JPH0271098A

JPH0271098A - 熱交換器用伝熱管

Info

Publication number: JPH0271098A
Application number: JP22326488A
Authority: JP
Inventors: Kenki Minamoto; 源　堅樹; Sadayasu Inagaki; 定保稲垣; Masataka Noguchi; 昌孝野口
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-09-06
Filing date: 1988-09-06
Publication date: 1990-03-09

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］本発明は管内に冷却水を通水する熱交換用伝熱管に関し
、特に、管内面又は管外面の腐食を防止するために高耐
食性材料を配して二重構造にした熱交換器用伝熱管に関
する。

［従来の技術］管内に海水、河海水又は淡水を冷却水として通水する熱
交換器の伝熱管としては、銅又は銅合金の管が広く使用
されている。通常、この銅又は銅合金伝熱管は内部を通
流する冷却水に対して優れた耐食性を示す。しかし、冷
却水が汚染されている場合は、管内面が腐食されること
がある。また、例えば、火力発電所の復水器の空気冷却
部では、アンモニア等の非凝縮性ガスが復水に溶込み、
この高濃度のアンモニアを含んだ復水のために、伝熱管
の外面が腐食を受ける所謂アンモニアアタック現象が発
生することがある。この外にも、管内面又は管外面が特
殊且つ苛酷な腐食環境になる場合がある。

このような、苛酷な環境下で使用される熱交換器には、
銅合金より更に一層耐食性が優れた材料、例えば、チタ
ン等の管を使用することが適当である場合がある。しか
し、チタンは熱伝導率が低いため、チタン管からなる伝
熱管としては、その伝熱性能を高めるために通常薄肉管
が使用されておリ、銅合金管で設計された機器に適用す
るには強度が低過ぎる場合が多い。このため、銅合金管
の内面又は外面にチタン管を配した二重管が提案されて
いる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、チタンは加工性が悪く、管の肉厚を均一
に薄くすることは困難である。このため、前述の如く、
薄肉管を使用するにしても、その肉厚は通常約２００乃
至３００μｍになり、それ以上薄くすることには限界が
ある。また、二重管構造にすると、銅合金管とチタン管
との境界で伝熱性能が低下してしまう。このように、耐
食性の向上のために、チタン管を銅合金管の内面又は外
面に配置して二重管構造としても、伝熱管としての基本
的な特性である伝熱性能が犠牲になってしまうという難
点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
強度及び耐食性が量れていると共に、優れた伝熱性能を
有する熱交換器用伝熱管を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る熱交換器用伝熱管は、銅又は銅合金からな
る管本体と、この管本体の周面に設けられ厚さが１乃至
１００μｍのニオブ又はニオブ合金からなる層とを有す
ることを特徴とする。

なお、冷却水が汚染されている場合等はニオブ又はニオ
ブ合金の層を銅又は銅合金管本体の内面に設け、管外が
苛酷な腐食環境におかれる場合等はニオブ又はニオブ合
金の層を管本体の外面に設ける。

［作用］ニオブ及びニオブ合金は、海水、淡水及びアンモニア等
の腐食環境に対して優れた耐食性を示す。

また、ニオブ又はニオブ合金と銅又は銅合金との接触部
においては、異種金属の接触に起因するガルバニック腐
食が発生し難い。更に、ニオブ及びニオブ合金は熱導伝
性も優れている。更にまた、ニオブ及びニオブ合金は結
晶構造が体心立方であるため、稠密六方構造のチタンに
比して、加工性が極めて優れている。従って、ニオブ及
びニオブ合金は肉厚を薄くすることが容易であり、この
ため、伝熱管の肉厚部分の一部にニオブ又はニオブ合金
を使用することによる伝熱性能の低下を極めて小さいも
のに抑制することができる。このように、薄肉化が容易
であって伝熱性能の低下が極めて小さいことがニオブ又
はニオブ合金がチタン又はチタン合金に比して極めて優
れている点である。

そこで、本発明は銅又は銅合金の管本体の内面又は外面
にニオブ又はニオブ合金の層を設ける。

至１００μｍの厚さにする。前述の如く、ニオブ及びニ
オブ合金の加工性は優れているものの、厚さを１μｍ未
満にしようとすると、欠陥がない均一な層を形成するこ
とは製造コスト上困難である。

また、ニオブ又はニオブ合金の層を１００μｍを超える
厚さにしても、耐食性効果が飽和するのに加え、逆に素
材費が上昇するという欠点がある。

このため、ニオブ又はニオブ合金からなる層の厚さは１
乃至１００μｍとする。

［実施例］次に、本発明の第１の実施例について説明する。

この実施例は管本体の内面にニオブ層を設けたものであ
る。

外管としてアルミニウム黄銅（ＪＩＳ　Ｈ３３００Ｃ６
８７２Ｔ　）を、また、内面層として工業用純ニオブを
使用し、熱間静水圧押出及び冷間抽伸法により二重管を
製作した。この二重管の外径は２５．４ｍｍ、外管と内
管を合わせた肉厚は１．２４ｍｍである。また、比較の
ために内面層に工業用純チタンを使用した二重管（比較
例３）及びアルミニウム黄銅の単管（比較例４）も製作
しな。

次に、これらの供試管に対し、以下に示す項目の試験を
行い、性能を評価した。

■ジェット試験海水を高流速のジェーット流として吹付けるＢＮＦ式ジ
ニジエツト試験り、伝熱管内面の腐食深さを求めた。

腐食媒は清浄海水であり、ノズル径が２　ｍｍのノズル
をそのノズル先端と試片との距離が２■になるように配
置し、このノズルからのジェット流を９ｍ／秒の流速で
３０日間吹き付けた後、腐食深さを測定した。

■ガルバニック腐食電流外管であるアルミニウム黄銅と内管であるニオブ又はチ
タンの層との間の異種金属の接触によるガルバニック腐
食電流を測定した。このガルバニック腐食電流の値が大
きい場合は、内面層自体の耐食性は優れているものの、
外管の管端又は管板等、銅合金が露出した部分の腐食を
促進させてしまう危険性がある。このような機構による
腐食に対する耐性を調べるためにガルバニック腐食電流
を測定した。この異種金属接触腐食試験においては、陽
極として曝露面積が１−のアルミニウム黄銅、陰極とし
て曝露面積が２００ｍ１の供試管、媒体として人工海水
を使用し、温度を２０℃にしてカルバニック腐食電流を
測定した。

■伝熱性能伝熱性能は、管外が水蒸気凝縮、管内が冷却水という条
件で熱交換を行い、総括伝熱係数を求めることにより評
価した。

なお、測定時間中の水蒸気凝縮状態を安定化させるため
、前処理として供試管外面を酸洗した後、陰イオン系界
面活性剤を塗布した。また、総括伝熱係数の測定に際し
ては、管外を１００°Ｃの飽和水蒸気の雰囲気とし、管
内に２０℃の工業用水を２ｍ／秒の流速で通水した。

更に、加工性の評価のなめ、供試管を半径が６５關のＵ
字型に曲げて、その曲げ部における外管と内面層との間
の剥離の有無を調べな。

以上の各試験における実施例１乃至３及び比較例１乃至
４の試験結果を下記第１表に示す。

第１表この第１表に示すように、比較例１はニオブ層が０．８
μｍと薄い。このため、ジェット試験によりニオブ層の
微細な欠陥部を起点として腐食の発生がみられた。また
、比較例４はアルミニウム黄銅単管であるので、ジェッ
ト試験により０．３０順という深い腐食を受けている。

これに対し、実施例１乃至３ではジェット試験腐食深さ
がＯｍ＋ｎであった。

一方、比較例３は内面層材料がチタンであるため、ガル
バニック腐食電流が高く、異種金属の接触による腐食が
発生し易い。これに対し、実施例１乃至３のガルバニッ
ク腐食電流は、比較例３の場合と比して約１／１０以下
である。このことがら、実施例１乃至３の二重管伝熱管
は銅合金部の腐食を促進させる要因が少ないことが明ら
がである。

また、総括伝熱係数は、実施例１乃至３の場合はアルミ
ニウム黄銅の単管である比較例４の場合に比して、約５
％低下するが、チタンとアルミニウム黄銅との二重管か
らなる比較例３のように約１２％も低下してしまう場合
（従来の伝熱管）に比べて本実施例１乃至３は伝熱性能
が著しく優れている。

なお、比較例２はニオブ層の厚さが２００μｍと厚いた
め、その製造コストが高い。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

この実施例は管本体の外面にニオブ層を設けたものであ
る。

内管としてアルミニウム黄Ｍ　（ＪＩＳ　Ｈ３３００Ｃ
６８７２Ｔ）　、外管として工業用純ニオブを使用し、
熱間静水圧押出及び冷間抽伸法により二重管を製作し７
た。この二重管の外径は２５．４ｍｍ、外管と内管を合
わせた肉厚は］、　、　２４．　＋ｎｍである。また、
比較例として、外管に工業用純チタンを使用した二重管
及びアルミニウム黄銅の単管を製作した。

これらの供試管に対し、以下に示す項目の試験を行い性
能を評価した。

■アンモニア水浸漬試験供試管の内面及び端面をエポキシ樹脂で被覆し、外面の
みを曝露した。

腐食媒として１２．５％のアンモニア水溶液（Ｎ　Ｈ４
０Ｈ）を使用し、温度を２２°Ｃとして２１日間曝露し
た後、腐食減量を測定した。この測定結果を下記第２表
に示す。

なお、第２表中層食状況欄の記号はＯが腐食発生なしの
場合、△がニオブ層の微細な欠陥を起点とし軽微の腐食
が発生した場合、Ｘが全面に腐食が発生した場合である
。

■ガルバニック腐食電流第１の実施例と同様に、ガルバニック腐食電流を測定し
た。

■伝熱性能第１の実施例と同様に伝熱性能を測定した。

以上の試験における実施例１乃至３及び比較例１乃至４
の試験結果を下記第２表に示す。

第２表アンモニア水浸漬試験においては、比較例１はニオブ層
が薄いためニオブ層の微細な欠陥部分を起点として軽微
の腐食が発生している。また、比較例４はアルミニウム
黄銅の単管であるため全面に激しい腐食が生じている。

これに対し、実施例１乃至４では腐食減量がＯであった
。

また、実施例１乃至３のガルバニック腐食電流は比較例
３の約１／１０である。このことから、本実施例１乃至
３の二重管は銅合金部の腐食を促進させる危険性が少な
いことが明らかである。

また、実施例１乃至３の伝熱性能はアルミニウム黄銅の
単管である比較例４に比して３乃至４％低％”ｔものの
、比較例３のチタンとアルミニウム黄銅との二重管のよ
うに約１７％低下している場合（従来の伝熱管）に比し
て遥かに優れた伝熱性能を有している。

［発明の効果］本発明に係る熱交換器用伝熱管は、銅又は銅合金からな
る管本体と、ニオブ又はニオブ合金からなる層との二重
管構造を有するため、十分高い強度を有すると共に、耐
食性、伝熱性及び加工性が従来の伝熱管に比して飛躍的
に向上している。このため、本発明は、例えば、冷却水
が汚染されている場合及び°火力発電所の復水器の空気
冷却部のように腐食環境が特に厳しい場合において使用
される熱交換器用伝熱管として極めて有用である。

Claims

【特許請求の範囲】（１）銅又は銅合金からなる管本体と、この管本体の周
面に設けられ厚さが１乃至１００μｍのニオブ又はニオ
ブ合金からなる層とを有することを特徴とする熱交換器
用伝熱管。（２）前記ニオブ又はニオブ合金からなる層
は前記管本体の内面に設けられていることを特徴とする
請求項１に記載の熱交換器用伝熱管。（３）前記ニオブ又はニオブ合金からなる層は前記管本
体の外面に設けられていることを特徴とする請求項１に
記載の熱交換器用伝熱管。