JPS644098B2 - - 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つ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、着霜量お
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１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、
乾き状態から結露状態への移行時と区別して着霜
状態と判断して、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
よる露付き状態（結露状態）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
着霜量は、第３図に示すように外気条件（外気温
度）によつて変化し、外気温度が低くなるに従つ
て着霜量が減少するので、除霜を開始するときの
着霜量が一定になるように、前記抵抗域R_A〜R_B
の範囲内の値を示す着霜状態判定時間を第４図に
示すように外気温度によつて補償し、外気温度が
低くなるに従つて長くするよう制御するものであ
り、よつて、除霜運転の開始および終了を誤動作
なく正確に、しかも効率的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基準値以下に設定時間のあいだあ
ることにより結露状態を判定する結露判定手段
と、前記着霜判定手段の出力により空気調和機の
除霜運転を開始するとともに、前記結露判定手段
の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５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
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−ヒロドキシ−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との範囲内にあるときV_A＞Ｖ＞V_BにＨ
レベル信号を出力する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T₁経過後に出力する
第１タイマであつて、この設定時間T₁は外気温
度を検出する温度センサ７により第４図に示す如
く外気温度が低くなるに従つて長くなるように設
定されている。

また、８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９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。さらに、
１０は前記第２比較回路８からのＨレベル信号を
受けて設定時間T₂経過後に出力する第２タイマ
である。

さらに、１１は前記第１比較回路３からのＨレ
ベル信号および第１タイマ６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、１２は前記第２比較回路８から
のＨレベル信号および第２タイマ１０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、１３は前記第1AND
回路１１からの除霜運転開止信号を受けて除霜運
転を開始指令してセツト保持するとともに、前記
第2AND回路１２からの除霜運転停止信号を受け
て除霜運転を停止指令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第
６図に従つて述べるに、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（第６
図の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
れるとともに、このＨレベル信号は第１タイマ６
によつて設定時間T₁経過後に出力される。そし
て、これら第１比較回路３および第１タイマ６か
らの２つのＨレベル信号が第1AND回路１１に入
力された際、すなわち着霜検出素子１の出量抵抗
値に対応する抵抗電圧変換回路２の出力電圧Ｖが
上下限基準電圧値範囲V_A〜V_B内に設定時間T₁継
続したとき、第1AND回路１１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１３に入力されて、除霜運転が乾き状態から結
露状態への移行時と区別して誤動作なく正確に開
始されるとともに、この除霜運転がセツト保持さ
れる。その際、前記第１タイマ６の設定時間T₁
は温度センサ７によつて外気温度が低くなるに従
つて長くなるように設定されているので、外気条
件（外気温度）に対して常に着霜量が一定の状態
でもつて除霜運転を開始することができ、ヒート
ポンプ式空気調和機を効率的に運転することがで
きる。

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
抵抗値が低下してR₂値（第６図の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８からＨレベル信号が出力されると
ともに、このＨレベル信号は第２タイマ１０によ
つて設定時間T₂経過後に出力される。そして、
これら第２比較回路８および第２タイマ１０から
の２つのＨレベル信号が第2AND回路１２に入力
された際、すなわち着霜検出素子１の出力抵抗値
に対応する抵抗電圧変換回路２の出力電圧Ｖが第
２基準電圧値V₂以下に設定時間T₂継続したとき、
該第2AND回路１２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１３
に入力されて、除霜運転は誤動作なく正確に停止
されてリセツト保持され、次の除霜運転に備え
る。

つまり、室外側熱交換器の着霜量が第１比較回
路３および第１タイマ６による一定時間に亘る比
較により、所定着霜量になると除霜運転を開始す
るとともに、この除霜運転を保持回路１３により
保持しながら、除霜量が第２比較回路８および第
２タイマ１０による一定時間に亘る比較により、
除霜完了となると除霜運転を停止し、次の除霜運
転に入るまで停止状態を保持回路１３によつて保
持する一方、前記第１比較回路３の保持を解いて
着霜量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。

加えて、外気条件（外気温度）の変化に対して
常に着霜量が一定の状態のもとで除霜運転を開始
することができるので、ヒートポンプ式空気調和
機の効率運転を図ることができる利点を併せ有す
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し、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図は外気温度に対する着霜量特性を示す線
図、第４図は外気温度に対する第１タイマの設定
時間の関係を示す線図、第５図は本発明除霜装置
のブロツク図、第６図は同作動説明図である。 １……着霜検出素子、２……抵抗電圧変換回
路、３……第１比較回路、６……第１タイマ、７
……温度センサ、８……第２比較回路、１０……
第２タイマ、１１……第1AND回路、１２……第
2AND回路、１３……保持回路。

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T₁のあ
   いだあることにより着霜状態を判定する着霜判定
   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以下に設定時間
   T₂のあいだあることにより結露状態を判定する
   結露判定手段８と、前記着霜判定手段３の出力に
   より空気調和機の除霜運転を開始するとともに、
   前記結露判定手段８の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。 ２ 着霜判定手段３は、外気温度を検出する温度
   センサ７と、該温度センサ７の出力を受け、外気
   温度が低くなるに従つて設定時間T₁が長くなる
   ように設定する手段とを備えていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の除霜装置。