JP5816789B2 - 冷凍サイクル装置及びそれを備えた温水暖房装置 - Google Patents

冷凍サイクル装置及びそれを備えた温水暖房装置 Download PDF

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Description

本発明は、放熱器から流出した冷媒の一部をバイパスし、主流冷媒とバイパス流冷媒との間で熱交換を行って、主流冷媒を過冷却する冷凍サイクル装置に関するものである。
従来、この種の冷凍サイクル装置および温水暖房装置は冷媒回路の放熱器の下流側に過冷却熱交換器が設けられ、この過冷却熱交換器に膨張させた冷媒を流入させることにより放熱器から流出した冷媒を過冷却している(例えば、特許文献1参照)。
図7は、特許文献1に記載された従来の冷凍サイクル装置を示すものである。
図7に示すように、冷凍サイクル装置100は、冷媒を循環させる冷媒回路110と、バイパス路120とを備えている。冷媒回路110は、圧縮機111、放熱器112、過冷却熱交換器113、主膨張弁114および蒸発器115が配管により環状に接続されて構成されている。
バイパス路120は、過冷却熱交換器113と主膨張弁114の間で冷媒回路110から分岐し、過冷却熱交換器113を経由して蒸発器115と圧縮機111の間で冷媒回路110につながっている。また、バイパス路120には、過冷却熱交換器113よりも上流側にバイパス膨張弁121が設けられている。
さらに、冷凍サイクル装置100には、圧縮機111から吐出される冷媒の温度(圧縮機吐出管温度)Tdを検出する温度センサ141と、蒸発器115に流入する冷媒の温度(蒸発器入口温度)Teを検出する温度センサ142と、バイパス路120において過冷却熱交換器113に流入する冷媒の温度(バイパス側入口温度)Tbiを検出する温度センサ143と、バイパス路120において過冷却熱交換器113から流出する冷媒の温度(バイパス側出口温度)Tboを検出する温度センサ144とを備えている。
そして、温度センサ142で検出される蒸発器入口温度Teから圧縮機の吐出管の目標温度Td(target)が設定され、温度センサ141で検出された吐出管温度Tdが、その目標温度Td(target)となるように、主膨張弁114を制御する主膨張弁制御部と、過冷却熱交換器113でのバイパス側出口温度Tboとバイパス側入口温度Tbiとの差(Tbo−Tbi)が所定の目標値となるようにバイパス膨張弁121を制御するバイパス膨張弁制御部から構成されている。
特開平10−68553号公報
しかしながら、前記従来の構成では、バイパス膨張弁121はバイパス路120の入口側と出口側の温度差、即ち、バイパス路120出口の過熱度を制御するように動作するので、バイパス路120出口の冷媒状態を湿り状態に制御することができない。
その為に、外気温度が−20℃のような極低温時の暖房運転時にバイパス膨張弁121を開けた場合、バイパス側の冷媒流量が適正量まで増加するまでの間に、バイパス路12
0を流れる冷媒が、過冷却熱交換器113にて極端に加熱されて、圧縮機111の吸入冷媒状態が過度の過熱状態となり、圧縮機111吐出温度が異常上昇してしまう可能性がある。
従って、極低温外気温度時はバイパス路120を使用することができず、バイパス路120使用による運転効率向上効果を得ることができないために、効率が悪く、十分な加熱能力を確保できないという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、適正な冷凍サイクル状態に制御することで、低外気温度においても、効率が良く十分な加熱能力を確保することができる冷凍サイクル装置およびそれを備えた温水暖房装置を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、放熱器、過冷却熱交換器、主膨張手段および蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記放熱器と前記主膨張手段の間で前記冷媒回路から分岐し、前記過冷却熱交換器を経由して、前記圧縮機の圧縮室、または、前記蒸発器と前記圧縮機との間の前記冷媒回路に接続したバイパス路と、前記バイパス路の前記過冷却熱交換器の上流側に設けたバイパス膨張手段と、前記過冷却熱交換器から流出する前記バイパス路出口の冷媒の温度を検出する第1温度センサと、前記圧縮機に吸入される冷媒の飽和温度を検出する飽和温度検出手段と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機の起動時において、所定の圧縮機目標回転数よりも低い起動回転数で圧縮機を運転し、前記制御装置は、前記圧縮機の起動時において、前記第1温度センサで検出される温度が前記飽和温度検出手段で検出される飽和温度となるように、前記バイパス膨張手段の動作を制御前記制御装置は、前記圧縮機の起動時において、前記第1温度センサで検出される温度が前記飽和温度に達したに、前記圧縮機の前記起動回転数を前記圧縮機目標回転数へと上昇させることを特徴とするものである。
これによって、圧縮機の圧縮比が小さい低回転数状態において、バイパス路出口の冷媒状態が過熱状態から飽和状態になるように制御した後、気液二相冷媒をバイパスしながら、段階的に圧縮機の回転数を上昇するので、圧縮機吐出温度の異常上昇を抑制できる。
本発明によれば、適正な冷凍サイクル状態に制御することで、低外気温度においても、効率が良く十分な加熱能力を確保することができる冷凍サイクル装置およびそれを備えた温水暖房装置を提供することができる。
本発明の実施の形態1における冷凍サイクル装置の概略構成図 従来の冷凍サイクル装置のバイパス時における冷凍サイクルの経時変化を示す図 従来の冷凍サイクル装置のモリエル線図 本発明の実施の形態1における冷凍サイクル装置の異なる圧縮機回転数におけるモリエル線図 同冷凍サイクル装置のバイパス時における冷凍サイクル経時変化を示す図 同冷凍サイクル装置の運転制御のフローチャート 従来の冷凍サイクル装置の概略構成図
第1の発明は、圧縮機、放熱器、過冷却熱交換器、主膨張手段および蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記放熱器と前記主膨張手段の間で前記冷媒回路から分岐し、前記過冷却熱交換器を経由して、前記圧縮機の圧縮室、または、前記蒸発器と前記圧縮機との間の前記冷媒回路に接続したバイパス路と、前記バイパス路の前記過冷却熱交換器の上流側に設けたバイパス膨張手段と、前記過冷却熱交換器から流出する前記バイパス路出口の冷媒の温度を検出する第1温度センサと、前記圧縮機に吸入される冷媒の飽和温度を検出する飽和温度検出手段と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機の起動時において、所定の圧縮機目標回転数よりも低い起動回転数で圧縮機を運転し、前記制御装置は、前記圧縮機の起動時において、前記第1温度センサで検出される温度が前記飽和温度検出手段で検出される飽和温度となるように、前記バイパス膨張手段の動作を制御前記制御装置は、前記圧縮機の起動時において、前記第1温度センサで検出される温度が前記飽和温度に達したに、前記圧縮機の前記起動回転数を前記圧縮機目標回転数へと上昇させることを特徴とする冷凍サイクル装置である。
これにより、圧縮機の圧縮比が小さい低回転数状態において、バイパス路出口の冷媒状態が過熱状態から飽和状態になるように制御した後、気液二相冷媒をバイパスしながら、段階的に圧縮機の回転数を上昇するので、圧縮機吐出温度の異常上昇を抑制できる。
したがって、外気温度が−20℃のような極低温時においても、バイパスによる過冷却熱交換器での主流冷媒とバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器におけるエンタルピー差増大効果、および、冷媒のバイパスによる低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を活用することができ、より高い運転効率と十分な加熱能力を得ることができる。
第2の発明は、第1の発明において、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する第2温度センサを備え、前記制御装置は、前記圧縮機を前記起動回転数で運転しているときであって、前記第2温度センサで検出される温度が、前記圧縮機の目標吐出温度よりも低い所定温度以上となったときに、前記主膨張手段の開度を閉方向に動作させることを特徴とするものである。
これにより、バイパス路に冷媒が流れた時に、吐出温度が上昇したことを判断して、主膨張手段を所定量閉じるので、バイパス路側への冷媒流量が迅速に増加し、バイパス路出口冷媒の過度の過熱状態を、より短時間で飽和状態に制御することができる。
したがって、圧縮機の吐出温度が、目標に対してオーバーシュートすることを軽減でき、上記第1の発明の効果に加え、冷凍サイクルの制御性と、圧縮機の信頼性がさらに向上する。
第3の発明は、第1または第2の発明の冷凍サイクル装置を備えた温水暖房装置とすることにより、放熱器が冷媒対空気熱交換器の場合だけでなく、冷媒対水熱交換器の場合にも適用でき、加えて第1または第2の発明と同様の効果を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における冷凍サイクル装置および温水暖房装置の概略構成図を示すものである。
図1において、冷凍サイクル装置1Aは、冷媒を循環させる冷媒回路2と、バイパス路3と、制御装置4とを備えている。
冷媒としては、例えば、R407C等の非共沸混合冷媒、R410A等の擬似共沸混合冷媒、または単一冷媒等を用いることができる。
冷媒回路2は、圧縮機21、放熱器22、過冷却熱交換器23、主膨張弁(主膨張手段)24および蒸発器25が配管により環状に接続されて構成されている。
本実施の形態では、蒸発器25と圧縮機21の間に、気液分離を行うサブアキュムレー
タ26および主アキュムレータ27が設けられている。
また、冷媒回路2には、通常運転とデフロスト運転を切り換えるための四方弁28が設けられている。
本実施の形態では、冷凍サイクル装置1Aが、加熱手段により生成した温水を暖房に利用する温水暖房装置の加熱手段を構成しており、放熱器22が、冷媒と水との間で熱交換を行わせて水を加熱する熱交換器となっている。
具体的には、放熱器22に供給管71と回収管72が接続されており、供給管71を通じて放熱器22に水が供給され、放熱器22で加熱された水(温水)が回収管72を通じて回収されるようになっている。
回収管72により回収された温水は、例えばラジエータ等の暖房機に直接的または貯湯タンクを介して送られ、これにより暖房が行われる。
本実施の形態では、バイパス路3は、過冷却熱交換器23と主膨張弁24の間で冷媒回路2から分岐し、過冷却熱交換器23を経由して蒸発器25と圧縮機21の間における、サブアキュムレータ26と主アキュムレータ27の間の冷媒回路2につながっている。
また、バイパス路3には、過冷却熱交換器23よりも上流側にバイパス膨張弁(バイパス膨張手段)31が設けられている。
通常運転では、圧縮機21から吐出された冷媒が四方弁28を介して放熱器22に送られ、デフロスト運転では、圧縮機21から吐出された冷媒が四方弁28を介して蒸発器25に送られる。図1では、通常運転時の冷媒の流れ方向を矢印で示している。
以下、通常運転における冷媒の状態変化を説明する。
圧縮機21から吐出された高圧冷媒は、放熱器22に流入し、放熱器22を通過する水に放熱する。放熱器22から流出した高圧冷媒は、過冷却熱交換器23に流入し、バイパス膨張弁31で減圧された低圧冷媒によって過冷却される。過冷却熱交換器23から流出した高圧冷媒は、主膨張弁24側とバイパス膨張弁31側とに分配される。
主膨張弁24側に分配された高圧冷媒は、主膨張弁24によって減圧されて膨張した後に、蒸発器25に流入する。蒸発器25に流入した低圧冷媒は、ここで空気から吸熱する。
一方、バイパス膨張弁31側に分配された高圧冷媒は、バイパス膨張弁31によって減圧されて膨張した後に、過冷却熱交換器23に流入する。過冷却熱交換器23に流入した低圧冷媒は、放熱器22から流出した高圧冷媒によって加熱される。その後、過冷却熱交換器23から流出した低圧冷媒は、蒸発器25から流出した低圧冷媒と合流し、再度圧縮機21に吸入される。
本実施の形態の冷凍サイクル装置1Aの構成は、低外気温度時に圧縮機21に吸入される冷媒の圧力が低下して冷媒循環量が減少し、これにより放熱器22の加熱能力が低下することを防止するためのものである。
これを実現するには、過冷却により蒸発器25でのエンタルピー差を増大させるとともに、バイパス路3によって冷媒をバイパス路3に流通させることにより冷媒回路2の低圧
側部分を流れる吸熱効果の小さい気相冷媒の量を抑え、これにより冷媒回路2の低圧側部分での圧力損失を低減させることが重要である。
冷媒回路2の低圧側部分での圧力損失が低減すれば、その分圧縮機21に吸入される冷媒の圧力が上昇して比体積が減少するため、冷媒循環量が増加する。
また、蒸発器25でのエンタルピー差を増大させれば、バイパス路3に冷媒を流通することにより、蒸発器25を通過する冷媒の質量流量が低下したとしても、蒸発器25での吸熱量を確保することができる。
すなわち、冷媒の過冷却度とバイパス路3の冷媒の質量流量を最大にすれば、最大限の放熱器22の加熱能力向上効果と冷凍サイクル装置1Aの成績係数向上効果が得られる。
しかしながら、外気温度が−20℃のような極低温時や利用側負荷の小さい場合に、バイパス路3に冷媒を流す効果を活用する場合は、バイパス路3に流れる冷媒の流量が適正になるまでの間に、圧縮機の吐出温度が異常上昇するといった問題もある。
これは、暖房運転開始後にバイパス膨張弁を開けて、バイパスを開始すると、その直後から急激にバイパス路3に冷媒は流れず、図2のa点からa′点のように、冷媒質量流量は徐々に増加する。
その為、バイパス路3に流れる冷媒質量流量の少ない時には、過冷却熱交換器23での熱交換により、バイパス路3出口の冷媒状態は、図3のa点のように過度な過熱状態となり、吐出温度は、図3のb点のように異常上昇する。
バイパス路3に冷媒を流通させることによる性能向上効果を幅広い条件で活用し、機器の効率を向上するためには、この吐出温度の異常上昇を抑制することが、重要である。
本実施の形態では、詳しくは後述するが、制御装置4は、圧縮機21の起動から所定の圧縮機目標回転数に到達するまでの区間において、バイパス路3の出口冷媒が、飽和状態となるように、バイパス膨張弁31を動作させるとともに、バイパス路3の出口冷媒が、飽和状態になった時に、次段階の圧縮機回転数に上昇させるように制御する。
また、圧縮機21の吐出温度が、所定の温度以上となった場合に、主膨張弁24を開度閉方向に所定開度動作させるように制御する。
これにより、バイパス路3に冷媒が流通し始めたときの圧縮機回転数が低くなるので、例えば、図4のc点のように、40Hz運転時が80Hz運転時と比較して、圧縮比が小さく、吐出温度が低くなることから、吐出温度上昇を低減することができる。
また、図5のように、バイパス路3に冷媒が流通し始めた後に、主膨張弁24の開度が、通常の制御よりも早く閉じられるので、バイパス路3側への冷媒質量流量が早く増加して、バイパス路3出口の冷媒状態は、図5中のa″点ように短時間で飽和状態に制御される。したがって、圧縮機21の吐出温度の異常上昇は、抑制されることとなる。
以下、運転制御の動作について説明する。
冷媒回路2には、圧縮機21に吸入される冷媒の圧力(吸入圧力)Psを検出する圧力センサ51と、圧縮機21から吐出される冷媒の温度(吐出温度)Tdを検出する第2温度センサ62と、が設けられている。
一方、バイパス路3には、過冷却熱交換器23から流出する冷媒の温度(バイパス路出口温度)Tboを検出する第1温度センサ61が設けられている。
制御装置4は、各種のセンサ51、61、62で検出される検出値等に基づいて、圧縮機21の回転数、四方弁28の切り換え、ならびに主膨張弁24およびバイパス膨張弁31の開度を動作させる。
本実施の形態では、制御装置4は、通常運転時に、バイパス路出口温度Tboが、吸入圧力Psに基づいて算出される吸入飽和温度Tsになるように、バイパス膨張弁31を動作させる。
また、制御装置4は、運転開始時に、予め定められた所定の圧縮機目標回転数Hztよりも低い起動回転数Hziで圧縮機21を運転し、バイパス路出口温度Tboが、吸入飽和温度Tsになった時に、圧縮機21の回転数を所定量上昇させて運転する。この動作を、圧縮機目標回転数Hztになるまで繰り返す。
また、制御装置4は、吐出温度Tdが、予め定められた所定の目標吐出温度より高くなった場合に、主膨張弁24を、開度閉方向に所定開度動作させる。
次に、通常運転時の制御装置4の制御を、図6に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。
まず、制御装置4は、圧縮機21を所定の起動回転数Hziで運転する(ステップS1)。次に、バイパス膨張弁31を所定の初期開度に設定する(ステップS2)。
ついで、制御装置4は、圧力センサ51で吸入圧力Psを検出するとともに、第1温度センサ61でバイパス路出口温度Tboを検出する(ステップS3)。
そして、圧力センサ51で検出した吸入圧力Psから圧縮機21に吸入される冷媒の圧力での吸入飽和温度Tsを算出する(ステップS4)。この吸入飽和温度Tsの算出は、冷媒物性式を用いて行われる。
その後、制御装置4は、バイパス路出口温度Tboと、吸入飽和温度Tsを比較し、TboとTsが等しいか否かを判断する(ステップS5)。
バイパス路出口温度Tboが、吸入飽和温度Tsと等しくない場合には(ステップS5でNO)、バイパス路出口冷媒が過熱状態であると判断し、バイパス路出口温度Tboが吸入飽和温度Tsに等しくなるようにバイパス膨張弁31の開度を調整し(ステップS6)、ステップS9に進む。
一方、バイパス路出口温度Tboが、吸入飽和温度Tsと略等しい場合には(ステップS5でYES)、バイパス路出口冷媒が飽和状態であると判断し、圧縮機の回転数を所定回転数上昇して運転し(ステップS7)、現在の回転数が、所定の圧縮機目標回転数Hztと等しいか否かを判断する(ステップS8)。
現在の回転数が、圧縮機目標回転数Hztと等しい場合には(ステップS8でYES)、起動時の制御が完了したと判断し、適切な制御に移行する。
一方、現在の圧縮機回転数が、目標回転数Hztと等しくない場合(ステップS8でN
O)は、第2温度センサ62で吐出温度Tdを検出し(ステップS9)、吐出温度Tdが、予め設定された所定の温度Tdtより高いか否かを判断する(ステップS10)。
吐出温度Tdが、所定の温度Tdt以下の場合は(ステップS10でNO)、バイパス路3の冷媒流量が確保されていると判断して、そのままステップS3に戻る。
一方、吐出温度Tdが、所定の温度Tdtより高い場合は(ステップS10でYES)、バイパス路3側の冷媒流量を増加させる必要があると判断し、主膨張弁24を所定開度閉方向に動作させる。
以上のように、本実施の形態においては、冷媒回路2において、圧縮機21に吸入される冷媒の圧力を検出する第1圧力センサ51と、圧縮機21から吐出される冷媒の温度を検出する第2温度センサ62と、バイパス路3において過冷却熱交換器23から流出する冷媒の温度を検出する第1温度センサ61と、制御装置4とを備えた構成であり、制御装置4は、圧縮機21の起動から所定の圧縮機目標回転数に到達するまでの区間において、バイパス路3の出口冷媒が、飽和状態となるように、バイパス膨張弁31を動作させるとともに、バイパス路3の出口冷媒が、飽和状態になった時に、次段階の圧縮機回転数に上昇させるように制御する。
これによって、圧縮機の圧縮比が小さい低回転数状態において、バイパス路出口の冷媒状態が過熱状態から飽和状態になるように制御した後、気液二相冷媒をバイパスしながら、段階的に圧縮機の回転数を上昇するので、圧縮機吐出温度の異常上昇を抑制できる。
したがって、外気温度が−20℃のような極低温時においても、バイパスによる過冷却熱交換器での主流冷媒とバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器におけるエンタルピー差増大効果、および、冷媒のバイパスによる低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を活用することができ、より高い運転効率と十分な加熱能力を得ることができる。
また、制御装置4は、バイパス開始時において、吐出温度が上昇したことを判断して、主膨張弁24を所定量閉じるので、バイパス路3側への冷媒流量が迅速に増加し、バイパス路3出口冷媒の過度の過熱状態を、より短時間で飽和状態に制御することができる。
したがって、圧縮機21の吐出温度が、目標に対してオーバーシュートすることを軽減でき、冷凍サイクルの制御性と、圧縮機の信頼性がさらに向上する。
なお、図1では、第1圧力センサ51が冷媒回路2におけるバイパス路3が接続される位置と主アキュムレータ27の間に設けられているが、第1圧力センサ51は、蒸発器25と圧縮機21の間であれば、冷媒回路2のどの位置に設けられていてもよい。
あるいは、圧力センサ51は、バイパス路3の過冷却熱交換器23よりも下流側に設けられていてもよい。
また、本実施の形態では、第1圧力センサ51により吸入飽和温度を算出しているが、吸入飽和温度は、冷媒回路2およびバイパス路3における低圧の二相冷媒が流通する部分の温度を検出して代用してもよい。
さらに、バイパス路3は、必ずしも過冷却熱交換器23と主膨張弁24の間で冷媒回路2から分岐している必要はなく、放熱器22と過冷却熱交換器23の間で冷媒回路2から分岐していてもよい。
また、バイパス路3の接続部は、必ずしも圧縮機21の吸入配管である必要はなく、インジェクション機構のある圧縮機の場合は、例えば、インジェクションポートに接続すればよい。
さらに、本発明の主膨張手段およびバイパス膨張手段は、必ずしも膨張弁である必要はなく、膨張する冷媒から動力を回収する膨張機であってもよい。この場合、例えば、膨張機と連結された発電機によって負荷を変化させることにより、膨張機の回転数を制御すればよい。
本発明は、冷凍サイクル装置によって温水を生成し、その温水を暖房に利用する温水暖房装置に特に有用である。
1A 冷凍サイクル装置
2 冷媒回路
3 バイパス路
4 制御装置
21 圧縮機
22 放熱器
23 過冷却熱交換器
24 主膨張弁(主膨張手段)
25 蒸発器
31 バイパス膨張弁(バイパス膨張手段)
51 圧力センサ(飽和温度検出手段)
61 第1温度センサ
62 第2温度センサ

Claims (3)

  1. 圧縮機、放熱器、過冷却熱交換器、主膨張手段および蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、
    前記放熱器と前記主膨張手段の間で前記冷媒回路から分岐し、前記過冷却熱交換器を経由して、前記圧縮機の圧縮室、または、前記蒸発器と前記圧縮機との間の前記冷媒回路に接続したバイパス路と、
    前記バイパス路の前記過冷却熱交換器の上流側に設けたバイパス膨張手段と、
    前記過冷却熱交換器から流出する前記バイパス路出口の冷媒の温度を検出する第1温度センサと、
    前記圧縮機に吸入される冷媒の飽和温度を検出する飽和温度検出手段と、
    制御装置とを備え、
    前記制御装置は、前記圧縮機の起動時において、所定の圧縮機目標回転数よりも低い起動回転数で圧縮機を運転し、
    前記制御装置は、前記圧縮機の起動時において、前記第1温度センサで検出される温度が前記飽和温度検出手段で検出される飽和温度となるように、前記バイパス膨張手段の動作を制御
    前記制御装置は、前記圧縮機の起動時において、前記第1温度センサで検出される温度が前記飽和温度に達したに、前記圧縮機の前記起動回転数を前記圧縮機目標回転数へと上昇させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する第2温度センサを備え、
    前記制御装置は、前記圧縮機を前記起動回転数で運転しているときであって、前記第2温度センサで検出される温度が、前記圧縮機の目標吐出温度よりも低い所定温度以上となったときに、前記主膨張手段の開度を閉方向に動作させることを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記請求項1または2項に記載の冷凍サイクル装置を備えた温水暖房装置。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102163859B1 (ko) * 2013-04-15 2020-10-12 엘지전자 주식회사 공기조화기 및 그 제어방법
JP6266942B2 (ja) * 2013-10-10 2018-01-24 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 空気調和機
ITVI20130257A1 (it) * 2013-10-18 2015-04-19 Carel Ind Spa Metodo di azionamento di una macchina frigorifera dotata di apparato economizzatore
CN104633979B (zh) * 2013-11-13 2017-03-29 珠海格力电器股份有限公司 空调器及其控制方法
CN104729161B (zh) * 2013-12-19 2018-08-24 珠海格力电器股份有限公司 空调器及其控制方法
JP6282135B2 (ja) * 2014-02-17 2018-02-21 東芝キヤリア株式会社 冷凍サイクル装置
WO2017064755A1 (ja) * 2015-10-13 2017-04-20 三菱電機株式会社 空気調和機および空気調和機の制御方法
JP2017155944A (ja) * 2016-02-29 2017-09-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 冷凍サイクル装置及びそれを備えた温水暖房装置
JP6556385B1 (ja) * 2018-01-15 2019-08-07 三菱電機株式会社 空気調和装置
CN112236633B (zh) * 2018-06-13 2021-10-29 三菱电机株式会社 制冷循环装置
WO2020066000A1 (ja) * 2018-09-28 2020-04-02 三菱電機株式会社 冷凍サイクル装置の室外機、冷凍サイクル装置、及び空気調和装置
CN112178871A (zh) * 2020-09-21 2021-01-05 广东Tcl智能暖通设备有限公司 一种空调控制方法、空调及存储介质
US20240077238A1 (en) * 2021-02-02 2024-03-07 Mitsubishi Electric Corporation Refrigeration cycle device
JP2024078027A (ja) * 2022-11-29 2024-06-10 パナソニックIpマネジメント株式会社 蒸気圧縮式冷凍サイクル装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2529433B2 (ja) * 1990-02-28 1996-08-28 松下冷機株式会社 多室型空気調和機
JP2936961B2 (ja) * 1993-06-18 1999-08-23 三菱電機株式会社 空気調和装置
JPH0814676A (ja) * 1994-06-28 1996-01-19 Daikin Ind Ltd 空気調和機
CN1205073A (zh) * 1996-08-14 1999-01-13 大金工业株式会社 空调机
JPH1068553A (ja) * 1996-08-27 1998-03-10 Daikin Ind Ltd 空気調和機
JP4269323B2 (ja) * 2004-03-29 2009-05-27 三菱電機株式会社 ヒートポンプ給湯機
JP4537242B2 (ja) * 2005-03-30 2010-09-01 三菱電機株式会社 冷凍装置
JP2007212134A (ja) * 2007-04-11 2007-08-23 Daikin Ind Ltd 空気調和装置
JP5421717B2 (ja) * 2009-10-05 2014-02-19 パナソニック株式会社 冷凍サイクル装置および温水暖房装置
JP5440100B2 (ja) * 2009-11-04 2014-03-12 パナソニック株式会社 冷凍サイクル装置及びそれを用いた温水暖房装置
JP5233960B2 (ja) * 2009-11-06 2013-07-10 パナソニック株式会社 冷凍サイクル装置及びそれを用いた温水暖房装置

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