JP2013217564A

JP2013217564A - タンク及び給湯機

Info

Publication number: JP2013217564A
Application number: JP2012088035A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Koto; 良和厚東
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: JP5789559B2

Abstract

【課題】本発明は、タンクを構成する部材ごとの使用状態や成形時の加工の違いを考慮して、タンク全体としての品質を向上させることができるタンク及び給湯機を提供する。
【解決手段】内部に液体を貯留するタンクは、両端部が開口した筒形状を有する胴部材２と胴部材の両端部に鏡部材３，４が接合され、鏡部材の少なくとも一方と、胴部材とは、異なるステンレス素材を用いて構成される。鏡部材は、引張強さに関する許容範囲の下限値が胴部材に比べて小さいステンレス素材、縦弾性係数が胴部材に比べて小さいステンレス素材が用いられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、タンク及び給湯機に関する。

従来、例えば電気給湯機に用いられる液体貯留用のタンクは、胴部材と、胴部材の長手方向両端側に配置される鏡部材とを接合して形成される（例えば、特許文献１）。この胴部材と鏡部材には、内部に貯留される液体の成分に適した同一のステンレス素材が用いられるのが一般的である。なお、同一のステンレス素材を用いるのは、一般的に異種金属を接合した場合には電食が懸念されるという技術常識によるものである。ここで、同一のステンレス素材としては、化学成分の比率が同一のステンレス素材や、化学成分の比率（質量％）、機械的性質、物理的性質に関する許容範囲が同一のステンレス素材が用いられる。

特開２０１１−２３７１５３号公報〔００１６〕

しかしながら、タンクは、胴部材や鏡部材といった各部材によって、接する貯留液体の温度が異なる場合がある。例えば、給湯機では、タンクの上部ほど高温の液体（湯）が溜り、下部は、上部の湯に比べて温度が低いものである。また、タンクによっては、胴部材と鏡部材が異なる形状となるように、施される加工が異なる場合もある。このように、胴部材や鏡部材といった各部材は、内部に貯留されて内面に接触する液体の成分が部材によらず同一であったとしても、使用時に曝される状況や成形時の状況は部材ごとに異なるのが実情である。

このように、胴部材と鏡部材に同一のステンレス素材を用いるという従来の技術常識は、一見妥当であるが、タンク全体として見た場合には実際には品質が高いとは必ずしも言えなかった。

そこで、本発明は、タンクを構成する部材ごとの使用状態や成形時の加工の違いを考慮して、タンク全体としての品質を向上させることができるタンク及び給湯機を提供することを課題とする。

本発明は、両端部が開口した筒形状を有する胴部材と前記胴部材の両端部に接合される鏡部材とを備え、内部に液体を貯留するタンクであって、前記鏡部材の少なくとも一方と、胴部材とは、異なるステンレス素材を用いて構成されることを特徴とする。

本発明によれば、タンクを構成する部材ごとの使用状態や成形時の加工の違いを考慮して、タンク全体としての品質を向上させることができるタンク及び給湯機を提供することが実現できる。

本発明が適用される円筒型のタンクの構成図。本発明が適用される角型のタンクの構成図。各鋼種のステンレスの特性値に関する表。

本実施形態に係るタンク１は、図１に示すように、両端部が開口した筒形状を有する胴部材２と胴部材２の両端部に接合される鏡部材３，４とを備え、内部に液体を貯留するものであり、鏡部材３，４の少なくとも一方と、胴部材２とは、異なるステンレス素材を用いて構成される。タンク１は、胴部材２の高さ方向が鉛直方向に沿うようにして配置される。

また、このタンク１と、タンク１に貯留される高温の液体を生成する加熱源とを組合せて給湯機が構成されている。なお、加熱源は、ヒートポンプであってもよく、ヒータであってもよい。

以下に、本発明の実施例について説明する。

実施例１のタンクは、図１に示すように、鏡部材３，４が筒形状を有する胴部材の高さ方向に膨出するドーム状に形成され、鏡部材３，４には、引張強さ又は引張強さに関する許容範囲の下限値が胴部材に比べて小さいステンレス素材が用いられる。

引張強さは、ステンレス素材の機械的性質の一つであり、これが小さいステンレス素材ほど成形性がよく、耐しわ性も良いものである。ここで、筒状の胴部材２は、例えば厚さ０.５mm〜１.５mmのステンレス鋼板を例えば直径５８０mmでロール状に成形することで製造されるのに対し、ドーム状の鏡部材３，４は、ステンレス鋼板を例えば深さ２００mm程度となるようにプレス成形することで製造されるものである。即ち、鏡部材３，４の方が胴部材２に比べて加工の程度（若しくはステンレス鋼板の変形の程度）が大きいため、鏡部材３，４に胴部材２よりも成形性や耐しわ性に優れる素材を用いることが好ましい。一方で、胴部材２は鏡部材３，４に比べて加工の程度（若しくはステンレス鋼板の変形の程度）が小さいため、成形性や耐しわ性が鏡部材より劣っていても問題ない。このように、加工の程度に合せてステンレス素材を選択することにより、全体としての品質が高いタンク１を得ることができる。

なお、胴部材２は、円筒状にしたステンレス鋼板の継ぎ目部をＴＩＧ溶接することにより製作され、胴部材２と鏡部材３，４とは、ＴＩＧ溶接により接合される。

また、胴部材２及び鏡部材３，４には、共にフェライト系のステンレス素材が用いられる。より具体的には、胴部材２及び鏡部材３，４に用いられるステンレス素材は、共にＪＩＳ規格上同一の鋼種に分類されるものである。ＪＩＳ規格上同一の鋼種に分類されるステンレス素材は、化学成分の比率が近似しているため、化学成分の比率、機械的性質、物理的性質の少なくとも一つに関する許容範囲が異なるものを接合したとしても、電食等のデメリットを最小限にとどめることができる。これを確かめるため、発明者らは、腐食促進試験を行ったが、同一のステンレス素材を使用した場合の試験結果と大差はなく、水漏れ等の問題は発生しなかった。

本実施例では、鏡部材３，４にはＳＵＳ４４４（引張強さ：≧４１０Ｎ／mm²）を用い、胴部材２には新日鐵住金ステンレス株式会社製のＮＳＳＣ１９０（引張強さ：≧４５０Ｎ／mm²）を用いる。好ましくは、鏡部材３，４には、ステンレス素材の引張強さが胴部材より小さいものを用いる。例えば、胴部材２のステンレス素材の引張強さが４５０Ｎ／mm²以上である場合には、鏡部材３，４のステンレス素材の引張強さは４１０Ｎ／mm²以上で４５０Ｎ／mm²未満のものを用いる。

本実施例のタンク１は、図１に示すように、鏡部材３，４が筒形状を有する胴部材２の高さ方向に膨出するドーム状に形成され、鏡部材３，４には、縦弾性係数が胴部材２に比べて小さいステンレス素材が用いられる。

縦弾性係数は、ステンレスの物理的性質の一つで、剛性を示すヤング率と関連するものであり、これが大きいステンレス素材ほど剛性が高いものである。ここで、筒状の胴部材２は、例えば厚さ０.５mm〜１.５mmのステンレス鋼板を例えば直径５８０mmでロール状に成形することで製造されるのに対し、ドーム状の鏡部材３，４は、ステンレス鋼板を例えば深さ２００mm程度となるようにプレス成形することで製造されるものである。従って、加工後の構造に起因する剛性を考えた場合（例えば、素材自体の剛性が同一であったと仮定した場合）、鏡部材３，４の方が胴部材２に比べて剛性が高くなることとなる。ところが、タンク１は、支柱や梁のような補強部材を内部に有さず、外殻部材を構成する胴部材２や鏡部材３，４自体で荷重を受けるいわゆるモノコック構造のものであるため、外殻部材を構成する各部材の完成時の剛性がなるべく近い方が完成したタンクの剛性のバランスがとれ、タンク１全体として荷重に対して強い構造とすることができる。従って、鏡部材３，４は加工によって剛性が高まることを考慮して、胴部材２に比べて剛性が低いステンレス素材を使用することにより、全体としての品質が高いタンク１を得ることができる。

また、胴部材２及び鏡部材３，４には、共にフェライト系のステンレス素材が用いられる。より具体的には、胴部材２及び鏡部材３，４に用いられるステンレス素材は、共にＪＩＳ規格上同一の鋼種に分類されるものである。ＪＩＳ規格上同一の鋼種に分類されるステンレス素材は、化学成分の比率が近似しているため、化学成分の比率、機械的性質、物理的性質の少なくとも一つに関する許容範囲が異なるものを接合したとしても、電食等のデメリットを最小限にとどめることができる。

本実施例では、鏡部材３，４にはＳＵＳ４４４（縦弾性係数：２０６ｋＮ／mm²）を用い、胴部材２にはＮＳＳＣ１９０（縦弾性係数：２１５ｋＮ／mm²）を用いる。

ステンレス鋼板の化学成分の中で耐食性を左右する主な成分は、Ｃｒ、Ｍｏである。Ｃｒは、不動態皮膜の主要構成元素であり、耐孔食性や耐隙間腐食性などの局部腐食性を向上させる。また、Ｍｏは、Ｃｒとともに耐食性を向上させるための元素であり、その耐食性向上作用は、Ｃｒの含有量が多くなるほど大きくなることが知られている。

また、一般的な給湯機では、タンク１の上部ほど液体が高温となり、タンク１の下部ほど液体の温度が低温となるような状態で液体が貯留されるのが一般的であり、特に上部の鏡部材３が胴部材２に比べて内面に接触する液体の温度が高い状態で使用される。

このため、本実施例のタンクは、少なくとも上部の鏡部材３には、クロムの比率又はクロムの比率に関する許容範囲の下限値が胴部材２に比べて高いステンレス素材が用いられる。このようにすれば、上部の鏡部材３の耐食性を高めることができる。

一方で、タンク１の中間部は、タンク１の上部に比べて存在する液体の温度が比較的低めとなることから、胴部材２には、上部の鏡部材３ほどの高い耐食性が必須ではない。また、クロムの比率又はクロムの比率に関する許容範囲の下限値が低いステンレス素材は、高いものに比べてコストが比較的安い傾向がある。

従って、少なくとも上部の鏡部材３にクロムの比率又はクロムの比率に関する許容範囲の下限値が胴部材２に比べて高いステンレス素材を用いることにより、耐食性の高さとコストの安さを効率的に両立させた構造とすることができる。

具体的には、上下の鏡部材３，４の両方にクロムの比率又はクロムの比率に関する許容範囲の下限値が胴部材２に比べて高いステンレス素材が用いられる。上下の鏡部材３，４の形状を配管等の接続位置を除いて概ね同一（即ち、配管等が接続される前の基材としては同一）とし、上下の鏡部材３，４に同一のステンレス素材を用いれば、上下の鏡部材３，４の製造に用いられる材料の共通化を図ることができる。

本実施例では、鏡部材３，４にはＮＳＳＣ１９０（クロムの化学成分：１８.００〜２０.００％）を用い、胴部材２にはＳＵＳ４４４（クロムの化学成分：１７.００〜２０.００％）を用いる。好ましくは、鏡部材３，４には、ステンレス素材に含まれるクロムの化学成分が胴部材より多いものを用いる。例えば、胴部材２のステンレス素材のクロムの化学成分が１７.００％以上で１８.００％未満である場合には、鏡部材３，４にはクロムの化学成分が１８.００％以上のものを用いる。

但し、これに限定されるものではなく、上下の鏡部材３，４のうち上部の鏡部材３にのみ、クロムの比率又はクロムの比率に関する許容範囲の下限値が胴部材２に比べて高いステンレス素材が用いられるものであってもよい。

なお、本実施例では、図１に示すように、鏡部材３，４が筒形状を有する胴部材２の高さ方向に膨出するドーム状に形成されるタンク１を例に説明したが、少なくとも上部の鏡部材にクロムの比率又はクロムの比率に関する許容範囲の下限値が胴部材に比べて高いステンレス素材を用いる構造は、図２に示すような、胴部材６が角筒状に形成され、鏡部材７，８が平面状に形成されるタンク５にも適用することができる。

このような概略直方体形状を有するいわゆる角型タンクでは、上部の鏡部材７はタンク５内で常時最も高温の液体と接触しており、上部の鏡部材７は、胴部材６に比べて内面に接触する液体の温度が高い状態となっている。従って、このようにすれば、耐食性の高さとコストの安さを効率的に両立させた構造とすることができる。なお、このタンク５は、厚さ０.５mm〜１.５mmのステンレス鋼板をＬ曲げ状にし、継ぎ目部をＴＩＧ溶接した胴部材６とプレス成形することで製作される箱曲げ状の上部の鏡部材７及び下部の鏡部材８との周りを胴板とＴＩＧ溶接することにより製作される。ところで、上部の鏡部材７及び下部の鏡部材８は、プレス成形で製作で製作されるため、成形性が良く成形時に発生するしわに対する耐しわ性が良いステンレス素材を用いることにより、加工時の成形不具合を低減させ、歩留まりを向上させることができる。

なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。

例えば、上記各実施例では、胴部材及び鏡部材のステンレス素材としてＳＵＳ４４４及びＮＳＳＣ１９０を用いるものを例として説明したが、胴部材及び鏡部材のステンレス素材の組合せはこれに限定されるものではなく、各実施例の目的に関係する特性値（引張強さ、縦弾性係数、クロムの比率等）が要求される関係を満たすものであれば、胴部材及び鏡部材に適したステンレス素材を適宜選択し、使用することができる。その場合には、胴部材及び鏡部材の両方にフェライト系のステンレス素材を用いるだけでなく、系の種類が異なる（例えば、オーステナイト系、マルテンサイト系の）ステンレス素材を組合せて用いるものであってもよい。

まず、実施例１のように成形性や耐しわ性に注目した場合には、ステンレス素材の引張強さが実施例１で説明した関係を満たすものであればよい。フェライト系のステンレス素材の中で例を挙げると、鏡部材にＳＵＳ４４４（引張強さ：≧４１０Ｎ／mm²）を用いた場合には、胴部材の加工の程度にもよるが、新日鐵住金ステンレス株式会社製のＮＳＳＣ２２０ＥＣＯ（引張強さ：≧４８０Ｎ／mm²）や、新日鐵住金ステンレス株式会社製のＮＳＳＣ２２０Ｍ（引張強さ：≧４７０Ｎ／mm²）を用いることが考えられる。また、胴部材に関してオーステナイト系のステンレス素材の中で例を挙げると、例えばＳＵＳ３１６（引張強さ：≧５２０Ｎ／mm²）を用いることができる。オーステナイト系の場合には、成形後に焼鈍の工程を行うことにより、良好に利用することができる。

また、実施例２のように剛性に注目した場合には、ステンレス素材の縦弾性係数が実施例２で説明した関係を満たすものであればよく、フェライト系のステンレス素材の中で例を挙げると、鏡部材にＳＵＳ４４４（縦弾性係数：２０６ｋＮ／mm²）を用い、胴部材にＮＳＳＣ２２０ＥＣＯ（縦弾性係数：２１６ｋＮ／mm²）を用いることが考えられる。また、鏡部材にＮＳＳＣ２２０Ｍ（縦弾性係数：２０１ｋＮ／mm²）を用いた場合には、胴部材にＮＳＳＣ２２０ＥＣＯ（縦弾性係数：２１６ｋＮ／mm²）やＳＵＳ４４４（縦弾性係数：２０６ｋＮ／mm²）を用いることが考えられる。また、鏡部材にオーステナイト系のＳＵＳ３１６（縦弾性係数：１９３ｋＮ／mm²）を用いた場合には、胴部材にＳＵＳ４４４や、ＮＳＳＣ２２０ＥＣＯ、ＮＳＳＣ２２０Ｍを用いることが考えられる。

また、実施例３のように耐食性に注目した場合には、ステンレス素材のクロムの比率が実施例３で説明した関係を満たすものであればよい。フェライト系のステンレス素材の中で例を挙げると、鏡部材にＳＵＳ４４４（クロムの化学成分が１８.００〜２０.００％）を用いた場合、胴部材にＮＳＳＣ２２０ＥＣＯ、ＮＳＳＣ２２０Ｍ（クロムの化学成分が２２.００〜２３.００％）を用いることが考えられる。

上述した各鋼種のステンレスの特性値（引張強さ、縦弾性係数、クロムの比率等）に関する表を図３に示す。

１，５タンク
２，６胴部材
３，７上部の鏡部材
４，８下部の鏡部材

Claims

両端部が開口した筒形状を有する胴部材と前記胴部材の両端部に接合される鏡部材とを備え、内部に液体を貯留するタンクであって、
前記鏡部材の少なくとも一方と、胴部材とは、異なるステンレス素材を用いて構成されることを特徴とするタンク。
前記鏡部材は、筒形状を有する胴部材の高さ方向に膨出するドーム状に形成され、
前記鏡部材には、引張強さ又は引張強さに関する許容範囲の下限値が胴部材に比べて小さいステンレス素材が用いられることを特徴とする請求項１に記載のタンク。
前記鏡部材は、筒形状を有する胴部材の高さ方向に膨出するドーム状に形成され、
前記鏡部材には、縦弾性係数が胴部材に比べて小さいステンレス素材が用いられることを特徴とする請求項１に記載のタンク。
前記少なくとも一方の鏡部材は、前記胴部材に比べて内面に接触する液体の温度が高い状態で使用され、
前記少なくとも一方の鏡部材には、クロムの比率又はクロムの比率に関する許容範囲の下限値が前記胴部材に比べて高いステンレス素材が用いられることを特徴とする請求項１に記載のタンク。
前記鏡部材と前記胴部材とに用いられるステンレス素材は、共にフェライト系であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のタンク。
前記鏡部材は、筒形状を有する胴部材の高さ方向に膨出するドーム状に形成されることを特徴とする請求項４に記載のタンク。
前記胴部材は、角筒状に形成され、
前記鏡部材は、平面状に形成されることを特徴とする請求項４に記載のタンク。
前記鏡部材と前記胴部材とに用いられるステンレス素材は、共にＪＩＳ規格上同一の鋼種に分類され、且つ、化学成分の比率、機械的性質、物理的性質の少なくとも一つに関する許容範囲が異なることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のタンク。
請求項１〜８の何れか一項に記載のタンクと、
前記タンクに貯留される高温の液体を生成する加熱源とを有する給湯機。