JPH0861813A - ヒートポンプ冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 沸点の相異なる冷媒を混合した非共沸冷媒を
用いたヒートポンプ装置において、室外熱交換器の着霜
着氷を確実かつ効率的に除去できるようにする。 【構成】 圧縮機１と四方弁２と室内熱交換器３と減圧
機４と室外熱交換器５とを配管連結したヒートポンプ装
置の冷媒を非共沸冷媒とし、室外熱交換器５に着霜着氷
状態を直接的に検出する着霜量検出器１０を設け、暖房
運転時において、冷媒温度検出器６が検出した室外熱交
換器５における冷媒温度が所定温度より低い場合には、
外気温度検出器７が検出した外気温度と冷媒温度との温
度差が所定値以上の状態を持続することから着霜着氷を
予測して四方弁２を切り替えて除霜運転するが、冷媒温
度が前記所定値以上である場合は、着霜量検出器１０が
直接に検出した所定値以上の着霜量が持続することから
着霜着氷を直接検出し、四方弁２を切り替えて除霜運転
を行うように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、沸点の相異なる２種類
以上の冷媒を所定の比率で混合した非共沸混合冷媒を用
いたヒートポンプ冷凍サイクルに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、沸点の相異なる２種類以上の冷媒
を所定の比率で混合した非共沸混合冷媒を用いた空気調
和機が開発されているが、着霜着氷を効果的に除去して
運転効率を向上させる手段が課題である。

【０００３】以下、従来のヒートポンプ冷凍サイクルに
ついて説明する。従来、単一冷媒を用いたヒートポンプ
冷凍サイクルでは、暖房運転を継続した場合、ある外気
温度条件で室外熱交換器に着霜が発生し、さらに霜の蓄
積が増大すると室外熱交換器における吸熱量が阻害され
て効率の悪い運転となる。これに対処するため、通常、
室外熱交換器における着霜を、室外熱交換器の冷媒温度
検出器と室外空気温度検出器とにより検出し、その検出
結果から四方弁を切り替えて除霜運転を行ってきた。

【０００４】図１１は従来のヒートポンプ冷凍サイクル
を実行するヒートポンプ装置の構成を示すブロック図で
ある。図において、１０１は圧縮機、１０２は四方弁、
１０３は室内熱交換器、１０４は減圧器、１０５は室外
熱交換器であり、これらは順に環状に連結されている。
１０６は冷媒温度検出器、１０７は室外空気温度を検出
して出力する外気温度検出器、１０９はマイクロコンピ
ュータであり、冷媒温度検出器１０６と外気温度検出器
１０７から出力される信号をＡ／Ｄ変換器１０８を介し
て受信し、この受信信号から冷媒温度と外気温度の差を
算出して、この温度差によりタイマ１１０を作動させ、
タイマ１１０の時計に基づく一定時間Ｔ（たとえば、３
０分）後に四方弁１０２により冷媒回路を切り替え、暖
房運転を中止して除霜運転を行うものであった。

【０００５】上記構成におけるヒートポンプ装置の暖房
運転時の制御動作について説明する。図１２は上記制御
動作を示すフローチャートであり、この処理手順はマイ
クロコンピュータ１０９のメモリに記憶されている。着
霜もしくは着氷を起こす可能性があると思われる下記の
条件についてのみ四方弁１０２が除霜運転回路に切り替
わるように制御する。

【０００６】＜条件＞ 着霜、着氷条件は、冷媒温度Ｔ
eがＴ1（たとえば、０℃）以下で、冷媒温度Ｔeと外気
温度Ｔgとの温度差ＴsがＴ2以上であり、かつタイマ１
１０において、温度差ＴSがＴ2以上となっている時間ｔ
がｔ1（たとえば、３０分）以上となる場合。

【０００７】上記条件に従った動作をフローチャートに
従って説明する。リモコン、または強制運転などにより
運転の指示がでると、ヒートポンプ装置での暖房運転が
始まり、ステップ１１１において、冷媒温度検出器１０
６により冷媒温度Ｔeを検出し、外気温度検出器１０７
により外気温度Ｔgを検出する。ステップ１１２におい
て、冷媒温度Ｔeが所定の温度Ｔ1以下であるか否かをチ
ェックし、Ｔe≦Ｔ1であれば「ＹＥＳ」の判定がなされ
てステップ１１３に移行し、冷媒温度Ｔeと外気温度Ｔg
の温度差Ｔsを演算してステップ１１４に移行し、温度
差Ｔsが所定の値Ｔ2以上であるか否かをチェックする。
Ｔs＜Ｔ2であれば「ＮＯ」の判定がなされ、ステップ１
２１に移行して、タイマ１１０の時間ｔを常にｔ＝０に
タイマリセットして時間計測に備え、ステップ１１１に
戻るが、Ｔs≧Ｔ2であれば「ＹＥＳ」の判定がなされ、
ステップ１１５に移行してタイマ１１０の時間計測を開
始する。このステップ１１５で計測する時間ｔは温度差
Ｔsが所定の値Ｔ2以上である状態が持続する時間であ
る。

【０００８】ステップ１１６で時間ｔが所定の値ｔ1以
上であるか否かをチェックし、ｔ＜t1であれば「ＮＯ」
の判定がなされてステップ１１１に戻るが、ｔ≧ｔ1で
あれば「ＹＥＳ」の判定がなされ、ステップ１１７に移
行して、四方弁１０２を除霜運転回路に切り替えて除霜
運転を開始する。以上の動作が前記条件により除霜運転
を開始する動作である。ステップ１１７で除霜運転を開
始すると、つぎにステップ１１８に移行して除霜中の冷
媒温度Ｔeを検出し、ステップ１１９に移行して冷媒の
温度Ｔeが所定の温度Ｔ0以上であるか否かをチェックす
る。冷媒温度ＴeがＴe＜Ｔ0（たとえば、１５℃）であ
れば「ＮＯ」の判定でステップ１１７に戻って除霜運転
を継続し、Ｔe≧Ｔ0であれば「ＹＥＳ」の判定がなさ
れ、ステップ１２０に移行して、四方弁１０２が暖房運
転回路に切り替えられ、ステップ１１１に戻って、ふた
たび暖房運転が開始される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のヒー
トポンプ冷凍サイクルにおいては、下記の問題がある。
単一冷媒を用いたヒートポンプ冷凍サイクルにおいて、
暖房運転時の冷媒は、まず、圧縮機１０１で圧縮されて
高温高圧の冷媒蒸気となり、四方弁１０２を介して室内
熱交換器１０３に至り、そこで放熱して凝縮液化する。
つぎに減圧器１０４で減圧膨張して低温低圧の冷媒とな
り、室外熱交換器１０５で吸熱して蒸発気化したのち、
低温低圧の冷媒蒸気となり、ふたたび圧縮機１０１で圧
縮されるというヒートポンプ冷凍サイクルを繰り返す。
図１３は上記の冷凍サイクルを示すＰ−ｈ（モリエル）
線図である。図におけるＡ、Ｂ、Ｃは、それぞれ図１１
におけるＡ（室内熱交換器１０３の出口と減圧器の
間）、Ｂ（室外熱交換器１０５の入口側）、Ｃ（室外熱
交換器１０５の出口側）の位置の冷媒の状態を示す。図
から明らかなように、暖房運転時において、図１１に示
した室外熱交換器１０５における冷媒温度検出器１０６
で検出した冷媒温度Ｔeは室外熱交換器１０５の中が気
液２相状態であるため、室外熱交換器１０５の入口から
出口、すなわち図１３におけるＢからＣまでのどの位置
で温度を検出しても、ほぼ同一温度Ｔeを示す。

【００１０】また、図１４は、冷媒として非共沸混合冷
媒を用いた場合の冷凍サイクルを示すＰ−ｈ（モリエ
ル）線図である。図におけるＡ、Ｂ、Ｃは、それぞれ図
１１におけるＡ、Ｂ、Ｃの位置の冷媒の状態を示す。こ
こで、単一冷媒の場合は、図１３に示したように、Ｂに
おける温度はＣにおける温度とほぼ同じであるが、低沸
点冷媒と高沸点冷媒の沸点差が大きい非共沸混合冷媒の
場合は非等温性が大きくなるため、図１４に示したよう
に、気液２相状態での等温線は右下がりとなり、Ｂにお
ける温度はＣにおける温度よりも低い。したがって、暖
房運転時において、室外熱交換器１０５では、室外熱交
換器１０５の出口側冷媒温度よりも入口側冷媒温度が低
いために、入口付近を中心に局部的に着霜が進行する。

【００１１】そして蒸発温度が除除に低下し、着霜が室
外熱交換器全体に進行するが、この状態で室外熱交換器
１０５の温度低下から着霜状態を検知しようとしても、
検知するまでに長時間を要する。また、そのような状態
では、入口付近の着氷は除除に熱交換器のフィンよりも
盛り上がるように成長してしまう。このような状態にな
ると、除霜運転しても室外熱交換器１０５のフィンより
も盛り上がった氷を溶かすのが困難となり、従来の温度
検出器のみによる除霜制御では氷が完全に溶解する前に
熱交換器における冷媒温度が上昇して除霜運転が終了し
てしまい、室外熱交換器１０５に氷が残っている状態で
暖房運転が再開され、ふたたび着霜し易い状態となるた
め、結果的に暖房効率が悪くなる。以上のように、これ
らの着氷状態を従来の冷媒温度検出器により精度よく早
期に検出して除霜制御を行うことは困難である。

【００１２】本発明は上記課題を解決するもので、非共
沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルの構成を複雑にするこ
となく、暖房運転時の室外熱交換器における部分的な着
霜または着氷状態を確実に検出して、最適かつ無駄のな
い除霜を行うことができるヒートポンプ冷凍サイクルを
提供することを目的とする。

【００１３】また、室外熱交換器に加熱手段を設置する
ことにより、暖房運転を継続した状態で熱交換器入口で
の部分的な霜や氷を効率よく溶かし、常に高能力で効率
のよい暖房運転を可能とする信頼性に優れたヒートポン
プ冷凍サイクルを実行する装置を提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わる本発明
は、圧縮機と四方弁と室内熱交換器と減圧器と室外熱交
換器とを順に配管により環状に連結して冷媒回路を構成
し、沸点が異なる２種類以上の冷媒を所定の比率で混合
した非共沸点混同冷媒を用いるヒートポンプ装置におい
て、前記室外熱交換器における冷媒温度を検出して出力
する冷媒温度検出手段と、外気温度を検出して出力する
外気温度検出手段と、前記室外熱交換器の着霜着氷状態
を光学的に検知して出力する着霜量検出手段と、装置全
体の動作を制御する制御手段とを備え、前記室内熱交換
器を熱利用側、前記室外熱交換器を熱源側として使用す
るとき、前記制御手段は、冷媒温度が所定の温度以上の
場合は、前記着霜量検出手段が検出した着霜着氷状態に
基づいて前記四方弁を除霜運転回路に切替えて除霜運転
に移行し、また、冷媒温度が前記所定の温度より低い場
合は、冷媒温度と外気温度との温度差に基づいて前記室
外熱交換器の着霜着氷を予測して前記四方弁を除霜運転
回路に切り替えて除霜運転に移行する処理を備えた除霜
制御を行うヒートポンプ冷凍サイクルであり、また、請
求項３に係わる本発明は、圧縮機と四方弁と室内熱交換
器と減圧器と室外熱交換器とを順に配管により環状に連
結して冷媒回路を構成し、沸点が異なる２種類以上の冷
媒を所定の比率で混合した非共沸点混同冷媒を用いるヒ
ートポンプ装置において、前記室外熱交換器における冷
媒温度を検出して出力する冷媒温度検出手段と、外気温
度を検出して出力する外気温度検出手段と、前記室外熱
交換器の着霜着氷状態を光学的に検知して出力する着霜
量検出手段と、装置全体の動作を制御する制御手段と、
前記室外熱交換器に設けた加熱手段とを備え、前記室内
熱交換器を熱利用側、前記室外熱交換器を熱源側として
使用するとき、前記制御手段は、冷媒温度が所定の温度
以上の場合は、前記着霜量検出手段が検出した着霜着氷
状態に基づいて前記ヒータ加熱器による加熱を開始し、
冷媒温度が前記所定の温度より低い場合は、冷媒温度と
外気温度との温度差に基づいて前記室外熱交換器の着霜
着氷を予測して、前記ヒータ加熱器による加熱を開始す
るとともに前記四方弁を除霜運転回路に切り替えて除霜
運転に移行する処理を備えた除霜制御を行うヒートポン
プ冷凍サイクルである。

【００１５】

【作用】請求項１に係わる本発明において、室外熱交換
器における冷媒温度と、冷媒温度と外気温との温度差と
による従来の着霜着氷予測に代えて、室外熱交換器の着
霜着氷状態を検出する着霜量検出器が直接的に着霜着氷
状態を検出し、冷媒温度が所定温度より低い場合には着
霜着氷予測に基づいて除霜運転に移行するが、冷媒温度
が所定温度より高い場合には着霜量検出器により直接に
検出した着霜着氷状態に基づいて除霜運転に移行する。
また、請求項３に係わる本発明において、室外熱交換器
における冷媒温度と、冷媒温度と外気温との温度差とに
よる従来の着霜着氷予測に代えて、室外熱交換器の着霜
着氷状態を検出する着霜量検出器が直接的に着霜着氷状
態を検出し、冷媒温度が所定温度より低い場合には着霜
着氷予測に基づいて除霜運転に移行するとともにヒータ
加熱器により室外熱交換器を加熱して除霜し、冷媒温度
が所定温度より高い場合には着霜量検出器により直接に
検出した着霜着氷状態に基づいてヒータ加熱器により室
外熱交換器の除霜を行う。

【００１６】上記いずれの発明においても、冷媒温度が
所定温度より高い場合における室外熱交換器の着霜着氷
状態予測の不確実性を、着霜量検出器が着霜着氷状態を
直接に検出して補う。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）以下、請求項１に係わる本発明のヒートポ
ンプ冷凍サイクルの一実施例について図面を参照しなが
ら説明する。図１は本実施例のヒートポンプ冷凍サイク
ルを実行するヒートポンプ装置の構成を示すブロック図
である。図において、１は圧縮機、２は四方弁、３は室
内熱交換器であり、これらは順に環状に連結されてお
り、冷媒として非共沸混合冷媒を用いている。６は冷媒
温度を検出して制御信号を出力する冷媒温度検出器、７
は外気温度を検出して制御信号を出力する外気温度検出
器、８はＡ／Ｄ変換器、９はヒートポンプ冷凍サイクル
の動作を制御するマイクロコンピュータ、１０は室外熱
交換器５の入口近傍の局部的な着氷もしくは着霜状態を
光学的に検知して信号を出力する着霜量検出器である。
マイクロコンピュータ９は、冷媒温度検出器６と外気温
度検出器７とが出力する制御信号をＡ／Ｄ変換器８を介
して入力して四方弁２を制御し、暖房運転から除霜運転
に切り替えて除霜を行う。

【００１８】図２は図１に示したヒートポンプ装置の電
気的構成を示す回路図である。なお、図１の構成要素と
同じ構成要素には同一番号を付与している。図におい
て、２１は電源スイッチであり、マイクロコンピュータ
９は、入力回路２２、メモリ２３、ＣＰＵ２４、出力回
路２５、タイマ２６を備え、入力回路２２には着霜量検
出器１０の出力が入力されるとともに、冷媒温度検出器
６の出力と外気温検出器７の出力とがＡ／Ｄ変換器８を
介して入力される。四方弁２は出力回路２５の出力によ
り制御される。

【００１９】図３は図２に示した構成を詳細に示すブロ
ック図である。図において、測定時間検出手段２６、着
霜量検出手段１０、冷媒温度検出手段６、外気温度検出
手段７、記憶手段２３、出力回路２５は、それぞれ図２
に示したタイマ２６、着霜量検出器１０、冷媒温度検出
器６、外気温度検出器７、メモリ２３、出力手段２５に
相当する。また、着霜量検出器１０より検出された着霜
量値と設定値とを比較して信号を出力する第１比較手
段、冷媒温度検出器６より検出された冷媒温度と設定値
を比較して信号を出力する第２比較手段、さらに外気温
度検出器７より検出された外気温度と冷媒温度との差温
を演算して、温度差と設定値を比較する第３比較手段、
タイマ２６により測定される測定時間検出手段により検
出された時間と設定値とを比較する第４比較手段と、第
１、第２、第３および第４比較手段から発生する信号に
より、記憶手段２３の出力モードの１つを選択して制御
信号を出力する選択手段なども、図２に示したマイクロ
コンピュータ９により構成される。

【００２０】図５は、着霜量検出器１０の構成を示す斜
視図である。図において、６１は赤外線発光部、６２は
赤外線受光部、６３のセンサ出力部であり、室外熱交換
器５の着霜状態を信号として出力する。また、図６は着
霜量検出器１０の設置状態を示す模式図である。図に示
したように、着霜の進行が早い室外熱交換器５の入口近
傍に着霜量検出器１０を設置し、赤外線発光部６１によ
り出力された赤外線が、室外熱交換器５の背面で反射し
て赤外線受光部６２で赤外線が受光され、この受光量に
応じてセンサ出力部６３により信号が出力される。

【００２１】上記構成において、その動作を説明する。
図４は本実施例のヒートポンプ装置の暖房運転時におけ
る制御動作を示すフローチャートである。なお、この処
理はマイクロコンピュータ９のメモリ２３に記憶された
プログラムにより実行される。

【００２２】本発明においては、着霜もしくは着氷を起
こす可能性があると考える下記の条件ａ）およびｂ）の
下においてのみ四方弁２を除霜運転に切り替えるように
制御する。

【００２３】ａ） 冷媒温度Ｔeが所定の温度Ｔ3（たと
えば、−２℃）以上で、かつ着霜量Ｋsが所定の値Ｋ1
（熱交換器入口近傍における着霜、着氷がかなり進行し
たと判断する量）以上を連続的に計測する測定時間ｔが
所定の値ｔ1（たとえば、２０分）以上となる場合。

【００２４】ｂ） 冷媒温度Ｔeが所定の温度Ｔ3（たと
えば、−２℃）より低く、外気温度Ｔgと冷媒温度Ｔeと
の温度差ＴSが所定の値Ｔ4（着霜により能力に影響が出
始めると判断する量）以上を連続的に計測する測定時間
ｔが所定の値ｔ3（たとえば、３０分）以上となる場
合。

【００２５】リモコン、または強制運転などにより運転
の指示がでると、図４において、ヒートポンプ装置での
暖房運転が開始され、ステップ４１に移行して、冷媒温
度検出手段により冷媒温度Ｔe、外気温度検出手段によ
り外気温度Ｔgを検出し、ステップ４２に移行して、冷
媒温度Ｔeが所定の設定温度Ｔ3以上であるか否かをチェ
ックする。Ｔe≧Ｔ3であれば「ＹＥＳ」の判定がなさ
れ、ステップ４３に移行して、着霜量検出手段により着
霜量Ｋsを検出し、ステップ４４に移行して、着霜量Ｋs
が所定の設定値Ｋ1以上であるか否かをチェックする。
Ｋｓ＜Ｋ1であれば「ＮＯ」の判定がなされステップ５
６へ移行し、タイマをリセット（ｔ＝０）してステップ
４１に戻るが、Ｋs≧Ｋ1であれば「ＹＥＳ」の判定がな
され、ステップ４５に移行して、タイマ２６により時間
ｔを計測し、ステップ４６で測定時間ｔが所定の値ｔ1
以上であるか否かをチェックする。ｔ＜ｔ1であれば
「ＮＯ」の判定がなされてステップ４１に戻るが、ｔ≧
ｔ1であればステップ４７に移行する。

【００２６】ステップ４２でＴe＜Ｔ3であれば「ＮＯ」
の判定がなされてステップ５１に移行し、冷媒温度Ｔe
と外気温度Ｔgとの温度差Ｔsを算出し、ステップ５２に
移行して、温度差Ｔsが所定の設定値Ｔ4以上であるか否
かをチェックする。Ｔs＜Ｔ4であれば「ＮＯ」の判定が
なされ、ステップ５５に進みタイマをリセット（ｔ＝
０）して、ステップ４１に戻るが、Ｔs≧Ｔ4であれば
「ＹＥＳ」の判定がなされ、ステップ５３に移行して、
タイマ２６により時間ｔを計測し、ステップ５４でタイ
マ計測時間ｔが所定の値ｔ3以上であるか否かをチェッ
クする。ｔ＜ｔ3ならば「ＮＯ」の判定がなされステッ
プ４１に戻るが、ｔ≧ｔ3であればステップ４７に移行
する。

【００２７】ステップ４６でタイマ計測時間ｔ≧ｔ1で
ある場合、またはステップ５４でタイマ計測時間ｔ≧ｔ
3である場合は、いずれも、ステップ４７に移行する
が、ステップ４７では、選択手段により記憶手段２３に
記憶してある第１の出力モードを選択し、出力手段２５
から制御信号を出力して四方弁２を除霜運転回路に切り
替え、ステップ４８に移行する。ステップ４８では、着
霜量Ｋsと冷媒温度Ｔeを検出し、ステップ４９に移行し
て、着霜量Ｋsが所定の値Ｋ2（無着氷、無着霜と判断す
る量）以下であるか否か、かつ冷媒温度Ｔeが所定の温
度Ｔ5（たとえば、１０℃）以上であるか否かをチェッ
クする。Ｋs＞Ｋ2、かつＴe＜Ｔ5であれば「ＮＯ」の判
定がなされてステップ４７に戻るが、Ｋs≦Ｋ2、Ｔe≧
Ｔ5であれば「ＹＥＳ」の判定がなされてステップ５０
に移行し、選択手段により記憶手段２３に内蔵してある
第２の出力モードを選択し、出力手段２５から制御信号
を出力して四方弁２を暖房運転回路に切り替えて、ステ
ップ４１に戻る。

【００２８】以上のように、着霜量検出器１０を用いる
ことにより、従来の温度とタイマのみによる除霜制御で
は不可能であった室外側熱交換器５での部分的な着霜状
態および着氷状態を早期に検知でき、四方弁２を除霜運
転に切り替えて確実に霜や氷を溶かすことができる。し
たがって、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルの構成
を複雑にすることなく最適なヒートポンプ冷凍サイクル
の制御の実現することができる。

【００２９】（実施例２）以下、請求項２に係わる本発
明の一実施例について図面を参照しながら説明する。図
７は本実施例のヒートポンプ冷凍サイクルを実行するヒ
ートポンプ装置の構成を示すブロック図、図８は本実施
例の電気的構成を示すブロック図、図９は図８の詳細な
構成を示すブロック図である。なお、実施例１と同じ構
成要素にはそれぞれ同一番号を付与して詳細な説明を省
略する。本実施例が実施例１と異なる点は、ヒータ加熱
器１１を備え、また記憶手段２３が第３の出力モードを
備えていることにある。

【００３０】上記構成の本実施例の動作について図面を
参照しながら説明する。図１０は本実施例の暖房運転時
における制御動作を示すフローチャートである。本実施
例においては、室外熱交換器５に着霜と着氷が起こる可
能性があると思われる下記の条件ａ）のときはヒータ加
熱器１１をオンとし、また、条件ｂ）のときはヒータ加
熱器１１をオンにするとともに四方弁２を除霜運転に切
り替えるように制御する。

【００３１】ａ） 冷媒温度Ｔeが所定の温度Ｔ3（たと
えば、−２℃）以上で、かつ着霜量Ｋsが所定の値Ｋ1
（熱交換器入口近傍での着霜、着氷がかなり進行したと
判断する量）以上を連続的に計測する測定時間ｔが所定
の値ｔ1（たとえば、２０分）以上となる場合。

【００３２】ｂ） 冷媒温度Ｔeが所定の温度Ｔ3（たと
えば、−２℃）より低く、外気温度Ｔgと冷媒温度Ｔeと
の温度差ＴSが所定の値Ｔ4（着霜により能力に影響が出
始めると判断する温度）以上を連続的に計測する測定時
間ｔがｔ3（たとえば、３０分）以上となる場合。

【００３３】リモコン、または強制運転などにより運転
の指示がでると、図１０において、ヒートポンプ装置で
の暖房運転が開始され、ステップ８１に移行して、冷媒
温度検出手段により冷媒温度Ｔe、外気温度検出手段に
より外気温度Ｔgを検出し、ステップ８２に移行して、
冷媒温度Ｔeが所定の設定温度Ｔ3以上であるか否かをチ
ェックする。Ｔe≧Ｔ3であれば「ＹＥＳ」の判定がなさ
れ、ステップ８３に移行して、着霜量検出手段により着
霜量Ｋsを検出し、ステップ８４に移行して、着霜量Ｋs
が所定の設定値Ｋ1以上であるか否かをチェックする。
Ｋｓ＜Ｋ1であれば「ＮＯ」の判定がなされステップ１
００へ移行し、タイマをリセット（ｔ＝０）してステッ
プ８１に戻るが、Ｋs≧Ｋ1であれば「ＹＥＳ」の判定が
なされ、ステップ８５に移行して、タイマ２６により時
間ｔを計測し、ステップ８６で測定時間ｔが所定の値ｔ
1以上であるか否かをチェックする。ｔ＜ｔ1 であれば
「ＮＯ」の判定がなされてステップ８１に戻るが、ｔ≧
ｔ1であればステップ８７に移行する。

【００３４】ステップ８６でタイマ計測時間ｔ≧ｔ1で
ある場合は、ステップ８７に移行してヒータ加熱器１１
をオンとし、ステップ８８に移行して、着霜量Ｋsと冷
媒温度Ｔeを検出し、ステップ８９に移行して、着霜量
Ｋsが所定の値Ｋ2（無着氷、無着霜と判断する量）以下
であるか否か、かつ冷媒温度Ｔeが所定の温度Ｔ6（たと
えば、３℃）以上であるか否かをチェックする。Ｋs＞
Ｋ2、かつＴe＜Ｔ6であれば「ＮＯ」の判定がなされて
ステップ８７に戻るが、Ｋs≦Ｋ2、Ｔe≧Ｔ6であれば
「ＹＥＳ」の判定がなされてステップ９０に移行する。

【００３５】ステップ８２でＴe＜Ｔ3であれば「ＮＯ」
の判定がなされてステップ９１に移行し、冷媒温度Ｔe
と外気温度Ｔgとの温度差Ｔsを算出し、ステップ９２に
移行して、温度差Ｔsが所定の設定値Ｔ4以上であるか否
かをチェックする。Ｔs＜Ｔ4であれば「ＮＯ」の判定が
なされ、ステップ９９に移行してタイマをリセット（ｔ
＝０）し、ステップ８１に戻るが、Ｔs≧Ｔ4であれば
「ＹＥＳ」の判定がなされ、ステップ９３に移行して、
タイマ２６により時間ｔを計測し、ステップ９４でタイ
マ計測時間ｔが所定の値ｔ3以上であるか否かをチェッ
クする。ｔ＜ｔ3ならば「ＮＯ」の判定がなされステッ
プ８１に戻るが、ｔ≧ｔ3であればステップ９５に移行
する。

【００３６】ステップ９５でタイマ計測時間ｔ≧ｔ3で
ある場合、ステップ９５に移行して、選択手段により記
憶回路の第１の出力モードが選択されて出力回路２５か
ら制御信号が出力され、ヒータ加熱器１１をオンとし、
ステップ９６に移行して、選択手段により記憶回路の第
２の出力モードが選択されて出力回路２５から制御信号
が出力され、四方弁２が除霜運転回路に切り替えられ、
ステップ９７に移行する。ステップ９７において、冷媒
温度Ｔeと着霜量Ｋ2とを検出し、ステップ９８に移行し
て、着霜量Ｋsが所定の値Ｋ2（無着氷、無着霜と判断す
る量）以下であるか否か、かつ冷媒温度Ｔeが所定の温
度Ｔ5（たとえば、１０℃）以上であるか否かをチェッ
クする。Ｋs＞Ｋ2、かつＴe＜Ｔ5であれば「ＮＯ」の判
定がなされてステップ９５に戻るが、Ｋs≦Ｋ2、Ｔe≧
Ｔ5であれば「ＹＥＳ」の判定がなされてステップ９０
に移行する。ステップ９０では、選択手段により記憶手
段２３内蔵の第３の出力モードが選択され、出力回路２
５から制御信号が出力され、ヒータ加熱器１１をオフと
するとともに、四方弁２を暖房運転回路に切り替えたの
ち、ステップ８１に戻り、ふたたび暖房運転に移行す
る。

【００３７】以上のように、本実施例においては、着霜
量検出器１０を用い、従来の温度とタイマによる除霜制
御では不可能であった室外熱交換器５における着霜およ
び着氷状態を精度よく早期に検知し、室外熱交換機５の
入口近傍で部分着霜、着氷状態であれば暖房運転状態の
ままでヒータ加熱器１１をオンとすることにより、効率
よく、霜や氷を溶かすことができ、また、冷媒温度が所
定温度よりも低くて室外熱交換器５全体の着霜である場
合は、ヒータ加熱器１１による加熱状態で、四方弁２を
除霜運転に切り替え、除霜することにより、確実に霜や
氷を溶かすことができ、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サ
イクルの構成を複雑にすることなく、最適なヒートポン
プ冷凍サイクルの制御を実現することができる。

【００３８】なお、本実施例では、冷媒温度が所定温度
より高い場合にはヒータ加熱器のみによる除霜処理とし
て暖房動作を中断しないようにしたが、四方弁の切り替
えによる除霜運転を同時に行ってもよいことは言うまで
もない。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に係わる本発明は、圧縮機と四方弁と室内熱交換器と
減圧器と室外熱交換器とを順に配管により環状に連結し
て冷媒回路を構成し、沸点が異なる２種類以上の冷媒を
所定の比率で混合した非共沸点混同冷媒を用いるヒート
ポンプ装置において、前記室外熱交換器における冷媒温
度を検出して出力する冷媒温度検出手段と、外気温度を
検出して出力する外気温度検出手段と、前記室外熱交換
器の着霜着氷状態を光学的に検知して出力する着霜量検
出手段と、装置全体の動作を制御する制御手段とを備
え、前記室内熱交換器を熱利用側、前記室外熱交換器を
熱源側として使用するとき、前記制御手段は、冷媒温度
が所定の温度以上の場合は、前記着霜量検出手段が検出
した着霜着氷状態に基づいて前記四方弁を除霜運転回路
に切替えて除霜運転に移行し、また、冷媒温度が前記所
定の温度より低い場合は、冷媒温度と外気温度との温度
差に基づいて前記室外熱交換器の着霜着氷を予測して前
記四方弁を除霜運転回路に切り替えて除霜運転に移行す
る処理を備えた除霜制御を行うことにより、また、請求
項３に係わる本発明は、圧縮機と四方弁と室内熱交換器
と減圧器と室外熱交換器とを順に配管により環状に連結
して冷媒回路を構成し、沸点が異なる２種類以上の冷媒
を所定の比率で混合した非共沸点混同冷媒を用いるヒー
トポンプ装置において、前記室外熱交換器における冷媒
温度を検出して出力する冷媒温度検出手段と、外気温度
を検出して出力する外気温度検出手段と、前記室外熱交
換器の着霜着氷状態を光学的に検知して出力する着霜量
検出手段と、装置全体の動作を制御する制御手段と、前
記室外熱交換器に設けた加熱手段とを備え、前記室内熱
交換器を熱利用側、前記室外熱交換器を熱源側として使
用するとき、前記制御手段は、冷媒温度が所定の温度以
上の場合は、前記着霜量検出手段が検出した着霜着氷状
態に基づいて前記ヒータ加熱器による加熱を開始し、冷
媒温度が前記所定の温度より低い場合は、冷媒温度と外
気温度との温度差に基づいて前記室外熱交換器の着霜着
氷を予測して、前記ヒータ加熱器による加熱を開始する
とともに前記四方弁を除霜運転回路に切り替えて除霜運
転に移行する処理を備えた除霜制御を行うことにより、
いずれの手段においても、室外熱交換器の着霜着氷を直
接的に早期に検出して除霜処理を行って、確実に霜や氷
を溶かすことができ、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイ
クルの構成を複雑にすることなく、最適なヒートポンプ
冷凍サイクルを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係わる本発明のヒートポンプ冷凍サ
イクルを実行するヒートポンプ装置の一実施例の構成を
示すサイクル図

【図２】同装置の電気的構成を示すブロック図

【図３】同装置の電気的構成を詳細に示すブロック図

【図４】同装置の暖房運転時の動作を示すフローチャー
ト

【図５】同装置における着霜量検出手段の構成を示す斜
視図

【図６】着霜量検出手段の設置状態を示す模式図

【図７】請求項２に係わる本発明のヒートポンプ冷凍サ
イクルを実行するヒートポンプ装置の一実施例の構成を
示すサイクル図

【図８】同装置の電気的構成を示すブロック図

【図９】同装置の電気的構成を詳細に示すブロック図

【図１０】同装置の暖房運転時の動作を示すフローチャ
ート

【図１１】従来のヒートポンプ冷凍サイクルを実行する
装置の構成を示すブロック図

【図１２】従来のヒートポンプ冷凍サイクルにおける暖
房運転時の動作を示すフローチャート

【図１３】単一冷媒を用いたヒートポンプ冷凍サイクル
を示すＰ−ｈ線図

【図１４】非共沸混合冷媒を用いたヒートポンプ冷凍サ
イクルを示すＰ−ｈ線図

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 四方弁 ３ 室内熱交換器 ４ 減圧器 ５ 室外熱交換器 ６ 冷媒温度検出器（冷媒温度検出手段） ７ 外気温度検出器（外気温度検出手段） ９ マイクロコンピュータ（制御手段） １０ 着霜量検出器（着霜量検出手段） １１ ヒータ加熱器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機と四方弁と室内熱交換器と減圧器
   と室外熱交換器とを順に配管により環状に連結して冷媒
   回路を構成し、沸点が異なる２種類以上の冷媒を所定の
   比率で混合した非共沸点混同冷媒を用いるヒートポンプ
   装置において、前記室外熱交換器における冷媒温度を検
   出して出力する冷媒温度検出手段と、外気温度を検出し
   て出力する外気温度検出手段と、前記室外熱交換器の着
   霜着氷状態を光学的に検知して出力する着霜量検出手段
   と、装置全体の動作を制御する制御手段とを備え、前記
   室内熱交換器を熱利用側、前記室外熱交換器を熱源側と
   して使用するとき、前記制御手段は、冷媒温度が所定の
   温度以上の場合は、前記着霜量検出手段が検出した着霜
   着氷状態に基づいて前記四方弁を除霜運転回路に切替え
   て除霜運転に移行し、また、冷媒温度が前記所定の温度
   より低い場合は、冷媒温度と外気温度との温度差に基づ
   いて前記室外熱交換器の着霜着氷を予測して前記四方弁
   を除霜運転回路に切り替えて除霜運転に移行する処理を
   備えた除霜制御を行うヒートポンプ冷凍サイクル。
2. 【請求項２】 制御手段は、冷媒温度が所定の温度以上
   の場合は、着霜量検出手段が検出した着霜量が所定の値
   以上である状態を持続する時間が所定の値以上となる場
   合に四方弁を除霜運転回路に切り替え、また、冷媒温度
   が前記所定の温度より低い場合は、外気温度と冷媒温度
   との温度差が所定の値以上の状態を持続する時間が所定
   の値以上となる場合に着霜着氷が起こると予測して、四
   方弁を除霜運転回路に切り替えるようにした請求項１記
   載のヒートポンプ冷凍サイクル。
3. 【請求項３】 圧縮機と四方弁と室内熱交換器と減圧器
   と室外熱交換器とを順に配管により環状に連結して冷媒
   回路を構成し、沸点が異なる２種類以上の冷媒を所定の
   比率で混合した非共沸点混同冷媒を用いるヒートポンプ
   装置において、前記室外熱交換器における冷媒温度を検
   出して出力する冷媒温度検出手段と、外気温度を検出し
   て出力する外気温度検出手段と、前記室外熱交換器の着
   霜着氷状態を光学的に検知して出力する着霜量検出手段
   と、装置全体の動作を制御する制御手段と、前記室外熱
   交換器に設けた加熱手段とを備え、前記室内熱交換器を
   熱利用側、前記室外熱交換器を熱源側として使用すると
   き、前記制御手段は、冷媒温度が所定の温度以上の場合
   は、前記着霜量検出手段が検出した着霜着氷状態に基づ
   いて前記ヒータ加熱器による加熱を開始し、冷媒温度が
   前記所定の温度より低い場合は、冷媒温度と外気温度と
   の温度差に基づいて前記室外熱交換器の着霜着氷を予測
   して、前記ヒータ加熱器による加熱を開始するとともに
   前記四方弁を除霜運転回路に切り替えて除霜運転に移行
   する処理を備えた除霜制御を行うヒートポンプ冷凍サイ
   クル。
4. 【請求項４】 制御手段は、冷媒温度が所定の温度以上
   の場合は、着霜量検出手段が検出した着霜量が所定の値
   以上である状態を持続する時間が所定の値以上となる場
   合にヒータ加熱手段による加熱を開始し、また、冷媒温
   度が前記所定の温度より低い場合は、外気温度と冷媒温
   度との温度差が所定の値以上の状態を持続する時間が所
   定の値以上となる場合に着霜着氷が起こると予測して、
   ヒータ加熱器による加熱を開始するとともに四方弁を除
   霜運転回路に切り替えるようにした請求項３記載のヒー
   トポンプ冷凍サイクル。