JP2004176088A

JP2004176088A - Plate type heat exchanger, and antifouling device therefor

Info

Publication number: JP2004176088A
Application number: JP2002341070A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Shimamune; 島宗孝之; Hiroyoshi Nishigori; 錦織弘宜; Takashi Mizumori; 水盛隆司
Original assignee: Katayama Chemical Inc
Current assignee: Katayama Chemical Inc
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-25
Also published as: JP4334205B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plate type heat exchanger in which, even when set to a seawater cooling water system, marine deposition organisms, and fouls such as slime and scale are prevented from be stuck to the surface of the heat exchanger, and which secures space-saving and further can maintain heat exchangeability over a long period, and to provide an antifouling device therefor. <P>SOLUTION: In the plate type heat exchanger, insulation treatment is performed so as to prevent the short-circuit of the contact part in each heat-transfer plate. In the antifouling device for the plate type heat exchanger, a power source of applying direct electric current with the heat-transfer plates in the plate type heat exchanger as electrodes is provided, and the anode plates and the cathode plates are alternatively arranged. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
この発明は、プレート型熱交換器およびその防汚装置に関する。さらに詳細には、海水冷却水系に設置した場合にも、海生付着生物、スライムおよびスケールなどの汚れが表面に付着しないプレート型熱交換器およびその防汚装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器は、温度の異なる流体の熱的な接触によって熱エネルギーの交換を行なう装置であり、流体を介して各種装置の冷却、加温を行なったり、流体の覆水、気化などに広く用いられている。なかでもプレート型熱交換器は、省スペースが可能で機器の重量が軽く、熱効率の高い熱交換器として各種産業で利用されている。
【０００３】
海水を冷却水として利用する火力発電所や石油精製工場などでは、その冷却水系にムラサキイガイ、フジツボ、ヒドロムシ、コケムシなどの海生付着生物やスライムなどが付着して各種障害が生じるという問題がある。特に熱交換器に付着した場合には、熱交換率を著しく低下させ、さらに剥離した海生付着生物やスライムがストレーナを閉塞させるなどの障害が生じる。
【０００４】
上記障害を防止するために、熱交換器の金属表面を陽極とし、陰極を対置し、それと接触する水を電解して、該陽極表面より水素イオンと酸素を発生させて、生物またはスケールの沈積物の形成を防止する方法（特許文献１参照）や、海水と接する構造物の海水側表面に電気的触媒を設け、電気的触媒から酸素を発生させて海生生物の付着を防止する海水に接する構造物の防汚装置（特許文献２参照）などが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公平１−４６５９５号公報（特許請求の範囲第１項）
【特許文献２】
特開２００２−１６７７２５号公報（
【０００６】）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、海水冷却水系にプレート型熱交換器を設置した場合に、伝熱プレート間距離が狭いため、少量の付着物により熱効換率の低下などの障害が生じる可能性があり、海水冷却水系では該プレート型熱交換器の使用が懸念されていた。
また、海水を電気分解することによって該熱交換器表面への海生付着生物等の付着を防止するには、作用極および対極を設置する必要があり、プレート型熱交換器を作用極とする場合には、該熱交換器表面全体をほぼ全面にわたって電極として作用させる必要があるために、熱交換器面積に相当する面積を有する対極を伝熱プレートの間に入れることが必要となる。また、別途電解槽を設け海生生物付着防止剤などの薬剤による処理を行なう場合には、設置スペースが必要になり、プレート型熱交換器の利点である省スペース化が不可能となる。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点に鑑み、プレート型熱交換器を海水冷却水系に設置した場合にも、該熱交換器表面への海生付着生物、スライムおよびスケールなどの汚れの付着を防止して、省スペースを確保し、なおかつ長期間にわたり熱交換能を持続させることが可能なプレート型熱交換器およびその防汚装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の発明者らは、プレート型熱交換器の防汚技術について鋭意研究した結果、プレート型熱交換器の各伝熱プレートの接触部分が短絡しないように絶縁処理を施した上で、該プレート型熱交換器の伝熱プレートを電極として直流電流を印加する電源を設け、陽極プレートと陰極プレートとを交互に配置することにより、海水冷却水系にプレート型熱交換器を設置した場合においても、該熱交換器表面への海生付着生物、スライムおよびスケールなどの汚れの付着を防止して、長期間にわたり熱交換能を持続させることができる事実を見出し、この発明を完成するに到った。
【００１０】
すなわちこの発明においては、プレート型熱交換器の各伝熱プレートの接触部分が短絡しないように絶縁処理を施しこれらを電極とすることから電極面積が広く、さらに陽極プレートと陰極プレートとを交互に配置することで、電極間の距離が狭く溶液抵抗が小さくなるため電流の流れが非常によい。また、印加電流が小さい範囲であれば、電極表面には冷却水の水流があることから、電極から発生するＨ^＋イオンやＯＨ⁻イオンが電極表面に滞留せず、電極周辺のｐＨ変化が少なくなる。よって、電極周辺のｐＨ低下による塩素発生や、電極周辺のｐＨ上昇によるスケール発生・沈着といった問題を生じることなく、伝熱プレート電極からの酸素あるいは水素の発生により海生付着生物やスライムの付着が抑制され、長期間にわたり熱交換能を持続させることができる。
【００１１】
かくしてこの発明によれば、各伝熱プレートの接触部分が短絡しないように絶縁処理を施したことを特徴とするプレート型熱交換器、ならびに該プレート型熱交換器の伝熱プレートを電極として直流電流を印加する電源を設け、陽極プレートと陰極プレートとを交互に配置することを特徴とするプレート型熱交換器の防汚装置が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明のプレート型熱交換器は、各伝熱プレートの接触部分が短絡しないように絶縁処理を施すことを特徴とする。絶縁処理としては、塩化ビニル、特に耐酸化性に優れ劣化しない素材のもの、または繊維強化プラスチックからなる絶縁性シートまたは絶縁性接着剤を介する処理などが挙げられる。
【００１３】
この発明におけるプレート型熱交換器としては、ヘリンボンパターン、コルゲートパターンなど種々の伝面形状のプレートが装備されたプレート型熱交換器を好適に使用することができる。
【００１４】
また、この発明におけるプレート型熱交換器のプレートの材質としては、冷却水の種類や水質によって異なるが、チタンおよびチタン合金、ステンレス、銅および銅合金、ニッケルおよびニッケル合金などを好適に使用することができ、チタンまたはチタン合金を使用するのが好ましい。
【００１５】
またこの発明においては、上記プレート型熱交換器の伝熱プレートを電極として直流電流を印加する電源を設け、陽極プレートと陰極プレートとを交互に配置することを特徴とするプレート型熱交換器の防汚装置が提供される。電源は直流電源であればよく、伝熱プレート電極間に通電可能なように接続され、電圧あるいは電流を設定できるものであればよい。電池あるいはコンデンサーなどを電源として用いることもできる。印加する直流電流は、０．０００１〜３Ａ／ｄｍ^２、好ましくは０．０１〜１Ａ／ｄｍ^２の範囲とするのが、伝熱プレート電極から酸素あるいは水素イオンが発生して、該熱交換器表面への汚れ付着防止効果が得られる点からよい。
【００１６】
この発明の装置において、プレート型熱交換器の伝熱プレート電極の少なくとも冷却水通路側の一部の表面に、白金族元素の単体、白金族金属酸化物またはマンガン、スズ、タンタルもしくはそれらの酸化物を含有する被覆処理を施すことにより、陽極プレートからの電極材質の溶出を抑えることができることから好ましい実施態様である。このとき、冷却水通路側の伝熱プレート電極面積の３０％以上に被覆処理を施すのが好ましく、５０％以上に被覆処理を施すのがさらに好ましい。また、白金族金属としては、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウムなどが挙げられる。
【００１７】
さらにこの発明の装置においては、印加する直流電流の方向を定期的に逆転し、伝熱プレート電極の極性を反転させることが、電極の耐久性および電極へのスケール汚れ付着防止の点から好ましい実施態様である。前記電極極性の反転の間隔に特に制限はないが、通常１〜１０００時間、好ましくは１〜７５０時間、さらに好ましくは１〜２５０時間とするのがよい。１時間より短いと反転の回数が増加し電流の反転に伴う電極としての消耗が増加することから好ましくなく、また１０００時間より長いと伝熱プレート電極表面に付着物が増加して伝熱効率が悪くなったり、電流を反転した場合にも付着物の除去が不能あるいは不十分となってしまうことから好ましくない。
【００１８】
また、この発明のプレート型熱交換器およびその防汚装置を特に海水冷却水系に設置する場合には、この発明の効果を阻害しない限りにおいて、海水冷却水系に過酸化水素や塩素剤、臭素剤などの海生生物付着防止剤等の薬剤を注入する冷却水処理を適宜併用することができる。
【００１９】
【実施例】
この発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、この発明はこれらの実施例により限定されるものではなく、この発明の技術範囲において種々の変形例を含むものである。
【００２０】
実施例１
図１は実施例１に係るモデルプレート型熱交換器およびその防汚装置の構成図であり、矢印は海水冷却水および被冷却媒体の流れを示す。直流電源１はモデルプレート型熱交換器に通電可能なように接続され、電流を可変させることによって、電流印加条件を変えることができるものである。図２は実施例１に係るモデルプレート型熱交換器のうち、３枚のチタン製伝熱プレート電極の拡大図であり、矢印は海水冷却水および被冷却媒体の流れを示す。符号３で代表されるチタン製伝熱プレート電極の接触部分には、エポキシ樹脂による絶縁処理を施し、また海水冷却水通路側のチタン製伝熱プレート電極４の絶縁処理が施されていない部分に、表１に示す金属物質による被覆処理を施した。実施例１の熱交換器およびその防汚装置に、冷却水として１ｍ^３／ｈｒの海水量を通過させ、表１に示す電流密度の直流電流を印加して、所定の周期で極性を反転させながら３０日間試験を行なった。試験終了後、海水冷却水通路側の伝熱プレートに海生生物、スライムおよびスケールによる汚れの付着は見られなかった。
【００２１】
【表１】

【００２２】
比較例１
図３は比較例１に係るチューブ型熱交換装置のモデル図である。矢印は海水冷却水の流れを示し、直流電源５はチューブ型熱交換装置に通電可能なように接続され、電流を可変させることによって、電流印加条件を変えることができるものである。陽極７として表２に示す各種金属を使用し、また陰極としてチタン製熱交換器チューブ６、あるいはチタン製熱交換器チューブ６内面全面に表２に示す金属物質による被覆処理を施したものを使用した。また、比較例１の装置に１ｍ^３／ｈｒの海水量を通過させ、表２に示す電流密度の直流電流を印加し、所定の周期で極性を反転させながら３０日間試験を行なった。試験終了後、チタン製熱交換器チューブ６の内面にスケールによる汚れの付着が見られた。
【００２３】
【表２】

【００２４】
【発明の効果】
この発明のプレート型熱交換器およびその防汚装置は、特別な設備を要することなく海水冷却水系にも設置でき、該熱交換器には海生付着生物、スライムおよびスケールなどの汚れが付着することなく、長期間にわたり熱交換能が持続できるため、産業上極めて有用である。
【００２５】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係るモデルプレート型熱交換器およびその防汚装置の構成図である。
【図２】実施例１に係るモデルプレート型熱交換器の３枚のチタン製伝熱プレート電極の拡大図である。
【図３】比較例１に係るチューブ型熱交換装置のモデル図である。
【符号の説明】
１直流電源
２チタン製伝熱プレート電極
３絶縁処理が施されたチタン製伝熱プレート電極の接触部分
４海水冷却水通路側のチタン製伝熱プレート電極
５直流電源
６熱交換器チューブ（陰極）
７陽極
８フランジ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plate heat exchanger and an antifouling device therefor. More specifically, the present invention relates to a plate-type heat exchanger in which dirt such as marine organisms, slime, and scale does not adhere to the surface even when installed in a seawater cooling water system, and an antifouling device therefor.
[0002]
[Prior art]
A heat exchanger is a device that exchanges heat energy by the thermal contact of fluids with different temperatures.It is widely used for cooling and heating various devices via fluids, and for covering and vaporizing fluids. ing. Above all, plate heat exchangers are used in various industries as heat exchangers that can save space, have a light weight of equipment, and have high thermal efficiency.
[0003]
In a thermal power plant or an oil refinery using seawater as cooling water, there is a problem that marine creatures such as mussels, barnacles, hydroptera, and bryophytes and slime adhere to the cooling water system, causing various obstacles. In particular, when it adheres to the heat exchanger, the heat exchange rate is remarkably reduced, and further, troubles such as peeled marine organisms and slime blocking the strainer occur.
[0004]
In order to prevent the above obstacles, the metal surface of the heat exchanger is used as the anode, the cathode is opposed, the water in contact with it is electrolyzed, hydrogen ions and oxygen are generated from the anode surface, and the organism or scale is deposited. A method for preventing the formation of an object (see Patent Document 1), a method for providing an electric catalyst on a seawater-side surface of a structure in contact with seawater, and generating oxygen from the electric catalyst to prevent seawater from attaching to seawater. An antifouling device for a structure in contact with the structure (see Patent Document 2) has been proposed.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 46595/1994 (Claim 1)
[Patent Document 2]
JP-A-2002-167725 (
[0006]
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a plate-type heat exchanger is installed in the seawater cooling water system, the distance between the heat transfer plates is so small that small amounts of deposits may cause problems such as a decrease in the heat conversion rate. Then, there was a concern about the use of the plate heat exchanger.
In order to prevent the adhesion of marine organisms to the surface of the heat exchanger by electrolyzing seawater, it is necessary to install a working electrode and a counter electrode, and use a plate-type heat exchanger as the working electrode. In this case, since it is necessary to make the entire surface of the heat exchanger act as an electrode over substantially the entire surface, it is necessary to insert a counter electrode having an area corresponding to the area of the heat exchanger between the heat transfer plates. In addition, when a separate electrolytic cell is provided and treatment with a chemical such as a marine organism adhesion inhibitor is performed, an installation space is required, and space saving, which is an advantage of the plate heat exchanger, cannot be achieved.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and even when a plate-type heat exchanger is installed in a seawater cooling water system, it is possible to prevent marine-adhering organisms, slime, scale, and other dirt from adhering to the heat exchanger surface. It is an object of the present invention to provide a plate-type heat exchanger that can prevent heat, save space, and maintain heat exchange capability for a long period of time, and an antifouling device therefor.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have conducted intensive studies on the antifouling technology of the plate heat exchanger. As a result, the plate heat exchanger was insulated so that the contact portions of the heat transfer plates were not short-circuited. By providing a power supply that applies DC current using the heat transfer plate of the plate heat exchanger as an electrode, and by alternately arranging the anode plate and the cathode plate, even when the plate heat exchanger is installed in the seawater cooling water system, The present inventors have found that a marine adhering organism, slime, scale and the like can be prevented from adhering to the surface of the heat exchanger, and that the heat exchange ability can be maintained for a long period of time. Was.
[0010]
That is, in the present invention, an insulating area is applied so that the contact portions of the heat transfer plates of the plate heat exchanger are not short-circuited, and these are used as electrodes, so that the electrode area is large, and the anode plate and the cathode plate are alternately arranged. By arranging the electrodes, the distance between the electrodes is small and the solution resistance is small, so that the current flow is very good. In addition, when the applied current is in a small range, since the cooling water flows on the electrode surface, H ⁺ ions and OH ⁻ ions generated from the electrode do not stay on the electrode surface, and the pH change around the electrode is small. Become. Therefore, the generation of oxygen or hydrogen from the heat transfer plate electrode prevents the adhesion of marine organisms and slime without the problem of chlorine generation due to the pH drop around the electrode and scale generation / deposition due to the pH rise around the electrode. The heat exchange capacity can be maintained for a long period of time.
[0011]
Thus, according to the present invention, a plate-type heat exchanger characterized by having been subjected to insulation treatment so as not to short-circuit the contact portion of each heat-transfer plate, and direct current using the heat-transfer plate of the plate-type heat exchanger as an electrode An antifouling device for a plate-type heat exchanger is provided, in which a power supply for applying a current is provided, and an anode plate and a cathode plate are alternately arranged.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The plate heat exchanger according to the present invention is characterized in that an insulation treatment is performed so that a contact portion of each heat transfer plate is not short-circuited. Examples of the insulating treatment include vinyl chloride, particularly a material having excellent oxidation resistance and not deteriorating, or a treatment via an insulating sheet or insulating adhesive made of fiber reinforced plastic.
[0013]
As the plate-type heat exchanger in the present invention, a plate-type heat exchanger provided with plates having various transmission surface shapes such as a herringbone pattern and a corrugated pattern can be suitably used.
[0014]
In addition, as the material of the plate of the plate type heat exchanger in the present invention, titanium and titanium alloy, stainless steel, copper and copper alloy, nickel and nickel alloy, etc. are preferably used, although they vary depending on the type and quality of cooling water. Preferably, titanium or a titanium alloy is used.
[0015]
Further, in the present invention, a power supply for applying a direct current is provided using the heat transfer plate of the plate heat exchanger as an electrode, and an anode plate and a cathode plate are alternately arranged. An antifouling device is provided. The power source may be a DC power source, and any device may be used as long as it is connected between the heat transfer plate electrodes so as to be able to conduct electricity and can set a voltage or a current. A battery or a capacitor can be used as a power source. The applied direct current is in the range of 0.0001 to 3 A / dm ² , preferably 0.01 to 1 A / dm ² , and oxygen or hydrogen ions are generated from the heat transfer plate electrode, and the heat exchanger is used. This is advantageous in that the effect of preventing contamination on the surface can be obtained.
[0016]
In the apparatus of the present invention, a simple substance of a platinum group element, a platinum group metal oxide or manganese, tin, tantalum or an oxidation thereof is formed on at least a part of the surface of the heat transfer plate electrode of the plate heat exchanger on the side of the cooling water passage. This is a preferred embodiment because the elution of the electrode material from the anode plate can be suppressed by performing the coating treatment containing the substance. At this time, it is preferable that the coating process is performed on at least 30% of the heat transfer plate electrode area on the cooling water passage side, and it is more preferable that the coating process is performed on at least 50%. Examples of the platinum group metal include platinum, ruthenium, iridium, rhodium, and palladium.
[0017]
Further, in the apparatus of the present invention, it is preferable to periodically reverse the direction of the applied direct current to invert the polarity of the heat transfer plate electrode, from the viewpoint of the durability of the electrode and the prevention of scale contamination on the electrode. It is an aspect. The interval between the inversions of the electrode polarity is not particularly limited, but is usually 1 to 1000 hours, preferably 1 to 750 hours, and more preferably 1 to 250 hours. If the time is shorter than 1 hour, the number of times of reversal increases, and the consumption of the electrode accompanying the reversal of the current increases, which is not preferable. Also, even when the current is reversed, it is not preferable because the removal of the deposits becomes impossible or insufficient.
[0018]
Further, when the plate heat exchanger and the antifouling device thereof of the present invention are particularly installed in a seawater cooling water system, hydrogen peroxide, a chlorine agent, a bromine agent and the like can be added to the seawater cooling water system unless the effects of the present invention are impaired. A cooling water treatment for injecting an agent such as a marine organism adhesion inhibitor or the like can be appropriately used in combination.
[0019]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples, and includes various modifications within the technical scope of the present invention.
[0020]
Example 1
FIG. 1 is a configuration diagram of a model plate heat exchanger and an antifouling device thereof according to the first embodiment, and arrows indicate flows of seawater cooling water and a medium to be cooled. The DC power supply 1 is connected so as to be able to supply current to the model plate type heat exchanger, and can change the current application condition by changing the current. FIG. 2 is an enlarged view of three titanium heat transfer plate electrodes in the model plate heat exchanger according to the first embodiment, and arrows indicate flows of seawater cooling water and a medium to be cooled. The contact portion of the titanium heat transfer plate electrode represented by reference numeral 3 is subjected to insulation treatment with an epoxy resin, and the portion of the seawater cooling water passage which is not subjected to the insulation treatment of the titanium heat transfer plate electrode 4 is subjected to insulation treatment. And coating treatment with a metal substance shown in Table 1. The heat exchanger of Example 1 and its antifouling device were passed through a seawater amount of 1 m ³ / hr as cooling water, and applied a direct current having a current density shown in Table 1 to reverse the polarity at a predetermined cycle. The test was performed for 30 days. After the test was completed, no contamination by marine organisms, slime, and scale was observed on the heat transfer plate on the side of the seawater cooling water passage.
[0021]
[Table 1]

[0022]
Comparative Example 1
FIG. 3 is a model diagram of a tube-type heat exchange device according to Comparative Example 1. The arrows indicate the flow of the seawater cooling water, and the DC power supply 5 is connected so as to be able to supply electricity to the tube-type heat exchanger, and the current application condition can be changed by changing the current. Various metals shown in Table 2 are used as the anode 7, and a titanium heat exchanger tube 6 or a titanium heat exchanger tube 6 whose inner surface is coated with a metal material shown in Table 2 is used as a cathode. did. In addition, a test was performed for 30 days while passing a seawater amount of 1 m ³ / hr through the apparatus of Comparative Example 1, applying a DC current having a current density shown in Table 2, and reversing the polarity at a predetermined cycle. After the test was completed, adhesion of dirt due to scale was observed on the inner surface of the titanium heat exchanger tube 6.
[0023]
[Table 2]

[0024]
【The invention's effect】
The plate heat exchanger and the antifouling device of the present invention can be installed in a seawater cooling water system without requiring special equipment, and the heat exchanger is contaminated with marine attached organisms, slime and scale. Without this, the heat exchange ability can be maintained for a long period of time, which is extremely useful in industry.
[0025]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a model plate type heat exchanger and an antifouling device thereof according to a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged view of three titanium heat transfer plate electrodes of the model plate heat exchanger according to the first embodiment.
FIG. 3 is a model diagram of a tube-type heat exchange device according to Comparative Example 1.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 DC power supply 2 Titanium heat transfer plate electrode 3 Contact portion of insulated titanium heat transfer plate electrode 4 Titanium heat transfer plate electrode on seawater cooling water passage side 5 DC power supply 6 Heat exchanger tube (cathode)
7 Anode 8 Flange

Claims

A plate-type heat exchanger, wherein an insulation treatment is applied so that a contact portion of each heat transfer plate is not short-circuited.

An antifouling method for a plate-type heat exchanger, wherein a power supply for applying a direct current is provided using the heat transfer plate of the plate-type heat exchanger according to claim 1 as an electrode, and an anode plate and a cathode plate are alternately arranged. apparatus.

The heat transfer plate of the plate heat exchanger is made of titanium or a titanium alloy, and at least a part of the surface of the heat transfer plate on the side of the cooling water passage is a simple substance of platinum group metal element, platinum group metal oxide or manganese, tin 3. The apparatus according to claim 2, wherein a coating treatment is performed containing tantalum or an oxide thereof.

The device according to claim 2 or 3, wherein the power supply for applying the DC current periodically reverses the current direction.

The apparatus according to any one of claims 2 to 4, which is installed in a seawater cooling water system.