JPH0339449A - 給湯機 - Google Patents

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】 （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 従来のこの種の給湯機は、例えば実公昭５７−１５４７
９号公報に開示されているように、氷室の内側に燃焼室
を設け、水室壁を介して燃焼室の燃焼ガスで氷室の水を
加熱するとともに、氷室に複数本の煙管を設け、この煙
管に燃焼ガスを通して氷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）は給湯機の熱交換器、（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氷室、（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
〉の底部を閉室する下部耐火材、（１０）は燃焼室（７
）の上部を閉室する上部耐火材、（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〉は氷室（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〈１２〉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
焼ガスと氷室（２）の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−２Ｍ。

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、５ＵＳ４４４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５ＵＳ４４４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おため、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〉の燃焼ガスが氷室（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耐応力腐食割れ
性と耐孔食性に優れた材料で作られている給湯機を提供
することを目的とする。

（二〉課題を解決するための手段 この発明では、燃焼ガス及び水と接触する熱交換部材が
、０．０６ｗｔ％以下のＣ，１，０〜４．０ｗｔ％のＳ
ｉ、０．３ｗｔ％以下のＭｎ、　１８〜２３ｗｔ％のＣ
ｒ、　　８〜１８ｗｔ％のＮｉ１１　、　Ｏ〜３　、　
Ｏｗｔ％の（ｕ。

０．３〜０　、７　ｗｔ％のＭＯｌｏ、０５％４ｔ％以
下のＮ１０．００１〜０．００５ｗｔ％のＢを含み、残
部はＦｅ及び不可避的不純物の組成である耐応力腐食割
れ性と耐孔食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼
で作られている構成である。

（＊）作用 このようなオーステナイト系ステンレス鋼で作られた熱
交換部材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、耐応力腐食割れ性のみならず、加工性に
優れているため、曲げＲを小さくして隙間腐食を防止す
ることが可能である。

（へ）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
れたオーステナイト系ステンレス鋼（以下、本発明例の
ステンレス鋼という）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Ｒを小さくし、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。

本発明例のステンレス鋼は、 ｃ、’　ｏ、ｏ　６ｗｔ％以下、 Ｓｉ／１．０〜４．０ｗｔ％、 Ｍｎ／　０　、３　ｗｔ％以下、 Ｃｒ／　１８〜２３ｗｔ％、 Ｎｉ／８〜１８賀ｔ％、 Ｃｕ／　１　、　Ｏ〜３　、　Ｏｗｔ％、Ｈｏ／　０　
、３〜０　、７　ｗｔ％、Ｎ１０．０５耽％以下、 Ｂ１０．００１〜ｏ、ｏ　ｏ　ｓ％＃ｔ％を含み、残部
はＦｅ及び不可避的不純物の組成であり、（、Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｏ、Ｎ、及びＢを必須成分と
する。

本発明例のステンレス鋼において、Ｃは０．０６ｗｔ％
以下である。Ｃは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はマイルドな環境では耐応力腐食割れ性を改善する
効果は小さいが、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用
途では１　、　Ｏｗｔ％以上添加する。しかし、４　、
　Ｏｗｔ％を超えると熱間加工性と溶接性が低下する。

Ｍｎは本発明の根本をなす元素であり、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。Ｍｎを０　、３　ｗｔ％以下とすることに
より著しい向上効果が得られる。

Ｃｒはステンレス鋼に不可欠な耐食性に有効な元素であ
り、本発明鋼の場合１８〜２３ｗｔ％とする＊１８ｗｔ
％未満のときは耐食性が充分ではなく、２３ｗｔ％を超
えるときは耐食性は良いが高価格となり、本発明の目的
に反することになる。

Ｎｉはオーステナイト系ステンレス鋼であることから８
〜１８ｗｔ％とする。８能％未満のときは組織がオース
テナイト相とならず、１８ｗｔ％を超えるときは高価格
なステンレス鋼となる。

Ｃｕは本発明に不可欠の元素であり、１ｗｔ％以上含有
させることにより耐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。但し、
Ｃｕが３　、　Ｏｗｔ％を超えると熱間加工性が劣化す
る。

Ｈｏは本発明の根本をなす元素であり、その適量の添加
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恥の影響を
示す。Ｈｏを０．３〜０．７ｗｔ％とすることにより著
しい耐応力腐食割れ性の向上効果が得られる。

Ｎは耐孔食性を向上させるが、一方、耐応力腐食割れ性
を著しく害する元素でもあるので０９Ｏ５賀ｔ％以下と
する。

Ｂは本発明に不可欠の元素であり、０．００１〜０．０
０５ｗｔ％含有させることにより熱間加工性を改善する
０本発明鋼のような低Ｍｎ鋼ではＭｎＳの生成量が少な
く、そのため熱間で粒界にフィルム状に析出すると考え
られるＦｅＳの生成量が多くなり熱間加工性が低下する
。０．００１ｗｔ％以上のＢ添加によりこのような熱間
加工性の低下が改善されるが、０．００５ｗｔ％を超え
ると耐孔食性が劣化してくるため好適範囲を０．００１
〜Ｏ，００５ｗｔ％とした。

なお、残部は鉄であるが、本発明鋼は上記化学種以外に
Ｐ、Ｓ、Ａ１等の不可避的不純物を含有していてもよい
。

以下、本発明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を本発明例とし、化学組成が本発明範
囲をはずれるＮ１３６〜１１及び５ＵＳ３１６を比較例
とした。

本発明例及び比較例の上記鋼塊の側面から１０ｍ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
、６．４ｍφの丸棒試験片を作製した。

上記鋼塊は以下の条件で厚さ２１１１１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３０Ｗ
ｎのスラブを製造した。

（２）１２５０″Ｃの加熱温度で熱間圧延し、厚さ４ａ
ｎ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２ＴＮＢ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−ＧＯ５７
６に準拠した沸騰塩化マグネシウム試論を行った。すな
わち先に示した２ＩＩＩＩＩ厚の冷延焼鈍鋼板より１．
５’Ｘ１５”Ｘ７５’ａｍの試験片を作製し、湿式＃５
００研磨仕上の径内側半径Ｂｍｍ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−ＧＯ５７８に示す塩化
第２鉄腐食試験を行った。先に示した２−厚の冷延焼鈍
板より２’Ｘ３０°Ｘ３Ｑ’ｎｎ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″Ｃ×
５０秒保持後、１００℃／ｗｉｎ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１００ｍ１／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。本発明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。比較例は鬼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。またへ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。

〈以下余白〉 箪 婁 第 ２ 表 また、本発明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、Ｈｏを０　、５　ｗｔ％、Ｍｎを０　、２　ｗｔ
％程度に抑え、微量のＢを添加し、他の金属を含んだ本
発明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表は上記本発明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、本発明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、本発明のステンレ
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図は本発明例のステンレス鋼（Ａ）と第３表、及び
第４表の＆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ＭｇＣ１
ｍ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、本発明側以
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、ＭｇＣＬの濃度が高くなるのに伴い僅か
ずつ短くなり、本発明例のステンレス鋼の割れ辻ＭｇＣ
１ｎ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図は本発明例のステンレス鋼（Ａ）と第３表及び第
４表のＮＩＩＢ−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ＦｅＣ１ｍ溶液と１／２
ＯＮ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ｇ量を計測したものである。

第９図の実験結果には、本発明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。

〈以下余白〉 第 ４ 表 第 表 （ｗｔ％） （ｗＥ％） 第 表 第１０図は本発明例のステンレス鋼（Ａ）と第３表及び
第４表のｌ＆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、本発明例のステンレス鋼（Ａ）が従来のオーステナ
イト系ステンレス鋼（例えば５ＵＳ３１６）やフェライ
ト系ステンレス鋼（例えば５ＵＳ４４４）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図は本発明例のステンレス鋼＜Ａ）と第３表及び
第４表のＮｎＢ−Ｆのステンレス鋼の隙間腐食ｇ量の実
験結果を示したものであり、３．５％のＮａＣ１溶液と
０．１％のＨｌｏ、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°Ｃ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、
本発明例のステンレス鋼（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（１
３〉等に最適である。

第１２図は本発明例のステンレス鋼（Ａ）と炭素Ｍ（５
ＰＣＣ）、銅（Ｃｕ）及びフェライト系ステンレス鋼（
ＳＵＳ４４４）の腐食量の実験結果を示したものであり
、Ｃ１−（ＨＣＩ）が約５００　ＰＰＭ、ｓｏ’；（ｕ
ｔｓｏａ）が約４００　ＰＰＭ、Ｎｏ−（Ｉ（Ｎｏ、）
が約１１００ＰＰ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、本発明例のステンレ
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
らされやすい内胴り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
間腐食性に優れた本発明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（１
３〉・・・・・・等の熱交換部材が作られているので、
長期の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ため、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 この発明は以上のように構成された給湯機であり、燃焼
ガス及び水と接触する熱交換部材が耐応力腐食割れ性と
耐孔食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼で作ら
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、さらには、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、熱交換部材の耐久性、耐食性を向上させつ
つ、給湯機の小型化、軽量化及び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、Ｈ
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、Ｈｏ　、　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、本発明例のステンレス鋼、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、本発明例のステンレス鋼、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、本発明例のステンレス鋼、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、本発明のステンレス鋼、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、本発
明のステンレス鋼、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
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼ガス及び水と接触する熱交換部材が、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％、 Ｈｏ／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耐
   応力腐食割れ性と耐孔食性に優れたオーステナイト系ス
   テンレス鋼で作られていることを特徴とする給湯機。