銅管

銅管には、配管用チューブと空調/冷凍用（ACR）チューブの2種類の基本的なチューブがあり、引抜（硬質）と焼きなまし（軟質）の両方の焼き戻しがあります。耐食性が高いため、給水システム、石油燃料移送ライン、不燃性医療ガスシステム、HVACシステムの冷媒ラインとして使用されています。^[1]銅管は、フレア接続、圧縮接続、プレス接続、またははんだを使用して接合されます。^[2]

軟質（延性）銅管は、簡単に曲げることができ、管の経路にある障害物を迂回できます。管のサイズを決めるために使用される引き抜き工程の加工硬化により銅は硬くなり、再び柔らかくなりますが、慎重に焼きなまし処理されて柔らかくなります。そのため、焼きなまし処理されていない硬質銅管よりも製造コストが高くなります。硬質銅に使用される 3 つの方法のいずれかで接続でき、フレア接続に適した唯一の銅管です。軟質銅は、スプリット システム エアコンやヒート ポンプの冷媒ラインで最も人気のある選択肢です。

硬質銅は、水道管によく使用されます。硬質または「ハード」銅管は、一般に「パイプ」と呼ばれます。銅の「パイプ」は、公称パイプ サイズ、つまり内径で呼ばれます。はんだ付け/スエット、ロール溝付け、圧縮、または圧着/プレス接続を使用して接合されます。硬質銅は、引き抜き工程の加工硬化により硬くなり、曲げることができないため、角や障害物を迂回するにはエルボ継手を使用する必要があります。アニーリングと呼ばれるプロセスで加熱して冷却すると、硬質銅は柔らかくなり、割れることなく曲げたり成形したりできます。

はんだ付け継手は滑らかで、チューブセクションの端に簡単に滑り込みます。次に、接合部をトーチで加熱し、はんだを溶かして接続部に組み込みます。はんだが冷えると、何十年も持続する非常に強力な結合が形成されます。はんだ付けされた硬質銅は、現代の建物の給水管で最も人気のある選択肢です。一度に多くの接続を行う必要がある状況 (新しい建物の配管など) では、はんだ付けを使用すると、圧縮継手やフレア継手よりもはるかに迅速かつ安価な接合が可能になります。パイプのはんだ付けプロセスを説明するために、発汗という言葉が使用されることがあります。接合部に使用される充填材の融点は、800 °F (427 °C) 未満です。

ろう付けは、接合する金属よりも融点が低い フィラー金属を溶かして接合部に流し込み、2 つ以上の金属部品を接合する金属接合プロセスです。

ろう付けは、ワークピースを溶かさずに溶接を行う点で溶接と異なり、はんだ付けとも、同様のプロセスでより高い温度を使用する一方で、はんだ付けよりもはるかに密接にフィットする部品を必要とする点で異なります。 フィラー金属は、毛細管現象によってぴったりとフィットする部品間の隙間に流れ込みます。 フィラー金属は、適切な雰囲気（通常はフラックス）で保護された状態で、融点（液相線）よりわずかに高い温度に加熱されます。 次に、フィラー金属がベース金属上を流れ（濡れと呼ばれるプロセス）、冷却されてワークピースが接合されます。^[3]ろう付けの主な利点は、同じ金属または異なる金属をかなりの強度で接合できることです。接合部に使用される充填材の融点は、800 °F（427 °C）を超えています。

圧縮継手は、軟質金属または熱可塑性リング (圧縮リング、「オリーブ」または「フェルール」) を使用し、圧縮ナットによってパイプに押し付けられて継手に入ります。軟質金属はチューブと継手の表面に密着し、密閉状態を形成します。圧縮接続は、通常、スウェット接続ほど長寿命ではありませんが、基本的なツールを使用して簡単に作成できるため、多くの場合に有利です。圧縮接続の欠点は、スウェット接続よりも作成に時間がかかり、漏れを止めるために時間の経過とともに再度締め直す必要があることです。

フレア接続では、フレア ツールを使用してチューブ セクションの端をベル型に外側に広げる必要があります。フレア加工できるのは軟銅のみです。次に、フレア ナットでこのベル型の端をオス フィッティングに圧縮します。フレア接続は、手間のかかる接続方法ですが、長年にわたって非常に信頼性があります。

圧着接続はプレス継手とも呼ばれ、手動または電動のクリンパを使用して硬い銅管に恒久的に取り付けられる特殊な銅継手です。内部にすでにシーラントが入った状態で製造された継手は、接続する管の上をスライドします。平方インチあたり数千ポンドの圧力を使用して継手を変形させ、シーラントを内部の銅管に対して圧縮し、防水シールを作成します。この方法の利点は、管と同じくらい長持ちすること、他の方法よりも完了にかかる時間が短いこと、接続に使用する材料と外観の両方がきれいであること、接続プロセス中に直火を使用しないことです。欠点は、使用する継手が見つけにくく、スウェットタイプの継手よりも大幅に高価であることです。

プッシュ ツー コネクト (プッシュ ツー ロックまたは単にプッシュとも呼ばれる) 継手は、チューブの端に押し込むだけで、継手内部の歯によって所定の位置に保持されます。チューブを切断してバリ取りするツール以外は、取り付けにレンチやその他の特別なツールは必要ありません。はんだ付けされた継手とは異なり、取り付け時に濡れたチューブに取り付けることができます。

米国、カナダ、インドで一般的な銅管の壁厚は「タイプK」、「タイプL」、「タイプM」、「タイプDWV」である。^{[5] [6]}

• タイプ K は、3 種類の圧力定格チューブの中で最も厚い壁面を持ち、配管コードで要求されている適切な腐食防止コーティングまたは連続ポリエチレン スリーブを使用して、歩道や道路の下など、地下深くに埋設されるのによく使用されます。米国では、通常、緑色の印刷が施されています。このパイプ指定は、冷凍業界で使用されています。
• タイプ L はパイプ壁の断面が薄く、住宅や商業施設の給水や圧力の用途に使用されます。米国では通常、青色の印刷が施されています。
• タイプ M は、パイプ壁の断面がさらに薄く、住宅や商業施設の低圧暖房用途に使用されます。米国では通常、赤色の印刷が施されています。
• DWVタイプは最も薄い壁面を持ち、一般的には排水、廃棄物、通気（DWV）ラインなどの非加圧用途にのみ適しています。米国では、通常、黄色または淡いオレンジ色の印刷が施されており、一般的なサイズは1です。+1 ⁄ 4、1​​+1 ⁄ 2、2インチの銅管サイズ。

K タイプと L タイプは通常、ハードドローストレートセクションとソフトアニールチューブのロールの両方で入手できますが、M タイプと DWV タイプは通常、ハードドローストレートセクションのみで入手できます。

注意: タイプ「L」と「M」は、赤と青の印刷により、初心者の住宅修理業者によって「高温」または「低温」用途向けであると誤って認識されることがよくあります。これは誤った想定です。印刷はパイプのゲージ厚のみを参照しており、用途の選択に影響し、選択した製品の品質/耐久性の問題に対処する可能性があります。

北米の配管業界では、銅管のサイズは公称直径で指定されます。公称直径は外径より1 ⁄ 8インチ小さくなります。内径はパイプの壁の厚さによって異なり、パイプのサイズ、材質、グレードによって異なります。内径は外径から壁の厚さの 2 倍を引いた値になります。

北米の冷凍業界では、ACR（空調および冷凍フィールドサービス）パイプとチューブと呼ばれる銅管が使用されています。これは、外径（OD）と壁の厚さを示すタイプ文字によって直接サイズが決まります。したがって、1インチの公称タイプL銅管と1インチの公称タイプL銅管は、1インチの公称タイプL銅管です。+1 ⁄ 8インチ タイプ D ACR チューブは、サイズ指定が異なりますが、まったく同じサイズです。ACR パイプは、空調システムのコンプレッサーの潤滑に使用されるオイルと互換性のない加工オイルを使用せずに製造されています。

ACR (タイプ A および D) と配管 (タイプ K、L、M、および DWV) パイプのこの違いを除けば、タイプは壁の厚さのみを示し、チューブの外径には影響しません。タイプ K 1 ⁄ 2インチ、タイプ L 1 ⁄ 2インチ、およびタイプ D 5 ⁄ 8インチの ACR はすべて、外径が5 ⁄ 8インチで同じです。

米国とカナダの両国では、北米ではメートル法のサイズが製造されていないため、銅管と継手は帝国単位でのみ販売されています。^[6] 多くのカナダの商人は、建設製品のおおよそのメートル法のサイズを示していますが、銅管と継手の場合、これらのおおよそのサイズはメートル法の部品と互換性がありません。

ヨーロッパで一般的な壁の厚さは、 EN 1057 規格 で定義されている「タイプ X」、「タイプ Y」、および「タイプ Z」です。

• タイプ X は最も一般的であり、飲料水供給、温水および冷水システム、衛生、セントラル ヒーティング、その他の汎用アプリケーションを含む地上サービスで使用されます。
• タイプ Y は壁が厚いパイプで、地下工事や、温水・冷水供給、ガス配管、衛生配管、暖房、一般工学などの高負荷要件に使用されます。
• タイプ Z は壁が薄いパイプで、飲料水供給、温水および冷水システム、衛生、セントラル ヒーティング、その他の汎用用途を含む地上サービスにも使用されます。

配管業界では、銅管のサイズは外径でミリメートル単位で測定されます。一般的なサイズは15 mmと22 mmです。^[7]その他のサイズには、外径18 mm、28 mm、35 mm、42 mm、54 mm、66.7 mm、76.1 mm、108 mmがあります。

外径 8 mm および 10 mm のチューブは「マイクロボア」と呼ばれ、取り付けが簡単ですが、スケールやゴミによる詰まりのリスクがわずかに高まります。セントラル ヒーティング システムに使用されることもあり、ラジエーター バルブへの接続には 15 mm のアダプターが使用されます。

オーストラリアでは、銅管の分類は「タイプA」、「タイプB」、「タイプC」、「タイプD」である。^[8]

オーストラリアの銅管は、DN (公称直径) 番号で表されます。これは、実際のヤードポンド法のサイズに相当する公称ミリメートルです。たとえば、DN20 は、外径が 19.05 mm または3 ⁄ 4インチの銅管のサイズです。オーストラリアのパイプのサイズはインチベースですが、内径ではなく外径で分類されています（たとえば、オーストラリアの公称3 ⁄ 4インチ銅管は、外径​​が0.750インチ、内径が0.638インチであるのに対し、 米国とカナダの 公称3 ⁄ 4^{インチ銅管は、外径​​が0.875インチ、内径が0.745インチです）。 [9]}ニュージーランドにはオーストラリアと同じ配管コードがあり、どちらもミリメートルで表されるインチベースのチューブを使用していますが、ニュージーランドのサイズは「公称直径」ではなく「公称内径」に基づいています（たとえば、ニュージーランドサイズ20は内径が0.750インチで、^{[10]オーストラリアのDN20は}外径が0.750インチです）。実質的に、ニュージーランドのパイプの寸法は米国やカナダのパイプと同じです。

一般的に、銅管は銅製または真鍮製の継手に直接はんだ付けされますが、圧縮継手、圧着継手、またはフレア継手も使用されます。

銅製の給水管に関する懸念事項には、接合部のはんだに使用されている鉛（50% スズと 50% 鉛）が含まれていた。いくつかの研究では、軟酸性水の場合、長期間使用頻度が低く、その後需要がピークに達した後には特に、鉛が飲料水に大量に浸出することがわかっている。硬水用途では、設置後すぐにパイプの内部が水に溶解していた堆積鉱物で覆われるため、露出した鉛の大部分が飲料水に流入するのを防ぐことができる。米国全土の建築基準法と 1986 年の飲料水安全法改正では、配管継手と器具に実質的に「鉛フリー」（鉛 0.2% 未満）のはんだまたは充填金属の使用が義務付けられている。^[11]

オーストラリアでは、銅管ははんだ付けではなく、銀を含むろう付け棒でろう付けされるのが一般的です。このタイプの接続により、配管間の結合が強固になり、鉛ベースの材料は使用されません。オーストラリアでは、水道とガスの接続に銅管が使用されています。オーストラリア規格では亜鉛メッキまたは黒鉄の使用が許可されていますが、一般的ではありません。^[12]

銅製の水管は、はんだ付けフラックスによるパイプ内部の汚染によって引き起こされる冷水孔食、高速または乱流によって引き起こされる浸食腐食、不適切な接地や接合などの不適切な電気配線技術によって引き起こされる迷走電流腐食の影響を受けやすいです。

銅管の接地や接合が不適切だと、パイプの外側の表面に穴が開きピンホール漏れが発生する可能性があります。この現象は、技術的には迷走電流腐食または電解孔食と呼ばれます。接地不良や接合不良によるピンホール漏れは、通常、元の配管が改造された住宅で発生します。住宅所有者は、新しいプラスチック製の水ろ過装置またはプラスチック製の修理用ユニオンを設置した後、ピンホール漏れが見られるようになった場合、水道管の接地への電気的導通が新しいプラスチック製の水ろ過装置または修理用ユニオンによって遮断されていることに気付くことがあります。損傷は急速に進行し、通常は接地遮断から約 6 か月後に明らかになります。正しく設置された配管器具には、遮断されたパイプ部分を接続する銅製の接合ジャンパーケーブルが付いています。迷走電流腐食によるピンホール漏れは、配管費用の高額化につながり、水道管全体の交換が必要になる場合があります。原因は基本的に電気的な欠陥であり、配管の欠陥ではありません。配管の損傷が修復されたら、すぐに電気技師に相談して、配管と電気システム全体の接地と接続を評価する必要があります。

接地とボンドの違いは、ボンディングは導体を結合して同じ電圧になるようにするのに対し、接地は導体をローカルアース電位にある電極に結合することです。詳しい説明については、 接地を参照してください。

迷走電流腐食は、1) 配管システムが誤ってまたは意図的に DC 電圧源に接続されている、2) 配管が全長にわたって金属間の電気的導通を保っていない、または 3) 電圧源が AC の場合、パイプ内部をコーティングしている酸化銅または 1 つ以上の天然鉱物が整流器として機能し、AC 電流を DC に変換するなどの理由で発生します。印加された DC 電圧により、配管内の水中の溶解イオンが電荷を帯びて移動します。電流は、溶解イオンによって非導電性セクション (プラスチック フィルター ハウジングなど) を横切って反対側のパイプに運ばれます。孔食は電気的にプラスの側 (陽極) で発生しますが、これは水の流れ方向に対して上流または下流のどちらかになります。孔食は、電圧によってパイプ内部の銅金属がイオン化され、水中の溶解鉱物と化学反応を起こして銅塩を生成するために発生します。これらの銅塩は水に溶けやすく、洗い流されます。微細な穴はやがて成長し、固まってピンホールを形成します。1つが発見されたら、まだ漏れていない穴がさらにあることはほぼ間違いありません。迷走電流腐食に関する詳しい説明は、ピエール・ロベルジュ著「腐食工学ハンドブック」第11章11.4.3節に記載されています。^[13]

接合不良の検出と除去は比較的簡単です。検出は、配管のさまざまな場所にテスト プローブのリード線を配置した単純なDC 電圧計を使用して行います。温水器で接地導通が中断されたかどうかを判断するには、温水パイプのプローブと冷水パイプのプローブを使用できます。数ミリボルトを超えると重要であり、200 mV の電位が一般的です。電位差は、導通が中断されたポイントで最大になることがよくあります。遠くで測定された電位は、パイプの腐食を引き起こす電気化学反応によって低下します。接合不良は、建物の冷水入口付近にあることが多く、通常はそこに濾過装置と処理装置が追加されます。ピンホール漏れは、電気的導通の中断から下流または上流のどこででも発生する可能性があります。

この問題は、誘電体ギャップの両側の配管に青銅製の接地クランプを取り付け、直径 #6 AWG 以上の銅ケーブルで接続することで解決できます。特定の建物の適切な接続導体ワイヤのサイズについては、NFPA 70、米国国家電気工事規程ハンドブック(NEC) を参照してください。

同様のボンディング ジャンパー ワイヤがガス メーターの入口と出口の間に使用されますが、ここでの目的は、過電流保護装置が電流を遮断する前に、ライン接地障害が導通している短い間隔の間に、建物の接地電極と埋設天然ガス ラインの間に大きな電圧差がガス メーター全体に現れるのを防ぐことです。建物の接地電極に障害が発生すると、地中埋設天然ガス供給パイプにアース電流が流れることもあります。ボンディング ジャンパーは、メーターを通過するのではなく、メーターの周囲にアース電流を流し、メーターのすべての部分が同じ電位になるようにします。

建物の居住者が配管器具やパイプからショックを受けたり、大きな火花を飛ばしたりしている場合は、すぐに建物の電気設備をサービス入口でオフにし、電気技師に相談してショックと火災の危険を解決してください。これは、接地が欠落しているよりも深刻です。より大きな電圧は、配管にブリッジしている通電中の電線、配管システムの接地が不適切または欠落していること、接地電極の故障、または接地 (中性) 導体と接地 (アース) 導体間の接続の故障によって発生する可能性があり、絶縁破壊、感電、火災の差し迫った危険をもたらします。

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