(57)【要約】【課題】応力腐食割れのない鉛レス開閉弁及びそれを用いた空気調和機の提供。【解決手段】鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下であって、Ｓｎを０．８％以上含む黄銅合金で開閉弁を形成し、これを冷媒回路に設けた構成としてある。これにより、冷媒配管に介装されて使用されることにより、アンモニアの多い大気に曝露され、かつ、大気よりも温度が高くなってアンモニアと反応しやすい開閉弁であっても、応力腐食割れを防止し、かつ環境負荷を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下であって、Ｓｎを０．８％以上含む黄銅合金で形成した流体用開閉弁。
【請求項２】
開閉弁は更にＢｉを１．６％以上含有する黄銅合金で形成した請求項１記載の流体用開閉弁。
【請求項３】
鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下であって、Ｓｉを含む黄銅合金で開閉弁を形成した流体用開閉弁。
【請求項４】
冷媒回路に請求項の１〜３のいずれか１項に記載の開閉弁を設けた空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルの冷媒配管系に介装する二方弁や三方弁等の流体用開閉弁に関し、特に環境負荷を低減可能な開閉弁とそれを用いた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、冷凍サイクルを用いた機器、例えば空気調和機は、室内機と室外機を冷媒配管により接続して構成され、その冷媒回路には、配管接続後にエアーパージ及び冷媒封入するためサービスポートを有する三方弁を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は特許文献１記載の空気調和機を示し、この空気調和機は室外機１００と室内機１０１を冷媒配管１０３ａ、１０３ｂで接続して構成してあり、その冷媒配管１０３ａ、１０３ｂの接続部に二方弁１０４と三方弁１０５を介装している。そして、上記三方弁１０５のサービスポート１０６を開閉して配管接続後のエアーパージ及び冷媒封入を行っている（特許文献１の段落００４４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５０２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の空気調和機は、三方弁１０５を利用して冷媒を漏洩させることなくエアーパージすることができ、冷媒を漏出させてしまって環境に負荷を与えるようなことなく施工性することができる利点がある。
【０００６】
しかしながら、上記二方弁１０４や三方弁１０５は形状が複雑で高い精度を必要とするため、加工性の良い材料用いて構成してあり、現状では鉛を含む黄銅合金によって形成してある。この黄銅合金は、耐食性、被削性、機械的性質などの特性に優れるため複雑かつ精度の高い開閉弁には好適な材料であるが、鉛を含んでいるため開閉弁が環境負荷の大きな部品となっている。
【０００７】
そこで、上記開閉弁を、鉛含有量が１０００ｐｐｍ以下と実質的に鉛レスといえる黄銅合金製の開閉弁とすることが考えられる。
【０００８】
しかしながら、上記開閉弁を鉛レスとすると、開閉弁を構成する黄銅合金が大気中に含まれるアンモニアに反応して応力腐食割れを生じてしまう。
【０００９】
特に、冷媒配管に介装されて使用される二方弁や三方弁等の流体用開閉弁は、室外機に設けられていて、常時大気に曝露されており、この大気は犬、猫等の小動物の排泄物から発生するアンモニアに触れやすくなっているところから、前記した応力腐食割れが生じやすい。
【００１０】
また、これに加え、冷媒配管に介装されて使用される二方弁や三方弁等の流体用開閉弁は、当該開閉弁内を流れる冷媒によってその温度が６０℃程度と大気よりもかなり高くなることもあってアンモニアとの反応に対する感度が高くなり、応力腐食割れが生じやすくなる、という特殊かつ過酷な使用条件下にある。
【００１１】
そこで本発明はこのような点をも考慮して鉛レス化を推し進めなしたもので、応力腐食割れを実用レベルで防止した実質的鉛レスの流体用開閉弁及びそれを用いた空気調和機の提供を目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するため、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下であって、Ｓｎを０．８％以上含む黄銅合金で流体用開閉弁を形成してある。
【００１３】
これにより、冷媒配管に介装されて使用されることにより、アンモニアの多い大気に曝露され、かつ、大気よりも温度が高くなってアンモニアとの反応が進みやすい流体用開閉弁であっても、応力腐食割れを防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、環境負荷を低減しつつ、流体用開閉弁の応力腐食割れを防止することができ、流体用開閉弁及びこれを用いた空気調和機の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における空気調和機の冷媒回路図
【図２】（ａ）同空気調和機の室外機の外観を示す正面図、（ｂ）同室外機の配管カバーの一部を破断して示す側面図
【図３】同空気調和機の三方弁を示す断面図
【図４】同空気調和機の三方弁を示す分解断面図
【図５】本発明の試験品の試験状態を示す写真
【図６】本発明の実施の形態２における空気調和機の二方弁を示す断面図
【図７】従来の空気調和機の冷媒回路図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下であって、Ｓｎを０．８％以上含む黄銅合金で流体用開閉弁を形成してある。
【００１７】
これにより、冷媒配管に介装されて使用されることにより、アンモニアの多い大気に曝露され、かつ、大気よりも温度が高くなってアンモニアと反応しやすい流体用開閉弁であっても、応力腐食割れを防止することができる。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明において、流体用開閉弁は更にＢｉを１．６％以上含む黄銅合金で形成してある。
【００１９】
これにより、鉛レス黄銅合金としていてもＢｉによって良好な加工性を維持することができる。
【００２０】
第３の発明は、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下であって、Ｓｉを０．００１％以上（０．００１％を含まず）含む黄銅合金で流体用開閉弁を形成してある。
【００２１】
これにより、冷媒配管に介装されて使用されることにより、アンモニアの多い大気に曝露され、かつ、大気よりも温度が高くなってアンモニアと反応しやすい流体用開閉弁であっても、応力腐食割れを防止することができる。
【００２２】
第４の発明は、前記第１〜第３のいずれかの発明の流体用開閉弁を設けた空気調和機である。
【００２３】
これにより、流体用開閉弁の応力腐食割れを防止し、流体用開閉弁及びこれを用いた空気調和機の信頼性を低下させることなく環境負荷を低減させることができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における空気調和機の冷媒回路図、図２は（ａ）同空気調和機の室外機の外観を示す正面図、（ｂ）同室外機の配管カバーの一部を破断して示す側面図、図３は同空気調和機の三方弁を示す断面図、図４は同空気調和機の三方弁を示す分解断面図である。
【００２６】
図１において、本実施の形態における空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁２、冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器３、冷媒を減圧する減圧器４を有す室外機５と、冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器６を有す室内機７と、室内機７と室外機５を接続する液接続配管８、ガス接続配管９とで構成されている。そして、室外機５の上記ガス接続配管９への接続口と四方弁２との間の配管に第１の開閉弁１０が、液接続配管８への接続口と減圧器４との間の配管に第２の開閉弁１１が、それぞれ設けられている。
【００２７】
また、上記圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、減圧器４、第２の開閉弁１１、液接続配管８、室内熱交換器６、ガス接続配管９、第１の開閉弁１０を配管で環状に接続し冷媒回路を構成している。
【００２８】
上記第１の開閉弁１０は配管接続後のエアーパージ及び冷媒封入をおこなう三方弁で構成してあり、第２の開閉弁１１は二方弁で構成してある。そして、上記いずれの開閉弁１０、１１も、図２に示すように室外機５の側面に露出させて設け、配管カバー５ａによって覆っているが、地面等に近い位置で大気に曝露されるような形となっている。そして上記いずれの開閉弁１０、１１も黄銅合金を用い鍛造によって形成してある。
【００２９】
また本実施の形態による空気調和機を構成する冷媒回路には、テトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンをベース成分とし、ジフルオロメタンまたはペンタフルオロエタンまたはテトラフルオロエタンを、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した環境負荷の小さいハイドロフルオロオレフィン冷媒を使用している。具体的には、Ｒ３２等のＨＦＣ系冷媒やＨＦＯ−１２３４ｙｆ等炭素の二重結合を持つフッ化水素系冷媒の単一冷媒またはそれらを主成分とする混合冷媒を使用している。
【００３０】
冷房運転時には、四方弁２を圧縮機１の吐出側と室外熱交換器３とが連通するように切り換える。これにより、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通って室外熱交換器３に送られる。そして、外気と熱交換して放熱し、高圧の液冷媒となり、減圧器４に送られる。減圧器４では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、第２の開閉弁１１、液接続配管８を通って室内機７に送られる。室内機７では、冷媒は室内熱交換器６に入り室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。この時室内空気は冷却されて室内を冷房する。さらに冷媒はガス接続配管９を通って、室外機５に戻り、第１の開閉弁１０、四方弁２を経由して圧縮機１に戻される。
【００３１】
暖房運転時には、四方弁２を圧縮機１の吐出側と第１の開閉弁１０とが連通するように切り換える。これにより、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２、第１の開閉弁１０、ガス接続配管９を通り、室内機７に送られる。高温高圧の冷
媒は室内熱交換器６に入り、室内空気と熱交換して放熱し、冷却され高圧の液冷媒となる。この時、室内空気は加熱されて室内を暖房する。その後、冷媒は液接続配管８を通って、第２の開閉弁１１、減圧器４に送られ、減圧器４において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器３に送られて外気と熱交換して蒸発気化し、四方弁２を経由して圧縮機１へ戻される。
【００３２】
次に図２、図３を用いて、本実施の形態の空気調和機に用いている流体用開閉弁の一つである第１の開閉弁１０の構成を説明する。
【００３３】
第１の開閉弁１０は三方弁であり、その弁本体２１は、室内配管側ポート２２と、室外配管側ポート２３と、サービスポート２４と、弁棒２５が螺着される弁棒受入部２６が設けられている。
【００３４】
室内配管側ポート２２には、室内熱交換器６に接続されたガス接続配管９がフレアナット２７を介して接続され、室外配管側ポート２３には、銅管２８がフラックス剤を介してロウ付け接続されて同様に室外熱交換器３側からの配管２９（図１の冷媒回路図参照）に接続されるようになっている。
【００３５】
サービスポート２４には、バルブコア３０が挿入されておりサービスポートキャップ３１が螺着されている。通常は密封されているが、空気調和機の設置時には、このサービスポート２４から真空引きを行う。
【００３６】
弁棒受入部２６には弁棒キャップ３２が螺着してあり、弁棒受入部２６内に外部から塵埃が侵入するのを防止している。弁棒受入部２６内の弁棒２５は、図４に示すように雄ネジ部２５ａ、六角レンチ用挿入穴２５ｂ、Ｏリング２５ｃを介装する溝部２５ｄを一体に備えている。弁棒２５の雄ネジ部２５ａは、弁棒受入部２６に設けた雌ネジ部２６ａと螺合しており、六角レンチ用挿入穴２５ｂに六角レンチ（図示せず）を挿入して回転操作することにより弁棒２５を進退させ、室外配管側ポート弁座２３ａを開閉することができるようになっている。
【００３７】
上記したような構成からなる三方弁の弁本体２１は既述した通り黄銅合金を用い鍛造によって形成してあり、その黄銅合金は鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下の鉛レス黄銅合金が用いてある。
【００３８】
上記鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下とした鉛レス黄銅合金は背景技術でも述べたように大気中に含まれる開閉弁を構成する黄銅合金がアンモニアに反応して応力腐食割れを生じてしまう。
【００３９】
そこで、この発明では、開閉弁は、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下であって、Ｓｎを０．２２０％以上（０．２２０％を含まず）、好ましくは更にＢｉを１．３２０％以上（１．３２０％を含まず）含む鉛レス黄銅合金で形成してある。
【００４０】
表１は当該鉛レス黄銅合金で形成した三方弁の応力腐食割れを評価するために行ったアンモニア応力腐食割れ試験の結果を示す。
【００４１】
試験は、図５に示すように１４％のアンモニア水を入れたデシケータ内のアンモニア水上方に通気板を配置し、その上に後述する試験品を置き、当該試験品をアンモニア雰囲気中に曝露させ、７２時間放置した後、取り出して硝酸液で洗浄し目視にて観察した。観察の結果、ひび割れがないものが○、ひび割れがあるものは×である。なお、アンモニア水の上面と通気板との距離ｔは約１００ｍｍであり、試験品はアンモニア水と非接触の状態
である。
【００４２】
また、試験品は図２に示す三方弁で、室内配管側ポート２２と、サービスポート２４と、弁棒受入部２６の各部寸法と締め付けトルクは表２の通りである。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
【表２】
2017110265.tif 000004
【００４５】
なお、応力腐食割れとしては締め付けトルクが大きい室内配管側ポート２２部分ならびにフレアナット２７が最も過酷な条件となっているため、この室内配管側ポート２２部分ならびにフレアナット２７の結果で評価した。
【００４６】
この試験結果から、鉛の含有量を１０００ｐｐｍ以下とした鉛レス黄銅合金であっても、Ｓｎを０．８％以上、好ましくは１．０５０％以上含む黄銅合金とすれば応力腐食割れを防止できることがわかる。
【００４７】
これにより、冷媒配管に介装されて使用される二方弁や三方弁等の流体用開閉弁、すなわち、アンモニアの多い大気に曝露され、かつ、大気よりも温度が高くなってアンモニアと反応しやすい流体用開閉弁であっても、応力腐食割れを防止することができる。
【００４８】
また、この実施の形態で示したようにＲ３２等のＨＦＣ系冷媒やＨＦＯ−１２３４ｙｆ等炭素の二重結合を持つフッ化水素系冷媒の単一冷媒またはそれらを主成分とする温暖化係数の低い冷媒を用いた空気調和機にあっては、圧縮機による冷媒圧縮圧が高く、従来の例えば４１０Ａ冷媒を用いた空気調和機に使用している開閉弁に比べ高い圧縮応力を受けることになっても強力に応力腐食割れを防止することができる。従って、上記低温暖化係数冷媒の採用と鉛レス黄銅合金製開閉弁の使用とによって環境負荷を大きく軽減することができる。
【００４９】
なお、Ｓｎは過剰に含有すると鋳造品内部に巣が発生し、切削加工性を低下させ、或いは伸びを低下させるので、２．５％以下、好ましくは２．０％以下にするのが良い（Ｓｎ：０．２２０％以上（０．２２０％を含まず）〜２．５％以下）。
【００５０】
また、Ｂｉは１．３２０％以上（１．３２０％を含まず）、好ましくは１．８９０％以上にすればよい。このＢｉは切削性を向上させる特性を持つので、これを含有させることによって鉛レス黄銅合金としたことによって生じる切削等の加工性の悪化を抑制することができ、これにより複数のポートを有していてそのポート内外周にネジを形成する開閉弁の生産性を高めることができ、好ましい。このＢｉは過剰に含有すると、引張強さ、伸びを低下させるので、２．１２０％未満にするのが好ましい（Ｂｉ：１．３２０％以上（１．３２０％を含まず）〜２．１２０％未満）。
【００５１】
なお、上記試験で用いた鉛レス黄銅合金は、表１に示すようにＣｕが５８．３００％〜６１．７２０％で、Ｓｎが０．２２０％〜１．０５０％以下、Ｂｉが１．３２０％以上（１．３２０％を含まず）〜２．１２０％未満で、残部がＺｎと不純物からなっているが、Ｃｕは加工性等の観点から５９．５００％以上（５９．５００％を含まず）が良く、６６．００％までよいものである（Ｃｕ：５９．５００％以上（５９．５００％を含まず）〜６６．００％以下）。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施の形態は、鉛の含有量を１０００ｐｐｍ以下として応力腐食割れを抑制した鉛レス黄銅合金製開放弁の他の例を示す。
【００５３】
この開閉弁の鉛レス黄銅合金は、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下であって、Ｓｉを含有する、好ましくはＳｉを０．００１％以上、より好ましくはＳｉを３．０６０％以上含む黄銅合金で開閉弁を形成してある。
【００５４】
表３は当該鉛レス黄銅合金で形成した三方弁の応力腐食割れを評価するために行ったアンモニア応力腐食割れ試験の結果を示す。
【００５５】
試験は、実施の形態１の場合と同様１４％のアンモニア水を入れたデシケータ内に通気板を配置し、その上に後述する試験品を置き、当該試験品をアンモニア雰囲気中に曝露させ、７２時間放置した後、取り出して硝酸液で洗浄し目視にて観察した。観察の結果、ひび割れがないものが○、ひび割れがあるものは×である。なお、アンモニア水の上面と中板との距離ｔは約１００ｍｍであり、試験品はアンモニア水と非接触の状態である。
【００５６】
また、試験品は図２に示す三方弁で、室内配管側ポート２２と、サービスポート２４と、弁棒受入部２６各部の寸法と締め付けトルクは前記実施の形態１で説明した前記表２の通りである。
【００５７】
【表３】
2017110265.tif 000005
【００５８】
なお、この実施の形態においても、応力腐食割れとしては締め付けトルクが大きい室内配管側ポート２２部分ならびにフレアナット２７が最も過酷な条件となっているため、この室内配管側ポート２２部分ならびにフレアナット２７の結果で評価した。
【００５９】
この試験結果から、鉛の含有量を１０００ｐｐｍ以下とした鉛レス黄銅合金であっても、Ｓｉを０．００１％以上、より好ましくはＳｉを３．０６０％以上含む黄銅合金とすれば、Ｓｉが耐応力腐蝕割れ性を改善するので応力腐食割れを防止できる。なお、上記Ｓｉは耐応力腐蝕割れ性を改善するとともに被削性も改善するのであるが、４．０％以上になるとそれに見合う被削性改善効果が得られなくなるので、４．０％未満までとするのが好ましい（Ｓｉ：０．００１％以上〜４．０％未満）。
【００６０】
これにより、前記実施の形態１と同様、冷媒配管に介装されて使用される流体用開閉弁、すなわち、アンモニアの多い大気に曝露され、かつ、大気よりも温度が高くなってアンモニアと反応しやすい流体用開閉弁であっても、応力腐食割れを防止することができる。
【００６１】
なお、上記試験で用いた鉛レス黄銅合金は、表３から明らかなようにＣｕが５９．０６０％〜７５．１７０％、Ｓｉが０．００１％以上（換言すると少なくともＳｉを含有している）〜３．０６０％以上で、残部がＺｎと不純物からなっており、Ｓｉが３．０６０％以上であればＣｕの含有量は７９％までよく、好ましくは７５．１７０％までがよい（Ｃｕ：５９．０６０％以上（５９．０６０％を含まず）〜７９％以下）。
【００６２】
（実施の形態３）
図６は実施の形態３における流体用開閉弁を示し、この流体用開閉弁は二方弁である。この二方弁は室内配管側ポート２２と、室外配管側ポート２３と、弁棒２５が螺着される弁棒受入部２６を備えている。
【００６３】
室内配管側ポート２２には、室内熱交換器６に接続された液接続配管８がフレアナット２７を介して接続され、室外配管側ポート２３には、銅管２８がフラックス剤を介してロウ付け接続されて同様に室外熱交換器３側からの配管２９ａ（図１の冷媒回路図参照）に接続される。
【００６４】
この二方弁もこれを構成する黄銅合金は実施の形態１で説明した鉛レス黄銅合金、或いは実施の形態２で説明した鉛レス黄銅合金で形成してある。
【００６５】
したがって、前記実施の形態１あるいは実施の形態２と同様の作用効果を奏することになる。
【００６６】
以上、本発明に係る流体用開閉弁及びこれを用いた空気調和機について、上記実施の形態を用いて説明してきたが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、今回
開示された実施の形態は一例であって制限的なものではないと考えられるべきである。つまり、本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６７】
なお、上記空気調和機とは、冷凍サイクルを搭載した機器を指すものであり、一般的なエアコンはもとより、除湿機、ヒートポンプ給湯機等の機器も含むことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、上記説明から明らかなように、鉛レス黄銅合金であっても応力腐食割れのない流体用開閉弁とこれを用いた空気調和機を提供することができ、流体用開閉弁や空気調和機を含む、冷凍サイクルを搭載した機器の信頼性を低下させることなく環境負荷を低減させることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  圧縮機
２  四方弁
３  室外熱交換器
４  減圧器
５  室外機
６  室内熱交換器
７  室内機
８  液接続配管
９  ガス接続配管
１０  第１の開閉弁（流体用開閉弁）
１１  第２の開閉弁（流体用開閉弁）
２１  弁本体
２２  室内配管側ポート
２３  室外配管側ポート
２４  サービスポート
２５  弁棒
２６  弁棒受入部
２７  フレアナット
２８  銅管
２９、２９ａ  配管
３０  バルブコア
３１  サービスポートキャップ
３２  弁棒キャップ
【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】
2017110265.tif 000010
【図６】
2017110265.tif 000011
【図７】
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