JPS591936B2 - 暖房または冷凍冷房装置の除霜制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷凍または冷房装置、あるいはヒートポンプ形
冷暖房装置における除霜制御方法の改善に関する。

冷凍冷蔵庫やショーケースのような保冷装置およびヒー
トポンプ形冷暖房装置においては蒸発器または冷却器（
エバポレータ）に付着する霜の影響により冷却または暖
房効果が減少する欠点がある。

そのため従来はタイマーなどを用いて定時的に除霜を行
う方法、エバポレータの吸入側、吐出側の風量もしくは
風速、または両者の差を検出することによって除霜を行
う方法、またはエバポレータの吸入側と吐出側の温度差
によって除霜を行う方法などが用いられている。

しかしこれらの方法は直接着霜時または着霜の程度を検
出するものではなく間接的に検出するにとどまり、不必
要な除霜運転や過剰な除霜運転を行いエネルギー損失の
大きい除霜方法であるということができる。

本発明は上記の欠点を取除くだめに行ったもので、通常
エバポレータにて熱交換されて過熱蒸気となり圧縮機（
コンプレッサ）に吸入される冷媒がエバポレータの着霜
の進行に応じてエバポレータの熱交換が劣化するため過
熱が少くなり湿った蒸気となって吸入されるためコンプ
レッサ吐出冷媒温度も着霜進行度合にほぼ比例して低下
すること、およびその冷媒温度が低下することはコンプ
レッサ吐出口から凝縮器（コンデンサ）入口までの配管
の管温度も比例して低下することに注目し、運転開始時
よりの上記配管温度の最高値を記憶させておき、着霜に
よって配管温度が低下する過程であらかじめ定めである
割合１で低下した時点を検知し除霜を行なうようにした
ことが特徴で、エネルギー損失の少い除霜運転方法を提
供することを目的としている。

以下本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。

第１図はヒートポンプ形冷暖房兼用装置の一例の構成図
で１はコンプレッサ、Ｍはモータ、２ば４方弁で冷房サ
イクル運転が暖房サイクル運転かを決めるに用いる。

この例では実線矢印方向に流体（冷媒）が流れる場合を
暖房サイクル、破線矢印方向に流体が流れる場合を冷房
サイクルとする。

９は配管、３は温度検出素子で、暖房サイクルにおける
コンデンサ入口側の配管温度を検出する、これにはサー
ミスタや白金線の熱電対が用いられる。

４は暖房サイクルにおけるコンデンサまたは冷房サイク
ルにおけるエバポレータ、５は送風ファンとモータ、６
は毛細管（キャピラリチューブまたは膨張弁、７は暖房
サイクルにおけるエバポレータ育たば冷房サイクルにお
けるコンデンサ、８は送風ファンおよびモータである。

なお配管９はコンプレッサの４方弁、コンデンサ、膨張
弁、エバポレータ等を結ぶ冷媒配管である。

次に第１図の装置は熱媒体に気体を用いる空気式とし、
その暖房サイクル運転における除霜方法の一抄ｌを説明
する。

第１図においてコンプレッサ１、ファン５および８が駆
動されて暖房運転が開始されるとコンプレッサ１から吐
出される高温高圧の冷媒ば４方弁２を介して配管９に導
かれコンデンサ４で冷却され凝縮（液化）される。

この液化された高圧冷媒はキャピラリ管にて断熱膨張し
低温低圧の湿り蒸気となるがエバポレータ７を通過する
ことによって熱量が除去され冷媒は過熱されて４方弁２
を通りコンプレッサ１で断熱圧縮され再び高温高圧の媒
体として吐出される。

このサイクルにおいてコンデンサ４にて除去される熱量
が暖房熱源となり、また冷房装置として用いるときはエ
バポレータ７にて除去される熱量が冷房熱源として利用
されるが、このような運転が続けられるとエバポレータ
の着霜が進行する。

エバポレータは着霜によって熱交換が減少するため冷凍
冷房効果が劣化することになり、冷媒はエバポレータで
十分に過熱されずコンプレッサ１に吸入される冷媒は湿
り蒸気を多く含んだものとなる。

このだめコンプレッサ１の吐出冷媒温度も低下し暖房効
果は劣化する。

ところで着霜によってコンプレッサ１の吐出冷媒の温度
が低下すれば、コンプレッサ１の吐出口からコンデンサ
４の入口部までの配管の温度もそれに比例して低下し、
この低下度は着霜量にほぼ正比例する。

従って運転初期から徐々に上昇し一定の最高温度を保持
し続けた配管の温度はエバポレータ７の着霜の進行に対
応して低下するので、その最高温度を記憶させておきそ
れがら着霜に相応したあらかじめ定めである割合（ハ）
の温度まで低下した時点で除霜を開始させれば効果的な
除霜を行うことができる。

さらに着霜量すなわち配管温度が定めである除霜開始温
度までは低下せず割合長時間−に亘って暖房運転等が続
けられた場合には、運転時間を積算しあらかじめ定めた
時間を経過すれば自動的に除霜を開始させて不都合を除
くことができる。

ただしこの場合には常記の除霜開始の配管温度とは異る
割合の温度をあらかじめ定めておくようにしてきめ細か
い除霜制御を行うことができる。

さらに精密な制御では前記積算時間に対してあらかじめ
定めておく時間を複数とし、配管温度の最高記憶温度（
以下メモリ温度という）に対する除霜開始温度の割合値
も複数としてこれらを効果的に組合わせきめ細かい除霜
を行う。

捷だ運転停止時間を積算してあらかじめ定めである時間
を経過したとき配管温度のメモリ値をクリアすることに
よって、変化する運転条件に応じた最高温度値をメモリ
することができ、誤差の少い除霜開始時点の検出を行う
ことができる。

本発明装置では上記のいずれかの手段のうち適宜のもの
を用いて除霜を開始させればよいが、次に除霜の方法と
その終了検知方法について説明する。

第１図の装置は除霜にホットガス方式、すなわち４方弁
２によって暖房サイクルから冷房サイクルに切換えて除
霜を行う方法を用いるものとすれば、冷房サイクルでは
コンデンサ４はエバポレータとして作用し、エバポレー
タ７はコンデンサとして作用するので、温度検出素子３
はコンデンサにて過熱され、除霜に伴って徐々に低下す
る冷媒温度を配管９を介して検出する。

この検出過程で最低温度を検知した時点は、コンデンサ
として使用するエバポレータ７においても十分高温高圧
の冷媒を通過させているという相互関係にあるから除霜
は完了したものとして除霜を終了させてもよい時点であ
る。

ただし最低温度の検知はあらかじめ定めた時間毎に配管
温度を検出して温度変化の大小を判定し変化が減少しま
たは全くなくなったことで最低温度を検知するか、また
はあらがじめ定めた時間毎に配管温度を検出するとき同
じ温度をあらかじめ定めた回数だけ検出すればそれを最
低温度と認定することによって行う。

まだ除霜終了は上記のように配管９の最低温度検知時点
ではなく、あらかじめ定めだ温度を検出した時点とする
か、またはこれらに時間の要素を付加して除霜終了点を
検知するようにしてもよい。

以上は第１図の装置の除霜を暖房サイクルの場合につい
て説明したが、これは冷凍冷房サイクルの場合も同様で
ある。

また除霜の方法はホットガス方式のほか電熱によるもの
、運転休止による自然除霜を利用するものも利用できる
ことはいうまでもない。

次に除霜制御について説明する。

第２図は本発明を実施するだめの除霜制御装置の回路構
成例ブロック図、第３図および第４図は第２図の装置の
動作のフローチャートおよびタイムチャートをそれぞれ
示すものである。

まず第２図において１０は時間パルス発生回路で、内蔵
する発振器や電源からその周期に合わせてクロックパル
スあるいは同期パルスを発生する。

１１は操作設定部で暖房や冷凍冷房の運転モードおよび
運転や停止などの操作内容を設定するだめの押ボタンや
スイッチ等を含む回路で構成しである。

３は温度検出素子（センサ）、１２は電圧増幅変換回路
、１３は比較回路、１４はディジタル・アナログ変換器
（Ｄ／Ａコンバータ）、従って３，１２〜１４Ｉ／′ｉ
全体で温度−ディジタル信号変換器（Ｔ／Ｄコンバータ
）１５を形成している。

１６は中央制御処理部（ＣＰＵ）、１９は外部のコンプ
レッサ、ファンモータ、４方弁等の制御を行う外部装置
制御部、１７．１８はそれぞれ出力Ｂ出力Ａと呼ぶこと
にする。

また２０は安定な直流電源を供給する電源部である。

なお温度センサ３はコンプレッサの吐出口からコンデン
サ入口までの任意の個所の管内流体温度を近似的に検出
するため配管に装着するサーミスタ、白金線熱電対等で
構成しである。

さて第２図において時間発生回路１０よりの同期パルス
と操作設定回路１１よりのデータばＣＰＵ１６に入力さ
れ、他方温度検出素子３にて検出された温度をＴ／Ｄ変
換するため、ＣＰＵ１６にて生成された適切なコード出
力１７ばＤ／Ａコンバータ１４によってアナログ信号に
変換されて比較回路（コンパレータ）１３の一方に入カ
スる。

比較回路１３の他の入力は温度センサ３にて検出された
微小信号才たは微小電圧変化を電圧増幅変換回路１２で
温度−電圧変換を行い適切なアナログ信号としたもので
ある。

比較回路１３Ｉｄこれら２つの入力を比較してその結果
を適切なディジタル信号としてＣＰＵ１６に出力するが
、ここで温度検出素子３において検出した温度に対応す
るディジタルデータとなるまでこれらのサイクルは繰返
され完了する。

なお上記はいわゆる追従形の変換を行う場合であるが、
いわゆる積分形その他の方法によっても同じ効果を得る
ことができる。

ＣＰＵ１６には以上のように３種類のデータが入力され
るが、ここまでは第３図に示す除霜制御装置のフローチ
ャートのスタートから４１での流れに相当し、次にＣＰ
Ｕ１６はその入力データに従って第３図の４Ａ以降のシ
ーケンスを続行する。

第３図について説明する前にＣＰＵ１６の動作を説明す
る。

なお第４図ばＣＰＵ１６の動作説明図である。

ＣＰＵ １６はそのＢ出力１７によりＴ／Ｄコンバータ
１５よりの第３の入力をあらかじめ定めたタイミングで
入力させその入力信号の内容に従って暖房寸たは冷凍冷
房（以下暖、冷房という）運転中は運転時間を積算しか
つ配管温度の最高値Ｔ’ｍａｘを内部メモリに記憶させ
、エバポレータの着霜に起因して配管温度があらかじめ
定めである温度または上記メモリ温度に対しあらかじめ
定めである割合あるいは温度差の温度ＴＡに低下したこ
と、またはその温度ＴＡがあらかじめ定めた時間継続し
たこと、または同期パルスの到来毎にあらかじめ定めで
ある回数起ったことを検知判定した場合には、除霜を開
始させるＡ出力１８を出力させると共にメモリの温度内
容および運転時間の積算内容をクリアさせる第１の機能
と、暖、冷房運転の初期においてはあらかじめ定められ
た時間ｔｍ内は上記除霜機能を実行させない（マスクす
る）第２の機能と、上記ｔｍ時間経過後配管温度がＴＡ
以下であっても配管温度Ｔが上昇中ば第１の機能をマス
クする第３の機能と、暖、冷房の運転時間を積算する過
程であらかじめ定めた時間経過したこと、およびその時
間中に第１の機能による除霜が行われなかったことを判
定し強制的に除霜を行わせるＡ出力を発生させる第４の
機能と、暖、冷房を停止している時間を積算しかつあら
かじめ定められた時間ｔ８に達したことを判定しメモリ
の温度内容をクリアする第５の機能と、前記運転時間ま
たは停止時間をそれぞれ積算開始する前にメモリ内の積
算時間内容をり“リアした後に第４、第５の両機能を行
わせる第６の機能と、除霜開始後は配管温度があらかじ
め定めた温度まで低下したことまたは除霜運転中検出せ
る最低温度をメモリに記憶させた後検知温度がこれより
高くなるが等しい温度になったこと、またけその温度が
あらかじめ定めた時間または回数続いたことを判定した
場合に除霜を終了させると共にあらかしめ設定しである
元の運転状態に復帰させる第７の機能と、暖、冷房や除
霜の運転や停止を行うためＣＰＵの出力Ａ１８に配接さ
れる外部装置制御部１９にコンプレッサ、２つのファン
モータ、４方弁等の外部出力装置の制御をあらかじめ定
めた組合わせ堂順序で行わせる出力を与える第８の機能
をもつようにいわゆるマイクロコンピュータやＬＳＩで
構成し、上記の機能を第３図の例のようにあらかじめ定
めた順に制御、処理を行うことが特徴である。

なお第４図ａは配管温度がＴＡに降下したため除霜が行
われた場合の一例のタイムチャートで第１〜第３の機能
が含まれ、ＴＢは除霜中における最低温度値またはあら
かじめ定めた温度値である。

第４図すは運転中の温度がＴＡｌで降下することはなか
ったが運転時間が規定時間に達したので強制的に除霜を
行い、運転停止後規定時間ｔ８経過すればメモリ内の最
高温度値をクリアする場合の一例のタイムチャートで第
４、第５の機能が含寸れている。

ここで再び第３図の説明に戻る。

第３図は除霜動作のフローチャートで＃トは時間発生回
路よりの入力４Ｆ２は操作設定回路よりの入力、＋３は
出力Ｂへの出力、＋４はＴ／Ｄコンバータ１５への入力
、≠４ＡはＴ／Ｄ変換は完了か、４＝５は運転か、＋６
は除霜か、＋７は運転モード出力を出力Ａに出力、＋８
は停止時間の積算内容クリア、＋９は運転時間を積算、
＝＃１０は運転初期マスク時間−を経過したか、＋１１
は現在の検知温度は前回値より低いかまたは等しいか、
≠１２は現在の検知温度はメモリされている最高値に対
し決められた割合の温度値よシ低いかまたは等しいか、
＋１３は除霜開始処理出力、＋１４は現在の現検知温度
があらかじめ定めた温度に低下したか、または除霜巾検
出し記憶させである最低温度に現検知温度が等しいか、
またはより高いか、＋１５は除霜終了処理出力、≠１６
は運転時間の積算値は強制除霜を行うように決めである
時間を経過したか、≠１７は運転時間の積算内容をクリ
ア、＋１８は停止時間を積算、≠１９は停止時間の積算
内容が最高温度のメモリ値をクリアするように決めであ
る時間を経過したか、４’２０はメモリ値をクリアする
。

このように作業の内容が分析されることは前に示した各
機能から明らかである。

以上は本発明の一実施例についての説明であるが、本発
明はこの例に限定されることなく、たとえばコンプレッ
サが複数の台数または気筒をもちコンプレッサ容量を制
御できる場合でもそれらの容量使用状態における最高温
度を記憶させてこれに関係づけることによって上記の例
と同様の効果が得られる。

また上記の例はいわゆる空気式の場合であったが、水冷
式の場合でも同等の効果を得ることが可能であり、運転
初期において配管温度の検知から送風ファンの強制マス
ク（すなわち停止させること）を行いいわゆるドラフト
（いやな風）防止機能を附加させることも可能であるば
かりか、温度制御のだめの他の要素を新しく追加しても
同等の効果が得られる。

以上詳細に説明したように本発明においては除霜開始時
期の検出にはコンデンサにて熱交換される以前のコンプ
レッサよシ吐出される高温の冷媒温度またはこれに代る
配管温度の最高値をメモリに記憶させておき、エバポレ
ータの着霜に起因してたとえば上記配管温度が最高値に
対して定めである割合の温度または定めである温度差の
温度に低下した時期を検知することによって除霜を開始
させるようにしであるので、着霜量に直接比例した適正
な除霜運転を行うことが可能であるばかりでなく、逆サ
イクルにより除霜を行う場合には前のコンデンサがエバ
ポレータとして熱交換された後の配管温度が定めである
温度に等しいかまたは最低値と認めた時期で除霜を終了
するため、不必要な除霜または過剰な除霜を行うことは
なくなって現状に追従した除霜を行うためエネルギー損
失の極めて少ない除霜を行うことができることが特長で
ある。

寸だ配管温度の検知はドラフト防止機能を附加するにも
利用される。

このようにあらかじめ選定した個所（配管）に装着した
１個の温度検出素子によって多くの機能を果すことがで
き経済的できわめて有効な除霜が行われるなど本発明の
効果は明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図はヒートポンプ形冷暖房兼用装置の一例の構成図
、第２図は本発明を実施するだめの除霜制御装置の回路
構成例ブロック図、第３図は第２図の装置の流れ図、第
４図は第２図中の中央制御処理部（ＣＰＵ）の制御動作
の説明図である。 １・・・コンプレッサ（圧縮機）、２・・・四方弁、３
・・・温度検出賽子、４・・・コンデンサ（凝縮器）、
５゜８・・・送風ファン（モータＭ付）、６・・・膨張
弁、７・・・エバポレータ（蒸発器）、９・・・配管、
１０・・・時間パルス発生回路、１１・・・操作設定部
、１２・・・電圧増幅変換回路、１３・・・比較回路、
１４・・・ゲイジクルーアナログ変換器（Ｄ／Ａコンバ
ータ、１５・・・温度−ディジタル信号変換器（Ｔ／Ａ
コンバータ）、１６・・・中央制御処理部（ＣＰＵ）、
１７゜１８・・・出力Ｂ、出力Ａ、１９・・・外部装置
制御部、２０・・・安定直流電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 暖房まだは冷凍冷房を行う装置の圧縮機（コンプレ
   ッサ）の吐出口より凝縮器（コンデンサ）の入口までの
   配管の任意の個所にて配管中の流体温度または配管の温
   度を検知して暖房または冷凍冷房運転中検知せる最高温
   度を記憶器に記憶させ上記装置運転中に装置の蒸発器（
   エバポレータ）への着霜にもとづく上記検知温度が上記
   記憶された最高温度に対してあらかじめ定めだ割合ある
   いは一定差の温度に低下したときに蒸発器の除霜を開始
   させかつ上記記憶された温度値をクリアし、除霜の進行
   に伴い低下する上記検知温度があらかじめ定めた温度、
   捷たけ最低温度に低下したことを検知した時点で除霜を
   終了させると共に、暖りたは冷凍冷房のあらかじめ設定
   しである運転モードに復帰させることを特徴とする暖房
   または冷凍冷房装置の除霜制御方法。