銅管は、冷凍システムで最も一般的に使用されるパイプの 1 つです。銅管は、熱伝導性、強度、可塑性、耐腐食性に優れているなどの利点があり、凝縮器や蒸発器などの熱交換部品や接続パイプラインに広く使用されています。この記事では、銅管の分類、冷凍銅管の技術要件、銅管の壁厚の計算について詳しく説明します。
1. 銅管の分類と性能特性
1. 材料構成による：
銅管は、銅管（TP2）、真鍮管（H62 / H65 / H68）、青銅管（QSn6.5-0.1）、白銅管（Ni Cu合金）などに分けられます。その中で、銅管は熱伝導率が最も優れていますが、より高価です。黄銅管は強度が高いですが、熱伝導率が低いです。青銅管と白銅管は耐食性が優れていますが、加工性能が悪いです。
2. 生産工程別に分類：
銅管は、無酸素銅管、酸素含有銅管、内ねじ銅管などに分けられます。無酸素銅管は純度が高く、毛細管などの精密部品の製造によく使用されます。酸素含有銅管は強度と硬度が適度で、溶接性も良好で、接続管としてよく使用されます。内ねじ銅管の内壁にはねじ山が切られており、熱伝達を高める効果に優れています。
3. 硬度による分類：
銅管は、軟質（O 状態）、半硬質（1/2H）、硬質（H 状態）の 3 つのカテゴリに分類できます。O 状態銅管は柔らかく、可塑性と延性は良好ですが、強度は低くなります。H 状態銅管は強度と硬度は高いですが、可塑性は低くなります。1/2H 銅管は強度と可塑性が中程度で、加工性能が良好で、冷凍パイプラインに最適です。
2、冷凍システムに使用される銅管の技術的要件
1. 材料要件
冷凍システムでは1/2H銅管（TP2M）がよく使用され、その化学組成はGB/T 17505-2010 [4]の規定に準拠している必要があります。
Cu+Ag 99.90%以上
{{0}}.015% P以下 0.040%以下
不純物元素の含有量は、Biが{{0}}.001%以下、Sbが0.{{10}}02%以下、Asが0.002%以下、Feが0.005%以下、Pbが0.005%以下、Sが0.005%以下、Znが0.005%以下、Niが0.002%以下、Snが0.002%以下の要件を満たす必要があります。
2. 機械的性質
1/2H銅管の機械的特性は以下の要件を満たす必要がある[4]。
引張強度Rm 295MPa以上
降伏強度 Rp0.2 255MPa以上
破断後伸び A 3%以上
表: パイプの常温機械的性質
3. 寸法偏差
銅管の外径（D）と肉厚（s）の許容偏差は表1[5]の規定に適合しなければならない。ミック重量（M）は式M=0.02566・D・s[6]に従って計算し、偏差は±8％以内でなければならない。
表：銅管の寸法と偏差（mm）
表1/2H州銅管サイズ制限偏差（mm）
3、銅管の肉厚計算方法
1. 圧力容器の標準方法
ASME圧力容器規格によれば、内圧を受ける銅管の最小壁厚は次の式で計算できる[7]。
t=PD/(2S+0.8P)
式中、t-最小壁厚（mm）、P-設計圧力（MPa）、D-管外径（mm）、S-銅管の許容応力（MPa）は、通常、銅管の降伏強度の1/3～1/4とします。
2. 流体力学の方法
流体の流れ中の圧力損失を考慮すると、銅管の壁厚も流体力学の強度条件を満たす必要がある[8]。
t=D·(3ξρv^2/8σ[s])^0.5
式中、ξ - 経路に沿った抗力係数（レイノルズ数および相対粗さに関連）、ρ - 冷媒密度（kg/m ³）、V - 冷媒流量（m/s）、σ [s] - 銅管の許容せん断応力（MPa）、降伏強度の 1/3 として考えることができます。
3. 振動疲労法
冷凍システム内の銅管は交番応力を受けることが多く、振動疲労強度を検証する必要がある[9]。
σ[a]=Cf·σ[-1]·(2N[f])^m [σ]以下
式中、σ [a] - 交番応力振幅（MPa）、Cf - 表面品質係数、σ [-1] - 銅管材料の疲労限度（MPa）、降伏強度の 0.40.5 として取得、Nf - 疲労寿命（倍）、m-疲労強度指数、34 として取得、[σ] - 許容交番応力（MPa）、降伏強度の 0.6~0.7 として取得。これにより、必要な最小壁厚を推定できます。
高温、高圧、振動などの過酷な使用条件下で銅管の安全性と信頼性を確保するには、通常、上記の 3 つの方法に従って個別に設計計算を行い、その最大値を銅管の公称壁厚として選択する必要があります。
4、結論
冷凍システム用の銅管の選択と設計は、材料、加工、接続、設置、使用などのさまざまな要素を総合的に考慮する必要がある体系的なプロジェクトです。設計時には、システムの冷却能力、作動流体、温度、圧力、その他のパラメータに基づいて、銅管の材質、状態、仕様を合理的に選択する必要があります。銅管の壁厚の決定には、システムの安全性、信頼性、経済性を確保するために、圧力支持能力、流体抵抗、振動疲労などの側面からの検証と計算が必要です。
なお、本稿で紹介した壁厚計算式はあくまでも参考用であり、実際の設計では、銅管の曲げ半径、支持間隔、接続方法などの要素の影響も考慮する必要があります。設計者は、銅管や継手の最新の規格や技術開発をタイムリーに理解し、設計方法を改善し、設計品質を高める必要があります。同時に、建設プロセスの管理を強化し、銅管の輸送、保管、加工、接続、システム設置、試運転の仕様を厳守して、冷凍システムの安全で効率的な運用を確保する必要があります。
