JP2000274748A - 蓄熱ユニットを備えた空気調和装置 - Google Patents

蓄熱ユニットを備えた空気調和装置

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JP2000274748A
JP2000274748A JP11083805A JP8380599A JP2000274748A JP 2000274748 A JP2000274748 A JP 2000274748A JP 11083805 A JP11083805 A JP 11083805A JP 8380599 A JP8380599 A JP 8380599A JP 2000274748 A JP2000274748 A JP 2000274748A
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heat
storage unit
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Akira Shitaya
亮 下谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄熱コイルに付着する氷のブリッジング現象
を防止できるようにすること。 【解決手段】 圧縮機18A、18B、18C及び熱源
側熱交換器21を備えた熱源側ユニット11と、氷蓄熱
槽36内に蓄熱コイル35が水没して配設された氷蓄熱
ユニット12と、利用側熱交換器24、25、26を備
えた利用側ユニット13とを有し、蓄熱コイルの外周に
氷を製氷する製氷運転と、蓄熱コイル外周の氷を解氷し
て冷熱を取り出す解氷冷房運転とを実施可能とする氷蓄
熱ユニットを備えた空気調和装置10において、氷蓄熱
ユニットの蓄熱コイル内を流れる冷媒が、製氷運転と解
氷冷房運転とで同一向きとなるよう構成されたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は蓄熱ユニット、特に
氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、圧縮機及び熱源側熱交換器を備
えた熱源側ユニットと、氷蓄熱槽内にコイルが水没状態
で配設された氷蓄熱ユニットと、利用側熱交換器を備え
た利用側ユニットとを有し、製氷運転または冷房運転を
実施可能とする氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置が
知られている。
【0003】上記製氷運転は、圧縮機からのガス冷媒が
熱源側熱交換器を経て液冷媒となり、その後に膨張弁を
通り、氷蓄熱槽内のコイルに流入して蒸発し、この氷蓄
熱槽内でコイル外周に氷が形成される製氷動作が実施さ
れた後、ガス冷媒が圧縮機へ戻されて実施される。
【0004】上記冷房運転には、解氷冷房運転と通常冷
房運転とがあり、解氷冷房運転は、圧縮機から熱源側熱
交換器へ導かれて液冷媒となった冷媒が、氷蓄熱槽内の
コイルへ流入して過冷却状態となり、この過冷却状態の
液冷媒が利用側熱交換器へ供給されることにより実施さ
れる。また、通常冷房運転は、圧縮機から熱源側熱交換
器へ導かれて液冷媒となった冷媒を、氷蓄熱槽内のコイ
ルへ流すことなく利用側熱交換器へ供給することにより
実施される。
【0005】ところで、冷媒がR22などの単一冷媒の
場合には、解氷冷房運転時に蓄熱コイルを流れる冷媒
は、製氷運転時と逆向きであってもかまわない。単一冷
媒は、製氷運転時に蒸発器として機能する蓄熱コイル内
を流れる際に温度グライドを呈しないので、蓄熱コイル
の外周に付着する氷は、蓄熱コイルの冷媒入口側から冷
媒出口側までほぼ均一厚さに形成されるからである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、R40
7Cなどの非共沸混合冷媒の場合には、この冷媒は、製
氷運転時に、蒸発器として機能する蓄熱コイル内を流れ
る際に、同一圧力下で湿り度が減少するに従って温度が
上昇する温度グライドを呈するので、図5(A)に示す
ように、蓄熱コイル2の外周に付着する氷1は、蓄熱コ
イル2の冷媒入口側付近2Aが冷媒出側付近2Bよりも
増加する。
【0007】このため、解氷冷房運転時における蓄熱コ
イル2を流れる冷媒の向きが製氷運転時と逆向きである
と、図5(B)に示すように、氷1は、氷1の付着量の
少ない部分から解氷される。従って、冷房負荷が低く、
解氷冷房運転終了後にも蓄熱コイル2の外周に氷1が残
存する場合(図5(B))には、その後再び製氷運転を
実施したときに、図5(C)に示すように、蓄熱コイル
2における冷媒入口側付近2Aと冷媒出側付近2Bと
で、氷1の付着量の差が大きくなる。この結果、蓄熱コ
イル2における冷媒入口側付近2Aの氷1がますます増
加して、隣接した蓄熱コイル2に付着する氷1が互いに
接触し結合するブリッジング現象を生ずる恐れがあり、
このブリッジング現象によって蓄熱コイル2が変形する
場合がある。
【0008】本発明の目的は、上述の事情を考慮してな
されたものであり、蓄熱コイルに付着する氷のブリッジ
ング現象を防止できる蓄熱ユニットを備えた空気調和装
置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニット
と、蓄熱槽内に蓄熱コイルが水没して配設された蓄熱ユ
ニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユニットとを
有し、上記蓄熱コイルの外周に氷を製氷する製氷運転
と、上記蓄熱コイル外周の氷を解氷して冷熱を取り出す
解氷冷房運転とを実施可能とする蓄熱ユニットを備えた
空気調和装置において、上記蓄熱ユニットの上記蓄熱コ
イル内を流れる冷媒が、上記製氷運転と上記解氷冷房運
転とで同一向きとなるよう構成されたことを特徴とする
ものである。
【0010】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、上記冷媒は、沸点の異なる複数の冷媒
が混合して構成された非共沸混合冷媒であることを特徴
とするものである。
【0011】請求項1または2に記載の発明には、次の
作用がある。
【0012】特に、冷媒が非共沸混合冷媒の場合には、
蒸発器として機能する蓄熱ユニットの蓄熱コイルを流れ
る冷媒は、同一圧力の下で湿り度が減少するに従って温
度が上昇する温度グライドを呈し、このため、蓄熱コイ
ルの外周に付着する氷は、蓄熱コイルの冷媒入口側付近
が冷媒出口側付近に比べて増加する。本発明では、蓄熱
コイルを流れる冷媒は、解氷冷房運転時の流れが製氷運
転時の流れと同一向きであることから、解氷冷房運転時
において、氷の付着量が多い蓄熱コイルの冷媒入口側付
近に温度の高い冷媒が流れるので、氷の付着量の多い部
分をより多く解氷することができる。従って、解氷冷房
運転時の冷房負荷が低く、解氷冷房運転終了後にも蓄熱
コイルの外周に氷が残存する場合に、その後再び製氷運
転を実施しても、隣接した蓄熱コイルに付着する氷が互
いに成長して接触し結合するブリッジング現象を防止で
きる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づき説明する。
【0014】図1は、本発明に係る蓄熱ユニットを備え
た空気調和装置の一実施の形態が適用された氷蓄熱ユニ
ットを備えた空気調和装置を示し、製氷運転時の管路図
である。図2は、図1の一実施の形態における冷房運転
時の管路図である。
【0015】図1及び図2に示す空気調和装置10は、
熱源側ユニット11、蓄熱ユニットとしての氷蓄熱ユニ
ット12及び利用側ユニット13を有して構成される。
熱源側ユニット11の冷媒配管14と、利用側ユニット
13の並列配置された冷媒配管30、31及び32を接
続する冷媒配管15A及び15Bとが、氷蓄熱ユニット
12の冷媒配管16、17により接続される。冷媒配管
15Aが冷媒配管16に、冷媒配管15Bが冷媒配管1
7に接続される。
【0016】熱源側ユニット11は、冷媒配管14に容
量可変型の圧縮機18A、18B、18Cが並列に配設
され、これらの圧縮機18A、18B及び18Cの吸込
側にアキュムレータ19が、吐出側に四方弁20がそれ
ぞれ配設され、この四方弁20に熱源側熱交換器21、
電動膨張弁22及びレシーバタンク23が冷媒配管14
を介して順次接続される。
【0017】利用側ユニット13は、冷媒配管30、3
1、32のそれぞれに利用側熱交換器24、25、26
が配設され、これら冷媒配管30、31、32において
利用側熱交換器24、25、26近傍に電動膨張弁2
7、28、29が配設されて構成される。これらの電動
膨張弁27、28、29は、空調負荷に応じて開度が調
整される。
【0018】上記氷蓄熱ユニット12は、蓄熱コイル3
5を収容した蓄熱槽としての氷蓄熱槽36を備えるとと
もに、冷媒配管16にレシーバタンク37及び電動膨張
弁38が、熱源側ユニット11側から利用側ユニット1
3へ向かい順次配設される。また、冷媒配管16には、
電動膨張弁38の下流側に、切換用開閉弁41を備えた
接続配管39を介して蓄熱コイル35の一端が接続され
る。蓄熱コイル35の他端は、接続配管44を介して氷
蓄熱ユニット12の冷媒配管16に接続されるととも
に、この接続配管44及び接続配管40を介して氷蓄熱
ユニット12の冷媒配管17に接続される。この接続配
管40は、冷媒配管16を介して接続配管44に接続さ
れ、製氷用開閉弁42を備える。更に、冷媒配管16に
は、レシーバタンク37と電動膨張弁38との間に、解
氷用開閉弁43を備えた接続配管45の一端が接続され
る。この接続配管45の他端は、接続配管39における
切換用開閉弁41と蓄熱コイル35との間に接続され
る。
【0019】上記氷蓄熱槽36内には二次媒体としての
水が充填され、蓄熱コイル35は水没状態で配設され
る。空気調和装置10の製氷運転時には、蓄熱コイル3
5内に、熱源側熱交換器21からの一次媒体としての液
冷媒が流入して蒸発し、これにより、蓄熱コイル35の
外周に氷33(図3)が付着して形成されて、この氷3
3に冷熱が蓄熱される。空気調和装置10の解氷冷房運
転時には、蓄熱コイル35内に、熱源側熱交換器21か
らの液冷媒が満杯状態で流入し、この液冷媒は、蓄熱コ
イル35外周に付着した氷を融解し、この氷に蓄熱され
た冷熱の放熱により過冷却状態となる。
【0020】ここで、上記空気調和装置10を循環する
冷媒は、沸点の異なる複数の冷媒が混合して構成された
非共沸混合冷媒であり、本実施の形態ではR407Cが
使用されている。
【0021】また、上記氷蓄熱ユニット12の蓄熱コイ
ル35を流れる冷媒は、図1及び図2に示すように、製
氷運転と解氷冷房運転とにおいて同一向きになるよう
に、冷媒配管16、接続配管39、40、44及び45
が前述の如く接続され、且つ、切換用開閉弁41、製氷
用開閉弁42及び解氷用開閉弁43が後述の如く開弁動
作する。このように、蓄熱コイル35を流れる冷媒が、
製氷運転時と解氷運転時とにおいて同一向きとしたのは
次の理由による。
【0022】冷媒が非共沸混合冷媒の場合には、蒸発器
として機能する氷蓄熱ユニット12の蓄熱コイル35を
流れる冷媒は、図4の点Aと点Bに示すように、同一圧
力のもとで湿り度が減少するに従って温度が上昇する温
度グライドを呈する。つまり、高沸点冷媒と低沸点冷媒
等からなる非共沸混合冷媒は、沸点の低い冷媒が先に蒸
発するので、非共沸混合冷媒の等温線は、飽和液線から
飽和蒸気線へ向かって、湿り度が減少するに従い右下が
りとなり、蓄熱コイル35の冷媒入口側付近35A(図
4の点A)と冷媒出口側付近35B(図4の点B)とで
は、例えば5℃の温度グライドが生ずる。このため、図
3(A)に示すように、蓄熱コイル35の外周に付着す
る氷33は、蓄熱コイル35の冷媒入口側付近35Aが
冷媒出口側付近35Bに比べて増加する。この傾向は、
製氷運転時に過熱度制御をしている場合により著しい。
【0023】前述のように、解氷冷房運転時に蓄熱コイ
ル35を流れる冷媒は、製氷運転時の冷媒の流れと同一
向きであることから、解氷冷房運転時において、図3
(B)に示すように、氷33の付着量が多い蓄熱コイル
35の冷媒入口側付近35Aに、温度の高い冷媒が流れ
ることになる。このため、氷33の付着量が多い部分を
より多く解氷することができる。
【0024】従って、解氷冷房運転時の冷房負荷が低
く、この解氷冷房運転終了後にも図3(B)に示すよう
に、蓄熱コイル35の周囲に氷33が残存する場合、そ
の後再び製氷運転を実施しても、残存する氷33の内側
に氷33が新たに製氷されることになる。この結果、隣
接した蓄熱コイル35に付着する氷33が互いに成長し
て接触し結合するブリッジング現象を防止できる。この
氷33のブリッジング現象を防止するために、蓄熱コイ
ル35を流れる冷媒を、前述の如く、製氷運転時と解氷
運転時とにおいて同一向きにしたのである。
【0025】次に、空気調和装置10の製氷運転、解氷
冷房運転、通常冷房運転を説明する。
【0026】[A]製氷運転(図1) 図1に示す空気調和装置10の製氷運転は、例えば、夜
間空気調和装置10時から翌朝8時までの電力料金が安
い時間帯に、熱源側ユニット11における熱源側熱交換
器21からの液冷媒を氷蓄熱ユニット12における氷蓄
熱槽36内の蓄熱コイル35へ供給し、氷蓄熱槽36内
に氷を作る運転である。
【0027】この場合には、氷蓄熱ユニット12におい
て、解氷用開閉弁43が閉弁され、電動膨張弁38、切
換用開閉弁41及び製氷用開閉弁42が開弁操作され
る。また、利用側ユニット13の電動膨張弁27、28
及び29は閉弁する。
【0028】この状態で、熱源側ユニット11の圧縮機
18A、18B、18Cが起動されると、これらの圧縮
機18A、18B、18Cから吐出されたガス冷媒は、
熱源側熱交換器21にて凝縮され、電動膨張弁22並び
に氷蓄熱ユニット12の電動膨張弁38を経て減圧さ
れ、切換用開閉41を介して氷蓄熱槽36内の蓄熱コイ
ル35へ流入する。この蓄熱コイル35内に流入した冷
媒は蒸発されて、蓄熱コイル35の外周に氷を付着した
状態で形成する。その後、蓄熱コイル35内のガス冷媒
は、接続配管44、40、製氷用開閉弁42及び冷媒配
管17を経て四方弁20へ至り、アキュムレータ19を
経て圧縮機18A、18B、18Cに戻される。
【0029】この製氷運転時には、蓄熱コイル35の入
口側冷媒温度E1と蓄熱コイル35の出口側冷媒温度E
3とがE1<E3となるように、電動膨張弁38の弁開
度を制御して過熱度制御を実行する。
【0030】また、この製氷運転によって氷蓄熱槽36
内に氷が形成され、この氷に蓄熱された冷熱が、次の解
氷冷房運転に利用される。
【0031】[B]解氷冷房運転(図2) 図2に示す空気調和装置10の解氷冷房運転は、例え
ば、昼間、気温が上昇する時間帯に、熱源側ユニット1
1における熱源側熱交換器21からの液冷媒を、氷蓄熱
ユニット12における氷蓄熱槽36内の蓄熱コイル35
へ供給させて過冷却状態とし、この過冷却状態の液冷媒
を利用側ユニット13の利用側熱交換器24、25、2
6へ供給して実施される。
【0032】この場合には、氷蓄熱ユニット12におい
て、切換用開閉弁41及び製氷用開閉弁42が閉弁さ
れ、解氷用開閉弁43が開弁され、電動膨張弁38の開
度が後述の如く調整される。また、利用側ユニット13
の電動膨張弁27、28及び29が開弁される。
【0033】この状態で、熱源側ユニット11の圧縮機
18A、18B、18Cが起動されると、これらの圧縮
機18A、18B、18Cから吐出されたガス冷媒は、
熱源側熱交換器21にて凝縮され、電動膨張弁22並び
に氷蓄熱ユニット12の冷媒配管16、接続配管45及
び解氷用開閉弁43を経て氷蓄熱槽36内の蓄熱コイル
35へ流入する。この蓄熱コイル35内に流入した液冷
媒は、蓄熱コイル35内を満杯状態で流れ、蓄熱コイル
35の外周に付着した氷を解氷し、この氷に蓄熱された
冷熱により過冷却状態となる。その後、蓄熱コイル35
内の過冷却状態の液冷媒は、接続配管44及び冷媒配管
16、並びに利用側ユニット13の冷媒配管15A及び
電動膨張弁27、28、29を経て利用側熱交換器2
4、25、26へそれぞれ流入し、これらの利用側熱交
換器24、25、26のそれぞれにより蒸発して室内を
冷房する。その後、ガス冷媒は、冷媒配管30、31、
32及び冷媒配管15Bを通り、氷蓄熱ユニット12の
冷媒配管17を経、四方弁20及びアキュムレータ19
を経た後圧縮機18A、18B、18Cへ戻される。
【0034】従って、この解氷冷房運転時では、前述の
製氷運転で氷蓄熱槽36内の氷に蓄熱された冷熱を利用
し、氷蓄熱槽36の蓄熱コイル35内で液冷媒を過冷却
状態として利用側熱交換24、25、26へ供給するの
で、これら利用側熱交換器24、25、26における冷
房運転の効率を向上させることができる。
【0035】また、上述の解氷冷房運転においては、電
動膨張弁38の開度が調整されて、氷蓄熱槽36内の蓄
熱コイル35で過冷却され、接続配管44を介して冷媒
配管16内に流入した液冷媒に、熱源側熱交換器21及
び電動膨張弁22からの液冷媒を合流させ、この合流し
た液冷媒を利用側熱交換器24、25、26へ供給す
る。このような解氷冷房運転は、熱源側熱交換器21及
び電動膨張弁22からの液冷媒が、蓄熱コイル35内で
過冷却された液冷媒よりも温度が高いことから、上記合
流した液冷媒の温度E2を最適化して、利用側熱交換器
24、25、26へ流れる液冷媒の温度を制御する。
【0036】電動膨張弁38の弁開度を増大させて、氷
蓄熱ユニット12における氷33の冷熱の利用量を減少
させることにより、解氷冷房運転を長時間実施できるよ
うにする。また、電動膨張弁38の弁開度を減少させ
て、氷蓄熱ユニット12における氷33の冷熱を積極的
に利用することにより、熱源側ユニット11の運転能力
を上昇させることなく、室内の冷房能力を向上させるこ
とができる。
【0037】「C」通常冷房運転(図2) 図2に示す空気調和装置10における通常冷房運転は、
氷蓄熱ユニット12における氷蓄熱槽36内の氷に蓄熱
された冷熱を利用しないで実施される冷房運転であり、
切換用開閉弁41、解氷用開閉弁42及び製氷用開閉弁
43が閉弁され、電動膨張弁38が開弁される。また、
利用側ユニット13における電動膨張弁27、28及び
29は開弁される。
【0038】この状態で、熱源側ユニット11の圧縮機
18A、18B、18Cが起動されると、これらの圧縮
機18A、18B、18Cから吐出されたガス冷媒は、
熱源側熱交換器21にて凝縮され、電動膨張弁22並び
に氷蓄熱ユニット12の冷媒配管16及び電動膨張弁3
8を通り、利用側ユニット13の冷媒配管15A及び電
動膨張弁27、28、29を経て利用側熱交換器24、
25、26へそれぞれ流入し、これらの利用側熱交換器
24、25、26のそれぞれにより蒸発して室内を冷房
した後、冷媒配管15Bを通り、氷蓄熱ユニット12の
冷媒配管17を経、四方弁20及びアキュムレータ19
を経た後、圧縮機18A、18B、18Cへ戻される。
【0039】従って、上記実施の形態によれば、次の効
果を奏する。
【0040】冷媒が非共沸混合冷媒の場合には、蒸発
器として機能する氷蓄熱ユニット12の蓄熱コイル35
を流れる冷媒は温度グライドを呈し、このため、蓄熱コ
イル35の外周に付着する氷33は、蓄熱コイル35の
冷媒入口側付近35Aが冷媒出口側付近35Bに比べ増
加する。蓄熱コイル35を流れる冷媒は、解氷冷房運転
時の流れや製氷冷房運転時の流れと同一向きであること
から、解氷冷房運転時において、氷33の付着量が多い
蓄熱コイル35の冷媒入口側付近35Aに温度の高い冷
媒が流れるので、氷33の付着量の多い部分をより多く
解氷することができる。従って、解氷冷房運転時の冷房
負荷が低く、解氷冷房運転終了後にも蓄熱コイル35の
外周に氷33が残存する場合に、その後再び製氷運転を
実施しても、隣接した蓄熱コイル35に付着する氷33
が互いに成長して接触し結合するブリッジング現象を防
止でき、この結果、蓄熱コイル35の変形を未然に防ぐ
ことができる。
【0041】以上、本発明を上記実施の形態に基づいて
説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態の冷媒を、単一冷媒または共沸
混合冷媒としてもよい。
【0042】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る蓄熱ユニッ
トを備えた空気調和装置によれば、蓄熱ユニットの蓄熱
コイル内を流れる冷媒が、製氷運転と解氷冷房運転とで
同一向きとなるよう構成されたことから、蓄熱コイルに
付着する氷のブリッジング現象を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る蓄熱ユニットを備えた空気調和装
置の一実施の形態が適用された氷蓄熱ユニットを備えた
空気調和装置を示し、製氷運転時の管路図である。
【図2】図1の一実施の形態における冷房運転時の管路
図である。
【図3】蓄熱コイルを流れる冷媒の流れと氷の付着状況
を示し、(A)及び(C)が製氷運転時、(B)が解氷
冷房運転時の場合をそれぞれ示す概略断面図である。
【図4】製氷運転時における冷媒のモリエル線図を示す
グラフである。
【図5】従来の蓄熱コイルを流れる冷媒の流れと氷の付
着状況を示し、(A)及び(C)が製氷運転時、(B)
が解氷冷房運転時の場合をそれぞれ示す概略断面図であ
る。
【符号の説明】
10 空気調和装置 11 熱源側ユニット 12 氷蓄熱ユニット 13 利用側ユニット 33 氷 35A 冷媒入口側付近 35B 冷媒出口側付近 35 蓄熱コイル 36 氷蓄熱槽 41 切換用開閉弁 42 製氷用開閉弁 43 解氷用開閉弁

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源
    側ユニットと、蓄熱槽内に蓄熱コイルが水没して配設さ
    れた蓄熱ユニットと、利用側熱交換器を備えた利用側ユ
    ニットとを有し、 上記蓄熱コイルの外周に氷を製氷する製氷運転と、上記
    蓄熱コイル外周の氷を解氷して冷熱を取り出す解氷冷房
    運転とを実施可能とする蓄熱ユニットを備えた空気調和
    装置において、 上記蓄熱ユニットの上記蓄熱コイル内を流れる冷媒が、
    上記製氷運転と上記解氷冷房運転とで同一向きとなるよ
    う構成されたことを特徴とする蓄熱ユニットを備えた空
    気調和装置。
  2. 【請求項2】 上記冷媒は、沸点の異なる複数の冷媒が
    混合して構成された非共沸混合冷媒であることを特徴と
    する請求項1に記載の蓄熱ユニットを備えた空気調和装
    置。
JP11083805A 1999-03-26 1999-03-26 蓄熱ユニットを備えた空気調和装置 Pending JP2000274748A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8667804B2 (en) 2005-08-12 2014-03-11 Lg Electronics Inc. Thermal storage air conditioner
JP2017101850A (ja) * 2015-11-30 2017-06-08 ダイキン工業株式会社 製氷装置

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