JP7003218B2 - ガスケット及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体を通す配管の接続部に用いられるガスケットに関し、特にガスケットの位置決め形状及びガスケットを用いた冷凍サイクル装置に関する。

従来技術において、例えば冷凍サイクル装置を構成する圧縮機、油分離器、熱交換器等の構成要素とそれらを繋ぐ配管との継ぎ手部は、形成されたフランジのシート面にガスケットを挟み、フランジをボルト及びナット等により締め付けて、配管内部を流れる冷媒の漏洩を防止していた。ガスケットは、安価で比較的複雑な形状も成形可能であるため、冷凍サイクル装置又はその他の流体を扱う機器において広く用いられている（例えば、特許文献１）。

特許第４７９９７６３号公報

地球温暖化の抑制を目的とした低ＧＷＰ冷媒（ＨＦＯ系冷媒）は、微燃性であるものが多い。従って、従来のＲ２２、Ｒ１３４ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｃなどの不燃性冷媒よりも、冷媒漏洩に対して注意する必要があり、継ぎ手部のシール性を強化する必要に迫られている場合がある。また、改正フロン法により、冷凍サイクル装置は、冷媒漏洩だけでなく、油にじみも簡易検査項目にあがっていることからも、継ぎ手部のシール性の強化は、冷凍機器及び空気調和装置を製造する上で重要な課題になっている。

このような状況において、特許文献１に開示されているように、ガスケットの材質を変更して継ぎ手部のシール性をアップさせようとした場合、ガスケットの耐冷媒性、耐油性、耐久性の検証及び評価が必要であり、多大な労力を伴っていた。そこで、継ぎ手部のシール性を向上するにあたり、ガスケットの材質を変更せず、シール性をアップさせる方法として次の手段がとられている。
（１）ガスケットを締め付けるボルトのトルクをアップすることで、シール面圧を上げる。
（２）ガスケットと相対するフランジ面に突起を設け、局所的なシール面圧を上げる。
（３）ガスケットの面積を小さくして、シール面圧を上げる。
ここで、シール面圧とは、「シール面圧＝ボルトの締付け力総和／ガスケットの面積」で表される。

上記（１）を選択した場合、ボルトサイズおよびボルト材質によってボルトの締付けトルクが概ね決まっており、極端にボルトの締め付け力を上げることができないため、有効なシール面圧の向上は望めなかった。また、締め付けトルクアップにより、ボルトに負荷される応力も大きくなるため、冷凍サイクル装置等の運転時にボルトが疲労破壊しないか否かの検証が必要になるという課題があった。

上記（２）を選択した場合、突起とガスケットとの接触部においては接触面圧が高くなり、シール面圧を上げることはできる。しかし、継ぎ手部のフランジに突起を設けるための加工費用が増加するという課題があった。また、継ぎ手部が小さい場合、フランジに突起を設けるためにフランジ自体を大きくする必要がある。そのため、フランジを大きくすることにより他部品と干渉するなどの課題があった。

上記（３）は、比較的安価で複雑な形状も成形可能なガスケットの形状を変更することによりシール面圧を上げることができる。しかし、ガスケットの面積とシール距離とは一般的に比例関係にあり、ガスケットの面積が小さくなると、シール距離が短くなるため、シール面圧が高くなるものの、フランジのシート面の精度によってはシール性が向上せず、漏洩が発生しやすくなるという課題があった。ここで、シール距離とは、例えばフランジに挟まれたガスケットにおいて、漏れ経路となる最小距離のことを示す。シール距離は、フランジのシート面の面粗度及び平面度、ガスケットの種類、配管内の圧力、シール面圧等を総合的に勘案して設定されるものである。また、シール面圧を上げるためにガスケットの面積を下げた場合は、ガスケットが小さくガスケット自体の位置決めが困難になるため、正常な位置にガスケットが配置されず、シール性が低下するという課題があった。

本発明は、ガスケットの面積を小さくしてシール性を向上させつつ、シール距離を確保することができ、ガスケットの位置決めも容易にできる、ガスケット及びそのガスケットを用いた冷凍サイクル装置を提供することを目的とするものである。

本発明のガスケットは、流体が流通する経路を接続する接続部に配置され、前記流体が流通する前記経路を通す孔が設けられた板により構成されるガスケットにおいて、前記孔の周囲に配置され、ボルトにより位置決めする位置決め部と、前記孔と前記位置決め部との間に設けられ、前記板を貫通する打ち抜き部と、を備え、前記孔と前記打ち抜き部とは、それぞれ独立して形成され、前記位置決め部は、前記打ち抜き部の周縁と連続して形成され、前記ボルトの外周の一部分に沿った円弧形状であり、前記位置決め部と前記孔との間に前記ボルトが位置し、前記打ち抜き部は、前記位置決め部の円弧形状を円周の一部に含む仮想円よりも外側の領域に位置する前記板の一部を打ち抜いて形成されている。

本発明のガスケットは、流体が流通する経路を接続する接続部に配置され、前記流体が流通する前記経路を通す孔が設けられた板により構成されるガスケットにおいて、前記孔の周囲に配置され、ボルトにより位置決めする位置決め部と、前記孔と前記位置決め部との間を繋ぐ繋ぎ部と、を備え、前記位置決め部は、前記ボルトの全外周に沿った円形状であり、前記板の面積は、当該板が接触する前記接続部の面よりも小さい。

本発明によれば、継ぎ手部の形状及び大きさを変更することなくシール面圧を上げることができ内部に可燃性の流体が流通する経路の継ぎ手部のシール性を高めることができるため、機器の安全性を高めることができる。また、安価なガスケットにより効果的に継ぎ手部のシール性が高められるため、安全性を確保するにあたりコストを抑えることができる。

実施の形態１に係るガスケットを備えた冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 実施の形態１の冷凍サイクル装置の圧縮機に取り付けられる電磁弁と圧縮機との接合部のガスケットの平面図である。 実施の形態１に係るガスケットの比較例としてのガスケットの平面図である。 実施の形態１に係るガスケットの変形例であるガスケットの平面図である。 図４のガスケットが適用される圧縮機の外観図である。 実施の形態１に係るガスケットの変形例であるガスケットの平面図である。 実施の形態２に係るガスケットの平面図である。 実施の形態２に係るガスケットの変形例であるガスケットの平面図である。 実施の形態３の冷凍サイクル装置のスクリュー圧縮機に取り付けられる電磁弁とスクリュー圧縮機との接合部のガスケットの平面図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１について、図面を参照しつつ説明する。ここで、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。そして、圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システム、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。

図１は、実施の形態１に係るガスケット１０を備えた冷凍サイクル装置１００の構成を示す図である。冷凍サイクル装置１００は、一例としてスクリュー圧縮機１０２、凝縮器１０４、膨張弁１０５、及び蒸発器１０６を配管により接続したものである。以下において、スクリュー圧縮機は、冷凍サイクル装置１００の冷媒回路を構成する機器であり、吸入、圧縮、及び吐出する流体を冷媒及び油であるものとして説明する。

図１において、スクリュー圧縮機１０２は、内部に油分離器５を有する構造となっているが、油分離器５は別置きとしてもよい。また、油分離器５は、デミスタ方式、サイクロン方式等の様々な方式をとれる。また、スクリュー圧縮機を構成する圧縮機４の種類は問わず、シングルスクリュー圧縮機、ツインスクリュー圧縮機、スクロール圧縮機、及びレシプロ圧縮機等の形式をとることができる。また、インバータ駆動の圧縮機４を例にあげて説明するが、一定速の圧縮機でもよい。

インバータ装置９１は、指示された周波数に基づいてスクリュー圧縮機１０２への電力供給を制御し、またスクリュー圧縮機１０２の駆動周波数を制御するものである。スクリュー圧縮機１０２は、電力供給源（図示せず）から、インバータ装置９１を介して供給された電力で駆動する。凝縮器１０４は、スクリュー圧縮機１０２が吐出した高温高圧気体状のガス冷媒を冷却し、凝縮させる。また、減圧装置として機能する膨張弁１０５は、凝縮器１０４から流出した液冷媒を減圧させ、膨張させる。蒸発器１０６は、膨張弁１０５を通過した冷媒を蒸発させる。さらに、冷凍サイクル装置１００は、さらに制御装置９０を備えている。制御装置９０は、インバータ装置９１の周波数、膨張弁１０５の開度などを制御し、各機器に信号を送り制御するものである。

ガスケット１０は、冷凍サイクル装置１００を構成する配管の継ぎ手部、及びスクリュー圧縮機１０２の外郭部品の接合部１０７に用いることができる。特に、継ぎ手部及び接合部１０７からの冷媒漏れや油にじみといった不具合が発生しやすい部位は、相対的に小さい部品の接合面であることが多い。なお、継ぎ手部及び接合部１０７を総称して接続部と称する。小さい部品では、接続部のシート面を締め付けるボルトのサイズが小さく、接続部を締付ける力が小さい。さらに、シール面圧を高めるためにガスケット１０の面積を小さくしようとするとシール距離が満足に確保できないためである。なお、継ぎ手部は、配管同士を接続したり、配管と冷凍サイクル装置１００を構成する各要素とを接続する部分に設けられている。継ぎ手部は、例えば配管の端部にフランジを形成し、フランジ同士を突き合わせてボルト及びナットにより締め付けて構成される。ガスケット１０は、フランジのシート面の間に挟まれ、配管内部を流通する冷媒等の流体の漏洩及び油の滲みだしを抑制するものである。

図２は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００のスクリュー圧縮機１０２に取り付けられる電磁弁とスクリュー圧縮機１０２との接合部１０７のガスケット１０の平面図である。ガスケット１０は、一枚の板であり、金属及び樹脂等の材質で構成される。また、ガスケット１０は、中央部にガス冷媒を通す２つのガス孔１１を備える。ガス孔１１は、ガス孔１１からガスケット外周１２までの距離、即ちガス孔１１から外気と通じるまでの最短距離であるシール距離を確保するように形成されている。また、ガスケット１０は、電磁弁とスクリュー圧縮機１０２との接合部１０７において位置を決めるための、位置決め部１３を有する。位置決め部１３は、ガスケット１０を構成する板の形状の外周部に対称的な位置に配置されている。また、位置決め部１３は、円弧形状に形成されており、接合部１０７を締め付けるボルトの外周面に沿うようになっている。

位置決め部１３とガス孔１１との間には、打ち抜き部１４が形成されている。打ち抜き部１４は、ガスケット１０を構成する板を貫通して形成されており、ガスケット１０の面積を小さくすることにより、シール面圧を上げるためのものである。しかし、従来においては、打ち抜き部１４を設けるだけでは所定のシール面圧を確保できない場合も存在していた。そこで、実施の形態１のガスケット１０においては、ガスケット１０にボルトを通す孔を開けるのではなく、ガスケット１０を構成する板の外周にガス孔１１側に半円形状の凹部を形成している。

図３は、実施の形態１に係るガスケット１０の比較例としてのガスケット１１０の平面図である。ガスケット１１０は、実施の形態１に係るガスケット１０の位置決め部１３に相当する部分の構成が異なる。ガスケット１１０は、接合部１０７を締め付けるためのボルトを通すボルト孔１１３が設けられており、ボルト孔１１３にボルトを通して位置決めがされる。ボルト孔１１３は、ボルトを通すように構成されているため、ボルトの外周全部を囲む様に形成されている。つまり、ボルト孔１１３の外側の部分１１５が設けられている分だけガスケット１１０は実施の形態１に係るガスケット１０に対し面積が広くなっている。よって、比較例に係るガスケット１１０は、接合部１０７がボルトに締め付けられる際の荷重を受ける面積が広く、その分だけ実施の形態１に係るガスケット１０よりもシール面圧が低い。

ガスケット１１０のようにボルト孔１１３を設ける構成にすることは、広く一般的であった。しかし、実施の形態１に係るガスケット１０は、比較例に係るガスケット１１０と異なり、位置決め部１３がボルトの外周全てを囲む形状になっていない。位置決め部１３は、ガス孔１１が接合部１０７の流体の流通経路に対し位置が合う程度の最小限の形状になっているため、ガスケット１０の面積を最小限にすることができる。また、実施の形態１に係るガスケット１０は、比較例に係るガスケット１１０に対しシール距離も小さくすることがないため、同等のボルト締め付け力であればシール性能を更に向上させることができる。なお、ガスケットからの冷媒漏れ、油にじみの経路は２つ存在する。１つは、フランジとガスケット面の間で、２つ目は、ガスケットの間を浸透するものである。この２つの漏れ経路は、シール面圧を上げることにより漏れ抑制につなげることができる。

次に、実施の形態１に係るガスケット１０の変形例について説明する。

図４は、実施の形態１に係るガスケット１０の変形例であるガスケット１０Ａの平面図である。図５は、図４のガスケット１０Ａが適用されるスクリュー圧縮機１０２の外観図である。ガスケット１０Ａは、例えば図５に示されるスクリュー圧縮機１０２の外郭を構成する部品の接合部１０７に用いられる。

ガスケット１０Ａは、スクリュー圧縮機１０２の内部の冷媒や油を外部に漏洩させないために用いられており、ガスケット１０Ａの中央部にガス孔１１が空けられ、その周囲を取り囲んで位置決め部１３が配置されている。ガスケット１０Ａのガス孔１１は実施の形態１のガスケット１０のガス孔１１よりも大きく形成されている。そのため、接合部１０７にはシール面圧を確保するために多数のボルトが設置されている。ガスケット１０Ａは、接合部１０７に設けられた６箇所のボルトに対して位置決めできる様に位置決め部１３が配置されている。

ガスケット１０Ａの位置決め部１３は、ガスケット１０と同様にガスケット１０Ａのガスケット外周１２Ａに連続して形成されている。位置決め部１３は、ボルト１０８の外周に合わせて円弧形状となっており、ボルト１０８とガス孔１１との間に位置している。なお、位置決め部１３は、ガス孔１１を中心とした円周上に等間隔に６箇所設けられている。そのため、図４に示されているボルト１０８ａの位置でガスケット１０Ａを位置決めするだけでなく、ボルト１０８ｂの配置でガスケット１０Ａを位置決めしても良い。

図６は、実施の形態１に係るガスケット１０の変形例であるガスケット１０Ｂの平面図である。ガスケット１０Ｂは、ガスケット１０と同様に冷凍サイクル装置１００のスクリュー圧縮機１０２に取り付けられる電磁弁とスクリュー圧縮機１０２との接合部１０７に用いられる。

ガスケット１０Ｂは、２つのガス孔１１及び位置決め部１３がガスケット１０と同様に設けられている。つまり、位置決め部１３は、ガスケット１０の形状の外周部に対称的な位置に配置され、円弧形状に形成されており、接合部１０７を締め付けるボルトの外周面の一部に沿うようになっている。

しかし、ガスケット１０Ｂは、打ち抜き部１４がガスケット１０Ｂを構成する板の外周部の内側に形成されていない。ガスケット１０は、板の外周が内側に大きく削減されており、２つのガス孔１１が設けられている部分と位置決め部１３との間の繋ぎ部１５を備える。繋ぎ部１５は、２つのガス孔１１の間の中央と位置決め部１３とを結ぶ仮想線上に配置されている。このように構成されることにより、ガスケット１０Ｂは、当該ガスケット１０Ｂと接触する接合部１０７の面よりも小さく形成されており、更にシール面圧を上げることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係るガスケット２１０は、実施の形態１に係るガスケット１０の位置決め部１３に相当する部分を変更したものである。実施の形態２においては、実施の形態１に対する変更点を中心に説明する。

図７は、実施の形態２に係るガスケット２１０の平面図である。ガスケット２１０も、実施の形態１に係るガスケット１０と同じく冷凍サイクル装置１００のスクリュー圧縮機１０２に取り付けられる電磁弁とスクリュー圧縮機１０２との接合部１０７に適用されるものである。

ガスケット２１０は、実施の形態１に係るガスケット１０と同様に一枚の板であり、金属及び樹脂等の材質で構成される。また、ガスケット２１０は、中央部にガス冷媒を通す２つのガス孔１１を備える。また、ガスケット２１０は、接合部１０７において位置を決めるための、位置決め部２１３を有する。位置決め部２１３は、ガス孔１１に対して遠い側のボルト外周部の一部に沿うような円弧形状になっている。つまり、位置決め部２１３とガス孔１１の間にボルトが位置する様な位置関係になっている。

また、位置決め部２１３は、打ち抜き部２１４の周縁と連続して形成されている。つまり、位置決め部２１３は、ガスケット２１０の打ち抜き部２１４と一体に形成されており、打ち抜き部２１４の一部分とボルトとによりガスケット２１０の位置決めをしている。そのため、ガスケット２１０は、組み付け時にボルトが通されるために、接合部１０７のシート面から脱落しにくい構造であり、作業性が向上しているため、作業困難な部位において配管を接続する場合に特に有効である。

ガスケット２１０は、実施の形態１に係るガスケット１０に対し、ボルトの外側の部分２１５の分だけ外形が大きくなっている。しかし、位置決め部２１３と打ち抜き部２１４とを一体にしているため、ガスケット２１０のシール面積は実施の形態１に係るガスケット１０と同等にすることができる。また、ガスケット２１０の形状によっては、打ち抜き部２１４を実施の形態１のガスケット１０よりも大きくできる可能性があり、更にシール性能を上げることもできる。

次に、実施の形態２に係るガスケット２１０Ａの変形例について説明する。

図８は、実施の形態２に係るガスケット２１０の変形例であるガスケット２１０Ａの平面図である。ガスケット２１０Ａは、例えば図５に示されるスクリュー圧縮機１０２の外郭を構成する部品の接合部１０７に用いられる。

ガスケット２１０Ａは、スクリュー圧縮機１０２の内部の冷媒や油を外部に漏洩させないために用いられており、ガスケット１０Ａの中央部にガス孔１１が空けられ、その周囲を取り囲んで位置決め部１３が配置されている。接合部１０７にはシール面圧を確保するために多数のボルトが設置されている。ガスケット２１０Ａは、接合部１０７に設けられた６箇所のボルトに対して位置決めできる様に位置決め部２１３が配置されている。

ガスケット２１０Ａの位置決め部２１３は、ガスケット２１０と同様にガスケット１０Ａの打ち抜き部２１４Ａの周縁に連続して形成されている。位置決め部２１３は、ボルト１０８の外周に合わせて円弧形状となっており、位置決め部２１３とガス孔１１との間にボルト１０８が配置されるように構成されている。なお、位置決め部２１３は、ガス孔１１を中心とした円周上に等間隔に６箇所設けられている。打ち抜き部２１４Ａは、２箇所設けられており、打ち抜き部２１４Ａの１箇所あたりに位置決め部２１３が３つ設けられている。このように構成されることにより、ガスケット２１０Ａに対して打ち抜き部２１４Ａの面積が極力大きくなるため、ガスケット２１０Ａによるシール性能を向上させやすい。

ガスケット２１０、２１０Ａは、実施の形態１に係るガスケット１０、１０Ａと比較してシール距離を長くすることができる。これにより、さらにガスケット２１０、２１０Ａのシール性能を向上させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係るガスケット３１０は、実施の形態１に係るガスケット１０の位置決め部１３及び外形形状を変更したものである。実施の形態３においては、実施の形態１に対する変更点を中心に説明する。

図９は、実施の形態３の冷凍サイクル装置１００のスクリュー圧縮機１０２に取り付けられる電磁弁とスクリュー圧縮機１０２との接合部１０７のガスケット３１０の平面図である。ガスケット３１０は、実施の形態１に係るガスケット１０Ｂの位置決め部１３を変更したものである。図９に示される様に、ガスケット３１０の位置決め部３１３は、ボルト１０８の外周の全周を囲むように形成されている。これにより、ガスケット３１０は、接合部１０７に設置した際に接合部１０７から脱落しにくくなり、組立性が向上する。なお、図９における点線部は、接合部１０７の形状を表している。

４ 圧縮機、５ 油分離器、１０ ガスケット、１０Ａ ガスケット、１０Ｂ ガスケット、１１ ガス孔、１２ ガスケット外周、１２Ａ ガスケット外周、１３ 位置決め部、１４ 打ち抜き部、１５ 繋ぎ部、９０ 制御装置、９１ インバータ装置、１００ 冷凍サイクル装置、１０２ スクリュー圧縮機、１０４ 凝縮器、１０５ 膨張弁、１０６ 蒸発器、１０７ 接合部、１０８ ボルト、１０８ａ ボルト、１０８ｂ ボルト、１１０ ガスケット、１１３ ボルト孔、１１５ 部分、２１０ ガスケット、２１０Ａ ガスケット、２１３ 位置決め部、２１４ 打ち抜き部、２１４Ａ 打ち抜き部、２１５ 部分、３１０ ガスケット、３１３ 位置決め部。

Claims (5)

1. 流体が流通する経路を接続する接続部に配置され、前記流体が流通する前記経路を通す孔が設けられた板により構成されるガスケットにおいて、
   前記孔の周囲に配置され、ボルトにより位置決めする位置決め部と、
   前記孔と前記位置決め部との間に設けられ、前記板を貫通する打ち抜き部と、を備え、
   前記孔と前記打ち抜き部とは、それぞれ独立して形成され、
   前記位置決め部は、
   前記打ち抜き部の周縁と連続して形成され、前記ボルトの外周の一部分に沿った円弧形状であり、前記位置決め部と前記孔との間に前記ボルトが位置し、
   前記打ち抜き部は、
   前記位置決め部の円弧形状を円周の一部に含む仮想円よりも外側の領域に位置する前記板の一部を打ち抜いて形成されている、ガスケット。
2. 前記板の面積は、
   当該板が接触する前記接続部の面よりも小さい、請求項１に記載のガスケット。
3. 流体が流通する経路を接続する接続部に配置され、前記流体が流通する前記経路を通す孔が設けられた板により構成されるガスケットにおいて、
   前記孔の周囲に配置され、ボルトにより位置決めする位置決め部と、
   前記孔と前記位置決め部との間を繋ぐ繋ぎ部と、を備え、
   前記位置決め部は、
   前記ボルトの全外周に沿った円形状であり、
   前記板の面積は、
   当該板が接触する前記接続部の面よりも小さい、ガスケット。
4. 前記繋ぎ部は、
   前記孔の間の中央と前記位置決め部とを結ぶ仮想線上に配置されている、請求項３に記載のガスケット。
5. 請求項１～４の何れか１項に記載のガスケットを冷媒が流通する前記経路の前記接続部に備える、冷凍サイクル装置。

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