JPS6334376B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、運転制御装置にマイクロコンピユー
タを具備したヒートポンプ式空気調和機の除霜制
御装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来ヒートポンプ式空気調和機の暖房時におけ
る除霜制御としては室外側熱交換器の温度を測定
し一定時間経過後、一定温度以下であれば除霜を
行つていた。

この従来の例を第１図ないし第３図を用いて説
明する。

第１図は暖房時の冷凍サイクル図である。

第１図において１は圧縮機、２は四方弁、３は
室外フアンモータ、４は暖房時蒸発器となる室外
側熱交換器、５は減圧器としてキヤピラリチユー
ブ、６は室内フアンモータ、７は暖房時凝縮器と
なる室内側熱交換器で、圧縮器１、四方弁２、室
外側熱交換器４、キヤピラリチユーブ５、室内側
熱交換器７環状に連結されて周知の冷凍サイクル
を構成している。

そして、暖房時において圧縮機１で圧縮された
冷媒は、室内側熱交換器７に入り、室内フアンモ
ータ６により室内側に放熱し、キヤピラリチユー
ブ５を経由して減圧され、室外側熱交換器４に入
つて室外フアンモータ３によつて室外空気より吸
熱し、四方弁２を経て、圧縮機１に戻る。さらに
除霜時は室内、室外の各フアンモータ３，６を停
止し、四方弁２を切換えて冷房サイクルとし、室
外側熱交換器４に着いた霜を融解させる。

第２図は第１図に示す冷凍サイクルの動作を実
現する電気回路図である。ここで、第１図と同じ
ものについては同一の番号を付して説明を省略す
る。

第２図において１１は制御回路、１２は制御回
路１１によつてON、OFF制御される除霜出力接
点、１３は暖房スイツチ（冷房時にOFFとなる
スイツチ）、１４はサーモスタツトで、サーモス
タツト１４は冷房時は設定値以上でON動作し、
また暖房時は設定値以下でON動作を行う。１５
は運転スイツチである。

そして室外側熱交換器４に着霜が生じると除霜
出力接点１２が開となり、四方弁２および室外フ
アンモータ３、室内フアンモータ６の通電を停止
して除霜運転に入る。

第３図は従来の除霜運転を説明するタイムチヤ
ートである。

第３図においてＹ軸上に室外側熱交換器４から
の検出温度を示し、Ｘ軸は時間を示す。そして暖
房運転を開始すると室外側熱交換器４の検出温度
は徐々に低下する。

暖房開始から一定時間t′を経過した後、検出温
度が除霜動作温度T_ON以下となると前述の除霜動
作に入り、四方弁２を切換えて室外フアンモータ
３、室内フアンモータ６をそれぞれOFF動作と
する。その結果、霜がとけて除霜停止温度T_OFF以
上に達すると、除霜制御を終了し、通常の暖房運
転に戻る。

以上が従来の除霜制御動作であるが、この制御
は除霜動作温度T_ON、および除霜を可能とする一
定時間（以下除霜制御解除時間と称す）t′が固定
のため、室外温度が比較的高い条件では、前述の
除霜規制解除時間t′が経過しない限り、着霜して
も除霜動作に入りにくく、また外気温が低い場合
には着霜しなくても前述の除霜規制解除時間t′が
経過すると除霜動作に入るという問題があつた。

また上述のような種々の負荷条件のいずれの場
合にも確実に除霜を行う必要があることから除霜
動作温度T_ONを比較的高い温度に設定し、除霜規
制解除時間t′は比較的短い時間とせざるを得ず、
実際に着霜していなくても除霜動作に入ることが
多いことから除霜動作が必要以上に多くなつて、
効率の悪い暖房運転を行う結果になつていた。

さらに最近、冷凍サイクルのパワーセーブ機構
あるいはインバータ制御、極数変換制御などの圧
縮機の回転数制御などによつて空気調和機の能力
可変制御を行うことが知られている。ところがこ
れらの制御は、能力により、冷凍サイクルの平衡
点が変化すること、および着霜の進行速度が違う
ことから、従来の除霜制御を使用すると暖房効率
が悪化するものである。

発明の目的 本発明は、上記従来の問題を解消するもので、
暖房効率を飛躍的に向上させることを目的とす
る。

発明の構成 この目的を達成するために本発明は、空気調和
機の制御回路を、室外側熱交換器の温度がタイマ
キヤンセル温度以下のときに出力する比較手段
と、この比較手段の出力時に計時する計時手段
と、この計時手段の計時に応じて除霜動作温度を
順次高く設定する設定手段と、前記室外側熱交換
器の温度が前記設定手段によつて設定された除霜
動作温度以下に達したときに除霜信号を出力する
出力手段と、圧縮機の停止中において前記室外側
熱交換器の温度が前記タイマキヤンセル温度以上
に達したときに前記計時手段による計時を解除す
る解除手段より構成したものである。

この構成により、室外側熱交換器への着霜が生
じたときのみ確実に除霜運転を行うことができ、
暖房効率の向上がはかれるものである。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について添付図面の第
４図ないし第６図を参考に説明する。ここで冷凍
サイクルの構造については従来例と同じであるた
め、改めて図示および説明書を省略し、ここでは
除霜に関係する制御内容について説明する。

外気温による着霜条件の変化については既に述
べたため説明を省略し、ここではまず暖房能力に
よる着霜条件について第４図を用いて説明する。
第４図中Ｙ軸は室外側熱交換器の温度Ｔを示し、
またＸ軸は暖房運転の経過時間ｔを示している。
また、空気調和機はその一例としてインバータを
用いて回転数を可変として能力を変化させる圧縮
機を具備した構成とする。

そして空気調和機の運転条件は、例えば圧縮機
の同期周波数を45Hz〜90Hzまで変化させるものと
して、同一条件の空調負荷を与えるものとする。

着霜量がある一定以上となると急激に室外側熱
交換器４の通風量が減少するので、冷凍サイクル
の高低圧とも、急激に低下し、室外側熱交換器４
の検出温度も急激に低下して、着霜域Ａを検出す
ることができる。

一方圧縮機１の同期周波数が45Hz付近では能力
が相対的に低いので、平衡温度はやや高めであ
り、着霜の進行も緩やかである。また、前記同期
周波数が90Hzでは能力が大きいので平衡温度は低
くなり、着霜の進行速度が速く、第４図のような
関係が成立する。

したがつて時間ｔの経過とともに除霜動作設定
値を引上げる必要が生じる。

また、春秋のように暖房負荷が軽い時期は、頻
繁にサーモスタツト１４が開閉する。室温が設定
値に到達しサーモスタツト１４がOFFのときに
おいて室外側熱交換器（蒸発器）４に着霜してい
なければ、冷凍サイクルの高低圧が圧力バランス
を行うので、室外側熱交換器（蒸発器）４の温度
は少くとも零度以上に達する。

ここで従来のように動作タイマによる除霜規制
解除時間t′が既に経過していると、次にサーモス
タツト１４の指令により暖房運転が再開されたと
き、高低圧の一時的な落ち込みにより、検出温度
が低下し、除霜運転が開始されてしまう場合があ
る。

そこで、検出する温度中に除霜動作温度より高
いタイマキヤンセル温度を設け、室外側熱交換器
４において着霜のない状態で室温が設定値に達
し、圧縮機１の運転が中断された場合では動作タ
イマをキヤンセルする必要が生じる。

次に第５図により本発明の一例である動作温度
および時間設定を４段とした場合の除霜制御につ
いて説明する。

まず暖房運転スタート後タイマキヤンセル温度
T_Oを下回つた時点から第１の設定時間までは強
制的に暖房運転を行い、この第１の設定時間t₁を
過ぎた時点より、室外側熱交換器４の検出温度が
第１の設定温度T₁以下であれば除霜に入る。ま
た、第２の設定時間t₂を過ぎると除霜動作温度の
値が第２の設定温度T₂に上昇し、さらに第３の
設定時間t₃を過ぎるとその除霜動作温度は第３の
設定温度T₃に設定され、同様に第４の設定時間t₄
を過ぎた時点より除霜動作温度は第４の設定温度
T₄と上昇する。

そして、除霜動作条件が成立すると、四方弁
２、室内フアン３，６がそれぞれOFF動作し、
冷房サイクルに入つて除霜が行われる。その結果
室外側熱交換器４の温度が復帰設定値T_OFF以上に
なると除霜を終了し、暖房運転に戻る。

したがつて、第１〜第４の設定時間t₂〜t₄およ
び第１〜第４の設定温度T₁〜T₄の関係を第４図
に示すように比例関係をもつて設定することによ
り、最適な除霜特性が得られる。

次に一回目の除霜が終了した後、再度暖房運転
を開始して室外側熱交換器４の温度がタイマキヤ
ンセル温度T_Oを下回つた時点より第１〜第４の
カウントを開始するが、サーモスタツト１４の
OFFなどにより圧縮機１が停止すると室外側熱
交換器４の温度が上昇を開始する。その結果、タ
イマキヤンセル温度T_Oを越えた点でタイマカウ
ントをキヤンセルする。

さらにサーモスタツト１４のONなどにより暖
房運転が開始され、タイマキヤンセル温度T_Oを
下回つた時点より再度設定時間t₁〜t₄のカウント
を開始する。

このタイマキヤンセル機能により、高低圧の一
時的な落ち込みによるデイアイス動作を防ぐこと
ができる。またインバータなどによる圧縮機１の
回転数制御を採用した空気調和機において、比較
的低い回転数が連続した後、サーモスタツトの設
定変更により、回転数が上昇した場合に、冷凍サ
イクルの平衡点が移動することによつて着霜して
いないのにデイアイスに入つてしまう場合が考え
られるが、このタイマキヤンセル機能を用いれば
実用上、飛躍的に“空デイアイス”の機会を減ら
すことができる。

また、ここでタイマのスタート条件を、圧縮機
１がON動作中でかつタイマキヤンセル温度T_Oを
下回つた時点よりカウントを開始している。これ
は、外気温が低い条件で、圧縮機１が停止するよ
うな条件、例えば、サーモスタツト１４の設定位
置が低温設定になつている場合、あるいは室内に
他の暖房機を併用している場合などがあるが、こ
のような条件下ではタイマカウントをスタートさ
せないようにしている。

これもまた“空デイアイス”を減少させる上で
効果がある。

次に第６図により上述の動作を行う電気回路の
構成について説明する。

同図において、２１は室外側熱交換器４の温度
を検出するサーミスタで、本発明の温度検出器に
相当する。２２は前記サーミスタ２１の検出温度
と室温設定温度T_OFF、タイマキヤンセル温度T₀
および除霜動作温度である第１〜第４の設定温度
T₁〜T₄の温度レベルを検知する比較器で、本発
明の比較手段に相当する。２３は前記室温設定温
度T_OFF、タイマキヤンセル温度T₀、第１〜第４
設定温度T₁〜T₄に応じた電圧レベルを決定する
基準電圧発生部で、本発明の設定手段に相当し、
前記室温設定温度T_OFF、タイマキヤンセル温度
T₀の電圧レベルの決定の他に第１〜第４の温度
T₁〜T₄と第１〜第４の設定時間t₁〜t₄の比例関係
を徐々に切換設定する。２４は周知のように内部
に前記第１〜第４の設定時間t₁〜t₄を設定するタ
イマ機能を具備したＰチヤネルのマイクロコンピ
ユータ、２５は前記マイクロコンピユータ２４の
除霜信号出力部で、本発明の出力手段に相当し、
スイツチングトランジスタ２５ａ、リレーコイル
２５ｂ、リレー接点２５ｃより構成している。前
記リレー接点２５ｃは四方弁２を駆動する電磁コ
イル（図示せず）への通電を制御する。また前記
マイクロコンピユータ２４は、本発明の計時手
段、解除手段の他に、前記設定手段、出力手段を
制御する演算機能、命令機能も具備している。

そして、マイクロコンピユータ２４の出力０Ｏ
〜０４は時分割で出力され出力０Ｏ〜０４が全て
OFFのときは第５図の室温設定温度T_OFFに相当
する電圧レベルとなり、以下０Ｏ〜０４と順次出
力されタイマキヤンセル温度T₀および除霜動作
温度がそれぞれ第１〜第４の設定温度T₁〜T₄に
相当した電圧レベルを発生する。この電圧とサー
ミスタ２１による電圧を比較器２２で比較するこ
とにより、室外側熱交換器４の着霜状態を検知す
る。

この温度と、マイクロコンピユータ２４のソフ
トウエアによりカウントされるタイマの第１〜第
４の設定時間t₁〜t₄を組み合わせ、演算すること
により、第５図に示す除霜特性を合成し、除霜条
件が確立すれば、除霜信号出力部２５に出力し、
除霜動作を行い、また圧縮機の停止中に室外側熱
交換器の温度がタイマキヤンセル温度T₀に達す
ればマイクロコンピユータ２４のタイマ動作をキ
ヤンセルする。

したがつて、外気温、圧縮機の能力レベルなど
を検出するような煩雑な手段を用いずに、極めて
簡単な回路構成で、効率の良い除霜を行うことが
できる。

この除霜制御の効果は特に、能力可変の圧縮機
を具備した空気調和機において顕著であり、大き
な効果が見込まれる。

すなわち、従来の除霜制御を、能力可変の空気
調和機に適用した場合、可変でない空気調和機よ
りもさらに効率の悪い、いわゆる「空ダイアイ
ス」の機会が増加するが、しかるに本発明の除霜
制御装置によれば除霜特性を能力可変の空気調和
機の着霜特性にほぼ一致させることができ、しか
も、タイマ自体を不要なときはキヤンセルできる
ので、実際に着霜している場合以外は除霜動作を
行うことがなく、実用上の除霜頻度を大巾に減ら
すことができる。

また、能力可変でない空気調和機においても、
第５図中に示すように除霜動作を暖房運転開始か
らの運転時間に比例して徐々に上昇するよう設定
しても同様の作用効果が得られる。すなわち、外
気温が低く、室外側熱交換器４の平衡温度が低い
場合でも従来の除霜条件より動作温度が低いた
め、除霜の頻度を下げることができ、外気温が比
較的高い場合には除霜能力が相対的に高いことか
ら、充分に着霜してから除霜動作に入れ、この場
合も除霜頻度を下げることができる。さらに室温
が設定値に達し、サーモスタツト１４がOFF動
作するような空調条件において、着霜がなけれ
ば、タイマカウントをキヤンセルするので、一層
除霜頻度を減少させることができ、暖房効率を高
めることが可能となる。

なお、本実施例においては、能力制御はインバ
ータ制御に限るものでなく、バイパス制御などの
他の制御の空気調和機、能力制御を具備していな
い空気調和機においても同様に実施できるもので
ある。

発明の効果 以上のように本発明の除霜制御装置は、暖房運
転開始からの時間経過に比例して除霜動作温度値
を上昇するため、第１の設定時間が経過しかつ外
気温が低下していた場合でも、室外側熱交換器に
着霜が生じない間は暖房運転を継続して行うこと
になり、その結果従来のような着霜の誤検出が防
止でき、除霜運転の頻度を少なくして従来の構成
に比べて飛躍的に暖房効率を高めることができ、
しかも簡単な回路構成で、理想的な除霜制御をす
ることができ、さらに室温制御で圧縮機が停止
し、室外側熱交換器に着霜がなければ除霜温度設
定時間が解除されるため、再起動時に短時間で除
霜運転に入ることもなく、また室外側熱交換器の
温度が着霜しやすい温度（タイマキヤンセル温
度）に到達すれば再び除霜温度設定時間が開始さ
れるため、確実な除霜運転が行えるなどの効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は暖房、除霜動作を行うヒートポンプ式
冷凍サイクル図、第２図は従来の空気調和機の徐
霜制御装置の電気回路図、第３図は従来の同装置
の除霜制御動作を示すタイムチヤート、第４図は
空気調和機の熱交換器の着霜状態を示すタイムチ
ヤート、第５図は本発明の一実施例における除霜
制御動作を示すタイムチヤート、第６図は本発明
の一実施例を示す空気調和機の除霜制御装置の要
部電気回路図である。 １……圧縮機、２……四方弁、４……室外側熱
交換器、５……キヤピラリチユーブ、７……室内
側熱交換器、２１……サーミスタ、２３……基準
電圧発生部（切換設定手段）、２４……マイクロ
コンピユータ（制御回路）、t₁〜t₄……設定時間、
T₁〜T₄……設定温度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機、暖房サイクルと除霜サイクルを切換
   える四方弁、室外側熱交換器、減圧器、室内側熱
   交換器を環状に連結してヒートポンプ式冷凍サイ
   クルを構成し、さらに前記室外側熱交換器の温度
   を検出する温度検出器と、この温度検出器からの
   信号を入力とする制御回路を設け、この制御回路
   を、前記室外側熱交換器の温度がタイマキヤンセ
   ル温度以下のときに出力する比較手段と、この比
   較手段の出力時に計時する計時手段と、この計時
   手段の計時に応じて除霜動作温度を順次高く設定
   する設定手段と、前記室外側熱交換器の温度が前
   記設定手段によつて設定された除霜動作温度以下
   に達したときに除霜信号を出力する出力手段と、
   前記圧縮機の停止中において前記室外側熱交換器
   の温度が前記タイマキヤンセル温度以上に達した
   ときに前記計時手段による計時を解除する解除手
   段より構成した空気調和機の除霜制御装置。