JPS5816100B2 - 除霜制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ヒートポンプ式冷暖房機で暖房運転を行う場合、外気の
湿り空気エンタルピが低下すると室外熱交換器に着霜現
象が生じ、霜層の断熱作用と空気通過面積の縮小によっ
て、運転時間と共に室外熱交換器の吸熱量が減少し、暖
房能力も低下するので除霜制御装置を必要としている。

従来、差温（室外熱交換器温度と外気温度の温度差）式
やタイマ式などの除霜制御装置が用いられているが、差
温式では除霜開始動作は外気条件と着霜特性の関係がか
なり適合しているが室外熱交換器が送風ファンに対して
外気流入側に設置された吸気方式の室外ユニットでは外
気温度を正確に検出するセンサの取付は場所の選定は室
外ユニット内では非常に困難であった。

また、タイマ式では除霜開始の設定方法がヒートポンプ
式冷暖房機における外気条件と着霜特性の関係に適合し
ていない為に、除霜運転開始時に室外熱交換器に多量の
霜が付着し、設定時間内では霜が融解しきれないまま暖
房運転を再開したり、霜が付着していないのに除霜運転
を開始したりするという欠点を有していた。

通常のヒートポンプ式冷暖房機の暖房運転において、室
外熱交換器に着霜現象が生じると第１図に示すように、
室外熱交換器温度ｔＥは暖房運転初期の温度ｔ。

０からしだいに低くなっていき、室外熱交換器に付着し
た累積着霜量Ｇｆは運転時間Ｔと共に直線的に増加する
。

このような着霜特性を着霜現象が生じる全ての外気条件
下で実験を行い、室外熱交換器温度ｔＥと運転初期の室
外熱交換温度ｔＥｏ との差温△ｔＥ＝ｔｇｏ ｔＥ
を着霜量Ｇｆとの関係で整理すると第２図のようになる
。

すなわち着霜現象が生じる全ての外気条件下では差温△
ｔＥは着霜量Ｇｆによって一義的にきまる。

いいかえれば着霜量Ｇｆによる室外熱交換ないというこ
とになる。

このような実験結果から、除霜効率を考慮した最適な着
霜量Ｇｆにする為の差温△ｔＥが求まり、差温△ｔＥを
着霜現象が生じる外気条件下で一定にして除霜運転を開
始することにすれば、除霜運転開始時に室外熱交換器に
付着している着霜量Ｇｆは外気条件に関係なく一定とな
る為に、除霜運転はタイムスイッチや室外熱交換器温度
の検出など簡単な手段で終了できる。

本発明の先行技術は特願昭５２−６３６８１号において
説明しているが、参考のため第３図に沿って詳細に説明
する。

暖房運転開始時に室外熱交換器温度が準定常になるには
少し時間（例えば５分）がかかるので、タイマを用いて
暖房運転開始後ａ分（例えば５分）以降における室外熱
交換器温度のピーク値ｔＥＯを検出して記憶するように
する。

そして、運転時間と共に室外熱交換器に霜層が形成され
て室外熱交換器温度ｔＥが低下していくのを検出しつづ
け、△ｔＥ””ｔＥＯｔＥが設定値ｂ℃（例えば３℃）
以上になれば、除霜運転を開始する。

除霜運転は室外熱交換器温度（この場合は凝縮温度）ｔ
Ｅが設定値ｃ℃（例えば１２℃）以上になれば終了し、
再び暖房運転を始める。

以上のような動作、すなわち、室外熱交換器温度ｔＥと
暖房運転初期の室外熱交換器温度ｔＥ。

との差温△ｔＥが設定値に達した後除霜運転を開始する
ので、除霜運転開始時に室外熱交換器に付着している着
霜量Ｇｆを着霜現象が生じる全ての外気条件下で一定に
できる。

したがって、従来の差温式のように、外気温度を検出す
るセンサが不用になるために、差温式では室外熱交換器
が送風ファンに対して外気流入側に設置された吸気方式
では外気温度を正確に検出する場所の選定が非常に困難
であったが、本発明シでは吸気方式にも適応できる。

また、タイマ一式では除霜開始の設定方法が外気条件と
着霜特性に適合していない為に、除霜運転開始時に室外
熱交換器に多量の霜が付着し、設定時間内では霜が融解
しきれないまま暖房運転をＪ再開したり、霜が付着して
いないのに除霜運転を開始したりしたが、本発明では一
温式でありながら、外気条件と着霜特性に適合した除霜
制御を行うのでタイマ式のような欠点がない。

なお、第３図では除霜終了の制御を室外熱交換Ｊ器温度
で行なったが、全ての外気条件下で着霜量一定にしてい
るので、除霜終了の制御はタイムスイッチだけでも良く
、また、室外熱交換器温度とタイムスイッチの併用でも
良い。

本発明は前記従来の欠点を除去するものである。

４そのための構成として本発明は、室外熱交換器温度検
出器と、暖房運転を開始してから予定時間経過以降の前
記室外熱交換器温度検出器の出力のピーク値を記憶する
記憶回路と、前記室外熱交換器温度検出器の出力と前記
記憶回路の出力とを比較し、その差が設定値に達した時
除霜開始信号を出力するコンパレータと、前記予定時間
内は前記記憶回路をリセットするシーケンサとを具備し
たものである。

以下、本発明の一実施例につき図面の第４図〜第６図に
沿って詳細に説明する。

第４図は第３図のフローチャートを実現するための本発
明の除霜制御装置の電気回路を示すものである。

１は商用電源、２は電源オンオフ用のメインスイッチ、
３は室内循環用ファンモータ、４は冷暖切換スイッチで
、４ａが冷房側接点、４ｂが暖房側接点である。

５は室内サーモで、室温が設定より高いとき接点５ａ、
低いとき接点５ｂを閉じる。

６は室外熱交換器用ファンモータ、７はコンプレッサモ
ータ、８は冷暖切換用四方弁である。

９は除霜制御回路であって、冷暖切換スイッチ４が暖房
側であるとき通電される。

９０１は室外熱交換器温度検出器９１のサーミスタであ
る。

９０２Ｂは除霜制御回路９の出力であって、リレーの常
閉接点であり、室内循環用ファンモータ３及び冷暖切換
用四方弁８が同時に制御される。

暖房時に、暖房運転が開始すると、リレーの常閉接点９
０２Ｂは閉じており、冷暖切換用四方弁８が開き冷媒回
路を暖房サイクルとすると共に、室内循環用ファンモー
タ３を運転する。

着霜量が増し、除霜運転にはいろうとすると、リレーの
常閉接点９０２Ｂが開き、冷暖切換用四方弁８が閉じ冷
媒回路が冷房サイクルとなるとともに室内循環用ファン
モータ３が停止し、除霜運転にはいる。

除霜が終了すると、再びリレーの常閉接点９０２Ｂが閉
じ暖房運転にはいる。

第５図は除霜制御回路９をブロック図で示したものであ
る。

室外熱交換器温度検出器９１の出力を記憶回路９２に入
力し、コンパレータ９３により、記憶回路９２出力と室
外熱交換器温度検出器９１の出力を比較し、この値が設
定値になれば、リレー９４を動作させる。

９５は除霜制御回路９のシーケンスを制御するシーケン
サであって、その出力は前記コンパレータ９３と前記記
憶回路９２をリセットする。

暖房運転を開始すると、コンパレータ９３出力はハイと
なり、リレー９４は動作せず、シーケンサ９４は動作を
開始し、その出力をハイとし、記憶回路９２とコンパレ
ータ９３をリセットする。

すなわち記憶回路９２の出カバローとなり、コンパレー
タ９３の出力はバイを維持する。

暖房運転開始後ａ分経過すると、シーケンサ９４はその
出力をローとし、記憶回路９２は室外熱交換器温度検出
器９１の出力をとりこみそのピーク値を記憶し、それを
出力する。

コンパレータ９３の出力は、記憶回路９２の出力と室外
熱交換器温度検出器９１の出力の差がｂ℃になると、ロ
ーとなり、この信号は除霜開始信号となり、リレー９４
が付勢され、除霜運転にはいる６サラニコンパレータ９
３の出力がコンパレータ９３に帰還され、記憶回路９２
の出力から温度Ｃ℃相尚入力に切換り室外熱交換器温度
検出器９１の出力が０℃以上になると、コンパレータ９
３の出力はバイとなる。

また除霜運転開始後ｄ分経過すると、シーケンサ９５は
その出力をバイとし記憶回路９２、コンパレータ９３を
リセットし、コンパレータ９３の出力はバイとなり、再
び暖房運転にはいる。

第６図は本発明の除霜制御装置の具体回路例である。

端子Ｌ１〜Ｌ２間に暖房時のみ商用電源が印加される。

これをトランス９０Ａにより通光に降下し、ダイオード
ブリッジ９０Ｂにて整流し、コンデンサ９０Ｃで平滑し
、以下説明する回路の直流電源とする。

温度検出器９１は以下で構成する。サーミスタ９０１に
て、熱交換器温度を検出し抵抗値に変換し、直列に接続
された抵抗９１Ｂ。

９１Ｃを用いて、電圧に変換する。

出力は抵抗９１Ｂ及び抵抗９１Ｃ両端の電圧を加えた電
圧９１ｖＡと抵抗９ＩＣ両端の電圧９１ｖＢである。

記憶回路９２は、増巾器９２Ａ、限流用抵抗９２Ｂ、ダ
イオード９２Ｄにより構成するピークホールド回路と、
これをリセットするダイオード９２Ｅ、トランジスタ９
２Ｆ、ベース抵抗９２Ｇより構成するリセット回路より
成る。

今トランジスタ９２Ｆがオフしていると、ピークホール
ド回路（記憶回路９２）の出力すなわちコンデンサ９２
Ｄ両端の電圧は９１ＶＢのピーク電圧に等しくなる。

トランジスタ９２Ｆをオンすると、コンデンサ９２Ｄは
トランジスタ９２Ｆによりショート・され、はぼゼロと
なり、リセットされることになる。

コンパレータ１３は、記憶回路９２の出力と、電圧９１
ｖＡを比較する第１コンパレータ部９３Ａと、９１ＶＡ
と除霜終了温度ｃ ′Ｃ相尚の電圧Ｖｃとを比較する第
２コンパレータ部９３Ｂと、第１、第２のコンパレータ
部の出力の論理積をとるアントゲ−）９３Ｃと、前記ア
ンドゲート９３Ｃ出力を反転するトランジスタ９３Ｌ及
びそのベース抵抗９３Ｄより成るインバータと、ｖｃを
得るための抵抗９３Ｅ、９３Ｆの直列接続と、第２コン
パレータ部９３Ｂにヒステリシスをつげるための抵抗９
３Ｊとダイオード９３にの直列液・続と、コンパレータ
９３をトランジスタ９２Ｆでリセットするためのダイオ
ード９３Ｇより成っている。

リレー９４は、リレーコイル９４Ｃとサージ吸収用ダイ
オード９４Ｄより成り、リレーコイル９４Ｃの接点は常
閉接点９０２Ｂである。

シーケンサ９５は、コンパレータ９３出力に応じて充放
電する抵抗９５Ｅとコンデンサ９５Ｆの直列接続、基準
電圧を与える抵抗９５Ｇと９５Ｈの直列接続、前記各々
の直列接続の出力を比較するコンパレータ部９５Ａ、前
記コンパレータ部９５Ａの出力に応じてヒステリシスを
コントロールする帰還用抵抗９５Ｉ、コンパレータ９３
の出力の正の微分信号をとりだしコンデンサ９５Ｆをリ
セットするトランジスタ９５Ｄ、抵抗９５Ｃ１コンデン
サ９５Ｂと抵抗９５Ｊよりなるリセット回路により構成
されてい−る。

そして第４図の冷暖切換スイッチ４の暖房側接点４ｂを
ＯＮにすると第６図のＬ１〜Ｌ２の商用電源が表れ、暖
房運転が開始する。

暖房運転開始時にシーケンサ９５のコンデンサ９５Ｆは
抵抗９５Ｊにより放電しているのでほぼゼロボルトであ
る。

そして電圧９１ｖＡは電圧９１ＶＢより高いので、第１
コンパレータ部９３Ａの出力はローで、アンドゲート９
３Ｃの出力もローで、トランジスタ９３Ｌはオフで、コ
ンパレータ９３出力はバイとなり、リレー９４はオフで
ある。

そしてシーケンサ９５の抵抗９５Ｅを介して、リレーコ
イル９４Ｃよりコンデンサ９５Ｆに光電が開始し、コン
デンサ９５Ｆの両端の電圧がコンパレータ９５Ａの正入
力電圧より高くなるまでの時間すなわち暖房開始後ａ分
経過以前は、第１コンパレータ部９５Ａ出力はバイとな
り、トランジスタ９２Ｆをオンし、記憶回路９２及びコ
ンパレータ９３をリセットしている。

ａ分経過すると、第１コンパレータ部９５Ａの出力はロ
ーとなり、トランジスタ９２Ｆはオフし、記憶回路９２
のリセット回路は動作を停止し、その時点での出力電圧
９１ＶＢＯを記憶する。

同時にコンパレータ９３Ｂの正入力にＶＣが印加される
。

その時以降のサーミスタ９０１の検出温度のピーク値は
ｔＥｏ ℃である。

記憶回路９２の出力電圧９１ＶＢｏ と電圧９１Ｖを比
較し、電圧９１ｖＡが低下し、９１ｖＢｏ十ｖｂが電圧
９１ＶＡより大きくなれば、第１コンパレータ部９３Ａ
の出力はバイとなる。

なおりｂはｂ ’ｃに相当する電圧である。

−万第２コンパレータ部９３Ｂの正入力は、トランジス
タ９２Ｆはオフだから、ＶＣが印加されていて暖房運転
中はＶｃは９１ＶＡより高いから、従がって第２コンパ
レータ部９３Ｂ出力はノ・イである。

従がってアントゲ−）９３Ｃ出力はノ・イとなり、トラ
ンジスタ９３Ｌはオンし、リレーコイル９４Ｃは付勢さ
れ、除霜運転にはいる。

アンドゲート９３Ｃの出力がノ・イとなると、コンデン
サ９２Ｄはアントゲ−）９３Ｃの出力すなわちほぼ電源
電圧まで充電され、これにより、電圧９１ｖＡの如何に
拘らず第］コンパレータ部９３Ａの出力はバイとなる。

−万第２コンパレータ９３Ｂの正入力は、ｃ ’ｃ相当
の電圧Ｖ。

が印加されている。

電圧９１ｖＡがＶｃ に達すると、第２コンパレータ部
９３Ｂ出力はローとなり、アンドゲート出力もローとな
り、トランジスタ９３Ｌはオフし、リレーコイル９４Ｃ
には電流が流れず、従カって暖房運転にはいる。

このトキ、コンパレータ９３の出力はローからバイに変
化し、この微分信号がシーケンサ９５のリセット回路に
入力され、トランジスタ９５Ｄは瞬間オンし、シーケン
サ９５をリセットする。

そのために、トランジスタ９２Ｆがオンし、記憶回路９
２、コンパレータ９３が共にリセットされる。

除霜運転を開始すると、コンパレータ９３出力。

はローとなり、コンデンサ９５Ｆ’は抵抗９５Ｅと９５
Ｊを通して放電を開始する。

このときの第１コンパレータ部９５Ａの正入力電圧は、
はぼ電源電圧を抵抗９５Ｇと、抵抗９５Ｈと９５Ｉの並
列接続で分割した電圧ＶＤＬ であって、コンデンサ４
９５Ｆが充電時の場合の電圧、すなわちほぼ電源電圧を
抵抗９５Ｇと９５１の並列接続と、抵抗９５Ｈで分割し
た電圧ＶＣＨより低い。

放電開始後、サーミスタ９０１の検出温度が０℃に達す
る前にｄ分経過すると、コンデンサ９５Ｆの電圧はＶＤ
Ｌ以下となり、第１コンパレータ部９５Ａの出力はバイ
となり、記憶回路９２、コンパレータ９３をリセットし
、コンパレータ９３の出力はノ・イとなり、リレー９４
はオフし、暖房運転にはいる。

またコンパレータ９３の出力がローから７・イに変化す
るので、この変化はシーケンサ９５のリセット回路をリ
セットしコンデンサ９５Ｆの両端の電圧はほぼゼロとな
り、この状態から再び充電を開始する。

すなわち除霜運転の終了は、熱交換器温度またはタイマ
のうち早い方で終了となり、再び暖房運転にはいる。

以上の説明では、室外熱交換器温度をピークホールド回
路（記憶回路９２）を用いて一時記憶したが、他の手段
例えば、サンプルホールド回路、Ａ／Ｄコンパレータ、
レジスタを用いて記憶してもよい。

また一時記憶した室外熱交換器温度と現在の熱交換器温
度との差をアナログコンパレータを用いて大小判別を行
なったが、前記レジスタ出力と前記Ａ／Ｄコンバータ出
力をディジタルコンパレータを用いて比較してもよい。

また全体のタイミングをコントロールするシーケンサと
して、コンデンサの充放電を利用したアナログタイマを
用いたが、発振器とカウンタの組合せや、電源周波数カ
ウント式のディジタルタイマを用いてもよい。

すなわち、本発明の実施例ではアナログ回路を用いた場
合を示したがディジタル式のものも当然前えられ、本発
明はそれをも包含するものである。

以上のように、本発明によれば、室外熱交換器温度ｔＥ
と暖房運転初期の室外熱交換器温度ｔＥｏと差温△ｔＥ
が設定値に達した後除霜運転を開始するので、除霜運転
開始時に室外熱交換器に付着している着霜量Ｇｆを着霜
現象が住じる全ての外気条件下で一定にできることや従
来の差温式のように、外気温度を検出するセンサは不用
になり、したがって室外熱交換器が送風ファンに対して
外気流入側に設置された吸気方式では外気温度を正確に
検出する場所の選定が非常に困難であったが、本発明で
は吸気方式にも適応できることやタイマ一式では除霧開
始の設定方法が外気条件と着霜特性に適合していない為
に、除霜運転開始時に室外熱交換器に多量の霜が付着し
、設定時間内では霜が融解しきれないまま暖房運転を再
開したり、霜が付着していないのに除霜運転を開始した
りしたが、本発明では一温式でありながら、外気条件と
着霜特性に適合した除霜制御を行なうのでタイマ式のよ
うな欠点がないなどの優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂはそれぞれヒートポンプ式冷暖房機の暖房
運転における室外交換器温度ｔｐと着霜量Ｇｆの特性図
、第２図は着霜現象が生じる全ての外気条件下における
室外熱交換器温度ｔＦ、と運転初期の室外熱交換器温度
ｔＥｏとの差温△ｔＥと着霜量Ｇｆとの関係特性図、第
３図は本発明の基本的な技術思想を示すブロック説明図
、第４図は本発明の一実施例における除霜制御装置の電
気回路図、第５図は第４図の除霜制御回路のブロック図
、第６図は同除霜制御回路の具体回路図である。 ９１・・・・−・室外熱交換器温度検出器、９２・・・
・・・記ｆｆ１回路、９３・・・・・・コンパレータ、
９４・・・・・−リレー、９５・・・・・・シーケンサ
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 室外熱交換器温度検出器と、暖房運転を開始してか
   ら予定時間経過以降の前記室外熱交換器温度検出器の出
   力のピーク値を記憶する記憶回路と、前記室外熱交換器
   温度検出器の出力と前記記憶回路の出力とを比較し、そ
   の差が設定値に達した時除霜開始信号を出力するコンパ
   レータと、前記予定時間内は前記記憶回路をリセットす
   るシーケンサとを具備した除霜制御装置。