JPH07117270B2 - 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空気調和機に関する。

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、かかる従来の構成は、温度検出素子が複
数必要となり、自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冷媒温度を検出しているため、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であり、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、上記従来の問題点に鑑み、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
うに冷凍サイクルを暖房サイクルから除霜サイクルに制
御する制御装置を、暖房運転開始からの時間を計測する
時間計測手段１と、あらかじめ設定された時間T₁を記憶
している設定時間T₁記憶手段と、前記時間計測手段１に
より検出した時間と前記設定時間T₁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を記憶した設定温度記憶手段と、
前記温度検出手段により検出した温度が前記設定温度記
憶手段に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５の比較手段と、電源電流を検出する電
流検出手段と、暖房サイクルを除霜サイクルに切換える
境界値電流をそれぞれ記憶した設定電流I₁及びI₂記憶手
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I₁及びI₂記憶手段にそれぞれ記憶された境界値電
流より低下したことを検出し、出力する第３及び第６の
比較手段と、圧縮機始動からの時間を計測する時間計測
手段２と、あらかじめ設定された時間T₂を記憶している
設定時間T₂記憶手段と、前記時間計測手段２により検出
した時間と前記設定時間T₂記憶手段に設定された時間の
一致を検出し出力する第４の比較手段と、前記第１の比
較手段による設定時間T₁経過信号と、前記第４の比較手
段による設定時間T₂経過信号と、前記第５の比較手段に
より選択された前記第３又は前記第６の比較手段による
境界値低下信号或いは前記第１の比較手段による設定時
間T₁経過信号と前記第４の比較手段による設定時間T₂経
過信号と、前記第２の比較手段による境界値低下信号に
より、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設手段と、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
制御する選択出力手段より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T₁が経過す
るまでと、サーモスタットON等による圧縮機始動から所
定時間T₂が経過するまでは暖房運転が確保され、その所
定時間T₁、T₂経過後において電源周波数計測手段により
50Hz或いは60Hzを判定し、予め選択された電流検出手段
３又は６の検出電流或いは温度検出手段の検出温度によ
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。同図において、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、冷房運転時は同図の実線矢
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同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および室外送風機８によって室外ユニット
Ａが構成されている。また上記室内側熱交換器３および
室内送風機７、さらに配管温度検出素子６、電源電流を
検出する電流検出素子９、タイマ機能および温度調節機
能などがプログラムされたマイクロコンピュータ（以
下、マイコンと略省する。）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。同図に
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を介して温度検出
手段である配管温度検出素子６（例えば配管サーミスタ
あるいは熱電対素子等）と必要に応じて抵抗値が変えら
れる温度設定用抵抗15、16、17と、コンパレータ18及び
22を介して電流検出手段である電流検出素子９（例えば
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21と必要に応じて抵抗値が変えられる電流設定用
抵抗19、20及び23、24が接続されている。更に電源周波
数50、60Hz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。また出力側には、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15は第１図の温度検出手段
に相当し、コンパレータ14は第１図の第２の比較手段に
相当し、抵抗16・17によって作られる電圧は第１図の設
定温度記憶手段の信号に相当し、電流検出素子９及び電
流電圧変換回路21は第１図の電流検出手段に相当し、コ
ンパレータ18及び22はそれぞれ第１図の第３及び第６の
比較手段に相当し、抵抗19、20によって作られる電圧は
第１図の設定電流I₁記憶手段の信号に相当し、抵抗22、
23によって作られる電圧は第１図の設定電流I₂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T₁記憶手段設定時間T₂記憶手段、時間
計測手段１及び２、第１及び第４の比較手段、電源周波
数記憶手段、第５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Pd、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。そして外気が
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。

本発明におけ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等
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。

しかし、空気調和機の冷凍サイクルに於ける冷媒量が減
少した場合には相対的に低い電流値となる傾向がある。

すなわち、入口配管温度ｔが設定配管温度t₁以下になる
か、或いは電流値Ｉが設定電流I₁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の入口配管温度又は
電流値にて適確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及び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。また消費電力も同様の傾向となる。
従って第４図に示す電源電流値は実線部Ｉを60Hzとする
と破線部Ｉ′が50Hzの場合となる。従って除霜開始をI₁
のみとすると50Hzの場合には着霜が少いうちに除霜に入
り、暖房効率が悪くなる。そこで50Hzの場合には、電源
電流値の除霜開始電流をI₂とすることで、最適の除霜動
作が確保できる。

またサーモスタットOFF→ON等の、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７図に示す様に過渡的な挙動を示
す。従って圧縮機停止中及び再始動後設定時間T₂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。

次に冷凍サイクル内の冷媒量が不足した場合、及び長期
間にわたる使用により徐々に冷媒漏れを生じた場合の挙
動につき第６図を用いて説明する。

定常の冷媒量に対して、冷媒量が不足すると、公知の如
く冷凍サイクル内での冷媒循環量が減少することとな
り、圧縮機から吐出される冷媒の温度は上昇し又同様に
吸入冷媒温度が上昇する。一方当然冷凍サイクルでは圧
力が低下することとなり、蒸発器での冷媒温度も圧力低
下に伴って下降することとなり、外気との熱交換により
暖房運転時は定常の冷媒量運転時より着霜が進むことと
なる。一方電源電流は冷媒循環量が減少することにより
高圧が下がりかつ高圧と低圧の圧力差が小さくなり圧縮
機の仕事量が減少することとなり、定常運転に比較し減
少する。

従って圧縮機１の吸入冷媒温度Ts、室内側熱交換器の入
口配管温度ｔ、電源電流値Ｉは、第４図の状態と比較し
てそれぞれ、上昇、上昇、低下傾向となる。

従って除霜開始判定条件が、室内側熱交換器の入口配管
温度ｔの値のみであると、冷媒量不足の場合は、着霜が
進行しても除霜動作に入らないこととなる。

ここで電源電流値Ｉの判定点I₁を適切に設定することに
より、このような場合にも適切な除霜動作を行うことが
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T₁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T₁時間（例えば１時
間）暖房運転を確保するためのもので、例えば強制的に
T₁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T₁時間経過が判定される。T₁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
場合は始動開始待となる。次にステップ５で圧縮機始動
を検出し、マイコン11で所定時間T₂のタイマーカウント
がセットされる（ステップ６）。このタイマーカウント
セットは、圧縮機始動からT₂時間（例えば３分間）、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。そしてタイマーカウントがセットされるとス
テップ７でT₂時間経過が判定される。T₂時間経過するま
では暖房運転が継続される。

そしてT₂時間が経過するとステップ８へ移り、電流検出
素子９による電流Ｉの読み込みが行われる。

次にステップ９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10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、電流
値I₁、50Hzであれば電流値I₂よりも電流Ｉが低いかどう
かが判定される。（ステップ11）、具体的には第３図に
おいて電流I₁はコンパレータ18、電流I₂はコンパレータ
22が判定する。

ステップ11において電流Ｉがそれぞれ設定電流I₁又はI₂
よりも高い場合にはステップ12、13に移って配管温度ｔ
が設定温度t₁よりも低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14が判定する。

そしてステップ11又はステップ13の条件が満足されると
ステップ14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
如く、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、
例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、暖房運転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、上記した構成によ
り、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、また電源電流を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点又は電流検
出１点で行うことができ、構成が非常に簡単であり、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及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。また冷凍サイクルの冷媒が不足している
場合は電流により適確な除霜を行うことができる。すな
わち、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
と入口冷媒温度と電源電流との比例関係に着眼し、入口
側の冷媒温度及び電源電流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及び電流変化が大き
くとれ、各１点の温度検出及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。また本発明は、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。更に電源周波数により電流設定の補正を行っ
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OFF等により、暖房運転中に圧縮
機が停止することがあるが、圧縮機停止中及び始動後一
定時間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図は同除霜制御装置における冷媒量不足の場合の室
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７図は
サーモスタット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と
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、18、22……
コンパレータ、15、16、17……温度設定用抵抗、19、2
0、23、24……電流設定用抵抗、21……電流電圧変換回
路、25……電源周波数検出回路、Ａ……室外ユニット、
Ｂ……室内ユニット。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−39880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−33443（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−87733（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−133247（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−111480（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−54126（ＪＰ，Ｕ)

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、さら
   に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１と、あらかじめ設定された時間
   T₁を記憶している設定時間T₁記憶手段と、前記時間計測
   手段１により検出した時間と前記設定時間T₁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を記憶した設定温度記憶
   手段と、前記温度検出手段により検出した温度が前記設
   定温度記憶手段に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５の比較手段と、電源電流を
   検出する電流検出手段と、暖房サイクルを除霜サイクル
   に切換える境界値電流をそれぞれ記憶した設定電流I₁及
   びI₂記憶手段と、前記電流検出手段により検出した電流
   が、前記設定電流I₁及びI₂記憶手段にそれぞれ記憶され
   た境界値電流より低下したことを検出し、出力する第３
   及び第６の比較手段と、圧縮機始動からの時間を計測す
   る時間計測手段２と、あらかじめ設定された時間T₂を記
   憶している設定時間T₂記憶手段と、前記時間計測手段２
   により検出した時間と前記設定時間T₂記憶手段に設定さ
   れた時間の一致を検出し出力する第４の比較手段と、前
   記第１の比較手段による設定時間T₁経過信号と、前記第
   ４の比較手段による設定時間T₂経過信号と、前記第５の
   比較手段により選択された前記第３又は前記第６の比較
   手段による境界値低下信号或いは前記第１の比較手段に
   よる設定時間T₁経過信号と前記第４の比較手段による設
   定時間T₂経過信号と、前記第２の比較手段による境界値
   低下信号により、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
   除霜運転へ制御する選択出力手段より構成した空気調和
   機の除霜制御装置。