JPH081324B2

JPH081324B2 - 空気調和機の除霜制御装置

Info

Publication number: JPH081324B2
Application number: JP61054036A
Authority: JP
Inventors: 隆出口; 賢一郎三浦; 中村　　勉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-03-12
Filing date: 1986-03-12
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPS62213638A

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t₁、t₂をそれぞれ記憶した設定温度
記憶手段１及び２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１及び２に記憶された境界
値温度よりそれぞれ低下したことを検出し出力するそれ
ぞれ第２及び第６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
境界値電流を記憶した設定電流記憶手段と、前記電流検
出手段により検出した電流が、前記設定電流記憶手段に
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２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３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、予め選択された温度検出手
段２又は６の検出温度或いは電流検出手段の検出電流に
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。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、22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、23、24と、コン
パレータ18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、22はそれぞれ第１図の第
２及び第６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t₁記憶手段、抵抗23、24
によって作られる電圧は第１図の設定温度t₂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は第
１図の第３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60
Hzの場合が高くなる。従って第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。従って除霜開始をt₁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、室内側熱交換器の
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
ごと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、このような場合で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、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、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、設定配
管温度t₁、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11）、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1
4、設定配管温度t₂はコンパレータ22が判定する。ステ
ップ11において配管温度ｔがそれぞれ設定温度t₁又はt₂
よりも高い場合にはステップ12、13に移って電流値Ｉが
設定電流値I₁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18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は除霜運転へ切換へ時には連結運転
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発現し
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、1
7、23、24…温度設定用抵抗、19、20…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60−133247（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−87733（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−33443（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−39880（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−111480（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−54126（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【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t₁・t₂をそれぞれ記憶し
た設定温度記憶手段１及び２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１及び２に記憶
された境界値温度よりそれぞれ低下したことを検出し出
力するそれぞれ第２及び第６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記憶した設定電流記憶手段
と、前記電流検出手段により検出した電流が、前記設定
電流記憶手段に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２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３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。