(57)【要約】      （修正有）【課題】給水給湯用銅管の継手部におけるエロージョン・コロージョンの発生を効果的に抑制することを可能とする給水給湯配管用銅管の継手構造を提供する。【解決手段】継手の端部を拡管し、拡管された継手の端部に銅管１を銅管１の外壁面が継手３の内壁面に重ね合わさるよう装着してなり、装着された銅管の管端４に向かって給水または給湯が流れるよう構成されている給水給湯配管用銅管の継手構造であって、継手３の端部に装着された銅管１が管端から内方へＬ（ｍｍ）の位置から管端まで内壁面から外壁面へ向けて斜めに切り欠かれており、継手３の内壁面から斜めに切り欠かれた銅管１の管端の内壁面までの距離をΔｄ´（ｍｍ）、継手の内壁面から銅管１の内壁面までの距離をΔｄ（ｍｍ）としたとき、Ｌ≧Δｄ、Δｄ´／Δｄ≦０．５の関係を満足する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
継手の端部を拡管し、拡管された継手の端部に銅管を銅管の外壁面が継手の内壁面に重ね合わさるよう装着してなり、装着された銅管（銅合金管を含む、以下同じ）の管端に向かって給水または給湯が流れるよう構成されている給水給湯配管用銅管の継手構造であって、継手の端部に装着された銅管が管端から内方へＬ（ｍｍ）の位置から管端まで内壁面から外壁面へ向けて斜めに切り欠かれており、継手の内壁面から斜めに切り欠かれた銅管の管端の内壁面までの距離をΔｄ´（ｍｍ）、継手の内壁面から銅管の内壁面までの距離をΔｄ（ｍｍ）としたとき、Ｌ≧Δｄ、Δｄ´／Δｄ≦０．５の関係を満足することを特徴とする給水給湯配管用銅管の継手構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は給水給湯配管用銅管の継手構造に関する。以下、銅管とはりん脱酸銅管などの純銅管および銅合金管を含む。
【背景技術】
【０００２】
りん脱酸銅管などの銅管は、施工性に優れ、通水とともに亜酸化銅、酸化銅などの安定な保護皮膜が形成されて耐食性に優れているとともに、レジオネラ菌などの細菌に対する抗菌性にも優れているため、給水給湯配管における主要材料として使用されてきている。
【０００３】
しかしながら、給水給湯配管用銅管は、使用環境によっては、稀に腐食による漏洩の問題を生じることがあり、特に、エロージョン・コロージョン（潰食）は漏洩事故の最大の原因となっておる。エロージョン・コロージョンは、銅管の表面の保護皮膜が物理的作用を受けて継続的に除去されて起こる腐食形態であり、その防止のために、従来、いくつかの対策が講じられている。
【０００４】
例えば、銅管の材料面での対策として、給水給湯配管用銅管の内面に錫めっき層を設ける方法、非晶質セラミックス層を設ける方法が行われている。さらに、エロージョン・コロージョン発生のメカニズムとして、過飽和の溶存空気が、圧力変動によって気泡化し、乱流とともに銅管内面に形成された亜酸化銅、酸化銅などの皮膜の剥離作用を促進することに起因する可能性が高いことも指摘されており、配管材料として銅管を用いた循環給湯システムにおいて、運転条件を特定することによって配管内面のエロージョン・コロージョンを抑制する方法も提案されている。
【０００５】
上記の方法は、給水給湯配管用銅管に生じるエロージョン・コロージョンの発生を抑制するために有効な手法であるが、給水給湯システムの銅配管には、多くの継手部が存在し、このような継手部におけるエロージョン・コロージョンの発生事例がきわめて多く報告されている。その防止策として、上記の手法の他、給水給湯の配管内流速を１．２ｍ／sec以下に設計するなどの対策も講じられているが、エロージョン・コロージョンの発生を完全に防止するに至っておらず、さらに効果的な対策が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１７３６３９号公報
【特許文献２】特開２００１−１４００８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明者らは、図１に示す直管継手、図２に示すエルボー継手における銅配管のエロージョン・コロージョンの発生事例について、調査を行った結果、銅管から構成される継手の端部を拡管し、拡管された継手の端部に銅管を銅管の外壁面が継手の内壁面に重ね合わさるよう装着してなり、装着された銅管の管端に向かって給水または給湯が流れるようになっている継手において、図３、図４に示すように、給水または給湯がぶつかる銅管の管端４の部位にはΔｄ（継手３の内壁面から銅管１の内壁面までの距離）の大きさの段差が形成されるが、エロージョン・コロージョンが最も頻繁に発生しているのは、この段差の近傍であることを見出した。
【０００８】
本発明は、上記の知見に基づいて、エロージョン・コロージョンが発生する理由についてさらに試験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、給水給湯用銅管の継手部におけるエロージョン・コロージョンの発生を効果的に抑制することを可能とする給水給湯配管用銅管の継手構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明による給水給湯配管用銅管の継手構造は、図５に示すように、継手の端部を拡管し、拡管された継手の端部に銅管を銅管の外壁面が継手の内壁面に重ね合わさるよう装着してなり、装着された銅管の管端に向かって給水または給湯が流れるよう構成されている給水給湯配管用銅管の継手構造であって、継手の端部に装着された銅管が管端から内方へＬ（ｍｍ）の位置から管端まで内壁面から外壁面へ向けて斜めに切り欠かれており、継手の内壁面から斜めに切り欠かれた銅管の管端の内壁面までの距離をΔｄ´（ｍｍ）、継手の内壁面から銅管の内壁面までの距離をΔｄ（ｍｍ）としたとき、Ｌ≧Δｄ、Δｄ´／Δｄ≦０．５の関係を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単な継手構造により、給水給湯配管用銅管の継手部におけるエロージョン・コロージョンの発生を効果的に抑制することを可能とする給水給湯配管用銅管の継手構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】給水給湯配管用銅管の直管継手を示す側面図である。
【図２】給水給湯配管用銅管のエルボー継手を示す側面図である。
【図３】継手部への銅管の装着形態を示す一部断面図である。
【図４】従来の継手部への銅管の装着形態の詳細を示す図３のＡ部拡大断面図である。
【図５】本発明による継手部への銅管の装着形態の詳細を示す図３のＡ部拡大断面図である。
【図６】本発明による継手構造に装着される銅管の管端の形態の実施例を示す一部拡大断面図である。
【図７】実施例および比較例で用いる継手で接続した直管状の試験管を示す側面図である。
【図８】図７のＢ部拡大側面図である。
【図９】図７の試験管を用いる循環給湯配管システムの実験装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明者らは、銅管から構成される継手において、Ｖ方向へ流れる給水または給湯がぶつかる銅管１の管端４の部位に形成されるΔｄの大きさの段差の近傍（図３〜４）でエロージョン・コロージョンが発生する理由について検討を行った結果、段差の近傍において流体の流れが乱れて、図３〜４に示すように、渦Ｗが生じており、この渦Ｗの発生により以下の現象が生じることを解明した。
【００１３】
（１）渦Ｗによる流体の運動により段差の近傍の銅管内面の金属表面を覆っている皮膜が除去され、その結果として金属の腐食速度が増大してエロージョン・コロージョンの発生に至る。
（２）渦Ｗの内部において、渦Ｗの運動により液体の圧力が低下し、それに応じて液体の沸騰温度が低下して気泡が発生、消滅する。すなわち、キャビテーション現象が発生し、金属の侵食速度が増大する。
【００１４】
圧力Ｐ０の液体において、渦の核の半径ｒ１のとき、渦の中の任意の半径ｒｃの圧力Ｐは次式で与えられる。（山崎卓爾著、キャビテーション工学、日刊工業新聞社（１９７８）刊行参照）
Ｐ＝Ｐ０-ρΓ2(２ｒ１2-ｒｃ2)／８π2ｒ１４
または、渦の内部の圧力低下の大きさΔＰにつき
ΔＰ＝ρΓ2(２ｒ１2-ｒｃ2)／８π2ｒ１４
Γ=２πｒｕ
ρ：液体の密度
【００１５】
渦の内部とその近傍の速度分布にもとづき、渦の核の中心部において圧力の低下量は最も大きくなる。この圧力の低下量を抑制するためには、渦の核の半径ｒ１小さくすることが有効である。図３〜４に示す継手部における銅管の装着形態を示す断面図において、段差Δｄの大きさは、
Δｄ＝ｔ１＋１／２・（Ｄｉ−Ｄｏ）
ｔ１：管の肉厚、Ｄｉ：継手の内径、Ｄｏ：管の外径
であり、段差の大きさに相当する大きさの渦Ｗが生じるから、継手部におけるエロージョン・コロージョンの発生を軽減あるいは解消させるためには段差Δｄを小さくすることが必要となる。
【００１６】
本発明においては、段差Δｄを小さくするために、図５に示すように、拡管された継手３の端部に銅管１がその外壁面が継手３の内壁面に重ね合わさるよう装着され、装着された銅管１の管端４に向かってＶ方向に給水または給湯が流れるよう構成されている給水給湯配管用銅管の継手構造において、継手３の端部に装着された銅管１が、管端４から内方へＬ（ｍｍ）の位置から管端４まで銅管１の内壁面から外壁面へ向けて斜めに切り欠かれた構成とする。
【００１７】
さらに、継手の内壁面から斜めに切り欠かれた銅管１の管端４の内壁面までの距離をΔｄ´（ｍｍ）（段差の大きさ）、継手の内壁面から銅管１の内壁面までの距離をΔｄ（ｍｍ）としたとき、Ｌ≧Δｄ、Δｄ´／Δｄ≦０．５の関係を満足することを特徴とする。なお、図４〜５において、ｔ１は銅管１の肉厚、ｔ２は継手３の拡管部の肉厚、ｄ１は銅管１の内径、ｄ２は継手３の内径であり、ｔ１およびｔ２は通常０．５〜２．０ｍｍ、ｄ１およびｄ２は通常１０〜５０ｍｍである。また、図５において、継手３の端部に銅管１がその外壁面が継手の内壁面に重ね合わさるよう装着された場合、継手３の内壁面と銅管１の外壁面とのクリアランスＸは通常０．０５〜０．１５ｍｍ程度である。
【００１８】
Ｌ≧Δｄ、すなわちＬ／Δｄ≧１の関係とすることにより、渦Ｗの発生が抑えられ、エロージョン・コロージョンの発生が効果的に抑制される。Ｌ／Δｄ＞１．５とするのがさらに好ましい。Ｌを長くすると管端を斜めに切り欠き加工し難くなり、また、Ｌを長くしても一定以上の渦発生抑制効果が期待できない。実用上はＬ／Δｄ≦２とする。
【００１９】
Δｄ´／Δｄ  ≦０．５とすることにより、Ｖ方向へ流れる給水または給湯がぶつかる銅管１の管端４の面積（給水または給湯の流れに対して直角な管端断面の面積）を小さくすることができ、渦発生が抑えられ、エロージョン・コロージョンの発生が効果的に抑制される。Δｄ´／Δｄ  ≦０．３とするのがより好ましい。
【００２０】
通常、銅管１の管端４は、継手３の拡管部へ装着するに先立って、切断時のバリを取る目的で極くわずかの面取り加工がなされる。この面取り加工は、銅管１の内壁面側のみでなく外壁面側にも施されるのが通常であり、Δｄ´をあまり小さくすることは管端４に鋭角部が形成されることになって、銅管のハンドリング上好ましくない。渦発生抑制効果も考慮してΔｄ´／Δｄ  ≧０．２とするのがさらに実用的である。
【００２１】
図６に、本発明による継手構造に装着される銅管１の管端４の形態の実施例を、一部拡大断面図として示す。銅管１の管端４の形態は、図６（Ｅ）に示すように、直線状（Ｓ）に斜めに切り欠いてもよく、図６（Ａ）に示すように直線状（Ｓ）に斜めに切り欠きＲ加工してもよく、図６（Ｂ）に示すように小さく面取り（Ｃ）加工してもよい。図６（Ｃ）に示すような凸状（ＣＶ）とすることもでき、図６（Ｄ）に示すような凹状（ＣＣ）とすることもできる。但し、出来るだけ給水または給湯の流れに対して垂直に近い面を設けないことが望ましく、図６に示す角度αは６０°未満とするのが好ましい。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の効果を実証する。なお、この実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されない。
【００２３】
実施例、比較例
りん脱酸銅管（外径：２０．０ｍｍ、肉厚：０．８ｍｍ）から構成された継手（継手端部の拡管部の内径：２０．２ｍｍ）の拡管された端部に、りん脱酸銅管（外径：２０．０ｍｍ、肉厚：０．８ｍｍ）を装着（ろう付け接合）し、表１に示す寸法構成を有する継手構造３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅを形成し、図７に示すように、この継手構造を４箇所（３Ａ−１〜３Ａ−４、３Ｂ−１〜３Ｂ−４、３Ｃ−１〜３Ｃ−４、３Ｄ−１〜３Ｄ−４、および３Ｅ−１〜３Ｅ−４）そなえた直管状の試験管（ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤ、およびＴＥ）を作製した。図７のＢ部の詳細な寸法構成を図８に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
図９に示す循環給湯配管システムの実験装置に、上記５種類の試験管（ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤ、およびＴＥ）を図９に示すように組み込み、実験装置を連続運転して、エロージョン・コロージョン（潰食）の発生状況を調査した。図９において、１０は密閉型貯湯槽で、密閉型貯湯槽１０から出た湯は循環ポンプ１１により矢印方向に循環して、試験管ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤ、ＴＥを通り、密閉型貯湯槽１０へ還るようになっている。Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃはバルブである。
【００２６】
運転条件としては、循環する湯は５０〜６０℃に加熱した水道水、試験管の各継手部における流速は３．０ｍ／ｓｅｃとした。循環給湯配管システムにおいては、通常、エロージョン・コロージョンの発生を抑制するために、流速を１．５ｍ／ｓｅｃ以下として運転されるが、ここではエロージョン・コロージョンが起こり易い流速の速い条件にて運転を行った。 運転は、一定期間の連続運転を行ったのち、一旦運転を止め、試験管の下流側から各試験管の継手を取り外した後、再び継手を接続し、再び一定の連続運転を行うという方法とした。運転を止めるまでの一定の期間は、運転開始から、３か月後、６か月後、１２か月後、２４か月後とした。
【００２７】
評価方法は、上記のように一定の連続運転後、運転を停止し、各試験管から継手を外して、継手部の下流直下２０ｍｍの範囲（図８に示すＣ区間）で、各試験管のエロージョン・コロージョン（潰食）の発生の有無を観察し、エロージョン・コロージョンの発生が認められなかったものは良好（○）、認められたものは不良（×）と評価した。評価結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
本発明に従う実施例１（継手３Ａをそなえた試験管ＴＡ）、実施例２（継手３Ｂをそなえた試験管ＴＢ）は、２４か月経過後においてもエロージョン・コロージョンの発生が認められなかった、
【００３０】
これに対して、比較例３（継手３Ｅをそなえた試験管ＴＥ）は継手に装着する銅管の管端が切り欠かれていない従来方式のものであるため、３か月経過後にエロージョン・コロージョンの発生が認められた。また、本発明の範囲を外れる寸法構成をそなえた比較例１（継手３Ｃをそなえた試験管ＴＣ）および比較例２（継手３Ｄをそなえた試験管ＴＤ）は、６か月経過まではエロージョン・コロージョンの発生がみられなかったが、１２か月経過後にエロージョン・コロージョンの発生が認められた。
【符号の説明】
【００３１】
１    銅管
２    銅管
３    継手
４    銅管の管端
Ｗ    渦
ｒ１    渦Ｗの核の半径
Δｄ  継手の内壁面から銅管の内壁面までの距離（従来の段差）
Δｄ´継手の内壁面から斜めに切り欠かれた銅管の管端の内壁面までの距離（本発明の段差）
１０  密閉型貯湯槽
１１  循環ポンプ
ＴＡ  試験管
ＴＢ  試験管
ＴＣ  試験管
ＴＤ  試験管
ＴＥ  試験管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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