JPS6364698B2 - - Google Patents

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JPS6364698B2
JPS6364698B2 JP57113809A JP11380982A JPS6364698B2 JP S6364698 B2 JPS6364698 B2 JP S6364698B2 JP 57113809 A JP57113809 A JP 57113809A JP 11380982 A JP11380982 A JP 11380982A JP S6364698 B2 JPS6364698 B2 JP S6364698B2
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Japan
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defrosting
outdoor
temperature
compressor
coil
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JP57113809A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
    • F25D21/002Defroster control
    • F25D21/006Defroster control with electronic control circuits

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリバースサイクル冷凍機の屋外コイル
除霜制御装置に関し、更に詳しくは自己適応系の
除霜制御装置に関する。
世界の大抵のところでヒートポンプの使用に関
連しての長年の問題はしばしば屋外コイルに動作
が暖房モードのとき霜/氷が積もり形成されると
いうことである。氷が厚くなるにつれヒートポン
プ装置の全体としての効率は大きく低下し、かな
りの量のエネルギーは無駄になる。従つて、今ま
で霜および/または氷を検出し屋外コイルから
霜/氷を除去するための調整動作を行う多くの装
置が提案されてきた。従来装置の例としては次の
米国特許:第3170304号;第3170305号;第
3400553号および第4209994号がある。
ある所定の基準に対してヒートポンプ装置の除
霜動作モードを指令する最適点(霜/氷の形成
点)があることは、知られている。除霜指令が早
過ぎたり遅過ぎるとエネルギーは無駄になり装置
の全体効率は損われる。
本発明は自己適応系の除霜制御装置で、ヒート
ポンプ装置の各動作サイクルに対し、すなわち、
暖房サイクル→除霜動作モード→暖房動作の循環
の各サイクルに対し、除霜を開始させる制御点を
再調整すべく制御装置を修正する。
本発明はリバースサイクルの冷凍機の屋外コイ
ルの除霜制御装置で、冷凍機は通常の冷媒圧縮手
段、屋内コイル、屋外コイルおよび前記圧縮手段
とコイルとを連通するための冷媒通路手段とから
なる。除霜制御装置は、屋外温度を示す出力を有
する屋外温度検出手段、屋外コイル温度を示す出
力を有する屋外コイル温度検出手段、圧縮手段の
動作を示す出力信号を発生する手段、ヒートポン
プにより温められたり、冷やされたりする室の加
熱または冷却の要求を示す出力を有する屋内温度
検出手段およびある特定の制御手段とからなる。
この制御手段は下記のすべての条件が発生したと
きヒートポンプ装置を屋外コイル除霜動作モード
にする。
(i) 屋外コイル温度が予め選定された設定温度よ
り低いこと。
(ii) 圧縮手段は予め選定された最小の時間動作中
であること。
および、 (iii) 屋外コイル温度は定数N1と屋外温度との積
に等しいかそれより低い温度であること。
ここで、N1は予め選定された初期乗数である。
除霜動作モードに入つた後ある除霜終了条件が生
じたら、制御手段はヒートポンプ装置の動作を非
除霜モードに変える働きをする。そして、それか
ら、制御手段は各除霜動作の後霜なし状態におけ
る屋外コイル温度と屋外温度との安定した値に基
づき、N1の新しい値を計算する。
本発明は、屋外コイルの除霜の開始を最適点に
保ち、エネルギーをセーブする。つまり、ヒート
ポンプ装置の効率を上げ、室を温めるためのトー
タルコストを下げるものである。
以下、図面により本発明を説明する。
第1図は、屋外コイル除霜制御装置を含んだリ
バースサイクルの冷凍機のブロツク図で、屋内熱
交換コイル10、屋外熱交換コイル12、冷媒圧
縮手段すなわち、圧縮機14およびコイルと圧縮
機を連通する冷媒通路手段とからなる。冷媒通路
手段は制御装置18を有するリバース弁16、膨
張手段20およびパイプ21〜26を含む。上述
した冷凍機は古くから知られており、上述した米
国特許例えば第3170304号に例示されている。簡
単に説明すると屋内暖房モード中、すなわち、リ
バースサイクル冷凍機が建物の内部を暖房すべく
動作しているときには、圧縮機14は温かいガス
冷媒をパイプ25、リバース弁16およびパイプ
23を介して屋内熱交換コイル10に放出する。
冷房または除霜モード中においては、リバース弁
16は、圧縮機からの温かいガス冷媒がパイプ2
5、リバース弁16およびパイプ24を介して屋
外熱交換コイル12に流れるように動作する。
除霜制御装置は屋外温度検出手段(以下
「TODAS」という)31を含む。TODAS31
は出力端子32を有し、この出力端子には屋外温
度を示す出力信号“TODA”が得られる。出力
32は後で詳述するマルチプレクサ40の3つの
入力の1つである。除霜制御装置は更に第1図に
参照番号34で示す屋外コイル温度検出手段(以
下「TODCS」という)を含む。このTODCSは
出力線35を有し、この出力線には屋外コイルの
温度を示す出力信号“TODC”が得られる。こ
の出力線35は、マルチプレクサ40にその第2
の入力として、接続される。
圧縮機14は、適した電力源17から給電され
るべく、かつ、暖房または冷房のいずれかの制御
信号の関数として停止すなわち“オフ”の位置か
ら、動作すなわち“オン”状態に制御されるべく
接続されたコントローラ15により制御される。
そして前記制御信号は接続手段43を介して適し
たルームサーモスタツト42からコントローラ1
5に与えられる。リバース弁16もまた接続手段
41を介して要求された動作モードすなわち、暖
房または冷房のモードに適合した位置にあるよう
にルームサーモスタツト42により制御される。
ルームサーモスタツト42からの出力もまた、接
続手段44を介してマイクロプロセツサ50に第
1の入力として与えられる。
マルチプレクサ40への第3の入力は最初の除
霜開始関係の勾配であるように決められた定数信
号K1の信号源58から与えられる。この信号源
58はリード線60によりマルチプレクサ40に
接続された可変抵抗59からなるものが図示され
ている。この信号源58および/またはその機能
はマイクロプロセツサ50の内部に含まれてなる
ものと考えてもよい。マイクロプロセツサ50と
マルチプレクサ40をつなぐ接続手段52により
マイクロプロセツサはこの分野の技術者によく知
られている方法でマルチプレクサを制御する。か
くしてマルチプレクサの出力端子53には
TODAS31により検出された屋外温度を示す
TODA信号、TODCS34により検出された屋外
コイル温度を示すTODC信号または、信号源5
8からのK1信号のいずれかが現われる。マルチ
プレクサ40の出力53はアナログ/デイジタル
変換器54に入力として与えられる。アナログ/
デイジタル変換器54はマイクロプロセツサ50
に印加される出力55を有すると共に、マイクロ
プロセツサ50から接続手段56を介して入力を
受ける。アナログ/デイジタル変換器54は、そ
の入力53に現われるアナログの温度信号を、マ
イクロプロセツサ50による使用に適したデイジ
タル形式に変換する。
マイクロプロセツサ50はリバース弁16の制
御装置18に接続される出力接続手段70を有す
る。しかして、リバースサイクル冷凍機の動作モ
ードを制御し、暖房又は冷房モードのいづれかに
する。冷房モードにすることにより、それ以前の
暖房モード中に積つた屋外コイルの霜を溶かし、
消すことができる。
本発明を構成する装置の一つのコンポーネント
として使用し得るマイクロプロセツサで適したも
のはインテル社のモデル8049である。また、適し
たアナログ/デイジタル変換器54はテキサスイ
ンストルーメンツ社のモデルTL505C(T.I.の仕様
書DL−5 12580参照)であり、適したマルチプ
レクサはモトローラ社のモデルMC14051BPであ
る。更に、ハネウエル社の白金膜抵抗型の温度セ
ンサモデルC800−AとC800−BがTODAS31
およびTODCS34としてそれぞれ使われる。ま
た更にハネウエル社のモデルT872のサーモスタ
ツトがルームサーモスタツト42として使用され
る。このモデルT872は、バイメタル式の冷暖房
用水銀スイツチで、複数の補助熱源を制御するス
イツチ手段を含む。更に、適したヒートポンプ、
すなわち、コンポーネント10,12,14,1
5,16はウエステイングハウス社の屋外ユニツ
トモデルHL036COWと屋内ユニツト
AG012HOKとからなるHI−RE−LIユニツトで
ある。
この分野の技術者には第1図に示す機能上の相
互接続は1または2以上の電気的配線やパイプを
表わしており、このケースのように使用される特
定の機器によつて定まることがわかろう。また、
ルームサーモスタツト手段42は圧縮機14と動
作上関連を持ち、圧縮機の動作を示す出力を有す
る手段であることも理解されよう。なんとなれば
サーモスタツトの動作により圧縮機14の動作は
“オフ”から“オン”すなわち動作状態になり、
サーモスタツト42からマイクロプロセツサ50
への接続手段44は圧縮機の動作を表わす入力を
構成しているからである。
第2図は第1図の装置の制御を示すフローチヤ
ートである。第2図において、参照番号100は
開始点で装置“オン”を示す。ここからの流れ
は、処理ブロツク101“K1のアナログ/デイ
ジタル変換器への接続”→処理ブロツク102
“K1の測定”→処理ブロツク103“N1として
K1をストア”→処理ブロツク104“TODCの
アナログ/デイジタル変換器への接続”→処理ブ
ロツク105“TODCの測定”→論理処理ブロ
ツク106“TODCは設定温度Tより低いか”
の流れとなる。この論理処理ブロツク106の判
断が“NO”の応答107のときは結合子109
を介して遅延手段110に接続され更に接続手段
111を介して処理ブロツク104に戻る。論理
処理ブロツク106の判断が“YES”の応答1
08のときは論理処理ブロツク112“圧縮機は
動作中か”に行き、“NO”の応答113のとき
は結合子115に接続され、接続手段116を介
して結合子109につながる。論理処理ブロツク
112の判断が“YES”の応答114のときは
処理ブロツク120“TODAのアナログ/デイ
ジタル変換器への接続”→処理ブロツク121
“TODAの測定”→論理処理ブロツク122“圧
縮機は最小時間動作したか”の流れとなる。そし
てこの論理処理ブロツク122の判断が“NO”
の応答123のときは結合子125に接続され、
次に接続手段126を介して結合子115につな
がる。論理処理ブロツク122の判断が“YES”
の応答124のときは論理処理ブロツク125
“TODC≦N1・TODA?”に入り、その判断が
“NO”の応答126のときは結合子125に接
続され、“YES”の応答127のときは処理ブロ
ツク128“ヒートポンプを除霜モードにする”
→結合子129→論理処理ブロツク130“除霜
終了状態になつたか”の流れとなる。この論理処
理ブロツク130の判断が“NO”の応答131
のときは結合子129に戻り、“YES”の応答1
32のときは処理ブロツク133“ヒートポンプ
を動作(非除霜)モードにする”→結合子134
→論理処理ブロツク135“装置はTODCを安
定にするに十分な時間動作したか”の流れとな
る。この論理処理ブロツク135の判断が
“NO”の応答136のときは結合子134に戻
り、“YES”の応答137のときは、処理ブロツ
ク140“TODAのアナログ/デイジタル変換
器への接続”→処理ブロツク141“TODAの
測定”→処理ブロツク142“TODCのアナロ
グ/デイジタル変換器への接続”→処理ブロツク
143“TODCの測定”→処理ブロツク144
“コイルの霜なし状態に基づき新しいN1の計算”
→処理ブロツク150“新しいN1をストア”→
処理ブロツク104に戻るという流れとなる。
実際上は、第1図の信号源58内のK1の値は
据付サイトに出荷される前に工場で或る平均値に
設定される。装置の動作を理解するために第1図
に示す冷凍機は据付けられたもので、マルチプレ
クサ40に送られているTODAとTODCの信号
(信号源58からK1の信号と共に送られ、これら
の信号はすべてアナログ/デイジタル変換器54
により選択的にデイジタル形式に変換されて、5
5を介してマイクロプロセツサ50に与えられ
る)で動作するものとする。またヒートポンプは
暖房モードで使用されており、更に屋外の温度と
湿度の状態は霜および/または氷がゆつくりと屋
外熱交換コイル12に形成されるような状態であ
るとしよう。かかる状態であると遂には屋外コイ
ルの除霜が必要となることは理解されよう。第2
図には装置が102でK1の値を測定しこれを1
03でN1としてストアするのが示されている。
TODCの値が測定され、106で予め選定され
た設定温度Tpermitと比較される。もしTODCが
設定温度Tpermit、例えば32〓の温度、より高け
れば屋外コイルは霜および/または氷を形成する
ことが不可能であるから従つて107における
“NO”の応答により、上述した機能を繰返(リ
サイクル)す。しかしながらTODCが設定温度
Tpermitより低い場合にはこれは屋外コイル温度
が結氷問題の生ずる可能性と更に他の事柄を調べ
なければならないという温度であることを意味す
る信号となる。かくして、106からの流れは論
理処理ブロツク112へ移る。このブロツク11
2は圧縮機が動作中か否かを判定する。なんとな
れば除霜は圧縮機が動作中である場合にのみ起る
からで、この質問への答が“YES”の場合に処
理ブロツク120および121は屋外温度
TODAを測定し、圧縮機が最小時間動作したか
否かを確かめるための論理処理ブロツク122へ
と移る。そして前記最小時間は屋外温度および屋
外コイルの温度が安定した値になるのに必要で、
例えば、5分から10分の時間である。次に論理処
理ブロツク125でTODCと積N1・TODAとの
比較がなされる。TODCがN1・TODAに等しい
かそれより低ければ霜および/または氷が存在す
る。すると127の“YES”の応答は128に
入り、ヒートポンプ装置は除霜動作モードに移さ
れる。第1図において、これはマイクロプロセツ
サ50からの出力により行われる。そしてこの出
力は、ヒートポンプ装置を除霜動作モードに移す
ようにリバース弁16の制御装置18に70を介
して与えられる。これにより、加熱された温かい
冷媒は圧縮機14からパイプ25、リバース弁1
6およびパイプ24を介して屋外コイル12を流
れるように送られ、これにより積つた霜や氷は溶
けてなくなるのである。
霜や氷が屋外コイルから溶け去つたら直ちに除
霜動作モードを終了させることが大切である。第
2図において、これは除霜終了状態になつたか否
かを判定すべくチエツクする論理処理ブロツク1
30により行われる。この除霜終了状態は、例え
ば、 (i) TODCが予め選定された終了温度、例えば
55〓に等しいかそれより高いこと。
(ii) ヒートポンプ装置が除霜動作モードにあつ
て、圧縮機の動作している時間が10分ないしそ
れ以上であること。
のいずれかとしてよい。除霜終了状態が得られる
と132の“YES”の応答により、ヒートポン
プは動作すなわち非除霜動作モードに移される。
次に装置は、屋外コイル温度TODCが安定する
のに十分な長い時間動作したか否かを調べる。こ
れは、通常短かい時間で例えば5分である。13
5からの“YES”の応答137の場合には霜な
しコイルの状態に基いてN1の新しい値を算出す
る目的で、処理ブロツク140,141,14
2,143,144を順に行う。この新しいN1
の値は、150でストアされて、論理処理ブロツ
ク125で使われる。すなわち、この新しいN1
の値は次の除霜の必要性に対してヒートポンプ装
置を何時除霜動作モードに移すかの開始点を制御
するのに用いられる。
第3図には、TODCが縦軸に、TODAが横軸
にとられて5本の関係A、B、C、B′およびC′が
示されている。関係Aは、TODCとTODAが等
しいことを示し、これは、ヒートポンプが“オ
フ”の状態にあるときに生ずる。屋外コイルは暖
房モードのときエネルギーを屋外から吸収して冷
媒に移すため、屋外コイルは屋外より冷たくなり
関係Bによつて示される如くになる。関係AとB
がTODC1とTODA1の点で一点に集中することは
よく知られており、これは主として、冷媒の蒸発
特性、膨張手段および圧縮機により引き起こされ
る。
また、除霜エネルギー効率を最適にするため、
関係AとBとの差は約50%に増大するようにされ
る。これが関係Cで、屋外温度に対する除霜の開
始はこの関係Cで望まれる。関係Cもまた関係A
およびBとTODC1とTODA1の点で一点に集ま
る。この関係Cの勾配はTODC3−TODC1/TODA3−TODA1
、 これは予め設定され、K1として用いられる。
更にまた、関係Bは冷媒量、ヒートポンプ装
置、機器のデザイン、装置のコンポーネント(コ
イル、圧縮機膨張手段等)やコイルの空気の流れ
の変動や違いにより変動することもよく知られて
いる。例えばこの変動により関係Bは関係B′に
なり得る。コイルの霜なし状態B′と制御開始線
Cとの間の小さな差は過剰な、かつエネルギー浪
費の除霜となる。
B′というこの新しい状態に対して制御は別の
新しい制御開始線C′を決定する。例えば、屋外温
度がTODA2のとき、TODC4がTODA2に等しい
と指令されているマイクロプロセツサは、除霜モ
ードが終つてTODCを安定させるに十分な時間
ヒートポンプ装置が働いた後にTODC2を決定し、
新しい勾配N1を決定するように指令が与えられ
ている。これはTODC4とTODC2との差をエネル
ギー効率上前に決められたように50%だけ増すこ
とによつてなされる。これにより、TODC5
TODC4−1.5(TODC4−TODC2)に等しくなるよ
うに決める。すると新しいN1
TODC5−TODC1/TODA2−TODA1、すなわち TODC5−TODC1/TODA2−TODC1となる。これは、新しい制
御 開始線C′の勾配である。関係C′もまた関係A、B
およびB′とTODC1とTODA1の点で一点に集ま
る。
以上のようにして新しいN1が求められ、今回
の除霜の開始点の決定に用いられたN1の値が更
新され、次回の除霜の制御開始線の勾配が用意さ
れる。次回の屋外コイル温度がこの用意された勾
配N1と次回の屋外温度との積で定まる温度(第
3図のTODC5に対応する温度)以下であると除
霜モードになり、霜なしコイルの状態(除霜終了
後屋外コイル温度TODCが安定した状態)にお
ける屋外温度TODA(第3図のTODA2に対応す
る温度)と屋外コイル温度TODC(第3図の
TODC2に対応する温度)とを測定し、TODC(第
3図のTODC5に対応する温度)を決定して、 新しいN1(TODC5−TODC1/TODA2−TODC1に対応する値)
を 計算し、その次の回の除霜の制御開始線の勾配と
して用意する。
従つてこの装置には連続ベースで除霜制御開始
点を適応させる手段が具備されていることがわか
る。かくして、除霜の各サイクルに対し、N1
新しい値が計算され、125で除霜動作モードの
開始を制御するのに用いられる。これはヒートポ
ンプ制御において際立つた利点である。なぜなら
ば予め定められたヒートポンプの低下量に対応し
て除霜制御開始点を適応させるという制御を正確
に行なうからである。これにより除霜機能のエネ
ルギーの最適化を維持する。この装置の利点は、
適応性をもつているので通常の設備で発生する諸
諸の変動に適応するということにある。例えば通
常のヒートポンプ装置は、冷媒量が変化する機器
を有する。また、屋内および屋外の熱交換コイル
の容量変動もあり得る。更に装置のデザインが異
なるとパーフオーマンスパラメータも異なる。こ
の装置は上記の全ての変動や検出手段や制御の精
度を受容し、あらゆるケースにおいて除霜機能の
最適な開始を提供する。
【図面の簡単な説明】
第1図の本発明を用いるリバースサイクルの冷
凍機のブロツク図、第2図は第1図の装置の1つ
の構成要素としてのマイクロプロセツサの制御の
フロー図、第3図は、屋外温度、屋外コイル温度
とある除霜制御との関係を示すグラフである。 10……屋内熱交換コイル、12……屋外熱交
換コイル、14……圧縮機、15……コントロー
ラ、16……リバース弁、18……制御装置、3
1……屋外温度検出手段、34……屋外コイル温
度検出手段、40……マルチプレクサ、42……
ルームサーモスタツト、50……マイクロプロセ
ツサ、51……A/D変換器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 圧縮機、屋内コイル、屋外コイル、および圧
    縮機とコイルとを連通するための冷媒通路手段を
    有するリバースサイクル冷凍機の屋外コイル除霜
    制御装置であつて、 屋外温度を示す信号を出力する屋外温度検出手
    段と、 屋外コイルの温度を示す信号を出力する屋外コ
    イル温度検出手段と、 室の加熱または冷却の要求を示す信号を出力す
    る室内温度検出手段と、 前記圧縮機と動作上関連を持ち圧縮機の動作を
    示す信号を出力する手段と、 前記屋外温度検出手段、屋外コイル温度検出手
    段、室内温度検出手段および前記圧縮機の動作を
    示す信号を出力する手段と動作上接続関係を有し
    て、それらの出力信号を受け、下記4条件のすべ
    てが生じたとき前記冷凍機を屋外コイル除霜動作
    モードにする除霜開始手段と、除霜終了状態が生
    じたとき非除霜動作モードにする除霜終了手段
    と、各除霜動作後の霜なしコイル状態における安
    定した屋外コイル温度と屋外温度の測定値に基い
    て、各除霜動作の終了の都度、除霜制御開始点を
    調整すべく新しい制御開始線の勾配を求める計算
    手段とからなるコントローラとを具備する冷凍機
    の屋外コイル除霜制御装置。 記 (a) 屋外コイル温度は予め選定された設定温度よ
    り低いこと。 (b) 圧縮機の動作を示す信号を出力する手段は、
    圧縮機が動作中であるという信号を出力してい
    ること。 (c) 圧縮機が予め定められた最小時間動作してき
    ていること、 (d) 屋外コイル温度は、設定された制御開始線の
    勾配と屋外温度との積に等しいかそれより低い
    こと。 2 除霜終了手段は、屋外コイル温度と予め選定
    された終了温度を比較する手段と、 該手段による比較の結果、屋外コイル温度の方
    が高いか、または、等しいときに非除霜動作モー
    ドにする手段とからなることを特徴とする第1項
    に記載の、冷凍機の屋外コイル除霜制御装置。 3 除霜終了手段は、圧縮機が除霜モード下にの
    おいて動作している時間と予め選定された時間と
    を比較する手段と、 該手段による比較結果、圧縮機の動作している
    時間の方が長いか、または、等しいときに非除霜
    動作モードにする手段とからなることを特徴とす
    る第1項に記載の、冷凍機の屋外コイル除霜制御
    装置。 4 計算手段は、冷凍機の非除霜動作モード時間
    を計時する手段と、 該手段が所定時間を計時したときに制御開始線
    の勾配の新しい値の計算を行う手段とからなるこ
    とを特徴とする第1項に記載の、冷凍機の屋外コ
    イル除霜制御装置。
JP57113809A 1981-06-30 1982-06-30 冷凍機の屋外コイル除霜制御装置 Granted JPS588938A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US278943 1981-06-30
US06/278,943 US4373349A (en) 1981-06-30 1981-06-30 Heat pump system adaptive defrost control system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS588938A JPS588938A (ja) 1983-01-19
JPS6364698B2 true JPS6364698B2 (ja) 1988-12-13

Family

ID=23067049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57113809A Granted JPS588938A (ja) 1981-06-30 1982-06-30 冷凍機の屋外コイル除霜制御装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4373349A (ja)
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