JPS63156984A - 可変速度型熱ポンプのための除霜制御方法及び装置 - 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 本発明は一般に熱ポンプ、より詳細には除霜過程が開始
されるべき時を決定するための方法及び装置に係わる。

背景の技術 空気を熱源とする熱ポンプが加熱モードで運転されてい
るときの固有の特徴は蒸発コイル上に霜が形成される傾
向があることであって、かかる霜の生成は当該装置の効
率の低下の原因となる。従って、一定期間装置を逆に運
転すること（すなわち冷却モードで運転すること）によ
って、周期的に除霜サイクルを開始することが通常実施
されている。

理想的には、霜の生成がある所定の水準に達したときの
み又は当該装置の効率がある割合に減少したときのみ除
霜装置が作動して、そのとき完全な除霜がされる必要が
あるときに限り除霜モードのままで作動されるのが好ま
しい。それゆえ種々の制御方法と装置がかかる目的のた
めに工夫されてきた。

当該コイル上に生成した霜の段階を決定する方法として
知られているものに、光−光学技術を使用するもの、フ
ァンの羽根の速度を感知するもの及び内側コイルと外側
コイルの間の冷媒圧力差を測定するものがあるが、いず
れもある欠点を有する。いわゆる「除霜要求（ｄｅｍａ
ｎｄ　　ｄｅｆ’ｒｏｓｔ　）　Ｊ法で使われている他
の手法によると、コイルと雰囲気空気の温度差が感知さ
れて、当該温度差が所定の水準に達したら除霜サイクル
が開始される。

この手法では二つのセンサが必要であることが認識され
よう。一方かかる方法は正確な温度測定値を得るには二
つのセンサを校正する必要があるから問題解決が複雑化
される。すなわち現在利用し得るサーミスタは各々固有
の差異を有しており、一対のサーミスタが使われると各
装置毎に校正手続が必要であり、それには時間と費用が
かかることがある。校正することなしに穏当な正確さを
有する利用可能な他の型のセンサーもあるが、適用され
る除霜装置で使用されるのは経済的に妥当でない。

それゆえ本発明の目的は、改良された適用可能な除霜装
置を提供することである。

本発明の他の目的は、運転の全てのサイクルにわたって
効率を最大化するための熱ポンプに適用可能な除霜装置
を提供することである。

本発明の更に他の目的は、コイル上に生成された霜が高
価な温度センサ又は校正技術の使用なしに測定されるた
めに適用可能な除霜装置を提供することである。

本発明の更にもう一つの他の目的は、安価に製造されて
効果的に使用され得る適用可能な除霜装置を提供するこ
とである。

かかる目的及び他の特徴と利点は、以下の記述が添付さ
れている図面と関連させて参照されることにより容易に
明確となる。

発明の開示 本発明者は、装置に霜が形成されることにより飽和蒸発
器温度が低下してそれが吹込み圧力の低下と効率の損失
が生ずる原因となることを認識してきた。更に、清浄な
コイルから霜の付いたコイルに行くときの飽和温度の変
化は、霜の生成による効率の低下が直接測定されるとき
に使用され得る。本発明ではそれゆえ、霜が蓄積してい
る間の熱ポンプ装置の効率が、蒸発器温度降下、すなわ
ち除霜前後の蒸発器コイル上の特定の点の表面温度の差
異に相応して除霜の間隔時間が変更されることによって
最適化されることが追及される。従って、本発明の一面
によると除霜間隔の時間は除霜前後の飽和コイル温度の
差を適用することにより計算される。かくして除霜前後
の飽和コイル温度の差は霜の生成の水準に比例するから
それによって、単一のセンサが霜の生成の段階の測定に
使用される。更に次の除霜までの時間は、前記温度差に
逆比例するから、前記温度差の関数として計算される。

又本発明者によって、除霜開始時に最適蒸発器温度降下
になるような除霜間隔時間が選択されることが望ましい
ことが発見された。かかる最適蒸発器温度降下は熱ポン
プの物理的特性に依存するから、代表的実験データが考
慮される必要がある。

更に、当該最適温度降下は熱ポンプの作動に影響を与え
る他の変数の関数であり得る。雰囲気温度はかかる考慮
されるべき主要な変数である。従って、本発明の他の一
面によると除霜前後の飽和コイル温度の差の最適値は雰
囲気温度の関数として計算される。ある時間の所定の雰
囲気温度に対応する前記温度差は従って、新しい除霜間
隔時間を計算するために現在の除霜間隔時間に適用され
る。

このようにして新しい除霜間隔時間は古い除霜間隔時間
に除霜前後の飽和コイル温度の差の所望の値と実際値と
の比を乗することにより計算される。

以下の記述には最良の実施例が描かれているが、種々の
他の変更及び別の構造が本発明の真の精神及び範囲から
逸脱することなく為され得る。

発明の最良の実施例 第１図について説明すると、屋内コイル１１、屋外コイ
ル１２、圧縮機１３及び可逆弁１４により構成されてい
る熱ポンプ装置が示されている。

屋内及び屋外コイル１１．１２間の管１５内に設置され
ているのは膨張弁１６と１７であり、その各々は膨張装
置として作動しないときには冷媒のバイパスとなる用意
がなされている。これらの構成物の全てはむしろ従来法
により運転されて空調モードで運転されている時は冷房
機能を熱ポンプモードで運転されている時は暖房機能を
提供する。

本発明は定速装置にも可変速度装置にも等しく適用でき
るが、ここでは可変速度装置に関して言及される。かか
る装置では、例えば電子整流電動機（ＥＣＭ−８）又は
インバータ駆動ＡＣ誘導電動機のような可変速度型電動
機の使用が予期され、それにより普通屋外コイル１２内
に設置される圧縮機１３と屋内コイル１１のためのファ
ンが駆動される。圧縮機速度制御器１８はそれゆえ、圧
縮機とその付属装置の運転に伝達され共働されるように
用意されている。

前記圧縮機速度制御器１８は、導線１９によって圧縮機
１３に又導線２２によってユニット制御器２１に電気的
に連結されている。一方ユニット制御器は、リレーＲ１
と導！２３によって可逆弁１４に、リレーＲ２と導線２
６によって屋外コイルファン２４にそしてリレーＲ３と
導線２８によって屋内コイルファン２７にそれぞれ連結
されている。更に、当該ユニット制御器は導線２９によ
ってサーミスタＴに電気的に連結されている。

本発明は計算された除霜時間に合わせて除霜サイクルが
開始されることによって除霜サイクルの効率が最適化さ
れることを意図するものであり、当該時間は現に存在す
る運転条件の関数として各除霜サイクル後に調整されそ
れによって最適除霜サイクル長さが維持される。かかる
中で、測定される運転条件は飽和蒸発器コイル温度（Ｓ
ＣＴ）であって、当該温度はサーミスタＴによって除霜
サイクルの前後両方とも測定されて、それにより霜の蓄
積による装置の作動能力の低下の指示が提供される。単
一のサーミスタが両測定に使われるから、合成された温
度差の測定値は高価なセンサーなしに又校正もなしに正
確に得られる。

第２図には除霜制御機能に適用可能なユニット制御器の
構成が示されてい、る。第３図には本発明による除霜時
間決定のために採られるより重要な段階の順序が示され
ている。サーミスタＴの温度は分圧器回路網３１とマイ
クロプロセッサ３３に連結されているアナログデジタル
変換器３２を通って解読される。雰囲気条件（以下に記
述される方法で評価される）によって蒸発器コイル１２
が除霜される必要性が指示された後初めてマイクロプロ
セッサ３３によって除霜保留モードが開始されたとき、
マイクロプロセッサ３３の中の除霜保留タイマーには読
み出し専用記憶装置３４に記憶されていた初期待ち期間
定数が装填される。この定数は初期の除霜サイクルで使
われるだけであり、それに続く除霜サイクルでは雰囲気
温度が十分に上昇してもはや除霜を必要としなくなる時
間までは下記の方程式１の適用によって得られた時間が
使われる。

前記除霜保留タイマーが消滅した時、マイクロプロセッ
サ３３により屋外コイルサーミスタＴの温度が読み込ま
れてこの値が除霜前蒸発器コイル温度として記憶される
。圧縮機速度Ｓ１も又可変速度ユニットの場合には記憶
される。そこで当該ユニットにより、屋外ファン２４が
止められて（リレーＲ２は断の状態）可逆弁１４に動力
が供給されて（リレーＲ１が人の状態）そして圧縮機１
３が最大速度で運転されることによって除霜サイクルの
作動が開始される。

除霜の終了は、当該ユニットが除霜モードにある時は冷
媒流体が屋外コイル１２を出る時の温度を基礎とする。

前記流体の温度がサーミスタＴによって測定された所定
値に達したら、コイル１２には氷が無いことが知られる
。もし前記流体の温度が最大の除霜期間になっても終了
値に達しないと、除霜サイクルは正常な調整方法が使わ
れない場合の時間を基礎として終了する。

除霜作動タイマーには最大許容除霜期間が装填されてお
り、マイクロプロセッサ３３によって屋外コイルサーミ
スタＴの温度の監視が開始される。

このサーミスタの温度が読み込み専用記憶装置に記憶さ
れた終了値に達したとき又は除霜作動タイマーが消滅し
たときに、この除霜サイクルは終了する。もし除霜が温
度によって終了したら、除霜作動タイマーは止められて
その値が許容限界内にあるかどうかが調べられる。もし
除霜が時間によって終了したら、屋外コイルサーミスタ
Ｔの値が停止時に調べられる。

除霜サイクルが終了した後に、当該ユニットは加熱モー
ドに戻される。可変速度ユニットの場合には、圧縮機は
除霜サイクルの開始に先だって記憶された速度Ｓ１に戻
される。そこで当該ユニットは、屋外コイル温度の安定
化が許されるように除霜に続く遅れ期間に前記速度で運
転され続ける。

この遅れ期間の終りに、屋外コイルサーミスタＴが再び
読み込まれて除霜後の蒸発器コイル温度として記憶され
る。除霜前後の蒸発器の温度差が計算されて測定蒸発器
温度降下（測定Δ５ＣＴ）として記憶される。

屋外乾球温度はそこで除霜後コイル温度を使用して評価
されて、そして蒸発器コイル温度降下の最適値（所望Δ
５ＣＴ）が読み込み専用記憶装置に記憶されている表を
使って屋外温度の関数として決められる。最適蒸発器温
度降下に対する実験データセットが第４図に示されてい
る。

次の除霜を待つ時間は次の公式を使って計算される。

次の除霜までの時間−最後の除霜までの時間Ｘ調整に伴
う利得を制御して所望の安定性が提供されるために、上
記の比は０．５から２．０までの範囲内に留まるように
強制される。

もし除霜が温度によって終了して除霜作動タイマーが読
み込み専用記憶装置３４に記憶されている最小除霜期間
を超えているなら、次の除霜までの時間は最後の除霜ま
での時間と蒸発器温度降下△ＳＣＴを基礎とする。もし
除霜が温度によって終了するが除霜作動タイマーによっ
て最小許容除霜期間に対応する値以下が計数されていな
かったなら、次の除霜までの時間は最後の除霜までの時
間に読み込み専用記憶装置に記憶された定数を加えたも
のである。もし除霜が時間によって終了して、終了時の
屋外コイルサーミスタの温度が終了温度よりも０℃によ
り近いなら、次の除霜までの時間は読み込み専用記憶装
置３４に記憶された最小除霜期間である。もし除霜が時
間によって終了するが、屋外コイル温度が０℃よりも終
了温度により近いなら、次の除霜までの時間は最後の除
霜までの時間から読み込み専用記憶装置に記憶された定
数を引いた値である。　除霜保留タイマーには次の除霜
までの時間の新しい値が設定されて、その値は次の除霜
間隔の計算に使用されるために　　“記憶部に記憶され
る。屋外コイル温度は、前記ユニットが除霜保留モード
で運転されている間連続的に監視されている。雰囲気条
件が除霜が必要とされる範囲にある限り、前記ユニット
により除霜待ち時間は前記の方法で調整され続ける。し
かし、もし屋外コイル１２がもはや霜が形成されない水
準まで暖まったら、制御器により除霜保留モードは取消
される。以後の除霜は（条件により再び除霜が保証され
たとき）記憶装置に記憶された初期の待ち時間で開始さ
れるだろう。

除霜保留タイマーは圧縮機が運転されているときだけ減
少される。もし圧縮機の運転及び停止が循環されるが雰
囲気条件が屋外コイル１２温度が決して除霜保留モード
が取り消される温度値以上に上昇しないようなとき、マ
イクロプロセッサ３３により圧縮機１３が運転開始され
る時には必ず除霜保留タイマーが開始され、圧縮機が停
止された時には必ず当該タイマーが停止される。除霜間
の待ち時間はコイルに霜が形成される時間が基礎とされ
て、その間圧縮機が運転継続される必要があるが、最後
の除霜から経過した実際の時間ではない。

本発明の最良の実施例に関して説明されてきたが本発明
の範囲と意図の中に留まる限り他の如何なる限定条件を
も採られ得ることが理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が含まれる熱ポンプ装置の略図である。 第２図は本発明のユニット制御器の部分の略図である。 第３図は本発明を実行する場合に実施される各段階の順
序を示す流れ線図である。 第４図は最適の除霜温度の差異を雰囲気温度と電動機速
度の関数として作図されたグラフである。 １１・・・屋内コイル、１２・・・屋外コイル、１３・
・・圧縮機、１４・・・可逆弁、１５゛・・・管、１６
．１７・・・膨張弁、１８・・・圧縮機°速度制御器、
１９・・・導線。 ２１・・・ユニット制御器、２２．２３・・・導線、２
４・・・屋外コイルファン、２６・・・導線、２７・・
・屋内コーイルファン、２８．２９・・・導線、Ｒ１、
Ｒ２、Ｒ３・・−リレー、Ｔ・・・サーミスタ、３１・
・・分圧器回路網、３２・・・アナログデジタル変換器
、３３・・・マイクロプロセッサ、３４・・・読み込み
専用記憶装置ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）屋外コイルと屋内コイル及び圧縮機を有する型の
   熱ポンプ装置に於ける除霜間隔の時間を決めるための改
   良された方法であって、 雰囲気温度が屋外コイル上に霜が形成される所定の温度
   水準に達する時を感知することと、所定の除霜時間経過
   後に除霜前の飽和屋外コイル温度を感知して除霜サイク
   ルを開始することと、屋外コイルの流体冷媒の温度が除
   霜の完了を指示する所定の温度水準に達する時を感知す
   ることと、 除霜後の飽和屋外コイル温度を感知することと、除霜前
   と除霜後の飽和屋外コイル温度間の実際の温度差を決定
   することと、 前記実際の温度差を基礎として新しい除霜時間を決定す
   ることと、 の各段階を含むことを特徴とする方法。
2. （２）屋外コイルと屋内コイル、圧縮機及び可逆弁を有
   する熱ポンプ装置に於て、除霜時間を計算する方法であ
   って、 除霜前の飽和屋外コイル温度を感知して記録することと
   、 ある所定の運転条件になったら除霜サイクルが開始され
   てそして前記サイクルが終了することと、除霜後の飽和
   屋外コイル温度を感知して記録することと、 除霜前後の飽和屋外コイル温度間の実際の温度差を決定
   することと、 除霜時間を計算するのに前記実際の温度差を使用するこ
   とと、 の各段階を含むことを特徴とする方法。
3. （３）屋内コイルと屋外コイル、圧縮機及び可逆弁を有
   する型の改良された適用可能な除霜装置であって、 除霜サイクルが開始される直前の飽和屋外コイル温度を
   感知するセンサと、 除霜サイクルが終了した直後の飽和屋外コイル温度を感
   知するセンサと、 前記二つの感知された飽和屋外コイル温度間の実際の差
   を得るための及び前記温度差の関数として除霜時間を計
   算するための装置と、 を有することを特徴とする除霜装置。