JPS62223548A - 空気調和機の除霜制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、セパレート形ヒートポンプ式空気調和機の除
霜制御装置に関するもので、特に室外側熱交換器の着霜
を室内側で検知し得るようにしだもである。

従来の技術 従来の空気調和機では、特公昭５９−３４２５５号公報
に示されるように、室内側熱交換器の温度変化と室内温
度の変化の両者に基づいて室外側熱交換器への着霜状態
を検知し、暖房運転と除霜運転を制御する技術が開発さ
れている６ 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、かかる従来の構成では、温度検出素子が
複数個必要となり、おのずと回路が複雑化する問題があ
る。さらに、空気調和機においては、室内側の送風量が
任意に可変設定されることが常であり、そのためにも従
来の技術に風量補正手段を加味させることは、一層目路
を複雑化にしてしまう。しかも、かかる構成は熱交換器
を流れている途中の気液混合の冷媒温度を検出している
ため、着霜時と未着霜時の温度変化が小さく、微少な範
囲で着霜判定を行わなければならず、検出精度が安定し
ない問題がある。

また近年、マイクロコンピュータにて複雑な信号処理を
行わせ、制御装置を構成することが多いが、従来技術の
ように入力信号源（温度検出素子）が多いことは、その
プログラム作成に当っても弊害のもととなり、プログラ
ムの簡素化にも限界がある。

以上のように、従来の技術には問題点が多々あり、改善
が要求されるものである。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、従来技
術の利点を損うことなく、構成の簡素化がはかれる除霜
制御装置を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明は、第１図に示すよ
うに冷凍サイクルを暖房サイクルから除霜サイクルに切
換え制御する制御装置を、暖房運転開始からの時間を計
測する時間計１１１１１手段１と、あらかじめ設定され
た時間Ｔ１を記憶している設定時間Ｔ工記憶手段と、前
記時間計測手段１により検出した時間と前記設定時間Ｔ
０記憶手段に設定された時間Ｔ工の一致を検出し出力す
る第１の比較手段と、圧縮機始動からの時間を計測する
第２の時間計測手段と、あらかじめ設定された時間Ｔ２
を記憶している設定時間Ｔ２記憶手段と、前記第２の時
間計測手段により検出した時間と前記設定時間Ｔ２記憶
手段に設定された時間の一致を検出し出力する第２の比
較手段と、室内側熱交換器の冷媒入口側に連結された配
管の温度を検出する温度検出手段と、暖房サイクルを除
霜サイクルに切換える境界値温度を記憶した設定温度記
憶手段と、前記温度検出手段により検出した温度が前記
設定温度記憶手段に記憶された境界値温度より低下した
ことを検出し出力する第３の比較手段と、電源電流を検
出する電流検出手段と、暖房サイクルを除霜サイクルに
切換える境界値電流を記憶した設定電流記憶手段と、前
記電流検出手段により検出した電流が前記設定電流記憶
手段に記憶された境界値電流より低下したことを検出し
出力する第４の比較手段と、室内側熱交換器の通過風量
を設定する風量設定手段と、電源周波数が５０１１ｚあ
るいは６０１Ｉｚであるのか判別する周波数判別手段と
、前記風量設定手段により定められる風量および前記周
波数判別手段により得られる電源周波数に応じて前記境
界値温度および前記境界値電流を決定する温度・電流設
定値決定手段と、前記第１の比較手段による設定時間Ｔ
□経過信号と前記第２の比較手段による設定時間Ｔ２経
過信号と、前記第３の比較手段による境界値低下信号、
あるいは前記第１の比較手段による設定時間Ｔ１経過信
号と前記第２の比較手段による設定時間Ｔ２経過信号と
前記第４の比較手段による境界値低下信号により、圧縮
機停止中を除き暖房サイクルから除霜サイクルへの切換
えを判定する判定手段と、前記判定手段の出力に応じて
前記冷凍サイクルを暖房運転から除霜運転へ切換え制御
する選択出力手段とで構成したものである。

作用 この構成により、暖房運転開始から所定時間Ｔ工が経過
するまでと、サーモスタットのＯＮなどによる圧縮機始
動から所定時間Ｔ２が経過するまでは暖房運転が確保さ
れ、その所定時間Ｔ工。

Ｔ２経過後において温度検出手段の検出温度あるいは電
流検出手段の検出電流により、室内側送風量の設定およ
び電源周波数に影響されずに適切なタイミングで除霜運
転が制御される。

実施例 以下９本発明の一実施例を第２図〜第７図を参照にして
説明する。第２図は本発明の一実施例を示す冷凍サイク
ル図である。第２図において、冷凍サイクルは圧縮機１
、四方切換弁２、室内側熱交換器３、減圧器４．室外側
熱交換器５を順次連結することにより構成されている。

６は配管温度検出素子であり、暖房時において室内側熱
交換器３（凝縮器）の冷媒入口側となる配管に取り付け
られている。この場合、冷房運転時は第２図の実線矢印
の方向に冷媒が流れ、暖房運転時には四方切換弁２が切
換わることにより第２図の破線矢印の方向に冷媒が流れ
るようになっている。

さらに、上記圧縮機ｌ、四方切換弁２、減圧器４、室外
側熱交換器５および室外送風機８は室外ユニットＡに設
けられ、上記室内側熱交換器３゜配管温度検出素子６、
および２段階に風量が変えられる室内送風機７、さらに
電源電流を検出する電流検出素子９ならびにタイマ機能
および温度調節機能などがプログラムされたマイクロコ
ンピュータ（以下、マイコンと略称する）を有する運転
制御部（図示せず）は室内ユニットＢに設けられている
。ここで、配管温度検出素子６は、室内送風機７の送風
の影響を受けない風回路からはずれた箇所に取付けられ
ている。また、室内ユニットＢの近辺でもよい。

第３図は運転制御部における主要回路図である。

第３図において、マイコンｌｌ内には運転時間を判定す
るタイムカウント値を記憶する記憶部１２、この記憶部
１２に記憶されたタイムカウント値と入力値との比較に
より適宜出力信号を発生する駆動信号発生手段１３を有
している。このマイコン１１の入力側には、コンパレー
タ１４を介゛して温度検出手段である配管温度検出素子
６（例えばサーミスタあるいは熱雷素子など）と必要に
応じて抵抗値が変えられる温度設定用抵抗１５〜１８と
コンパレータ１９を介して電流検出素子９（例えば電流
変成器）と電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換回
路２０と必要に応じて抵抗値が変えられる電流設定用抵
抗２１〜２３と電源周波数を検出する電源周波数検出回
路２４が接続されている。

一方、マイコン１１の出力側には、スイッチ用トランジ
スタＴＲＩ〜ＴＲ５を介して駆動手段である四方切換弁
コイルを駆動するリレーＲ１、室内送風機７を高速回転
で駆動するリレーＲ２、低速回転で駆動するリレーＲ３
、室外送風機８を駆動するリレーＲ４，圧縮機１を駆動
するリレーＲ５が接続され、さらに設定風量および電源
周波数に応じて温度設定値ならびに電流設定値を変化さ
せるＴＲ６，ＴＲ７が接続されている。

ここで、第３図の構成と第１図の構成を対比すると、配
管温度検出素子６および抵抗１５は第１図の温度検出手
段に相当し、コンパレータ１４は第１図の第２の比較手
段に相当し、抵抗１６〜１８によって作られる電圧は第
１図の設定温度記憶手段の信号に相当し、電流検出素子
９および電流−電圧変換回路２０は第１図の電流検出手
段に相当し、コンパレータ１９は第１図の第３の比較手
段に相当し、抵抗２１〜２３によって作られる電圧は第
１図の設定電流記憶手段の信号に相当し、記憶部１２を
含むマイコン１１は第１図の設定時間Ｔ□記憶手段、設
定時間Ｔ２記憶手段、第１および第２の時間計測手段、
風量設定手段周波数判別手段、温度・電流設定値決定手
段、第１および第２の比較手段、判定手段１選択出力手
段に相当し、中でも駆動信号発′生手段１３は判定手段
、選択出力手段に相当する。

次に、暖房運転の開始から除霜運転に至るまでの動作に
ついて説明する。圧縮機１の吐出冷媒温度をＴｄ、圧縮
機１の吸入冷媒温度をＴｓ、圧縮機１の吐出圧力をＰｄ
、圧縮機１の吸入圧力をＰｓとし、ポリトロープ指数を
ｎ（ただし、１　（ｎ　＜　ｋの関係で、ｋは断熱圧縮
指数）とすると、吐出冷媒温度Ｔｄは次式で表わされる
（ただし配管による熱損失は無視する）。

したがって、室外側熱交換器５が未着霜時は吸入冷媒温
度′ｒｓが高く、また吐出冷媒温度Ｔｄも高いが、外気
が下がり、着霜が成長するにつれて吸入冷媒温度Ｔｓは
低下し、吐出冷媒温度Ｔｄも下がる。

配管温度検出素子６は室内側熱交換器３の入口配管に設
けられ、圧縮機１から吐出された高温高圧の過熱域冷媒
ガスが流れる部分の温度を検出するが、実際その温度は
吐出ガスに比べて室内外接続配管などでの熱損失により
所定温度低下した温度である。したがって第４図に示す
ように、室外側熱交換器５が未着霜時は、圧縮機１の吸
入冷媒温度Ｔｓ、室内側熱交換器３の入口配管温度ｔは
ともに高く、着霜が進むにつれて徐々に低下し、そして
暖房能力を大巾に低下させる着霜に至ると、室内側熱交
換器３の入口配管温度ｔは極端に低下する。

また、空気調和機の電源電流は概ね吐出冷媒温度Ｔｄに
比例追随する値となり、第４図に示すように、配管温度
検出素子６の検出温度に概ね追随した値となる。

また室内側熱交換器３の入口配管温度ｔと電源電流は、
さらに室内側熱交換器３の通過風量及び電源周波数の影
響を受ける。第４図において、電源周波数が５０Ｈｚお
よび６０１１ｚの各々のケースについて、実線は風量の
少ない状態を、破線は風量の多い状態を表している。電
源周波数が５０Ｈｚの場合は冷媒循環量が減少するので
温度、電流とも減少し、電源周波数が６０Ｈｚの場合は
冷媒循環量が増加するので温度、電流とも増加する。ま
た一方、風量が少ない場合は放熱量が減少するので温度
、電流とも増加し、風量が多い場合は放熱量が増大する
ので温度、電流とも減少する。すなわち、入口配管温度
ｔまたは電源電流Ｉが室内側熱交換器３の設定風量およ
び電源周波数により定まる設定値Ｄｉ〜ｔい　工、〜Ｉ
４：概ねＴｓが一定値まで下がったポイントで決定され
る）以下になれば、暖房能力は低下し、着霜が進んでい
るので除霜する必要がある。このように、室内側熱交換
器３の入口配管温度または電流値にて適確な除霜運転の
判断を行うことができる。

またサーモスタット０ＦＦ−）ＯＮなどの圧縮機の運転
、停止が発生した場合、圧縮機の再始動の際、圧縮機の
吸入冷媒温度Ｔｓ、室内側熱交換器３の入ロ配管温度ｔ
、電源電流値工はそれぞれ第７図に示すように過渡的な
挙動を示す。したがって圧縮機停止中および再始動後設
定時間Ｔ２の間は除霜判定を中止することにより、除霜
判定の誤動作を防止することができる。

次に冷凍サイクル内の冷媒量が不足した場合および長期
間により徐々に洩れた場合の挙動につき、第６図を用い
て説明する。室内風量および電源周波数が一定の場合、
定常の冷媒量に対して冷媒量が不足すると、冷凍サイク
ル内での冷媒循環量が減少することとなり、周知のよう
に圧縮機から吐出される冷媒の温度は上昇し、同様に吸
入冷媒温度が上昇する。一方、当然冷凍サイクルでは圧
力が低下することとなり、蒸発器での冷媒温度も圧力低
下に伴って下降することとなり、外気との熱交換により
暖房運転時は、定常の冷媒運転時より着霜が進むことと
なる。また一方、運転電流は、冷媒循環量が減少するこ
とにより、高圧が下がりかつ高圧と低圧の圧力差が小さ
くなり、圧縮機の仕事量が減少することとなり、定常運
転に比較し減少する。

したがって圧縮機１の吸入冷媒温度Ｔｓ、室内側熱交換
器の入口配管温度ｔ、電源電流値工は、第４図の状態と
比較してそれぞれ上昇、上昇、低下傾向となる。したが
って除霜開始判定条件が室内側熱交換器の入口配管温度
ｔの値のみであると、冷媒量不足の場合は、着霜が進行
しても除霜動作に入らないこととなる。そこで電源電流
値工の判定点工、を適切に設定することにより、このよ
うな場合にも適切な除霜動作を行うことができる。

以上の説明に基づき、第３図に示す制御回路は第５図に
示すフローチャートの内容の制御を行う。

すなわち、第５図のステップ（１）で示すように暖房運
転が開始されると、マイコン１１で室内側設定風量およ
び電源周波数に応じた温度および電流設定値が決定され
（ステップ（２）　（３）　（４）　）　、さらに所定
時間Ｔ□のタイマーカウントがセットされる（ステップ
（５））　、このタイマーカウントセットは、暖房運転
開始からＴ工時間（例えば１時間）暖房運転を確保する
ためのもので、例えば強制的にＴ□時間暖房を連続する
ことも一つの手段である。

そしてタイマーカウントがセットされると、ステップ（
６）でＴ□時間経過が判定される。Ｔ工時間経過するま
では暖房運転が継続される。

次にステップ（７）で圧縮機の停止、運転を判定し、停
止の場合は始動開始時となる。次にステップ（８）で圧
縮機始動を検出し、マイコン１１で所定時間Ｔ２のタイ
マーカウントがセットされる（ステップ（９））。この
タイマーカウントセットは圧縮機始動から１２時間（例
えば３分間）の間暖房運転を確保するためのもので、圧
縮機始動時の過渡的は状況の中で、誤って除霜動作に入
ることを防止するものである。そしてタイマーカウント
がセットされるとステップ（ｉｏ）で７８時間経過が判
定される。１２時間経過するまでは暖房運転が継続され
る。

そして１２時間が経過するとステップ（１１）へ移り、
配管温度検出素子６による配管温度ｔの読み込みが行わ
れ、ステップ（１２）に移って配管温度ｔが設定配管温
度よりも低いかどうかが判定される。

具体的には第３図のコンパレータ１４が判定する。

ステップ（１２）において配管温度ｔが設定温度よりも
高い場合にはステップ（１３）　（１４）に移って電流
値１が設定電流値よりも低いかどうかが判定される。

具体的には第３図のコンパレータ１９が判定する。

そしてステップ（１２）またはステップ（１４）の条件
が満足されるとステップ（１５）へ移り、除霜運転が開
始される。すなわち、第３図のトラジスタＴＲ１〜ＴＲ
５がそれぞれ動作し、四方切換弁２を切換え、必要に応
じてその前に圧縮機１を一定時間停止し、室内送風機７
および室外送風機８を停止する。そして冷房サイクルに
て除霜を行う。この除霜運転の内容は従来周知のため、
詳細な説明を省略する。また暖房運転の復帰についても
従来より周知の如く適宜手段にて実施できる。

なお、本実施例においては、除霜運転を暖房サイクルか
ら冷房サイクルへの切換えによって行うようにしたが１
例えば暖房サイクルを維持したままとして室外側熱交換
器へ別途蓄熱していた冷媒を流す構成あるいは、別熱源
にて霜を溶かす構成としてもよいことは言うまでもない
。また圧縮機１は除霜運転へ切換え時には連続運転とし
、暖房運転復帰前に一時停止させるようにしてもよい。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、過熱域冷媒ガスの温
度を室内側熱交換器入口配管にて検出し、また電源電流
を検出し、室内側風量の設定値および電源周波数に応じ
た判別点で除霜条件を判定するもので、室内風量および
電源周波数の影響をあまり受けずに、適確な除霜運転を
行うことができ、構成を非常に簡単にできる。また冷媒
が暖房を行なう熱量を十分有しているか否かの判定が室
内側熱交換器の入口側で行えるため、実際の暖房能力の
有無を確実に判断して除霜を行うことができる。

また、冷凍サイクルの冷媒が不足している場合にも電流
値により適確な除霜を行なうことができる。さらに、詳
述すると１本発明は完全に着霜が発生している冷媒の温
度が熱交換器の入口部、中間部に差がなく、未着霜時に
入口冷媒温度の方が中間部の冷媒温度に比べて著しく高
い点と入口冷媒温度と電源電流との比例関係に着眼し、
入口側の冷媒温度および電源電流を検出することによっ
て、未着霜から着霜に至るまでの温度変化および電流変
化が大きくとれ、限界に近い暖房能力を引き出すことが
できる。また、暖房開始から一定時間経過するまで着霜
を検出しないため、その一定時間は暖房能力が確保され
、快適さが損われることもない。

またサーモスタットＯＦＦなどにより、暖房運転中に圧
縮機が停止することがあるが、圧縮機停止中および始動
後一定時間は除霜判定を行わないため、これら期間に除
霜の誤動作を行うこともなａ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の除霜制御装置を機能実現手段で表現し
たブロック図、第２図は本発明の一実施例を示す空気調
和機の冷凍サイクル図、第３図は空気調和機における除
霜制御装置の回路図、第４図は除霜制御装置における室
内側風量および電源周波数を変化させた場合の室内側熱
交換器へ流入する冷媒温度と圧縮機吸入冷媒温度および
空気調和機の電源電流関係を示す特性図、第５図は除霜
制御装置の動作内容を示すフローチャート、第６図は除
霜制御装置における冷媒量不足の場合の室内側熱交換器
へ流入する冷媒温度と圧縮機吸入冷媒温度および空気調
和機の電源電流の関係を示す特性図、第７図はサーモス
タットＯＦＦを含む除霜制御装置における室内側熱交換
器へ流入する冷媒温度と圧縮機吸入冷媒温度および空気
調和機の電ｇ電流の関係を示す特性図である。 １・・・圧縮機、２・・・四方切換弁、３・・・室内側
熱交換器、４・・・減圧器、５・・・室外側熱交換器、
６・・・配管温度検出素子、７・・・室内送風機、８・
・・室外送風機、９・・・電流検出素子、１１・・・マ
イクロコンピュータ、１２・・・記憶部、１３・・・駆
動信号発生手段、１４．１９・・・コンパレータ、１５
〜１８・・・温度設定用抵抗、２０・・・電流−電圧変
換回路、２１〜２３・・・電流設定用抵抗。 ２４・・・電源周波数検出回路、Ａ・・・室外ユニット
、Ｂ・・・室内ユニット 代理人　　　森　　本　　義　　弘 第１図 第２図 ３−一〜≧ｂ些］イ則Ｓ−リ：＃ ４−人集器 ｓ−＄Ａｔ例州晰器 ６−配喚線橙＄紫士 ７−象門′Ｂ、貫 ｇ−−一室４並風微 ｑ−一一む峠叶予 第４図 丁ｆ □時間 丑−−−車内４剌醒はオ飴長９人ｕ’１ｌｔｅ菅渫皮３
−舜峨ｆ）歌檜友 工−−−電重４１Ｌ光猿 （す泌鼠ンーーー釉１＾ｉ量が°少Ａ−聞ら、イ＝を一
□０−片−就荒り゛ト嶋合 第５図 第６図 跨間 第７図 す（ｆ−毛 σｐｆ　　ＩＮ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、圧縮機、室内側熱交換器、減圧装置、室外側熱交換
   器を具備した冷凍サイクルにおける、暖房サイクルから
   除霜サイクルへの切換えのための制御装置を、暖房運転
   開始からの時間を計測する第１の時間計測手段と、あら
   かじめ設定された時間Ｔ＿１を記憶している設定時間Ｔ
   ＿１記憶手段と、前記第１の時間計測手段により検出し
   た時間と前記設定時間Ｔ＿１記憶手段に設定された時間
   の一致を検出し出力する第１の比較手段と、圧縮機始動
   からの時間を計測する第２の時間計測手段と、あらかじ
   め設定された時間Ｔ＿２を記憶している設定時間Ｔ＿２
   記憶手段と、前記第２の時間計測手段により検出した時
   間と前記設定時間Ｔ＿２記憶手段に設定された時間の一
   致を検出し出力する第２の比較手段と、前記室内側熱交
   換器の冷媒入口側に連結された配管の温度を検出する温
   度検出手段と、暖房サイクルを除霜サイクルに切換える
   境界値温度を記憶した設定温度記憶手段と、前記温度検
   出手段により検出した温度が前記設定温度記憶手段に記
   憶された境界値温度より低下したことを検出し出力する
   第３の比較手段と、電源電流を検出する電流検出手段と
   、暖房サイクルを除霜サイクルに切換える境界値電流を
   記憶した設定電流記憶手段と、前記電流検出手段により
   検出した電流が、前記設定電流記憶手段に記憶された境
   界値電流より低下したことを検出し出力する第４の比較
   手段と、前記室内側熱交換器を通過する風量を設定する
   風量設定手段と、電源周波数が５０Ｈｚあるいは６０Ｈ
   ｚであるのか判別する周波数判別手段と、前記風量設定
   手段により定められる風量および前記周波数判別手段に
   より得られる電源周波数に応じて前記境界値温度および
   前記境界値電流を決定する温度・電流設定値決定手段と
   、前記第１の比較手段による設定時間Ｔ＿１経過信号と
   前記第２の比較手段による設定時間Ｔ＿２経過信号と、
   前記第３の比較手段による境界値低下信号、あるいは前
   記第１の比較手段による設定時間Ｔ＿１経過信号と前記
   第２の比較手段による設定時間Ｔ＿２経過信号と前記第
   ４の比較手段による境界値低下信号により、圧縮機停止
   中を除き暖房サイクルから除霜サイクルへの切換えを判
   定する判定手段と、前記判定手段の出力に応じて前記冷
   凍サイクルを暖房運転から除霜運転へ切換え制御する選
   択出力手段とで構成した空気調和機の除霜制御装置。