JPH0424458A - 空気調和機 - Google Patents

空気調和機

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JPH0424458A
JPH0424458A JP2129956A JP12995690A JPH0424458A JP H0424458 A JPH0424458 A JP H0424458A JP 2129956 A JP2129956 A JP 2129956A JP 12995690 A JP12995690 A JP 12995690A JP H0424458 A JPH0424458 A JP H0424458A
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JP
Japan
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degree
superheat
expansion valve
compressor
opening
Prior art date
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Application number
JP2129956A
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English (en)
Inventor
Shuichi Sakata
修一 阪田
Kenji Yao
八尾 健治
Masanori Kotani
小谷 正則
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は空気調和機に関し、特に、冷媒を圧縮する圧
縮機を含む室外機と、前記室外機に膨張弁を介して接続
される室内機とを備えた空気調和機に関する。
[従来の技術] 第1図は、従来および本発明の一実施例に適用される空
気調和機の冷凍機の概略構成図である。
図中には、熱運搬の媒体となる冷媒が循環して作用する
冷房運転サイクル(冷媒循環方向は図中の点線矢印方向
)および暖房運転サイクル(冷媒循環方向は図中の実線
矢印方向)が併せて示される。
図において冷凍機の室外側は一定周期の往復動または回
転動などにより必要量の冷媒ガスを吸入−圧縮−排出を
繰り返し行って循環させるための圧縮機1、冷媒の循環
方向を暖房運転または冷房運転の運転モードに応じて切
替えるための四方弁2、内部を流れる冷媒と室外との熱
交換を行なう室外熱交換器3、室外側マイクロコンピュ
ータ5および流入する冷媒を断熱膨張させかつその流量
を調節して流出する電動膨張弁4を含む。一方、室内側
には室内側マイクロコンピュータ9およ乙内部を流れる
冷媒と室内との熱交換を行なう室−熱交換器10を含む
。さらに、冷凍機は圧縮機1の冷媒ガスの吸込み温度T
Sを計測するための温度センサ6、電動膨張弁4の両端
付近の出入口部度T1およびT2を計測するための温度
センサ7および8、所望とする室温(設定温度Tl)を
8定するための室温設定器11、現時点における腟内温
度TRを計測するための温度センサ12を含む。
前記室外側および室内側マイクロコンピュータ5および
9は、類似の機能構成を有するのでここでは室外側マイ
クロコンピュータ5に関してのみ説明する。
第2図は、前掲第1図に示される室外側マイクロコンピ
ュータ5の機能構成を示す概略図である図において室外
側マイクロコンピュータ5は、CPU (中央処理装置
)51、CPU51(7)制御の基に実行される動作に
必要とされるプログラムおよびデータなどが記憶される
ROM(ReadOnly  Memoryの略)52
およびRAM(Random  Access  Me
moryの略)53、CPU51により起動がかけられ
たことに応じて計時開始され、その計時データかCPU
51により読取られるタイマ54およびCPU51の制
御に基づき所定周波数信号を発信する発振器55を含む
次に各運転サイクルにおける冷凍機能動作について冷媒
の流れを主体にして説明する。
まず、冷房運転(図中、点線矢印方向)の場合、圧縮機
1で圧縮された冷媒蒸気は、四方弁2を介して室外熱交
換器3に流入し、ここで凝縮(放熱)されて液化される
。その後、冷媒液は電動膨張弁4において断熱膨張によ
り減圧されて室外熱交換器10に流入し、ここで等温膨
張によって蒸発(吸熱)されて低圧冷媒蒸気となり、再
度四方弁2を介して圧縮機1に吸込まれる。このように
して、室内の暖気は冷媒循環により室外に運搬されて室
内は冷房される。
一方、暖房運転(図中、実線矢印方向)の場合四方弁2
によって冷媒循環方向が切替えられて冷媒の流れる方向
は前述した冷房運転の場合と全く逆方向となる。まず圧
縮機1にて圧縮された冷媒蒸気は四方弁2を介して室内
熱交換器1oに流入し、ここで凝縮(放熱)されて液化
される。その後、冷媒液は電動膨張弁4によって減圧さ
れて室外熱交換器3に流入し、ここで蒸発(吸熱)され
て冷媒蒸気となり、再度四方弁2を介して圧縮機1に吸
込まれる。このようにして室外の暖気は冷媒循環により
室内に運搬されて室内は暖房される。
以上のように冷暖房運転において、冷媒は気体、液体お
よび気体と液体の2相混合の各状態変化をサイクル内を
循環しながら繰り返して効果的な熱運搬を行っている。
さて、上述したような冷暖房運転中には並行して各部の
温度が所定の温度センサにより検知されて運転能力に所
定の条件が与えられる。つまり、たとえばユーザーが室
温設定器11を介して設定した設定温度TIと温度セン
サ12によって検知された現在の室内温度TRとは並行
して室内側マイクロコンピュータ9に与えられる。これ
に応答してマイクCコンピュータ9は設定温度TIと室
内温度TRとの温度差を算出し、この算出温度差に基づ
いて要求周波数Rを決定する。この要求周波数Rに対応
する要求信号frは、次段の室外側マイクロコンピュー
タ5に与えられ、応じてマイクロコンピュータ5は圧縮
機1の冷媒ガスの吸込み→圧縮=排出の一連の往復運動
の駆動周波数Fを決定して発振器55を介して発振する
。この駆動周波数Fで発信された駆動信号fは圧縮機1
に与えられる。これに応じて、圧縮機1の往復運動周期
が調整されるので、該冷凍機の冷凍能力を決定する1要
因である冷媒循環量が決定されることになる。
さらに、上述の冷暖房運転中には温度センサ6検知によ
る圧縮機1の吸込み温度TSならびに温度センサ7およ
び8検知による電動膨張弁4の両端、すなわち出入り口
温度T1およびT2も並行してマイクロコンピュータ5
に与えられている。
これに応じてマイクロコンピュータ5は電動膨張弁4に
その開閉の程度(以下、開閉ステップ数と称する)を制
御するような開閉信号○Pを与えるよう動作する。
なお、電動膨張弁4は運転開始時には、あらかじめ決め
られたステップ数まで弁があけられている。ところで、
冷暖房運転時、その運転能力は各種運転条件により左右
されるがこれら条件の一つに過熱度ΔThがある。
さて、上述の過熱度ΔThは任意の過熱蒸気の状態に相
当する温度と、その圧力に対応する飽和温度との差によ
り決定される。つまり、室内側マイクロコ、ンピュータ
5は各入力信号に応答して現在の過熱度ΔThを求めて
いる。詳細には、冷房運転時には圧縮機1の吸込み温度
TSと電動膨張弁4の出口温度T2との温度差から求め
、また暖房運転時には圧縮機1の吸込み温度TSと電動
膨張弁4の出口温度T1との温度差から求めている。
この算出値を実際の過熱度Δshとすれば、前述した理
想的な運転能力を得るための過熱度ΔThは実際過熱度
ΔSHが到達すべき目標過熱度ΔSHOといえる。した
がって、室外側マイクロコンピュータ5の出力する開閉
信号OPは、蒸発器(低温側)出口の冷媒状態を目標過
熱度ΔSHOの状態に維持させるように電動膨張弁4の
開閉動作を制御することになる。つまり、冷暖房運転に
おいて(実際過熱度ΔSH>目標過熱度Δ5HO)の場
合、開閉信号OPは電動膨張弁4を開くように作用し、
一方(実際過熱度ΔSH<目標過熱度Δ5HO)の場合
、開閉信号OPは電動膨張弁4を閉じるように作用する
ところで上述した開閉信号OPによる電動膨張弁4の開
閉制御は、実際過熱度ΔSHを目標過熱度ΔSHOに速
く到達させるための比例制御と、この実際過熱度ΔSH
を目標過熱度ΔSHO付近で安定維持させるための積分
制御との組合せ制御である。また、電動膨張弁4の開閉
制御には、その開閉制御に伴う出入り口温度T1および
T2ならびに吸込み温度TSの変位がマイクロコンピュ
ータ5により検知され、応じて新たな開閉信号0Pが出
力されて再度開閉制御されるというような一種ノフィー
ドバック制御が適用されている。詳細には、前記比例制
御では、電動膨張弁4の1回毎の開閉ステップ数を実際
過熱度ΔSHと目標過熱度ΔSHOとの偏差に基づいて
、たとえば第6図の従来の実際過熱度ΔSHと目標過熱
度ΔSHOとの差に対応する電動膨張弁4の比例制御に
おける開閉ステップ数の一例を表す図に示されるように
、その差が大きいほど1回毎の開閉ステップ数は大きく
、反対にその差が小さいほど1回毎の開閉ステップ数は
小さくなるように制御される。
ところが実際の比例制御では十分な時間経過後の定常状
態になっても(実際過熱度ΔSH=目標過熱度Δ5HO
)とはならず定常偏差が生ずることになる。この定常偏
差を解除するために、比例制御と合わせて積分制御が行
なわれている。つまり、この積分制御では実際過熱度Δ
SHと目標過熱度△SHOとの偏差を一定時間期間にわ
たって累積加算(積分処理)し、その積分値が一定値に
達すると、応じて電動膨張弁4について現在の膨張弁開
度からたとえばさらに1ステツプ開閉制御して実際過熱
度ΔSHを目標過熱度ΔSHO付近に維持するようにし
ている。
以上のように、電動膨張弁4の膨張弁開度は、開閉信号
OPによる比例制御と積分制・御とを受けて逐次調整さ
れ、運転効率が最良となるように(実際過熱度ΔSHを
目標過熱度ΔSHO付近で安定させるように)作用して
いる。
[発明か解決しようとする課題] しかしながら、従来の電動膨張弁の開閉制御は、冷媒循
環量(圧縮機の冷媒ガスの吸込み一圧縮一排出という一
連の往復運動周期に基づいて決定される)に全く無関係
に行われていたため、運転中の冷媒循環量が多い(圧縮
機の往復運動周期が短い)場合は、電動膨張弁を1ステ
ツプ開閉したときの実際過熱度ΔSHの変位は小さくな
るので目標過熱度ΔSHOで安定させるのに時間がかか
り、反対に冷媒循環量が少ない(圧縮機の往復運動周期
か長い)場合は、電動膨張弁を1ステツプ開閉したとき
の実際過熱度ΔSHの変位は大きくなるので目標過熱度
ΔSHO付近で不安定動作を繰iす(ハンチングする)
ことが頻繁となる。この−うに、冷暖房運転中の冷媒循
環量によって、そ0運転状態が効率の良い状態に達し安
定するか否tが決定されてしまうという問題があった。
それゆえに本発明の目的は、過熱度の実測値イ現時点の
冷媒循環量に基づいて速やかに、かっヌ定して目標とす
る過熱度に維持するように調整して運転効率の良い空気
調和機を提供することでjる。
[課題を解決するための手段] 本発明にかかる空気調和機は、冷媒を圧縮すイ圧縮機を
含む室外機と、前記室外機に膨張弁をイして接続される
室内機とを備えた空気調和機で諌り、詳細には、室内温
度を検知する室温検知手3と、所望する室内温度を外部
から設定するためC室温設定手段と、前記室温検知手段
による検知1温と前記室温設定手段による設定室温との
差を射出して前記圧縮機を駆動する周期を決定する手3
と、前記冷媒の過熱度を検出する過熱度検出子5とを備
え、さらに、前記過熱度検出手段による検出過熱度と、
あらかじめ定められる目標過熱度との偏差および前記駆
動周期決定手段により決定された駆動周期に応答して前
記膨張弁を開閉するように構成される。
[作用] 本発明にかかる空気調和機は以上のように構成されるの
で、圧縮機内の変化が断熱変化でなかったり弁や熱交換
器などの圧力損失などを原因として過熱度の実測値が目
標過熱度とずれた場合、膨張弁の開閉制御においてその
開閉の程度を、圧縮機駆動周期および検知過熱度と目標
過熱度との偏差に応答して検知過熱度を目標過熱度に速
やかに、しかもハンチングせずに到達させて安定維持す
ることができる。
[実施例] 以下、本発明の一実施例について図面を参照して詳細に
説明する。
第3図は、本発明の一実施例による電動膨張弁4の開閉
制御手順を示す概略処理フロー図である。
この処理フローはプログラムとしてあらかじめ室外側マ
イクロコンピュータ5のメモリROM52に記憶され、
マイクロコンピュータ5のCPU51@御のもとに実行
される。
第4図は、本発明の一実施例による電動膨張弁4開閉の
比例制御における、実際過熱度ΔSHと目標過熱度ΔS
HOとの差および圧縮機1の駆動周波数Fとにより定ま
る弁の開閉ステップ数を示す図である。
第5図は、本発明の一実施例による電動膨張弁4開閉の
積分制御における圧縮機1の駆動周波数Fにより定まる
弁の開閉ステップ数を示す図である。
本発明の一実施例による空気調和機の冷凍機の機能構成
およびその動作は第1図に示したものと同様であるので
詳細説明は省略するか、簡単に説明するならば、同図に
おいて、点線矢印で示すように、冷房運転の場合圧縮機
1により圧縮された冷媒蒸気は四方弁2を介して室外熱
交換器3にて凝縮液化する。その後、冷媒は電動膨張弁
4にて減圧され、室内熱交換器10にて蒸発し、四方弁
2を介して圧縮機1に戻る。
また、暖房運転の場合は、実線矢印で示すように、冷媒
の流れは冷房運転の場合と逆方向となり、圧縮機1によ
り圧縮された冷媒蒸気は電動膨張弁4にて減圧され、室
外熱交換器3にて蒸発し、再び四方弁2を介して圧縮機
1に戻る。
上述したような、冷暖房運転サイクルにおいて、冷媒循
環量を決定する圧縮機1の駆動信号fおよび実際過熱度
ΔSHを決定する電動膨張弁4の開閉ステップ数は以下
のような制御動作のもとに決められる。
まず、室温設定器11を介して設定された設定温度TI
と、室内温度センサ12により検知された現在の室内温
度TRとは並行して、かつ同時に室内側マイクロコンピ
ュータ9に入力される。これに応答して、マイクロコン
ピュータ9は所望される設定温度TIと現在の室内温度
TRとの差を算出しこの算出値を空気調和負荷と認識し
て、この負荷に応じた要求周波数Rを有する要求信号f
rを次段の室外側マイクロコンピュータ5に出力する。
応じて室外側マイクロコンピュータ5は与えられる要求
周波数Rを設定値として、圧縮機1の駆動周波数Fを一
定時間期間において要求周波数R付近に近付けるように
調整して駆動信号fを出力する。圧縮機1の駆動周波数
Fが要求周波数Rに達すれば、この駆動信号fの周波数
Fは要求周波数Rで安定するように固定される。これに
より、圧縮機1の冷媒ガスの吸込み→圧縮→排出の往復
運動周期が要求周波数Rにより固定されて、該冷凍機で
は室内温度TIが所望された設定温度TRに達し安定維
持するために必要とされる冷媒循環量が得られることに
なる。
また、室外側マイクロコンピュータ5には、要求信号f
r入力の他に、電動膨張弁4の両端付近に取り付けられ
た温度センサ7および8から得られる出入り口温度T1
およびT2、圧縮機1の吸込みパイプに取付けた温度セ
ンサ6から得られる吸込み温度TSが入力されている。
したがって、室外側マイクロコンピュータ5はこれらの
入力信号に基づいて第3図に示されるような処理手順に
従った電動膨張弁4の開閉ステップ数の制御を行なう。
まず、第2図において室外側マイクロコンピュータ5の
CPU51はステップ510(図中ではSIOと略す)
において外部スイッチ入力信号などに基づいて運転開始
されたか否かを判断し、運転開始されるまではこの判断
処理を繰り返し実行するが、−旦運転開始されたことを
判断すると次のステップS20の処理に移行する。
ステップS20の処理においては、運転開始に応答して
電動膨張弁4に開閉信号OPを出力して、弁の開度を初
期設定するとともに、次のステップS30においてタイ
マ54をリセットし、さらにステップS40において後
述する積分制御に用いられる積分値Sをリセットする。
つまり、電動膨張弁4はあらかじめ定められる状態にま
で開かれることで初期状態に設定さる。これにより電動
膨張弁4は以降の運転が可能な初期状態に設定されたこ
とになる。また、タイマ54リセツトにより後述する積
分制御に用いられる計時時間Tが(T−0)と、さらに
累積加算値Sが(S−0)と初期設定されることにより
以降の電動膨張弁4開閉の積分制御が可能となる。
なお、この時点で他の各部についても並行して運転可能
状態に設定される。
さて、運転開始されたことに応じて次のステップS50
の処理においてCPU51は各部において検知された温
度T1、T2およびTSならびに要求信号frが同時に
与えられるので、応じてこれらの入力データを一時的に
RAM53に記憶する。その後、次のステップS60の
処理において前述したように圧縮機1にその駆動周波数
Fを有した駆動信号fを出力する。
次のステップS70の処理においては、実際過熱度ΔS
Hを現在の運転状況に基づいて従来と同様にして算出し
、この算出された実際過熱度ΔSHとあらかじめ定めら
れた目標過熱度ΔSHOとの偏差ΔSを求める。その後
、次のステップS80の処理において、前述のステップ
S60の処理において得られた圧縮機1の駆動周波数F
と偏差ΔSとに基づいて開閉信号OPを出力して、電動
膨張弁4開閉の比例制御を行なう。この比例制御におけ
る1回毎の弁開閉ステップ数は、たとえば第4図に示さ
れるように実際過熱度ΔSHと目標過熱度ΔSHOとの
偏差ΔSが同じ値であっても圧縮機1の駆動周波数Fが
高い、すなわち冷媒循環量が多い場合は大きく取られ、
反対に駆動周波数Fが低い、すなわち冷媒循環量が少な
い場合は小さく取られるようにして比例制御する。これ
により、実際過熱度ΔSHを目標過熱度ΔSHOに速や
かに達するように比例制御できる。
その後、次のステップS90の処理において、CPU5
1はタイマ54計時による計時時間Tがあらかじめ定め
られた積分時間Tlに達したか否かを判別する。この積
分時間T1のデータは後述するあらかじめ定められた積
分制御期間時間であり、メモリRAM53に記憶されて
、このステップS90の判別処理時にCPU51によっ
て読出される。この判別結果、(計時時間T≦積分時間
Tl)が成立していれば処理はステップ5100以降に
分岐するが、不成立の場合は、ステップ5120以降に
分岐する。
まず、(計時時間T≦積分期間Tl)が成立している場
合、次のステップ5100およびステップ5110の処
理において実際過熱度ΔSRと目標過熱度ΔSHOとの
偏差ΔSの累積加算処理(S4−8+ΔS)が行なわれ
る。これにより、今回算出された偏差ΔSが前回までの
累積加算値Sにさらに加えられて、あらたな累積加算値
Sが得られることになる。これに応じて、タイマ54に
よる計時時間Tが(T−T+1)と更新される。
その後、処理は再度ステップS50に戻り、以下同様に
して処理が繰り返されて、タイマ54による計時時間T
が積分制御のための積分時間T1以内にある間は、前述
の比例制御と(S4−S+ΔS)の累積加算処理が繰り
返し実行されることになる。
一方、(計時時間T〉積分時間Tl)が成立している場
合は、積分制御のために設定された積分時間T1か経過
したことを受けて、次のステップ5120の判別処理に
移行して、累積加算値Sがあらかじめ設定された定常偏
差S1に達したか否かを判別する。つまり、冷暖房運転
中の十分な時間期間経過後の定常状態における比例制御
に対する応答出力の実際過熱度ΔSHと目標過熱度ΔS
HOとの差の累積加算値Sが定常偏差81以上の値で収
束した場合、次の後述するステップ5130の処理に移
行するが、積分時間T1経過後、この累積換算値Sが定
常偏差S1未満の値で収束している場合は、再度ステッ
プ330の処理に戻り、以降、比例制御と積分制御とを
同様にして繰り返し実行する。
ステップ5120の判別処理結果に応答して、ステップ
5130の処理が実行された場合、この処理においては
現在の電動膨張弁4の開閉程度をさらに進める。つまり
、定常偏差を解消するように前述の比例制御に併せて積
分制御を実行する。
この積分制御は、たとえば第5図に示されるように圧縮
機1の駆動周波数Fが高いほど電動膨張弁4の開閉ステ
ップをさらに大きくし、反対に駆動周波数Fが低いほど
電動膨張弁4の開閉ステップをさらに小さくして、実際
過熱度ΔSHを目標過熱度ΔSHO付近で安定維持する
ように制御する。
その後、処理は再度ステップS30に戻り以下同様にし
て処理が繰り返し実行されるので、実際過熱度ΔSRと
目標過熱度ΔSHOとの偏差ΔSも限りなく0に近付と
、これにともない室内温度TRは設定温度TI付近で安
定するようになる。
以上のように、圧縮機1の駆動周波数Fにより決められ
る冷媒循環量を考慮した電動膨張弁4の開閉制御により
、実際過熱度ΔSHは目標過熱度ΔSHO付近に速やか
に達し、かつ安定維持されて、室内温度TRが設定温度
TIに効果的に達することができるように動作している
[発明の効果] この発明によれば、運転時において過熱度検出手段によ
る検出過熱度をあらかじめ定められる目標過熱度に到達
させ、かつ安定維持できるように、冷媒循環量に応じて
膨張弁を開閉制御しているので、検出過熱度か目標過熱
度に速やかに、かつハンチングせずに到達して安定維持
でと、冷凍サイクルの安定動作を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来および本発明の一実施例に適用される空気
調和機の冷凍機の概略構成図である。第2図は、第1図
に示される室外側マイクロコンピュータの機能構成を示
す概略図である。第3図は、本発明の一実施例による電
動膨張弁の開閉制御手順を示す概略処理フロー図である
。第4図は、本発明の一実施例による電動膨張弁開閉の
比例制御における実際過熱度と目標過熱度との差および
圧縮機の駆動周波数とにより定まる弁の開閉ステップ数
を示す図である。第5図は、本発明の一実施例による電
動膨張弁開閉の積分制御における圧縮機の駆動周波数に
より定まる弁の開閉ステップ数を示す図である。第6図
は従来の実際過熱度と目標過熱度との差に対応する電動
膨張弁の比例制御における開閉ステップ数の一例を示す
図である。 図において1は圧縮機、2は四方弁、3は室外熱交換器
、4は電動膨張弁、5は室外側マイクロコンピュータ、
10は室内熱交換器、fは駆動信号、frは要求信号、
TIは設定温度、TRは室内温度、TSは吸込み温度、
T1およびT2は出入り口温度、OPは開閉信号である
。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 特許出願人  シャープ株式会社 代理人 弁理士 深見久部111′ (ほか2名)“ゆ 島3I¥]

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 冷媒を圧縮する圧縮器を含む室外機と、前記室外機に膨
    張弁を介して接続される室内機とを備えた空気調和機で
    あって、 室内温度を検知する室温検知手段と、 所望する室内温度を外部から設定するための室温設定手
    段と、 前記室温検知手段による検知室温と前記室温設定手段に
    よる設定室温との差を検出して前記圧縮機を駆動する周
    期を決定する手段と、 前記冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段と、前記過
    熱度検出手段による検出過熱度と、あらかじめ定められ
    る目標過熱度との偏差および前記駆動周期決定手段によ
    り決定された駆動周期に応答して前記膨張弁を開閉する
    、空気調和機。
JP2129956A 1990-05-18 1990-05-18 空気調和機 Pending JPH0424458A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5690288A (en) * 1995-08-08 1997-11-25 Daiwa Seiko, Inc. Dual bearing type fishing reel having a one-way clutch mounted radially outward of the spool
WO2017109906A1 (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 三菱電機株式会社 空気調和機

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