JPS63156980A - ヒ−トポンプ式空気調和機 - Google Patents

ヒ−トポンプ式空気調和機

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JPS63156980A
JPS63156980A JP30414186A JP30414186A JPS63156980A JP S63156980 A JPS63156980 A JP S63156980A JP 30414186 A JP30414186 A JP 30414186A JP 30414186 A JP30414186 A JP 30414186A JP S63156980 A JPS63156980 A JP S63156980A
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storage tank
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temperature
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JP30414186A
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寿夫 若林
宏治 室園
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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 本発明は、圧縮機を容量制御する周波数制御装置で発生
する熱を運転中に蓄熱しておき、熱源不足時にこれを冷
媒回路に回収利用することにより、除霜及び暖房立ち上
が9性能を改善したヒートポンプ式空気調和機に関する
ものである。
従来の技術 近年、周波数制御装置により圧縮機を大巾に容量制御で
きる、5EERや快適性に優れたヒートポンプエアコン
の普及が目ざましい。この周波数制御装置は、分離型エ
アコンの場合室外機に組み込まれ、また高密度化されて
おり、これを構成する多くの電気・電子部品、特にパワ
ートランジスタやリアクタ等は、信頼性の面からその放
熱が重要な問題となっている。しかし単に放熱だけなら
ファンの追加や通風回路の改善ですむが、と−トポンプ
性能の向上からすれば、これらの発熱をその冷媒回路に
回収して利用すべきで、この目的のために以下に示す冷
凍サイクルが提案されている〇第4図は従来の冷暖房装
置における周波数制御装置の制御回路を示すもので、1
は商用電源、Dl、D2 ””” D 12はクイオー
1’、CHl、CH2はチョークコイル、cl、c2は
コンデンサ、Trl、Tr2、・・・・・・Tr7はト
ランジスタ、2はターミナル、Bは圧縮機用モータ、D
は整流回路、Gはチョッパ回路、■はブリッジインパー
ク回路、Eは速度信号回路、Fはチョッパ制御回路、H
はブリッジインバータ制御回路である。商用電源1f:
、、6つのダイオードD1〜D6とチョークコイルCH
,、コンデン′!/″C1から成る整流回路りにより直
流電源に変換するとともに、速度信号回路Eで発生した
速度信号によりチョッパ制御回路Fにてチョッパ回路G
のトランジスタTr1を駆動し、先の直流電源の電圧を
制御し、それをチョークコイルG−とコンデンサC2で
平滑化する。この調整平滑化された直流電源をブリッジ
インバータ制御回路Hに入力し、直流電圧に相当する#
r波数を発生し、ブリッジインバータ回路Iのトランジ
スタTr2〜Tr7を駆動して三相の矩形波電源を発生
させ、ターミナル2を介して圧縮機用モータBに電源を
供給する。ここでトランジスタTr1〜Tr7ヤfヨー
クコイルC)(l、CH2等は多量の発熱を生じ高温と
なるので、これらを効果的に冷却する必要がある。
第5図は従来の冷暖房装置の冷媒回路図を示したもので
、11は圧縮機、12は四方弁、13は室外熱交換器、
14.16は逆止弁、15.17はそれぞれ暖房用及び
冷房用絞り装置、18は室内熱交換器で、これらを順次
結合して冷媒回路を構成している。さらに冷房時、暖房
時ともに高圧液管となるM点と吸入管となるN点とを補
助絞シ装置19を有する補助蒸発器20を介して結合し
、さらに補助蒸発器20と第4図に示した周波数制御装
置のトランジスタ等の発熱部21とを熱交換関係に配設
している。そして冷房時に圧縮機11から吐出された高
圧冷媒は、四方弁12、室外熱交換器13、逆止弁14
、冷房用絞り装置17、室内熱交換器18、四方弁12
と流れて圧縮機11に吸入される。同時に高圧液管のM
点より若干の高圧冷媒が補助絞シ装置19で減圧されて
補助蒸発器20に流れ、ここで補助蒸発器20と熱交換
関係に配設されている周波数制御装置の発熱部21は冷
却され、冷媒は蒸発して低圧ガスとなり、N点で主回路
を流れてきた冷媒と合流した後、圧縮機11に吸入され
る。暖房時は四方弁12を切換えることで冷媒の流れは
全く逆になり、この場合も逆止弁16を通過後の高圧液
冷媒の一部が、補助絞シ装置19で減圧されて補助蒸発
器20に流入し、ここで周波数制御装置の発熱部21を
冷却した後、低圧ガスとなってN点で主回路の冷媒と合
流し、圧縮機11に吸入される。この時周波数制御装置
の発熱部21を冷却した熱は圧縮機11で再び吸入及び
圧縮され室内熱交換器18で放熱することになシ、発熱
部21の発生熱を補助蒸発器20で冷媒に回収し、これ
を暖房能力の増加へと有効に利用している。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記構成では以下のような問題点があった
。暖房運転時に周波数制御装置で発生する熱を運転中常
に回収するので、この熱(廃熱)を無駄には捨てていな
いが、ヒートポンプ式空気調和機の弱点である除霜運転
時に注目すると、外気温の低い着霜条件下では通常1時
間に1回、約数分程度除霜運転が行われ、したがってこ
の間に利用できる廃熱は数分/60分と1割程度にしか
ならず、IHPクラスのヒートポンプエアコンでは必要
な除霜熱源熱量約100Kcalに対して約8Kcal
とわずかであシ、除霜時間の短縮等に貢献する割合は非
常に小さく、除霜の際の室温降下は依然として避けられ
なかった。これは暖房立ち上がり時においても言えるこ
とで、運転開始後数分で温風を吹出し、又20〜30分
で部屋が設定温度になる実状からみると、従来のような
廃熱の利用の方法ではこの間にもわずかしか貢献できな
かった。
本発明は上記問題点に濫み、冷媒回路に蓄熱槽を設け、
周波数制御装置で発生する熱をこの蓄熱槽にためておき
、蓄熱槽温度がある温度以上になれば冷媒回路に蓄熱槽
内の熱を放出し、ある温度以下になれば再び蓄熱槽に蓄
熱するとともに、除昂時や暖房開始時等の熱源が大巾に
不足している時にこれを利用することで、周波数制御装
置内の電気・電子部品等の信頼性を維持しつつ、ヒート
ポンプ式空気調和機の弱点を大巾に改善することを目的
とするものである。
問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために本発明のヒートポンプ式空
気調和機は、電源周波数を制御できる周波数制御装置を
備え、前記周波数制御装置によシ駆動される圧縮機を組
み込んだ冷媒回路に、蓄熱材を収納し、湿度センサを備
えた蓄熱槽を設け、運転中に前記周波数制御装置で発生
する熱を前記蓄熱槽に蓄熱し、前記温度センサで検出さ
れる蓄熱槽温度Tが、ある温度T1以上になれば前記蓄
熱槽内の熱を前記冷媒回路に放出し、ある温度T2以下
になれは再び前記蓄熱槽に蓄熱するとともに、除霜運転
時や暖房運転開始時に前記蓄熱槽内の蓄熱を熱源の一部
に利用したものである。
作   用 本発明は上記構成により、暖房運転中に周波数制御装置
を構成する電気・電子部品が発熱し高温となるが、この
熱を蓄熱槽にた・め、蓄熱槽温度がある温度以上になれ
ば蓄熱槽から冷媒回路に放熱し、ある温度以下になれば
再び蓄熱するようにして電気・電子部品の過度の温度上
昇を抑え、これら部品の信頼性を維持しつつ除霜運転時
にこの蓄熱を一挙に回収利用することで、除霜運転時の
熱源を大巾に増加させ、除霜時間の短縮や暖房を継続し
ながら行う除霜運転時の暖1.力の向上に大きく寄与し
、従来のヒートポンプ式空気調和機の弱点であった除霜
運転時の室温降下による快適性の低下を防止できるもの
であり、さらには暖房運転開始時にも蓄熱槽に残熱があ
る場合にはこれを積極的に利用することで、立ち上が9
時間を短縮できるものである。
実施例 以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説明
する。
第1図は本発明の第1の実施例を表わすヒートポンプ式
空気調和機の冷媒回路図で、31は圧縮機、32は四方
弁、33は室内熱交換器、34は減圧装置としてキャピ
ラリ、35は室外熱交換器、36.37は開閉弁、38
は熱交換器、39はパラフィン系の潜熱蓄熱材(C20
H42)、40は蓄熱槽、41は温度センテ、42は周
波数制御装置、43は同制御装置の発熱部、44はヒー
トパイプ、45は同吸熱部、46は同放熱部、47は蓄
熱制御装置である。ここで周波数制御装置42の制御回
路は、第4図に示した従来のものと同じであり、説明を
省略する。圧縮機31、四方弁32、室内熱交換器33
、キャピラリ34、室外熱交換器35を順次環状に冷媒
配管で連結し、キャピラリ34と室外熱交換器35とを
結ぶ冷媒配管の途中に開閉弁36を設け、さらにこの開
閉弁36とキャピラリ34との直列回路に並列に、開閉
弁37、熱交換器38を直列になるように設けるととも
に、この熱交換器38とヒートパイプ44の放熱部46
とを、内部にパラフィン系潜熱蓄熱材39を封入した蓄
熱槽40内に収納し、さらに蓄熱槽40内には温度セン
サ41を備えるとともに、ヒートパイプ44の吸熱部4
5を圧縮機31への供給電源周波数を制御する周波数制
御装置420発熱部43に熱交換可能に接触して配設し
たものである。なおヒートパイプ44の構造は、管内部
にライツタと、熱媒体としての水や7レオン等ヲ封入し
たもので、一般によく用いられているものである。
暖房運転時は開閉弁36を開き、開閉弁37を閉じてお
き、商用電源から供給を受けて電源周波数を制御する周
波数制御装置42により駆動される圧縮機31から吐出
された高温の冷媒は、四方弁32、室内熱交換器33、
キャピラリ34、開閉弁36、室外熱交換器35、四方
弁32の順に流れて再び圧縮機31に吸入され、暖房サ
イクルを完結する。周波数制御装置42の発熱部(パワ
ートランジスタやチョークコイルの代わりのリアクタ等
)43で発生する熱を運転中ずっとヒートパイプ44の
吸熱部45で吸熱し、吸熱した熱によシヒートバイプ4
4内に封入した熱媒体が蒸発し、さらに移動して蓄熱槽
40内に収納された他端の放熱部46から周囲にあるバ
ックイン系潜熱蓄熱材39に放熱し、ここに蓄熱する。
第2図は蓄熱槽温度T1すなわちこの場合には温度セン
サ41で検出されるパラフィン系潜熱蓄熱材39の温度
変化の一例を示したもので図中の(5)は蓄熱槽40へ
の蓄熱を、(B)は蓄熱槽4oからの放熱を示したもの
である。このパラフィン系潜熱蓄熱材(C20H42)
39は融点が36°c1融解潜熱が59 Kcal/に
9であり、暖房運転中に検出される蓄熱槽温度では、初
めのうちは約36°Cで安定しているが、パラフィン系
潜熱蓄熱材39が融解を終わるとともに上昇し、TI=
so°Cにまで上昇すると第1図に示した蓄熱制御装置
47からの信号を受けて開閉弁36は閉じ、開閉弁37
は開く。この弁操作により室内熱交換器33を出た高圧
過冷却状態の冷媒は開閉弁37、熱交換器38を通って
室外熱交換器35へ流れていく。こめ時熱交換器38を
通る冷媒の温度は30°C以下になるため、50°Cと
なったパラフィン系潜熱蓄熱材39の熱を熱交換器38
を介して冷媒回路に放熱できる。そして蓄熱槽温度がT
2=45°Cとなればこの放熱をやめ、再び開閉弁36
を開き、開閉弁37を閉じて蓄熱槽40に蓄熱する。以
上の操作を繰り返しながら蓄熱槽温度をTI=50’C
とT2=45°Cの間に保つ。
図示しない除霜制御装置により着霜を検出すると、四方
弁32はそのままの状態を保持し、開閉弁36は閉じ、
開閉弁37は開く。この操作により、圧縮機31から吐
出された冷媒は四方弁32を経て室内熱交換器33で室
内を暖房し、冷媒は凝縮して二相状態となって開閉弁3
7、熱交換器38へと流れ、この熱交換器38で蓄熱槽
4oに蓄わえられた熱を回収し、冷媒は再びエンタルピ
、温度ともに高くなって室外熱交換器35へ流入し除霜
するとともに、自身は凝縮して、四方弁32を経て圧縮
機31に吸入される。この間の蓄熱槽温度の変化は第2
図に示す通りで、除霜開始とともにパラフィン系潜熱蓄
熱材39は顕熱分だけ温度が低下した後融点である36
°Cで凝固過程を終わり、再び温度低下したところで図
示しない除霜制御装置が除霜終了を検知し、暖房運転に
復帰する。このように周波数制御装置42で運転中に発
生する熱を蓄熱槽40に一時的に蓄わえておき、これを
熱源の不足する除霜運転時に回収利用するものである。
今、IHPクラスのヒートポンプエアコンtAIIIに
とると、圧縮機31の消費電力は1200W。
周波数制御装置41の変換効率は92%程度であり、発
生する熱(廃熱)は1時間当りQ=1200X 0.8
6X(10,92’)=82Kcal/h程度となる。
外気温が低い着霜条件下では約1時間に1回除霜運転に
入るので、発熱を全て回収できたとして82 Kcal
の熱が除霜熱源に利用できる。この時パラフィン系潜熱
蓄熱材(C20H42) 3 eは融解潜熱が59 K
cal/に9であり、その量はt 4 K?あればよい
。もちろんこの他に圧縮機31の図示しないシェル自身
にも蓄熱され、除霜熱源に利用できる。
一方、1時間運転すると着霜量は約0.8に9程度とな
り、室外熱交換器35自身や冷媒配管等の熱容量も含め
て除霜に必要な熱量(負荷)は実際には100Kcal
程度になる。
除霜運転時に圧縮機31を電流制限ぎりぎりまで最高周
波数で5分間運転して暖房を継続しながら除霜を行った
とし、その時の消費電力を1500Wとして、従来例の
方式と本実施例の効果の差を以下に示す。
〈従来例(第5図参照)の方式の場合〉圧縮機31から
の供給熱量。
1500Wx0.86x旦=109(Kc・l)廃熱回
収量; 1500WXQ86X(10,92)X即=9(Kca
l)圧縮機31のシェル蓄熱回収量; 17(Kcal
)、°、除霜熱源熱量= 108+9+17=134(
Kcal )除霜熱源熱量から除霜負荷を引いた残シ3
4(Kcal)がその間(5分間)に行える暖房の熱量
である。
60分 よって暖房能力Q=34KcalX 5   =406
(Kca)、)く本実施例の場合〉 圧縮機31からの供給熱量; 1500W Xo、86 X−” = 108 (Kc
a l)廃熱回収量(蓄熱分); 1200WX0.88X(1−Q92)=82(Kca
l)圧縮機31のシェル蓄熱回収量; 17(Kcal
)、゛、除霜熱源熱量= 108+82+17=207
(Kcal)よって除霜運転中の5分間に継続して行な
える本実施例によれば、周波数制御装置42で発生す、
る熱を一時的に蓄熱槽4oに蓄ゎえておき、熱源が大き
く不足する除霜運転時にこの熱を一挙に回収利用して除
霜熱源の一部とすることで、除霜運転時における暖房能
力をQ=408→1284(Kc a t、”h )と
3倍も向上でき、ヒートポンプ式空気調和機の弱点であ
る除霜の際の室温降下、すなわち快適性の低下を防止で
きる°。また廃熱の利用について別の見方をすれば、運
転中に常時廃熱を回収利用して暖房能力の向上に役立た
せるよシも、これは周波数の増加等により4成できるも
のであり、外気熱源が利用できないような大巾な熱源不
足の時にこそこの廃熱を一挙に利用すれば、と−トポン
プ式空気調和機としてよシ高い効果を引き出すことがで
きる。
冷房運転時には、四方弁32を切換え、開閉弁36を開
き、開閉弁a7を閉じれば通常の冷房を行うことができ
る。
なお本実施例では除霜運転時に四方弁32を暖房サイク
ルの状態を保持したままで説明したが、逆に四方弁32
を切換えて行ってもよく、その時には冷媒の流れは上述
した流れ方向とは逆になり、圧縮機31、四方弁32を
経て室外熱交換器35を出た液分の多い凝縮冷媒が熱交
換器38で蓄熱槽40から吸熱し、自尉のエンタルピを
回復した後開閉弁37を経て室内熱交換器33、四方弁
32、圧縮機31へと戻る。そしてこの時には室内熱交
換器33を通る冷媒の温度が低いため、暖房は停止する
第3図は本発明の第2の実施例を表わすと一トポンプ式
空気調和機の冷媒回路図を示したもので、第1図と異な
る部分は減圧装置としてステッピングモータなど電磁力
で弁開度を制御でき、しかも全開可能な電子膨張弁48
を用いた点と、この電子膨張弁48と並列に補助キャピ
ラリ49を用いた点と、と−ドパイブ44をやめて周波
数制御装置42のリアクタ43 aを蓄熱槽40内に収
納し、その他の発熱部43は図示しないファンの通風路
に設置した点で、その他は第1図と同じである。
暖房運転時には電子膨張弁48の開度を所定開度とし、
一方補助キャビラリ49の絞りを電子膨張弁48の絞り
よシも大きくしておくことにより、冷媒は電子膨張弁4
8を通過し、一方、周波数制御装置42の発熱量の約1
/2を占めるリアクタ43aからの発熱を直接パラフィ
ン系潜熱蓄熱材39に伝えて効率よくしかも蓄熱槽温度
をある温度域内におさえながら蓄熱槽40に蓄熱する。
除霜運転になると四方弁32はそのままの状態を保持し
、電子)膨張弁48を全開にすることにより、圧縮機3
1から吐出された高温の冷媒は四方弁32、室内熱交換
器33、補助キャピラリ49を経て熱交換器38へ流れ
、ここで蓄熱槽40から吸熱してエンタルピ、温度とも
に高くなって後、室外熱交換器35、四方弁32を経て
圧縮機31に戻り、暖房を継続しながら除霜を行う。も
ちろん冷房運転時には四方弁32を切換えることで従来
通りの冷房が行える。
この実施例によれば、減圧装置として最適な絞シ制御を
行う電子膨張弁4Bを用いることが決まっている時には
切換え手段としての開閉弁が不要になること、又リアク
タ43aからの発熱が途中の損失もなく効率よく蓄熱槽
40に蓄熱でき、さらにパラフィン系潜熱蓄熱材(C2
0H42)39の融点が36°C1融解潜熱が59Kc
al/に9であるため、リアクタ43&も約36°Cと
一定しており、過度の、急激な温度上昇を避けられ、自
身の信頼性を損なう恐れがないし、又ヒートパイプ44
が不要となって安価に、簡単に実施できる。さらに蓄熱
槽40からの蓄熱を一挙に回収利用するので除霜時間を
短縮できる。
なお上記第1の実施例では開閉弁37と熱交換器38を
、キャピラリ34と開閉弁36の直列回路に並列に置い
て説明したが、開閉弁36にのみ並列に置いてもかまわ
ないし、又開閉弁36.37の代わりに切換え手段とし
て三方弁を設けても同様の効果が得られる。
さらに上記第1、第2の実施例では蓄熱材としてパラフ
ィン系潜熱蓄熱材(C20H42)3eで説明したが、
これに限定されるものでないのはもちろんである。
以上の実施例では蓄熱槽40からの熱回収を、いずれも
除霜運転時に行うとして説明したが、その他、暖房運転
開始時に冷媒を熱交換器38に導入することで、蓄熱槽
40に残熱がある場合にはこれを回収でき、立ち上がり
時間を短縮することも可能である。
発明の詳細 な説明してきたように本発明のヒートポンプ式空気31
1和機は、電源周波数を制御できる周波数制御装置を備
え、前記周波数制御装置によυ駆動される圧縮機を組み
込んだ冷媒回路に、蓄熱材を収納し、温度センサを備え
た蓄熱槽を設け、運転中に前記周波数制御装置で発生す
る熱を前記蓄熱槽に蓄熱し、前記温度センサで検出され
る蓄熱槽温度Tが、ある温度11以上になれば前記蓄熱
槽内の熱を前記冷媒回路に放出し、ある温度で2以下に
なれば再び前記蓄熱槽に蓄熱するとともに、除霜運転時
や暖房運転開始時に前記蓄熱槽内の蓄熱を熱源の一部に
利用したので、暖房運転中に周波数制御装置を構成する
電気・電子部品が発熱し高温となるが、この熱を蓄熱槽
にため、蓄熱槽温度がある温度以上になれば蓄熱槽から
冷媒回路に放熱し、ある温度以下になれば再び蓄熱する
ようにして電電・電子部品の過度の温度上昇を抑え、こ
れら部品の信頼性を維持しつつ除霜運転時にこの蓄熱を
一挙に回収利用することで、除霜運転時の熱源を大巾に
増加させ、除霜時間の短縮や暖房をg!続しながら行う
除霜運転時の暖房能力の向上に大きく寄与し、従来のヒ
ートポンプ式空気調和機の弱点であった除霜運転時の室
温降下による快適性の低下を防止できるものであり、さ
らには暖房運転開始時にも蓄熱槽に残熱がある場合には
これを積極的に利用することで、立ち上がり時間を短縮
できる優れた効果を呈するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を表わすヒートポンプ式
空気調和機の冷媒回路図、第2図は第1図における蓄熱
槽温度の変化を表わす特性図、第3図は本発明の第2の
実施例を表わすヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図
、第4図は従来の冷暖房装置における周波数制御装置の
制御回路図、第5図は従来の冷暖房装置の冷媒回路図で
ある。 31・・・・・・圧縮機、39・・・・・・パラフィン
系潜熱蓄熱材、40・・・・・・蓄熱槽、41・・・・
・・温度センサ、42・・・・・・周波数制御装置、4
3・・・・・・同発熱部、44・・・・・・ヒートパイ
プ、45・・川・同吸熱部、46・・・・・・同放熱部
。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電源周波数を制御できる周波数制御装置を備え、
    前記周波数制御装置により駆動される圧縮機を組み込ん
    だ冷媒回路に、蓄熱材を収納し、温度センサを備えた蓄
    熱槽を設け、運転中に前記周波数制御装置で発生する熱
    を前記蓄熱槽に蓄熱し、前記温度センサで検出される蓄
    熱槽温度Tが、ある温度T_1以上になれば前記蓄熱槽
    内の熱を前記冷媒回路に放出し、ある温度T_2以下に
    なれば再び前記蓄熱槽に蓄熱するとともに、除霜運転時
    や暖房運転開始時に前記蓄熱槽内の蓄熱を熱源の一部に
    利用したヒートポンプ式空気調和機。
  2. (2)周波数制御装置の発熱部を、ヒートパイプの吸熱
    部と熱交換関係に配設し、前記ヒートパイプの放熱部を
    熱交換器と共に蓄熱槽に収納し、さらに前記熱交換器を
    、冷媒回路の暖房運転時における低圧側に切換え手段を
    介して連結した特許請求の範囲第1項記載のヒートポン
    プ式空気調和機。
  3. (3)周波数制御装置のリアクタを、熱交換器とともに
    蓄熱槽に収納し、前記熱交換器を、冷媒回路の暖房運転
    時における低圧側に切換え手段を介して連結した特許請
    求の範囲第1項記載のヒートポンプ式空気調和機。
  4. (4)蓄熱材を潜熱蓄熱材とし、温度T_1及びT_2
    を共に前記潜熱蓄熱材の融点以上とした特許請求の範囲
    第1項記載のヒートポンプ式空気調和機。
JP30414186A 1986-12-19 1986-12-19 ヒ−トポンプ式空気調和機 Pending JPS63156980A (ja)

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