給湯用伝熱管
【課題】ｐＨの低い水質の地域で使用しても、銅イオンの溶出量を低く維持することができる給湯用伝熱管を提供することを目的とする。
【解決手段】外部熱源によって管内を流れる流体を加熱する給湯用の伝熱管において、銅をベースとし、該ベースとなる銅材中に共添元素として、それぞれ所定量のアルミ、錫、リン、亜鉛を添加し、その銅イオン溶出抑制作用やロウ付け性能等を向上させた。
【解決手段】外部熱源によって管内を流れる流体を加熱する給湯用の伝熱管において、銅をベースとし、該ベースとなる銅材中に共添元素として、それぞれ所定量のアルミ、錫、リン、亜鉛を添加し、その銅イオン溶出抑制作用やロウ付け性能等を向上させた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、給湯用の伝熱管の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばヒートポンプ式給湯装置等のエコ給湯システムでは、常温の水道水を熱源側ヒートポンプユニットの作動媒体側熱交換器（放熱熱交換器）と該作動媒体側熱交換器に対して吸熱可能に結合される水側熱交換器（吸熱熱交換器）よりなるヒートポンプ式の熱交換器により加熱して、約９０℃近くのお湯を作り、給湯用の温水タンク内に貯める方式を採用している（例えば特許文献１、特許文献２などを参照）。
【０００３】
そして、上記ヒートポンプ式熱交換器の水側熱交換器の伝熱管には、通常のリン脱酸銅製の銅管（ＪＩＳ・Ｃ１２２０）を使用し、同銅管の外面から作動媒体（例えば二酸化炭素）の１２０℃程度の凝縮熱で加熱することにより、管内部を流れる水の温度を例えば９０℃程度に上昇させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０６９６３号公報（図１，図２参照）
【特許文献２】特開２００３−８３６０７号公報（図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような内側を流れる流体（水）と外側の熱源（作動媒体）との間に所定値以上の温度差（上記の例では３０℃）があり、かつ銅をベースとした水側熱交換器の伝熱管の腐食形態について種々検討した結果、その腐蝕の原因は、全面腐食による銅イオンの溶出にあることが判明した。通常銅管は使用時間の経過とともに銅管内表面に酸化銅からなるスケールが生成することにより、銅イオンの溶出量が低減し、水質基準レベル（1ｐｐｍ）未満に落ち着く。しかし、エコ給湯システムの場合、銅管内部を流れる水道水の水質は一定でなく、水道水の水質基準レベル（ｐＨ）が低い地域では銅管内面への酸化銅スケールの生成が充分でないケースが生じ、そのような状態において銅管外面から１００℃近くの熱源で加熱される（所定温度以上の熱負荷を受ける）ことにより、この酸化銅スケール生成不足の現象はさらに顕著になるものと推測される。
【０００６】
すなわち、通常の水質（ｐＨ７程度）であれば、銅管からの銅イオン溶出量は使用開始後は多くても、しばらく使用すると銅管内面に酸化銅の緻密なスケールが生成することによって、実用上問題のないレベルまで低下する。しかし、地域によってはｐＨ値の低い水質の場合があり、このような水質の水道水では、銅イオンの溶出が長期に渡って低下しないケースがあり、その結果生じる実用面での問題として浴槽などに銅化合物が付着して青く着色するなどの問題が生じている。
【０００７】
これまでのところ、冷凍装置用熱交換器等の伝熱管に関し、高価格な銅材の比率を低下させて低コスト化したり、機械的強度の向上や加工性の向上、伝熱性の向上、メッキ性向上などの観点から、銅材に対する共添元素の最適な組み合わせを選び、その目的に応じた特性を向上させたものはあるが、上述のような内側を流れる流体と外側を流れる流体との間に所定値以上の温度差がある場合における給湯用伝熱管の銅イオンの溶出に対する対応策を施したものは見出せない。
【０００８】
そこで、本願発明は、そのような銅イオン溶出の問題を解決するために、仮に基準レベル以上にｐＨ値の低い水質の地域で使用したとしても、銅イオンの溶出量を十分に低く維持することができる銅イオンの溶出抑制機能を有した給湯用伝熱管を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、同目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。
【００１０】
（１） 請求項１の発明
この発明の給湯用伝熱管は、外部熱源によって管内を流れる流体を加熱する給湯用の伝熱管であって、銅をベースとし、該銅材中にアルミ、錫、リン、亜鉛を添加したことを特徴としている。
【００１１】
アルミは、銅の表面に酸化アルミニウムとして濃縮することにより、高温水中での銅イオンの溶出の抑制に有効に寄与する。
【００１２】
他方、上記アルミの添加により表面に生成する酸化アルミニウムは、銅イオンの溶出抑制作用は高いのであるが、一部の水道水に見られるように水質中に塩素イオンが高濃度で含まれていると、酸化アルミニウム膜の欠陥部を介して塩素イオンが浸入し、その箇所において孔食（局部腐食）を発生させるケースがある。そこで、この課題を解決するために種々共添元素を検討した結果、錫（スズ）を添加することにより孔食発生を抑制できることを見出した。また錫は、アルミと共添されることにより、耐食性の向上に寄与するだけでなく、アルミ添加によるロウ付け性の低下を抑制する。
【００１３】
またリンは、通常のリン脱酸銅に添加されているものと同じ効果を示し、添加範囲も同程度である。
【００１４】
アルミ添加によるもう一つの弊害としてロウ付け性の低下がある。すなわち、銅の表面に濃縮した酸化アルミニウム膜がロウの濡れ性を低下させ、長期間大気中に放置した材料ではロウがはじく場合も生じる。
【００１５】
そこで、この点を改善すべく種々の共添元素を検討した結果、上記錫に加えて、さらに亜鉛を添加することにより、ロウ付け性が十分に実用上支障のないレベルまで改善されることを見出した。
【００１６】
なお、通常のリン脱酸銅に含まれている程度の不純物が、本銅合金に含まれていても、それが上記特性に影響を与えることはない。
【００１７】
（２） 請求項２の発明
この発明の給湯用伝熱管は、上記請求項１の発明の給湯用伝熱管の構成において、アルミ、錫、リン、亜鉛各々の添加量は、アルミが重量比０．１〜２．０ｗｔ％、錫が重量比０．１〜アルミ添加量未満のｗｔ％、リンが重量比０．００１〜０．１ｗｔ％、亜鉛が重量比０．０５〜アルミ添加量未満のｗｔ％であることを特徴としている。
【００１８】
上述のように、アルミは、銅の表面に酸化アルミニウムとして濃縮することにより、高温水中での銅イオンの溶出の抑制に有効に寄与する。
【００１９】
しかし、このアルミの添加量が０．１ｗｔ％未満では、有効な効果は認められない。
【００２０】
一方、添加量が３．０ｗｔ％を超えると、銅イオンの溶出抑制効果は得られても、耐孔食性およびロウ付け性能が著しく低下する。したがって、アルミは重量比０．１〜２．０ｗｔ％の範囲が好ましい。
【００２１】
すなわち、上記アルミの添加により表面に生成する酸化アルミニウムは、銅のイオン溶出抑制作用は高いのであるが、一部の水道水に見られるように水質中に塩素イオンが高濃度で含まれていると、酸化アルミニウム膜の欠陥部を介して塩素イオンが浸入し、その箇所において孔食（局部腐食）を発生させるケースがある。そこで、この課題を解決するために種々共添元素を検討した結果、さらに錫（スズ）を添加することにより孔食発生を抑制できることを見出した。また錫は、アルミと共添されることにより、耐食性の向上に寄与するだけでなく、アルミ添加によるロウ付け性の低下をも抑制する。
【００２２】
しかし、この錫の添加量が、０．１ｗｔ％未満では有効な効果が得られない。
【００２３】
一方、錫をアルミ添加量以上に添加しても効果が飽和し、コストの上昇をもたらすのみである。したがって、錫は重量比０．１〜アルミ添加量未満のｗｔ％の範囲が好ましい。
【００２４】
リンは、通常のリン脱酸銅に添加されているものと同じ脱酸効果を示し、添加範囲も同程度である。すなわち、リンが０．００１ｗｔ％未満では、有効な脱酸素効果が得られない。一方、０．１ｗｔ％を越えて添加されると加工性が著しく低下する。したがって、リンは重量比０．００１〜０．１ｗｔ％の範囲が好ましい。
【００２５】
アルミ添加によるもう一つの弊害としてロウ付け性の低下がある。銅表面に濃縮した酸化アルミニウム膜がロウの濡れ性を低下させ、長期間大気中に放置した材料ではロウがはじく場合も生じる。
【００２６】
そこで、この点を改善すべく種々の共添元素を検討した結果、上記錫とは別に、さらに、亜鉛を添加することにより、ロウ付け性が実用上支障のないレベルまで改善されることを見出した。
【００２７】
この場合、亜鉛の添加量が、０．０５ｗｔ％未満では有効な効果が得られない。
【００２８】
一方、アルミ添加量以上に添加しても効果が飽和する。
【００２９】
したがって、亜鉛の添加量は重量比０．０５〜アルミ添加量未満のｗｔ％の範囲であることが好ましい。
【００３０】
なお、通常のリン脱酸銅に含まれている程度の不純物が、本銅合金に含まれていても、それが上記特性に影響を与えることがないことは、上述の通りである。
（３） 請求項３の発明
この発明の給湯用伝熱管は、上記請求項１又は２の発明の給湯用伝熱管の構成において、給湯用伝熱管が、熱源側の作動媒体として二酸化炭素を採用したヒートポンプ式給湯装置の給湯用水側熱交換器の伝熱管であることを特徴としている。
【００３１】
このような内側を流れる流体と外部熱源側作動媒体との間に所定値以上の温度差があり、かつ銅をベースとしたヒートポンプ式給湯装置の水側熱交換器の伝熱管の腐食形態について種々検討して見ると、その腐蝕の原因は、全面腐食による銅イオンの溶出にあることが見出される。通常銅管は使用時間の経過とともに銅管内表面に酸化銅からなるスケールが生成することにより、銅イオンの溶出量が低減し、水質基準レベル（1ｐｐｍ）未満に落ち着く。しかし、エコ給湯システムの場合、銅管内部を流れる水道水の水質は一定でなく、水道水の水質基準レベル（ｐＨ）が低い地域では銅管内面への酸化銅スケールの生成が充分でないケースが生じ、そのような状態において銅管外面から１００℃近くの熱源で加熱される（所定温度以上の熱負荷を受ける）ことにより、この酸化銅スケール生成不足の現象はさらに顕著になるものと推測される。
【００３２】
すなわち、通常の水質（ｐＨ７程度）であれば、銅管からの銅イオン溶出量は使用開始後は多くても、しばらく使用すると銅管内面に酸化銅の緻密なスケールが生成することによって、実用上問題のないレベルまで低下する。しかし、地域によってはｐＨ値の低い水質の場合があり、このような水質の水道水では、銅イオンの溶出が長期に渡って低下しないケースがあり、その結果生じる実用面での問題として浴槽などに銅化合物が付着して青く着色するなどの問題が生じている。
【００３３】
上記請求項１，２の発明の給湯用伝熱管では、このようなヒートポンプ式給湯装置の水側熱交換器の問題を解決するのに特に有益である。
【発明の効果】
【００３４】
以上の結果、本願発明によると、仮にｐＨの低い水質の地域で使用しても、銅イオンの溶出量を低く維持することができ、銅イオン溶出による浴槽等汚染の問題を招くことなく、しかもロウ付け性にすぐれたヒートポンプ式給湯装置の水側熱交換器の伝熱管等に適した給湯用の伝熱管を低コストに提供することができる。
【００３５】
また、同給湯用伝熱管では、給湯温度を高くしても、腐食の発生を可及的に低く抑制することが可能となり、ヒートポンプ式給湯装置の水側熱交換器の熱交換性能を長期に亘って有効に維持させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本願発明の実施の形態に係る給湯用伝熱管を用いて構成されたヒートポンプ式給湯装置の構成を示す図である。
【図２】同ヒートポンプ式給湯装置における水側熱交換器（吸熱熱交換器）の実験モデルの構成を示す図である。
【図３】同図３の実験モデル例による実験結果（溶出銅イオン濃度）を示すグラフである。
【図４】同図３の実験モデル例によるテストピースのロウ付け性能を試験する試験方法を経時的に示す説明図である（（ａ）はロウ材の溶融前、（ｂ）はロウ材の熔融後の状態を示す）。
【図５】同図４のロウ付け性能試験の結果を本実施例のものと比較例のものとを対比して示す説明図である（（ａ）は本実施例のもの、（ｂ）は比較例のもの）。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
先ず図１は、本願発明の実施の形態に係る給湯用伝熱管を採用して構成したヒートポンプ式給湯装置の構成を示している。
【００３８】
＜ヒートポンプ式給湯装置の全体的な構成＞
この給湯装置は、例えば図１に示すように、作動媒体としての冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒を得る圧縮機１、該圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒を凝縮することによって冷媒からの熱を放熱する放熱熱交換器（凝縮器）２、該放熱熱交換器２で凝縮した高圧の冷媒を減圧する膨張弁３、該膨張弁３で減圧された冷媒を蒸発させることによってファン５を介して供給される空気からの熱を吸熱する空気熱交換器（蒸発器）４よりなる熱源側ヒートポンプユニットＡの上記放熱熱交換器２に対して、給湯用の水を貯留した上下に長い水タンク（給湯タンク）７、該水タンク７の底部に外部からの水を供給する水供給配管１１ａ、上記水タンク７の底部側から上部側にバイパス状態で連通し、当該水タンク７内の水を水ポンプ８により底部側から上部側に循環させる水循環配管１０、該水循環配管１０の途中にあって上記熱源側ヒートポンプユニットＡの上記冷媒側熱交換器（放熱熱交換器）２に対して吸熱可能に結合される水側熱交換器（吸熱熱交換器）９よりなる給湯ユニットＢを組み合わせ、上記給湯ユニットＢ側水循環配管１０途中の水側熱交換器９を介して上記熱源側ヒートポンプユニットＡの冷媒側熱交換器２により上記水タンク７内の水を加熱するようになっている。
【００３９】
上記冷媒側熱交換器２と水側熱交換器９は、図１では便宜上相互に分離した形で示しているが、実際には水側熱交換器９の伝熱管に対して冷媒側熱交換器２の伝熱管が相互にキャピラリー構造に巻成一体化された構成（いわゆる蛇熱交型のもの）となっていて、冷媒側熱交換器２が水側熱交換器９に対する外部熱源として効率良く作用するようになっている。
【００４０】
すなわち、同装置では、先ず水タンク７に対して水供給配管１１ａにより一定量の水が給水されて貯留され、その後、同水タンク７内の水が上記給湯ユニットＢ側水循環配管９の途中に設けられた水側熱交換器９を介して熱源側ヒートポンプユニットＡの冷媒側熱交換器２の冷媒温度１２０℃により間欠的に所望の温度９０℃程度まで湯沸しされて上層部に貯湯され、同貯湯された湯が給湯配管１１ｂから取り出されて、例えば風呂、台所、シャワー等所望の用途に使用される。
【００４１】
なお、図１中の符号６は、上記冷媒側熱交換器２と水側熱交換器９とを組み合わせて構成されたヒートポンプ式給湯装置の給湯用熱交換器を示している。
【００４２】
＜水側熱交換器の伝熱管部分の構成＞
ところで、上述のような水側熱交換器９の伝熱管は、一般にリン脱酸銅製の銅管（ＪＩＳ・Ｃ１２２０）を使用しているが、本願発明者は、このような水側熱交換器９の伝熱管の腐食形態について種々研究した結果、同腐蝕の原因は全面腐食による銅イオンの溶出にあることを見出した。
【００４３】
通常、このような銅管は使用時間の経過とともに銅管内表面に酸化銅からなるスケールが生成することにより、銅イオンの溶出量が減少し、その銅イオン濃度が水質基準レベル（1ｐｐｍ）未満に落ち着く。しかし、上記ヒートポンプ式給湯装置などのエコ給湯システムでは、使用される水道水の水質が一定でなく、水道水の水質のｐＨ値が低い傾向の地域では銅管内面への酸化銅スケールの生成が充分でないケースが生じ、さらに銅管外面から１００℃近くの熱源で加熱される（上記の例では所定温度、すなわち１２０℃−９０℃＝３０℃以上の熱負荷を受けている）ことにより、この酸化銅スケールの生成が十分でない現象が、さらに顕著になるものと推測される。
【００４４】
このような理由で、通常の水質であれば、銅管からの銅イオン溶出量は、使用開始後は多くても、しばらく使用すると銅管内面に酸化銅の緻密なスケールが生成することによって、実質上問題ないレベルまで低下するが、地域によりｐＨ値の低い水質の場合には、銅イオンの溶出量が長期に渡って低下しないケースがあり、実用面での問題として浴槽などに銅化合物が付着して青く着色する問題が生じる。
【００４５】
そこで、この実施の形態では、このような問題を解決するために、上記水側熱交換器９の伝熱管として、リン脱酸銅その他の銅材（Ｃｕ）をベースとし、該ベースとなる銅材（Ｃｕ）中にアルミ（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）、リン（Ｐ）に加えて、さらに亜鉛（Ｚｎ）を添加して構成した銅合金製の伝熱管を使用している。
【００４６】
アルミ（Ａｌ）は、銅（Ｃｕ）の表面に酸化アルミニウムとして濃縮することにより、高温水中での銅イオンの溶出の抑制に有効に寄与する。
【００４７】
しかし、このアルミの添加量が０．１ｗｔ％未満では、有効な効果は認められない。
【００４８】
一方、アルミの添加量が３．０ｗｔ％を超えると、銅イオンの溶出抑制効果は得られても、耐孔食性およびロウ付け性能が著しく低下する。したがって、アルミの添加量は重量比０．１〜２．０ｗｔ％の範囲が好ましい。
【００４９】
すなわち、上記アルミの添加により表面に生成する酸化アルミニウムは、銅のイオン溶出抑制作用は高いのであるが、一部の水道水に見られるように水質中に塩素イオンが高濃度で含まれていると、酸化アルミニウム膜の欠陥部を介して塩素イオンが浸入し、その箇所において孔食（局部腐食）を発生させるケースがある。そこで、この課題を解決するために種々の共添元素を検討した結果、錫（Ｓｎ）を添加すると孔食の発生を抑制できることを見出した。また錫は、アルミと共添されることにより、耐食性の向上に寄与するだけでなく、アルミ添加によるロウ付け性能の低下をも抑制する。
【００５０】
しかし、この錫の添加量が、０．１ｗｔ％未満では有効な効果が得られない。
【００５１】
一方、この錫を上記アルミの添加量以上に添加しても効果が飽和し、コストの上昇をもたらすのみである。したがって、錫の添加量は重量比０．１〜アルミ添加量未満のｗｔ％の範囲が好ましい。
【００５２】
さらにリン（Ｐ）は、通常のリン脱酸銅に添加されているものと同じ脱酸効果を示し、添加範囲も同程度である。すなわち、０．００１ｗｔ％未満では、有効な脱酸素効果が得られない。一方、０．１ｗｔ％を越えて添加されると加工性が著しく低下する。したがって、リンの添加量は、重量比０．００１〜０．１ｗｔ％の範囲が好ましい。
【００５３】
上記のようにアルミの添加による弊害としてロウ付け性の低下がある。すなわち、銅イオンの溶出を抑制する上記銅の表面に濃縮した酸化アルミニウム膜がロウの濡れ性を低下させ、長期間大気中に放置した材料ではロウがはじく場合も生じる。
【００５４】
そこで、この欠点を改善すべく種々の共添元素を検討した結果、上記錫とは別に、さらに亜鉛を添加することにより、ロウ付け性能が実用上支障のないレベルまで改善されることを見出した。
【００５５】
この場合、亜鉛（Ｚｎ）の添加量が、０．０５ｗｔ％未満では有効な効果が得られない。
【００５６】
一方、同亜鉛をアルミの添加量以上に添加しても効果が飽和し、コストが上昇するのみである。
【００５７】
したがって、同亜鉛の添加量は０．０５〜アルミ添加量未満のｗｔ％の範囲であることが好ましい。
【００５８】
なお、通常のリン脱酸銅に含まれている程度の不純物が、本銅合金中に含まれていても、それが上記の特性に影響を与えることはない。
【００５９】
＜試験例＞
以上の組成の銅合金製伝熱管の作用効果の有効性を確認するために、以下の＜表１＞に示す組成の銅材（実施例１〜３および比較例１〜５）を各々溶解鋳造し、熱間圧延→冷間圧延工程を経て、板厚２ｍｍの板状のテストピース１６を製作した。さらに、それらを各々５００℃で３０分間歪み取り焼鈍を行ってから、その試験面をＪＩＳ１０００番まで研磨し、アルコールで脱脂して、それぞれ耐銅イオン溶出性評価試験、耐孔食性評価試験、ロウ付け性評価試験に供した。
【００６０】
【表１】
【００６１】
＜耐銅イオン溶出特性および耐孔食性の試験方法＞
今、例えば上述の図１に示す水側熱交換器９の構成に対応する図２のようなモデル水側熱交換器を製作した。
【００６２】
この水側熱交換器は、所定量の温水Ｗを貯留した有底筒状の温水タンク１２と、該温水タンク１２の底部１２ｂの下面側にあって、貯留された温水Ｗの温度を上述した給湯温度９０℃に保つ補助熱源としての補助ヒータ１４を備えた温水撹拌機能をもったホットスタラー１５と、上記温水タンク１２内底部に延びて先端１８ａ側を開口した二酸化炭素供給管１８および同二酸化炭素供給管１８の途中に設けられた開閉弁１９を有し、上記温水タンク１２内の温水Ｗ中の遊離炭酸濃度を高めて同温水ＷのｐＨ値を低下させる二酸化炭素（ＣＯ2）を貯留した二酸化炭素ボンベ２０と、上記温水タンク１２の側壁部１２ａの一部を構成する形で取付けられた上記＜表１＞に示される各種板状のテストピース１６（本実施例１〜３および比較例１〜５のもの）とからなり、該テストピース１６の外周面には、同テストピース１６の外周面側の温度を上述したヒートポンプ式給湯装置の冷媒側熱交換器２側の放熱温度１２０℃に維持するための主熱源としての主ヒータ１７が設けられている。
【００６３】
また、上記温水タンク１２の上部側には、放熱可能な空冷用のガラスコンデンサー１３ａを有する放熱および排気用の筒状の開口１３が設置されている。
【００６４】
そして、上記板状のテストピース１６の背面温度を、上述のように、図１の炭酸ガス（ＣＯ2）ヒートポンプ式給湯装置の冷媒側熱交換器２の放熱温度相当の１２０℃に設定し、また温水タンク１２中の温水Ｗの温度を給湯温度９０℃とすることにより、相互に（内外周面間で）約３０℃の温度差をつけ、同板状のテストピース１６に実機相当の熱負荷を与えるようにした。
【００６５】
使用した水の水質は、上水道水をベースに、炭酸ガス（ＣＯ2）を連続して微量吹き込み、そのｐＨ値を５．５程度まで低下させて銅イオンを溶出しやすい水質に調整した。そして、上記板状のテストピース１６からの銅イオンの溶出量は、上記温水タンク１２内の温水Ｗを定期的にサンプリングし、原子吸光分析計で測定した。
【００６６】
また、耐孔食性についての評価は、６ケ月間の試験期間経過後に上記板状のテストピース１６を取り出して、その試験面（内側の温水と接触している面）を拡大観察して、孔食の発生の有無を確認した。
【００６７】
この結果、試験水中に溶出した銅イオン濃度の経時変化を、上記＜表１＞に示した本実施例１のテストピースの場合と比較例５のテストピースの場合で代表させて図３のグラフに示す（単位ｐｐｂ）。この結果を見ると、本実施例１の場合には、銅イオンの溶出量が大きく抑制されていることが分る。
【００６８】
本実施例２，３の場合には、さらにアルミの添加量が多いことから、同実施例１の場合以上に銅イオン溶出抑制効果が高く、また比較例１〜３の場合には、相当量のアルミが添加されているため、比較例５の場合に比べると同銅イオン抑制効果が高い。しかし、後述のようにロウ付け性や耐孔食性の点で劣る。
【００６９】
＜ロウ付け性の試験方法＞
また図４（ａ）に示すように、上記板状のテストピース１６の表面に一定量のロウ材２１を置き、ガスバーナー２２で一定時間加熱し、同ロウ材２１が溶けた図４（ｂ）の状態におけるロウ材２１のテストピース１６面上での広がり具合（図５（ａ），（ｂ）の平面図および断面図の組み合わせを参照）から、その面積を計測して、各テストピース１６におけるのロウ付け性の良否を評価した（広いほど良好）。
【００７０】
＜考察＞
これらの試験結果によると、銅をベースとし、該銅材中にアルミを重量比０．１〜２．０ｗｔ％、錫を重量比０．１〜アルミ添加量未満のｗｔ％、リンを重量比０．００１〜０．１ｗｔ％、亜鉛を重量比０．０５〜アルミ添加量未満のｗｔ％添加して形成した本実施例１〜３のテストピースは、耐銅イオン溶出性、耐孔食性、ロウ付け性の何れの面においても評価基準をクリアしている（＜表１＞中に〇印で表示）。
【００７１】
他方、アルミが重量比０．１〜２．０ｗｔ％、錫が重量比０．１〜アルミ添加量未満のｗｔ％、リンが重量比０．００１〜０．１ｗｔ％、亜鉛が重量比０．０５〜アルミ添加量未満のｗｔ％の範囲にない比較例１〜４の場合およびアルミ、錫、リン、亜鉛の添加がなく、リン脱酸銅だけの比較例５の場合には、それぞれ次の点で求められる評価基準をクリアすることができていない（＜表１＞中の×印を参照）。
【００７２】
比較例１：アルミ添加量が２．０ｗｔ％を超えた場合は、耐孔食性の低下とロウ付け性の低下が生じる。
【００７３】
比較例２：錫の添加量が少ないために、耐孔食性の改善効果が得られない。
【００７４】
比較例３：亜鉛の添加量が少ないために、ロウ付け性の改善効果が得られない。
【００７５】
比較例４：アルミの添加量が少ないために、銅イオンの溶出抑制効果が得られない。
【００７６】
比較例５：通常のリン脱酸銅（ＪＩＳ・Ｃ１２２０）であるため、すでに述べたように、銅イオンの溶出量が多い。
【符号の説明】
【００７７】
Ａはヒートポンプユニット、Ｂは給湯ユニット、１は圧縮機、２は放熱熱交換器、３は膨張弁、４は空気熱交換器、５はファン、７は水タンク、８は水ポンプ、９は水側熱交換器、１０は水循環配管、１１ａは水供給配管、１１ｂは給湯配管である。
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、給湯用の伝熱管の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばヒートポンプ式給湯装置等のエコ給湯システムでは、常温の水道水を熱源側ヒートポンプユニットの作動媒体側熱交換器（放熱熱交換器）と該作動媒体側熱交換器に対して吸熱可能に結合される水側熱交換器（吸熱熱交換器）よりなるヒートポンプ式の熱交換器により加熱して、約９０℃近くのお湯を作り、給湯用の温水タンク内に貯める方式を採用している（例えば特許文献１、特許文献２などを参照）。
【０００３】
そして、上記ヒートポンプ式熱交換器の水側熱交換器の伝熱管には、通常のリン脱酸銅製の銅管（ＪＩＳ・Ｃ１２２０）を使用し、同銅管の外面から作動媒体（例えば二酸化炭素）の１２０℃程度の凝縮熱で加熱することにより、管内部を流れる水の温度を例えば９０℃程度に上昇させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０６９６３号公報（図１，図２参照）
【特許文献２】特開２００３−８３６０７号公報（図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような内側を流れる流体（水）と外側の熱源（作動媒体）との間に所定値以上の温度差（上記の例では３０℃）があり、かつ銅をベースとした水側熱交換器の伝熱管の腐食形態について種々検討した結果、その腐蝕の原因は、全面腐食による銅イオンの溶出にあることが判明した。通常銅管は使用時間の経過とともに銅管内表面に酸化銅からなるスケールが生成することにより、銅イオンの溶出量が低減し、水質基準レベル（1ｐｐｍ）未満に落ち着く。しかし、エコ給湯システムの場合、銅管内部を流れる水道水の水質は一定でなく、水道水の水質基準レベル（ｐＨ）が低い地域では銅管内面への酸化銅スケールの生成が充分でないケースが生じ、そのような状態において銅管外面から１００℃近くの熱源で加熱される（所定温度以上の熱負荷を受ける）ことにより、この酸化銅スケール生成不足の現象はさらに顕著になるものと推測される。
【０００６】
すなわち、通常の水質（ｐＨ７程度）であれば、銅管からの銅イオン溶出量は使用開始後は多くても、しばらく使用すると銅管内面に酸化銅の緻密なスケールが生成することによって、実用上問題のないレベルまで低下する。しかし、地域によってはｐＨ値の低い水質の場合があり、このような水質の水道水では、銅イオンの溶出が長期に渡って低下しないケースがあり、その結果生じる実用面での問題として浴槽などに銅化合物が付着して青く着色するなどの問題が生じている。
【０００７】
これまでのところ、冷凍装置用熱交換器等の伝熱管に関し、高価格な銅材の比率を低下させて低コスト化したり、機械的強度の向上や加工性の向上、伝熱性の向上、メッキ性向上などの観点から、銅材に対する共添元素の最適な組み合わせを選び、その目的に応じた特性を向上させたものはあるが、上述のような内側を流れる流体と外側を流れる流体との間に所定値以上の温度差がある場合における給湯用伝熱管の銅イオンの溶出に対する対応策を施したものは見出せない。
【０００８】
そこで、本願発明は、そのような銅イオン溶出の問題を解決するために、仮に基準レベル以上にｐＨ値の低い水質の地域で使用したとしても、銅イオンの溶出量を十分に低く維持することができる銅イオンの溶出抑制機能を有した給湯用伝熱管を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、同目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。
【００１０】
（１） 請求項１の発明
この発明の給湯用伝熱管は、外部熱源によって管内を流れる流体を加熱する給湯用の伝熱管であって、銅をベースとし、該銅材中にアルミ、錫、リン、亜鉛を添加したことを特徴としている。
【００１１】
アルミは、銅の表面に酸化アルミニウムとして濃縮することにより、高温水中での銅イオンの溶出の抑制に有効に寄与する。
【００１２】
他方、上記アルミの添加により表面に生成する酸化アルミニウムは、銅イオンの溶出抑制作用は高いのであるが、一部の水道水に見られるように水質中に塩素イオンが高濃度で含まれていると、酸化アルミニウム膜の欠陥部を介して塩素イオンが浸入し、その箇所において孔食（局部腐食）を発生させるケースがある。そこで、この課題を解決するために種々共添元素を検討した結果、錫（スズ）を添加することにより孔食発生を抑制できることを見出した。また錫は、アルミと共添されることにより、耐食性の向上に寄与するだけでなく、アルミ添加によるロウ付け性の低下を抑制する。
【００１３】
またリンは、通常のリン脱酸銅に添加されているものと同じ効果を示し、添加範囲も同程度である。
【００１４】
アルミ添加によるもう一つの弊害としてロウ付け性の低下がある。すなわち、銅の表面に濃縮した酸化アルミニウム膜がロウの濡れ性を低下させ、長期間大気中に放置した材料ではロウがはじく場合も生じる。
【００１５】
そこで、この点を改善すべく種々の共添元素を検討した結果、上記錫に加えて、さらに亜鉛を添加することにより、ロウ付け性が十分に実用上支障のないレベルまで改善されることを見出した。
【００１６】
なお、通常のリン脱酸銅に含まれている程度の不純物が、本銅合金に含まれていても、それが上記特性に影響を与えることはない。
【００１７】
（２） 請求項２の発明
この発明の給湯用伝熱管は、上記請求項１の発明の給湯用伝熱管の構成において、アルミ、錫、リン、亜鉛各々の添加量は、アルミが重量比０．１〜２．０ｗｔ％、錫が重量比０．１〜アルミ添加量未満のｗｔ％、リンが重量比０．００１〜０．１ｗｔ％、亜鉛が重量比０．０５〜アルミ添加量未満のｗｔ％であることを特徴としている。
【００１８】
上述のように、アルミは、銅の表面に酸化アルミニウムとして濃縮することにより、高温水中での銅イオンの溶出の抑制に有効に寄与する。
【００１９】
しかし、このアルミの添加量が０．１ｗｔ％未満では、有効な効果は認められない。
【００２０】
一方、添加量が３．０ｗｔ％を超えると、銅イオンの溶出抑制効果は得られても、耐孔食性およびロウ付け性能が著しく低下する。したがって、アルミは重量比０．１〜２．０ｗｔ％の範囲が好ましい。
【００２１】
すなわち、上記アルミの添加により表面に生成する酸化アルミニウムは、銅のイオン溶出抑制作用は高いのであるが、一部の水道水に見られるように水質中に塩素イオンが高濃度で含まれていると、酸化アルミニウム膜の欠陥部を介して塩素イオンが浸入し、その箇所において孔食（局部腐食）を発生させるケースがある。そこで、この課題を解決するために種々共添元素を検討した結果、さらに錫（スズ）を添加することにより孔食発生を抑制できることを見出した。また錫は、アルミと共添されることにより、耐食性の向上に寄与するだけでなく、アルミ添加によるロウ付け性の低下をも抑制する。
【００２２】
しかし、この錫の添加量が、０．１ｗｔ％未満では有効な効果が得られない。
【００２３】
一方、錫をアルミ添加量以上に添加しても効果が飽和し、コストの上昇をもたらすのみである。したがって、錫は重量比０．１〜アルミ添加量未満のｗｔ％の範囲が好ましい。
【００２４】
リンは、通常のリン脱酸銅に添加されているものと同じ脱酸効果を示し、添加範囲も同程度である。すなわち、リンが０．００１ｗｔ％未満では、有効な脱酸素効果が得られない。一方、０．１ｗｔ％を越えて添加されると加工性が著しく低下する。したがって、リンは重量比０．００１〜０．１ｗｔ％の範囲が好ましい。
【００２５】
アルミ添加によるもう一つの弊害としてロウ付け性の低下がある。銅表面に濃縮した酸化アルミニウム膜がロウの濡れ性を低下させ、長期間大気中に放置した材料ではロウがはじく場合も生じる。
【００２６】
そこで、この点を改善すべく種々の共添元素を検討した結果、上記錫とは別に、さらに、亜鉛を添加することにより、ロウ付け性が実用上支障のないレベルまで改善されることを見出した。
【００２７】
この場合、亜鉛の添加量が、０．０５ｗｔ％未満では有効な効果が得られない。
【００２８】
一方、アルミ添加量以上に添加しても効果が飽和する。
【００２９】
したがって、亜鉛の添加量は重量比０．０５〜アルミ添加量未満のｗｔ％の範囲であることが好ましい。
【００３０】
なお、通常のリン脱酸銅に含まれている程度の不純物が、本銅合金に含まれていても、それが上記特性に影響を与えることがないことは、上述の通りである。
（３） 請求項３の発明
この発明の給湯用伝熱管は、上記請求項１又は２の発明の給湯用伝熱管の構成において、給湯用伝熱管が、熱源側の作動媒体として二酸化炭素を採用したヒートポンプ式給湯装置の給湯用水側熱交換器の伝熱管であることを特徴としている。
【００３１】
このような内側を流れる流体と外部熱源側作動媒体との間に所定値以上の温度差があり、かつ銅をベースとしたヒートポンプ式給湯装置の水側熱交換器の伝熱管の腐食形態について種々検討して見ると、その腐蝕の原因は、全面腐食による銅イオンの溶出にあることが見出される。通常銅管は使用時間の経過とともに銅管内表面に酸化銅からなるスケールが生成することにより、銅イオンの溶出量が低減し、水質基準レベル（1ｐｐｍ）未満に落ち着く。しかし、エコ給湯システムの場合、銅管内部を流れる水道水の水質は一定でなく、水道水の水質基準レベル（ｐＨ）が低い地域では銅管内面への酸化銅スケールの生成が充分でないケースが生じ、そのような状態において銅管外面から１００℃近くの熱源で加熱される（所定温度以上の熱負荷を受ける）ことにより、この酸化銅スケール生成不足の現象はさらに顕著になるものと推測される。
【００３２】
すなわち、通常の水質（ｐＨ７程度）であれば、銅管からの銅イオン溶出量は使用開始後は多くても、しばらく使用すると銅管内面に酸化銅の緻密なスケールが生成することによって、実用上問題のないレベルまで低下する。しかし、地域によってはｐＨ値の低い水質の場合があり、このような水質の水道水では、銅イオンの溶出が長期に渡って低下しないケースがあり、その結果生じる実用面での問題として浴槽などに銅化合物が付着して青く着色するなどの問題が生じている。
【００３３】
上記請求項１，２の発明の給湯用伝熱管では、このようなヒートポンプ式給湯装置の水側熱交換器の問題を解決するのに特に有益である。
【発明の効果】
【００３４】
以上の結果、本願発明によると、仮にｐＨの低い水質の地域で使用しても、銅イオンの溶出量を低く維持することができ、銅イオン溶出による浴槽等汚染の問題を招くことなく、しかもロウ付け性にすぐれたヒートポンプ式給湯装置の水側熱交換器の伝熱管等に適した給湯用の伝熱管を低コストに提供することができる。
【００３５】
また、同給湯用伝熱管では、給湯温度を高くしても、腐食の発生を可及的に低く抑制することが可能となり、ヒートポンプ式給湯装置の水側熱交換器の熱交換性能を長期に亘って有効に維持させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本願発明の実施の形態に係る給湯用伝熱管を用いて構成されたヒートポンプ式給湯装置の構成を示す図である。
【図２】同ヒートポンプ式給湯装置における水側熱交換器（吸熱熱交換器）の実験モデルの構成を示す図である。
【図３】同図３の実験モデル例による実験結果（溶出銅イオン濃度）を示すグラフである。
【図４】同図３の実験モデル例によるテストピースのロウ付け性能を試験する試験方法を経時的に示す説明図である（（ａ）はロウ材の溶融前、（ｂ）はロウ材の熔融後の状態を示す）。
【図５】同図４のロウ付け性能試験の結果を本実施例のものと比較例のものとを対比して示す説明図である（（ａ）は本実施例のもの、（ｂ）は比較例のもの）。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
先ず図１は、本願発明の実施の形態に係る給湯用伝熱管を採用して構成したヒートポンプ式給湯装置の構成を示している。
【００３８】
＜ヒートポンプ式給湯装置の全体的な構成＞
この給湯装置は、例えば図１に示すように、作動媒体としての冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒を得る圧縮機１、該圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒を凝縮することによって冷媒からの熱を放熱する放熱熱交換器（凝縮器）２、該放熱熱交換器２で凝縮した高圧の冷媒を減圧する膨張弁３、該膨張弁３で減圧された冷媒を蒸発させることによってファン５を介して供給される空気からの熱を吸熱する空気熱交換器（蒸発器）４よりなる熱源側ヒートポンプユニットＡの上記放熱熱交換器２に対して、給湯用の水を貯留した上下に長い水タンク（給湯タンク）７、該水タンク７の底部に外部からの水を供給する水供給配管１１ａ、上記水タンク７の底部側から上部側にバイパス状態で連通し、当該水タンク７内の水を水ポンプ８により底部側から上部側に循環させる水循環配管１０、該水循環配管１０の途中にあって上記熱源側ヒートポンプユニットＡの上記冷媒側熱交換器（放熱熱交換器）２に対して吸熱可能に結合される水側熱交換器（吸熱熱交換器）９よりなる給湯ユニットＢを組み合わせ、上記給湯ユニットＢ側水循環配管１０途中の水側熱交換器９を介して上記熱源側ヒートポンプユニットＡの冷媒側熱交換器２により上記水タンク７内の水を加熱するようになっている。
【００３９】
上記冷媒側熱交換器２と水側熱交換器９は、図１では便宜上相互に分離した形で示しているが、実際には水側熱交換器９の伝熱管に対して冷媒側熱交換器２の伝熱管が相互にキャピラリー構造に巻成一体化された構成（いわゆる蛇熱交型のもの）となっていて、冷媒側熱交換器２が水側熱交換器９に対する外部熱源として効率良く作用するようになっている。
【００４０】
すなわち、同装置では、先ず水タンク７に対して水供給配管１１ａにより一定量の水が給水されて貯留され、その後、同水タンク７内の水が上記給湯ユニットＢ側水循環配管９の途中に設けられた水側熱交換器９を介して熱源側ヒートポンプユニットＡの冷媒側熱交換器２の冷媒温度１２０℃により間欠的に所望の温度９０℃程度まで湯沸しされて上層部に貯湯され、同貯湯された湯が給湯配管１１ｂから取り出されて、例えば風呂、台所、シャワー等所望の用途に使用される。
【００４１】
なお、図１中の符号６は、上記冷媒側熱交換器２と水側熱交換器９とを組み合わせて構成されたヒートポンプ式給湯装置の給湯用熱交換器を示している。
【００４２】
＜水側熱交換器の伝熱管部分の構成＞
ところで、上述のような水側熱交換器９の伝熱管は、一般にリン脱酸銅製の銅管（ＪＩＳ・Ｃ１２２０）を使用しているが、本願発明者は、このような水側熱交換器９の伝熱管の腐食形態について種々研究した結果、同腐蝕の原因は全面腐食による銅イオンの溶出にあることを見出した。
【００４３】
通常、このような銅管は使用時間の経過とともに銅管内表面に酸化銅からなるスケールが生成することにより、銅イオンの溶出量が減少し、その銅イオン濃度が水質基準レベル（1ｐｐｍ）未満に落ち着く。しかし、上記ヒートポンプ式給湯装置などのエコ給湯システムでは、使用される水道水の水質が一定でなく、水道水の水質のｐＨ値が低い傾向の地域では銅管内面への酸化銅スケールの生成が充分でないケースが生じ、さらに銅管外面から１００℃近くの熱源で加熱される（上記の例では所定温度、すなわち１２０℃−９０℃＝３０℃以上の熱負荷を受けている）ことにより、この酸化銅スケールの生成が十分でない現象が、さらに顕著になるものと推測される。
【００４４】
このような理由で、通常の水質であれば、銅管からの銅イオン溶出量は、使用開始後は多くても、しばらく使用すると銅管内面に酸化銅の緻密なスケールが生成することによって、実質上問題ないレベルまで低下するが、地域によりｐＨ値の低い水質の場合には、銅イオンの溶出量が長期に渡って低下しないケースがあり、実用面での問題として浴槽などに銅化合物が付着して青く着色する問題が生じる。
【００４５】
そこで、この実施の形態では、このような問題を解決するために、上記水側熱交換器９の伝熱管として、リン脱酸銅その他の銅材（Ｃｕ）をベースとし、該ベースとなる銅材（Ｃｕ）中にアルミ（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）、リン（Ｐ）に加えて、さらに亜鉛（Ｚｎ）を添加して構成した銅合金製の伝熱管を使用している。
【００４６】
アルミ（Ａｌ）は、銅（Ｃｕ）の表面に酸化アルミニウムとして濃縮することにより、高温水中での銅イオンの溶出の抑制に有効に寄与する。
【００４７】
しかし、このアルミの添加量が０．１ｗｔ％未満では、有効な効果は認められない。
【００４８】
一方、アルミの添加量が３．０ｗｔ％を超えると、銅イオンの溶出抑制効果は得られても、耐孔食性およびロウ付け性能が著しく低下する。したがって、アルミの添加量は重量比０．１〜２．０ｗｔ％の範囲が好ましい。
【００４９】
すなわち、上記アルミの添加により表面に生成する酸化アルミニウムは、銅のイオン溶出抑制作用は高いのであるが、一部の水道水に見られるように水質中に塩素イオンが高濃度で含まれていると、酸化アルミニウム膜の欠陥部を介して塩素イオンが浸入し、その箇所において孔食（局部腐食）を発生させるケースがある。そこで、この課題を解決するために種々の共添元素を検討した結果、錫（Ｓｎ）を添加すると孔食の発生を抑制できることを見出した。また錫は、アルミと共添されることにより、耐食性の向上に寄与するだけでなく、アルミ添加によるロウ付け性能の低下をも抑制する。
【００５０】
しかし、この錫の添加量が、０．１ｗｔ％未満では有効な効果が得られない。
【００５１】
一方、この錫を上記アルミの添加量以上に添加しても効果が飽和し、コストの上昇をもたらすのみである。したがって、錫の添加量は重量比０．１〜アルミ添加量未満のｗｔ％の範囲が好ましい。
【００５２】
さらにリン（Ｐ）は、通常のリン脱酸銅に添加されているものと同じ脱酸効果を示し、添加範囲も同程度である。すなわち、０．００１ｗｔ％未満では、有効な脱酸素効果が得られない。一方、０．１ｗｔ％を越えて添加されると加工性が著しく低下する。したがって、リンの添加量は、重量比０．００１〜０．１ｗｔ％の範囲が好ましい。
【００５３】
上記のようにアルミの添加による弊害としてロウ付け性の低下がある。すなわち、銅イオンの溶出を抑制する上記銅の表面に濃縮した酸化アルミニウム膜がロウの濡れ性を低下させ、長期間大気中に放置した材料ではロウがはじく場合も生じる。
【００５４】
そこで、この欠点を改善すべく種々の共添元素を検討した結果、上記錫とは別に、さらに亜鉛を添加することにより、ロウ付け性能が実用上支障のないレベルまで改善されることを見出した。
【００５５】
この場合、亜鉛（Ｚｎ）の添加量が、０．０５ｗｔ％未満では有効な効果が得られない。
【００５６】
一方、同亜鉛をアルミの添加量以上に添加しても効果が飽和し、コストが上昇するのみである。
【００５７】
したがって、同亜鉛の添加量は０．０５〜アルミ添加量未満のｗｔ％の範囲であることが好ましい。
【００５８】
なお、通常のリン脱酸銅に含まれている程度の不純物が、本銅合金中に含まれていても、それが上記の特性に影響を与えることはない。
【００５９】
＜試験例＞
以上の組成の銅合金製伝熱管の作用効果の有効性を確認するために、以下の＜表１＞に示す組成の銅材（実施例１〜３および比較例１〜５）を各々溶解鋳造し、熱間圧延→冷間圧延工程を経て、板厚２ｍｍの板状のテストピース１６を製作した。さらに、それらを各々５００℃で３０分間歪み取り焼鈍を行ってから、その試験面をＪＩＳ１０００番まで研磨し、アルコールで脱脂して、それぞれ耐銅イオン溶出性評価試験、耐孔食性評価試験、ロウ付け性評価試験に供した。
【００６０】
【表１】
【００６１】
＜耐銅イオン溶出特性および耐孔食性の試験方法＞
今、例えば上述の図１に示す水側熱交換器９の構成に対応する図２のようなモデル水側熱交換器を製作した。
【００６２】
この水側熱交換器は、所定量の温水Ｗを貯留した有底筒状の温水タンク１２と、該温水タンク１２の底部１２ｂの下面側にあって、貯留された温水Ｗの温度を上述した給湯温度９０℃に保つ補助熱源としての補助ヒータ１４を備えた温水撹拌機能をもったホットスタラー１５と、上記温水タンク１２内底部に延びて先端１８ａ側を開口した二酸化炭素供給管１８および同二酸化炭素供給管１８の途中に設けられた開閉弁１９を有し、上記温水タンク１２内の温水Ｗ中の遊離炭酸濃度を高めて同温水ＷのｐＨ値を低下させる二酸化炭素（ＣＯ2）を貯留した二酸化炭素ボンベ２０と、上記温水タンク１２の側壁部１２ａの一部を構成する形で取付けられた上記＜表１＞に示される各種板状のテストピース１６（本実施例１〜３および比較例１〜５のもの）とからなり、該テストピース１６の外周面には、同テストピース１６の外周面側の温度を上述したヒートポンプ式給湯装置の冷媒側熱交換器２側の放熱温度１２０℃に維持するための主熱源としての主ヒータ１７が設けられている。
【００６３】
また、上記温水タンク１２の上部側には、放熱可能な空冷用のガラスコンデンサー１３ａを有する放熱および排気用の筒状の開口１３が設置されている。
【００６４】
そして、上記板状のテストピース１６の背面温度を、上述のように、図１の炭酸ガス（ＣＯ2）ヒートポンプ式給湯装置の冷媒側熱交換器２の放熱温度相当の１２０℃に設定し、また温水タンク１２中の温水Ｗの温度を給湯温度９０℃とすることにより、相互に（内外周面間で）約３０℃の温度差をつけ、同板状のテストピース１６に実機相当の熱負荷を与えるようにした。
【００６５】
使用した水の水質は、上水道水をベースに、炭酸ガス（ＣＯ2）を連続して微量吹き込み、そのｐＨ値を５．５程度まで低下させて銅イオンを溶出しやすい水質に調整した。そして、上記板状のテストピース１６からの銅イオンの溶出量は、上記温水タンク１２内の温水Ｗを定期的にサンプリングし、原子吸光分析計で測定した。
【００６６】
また、耐孔食性についての評価は、６ケ月間の試験期間経過後に上記板状のテストピース１６を取り出して、その試験面（内側の温水と接触している面）を拡大観察して、孔食の発生の有無を確認した。
【００６７】
この結果、試験水中に溶出した銅イオン濃度の経時変化を、上記＜表１＞に示した本実施例１のテストピースの場合と比較例５のテストピースの場合で代表させて図３のグラフに示す（単位ｐｐｂ）。この結果を見ると、本実施例１の場合には、銅イオンの溶出量が大きく抑制されていることが分る。
【００６８】
本実施例２，３の場合には、さらにアルミの添加量が多いことから、同実施例１の場合以上に銅イオン溶出抑制効果が高く、また比較例１〜３の場合には、相当量のアルミが添加されているため、比較例５の場合に比べると同銅イオン抑制効果が高い。しかし、後述のようにロウ付け性や耐孔食性の点で劣る。
【００６９】
＜ロウ付け性の試験方法＞
また図４（ａ）に示すように、上記板状のテストピース１６の表面に一定量のロウ材２１を置き、ガスバーナー２２で一定時間加熱し、同ロウ材２１が溶けた図４（ｂ）の状態におけるロウ材２１のテストピース１６面上での広がり具合（図５（ａ），（ｂ）の平面図および断面図の組み合わせを参照）から、その面積を計測して、各テストピース１６におけるのロウ付け性の良否を評価した（広いほど良好）。
【００７０】
＜考察＞
これらの試験結果によると、銅をベースとし、該銅材中にアルミを重量比０．１〜２．０ｗｔ％、錫を重量比０．１〜アルミ添加量未満のｗｔ％、リンを重量比０．００１〜０．１ｗｔ％、亜鉛を重量比０．０５〜アルミ添加量未満のｗｔ％添加して形成した本実施例１〜３のテストピースは、耐銅イオン溶出性、耐孔食性、ロウ付け性の何れの面においても評価基準をクリアしている（＜表１＞中に〇印で表示）。
【００７１】
他方、アルミが重量比０．１〜２．０ｗｔ％、錫が重量比０．１〜アルミ添加量未満のｗｔ％、リンが重量比０．００１〜０．１ｗｔ％、亜鉛が重量比０．０５〜アルミ添加量未満のｗｔ％の範囲にない比較例１〜４の場合およびアルミ、錫、リン、亜鉛の添加がなく、リン脱酸銅だけの比較例５の場合には、それぞれ次の点で求められる評価基準をクリアすることができていない（＜表１＞中の×印を参照）。
【００７２】
比較例１：アルミ添加量が２．０ｗｔ％を超えた場合は、耐孔食性の低下とロウ付け性の低下が生じる。
【００７３】
比較例２：錫の添加量が少ないために、耐孔食性の改善効果が得られない。
【００７４】
比較例３：亜鉛の添加量が少ないために、ロウ付け性の改善効果が得られない。
【００７５】
比較例４：アルミの添加量が少ないために、銅イオンの溶出抑制効果が得られない。
【００７６】
比較例５：通常のリン脱酸銅（ＪＩＳ・Ｃ１２２０）であるため、すでに述べたように、銅イオンの溶出量が多い。
【符号の説明】
【００７７】
Ａはヒートポンプユニット、Ｂは給湯ユニット、１は圧縮機、２は放熱熱交換器、３は膨張弁、４は空気熱交換器、５はファン、７は水タンク、８は水ポンプ、９は水側熱交換器、１０は水循環配管、１１ａは水供給配管、１１ｂは給湯配管である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部熱源によって管内を流れる流体を加熱する給湯用の伝熱管であって、銅をベースとし、該銅材中にアルミ、錫、リン、亜鉛を添加したことを特徴とする給湯用伝熱管。
【請求項２】
アルミ、錫、リン、亜鉛各々の添加量は、アルミが重量比０．１〜２．０ｗｔ％、錫が重量比０．１〜アルミ添加量未満のｗｔ％、リンが重量比０．００１〜０．１ｗｔ％、亜鉛が重量比０．０５〜アルミ添加量未満のｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載の給湯用伝熱管。
【請求項３】
給湯用伝熱管が、熱源側の作動媒体として二酸化炭素を採用したヒートポンプ式給湯装置の給湯用水側熱交換器の伝熱管であることを特徴とする請求項１又は２記載の給湯用伝熱管。
【請求項１】
外部熱源によって管内を流れる流体を加熱する給湯用の伝熱管であって、銅をベースとし、該銅材中にアルミ、錫、リン、亜鉛を添加したことを特徴とする給湯用伝熱管。
【請求項２】
アルミ、錫、リン、亜鉛各々の添加量は、アルミが重量比０．１〜２．０ｗｔ％、錫が重量比０．１〜アルミ添加量未満のｗｔ％、リンが重量比０．００１〜０．１ｗｔ％、亜鉛が重量比０．０５〜アルミ添加量未満のｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載の給湯用伝熱管。
【請求項３】
給湯用伝熱管が、熱源側の作動媒体として二酸化炭素を採用したヒートポンプ式給湯装置の給湯用水側熱交換器の伝熱管であることを特徴とする請求項１又は２記載の給湯用伝熱管。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２７２８０（Ｐ２０１１−２７２８０Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７０７１４（Ｐ２００９−１７０７１４）
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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