JPS644095B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、着霜検出装置に関し、特にヒートポ
ンプ式空気調和機の暖房運転時に室外側熱交換器
において生じる着霜を検出する着霜検出装置に関
するものである。

一般に、ヒートポンプ式空気調和機で暖房運転
を行う場合、室外側熱交換器において外気に含ま
れる水蒸気が結露凍結することによつて着霜現象
が生じ、この霜層の断熱作用などによつて暖房能
力が著しく低下するという問題があつた。

そこで、従来、このような着霜を除去するため
に、差温式又はタイマ式等の除霜制御器により逆
サイクル式等の除霜方法が広く行われている。

しかしながら、前記従来のものでは、着霜量を
直接検出していないため、差温式の除霜制御器に
あつては、例えば室外側熱交換器の入口側と出口
側との冷媒の温度差によるために外気条件と室内
負荷条件によつては着霜状態でないときでも除霜
運転に入るという誤動作を起こすことが多々あ
る。また、タイマ式の除霜制御器にあつては、タ
イマにより運転時間を単に積算するために不必要
なときに除霜したり、あるいは必要なときに除霜
開始が遅れるといつた動作誤差が生じるという欠
点を有していた。

本発明者等はかかる点に鑑み、鋭意研究の結
果、着霜を検出する着霜検出素子として、相対湿
度変化に対する抵抗値変化が負の特性をもつ感湿
素子又は結露状態を抵抗値変化として検出する結
露センサを用いることにより、着霜量を抵抗値変
化として直接検出できることを見い出し、本発明
を完成するに至つたものである。

すなわち、前記着霜検出素子として用いる感湿
素子および結露センサの本来の特性はそれぞれ第
１図および第２図に示すように湿度あるいは結霜
に対して負の抵抗値特性を有する。このような素
子を冷却し表面を着霜状態にしたときの特性は第
３図および第４図に示す如きものとなる。即ち、
第３図は感湿素子を冷却した時の抵抗値変化を示
し、図中ａ−ｂ間では素子を冷却したために素子
表面の相対湿度が上昇して低抗値が低下し、ｂ−
ｃ間では素子表面で水蒸気が結露したために抵抗
値がほぼ一定の値となり、ｃ−ｄ間では素子表面
で水滴が結露したために抵抗値が上昇することを
示している。また、第４図は結露センサを冷却し
た時の抵抗値変化を示し、図中ａ−ｂ間は素子を
冷却して結露状態になるまでの変化を示し、抵抗
値には殆んど変化がなく、次にｂ−b′間は素子表
面が乾き状態から結露状態に変化したときの抵抗
値変化を示し、スイツチング的な急激な抵抗値の
低下を示す。そして、b′−ｃ間では素子表面で水
蒸気が結露し、抵抗値がほぼ一定となり、ｃ−ｄ
間では素子表面で水滴が結露状態であり、着霜量
に応じた抵抗値に変化することを示している。よ
つて、これらの特性線図より、着霜量を直接、着
霜検出素子（感湿素子又は結露センサ）の抵抗値
変化として検出することができることが判明す
る。

また、冷凍サイクルの着霜特性の一般的傾向お
よび前記結露センサを室外側熱交換器のフインに
取付けたときの特性を第５図ａ〜ｃに示す。第５
図より、着霜量が運転経過時間と共に直線的に増
加する（第５図ｂ）と、これに伴つて暖房能力は
低下し（第５図ａ）、これと同時に、結露センサ
の抵抗値がこの着霜量と対応して増加する（第５
図ｃ）ことが判る。このことから、結露センサの
抵抗値変化として着霜量を直接検出することがで
きるものと言える。

そのために、本発明は、着霜量による着霜検出
素子の抵抗変化を電圧に変換して基準電圧値との
比較により除霜を開始すべき着霜量を検出するこ
とを基本思想としたもので、ヒートポンプ式空気
調和機の室外側熱交換器に添設され相対湿度変化
に対する抵抗値変化が負の特性をもつ感湿素子又
は結露状態を検出する結露センサで構成された着
霜検出素子と、該着霜検出素子の抵抗変化を電圧
に変換する抵抗電圧変換回路と、該抵抗電圧変換
回路の出力電圧を結露状態における着霜検出素子
の抵抗値に対応する第１基準電圧値と比較し、前
記記出力電圧が第１基準電圧値よりも小さいとき
にＨレベル信号を出力する第１比較回路と、該第
１比較回路のＨレベル信号を保持する保持回路
と、前記抵抗電圧変換回路の出力電圧を着霜状態
における着霜検出素子の抵抗値に対応する第２基
準電圧値と比較し、前記出力電圧が第２基準電圧
値よりも大きいときにＨレベル信号を出力する第
２比較回路と、前記保持回路および第２比較回路
のＨレベル信号を受けて着霜検出信号（デフロス
ト運転開始信号）を出力する論理積回路とからな
り、誤動作や動作誤差を起すことなく、正確にデ
フロスト運転開始信号が得られるようにした着霜
検出装置を提供するものである。

さらに、本発明は、前記構成に加えて、暖房運
転開始時に着霜検出素子を設定時間加熱するヒー
タ等の加熱手段と、前記加熱設定時間経過後にＨ
レベル信号を出力するタイマとを設け、該タイマ
のＨレベル信号をも論理積回路に入力するように
することにより、検出開始状態を常に同一状態に
して誤動作の発生を防止できるようにした着霜検
出装置を提供することを目的とするものである。

さらにまた、本発明は、前記のような基準電圧
値との比較による検出に代えて、ウインド形比較
回路とタイマあるいは電圧勾配正負判別回路との
組合せにより、着霜検出素子の抵抗変化の時間変
化によつて着霜状態を他の状態と判別して検出す
るようにすることにより、検出開始状態を常に同
一状態にすることなく、着霜時だけを確実に検出
できるようにした着霜検出装置の提供を目的とす
るものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。

第６図は本発明の第１実施例である着霜検出装
置A₁のブロツク図を示し、１はヒートポンプ式
空気調和機の室外側熱交換器のフインに添設され
た着霜検出素子であつて、該着霜検出素子１は第
１図および第２図に示す如く相対湿度変化に対す
る抵抗値変化が負の特性をもつ感湿素子又は結露
状態を検出する結露センサで構成されている。こ
のような特性を有する結露センサとしては、例え
ば、対向配置した一対の平板電極間に、吸水性を
有しかつ吸水量に応じてその電気抵抗値が変化す
る物質（例えば、CrO₂，MgCr₂O₄、２−ヒドロ
キシ−３−メタクリルオキシプロピルトリメチル
アンモニウムクロライド重合体など）よりなる感
湿材を介装したもの、あるいは一対の櫛形電極を
噛合させた状態で該電極を前記感湿材で被包した
もの等の周知のセンサ構造を有するものが適用で
き、具体的な特性は上記物質の種類、電極間距離
等により調節することができる。（尚、これらセ
ンサの具体的構成例については、特開昭54−
123099号公報、特開昭54−156690号公報、特開昭
55−10502号公報、特開昭55−10565号公報等参
照）２は該着霜検出素子１の抵抗変化を電圧に変
換する抵抗電圧変換回路である。また、３は該抵
抗電圧変換回路２から出力された前記着霜検出素
子１の抵抗値に対応する出力電圧Ｖを、第１基準
電圧設定回路４から出力された第１基準電圧V₁
と比較して、前記出力電圧Ｖが第１基準電圧値
V₁よりも小さいとき（Ｖ＜V₁）にＨレベル信号
を出力する第１比較回路であり、前記第１基準電
圧値V₁は第７図に示すように結露状態における
着霜検出素子１の抵抗値Ｘに対応する電圧値に設
定されている。５は前記第１比較回路３からの出
力信号（Ｈレベル信号）を保持する保持回路であ
る。

一方、６は前記抵抗電圧変換回路２の出力電圧
Ｖを、第２基準電圧設定回路７から出力された第
２基準電圧値V₂と比較して、前記出力電圧Ｖが
第２基準電圧値V₂よりも大きいとき（Ｖ＞V₂）
にＨレベル信号を出力する第２比較回路であつ
て、前記第２基準電圧値V₂は第７図に示す如く
除霜を開始すべき着霜状態における着霜検出素子
１の抵抗値Ｙに対応する電圧値に設定されてい
る。さらに、８は前記保持回路５からのＨレベル
信号および前記第２比較回路６からのＨレベル信
号を受けて着霜検出信号（すなわちデフロスト運
転開始信号）を出力する論理積回路であり、以上
によつて着霜検出装置A₁が構成されている。

次に、前記第１実施例の着霜検出装置A₁の作
動について第７図に従つて述べるに、ヒートポン
プ式空気調和機を暖房運転すると、室外側熱交換
器のフインに取付けられた第７図では結露センサ
で構成された着霜検出素子１は冷却され、該素子
１の表面の状態は乾き状態から結露状態へ移行
し、素子１の抵抗値は急激に低下する。その際素
子１の抵抗値がＸ値（特性線図上のＤ点に対応す
る）以下になると、着霜検出素子１の抵抗変化を
電圧に変換する抵抗電圧変換回路２からの出力電
圧Ｖは第１基準電圧値V₁よりも小さくなること
により、第１比較回路３からはＨレベル信号が出
力され、このＨレベル信号は保持回路５によつて
設定時間の間、出力保持されている。

そして、前記着霜検出素子１の表面状態が結露
状態を経て着霜状態に移行し、該素子１の抵抗値
が上昇してＹ値（特性線図上のＢ点に対応する）
以上になると、前記抵抗電圧変換回路２からの出
力電圧Ｖは第２基準電圧値V₂以上となつて、第
２比較回路６からＨレベル信号が出力される。こ
の第２比較回路６からのＨレベル信号と前記保持
回路５からのＨレベル信号とを受けて論理積回路
８からはＨレベル信号（デフロスト運転開始信
号）が出力され、着霜の検出が行われる。したが
つて、除霜を開始すべき着霜量を直接検出するこ
とにより、外気条件あるいは室内負荷条件が異な
つても誤動作することがないとともに動作誤差を
起こすことがなく、暖房運転時のデフロスト運転
開始信号を正確に取出すことができるため、暖房
運転を効率良く制御することが可能となり、ひい
ては省エネルギーに寄与することができる。

尚、前記運転開始時には着霜検出素子１の抵抗
値はＹよりも大であるので、第２比較回路６より
Ｈレベル信号が出力されるが、この時点では第１
比較回路３よりのＨレベル信号がなく、保持回路
５が作動していないので、論理積回路８からのデ
フロスト運転開始信号は出力されない。

次に、第８図は本発明の第２実施例である着霜
検出装置A₂のブロツク図を示し（第６図（第１
実施例）と同一の部分については同一の符号を付
してその説明を省略する。）、前記第１実施例の構
成に加えて、暖房運転開始時に着霜検出素子１を
設定時間加熱するヒータ等の加熱手段９と、該加
熱手段９の加熱経過後にＨレベル信号を出力する
タイマ１０とを設け、論理積回路８′には保持回
路５からのＨレベル信号および第２比較回路６か
らのＨレベル信号に加えて、前記タイマ１０から
のＨレベル信号を入力せしめて、着霜検出信号
（デフロスト運転開始信号）を出力するようにし
たものである。

すなわち、前記第１実施例では、着霜量を検出
する場合、検出開始状態を常に同一状態にしてか
ら検出を開始する必要がある。つまり、第７図に
示すように、暖房開始状態が着霜状態でのＸ−Ｙ
間（特性線図上のＥ−Ｂ間）の場合（例えば特性
線図上のＣ点の場合）、着霜状態から運転に入り、
特性線図のＣ点からＢ点の方向に進んで、第２比
較回路６よりＨレベル信号が出力されるが、第１
比較回路３からのＨレベル信号の出力がないの
で、デフロスト運転開始信号が出力されず、誤動
作を起こすことがあるからである。

そのため、本実施例では、暖房運転開始時に着
霜検出素子１を該着霜検出素子１の近傍に設けた
ヒータ等の加熱手段９をタイマ１０によつて設定
時間加熱することにより、着霜検出素子１周辺の
室外側熱交換器に付着した霜をとかし、例えば第
７図でＥ−Ｂ間の状態にある着霜検出素子１を、
強制的にＤ−Ｅ間の状態にして抵抗値を一旦Ｘ以
下に下げて、第１比較回路３により保持回路５を
作動させ、再び霜付によつて抵抗値がＹになると
第２比較回路６より出力させて論理積回路８′よ
り着霜検出信号を出力させ、暖房運転開始状態の
如何に拘らず、着霜検出素子１の検出開始状態を
常に同一状態にすることができ、誤動作を確実に
防止することができる。尚、前記実施例ではヒー
タは着霜検出素子１と別体にして近傍に設けた
が、ヒータを着霜検出素子１にプリント印刷して
一体に構成してもよい。

また、第９図は本発明の第３実施例である着霜
検出装置A₃のブロツク図を示し、前記第２実施
例における加熱手段９およびタイマ１０に代え
て、暖房運転開始時にヒートポンプ式空気調和機
を設定時間デフロスト運転する補助デフロスト運
転スイツチ１１、および該補助デフロスト運転ス
イツチ１１によるデフロスト運転経過後にＨレベ
ル信号を出力するタイマ１０′を設けたもので、
暖房運転開始時に着霜検出素子１をデフロスト運
転によつて着霜状態から脱出させ、該着霜検出素
子１の検出開始状態を常に同一状態にするように
したものであり、第２実施例と同様の作用効果を
奏することができるものである。

さらに、第１０図は本発明の第４実施例である
着霜検出装置A₄を示し、第６図と同一の部分に
ついては同一の符号を付してその説明は省略す
る。すなわち、第１０図において、１２は着霜検
出素子１の抵抗変化を電圧変換する抵抗電圧変換
回路２からの出力電圧Ｖが上限基準電圧値V₃と
下限基準電圧値V₄との範囲内にあるときにＨレ
ベル信号を出力するウインド形比較回路、１３は
該ウインド形比較回路１２の出力信号を受けて設
定時間T₁後にＨレベル信号を出力するタイマ、
１４は前記ウインド形比較回路１２からのＨレベ
ル信号およびタイマ１３からのＨレベル信号を受
けて着霜検出信号（デフロスト運転開始信号）を
出力する論理積回路であり、前記タイマ１３の設
定時間T₁は、第１１図に示すように、ウインド
形比較回路１２の上限基準電圧値V₃に対応する
着霜検出素子１の抵抗値ａの下限基準電圧値V₄
に対応する着霜検出素子１の抵抗値ｂとの間の抵
抗変化に要する時間が乾き状態から結露状態に変
化するとき（特性線図上のＦ−Ｇ間）の時間T₂
が着霜状態になつたとき（特性線図のＨ−Ｉ間）
の抵抗変化時間T₃に比べると極めて短かいこと
に着目し、前記タイマ１３の設定時間T₁はT₂よ
り大で、かつT₃よりも小に設定されている。（T₂
＜T₁＜H₃）。

したがつて、本実施例においては、着霜検出素
子１が第１１図に示す如くＦ−Ｇ間の状態（結露
状態）およびＨ−Ｉ間の状態（着霜状態）にある
ときには、ウインド形比較回路１２からＨレベル
信号が出力されるが、Ｆ−Ｇ間の状態では、その
抵抗変化時間T₂がタイマ１３の設定時間T₁より
も短かいことにより、該タイマ１３からＨレベル
信号は出力されず、論理積回路１４からはＨレベ
ル信号は出力されない。一方、前記Ｈ−Ｉ間の状
態では、その抵抗変化時間T₃がタイマ１３の設
定時間T₁よりも長いことにより、該タイマ１３
からＨレベル信号が出力され、前記ウインド形比
較回路１２からのＨレベル信号と併せて、論理積
回路１４からはＨレベル信号（着霜検出信号）が
出力され、着霜の検出が行われる。よつて、前記
第１〜第３実施例とは異なり、本実施例では着霜
検出素子１の着霜状態をその抵抗変化時間の差異
によつて他の状態と判別し、着霜状態のみを検出
することができるので、室外側熱交換器の状態如
何に拘らず着霜状態の検出を誤動作なく確実に行
うことができる。

さらに、第１２図は本発明の第５実施例である
着霜検出装置A₅を示し、第６図および第１０図
と同一部分については同一の符号を付してその説
明を省略する。すなわち、第１２図において、１
５は抵抗電圧変換回路２からの出力電圧Ｖの時間
に対する電圧変化の勾配の正負を判別し、電圧変
化の勾配が正であるときにＨレベル信号を出力す
る電圧勾配正負判別回路である。しかして、本実
施例においては、着霜検出素子１の抵抗変化を電
圧に変換する抵抗電圧変換回路２からの出力電圧
Ｖが上限基準電圧値V₃と下限基準電圧値V₄との
範囲内にあり、かつ所定時間の前後における（す
なわち時間に対する）、電圧変化の勾配が正のと
きにウインド形比較回路１２および電圧勾配正負
判別回路１５からＨレベル信号を出力して、論理
積回路１４からＨレベル信号（着霜検出信号）を
出力させるようにしたものであり、前記第４実施
例とと同じ作用効果を奏するものである。

尚、前記第１〜第４実施例では、第７図および
第１１図に示す如く着霜検出素子１として結露セ
ンサの特性線図に基づいて述べたが、第３図に示
すような特性をもつ感湿素子についても同様に適
用できるのは言うまでもない。

また、着霜検出素子１の着霜状態における抵抗
値変化特性が第７図破線で示す如く、第２基準電
圧値V₂に対応する抵抗値Ｙ直前付近C′点からゆ
るやかに上昇してＢ点に至るようなものの場合に
は、第２基準電圧設定回路７の第２基準電圧値と
してはC′点における抵抗値（Ｙより若干小さい抵
抗値）に対応する電圧値に設定するとともに、第
２比較回路６と論理積回路８との間に、該第２比
較回路６のＨレベル信号を前記C′点からＢ点に至
る時間に相当する設定時間T₄経過後に出力する
タイマを設けて動作誤差のより一層の防止化を図
るようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、着霜量
を直接検出することができるので、誤動作や動作
誤差を生ずることなく正確にデフロスト運転信号
を得ることができ、ヒートポンプ式空気調和機の
暖房運転の効率的な制御を可能とし、省エネルギ
ー化を図ることができるものである。

さらに、第２の発明は、暖房運転開始時の室外
側熱交換器の状態の如何に拘らず、検出開始状態
を常に同一状態にして着霜検出を開始することが
できるので、着霜検出を誤動作なく、より正確に
行うことができるものである。

さらにまた、第３および第４の発明は、前記の
如く検出開始状態を常に同一状態にすることな
く、着霜状態だけを確実に検出することができる
ので、着霜検出をより一層正確にかつ信頼性良く
行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図お
よび第２図はそれぞれ感湿素子および結露センサ
の相対湿度に対する抵抗値特性を示す線図、第３
図および第４図は空気調和機の運転時間経過に伴
う室外側熱交換器に添設した感湿素子および結露
センサのそれぞれの抵抗値変化特性を示す線図、
第５図ａ〜ｃは同じく運転時間経過に伴なう暖房
能力、着霜量および結露センサ抵抗値のそれぞれ
の特性線図、第６図は第１実施例を示すブロツク
図、第７図は同作動説明図、第８図および第９図
はそれぞれ第２および第３実施例を示すブロツク
図、第１０図は第４実施例を示すブロツク図、第
１１図は同作動説明図、第１２図は第５実施例を
示すブロツク図である。 １……着霜検出素子、２……抵抗電圧変換回
路、３……第１比較回路、５……保持回路、６…
…第２比較回路、８，８′……論理積回路、９…
…加熱手段、１０，１０′……タイマ、１１……
補助デフロスト運転スイツチ、１２……ウインド
形比較回路、１３……タイマ、１４……論理積回
路、１５……電圧勾配正負判別回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヒートポンプ式空気調和機の室外側熱交換器
   に添設され、相対湿度変化に対する抵抗値変化が
   負の特性をもつ感湿素子又は結露状態を検出する
   結露センサで構成された着霜検出素子１と、該着
   霜検出素子１の抵抗変化を電圧に変換する抵抗電
   圧変換回路２と、該抵抗電圧変換回路２の出力電
   圧Ｖを結露状態における着霜検出素子１の抵抗値
   に対応する第１基準電圧値V₁と比較して前記出
   力電圧Ｖが第１基準電圧値V₁よりも小さいとき
   にＨレベル信号を出力する第１比較回路３と、該
   第１比較回路３のＨレベル信号を保持する保持回
   路５と、前記抵抗電圧変換回路２の出力電圧Ｖを
   着霜状態における着霜検出素子１の抵抗値に対応
   する第２基準電圧値V₂と比較して前記出力電圧
   Ｖが第２基準電圧値V₂よりも大きいときにＨレ
   ベル信号を出力する第２比較回路６と、前記保持
   回路５および第２比較回路６のＨレベル信号を受
   けて着霜検出信号を出力する論理積回路８とから
   なることを特徴とする着霜検出装置。 ２ ヒートポンプ式空気調和機の室外側熱交換器
   に添設され、相対湿度変化に対する抵抗値変化が
   負の特性をもつ感湿素子又は結露状態を検出する
   結露センサで構成された着霜検出素子１と、該着
   霜検出素子１の抵抗変化と電圧に変換する抵抗電
   圧変換回路２と、該抵抗電圧変換回路２の出力電
   圧Ｖを結露状態における着霜検出素子１の抵抗値
   に対応する第１基準電圧値V₁と比較して前記出
   力電圧Ｖが第１基準電圧値V₁よりも小さいとき
   にＨレベル信号を出力する第１比較回路３と、該
   第１比較回路３のＨレベル信号を保持する保持回
   路５と、前記抵抗電圧変換回路２の出力電圧Ｖを
   着霜状態における着霜検出素子１の抵抗値に対応
   する第２基準電圧値V₂と比較して前記出力電圧
   Ｖが第２基準電圧値V₂よりも大きいときにＨレ
   ベル信号を出力する第２比較回路６と、暖房運転
   開始時に着霜検出素子１を設定時間加熱する加熱
   手段９と、該加熱手段９による加熱設定時間経過
   後にＨレベル信号を出力するタイマ１０と、前記
   保持回路５、第２比較回路６およびタイマ１０の
   Ｈレベル信号を受けて着霜検出信号を出力する論
   理積回路８′とからなることを特徴とする着霜検
   出装置。 ３ ヒートポンプ式空気調和機の室外側熱交換器
   に添設され、相対湿度変化に対する抵抗値変化が
   負の特性をもつ感湿素子又は結露状態を検出する
   結露センサで構成された着霜検出素子１と、該着
   霜検出素子１の抵抗変化を電圧に変換する抵抗電
   圧変換回路２と、該抵抗電圧変換回路２の出力電
   圧Ｖが上限基準電圧値V₃と下限基準電圧値V₄と
   の範囲内にあるときにＨレベル信号を出力するウ
   インド形比較回路１２と、該ウインド形比較回路
   １２の出力信号を受けて、前記上下限基準電圧値
   V₃，V₄間に対する着霜検出素子１の乾き状態か
   ら結露状態への移行時での抵抗変化時間T₂より
   長く、かつ着霜状態時での抵抗変化時間T₃より
   短かく設定された設定時間T₁経過後にＨレベル
   信号を出力するタイマ１３と、前記ウインド形比
   較回路１２およびタイマ１３のＨレベル信号を受
   けて着霜検出信号を出力する論理積回路１４とか
   らなることを特徴とする着霜検出装置。 ４ ヒートポンプ式空気調和機の室外側熱交換器
   に添設され、相対湿度変化に対する抵抗値変化が
   負の特性をもつ感湿素子又は結露状態を検出する
   結露センサで構成された着霜検出素子１と、該着
   霜検出素子１の抵抗変化を電圧に変換する抵抗電
   圧変換回路２と、該抵抗電圧変換回路２の出力電
   圧Ｖが上限基準電圧値V₃と下限基準電圧値V₄と
   の範囲内にあるときにＨレベル信号を出力するウ
   インド形比較回路１２と、前記抵抗電圧変換回路
   ２の出力電圧Ｖの時間に対する電圧変化の勾配の
   正負を判別し電圧変化の勾配が正であるときにＨ
   レベル信号を出力する電圧勾配正負判別回路１５
   と、前記ウインド形比較回路１２および電圧勾配
   正負判別回路１５のＨレベル信号を受けて着霜検
   出信号を出力する論理積回路１４とからなること
   を特徴とする着霜検出装置。