熱泵式空氣調節機的運轉控制方法

專利名稱:熱泵式空氣調節機的運轉控制方法
本發明涉及以空氣為熱源的熱泵式空氣調節機的運轉控制方法，更詳細地涉及在外界空氣溫度低時使附著在室外熱交換器上的霜融化的除霜控制。
已有的以空氣為熱源的熱泵式空調機的室外熱交換器的除霜方式多半為轉換四通閥作冷氣循環、以室外熱交換器為冷凝器及以室內熱交換器為蒸發器的逆循環除霜方式，此時為防止冷氣流，而使室內風扇停轉。
在此方式中由于基本上致冷劑循環較少，不大可能期待壓縮機輸入的增大，因此會使除霜時間變長，且在除霜運轉中的數分鐘之間由于使室內風扇停轉而缺少采暖感，會損害舒適性，且在除霜運轉結束后從轉換四通閥，恢復采暖運轉起，直到室內熱交換器的溫度上升需要時間等，對使用者看是不大可能滿足的。
近年來取代具有這樣的缺點的逆循環除霜方式，而提出熱氣旁通除霜方式即在除霜運轉時，四通閥仍處于原采暖運轉狀態，一面使從壓縮機排出的氣體的一部分流入室內熱交換器，以維持若干采暖能力，一面將排出氣體的剩余部分引導到室外熱交換器的出口上進行除霜。
以下邊參照附圖，邊就上述的已有的熱泵式空調機的一例進行說明。
圖3表示具有上述除霜方式的熱泵式空調機的冷凍循環圖。
在同一圖中1為容量可控的頻率可變壓縮機，2為四通閥，3為室內熱交換器，4為用電磁力能使閥開度可變的電動膨脹閥，5為室外熱交換器，6為旁通回路，7為設在旁通回路6上的開關閥。在通常的采暖運轉時，二通閥7在關閉狀態并形成采暖循環，而在低外氣時在室外熱交換器上產生結霜現象，采暖能力下降，而有必要進行除霜運轉時，則在二通閥7打開的同時，一口氣使壓縮機1的運轉頻率提高到最大運轉頻率，而將高溫的排出氣體的一部分經熱氣旁通回路，引導到室外熱交換器5的出口側。同時和采暖運轉時相同，使高溫的排出氣體的剩余部分流到四通閥2，室內熱交換器3，電磁膨脹閥4，繼續進行采暖運轉，在室外熱交換器5的出口側和在高壓側分支的制冷劑合流。根據上述構成，制冷劑在對室外熱交換器5進行除霜之后經四通閥2返回到頻率可變壓縮機1，完成除霜循環。
但在上述構成中存在以下那樣的問題。圖6表示在即將除霜運轉之前，除霜運轉中，除霜結束后的壓縮機1的運轉頻率。
如同圖所示的那樣，已有的控制是在開始除霜運轉的同時壓縮機1的運轉頻率從即將開始除霜運轉之前的運轉頻率一口氣上升到最大運轉頻率，同時打開二通閥7，高溫的排出氣體的一部分經熱氣旁通回路6向室外熱交換器5的出口側旁通。因而，如圖4所示，在冷凍循環內一瞬間變成沒有高低壓差，其結果是致冷劑作低壓發泡，壓縮機油與致冷劑一起向壓縮機1之外排出，油面急劇降低，而與此同時由于壓縮機1的頻率也一口氣上升到最大頻率，故在上述的高低壓差之外，油的排出量也增加。因而油的水平更加降低，其缺點是壓縮機的可靠性顯著降低。
本發明的目的在于通過使在除霜運轉時的頻率可變壓縮機的運轉頻率作階梯式上升，而防止隨著壓縮機的旋轉加快而引起的油的排出量的急劇增大，以確保壓縮機的油的水平。
本發明的另一目的在于防止由于從除霜運轉返回到采暖運轉之間，一旦使壓縮機的運轉頻率降低，隨著采暖的返回，而使壓縮機突然受到負荷。
本發明的又一目的在于在除霜運轉時通過使室內風扇的風量降低，而抑制室內的溫度變動，且抑制向壓縮機返回的致冷劑的壓力的下降，提高返回致冷劑的溫度，從而可謀求除霜時間更加縮短。
而且，為了達到上述目的，本發明通過將頻率可變型壓縮機、四通閥、室內熱交換器、其節流量在采暖運轉和除霜運轉時不同的節流裝置、室外熱交換器等順次用裝配管道連接成環狀來構成冷凍循環，并形成將在采暖運轉時成為高壓的從上述壓縮機到上述室內熱交換器的裝配管道與同樣在采暖運轉時成為低壓的從上述室外熱交換器到壓縮機的裝配管道連接起來的旁通回路，在上述旁通回路上設置開關裝置，在上述室外熱交換器的除霜運轉開始時，作成使上述節流裝置的節流量比采暖運轉時節流量還要小，將上述開關閥打開，又在除霜運轉時作成使頻率可變型壓縮機的運轉頻率階梯式地上升到除霜運轉時所設定的頻率為止。
如上所述，本發明中由于在除霜運轉時使節流裝置的節流量比采暖運轉時的節流量小，可抑制向室外熱交換器的流入量，及致冷劑溫度的下降，以謀求縮短除霜時間。又不會在除霜開始的同時，使壓縮機1的頻率從開始除霜前的運轉頻率一氣上升到最大運轉頻率，而是作階梯式上升。
其結果是，在除霜剛開始之后二通閥7打開，一瞬間高低壓差消失，致冷劑進行低壓發泡，壓縮機油和致冷劑一起向壓縮機1的外面排出，油面急劇下降，而與此同時，由于壓縮機1的頻率不是一氣上升到最大頻率而是作階梯式上升，故能抑制油面的下降量，同時也可減輕隨著急劇的壓力變化而引起的大量液體返回到壓縮機1和液體壓縮，在長期中能使壓縮機的可靠性顯著提高。
又，由于在除霜運轉中，也可繼續進行采暖運轉，加上室內風扇8的送風降低，故能防止室溫的急劇變動，而于舒適無損。
且，如圖2所示的△t1、△t2及△f在實驗結果中可取△t1＝20～30秒，△t2＝30～60秒，△f＝5Hz。且本發明中作為節流裝置的最佳狀態是使用以電磁力為驅動源使閥開度可變的電動膨脹閥4進行說明的，但也可用多個毛細管等的節流裝置構成，通過適當轉換進行控制，且作為使閥開度可變的手段也可用雙金屬或形狀記憶合金等。
圖1為在本發明的一實施例中的熱泵式空氣調節機的除霜運轉時的循環莫里爾線圖;
圖2為表示同一空氣調節機的除霜運轉時的頻率變化的說明圖;
圖3為冷凍循環圖;
圖4為表示除霜運轉時的高低壓壓力變化的說明圖;
圖5為表示在本發明的一實施例中的控制內容的流程圖;
圖6為表示已有的除霜運轉時的頻率變化的說明圖;
以下參照附圖就本發明的一實施例的熱泵式空氣調節機進行說明。在此處，關于冷凍循環由于與已有例相同，故用圖3進行說明。在同一圖中，1為壓縮機，2為四通閥，3為室內熱交換機，4為通過以電磁力作動的電動機等使閥開度可變的電動膨脹閥，5為室外熱交換器，6為旁通回路，7為設置在旁通回路上的開關閥，8為將和室內熱交換器3進行熱交換的空氣吹出到室內的室內風扇，9為驅動該室內風扇8的晶體管電動機等速度可變的驅動電動機。又10為檢測室內熱交換器3的溫度的室內溫度檢測元件，11為檢測室外溫度熱交換器5的溫度的室外溫度檢測元件，12為接受該室內溫度檢測元件10及室外溫度檢測元件11的溫度信號并控制電動膨脹閥4、開關閥7，驅動電動機9的控制回路。而且，使壓縮機1，四通閥2，室內熱交換器3，電動膨脹弁4，室外熱交換器5按順序依次連接成環狀，再將壓縮機1的排出側和室外熱交換器5的采暖運轉時的出口側連接起來，并在其途中設置備有開關閥7的旁通回路6。
接著，就如上構成的熱泵式空調機對其概略的動作進行說明。
在通常的采暖運轉時開關閥7置于關的狀態，致冷劑流過壓縮機1，四通閥2，室內熱交換器3，電動膨脹閥4，室外熱交換器5，四通閥2，并返回到壓縮機1而形成采暖循環，但在旁通回路6中則沒有致冷劑流過。
且，電動膨脹閥4的閥開度(節流量)及壓縮機1的運轉頻率以室內溫度檢測元件10的檢出溫度為基礎通過控制回路進行控制。又室內風扇8也可通過控制其旋轉以達到由上述控制回路12所設定的送風量。
這些控制內容，由于和本發明的主要宗旨沒有關系，故說明省略。
接著，就從上述采暖運轉移到除霜運轉的場合進行說明。
在采暖運轉中如室外的溫度降低，則在室外熱交換器5上產生結霜現象，室外溫度檢測元件11檢測該溫度。而且如上述室外溫度檢測元件11的溫度信號降低到設定值，則控制回路12發出除霜開始指令，四通閥2在其原來狀態下使開關閥7打開，在點a′處使高溫的排出氣體分叉，其一部分直接流入室內熱交換器3，殘余部分則導向室外熱交換器5的出口側，同時，通過使電動膨脹閥4的閥開度有點處于全開的傾向下，使節流量幾乎為零，使驅動電動機9的轉數即室內風扇8的轉數比采暖運轉時降低，且使吹出到室內的風量降低，以開始除霜。
圖1為將在圖3所示的熱泵式空調機的一實施例的除霜運轉時的循環表示為莫里爾線圖的圖。
在同一圖中所示的記號a′～e′對應于在圖3中所示的位置。即在除霜運轉時從a′點直接向室內熱交換器3流動的高溫的排出氣體，由于電動膨脹閥4的閥開度已變成有點全開，故在較低的溫度(約30～40℃)下進行凝縮放熱。移到點b′并使室內風扇作低速旋轉，可繼續進行采暖運轉。通過途中的裝配管道及電動膨脹閥4的若干節流進行減壓而成為c′點，流入室外熱交換器5，又在作為霜的融解溫度的約0℃下進行凝縮放熱并除霜而到達d′。利用于此時的除霜上的致冷劑的燴差成為△idef＝i′a-i′d，流入到室外熱交換器5中的致冷劑狀態如點c′所示已成為二相。因而利用于室內采暖的致冷劑的燴差如忽略途中的熱損耗則得到i′a-i′b。
一方面，殘余的高溫的排出氣體由于導向室外熱交換器5的出口側，幾乎等燴變化后，和流到主回路上的液分多的致冷劑合流且混合，而得到點c′，被吸入到壓縮機1。該點c′由于處在二相狀態的致冷劑的致冷劑干度Xe′大，而液分小，故能減輕或實質上避開液返回或液壓縮。再者，且在除霜運轉時流入到室外熱交換器5的致冷劑由于基本上為二相狀態，故致冷劑溫度即室外熱交換器5的表面溫度也成為一定，由于在同表面溫度上沒有不均勻現象都能實現均勻除霜。
在圖2中表示有除霜剛運轉前，除霜運轉中，除霜結束后的運轉頻率。
接著根據圖5就圖2所示的控制內容作具體地說明。且為說明方便，令模式為從壓縮機1以與負荷(室內溫度)相稱的頻率fn進行運轉的采暖運轉中轉移到除霜運轉，再回到采暖運轉的模式。且采暖模式有各種的功能控制，但因不是本發明的主要內容且可用公知的控制方法，故說明省略。
又，以下進行說明的控制，因為控制回路12采用了以微處理機為主體的回路，故能很容易地實現了。
在采暖運轉中，室外溫度檢測元件11檢測出室外熱交換器5的溫度T1(步驟1)，在控制回路12內判斷是否要進行除霜運轉(步驟2)，其結果是如上述溫度T1低于設定溫度T且判斷為要作除霜運轉，則在步驟3中置位于開始除霜運轉，在步驟4中輸出一信號以解除至此一直進行著的采暖模式，在返回采暖時使用的定時器△t2也被取消(步驟5)。
因而，進行在步驟6～步驟14中所示的除霜運轉模式。
即打開旁通回路6的開關閥7(步驟6)，開放膨脹閥4直到成為設定開度(幾乎全開)(步驟7，步驟8)。而且，控制風扇馬達9使室內風扇8的送風量變為最低(步驟9)，對壓縮機1(正確地說為壓縮機1的電動機)的運轉頻率以每次上升設定值△f地作階梯式控制。
首先，設置在控制回路中的除霜定時器開始進行等待時間△t1的計數(步驟10)、將壓縮機1的頻率增加△f(步驟11)。然后如經過時間△t1則到上述壓縮機1的運轉頻率變為最高頻率fmax為止反復進行如下控制，即每隔預定時間△t1使之上升一個設定頻率△f(步驟10～步驟13)。
且，如壓縮機1的運轉頻率變成最高頻率fmax，則在步驟14中被置位為處于除霜運轉中，以后直到檢測出溫度T1變為比設定值T還高時為止，壓縮機1都作連續運轉，并反復進行溫度T1的檢測(步驟1～步驟3)。
不久，室外熱交換器5的溫度上升，附著的霜溶化，則室外溫度檢測元件11檢測出此情況(步驟1)、在步驟2中如T1≤T的關系不成立，則判斷為除霜運轉可以結束(步驟2)、進行以下的返回控制。
即，在步驟15中設置作采暖運轉的準備，在步驟16中清除此步驟前的除霜模式。
然后，將對采暖返回所要的等待時間△t2的計數設定到控制回路12內的返回定時器內(步驟17、步驟18)，將壓縮機1的運轉頻率作為預先設置的返回頻率fc(步驟19)、關閉開關閥7(步驟20)，對采暖返回時間△t2進行計數(步驟21、步驟22)。且，如經過上述采暖返回時間△t2、則設置進入采暖模式(步驟23)，并實行預先設定的模式例如公知的室內溫度控制，與負荷(室溫等)相稱的壓縮機頻率控制，及通過與室內熱交換器3的溫度相稱的室內風扇8作的送風量控制等(步驟24)。
進行了上述控制以后，再進行步驟1的檢測室外熱交換器5的溫度，以下再反復進行步驟5和步驟24的控制。
然后，如還有必要進行室外熱交換器的除霜，則可進行上述的步驟1～步驟14的控制。
又，在上述的各步驟1～24中所示的控制內容的順序是一個例子，根據需要對控制內容可作前后變化。
且，在作是否要進行除霜運轉判斷的設定溫度T方面，可以通過在進行除霜的溫度和返回到采暖的溫度方面設置差別，或者采取如一旦返回到采暖，則在一定時間(例如約12分)內不進入除霜那樣的手段，可防止頻繁地進入除霜運轉。
權利要求
1.一種熱泵式空氣調節機的運轉控制方法，其特征在于在將頻率可變型壓縮機、四通閥、室內熱交換器、在采暖運轉時和除霜運轉時其節流量不同的節流裝置、室外熱交換器等用裝置配管道順次連結成環狀以構成冷凍循環、并形成將在采暖運轉時成高壓的從上述壓縮機至上述室內熱交換器的裝配管道和同樣在采暖運轉時成低壓的從上述室外熱交換器到壓縮機的裝配管道連結起來的旁通回路、并在上述旁通回路上設有開關閥的熱泵式空氣調節機中，在上述室外熱交換器的除霜運轉開始時，使上述節流裝置的節流量也比采暖運轉時的節流量要小，將上述開關閥打開，且在除霜運轉時，使頻率可變型壓縮機的運轉頻率階梯式上升至除霜運轉用設定頻率。
2.如權利要求
1所述的熱泵式空氣調節機的運轉控制方法，其特征在于在除霜運轉結束時，頻率可變的壓縮機的運轉頻率一旦降低到采暖返回設定頻率，采暖返回運轉時以該采暖返回設定頻率運轉一定時間。
3.一種熱泵式空氣調節機的運轉控制方法，其特征在于在將頻率可變型壓縮機、四通閥、室內熱交換器、采暖運轉時和除霜運轉時其節流量不同的節流裝置、室外熱交換器等用裝配管道順次連結成環狀以構成冷凍循環、并形成將在采暖運轉時成高壓的從上述壓縮機至上述室內熱交換器的裝配管道和同樣在采暖運轉時成低壓的從上述室外熱交換器到壓縮機的裝配管道連結起來的旁通回路、并在上述旁通回路上設有開關閥的熱泵式空氣調節機中，在上述室外熱交換器的除霜運轉開始時，使上述節流裝置的節流量也比采暖運轉時的節流量要小，并將上述開關閥打開，再使室內風扇的風量比采暖運轉時下降。
4.如權利要求
3所述的熱泵式空氣調節機的運轉控制方法，其特征在于在除霜運轉時使頻率可變型壓縮機的運轉頻率階梯式地上升到除霜運轉用設定頻率。
5.如權利要求
4所述的熱泵式空氣調節機的運轉控制方法，其特征在于在除霜運轉結束時，使頻率可變型壓縮機的運轉頻率一度下降到采暖返回的設定頻率，在采暖返回運轉時作成以該采暖返回設定頻率運轉一定時間。
6.一種熱泵式空氣調節機的運轉控制方法，其特征在于在將頻率可變型壓縮機、四通閥、室內熱交換器、采暖運轉時和除霜運轉時其節流量不同的節流裝置、室外熱交換器等用裝配管道順次連結成環狀以構成冷凍循環、并形成將在采暖運轉時成高壓的從上述壓縮機至上述室內熱交換器的裝配管道與同樣在采暖運轉時成低壓的從上述室外熱交換器到壓縮機的裝配管道連結起來的旁通回路、并在上述旁通回路上設置開關閥的熱泵式空氣調節機中，在上述室外熱交換器的除霜運轉開始時，使上述節流裝置的節流量比采暖運轉時的節流量要小，打開上述開關閥，再使室內風扇的風量比采暖運轉時下降，且作成在除霜運轉時使頻率可變型壓縮機的運轉頻率階梯式上升到除霜運轉用設定頻率、并在除霜運轉結束時使頻率可變型壓縮機的運轉頻率一度下降到采暖返回時的設定頻率，在采暖返回運轉時做成以該采暖返回設定頻率運轉一定時間。
專利摘要
本發明涉及以空氣為熱源的熱泵式空氣調節機的運轉控制方法，詳細地涉及外界空氣溫度低時融化附著在室外熱交換器上的霜的除霜控制。且本發明在邊繼續采暖邊進行除霜的控制中，在除霜時使壓縮機的頻率作階梯式上升，可抑制隨著壓力的急劇變化而引起油的水平面的大幅度降低，可提高壓縮機的可靠性。且發明在除霜時使室內風扇的風量下降，從而防止室溫的急劇變化。
文檔編號F25B47/02GK87105945SQ87105945
公開日1988年7月6日 申請日期1987年12月23日
發明者中角英二, 姬野保則, 室園宏治 申請人:松下電器產業株式會社