JP3443392B2 - 空気調和装置 - Google Patents

空気調和装置

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JP3443392B2
JP3443392B2 JP2000233325A JP2000233325A JP3443392B2 JP 3443392 B2 JP3443392 B2 JP 3443392B2 JP 2000233325 A JP2000233325 A JP 2000233325A JP 2000233325 A JP2000233325 A JP 2000233325A JP 3443392 B2 JP3443392 B2 JP 3443392B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷暖房可能で、か
つその冷暖房能力が可変可能な空気調和装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の空気調和装置では、インバータに
より圧縮機の回転速度を可変することにより冷暖房能力
を可変できるものが主流となっている。このような空気
調和機では最小冷暖房能力を小さくできるため、圧縮機
のON/OFFロスを減らすことができ、省エネルギー
性に優れている。
【0003】このような従来の能力可変式の空気調和装
置では冷暖房の最大能力と最小能力の間にそれぞれ冷暖
房定格能力が定められている。この定格能力は空気調和
装置が安定してその能力を出すことができる値に設定さ
れており、空気調和装置が設置される部屋の広さに対応
してその値が決められている。
【0004】この定格能力には、一般に家庭用として
2.2kW、2.5kW、2.8kW、3.2kW、
3.6kW、4.0kW、5.0kWクラス等がある
が、これら定格能力は冷房運転時の定格能力により表わ
されている。この定格能力と空気調和装置が取り付けら
れる部屋の大きさは、標準的な室内空調負荷を想定し、
2.2kWでは6畳程度、2.5kWで8畳程度、2.
8kWで10畳程度が推奨されている。ここで例えば、
2.8kWの空気調和装置を例に採ると冷房定格能力が
2.8kWで暖房定格能力が4.0kW〜4.2kW程
度となっている。
【0005】従来の空気調和装置において暖房定格能力
が冷房定格能力よりも大きくなっている理由は、同じ大
きさの部屋を対象として冷暖房する場合、冷房運転では
例えば外気温が30℃〜35℃程度の状況から目標とす
る冷房温度例えば24℃程度に低下させ、その状態を維
持する冷房能力が必要とされ、一方、暖房時は例えば外
気温が2℃〜10℃程度の状況から目標とする暖房温度
例えば22℃程度に上昇させ、その状態を維持する暖房
能力が必要とされるためである。
【0006】より具体的に説明すると、上記の標準的例
によれば、冷房運転時では室内外の温度差が7℃〜11
℃程度に対し、暖房運転時には室内外の温度差が12℃
〜20℃程度もある。すなわち、日本国内においては、
室内温度を目標とする設定温度に維持するための空調能
力は冷房時よりも暖房時の方が約2倍弱の空調能力が必
要になる。
【0007】このため、冷房定格能力が2.8kWの空
気調和装置では暖房定格能力が4.0kW〜4.2kW
程度の設定がなされているのである。そこで、従来はこ
のような大きな暖房能力を得るために室内,室外熱交換
器容量、さらには圧縮機の容量も大型化していた。
【0008】ところが、最近では暖房時に例えばファン
ヒータやホットカーペット等の補助暖房機と空気調和装
置との併用が多く見られるようになってきた。家庭用フ
ァンヒータでは暖房能力が3kWから4kW程度が一般
的であり、このような補助暖房機を併用する場合には空
気調和装置の暖房能力は2kW程度で十分である。
【0009】また、冷房運転を行う時期は部屋の通風を
良くするため、部屋の仕切を開放する傾向にある。一
方、暖房時期には寒いため、部屋を閉め切る傾向があ
る。このため、2間続きの家屋では冷房時は開放して1
部屋として使用し、暖房時期には仕切って一方の部屋の
みとして使用する場合が多く見受けられる。
【0010】このような部屋の使用法においては、暖房
時には暖めなければならない部屋の広さは冷房時の部屋
の広さの半分程度となる。
【0011】以上のような最近の他の暖房機器との併用
運転や、冷房時と暖房時の部屋の使用方法の相違に対
し、従来の冷,暖房定格能力の設定では暖房能力が過多
となり、大きな暖房定格能力を得るために大型化してい
る室内外熱交換器等の機器は無駄になっていた。
【0012】また、ファンヒータ等の他の暖房機器は、
通風量が小さく、部屋全体をくまなく暖気が行き渡るに
は時間がかかったり、一部に暖気が行き渡らない等の問
題がある。
【0013】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、近年の他の暖房機器との併用や
冷房時と暖房時の部屋の使用方法の相違等に対して節電
可能で最適な暖房能力を備えた空気調和装置を提供する
ことにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
室内空気と熱交換する室内熱交換器、減圧装置、室外熱
交換器、圧縮機および四方弁からなる冷凍サイクルと、
冷房能力と暖房能力とを最大能力から最小能力の間でそ
れぞれ可変できる能力可変手段と、を有する冷暖房可能
の空気調和装置において、冷房時の冷房定格能力と暖房
時の暖房定格能力を暖房定格能力が冷房定格能力以下と
なるように設定したことを特徴とする空気調和装置であ
る。
【0015】請求項2に係る発明は、室内熱交換器、減
圧装置、室外熱交換器、出力周波数が可変できるインバ
ータ装置によって駆動される圧縮機及び四方弁からなる
冷凍サイクル、を備え、前記インバータ装置の出力周波
数を変化させて前記圧縮機の回転速度を可変することで
冷暖房能力が可変可能な空気調和機において、前記イン
バータ装置の出力周波数をそれぞれ所定の値に固定して
冷房及び暖房定格能力出力を得るとともに、暖房定格能
力が冷房定格能力よりも小さくなるように制御する制御
手段を、備えたことを特徴とする空気調和装置である。
【0016】これら請求項1,2に係る発明によれば、
暖房定格能力を冷房定格能力と同等もしくはそれ以下に
設定したので、最近多数見受けられる暖房時の他の暖房
機との併用運転時や、暖房時期に部屋を仕切つた小部屋
での運転において、節電可能で最適な暖房能力を備えた
空気調和装置を得ることができる。
【0017】すなわち、他の暖房機との併用運転におい
ては、他の暖房機の暖房能力があるため、暖房定格能力
を冷房定格能力と同等もしくはそれ以下にしても十分な
暖房効果が得られる。また、暖房時期に部屋を仕切った
小部屋での運転でも同様に十分な暖房効果が得られる。
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1〜
図4に基づいて説明する。
【0027】図1は本発明の一実施形態に係る空気調和
装置1の冷凍サイクル及び制御ブロックの構成を示す図
である。
【0028】この図1に示すように空気調和装置1は、
インバータ装置2により回転数制御自在に運転される圧
縮機3に、四方弁4、室内熱交換器5、減圧装置の一例
である電動膨張弁6、室外熱交換器7を冷媒配管8によ
りこの順に順次接続して冷媒を循環させる閉じた冷凍サ
イクルを構成している。
【0029】この冷凍サイクルは、四方弁4の切換操作
により冷媒を、図中実線矢印方向に循環させることによ
り冷房運転され、図中破線矢印方向に循環させることに
より暖房運転される。
【0030】また、室内熱交換器5はその熱交換容量が
室外熱交換器7の熱交換容量よりも大になるように構成
されている。すなわち、室外熱交換器7の吸込み側の面
積が室内熱交換器5の吸込側面積よりも小さく形成され
ている。要するに空気調和装置1は従来の空気調和装置
に比べ冷房能力よりも暖房能力の方が小さくなるように
室内熱交換器5の容量に比べ相対的に室外熱交換器7の
容量が小さく設定されている。さらに、室外熱交換器7
には、これに室外空気を送風する室外ファン9を設ける
一方、室内熱交換器5には、これに室内空気を送風する
室内ファン10を設けると共に、室温を検出する室温セ
ンサー11と室内熱交換器5の温度を検出する室内熱交
換器温度センサー12を設けている。これら室温センサ
11と室内熱交換器温度センサ12には室内制御器13
を電気的に接続している。
【0031】室内制御器13は定格能力制御手段と除湿
制御手段とを具備しており、室内熱交換器5の空気吸込
み側に設けられる。室内制御器13は、その入力側には
図示しないリモコン(リモートコントローラ)等に設け
られる室温設定器14からの設定信号や制御信号を受信
する受信部を有する一方、その出力側には減圧量制御回
路15、四方弁制御回路16、インバータ装置2を電気
的に接続している。
【0032】室内制御器13は室温センサ11からの室
温検出値とリモコン等の室温設定器14からの室温設定
温度との差やその差の変化等に基づき圧縮機3の回転
数、すなわち、インバータ装置2の出力周波数(周波数
指令信号)を決定する。但し、この実際の出力周波数の
決定はさらに暖房運転と冷房運転の運転モードの相違
と、冷房運転時の室内熱交換器5の温度を参酌して行わ
れる。
【0033】インバータ装置2は室内制御器13からの
上記周波数指令信号を受け、その指示に基づき指定され
た周波数の交流出力を行う。この結果、圧縮機3は、室
温が室温設定温度になるように可変速運転される。
【0034】図2に示すように、インバータ装置2の出
力周波数は室内制御器13により冷房運転時には冷房運
転時の最大周波数であるCmaxから最低周波数である
Cminの間で制御され、定格運転時の周波数はCst
に固定される。
【0035】一方、図3に示すように、暖房運転時のイ
ンバータ装置2の出力周波数は室内制御器13により暖
房運転時の最大周波数であるHmaxから最低周波数で
あるHminの間で制御され、定格運転時の周波数はH
stに固定される。ここで冷,暖房時の定格能力につい
ては、室内熱交換器5と室外熱交換器7の容量設定にも
よるが、冷房時の定格能力CPst≧暖房時の定格能力
HPstとするため、本実施形態の場合、Cst>Hs
tに設定されている。
【0036】上記減圧量制御回路15は電動膨張弁6の
開度(絞り量)を制御するものであり、その絞り量を室
内制御器13からの減圧量指示信号に基づき制御する機
能を有する。
【0037】そして、室内制御器13は冷房運転時に室
温から室内の露点温度を求め、室内熱交換器温度センサ
12により検出した室内熱交換器温度がこの露点温度に
基づき定められる目標室内熱交換器温度になるように電
動膨張弁6の減圧量(開度)を指示する。これは前述の
ように室外熱交換器7の容量が相対的に室内熱交換器5
の容量よりも小さく設定されているため、冷房運転時の
冷媒蒸発温度が高めとなり、除湿能力が低下することに
対処するための制御であり、同時に圧縮機3の回転数も
補正し、冷房時に室内熱交換器温度が除湿機能を果たす
値にまで低下するように制御する手段を備えている。
【0038】一方、暖房運転時においては、従来、室内
熱交換器温度が低い場合には冷風が吹き出して使用者を
不快にすることがないように室内熱交換器温度が所定値
以下の時は室内ファン10を停止するよう制御されてい
たが、本空気調和装置1では暖房時の補助熱源として利
用されることを想定しているため、このような制御はな
く、室内熱交換器5の温度に拘らず、室内ファン10の
運転を停止させずに連続運転する。
【0039】また、四方弁4としては冷媒流路を切り換
える弁体を有する弁機構とその弁機構を切換駆動するコ
イルとを有し、弁体を一方向に固定するために継続的に
コイルに通電する連続通電タイプが用いられている。こ
の四方弁4のコイル通電時の消費電力は、例えば5W/
h程度である。このコイルでの消費電力も極力、空気調
和装置1の省エネルギ性を高めるために冷房運転時に連
続通電される一方、暖房運転時に非通電となるように構
成されている。
【0040】その理由は、冷房時の定格能力CPst≧
暖房時の定格能力HPstに設定した場合、定格能力測
定のJIS条件下においては、冷媒となるHFC,HC
FCの物性上から暖房運転時のCOPが高くなる。この
ため、冷房時を均等に実施する場合には、低いCOPの
運転モード側において四方弁4に通電して消費電力を増
した方が冷暖房の平均COPを高めることができるから
である。
【0041】その一例を以下に示す。
【0042】
【外1】
【0043】したがって、上記Bの方がAよりも平均C
OPが高い。
【0044】この例では暖房定格能力が2.5kW、冷
房定格能力が2.8kWであるが、冷暖房とも同じ2.
8kWでも暖房定格能力側のCOPが高くなることから
冷房時に四方弁4のコイルに連続通電するように構成す
ることにより平均COPを高くすることができる。
【0045】四方弁4の弁機構を駆動するコイル(図示
しない)は、切換装置である四方弁制御回路16により
コイルへの通電が制御され、四方弁制御回路16は室内
制御器13からのON,OFF信号により制御動作を行
なう。すなわち、室内制御器13は図示しないリモコン
等の運転モード選択器からの運転モード選択信号により
暖房運転か冷房運転かを判別すると共に、暖房運転時は
四方弁制御回路16にOFF信号を送り、冷房運転時に
はON信号を送信する機能を有する。四方弁制御回路1
6はON信号により四方弁4のコイルを連続通電して弁
機構を図1中破線で示す位置に切り換えて保持する一
方、OFF信号により四方弁4のコイルを非通電状態に
して弁機構を図1中実線で示す位置に切り換えて保持す
る機能を備えている。
【0046】図4は室内制御器13の制御プログラムの
フローチャートであり、図中S1からS13はフローチ
ャートの各ステップを示す。
【0047】まず、室内制御器13は、制御プログラム
を起動させてスタートすると、S1で図示しないリモコ
ンや制御装置の運転モード選択手段からこれが定格能力
運転モードを手動選択しているか否かを読み込み、ある
いは、室温,外気温,室内ファンの送風量等からなる定
格能力測定条件に基づいて定格能力運転モードが選択さ
れているか否か判断し、No、すなわち通常運転を選択
していると判断したときはS2へ進む一方、Yes、す
なわち定格能力運転を選択していると判断したときはS
3へ進む。
【0048】S3では、さらにリモコン等の運転モード
選択手段が冷房運転モードを選択しているか否か判断
し、Yes、すなわち冷房運転を選択していると判断し
たときはS4へ進む一方、No、すなわち暖房運転を選
択しているときはS5へ進む。
【0049】S5では、インバータ装置2の出力周波
数、すなわち圧縮機3の運転回転数を図3で示す暖房運
転時の定格運転周波数Hst(Hz)に固定して定格暖
房運転を行なう。この定格暖房運転時では仮に室内熱交
温度センサ12の検出値が所定値以下であっても室内フ
ァン10の運転を引き続き続行して室内でのサーキュレ
ータ機能を向上させて室内の対流を向上させる。この
後、ENDへ進み終了させる。
【0050】一方、S3で冷房定格運転モードが選択さ
れていると判断したときは、S4でON信号を四方弁制
御回路16に与え、この四方弁制御回路16は四方弁4
のコイルを連続通電(ON)して冷房運転に切り換え
る。
【0051】この後、S6でインバータ装置2から圧縮
機3へ出力される出力周波数を図2で示す冷房運転時の
定格運転周波数Cstに固定して定格冷房運転を行な
い、しかる後にENDへ進み終了させる。
【0052】一方、上記S1で定格運転でないと判断し
たとき、すなわち、通常運転であると判断したときは、
S2で室温センサ11から読み込んだ室温(Ta)と、
温度設定器14から読み込んだ設定温度(Ts)との差
Dとその差Dの変化量ΔDを算出する。
【0053】次のS2で、リモコン等の運転モード選択
手段により選択されている運転モードが冷房運転である
か否か判断し、Yes、すなわち冷房運転が選択されて
いると判断したときはS8へ進む一方、No、すなわち
暖房運転が選択されていると判断したときはS9へ進
む。
【0054】S9では、上記S2で算出した室温Taと
設定温度Tsとの差Dおよび変化量ΔDに基づいてイン
バータ装置2の出力周波数を算出し、この出力周波数は
図3で示す暖房時の最大周波数Hmaxから最小周波数
Hminの間で制御される。しかる後にENDへ進んで
終了させる。
【0055】一方、上記S8では、四方弁制御回路16
を介して四方弁4のコイルを連続通電(ON)して冷房
運転に切り換える。次のS10では上記S2で算出した
室温(Ta)と設定温度(Ts)の差Dおよびその差D
の変化量ΔDに基づいて圧縮機3の回転数、すなわちイ
ンバータ装置2の出力周波数を、図2で示す冷房時の最
大周波数Cmaxと最小周波数Cminとの間で設定す
る。
【0056】この後、S11で室内熱交温度センサ12
から室内熱交換器温度Teを読み出し、次のS12で室
温センサ11から室温Taを読み出して室内の露点温度
を算出し、この露点温度に基づいて上記室内熱交換器5
の目標室内熱交換温度Tpを算出し、さらに、室内熱交
換器温度Te<目標熱交換温度Tpが成立するようにイ
ンバータ装置2の出力周波数と電動膨張弁6による減圧
量Vpを求め、この電動膨張弁6の開度が減圧量Vpに
なるように制御ないし調整される。この後、ENDに進
んで終了する。
【0057】したがって、この空気調和装置1によれ
ば、暖房定格能力を冷房定格能力と同等もしくはそれ以
下に設定したので、最近多数見受けられる暖房時の他の
暖房機との併用運転時や、暖房時期に部屋を仕切つた小
部屋での運転において、節電可能で最適な暖房能力を備
えた空気調和装置を得ることができる。
【0058】すなわち、他の暖房機との併用運転におい
ては、他の暖房機の暖房能力があるため、暖房定格能力
を冷房定格能力と同等もしくはそれ以下にしても十分な
暖房効果が得られる。また、暖房時期に部屋を仕切った
小部屋での運転でも同様に十分な暖房効果が得られる。
【0059】さらに、冷媒流路を切換制御する四方弁4
のコイルを冷房運転時に連続通電する一方、暖房運転時
には非通電とするので、空気調和装置の冷暖房総合能力
の向上を図ることができる。
【0060】また、この空気調和装置1によれば、従来
のように室内熱交換器5の温度が所定値以下に低下した
ときに室内ファン10の運転を停止させることなく、常
時室内ファン10を運転させるので、他の暖房機、特に
ファンヒータとの併用運転においては、サーキュレータ
機能を強化し、室内全体の温度を均一化し、快適性の向
上を図ることができる。
【0061】さらに、この空気調和装置1によれば、暖
房定格能力を冷房定格能力と同等もしくはそれ以下に設
定しているので、従来大きな暖房定格能力を得るために
大型化している室内熱交換器、室外熱交換器、圧縮機等
の冷凍サイクル部品の小型軽量を図ることができ、低コ
ストで高効率な小形の空気調和装置を提供することも可
能となる。
【0062】また、室外熱交換器7の容量を相対的に室
内熱交換器の容量よりも小さく設定しているために、冷
房時の冷媒蒸発温度が高めとなり、室内熱交換器の除湿
能力が低下するので、冷媒の減圧量と同時に圧縮機の回
転数を、冷房時に室内熱交換器温度が除湿機能を果たす
値にまで低下するように制御するので、除湿機能の低下
を防止することができる。なお、上記実施形態では、暖
房定格能力が、2.5kWで冷房定格能力が2.8kW
に設定した場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、例えば冷房定格能力が2.8k
Wの場合、暖房定格能力は2.8kW以下で1.4kW
以上であればよい。これは暖房能力が1.4kW未満で
あると、暖房運転時の暖風吹出し温度が低くなり過ぎる
ためである。
【0063】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
暖房定格能力を冷房定格能力と同等もしくはそれ以下に
設定したため、最近多数見受けられる暖房時の他の暖房
機との併用運転時や、暖房時期に部屋を仕切つた小部屋
での運転において、節電可能で最適な暖房能力を備えた
空気調和装置を得ることができる。
【0064】すなわち、他の暖房機との併用運転におい
ては、他の暖房機の暖房能力があるため、暖房定格能力
を冷房定格能力と同等もしくはそれ以下にしても十分な
暖房効果が得られる。また、暖房時期に部屋を仕切った
小部屋での運転でも同様に十分な暖房効果が得られる。
【0065】そして、暖房定格能力を冷房定格能力と同
等もしくはそれ以下に設定することで、従来大きな暖房
定格能力を得るために大型化している室内熱交換器、室
外熱交換器、圧縮機等の冷凍サイクル部品が小さくな
り、低コストで高効率な小形の空気調和装置とすること
も可能となる。
【0066】また、従来のように室内熱交換器の温度に
よる室内ファンの制御を行うことなく、常時室内ファン
を動作させることで、他の暖房機、特にファンヒータと
の併用運転においては、サーキュレータ機能を強化し、
室内全体の温度を均一化し、快適性の向上を図ることが
できる。
【0067】さらに、暖房定格能力を冷房定格能力と同
等もしくはそれ以下に設定しているので、従来大きな暖
房定格能力を得るために大型化している室内熱交換器、
室外熱交換器、圧縮機等の冷凍サイクル部品の小型軽量
を図ることができ、低コストで高効率な小形の空気調和
装置を提供することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷凍
サイクルと制御ブロックの構成を示す図。
【図2】図1で示す空気調和装置の冷房運転時の空調能
力とインバータ装置の出力周波数との相対関係を示す
図。
【図3】図1で示す空気調和装置の暖房運転時の空調能
力とインバータ装置の出力周波数との相対関係を示す
図。
【図4】図1で示す空気調和装置の室内制御器の制御プ
ログラムのフローチャート。
【符号の説明】
1 空気調和装置 3 圧縮機 4 四方弁 5 室内熱交換器 6 電動膨張弁 7 室外熱交換器 8 冷媒配管 9 室外ファン 10 室内ファン 11 室温センサ 12 室内熱交温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−296519(JP,A) 特開2000−205683(JP,A) 特開 平5−346257(JP,A) 特開 平9−184662(JP,A) 特開 平1−222137(JP,A) 特開 平4−90438(JP,A) 特開 平8−28937(JP,A) 特開 平1−247939(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24F 11/02 102

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 室内空気と熱交換する室内熱交換器、減
    圧装置、室外熱交換器、圧縮機および四方弁からなる冷
    凍サイクルと、冷房能力と暖房能力とを最大能力から最
    小能力の間でそれぞれ可変できる能力可変手段と、を有
    する冷暖房可能の空気調和装置において、冷房時の冷房
    定格能力と暖房時の暖房定格能力を暖房定格能力が冷房
    定格能力以下となるように設定したことを特徴とする空
    気調和装置。
  2. 【請求項2】 室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換
    器、出力周波数が可変できるインバータ装置によって駆
    動される圧縮機及び四方弁からなる冷凍サイクル、を備
    え、前記インバータ装置の出力周波数を変化させて前記
    圧縮機の回転速度を可変することで冷暖房能力が可変可
    能な空気調和機において、前記インバータ装置の出力周
    波数をそれぞれ所定の値に固定して冷房及び暖房定格能
    力出力を得るとともに、暖房定格能力が冷房定格能力よ
    りも小さくなるように制御する制御手段を、備えたこと
    を特徴とする空気調和装置。
JP2000233325A 2000-08-01 2000-08-01 空気調和装置 Expired - Lifetime JP3443392B2 (ja)

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