(57)【要約】【課題】より広範囲のｐＨで、スケールの主成分である炭酸カルシウムやシリカの付着を抑制し、且つ金属材料との熱膨張係数差等のストレスによって生じる割れや凹凸を抑制することができるコーティングを提供すること。【解決手段】金属製水配管の内面に形成されるコーティングであって、厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、８０体積％以上９５体積％以下のシリカを含有し、残部が有機物及び細孔であるコーティングからなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、８０体積％以上９５体積％以下のシリカを含有し、残部が有機物及び細孔であるコーティングからなることを特徴とする金属製水配管の内面用コーティング。
【請求項２】
前記コーティングの上面に、厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、９５体積％以上９９体積％以下のシリカを含有し、残部が有機物及び細孔であるコーティングを有することを特徴とする請求項１に記載の金属製水配管の内面用コーティング。
【請求項３】
表面粗さＲｚが０．２μｍ以上１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の金属製水配管の内面用コーティング。
【請求項４】
表面粗さＲｚが０．１μｍ以上０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の金属製水配管の内面用コーティング。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のコーティングを内面に備える金属製水配管であって、前記金属が、銅、チタン、アルミニウム又は鉄を主成分とすることを特徴とする水配管。
【請求項６】
請求項５に記載の水配管を備えることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製水配管の内面用コーティング、水配管及び熱交換器に関する。より詳しくは、本発明は、冷却水配管などの金属製水配管の内面にスケールが付着するのを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭、ビル用及び工業用の給湯機用熱交換器（例えば、プレート式熱交換器）、海水蒸発器（海水淡水化装置）、火力発電所、原子力発電所、温泉水などを使用する地熱発電所（バイナリー発電所含む）等において用いられる水配管には、各用途に合わせて、銅（Ｃｕ）を主成分とする材料、チタン（Ｔｉ）を主成分とする材料、ステンレス鋼（Ｆｅ：５０質量％以上）等が使用されている。最近では、軽量化及び低コスト化の観点から、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする材料を使用することも検討されている。このような水配管内を流れる水には、カルシウム（Ｃａ）塩、マグネシウム（Ｍｇ）塩、シリカ等が少なからず含まれており、これらはスケールとして析出して水配管内面に付着する。更に、水配管は、様々な環境下で長期にわたって使用されると内面で腐食が生じ、腐食生成物が内面に付着する。このように、水配管内面にスケールや腐食生成物が付着すると、熱交換効率の低下、目詰まり等が起こり、水配管を備える機器の性能が著しく低下することとなる。
【０００３】
次に、スケール付着のメカニズムに関し、炭酸イオンとカルシウムイオンとから生成される炭酸カルシウムを例に、一般的に知られている事項を説明する。例えば、給湯機内部における水温上昇により炭酸カルシウムの溶解度が低下し、過飽和状態となると、炭酸カルシウムが湯中にスケールとして析出し、給湯機の水配管内面に付着する。一方、給湯機の水配管には、熱伝導性及び耐熱性に優れた金属材料が使用されているが、この金属材料は炭酸カルシウムと親和性が極めて良好である。そのため、その金属材料表面と炭酸カルシウムとが強固に結合する。そして、強固に結合したスケールは、給湯機の熱伝達を低下させ、出湯温度の低下や燃料の浪費の原因となっていた。そこで、従来、給湯機の水配管内に水と一緒にスポンジボールを定期的に流してスケールを掻き取ったり、あるいはスケールが付着した後、オキシカルボン酸、スルファミン酸、硫酸アンモニウム等を有効成分として含有するスケール除去剤を定期的（一カ月毎あるいは一年間毎）に水中に添加して除去する等の対策が取られているが、問題の解決には至っていない。というのも、スポンジボールで掻き取ることができるスケールは、結合力が弱いもののみで、強固に結合したスケールを完全に除去することができない。スポンジボールをより硬いものにすれば、スケールを除去できるが、水配管自体を損傷させることになる。また、スケール除去剤の添加は、添加する量や添加するタイミングがずれると、スケールが除去されずに残ってしまう可能性がある。
【０００４】
このようなスケールの除去方法はいずれも、スケールを除去する装置あるいは添加物を必要とし、水配管のスケール除去に関するメンテナンスを定期的に行う必要がある。しかし、例えば温泉水などを使用する地熱発電所は、僻地に存在することが多いため、メンテナンス業者が定期的に稼働時間の検査やスケール除去作業をするのにも、手間が非常にかかる。また、スケールを除去する装置自体が故障してしまうと、スケールの除去が行えない。
【０００５】
そこで、付着したスケールを除去するのではなく、スケールの付着を抑制することができるコーティングの開発が行われている。例えば、特許文献１では、耐スケール付着性に優れた熱交換器用伝熱管として、銅又は銅合金管における冷媒接触面に、ＳｉＯ２を含む皮膜が形成されているものが提案されている。また、特許文献２では、金属等の基体の表面及び／又は内面の少なくとも一部に、ペルヒドロポリシラザン及びポリオルガノシラザンを含み且つ前記ペルヒドロポリシラザンの含有量が前記ペルヒドロポリシラザン及びポリオルガノシラザンを含むポリシラザン全体量に対して０．６５〜０．９５である溶液を熱処理して得られるＳｉＯ２を主成分とする緻密層を形成したものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９８４１５号公報
【特許文献２】特開２００２−１０５６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１における銅又は銅合金とＳｉＯ２とでは熱膨張係数が大きく異なるため、高温下では熱膨張係数の違いにより、皮膜に凹凸が発生したり、クラック（割れ）による剥がれが発生してしまう。このような凹凸の発生は、銅又は銅合金管の表面が平滑であったとしても抑制することが困難である。それゆえ、このような凹凸に水中の気泡やスケール粒子がトラップされてスケール付着の原因となる。また、特許文献２では、コーティング自体はＳｉＯ２のみからなるため、スケール成分である炭酸カルシウムの付着は抑制できても、スケール成分であるシリカに対しては静電的な反発作用がない（電位差がゼロである）ため、シリカの付着を抑制することは困難である。
【０００８】
このように、スケールの主成分である炭酸カルシウムやシリカの付着を抑制し、且つ金属材料との熱膨張係数差等のストレスによって生じる割れや凹凸を抑制することができる実用性の高いコーティングはこれまで見出されていない。
更に、例えば地熱発電で使用される温泉水は各地域によってｐＨが７よりも低い場合（酸性）や、ｐＨが７よりも高い場合（アルカリ性）があり、環境によって水のｐＨは大きく異なる。また、ｐＨは必ずしも一定とは限らず、天候、気温あるいは機器内の測定箇所によって変わる。水配管内を流れる水のｐＨによって炭酸カルシウム、シリカ等のスケール成分の帯電状態及び過飽和状態が異なるため、各スケール成分の析出量も変化する。そのため、より広範囲のｐＨでスケールの付着を抑制することも必要である。
【０００９】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、金属製水配管の内面に形成されるコーティングであって、より広範囲のｐＨで、スケールの主成分である炭酸カルシウムやシリカの付着を抑制し、且つ金属材料との熱膨張係数差等のストレスによって生じる割れや凹凸を抑制することができるコーティングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、８０体積％以上９５体積％以下のシリカを含有し、残部が有機物及び細孔であるコーティングからなることを特徴とする金属製水配管の内面用コーティングである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、より広範囲のｐＨで、スケールの主成分である炭酸カルシウムやシリカの付着を抑制し、且つ金属材料との熱膨張係数差等のストレスによって生じる割れや凹凸を抑制することができる金属製水配管の内面用コーティングを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る金属製水配管の内面用コーティング（１層構造）の模式断面図である。
【図２】本発明の金属製水配管の内面用コーティングにおけるスケール付着抑制のメカニズムを説明するための概略図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る金属製水配管の内面用コーティング（２層構造）の模式断面図である。
【図４】実施例でスケール付着量の評価に用いた装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る金属製水配管の内面用コーティングは、厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、８０体積％以上９５体積％以下のシリカを含有し、残部が有機物及び細孔であるコーティングからなることを特徴とするものである。
【００１４】
図１は、本発明の金属製水配管の内面用コーティング（１層構造）の模式断面図である。図１において、金属製水配管の内面用コーティング１０は、金属製水配管１２の内面上に形成されており、シリカ１４と、細孔１６と、細孔１６の少なくとも一部の中に存在する有機物とを含有する。細孔１６内に存在する有機物は、金属製水配管の内面用コーティング１０を形成するのに用いたコーティング剤中に含まれる有機溶剤の残渣である。金属製水配管の内面用コーティング１０の厚さが１００ｎｍ未満であると、金属製水配管の金属成分が金属製水配管の内面用コーティング１０の結晶粒界から拡散して金属製水配管の内面用コーティング１０表面に浮き出てしまい、金属製水配管の内面用コーティング１０の正常な機能が果たせなくなる。また、金属製水配管の内面用コーティング１０自体が水中の硬質成分で容易に削られて金属製水配管が露出してしまい、金属製水配管の内面用コーティング１０の正常な機能が果たせなくなる。一方、金属製水配管の内面用コーティング１０の厚さが１０００ｎｍ超であると、水配管を構成する金属材料の熱膨張係数と金属製水配管の内面用コーティング１０の熱膨張係数との差による応力によって金属製水配管の内面用コーティング１０に割れが発生し、容易に剥がれてしまい、金属製水配管の内面用コーティング１０の正常な機能が果たせなくなる。金属製水配管の内面用コーティング１０の厚さは、好ましくは２００ｎｍ以上９００ｎｍ以下である。また、金属製水配管の内面用コーティング１０に対するシリカ１４の割合が８０体積％未満であると、金属製水配管の金属成分が金属製水配管の内面用コーティング１０のポーラスな箇所から拡散して金属製水配管の内面用コーティング１０表面に浮き出てしまい、金属製水配管の内面用コーティング１０の正常な機能が果たせなくなる。また、金属製水配管の内面用コーティング１０自体が水中の硬質成分で容易に削られて金属製水配管が露出してしまい、金属製水配管の内面用コーティング１０の正常な機能が果たせなくなる。一方、金属製水配管の内面用コーティング１０に対するシリカ１４の割合が９５体積％超であると、金属製水配管の内面用コーティング１０の応力緩和性が乏しいため、水配管を構成する金属材料の熱膨張係数と金属製水配管の内面用コーティング１０の熱膨張係数との差による応力によって金属製水配管の内面用コーティング１０に割れが発生し、容易に剥がれてしまい、金属製水配管の内面用コーティング１０の正常な機能が果たせなくなる。
また、本発明の金属製水配管の内面用コーティング１０（１層構造）の表面粗さＲｚは、好ましくは０．２μｍ以上１．０μｍ以下である。なお、本発明において、表面粗さＲｚとは、ＩＳＯ４２８７：１９８４に準じて求められる十点平均粗さである。
【００１５】
このように、本発明の金属製水配管の内面用コーティング１０は、シリカのみからなるものではなく、有機物及び細孔を含有する。そのため、本発明の金属製水配管の内面用コーティング１０では、水配管を構成する金属材料との熱膨張係数差によって生じる剥がれや凹凸の発生を抑制することができる。また、シリカのみからなるコーティングの電荷中性点（ｐＨ（０））が２．０であるのに対し、本発明の金属製水配管の内面用コーティング１０は、有機物及び細孔を含むことで表面の帯電状態が変化するため、本発明の金属製水配管の内面用コーティング１０のｐＨ（０）は１．８となる。そのため、本発明の金属製水配管の内面用コーティング１０では、ｐＨ２〜１２という広範囲において、スケール成分であるシリカに対しても静電的な反発作用が生じるので、炭酸カルシウムだけでなくシリカの付着も抑制することができる。
【００１６】
次に、本発明の金属製水配管の内面用コーティング１０が、ｐＨ２〜１２という広範囲において、スケール成分である炭酸カルシウム及びシリカの両方の付着を抑制できるメカニズムについて詳しく述べる。一般に、各材料のゼータ電位は、ｐＨが小さくなるに従い高くなる（プラスの方向にシフトする）。反対に、各材料のゼータ電位は、ｐＨが大きくなるに従い小さくなる（マイナスの方向にシフトする）。そして、ゼータ電位がゼロ、すなわち、帯電状態がゼロとなるｐＨを電荷中性点（ｐＨ（０））と呼ぶ。スケール成分の電荷中性点ｐＨ（０）を大塚電子製ゼータ電位測定装置ＥＬＳＺ−１０００にて温度６０℃（装置限界）で測定したところ、スケール成分であるシリカの電荷中性点は２．０であり、スケール成分である炭酸カルシウムの電荷中性点は５．１であった。次に、本発明の金属製水配管の内面用コーティング１０をＣｕ板上に形成し、平板セルユニットを用いて電荷中性点を温度６０℃（装置限界）で測定したところ１．８であった。なお、測定に際しては材料と相互作用を持たないモニター粒子として、ポリスチレンラテックス（粒径：５２０ｎｍ、大塚電子製）を用いた。このような電荷中性点を有することになるメカニズムについては明らかではないが、少なからず、有機溶剤の残渣である有機物及び細孔がシリカの帯電状態をシフトさせる役割を果たしていると考えられる。
【００１７】
上記の通り、各材料の帯電状態がプラスであるか又はマイナスであるかは電荷中性点を見れば、判断することが可能である。図２は、本発明の金属製水配管の内面用コーティング１０におけるスケール付着抑制のメカニズムを説明するための概略図である。図２に示されるように、ｐＨ２〜５においては、金属製水配管の内面用コーティング１０及びスケール成分であるシリカは共にマイナスに帯電しているため、静電的反発力により付着しない。一方、ｐＨ２〜５において、炭酸カルシウムはプラスに帯電しているため、金属製水配管の内面用コーティング１０と炭酸カルシウムとの間には引きつけ合う力が働く。しかし、このｐＨ範囲では水中での炭酸イオンの量が少なく、炭酸カルシウムの存在量も極少量であるため、炭酸カルシウムの付着は極少量である。この場合、極少量の炭酸カルシウムが付着しても、水の流れで容易に除去されてしまう。次に、ｐＨ５〜１２においては、炭酸カルシウム及びシリカの析出量は増大するが、金属製水配管の内面用コーティング１０、スケール成分であるシリカ及び炭酸カルシウムは全てマイナスに帯電している上に、材料間の電位差は更に広がるため、より大きな静電的反発力が生じて付着しない。ｐＨ１２超においては、炭酸カルシウム及びシリカの析出量が急激に増大するため、静電的反発力が生じても不均一核形成の確率が高まり、スケール付着を抑制するのは困難となる。このように、各材料の帯電状態だけでなく、スケール成分である炭酸カルシウム及びシリカの析出量も考慮して考えると、本発明の金属製水配管の内面用コーティング１０が、ｐＨ２〜１２という広範囲において、スケール成分である炭酸カルシウム及びシリカの両方の付着を抑制できるメカニズムがより明確になる。
【００１８】
次に、本発明の金属製水配管の内面用コーティング１０の形成方法について説明する。銅、チタン、アルミニウム又は鉄を主成分とする金属材料からなる水配管の内面に、シリカ粒子と有機溶剤とを含むコーティング剤を塗布した後、乾燥させることにより、本発明の金属製水配管の内面用コーティング１０を形成することができる。金属製水配管の内面用コーティング１０の厚さは、コーティング剤の塗布量によって適宜調整することができる。更に、金属製水配管の内面用コーティング１０に占めるシリカ１４の体積割合は、コーティング剤中のシリカ粒子の濃度によって適宜調整することができる。コーティング剤の塗布方法としては、スプレー噴射等が挙げられる。乾燥方法は、特に限定されるものではないが、３０℃以上１８０℃以下で１時間以上１６８時間以下行えばよい。
【００１９】
厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のコーティングを形成する必要があることから、コーティング剤に含まれるシリカ粒子の平均粒径は、３ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。なお、本発明において、シリカ粒子の平均粒径は、動的光散乱式粒子径分布測定装置（マイクロトラック・ベル株式会社製のナノトラック  Ｎａｎｏｔｒａｃ  Ｗａｖｅ）によって測定した値である。
【００２０】
有機溶剤としては、アルコール類（１価アルコール、多価アルコール）、脂肪族及び芳香族カルボン酸エステル類、ケトン類、エーテル類、エーテルエステル類、脂肪族及び芳香族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類等の有機系溶媒；鉱物油；植物油；ワックス；シリコーン油等が挙げられる。これらの有機溶剤は、単独で用いてもよく、２種類以上を適宜混合して用いてもよい。これらの有機溶剤の中でも、シリカ粒子との親和性及びシリカ粒子の分散性の観点から、アルコール類が好ましく、１価アルコール及びグリコールが更に好ましい。１価アルコールとしては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、１−プロピルアルコール、２−プロピルアルコール、２−メチル−１−プロピルアルコール、２−メチル−２−プロピルアルコール、１−ブチルアルコール、２−ブチルアルコール、ラウリルアルコール、ステアリルアルコール、オレイルアルコール、リノリルアルコール等の脂肪族アルコール；ベンジルアルコール、フェニルエチルアルコール等の芳香族アルコールが挙げられる。グリコールとしては、炭素数２〜８のグリコールが好ましく、エチレングリコールが最も好ましい。
【００２１】
通常、有機溶剤を単独で加熱乾燥させると有機溶剤の残渣は発生しない。これは大気中の酸素と有機溶剤中の炭素とが反応して二酸化炭素となり、有機溶剤が分解して揮発してしまうためである。しかし、シリカ粒子と有機溶剤とを含むコーティング剤の形態であると、シリカ粒子同士が凝集した際に有機溶剤がシリカ粒子間に挟まれて局所的に酸素が欠乏した状態となるため、加熱乾燥しても有機溶剤が分解されずに、凝集したシリカ粒子間に有機物として残存してしまう。例えばエチレングリコール（分子式Ｃ２Ｈ６Ｏ２）を室温から１５０℃で所定時間乾燥させると、酸素と炭素とが反応するのではなく、分子間で炭素が互いに結合しあって、一分子当たりの炭素原子の個数が増える。一般に一分子当たりの炭素原子の個数が増えると、沸点が高くなるため、シリカ粒子の動的な凝集によって、シリカ粒子間に挟まれていた箇所が再度大気中の酸素と反応しても沸点が高くなっているため、揮発せず、内部に残存する。この有機溶剤の残渣（有機物）は一分子当たり３個以上の炭素原子を有する。
【００２２】
また、コーティング剤中のシリカ粒子の濃度は、金属製水配管の内面用コーティング１０の密度及び塗布に必要なコーティング剤の粘度の観点から、３０質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。
また、コーティング剤には、本発明の効果が損なわれない範囲で、公知の添加剤を添加してもよい。
【００２３】
実施の形態１の金属製水配管の内面用コーティングは、より広範囲のｐＨで、スケールの主成分である炭酸カルシウムやシリカの付着を抑制し、且つ金属材料との熱膨張係数差等のストレスによって生じる割れや凹凸を抑制することができるので、このコーティングを内面に形成した金属製水配管は、熱交換器用水配管として有用である。
【００２４】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る金属製水配管の内面用コーティングは、図１に示した金属製水配管の内面用コーティング（１層構造）の上面に、厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、９５体積％以上９９体積％以下のシリカを含有し、残部が有機物及び細孔であるコーティングを有する２層構造のコーティングである。
【００２５】
図３は、厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、８０体積％以上９５体積％以下のシリカを含有し、残部が有機物及び細孔である第１コーティング２２の上面に、厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、９５体積％以上９９体積％以下のシリカを含有し、残部が有機物及び細孔である第２コーティング２４を有する２層構造の金属製水配管の内面用コーティング２０の模式断面図である。第１コーティング２２及び第２コーティング２４は共に、シリカ１４と、細孔１６と、細孔１６の少なくとも一部の中に存在する有機物とを含有する。細孔１６内に存在する有機物は、これらのコーティングを形成するのに用いたコーティング剤中に含まれる有機溶剤の残渣である。第１コーティング２２の厚さ及びシリカの割合を規定する理由は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。第２コーティング２４の厚さが１０ｎｍ未満であると、第１コーティング２２のみの結果と同様の結果となってしまい、第２コーティング２４を施す必要性がない。一方、第２コーティング２４の厚さが１００ｎｍ超であると、水配管を構成する金属材料との熱膨張係数の差による応力を第１コーティング２２で緩和しても、第２コーティング２４は第１コーティング２２よりも緻密で硬いため、第２コーティング２４にも少なからず応力が働いて第２コーティング２４が割れて剥がれてしまう。第２コーティング２４の厚さは、好ましくは３０ｎｍ以上９０ｎｍ以下である。また、第２コーティング２４に対するシリカ１４の割合が９５体積％未満であると、第１コーティング２２のみの結果と同様の結果となってしまい、第２コーティング２４を施す必要性がない。一方、第２コーティング２４に対するシリカ１４の割合が９９体積％超であると、水配管を構成する金属材料との熱膨張係数の差による応力を第１コーティング２２で緩和しても、第２コーティング２４は第１コーティング２２よりも緻密で硬いため、第２コーティング２４にも少なからず応力が働いて第２コーティング２４が割れて剥がれてしまう。
また、最表面となる第２コーティング２４の表面粗さＲｚは、好ましくは０．１μｍ以上０．３μｍ以下である。なお、本発明において、表面粗さＲｚとは、ＩＳＯ４２８７：１９８４に準じて求められる十点平均粗さである。
【００２６】
次に、本発明の金属製水配管の内面用コーティング２０の形成方法について説明する。銅、チタン、アルミニウム又は鉄を主成分とする金属材料からなる水配管の内面に、シリカ粒子と有機溶剤とを含むコーティング剤を塗布した後、乾燥させて第１コーティング２２を形成した後、その上面に、シリカ粒子と有機溶剤とを含むコーティング剤を塗布した後、乾燥させて第２コーティング２４を更に形成することにより、本発明の金属製水配管の内面用コーティング２０を形成することができる。第１コーティング２２及び第２コーティング２４の厚さは、コーティング剤の塗布量によって適宜調整することができる。更に、第１コーティング２２及び第２コーティング２４に占めるシリカの体積割合は、コーティング剤中のシリカ粒子の濃度によって適宜調整することができる。コーティング剤の塗布方法としては、スプレー噴射等が挙げられる。乾燥方法は、特に限定されるものではないが、３０℃以上１８０℃以下で１時間以上１６８時間以下行えばよい。
【００２７】
第１コーティング２２の形成に用いるコーティング剤は、実施の形態１で説明したものと同様のものを用いることができる。
【００２８】
厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の第２コーティング２４を形成する必要があることから、第２コーティング２４の形成に用いるコーティング剤に含まれるシリカ粒子の平均粒径は１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。なお、本発明において、シリカ粒子の平均粒径は、動的光散乱式粒子径分布測定装置（マイクロトラック・ベル株式会社製のナノトラック  Ｎａｎｏｔｒａｃ  Ｗａｖｅ）によって測定した値である。
【００２９】
有機溶剤としては、実施の形態１で説明したものと同様のものを用いることができる。また、有機溶剤の残渣（有機物）が発生する理由は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３０】
また、第２コーティング２４の形成に用いるコーティング剤中のシリカ粒子の濃度は、金属製水配管の内面用コーティング２０の密度及び塗布に必要なコーティング剤の粘度の観点から、４０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。
また、第２コーティング２４の形成に用いるコーティング剤には、本発明の効果が損なわれない範囲で、公知の添加剤を添加してもよい。
【００３１】
実施の形態２の金属製水配管の内面用コーティングは、最表面を緻密にして表面平坦性を向上させているので、スケールの主成分である炭酸カルシウムやシリカのアンカー効果による付着を抑制でき、実施の形態１の金属製水配管の内面用コーティングよりもスケールの付着量を更に低減することができる。
【実施例】
【００３２】
最初に各地域のｐＨの異なる様々な水を採取した。具体的には、一般家庭の水道水及び各地域の温泉水である。
その後、採取した水の成分分析及びｐＨ測定を行い、ｐＨ２．０〜１２．０の模擬水を用意した。ここで、模擬水とは、一般家庭の水道水及び各地域の温泉水を模擬したものである。具体的には、採取した水を分析し、ｐＨ１．９〜２．１となった各地域の水のカルシウムイオン濃度、シリカ濃度、リチウムイオン濃度、塩素イオン濃度、炭酸イオン濃度及び硫酸イオン濃度の平均値を取ってｐＨが２．０となるように調製した。同様にｐＨ４、７、８、１０及び１２についても±０．１の範囲の各濃度を測定し、平均化して各ｐＨの模擬水を調製した。なお、ｐＨ値は、測定バラつきを考慮して１つの水に対し５回測定し、その算術平均値とした。また、ｐＨ値の小数点以下２桁目は四捨五入した。
【００３３】
金属製配管を模擬した金属材料として、厚さ３ｍｍ×長さ３０ｍｍ×幅１０ｍｍの無酸素銅（Ｃ１０２０）板を用意した。続いて、この無酸素銅板上に、有機溶剤とシリカ粒子とを含むコーティング剤を塗布した。なお、シリカ粒子としては、平均粒径が１３ｎｍ（小数点以下四捨五入）のものを用い、有機溶剤としては、エチレングリコールを用いた。続いて、コーティング剤が塗布された無酸素銅板を、大気中で室温から１５０℃まで加熱し、所定時間乾燥させ、表１に示す厚さ及びシリカ割合を有するコーティングを形成した。
【００３４】
なお、形成されたコーティングの厚さ、成分分析をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて断面観察、組成分析を実施した。コーティングの厚さは１０箇所測定し、その算術平均値とした。なお、測定した厚さの小数点以下を四捨五入して算出した。成分分析については、５箇所測定し、シリカ成分であるＳｉ（シリコン）の元素マッピングを行い、マッピング像を２値化して画像処理により、シリカの体積％を算出して、その平均値の小数点以下を四捨五入して算出した。また、シリカのない部分を組成分析した結果、有機溶剤の残渣と思われる炭素が検出された。また、コーティング中には細孔が点在していることを確認した。
【００３５】
次に、コーティングが形成された無酸素銅板を、図４に示すスケール付着量の簡易評価装置にセットした。各ｐＨの水をポンプ３０で循環させて、スケール付着量の簡易評価を実施した。ここで、図４に示す装置について説明する。チラー３２と冷水用水槽３４には冷水として１０℃の水を使用している。この冷水を模擬熱交換器３６の流路壁面３８を介して熱交換を行う。また、流路壁面３８には、模擬熱交換器内の流路４０と接する面にコーティングが形成された無酸素銅板４２を取り付ける窪みがあり、そこにコーティングが形成された無酸素銅板４２をセットする。次に模擬水用水槽４４に模擬水４６を約２０Ｌ入れて、撹拌モータ４８にて約５００ｒｐｍで撹拌用プロペラ５０を回して模擬水４６を撹拌する。模擬熱交換器内の流路４０を流れる模擬水４６が初期に流速０．２ｍ／ｓｅｃとなるようにポンプ３０を所定の条件で動作させた。また、模擬熱交換器内の流路４０を流れる模擬水４６の温度が８０℃となるようにヒータ電源５２を制御し、ヒータ線５４にて模擬水用水槽４４内の模擬水４６を加熱した。この状態で４日間（９６時間）稼働させた後、コーティングが形成された無酸素銅板４２を模擬熱交換器３６から取り外してＳＥＭによる表面観察によりコーティングの剥がれの有無を確認した。５箇所観察し、剥がれが１箇所でも生じていた場合を×と評価し、剥がれが１箇所も確認されなかった場合を○と評価した。ここで、剥がれとは、無酸素銅板からコーティングが浮いて、更にコーティングが割れて浮き上がっている状態である。なお、ＳＥＭによる表面観察では、無酸素銅板からコーティングが剥離しコーティングが浮いているだけの状態を、コーティングが剥離していない状態と区別することはできない。結果を表１に示す。
【００３６】
次に、各コーティング上に付着したスケールを酸で溶解し、各ｐＨ（２、４、７、８、１０及び１２）の模擬水によるスケール付着量を測定した。スケール付着量の評価は、コーティングを形成していない無酸素銅板（比較例１）上に付着したスケール量の１／３以下であれば○とし、１／３超であれば×とした。結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
2017155302.tif 000003
【００３８】
表１の結果から分かるように、コーティングの厚さを１００ｎｍ以上で１０００ｎｍ以下とし、コーティング中のシリカの割合を８０体積％以上９５体積％以下とした実施例１〜９では、剥がれが抑制され、更にスケールの付着量が抑制されている。
【００３９】
更に、厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、８０体積％以上９５体積％以下のシリカを含有し、残部が有機物及び細孔である第１コーティングの上面に、厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、９５体積％以上９９体積％以下のシリカを含有し、残部が有機物及び細孔である第２コーティングを有する２層構造のコーティングを形成した無酸素銅板を作製し、上記と同様に評価したところ、１層構造のコーティングと同様に剥がれが抑制され、更に１層構造のコーティングよりもスケール付着量がより抑制された。具体的には、２層構造のコーティングでは、スケール付着量を、コーティングを形成していない無酸素銅板（比較例１）上に付着したスケール量の１／５にすることができた。
なお、比較例２はシリカの体積％が１００％となっているが、これは小数点以下を四捨五入したためであって、正確には９９．６体積％であった。
【００４０】
上記実施例では、金属製配管を模擬した金属材料として無酸素銅を用いたが、銅を主成分とする銅合金、チタン、ＳＵＳなどの鉄系材料、アルミニウムを主成分とする金属材料においても同様の効果が見込まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１０，２０  金属製水配管の内面用コーティング、１２  金属製水配管、１４  シリカ、１６  細孔、２２  第１コーティング、２４  第２コーティング、３０  ポンプ、３２  チラー、３４  冷水用水槽、３６  模擬熱交換器、３８  流路壁面、４０  流路、４２  無酸素銅板、４４  模擬水用水槽、４６  模擬水、４８  撹拌モータ、５０  撹拌用プロペラ、５２  ヒータ電源、５４  ヒータ線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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