JP5081545B2

JP5081545B2 - 配管用継手

Info

Publication number: JP5081545B2
Application number: JP2007231188A
Authority: JP
Inventors: 誠二松島
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2027-09-06
Also published as: JP2009063073A

Description

この発明は、たとえば高圧の流体が流れる配管の配管用継手に関し、さらに詳しくは、圧縮機、ガスクーラ、エバポレータ、減圧器、気液分離器およびガスクーラから出てきた冷媒とエバポレータから出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器が配管により接続されており、かつたとえばＣＯ_２（二酸化炭素）などの超臨界冷媒が用いられる超臨界冷凍サイクルにおいて、配管用パイプと各種機器との接続、および／または配管用パイプどうしの接続に好適に使用される配管用継手に関する。

この明細書において、「超臨界冷凍サイクル」とは、高圧側において、冷媒が臨界圧力を超えた超臨界状態となる冷凍サイクルを意味するものとし、「超臨界冷媒」とは、超臨界冷凍サイクルに用いられる冷媒を意味するものとする。

従来、たとえば超臨界冷凍サイクルにおける配管用パイプと各種機器との接続、および／または配管用パイプどうしの接続に用いられる配管用継手として、円筒状の嵌合凸部を有する雄側継手部材と、雄側継手部材の嵌合凸部の全体が嵌る嵌合凹部を有する雌側継手部材と、嵌合凸部の外周面に、長さ方向に間隔をおいて配置されて嵌合凸部と嵌合凹部との間を密封する２つのＯリングとを備えており、嵌合凸部が、基端側に設けられた大径部および先端側に設けられた小径部とを有し、嵌合凹部が、嵌合凸部の大径部が嵌る大径部および嵌合凸部の小径部が嵌る小径部を有し、嵌合凸部の大径部および小径部の周面にそれぞれＯリング装着用の環状溝が形成され、各環状溝内にＯリングが配置されたもの用いられている（特許文献１参照）。

ところで、Ｏリングはブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）などのゴムにより形成されているが、ＣＯ_２はこれらのゴムを透過するので、特許文献１記載の配管用継手の場合、超臨界冷凍サイクルの稼働時には両Ｏリング間にＣＯ_２が存在するとともに、両Ｏリング内にＣＯ_２が浸入していることになる。

したがって、特許文献１記載の配管用継手の場合、超臨界冷凍サイクルを停止させてＣＯ_２を抜いた後、雄側継手部材と雌側継手部材とを分離する際に、嵌合凸部の小径部に形成されたＯリング装着用の環状溝に配置されているＯリングが、雌側継手部材の嵌合凹部の大径部内に至った際に、当該Ｏリング中に浸入しているＣＯ_２により膨潤し、嵌合凹部の大径部の内周面に接するので、それ以後も２つのＯリングが大径部の内周面に摺接しつつ、嵌合凸部が嵌合凹部から抜けることになり、配管用継手の雄側継手部材と雌側継手部材とを分離する際の作業性が低下するという問題がある。
特開２００７−１０７５８５号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、雄側継手部材と雌側継手部材とを分離する際の作業性を向上しうる冷凍サイクルの配管用継手を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)円筒状の嵌合凸部を有する雄側継手部材と、内周面が円筒面となされかつ雄側継手部材の嵌合凸部が嵌る嵌合凹部を有する雌側継手部材と、嵌合凸部の外周面に、長さ方向に間隔をおいて配置されて嵌合凸部と嵌合凹部との間を密封するＯリングとを備えた配管用継手であって、
雄側継手部材の嵌合凸部の先端部にＯリング装着用の小径部が形成され、小径部が先端に向かって縮径されたテーパ状であるとともに、小径部の外周面が円すい面となっており、小径部の周囲に第１のＯリングが配置され、第１のＯリングが、雄側継手部材の小径部における円すい面となった外周面、および雌側継手部材の嵌合凹部における円筒面となった内周面に接触しており、雄側継手部材の嵌合凸部における小径部を除いた大径部の外周面にＯリング装着用の環状溝が全周にわたって形成され、環状溝内に第２のＯリングが配置され、雄側継手部材における嵌合凸部の基端から環状溝までの距離をＡｍｍ、小径部に配置される第１のＯリングの断面径をＢｍｍとした場合、Ａ≧Ｂという関係を満たしている配管用継手。

2)Ｏリング装着用の小径部のテーパ角度が２〜１０度である上記1)記載の配管用継手。

3)雄側継手部材に冷媒流路が形成されており、雄型継手部材の嵌合凸部の内部が冷媒流路に通じている上記1)または2)記載の配管用継手。

4)嵌合凸部が、雄側継手部材に貫通させられた配管用パイプの先端部からなる上記1)または2)記載の配管用継手。

5)雌側継手部材に冷媒流路が形成されており、雌型継手部材の嵌合凹部が冷媒流路に通じている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の配管用継手。

上記1)の配管用継手によれば、雄側継手部材の嵌合凸部の先端部にＯリング装着用の小径部が形成され、小径部が先端に向かって縮径されたテーパ状であるとともに、小径部の外周面が円すい面となっており、小径部の周囲に第１のＯリングが配置され、第１のＯリングが、雄側継手部材の小径部における円すい面となった外周面、および雌側継手部材の嵌合凹部における円筒面となった内周面に接触しており、雄側継手部材の嵌合凸部における小径部を除いた大径部の外周面にＯリング装着用の環状溝が全周にわたって形成され、環状溝内に第２のＯリングが配置され、雄側継手部材における嵌合凸部の基端から環状溝までの距離をＡｍｍ、小径部に配置される第１のＯリングの断面径をＢｍｍとした場合、Ａ≧Ｂという関係を満たしているので、この配管用継手を、たとえば超臨界冷媒としてＣＯ_２を用いている超臨界冷凍サイクルに使用した場合、超臨界冷凍サイクルの稼働時には、Ｏリング装着用の小径部に配置された第１のＯリングと、環状溝内に配置された第２のＯリングとの間にＣＯ_２が存在するとともに、各Ｏリング内にＣＯ_２が浸入していることになる。そして、超臨界冷凍サイクルを停止させてＣＯ_２を抜いた後、雄側継手部材と雌側継手部材とを分離する際に、小径部の周囲に配置された第１のＯリングが、当該Ｏリング中に浸入しているＣＯ_２により膨潤したとしても、小径部の周囲に配置された第１のＯリングは、当該第１のＯリングと環状溝内に配置された第２のＯリングとの間に残留していたＣＯ_２の圧力により小径部の先端側へ押圧されて小径部から離脱する。したがって、小径部に配置されていた第１のＯリングは、それ以後嵌合凸部が嵌合凹部から完全に抜けるまでに、嵌合凹部の内周面に摺接することはなく、特許文献１記載の配管用継手に比較して、雄側継手部材と雌側継手部材とを分離する際の作業性が向上する。しかも、小径部に配置された第１のＯリングが当該小径部から離脱した時点では、環状溝内に配置された第２のＯリングは雄側継手部材の嵌合凸部と雌側継手部材の嵌合凹部との間を密封しているので、これら２つのＯリング間に残留していた冷媒は、雌側継手部材が設けられた配管用パイプまたは各種機器側に流れ込むことになり、大気中への逃げが防止される。

上記2)の配管用継手によれば、Ｏリング装着用の小径部が先端に向かって縮径されたテーパ状であり、小径部のテーパ角度が２〜１０度であるので、雄側継手部材と雌側継手部材とを分離する際に、小径部の周囲に配置されたＯリングを一層簡単に離脱させることができる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明による配管用継手を、超臨界冷凍サイクルの配管用パイプどうしの接続に適用したものである。

なお、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、以下の説明において、図２〜図７の上下、左右を上下、左右というものとする。

実施形態１
この実施形態は図１〜図５に示すものである。

図１は超臨界冷凍サイクルを示し、図２および図３は配管用継手の全体構成を示し、図４および図５はその要部の構成を示す。

図１において、超臨界冷凍サイクルは、たとえばＣＯ_２などの超臨界冷媒が用いられるものであって、圧縮機(1)、ガスクーラ(2)、エバポレータ(3)、気液分離器としてのアキュムレータ(4)、減圧器としての膨張弁(5)、およびガスクーラ(2)から出てきた冷媒とエバポレータ(3)から出てアキュムレータ(4)を通過してきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器(6)が、配管(7)により接続されたものであり、配管(7)を構成する配管用パイプと超臨界冷凍サイクル用各種機器、および／または配管用パイプどうしが、配管用継手により接続されている。ここで、超臨界冷凍サイクル用各種機器とは、圧縮機(1)、ガスクーラ(2)、エバポレータ(3)、アキュムレータ(4)、膨張弁(5)および中間熱交換器(6)である。この超臨界冷凍サイクルは、たとえばカーエアコンとして自動車などの車両に搭載される。なお、超臨界冷媒としては、ＣＯ_２に代えて、エチレン、エタン、酸化窒素なども使用可能である。

図２および図３において、配管用パイプ(P1)(P2)どうしを接続する配管用継手(10)は、円筒状の嵌合凸部(12)を有する雄側継手部材(11)と、内周面が円筒面となされかつ雄側継手部材(11)の嵌合凸部(12)が嵌る嵌合凹部(14)を有する雌側継手部材(13)と、雄側継手部材(11)の嵌合凸部(12)の外周面および雌側継手部材(13)の嵌合凹部(14)の内周面の間をシールする２つのＯリング(15A)(15B)とを備えている。

雄側継手部材(11)は金属、ここではアルミニウムから形成された上下方向に長いブロック状であり、その下端部に左右方向にのびかつ内周面が円筒面である貫通状の冷媒流路(16)が形成されている。雄側継手部材(11)の左右両側面は平坦面となっており、嵌合凸部(12)は、雄側継手部材(11)の右側面における冷媒流路(16)の右端開口の周囲の部分に右方突出状に一体に形成されている。冷媒流路(16)は嵌合凸部(12)の先端面まで延びている。また、雄側継手部材(11)の冷媒流路(16)内の左端部に、金属製、ここではアルミニウム製配管用パイプ(P1)の端部が挿入され、雄側継手部材(11)に接合されている。雄側継手部材(11)の上端部に、左右方向にのびる貫通穴(17)が形成されている。

雄側継手部材(11)の嵌合凸部(12)の先端部にＯリング装着用の小径部(18)が形成されている。小径部(18)は先端に向かって縮径されたテーパ状であり、小径部(18)のテーパ角度(X)は２〜１０度であることが好ましい。また、嵌合凸部(12)における小径部(18)を除いた大径部(19)の外周面に、１つのＯリング装着用の環状溝(21)が全周にわたって形成されている。なお、大径部(19)の外径は全長にわたって等しくなっている。小径部(18)の周囲に、断面円形のＯリング(15A)と、バックアップリング(22)とが、Ｏリング(15A)が嵌合凸部(12)の先端側（右端側）に来るように配置されている。また、環状溝(21)内にＯリング(15B)が配置されている。以下、小径部(18)の周囲に配置されたＯリング(15A)を第１のＯリング、環状溝(21)内に配置されたＯリング(15B)を第２のＯリングというものとする。各Ｏリング(15A)(15B)は、たとえばＨＮＢＲ、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ＦＫＭなどにより形成されている。

ここで、雄側継手部材(11)における嵌合凸部(12)の基端（左端）から環状溝(21)の左側面までの距離をＡｍｍ、第１のＯリング(15A)の断面径（小径部(18)に配置する前の断面の直径）をＢｍｍとした場合、Ａ≧Ｂという関係を満たしている（図４および図５参照）。

雌側継手部材(13)は金属、ここではアルミニウムから形成された上下方向に長いブロック状であり、その下端部に左右方向にのびる貫通状の冷媒流路(23)が、雄側継手部材(11)の冷媒流路(16)と合致するように形成されている。雌側継手部材(13)の左右両側面は平坦面となっており、嵌合凹部(14)は、雌側継手部材(13)の左側面に開口するように形成されている。なお、嵌合凹部(14)の内径は全長にわたって等しくなっている。冷媒流路(23)の左端は嵌合凹部(14)の底面に開口している。また、雌側継手部材(13)の冷媒流路(23)の右端部に、金属製、ここではアルミニウム製配管用パイプ(P2)の端部が挿入され、雌側継手部材(13)に接合されている。雌側継手部材(13)の上端部に、左右方向にのびる貫通状のめねじ穴(24)が、雄側継手部材(11)の貫通穴(17)と合致するように形成されている。

雄側継手部材(11)と雌側継手部材(13)とは、雄側継手部材(11)の嵌合凸部(12)が雌側継手部材(13)の嵌合凹部(14)内に嵌め入れられた状態で、雄側継手部材(11)の貫通穴(17)に通されたボルト(25)を雌側継手部材(13)のめねじ穴(24)にねじ嵌めることによって相互に連結されて配管用継手(10)が形成されており、これにより両配管用パイプ(P1)(P2)が配管用継手(10)を介して接続されている。

上述した配管用継手(10)において、超臨界冷凍サイクルを停止させてＣＯ_２を抜いた後の雄側継手部材(11)と雌側継手部材(13)との分離作業は次のようにして行われる。

まず、ボルト(25)を取り外した後、両継手部材(11)(13)を相互に離隔する方向に移動させる。そして、図５に示すように、雄側継手部材(11)の嵌合凸部(12)の先端と、雌側継手部材(13)の嵌合凹部(14)の底との距離が、第１のＯリング(15A)の断面径Ｂｍｍ以上になると、雄側継手部材(11)における嵌合凸部(12)の基端（左端）から環状溝(21)の左側面までの距離をＡｍｍ、第１のＯリング(15A)の断面径をＢｍｍとした場合、Ａ≧Ｂという関係を満たしていることにより、両Ｏリング(15A)(15B)間に残留していたＣＯ_２の圧力によって、第１のＯリング(15A)は小径部(18)の先端側に押圧され、小径部(18)が先端に向かって縮径されたテーパ状であるとともに、そのテーパ角度が２〜１０度であることと相俟って小径部(18)から簡単に外れる。しかも、第１のＯリング(15A)が小径部(18)から外れた後も、第２のＯリング(15B)は雄側継手部材(11)の嵌合凸部(12)と雌側継手部材(13)の嵌合凹部(14)との間を密封しているので、両Ｏリング(15A)(15B)間に残留していたＣＯ_２は、雌側継手部材(13)の冷媒流路(23)を通って右側の配管用パイプ(P2)内に流入し、その結果大気中への逃げが防止される。

その後、さらに両継手部材(11)(13)を相互に離隔する方向に移動させると、第２のＯリング(15B)だけが嵌合凹部(14)の内周面に摺接しつつ、嵌合凸部(12)が嵌合凹部(14)から抜ける。こうして、雄側継手部材(11)と雌側継手部材(13)とが分離される。

実施形態２
この実施形態は図６〜図８に示すものである。

実施形態２の配管用継手(40)の場合、雄側継手部材(41)の下端部に左右方向に伸びる横断面円形貫通穴(42)が形成され、この貫通穴(42)に左側から配管用パイプ(P3)が通されるとともに配管用パイプ(P3)の右端部が雄側継手部材(41)よりも右方に突出させられている。そして、配管用パイプ(P3)の雄側継手部材(41)から右方に突出した先端部が、雌側継手部材(13)の嵌合凹部(14)内に嵌る嵌合凸部(43)となっている。嵌合凸部(43)の先端部にＯリング装着用の小径部(18)が形成されている。また、嵌合凸部(43)における小径部(18)を除いた大径部(19)の外周面に、１つのＯリング装着用の環状溝(21)が全周にわたって形成されている。

この実施形態２においても、雄側継手部材(41)における嵌合凸部(43)の基端（左端）から環状溝(21)の左側面までの距離をＡｍｍ、第１のＯリング(15A)の断面径をＢｍｍとした場合、Ａ≧Ｂという関係を満たしている。

雄側継手部材(41)の貫通穴(42)の右端部に、段部(44)を介して大径部(45)が形成され、配管用パイプ(P3)に、右側から段部(44)に係合する環状ビード(46)が形成されている。また、雄側継手部材(41)の貫通穴(42)の左端部の内周面に、環状凹所(47)が全周にわたって形成され、配管用パイプ(P3)の一部分が拡管されて当該拡管部(48)が環状凹所(47)内に圧入されている。そして、環状ビード(46)が段部(44)に係合していること、および拡管部(48)が環状凹所(47)内に圧入されていることにより、両継手部材(41)(13)がボルト(25)で連結される前の状態においても、雄側継手部材(41)と配管用パイプ(P3)とが左右方向に相対的に移動しないようになっている。

その他の構成は、実施形態１の配管用継手(10)と同じであり、同一物および同一部分には同一符号を付す。

上記２つの実施形態においては、この発明の配管用継手(10)(40)が、超臨界冷凍サイクルの配管(7)を構成する配管用パイプ(P1)(P2)(P3)どうしの接続に用いられているが、これに限定されるものではなく、この発明の配管用継手(10)(40)は、超臨界冷凍サイクルの配管(7)を構成する配管用パイプ(P1)(P2)(P3)と圧縮機(1)、ガスクーラ(2)、エバポレータ(3)、アキュムレータ(4)、膨張弁(5)および中間熱交換器(6)のうちの少なくともいずれか１つの機器との接続に用いられることもある。この場合、雄側継手部材(11)(41)および雌側継手部材(13)のうちのいずれか一方が、上記機器に直接取り付けられる。

また、上記２つの実施形態においては、この発明の配管用継手(10)が、超臨界冷凍サイクルにおける配管用パイプ(P1)(P2)(P3)と各種機器との接続、および／または配管用パイプ(P1)(P2)(P3)どうしの接続に用いられているが、これに限定されるものではなく、圧縮機、コンデンサ、エバポレータ、気液分離器および減圧器が配管により接続されており、かつフロン系冷媒が用いられる冷凍サイクルにおける配管用パイプと各種機器との接続、および／または配管用パイプどうしの接続に用いられてもよい。さらに、他の高圧の流体が流れる配管用パイプと各種機器との接続、および／または配管用パイプどうしの接続に用いられてもよい。

この発明の実施形態１の配管用継手を用いた超臨界冷凍サイクルを示す図である。この発明の実施形態１の配管用継手を示す接続後の状態の縦断面図である。この発明の実施形態１の配管用継手を示す接続前の状態の縦断面図である。図２の部分拡大図である。図１の配管用継手における雄側継手部材と雌側継手部材とを分離する途中の段階を示す図４相当の図である。この発明の実施形態２の配管用継手を示す接続後の状態の縦断面図である。この発明の実施形態２の配管用継手を示す接続前の状態の縦断面図である。図６の部分拡大図である。

符号の説明

(7)：配管
(10)(40)：配管用継手
(11)(41)：雄側継手部材
(12)(43)：嵌合凸部
(13)：雌側継手部材
(14)：嵌合凹部
(15A)(15B)：Ｏリング
(16)：冷媒流路
(18)：小径部
(19)：大径部
(21)：環状溝
(23)：冷媒流路
(P1)(P2)(P3)：配管用パイプ

Claims

円筒状の嵌合凸部を有する雄側継手部材と、内周面が円筒面となされかつ雄側継手部材の嵌合凸部が嵌る嵌合凹部を有する雌側継手部材と、嵌合凸部の外周面に、長さ方向に間隔をおいて配置されて嵌合凸部と嵌合凹部との間を密封するＯリングとを備えた配管用継手であって、
雄側継手部材の嵌合凸部の先端部にＯリング装着用の小径部が形成され、小径部が先端に向かって縮径されたテーパ状であるとともに、小径部の外周面が円すい面となっており、小径部の周囲に第１のＯリングが配置され、第１のＯリングが、雄側継手部材の小径部における円すい面となった外周面、および雌側継手部材の嵌合凹部における円筒面となった内周面に接触しており、雄側継手部材の嵌合凸部における小径部を除いた大径部の外周面にＯリング装着用の環状溝が全周にわたって形成され、環状溝内に第２のＯリングが配置され、雄側継手部材における嵌合凸部の基端から環状溝までの距離をＡｍｍ、小径部に配置される第１のＯリングの断面径をＢｍｍとした場合、Ａ≧Ｂという関係を満たしている配管用継手。
Ｏリング装着用の小径部のテーパ角度が２〜１０度である上記請求項１記載の配管用継手。
雄側継手部材に冷媒流路が形成されており、雄型継手部材の嵌合凸部の内部が冷媒流路に通じている請求項１または２記載の配管用継手。
嵌合凸部が、雄側継手部材に貫通させられた配管用パイプの先端部からなる請求項１または２記載の配管用継手。
雌側継手部材に冷媒流路が形成されており、雌型継手部材の嵌合凹部が冷媒流路に通じている請求項１〜４のうちのいずれかに記載の配管用継手。