JP2011094940A - 熱源機および空調機 - Google Patents

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Abstract

【課題】配管接続部から冷媒が漏洩しても車内へ流れない車両用空調装置を得る。
【解決手段】車両内に設置される筐体1内に、圧縮機5、室外熱交換器6、膨張弁7および室内熱交換器8が順次接続されて冷媒が循環する冷凍サイクルを備え、筐体1内は仕切り板4で仕切られて室内部2と室外部3とを有し、室内部2に室内熱交換器8が配置され、室外部3に圧縮機5、室外熱交換器6および膨張弁7が配置され、室内熱交換器8は、室内熱交換器本体の一部が仕切り板4を貫通して室外部3側に突出しており、その突出部分に圧縮機5および膨張弁7のそれぞれに通じる各配管の配管接続部10が配置されているものである。
【選択図】図1

Description

この発明は、熱源機および空調機に関するものである。
従来の空調機として、吸込み口および吹出し口を備えた空気調和機本体と、この空気調和機本体内に収容される圧縮機と、蒸発器(熱交換器)と、凝縮器(熱交換器)と、その他の冷凍サイクル構成部品一式とを具備し、冷媒と水との熱交換を行う水冷式熱交換器を凝縮器として用いたものがある(特許文献1参照)。この種の水冷式熱交換器を備えた空気調和機では、水冷式熱交換器が備えられた熱源機と室内機と有し、熱源機側の水冷式熱交換器が室内機と冷媒配管で接続されるとともにポンプユニットと水配管で接続され、水冷式熱交換器は水配管からの水と冷媒配管からの冷媒との熱交換を行っている。
特開2004−125357号公報(第6頁)
従来の水冷式の熱交換器を備える空調機では、ポンプユニットのポンプの運転状態は運転/停止の2種類の状態だけを前提として作られていた。ポンプの運転状態が運転/停止の2種類の状態だけであるため、熱交換器に流す水量が少量しか必要でない場合でも、ポンプを最大能力で運転させる必要があった。
したがって、ポンプが無駄な電力を消費するという問題点があった。また、ポンプの寿命が短くなるという問題点があった。また、ポンプが発生する騒音が必要以上に大きいという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ポンプの無駄な電力の消費を低減し、ポンプを長寿命化し、ポンプが発生する騒音を低減することが可能な熱源機および空調機を提供することを目的とするものである。
この発明に係る熱源機は、室内機との間で冷媒が循環する冷媒回路の冷媒とポンプから供給される水との熱交換を行う熱交換器と、熱交換器の運転状態を検出する検出手段と、室内機に要求された運転指示に関する情報と、検出手段により検出された熱交換器の運転状態とに基づいてポンプの運転容量を決定し、決定した運転容量でポンプを駆動するための制御信号をポンプを駆動するポンプ駆動回路に出力する制御回路とを備えたものである。
この発明の実施の形態1における熱源機と1台のポンプユニット間のポンプユニット制御信号配線による接続を示す図である。 この発明の実施の形態2における熱源機と2台以上のポンプユニット間のポンプユニット制御信号配線による接続を示す図である。 この発明の実施の形態3における熱源機と2台以上のポンプユニット間のポンプユニット制御信号配線およびポンプインターロック信号による接続を示す図である。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における水冷式の熱源機を備える空調機の構成を示すものである。空調機は、熱源側の室外機1と利用側である室内機2とを備えている。室外機1は、冷媒を圧縮する圧縮機11と、熱源機1aとを備えている。熱源機1aは、冷媒と水との間の熱交換を行う熱交換器12と、室外機1全体の制御を行う制御回路13とを備えている。
室内機2は、膨張弁21と、冷媒と室内の空気の間の熱交換を行う熱交換器22と、室内の温度を検出する温度センサ23と、室内機2全体の制御を行う制御回路24を備えている。そして、圧縮機11と、熱交換器12と、膨張弁21と、熱交換器22とが冷媒配管30で接続されて冷媒回路が構成されており、この冷媒回路を備えた空調機は、室内を冷房する冷房運転を行うものである。なお、冷媒回路の構成は図示のものに限定されず、例えば、四方弁を設けて圧縮機11から吐出された冷媒の流路を変え、冷房または暖房運転可能なものとしてもよい。
熱交換器12は、水配管31により後述のポンプユニット40のポンプ41と接続されて水を循環する水回路をポンプユニット40との間に形成しており、熱交換器12は、ポンプユニット40からの水と、冷媒回路からの水との熱交換を行う。熱交換器12における熱交換量は、後述のポンプユニット40のポンプ41から供給される水量によって可変となっている。熱交換器12において水配管31の入力側には、水配管31の入力側の水温を検出する温度センサ14aが取り付けられ、水配管31の出力側には水配管31の出力側の水温を検出する水温温度センサ14bが取り付けられている。
また、熱交換器12において冷媒配管30の入力側には、冷媒配管30の入力側の冷媒温度を検出する温度センサ14cおよび冷媒配管30の入力側の冷媒圧力を検出する圧力センサ15aが取り付けられている。また、熱交換器12において冷媒配管30の出力側には、冷媒配管30の出力側の冷媒温度を検出する温度センサ14dおよび冷媒配管30の出力側の冷媒圧力を検出する圧力センサ15bが取り付けられる。熱交換器12の運転状態を検出する、これらの温度センサ14a〜14cおよび圧力センサ15a、15bの出力は、制御回路13に入力されるように構成されている。
制御回路13は、通信線16を通じて室内機2の制御回路24に接続される。また、制御回路13は、温度センサ14a〜14cおよび圧力センサ15a、15bからの各検出値と、室内機2の制御回路24からの運転指示情報と、あらかじめ定められた計算式またはあらかじめ用意されたテーブルとに基づいて、ポンプユニット40のポンプ41の運転容量を決定する。制御回路13は、ポンプユニット40のポンプ駆動回路42と制御信号配線17により接続されており、前記決定したポンプ41の運転容量でポンプ41を駆動するための制御信号を制御信号配線17に出力する。この制御信号は、アナログ信号または多値のデジタル信号である。
ポンプユニット40は、熱交換器12と水配管31で接続され、水配管31に供給する水量を可変することが可能なポンプ41と、ポンプ41とポンプ駆動出力配線43により接続され、ポンプ41にポンプ駆動電力を出力するポンプ駆動回路42とを備えている。ポンプ駆動回路42は、制御回路13からの制御信号に応じた電力のポンプ駆動電力をポンプ駆動出力配線43を介してポンプ41に出力する。このポンプユニット40は、空調機とは別設備として設置される。
次に動作について説明する。なお、冷媒回路の動作は公知のものと同様であり、また、この発明の要旨と関係ないため、ここではその説明を省略し、以下では、この発明の要部部分の動作について説明する。
このように構成された空調機において、制御回路13には、温度センサ14aにより検出された水配管31の入力側の水温と、温度センサ14bにより検出された水配管31の出力側の水温とが入力されている。また、制御回路13には、温度センサ14cにより検出された冷媒配管30の入力側の冷媒温度と、温度センサ14dにより検出された冷媒配管30の出力側の冷媒温度とが入力されている。また、制御回路13には、圧力センサ15aにより検出された冷媒配管30の入力側の冷媒圧力と、圧力センサ15bにより検出された冷媒配管30の出力側の冷媒圧力とが入力されている。
ここで、室内機2側において、使用者により例えばリモコン等から室内の室内設定温度や風量などの運転指示が成されると、その運転指示情報はまず室内機2の制御回路24に入力される。そして、運転指示情報は制御回路24から通信線16を通じて熱源機1aの制御回路13に入力される。使用者からの運転指示としては、例えば冷房運転中に設定温度を2℃上げるなどの指示が該当する。この場合、変更後の設定温度と現在の室温とが運転指示情報として制御回路13に入力される。
制御回路13は、室内機2からの運転指示情報と、温度センサ14a〜14c、圧力センサ15a、15bからの各検出値と、あらかじめ定められた計算式またはあらかじめ用意されたデータとに基づいて、ポンプ41の運転容量を決定する。すなわち、制御回路13は、室内機2からの運転指示情報の運転指示を実現するために熱交換器12で必要とされる熱交換を実現するための水量の水を、熱交換器12に供給するために必要なポンプ41の運転容量を決定する。
ここで、ポンプ41の運転容量の決定方法について具体例により説明する。なお、以下では、室内機2からの運転指示として設定温度を2℃上げる等、冷房能力を下げる指示がなされ、制御回路13がポンプ41の運転容量を現在よりも下げる場合について説明する。また、本例では、ポンプ41が、例えば運転強度を強・中・小のように段階的に切り替え可能に構成されているものとし、制御回路が運転強度を1段階下げると決定する場合の各検出値の条件について以下に示す。また、温度センサ14a〜14c、圧力センサ15a、15bにより検出される各検出値のうち、ポンプ41の運転容量の決定に用いる検出値は、各検出値の全てであってもよいし、1つでもよい。また、以下の(1)〜(4)の各しきい値はあらかじめ制御回路13内のメモリに記憶されている。
(1)水配管31の水温
(a)水配管31の入力側水温 − 水配管31の出力側水温 ≧ しきい値
(b)|水配管31の入力側水温| ≧ しきい値
(c)|水配管31の出力側水温| ≧ しきい値
(2)冷媒配管30の冷媒温度
(a)冷媒配管30の入力側冷媒温度 − 冷媒配管30の出力側冷媒温度 ≧ しきい値
(b)|冷媒配管30の入力側冷媒温度| ≧ しきい値
(c)|冷媒配管30の出力側冷媒温度| ≧ しきい値
(3)冷媒配管30の圧力
(a)冷媒配管30の入力側圧力 − 冷媒配管30の出力側圧力 ≧ しきい値
(b)|冷媒配管30の入力側圧力| ≧ しきい値
(c)|冷媒配管30の出力側圧力|≧ しきい値
(4)室内温度
(a)室内温度 − 室内設定温度 ≧ しきい値
以上のように、例えば(1)(a)の場合、制御回路13は、水配管31の入力側と出力側との温度変化量がしきい値以上であれば、ポンプ41の運転容量を現在よりも1段階下げると決定する。例えば、現在の運転強度が「強」であれば、「中」に変更すると決定する。すなわち「中」に対応する運転容量をポンプ41の運転容量として決定することになる。
ポンプ41の運転容量の決定方法としては、上記のように現状からの運転強度の上げ下げを決定する方法の他、次の表1に示すように上記(1)〜(4)の組み合わせにより、現在の運転強度に関係なく、直接運転強度の段階を決定するようにしてもよい。ここでは、(1)(a)と(4)(a)との組合せの例を示す。
Figure 2011094940
表1では、室内温度と室内設定温度との差が0〜3度であり、また、水配管31の入力側水温と水配管31の出力側水温との差が2〜4度の場合、運転強度を「中」に決定している。
以上のようにして制御回路13はポンプ41の運転容量を決定し、その決定した運転容量でポンプ41を駆動するための制御信号(アナログ信号または多値のデジタル信号)を、制御信号配線17を介してポンプ駆動回路42に出力する。
ポンプ駆動回路25は、受信した制御信号に応じた電力のポンプ駆動電力をポンプ駆動出力配線43に出力する。ポンプ41は、ポンプ駆動電力配線を通じてポンプ駆動電力を受電し、ポンプ駆動電力の電力に応じた能力でポンプ41を運転する。すなわち、ポンプ41は制御回路13により決定された運転容量で駆動することになる。その結果、例えば上記のようにポンプ41の運転強度を現在よりも1段階下げた場合、熱交換器12に流れる水量が減少して熱交換器12における熱交換量が減少し、これにより室内機2側の室温が上昇して目的の室内設定温度が達成される。
以上説明したように実施の形態1によれば、熱交換器12に流す必要のある水量に見合った運転容量でポンプ41を運転させるようにした。このため、従来のように単にポンプ41を運転または停止しかできない場合のように、必要以上の運転容量で運転して必要以上の水量を送り出すような無駄な運転を行うことを防止できる。よって、例えば熱交換器12に流す必要のある水量が少なくて良い場合、従来ではいわば最大の運転強度で運転する必要があったのに対し、本例では弱の運転強度でポンプ41を運転することが可能となる。そのため、ポンプ41が無駄な電力を消費せず、この空調機を備えた空調システム全体での消費電力を低減することができる。また、ポンプ41を長寿命化することができる。また、常に最大能力でポンプを運転する従来技術に比べ、ポンプユニット40が発生する騒音を低減することができる。
実施の形態2.
実施の形態1は、1つの水回路に1台の熱源機1aと1台のポンプユニット40とが接続された形態であったが、実施の形態2は、1つの水回路に1台の熱源機1aと複数のポンプユニット40とが接続された形態である。
図2は、この発明の実施の形態2における熱源機と2台以上のポンプユニット間のポンプユニット制御信号配線による接続を示す図である。図2において図1と同一部分には同一符号を付す。なお、図1のポンプユニット40と図2のポンプユニット40A〜40Cとは同様の構成であるが、説明の便宜上、図1のポンプユニット40の各構成部の符号にそれぞれA〜Cの符号を追加して区別している。以下、実施の形態2が実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。また、図2では、熱源機1aと、ポンプユニット40A〜40Cとを図示し、その他の圧縮機や室内機の構成については省略しているが、省略部分の構成は図1に示した実施の形態1と同様である。
実施の形態2の空調機では、各ポンプユニット40A〜40Cからの水が合流した後、熱交換器12の入力側から熱交換器12内部に流入し、熱交換器12内部で冷媒回路からの冷媒と熱交換する。そして、熱交換後の水は、熱交換12から流出した後、3つに分流されて各ポンプユニット40A〜40Cにそれぞれ流入するように水回路の配管構成が形成されている。
また、熱源機1aの制御回路13は、ポンプユニット40A〜40Cのそれぞれと制御信号配線17A〜17Cによりそれぞれ独立して接続され、各ポンプユニット40A〜40Cに独立して制御信号を出力可能となっている。
次に動作について説明する。
このように構成された空調機では、実施の形態1と同様に制御回路13は、室内機2からの運転指示情報と、温度センサ14a〜14c、圧力センサ15a、15bにより入力される各検出値と、あらかじめ定められた計算式またはあらかじめ用意されたデータとに基づいてポンプ41A〜41Cの運転容量を決定する。なお、この段階で決定する運転容量は、ポンプ41A〜41Cのそれぞれに対する個別の運転容量ではなく、合計の運転容量である。そして、決定した運転容量を実現し得るのに必要なポンプユニットを選択的に決定する。
ここでは例えば制御回路13が、ポンプ41A〜41Cに要求する合計の運転容量を、ポンプ41A〜41Cの現在の運転容量の合計の半分と決定した場合、制御回路13は、例えば全てのポンプ41A〜41Cを運転すると決定する。そして、各ポンプ41A〜41Cのそれぞれを現在の運転容量の半分で駆動するための制御信号(アナログ信号または多値のデジタル信号)を制御信号配線17を介してそれぞれのポンプユニット40A〜40Cのポンプ駆動回路42A〜42Cに出力する。制御信号を受信したポンプ駆動回路42A〜42Cの動作は上記実施の形態1のポンプ駆動回路42の動作と同じである。
なお、上記の運転制御例は一例であり、例えば、全てのポンプ41A〜41Cに要求する合計の運転容量が仮に1台のポンプの運転でまかなえる場合には、上記のように全てのポンプ41A〜41Cを運転するのに代えて、ポンプ41Aの1台だけ運転すると決定するようにしてもよい。
以上説明したように実施の形態2によれば、上記実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、運転が必要なポンプユニットのみ運転し、運転が不必要なポンプユニットは運転しない。そのため、ポンプは無駄な電力を消費せず、空調システム全体での消費電力を低減することができる。また、ポンプ41A〜41Cの長寿命化も可能である。また、ポンプユニット40A〜40Cが発生する騒音を低減することができる。
実施の形態3.
図3は、この発明の実施の形態3における熱源機と2台以上のポンプユニット間のポンプユニット制御信号配線による接続を示す図である。図3において図2に示した実施の形態2と同一部分には同一符号を付す。以下では、実施の形態3が実施の形態1および実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態3の熱源機1aは、図2に示した実施の形態2の構成に加えて、更に、熱源機1aの制御回路13が、ポンプユニット40A〜40Cのそれぞれとインターロック信号配線18A〜18Cによりそれぞれ独立して接続されている。そして、制御回路13は、各ポンプユニット40A〜40Cのそれぞれからインターロック信号を受信可能に構成されており、その他の構成は実施の形態2と同様である。
また、ポンプユニット40Aのポンプ駆動回路42Aは、自己のポンプ41Aが故障する等のポンプ41Aが運転できない状態となると、ポンプ41Aが運転できない状態にある旨のインターロック信号をインターロック信号配線18Aから熱源機1aの制御回路13に送信する。ポンプユニット40Bおよびポンプユニット40Cも同様の動作を行う。かかる構成により、熱源機1Aの制御回路13は、ポンプユニット40A〜40Cの運転状態を管理している。
次に動作について説明する。なお、ここでは、実施の形態3が実施の形態2と異なる部分の動作を中心に説明する。ここでは、ポンプユニット40Aが故障により運転できない状態となっており、制御回路13はポンプユニット40Aからインターロック信号配線18Aを介してインターロック信号を受信しているものとする。
このように構成された空調機では、実施の形態2と同様に制御回路13は、室内機2からの運転指示情報と、温度センサ14a〜14c、圧力センサ15a、15bからの各検出値と、あらかじめ定められた計算式またはあらかじめ用意されたデータとに基づいてポンプ41A〜41Cの合計運転容量を決定する。そして、決定した合計運転容量とポンプユニット40A〜40Cの運転状態とに基づいて、決定した運転容量を実現し得るのに必要なポンプユニットを選択的に決定する。ここではポンプユニット40Aが運転不可であるため、制御回路13は、ポンプユニット40Aを除くポンプユニット40B、40Cの中から、合計運転容量を実現し得るのに必要なポンプユニットを選択的に決定し、選択されたポンプユニットに対する運転容量を決定する。選択台数や、選択されたポンプユニットに対する運転容量の振り分け方は任意である。
制御回路13は、ここではポンプユニット40Bのみを選択したものとすると、ポンプユニット40Bに対して決定した運転容量でポンプ41Bを駆動するための制御信号(アナログ信号または多値のデジタル信号)を制御信号配線17Bを介してポンプ駆動回路42Bに出力する。制御信号を受信したポンプ駆動回路42Bの動作は、上記実施の形態1のポンプ駆動回路42の動作と同じである。
以上説明したように実施の形態3によれば、実施の形態2と同様の効果が得られるとともに、何れかのポンプユニット40A〜40Cが故障した場合には、運転可能なポンプユニットを使用して必要な水量を熱交換器12に流すことが可能である。そのため、何れかのポンプユニット40が故障しても、空調を継続することができる。
なお、上記各実施の形態では、温度センサ14a〜14cおよび圧力センサ15a、15bからの各検出値と、制御回路24からの運転指示情報と、あらかじめ定められたしきい値またはテーブルとに基づいて、ポンプの運転容量を直接決定する例を挙げて説明したが、以下のようにしてもよい。すなわち、制御回路13は、まず、各検出値と、制御回路24からの運転指示情報と、あらかじめ定められた計算式とに基づいて熱交換器12に流さなければならない水量を決定する。この計算式は、例えば水配管の入力側水温と、水配管の出力側水温と、室内温度と、室内設定温度とを変数として水量を計算する計算式とすることができ、この計算式はあらかじめシミュレーション等により求めればよい。続いて制御回路13は、決定した水量を水回路に送水するために必要なポンプの運転容量を、あらかじめ定められた、水量とポンプ運転容量との関係式(テーブルでもよい)から決定する。このように、温度センサ14a〜14cおよび圧力センサ15a、15bからの各検出値と、制御回路24からの運転指示情報とに基づいて最終的にポンプの運転容量が決定されればよく、ポンプの運転容量を決定するための上記しきい値や上記計算式等については特に限定するものではない。
1 熱源機、2 室内機、10 空調機、11 圧縮機、12 熱交換器、13 制御回路、14a〜14d 温度センサ、15a、15b 圧力センサ、16 通信線、17 制御信号配線、21 膨張弁、22 熱交換器、23 温度センサ、24 制御回路、30 冷媒配管、31 水配管、40 ポンプユニット、41 ポンプ、42 ポンプ駆動回路、43 ポンプ駆動出力配線。

Claims (6)

  1. 室内機との間で冷媒が循環する冷媒回路の冷媒とポンプから供給される水との熱交換を行う熱交換器と、
    該熱交換器の運転状態を検出する検出手段と、
    前記室内機に要求された運転指示に関する情報と、前記検出手段により検出された前記熱交換器の運転状態とに基づいて前記ポンプの運転容量を決定し、決定した運転容量で前記ポンプを駆動するための制御信号を前記ポンプを駆動するポンプ駆動回路に出力する制御回路と、
    を備えたことを特徴とする熱源機。
  2. 前記熱交換器は、前記冷媒回路の冷媒と、複数のポンプから供給される水とが熱交換可能に構成され、
    前記制御回路は、前記室内機に要求された運転指示に関する情報と、前記検出手段により検出された前記熱交換器の運転状態とに基づいて前記ポンプの運転容量を決定し、決定したポンプの運転容量に基づいて前記複数のポンプのうち運転するポンプを決定するとともに、運転すると決定したポンプの運転容量を決定し、決定した運転容量でポンプを駆動するための制御信号を該当ポンプを駆動するポンプ駆動回路に出力することを特徴とする請求項1記載の熱源機。
  3. 前記熱交換器は、前記冷媒回路の冷媒と、複数のポンプから供給される水とが熱交換可能に構成され、
    前記制御回路は、前記複数のポンプのそれぞれの運転状態を、前記ポンプが運転不可になった場合に前記ポンプから送信されてくる信号に基づき管理しており、
    前記制御回路は、前記室内機に要求された運転指示に関する情報と、前記検出手段により検出された前記熱交換器の運転状態とに基づいて前記ポンプの運転容量を決定し、決定したポンプの運転容量と前記各ポンプの運転状態とに基づいて前記複数のポンプのうち運転するポンプを決定するとともに、運転すると決定したポンプの運転容量を決定し、決定した運転容量でポンプを駆動するための制御信号を該当ポンプを駆動するポンプ駆動回路に出力することを特徴とする請求項1記載の熱源機。
  4. 前記検出手段は、前記熱交換器の水の入力側の温度を検出する手段と、前記熱交換器の水の出力側の温度を検出する手段と、前記熱交換器の冷媒の入力側の温度を検出する手段と、前記熱交換器の冷媒の出力側の温度を検出する手段と、前記熱交換器の冷媒の入力側の圧力を検出する手段と、前記熱交換器の冷媒の出力側の圧力を検出する手段とのうちの何れか1または2以上の組合せであることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の熱源機。
  5. 前記制御信号はアナログ信号または多値のデジタル信号であることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の熱源機。
  6. 請求項1乃至請求項5の何れかに記載の熱源機と前記室内機とを備え、前記室内機に対して設定温度または風量の変更が要求されると、その変更後の設定内容と現在の設定内容とが前記熱源機の前記制御回路に前記運転指示に関する情報として入力されることを特徴とする空調機。
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