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JPWO2009133643A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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JPWO2009133643A1
JPWO2009133643A1 JP2010509998A JP2010509998A JPWO2009133643A1 JP WO2009133643 A1 JPWO2009133643 A1 JP WO2009133643A1 JP 2010509998 A JP2010509998 A JP 2010509998A JP 2010509998 A JP2010509998 A JP 2010509998A JP WO2009133643 A1 JPWO2009133643 A1 JP WO2009133643A1
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裕之 森本
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祐治 本村
傑 鳩村
傑 鳩村
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Abstract

圧縮機11、室外熱交換器13、冷媒流量制御装置22及び中間熱交換器21が順次接続される熱源側冷媒回路Aと、中間熱交換器21の熱源側冷媒回路Aとの間で熱交換を行う利用側冷媒回路Bの一端に接続されたポンプ23、及び、一端がポンプ23に接続され、他端が中間熱交換器21の利用側冷媒回路Bの他端に接続された複数の室内熱交換器31nを有する利用側冷媒回路Bと、を備え、圧縮機11及び室外熱交換器13は室外ユニット10に設けられ、冷媒流量制御装置22、中間熱交換器21及びポンプ23は中継部20に設けられ、室内熱交換器31nは室内ユニット30nに設けられ、利用側冷媒回路Bには、利用側冷媒として水及び不凍液の少なくとも一方が循環する。

Description

本発明は空気調和装置に関し、特に、複数台の室内ユニットを備えた多室形空気調和装置に関する。
複数台の室内ユニットを備えた従来の多室形空気調和装置としては、例えば「空気調和装置(1)は、1次側冷媒回路(2)と、複数の2次側冷媒回路(3)とを備えている。
上記1次側冷媒回路(2)は、室外ユニット(4)と、複数の熱交換ユニット(5)とに亘って構成されている。上記各2次側冷媒回路(3)は、各熱交換ユニット(5)と、1台の室内ユニット(6)とに亘って構成されている。そして、上記各熱交換ユニット(5)は、各熱交換ユニット(5)が接続される室内ユニット(6)の近傍に設置されている。上記1次側冷媒回路(2)は、室外圧縮機(7)、室外四路切換弁(8)、室外熱交換器(9)、室外膨張弁(10)及び冷媒熱交換器(11)を順に配管接続して構成されている。上記1次側冷媒回路(2)には、1次冷媒が充填されている。上記1次側冷媒回路(2)の室外圧縮機(7)と室外四路切換弁(8)と室外熱交換器(9)と室外膨張弁(10)によって上記室外ユニット(4)が構成されている。上記2次側冷媒回路(3)は、主回路(12)と、該主回路(12)に接続された熱駆動回路(13)とを備えている。上記2次側冷媒回路(3)には、2次冷媒が充填され、該2次冷媒が循環して冷熱又は温熱の搬送が行われる。その際、熱駆動回路(13)を流通する2次冷媒に循環駆動力が付与され、主回路(12)において2次冷媒が相変化しつつ循環する。上記2次側冷媒回路(3)の主回路(12)は、循環回路を構成している。この主回路(12)は、室内四路切換弁(14)と、室内膨張弁(15)と、室内熱交換器(16)と、冷媒熱交換器(11)とを順に配管接続して構成されている。上記室内熱交換器(16)は、いわゆるクロスフィン型の熱交換器により構成され、2次冷媒と室内空気とを熱交換させる。上記2次側冷媒回路(3)の室内膨張弁(15)と、室内熱交換器(16)とによって上記室内ユニット(6)が構成されている。また、上記冷媒熱交換器(11)と2次側冷媒回路(3)の熱駆動回路(13)及び室内四路切換弁(14)とによって熱交換ユニット(5)が構成されている。」(例えば特許文献1参照)というものが提案されている。
特開2001−289465号公報(段落0048,0049,0051〜0053、図1,2)
冷媒の毒性等の人体へ与える影響や可燃性を考慮して、室内等の空間中に漏洩する冷媒の許容濃度が国際規格で決められている。例えば、フロン冷媒の一つであるR410Aは0.44kg/m3 、CO2 は0.07kg/m3 、プロパンは0.008kg/m3 と、室内中に漏洩する冷媒の許容濃度が決められている。
特許文献1に記載の従来の多室形空気調和装置では、室内等の空間中に冷媒が漏洩した場合、2次側冷媒回路中の全ての冷媒がこの空間中に漏洩してしまう。2次側冷媒回路に使用する冷媒は上記許容濃度が規制された冷媒であるため、室内等の空間中に冷媒が漏洩した場合、この空間中の冷媒濃度が上記許容濃度を上回ってしまうかもしれないという問題点があった。
本発明は上述のような課題を解消するためになされたものであり、上記許容濃度が規制された冷媒が室内等の空間へ漏洩することを防止できる多室形の空気調和装置を得ることを目的とする。
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、冷媒流量制御装置及び中間熱交換器が順次接続される熱源側冷媒回路と、前記中間熱交換器の前記熱源側冷媒回路との間で熱交換を行う利用側回路の一端に接続された循環装置、及び、一端が前記循環装置に接続され、他端が前記中間熱交換器の前記利用側回路の他端に接続された複数の室内熱交換器を有する利用側冷媒回路と、を備え、前記圧縮機及び前記室外熱交換器は室外ユニットに設けられ、前記冷媒流量制御装置、前記中間熱交換器及び前記循環装置は中継部に設けられ、前記室内熱交換器は室内ユニットに設けられ、前記利用側冷媒回路には、利用側冷媒として水及び不凍液の少なくとも一方が循環するものである。
本発明においては、利用側冷媒回路には、水及び不凍液の少なくとも一方が循環する。このため、例えば人間の存在する空間(居住空間や、人間が往来する空間等)に設置された利用側冷媒回路に水及び不凍液の少なくとも一方を循環させることによって、上記許容濃度が規制された冷媒が人間の存在する空間に漏洩することを防止できる。
本発明の実施の形態1における空気調和装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態1における空気調和装置の冷房運転モードの冷媒流れを表す冷媒回路図である。 図2における熱源側冷媒の変遷を表すp−h線図である。 本発明の実施の形態1における空気調和装置の暖房運転モードの冷媒流れを表す冷媒回路図である。 図4における熱源側冷媒の変遷を表すp−h線図である。 本発明の実施の形態2における空気調和装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態3における空気調和装置の設置概略図である。
符号の説明
1 空気調和装置、10 室外ユニット、11 圧縮機、12 四方弁、13 室外熱交換器、20 中継部、21 中間熱交換器、22 冷媒流量制御装置、23 ポンプ、24 第1配管分岐部、25 第2配管分岐部、30n 室内ユニット、31n 室内熱交換器、41 第1延長配管、42 第2延長配管、43n 第3延長配管、44n 第4延長配管、50 第1水流量制御部、51 中間熱交換器流入水温度センサ、52 中間熱交換器流出水温度センサ、53 インバータ、60n 第2水流量制御部、61n 室内熱交換器流入水温度センサ、62n 室内熱交換器流出水温度センサ、63n 水流量制御弁、100 ビル、111〜113 居住空間、121〜123 共用空間、130 配管設置空間、A 熱源側冷媒回路、B 利用側冷媒回路。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における空気調和装置の冷媒回路図である。
空気調和装置1は、室外の空気と熱交換を行う室外熱交換器13等を有する熱源側冷媒回路Aと、室外の空気と熱交換を行う室内熱交換器31n(以下、nは1以上の自然数であり、室内熱交換器の台数を示す)等を有する利用側冷媒回路Bとを備えている。熱源側冷媒回路Aを循環する熱源側冷媒と利用側冷媒回路Bを循環する利用側冷媒とは、中間熱交換器21で互いに熱交換を行う。そして、熱源側冷媒回路A及び利用側冷媒回路Bの各構成要素は、室外ユニット10、中継部20、及び室内ユニット30nに設けられている。本実施の形態1では、利用側冷媒として水を使用する。
なお、本実施の形態1では室内ユニット30nは4台(n=4)となっているが、2台でもよいし、3台以上でもよい。また、中継部20も1台に限らず、複数台でもよい。つまり、複数台の中継部のそれぞれに複数台の室内ユニットが設けられた構成でも、本発明は実施可能である。また、室外ユニット10も、出力負荷に応じて複数台設けることも可能である。
熱源側冷媒回路Aは、圧縮機11、四方弁12、中間熱交換器21、冷媒流量制御装置22及び室外熱交換器13が順次配管接続されて構成されている。
利用側冷媒回路Bは、中間熱交換器21、ポンプ23、第1配管分岐部24、第2配管分岐部25及び室内熱交換器311〜314等から構成されている。ここでポンプ23が、本発明の循環装置に相当する。
中間熱交換器21はポンプ23と接続されている。ポンプ23は第1配管分岐部24及び第3延長配管431〜434を介して室内熱交換器311〜314のそれぞれの一方と接続されている。そして、室内熱交換器311〜314のそれぞれの他方は、第4延長配管441〜444及び第2配管分岐部25を介して中間熱交換器21と接続されている。
室外ユニット10には、熱源側冷媒回路Aの構成要素である圧縮機11、四方弁12、及び室外熱交換器13等が設けられている。中継部20には、熱源側冷媒回路Aの構成要素である中間熱交換器21及び冷媒流量制御装置22等が設けられている。また、中継部20には、利用側冷媒回路Bの構成要素であるポンプ23、第1配管分岐部24及び第2配管分岐部25等が設けられている。室内ユニット301〜304には、利用側冷媒回路Bの構成要素である室内熱交換器311〜314等が設けられている。
なお、本実施の形態1では、冷媒流量制御装置22は中継部20に設けられているが、冷媒流量制御装置22を室外ユニット10に設けてもよい。冷媒流量制御装置22を室外ユニット10に設けることにより、利用側冷媒回路Bの制御系を室外ユニット10に集約することができる。
室外ユニット10と中継部20とを分離可能とするため、四方弁12と中間熱交換器21との間には、例えば継ぎ手やバルブ等の連結装置によって分離可能な第1延長配管41が設けられている。冷媒流量制御装置22と室外熱交換器13との間には、例えば継ぎ手やバルブ等の連結装置によって分離可能な第2延長配管42が設けられている。また、中継部20と室内ユニット301〜304とを分離可能とするため、第1配管分岐部24と室内熱交換器311〜314との間には、例えば継ぎ手やバルブ等の連結装置によって分離可能な第3延長配管431〜434が設けられている。室内熱交換器311〜314と第2配管分岐部25との間には、例えば継ぎ手やバルブ等の連結装置によって分離可能な第4延長配管441〜444が設けられている。
(運転動作)
次に、本実施の形態1における空気調和装置1の運転動作について説明する。空気調和装置1の運転動作には、冷房運転モード及び暖房運転モードの2つのモードがある。
冷房運転モードとは、室内ユニット30nは冷房が可能な運転モードである。暖房運転モードとは、室内ユニット30nは暖房が可能な運転モードである。
(冷房運転モード)
まず、冷房運転モードについて説明する。
図2は、本発明の実施の形態1における空気調和装置の冷房運転モードの冷媒流れを表す冷媒回路図である。また、図3は、この冷房運転モードでの熱源側冷媒の変遷を表すp−h線図である。
なお、図2では、太線で表された配管が冷媒の循環する配管を示す。そして、熱源側冷媒の流れ方向を実線の矢印で、利用側冷媒である水の流れ方向を破線の矢印で示す。また、図3に示すa〜dの冷媒状態は、それぞれ図2にa〜dで示す箇所での冷媒状態である。
室内ユニット301〜304の全てが冷房運転を行う場合、四方弁12は、圧縮機11から吐出された熱源側冷媒が室外熱交換器13へ流れるように切り替わる。すなわち、中継部20の中間熱交換器21から出た熱源側冷媒が圧縮機11に流入するように切り替わる。冷媒流量制御装置22は開度を絞る。この状態で、圧縮機11とポンプ23の運転を開始する。
始めに、熱源側冷媒回路Aの冷媒流れについて説明する。低温低圧の蒸気状冷媒が圧縮機11より圧縮され、高温高圧の冷媒となって吐出される。この圧縮機11の冷媒圧縮過程は、周囲との熱の出入はないものとすると、図3の点aからbに示す等エントロピ線で表される。圧縮機11から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁12を通り、室外熱交換器13に流入する。そして、室外熱交換器13で室外空気に放熱しながら凝縮液化し、高圧液状冷媒となる。室外熱交換器13での冷媒の変化は、ほぼ圧力一定のもとで行われる。このときの冷媒変化は、室外熱交換器13の圧力損失を考慮すると、図3の点bからcに示すやや傾いた水平に近い直線で表される。
室外熱交換器13から出た高圧の液状冷媒は、第2延長配管42を通り、冷媒流量制御装置22に流入する。そして、高圧の液状冷媒は冷媒流量制御装置22で絞られて膨張(減圧)し、低温低圧の気液二相状態になる。冷媒流量制御装置22での冷媒の変化は、エンタルピ一定のもとで行われる。このときの冷媒変化は、図3の点cからdに示す垂直線で表される。
冷媒流量制御装置22を出た低温低圧で気液二相状態の冷媒は、中間熱交換器21に流入する。そして、中間熱交換器21を流れる水から吸熱して、低温低圧の蒸気状冷媒となる。中間熱交換器21での熱源側冷媒の変化は、ほぼ圧力一定のもとで行われる。このときの冷媒変化は、中間熱交換器21の圧力損失を考慮すると、図3の点dからaに示すやや傾いた水平に近い直線で表される。中間熱交換器21を出た低温低圧の蒸気状冷媒は、第1延長配管41及び四方弁12を通って圧縮機11に流入し、圧縮される。
なお、圧縮機11に流入する低温低圧の蒸気状冷媒は、配管を通るので、中間熱交換器21を出た直後の低温低圧の蒸気状冷媒に比べて若干圧力が低下するが、図3では同じ点aで表している。同様に、冷媒流量制御装置22に流入する高圧の液状冷媒は、配管を通るので、室外熱交換器13から出た高圧の液状冷媒に比べて若干圧力が低下するが、図3では同じ点cで表している。このような配管通過に起因する冷媒の圧力低下や、上述の室外熱交換器13及び中間熱交換器21での圧力損失は、以下に示す暖房運転モードについても同様であるので、必要な場合を除いて説明を省略する。
続いて、利用側冷媒回路Bの冷媒流れについて説明する。
中間熱交換器21を流れる熱源側冷媒によって冷却された水は、ポンプ23を通って、第1配管分岐部24に流入する。第1配管分岐部24に流入した水は、第1配管分岐部24で分岐され、第3延長配管431〜434を通って室内熱交換器311〜314に流入する。そして、室内熱交換器311〜314において室内空気から吸熱し、室内ユニット301〜304(室内熱交換器311〜314)が設けられた室内の冷房を行う。室内熱交換器311〜314を出た水は、第4延長配管441〜444を通って第2配管分岐部25に流入する。そして、第2配管分岐部25で合流した水は、中間熱交換器21に流入する。
(暖房運転モード)
次に、暖房運転モードについて説明する。
図4は、本発明の実施の形態1における空気調和装置の暖房運転モードの冷媒流れを表す冷媒回路図である。また、図5は、この暖房運転モードでの熱源側冷媒の変遷を表すp−h線図である。
なお、図4では、太線で表された配管が冷媒の循環する配管を示す。そして、熱源側冷媒の流れ方向を実線の矢印で、利用側冷媒である水の流れ方向を破線の矢印で示す。また、図5に示すa〜dの冷媒状態は、それぞれ図4にa〜dで示す箇所での冷媒状態である。
室内ユニット301〜304の全てが暖房運転を行う場合、四方弁12は、圧縮機11から吐出された熱源側冷媒が、第1延長配管41を通って中継部20の中間熱交換器21に流入するように切り替わる。すなわち、室外熱交換器13から出た熱源側冷媒が圧縮機11に流入するように切り替わる。冷媒流量制御装置22は開度を絞る。この状態で、圧縮機11とポンプ23の運転を開始する。
始めに、熱源側冷媒回路Aの冷媒流れについて説明する。低温低圧の蒸気状冷媒が圧縮機11より圧縮され、高温高圧の冷媒となって吐出される。この圧縮機11の冷媒圧縮過程は、図5の点aからbに示す等エントロピ線で表される。圧縮機11から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁12及び第1延長配管41を通り、中間熱交換器21に流入する。そして、中間熱交換器21を流れる水に放熱しながら凝縮液化し、高圧の液状冷媒となる。このときの冷媒変化は、図5の点bからcに示すやや傾いた水平に近い直線で表される。
中間熱交換器21を出た高圧の液状冷媒は、冷媒流量制御装置22に流入する。そして、高圧の液状冷媒は冷媒流量制御装置22で絞られて膨張(減圧)し、低温低圧の気液二相状態になる。このときの冷媒変化は、図5の点cからdに示す垂直線で表される。冷媒流量制御装置22を出た低温低圧で気液二相状態の冷媒は、第2延長配管42を通って室外熱交換器13に流入する。そして、室外熱交換器13で室外空気から吸熱して、低温低圧の蒸気状冷媒となる。このときの冷媒変化は、図5の点dからaに示すやや傾いた水平に近い直線で表される。室外熱交換器13を出た低温低圧の蒸気状冷媒は、四方弁12を通って圧縮機11に流入し、圧縮されて高温高圧の冷媒となる。
中間熱交換器21を流れる熱源側冷媒によって加熱された水は、ポンプ23を通って、第1配管分岐部24に流入する。第1配管分岐部24に流入した水は、第1配管分岐部24で分岐され、第3延長配管431〜434を通って室内熱交換器311〜314に流入する。そして、室内熱交換器311〜314において室内空気に放熱し、室内ユニット301〜304(室内熱交換器311〜314)が設けられた室内の暖房を行う。室内熱交換器311〜314を出た水は、第4延長配管441〜444を通って第2配管分岐部25に流入する。そして、第2配管分岐部25で合流した水は、中間熱交換器21に流入する。
このように構成された空気調和装置1は、室外ユニット10は例えばビルの屋上や地下等に設置され、中継部20は例えばビルの各階に設けられた共用空間等に設置される。つまり、室外ユニット10及び中継部20は人間の存在する空間(居住空間や、人間が往来する空間等)以外の場所に設置される。人間の存在する空間には、水が循環している利用側冷媒回路B及び室内ユニット301〜304が設置される。したがって、空間中に漏洩する冷媒の許容濃度が規制された冷媒が人間の存在する空間に漏洩することを防止できる。
また、1つの中継部20に室内ユニット301〜304が接続されている。つまり、各室内ユニット301〜304の中継部を集約しているので、ポンプ23等のメンテナンス等が容易となる。また、利用側冷媒には水が用いられ、空間中に漏洩する冷媒の許容濃度が規制された冷媒が流れていないので、中継部20を室内ユニット301〜304の近傍に設置する必要がなく、任意の場所に設置することができる。
また、中継部20と室内ユニット301〜304は分離可能な構造となっているので、従来から水冷媒を用いていた設備に換えて空気調和装置1を設置する際、室内ユニット301〜304、第3延長配管431〜433及び第4延長配管441〜443を再利用することができる。
また、中間熱交換器21を流れる熱源側冷媒と水は対向流となっているので、中間熱交換器21の熱交換性能が向上する。
なお、本実施の形態1では熱源側冷媒の冷媒種類について特定していないが、熱源側冷媒は限定されず、種々の冷媒が使用可能である。例えば、R407C等の非共沸混合冷媒、R410A等の擬似共沸混合冷媒、又はR22等の単一冷媒等を使用してもよい。二酸化炭素や炭化水素等の自然冷媒を使用してもよい。テトラフルオロプロペンを主成分とする冷媒等、フロン冷媒(R407CやR410A等)よりも地球温暖化係数が小さい冷媒を使用してもよい。熱源側冷媒として、自然冷媒又は地球温暖化係数がフロン冷媒よりも小さい冷媒を使用することにより、冷媒漏洩による地球の温室効果を抑制できる効果がある。特に、二酸化炭素は高圧側が超臨界状態で凝縮せずに熱交換を行うため、中間熱交換器251〜253において水と二酸化炭素が対向流形式で熱交換させるように構成することにより、水を加熱する際の熱交換性能を向上することができる。
また、本実施の形態1では利用側冷媒として水が使用されているが、不凍液、水と不凍液の混合液、又は水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用いてもよい。この構成によれば、低い外気温度でも凍結や腐食による冷媒漏れを防止でき、高い信頼性を得られる。
また、本実施の形態1では、冷房運転モード及び暖房運転モードを行うために圧縮機11の吐出側に四方弁12を設けたが、いずれか一方の運転モードだけでよい場合には四方弁12を設けなくとも本発明は実施可能である。
以上、本発明の具体的実施の形態について説明したが、これらに限定せず、本発明の範疇および精神を逸脱することなく、さまざまに変形または変更可能である。例えば、室外ユニット10に設けられた四方弁12の代わりに2台の三方切替弁を設けた形態でもよい。
また、本発明において、室外ユニット10及び室内ユニット30nの「ユニット」は、必ずしも全ての構成要素が同一のハウジング内またはハウジング外壁に設けられることを意味するものではない。例えば、中継部20のハウジングとは別の箇所に冷媒流量制御装置22及びポンプ23を配置しても、かかる構成は本発明の範囲内に含まれる。また、室外ユニット10中に室外熱交換器13や圧縮機11からなるセットを複数設け、各セットから流出する熱源側冷媒を合流させて中継部20に流入させるようにしてもよい。
なお、上記実施の形態では、凝縮しながら放熱する冷媒を熱源側冷媒として充填する形態について説明したが、熱源側冷媒回路Aに二酸化炭素など超臨界状態で放熱する冷媒を充填する場合は、凝縮器は放熱器として動作し、冷媒は凝縮せずに放熱しながら温度低下する。
実施の形態2.
実施の形態1では利用側冷媒回路Bを流れる水の流量を制御していなかったが、利用側冷媒回路Bを流れる水の流量を制御するように利用側冷媒回路Bを構成してもよい。
図6は、本発明の実施の形態2における空気調和装置の冷媒回路図である。空気調和装置1には、実施の形態1に示した空気調和装置1の利用側冷媒回路Bに、第1水流量制御部50及び第2水流量制御部601〜604が設けられている。
第1水流量制御部50は、中間熱交換器流入水温度センサ51、中間熱交換器流出水温度センサ52及びインバータ53から構成されている。ここで、インバータ53が本発明の中間熱交換器冷媒流量制御装置に相当する。
中間熱交換器流入水温度センサ51は中間熱交換器21の流入側配管(中継部側)に設けられており、中間熱交換器21に流入する水の温度を検出する。中間熱交換器流出水温度センサ52は中間熱交換器21の流出側配管(中継部側)に設けられており、中間熱交換器21から流出する水の温度を検出する。インバータ53はポンプ23に設けられており、中間熱交換器21を流れる水の流量を調整する。
なお、本実施の形態2では、ポンプ23の吸入側に中間熱交換器流出水温度センサ52が設けられているが、ポンプ23の吐出側に中間熱交換器流出水温度センサ52が設けられていてもよい。つまり、中間熱交換器流出水温度センサ52は、中間熱交換器21から流出する水の温度を検出できればよい。
第2水流量制御部601〜604は、室内熱交換器流入水温度センサ611〜614、室内熱交換器流出水温度センサ621〜624及び水流量制御弁631〜634から構成されている。ここで、水流量制御弁631〜634が本発明の室内ユニット冷媒流量制御装置に相当する。
室内熱交換器流入水温度センサ611〜614は、室内熱交換器311〜314のそれぞれの流入側配管(中継部側)に設けられており、室内熱交換器311〜314のそれぞれに流入する水の温度を検出する。室内熱交換器流出水温度センサ621〜624は、室内熱交換器311〜314のそれぞれの流出側配管(中継部側)に設けられており、室内熱交換器311〜314のそれぞれから流出する水の温度を検出する。水流量制御弁631〜634は、室内熱交換器311〜314のそれぞれの流入側配管(中継部側)に設けられており、室内熱交換器311〜314のそれぞれを流れる水の流量を調整する。
(運転動作)
第1水流量制御部50及び第2水流量制御部601〜604の運転動作の一例について説明する。なお、第2水流量制御部601〜604の運転動作は同じであるので、以下、第2水流量制御部601を用いて運転動作の説明をする。
始めに、第1水流量制御部50の運転動作の一例について説明する。
室内ユニット301〜304のいずれかが運転を開始すると、中間熱交換器流入水温度センサ51は、中間熱交換器21に流入する水の温度(以下、T1という)を検出する。
中間熱交換器流出水温度センサ52は、中間熱交換器21から流出した水の温度(以下、T2という)を検出する。インバータ53は、T1及びT2の値に基づきポンプ23の吐出量(中間熱交換器21を流れる水の流量)を調整する。
(冷房運転)
まず、空気調和装置1が冷房運転モードの場合について説明する。
中間熱交換器流入水温度センサ51の検出値T1が所定温度T3よりも高い場合、水と熱源側冷媒の熱交換量を増すため、インバータ53はポンプ23の吐出量(中間熱交換器21を流れる水の流量)を多くする。中間熱交換器流入水温度センサ51の検出値T1が所定温度T3よりも低い場合、水と熱源側冷媒との過剰な熱交換を抑制するため、インバータ53はポンプ23の吐出量(中間熱交換器21を流れる水の流量)を少なくする。
ここで、所定温度T3は、例えば、室内ユニット301〜304の稼働台数や室内ユニット301〜304の設定温度、空気調和装置1に予め設定されている温度、これらの温度情報をもとに算出した値(例えば差温等)、室内ユニット301〜304に設けられたファン(図示せず)の風量、又はこれらの温度とファンの風量とから算出した補正温度等によって定まる値である。
また、中間熱交換器流出水温度センサ52の検出値T2が所定温度T4よりも高い場合、水と熱源側冷媒の熱交換量を増すため、インバータ53はポンプ23の吐出量(中間熱交換器21を流れる水の流量)を多くする。中間熱交換器流出水温度センサ52の検出値T2が所定温度T4よりも低い場合、水と熱源側冷媒との過剰な熱交換を抑制するため、インバータ53はポンプ23の吐出量(中間熱交換器21を流れる水の流量)を少なくする。
ここで、所定温度T4は、例えば、室内ユニット301〜304の稼働台数や室内ユニット301〜304の設定温度、空気調和装置1に予め設定されている温度、これらの温度情報をもとに算出した値(例えば差温等)、室内ユニット301〜304に設けられたファン(図示せず)の風量、又はこれらの温度とファンの風量とから算出した補正温度等によって定まる値である。
(暖房運転)
続いて、空気調和装置1が暖房運転モードの場合について説明する。
中間熱交換器流入水温度センサ51の検出値T1が所定温度T5よりも低い場合、水と熱源側冷媒の熱交換量を増すため、インバータ53はポンプ23の吐出量(中間熱交換器21を流れる水の流量)を多くする。中間熱交換器流入水温度センサ51の検出値T1が所定温度T5よりも高い場合、水と熱源側冷媒との過剰な熱交換を抑制するため、インバータ53はポンプ23の吐出量(中間熱交換器21を流れる水の流量)を少なくする。
ここで、所定温度T5は、例えば、室内ユニット301〜304の稼働台数や室内ユニット301〜304の設定温度、空気調和装置1に予め設定されている温度、これらの温度情報をもとに算出した値(例えば差温等)、室内ユニット301〜304に設けられたファン(図示せず)の風量、又はこれらの温度とファンの風量とから算出した補正温度等によって定まる値である。
また、中間熱交換器流出水温度センサ52の検出値T2が所定温度T6よりも低い場合、水と熱源側冷媒の熱交換量を増すため、インバータ53はポンプ23の吐出量(中間熱交換器21を流れる水の流量)を多くする。中間熱交換器流出水温度センサ52の検出値T2が所定温度T6よりも高い場合、水と熱源側冷媒との過剰な熱交換を抑制するため、インバータ53はポンプ23の吐出量(中間熱交換器21を流れる水の流量)を少なくする。
ここで、所定温度T6は、例えば、室内ユニット301〜304の稼働台数や室内ユニット301〜304の設定温度、空気調和装置1に予め設定されている温度、これらの温度情報をもとに算出した値(例えば差温等)、室内ユニット301〜304に設けられたファン(図示せず)の風量、又はこれらの温度とファンの風量とから算出した補正温度等によって定まる値である。
なお、本実施の形態2では、インバータ53は検出値T1及び検出値T2の双方を用いてポンプ23の吐出量(中間熱交換器21を流れる水の流量)を調整したが、検出値T1及び検出値T2の一方を用いてポンプ23の吐出量(中間熱交換器21を流れる水の流量)を調整してもよい。検出値T1及び検出値T2を用いず、室内ユニット301〜304の稼働台数や室内ユニット301〜304の設定温度、室内ユニット301〜304に設けられたファン(図示せず)の風量等に基づいてポンプ23の吐出量(中間熱交換器21を流れる水の流量)を調整してもよい。また、中間熱交換器流入水温度センサ51及び中間熱交換器流出水温度センサ52のかわりに、圧力センサを設け、ポンプ23の出入口の圧力差等に応じて利用側冷媒回路B1に流れる水の流量を調整しても同様の効果が得られる。
このように構成された空気調和装置1においては、室内ユニット301〜304の熱負荷に応じて中間熱交換器21に流れる水の流量を制御でき、ポンプ23の動力を低減できる。
なお、本実施の形態2では中間熱交換器冷媒流量制御装置としてインバータ53を用いたが他の構成を用いてもよい。例えば、中間熱交換器21の冷媒流入側配管と冷媒流出側配管とを接続するバイパス配管を設けてもよい。このバイパス配管に流量制御弁等を設けてバイパス配管の冷媒流量を制御することにより、中間熱交換器21に流入する利用側冷媒の流量を調整できる。また、例えば、ポンプ23を複数のポンプで構成し、ポンプの稼働台数によって中間熱交換器21に流れる水の流量を調整してもよい。
次に、第2水流量制御部601の運転動作の一例について説明する。
室内ユニット301が運転を開始すると、室内熱交換器流入水温度センサ611は、室内熱交換器311に流入する水の温度(以下、T7という)を検出する。室内熱交換器流出水温度センサ621は、室内熱交換器311から流出した水の温度(以下、T8という)を検出する。水流量制御弁631は、T7及びT8の値に基づき室内熱交換器311を流れる水の流量を調整する。
(冷房運転)
まず、室内ユニット301が冷房運転の場合について説明する。
室内熱交換器流入水温度センサ611の検出値T7が所定温度T9よりも高い場合、水と室内空気の熱交換量を増すため、水流量制御弁631は室内熱交換器311に流れる水の流量を多くする。室内熱交換器流入水温度センサ611の検出値T7が所定温度T9よりも低い場合、水と室内空気との過剰な熱交換を抑制するため、水流量制御弁631は室内熱交換器311に流れる水の流量を少なくする。
ここで、所定温度T9は、例えば、室内ユニット301の設定温度、空気調和装置1に予め設定されている温度、これらの温度情報をもとに算出した値(例えば差温等)、室内ユニット301に設けられたファン(図示せず)の風量、又はこれらの温度とファンの風量とから算出した補正温度等によって定まる値である。
また、室内熱交換器流出水温度センサ621の検出値T8が所定温度T10よりも高い場合、水と室内空気の熱交換量を増すため、水流量制御弁631は室内熱交換器311に流れる水の流量を多くする。室内熱交換器流出水温度センサ621の検出値T8が所定温度T10よりも低い場合、水と室内空気との過剰な熱交換を抑制するため、水流量制御弁631は室内熱交換器311に流れる水の流量を少なくする。
ここで、所定温度T10は、例えば、室内ユニット301の設定温度、空気調和装置1に予め設定されている温度、これらの温度情報をもとに算出した値(例えば差温等)、室内ユニット301に設けられたファン(図示せず)の風量、又はこれらの温度とファンの風量とから算出した補正温度等によって定まる値である。
(暖房運転)
続いて、室内ユニット301が暖房運転の場合について説明する。
室内熱交換器流入水温度センサ611の検出値T7が所定温度T11よりも低い場合、水と室内空気の熱交換量を増すため、水流量制御弁631は室内熱交換器311に流れる水の流量を多くする。室内熱交換器流入水温度センサ611の検出値T7が所定温度T11よりも高い場合、水と室内空気との過剰な熱交換を抑制するため、水流量制御弁631は室内熱交換器311に流れる水の流量を少なくする。
ここで、所定温度T11は、例えば、室内ユニット301の設定温度、空気調和装置1に予め設定されている温度、これらの温度情報をもとに算出した値(例えば差温等)、室内ユニット301に設けられたファン(図示せず)の風量、又はこれらの温度とファンの風量とから算出した補正温度等によって定まる値である。
また、室内熱交換器流出水温度センサ621の検出値T8が所定温度T12よりも低い場合、水と室内空気の熱交換量を増すため、水流量制御弁631は室内熱交換器311に流れる水の流量を多くする。室内熱交換器流出水温度センサ621の検出値T8が所定温度T12よりも高い場合、水と室内空気との過剰な熱交換を抑制するため、水流量制御弁631は室内熱交換器311に流れる水の流量を少なくする。
ここで、所定温度T12は、例えば、室内ユニット301の設定温度、空気調和装置1に予め設定されている温度、これらの温度情報をもとに算出した値(例えば差温等)、室内ユニット301に設けられたファン(図示せず)の風量、又はこれらの温度とファンの風量とから算出した補正温度等によって定まる値である。
なお、本実施の形態2では、水流量制御弁631は検出値T7及び検出値T8の双方を用いて室内熱交換器311に流れる水の流量を調整したが、検出値T7及び検出値T8の一方を用いて室内熱交換器311に流れる水の流量を調整してもよい。検出値T7及び検出値T8を用いず、室内ユニット301の設定温度、室内ユニット301に設けられたファン(図示せず)の風量等に基づいて利用側冷媒回路B1に流れる水の流量を調整してもよい。
このように構成された空気調和装置1においては、室内ユニット301〜304の熱負荷に応じて水の流量を制御でき、ポンプ23の動力を低減できる。
また、従来の多室形空気調和装置と異なり、室内ユニット301〜304に冷媒流量制御装置(例えば特許文献1における室内膨張弁)を設ける必要がない。このため、室内ユニットからの騒音を低減できる。
また、従来の多室形空気調和装置では、室内熱交換器に流入する冷媒の温度と室外熱交換器から流出した冷媒の温度を検出し、これら温度に基づいて冷媒流量制御装置の絞り量を制御して、室内温度を調整していた。このため、室内温度を調整するために、室外ユニットと中継部との通信に加えて、中継部と室内ユニットの通信も行わなければならなかった。しかし、本実施の形態2の空気調和装置は、中継部20に設けられた室内熱交換器流入水温度センサ611〜614及び室内熱交換器流出水温度センサ621〜624の検出値(T7及びT8)に基づいて室内ユニット301〜304に流れる水の流量を制御し、室内の温度調節を行えばよい。したがって、室内の温度調整をするために中継部20と室内ユニット301〜304との通信は必要なく、空気調和装置1の制御が簡略化できる。
以上、実施の形態1及び実施の形態2においては、水中のごみを捕捉するストレーナ、水の膨張による配管破損を防止するための膨張タンク、ポンプ23の吐出圧力を調整するための定圧弁等を利用側冷媒回路Bに設けていないが、これらのようなポンプ23の弁詰まり等を防止する補機を備えてもよい。
実施の形態3.
本実施の形態3においては、実施の形態1及び実施の形態2に示した空気調和装置1のビルへの設置方法の一例を示す。
図7は、本実施の形態3における空気調和装置の設置概略図である。室外ユニット10はビル100の屋上に設置されている。ビル100の1階に設けられた共用空間121には、中継部20が設置されている。そして、ビル100の1階に設けられた居住空間111には4台の室内ユニット301〜304が設置されている。また同様に、ビル100の2階及び3階にも、共用空間122及び123に中継部20が設置され、居住空間112及び113には4台の室内ユニット301〜304が設置されている。ここで、共用空間12nとは、ビル100の各階に設けられた機械室、共用廊下、及びロビー等をいう。つまり、共用空間12nとは、ビル100の各階に設けられた居住空間11n以外の空間をいう。
各階の共用空間に設置された中継部20は、配管設置空間130に設けられた第1延長配管41及び第2延長配管42によって室外ユニット10と接続されている。また、各階の居住空間に設置された室内ユニット301〜304は、それぞれ各階の共用空間に設置された中継部20と第3延長配管431〜434及び第4延長配管441〜444によって接続されている。
このように構成された空気調和装置1においては、居住空間111〜113に設置された配管には水が流れるので、空間中に漏洩する冷媒の許容濃度が規制された冷媒が居住空間111〜113に漏洩することを防止できる。
また、1つの中継部20に室内ユニット301〜304が接続されているので、つまり、各室内ユニット301〜304の中継部を集約しているので、ポンプ23等のメンテナンス等が容易となる。また、利用側冷媒回路Bには水が用いられ、空間中に漏洩する冷媒の許容濃度が規制された冷媒が流れていないので、中継部20を室内ユニット301〜304の近傍に設置する必要がなく、任意の場所に設置することができる。
また、中継部20と室内ユニット301〜304は分離可能な構造となっているので、従来から水冷媒を用いていた設備に換えて空気調和装置1を設置する際、室内ユニット301〜304、第3延長配管431〜433及び第4延長配管441〜443を再利用することができる。
なお、室外ユニット10は必ずしもビル100の屋上に設置される必要はなく、例えば地下や、各階の機械室等でもよい。

Claims (12)

  1. 圧縮機、室外熱交換器、冷媒流量制御装置及び中間熱交換器が順次接続される熱源側冷媒回路と、
    前記中間熱交換器の前記熱源側冷媒回路との間で熱交換を行う利用側回路の一端に接続された循環装置、及び、一端が前記循環装置に接続され、他端が前記中間熱交換器の前記利用側回路の他端に接続された複数の室内熱交換器を有する利用側冷媒回路と、
    を備え、
    前記圧縮機及び前記室外熱交換器は室外ユニットに設けられ、
    前記冷媒流量制御装置、前記中間熱交換器及び前記循環装置は中継部に設けられ、
    前記室内熱交換器は室内ユニットに設けられ、
    前記利用側冷媒回路には、利用側冷媒として水及び不凍液の少なくとも一方が循環することを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記室外ユニットには、
    前記圧縮機の吐出側に設けられ、前記熱源側冷媒回路を、前記圧縮機が吐出する熱源側冷媒が前記中間熱交換器に流入し前記室外熱交換器から流出する回路と、前記圧縮機が吐出する熱源側冷媒が前記室外熱交換器に流入し前記中間熱交換器から流出する回路とに切り替える第2冷媒流路切替装置が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記利用側冷媒回路には、
    前記室内熱交換器に流れる前記利用側冷媒の流量を前記室内熱交換器ごとに制御する室内ユニット冷媒流量制御装置が設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気調和装置。
  4. 前記室内ユニット冷媒流量制御装置は、
    前記室内熱交換器に流入する前記利用側冷媒の温度、及び前記室内熱交換器から流出する前記利用側冷媒の温度に基づいて、前記室内熱交換器に流れる前記利用側冷媒の流量を制御することを特徴とする請求項3に記載の空気調和装置。
  5. 前記室内ユニット冷媒流量制御装置は、前記中継部に設けられていることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の空気調和装置。
  6. 前記利用側冷媒回路には、
    前記中間熱交換器に流れる前記利用側冷媒の流量を制御する中間熱交換器冷媒流量制御装置が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  7. 前記中間熱交換器冷媒流量制御装置は、
    前記中間熱交換器に流入する前記利用側冷媒の温度、及び前記中間熱交換器から流出する前記利用側冷媒の温度に基づいて、前記中間熱交換器に流れる前記利用側冷媒の流量を制御することを特徴とする請求項6に記載の空気調和装置。
  8. 前記中継部と前記室内ユニットとは、
    前記循環装置と前記室内熱交換器とを接続する配管、及び前記室内熱交換器と前記中間熱交換器とを接続する連結装置によって分離可能となっていることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  9. 前記熱源側冷媒回路を循環する熱源側冷媒は、自然冷媒又は地球温暖化係数がフロン冷媒よりも小さい冷媒であることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  10. 前記中間熱交換器において、
    前記熱源側冷媒回路を循環する熱源側冷媒は、超臨界状態で凝縮することなく、前記第2冷媒を加熱することを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  11. 前記室内ユニットはビルの各階に設けられた室内に設置され、前記室外ユニット及び前記中継部は室外に設置されることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  12. 前記中継部は、前記ビルの各階に設けられた共用空間に設置されることを特徴とする請求項11に記載の空気調和装置。
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