JPH08178585A - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 防食効果はもちろんのこと、青い水現象、
Ｉ型・ＩＩ型孔食、或は潰食等をなくした熱交換器の製
造方法の提供する。 【構成】 ガス瞬間湯沸器を構成する熱交換器の製造
方法であって、ケーシングに銅管を配設し、銅管のケー
シング内に位置する部位に多数枚の熱交フィンを列設し
た熱交換器において組立工程１１，１２の後、銅管内に
無電解スズメッキ液を循環させてその銅管の内周面にス
ズメッキ層を形成するメッキ工程１４を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス瞬間湯沸器等の熱
交換器の製造方法に関し、さらに詳しくは、ケーシング
に熱交フィンとともに配設される銅管に水や熱湯水が流
れることによって、銅管の内面に腐食や孔食、或はいわ
ゆる青い水現象等を起こさないような熱交換器の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガス瞬間湯沸器等に使用される熱交換器
は、一般にケーシングに銅管を配設し、その銅管のケー
シング内部位には熱交フィンを列設した状態で一体的に
組付け構成される。そしてこのようにして製造された熱
交換器は、通常銅管の内面処理がなされておらず、銅管
そのものはケーシングに沿った曲げ加工性に比較的優れ
加工がし易く、また常温付近の冷水に対しては耐食性に
も比較的優れているが、特定の使用環境、特に水質によ
っては銅イオンの溶出による青い水の問題が生じたり、
管内面に孔食や潰食を生じることがある。

【０００３】ここで、例えば青い水とは、一般に銅管の
内面にはＣｕ2Ｏ 、ＣｕＯ、塩基性炭酸銅やオルト珪酸
銅などの皮膜ができるが、ｐＨが低くなり酸性水に近く
なるとこれらの化合物の溶解度が高くなり、銅イオンの
水中への溶出量が多くなって発生するものである。

【０００４】また、循環式給湯系の銅管に生じやすいい
わゆるＩＩ型孔食と称される現象も生じ、これは孔食部
の上に塩基性硫酸銅の盛り上がりを生成し、孔食内部に
亜酸化銅及び塩化銅が詰まって間口が狭くなった状態を
引き起こすこともある。更に、潰食は流速が過大になっ
たり水流の乱れが激しくなる等の機械的要因やｐＨ、炭
酸成分、陰イオンの飽和度等による化学的要因によっ
て、腐食面に馬蹄跡の腐食形態を示し、水の下流側に向
かって深く侵食するものである。

【０００５】ところでこのような熱交換器の製造方法と
して、特開平５ー１２６４８３号公報に示されるものが
提示されている。これは、ガス瞬間湯沸器の缶体（ケー
シング）にろう付けされる銅管のＩ型孔食の防止を目的
とするものであるが、銅管は通常その製造工程における
引抜き（抽伸）加工時に潤滑剤が用いられ、この銅管を
引抜き加工後に焼なまししたときに潤滑剤が熱分解し、
銅管の内周面に炭素皮膜が生成される。

【０００６】そこで、これを除去するため熱交換器の製
造の際、銅管を缶体（ケーシング）にろう付けするが、
このろう付け時に銅管の屈曲部付近をトーチで加熱し、
その後酸素を含むガスを銅管内に圧送して銅管内面に付
着している炭素皮膜を酸化し除去する。その後銅管内に
水などの流体を高速度で圧送して、銅管内面の酸化生成
物を除去するというものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開平５ー１２６４８３号公報に示される熱交換器の製造
方法によっても、確かにＩ型孔食の防止には効果がある
かも知れないが、前述したような青い水、ＩＩ型孔食、
潰食等の現象は全く回避されない。また、この製造方法
によれば、焼きなましをした銅管を缶体（ケーシング）
に予めおおまかにろう付けしておいて、しかる後細部の
ろう付けを行う際にバーナトーチを用いて銅管の屈曲部
を加熱する等、製造工程が複雑であるとの問題もある。

【０００８】一方、銅管の内周面に予めスズメッキ等に
より防食処理を施し、この防食処理した銅管を用いて、
これをケーシングに配設し、熱交フィン等も組付けした
後にろう付けすることにより熱交換器を製造することも
考えられる。

【０００９】しかしながらこのような製造方法によって
も、例えばろう付け炉内でろう付けを行うとしてその雰
囲気温度は非常に高温であるから、ろう付け部分の銅管
内面の温度は６００〜８００℃にもなっている。従っ
て、そのろう付け部分の銅管内周面の熱影響を受けた部
分では、スズメッキ層が銅管に拡散して、その部分では
結果的に耐食性に劣る銅一スズ拡散層が形成されてしま
い、金属スズのコーティングの保護被膜としての効果を
達成できず、「青い水」、「孔食」、「潰食」等の不都
合が発生することとなる。

【００１０】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的とするところは、防
食効果はもちろんのこと、青い水現象、Ｉ型・ＩＩ型孔
食、或は潰食等をなくした熱交換器の製造方法を提供す
ることにある。そして、これにより熱交換器としての寿
命の延長を期するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガス瞬間湯沸
器等を構成する熱交換器を製造するに際し、ケーシング
に銅管を配設すると共に、銅管のケーシング内に位置す
る部位に多数枚の熱交フィンを列設した熱交換器におい
て、組立後銅管内に無電解スズメッキ液を循環させてそ
の銅管の内周面にスズメッキ層を形成するようにしたこ
とを要旨とするものである。

【００１２】この場合に銅管の内周面に被覆される無電
解スズメッキ層の厚さとしては１乃至２μｍの厚さであ
ることが望ましい。１μｍ以下であると、一応防食効果
はあるものも恒久的な防食機能を発揮することができず
いずれは寿命が来てしまうし、２μｍ以上の厚さにする
ことは防食効果としては変わらず不経済でコスト高とな
るだけだからである。

【００１３】

【実施例】次に、本発明に係る熱交換器の製造方法の一
実施例について図面を参照して説明する。図１は、本実
施例により製造される熱交換器の概略構成を示した図で
ある。図１に示した熱交換器１は、ケーシング２に銅管
３が屈曲形成され銅管３のケーシング２内に位置する部
位には多数枚の熱交フィン４が列設されている。

【００１４】この場合、銅管３をケーシング２の外周面
に沿わせた部分はろう付けにより一体的に接合されてお
り、またこの図では分かりにくいが、銅管３と熱交フィ
ン４との間もろう付けにより一体的に接合されている。
具体的には、この図で示すように銅管３はケーシング２
の側面を２回転程度巻いてろう付けにより一体的に固定
され、また、ケーシング２の上部では熱交フィン４を貫
いてろう付けされている。

【００１５】ここで図２は、ろう付けされた銅管３の断
面を示した図である。ケーシング２と銅管３との接触線
に沿ってろう材５が上下方向からろう付けされている。
また図示しないが、銅管３と熱交フィン４，４…との間
は、熱交フィン４，４…の銅管３が貫通される穴の全
周、即ち銅管３の全周部分にわたって銅管３と熱交フィ
ン４，４…との間のろう付けが行われる。

【００１６】しかして本実施例に係る熱交換器の製造方
法では、図３に示す各工程に従って前記熱交換器が製造
される。先ず第１工程１１では、ケーシング２内の上部
開放端に多数枚の熱交フィン４が列設して固定され、そ
こへケーシング２外周部及び熱交フィン４を貫くように
して銅管３が配設する粗組立てが行われる。

【００１７】そのときに図２に破線で示したように、ろ
う棒５ａをケーシング２と銅管３との接触面に沿わせて
設けておき、また図示していないが熱交フィン４と銅管
２との間は、熱交フィン４の銅管が通る穴に切欠きを設
けておいて、その切欠きにろう棒５ａを通すことにより
銅管２に沿ってろう棒が設けられている。

【００１８】次に第２工程１２では、第１工程１１にお
いて配設された銅管３がケーシング２及び熱交フィン４
との間でろう付けが行われる。この第２工程では、この
ようにしておおまかに組立てられた熱交換器を非酸化性
のＤＸガス雰囲気にセットし、この雰囲気炉内を高温度
にすることにより行われる。

【００１９】炉内を高温度にすることによりろう棒が溶
け、ケーシング２と銅管３とは図２に示したように接触
面に沿ってろう付けされ、銅管３と熱交フィン４，４…
との間も熱交フィン４，４…の銅管３が貫通される穴全
周に沿って熱交フィン４，４…と銅管３とのろう付けが
行われる。

【００２０】このように第１工程１１及び第２工程１２
を経て熱交換器が形成された後、更に銅管３内面に金属
スズがコーティングされて保護皮膜が形成される。しか
し、銅管３の内面には、銅管製造時に付着する潤滑剤等
がろう付け時の熱によって分解され、その銅管３の内面
に炭素被膜が付着している。

【００２１】このようにメッキする素材が油脂その他の
有機物で汚れているときには、素材に適する予備洗浄が
必要となる。そこで、銅管３内面の汚れがひどい場合に
は、第３工程１３で次のような洗浄工程が行われる。先
ずアルカリ性電解脱脂剤を流し込んで脱脂し、その脱脂
剤によて炭素被膜が銅管３内面から除去された状態で水
を流して水洗が行われる。

【００２２】そして、水洗が行われた後に希酸を流し込
んだ後水洗いが行われ、また更に６０〜７０℃の温水で
湯洗が行われる。尚、多少の酸化被膜が付着している程
度であれば予備洗浄は必要ではなく、また、メッキする
前に銅管３内面を十分に乾燥させる必要もない。

【００２３】このような洗浄工程を経て第４工程１４の
スズメッキのメッキ処理が行われるが、更にスズメッキ
の効果を高めるために後工程として水洗、湯洗（６０〜
７０℃）、そして乾燥の工程を経るのが好ましい。以上
のように行った洗浄工程の内、メッキ前の湯洗はムラの
ない均一な光沢皮膜を得るのに効果的であり、メッキ後
の湯洗が変色を防止し、防錆力を向上させるものであ
る。

【００２４】続いて、第３工程１３で洗浄が行われた銅
管３の内面をコーティングする無電解スズメッキのメッ
キ処理を行う第４工程１４について説明する。本実施例
の無電解メッキ処理においては置換形メッキが行われ
る。

【００２５】置換スズメッキは、メッキ浴の液を銅管内
に循環することによりメッキができ銅管内がコーティン
グされることとなる。このときのメッキ厚は１〜２μｍ
程度である。これは、メッキ液の温度は５０〜６０℃
で、これを５０〜６０分間の間銅管内に循環させること
によって１〜２μｍの厚さのメッキ層が形成される。従
って、このような第１工程から第４工程を順を追って実
行することにより、銅管内部がスズメッキによってコー
ティングされた熱交換器が製造される。

【００２６】このような、作業工程を取ったことにより
ろう付け時の高熱が銅管の内面にコーティングされた金
属スズを拡散させることがなくなった。そのため、青い
水、孔食、更に潰食等の問題点が以下に示すよう解消さ
れることとなった。以下、各種問題点に対する測定結果
について説明する。

【００２７】（１）銅イオンの溶出（青い水）について 青い水の試験には、名古屋市水道水をｐＨ５，６，７に
それぞれ調整したものを、本実施例の製造方法による熱
交換器１と従来の方法による熱交換器１中にそれぞれ２
４時間の間室温に設定したものを放置した後に出湯水の
分析を行った。本発明の方法による熱交換器１のスズメ
ッキ層の厚さは１．５μｍであり、従来方法のものは無
処理のものである。

【００２８】その結果、次の表１に示したように従来の
熱交換器１では、ｐＨ５で０．７ｍｇ／リットル，ｐＨ６及
びｐＨ７でそれぞれ０．３ｍｇ／リットルの銅イオンの溶出
量を検出したのに対し、本実施例による熱交換器１では
ｐＨ５乃至７のいずれでも０．０１ｍｇ／リットルであっ
た。

【００２９】

【表１】

【００３０】従って、本実施例では、銅管内面にコーテ
ィングしたメッキスズは青い水に対して効果的であり、
また、本実施例の製造方法によれば銅管内にコーティン
グしたメッキスズそのままの効果を発揮することが可能
となった。

【００３１】（２）耐孔食性について 耐孔食性の試験には、孔食を生じやすい水質での浸漬試
験を行った。ここで、孔食を生じやすい水質とは、ＨＣ
Ｏ3-／ＳＯ42- ＜１，ｐＨ＜７で高残留塩素濃度の条件
を有するものである。そして、この水質による水を６０
℃に設定し、１カ月の間通水試験を行った。その結果、
次の表２に示したように、従来のものでは孔食が発生し
たにもかかわらず、本実施例のものでは孔食が発生しな
い。これに対し、メッキスズは孔食に対して効果的であ
り、また、本実施例の製造方法によれば銅管内にコーテ
ィングしたメッキスズそのままの効果を発揮することが
可能となった。

【００３２】

【表２】

【００３３】（３）耐潰食性について 耐潰食性の試験には、潰食を生じやすい流速、即ち３ｍ
／ｓの速度で流れる水を６０℃に設定し、１カ月間のジ
ェット試験を行ったその結果、表３に示したように、従
来のものでは潰食を発生するのに対し、メッキスズは潰
食に対して効果的であり、また、本実施例の製造方法に
よれば銅管内にコーティングしたメッキスズそのままの
効果を発揮することが可能となった。

【００３４】

【表３】

【００３５】（４）フィールド試験について 通常の熱交換器１では、地下水でｐＨが低く遊離炭酸を
１７ｐｐｍ以上含んだ水を使用すると１年以内に熱交換
器１の胴体に巻かれた銅管の給水側内面に生じた孔食に
よって水洩れを生じる。しかし、本実施例による熱交換
器１では、次の表４に示したように、この種の地下水を
使用しても孔食を生じることがなく、長期間良好な状態
での使用が可能となった。

【００３６】

【表４】

【００３７】尚、上記各種試験は、熱交換器の銅管内周
面をスズメッキしたものと無処理のものとの比較で説明
したが、これが例えば、熱交換器に組付ける前に銅管内
周面を無電解スズメッキ処理し、これを熱交換器に組付
けしたものでは、やはりそのろう付け部分の銅管内周面
に銅−スズの拡散層が形成され、「青い水」、「孔
食」、「潰食」等の悪い現象が生じた。従って、折角銅
管内周面に金属スズのメッキ被覆処理をした効果が十分
に果たされないことが確認された。

【００３８】以上、実施例について説明したが、本発明
は何らこの実施例に限定されるものではない。例えば、
無電解処理メッキ液の液組成、あるいは液温、銅管内の
循環スピード等は適宜選択できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係る熱交換器の製造方法によれ
ば、予めケーシングに銅管と熱交フィンを組付けろう付
けした後に銅管内に無電解スズメッキ液を循環させて、
その銅管の内周面にスズメッキ層を形成するようにした
ので、あとでろう付けするよりも銅管内周面の保護皮膜
としての防食効果は優れる。従って、これをガス湯沸器
の熱交換器として使用した場合に、銅管内を流れる水や
熱湯水によって腐食されることはなく恒久的に使用でき
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造される熱交換器の外観斜視図
である。

【図２】図１に示した熱交換器におけるケーシングと銅
管との間のろう付け部分を拡大して示した断面図であ
る。

【図３】本発明に係る熱交換器の製造方法の一実施例の
製造工程を示す図である。

【符号の説明】

１ 熱交換器 ２ ケーシング ３ 銅管 ４ 熱交フィン ５ ろう材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス瞬間湯沸器等を構成する熱交換器の
   製造方法であって、ケーシングに銅管を配設すると共
   に、銅管のケーシング内に位置する部位に多数枚の熱交
   フィンを列設した熱交換器において、組立後銅管内に無
   電解スズメッキ液を循環させてその銅管の内周面にスズ
   メッキ層を形成するようにしたことを特徴とする熱交換
   器の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の熱交換器の製造方法にお
   いて、 銅管の内周面には無電解スズメッキ層を１乃至２μｍの
   厚さで被覆処理するようにしたことを特徴とする熱交換
   器の製造方法。