JP6627246B2 - 空気調和装置用の圧力容器 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置の冷媒配管に取り付けられる圧力容器に関する。

空気調和装置の冷媒配管には、一般に、種々の圧力容器が取り付けられる。例えば、この種の圧力容器として、冷媒を圧縮するコンプレッサの下流側に設けられるオイルセパレータ（冷媒に混入したコンプレッサ潤滑油を冷媒から分離する気液分離器）、及び、コンプレッサの上流側に設けられるアキュムレータ（気液二相の冷媒から気相の冷媒のみを分離する気液分離器）等が挙げられる。この種の圧力容器が冷媒配管に取り付けられるとき、一般に、容器本体に設けられた貫通孔に冷媒配管が接続されることになる。

例えば、従来の空気調和装置用の圧力容器の一つ（以下「従来容器」という。）は、貫通孔周辺の容器本体と冷媒配管とを、銅を主成分とするロウ材（銅ロウ）を用いたＭＩＧ（メタルイナートガス）ブレージングによって接合することにより、製造されている。従来容器は、高価な銀を主成分とするロウ材（銀ロウ）の使用を避けると共に、機械による自動化が比較的容易なＭＩＧブレージングを採用することにより、その製造コストの低減を図っている（例えば、特許文献１を参照。）。

国際公開第２０１０／０９０２８８号

（発明が解決しようとする課題）
圧力容器が冷媒配管に取り付けられるとき、貫通孔の周辺からの冷媒漏れ等を防ぐため、貫通孔を補強する補強部材（いわゆる強め材）が、貫通孔の孔側面を覆うように取り付けられる場合がある。この場合、冷媒配管は、この補強部材（強め材）に接合されることになる。なお、この補強の要否は、法令に定められる補強基準（例えば、冷凍保安規則関係例示基準）に従って判断し得る。

補強部材は、貫通孔の孔側面（即ち、容器本体）との接合強度の向上を重視し、一般に“容器本体と同種の材料”を用いて形成され、溶接（アーク溶接など）によって取り付けられる。これに対し、冷媒配管は、熱交換器における熱交換効率の向上を重視し、一般に“容器本体とは異なる材料”を用いて形成される。例えば、容器本体（及び補強部材）は、耐圧性等に優れた鉄系の材料（ＪＩＳ規格におけるＳＴＰＧおよびＳＰＶ等）から形成されることが多く、冷媒配管は、熱伝導性等に優れた銅系の材料（ＪＩＳ規格におけるＣ１２２０等）から形成されることが多い。その結果、補強部材と冷媒配管とは、一般に、異なる材料から形成されることになる。

補強部材と冷媒配管とを接合するにあたり、異なる材料同士を溶接することは困難であるため、それらは一般にロウ付けによって接合される。

ロウ付けに関し、上述した従来容器は、製造コストの観点から、銀ロウに代えて銅ロウを用いている。しかし、銅ロウは、銀ロウに比べて安価ではあるものの、一般に銀ロウに比べて融点が高い。そのため、補強部材と冷媒配管とを接合する際、不用意に銅ロウを用いると、ロウ付け時の作業温度が高まることに起因し、補強部材（ひいては容器本体）に熱劣化などが生じる可能性がある。そこで、容器本体に冷媒配管を取り付ける際のコストの低減に加え、容器本体の熱劣化の防止を考慮し、圧力容器を設計することが望ましい。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、空気調和装置の冷媒配管に圧力容器を取り付ける際のコストの低減と、圧力容器の熱劣化の防止と、を両立することが可能な、空気調和装置用の圧力容器を提供することにある。

（課題を解決するための手段）
上記課題を達成するための本発明の圧力容器は、空気調和装置の冷媒配管に取り付けられる圧力容器である。

具体的には、本発明の圧力容器は、
前記冷媒配管を接続するための貫通孔を有する「本体部」と、
前記貫通孔を補強する補強部材であって、前記本体部と同種の材料から形成された第１筒状部と、前記冷媒配管と同種の材料から形成された第２筒状部と、を有し、前記第１筒状部と前記第２筒状部とが軸線方向に並ぶように接合された筒形状を有する「補強部材」と、を備える。

更に、前記「補強部材」は、前記第２筒状部が前記圧力容器の前記本体部の外部側に位置し、前記第１筒状部の外周面と前記貫通孔の孔側面とを繋ぐように、前記本体部に接合される。そして、前記冷媒配管は、前記補強部材とは別体に形成された配管であって、前記本体部の外側から前記補強部材の前記第１筒状部と前記第２筒状部それぞれに挿通されるとともに、前記第２筒状部に接合されることにより、前記本体部に接続される。

上記構成によれば、「貫通孔を補強する補強部材」が「本体部と同種の材料から形成された第１筒状部」をその一部分として有しており、この「第１筒状部の外周面」が「貫通孔の孔側面」に接合される。この接合は、同種の材料から形成された部材同士（即ち、本体部と第１筒状部）を対象とするため、例えば、溶接（例えば、アーク溶接）によって行うことができる。よって、補強部材と本体部とを高い接合強度にて接合できる。

更に、補強部材が「冷媒配管と同種の材料から形成された第２筒状部」をその一部分として有するため、冷媒配管に圧力容器を取り付けるにあたり、この「第２筒状部」を介して両者を接合できる。この接合は、同種の材料から形成された部材同士（即ち、冷媒配管と第２筒状部）を対象とすることになるため、例えば、上記同様に溶接によって行うことができる。更に、冷媒配管（及び第２筒状部）が銅系の材料から形成されている場合、銅ロウを用いたロウ付けにより、この接合を行うこともできる。

前者（溶接）の場合はロウ材を要しない分だけコストを低減でき、後者（銅ロウ付け）の場合も銀ロウを用いる場合に比べてコストを低減できる。更に、後者（銅ロウ付け）を行う場合であっても、銅ロウを「冷媒配管と同種の材料から形成された第２筒状部」によって「本体部と同種の材料から形成された第１筒状部」から隔離できるため、第１筒状部（ひいては、第１筒状部に接合された容器本体）の熱劣化を防止できる。

したがって、本発明の圧力容器は、空気調和装置の冷媒配管に圧力容器を取り付ける際のコストの低減と、圧力容器の熱劣化の防止と、を両立できる。

ところで、貫通孔に「冷媒配管を接続する」ことは、貫通孔に冷媒配管が挿入されること（即ち、冷媒配管の端部が本体部の内側に存在する状態にて接続されること）、及び、冷媒配管の端部が貫通孔に取り付けられること（即ち、冷媒配管の端部が本体部の表面に存在する状態にて接続されること）を含む。

更に、「本体部と同種の材料から形成された第１筒状部」は、必ずしも本体部と完全に同一の組成を有する必要はなく、本体部と第１筒状部とを接合（例えば、溶接）する観点において同一と見なし得る組成を有すればよい。同様に、「冷媒配管と同種の材料から形成された第２筒状部」は、必ずしも冷媒配管と完全に同一の組成を有する必要はなく、冷媒配管と第２筒状部とを接合（例えば、ロウ付け）する観点において同一と見なし得る組成を有すればよい。

更に、第１筒状部と第２筒状部との「接合」は、補強部材が本体部に接合される前に行われてもよく（即ち、筒状の補強部材を形成した後、その補強部材を本体部に接合してもよく）、補強部材が本体部に接続された後に行われてもよい（即ち、第１筒状部のみを本体部に接続した後、その第１筒状部に第２筒状部を接合してもよい）。

更に、第１筒状部と第２筒状部との「接合」は、本体部の貫通孔を補強する観点において十分な強度を有する手法にて行われればよく、具体的な接合方法は特に制限されない。

例えば、前記補強部材は、
前記第１筒状部と前記第２筒状部とを「摩擦圧接」によって接合することにより、形成され得る。

上記構成によれば、接合手法として「摩擦圧接」が用いられるため、第１筒状部と第２筒状部とが異なる材料から形成されていても、両者を強固に接続できる。

なお、摩擦圧接とは、接合する２つの部材を互いに押し付け合いながら高速で擦り合わせ、その際に生じる摩擦熱により接合部の温度を上昇させ、高温高圧下での固相接合を行う方法である。摩擦圧接によれば、溶接では接合が不可能な異種材料同士でも、強固に接合することが可能である。

本発明の実施形態に係る圧力容器（オイルセパレータ）が設けられたエンジン駆動式空気調和装置を示す模式図である。 図１の圧力容器（オイルセパレータ）をより詳細に説明するための模式図である。 図１の圧力容器（オイルセパレータ）の補強部材をより詳細に説明するための模式図である。

＜圧力容器の構成＞
以下、本発明の実施形態に係る圧力容器（以下「実施容器」という。）１００の概略構成を、図面を参照しながら説明する。

図１は、実施容器１００が適用されるガスエンジン駆動式空気調和機（以下「ＧＨＰ」という。）の概略構成を表している。ＧＨＰは、冷媒回路２００、及び、冷媒回路２００を作動させるための駆動系３００を備えている。実施容器１００は、冷媒回路２００に設けられるオイルセパレータ（冷媒に混入したコンプレッサ潤滑油を冷媒から分離する気液分離器。詳細は後述される。）に相当する。

以下、便宜上、実施容器１００の構成について説明する前に、ＧＨＰ（具体的には、冷媒回路２００及び駆動系３００）の構成について説明する。

冷媒回路２００は、駆動系３００から出力される駆動力を用いて冷媒を圧縮するコンプレッサ２０１、コンプレッサ２０１から吐出された冷媒を冷媒回路２００を構成する各部材に輸送するための冷媒配管２０２、コンプレッサ２０１から吐出された冷媒に混入したコンプレッサ潤滑油を回収すると共に同潤滑油をコンプレッサ２０１に戻すオイルセパレータ（即ち、実施容器）１００、実施容器１００を通過した冷媒をＧＨＰの運転モード（冷房運転または暖房運転）に応じた方向に誘導する四方切換弁２０３、室外の空気と冷媒との間の熱交換を行う室外熱交換器２０４、室外熱交換器２０４に空気を送り込むファン２０５、冷媒を膨張させて圧力および温度を低下させる電子膨張弁２０６、室内の空気と冷媒との間の熱交換を行う室内熱交換器２０７、及び、冷媒の気液分離を行う（上流側から流入した気液二相流の冷媒から気体冷媒のみを分離して下流側に流す）アキュムレータ２０８、を有している。

駆動系３００は、都市ガス及びプロパンガス等のガスを燃料とするガスエンジン３０１、排気管３０２、排気管３０２に設けられたドレン排水器３０３、ドレン排水器３０３を通過した後の排ガスを消音して大気中へ放出する消音器３０４、ドレン排水器３０３から排出されるドレン水が通過するドレン排水管３０５、及び、ドレン水を中和する中和処理器３０６、を有している。

図２は、実施容器（オイルセパレータ）１００の概略構成を示している。実施容器１００は、冷媒からコンプレッサ潤滑油を遠心分離する気液分離室を画成する本体部１０１、本体部１０１に冷媒配管２０２を接続するための貫通孔を補強する補強部材１０２、気液分離室において分離されたコンプレッサ潤滑油をコンプレッサ２０１に戻すための排油管１０３を有している。

より具体的には、本体部１０１は、中空円筒形状の側壁１０１ａ、側壁１０１ａの両端部（図２における上側端部および下側端部）を塞ぐように設けられた端部壁１０１ｂ及び端部壁１０１ｃ、側壁１０１ａを貫通すると共に側壁１０１ａの内壁面に沿って周方向に排ガスを流すように開口した冷媒流入部１０１ｄ（冷媒配管２０２の端部）、端部壁１０１ｂを貫通するように設けられた冷媒吐出部１０１ｅ（冷媒配管２０２の端部）、及び、冷媒吐出部１０１ｅの分離器内側の開口部（図２の下端側の開口部）に向かい合うように設けられた整流板１０１ｆを有している。更に、端部壁１０１ｃには、排油管１０３が同端部壁１０１ｃを貫通するように設けられている。

補強部材１０２は、本体部１０１と同種の材料から形成された第１筒状部１０２ａと、冷媒配管２０２と同種の材料から形成された第２筒状部１０２ｂと、が接合された筒形状の部材である。なお、本例において、本体部１０１は鉄系の鋼板（ＪＩＳ ＳＰＶ２３５）から形成され、冷媒配管２０２は銅系の管材（ＪＩＳ Ｃ１２２０Ｔ−Ｏ）から形成されている。また、第１筒状部１０２ａは鉄系の鋼板（ＪＩＳ ＳＴＰＧ３７０Ｅ）から形成され、第２筒状部１０２ｂは銅系の管材（ＪＩＳ Ｃ１２２０Ｔ−Ｏ）から形成されている。

図３は、補強部材１０２の概略構成を表している。補強部材１０２は、第１筒状部１０２ａと第２筒状部１０２ｂとを摩擦圧接によって接合することにより、予め形成されている。そのように形成された補強部材１０２は、端部壁１０１ｂに設けられた貫通孔１０１ｂ１に挿入された後、第１筒状部１０２ａの外周面と貫通孔１０１ｂ１の孔側面とをアーク溶接することにより、端部壁１０１ｂに固定されている（図中の溶接部１０４を参照。）。一方、補強部材１０２は、第２筒状部１０２ｂと冷媒配管２０２とを銅ロウを用いてロウ付けすることにより、冷媒配管２０２に固定されている（図中のロウ付け部１０５を参照。）。

再び図２を参照すると、本体部１０１の冷媒流入部１０１ｄは、上流側の冷媒配管２０２と接続されている。これにより、コンプレッサ２０１から吐出された冷媒が、冷媒流入部１０１ｄを通じて本体部１０１の内部に流入することになる（図中の黒色矢印を参照。）。更に、冷媒流入部１０１ｄは側壁１０１ａの内壁面に沿って周方向に冷媒を流すように開口しているため、本体部１０１の内部に流入した冷媒が、側壁１０１ａの内壁面に沿って旋回しながら本体部１０１の内部を流動することになる。即ち、本体部１０１の内部において、冷媒による旋回流が形成されることになる（図中の黒色矢印を参照。）。

冷媒による旋回流が形成されると、冷媒に含まれるコンプレッサ潤滑油は、冷媒から遠心分離されて側壁１０１ａの内壁面に付着する。側壁１０１ａに付着したコンプレッサ潤滑油は、側壁１０１ａの内壁面に沿って端部壁１０１ｃに向かって流れ、排油管１０３から排出される（図中の白抜き矢印を参照。）。なお、排出されたコンプレッサ潤滑油は、再びコンプレッサ２０１に戻されるようになっている。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る実施容器（オイルセパレータ）１００は、補強部材１０２によって補強された貫通孔１０１ｂ１を介し、冷媒配管２０２に接続される。より詳細には、補強部材１０２の第１筒状部１０２ａ（本体部１０１と同種の材料）が貫通孔１０１ｂ１に溶接され、第２筒状部１０２ｂ（冷媒配管２０２と同種の材料）が冷媒配管２０２に銅ロウ付けされる。第１筒状部１０２ａと第２筒状部１０２ｂとは、摩擦圧接によって接合されている。

これにより、補強部材１０２を本体部１０１に高い接合強度にて接合できるだけでなく、本体部１０１の熱劣化を防ぎながら補強部材１０２を冷媒配管２０２に接合できる。更に、後者の接合において比較的安価な銅ロウを使用できるため、冷媒配管２０２に実施容器１００を取り付ける際のコストを低減できる。

＜他の態様＞
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用できる。

例えば、実施容器１００は、ＧＨＰのオイルセパレータとして適用されている。しかし、本発明の圧力容器は、空気調和装置の冷媒配管に取り付けられる他の圧力容器（例えば、ＧＨＰにおけるアキュムレータ２０８）に適用されてもよい。

更に、実施容器１００は、ガスエンジン３０１を駆動源とするＧＨＰに設けられている。しかし、本発明の圧力容器は、電動機を駆動源とする空気調和装置（ＥＨＰ）に設けられてもよい。

１００…圧力容器、１０１…本体部、１０２…補強部材、１０２ａ…第１筒状部、１０２ｂ…第２筒状部、２０２…冷媒配管、ＧＨＰ…ガスエンジン駆動式空気調和装置

Claims (2)

1. 空気調和装置の冷媒配管に取り付けられる圧力容器であって、
   前記冷媒配管を接続するための貫通孔を有する本体部と、
   前記貫通孔を補強する補強部材であって、前記本体部と同種の材料から形成された第１筒状部と、前記冷媒配管と同種の材料から形成された第２筒状部と、を有し、前記第１筒状部と前記第２筒状部とが軸線方向に並ぶように接合された筒形状を有する補強部材と、
   を備えると共に、
   前記補強部材は、前記第２筒状部が前記圧力容器の前記本体部の外部側に位置し、前記第１筒状部の外周面と前記貫通孔の孔側面とを繋ぐように、前記本体部に接合され、
   前記冷媒配管は、前記補強部材とは別体に形成された配管であって、前記本体部の外側から前記補強部材の前記第１筒状部と前記第２筒状部それぞれに挿通されるとともに、前記第２筒状部に接合されることにより、前記本体部に接続される、
   空気調和装置用の圧力容器。
2. 請求項１に記載の圧力容器において、
   前記補強部材が、
   前記第１筒状部と前記第２筒状部とを摩擦圧接によって接合して形成された、
   空気調和装置用の圧力容器。
   

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