JP5615257B2 - 流量監視装置及び流量監視システム - Google Patents
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Description
《機器構成》
本発明の実施の形態1における流量監視システムの構成を図1及び図2に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る流量監視システムの構成図である。
圧縮機1は運転容量(周波数)を可変させることが可能な容積式圧縮機である。運転容量を可変させる制御方法は、例えば、インバータにより制御されるモータの駆動による方法やスライドバルブを用いた方法がある。図2においては、圧縮機1は1台のみとなっているが、これに限定されず、2台以上の圧縮機が並列もしくは直列に接続されたものであってもよい。
熱源側熱交換器2は、冷媒と外部からの熱源として供給される被熱交換媒体とが熱交換し、外部の熱源に放熱又は外部の熱源から吸熱する熱交換器である。熱源側熱交換器2は、例えば、伝熱管と多数のフィンで構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を用いる。フィン・アンド・チューブ型熱交換器を用いる場合は、熱交換媒体は空気であり、媒体の送出装置はファン等の駆動手段(図示せず)を用いる。
減圧装置3は、冷媒回路A内を流れる冷媒の流量の調節等を行うものである。減圧装置3としては、ステッピングモータ(図示せず)により絞りの開度を調整することが可能な電子膨張弁、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、又はキャピラリーチューブ等を用いることができる。図2においては、減圧装置3は1個のみの構成となっているが、これに限定されず2個以上の減圧装置が並列もしくは直列に接続されたものであってもよい。
負荷側熱交換器4は、冷媒と冷熱負荷から供給される被熱交換流体とが熱交換する熱交換器であり、例えば、プレート式熱交換器である。図2においては、負荷側熱交換器4は1個のみの構成となっているが、これに限定されず2個以上の熱交換器が並列もしくは直列に接続されたものであってもよい。また、図2では、負荷側熱交換器4を蒸発器として作用させている状態を示している。
被熱交換流体流路Bを循環する被熱交換流体は、例えば水のような流体であり、単なる水であってもよいし、凝固点を降下させる添加物を混ぜたブライン等であってもよい。また、本実施の形態1では被熱交換流体を前述のような流体としているため、被熱交換流体送出装置5はポンプなどの流体送出装置としている。しかし、これに限定されず、同様な役割を成すものであれば、他形式の送出装置であってもよい。
冷凍装置に用いられる冷媒は例えば、R410A、R407C、R404AなどのHFC冷媒、R22、R134aなどのHCFC冷媒、もしくは炭化水素、ヘリウムのような自然冷媒などがあるが、これに限定されず、同様の冷媒作用をするものであれば上記以外のものであってもよい。
冷凍装置100の運転情報検出装置について説明する。本実施の形態1における冷凍装置100の運転情報検出装置としては、例えば図2に示すように圧縮機1の吸入側に吸入冷媒温度を検出する吸入冷媒温度検出装置40と、負荷側熱交換器4に流入する被熱交換流体の温度を検出する被熱交換流体流入温度検出装置41と、負荷側熱交換器4から流出する被熱交換流体の温度を検出する被熱交換流体流出温度検出装置42とを備えている。また、運転情報検出装置として更に、圧縮機1の運転容量(周波数)を検出する運転容量検出装置20と、圧縮機1の吸入側に設置され、冷媒回路Aにおける低圧側の冷媒圧力を検出する低圧圧力検出装置30とを備えている。これらの運転情報検出装置で検出された情報は、制御装置101に送信されるようになっている。
図3は、本発明の実施の形態1に係る冷凍装置の運転情報の伝送方法の概念図である。次に、運転情報検出装置により検出された運転情報の伝送方法について図3に基づいて説明する。前述の運転情報検出装置により検出された冷凍装置100の運転情報(圧縮機運転容量、冷媒圧力、冷媒温度、被熱交換流体温度等)は、図3に示すように制御装置101に伝送される。制御装置101には測定部110、演算部120、記憶部130、制御部140、通信部102aが設けられている。
続いて、実施の形態1に係る冷凍装置100の運転動作について図2に基づき説明する。圧縮機1から吐出した高温高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器2へ至り、外部からの被熱交換媒体との熱交換作用により凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は、減圧装置3にて減圧されて二相冷媒となり負荷側熱交換器4に送られる。負荷側熱交換器4に送られた冷媒は、被熱交換流体送出装置5により供給される被熱交換流体との熱交換作用により蒸発し、低圧のガス冷媒となる。
図4は、本発明の実施の形態1に係る流量監視装置における被熱交換流体の流量演算方法のフローチャートである。流量監視装置103の流量算出部106は、冷凍装置100から受信した運転情報と機種情報記憶部105に記憶された機種情報とに基づいて負荷側熱交換器4を流れる被熱交換流体流路Bの被熱交換流体流量を演算する。その流量演算方法を図4のフローチャートに基づき説明する。
図6は、本発明の実施の形態1に係る流量監視装置における被熱交換流体の流量異常判定方法のフローチャートである。流量監視装置103では、前述の方法で算出した被熱交換流体流量Gwを基に、被熱交換流体流量の「流量異常の有無」の判定を行う。以下、流量の異常判定方法について図6のフローチャートに基づいて説明する。
このように構成された流量監視装置103においては、流量計を設置することなく、被熱交換流体流量を把握することが可能となるため、安価に冷凍装置100の保守管理システムを実現できる。
各実施の形態の冷凍装置における冷媒回路Aの構成は、図2に示した構成に限定されず、上記機器構成に記載した以外の要素、例えば、四方弁やアキュームレータ、レシーバ等が接続された冷媒回路であってももちろんよい。また、図2には、冷媒と被熱交換流体の流れの関係が対向流の形態(被熱交換流体流路Bにおける実線の矢印の方向)をとって熱交換していたが、冷媒と被熱交換流体の流れの関係が逆向きの関係となる並行流の形態(被熱交換流体流路Bにおける破線の矢印の方向)をとって熱交換を行う構成であってもよい。
上記の説明では、対数平均温度差ΔTmを、被熱交換流体流入温度Twi、被熱交換流体流出温度Two及び蒸発温度ETを用いて(7)式に基づいて算出するとしたが、以下のように算出してもよい。すなわち、図8に示すように、図2の構成に加えて更に冷媒流入温度検出装置43及び冷媒流出温度検出装置44を設け、これらの各検出値も用いて次式により算出してもよい。
《機器構成》
本発明の実施の形態2における流量監視システムの構成を図11に基づいて説明する。図11は、本発明の実施の形態2に係る流量監視システムの構成図である。なお、本実施の形態2では上述した実施の形態1との相違点を中心に説明するものとし、構成など同一の箇所については同一の符号を用いて述べることとする。また、実施の形態1と同様の部分について適用される変形例は、本実施の形態2についても同様に適用される。
流量監視システム2000では、実施の形態1の冷凍装置100に代えて冷凍装置200を備えている。冷凍装置200は、実施の形態1と同様の前述の運転情報検出装置により検出された冷凍装置200の運転情報(圧縮機運転容量、冷媒圧力、冷媒温度、被熱交換流体温度)を、制御装置101を介さず、図11に示すように運転情報検出装置から直接、流量監視装置103へ伝送するようにしており、この点が冷凍装置100と異なる。それ以外については実施の形態1と同様である。なお、図11には、冷媒流入温度検出装置43及び冷媒流出温度検出装置44を備えた構成を示しているが、これらは省略可能である。
Claims (19)
- 圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置及び負荷側熱交換器を備え、冷媒が循環する冷媒回路と、前記冷媒回路を流れる冷媒と前記負荷側熱交換器で熱交換して加熱又は冷却される被熱交換流体が流れる被熱交換流体流路とを有する1又は複数の冷凍装置に有線又は無線で接続される通信部と、
監視対象の前記冷凍装置から、該冷凍装置の運転情報として圧縮機運転容量、冷媒圧力、冷媒温度及び被熱交換流体温度を前記通信部を介して受信する運転情報取得部と、
複数の冷凍装置のそれぞれの機種情報として圧縮機ストロークボリュームや前記負荷側熱交換器の仕様、前記冷凍装置の標準被熱交換流体流量、機器使用運転流量下限値、前記負荷側熱交換器における冷媒と被熱交換流体との熱伝達率を求めるための比例係数及び累乗係数を記憶する機種情報記憶部と、
前記機種情報記憶部に記憶された複数の機種情報の中から監視対象の前記冷凍装置の機種情報を取得し、取得した機種情報と前記運転情報とを基に、監視対象の前記冷凍装置の前記負荷側熱交換器を流れる被熱交換流体の流量を算出する流量算出部と
を備えたことを特徴とする流量監視装置。 - 前記流量算出部は、
前記冷凍装置から取得した前記運転情報と前記機種情報とに基づいて冷媒の冷媒側熱伝達率と被熱交換流体の被熱交換流体側熱伝達率とを算出し、
前記冷媒側熱伝達率及び前記被熱交換流体側熱伝達率を用いて、前記負荷側熱交換器の熱通過率を算出し、
前記熱通過率と、前記運転情報として取得した、前記冷媒回路における低圧側の冷媒圧力を飽和温度換算した前記冷媒の蒸発温度と、前記負荷側熱交換器へ流入する被熱交換流体の被熱交換流体流入温度と、前記負荷側熱交換器から流出する被熱交換流体の被熱交換流体流出温度と、を用いて前記負荷側熱交換器を流れる被熱交換流体の流量を算出する
ことを特徴とする請求項1記載の流量監視装置。 - 前記流量算出部は、
前記冷凍装置から取得した前記運転情報と前記機種情報とに基づいて冷媒の冷媒側熱伝達率と被熱交換流体の被熱交換流体側熱伝達率とを算出し、
前記冷媒側熱伝達率及び前記被熱交換流体側熱伝達率を用いて、前記負荷側熱交換器の熱通過率を算出し、
前記熱通過率と、前記運転情報として取得した、前記負荷側熱交換器へ流入する被熱交換流体の被熱交換流体流入温度と、前記負荷側熱交換器から流出する被熱交換流体の被熱交換流体流出温度と、前記負荷側熱交換器に流入する冷媒の冷媒流入温度と、前記負荷側熱交換器から流出する冷媒流出温度と、を用いて前記負荷側熱交換器を流れる被熱交換流体の流量を算出する
ことを特徴とする請求項1記載の流量監視装置。 - 前記流量算出部は、
前記負荷側熱交換器を流れる前記冷媒の冷媒循環量をパラメータとする関数式により、前記冷媒側熱伝達率を算出し、
前記負荷側熱交換器を流れる前記被熱交換流体の流量をパラメータとする関数式に、予め設定した流量仮定値を前記被熱交換流体の流量として代入して前記被熱交換流体側熱伝達率を算出し、
前記冷媒側熱伝達率と前記被熱交換流体側熱伝達率とを用いて、前記負荷側熱交換器の前記熱通過率を算出する
ことを特徴とする請求項2又は請求項3記載の流量監視装置。 - 前記流量算出部は、
算出した前記被熱交換流体の算出流量と、前記流量仮定値とを比較し、
前記算出流量と前記流量仮定値との差分が所定値よりも大きい場合、前記被熱交換流体側熱伝達率を算出する際の前記被熱交換流体の流量を、前記流量仮定値に代えて前記算出流量に置き換えて前記被熱交換流体側熱伝達率を再度算出し、再度算出した前記被熱交換流体側熱伝達率を用いて前記負荷側熱交換器における被熱交換流体の流量を算出し直す処理を前記算出流量と前記流量仮定値との差分が前記所定値以下となるまで繰り返し、前記算出流量と前記流量仮定値との差分が前記所定値以下となったときのその算出流量を、最終的な算出結果とする
ことを特徴とする請求項4記載の流量監視装置。 - 前記流量算出部で算出した算出流量に基づいて流量異常の有無を判定する制御部を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の流量監視装置。
- 前記制御部は、流量異常有りと判定した場合、前記算出流量に応じて、前記冷凍装置の前記圧縮機と、前記減圧装置と、前記被熱交換流体流路に被熱交換流体を送出する被熱交換流体送出装置とのうちの少なくとも一つの制御量を決定し、決定した制御量を指示する制御信号を前記通信部から前記冷凍装置に送信して前記冷凍装置における前記負荷側熱交換器の凍結、又は前記圧縮機の故障を回避することを特徴とする請求項6記載の流量監視装置。
- 前記流量算出部により算出した算出流量を表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の流量監視装置。
- 請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の流量監視装置と、前記冷凍装置とを備え、
前記冷凍装置は、前記冷凍装置の運転情報を検出する運転情報検出装置と、
前記運転情報検出装置で検出された運転情報を記憶する運転情報記憶部と、
前記運転情報記憶部に記憶された前記運転情報を有線又は無線により前記流量監視装置へ伝送する通信部と
を備えたことを特徴とする流量監視システム。 - 請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の流量監視装置と、前記冷凍装置とを備え、
前記冷凍装置は、前記冷凍装置の運転情報を検出し、検出結果を前記流量監視装置の前記通信部に有線又は無線で送信する運転情報検出装置を備えたことを特徴とする流量監視システム。 - 1又は複数の冷凍装置と、流量監視装置とを備え、
前記冷凍装置は、
圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置及び負荷側熱交換器を備え、冷媒が循環する冷媒回路と、
前記冷媒回路を流れる冷媒と前記負荷側熱交換器で熱交換して加熱又は冷却される被熱交換流体が流れる被熱交換流体流路と、
前記冷凍装置の運転情報として、圧縮機運転容量、冷媒圧力、冷媒温度及び被熱交換流体温度を検出する運転情報検出装置と、
前記運転情報検出装置で検出された運転情報を記憶する運転情報記憶部と、
前記運転情報記憶部に記憶された前記運転情報を有線又は無線により前記流量監視装置へ伝送する冷凍装置側通信部と
を備え、
前記運転情報検出装置は、
前記冷媒回路における低圧側の冷媒圧力を検出する低圧圧力検出装置と、
前記圧縮機が吸入する前記冷媒の温度を検出する吸入冷媒温度検出装置と、
前記圧縮機の運転容量を検出する運転容量検出装置と、
前記負荷側熱交換器へ流入する被熱交換流体の被熱交換流体流入温度を検出する被熱交換流体流入温度検出装置と、
前記負荷側熱交換器から流出する被熱交換流体の被熱交換流体流出温度を検出する被熱交換流体流出温度検出装置とを備え、
前記流量監視装置は、
前記冷凍装置に有線又は無線で接続される流量監視装置側通信部と、
監視対象の前記冷凍装置から、該冷凍装置の運転情報を前記流量監視装置側通信部を介して受信する運転情報取得部と、
複数の冷凍装置のそれぞれの機種情報として圧縮機ストロークボリュームや前記負荷側熱交換器の仕様、前記冷凍装置の標準被熱交換流体流量、機器使用運転流量下限値、前記負荷側熱交換器における冷媒と被熱交換流体との熱伝達率を求めるための比例係数及び累乗係数を記憶する機種情報記憶部と、
前記機種情報記憶部に記憶された複数の機種情報の中から監視対象の前記冷凍装置の機種情報を取得し、取得した機種情報と前記運転情報とを基に、監視対象の前記冷凍装置の前記負荷側熱交換器を流れる被熱交換流体の流量を算出する流量算出部と
を備えた
ことを特徴とする流量監視システム。 - 1又は複数の冷凍装置と、流量監視装置とを備え、
前記冷凍装置は、
圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置及び負荷側熱交換器を備え、冷媒が循環する冷媒回路と、
前記冷媒回路を流れる冷媒と前記負荷側熱交換器で熱交換して加熱又は冷却される被熱交換流体が流れる被熱交換流体流路と、
前記冷凍装置の運転情報として、圧縮機運転容量、冷媒圧力、冷媒温度及び被熱交換流体温度を検出し、検出結果を前記流量監視装置の通信部に有線又は無線で送信する運転情報検出装置と
を備え、
前記運転情報検出装置は、
前記冷媒回路における低圧側の冷媒圧力を検出する低圧圧力検出装置と、
前記圧縮機が吸入する前記冷媒の温度を検出する吸入冷媒温度検出装置と、
前記圧縮機の運転容量を検出する運転容量検出装置と、
前記負荷側熱交換器へ流入する被熱交換流体の被熱交換流体流入温度を検出する被熱交換流体流入温度検出装置と、
前記負荷側熱交換器から流出する被熱交換流体の被熱交換流体流出温度を検出する被熱交換流体流出温度検出装置とを備え、
前記流量監視装置は、
前記冷凍装置に有線又は無線で接続される通信部と、
監視対象の前記冷凍装置から、該冷凍装置の運転情報を前記通信部を介して受信する運転情報取得部と、
複数の冷凍装置のそれぞれの機種情報として圧縮機ストロークボリュームや前記負荷側熱交換器の仕様、前記冷凍装置の標準被熱交換流体流量、機器使用運転流量下限値、前記負荷側熱交換器における冷媒と被熱交換流体との熱伝達率を求めるための比例係数及び累乗係数を記憶する機種情報記憶部と、
前記機種情報記憶部に記憶された複数の機種情報の中から監視対象の前記冷凍装置の機種情報を取得し、取得した機種情報と前記運転情報とを基に、監視対象の前記冷凍装置の前記負荷側熱交換器を流れる被熱交換流体の流量を算出する流量算出部と
を備えた
ことを特徴とする流量監視システム。 - 前記運転情報検出装置は更に、
前記負荷側熱交換器へ流入する冷媒の冷媒流入温度を検出する冷媒流入温度検出装置と、
前記負荷側熱交換器から流出する冷媒の冷媒流出温度を検出する冷媒流出入温度検出装置と
を備えたことを特徴とする請求項11又は請求項12記載の流量監視システム。 - 前記流量算出部で算出した算出流量に基づいて流量異常の有無を判定する制御部を更に備えたことを特徴とする請求項11乃至請求項13の何れか一項に記載の流量監視システム。
- 前記制御部は、流量異常有りと判定した場合、前記算出流量に応じて、前記冷凍装置の前記圧縮機と、前記減圧装置と、前記被熱交換流体流路に被熱交換流体を送出する被熱交換流体送出装置とのうちの少なくとも一つの制御量を決定し、決定した制御量を指示する制御信号を前記通信部から前記冷凍装置に送信して前記冷凍装置における前記負荷側熱交換器の凍結、又は前記圧縮機の故障を回避することを特徴とする請求項14記載の流量監視システム。
- 前記流量算出部により算出した算出流量を表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項11乃至請求項15の何れか一項に記載の流量監視システム。
- 前記流量算出部は、
前記冷凍装置から取得した前記運転情報と前記機種情報とに基づいて冷媒の冷媒側熱伝達率と被熱交換流体の被熱交換流体側熱伝達率とを算出し、
前記冷媒側熱伝達率及び前記被熱交換流体側熱伝達率を用いて、前記負荷側熱交換器の熱通過率を算出し、
前記熱通過率と、前記運転情報として取得した、前記冷媒回路における低圧側の冷媒圧力を飽和温度換算した前記冷媒の蒸発温度と、前記負荷側熱交換器へ流入する被熱交換流体の被熱交換流体流入温度と、前記負荷側熱交換器から流出する被熱交換流体の被熱交換流体流出温度と、を用いて前記負荷側熱交換器を流れる被熱交換流体の流量を算出する
ことを特徴とする請求項11乃至請求項16の何れか一項に記載の流量監視システム。 - 前記流量算出部は、
前記冷凍装置から取得した前記運転情報と前記機種情報とに基づいて冷媒の冷媒側熱伝達率と被熱交換流体の被熱交換流体側熱伝達率とを算出し、
前記冷媒側熱伝達率及び前記被熱交換流体側熱伝達率を用いて、前記負荷側熱交換器の熱通過率を算出し、
前記熱通過率と、前記運転情報として取得した、前記負荷側熱交換器へ流入する被熱交換流体の被熱交換流体流入温度と、前記負荷側熱交換器から流出する被熱交換流体の被熱交換流体流出温度と、前記負荷側熱交換器に流入する冷媒の冷媒流入温度と、前記負荷側熱交換器から流出する冷媒流出温度と、を用いて前記負荷側熱交換器を流れる被熱交換流体の流量を算出する
ことを特徴とする請求項11乃至請求項16の何れか一項に記載の流量監視システム。 - 前記流量算出部は、
前記負荷側熱交換器を流れる前記冷媒の冷媒循環量をパラメータとする関数式により、前記冷媒側熱伝達率を算出し、
前記負荷側熱交換器を流れる前記被熱交換流体の流量をパラメータとする関数式に、予め設定した流量仮定値を前記被熱交換流体の流量として代入して前記被熱交換流体側熱伝達率を算出し、
前記冷媒側熱伝達率と前記被熱交換流体側熱伝達率とを用いて、前記負荷側熱交換器の前記熱通過率を算出する
ことを特徴とする請求項17又は請求項18記載の流量監視システム。
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