JPS61250438A - 空気調和機の除霜運転制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置お
よび室内熱交換器を順次連通してなる空気熱源式ヒート
ポンプ形の空気調和機の除霜運転制御装置に関するもの
である。

〔従来技術及び発明が解決しようとする問題点〕従来、
この種の空気調和機の冷凍サイクルは、第６図に示すよ
うに、暖房運転時圧縮機ａから吐出された冷媒が、実線
矢印のように四方弁すを通り、室内熱交換器Ｃで凝縮さ
れ、キャピラリチューブｄ、ｅを通り、室外熱交換器ｆ
で蒸発し、再び使用弁すを通り、圧縮機ａに戻る。

また、低外気温時には、室外熱交換器ｆの温度が低くな
り、やがて室外熱交換器ｆの表面に霜が付着し始め、そ
のため伝熱特性が低下して熱交換器能力が急激に減少し
始め、これにつれて暖房能力も低下する。

このため、室外熱交換器ｆの配管温度を熱交換器温度セ
ンサｇで検知すると共に、外気相対湿度を外気湿度セン
サｈで検知し、室外熱交換器ｆの配管温度がある一定温
度以下で、かつ相対湿度が一定値以上のとき、図中の破
線に示されるように、冷房運転とし、室外熱交換器ｆに
高温、高圧の冷媒を送り、室外熱交換器ｆに付着した霜
を融解させ、室外熱交換器ｆの能力を回復させ、再び図
中の実線に示される暖房運転にするものである。

しかし、上述のような従来の除霜運転モードにおいて、
除霜運転開始の判定条件は、室外熱交換器ｆの温度と外
気相対湿度だけであるため、相対湿度についての一定値
の定め方によっては、着霜していても除霜運転しなかっ
たり、着霜していなくても除霜運転が行われたりすると
いう欠点があった。

すなわち、相対湿度は一定体積の空気中に実際に含まれ
ている水蒸気量とその空気がそのときの温度で含み得る
最大の水蒸気量（飽和水蒸気量）との比をパーセントで
表わしたものである。これを温度対水蒸気量特性で表わ
すと、第７図に示すように横軸と１００％（飽和水蒸気
量）特性曲線Ｘとの間に存する曲線で示される。相対湿
度がどのような値であっても室外熱交換器ｆの温度が零
度以下でなければ着霜することがなく、かつ室外熱交換
器ｆの温度は外気にさらされていて外気温度に対して略
一定の温度差ΔＴを呈するようになっている。

従って、室外熱交換器ｆの温度が零度のときの外気温度
をＴ１、零度のときの飽和水蒸気量をＤＩとすると、Ｔ
１を通る縦軸に平行な直線Ｙｌ　、ＤＩを通る横軸に平
行な直線Ｚｌ及び上述の曲線Ｘによって囲まれる範囲内
の相対湿度において着霜することになる。この着霜の生
じる最小相対湿度ＲＨ１は曲線Ｘｌ上のものであり、こ
の相対湿度ＲＨ１が上記一定値として定められる。また
、図示のように外気温度Ｔ２に下がり、これにともない
室外交換器ｆの温度もＴ３に下がったとするとも、Ｔ２
を通る縦軸に平行な直線Ｙ２、温度Ｔ３のときの飽和水
蒸量Ｄ２を通る直線Ｚ２及び曲線Ｘによって囲まれる相
対湿度において着霜が生じるが、上記設定した相対湿度
ＲＨ１はＹ２、Ｚ２、Ｘによって囲まれる範囲内に入っ
ていないため、湿度センサによる検知相対湿度がＲＨ＋
のときには実際には着霜していなくても、着霜している
とみなして除霜運転が行われるようになる。

このようなことは、可変能力のインバータ式の圧縮機を
使用し、ΔＴが変化されるようになっている冷凍サイク
ルにおいて更に顕著に現われる。

従って、このようなときはいくら除霜運転を行っても、
暖房能力の向上ははかれず、また逆に除霜運転中は、暖
房運転が停止するため室温が低下し、快適性が損われる
他、除霜運転中は冷房運転となるため凝縮器、蒸発器が
逆転し、運転効率が低下する欠点を有していた。

以上のような欠点を解消したものとして、室外熱交換器
への流入空気中の水分量と流出空気中の水分量とを入口
と出口とにそれぞれ設けた湿度センサ、温度センサを用
いて得た信号により演算して求め、その差により着霜量
を知るようになしたものも提案されているが、該装置の
場合、多くのセンサを必要とし、構成複雑で高価となる
という欠点がある。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は上述した従来のものの欠点を除去し、着霜の判
定を適切に行い運転効率の向上を図り、しかも構成が簡
単で安価な空気調和器の除霜運転制御装置を提供しよう
とするもので、該目的を達成するためになされた本発明
による装置は、室外熱交換器の温度を検知する交換器温
度センサと、外気の温度を検知する外気温度センサと、
外気の湿度を検知する湿度センサと、前記外気温度セン
サにより検知した温度と湿度センサにより検知した湿度
により外気の絶対湿度を演算する絶対湿度演算手段と、
前記交換器温度センサにより検知した温度に対する飽和
水蒸気量と前記演算した絶対湿度を比較する比較手段と
を備え、前記外気交換器温度センサにより検知した温度
が零度以下であることと前記比較手段による比較効果と
により着霜を判定し、該判定によって除霜運転を制御す
ることを特徴とする。

本発明は更に、着霜の判定後の除霜運転の開始を簡単な
構成により適切に行えるようにした空気調和器の除霜運
転制御装置を提供しようとするもので、該目的を達成す
るためになされた本発明による装置は、前記判定手段に
よる着霜判定時の前記演算した絶対湿度と飽和水蒸気量
の差である凝縮水分量を演算する手段と、前記判定手段
による着霜判定時の前記交換器温度センサにより検知し
た温度と前記凝縮水分量とにより、着霜量が所定量にあ
る時間を演算する手段とを備え、着霜判定後接演算した
時間経過した時点で除霜運転を開始することを特徴とす
る。

〔作　用〕

外気温度とその温度での相対湿度とから絶対湿度を演算
し、該絶対湿度が室外熱交換器の温度に対する飽和水蒸
気量以上で、かつ室外熱交換器の温度が零度以下である
ことを条件に着霜の開始を判定して除霜運転を制御して
いるため、運転効率の向上が図られると共に室外熱交換
器の能力が変化しても着霜開始を適切に判定することが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第５図に基づいて説
明する。

まず、室外熱交換器への着霜の条件について説明する。

着霜は室外熱交換器の温度が零度以下で、かつ室外熱交
換器表面に凝縮水があることを条件にして発生する。ま
た、室外熱交換器表面の凝縮水は、ファンにより室外熱
交換器表面に送られてくる外気中に含まれている水蒸気
量が室外熱交換器の温度での飽和水蒸気量以上のときに
生じる。

以上のことから、外気の温度及び相対湿度と室外熱交換
器の温度を知ることによって、以下のようにして着霜条
件が求められる。

各温度に対する飽和水蒸気量Ｄｓは第３図に示すように
既知であるので、同図において相対湿度ＲＨと外気温度
ＴＡとから外気中の水蒸気量、すなわち絶対湿度Ｄハを
Ｄ　ＳＡ　　−ＲＨ／　１００なる演算によって求めら
れることができ、該絶対湿度Ｄ＾と室外熱交換器の温度
ＴＥでの飽和水蒸気量Ｄｓεとを比較することにより、
ＴＥ＜ＯでがっＤ＾＞Ｄｓεの検出により着霜の始まる
条件を検知することができる。勿論Ｔε〉０のとき、或
いはＤＡ＜ＤＳεのときには着霜は生じない。

一般に、室外熱交換器は着霜が起り始めただけではその
能力は低下せず、成る一定の着霜量を越えたところで始
めて能力低下することが知られている。従って、着霜条
件の検知により除霜運転を直ちに開始することは全くの
無駄であり、着霜量が所定値Ｖに達するまでは除霜運転
を開始させないことが好ましい。

ところで、上述の着霜条件が成り立っている状態での着
霜速度は、第４図に示すように凝縮水分量ΔＤ（＝Ｄ＾
−Ｄｓε）に比例し、かつ第５図に示すように室外熱交
換器の温度Ｔε　（くｏ）に反比例する。

従って、凝縮水分量ΔＤ、室外熱交換温度Ｔεにそれぞ
れ一定の定数α、βを生じたものを時間ｔで積分したも
のの和が所定値■よりも大きくなったとき、すなわち、 ｆαΔＤｄｔ＋　ｆβＴεｄｔ＞Ｖ となったときに、霜が所定量材いたとみなし除霜運転を
開始させるデフロスト信号を発生させればよい。今、着
霜開始後のΔＤ、Ｔεに変化がないとすると、以下のよ
うにしてｔを決定することができる。

上式をｔについて解くと、 ■ αΔＤ＋βＴε となる。従って、実際のデフロスト信号の発生は着霜条
件の検知によりタイマーを起動して時間ｔをカウントし
た時点で簡略的に行うことができる。

次に、本発明の一実施例における除霜運転制御装置につ
いて第１図及び第２図を参照して説明する。

同図において、１は圧縮機、２は四方弁、３は室内熱交
換器で、４，５はキャピラリチューブ、６は室外熱交換
器で、これらを順次連結することにより周知の冷凍サイ
クルを構成している。冷媒は暖房時実線の如く流れ、ま
た除霜運転時と冷房運転時は破線の如く流れる。７は室
外熱交換器６の交換器温度センサ、８は外気湿度センサ
、９は外気温度センサである。

着霜開始は、外気温度センサ９により測定した温度に対
する飽和水蒸気量と外気湿度センサ８により測定した相
対湿度とにより演算して絶対湿度を求め、交換器温度セ
ンサ７により測定した温度が零度以下で、かつ該温度に
対する飽和水蒸気量と上記絶対湿度との比較により絶対
湿度が大きいことを条件にこれを判定する。そして、デ
フロスト信号の発生は、着霜開始からの着霜量を絶対湿
度と室外熱交換器の温度に対する飽和水蒸気量との差と
、室外熱交換器の温度とにより演算して求め、該着霜量
が所定値以上となったことに応じて行う。

次に、第２図により、同実施例の制御回路について説明
する。

同図において、制御回路１０には、交換器温度センサ７
、外気湿度センサ８及び外気温度センサ９が接続されて
いる。制御回路ｌＯは各センサからの検知信号を増幅す
るセンス増幅器１０ａ、１Ｏｂ、１０ｃを有し、センス
増幅器１０ａの出力は絶対湿度演算回路１０ｄの一方の
入力に、センス増幅器１０ｂの出力は上記絶対湿度演算
回路ｌＯｄの他方の入力に、センス増幅器１０ｃの出力
は零度以下検出回路１０ｅの入力と飽和水蒸気量決定回
路１０ｆの入力とにそれぞれ接続されている。

上記零度以下検出回路１０ｅはその入力に印加される交
換器温度ＴＥが零度以下であることを検出しその出力に
検出信号を出力し、これを上記絶対湿度演算回路１０ｄ
、飽和水蒸気量決定回路１０ｆの制御人力Ｃと、アンド
回路１０ｇの一方の入力とに印加する。

上記絶対湿度演算回路１０ｄはその制御人力Ｃに信号が
加えられているとき、その入力に印加される外気温度Ｔ
Ａ及び外気相対湿度ＲＨと既知の外気温度に対する飽和
水蒸気量Ｄ　Ｓ　Ａとから、下式 ％式％ により、外気の絶対湿度Ｄｏを演算する。

上記飽和水蒸気量決定回路１０ｆはその入力に印加され
る交換器温度Ｔεによりその温度に対する飽和水蒸気量
ＤＳＥを決定する。

上記絶対湿度演算回路１０ｄの出力と飽和水蒸気量決定
回路１０ｆの出力とは比較回路１０ｈと差演算回路１０
ｉの両人力にそれぞれ接続されており、比較回路１０ｈ
においては絶対湿度り内と飽和水蒸気１１Ｄｓεとの比
較が行われ、Ｄ＾〉ＤＳＨのときその出力に信号が出力
されてアンド回路１０ｇの他方の入力に印加される。ア
ンド回路１０ｇはその再入口に信号が印加されることに
よって出力に信号を出力し、これをタイマー回路１０ｊ
の起動人力Ｔと上記差演算回路ｌＯ１の制御人力Ｃとに
印加する。

上記差演算回路１０ｉはその制御人力Ｃに信号が加えら
れるとその入力に印加されている絶対湿度ＤＡと飽和水
蒸気量Ｄｓεとの差、すなわち凝縮水蒸気量ΔＤを下式 ％式％ により演算し、その演算結果を時間演算回路１０にの一
方の入力に印加する。時間演算回路１０にの他方の入力
には交換器温度ＴＥが印加されていて、ここで下式で表
わされる演算を行って時間ｔを求める。

ｔ＝Ｖ／（αΔＤ＋βＴε） なお式中、■は予め定めた一定値で、室外熱交換器の能
率を低下させる室外熱交換器への着霜量に対応し、α、
βは定数である。

該時間演算回路１０ｋによって求められた時間ｔは比較
回路１０２においてタイマー回路１０ｊの起動後の計時
時間と比較され、該計時時間がｔより大となると比較回
路１０１の出力に信号が出力される。該信号は、図示し
ないリレーコイルをオンし、四方弁を切り換えて除霜運
転モードにするデフロスト信号として利用される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、どのような条件下
でも着霜の開始を適切に判定することができる。しかも
、好ましい実施例では、除霜運転開始時点も室外熱交換
器能力を最大限に利用できるように決定されることがで
き、より一層の運転効率の向上が図られる。そして、こ
れらは３つのセンサからの信号の処理によって実現され
、構成も比較的簡単であるなどの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における除霜運転制御装置を
具備した空気調和機の冷凍サイクル図、第２図は同除霜
運転制御装置の電気回路を示すブロック図、第３図乃至
第５図は本発明の詳細な説明するためのグラフ、第６図
は従来例を示す冷凍サイクル図、第７図は従来例の欠点
を説明するためのグラフである。 ｌ・・・圧縮器、２・・・四方弁、３・・・室内熱交換
器、４．５・・・キャピラリチューブ、６・・・室外熱
交換器、７・・・交換器温度センサ、８・・・外気湿度
センサ、９・・・外気温度センサ、１０・・・制御回路
、１０ｄ・・・絶対湿度演算回路、１０ｅ・・・零度以
下検出回路、１０ｆ・・・飽和水蒸気量決定回路、Ｌｏ
ｇ・・・アンド回路、１０ｈ・・・比較回路、１０ｉ・
・・差演算回路、１０ｊ・・・タイマー、１０ｋ・・・
時間演算回路、１０ｆ・・・比較回路。 特許出願人　　　株式会社鷺宮製作所 第１図 藻屑　Ｔ’Ｃｌ ；１ｉＪｉＡ（’？ｌ　ＡＤ　　　　　　　　　泰７１
　ＴＥ　　（’Ｃ）第６図 ７３　　　０Ｔ２　　　　Ｔｌ 温ｆｉ　　（’Ｃ） 手続補正書（自発） 昭和６０年１０月３１日 需庁舵宇賀道部殿 １、　事件の表示　　昭和６０年特許願第０８７５３５
号２、　　発明の名称 空気調和機の除霜運転制御装置 ３、　　補正をする者 胴中との静　特許出願人 住所東京都中野区若宮２丁目５５＃５号名称　株式会社
ｉイ乍所 ４、代理人 ５、　　補正命令の日付　　　昭和　　年　　月　　日
６、　　補正により増加する発明の数 補正の内容（特願昭６０−０８７５３５号）１、明細書
中特許請求の範囲を以下の如く訂正する。 「（ｌ）　　圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置
及び室内熱交換器を順次１通してなる空気調和機、　に
おいて、室外熱交換器の温度を検知する交換器温度セン
サと、外気の温度を検知する外気温度センサと、外気の
湿度を検知する湿度センサと、前記外気温度センサによ
り検知した温度と湿度センサにより検知した湿度により
外気の絶対湿度を演算する絶対湿度演算手段と、前記交
換器温度センサにより検知した温度に対する飽和水蒸気
量と前記演算した絶対湿度を比較する比較手段とを備え
、前記交換器温度センサにより検知した温度が零度以下
であることと前記比較手段による比較効果とにより着霜
を判定し、該判定によって除霜運転を制御することを特
徴とする除霜運転制御装置。 （２）　　圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置及
び室内熱交換器を順次産道してなる空気調和機において
、室外熱交換器の温度を検知する交換器温度センサと、
外気の温度を検知する外気温度センサと、外気の湿度を
検知する湿度センサと、前記外気温度センサにより検知
した温度と湿度センサにより検知した湿度により外気の
絶対湿度を演算する絶対湿度演算手段と、前記交換器温
度センサにより検知した温度に対する飽和水蒸気量と前
記演算した絶対湿度を比較する比較手段と前記交換器温
度センサにより検知した温度が零度以下であることと前
記比較手段による比較効果とにより着霜を判定する判定
手段と、前記判定手段による着霜判定時の前記演算した
絶対湿度と飽和水蒸気量の差である凝縮水分量を演算す
る手段と、前記判定手段による着霜判定時の前記交換器
温度センサにより検知した温度と前記凝縮水分量とによ
り、着霜量が所定量になる時間を演算する手段とを備え
、着霜判定後接演算した時間経過した時点で除霜運転を
開始することを特徴とする除霜運転制御装置。」２、同
書第３頁第１３行の「使用弁」を「四方弁」に訂正する
。 ３、　同書第５頁第１６行の「するとも」を「すると」
に訂正する。 ４６　　同書第９頁第１４行の「Ｄ３」をｒＤｓａＪに
訂正する。 ５、同書第９頁第１９行のｒＴＥＪを「Ｔ、」に訂正す
る。 ６、同書第１０頁第１３行の「比例」の前に「略」を挿
入する。 ７、同書第１０頁第１４行の「室外熱交換器」の前に「
、ΔＴ　（−ＴＡ　　Ｔｘ　）が一定であれば、」を挿
入する。 ８、同書第１０頁第１５行の「反比例」を「略比例」に
訂正する。 ９、図面第１図、第２図、第５図、第６図及び第７図を
添付図面と差し替える。 特許出願人　　株式会社讐宮製作所 Ｖ １戻ＴＥ　　（’Ｃ） 第６図 Ｔｓ　　　　ＯＴ２　　　　Ｔｌ １ａ崖　（＠Ｃ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置及び室
   内熱交換器を順次連通してなる空気調和機において、室
   外熱交換器の温度を検知する交換器温度センサと、外気
   の温度を検知する外気温度センサと、外気の湿度を検知
   する湿度センサと、前記外気温度センサにより検知した
   温度と湿度センサにより検知した湿度により外気の絶対
   湿度を演算する絶対湿度演算手段と、前記交換器温度セ
   ンサにより検知した温度に対する飽和水蒸気量と前記演
   算した絶対湿度を比較する比較手段とを備え、前記交換
   器温度センサにより検知した温度が零度以下であること
   と前記比較手段による比較効果とにより着霜を判定し、
   該判定によって除霜運転を制御することを特徴とする除
   霜運転制御装置。
2. （２）圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置及び室
   内熱交換器を順次連通してなる空気調和機において、室
   外熱交換器の温度を検知する交換器温度センサと、外気
   の温度を検知する外気温度センサと、外気の湿度を検知
   する湿度センサと、前記外気温度センサにより検知した
   温度と湿度センサにより検知した湿度により外気の絶対
   湿度を演算する絶対湿度演算手段と、前記交換器温度セ
   ンサにより検知した温度に対する飽和水蒸気量と前記演
   算した絶対湿度を比較する比較手段と前記交換器温度セ
   ンサにより検知した温度が零度以下であることと前記比
   較手段による比較効果とにより着霜を判定する判定手段
   と、前記判定手段による着霜判定時の前記演算した絶対
   湿度と飽和水蒸気量の差である凝縮水分量を演算する手
   段と、前記判定手段による着霜判定時の前記交換器温度
   センサにより検知した温度と前記凝縮水分量とにより、
   着霜量が所定量になる時間を演算する手段とを備え、着
   霜判定後該演算した時間経過した時点で除霜運転を開始
   することを特徴とする除霜運転制御装置。