JPS644097B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、除霜装置に関し、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生
じる着霜をデフロスト運転によつて除去するよう
にした除霜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、着霜量あ
るいは除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、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検出のために
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（デフロスト運転）に入ると
いう誤動作を起こすことがある。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、必要な時に除霜開始あるいは終了が遅れると
いつた動作誤差が生じるという欠点を有してい
た。

本発明はかかる点に鑑み、着霜（あるいは除
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て結露状
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、着霜および除霜（露付き）を抵抗
値変化として直接検出することができ、よつて除
霜開始および終了を正確に行い得るようにした除
霜装置を提供せんとするものである。

すなわち、前記着霜検出素子として用いる結露
センサの本来の特性は第１図に示すように結露に
対して負の特性を有する。このような結露センサ
を冷却しその表面を着霜状態にした後除霜を行つ
たときの特性は第２図に示す如きものとなる。す
なわち、第２図において、ａ−ｂ間は結露センサ
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′間はセン
サの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間ではセンサ
表面が結露状態にあり、抵抗値がほぼ一定とな
り、ｃ−ｄ間ではセンサ表面が着霜状態であり、
着霜量に応じた抵抗値に変化することを示し、さ
らにｄ−ｅ間ではセンサを加熱して除霜したこと
により抵抗値が低下し、ｅ点で完全に除霜されセ
ンサ表面が結露状態（露付き状態）にあることを
示している。よつて、この特性線図より、着霜に
よる除霜開始を直接結露センサの抵抗値変化とし
て検出することができるとともに、除霜終了をも
直接的に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。つまり、第２図で
抵抗値がR_A〜R_Bの範囲内に一定時間存在すれば、
着霜と判断して除霜を開始し、また、抵抗値が
R₂以下の値に一定時間存在すれば霜の融解によ
る露付きと判断して除霜を終了すればよいことが
判る。

そのため、本発明においては、ヒートポンプ式
空気調和機の室外側熱交換器に添設した結露セン
サの抵抗変化を基準値と比較することにより着霜
による除霜開始および除霜終了を検出することを
基本思想とするものである。これに加えて、前記
室外側熱交換器（暖房運転時の蒸発器）の出口冷
媒温度は第２図の特性線図と対応して第３図に示
す如き温度特性を示し、第３図より、室外側熱交
換器の出口冷媒温度が設定値T_A以下のときには
着霜と判断し、設定値T_B以上のときには霜の融
解（除霜完了による露付き）と判断すればよいこ
とが判るので、この室外側熱交換器の出口冷媒温
度を、除霜開始および終了の二次的信号として温
度センサにより検出し、よつて、前記の二つの検
出信号により除霜運転の開始および終了を誤動作
なく正確に行い得るようにしたものである。すな
わち、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
が負の特性をもつて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
の出力を受け、その出力値が着霜状態における着
霜検出素子の出力値範囲に対応する上限および下
限基準値範囲内に設定時間のあいだあることによ
り着霜状態を判定する第１着霜判定手段と、前記
着霜検出素子の出力を受け、その出力値が結露状
態における着霜検出素子の出力値に対応する第２
基準値以下にあることにより結露状態を判定する
第１結露判定手段と、前記室外側熱交換器の出口
冷媒温度を検出する温度センサと、該温度センサ
の出力を受け、その出力値が着霜状態における出
口冷媒温度に対応する第３基準値以下にあること
により着霜状態を判定する第２着霜判定手段と、
前記温度センサの出力を受け、その出力値が結露
状態における出口冷媒温度に対応する第４基準値
以上にあることにより結露状態を判定する第２結
露判定手段と、前記第１および第２着霜判定手段
の両出力により空気調和機の除霜運転を開始する
とともに、前記第１および第２結露判定手段の両
出力により該除霜運転を停止するよう制御する制
御手段とを備えたものである。

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４図は本発明に係る除霜装置のブロツク図を
示し、１は暖房運転時に圧縮機からの冷媒が四路
切換弁、室内側熱交換器、膨張弁、室外側熱交換
器および四路切換弁を経て再び圧縮機に戻る回路
を構成するヒートポンプ式空気調和機における室
外側熱交換器（暖房運転時の蒸発器）のフイン表
面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て結露状態を検出
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は前記着霜検出素子１
の抵抗値に対応して抵抗電圧変換回路２から出力
された出力電圧Ｖを、上限基準電圧設定回路４お
よび下限基準電圧設定回路５から出力された上限
基準電圧値V_Aおよび下限基準電圧値V_Bと比較し
て、前記出力電圧Ｖが上限基準電圧値V_Aと下限
基準電圧値V_Bとの範囲内のときV_A＞Ｖ＞V_BにＨ
レベル信号を出力する第１着霜判定手段としての
第１比較回路であつて、前記上限および下限基準
電圧値範囲V_A〜V_Bは第２図に示すように着霜状
態における着霜検出素子１（結露センサ）の抵抗
値範囲R_A〜R_Bに対応する電圧値範囲に設定され
ている。さらに、６は前記第１比較回路３からの
Ｈレベル信号を受けて設定時間経過後に出力する
タイマであつて、この設定時間は少なくとも第２
図に示すように乾き状態から結露状態への急激な
抵抗値変化に要する時間よりは長く設定されてい
る。

また、７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８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以下のときＶ＜V₂にＨレベル
信号を出力する第１結露判定手段としての第２比
較回路であつて、前記第２基準電圧値V₂は第２
図に示す如く除霜完了による結露状態（露付き状
態）における着霜検出素子１（結露センサ）の抵
抗値R₂に対応する電圧値に設定されている。

一方、９は前記室外側熱交換器の出口冷媒温度
を検出する温度センサ、１０は該温度センサ９か
らの出力電圧Ｖを、第３基準電圧設定回路１１か
ら出力された第３基準電圧値V₃と比較して、前
記出力電圧Ｖが第３基準電圧値V₃以下のときＶ
＜V₃にＨレベル信号を出力する第２着霜判定手
段としての第３比較回路であつて、前記第３基準
電圧値V₃は第３図に示す如く着霜状態における
出口冷媒温度T_Aに対応する電圧値に設定されて
いる。また、１２は前記温度センサ９からの出力
電圧Ｖを、第４基準電圧設定回路１３から出力さ
れた第４基準電圧値V₄と比較して、前記出力電
圧Ｖが第４基準電圧値V₄以上のときＶ＞V₄にＨ
レベル信号を出力する第２結露判定手段としての
第４比較回路であつて、前記第４基準電圧値V₄
は第３図に示す如く結露状態における出口冷媒温
度T_Bに対応する電圧値に設定されている。

さらに、１４は前記第１比較回路３からのＨレ
ベル信号、タイマ６からのＨレベル信号および第
３比較回路１０からのＨレベル信号を受けて除霜
運転開始信号を出力する第1AND回路であり、ま
た１５は前記第２比較回路７からのＨレベル信号
および第４比較回路１２からのＨレベル信号を受
けて除霜運転停止信号を出力する第2AND回路で
ある。さらに、１６は前記第1AND回路１４から
の除霜運転開始信号を受けて除霜運転を開始して
セツト保持するとともに、前記第2AND回路１５
からの除霜運転停止信号を受けて除霜運転を停止
してリセツト保持する保持回路であり、以上によ
つて制御手段が構成されている。

次に、前記実施例の除霜装置の作動について述
べるに、ヒートポンプ式空気調和機の暖房運転を
行うと、室外側熱交換器のフインに取付けられた
結露センサよりなる着霜検出素子１は冷却され、
該素子１の表面状態は第２図に示すように乾き状
態から結露状態に変化し、素子１の抵抗値は急激
に低下する。そして、結露状態を経て着霜状態に
移行して、該素子１の抵抗値が上昇してR_B値
（特性線図上のＢ点に対応する）以上になると、
該素子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は下限基準電圧値V_B
以上になつて上下限基準電圧値範囲V_A〜V_B内と
なることにより、第１比較回路３からＨレベル信
号が出力される。また、このＨレベル信号はタイ
マ６によつて設定時間後に出力される。さらに、
室外側熱交換器が着霜状態になると、第３図に示
すように、該室外側熱交換器の出口冷媒温度が設
定値T_A以下になり、これを検出する温度センサ
９からの出力電圧Ｖが第３基準電圧値V₃以下と
なることにより、第３比較回路１０からＨレベル
信号が出力される。

そして、これら第１比較回路３、タイマ６およ
び第３比較回路１０からの３つのＨレベル信号が
第1AND回路１４に入力された際、すなわち乾き
状態から結露状態への移行時を除くように着霜検
出素子１の出力抵抗に対応する抵抗電圧変換回路
２の出力電圧Ｖが上限および下限基準電圧値範囲
V_A〜V_B内に設定時間継続し、かつ温度センサ９
の出力電圧Ｖが第３基準電圧値V₃以下のとき、
第1AND回路１４から除霜運転開始信号が出力さ
れ、この除霜運転開始信号は保持回路１６に入力
されて除霜運転を開始されるとともに、この除霜
運転がセツト保持される。

次いで、前記着霜検出素子１の表面状態が除霜
運転によつて着霜状態から除霜状態に移行したの
ち結露状態（露付き状態）になつて、該素子１の
抵抗値が低下しR₂値（特性線図上のＣ点に対応
する）以下になると、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以下となつ
て、第２比較回路７からＨレベル信号が出力され
る。同時に、室外側熱交換器の結露状態によりそ
の出口冷媒温度がT_B値以上になり、温度センサ
９からの出力電圧Ｖが第４基準電圧値V₄以上に
なることにより、第４比較回路１２からＨレベル
信号が出力される。

そして、これら第２比較回路７および第４比較
回路１２からの２つのＨレベル信号が第2AND回
路１５に入力されると、該第2AND回路１５から
除霜運転停止信号が出力され、この除霜運転停止
信号は前記保持回路１６に入力されて、除霜運転
は停止されてリセツト保持され、次の除霜運転に
備える。

したがつて、室外側熱交換器の着霜状態は第１
比較回路３およびタイマ６による一定時間に亘る
比較、および第３比較回路１０との比較により、
つまり着霜検出素子１による一定時間に亘る室外
側熱交換器のフイン表面の抵抗検出および温度セ
ンサ９による室外側熱交換器の出口冷媒温度の温
度検出により検出するので、除霜運転を誤動作な
く正確に開始することができる。この除霜運転を
保持回路１６により保持しながら、除霜量を第２
比較回路７との比較および第４比較回路１２との
比較により、つまり前記着霜検出素子１によるフ
イン表面の抵抗検出および前記温度センサ９によ
る出口冷媒温度の温度検出により検出して、除霜
運転を誤動作なく正確に停止することができる。
この除霜運転停止後は、次の除霜運転に入るまで
停止状態を保持回路１６によつて保持する一方、
前記第１比較回路３および第３比較回路１０の保
持を解いて次の検出を開始すべくリセツトされ
る。

以上説明したように、本発明によれば、結露セ
ンサよりなる着霜検出素子によりヒートポンプ式
空気調和機の室外側熱交換器の着霜状態および除
霜完了状態（結露状態）を直接検出するととも
に、温度センサにより二次的に着霜状態および除
霜完了状態を検出して、誤動作を生ずることな
く、正確に除霜開始信号および除霜終了信号を取
出すことができるので、ヒートポンプ式空気調和
機の暖房運転時の能力を正確に維持することがで
き、暖房運転制御の効率化ひいては省エネルギー
化を図る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図は
結露センサの相対湿度変化に対する抵抗値特性を
示す線図、第２図は結露センサを冷却し着霜状態
にしたのち除霜したときの抵抗値変化特性を示す
線図、第３図は同じく出口冷媒温度の温度変化特
性を示す線図、第４図は本発明除霜装置のブロツ
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、６……タイマ、７……
第２比較回路、９……温度センサ、１０……第３
比較回路、１２……第４比較回路、１４……第
1AND回路、１５……第2AND回路、１６……保
持回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   負の特性をもつて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の出力を受け、その出力値Ｖが着霜状態におけ
   る着霜検出素子１の出力値範囲に対応する上限お
   よび下限基準値範囲V_A〜V_B内に設定時間のあい
   だあることにより着霜状態を判定する第１着霜判
   定手段３と、前記着霜検出素子１の出力を受け、
   その出力値Ｖが結露状態における着霜検出素子１
   の出力値に対応する第２基準値V₂以下にあるこ
   とにより結露状態を判定する第１結露判定手段７
   と、前記室外側熱交換器の出口冷媒温度を検出す
   る温度センサ９と、該温度センサ９の出力を受
   け、その出力値Ｖが着霜状態における出口冷媒温
   度に対応する第３基準値V₃以下にあることによ
   り着霜状態を判定する第２着霜判定手段１０と、
   前記温度センサ９の出力を受け、その出力値Ｖが
   結露状態における出口冷媒温度に対応する第４基
   準値V₄以上にあることにより結露状態を判定す
   る第２結路判定手段１２と、前記第１および第２
   着霜判定手段３，１０の両出力により空気調和機
   の除霜運転を開始するとともに、前記第１および
   第２結露判定手段７，１２の両出力により該除霜
   運転を停止するよう制御する制御手段とを備えた
   ことを特徴とする除霜装置。