JPH02217766A - ヒートポンプにおいて霜の形成を検出する方法および装置 - 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】 〔利用分野〕 本発明の技術分野はヒートポンプの制御、特に、除霜操
作を行うためのヒートポンプの制御に関する。

〔背景技術〕

ヒートポンプは内部スペースを加熱するために典型的に
使用される温度変更装置である。ヒートポンプは内部ス
ペースを温めるためにより冷い外部から熱を移動させる
。この熱移動は冷媒の液体又は気体の状態の賛化をコン
トロールすることによって行われる。

コンプレッサーは気体状の冷媒を苧入れ、圧力をかける
ことによシその冷媒の状態を液体に変化させる。このプ
ロセスは冷媒温度を上昇させてしまう。内部熱交換器は
温熱冷媒から内部スペースの空気へ熱を移動させること
ができる。典型的なものでは、この熱移動を容易にする
ｔ（めに、ファンを使って内部空気を内部熱交換器」：
へ移動させる。

液体冷媒はそれから蒸発器へ送られる。この蒸発器にお
いて、コンプレッサーにょｐ与えられた圧力は釈放され
る。このことにより、その冷媒は液状から蒸発して気体
状態となる。液体冷媒の熱の多くは、蒸発熱となるため
に必要である。その結果、蒸発器から出る気体冷媒は流
入する液体冷媒よりもつと低温である。

この低温の気体冷媒はそれから外部交換器へ送られる。

この外部熱交換器は、熱が外気からもつと冷い気体冷媒
へ流れることを除けば、内部熱交換器と同じである。内
部熱交換器の場合のように、外部熱交換器も、典型的に
は、熱移動を容易にするために外部ファンを有し、それ
によって外気を外部熱交換器へ移動させる。外気からの
熱で温度が上昇した気体冷媒はそれからコンプレッサー
へ送られ、この周期をくり返す。

この周期の正味の結果は、内部空気を温めるためにより
冷い外気から熱を移動させることである。

コンプレッサーからの液体冷媒の温度は、典型的なもの
では１１．０下（４３，３℃）となる。その冷媒は典型
的には、内部空気を約７０下（２１，１℃）に温めるこ
とによシ、内部熱交換器内を約１００下（３７，８℃）
まで冷やす。蒸発器から出る気体状冷媒は、典型的には
、　もつと冷えており、約Ｏ下（−１７，８℃）である
。

外気が６０〜３５下（１５，６〜１．６７℃）の範囲に
ある時、それは典型的なものでは、気体状冷媒を約２８
下（−２，２℃）の温度に加熱する。

冷媒の液体又は気体状態の変化をコントロールすること
によつ′〔、よシ冷い外気から熱を移動させ、よＣｍい
内部スペースを温めることができる。この熱を移動させ
るために必要な電気エネルギーの量（コンプレッサーと
内部ファン及び外部ファンの電力消耗ｔ）は、般に、こ
の熱に等しい電気エネルギー　より小さい。かくして、
と・−トボンプは同量の電力を使った電気抵抗ヒーター
より一層多くの加熱を生じさせる。

ヒートポンプはいくつかの欠点と制限を有し、これがそ
の広範な使用を妨げている。第１に、熱移動機構は冷媒
を気体から液体へ変換し、それから液体から気体へ戻す
ことによって達成される制限された温度示差に基づいて
いる。この温度示差は、所望の熱移動を生じさせるため
には、内部スペースと外部との間の温度示差よシ大きく
なければ力らない。さらに、その熱移動機構は、内部と
外部との間の温度差が最小の時に最も有効である。

かくして、熱移動プロセスは効率が低くなり、同時に、
外部周囲温度が非常に低い時に熱移動要求が最大となる
。その結果、ヒートポンプシステムは、所望の内部温度
にするためにこのヒートポンプでは不十分な時に使用す
るために、例えばガスやオイルで発火する炉のような補
助加熱ユニットと共にしばしば使用される。

第２に、外気温が低い時、ヒートポンプの有効性を低下
させる要素がさらにあることである。外部熱交換器に霜
が形成されると、ヒートポンプの有用性が著しく制限さ
れる。冷媒は０下の範囲の温度を有することができるの
で、熱移動は、理論上、凍結温度（３’２？（Ｏ下））
以下の外部周囲温度で生じることになる。しかしながら
、外部熱交換器の冷媒温度が低いために、外部周囲温度
が凍結温度以上の時でさえ、外気中の湿気が凍結するこ
とにより、外部熱交換器に霜が形成され易い。

典型的には、霜は外気温度が３５〜３７下（１，６７〜
２．７８℃）の時に形成され始める。そのような霜が蓄
積すると、外部熱交換器が外気から隔離されるので、熱
移動プロセスが生じなくなる。

従来の先行技術によれば、除霜を行うために内部及び外
部の熱交換器の接続を逆にするシステムがある。これは
霜を溶かすような温熱液体冷媒を外部熱交換器へ移動さ
せることになる。しかし不都合なことに、これは最も加
熱したい時に、内部から外部へ熱を移動させるニアコン
ディショナーとして、そのヒートポンプを作動させる。

そのような除霜操作は又、加熱作用として鋤かないエネ
ルギーを消費する。従って、外部熱交換器を除霜するの
に適した時間を検出することは、エネルギーの節約とな
る。

先行技術では、霜の蓄積を検出するシステムや、そのよ
うな蓄積を生じさせることが仰られている状態を検出す
るシステムがある。従来のその１つの方法は、ヒートポ
ンプのコンプレッサーの総合操作時間に基づいて除霜を
行う。そのようなシステムは典型的には、コンプレッサ
ーへ供給される電流により加熱されるバイメタルスナッ
プスイッチをコンプレッサー回路に使用する。コンプレ
ッサーの仕事の操作周期と電流操作の時間とがバイメタ
ルステップスイッチの特性によって設定される制限に達
する時、そのバイメタルスナップスイッチが外れる。こ
れによって、コンプレッサーが中断し、除霜操作を開始
する。そのようなシステムは、霜の形成傾向をコントロ
ールする、例えば温度や湿度のような外部条件勿考慮し
ていない。

かくして、このシステムは、除霜を必要とする時、その
時間の近似値を与えるだけでよい。

従来のもうひとつのシステムは、除霜を必要とする時を
決定するために外部周囲温度と外部熱交換器温度との間
の差異を用いている。この差異が外部周囲温度に基づい
て所定量をこえる時、除霜操作が開始する。この方法は
、霜の形成により外気から外部熱交換器の隔離結果を検
出し、かくして特定の周囲の状態に応答する。そのよう
なシステムは２つの理由で理想的でない。これらのシス
テムは２つの温度測定を必要とするので、一般に２個の
温度センサーが必要となる。さらに、典型的には、外部
周囲温度の一次関数から形成されるトリツガ−温度差異
は通常、複数のヒートポンプの場合、中間的妥協の産物
である。さらに、特定のヒートポンプの場合、箱形成時
の温度差は、モータ軸受の質の低下や、冷媒の部分的損
失やその他の要素によって生じるエイジングにより変化
することがある。かくして、この除霜操作基準は、その
有効寿命中のある特定時点での特定ヒートポンプに対す
る近似法でしかない。

前述の２つの要素は成る気候では、ヒートポンプの有用
性を制限してしまう。外部周囲温度が加熱シーズンの最
も重要な部分で凍結温度以下となる場合、ヒートポンプ
をほんの稀に据え付けるか、或いはヒートポンプを補助
加熱ユニットにより補助しなければならない。その結果
、間歇的にしか使用されないような外部装置を必要とす
ることになる。外部熱交換器上の霜を溶かす従来の方法
は、加熱システム上に付加的に加熱負荷を置くことであ
り、同時に、外部熱交換器を加熱するために内部スペー
スを冷やすことによって熱を最も多く必要とすることに
ガる。

多くの米国の引用文献の温度パターンの研究の結果、ヒ
ートポンプの最低操作温度をほんの数度だけ低下させる
と、ヒートポンプを排他的に使用できる部分が著しく増
大し、他の領域で補助熱を必要とする部分も著しく減少
する。ヒートポンプの操作方法を、霜の存在をより確実
に検出できるようにすることによって、電力による除霜
をよりよく利用することができ、従って、最低操作温度
をそのように改善することもできる。従って、このヒー
トポンプの分野において、確実な霜検出法を提供するこ
とは、大変有用なことである。

〔発明の概要〕

そこで本発明は、ヒートポンプにおける霜の形成を適応
性をもって検出する方法と装置に関する。

従来、外部周囲温度と外部熱交換器温度との間の温度差
を観察することによって、ヒートポンプに霜が形成され
たことを検出する方法は周知である。

従来、この温度差は、ヒートポンプの操作中にくシ返し
計算され、外部周囲温度の霜形成差異関数に比較された
。この温度差が特定の外部周囲温度に対する霜形成差異
関数値をこえる場合、ヒートポンプの操作が中断し、除
霜操作が始る。従来の方法では、霜形成差異関数は典型
的には、外部周囲温度の一次関数であり、通常、複数の
種々のヒートポンプのために使用される中間的妥協の産
物である。

本発明は霜形成差異関数を特定のヒートポンプに、又、
そのヒートポンプの特定状態に適応させることができる
。本発明によれば、外部熱交換器の除霜操作時間が測定
される。霜形成差異関数は、この測定した時間の長さが
所定の長さの時間から逸脱している場合、変化させる。

本発明の好ましい実施例によれば、霜形成差異関数はメ
モリー位置・クアツプテーブルに使用される。このテー
ブルは各外部周囲温度に対応する特定差異値を保管する
。外部周囲温度の既知値によシ、それに対応する差異値
を呼び出すことができる。

本発明の好ましい実施例によれば、霜形成差異関数は最
初に次式のように設定される。即ち、上式で、−’ｒ（
’ｒｏ）は外部周囲温度’ｒｏに対する前記霜形成差異
関数の値である。この最初の関数は、測定した除霜操作
時間が一組の制限値から逸脱する場合に変えられる。

測定した陰門時間が好ましくは６分とされる上限値より
長い場合、特定の外部周囲温度に対して差異値を減小さ
せることにより、霜形成差異関数が変化する。この変化
は現在の外部周囲温度に対応するルックアップテーブル
のメモリー位置に減小値を保管することによって行われ
る。霜形成差異関数をこのように減小させると、除霜頻
度が増し、それによって除霜操作の長さが短縮する。

霜形成差異関数は又、測定した除霜時間の長さが好まし
くは４分とされる下限値よシ短い場合、特定の外部周囲
温度に対する差異値を増大させることによって変化する
。この変化は、現在の周囲温度に対応するルックアップ
テーブルのメモリー位置に増大した値を保管することに
よって行われる。このように、霜形成差異関数が増大す
ると、除霜頻度が減退し、それによって、除霜操作の長
さも増長する。

霜形成差異関数をこのように変化させると、除霜操作の
長さが理想的レベルで安定する。

本発明によれば、外部熱交換器の温度は温度センサーに
より直接測定され、外部周囲温度は測定された外部熱交
換器の温度からコンプレッサーのオン◆オフ周期毎に決
定される。

本発明のこれらの側面や特徴、及びその他の特徴は図面
に関連して説明した本発明の詳細説明ら明らかとなるで
あろう。

〔実施例〕

第１図は本発明の部品を概略的に示す。ヒートポンプ１
００はコンプレッサーモータ１０５により駆動されるコ
ンプレッサー１１０と、冷媒流スイッチ１２０と、内部
にファンモータ１３５と内部ファン１３７とを有する内
部熱交換器１３０と、蒸発器１４０と、外部ファンモー
タ１５５と外部ファン１５７とを有する外部熱交換器１
５０と、コントローラー１６０とを有する。

第１図に概略的に示すように、冷媒はヒートポンプの部
材を通って流れる。第１図の矢印は、ヒートポンプ１０
０の通常の操作中、冷媒流スイッチ１２０を通って流れ
る冷媒流を示す。第１図に示すように、冷媒はコンプレ
ッサー１１０から、冷媒流スイッチ１２０　を通って内
部熱交換器１３０へ流れ、それから蒸発器１４０へ、そ
して外部熱交換器１５０へ流れて冷媒流スイッチ１２０
へ戻や、それからコンプレッサー１１０へ戻る。この冷
媒流路により、ヒートポンプ１００は熱を外部から内部
へ移動させることができる。冷媒流スイッチ１２０　に
より、ヒートポンプ１００の逆流操作が可能となる。逆
流はコンプレッサー１１０　　から冷媒流スイッチ１２
０を通り、外部熱交換器１５０へ流れ、蒸発器１４０を
通り、内部熱交換器１３０を通υ、冷媒流スイッチ１２
０へ戻シ、それからコンプレッサー１１０へ戻る。この
冷媒流路によって、ヒートポンプ１００は熱を内部から
外部へ移動させることができる。この逆流操作は外部熱
交換器１５０　を除霜するために従来の方法に従って使
用される。

コントローラー１６（１：、コンプレッサーモータ１０
５と、冷媒流スイッチ１２０の内部ファンモータ１３５
と、外部ファンモータ１５５とに接続スル。コントロー
ラー１６ＱＨ、コンプレッサーモーター１０５．冷媒流
スイッチ１２０の内部ファンモータ１３５及び外部ファ
ンモータ１５５の制御によυヒートポンプ１００の操作
を制御する。この制御は内部スペースの温度のサーモス
タットによる調節を行い、除霜用外部熱交換器１５０の
制御を行う。

第２図はコントローラー１６０　をさらに詳細に示す。

コントローラー１６０　は、マイクロプロセスサ−２０
０と、内部温度センサー２１０と、外部温度センサー２
２０と、デイスプレィ２３０と、キーボード２４０と、
外部コントローラー２５０とを含む。内部温度センサー
２１０は、内部温度を測定する温度センサーである。こ
の内部温度は、ヒートポンプ１００のサーモスタットに
よる調温の時に使用する。

外部温度センサー２２０は、外部熱交換器１５０の温度
と外気の温度とを測定するための１個以上の温度センサ
ーである。これらの温度は霜の調節時に使用される。本
発明の１つの実施例において、外部温度センサー２２０
は、外部熱交換器に熱で接続しかつ外気から絶縁され、
外部熱交換器１５０の温度を測定する第１外部温度セン
サーと、外気の温度を測定する第２外部温度センサーと
を有する。本発明の好ましい実施例において、外部熱交
換器１５０の温度を測定する外部熱センサーは１個しか
使用しなくてもよい。なぜなら、外気の気温は外部熱交
換器の温度から決定されるからである。

デイスプレィ２３０は、従来の技術に従って構成され、
ヒートポンプ１００の使用者へメツセージを送るために
使用される。そのようなメツセージは現在時と、現在の
内部温度と、現在の所望温度とを含む。さらに、デイス
プレィ２３０はキーボード２４０を介してコマンドを入
力する間使用者へフィードバックを与えるためにキーボ
ード２４０に関連して使用される。キーボード２４０は
従来の技術に従って構成され、ヒートポンプ１００　　
のオペレーターによる制御を可能にするために使用きれ
る。さらに、この技術分野では、マイクロプロセスチー
２００内に保管するためにキーボード２４０　を介して
一日のうちの特定の時間に、一連の所望の温度を提供す
ることは知られている。この事は、マイクロプロセスサ
ー２００がヒートポンプ１０ロ　を制御して特定の時間
にこの保管された一連の所望の温度に対応する時間と温
度の輪郭を提供することを可能にする。

出力コントローラー２５０　ａ、コンプレッサーモータ
ー１０５、冷媒流スイッチ１２０．内部ファンモーター
１３５．外部ファンモーター１５５に接続する。出力コ
ントローラー２５０は１個以上のリレー、又は半導体ス
イッチ切換え部材を有し、コレ＃−ｊ−ｖイクロプロセ
ス？−２００の制御のもとにこれらの部材への電力を切
り換える。

マイクロプロセスサー２００は従来の方法に従って構成
される。そしてこのマイクａプロセスナー２００　は、
プログラム制御のもとて算術操作及びロジック操作を行
う中央処理ユニット２０２と、データや中間計算結果等
を一時的に保管するランダムアクセスメモリー２０４と
、マイクロプロセスサー２００の制御のためプログラム
を永久的に保管し、さらにその操作に使用される定数表
を保管することのできる読み専用メモリー２０６と、現
在時を指示する実際タイムクロック２０Ｂ　とを含む。

中央処理ユニット２０２と、ランダムアクセスメモリー
２０４　と、読み専用メモＩＪ−２０６と、実際のタイ
ムクロック２０８　とを含む典型的なマイクロプロセス
サー２００は、単一の集積回路に形成される。マイクロ
プロセスサー２００は事実、小型プログラム式コンピュ
ーターである。

マイクロプロセスサー２００の製造中、読み専用メモリ
ー２０６に永久的に保管されたプログラムを適切に選択
することによって、同一構造体に種々の仕事を遂行させ
ることができる。自づど、読み専用メモ！ｊ−２０８に
おいて特定プログラムを指定すると、特定のマイクロプ
ロセスサーがそのプログ２ムにより遂行される特定の仕
事に割尚てられることになる。この方法による設計上、
及び製造上の融通性は、変化の激しいこの技術分野では
、非常に効果的である。

操作時、読み専用メモリー２０６に保管されるプログラ
ムは、マイクロプロセスサー２００によりヒートポンプ
１０（Ｉ　の操作を制御させる。このプログラムでは、
マイクロプロセスナ−２００は、キーボード２４０から
の入力コマンドと共に、内部温度センサー２１０及び外
部温度センサー２２０からの入力信号を受信する。そこ
でマイクロプロセスサー２００は、デイスプレィ２３０
　を介してユーザーへ出力を出し、実際タイムクロック
２０８が指示する現在時に関連ｉ〜で読み専用メモＩＪ
　＋２０６に永久的に保管されたプログラムに従って出
力コントローラー２５０を介して、コンプレッサーモー
ター１０５．冷媒流スイッチ１２０．内部ファンモータ
ー１３５．及び外部ファンモーター１５５　の操作を制
御する。

第３図は、コンプレッサーを切った後、外部熱交換器の
時間と温度との成る時間におけるプロフィルを示す。縦
目盛は華氏単位である。このグラフには、凍結温度（３
２”Ｆ（０℃））が印されていることに留意する。第３
図は曲線３１０，３２０゜３３０で３つの場合を示す。

第３図において、時間ｔ。は、コンプレッサーが切れた
時間に対応する。時間ｔｏに至る前で、外部熱交換器１
５０に配置したセンサーで測定された温度は、操作条件
のもとてヒートポンプ１００により達成される最低温度
に対応し、これは特定のヒートポンプの構造の１つの機
能である。時間１ｏに後続する時刻では、外部熱交換器
１５０の温度は、外部の周囲温度に従って変化する静止
レベルへ向って上昇する。

曲線３１０は凍結温度より高い静止温度Ｔ１への上昇を
示す。この状態は、外部の周囲温度が凍結温度より高い
時に生じる。そのような場合、外部熱交換器１５０　に
は、霜は形成されない。

曲線３２０　は凍結温度より低い静止温度Ｔ２への上昇
を示す。この場合、外部周囲温度は凍結温度以下である
。そのような場合、外部熱交換器１５０　に霜が形成さ
れるか否かわからない。し７かしながら、霜は形成され
易く、さらに、外部熱交換器１５０はその外部熱交換器
１５０　を横切って外気を移動させるために外部ファン
１５７を作動させても除霜され得ないことは明らかであ
る。これは、外部周囲温度が凍結温度以下であるためで
ある。

曲線３３０　は、凍結温度に等しい静止温度Ｔ３への上
昇を示す。その後の温度上昇は、ｔ２の所で始まって、
タイムｔ９の所での次の静止温度Ｔ４までである。これ
は、外部熱交換器１５０　上に霜が蓄積し、外部の周囲
温度が凍結温度以上となる場合に対応する。外部熱交換
器１５０の温度は、凍結温度まで上昇する。外部熱交換
器１５０へ移動し比熱はその後、その温度を上昇させる
ことはなくて、霜をいくらか溶解させる。全ての霜が時
間ｔ２の所で溶解した後、外部熱交換器１５０の温度は
再び上昇し始める。これは時間ｔ３の所でレベルＴ４に
達する。

測定した外部熱交換器の温度から外部周囲温度を決定す
る方法は、第３図から理解できる。本発明の１つの実施
例によれば、コンプレッサー１１０のスイッチを切り換
えた後、外部ファン１５７が作動する。これは外部熱交
換器１５０のまわりに外気を移動させるように働き、そ
れによって、外部熱交換器１５０の温度は外部の周囲温
度まで上昇する。外部熱交換器の温度の平坦部（プラト
ー）は、これが生じる時に検知される。そのような場合
、外部周囲温度は平坦温度に等しい。しかしながら、３
２？の平坦な温度は必ずしも３２下（０℃）の外部周囲
温度を示すものではない。曲線３３０で示すように、外
部熱交換器１５０の時間と温度のプロフィルは、霜を溶
かす際に吸収される外気からの熱によって生じる凍結温
度（３２下）で第１平坦部を表わし、それより高温度で
後の平坦部が後続する。それは、この後方の平坦温度で
あって、その温度は外部周囲温度に対応する。かくして
外部周囲温度は、３２下（０℃）以外の温度で平坦部（
プラトー）が発生するように外部熱交換器の温度をモニ
ターすることによって決定される。

前述のように、凍結温度以上の成る範囲の外周温度では
、外部熱交換器の温度が凍結温度以上になる時、サーモ
スタットは時間ｔ！の手前で付加的コンプレッサー周期
を必要とすることが予期される。これは、ヒートポンプ
の熱負荷が大きすぎ工時間ｔｏとＵ　との間のインター
バルにおいてコンプレッサーがオフとなるために生じる
。この範囲の外気温度Ｖ１３２下（０℃）と３５又は３
６下との間にあることが期待される。そのような場合、
外周温度は例えば３４７（１，１℃）のようにこの範囲
内の中間温度に設定される。

＠４図は本発明に従ったサーモスタットによる制御と霜
による制御を達成するためにマイクロプロセスサー２０
０の操作を制御するために使用されるプログラムのフロ
ーチャートを示す。第４図に示すプログラム４００は、
マイクロプロセスサー２００の制御のだめのプログラム
を正確な詳細部を示すものではない。その代わり、プロ
グラム４００はこのプログラムに使用される全ての一般
的段階だけを示すものである。第４図のプログラムは又
、ヒートポンプ１００の制御に必要な制御プロセスの全
てを示すものでもないことに注意すべきである。特に、
プログラム４００は、　オペレーターの人力がキーボー
ド２４０から受信される方法又は、ユーザーへメツセー
ジを送るためにデイスプレィ２３０を使用する方法を示
すものでも彦い。マイクロプロセスサー２００の操作の
ためにプログラムのこれらの必要な部分はこの技術分野
でよく仰られており、それは本発明の一部を構成するも
のではないので、本発明の説明から省略する。マイクロ
プロセスナーのプログラミング技術に熟達した人々は、
マイクロプロセスサー２００を使用するためにこの型の
マイクロプロセスサーユニットを一旦選択し、それと共
にそれに関連した取扱い説明書を使用する時、本出願の
ここの箇所やその他の場所に示すプログラム４００から
マイクロプロセスサー２００を制御するためにそのプロ
グラムの正確な詳細を提供することができる。

プログラム４００は反復して遂行される連続ループであ
る。便宜上、この連続ループの説明は処理用ブロック４
０１　から始める。その処理用ブロック４０１において
、プログラム４００は内部温度を測定する九めにマイク
ロプロセスサー２００を制御する。このプロセスは内部
温度センサー２１０からの信号を読み、処理することに
よって生じる。

本発明の好ましい実施例は、内部温度センサー２１０と
してサーミスターの可変抵抗を使用する。

マイクロプロセスサー２００は、そのようなサーミスタ
ーの抵抗をデジタル数へ変換するためにデジタル変換プ
ロセスへのアナログをコントロールするのが好ましい。

最後に、マイクロプロセスナー２００はルックアップテ
ーブルを使ってサーミスターの抵抗のこのデジタル測定
値を内部温度ＴＩへ変換するのが好ましい。このプロセ
スや、温度を示すデジタル信号を得るその他の方法は従
来の技術でよく知られている。

プログラム４００は次に、現在時に対する所望の温度Ｔ
ｄを決定する（処理ブロック４０２）。

この温度はキーボード２４０　を介して入力される設定
点となる。しかしながら、好ましい実施例によれば、こ
の所望温度Ｔｄは、ランダムアクセスメモＩＪ−２０４
内に保管された一日の特定時間に対して一連の所望の温
度を含むテーブルから呼び出される。特定時間に対する
所望の温度Ｔｄは、実際のタイムクロック２０８により
示される現在時に関連して呼び戻される。このプロセス
はこの技術でよく知られているのでこれ以上説明しない
。

プログラム４００におけるこの段階の基本的要素は、内
部温度Ｔｊ　に比較するため所望の温度Ｔｄを生じさせ
ることである。

プログラム４００は次に１ヒートポンプ１００ノサーモ
スタツトによる制御を行う（サブルーチン４１０）。こ
のプロセスは、出力コントローラー２５０を介してコン
プレッサーモーター１０５゜冷媒流スイッチ１２０．内
部ファンモーター１３５゜外部ファンモーター１５５の
操作を制御する。第４ａ図および第４ｂ図に示すサブル
ーチン４１０は、単一の例として、この制御プロセスに
対する非常に蘭単な比較算術を示す。この技術と他のも
つと複雑な技術は、この技術分野でよく知られている。

プログラム４００ははじめに、コンプレッサー１１０が
現在、オフ状態にあれば、それが所定の時間ｔｄ以上に
長い時間、オフ状態にあったかどうかを決定する（決定
ブロック４１１）。このテストはモータ１０５を保護す
るためにコンプレッサー１１０が遮断されている時には
必ず、最低オフ時間を保証するために行われる。コンプ
レッサー１１０がオフで必要なインターバルｔｄの間オ
フ状態になかった場合、サーモスタットによるサブルー
チン４１０の残り部分は、バイパスされ、処理ブロック
４３４へ制御力が送られる。コンプレッサー１１０がオ
ンの場合、又はコンプレッサー１１０がインターバルｔ
ｄよシ長時間、オフとなっていた場合、サーモスタット
によるサブルーチン４１０の残υ部分は実行される。

プログラム４００は測定した内部温度Ｔｊ　を所望の温
度Ｔｄに比較する（決定ブロック４１２）。

測定された内部温度Ｔｉが所望の温度Ｔｄ以下の場合、
コンプレッサーモーター１０５と、内部ファンモーター
１３５と、外部ファンモーター１５５は、それらがすで
にオン状態にある場合、通電されるか、又はオン状態の
ままである（処理用ブロック４１３）。　これは、これ
らのモーターを駆動するため適切なコマンドを出力コン
トローラー２５０　へ送ることによυマイクロプロセス
サー２００によ９行われる。これによってヒートポンプ
１００が作動し、外部から内部への熱移動が始る。プロ
グラム４００はそこで、下文で説明する方法で外部熱交
換器１５０に霜が形成されたか否かをテストする。

測定した内部温度Ｔｉが所望の温度Ｔｄ　よシ低くない
場合、コンプレッサーモータ１０５と内部ファンモータ
１３５　とは遮断されるか、又は遮断されたままである
（処理ブロック４１４）。前述のように、これはこれら
のモータを遮断するためマイクロプロセスサー２００　
が必要かコマンドを出力コントローラー２５０へ出すこ
とによって達成される。外部ファンモータ１５５は本発
明に従って別個にコントロールされる。

プログラム４００の残り部分は、ヒートポンプ１００の
除霜操作に関連する。そこには２つの７ランチがあシ、
１つは、ヒートポンプ１００の作動時に入力し、他の１
つはヒートポンプ１００の非作動時に入力する。ヒート
ポンプ１００が作動する場合、プログラム４００がテス
トを行い、霜が形成されているかどうかを決定する。そ
の場合、ヒートポンプ１００の操作は中断され、除霜操
作が始る。ヒートポンプ１００　が作動しない場合、プ
ログラム４００が作動して外気温度を決定する。

ヒートポンプ１００が作動している場合、プログラム４
００は霜が形成されていないか否かを〈シ返しテストす
る。これは外部熱交換器の温度と外部の周囲温度との比
較によって行われる。プログラム４００ははじめに、外
部熱交換器の温度Ｔｅを測定する（処理ブロック４２０
）。この好ましい実施例において、外部センサー２２０
は、外部熱交換器１５０と熱接触状態にあるサーミスタ
ーを有し、このサーミスターは外気から隔離されている
。マイクロプロセスサー２００は内部温度Ｔｉの決定に
関して前述と同じ方法で外部熱交換器温度Ｔｅを決定す
るのが好ましい。

プログラム４００は次に、その前に決定された外部周囲
温度Ｔ０と測定したばかりの外側熱交換器温度Ｔｅとの
間の差異が所定の１形成差異関数Ｔ（Ｔｏ）よυ大であ
るかどうかを決定するためにテス（・する。好ましい実
施例によれば、この所定の霜形成差異関数−Ｔ（Ｔ（１
）はマイクロセスサー２００により調整自在である。こ
の好ましい実施例において、各外部周囲温度Ｔｏに対す
る所定の霜形成差異関数−Ｔ（Ｔｏ）の対応する差異値
は、ランダムアクセスメモリー２０４のルックアップテ
ーブルに保管される。この所定の霜形成差異関数−’ｒ
（’ｒｅ）の調整方法については、下文で説明する。所
定の霜形成差異関数−Ｔ（Ｔｏ）は次式に従って設定さ
れる。即ち その際、電力は何ら調整を行う前に、コントローラー１
６０へ最初Ｋかけられる。マイクロプロセスナ−２００
は、最初に、所定の霜形成差異関数−Ｔ（ＴＯ）に対し
て一次関数を与えるようにプログラムされる。外部周囲
温度Ｔｏ　と外部熱交換器温度Ｔｅとの間の差異がこの
所定の霜形成差異関数−Ｔ（ＴＯ）をこえない場合、霜
は検知されず、プログラム４００は処理ブロック４０１
　に戻り、制御プロセスを反復する。前記差異が所定の
霜形成差異関数−Ｔ（ＴＯ）をこえる場合、外部ファン
１５７が速断される（処理ブロック４２２）。

それからプログラム４００は電力による除霜操作を行う
。かくして、ヒートポンプ１００の操作は、霜が検知さ
れる時に中断される。

プログラム４００は次に、電力による除霜周期を行う。

プログラム４００は、凍結流スイッチ１２０を逆転させ
る（処理ブロック４２３）。これは適切なコマンドをマ
イクロプロセスサー２００から出力コントローラー２５
０へ送ることによって達成される。これはコンプレッサ
ー１１０からの加熱液体冷媒を外部熱交換器１５０へ供
給させ、除霜し、そしてこのプロセスの内部熱交換器１
３０を介して内部スペースから熱を除去する。

本発明の好ましい実施例によれば、霜形成差異関数−’
ｒ（’ｒｏ）は、除霜操作に必要な時間に基づいて調整
される。従って、マイクロプロセスサー２０Ｏはこの操
作の時間を測定するようにプログラムされる。かくして
、除霜操作の時間を測るために、夕゛イマーがスタート
する（処理ブロック４２４）。

そこでプログラム４００は前述の方法と同じ方法で外部
熱交換器温度Ｔｅを測定する（処理ブロック４２５）。

それからプログラム４００は外部熱交換器温度Ｔｅが凍
結温度以下か、それとも凍結温度に等しいかどうかを決
定するためにテストする（決定ブロック４２６）。この
場合、制御作用が処理ブロック４２５へ戻り、温度測定
を反復させる。プログラム４００は、外部熱交換器温度
Ｔｅが凍結温度より高くなるまでこのループ内にそのま
まの状態で存在する（決定ブロック４２６）。

−旦、この状態が生じると、除霜操作がストップする。

プログラム４００がタイマーをストップさせる（処理ブ
ロック４２７）ので、経過時間ｔを生じさせる。そこで
プログラムはコンプレッサーモータ１０５を遮断しく処
理ブロック４２８）、冷媒流スイッチ１２０を通常の流
れヘリセットする（処理ブロック４２９）。これによっ
て、除霜操作が完了する。

プログラム４００は次に、前記好適時間ｔを使用して、
霜形成差異関数−Ｔ（ＴＯ）を調整すべきかどうかを決
定する。外部熱交換器１５０を除霜する時間が狭い範囲
内に最もよく保持されると考えられる。除霜操作にとっ
て理想的な時間は５分と考えられる。除霜時間が理想的
時間より長くなると、過度の箱形成によυヒートポンプ
の効率が低下する。除霜時間が前記理想的時間より短い
場合、必要以上に頻繁に除霜することにより、エネルギ
ーの浪費となる。霜形成差異関数−Ｔ（Ｔｏ）１ｋｐ４
ｇＩして除霜時間を理想値により接近させるために、理
想的時間から逸脱を行う。

その調整は次のように行われる。プログラム４００は、
前記経過時間ｔが上限値ｔｕ以上であるかどうかを決定
するためにテストする（決定ブロック４３０）。この上
限値は、本発明の好ましい実施例に従って６分に設定さ
れる。その場合、現在の外部周囲温度Ｔｎでの霜形成差
異関数−Ｔ（Ｔｏ）　　は漸減する。（処理ブロック４
３１）。

これは特定の外部周囲温度Ｔｎで除霜操作を開始させる
のに必要な温度差を減少させ、かくして、−層頻繁で、
よシ短時間の除霜が生じる。霜形成差異関数−’ｒ（’
ｒｅ）がランダムアクセスメモリー２０４に保管される
ような好ましい実施例において、これは、現在外部周囲
温度Ｔｎに対応するメモリー位置に保管されたーＴの値
から少′Ｎを差し引くことによシ達成される。

前記経過時間ｔが上限値ｔｕ　より長くない場合、プロ
グラム４００は、経過時間ｔが下限値ｔ１より短いかど
うかを決定するためにテストする（決−定ブロック４３
２）。本発明の好ましい実施例に従えば、この下限値は
４分に設定される。さもなければ、経過時間ｔは上限値
ｔｕ　と下限値１＋　との間とな）、従って、霜形成差
異関数−Ｔ（Ｔｏ）を調整する必要はない。従って、プ
ログラム４００は入力点Ａを通って処理ブロック４０１
へ戻る。

経過時間ｔが下限ｔｌ　より短い場合、現在の外部周囲
温度Ｔｎでの霜形成差異関数−Ｔ（ＴＯ）の値は漸増す
る（処理ブロック４３３）。これは特定の外部周囲温度
Ｔｎで除霜操作を開始するために必要な温度差を増大さ
せ、かくして除霜回数を減らし、除霜時間も長くカる。

この好ましい実施例において、これは現在の外部周囲温
度に対応するメモリー位置に保管されたーＴの値に少量
を追加することによυ達成される。

前述のこの霜形成差異関数−Ｔ（Ｔｏ）のこのＩｊ！整
は、点と点をベースに行う。即ち、そのような調整は、
その関数の単一点を変化させるだけである。霜形成差異
関数−Ｔ（Ｔｏ）は最初に、次式、即ち に従って一次式の近似式として設定される。霜形成差異
関数−Ｔ（Ｔｏ）　　のこの最初の近似式は、上限値と
下限値以外の時間を必要とする各除霜操作のために反復
して調整される。

前述の箱形成関数−Ｔ（Ｔｏ）の調整は、所定の上限値
ｔｕと所定の下限値ｔｌ　とに基づいている。又、上限
値１と下限値ｔｌはヒートポンプ１００　　を備える際
にオペレーターにより選択される。この選択はキーボー
ド２４０を介して行うことができる。この方法で、単一
型のマイクロプロセスサ−２００は、差異コンプレッサ
ー１１０と、内部熱交換器ｔ３０と、外部熱交換器１５
０とを備えた差異ヒートポンプ装置用コントローラーと
して機能し、かくして差異式箱形成特性をもつ。

プログラム４００はヒートポンプ１００　が作動してい
ない場合、もうひとつのブランチを入力させる。プログ
ラム４００のこのブランチは、コンプレッサーモータ１
０５と内部ファンモータ１３５とがすでに遮断されてい
る（決定ブロック４１１）時、又はコンプレッサーモー
タ１０５と内部ノア／モータ１３５　とが遮断されたば
かりの時（処理ブロック４１４）のみ入力される。サブ
ルーチン４１０に示すものの代わりに、もうひとつの型
のサーモスタットによる制御プロセスが使用される場合
、このプログラムブランチは、コンプレッサーモータ１
ｆ）５　と内部ファンモータ１３５　とが遮断された直
後に入力される。

プログラム４００　は外部熱交換器の温度Ｔｅを測定す
る（処理ブロック４３４）。これは処理ブロック４２０
に関連して前述したのと同じ方法で行われる。プログラ
ム４００　はそれから外部熱交換器の最後に測定した温
度Ｔｅ　と外部熱交換器のその前に測定した温度Ｔｐと
の間の差異の絶対値が小値ｅより小さいかどうかを決定
するためにテストする（決定ブロック４３５）。このテ
ストは、外部熱交換器１５０の温度が平坦部に達したか
否かを決定する。その温度が変動状態にあることが指示
され、このテストが失敗する場合、外部熱交換器の前に
測定した温度Ｔｐｋ外部熱交換器の最後に測定した温度
Ｔｅと等しくなるように設定しく処理ブロック４３６）
、制御プロセスを〈シ返すように制御を処理ブロック４
０１へ戻す。決定ブロック４１１　により行われる最低
オフ時間は、この平坦部の決定が各オフ周期で何回も行
われることを確実にする。

平坦部の温度に一旦達すると、プログラム４００は、外
部熱交換器の温度Ｔｅが凍結温度に等しいかどうかを決
定するためにテストする（決定ブロック４３７）。　も
しそうであれば、外部周囲温度は中間温度に設定され（
処理ブロック４３８　）　、これは３４？が好オしい。

平坦部の温度Ｔｐが凍結温度ではない場合、プログラム
４００は外部周囲温度’ｒｏを平坦部温度Ｔｐに等しく
なるように設定する（処理ブロック４３９）。第３図に
関連して前述したように、これらの条件のもとで、外部
ファン１５７は外部熱交換器１５０の平坦部の温度Ｔｐ
　　を外部周囲温度にする。かくして、外部周囲温度Ｔ
０はセンサーを更に付加する必要なしに決定される。こ
の外部周囲温度Ｔｏはプログラム４００のその他の部分
でも使用される。外部ファンは遮断され（処理ブロック
４４０）、制御プロセスを反復するために、：ｙノドロ
ールが処理ブロック４０１へ戻る。平坦部の温度に達し
ない場合、外部周囲温度Ｔｏはリセットされない。その
ような場合、その前の外部周囲温度は変化しない。

前述のプロセスは２つの効果的表特徴を有する。

これらの両方の特徴はコントローラ・−１６０が特定の
ヒートポンプ１００を除霜する際に実際の経験に基づく
霜決定機能をｖ４整するという事実から生じる。第１に
、このプロセスは特定の装置に適合する。最初の霜形成
差異関数方程式は多くのヒートポンプの場合、適切な近
供式にすることができるけれども、前述のプロセスは、
実際の用途からフィードバックを使用した特定のヒート
ポンプに対して霜の決定ｆｅ最適にする。第２に、霜決
定のｖ１４！！Ｍができるために、特定のヒートポンプ
の特性をいかようにも填圧できることである。特定のヒ
ートポンプの場合、霜形成時の温度差がその装置の塵耗
やエイジングによって変わることはこの技術分野でよく
知られている。特に、使用中、ゆっくりと漏れが生じる
ようなヒートポンプの冷媒レベルは霜形成時に温度差を
生じさせる。従って、本発明は特定時にヒートポンプの
特定の特徴に有効に適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のヒートポンプ制御システムの部品の全
体的配置を示す図、 第２図は第１図に示すヒートポンプコントローラーの詳
細を示す図、 第３図はこれらの差異のある条件の場合の外部熱交換器
の温度と時間のプロフィルを示す図であυ、 第４ａ図および第４ｂ図は本発明を実施するために第２
図に示すマイクロプロセスサーで実行するのに適したプ
ログラムのフローチャートを示す。 １００　　・−愉・　ヒートポンプ、１１０　・・・φ
コンプレッサー　１０５　　・ｅ・・コンプレッサーモ
ーター　１２０　・・・・冷媒流スイッチ、１３０・・
・・内部熱交換器、１３５・・・φ内部ファンモーター
、１３７　　・・１舎内部ファン、１４０−・・・蒸発
器、１５０　・・・・外部熱交換器、１５７　・＠参・
外部ファン、１６０　−・・・コントローラー　１５５
−・Ｏ中外部ファンモーター２００−−−・マイクロプ
ロセスサー　２１０−・・・内部温度センサー　２２０
　・・・・外部温度センサー　２３０　　・番・・ティ
スプレー　２４０・１１＠壷キーボード、２５０−−−
一出力コントローラー　２０２・・拳・中央処理ユニッ
ト、２０４・・−のランダムアクセスメモリー　２０６
　・畢・・読み専用メモＩＪ−２０８・・−・　実際の
りイムクロック、 畳プログラム、 １サブルーチン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コンプレッサーの動作中、外部周囲温度と外部熱
   交換器の温度との間の温度差を反復して形成するステッ
   プと、 コンプレッサーの動作中、前記差異を外部周囲温度の霜
   形成差異関数に反復して比較するステップと、 前記差異が現在の外部周囲温度に対して前記霜形成差異
   関数の値をこえている場合、コンプレッサーの動作を中
   断し、外部熱交換器を除霜するステップと、 外部熱交換器の前記除霜時間の長さを測定するステップ
   と、 外部熱交換器の前記除霜時間を測定した長さが所定の長
   さの時間を逸脱している場合、前記霜形成差異関数を変
   化させるステップと を含む、コンプレッサー、内部熱交換器及び外部熱交換
   器を有するヒートポンプにおいて、霜の形成を検出する
   方法。
2. （２）コンプレッサーと、内部熱交換器と、前記内部熱
   交換器をこえて内部空気を移動させる内部ファンと、蒸
   発器と、外部熱交換器と、前記外部熱交換器をこえて外
   気を移動させる外部ファンとを有するヒートポンプにお
   いて、 内部スペース内の周囲の気温を示す内部温度のデジタル
   信号を発生させる内部温度センサーと、所定の所望の温
   度を示す所望温度デジタル信号を発生させる所望の温度
   手段と、 コンプレッサー、内部ファン、外部ファン、前記内部温
   度センサーおよび前記所望の温度手段に接続され、コン
   プレッサーと、内部ファンと外部ファンとを作動させて
   、前記内部温度信号と前記所望の温度信号との間の関係
   に基づいて内部スペースを温めるための第１制御手段と
   、 外部熱交換器の温度を示すデジタル外部熱交換器温度信
   号を発生させる外部熱交換器温度センサーと、 外部周囲温度に対応するデジタル外部周囲温度信号を発
   生させる外部周囲温度決定手段と、コンプレッサーの動
   作中、外部周囲温度と外部熱交換器の温度との間の温度
   差をくり返し形成し、コンプレッサーの動作中、前記差
   異が外部周囲温度の霜形成差異関数をこえている場合に
   は、外部熱交換器に霜が形成されていることを示す霜信
   号を発生させる霜決定手段と、 コンプレッサーと、内部ファンとに接続し、さらにその
   コンプレッサー及び内部ファンの操作を中断する前記霜
   決定手段にも接続し、前記霜決定手段が前記霜信号を発
   生させる場合には、外部熱交換器を除霜する第２制御手
   段と、 前記第２制御手段に接続し、外部熱交換器の前記除霜時
   間の長さを測定するタイマー手段と、外部熱交換器の前
   記除霜時間を測定した長さが所定長さの時間を逸脱して
   いる場合、前記霜形成差異関数を変化させる霜形成差異
   関数調整手段とを備える、内部スペースを加熱するため
   ヒートポンプを制御する電子サーモスタット。