JP4752812B2 - 耐圧容器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば内部に圧縮機構部を備える耐圧容器に関するものである。

従来の耐圧容器として、例えば特許文献１に示されるような密閉型圧縮機に使用されたものが知られている。この耐圧容器は、筒状の胴部と、有底筒状の上部鏡板および下部鏡板とが溶接接合されて形成されており、胴部の剛性が両鏡板の剛性よりも大きくなるように設定されている。例えば、胴部の板厚が両鏡板の板厚よりも厚くなるように設定されている。

これにより、内圧が作用した時に、溶接接合部の近傍における胴部と鏡板との変形量の差を小さくして、溶接接合部に作用する引き裂き荷重を低減して、耐圧容器としての耐圧強度を向上させるようにしている。
特開２００２−３３６４７２号公報

しかしながら、胴部の板厚を厚くすることで、体格が大きくなり、また重量も増加するという問題があった。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、体格および重量の増加を伴うことなく、耐圧強度の向上を可能とする耐圧容器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、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、円筒状の本体ハウジング（１１１）と、本体ハウジング（１１１）の端部開口を閉塞する端部ハウジング（１１２、１１３）とを備え、内部に所定の機器（１３０）が配設されて、所定内圧（Ｐｓ）が加えられる耐圧容器において、端部ハウジング（１１２、１１３）は、筒状を成して、本体ハウジング（１１１）の端部に重なり代をもって溶接接合される接合部（１１３ａ）と、端部開口の閉塞用の面を形成する端部形成部（１１３ｂ）と、接合部（１１３ａ）および端部形成部（１１３ｂ）を繋ぐ繋ぎ部（１１３ｃ）とを有しており、端部形成部（１１３ｂ）および繋ぎ部（１１３ｃ）の少なくとも一部で、接合部（１１３ａ）よりも板厚が薄くなる部位が形成されたことを特徴としている。

この耐圧容器（１１０）においては、内部に所定内圧（Ｐｓ）が作用することにより、本体ハウジング（１１１）は、太鼓状に変形する。また、端部ハウジング（１１２、１１３）の端部形成部（１１３ｂ）は外側に膨らむように変形すると共に、その変形に伴って接合部（１１３ａ）は繋ぎ部（１１３ｃ）を介して内側につぼまるように変形する。よって、本体ハウジング（１１１）と接合部（１１３ａ）との重なり代において溶接が成されていない部位は、互いに離れるように拡がり、溶接部（１１４）には応力が集中する。

請求項１に記載の発明では、端部形成部（１１３ｂ）および繋ぎ部（１１３ｃ）の少なくとも一部で、接合部（１１３ａ）よりも板厚が薄くなる部位を形成するようにしているので、所定内圧（Ｐｓ）によって端部ハウジング（１１２、１１３）が変形しようとする際に、その変形を薄肉部で吸収して、接合部（１１３ａ）への変形を抑制することができるので、溶接部（１１４）への応力集中を抑制することができる。よって、体格および重量の増加を伴うことなく、耐圧容器（１１０）の耐圧強度を向上させることができる。

請求項２に記載の発明では、板厚が薄くなる部位は、繋ぎ部（１１３ｃ）に形成されたことを特徴としている。

これにより、所定内圧（Ｐｓ）によって繋ぎ部（１１３ｃ）が変形して、接合部（１１３ａ）への変形を効果的に吸収することができるので、耐圧容器（１１０）の耐圧強度を向上させることができる。

また、接合部（１１３ａ）、端部形成部（１１３ｂ）、繋ぎ部（１１３ｃ）のうち、薄肉部を繋ぎ部（１１３ｃ）の領域のみに形成すれば良いので、全体を薄肉化する必要がなく、作り易さを向上させることができる。

請求項３に記載の発明では、板厚が薄くなる部位は、端部形成部（１１３ｂ）および繋ぎ部（１１３ｃ）の全体に形成されたことを特徴としている。

これにより、所定内圧（Ｐｓ）によって端部形成部（１１３ｂ）と繋ぎ部（１１３ｃ）とが全体的に変形して、接合部（１１３ａ）への変形をより効果的に吸収することができるので、更に耐圧容器（１１０）の耐圧強度を向上させることができる。

請求項４に記載の発明のように、所定の機器（１３０）は、作動流体を圧縮吐出する圧縮機構部（１３０）とすることができる。

これにより、耐圧性の高い圧縮機（１００）を小型に構成できると共に、歪が小さい耐圧容器（１１０）のため、圧縮機構部（１３０）の歪の少ない信頼性ある圧縮機を構成できる。

また、請求項５に記載の発明のように、圧縮機構部（１３０）の作動流体を二酸化炭素としたものでは、使用される所定内圧が非常に高いものとなるので、本耐圧容器（１１０）を用いて特に小型軽量化に好適となる。

尚、筒状の接合部（１１３ａ）とは本体ハウジング（１１１）との接合部に近接した筒状部を意味している。

また、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図３に基づいて説明する。図１は第１実施形態における耐圧容器としてのハウジング１１０を用いた電動圧縮機１００の概略構造を示す断面図、図２は内圧Ｐｓによるハウジング１１０の変形状態を示す断面図、図３は図２中のIII部を示す拡大図である。

図１に示すように、電動圧縮機１００は、二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒（作動流体）とする冷凍サイクル装置（図示せず）に適用されるもので、内部に組み込まれたモータ部１２０によって圧縮機構部（所定の機器）１３０が駆動され、臨界圧を超える圧力にまで冷媒を圧縮して吐出する圧縮機としている。

本実施形態の電動圧縮機１００は、図１に示す姿勢で載置されるものであり、回転駆動するモータ部１２０の回転軸線１２０ａの延びる方向（図示Ｘ方向）が水平方向となる、所謂横置き型の電動圧縮機としている。

ただし、回転軸線１２０ａの方向は厳密に水平方向である必要はなく、電動圧縮機１００の内部を流通する流体が、重力の影響を受けた挙動をするときに、実質的に同一の挙動をするものであれば、水平方向から若干傾斜していてもかまわない。すなわち、回転軸線１２０ａの延設方向は、実質的に水平方向であれば良い。

モータ部１２０および圧縮機構部１３０は、本体ハウジング１１１、端部ハウジング１１２、端部ハウジング１１３が互いに溶接によって接合されて形成されるハウジング１１０内に収容されている。

本実施形態では、本体ハウジング１１１、端部ハウジング１１２、１１３は、いずれも鉄製であり、本体ハウジング１１１は、円筒形状に形成され、端部ハウジング１１２、１１３は、いずれもキャップ状（浅い有底円筒状）に形成されている。そして、端部ハウジング１１２、１１３が、本体ハウジング１１１の両側開口端を閉塞するように溶接されている。

端部ハウジング１１２、１１３は、共に深さが異なる有底円筒部材として形成されているが、基本構成は同一であり、以下、端部ハウジング１１３を用いてその内容を説明する。

端部ハウジング１１３は、円筒状を成して本体ハウジング１１１に接合される接合部１１３ａと、ハウジング１１０における長手方向端部の開口を閉塞する閉塞用の面を形成する端部形成部１１３ｂと、有底円筒部材の底部外周側の曲げ部に対応して、上記接合部１１３ａと端部形成部１１３ｂとを繋ぐ繋ぎ部１１３ｃとを有している。

そして、端部ハウジング１１３（１１２）においては、基本板厚をｔ１とする中で、繋ぎ部１１３ｃの領域に板厚が薄くなる部位が形成されている。即ち、繋ぎ部１１３ｃには板厚ｔ２となる部位が形成されて、この板厚ｔ２は、接合部１１３ａ、端部形成部１１３ｂの板厚ｔ１よりも薄くなるように設定されている。繋ぎ部１１３ｃの板厚を薄くするためには、繋ぎ部１１３ｃに対して切削加工やプレス加工を行うことで対応可能である。尚、板厚ｔ１としては、本体ハウジング１１１の板厚と同等のものとしている。

上記のように形成された端部ハウジング１１２、１１３は、接合部１１３ａの外径側面が本体ハウジング１１１の内径側面に内接するように挿入されて、本体ハウジング１１１の端部と、接合部１１３ａの外径側面との間で全周に渡って溶接が成されて、ハウジング１１０として形成されている。溶接が成された部位は、溶接部１１４となっている。尚、端部ハウジング１１２の上面側には、冷媒が吸入される吸入口１１２ａが設けられている。

ハウジング１１０内に形成されるモータ室１２３等の空間は、圧縮機構部１３０の吸入室１４１に連通しており、ハウジング１１０の内面には、所定内圧としての吸入冷媒圧力Ｐｓ（圧縮前の冷媒圧力、低圧側圧力）と実質的に同等の圧力が作用されるようになっている。即ち、本実施形態の電動圧縮機１００は、ハウジング１１０の内壁面に圧縮吐出冷媒圧力より低い圧力が作用される、所謂低圧シェルタイプの電動圧縮機となっている。

本体ハウジング１１１内の端部ハウジング１１２側、および中間部には、それぞれ図示しない軸受けが固定された支持板１１５、およびフレーム１１６が設けられており、図示しない軸受けを介して駆動シャフト１３１が回転可能に支持されている。支持板１１５には連通孔１１５ａが形成されており、端部ハウジング１１２および支持板１１５によって形成される吸入側空間１１２ｂとモータ室１２３とが連通するようになっている。また、フレーム１１６には連通孔１１６ａが形成されており、モータ室１２３と吸入室１４１とが連通するようになっている。

モータ部１２０は、本体ハウジング１１１内に形成されるモータ室１２３に収容されるロータ部１２１とステータ部１２２とを備えている。ロータ部１２１は、駆動シャフト１３１に固定されており、ステータ部１２２はロータ部１２１の外周側で本体ハウジング１１１の内周面に圧入によって固定されている。そして、図示しない外部電源からの電力が、ステータ部１２２に供給されると、ロータ部１２１の回転に伴って駆動シャフト１３１が回転駆動されるようになっている。

圧縮機構部１３０は、内部部材としての可動スクロール１３２と固定スクロール１３３とを有する周知のスクロール式圧縮機構を成すものである。固定スクロール１３３は、本体ハウジング１１１内のフレーム１１６の反モータ部側に固定部材として固定されており、この固定スクロール１３３に噛み合うように可動部材としての可動スクロール１３２が配設されている。

可動スクロール１３２の反固定スクロール側には駆動シャフト１３１の先端部に設けられた偏心部１３１ａが図示しない軸受けを介して挿入されている。そして、可動スクロール１３２は、図示しない自転防止機構によって駆動シャフト１３１の回転駆動に伴い固定スクロール１３３に対して公転するようになっている。

両スクロール１３２、１３３間の外周側には吸入室１４１が形成され、中心側に向けて圧縮室１４２が形成されている。また、固定スクロール１３３には、圧縮室１４２で圧縮された冷媒を吐出室１４３に吐出するための吐出ポート１３３ａが形成されている。吐出ポート１３３ａは固定スクロール１３３の中心部に設けられた孔として形成されており、吐出室１４３は、固定スクロール１３３の図示右方側（端部ハウジング１１３側、反モータ部側）に形成されている。また、固定スクロール１３３には、吐出室１４３からハウジング１１０の外部へ冷媒を吐出させる吐出口１３３ｂが設けられている。

端部ハウジング１１３と固定スクロール１３３との間は、端部側空間１１３ｄとして形成されており、図示しない連通路によってモータ室１２３と連通するようになっている。よって、ハウジング１１０内においては、吸入側空間１１２ｂとモータ室１２３と端部側空間１１３ｄとが互いに連通して、電動圧縮機１００の作動中において冷媒から分離された潤滑油は、ハウジング１１０内の底部（下側）に溜まるようになっている。そして、潤滑油はモータ部１２０、圧縮機構部１３０の摺動部や軸受け部等に供給されるようになっている。

次に、上記構成に基づく電動圧縮機１００の作動を簡単に説明する。

電動圧縮機１００のモータ部１２０（ステータ部１２２）に電力が給電されると、モータ部１２０の駆動によって可動スクロール１３２が公転作動され、冷媒は、吸入口１１２ａから吸入側空間１１２ｂ→連通孔１１２ａ→モータ室１２３→連通孔１１６ａを通り吸入室１４１に流入される。そして、冷媒は圧縮室１４２で圧縮されて、所定の吐出冷媒圧力Ｐｄに達すると、吐出ポート１３３ａから吐出室１４３に吐出される。例えば、−３０℃〜５０℃の吸入冷媒が圧縮室１４２で圧縮され、７０℃〜１５０℃の外気温より温度が高い高温冷媒となって吐出される。

このような電動圧縮機１００の作動において、ハウジング１１０の吸入側空間１１２ｂ、モータ室１２３、端部側空間１１３ｄの内壁面には、図２に示すように、吸入冷媒圧力（所定内圧）Ｐｓが作用する。

すると、本体ハウジング１１１は、長手方向の中央部にて最も大きな変形量を伴う太鼓状に変形する。また、端部ハウジング１１２、１１３の端部形成部１１３ｂは中心部に最大変形量をもって外側に膨らむように変形すると共に、その変形に伴って接合部１１３ａは、繋ぎ部１１３ｃを介して内側につぼまるように変形しようとする。

よって、図３に示すように、本体ハウジング１１１と接合部１１３ａとの重なり代において溶接が成されていない部位（本体ハウジング１１１の内径側面と、接合部１１３ａの端部との間）は、図３中の矢印のように、互いに離れるように拡がり、溶接部１１４には応力が集中することになる。

しかしながら、本実施形態では、繋ぎ部１１３ｃの板厚ｔ２を接合部１１３ａ、および端部形成部１１３ｂの板厚ｔ１よりも薄くしているので、吸入冷媒圧力Ｐｓによって端部ハウジング１１２、１１３が変形しようとする際に、その変形を繋ぎ部１１３ｃの薄肉部で吸収して、接合部１１３ａへの変形を抑制することができるので、本体ハウジング１１１の内径側面と、接合部１１３ａの端部との間が拡がるような変形を抑制でき、溶接部１１４への応力集中を抑制することができる。よって、体格および重量の増加を伴うことなく、ハウジング１１０の耐圧強度を向上させることができる。

また、接合部１１３ａ、端部形成部１１３ｂ、繋ぎ部１１３ｃのうち、薄肉部を繋ぎ部１１３ｃの領域のみに形成すれば良いので、端部ハウジング１１２、１１３の全体を薄肉化する必要がなく、作り易さを向上させることができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、端部ハウジング１１２、１１３の繋ぎ部１１３ｃの板厚ｔ２を接合部１１３ａの板厚ｔ１よりも薄くなるように設定したが、図４に示すように、繋ぎ部１１３ｃに加えて、端部形成部１１３ｂにおいても薄くなるようにしても良い。つまり、端部形成部１１３ｂと繋ぎ部１１３ｃとが連続して板厚ｔ２で形成されて、接合部１１３ａの板厚ｔ１よりも薄く形成されるようにしても良い。端部形成部１１３ｂと繋ぎ部１１３ｃとの薄肉化は、上記第１実施形態と同様に、切削加工やプレス加工にて、対応が可能である。

これにより、冷媒吸入圧力Ｐｓによって端部形成部１１３ｂと繋ぎ部１１３ｃとが全体的に変形して、接合部１１３ａへの変形をより効果的に吸収することができるので、更にハウジング１１０の耐圧強度を向上させることができる。

（その他の実施形態）
上記第１、第２実施形態では、繋ぎ部１１３ｃの板厚を薄くする場合、あるいは端部形成部１１３ｂおよび繋ぎ部１１３ｃの板厚を共に薄くする場合について説明したが、端部形成部１１３ｂの領域のみに薄肉部を形成するようにしても良い。

また、端部ハウジング１１２、１１３の接合部１１３ａの外径側面が本体ハウジング１１１の内径側面に内接するように挿入、溶接されてハウジング１１０が形成されるようにしたが、逆に、接合部１１３ａの内径側面が本体ハウジング１１１の外径側面に被せられるようにして、本体ハウジング１１１の外径側面と接合部１１３ａの端部とが溶接されて、ハウジング１１０が形成されるものとしても良い。

また、ハウジング１１０の内壁面に吸入冷媒圧力Ｐｓが作用される低圧シェルタイプの電動圧縮機１００としたが、これに限らず、ハウジング１１０の内壁面に吐出冷媒圧力Ｐｄが作用する高圧シェルタイプの電動圧縮機や、吸入冷媒圧力Ｐｓと吐出冷媒圧力Ｐｄとの中間圧力が作用する電動圧縮機に適用するようにしても良い。

また、モータ部１２０の回転軸線１２０ａ方向を実質的に水平方向とした横置き型の電動圧縮機１００について説明したが、回転軸線方向は水平方向に限定されるものではない。例えば、回転軸線１２０ａ方向が実質的に垂直となる所謂縦置き型の電動圧縮機であっても、本発明を適用して有効である。

また、圧縮機構部１３０は、スクロール式圧縮機構であったが、これに限定されるものではなく、例えばベーン式の圧縮機構部であっても良い。

また、冷媒は二酸化炭素であり圧縮機構部１３０で超臨界圧まで圧縮加圧するものであったが、これに限定されるものではない。圧縮後の圧力が臨界圧以下であっても良いし、冷媒にフロン等を用いるものであっても良い。

また、耐圧容器としてのハウジング１１０の内部に配設される機器として、モータ部１２０、および圧縮機構部１３０としたが、これに限らず、冷媒を流入させる流入部、冷媒の気液を分離する気液分離部、気相冷媒あるいは液相冷媒を流出させる流出部を内設機器とするアキュムレータやレシーバ等に適用しても良い。

第１実施形態における電動圧縮機の概略構造を示す断面図である。 吸入冷媒圧力Ｐｓによるハウジングの変形状態を示す断面図である。 図２中のIII部を示す拡大図である。 第２実施形態における電動圧縮機の概略構造を示す断面図である。

符号の説明

１００ 電動圧縮機
１１０ ハウジング（耐圧容器）
１１１ 本体ハウジング
１１２ 端部ハウジング
１１３ 端部ハウジング
１１３ａ 接合部
１１３ｂ 端部形成部
１１３ｃ 繋ぎ部
１３０ 圧縮機構部（所定の機器）

Claims (5)

1. 円筒状の本体ハウジング（１１１）と、
   前記本体ハウジング（１１１）の端部開口を閉塞する端部ハウジング（１１２、１１３）とを備え、
   内部に所定の機器（１３０）が配設されて、所定内圧（Ｐｓ）が加えられる耐圧容器において、
   前記端部ハウジング（１１２、１１３）は、
   筒状を成して、前記本体ハウジング（１１１）の端部に重なり代をもって溶接接合される接合部（１１３ａ）と、
   前記端部開口の閉塞用の面を形成する端部形成部（１１３ｂ）と、
   前記接合部（１１３ａ）および前記端部形成部（１１３ｂ）を繋ぐ繋ぎ部（１１３ｃ）とを有しており、
   前記端部形成部（１１３ｂ）および前記繋ぎ部（１１３ｃ）の少なくとも一部で、前記接合部（１１３ａ）よりも板厚が薄くなる部位が形成されたことを特徴とする耐圧容器。
2. 前記板厚が薄くなる部位は、前記繋ぎ部（１１３ｃ）に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の耐圧容器。
3. 前記板厚が薄くなる部位は、前記端部形成部（１１３ｂ）および前記繋ぎ部（１１３ｃ）の全体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の耐圧容器。
4. 前記所定の機器（１３０）は、作動流体を圧縮吐出する圧縮機構部（１３０）であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の耐圧容器。
5. 前記作動流体は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項４に記載の耐圧容器。

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