JPS62294837A - ヒ−トポンプ式空気調和機 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） この発明はヒートポンプ式空気調和機に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来よりヒートポンプ式空気調和機においては、暖房運
転時に室外熱交換器に着霜の生じることがあるが、着霜
量が多くなった場合には暖房能力の低下を招くことから
、例えば「冷凍−第５５巻第６３２号」　（第４３頁〜
第４６頁）〔昭和５５年６月発行〕にも記載されている
ように、必要に応じてデフロストが行われている。この
デフロスト方法としての主なものは、圧縮機から室外熱
交換器へと直接的に高温ガス冷媒を供給する逆サイクル
を利用したホットガスデフロスト方式である。そして上
記のようなデフロストは、上記室外熱交換器への着霜量
を検出し、この検出量が基１ｌ１１！Ｉ量を超えた場合
に開始するようなされている。

ところで上記のようなヒートポンプ式空気調和機におい
ては、室内温度検出サーモを備え、室内温度が設定値を
超えた際に暖房運転を停止し、一方室内温度が基準温度
以下になった際に暖房運転を再開するような制御を行な
うのが普通である。

しかも暖房運転時間を長く確保したいという要求から、
室外熱交換器の着霜量が、暖房運転をこれ以上、継続で
きないという状態になるまで暖房運転し、この時点でデ
フロスト運転を開始するのが一般的であった。このため
、いったんデフロスト運転にはいると、この運転が長く
かかることになる。さらに前記とは別に室内温度検出サ
ーその作動による暖房運転の停止があり、総合的にみる
と、暖房運転停止時間が長時間になるという結果をもた
らしていた。

そこでこの発明の出願人は、先に、外気温度によっては
、室外ファンだけでも、ある程度のデフロストができる
ことに着目すると同時に、サーモ等の室内温度センサに
よる暖房運転の停止時間を利用し、室外熱交換器に付着
した霜を熔解させ、再起動時の暖房能力を向上すること
のできるヒートポンプ式空気調和機を提案した（特願昭
６０−１１７５１７号）。また上記装置では、上記暖房
運転の停止時間を利用して、さらにこの時間内に必要に
応じて能力の大きいデフロストをもさせるようにしてい
る。第６図に上記装置の機能ブロック図を示しているが
、同装置には、室内温度センサ５１と運転制御手段５２
と着霜量検出手段５３と室外温度センサ５４とデフロス
ト制御手段５５と室外ファン制御手段５６とが設けられ
ている。上記室内温度センサ５１は、室内温度を検出す
ると共に検出温度が基準温度を超えたときに暖房停止信
号を発生するものであり、この暖房停止信号の有無に従
って暖房運転の停止と再起動とが上記運転制御手段５２
によって行われる。また上記着霜量検出手段５３は、室
外熱交換器への着霜量を検出すると共に検出着霜量が基
準量を超えたときにデフロスト信号を発生する。さらに
上記室外温度センサ５４は、室外温度を検出すると共に
検出温度が基準温度を超えたときに適温信号を発生する
ものであり、上記暖房停止信号とデフロスト信号とが出
力されているときにデフロスト制御手段５５によりデフ
ロスト機能が作動され、また上記暖房停止信号と適温信
号とが出力され、かつ上記デフロスト信号が出力されな
いときには、室外ファン制御手段５６によって室外ファ
ンが作動される。このように、暖房運転の停止信号が発
生されているときに、デフロスト運転、または室外ファ
ンを駆動するようにしてあり、暖房運転の停止時間を利
用して除霜を行ない、再起動時の暖房箋力の向上とデフ
ロスト運転傾度の減少とを図ろうとするものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記のようなヒートポンプ式空気調和機におい
ては、次のような問題点があった。それは、無着霜状態
であるにもかかわらず、室外ファンを不必要に作動させ
てしまうという問題である。

つまり、暖房停止状態において、着霜量が基準量以下で
ある場合には、着霜量の有無に拘らず自動的に室外ファ
ン作動信号が出力されるために、室外ファンが駆動され
、無駄な電力消費を生ずるのである。さらに、暖房運転
をデフロスト運転より優先させているために、例えば寒
冷地等の着霜条件の悪い環境で使用する場合には、暖房
停止期間に限定されたデフロスト運転では完全に除霜さ
れない場合があり、室内温度センサの信号によって不完
全な除霜状態で暖房に切換わることになる。

このとき暖房能力は低下しているので、室温が基準温度
を超える迄に長時間を要し、またこの間に着霜が進んで
さらに暖房能力が低下していく、という悪循環に陥り、
自動的に正常復帰するのが困難となる場合が生じていた
。

この発明は上記した従来の問題点を解消するためになさ
れたものであって、その目的は、室外熱交換器に付着し
た霜を除霜するに際し、着霜量が基２１！量以上となっ
た場合には暖房運転中であれば、これを停止して強制デ
フロスト運転を行なって暖房性能の回復を図ると共に、
着霜量が基準量以下のときには、室内温度サーモによる
暖房運転の停止時間を利用して、着霜量に応じてデフロ
スト運転を行ない、あるいはわずかに着霜状態にある場
合にはこれを確認して室外ファンを運転することにより
、室外ファンの空運転を防止すると共に、停止時間中に
着霜量の低減又は解消を行なって、再起動時の暖房能力
を向上することのできるヒートポンプ式空気調和機を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明のヒートポンプ式空気調和機においては
、第１図のように、室内での空調負荷を検出すると共に
検出負荷が基準負荷以下のときに暖房停止信号を出力す
る室内負荷検出手段２２と、上記暖房停止信号の有無に
従って暖房運転の停止と再起動とを行なう運転制御手段
２８とを有し、室外熱交換器５への着霜量を検出する着
霜量検出手段２４と、上記着霜量が第１基準量を越えた
ときにデフロスト機能を作動させる第１デフロスト制御
手段２９と、上記着霜量が上記第１基準量とこの第１基
準量よりも小さい第２基準量との間であって、かつ上記
暖房停止信号が出力されているときにデフロスト機能を
作動させる第２デフロスト制御手段３０と、上記着霜量
が上記第２基準量とこの第２基準量よりも小さい第３基
準量との間であって、かつ上記暖房停止信号が出力され
ているときに室外ファン６を作動させるファン制御手段
３１とを設けている。

（作用） 上記したヒートポンプ式空気調和機においては、着霜量
検出手段２４によって室外熱交換器５への着霜量を検出
し、この検出された着霜量が第１基準量を超えた場合に
は、暖房運転中であればこれを停止して強制的にデフロ
スト機能を作動させる第１デフロスト制御手段２９を設
けているので、着霜条件の悪い寒冷地等での使用におい
ても暖房性能の回復が保障される。また、暖房運転の停
止期間を利用して、着霜量が第１基準量以下で第２基準
量を超える場合にはデフロスト機能の作動を、また第２
基準量以下の場合には室外ファン６を作動させて行なう
除霜操作に際して、上記室外ファン６の作動条件として
さらに第３基準量以上という条件を設定しており、した
がって従来例のように無着霜状態においても室外ファン
６が空運転されるというようなことはなく、暖房停止期
間を利用した効率的な除霜操作が実現されるので、再起
動時の暖房能力を向上することが可能となる。

（実施例） 次にこの発明のヒートポンプ式空気調和機の具体的な実
施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

第２図には空気調和機の全体の概略構成を示すが、図の
ようにこの装置は、室外ユニット１と室内ユニット２と
を有するもので、室外ユニッ）１は圧縮機３、四方切換
弁４、室外熱交換器５及び室外ファン６をそれぞれ有し
、また室内ユニット２は室内熱交換器７と室内ファン８
とをそれぞれ有している。上記室外ユニット１と室内ユ
ニット２とはさらにマイクロコンピュータ等の制御部９
を有しているが、この制御部９には、外気温度を検出す
る室外サーミスタ１０と、室内温度を検出するルームサ
ーモ１１と、室外熱交換器５への着霜量を検出するため
のサーミスタ１２、すなわち室外熱交換器５での略蒸発
温度（Ｔｅ）を検出し得るサーミスタ（以下外熱交サー
ミスタという。）１２とがそれぞれ接続されている。

そしてこの制御部９には、第１図のように、上記ルーム
サーモ１１によって検出された室内温度を基準温度と比
較して、検出温度が基準温度よりも高い場合に暖房停止
信号を出力する比較手段２１が設けられており、上記ル
ームサーモ１１とこの比較手段２１とによって、室内負
荷検出手段２２が構成されている。また上記制御部９に
は、上記室外サーミスタ１０と外熱交サーミスタ１２と
によって、室外熱交換器５の着霜量を間接的に検出する
着霜量検出手段２４が設けられている。この着霜量検出
手段２４ではさらに検出された上記着霜量を、後で詳し
く説明する第１、第２、第３基準量と比較して、以下の
信号を出力する比較手段２３を有している。すなわち、
この比較手段２３からは、着霜量が第１基準量よりも多
い場合には第１デフロスト信号を、また上記第１基準量
と第２基準量との間の場合には第２デフロスト信号を、
さらに上記第２基準量と第３基準量との間の場合には第
３デフロスト信号がそれぞれ出力されるものであり、上
記室外サーミスタ１０と外熱交サーミスタ１２と上記比
較手段２３とによって上記着霜量検出手段２４が構成さ
れているのである。

さらに上記制御部９には、上記室外サーミスタ１０によ
り検出された外気温度を、後で説明する２つの基準温度
（ＴＦＩ、　ＴＬ）と比較して、高温側基準温度（ＴＨ
）よりも上記検出温度が低い場合に高温側適温信号を、
また低温側基準温度（几）よりも検出温度が高い場合に
低温側通温信号をそれぞれ出力する比較手段２５が設け
られており、前記室外サーミスタ１０は上記比較手段２
５と共に室外温度センサ２６も構成している。

ここで上記着霜量検出手段２４における第１、第２、第
３基準量と、室外温度センサ２６における基準温度とに
ついて説明する。上記のように、着霜量の検出用に、室
外サーミスタ１０と外熱交サーミスタ１２を用い、室外
サーミスタ１０で外気温度（ＴＡ）を検出し、外熱交サ
ーミスタ１２で室外熱交換器５の温度（Ｔｅ）を検出し
ている訳であるが、これらの温度（ＴＡ）、（Ｔｅ）は
従来装置においては、経時的に、第３図のような変化を
する。第３図には、横軸が経過時間を、縦軸が暖房運転
始動後の室外熱交換器５の温度変化を示しており、始動
後、定常暖房運転中には、室外熱交換器５の温度（Ｔｅ
）は外気温度（ＴＡ）より低い温度差（ＴＡ　−Ｔｅ−
ΔＴｏ）を保って運転される。ここで、室外熱交換器５
に着霜し始めると、室外熱交換器５での冷媒蒸発温度が
低下してくるために、室外熱交換器５の温度（Ｔｅ）も
次第に低下することとなり、第３図に付記しである着霜
状態模式図（ａ）　（ｂ）（Ｃ）のように、着霜量の増
加と共に外気温度（ＴＡ）と室内熱交換器５の温度（Ｔ
ｅ）の差は（ΔＴ３）、（ΔＴ２）を経て（ΔＴｌ）に
至るように次第に大きくなる。この模式図（Ｃ）の点に
おいては、多量の着霜状態となっており、暖房性能が大
幅に低下してくるために、暖房運転を停止し、強制的に
デフロスト運転に切換えて除霜するのである。以上の説
明のように、室外熱交換器５への着霜量を外気温度（Ｔ
Ａ）と室外熱交換Ｓ５の温度（Ｔｅ）との温度差で間接
的に検出することが可能であり、そこで本実施例におい
ては、上記強制デフロスト運転開始点に対応する温度差
（ΔＴｌ）を第１基準量として、また上記デフロスト運
転を開始すべき着霜状態にまでは至っていないが、かな
りの着霜を生じている状態（模式図（ｂ））に対応する
温度差（ΔＴ２）を第２基準量として、さらに、第３図
のｌａ）のように着霜が始まって、定常運転時の温度差
（ΔＴ。

）よりも若干大きくなった温度差（ΔＴ３）を第３基準
量として設定するものである。さらに上記各基準量の設
定に当たっては、外気温度（ＴＡ）の変化に対応した値
として設定している。すなわち第４図は、外気温度（丁
Ａ）の変化に対する上記各基準量の検量線を示しており
、例えば外気温度（Ｔｉ）のときの第１基準量（ΔＴｌ
ｉ　）と、外気温度（Ｔｊ）のときの第１基準量（ΔＴ
ｌｊ　）とは若干具なった値となるが、それぞれ同図の
ような検量線に基づいて外気温度の変化に対応した基準
値を読取り、これらを基準データテーブルとして制御部
９に記憶させているのである。一方、上記テーブルには
第４図のように外気温度（ＴＨ）及び（ＴＬ）でそれぞ
れ上下限を設けている。上限温度（ＴＨ）は誤動作防止
のためであり、外気温度が（Ｔｌ（）以上であれば、着
霜が存在しないと判断される温度に、したがってこのと
き生じた温度差は着霜以外の要因によるものと判断され
る温度に設定している。

また下限温度（ＴＬ）は例えば０℃に設定しており、後
で説明するように、この温度（ＴＬ）以下の外気温度の
ときに上記温度差が八Ｔ３以上生じたときに室外ファン
６を作動したとしても低温外気の吹き付けでは除霜効果
を生じ得ないと判断される温度に設定しているのである
。

上記制御部９はさらに、第１図のように、上記各信号の
出力によって作動される４個の制御手段を有している。

まずその第１の制御手段は、室内負荷検出手段２２から
暖房停止信号が出力されたときに、圧縮機３、室外ファ
ン６及び室内ファン８の駆動をそれぞれ停止して暖房運
転を停止し、一方暖房停止信号の出力されないときは圧
縮機３、室外ファン６及び室内ファン８を駆動して暖房
運転を行なう制御をするための運転制御手段２８である
。またその第２の制御手段は、着霜量検出手段２４から
第１デフロスト信号が出力されたときに、四方切換弁４
の切換、圧縮機３の駆動、室外ファン６の停止等のホッ
トガスデフロストを行い、一方第１デフロスト信号が出
力されないときにはデフロストを行わない制御をするた
めの第１デフロスト制御手段２９である。そしてその第
３の制御手段は、上記暖房停止信号と室外温度センサ２
６からの高温側適温信号と着霜量検出手段２４からの第
２デフロスト信号がそれぞれ出力されたときに上記ホッ
トガスデフロストを行い、それ以外の場合はデフロスト
を行わない制御をするための第２デフロスト制御手段３
０である。さらに第４の制御手段は、暖房停止信号と室
外温度センサ２６からの高温側及び低温側適温信号が出
力され、かつ着霜量検出手段２４から第３デフロスト信
号が出力されているときに室外ファン６を作動させ、そ
れ以外の場合、つまり室外熱交換器５への着霜量が第２
基準量を超えてデフロスト運転を行なう場合や、室外温
度が高温側基準温度以上の場合、あるいは低温側基準温
度以下の場合には室外ファン６を作動させないような制
御を行なうファン制御手段３１である。

上記空気調和機の作動状態を第５図に示すフローチャー
トに基づいて説明する。まず正常に暖房運転が継続され
ている場合には、第５図に示すように制御部９における
制御プログラムはステップ５Ｏ１Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ
４−３ｏとサイクリックに各ステップを実行している。

すなわちこの間にステップＳ１では室外サーミスタ１０
で検出される外気温度（ＴＡ）と外熱交サーミスタ１２
で検出される室外熱交換器温度（Ｔｅ）との差ΔＴを演
算・記憶して、これをステップＳ２において第１基準量
（ΔＴｌ）と比較する。（ΔＴｌ）以下の時にはステッ
プｓ３でルームサーモ１１の作動状態により、これが作
動しない場合、つまり室内温度が基準温度以下の場合に
は、ステップＳ４で暖房運転信号を発生し、再度ステッ
プＳＯに戻ってプログラムの実行を継続していく。この
プログラムサイクル実行中に、ステップＳ２でΔＴがΔ
Ｔ１よりも大となった場合には、暖房を停止してステッ
プＳ６に移り、外気温度（ＴＡ）が高温側基準温度（Ｔ
Ｏ）より小さい場合には、室外熱交換器５への着霜量が
甚大であると判断して、ステップＳ７、Ｓ８の逆サイク
ルデフロスト運転を行なう。このデフロストの完了（ス
テップＳ８）は、図示してはいないが、室外熱交換Ｂ５
の温度が所定温度を超える際に出力されるデフロスト完
了信号によって行われるようになされている。デフロス
トが完了するとステップＳ９でデフロスト運転を停止し
、再度ステップＳＯに戻ってＳｌ、Ｓ２・・・と続く暖
房運転サイクルを実行していくこととなる。

一方、上記暖房運転サイクル中、ステップＳ３でルーム
サーモ１１がＯＮ作動したとき、すなわち室内温度が基
準温度を超えた場合には、暖房を停止してステップＳｌ
ｌに移り、外気温度（Ｔ＾）が高温側基準温度（Ｔ　Ｉ
＋　）よりも小さい場合にはステップＳＬ２において暖
房停止直前に演算記憶されたΔＴを第２基準量（ΔＴ２
）と比較する。そしてこのΔＴがΔＴ２より大きいとき
には、室外熱交換器５への着霜量がかなり多いと判断し
て、次のステップＳ１３、Ｓ１４、Ｓ１５の逆サイクル
デフロスト運転を実行するのである。この逆サイクルデ
フロスト実行プログラムステップＳ１４でルームサーモ
１１の作動状態を監視しており、ルームサーモ１１がＯ
ＦＦ作動し、室温が基準温度より低下した場合にはステ
ップ３１６でこの逆サイクルデフロスト運転を中断して
、ステップＳＯに戻り、初めの暖房運転サイクルを実行
することとなる。

さらに、上記ステップＳ１２において、ΔＴがΔＴ２以
下の場合にはステップＳ１７へと移り、外気温度（ＴＡ
）と低温側基準温度（ＴＬ）とを比較する。

この外気温度（ＴＡ）が低温側基準温度（ＴＬ）より低
い場合には、室外ファン８を作動しても送風による解霜
はなし得な・いので、このときステップＳ２１へと移っ
て室外ファン８をＯＮ作動することなく、初期のプログ
ラムステップＳＯへ移ることとなる。

一方ステップＳ１７でＴＡがＴＬより大きい場合には、
次にステップＳ１８に移り、暖房停止直前のΔＴを第３
基準量（ΔＴ３）と比較する。そしてこのΔＴがΔ付よ
り小さい場合には室外熱交換器５には着霜していないと
して、ステップＳ２１に移り、室外ファン６は停止のま
まで初期プログラムステップＳＯへ移る。一方ΔＴがΔ
Ｔ３より大きい場合には、室外熱交換器５には着霜が始
まっている状態に相当し、このときステップＳ１９に移
って室外ファン６をＯＮ作動し、送風による除霜操作が
実行されるのである。この室外ファン６による除霜操作
はステップＳ２０におけるルームサーモ１１のＯＦＦ作
動信号、あるいはステップＳ１７における外気温度ＴＡ
の低下、又は室外熱交換器５と外気温度との温度差（Δ
Ｔ）が第３基準量（ΔＴ３）より小さくなった場合にス
テップＳ２１へと移って室外ファン６は停止され、初期
プログラムステップＳＯに復帰する。

以上の説明のように、上記実施例においては、室外熱交
換器５への着霜量が、デフロスト運転をすべき第１基準
量に達していなくても、着霜が存在すればその量に応じ
て暖房運転の停止中を利用して除霜操作が自動的に行わ
れるものであり、着霜量が多ければ（第２基準量を超え
ていれば）停止期間中デフロスト運転が、また着霜量が
少なければ（第２基準量以下であれば）室外ファン６に
よる除霜操作が実行される。その結果、暖房運転再開時
の暖房能力を向上することが可能となる。

また、除霜のための上記室外ファン６のＯＮ作動条件と
して、第３基準量を設けているので、室外熱交換器５へ
の霜の付着がないにもかかわらず、室外ファン６がＯＮ
作動するような従来装置における空運転が防止される。

以上の暖房運転停止中を利用した除霜機能によって、デ
フロスト運転頻度の減少を図ることができるが、上記実
施例ではルームサーモ１１の作動状態より優先する第１
デフロスト制御手段を有しているので、寒冷地等におけ
る着霜条件の悪い環境下においても、この第１デフロス
ト制御手段による強制デフロスト運転により暖房性能の
自動回復が保障されているので、広範囲の使用環境の下
に経済的な装置として利用することが可能である。

なお、上記実施例においては、着霜量の検出手段として
室外温度（ＴＡ）と室外熱交換器温度（Ｔｅ）とを利用
する方法により構成したが、室内熱交換器の温度と室内
温度吸込温度とから間接的に着霜量を検出する方法等の
他の方法による構成とすることも可能である。また上記
実施例ではルームサーモを有する室内負荷検出手段を示
したが、室内熱交換器における冷媒の過冷却温度の変化
によりて負荷検出を行なう方法等によって室内負荷検出
手段を構成することもできる。また室外ファンによる除
霜操作の停止条件として、この室外ファンの運転中にΔ
ＴがΔＴ３より大となったときに停止する制御構成とし
たが、この条件を省略し、暖房停止直前のΔＴがΔＴ３
より大であれば、その暖房停止期間中は室外ファンのＯ
Ｎ作動を継続することによって、完全解霜を図るべく構
成することもできる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明は、着霜量検出手段にお
いて検出した着霜量を第１、第２、第３基準量とそれぞ
れ比較し、着霜量がデフロスト運転をすべき第１基準量
に達していなくても、着霜が存在すればその量に応じて
暖房運転の停止中を利用して除霜操作が行われるように
成されており、着霜量が第１基準量以下で第２基準量を
超えていれば停止期間中のデフロスト運転が、また第２
基準量以下であれは室外ファンによる除霜操作が実行さ
れるものである。その結果、暖房運転再開時の暖房能力
を向上することができる。また除霜のための上記室外フ
ァンＯＮ作動条件として、第３基準量を設けているので
、従来例のように、室外熱交換器への霜の付着がない場
合にも室外ファンがＯＮ作動するような空運転状態が解
消される。さらに第１デフロスト制御手段によって着霜
量が第１基準量を超える場合にはルームサーモ１１の作
動状態によらず、除霜運転を実行する機能を有している
ので、寒冷地等における着霜条件の恋い環境下において
も暖房性能の自動回復が保障されているので、広範囲の
使用条件下において経済的な装置として利用することが
可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明のヒートポンプ式空気調和機の機能ブ
ロック図、第２図はその全体構成の概略を示す説明図、
第３図は室外熱交換器への着霜量と室外熱交換器温度と
の関係を示すグラフ、第４図は、第１、第２、第３基準
量と外気温度との関係を示すグラフ、第５図は上記空気
調和機の制御方法のフローチャート図、第６図は従来装
置の機能ブロック図である。 ５・・・室外熱交換器、６・・・室外ファン、２２・・
・室内負荷検出手段、２４・・・着霜量検出手段、２８
・・・運転制御手段、２９・・・第１デフロスト制御手
段、３０・・・第２デフロスト制御手段、３１・・・フ
ァン制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．室内での空調負荷を検出すると共に検出負荷が基準
   負荷以下のときに暖房停止信号を出力する室内負荷検出
   手段（２２）と、上記暖房停止信号の有無に従って暖房
   運転の停止と再起動とを行なう運転制御手段（２８）と
   を有するヒートポンプ式空気調和機であって、室外熱交
   換器（５）への着霜量を検出する着霜量検出手段（２４
   ）と、上記着霜量が第１基準量を越えたときにデフロス
   ト機能を作動させる第１デフロスト制御手段（２９）と
   、上記着霜量が上記第１基準量とこの第１基準量よりも
   小さい第２基準量との間であって、かつ上記暖房停止信
   号が出力されているときにデフロスト機能を作動させる
   第２デフロスト制御手段（３０）と、上記着霜量が上記
   第２基準量とこの第２基準量よりも小さい第３基準量と
   の間であって、かつ上記暖房停止信号が出力されている
   ときに室外ファン（６）を作動させるファン制御手段（
   ３１）とを設けたことを特徴とするヒートポンプ式空気
   調和機。