JPH04131645A - 空気調和装置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、空気調和装置の除霜運転制御装置に関し、詳
しくは除霜運転の開始時期を適切にするための改良に関
する。

（従来の技術） 従来より、この種の除霜運転制御装置として、特公昭５
８−５４３３２号公報に開示されるように、予め、除霜
運転を開始すべき条件式を室外熱交換器の温度及び室外
温度の両温度に基いて一義的に決定し、その条件式を満
たす室外熱交換器の温度及び室外温度のときに、室外熱
交換器の着霜時と判断して、除霜運転を開始するものが
知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、昨今のように圧縮機をインバータ等で能
力制御する場合には、除霜運転を開始すべき条件が圧縮
機の能力状態に応じて異なってくるため、上記従来のよ
うに条件式を一義的に設定するものでは、着霜量の少い
状態で除霜運転が早期に開始されたり、除霜運転の開始
か遅れ過ぎたりする欠点が生じる。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、最適な除霜タイミングを検出して、除霜運転の開
始を常に適切な時期に行うことにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明では、暖房運転時に
おける室外熱交換器の熱交換性能を把握し、これにより
着霜による室外熱交換器の熱交換性能の低下を正確に検
出することとする。

つまり、本発明の具体的な解決手段は、第１図に示すよ
うに、圧縮機（１）、室内熱交換器（２）、膨脹弁（３
〉、及び室外熱交換器（４）２を順次閉回路に接続した
冷媒循環系統を有し、暖房運転可能とした空気調和装置
を前提として、上記室外熱交換器（４〉に着霜した霜を
除霜する除霜手段（１２）と、上記室外熱交換器（４）
の蒸発能力を算出する蒸発能力算出手段（２０）と、該
蒸発能力算出手段（２０）により算出された室外熱交換
器（４）の蒸発能力と。

室外熱交換器（４）の温度及び外気温度と１′：基いて
室外熱交換器（４）の熱交換性能に関する指数を算出す
る指数算出手段（２１）と、該指数算出手段（２１）に
より算出した熱交換性能に関する指数に基いて除霜運転
の開始時期を判断し、上記除霜手段（１２）を作動させ
る制御手段（２２）とを設ける構成としている。

その場合、蒸発能力算出手段（２０）は特に、室内熱交
換器（２）の凝縮能力と圧縮機（１）の入力とに基いて
蒸発能力を算出するもので構成する。また、この室内熱
交換器（２）の凝縮能力を算出は、室内熱交換器（２）
の空気の吸込温度と吹出温度との温度差、及び室内熱交
換器（２）の空気通過流量に基いて行ったり、室内熱交
換器（２）の冷媒出入口間の冷媒のエンタルピ差、及び
冷媒の循環流量に基いて行う。

更に、蒸発能力算出手段（２０）は他に、圧縮機（１）
吸入側の冷媒と室内熱交換器（２）出口の冷媒とのエン
タルピ差、及び冷媒の循環流量に基いて蒸発能力を直接
算出するもので構成する。

（作用） 上記の構成により、本発明では、暖房運転時には、蒸発
器として作用する室外熱交換器（４）の蒸発能力が算出
され、この蒸発能力と、室外熱交換器（４）の温度及び
室外温度に基いて室外熱交換器（４）の熱交換能力に関
する指数が算出される。

そして、室外熱交換器（４〉に着霜が生じ、これにより
空気の流通断面積が閉塞され始めて、室外送風ファン（
４ａ）から送風されて室外熱交換器り４）を通過する空
気量が減少して、室外熱交換器（４）の熱交換能力が低
下し始めると、その熱交換能力に関する指数も変化する
ので、この指数に基いて室外熱交換器（４）の除霜運転
の開始時期を正確に判断できる。

ここに、室外熱交換器（４）の熱交換能力に関する指数
を算出して、その熱交換能力の変化を直接把握している
ので、たとえ圧縮機（１）が能力制御されても、その圧
縮機（１）の能力状態に拘らず、室外熱交換器（４）の
着霜を正確に検出して、除霜運転の開始時期を適切タイ
ミングにできる。

しかも、その場合に、室外熱交換器の蒸発能力の算出を
、例えば室内熱交換器の凝縮能力と圧縮機の電気入力と
に基づいて間接的に行ったり、室外熱交換器の冷媒のエ
ンタルピ差や１通過空気の通過前後の空気温度差に基い
て直接に行えば、蒸発能力の算出を正確に行えるので、
除霜運転の開始時期を一層適切タイミングにできる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の空気調和装置の除霜運転
制御装置によれば、暖房運転時における室外熱交換器の
熱交換能力をその指数の算出により直接把握したので、
圧縮機の能力状態に拘らず、室外熱交換器の着霜を正確
に判断して、その除霜運転の開始時期を適切にすること
ができる。

また、室外熱交換器の蒸発能力の算出を、室内熱交換器
の凝縮能力、圧縮機の電気入力、室外熱交換器の冷媒の
エンタルピ差２通過空気の通過前後の空気温度差に基い
て直接に又は間接に行えば、除霜運転の開始時期を一層
適切タイミングにできる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第２図において、（１）は圧縮機、（２）は室内送風フ
ァ＞　（２ａ）を有する室内熱交換器、（３）は電動膨
脹弁、（４）は室外送風ファン（４ａ）を有する室外熱
交換器、（５）は四路切換弁であって、上記の機器は冷
媒配管（６）・・・によって閉回路に接続されて冷媒循
環系統（８）が形成されている。上記四路切換弁（５）
の実線位置への切換時には、実線矢印で示すように圧縮
機（１）から吐出された高温冷媒を室内熱交換器（２）
に流して室内を暖房し、これにより液化した低温冷媒を
室外熱交換器（４）に流して外気から吸熱し再び高温冷
媒として圧縮機（１）に戻すことを繰返す。これに対し
１．四路切換弁（５）の破線位置への切換時には、破線
矢印で示すように圧縮機（１）から吐出された高温冷媒
を室外熱交換器（４）に流して外気に放熱し、これによ
り液化した低温冷媒を室内熱交換器（２）に流して室内
を冷房し再び高温冷媒として圧縮機（１）に戻すことを
繰返す。

また、上記圧縮機（１）の吐出側と四路切換弁（５）の
間の冷媒配管（６〉には、除霜用の冷媒配管（９）が接
続され、該冷媒配管（９）の他端は電動膨脹弁（３）と
室外熱交換器（４）との間の冷媒配管（６）に接続され
ていて、該除霜用の冷媒配管（９）の途中には、該配管
り９）を開閉する除霜用の電磁弁く１０）が介設されて
いる。該電磁弁（ｌＯ）は、四路切換弁（５）が実線位
置にある暖房運転時に室外熱交換器（４）に着霜が生じ
たと判断されるときに開制御される。

よって、上記除霜用の電磁弁（ｌＯ）の開時には、圧縮
機（１）から吐出されたホットガスの一部を除霜用の冷
媒配管（９）を経て室外熱交換器（４）における冷媒循
環系統（８）の冷媒導入側に供給することにより、その
除霜を正サイクルで行うようにした除霜手段り１２）を
構成している。

さらに、（１５）は内部にＣＰＵ等を有するコントロー
ラであ１て、該コントローラ（１５）によりインバータ
（１６）を制御して圧縮機り１）を室温に応じて能力制
御する機能を有する。

上記コントローラ（１５）には、暖房運転時における室
外空気の乾球温度ＤＢｇ及び湿球温度ＷＢｇ。

室外熱交換器（４）の温度（蒸発温度）Ｔｅ及び室内熱
交換器（２）の吹出し空気温度ＴＯ及び吸込み空気温度
Ｔｉ１室内送風フアン（２ａ）の回転数、並びに圧縮機
（１）の入力電流！及び印加電圧■の各信号が人力され
ている。

次に、コントローラ（１５）による室外熱交換器（４）
の除霜運転の制御を第３図に示す制御フローに基いて説
明する。

スタートして、ステップＳ１で暖房運転時に凝縮機とし
て作用する室内熱交換器（２）の凝縮能力Ｑｃを算出す
る。この算出は室内空気の吹出温度ＴＯ及び吸込温度Ｔ
ｉに基いて下記１式％式％） Ｇｉ；室内熱交換器（２）を通過 する空気の重量流量 Ｃｐ；空気定圧比熱 に基いて算出する。

さらに、ステップＳ２で圧縮機（［）の電気入力Ｗを式
　Ｗ−Ｉ・Ｖに基いて算出する。

その後、ステップＳ３で室外熱交換器（４）の蒸発能力
Ｑｅを第４図のモリエル線図から判るように上記の室内
熱交換器（２）の凝縮能力Ｑｃ及び圧縮機（１）の入力
に基いて式　Ｑｅ＝Ｑｃ−Ｗにて算出する。

続いて、室外熱交換器（４）の熱交換能力の指数Ｋを算
出するため、先ず、ステップＳ４で室外熱交換器（４）
での空気のエンタルピ差を算出する。

この算出は、室外熱交換器（４）の蒸発能力か湿り熱交
換により得られ、空気のエンタルピ差が駆動力となって
熱交換が行われるので、室外空気の乾球温度ＤＢｇ及び
湿球温度ＷＢｇから空気のエンタルピＨａを求めると共
に、室外熱交換器（４）の温度Ｔｅからその温度相当の
飽和空気エンタルピＨｅを求める。

ここに、室外熱交換器（４）の蒸発能力Ｑｅは、上記の
各エンタルピＨａ、Ｈｅから下記式％式％）（１） Ｇｏ：室外空気の重量流量 ε；エンタルピ効率 に基いて算出でき、上記（１）式のＧＯ・εを室外熱交
換器り４）の熱交換能力に関する指数にと置くと、上記
（１）式を変形して、 Ｋ＝Ｑｅ／　（Ｈａ−Ｈｅ）−（２） が得られる。従って、続いてステップＳ５で上記（２）
式に基いて室外熱交換器（４）の熱交換能力に関する指
数Ｋ（−Ｇｏ・ε〉を算出する。

そして、ステップＳ６で上記算出した指数Ｋを除霜運転
を開始すべき設定値ＫＤと比較する。ここに設定値に、
は室外送風ファン（４ａ〉の回転数の段階によって変更
される。そして、Ｋ＞ＫＤの非着霜時にはステップＳ１
に戻って以上の算出動作を繰返し、一方、Ｋ≦に、の着
霜時−と判断するときには、ステップＳ７で上記第２図
の除霜用の電磁弁（ｌＯ）を開制御して、室外熱交換器
（４）の除霜運転を開始する。

よって、上記第３図の制御フローにおいて、ステップ８
１〜Ｓ３により、室内熱交換器（２）の凝縮能力Ｑｅと
圧縮機（１〉の入力とに基いて、室外熱交換器（４）の
蒸発能力を算出するようにした蒸発能力算出手段（２０
）を構成している。また、ステップＳ４及びＳ５により
、上記算出式（２）に基いて、蒸発能力算出手段（２０
）により算出された室外熱交換器（４）の蒸発能力Ｑｅ
と、外気の乾球温度ＤＢｇ及び湿球温度ＷＢｇから求め
た空気のエンタルピＨａ、及び室外熱交換器（４〉の温
度Ｔｅから求めたその温度相当の飽和空気エンタルピＨ
ｅとに基いて室外熱交換器（４）の熱交換性能に関する
指数Ｋ　（＝Ｇ　ｏ・ε〉を算出するようにした指数算
出手段（２１）を構成している。また、同制御フローの
ステップＳ６及びＳ７により、上記指数算出手段（２１
）により算出した熱交換性能に関する指数Ｋに基いて、
Ｋ≦ＫＤのとき除霜運転の開始時期であると判断して、
除霜用の電磁弁（１０）を開制御して除霜手段（１２）
を作動させるようにした制御手段（２２〉を構成してい
る。

したがって、上記実施例においては、暖房運転時には、
室内熱交換器（２〉の凝縮能力Ｑｃ及び圧縮機り１〉の
電気人力Ｗに基いて室外熱交換器（４）の蒸発能力Ｑｅ
が算出され、その後に上Ｈ己第（２）式に基いて室外熱
交換器（４〉の熱交換能力に関する指数Ｋ（＝Ｇｏ・ε
）か算出されることか繰返される。

今、室外熱交換器（４）に着霜が生じ進行すると、その
霧によって室外送風ファン（４ａ〉から送風される空気
の室外熱交換器（４）での通過断面積が閉塞される分、
その空気通過流ｉＧｏが減少して、室外熱交換器（４）
の熱交換能力が低下する。また、その熱交換能力の低下
と共に、空気通過流量Ｇ。

が減少するのに応じて上記の熱交換能力に関する指数Ｋ
（−Ｇｏ・ε）も第５図に示すように小さくなる。その
結果、上記の指数Ｋが着霜時に相当する設定値ＫＤ以下
になった（Ｋ≦Ｋｐ）時点で、除霜用の電磁弁（１０）
が開制御されるので、圧縮機（１）から吐出されたホッ
トガスの一部が除霜用の冷媒配管（９〉を経て室外熱交
換器（４）に流通して、該室外熱交換器（４〉の除霜が
開始される。

ここに、上記の指数には、室外熱交換器（４）の熱交換
能力の変化に良好に対応していて、室外熱交換器（４）
の熱交換能力が正確に把握されているので、圧縮機（１
）が室温の変化に応じてインバータ（ＩＢ）により能力
制御されても、その能力状態に拘らず、室外熱交換器（
４）の除霜運転の開始時期を適切にすることができる。

第６図は室内熱交換器（２）の凝縮能力Ｑｃの算出の変
形例を示し、上記実施例では、室内熱交換器（２）の空
気吹出温度Ｔｏと吸込温度Ｔｉとの温度差に応じて算出
したのに代え、室内熱交換器（２）の冷媒出入口間の冷
媒のエンタルピ差に基いて算出するものである。

つまり、室内熱交換器（２）の冷媒入口側の冷媒温度Ｔ
　ｃｏｎｄ−ｉｎ及び凝縮温度Ｔｃ、蒸発温度Ｔｅ、圧
縮機（１）吸入側の冷媒温度Ｔｓｕｃｓ圧縮機（１）の
回転数ｎを検出すると共に、室内熱交換器（２）の冷媒
出口側の冷媒温度Ｔ　ｃｏｎｄ−ｏｕｔを、過冷却度を
ＳＣとして式Ｔｃｏｎｄ−ｏｕｔ　−Ｔｃｏｎｄ−ｉｎ
　＋　Ｓ　Ｃにより算出した。後、これ等に基いて室内
熱交換器（２）の冷媒入口及び出口の各冷媒のエンタル
ピＨｃ。

ｎｄ−ｉｎ　、　　Ｈｃｏｎｄ−ｏｕｔを第６図がらも
判るように下記式 ％式％） に基いて算出する。

その後、冷媒の循環重量流量Ｇを下記式０式％） により算出する。ここに、ρは冷媒の吸込側の密度［ｋ
ｇ／ｍ’　］であって、ρ−ｆ（Ｔｅ、　Ｔｓｕｃ）で
ある。また、Ｆは冷媒の循環体積流ｊｔ［ｍ’　／ｈ］
、Ｖ　ｒｅｖは圧縮機（１）の１回転当りの排除体積で
ある。

そして、上記の冷媒出入口の各エンタルピＨｃ。

ｎｄ−ｉｎ　、　Ｈｃｏｎｄ−ｏｕｔと冷媒の循環型Ｉ
流！Ｇとに基いて、凝縮能力Ｑｃを下記式 ％式％） にて算出する。

次に、蒸発能力算出手段（２０）の変形例として、室外
熱交換器（４）の蒸発能力Ｑｅを直接算出する例を説明
する。

室外熱交換器（４）の冷媒出入口間の冷媒のエンタルピ
差は、第６図から判るようにＨｓｕｃ　−Ｈｃ。

ｎｄ−ｏｕｔであるので、冷媒の循環重量流量をＧとし
て、蒸発能力Ｑｅは、 Ｑ　ｅ　−００（Ｈｓｕｃ　−Ｈｃｏｎｄ−ｏｕｔ）に
より算出される。

その場合、圧縮機（１）吸入側の冷媒温度Ｔ　ｓｕｅは
検出せずに、蒸発温度Ｔｃと過熱度ＳＨとに基いてＴｃ
＋ＳＨにより算出してもよい。

また、上記実施例では、暖房運転時での室外熱交換器（
４）の熱交換能力に関する指数としてＫ（−ＧＯ・ε〉
を用いたが、これに代えて、室外空気の重量流量Ｇｏを
用いてもよい。

つまり、室外送風ファン（４ａ）から室外熱交換器（４
）に流通し通過した後の室外空気のエンタルピをＨａ−
ｏｕｔ　％通過前のエンタルピをＨａ−ｉｎとして、こ
れ等を室外熱交換器（４）の温度Ｔｅ、室外空気の通過
前の乾球温度ＤＢｉｎ及び湿球温度ＷＢｉｎ。

並びに通過後の乾球温度ＤＢｏｕｔ及び湿球温度ＷＢ　
Ｏｕｔに基いて算出すれば、室外熱交換器（４）の蒸発
能力Ｑｅは式 ％式％） で示される。従って、室外空気の重量流量Ｇｏを室外熱
交換器（４）の熱交換能力の指数として上記の式により
算出し、その流量Ｇｏの低下を直接見れば、着霜による
室外熱交換器（４）の熱交換能力の低下を直接検出でき
る。

さらに、熱交換能力に関する指数として、他のものをも
使用できる。例えば、室外熱交換器（４）に流通した室
外空気の該熱交換部でのエンタルピをＨｏとじ、室外熱
交換器（４）の温度相当の飽和空気エンタルピをＨｅと
して、室外熱交換器（４）の蒸発能力Ｑｅは式 ％式％） で示される。ここに、Ａは室外熱交換器（４）の伝熱面
積、ｈはエンタルピ差基準の熱伝達率であって、ｈ＝　
ｆ　（Ｔｅ、　ＤＢｉｎ、　ＷＢｉｎ）で算出される。

従って、エンタルピ差ΔＨ（−Ｈ−−Ｈｅ）　を上記式
により算出し、着霜による該エンタルピ差ΔＨを熱交換
能力に関する指数とし、その増加を見て室外熱交換器（
４）の熱交換能力の低下を検出し、これが第７図に示す
ように除霜運転開始時に相当する設定値ΔＨｄを越えた
時点で除霜運転を開始すれば、適切の開始時期で除霜運
転を行うことができる。

さらに、蒸発能力Ｑｅは、上記のエンタルピ差ΔＨに変
えて、温度差ΔＴ（−’１−Ｔｅ）に基いて式 ％式％） （ｈは温度差基準の熱伝達率である）で算出されるので
、この温度差ΔＴ（−Ｔ、−Ｔｅ）を熱交換能力に関す
る指数とすれば、上記と同様に適切な開始時期で除霜運
転を行うことができる。

【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である。 第２図ないし第７図は本発明の実施例を示し、第２図は
全体構成図、第３図は除霜運転の制御を示すフローチャ
ート図、第４図は熱交換能力に関する指数にの着霜の進
行に対する変化の様子を示す説明図、第５図は室外熱交
換器の蒸発能力算出のためのモリエル線図を示す説明図
、第６図は室内熱交換器の凝縮能力算出のためのモリエ
ル線図を示す説明図、第７図は熱交換能力に関する指数
としてエンタルピ差ΔＨを用いた場合の該エンタルピ差
の着霜の進行に対する変化の様子を示す説明図である。 （１）・・・圧縮機、（２）・・・室内熱交換器、（３
）・・・膨脹弁、（４）・・・室外熱交換器、（８）・
・・冷媒循環系統、（２０）・・・蒸発能力算出手段、
（２１）・・・指数算出手段、（２２）・・・制御手段
。 ばか１名 第４ 第５ 図 図 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機（１）、室内熱交換器（２）、膨脹弁（３
   ）、及び室外熱交換器（４）を順次閉回路に接続した冷
   媒循環系統（８）を有し、暖房運転可能とした空気調和
   装置において、上記室外熱交換器（４）に着霜した霜を
   除霜する除霜手段（１２）と、上記室外熱交換器（４）
   の蒸発能力を算出する蒸発能力算出手段（２０）と、該
   蒸発能力算出手段（２０）により算出された室外熱交換
   器（４）の蒸発能力と、室外熱交換器（４）の温度及び
   外気温度とに基いて室外熱交換器（４）の熱交換性能に
   関する指数を算出する指数算出手段（２１）と、該指数
   算出手段（２１）により算出した熱交換性能に関する指
   数に基いて除霜運転の開始時期を判断し、上記除霜手段
   （１２）を作動させる制御手段（２２）とを備えたこと
   を特徴とする空気調和装置の除霜運転制御装置。
2. （２）蒸発能力算出手段（２０）は、室内熱交換器（２
   ）の凝縮能力と、圧縮機（１）の入力とに基いて蒸発能
   力を算出するものである請求項（１）記載の空気調和装
   置の除霜運転制御装置。
3. （３）蒸発能力算出手段（２０）は、室内熱交換器（２
   ）の凝縮能力を、室内熱交換器（２）の空気の吸込温度
   と吹出温度との温度差、及び室内熱交換器（２）の空気
   通過流量に基いて算出するものである請求項（２）記載
   の空気調和装置の除霜運転制御装置。
4. （４）蒸発能力算出手段（２０）は、室内熱交換器（２
   ）の凝縮能力を、室内熱交換器（２）の冷媒出入口間の
   冷媒のエンタルピ差、及び冷媒の循環流量に基いて算出
   するものである請求項（２）記載の空気調和装置の除霜
   運転制御装置。
5. （５）蒸発能力算出手段（２０）は、圧縮機（１）吸入
   側の冷媒と室内熱交換器（２）出口の冷媒とのエンタル
   ピ差、及び冷媒の循環流量に基いて蒸発能力を直接算出
   するものである請求項（１）記載の空気調和装置の除霜
   運転制御装置。