JP6865809B2 - 空気調和機 - Google Patents

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本発明は、空気調和機に関し、特に可燃性を有する冷媒を用いた空気調和機に関する。
従来、空気調和機において冷媒が流通する配管の外周面には、配管の腐食に伴う冷媒漏洩を防止するため、防食層が形成されている。
特開2014−20704号公報(特許文献1)には、各外周面に防食層が形成された内嵌管部材と外嵌管部材とがロウ付け接合された管部材の接合体が開示されている。内嵌管部材および外嵌管部材の母材はアルミニウム製またはアルミニウム合金製であり、防食層は母材であるアルミニウムより電位が卑(腐食し易い)の亜鉛を所定量配合されている。
また、従来の空気調和機は、特に室外において配管の腐食が進行し易いことから、室外に設置される配管の厚みが室内に設置される配管の厚みと同等あるいはそれ以上に設けられている。なお、ここで配管の厚みとは、母材と防食層との合計の厚みを意味する。
特開2014−20704号公報
しかしながら、従来の空気調和機では、可燃性を有する冷媒(以下、可燃性冷媒という)を用いることが困難である。
具体的には、空気調和機に可燃性冷媒を使用するに際しては、室外よりもむしろ室内での漏洩を確実に防止可能であることが求められる。これは、例えばキッチンなどが設置されている室内は室外よりも着火源となり得る器具などが多く存在し、また室内は閉空間であって漏洩冷媒が滞留し易いためである。
しかし、従来の空気調和機は、このような可燃性冷媒の使用を想定しておらず、室内での冷媒漏洩を抑制するための防食設計または耐圧設計が十分になされていない。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、室内での冷媒漏洩を抑制可能であり、可燃性冷媒使用時においても高い安全性を有している空気調和機を提供することにある。
本発明に係る空気調和機は、居室内に配置される室内機器と、居室と壁を介して隔てられた室外に配置される室外機器とを備える。室内機器は、可燃性冷媒が流通する第1冷媒配管を含む。室外機器は、可燃性冷媒が流通する第2冷媒配管を含む。第1冷媒配管と第2冷媒配管とは互いに接続されることにより可燃性冷媒が封入された冷媒流路を構成している。第2冷媒配管は、第1冷媒配管における厚みの最薄部よりも厚みが薄い部分を有している。
本発明によれば、室内での冷媒漏洩を抑制可能であり、可燃性冷媒使用時においても高い安全性を有している空気調和機を提供することができる。
実施の形態1に係る空気調和機を示す図である。 実施の形態1に係る空気調和機の第1冷媒配管(室内伝熱管)を示す断面図である。 実施の形態1に係る空気調和機の第1冷媒配管(室内配管)を示す断面図である。 実施の形態1に係る空気調和機の第2冷媒配管(連絡配管)を示す断面図である。 実施の形態1に係る空気調和機の第2冷媒配管(室外伝熱管)を示す断面図である。 実施の形態1に係る空気調和機の第2冷媒配管(室外配管)を示す断面図である。 実施の形態3に係る空気調和機における第1冷媒配管の外径に対する厚みの比率と冷房定格運転時の性能比率COPとの関係を示すグラフである。 実施の形態5に係る空気調和機の室内伝熱管と室内フィンとの接続方法の一例を説明するための断面図である。 実施の形態5に係る空気調和機の室内伝熱管と室内フィンとの接続方法の他の例を説明するための断面図である。 実施の形態9に係る空気調和機を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付してその説明は繰り返さない。
(実施の形態1)
<空気調和機の構成>
図1を参照して、実施の形態1に係る空気調和機100について説明する。空気調和機100は、空気調和機100による空気調和の対象となる居室内に配置される室内機器1と、居室と壁Wを介して隔てられた室外に配置される室外機器2とを備える。室内機器1は、可燃性冷媒が流通する第1冷媒配管3を含む。室外機器2は、第1冷媒配管3と接続されており、当該可燃性冷媒が流通する第2冷媒配管4を含む。第2冷媒配管4は、第1冷媒配管3における厚みの最薄部よりも厚みが薄い部分(以下、肉薄部ともいう)を有している。ここで、各配管の厚みとは、可燃性冷媒と接する各配管の内周面と、各配管が設置される室内または室外の雰囲気と接する各配管の外周面との間の距離である。第1冷媒配管3における厚みの最薄部とは、第1冷媒配管3の厚みが一定に設けられている場合には第1冷媒配管3の全体を指す。可燃性冷媒は、可燃性を有する任意の冷媒を含む。第1冷媒配管3の一端および他端は、それぞれ壁W内に設けられた2つの配管の居室内に面する各一端に接続されている。第2冷媒配管4の一端および他端は、それぞれ壁W内に設けられた上記2つの配管の室外に面する各他端に接続されている。
このような空気調和機100では、使用開始から所定期間経過した使用時においても、第2冷媒配管4の上記肉薄部(肉薄部内に厚みの分布が存在する場合にはその最薄部)が空気調和機100の冷媒配管における最薄部となる。そのため、空気調和機100は、腐食によって破壊された冷媒配管から冷媒が漏洩するまで使用された場合にも、当該冷媒漏洩は室外に設置された第2冷媒配管4の最薄部で発生する。第2冷媒配管4が破壊されて所定量以上の冷媒が漏洩すると、空気調和機100は使用不可能となる。その結果、空気調和機100は、使用期間に関わらず、居室内に設置された第1冷媒配管3からの冷媒漏洩が抑制されており、可燃性冷媒を熱媒体として安全に使用することができる。
第2冷媒配管4の上記肉薄部の厚みは、例えば空気調和機100の設計上の標準使用期間(設計標準使用期間)内での腐食による冷媒漏洩を防止可能とする厚み以上である。これにより、空気調和機100は当該設計標準使用期間中に冷媒漏洩の発生を抑制することができる。空気調和機100が設計標準使用期間を超えて使用された場合には、第2冷媒配管4の上記肉薄部に第2冷媒配管4の内外を貫通する貫通孔が形成されるときまでに第1冷媒配管3には貫通孔が形成されていない。そのため、空気調和機100によれば、当該標準使用期間を超えて使用された場合にも居室内での冷媒漏洩の発生を抑制することができる。なお、第2冷媒配管4での冷媒漏洩は任意の方法により検知可能である(詳細は後述する)。そのため、空気調和機100に対しては、例えば第2冷媒配管4での冷媒漏洩が検知されたタイミングで空気調和機100の交換などの処置を施すことができる。
<具体例>
次に、図1〜図5を参照して、実施の形態1に係る空気調和機100の具体例について説明する。図2は第1冷媒配管3を構成する室内伝熱管12を示す断面図である。図3は第1冷媒配管3を構成する室内配管13,14を示す断面図である。図4は第2冷媒配管4を構成する連絡配管6,7を示す断面図である。図5は第2冷媒配管4を構成する室外伝熱管22を示す断面図である。図6は第2冷媒配管4を構成する室外配管23,24,25,26,27,28(以下、室外配管23〜28と記す)を示す断面図である。
図1に示されるように、室内機器(室内機)1は、居室内の空気と可燃性冷媒との熱交換を行う室内熱交換器11を含む。室内熱交換器11は、可燃性冷媒が流通する複数の室内伝熱管12を有する。室内機器1は、複数の室内伝熱管12の一端および他端とそれぞれ接続されている室内配管13,14をさらに含む。複数の室内伝熱管12および室内配管13,14は、それぞれ第1冷媒配管3の一部を構成している。
図1に示されるように、室外機器2は、室外機5と、室内機器1と室外機5とを接続する連絡配管6,7とを含む。室外機5は、室外の空気と可燃性冷媒との間の熱交換を行う室外熱交換器21を有する。室外熱交換器21は、可燃性冷媒が流通する複数の室外伝熱管22を有する。さらに室外機5は、例えば、圧縮機51、四方弁52、膨張弁53、閉止弁54,55、流路抵抗56、室外配管23〜28、およびケース(図示しない)を有する。圧縮機51は可燃性冷媒を圧縮可能である。四方弁52は、空気調和機100における可燃性冷媒の流路を切り替え可能である。膨張弁53は、可燃性冷媒を膨張可能である。閉止弁54,55は、可燃性冷媒の流れを閉止または開放可能である。流路抵抗56は、可燃性冷媒の流路抵抗を調整可能である。室外配管23〜28は、可燃性冷媒を流通可能に設けられており、各部材間を接続している。室外機5のケースは、圧縮機51、四方弁52、膨張弁53、閉止弁54,55、流路抵抗56、および室外配管23〜28を内部に収容可能である。連絡配管6,7は、室外機5のケースの外部に配置されている。室外機5のケースおよび連絡配管6,7は、居室と壁Wを介して隔てられた室外の環境(外部環境)に直接曝されている。連絡配管6,7、複数の室外伝熱管22および室外配管23〜28は、それぞれ第2冷媒配管4の一部を構成している。
図1に示されるように、連絡配管6は、一端が室内配管13と接続されており、他端が室外配管23と接続されている。連絡配管6と室内配管13とは、壁W内に設けられた第1配管を介して接続されている。連絡配管6と当該第1配管とは、例えばフレア部8aを介して接続されている。連絡配管6と室外配管23とは、例えばフレア部8bを介して接続されている。連絡配管7は、一端が室内配管14と接続されており、他端が室外配管28と接続されている。連絡配管7と室内配管14とは、壁W内に設けられた第2配管を介して接続されている。連絡配管7と当該第2配管とは、例えばフレア部9aを介して接続されている。連絡配管7と室外配管28とは、例えばフレア部9bを介して接続されている。
図1に示されるように、室外配管23は、連絡配管6と接続されている一端の反対側に位置する他端が四方弁52の1つのポート(第1ポート)と接続されている。室外配管24の一端は、四方弁52において上記第1ポート以外の他のポート(第2ポート)と接続されている。室外配管24の他端は、圧縮機51の吐出側に接続されている。室外配管25の一端は、圧縮機51の吸入側に接続されている。室外配管25の他端は、四方弁52において上記第1および第2ポート以外のさらに他のポート(第3ポート)と接続されている。室外配管26の一端は、四方弁52において上記第1、第2および第3ポート以外のさらに他のポート(第4ポート)と接続されている。室外配管26の他端は、複数の室外伝熱管22の一端に接続されている。室外配管27の一端は、複数の室外伝熱管22の他端に接続されている。室外配管27の他端は、膨張弁53と接続されている。室外配管28の一端は、膨張弁53と接続されている。室外配管28の他端は、連絡配管7と接続されている。室外配管23は、閉止弁54を有している。室外配管28は、閉止弁55および流路抵抗56を有している。
図2に示されるように、室内伝熱管12は例えば扁平管である。室内伝熱管12は、例えば母材31と防食層32とを有している。母材31には多孔が形成されている。室内熱交換器11(図1参照)は、例えば複数の室内フィン15をさらに有している。隣り合う2つの室内伝熱管12が、1つの室内フィン15を挟んで互いに対向するように設けられている。室内フィン15は、室内伝熱管12の防食層32の外周面と接続されている。室内伝熱管12と室内フィン15とは、例えばろう付けにより接合されている。図3に示されるように、室内配管13,14の断面形状は例えば円環状である。室内配管13,14は、例えば母材33(第1母材)と防食層34(第1防食部)とを有している。
図4に示されるように、連絡配管6,7の断面形状は、例えば円環状である。連絡配管6,7は、例えば母材41(第2母材)と防食層42(第2防食部)とを有している。
図5に示されるように、室外伝熱管22は、例えば扁平管である。室外伝熱管22は、例えば母材43と防食層44とを有している。室外熱交換器21(図1参照)は、例えば室外伝熱管22と接続されている室外フィン29をさらに有している。室外フィン29は、室外伝熱管22の防食層44の外周面と接続されている。室外伝熱管22と室外フィン29とは、例えばろう付けにより接合されている。図6に示されるように、室外配管23〜28の断面形状は、例えば円環状である。室外配管23〜28は、例えば母材45(第2母材)と防食層46(第2防食部)とを有している。
母材31,33,41,43,45は、可燃性冷媒と接する内周面と、防食層32,34,42,44,46と接する外周面とを有している。防食層32,34,42,44,46は、それぞれ母材31,33,41,43,45の外周面上において、母材31,33,41,43,45を囲むように設けられている。防食層32,34,42,44,46は、母材31,33,41,43,45と接する内周面と、居室内または室外の雰囲気と接する外周面とを有している。母材31,33の外周面はそれぞれ防食層32,34を介して居室内の雰囲気と隔てられている。防食層32,34の外周面は居室内の雰囲気に接する。防食層42,44,46の外周面は室外の雰囲気に接する。母材41,43,45の外周面はそれぞれ防食層42,44,46を介して室外の雰囲気と隔てられている。母材31,33,41,43,45を構成する材料は、例えばアルミニウム(Al)および銅(Cu)の少なくともいずれかを含む。防食層32,34,42,44,46を構成する材料は、母材31,33,41,43,45を構成する材料よりも標準電極電位の低い(イオン化傾向の大きい)材料を含んでいればよく、例えば亜鉛(Zn)、Al、およびカドミウム(Cd)からなる群から選択される少なくとも1つを含む。つまり、防食層32,34,42,44,46は、母材31,33,41,43,45と比べて腐食し易い材料で構成されている。防食層32,34,42,44,46は、防食材が塗布されたテープ(例えばZn溶射テープ)が母材31,33,41,43,45に巻きつけられることにより構成されていてもよい。該テープに塗付された防食材は、Zn、Al、およびCdからなる群から選択される少なくとも1つを含む。この場合、防食層32,34,42,44,46の厚みsi,si,so,so,so(図2〜図6参照)は、上記テープの巻き数により調整可能である。
第1冷媒配管3における最薄部は、例えば複数の室内伝熱管12の少なくともいずれかに設けられている。複数の室内伝熱管12の厚みui(図2参照)は、例えば室内配管13,14の各厚みui(図3参照)よりも薄い。複数の室内伝熱管12および室内配管13,14の厚みui,uiは、空気調和機100の設計標準使用期間に見積もられるこれらの腐食量よりも厚く設けられている。
室内伝熱管12の厚みuiは、母材31の厚みti(図2参照)と防食層32の厚みsi(図2参照)との和である。なお、母材31の厚みtiは、上述のように、可燃性冷媒と接する母材31の内周面と防食層32と接する母材31の外周面との間の距離であり、母材31に形成された多孔間を隔てる部分の厚みではない。室内配管13,14の厚みuiは、母材33の厚みti(図3参照)と防食層34の厚みsi(図3参照)との和である。室内伝熱管12の母材31の厚みtiは、例えば室内配管13,14の母材33の厚みtiよりも薄い。室内伝熱管12の防食層32の厚みsi1と室内配管13,14の防食層34の厚みsiとは、例えば等しい。室内伝熱管12の厚みuiは、上述のように、可燃性冷媒と接する室内伝熱管12の内周面と室内伝熱管12の外周面との間の距離である。室内伝熱管12が、当該内周面と当該外周面との間の距離が相対的に長い部分(厚い部分)と短い部分(薄い部分)とを有する場合には、上記厚みui,ti,siはそれぞれ上記距離が最も薄い部分での室内伝熱管12、母材31、防食層32の厚みとする。
第2冷媒配管4における最薄部は、例えば連絡配管6,7に設けられている。連絡配管6,7の厚みuo(図4参照)は、例えば周方向および軸方向(延在方向)に一定に設けられている。連絡配管6,7の厚みuoは、室外伝熱管22の厚みuo(図5参照)および室外配管23〜28の厚みuo(図6参照)よりも薄い。連絡配管6,7の厚みuoは、第1冷媒配管3の最薄部の厚みui(図2参照)よりも薄い。つまり、連絡配管6,7は、空気調和機100の冷媒流路を構成する第1冷媒配管3および第2冷媒配管4における最薄部である。連絡配管6,7は、第1冷媒配管3の最薄部よりも厚みが薄い肉薄部である。
連絡配管6,7の厚みuoは、空気調和機100の設計標準使用期間中の腐食による冷媒漏洩を防止可能とする厚み以上である。言い換えると、連絡配管6,7の厚みuoは、空気調和機100の設計標準使用期間に見積もられる連絡配管6,7の腐食量(厚みの減少量)よりも厚く設けられている。室外伝熱管22の厚みuoは、空気調和機100の設計標準使用期間に見積もられる室外伝熱管22の腐食量よりも厚く設けられている。室外配管23〜28の厚みuoは、空気調和機100の設計標準使用期間に見積もられる室外配管23〜28の腐食量よりも厚く設けられている。
連絡配管6,7の厚みuoは、母材41の厚みtoと防食層42の厚みsoとの和である。室外伝熱管22の厚みuoは、母材43の厚みtoと防食層44の厚みsoとの和である。室外配管23〜28の厚みuoは、母材45の厚みtoと防食層46の厚みsoとの和である。
連絡配管6,7の母材41の厚みtoは、例えば室外伝熱管22の母材43の厚みtoと等しい。連絡配管6,7の防食層42の厚みsoは、例えば室外伝熱管22の防食層44の厚みsoよりも薄い。室外伝熱管22の母材43の厚みtoは、例えば室外配管23〜28の母材45の厚みtoと等しい。室外伝熱管22の防食層44の厚みsoは、例えば室外配管23〜28の防食層46の厚みsoと等しい。室外伝熱管22の厚みuoは、上述のように、可燃性冷媒と接する室外伝熱管22の内周面と室外伝熱管22の外周面との間の距離である。室外伝熱管22が、当該内周面と当該外周面との間の距離が相対的に長い部分(厚い部分)と短い部分(薄い部分)とを有する場合には、上記厚みuo,to,soはそれぞれ上記距離が最も短い部分での室外伝熱管22、母材43、防食層44の厚みとする。
第2冷媒配管4における厚みの最厚部(室外伝熱管22および室外配管23〜28の少なくともいずれか1つ)の厚みは、例えば第1冷媒配管3の最薄部の厚みui(図2参照)と同等以下である。言い換えると、第2冷媒配管4の全体が第1冷媒配管3の最薄部よりも薄く設けられている。なお、第2冷媒配管4の一部が第1冷媒配管3の最薄部よりも薄く設けられていてもよい。
次に、本具体例に係る空気調和機100の動作例について説明する。空気調和機100は、例えば居室内の温度を高くする空気調和(暖房運転)または居室内の温度を低くする空気調和(冷房運転)を行うことができる。暖房運転時には四方弁52内に図1において実線で示される冷媒流路が形成される。この場合、室内熱交換器11が凝縮器、室外熱交換器21が蒸発器として機能する。冷房運転時には四方弁52内に図1において破線で示される冷媒流路が形成され、室内熱交換器11が蒸発器、室外熱交換器21が凝縮器として機能する。
次に、本具体例に係る空気調和機100の作用効果について説明する。空気調和機100において、室外機器2は、室外の空気と可燃性冷媒との間の熱交換を行う室外熱交換器21を有する室外機5を含む。室外熱交換器21は、可燃性冷媒が流通する室外伝熱管22を有している。室外機器2は、室外伝熱管22と第1冷媒配管3との間を接続する連絡配管6,7をさらに含み、室外伝熱管22および連絡配管6,7は、それぞれ第2冷媒配管4の一部を構成している。連絡配管6,7は、第1冷媒配管3の上記最薄部よりも厚みが薄い部分(肉薄部)を有している。連絡配管6,7の厚みuoは、空気調和機100の設計標準使用期間に見積もられる連絡配管6,7の腐食量(厚みの減少量)よりも厚く設けられている。
これにより、空気調和機100では、使用開始から所定期間(例えば設計標準期間)経過後においても連絡配管6または連絡配管7が空気調和機100の冷媒配管における最薄部となる。そのため、空気調和機100は当該標準使用期間内および該期間経過後においても居室内での冷媒漏洩の発生を抑制することができ、可燃性冷媒使用時においても高い安全性を有している。
また、室外に配置され、かつ室外機5の外部に配置される連絡配管6,7に対しては、腐食状態を外部から容易に確認することができる。そのため、本具体例に係る空気調和機100によれば、定期検査などによって冷媒漏洩の危険性の有無は容易に確認され得る。
なお、例えば室外機5の外部に配置される連絡配管6,7が第1冷媒配管3および室外機5内の第2冷媒配管4(室外伝熱管22および室外配管23〜28)と比べて腐食が非常に速く進行する場合であって、連絡配管6,7で冷媒漏洩が発生した時点で第1冷媒配管3および室外機5内の第2冷媒配管4(室外伝熱管22および室外配管23〜28)の腐食が進行していないことが確認出来た場合には、空気調和機100は連絡配管6,7が交換された後に再稼働されてもよい。このとき交換される新たな連絡配管6,7は、交換時での第1冷媒配管3の最薄部よりも厚みが薄い部分を有することが好ましい。これにより、空気調和機100は、再稼働後においても居室内での冷媒漏洩の発生を抑制することができ、可燃性冷媒使用時にも高い安全性を有している。
空気調和機100は、冷媒配管の腐食が居室内よりも室外において進行し易い一般的な環境下に好適であるが、冷媒配管の腐食が室外よりも居室内において進行し易い環境下にも好適である。後者の場合、第1冷媒配管3の厚みは、空気調和機100の設計標準使用期間に見積もられる第1冷媒配管3の腐食量よりも厚く、かつ設計標準使用期間経過後においても第2冷媒配管4の上記肉薄部(連絡配管6,7)の厚みよりも厚くなるように設けられていればよい。
<変形例>
上記具体例に係る空気調和機100では、第1冷媒配管3の最薄部が複数の室内伝熱管12に設けられているが、これに限られるものではない。第1冷媒配管3の最薄部は、室内配管13,14内に設けられていてもよい。また、第1冷媒配管3の全体が一定の厚みで設けられており、第1冷媒配管3の全体が最薄部として構成されていてもよい。
上記具体例に係る空気調和機100では、室内伝熱管12および室外伝熱管22は扁平管、室内配管13,14、連絡配管6,7および室外配管23〜28は円管であるが、これらの断面形状は任意の形状であればよい。
連絡配管6,7は、周方向において相対的に厚みが厚い部分と薄い部分とを有していてもよい。この場合、連絡配管6,7の周方向において当該薄い部分が第1冷媒配管3の最薄部よりも薄い肉薄部である。また、連絡配管6,7は、軸方向において相対的に厚みが厚い部分と薄い部分とを有していてもよい。例えば、フレア部8a,8b,9a,9bのいずれか一方に近い連絡配管6,7の一部分(連絡配管6,7の一端または他端に近い一部分)が、連絡配管6,7の他の部分と比べて相対的に厚みが薄くてもよい。この場合、連絡配管6,7の当該一部分が第1冷媒配管3の最薄部よりも薄い肉薄部である。また、連絡配管6,7のいずれか一方のみが上記肉薄部として設けられていてもよい。
上記具体例に係る空気調和機100では、第2冷媒配管4の上記肉薄部の厚みuo1(図4参照)が第1冷媒配管3の最薄部の厚みよりも薄い限りにおいて、第1冷媒配管3および第2冷媒配管4は任意の構成を有していればよい。例えば、第1冷媒配管3の上記最薄部の母材31の厚みti(図2参照)は、第2冷媒配管4の上記肉薄部の母材41の厚みto(図4参照)と等しくてもよい。この場合、第1冷媒配管3の上記最薄部の防食層32の厚みsi(図2参照)は、上記肉薄部の防食層42の厚みso(図4参照)よりも厚い。
また、第1冷媒配管3の上記最薄部の母材31の厚みtiは、第2冷媒配管4の上記肉薄部の母材41の厚みtoよりも薄くてもよい。この場合、第1冷媒配管3の上記最薄部の防食層32の厚みsi(図2参照)は、上記肉薄部の防食層42の厚みso(図4参照)よりも厚い。
また、第1冷媒配管3の上記最薄部の母材31の厚みtiは、第2冷媒配管4の上記肉薄部の母材41の厚みtoよりも厚くてもよい。この場合、第1冷媒配管3の上記最薄部の防食層32の厚みsi(図2参照)は、上記肉薄部の防食層42の厚みso(図4参照)よりも厚くてもよい。第1冷媒配管3の上記最薄部の防食層32の厚みsi1(図2参照)は、上記肉薄部の防食層42の厚みso(図4参照)と等しくてもよい。
好ましくは、第1冷媒配管3の上記最薄部の防食層32(第1防食部)の厚みsi(図2参照)は、第2冷媒配管4の上記肉薄部の防食層42(第2防食部)の厚みso(図4参照)よりも厚い。このような第1冷媒配管3は、第2冷媒配管4の上記肉薄部と比べて腐食に対する耐力が十分に高められている。そのため、当該第1冷媒配管3を備える空気調和機100は、居室内での冷媒漏洩の発生を抑制することができる。上記肉薄部の防食層42の厚みsoが設計標準使用期間に見積もられる上記肉薄部の腐食量(厚みの減少量)よりも厚く設けられていれば、空気調和機100が設計標準使用期間よりも長く使用されたときにも、第1冷媒配管3は第2冷媒配管4よりも先に腐食により破壊されることが抑制されている。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係る空気調和機について説明する。実施の形態2に係る空気調和機は、基本的には実施の形態1に係る空気調和機100と同様の構成を備えるが、第1冷媒配管3(図1参照)の母材31,33の厚みti,ti(図2および図3参照)に対する防食層32,34の厚みsi,si(図2および図3参照)の各比率(si/ti,si/ti)が3%以上50%以下であることが限定されている点で異なる。
第1冷媒配管3に関する上記比率(si/ti,si/ti)が3%以上であることにより、第1冷媒配管3は一般的な空気調和機に要求される強度を十分に満足することができる。そのため、実施の形態2に係る空気調和機は、居室内での冷媒漏洩を抑制し、可燃性冷媒使用時においても高い安全性を有している。
一方で、第1冷媒配管3を構成する各配管同士の接合または室内伝熱管12と室内フィン15との接合は、例えばろう付けにより実施される。ろう付加熱中にはろう材の構成材料が母材に拡散する現象が生じる。このとき、母材の厚みが薄い場合には、母材の実質的な厚みが減少して母材の破壊に至るいわゆるエロージョンが発生し易い。第1冷媒配管の防食層の厚みを厚くし過ぎると、第1冷媒配管の外形寸法の制約から第1冷媒配管の母材の厚みを制限する必要が生じ、上記エロージョンの発生が懸念される。
これに対し、実施の形態2に係る空気調和機は、第1冷媒配管3に関する上記比率(si/ti,si/ti)が50%以下であることにより、母材31,33の厚みti,tiがエロージョンの発生を十分に抑制可能な厚みとすることができる。つまり、実施の形態2に係る空気調和機は、第1冷媒配管3に関する上記比率(si/ti,si/ti)が3%以上50%以下であることにより、第1冷媒配管3が十分な強度を有し、かつ第1冷媒配管3でのエロージョンの発生が十分に抑制されているため、居室内での冷媒漏洩が抑制されており、可燃性冷媒使用時においても高い安全性を有している。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3に係る空気調和機について説明する。実施の形態3に係る空気調和機は、基本的には実施の形態1に係る空気調和機100と同様の構成を備えるが、第1冷媒配管3(図1参照)の外径D(図3参照)に対する第1冷媒配管3の厚みui,ui(図2および図3参照)の各比率(ui/Dおよびui/D)が6%以上38%以下に限定されている点で異なる。ここで、外径Dは、第1冷媒配管3の断面形状が円形状である場合には防食層の最外周面により形成される円の直径D(図3参照)を指し、第1冷媒配管3の断面形状が円形状でない場合には水力相当直径(防食層の最外周面に囲まれる断面積Aと等しい面積の円の直径)を指す。
図7に、第1冷媒配管3の外径に対する厚みの比率を一定(ui/D=ui/D)としたときの、第1冷媒配管3の外径に対する厚みの比率と冷房定格運転時の空気調和機の性能比率(COP)との関係を計算により求めた結果を示す。図7の横軸は第1冷媒配管3の外径Dに対する厚みの比率を示し、縦軸は冷房定格運転時の空気調和機の性能比率(COP)を示す。
図7から、上記比率(ui/D,ui/D)が38%以下にあるとき、COPは90%以上であった。つまり、第1冷媒配管3に関する上記比率(ui/D,ui/D)が38%以下であれば、空気調和機は冷房性能の低下が抑制され得ることが確認された。一方で、上記比率が38%を超えると冷房性能が大きく低下することが確認された。第1冷媒配管の厚みをある値を超えて厚くすると、第1冷媒配管の外形寸法の制約から第1冷媒配管内の冷媒流路の断面積を小さくする必要が生じる。このような第1冷媒配管を備える空気調和機では、第1冷媒配管を流通する冷媒の圧力損失が大きくなるため、特に冷房性能が低下する。上記比率(ui/D,ui/D)が38%以下であるときには、第1冷媒配管3内の冷媒流路の断面積の減少が抑えられており、第1冷媒配管3を流通する冷媒の圧力損失が抑制され得ると考えられる。
第1冷媒配管3に関する上記比率(ui/D,ui/D)が6%以上であることにより、第1冷媒配管3は最薄部においても一般的な空気調和機に要求される強度を十分に満足することができる。つまり、上記比率が6%以上38%以下である実施の形態3に係る空気調和機は、高い冷房性能を有するとともに、居室内に設置された第1冷媒配管3からの冷媒漏洩が抑制されており、可燃性冷媒を熱媒体として安全に使用することができる。
また、第1冷媒配管内の冷媒流路の断面積を小さくすると、第1冷媒配管内を流通する流体に働く表面張力が大きくなり、空気調和機の冷媒流路を冷媒とともに流通される冷凍機油が第1冷媒配管内で滞留し易くなる。その結果、このような第1冷媒配管を備える空気調和機では、冷凍機油による流路閉塞、冷凍機油の循環不良による圧縮機の故障などの異常が生じ易くなる。
これに対し、実施の形態3に係る空気調和機は、上記比率が38%以下であるため、第1冷媒配管3内の冷媒流路の断面積の減少が抑えられており、冷凍機油の滞留に伴う上記異常の発生が抑制されている。
図7から、上記比率(ui/D,ui/D)が6%以上32%以下にあるとき、COPは100%以上であった。つまり、第1冷媒配管3に関する上記比率(ui/D,ui/D)が6%以上32%以下であれば、空気調和機は高い冷房性能を維持可能であることが確認された。このような空気調和機は、居室内での冷媒漏洩が抑制されており可燃性冷媒使用時においても高い安全性を有しているとともに、冷房性能が高く、さらに冷凍機油の滞留に伴う上記異常の発生が抑制されている。
(実施の形態4)
次に、実施の形態4に係る空気調和機について説明する。実施の形態4に係る空気調和機は、基本的には実施の形態1に係る空気調和機と同様の構成を備えているが、第1冷媒配管3(図1参照)を構成する材料が第2冷媒配管4(図1参照)を構成する材料よりも25℃における標準電極電位(以下、標準電極電位(25℃)とする)が高い点で異なる。異なる観点から言えば、実施の形態4に係る空気調和機において、第1冷媒配管3を構成する材料は、第2冷媒配管4を構成する材料と比べてイオン化傾向が小さい。
第1冷媒配管3の母材31,33(図2および図3参照)を構成する材料は、第2冷媒配管4の母材41,43,45(図4、図5および図6参照)を構成する材料を構成する材料よりも標準電極電位(25℃)が高い。
表1に、第1冷媒配管3および第2冷媒配管4を構成する材料として採用し得る金属材料の一例と、これらの標準電極電位(25℃)を示す。第1冷媒配管3および第2冷媒配管4を構成する材料は、例えば銀(Ag)、Cu、鉛(Pb)、鉄(Fe)、Cd、Zn、Al、アルミニウム合金である1050−O材、1050−H18材、1200−O材、3003−O材、および3004−O材からなる群から選択される少なくとも1つである。例えば、第1冷媒配管3の母材31,33を構成する材料がCu、第2冷媒配管4の母材41,43,45を構成する材料がAlである。
Figure 0006865809
このようにすれば、第1冷媒配管3は第2冷媒配管4よりも腐食が進みにくいため、実施の形態4に係る空気調和機によれば、空気調和機100と比べて居室内での冷媒漏洩をより確実に防止することができる。
このとき、第1冷媒配管3の防食層32,34と第2冷媒配管4の防食層42,44,46とは同一材料で構成されていてもよい。好ましくは、第1冷媒配管3の防食層32,34を構成する材料は、第2冷媒配管4の防食層42,44,46を構成する材料よりも標準電極電位(25℃)が高い。後者の場合には、第1冷媒配管3の防食層32,34を構成する材料は、第2冷媒配管4の母材41,43,45を構成する材料と同一であってもよい。例えば、第1冷媒配管3の母材31,33を構成する材料がCu、第2冷媒配管4の母材41,43,45を構成する材料、および第1冷媒配管3の防食層32,34を構成する材料がAl、第2冷媒配管4の防食層42,44,46を構成する材料が3003−O材であってもよい。
また、第1冷媒配管3の母材31,33と第2冷媒配管4の母材41,43,45とが同一材料で構成され、第1冷媒配管3の防食層32,34を構成する材料が第2冷媒配管4の防食層42,44,46を構成する材料よりも標準電極電位(25℃)よりも高くてもよい。このようにしても、第1冷媒配管3は第2冷媒配管4よりも腐食が進みにくいため、実施の形態4に係る空気調和機によれば、空気調和機100と比べて居室内での冷媒漏洩をより確実に防止することができる。
(実施の形態5)
次に、図8および図9を参照して、実施の形態5に係る空気調和機について説明する。実施の形態5に係る空気調和機は、基本的には実施の形態1に係る空気調和機100と同様の構成を備えるが、室内熱交換器11において室内伝熱管12が高温の溶接(例えばろう付け)を伴わずに室内フィン15と接続されている点で異なる。室内伝熱管12は、室内伝熱管12が拡管されることにより室内フィン15と圧接されている。図8は、実施の形態5に係る空気調和機において室内伝熱管12と室内フィン15との接続方法の一例を示す断面図である。
図8を参照して、室内伝熱管12は、例えば機械拡管により室内フィン15と接続されている。機械拡管は、例えば以下のように実施される。まず、室内伝熱管12と複数の室内フィン15とが準備される。室内伝熱管12は、例えば断面形状が円環状の円管である。複数の室内フィン15は互いに平行に積層配置されている。各室内フィン15には、室内伝熱管12を挿入可能な貫通孔が形成されており、各貫通孔は複数の室内フィン15の積層方向において重なるように形成されている。次に、室内伝熱管12が、複数の室内フィン15の上記貫通孔内に挿入される。次に、室内伝熱管12に設けられた各孔に、当該各孔の断面形状に応じた断面形状を有する複数の拡管玉60がロッド61により押し込まれる。これにより、室内伝熱管12は拡管され複数の室内フィン15と圧接される。
このようにすれば、室内伝熱管12は、高温に加熱されることがないため脆化しておらず、脆化に伴う強度の低下および腐食耐力の低下が抑制されている。これにより、実施の形態5に係る空気調和機は、室内伝熱管12がろう付けにより複数の室内フィン15と接合されている空気調和機100と比べて、居室内での冷媒漏洩をより確実に抑制することができる。
図9は、実施の形態5に係る空気調和機において室内伝熱管12と室内フィン15との接続方法の他の例を示す断面図である。図9を参照して、室内伝熱管12が例えば液圧拡管により室内フィン15と接続されていてもよい。液圧拡管は、基本的には上記機械拡管と同様に実施され得るが、複数の室内フィン15の上記貫通孔内に挿入された室内伝熱管12内に拡管玉60が流体62の液圧により押し込まれる。これにより、室内伝熱管12は拡管され複数の室内フィン15と圧接される。また、室内伝熱管12は、例えばガス圧拡管により室内フィン15と接続されていてもよい。ガス圧拡管は、基本的には上記液圧拡管と同様に実施され得るが、複数の室内フィン15の上記貫通孔内に挿入された室内伝熱管12内に拡管玉60(図9参照)がガス圧により押し込まれる。これにより、室内伝熱管12は拡管され複数の室内フィン15と圧接される。
(実施の形態6)
次に、実施の形態6に係る空気調和機について説明する。実施の形態6に係る空気調和機は、基本的には実施の形態1に係る空気調和機100と同様の構成を備えるが、室外伝熱管22(図1、図4参照)が、第2冷媒配管4の最薄部として設けられている点で異なる。
室外伝熱管22の厚みuo(図5参照)は、例えば周方向および軸方向(延在方向)に一定に設けられている。室外伝熱管22の厚みuoは、連絡配管6,7の厚みuo(図4参照)および室外配管23〜28の厚みuo(図6参照)よりも薄い。室外伝熱管22の厚みuoは、第1冷媒配管3の最薄部の厚みui(図2参照)よりも薄い。つまり、室外伝熱管22は、空気調和機100の冷媒流路を構成する第1冷媒配管3および第2冷媒配管4における最薄部である。室外伝熱管22は、第1冷媒配管3の最薄部よりも厚みが薄い肉薄部である。
このような空気調和機では、製造時だけでなく使用開始から所定期間経過した使用時においても、室外伝熱管22が第2冷媒配管4の上記肉薄部(空気調和機の冷媒配管における厚みの最薄部)となる。このようにしても、実施の形態6に係る空気調和機は居室内での冷媒漏洩の発生を抑制することができ、可燃性冷媒使用時においても高い安全性を有している。
室外伝熱管22の製造時の厚みuo(図5参照)は、例えば設計標準使用期間に見積もられる室外伝熱管22の腐食量(厚みの減少量)よりも厚い。この場合、実施の形態6に係る空気調和機は、設計標準使用期間よりも長く使用されたときにも、居室内での冷媒漏洩の発生を抑制することができ、可燃性冷媒使用時においても高い安全性を有している。
実施の形態6に係る空気調和機において、好ましくは第1冷媒配管3の上記最薄部の防食層32(第1防食部)の厚みsi(図2参照)は、室外伝熱管22の防食層44(第2防食部)の厚みso(図5参照)よりも厚い。
室外伝熱管22は、周方向において相対的に厚みが厚い部分と薄い部分とを有していてもよい。この場合、室外伝熱管22の周方向において当該薄い部分が第1冷媒配管3の最薄部よりも薄い肉薄部である。また、室外伝熱管22は、軸方向において相対的に厚みが厚い部分と薄い部分とを有していてもよい。この場合、室外伝熱管22の当該一部分が第1冷媒配管3の最薄部よりも薄い肉薄部である。
第2冷媒配管4における厚みの最厚部(連絡配管6,7および室外配管23〜28の少なくともいずれか1つ)の厚みは、例えば第1冷媒配管3の最薄部の厚みui(図2参照)と同等以下である。言い換えると、第2冷媒配管4の全体が第1冷媒配管3の最薄部よりも薄く設けられている。第2冷媒配管4における厚みの最厚部の厚みは、第1冷媒配管3の最薄部の厚みと同等以上であってもよい。言い換えると、第2冷媒配管4の一部が第1冷媒配管3の最薄部よりも厚く設けられていてもよい。
(実施の形態7)
次に、実施の形態7に係る空気調和機について説明する。実施の形態7に係る空気調和機は、基本的には実施の形態1に係る空気調和機100と同様の構成を備えるが、第2冷媒配管4の全体が第2冷媒配管4の最薄部として設けられている点で異なる。言い換えると、実施の形態7に係る空気調和機は、第2冷媒配管4(図1参照)の厚みが一定に設けられている。
このような空気調和機では、第2冷媒配管4の全体が第1冷媒配管3の最薄部よりも薄い部分(空気調和機の冷媒配管における厚みの最薄部)となる。このようにしても、実施の形態7に係る空気調和機は居室内での冷媒漏洩の発生を抑制することができ、可燃性冷媒使用時においても高い安全性を有している。製造時における第2冷媒配管4の全体の厚みは、例えば設計標準使用期間に見積もられる第2冷媒配管4の腐食量(厚みの減少量)よりも厚い。この場合、実施の形態7に係る空気調和機は、当該標準使用期間中に居室内での冷媒漏洩の発生を抑制することができ、可燃性冷媒使用時においても高い安全性を有している。
(実施の形態8)
次に、実施の形態8に係る空気調和機について説明する。実施の形態8に係る空気調和機は、基本的には実施の形態1に係る空気調和機と同様の構成を備えているが、熱媒体として用いられる可燃性冷媒が、微燃性を有し地球温暖化係数(GWP)が低い冷媒であるプロピレン系のフッ化炭素およびエチレン系のフッ化炭素の少なくともいずれか一方を含む冷媒に限定される点で異なる。
プロピレン系のフッ化炭素を含む冷媒は、例えばR1234yf、R1234ze等である。エチレン系のフッ化炭素を含む冷媒は、例えばR1123、R1132等である。
実施の形態8に係る空気調和機は、実施の形態1に係る空気調和機100と同様の構成を備えるため、上記可燃性冷媒が居室内で漏洩することを防止可能である。さらに、上記のようなプロピレン系のフッ化炭素およびエチレン系のフッ化炭素の少なくともいずれか一方を含む冷媒はGWPが150未満である。そのため、実施の形態8に係る空気調和機は、地球温暖化に対する影響が小さく抑えられており、欧州のFガス規則による規制値(GWP150未満)をクリアすることができる。
(実施の形態9)
次に、図10を参照して、実施の形態9に係る空気調和機101について説明する。実施の形態9に係る空気調和機101は、基本的には実施の形態1に係る空気調和機100と同様の構成を備えるが、室外機器2が、第2冷媒配管4の上記薄い部分(肉薄部)の近くに配置され、かつ可燃性冷媒の漏洩を検出可能な検出部10をさらに含む点で異なる。
検出部10は、可燃性冷媒の漏洩を検出可能である限りにおいて、任意の構成を有していればよい。第2冷媒配管4において上記肉薄部が連絡配管6上に設けられている場合には、検出部10は連絡配管6の近くに配置される。
検出部10によって第2冷媒配管4での冷媒漏洩が検出された場合には、例えば閉止弁54,55が閉止され、空気調和機101が運転停止される。このようにすれば、空気調和機101は、第2冷媒配管4での冷媒漏洩を検出部10により早期に検出することができるため、可燃性冷媒の漏洩量を低減することができる。
室外機5は、室外熱交換器21に対して空気を送風可能な室外ファン58をさらに含んでいてもよい。検出部10によって第2冷媒配管4での冷媒漏洩が検出された場合には、例えば閉止弁54,55が閉止されて空気調和機101が運転停止されるとともに、室外ファン58は継続して運転される。このようにすれば、空気調和機101は、可燃性冷媒の漏洩量を低減することができるとともに、漏洩した可燃性冷媒を室外ファン58によって発生された気流により拡散させることができる。
室外機器2は、検出部10および閉止弁54,55に接続されており、検出部10により冷媒漏洩が検出されたときに閉止弁54,55を閉止可能に設けられている制御部57をさらに含んでいてもよい。
第2冷媒配管4の上記肉薄部が、厚みが相対的に厚い部分と薄い部分とを有する場合、言い換えると、上記肉薄部の一部が第2冷媒配管4の最薄部である場合には、検出部10は当該最薄部の近くに配置されるのが好ましい。実施の形態6に係る空気調和機のように、第2冷媒配管4の上記肉薄部かつ最薄部が室外伝熱管22上に設けられている場合には、検出部10は室外伝熱管22の近くに配置されるのが好ましい。実施の形態7に係る空気調和機のように、第2冷媒配管4の全体が上記肉薄部かつ最薄部として設けられている場合には、検出部10は第2冷媒配管4の任意の部分の近くに配置されていればよい。
第2冷媒配管4の上記肉薄部かつ最薄部は、室外配管23〜28に設けられていてもよい。この場合には、検出部10は室外配管23〜28のうちの上記最薄部の近くに配置されていればよい。また、第2冷媒配管4の上記肉薄部かつ最薄部は、連絡配管6,7、室外伝熱管22、および室外配管23〜28において複数箇所に設けられていてもよい。この場合には、検出部10は例えば各最薄部の近くに1つずつ配置される。
以上のように、本発明の各実施の形態について説明を行ったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
本発明は、可燃性冷媒を熱媒体として使用する空気調和機に特に有利に適用される。
1 室内機器、2 室外機器、3 第1冷媒配管、4 第2冷媒配管、5 室外機、6,7 連絡配管、8a,8b,9a,9b フレア部、10 検出部、11 室内熱交換器、12 室内伝熱管、13,14 室内配管、15 室内フィン、21 室外熱交換器、22 室外伝熱管、23,24,25,26,27,28 室外配管、29 室外フィン、31,33,41,43,45 母材、32,34,42,44,46 防食層、51 圧縮機、52 四方弁、53 膨張弁、54,55 閉止弁、56 流路抵抗、57 制御部、58 室外ファン、60 拡管玉、61 ロッド、62 流体、100,101 空気調和機。

Claims (8)

  1. 居室内に配置される室内機器と、
    居室と壁を介して隔てられた室外に配置される室外機器とを備え、
    前記室内機器は、可燃性冷媒が流通する第1冷媒配管を含み、
    前記室外機器は、前記第1冷媒配管と接続され、前記可燃性冷媒が流通する第2冷媒配管を含み、
    前記第1冷媒配管は、前記可燃性冷媒と接する第1母材と、前記第1母材の外周を囲むように設けられている第1防食部とを有し、
    前記第2冷媒配管は、前記可燃性冷媒と接する第2母材と、前記第2母材の外周を囲むように設けられている第2防食部とを有し、
    前記第1冷媒配管の厚みの最薄部における前記第1防食部の厚みは、前記第2冷媒配管の厚みの最薄部における前記第2防食部の厚みよりも厚く、
    前記第1冷媒配管の前記最薄部における前記第1母材の厚みは、前記第2冷媒配管の前記最薄部における前記第2母材の厚みよりも薄い、空気調和機。
  2. 居室内に配置される室内機器と、
    居室と壁を介して隔てられた室外に配置される室外機器とを備え、
    前記室内機器は、可燃性冷媒が流通する第1冷媒配管を含み、
    前記室外機器は、前記第1冷媒配管と接続され、前記可燃性冷媒が流通する第2冷媒配管を含み、
    前記第1冷媒配管は、前記可燃性冷媒と接する第1母材と、前記第1母材の外周を囲むように設けられている第1防食部とを有し、
    前記第2冷媒配管は、前記可燃性冷媒と接する第2母材と、前記第2母材の外周を囲むように設けられている第2防食部とを有し、
    前記第1冷媒配管の厚みの最薄部における前記第1防食部の厚みは、前記第2冷媒配管の厚みの最薄部における前記第2防食部の厚みよりも厚く、
    前記室内機器は、居室内の空気と前記可燃性冷媒との熱交換を行う室内熱交換器を有し、
    前記室内熱交換器は、前記可燃性冷媒が流通する室内伝熱管を有し、
    前記室内機器は、前記室内伝熱管に接続されている室内配管をさらに有し、
    前記室内伝熱管および前記室内配管は前記第1冷媒配管の一部を構成しており、
    前記室内伝熱管における前記第1母材の厚みは、前記室内配管における前記第1母材よりも薄く、
    前記室内伝熱管における前記第1防食部の厚みは、前記室内配管における前記第1防食部の厚みと等しい、空気調和機。
  3. 前記第1冷媒配管の前記最薄部における前記第1母材の厚みは、前記第2冷媒配管の前記最薄部における前記第2母材の厚みよりも厚い、請求項に記載の空気調和機。
  4. 前記室内伝熱管は、扁平管であり、
    前記室内配管は、円管である、請求項2または請求項3に記載の空気調和機。
  5. 前記室外機器は、室外の空気と前記可燃性冷媒との熱交換を行う室外熱交換器を有し、
    前記室外熱交換器は、前記可燃性冷媒が流通する室外伝熱管を有し、
    前記室外機器は、前記室外伝熱管に接続されている室外配管と、前記室外配管と前記第1冷媒配管を接続する連絡配管をさらに有し、
    前記室外伝熱管、前記室外配管および前記連絡配管は前記第2冷媒配管の一部を構成しており、
    前記連絡配管における前記第2母材の厚みは、前記室外伝熱管における前記第2母材の厚みと等しく、
    前記連絡配管における前記第2防食部の厚みは、前記室外伝熱管における前記第2防食部の厚みよりも薄い、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の空気調和機。
  6. 前記室外伝熱管は、扁平管であり、
    前記室外配管および前記連絡配管は、円管である、請求項5に記載の空気調和機。
  7. 前記可燃性冷媒は、プロピレン系のフッ化炭素およびエチレン系のフッ化炭素の少なくともいずれか一方を含む、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の空気調和機。
  8. 前記エチレン系のフッ化炭素を含む冷媒は、R1123またはR1132である、請求項7に記載の空気調和機。
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