ウォーターハンマー発生のメカニズム

ウォーターハンマー（別名「水撃作用」）とは、水道管内で水流が急に締め切られた際に、その衝撃で管内に高水圧が発生する現象のことです。  
その時に発生する音がまるで金属をハンマーでたたいたような音に聞こえることから、「ウォーターハンマー現象」と名付けられています。  
ウォーターハンマーは、主に給水弁の開閉時や配管の充水時、給水ポンプの急停止などの急激な変化によって発生します。  

とはいえこの情報を聞いただけでは、ウォーターハンマーがどういうものかは今一つ想像しづらいのではないでしょうか。  
ウォーターハンマーの仕組みをより具体的に理解するべく、まずは水道管内に水が流れているイメージを思い浮かべてみましょう。  
そこに突然壁が現れ、急に水の流れを塞がれたらどうなるでしょう？  
水は慣性の法則により急に流れを止めることはできないため、壁に向かってどんどん流れ続けていきます。  
そうすると壁付近の圧力が徐々に高まり、水道管が震え出します。  
その震えと水道管自体の固有振動数が共振することによって、衝撃音が発生します。   

一方で、壁の向こう側でも水は慣性の法則によってどんどん流れていこうとします。  
ところが後から流れてくるはずの水が壁でせき止められているため、その空間では一時的かつ急激に圧力が低下して真空状態になります。  
しかし真空状態になった空間でも水は壁に向かって勢いよく流れ続けるため、ここでもまた衝撃音が発生します。  
これが、ウォーターハンマーが発生する主なメカニズムとなっています。

どういう時に発生する？

ウォーターハンマーが発生するメカニズムについて紹介しましたが、「蛇口をひねっても衝撃音なんて聞こえたことないけど…」という人もいるでしょう。  
それもそのはず、水道の蛇口をひねってウォーターハンマーを発生させるためには、物凄く素早いスピードで蛇口をひねり、瞬間的に水の流れを止めなければなりません。  
人が水道を使う際、そこまで早いスピードで蛇口を開閉することはほとんど不可能です。  
そのため、蛇口をひねってウォーターハンマーが発生することはほぼ無いと言えます。  

では一体、どのような時にウォーターハンマーが発生するのでしょうか。  
それは冒頭で述べた通り、エコキュート、洗濯機、食洗機などが稼働している時です。  
基本的にこれらの機器の内部には、電磁弁と呼ばれる機械が入れられています。  
電磁弁は電磁石と弁を組み合わせたものとなっており、電源をON、OFFする際に、空気や水などの流体を止めたり、流したり、また流れの方向を切り換える役目を担っています。  
この電磁弁によってそれまでは安定していた水の流れが瞬間的に止められることで、前述したように急激な圧力の変化が生まれ、ウォーターハンマーを誘発する形になります。  
エコキュートの場合、設置した直後は特にウォーターハンマーが発生しやすいと言われています。  
 

ウォーターハンマーが起こることで生じるリスク

もし配管内を猛スピードで水が流れている時にウォーターハンマーが発生すると、場合によっては機器を破損するくらいの衝撃が生じる可能性があります。   
また、たとえ1回の軽微なウォーターハンマーには耐えられたとしても、同程度の衝撃が何度も何度も繰り返し発生することで、配管やエコキュートに徐々にダメージが蓄積し、致命的な故障を起こすこともあります。  

とはいえ、エコキュートや洗濯機などを使用していれば、ウォーターハンマーの発生を完全に防ぐのはどうしても難しいと言えます。  
そのため現在の洗濯機には、たとえウォーターハンマーが発生しても衝撃をなるべく抑え込むことができるシステムが搭載されています。  
また、エコキュートにおいても近年ではメーカーのウォーターハンマーに関する研究が進み、急激に電磁弁が閉じないようなシステムを設けた機器が登場しています。  
しかし、機器内の部品が増えるとその分故障リスクも上がってしまうため、そのようなシステムを採用している製品はまだまだ多くないのが現状です。

ウォーターハンマーを発生させないためには

ウォーターハンマーを根本から無くすことは現時点では難しいと言いましたが、なるべく発生させない、または発生しても最小限に抑えるための対策をとることはできます。  
対策を取る上で重視すべきポイントは、以下の二つです。  

・配管内を流れる水のスピードを緩やかにする  
・ウォーターハンマーにより発生した衝撃を吸収する  

上記のいずれかを行うことで、ウォーターハンマーによる故障リスクは大きく下げることができます。  
具体的な対策は、以下の通りです。  

➀水道の元栓を調節する  
一番手軽な対策としては、水道の元栓を絞ったり緩めたりして水圧を調節することです。  
元栓を絞ると配管内の水の流れが穏やかになるため、電磁弁が作動した際に圧力が急激に高まる可能性を軽減することができます。  
ただし、あまりにも絞り過ぎるとシャワーなどの圧が低下し過ぎてしまい、場合によってはエコキュートの安全装置が働いて作動できなくなることもあるため、少しずつ調整するように注意しましょう。  

②水撃防止器をつける  
「水道の元栓を調節してもウォーターハンマーが頻繁に発生する」という場合は、発生源の近くに水撃防止器を取り付けるという方法もあります。  
しかしエコキュートの場合、機種や設置場所によっては溶接などで配管に加工を施さないと取り付けられない可能性があります。  

③給水配管に減圧弁を取り付ける  
エコキュートの貯湯タンクへ繋がる配管に減圧弁を取り付けることで、ウォーターハンマーによる衝撃音を解消もしくは軽減できる場合があります。  

➀に関してはある程度自力で調節できるかもしれませんが、②と③に関しては自力で取り付けようとすることによって、かえって故障の原因を作ってしまう可能性があります。  
そうならないためにも、もし水撃防止器や減圧弁を取り付けたいと思ったら、まずはメーカーまたは施工業者に相談することをお勧めします。

まとめ

もしエコキュートの作動中に異音が発生したにも拘わらず気にも留めず放置していると、ある日突然配管やエコキュートが破損するなどの大きなトラブルが発生するおそれがあります。  
ウォーターハンマーは放置しておけば直るものではなく、むしろ放置すればするほど悪化する可能性が高いため、少しでも異音がしたと思ったら、早急に対策をとるよう心掛けておきましょう。  
とはいえ「対策」と言っても自力でできる対策には限りがあります。  
そのため繰り返すようですが「もしかしてウォーターハンマーが起こっているかも？」と思ったら、まずはメーカーまたは施工業者に相談することが大切です。  
当社もまたエコキュートの販売・交換を主に扱っているため、ウォーターハンマーに限らずエコキュートに関して少しでも気になることがあれば、いつでもお気軽にご相談ください。