JPH0684834B2

JPH0684834B2 - 空気調和機の除霜装置

Info

Publication number: JPH0684834B2
Application number: JP62037486A
Authority: JP
Inventors: 英樹辻井; 賢治宮田; 知行徳田; 正美堀内; 武夫植野
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1987-02-19
Filing date: 1987-02-19
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPS63204052A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は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
下と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
る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を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
で除霜を行わせようとする連続制御方式を要旨とするも
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、空気調和機の除霜装
置として、積算暖房能力算出手段（１）と、予測除霜時
間算出手段（２）と、平均暖房能力算出手段（３）と、
比較手段（４）とを備えしめている。

しかして積算暖房能力算出手段（１）は、暖房運転中の
利用側コイル（９）における除霜終了直後の暖房運転開
始時からの積算暖房能力(S_n)を一定時間毎の周期的に算
出し記憶する構成を有するものである。

次に予測除霜時間算出手段（２）は、前前回の除霜運転
終了時から前回の除霜運転開始までの間の暖房運転積算
時間(t_u)と前回の除霜運転時間(t_d)の関係に基づいて前
回の除霜運転が終了してから以後の現在までに行われた
暖房運転時間(t_f)に対する予測除霜運転時間(t_dy)を１
次関数的に算出する構成を有する。

また、平均暖房能力算出手段（３）は、前記積算暖房能
力算出手段（１）が算出した積算暖房能力(S_n)を、前記
暖房運転時間(t_f)と前記予測除霜運転時間(t_dy)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。

一方、比較手段（４）は、前記平均暖房能力算出手段
（３）が算出した前記平均暖房能力(Q_n)における今回の
値(Q_n)と前回の値(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（４）
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。

さらに、前回の暖房運転と除霜運転との実態から現在の
暖房運転に見合った予測除霜運転時間(t_dy)を適確に算
出して平均暖房能力算出の要素としていることにより、
正確な除霜タイミングをとり得る。

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。

（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（５）、四路切換弁（６）、熱源側コイ
ル（７）、キャピラリーチューブ（８）、利用側コイル
（９）及びアキュムレータ（10）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（９）を凝縮器，熱源側コ
イル（７）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（７）を凝縮器，利用
側コイル（９）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（13）及び利用側ファ
ン（14）を共に停止せしめるものである。

なお、第２図中、（11）は利用側コイル（９）の出口に
おける空気温度を検出する第１温度検出器、（12）は同
じく入口における空気温度を検出する第２の温度検出器
を夫々示し、両温度検出器（11），（12）は前記積算暖
房能力算出手段（１）の入力要素を構成している。

一方、（15）はデアイサで暖房運転時に蒸発器となる熱
源側コイル（７）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、（16）は周知
のマイクロコンピュータで、CPU（17）、RAM（18）及び
ROM（19）を基本要素として構成されている。

ROM（19）にはCPU（17）を制御するプログラムが書き込
まれ、CPU（17）はこのプログラムに従ってインプット
ポート（20）より外部データを取込み、あるいはRAM（1
8）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
（21）に出力する。

アウトプットポート（21）はCPU（17）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（25）を経てアナログ信号を四
路切換弁（６）のソレノイド(6_s)および利用側ファン
（14）のモータ(14_M)に出力するようになっている。

一方、インプットポート（20）はCPU（17）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
（９）における空気出口温度(T_o)がA/Dコンバータ（2
2）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（23）を経てデイジタル信号とし
て、さらにデアイサ（15）で検出した熱源側コイル
（７）のコイル入口温度がA/Dコンバータ（24）を経て
デイジタル信号として夫々インプットポート（20）に出
力される。

しかして、このマイクロコンピュータ（16）におけるプ
ログラム制御が、積算暖房能力算出手段（１）、予測除
霜時間算出手段（２）、平均暖房能力算出手段（３）、
比較手段（４）及び前記除霜指令手段の構成に関連する
ものであって、ROM（19）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７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（９）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暖房運転開始まで
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（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（９）
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
最大温度値（ΔＴ_m）に達すると、次の熱源側コイル
（７）での霜の付着・成長に伴って能力が減じることか
ら温度冷媒（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分値、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、
前回の除霜運転が終了してから以後の現在までに行われ
た暖房運転時間(t_f)と、現在の暖房を除霜に切替えたと
した場合に除霜に要する予測除霜運転時間(t_dy)との和
で除した平均暖房能力（Ｑ）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）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）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）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。

ところで現在の暖房運転を停止して除霜運転に切替える
ための適切なタイミングをとるには、現在以後に行われ
るべき除霜時間を正しく予測して、そのうえで平均暖房
能力の計算を行わなければならないが、この除霜運転時
間の予測については次のことがいえる。

前回の除霜運転終了後、今回行われる除霜運転までの暖
房運転時間をt_f、今回の除霜運転の運転時間をt_dとする
と、t_dとt_fの相関関係は第10図よりt_d＝F(t_f)ⁿで表わさ
れる。

第10図は外気温度を一定にして運転時間(t_f)を変化さ
せ、そのときの除霜時間(t_d)を実験室において計測した
実測データにもとづくものである。

同図において微小区間を考えると１次関数t_d＝F(t_f)と
殆ど差がないため、これにもとづき、今、除霜に切替え
たとした場合、適切な除霜時間がどれだけであるかを予
測すると下記の如くなる。

予測除霜運転時間（今除霜すると必要な時間）をt_dy、
前回の暖房運転時間をt_u、前回の除霜時間をt_d、今回の
暖房運転時間をt_fとすると、 t_d＝F(t_f)より、 t_d＝ａ・t_u＋ｂで表わされる。

の式が得られる。

従って次に示す如く２サイクルの連続運転を行った場
合、外気条件が変わらないことを前提として、a,b共に
決定でき予測除霜運転時間(t_dy)を求めることができ
る。

また、ｂ＝t_d1−at_u1 となり、これからt_dyを求めることができる。

以上の考察にもとづき、実用機に用いる場合を例示する
と、２サイクルの運転の結果からa,bを求める場合、２
回の除霜の相関が正しいかどうか（外気条件の変化
等）、また、ａの値が負になって求められる可能性があ
るという問題点があり、またｂについても運転時間が０
に極めて近い場合でも、冷凍サイクルの切替えに時間を
要し、かつ蒸発器として作用中のコイルが凝縮器として
作用するための熱容量からきまるタイムラグが有るた
め、一般的に１分位を要するとしてｂ＝１と固定しても
妥当であり、それにより１サイクルの運転結果から
（ロ）式にもとづいてから予測除霜運転時間(t_dy)が決定される。

以上説明した内容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、積算暖房能力値（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（16）に記憶させることを意味する。

かくして電子タイマが時計を開始し、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
）。

なお、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、同時にこ
の温度差値（ΔT_n）を積算し（ステップ）、積算暖房
能力（S_n）を求め、始動によってフラグ（Flg）が０で
ある（ステップ）ので、次のステップに移行させて
平均暖房能力(Q_n)の算出を行わせる。

この場合の平均暖房能力(Q_n)は、除霜が以前に行われて
いないので、設定除霜時間（t_d＝５分）と暖房運転時間
(t_f)との和で積算暖房能力（S_n）を除算することによっ
て求められる。

なお、ステップ，が積算暖房能力算出手段（１）の
処理機能に相当する。

このようにして暖房運転が続行し運転時間の値が20分を
超え120分以内であることをチェック（ステップ）す
ると、その間の１分毎に今回演算した平均暖房能力値(Q
_n)と前回のそれ(Q_n-1)の大小比較を行わせる（ステップ
）。

この比較結果がQ_n≧Q_n-1であると前記測定フロー（ステ
ップ）に至らせ、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（４）から除霜信号を出力させる。

なお、ステップが比較手段（４）の処理機能に相当す
る。

この状態で熱源側コイル（７）がコイル温度−５℃以上
であってデアイサ（15）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（15）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）に移行して前記（ハ）式に
おける（t_d−１）／t_u＝ａの演算を行った後、暖房運転
時間(t_f)を零、積算暖房能力値（S_n）及び平均暖房能力
値(Q_n)を零にリセットすると共にフラグ（Flg）を１に
セットするサイクル終了セットを行う（ステップ）。

なお、ステップは、暖房運転開始から２時間経過して
いることをチェックし、しかもデアイサ（15）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（16）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測定フロー（ステップ）は、
第５図においてステップがフラグが１であるので右半
部の順序作動に移行する。

まず、ステップにおいて前記（ハ）式の演算を行っ
て、現在の時点で暖房運転を除霜運転に切り替えたとし
た場合における予測除霜運転時間(t_dy)を算出する。

このステップは当然予測除霜時間算出手段（２）の処
理機能に相当する。

上記算出結果はそのままステップの演算に持ち込ませ
てもよいが、安全度を考えてステップ乃至ステップ
においてチェックを行い前回の除霜に要した時間(t_d)と
比較して予測除霜運転時間(t_dy)が、 0.5t_d≦t_dy≦1.5t_d の範囲内におさまるように上限値及び下限値を規定する
ことは好ましい手段である。

かくして予測除霜運転時間(t_dy)の算出が終ると、平均
暖房能力算出手段（３）による処理手順のステップに
移行させる。

すなわち、現在の暖房運転積算時間(t_f)と前記予測除霜
運転時間(t_dy)との和で現在までの積算暖房能力値
（S_n）を除すことにより平均暖房能力(Q_n)を算出するの
である。

この算出手順を比較手段（４）においてQ_n＜Q_n-1のチェ
ックが成され、かつ、除霜運転に切り替えられるまで行
わせることは第１回目のサイクルの場合と同じである。

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、平均暖房能力の算定に際して、次に行
われるべき除霜運転の時間を正確に予測したうえで計算
の根拠としているので、前回の除霜運転の態様を考慮し
て計算する場合に比して、過去の運転経過の影響を大き
く受けることがなくて、前回の除霜時間が長ければ次の
除霜運転開始時期が延ばされ、また、その逆に短縮され
たりする不都合がなくなって、適切な除霜タイミングを
とることが可能となる。

【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図は暖房運転時間の変化に対する除霜時間
及び着霜量の変化を示す線図である。（１）…積算暖房能力算出手段、（２）…予測除霜時間算出手段、（３）…平均暖房能力算出手段、（４）…比較手段、（９）…利用側コイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】暖房運転中の利用側コイル（９）における
除霜終了直後の暖房運転開始時からの積算暖房能力(S_n)
を一定時間毎の周期的に算出し記憶する積算暖房能力算
出手段（１）と、前前回の除霜運転終了時から前回の除霜運転開始までの
間の暖房運転積算時間(t_u)と前回の除霜運転時間(t_d)の
関係に基づいて前回の除霜運転が終了してから以後の現
在までに行われた暖房運転時間(t_f)に対する予測除霜運
転時間(t_dy)を１次関数的に算出する予測除霜時間算出
手段（２）と、前記積算暖房能力算出手段（１）が算出した積算暖房能
力(S_n)を、前記暖房運転時間(t_f)と前記予測除霜運転時
間(t_dy)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、前記平均暖房能力算出手段（３）が算出した前記平均暖
房能力(Q_n)における今回の値(Q_n)と前回の値(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（４）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。