JP2014070765A - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成で、氷蓄熱利用運転が可能な空気調和装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機11、室外熱交換器14、室内熱交換器21を備え、さらに氷蓄熱利用運転を可能にした空気調和装置100において、室内熱交換器21で生成されたドレン水を貯溜する貯溜部28aを備え、この貯溜部28aに貯溜したドレン水を凍らせて氷蓄熱し、この氷蓄熱を利用して氷蓄熱利用運転を行うことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、氷蓄熱利用運転を可能にした空気調和装置に関する。
従来、夜間に深夜電力を利用して氷蓄熱し、昼間に氷蓄熱を利用した氷蓄熱利用運転を行うことにより、電力使用量の平準化と電力料金の低減を図る氷蓄熱式の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は、圧縮機及び室外熱交換器を有する室外ユニットと、室内熱交換器及び室内膨張弁を有する室内ユニットと、これら各ユニット間に設けられて氷蓄熱槽及び氷蓄熱槽に水没される蓄熱熱交換器を有する氷蓄熱ユニットとを備えて構成される。
すなわち、夜間の製氷運転時において、圧縮機から吐出された冷媒は、室外熱交換器で凝縮され、氷蓄熱ユニットの蓄熱熱交換器で蒸発し、これによって氷蓄熱槽内の水を氷化させて圧縮機に戻される。一方、日中の冷房運転(氷蓄熱利用運転)時において、圧縮機から吐出された冷媒は、室外熱交換器で凝縮して冷却された後、氷蓄熱槽に蓄えられた氷を利用して蓄熱熱交換器を介して更に冷却される。そして、氷蓄熱槽で冷却された冷媒は、室内熱交換器において蒸発して室内空気を冷却して圧縮機に戻される。
特開平11−223360号公報
しかしながら、従来の構成では、氷蓄熱ユニットは、多量の水(氷)を貯溜するだけの巨大な氷蓄熱槽が必要となるとともに、この氷蓄熱槽に水を供給する設備を設ける必要があり、空気調和装置の構成が煩雑になるという問題があった。
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、簡単な構成で、氷蓄熱利用運転が可能な空気調和装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換器を備え、さらに氷蓄熱利用運転を可能にした空気調和装置において、前記利用側熱交換器で生成されたドレン水を貯溜する貯溜部を備え、この貯溜部に貯溜した前記ドレン水を凍らせて氷蓄熱し、この氷蓄熱を利用して前記氷蓄熱利用運転を行うことを特徴とする。
この構成において、前記圧縮機及び前記熱源側熱交換器を有する室外ユニットと、前記利用側熱交換器を有する室内ユニットとを備え、前記貯溜部は、前記室内ユニットに配置されていても良い。
また、前記室内ユニットは、前記利用側熱交換器の下方に前記ドレン水を受けるドレンパンを備え、このドレンパンに前記貯溜部を設けても良い。また、前記貯溜部は、前記ドレンパンの水受部よりも低部に設けられていても良い。また、前記貯溜部は、この貯溜部の上面を覆うカバー体を備え、このカバー体には、前記貯溜部内に前記ドレン水を導く導水孔が設けられていても良い。
本発明によれば、利用側熱交換器で生成されたドレン水を貯溜する貯溜部を備え、この貯溜部に貯溜したドレン水を凍らせて氷蓄熱し、この氷蓄熱を利用して氷蓄熱利用運転を行うため、氷蓄熱で使用するための水を供給する設備を設ける必要がなく、簡単な構成で氷蓄熱利用運転を行うことができる。
本実施形態にかかる空気調和装置の冷媒回路図である。 室内ユニットの内部構成を示す斜視図である。 室内ユニットの側面図である。 貯溜部を示す部分拡大図である。 別の実施形態にかかる空気調和装置の冷媒回路図である。 更に別の実施形態にかかる空気調和装置の冷媒回路図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態にかかる空気調和装置100の冷媒回路図である。空気調和装置100は、図1に示すように、室外ユニット10と室内ユニット20とをユニット間配管3,4で接続して構成される。
室外ユニット10は、冷媒を圧縮する圧縮機11と、アキュムレータ12と、四方弁13と、室外熱交換器(熱源側熱交換器)14と、電動膨張弁(減圧器)15とを備え、室外冷媒配管16に圧縮機11が配設され、この圧縮機11の吸込側にアキュムレータ12が、吐出側に四方弁13がそれぞれ配設され、この四方弁13に室外熱交換器14、及び、電動膨張弁15が室外冷媒配管16を介して順次接続される。更に、室外ユニット10は、室外熱交換器14に送風する室外送風機(不図示)を備えている。
室内ユニット20は、室内熱交換器21及び室内電動弁22を備え、室内冷媒配管23に室内熱交換器21と室内電動弁22とが配設される。この室内電動弁22は、室内熱交換器21の電動膨張弁15側の端部に接続されている。室外冷媒配管16と室内冷媒配管23とはユニット間配管3,4を介してそれぞれ接続されている。
また、室内ユニット20は、室内熱交換器21に送風する室内送風機36(図2)を備えており、空気が室内熱交換器21で冷媒と熱交換した後に、被調和室に吹出される。
室内ユニット20は、室内熱交換器21及び室内電動弁22をバイパスするように室内冷媒配管23に接続されるバイパス管24を備え、このバイパス管24に蓄熱コイル25と、製氷電動弁26と、逆止弁27とが配設される。バイパス管24は、室内電動弁22とユニット間配管4との間に設けられた第1分岐点50と、室内熱交換器21とユニット間配管3との間に設けられた第2分岐点51とを接続する。これにより、本実施形態では、蓄熱コイル25は、室内熱交換器21に並列に設けられる。
製氷電動弁26は、蓄熱コイル25の上記電動膨張弁15側の端部に設けられ、逆止弁27は、製氷電動弁26とは反対側の端部に接続されている。この逆止弁27は、製氷電動弁26から蓄熱コイル25に冷媒が流れることを許容するとともに、蓄熱コイル25から製氷電動弁26に冷媒が流れることを禁止するものである。
室内熱交換器21の下方には、この室内熱交換器21で生成されたドレン水を受けるドレンパン28が配置され、蓄熱コイル25はドレンパン28に設けられてドレン水が貯溜される貯溜部28aに水没状態で配置される。
次に、空気調和装置100の製氷運転について詳細に説明する。
空気調和装置100の製氷運転は、例えば、夜間11時から翌朝7時までの時間帯に、室外ユニット10における室外熱交換器14からの冷媒を貯溜部28a内の蓄熱コイル25へ供給し、貯溜部28aに氷を作る運転である。貯溜部28aには、通常の冷房運転時に室内熱交換器21で生成されたドレン水が貯溜されている。
この場合には、室内ユニット20において、室内電動弁22が閉弁され、製氷電動弁26が開弁操作される。この状態で、圧縮機11から吐出されたガス冷媒は、室外熱交換器14にて凝縮され、電動膨張弁15で減圧された後に、バイパス管24、製氷電動弁26を通じて、蓄熱コイル25へ流入する。この蓄熱コイル25内に流入した冷媒は蒸発されて、蓄熱コイル25の外周に氷が形成される。その後、蓄熱コイル25内のガス冷媒は、逆止弁27、ユニット間配管3及び、室外冷媒配管16を経て四方弁13へ至り、アキュムレータ12を経て圧縮機11に戻される。この製氷運転によって、貯溜部28a内に氷が形成され、この氷の冷熱が氷蓄熱利用運転に利用される。
本実施形態では、製氷運転時に、室内ユニット20に冷媒が流れないため、室内が意図せず冷房されてしまうことが防止できる。
次に、空気調和装置100の氷蓄熱利用運転について説明する。
氷蓄熱利用運転は、例えば、昼間、気温が上昇する時間帯に実施される冷房運転である。
この場合には、室内ユニット20において、室内電動弁22及び製氷電動弁26の開度が調整される。具体的には、室内熱交換器21に多くの冷媒が流れ、残りの冷媒が蓄熱コイル25に流れるよう弁開度が調整される。
圧縮機11から吐出されたガス冷媒は、室外熱交換器14にて凝縮され、電動膨張弁15で減圧された後、上記した第1分岐点50で2つに分流し、一方は、室内電動弁22を介して、室内熱交換器21に流入し、この室内熱交換器21により蒸発して室内を冷房する。また、他方は、製氷電動弁26を介して、貯溜部28a内の蓄熱コイル25へ流入する。この蓄熱コイル25内に流入した液冷媒は、蓄熱コイル25内を満杯状態で流れ、蓄熱コイル25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。
この過冷却状態の液冷媒は、室内熱交換器21の出口側の第2分岐点51で、当該室内熱交換器21で蒸発したガス冷媒と混合され、このガス冷媒を冷却する。その後、ガス冷媒は、ユニット間配管3及び、室外冷媒配管16を経て四方弁13へ至り、アキュムレータ12を経て圧縮機11に戻される。
従って、氷蓄熱利用運転では、室内の冷房運転を行うとともに、製氷運転で貯溜部28a内の氷の冷熱を利用し、室内熱交換器21出口のガス冷媒を冷却するため、空気調和装置100の冷媒回路を循環する冷媒の吐出圧力の上昇を抑えることができ、COPの向上を図るとともに消費電力の低減することができる。
また、製氷電動弁26を閉弁することにより、氷蓄熱を利用しない通常の冷房運転を行うこともできる。さらに、暖房運転時には、圧縮機11から吐出されたガス冷媒は、室内ユニット20の室内熱交換器21で凝縮されて室内の暖房をする。この場合、バイパス管24には逆止弁27が設けられているため、圧縮機11から吐出されたガス冷媒が蓄熱コイル25に流入することが防止される。
室内熱交換器21で凝縮された液冷媒は、電動膨張弁15で減圧された後に、室外熱交換器14で蒸発され、四方弁13、アキュムレータ12を経て圧縮機11に戻される。
なお、本実施形態では、室内電動弁22は、第1分岐点50と室内熱交換器21との間に設けているが、これに限るものではなく、室内電動弁22をユニット間配管4と第1分岐点50との間の室内冷媒配管23に設けても良い。この構成においては、製氷運転並びに氷蓄熱利用運転いずれの運転時も、室内電動弁22並びに製氷電動弁26をいずれも開度制御する。このため、製氷運転においては、室内電動弁22からの低圧冷媒が室内熱交換器21に多少流入するので、室内が多少冷房されることは否めない。一方、氷蓄熱利用運転においては、製氷電動弁26の絞り制御により、蓄熱コイル25の出口圧力よりも室内熱交換器21の出口圧力が高くなるので、この運転を行うことができる。
次に、室内ユニット20について説明する。
図2は、室内ユニット20の内部構成を示す斜視図であり、図3は、室内ユニット20の側面図である。この図2では、室内ユニット20の筐体を構成する天板と、吹出側パネルと外した状態を示している。
本実施形態の室内ユニット20は、建物の天井裏空間内に懸吊して配設される、いわゆるビルトインタイプの室内ユニットであり、吸込ダクト及び吹出ダクト(不図示)を介して室内空間と接続されている。
室内ユニット20は、図2及び図3に示すように、天板31、底板32、側板33、吸込側パネル34、及び、吹出側パネル35を備え、略矩形に形成される筐体30を備える。吸込側パネル34と吹出側パネル35とは、対向する側面に配置され、室内送風機36の下流側に配置された吹出側パネル35に形成された吹出口35Aと、室内熱交換器21の上流側に配置された吸込側パネル34に形成された吸込口34Aとを有している。
また、筐体30内には、室内熱交換器21が吸込側パネル34側に立設されるとともに、室内送風機36が吹出側パネル35(図3)に取り付けられている。
室内熱交換器21の下方には、室内熱交換器21のドレン水を受けるドレンパン28が配置される。このドレンパン28は、筐体30の底板32一杯を覆い、底板32に支持される。ドレンパン28は、発砲スチロール製であり、4側面が底面に対して立ち上がった箱形状に形成され、内側には防水、防カビのために、樹脂シート等で覆われている。
ドレンパン28は、図2に示すように、水受部28bと、この水受部28bよりも底部が一段低くなった貯溜部28a及びドレン溜まり28cとを一体に備える。本実施形態では、図3に示すように、ドレンパン28は、一部が下方に突出するように形成され、この突出した部分に上面を下方に窪ませることによって貯溜部28a及びドレン溜まり28cが形成されている。
貯溜部28aは、その開口の一部が室内熱交換器21の略直下に位置するように形成され、室内熱交換器21で生成されたドレン水が直接貯溜部28aに貯溜されるようになっている。また、貯溜部28aとドレン溜まり28cとの間は、図2に示すように、仕切板37で水密に仕切られている。貯溜部28aに貯溜されたドレン水が所定量を超えると、このドレン水は仕切板37を超えてドレン溜まり28cに流入する。このドレン溜まり28cには、ドレンポンプ38が配置されており、不要なドレン水はドレンポンプ38を介して機外に排出される。
一方、貯溜部28aには、図4に示すように、蓄熱コイル25が配置され、この蓄熱コイル25に冷媒を上記のように流すことによって貯溜部28aに貯溜されたドレン水を氷蓄熱に利用することができる。
また、貯溜部28aには、氷蓄熱で利用される氷が蓄えられる。このため、夏期の室内(天井裏空間)で、この氷が融けないよう、貯溜部28aの内面には断熱性の高い材料が配置されることが望ましい。
更に、貯溜部28aは上面が開口しているため、貯溜部28aには、上記開口を覆うカバー体39が配置されている。このカバー体39は、上記した断熱性の高い材料で形成された板材であり、カバー体39には、貯溜部28a内にドレン水を導くための導水孔39Aが複数形成されている。導水孔39Aを複数形成した理由は、少なくとも1つを空気抜き孔とするためである。
この構成によれば、貯溜部28aは、断熱性の高い材料で覆われることにより、製氷運転によって凍らせた氷が室温で融けることが抑制され、氷に蓄熱された熱量を有効に利用することができる。
図5は、別の実施形態にかかる空気調和装置150の冷媒回路図である。
この図5では、蓄熱コイル25に接続されるバイパス管124の接続される位置が異なる。同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態では、バイパス管124は、室内電動弁22をバイパスするように設けられ、バイパス管124は、一端は上記した第1分岐点50に接続され、他端が室内熱交換器21と室内電動弁22の間に設けられた室内冷媒配管23の第3分岐点52に接続される。
空気調和装置150の製氷運転を行う場合、室内ユニット20において、室内電動弁22が閉弁され、製氷電動弁26が開弁操作される。この状態で、圧縮機11から吐出されたガス冷媒は、室外熱交換器14にて凝縮され、電動膨張弁15で減圧された後に、バイパス管124、製氷電動弁26を通じて、蓄熱コイル25へ流入する。この蓄熱コイル25内に流入した冷媒は蒸発されて、蓄熱コイル25の外周に氷が形成される。その後、蓄熱コイル25内のガス冷媒は、逆止弁27を経て室内熱交換器21に流入する。この場合、ガス冷媒は、蓄熱コイル25で十分に蒸発されているため、室内熱交換器21で蒸発することが防止され、意図せず室内が冷房されることが防止される。
そして、室内熱交換器21を通過したガス冷媒は、ユニット間配管3及び、室外冷媒配管16を経て四方弁13へ至り、アキュムレータ12を経て圧縮機11に戻される。
また、氷蓄熱利用運転を行う場合には、室内ユニット20において、室内電動弁22が閉弁され、製氷電動弁26が開弁操作される。
圧縮機11から吐出されたガス冷媒は、室外熱交換器14にて凝縮され、電動膨張弁15で減圧された後、製氷電動弁26を介して、貯溜部28a内の蓄熱コイル25へ流入する。この蓄熱コイル25内に流入した液冷媒は、蓄熱コイル25内を満杯状態で流れ、蓄熱コイル25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25内の過冷却状態の液冷媒は、逆止弁27を経て、室内熱交換器21へ流入し、この室内熱交換器21で蒸発して室内を冷房する。その後、ガス冷媒は、ユニット間配管3及び、室外冷媒配管16を経て四方弁13へ至り、アキュムレータ12を経て圧縮機11に戻される。
この氷蓄熱利用運転では、製氷運転で貯溜部28a内の氷の冷熱を利用し、貯溜部28aの蓄熱コイル25内で液冷媒を過冷却状態として室内熱交換器21へ供給するので、この室内熱交換器21における冷房運転の効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では、室内電動弁22は、上記した第1分岐点50と室内熱交換器21との間に設けているが、これに限るものではなく、室内電動弁22をユニット間配管4と第1分岐点50との間の室内冷媒配管23に設けても良い。この構成においては、図1で示した空気調和装置100同様、暖房運転時には蓄熱コイル25は使用しない。一方、氷蓄熱利用運転においては、図1で示した空気調和装置100同様、蓄熱コイル25からの過冷却状態の冷媒が室内熱交換器21に流入するので、冷房運転の効率が向上する。
図6は、更に別の実施形態にかかる空気調和装置200の冷媒回路図である。
この空気調和装置200は、図6に示すように、上記した空気調和装置100に記載の構成に加え、室内熱交換器21と室内電動弁22の間に設けられた室内冷媒配管23上の第3分岐点52と、蓄熱コイル25と逆止弁27の間に設けられたバイパス管24上の第4分岐点53とを接続する急冷管202を備え、この急冷管202に急冷弁201が設けられている。すなわち、急冷管202は、蓄熱コイル25のバイパス管24出口と室内熱交換器21の入口を繋いでいる。本実施形態にかかる空気調和装置200に関し、上記空気調和装置100と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
空気調和装置200の製氷運転を行う場合、室内ユニット20において、室内電動弁22、急冷弁201が閉弁され、製氷電動弁26が開弁操作される。このため、空気調和装置200の製氷運転では、急冷弁201及び急冷管202に冷媒が流通しない。よって、上記した空気調和装置100の製氷運転と同一の動作となるため、ここでは説明を省略する。
一方、氷蓄熱利用運転を行う場合には、室内ユニット20において、室内電動弁22、製氷電動弁26並びに急冷弁201をいずれも開度が調整される。この場合、室内熱交換器21には、蓄熱コイル25で冷却された過冷却冷媒と室内電動弁22からの減圧冷媒とが混合して流れ込むことにより、室内の冷房が行える。
また、帰宅時等の室内を急速に冷房したい場合は、上記した3つの室内電動弁22、急冷弁201、製氷電動弁26のうち室内電動弁22のみを完全に閉じれば、室内熱交換器21には、蓄熱コイル25からの過冷却冷媒のみが流れ込むので、この過冷却冷媒を蒸発させることにより、室内を急速に冷房することができる。
以上、説明したように、本実施形態によれば、圧縮機11、室外熱交換器14、室内熱交換器21を備え、さらに氷蓄熱利用運転を可能にした空気調和装置100、150、200において、室内熱交換器21で生成されたドレン水を貯溜する貯溜部28aを備え、この貯溜部28aに貯溜したドレン水を凍らせて氷蓄熱し、この氷蓄熱を利用して氷蓄熱利用運転を行うため、氷蓄熱で使用するための水を供給する設備を設ける必要がなく、簡単な構成で氷蓄熱利用運転を行うことができる。
また、本実施形態によれば、圧縮機11及び室外熱交換器14を有する室外ユニット10と、室内熱交換器21を有する室内ユニット20とを備え、貯溜部28aは、室内ユニット20に配置されているため、例えば、室内ユニット20を複数台接続する場合には、これら室内ユニット20に小容量の貯溜部28aを設ければ足りるため、従来のように、巨大な蓄熱槽を設ける必要がなくなり、構成の一層な簡素化を実現できる。
また、本実施形態によれば、室内ユニット20は、室内熱交換器21の下方にドレン水を受けるドレンパン28を備え、このドレンパン28に貯溜部28aを一体に設けたため、特段の水漏れ対策を施す必要がなく、室内ユニット20内に簡単に貯溜部28aを形成することができる。
また、本実施形態によれば、貯溜部28aは、ドレンパン28の水受部28bよりも低部に設けられているため、ドレンパン28に流下したドレン水を簡単に貯溜部28aに貯溜できる。
また、本実施形態によれば、貯溜部28aは、この貯溜部28aの上面の開口を覆うカバー体39を備え、このカバー体39には、貯溜部28a内にドレン水を導く導水孔39Aが設けられているため、貯溜部28a内の氷が外気に接触することが防止され、この氷が融けることを防止できると共に、貯溜部28a内にドレン水を確実に導くことができる。
以上、本発明を実施するための形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、貯溜部28aはドレンパン28に一体に設ける構成としたが、ドレンパン28上に上面が開口した箱状の貯溜部を別体として配置しても良く、更には、ドレンパン28から例えば、ポンプ等の手段を介して、送水可能な位置に貯溜部を設けても良い。
また、本実施形態では、室内ユニット20として、ビルトインタイプのものを説明したが、これ以外の形態の室内ユニット(例えば、家庭用エアコンの室内機)に適用できることは勿論である。
また、本実施形態では、貯溜部28aを室内ユニット20に設ける構成について説明したが、例えば、圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換器を同一の筐体内に備える一体型の空気調和装置に設ける構成としても良いことは勿論である。
10 室外ユニット
11 圧縮機
14 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
20 室内ユニット
21 室内熱交換器(利用側熱交換器)
24、124 バイパス管
25 蓄熱コイル
26 製氷電動弁
27 逆止弁
28 ドレンパン
28a 貯溜部
28b 水受部
38 ドレンポンプ
39 カバー体
39A 導水孔
100、150、200 空気調和装置

Claims (5)

  1. 圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換器を備え、さらに氷蓄熱利用運転を可能にした空気調和装置において、
    前記利用側熱交換器で生成されたドレン水を貯溜する貯溜部を備え、この貯溜部に貯溜した前記ドレン水を凍らせて氷蓄熱し、この氷蓄熱を利用して前記氷蓄熱利用運転を行うことを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記圧縮機及び前記熱源側熱交換器を有する室外ユニットと、前記利用側熱交換器を有する室内ユニットとを備え、前記貯溜部は、前記室内ユニットに配置されていることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記室内ユニットは、前記利用側熱交換器の下方に前記ドレン水を受けるドレンパンを備え、このドレンパンに前記貯溜部を設けたことを特徴とする請求項2に記載の空気調和装置。
  4. 前記貯溜部は、前記ドレンパンの水受部よりも低部に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の空気調和装置。
  5. 前記貯溜部は、この貯溜部の上面を覆うカバー体を備え、このカバー体には、前記貯溜部内に前記ドレン水を導く導水孔が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の空気調和装置。
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