JP4226746B2 - 可溶栓およびこれを搭載した冷凍装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍装置などの安全装置として用いられる可溶栓およびこの可溶栓を搭載した冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、冷凍装置の一例を示すものである。この冷凍装置は、高圧側の圧力容器として構成された圧縮機３、凝縮器４、膨張弁５、および、熱交換器６を順次接続して冷凍サイクルを構成している。そして、凝縮器４の側壁には、何らかの原因で凝縮器４内の冷媒温度が上昇したときに、低温溶融合金からなる栓部材１２が軟化溶融し、圧力容器としての凝縮器４内の冷媒を外気中に放出することにより凝縮器４の破裂を未然に防止する安全装置として、可溶栓１が取り付けられている。
【０００３】
図８および図９は、この可溶栓１として、従来一般的に使用されているものの概略構造を示す。すなわち、図８はこの可溶栓１の斜視図的な模式説明図であり、図９は、凝縮器（以下の説明においては凝縮器または圧力容器と称す）４に取り付けられた状態における図８記載の可溶栓１の断面図である。
これら図に示されるように、可溶栓１は、凝縮器（圧力容器）４の内外を導通する逃がし孔１１ａ、凝縮器４への取り付け用ねじ部１１ｂおよび凝縮器４への取り付け時の当たりを構成する鍔部１１ｃを有する本体１１と、この本体１１における前記逃がし孔１１ａを閉塞するように保持された栓部材１２とからなる。この栓部材１２は、逃がし孔１１ａ内に溶融した低温溶融合金を流し込み、この低温溶融合金を逃がし孔１１ａ内で冷却固化することにより固着保持されたものである。また、栓部材１１の端面は、本体１１の端面に揃えるように加工されている。
【０００４】
この冷凍装置にあっては、圧縮機３で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器４で空気あるいは水と熱交換して凝縮され、高温高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、膨張弁５に送られて減圧され、低温低圧の液ガス混合冷媒となって熱交換器６に流入する。そして、この熱交換器６で、水等の冷却対象物と熱交換して、気化した後、再び圧縮機３で圧縮され、高温高圧のガス冷媒となり再び冷媒回路内に循環される。
【０００５】
このとき、栓部材１２の凝縮器（圧力容器）４内の空間にさらされている面（以下受圧面という）１２ａには、高温高圧の冷媒が乱流状態で接触しながら流れている。この冷媒の圧力Ｐ（この圧力は、図９に矢印をもって示すように、受圧面１２ａに対し直角方向に作用する）は通常３０ｋｇ/ｃｍ2前後であり、かつ、この冷媒の圧力Ｐおよび温度は、冷凍機運転中不規則な変化を繰り返している。したがって、栓部材１２は、受圧面１２ａに不規則な変化をする圧力が作用し、さらに、不規則な温度変化をする冷媒により不規則に加熱されているため、比較的短期間でクリープを生じ、栓部材１２の一部が本体１１の外部に露出したり、さらには、動作設計温度以下で図示Ｌの方向に栓部材１２が飛び出して冷媒漏れが発生するなどのことが懸念されていた（以下、このような露出や飛び出しを総称して「漏れ出し」という）。
【０００６】
このような漏れ出しを防止する可溶栓として、例えば、特開平１０−１８４９６０号公報あるいは特開平１０−３３９５２８号公報に開示されたものが提案されている。図１０は前者の可溶栓の説明図であり、図１１は後者の可溶栓の説明図である。なお、これら図において、前記図８および図９に図示した従来の一般的な可溶栓１と同一または相当する部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。
【０００７】
図１０の可溶栓１は、逃がし孔１１ａの全体の２／３を占める冷媒側部分を、圧力容器４側の部分が拡開するテーパ孔として形成したもので、これにより栓部材１２が圧力容器４内から圧力容器４外へ移動し難い構造としたものである。
一方、図１０の可溶栓１は、逃がし孔１１ａを、圧力容器４の内側から外側に至る経路においてＬ字状に形成している。すなわち、逃がし孔１１ａは、曲がり部手前の圧力容器４側の孔部１１ａ1を大径とし、この孔部１１ａ1に続けて小径の孔部１１ａ2を設け、さらに、方向を９０度偏向して圧力容器４の側壁に沿う方向の小径の孔部１１ａ3により圧力容器４の外部に導通しており、前記小径の孔部１１ａ2に栓部材１２を設けている。したがって、この可溶栓１では、受圧面１２ａに作用する圧力Ｐの方向と、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌとを相違させることにより、栓部材１２の漏れ出し方向Ｌへの移動を規制する構造としたものである。
【０００８】
ところが、上記図１０に記載の可溶栓１においては、安全基準によって、漏れ出し側（圧力容器４外側）の最低孔径が定められていることから、受圧側（圧力容器４の内面側）の孔径を前述の従来のものより必ず大きくしなければならない。したがって、高価な低温溶融合金を、従来のものよりも多く使う必要がある。このため、栓部材１２を構成する低温溶融合金にＩｎ等の特に高価な元素を用いる場合には、コスト的に非常に不利であった。
【０００９】
一方、上記図１１に記載の可溶栓１においては、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌ（前記圧力容器４の側壁に沿う小径の孔部１１ａ3の方向）が、圧力容器４の側壁に対し垂直方向でなく水平方向とされ、かつ、一つしか設けられていないないために、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌへの流出を視覚により確認すること（以下視認性という）に難があるという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、外気や冷媒の圧力変化や温度変化等により、可溶栓の設定動作温度に達する前に、栓部材を構成する低温溶融合金が外部に移動したり、あるいは可溶栓の漏れ出しにより圧力容器内の冷媒が漏洩したりすることを防止するとともに、安価で視認性の良い可溶栓を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る可溶栓は、冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔の内面に設けたＮｉを主成分とする金属層と、この金属層を内面に設けた前記逃がし孔内に溶融したＳｎを主成分とする低温溶融合金を流し込み、これを冷却して前記逃がし孔内に固着した栓部材とを備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係る可溶栓は、冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、前記圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔を閉塞するように前記逃がし孔内に固定された栓部材とを備え、さらに、この栓部材は、熱伝導性が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱伝導性の棒状部材の周囲に低温溶融合金を配置し、かつ、この棒状部材の一部を前記本体から外側に突出して構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る可溶栓は、冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、前記圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔を閉塞するように前記逃がし孔内に固定された、低温溶融合金からなる栓部材とを備え、さらに、前記逃がし孔は、この栓部材の前記圧力容器から外方への漏れ出し方向と異なる方向で圧力容器内に開口していることを特徴とするものである。
【００１５】
なお、前記本体は、前記逃がし孔の外側に、前記栓部材が溶融して外方に漏れ出した場合の低温溶融合金を受けるための受け皿を備えたものとすることができる。
【００１６】
また、本発明に係る冷凍装置は、前記いずれかの可溶栓を搭載していることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に実施の形態１について図１および図２に基づき説明する。なお、図７、図８および図９に図示した従来の可溶栓１と同一または相当する部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。また、以下の説明においては、圧力容器（凝縮器）の図示を省略しているが、本実施の形態１の可溶栓１は前記各従来例と同様に圧力容器４に取り付けられているものとする。
【００１８】
図１は、可溶栓１の断面図であり、図２は逃がし孔１１ａと栓部材１２との境界部分の拡大図である。
図１に示すように、可溶栓１は、従来のものと同様に本体１１と栓部材１２とを備えている。また、本体１１は銅（Ｃｕ）を主成分とする合金で構成され、栓部材１２は、錫（Ｓｎ）を主成分とした融点約６８℃の低温溶融合金で構成されている。また、本体１１の逃がし孔１１ａと栓部材１２との間に、つまり逃がし孔１１ａの内面にニッケル（Ｎｉ）めっき７が施され、この逃がし孔１１ａに溶融した低温溶融合金が流し込まれ、この低温溶融合金を冷却固化して、逃がし孔１１ａ内に固着している。
【００１９】
このように構成した本実施の形態１の可溶栓１を１０個と、図７、図８および図９に記載したＮｉめっきを施さない従来一般の可溶栓１を１０個とについて、次のようなクリープ試験を行った。
すなわち、被試験可溶栓１として、本発明および従来いずれの可溶栓１についても栓部材１２が直径約８ｍｍ、長さ約５０ｍｍの円筒形状となるように形成し、栓部材１２の受圧面１２ａ側に、減圧弁および圧力ゲージを介装した配管により窒素ガスボンベを接続し、この圧力ゲージが４２ｋｇｆ／ｃｍ2を指したところで、前記受圧面１２ａ側の配管を封じ切ったものを準備した。そして、この被試験可溶栓１を、６５℃の水温に保持した水槽内の湯中に付け、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出しを目視により確認した。なお、水槽としては、幅が約３００ｍｍ、長さが約５００ｍｍ、高さが約２５ｍｍのものを使用した。
この結果、前者（本実施の形態に係る可溶栓１）の１０個全てが、時間差はあるものの後者（前記めっき層７を施さないもの、すなわち、従来一般のものに相当するもの）よりも遅く漏れ出すことを観測した。
【００２０】
これは本実施の形態１の場合、Ｎｉめっき層７と低温溶融合金（栓部材１２）との間に、図２に示すようにＮｉ3Ｓｎ4からなる金属間化合物層８が形成され、この金属間化合物層８により、本体１１と栓部材１２との境界面におけるクリープが抑制され、可溶栓１の設定動作温度以下での漏れ出しを防止することができたものと考えられる。
なお、めっき層７としてはピンホールがほぼない状態が好ましく、このためには、Ｎｉめっき層７を５μｍ以上の厚さとすることが望ましい。
【００２１】
また、本実施の形態１のように構成すると、逃がし孔をテーパ孔とする必要がないので、栓部材１２の材料を無駄に費やす必要がなく、かつ、栓部材１２として安価な錫を主体とした合金を使用することができる。また、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌが圧力容器４の側壁と直角方向となるので、視認性が良好となる。
【００２２】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２を図３により説明する。なお、図７、図８および図９に図示した従来の可溶栓１と同一または相当する部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。また、以下の説明においては、圧力容器４の図示を省略しているが、本実施の形態２の可溶栓１は前記各従来例と同様に圧力容器４に取り付けられているものとする。
【００２３】
この実施の形態２は、図７、図８および図９に図示した従来一般の可溶栓１において、低温溶融合金からなる栓部材１２に高伝導性材料からなる棒状部材、例えば、円柱１３を部分的に埋設したものである。
このようにすると、円柱１３からの放熱により栓部材１２の温度上昇を緩和してクリープを抑制し、可溶栓１の設定動作温度以下での漏れ出しを防止することができる。
なお、円柱１３の径は逃がし孔１１ａの約１／２とし、円柱１３の長さは逃がし孔１１ａの長さ（すなわち、栓部材１２の充填長さ）の８０％とし、円柱１３の１／４を大気に露出し、残部３／４を低温溶融合金からなる栓部材１２に埋設するように構成するのが好ましい。また、高熱伝導性材料は、純銅製等のごとく熱伝導性が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが好ましい。
【００２４】
また、本実施の形態２のように構成すると、逃がし孔１１ａをテーパ孔とする必要がないので、栓部材１２としての材料を無駄に費やさなくて済む。特に、栓部材１２として高価な材料、例えば、インジウム（Ｉｎ）を主成分とする合金を使用するような場合に有益である。また、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌが圧力容器４の側壁と直角方向となるので、視認性が良好となる。
【００２５】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３を図４により説明する。なお、図７、図８および図９に図示した従来の可溶栓１と同一または相当する部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。また、以下の説明においては、圧力容器４の図示を省略しているが、本実施の形態３の可溶栓１は前記各従来例と同様に圧力容器４に取り付けられているものとする。
【００２６】
この実施の形態３は、図７、図８および図９に図示した従来一般の可溶栓１における受圧面１２ａを、図４に示すごとく、圧力容器４内空間に面し、かつ、圧力容器４の側壁に平行な１４ａ、１４ｂの二つとしたものである。したがって、低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌを圧力容器４の側壁に対し直角としながら、この栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌと冷媒の圧力が作用する方向とを異なるようにしている。
【００２７】
実施の形態３の可溶栓は、このように構成することにより、冷媒圧力Ｐが栓部材１２の受圧面１２ａに作用しても、冷媒圧力Ｐの作用方向が漏れ出し方向Ｌと異なるため、可溶栓１の設定動作温度以下での漏れ出しを防止することができる。
また、逃がし孔１１ａをテーパ孔としていないので、栓部材１２としての材料を無駄に費やさなくて済む。特に、栓部材１２として高価な材料、例えば、インジウム（Ｉｎ）を主成分とする合金を使用するような場合に有益である。また、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌが圧力容器４の側壁と直角方向となるので、視認性が良好となる。
【００２８】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４を図５により説明する。なお、図７、図８および図９に図示した従来の可溶栓１と同一または相当する部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。また、以下の説明においては、圧力容器４の図示を省略しているが、本実施の形態４の可溶栓１は前記各従来例と同様に圧力容器４に取り付けられているものとする。
【００２９】
図７、図８および図９に図示した従来の可溶栓１においては，栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し通路が圧力容器４に対し直角方向に形成されていたが、この実施の形態４では、栓部材１２の外部に面する開口部、つまり逃がし孔１１ａの圧力容器４の外面側への開口部を、圧力容器４の側壁に沿う２方向の開口１２１ａ、１２１ｂとしたものである。なお、図１１に示した他の従来例と比較すると、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌを圧力容器４に沿う方向とすることにより、栓部材１２の漏れ出し方向Ｌへの移動を規制し、可溶栓１の設定動作温度以下での漏れ出しを防止する点では同一であるが、開口部が１つではなく二つとしたことにより視認性を向上させた点で改良されている。
また、実施の形態４の可溶栓１は、前述の各実施の形態と同様、逃がし孔１１ａをテーパ孔とする必要がないので、栓部材１２としての材料を無駄に費やさなくて済む。特に、栓部材１２として高価な材料、例えば、インジウム（Ｉｎ）を主成分とする合金を使用するような場合に有益である。
【００３０】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５を図６により説明する。なお、図１および図２に図示した実施の形態１の可溶栓１と同一または相当する部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。また、以下の説明においては、圧力容器４の図示を省略しているが、本実施の形態５の可溶栓１は前記実施の形態１の場合と同様に、すなわち、各従来例と同様に、圧力容器４に取り付けられているものとする。
【００３１】
本発明の実施の形態５は、実施の形態１における栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌの逃がし孔１１ａ近傍に、漏れ出した低温溶融合金を充分回収できる受け皿１９を備えたものである。なお、この受け皿１９は、本体１１と栓部材１２との境界部分から延出された適宜の支持部材１８により支持されている。なお、図示しないが本体１１と受け皿１９との間にネットを設ければ、漏れ出した低温溶融合金の飛散をより確実に防止することができる。
【００３２】
実施の形態５の可溶栓は、このようにする構成されているので、漏れ出した低温溶融合金の飛散を防止し、環境破壊を防止することができる。
【００３３】
なお、この発明は、次のように変更して具体化することも可能である。
（１） 上記各実施の形態において、低温溶融合金の量や関係基準に従う範囲で、逃がし孔１１ａの孔の大きさや形状を変形させてもよく、この場合、上記各実施の形態の可溶栓１と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
（２） 上記各実施の形態において、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し通路を直線状から曲線状にしたり、その方向を受圧方向と角度を持たせても同様の効果が得られる。
【００３５】
（３） 実施の形態４において、逃がし孔１１ａの圧力容器４階への開口部は、２方向の開口１２１ａ、１２１ｂとされていたが、これを３以上の開口として、さらに視認性を向上させることもできる。
【００３６】
（４） 実施の形態２乃至４において、実施の形態５の場合と同様に、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌの逃がし孔１１ａ近傍に、漏れ出した低温溶融合金を充分回収できる受け皿１９を備えるようにしても良く、このように構成すれば、漏れ出した低温溶融合金の飛散を防止することができる。
【００３７】
（５） 上記各実施の形態の可溶栓を冷凍装置に搭載しても良い。この場合、冷凍装置は、従来のものと比較すると、高信頼で安価、かつ、視認性に優れたものとなる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているため、次のような効果を奏することができる。
本発明の可溶栓は、冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔の内面に設けたＮｉを主成分とする金属層と、この金属層を内面に設けた前記逃がし孔内に溶融したＳｎを主成分とする低温溶融合金を流し込み、これを冷却して前記逃がし孔内に固着した栓部材とを備えているので、Ｎｉめっき層と低温溶融合金（栓部材）との間に形成される金属間化合物層により、本体と栓部材との境界面におけるクリープが抑制され、可溶栓の設定動作温度以下での漏れ出しを防止することができる。また、逃がし孔をテーパ孔とする必要がないので、栓部材の材料を無駄に費やす必要がなく、かつ、栓部材として比較的安価な錫（Ｓｎ）を主体とした合金を使用することができる。また、栓部材を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌが圧力容器の側壁と直角方向となるので、視認性が良好となる。
【００３９】
また、本発明の可溶栓は、冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、前記圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔を閉塞するように前記逃がし孔内に固定された栓部材とを備え、さらに、この栓部材は、熱伝導性が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱伝導性の棒状部材の周囲に低温溶融合金を配置し、かつ、この棒状部材の一部を前記本体から外側に突出して構成されているので、棒状部材からの放熱により栓部材の温度上昇を緩和してクリープを抑制し、可溶栓の設定動作温度以下での漏れ出しを防止することができる。
また、この場合も前述同様、逃がし孔をテーパ孔とする必要がないので、栓部材の材料を無駄に費やす必要がない。これは、栓部材の材料として、特に、高価なインジウム（Ｉｎ）を主体とした合金等の材料を使用する場合に有益である。また、栓部材を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向が圧力容器の側壁と直角方向となるので、視認性が良好となる。
【００４０】
また、本発明の可溶栓は、冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、前記圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔を閉塞するように前記逃がし孔内に固定された、低温溶融合金からなる栓部材とを備え、さらに、前記逃がし孔は、この栓部材の前記圧力容器から外方への漏れ出し方向と異なる方向で圧力容器内に開口しているので、冷媒圧力が栓部材の漏れ出し方向と異なる方向に作用することになり、これにより可溶栓の設定動作温度以下での漏れ出しを防止することができる。また、この場合も前述同様、逃がし孔をテーパ孔とする必要がないので、栓部材の材料を無駄に費やす必要がない。これは、栓部材の材料として、特に、高価なインジウム（Ｉｎ）を主体とした合金等の材料を使用する場合に有益である。また、栓部材を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向が圧力容器の側壁と直角方向となるので、視認性が良好となる。
【００４２】
また、本発明における可溶栓の本体は、前記逃がし孔の外側に、前記栓部材が溶融して外方に漏れ出した場合の低温溶融合金を受けるための受け皿を備えているので、漏れ出した低温溶融合金の飛散を防止し、環境破壊を防止することができる。
【００４３】
また、本発明の冷凍装置は、上記の可溶栓を搭載したものであるので、高信頼で安価、かつ、視認性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る可溶栓の断面図である。
【図２】 図１記載の可溶栓における本体と栓部材との境界線部分の拡大図である。
【図３】 この発明の実施の形態２に係る可溶栓の断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態３に係る可溶栓の断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態４に係る可溶栓の説明図である。
【図６】 この発明の実施の形態５に係る可溶栓の説明図である。
【図７】 従来の冷凍装置の冷媒回路図である。
【図８】 図７記載の従来の冷凍装置に用いられる一般的な可溶栓の斜視図的構造説明図である。
【図９】 図８に記載した従来の可溶栓についての断面図である。
【図１０】 他の従来の可溶栓についての断面図である。
【図１１】 さらに他の従来の可溶栓についての断面図である。
【符号の説明】
１ 可溶栓、４ 圧力容器（凝縮器）、１１ 本体、１１ａ 逃がし孔、１２栓部材、１２ａ 受圧面、１３ 高熱伝導性棒状部材（円柱）、１４ａ、１４ｂ 受圧面、１８ 連結板、１９ 受け皿、Ｐ 冷媒圧力、Ｌ 漏れ出し方向。
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍装置などの安全装置として用いられる可溶栓およびこの可溶栓を搭載した冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、冷凍装置の一例を示すものである。この冷凍装置は、高圧側の圧力容器として構成された圧縮機３、凝縮器４、膨張弁５、および、熱交換器６を順次接続して冷凍サイクルを構成している。そして、凝縮器４の側壁には、何らかの原因で凝縮器４内の冷媒温度が上昇したときに、低温溶融合金からなる栓部材１２が軟化溶融し、圧力容器としての凝縮器４内の冷媒を外気中に放出することにより凝縮器４の破裂を未然に防止する安全装置として、可溶栓１が取り付けられている。
【０００３】
図８および図９は、この可溶栓１として、従来一般的に使用されているものの概略構造を示す。すなわち、図８はこの可溶栓１の斜視図的な模式説明図であり、図９は、凝縮器（以下の説明においては凝縮器または圧力容器と称す）４に取り付けられた状態における図８記載の可溶栓１の断面図である。
これら図に示されるように、可溶栓１は、凝縮器（圧力容器）４の内外を導通する逃がし孔１１ａ、凝縮器４への取り付け用ねじ部１１ｂおよび凝縮器４への取り付け時の当たりを構成する鍔部１１ｃを有する本体１１と、この本体１１における前記逃がし孔１１ａを閉塞するように保持された栓部材１２とからなる。この栓部材１２は、逃がし孔１１ａ内に溶融した低温溶融合金を流し込み、この低温溶融合金を逃がし孔１１ａ内で冷却固化することにより固着保持されたものである。また、栓部材１１の端面は、本体１１の端面に揃えるように加工されている。
【０００４】
この冷凍装置にあっては、圧縮機３で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器４で空気あるいは水と熱交換して凝縮され、高温高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、膨張弁５に送られて減圧され、低温低圧の液ガス混合冷媒となって熱交換器６に流入する。そして、この熱交換器６で、水等の冷却対象物と熱交換して、気化した後、再び圧縮機３で圧縮され、高温高圧のガス冷媒となり再び冷媒回路内に循環される。
【０００５】
このとき、栓部材１２の凝縮器（圧力容器）４内の空間にさらされている面（以下受圧面という）１２ａには、高温高圧の冷媒が乱流状態で接触しながら流れている。この冷媒の圧力Ｐ（この圧力は、図９に矢印をもって示すように、受圧面１２ａに対し直角方向に作用する）は通常３０ｋｇ/ｃｍ2前後であり、かつ、この冷媒の圧力Ｐおよび温度は、冷凍機運転中不規則な変化を繰り返している。したがって、栓部材１２は、受圧面１２ａに不規則な変化をする圧力が作用し、さらに、不規則な温度変化をする冷媒により不規則に加熱されているため、比較的短期間でクリープを生じ、栓部材１２の一部が本体１１の外部に露出したり、さらには、動作設計温度以下で図示Ｌの方向に栓部材１２が飛び出して冷媒漏れが発生するなどのことが懸念されていた（以下、このような露出や飛び出しを総称して「漏れ出し」という）。
【０００６】
このような漏れ出しを防止する可溶栓として、例えば、特開平１０−１８４９６０号公報あるいは特開平１０−３３９５２８号公報に開示されたものが提案されている。図１０は前者の可溶栓の説明図であり、図１１は後者の可溶栓の説明図である。なお、これら図において、前記図８および図９に図示した従来の一般的な可溶栓１と同一または相当する部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。
【０００７】
図１０の可溶栓１は、逃がし孔１１ａの全体の２／３を占める冷媒側部分を、圧力容器４側の部分が拡開するテーパ孔として形成したもので、これにより栓部材１２が圧力容器４内から圧力容器４外へ移動し難い構造としたものである。
一方、図１０の可溶栓１は、逃がし孔１１ａを、圧力容器４の内側から外側に至る経路においてＬ字状に形成している。すなわち、逃がし孔１１ａは、曲がり部手前の圧力容器４側の孔部１１ａ1を大径とし、この孔部１１ａ1に続けて小径の孔部１１ａ2を設け、さらに、方向を９０度偏向して圧力容器４の側壁に沿う方向の小径の孔部１１ａ3により圧力容器４の外部に導通しており、前記小径の孔部１１ａ2に栓部材１２を設けている。したがって、この可溶栓１では、受圧面１２ａに作用する圧力Ｐの方向と、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌとを相違させることにより、栓部材１２の漏れ出し方向Ｌへの移動を規制する構造としたものである。
【０００８】
ところが、上記図１０に記載の可溶栓１においては、安全基準によって、漏れ出し側（圧力容器４外側）の最低孔径が定められていることから、受圧側（圧力容器４の内面側）の孔径を前述の従来のものより必ず大きくしなければならない。したがって、高価な低温溶融合金を、従来のものよりも多く使う必要がある。このため、栓部材１２を構成する低温溶融合金にＩｎ等の特に高価な元素を用いる場合には、コスト的に非常に不利であった。
【０００９】
一方、上記図１１に記載の可溶栓１においては、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌ（前記圧力容器４の側壁に沿う小径の孔部１１ａ3の方向）が、圧力容器４の側壁に対し垂直方向でなく水平方向とされ、かつ、一つしか設けられていないないために、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌへの流出を視覚により確認すること（以下視認性という）に難があるという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、外気や冷媒の圧力変化や温度変化等により、可溶栓の設定動作温度に達する前に、栓部材を構成する低温溶融合金が外部に移動したり、あるいは可溶栓の漏れ出しにより圧力容器内の冷媒が漏洩したりすることを防止するとともに、安価で視認性の良い可溶栓を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る可溶栓は、冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔の内面に設けたＮｉを主成分とする金属層と、この金属層を内面に設けた前記逃がし孔内に溶融したＳｎを主成分とする低温溶融合金を流し込み、これを冷却して前記逃がし孔内に固着した栓部材とを備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係る可溶栓は、冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、前記圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔を閉塞するように前記逃がし孔内に固定された栓部材とを備え、さらに、この栓部材は、熱伝導性が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱伝導性の棒状部材の周囲に低温溶融合金を配置し、かつ、この棒状部材の一部を前記本体から外側に突出して構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る可溶栓は、冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、前記圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔を閉塞するように前記逃がし孔内に固定された、低温溶融合金からなる栓部材とを備え、さらに、前記逃がし孔は、この栓部材の前記圧力容器から外方への漏れ出し方向と異なる方向で圧力容器内に開口していることを特徴とするものである。
【００１５】
なお、前記本体は、前記逃がし孔の外側に、前記栓部材が溶融して外方に漏れ出した場合の低温溶融合金を受けるための受け皿を備えたものとすることができる。
【００１６】
また、本発明に係る冷凍装置は、前記いずれかの可溶栓を搭載していることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に実施の形態１について図１および図２に基づき説明する。なお、図７、図８および図９に図示した従来の可溶栓１と同一または相当する部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。また、以下の説明においては、圧力容器（凝縮器）の図示を省略しているが、本実施の形態１の可溶栓１は前記各従来例と同様に圧力容器４に取り付けられているものとする。
【００１８】
図１は、可溶栓１の断面図であり、図２は逃がし孔１１ａと栓部材１２との境界部分の拡大図である。
図１に示すように、可溶栓１は、従来のものと同様に本体１１と栓部材１２とを備えている。また、本体１１は銅（Ｃｕ）を主成分とする合金で構成され、栓部材１２は、錫（Ｓｎ）を主成分とした融点約６８℃の低温溶融合金で構成されている。また、本体１１の逃がし孔１１ａと栓部材１２との間に、つまり逃がし孔１１ａの内面にニッケル（Ｎｉ）めっき７が施され、この逃がし孔１１ａに溶融した低温溶融合金が流し込まれ、この低温溶融合金を冷却固化して、逃がし孔１１ａ内に固着している。
【００１９】
このように構成した本実施の形態１の可溶栓１を１０個と、図７、図８および図９に記載したＮｉめっきを施さない従来一般の可溶栓１を１０個とについて、次のようなクリープ試験を行った。
すなわち、被試験可溶栓１として、本発明および従来いずれの可溶栓１についても栓部材１２が直径約８ｍｍ、長さ約５０ｍｍの円筒形状となるように形成し、栓部材１２の受圧面１２ａ側に、減圧弁および圧力ゲージを介装した配管により窒素ガスボンベを接続し、この圧力ゲージが４２ｋｇｆ／ｃｍ2を指したところで、前記受圧面１２ａ側の配管を封じ切ったものを準備した。そして、この被試験可溶栓１を、６５℃の水温に保持した水槽内の湯中に付け、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出しを目視により確認した。なお、水槽としては、幅が約３００ｍｍ、長さが約５００ｍｍ、高さが約２５ｍｍのものを使用した。
この結果、前者（本実施の形態に係る可溶栓１）の１０個全てが、時間差はあるものの後者（前記めっき層７を施さないもの、すなわち、従来一般のものに相当するもの）よりも遅く漏れ出すことを観測した。
【００２０】
これは本実施の形態１の場合、Ｎｉめっき層７と低温溶融合金（栓部材１２）との間に、図２に示すようにＮｉ3Ｓｎ4からなる金属間化合物層８が形成され、この金属間化合物層８により、本体１１と栓部材１２との境界面におけるクリープが抑制され、可溶栓１の設定動作温度以下での漏れ出しを防止することができたものと考えられる。
なお、めっき層７としてはピンホールがほぼない状態が好ましく、このためには、Ｎｉめっき層７を５μｍ以上の厚さとすることが望ましい。
【００２１】
また、本実施の形態１のように構成すると、逃がし孔をテーパ孔とする必要がないので、栓部材１２の材料を無駄に費やす必要がなく、かつ、栓部材１２として安価な錫を主体とした合金を使用することができる。また、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌが圧力容器４の側壁と直角方向となるので、視認性が良好となる。
【００２２】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２を図３により説明する。なお、図７、図８および図９に図示した従来の可溶栓１と同一または相当する部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。また、以下の説明においては、圧力容器４の図示を省略しているが、本実施の形態２の可溶栓１は前記各従来例と同様に圧力容器４に取り付けられているものとする。
【００２３】
この実施の形態２は、図７、図８および図９に図示した従来一般の可溶栓１において、低温溶融合金からなる栓部材１２に高伝導性材料からなる棒状部材、例えば、円柱１３を部分的に埋設したものである。
このようにすると、円柱１３からの放熱により栓部材１２の温度上昇を緩和してクリープを抑制し、可溶栓１の設定動作温度以下での漏れ出しを防止することができる。
なお、円柱１３の径は逃がし孔１１ａの約１／２とし、円柱１３の長さは逃がし孔１１ａの長さ（すなわち、栓部材１２の充填長さ）の８０％とし、円柱１３の１／４を大気に露出し、残部３／４を低温溶融合金からなる栓部材１２に埋設するように構成するのが好ましい。また、高熱伝導性材料は、純銅製等のごとく熱伝導性が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが好ましい。
【００２４】
また、本実施の形態２のように構成すると、逃がし孔１１ａをテーパ孔とする必要がないので、栓部材１２としての材料を無駄に費やさなくて済む。特に、栓部材１２として高価な材料、例えば、インジウム（Ｉｎ）を主成分とする合金を使用するような場合に有益である。また、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌが圧力容器４の側壁と直角方向となるので、視認性が良好となる。
【００２５】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３を図４により説明する。なお、図７、図８および図９に図示した従来の可溶栓１と同一または相当する部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。また、以下の説明においては、圧力容器４の図示を省略しているが、本実施の形態３の可溶栓１は前記各従来例と同様に圧力容器４に取り付けられているものとする。
【００２６】
この実施の形態３は、図７、図８および図９に図示した従来一般の可溶栓１における受圧面１２ａを、図４に示すごとく、圧力容器４内空間に面し、かつ、圧力容器４の側壁に平行な１４ａ、１４ｂの二つとしたものである。したがって、低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌを圧力容器４の側壁に対し直角としながら、この栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌと冷媒の圧力が作用する方向とを異なるようにしている。
【００２７】
実施の形態３の可溶栓は、このように構成することにより、冷媒圧力Ｐが栓部材１２の受圧面１２ａに作用しても、冷媒圧力Ｐの作用方向が漏れ出し方向Ｌと異なるため、可溶栓１の設定動作温度以下での漏れ出しを防止することができる。
また、逃がし孔１１ａをテーパ孔としていないので、栓部材１２としての材料を無駄に費やさなくて済む。特に、栓部材１２として高価な材料、例えば、インジウム（Ｉｎ）を主成分とする合金を使用するような場合に有益である。また、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌが圧力容器４の側壁と直角方向となるので、視認性が良好となる。
【００２８】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４を図５により説明する。なお、図７、図８および図９に図示した従来の可溶栓１と同一または相当する部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。また、以下の説明においては、圧力容器４の図示を省略しているが、本実施の形態４の可溶栓１は前記各従来例と同様に圧力容器４に取り付けられているものとする。
【００２９】
図７、図８および図９に図示した従来の可溶栓１においては，栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し通路が圧力容器４に対し直角方向に形成されていたが、この実施の形態４では、栓部材１２の外部に面する開口部、つまり逃がし孔１１ａの圧力容器４の外面側への開口部を、圧力容器４の側壁に沿う２方向の開口１２１ａ、１２１ｂとしたものである。なお、図１１に示した他の従来例と比較すると、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌを圧力容器４に沿う方向とすることにより、栓部材１２の漏れ出し方向Ｌへの移動を規制し、可溶栓１の設定動作温度以下での漏れ出しを防止する点では同一であるが、開口部が１つではなく二つとしたことにより視認性を向上させた点で改良されている。
また、実施の形態４の可溶栓１は、前述の各実施の形態と同様、逃がし孔１１ａをテーパ孔とする必要がないので、栓部材１２としての材料を無駄に費やさなくて済む。特に、栓部材１２として高価な材料、例えば、インジウム（Ｉｎ）を主成分とする合金を使用するような場合に有益である。
【００３０】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５を図６により説明する。なお、図１および図２に図示した実施の形態１の可溶栓１と同一または相当する部分には、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。また、以下の説明においては、圧力容器４の図示を省略しているが、本実施の形態５の可溶栓１は前記実施の形態１の場合と同様に、すなわち、各従来例と同様に、圧力容器４に取り付けられているものとする。
【００３１】
本発明の実施の形態５は、実施の形態１における栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌの逃がし孔１１ａ近傍に、漏れ出した低温溶融合金を充分回収できる受け皿１９を備えたものである。なお、この受け皿１９は、本体１１と栓部材１２との境界部分から延出された適宜の支持部材１８により支持されている。なお、図示しないが本体１１と受け皿１９との間にネットを設ければ、漏れ出した低温溶融合金の飛散をより確実に防止することができる。
【００３２】
実施の形態５の可溶栓は、このようにする構成されているので、漏れ出した低温溶融合金の飛散を防止し、環境破壊を防止することができる。
【００３３】
なお、この発明は、次のように変更して具体化することも可能である。
（１） 上記各実施の形態において、低温溶融合金の量や関係基準に従う範囲で、逃がし孔１１ａの孔の大きさや形状を変形させてもよく、この場合、上記各実施の形態の可溶栓１と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
（２） 上記各実施の形態において、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し通路を直線状から曲線状にしたり、その方向を受圧方向と角度を持たせても同様の効果が得られる。
【００３５】
（３） 実施の形態４において、逃がし孔１１ａの圧力容器４階への開口部は、２方向の開口１２１ａ、１２１ｂとされていたが、これを３以上の開口として、さらに視認性を向上させることもできる。
【００３６】
（４） 実施の形態２乃至４において、実施の形態５の場合と同様に、栓部材１２を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌの逃がし孔１１ａ近傍に、漏れ出した低温溶融合金を充分回収できる受け皿１９を備えるようにしても良く、このように構成すれば、漏れ出した低温溶融合金の飛散を防止することができる。
【００３７】
（５） 上記各実施の形態の可溶栓を冷凍装置に搭載しても良い。この場合、冷凍装置は、従来のものと比較すると、高信頼で安価、かつ、視認性に優れたものとなる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているため、次のような効果を奏することができる。
本発明の可溶栓は、冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔の内面に設けたＮｉを主成分とする金属層と、この金属層を内面に設けた前記逃がし孔内に溶融したＳｎを主成分とする低温溶融合金を流し込み、これを冷却して前記逃がし孔内に固着した栓部材とを備えているので、Ｎｉめっき層と低温溶融合金（栓部材）との間に形成される金属間化合物層により、本体と栓部材との境界面におけるクリープが抑制され、可溶栓の設定動作温度以下での漏れ出しを防止することができる。また、逃がし孔をテーパ孔とする必要がないので、栓部材の材料を無駄に費やす必要がなく、かつ、栓部材として比較的安価な錫（Ｓｎ）を主体とした合金を使用することができる。また、栓部材を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向Ｌが圧力容器の側壁と直角方向となるので、視認性が良好となる。
【００３９】
また、本発明の可溶栓は、冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、前記圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔を閉塞するように前記逃がし孔内に固定された栓部材とを備え、さらに、この栓部材は、熱伝導性が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱伝導性の棒状部材の周囲に低温溶融合金を配置し、かつ、この棒状部材の一部を前記本体から外側に突出して構成されているので、棒状部材からの放熱により栓部材の温度上昇を緩和してクリープを抑制し、可溶栓の設定動作温度以下での漏れ出しを防止することができる。
また、この場合も前述同様、逃がし孔をテーパ孔とする必要がないので、栓部材の材料を無駄に費やす必要がない。これは、栓部材の材料として、特に、高価なインジウム（Ｉｎ）を主体とした合金等の材料を使用する場合に有益である。また、栓部材を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向が圧力容器の側壁と直角方向となるので、視認性が良好となる。
【００４０】
また、本発明の可溶栓は、冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、前記圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔を閉塞するように前記逃がし孔内に固定された、低温溶融合金からなる栓部材とを備え、さらに、前記逃がし孔は、この栓部材の前記圧力容器から外方への漏れ出し方向と異なる方向で圧力容器内に開口しているので、冷媒圧力が栓部材の漏れ出し方向と異なる方向に作用することになり、これにより可溶栓の設定動作温度以下での漏れ出しを防止することができる。また、この場合も前述同様、逃がし孔をテーパ孔とする必要がないので、栓部材の材料を無駄に費やす必要がない。これは、栓部材の材料として、特に、高価なインジウム（Ｉｎ）を主体とした合金等の材料を使用する場合に有益である。また、栓部材を構成する低温溶融合金の漏れ出し方向が圧力容器の側壁と直角方向となるので、視認性が良好となる。
【００４２】
また、本発明における可溶栓の本体は、前記逃がし孔の外側に、前記栓部材が溶融して外方に漏れ出した場合の低温溶融合金を受けるための受け皿を備えているので、漏れ出した低温溶融合金の飛散を防止し、環境破壊を防止することができる。
【００４３】
また、本発明の冷凍装置は、上記の可溶栓を搭載したものであるので、高信頼で安価、かつ、視認性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る可溶栓の断面図である。
【図２】 図１記載の可溶栓における本体と栓部材との境界線部分の拡大図である。
【図３】 この発明の実施の形態２に係る可溶栓の断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態３に係る可溶栓の断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態４に係る可溶栓の説明図である。
【図６】 この発明の実施の形態５に係る可溶栓の説明図である。
【図７】 従来の冷凍装置の冷媒回路図である。
【図８】 図７記載の従来の冷凍装置に用いられる一般的な可溶栓の斜視図的構造説明図である。
【図９】 図８に記載した従来の可溶栓についての断面図である。
【図１０】 他の従来の可溶栓についての断面図である。
【図１１】 さらに他の従来の可溶栓についての断面図である。
【符号の説明】
１ 可溶栓、４ 圧力容器（凝縮器）、１１ 本体、１１ａ 逃がし孔、１２栓部材、１２ａ 受圧面、１３ 高熱伝導性棒状部材（円柱）、１４ａ、１４ｂ 受圧面、１８ 連結板、１９ 受け皿、Ｐ 冷媒圧力、Ｌ 漏れ出し方向。
Claims (5)
- 冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔の内面に設けたＮｉを主成分とする金属層と、この金属層を内面に設けた前記逃がし孔内に溶融したＳｎを主成分とする低温溶融合金を流し込み、これを冷却して前記逃がし孔内に固着した栓部材とを備えていることを特徴とする可溶栓。
- 冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、前記圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔を閉塞するように前記逃がし孔内に固定された栓部材とを備え、さらに、この栓部材は、熱伝導性が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱伝導性の棒状部材の周囲に低温溶融合金を配置し、かつ、この棒状部材の一部を前記本体から外側に突出して構成されていることを特徴とする可溶栓。
- 冷媒を収容する圧力容器に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、前記圧力容器の内外を導通する逃がし孔を有する本体と、前記逃がし孔を閉塞するように前記逃がし孔内に固定された、低温溶融合金からなる栓部材とを備え、さらに、前記逃がし孔は、この栓部材の前記圧力容器から外方への漏れ出し方向と異なる方向で圧力容器内に開口していることを特徴とする可溶栓。
- 前記本体は、前記逃がし孔の外側に、前記栓部材が溶融して外方に漏れ出した場合の低温溶融合金を受けるための受け皿を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可溶栓。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の可溶栓を搭載していることを特徴とする冷凍装置。
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