JPS609221B2 - 蒸気圧縮冷凍装置の動作を監視し制御する制御装置およびその着霜検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一般に制御装置に、一層詳しくは熱ポンプの
熱交換コイルの霜取りサイクルの開始および終了を監視
し制御する制御装置、特に熱ポンプの熱交換コイルに霧
が付着するのに応答する熱ポンプの１つの操作パラメー
タを監視し制御する制御装置および熱交換コイルの肴霜
検出方法に関する。

空調装置、冷凍装置その他の熱ポンプにおいては、所望
の蒸発温度を生ずる圧力条件の下で液体袷煤の蒸発室中
での蒸発によって、制御された熱伝達が行なわれる。

液体袷媒は冷却される媒体からその気化潜熱を奪い、そ
の過程において同一の圧力および温度の蒸気に変えられ
る。その蒸気は望みの温度において袷煤を凝縮するため
の所定レベルの圧力に維持した凝縮室に給送される。凝
縮室において袷嬢から奪われる熱の量は蒸発室の圧力レ
ベルから凝縮室の圧力レベルに冷煤をもち来たす過程に
おいて液状袷媒に付加される熱の量に凝縮潜熱を加えた
ものに等しい。凝縮後に液状の冷煤は凝縮室から適当な
絞り装置を経て蒸発室に戻され、上述のサイクルが反復
される。閉サイクル系においては低圧側の蒸発室から高
圧側の凝縮室に冷煤を運ぶために一般に機械的な圧縮器
あるいはポンプが使用される。

蒸発室から引出された気化した冷煤は圧縮されて凝縮室
に供給され、そこで液化し、凝縮室の冷却媒体に凝縮潜
熱および冷媒蒸気を低圧側から高圧側にもち来たす際に
付加された熱を伝達する。液化した冷蝶は凝縮室の底部
あるいは別の容器に集められ、絞り装置を経て蒸発室に
戻される。多種の蒸発器が従釆から知られているが、こ
れらのすべての蒸発器は、冷却される媒体から蒸発中の
冷煤に容易に熱を伝達することをその第一義的な目的と
して設計されている。

直接膨張型として普通に知られている形式の蒸発装置に
おいては袷蝶は熱膨張弁を経て蒸発器中に供Ｖ給され、
圧縮器の吸込導管中に入る前に蒸発器表面と１回のパス
により熱接触する。蒸発器の作用は液体冷媒を液体から
気体に移行させて周囲媒体から気化潜熱を奪うことであ
るが、凝縮器の作用はそれとは逆に、凝縮中の冷蝶から
周囲媒体にすみやかに熱を伝達することにある。

空気源熱ポンプ装置に関連した周知の頻発する問題の１
つは、蒸発器として作用している戸外コイルに加熱中に
霜が付着し易くなり、熱ポンプ装置の効率を低下させる
ことである。付着した霜を定期的に除去するためにコイ
ルの加熱または熱ポンプ装置の作動の逆転のような各種
の自動霜取り装置が開発されている。しかし熱ポンプに
どんな特別の形式の霜取り装置を用いるにしても、熱ポ
ンプ装置の効率を最適にするには、熱ポンプ装置の効率
を低下させるだけの量の霜がいつ戸外コイルに付着した
かを定めることが必要となる。霜取り装置の作動を定期
的に開始および終了させるタイマの使用から、例えば米
国特許第３９６１４９５号に記載されているように冷煤
搬送コイルのフィンに取付けた複雑な赤外線放射および
検出装置に至るまで、各種の霜取り制御装置がこれまで
に使用されている。

それ以外にも、例えば米国特許第概７７８１７号に記載
されているように、熱交換器の空気流を阻止する着霜に
より生じた熱交換器を横切る空気流の差圧に応答する一
致信号装置が用いられる。別の検出装置は、各々着霜を
表示する２個の独立して操作可能な変量、例えば蒸発器
シュラウド中の空気圧および蒸発器コイル中の温度差の
間の一致を必要とする（米国特許第３０６２０１計号参
照）。これらの従来の装置は、ある情況の下では霜取り
装置の操作を開始させ終了させる上に満足すべきもので
あるが、熱ポンプの作動を複雑にし、付加的な制御装置
変量を導入し、制御装置の構成部材の潜在的な故障の危
険を増大させる。従って本発明の目的は、熱ポンプコイ
ルの着霜をモニタするための改良された制御装置を提供
することにある。

本発明の別の目的は、熱ポンプコイルの着霜に応答して
熱ポンプコイルの霜取りサイクルの開始および終了を制
御することにある。本発明の更に別の目的は、熱ポンプ
コイルの着霜に直接応答する熱ポンプ装置の操作パラメ
ータを検出することによって熱ポンプコイルの着霜をモ
ニタすることにある。

本発明のこれらの目的ならびにその他の目的は、以下に
図面を参照して行なう本発明の好適な実施例の詳細な説
明によって一層明らかとなるであろう。

第１図および第２図に示した本発明の好適な実施例によ
る霜取り監視用の制御装置１００は、熱ポンプの圧縮器
１２への電力供給導線中に、１次巻線１１（第２図参照
）を有する変流器１０を具えている。

温度や相対湿度などの環境変量の所定の組合わせについ
て圧縮器１２により利用される電流の量は、図示しない
熱交換コイルに着霜した場合、それに伴なつて減少する
から、圧縮器１２への電流は、熱ポンプの熱交換コイル
上の着霜に直接応答する可変の操作パラメータを与える
。圧縮器モータの作動中の変流器の１次巻線１１からの
信号を各々の操作サイクルについて定めた所定の基準信
号則ち熱交換コイルに着霜してし、ない時の上述の環境
変量に基づく基準信号と比較することによって、熱交換
コイル上の着霜を監視できる。所定量の霧がコイル上に
付着した後、圧縮器１２により要求される電流が基準信
号からの所定の差以下の値に減少することに応答して、
一連の霜取り操作が開始される。以下に説明する実施例
では圧縮器１２への電流を監視するが、例えば圧縮器の
電圧差のような他のパラメータを利用することももちろ
ん可能である。第２図には一連の操作を制御する典型的
な熱ポンプの電子回路が図示されている。

熱ポンプは説明の目的上サーモスタット１３により制御
されて作動しているものとして図示されている。供給導
線Ｌ，とＬ２の間に適当な給電装置を接続すると変圧器
１６を経てサーモスタット１３に電力が供給される。戸
内ファン継電器にＲが励磁されてその常開接点が閉成し
、霜取り継電器ＤＦＲの１組の常閉接点を経て戸外ファ
ンモータＯＦＭを起動すると共に、週温度サーモスタッ
トＯＴＴの常閉接点を経て圧縮器１２の接触器Ｃを作動
させる。接触器Ｃの附勢によってその常開接点が閉成し
、圧縮器１２を附勢し、１次巻線１１の導管を経て変流
器１川こ入力信号が供給される。第２図に示した他の部
材例えば反転弁継電器ＲＶＲ、反転ソレノィドＲＶＳお
よびクランクケース加熱器ＣＣＨは普通の態様で接続さ
れているものであり、本発明の理解にとってこれらの部
材の詳細な説明は特に必要ではない。第１図に示した制
御装置１００‘こおいて変流器１０の１次巻線１１は圧
縮器モータと直列に接続されており、圧縮器１２の電流
を搬送する。

変流器１０の出力（圧縮器モータ電流に比例するアナロ
グ信号）は導線１８を経て増幅器１９に供給されて増幅
され、導線２１，３１を経て２個の比較器２０，３川こ
供給される。増幅器１９からの導線３１の出力信号は後
述する目的のために比較器４０，５０‘こもその一方の
入力として供給される。比較器２川ま固定電圧レベル基
準信号をそれに供給するための第２の入力２２を具えて
いる。固定電圧レベル基準信号は、制御装置１００が零
電流と低電流とを間違えて霧取りを開始しないように圧
縮器１２の作動状態を定めるのに必要な最小電流レベル
を規定する。周囲環境条件において熱ポンプの熱交換コ
イル上に霜が付着してないことに応答する電流レベルを
設定する基準信号が圧縮器モータの各々の操作サイクル
について用いられることが望ましい。

機械を最初に取付けた時、停電後あるいは定期的な始動
時のように圧縮器１２を最初に作動させる時の操作開始
時に霜取りサイクルが開始される。霜取りサイクルの終
了後に後述するように霜取り開始ラツチ３５がリセット
され、コイルの無着霜状態での圧縮器モータの電流レベ
ルを表わす基準信号が制御装置１０川こより設定される
。圧縮器１２の作動中に、熱交換コイル則ち凝縮器コイ
ルに霧が付着していない時の圧縮器モータの電流に比例
するレベルの圧縮器モータ電流信号が導線２１に供給さ
れる。

導線２２の電圧よりも導線２１の電流レベルが大きくな
ると比較器２０が論理０の状態から論理１の状態に移行
する。それによる比較器２０の出力は遅延回路２５に供
給される。遅延回路２５は比較器２０からの信号（圧縮
器１２がＯＮ状態にあることを表わす信号）が遅延回路
２５を経てカウンターラツチ回路２６に供給される前に
１分間の遅延時間を供給する。１分間の遅延時間を与え
るのは、制御装置１００を安定させ、過渡状態が制御装
置１００から除かれるようにするためである。

１分間の遅延時間が終了すると比較器２０‘ま論理０か
ら論理１に移行し、カウンターラッチ回路２６が基準信
号設定比較器４０を経てデータを受け始めることを可能
にする。

基準信号設定比較器４川ま増幅器１９の出力導線３１か
ら一方の入力を受ける。比較器４０への他方の入力はＤ
−Ａ変換器２７の出力から供給される。ラツチ３５のリ
セット後、１分間の遅延時間の終了時において、Ｄ−Ａ
変換器２７の出力は、増幅器１９からの入力が比較器４
０の出力を論理１の状態に移行させ「比較器（霧取り開
始比較器）３０への基準入力として利用される熱交換コ
イルに霜が付着しない状態についてのサンプル・サイク
ルを開始させるようなレベルにある。カウンターラッチ
回路２６は最初に零にリセットされているか、既にリセ
ットされている。従ってＤ−Ａ変換器２７からの出力も
零である。比較器２０を通る増幅器１９からの信号は、
制御装置１００の過渡状態がカウンタ−ラッチ回路２６
に供給されないようにするため、遅延回路２５により１
分間遅延されている。１分間の遅延後のカウンターラッ
チ回路２６への遅延された信号によってカウンターラッ
チ回路２６は比較器４０からの入力を受けて零からの計
数を開始する。

カウンターラッチ回路２６が計数を続けると、Ｄ−Ａ変
換器２７に供給されるカウンターラッチ回路２６の出力
は、増幅器１９からの入力信号のレベルに到達するまで
上昇する。Ｄ−Ａ変換器２７からのアナログ信号を発生
する。Ｄ−Ａ変換器２７からの出力が導線３１からの比
較器４０への入力信号と同等のレベルに到達すると、比
較器４川ま論理０に移行し、そのレベルでカウンターラ
ッチ回路２６を停止させ、その操作サイクルの間の周囲
環境要因についてのコイル上に霜が付着していない状態
に対する圧縮器１２の電力要求に等しい基準信号を供孫
舎する。この値はカウンターラッチ回路２６に保持され
、Ｄ一Ａ変換器２７は比較器３０への他方の入力にその
値のアナログ基準信号を送出する。そのため制御装置１
００は霜取り操作の開始を制御するため圧縮器１２の連
続作動と比較される基準信号を比較器３０の入力端子Ｒ
ｉに有するようになる。操作中に圧縮器モー夕への電流
は絶えず監視され、熱交換コイルの着霜量に応答して出
力導線２１，３１に増幅されたアナログ信号が生ずる。

熱交換コイルに霜が付着し始めると圧縮器１２により必
要とされる電流が減少する。入力端子Ｒｉの基準信号と
導線３１の信号レベルとの差によって定まる所定レベル
において霜取り開始比較器３０が霜取り開始する。比較
器３０が論理０から論理１に移行すると遅延回路２５お
よび霜取り開始ラッチ３５に入力信号が供給される。そ
の入力信号が存在していると熱交換コイルに付着した霜
を除去する霜取りサイクルを開始すべき信号３６が霜取
り開始ラツチ３５により生成する。信号３６はカウンタ
ーラッチ回路３５が電流終了比較器５０からの入力ある
いは遅延回路２５からの時限フェールセーフ終了信号に
よりリセツトされるまでのカウンターリセット回路３５
から供給される。本実施例においては圧縮器駆動される
霧取りサイクルが利用されるが、他の霜取り方法を使用
する場合には、霜取り中圧縮器１２が作動していないの
で、電流終了比較器５０は使用されないことになる。し
かし遅延回路２５はその終了を制御し得る。熱交換コイ
ルから霜が除かれると圧縮器１２により必要とされる電
力は増大する。

比較器５０は増幅器１９の信号導線３１を一方の入力と
して有する。その入力は上述したように圧縮器１２によ
って現に使用されている電流に応答する入力である。コ
イルに着霜してない時圧縮器１２の操作中の電流レベル
に等しいレベルの第２入力が端子Ｒ・に供給される。付
着した霜が除かれて圧縮器１２の所要電流が増大すると
、導線３１から比較器５０への信号は端子ＲＴの基準信
号に等しくなり、比較器５０は論理１の状態に移行する
。それによりラッチ３５がリセットされ、霜取り加熱操
作は終了する。制御装置は上述したように次の操作サイ
クルの準備状態となる。霜取り開始比較器３０からの出
力は、比較器５０からの信号と同様に、霜取り開始ラツ
チ３５に供給されると共に、遅延回路２５にも供給され
る。

このように霜取り操作を開始させるための比較器３０か
らの信号は、一例として１び分の時間連鎖も開始させ、
霜取り開始ラッチ３５が既に比較器３５によりリセット
されていなければそれにより遅れ時間の終了後に霜取り
開始ラッチ３５をリセツトし、霜取り操作を終了させる
。本発明は上述の実施例に限定されず、本発明の範囲内
で種々の変更が可能であり、当業者にとって自明な種々
の設計上の変更ならびに均等物による置換もすべて本発
明の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱ポンプ圧縮器の作動に応答して霜取りサイク
ルを開始および終了させるための制御装置のブロック線
図、第２図は標準的な熱ポンプの作動回路に制御装置を
組込んだ状態を示す概略的な回路図である。 図中１０は感知装置（変流器）、３０は比較器、３５は
ラツチ、１０川ま制御装置である。 ′ユ Ｚ」・／ ユ ′‐２−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２つの熱伝達媒体の間の熱接触を行なわせ一方の熱
   伝達媒体から他方の熱伝達媒体に熱を伝達するため熱交
   換コイルに操作的に連結されている圧縮器１２を有し、
   前記熱交換コイル上の着霜を検出するため蒸気圧縮冷凍
   装置の操作を監視する制御装置であって、それらの熱伝
   達媒体のレートに応答する前記圧縮器への電流の如き１
   つの操作パラメータに応答して出力信号を生成するため
   前記蒸気圧縮冷凍装置に操作的に連結されている感知装
   置１０と、前記出力信号が所定基準レベルから変化する
   のに応答して指令信号を発生させるため前記感知装置１
   ０からの該出力信号が与えられる一方の入力を有する比
   較器３０と、前記指令信号に結合されていると共に前記
   熱交換コイルに操作的に連結されていて該指令信号の存
   在に応答して上記２つの熱交換媒体の間の熱伝達レート
   に影響を与えるラツチ手段３５と、前記熱交換コイル上
   の霜の不存在に応答して前記圧縮器の電力要求に等しい
   基準信号を与えるように前記比較器の入力Ｒ＿１に基準
   レベルを与える基準レベル装置２７と、を備えたことを
   特徴とする制御装置。 ２ 圧縮器１２および２つの熱伝達媒体の間に熱を伝達
   するため操作的に連結されている熱交換コイルを有し、
   コイル上の着霜を検出するため蒸気圧縮冷凍装置の操作
   を監視する制御装置であって、該熱交換コイルに霜が付
   着するのに応答する圧縮器１２の作動に対応する出力信
   号を生成するように圧縮器１２に作動的に連結されてい
   る感知装置１０と、該出力信号を受けて、該熱交換コイ
   ルに霜が付着していないことに応答する圧縮器１２の作
   動に対応する所定基準レベルからの該出力信号の変化に
   応答して指令信号を発生するようにした比較器３０と、
   該熱交換コイルに作動的に連結されていて、該指令信号
   の存在に応答して該熱交換コイルから霜を除くため該指
   令信号を受けて起動可能な霜取り装置３５，１００を有
   することを特徴とする制御装置。 ３ 熱交換コイルに霜が付着してないことに応答する圧
   縮器１２の作動に対応する基準信号および上記感知装置
   の出力信号を受けるため該感知装置と霜取り装置との間
   に接続されている終了装置５０を有し、該終了装置５０
   は該感知装置出力信号と該基準信号とが合致した時に該
   熱交換コイルの霜取りを終了させるため該霜取り装置３
   ５に結合される終了信号を発生するようにした特許請求
   の範囲第２項記載の制御装置。 ４ 該感知装置の出力信号を受けるため該感知装置と霜
   取り装置との間に接続されていて、該熱交換コイルの霜
   取りを終了させるため該霜取り装置に結合される終了信
   号を該感知装置出力信号を受けてから所定時間後に生成
   させるようにした限時装置２５を更に有する特許請求の
   範囲第２項記載の制御装置。 ５ 比較器３０の上記所定レベル信号が圧縮器作動開始
   時に比較器３０に結合される感知装置１０からの信号に
   より設定されるようにした特許請求の範囲第２項記載の
   制御装置。 ６ 圧縮器作動開始時に感知装置１０の出力信号を受け
   、該出力信号を安定させる所定の遅延時間の間上記比較
   器への該出力信号の結合を遅延させるため上記比較器と
   感知装置１０との間に接続されている時間遅延装置２５
   を更に有する特許請求の範囲第４項記載の制御装置。 ７ 圧縮器１２への電流の供給源に作動的に連結されて
   いて電流の供給に応答して出力信号を供給する変流器と
   して上記感知装置１０を形成した特許請求の範囲第２項
   記載の制御装置。 ８ 圧縮器モータ１２の作動を監視することにより蒸気
   圧縮冷凍装置のコイル上の着霜を検出するに当り、圧縮
   器モータに操作的に連結されたコイルの熱伝達レートに
   応答する該圧縮器モータの１つの操作パラメータを監視
   して、該圧縮器モータの周期的作動の間の該操作パラメ
   ータの変化を表わす連続した電気出力信号を該操作パラ
   メータから生成させ、該コイルに霜が付着していない作
   動の間の圧縮器モータの作動を表わす電気基準信号を上
   記監視される操作パラメータから生成し、周期作動の間
   に生成する該電気出力信号を該電気基準信号と比較し、
   該電気基準信号と該電気出力信号との間の所定の変化に
   応答して指令信号を生成し、該指令信号を受けて作動し
   該コイルの霜取りを行なう霜取り装置３５に該指令信号
   を結合することから成る検出方法。 ９ 上記監視される操作パラメータから生成する電気基
   準信号が各々の霜取りサイクルの後に設定される特許請
   求の範囲第８項記載の検出方法。 １０ 圧縮器モータに作動的に連結されるコイルの熱伝
   達レートに応答する圧縮器モータの操作パラメータを監
   視する段階が圧縮器へ供給される電流の検出を含む特許
   請求の範囲第８項記載の検出方法。 １１ コイルに霜が付着していない状態の作動時の圧縮
   器モータの作動を表わす電気基準信号を該監視される操
   作パラメータから設定することを更に含む特許請求の範
   囲第８項記載の検出方法。 １２ 該電気出力信号と別の基準信号との比較に応答し
   て該指令信号を終了させることを更に含む特許請求の範
   囲第８項記載の検出方法。 １３ 上記指令信号を生成するのと同時に時間遅延終了
   信号を生成させ、該時間遅延終了信号を受けた時直ちに
   該霜取り装置の作動を終了させるため該終了信号を該霜
   取り装置に結合することを更に含む特許請求の範囲第８
   項記載の検出方法。 １４ コイルの熱伝達レートに応答しない過渡的なスプ
   リアス信号を除去するため上記連続した電気出力信号お
   よび電気基準信号の生成に時間遅延を与えることを更に
   含む特許請求の範囲第８項記載の検出方法。