JPS5930335Y2 - 除霜制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案はヒートポンプ式空気調和機あるいは、除湿機な
どの冷凍サイクルを用いた機器の除霜制御装置に関する
ものである。

従来例の構成とその問題点 従来より冷凍サイクルを用いた各種機器には、除霜制御
装置が使用されているが、その除霜制御装置は、熱交換
器の温度を検出するサーモスタットとタイマとの組み合
わせによる構成であり、そのサーモスタットには液体膨
張式の感熱部を有するものを使用し、タイマとしては同
期電動機によるモータカム式タイマを使用していた。

この種の除霜制御装置は機器の運転スイッチを投入した
時点から圧縮機と同時に・駆動され、暖房、又は、除湿
等を始めるが、電動タイマのカム部には一部凹部が設け
てありこの凹部時間（約１０分）のみサーモスタットが
働き、所定の検出温度に達しておれば除霜出力が発生し
熱交換器の霜取りを行なうものであるが、着霜検知タイ
ミングと除霜検知タイミングは、電動タイマのカム部の
凹部時間のみに除霜機会があり、この機会を逃せば、電
動タイマのカムが１回転するための所定時間（約１時間
）待たなければならない問題があった。

又、電源投入時の電動タイマのカム位置が任意位置にあ
り、時によっては、着霜状態、非着霜状態を問わず、熱
交換器の温度によっては除霜動作に移行してしまう誤動
作の問題もあり、さらｆこタイマを構成する同期電動機
が機器運転中、連続して回転するために軸受部等の寿命
が懸念され、この部分の保守を要するなどの問題もあっ
た。

考案の目的 本考案は前記従来の欠点を除去するもので、冷媒蒸発作
用をする熱交換器への着霜状態を自動的に、かつ高精度
に検出してその除霜を行い、機器の運転効率を高める除
霜制御装置を得ることを目的とする。

考案の構成 そのための構成として、本考案は、圧縮機、冷媒凝縮作
用をする熱交換器、減圧部、冷媒蒸発作用をする熱交換
器等より冷凍冷媒回路を形威し、前記冷媒蒸発作用をす
る熱交換器に付着した霜を溶解させる加熱手段と、バイ
ナリカウンタで構成するクロックパルスカウンタ部とク
ロックパルス発振器部と、前記熱交換器の着霜を検出し
て前記加熱手段を駆動するサーモスタット部と、前記サ
ーモスタット部の除霜終了出力および運転スイッチの投
入によって前記クロックパルスカウンタ部をリセットす
るゼロ時間リセット部と、前記クロックパルスカウンタ
部の所定カウント出力で前記サーモスタット部のサーミ
スタに通電し、かつ前記クロックパルス発振器部の発振
を停止する第１の制御部と、前記サーモスタット部の除
霜開始出力信号で前記クロックパルス発振器部の発振停
止を解除する第２の制御部と、クロックパルスカウンタ
部のタイムアツプ出力、もしくはサーモスタット部の除
霜完了出力のいずれかで除霜完了状態とする第３の制御
部を構成したものである。

実施例の説明 以下に本考案の一実施例について図面を参考に説明する
。

第１図はヒートポンプ式空気調和機への応用例で、セパ
レート形を示している。

この第１図において、１は室外ユニット、２は室内ユニ
ットで、空気調和しようとする部屋３内に置かれている
。

４は圧縮機１．５は冷暖切替用の四方弁、６は室外熱交
換器、７は熱交換用のモータで、室外ファン７′を有し
ている。

８はファンγによる空気流、９はキャピラリチューブ、
１０は室内熱交換器、１１はモータで、室内ファン１１
′を有している。

１２は熱交換器された調和空気流であり、これらでシス
テムを構成する。

第２図は、除霜制御装置の一実施例を示す電気回路であ
る。

ヒートポンプによる暖房運転の場合運転スイッチ１４を
投入すると、第１図の圧縮機４、ファンモータ１が動き
、所定の暖房運転に入ると同時に、第２図の制御回路に
制御電圧が与えられる。

これにより、第３図【こ示す運転シーケンスを与えるも
のである。

第３図のシーケンスが本考案のポイントであり、まず、
第３図の概要を説明する。

機器の運転と同時に、室外ユニット１の蒸発器６の温度
は、第３図の時刻ｔ１からＺ線のように一時低下し、着
霜温度Ｘ℃より下回る。

しかし、時刻ｔ２までは起動ロック時間Ｔ１の間、サー
モスタットを強制不動作としているため除霜動作に入ら
ない。

その後、過度変化がすぎ蒸発器として作用する室外熱交
換器６の温度は図示のととく着霜温度Ｘ′Ｃを上回って
安定する。

この期間では、時間が短かいため、実質的に、蒸発器へ
の着霜は発生しない。

そして起動ロックの時間ｔ１が経過すると、サーモスタ
ットに給電され、温度検出を始める。

この状態で運転を継続していると、徐々に室外熱交換器
６に着霜が発生し、霜の族長と共に室外熱交換器６の温
度は図示の如く徐々ｔこ低下し、時刻ｔ３で、再び着霜
検出温度Ｘ℃に到達し、この時点でサーモスタットが動
作し、第１図の四方弁５を逆転して、圧縮機４のホット
ガスを室外熱交換器６に流し、除霜動作に入る。

この間に室外熱交換器６の温度は上昇し・、第３図の時
刻ｔ４で除霜完了温度Ｙ℃に達し、この温度をサーモス
タットが検出して、四方弁５を正常サイクルに戻して暖
房運転に入る。

また、前記サーモスタットの除霜完了出力で、前述の起
動ロック時間Ｔ、をリセットし、全てゼロ時間に戻し、
再び前述の動作を繰返すものである。

ここで、霜取り完了の検出は、室外熱交換器６の温度が
Ｙ℃に達した時を基本とするが、室外ユニット２に強風
が吹きつけるようなことがあると、第３図に示す波形Ｚ
１のように、Ｙ’Ｃに到達しないで飽和してしまうこと
があるので、これらの条件を考慮して、強制解除の時間
Ｔ２以上は霜取りしないようにしている。

簡単に言えば、サーモスタットの除霜完了出力と強制解
除の時間Ｔ２の出力とのオア信号で除霜完了状態とする
ものである。

また、霜取り開始は、一定時間、サーモスタットを不動
作にセットし、前記時間Ｔ１の経過後に、サーモスタッ
トを動作して着霜を常時検出するものである。

第２図は、前述の運転除霜シーケンスを達成するための
回路構成図である。

この第２図において１３は電源、１４は運転スイッチ、
１５は制御回路の保護用サージ吸収素子、１６は制御電
源トランス、１Ｔは全波整流ダイオード、１８は電源平
滑コンデンサ、１９は抵抗、２０は定電圧ダイオード、
２１はコンデンサであり、これらにより平滑し、かつノ
イズ吸収で安定化された第１電源が得られる。

なお、抵抗２２と定電圧ダイオード２３で第２電源を得
ている。

この第１電源と第２電源とで電源部Ａを構成している。

Ｂはクロックパルスカウント部で、抵抗２４゜２５．２
６，３０，３１，３２、トランジスタ２８．３３、ダイ
オード３４、ダイオード群２９で構成されるナントゲー
トとバイナリカウンタ３５、雑音防止用コンデンサ２７
．３９とで構成されている。

Ｃは単位クロックパルスを発生するクロックパルス発振
器部で、抵抗３７，３８，３９，４１゜４４、コンデン
サ４２、ダイオード４３、プログラマブルユニジャンク
ショントランジスタ（以下ＰＵＴという）４０で構成さ
れている。

Ｄは前記クロックパルスカウント部Ｂのバイナリカウン
タ３５のゼロ時間リセット部で、ダイオード４５，４８
，５０、抵抗４６．４９及びコンデンサ４７より成る微
分回路で構成されている。

Ｅは蒸発器の着霜時の温度を検出するサーモスタット部
で、負特性サーミスタ６７が室外側熱交換器６の近傍に
取付けられている。

抵抗５７．５Ｂ。５９．６０，６４，６６と差動トラン
ジスタ６２゜６３、コンデンサ６５で負特性のサーミス
タ６７による温度検出ブリッジを構成している。

サーモスタット部Ｅは温度が低くなると、差動トランジ
スタ６２が導通から非導通方向に向いトランジスタ５５
がオフすること番こより、抵抗５２，５３゜５４でトラ
ンジスタ５１が正バイアスされ、リレー６８が励磁駆動
され、その接片７０が接点７０ａから接点７０ｂ＆こ切
替わる。

サーミスタ６７の温度が上昇すれば、前記と逆の動作を
行なうものである。

次に、第２図による一連の動作を説明する。

まず、運転スイッチ１４を投入すると、圧縮機４が駆動
し、第１図で説明した動作で暖房サイクル動作を始める
。

同時に除霜制御回路のトランス１６にも電圧が引加され
、全波整流され、かつ平滑され、電源部Ａの定電圧ダイ
オード２０ 、２３の両端に安定化された電圧が表われ
、この電圧が制御電圧となる。

また運転スイッチ１４の投入直後のコンデンサ１８の電
圧をリレーコイル６８゜ダイオード４８、抵抗４９、コ
ンデンサ４７、抵抗４６を通る微分回路に導き、抵抗４
６の微分パルス電圧を、バイナリカウンタ３５のリセッ
ト端子３５ｄに印加し、バイナリカウンタ３５をゼロ位
置にセットする。

従って、運転スイッチ１４を投入した直後は、前記動作
によりバイナリカウンタ３５はゼロ計数であり、抵抗２
４．２５および抵抗３０の接続端子電圧は、ダイオード
群２９により、回路の負側に接地され、トランジスタ２
８゜３３はオフである。

このトランジスタ２８のオフにより、サーモスタット部
Ｅのサーミスタ６７と抵抗６６の接続点電圧は正側にあ
るため、トランジスタ６３はオフである。

そのためトランジスタ６２がオン、トランジスタ５５も
オンにより、抵抗５２を通る電流は前記トランジスタ５
５によって負側に接地されトランジスタ５１はオフとな
りリレーコイル６８にも電流が流れず、サーモスタット
部Ｅはトランジスタ２８により、強制的に不動作（オフ
）にロックされている。

一方クロックパルス発振器部Ｃでは、定電圧ダイオード
２３の制御電圧から、抵抗３９，４１を通りコンデンサ
４２に充電され、コンデンサ４２の端子電圧は徐々に上
昇する。

抵抗３７と抵抗３８の交点電圧と前記コンデンサ４２の
充電電圧をＰＵＴ４０で比較し、抵抗３７と抵抗３８の
交点電圧に比較してコンデンサ４２の充電電圧が高くな
れば、前記ＰＵＴ４０がスイッチング動作をし、コンデ
ンサ４２の電荷は、抵抗４１を介して放電され、抵抗３
７と抵抗３８の交点電圧は負側に接地、すなわちゼロ電
圧となる。

そしてコンデンサ４２が放電を終了するとＰＵＴ４０が
オフする。

この動作により、抵抗３７と抵抗３８の交点電圧が、前
記抵抗で制御電圧を分割する電圧に復帰する。

バイナリカウンタ３５のクロック入力端子３５ｅは前記
抵抗３７．３８の交点に接続されるため、ＰＵＴ４０の
スイッチング動作による矩形パルス電圧を１パルス計数
する。

前記クロックパルス発振器部Ｃは前記の動作を繰返す。

これが時間△ｔ１である。第４図は４ビツトのバイナリ
カウンタを用いたタイミングチャートであるが、クロッ
クパルスの入力に対し、バイナリカウンタ３５のナント
ゲート３ｓａ、３５ｂ、３５ｃの電圧はバイナリカウン
タ３５の計数に応じて高「Ｈ」、低ｒＬＪの電圧変化を
示す。

ここで第１制御部の動作を説明する。

クロ゛ンクパルス１４個の入力が入ると、すなわち時間
Ｔ、＝１４Ｘ△ｔ、が経過すると、抵抗２４と抵抗２５
および抵抗３０の交点電圧は、ダイオード群２９により
高電圧となり、トランジスタ２８．３３はオンする。

そのため、抵抗３９を通ってコンデンサ４２への充電電
流は、ダイオード４３、トランジスタ３３を介してバイ
パスされ、コンデンサ４２への充電を阻止するので、ク
ロックパルス発振器部Ｃの発振を停止し、バイナリカウ
ンタ３５への入力パルスが停止するためにバイナリカウ
ンタ３５は計数を中断し、ダイオード群２９の出力を高
電圧状態にロック（自己保持）する。

すなわち、第３ののシーケンス表のＴ１時間でタイマ機
能は停止するのである。

同時にトランジスタ２８がオンしているために、サーモ
スタット部Ｅのサーミスタ６７を含むブリッジの一辺に
抵抗６６が入り、室外熱交換器６近傍の温度を検出し始
める。

次に第２制御部の動作を説明する。室外熱交換器６の表
面に着霜し、温度が低下してくるとサーミスタ６７の抵
抗値が増加し、ついに設定された検知温度Ｘ℃に達する
と、サーモスタット部Ｅのブリッジ比が反転することに
より、差動トランジスタ６３がオンし、トランジスタ６
２がオフする。

従って、トランジスタ５５もオフし、トランジスタ５１
は、抵抗５２，５３，５４で正バイアスされ、オンする
。

そのためリレーコイル６８が励磁され、接点７０が接点
７０ａから接点７０ｂに切替って、ファンモータ７を停
止し、四方弁５が動作して第１図の圧縮機４のホットガ
スを室外熱交換器に流し除霜を開始する。

またトランジスタ５１のオンにより、ゼロ時間リセット
部りの微分コンデンサ４１の残留電圧が抵抗４６，４９
を介して放電し、次のリセット動作に備えると同時にト
ランジスタ５１のオンによりダイオード３４を介して抵
抗３０，３１の交点が負側に接地されトランジスタ３３
はオンからオフになり、クロックパルス発振器部Ｃのコ
ンデンサ４２の充電阻止が解除され再び充電が始まる。

次に第３制御部の動作を説明する。

バイナリカウンタ３５の計数は、前時間Ｔ、の終了すな
わち１４個のクロック計数から継続されて時間Ｔ２の動
作が開始される。

りＤ ’７ ／７ パルス発振器部Ｃのクロックパルス
△ｔ１は、コンデンサ４２の充電回路に抵抗４４が接続
されるから、抵抗３９を介して流れる充電電流が、抵抗
４４に一部バイパスされるため、クロックパルス△ｔ２
となり、４ビツトカウンタであれば、残り２個の計数と
なり、Ｔ２：２×△ｔ２となる。

第３図のシーケンス図ではｔ３７．ｔ７．ｔｌｏが作動
開始点である。

一方除霜動作に入った蒸発器６の温度は、第３図の如く
上昇し、除霜終了温度Ｙ ’ＣＪこ漸近している。

除霜完了は、サーモスタット部Ｅの除霜完了出力又は強
制解除時間Ｔ２のタイムアツプ出力のいずれかの信号で
復帰するものである。

第３図のシーケンス図で示す時刻ｔ３で除霜域に入った
場合、時刻ｔ４でサーモスタット部Ｅの除霜完了出力で
復帰している。

時刻ｔ４で復帰した時、強制解除の時間Ｔ２は途中で中
断されるが、トランジスタ５１がオンからオフに移行し
、リレーコイル６８の励磁がなくなり接片７８が接点７
０ｂから接点７０ａに復帰し正常の暖房サイクルに戻る
。

すなわち前記トランジスタ５１がオンからオフになった
時点で、ゼロ時間リセット部りのコンデンサ４７、抵抗
４６，４９で、バイナリカウンタ３５のリセット端子３
５ｄに微分パルス電圧が印加され、前記バイナリカウン
タは、ゼロ位置に計数され、ナントゲートのダイオード
群の出力は再び低電圧になり、トランジスタ２８ 、３
３はオフになり、初期の状態にセットされる。

次にｔ７時刻で除霜に入った場合で、室外熱交換器６の
温度が、風等により十分に上昇しなかった時、強制解除
の時間Ｔ２で除霜完了となる。

この場合、第４図のタイミングチャートで説明すると、
４ビツトのバイナリカウンタでは、１６個のパルス計数
で再度低電圧になる。

この場合、ｔ２時間を設定するクロックパルスの計数に
より、ダイオード群２９の出力が全て低電圧にな・す、
トランジスタ２８．３３が自動的にオフとなり、前記ト
ランジスタ２８のオフ（こより、サーモスタット部Ｅの
サーミスタ６７と抵抗６６のブリッジ辺の交点電圧が正
側にバイパスされ、差動トランジスタ６３がオフ、トラ
ンジスタ６２がオンすることによりトランジスタ５５が
オンし、トランジスタ５１がオフして正常暖房サイクル
に復帰する。

同時に前記ゼロ時間リセット部りが作動し、さらにリセ
ットをかけバイナリカウンタ３５の計数をゼ用こする。

以上のように蒸発器の温度検知とタイマとのタイミング
によって空調機器の霜取りを自動的に繰返すのである。

バイナリカウンタ３５として４ビツト形で説明したが多
段ビット形についても同様の構成ができる。

考案の効果 以上の実施例の説明から明らかなように本考案によれば
、正常冷凍サイクル中に動作する起動ロック時間Ｔ１で
、サーモスタットを強制不動作にし、起動ロック時間Ｔ
１の設定時間後に、クロックパルス入力を停止させてこ
のクロックパルス積算状態を自己保持して待機する第１
制御部がサーモスタットの着霜検知を連続して行なうた
め、着霜を高精度に、かつ、誤動作なく検出できる。

さらにサーモスタットが着霜を検知すると、加熱手段が
作動して除霜動作に入り、同時に、起動ロック時間Ｔ、
のクロックパルス積算状態の自己保持を解除し、継続し
てクロックパルスを計数する強制解除時間Ｔ２動作を開
始する第２制御部によって除霜動作は、この強制解除時
間Ｔ２の期間中、確実に行なえると共に、除霜完了は、
通常はサーモスタットの除霜終了検知信号が優先するが
、風等によって、サーモスタットの温度検知が困難な場
合は、強制解除時間Ｔ２の動作で自動復帰する第３制御
部によって、誤動作なく、確実に除霜完了動作が行なえ
機器の運転効率を高めることができる。

また、運転スイッチの投入時とサーモスタットや強制解
除時間Ｔ２のタイムアツプ出力等の除霜完了出力でタイ
マのリセットを行なうため、従来ではできなかったゼロ
時間リセットが行え、時間精度が高まり空調機器等の冷
凍装置の正確な運転シーケンスが得られ、運転効率が向
上できる。

さらに本考案に係る運転シーケンスを用いて、各種機器
に応じて、起動ロック時間Ｔ１および強制解除時間Ｔ２
の動作時間や、温度検出方式等を適宜、最高値に選択す
ることであらゆる冷凍機器の除霜制御に応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例における除霜制御装置を採用
したヒートポンプ式空気調和機の概略構成図、第２図は
同除霜制御装置を採用した制御回路図、第３図は同除霜
制御装置における除霜制御シーケンス図、第４図は同除
霜制御装置に用いるタイマのタイミング図である。 Ａ・・・・・・電源部、Ｂ・・・・・・クロックパルス
カウント部、Ｃ・・・・・・クロックパルスの発振器部
、Ｄ・・・・・・ゼロ時間リセット部、Ｅ・・・・・・
サーモスタット部、４・・−・・・圧縮機、５・・・・
・四方弁、６・・・・・・室外熱交換器、９・・・・・
・キャピラリチューブ（減圧部）、１０・・・・・・室
内熱交換器、４０・・・・・・プログラマブルユニジャ
ンクショントランジスタ、６７・・・・・・サーミスタ
、６８・・・・・・リレー。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 圧縮機、冷媒凝縮作用をする熱交換器、減圧部、冷媒蒸
   発作用をする熱交換器等より冷凍冷媒回路を形成し、前
   記冷媒蒸発作用をする熱交換器に付着した霜を溶解させ
   る加熱手段と、バイナリカウンタで構成するクロックパ
   ルスカウンタ部とクロックパルス発振器部と、前記熱交
   換器の着霜を検出して前記加熱手段を駆動するサーモス
   タット部と、前記サーモスタット部の除霜完了出力およ
   び運転スイッチの投入によって前記クロックパルスカウ
   ンタ部をリセットするゼロ時間リセット部と、クロック
   パルスカウンタ部の所定カウント出力で動作し、サーモ
   スタット部のサーミスタに通電するとともに、クロック
   パルス発振部の発振を停止する第１の制御部と、サーモ
   スタット部の除霜開始出力で動作し、前記クロックパル
   ス発振部の発振停止を解除する第２の制御部と、クロッ
   クパルスカウンタ部のタイムアツプ出力、もしくはサー
   モスタット部の除霜完了出力のいずれかで除霜完了状態
   とする第３の制御部とを備えた除霜制御装置。