JP3059734B2

JP3059734B2 - 給湯機

Info

Publication number: JP3059734B2
Application number: JP1174409A
Authority: JP
Inventors: 隆志小平; 忠夫阿部; 聖行茂木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 2000-07-04
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JPH0339449A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は燃焼ガス及び水と接触する熱交換部材がス
テンレス鋼で作られている給湯機に関する。

（ロ）従来の技術従来この種の給湯機は、例えば実公昭57−15479号公
報に開示されているように、水室の内側に燃焼室を設
け、水室壁を介して燃焼室の燃焼ガスで水室の水を加熱
するとともに、水室に複数本の煙管を設け、この煙管に
燃焼ガスを通して水室の水をさらに加熱するようにした
ものが知られている。

この種の熱交換器を第13図を参照して説明すると、第
13図において、（１）給湯機の熱交換器、（２）は内胴
（３）、外胴（４）、鏡板（５）及び天板（６）にて囲
繞された環状の水室、（７）は内胴（３）の内側に形成
された燃焼室、（８）は水室（２）及び燃焼室（７）の
下に設けられた燃焼ガス集合室、（９）は鏡板（５）の
底部を閉塞する下部耐火材、（10）は燃焼室（７）の上
部を閉塞する上部耐火材、（11）は上部耐火材（10）を
貫通して燃焼室（７）の上部に臨ませたバーナ、（12）
は水室（２）の上に設けられた排気ガス集合室、（13）
……は水室（２）を貫通して燃焼ガス集合室（８）と排
気ガス集合室（12）とを連絡する煙管、（14）は水室
（２）の中間高さ位置に設けられた給水口、（15）は水
室（２）の上部に接続した給湯管、（16）は排気ガス集
合室（12）に接続した排気管であり、水室（２）の水と
接触する内胴（３）、外胴（４）、鏡板（５）、天板
（６）及び煙管（13）は全てステンレスで作られてい
る。

バーナ（11）で燃焼が行われると、燃焼ガスが内胴
（３）の内壁面に沿って下降し、燃焼ガス集合室（８）
に入る。そして、燃焼ガス集合室（８）の燃焼ガスは反
転して煙管（13）……内を上昇し、排気ガス集合室（1
2）に入る。熱交換を終えた排気ガスは排気管（16）を
通って外部へ放出される。このようにして燃焼ガスと水
室（２）と水との熱交換が行われることにより、給水口
（14）から水室（２）に流入した水は温水となり、給湯
管（15）を通って利用部へ送られる。

（ハ）発明が解決しようとする課題ところで、上述した給湯機では、小型化、特に軽量化
を図るために熱交換器（１）がステンレス鋼で作られて
いる。また、オーステナイト系ステンレス鋼は水道水の
ように塩素イオンを含む環境下で応力腐食割れを生じや
すいことから、応力腐食割れを生じにくいSUS444（18Cr
−2Mo鋼）等のフェライト系ステンレス鋼で作られてい
る。しかしながら、SUS444等のフェライト系ステンレス
鋼は母材や溶接部の強度（靭性）が低く、耐食性も乏し
いことから、小型化による伝熱条件の悪化や構造の複雑
化に伴って次のような問題があった。

小型化による伝熱面積の減少に伴って単位面積当た
りの伝熱量が増加するなど、伝熱条件が厳しくなるた
め、溶接部の耐食性に乏しいSUS444等では溶接部が腐食
の起点になって孔開きを生じる心配があった。

煙管（13）……と、管板としての鏡板（５）及び天
板（６）とをろう付けにて接合するため、鏡板（５）及
び天板（６）の煙管接続部には第14図及び第15図に示す
ように曲げ加工が施されている。しかしながら、母材の
強度が低く、曲げ部のＲを小さくできないため、煙管接
続部の隙間（17）の深さが大きくなり、構造的にも隙間
腐食が発生しやすくなる欠点があった。

燃焼室（７）の燃焼ガスが水室（２）の水で冷却さ
れ、煙管（13）の内部等で結露することから、燃焼ガス
に含まれる成分によって煙管（13）等の熱交換部材が腐
食する心配があった。

この発明は上述した事実に鑑みてなされたものであ
り、燃焼ガス及び水と接触する熱交換部材が対応力腐食
割れ性と耐孔食性に優れた給湯機を提供することを目的
とする。

（ニ）課題を解決するための手段この発明は、給湯水加熱のための水室を環状に形成す
る内胴、外胴、鏡板、天板及び水室を貫通して燃焼ガス
を排気ガス室に導く煙管等の各熱交換部材が0.06wt％以
下のＣ、1.0〜4.0wt％のSi、0.3wt％以下のMn、18〜23w
t％のCr、８〜18wt％のNi、1.0〜3.0wt％のCu、0.3〜0.
7wt％のMo、0.05wt％以下のＮ、0.001〜0.005wt％のＢ
を含み、残部はFe及び不可避的不純物の組成であるオー
ステナイト系ステンレス鋼（以下、改良組成ステンレス
鋼という）で構成され、かつ、鏡板及び天板と煙管との
接続部の曲げ半径を外胴と鏡板との接続部の曲げ半径以
下にして、煙管接続部の隙間の深さが外胴と鏡板との接
続部の隙間の深さより小さく形成されている給湯機であ
る。

（ホ）作用このような改良組成ステンレス鋼で作られた給湯機は
耐孔食性に優れているため、塩素イオンを含む水や燃焼
ガスの成分を含む結露水と接触しても腐食が大幅に抑制
され、長期に亘って使用しても孔開きの心配がない。ま
た、この改良組成ステンレス鋼は耐応力腐食割れ性と加
工性に優れているため、鏡板及び天板と煙管との接続部
の曲げ半径を小さく形成でき、鏡板や天板と煙管及び外
胴や内胴と鏡板との接続部の隙間を極力小さくして、隙
間腐食を減少させることができる。

（ヘ）実施例以下、この発明を図面に示す実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例の給湯機を示すものであ
り、第13図に示すものと共通する部分には同一符号が付
されている。第１図において、第13図に示すものと異な
るのは、水室（２）を形成する内胴（３）、外胴
（４）、鏡板（５）、天板（６）及び煙管（13）・・・
・・・等の熱交換部材が耐応力腐食割れ性と耐孔食性に
優れた改良組成ステンレス鋼で作られ、第２図及び第３
図に示すように、鏡板（５）及び天板（６）の煙管接続
部の曲げ半径を外胴と鏡板との接続部の曲げ半径以下に
して、煙管接続部の隙間の深さが極力小さくなるように
したことである。

本発明の改良組成ステンレス鋼の組成は、前述の通り
であり、C,Si,Mn,Cr,Ni,Cu,Mo,N及びＢを必須成分とす
る。

改良組成ステンレス鋼において、Ｃが0.06wt％を超え
るときは、Cr炭化物生成量が増大し、耐食性を害する。

Siは耐孔食性、特に溶接部の耐孔食性を改善する効果
が大きいので本発明が対象とするような給湯機では1.0w
t％以下添加する。

Mnはその含有量の低減により、耐応力腐食割れ性と耐
孔食性が著しく向上する。第４図及び第５図にCu含有オ
ーステナイト系ステンレス鋼の耐応力腐食割れ性と耐孔
食性に及ぼすMnの影響を示す。

Crは改良組成ステンレス鋼の場合、18wt％未満のとき
は耐食性が充分ではない。

Cuは1wt％以上含有させることにより対応力腐食割れ
性を改善する。オーステナイト系ステンレス鋼の耐応力
腐食割れ性と耐孔食性に及ぼすCuの影響を第６図及び第
７図に示す。

Moは適量の添加により耐応力腐食割れ性と耐孔食性が
著しく向上する。第４図及び第５図にCu含有オーステナ
イト系ステンレス鋼の耐応力腐食割れ性と耐孔食性に及
ぼすMoの影響を示す。

改良組成ステンレス鋼は前述の成分以外に、P,S,Al等
の不可避的不純物を含有してもよい。

以下、改良組成例のステンレス鋼と他のステンレス鋼
との比較結果について説明する。第１表に示す化学組成
を有する鋼を高周波真空溶解炉で溶製し、50kg鋼塊を得
た。No.1〜５を改良組成例とし、化学組成が改良組成範
囲をはずれるNo.6〜11及びSUS316を比較例とした。

改良組成例及び比較例の上記鋼塊の側面から10mm厚の
鋼板を切り出し、その鋼板から熱間加工性の評価用とし
て、6.4mmφの丸棒試験片を作製した。

上記鋼塊は以下の条件で厚さ2mmの冷延焼鈍鋼板に製
造した。

（１）1200℃の加熱温度で熱間圧延し、厚さ30mmのスラ
ブを製造した。

（２）1250℃の加熱温度で熱間圧延し、厚さ4mmの熱延
鋼板を製造した。

（３）1100℃で焼鈍した。

（４）ショット酸洗による脱スケールを行った。

（５）冷間圧延で厚さ2mmの冷延鋼板を製造した。

（６）1100℃で焼鈍した。

（７）ソルト処理、酸洗による脱スケールを行った。

耐応力腐食割れ性の評価方法として、JIS−G0576に準
拠した沸騰塩化マグネシウム試験を行った。すなわち先
に示した2mm厚の冷延焼鈍鋼板より1.5^t×15^w×75^lmmの
試験片を作製し、湿式＃500研磨仕上の後内側半径8mmの
Ｕ字曲げを行った。

この試験片を沸騰試験溶液の中に300時間まで浸漬
し、割れが発生するまでの時間により耐応力腐食割れ性
を評価した。

但し塩化マグネシウムの濃度は、温水中における応力
腐食割れとほぼ同じ割れ形態となる低濃度の32.5％とし
た。

耐孔食性の評価として、JIS−G0578に示す塩化第２鉄
腐食試験を行った。先に示した2mm厚の冷延焼鈍板より2
^t×30^w×30^lmmの試験片を作製し、湿式＃320研磨仕上の
後に、35℃の６％塩化第２鉄溶液に24時間浸漬した。浸
漬試験後の単位面積、単位時間当たりの腐食減量により
耐孔食性を評価した。

熱間加工性の評価として、高温高速引張試験を下記の
要領で実施した。先に示した丸棒試験片を1200℃×50秒
保持後、100℃/minの冷却速度で800℃まで冷却し、さら
に800℃×10秒保持後その温度で引張速度100mm/secの速
さで熱間引張試験を行った。熱間引張試験後の試験片の
断面収縮率により熱間加工性を評価した。断面収縮率が
大きいほど熱間加工性は良好である。

結果を第２表に示す。改良組成例は比較例に比べて著
しく優れた耐応力腐食割れ性と良好な耐孔食性及び熱間
加工性を有している。比較例はNo.6を除いて全般的に耐
応力腐食割れ性が悪く、特に耐孔食性の良いものにその
傾向が強い。またNo.6,7のMn含有量が低く、Ｂを添加し
ていないものは熱間加工性に劣る。

また、改良組成例のステンレス鋼と、他のオーステナ
イト系ステンレス鋼、及びフェライト系ステンレス鋼と
の機械的性質の比較結果について説明する。第３表及び
第４表に、Moを0.5wt％、Mnを0.2wt％程度に抑え、微量
のＢを添加し、他の金属を含んだ改良組成に関係するス
テンレス鋼（Ａ）と、他のオーステナイト系ステンレス
鋼（Ｂ）〜（Ｅ）、及びフェライト系ステンレス鋼
（Ｆ）の化学成分を示す。

第５表は上記改良組成例のステンレス鋼と他のオース
テナイト系ステンレス鋼（Ｅ）、及びフェライト系ステ
ンレス鋼（Ｆ）の各種機械的性質を示したものである。
第５表には、改良組成のステンレス鋼の機械的性質が他
のオーステナイト系ステンレス鋼（Ｅ）とほぼ等しく、
エリクセン値、バルジ高さ、及び溶接部の伸びなどにお
いて、フェライト系ステンレス鋼（Ｆ）より大幅に優れ
ていることが示されている。このことから、改良組成の
ステンレス鋼は溶接部の加工、及び拡管加工に充分対応
できる。

第８図は改良組成例のステンレス鋼（Ａ）と第３表、
及び第４表のNo.C,D及びＥのステンレス鋼の耐応力腐食
割れ性の実験結果を示したものであり、沸騰したMgCl₂
溶液中に、Ｕ字状に曲げた各ステンレス鋼を入れ割れ発
生時間を計測したものである。第８図において正方形、
三角形及び円の記号のうち白ぬきのものは割れが発生し
なかったことを示し、黒ぬりのものは割れが発生したこ
とを示している。第８図の実験結果には、改良組成例以
外のステンレス鋼の割れ発生時間が他のステンレス鋼に
比較して長く、MgCl₂の濃度が高くなるのに伴い僅かず
つ短くなり、改良組成例のステンレス鋼の割れはMgCl₂
の濃度が32.5％の場合に発生することが示されている。

第９図は改良組成例のステンレス鋼（Ａ）と第３表及
び第４表のNo.B〜Ｆのステンレス鋼の腐食減量の実験結
果を示したものであり、６％のFeCl₃溶液と1/20NのHcl
溶液との混合溶液に開発鋼、及び各ステンレス鋼を入
れ、35℃に維持した場合の24時間後の腐食減量を計測し
たものである。第９図の実験結果には、改良組成例のス
テンレス鋼の腐食減量が他のステンレスと比較して少な
いことが示されている。

第10図は改良組成例のステンレス鋼（Ａ）と第３表及
び第４表のNo.E,Fのステンレス鋼のTIG溶接部の腐食減
量の実験結果を示したものであり、第９図の場合と同じ
条件で計測したものである。第10図の実験結果には、改
良組成例のステンレス鋼（Ａ）が従来のオーステナイト
系ステンレス鋼（例えばSUS316）やフェライト系ステン
レス鋼（例えばSUS444）よりも溶接部の耐孔食性に優れ
ていることが示されている。このため、第１図に示す給
湯機において、TIG溶接を必要とする内胴（３）、外胴
（４）及び煙管（13）等に最適である。

第11図は改良組成例のステンレス鋼（Ａ）と第３表及
び第４表のNo.B〜Ｆのステンレス鋼の隙間腐食減量の実
験結果を示したものであり、3.5％のNaCl溶液と0.1％の
H₂O₂溶液との混合溶液に開発鋼、並びに各ステンレス鋼
の鋼板とテフロンワッシャーとの結合体を入れ、30℃に
維持した場合の48時間後の隙間腐食減量を調べたもので
ある。第11図の実験結果には、改良組成例のステンレス
鋼（Ａ）が他のステンレス鋼に比べて材質的に隙間腐食
しにくいものであることが示されている。このため、第
１図に示す給湯機において、隙間腐食を生じやすい鏡板
（５）、天板（６）及び煙管（13）等に最適である。

第12図は改良組成例のステンレス鋼（Ａ）と炭素鋼
（SPCC）、銅（Cu）及びフェライト系ステンレス鋼（SU
S444）の腐食量の実験結果を示したものであり、Cl^-（H
Cl）が約500PPM、SO²▲^- ₄▼（H₂SO₄）が約400PPM、NO▲
^- ₃▼（HNO₃）が約100PPMの腐食液の沸騰、冷却（常温）
を繰返し、その雰囲気中に置いて腐食量の変化を計測し
たものである。第12図の実験結果には、改良組成例のス
テンレス鋼（Ａ）が従来のフェライト系ステンレス鋼に
比べて酸を含む結露水に対する耐食性に優れていること
が示されている。このため、燃焼ガスの成分を含む結露
水に曝らされやすい内胴（３）、煙管（13）等に最適で
ある。

このように耐応力腐食割れ性、耐孔食性、さらには耐
隙間腐食性に優れた改良組成例のステンレス鋼で、内胴
（３）、外胴（４）、鏡板（５）、天板（６）及び煙管
（13）……等の熱交換部材が作られているので、長期に
使用の間にこれらの熱交換部材が水室（２）の塩素イオ
ンを含む水や、高温の燃焼ガスや、燃焼ガスの成分を含
む結露水に曝らされても、応力腐食割れを生じたり、溶
接部が腐食して孔開きを生じたり、隙間腐食が生じるの
を防止できる。また、加工性に優れ、第２図及び第３図
に示すように、鏡板（５）及び天板（６）の煙管接続部
の曲げＲを小さくすることができる。これにより、鏡板
及び天板と煙管との接続部の曲げ半径を外胴と鏡板との
接続部の曲げ半径以下にする等、煙管接続部の隙間の深
さを極力小さくして構造的にも隙間腐食を防止すること
ができる。

（ト）発明の効果以上のように本発明の給湯機によれば、燃焼ガス及び
水と接触する熱交換部材が改良組成のオーステナイト系
ステンレス鋼で作られ、特に、機械的な応力がかかる上
に塩素の含まれた環境下で200度Ｃ以上に熱せられる鏡
板や天板の隙間部が耐応力腐食割れ性と耐孔食性を向上
させた改良組成ステンレス鋼で構成されているので、熱
交換器部材が塩素イオンを含む水や高温の燃焼ガスや燃
焼ガス成分を含む結露水に長期間曝らされても腐食しな
いようにでき、かつ、特に腐食の生じ易い鏡板及び天板
と煙管との接続部の曲げ半径を小さく加工して、煙管接
続部の隙間の深さ、外胴と鏡板との接続部の隙間の深さ
を極力小さく形成される構成にしたので、熱交換部材同
志の接続部の隙間腐食を材質的にも、構造的にも防止で
きるなど、給湯機に使用する熱交換部材の耐久性、耐食
性を向上させるのみならず、改良組成ステンレス鋼の優
れた加工性を生かして、給湯機の小型化、軽量化及び生
産性の向上による総合コストの低減と給湯機の低廉化が
図れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す給湯機の断面図、
第２図は、煙管と鏡板との接続部の拡大断面図、第３図
は、煙管と天板との接続部の拡大断面図、第４図は、M
o,Mnの含有率と、耐応力腐食割れ発生時間との関係を示
すグラフ、第５図は、Mo,Mnの含有率と腐食減量との関
係を示すグラフ、第６図は、Cuの含有率と耐応力腐食割
れ発生時間との関係を示すグラフ、第７図は、Cuの含有
率と腐食減量との関係を示すグラフ、第８図は、本発明
の給湯機に使用する改良組成ステンレス鋼、及び従来の
ステンレス鋼と耐応力腐食割れ発生時間との関係を示す
グラフ、第９図は、改良組成ステンレス鋼、及び従来の
ステンレス鋼と腐食減量との関係を示すグラフ、第10図
は、改良組成ステンレス鋼、及び従来のステンレス鋼の
溶接部と腐食減量との関係を示すグラフ、第11図は、改
良組成ステンレス鋼、及び従来のステンレス鋼と隙間腐
食減量との関係を示すグラフ、第12図は、改良組成ステ
ンレス鋼、及び他の材質の酸液（dip）における腐食量
変化を説明するためのグラフ、第13図は、従来の給湯機
の一例を示す断面図、第14図は、従来の煙管と鏡板との
接続部の拡大断面図、第15図は、従来の煙管と天板との
接続部の拡大断面図である。（３）（４）（５）（６）及び（13）はそれぞれ熱交換
部材としての内胴、外胴、鏡板、天板及び煙管である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭54−149316（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−185763（ＪＰ，Ａ) 特開平１−159351（ＪＰ，Ａ) 特開平２−190451（ＪＰ，Ａ) 特開平２−192543（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 302 C22C 38/54 F24H 1/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】給湯水加熱のための水室を環状に形成する
内胴、外胴、鏡板、天板及び水室を貫通して燃焼ガスを
排気ガス室に導く煙管の各部品の部材が C/0.06wt％以下 Si/1.0〜4.0wt％ Mn/0.3wt％以下 Cr/18〜23wt％ Ni/8〜18wt％ Cu/1.0〜3.0wt％ Mo/0.3〜0.7wt％ N/0.05wt％以下 B/0.001〜0.005wt％を含み、残部はFe及び不可避的不純
物の組成であるオーステナイト系ステンレス鋼で構成さ
れ、かつ、鏡板及び天板と煙管との接続部の曲げ半径を
外胴と鏡板との接続部の曲げ半径以下にして、煙管接続
部の隙間の深さが外胴と鏡板との接続部の隙間の深さよ
り小さく形成されていることを特徴とする給湯機。