(57)【要約】【課題】  温度作動弁の動作設定温度と使用温度が接近した状態で長時間使用した場合の低融点合金部の変形を抑制する。【解決手段】  高圧側と低圧側の間に貫通孔を有し、該貫通孔に低融点合金が充填されてなる、温度の上昇により作動し容器等の内部の流体を高圧側から低圧側へ流出させる温度作動弁において、容器等の内部で流体と接触する低融点合金の面に、金属層と耐熱性ポリマー層からなる積層体を接着させた構造を有することを特徴とする温度作動弁。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧側と低圧側の間に貫通孔を有し、該貫通孔に低融点合金が充填されてなる、温度の上昇により作動し容器等の内部の流体を高圧側から低圧側へ流出させる温度作動弁において、容器等の内部で流体と接触する低融点合金の面に、金属層と耐熱性ポリマー層からなる積層体を接着させた構造を有することを特徴とする温度作動弁。
【請求項２】
金属層と耐熱性ポリマー層からなる積層体のはんだ耐熱温度が２００℃以上である請求項１記載の温度作動弁。
【請求項３】
耐熱性ポリマー層が、ポリイミド層または液晶ポリマー層である請求項１又は２記載の温度作動弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度の上昇により弁が開放となる構造を有する温度作動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度作動弁は、冷凍装置の圧力容器に用いられる安全弁や、火災などの温度上昇により自動的に作動し、水を噴射するスプリンクラー弁、また、高圧ガスや液化ガスなどの容器に取り付けて温度の異常上昇による容器破裂を防止するための安全弁などに用いられている。とりわけ貫通孔に低融点合金が充填された、通常温度では完全に流体を遮断しながら、温度が上昇すると低融点合金が融解することで作動する温度作動弁（可溶栓とも言う）は、機械的あるいは電気的な作動による弁と比較して、単純な構造であり信頼性も高い。このため、弁の閉止機能が不要で信頼性が重視される用途において広く用いられている。
【０００３】
冷凍装置の圧力容器に用いられる温度作動弁を例にして更に説明する。冷凍装置は、圧縮機、温度作動弁を備えた圧力容器、膨張弁、及び熱交換器を順次接続して冷凍サイクルが構成されている。この冷凍装置では、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒ガスが、圧力容器内で空気或いは水などと熱交換して凝縮され、高温高圧の液体冷媒となり、更に膨張弁に送られて減圧され、低温低圧の液ガス混合冷媒となって熱交換器に送り込まれる。熱交換器では冷却対象となる水等と熱交換して、冷媒は気化し、圧縮機で圧縮され、再び高温高圧のガス冷媒となる循環装置である。
【０００４】
このような圧力容器の側壁には、何らかの原因で当該圧力容器内の冷媒温度が上昇したとき、当該圧力容器内の冷媒を外気中に放出することによって、圧力容器の破裂を未然に防止する安全装置として可溶栓が取り付けられている。
【０００５】
冷凍装置の動作中は、圧力容器の内部空間に晒されている温度作動弁の低融点合金の面には、高温高圧の冷媒が乱流状態で接触しながら流れている。この冷媒の圧力は、通常３０ｋｇ／ｃｍ2前後である。しかも、この冷媒の圧力及び温度は、冷凍機運転中不規則な変化を繰返しているため、何らかの原因で圧力容器内の冷媒温度が上昇すると、低融点合金が軟化融解し、温度作動弁が貫通することで、圧力容器内の冷媒（高温高圧ガス）が外部に放出されて、圧力容器の破裂が未然に防止される。
【０００６】
しかし、この低融点合金面は、冷媒の不規則な圧力や温度の変化による力や熱が常に作用するため、時として、動作設定温度以下の環境においても、比較的短期間で低融点合金が変形し、更には、動作設定温度以下で低融点合金が破断するなどして、冷媒が漏れ出してしまうこと等が懸念されていた。
【０００７】
この様な低融点合金の変形、破断の現象は、低融点合金の融点と温度作動弁の使用温度が近い場合には共通して懸念される問題である。また、気温、直射日光、機械等からの排熱などの影響を受けやすい一般的環境で使用される温度作動弁で、より融点の低い低融点合金を用いた動作温度設定の低い温度作動弁では、この現象はさらに問題である。
【特許文献１】特開２００２−２８６１３８号公報
【特許文献２】特開平１０−１８４９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、低融点合金の変形、破断の現象を防止した温度作動弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、この低融点合金の変形、破断を防止するために鋭意検討した結果、低融点合金が圧力を受ける流体側の面に、金属層と耐熱性ポリマー層からなる積層体を接着させることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
即ち、本発明は、高圧側と低圧側の間に貫通孔を有し、該貫通孔に低融点合金が充填されてなる、温度の上昇により作動し容器等の内部の流体を高圧側から低圧側へ流出させる温度作動弁において、容器等の内部で流体と接触する低融点合金の面に、金属層と耐熱性ポリマー層からなる積層体を接着させた構造を有することを特徴とする温度作動弁である。尚、金属層と耐熱性ポリマー層からなる積層体は、はんだ耐熱性が２００℃以上であることが好ましく、また耐熱ポリマー層はポリイミド層または液晶ポリマー層であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の温度作動弁は、弁の動作設定温度と使用温度が接近した状態で長時間使用しても低融点合金部に変形は起こらず、高圧側の流体が漏れ出る懸念が少ない。さらに、低融点合金に含まれる鉛等の有害な重金属溶出による流体の汚染が少ない利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明は、高圧側と低圧側の間に貫通孔を有し、該貫通孔に低融点合金が充填されてなる、温度の上昇により作動し容器等の内部の流体を高圧側から低圧側へ流出させる温度作動弁であって、容器等の内部で流体と接触する低融点合金の面に、金属層と耐熱性ポリマー層からなる積層体を接着させた構造を有することを特徴とする温度作動弁である。
【００１４】
金属層と耐熱性ポリマー層からなる積層体を接着させた構造を有する温度作動弁を製造する際には、金属箔と耐熱性ポリマーからなる積層体を低融点合金に接着することが好ましい。金属箔と耐熱性ポリマーからなる積層体は、例えば金属箔に耐熱性ポリマーフィルムをラミネートすることや、金属箔に耐熱ポリマーのワニスをキャストし、乾燥することにより製造することができる。
【００１５】
金属箔と耐熱性ポリマーからなる積層体としては、はんだ耐熱温度が、２００℃以上、好ましくは２４０℃以上を持つものである。上限は、特に制限されないが、取り扱い易さ等を考慮した場合、好ましくは４５０℃以下である。
【００１６】
本発明におけるはんだ耐熱温度とは、電気加熱式で規定された温度に調節保持できるはんだ槽に、はんだを溶融保持し、これに所定時間、サンプルを浮かせた後、膨れ、剥がれを目視で確認する方法において、膨れ剥がれの無い最低温度をはんだ耐熱温度と定義した。一般的に、この値を求めるためのフロート時間は10秒程度であり、これらの試験方法はJIS C5012に定めがあって、この方法に準じて求めることが好ましい。
【００１７】
金属箔と耐熱性ポリマーからなる積層体の好ましい具体例としては、耐熱性ポリマー部分がポリイミド、または液晶ポリマー等である金属箔との積層体が挙げられる。
【００１８】
ポリイミドとは、ポリマー鎖中にイミド結合を有するポリマー全般を指し、特に限定されない。具体的には、ポリイミド樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂などが挙げられるが、このうち、芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとの脱水縮合により得られる芳香族ポリイミドが好適であり、公知のものが使用可能である。
【００１９】
液晶ポリマーとは、剛直なポリマー骨格を持ち、溶融状態でも分子の絡み合いがなく、僅かな剪断力で一方向に配向し、これを冷却すると分子が配向したまま固化するものであり、具体例としては下記に示すような構造を有する芳香族ポリエステル系ポリマーが挙げられるが、上記のような性質を有するものであれば特に限定されない。
【００２０】
【化１】
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【００２１】
【化２】
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【００２２】
【化３】
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【００２３】
市販品されている使用可能なポリマーとしては、ロッドラン（ユニチカ株式会社、登録商標）、ノバキュレート（三菱化学株式会社、登録商標）、出光LCP（出光石油化学株式会社）、スミカスーパーＬＣＰ（住友化学工業株式会社、登録商標）、ザイダー（新日本石油化学株式会社、登録商標）、エコノール（東ソー株式会社、登録商標）、ベクトラ（ポリプラスチックス株式会社、登録商標）、ＵＥＮＯ  ＬＣＰ（上野製薬株式会社、登録商標）、ゼナイト（デュポン、登録商標）、シベラス（東レ株式会社、登録商標）等が挙げられる。
【００２４】
金属層と耐熱ポリマー層の厚みは任意に選択可能である。但し、厚すぎると低融点合金が融解後も積層フィルム単独で流体の圧力を支えることもあるため、その場合は温度作動弁本来の機能が損なわれてしまう。積層体全体の厚みは概ね６０μｍ以下が好ましく、金属層および耐熱性ポリマーフィルム層の厚みは、それぞれ３０μｍ以下が好ましい。好ましくは、金属層の厚みは５μｍ〜３０μｍであり、より好ましくは５μｍ〜２０μｍである。また、耐熱ポリマー層の厚みは好ましくは５μｍ〜３０μｍであり、より好ましくは１０μｍ〜３０μｍである。なお、この厚みはあくまで目安であり、流体圧力によって好ましい厚み範囲は異なる。金属層に用いる金属種としては、特に制限はなく、好ましい例として銅、またはステンレス等が挙げられる。
【００２５】
金属層と耐熱性ポリマー層からなる積層体と低融点合金との接着は、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤など一般的な接着剤での接着が可能である。また、温度作動弁を作動温度以上、即ち低融点合金の融点以上に加熱し、融解状態の低融点合金とラミネートフィルムの金属面を、フラックスを用いて接触させ、そのまま温度を下げることでも接着可能である。
【００２６】
貫通孔に充填されている低融点合金は、好ましくは融点が４０℃〜２００℃程度の多元系合金である。代表的には錫−鉛合金、ビスマス−鉛−錫合金、ビスマス−鉛−錫−カドミウム合金、ビスマス−鉛−錫−インジウム合金、ビスマス−鉛−錫−カドミウム−インジウム合金などが挙げられ、これら公知のものが使用可能である。
【００２７】
以上が本発明の実施形態であるが、従来の温度作動弁に積層体を接着するだけの簡単な方法で本発明の温度作動弁を実施することが可能である。以下、本発明を実施例にて更に詳しく説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１に示す構造の温度作動弁の流体接触面３にポリイミドフィルムと銅薄層からなる積層体を接着し、これに温度と圧力をかけた状態で長時間保持し、低融点合金部の変形を観察した。積層体には、三井化学株式会社製のポリイミド層１３μｍ、銅薄層１８μｍからなる全厚３１μｍのラミネートフィルム（商品名：ネオフレックス（登録商標））（はんだ耐熱温度４００℃）を用いた。ラミネートフィルムは温度作動弁の低融点合金側面の形状に合わせて加工しておいた。
【００２９】
図１に示す温度作動弁には低融点合金として、融点が約６０℃のビスマス−鉛−錫−インジウム系合金が充填されている。融解した低融点合金が流れ出ない様にしながら、温度作動弁を９０℃まで加熱し、ラミネートフィルムの銅薄層側と融解した低融点合金を接触させ、そのまま冷却した。片端にストップ弁と圧力ゲージ、片端に前記で用意した温度作動弁を取り付けた内容積５０ｃｃのステンレス製耐圧容器を５本用意し、各々に１０ｃｃの純水を入れた後、窒素ガスを充填し、内圧を５ＭＰａにした。これを５０℃の温水に温度作動弁側を下にして浸し、２８日間放置し、その後、開放して温度作動弁と内容水の分析を行った。温度作動弁の変形は、試験開始前の流体接触面３が試験後にどの程度温度作動弁内に沈み込んでいるか偏差を計測し、０．５ｍｍ以上であった場合を変化有り（×と標記）、それ未満であった場合を変化なし（○と標記）と評価した。
【００３０】
また、内容水の分析はＩＣＰマススペクロルメトリーで行い、鉛成分が１ｐｐｍ以上検出された場合を溶出有り（×と標記）、それ未満であった場合は溶出僅少（○と標記）と評価した。この結果を実施例２〜４、比較例１〜２の結果と共に表１に記載した。
【実施例２】
【００３１】
ラミネートフィルムに、三井化学株式会社製のポリイミド層１３μｍ、銅薄層１２μｍからなる全厚２５μｍのラミネートフィルム（商品名：ネオフレックス（登録商標））（はんだ耐熱温度２６０℃）を用い、低融点合金には融点が約７０℃のビスマス−鉛−錫−カドミウム系合金を用いた他は実施例１と同様の方法で温度作動弁を作成し、温水温度を６０℃とした他は実施例１と同様の方法で試験を行った。
【実施例３】
【００３２】
ラミネートフィルムに、三井化学株式会社製のポリイミド層２５μｍ、ステンレス薄層３０μｍからなる全厚５５μｍのラミネートフィルム（商品名：ネオフレックス（登録商標））（はんだ耐熱温度２６０℃）を用いた他は実施例１と同様の試験を行った。
【実施例４】
【００３３】
ラミネートフィルムに、ジャパンゴアテックス株式会社製の液晶ポリマー層２５μｍ、銅薄層１２μｍからなる全厚３７μｍのラミネートフィルム（商品名ＢＩＡＣ(R)  ＣＣ）（はんだ耐熱温度２８０℃）を用いた他は実施例１と同様の試験を行った。
【００３４】
比較例１
図１に示す構造の温度作動弁にラミネートフィルムを接着せずそのまま使用した他は実施例１と同様の試験を行った。
【００３５】
比較例２
図１に示す構造の温度作動弁にラミネートフィルムを接着せずそのまま使用した他は実施例２と同様の試験を行った。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
実施例および比較例から明らかな様に、温度作動弁の流体に接する低融点合金面に金属薄層と耐熱ポリマー層からなる積層体を接着するだけで、弁の動作設定温度と使用温度が接近した状態で長時間使用した場合に起こる低融点合金部に変形が抑制され、更には低融点合金の重金属成分の溶出も抑制されることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
冷凍装置のほか、屋外などの温度条件の厳しい場所で使用または保管される高圧ガスや液化ガスの容器の安全弁として、また、スプリンクラー栓では配管内の水が重金属汚染される可能性も低減されるなど、応用範囲は広い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の温度作動弁の一例を示す。
【符号の説明】
【００４０】
１    低融点合金
２    温度作動弁本体
３    流体接触面（ラミネートフィルム接着面）
【図１】
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