JPH10148377A - 空気調和機 - Google Patents

空気調和機

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JPH10148377A
JPH10148377A JP8309640A JP30964096A JPH10148377A JP H10148377 A JPH10148377 A JP H10148377A JP 8309640 A JP8309640 A JP 8309640A JP 30964096 A JP30964096 A JP 30964096A JP H10148377 A JPH10148377 A JP H10148377A
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JP
Japan
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operating frequency
room temperature
frequency range
inverter
outside air
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JP8309640A
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English (en)
Inventor
Tsunetoshi Inoue
上 常 俊 井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ソフトウェアの僅かな変更で済み、かつ、効
率の低い運転状態をできるだけ回避しての省エネ運転を
可能にする空気調和機を提供する。 【解決手段】 冷凍サイクルを形成する圧縮機(9)を
能力制御するためのインバータ装置(9)と、室温を設
定する室温設定手段(1)と、室温を検出する室温検出
手段(2)と、設定室温Tshと検出室温Ta の差に応じ
てインバータ装置(8)の運転周波数Fを、予め定めた
周波数範囲内の値に決定するインバータ運転周波数決定
手段と、運転モードを、運転コストを低減する省エネモ
ードに設定する省エネモード設定手段(4)と、省エネ
モードの設定時に、インバータ装置(8)の運転周波数
範囲を縮小する運転周波数範囲縮小手段(6)とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、運転コストを低減
する運転モード、すなわち、省エネモードに設定可能な
空気調和機に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の従来の装置として、例えば、特
開平8−54138号公報に示されたものがある。この
公報記載の装置は、省エネモードにてインバータ装置の
許容最大電流値を所定値だけ低下させると共に、運転開
始から所定時間を経過する毎に室温の設定値を低下させ
る操作を繰返すことにより、インバータ装置の入力電流
が許容最大値を越えないように、順次インバータの運転
周波数を低下させる構成になっていた。
【0003】また、もう一つの従来装置として、例え
ば、省エネモードにて、快適指数等を考慮して、インバ
ータ運転周波数を徐々に低下させるように能力制御する
ものがあった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の空気調
和機は、いずれも省エネモードで運転する機能を付加し
ようとした場合、圧縮機を能力制御するためのソフトウ
ェアの大幅な変更を余儀なくされ、その分だけ費用が嵩
むという問題があった。
【0005】また、従来の空気調和機は、インバータ運
転周波数を可変する範囲の上、下限領域にて運転効率が
低下する点を考慮していなかった。
【0006】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、ソフトウェアの僅かな変更で済み、かつ、
効率の低い運転状態をできるだけ回避しての省エネ運転
を可能にする空気調和機を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】以下、本発明をその原理
と併せて説明する。図6は本発明の適用対象である空気
調和機を、空調負荷によって能力制御する場合のインバ
ータ運転周波数Fと、空調能力、電力及び効率との関係
を示した線図である。図中、特性曲線A,Bは暖房能力
及び冷房能力[kw]を、特性曲線C、Dは暖房電力及
び冷房電力[kw]を、特性曲線P,Qは暖房効率及び
冷房効率[kw/kw]をそれぞれ表している。このう
ち、暖、冷房の能力及び電力はインバータ運転周波数F
が高くなるに従って大きくなっている。しかし、特性曲
線P,Qに示す暖、冷房効率は、通常運転周波数範囲の
低い領域にて運転周波数Fの低下に応じて急峻に降下
し、また、通常運転周波数範囲の高い領域においても運
転周波数Fの増大に応じて穏やかではあるが降下してい
る。空調負荷に応じて圧縮機を能力制御する一般的な空
気調和機は、これら効率低下領域を含めた通常運転周波
数範囲X内で、インバータ運転周波数を決めていた。上
述した省エネモードで運転した場合、空調負荷が小さく
なれば必然的に効率の低い状態で運転されることにな
る。
【0008】本発明の請求項1に記載の空気調和機は、
省エネモードの設定時に、インバータ装置の運転周波数
範囲を縮小する運転周波数範囲縮小手段を備えているの
で、省エネモードの運転機能を付加する場合でもソフト
ウェアの僅かな変更で済み、かつ、効率の低い運転状態
をできるだけ回避しての省エネ運転が可能となる。
【0009】この場合、運転周波数範囲の縮小は、図6
に示したように、通常運転範囲Xよりも上限を下げ、か
つ、下限を上げた範囲Yで運転するようにすれば最良で
はあるが、通常運転周波数範囲Xの上限のみを下げて
も、あるいは、通常運転周波数範囲Xの下限のみを上げ
ても、ソフトウェアのより僅かな変更にて、請求項1に
類似の効果が得られる。
【0010】そこで、請求項2に記載の空気調和機はイ
ンバータ運転周波数範囲の上限のみを下げ、請求項3に
記載の空気調和機はインバータ運転周波数範囲の下限の
みを上げるようにしている。
【0011】また、請求項4に記載の空気調和機は、設
定室温と検出室温の差が所定値以下のとき、インバータ
運転周波数範囲を縮小するようにしているので、暖房効
率や冷房効率が急峻に降下する範囲を避けることによっ
て、効率の低い状態での運転の機会を格段に少なくする
ことができる。
【0012】一方、省エネ運転を行うに当たり、外気温
が、例えば15℃以上のときに暖房モードで運転したと
すれば、室温が設定温度に到達する以前にインバータ運
転周波数範囲の上限を下げることも有効であり、逆に、
外気温が、例えば28℃以下のときに冷房モードで運転
した場合には室温が設定温度に到達する以前にインバー
タ運転周波数範囲の上限を下げることも有効である。
【0013】そこで、請求項5に記載の空気調和機は、
暖房運転時の外気温が予め定めた値より高いとき、イン
バータ運転周波数範囲の上限を下げ、請求項6に記載の
空気調和機は、冷房運転時の外気温が予め定めた値より
低いとき、インバータ運転周波数範囲の上限を下げる構
成にしている。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明を好適な実施形態に
基づいて詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態の
制御系統の概略構成を示すブロック図である。同図にお
いて、室温設定手段1による設定室温Tshと、室温検出
手段2による検出室温Ta とがインバータ運転周波数決
定手段3に加えられる。インバータ運転周波数決定手段
3は設定室温Tshと検出室温Ta との差に応じたインバ
ータ運転周波数Fを決定する。一方、リモコン等の省エ
ネモード設定手段4から省エネモードの運転指令が加え
られたとき、運転周波数範囲縮小手段6は外気温検出手
段5によって検出された外気温To をも参照して、イン
バータ運転周波数Fの運転範囲の上限を通常運転範囲の
上限よりも下げたFMAX (図6参照)以下に、かつ、イ
ンバータ運転周波数の下限を通常の運転範囲の上限より
も上げたFMIN (図6参照)以上に制限して出力する。
運転周波数指令出力手段7はこの周波数指令をインバー
タ装置8に加え、インバータ装置8はこの周波数指令に
応じた交流電力を圧縮機9に供給する。
【0015】図2は本実施形態に係る空気調和機の冷凍
サイクル系統図である。これはスプリット形の空気調和
機を示し、室内熱交換器11及び室内ファン12を備え
た室内ユニット10と、圧縮機21、四方弁24、室外
熱交換器25、室外ファン26及び膨張弁27を備えた
室外ユニット20とで構成されている。このうち、室内
ファン12は室内熱交換器11に室内空気を通過させる
もので、室内ファンモータ12Mによって駆動されるよ
うになっている。また、圧縮機21は圧縮機モータ22
によって駆動され、その吸込み側にはアキュムレータ2
3が接続されている。さらに、室外ファン26は室外熱
交換器25に室外空気を通過させるもので、室外ファン
モータ26Mによって駆動されるようになっている。
【0016】ここで、室内ユニット10及び室外ユニッ
ト20の接続経路にバックドバルブ28,29が設けら
れている。そして、室内ユニット10及び室外ユニット
20の各構成要素は順次冷媒配管で接続されて周知の冷
凍サイクルを形成し、冷房モードの運転時に、冷媒は実
線矢印で示したように、圧縮機21→四方弁24→室外
熱交換器25→膨張弁27→バックドバルブ28→室内
熱交換器11→バックドバルブ29→四方弁24→アキ
ュムレータ23→四方弁24→圧縮機21の経路で循環
する。この場合、室外熱交換器25は凝縮器として機能
し、室内熱交換器11は蒸発器として機能する。一方、
暖房モードの運転時に、冷媒は破線の矢印で示したよう
に、圧縮機21→四方弁24→バックドバルブ29→室
内熱交換器11→バックドバルブ28→膨張弁27→室
外熱交換器25→四方弁24→アキュムレータ23→圧
縮機21の経路で循環する。この場合、室内熱交換器1
1は凝縮器として機能し、室外熱交換器25は蒸発器と
して機能する。
【0017】図3は図2に示した冷凍サイクル系統を制
御する制御装置の詳細な構成を示すブロック図である。
これは、室内制御装置100、室外制御装置200及び
リモコン300で構成されている。
【0018】室内制御装置100は、マイクロコンピュ
ータ(以下、CPUと言う)101、電源回路102、
受信回路103、室温センサ104及び駆動回路105
を備えている。このうち、電源回路102は交流系統の
交流を所定の直流に変換してCPU101及び駆動回路
105に動作電力を供給している。受信回路103はリ
モコン300の指令を受信してCPU101に加えるも
ので、CPU101はその操作指令、室温センサ104
の検出室温Ta、及び、後述するCPU201の情報と
に基づいてインバータ運転周波数を決定してCPU20
1に送信すると共に、室内ファンモータ12の回転数を
決定して室内ファンモータ12Mを駆動する駆動回路1
05に周波数指令を与える機能を備えている。
【0019】室外制御装置200は、三相交流電源13
によって圧縮機モータ22を駆動する経路に設けられる
ノイズフィルタ202、整流回路203、ノイズフィル
タ204、インバータ回路205を備えている。このう
ち、ノイズフィルタ202は運転時のノイズが外部に漏
洩しないようにしており、整流回路203は三相交流を
全波整流するもので、ノイズフィルタ204はインバー
タ回路205の運転に伴うノイズが他に影響を及ぼさな
いようにするもので、インバータ回路205は直流を入
力して可変電圧可変周波数の交流を圧縮機モータ22に
供給して圧縮機モータ22を能力制御するものである。
また、室外制御装置200は、CPU201、電源回路
206、外気温センサ207、吐出冷媒温度センサ20
8、増幅回路209、駆動回路210〜212及び電流
検出用のCT213を備えている。なお、ノイズフィル
タ202の後段に電源回路102及び電源回路206が
接続されている。このうち、電源回路206は交流を整
流、平滑してCPU201、駆動回路210〜212及
び増幅回路209に直流の駆動電力を供給している。C
PU201は外気温センサ207によって検出された外
気温To 、吐出冷媒温度センサ208によって検出され
た圧縮機の吐出冷媒温度Td の各情報を入力し、その情
報をCPU101に送信したり、CPU101からの情
報に従って増幅回路209にインバータ運転周波数Fに
対応するスイッチング信号を増幅回路209に与えてイ
ンバータ回路205の運転周波数を制御したりする。ま
た、駆動回路210〜212を介して四方弁24、室外
ファンモータ26M及び膨張弁27を制御する。さら
に、CPU201はCT213の出力信号に基づいて、
インバータ回路205の電流制限を行ったりする。
【0020】以下、この実施形態の動作について説明す
るが、室内ファンモータ12M、室外ファンモータ26
M及び膨張弁27に対する制御については、各種提案さ
れて公知であるのでそれらの説明を省略し、本発明に直
接関係する省エネモードの運転について、図4及び図5
をも参照して以下に説明する。
【0021】先ず、リモコン300により冷房、暖房、
除湿等の運転モードが設定されると、受信回路103を
介して、設定信号がCPU101に取込まれる。CPU
101は運転モード信号をCPU201に送信する。C
PU201はこれらの運転モードに応じて四方弁24を
制御する信号を駆動回路210に加えて図2に示した冷
房又は暖房のサイクルを形成する。また、リモコン30
0によって省エネモードに設定された場合も、その指令
が受信回路103を介してCPU101に入力される。
【0022】次に、室外側のCPU201は外気温セン
サ207で検出された外気温To の情報を室内側のCP
U101に送信する。このとき、CPU101は運転モ
ードが例えば冷房か暖房かを判断し、室温センサ104
によって検出された室温Ta、とリモコン300によっ
て設定された設定室温Tshとの差に基づいてインバータ
運転周波数Fを決定し、周波数指令をCPU201に送
信する。CPU201はこのインバータ運転周波数Fの
交流が得られるようなスイッチング信号を増幅回路20
9に与えてインバータ回路205を制御する。
【0023】次に、省エネモードに設定されたとき、C
PU101は、設定室温Tsh、室温Ta 及び外気温To
に基づき、所定の条件が満たされたとき、インバータ運
転周波数の可変範囲を狭くし、すなわち、上限をFMAX
に下げ、下限をFMIN に上げる処理を実行する。
【0024】図4は運転周波数の上限を下げる操作の一
例であり、(a)は冷房運転時の処理を、(b)は暖房
運転時の処理をそれぞれ示している。ここで、(a)に
示す冷房運転時には外気温To が28℃以下の場合を前
提とし、室温Ta の下降時に、設定室温Tshよりも3℃
だけ高い温度(Tsh+3)℃を境としてLゾーンとMゾ
ーンとに分け、また、室温Ta の上昇時に設定室温Tsh
よりも4℃だけ高い温度(Tsh+4)℃を境としてLゾ
ーンとMゾーンとに分け、このうちのMゾーンにてイン
バータの最高運転周波数を通常冷房運転時の最高周波数
よりも下げる処理を実行する。なお、室温下降時と室温
上昇時とでLゾーンとMゾーンとの境界温度を変えたの
は制御のハンチングを避けるための常套的な手法であ
る。また、(b)に示す暖房運転時には外気温To が1
5℃以上の場合を前提とし、室温Ta の上昇時に、設定
室温Tshよりも3℃だけ低い温度(Tsh−3)℃を境と
してLゾーンとMゾーンとに分け、また、室温Ta の下
降時に設定室温Tshよりも4℃だけ低い温度(Tsh−
4)℃を境としてLゾーンとMゾーンとに分け、このう
ちのMゾーンにてインバータの最高運転周波数を通常暖
房運転時の最高周波数よりも下げる処理を実行する。
【0025】図5は上記の処理を含めて省エネモードで
運転する場合のCPU101の処理手順を示すフローチ
ャートである。ここでは、最初のステップ510 にて運転
モードは冷房か否かを判定し、冷房であればステップ51
1 以下の処理を実行し、暖房であればステップ531 以下
の処理を実行する。いま、判定結果が冷房であったとす
れば、ステップ511 にて設定室温Tshを、ステップ512
にて室温Ta をそれぞれ読込み、ステップ513 でこれら
の温度偏差から通常冷房運転時の周波数範囲内で、イン
バータ運転周波数Fを決定する。
【0026】次に、ステップ514 で省エネ運転モードに
設定されたか否かを調べ、省エネ運転モードに設定され
ておればステップ515 で外気温To を読込み、ステップ
516にて外気温To が28℃よりも低いか否かを判定
し、低い場合にはステップ517にて、今回の室温Ta が
前回の室温Ta0より低いか否か、すなわち、室温が下降
傾向か否かを判定する。そして、室温が下降傾向であれ
ばステップ518 にて室温Ta が(Tsh+3)℃よりも下
がったか否かを判定し、下がった場合にはステップ520
でインバータ運転周波数範囲の上限をFMAX に下げ(イ
ンバータ運転周波数がFMAX 以上であればFMAX に下げ
る)、さらに、ステップ521 でインバータ運転周波数範
囲の下限をFMIN に上げた後、ステップ522 にてその運
転周波数指令を出力して、ステップ510 以下の処理を繰
返す。
【0027】なお、ステップ507 にて、室温Ta が下降
傾向でないと判定された場合には、ステップ519 で室温
Ta が(Tsh+4)℃よりも低いか否かを判定し、低い
場合にステップ520 以下の処理、すなわち、運転周波数
範囲を縮小する処理に移る。
【0028】一方、ステップ514 での判定結果が省エネ
モードでなく、ステップ516 の判定結果が28℃以上で
あったり、ステップ518 の判定結果が(Tsh+3)以上
であったり、ステップ519 の判定結果が(Tsh+4)よ
りも高いときは、ステップ513 で決定されたインバータ
運転周波数Fをステップ522 にてそのまま運転周波数指
令として出力する。
【0029】一方、ステップ510 の判定結果が暖房であ
れば、ステップ531 にて設定室温Tshを、ステップ532
にて室温Ta をそれぞれ読込み、ステップ513 でこれら
の温度偏差から通常暖房運転時の周波数範囲内で、イン
バータ運転周波数Fを決定する。
【0030】次に、ステップ534 で省エネ運転モードに
設定されたか否かを調べ、省エネ運転モードに設定され
ておればステップ535 で外気温To を読込み、ステップ
536にて外気温To が15℃よりも高いか否かを判定
し、高い場合にはステップ537にて、今回の室温Ta が
前回の室温Ta0より高いか否か、すなわち、室温が上昇
傾向か否かを判定する。そして、室温が上昇傾向であれ
ばステップ538 にて室温Ta が(Tsh−3)℃よりも上
がったか否かを判定し、上がった場合にはステップ540
でインバータ運転周波数範囲の上限をFMAX に下げ(イ
ンバータ運転周波数がFMAX 以上であればFMAX に下げ
る)、さらに、ステップ541 でインバータ運転周波数範
囲の下限をFMIN に上げた後、ステップ542 にてその運
転周波数指令を出力して、ステップ510 以下の処理を繰
返す。
【0031】なお、ステップ507 にて、室温Ta が上昇
傾向でないと判定された場合には、ステップ539 で室温
Ta が(Tsh−4)℃よりも高いか否かを判定し、高い
場合にステップ540 以下の処理、すなわち、インバータ
運転周波数範囲を縮小する処理に移る。
【0032】一方、ステップ534 での判定結果が省エネ
モードでなく、ステップ536 の判定結果が15℃以下で
あったり、ステップ538 の判定結果が(Tsh−3)以下
であったり、ステップ539 の判定結果が(Tsh−4)よ
りも低いときは、ステップ533 で決定されたインバータ
運転周波数Fをステップ542 にてそのまま運転周波数指
令として出力する。
【0033】かくして、本実施形態によれば、省エネモ
ードの設定時に、インバータ装置の運転周波数範囲を縮
小するものであるため、省エネモードの運転機能を付加
する場合でもソフトウェアの僅かな変更で済み、かつ、
効率の低い運転状態をできるだけ回避しての省エネ運転
が可能となる。
【0034】また、上記実施形態によれば設定室温と検
出室温の差が所定値以下のとき、インバータ運転周波数
範囲を縮小するようにしているので、暖房効率及び冷房
効率が急峻に降下する範囲を避けることによって、効率
の低い状態での運転の機会を格段に少なくすることがで
きる。
【0035】さらに、上記実施形態によれば、暖房運転
時の外気温が予め定めた値より高いとき、インバータ運
転周波数範囲の上限を下げているので、周囲環境に合っ
た省エネ運転が可能となる。
【0036】なお、上記実施形態では、通常運転周波数
範囲よりも上限を下げ、かつ、下限を上げた範囲で運転
するようにしたが、通常運転周波数範囲の上限のみを下
げても、あるいは、通常運転周波数範囲の下限のみを上
げても、上述したと類似の効果が得られる。
【0037】
【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、請
求項1に記載の空気調和機によれば、省エネモードの設
定時に、インバータ装置の運転周波数範囲を縮小する運
転周波数範囲縮小手段を備えているので、省エネモード
の運転機能を付加する場合でもソフトウェアの僅かな変
更で済み、かつ、効率の低い運転状態をできるだけ回避
しての省エネ運転が可能となる。
【0038】また、請求項2に記載の空気調和機によれ
ば、運転周波数範囲の上限のみを下げ、請求項3に記載
の空気調和機によれば、運転周波数範囲の下限のみを上
げるようにしたので、ソフトウェアのより少ない変更に
て請求項1の空気調和機に類似の効果が得られる。
【0039】さらに、請求項4に記載の空気調和機によ
れば、設定室温と検出室温の差が所定値以下のとき、運
転周波数範囲を縮小するようにしているので、暖房効率
及び冷房効率が急峻に降下する範囲を避けることによっ
て、効率の低い状態での運転の機会を格段に少なくする
ことができる。
【0040】さらにまた、請求項5に記載の空気調和機
によれば、暖房運転時の外気温が予め定めた値より高い
とき、運転周波数範囲の上限を下げ、請求項6に記載の
空気調和機によれば、冷房運転時の外気温が予め定めた
値より低いとき、運転周波数範囲の上限を下げるように
構成したので、周囲環境に合った省エネ運転が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の制御系統の概略構成を示
すブロック図。
【図2】図1に示した実施形態の冷凍サイクル系統図。
【図3】図2に示した冷凍サイクル系統を制御する制御
装置の詳細な構成を示すブロック図。
【図4】図3に示した制御装置の動作を説明するため
に、運転周波数範囲の上限を下げる温度範囲を示した説
明図。
【図5】図3に示した制御装置を構成するマイクロコン
ピュータの処理手順を示すフローチャート。
【図6】本発明の原理を説明するためにインバータ運転
周波数と、電力、空調能力及び効率との関係を示した線
図。
【符号の説明】
1 室温設定手段 2 室温検出手段 3 インバータ運転周波数決定手段 4 省エネモード設定手段 5 外気温検出手段 6 運転周波数範囲縮小手段 7 運転周波数指令出力手段 8 インバータ装置 9,21 圧縮機 10 室内ユニット 11 室内熱交換器 12 室内ファン 20 室外ユニット 24 四方弁 25 室外熱交換器 26 室外ファン 27 膨張弁 100 室内制御装置 200 室外制御装置 300 リモコン 101,201 マイクロコンピュータ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷凍サイクルを形成する圧縮機を能力制御
    するためのインバータ装置と、 室温を設定する室温設定手段と、 室温を検出する室温検出手段と、 設定室温と検出室温の差に応じて前記インバータ装置の
    運転周波数を、予め定めた周波数範囲内の値に決定する
    インバータ運転周波数決定手段と、 運転モードを、運転コストを低減する省エネモードに設
    定する省エネモード設定手段と、 省エネモードの設定時に、前記インバータ装置の運転周
    波数範囲を縮小する運転周波数範囲縮小手段と、 を備えた空気調和機。
  2. 【請求項2】前記運転周波数範囲縮小手段は、運転周波
    数範囲の上限のみを下げる請求項1に記載の空気調和
    機。
  3. 【請求項3】前記運転周波数範囲縮小手段は、運転周波
    数範囲の下限のみを上げる請求項1に記載の空気調和
    機。
  4. 【請求項4】前記運転周波数範囲縮小手段は、設定室温
    と検出室温の差が所定値以下のとき、運転周波数範囲を
    縮小することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか
    に記載の空気調和機。
  5. 【請求項5】さらに、外気温を検出する外気温検出手段
    を備え、暖房運転時の外気温が予め定めた値より高いと
    き、前記運転周波数範囲縮小手段が、運転周波数範囲の
    上限を下げる請求項1に記載の空気調和機。
  6. 【請求項6】さらに、外気温を検出する外気温検出手段
    を備え、冷房運転時の外気温が予め定めた値より低いと
    き、前記運転周波数範囲縮小手段が、運転周波数範囲の
    上限を下げる請求項1に記載の空気調和機。
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