JP4624002B2 - エンジン駆動式空気調和装置 - Google Patents

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本発明は、各室内ユニットの空調負荷に応じて能力可変に空調運転を行うエンジン駆動式空気調和装置に関するものである。
これまでのエンジン駆動式空気調和装置は、エンジンの駆動力で駆動される圧縮機と室外熱交換器とを備える室外ユニットと、室内熱交換器を備える1台または複数台の室内ユニットとを冷媒配管で接続して構成されており、各室内ユニットの、例えば、室内温度センサで検出される室内温度と、各室内ユニットの操作部に設定された設定温度との温度差に基づいて、夫々の室内ユニットの空調負荷が算出され、これら空調負荷を前記室外ユニットで集計して合計の空調負荷を算出し、この合計の空調負荷に応じて前記エンジンの運転を行って空調運転を行わせていた(例えば、特許文献1参照)。
特開平09−236299号公報
しかし、これまでのエンジン駆動式空気調和装置では、前記空調負荷に基づいて空調運転を行っているため、エンジンの運転効率、および、このエンジンの駆動力で駆動される圧縮機の運転効率の夫々の運転効率の最も良い回転数で安定させた運転を行わせることができず、このエンジン駆動式空気調和装置の有するCOP(成績係数)を十分に生かした省エネルギー運転を行うことができなかった。
そこで、本発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、さらに、省エネルギー運転を促進した空調運転が行えるエンジン駆動式空気調和装置を提供するものである。
第1の発明は、エンジンの駆動力で駆動される圧縮機と室外熱交換器とを備える室外ユニットと、室内熱交換器を備える1台または複数台の室内ユニットとを冷媒配管で接続して構成し、前記室内ユニットで検出される空調負荷に応じて能力可変に空調運転を行うエンジン駆動式空気調和装置において、前記室内ユニットに備えられた温度センサ等に基づいて空調負荷を算出し、この空調負荷に基づいて、前記エンジンおよび前記圧縮機の双方の運転効率が最も良くなる回転数で且つ前記空調負荷の所定能力範囲内で運転を行わせることを特徴とするものである。
第2の発明は、エンジンの駆動力で駆動される圧縮機と室外熱交換器とを備える室外ユニットと、室内熱交換器を備える1台または複数台の室内ユニットとを冷媒配管で接続して構成し、前記室内ユニットで検出される空調負荷に応じて能力可変に空調運転を行うエンジン駆動式空気調和装置において、前記室内ユニットに備えられた温度センサ等に基づいて空調負荷を算出し、この空調負荷に基づいて求められた回転数で前記エンジンおよび前記圧縮機の運転制御を行う通常運転手段と、前記エンジンおよび前記圧縮機の双方の運転効率が最も良くなる回転数で且つ前記空調負荷の所定能力範囲内で前記エンジンおよび前記圧縮機の運転を行わせる省エネルギー運転手段とを備えることを特徴とする。
第3の発明は、通常運転手段と、前記省エネルギー運転手段とは、前記エンジン駆動式空気調和装置の運転を指示する操作部の操作により選択される運転手段であることを特徴とする。
第4の発明は、空調負荷の所定能力範囲内とは、空調負荷の80%〜120%であることを特徴とする。
本発明によれば、エンジンおよび圧縮機の双方の運転効率が最も良くなる回転数での空調運転を行う省エネルギー運転を行わせることにより、更に進んだ省エネルギーを行えるとともに、前記省エネルギー運転と、これまでの各室内ユニットの空調負荷を算出して運転を行う通常の空調運転とのいずれかを操作部の操作で選択できるようにしているため、任意に前記省エネルギー運転と前記通常運転との選択を行うことができる。さらに、単位体積あたりの体積能力が大きく、圧力損失の少ない代替冷媒R410Aを使用すること、および、前記省エネルギー運転を前記空調負荷に基づく所定能力範囲内で行わせるものとすることにより、使用者に不快感を与えずに、この省エネルギー運転の効果をさらに促進することができる。
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。
図1は本発明の省エネルギー運転手段を適用したエンジン駆動式空気調和装置100の一実施形態を示す構成図である。
このエンジン駆動式空気調和装置100は、例えば、1台の室外ユニット1と複数台の室内ユニット2a、2bをガス管3aと液管3bとからなるユニット間配管3で接続して構成され、単位体積当りの冷媒能力が高く圧力損失の少ない代替冷媒R410aを循環させている。
室外ユニット1には、ガスなどの燃料を燃焼させて駆動力を発生するエンジン10と、このエンジン10へ図示しない駆動力伝達手段を介して接続され、前記代替冷媒R410aを圧縮吐出する圧縮機11と、前記冷媒の循環方向を反転させる四方弁12と、前記冷媒と外気との熱交換を行わせる室外熱交換器13と、前記冷媒の減圧を行う室外膨張弁14と、前記圧縮機11へと吸込まれる冷媒の気液分離を行うアキュームレータ15とが冷媒配管で接続されて収納されている。
また、室内ユニット2a、2bには、これら室内ユニット2a、2bが据え付けられた室内の室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器20a、20bと、各室内ユニット2a、2bへ流入する冷媒の冷媒量を制御する室内膨張弁21a、21bとが、各々冷媒配管で接続されて収納されている。
さらに、エンジン駆動式空気調和装置100には、このエンジン駆動式空気調和装置100の運転制御を行う制御装置30と、前記制御装置30の運転指示等の操作を行う操作部40とが備えられている。なお、この操作部40は、室内ユニット2a、2bの運転/停止等を行なう、いわゆるリモートコントローラであっても、或いは、これら室内ユニット2a、2bおよび室外ユニット1の各種設定や運転状態の確認が行える遠隔操作装置であっても良い。
そして、この操作部40から、このエンジン駆動式空気調和装置100の運転が開始されると、制御装置30からエンジン10の運転が指示されて駆動力を発生し、この駆動力により圧縮機11が運転して前記代替冷媒R410aを圧縮吐出して、例えば、冷房運転であれば、四方弁12が破線矢印方向に設定されて、前記圧縮機11から圧縮吐出された冷媒は、この四方弁12を経由して室外熱交換器13へと流入して、外気との熱交換を行って凝縮し、室外膨張弁14で減圧されて、液管3bを流通し、分流されて各室内ユニット2a、2bへと流入する。
これら室内ユニット2a、2bへと流入した前記冷媒は、夫々室内膨張弁21a、21bを経由して夫々室内熱交換器20a、20bへと流入し、室内空気との熱交換を行って蒸発してガス管3aへと流出し、このガス管3aで合流して、再度、室外ユニット1の四方弁12を経由してアキュームレータ15へと流入し、このアキュームレータ15で気液が分離されて、圧縮機11へと流入する順路で循環する。
また、暖房運転であれば、四方弁12が実線矢印方向に設定されて、前記圧縮機11から圧縮吐出された冷媒は、この四方弁12を経由してガス管3aを流通して分流され、各室内ユニット2a、2bへと流入して夫々の室内熱交換器20a、20bで室内空気との熱交換を行って凝縮し、室内膨張弁21a、21bで各々減圧されて、液管3bへと流出する。
その後、室内熱交換器20a、20bで凝縮した冷媒は、この液管3bで合流して室外ユニット1へと戻り、室外膨張弁14を経由して室外熱交換器13へと流入し、この室外熱交換器13で外気との熱交換を行って蒸発し、再度、四方弁12を経由してアキュームレータ15へと流入し、このアキュームレータ15で気液が分離され、圧縮機11へと流入する順路で循環するものとなっている。
そして、このエンジン駆動式空気調和装置100では、例えば、図示しない室内ユニット2a、2bに設けられた温度センサ等に基づいて空調負荷を算出し、前記エンジン10および前記圧縮機11の運転制御を行う通常運転手段と、前記エンジン10および前記圧縮機11の双方の運転効率が最も良くなる回転数での空調運転を行わせる省エネルギー運転手段とを備えている。
まず、制御装置30について説明すると、図2のブロック図に示すように、制御装置30には、このエンジン駆動式空気調和装置100の各種設定や、エンジン10および圧縮機11への運転指示等を行なう設定部31と、本発明の省エネルギー運転手段等のプログラムが収納されたROM32と、このエンジン駆動式空気調和装置100の制御や演算を行うCPU33と、室外ユニット1や各室内ユニット2a、2bの運転データ等を収納保管するRAM34と、後述する操作部40との通信を行う送受信部35とが収納されている。
さらに、前記RAM34には、本発明の省エネルギー運転手段を行う際に使用する図3に示すような、前記エンジン10の運転効率KEのデータや前記圧縮機11の運転効率KCのデータも収録されている。そして、これら運転効率KE、KCは、図3に示すように、例えば、各回転数に対するエンジン10、および、圧縮機11の運転効率の良し悪しを表すデータとなっている。なお、エンジン10の運転効率KEのデータ、および、圧縮機11の運転効率KCのデータは、それぞれの運転効率KE、KCを共に収録するので無く、双方の運転効率KE、KCに基づいて総合的に得られる総合効率KSのデータとしてRAM34へ収録するものとしても良い。
また、操作部40について説明すると、例えば、図4の正面図に示すように、操作部40には、このエンジン駆動式空気調和装置100の運転状態を表示する表示部41と、このエンジン駆動式空気調和装置100の運転/停止を指示する運転/停止スイッチ42と、冷房や暖房等の運転モードの切り替えを指示する運転切り替えスイッチ43と、各室内ユニット2a、2bの目標とする室内温度(以下、設定温度という。)を設定する温度設定スイッチ44と、本発明の省エネルギー運転手段を指示する省エネスイッチ45等が設けられている。なお、この省エネスイッチ45は、エンジン10および圧縮機11への設定を行うスイッチであるため、上述の制御装置30の設定部31へ設けることも可能である。
そして、例えば、この省エネスイッチ45が1度目の操作を行われると、操作部40の表示部41に、例えば、図4に示す*マークなどの省エネルギーマーク46が点灯表示されて、本発明の省エネルギー運転手段が実行され、2度目の操作が行われると、前記省エネルギーマーク46等が消灯されて、上記通常運転手段が実行されるものとなっている。
この本発明の省エネルギー運転手段について以下に説明する。
その前に、このエンジン駆動式空気調和装置100の通常運転手段について説明すると、この通常運転手段では、操作部40の運転/停止スイッチ41および温度設定スイッチ44が操作されて、操作部40から制御装置30へ運転が指示されると、例えば、各室内ユニット2a、2bの図示しない温度センサで検出された室内温度と、前記温度設定スイッチ44により指示された設定温度との温度差等に基づいて、夫々の室内ユニット2a、2bの個々の空調負荷Ha、Hbが算出されて合計され、総合的な空調負荷Hsが算出される。この総合的な空調負荷Hsを、図3を用いて示すと、図5に示すようになり、例えば、前記空調負荷Hsが、a点であったとすると、このa点となるようエンジン10および圧縮機11の目標とする回転数MK1が算出されることとなる。これにより、制御装置30からエンジン10および圧縮機11へ前記回転数MK1を目標回転数として運転が指示されて空調運転が行われるものとなっており、この運転は、これまでの空気調和装置で行われている通常運転手段と、何ら異なるものではない。
これに対し、本発明では、前記操作部40の省エネスイッチ45が1度目の操作を行われると、前記制御装置30のRAM34に収録された図3の運転効率KE、KC、或いは、KSのデータから前記エンジン10および圧縮機11の双方の運転効率KE、KCが最も良くなるb点が求められ、前記a点をこのb点へと変更し、前記エンジン10および圧縮機11の目標とする目標回転数を、このb点となる回転数MK2として運転を行なわせるものである。なお、このb点は、エンジン10の運転効率KEと、圧縮機11の運転効率KCとの双方の運転効率、或いは、前記総合効率KSが最も良くなる回転数である。
また、この省エネルギー運転手段について、図6に示すフローチャートを用いて説明すると、まず、このエンジン駆動式空気調和装置100が運転中であるのか否かが判断され(ステップS1)、運転中でなければ、ステップS1へと戻って、この運転中であるか否かの判断が繰り返えされ、運転中であれば、上記図1で示した各室内ユニット2a、2bに設けられている図示しない温度センサで検出される室内温度と、操作部40に設定された設定温度との温度差等に基づいて、夫々の室内ユニット2a、2bの空調負荷Ha、Hbが算出されて総合的な空調負荷Hsが求められ、この空調負荷Hsに対応するエンジン10および圧縮機11の回転数MK1が求められる(ステップS2)。
その後、前記操作部40の省エネスイッチ45の操作が行われて、本発明の省エネルギー運転手段の実行が指示されたか否かが判断され(ステップS3)、前記省エネルギー運転手段の実行が指示されていなければ、上記通常運転手段であるとの判断が行われて、前記エンジン10および圧縮機11の目標とする回転数MKを前記空調負荷Hsから求められた回転数MK1(図5のa点)とする指示が行われて(ステップS4)、エンジン10および圧縮機11をこの回転数MK(つまり、前記a点)で運転を行い、前記空調負荷Hsに応じた運転を行う(ステップS5)。
これに対し、ステップS3で前記省エネルギー運転手段の実行が指示されていれば、制御装置30のRAM34内に収録された、上記図3に示すエンジン10および圧縮機11の夫々の運転効率KE、KCのデータから、双方の運転効率KE、KCが共に最も良くなる回転数MK2(図5のb点)が求められ、前記回転数MKを回転数MK2とする指示が行われて(ステップS6)、前記エンジン10および圧縮機11をこの回転数MK(つまり、この前記b点)で運転を行なう(ステップS7)。
これにより、このエンジン駆動式空気調和装置100は、自動的に最も運転効率KSが良いb点での空調運転が行えるとともに、単位体積当りの冷媒能力が高く圧力損失の少ない前記代替冷媒R410aを使用しているため、さらに、省エネルギーを推進した空調運転を行うことができる。
さらに、この省エネルギー運転手段で、上述のように操作部40の省エネスイッチ45が操作されて前記省エネルギー運転手段の実行が指示された場合、前記運転効率KE、KC、或いは、総合効率KSが最も良くなる回転数KM2とせず、前記空調負荷Hsに対する所定範囲内で最も前記運転効率KE、KC、或いは、前記総合効率KSとなる回転数MK3を求めて運転させても良い。
例えば、前記所定能力範囲を前記空調負荷Hsの80%〜120%とすると、図7に示すように、前記空調負荷Hsに基づいて求められたエンジン10および圧縮機11の回転数MK1がa点であっても、操作部40の省エネスイッチ45が操作されて前記省エネルギー運転の実行が指示されることにより、前記回転数MK1が前記所定能力範囲の最下限値の80%となる回転数MK3へと変更されて、エンジン10および圧縮機11は、この回転数MK3(c点)で運転を行うものとしても良い。
これを、前記空調負荷Hsに基づいて求められた回転数MK1で運転した時に得られる冷凍能力Rn1を100%とし、これから得られる総冷凍能力Rsum1、および、このために消費される総燃料消費量Fsum1と、本発明の前記省エネルギー運転手段により、前記回転数MK1を、80%となる回転数MK3として運転した場合の前記総冷凍能力Rsum1に相当する総冷凍能力Rsum2を得るために必要となる燃料消費量Fsum2とについて、図8の燃料消費効率グラフを参照して説明すると、前記空調負荷Hsに基づいて求められた回転数MK1で空調運転を行って総冷凍能力Rsum1を得る場合には、運転効率も最高効率となるb点から離れて約1.6と低下するとともに、前記回転数MK3よりも高回転の回転数MK1で運転されるため、当然ながら、燃料消費率は高くなり、エンジン10の最高回転時の燃料消費量Fmaxの62.5%となる。これに対し、本発明の前記省エネルギー運転手段を行った場合には、上述のように、前記回転数MK1の80%となる回転数MK3での運転となるため、運転効率も最高効率b点に近いd点となって約1.8へと向上するとともに、エンジン10の回転数も低下することから、このときの燃料消費率は、前記燃料消費量Fmaxの44.4%まで低下する。このため、前記総冷凍能力Rsum1に相当する総冷凍能力Rsum2を得るには、前記空調負荷Hsに基づいて運転させた場合に比べ、運転時間は25%増となるが、このときの総燃料消費量Fsum2は、前記Fsum1に対して11.1%減少させることができる。
さらに、この省エネルギー運転手段を実行させることにより、得られる冷凍能力を低下させても、上述のように、室内ユニット2a、2bから要求された空調負荷Hsの80%と下限値が設けられているため、必要以上に前記冷凍能力が低下してしまうことがなく、使用者に不快感を与えずに省エネルギー運転を推進させることができる。
また、このようなエンジン10および圧縮機11の双方の運転効率が最も良くなる省エネルギー運転手段を行わせるには、上述のように、前記運転効率KEのデータ、および、前記運転効率KCのデータ、或いは、前記総合効率KSのデータをRAM34へ収録するものでなく、例えば、前記総合効率KSを求める演算式等をROM33等へ収録し、図9に示すフローチャートのように制御するものとしても良い。
この場合には、まず、このエンジン駆動式空気調和装置100が運転中であるか否かが判断され(ステップS10)、運転中でなければ、ステップS10へと戻って、この運転中であるか否かの判断が繰り返えされ、運転中であれば、上記図1で示した各室内ユニット2a、2bの空調負荷Ha、Hbから総合的な空調負荷Hsが求められ、この空調負荷Hsに対応するエンジン10および圧縮機11の回転数MK1を求める(ステップS11)。
その後、省エネルギー運転手段が実行されているか否かが判断され(ステップS12)、省エネルギー運転手段の実行が指示されていなければ、通常運転手段であるとの判断が行われて、前記エンジン10および圧縮機11の目標とする回転数MKを前記空調負荷Hsから求められた回転数MK1とする指示が行われて(ステップS13)、エンジン10および圧縮機11は、前記a点での運転を行い、前記空調負荷Hsに応じた運転を行う(ステップS14)。
これに対し、ステップS12で前記省エネルギー運転手段の実行が指示されていれば、前記空調負荷Hsの80%となる空調負荷Hs1、および、前期空調負荷Hsの120%となる空調負荷Hs2が上記ROM35等に収録された演算式により求められ(ステップS15)、この求められた空調負荷Hs1、Hs2に相当するエンジン10および圧縮機11の夫々の回転数MKa、MKbが求められる(ステップS16)。そして、回転数MKaが総合効率KSの最も良くなる前記回転数MK2より大きいか否かが判断され(ステップS17)、回転数MK2が回転数MKaより小さければ、前記回転数MKを回転数MKaとして(ステップS18)、ステップS22へと進み、回転数MK2が回転数MKaより大きければ、この回転数MK2が回転数MKbより大きいか否かの判断を行ない(ステップS19)、回転数MK2が回転数MKbより大きければ、前記回転数MKを回転数MKbとして(ステップS20)、ステップS22へと進み、回転数MK2が回転数MKbより小さければ、前記回転数MKを回転数MK2とし(ステップS21)、エンジン10および圧縮機11を回転数MKで運転させる(ステップS22)。
これにより、このエンジン駆動式空気調和装置100は、自動的に最も運転効率KSが良く、使用者に不快感を与えることのないc点での空調運転が行えるとともに、単位体積当りの冷媒能力が高く圧力損失の少ない前記代替冷媒R410aを使用しているため、さらに、省エネルギーを推進した空調運転を行うことができる。
尚、本実施の形態では、エンジン10の駆動力により運転される圧縮機11を備えたエンジン駆動式空気調和装置100として説明したが、本発明は、電力で能力可変に駆動される圧縮機を備えた電気駆動式空気調和装置でも、この電力で能力可変に駆動される圧縮機の運転効率のデータをRAM34等に収録して備えて、省エネスイッチ45の操作が行われると、当該電力で能力可変に駆動される圧縮機の最も運転効率の良い回転数として応用することもできる。また、本発明は、上記実施例で示した各設定値や配管構成はそれに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
運転状態により、その運転効率が変化する装置の省エネルギー運転の推進に好適である。
本発明の省エネルギー運転手段を適用したエンジン駆動式空気調和装置100の一実施形態を示す構成図である。 制御装置の構成を示すブロック図である。 制御装置内のRAMへ収録されるエンジンおよび圧縮機の運転効率のデータである。 操作部の正面図である。 通常運転手段および本発明の省エネルギー運転手段を図3に示した図である。 本発明の省エネルギー運転手段のフローチャートである。 本発明の省エネルギー運転手段の別実施例を図3に示した図である。 本発明の省エネルギー運転手段の省エネルギー性を示す図である。 本発明の省エネルギー運転手段の別実施例のフローチャートである。
符号の説明
1 室外ユニット
2a、2b 室内ユニット
3 ユニット間配管
10 エンジン
11 圧縮機
12 四方弁
13 室外熱交換器
14 室外膨張弁
15 アキュームレータ
20a、20b 室内熱交換器
21a、21b 室内膨張弁
30 制御装置
31 設定部
32 ROM
33 CPU
34 RAM
35 送受信部
40 操作部
41 表示部
42 運転/停止スイッチ
43 運転切り替えスイッチ
44 温度設定スイッチ
45 省エネスイッチ
100 エンジン駆動式空気調和装置

Claims (4)

  1. エンジンの駆動力で駆動される圧縮機と室外熱交換器とを備える室外ユニットと、室内熱交換器を備える1台または複数台の室内ユニットとを冷媒配管で接続して構成し、前記室内ユニットで検出される空調負荷に応じて能力可変に空調運転を行うエンジン駆動式空気調和装置において、前記室内ユニットに備えられた温度センサ等に基づいて空調負荷を算出し、この空調負荷に基づいて、前記エンジンおよび前記圧縮機の双方の運転効率が最も良くなる回転数で且つ前記空調負荷の所定能力範囲内で運転を行わせることを特徴とするエンジン駆動式空気調和装置。
  2. エンジンの駆動力で駆動される圧縮機と室外熱交換器とを備える室外ユニットと、室内熱交換器を備える1台または複数台の室内ユニットとを冷媒配管で接続して構成し、前記室内ユニットで検出される空調負荷に応じて能力可変に空調運転を行うエンジン駆動式空気調和装置において、前記室内ユニットに備えられた温度センサ等に基づいて空調負荷を算出し、この空調負荷に基づいて求められた回転数で前記エンジンおよび前記圧縮機の運転制御を行う通常運転手段と、前記エンジンおよび前記圧縮機の双方の運転効率が最も良くなる回転数で且つ前記空調負荷の所定能力範囲内で前記エンジンおよび前記圧縮機の運転を行わせる省エネルギー運転手段とを備えることを特徴とするエンジン駆動式空気調和装置。
  3. 前記通常運転手段と、前記省エネルギー運転手段とは、前記エンジン駆動式空気調和装置の運転を指示する操作部の操作により選択される運転手段であることを特徴とする請求項2に記載のエンジン駆動式空気調和装置。
  4. 請求項1ないし2記載の空調負荷の所定能力範囲内とは、前記空調負荷の80%〜120%であることを特徴とした請求項1ないし2記載のエンジン駆動式空気調和装置。
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