JP2018154897A

JP2018154897A - 配管、給水システム及び給水方法

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Publication number: JP2018154897A
Application number: JP2017054548A
Authority: JP
Inventors: 邦博西崎; Kunihiro Nishizaki; 直人中里; Naoto Nakazato; 大工原　毅; Takeshi Daikuhara; 毅大工原
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-03-21
Also published as: JP6913489B2

Abstract

【課題】孔食の発生が抑制された配管を提供する。【解決手段】第１金属を含む第１配管部と、水の流通方向において、前記第１配管部よりも上流に配置され、前記第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属を含む第２配管部と、を備える配管。【選択図】図１

Description

本発明は、配管、給水システム及び給水方法に関する。

従来、温水・冷水等を供給する配管として銅管等を使用する場合、金属管内を流れる水中の残留塩素濃度、塩化物イオン濃度等が高いと、銅管等の配管に孔食が発生するおそれがある。このとき、水に防錆剤を添加する、あるいは、銅管等の配管をステンレス管に交換することにより、孔食を抑制できる。

例えば、流体の添加剤として導入することにより、広範囲のｐＨ領域にわたって効果的な腐食抑制剤として機能する金属腐食防止ポリマーが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４１６７８６９号

ここで、特許文献１に記載の金属腐食防止ポリマー、又は一般的に使用される防錆剤は、工業用に使用される水に添加されるものであり、飲料水、風呂水等の生活用水には適用できないという問題がある。また、銅管等の金属管を孔食が抑制されるステンレス管に交換する場合、高コストであるという問題がある。そこで、別の手法により、孔食の発生を抑制することが好ましい。

本発明は、孔食の発生が抑制された配管ならびに配管の孔食の発生が抑制された給水システム及び給水方法を提供することを目的とする。

上記課題は、例えば以下の手段により解決される。

＜１＞第１金属を含む第１配管部と、水の流通方向において、前記第１配管部よりも上流に配置され、前記第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属を含む第２配管部と、を備える配管。

上記構成によれば、第１配管部よりも上流に第１配管部の構成成分である第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属を含む第２配管部が位置している。これにより、イオン化傾向がより高い第２金属が第１金属よりも優先的にイオン化して第１配管部の孔食が抑制される。

＜２＞第１金属を含み、内部を水が流通する外管部と、前記外管部の内壁の少なくとも一部に前記第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属を含む内管部と、を備える配管。

上記構成によれば、外管部の内壁の少なくとも一部に外管部の構成成分である第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属を含む内管部が位置している。これにより、イオン化傾向がより高い第２金属が第１金属よりも優先的にイオン化して外管部の孔食が抑制される。

＜３＞前記第１金属が鉄又は銅であり、前記第１金属が鉄である場合、前記第２金属は亜鉛及びマグネシウムの少なくとも一方であり、前記第１金属が銅である場合、前記第２金属はアルミニウム及びスズの少なくとも一方である＜１＞又は＜２＞に記載の配管。

第１金属及び第２金属が上記の組み合わせであることにより、飲料水、風呂水等の生活用水の給水に上記配管を好適に適用することができ、また、低コストである。

＜４＞＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載の配管と、前記配管に給水を行う給水源と、前記配管を通じて給水される被給水部と、を備える給水システム。
＜５＞＜４＞に記載の給水システムを用いて前記給水源から前記被給水部に給水を行う給水方法。

上記構成の給水システム及び給水方法によれば、配管の孔食の発生が抑制される。

＜６＞配管を構成する第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属のイオンが添加された水を前記配管を通じて給水源から被給水部へと供給する給水方法。

上記構成のように、配管を構成する第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属のイオンを配管内を流通する水に添加することにより、配管の孔食の発生が抑制される。

＜７＞給水対象となる水の温度が３０℃以上である＜５＞又は＜６＞に記載の給水方法。

給水対象となる水の温度が３０℃以上の場合、銅管等の配管の孔食が発生しやすくなる。このような温度範囲においても、上記の給水方法により、配管の孔食を抑制できる。

本発明によれば、孔食の発生が抑制された配管ならびに配管の孔食の発生が抑制された給水システム及び給水方法を提供することができる。

第１実施形態に係る配管を示す概略構成図である。第２実施形態に係る配管を示す概略構成図である。実施例１における給水の結果を示す図である。比較例１における給水の結果を示す図である。

本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。

＜配管＞
［第１実施形態］
以下、本発明の配管の一実施形態について図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る配管を示す概略構成図である。第１実施形態に係る配管１０は、第１金属を含む第１配管部１と、水の流通方向において、第１配管部１よりも上流に配置され、第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属を含む第２配管部２と、を備える。
なお、図１中、矢印は水の流通方向を表す。

本実施形態によれば、第１配管部１よりも上流に第１配管部１の構成成分である第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属を含む第２配管部２が位置している。これにより、イオン化傾向がより高い第２金属が第１金属よりも優先的にイオン化して第１配管部１の孔食が抑制される。また、配管１０の寿命を延ばすことができる。

第１金属としては、配管を構成する材料として通常用いられるものであれば特に限定されず、例えば、コストの点から、鉄、銅等が好ましい。

第２金属としては、第１金属よりもイオン化傾向が大きいものであれば特に限定されない。また、第２金属としては、配管内を流れる水にイオンとして溶解した後、第１金属を含む第１配管部１に付着するものであることが好ましい。これにより、第１配管部１の孔食を好適に抑制することができる。

第２金属としては、例えば、そのイオンが第１配管部１に付着しやすく、水との反応性に乏しく、かつ人体への影響が小さい点から、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、スズ等が好ましい。更に、第２金属のイオンが第１配管部１に付着しやすい場合、配管１０の下流における水中の第２金属のイオン濃度が低減され、配管１０内を流通する水を飲料水、風呂水等の生活用水として好適に使用することができる。

第１金属が鉄である場合、第２金属は亜鉛及びマグネシウムの少なくとも一方であることが好ましい。第１金属が銅である場合、第２金属はアルミニウム及びスズの少なくとも一方であることが好ましく、第２金属はアルミニウムであることがより好ましい。第１金属及び第２金属が上記の組み合わせであることにより、飲料水、風呂水等の生活用水の給水に上記配管を好適に適用することができ、また、低コストである。さらに、第２金属のイオンが第１配管部１に付着しやすく、第１配管部１の孔食を好適に抑制することができる。

また、第２配管部２の外周部を覆う外層部を配置した二層管、あるいは、第２配管部２の外周部に外管を配置して内管である第２配管部２と、外管との二重管としてもよい。外層部及び外管としては、その構成材料が第２配管部２を構成する第２金属よりも水に溶解しにくいものであれば特に限定されない。これらの構成により、配管における漏水を抑制することができる。

本実施形態の配管１０は、例えば、既存の配管（例えば、銅配管）を第１配管部１とし、その既存の配管に第２配管部２（例えば、アルミニウム配管）を接続したものであってもよい。

［第２実施形態］
次に、本発明の配管の別の実施形態について図２を用いて説明する。図２は、第２実施形態に係る配管を示す概略構成図である。第２実施形態に係る配管２０は、第１金属を含み、内部を水が流通する外管部３と、外管部３の内壁の少なくとも一部に第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属を含む内管部４と、を備える。
なお、第１金属及び第２金属については、前述の第１実施形態にて用いる第１金属及び第２金属と同様であるため、その説明を省略する。
なお、図２中、矢印は水の流通方向を表す。

本実施形態によれば、外管部３の内壁の少なくとも一部に外管部３の構成成分である第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属を含む内管部４が位置している。これにより、イオン化傾向がより高い第２金属が第１金属よりも優先的にイオン化して外管部３の孔食が抑制される。また、配管２０の寿命を延ばすことができる。

配管２０としては、外管部３の内壁の少なくとも一部に、好ましくは外管部３の内壁を覆うように内管部４が配置された管（例えば、二層管）であってもよい。

外管部３を構成する材料としては、第１配管部１と同様であり、内管部４を構成する材料としては、第２配管部２と同様である。

＜給水システム＞
本発明の一実施形態に係る給水システムは、前述の第１、第２実施形態に係る配管と、配管に給水を行う給水源と、配管を通じて給水される被給水部と、を備える。このような給水システムによれば、配管の孔食の発生が抑制される。

給水源としては、前述の配管を通じて被給水部に水を供給する構成であれば特に限定されない。例えば、飲料水、風呂水等の生活用水を被給水部に供給する水源であってもよい。

被給水部としては、前述の配管を通じて給水源から水が供給される構成であれば特に限定されない。例えば、一戸建て住宅、集合住宅、商業施設、公共施設等の台所、浴室、洗面所、便所等の水廻りであってもよい。

＜給水方法＞
本発明の一実施形態に係る給水方法では、前述の給水システムを用いて給水源から被給水部に給水を行う。このような給水方法によれば、配管の孔食の発生が抑制される。

給水源から供給される水は、飲料水、風呂水等の生活用水であることが好ましく、例えば、殺菌、酸化反応等に寄与する次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ⁻）等の残留塩素成分を含んでいてもよい。残留塩素成分の水中濃度としては、１．０ｐｐｍ以下であってもよく、０．１ｐｐｍ〜１．０ｐｐｍであってもよい。塩化物イオンの水中濃度としては、２００ｐｐｍ以下であってもよい。

給水対象となる水の温度は、３０℃以上であってもよく、５０℃以上であってもよく、６０℃以上であってもよく、８０℃以上であってもよい。給水対象となる水の温度が３０℃以上の場合、銅管等の配管の孔食が発生しやすくなるが、このような温度範囲においても、配管の孔食を抑制できる。

また、本発明の給水方法は、前述の給水システムを用いた方法に限定されない。例えば、本発明の一実施形態に係る給水方法では、配管を構成する第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属のイオンが添加された水を前記配管を通じて給水源から被給水部へと供給してもよい。

配管を構成する第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属のイオンを配管内を流通する水に添加することにより、配管の孔食の発生が抑制される。

各種第２金属のイオンの水中における濃度は、配管の孔食発生を好適に抑制し、及び人体への影響が小さくする点から、水道法に基づく水質基準上限値以下であることが好ましい。

なお、水中にて第２金属のイオンとなる第２金属を含む化合物を水に添加してもよい。また、第２金属のイオンとは、第２金属単体のイオンに限定されず、第２金属が他の元素とともにイオンを形成するものであってもよい。

第２金属を含む化合物としては、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、スズ等を含む化合物であればよく、例えば、ポリ塩化アルミニウム、スズ酸ナトリウム、スズ酸カリウム、塩化亜鉛、塩化マグネシウム等が挙げられる。

本実施形態における給水システム及び給水方法では、水の流通方向における配管の下流側に配管内を流通する水中の第２金属のイオンを除去する機構、例えば、水中の第２金属のイオンを吸着除去、分離するフィルター等を用いてもよい。これにより、水中の第２金属のイオン濃度を好適に低減することができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
本実施例では、腐食性の高い水にアルミニウムイオンを添加し、アルミニウムイオンを添加した水を銅配管（内径１．０ｃｍ、長さ１０ｃｍ、本実施例では半割りした銅配管を用いた。）に流した際の孔食防止効果について検討した。詳細は以下の通りである。

まず、残留塩素１．０ｐｐｍ及び塩化物イオン１００ｐｐｍ含む水（８０℃、ｐＨ７．０）に、アルミニウムイオン源としてポリ塩化アルミニウム（［Ａｌ_２（ＯＨ）_ｎＣｌ_６−ｎ］_ｍ１≦ｎ≦５、ｍ≦１０）１０ｐｐｍを添加し、ポリ塩化アルミニウムを添加した水を準備した。次に、左右の壁面に給水部及び排水部を備えるビーカーにポリ塩化アルミニウムを添加した水を４Ｌ／時間の流量で供給し、ビーカー内に貯留された水に前述の銅配管を浸漬させた。
なお、ビーカー内の水のポリ塩化アルミニウム濃度は、１０ｐｐｍであった。また、ビーカー内の水の温度は、熱電対、温調器及びマントルヒーターにより８０℃に調整した。更に、リード線により銅配管と参照電極（ＳＳＥ：飽和銀・塩化銀電極）とを接続し、銅配管の電位を測定可能とした。

ポリ塩化アルミニウムを添加した水を、銅配管を浸漬させたビーカーに１ヶ月流し続けた後、銅配管の内部の様子を確認した。結果を図３に示す。
図３に示すように、銅配管の内部に孔食は観察されなかった。また、銅配管の内面には水中のアルミニウムイオンに由来する白色の被膜が観察された。

また、ポリ塩化アルミニウムを添加した水をビーカーに１ヶ月流し続けた後の銅配管の電位を参照電極（ＳＳＥ：飽和銀・塩化銀電極）を用いて測定したところ、１００ｍＶであった。

［比較例１］
次に、アルミニウムイオンを添加していない腐食性の高い水を銅配管（内径１．０ｃｍ、長さ１０ｃｍ、本比較例では半割りした銅配管を用いた。）に流した際の孔食の発生について検討した。詳細は以下の通りである。

まず、残留塩素１．０ｐｐｍ及び塩化物イオン１００ｐｐｍ含む水（８０℃、ｐＨ７．０）を準備した。次に、実施例１と同様にしてビーカーにアルミニウムイオンを添加していない水を４Ｌ／時間の流量で供給し、ビーカー内に貯留された水に前述の銅配管を浸漬させた。

アルミニウムイオンを添加していない水を、銅配管を浸漬させたビーカーに１ヶ月流し続けた後、銅配管の内部の様子を確認した。結果を図４に示す。
図４に示すように、銅配管の内部に孔食が観察された。

また、アルミニウムイオンを添加していない水をビーカーに１ヶ月流し続けた後の銅配管の電位を参照電極（ＳＳＥ：飽和銀・塩化銀電極）を用いて測定したところ、１８０ｍＶであった。
比較例１では、実施例１よりも高い電位が測定されたが、比較例１にて孔食が発生していることを考慮すると、比較例１にて測定された電位は孔食電位よりも貴な電位であると推測される。

実施例１及び比較例１の結果から、アルミニウムイオンを水に添加することにより、銅配管の孔食の発生が抑制できることが示された。

１第１配管部
２第２配管部
３外管部
４内管部
１０、２０配管

Claims

第１金属を含む第１配管部と、
水の流通方向において、前記第１配管部よりも上流に配置され、前記第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属を含む第２配管部と、
を備える配管。
第１金属を含み、内部を水が流通する外管部と、
前記外管部の内壁の少なくとも一部に前記第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属を含む内管部と、
を備える配管。
前記第１金属が鉄又は銅であり、
前記第１金属が鉄である場合、前記第２金属は亜鉛及びマグネシウムの少なくとも一方であり、
前記第１金属が銅である場合、前記第２金属はアルミニウム及びスズの少なくとも一方である請求項１又は請求項２に記載の配管。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の配管と、
前記配管に給水を行う給水源と、
前記配管を通じて給水される被給水部と、
を備える給水システム。
請求項４に記載の給水システムを用いて前記給水源から前記被給水部に給水を行う給水方法。
配管を構成する第１金属よりもイオン化傾向が大きい第２金属のイオンが添加された水を前記配管を通じて給水源から被給水部へと供給する給水方法。
給水対象となる水の温度が３０℃以上である請求項５又は請求項６に記載の給水方法。