JP2015230153A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【課題】適切に霜取り運転を行うことができる空気調和機を提供する。
【解決手段】圧縮機21、流路切替器22、室外熱交換器23、絞り装置24、及び室内熱交換器25が冷媒配管51を介して接続された冷媒回路と、室外熱交換器23の入口側に設けられ、入口温度を検出する温度センサ61と、霜取り運転を行う室外制御装置63とを備え、室外制御装置63は、冷媒回路を流通する冷媒の流量に基づいて補正値を演算する補正値演算手段73と、温度センサ61において検出された入口温度と、補正値演算手段73において演算された補正値とに基づいて、室外熱交換器23の中間部の中間温度を導出する中間温度導出手段75と、中間温度導出手段75において導出された中間温度に基づいて霜取り運転を行う運転モード制御手段71とを有するものである。
【選択図】図1
【解決手段】圧縮機21、流路切替器22、室外熱交換器23、絞り装置24、及び室内熱交換器25が冷媒配管51を介して接続された冷媒回路と、室外熱交換器23の入口側に設けられ、入口温度を検出する温度センサ61と、霜取り運転を行う室外制御装置63とを備え、室外制御装置63は、冷媒回路を流通する冷媒の流量に基づいて補正値を演算する補正値演算手段73と、温度センサ61において検出された入口温度と、補正値演算手段73において演算された補正値とに基づいて、室外熱交換器23の中間部の中間温度を導出する中間温度導出手段75と、中間温度導出手段75において導出された中間温度に基づいて霜取り運転を行う運転モード制御手段71とを有するものである。
【選択図】図1
Description
本発明は、霜取り制御を行う空気調和機に関する。
従来、空気調和機は暖房運転を続けると蒸発器となる室外熱交換器が着霜するため、霜取り運転が実施されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の技術は、蒸発器の熱負荷要因に基づいて求めた蒸発器の平均温度と、蒸発器の最も低温となる入口側の温度の検出結果とに基づいて空調制御を行うことにより蒸発器の凍結防止を図っている。
また、霜取り運転を行う契機として、凝縮器となる室内熱交換器に設けられている温度センサの検出結果を利用したものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に記載の技術は、温度センサの検出結果に基づいて、凝縮器となる室内熱交換器から蒸発器となる室外熱交換器へ至る冷媒流通路が霜付き前であることを示した場合、霜取り運転を開始している。
特許文献1に記載の技術は、蒸発器に複数の温度センサを設けることなく演算により各種値を求めることで低コストで蒸発器の凍結防止を実現している。特許文献2に記載の技術は、凝縮器側に設けられた温度センサの検出結果を利用することにより、冷媒流通路が霜付き前であるか否かの判定結果を契機として霜取り運転を行っている。
しかし、特許文献1及び2に記載の技術では、例えば冷媒配管の長さによって蒸発器の中間部の中間温度にばらつきがあるため、霜取り運転制御または凍結防止運転制御の契機にずれが生じている可能性がある。
本発明は、上記のような問題点を背景としてなされたもので、精度良く霜取り運転制御を行うことができる空気調和機を提供することを目的とするものである。
本発明に係る空気調和機は、圧縮機、流路切替器、室外熱交換器、絞り装置、及び室内熱交換器が冷媒配管を介して接続された冷媒回路と、室外熱交換器の暖房運転時における入口側に設けられ、暖房運転時に室外熱交換器の入口側となる入口温度を検出する温度センサと、暖房運転時において温度センサの検出結果に基づいて冷媒回路を制御することにより霜取り運転を行う室外制御装置とを備え、室外制御装置は、冷媒回路を流通する冷媒の流量に基づいて補正値を演算する補正値演算手段と、温度センサにおいて検出された入口温度と、補正値演算手段において演算された補正値とに基づいて、室外熱交換器の中間部の中間温度を導出する中間温度導出手段と、中間温度導出手段において導出された中間温度に基づいて霜取り運転を行う運転モード制御手段とを有するものである。
本発明に係る空気調和機によれば、冷媒配管を流通する冷媒の流量に基づいて導出した蒸発器の中間部の温度に基づいて霜取り運転を行っている。よって、精度良く霜取り運転制御を行うことができるという効果を有する。
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の空気調和機1の実施の形態1を示す概略図である。空気調和機1は、空調対象空間を空気調和するものであり、室外機11及び室内機13を備え、室外機11と、室内機13とは液側延長配管53及びガス側延長配管55を介して接続されている。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の空気調和機1の実施の形態1を示す概略図である。空気調和機1は、空調対象空間を空気調和するものであり、室外機11及び室内機13を備え、室外機11と、室内機13とは液側延長配管53及びガス側延長配管55を介して接続されている。
室外機11は、圧縮機21、流路切替器22、室外熱交換器23、絞り装置24、室外送風機31、液側延長配管接続用バルブ41、ガス側延長配管接続用バルブ43、温度センサ61、室外制御装置63を備えている。室内機13は、室内熱交換器25及び室内送風機33を備えている。また、空気調和機1は、圧縮機21、流路切替器22、室外熱交換器23、絞り装置24、室内熱交換器25が冷媒配管51を介して接続された冷媒回路を備え、冷媒回路内を冷媒が循環することにより、冷凍サイクルが形成されるものである。
圧縮機21は、例えばスクロール式またはロータリー式等の公知技術を用いて形成されるものであり、冷媒を圧縮して吐出する。流路切替器22は、例えば四方弁であり、冷媒の流路方向を切り替える。流路切替器22は、例えば暖房運転時には圧縮機21の吐出側と室内熱交換器25を接続し、圧縮機21の吸入側と室外熱交換器23とを接続する冷媒回路を形成する。一方、流路切替器22は、冷房運転時には圧縮機21の吐出側と室外熱交換器23とを接続し、圧縮機21の吸入側と室内熱交換器25とを接続する冷媒回路を形成する。
室外熱交換器23は、例えばフィンチューブで形成され、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。室外送風機31は、室外ファンを回転させることにより室外熱交換器23に空気を供給する。室内熱交換器25は、例えばフィンチューブで形成され、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。室内送風機33は、室内ファンを回転させることにより室内熱交換器25に空気を供給する。絞り装置24は、例えば電子膨張弁で形成され、開度を調整することにより冷媒配管51を流通する冷媒の流量を調整するものである。
さらに空気調和機1は、温度センサ61、室外制御装置63を有している。温度センサ61は、暖房運転時に室外熱交換器23の入口側となる箇所に設けられ、室外制御装置63に入口温度Tinの検出結果を供給するものである。つまり、温度センサ61は、暖房運転時に室外熱交換器23が最も低温となる部分に設けられている。
室外制御装置63は、圧縮機21、流路切替器22、絞り装置24、室外送風機31の駆動を制御するものである。室外制御装置63は、室内送風機33の駆動を制御してもよい。室外制御装置63は、圧縮機21から周波数fzを取得すると共に、温度センサ61の検出結果を取得する。
次に、室外制御装置63の詳細について図2から図4を用いて例示する。図2は、室外制御装置63の実施の形態1を示す機能ブロック図である。図2の室外制御装置63の機能構成は、マイコン、コンピュータ等のハードウェア上でプログラムを実行させることにより、構築されたものである。室外制御装置63は、運転モード制御手段71、補正値演算手段73、中間温度導出手段75、中間温度判定手段77を備え、冷媒回路の冷凍サイクルを制御するものである。
運転モード制御手段71は、室内機13からの運転指令に基づいて運転モードを変更し、空調制御を行うものである。具体的には、運転モード制御手段71は、室内機13からの運転指令が冷房運転の場合、運転モードを冷房運転に変更し、冷房運転に関する制御指令を圧縮機21、流路切替器22、絞り装置24、室外送風機31に供給する。また、運転モード制御手段71は、室内機13からの運転指令が暖房運転の場合、運転モードを暖房運転に変更し、暖房運転に関する制御指令を圧縮機21、流路切替器22、絞り装置24、室外送風機31に供給する。
より具体的には、運転モード制御手段71は、室内機13からの運転指令が暖房運転の場合、例えば補正値演算手段73に補正値ΔTを演算させる指令を供給し、補正値演算手段73に温度センサ61の検出結果である入口温度Tinを補正する補正値ΔTを演算させる。運転モード制御手段71は、中間温度判定手段77の判定結果に基づいて霜取り運転の制御指令を生成し、生成した制御指令を流路切替器22等に供給する。
補正値演算手段73は、冷媒循環流量導出手段81、補正値設定手段83、補正値記憶手段85を備えている。冷媒循環流量導出手段81は、例えば暖房運転時、圧縮機21の周波数fzに依存する冷媒循環流量Gr[kg/h]を導出するものである。具体的には、冷媒循環流量導出手段81は、圧縮機21のストロークボリュームvst[cc]、圧縮機21の周波数fz[rps]、冷媒のガス密度ρ[kg/m3]、体積効率ηv[無次元数]を次式(1)に適用することにより、冷媒循環流量Gr[kg/h]を導出する。
冷媒循環流量Grについて図3を用いて具体的に説明する。図3は、配管長と圧力損失ΔPと冷媒循環流量Grの相関関係を示す図である。図3に示すように、配管長に比例して圧力損失ΔPの量は増加し、また冷媒循環流量Grに応じて配管長と圧力損失ΔPとの変化率である傾きは変化する。よって、配管長に応じて圧力損失ΔPが求まり、圧力損失ΔPに応じて冷媒循環流量Grが求まる。よって、圧力損失ΔPと、冷媒循環流量Grとは相関関係があるため、冷媒循環流量Grに応じて圧力損失ΔPを求めることもできる。
また、暖房運転時の冷媒状態はp−h線図(図示せず)で表すと、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた湿り飽和蒸気状態である。このような状態では圧力(温度)が決まれば温度(圧力)が決まり、圧力(温度)が変化すれば温度(圧力)も変化する。したがって、圧力と、温度とは相関関係があるため、圧力損失ΔPと、温度との対応関係を事前に取得しておくことにより、圧力損失ΔPから補正値ΔTを導出することができる。例えば図4に示すように、冷媒循環流量Grと、補正値ΔTとの対応関係が補正値記憶手段85に記憶されている。図4は、冷媒循環流量Grと補正値ΔTとの対応関係を示す図である。図4に示すように、冷媒循環流量Grが多段階に分けられ、段階ごとに補正値ΔTが対応付けられている。つまり、配管長は設置場所等により長さが変わるため、それに合わせて補正値ΔTを設定すれば、霜取り運転制御の精度が良くなる。
例えば補正値設定手段83は、冷媒循環流量導出手段81において導出された冷媒循環流量Grと、補正値記憶手段85に記憶されている冷媒循環流量Grと補正値ΔTとの対応テーブルとに基づいて、補正値ΔTを求めるものである。
中間温度導出手段75は、温度センサ61で検出した入口温度Tinに補正値ΔTを加算することにより中間温度Tmを導出するものである。つまり、中間温度導出手段79は、補正値ΔTと、暖房運転時に室外熱交換器23の入口側となる入口温度Tinとに基づいて、室外熱交換器23の中間部の中間温度Tmを導出し、導出結果を中間温度判定手段77に供給するものである。
中間温度判定手段77は、室外熱交換器23の中間部の中間温度Tmと、予め設定された閾値Taとに基づいて霜取り運転を開始するか否かを判定し、判定結果を運転モード制御手段71に供給するものである。
ここで、予め設定された閾値Taは、例えば予め実機運転を行うことにより、暖房運転時に蒸発器として機能する室外熱交換器23の冷媒流通経路が霜付き前であることを示す指標として用いている。閾値Taは、例えば−2.0から−3.0℃に設定しておけばよい。
運転モード制御手段71は、中間温度Tmが予め設定された閾値Ta以下であれば流路切替器22を冷房運転時の状態に切り替え、圧縮機21の吐出側と、室外熱交換器23とを接続し、室外熱交換器23に高温かつ高圧である冷媒を供給させることにより霜取り運転制御を行うものである。運転モード制御手段71は、中間温度Tmが予め設定された閾値Taより大きければ霜取り運転制御を行わないものである。
図5は、実施の形態1の霜取り運転制御の動作例を示すフローチャートである。運転モード制御手段71において室内機13から運転指令があるか否かが判定され、室内機13から運転指令がある場合(ST1YES)、運転モード制御手段71において運転モードを変更する(ST2)。一方、運転モード制御手段71において室内機13から運転指令がない場合(ST1NO)、ST1に戻る。
運転モード制御手段71において暖房運転である場合(ST3YES)、圧縮機21の運転を開始し(ST4)、一定時間が経過したか否かを判定する(ST5)。運転モード制御手段71において一定時間が経過した場合(ST5YES)、冷媒循環流量導出手段81において冷媒循環流量Grを導出し(ST6)、補正値設定手段83において補正値ΔTを選定し(ST7)、中間温度導出手段75において室外熱交換器23の入口温度Tinを取得し(ST8)、中間温度導出手段75において中間温度Tmを導出する(ST9)。中間温度判定手段77において中間温度Tmが閾値Ta以下であるか否かを判定する(ST10)。中間温度判定手段77において中間温度Tmが閾値Ta以下である場合(ST10YES)、運転モード制御手段71において運転モードを霜取り運転に変更し、流路切替器22を切り替えることにより(ST11)、霜取り運転が開始され、霜取り運転が行われる(ST12)。また、中間温度判定手段77において中間温度Tmが閾値Taより大きい場合(ST10NO)、冷媒循環流量導出手段81から上記一例の処理が繰り返される(ST6からST10)。
なお、運転モード制御手段71において暖房運転ではない場合(ST3NO)、例えば冷房指令が届いた場合、冷房運転が行われる。
以上の説明から、冷媒配管51の冷媒循環流量Grに基づいて補正値ΔTを導出し、補正値ΔTで補正した蒸発器の中間部の中間温度Tmと、閾値Taとの比較結果を霜取り運転開始としている。これにより、冷媒流通経路の圧力損失ΔPが考慮された霜取り運転制御が実施されることになるため、精度良く霜取り運転制御を行うことができる。
一方、蒸発器の入口側から中間部までの圧力損失ΔPを含めて中間温度Tmを補正しているため、中間温度Tmは正確な値となっている。そのような正確な中間温度Tmに基づいて霜取り運転制御を実施するか否かを判定しているため、精度良く霜取り運転制御を開始することができる。これにより、無駄な霜取り運転制御を回避できるので、低消費電力化を図ることもできる。
また、霜取り運転制御に関しては、温度センサ61を1つ室外熱交換器23に設けているだけであるので、複数の温度センサ61を室外熱交換器23に設ける必要がない。したがって、低コストで霜取り運転制御を実現することができる。
実施の形態2.
実施の形態1では、冷媒循環流量Grから補正値ΔTを求める場合について説明したが、実施の形態2では、例えば圧縮機21の周波数fzと、補正値ΔTとの対応関係に基づいて導出するものについて説明する。なお、本実施の形態2において、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能等については同一の符号を用いて述べることとする。
実施の形態1では、冷媒循環流量Grから補正値ΔTを求める場合について説明したが、実施の形態2では、例えば圧縮機21の周波数fzと、補正値ΔTとの対応関係に基づいて導出するものについて説明する。なお、本実施の形態2において、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能等については同一の符号を用いて述べることとする。
図6は、室外制御装置63の実施の形態2を示す機能ブロック図である。補正値記憶手段95には、圧縮機21の周波数fzが増加するにつれ、冷媒配管51の圧力損失ΔPが大きくなることに伴い室外熱交換器23の中間部の中間温度Tmの補正値ΔTの補正量を増加させる対応関係のテーブルが記憶されている。図7は、圧縮機21の周波数fzと補正値ΔTとの対応関係を示す図である。図7に示すように、圧縮機21の周波数fzは多段階に分けられており、段階ごとに補正値ΔTが対応付けられている。
具体的には、図7に示すように、例えば周波数fzが30以下の場合には補正値ΔTは−0.5℃に設定されるものであり、周波数fzが30より大きく60より小さい場合には補正値ΔTは−1.0に設定されるものであり、周波数fzが60以上の場合には補正値ΔTは−1.5に設定されるものである。このような補正値ΔTは、評価段階で予め実機運転を行うことにより、周波数fzの変化に対応する補正値ΔTを実測しておけばよい。例えば暖房運転時において、室外熱交換器23の最低温度を検出できる箇所と、室外熱交換器23の平均温度を検出できる箇所とにそれぞれ温度センサ61を設けることにより、補正値ΔTについて実測しておいてもよい。なお、上記の一例では、3ステップとしているが、ステップ数を増やすことにより補正値ΔTを細かくすることができる。
補正値設定手段93は、圧縮機21の周波数fzに応じて、段階的に複数の補正値ΔTを選定するものである。図8は、実施の形態2の霜取り運転制御の動作例を示すフローチャートである。図8においては、図5の場合と比べ、冷媒循環流量Grを導出するステップがない以外は同一のステップであるため、その説明については省略する。
以上の説明から、圧縮機21の周波数fzと、補正値ΔTとの対応関係を有することにより、冷媒循環流量Grを導出する必要がなくなるため、さらに簡易に霜取り運転を開始させることができる。
以上、本発明の実施の形態1、2において、圧縮機21、流路切替器22、室外熱交換器23、絞り装置24、及び室内熱交換器25が冷媒配管51を介して接続された冷媒回路と、室外熱交換器23の暖房運転時における入口側に設けられ、暖房運転時に室外熱交換器23の入口側となる入口温度Tinを検出する温度センサ61と、暖房運転時において温度センサ61の検出結果に基づいて冷媒回路を制御することにより霜取り運転を行う室外制御装置63とを備え、室外制御装置63は、冷媒回路を流通する冷媒の流量に基づいて補正値ΔTを演算する補正値演算手段73と、温度センサ61において検出された入口温度Tinと、補正値演算手段73において演算された補正値ΔTとに基づいて、室外熱交換器23の中間部の中間温度Tmを導出する中間温度導出手段75と、中間温度導出手段75において導出された中間温度Tmに基づいて霜取り運転を行う運転モード制御手段71とを有するものである。これにより、冷媒配管51の圧力損失ΔPに基づいて導出した蒸発器の中間部の中間温度Tmを霜取り運転制御開始の契機としている。よって、蒸発器の中間部の中間温度Tmに応じて霜取り運転制御を行うことができる。したがって、精度良く霜取り運転制御を行うことができる。
また、本発明の実施の形態1において、補正値ΔTは、負の値であり、且つ冷媒回路の冷媒循環流量Grと相関関係を有するものであって、冷媒回路の冷媒循環流量Grが増加するにつれ、補正値ΔTの絶対値は大きくなるものである。これにより、冷媒循環流量Grの増加に応じて室外熱交換器23の中間部の中間温度Tmの補正値ΔTを増加させることができる。したがって、圧力損失ΔPを考慮して補正値ΔTを設定することができる。
また、本発明の実施の形態1において、補正値演算手段73は、冷媒循環流量Grと、補正値ΔTとの相関関係のテーブルを有するものである。これにより、冷媒循環流量Grから簡易に補正値ΔTを求めることができる。
また、本発明の実施の形態1において、補正値演算手段73は、冷媒循環流量Grを多段階に分け、多段階に分けた冷媒循環流量Grに対応する補正値ΔTを求めるものである。これにより、冷媒循環流量Grに応じて段階的に補正値ΔTを設定することができる。
また、本発明の実施の形態2において、補正値演算手段73は、冷媒循環流量Grとして、圧縮機21の周波数fzを用いるものである。これにより、簡易に補正値ΔTを設定することができる。
また、本発明の実施の形態2において、補正値演算手段73は、圧縮機21の周波数fzと、補正値ΔTとの相関関係のテーブルを有するものである。これにより、圧縮機21の周波数fzから簡易に補正値ΔTを求めることができる。
また、本発明の実施の形態2において、補正値演算手段73は、圧縮機21の周波数fzを多段階に分け、多段階に分けた圧縮機21の周波数fzに対応する補正値ΔTを求めるものである。これにより、圧縮機21の周波数fzに応じて段階的に補正値ΔTを設定することができる。
また、本発明の実施の形態1、2において、運転モード制御手段71は、中間温度Tmと、予め設定された閾値Taとの比較結果に基づいて霜取り運転を開始するものであって、中間温度Tmが閾値Ta以下である場合、霜取り運転を開始するものであり、中間温度Tmが閾値Taを超える場合、霜取り運転を開始しないものである。これにより、精度良く霜取り運転を開始させることができる。
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態1、2に限定されない。上記説明では、霜取り制御の方式が、冷媒回路における冷媒の流れ方向を逆にしてホットガス冷媒を蒸発器に流す方法で霜を融かすリバースフローデフロスト方式が用いられる一例について説明したが特にこれに限定されない。例えば、庫内温度が0℃以下の場合に蒸発器に取り付けたヒータで加熱する方式であってもよい。また、庫内温度が0℃を超える場合に蒸発器の冷媒配管内の冷媒の流れを停止させて室外送風機31のみを運転させることで霜を融かすオフサイクルデフロスト方式であってもよい。
1 空気調和機、11 室外機、13 室内機、21 圧縮機、22 流路切替器、23 室外熱交換器、24 絞り装置、25 室内熱交換器、31 室外送風機、33 室内送風機、41 液側延長配管接続用バルブ、43 ガス側延長配管接続用バルブ、51 冷媒配管、53 液側延長配管、55 ガス側延長配管、61 温度センサ、63 室外制御装置、71 運転モード制御手段、73 補正値演算手段、75 中間温度導出手段、77 中間温度判定手段、81 冷媒循環流量導出手段、83、93 補正値設定手段、85、95 補正値記憶手段。
Claims (8)
- 圧縮機、流路切替器、室外熱交換器、絞り装置、及び室内熱交換器が冷媒配管を介して接続された冷媒回路と、
前記室外熱交換器の暖房運転時における入口側に設けられ、前記暖房運転時に前記室外熱交換器の入口側となる入口温度を検出する温度センサと、
前記暖房運転時において前記温度センサの検出結果に基づいて前記冷媒回路を制御することにより霜取り運転を行う室外制御装置と
を備え、
前記室外制御装置は、
前記冷媒回路を流通する冷媒の流量に基づいて補正値を演算する補正値演算手段と、
前記温度センサにおいて検出された前記入口温度と、前記補正値演算手段において演算された前記補正値とに基づいて、前記室外熱交換器の中間部の中間温度を導出する中間温度導出手段と、
前記中間温度導出手段において導出された前記中間温度に基づいて霜取り運転を行う運転モード制御手段と
を有する空気調和機。 - 前記補正値は、負の値であり、且つ前記冷媒回路の冷媒循環流量と相関関係を有するものであって、前記冷媒回路の冷媒循環流量が増加するにつれ、当該補正値の絶対値は大きくなるものである請求項1記載の空気調和機。
- 前記補正値演算手段は、前記冷媒循環流量と、前記補正値との相関関係のテーブルを有するものである請求項2記載の空気調和機。
- 前記補正値演算手段は、前記冷媒循環流量を複数段階に分け、複数段階に分けた前記冷媒循環流量に基づいて前記補正値を求めるものである請求項2または3記載の空気調和機。
- 前記補正値演算手段は、前記冷媒循環流量として、前記圧縮機の周波数を用いるものである請求項2〜4のいずれか一項に記載の空気調和機。
- 前記補正値演算手段は、前記圧縮機の周波数と、前記補正値との相関関係のテーブルを有するものである請求項5記載の空気調和機。
- 前記補正値演算手段は、前記圧縮機の周波数を複数段階に分け、複数段階に分けた前記圧縮機の周波数に基づいて前記補正値を求めるものである請求項5または6記載の空気調和機。
- 前記運転モード制御手段は、
前記中間温度と、予め設定された閾値との比較結果に基づいて前記霜取り運転を開始するものであって、
前記中間温度が前記閾値以下である場合、前記霜取り運転を開始するものであり、前記中間温度が前記閾値を超える場合、前記霜取り運転を開始しないものである請求項1〜7のいずれか一項に記載の空気調和機。
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