JP3163012U - 冷媒密封構造 - Google Patents

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潤 福山
潤 福山
井上 智史
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Abstract

【課題】冷媒配管用パイプの異常な凹窪部の発生とそれに伴う冷媒の漏洩を防止した冷媒密封構造を提供する。【解決手段】テーパ雌ネジ部3を有する短筒体4と、短筒体4が回転可能抜止手段5を介して連結された固定部材6とをもって、継手本体2を形成する。短筒体4のテーパ雌ネジ部3に螺合する雄ネジ部7を有すると共に、複数個のパイプ抜止用小円盤8を有する円筒状リテーナ9を、具備する。パイプ抜止用小円盤8が、雄ネジ部7に沿って一部が外周側に突出しかつ一部が内周側に露出するように埋設された管継手1の、シール構造である。固定部材6が、その内周面10に、冷媒を密封すべき内側から大気側へ、順次、円周方向の第1凹溝部11、第2凹溝部12を有する。第1凹溝部11に耐冷凍機油性・耐冷媒性のU字状リップパッキン25から成る第1シール材13を内設し、第2凹溝部12に、大気中の酸素がリップパッキン25へ到着することを遮断する第2シール材14を内設する。【選択図】図2

Description

本考案は、冷媒密封構造に関する。
管継手には、一般的にその内部を流通する流体が外部に漏れるのを防止するために、シール材を有する(例えば、特許文献1参照)。
しかし、空調等の冷媒配管用の管継手に使用するシール材は、(a)冷媒(例えば、R407C,410A等)を透過させないこと、(b)配管内温度(例えば、−45℃〜 130℃)に対して耐性を有すること、(c)配管内を冷媒と一緒に流れる冷凍機油に対して耐性を有すること、(d)推定寿命が2ライフサイクルの30年以上であって、安全率が2倍以上であること、以上(a)〜(d)の性能を全て具備するのが望ましいが、このような材料はなく、全体としての寿命が短いという欠点があった。特に、IIR(ブチルゴム)は、上記(a)〜(c)の性能を具備するが、大気中の酸素に対する耐性が弱いため、上記(d)の性能を欠き、寿命が短いという欠点があった。
そこで、図11に示すような2個のOリング 31,32 を一セットとして、各パイプ33の先端外周面に対応させ、冷媒を密封すべき内側34から大気側35へ、順次、冷媒をシールするためのIIR製の第1Oリング31、及び、大気中の酸素を遮断するためのEPDMから成る第2Oリング32を、配設して、この第2Oリング32によって、大気側35からの酸素を遮断して、第1Oリング31を保護する技術に関して本考案者等は提案した(特許文献2参照)。
特開2008−23846号公報 特許第41177226号公報
しかし、図11に示したような管継手に於て、冷媒の密封に実際使用した場合、冷媒特有の漏洩の虞があることが判明した。即ち、図4(a)(b)に示すように、パイプ33の先端が局部的に凹んで、凹窪部36を生じ、急激に冷媒が大気側35へ噴出漏洩する事故を生ずる。
図4は、事故を生じたパイプ33を示し、図4(a)は要部斜視図、図4(b)は図4(a)のB−B断面図であるが、空調装置の霜取り運転のとき等に発生する。
このような局部的な凹窪部が何故に発生するか、本考案者は、図5に示すような再現試験装置にてテストを行った。なお、一点鎖線37,37は連結ボルトを示す。
試料及び試験条件は、次の表1の通りである。
Figure 0003163012
テストの結果、水圧19MPa負荷にて銅管(パイプ33)に、図4に示す凹窪部36が生ずることが確認でき、しかも、図4(b)に示すL31,L32は、図5,図11のOリング31,32の位置であり、従って、図11に示す2個のOリング31,32の間(微小空間)40に存在する流体が19MPaを越える高圧に達する場合があることを確認した。実際の冷媒密封に於て、このような高圧が2個のOリング31,32間で発生する原因を、本考案者は、以下のように考察する。
(i) 銅管(Cuパイプ33)は柔らかいので曲げ加工時に外表面に傷が付き、あるいは、外端角部の面取り加工が不十分であった場合、第1Oリング31に傷が形成される。
(ii) 第1Oリング31は硬く傷付き易いのでこれが傷付く確率が高い。
(iii) 冷媒がこの傷付いた第1Oリング31から微小空間40内へ浸入する。
(iv) 霜取り運転時等に微小空間40に浸入した冷媒が急激に体積膨張を生じる。
(v) 2個のOリング31、32にて密封されて、急激な体積膨張を生じた冷媒は逃げ場を失い、封入圧が急激に上昇する。
本考案は、上述した(i)〜(v)の考察に基づき創出されたものであって、本考案の目的は、従来のシール溝及び管継手全体の寸法と体積を維持したままで、図4に示すようなパイプの異常変形、及び、それに伴う冷媒洩れを確実に防止して、空調機器に好適な冷媒密封構造を提供する点にある。
本考案に係る冷媒密封構造は、冷媒を密封すべき内側から大気側へ、順次、冷媒をシールするための耐冷凍機油性・耐冷媒性の第1シール材と、該第1シール材を大気中の酸素から遮断するための耐酸素性の第2シール材を、配設し、しかも、上記第1シール材は、第1シール材と第2シール材の間の微小空間に存在する冷媒が膨張することで上昇した封入圧を上記内側へ逃がすように開口溝が上記内側を向いた横断面U字状乃至V字状のリップパッキンとしたものである。
また、本考案は、テーパ雌ネジ部を有する短筒体と、該短筒体が回転可能抜止手段を介して連結された固定部材とをもって、継手本体を形成し、かつ、該短筒体の上記テーパ雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を有すると共に、複数個のパイプ抜止用小円盤を有する円筒状リテーナを、具備し、上記パイプ抜止用小円盤が、上記雄ネジ部に沿って一部が外周側に突出しかつ一部が内周側に露出するように埋設された管継手を備えた冷媒密封構造に於て、上記固定部材が、その内周面に、冷媒を密封すべき内側から大気側へ、順次、円周方向の第1凹溝部)、第2凹溝部を有し、該第1凹溝部に冷媒をシールするための耐冷凍機油性・耐冷媒性の第1シール材を内設し、該第2凹溝部に該第1シール材を大気中の酸素から遮断するための耐酸素性の第2シール材を内設し、しかも、上記第1シール材は、第1シール材と第2シール材の間の微小空間に存在する冷媒が膨張することで上昇した封入圧を上記内側へ逃がすように開口溝が上記内側を向いた横断面U字状乃至V字状のリップパッキンとした。
また、継手軸心の方向に細長状の保持孔を貫設したホルダー筒体と、大径端面が継手内方を向くように上記保持孔に保持された細長円錐台形の係止コーンを、具備し、テーパ内面を有する袋ナットを継手本体に螺着させると共に、該袋ナットを上記ホルダー筒体に外嵌させて上記係止コーンをラジアル外方向へ逃げることを抑制して該係止コーンの大径端面の外周端縁をパイプの外周面に食い込み状に係止させるように構成した管継手を備えた冷媒密封構造であって、上記継手本体が、その内周面に、冷媒を密封すべき内側から大気側へ、順次、円周方向の第1凹溝部、第2凹溝部を有し、該第1凹溝部に冷媒をシールするための耐冷凍機油性・耐冷媒性の第1シール材を内設し、該第2凹溝部に該第1シール材を大気中の酸素から遮断するための耐酸素性の第2シール材を内設し、しかも、上記第1シール材は、第1シール材と第2シール材の間の微小空間に存在する冷媒が膨張することで上昇した封入圧を上記内側へ逃がすように開口溝が上記内側を向いた横断面U字状乃至V字状のリップパッキンとした。
本考案によれば、管継手全体がコンパクトでありながら、かつ、簡易な構成でありながら、確実に図4に示すような凹窪部36の異常変形を防ぎ、それによって常に優れた密封性能を発揮する。また、内部のシール溝も小寸法のままで済み、構造が複雑化せず、空調機器に安心して使用できる。
本考案の実施の一形態を示す断面正面図である。 接続状態を示す半截断面図である。 要部拡大断面図である。 従来の問題点を説明するための図であって、(a)は要部斜視図、(b)は(a)のそのB−B断面図である。 従来の問題の原因を究明するための再現試験装置の簡略説明図である。 本考案の他の実施の形態を示す断面正面図である。 要部拡大断面図である。 要部の説明のための図であって、(A)は係止コーンの斜視図を示し、(B)は「細長状」を示す説明図である。 係止コーンとホルダー筒体の組立ユニットの斜視図である。 係止コーンとホルダー筒体の組立ユニットの側面図である。 従来例を示す半截断面図である。
以下、図示の実施の形態に基づき本考案を詳説する。
図1,図2,図3に於て、1は管継手であって、この管継手1に冷媒配管用パイプ33,33が挿入される。パイプ33は銅が好適である。このパイプ33の内部及び管継手1の内部を、R507A,R410A,R404A,R502,R407C等の液膨張率が極めて大きい冷媒が、流れる。
管継手1の継手本体2は、テーパ雌ネジ部3を有する短筒体4と、この短筒体4が、回転可能抜止手段5を介して連結された固定部材6とを、備えている。
さらに、9は円筒状リテーナであって、このリテーナ9は、上記短筒体4のテーパ雌ネジ部3に螺合する雄ネジ部7を有し、かつ、複数個のパイプ抜止用小円盤8を、備えている。
この小円盤8は雄ネジ部7に沿って一部が外周側に突出し、かつ、一部が内周側に露出するように埋設され、軸心L8 廻りに自転自在である。
そして、固定部材6は、その内周面10に、冷媒を密封すべき内側19から大気側20へ、順次、円周方向の第1凹溝部11、第2凹溝部12を有している。この第1凹溝部11に冷媒をシールするための耐冷凍機油性・耐冷媒性の第1シール材13を内設する。さらに、第2凹溝部12には、第1シール材13を大気中の酸素から遮断するための耐酸素性の第2シール材14を、内設する。
そして、第1シール材13は、この第1シール材13と第2シール材14の間の微小空間40に存在する冷媒が膨張することで上昇した封入圧を内側19へ逃がすように開口溝25Aが上記内側19を向いた横断面U字状(乃至V字状)のリップパッキン25とする。また、第2シール材14はOリングとする。
第1凹溝部11に内装された横断面U字状乃至V字状の第1シール材13の材質は、IIR(ブチルゴム)が好適であって、冷媒の密封用として必要な気密性、耐冷凍機油性及び耐冷媒性、さらには、耐発泡性、耐熱衝撃性等の各特性を具備する。U字状乃至V字状の第1シール材13は、開口溝25Aが内側19を向き、リップも内側19を向いているので、内側19からの冷媒の圧力が作用した場合に、その圧力を受けて内リップ,外リップは、各々、パイプ33の外周面,第1凹溝部11の溝底面に強く圧接して、確実に密封作用をなす。ところが、パイプ33はベンダーによる曲げ加工の際等に外周面に微細な傷がついていたり、パイプ33の先端外周角部の面取りが不十分な場合にリップパッキン25の内リップが傷付くことがあり、第1・第2シール材13,14の間の微小空間40に冷媒が浸入することがある。空調装置の霜取り運転とした際等に、冷房時の低温低圧の液状の冷媒が、急激に熱膨張して、微小空間40内が瞬時に超高圧になろうとするが、第1シール材13がリップパッキン25であると共に、開口溝25Aが内側19を向いているので、上記の急激に熱膨張した冷媒は、スムースに内側19へ還流する。従って、図4及び図5に示したようなパイプ33の凹窪部36の発生が防止できる。いわば逆止弁の機能を、極めてコンパクトかつ簡素なリップパッキン25(第1シール材13)が果たしている。
また、第2凹溝部12内の第2シール材(Oリング)14は、EPDM(エチレンプロピレンゴム)が好適であり、大気中の酸素に対する耐性がある。この第2シール材14によって、大気中の酸素が遮断され、第1シール材13(リップパッキン25)は、常に冷媒雰囲気内に保持されて、酸素に接触しない。
次に、図6〜図10は他の実施の形態を示す。図6と図7に示すように、継手軸心L0 の方向に細長状の保持孔15を貫設したホルダー筒体17と、大径端面18が継手内方を向くように保持孔15に保持された細長円錐台形の係止コーン16を、具備し、テーパ内面21を有する袋ナット24を継手本体2Aに螺着させると共に、袋ナット24をホルダー筒体17に外嵌させて係止コーン16をラジアル外方向へ逃げることを抑制して係止コーン16の大径端面18の外周端縁22をパイプ33の外周面に食い込み状に係止させるように構成した管継手1Aを備えている。
そして、継手本体2Aの内周面10Aに於て、冷媒を密封すべき内側19から大気側20へ、順次、円周方向の第1凹溝部11、第2凹溝部12を有し、第1凹溝部11に冷媒をシールするための耐冷凍機油性・耐冷媒性の第1シール材13を内設し、第2凹溝部12に第1シール材13を大気中の酸素から遮断するための耐酸素性の第2シール材14を内設し、しかも、第1シール材13は、第1シール材13と第2シール材14の間の微小空間40に存在する冷媒が膨張することで上昇した封入圧を内側19へ逃がすように開口溝25Aが内側19を向いた横断面U字状乃至V字状のリップパッキン25としている点は、前述の図1〜図3と同様である。
さらに、追加説明すれば、継手本体2Aと袋ナット24は金属製とし、ホルダー筒体17はプラスチック製とする。上述の係止コーン16が「細長円錐台形」とは、図8(B)に示すように、(ラジアル方向から見た)縦長さ寸法aと横長さ寸法bの間に、 1.2×a≦bの関係があることを言う。係止コーン16は、ホルダー筒体17の保持孔15に図9,図10のようにルースに保持されている。そして、係止コーン16は、未食い込み状態では、係止コーン16の軸心が外方縮径状(継手外方向へゆくにしたがって継手軸心L0 へ接近するように)傾斜して保持される。パイプ33の挿入に伴って、保持孔15内にルースに保持されていた係止コーン16は、その軸心が、継手軸心L0 と平行となる方向へ揺動し、さらに、袋ナット24を継手本体2Aへ手動にて螺進させると、係止コーン16の軸心が、継手軸心L0 と略平行となるまで係止コーン16が起き上がる(図6,図7参照)。この起き上がりに伴って、初期食い込み深さだけパイプ33の外周面に食い込み状に係止する。
その後、袋ナット24を作業工具にてさらに螺進させると、係止コーン16の大径端面18の外周端縁22が、図7(図6)に示す如く、パイプ33の外周面に確実に食い込み状に係止して、パイプ抜け止め作用をなす構成である。
上述の図6〜図10の他の実施形態では、パイプ33を挿入するのみで確実に仮抜け止めが行われ、その後、作業工具にて袋ナット24を螺進して締付ければ、確実かつ強固な接続を行い得る。なお、袋ナット24にもシール溝24Aを凹設して、第2シール部材14と同様の材質のOリング23を嵌着するのも望ましい。
継手本体2Aに形成した第1・第2凹溝部11,12に嵌着した第1・第2シール材13,14の材質、及び、作用・効果は、図1〜図3で既に述べた実施の形態と同様である。
なお、本考案は、図1〜図3、あるいは、図6〜図10に例示した管継手1の構造に限定されず、各種の別の構造とし、その内部に、既述の第1シール材13と第2シール材14を、軸心方向内側19から大気側20へ順に配設すれば良い。
空調装置に於て、冷媒は、約(−)30℃〜+60℃の間で温度が大きく変動し、そのような大きな温度差があれば、R507A,R410A,R404A (混合冷媒)では 156%にも容積が膨張する。また、R502,R407C (混合冷媒)では、 140%にも容積が膨張する。
本考案に係る上述の冷媒密封構造によれば、空調装置に於て、繰り返して、上記の各種冷媒にて実験を行ったが、従来例の図4に示したような不具合(問題)は発生しなかった。
以上のように、本考案に係る冷媒密封構造は、冷媒を密封すべき内側19から大気側20へ、順次、冷媒をシールするための耐冷凍機油性・耐冷媒性の第1シール材13と、該第1シール材13を大気中の酸素から遮断するための耐酸素性の第2シール材14を、配設し、しかも、上記第1シール材13は、第1シール材13と第2シール材14の間の微小空間40に存在する冷媒が膨張することで上昇した封入圧を上記内側19へ逃がすように開口溝25Aが上記内側19を向いた横断面U字状乃至V字状のリップパッキン25とした構成であるので、図4に示したような(従来品の)凹窪部36の発生を防止して、冷媒の外部漏洩を確実に防ぐことが可能となった。特に、従来品のシール材用凹溝部の寸法・形状をそのままで、かつ、コンパクトかつ簡素な構成にて、図4に示した従来の問題を解決できた。しかも、リップパッキン25は、第2シール材14によって大気中の酸素から遮断されて、寿命が長く、約30年以上とすることも可能である。
また、本考案は、テーパ雌ネジ部3を有する短筒体4と、該短筒体4が回転可能抜止手段5を介して連結された固定部材6とをもって、継手本体2を形成し、かつ、該短筒体4の上記テーパ雌ネジ部3に螺合する雄ネジ部7を有すると共に、複数個のパイプ抜止用小円盤8を有する円筒状リテーナ9を、具備し、上記パイプ抜止用小円盤8が、上記雄ネジ部7に沿って一部が外周側に突出しかつ一部が内周側に露出するように埋設された管継手1を備えた冷媒密封構造に於て、上記固定部材6が、その内周面10に、冷媒を密封すべき内側19から大気側20へ、順次、円周方向の第1凹溝部11、第2凹溝部12を有し、該第1凹溝部11に冷媒をシールするための耐冷凍機油性・耐冷媒性の第1シール材13を内設し、該第2凹溝部12に該第1シール材13を大気中の酸素から遮断するための耐酸素性の第2シール材14を内設し、しかも、上記第1シール材13は、第1シール材13と第2シール材14の間の微小空間40に存在する冷媒が膨張することで上昇した封入圧を上記内側19へ逃がすように開口溝25Aが上記内側19を向いた横断面U字状乃至V字状のリップパッキン25とした構成であるので、図4に示したような(従来品の)凹窪部36の発生を防止して、冷媒の外部漏洩を確実に防ぐことが可能となった。特に、従来品のシール材用凹溝部の寸法・形状をそのままで、かつ、コンパクトかつ簡素な構成にて、図4に示した従来の問題を解決できた。しかも、リップパッキン25は、第2シール材14によって大気中の酸素から遮断されて、寿命が長く、約30年以上とすることも可能である。
また、本考案は、継手軸心L0 の方向に細長状の保持孔15を貫設したホルダー筒体17と、大径端面18が継手内方を向くように上記保持孔15に保持された細長円錐台形の係止コーン16を、具備し、テーパ内面21を有する袋ナット24を継手本体2Aに螺着させると共に、該袋ナット24を上記ホルダー筒体17に外嵌させて上記係止コーン16をラジアル外方向へ逃げることを抑制して該係止コーン16の大径端面18の外周端縁22をパイプ33の外周面に食い込み状に係止させるように構成した管継手1Aを備えた冷媒密封構造であって、上記継手本体2Aが、その内周面10Aに、冷媒を密封すべき内側19から大気側20へ、順次、円周方向の第1凹溝部11、第2凹溝部12を有し、該第1凹溝部11に冷媒をシールするための耐冷凍機油性・耐冷媒性の第1シール材13を内設し、該第2凹溝部12に該第1シール材13を大気中の酸素から遮断するための耐酸素性の第2シール材14を内設し、しかも、上記第1シール材13は、第1シール材13と第2シール材14の間の微小空間40に存在する冷媒が膨張することで上昇した封入圧を上記内側19へ逃がすように開口溝25Aが上記内側19を向いた横断面U字状乃至V字状のリップパッキン25としたので、図4に示した従来の凹窪部36の発生を防止して、冷媒が外部へ漏洩することを防ぎ得る。かつ、リップパッキン25は、第2シール材14によって大気中の酸素と遮断されており、寿命が長く、約30年以上とすることも可能である。そして、パイプ33との接続の作業が、容易に、熟練を要さずに、確実に行い得る。しかも、強い引抜力が掛ってもパイプ33が引き抜かれる虞を低減できる。また、小さな回転トルクを袋ナット24に付加するのみで、迅速な接続作業を確実に行い得る。
1,1A 管継手
2,2A 継手本体
3 テーパ雌ネジ部
4 短筒体
5 回転可能抜止手段
6 固定部材
7 雄ネジ部
8 パイプ抜止用小円盤
9 リテーナ
10,10A 内周面
11 第1凹溝部
12 第2凹溝部
13 第1シール材
14 第2シール材
15 保持孔
16 係止コーン
17 ホルダー筒体
18 大径端面
19 内側
20 大気側
21 テーパ内面
22 外周端縁
24 袋ナット
25 リップパッキン
25A 開口溝
33 パイプ
40 微小空間
0 軸心

Claims (3)

  1. 冷媒を密封すべき内側(19)から大気側(20)へ、順次、冷媒をシールするための耐冷凍機油性・耐冷媒性の第1シール材(13)と、該第1シール材(13)を大気中の酸素から遮断するための耐酸素性の第2シール材(14)を、配設し、しかも、上記第1シール材(13)は、第1シール材(13)と第2シール材(14)の間の微小空間(40)に存在する冷媒が膨張することで上昇した封入圧を上記内側(19)へ逃がすように開口溝(25A)が上記内側(19)を向いた横断面U字状乃至V字状のリップパッキン(25)としたことを特徴とする冷媒密封構造。
  2. テーパ雌ネジ部(3)を有する短筒体(4)と、該短筒体(4)が回転可能抜止手段(5)を介して連結された固定部材(6)とをもって、継手本体(2)を形成し、かつ、該短筒体(4)の上記テーパ雌ネジ部(3)に螺合する雄ネジ部(7)を有すると共に、複数個のパイプ抜止用小円盤(8)を有する円筒状リテーナ(9)を、具備し、上記パイプ抜止用小円盤(8)が、上記雄ネジ部(7)に沿って一部が外周側に突出しかつ一部が内周側に露出するように埋設された管継手(1)を備えた冷媒密封構造に於て、
    上記固定部材(6)が、その内周面(10)に、冷媒を密封すべき内側(19)から大気側(20)へ、順次、円周方向の第1凹溝部(11)、第2凹溝部(12)を有し、該第1凹溝部(11)に冷媒をシールするための耐冷凍機油性・耐冷媒性の第1シール材(13)を内設し、該第2凹溝部(12)に該第1シール材(13)を大気中の酸素から遮断するための耐酸素性の第2シール材(14)を内設し、しかも、上記第1シール材(13)は、第1シール材(13)と第2シール材(14)の間の微小空間(40)に存在する冷媒が膨張することで上昇した封入圧を上記内側(19)へ逃がすように開口溝(25A)が上記内側(19)を向いた横断面U字状乃至V字状のリップパッキン(25)としたことを特徴とする冷媒密封構造。
  3. 継手軸心(L0 )の方向に細長状の保持孔(15)を貫設したホルダー筒体(17)と、大径端面(18)が継手内方を向くように上記保持孔(15)に保持された細長円錐台形の係止コーン(16)を、具備し、テーパ内面(21)を有する袋ナット(24)を継手本体(2A)に螺着させると共に、該袋ナット(24)を上記ホルダー筒体(17)に外嵌させて上記係止コーン(16)をラジアル外方向へ逃げることを抑制して該係止コーン(16)の大径端面(18)の外周端縁(22)をパイプ(33)の外周面に食い込み状に係止させるように構成した管継手(1A)を備えた冷媒密封構造であって、
    上記継手本体(2A)が、その内周面(10A)に、冷媒を密封すべき内側(19)から大気側(20)へ、順次、円周方向の第1凹溝部(11)、第2凹溝部(12)を有し、該第1凹溝部(11)に冷媒をシールするための耐冷凍機油性・耐冷媒性の第1シール材(13)を内設し、該第2凹溝部(12)に該第1シール材(13)を大気中の酸素から遮断するための耐酸素性の第2シール材(14)を内設し、しかも、上記第1シール材(13)は、第1シール材(13)と第2シール材(14)の間の微小空間(40)に存在する冷媒が膨張することで上昇した封入圧を上記内側(19)へ逃がすように開口溝(25A)が上記内側(19)を向いた横断面U字状乃至V字状のリップパッキン(25)としたことを特徴とする冷媒密封構造。
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