JP4334205B2

JP4334205B2 - Plate type heat exchanger and its antifouling device

Info

Publication number: JP4334205B2
Application number: JP2002341070A
Authority: JP
Inventors: 島宗孝之; 錦織弘宜; 水盛隆司
Original assignee: Katayama Chemical Works Co Ltd
Current assignee: Katayama Chemical Works Co Ltd
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2022-11-25
Also published as: JP2004176088A

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、プレート型熱交換器において、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、各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とともに、直流電流を印加する電源が、電流方向を定期的に逆転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１ｍ³／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１ｍ³／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]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a plate heat exchanger and an antifouling device thereof. More specifically, the present invention relates to a plate-type heat exchanger and its antifouling device in which dirt such as marine adhering organisms, slime and scale does not adhere to the surface even when installed in a seawater cooling water system.
[0002]
[Prior art]
A heat exchanger is a device that exchanges thermal energy by thermal contact of fluids at different temperatures, and is widely used for cooling and heating various devices via fluids, and for covering and vaporizing fluids. ing. In particular, plate-type heat exchangers are used in various industries as heat exchangers that can save space, have a light weight, and have high thermal efficiency.
[0003]
In thermal power plants and oil refineries that use seawater as cooling water, there are problems that marine adhering organisms such as blue mussels, barnacles, hydroworms, bryozoans, and slime adhere to the cooling water system, causing various problems. In particular, when adhering to the heat exchanger, the heat exchange rate is remarkably lowered, and further, troubles such as exfoliated marine adhering organisms and slime clog the strainer occur.
[0004]
In order to prevent the above obstacles, the metal surface of the heat exchanger is used as an anode, the cathode is placed oppositely, water in contact therewith is electrolyzed, hydrogen ions and oxygen are generated from the anode surface, and biological or scale deposition occurs. A method for preventing the formation of an object (see Patent Document 1), and a seawater that prevents the attachment of marine organisms by providing an electric catalyst on the seawater side surface of a structure in contact with seawater and generating oxygen from the electrocatalyst An antifouling device for a structure in contact (see Patent Document 2) has been proposed.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 1-46595 (Claim 1)
[Patent Document 2]
JP 2002-167725 A (<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 narrow, so a small amount of deposits may cause a failure such as a decrease in thermal conversion rate. Then, there was a concern about the use of the plate heat exchanger.
Moreover, in order to prevent adhesion of marine adhering organisms to the surface of the heat exchanger by electrolyzing seawater, it is necessary to install a working electrode and a counter electrode, and a plate heat exchanger is used 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 almost the entire surface, it is necessary to put a counter electrode having an area corresponding to the area of the heat exchanger between the heat transfer plates. Further, 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, is impossible.
[0008]
In view of the above-described problems, the present invention prevents adhesion of marine adhering organisms, slime, scales, and the like to the surface of the heat exchanger even when the plate heat exchanger is installed in a seawater cooling water system. It is an object of the present invention to provide a plate-type heat exchanger and an antifouling device capable of preventing, ensuring a space saving and maintaining a heat exchange capability for a long period of time.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of earnest research on the antifouling technology of the plate heat exchanger, the inventors of the present invention have performed insulation treatment so that the contact portions of the heat transfer plates of the plate heat exchanger do not short-circuit, Even when a plate type heat exchanger is installed in a seawater cooling water system by providing a power source for applying a direct current using the heat transfer plate of the plate type heat exchanger as an electrode and arranging the anode plate and the cathode plate alternately The present inventors have found the fact that it is possible to prevent the adhesion of marine adhering organisms, slime, scales, etc. to the surface of the heat exchanger, and to maintain the heat exchange capacity over a long period of time. It was.
[0010]
In other words, in the present invention, the contact portion of each heat transfer plate of the plate heat exchanger is insulated so as not to be short-circuited, and these are used as electrodes, so that the electrode area is wide, and the anode plate and the cathode plate are alternately arranged. By arranging the electrodes, the distance between the electrodes is narrow and the solution resistance is small, so that the current flow is very good. Also, if the applied current is in a small range, there is a flow of cooling water on the electrode surface, so that 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, marine adhering organisms and slime adherence by generation of oxygen or hydrogen from the heat transfer plate electrode without causing problems such as chlorine generation due to pH decrease around the electrode and scale generation / deposition due to pH increase around the electrode. It is suppressed and the heat exchange ability can be maintained for a long period of time.
[0011]
Thus, according to the present invention, in the plate-type heat exchanger, an insulation process is performed so that the contact portion of each heat transfer plate is not short-circuited, and a power source for applying a direct current is provided using each plate as an electrode. Are alternately arranged, and a power source to which a direct current is applied periodically reverses the direction of the current, whereby a plate type heat exchanger antifouling device is provided.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The plate-type heat exchanger according to the present invention is characterized in that an insulation process is performed so that contact portions of the heat transfer plates do not short-circuit. Examples of the insulation treatment include vinyl chloride, particularly a material that is excellent in oxidation resistance and does not deteriorate, or treatment through an insulating sheet or an insulating adhesive made of fiber-reinforced plastic.
[0013]
As the plate-type heat exchanger in the present invention, a plate-type heat exchanger equipped with various plate-shaped plates such as a herringbone pattern and a corrugated pattern can be preferably used.
[0014]
In addition, the material of the plate of the plate heat exchanger according to the present invention is preferably selected from titanium and titanium alloy, stainless steel, copper and copper alloy, nickel and nickel alloy, etc. It is preferable to use titanium or a titanium alloy.
[0015]
According to the present invention, there is provided a power source for applying a direct current 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 may be any one that can be connected between the heat transfer plate electrodes so as to be energized and can set a voltage or a current. A battery or a capacitor can also be used as a power source. The direct current applied is in the range of 0.0001 to 3 A / dm ² , preferably 0.01 to 1 A / dm ^2. Oxygen or hydrogen ions are generated from the heat transfer plate electrode, and the heat exchanger It is good in that the effect of preventing adhesion of dirt to the surface can be obtained.
[0016]
In the apparatus of the present invention, a platinum group element simple substance, a platinum group metal oxide, manganese, tin, tantalum or 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 cooling water passage side. This is a preferred embodiment because the elution of the electrode material from the anode plate can be suppressed by applying the coating treatment containing the product. At this time, it is preferable to perform the coating process on 30% or more of the heat transfer plate electrode area on the cooling water passage side, and it is more preferable to perform the coating process on 50% or more. Examples of the platinum group metal include platinum, ruthenium, iridium, rhodium, and palladium.
[0017]
Furthermore, in the apparatus of the present invention, it is preferable to periodically reverse the direction of the applied direct current and reverse the polarity of the heat transfer plate electrode from the viewpoint of durability of the electrode and prevention of scale dirt adhesion to the electrode. It is an aspect. Although there is no particular limitation on the interval of reversal of the electrode polarity, it 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 reversals increases and wear as an electrode increases due to the current reversal. Even when the current is reversed or the current is reversed, it is not preferable because the deposits cannot be removed or become insufficient.
[0018]
Further, when the plate-type heat exchanger of the present invention and the antifouling device thereof are installed particularly in a seawater cooling water system, hydrogen peroxide, chlorine agent, bromine agent is added to the seawater cooling water system as long as the effects of the present invention are not impaired. A cooling water treatment for injecting a chemical such as a marine organism adhesion inhibitor such as can be used in combination as appropriate.
[0019]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to examples. However, 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 its antifouling device according to Embodiment 1, and arrows indicate the flow of seawater cooling water and a medium to be cooled. The direct current power source 1 is connected to the model plate heat exchanger so that it can be energized, and the current application condition can be changed by varying 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 the flow 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 titanium heat transfer plate electrode 4 on the seawater cooling water passage side is not subjected to insulation treatment. The coating treatment with the metal substances shown in Table 1 was performed. The heat exchanger of Example 1 and its antifouling device are passed through a seawater amount of 1 m ³ / hr as cooling water, and a direct current having a current density shown in Table 1 is applied to reverse the polarity at a predetermined cycle. The test was conducted for 30 days. After completion of the test, no contamination by marine organisms, slime and scale was observed on the heat transfer plate on the seawater cooling water passage side.
[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 seawater cooling water, and the DC power source 5 is connected so as to be able to energize the tube heat exchanger, and the current application conditions can be changed by varying the current. Various metals shown in Table 2 are used as anode 7, and titanium heat exchanger tube 6 or a titanium heat exchanger tube 6 whose entire inner surface is coated with a metal material shown in Table 2 is used as anode. did. Further, a seawater amount of 1 m ³ / hr was passed through the apparatus of Comparative Example 1, a direct current having a current density shown in Table 2 was applied, and a test was performed for 30 days while reversing the polarity at a predetermined cycle. After completion of the test, the adhesion of dirt due to the 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 dirt such as marine adhering organisms, slime and scale adheres to the heat exchanger. Therefore, the heat exchange capacity can be maintained over a long period of time, which is extremely useful industrially.
[0025]
[Brief description of the drawings]
1 is a configuration diagram of a model plate heat exchanger and its antifouling device according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 2 is an enlarged view of three titanium heat transfer plate electrodes of the model plate heat exchanger according to the first embodiment.
3 is a model diagram of a tube-type heat exchange device according to Comparative Example 1. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply 2 Titanium heat-transfer plate electrode 3 Contact part of the titanium heat-transfer plate electrode in which the insulation process was performed 4 Titanium heat-transfer plate electrode 5 in the seawater cooling water passage side DC power supply 6 Heat exchanger tube (cathode)
7 Anode 8 Flange

Claims

In the plate type heat exchanger, insulation is performed so that the contact portions of the heat transfer plates do not short-circuit, a power source for applying a direct current is provided using each plate as an electrode, and anode plates and cathode plates are arranged alternately. An antifouling device for a plate heat exchanger, wherein a power source for applying a direct current periodically reverses the current direction.

The heat transfer plate of the plate-type 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 cooling water passage side is a platinum group metal element alone, platinum group metal oxide or manganese, tin the apparatus of claim 1, wherein the coating process containing tantalum or an oxide thereof has been subjected.

The apparatus in any one of Claim 1 or 2 installed in the seawater cooling water system.