JPH08247588A - ヒートポンプマルチシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 利用側の負荷容量が小さい場合でも所定の加
熱運転率を確保し、確実に利用快適性を向上することが
可能なヒートポンプマルチシステムを提供する。 【構成】 除霜運転開始後、基準除霜時間ｔｅが経過す
れば、室外熱交換器温度Ｔｄが除霜終了温度Ｔｅよりも
低い場合でも強制的に除霜運転を停止する。その後基準
加熱時間ｔｑが経過するまでは除霜運転の再開を禁止す
ると共に除霜開始温度Ｔｓを上昇させる。ｔｑが経過す
れば除霜運転の禁止を解除し、変更した除霜開始温度Ｔ
ｓと室外熱交換器温度Ｔｄとを比較しつつ暖房運転を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は冷媒循環を逆サイクル
に切り替えて除霜運転を行うヒートポンプマルチシステ
ムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、セパレート型の空気調和機等に
おいては、暖房運転中に室外熱交換器に着霜が生じる
と、これにより暖房能力が低下してくるために、暖房を
中断して除霜運転に切り替える必要を生ずる場合があ
る。従来の空気調和機においては、この切り替えを自動
的に行うために、着霜によって外気との熱交換効率が低
下し、これによって室外熱交換器の蒸発温度が低下して
室外熱交換器自体の温度も低下してくる現象を利用し、
室外熱交換器の温度が除霜開始温度以下になれば、冷媒
回路を逆サイクルに切換えて除霜運転を開始するように
している。

【０００３】ところが一台の室外熱交換器に複数台の室
内熱交換器、さらには風呂加熱用の熱交換器や給湯加熱
用の熱交換器を並列に接続可能としたマルチタイプのヒ
ートポンプシステムの場合には、前記の除霜運転操作に
おいて、除霜開始時の室外熱交換器への着霜量が略同一
である場合にも、その除霜に要する時間は、除霜開始直
前における上記利用側の各熱交換器の運転状況にも大き
く影響されることとなる。それは、前記冷媒回路を逆サ
イクルに切り替えての除霜運転操作においては、冷房サ
イクルと同様に利用側熱交換器を蒸発器として作用さ
せ、利用側熱交換器の周囲から循環冷媒が吸収した熱量
を室外熱交換器で放熱させることによって除霜するもの
であるからである。したがって利用側熱交換器側で吸収
し得る熱量が多い程、除霜能力は大きくなり、除霜は短
時間で終了することとなる。そして上記除霜能力は、利
用側熱交換器の運転台数が多い程多くなり、そのため利
用側熱交換器が１台であって、除霜能力が略一定である
装置の場合と異なり、マルチタイプのヒートポンプシス
テムでは、除霜開始直前に暖房運転状態にあった利用側
熱交換器の台数によって、除霜完了迄に要する時間が異
なってくることとなる。このことから、マルチタイプの
ヒートポンプシステムにおいては、除霜時間を一定にす
る方式によっては適正除霜運転条件を求め得ず、したが
って暖房能力の向上を図れないという問題があった。

【０００４】そこでこの問題を解決するためになされた
ものとして、特開昭６３−３２２６９号公報記載のヒー
トポンプマルチシステムがある。図５は上記システムに
おける除霜運転制御を示す機能ブロック図であるが、こ
の図に示すように上記システムでは、利用側熱交換器４
５の合計負荷容量値を把握する負荷容量把握手段３９が
設けられている。また時間記憶手段４０には合計負荷容
量値に応じた基準除霜時間が予め記憶されており、基準
除霜時間設定手段４１は、上記負荷容量把握手段３９か
ら入力した合計負荷容量値に基づき、これに対応した基
準除霜時間を上記時間記憶手段４０から読み出して、こ
れを除霜開始温度変更手段４２へと出力する。そしてこ
の除霜開始温度変更手段４２は、実際に除霜に要した時
間と入力した基準除霜時間とを比較し、基準除霜時間の
方が除霜運転時間よりも長いときは除霜開始温度を上昇
させ、逆に除霜運転時間の方が基準除霜時間よりも長い
ときは除霜開始温度を降下させる。一方、温度検出手段
４４は熱源側熱交換器の温度を検出し、この検出温度を
上記除霜開始温度及び終了温度と比較して、除霜運転制
御手段４３が除霜運転の制御を行う。

【０００５】以上のような構成とすることにより上記シ
ステムでは、利用側熱交換器４５の運転状況が異なる場
合においても適正除霜運転がなされるように除霜開始温
度が修正変更されていくので、無駄な除霜運転が抑えら
れ、暖房運転時間を長くとって暖房効率の向上を図るこ
とを可能としていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記ヒートポンプマル
チシステムでは、利用側熱交換器４５の運転状況に応じ
て除霜開始温度を変更し、これによって適正な除霜運転
を得ようとしている。従って利用側熱交換器４５の接続
台数が少なくて合計負荷容量値が小さい場合には、上記
除霜開始温度はより高く設定され、少ない着霜量で容易
に除霜運転を開始することになる。しかしながら通常は
サーミスタ等の温度検知センサで構成される上記温度検
出手段４４は精度の限界を有するため、上記のように暖
房運転時の熱源側熱交換器の温度と除霜開始温度とが接
近している場合には、除霜運転制御手段４３が誤った判
定を行って除霜運転を開始してしまう等、暖房効率を向
上させるという狙い通りの効果を確実に得ることは困難
であるという問題があった。

【０００７】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、利用側の負荷容
量が小さい場合でも所定の加熱効率を確保し、確実に利
用快適性を向上させることが可能なヒートポンプマルチ
システムを提供することにある。

【０００８】

【諜題を解決するための手段】そこで請求項１のヒート
ポンプマルチシステムは、図１に示すように、一台の熱
源側熱交換器１に複数台の利用側熱交換器９を接続可能
とし、利用側熱交換器９から熱源側熱交換器１へと冷媒
を循環させて加熱運転を行う一方、熱源側熱交換器１の
温度を検出する温度検出手段１８と、この温度検出手段
１８での検出温度Ｔｄが除霜開始温度Ｔｓ以下となった
とき熱源側熱交換器１から利用側熱交換器９へと冷媒を
循環させて逆サイクル除霜運転を開始し、その後上記温
度検出手段１８での検出温度Ｔｄが除霜終了温度Ｔｅを
超えたとき上記除霜運転を停止する除霜運転制御手段３
１とを設けたヒートポンプマルチシステムであって、除
霜運転の運転時間ｔｄが基準除霜時間ｔｅを超えたとき
強制的に除霜運転を停止する除霜強制停止手段３２を設
け、さらにこの除霜強制停止手段３２によって除霜運転
が停止された後、基準加熱時間ｔｑが経過するまで除霜
運転が再度開始されることを禁止する除霜運転禁止手段
３４を設けたことを特徴としている。

【０００９】また請求項２のヒートポンプマルチシステ
ムは、上記除霜強制停止手段３２によって除霜運転が停
止される際に、除霜開始温度Ｔｓを、その除霜運転が開
始された温度よりも高い温度へと変更する除霜開始温度
変更手段３３を設けたことを特徴としている。

【００１０】さらに請求項３のヒートポンプマルチシス
テムは、上記除霜運転禁止手段３４によって除霜運転の
再開が禁止されている基準加熱時間ｔｑが経過した後
に、強制的に除霜運転を開始する除霜強制開始手段３５
を設けたことを特徴としている。

【００１１】

【作用】上記請求項１のヒートポンプマルチシステムで
は、除霜強制停止手段３２で除霜運転を強制停止した
後、除霜運転禁止手段３４によって基準加熱時間ｔｑを
確保し、この間での除霜運転を禁止している。従って所
定の加熱運転率を確保して利用側での確実な運転快適性
の向上を図ることが可能となる。

【００１２】また請求項２のヒートポンプマルチシステ
ムでは、除霜強制停止手段３２によって除霜運転が強制
的に停止された後に再び除霜運転が開始される場合に
は、より高い除霜開始温度Ｔｓにて開始される。従って
前回の除霜運転での溶け残りを確実に除去することが可
能となる。

【００１３】さらに請求項３のヒートポンプマルチシス
テムでは、強制的に除霜運転を停止してから基準加熱時
間ｔｑが経過した後に、再び強制的に除霜運転を開始し
ている。従ってより高く設定された除霜開始温度Ｔｓに
よって誤って除霜運転を開始するということがなく、利
用快適性を確保しながら確実な除霜を行うことが可能と
なる。

【００１４】

【実施例】次にこの発明のヒートポンプマルチシステム
を空気調和機として構成した具体的な実施例について、
図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１５】図２は複数台の室内ユニット１１・・１１
を備えたマルチタイプの空気調和機の冷媒配管系統を示
している。同図において１０は室外ユニットであり、１
は熱源側熱交換器となる室外熱交換器、２はこの室外熱
交換器１にその一端側が接続された液管、３は上記室外
熱交換器１と四路切換弁４とを接続する第１ガス管であ
り、さらに上記四路切換弁４にはインバータ１４によっ
て能力制御される圧縮機５の吐出配管６と吸込配管７と
が接続されている。また上記四路切換弁４には第２ガス
管８の一端側が接続され、この第２ガス管８の他端側と
上記液管２の他端側との間に利用側熱交換器となる室内
熱交換器９・・９が並列状に接続されている。そして上
記室外熱交換器１には温度検出手段として機能するサー
ミスタ１８と、送風ファン１６とが設けられる一方、上
記室内熱交換器９には各々室内ファン１７が設けられて
いる。なお同図において１２は液管２に介設された第１
電動弁、１３は各室内熱交換器９に対応して設けられた
第２電動弁、１５は吸込配管７に介設されたアキューム
レータである。

【００１６】上記のような冷媒配管系統を有する空気調
和機では、暖房運転時には四路切換弁４を破線のように
切り替えて図中破線矢印のように冷媒を循環させること
により、室外熱交換器１で外気を熱源として吸収した熱
を室内熱交換器９から室内に放出する。一方、冷房運転
時には四路切換弁４を実線のように切り替えて図中実線
矢印のように冷媒を循環させることにより、上記暖房運
転時とは熱量の授受を逆にする。そしてこのようなマル
チシステムでは、運転される室内ユニット１１の台数が
変化した場合には空調負荷が大きく変化するため、イン
バータ１４によって圧縮能力可変に制御される圧縮機５
を採用し、負荷変動に合わせた空調運転を行うようにし
ている。ところでこの空気調和機では、暖房運転中に室
外熱交換器１に着霜が生じた場合には、これを除去する
ため除霜運転を行う。この除霜運転を開始するにあたっ
ては室外熱交換器１の配管に設けられたサーミスタ１８
を用い、このサーミスタ１８での測定温度が所定の除霜
開始温度Ｔｓ以下となったとき、除霜を要する着霜量に
達していると判断して除霜運転を開始する。つまり送風
ファン１６と室内ファン１７・・１７とを停止すると共
に四路切換弁４を実線のように切り替えて、図中実線矢
印のように冷媒を循環させる逆サイクル除霜運転を行う
のである。そして室外熱交換器１に付着している霜が除
去されると上記サーミスタ１８で検出される温度が上昇
するので、これが所定の除霜終了温度Ｔｅを超えたとき
除霜運転を終了して暖房運転を再開するようになってい
る。

【００１７】図３は上記空気調和機の運転制御系統を示
している。同図において２１は、入出力インタフェース
２３、メモリ２４、タイマ２５、及びこれらを制御する
ＣＰＵ２２を有するマイクロコンピュータである。上記
入出力インタフェース２３はサーミスタ１８から室外熱
交換器温度Ｔｄを入力すると共に、室内ファン１７及び
送風ファン１６への発停信号と四路切換弁４への切替信
号とを出力する。またタイマ２５は計時を行い、その結
果をＣＰＵ２２が読み出せるようになっている。さらに
メモリ２４には、除霜開始温度Ｔｓ、除霜終了温度Ｔ
ｅ、基準除霜時間ｔｅ、基準加熱時間ｔｑ、除霜運転時
間ｔｄ、除霜禁止時間ｔｐ、及びＣＰＵ２２の動作を規
定する制御プログラム等が記憶されている。なお同図に
おいて他の制御系統、すなわちインバータ１４や電動弁
１２、１３等の制御に関わるものは、図の煩雑化を避け
理解を容易とするために省略した。そして上記マイクロ
コンピュータ２１は、次のような機能を備えている。そ
の第１はサーミスタ１８からの入力温度に従って室内フ
ァン１７、送風ファン１６、及び四路切換弁４を制御し
て除霜運転の開始と停止を行う機能（除霜運転制御手段
３１に相当するもの）、第２はタイマ２５の計時結果に
従って除霜運転を強制的に停止する機能（除霜強制停止
手段３２に相当するもの）、第３は所定の場合にメモリ
２４に記憶した除霜開始温度Ｔｓを変更する機能（除霜
開始温度変更手段３３に相当するもの）、そして第４は
タイマ２５の計時結果に従って所定時間のあいだサーミ
スタ１８からの入力にかかわらず除霜運転を禁止する機
能（除霜運転禁止手段３４に相当するもの）である。

【００１８】次に上記空気調和機の動作について、図４
の制御フローチャートに基いて説明するが、ここでは除
霜運転の制御について説明する必要から空気調和機は暖
房に利用されることを前提とする。まずこの空気調和機
に電源が投入され動作が開始すると、ステップＳ１にお
いて除霜終了温度Ｔｅ、基準除霜時間ｔｅ、及び基準加
熱時間ｔｑが初期設定される。そしてステップＳ２にお
いて除霜開始温度Ｔｓを初期設定した後、ステップＳ３
で除霜運転時間ｔｄ及び除霜禁止時間ｔｐをクリアし、
ステップＳ４で暖房運転を開始する。次にステップＳ５
で室外熱交換器温度Ｔｄを読み取り、ステップＳ６でこ
のＴｄを上記Ｔｓと比較して、ＴｄがＴｓ以下でなけれ
ばステップＳ４に戻って暖房運転を継続する一方、もし
ＴｄがＴｓ以下であればステップＳ７へ進んで除霜運転
を開始する。なお図４のフローチャートではＴｄがＴｓ
と等しい場合にも除霜運転を開始するようにしている
が、ＴｄがＴｓと等しい場合にはステップＳ４へ戻って
暖房運転を継続するようにしてもよい。つまり請求項１
の記載における「除霜開始温度Ｔｓ以下」には、上記双
方の場合を含んでいるのである。

【００１９】ステップＳ７で除霜運転を開始すれば、次
にステップＳ８においてタイマ２５の計時結果に従いｔ
ｄのカウントを開始する。そしてｔｄの値がｔｅよりも
大きくないとき、すなわち除霜運転を開始してから未だ
基準除霜時間を経過していない場合にはステップＳ１０
へ進み、ＴｄをＴｅと比較する。ここでＴｄがＴｅを超
えているときはステップＳ２へ戻ってＴｓの初期設定を
行ったのち暖房運転を開始する一方、ＴｄがＴｅを超え
ていない場合にはステップＳ７へ戻って除霜運転を継続
する。なおここでＴｄがＴｅと等しい場合にはステップ
Ｓ７へ戻り除霜運転を継続することになるが、このよう
な場合にはステップＳ２へ戻るような制御としてもよ
い。つまり請求項１における「検出温度Ｔｄが除霜終了
温度Ｔｅを超えたとき」との記載には、上記双方の場合
が含まれているのである。

【００２０】ところでステップＳ９でｔｄがｔｅよりも
大きいと判断された場合にはステップＳ１１へ進み、除
霜運転を停止して暖房運転を開始する。そしてステップ
Ｓ１２ではＴｓを初期値よりも高い値に設定し、ステッ
プＳ１３にてｔｐのカウントを開始する。ｔｐがｔｑよ
りも大きくないとき、すなわち除霜運転を停止してから
未だ基準加熱時間が経過しない間は、上記ステップＳ１
３とステップＳ１４とを繰り返すことになる。そしてｔ
ｐがｔｑ超えたとき、ステップＳ３へ戻り、ステップＳ
１２で変更した新たなＴｓに基づいて再び上記動作を繰
り返す。なおステップＳ９でｔｄとｔｅが等しいときは
ステップＳ１０へ進むことになるが、これはステップＳ
１１に進むようにしてもよい。つまり請求項１における
「基準除霜時間ｔｅを超えたとき」との記載には、上記
双方の場合が含まれているのである。また同様にステッ
プＳ１４でｔｐがｔｑと等しい場合にはステップＳ１３
へ戻ることになるが、これについてもステップＳ３へ戻
る制御としてもよい。つまり請求項１における「基準加
熱時間ｔｑが経過するまで」との記載には、上記双方の
場合が含まれているのである。さらに図４においてはＴ
ｓの変更をステップＳ１２で、すなわち除霜運転を停止
した後に行っているが、これはステップＳ９とステップ
Ｓ１１との間、すなわち除霜運転を停止する前に行うよ
うにしてもよい。つまり請求項２における「除霜運転が
停止される際に」との記載には、上記双方の場合が含ま
れているのである。

【００２１】以上のような制御によれば、ステップＳ９
において除霜運転を開始してから基準除霜時間ｔｅが経
過したかどうかを判断し、経過した場合には室外熱交換
器１の温度が除霜終了温度Ｔｅ以下であってもステップ
Ｓ１１で除霜運転を強制的に停止している。そしてその
後、ステップＳ１３とステップＳ１４とによって基準加
熱時間ｔｑが経過するまで暖房運転を継続する。従っ
て、着霜量の如何にかかわらず、常に所定値以上の暖房
運転率を確保することができる。このときｔｑとｔｅと
の比率を４：１程度とすれば約８０％の暖房運転率が確
保でき、室温低下の少ない運転快適性の優れた制御とす
ることができる。

【００２２】またステップＳ１２では、除霜開始温度Ｔ
ｓをより高い温度に変更している。この温度差を約１０
℃程度とすれば、ステップＳ６において再び除霜運転が
開始され、溶け残った霜を確実に除去することができ
る。なおこのときＴｓを上昇させているので、従来例の
空気調和機のようにサーミスタ１８の精度限界により誤
って除霜運転を開始する可能性も残されるが、マルチタ
イプの空気調和機では室外熱交換器１の容量は１台の室
内熱交換器９の容量に比して十分大きいため、室内熱交
換器９の台数が少ない場合の室外熱交換器１の着霜量は
少なく、ステップＳ９からステップＳ１１へと進むのは
稀である。しかも、もし仮に上記誤動作が生じたとして
も、所定の暖房運転率は必ず確保されるので、暖房快適
性を損なうことはない。また上記の制御に代えて、ステ
ップＳ１２でＴｓの変更を行わずに、基準加熱時間ｔｑ
の経過後ステップＳ１４からステップＳ７へ移り、ｔｄ
をクリアして強制的に除霜運転を開始する制御、すなわ
ち除霜強制開始手段３５に相当する制御を行うようにし
てもよい。この場合にはＴｄにかかわらず必ず除霜運転
が再開されるので、上記誤動作の生じるおそれがなく、
従って暖房快適性を確保しながら確実に除霜を行うこと
ができる。

【００２３】以上にこの発明の具体的な実施例について
説明したが、この発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、この発明の範囲内で種々変更して実施すること
ができる。例えば上記実施例では空気調和機として構成
した例を示したが、その他利用側熱交換器として給湯用
や風呂加熱用等の熱交換器を有する他のヒートポンプマ
ルチシステムに適用してもよい。また図４に示したフロ
ーチャートは一例であって、同等の制御が可能なもので
あれば、他のフローチャートによる制御としてもよい。

【００２４】

【発明の効果】上記請求項１のヒートポンプマルチシス
テムでは、除霜強制停止手段で除霜運転を強制停止した
後、除霜運転禁止手段によって基準加熱時間を確保し、
この間での除霜運転を禁止している。従って所定の加熱
運転率を確保して利用側での確実な運転快適性の向上を
図ることが可能となる。

【００２５】また請求項２のヒートポンプマルチシステ
ムでは、除霜強制停止手段によって除霜運転が強制的に
停止された後に再び除霜運転が開始される場合には、よ
り高い除霜開始温度にて開始される。従って前回の除霜
運転での溶け残りを確実に除去することが可能となる。

【００２６】さらに請求項３のヒートポンプマルチシス
テムでは、強制的に除霜運転を停止してから基準加熱時
間が経過した後に、再び強制的に除霜運転を開始してい
る。従ってより高く設定された除霜開始温度によって誤
って除霜運転を開始するということがなく、利用快適性
を確保しながら確実な除霜を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のヒートポンプマルチシステムの除霜
運転制御の機能ブロック図である。

【図２】この発明を適用した空気調和機の冷媒配管系統
図である。

【図３】上記空気調和機の運転制御系統図である。

【図４】上記空気調和機の制御フローチャートである。

【図５】従来の技術による除霜運転制御の機能ブロック
図である。

【符号の説明】

１ 室外熱交換器 ９ 室内熱交換器 １８ サーミスタ ３１ 除霜運転制御手段 ３２ 除霜強制停止手段 ３３ 除霜開始温度変更手段 ３４ 除霜運転禁止手段 ３５ 除霜強制開始手段 Ｔｓ 除霜開始温度 Ｔｅ 除霜終了温度 Ｔｄ 室外熱交換器温度 ｔｄ 除霜運転時間 ｔｅ 基準除霜時間 ｔｑ 基準加熱時間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一台の熱源側熱交換器（１）に複数台の
   利用側熱交換器（９）を接続可能とし、利用側熱交換器
   （９）から熱源側熱交換器（１）へと冷媒を循環させて
   加熱運転を行う一方、熱源側熱交換器（１）の温度を検
   出する温度検出手段（１８）と、この温度検出手段（１
   ８）での検出温度（Ｔｄ）が除霜開始温度（Ｔｓ）以下
   となったとき熱源側熱交換器（１）から利用側熱交換器
   （９）へと冷媒を循環させて逆サイクル除霜運転を開始
   し、その後上記温度検出手段（１８）での検出温度（Ｔ
   ｄ）が除霜終了温度（Ｔｅ）を超えたとき上記除霜運転
   を停止する除霜運転制御手段（３１）とを設けたヒート
   ポンプマルチシステムであって、除霜運転の運転時間
   （ｔｄ）が基準除霜時間（ｔｅ）を超えたとき強制的に
   除霜運転を停止する除霜強制停止手段（３２）を設け、
   さらにこの除霜強制停止手段（３２）によって除霜運転
   が停止された後、基準加熱時間（ｔｑ）が経過するまで
   除霜運転が再度開始されることを禁止する除霜運転禁止
   手段（３４）を設けたことを特徴とするヒートポンプマ
   ルチシステム。
2. 【請求項２】 上記除霜強制停止手段（３２）によって
   除霜運転が停止される際に、除霜開始温度（Ｔｓ）を、
   その除霜運転が開始された温度よりも高い温度へと変更
   する除霜開始温度変更手段（３３）を設けたことを特徴
   とする請求項１のヒートポンプマルチシステム。
3. 【請求項３】 上記除霜運転禁止手段（３４）によって
   除霜運転の再開が禁止されている基準加熱時間（ｔｑ）
   が経過した後に、強制的に除霜運転を開始する除霜強制
   開始手段（３５）を設けたことを特徴とする請求項１の
   ヒートポンプマルチシステム。