JP6323431B2 - 空気調和機 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態に係る空気調和機の構成の概要について図1及び図2を用いて説明する。図1に示されている空気調和機1は、室内の壁面WLなどに取り付けられる室内機3と、屋外に設置される室外機2とを備えている。なお、図1においては、室外機2が壁面WLを挟んで室内機3とは反対側の屋外にあることから、室外機2が破線で示されている。図2には、空気調和機1の回路構成が示されている。この空気調和機1は、冷媒回路10を備えており、冷媒回路10の中の冷媒を循環させることにより蒸気圧縮式冷凍サイクルを実行することができる。冷媒が循環する冷媒回路10を形成するために、連絡配管4によって、室内機3と室外機2が接続されている。また、図3に示されているように、空気調和機1は、内部の機器を制御するために制御部50を備えている。空気調和機1には、リモートコントローラ5が付属しており、このリモートコントローラ5は、例えば赤外線を用いて制御部50と通信する機能を持っている。従って、ユーザは、リモートコントローラ5を用いて空気調和機1に対して種々の設定を行うことができる。
冷媒回路10は、圧縮機11と、四路切換弁12と、室外熱交換器13と、膨張機構14と、アキュムレータ15と、室内熱交換器16とを備えている。吸入口から冷媒を吸入して圧縮した冷媒を、圧縮機11は、吐出口から四路切換弁12の第1ポートに対して吐出する。四路切換弁12は、さらに、室外熱交換器13に接続された第2ポートと、アキュムレータ15に接続された第3ポートと、室内熱交換器16に接続された第4ポートとを有する。
図3に示されているように、制御部50は、室外機2内に内蔵されている室外制御装置26と室内機3内に内蔵されている室内制御装置35とを有している。これら室外制御装置26と室内制御装置35とは、相互に信号線で接続され、互いに信号を送受信できるように構成されている。
(2−1)暖房運転
空気調和機1の暖房運転のときは、四路切換弁12は、図2に示された破線の状態に切り換わる。すなわち、圧縮機11から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四路切換弁12を介して室内熱交換器16に流れ込む。このとき、室内熱交換器16は、凝縮器として機能する。そのため、室内熱交換器16の中を流れるに従って、冷媒は、室内空気との熱交換によって室内空気を暖めて自身が冷やされ、凝縮してガス冷媒から液冷媒に変化する。室内熱交換器16で温度を奪われた低温高圧の冷媒は、膨張機構14によって減圧されて低温低圧の冷媒に変化する。膨張機構14を経て室外熱交換器13に流れ込んだ冷媒は、室外空気との熱交換によって暖められ、蒸発して液冷媒からガス冷媒に変化する。このとき、室外熱交換器13は、蒸発器として機能している。そして、室外熱交換器13から四路切換弁12及びアキュムレータ15を介して、主に低温のガス冷媒からなる冷媒が圧縮機11に吸入される。このような圧縮機11、室内熱交換器16、膨張機構14及び室外熱交換器13の順に冷媒を流して、このような蒸気圧縮式冷凍サイクルを繰り返すのが正サイクルである。
空気調和機1の冷房運転のときは、四路切換弁12は、図2に示された実線の状態に切り換わる。すなわち、圧縮機11から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四路切換弁12を介して室外熱交換器13に流れ込む。このとき、室外熱交換器13は、凝縮器として機能する。そのため、室外熱交換器13の中を流れるに従って、冷媒は、室外空気との熱交換によって冷やされ、凝縮してガス冷媒から液冷媒に変化する。室外熱交換器13で温度を奪われた低温高圧の冷媒は、膨張機構14によって減圧されて低温低圧の冷媒に変化する。膨張機構14を経て室内熱交換器16に流れ込んだ冷媒は、室内空気との熱交換によって室内空気を冷やして自身が暖められ、蒸発して液冷媒からガス冷媒に変化する。このとき、室内熱交換器16は、蒸発器として機能している。そして、室内熱交換器16から四路切換弁12及びアキュムレータ15を介して、主に低温のガス冷媒からなる冷媒が圧縮機11に吸入される。
逆サイクルデフロスト運転は、暖房運転が行われたことで室外熱交換器13に付着した霜を取るために行われる。従って、暖房運転の途中で逆サイクルデフロスト運転に切り換わり、逆サイクルデフロスト運転が終了すると再び暖房運転に復帰する。逆サイクルデフロスト運転では、冷房運転と同じように、四路切換弁12が、図2に示された実線の状態に切り換わる。そして、逆サイクルデフロスト運転でも、冷房運転と同様の蒸気圧縮式冷凍サイクルが繰り返される。つまり、暖房運転時の正サイクルとは逆に、逆サイクルデフロスト運転で行われるのは、圧縮機11、室外熱交換器13、膨張機構14及び室内熱交換器16の順に冷媒を流して蒸気圧縮式冷凍サイクルを繰り返す逆サイクルである。
(3−1)逆サイクルデフロスト運転の開始
逆サイクルデフロスト運転時の空気調和機1の動作について、図4(a)〜図4(g)に示されているタイミングチャートを用いて説明する。図4(b)に示されている除霜要求フラグのタイミングチャートを見ると、時刻t1において除霜要求フラグが「0」から「1」に変化しており、このタイミングで制御部50の室外制御装置26から室内制御装置35に除霜要求信号が送信される。また時刻t1には、図4(d)に示されているように、除霜要求信号を受信した室内機3では、室内ファン31の回転数の上限制限が、通常の暖房運転時の制限から除霜用の制限に切り換えられる。通常の暖房運転では、例えば、風量設定スイッチ54で入力可能な最大風量に対応して室内ファン31の回転数の上限制限が設けられている。それに対して、除霜用の制限が室内ファン31に課されているときには、風量設定スイッチ54で最大風量に設定されていても、制御部50は、室内ファン31の回転数を最大風量時の回転数よりも小さな回転数に制限する。このような除霜用の制限が室内ファン31の回転数に設けられることにより、除霜運転時に吹出される冷風によってユーザが感じる不快感が抑制される。
逆サイクルデフロスト運転中は、圧縮機11の運転周波数(図4(a)参照)及び膨張機構14の開度(図4(b)参照)が、メモリ26aに記憶されているシーケンスに従って室外制御装置26により制御される。室外制御装置26は、除霜運転を終了するための除霜完了判定が行われる。除霜運転を終了するための除霜完了判定で、除霜運転を完了する判定が出ると、図4(c)に示されているように、時刻t6において残留運転指令が「0」から「1」に変化し、残留運転を行う指令が出される。残留運転指令が出されると、圧縮機11の運転周波数を徐々に下げていって残留運転周波数Fxまで下げ、この残留運転周波数Fxを所定時間保持する。この残留運転によって、四路切換弁12の第1ポートから第4ポートまでの圧力差を緩和する。残留運転が完了すると(時刻t7)、制御部50の室外制御装置26は、残留運転指令を「1」から「0」に変化させ、圧縮機11を停止させる。そして、圧縮機11が停止した状態で、図4(e)に示されているように、四路切換弁12を実線の接続から破線の接続、すなわち圧縮機11から吐出された冷媒を室内熱交換器16に送り、室外熱交換器13から流出した冷媒を圧縮機11に吸入する経路に切り換える(時刻t8)。また、このとき図4(f)に示されているように、室外ファン21の駆動を開始する。
除霜後初期周波数Fsの設定とそれを用いた復帰時の暖房運転について図5を用いてさらに説明する。まず、制御部50では、除霜要求フラグが「0」から「1」になる時点、すなわち暖房運転から除霜運転に切り換わる時点を監視している(ステップS1)。そして、除霜要求フラグが「1」になった時点で室内温度センサ32により検出される室内温度Tr2を室内制御装置35がメモリ35aに記憶する。また除霜要求フラグが「1」になった時点で設定されている圧縮機11の運転周波数Fwを室外制御装置26のメモリ26aに記憶する(ステップS2)。
(4−1)変形例A
上記実施形態では、復帰時の第1温度差ΔD1として、暖房運転再開時の時刻t9の目標室内温度Tt1と室内温度Tr1とを用いているが、復帰時は、暖房運転再開時に限られるものではない。例えば、復帰の第1温度差D1を得るために、除霜運転終了時の例えば時刻t6又は時刻t7の目標室内温度Tt1と室内温度Tr1とを用いてもよい。また、除霜運転から暖房運転に切り換わる四路切換弁12の切換時点(時刻t8)の目標室内温度Tt1と室内温度Tr1とを用いて復帰時の第1温度差ΔD1を算出してもよい。
上記実施形態では、暖房運転再開時の目標室内温度Tt1として、時刻t9の目標室内温度Tt1を用いているが、必ずしも時刻t9に目標室内温度Tt1を読み出したり計算したりする必要はない。例えば、除霜前後で目標室内温度Ttが変更されることはないとみなして除霜前の目標室内温度Tt2をそのまま用いてもよい。その場合の第1温度差ΔD1は、ΔD1=Tt2−Tr1という式に従って算出される。
上記実施形態では、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きいときに除霜後初期周波数Fsとして始動時定常運転周波数Fmaxを用い、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より小さいときの除霜後初期周波数Fsとして除霜運転直前の暖房運転時の運転周波数Fwを用いている。このことにより、目標室内温度Tt1と復帰時の室内温度Tr1との差である第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きいときよりも、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より小さいときに、除霜後初期周波数Fsが小さくなるように設定したが、このような設定のために用いることのできる運転周波数は、始動時定常運転周波数Fmaxと運転周波数Fwに限られるものではない。
上記実施形態では、室外熱交換器13の除霜を行うために、逆サイクルデフロスト運転を行う場合を説明した。しかし、除霜運転は、逆サイクルデフロスト運転に限られるものではない。除霜運転によって暖房運転が中断して室内温度Trが低下する場合には、本発明を適用することができる。
上記実施形態では、目標室内温度Tt,Tt1、Tt2として、設定温度Tsから算出された値を用いているが、目標室内温度はこれだけに限られるものではない。例えば、設定温度Tsを目標室内温度として用いてもよい。
上記実施形態では、第1温度差ΔD1と第1閾値Th1とを比較する場合及び第2温度差ΔD2と第2閾値Th2を比較する場合に、第1温度差ΔD1及び第2温度差ΔD2を算出して第1閾値Th1及び第2閾値Th2と比較する場合について説明したが、これらの比較の方法は上記実施形態の方法に限られない。例えば、ΔD1≦Th1を判断する場合には、Tt1−Tr≦Th1を判断すればよく、つまりはTr≧Tt1−Th1を判断してもよい。このTt−Th1をTαとおけば、Tr≧Tαを比較しても同じということである。
上記実施形態では、第2温度差ΔD2≦Th2且つ第1温度差ΔD1≦Th1の条件を満たすときに、除霜後初期周波数Fsとして、除霜前の暖房運転時と同じ運転周波数Fwを用いる場合について説明した。しかし、除霜後初期周波数Fsとして必ずしも除霜前の暖房運転時と同じ運転周波数Fwを用いなくてもよい。例えば、除霜前の暖房運転時の運転周波数Fwに所定の定数を掛けて求めた運転周波数Fw´であって、Fw´<Fmaxの条件を満たす運転周波数Fw´を除霜後初期周波数Fsとして用いてもよい。
上記実施形態では、第2温度差ΔD2≦Th2且つ第1温度差ΔD1≦Th1の2条件を満たすときに、除霜後初期周波数Fsとして、除霜前の暖房運転時と同じ運転周波数Fwを用いる場合を例に挙げて第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きいときの除霜後初期周波数Fsよりも、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より小さいときの除霜後初期周波数Fsが小さくなる構成について説明した。しかし、前述の2条件のうちの一方を満たすときに、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きいときの除霜後初期周波数Fsよりも、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より小さいときの除霜後初期周波数Fsが小さくなるように構成してもよい。
(5−1)
以上説明したように、空気調和機1は、四路切換弁12によって冷媒回路10の冷媒の流れを変えることで、室内熱交換器16における冷媒と室内空気との熱交換により室内空気を暖める暖房運転と室外熱交換器の霜を取るための除霜運転とを切換可能に構成されている。そして、空気調和機1の制御部50は、目標室内温度Tt1と復帰時の室内温度Tr1との差である第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きいときよりも、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より小さいときに、除霜後初期周波数Fsを小さくする。つまり、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きいときの除霜後初期周波数Fs(=始動時定常運転周波数Fmax)よりも、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より小さいときの除霜後初期周波数Fs(=除霜運転直前の暖房運転時の運転周波数Fw)が小さくなっている。その結果、除霜運転から暖房運転に復帰したときの圧縮機11の除霜後初期周波数Fsが室内の暖房状況に照らして過度に大きくなるのを防ぐことができる。
上述の制御部50が、目標室内温度Ttを設定するための目標室内温度設定手段である。この空気調和機1では、復帰時の目標室内温度Tt1と復帰時に検出された室内温度Tr1との差である第1温度差ΔD1が第1閾値Th1より大きければ除霜後初期周波数Fsとして始動時定常運転周波数Fmax(第1運転周波数の例)を用いている。また、第1温度差ΔD1が第1閾値Th1以下であれば始動時定常運転周波数Fmaxよりも小さい運転周波数Fw(第2運転周波数の例)を除霜後初期周波数Fsとして用いている。また、第1閾値Th1として一定値例えば3℃を用いている。このように構成されていることから、始動時定常運転周波数Fmaxと運転周波数Fwと第1閾値Th1とが適切な値に設定され、除霜運転から暖房運転に復帰したときの圧縮機11の除霜後初期周波数Fsを室内の暖房に必要な能力に応じて調節して、除霜運転から暖房運転に復帰したときの圧縮機11の除霜後初期周波数Fsが室内の暖房状況に照らして過度に大きくなるのを防止することができている。
上述の空気調和機1では、圧縮機11の除霜前運転周波数である除霜運転直前の暖房運転時の運転周波数Fwを、除霜後初期周波数Fsの算定の要素に含めることができるように構成されている。除霜後初期周波数Fsの算定の要素に運転周波数Fwを含める場合には、上記実施形態のように運転周波数Fwを除霜後初期周波数Fsとして直接用いる場合以外に、例えば除霜後初期周波数Fsを求める関数のパラメータに運転周波数Fwを用いる場合が含まれる。このように、除霜運転に入る前の暖房運転時の圧縮機11の運転周波数Fwを考慮に入れることにより、圧縮機11の運転周波数が室内の暖房状況に照らし適切な運転周波数になるように除霜後初期周波数Fsを設定できる。その結果、除霜後初期周波数Fsが過度に大きくならないように設定することができる。
上述の空気調和機1では、除霜前運転周波数を記憶するための記憶部であるメモリ26aから読み出した運転周波数Fwを除霜後初期周波数Fsに用いることができる。このようにメモリ26aに記憶された運転周波数Fwを用いることで、室内の暖房状況に照らし適切な運転周波数になるように除霜後初期周波数Fsを簡単に設定できる。除霜前の暖房運転で圧縮機11が運転周波数Fwで安定しているのであるから、除霜運転の間に失われる熱量が比較的少なければ、除霜後初期周波数Fsに適した運転周波数が運転周波数Fwに近い周波数である可能性が非常に高いので、除霜後初期周波数Fsの適切な設定が行えるのである。
上述の空気調和機1では、除霜運転直前の暖房運転時(時刻t2)の目標室内温度Tt2と室内温度Tr2を用いて除霜運転前暖房終了時の第2温度差ΔD2を算出する。そして、第2温度差ΔD2が第2閾値Th2より大きければ、第1温度差ΔD1と第1閾値Th1との関係に拘わらず始動時定常運転周波数Fmax(第3運転周波数の例)を除霜後初期周波数Fsとして用いている。また、第2閾値Th2として一定値例えば2℃を用いている。このように構成することで、除霜運転前に暖房運転が安定していない場合に必要以上に除霜運転から復帰したときの暖房運転時の圧縮機11の運転周波数を下げるのを防ぐことができている。その結果、除霜運転から復帰したときの暖房運転の能力が小さくなって室内温度Trの上昇が緩やかになり過ぎるのを防ぐことができる。
又は時刻t5のときの第2温度差ΔD2を用いてもよい。
上述の空気調和機1では、第1運転周波数が、運転停止状態から暖房運転が開始されて徐々に高くなって最も高い状態で安定したときの始動時定常運転周波数Fmaxである。このように構成されていることから、除霜運転から暖房運転に復帰したときに、室内温度Trの変動が大きくならない場合には室内温度Trを素早く目標室内温度Tt(又は設定温度Ts)に到達させることができ、復帰時の立ち上げ性能を確保できる。
上述の空気調和機1では、除霜運転から暖房運転に切り換わる期間において圧縮機の運転周波数が最も低下したタイミング(時刻t9)で復帰時の室内温度Tr1を取得することから、除霜運転時に生じた室内温度Trの変化の把握が行い易くなる。その結果、室内の暖房に必要な能力に応じた圧縮機11の運転周波数の調節を行い易くなる。
2 室外機
3 室内機
10 冷媒回路
11 圧縮機
12 四路切換弁
13 室外熱交換器
14 膨張機構
16 室内熱交換器
21 室外ファン
22 室外温度センサ
23 室外熱交換器温度センサ
24 室外制御装置
26a メモリ(記憶部の例)
31 室内ファン
32 室内温度センサ
33 室内熱交換器温度センサ
34 室内制御装置
50 制御部
Claims (6)
- 運転周波数を変更可能な圧縮機(11)と、
前記圧縮機により循環させられる冷媒と室内空気との熱交換を行うための室内熱交換器(16)と、
前記圧縮機により循環させられる冷媒と室外空気との熱交換を行うための室外熱交換器(13)とを備え、
前記室内熱交換器における冷媒と室内空気との熱交換により室内空気を暖める暖房運転と前記室外熱交換器の霜を取るための除霜運転とを切換可能に構成され、
除霜運転から暖房運転に復帰するときの除霜後初期周波数は、目標室内温度と復帰時の室内温度との差である第1温度差が第1閾値より大きいときよりも、前記第1温度差が前記第1閾値より小さいときに、小さくなり、
復帰時の前記室内温度を取得するタイミングは、除霜運転から暖房運転に切り換わる期間において前記圧縮機の運転周波数が最も低下したタイミングである、空気調和機。 - 前記目標室内温度を設定するための目標室内温度設定手段と、前記室内温度を検出するための室内温度センサとをさらに備え、
前記目標室内温度設定手段と前記室内温度センサとを用いて前記第1温度差を算出し、前記第1温度差が前記第1閾値より大きければ前記除霜後初期周波数として第1運転周波数に決定し、前記第1温度差が前記第1閾値以下であれば前記除霜後初期周波数として前記第1運転周波数よりも小さい第2運転周波数に決定するように構成されている、
請求項1に記載の空気調和機。 - 暖房運転から除霜運転に切り換わるときの暖房運転時の前記圧縮機の運転周波数である除霜前運転周波数を、前記除霜後初期周波数の算定の要素に含めることができるように構成されている、
請求項1又は請求項2に記載の空気調和機。 - 前記除霜前運転周波数を記憶するための記憶部(26a)をさらに備え、
前記記憶部から読み出した前記除霜前運転周波数を前記除霜後初期周波数に用いる、
請求項3に記載の空気調和機。 - 運転周波数を変更可能な圧縮機(11)と、
前記圧縮機により循環させられる冷媒と室内空気との熱交換を行うための室内熱交換器(16)と、
前記圧縮機により循環させられる冷媒と室外空気との熱交換を行うための室外熱交換器(13)と、
目標室内温度を設定するための目標室内温度設定手段と、
室内温度を検出するための室内温度センサと
を備え、
前記室内熱交換器における冷媒と室内空気との熱交換により室内空気を暖める暖房運転と前記室外熱交換器の霜を取るための除霜運転とを切換可能に構成され、
除霜運転から暖房運転に復帰するときの除霜後初期周波数は、前記目標室内温度と復帰時の前記室内温度との差である第1温度差を前記目標室内温度設定手段と前記室内温度センサとを用いて算出し、前記第1温度差が第1閾値より大きければ前記除霜後初期周波数として第1運転周波数に決定し、前記第1温度差が前記第1閾値以下であれば前記除霜後初期周波数として前記第1運転周波数よりも小さい第2運転周波数に決定するように構成され、
除霜運転前暖房終了時又は除霜開始時における前記目標室内温度と前記室内温度との差である第2温度差を使って、前記第2温度差が第2閾値より大きければ、前記第1温度差と前記第1閾値との関係に拘わらず前記第2運転周波数よりも大きい第3運転周波数を前記除霜後初期周波数として用いる、空気調和機。 - 運転周波数を変更可能な圧縮機(11)と、
前記圧縮機により循環させられる冷媒と室内空気との熱交換を行うための室内熱交換器(16)と、
前記圧縮機により循環させられる冷媒と室外空気との熱交換を行うための室外熱交換器(13)と、
目標室内温度を設定するための目標室内温度設定手段と、
室内温度を検出するための室内温度センサと
を備え、
前記室内熱交換器における冷媒と室内空気との熱交換により室内空気を暖める暖房運転と前記室外熱交換器の霜を取るための除霜運転とを切換可能に構成され、
除霜運転から暖房運転に復帰するときの除霜後初期周波数は、前記目標室内温度と復帰時の前記室内温度との差である第1温度差を前記目標室内温度設定手段と前記室内温度センサとを用いて算出し、前記第1温度差が第1閾値より大きければ前記除霜後初期周波数として第1運転周波数に決定し、前記第1温度差が前記第1閾値以下であれば前記除霜後初期周波数として前記第1運転周波数よりも小さい第2運転周波数に決定するように構成され、
前記第1運転周波数は、運転停止状態から暖房運転が開始されて徐々に高くなって最も高い状態で安定したときの始動時定常運転周波数である、空気調和機。
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