セントラル給湯システムにおける金属配管材料の腐食防食に関する研究

Title セントラル給湯システムにおける金属配管材料の腐食防食_{に関する研究( 本文(Fulltext) )} Author(s) 田中, 法幸 Report No.(Doctoral Degree) 博士(工学) 工博甲第556号 Issue Date 2019-09-30 Type 博士論文 Version ETD URL http://hdl.handle.net/20.500.12099/79073 ※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。

セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム に お け る

金 属 配 管 材 料 の 腐 食 防 食 に 関 す る 研 究

Corrosion and corrosion protection of metal materials in

central hot water supply systems

令 和 元 年

9 月

セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム に お け る

金 属 配 管 材 料 の 腐 食 防 食 に 関 す る 研 究

田 中 法 幸

概 要 本 論 文 は ，セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム の 給 湯 機 熱 交 換 器 お よ び 給 湯 配 管 に お け る 課 題 に 関 し て 研 究 を お こ な っ た も の で ，全 編 6 章 か ら な る ． 第 1 章 は 序 論 で あ り ， 研 究 の 背 景 と 目 的 に つ い て 述 べ る ． 第 2 章 で は ，セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム 用 熱 源 機 の 一 つ で あ る マ ル チ 式 給 湯 機 に 内 蔵 さ れ る 熱 交 換 器 用 銅 管 の 腐 食 事 例 を 調 査 し ， そ の 要 因 と し て 給 湯 用 の 補 給 水 で あ る 井 戸 水 水 質 の 低 pH， 配 管 内 流 速 お よ び 配 管 内 圧 力 の 変 動 に よ り 生 ず る 微 細 気 泡 の 三 つ の 要 因 が 相 乗 的 に 作 用 し て い る こ と を 明 ら か に し た ．ま た ，給 湯 設 備 に お け る SUS304 配 管 の 腐 食 事 例 を 調 査 し ，内 径 50 mm 以 下 の 直 管 部 に お け る 孔 食 の 腐 食 事 例 が 多 い こ と を 明 ら か に し た ． 第 3 章 で は ，給 湯 機 熱 交 換 器 用 銅 管 の 腐 食 事 例 調 査 よ り 得 ら れ た 三 つ の 環 境 要 因 で あ る 井 戸 水 を 原 水 と す る 補 給 水 の 低 pH に 着 目 し ，pH 中 性 化 に よ る 対 策 に つ い て ，実 機 設 備 を 用 い た 24 ヶ 月 間 の 実 機 通 水 試 験 に よ り ，腐 食 抑 制 の 有 効 性 に つ い て 明 ら か に し た ． ま た ， 低 pH と と も に 要 因 と 考 え ら れ た 配 管 内 流 速 お よ び 配

管 内 の 圧 力 変 動 に よ り 生 じ る 微 細 気 泡 に つ い て ，熱 交 換 器 の 適 正 流 量 を 示 し ，微 細 気 泡 の 発 生 を 抑 制 す る た め の シ ス テ ム 的 な 実 機 対 策 を 提 案 し た ． 第 4 章 で は ，給 湯 機 熱 交 換 器 用 銅 管 に 使 用 さ れ て い る り ん 脱 酸 軟 質 銅 管 の 代 替 材 料 と し て Cu-Sn-Zr 系 合 金 に 着 目 し ， ラ ボ 試 験 お よ び 実 機 通 水 試 験 に よ り そ の 有 効 性 を 明 ら か に す る と と も に ， 電 気 化 学 的 特 性 の 評 価 を お こ な い ，そ の 耐 食 性 の メ カ ニ ズ ム に つ い て 明 ら か に し た ． 第 5 章 で は ， 淡 水 中 に お け る SUS304 配 管 の 循 環 腐 食 試 験 装 置 を 用 い ，事 例 調 査 結 果 に 基 づ く 環 境 条 件 下 で の 腐 食 試 験 を お こ な い ，SUS304 配 管 の 孔 食 電 位 が +0.4 V vs. SSE 付 近 に あ る こ と を 明 ら か に し た ．ま た ，配 管 の 内 径 が 小 さ い ほ ど 配 管 の 加 工 工 程 に お け る 曲 げ 加 工 の 影 響 に よ り ，金 属 表 面 表 層 部 が オ ー ス テ ナ イ ト か ら 加 工 誘 起 マ ル テ ン サ イ ト と 呼 ば れ る 変 態 を 生 じ る こ と で 硬 く な り ， 耐 食 性 に 影 響 し て い る こ と を 明 ら か に し た ． 今 回 ， 淡 水 中 で の 分 極 曲 線 測 定 に よ り 得 ら れ た ，二 次 不 働 態 化 の 起 点 と な る そ の 最 大 腐 食 電 流 密 度 が ，加 工 誘 起 マ ル テ ン サ イ ト 変 態 を 評 価 す る た め の 新 し い 簡 易 評 価 方 法 と な る こ と を 見 出 し た ． 第 6 章 は 総 括 で あ る ．本 論 文 で は ， 省 エ ネ ル ギ ー ・ 省 資 源 型 給 湯 シ ス テ ム を 構 築 す る た め の 構 成 要 素 と な る 給 湯 機 熱 交 換 器 用 銅 管 お よ び 給 湯 用 SUS304 配 管 腐 食 の 要 因 を 明 ら か に し ， そ の 要 因 に つ い て ，使 用 環 境 お よ び シ ス テ ム 等 ，そ し て 使 用 材 料 の 様 々 な 視 点 か ら 腐 食 特 性 を 調 査 し ， 有 効 な 対 策 の 提 案 を お こ な っ た ． さ ら に ，SUS304 配 管 の 加 工 誘 起 マ ル テ ン サ イ ト 変 態 を 評 価 す る

た め の 新 し い 簡 易 評 価 方 法 を 見 出 し た ． 第 2～ 5 章 で 得 ら れ た 技 術 を 活 用 す る こ と で ， 省 エ ネ ル ギ ー ・ 省 資 源 お よ び 設 備 機 器 の 長 寿 命 化 を 実 現 す る 給 湯 シ ス テ ム の 発 展 に 大 き く 寄 与 で き る も の と 期 待 さ れ る ．今 後 ，さ ら に 研 究 を 継 続 発 展 さ せ て ，ラ イ フ ラ イ ン と な る 給 湯 シ ス テ ム の 安 定 供 給 お よ び 設 備 長 寿 命 化 と 省 エ ネ ル ギ ー 化 に 貢 献 し て い き た い ．

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セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム に お け る

金 属 配 管 材 料 の 腐 食 防 食 に 関 す る 研 究

目 次 第 1 章 序 論 ... 1 1-1 は じ め に ... 3 1-2 給 湯 シ ス テ ム の 変 遷 ... 3 1-3 給 湯 シ ス テ ム の 金 属 配 管 材 料 ... 5 1-4 給 湯 シ ス テ ム の 使 用 水 ... 6 1-5 使 用 水 と 金 属 配 管 材 料 ... 7 1-6 本 研 究 の 目 的 ... 8 1-7 本 論 文 の 構 成 お よ び 概 要 ... 10 1-8 本 論 文 の キ ー ワ ー ド と そ の 用 語 解 説 ... 13 参 考 文 献 ... 24 第 2 章 給 湯 シ ス テ ム に お け る 腐 食 事 例 解 析 ... 31 2-1 は じ め に ... 33 2-2 腐 食 事 例 調 査 方 法 ... 34 2-2-1 マ ル チ 式 給 湯 機 熱 交 換 器 銅 管 の 腐 食 事 例 調 査 ... 34 2-2-2 SUS304 配 管 の 腐 食 事 例 解 析 ... 36 2-3 調 査 結 果 お よ び 考 察 ... 36

ii 2-3-1 マ ル チ 式 給 湯 機 熱 交 換 器 銅 管 ... 36 2-3-2 SUS304 配 管 ... 40 2-4 小 括 ... 41 参 考 文 献 ... 58 第 3 章 給 湯 機 熱 交 換 器 用 銅 管 の 防 食 に 関 す る 研 究 ... 63 3-1 は じ め に ... 65 3-2 試 験 方 法 ... 65 3-2-1 給 湯 シ ス テ ム お よ び 熱 交 換 器 概 要 ... 65 3-2-2 使 用 地 下 水 水 質 お よ び 遊 離 炭 酸 の 低 減 方 法 .... 66 3-2-3 調 査 供 試 熱 交 換 器 ... 67 3-3 試 験 結 果 及 び 考 察 ... 67 3-3-1 ス ズ 被 覆 銅 管 の 耐 食 性 ... 67 3-3-2 銅 管 の 耐 食 性 ... 68 3-3-3 シ ス テ ム 全 体 で の 防 食 対 策 ... 69 3-4 小 括 ... 70 参 考 文 献 ... 80 第 4 章 給 湯 機 熱 交 換 器 用 銅 管 の 代 替 材 料 に 関 す る 研 究 ... 83 4-1 は じ め に ... 85 4-2 試 験 方 法 ... 86 4-2-1 供 試 材 ... 86 4-2-2 試 験 水 ... 86

iii 4-2-3 浸 漬 電 位 測 定 方 法 ... 86 4-2-4 分 極 曲 線 測 定 方 法 ... 87 4-2-5 実 機 設 備 通 水 腐 食 試 験 ... 87 4-3 試 験 結 果 及 び 考 察 ... 88 4-3-1 浸 漬 電 位 の 経 時 変 化 ... 88 4-3-2 実 機 循 環 通 水 試 験 ... 89 4-3-3 分 極 曲 線 測 定 ... 90 4-4 小 括 ... 92 参 考 文 献 ... 108 第 5 章 淡 水 中 に お け る SUS304 配 管 の 腐 食 特 性 ... 111 5-1 は じ め に ... 113 5-2 試 験 方 法 ... 113 5-2-1 供 試 材 ... 113 5-2-2 試 験 装 置 ... 114 5-2-3 試 験 条 件 ... 115 5-3 試 験 結 果 及 び 考 察 ... 116 5-3-1 循 環 通 水 腐 食 試 験 ... 116 5-3-2 ア ノ ー ド 分 極 曲 線 測 定 ... 119 5-3-3 加 工 誘 起 マ ル テ ン サ イ ト 変 態 評 価 方 法 の 検 討 . 122 5-4 小 括 ... 123 参 考 文 献 ... 146

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第 6 章 総 括 ... 147

本 論 文 の 基 礎 と な る 学 術 論 文 ... 153 付 録 （ 学 会 発 表 お よ び 関 連 特 許 ） ... 154

第

1 章

序 論

3 -1-1. は じ め に 1887 年 （ 明 治 20 年 ）に 横 浜 に 初 め て 水 道 が 整 備 さ れ ，1921 年 に は 東 京 お よ び 大 阪 ，そ の 後 も 全 国 に 拡 大 し ，2018 年 3 月 現 在 で 日 本 国 内 の 水 道 普 及 率 は 98%に 到 達 し て お り ，我 々 の 健 康 を 維 持 す る た め に 重 要 な ラ イ フ ラ イ ン と な っ て い る 1 - 2 )． 水 道 が 整 備 さ れ 始 め て か ら 約 半 世 紀 後 の 1950 年 代 後 半 （ 昭 和 30 年 代 ） に は ， 大 都 市 を 中 心 に 銭 湯 が 全 盛 期 の 時 代 と な っ た ．シ ャ ワ ー と い う 入 浴 習 慣 を 持 つ 進 駐 軍 の 要 望 を 機 会 に ，ガ ス 会 社 に よ る 風 呂 釜 の 提 供 が 拡 大 し ， 薪 ・ 石 炭 と い う 固 形 燃 料 か ら ガ ス ・ 石 油 へ と 大 き く 転 換 を 遂 げ た ． 家 庭 風 呂 の 普 及 率 も 60%に 及 ん だ 1963 年 以 降 に は ，シ ャ ワ ー ニ ー ズ の 高 ま り に よ り ，中 型 湯 沸 器 で の セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム が 普 及 す る よ う に な っ た 3 )． そ の 用 途 に 応 じ ， 個 別 式 給 湯 シ ス テ ム お よ び セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム と 使 い 分 け 可 能 な 給 湯 設 備 が ，水 道 と 同 様 に ，我 々 の 生 活 に 欠 か せ な い 設 備 と な っ て い る ． 本 論 文 の キ ー ワ ー ド と そ の 用 語 解 説 を 1-8 節 に 示 す ． 1-2. 給 湯 シ ス テ ム の 変 遷 給 湯 シ ス テ ム は ，熱 源 機（ 給 湯 機 ，ボ イ ラ ー ），貯 湯 槽 ，給 湯 配 管 を 主 な 構 成 要 素 と し ， 個 別 式 と セ ン ト ラ ル に 大 別 さ れ る 4 - 2 2 )． 給 湯 シ ス テ ム の 方 式 と 構 成 要 素 を Table 1-1 に 示 し ， 一 般 的 な 個 別 式 給 湯 シ ス テ ム の 概 略 図 を Fig. 1-1 に ， セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム の 概 略 図 を Fig. 1-2 に 示 す ． 個 別 式 は 瞬 間 湯 沸 し 器 お よ び 電 気 ヒ ー タ ー な ど を 熱 源 機 と し ，戸 建 建 築 お よ び 集 合 住 宅 の 各 戸 ，事 務 所 お よ び 商 業 施 設 な ど の 給 湯 室 ，そ し て ト イ レ 洗 面 台 な ど ，そ

4 -の 使 用 先 が 限 定 さ れ る 施 設 で 採 用 さ れ て い る ．一 方 ，セ ン ト ラ ル は ，ボ イ ラ ー（ ガ ス 炊 き や 灯 油 炊 き ），電 気 ヒ ー タ ー ，ヒ ー ト ポ ン プ な ど を 熱 源 と し ，湯 切 れ を 防 ぐ こ と を 目 的 と し た 開 放 式 の 貯 湯 槽 ， 各 使 用 先 へ お 湯 を 供 給 す る た め の 給 湯 配 管 か ら 構 成 さ れ る ． セ ン ト ラ ル は ，ボ イ ラ ー で 水 を 加 熱 し ，一 定 量 を 貯 湯 槽 に 貯 め た 状 態 で 給 湯 配 管 に よ り 建 物 全 体 を 循 環 し て い る こ と か ら ，建 物 内 の 複 数 の 使 用 先 で 常 に お 湯 を 使 用 す る こ と が で き る ．そ の た め こ の セ ン ト ラ ル は ，宿 泊 施 設（ ホ テ ル や 旅 館 ，研 修 施 設 な ど ），病 院 施 設 ，老 人 保 健 介 護 施 設 な ど ，使 用 先 が 多 数 存 在 す る 施 設 に 用 い ら れ て い る ．個 別 式 と セ ン ト ラ ル を 選 択 す る 際 に 重 要 と な る の が ， 給 湯 使 用 量 で あ り ，一 般 的 に 使 用 量 が 多 い 施 設 で は セ ン ト ラ ル が 用 い ら れ る ． ま た ， 給 湯 使 用 量 か ら ， 建 物 内 で の 消 費 エ ネ ル ギ ー は ， 個 別 式 に 比 べ セ ン ト ラ ル の 方 が 大 き く な る ． 1960 年 ～ 1980 年 代 の 高 度 成 長 期 以 降 ， バ ブ ル 崩 壊 を 機 会 に ， 建 築 業 界 で は ス ク ラ ッ プ ア ン ド ビ ル ド の 時 代 か ら ス ト ッ ク ア ン ド リ ニ ュ ー ア ル の 時 代 に 変 わ り ，1997 年 の 京 都 議 定 書 の 採 択 に よ り ，省 エ ネ ル ギ ー お よ び 省 資 源 の ニ ー ズ が 社 会 的 に 高 ま り 始 め た 2 3 )． 建 築 設 備 に お い て も 高 効 率 機 器 の 開 発 や 自 然 エ ネ ル ギ ー 利 用 と し て 太 陽 熱 利 用 な ど の 取 り 組 み が 盛 ん に な り ，給 湯 シ ス テ ム の 構 成 要 素 も 大 き く 変 化 し て き た ．熱 源 機 に は 高 効 率 ヒ ー ト ポ ン プ が 加 わ り ，貯 湯 槽 は 開 放 式 か ら 密 閉 式 に な る な ど ，加 熱 エ ネ ル ギ ー お よ び 放 熱 エ ネ ル ギ ー の 削 減 に 対 す る 取 り 組 み が 行 わ れ て き た 4 - 2 2 )． 現 在 で は ，Fig. 1-3 に 示 す 小 型 の 高 効 率 給 湯 機 を 複 数 連 結 し た マ ル チ 式 給 湯 機 を 採 用 し た セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム

5 -が ，省 エ ネ ル ギ ー お よ び 省 資 源 型 の 給 湯 シ ス テ ム と し て 普 及 し 始 め て い る 7 )． マ ル チ 式 給 湯 機 は ， 給 湯 使 用 量 に 応 じ 運 転 す る 給 湯 機 の 台 数 を 制 御 す る こ と が 可 能 で あ り ，故 障 の 際 に も 常 に バ ッ ク ア ッ プ 機 器 が 存 在 す る こ と か ら 湯 切 れ の 心 配 が な く ，放 熱 量 の 抑 制 に 課 題 が あ っ た 貯 湯 槽 が 不 要 と な る こ と を メ リ ッ ト に ，近 年 採 用 が 高 ま っ て い る ． 1-3. 給 湯 シ ス テ ム の 金 属 配 管 材 料 Fig. 1-4 に 一 般 社 団 法 人 建 築 設 備 技 術 者 協 会 が 建 築 設 備 企 業 を 対 象 に 実 施 し た ，建 設 工 事 の 使 用 材 料 な ど に 関 す る ア ン ケ ー ト 調 査 の 結 果 を 示 す 2 4 ) - 2 7 )． 給 湯 配 管 は ， 加 工 性 や 施 工 性 に 優 れ る こ と を 理 由 に 古 く か ら り ん 脱 酸 銅 管 （JIS H 3300 C1220） が 主 材 料 と し て 使 用 さ れ て い た ．し か し ，給 湯 水 中 に 含 ま れ る 硫 酸 イ オ ン お よ び 塩 化 物 イ オ ン な ど の 腐 食 性 イ オ ン の 影 響 に よ る 孔 食 ，ま た 配 管 内 の 圧 力 変 動 に よ り 生 ず る 微 細 気 泡 の 物 理 的 損 傷 と 腐 食 性 イ オ ン の 相 乗 的 作 用 に よ る 潰 食 の 問 題 が 1980～ 1990 年 代 に 顕 在 化 し た 2 8 ) - 5 7 )． こ の 代 替 材 料 と し て ， 一 般 配 管 用 ス テ ン レ ス 鋼 管 （JIS G 3448） の 一 種 で あ る SUS304 が 注 目 さ れ ， 現 在 ま で に 全 体 の 約 6 割 を 占 め る に 至 っ て い る ．り ん 脱 酸 銅 管 は ，多 く の 研 究 に よ り ，環 境 改 善 や 材 料 開 発 な ど に よ る 対 策 と そ の 有 効 性 も 示 さ れ て い る 2 8 - 5 7 )も の の ， 軽 量 で 施 工 性 の 良 い 樹 脂 材 料 が 約 3 割 の 普 及 率 に な っ て い る ．ま た ，銅 地 金 単 価 の 高 騰 な ど の 影 響 も あ り ， そ の 使 用 は 現 在 1 割 程 度 ま で 減 少 し て い る ． 一 方 ， 熱 交 換 器 に つ い て は ， そ の 伝 熱 特 性 か ら ， 現 在 も 銅 管 が

6 -使 用 さ れ て お り ， 代 替 す る 材 料 は 見 出 さ れ て い な い ． 1-4. 給 湯 シ ス テ ム の 使 用 水 給 湯 機 に 供 給 さ れ る 補 給 水 の 原 水 は ，こ れ ま で 水 道 水 が 一 般 的 で あ っ た ．浄 水 場 よ り 供 給 さ れ る 給 水 は ，① 原 水 中 に 含 ま れ る ア ン モ ニ ア ， 有 機 物 ， 溶 存 鉄 ， マ ン ガ ン な ど を 酸 化 し て 無 害 化 す る た め の 前 塩 素 処 理 ，② 凝 集 剤 を 添 加 し て 浮 遊 物 質 を 吸 着 沈 殿 さ せ る 処 理 ，さ ら に ③ 消 毒 の た め の 後 塩 素 処 理 ，の 三 過 程 か ら な る 5 8 )． こ れ ら の 浄 水 処 理 は 必 然 的 に 塩 化 物 イ オ ン ， 次 亜 塩 素 酸 イ オ ン ， 硫 酸 イ オ ン な ど 腐 食 性 イ オ ン を 原 水 に 加 え る こ と に な る 5 8 )． 近 年 ，省 資 源 の 取 り 組 み の 一 つ と し て 節 水 が 求 め ら れ る よ う に な っ て き た こ と か ら 5 9 - 6 1 )，Fig. 1-5 に 示 す よ う に 井 戸 水 の 利 用 が 増 加 傾 向 に あ る ．特 に 緊 急 時 の イ ン フ ラ 確 保 が 重 要 視 さ れ る 病 院 施 設 な ど で 顕 著 で あ る ．こ の 井 戸 水 は ，遊 離 炭 酸 を 多 く 含 み ，pH が 水 道 水 に 比 べ 比 較 的 低 い 傾 向 が み ら れ る ．ま た ，井 戸 水 利 用 に つ い て は ，簡 易 水 道 の 区 分 と し て 事 業 主 が ，水 道 法 に 基 づ く 飲 料 適 合 基 準 を 確 保 す る た め の 管 理 を 行 う 義 務 が 課 せ ら れ る 6 2 )． そ の た め 病 院 施 設 を 始 め 多 く の 井 戸 水 利 用 施 設 で は ，衛 生 的 安 全 の 確 保 の 観 点 か ら 水 道 法 水 質 基 準 の 残 留 塩 素 濃 度 0.1 mg/L 以 上 6 2 ) を 満 足 す る た め に ，殺 菌 を 目 的 と し た 塩 素 剤 を 多 く 投 入 す る 傾 向 が あ る ． さ ら に 国 土 交 通 省 が 2013 年 に 実 施 し た 調 査 で は ， 井 戸 水 の 資 源 量 は 32.5 億 m3/年 で あ り ， そ の う ち 現 使 用 量 は 0.6 億 m3_{/年 程 度 で あ る こ と} 6 3 , 6 4 )_{， 国 の 政 策 と し て 「 水 循 環 基 本 法 」 が} 平 成 26 年 6 月 に 施 行 さ れ た こ と 6 5 )， そ し て 国 内 の 人 口 減 少 に よ

7 -る 水 道 事 業 の 事 業 継 続 の 課 題 が 顕 在 化 し て い -る 6 6 , 6 7 )こ と も 合 わ せ ， 今 後 井 戸 水 利 用 が 拡 大 し て い く も の と 予 想 さ れ る ． 1-5. 使 用 水 と 金 属 配 管 材 料 浄 水 処 理 の 工 程 で 添 加 さ れ る 腐 食 性 イ オ ン は ，局 部 ア ノ ー ド に お け る pH 緩 衝 能 を 低 下 さ せ ， 金 属 腐 食 の 促 進 要 因 と な り ， 炭 素 鋼 管 や 亜 鉛 め っ き 鋼 管 の 腐 食 を 頻 発 さ せ る こ と に な っ た ．こ の よ う な 背 景 か ら ス テ ン レ ス 鋼 管 が 給 水 お よ び 給 湯 配 管 ，給 排 水 機 器 材 料 と し て 注 目 さ れ 普 及 し て き た 5 8 )．1970 年 代 に は ， 浄 水 処 理 に お け る 塩 素 注 入 量 は 年 々 増 加 す る 傾 向 に あ り ，そ の 背 景 に は 生 活 排 水 を 浄 水 の 原 水 に 取 り 込 む 量 が 増 え 原 水 の 汚 れ が 進 ん で い る こ と が 挙 げ ら れ る 5 8 )． 消 毒 に 有 効 な 塩 素 は 次 亜 塩 素 酸 塩 で あ る と 推 察 さ れ て お り 6 8 )，こ の 酸 化 力 は 極 め て 強 く ，ス テ ン レ ス 鋼 の 浸 漬 電 位 を 孔 食 電 位 以 上 に 高 め る お そ れ が あ る 5 8 )．1990 年 に 報 告 さ れ た 厨 房 ，浴 槽 ，配 管 な ど に お け る ス テ ン レ ス 鋼 の 約 10 年 間 の 腐 食 事 例 135 件 の 調 査 結 果 に よ れ ば ，適 用 量 の 多 い 304 鋼 が 106 件 を 占 め ， 腐 食 発 生 ま で の 期 間 は 1~2 年 が 最 も 多 く ， そ の 腐 食 は 溶 接 部 お よ び す き ま 部 に お け る も の が 多 い こ と が 示 さ れ 6 9 )， 1990 年 代 ま で の ス テ ン レ ス 鋼 の 腐 食 研 究 は ， こ の よ う な 背 景 が あ っ て お こ な わ れ て き た と 考 え ら れ る ． 最 近 で は ，直 管 部 で の 腐 食 も 生 じ る よ う に な っ て い る ．こ れ ま で 直 管 部（ 非 溶 接 部 ）に 着 目 し た 腐 食 研 究 は ，例 え ば 希 薄 NaCl 水 溶 液 中 に お け る オ ー ス テ ナ イ ト 系 ス テ ン レ ス 鋼 の 耐 応 力 腐 食 割 れ 性 に 及 ぼ す P， Cu の 影 響 7 0 )な ど SCC に 関 す る 報 告 で あ る ． ま

8 -た そ の 多 く が 強 酸・強 ア ル カ リ 環 境 や 海 水 環 境 な ど 厳 し い 腐 食 環 境 を 対 象 と し て お り ，水 道 法 水 質 基 準 を 満 足 す る 淡 水 環 境 に お け る 直 管 部 の 孔 食 に 関 す る 研 究 報 告 は ほ と ん ど 見 当 た ら な い ．建 築 設 備 に お い て ス テ ン レ ス 鋼 は 錆 び な い 材 料 と し て の 認 識 が 高 い こ と か ら ，腐 食 対 策 の 必 要 性 の 認 識 を 高 め る た め に も 淡 水 環 境 に お け る SUS304 配 管 の 耐 食 性 に 関 す る 知 見 を 得 る こ と が 急 務 で あ る ． 一 方 ， 給 湯 機 熱 交 換 器 銅 管 は ，1-3.で 述 べ た よ う な 給 湯 配 管 に お け る 腐 食 と 同 じ 現 象 と 考 え ら れ る 事 例 が ，報 告 さ れ 始 め て い る 7 1 )_{．今 後 国 の 政 策 が 後 押 し と な り ，井 戸 水 利 用 が 拡 大 し て い く こ} と が 予 想 さ れ る た め ，井 戸 水 使 用 に お け る 給 湯 機 熱 交 換 器 銅 管 の 耐 食 性 に 関 す る 知 見 お よ び 腐 食 対 策 が 望 ま れ る ． 1-6. 本 研 究 の 目 的 1-4.で 述 べ た よ う に ， 国 の 政 策 も あ り ， 今 後 建 物 設 備 で の 井 戸 水 利 用 が 拡 大 す る こ と が 予 想 さ れ ，必 然 的 に 給 湯 シ ス テ ム の 使 用 水 も 井 戸 水 の 利 用 が 増 加 す る こ と が 考 え ら れ る ．井 戸 水 の 水 質 の 特 徴 と し て ， 遊 離 炭 酸 を 多 く 含 み ，pH が 比 較 的 低 い こ と が 挙 げ ら れ ，井 戸 水 利 用 施 設 で は 衛 生 的 安 全 性 の 観 点 か ら 殺 菌 を 目 的 と し た 塩 素 剤 を 多 く 投 入 す る 傾 向 が あ る ． 給 湯 シ ス テ ム に 採 用 さ れ る 高 効 率 給 湯 機 は ，機 内 に り ん 脱 酸 銅 管 を 使 用 し た 熱 交 換 器 を 内 蔵 し て い る ．熱 交 換 器 内 を 水 が 通 水 す る 際 に ，外 側 か ら 直 火 で 過 熱 さ れ ，お 湯 が 作 ら れ る 構 造 と な っ て い る ．こ の マ ル チ 式 給 湯 機 を 採 用 し た セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム に

9 -お け る 給 湯 機 熱 交 換 器 銅 管 の 腐 食 に よ る 漏 水 が 近 年 報 告 さ れ 始 め て い る ．給 湯 機 の 熱 交 換 器 は り ん 脱 酸 銅 管 で 作 ら れ て い る こ と か ら ， 井 戸 水 中 に 含 ま れ る 遊 離 炭 酸 と 低 pH の 影 響 に よ り ， り ん 脱 酸 銅 管 の 給 湯 配 管 で 経 験 さ れ た 潰 食 と 同 様 な 現 象 が 懸 念 さ れ る ． 熱 交 換 器 に は ， 優 れ た 耐 熱 性 お よ び 熱 伝 導 性 が 求 め ら れ ， そ の 特 性 を 有 す る り ん 脱 酸 銅 管 は ，省 エ ネ ル ギ ー を 実 現 す る 上 で 必 要 不 可 欠 な 材 料 で あ り ，現 在 の と こ ろ 代 替 材 料 は 見 出 さ れ て い な い ． 一 方 ， 給 湯 配 管 で は ， り ん 脱 酸 銅 管 に 代 わ り ，SUS304 配 管 が 主 要 材 料 と し て そ の 使 用 が 増 加 傾 向 に あ る ．SUS304 配 管 は ， 高 耐 食 材 と し て 一 般 的 認 識 の 高 い 材 料 で あ る が ，近 年 井 戸 水 利 用 の 施 設 に お い て ，殺 菌 剤 と し て 用 い ら れ る 次 亜 塩 素 酸 塩 の 影 響 が 疑 わ れ る 腐 食 事 例 が 報 告 さ れ て お り 7 2 - 7 9 )， そ の 詳 細 に つ い て は ま だ 明 ら か に さ れ て い な い ． そ こ で 本 研 究 で は ，現 在 で は ラ イ フ ラ イ ン で あ る イ ン フ ラ 設 備 と し て 必 要 不 可 欠 な 設 備 と な っ て い る 給 湯 シ ス テ ム に 関 し ，社 会 的 ニ ー ズ を 背 景 と す る 省 エ ネ ル ギ ー・省 資 源 型 給 湯 シ ス テ ム を 構 築 す る た め の 重 要 な 要 素 と な る マ ル チ 式 給 湯 機 熱 交 換 機 用 銅 管 お よ び SUS304 配 管 の 腐 食 対 策 が 急 務 と 考 え ， 以 下 の 研 究 を お こ な っ た ． （1） 給 湯 シ ス テ ム に お け る 給 湯 機 熱 交 換 器 用 銅 管 並 び に 給 湯 用 SUS304 配 管 の 腐 食 要 因 を 解 明 す る こ と を 目 的 と し ， 公 開 さ れ て い る 事 例 お よ び 社 内 事 例 を 主 体 に 水 質 や 運 用 上 の 条 件 な ど の 影 響 因 子 の 実 態 調 査 と 解 析 を お こ な っ た ．

10 -（2） 給 湯 機 熱 交 換 機 用 銅 管 の 腐 食 に 対 す る 環 境 側 の 対 策 案 と し て ，水 質 の 改 善 に よ る 方 法 に つ い て 実 機 設 備 を 用 い た 実 機 通 水 試 験 に よ る 調 査 を 行 い ，そ の 有 効 性 の 調 査 を お こ な っ た ． （3） 給 湯 機 熱 交 換 器 用 銅 管 の 更 な る 腐 食 対 策 と し て ， Cu-Sn-Zr 系 合 金 を 選 択 し ，代 替 材 料 と し て そ の 耐 食 性 に つ い て ラ ボ 試 験 で の 浸 漬 試 験 お よ び 電 気 化 学 的 特 性 ，そ し て 実 機 設 備 を 用 い た 実 機 通 水 試 験 に よ る 調 査 を お こ な っ た ． （4） 淡 水 中 に お け る SUS304 配 管 の 腐 食 特 性 を 明 ら か に す る た め に ， 腐 食 事 例 解 析 結 果 に 基 づ く 環 境 条 件 下 に お い て ， 循 環 腐 食 試 験 装 置 を 用 い ，残 留 塩 素 濃 度 の 影 響 を 調 査 す る と と も に ，電 気 化 学 測 定 法 を 用 い た 電 気 化 学 的 特 性 に つ い て 研 究 し た ． 1-7. 本 論 文 の 構 成 及 び 概 要 本 論 文 の 構 成 と し て ，セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム の 概 略 と 各 章 の 調 査 対 象 位 置 を Fig. 1-6 に 示 し た ． セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム に お け る 金 属 配 管 材 料 の 腐 食 は ，シ ス テ ム ，使 用 環 境 そ し て 材 料 特 性 の 三 つ の 要 素 が 相 乗 的 に 作 用 し て 生 じ る と 考 え た ．そ こ で ，シ ス テ ム と 材 料 の 関 係 を 第 2 章 で ， シ ス テ ム と 使 用 環 境 の 関 係 を 第 3 章 で ，そ し て 使 用 環 境 と 材 料 特 性 の 関 係 を 第 4 章 お よ び 第 5 章 で 明 ら か に し た ．Fig. 1-7 に 示 す よ う に ， 各 章 で 明 ら か に し た 腐 食 要 因 と 考 え た 三 つ の 要 素 の そ れ ぞ れ の 相 関 を 活 用 し ，防 食 を 実 現 す る ． 以 下 に 各 章 の 内 容 に つ い て の 概 要 を 述 べ る ．

11 -第 1 章 で は ，省 エ ネ ル ギ ー ・ 省 資 源 型 給 湯 シ ス テ ム に お け る 給 湯 機 熱 交 換 器 用 銅 管 お よ び 給 湯 用 SUS304 配 管 の 現 状 と 課 題 ， 研 究 目 的 に つ い て 述 べ た ． 第 2～ 5 章 で は ，前 項 の（ 1）～（ 4）で 述 べ た 内 容 に つ い て そ れ ぞ れ 検 討 を お こ な い ， 以 下 に つ い て 明 ら か に し た ． 第 2 章 で は ， 給 湯 機 熱 交 換 器 用 銅 管 お よ び SUS304 配 管 の 腐 食 事 例 を 調 査 し ，給 湯 機 熱 交 換 器 銅 管 は 使 用 水 で あ る 井 戸 水 水 質 の 低 pH， 配 管 内 流 速 お よ び 配 管 内 圧 力 の 変 動 に よ り 生 ず る 微 細 気 泡 の 三 つ の 要 因 が 相 乗 的 に 作 用 し 影 響 し て い る こ と を 明 ら か に し た ． 一 方 ，SUS304 配 管 は ， 内 径 50 mm 以 下 の 直 管 部 に お け る 孔 食 の 腐 食 事 例 が 多 い こ と を 明 ら か に し た ． 第 3 章 で は ，給 湯 機 熱 交 換 器 用 銅 管 の 腐 食 事 例 調 査 よ り 得 ら れ た 三 つ の 環 境 要 因 で あ る 低 pH に 着 目 し ，pH 中 性 化 に よ る 対 策 に つ い て ， 実 機 設 備 を 用 い た 24 ヶ 月 間 の 実 機 通 水 試 験 に よ り ， 腐 食 抑 制 の 有 効 性 に つ い て 明 ら か に し た ． ま た ， 低 pH と と も に 要 因 と 考 え ら れ た 配 管 内 流 速 お よ び 配 管 内 の 圧 力 変 動 に よ り 生 じ る 微 細 気 泡 に つ い て ，熱 交 換 器 の 適 正 流 量 を 示 し ，微 細 気 泡 の 発 生 を 抑 制 す る た め の シ ス テ ム 的 な 対 策 を 提 案 し た ． 第 4 章 で は ，給 湯 機 熱 交 換 器 用 銅 管 と し て 使 用 さ れ て い る り ん 脱 酸 銅 管 の 代 替 材 料 と し て Cu-Sn-Zr 系 合 金 に 着 目 し ， ラ ボ 試 験 お よ び 実 機 通 水 試 験 に よ り そ の 有 効 性 を 示 し ，電 気 化 学 的 特 性 の 評 価 を お こ な い ， そ の 耐 食 性 の メ カ ニ ズ ム つ い て 明 ら か に し た ． 第 5 章 で は ， 淡 水 中 に お け る SUS304 配 管 の 循 環 腐 食 試 験 装 置 を 用 い ，事 例 調 査 結 果 に 基 づ く 環 境 条 件 下 で の 腐 食 試 験 を お こ な

12 -い ，SUS304 配 管 の 孔 食 電 位 が +0.4 V vs. SCE 付 近 に あ る こ と を 明 ら か に し た ．ま た ，配 管 の 内 径 が 小 さ い ほ ど 配 管 の 加 工 工 程 に お け る 曲 げ 加 工 の 影 響 に よ り ，金 属 表 面 表 層 部 が オ ー ス テ ナ イ ト か ら 加 工 誘 起 マ ル テ ン サ イ ト と 呼 ば れ る 変 態 を 生 じ る こ と で 硬 く な り ， 耐 食 性 に 影 響 し て い る こ と を 明 ら か に し た ． 今 回 ， 淡 水 中 で の 分 極 曲 線 測 定 に よ り 得 ら れ た 二 次 不 働 態 化 の 起 点 と な る そ の 最 大 腐 食 電 流 密 度 が ，加 工 誘 起 マ ル テ ン サ イ ト 変 態 を 評 価 す る た め の 新 し い 簡 易 評 価 方 法 と な る こ と を 見 出 し た ． 第 6 章 は 総 括 で あ る ．本 論 文 で は ， 省 エ ネ ・ 省 資 源 型 給 湯 シ ス テ ム を 構 築 す る た め の 構 成 要 素 と な る 給 湯 機 熱 交 換 器 用 銅 管 お よ び 給 湯 用 SUS304 配 管 の 腐 食 要 因 を 明 ら か に し ， そ の 要 因 に 対 し て ，使 用 環 境 お よ び シ ス テ ム ，そ し て 使 用 材 料 の 様 々 な 視 点 か ら 腐 食 特 性 を 調 査 し ， 有 効 な 対 策 の 提 案 を お こ な っ た ． さ ら に ， SUS304 配 管 の 加 工 誘 起 マ ル テ ン サ イ ト 変 態 を 評 価 す る た め の 新 し い 簡 易 評 価 方 法 を 見 出 し た ． 2～ 5 章 で 得 ら れ た 技 術 を 活 用 す る こ と で ，省 エ ネ・省 資 源 を 実 現 す る 給 湯 シ ス テ ム の 発 展 に 大 き く 寄 与 で き る も の と 期 待 さ れ る ． 今 後 ， さ ら に 研 究 を 継 続 発 展 さ せ て ， ラ イ フ ラ イ ン と な る 給 湯 シ ス テ ム の 安 定 供 給 お よ び 設 備 長 寿 命 化 と 省 エ ネ ル ギ ー 化 に 貢 献 し て い く ．

13 -1-8. 本 論 文 の キ ー ワ ー ド と そ の 用 語 解 説 キ ー ワ ー ド 用 語 解 説 関 係 章 セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム 一 般 に ， 病 院 お よ び 老 健 施 設 ， ホ テ ル 施 設 な ど 給 湯 の 使 用 場 所 が 多 く ， 給 湯 使 用 量 の 多 い 施 設 で 採 用 さ れ る 給 湯 シ ス テ ム で あ る ． 加 熱 機 器 ， 貯 湯 槽 ， 循 環 ポ ン プ ， そ し て 給 湯 配 管 で 構 成 さ れ ， 給 湯 配 管 内 を 常 に お 湯 が 循 環 す る ． 公 益 社 団 法 人 空 気 調 和 衛 生 工 学 会 便 覧 で は ，「 中 央 式 給 湯 シ ス テ ム 」 と 定 義 さ れ て い る 8 0 )_． 1-6 個 別 式 給 湯 シ ス テ ム 一 般 に ， 事 務 所 ビ ル お よ び 百 貨 店 な ど 給 湯 の 使 用 場 所 が 限 定 さ れ ， 給 湯 使 用 量 の 少 な い 施 設 で 採 用 さ れ る 給 湯 シ ス テ ム で あ る ． 使 用 場 所 に 専 用 の 小 型 加 熱 機 器 が 設 置 し ， 使 用 時 の み お 湯 を 供 給 す る ． 循 環 は せ ず ， 一 過 式 が 一 般 的 で あ る ． 公 益 社 団 法 人 空 気 調 和 衛 生 工 学 会 便 覧 で は ，「 局 所 式 給 湯 シ ス テ ム 」 と 定 義 さ れ て い る 8 0 )_． 1 マ ル チ 式 給 湯 機 お 湯 を 沸 か す た め の 加 熱 機 器 の 1 つ で あ る ． 家 庭 用 で 普 及 し た 給 湯 機 を 複 数 台 連 結 し ， 給 湯 使 用 量 に 応 じ て 運 転 台 数 を 制 御 す る 給 湯 機 で あ り ， 近 年 採 用 が 増 え 始 め て い る 7 )_{．本 論 文 で は ，こ の} 給 湯 機 の 伝 熱 管 の 腐 食 対 策 に つ い て 調 査 し た ． 1-6 ヒ ー ト ポ ン プ 力 学 的 な 仕 事 な ど に よ っ て ， 熱 を 低 温 の 物 体 か ら 高 温 の 物 体 に 移 す 装 置 の 総 称 で あ る 8 )_． 1 ヒ ー ト ポ ン プ 給 湯 機 ヒ ー ト ポ ン プ の 原 理 を 利 用 し て ， 大 気 中 の 低 い 温 度 の 熱 を 高 い 温 度 へ 運 び 上 げ ，熱 で 水 を 加 熱 し ，お 湯 を つ く る 加 熱 機 で あ る ．熱 の 移 動 に は ，沸 点 の 低 い 冷 媒 が 用 い ら れ る 8 )_． 1 り ん 脱 酸 銅 管 P を 脱 酸 剤 と し て 添 加 し た 純 銅 の 一 種 の こ と ．加 工 性・抗 菌 性 に 優 れ る こ と か ら 給 湯 配 管 と し て 長 く 用 い ら れ て き た ．ま た ，そ の 優 れ た 熱 伝 導 性 か ら 熱 交 換 器 に 用 い ら れ て お り ， そ の 代 替 材 料 は 見 出 さ れ て い な い ． 1-4， 6

Cu-Sn-Zr 系 合 金 Sn を 0.65 mass%，Zr を 0.014 mass%，

14 -る ．強 い 強 度 を 示 す 合 金 で あ り ，高 強 度 銅 合 金 の 1 つ で あ る ． 本 研 究 で ， マ ル チ 式 給 湯 機 熱 交 換 器 銅 管 の 代 替 材 料 と し て 着 目 し 調 査 し た 材 料 で あ る ． 内 面 ス ズ 被 覆 銅 管 り ん 脱 酸 銅 管 の 内 面 に Sn を め っ き し た 銅 管 で あ る ．本 研 究 で ，腐 食 事 例 調 査 の 対 象 と し た 材 料 で あ る 4 3 , 8 1 )_． 2,3 加 工 誘 起 マ ル テ ン サ イ ト 変 態 SUS304 な ど ，オ ー ス テ ナ イ ト 系 に 分 類 さ れ る ス テ ン レ ス 材 に 生 じ る 現 象 で あ り ， 冷 間 加 工 に よ り 結 晶 組 織 の 一 部 が が マ ル テ ン サ イ ト に 変 態 す る ． 冷 間 加 工 度 が 高 く ， 加 工 温 度 が 低 い ほ ど 生 成 量 が 多 く な り ， オ ー ス テ ナ イ ト に 比 べ 耐 食 性 が 劣 る 8 2 )_． 1,2,5,6 SUS304 オ ー ス テ ナ イ ト 組 織 を も つ ス テ ン レ ス 鋼 で あ り ，非 磁 性 で あ る と と も に ，熱 膨 張 係 数 ，電 気 抵 抗 が 大 き く ，熱 伝 導 率 が 小 さ い 特 徴 が あ る ． 加 工 性 に 優 れ る こ と か ら 配 管 用 材 料 と し て 用 い ら れ る 8 3 )_{．配 管 の 肉 厚 に よ り ，厚 肉 の TP と 薄} 肉 の TPD に 区 分 さ れ ， 薄 肉 の TPD は ， 口 径 に 「Su」 を 付 け 呼 称 さ れ る （ 内 径 13mm の 配 管 は 13Su と な る ）． 構 成 さ れ る 元 素 の C 量 を 減 ら し た も の が ， 低 炭 素 （Low Carbon） の 意 味 か ら 「L 材 」と 呼 ば れ ，熱 影 響 に よ る 組 織 変 化 を 受 け に く い 材 料 で あ る こ と か ら ， 溶 接 部 の 防 食 を 目 的 に 採 用 さ れ る ． 1,2,5,6 孔 食 局 部 的 に 孔 あ き 生 じ る 腐 食 形 態 で あ る ．銅 管 の 場 合 ，給 水 用 途 で 生 じ る Ⅰ 型 と 給 湯 用 途 で 生 じ る Ⅱ 型 に 区 分 さ れ ， 両 者 と も 腐 食 部 断 面 が お 椀 型 の 形 状 で あ り ，Ⅱ 型 は Ⅰ 型 に 比 べ ，孔 の 大 き さ が 小 さ い 4 3 )_． 1,2,5,6 潰 食 セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム の 銅 管 で 多 く 経 験 さ れ て い る 現 象 で あ り ， 銅 管 表 面 上 の 保 護 皮 膜 が 物 理 的 作 用 を 受 け ， そ の 部 分 に 腐 食 が 発 生 す る 腐 食 形 態 で あ る ．腐 食 面 に 腐 食 性 生 物 は み ら れ ず ，腐 食 部 は 馬 蹄 形 の 形 状 を 示 す 4 3 )_． 1-4,6 SCC 応 力 腐 食 割 れ 加 工 に よ る 残 留 応 力 お よ び 連 続 的 な 伸 縮 に よ る 引 張 応 力 と 使 用 環 境 の 熱 影 響 に よ り ， 金 属 組 織 の 粒 界 に 沿 っ て 割 れ が 生 じ る 腐 食 形 態 で あ る 8 4 )_． 1,5 不 動 態 金 属 表 面 に 酸 化 物 あ る い は 水 酸 化 物 皮 膜 を 形 成 し ，耐 食 性 を も つ 現 象 で あ る ． 1,5

15 -代 表 的 な 材 料 と し て ，ス テ ン レ ス ，チ タ ン ， ア ル ミ ニ ウ ム な ど が あ る ． 二 次 不 動 態 本 研 究 に お い て ， 電 気 化 学 測 定 に よ り 発 見 し た 現 象 で あ る ． 分 極 曲 線 測 定 に お い て 不 動 態 域 よ り も 高 い 電 位 で み ら れ る 電 流 密 度 の 最 大 ピ ー ク を 二 次 不 動 態 と 定 義 し た ． 1,5,6 ビ ッ カ ー ス 硬 さ 材 料 の 硬 さ を 表 す 尺 度 の 1 つ で あ り ， 押 込 み 硬 さ の 一 種 で あ る ．JIS Z 2244 「 ビ ッ カ ー ス 硬 さ 試 験 」 に 試 験 方 法 が 規 定 さ れ て い る ． 1,5,6 透 磁 率 材 料 の 磁 性 を 表 す 尺 度 の １ つ で あ る ． 材 料 毎 に JIS で 試 験 方 法 が 規 定 さ れ て い る ． 1,5,6 浸 漬 電 位 金 属 材 料 そ れ ぞ れ が 固 有 す る 溶 液 中 に お け る 電 位 で あ る ． イ オ ン 化 傾 向 を 表 す 尺 度 の 一 つ と し て も 用 い ら れ ， 浸 漬 電 位 が 高 い 材 料 は ， 耐 食 性 に 優 れ る こ と を 示 す ． 水 素 イ オ ン お よ び 水 素 ガ ス の 活 量 が 全 て 1 で あ る と き の 酸 化 還 元 電 位 を 示 す 標 準 水 素 電 極 は ， 全 て の 温 度 範 囲 に お い て そ の 電 極 電 位 は 0V で あ り ， 全 て の 電 位 測 定 の 基 準 と さ れ て い る ． 2-5 孔 食 電 位 孔 食 が 発 生 す る 電 位 で あ る ． 孔 食 電 位 よ り も 高 い 電 位 で 孔 食 が 発 生 す る こ と を 示 す ． 5 腐 食 電 流 密 度 腐 食 量 を 表 す 尺 度 の 一 つ で あ る ． 腐 食 電 流 密 度 が 大 き い と 腐 食 量 が 大 き く な る ． 4,5 分 極 曲 線 腐 食 は ， 金 属 の 溶 解 反 応 と 酸 素 の 還 元 反 応 が 同 時 に 生 じ る こ と に よ り ， 進 行 す る ． こ の 溶 解 反 応 と 還 元 反 応 の 大 き さ を 表 す 尺 度 の 1 つ で あ る ． そ れ ぞ れ の 分 極 曲 線 の 交 点 が 浸 漬 電 位 と な る ． 4,5 SSE Ag/AgCl 電 極 電 位 参 照 電 極 の 1 つ で あ り ， Ag と AgCl で 製 作 さ れ た 電 極 で あ る ． こ の 電 極 で 測 定 し た 値 を 示 す た め に ， 測 定 値 は _vs. SSE と 表 記 す る ． 標 準 水 素 電 極 を 基 準 と し た 電 位 差 は -0.199V で あ り ，現 在 は 毒 性 の 問 題 か ら 使 用 さ れ な く な っ た 飽 和 カ ロ メ ル 電 極 と の 電 位 差 は-0.045V で あ る ． 3-5 残 留 塩 素 水 道 水 の 殺 菌 剤 と し て 使 用 さ れ る 次 亜 塩 素 酸 塩 が 残 留 し た も の を 示 す ． 水 道 法 で こ の 残 留 塩 素 濃 度 が 0.1mg/L 以 上 1,2,5

16

-と な る よ う 添 加 す る こ -と が 義 務 付 け ら れ て い る 6 2 )_．

17

-Table 1-1 Types of hot water supply systems and component.

System Individual Central

Hot water

storage tank － Atomospheric Closed Storage tank less Water heating equipment Instantaneous water heater, electric water heater

Boiler electric water heater,Boiler, heat pump

Boiler, electric water heater,

heat pump, multiple high-efficiency water heating equipment

Heat exchanger

pipe Phosphorus deoxidized copper※No changing

Hot water supply

pipe resin liningResin, Phosphorus deoxidized copper, resin, resin liningStainless steel type 304,

Facilities used _{department store}Office building, _{spa, sports gym, factory, etc.}Hospital, care home, hotel, Energy

18

-Fig. 1-1 Schematic diagram of individual hot water supply system.

19

-Fig. 1-2 Schematic diagram of central hot water supply system.

20

-Fig. 1-3 Schematicc diagram of energy saving and resource saving type hot water supply system.

21

-Fig. 1-4 Resent trend of hot water supply piping materials2 4 ) - 3 7 )_.

0% 20% 40% 60% 80% 100% Office buildings 2014 93 items Hotels 2015 94 items Hospitals 2016 122 items Department stores 2017 69 items The entire 2014-2017 378 items

■Stainless steel pipes

■Copper pipes

■Heat resistant hard polyvinyl pipes (PVC-C)

■Crosslinked polyethylene ･ Polybutene pipes (PE ･ PB)

■Heat resistant hard polyvinyl chloride lined steel pipes (VLP)

22

-Fig. 1-5 Resent trend of raw water at makeup water for hot water supply systems2 4 ) - 3 7 )_.

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Office buildings 2014 125 items Hotels 2015 57 items Hospitals 2016 131 items Department stores 2017 80 items The entire 2014-2017 393 items

23

24

-Fig. 1-7 Correlation diagram of my doctoral dissertation.

Systems Enviromental Materials Corrosion control Chapter 2 Chapter 3 Chapter 4 Chapter 5

25 -参 考 文 献 1) 厚 生 労 働 省 : 水 道 を 取 り 巻 く 状 況 及 び 水 道 の 現 状 と 将 来 の 見 通 し (2007)． https://www.mhlw.go.jp/topics/bukyoku/kenkou/suido/vision2/dl /siryou07.pdf 2) 厚 生 労 働 省 : 平 成 29 年 度 現 在 給 水 人 口 と 水 道 普 及 率 (2018)． https://www.mhlw.go.jp/content/000501640.pdf 3) キ ッ チ ン ・ バ ス 工 業 会 : 40 周 年 記 念 誌 第 2 章 (2005), p.71． https://www.kitchen-bath.jp/wp-content/uploads/2015/12/21kyuutoukimonogatari.pdf 4) 田 中 実 : 空 気 調 和 ・ 衛 生 工 学 , 81(2007), 641. 5) 岩 本 靜 男 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 81(2007), 643. 6) 小 川 正 晃 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 81(2007), 649. 7) 矢 作 正 博 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 81(2007), 657. 8) 長 倉 三 郎 ， 井 口 洋 夫 ， 江 沢 洋 ， 岩 村 秀 ， 佐 藤 文 隆 ， 久 保 亮 五 編 : 岩 波 理 化 学 辞 典 第 5 版 ， (1998)， 1116， 岩 波 書 店 ． 9) 村 田 邦 夫 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 81(2007), 669. 10) 中 村 勉 , 竹 田 喜 一 ： 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 81(2007), 673. 11) 金 子 岳 夫 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 81(2007), 679. 12) 矢 野 弘 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 84(2010), 713. 13) 鎌 田 元 康 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 84(2010), 715. 14) 岩 本 靜 男 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 84(2010), 723. 15) 上 藤 英 昭 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 84(2010), 729.

26 -16) 前 真 之 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 84(2010), 737. 17) 佐 瀬 毅 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 84(2010), 745. 18) 宮 崎 隆 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 84(2010), 751. 19) 村 田 博 道 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 84(2010), 757. 20) 佐 瀬 毅 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 84(2010), 767. 21) 浅 井 俊 二 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 84(2010), 771. 22) 片 山 正 敏 : 空 気 調 和 ･衛 生 工 学 , 84(2010), 777. 23) 経 済 産 業 省 総 合 資 源 エ ネ ル ギ ー 調 査 会 : 審 議 会 資 料 (2018)， 資 料 3-2 エ ネ ル ギ ー 政 策 に 係 る 取 組 状 況 と 今 後 の 基 本 的 方 向 に つ い て ， https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/sokai/pdf/g70726c07j.p df 24) 一 般 社 団 法 人 建 築 設 備 技 術 者 協 会 : 建 築 設 備 士 , 2014 (12), 56. 25) 一 般 社 団 法 人 建 築 設 備 技 術 者 協 会 : 建 築 設 備 士 , 2015 (12), 58. 26) 一 般 社 団 法 人 建 築 設 備 技 術 者 協 会 : 建 築 設 備 士 , 2016 (12), 55. 27) 一 般 社 団 法 人 建 築 設 備 技 術 者 協 会 : 建 築 設 備 士 , 2017 (12), 53.

28) E. Mattson, A. M. Fredriksson : British Corrosion Journal, 3 (1968), 246.

29) A. Cohen, W. S. Lyman : Material Protection and Performance, 11 (1972), 48.

27

-30) O. Franque : Proceedings of the International Symposium on Corrosion of Copper Alloys in Building, Tokyo, March, 16-17 1982, 135. 31) 佐 藤 史 郎 ，匂 坂 喜 代 治 ，山 内 重 徳 : 住 友 軽 金 属 技 報 ，18 (1977)， 117. 32) 社 団 法 人 日 本 銅 セ ン タ ー 編 : 建 築 配 管 用 銅 管 腐 食 対 策 指 針 (1987)， 313， 社 団 法 人 日 本 銅 セ ン タ ー ． 33) 佐 藤 史 郎 ， 匂 坂 喜 代 治 : 住 友 軽 金 属 技 報 ，12 (1971)， 231． 34) Malvern F. Obrecht : Corrosion, 18 (1962), 189t.

35) 馬 場 晴 雄 , 小 玉 俊 明 , 藤 井 哲 雄 , 久 松 敬 弘 , 石 川 百 合 子 : 防 食 技 術, 30 (1981), 113. 36) 馬 場 晴 雄 , 小 玉 俊 明 , 藤 井 哲 雄 , 久 松 敬 弘 : 防 食 技 術 , 30 (1981), 161. 37) 佐 藤 史 郎 : 伸 銅 技 術 研 究 会 誌 , 24 (1985), 1. 38) 山 本 博 司 , 国 枝 博 , 太 田 裕 二 , 篠 原 義 治 : 伸 銅 技 術 研 究 会 誌 , 24 (1985), 133. 39) 藤 井 哲 雄 : 伸 銅 技 術 研 究 会 誌 , 24 (1985), 6. 40) 佐 藤 史 郎 ， 源 竪 樹 ， 関 邦 章 ， 山 本 博 司 ， 滝 沢 与 司 夫 ， 岡 田 三 郎 ， 山 内 重 徳 ， 久 松 敬 弘 ， 鈴 木 一 郎 ， 藤 井 哲 雄 ， 小 玉 俊 明 ， 馬 場 晴 雄 ， 縄 田 喜 一 : 防 食 技 術 ，31 (1982)， 3． 41) 山 田 豊 , 河 野 浩 三 , 渥 美 哲 郎 : 伸 銅 技 術 研 究 会 誌 , 36 (1997), 154. 42) 山 田 豊 , 河 野 浩 三 : 材 料 と 環 境 , 48 (1999), 647. 43) 山 田 豊 : 材 料 と 環 境 , 50 (2001), 88.

28 -44) 祖 父 江 和 治 , 馬 飼 野 信 一 , 菅 原 章 文 , 今 井 八 郎 : 材 料 と 環 境 , 52 (2003), 259. 45) 鈴 木 忍 , 山 田 豊 , 河 野 浩 三 , 渥 美 哲 郎 : 材 料 と 環 境 , 54 (2005), 20. 46) 鈴 木 忍 , 山 田 豊 , 河 野 浩 三 : 材 料 と 環 境 , 58 (2009), 99. 47) 山 田 豊 , 河 野 浩 三 , 渥 美 哲 郎 : 住 友 軽 金 属 技 報 , 38 (1997), 568. 48) 河 野 浩 三 , 鈴 木 忍 : 住 友 軽 金 属 技 報 , 54 (2013), 51.

49) ASTM : Pitting Corrosion in Copper Tubes in Cold Water Service, STP576 (1976), 155

50) Hector S. Champbell : Journal of Applied Chemistry, 4 (1054), 633.

51) V. F. Lucey : British Corrosion Journal, 2 (1967), 175. 52) 山 内 重 徳 ， 佐 藤 史 郎 : 防 食 技 術 ，30 (1981)， 469. 53) 笠 原 晃 明 , 小 向 茂 : 防 食 技 術 , 36 (1987), 492. 54) 笠 原 晃 明 , 小 向 茂 , 藤 原 宗 : 防 食 技 術 , 37 (1988), 423. 55) 松 島 俊 久 : 防 食 技 術 , 39 (1990), 484. 56) 笠 原 晃 明 : 材 料 と 環 境 , 40 (1991), 506. 57) 小 向 茂 , 笠 原 晃 明 : 材 料 と 環 境 , 43 (1994), 200. 58) ス テ ン レ ス 協 会 編 : ス テ ン レ ス 鋼 便 覧 第 3 版 ，(1995)，314， 日 刊 工 業 新 聞 社 ． 59) 国 土 交 通 省 : 第 3 回 世 界 水 フ ォ ー ラ ム 概 要 (2003), http://www.mlit.go.jp/common/001125549.pdf 60) 国 土 交 通 省 : 第 3 回 世 界 水 フ ォ ー ラ ム 閣 僚 宣 言 (2003),

29 -http://www.mlit.go.jp/tochimizushigen/mizsei/wwf3/md_jpkari.p df 61) 京 都 府 : 第 3 回 世 界 水 フ ォ ー ラ ム 京 都 水 宣 言 (2003)． http://www.pref.kyoto.jp/wwf3-kyoto/documents/kyotomizusengen.pdf 62) 法 律 : 水 道 法 (1958). 63) 国 土 交 通 省 : 審 議 会 資 料 2013 年 12 月 13 日 , 雨 水 ・ 再 生 水 の 利 用 促 進(2013). https://www.mlit.go.jp/common/001022375.pdf 64) 国 土 交 通 省 : 雨 水 の 利 用 促 進 に 関 す る ガ イ ド ラ イ ン (案 )(2016). http://www.mlit.go.jp/common/001263451.pdf 65) 法 律 : 水 循 環 基 本 法 (2014). 66) 総 務 省 : 水 道 事 業 経 営 の 現 状 と 課 題 , http://www.soumu.go.jp/main_content/000555182.pdf 67) 総 務 省 : 水 道 事 業 の 現 状 に つ い て , http://www.soumu.go.jp/main_content/000562829.pdf 68) 磯 村 豊 : 用 水 排 水 便 覧 (1964), 300， 丸 善 . 69) 金 子 智 , 佐 藤 義 和 , 鋸 屋 正 喜 , 宇 野 秀 樹 , 根 本 力 男 , 藤 原 最 仁 : 第 37 回 腐 食 防 食 討 論 会 講 演 集 (1990), 57. 70) 足 立 俊 郎 : 材 料 と 環 境 , 43 (1994), 126. 71) 渡 邊 一 平 ， 吉 田 道 之 ， 田 中 法 幸 ， 山 田 豊 ， 櫻 田 修 : 銅 と 銅 合 金 ，56 (2017)， 173. 72) 中 島 博 志 : 材 料 と 環 境 2005， A-115 (2005)， 東 京 .

30 -73) 山 手 利 博 : 材 料 と 環 境 2008， D-306 (2008)， 埼 玉 . 74) 細 谷 清 ，高 田 康 治 ，中 村 慎 二 : 材 料 と 環 境 2008，D-307 (2008)， 埼 玉. 75) 高 田 康 治 ，小 倉 利 之 ，細 谷 清 : 材 料 と 環 境 2012，C-308 (2012)， 東 京. 76) 中 田 潮 雄 : 材 料 と 環 境 ， 48 (1999)， 500.

77) A. Cantor, J. Park : American Water Works Association, May, 2003.

78) Erin D. Mackey, Thomas F. Seacord : American Water Works Association, May, 2017.

79) C. M. B. Martins, J. L. Moreira, J. I. Martins : Engineering Failure Analysis, 39 (2014), 65. 80) 社 団 法 人 空 気 調 和 衛 生 工 学 会 : 空 気 調 和 衛 生 工 学 便 覧 (4) 給 排 水 衛 生 給 排 水 衛 生 設 備 編 第 14 版 (2018)，1，社 団 法 人 空 気 調 和 衛 生 工 学 会. 81) 渥 美 哲 郎 ，山 田 豊 ，伊 藤 順 一 ，永 田 公 二 : 伸 銅 技 術 研 究 会 誌 ， 33 (1994)， 48. 82) ス テ ン レ ス 協 会 編 : ス テ ン レ ス 鋼 便 覧 第 3 版 ，(1995)，447， 日 刊 工 業 新 聞 社 ． 83) ス テ ン レ ス 協 会 編 : ス テ ン レ ス 鋼 便 覧 第 3 版 ，(1995)，555， 日 刊 工 業 新 聞 社 ． 84) ス テ ン レ ス 協 会 編 : ス テ ン レ ス 鋼 便 覧 第 3 版 ，(1995)，262， 日 刊 工 業 新 聞 社.

第

2 章

33 -2-1. は じ め に 病 院 や 老 人 福 祉 施 設 ，あ る い は ホ テ ル 等 の 給 湯 使 用 量 が 多 い 施 設 で は ，給 湯 設 備 と し て 古 く か ら セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム が 多 く 採 用 さ れ て い る ． 第 1 章 で 述 べ た よ う に ，給 湯 設 備 の 熱 源 の ほ と ん ど は ボ イ ラ ー 方 式 で あ っ た が ，最 近 で は コ ス ト 削 減 や 設 置 場 所 の 関 係 か ら ボ イ ラ ー に 代 わ っ て 複 数 台 の 給 湯 機 を 使 用 し た マ ル チ 式 給 湯 機 が 採 用 さ れ る よ う に な っ て き た ．こ れ ま で 給 湯 機 は ，個 別 式 給 湯 シ ス テ ム に お い て 単 体 で 使 用 さ れ て お り ，お 湯 の 使 用 に 伴 う 給 湯 機 の 運 転 時 の み 通 水 さ れ る 環 境 で あ っ た ．そ の 腐 食 事 例 と し て ，地 下 水 中 の 遊 離 炭 酸 と 銅 管 表 面 の カ ー ボ ン 被 膜 に 起 因 し た 熱 交 換 器 銅 管 の Ⅰ 型 孔 食 が 知 ら れ て い る 1 - 3 )． マ ル チ 式 給 湯 機 を 用 い た セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム の 腐 食 事 例 は ，あ ま り 知 ら れ て い な か っ た が ，普 及 の 拡 大 と と も に 熱 交 換 器 銅 管 に お け る 腐 食 事 例 が 報 告 さ れ る よ う に な っ た ． 一 方 ，以 前 は セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム の 主 配 管 材 料 に り ん 脱 酸 銅 が 多 く 使 用 さ れ て い た. し か し ， 微 細 気 泡 お よ び 流 速 に 起 因 し た 潰 食 や 水 質 に 起 因 し た Ⅱ 型 孔 食 が 発 生 し た こ と か ら ，種 々 腐 食 対 策 が 検 討 さ れ た 4 - 2 5 )も の の ，ス テ ン レ ス 鋼 管 等 の 他 管 種 が 使 用 さ れ る よ う に な っ た ．SUS304 配 管 は ， そ の 優 れ た 耐 食 性 を 有 す る こ と か ら 1980 年 初 頭 よ り 建 築 設 備 に 用 い ら れ は じ め ， 現 在 で は 主 に 給 水 お よ び 給 湯 設 備 で お よ そ 数 倍 と そ の 需 要 が 増 加 し て い る ．し か し ，需 要 の 増 加 と と も に 腐 食 問 題 も 多 く 経 験 さ れ る よ う に な っ て き た ．1990 年 代 の 淡 水 中 に お け る 腐 食 研 究 を 列 挙 す

34 -る と ， 例 え ば 温 水 配 管 用 304 配 管 の SCC 事 例 の 報 告 2 6 )， 溶 接 部 の 耐 食 性 2 7 ) - 3 5 )な ど に 関 す る も の が 代 表 的 な 研 究 報 告 で あ る ． 現 在 で は ス テ ン レ ス 協 会 発 行 の 建 築 用 ス テ ン レ ス 配 管 マ ニ ュ ア ル や 低 炭 素 材 と し て の L 材 な ど 施 工 方 法 や 新 材 料 に よ る 溶 接 部 に 対 す る 防 食 対 策 が ほ ぼ 確 立 さ れ て い る 3 6 )． し か し ，2000 年 代 に 入 る と ，ス テ ン レ ス 配 管 の 直 管 部 に お け る 孔 食 事 例 が 報 告 さ れ る よ う に な っ た ．そ の 腐 食 要 因 と し て 給 水 中 に 消 毒 剤 と し て 投 入 さ れ る 次 亜 塩 素 酸 ナ ト リ ウ ム が 残 留 し た 残 留 塩 素 が 挙 げ ら れ て い る 3 7 ) - 4 4 )． 本 章 で は ，そ の 実 績 年 数 も 浅 い た め ，実 機 で の 腐 食 経 験 は 聞 く も の の 報 告 の な い マ ル チ 式 給 湯 機 を 採 用 し た セ ン ト ラ ル 給 湯 シ ス テ ム に 対 し ，当 該 シ ス テ ム を 最 近 採 用 し 使 用 開 始 か ら 約 5 年 で 漏 洩 が 生 じ た マ ル チ 式 給 湯 機 熱 交 換 器 銅 管 の 腐 食 要 因 に つ い て 調 査 を お こ な っ た ．ス テ ン レ ス 配 管 に つ い て は ，こ れ ま で に 報 告 さ れ て い る 給 水 お よ び 給 湯 設 備 に お け る SUS304 配 管 の 腐 食 事 例 と 弊 社 社 内 事 例 を 併 せ ， 調 査 し た ． 2-2. 腐 食 事 例 調 査 方 法 2-2-1. マ ル チ 式 給 湯 機 熱 交 換 器 銅 管 の 腐 食 事 例 調 査 1) 給 湯 シ ス テ ム 岐 阜 市 所 在 の 介 護 老 人 福 祉 施 設 に 設 置 さ れ た ，マ ル チ 式 給 湯 機 使 用 の 給 湯 シ ス テ ム と 熱 交 換 器 の 概 要 図 ，そ し て そ れ ら の 調 査 部 位 を Fig. 2-1 に 示 す ． マ ル チ 式 給 湯 機 は 給 湯 機 が 6 機 連 結 し て お り ，1 機 あ た り 熱 交 換 器 が 2 台 装 着 さ れ ，循 環 給 湯 水 温 度 は 約 343

35 -K で ， ポ ン プ は 口 径 20 mm， 吐 出 量 56 L/min， 全 揚 程 12.5m の も の で あ っ た ．な お ，給 湯 機 1 機 に 流 れ る 流 量 が 14 L/min 未 満 で は 熱 交 換 器 1 台 の み が 運 転 し ，14 L/min 以 上 で は 2 台 が 同 時 か つ 均 等 に 運 転 す る 流 量 調 整 が な さ れ て い た ．給 湯 用 の 補 給 水 は 地 下 水 が 用 い ら れ て お り ， こ の 地 下 水 を 汲 み 上 げ て 高 架 水 槽 に 貯 水 後 ， 給 湯 水 中 の 残 留 塩 素 濃 度 が 0.1 mg/L 以 上 1 mg/L 以 下 と な る よ う に 塩 素 系 殺 菌 剤 が 添 加 さ れ 給 湯 シ ス テ ム の 系 内 に 送 水 さ れ た ． 2) 熱 交 換 器 給 湯 機 内 蔵 の 熱 交 換 器 に は り ん 脱 酸 銅（JIS H3300 C1220 以 後 ， 銅 管 と 記 す ）が 使 用 さ れ て い た ．ま た こ の 熱 交 換 器 本 体 に 内 径 12 mm の 内 面 ス ズ 被 覆 銅 管 が 使 用 さ れ た 給 湯 水 が 流 入 す る パ イ プ （ 以 後 ，入 口 パ イ プ と 記 す ）お よ び 熱 交 換 器 か ら 給 湯 水 が 流 出 す る パ イ プ（ 以 後 ，出 口 パ イ プ と 記 す ）が ろ う 付 け 接 合 さ れ て い た ． さ ら に ，熱 効 率 を 向 上 さ せ る た め に 出 口 パ イ プ か ら 入 口 パ イ プ へ 給 湯 水 を 流 出 さ せ る 目 的 で ， 内 径 8.5 mm の ス テ ン レ ス 鋼 管 （ 以 後 ， 連 絡 管 と 記 す ） が ろ う 付 け 接 合 さ れ て い た ． 3) 調 査 箇 所 使 用 期 間 約 5 年 で 漏 洩 が 生 じ た 熱 交 換 器（ 以 後 ，使 用 済 熱 交 換 器 と 記 す ）お よ び 新 品 の 熱 交 換 器（ 以 後 ，未 使 用 熱 交 換 器 と 記 す ） の 入 口 パ イ プ お よ び 出 口 パ イ プ の 銅 管 ろ う 付 け 接 合 部 お よ び 連 絡 管 ろ う 付 け 接 合 部 を 主 に 調 査 し た ．さ ら に ，連 絡 管 か ら の 出 湯 が 入 口 パ イ プ に 垂 直 に 衝 突 し た 部 位 （ 以 後 ， 垂 直 衝 突 部 と 記 す ） に つ い て 比 較 調 査 し た ． 3) 調 査 内 容

36 -熱 交 換 器 の 各 調 査 部 位 に お け る 内 面 お よ び 断 面 観 察 ，走 査 型 電 子 顕 微 鏡（ 日 立 ハ イ テ ク ノ ロ ジ ー ズ：S-4800，以 後 ，SEM と 記 す ） に よ る 表 面 観 察 を お こ な っ た ．ま た 同 装 置 に 装 着 さ れ た エ ネ ル ギ ー 分 散 型 X 線 分 析 法 （ 堀 場 製 作 所 ： EMAX EX-250， 加 速 電 圧 15 keV， 以 後 EDX と 記 す ） を 用 い て 表 面 組 成 分 析 も お こ な っ た ． 2-2-2. SUS304 配 管 の 腐 食 事 例 解 析 弊 社 社 内 事 例 18 件 4 5 )と 2000 年 か ら 2015 年 ま で の 16 年 間 に 学 術 講 演 会 で 報 告 さ れ た SUS304 配 管 の 腐 食 事 例 10 件 3 7 ) - 4 0 )， 計 28 件 に つ い て 調 査 を お こ な っ た ． 腐 食 事 例 の 腐 食 部 観 察 写 真 の 一 例 を Fig. 2-2 に 示 す ． 調 査 対 象 と し た 28 件 の 建 物 は 全 て 給 水 お よ び 給 湯 設 備 を 備 え て い る 建 物 で あ る ．調 査 は ，給 水 お よ び 給 湯 設 備 の 発 生 件 数 を 腐 食 形 態 別 ，次 に 発 生 部 位 別（ 直 管 部 と 非 直 管 部 ），お よ び 配 管 の 内 径 別 に 分 類 し た ．内 径 の 条 件 は ，50 mm 以 下（ 以 後 50Su と 記 す ）と 60 mm 以 上（ 以 後 60Su と 記 す ）に 大 別 し た ．そ し て 腐 食 要 因 と さ れ て い る 残 留 塩 素 に つ い て は ，公 益 社 団 法 人 日 本 水 道 協 会 が 公 開 し て い る 日 本 全 国 の 水 道 水 質 デ ー タ 4 6 )_{を 統 計 的 に 整 理 し た 結 果 ，国 内 の 上 水 道 に お け る 平 均 残 留 塩 素} 濃 度 が 0.3～ 0.4 mg/L の 範 囲 で あ っ た こ と か ら 0.4 mg/L 未 満 と 0.4 mg/L 以 上 に 分 類 し た ． 2-3. 調 査 結 果 及 び 考 察 2-3-1. マ ル チ 式 給 湯 機 熱 交 換 器 銅 管 1) 使 用 水 水 質

37 -当 該 建 物 で 使 用 さ れ て い た 地 下 水 の 水 質 分 析 結 果 を Table 2-1 に 示 す ． 遊 離 炭 酸 が 20 mg/L と 多 く 含 ま れ ， pH が 6.4 と 低 い 水 質 で あ っ た ． 2) 内 面 お よ び 断 面 観 察 熱 交 換 器 の 各 調 査 部 位 の 内 面 お よ び 断 面 観 察 結 果 を Fig. 2-3 に 示 す ．使 用 済 熱 交 換 器 に お け る 各 部 位 の 内 面 状 況 は 熱 交 換 器 銅 管 と 出 口 パ イ プ の 接 合 部 位 で は ，銅 管 は 薄 紫 色 の 表 面 を 呈 し ，内 面 ス ズ 被 覆 銅 管 は 接 合 時 の 熱 影 響 に よ っ て 黒 灰 色 ，灰 白 色 の 表 面 を 呈 し て い た ．入 口 パ イ プ に お け る 連 絡 管 接 合 部 側 の 内 面 状 況 は 黄 褐 色 の 表 面 を 呈 し て い た ．反 対 側 の 垂 直 衝 突 部 側 で も ，同 様 な 表 面 を 呈 し ，そ の 一 部 で 管 肉 厚 を 貫 通 し て い た ．出 口 パ イ プ で は 黄 白 色 の 表 面 ス ケ ー ル が 生 成 し ，腐 食 は 認 め ら れ な か っ た ．未 使 用 熱 交 換 器 の 銅 管 で は 褐 色 の 表 面 を 呈 し ，内 面 ス ズ 被 覆 銅 管 で は ろ う 付 け 接 合 部 近 傍 の 最 大 熱 影 響 部 で ， 黒 灰 色 ， 次 い で 濃 灰 色 ， 灰 白 色 と ，熱 影 響 の 度 合 い に よ っ て 異 な る 表 面 を 呈 し て い た ．こ の 変 色 は 表 面 の 合 金 組 成 の 違 い に よ る も の で あ っ た ．各 部 位 に お け る 表 面 状 態 は 銅 管 と 垂 直 衝 突 部 を 除 き ，使 用 済 熱 交 換 器 の 各 調 査 部 位 と 同 様 で あ っ た ． 断 面 状 況 は 銅 管 で は 凹 凸 が 観 察 さ れ ，内 面 ス ズ 被 覆 銅 管 で は 入 口 パ イ プ お よ び 出 口 パ イ プ と も ，未 使 用 熱 交 換 器 と 同 様 ，流 れ 方 向 に 対 し て 腐 食 の 発 生 は 見 ら れ な か っ た ．一 方 ，垂 直 衝 突 部 で は 腐 食 形 態 か ら 潰 食 と み ら れ る 断 面 状 況 が 観 察 さ れ た ． 3) EDX 分 析 結 果

38

-使 用 済 熱 交 換 器 お よ び 未 -使 用 熱 交 換 器 の 出 口 パ イ プ に お け る EDX 分 析 結 果 の 一 例 と し て Fig. 2-4 お よ び Fig. 2-5 に 示 す ．ま た ， Fig. 2-6 お よ び Fig. 2-7 に 内 面 ス ズ 被 覆 銅 管 の 他 熱 影 響 部 位 で の ス ズ と 銅 の 原 子 濃 度 に 着 目 し ，整 理 し た 結 果 を 示 す ．使 用 済 熱 交 換 器 の ピ ー ク は 未 使 用 熱 交 換 器 の ピ ー ク に 比 べ ，ス ズ の 割 合 が 小 さ く な る 傾 向 に あ っ た ．こ れ は 実 使 用 に よ っ て ス ズ が ス ズ 酸 化 物 被 膜(SnO2)に 変 化 し た こ と に よ る と 考 え ら れ る ． 使 用 済 熱 交 換 器 の 入 口 パ イ プ で は ，連 絡 管 装 着 部 の 最 大 熱 影 響 部 で は ス ズ は ほ と ん ど 検 出 さ れ ず ，こ の 部 位 か ら 遠 ざ か っ て 熱 影 響 が 小 さ く な る に し た が い ， ス ズ の 濃 度 は 10%か ら 44%と 増 大 し て い た ． そ し て ， 出 口 パ イ プ に お い て も 同 様 な 結 果 で あ っ た ．未 使 用 熱 交 換 器 の 入 口 パ イ プ お よ び 出 口 パ イ プ も 同 様 に ろ う 付 け 時 の 熱 影 響 が 大 き い 部 位 か ら 小 さ い 部 位 と 遠 く な る に つ れ て ，ス ズ の 濃 度 は 増 大 し て い た ．一 方 ，未 使 用 熱 交 換 器 は 使 用 済 熱 交 換 器 と 類 似 し た 分 析 結 果 で あ っ た ．ス ズ 濃 度 は 25%〜 100%で あ っ た ．入 口 パ イ プ の 垂 直 衝 突 部 近 傍 で の EDX 分 析 結 果 は 使 用 済 熱 交 換 器 で は Cu: 96%， Sn: 4%， 未 使 用 熱 交 換 器 で は Cu: 77%， Sn: 23%で あ っ た ． 4) 銅 管 の 耐 食 性

Fig. 2-8 に 銅 管 の SEM 像 を 示 す ． 使 用 済 の SEM 像 と 断 面 状 況 に お い て 凹 凸 が 観 察 さ れ ， 使 用 水 の pH が 6.4 と 低 か っ た こ と か ら ，安 定 し た 銅 酸 化 被 膜 が 生 成 し に く く 生 じ た 全 面 腐 食 と 考 え ら れ た ． な お ， 流 速 は 加 速 因 子 と し て 作 用 し た よ う に 見 な さ れ た ． 銅 が 安 定 し た 酸 化 皮 膜 を 生 成 す る pH は 6.5 以 上 で あ る こ と が 報 告 さ れ て い る こ と 4 7 - 4 9 )か ら ，対 策 と し て 使 用 水 の pH を 上 昇 さ せ

39 -る こ と が 有 効 で あ -る と 考 え ら れ -る ． そ こ で ， 実 機 対 策 と し て は ， 高 架 水 槽 内 で 散 水 を お こ な い ， 遊 離 炭 酸 の 低 減 に よ る pH の 上 昇 が 腐 食 抑 制 に 有 効 な も の で あ る と 考 え ら れ た ． 5) 内 面 ス ズ 被 覆 銅 管 の 耐 食 性 内 面 ス ズ 被 覆 銅 管 は 垂 直 衝 突 部 で の 潰 食 を 除 い て ，他 部 位 で の 腐 食 は 認 め ら れ な か っ た ．こ の こ と か ら ス ズ の 存 在 に よ っ て 良 好 な 耐 食 性 が 得 ら れ て い る 5 0 )も の と 考 え ら れ た ． 一 方 ，垂 直 衝 突 部 で は 潰 食 が 生 じ て い た ．こ の 潰 食 は 金 属 間 化 合 物 が 内 径 の 小 さ い 連 絡 管 か ら 内 径 の 大 き い 内 面 ス ズ 被 覆 銅 管 に 給 湯 水 が 流 出 す る 際 の 圧 力 変 動 に よ り 発 生 し た と 推 測 さ れ る 微 細 気 泡 ，流 速 お よ び pH が 相 ま っ て ，Fig. 2-9 に 示 す よ う に 合 金 化 ス ズ 膜 が 剥 離 し て 進 行 し た も の と 考 え ら れ た ． 6) 実 機 腐 食 対 策 Fig. 2-10 に 計 算 に よ り 求 め た 熱 交 換 器 実 機 使 用 時 の 熱 交 換 器 内 流 量 と 各 配 管 の 管 内 最 大 流 速 の 関 係 を 示 す ．内 面 ス ズ 被 覆 銅 管 で 流 れ 方 向 へ 最 大 2.1 m/s の 流 速 で は 腐 食 は 発 生 し て お ら ず ， 本 流 速 で は 良 好 な 耐 食 性 を 有 し て い る こ と が わ か っ た ．垂 直 衝 突 部 で は 最 大 流 速 は 4.1 m/s と 計 算 で 求 め ら れ ， 潰 食 が 生 じ て い る ． 内 面 ス ズ 被 覆 銅 管 は 流 速 10 m/s ま で 良 好 な 耐 食 性 を 有 す る こ と が 報 告 さ れ て い る こ と か ら 5 0 )， 本 潰 食 は 管 径 の 変 化 に よ っ て 発 生 す る 微 細 気 泡 が 大 き く 関 与 し て い る も の と 考 え ら れ た ． 実 機 で の 流 速 対 策 と し て ，pH を 上 述 の よ う に 散 水 を お こ な い ， 熱 交 換 器 の 稼 働 台 数 を 増 や し ， 低 流 量 化 す る こ と が 考 え ら れ た ． 潰 食 発 生 お よ び 内 面 ス ズ 被 覆 銅 管 の 耐 食 性 に 及 ぼ す 微 細 気 泡 と

40 -流 速 の 影 響 に つ い て 詳 細 な 研 究 報 告 は 見 当 た ら な い た め ，次 章 で 検 討 し た ． 2-3-2. SUS304 配 管 Fig. 2-11 に 設 備 用 途 別 お よ び Fig. 2-12 に 腐 食 の 発 生 部 位 別 の 調 査 結 果 を 示 す ． 設 備 用 途 別 で は 調 査 対 象 と し た 腐 食 事 例 28 件 中 21 件 が 給 湯 設 備 の 事 例 で あ り ， 給 水 お よ び 給 湯 設 備 と も に 孔 食 の 発 生 件 数 が 多 か っ た ． 一 方 ， 発 生 部 位 別 で は 21 件 が 直 管 部 の 事 例 で あ り ， 孔 食 の 発 生 件 数 が 14 件 と 多 か っ た ． Fig. 2-13 に 配 管 の 内 径 別 の 調 査 結 果 を 示 す ．給 湯 設 備 で は ，50Su 以 下 で の 発 生 事 例 が 多 か っ た ．一 方 の 給 水 設 備 で は ，調 査 対 象 事 例 に 不 明 が 多 く 明 確 な 傾 向 は わ か ら な か っ た ． な お ，60 Su 以 上 に 分 類 さ れ た 事 例 で も 同 系 統 の 50 Su 以 下 の 配 管 に 腐 食 が 生 じ て い た こ と か ら ，内 径 50 Su 以 下 の 事 例 が ほ と ん ど で あ っ た も の と 考 え ら れ る ． Fig. 2-14 に 残 留 塩 素 濃 度 別 の 調 査 結 果 を 示 す ．給 水 設 備 で は 事 例 の 約 半 数 が 0.4 mg/L 以 上 の 使 用 環 境 ， 給 湯 設 備 で は 約 半 数 が 0.4 mg/L 未 満 の 使 用 環 境 で あ っ た ． 28 件 の 腐 食 事 例 を 調 査 し た 結 果 ， 給 水 お よ び 給 湯 設 備 と も に 孔 食 の 割 合 が 多 く ，50 Su 以 下 の 直 管 部 に お け る 事 例 が 多 か っ た ． 内 径 50 Su 以 下 は ， 給 湯 管 の 枝 管 や 返 湯 管 と し て 使 用 さ れ る 管 種 で あ る こ と も あ り ， そ の 使 用 量 も 多 い ． そ し て 内 径 が 50 Su か ら 小 さ く な る に つ れ て 使 用 量 も 多 く な り ，実 際 に は 本 調 査 件 数 よ り も 多 い こ と が 予 想 さ れ た ． 50 Su 以 下 に 多 か っ た 理 由 と し て は ， 直 管 は 平 板 の 原 材 料 を 円