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図面 (11)

課題

圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を効率的に熱交換可能な蓄熱装置及びこの蓄熱装置を用いた空気調和機を提供すること。

解決手段

圧縮機を囲むように配設され、圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置を、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する蓄熱槽32と、蓄熱槽32に収容された蓄熱熱交換器34とで構成し、蓄熱熱交換器34の高さ方向の重心位置を蓄熱槽32の高さ方向の中心位置よりも上方に設定した。

概要

背景

従来、ヒートポンプ式空気調和機による暖房運転時、室外熱交換器着霜した場合には、暖房サイクルから冷房サイクル四方弁切り替え除霜を行っている。この除霜方式では、室内ファンは停止するものの、室内機から冷気が徐々に放出されることから暖房感が失われるという欠点がある。

そこで、室外機に設けられた圧縮機に蓄熱装置を設け、暖房運転中に蓄熱槽に蓄えられた圧縮機の廃熱を利用して除霜するようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

図9及び図10は、従来の蓄熱装置の一例を示す断面図である。図9及び図10において、蓄熱装置100は、発熱体としての圧縮機102を取り巻くように設けられ、蓄熱材104を充填した略中空円筒状蓄熱密封パック106と、蓄熱用密封パック106内に収容された蓄熱及び放熱用熱交換器108等とから構成されている。

蓄熱用密封パック106は、図9の線X−Xに沿った断面図である図10に示されるように、例えばアルミ薄板製の外板110を上端部で密封して略中空円筒状に形成し、外板110の内部に蓄熱材104を充填した構造を有している。また、熱交換器108は、例えば冷媒通路パイプ112に、同じくアルミ製のフィン114を固着して形成される。

上記構成の蓄熱装置100では、圧縮機102の運転中、圧縮機102から発生する熱はシリコン油116を介して蓄熱用密封パック106に伝わり、蓄熱用密封パック106内の蓄熱材104に蓄えられる。

概要

圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を効率的に熱交換可能な蓄熱装置及びこの蓄熱装置を用いた空気調和機を提供すること。圧縮機を囲むように配設され、圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置を、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する蓄熱槽32と、蓄熱槽32に収容された蓄熱熱交換器34とで構成し、蓄熱熱交換器34の高さ方向の重心位置を蓄熱槽32の高さ方向の中心位置よりも上方に設定した。

目的

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を効率的に熱交換可能な蓄熱装置及びこの蓄熱装置を用いた空気調和機を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

この技術が所属する分野

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請求項1

圧縮機を囲むように配設され、該圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置であって、前記圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する蓄熱槽と、該蓄熱槽に収容された蓄熱熱交換器とを備え、該蓄熱熱交換器の高さ方向の重心位置又は該蓄熱熱交換器の全管長の中心位置を前記蓄熱槽の高さ方向の中心位置よりも上方に設定したことを特徴とする蓄熱装置。

請求項2

前記蓄熱熱交換器は、屈曲部と該屈曲部から直線状に延びる直線部とを有し、前記屈曲部の下端を、前記蓄熱槽の高さ方向の中心位置よりも下方で、中心位置の近傍に位置するように設定したことを特徴とする請求項1に記載の蓄熱装置。

請求項3

前記蓄熱槽が傾斜しても、前記蓄熱熱交換器の前記屈曲部が前記蓄熱材に浸漬するように、前記蓄熱熱交換器の前記屈曲部の上端位置設定したことを特徴とする請求項1あるいは2に記載の蓄熱装置。

請求項4

圧縮機と、該圧縮機を囲むように配設された請求項1乃至3のいずれか1項に記載の蓄熱装置と、を備えることを特徴とする空気調和機

技術分野

0001

本発明は、圧縮機を囲むように配置され圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する蓄熱装置及びこの蓄熱装置を備えた空気調和機に関する。

背景技術

0002

従来、ヒートポンプ式空気調和機による暖房運転時、室外熱交換器着霜した場合には、暖房サイクルから冷房サイクル四方弁切り替え除霜を行っている。この除霜方式では、室内ファンは停止するものの、室内機から冷気が徐々に放出されることから暖房感が失われるという欠点がある。

0003

そこで、室外機に設けられた圧縮機に蓄熱装置を設け、暖房運転中に蓄熱槽に蓄えられた圧縮機の廃熱を利用して除霜するようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

0004

図9及び図10は、従来の蓄熱装置の一例を示す断面図である。図9及び図10において、蓄熱装置100は、発熱体としての圧縮機102を取り巻くように設けられ、蓄熱材104を充填した略中空円筒状蓄熱密封パック106と、蓄熱用密封パック106内に収容された蓄熱及び放熱用熱交換器108等とから構成されている。

0005

蓄熱用密封パック106は、図9の線X−Xに沿った断面図である図10に示されるように、例えばアルミ薄板製の外板110を上端部で密封して略中空円筒状に形成し、外板110の内部に蓄熱材104を充填した構造を有している。また、熱交換器108は、例えば冷媒通路パイプ112に、同じくアルミ製のフィン114を固着して形成される。

0006

上記構成の蓄熱装置100では、圧縮機102の運転中、圧縮機102から発生する熱はシリコン油116を介して蓄熱用密封パック106に伝わり、蓄熱用密封パック106内の蓄熱材104に蓄えられる。

先行技術

0007

実開平2−128065号公報

発明が解決しようとする課題

0008

特許文献1に記載の蓄熱装置100においては、図10に示されるように、冷媒通路用パイプ112は、蓄熱装置100の上端近傍から下端近傍広範囲にわたって蓄熱装置100の内部に配設されている。しかしながら、蓄熱材104の温度分布は均一ではなく、高温部分もあれば低温部分もあることから、上述した構成の蓄熱装置100は効率的に熱交換できないという問題点がある。

0009

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を効率的に熱交換可能な蓄熱装置及びこの蓄熱装置を用いた空気調和機を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0010

上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機を囲むように配設され、圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置を、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する蓄熱槽と、蓄熱槽に収容された蓄熱熱交換器とで構成し、蓄熱熱交換器の高さ方向の重心位置又は蓄熱熱交換器の全管長の中心位置を蓄熱槽の高さ方向の中心位置よりも上方に設定している。

発明の効果

0011

上記構成の蓄熱装置において、圧縮機からの熱は蓄熱材に蓄積されるが、蓄熱槽の上方の蓄熱材の方が下方の蓄熱材よりも高温になる。本発明では、蓄熱熱交換器は、その重心位置が蓄熱槽の高さ方向の中心位置よりも上方に設定されているので、蓄熱熱交換器は、相対的に高温の蓄熱材と効率的に熱交換を行うことができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明に係る蓄熱装置を備えた空気調和機の構成を示す図
図1の空気調和機の通常暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式図
図1の空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式図
圧縮機とアキュームレータを取り付けた状態の本発明に係る蓄熱装置の斜視図
図4の蓄熱装置の分解斜視図
図4の蓄熱装置の斜視図
図6における線VII-VIIに沿った断面図
図6における線VIII-VIIIに沿った断面図
従来の蓄熱装置の横断面図
図9における線X−Xに沿った断面図

実施例

0013

本発明は、圧縮機を囲むように配設され、圧縮機で発生した熱を蓄積するための蓄熱装置であって、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する蓄熱槽と、蓄熱槽に収容された蓄熱熱交換器とを備え、蓄熱熱交換器の高さ方向の重心位置又は該蓄熱熱交換器の全管長の中心位置を蓄熱槽の高さ方向の中心位置よりも上方に設定している。

0014

この構成により、蓄熱槽に収容された蓄熱材の温度分布が均一でなくても、蓄熱熱交換器は高温の蓄熱材と効率的に熱交換を行うことができる。

0015

また、蓄熱熱交換器は、屈曲部と屈曲部から直線状に延びる直線部とを有し、屈曲部の下端を、蓄熱槽の高さ方向の中心位置よりも下方で、中心位置の近傍に位置するように設定するのが好ましい。これにより、蓄熱熱交換器のすべてをできるだけ高温の蓄熱材に接触させることができる。

0016

また、具体的には、蓄熱槽が傾斜しても、蓄熱熱交換器の屈曲部が常に蓄熱材に浸漬するように、蓄熱熱交換器の屈曲部の上端を位置設定する。これにより、蓄熱熱交換器の屈曲部が常に蓄熱材と接触することになり、効率的な熱交換を行うことができる。

0017

また、本発明の他の態様は、圧縮機と、圧縮機を囲むように配設された上述した構成の蓄熱装置と、を備える空気調和機である。

0018

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る蓄熱装置を備えた空気調和機の構成を示しており、空気調和機は、冷媒配管で互いに接続された室外機2と室内機4とで構成されている。

0019

図1に示されるように、室外機2の内部には、圧縮機6と四方弁8とストレーナ10と膨張弁12と室外熱交換器14とが設けられ、室内機4の内部には、室内熱交換器16が設けられ、これらは冷媒配管を介して互いに接続されることで冷凍サイクルを構成している。

0020

さらに詳述すると、圧縮機6と室内熱交換器16は、四方弁8が設けられた第1配管18を介して接続され、室内熱交換器16と膨張弁12は、ストレーナ10が設けられた第2配管20を介して接続されている。また、膨張弁12と室外熱交換器14は第3配管22を介して接続され、室外熱交換器14と圧縮機6は第4配管24を介して接続されている。

0021

第4配管24の中間部には四方弁8が配置されており、圧縮機6の冷媒吸入側における第4配管24には、液相冷媒気相冷媒を分離するためのアキュームレータ26が設けられている。また、圧縮機6と第3配管22は、第5配管28を介して接続されており、第5配管28には第1電磁弁30が設けられている。

0022

さらに、圧縮機6の周囲には蓄熱槽32が設けられ、蓄熱槽32の内部には、蓄熱熱交換器34が設けられるとともに、蓄熱熱交換器34と熱交換するための蓄熱材(例えば、エチレングリコール水溶液)36が充填されており、蓄熱槽32と蓄熱熱交換器34と蓄熱材36とで蓄熱装置を構成している。

0023

また、第2配管20と蓄熱熱交換器34は第6配管38を介して接続され、蓄熱熱交換器34と第4配管24は第7配管40を介して接続されており、第6配管38には第2電磁弁42が設けられている。

0024

室内機4の内部には、室内熱交換器16に加えて、送風ファン(図示せず)と上下羽根(図示せず)と左右羽根(図示せず)とが設けられており、室内熱交換器16は、送風ファンにより室内機4の内部に吸込まれた室内空気と、室内熱交換器16の内部を流れる冷媒との熱交換を行い、暖房時には熱交換により暖められた空気を室内に吹き出す一方、冷房時には熱交換により冷却された空気を室内に吹き出す。上下羽根は、室内機4から吹き出される空気の方向を必要に応じて上下に変更し、左右羽根は、室内機4から吹き出される空気の方向を必要に応じて左右に変更する。

0025

なお、圧縮機6、送風ファン、上下羽根、左右羽根、四方弁8、膨張弁12、電磁弁30,42等は制御装置(図示せず、例えばマイコン)に電気的に接続され、制御装置により制御される。

0026

上記構成の本発明に係る冷凍サイクル装置において、各部品の相互の接続関係と機能とを、暖房運転時を例にとり冷媒の流れとともに説明する。

0027

圧縮機6の吐出口から吐出された冷媒は、第1配管18を通って四方弁8から室内熱交換器16へと至る。室内熱交換器16で室内空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室内熱交換器16を出て第2配管20を通り、膨張弁12への異物侵入を防止するストレーナ10を通って、膨張弁12に至る。膨張弁12で減圧した冷媒は、第3配管22を通って室外熱交換器14に至り、室外熱交換器14で室外空気と熱交換して蒸発した冷媒は、第4配管24と四方弁8とアキュームレータ26を通って圧縮機6の吸入口へと戻る。

0028

また、第1配管18の圧縮機6吐出口と四方弁8の間から分岐した第5配管28は、第1電磁弁30を介して第3配管22の膨張弁12と室外熱交換器14の間に合流している。

0029

さらに、内部に蓄熱材36と蓄熱熱交換器34を収納した蓄熱槽32は、圧縮機6に接して取り囲むように配置され、圧縮機6で発生した熱を蓄熱材36に蓄積し、第2配管20から室内熱交換器16とストレーナ10の間で分岐した第6配管38は、第2電磁弁42を経て蓄熱熱交換器34の入口へと至り、蓄熱熱交換器34の出口から出た第7配管40は、第4配管24における四方弁8とアキュームレータ26の間に合流する。

0030

次に、図1に示される空気調和機の通常暖房時の動作及び冷媒の流れを模式的に示す図2を参照しながら通常暖房時の動作を説明する。

0031

通常暖房運転時、第1電磁弁30と第2電磁弁42は閉制御されており、上述したように圧縮機6の吐出口から吐出された冷媒は、第1配管18を通って四方弁8から室内熱交換器16に至る。室内熱交換器16で室内空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室内熱交換器16を出て、第2配管20を通り膨張弁12に至り、膨張弁12で減圧した冷媒は、第3配管22を通って室外熱交換器14に至る。室外熱交換器14で室外空気と熱交換して蒸発した冷媒は、第4配管24を通って四方弁8から圧縮機6の吸入口へと戻る。

0032

また、圧縮機6で発生した熱は、圧縮機6の外壁から蓄熱槽32の外壁を介して蓄熱槽32の内部に収容された蓄熱材36に蓄積される。

0033

次に、図1に示される空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式的に示す図3を参照しながら除霜・暖房時の動作を説明する。図中、実線矢印は暖房に供する冷媒の流れを示しており、破線矢印は除霜に供する冷媒の流れを示している。

0034

上述した通常暖房運転中に室外熱交換器14に着霜し、着霜した成長すると、室外熱交換器14の通風抵抗が増加して風量が減少し、室外熱交換器14内の蒸発温度が低下する。本発明に係る空気調和機には、図3に示されるように、室外熱交換器14の配管温度を検出する温度センサ44が設けられており、非着霜時に比べて、蒸発温度が低下したことを温度センサ44で検出すると、制御装置から通常暖房運転から除霜・暖房運転への指示が出力される。

0035

通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行すると、第1電磁弁30と第2電磁弁42は開制御され、上述した通常暖房運転時の冷媒の流れに加え、圧縮機6の吐出口から出た気相冷媒の一部は第5配管28と第1電磁弁30を通り、第3配管22を通る冷媒に合流して、室外熱交換器14を加熱し、凝縮して液相化した後、第4配管24を通って四方弁8とアキュームレータ26を介して圧縮機6の吸入口へと戻る。

0036

また、第2配管20における室内熱交換器16とストレーナ10の間で分流した液相冷媒の一部は、第6配管38と第2電磁弁42を経て、蓄熱熱交換器34で蓄熱材36から吸熱し蒸発、気相化して、第7配管40を通って第4配管24を通る冷媒に合流し、アキュームレータ26から圧縮機6の吸入口へと戻る。

0037

アキュームレータ26に戻る冷媒には、室外熱交換器14から戻ってくる液相冷媒が含まれているが、これに蓄熱熱交換器34から戻ってくる高温の気相冷媒を混合することで、液相冷媒の蒸発が促され、アキュームレータ26を通過して液相冷媒が圧縮機6に戻ることがなくなり、圧縮機6の信頼性の向上を図ることができる。

0038

除霜・暖房開始時に霜の付着により氷点下となった室外熱交換器14の温度は、圧縮機6の吐出口から出た気相冷媒によって加熱されて、零度付近で霜が融解し、霜の融解が終わると、室外熱交換器14の温度は再び上昇し始める。この室外熱交換器14の温度上昇を温度センサ44で検出すると、除霜が完了したと判断し、制御装置から除霜・暖房運転から通常暖房運転への指示が出力される。

0039

図4及び図5は蓄熱装置を示しており、蓄熱装置は、上述したように、蓄熱槽32と蓄熱熱交換器34と蓄熱材36とで構成されている。なお、図4は、圧縮機6と、圧縮機6に組み付けられるアキュームレータ26を蓄熱装置に取り付けた状態を示している。また、図5は蓄熱装置の分解斜視図である。

0040

図5に示されるように、蓄熱槽32は、側壁46aと底壁(図示せず)を有し上方が開口した樹脂製の蓄熱槽本体46と、この蓄熱槽本体46の上方開口部を閉塞する樹脂製の蓋体48と、蓄熱槽本体46と蓋体48の間に介装されシリコンゴム等で作製されたパッキン50とを備え、蓋体48は蓄熱槽本体46に螺着される。また、蓄熱槽本体46の側壁46aの一部(つまり、側壁46aで圧縮機6と対向する部分)は開口しており、この開口部46bの周縁には、圧縮機6の外周面密着するための密着部材52が接合される。

0041

密着部材52は、枠体54とシート部材56とで構成されており、全体として所定の直径の円筒の一部を切り欠いた形状を呈している。なお、密着部材52の内側には、圧縮機6が収容されることから、取付公差等を考慮して密着部材52の内径は圧縮機6の外径より僅かに大きく設定される。

0042

また、枠体54には、上下方向の中間部から下部にかけて開口部54aが形成されており、この開口部54aを閉塞するようにシート部材56は枠体54に接合される。

0043

蓄熱熱交換器34は、例えば銅管等を蛇行状に折曲したもので、蓄熱槽本体46の内部に収容されており、蓄熱熱交換器34の両端は蓋体48から上方に延出され、一端は第6配管38(図1参照)に接続される一方、他端は第7配管40(図1参照)に接続される。また、蓄熱熱交換器34が収容され、側壁46aと底壁と密着部材52で囲繞された蓄熱槽本体46の内部空間には、蓄熱材36が充填される。

0044

ここで、蓄熱装置には、内部に充填された蓄熱材36を撹拌するための撹拌手段は設けられておらず、蓄熱材36の温度分布は均一ではないことから、本発明においては、効率的な熱交換を考慮して、蛇行するように折曲された蓄熱熱交換器34を蓄熱槽32の上部に配置している。

0045

すなわち、蓄熱熱交換器34の内部を通過する冷媒と、冷媒と熱交換を行う蓄熱材36は、温度差が大きいほど熱交換量が大きくなり、除霜時間も短くなるが、高温の蓄熱材36は蓄熱槽32内の上方に集まり低温の蓄熱材36は蓄熱槽32内の下方に集まることから、図6乃至図8に示されるように、屈曲部34aと、屈曲部34aの両端より上方に直線状に延びる直線部34bを有する蓄熱熱交換器34は、屈曲部34aの全体が蓄熱槽32の上部の所定の範囲で蓄熱槽本体46の内壁面に沿うように湾曲して配置されている。

0046

図7を参照しながらさらに詳述すると、蓄熱槽32の底面からの高さをH1、蓄熱槽32の底面からの高さ方向の中心位置をH2(H2=H1/2)、蓄熱槽32の底面からの蓄熱熱交換器34の屈曲部34aの下端の高さをH3、蓄熱槽32の上面からの蓄熱熱交換器34の屈曲部34aの上端までの距離をH4とすると、本発明においては、H3及びH4を所定の高さあるいは距離に設定している。

0047

蓄熱熱交換器34の高さ方向の重心位置CoBは蓄熱槽32の高さ方向の中心位置H2よりも上方に設定される。なお、蓄熱熱交換器34の高さ方向の重心位置CoBは、蓄熱交換器34の屈曲部34aと直線部34bを合わせた部分の重心位置のことである。ここで、蓄熱装置において、圧縮機6からの熱は蓄熱材36に蓄積されるが、蓄熱槽32の上方の蓄熱材36の方が下方の蓄熱材36よりも高温になる。本蓄積装置では、蓄熱熱交換器34の重心位置が蓄熱槽32の高さ方向の中心位置よりも上方に設定されているので、蓄熱熱交換器34は、主として、蓄熱材36において相対的に高温部分と熱交換を行う。言い換えると、本蓄熱熱交換器34は、蓄熱材36と効率的に熱交換を行うことができる。

0048

また、本実施形態では、蓄熱熱交換器34の下端の高さH3は、蓄熱槽32の高さ方向の中心位置H2よりも下方で、中心位置H2の近傍に位置するように設定している。その結果、蓄熱熱交換器34のすべてができるだけ高温の蓄熱材36に接触するようになる。これにより、蓄熱熱交換器34は、蓄熱材36とより効率的に熱交換を行うことができる。

0049

一方、蓄熱槽32の上面からの蓄熱熱交換器34の屈曲部34aの上端までの距離H4は、蓄熱槽32の傾斜を考慮して決定される。すなわち、圧縮機6や蓄熱槽32は通常室外機2に収容され、室外機2は傾いた状態で室外に設置されることがある。このような傾きを想定して、蓋体48が蓄熱材36の液面に浸からない程度に、蓄熱材36を蓄熱槽32に入れた場合に、蓄熱槽32が所定の角度(例えば、設置面に対し約7°)まで傾斜しても、蓄熱熱交換器34の屈曲部34aが常に蓄熱材36に浸漬するように、蓄熱熱交換器34の屈曲部34aの上端が、蓄熱槽32の上面から所定の距離H4だけ下方に位置するように、蓄熱熱交換器34は蓄熱槽32の内部に設置される。

0050

また、本実施の形態では、蓄熱装置を圧縮機6に対し着脱自在の構成としているが、圧縮機6の外殻と蓄熱槽本体46とを金属製とし、両者を溶接等で固着するようにしても構わない。このような固着タイプの蓄熱槽においても、蓄熱熱交換器34の取付位置を上述したように寸法設定することができる。

0051

さらに、本実施の形態では、蓄熱熱交換器34は蓄熱槽32の内部に収容される場合について説明したが、圧縮機6の外周面に蓄熱熱交換器を直接巻きつけたものにおいても、本実施の形態と同様に寸法設定することができる。

0052

また、本実施の形態では、蓄熱熱交換器34の重心位置をH2より上方に配置していたが、これに限らず、蓄熱熱交換器34の全管長の中心位置をH2よりも上方に配置しても構わない。

0053

本発明に係る蓄熱装置は、効率的な熱交換を考慮して、蓄熱槽内部における蓄熱熱交換器の設置位置を適宜設定しているので、空気調和機、冷蔵庫給湯器ヒートポンプ式洗濯機等に有用である。

0054

2室外機、 4室内機、 6圧縮機、 8四方弁、 10ストレーナ、
12膨張弁、 14室外熱交換器、 16室内熱交換器、 18 第1配管、
20 第2配管、 22 第3配管、 24 第4配管、 26アキュームレータ、
28 第5配管、 30 第1電磁弁、 32蓄熱槽、 34蓄熱熱交換器、
34a屈曲部、 34b 直線部、 36蓄熱材、 38 第6配管、
40 第7配管、 42 第2電磁弁、 44温度センサ、 46 蓄熱槽本体、
46a側壁、 46b側壁開口部、 48蓋体、 50パッキン、
52密着部材、 54枠体、 54a 開口部、 56シート部材。

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