(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のタンク本体（２１）、及び前記タンク本体（２１）の長手方向端部を閉塞するキャップ（２２）を有し、前記キャップ（２２）が前記タンク本体（２１）にろう付けされた圧力容器であって、
前記キャップ（２２）は、前記タンク本体（２１）の中心軸（ＣＬ）と略直交する蓋部（２２ａ）、及び前記蓋部（２２ａ）の外周部から連なって前記タンク本体（２１）の内壁と略平行に延びる円筒部（２２ｂ）を有して構成され、
前記蓋部（２２ａ）は、曲率半径（Ｒ１）が前記タンク本体（２１）の内半径（Ｒｏ）より大きくなるように、前記タンク本体（２１）の内方側に向けて凸となるドーム状に湾曲しており、
さらに、前記蓋部（２２ａ）と円筒部（２２ｂ）とを繋ぐ部位（２２ｄ）は、前記タンク本体（２１）の内半径（Ｒｏ）より小さな曲率半径（Ｒ２）を有して湾曲しており、
前記蓋部（２２ａ）と前記円筒部（２２ｂ）とは、板厚が一定の板材にプレス加工を施すことにより一体形成されたものであることを特徴とする圧力容器。
【請求項２】
円筒状のタンク本体（２１）、及び前記タンク本体（２１）の長手方向端部を閉塞するキャップ（２２）を有し、前記キャップ（２２）が前記タンク本体（２１）にろう付けされた蒸気圧縮式冷凍機用の気液分離器であって、
前記キャップ（２２）は、前記タンク本体（２１）の中心軸（ＣＬ）と略直交する蓋部（２２ａ）、及び前記蓋部（２２ａ）の外周部から連なって前記タンク本体（２１）の内壁と略平行に延びる円筒部（２２ｂ）を有して構成され、
前記蓋部（２２ａ）は、曲率半径（Ｒ１）が前記タンク本体（２１）の内半径（Ｒｏ）より大きくなるように、前記タンク本体（２１）の内方側に向けて凸となるドーム状に湾曲しており、
さらに、前記蓋部（２２ａ）と円筒部（２２ｂ）とを繋ぐ部位（２２ｄ）は、前記タンク本体（２１）の内半径（Ｒｏ）より小さな曲率半径（Ｒ２）を有して湾曲しており、
前記蓋部（２２ａ）と前記円筒部（２２ｂ）とは、板厚が一定の板材にプレス加工を施すことにより一体形成されたものであることを特徴とする気液分離器。
【請求項３】
冷媒が流通する複数本のチューブ（１１）と、
前記チューブ（１１）の長手方向両端側にて前記チューブ（１１）の長手方向と直交する方向に延びて前記複数本のチューブ（１１）と連通するヘッダタンク（１３）と、
前記ヘッダタンク（１３）に一体化された請求項２に記載の気液分離器（２０）とを備えることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機用の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力容器又は蒸気圧縮式冷凍機用の気液分離器に関するもので、蒸気圧縮式冷凍機のコンデンサにろう付けにて一体化されるレシーバに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図６（ａ）は、発明者等が検討した従来型のレシーバにおけるタンク本体とキャップとの構造を示す断面図であり、図７は特開平１１−１７３７８８号公報に記載のコンデンサのヘッダタンク１におけるタンク本体１ａとキャップ１ｂとの構造を示す断面図である。
【０００３】
ところで、レシーバもヘッダタンクも内圧が作用する一種の圧力容器であるので、タンク本体とキャップとの接合安定性が、圧力容器としてレシーバ及びヘッダタンクの耐圧強度・耐圧信頼性に大きな影響を与える。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、少なくとも、図６（ａ）、図７に示す構造と異なる新規な構造を有する圧力容器を提供するを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、円筒状のタンク本体（２１）、及び前記タンク本体（２１）の長手方向端部を閉塞するキャップ（２２）を有し、前記キャップ（２２）が前記タンク本体（２１）にろう付けされた圧力容器であって、
前記キャップ（２２）は、前記タンク本体（２１）の中心軸（ＣＬ）と略直交する蓋部（２２ａ）、及び前記蓋部（２２ａ）の外周部から連なって前記タンク本体（２１）の内壁と略平行に延びる円筒部（２２ｂ）を有して構成され、
前記蓋部（２２ａ）は、曲率半径（Ｒ１）が前記タンク本体（２１）の内半径（Ｒｏ）より大きくなるように、前記タンク本体（２１）の内方側に向けて凸となるドーム状に湾曲しており、
さらに、前記蓋部（２２ａ）と円筒部（２２ｂ）とを繋ぐ部位（２２ｄ）は、前記タンク本体（２１）の内半径（Ｒｏ）より小さな曲率半径（Ｒ２）を有して湾曲しており、
前記蓋部（２２ａ）と前記円筒部（２２ｂ）とは、板厚が一定の板材にプレス加工を施すことにより一体形成されたものであることを特徴とする。
【０００６】
これにより、キャップ（２２）に内圧が作用すると、蓋部（２２ａ）の曲率半径（Ｒ１）が大きくなって蓋部（２２ａ）が平らになる方向に変形する。
【０００７】
このため、蓋部（２２ａ）の外周側、つまり蓋部（２２ａ）と円筒部（２２ｂ）とを繋ぐ部位（２２ｄ）は、外周側であるタンク本体（２１）の内壁側に移動するように変形するので、キャップ（２２）に内圧が作用しても、ろう付けフィレットを引き裂くような応力がフィレットに作用しない。
【０００８】
したがって、キャップ（２２）の板厚を厚くしてキャップ（２２）の変形を抑制する、又はキャップ（２２）をプレス成形する際に大きな加工度を与えて加工硬化を増大させることによりキャップ（２２）の剛性を高めて変形を抑制する等の対策を施さなくても、キャップ（２２）とタンク本体（２１）との接合信頼性を高めることができ、キャップ（２２）の製造原価低減及び軽量化を図ることができる。
【０００９】
以上に述べたように、本発明では、従来構造と異なる新規な構造であって、しかも、タンク本体（２１）とキャップ（２２）との接合安定性を向上させることが可能となるので、圧力容器の耐圧強度・耐圧信頼性を高めることができ得る。
【００１０】
なお、本発明は厳密に蓋部（２２ａ）が中心軸（ＣＬ）に対して直交するものを意味するものでないことは言うまでもない。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、円筒状のタンク本体（２１）、及び前記タンク本体（２１）の長手方向端部を閉塞するキャップ（２２）を有し、前記キャップ（２２）が前記タンク本体（２１）にろう付けされた蒸気圧縮式冷凍機用の気液分離器であって、
前記キャップ（２２）は、前記タンク本体（２１）の中心軸（ＣＬ）と略直交する蓋部（２２ａ）、及び前記蓋部（２２ａ）の外周部から連なって前記タンク本体（２１）の内壁と略平行に延びる円筒部（２２ｂ）を有して構成され、
前記蓋部（２２ａ）は、曲率半径（Ｒ１）が前記タンク本体（２１）の内半径（Ｒｏ）より大きくなるように、前記タンク本体（２１）の内方側に向けて凸となるドーム状に湾曲しており、
さらに、前記蓋部（２２ａ）と円筒部（２２ｂ）とを繋ぐ部位（２２ｄ）は、前記タンク本体（２１）の内半径（Ｒｏ）より小さな曲率半径（Ｒ２）を有して湾曲しており、
前記蓋部（２２ａ）と前記円筒部（２２ｂ）とは、板厚が一定の板材にプレス加工を施すことにより一体形成されたものであることを特徴とする。
【００１２】
これにより、請求項１に記載の発明と同様に、従来構造と異なる新規な構造であって、しかも、タンク本体（２１）とキャップ（２２）との接合安定性を向上させることが可能となるので、気液分離器の耐圧強度・耐圧信頼性を高めることができ得る。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、冷媒が流通する複数本のチューブ（１１）と、チューブ（１１）の長手方向両端側にてチューブ（１１）の長手方向と直交する方向に延びて複数本のチューブ（１１）と連通するヘッダタンク（１３）と、ヘッダタンク（１３）に一体化された請求項２に記載の気液分離器（２０）とを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る圧力容器を冷媒を気相冷媒と液相冷媒とを分離するモジュレータやレシーバ等の気液分離器に適用したものであって、図１は本実施形態に係るレシーバ２０、及び過冷却器３０が一体となった凝縮器１０の正面図である。
【００１６】
凝縮器１０は、蒸気圧縮式冷凍機において高圧冷媒を冷却して凝縮させる高圧側熱交換器であり、レシーバ２０は凝縮器１０から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して余剰冷媒を蓄える受液器であり、過冷却器３０は凝縮した冷媒、すなわちレシーバ２０から供給される液相冷媒を更に冷却するものである。
【００１７】
具体的には、冷媒が流通する複数本のチューブ１１、チューブの外表面に接合されて空気との熱交換を促進するフィン１２、及びチューブ１１の長手方向両端側に設けられて複数本のチューブ１１に連通するヘッダタンク１３等からなるもので、一点鎖線より上方側が凝縮器１０の熱交換コアであり、一点鎖線より下方側が過冷却器３０の熱交換コアである。因みに、セパレータ１３ａは、ヘッダタンク１３内を凝縮器１０側と過冷却器３０側とに区画する仕切手段である。
【００１８】
なお、本実施形態では、凝縮器１０と過冷却器３０とはヘッダタンク１３を共通化することにより一体化されており、チューブ１１、フィン１２及びヘッダタンク１３等の凝縮器１０の構成部品及びレシーバ２０は全てアルミニウム製であり、これらはろう付けに一体接合されている。
【００１９】
図２（ａ）は図１のＡ部の拡大断面図であり、レシーバ２０は、アルミニウム材に押し出し加工を施すことにより形成された円筒状のタンク本体２１、及びタンク本体２１の長手方向端部を閉塞するキャップ２２等からなるものである。
【００２０】
そして、キャップ２２は、タンク本体２１の中心軸ＣＬと略直交する蓋部２２ａ、蓋部２２ａの外周部から連なってタンク本体２１の内壁と略平行に延びる円筒部２２ｂ、及びタンク本体２１の長手方向端部全周に被さるようなフランジ部２２ｃを有して構成されたもので、蓋部２２ａ、円筒部２２ｂ及びフランジ部２２ｃは、少なくともタンク本体２１の内側に相当する面にろう材が被覆されたアルミニウム板材にプレス加工を施すことにより一体形成されている。
【００２１】
このとき、蓋部２２ａは、その曲率半径Ｒ１がタンク本体２１の内半径Ｒｏより大きくなるように、タンク本体２１の内方側に向けて凸となるドーム状に湾曲しており、一方、蓋部２２ａと円筒部２２ｂとを繋ぐ部位２２ｄは、タンク本体２１の内半径Ｒｏより小さな曲率半径Ｒ２を有して湾曲している。
【００２２】
因みに、本実施形態では、キャップ２２は、板厚：１．５ｍｍ、材質：Ａ３００３であり、曲率半径Ｒ１：５５ｍｍ、曲率半径Ｒ２：２．５ｍｍ、タンク本体２１の内直径Ｄ：３３ｍｍとしている。
【００２３】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００２４】
図６（ａ）に示す従来構造では、蓋部２２ａ’がタンク本体２１の外方側に向けて凸となっているので、キャップ２２に内圧が作用すると、キャップ２２は、概略２点鎖線で示すように変形する。
【００２５】
このため、ろう付け時に、円筒部２２ｂとタンク本体２１の内壁との隙間に形成されるフィレットを引き裂くような応力がフィレットに集中作用してしまうため、図６（ａ）に示す従来構造では、キャップ２２の板厚を厚くしてキャップ２２の変形を抑制する、又はキャップ２２をプレス成形する際に大きな加工度を与えて加工硬化を増大させることによりキャップ２２の剛性を高めて変形を抑制する等の対策を施す必要があり、キャップ２２の製造原価上昇及び重量増を招いていた。
【００２６】
また、レシーバ２０のキャップ２２は比較的に受圧面積が大きいため、ろう付け時のろう材の「ひけ」により、円筒部２２ｂとタンク本体２１とのろう付け面積、すなわち円筒部２２ｂとタンク本体２１の内壁との隙間に形成されるフィレットの長さＬ（図６（ａ）参照）が短くなる可能性がある。このため、フィレットの長さＬが短くなると、キャップ２２とタンク本体２１との接合強度が低下するので、内圧によりフィレットに応力が集中した際に、容易に接合部が破断するおそれがある。
【００２７】
これに対して、本実施形態では、蓋部２２ａがタンク本体２１の内方側に向けて凸となるドーム状に湾曲し、かつ、その曲率半径Ｒ１がタンク本体２１の内半径Ｒｏより大きいので、キャップ２２に内圧が作用すると、図３に示すように、蓋部２２ａの曲率半径Ｒ１が大きくなって蓋部２２ａが平らになる方向に変形する。
【００２８】
このため、蓋部２２ａの外周側、つまり蓋部２２ａと円筒部２２ｂとを繋ぐ部位２２ｄ（図参照）は、外周側であるタンク本体２１の内壁側に移動するように変形するので、キャップ２２に内圧が作用しても、フィレットを引き裂くような応力がフィレットに作用しない。
【００２９】
したがって、キャップ２２の板厚を厚くしてキャップ２２の変形を抑制する、又はキャップ２２をプレス成形する際に大きな加工度を与えて加工硬化を増大させることによりキャップ２２の剛性を高めて変形を抑制する等の対策を施さなくても、キャップ２２とタンク本体２１との接合信頼性を高めることができ、キャップ２２の製造原価低減及び軽量化を図ることができる。
【００３０】
また、図６（ａ）に示す従来構造では、蓋部２２ａ’と円筒部２２ｂとを繋ぐ部位２２ｄ’が直角であるため、円筒部２２ｂとタンク本体２１の内壁との間にフィレットが形成され難いばかりか、図６（ｂ）に示すように、フィレット表面曲率半径ｒが小さくなるため、内圧によりフィレットを引き裂くような応力がフィレット作用したとき、その作用する応力が大きくなってしまう。
【００３１】
これに対して、本実施形態では、蓋部２２ａと円筒部２２ｂとを繋ぐ部位２２ｄは、タンク本体２１の内半径Ｒｏより小さな曲率半径Ｒ２を有して湾曲しているので、図２（ｂ）に示すように、フィレット表面曲率半径ｒが従来構造品比べて大きくなるため、仮にフィレットに応力が作用しても、その作用する応力は従来構造に比べて小さくなるとともに、従来構造品に比べて大きなフィレットを形成することができる。
【００３２】
以上に述べたように、本実施形態では、従来構造と異なる新規な構造であって、しかも、タンク本体２１とキャップ２２との接合安定性を向上させることができるので、レシーバ２０の耐圧強度・耐圧信頼性を高めることができる。
【００３３】
なお、図４は本実施形態に係るレシーバ２０における、蓋部２２ａの内凹深さと、応力比及び変形後の蓋部２２ａの内凹深さと関係を示す数値シミレーション結果であり、内凹深さとは、図３に示すように、蓋部２２ａの中心における基準線からの距離であり、圧力比とは、図６（ａ）に示す従来構造品において、フィレットの長さＬを「ひけ」が無い正規長さとしたときのフィレットに発生する最大応力を１００としたものである。
【００３４】
そして、図４から明らかなように、内凹深さｄを０として蓋部２２ａの曲率半径Ｒ１を無限大とした場合、つまり蓋部２２ａを単純な平板とした場合から内凹深さｄ＝０．５ｍｍの範囲と、曲率半径Ｒ１を１６．５ｍｍとして内半径Ｒｏと等しくした場合とを除き、従来に比べて応力を小さくことが解る。
【００３５】
なお、図４から明らかなように、改良の狙いを従来比４０％とした場合
内凹深さｄは、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下、つまり曲率半径Ｒ１は内半径Ｒｏの１．３倍以上、５．３倍以下とすることが望ましいこと解る。
【００３６】
また、図５は応力比と「ひけ」の長さと関係を示す数値シミュレーション結果であり、この結果からも明らかなように、本実施形態では、「ひけ」の長さが大きくても、図６（ａ）に示す従来構造品に比べて、フィレットに発生する応力を小さくすることができる。
【００３７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、レシーバ２０に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のタンク構造にも適用することができる。
【００３８】
また、上述の実施形態では、蓋部２２ａの中心はタンク本体２１の中心軸ＣＬと直交していたが、本発明は厳密に蓋部２２ａが中心軸ＣＬに対して直交するものを意味するものでない。
【００３９】
また、本明細書で言う「ろう付け」とは、いわゆる「ハンダ付け」も含む意味である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明は実施形態に係る凝縮器の正面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ部拡大図である。
【図３】本発明は実施形態に係るキャップの変形状態を示す模式図である。
【図４】蓋部２２ａの内凹深さと、応力比及び変形後の蓋部２２ａの内凹深さと関係を示すグラフである。
【図５】応力比と「ひけ」の長さと関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）はレシーバの従来構造を示す拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。
【図７】ヘッダタンクの従来構造を示す模式図である。
【符号の説明】
２０…レシーバ、２１…タンク本体、２２…キャップ、２２ａ…蓋部、
２２ｂ…円筒部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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