当する暖房能力積算値に算出してこの値から
平均暖房能力を周期的に繰り返して演算し、さらに暖房
運転の直前に行われたデフロスト運転及びその前に行わ
れた暖房運転の状態から現在の暖房運転の直後に行われ
る予定のデフロスト運転の状態を勘案することにより、
暖房運転の実態に即した適切なタイミングで除霜を行わ
せ、また、起動直後における暖房能力相当値の算定に不
定変動要因を与えるような過渡期に誤作動させることな
く制御信頼性を高めようとするものであって、かくして
除霜運転開始の適正化はもとよりEERの最高値保持によ
る運転経済性の向上を果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、空気調和機特に温度
調節器からのオン・オフ指令によって暖房運転の自動発
停が成される形態の空気熱源ヒートポンプ式空気調和機
の除霜装置として、温度差算出手段（１）と、温度差積
算手段（２）と、平均暖房能力算出手段（３）と、除霜
禁止手段（４）と比較手段（５）とを備えしめたもので
ある。

温度差算出手段（１）は、自動起動から自動停止までの
暖房運転時間中、利用側コイル（10）における被加熱流
体の出口温度（T_o）及び入口温度（T_i）から一定時間毎
の周期的に温度差（ΔT_n）を算出し記憶する構成を有す
る。

温度差積算手段（２）は、前記温度差算出手段（１）が
順次算出した各温度差（ΔT_n）を積算することによって
温度差積算値（S_n）を算出し記憶する構成を有する。

平均暖房能力算出手段（３）は、前記温度差ピーク値検
出手段（２）が算出した温度差積算値（S_n）を、暖房運
転の直前に行われた除霜運転の運転時間（t_d）とその後
の暖房運転の積算時間（t_f）との和で除算することによ
り、平均暖房能力（Q_n）を算出し記憶する構成を有す
る。

除霜禁止手段（４）は、自動起動直後の不安定運転期に
相当する数分間程度に限って禁止信号を出力する構成を
有する。

比較手段（５）は、前記除霜禁止手段（４）が禁止信号
を出力していないことによって作動し、前記平均暖房能
力算出手段（３）が算出した今回の平均暖房能力（Q_n）
と前回の平均暖房能力（Q_n-1）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。

（作用）本発明は平均暖房能力算出手段（３）と比較手段（５）
とによって平均暖房能力でピークとなる時点をとらえ
て、この時点において除霜が必要なときは除霜を行わせ
るようにしているので、暖房能力値は常に最大に保たれ
ながら除霜を効果的に行わせることが可能である。

従って、外気温度が低くて乾燥しているときなどの場合
でも暖房能力の平均値が最大になるまでの暖房能力に余
裕がある間はデフロストに入らせないので、空デフロス
トが生じることは未然に防止できる。

また、本発明は自動起動によって暖房運転が立上る不安
定運転期の低温度差の影響が無いように、この不確定な
運転態様の過渡期は除霜運転を禁止させるようにしてい
るので、自動発停が行われる空気調和機に実施して安定
かつ確実性が高い除霜制御を実現し得る。

（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（６）、四路切換弁（７）、熱源側コイ
ル（８）、キャピラリーチューブ（９）、利用側コイル
（10）及びアキュムレータ（11）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（10）を凝縮器，熱源側コ
イル（８）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（８）を凝縮器，利用
側コイル（10）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（７）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（14）及び利用側ファ
ン（15）を共に停止せしめるものである。

なお、第２図中、（12）は利用側コイル（10）の出口に
おける空気温度を検出する第１温度検出器、（13）は同
じく入口における空気温度を検出する第２温度検出器を
夫々示し、両温度検出器（12），（13）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、（16）はデアイサで暖房運転時に蒸発器となる熱
源側コイル（８）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、（17）は周知
のマイクロコンピュータで、CPU（18）、RAM（19）及び
ROM（20）を基本要素として構成されている。

ROM（20）にはCPU（18）を制御するプログラムが書き込
まれ、CPU（18）はこのプログラムに従ってインプット
ポート（21）より外部データを取込み、あるいはRAM（1
9）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
（22）に出力する。

アウトプットポート（22）はCPU（18）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（26）を経てアナログ信号を四
路切換弁（７）のソレノイド（7_S）および利用側ファン
（15）のモータ（15_M）に出力するようになっている。

一方、インプットポート（21）はCPU（18）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
0）における空気出口温度（T_o）がA/Dコンバータ（23）
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（24）を経てデジタル信号とし
て、さらにデアイサ（16）で検出した熱源側コイル
（８）のコイル入口温度がA/Dコンバータ（25）を経て
デイジタル信号として夫々インプットポート（21）に出
力される。

しかして、このマイクロコンピュータ（17）におけるプ
ログラム制御が、温度差算出手段（１）、温度差積算手
段（２）、平均暖房能力算出手段（３）、除霜禁止手段
（４）及び比較手段（５）の構成に関連するものであっ
て、ROM（20）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（10）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、暖房運転開始から次の除霜運転終了まで
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（15）を停止する場合の
平均暖房能力（Q_n）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_n：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_n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（10）
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７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（８）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８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、その後に行われる暖房運転の運転時間（t_f）
との和で除した平均暖房能力（Q_n）を逐次算出して第９
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_n）は、第９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_n）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_n）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。

以上説明した内容は、空気調和機が圧縮機をオン・オフ
させることなく除霜終了から次の除霜開始に至る間、連
続運転する場合についてであるが、温度調節器からのオ
ン・オフ指令によって圧縮機が自動発停する場合は、さ
らにその対応を考える必要がある。

すなわち、温度調節器からのオン指令によって暖房運転
を開始すると、第10図に示す如く、温度差（ΔＴ）は０
℃から短時間例えば５分間のうちに上昇してピーク値
（ΔT_p）に達した後、漸次下降して温度差（ΔＴ）が小
さくなった時点でオフ指令により暖房運転が停止すると
いう運転推移を辿る。

ところで、前記ピーク値（ΔT_p）に達するまでの温度差
（ΔT_n）が小さい区間においては、平均暖房能力（Q_n）
の算出結果が、この区間で最大となるように現れること
から、除霜信号が出力される事態が生じる。

一方、オン・オフ制御によって生じる停止から起動まで
の運転中断期間についても暖房運転の時間要素から除く
必要がある。

以上の点から、自動起動直後の不安定運転期に相当する
５分間程度の運転時間は除霜を行わせないよう禁止させ
ておく必要があることになり、また、平均暖房能力
（Q_n）の算定については、運転中の実際時間だけを時間
要素とすることが必要である。

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図乃至第６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暖房運転時間（t_f）の
始点である零にリセットし、また、起動からの時間（t
_fs）を零にリセットすると共に、温度差積算値（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）を設定すると共
に、フラグ（Flg）を０にセットして、それ等をマイク
ロコンピュータ（17）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、暖房運転時間
（t_f）が20分に達するまでは（ステップ）、第５図に
示す測定フロー（ステップ）に入らせる。

すなわち、暖房運転状態であることをまずチェック（ス
テップ）して、一定時間（例、１分）をカウントする
（ステップ，）毎に空気出口温度（T_o）と空気入口
温度（T_i）の温度差（ΔT_n）を算出及び記憶する（ステ
ップ）。

このステップ（13），（14）が温度差算出手段（１）の
処理機能に相当する。

運転開始から20分程度経過するまでは運転態様が不安定
状態である（不確定要因が存在する）ので、この間はス
テップにより除霜運転に入らせないようにしている。

温度差（ΔT_n）の算出を１分毎に行いながら、一方で温
度差値（ΔT_n）を積算する温度差積算を行い（ステップ
）、これと同時的に温度差積算値（S_n）を今までの暖
房運転積算時間（t_f）と前回の除霜運転時間（但し、今
回は設定した５分）（t_d）との和で除算することにより
平均暖房能力（Q_n）を算出し記憶する（ステップ）。

この場合のステップが温度差積算手段（２）、ステッ
プが平均暖房能力算出手段（３）の各処理機能に夫々
相当する。

このようにして暖房運転が続行し連続運転時間の値が20
分を超過し120分以内であることをチェックし（ステッ
プ）、さらに自動起動から５分以内かどうかをチェッ
クし（ステップ）、５分以内であれば、今までと同じ
ように測定フロー（ステップ）を続けさせ、５分を超
過していれば次のステップに移行せしめる。

なお、ステップが除霜禁止手段（４）の処理機能に、
ステップが比較手段（５）の処理機能に夫々相当す
る。

このステップにおいては、今回算出した平均暖房能力
値（Q_n）と前回のそれ（Q_n-1）の大小比較を行うもので
あって、比較結果がQ_n≧Q_n-1であると測定フロー（ステ
ップ）を続け、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（Q_n）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（５）から除霜信号を出力させる。

この状態で熱源側コイル（９）のコイル温度が−５℃以
上であってデアイサ（16）が除霜信号を発していなけれ
ば（ステップ）、前記測定フロー（ステップ）を続
けさせるが、一方除霜信号を発しているとデフロストフ
ロー（ステップ）に移行せしめる。

このデフロストフローは第６図に示される通りであっ
て、暖房サイクルを冷房サイクルに切換えると共に、電
子タイマにおける暖房運転時間（t_f）を現在の値（t_u）
に固定し、かつ、デフロスト運転時間（t_d）を零にリセ
ットする初期セット（ステップ）を行った後、デフロ
スト運転時間の１分単位の計測（ステップ）を行う。

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
される結果、デアイサ（16）が除霜完了によるコイル温
度の15℃以上であることを検出して除霜解除信号を発す
る（ステップ）と、冷房サイクルを暖房サイクルに切
替えると共に、ステップに移行して暖房積算時間
（t_f）及び除霜直前の暖房運転の時間（t_fs）を零にリ
セットすると共に温度差積算値（Ｓ）及び平均暖房能力
値（Ｑ）を零にリセットするサイクル終了セットを行
う。

なお、ステップは、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（16）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（17）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ための
チエック機能である。

このようにし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が、
２回目のサイクルからのステップにおける平均暖房能
力の計算には前回に行われた除霜時間（t_d）を用いるこ
とは言うまでもない。

かくして平均暖房能力（Q_n）が最大になる時点をチェッ
クして除霜運転を行わせるようにしているのでEERが最
高の状態で暖房と除霜の交互運転を行わせることが可能
である。

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ので、暖房能力に余裕があるのに
早く除霜に入らせたり、能力が低下しているのに除霜を
遅らせたりすることがなくなり、しかも、周囲の条件を
考慮した上で最適な除霜タイミングをとることが可能と
なり、かくして暖房運転時のEER（エネルギー有効比）
を最大限に高めながら適切な除霜が可能となる。

さらに本発明は、自動発停が繰り返される暖房運転の場
合に起動直後の不確定要因が多い過渡期には除霜に入ら
せないよう禁止させているので擾乱を来すことがなく、
また、平均暖房能力（Q_n）の算定に際しては暖房運転中
断期間を除外した演算を行っているので正確かつ実態に
即した能力算定で可能で合理的な除霜制御が実現でき
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図乃至第６図は除霜制御態様を
示すフローチャート、第７図乃至第９図は運転時間に対
する暖房能力、温度差積算値及び平均暖房能力の変化を
示す図、第10図及び第11図は暖房運転における温度差変
化及び積分的平均暖房能力の経時状態を示す図である。（１）…温度差算出手段、（２）…温度差積算手段、（３）…平均暖房能力算出手段、（４）…除霜禁止手段、（５）…比較手段、（10）…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

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度調節器の指令によって暖房運転の自動
発停がなされる空気調和機において、自動起動から自動停止までの暖房運転時間中、利用側コ
イル（10）における被加熱流体の出口温度（T_o）及び入
口温度（T_i）から一定時間毎の周期的に温度差（ΔT_n）
を算出し記憶する温度差算出手段（１）と、前記温度差算出手段（１）が順次算出した各温度差（Δ
T_n）を積算することによって温度差積算値（S_n）を算出
し記憶する温度差積算手段（２）と、前記温度差積算手段（２）が算出した温度差積算値
（S_n）を、暖房運転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の積算時間（t_f）との和で
除算することにより、平均暖房能力（Q_n）を算出し記憶
する平均暖房能力算出手段（３）と、自動起動直後の不安定運転期に相当する数分間程度に限
って禁止信号を出力する除霜禁止手段（４）と、前記除霜禁止手段（４）が禁止信号を出力していないこ
とによって作動し、前記平均暖房能力算出手段（３）が
算出した今回の平均暖房能力（Q_n）と前回の平均暖房能
力（Q_n-1）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（５）とからなることを特徴とす
る空気調和機の除霜装置。