JPH0434347Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、空気熱源ヒートポンプ式空気調和機
のデフロスト制御回路に係り、特に、正味暖房能
力が最大になるようにデフロスト運転開始時点を
制御するデフロスト制御回路に関するものであ
る。

（従来の技術） 空気熱源のヒートポンプ式空気調和機で暖房運
転を行なうと、外気温が低い場合には室外機交換
器に着霜が生じ、暖房能力が低下する。従つて、
ある程度着霜が進むと、除霜のために逆サイクル
運転が行なわれる。

従来より、斯かる除霜のためにデフロスト運転
を、確実に、また、最も効率的に行なうために、
種々の制御方法が提案されており、改良された一
つの方法に、外気温度Taと室外熱交換器の温度
Teとの差温を検知してデフロスト開始時点を決
定する差温方式がある。

この方式は、差温外気温度Taと室外熱交換器
温度Teを検知し、デフロスト開始差温（Ta−
Te）def.を設定しておき、着霜の進行に伴い前
記差温が大きくなり、その設定差温に達すると除
霜を開始するように設定するものである。

この方式の利点は、 (1) 室外熱交換器温度Teのみを検知し、それが
ある値以下になるとデフロストを開始する方式
では、外気温Taが低く、かつ温度も低い時に、
着霜していなくともデフロスト運転を開始する
場合があり、このようなデフロスト運転は、暖
房能力の低下と消費電力のロスを招くことにな
るが、前記の差温式では、斯かる無駄なデフロ
スト運転はなくなる。

(2) この方式は、外気温度Taも検知しているの
で、外気温度Taに応じたデフロストのタイミ
ングを設定でき、より緻密な制御が可能とな
る。しかして、ある運転時間中での平均暖房能
力Qmを最大にするには次のようなタイミング
でデフロスト制御を行うことが必要である（実
公昭59−10513号）。すなわち、Qmは次式で求
められ、Qm最大のタイミングでデフロストす
ることにより、デフロストによる暖房能力低下
を最小に迎えられる。

Qm＝１／t₂−t₁∫S^t2 _t1Qh dt Qh：瞬時の暖房能力（Kcal／ｈ） t₁：運転時間の始め（ｈ） t₂： 〃 終り（ｈ） （考案が解決しようとする問題点） 前記差温式の従来技術において、平均暖房能力
Qmを最大にするには、実際のヒートポンプの運
転状態に応じたきめ細かいデフロスト制御が必要
となる。例えば、 (イ) 長い停止期間後の起動から、次第に着霜が進
行し、第１回目のデフロスト運転に至る期間 (ロ) 第１回目のデフロスト運転終了後の再暖房開
始より次第に着霜し、第２回目のデフロスト運
転に至る期間およびそれ以降のデフロスト運転
に至る期間 では、暖房能力の変化の様相が異なる。

本考案者の実験によると、上記(イ)、(ロ)の２つの
場合それぞれにつき、平均暖房能力Qmを最大に
するデフロストタイミングは、２つの場合でその
最適タイミングは大きく異なり、それぞれの場合
で最適タイミングがあることが新たに判明した。

また、従つて、上記２つの場合を区別せずに、
どちらか一方のみを考えてデフロストタイミング
の設定をすると、他の一つの場合に最適タイミン
グから外れるために、ヒートポンプ運転中の平均
暖房能力は大きな低下をひき起こすことも判明
し、前記従来例では、前記(イ)の起動時の第１回目
のデフロストタイミングの設定差温のみで行うも
ので、第２回目以降のタイミングは遅れ、平均暖
房能力は低下して運転エネルギーの効率が悪化す
る。

これらの結果から、本考案の目的は、平均暖房
能力が最大のときデフロスト運転を行うために、
前記(イ)、(ロ)の第１回目のデフロスト、第２回目以
降のデフロストのどちらの運転の場合でも、最大
の平均暖房能力Qmになるように、それぞれの場
合につき、デフロスト運転開始の差温を設定し
て、総じて最大の暖房効果が得られるようにして
運動エネルギーの効率を向上させるものである。

（問題点を解決するための手段） 本考案は、前記の点に鑑み考案したもので、本
考案の構成は、外気温度と室外熱交換器温度とを
それぞれ検知し、その差温が設定値以上で逆サイ
クル方式のデフロストを開始する空気熱源のヒー
トポンプ式空気調和機の差温式デフロスト制御回
路において、デフロスト開始設定差温を、起動後
の第１回目のデフロスト開始の差温と第２回目以
降のデフロスト開始の差温とで異ならしめ、後者
を前者に対し小にし、かつ各々の差温を平均暖房
能力が常に最大になるように設定せしめたことを
特徴とするデフロスト制御回路としたものであ
り、さらに、第１回目デフロストの差温と第２回
目以降のデフロストの差温との差を１〜５℃とし
たものである。

（作用） 本考案は、前記起動後の第１回目のデフロスト
開始の差温よりも第２回目以降のデフロスト開始
の差温を小にした構成により、起動時は暖房の起
ち上りに時間がかかり、平均暖房能力が最大のタ
イミングは遅く、従つて、第１回目のデフロスト
開始は遅く差温は大となるが、再起動後の暖房起
ち上りは早く最大の平均暖房能力のタイミングは
早いので、第２回目のデフロスト開始は早い時期
に差温小のときに行うことになり、第３回目も同
様であるので、前記本考案構成はこのタイミング
に合致し、最大の暖房効果が得られるようになつ
たものである。

（実施例） 以下本考案の実施例を添付図面に基づき説明す
る。

先ず、本考案者は、平均暖房能力Qmがデフロ
ストタイミングによつてどのように変わるかを調
べるために、室外熱交換器への着霜の進行に伴な
う暖房能力をシユミレーシヨンによつて求めた。
このシユミレーシヨンは、室外熱交換器単体の着
霜時の特性をあらかじめ調べておき、それを用い
て着霜条件下でのヒートポンプの性能の経時変化
を求めた。

第１図は、起動時の外気温度Taと室外熱交換
器温度Teとの差温ΔT₁と平均暖房能力Qmとの関
係を示すグラフ、第２図は、第１回目のデフロス
ト後の再暖房時の外気温度Taと室外熱交換器温
度Teとの差温ΔT₂と平均暖房能力Qmとの関係を
示すグラフである。

起動時、あるいは第１回目のデフロスト後の再
暖房時における暖房能力の起ち上がりの様相は実
験値より求めたが、その結果は、第１図および第
２図に示す通りであり、 (1) 起動時の暖房能力は、ほぼ０より始まつて、
次第に定常値へ近づいていく。

(2) 第１回目デフロスト後の再暖房時は、ほぼ最
大能力の70〜90％から始まつて同様に定常値へ
近づいていく。

この両者の相違は、圧縮機の長い停止時間を経
て室外熱交換器の温度や冷媒の状態が室外の空気
条件の下で平衡してしまつた後の起動と、圧縮機
は連続運転のままでの再起動の違いによるものと
思われる。

以上の如く、定常値に達した後、室外熱交換器
への着霜の進行に伴なつて、次第に暖房能力が減
少する様相は、第１図および第１図に示す如く、
シユミレーシヨンしたが、このシユミレーシヨン
の妥当性は、実験によつて確認されている。

以上の結果、第２図の第１回デフロスト後の再
暖房時の場合（後者）が、第１回の起動時の場合
（前者）よりも、最初の暖房能力が大であるので、
平均暖房能力Qmが最大になるのが早い時期にな
ることを示している。

ところで、常に最大の平均暖房能力を得るため
には、この相違を考慮してデフロスト運転を開始
する最適なデフロストタイミングを最大の平均暖
房能力時点に合うよう図らなければならず、従つ
て、デフロスト開始の設定差温ΔTdefも場合に
応じて変える必要がある。ところが、前記の如く
第２図（後者）の方が第１図（前者）よりも早い
時期に平均暖房能力Qmが最大になるので、その
設定差温は、前者の差温ΔT₁よりも後者の差温
ΔT₂を小さく設定する必要があり、このことは図
面に示す通りである。

すなわち、第１図（前者）では、約80分で平均
暖房能力Qmは最大となり、このときの外気温度
Taと室外熱交換器温度Teの差温ΔT₁は約８℃で
あるが、第２図（後者）では、約40分で平均暖房
能力Qmは最大となり、このときの外気温度Ta
と室外熱交換器温度Teとの差温ΔT₂は約６℃で
あり、デフロスト開始の設定差温は、ΔT₁＞ΔT₂
の関係にある。

而して、本考案者の実験によると、前者と後者
のそれぞれの最適差温ΔT₁，ΔT₂の差（ΔT₁−
ΔT₂）は、圧縮機、室外熱交換器、室外フアンな
どの型式、機種、組合せにより若干の差異はある
が、現行の一般のヒートポンプ式空気調和機で
は、１℃〜５℃が好ましい範囲であることが分か
つた。

今、頭記従来例（実公昭59−10513号）の如く、
前記最大の平均暖房能力Qmが運転状況で相違す
るのを考慮せずに、起動時から始まつた場合の平
均暖房能力を最大にするデフロスト開始設定差温
ΔT₁のみにより、全てのデフロスト制御を行つた
場合には、本考案者の実験によると、平均暖房能
力で、前記設定差温を変えた本考案に比し７〜８
％の損失になることが分かり、逆に、本考案の場
合は、この分だけ暖房能力が向上するものであ
る。

第３図は、デフロスト開始時の室外熱交換器温
度Teと平均暖房能力Qmとの関係を、外気温をパ
ラメータとして示したグラフであり、外気温度に
応じて平均暖房能力Qmを最大にするデフロスト
開始温度があることを示す。第４図は平均暖房能
力Qmを最大にする差温ΔTdefと外気温Taとの
関係を示したグラフで、外気温が高い程差温
ΔTdefが大になることを示している。

第５図は、本考案を実施する場合の機能を示す
構成図を示している。すなわち、外気温度検出手
段１による外気温度Taと室外熱交換器温度検出
手段２による室外熱交換器温度Teとをそれぞれ
検知し、これを差温演算手段３に送りその差温を
演算する。一方カウンタの如きデフロスト回数演
算手段４によりデフロスト回数を演算し、その出
力によりデフロスト開始差温設定手段５に予め設
定した第１回またはそれ以降のデフロスト開始差
温を読出し、前記差温演算手段３より出力する差
温とデフロスト開始差温設定手段５よりの設定温
度とを除霜開始条件比較手段６により比較し除霜
開始すべきか否かの判断をなし、この出力をタイ
マ７の出力とともに除霜開始・終了判断手段８に
入力し除霜開始条件に合致すれば除霜制御手段９
により除霜開始を行なう。所定時間が経過して、
室外熱交換器温検出手段２より温度を検出して除
霜終了条件比較手段１０において除霜終了条件に
合致すれば除霜開始・終了判断手段８において除
霜終了を判断して除霜制御手段９により除霜終了
を行うものである。

第６図は第５図の具体的なハードウエア構成例
であり、外気温度検出器１と室外熱交換器検出器
２との出力をマルチプレクサ１０により交互に
Ａ／Ｄ変換器１１に送り、その出力をタイマ７の
出力とともにマイクロコンピユータ１２に送り、
該マイクロコンピユータ１２で除霜開始または終
了の出力を出力インターフエイス１３を介して除
霜制御手段９に送り作動させるものである。

第７図は、本考案を実施する場合のデフロスト
制御のフローチヤートの一例を示す。この例にお
いては、補助的なステツプが附加されている。す
なわち、起動時の一時的な蒸発圧力の低下や何ら
かの外乱によつて蒸発圧力が変動するといつた着
霜とは関係のない現象によつて不必要なデフロス
ト運転をすることがないようにタイマ（20分除霜
禁止）を用いており、また、デフロスト開始指令
後３分経過後にデフロストする除霜起動用タイ
マ、デフロスト時間（10分）を計時する除霜タイ
マを使用している。

ここで、デフロスト制御を、第７図のフローチ
ヤートに基づいて説明すると、先ず起動後のデフ
ロスト開始設定差温ΔT₁と第２回以降のデフロス
ト開始設定差温ΔT₂とを設定し、電源スイツチを
オンし空気調和機の運転を開始し、ステツプS₁で
起動後のデフロスト開始設定差温ΔT₁が設定され
ていることを確認し、ステツプS₂で除霜禁止タイ
マがカウント開始、ステツプS₃で20分経過したか
をチエツク、20分経過後ステツプS₄で除霜起動用
タイマをゼロクリア、ついで、ステツプS₅で差温
ΔTが設定ΔT₁以上かどうかをチエツクし、YES
の場合はステツプS₆で除霜起動用タイマカウント
アツプ、NOの場合は前記ステツプS₄に戻る。つ
いで、S₇で３分経過したかをチエツクし、YES
の場合はステツプS₈の除霜開始に進み、NOの場
合は前記ステツプS₅に戻る。

ステツプS₈において、出力リレーONし除霜運
転を開始し、同時に除霜タイマカウント開始し、
ステツプS₉で10分経過したかをチエツク、YES
の場合はステツプS₁₀で出力リレーをオフして除
霜を終了する。しかしステツプS₉でNOの場合
（10分経過していない）、室外熱交換器の温度が10
℃以上かをチエツクし、10℃以上の場合は、つぎ
のステツプS₁₀に進み除霜を終り、10℃以下の場
合は、ステツプS₉に戻る。

而して、ステツプS₁₀で出力リレーをオフし第
１回目の除霜終了後は、ステツプS₁₁でデフロス
トを開始すべき差温ΔTdefを設定差温ΔT₂（前記
設定差温ΔT₁より小の差温）に再設定し、前記ス
テツプS₂に戻り、前記を繰返すが、第２回目以降
の除霜開始は設定差温ΔT₂の差温で行うものであ
る。

（効果） 本考案は、以上の如く、デフロスト開始設定差
温を、起動後の第１回目のデフロスト開始の差温
ΔT₁よりも第２回目以降のデフロスト開始の差温
ΔT₂を小にしたものであるが、ヒートポンプ運転
の最大平均暖房能力Qmが、起動時と第１回目の
デフロスト後とではその時期が異なり、後者はそ
の時期が早くなるので、本考案では、ヒートポン
プ運転状況に対応し、２回目以降の差温を起動時
の差温より小とし、かつ各々の差温を平均暖房能
力が常に最大になるように設定せしめたため、最
大の平均暖房能力Qmに対応したデフロスト開始
が可能となり、デフロストによる暖房能力低下を
最小限に抑え、運転エネルギーの効率を一だんと
向上させたデフロスト制御が可能な空気熱源のヒ
ートポンプ式空気調和機が得られるようになつた
特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は起動時の外気温度Taと室外熱交換器
温度Teとの差温ΔT₁と平均暖房能力Qmとの関係
を示すグラフ、第２図は第１回目のデフロスト後
の再暖房時の外気温度Taと室外熱交換器温度Te
との差温ΔT₂と平均暖房能力Qmとの関係を示す
グラフ、第３図は室外熱交換器のデフロスト開始
時の室外熱交換器温度Teと平均暖房能力Qmとの
関係を、外気温をパラメータとして示したグラ
フ、第４図は平均暖房能力を最大にする差温
ΔTdefと外気温Taとの関係を示したグラフ、第
５図は本考案を実施するための構成を示す全体構
成図、第６図はハードウエアの構成例、第７図は
本考案デフロスト制御回路を実施する場合のデフ
ロスト制御のフローチヤートの例を示す。 Ta……外気温度、Te……室外熱交換器温度、
ΔT₁……第１回目のデフロスト開始の差温、ΔT₂
……第２回目以降のデフロスト開始の差温。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 外気温度Taと室外熱交換器温度Teとをそれ
   ぞ検知し、その差温が設定値以上で逆サイクル
   式のデフロスト運転を開始する空気熱源のヒー
   トポンプ式空気調和機の差温式デフロスト制御
   回路において、デフロスト開始設定差温を、起
   動時の第１回目のデフロスト開始の差温ΔT₁と
   第２回目以降の差温ΔT₂とを異ならしめ、後者
   を前者に対し小にし、かつ各々の差温を平均暖
   房能力が常に最大になるように設定してなるこ
   とを特徴とするデフロスト制御回路。 ２ 前記ΔT₁−ΔT₂を１〜５℃にしたことを特徴
   とする実用新案登録請求の範囲第１項記載のデ
   フロスト制御回路。