JPH0712439A - 二元冷凍装置 - Google Patents

二元冷凍装置

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JPH0712439A
JPH0712439A JP15570793A JP15570793A JPH0712439A JP H0712439 A JPH0712439 A JP H0712439A JP 15570793 A JP15570793 A JP 15570793A JP 15570793 A JP15570793 A JP 15570793A JP H0712439 A JPH0712439 A JP H0712439A
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Toshiaki Mukoya
俊昭 向谷
Akitoshi Ueno
明敏 上野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一部のクーリングユニットがデフロスト運転
完了して冷却運転に切換わる際に生じ易い冷媒偏流を防
いで、異常運転の解消による安定運転の実現を図る。 【構成】 複数の庫内クーリングユニット2A.Bがカ
スケードコンデンサ4A,Bをそれぞれ介して1基のチ
ルドユニット1にカスケード接続され、カスケードコン
デンサ4A,Bの低圧冷媒コイル24A,Bの出口の冷
媒過熱度が一定になるよう制御される。各クーリングユ
ニット2A,Bは、自身のホットガスによって蒸発器6
A,Bのデフロストを行い、デフロスト完了によって圧
縮機3A,Bを一旦停止し、タイミングをとって冷却運
転に切換える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カスケードシステムマ
ルチと通称される二元冷凍装置に関し、詳細には、庫内
クーリングユニットの一部がデフロスト運転から冷却運
転に切換る際に生じる冷媒偏流を防止することができる
二元冷凍装置に関する。
【0002】
【従来の技術】複数の庫内クーリングユニットと1つの
庫外ユニットとをカスケード接続して、庫内クーリング
ユニットで発生する凝縮潜熱と庫外ユニット側の蒸発潜
熱とを熱交換させるようにしたカスケードシステムマル
チと称される二元冷凍装置は、低温度が得やすいこと、
構造が簡単であることなどから汎く利用されている。本
件出願人も、たとえば特開平5−18647号公報で関
連技術を開示している。
【0003】図5には、従来のこの種二元冷凍装置の要
部冷凍回路が示される。図5に示される装置は、2基の
クーリングユニット2A,2Bが備えられ、庫外ユニッ
トである簡略に示すチルドユニット1にカスケードコン
デンサ4A,4Bを介してカスケード接続され、庫内を
低温に冷却する。クーリングユニット2A,2Bは同構
造であるので、一方のクーリングユニット2Aについて
説明する。圧縮機3A、カスケードコンデンサ4Aの高
圧冷媒通路、膨張弁で実現される減圧器5Aおよび蒸発
器6Aを含んで周知の冷凍サイクルが形成される。この
冷凍サイクルには、デフロスト電磁弁11Aを備えるホ
ットガスバイパス回路が設けられる。カスケードコンデ
ンサ4Aの冷却系である低圧冷媒コイル24Aには、電
磁弁9A、感温膨張弁で実現される膨張弁10Aが直列
に接続される。この電磁弁9A、膨張弁10Aおよび低
圧冷媒コイル24Aの直列冷媒回路に対して、チルドユ
ニット1から高圧冷媒液が供給され、カスケードコンデ
ンサ4Aにおいて、クーリングユニット2Aで発生した
凝縮潜熱と低圧冷媒コイル24Aに導入される低圧冷媒
の蒸発潜熱とが熱交換し、これによって、蒸発器6Aに
おいて庫内の冷却が成される。
【0004】図6には、図5図示装置における冷凍運転
のフローが示される。両クーリングユニット2A,2B
がそれぞれ個別運転を行っていて、ステップn1におい
てクーリングユニット2Aがデフロスト運転を、クーリ
ングユニット2Bが冷却運転を同時に行っている状態を
考える。クーリングユニット2Aでは、電磁弁9Aが閉
じ、デフロスト電磁弁11Aが開いているので、圧縮機
3Aからの吐出ガスはカスケードコンデンサ4Aおよび
減圧器5Aをバイパスして、ホットガスバイパス回路8
Aに流れており、単純ホットガスバイパスと通称される
方式のデフロストが行われる。ホットガスの一部はカス
ケードコンデンサ4Aにも流れ込んでいるために、該コ
ンデンサ4Aは温められている。
【0005】除霜が終わってステップn2に移行し、デ
フロスト完了の指令が出されることによってステップn
3に移り、冷却運転に切換えられる。この時点では、感
温膨張弁10Aの感温筒27Aも熱伝導によって温めら
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】デフロストが完了して
冷却運転に切換わった時点では、デフロスト電磁弁11
Aが閉じ、電磁弁9Aが開くので、電磁弁9Aの全開に
伴ってチルドユニット1からの冷媒がクーリングユニッ
ト2Aのカスケードコンデンサ4Aに多量に流れ込む。
すなわち、感温筒27Aが温められているので、過熱度
が大きいときと同様に、感温膨張弁10Aが全開近くま
で開いているために、冷媒液が一気に流れ込むことにな
る。その結果、冷却運転を続行しているクーリングユニ
ット2B側ではチルドユニット1からの冷媒供給量が不
足する。このように、冷媒偏流が生じるため、クーリン
グユニット2Bが過負荷運転となり、または高圧圧力が
異常上昇して保護装置が作動し、冷却運転が停止するな
どのトラブルが生じる。
【0007】本発明の目的は、一部のクーリングユニッ
トがデフロスト運転に切換わっていて、このデフロスト
運転が完了し、冷却運転に切換える際に生じ易い冷媒偏
流を防止することによって、異常運転の解消による安定
運転の実現を図ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮機13、
凝縮器14を含む直列冷媒回路が設けられる庫外ユニッ
ト1と、圧縮機3n、カスケードコンデンサ4n、減圧
器5n、蒸発器6nを含む冷凍サイクルが形成され、カ
スケードコンデンサ4nの冷却側経路である低圧冷媒コ
イル24nが、膨張弁10nをそれぞれ直列に介して、
庫外ユニット1の直列冷媒回路に並列接続される複数の
庫内クーリングユニット2nとを含み、各庫内クーリン
グユニット2nには、それ自体の冷凍サイクルのホット
ガスによって蒸発器6nの除霜が成されるホットガスデ
フロスト手段が設けられる二元冷凍装置であって、低圧
冷媒コイル24nの出口における過熱度が一定になるよ
うに対応する膨張弁10nの開度を調節する過熱度制御
手段と、ホットガスデフロスト手段によるデフロスト運
転の完了後、対応する圧縮機3nを一旦停止してから冷
却運転に切換える運転切換手段とが、各庫内クーリング
ユニット2nに設けられることを特徴とする二元冷凍装
置である。
【0009】また本発明は、運転切換手段の作動によっ
て圧縮機3nが起動する際、対応する低圧冷媒コイル2
4nに導入する冷媒量を制限する流量制限手段が各庫内
クーリングユニット2nに設けられることを特徴とす
る。
【0010】また本発明は、運転切換手段が、圧縮機3
nの停止と同時に対応する低圧冷媒コイル24nに冷媒
を導入し、所定時間経過し、または低圧冷媒コイル24
nの出口温度が設定温度に安定することによって冷却運
転に切換えるよう形成されることを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明に従えば、カスケードコンデンサ4nの
低圧冷媒コイル24n出口における過熱度が一定になる
ように対応する膨張弁10nの開度を調節する過熱度制
御手段が設けられる。各クーリングユニット2nの冷却
運転中における冷凍能力の変化に対して、過熱度制御手
段が設けられることによって、冷凍能力に適応した量の
冷媒液を庫外ユニット1から供給することが可能であ
り、過不足が生じない安定した冷凍運転が行われる。
【0012】一方、デフロスト運転が完了すると圧縮機
3nを一旦停止してから冷却運転に切換える運転切換手
段が設けられる。したがって、デフロスト運転の完了と
同時に、そのクーリングユニット2nの運転を停止し、
カスケードコンデンサ4nへの熱侵入を抑えて、速やか
に温度を低下させることができるので、庫外ユニットか
らの冷媒供給が行われても、極く短時間にカスケードコ
ンデンサ4nが温度低下する結果、膨張弁10nが絞ら
れて冷媒の多量流入を防止することができる。デフロス
ト運転が完了したクーリングユニット2nは、カスケー
ドコンデンサ4nが充分温度低下した時点で冷却運転に
切換えられるため、冷媒偏流は防止される。
【0013】また本発明に従えば、デフロスト運転から
冷却運転に切換わって、圧縮機3nが起動する際、対応
する低圧冷媒コイル24nに導入する冷媒量を制限する
流量制御手段が設けられる。したがって、冷却運転に入
るカスケードコンデンサ4nへの冷媒多量流入は強制的
に抑えられる結果、冷媒偏流防止作用がより一層発揮さ
れる。
【0014】
【実施例】図1に本発明の第1実施例に係る冷凍回路図
が示される。図示の実施例は、戸外または機械室に設置
される1基の庫外ユニットであるチルドユニット1と、
冷凍庫などの庫内側に設置される2基の庫内クーリング
ユニット2A,2Bとを備える。チルドユニット1に
は、圧縮機13、凝縮器14、アキュムレータ17が主
要機器として備えられ、凝縮器14と、油分離器20
と、圧縮機13と、アキュムレータ17とによって直列
冷媒回路が形成され、この直列冷媒回路が高圧液管路2
5と低圧ガス管路26との間に直列に接続される。ま
た、前記直列冷媒回路に対して感温膨張弁16を介して
有するバイパス管路が並列に接続される。
【0015】圧縮機13は、たとえばスクロール圧縮機
が用いられ、吐出口とシリンダ内部の中間圧力口とが、
キャピラリーチューブ19を備える抵抗管路で接続さ
れ、中間圧力口と吸入口とが、アンロード電磁弁18を
備えるバイパス管路で接続される。一方、圧縮機13の
吐出口とアキュムレータ17の冷媒入口とが、定圧膨張
弁15を備える管路によって接続され、油分離器20の
油取り出し口と圧縮機13の吸入口とが、キャピラリー
チューブ21を備える油戻し管路によって接続される。
【0016】圧縮機13は、アンロード電磁弁18を閉
じることによって定格出力で運転し、アンロード電磁弁
18を開くことによって低出力で運転し、庫内クーリン
グユニット2A,2Bの冷却能力に応じて出力が高低調
節される。また、チルドユニット1は、定圧膨張弁15
の弁開度調節作用によって、圧縮機13の吐出口に接続
される吐出ガス管路の圧力が一定に制御され、感温膨張
弁16の弁開度調節作用によって、圧縮機13吸入側の
吸入ガス過熱度が一定に制御される。
【0017】庫内クーリングユニット2A,2Bは、冷
凍回路の構成が同じであるので、クーリングユニット2
Aについて以下、説明する。また、各ユニット共通の事
項は、「A」,「B」の代りに「n」を付して示すこと
もある。クーリングユニット2Aは、圧縮機3A、カス
ケードコンデンサ4A、感温膨張弁で実現される減圧器
5A、蒸発器6Aおよびアキュムレータ7Aが備えら
れ、それ等の冷凍用機器によって周知の冷凍サイクルが
構成される。クーリングユニット2Aには、さらにホッ
トガスバイパス回路8Aが設けられる。ホットガスバイ
パス回路8Aは、デフロスト電磁弁11Aと、蒸発器6
Aの下部に設けられるドレンパンヒータ12Aとが管路
によって直列に接続されて成る冷媒回路であって、感温
膨張弁5Aに対して並列に接続して設けられる。
【0018】カスケードコンデンサ4Aは、圧縮機3A
から吐出される高温高圧冷媒ガスが導入される被冷却側
経路と、チルドユニット1側の低圧冷媒が導入される冷
却側経路である低圧冷媒コイル24Aとが熱交換可能に
設けられる熱交換器である。低圧冷媒コイル24Aに対
して、感温膨張弁で実現される膨張弁10Aと、電磁弁
9Aとが直列に接続されて直列冷媒回路が形成される。
この直列冷媒回路が、低圧ガス管路26に高圧液管路2
5との間に直列に接続される。なお、膨張弁10Aには
並列に電磁弁28Aが接続される。
【0019】クーリングユニット2Aは、圧縮機3Aが
駆動されることによって、圧縮機3Aから吐出される高
温高圧ガス冷媒が、カスケードコンデンサ4Aにおいて
低圧冷媒コイル24A内に導かれる低圧冷媒と熱交換し
て凝縮液化した後、感温膨張弁5Aで減圧され、低圧低
温液冷媒となって蒸発器6Aに導かれる。そして、蒸発
器6Aで蒸発器ファン23Aによって循環送風される庫
内空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス冷媒となってアキ
ュムレータ7Aを経て、圧縮機3Aに吸入される。この
ように、冷媒の凝縮、蒸発を伴う循環が行われることに
よって庫内空気を冷却する冷却運転が行われる。なお、
冷却運転時、電磁弁28Aは閉じている。
【0020】一方、チルドユニット1においては、圧縮
機13が駆動されることによって、圧縮機13から吐出
される高温高圧ガス冷媒は、凝縮器14において凝縮器
ファン22で循環送風される外気と熱交換して凝縮液化
した後、高圧液管路25を経て、電磁弁9Aを通った
後、感温膨張弁10Aで減圧されて低温低圧液冷媒とな
り、低圧冷媒コイル24Aに導かれて、クーリングユニ
ット2A側の高温高圧ガス冷媒と熱交換して蒸発し、低
圧ガス冷媒となって低圧ガス管路26、アキュムレータ
17を経て圧縮機13に吸入される。このように、冷媒
の凝縮、蒸発を伴う循環が行われることによって、各ク
ーリングユニット2A,2Bで発生する凝縮潜熱を、冷
媒を媒体として戸外に放出する冷凍運転が行われる。こ
の場合、感温膨張弁10Aは、低圧冷媒コイル24Aの
出口に接続される管路に沿って設けられる感温筒27A
が検出する低圧ガス冷媒温度によって弁開度が調節さ
れ、過熱度一定の制御を行う。
【0021】図2には、図1図示の第1実施例における
運転制御手段の制御態様がフロー線図で示される。この
第1実施例では、各クーリングユニット2A,2Bが、
それぞれ個別に冷却運転およびデフロスト運転を行い、
共に冷却運転になる場合と一方が冷却運転、他方がデフ
ロスト運転になる場合とがある。たとえば、ステップm
1において、クーリングユニット2Aがデフロスト運転
を行っており、クーリングユニット2Bが冷却運転を行
っている場合を説明する。デフロスト運転は、図5に示
される従来の装置の場合と同じように、圧縮機3Aは運
転を続行し、電磁弁9A、電磁弁11Aおよび電磁弁2
8Aは開き、蒸発器ファン23Aは停止して、低圧冷媒
コイル24Aを介在させたホットガスバイパスによるデ
フロストが行われる。このとき、低圧冷媒コイル24A
には、液冷媒が導かれ、デフロストの補助熱源となる。
【0022】デフロスト運転に入ると同時に、タイマあ
るいは除霜検知器によってデフロストの状態がチェック
される。ステップm2に移って、デフロストの完了が検
出されると、次のステップm3に移行し、デフロスト運
転を停止し、低圧冷媒コイル24Aに低圧冷媒を流す。
すなわち、圧縮機3Aを停止、電磁弁9Aを開いたまま
とし、電磁弁28Aを閉じ、デフロスト電磁弁11Aを
閉じる。なお、蒸発器ファン23Aは停止したままとす
る。デフロスト完了までに感温筒27Aが設けられる管
路の温度が上昇しているので、感温膨張弁10Aは開い
ており、したがって、この膨張弁10Aによって減圧さ
れた低圧冷媒がカスケードコンデーンサ4A内に流れ込
む。
【0023】デフロスト完了と同時に、たとえばタイマ
を計時作動させておき、設定時間の数分が経過したこと
をステップm4に移って検出すると、ステップm5に移
行して冷却運転に切換える。この冷却運転は、圧縮機3
Aを駆動し、電磁弁9Aは開いたまま、デフロスト電磁
弁11Aは閉じたままで蒸発器ファン23Aを駆動する
ことによって行われる。
【0024】なお、ステップm3に移った時点で、クー
リングユニット2Aは圧縮機3Aが停止し、運転が止ま
っているため、ステップm5で冷却運転に切換わると、
カスケードコンデーンサ4Aの低圧冷媒コイル24Aに
流れ込んでくる低圧冷媒によって、該コイル24A出口
の管路の温度は直ちに低下することになり、したがって
感温膨張弁10Aが絞られる結果、多量の冷媒が流れ込
むなどの問題は生じなく、安定した冷却運転が行われ
る。
【0025】なお、図2において、デフロスト完了から
冷却運転への切換えは、予め設定した数分の時間を検知
するタイマ方式が採用されているが、本発明は、この他
に低圧冷媒コイル24A出口に接続されるガス管の温度
を検知して、設定温度まで温度低下することによって冷
却運転を開始するガス管温度検知方式を採用しても勿論
差し支えない。
【0026】図3には、本発明の第2実施例である冷凍
・冷蔵装置の庫内クーリングユニット2nの要部構造が
概要示される。この第2実施例は、第1実施例に類似し
ていて、基本的な構成は同じであり、特に注目すべき
は、低圧冷媒コイル24nに対して直列接続される膨張
弁10nとして、感温膨張弁に代えて電動膨張弁10n
1が用いられることである。電動膨張弁10n1の場合
は、全閉および弁開度調節が確実、容易に行える特徴を
有していることから、冷却運転中は制御回路からの指令
によって電気的に弁開度を制御して的確な過熱度制御を
行わせることが可能である。また、この実施例は、デフ
ロスト運転中は電動膨張弁10n1を全開にさせて低圧
冷媒コイル24nに液冷媒を導いてデフロストの補助熱
源として利用しうるように制御する。そして、デフロス
ト完了後の冷却運転時、たとえば3分程度の短時間に限
って、電動膨張弁10n1をたとえば20%開度に開か
せることによって低圧冷媒コイル24nに過大な冷媒を
流さないようにしながら速やかにカスケードコンデンサ
4nの温度を下げるように制御する。3分経過してから
以降の冷却運転では、前と同じように電動膨張弁10n
1によって過熱度制御を行わせるようにする。
【0027】なお、図3に示すように、低圧冷媒コイル
24nの入口、出口にそれぞれ接続される冷媒配管路に
サーミスタ28n,29nを添設して各配管路の温度を
検知させ、両温度差がたとえば5℃になるように電動膨
張弁10n1の弁開度を制御することによって、過熱度
一定の制御が正確に行える。
【0028】図4には、本発明の第3実施例である冷凍
・冷蔵装置の庫内クーリングユニット2nの要部構造が
概要示される。この第3実施例は、図5に示す従来のも
のとデフロストに関する基本的な冷媒回路の構成は同様
である。注目すべきは、低圧冷媒コイル24nの入口側
に直列接続される感温膨張弁10nと電磁弁9nとの間
に、電磁弁30nを直列に介設し、さらに感温膨張弁1
0nと電磁弁30nとの直列冷媒回路に対して、キャピ
ラリチューブ31nを並列接続させた冷媒回路が形成さ
れて成る点である。この第3実施例は、デフロスト運転
中は電磁弁9nを閉じて低圧冷媒コイル24nへの冷媒
流入を断ち、単純ホットガスバイパスによるデフロスト
を行う。デフロスト完了と同時に電磁弁9nを開き、電
磁弁30nを閉じる。この弁開閉操作によって低圧冷媒
コイル24nには、キャピラチューブ31nで減圧され
た適量の低圧冷媒が流れ込み、カスケードコンデンサ4
nの温度を速やかに低下させるとともに、冷媒の偏流を
防止させることができる。電磁弁30nは、タイマによ
ってたとえば3分間閉じた後、クーリングユニット2n
の冷却運転開始に呼応して開かせる。これによって、感
温膨張弁10nを主体とした過熱度制御が行われる。こ
の実施例もまた、デフロスト運転から冷却運転への切換
え時に起こりやすい冷媒偏流を確実に防止することがで
きる。
【0029】以上説明した第1および第2実施例では、
チルドユニット1からの液冷媒を補助熱源とするホット
ガスデフロスト、第3実施例では、単純ホットガスデフ
ロストを行っているけれども、いずれの方式のデフロス
トを行ってもよい。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、カスケー
ド接続方式の冷蔵・冷凍装置、すなわち二元冷凍装置に
おいて、庫内クーリングユニット2nのうち、デフロス
ト運転を行っているものがデフロスト完了によって冷却
運転に切換わる際、対応する圧縮機3nを一旦停止して
から冷却運転に入るようにすることによって、この庫内
クーリングユニット2nのカスケードコンデンサ4nの
温度を速やかに下げて冷却運転起動時に冷媒が多量に流
れ込むことによる冷媒偏流現象を防止することが可能で
あり、したがって庫内クーリングユニット2nが過負
荷、高圧異常上昇によって停止するなどの問題を解消
し、安定した運転を続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る冷凍回路図である。
【図2】図1図示の第1実施例における運転制御手段の
制御態様を示すフロー線図である。
【図3】本発明の第2実施例の庫内クーリングユニット
2nの要部構造を概要示する冷凍回路図である。
【図4】本発明の第3実施例の庫内クーリングユニット
2nの要部構造を概要示する冷凍回路図である。
【図5】従来の二元冷凍装置の冷凍回路図である。
【図6】図5図示装置の冷凍運転のフロー線図である。
【符号の説明】
1 チルドユニット 2A,B,n 庫内クーリングユニット 3A,B 13 圧縮機 4A,B,n カスケードコンデンサ 5A,B 減圧器 6A,B 蒸発器 8A,B ホットガスバイパス回路 9A,B,n 電磁弁 10A,B,n 膨張弁 10n1 電動膨張弁 11A,B,n デフロスト電磁弁 14 凝縮器 24A,B,n 低圧冷媒コイル 28A,B 電磁弁

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機13、凝縮器14を含む直列冷媒
    回路が設けられる庫外ユニット1と、圧縮機3n、カス
    ケードコンデンサ4n、減圧器5n、蒸発器6nを含む
    冷凍サイクルが形成され、カスケードコンデンサ4nの
    冷却側経路である低圧冷媒コイル24nが、膨張弁10
    nをそれぞれ直列に介して、庫外ユニット1の直列冷媒
    回路に並列接続される複数の庫内クーリングユニット2
    nとを含み、各庫内クーリングユニット2nには、それ
    自体の冷凍サイクルのホットガスによって蒸発器6nの
    除霜が成されるホットガスデフロスト手段が設けられる
    二元冷凍装置であって、 低圧冷媒コイル24nの出口における過熱度が一定にな
    るように対応する膨張弁10nの開度を調節する過熱度
    制御手段と、 ホットガスデフロスト手段によるデフロスト運転の完了
    後、対応する圧縮機3nを一旦停止してから冷却運転に
    切換える運転切換手段とが、各庫内クーリングユニット
    2nに設けられることを特徴とする二元冷凍装置。
  2. 【請求項2】 運転切換手段の作動によって圧縮機3n
    が起動する際、対応する低圧冷媒コイル24nに導入す
    る冷媒量を制限する流量制限手段が各庫内クーリングユ
    ニット2nに設けられる請求項1記載の二元冷凍装置。
  3. 【請求項3】 運転切換手段が、圧縮機3nの停止と同
    時に対応する低圧冷媒コイル24nに冷媒を導入し、所
    定時間経過し、または低圧冷媒コイル24nの出口温度
    が設定温度に安定することによって冷却運転に切換える
    よう形成される請求項1記載の二元冷凍装置。
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