JPH0285643A

JPH0285643A - 温水器

Info

Publication number: JPH0285643A
Application number: JP23626788A
Authority: JP
Inventors: Kenjiro Ito; 伊東　建次郎; Masahiro Kinugasa; 衣笠　雅普; Tsuguyasu Yoshii; 吉井　紹泰
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1990-03-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は耐用寿命を飛躍的に高めたステンレス製の温水
器に関する。

（発明の背景）ステンレス鋼は非常に優れた耐食材料であり５耐食性を
有することから水環境で使用される各種機器に汎用され
ている。温水器もその例であるがステンレス鋼であって
も腐食の問題が生ずることがある。ステンレス鋼製温水
器は、その構ａＪＩ。

溶接部、かしめ部、ガスケット部などで部分的に隙間構
造となることが多く、平坦な部位では耐食性が優れるも
のの、隙間構造部において、いわゆる隙間腐食を起こす
ことがある。ステンレス鋼の隙間腐食は、水に含まれる
塩化物イオンによって誘発されるもので、ＣＮ−ｆｉ度
が高いほど、また／！！□□□が高いほど隙間腐食性が
強くなる。従って。

水道水を使用し５０〜９０°Ｃ付近の温度で長時間使用
されるステンレス製の温水器では、隙間腐食を防止する
ことが耐久性の面から見ても重要な事項である。

この隙間腐食に対して最も一般的には、外部電源を用い
る電気防食法または犠牲陽極を取り付ける方法が用いら
れてきたが、Ｗ器の構造が簡単な場合には効果的である
が、複雑な構造では取り付けが難しく費用もかさむ。−
・方、防食を施さない無防食の方法としては耐食性のグ
レードを高くした高合金のステンレス鋼が使用されるが
素材のコストはさらに嵩むことになる。

〔発明の目的〕

本発明は３汎用ステンレス鋼を用いた温水器の隙間腐蝕
を従来のように電気防食法や犠牲陽極別設法によらず、
簡単且つ確実に防止することを目的としたものである。

〔発明の構成〕

温水がその中に蓄えられるかその中を通水するステンレ
ス鋼製の温水器において２本発明は５（１）温水に接す
る側のステンレス鋼表面のうち少なくとも隙間構造部の
表面とその周辺表面にＺｎまたはＺｎ合金の被膜を密着
させてなるステンレス鋼製温水器。

（２）温水に接する側のステンレス鋼表面のうち少なく
とも隙間構造部の表面とその周辺表面にＺｎまたはＺｎ
合金の被膜を密着させ、さらにこの被膜の表面にクロメ
ート被膜を被着させてなるステンレス鋼製温水器。

（３）温水に接する側のステンレス鋼表面のうち少な（
とも隙間構造部の表面とその周辺表面にＺｎまたはＺｎ
合金の被膜を密着させ、さらにこの被膜の表面に水酸化
亜鉛被膜を被着させてなるステンレス鋼製温水器、およ
び。

（４）温水に接する側のステンレス鋼表面のうち少なく
とも隙間構造部の表面とその周辺表面に水酸化亜鉛被膜
を被着させてなるステンレス鋼製温水器、を提供するも
のである。

本発明の温水器は、耐隙間腐蝕性が橿めて良好であり、
汎用ステンレス鋼を用いたものであっても長時間温水と
接しても耐用寿命を著しく延長することができる０本発
明の温水器は電気ヒータを内装した一般家庭用温水器や
構造が複雑な太陽熱温水器等に特に好適である。

〔発明の詳述］第１図は、ステンレス鋼製の缶体ｌの中にヒータ２を設
置した一般家庭用の電気温水器の例を示したものである
が、かような温水器では図のａ、ｂ。

Ｃで示したような箇所において必ず隙間構造ができる。

ａは給水管３の接続部５　ｂは温水取出し管４の接続部
、Ｃは加熱コイル５の接続部を示している。これら接続
部においては、第２図に拡大して示したように、ステン
レス鋼の缶体１の開口縁６（張り出し縁）に同じくステ
ンレス鋼のフランジ７を例えばＴＩＣ溶接によって取付
け、このフランジ７と同じくステンレス鋼の開口閉塞板
８とをガスケント９を介して接合する。この接合はボル
ト締め或いはかしめ等が行われる。前記の給水管、温水
取出し管、加熱コイル等は開口閉塞板８に貫通接続され
ることになる。このような接続部では、溶接部１０の重
ね合わせ部、ガスケット９の介装部近傍などで微小な隙
間が必ず生じ、ここで隙間ｇ蝕が発生することになる。

第３図は集熱パネル１１をステンレス鋼で構成した太陽
熱温水器の例を示したもので、集熱パネル１１は、第４
図の拡大断面に示すように、二枚のステンレス１１４４
Ｎ　１２　ａと１２ｂとの間で多数の通水管路１３が形
成されるように、各ステンレスｗ４仮に溝加工を施した
うえ１通水管路１３の両脇接面部を例えばシーム溶接に
よって線状に溶接される。このシーム溶接によって線状
のナゲツト１４が形成され。

このナゲツト１４の両側には通水管路１３に通ずる微小
な隙間が生ずる。したがって、このような太陽熱温水器
では通水管路の両側に管路に沿った隙間が生じ、水道水
を通水して昇温した場合に隙間腐蝕が発生することにな
る。

本発明は、かような隙間を多量にもつステンレス鋼製温
水器の隙間腐蝕の防止に成功したものである。

第５〜８図は前記のような温水器の隙間部分に対する本
発明の隙間腐蝕防止構造を図解的に示したものである。

これらの図において、　１６ａ、　１６ｂはステンレス
鋼板、　１７ａ、１７ｂは該伝熱面の接液側の表面、　
１８は腹側での隙間を示している。

第５図は前記（１）に対応する本発明の基本構成を示し
たもので、隙間１８に面するステンレス鋼の接液側表面
１７ａ、　１７ｂを、ＺｎまたはＺｎ合金のめっき層１
９ａ、１９ｂ（好ましくは膜厚が０．５ｇ／ｍ”以上）
で覆ったものである。すなわち、隙間１１３を形成して
いる最外表面（液と接する面）はステンレス鋼に密着し
ためっきｌ１１９ａ、１９ｂからなっている。めっき層
１９ａ、１９ｂは隙間１８を形成している表面に密着し
ていることが必要である。隙間１８を形成していない表
面、従って隙間腐蝕が問題とはならないステンレス鋼接
液面については本発明の目的から外れるが９機器製造の
都合上めっき層で覆うことが有利な場合には覆っておけ
ばよい。また、この隙間１８の表面とは外れた表面にＺ
ｎまたはＺｎ合金のめっき層が存在すると、この部分が
犠牲陽極として作用し、またここで形成した水酸化亜鉛
被膜が酸素還元のバリヤーとなって自然電位の−Ｌ昇を
抑え、隙間腐蝕の防止に有利に作用する。したがって、
隙間を形成しているステンレス鋼表面と、この表面以外
の表面にも同様のめっき層を形成しておくことは隙間腐
蝕の防止に一層有利に作用する９このため、前記（１）
に対応する隙間腐蝕防止構造では、温水に接する側のス
テンレス鋼表面のうち少なくとも隙間構造部の表面とそ
の周辺表面にＺｎまたはＺｎ合金の被膜を密着させてお
く。

第６図は前記（２）に対応する本発明の温水器隙間部の
被膜構造を示したもので２隙間１８に而するステンレス
鋼表面１７ａ、１７ｂを、ＺｎまたはＺｎ合金のめっき
層１９ａ、１９ｂと、その表面に形成したクロメート被
膜２０ａ、　２０ｂとで覆ったものである。すなわち。

隙間１８に面するステンレス鋼表面１７ａ、１７ｂをＺ
ｎまたはＺｎ合金のめっき層１９ａ、１９ｂで密着させ
たうえ。

このめっき層１９ａ、Ｉ９ｂの接液側表面にクロメート
処理被膜２０ａ、２０ｂを形成させたものである。

第７図は前記（３）に対応する本発明の温水器隙間部の
被膜構造を示したもので、隙間１８に面するステンレス
鋼表面＋７ａ、１７ｂを１　　ＺｎまたはＺｎ合金のめ
っき層１９ａ、１９ｂと、その表面に形成した水酸化亜
鉛被膜２１ａ、２１ｂとで覆ったものである。すなわち
、隙間１８に面するステンレス鋼表面１７ａ、１７ｂを
ＺｎまたはＺｎ合金のめっき層１９ａ、１９ｂで密着さ
せたうえ、このめっき層１９ａ、１９ｂの接液側表面に
水酸化亜鉛被１１２１ａ、２１ｂを形成させたものであ
る。この水酸化亜鉛被膜２１ａ、２１ｂはめっき層１９
ａ、１９ｂを形成させたあと、そのめっき亜鉛の表面部
を化学反応によって水酸化亜鉛に変えて水酸化亜鉛被膜
を形成するのがよい。

第８図は前記（４）に対応する本発明の温水器隙間部の
被膜構造を示したもので、隙間１８に面するステンレス
鋼表面１７ａ、１７ｂを水酸化亜鉛被膜２１ａ。

２１ｂで覆ったものである。水酸化亜鉛被膜１７ａ、　
１７ｂは前記（３）の構造におけるめっき層の全厚みを
水酸化亜鉛に化学変化させることによって形成するのが
よい。これによってステンレス鋼接液面１７ａ、　＋７
ｂに対して水酸化亜鉛被膜２１ａ、２１ｂを形成させる
ことができる。

これらいずれの構造（１）〜（４）においても、温水器
の接液側の隙間はステンレス鋼表面同士で形成される場
合のほか、隙間を形成する一方の面だけがステンレス鋼
である場合でも　（例えば他方の面がガスケントである
場合でも）そのステンレス鋼の接液側表面に前記の構造
の被膜を形成させることによってその表面の隙間腐蝕を
防止することができる。また、隙間の形状は図示の例に
限らず、隙間腐蝕を起こすような隙間であれば全て本発
明の構造が適用できる。そのさい被膜はステンレス鋼の
接液側表面に密着して形成されていることが必要であり
、該被膜が隙間以外のステンレス鋼接液側表面に形成さ
れていても特に問題はなく、むしろ好ましい。

従来より、Ｚｎ被覆は一般に普通鋼の腐食を防止するた
めに用いられてきた。普通鋼においてはＺｎが犠牲熔解
し、金属Ｚｎが消耗すると直ちに腐食することから、金
属Ｚｎとして残存する期間が耐久性の指標となっている
。Ｚｎが犠牲溶解してなくなる現象は普通鋼のＺｎ被覆
材と同様にＺｎ被屓ステンレス鋼においても推察され得
る。すなわち、ステンレス鋼上のＺｎが溶解して無くな
ると普通鋼と同じようにＺｎによる防食効果は無くなる
と考えるのが普通である。

ところが２本発明者らはステンレス鋼にＺｎ被覆した場
合の防食効果について、Ｚｎの溶解後に−）いてもさら
に細部にわたって種々の面から検討した結果、Ｚｎが存
在しているときはもちろんのこと、Ｚｎが腐食し水酸化
亜鉛となった際にもステンレス鋼の腐食を防止する作用
のあることを見出し、た、また、Ｚｎの消耗量も普通鋼
に比ベステンレス鋼のほうが少ないこともわかった。し
たがって１本発明の温水器は金属Ｚｎが無くなったあと
でも水酸化亜鉛が防食効果を発揮し、半永久的に隙間腐
蝕を防止することができる点で、その効果は格段のもの
がある。この防食効果を示す水酸化亜鉛被膜は予め形成
させておいてもよいし、温水器使用中にＺｎ被膜が水酸
化亜鉛被膜に変性したものでもよい、またクロメート処
理を最外層に形成しておくと一層防食効果が良好となる
′。

隙間での防食機構としては、第一に、隙間内のＺｎは溶
出し難＜、Ｚｎがある間は犠牲溶解による防食効果が働
き、さらに隙間内で溶解し腐食生成物となった水酸化亜
鉛が隙間内でのｐＨの低下を抑制して、素地の腐食を防
止する作用として働くものと考えられる。第二に、隙間
外部でのＺｎはもちろん犠牲防食の役目をし、Ｚｎが溶
けて水酸化亜鉛となっても、この水酸化亜鉛が酸素還元
のバリヤーとなって自然電位の上昇を抑え、腐食を防止
するものと考えられる。

このことは、以下に示す本発明者らの行った試験結果か
ら実証され得る。

試験例第９図は５ｕｓ３１６ステンレス鋼の素材と、めっき１
４寸量をかえてＺｎめっきした５０５３１６ステンレス
鋼の隙間腐食性を調べた結果を示す、隙間構造は第１０
図に示したようして形成させた。すなわち。

板状試験片２３の中央に穴をあけ、これにＴ＋ボルト２
４を通してテフロンガスケット２５およびＴｔワッシャ
２６を介してＴｉナンド２７で固定する。これによって
、テフロンガスケット２５と試験片２３の間には隙間が
形成される。試験片はボルト穴をあけたあとめっきした
。従って穴の表面にもめっき層が存在する。試験は３．
５χＮａＣ１の８０°Ｃの水溶液にこの試験構造体を浸
漬して行い、自然電位の変化と試験片の隙間内の腐食状
況を観測した。

第９図の結果から、ステンレス鋼の素材の電位は高いが
、短時間で腐食し腐食電位まで低下してくることがわか
る。一方、Ｚｎ被覆したステンレス鋼は、Ｚｎが存在す
る間は電位も低くＺｎの犠牲？８％Ｔによる防食効果が
認められる。Ｚｎが溶解して消耗すると電位は上昇して
くる。隙間内のＺｎは液面との接触面積が狭く液中への
Ｚｎの拡散が１１１制されＺｎの消耗速度は遅くなるが
２時間と共に順次なくなり５時間とともに電位も上昇す
る。

しかし、めっき付着量が０．５ｇ／ｍ”以上のものは腐
食しない、これは水酸化亜鉛のｐＨ緩衝作用が有効に働
いてきたためと考えられる。

第１表は第９図で示した試験を種々の表面処理材につい
て６ケ月間行った後の腐食の状況を示したものである。

第１表の結果から、水酸化亜鉛になっても、Ｚｎの目付
量が０．５ｇ／ｍ”以上あると隙間腐食がおこらないこ
とがわかる。めっき量がこれ以下では、Ｚｎの効果が十
分に得られず隙間腐食を防止する時間は短（なる、また
、めっき量が多いほど効果的と考えられる。

第２表は鋼種を変えて同じ実験を１０日間行ったときの
結果を示す。鋼種が異なる場合にもＺｎの効果は十分に
認められる。

第３表はＺｎ合金被覆したステンレス鋼の隙間腐食性を
第９図と同じ条件で調べたものである。

Ｚｎ被覆の効果はＺｎ単独被覆のみならずＺｎ合金被覆
においても認められる。これらの合金被覆においても付
着量が、　０．５ｇ／＋”以上であれば、隙間腐食は生
じない。

第１表第２表第３表このように、ステンレス鋼の隙間腐食の防止に対して水
酸化亜鉛は有効に作用している。

第１１図は、試験片に２３ｇ／ｍ”のＺｎめっきを施し
たうえ、そのＺｎめっき層の表面を水酸化亜鉛化処理し
、Ｚｎ十氷水酸化亜鉛被膜した場合と、全水酸化亜鉛被
膜とした場合について、第９図の場合と同じ条件で隙間
腐食試験を行った結果を示したものである。第１１図の
結果から、Ｚｎめっきのまま、Ｚｎと水酸化亜鉛の複層
構造、および水酸化亜鉛被膜ではそれぞれ電位の変化は
異なることがわかる。Ｚｎめっきの表面の厚みの一部を
水酸化処理した複層構造では電位の上昇する時間は速く
なるが、その後の電位の変化はＺｎめっきままと殆ど同
じである。水酸化亜鉛だけの被覆構造ではＺｎの犠牲溶
解による防食は見られないが、電位の変化はＺｎめっき
材のＺｎの溶解後の電位の変化と同じ挙動を示す、第４
表はこの試験後の腐食状態を示したが、素材以外のいず
れの材料も隙間腐食は発生していない。

第４表以上の試験結果は、実際の温水器においても本発明の効
果が６１！認された。すなわち、先に第１図を参照して
説明した温水器に対し、隙間部ａ、ｂ、ｃを構成するス
テンレス鋼材料（Ｓ［１Ｓ３０４）にＺｎ被覆を約１０
ｇ／ｍ”の厚みで施したものと約８０ｇ／＋＋＋”の厚
みで施したもの、さらにその表面にクロメート被膜を形
成させたもの、水酸化被膜を形成させたものを作製し、
このような被膜を鰺さないものとの対照試験を行った。

試験は、塩素イオン濃度が２０００ｐｐ−の８０°Ｃの
温水を３０日間循環させる耐久性試験を行った。試験後
接合部を解体して内面を調査したところ０本発明に従う
被膜構造無しの温水器ではガスケ／トの当り面や付近の
隙間部では激しい隙間腐蝕を起こしていたが、本発明に
従う被ｊ漠構造をもつものではいずれのものも、どの隙
間にも隙間腐蝕は全く生しなかった。

また、第３図および第４図に示した太陽熱温水器におい
て、　５ＵＳ４３０１Ｘのステンレス鋼の集熱パネル１
１の接液側表面に約２０ｇ／ｓ”の厚みの亜鉛被膜を施
したものと、施さないものとを作製し、塩素イオン濃度
が１１０００ｐｐの８０°Ｃの温水を通水路１３に６０
Ｆ１間循環させた。試験後、シーム溶接の隙間部を押し
広げて腐食状況を調べたところ、亜鉛被膜を施したもの
は隙間腐蝕は全く認められなかった。

これに対し１該被膜無しのものはシーム溶接の熱影響部
には激しい隙間腐食が発生していた。

以北説明したように２本発明の温水器は隙間部での隙間
腐蝕を起こさない０本発明に従う被膜構造は、電気Ｚｎ
めっき、？８融Ｚｎめっき、蒸着ＺｎめっきなどでＺｎ
またはＺｎ合金を被覆する。！！！布や溶射などによっ
てＺｎまたはＺｎ合金とその水酸化物を付着させる。さ
らに隙間内にＺｎまたはＺｎ合金の箔または板状のもの
を挿入する。といった処決で該被膜構造を形成すること
ができ、いずれの方法においてもステンレス鋼伝熱面の
隙間腐食の防止が達成できる。

本発明によれば、中性の水環境で用いられるステンレス
製の温水機器において、隙間構造部の隙間腐食が防止さ
れ５その結果機器の耐久性が著しく向上することができ
る。しかも、ＣｒやＭｏなどの耐食性改善元素を多くし
た高価な材料を用いる必要がなく、コストの低減が可能
な上古資源の観点からも有益である。また、ステンレス
鋼のみで機器を構成する場合のように隙間構造を避ける
などの設計上の制約を受けないことから自由な設計がで
きることになり、効率のよい温水器を制約な（製作でき
る。したがって、一般家庭で用いられる電気温水器や温
水ボイラー、太陽熱温水器あるいは貯湯槽や高架水槽は
もとより、業務用や工業用に用いられる各種のステンレ
ス鋼製温水器に対して経済的に隙間腐蝕の防止を図るこ
とができ。

耐用寿命と経済性からその製品価値を著しく高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温水器の隙間部を説明するための略断
面図、第２図は第１図の隙間部の拡大断面図５第３図は
太陽熱温水器の例を示す一部切欠斜視図、第４図は第３
図の集熱パネルの隙間構造を示す拡大断面図、第５図〜
第８図はいずれも本発明に従う温水器の隙間部の被膜構
造例を示した拡大断面図、第９図は隙間腐蝕試験におけ
る自然電位の経時変化を示す図、第１０図は隙間試験に
おける隙間形成状態を示す側面図、第１１図は他の隙間
試験における自然電位の経時変化を示す図である。ｌ・・ステンレス鋼製の缶体２・・電気ヒータ、　　７・・フランジ。９・・ガスケラ）、　　１０・・溶接部。１１・・ステンレス鋼製の集熱パネル。１３・・通水路、　　１４・・シーム溶接部。＋６ａ、１６ｂ　　・・ステンレス鋼。＋７ａ、　１７ｂ・・ステンレス鋼の接液側の表面。１８・・腹側の隙間１１９ａ、　１９ｂ・・ステンレス鋼表面に形成したＺｎ
またはＺｎ合金の被膜。２０ａ　、　２０ｂ・　・クロメート被膜１２１ａ、２
１ｂ・・水酸化亜鉛被膜。出廓人　日新製鋼株式会社第１図第５図第６図第７図第８図第９図経過時間　（ｈ）第１０図第１１図経過時間　（ｈ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）温水がその中に蓄えられるかその中を通水するス
テンレス鋼製の温水器において、温水に接する側のステ
ンレス鋼表面のうち少なくとも隙間構造部の表面とその
周辺表面にＺｎまたはＺｎ合金の被膜を密着させてなる
ステンレス鋼製温水器。
（２）温水がその中に蓄えられるかその中を通水するス
テンレス鋼製の温水器において、温水に接する側のステ
ンレス鋼表面のうち少なくとも隙間構造部の表面とその
周辺表面にＺｎまたはＺｎ合金の被膜を密着させ、さら
にこの被膜の表面にクロメート被膜を被着させてなるス
テンレス鋼製温水器。
（３）温水がその中に蓄えられるかその中を通水するス
テンレス鋼製の温水器において、温水に接する側のステ
ンレス鋼表面のうち少なくとも隙間構造部の表面とその
周辺表面にＺｎまたはＺｎ合金の被膜を密着させ、さら
にこの被膜の表面に水酸化亜鉛被膜を被着させてなるス
テンレス鋼製温水器。
（４）温水がその中に蓄えられるかその中を通水するス
テンレス鋼製の温水器において、温水に接する側のステ
ンレス鋼表面のうち少なくとも隙間構造部の表面とその
周辺表面に水酸化亜鉛被膜を被着させてなるステンレス
鋼製温水器。