JPH063312B2

JPH063312B2 - 空気調和機の除霜装置

Info

Publication number: JPH063312B2
Application number: JP61138471A
Authority: JP
Inventors: 賢治宮田; 知行徳田; 武夫植野; 正美堀内; 英樹辻井
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1986-06-13
Filing date: 1986-06-13
Publication date: 1994-01-12
Anticipated expiration: 2009-01-12
Also published as: JPS62294836A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は空気熱源ヒートポンプ機など空気調和機の除霜
装置に関する。

（従来の技術）従来の除霜装置は能力低下割合には全く関係なく所定の
時間、例えば６０分が経過していて、かつ除霜指令器か
らコイルフイン温度が例えば-5℃以下であることによっ
てデフロスト指令信号が発信されていることによって、
デフロスト（除霜）を開始させるようにしていたが、こ
れでは暖房能力の低下割合には凡そ関係なくデフロスト
させていたため、能力低下が大きくなる場合が多くて暖
房効率が悪いことからエネルギー有効比（ＥＥＲ）が低
かった。

かかる点を改良するものとして暖房能力が或る程度下っ
てきたことを検知してデフロスト運転に入らせる技術が
提案され、実開昭５７−１６７３４号公報などによって
開示されている。

この装置は利用側コイルの吐出空気温度と吸込空気温度
との空気温度差及びその空気流速から暖房能力係数を演
算し、熱源側コイルへの霜の蓄積に起因して暖房能力係
数の値が記憶してある最大暖房能力係数に対し設定割合
まで低下したときに除霜を開始するようにしたものであ
って、除霜の開始を暖房能力の低下状態として検出する
ことによって、デフロストの開始を余り早くなく、また
遅くない適正な時点で行わせようとする点を特徴として
いる。

（発明が解決しようとする問題点）上述する装置はデフロストの開始の要否を暖房能力の
低下として捕えた点では適切と云えるが、暖房能力があ
る状態まで下がってきた状態を点として検出するもので
あるから、この低下割合を適切な値に選ばなければ早過
ぎあるいは遅過ぎる結果となって、ＥＥＲを最高の状態
に保持するために必要な低下割合の条件を見出すことは
実際には困難な問題であり、さらに、降雪時などの異状
現象の発生によって左程着霜していないのに風速変化が
あって誤作動することもあり、特に、デフロスト開始に
至るまでの暖房運転の経過に関しては全く関係が無い制
御であるので、暖房能力とデフロスト運転の兼ね合いか
らきまるＥＥＲを高い状態に保ちながら適切にデフロス
トを行わせようとすることは容易には実現し得なかっ
た。

このような問題点に対処して本発明は成されたものであ
って、本発明はデフロスト運転の必要性を実際に生じた
現在の事象によってもとめる従来の点制御方式とは異な
り、現在までの暖房運転の経過にもとづく暖房能力の積
算値を算出しながら暖房能力の変化の推移を予測し、さ
らに直前に行われたデフロスト運転の状態を勘案した上
で、暖房運転の実態に即した適切なタイミングでデフロ
ストを行わせようとする連続制御方式を要旨とするもの
であって、もって、デフロスト運転開始の適正化はもと
よりＥＲの最高値保持による運転経済性の向上を果させ
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段）そのために本発明は第１図に示す如く、空気調和機の除
霜装置を温度差検出手段(1)と、記憶手段(2)と、演算手
段(3)と、デフロスト指令手段(4)とにより構成したもの
であって、まず温度差検出手段(1)は、暖房運転中の利
用側コイル(9)における被加熱流体例えば空気の出口温
度(T_o)及び入口温度(T_i)を所定時間の周期的に検出し、
温度差(ΔT_n)を出力する構成を有する。

一方、記憶手段(2)は、暖房運転の直前に行われたデフ
ロスト運転のデフロスト時間(t_d)、暖房運転の開始から
増加し最大値に達した後に減少する傾向の前記温度差検
出手段(1)が出力する各温度差値(ΔT_n)、暖房運転開始
から最大温度差値(ΔT_m)を出力する時点までの能力増加
域運転時間(t_f)を記憶する構成を有する。

次いで演算手段(3)は、能力増加域運転時間(t_f)と当該
時間内の各温度差値(ΔT_n)の平均値との積に対応する能
力増加域暖房能力(S_o)を算出し、前記最大温度差値(ΔT
_m)とその後に順次記憶する各温度差値(ΔT_n)との２値の
組合わせから、その間の時間(T_x)に対する温度差値(Δ
T)の一次関数(ΔT=a_it_x+b_i)を順次求めると共に、それ
等から均算して得た平均比例係数(a_m)及び平均定数(b_m)
を持つ平均一次関数(ΔT=a_mt_x+b_m)を算出して、この平
均一次関数の積分から能力減少域暖房能力(S)を推定
し、さらに、前記両暖房能力の和(S_o+S)を暖房運転時間
(t_f+T_x)と前回のデフロスト時間(t_d)との和で除した平
均能力(Q_m)が最大となる時間を算出して、この時間と前
記能力増加域運転時間(t_f)との和を最適デフロスト開始
時間(t_u)として出力する構成を有する。

さらに次いでデフロスト指令手段(4)は、暖房運転開始
後、前記最適デフロスト開始時間(t_u)が経過して、しか
も着霜を検出する検出器からデフロストを要する信号が
発せられている条件によってデフロスト指令を発し、デ
フロスト終了を検出する検出器からデフロスト終了が発
せられている条件によってデフロスト指令を解除する構
成を有する。

（作用）本発明は前記演算手段(3)によって直前のデフロスト運
転時間(t_d)とその後の暖房運転時間(t_f+T_x)とを通算し
た時間における平均（暖房）能力(Q_m)が最大値を示す時
間(t_u)を周期的に算出し、最適デフロスト時間(t_u)を予
測することにより、そのときにデフロストが必要であっ
たときにデフロストを行わせるようにしているので、暖
房積分能力は常に最大に保たれながらデフロストを有効
に行わせることが可能である。

従って、外気温度が低くて乾燥しているときなどの場合
でも暖房能力の積分値が最大になるまでの暖房能力に余
裕がある間はデフロストに入らせないので、空デフロス
トが生じることは未然に防止できる。

（実施例）以下、本発明の実施例を添付図面により説明する。

第２図は本発明の実施例に係る空気調和機の装置回路図
であり、圧縮機(5)，四路切換弁(6)，熱源側コイル
(7)，キヤピラリーチューブ(8)，利用側コイル(9)及び
アキュムレータ(10)により公知の冷凍回路を構成してお
り、暖房運転の際は冷媒を実線矢示の方向に流通せしめ
て利用側コイル(9)を凝縮器，熱源側コイル(7)を蒸発器
に夫々作用せしめて、一方、冷房運転及びデフロスト
（除霜）運転の際は冷媒は破線矢示の方向に流通せしめ
て、熱源側コイル(7)を凝縮器，利用側コイル(9)を蒸発
器に夫々作用せしめるのであって、冷媒の流通方向の切
換えは四路切換弁(6)の切換操作によって行うことは言
うまでもなく、また、デフロスト運転の場合は、熱源側
ファン(13)及び利用側ファン(14)を共に停止せしめるも
のである。

なお、第２図中、(11)は利用側コイル(9)の出口におけ
る空気温度を検出する第１温度検出器，(12)は同じく入
口における空気温度を検出する第２温度検出器を夫々示
し、両温度検出器(11)，(12)は前記温度差検出手段(1)
の入力要素を構成している。

一方、(15)はデアイサで暖房運転時に蒸発器となる熱源
側コイル(7)のコイル入口温度を検出して−２℃以下で
あるか、また、内蔵するタイマが暖房運転時間を計測し
て２時間を経過したかのいずれかの条件によって要デフ
ロスト信号を発する公知の除霜検出器であって、前記デ
フロスト指令手段(4)の入力端に接続している。

上記構成になる空気調和機の除霜制御を司る電子制御回
路は第３図に概略示される通りであって、(16)は周知の
マイクロコンピュータで、ＣＰＵ(17)，ＲＡＭ(18)及び
ＲＯＭ(19)を基本要素として構成されている。

ＲＯＭ(19)にはＣＰＵ(17)を制御するプログラムが書き
込まれ、ＣＰＵ(17)はこのプログラムに従ってインプッ
トポート(20)より外部データを取込み、あるいはＲＡＭ
(18)との間でデータの授受を行ったりしながら演算処理
し、必要に応じて処理したデータをアウトプットポート
(21)に出力する。

アウトプットポート(21)はＣＰＵ(17)からの出力ポート
指定信号を受けて、そのポートにデータを一次記憶する
と共にD/Aコンバータ(25)を経てアナログ信号を四路切
換弁(6)のソレノイド(6_S)及び利用側ファン(14)のモー
タ(14_M)に出力するようになっている。

一方、インプットポート(20)はＣＰＵ(17)からの入力ポ
ート指定信号を受けると、そのポートに必要な情報を取
り込むものであって、暖房運転中の利用側コイル(9)に
おける空気出口温度(T_o)がA/Dコンバータ(22)を経てデ
イジタル信号として、また、空気入口温度(T_i)がA/Dコ
ンバータ(23)を経てデイジタル信号として、さらにデア
イサ(15)で検出した熱源側コイル(7)のコイル入口温度
がA/Dコンバータ(24)を経てデイジタル信号として夫々
インプットポート(20)に出力される。

しかして、このマイクロコンピュータ(16)におけるプロ
グラム制御が温度差検出手段(1)、記憶手段(2)、演算手
段(3)及びデフロスト指令手段(4)を構成するものであっ
て、ＲＯＭ(19)に書き込まれてなるプログラムをフロー
チャートで示すと、第４図及び第５図のようになる。

ここで、本発明においてデフロスト開始時間のタイミ
ングを適正にとるための理論的根拠について説明する
と、このデフロスト開始のタイミングが暖房の積分的能
力に大きな影響を与えるものであって、ＥＥＲの向上を
はかるには暖房積分的能力、すなわちデフロスト運転終
了から次のデフロスト運転終了までの間の暖房能力の積
分値を最大とし得る条件が満足されなければならなく、
空気熱源・空気利用方式の空気調和機でデフロスト時に
利用側ファン(14)を停止する場合の暖房平均能力(Q_m)は
下記式となる。

但し ΔＴ：平均温度差（℃）ｔ_ｈ：暖房運転時間（H_r）ｃ_ｐ：空気比熱（kcal/kg・℃）ｒ：比重量（kg/m³）ｗ：風量（m³/Hr）Ｑ_ｍ：平均能力（（kcal/H_r）ｔ_ｄ：デフロスト運転時間（H_r）上記式(イ)はｃ_ｐ，ｒ，ｗはほぼ一定であるために、Ｑ
_ｍは（ΔＴ，ｔ_ｈ，ｔ_ｄ）の函数とみることができる。

ところで、暖房運転とデフロスト運転とを交互に繰り返
した場合に、暖房能力が時間の経過で変化する状態は第
６図に示される通りであり、この能力変化曲線を求める
には、一回の暖房運転における能力変化曲線を示す第７
図において、曲線の携帯を解析すればよく、暖房能力は
空気出口温度(T_o)と空気入口温度(T_i)との差である温度
差(ΔT_n)に比例することは明らかであるから、この温度
差(ΔT_n)の推移を分析しこれを近似式により求めて積分
処理することにより暖房積分的及び暖房平均能力(Q_m)を
求めることが可能である。

しかして温度差(ΔT_m)の推移は、暖房運転開始時(T_o)は
零であって、運転と共に差が増加してゆき、最大温度差
値(ΔT_m)に達すると、次は霜の付着・成長に伴って能力
が減じることから温度差(ΔT_n)は順次減少し飽和に近い
状態になる。

そこで、まず運転開始から最大温度差値(ΔT_m)に達する
までの領域、すなわち、能力増加域は、所定時間毎例え
ば１分毎に読み取った各温度差(ΔT_n)の平均値を算出す
ると共に、該平均値と能力増加域の運転時間(t_f)との積
を求めることによって、これに定数を乗じたものが能力
増加域の暖房能力(S_o)として算出することができる。

次に最大温度差値(ΔT_m)に達した時点から温度差が低減
する領域、すなわち能力減少域は、既に温度差を読み取
った現時点までの既知部分と、これから以降のデフロス
トに切換える予想時点までの未知部分とがあるので、未
知部分の予測を行いながら能力を算出しなければならな
く、従って現実には湾曲線を辿る温度差推移を近似的に
直線とみなして算出する手段を本発明は採用している。
そのために、最大温度差値(ΔT_m)と、その後に１分毎に
読み取った各温度差値(ΔT_n)との２つの値の組合わせか
ら、その間の時間(t_x)に対する温度差値(ΔT)の一次関
数(ΔT=a_it_x+b_i)をマイクロコンピュータ(16)で順次演
算処理すると同時に、得られた複数の一次関数における
各比例係数(a_i)と各定数(b_i)との夫々について平均値を
求めて、この平均比例係数(a_m) と平均定数(b_m)を持つ
平均一次関数(ΔT=a_mt_x+b_mを演算することにより、この
式がデフロスト運転に切換えるまでの温度差推移状態に
もっとも近似した線になるとして、この平均一次関数を
根拠として能力減少域の暖房能力(S)を積分によって求
めればよい。

ここでa_m＝ａ，b_m＝ｂ，t_x＝ｘと置き換えると、 x₂−x₁＝x_u，x₁＝ｏとすると、この(ロ)式と前記(イ)式から１回当りの暖房積算的能力に
より得られる暖房平均能力(Q_m)は、となる。

また、S_o＝Q_o×x_f……(ニ) 但しＱｏ＝能力増加域の平均能力となる。

かくして得られた(ニ)式が最大となる条件を求めてこの
最大点でデフロスト運転に入らせれば暖房能力を最も有
効に利用したデフロスト運転が行えることは言うまでも
ない。

ただし、デフロスト運転時間(x_d)について未知であるの
で、極端な変動要因が生じない限り、余り差が生じない
と推定される直前のデフロスト運転時間(t_d)を代入する
ことによって計算が可能であり、(ハ)式を微分してその
値が０になるx_uを求めればよい。

なお、ｘ_ｕ＝ｘ，ｘ_ｄ＋ｘ_ｆ＝ｃとする。

が得られるのでｙ′＝０のときのｘを求めると、となり、かくして最大積分的能力時のデフロストタイミ
ング時間は(ト)式から得られることになる。

ただし、(ト)式における時間(x)は最大温度差値(ΔT_m)に
達した時点を起点としているので、暖房運転開始時点か
らの最適デフロスト開始時間(t_u)は、となる。

以上説明した演算処理によって除霜運転を行うためのフ
ローチャートを第４図及び第５図により説明すると、暖
房運転スイッチを投入して空気調和機を暖房開始させ
（）ると共に、初期セットを行う（）。

この初期セットとはデフロスト運転が一度も行われてい
ないために、その後タイミングをとるための条件の１つ
として、デフロスト運転時間を設定するのであって、５
分等の適当な時間を設定してマイクロコンピュータ(16)
に記憶させる。

暖房運転開始と同時に空気出口温度(T_o)及び空気入口温
度(T_i)を例えば１分毎に読み込み温度差(ΔT_n)を記憶す
る（）。

そしてこの温度差(ΔT_n)が最大値に達したことを判断す
ると（），最大温度差(ΔT_m)、能力増加域運転時間(t
_f)及び温度差値(ΔT_n)の平均値を記憶する（）。

その後、デフロストタイミングを決める演算処理とデフ
ロスト指令とを行わせる（）が、これは第５図に示さ
れているように、１分置きに前記両温度(T_o)，(T_i)の読
み込み（_−１）を行ってΔＴ＝ａ_ｉｔ_ｘ＋ｂ_ｉの計算
を続け（_−２），(a_m)及び(b_m)の計算（_−３）につ
いで、平均一次関数算出及び積分ならびに微分の一連の
演算による最適デフロスト開始時間(t_u)の算出
（_−４）をマイクロコンピュータ(16)で行わせ、設定
時間の２０分を経過後（_−５），デアイサ(15)がコイ
ル温度の低下による着霜を検出していて（_−７），か
つ、暖房運転時間が最適デフロスト開始時間(t_u)に達し
ていることによって（_−８）、デフロスト指令をマイ
クロコンピュータ(16)から発信せしめ（_−９）て、冷
房サイクルによるデフロスト運転に入らせる。

なお、暖房運転開始から２時間経過していることをチェ
ックし（_−６），しかもデアイサ(15)から着霜検出信
号が発せられていることをチェックすると
（_−１０），マイクロコンピュータ(16)において最適
デフロスト開始時間(t_u)の演算結果が出ていなくても強
制的にデフロスト運転に切換えるようにしている。

その後、デアイサ(15)などからデフロストが終了したこ
とによる信号が発せられるとデフロスト運転を終了して
暖房運転に切り換える（）。

この切り換えの後、終了したデフロスト運転のデフロス
ト時間(t_d)をマイクロコンピュータ(16)に記憶させ
（）、以上で暖房運転とデフロスト運転とからなる１
サイクルは完了し、再びステップからの作動を行わせ
る。

以上説明した例は空気熱源・空気利用方式の一般に空冷
エヤコンと称される装置の場合であって、デフロスト運
転中は室内側ファンを停止させることによって暖房能力
に対する負の要因はないと考えて成されたものである
が、一方、空冷チラーと称される空気熱源・水利用方式
の場合にはデフロスト運転中に温水が冷却されることに
より暖房能力に対する負の能力を考慮しなければならな
く、その場合には温水が５℃程度温度低下するとして、
この温度低下分に見合った暖房能力を差引くようにし
て、その他は前述の例と同じ演算を行わせればよい。

上述の要領にもとづいて除霜運転を行った場合の実験例
を次に示すと、暖房の運転条件が、最大温度差(ΔT_m)＝
２０℃、前回のデフロスト時間(t_d)＝１〜１０分、能力
増加域運転時間(t_f)＝５分，当該時間内の平均温度差値
(ΔT)＝１４℃である場合において、デフロスト運転を
開始するまでの暖房時間(t_u)を横軸、１時間後の温度差
(ΔT_n)を縦軸にとった線図はデフロスト運転(t_d)をパラ
メータとして第８図に示す如くなり、デフロスト所要時
間５分としたときを例にとると、１時間後の能力がのとき最適デフロスト開始時間(t_u)は６０分となり、一
方、１時間後の能力がのときには２８分となって、いずれも暖房積分的能力は
最大となった。

（発明の効果）本発明は以上説明したように、着霜による能力低下を暖
房能力の積算結果が最大値となるような時間を演算して
デフロスト運転に切り換える制御を行わせているので、
暖房能力に余裕があるのに早くデフロストに入らせた
り、能力が低下しているのにデフロストを遅らせたりす
ることがなくなり、しかも、周囲の条件を考慮した上で
最適なデフロストタイミングをとることが可能となり、
かくして暖房運転時のＥＥＲを最大限に向上しながら適
切なデフロストが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の実施例に係る装置回路図、第３図は同じく除霜制御
用電子制御回路図、第４図及び第５図は除霜制御態様を
示すフローチャート、第６図及び第７図は運転時間に対
する暖房能力（温度差）の変化を示す理論説明図、第８
図は本発明の実施例に係るデフロスト最適時間線図であ
る。 (1)……温度差検出手段、 (2)……記憶手段、 (3)……演算手段、 (4)……デフロスト指令手段、 (9)……利用側コイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀内正美大阪府堺市金岡町1304番地ダイキン工業株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者辻井英樹大阪府堺市金岡町1304番地ダイキン工業株式会社堺製作所金岡工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】暖房運転中の利用側コイル(9)における被
加熱流体の出口温度(T_o)及び入口温度(T_i)を所定時間の
周期的に検出し、温度差(ΔT_n)を出力する温度差検出手
段(1)と、暖房運転の直前に行われたデフロスト運転のデフロスト
時間(t_d)、暖房運転の開始から増加し最大値に達した後
減少する傾向の前記温度差検出手段(1)が出力する各温
度差値(ΔT_n)、暖房運転開始から最大温度差値(ΔT_m)を
出力する時点までの能力増加域運転時間(t_f)を記憶する
記憶手段(2)と、能力増加域運転時間(t_f)と当該時間内の各温度差値(ΔT
_n)の平均値との積に対応する能力増加域暖房能力(S_o)を
算出し、前記最大温度差値(ΔT_m)とその後に順次記憶す
る各温度差値(ΔT_n)との２値の組合わせから、その間の
時間(T_x)に対する温度差値(ΔT)の一次関数(ΔT=a_it_x+b
_i)を順次求めると共に、それ等から均算して得た平均比
例係数(a_m)及び平均定数(b_m)を持つ平均一次関数(ΔT=a
_mt_x+b_m)を算出して、この平均一次関数の積分から能力
減少域暖房能力(S)を推定し、さらに、前記両暖房能力
の和(S_o+S)を暖房運転時間(t_f+T_x)と前回のデフロスト
時間(t_d)との和で除した平均能力(Q_m)が最大となる時間
を算出して、この時間と前記能力増加域運転時間(t_f)と
の和を最適デフロスト開始時間(t_u)として出力する演算
手段(3)と、暖房運転開始後、前記最適デフロスト開始時間(t_u)が経
過して、しかも着霜を検出する検出器からデフロストを
要する信号が発せられている条件によってデフロスト指
令を発し、デフロスト終了を検出する検出器からデフロ
スト終了が発せられている条件によってデフロスト指令
を解除するデフロスト指令手段(4)とを備えていること
を特徴とする空気調和機の除霜装置。