JP3681060B2 - 可溶栓、その製造方法及びこれを備えた冷凍装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍装置の安全装置として用いられる可溶栓、可溶栓の製造方法及びこれを備えた冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、冷凍装置の一例を示すものである。この冷凍装置は、高圧側の圧力容器として構成された圧縮機１、凝縮器２、液溜３、膨張弁４、及び熱交換器５を順次接続して冷凍サイクルを構成している。凝縮器２と液溜３の内部はほぼ同じ圧力、温度を示す。凝縮器２の側壁又は液溜３には、何らかの原因で内部の冷媒温度・圧力が上昇したときに、低融点金属をからなる栓部材６が軟化溶融し、圧力容器としての凝縮器２及び液溜３内の冷媒を外気中に放出することにより凝縮器２及び液溜３の破裂を未然に防止する安全装置として、可溶栓７が取り付けられている。
【０００３】
図２及び図３は、この可溶栓７として、従来一般的に使用されているものの概略構造を示す。すなわち、図２はこの可溶栓７の斜視図的な模式説明図であり、図３は、凝縮器（以下の説明においては凝縮器又は圧力容器と称する）２又は液溜５に取り付けられた状態における図２記載の可溶栓７の断面図である。
【０００４】
これら図に示されるように、可溶栓７は、凝縮器（圧力容器）２の内外を導通する逃がし穴６ａ、凝縮器又は液溜への取り付けネジ部６ｂ、及び凝縮器２又は液溜３への取り付け時の当たりを構成する鍔部（がくぶ）６ｃを有する本体６と、この本体６における前記逃がし穴６ａを閉塞するように保持された栓部材８とからなる。この栓部材８は、逃がし穴６ａ内に溶融した低融点金属を流し込み、この低融点金属を逃がし穴８a内で冷却固化することにより固着保持されたものである。
【０００５】
この冷凍装置にあっては、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器２で空気あるいは水と熱交換して凝縮され、高温高圧の液冷媒となり、その一部は液溜３に溜められる。この液冷媒は、膨張弁４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５に流入する。そして、この熱交換器５で、水等の冷却対象物と熱交換して、気化した後、再び圧縮機１で圧縮され、高温高圧のガス冷媒となり再び冷媒回路内に循環される。
【０００６】
このとき、栓部材８の凝縮器（圧力容器）２又は液溜３の空間にさらされている面（以下受圧面という）８ａには、高温高圧の冷媒が連流状態で接触しながら流れている。この冷媒の圧力Ｐ（この圧力は、図３に矢印をもって示すように、受圧面８ａに対して直角方向に作用する）は冷媒によって決まっており、かつ、この冷媒の圧力Ｐ及び温度は、冷凍機運転中不規則な変化を繰り返している。従って栓部材８は、受圧面８ａに不規則な変化をする圧力が作用し、さらに、不規則な温度変化をする冷媒により不規則に加熱されているため、比較的短時間でクリープを生じ、栓部材８の一部が本体６の外部に露出したり（“飛び出し”と称する）、さらには動作設計温度以下で図示Ｌの方向に栓部材９が飛び出して冷媒漏れ（“気密漏れ“と称する）が発生するなどのことが懸念されていた。
【０００７】
また従来の冷凍装置の可溶栓は、冷凍保安規則関係基準（経済産業省令）並びにＪＩＳ Ｂ８２０４に基づいて、使用冷媒に合わせて各社各様の設計が行われている。
冷凍装置に用いられる冷媒は、世界的なオゾン破壊物質への規制から、オゾン破壊係数ゼロのＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ，Ｆｌｕｏｒｏ−Ｃａｒｂｏｎｓ）系冷媒への代替えが進んでいる。
【０００８】
ここで冷凍装置に用いられる可溶栓は、前記関係基準並びにＪＩＳ Ｂ８２０４に従いながら、「冷媒の使用温度より高い固相線温度を有し、かつ臨界温度よりも低い液相線温度を有する」合金を低融点合金として、可溶栓本体に充填することが一般的に行われているが、これらは可溶栓の動作温度が７５℃以下の場合であって、これを越える場合には別の条件を満たさなければならず、信頼性及びコスト的に不利となる。
【０００９】
しかしＲ４０４Ａの他、現在冷媒として有望視されている冷媒として挙げられている、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ５０７Ａ等は、すべて臨界温度が７５℃以下であり、かつ冷媒の使用温度が５７℃以上となり得るものである。
【００１０】
冷凍装置に用いられる可溶栓は、冷媒により冷凍装置の設計圧力及び冷媒の臨界温度が異なるため、冷媒が切り替わった場合はその動作温度を再設計する必要がある。なお、冷凍装置の設計圧力とは、先に述べた関係基準に従うものであり、一定の型式に対し、冷媒選定と同時にほぼ一意的に決定されるものである。
【００１１】
例えば次世代のＨＦＣ系冷媒として有望視されているものの一つであるＲ４０４Ａ（ＨＦＣ１２５、ＨＦＣ１４３及びＨＦＣ１３４ａの混合冷媒）を選定した空気調和用冷凍装置の場合、その設計圧力は約３ＭＰａ（この圧力における冷媒の飽和温度は約６３℃）であり、このＲ４０４Ａの臨界温度は約７２℃である。この場合使用温度と臨界温度との差は９℃しかない。
【００１２】
表１に冷凍保安規則関係基準（経済産業省令）から推測したＲ２２（ＨＣＦＣ系）、Ｒ４０４Ａ（ＨＦＣ系）、アンモニア（自然冷媒）の推定使用温度（圧力）と、推定臨界温度（圧力）を示す。
【表１】
【００１３】
冷媒の使用温度と臨界温度との差が比較的小さい場合には、臨界温度以下で可溶栓が作動する動作性と、冷媒の使用温度及び使用圧力下で作動しない非動作性（耐クリープ性と称する）とを両立させることが困難であり、これを実現するために、可溶栓に用いる低融点合金として、１３．５重量％の錫（Ｓｎ）、２７重量％の鉛（Ｐｂ）、５０重量％のビスマス（Ｂｉ）、９．５重量％のカドミウム（Ｃｄ）を含有する合金等の如く、有毒物質であるＣｄやＰｂを含有する合金を安易に選択する傾向があった。
【００１４】
しかしながら、Ｃｄの有害性は古くから知られており、その使用は廃棄も含めて規制されている。また、最近Ｐｂの有害性についても問題になってきており、世界的にその使用についての規制が検討されている。
【００１５】
ところが、有害物質であるＣｄ、Ｐｂを含まない合金においては、その反応形態の詳細が未だ明確になっていないため、使用する合金系によっては、低温溶融相が出現して、通常の冷凍装置運転条件で軟化するものがあり、可溶栓に適用した場合に所定温度以下で誤作動する虞がある。
【００１６】
有害物質であるＣｄ、Ｐｂを含まない合金の例として、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ系合金の公知例がある。例えば、特開平８−１５４０９３号公報には、電子部品を実装するためのはんだ材として、被接合材の耐熱温度以下の液相線温度を有するＩｎ−Ｂｉ−Ｓｎ系合金が開示されている。しかし、この合金はあくまでも電子部品とプリント基板等との接合を考慮したものに過ぎない。
【００１７】
本発明者らは、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ系合金を上記可溶栓へ適用すべく検討を行い、特許出願を行った。
具体的には、５７℃以上６５℃以下の温度範囲で使用し、７５℃以下の臨界温度を有する冷媒を封入した冷凍装置に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、前記冷凍装置の内外を貫通する逃がし穴を有する本体と、前記逃がし穴を閉塞するように前記逃がし穴に固定された、低融点金属とからなる栓部材とを備え、前記低融点金属の構成が、Ｓｎ：Ｘ重量％、Ｉｎ：Ｙ重量％、残部ＢｉからなるＸＳｎ−ＹＩｎ−（１００−Ｘ−Ｙ）Ｂｉであり、４≦Ｘ≦１０、５６≦Ｙ≦６３であることを特徴とした可溶栓である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、冷媒については今後オゾン破壊係数ゼロなだけでなく、地球温暖化係数もゼロであるアンモニア等自然冷媒に置き換わる可能性が高く、これについては５７℃以上６５℃以下の温度範囲で使用するとは限らず、また７５℃以下の臨界温度を有するとも限らない。
【００１９】
また上記発明において同一組成の低融点金属を用いて、同一製造プロセスで可溶栓を製造しても、低融点金属の充填プロファイルのばらつきによって凝固組織が変化し、これによって耐クリープ性（ここでは気密漏れ発生までの時間ではなく、飛び出し発生までの時間を称することとする）がばらつく。これによって気密性もばらつく可能性が高くなり、より均一な凝固組織を有する、より均質な上記冷媒対応の可溶栓が望まれていた。さらにこのため低融点金属の許容組成ばらつき範囲も非常に小さく、低融点金属材料管理を厳しくする必要があるため、原材料がコスト高になっていることが問題であった。
【００２０】
本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、その目的とすることころは、様々な冷媒に対応可能で、有害物質であるＣｄやＰｂを含まず、耐クリープ性ばらつきの小さい、次世代冷媒に対応した可溶栓とその製造方法及びそれを備えた冷凍装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、先の発明をベースに研究を重ね、ＢｉとＩｎとＳｎを主成分として低融点金属を作製し、組成及びこれを充填する時のプロセスを制御することにより、様々な冷媒に対応した可溶栓及びそれを備えた冷凍装置を提供することが可能であることを見出した。
【００２２】
請求項１に記載の発明は、冷凍装置の内外を貫通する逃がし穴を有する本体と、前記逃がし穴を閉塞するように前記逃がし穴に固定された低融点金属とからなる栓部材とを備え、前記低融点金属が、前記冷凍装置に備えている冷媒の使用温度以上の固相線温度を有し、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）からなり、上記低融点金属のビスマス（Ｂｉ）の含有量が４０重量％以上５０重量％以下で、インジウム（Ｉｎ）の含有量が３０重量％以上４５重量％以下で、残部がスズ（Ｓｎ）であることを特徴とする可溶栓である。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、上記低融点金属に金属微粒子を添加したことを特徴とする可溶栓である。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、上記金属微粒子がＡｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｐのうち、少なくとも１種以上の物質からなることを特徴とする可溶栓である。
請求項４に記載の発明は、上記冷媒が、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ及びＲ５０７Ａからなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする可溶栓である。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、冷凍装置の内外を貫通する逃がし穴を有する本体と、前記逃がし穴を閉塞するように前記逃がし穴に固定された低融点金属とからなる栓部材とを備える請求項１〜３のいずれかに記載の可溶栓を製造する方法であって、前記逃がし穴に、前記低融点金属からなる栓部材を充填する際に、充填完了時の前記低融点金属の温度が、前記低融点金属の液相線温度以上で、充填完了後の冷却速度を５０°Ｃ / 分以下とすることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項６に記載の発明は、圧縮機、凝縮器、液溜、膨張弁、熱交換機から構成され冷媒を循環する冷凍装置であって、液溜及び凝縮器の少なくともいずれか一方に請求項１〜４のいずれかに記載の可溶栓を備えたことを特徴とする冷凍装置である。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、上記冷媒として７５°Ｃ以下の臨界温度を有するものを用いることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項８に記載の発明は、上記冷媒として５７°Ｃ以上６５°Ｃ以下で使用し得るものを用いることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、上記冷媒として、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ５０７Ａの少なくとも一つを用いたことを特徴とするものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、表を参照しながら説明するが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではない。
以下の実施例において、動作性及び耐クリ−プ性の試験は、以下の方法で行なった。
（試験用可溶栓の調製）
各可溶栓は、動作性及び耐クリ−プ性の試験のため、可溶栓７の圧力容器側８ａ（図３参照）に、圧力計及び減圧弁を備えた窒素ボンベを配管により接続し、この圧力計の目盛りが３ＭＰａの圧力を指したところで前記配管を封じ切り、栓部材８にこの圧力（３ＭＰａ）が作用する状態とした。
（温度制御）
温度制御は、水温可変の水槽を用いた。また、水温可変の水槽は、幅約３００ｍｍ、長さ約５００ｍｍ、高さ約２５ｍｍの大きさであって、その内部の水温度を任意に可変としたものである。
【００３４】
（動作性の試験）
動作性の試験は、上記のように圧力をかけた可溶栓を所定水温に保った前記水槽に１分間漬け、気泡が観察されれば動作したものと判断し、気泡が観察されなければ動作しなかったと判断した。そして、動作設計温度以下の温度で動作したときは合格の印として○、動作しなかったときは不合格の印として×とした。
【００３５】
（耐クリープ性の試験）
また、耐クリープ性の試験は、上記の圧力をかけた可溶栓を所定水温に保った水槽に所定時間漬け、気泡若しくは低融点金属の飛び出しが観察されれば動作したものと判断し、観察されなければ動作しなかったと判断した。そして目標温度で動作しなければ合格とし、動作したときは不合格とした。試験時間は最高２０００時間としたが、５００時間をクリアしたものを合格とした。各組成１０個ずつ試験を行い、全て合格の場合のみ○とした。
【００３６】
なお、試験は、可溶栓を複数個ずつ用意し、１つの可溶栓につき上記動作性又は耐クリープ性の試験をいずれか１回限り行い、窒素ガス圧力が栓部材８に繰り返し作用することによる栓部材８の強度への影響を回避した。
【００３７】
（固相線・液相線温度）
示差熱分析により得られた曲線において、昇温時に得られた最初のピークの最低温側の端部の温度を固相線温度とし、冷却時に得られた最初のピークの最高温側の端部の温度を液相線温度とした。
【００３８】
実施の形態１．（実施例１〜３）
（可溶栓の製造）
可溶栓は、２５０℃まで加熱した銅製可溶栓本体６を石膏ボードの上に置き、２ｍｍφ×３００ｍｍの表２に示す組成、固相線温度、液相線温度の低融点金属棒の先端にフラックスを塗布し、可溶栓本体内壁に低融点金属棒を接触させることにより充填した。
得られた可溶栓の動作性及び耐クリ−プ性を測定した。動作性試験の温度は７１℃、耐クリ−プ性は６３℃で評価した。その結果、表２に示すように動作性及び耐クリープ性ともに合格することを確認した。
【００３９】
【表２】
【００４０】
この他の、ＨＣＦＣ系、ＨＦＣ系、自然冷媒の推定使用温度（圧力）、推定臨界温度についても同様に、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｎ比を調整して検討を行ったが、Ｈ2Ｏ（水）とＣＯ2（二酸化炭素）以外の全ての冷媒に対して、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｎの有効量を、冷媒使用温度以上固相線温度を有する有効量とすることが可能であり、これを行うことによって動作性、耐クリープ性を満足し得る合金が設計できることを確認した。
【００４１】
また、同様の融点、耐クリープ性を有する可能性がある合金として様々な金属を混ぜて実験を行ったが、有害なＰｂ、Ｃｄを含有しない組成は見出せなかった。特に本発明合金は、Ｐｂ、Ｃｄよりも低有害性であり、かつ５７℃近傍の低融点を実現し、銅合金からなることの多い可溶栓本体６に対して十分な濡れ性を示し、さらには最も重要である耐クリープ性を有するものである。以上によって、請求項１に記載の本発明合金の有意性が明確となった。
【００４２】
実施の形態２．（実施例４〜７）
図２、３に示す構造の可溶栓７であって、栓部材８を構成するＢｉ−Ｉｎ−Ｓｎ系低融点金属の組成比が表３に示すものである可溶栓を実施例１と同様の方法で製造した。
また、固相線温度、液相線温度、動作性及び耐クリ−プ性を測定し、その結果を表３に示す。
動作性の測定は、Ｒ４０４Ａの臨界温度にほぼ等しい７１℃で行なった。
耐クリープ性の測定は、Ｒ４０４Ａの設計圧力（約３ＭＰａ）下の冷媒温度にほぼ等しい６３℃で行なった。また耐クリープ試験については各組成１０個ずつ試験を行い、全て合格の場合のみ○とした。
また、最短寿命と最長寿命との耐クリープ時間差を示した。
【００４３】
【表３】
【００４４】
実施例４において、低融点金属の充填完了時の温度を６８℃とした場合と１３０℃との場合の耐クリープ性を比較したところ、充填完了時の温度が６８℃の場合は、耐クリープ性にばらつきがあった。
【００４５】
実施例４は、Ｒ４０４Ａを想定した場合、固相線温度が冷媒使用温度である６３℃よりも高く、液相線温度が臨界温度７１℃よりも低い。
比較例１は、Ｒ４０４Ａの液相線温度は臨界温度以下であるが、固相線温度がＲ４０４Ａの使用温度よりも低い。
実施例５〜７及び比較例２は、Ｉｎが５０重量％以下のもので、実施例５〜７は、６３℃よりも高い固相線温度及び７１℃以下の液相線温度を有する。
表３に示した通り、実施例４のＩｎが５０重量％より多く含有した本発明の可溶栓においては、動作性、耐クリープ性ともに合格しているが、５００時間を越えた時間における栓部材８の飛び出し状況に差が１５００時間も生じており、実施例５のＩｎ有効量が５０重量％以下の本発明の可溶栓の５００時間と比較して非常にバラツキが大きいことがわかる。
【００４６】
一方、実施例５〜７の結果から、Ｉｎが５０重量％以下の組成域においては、動作性及び耐クリープ性をともに満たす組成範囲が、Ｉｎを５０重量％より多く含有している組成域よりも大きいことがわかる。これはＩｎ含有量を５０重量％以下にすることにより、今回の試作プロセスにおいては可溶栓充填後の低融点金属の組織がより均質であり、これによって耐クリープ性に優れたものと組織観察から確認した。従って、Ｉｎ含有量を５０重量％以下にすることにより許容組成ばらつき範囲の広い、均質性に優れ、耐クリープ性に優れる可溶栓が得られることが分かる。
【００４７】
また比較例２は、固相線温度がＲ４０４Ａの使用温度６３℃以下で、液相線温度がＲ４０４Ａの臨界温度７１℃以上のものであるが、３ＭＰａの圧力下であるため、動作性を満足した。しかし、動作温度ばらつきが大きいため、低融点金属の液相線温度は、使用冷媒の臨界温度以下であることが望ましい。
さらに現在使用されている冷媒が、使用温度が５７℃〜６３℃、かつ臨界温度が７５℃以下のものが多いこと、前記関係基準並びにＪＩＳ Ｂ８２０４に従うと、「７５℃よりも高い動作温度の場合には別の条件を満たさなければならず、信頼性及びコスト的に不利になる」ことから 、液相線温度は７５℃以下であることが望ましい。これらのことと表２に示した結果から、本開発可溶栓として、Ｂｉの含有量を４０重量％以上５０重量％以下、Ｉｎの含有量を３５重量％以上４５重量％以下とすることにより、さらに高信頼で低コストな可溶栓を提供できることがわかる。
【００４８】
以上より、上記開発可溶栓を備えた冷凍装置は、有害性の低い、高信頼で、安全弁を備えるよりも低コストなものとなる。その設置位置は、凝縮器又は液溜のいずれか１カ所以上であればよい。本装置は冷媒を７５°Ｃ以下とすることにより高信頼、低コストとなり、かつ冷媒使用温度を５７°Ｃ以上６５°Ｃ以下にすることによりさらに高信頼となり、規格化されており性能が把握されている、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ５０７Ａの少なくとも一つから選択された冷媒を用いることにより、一層の高信頼化が可能となる。
【００４９】
実施の形態３．（実施例８）
上記実施例５の４２Ｂｉ−４２Ｉｎ−１６Ｓｎ（重量％）の低融点金属を用いた可溶栓作製時に、２０〜４０μｍのＮｉ粉末を０．０２重量％添加したものと無添加の可溶栓サンプルを各１０個ずつ作製して、上記同様の動作性、耐クリープ性試験を行った。
その結果、各可溶栓サンプルの動作性は合格であった。また、全サンプルについて耐クリープ性は合格であったが、Ｎｉ添加サンプルの方が優れていた。
また、Ｎｉの代わりに、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｐの各粉末を使用して、動作性、耐クリープ性試験を行った。その結果、同様の効果を確認した。また、粉末を２種以上混ぜて添加しても同様の結果が得られた。
【００５０】
実施の形態４．（実施例９）
上記実施例７の、４５Ｂｉ−４０Ｉｎ−１５Ｓｎ（重量％）の低融点金属を用いた可溶栓作製時に充填完了温度を、液相線温度以下の６９℃であったものと、液相線温度以上である１００℃で各１０個ずつ作製し、耐クリープ性について評価を行った。その結果、液相線温度以下で作ったサンプルは、全て液相線温度以上で作ったサンプルよりも短寿命であった。
【００５１】
実施の形態５．（実施例１０）
表４は、実施例４の可溶栓である３４Ｂｉ−６１Ｉｎ−５Ｓｎ（重量％；表３中実施例４参照）を可溶栓本体に充填する際、最高冷却速度を変えて作製し、上記同様の耐クリープ性試験を行った結果を示したものである。
冷却速度は、以下の３通りについて実験を行った。なお、冷却速度は可溶栓本体に穴をあけ、Ｋ熱電対を挿入後銀ペーストで埋め込み、十分乾燥したものを用いて連続温度測定したチャートから算出した。可溶栓本体の加熱は、ホットプレートで本体の温度が２５０℃になる温度に調整したものを用いた。
Ａ：低融点金属を充填後水冷（約３００℃/分）
Ｂ：低融点金属を充填後空冷（約５０℃/分）
Ｃ：低融点金属を充填後、電源を切ったホットプレート上で冷却（約0.3℃/分）
【００５２】
【表４】
その結果、耐クリープ性は、低融点金属充填時の最大冷却速度が小さいほど優れる傾向を示す。特に５０℃/分以下で、顕著に効果を示すことがわかる。
【００５３】
実施の形態６．（実施例１１、１２）
（実施例１１）
圧縮機、凝縮器、膨張弁、熱交換器、液溜を有する一般的な冷凍装置の液溜に実施例２の可溶栓を設置し、冷媒としてＲ４０４Ａを使用して、６３℃で運転した。可溶栓に異常なく５０００時間の運転が可能であった。
【００５４】
（実施例１２）
実施例１１と同じ冷凍装置の液溜に実施例１の可溶栓を設置し、冷媒としてＲ２２を使用して、６４℃で運転した。可溶栓に異常なく５０００時間の運転が可能であった。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、冷凍装置の内外を貫通する逃がし穴を有する本体と、前記逃がし穴を閉塞するように前記逃がし穴に固定された、低融点金属とからなる栓部材とを備え、前記低融点金属が、前記冷凍装置に備えている冷媒の使用温度以上の固相線温度を有し、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）からなり、上記低融点金属のビスマス（Ｂｉ）の含有量が４０重量％以上５０重量％以下で、インジウム（Ｉｎ）の含有量が３０重量％以上４５重量％以下で、残部がスズ（Ｓｎ）であるので、有害物質であるＣｄやＰｂを含まず、信頼性が高く、安全弁より低コストな、次世代冷媒に対応した可溶栓が提供される。また、上記Ｂｉの含有量を４０重量％以上５０重量％以下とし、Ｉｎの含有量を３０重量％以上４５重量％以下とし、残部Ｓｎとしたので、特に７５°Ｃ以下で動作させることができるために、別途追加試験を行う必要が無く、一層高信頼、低コストな可溶栓が提供できる。
【００５８】
請求項２に記載の発明は、金属微粒子を添加したことを特徴とするので、より一層高信頼な可溶栓を提供できる。
【００５９】
請求項３に記載の発明は、上記金属微粒子が、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、アンチモン（Ｓｂ）、リン（Ｐ）のうち、少なくとも１種以上の物質からなることを特徴とするので、信頼性が一層高まる。
請求項４に記載の発明は、上記冷媒が、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ及びＲ５０７Ａからなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とするので、信頼性がより一層高まる。
【００６０】
請求項５に記載の発明は、冷凍装置の内外を貫通する逃がし穴を有する本体と、前記逃がし穴を閉塞するように前記逃がし穴に固定された低融点金属とからなる栓部材とを備える請求項１〜３のいずれかに記載の可溶栓を製造する方法であって、上記低融点金属を逃がし穴に充填する際、充填完了時の低融点金属の温度が、低融点金属の液相線温度以上であり、充填完了後の冷却速度を５０°Ｃ／分以下とすることを特徴とする可溶栓の製造方法であるので、信頼性が向上した可溶栓を提供することができる。
【００６２】
請求項６に記載の発明は、圧縮機、凝縮器、液溜、膨張弁、熱交換機から構成され冷媒を循環する冷凍装置であって、液溜及び凝縮器の少なくともいずれか一方に、請求項１〜４のいずれかに記載の可溶栓を備えたことを特徴とする冷凍装置なので、Ｃｄ、Ｐｂを取り除いた、環境に優しい、信頼性の高い冷凍装置を供給することができる。
【００６３】
請求項７に記載の発明は、上記冷媒が７５°Ｃ以下の臨界温度を有することを特徴とするので、信頼性が高まる。
【００６４】
請求項８に記載の発明は、上記冷媒の使用温度が５７°Ｃ以上６５°Ｃ以下であることを特徴とするので、一層信頼性が高まる。
【００６５】
請求項９に記載の発明は、上記冷媒が、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ及びＲ５０７Ａからなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とするので、信頼性がより一層高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】 一般的な可溶栓の斜視図的構造説明図である。
【図３】 図２に記載した従来の可溶栓についての断面図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 液溜、４ 膨張弁、５ 熱交換器、６ 可溶栓本体、７ 可溶栓、８ 栓部材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍装置の安全装置として用いられる可溶栓、可溶栓の製造方法及びこれを備えた冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、冷凍装置の一例を示すものである。この冷凍装置は、高圧側の圧力容器として構成された圧縮機１、凝縮器２、液溜３、膨張弁４、及び熱交換器５を順次接続して冷凍サイクルを構成している。凝縮器２と液溜３の内部はほぼ同じ圧力、温度を示す。凝縮器２の側壁又は液溜３には、何らかの原因で内部の冷媒温度・圧力が上昇したときに、低融点金属をからなる栓部材６が軟化溶融し、圧力容器としての凝縮器２及び液溜３内の冷媒を外気中に放出することにより凝縮器２及び液溜３の破裂を未然に防止する安全装置として、可溶栓７が取り付けられている。
【０００３】
図２及び図３は、この可溶栓７として、従来一般的に使用されているものの概略構造を示す。すなわち、図２はこの可溶栓７の斜視図的な模式説明図であり、図３は、凝縮器（以下の説明においては凝縮器又は圧力容器と称する）２又は液溜５に取り付けられた状態における図２記載の可溶栓７の断面図である。
【０００４】
これら図に示されるように、可溶栓７は、凝縮器（圧力容器）２の内外を導通する逃がし穴６ａ、凝縮器又は液溜への取り付けネジ部６ｂ、及び凝縮器２又は液溜３への取り付け時の当たりを構成する鍔部（がくぶ）６ｃを有する本体６と、この本体６における前記逃がし穴６ａを閉塞するように保持された栓部材８とからなる。この栓部材８は、逃がし穴６ａ内に溶融した低融点金属を流し込み、この低融点金属を逃がし穴８a内で冷却固化することにより固着保持されたものである。
【０００５】
この冷凍装置にあっては、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器２で空気あるいは水と熱交換して凝縮され、高温高圧の液冷媒となり、その一部は液溜３に溜められる。この液冷媒は、膨張弁４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５に流入する。そして、この熱交換器５で、水等の冷却対象物と熱交換して、気化した後、再び圧縮機１で圧縮され、高温高圧のガス冷媒となり再び冷媒回路内に循環される。
【０００６】
このとき、栓部材８の凝縮器（圧力容器）２又は液溜３の空間にさらされている面（以下受圧面という）８ａには、高温高圧の冷媒が連流状態で接触しながら流れている。この冷媒の圧力Ｐ（この圧力は、図３に矢印をもって示すように、受圧面８ａに対して直角方向に作用する）は冷媒によって決まっており、かつ、この冷媒の圧力Ｐ及び温度は、冷凍機運転中不規則な変化を繰り返している。従って栓部材８は、受圧面８ａに不規則な変化をする圧力が作用し、さらに、不規則な温度変化をする冷媒により不規則に加熱されているため、比較的短時間でクリープを生じ、栓部材８の一部が本体６の外部に露出したり（“飛び出し”と称する）、さらには動作設計温度以下で図示Ｌの方向に栓部材９が飛び出して冷媒漏れ（“気密漏れ“と称する）が発生するなどのことが懸念されていた。
【０００７】
また従来の冷凍装置の可溶栓は、冷凍保安規則関係基準（経済産業省令）並びにＪＩＳ Ｂ８２０４に基づいて、使用冷媒に合わせて各社各様の設計が行われている。
冷凍装置に用いられる冷媒は、世界的なオゾン破壊物質への規制から、オゾン破壊係数ゼロのＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ，Ｆｌｕｏｒｏ−Ｃａｒｂｏｎｓ）系冷媒への代替えが進んでいる。
【０００８】
ここで冷凍装置に用いられる可溶栓は、前記関係基準並びにＪＩＳ Ｂ８２０４に従いながら、「冷媒の使用温度より高い固相線温度を有し、かつ臨界温度よりも低い液相線温度を有する」合金を低融点合金として、可溶栓本体に充填することが一般的に行われているが、これらは可溶栓の動作温度が７５℃以下の場合であって、これを越える場合には別の条件を満たさなければならず、信頼性及びコスト的に不利となる。
【０００９】
しかしＲ４０４Ａの他、現在冷媒として有望視されている冷媒として挙げられている、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ５０７Ａ等は、すべて臨界温度が７５℃以下であり、かつ冷媒の使用温度が５７℃以上となり得るものである。
【００１０】
冷凍装置に用いられる可溶栓は、冷媒により冷凍装置の設計圧力及び冷媒の臨界温度が異なるため、冷媒が切り替わった場合はその動作温度を再設計する必要がある。なお、冷凍装置の設計圧力とは、先に述べた関係基準に従うものであり、一定の型式に対し、冷媒選定と同時にほぼ一意的に決定されるものである。
【００１１】
例えば次世代のＨＦＣ系冷媒として有望視されているものの一つであるＲ４０４Ａ（ＨＦＣ１２５、ＨＦＣ１４３及びＨＦＣ１３４ａの混合冷媒）を選定した空気調和用冷凍装置の場合、その設計圧力は約３ＭＰａ（この圧力における冷媒の飽和温度は約６３℃）であり、このＲ４０４Ａの臨界温度は約７２℃である。この場合使用温度と臨界温度との差は９℃しかない。
【００１２】
表１に冷凍保安規則関係基準（経済産業省令）から推測したＲ２２（ＨＣＦＣ系）、Ｒ４０４Ａ（ＨＦＣ系）、アンモニア（自然冷媒）の推定使用温度（圧力）と、推定臨界温度（圧力）を示す。
【表１】
冷媒の使用温度と臨界温度との差が比較的小さい場合には、臨界温度以下で可溶栓が作動する動作性と、冷媒の使用温度及び使用圧力下で作動しない非動作性（耐クリープ性と称する）とを両立させることが困難であり、これを実現するために、可溶栓に用いる低融点合金として、１３．５重量％の錫（Ｓｎ）、２７重量％の鉛（Ｐｂ）、５０重量％のビスマス（Ｂｉ）、９．５重量％のカドミウム（Ｃｄ）を含有する合金等の如く、有毒物質であるＣｄやＰｂを含有する合金を安易に選択する傾向があった。
【００１４】
しかしながら、Ｃｄの有害性は古くから知られており、その使用は廃棄も含めて規制されている。また、最近Ｐｂの有害性についても問題になってきており、世界的にその使用についての規制が検討されている。
【００１５】
ところが、有害物質であるＣｄ、Ｐｂを含まない合金においては、その反応形態の詳細が未だ明確になっていないため、使用する合金系によっては、低温溶融相が出現して、通常の冷凍装置運転条件で軟化するものがあり、可溶栓に適用した場合に所定温度以下で誤作動する虞がある。
【００１６】
有害物質であるＣｄ、Ｐｂを含まない合金の例として、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ系合金の公知例がある。例えば、特開平８−１５４０９３号公報には、電子部品を実装するためのはんだ材として、被接合材の耐熱温度以下の液相線温度を有するＩｎ−Ｂｉ−Ｓｎ系合金が開示されている。しかし、この合金はあくまでも電子部品とプリント基板等との接合を考慮したものに過ぎない。
【００１７】
本発明者らは、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ系合金を上記可溶栓へ適用すべく検討を行い、特許出願を行った。
具体的には、５７℃以上６５℃以下の温度範囲で使用し、７５℃以下の臨界温度を有する冷媒を封入した冷凍装置に設けられる可溶栓であって、この可溶栓は、前記冷凍装置の内外を貫通する逃がし穴を有する本体と、前記逃がし穴を閉塞するように前記逃がし穴に固定された、低融点金属とからなる栓部材とを備え、前記低融点金属の構成が、Ｓｎ：Ｘ重量％、Ｉｎ：Ｙ重量％、残部ＢｉからなるＸＳｎ−ＹＩｎ−（１００−Ｘ−Ｙ）Ｂｉであり、４≦Ｘ≦１０、５６≦Ｙ≦６３であることを特徴とした可溶栓である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、冷媒については今後オゾン破壊係数ゼロなだけでなく、地球温暖化係数もゼロであるアンモニア等自然冷媒に置き換わる可能性が高く、これについては５７℃以上６５℃以下の温度範囲で使用するとは限らず、また７５℃以下の臨界温度を有するとも限らない。
【００１９】
また上記発明において同一組成の低融点金属を用いて、同一製造プロセスで可溶栓を製造しても、低融点金属の充填プロファイルのばらつきによって凝固組織が変化し、これによって耐クリープ性（ここでは気密漏れ発生までの時間ではなく、飛び出し発生までの時間を称することとする）がばらつく。これによって気密性もばらつく可能性が高くなり、より均一な凝固組織を有する、より均質な上記冷媒対応の可溶栓が望まれていた。さらにこのため低融点金属の許容組成ばらつき範囲も非常に小さく、低融点金属材料管理を厳しくする必要があるため、原材料がコスト高になっていることが問題であった。
【００２０】
本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、その目的とすることころは、様々な冷媒に対応可能で、有害物質であるＣｄやＰｂを含まず、耐クリープ性ばらつきの小さい、次世代冷媒に対応した可溶栓とその製造方法及びそれを備えた冷凍装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、先の発明をベースに研究を重ね、ＢｉとＩｎとＳｎを主成分として低融点金属を作製し、組成及びこれを充填する時のプロセスを制御することにより、様々な冷媒に対応した可溶栓及びそれを備えた冷凍装置を提供することが可能であることを見出した。
【００２２】
請求項１に記載の発明は、冷凍装置の内外を貫通する逃がし穴を有する本体と、前記逃がし穴を閉塞するように前記逃がし穴に固定された低融点金属とからなる栓部材とを備え、前記低融点金属が、前記冷凍装置に備えている冷媒の使用温度以上の固相線温度を有し、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）からなり、上記低融点金属のビスマス（Ｂｉ）の含有量が４０重量％以上５０重量％以下で、インジウム（Ｉｎ）の含有量が３０重量％以上４５重量％以下で、残部がスズ（Ｓｎ）であることを特徴とする可溶栓である。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、上記低融点金属に金属微粒子を添加したことを特徴とする可溶栓である。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、上記金属微粒子がＡｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｐのうち、少なくとも１種以上の物質からなることを特徴とする可溶栓である。
請求項４に記載の発明は、上記冷媒が、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ及びＲ５０７Ａからなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする可溶栓である。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、冷凍装置の内外を貫通する逃がし穴を有する本体と、前記逃がし穴を閉塞するように前記逃がし穴に固定された低融点金属とからなる栓部材とを備える請求項１〜３のいずれかに記載の可溶栓を製造する方法であって、前記逃がし穴に、前記低融点金属からなる栓部材を充填する際に、充填完了時の前記低融点金属の温度が、前記低融点金属の液相線温度以上で、充填完了後の冷却速度を５０°Ｃ / 分以下とすることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項６に記載の発明は、圧縮機、凝縮器、液溜、膨張弁、熱交換機から構成され冷媒を循環する冷凍装置であって、液溜及び凝縮器の少なくともいずれか一方に請求項１〜４のいずれかに記載の可溶栓を備えたことを特徴とする冷凍装置である。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、上記冷媒として７５°Ｃ以下の臨界温度を有するものを用いることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項８に記載の発明は、上記冷媒として５７°Ｃ以上６５°Ｃ以下で使用し得るものを用いることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、上記冷媒として、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ５０７Ａの少なくとも一つを用いたことを特徴とするものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、表を参照しながら説明するが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではない。
以下の実施例において、動作性及び耐クリ−プ性の試験は、以下の方法で行なった。
（試験用可溶栓の調製）
各可溶栓は、動作性及び耐クリ−プ性の試験のため、可溶栓７の圧力容器側８ａ（図３参照）に、圧力計及び減圧弁を備えた窒素ボンベを配管により接続し、この圧力計の目盛りが３ＭＰａの圧力を指したところで前記配管を封じ切り、栓部材８にこの圧力（３ＭＰａ）が作用する状態とした。
（温度制御）
温度制御は、水温可変の水槽を用いた。また、水温可変の水槽は、幅約３００ｍｍ、長さ約５００ｍｍ、高さ約２５ｍｍの大きさであって、その内部の水温度を任意に可変としたものである。
【００３４】
（動作性の試験）
動作性の試験は、上記のように圧力をかけた可溶栓を所定水温に保った前記水槽に１分間漬け、気泡が観察されれば動作したものと判断し、気泡が観察されなければ動作しなかったと判断した。そして、動作設計温度以下の温度で動作したときは合格の印として○、動作しなかったときは不合格の印として×とした。
【００３５】
（耐クリープ性の試験）
また、耐クリープ性の試験は、上記の圧力をかけた可溶栓を所定水温に保った水槽に所定時間漬け、気泡若しくは低融点金属の飛び出しが観察されれば動作したものと判断し、観察されなければ動作しなかったと判断した。そして目標温度で動作しなければ合格とし、動作したときは不合格とした。試験時間は最高２０００時間としたが、５００時間をクリアしたものを合格とした。各組成１０個ずつ試験を行い、全て合格の場合のみ○とした。
【００３６】
なお、試験は、可溶栓を複数個ずつ用意し、１つの可溶栓につき上記動作性又は耐クリープ性の試験をいずれか１回限り行い、窒素ガス圧力が栓部材８に繰り返し作用することによる栓部材８の強度への影響を回避した。
【００３７】
（固相線・液相線温度）
示差熱分析により得られた曲線において、昇温時に得られた最初のピークの最低温側の端部の温度を固相線温度とし、冷却時に得られた最初のピークの最高温側の端部の温度を液相線温度とした。
【００３８】
実施の形態１．（実施例１〜３）
（可溶栓の製造）
可溶栓は、２５０℃まで加熱した銅製可溶栓本体６を石膏ボードの上に置き、２ｍｍφ×３００ｍｍの表２に示す組成、固相線温度、液相線温度の低融点金属棒の先端にフラックスを塗布し、可溶栓本体内壁に低融点金属棒を接触させることにより充填した。
得られた可溶栓の動作性及び耐クリ−プ性を測定した。動作性試験の温度は７１℃、耐クリ−プ性は６３℃で評価した。その結果、表２に示すように動作性及び耐クリープ性ともに合格することを確認した。
【００３９】
【表２】
この他の、ＨＣＦＣ系、ＨＦＣ系、自然冷媒の推定使用温度（圧力）、推定臨界温度についても同様に、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｎ比を調整して検討を行ったが、Ｈ2Ｏ（水）とＣＯ2（二酸化炭素）以外の全ての冷媒に対して、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓｎの有効量を、冷媒使用温度以上固相線温度を有する有効量とすることが可能であり、これを行うことによって動作性、耐クリープ性を満足し得る合金が設計できることを確認した。
【００４１】
また、同様の融点、耐クリープ性を有する可能性がある合金として様々な金属を混ぜて実験を行ったが、有害なＰｂ、Ｃｄを含有しない組成は見出せなかった。特に本発明合金は、Ｐｂ、Ｃｄよりも低有害性であり、かつ５７℃近傍の低融点を実現し、銅合金からなることの多い可溶栓本体６に対して十分な濡れ性を示し、さらには最も重要である耐クリープ性を有するものである。以上によって、請求項１に記載の本発明合金の有意性が明確となった。
【００４２】
実施の形態２．（実施例４〜７）
図２、３に示す構造の可溶栓７であって、栓部材８を構成するＢｉ−Ｉｎ−Ｓｎ系低融点金属の組成比が表３に示すものである可溶栓を実施例１と同様の方法で製造した。
また、固相線温度、液相線温度、動作性及び耐クリ−プ性を測定し、その結果を表３に示す。
動作性の測定は、Ｒ４０４Ａの臨界温度にほぼ等しい７１℃で行なった。
耐クリープ性の測定は、Ｒ４０４Ａの設計圧力（約３ＭＰａ）下の冷媒温度にほぼ等しい６３℃で行なった。また耐クリープ試験については各組成１０個ずつ試験を行い、全て合格の場合のみ○とした。
また、最短寿命と最長寿命との耐クリープ時間差を示した。
【００４３】
【表３】
実施例４において、低融点金属の充填完了時の温度を６８℃とした場合と１３０℃との場合の耐クリープ性を比較したところ、充填完了時の温度が６８℃の場合は、耐クリープ性にばらつきがあった。
【００４５】
実施例４は、Ｒ４０４Ａを想定した場合、固相線温度が冷媒使用温度である６３℃よりも高く、液相線温度が臨界温度７１℃よりも低い。
比較例１は、Ｒ４０４Ａの液相線温度は臨界温度以下であるが、固相線温度がＲ４０４Ａの使用温度よりも低い。
実施例５〜７及び比較例２は、Ｉｎが５０重量％以下のもので、実施例５〜７は、６３℃よりも高い固相線温度及び７１℃以下の液相線温度を有する。
表３に示した通り、実施例４のＩｎが５０重量％より多く含有した本発明の可溶栓においては、動作性、耐クリープ性ともに合格しているが、５００時間を越えた時間における栓部材８の飛び出し状況に差が１５００時間も生じており、実施例５のＩｎ有効量が５０重量％以下の本発明の可溶栓の５００時間と比較して非常にバラツキが大きいことがわかる。
【００４６】
一方、実施例５〜７の結果から、Ｉｎが５０重量％以下の組成域においては、動作性及び耐クリープ性をともに満たす組成範囲が、Ｉｎを５０重量％より多く含有している組成域よりも大きいことがわかる。これはＩｎ含有量を５０重量％以下にすることにより、今回の試作プロセスにおいては可溶栓充填後の低融点金属の組織がより均質であり、これによって耐クリープ性に優れたものと組織観察から確認した。従って、Ｉｎ含有量を５０重量％以下にすることにより許容組成ばらつき範囲の広い、均質性に優れ、耐クリープ性に優れる可溶栓が得られることが分かる。
【００４７】
また比較例２は、固相線温度がＲ４０４Ａの使用温度６３℃以下で、液相線温度がＲ４０４Ａの臨界温度７１℃以上のものであるが、３ＭＰａの圧力下であるため、動作性を満足した。しかし、動作温度ばらつきが大きいため、低融点金属の液相線温度は、使用冷媒の臨界温度以下であることが望ましい。
さらに現在使用されている冷媒が、使用温度が５７℃〜６３℃、かつ臨界温度が７５℃以下のものが多いこと、前記関係基準並びにＪＩＳ Ｂ８２０４に従うと、「７５℃よりも高い動作温度の場合には別の条件を満たさなければならず、信頼性及びコスト的に不利になる」ことから 、液相線温度は７５℃以下であることが望ましい。これらのことと表２に示した結果から、本開発可溶栓として、Ｂｉの含有量を４０重量％以上５０重量％以下、Ｉｎの含有量を３５重量％以上４５重量％以下とすることにより、さらに高信頼で低コストな可溶栓を提供できることがわかる。
【００４８】
以上より、上記開発可溶栓を備えた冷凍装置は、有害性の低い、高信頼で、安全弁を備えるよりも低コストなものとなる。その設置位置は、凝縮器又は液溜のいずれか１カ所以上であればよい。本装置は冷媒を７５°Ｃ以下とすることにより高信頼、低コストとなり、かつ冷媒使用温度を５７°Ｃ以上６５°Ｃ以下にすることによりさらに高信頼となり、規格化されており性能が把握されている、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ５０７Ａの少なくとも一つから選択された冷媒を用いることにより、一層の高信頼化が可能となる。
【００４９】
実施の形態３．（実施例８）
上記実施例５の４２Ｂｉ−４２Ｉｎ−１６Ｓｎ（重量％）の低融点金属を用いた可溶栓作製時に、２０〜４０μｍのＮｉ粉末を０．０２重量％添加したものと無添加の可溶栓サンプルを各１０個ずつ作製して、上記同様の動作性、耐クリープ性試験を行った。
その結果、各可溶栓サンプルの動作性は合格であった。また、全サンプルについて耐クリープ性は合格であったが、Ｎｉ添加サンプルの方が優れていた。
また、Ｎｉの代わりに、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｂ、Ｐの各粉末を使用して、動作性、耐クリープ性試験を行った。その結果、同様の効果を確認した。また、粉末を２種以上混ぜて添加しても同様の結果が得られた。
【００５０】
実施の形態４．（実施例９）
上記実施例７の、４５Ｂｉ−４０Ｉｎ−１５Ｓｎ（重量％）の低融点金属を用いた可溶栓作製時に充填完了温度を、液相線温度以下の６９℃であったものと、液相線温度以上である１００℃で各１０個ずつ作製し、耐クリープ性について評価を行った。その結果、液相線温度以下で作ったサンプルは、全て液相線温度以上で作ったサンプルよりも短寿命であった。
【００５１】
実施の形態５．（実施例１０）
表４は、実施例４の可溶栓である３４Ｂｉ−６１Ｉｎ−５Ｓｎ（重量％；表３中実施例４参照）を可溶栓本体に充填する際、最高冷却速度を変えて作製し、上記同様の耐クリープ性試験を行った結果を示したものである。
冷却速度は、以下の３通りについて実験を行った。なお、冷却速度は可溶栓本体に穴をあけ、Ｋ熱電対を挿入後銀ペーストで埋め込み、十分乾燥したものを用いて連続温度測定したチャートから算出した。可溶栓本体の加熱は、ホットプレートで本体の温度が２５０℃になる温度に調整したものを用いた。
Ａ：低融点金属を充填後水冷（約３００℃/分）
Ｂ：低融点金属を充填後空冷（約５０℃/分）
Ｃ：低融点金属を充填後、電源を切ったホットプレート上で冷却（約0.3℃/分）
【００５２】
【表４】
【００５３】
実施の形態６．（実施例１１、１２）
（実施例１１）
圧縮機、凝縮器、膨張弁、熱交換器、液溜を有する一般的な冷凍装置の液溜に実施例２の可溶栓を設置し、冷媒としてＲ４０４Ａを使用して、６３℃で運転した。可溶栓に異常なく５０００時間の運転が可能であった。
【００５４】
（実施例１２）
実施例１１と同じ冷凍装置の液溜に実施例１の可溶栓を設置し、冷媒としてＲ２２を使用して、６４℃で運転した。可溶栓に異常なく５０００時間の運転が可能であった。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、冷凍装置の内外を貫通する逃がし穴を有する本体と、前記逃がし穴を閉塞するように前記逃がし穴に固定された、低融点金属とからなる栓部材とを備え、前記低融点金属が、前記冷凍装置に備えている冷媒の使用温度以上の固相線温度を有し、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）からなり、上記低融点金属のビスマス（Ｂｉ）の含有量が４０重量％以上５０重量％以下で、インジウム（Ｉｎ）の含有量が３０重量％以上４５重量％以下で、残部がスズ（Ｓｎ）であるので、有害物質であるＣｄやＰｂを含まず、信頼性が高く、安全弁より低コストな、次世代冷媒に対応した可溶栓が提供される。また、上記Ｂｉの含有量を４０重量％以上５０重量％以下とし、Ｉｎの含有量を３０重量％以上４５重量％以下とし、残部Ｓｎとしたので、特に７５°Ｃ以下で動作させることができるために、別途追加試験を行う必要が無く、一層高信頼、低コストな可溶栓が提供できる。
【００５８】
請求項２に記載の発明は、金属微粒子を添加したことを特徴とするので、より一層高信頼な可溶栓を提供できる。
【００５９】
請求項３に記載の発明は、上記金属微粒子が、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、アンチモン（Ｓｂ）、リン（Ｐ）のうち、少なくとも１種以上の物質からなることを特徴とするので、信頼性が一層高まる。
請求項４に記載の発明は、上記冷媒が、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ及びＲ５０７Ａからなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とするので、信頼性がより一層高まる。
【００６０】
請求項５に記載の発明は、冷凍装置の内外を貫通する逃がし穴を有する本体と、前記逃がし穴を閉塞するように前記逃がし穴に固定された低融点金属とからなる栓部材とを備える請求項１〜３のいずれかに記載の可溶栓を製造する方法であって、上記低融点金属を逃がし穴に充填する際、充填完了時の低融点金属の温度が、低融点金属の液相線温度以上であり、充填完了後の冷却速度を５０°Ｃ／分以下とすることを特徴とする可溶栓の製造方法であるので、信頼性が向上した可溶栓を提供することができる。
【００６２】
請求項６に記載の発明は、圧縮機、凝縮器、液溜、膨張弁、熱交換機から構成され冷媒を循環する冷凍装置であって、液溜及び凝縮器の少なくともいずれか一方に、請求項１〜４のいずれかに記載の可溶栓を備えたことを特徴とする冷凍装置なので、Ｃｄ、Ｐｂを取り除いた、環境に優しい、信頼性の高い冷凍装置を供給することができる。
【００６３】
請求項７に記載の発明は、上記冷媒が７５°Ｃ以下の臨界温度を有することを特徴とするので、信頼性が高まる。
【００６４】
請求項８に記載の発明は、上記冷媒の使用温度が５７°Ｃ以上６５°Ｃ以下であることを特徴とするので、一層信頼性が高まる。
【００６５】
請求項９に記載の発明は、上記冷媒が、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ及びＲ５０７Ａからなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とするので、信頼性がより一層高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】 一般的な可溶栓の斜視図的構造説明図である。
【図３】 図２に記載した従来の可溶栓についての断面図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 液溜、４ 膨張弁、５ 熱交換器、６ 可溶栓本体、７ 可溶栓、８ 栓部材。
Claims (9)
- 冷凍装置の内外を貫通する逃がし穴を有する本体と、前記逃がし穴を閉塞するように前記逃がし穴に固定された低融点金属とからなる栓部材とを備え、
前記低融点金属が、前記冷凍装置に備えている冷媒の使用温度以上の固相線温度を有し、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）からなり、
上記低融点金属のビスマス（Ｂｉ）の含有量が４０重量％以上５０重量％以下で、インジウム（Ｉｎ）の含有量が３０重量％以上４５重量％以下で、残部がスズ（Ｓｎ）である
ことを特徴とする可溶栓。 - 上記低融点金属に、金属微粒子を添加したことを特徴とする請求項１に記載の可溶栓。
- 上記金属微粒子が、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、アンチモン（Ｓｂ）及びリン（Ｐ）からなる群より選ばれる少なくとも一種の物質からなることを特徴とする請求項２に記載の可溶栓。
- 上記冷媒が、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ及びＲ５０７Ａからなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の可溶栓。
- 冷凍装置の内外を貫通する逃がし穴を有する本体と、前記逃がし穴を閉塞するように前記逃がし穴に固定された低融点金属とからなる栓部材とを備える請求項１〜３のいずれかに記載の可溶栓を製造する方法であって、
前記逃がし穴に、前記低融点金属からなる栓部材を充填する際に、充填完了時の前記低融点金属の温度が、前記低融点金属の液相線温度以上で、
充填完了後の冷却速度を５０°Ｃ / 分以下とすることを特徴とする可溶栓の製造方法。 - 圧縮機、凝縮器、液溜、膨張弁、熱交換機から構成され冷媒を循環する冷凍装置であって、上記液溜及び上記凝縮器の少なくともいずれか一方に請求項１〜４のいずれか一項に記載の可溶栓を備えたことを特徴とする冷凍装置。
- 上記冷媒が、７５°Ｃ以下の臨界温度を有することを特徴とする請求項６に記載の冷凍装置。
- 上記冷媒の使用温度が、５７°Ｃ以上６５°Ｃ以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載の冷凍装置。
- 上記冷媒が、Ｒ１２５、Ｒ１４３ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ及びＲ５０７Ａからなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の冷凍装置。
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