JP2006002956A - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 室内の換気時の空調性を向上させ、効率的な空調運転を行う。
【解決手段】 圧縮機18、熱源側熱交換器21、氷蓄熱槽36内に設けられた蓄熱コイル35、及び利用側熱交換器25を備え、氷蓄熱槽36に氷を生成する製氷運転を可能とするとともに、冷房運転を可能とした空気調和装置において、外気を氷蓄熱槽36に導き、この氷蓄熱槽36で熱交換させた後に室内に導く外気導入部51を備えた。
【選択図】 図1

Description

蓄熱槽に氷を生成する製氷運転を可能とした空気調和装置に関する。
一般に、圧縮機、熱源側熱交換器、蓄熱槽内に設けられた蓄熱コイル、及び利用側熱交換器を備え、前記蓄熱槽に氷を生成する製氷運転を可能とした空気調和装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この種の空気調和装置では、例えば、夏場において、夜間等に製氷運転を行い、昼間等に熱源側熱交換器からの液冷媒を、蓄熱槽内の蓄熱コイル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熱交換器へ供給して室内を冷房する冷房運転を行うものである。
また、この種の空気調和装置において、被空調室である室内を換気する換気運転を行うものが知られている。
特開2003−106576号公報
しかしながら、上記空気調和装置では、室内の換気によって外気が室内に導入されることとなるので、室内温度と室内に導入される外気温度との温度差が大きい場合、室内の空調性が低下してしまうという問題があった。更に、空気調和装置が換気運転を行った場合、外気によって室内の温度が変化してしまうので、室内の温度を設定温度に近づけるために、大きな能力で圧縮機を運転しなければならず、消費電力が増大してしまう等、空調運転の効率が低下してしまうという問題があった。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、室内の換気時の空調性を向上させ、効率的な空調運転を行う空気調和装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明は、圧縮機、熱源側熱交換器、蓄熱槽内に設けられた蓄熱コイル、及び利用側熱交換器を備え、前記蓄熱槽に氷を生成する製氷運転を可能とするとともに、冷房運転を可能とした空気調和装置において、外気を前記蓄熱槽に導き、この蓄熱槽で熱交換させた後に室内に導く外気導入手段を備えたことを特徴とするものである。
この空気調和装置において、前記外気導入手段は、全熱交換器を備え、この全熱交換器で熱交換した外気を前記蓄熱槽に導くようにしてもよい。
また、上記空気調和装置において、前記蓄熱槽には、所定の条件が成立した場合に外気が導かれるようにしてもよい。
更に、上記空気調和装置において、前記外気導入手段は、前記蓄熱槽内に配置され、この蓄熱槽で外気を熱交換させる伝熱管を備えてもよい。
更にまた、上記空気調和装置において、前記外気導入手段は、前記蓄熱槽内に外気を放出する外気放出手段を備え、この外気放出手段により放出された外気を室内に導くようにしてもよい。
本発明によれば、室内の換気時の空調性の低下が抑制されるとともに、効率的な空調運転を行うことができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[1]第1実施形態
図1は、本発明に係る空気調和装置の第1実施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す管路図である。
空気調和装置10は、図1に示すように、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の冷媒配管30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17に接続される。
熱源側ユニット11及び氷蓄熱ユニット12は、例えば、室外に設置され、利用側ユニット13は、被空調室である室内に設置される。
熱源側ユニット11は、容量可変型の圧縮機18と、アキュムレータ19と、四方弁20と、熱源側熱交換器21と、電動膨張弁(減圧器)22と、レシーバタンク23とを備え、冷媒配管14に圧縮機18が配設され、この圧縮機18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。更に、熱源側ユニット11は、熱源側熱交換器21に送風する熱源側送風機24を備えている。
利用側ユニット13は、利用側熱交換器25及び電動膨張弁(減圧器)26を備え、冷媒配管30に利用側熱交換器25が配設され、この冷媒配管30において利用側熱交換器25近傍に電動膨張弁26が配設されて構成される。この電動膨張弁26は、空調負荷に応じて開度が調整される。更に、利用側ユニット13は、利用側熱交換器25に送風する利用側送風機27を備えており、空気が利用側熱交換器25で冷媒と熱交換した後に、被調和室に吹出される。また、利用側ユニット13は、室内の換気を行う換気装置50を備えている。この換気装置50は、空調用の各種機器25、26、27等が収められる利用側ユニット13の筐体内に一体に収められている。
上記氷蓄熱ユニット12は、蓄熱コイル35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、電動膨張弁38及び第1電磁弁41が、熱源側ユニット11側から利用側ユニット13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と第1電磁弁41との間に、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40を介して氷蓄熱ユニット12の冷媒配管17に接続され、この接続配管40に第2電磁弁42が配設される。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、第3電磁弁43を備えた接続配管44の一端が接続される。この接続配管44の他端は、接続配管40における第2電磁弁42と蓄熱コイル35との間に接続される。
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35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の外周に氷が付着して形成されて、この氷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、この氷の冷熱により過冷却状態となる。
熱源側ユニット11には、空気調和装置10全体の運転制御を行う制御手段としての制御装置45が設けられている。ここで、この制御装置45は、氷蓄熱ユニット12或いは利用側ユニット13に設けられる場合であってもよいし、これらユニット11,12,13とは別体(例えば、リモートコントローラ)に設けられてもよい。
次に、空気調和装置10の製氷運転について詳細に説明する。
図1に示す空気調和装置10の製氷運転は、例えば、夜間10時から翌朝8時までの時間帯に、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。
この場合には、氷蓄熱ユニット12において、第1電磁弁41及び第3電磁弁43が閉弁され、電動膨張弁38及び第2電磁弁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26が閉弁される。この状態で、圧縮機18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、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の外周に氷が形成される。その後、蓄熱コイル35内のガス冷媒は、接続配管40及び第2電磁弁42並びに冷媒配管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18に戻される。この製氷運転によって氷蓄熱槽36内に氷が形成され、この氷の冷熱が、解氷冷房運転に利用される。
次に、空気調和装置10の解氷冷房運転について詳細に説明する。
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25へ供給して実施される。
この場合には、氷蓄熱ユニット12において、第2電磁弁42が閉弁され、第1電磁弁41及び第3電磁弁43が開弁され、電動膨張弁38の開度が調整される。また、利用側ユニット13の電動膨張弁26の開度が調整される。
この圧縮機18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44及び第3電磁弁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39、第1電磁弁41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26を経て利用側熱交換器25へ流入し、この利用側熱交換器25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を経て、四方弁20及びアキュムレータ19を経た後、圧縮機18へ戻される。
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内の氷の冷熱を利用し、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器25へ供給するので、この利用側熱交換器25における冷房運転の効率を向上させることができる。
次に、空気調和装置10の通常冷房運転について詳細に説明する。
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、第2電磁弁42及び第3電磁弁43が閉弁され、電動膨張弁38及び第1電磁弁41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26は開弁される。
この状態で、熱源側ユニット11の圧縮機18が起動されると、この圧縮機18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、電動膨張弁38及び第1電磁弁41を通り、利用側ユニット13の冷媒配管15A及び電動膨張弁26を経て利用側熱交換器25へ流入し、この利用側熱交換器25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18へ戻される。
ところで、換気装置50は、室外空気(外気)を室内に導く外気導入部51と、室内空気(内気)を室外に排気する内気排出部52とを備えている。また、換気装置50は、全熱交換器としての全熱交換素子53を備えている。この全熱交換素子53は、外気導入部51の外気導入風路54及び内気排出部52の内気排出風路55に跨るように配置され、導入された外気と、導入された内気との間で熱交換させる機能を備えている。つまり、空気調和装置10が冷房運転を行っている際に換気装置50が換気運転を行う場合、全熱交換素子53は、暖かい外気と冷えた室内の排気との間で熱交換して外気を冷やし、室内に給気している。また、空気調和装置10が暖房運転を行っている際に換気装置50が換気運転を行う場合、全熱交換素子53は、冷たい外気と暖かい室内の排気との間で熱交換して外気を暖め、室内に給気している。これによって、換気運転により空調性が低下するのを抑制することができる。
外気導入部51は、外気導入風路54に給気ファン56、外気フィルタ57、全熱交換素子53及び加湿器58を備えている。給気ダクト59を介して外気導入風路54に導入された外気は、給気ファン56を経た後、外気フィルタ57を介して全熱交換素子53に至り、ここで内気と熱交換した後、加湿器58を経て室内に吹出される。この加湿器58には加湿タンク58Aが接続され、この加湿タンク58Aの加湿水が加湿器58に順次供給される。
また、内気排出部52は、内気排出風路55に全熱交換素子53、ダンパ60及び排気ファン61を備えている。内気排出風路55に導かれた内気は、全熱交換素子53に至り、ここで、外気と熱交換した後に、ダンパ60及び排気ファン61を経て排気ダクト62を介して室外に排気される。
ダンパ60は風路を遮断自在であり、ダンパ60が動作すると、内気排出風路55における全熱交換素子53の出口が封鎖され、内気は、全熱交換素子53をバイパスし、普通換気風路63を介して排気ファン61に至り、排気ダクト62を介して室外に排気される。
ここで、利用側熱交換器25を蒸発器として機能させる運転、即ち、空気調和装置10が冷房運転(例えば、解氷冷房運転や通常冷房運転)を行っている際に換気装置50が換気運転を行う場合、室内に給気する外気が全熱交換素子53で冷却されたとしても、この全熱交換素子53を通過した外気の温度は室温以上である。
本第1実施形態では、換気装置50の外気導入部51は、給気ダクト59を介して外気導入風路54に導いた外気を、氷蓄熱槽36に導き、この氷蓄熱槽36で熱交換させた後に室内に導くように構成されている。具体的には、換気装置50の外気導入部51は、全熱交換素子53で熱交換した外気を氷蓄熱槽36に導き、この氷蓄熱槽36で熱交換させた後に室内に導くように構成されている。
詳述すると、氷蓄熱槽36には、全熱交換素子53で熱交換した外気が導かれる伝熱管64が、水没状態で配設されている。これによって、伝熱管64に導かれた外気が、氷蓄熱槽36の氷又は水と熱交換し、冷却されることとなる。
従って、利用側熱交換器25を蒸発器として機能させる運転、即ち、空気調和装置10が冷房運転(例えば、解氷冷房運転や通常冷房運転)を行う場合、全熱交換素子53で冷却された外気が、伝熱管64に導かれて更に冷却され、室内に吹き出される。
これによって、換気運転の際に生暖かい風が室内に吹き付けられるのを抑制することができ、冷風を室内に供給することができるので、換気運転の際の空調性を向上させることができる。
更に、冷房運転を行っている場合に、室内に換気運転による暖かい外気が吹き出されるのを抑制することができるので、室内熱負荷が上昇するのを抑制することができ、更に、圧縮機18の能力を低減させることができ、圧縮機18の消費電力を低減させることができるので、COPが向上し、効率的な空調運転を行うことができる。
また、解氷冷房運転において、氷蓄熱量が余るような場合(つまり、氷蓄熱槽36に氷が残ってしまう場合)、又は、所定時間内で解氷を完了させたい場合、氷蓄熱槽36の解氷を促進させることができるので、蓄熱コイル35の管同士間の氷のブリッジングや過製氷を抑制することができる。
また、本第1実施形態では、氷蓄熱ユニット12と利用側ユニット13との間の外気導入風路54は、断熱ダクト66、67で形成されている。これによって、全熱交換素子53で熱交換した外気、或いは伝熱管64で熱交換した外気の熱損失を抑制することができる。
更に、本第1実施形態では、この冷房運転以外の空調運転(例えば、暖房運転や製氷運転)時に、導いた外気が伝熱管64(つまり、氷蓄熱槽36)をバイパスするバイパス手段としての三方弁65が、全熱交換素子53の外気出口側に配設されている。この三方弁65は、制御装置45により弁の開閉が制御される。
以下、制御装置45による三方弁65の制御について説明する。まず、制御装置45は、所定の条件が成立しているか否かの判断として、この空気調和装置10が冷房運転に設定されているか否かを判断する。
所定の条件が成立している場合、即ち、冷房運転に設定されている場合、制御装置45は、全熱交換素子53で熱交換した外気を氷蓄熱槽36、つまり伝熱管64に導くように、三方弁65の開閉制御を行う。これによって、空気調和装置10が冷房運転を行う場合、外気が伝熱管64に導かれて冷却され、室内に吹き出されるので、換気運転の際の空調性を向上させることができる。
次に、冷房運転以外の空調運転(例えば、暖房運転や製氷運転)に設定されている場合、制御装置45は、全熱交換素子53で熱交換した外気が、伝熱管64をバイパスして室内に導かれるように、三方弁65の開閉制御を行う。これによって、暖房運転時は、全熱交換素子53で暖められた外気が伝熱管64へ流出するのが遮断されるので、外気が伝熱管64で冷却されることはなく、空調性の低下を抑制することができる。また、製氷運転時は、全熱交換素子53を通過した外気が伝熱管64へ流出するのが遮断されるので、製氷運転の妨げになることはない。
[2]第2実施形態
上記第1実施形態では、氷蓄熱槽36で外気を熱交換させる伝熱管64を備え、外気がこの伝熱管64を通過して室内に導入される場合について説明したが、本第2実施形態では、氷蓄熱槽36内に外気を放出し、この放出された外気を室内に導くものである。図2は、第2実施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す管路図であり、図3は、氷蓄熱槽36の内部構造の一部を示している。以下、この第2実施形態において、上記第1実施形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
この氷蓄熱槽36内には水張りされており、蛇行配置された上記蓄熱コイル35が、その上端部35Aを水面上に突出させて設けられている。製氷運転時には、蓄熱コイル35内で冷媒を蒸発させて製氷することにより氷蓄熱を行うとともに、解氷運転時には、蓄熱コイル35内で冷媒を凝縮させて蓄熱コイル35周辺の氷を解氷させることにより氷蓄熱利用を行う。この解氷時には、蓄熱コイル35周辺の氷が氷解し、この氷解によって蓄熱コイル35周辺には環状の氷柱が形成される。
本第2実施形態では、図4に示すように、上記氷蓄熱槽36の底部に、複数の底部材111が横並びに配置され、その内の少なくとも一つの底部材111Aには、氷蓄熱槽36内に外気を放出する外気放出手段(パイプ)95が設けられている。このパイプ95には、全熱交換素子53で熱交換した外気が導かれる。そして、この氷蓄熱槽36に導かれた外気は、氷蓄熱槽36の上部に設けた排気口36Aを介し、断熱ダクト67を通じて室内に導かれる。
これら底部材111,111Aの上には、上記パイプ95を通じて供給された空気を貯留する空気貯留部92を有した複数の支持部材93が、当該底部材111に略直交するように掛け渡されている。
上記底部材111,111Aおよび支持部材93は、それぞれ下面を開口した箱形部材からなっており、上記パイプ95を通じて空気が供給されると、まず一つの底部材111Aの内部に空気が導かれ、ついでこの底部材111Aの上面に形成された貫通孔113を通じてすべての支持部材93の空気貯留部92に空気が均一に行き渡って貯留される。
この支持部材93の側壁96には蛇行した蓄熱コイル35の直管部35Bが固定具97を用いて固定されている。この固定具97の近傍には細孔からなる空気供給孔98が形成され、この空気供給孔98は空気貯留部92と連通して蓄熱コイル35の直管部35B周辺に空気を導入可能に形成されている。
上述した解氷冷房運転が実行されると、まず、蓄熱コイル35周辺の氷が氷解し、この氷解によって蓄熱コイル35周辺に環状の氷柱が形成される。また、この氷解によって支持部材93の側壁96に形成された空気供給孔98が上記氷柱に連通し、図3に示すように、この氷柱内に空気の泡101が供給される。この泡101が氷柱に供給されると、この泡101は氷柱内を上昇して冷却され、水面上に突出した蓄熱コイル35の上端部35A近傍から氷蓄熱槽36内の上部に排気され、この冷却された空気が、氷蓄熱槽36の上部に設けた排気口36Aから断熱ダクト67を通じて利用側ユニット13に導かれ、室内に吹き出される。
以上、本第2実施形態によれば、上記第1実施形態と同様に、換気運転の際に生暖かい風が室内に吹き付けられるのを抑制することができ、冷風を室内に供給することができるので、換気運転の際の空調性を向上させることができる。
更に、冷房運転を行っている場合に、室内に換気運転による暖かい外気が吹き出されるのを抑制することができるので、室内熱負荷が上昇するのを抑制することができ、更に、圧縮機18の能力を低減させることができ、圧縮機18の消費電力を低減させることができるので、COPが向上し、効率的な空調運転を行うことができる。
また、解氷冷房運転において、氷蓄熱量が余るような場合(つまり、氷蓄熱槽36に氷が残ってしまう場合)、又は、所定時間内で解氷を完了させたい場合、外気が直接氷蓄熱槽36の蓄熱コイル35近傍の水或いは氷に放出されるので、より効果的に氷蓄熱槽36の解氷を促進させることができ、蓄熱コイル35の管同士間の氷のブリッジングや過製氷を効果的に抑制することができる。
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、外気が全熱交換素子53を介して氷蓄熱槽36に導入されるように構成した場合について説明したが、これに限るものではなく、外気を全熱交換素子を介さずに直接氷蓄熱槽に導入するように構成してもよい。これによっても、換気運転の際に室内に冷風を吹き出すことができるので、換気運転の際の空調性を向上させることができる。
また、上記実施形態では、伝熱管64をバイパスするバイパス手段として三方弁65を設けた場合について説明したが、これに限るものではなく、この三方弁の替わりにダンパを設けてもよい。
本発明に係る空気調和装置の第1実施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す管路図である。 第2実施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す管路図である。 氷蓄熱槽の内部構造の一部を示す断面図である。 氷蓄熱槽の断面斜視図である。
符号の説明
10 空気調和装置
18 圧縮機
21 熱源側熱交換器
25 利用側熱交換器
35 蓄熱コイル
36 氷蓄熱槽(蓄熱槽)
51 外気導入部(外気導入手段)
52 内気排出部
54 全熱交換素子(全熱交換器)
64 伝熱管
95 パイプ(外気放出手段)

Claims (5)

  1. 圧縮機、熱源側熱交換器、蓄熱槽内に設けられた蓄熱コイル、及び利用側熱交換器を備え、前記蓄熱槽に氷を生成する製氷運転を可能とするとともに、冷房運転を可能とした空気調和装置において、
    外気を前記蓄熱槽に導き、この蓄熱槽で熱交換させた後に室内に導く外気導入手段を備えたことを特徴とする空気調和装置。
  2. 請求項1に記載の空気調和装置において、
    前記外気導入手段は、全熱交換器を備え、この全熱交換器で熱交換した外気を前記蓄熱槽に導くことを特徴とする空気調和装置。
  3. 請求項1又は2に記載の空気調和装置において、
    前記蓄熱槽には、所定の条件が成立した場合に外気が導かれることを特徴とする空気調和装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の空気調和装置において、
    前記外気導入手段は、前記蓄熱槽内に配置され、この蓄熱槽で外気を熱交換させる伝熱管を備えたことを特徴とする空気調和装置。
  5. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の空気調和装置において、
    前記外気導入手段は、前記蓄熱槽内に外気を放出する外気放出手段を備え、
    この外気放出手段により放出された外気を室内に導くことを特徴とする空気調和装置。
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Citations (5)

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