JPH05287566A - 熱交換器の電気防食装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 海水冷却器等の熱交換器に使用されるフェラ
イト系スーパーステンレス鋼材の水素脆性を抑制し、か
つフェライト系スーパーステンレス鋼材と共に用いられ
るネーバル黄銅材及び炭素鋼の部分においても、ガルバ
ニック腐食によってこの表面が腐食されるのを確実に防
止する。 【構成】 フェライト系スーパーステンレス鋼の伝熱管
４と、ネーバル黄銅の管板３と、フェライト系スーパー
ステンレス鋼及びネーバル黄銅よりも電気化学的に卑な
金属材料の水室５ｂ及び配管装置を有する熱交換器の電
気防食装置において、水室５ｂ内の管板３の近傍をフェ
ライト系スーパーステンレス鋼の水素脆性を抑制できる
電位に、水室５ｂ内の管板３及び水室５ｂを少なくとも
海水中における自然電位よりも卑側の電位にそれぞれ保
つように水室５ｂ内に外部より作動及びコントロールで
きる外部電源方式の電極１９ａ，１９ｂを取り付けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒として海水を使用
した熱交換器を構成する冷却管、管板、水室及びこれに
接続された配管装置のガルバニック腐食を防止するため
に用いられる熱交換器の電気防食装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、海水を冷却水として使用する熱
交換器、例えば発電プラントにおける海水冷却器として
は、シェル・アンド・チューブ方式を採用したものが広
く用いられている。

【０００３】この種の海水冷却器の冷却管は、海水と直
接に接触するので、その材料として腐食しにくい貴なる
金属、例えばアルミニウム黄銅を主とする銅合金が、ま
た海水冷却器の管板には、ネーバル黄銅板等が一般に使
用されている。

【０００４】また、近年の発電プラントにおいては、海
水冷却器の冷却管及び管板に耐食性の優れるチタンが使
用されるようになってきている。これは、アルミニウム
黄銅管は、コストが安く伝熱性能に優れているものの、
完全な耐食性を期待することができないからであるが、
チタン管は、耐食性には優れているもののコストが割高
になってしまう。

【０００５】一方、海水に対する耐食性に優れたフェラ
イト系スーパーステンレス鋼が開発され、開発以来、熱
交換器用の冷却管として使用されて良好な使用実績を積
みつつある。そこで、近年では、チタン管並の耐食性が
期待でき、かつチタン管よりコストの安いフェライト系
スーパーステンレス鋼管が熱交換器用の冷却管として採
用されるようになってきている。

【０００６】また、発電プラントの既設の海水冷却器に
ついても、熱交換器としての性能向上及び冷却管の耐食
性向上を図るために、冷却管がアルミニウム黄銅管製
で、管板がネーバル黄銅板製の既設の海水冷却器に対し
て、冷却管のみをアルミニウム黄銅管からフェライト系
スーパーステンレス鋼管にリプレースすることが行なわ
れている。

【０００７】このリプレースにあたり、チタン管よりフ
ェライト系スーパーステンレス鋼管が選定される理由と
しては、耐食性はチタン管に劣るもののコストが安い
点、同等の性能を満足させる場合にチタン管では肉厚が
薄く強度的に弱くなり冷却管を支える支え板や補強管の
追設が必要となってしまう点、鉄及びネーバル黄銅との
ガルバニック腐食に対してチタンよりもフェライト系ス
ーパーステンレス鋼の方が卑側に位置するため電位差と
しては小さくなっている点、更に同材料はエロージョン
特性にも優れている点が挙げられる。

【０００８】以上、海水冷却器の冷却管のみをリプレー
スしてフェライト系スーパーステンレス鋼管にする理由
について説明したが、海水冷却器及びこれに接続された
配管装置の材料の構成としては、前述のように冷却管は
フェライト系スーパーステンレス鋼管が、管板はネーバ
ル黄銅板が、また海水冷却器の水室及びこれに接続する
配管装置は炭素鋼がそれぞれ使用されている。

【０００９】以下、発電プラントの冷却管をフェライト
系スーパーステンレス鋼管にリプレースした海水冷却器
（熱交換器）及びこれに接続された配管構造についての
一例を図７乃至図９を用いて説明する。

【００１０】ここに、図７は海水冷却器の概略構成図
を、図８は図７のＡ−Ａ線矢視図を、図９は図７のＢ−
Ｂ線矢視図をそれぞれ示す。

【００１１】即ち、熱交換器としての海水冷却器１に
は、円筒状の海水冷却器本体（熱交換器胴）２が備えら
れ、この冷却器本体２の両端に管板３が配置されている
とともに、この管板３にリプレースされたフェライト系
スーパーステンレス鋼管製の冷却管（伝熱管）４が多数
挿入されている。そして、各管板３には、前記冷却器本
体２に連なる一対の水室５ａ，５ｂがそれぞれ接続され
ている。更に、海水冷却器本体２には、淡水入口管６と
淡水出口管７とが取り付けられている。

【００１２】なお、前記海水冷却器本体２、淡水入口管
６及び淡水出口管７は、炭素鋼鋼板等で製作されてお
り、内面の塗装及びライニングは施されていない。

【００１３】これにより、淡水８は、淡水入口管６を通
って海水冷却器本体２内に入り、冷却管４の内部を流れ
る海水９と熱交換して冷却され、淡水出口管７を経て他
の機器（図示せず）に流入するようなされている。

【００１４】前記海水冷却器１の前部側（図７の右側）
に位置する水室５ａは、Ｔ字状の仕切板１０ａにより３
つの室に区切られているとともに、下半の水室５ａに海
水入口管１１と海水出口管１２がそれぞれ接続されてい
る。また、前部側の水室５ａの内面には、犠牲陽極１３
ａが取り付けられている。

【００１５】一方、後部側（図７の左側）に位置する水
室５ｂは、鉛直方向に延びる仕切板１０ｂによって２つ
の室に区切られているとともに、この内面に犠牲陽極１
３ｂが取り付けられいている。

【００１６】なお、これらの海水冷却器１の水室５ａ，
５ｂ、海水入口管１１及び海水出口管１２は、例えば炭
素鋼鋼板等で製作され、海水９と直接接触するため、腐
食防止として、タールエポキシ樹脂等の防食性塗料又は
被覆材が施されている。

【００１７】そして、海水９は、前部側の水室５ａの海
水入口管１１よりこの内部に流入し、冷却管４を通り、
後部側の水室５ｂ、冷却管４、前部側の水室５ａ、冷却
管４、後部側の水室５ｂ、冷却管４、前部側の水室５ａ
を順次経て海水出口管１２より外部に流出するようなさ
れている。

【００１８】この海水冷却器１は、４パス式のシェル・
アンド・チューブ方式を採用したものであり、冷却管４
の内側の海水９は、冷却管４の外側の淡水８の熱を該冷
却管４を介して吸収し、これによって、海水９は温度上
昇しながら海水出口管１２より外部に流出する。

【００１９】ここに、海水冷却器１の冷却管４は、従来
のアルミニウム黄銅管（７８Ｃｕ，２Ａｌ，２０Ｚｎ）
から耐食性に優れているフェライト系スーパーステンレ
ス鋼（２５Ｃｒ，４Ｎｉ，４Ｍｏ）にリプレースされ、
一方管板３は、ネーバル黄銅板（５０Ｃｕ，１Ｓｎ，３
９Ｚｎ）で既設のままの状態となっている。

【００２０】また、冷却管４のフェライト系スーパース
テンレス鋼と管板３のネーバル黄銅板及び炭素鋼鋼板製
の水室５ａ，５ｂとの間でのガルバニック腐食を防止す
るために、亜鉛又はアルミニウム合金等の犠牲陽極１３
ａ，１３ｂが水室５ａ，５ｂの内側に設置され、ネーバ
ル黄銅板の管板３と炭素鋼鋼板製の水室５ａ，５ｂ、並
びにこれに接続された炭素鋼鋼板製の海水入口管１１及
び海水出口管１２の防食を行なうようなされている。

【００２１】なお、管板３のネーバル黄銅板及び水室５
ａ，５ｂ等の炭素鋼鋼板の防食にあたり、管板３に直接
接触している冷却管４のフェライト系スーパーステンレ
ス鋼が、水素吸収を生じない電位になるように、陽性電
極１３ａ，１３ｂの位置は、一般に経験則により決めら
れている。

【００２２】ところで、海水冷却器や配管構造の海水に
直接触れる部分は、海水による腐食を防止するため、材
料の選定や金属面の塗装又は防食性被覆材による保護な
ど十分な注意が払われている。即ち、一般に、腐食現象
には、環境中の金属単体が腐食する自然腐食と、異種金
属が接触している場合に生じるガルバニック腐食があ
り、このガルバニック腐食は、腐食速度が非常に速いた
め特に注意しなければならない。

【００２３】ここに、ガルバニック腐食とは、例えば電
気的に接続されている異種金属が電解質溶液中に置かれ
ていると、貴なる金属を陰極に、卑なる金属を陽極にし
て電位差が形成され、陽極金属が金属イオンとなって電
解質溶液中に溶出して卑金属が腐食される現象をいう。

【００２４】図１０に海水中における各種金属の自然電
位を示す。ここでは５種類の金属の自然電位を示してい
るが、チタンが最も貴側の金属であり、亜鉛が最も卑側
の金属となる。

【００２５】例えば、海水中で、貴側のネーバル黄銅と
卑側の鉄とが接水し、ネーバル黄銅と鉄とが電気的に接
続されている場合には、この２つの金属間の自然電位差
Ｖにより卑側の鉄がこの電位差によるガルバニック腐食
を受けることになる。他の金属の組み合わせでも同様な
ことがいえ、これらの２つの金属間の自然電位差が大き
い程ガルバニック腐食は著しく進むことになる。

【００２６】なお、同図における横軸の電位ＶSCE は、
飽和甘こう電極電位を基準として示している。

【００２７】これらの現象は、発電プラントの海水系に
も起こり得る。例えば、熱交換器に使用されている冷却
管、ストレーナ、弁、温度計ウェル等の計装品の露出金
属の間にガルバニック腐食が生じる可能性がある。

【００２８】また、この他にも、前述の材料と次のよう
なものが考えられる。即ち、海水冷却器の水室及び配管
装置類の内面には、鋼（鉄）表面の腐食を防止するた
め、鋼表面が直接に海水と触れないように防食性塗装ま
たは被覆材が施されている。しかしながら、何らかの原
因により塗装または被覆面が破損した場合には、鋼表面
が海水中に露出することになり、前述の貴金属材料と卑
金属の鋼表面が電気的に接続されると、この２つの金属
の電位差により卑側の鋼表面がガルバニック腐食を受け
ることになる。

【００２９】即ち、海水冷却器１の冷却管４にフェライ
ト系スーパーステンレス鋼管が、管板３にネーバル黄銅
板がそれぞれ使用されている場合、水室５ａ，５ｂ、海
水入口管１１及び海水出口管１２は、通常鋼板により製
作されているため、鋼板が卑側の金属となる。これらの
水室５ａ，５ｂ、海水入口管１１及び海水出口管１２
は、腐食性塗装または被覆材が施されるのは上述した通
りであるが、これらの塗装または被覆箇所が施工不良や
海水の流れ等により損傷し、下地である鋼表面が露出す
ると、前述のようにフェライト系スーパーステンレス鋼
と鉄との間の電位差のため、卑金属の鋼（鉄）表面がガ
ルバニック腐食を受けることになる。

【００３０】また、冷却管４は、アルミニウム黄銅管よ
り耐食性が優れているフェライト系スーパーステンレス
鋼にリプレースされ、冷却管４のフェライト系スーパー
ステンレス鋼と管板３のネーバル黄銅板は、共に海水中
で露出しており、かつ電気的に接続されているため、貴
金属側の２つの金属であるが、海水中ではネーバル黄銅
板が卑側にあり、フェライト系スーパーステンレス鋼と
ネーバル黄銅板の間の電位差により卑金属側のネーバル
黄銅板がガルバニック腐食を受ける。

【００３１】以下、この現象を図を参照して以下に説明
する。

【００３２】図１１において、海水入口管１１及び海水
出口管１２は、前部側の水室５ａに接続されているが、
説明のために同図には仮想線で示している。

【００３３】先ず、海水冷却器１の水室５ｂ（５ａ）に
被膜損傷部１４ａ，１４ｂが、また海水入口管１１及び
海水出口管１２にも被膜損傷部部１４ｃがそれぞれ存在
していると想定する。従って、各被膜損傷部１４ａ，１
４ｂ，１４ｃは鋼表面が海水９に露出していることにな
る。また、冷却管４のフェライト系スーパーステンレス
鋼及び管板３のネーバル黄銅板も海水９にその表面を露
出している。

【００３４】ここで、海水冷却器１の水室５ｂと管板
３、及び水室５ｂとこの蓋１５とは導通１６により電気
的に接続されている。

【００３５】以上から、水室５ｂの被膜損傷部１４ａ，
１４ｂ、及び海水入口管１１及び海水出口管１２の被膜
損傷部１４ｃから冷却海水９を通り、管板３及び冷却管
４を経て水室５ｂ、海水入口管１１及海水出口管１２を
通る電気的回路が形成され、これにより被膜損傷部１４
ａ，１４ｂ，１４ｃから管板３及び冷却管４へ腐食電流
１７が流れて被膜損傷部１４ａ，１４ｂ，１４ｃがガル
バニック腐食されることになる。

【００３６】また、管板３から冷却用の海水９が冷却管
４に入り、管板３と冷却管４とは電気的に接続されてい
るため、管板３、海水９及び冷却管４についても電気的
回路が形成され、これにより管板３から冷却管４に腐食
電流１７が流れて、管板３がガルバニック腐食されるこ
とになる。

【００３７】なお、この現象は、後部側の水室５ｂに限
られたものではなく、前部側の水室５ａについても事情
は全く変わらない。

【００３８】このような海水冷却器１の管板３、水室５
ａ，５ｂ並びに海水入口管１１及び海水出口管１２にお
けるガルバニック腐食現象から機器を守るために、水室
５ａ，５ｂ、及び海水入口管１１及び海水出口管１２内
に防食電流を流すことが広く行われている。

【００３９】以下、これらの対策を中心として電気防食
の具体的な手段を説明する。

【００４０】図１２において、符号１３ｂは犠牲陽極を
示しており、防食電流１８を発生させるために取り付け
られている。

【００４１】なお、ここでは後部側の水室５ｂについて
述べているが、前部側の水室５ａにも同様の装置が設置
され、同様な効果が得られるようになっている。

【００４２】上記構成において、防食電流１８は、犠牲
陽極１３ａから管板３、冷却管４及び被膜損傷部１４
ａ，１４ｂ，１４ｃへ流れ、管板３及び被膜損傷部１４
ａ，１４ｂ，１４ｃより流れる腐食電流１７（図１１参
照）が消滅させられる。これにより管板３及び被膜損傷
部１４ａ，１４ｂ，１４ｃのガルバニック腐食を防止す
ることができる。

【００４３】通常、陰極防食を行なう場合には、防食す
べき金属の自然電位よりも２００〜２６０mV SCE程度卑
側にすることにより行なわれる。一般に、海水中におけ
る鉄の自然電位は、図１０に示すように、−４５０〜−
６５０mV SCE程度であり、また、ネーバル黄銅の海水中
の自然電位は、−３００〜−４００mV SCE程度であるの
で、これから防食電位が設定される。

【００４４】なお、卑側にすればする程、防食効果を高
めることができるが、防食のために鋼表面に施されるゴ
ム、タールエポキシ樹脂等の被覆材料は、あまり卑側に
すると表面が劣化して剥離するという問題があり、あま
り卑側に設定することはできない。従って、通常は−６
５０〜−９００mV SCEの範囲に設定される。

【００４５】しかしながら、従来より実施されている管
板３がネーバル黄銅板で、冷却管４がアルミニウム黄銅
管の海水冷却器１の場合には前述の防食電位で問題はな
いものの、冷却管３がフェライト系スーパーステンレス
鋼管の場合には、水素脆性という問題が生じる。

【００４６】ここに、水素脆性とは、水素の吸収により
金属材料が脆くなる現象で、フェライト系スーパーステ
ンレス鋼材を海水中において、約−８００mV SCEより卑
側に分極させると、水素吸収が始まることから引き起こ
される。

【００４７】従って、図１２に示すようにしてガルバニ
ック腐食を防止する場合の防食電位は、フェライト系ス
ーパーステンレス鋼材が水素脆性を生じない電位に設定
する必要がある。

【００４８】以上より、図１２に示す海水冷却器１の冷
却管４、即ち管板３の近傍の電位は、フェライト系スー
パーステンレス鋼材の水素脆性の発生を回避する上で、
−８００mV SCEよりも貴側になるように設定されてい
る。また、水室５ａ，５ｂ、海水入口管１１及び海水出
口管１２、更に管板３の防食にあたっては、鉄及びネー
バル黄銅を対象に−６５０〜−９００mV SCE程度の電位
になるようにしている。

【００４９】従って、海水冷却器１の水室５ａ，５ｂ、
及び海水入口管１１及び海水出口管１２については、−
６５０〜−９００mV SCE程度の防食電位で問題はない
が、冷却管４に接続された管板３に対する防食電位は、
両者を満足する−６５０〜−８００mV SCE程度に限定さ
れてくる。

【００５０】上記の内容を反映し、海水冷却器１の水室
５ｂ内に、犠牲陽極１３ｂを経験則により位置を決めて
配置した場合についての水室５ｂ内の電位分布を実験及
び解析により求めたものを図１３に示す。

【００５１】図中、縦軸は、下半水室中心ＯーＯに沿っ
た電位を示し、横軸はグラフの上に示した水室５ｂの部
位を示している。電位分布は、冷却管４の海水９の流れ
が止まる停止中のものを曲線ｋとして、冷却管４の海水
９が流れる運転中のものを曲線ｌとして示したものであ
る。

【００５２】この場合、犠牲陽極１３ｂは、亜鉛又はア
ルミニウムを主成分とする犠牲陽極であり、水室５ｂの
ほぼ中央に配置され、海水中での電位が約−１０００mV
SECに保つように設定されたものである。そして、実験
及び解析により求めた下半の水室５ｂの中心Ｏ−Ｏ線に
沿った電位を結んで分布曲線ｋ，ｌとして示したもので
ある。

【００５３】曲線ｋは、冷却管４内に海水９の流れがな
い停止中の水室５ｂ内の電位分布を示すものであり、こ
の場合、管板３の近傍の位置で−８５０〜−９５０mV S
CEとなりフェライト系スーパーステンレス鋼の水素脆性
の電位−８００mV SCEより卑側の状態となっている。ま
た、犠牲陽極１３ｂの近傍では−１０００mV SCEを保持
し、水室５ｂの蓋１５側、即ち管板４より離れるにつれ
て、電位は−１０００mV SCEより貴側に徐々に変化して
いる。

【００５４】これにより、水室５ｂの鋼板及び管板３の
ネーバル黄銅板は、−８００mV SCEより卑側であり十分
に防食されているが、冷却管４のフェライト系スーパー
ステンレス鋼は水素脆性が問題となる電位となってい
る。

【００５５】次に、曲線ｌは、冷却管４内に海水９が流
れる運転中の水室５ｂ内の電位分布を示すものであり、
この場合、管板３の近傍の位置の電位は、約−５５０mV
SCE程度となりフェライト系スーパーステンレス鋼の水
素脆性の電位−８００mV SCEより充分に貴側の電位とな
っている。

【００５６】また、管板３より犠牲陽極１３ｂに近づく
につれ、電位が卑側に変化し犠牲陽極１３ｂの近傍では
−１０００mV SCEとなり、水室５ｂの蓋１５側、即ち管
板３より離れるにつれ、電位は−１０００mV SCEより貴
側に徐々に変化している。

【００５７】なお、管板３及び管板３に近い水室５ｂの
部分では、鋼板及びネーバル黄銅板の防食電位−６５０
mV SCEより貴側となっている。

【００５８】これにより、冷却管４に接続された管板３
の電位は、約−５５０mV SCE程度となっており、冷却管
４のフェライト系スーパーステンレス鋼の水素脆性の問
題はない。しかしながら、管板３及び管板３の近傍の水
室５ｂは、防食電位の−６５０mV SECより貴側であり、
ネーバル黄銅板の管板４及び鋼板の水室５ｂの防食を行
うことができない。

【００５９】従って、犠牲陽極１３ｂを水室５ｂのほぼ
中央に配置した場合、冷却管４の海水９の流れが止まる
停止中においては、ネーバル黄銅板の管板３及び鋼板の
水室５ｂを充分に防食することができるが、フェライト
系スーパーステンレス鋼の冷却管４は水素脆性が生じる
電位となる。

【００６０】また、冷却管４の海水９が流れる運転中に
おいては、フェライト系スーパーステンレス鋼の冷却管
４は水素脆性の生じる電位とはならないが、ネーバル黄
銅板の管板３及び該管板３の近傍の鋼材の水室５ｂにつ
いては防食することができない。従って、前記の両者を
満足できない場合が多く、片方が犠牲になることが多か
った。

【００６１】また、これらを満足させるために、外部電
源方式の電気防食装置を取り付けることも行われている
が、この場合、特に、冷却管４に海水９が流れる運転中
において、冷却管４に流入する電流が多く、いわゆる損
失電流が大きいため、非常に効率の悪い電気防食装置と
なってしまう。

【００６２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、冷却
管４にフェライト系スーパーステンレス鋼を使用し、管
板３にネーバル黄銅板を使用した海水冷却器１では、ネ
ーバル黄銅板の管板３、及び水室５ａ，５ｂや海水入口
管１１及び海水出口管１２に発生した被膜損傷部１４
ａ，１４ｂ，１４ｃの露出鋼面のガルバニック腐食を防
止するために、水室５ａ，５ｂのほぼ中央に犠牲陽極１
３ａ，１３ｂを設け、ここから防食電流１８を、例えば
管板３、及び水室５ｂの被膜損傷部１４ａ，１４ｂ、海
水入口管１１及び海水出口管１２の被膜損傷部１４ｃに
向けて流すようにしているが、先ず、冷却管４の海水９
の流れが止まる停止中をみてみると、管板３及び被膜損
傷部１４ａ〜１４ｃに防食電流１８が流れると同時に、
防食対象外の冷却管４にも防食電流１８が流れ込むこと
になる。

【００６３】このように損失電流が冷却管４に流入する
と、フェライト系スーパーステンレス鋼材の分極特性
は、電流値の大きさ及び冷却管４内の流速により変動す
るものであるが、フェライト系スーパーステンレス鋼材
が海水中に示す自然電位より卑側の電位を示すようにな
る。特に、冷却管４内に流速がない場合には、小さな電
流値によっても分極特性が大きく変化してしまい、フェ
ライト系スーパーステンレス鋼材の海水中で示す自然電
位よりかなり大きい卑側の電位となる。このため、冷却
管４の電位が、フェライト系スーパーステンレス鋼材の
水素脆性を起こす電位約−８００mV SCEより卑側になっ
てしまう。

【００６４】この場合、ネーバル黄銅板の管板３、及び
水室５ｂや海水入口管１１及び海水出口管１２の被膜損
傷部１４ａ，１４ｂ，１４ｃの鋼面の防食は十分なもの
となっている。

【００６５】以上より、損失電流が冷却管４に流れ込
み、冷却管４内に海水９が流れていない場合には、フェ
ライト系スーパーステンレス鋼の分極特性が大きく、電
位が卑側に移る度合が大きいため、損失電流値を小さく
する必要がある。

【００６６】従って、このフェライト系スーパーステン
レス鋼の水素脆性を考えると、損失電流値を小さくする
ためには、犠牲陽極１３ａ，１３ｂを管板３より遠くに
離して設置することが考えられる。これにより、冷却管
４に流入する損失電流値を小さくして、フェライト系ス
ーパーステンレス鋼の分極特性を小さくなし、水素脆性
の問題をなくすことができる。

【００６７】次に、冷却管４に海水９が流れる運転中に
ついて考えてみると、前述と同様に、管板３及び被膜損
傷部１４ａ〜１４ｃに防食電流１８が流れると同時に、
防食対象外の冷却管４にも防食電流１８が流れ込む。し
かしながら、冷却管４内に海水９が流れる流速がある場
合には、損失電流値が大きい場合であっても、分極特性
の変化は小さく、フェライト系スーパーステンレス鋼の
電位はあまり卑側に変化しない。

【００６８】従って、冷却管４の電位は、フェライト系
スーパーステンレス鋼材の水素脆性を起こす電位約−８
００mV SCEより貴側となっており、水素脆性の問題はな
くなる。

【００６９】しかしながら、この場合には、ネーバル黄
銅板の管板３及び該管板３に近い鋼材の水室５ａ，５ｂ
は、これらの防食電位を満足しなくなり腐食されること
になる。これから、冷却管４内を海水９が流れている場
合には、ネーバル黄銅板の管板３及び該管板３に近い鋼
材の水室５ａ，５ｂの防食電位を保つために、防食電流
１８を増加させる必要がある。

【００７０】従って、ネーバル黄銅板の管板３及び鋼材
の水室５ａ，５ｂの防食を考えると、防食電流１８を大
きくするためには、犠牲陽極１３ａ，１３ｂを管板３に
近づけて設置することが考えられる。これにより、管板
３及び管板３に近い水室５ａ，５ｂに流入する防食電流
１８を大きくして、防食電位を保持し防食することがで
きる。

【００７１】以上の結果より、冷却管４内に海水９の流
速がない停止中の場合には、犠牲陽極１３ａ，１３ｂを
管板４よりを離れた位置に取り付け、また冷却管４内に
海水９の流速がある運転中の場合には、犠牲陽極１３
ａ，１３ｂを管板３に近い位置に設置すればよいのであ
るが、２種類の犠牲陽極を設置して上記の２つの条件を
満足させることは困難である。

【００７２】即ち、運転状態及び流体条件により２種類
の犠牲陽極を使い分けたり、冷却管４内に海水９が流れ
る場合と止まる場合、即ち運転状態及び流体条件等によ
り犠牲陽極の位置を変えるようにすることは一般に困難
である。また、犠牲陽極は、一定の電流を発生させるも
のであり電位をコントロールすることはできない。

【００７３】以上から１種類の犠牲陽極では、２つの運
転条件、即ち、冷却管４内に海水９が流れ込む運転中
と、冷却管４内の海水９が止まる停止中の運転条件につ
いて、ネーバル黄銅板の管板３、海水入口管１１、海水
出口管１２及び水室５ａ，５ｂの鋼板の防食、及びフェ
ライト系スーパーステンレス鋼の冷却管４の水素脆性の
問題を解決することはできない。

【００７４】以上のように、犠牲陽極方式の場合には、
前述のガルバニック腐食と水素脆性の両者を同時に満足
させることはできないが、この対策として、外部電源方
式による電気防食装置を設置することが行われている。
この電気防食装置の場合、電極を管板３（冷却管４）よ
り離れた位置に設置する必要があり、冷却管４内に海水
９が流れる運転中における損失電流が大きくなって、効
率がかなり悪くなってしまう。

【００７５】一方、先に述べたように、犠牲陽極１３
ａ，１３ｂの取付けに当たっては、経験則によるところ
が多く、犠牲陽極１３ａ，１３ｂの設置場所等に必要な
配慮を欠いて、真にガルバニック腐食に役立つものとは
いえないところがある。

【００７６】本発明は上記に鑑み、海水冷却器等の熱交
換器に使用されるフェライト系スーパーステンレス鋼材
の水素脆性を抑制し、かつフェライト系スーパーステン
レス鋼材と共に用いられるネーバル黄銅材及び炭素鋼の
部分においても、ガルバニック腐食によってこの表面が
腐食されるのを確実に防止できるようにしたものを提供
することを目的とする。

【００７７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る熱交換器の電気防食装置は、熱交換器
胴に連なる一対の水室を有し、冷媒としての海水を前記
水室から前記熱交換器胴の内部にその両端を管板で支持
して配置した伝熱管を通して流すようにした熱交換器で
あって、前記各伝熱管をフェライト系スーパーステンレ
ス鋼で、前記管板をネーバル黄銅で、前記水室を該水室
に連なる配管装置と共にフェライト系スーパーステンレ
ス鋼及びネーバル黄銅よりも電気化学的に卑な金属材料
でそれぞれ構成した熱交換器の電気防食装置において、
前記各水室内の管板近傍をフェライト系スーパーステン
レス鋼の水素脆性を抑制できる電位に、前記各水室内の
管板及び各水室を少なくとも海水中における自然電位よ
りも卑側の電位にそれぞれ保つように各水室内に外部よ
り作動及びコントロールできる外部電源方式の電極を取
り付けたことを特徴とするものである。

【００７８】

【作用】上記のように構成した本発明によれば、水室内
に取り付けた電極を外部より作動及びコントロールし
て、フェライト系スーパーステンレス鋼製の伝熱管の水
素脆性を抑制するとともに、ネーバル黄銅製の管板、及
び炭素鋼製等の水室や配管装置のガルバニック腐食を防
止することができる。

【００７９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、上記従来例と同一部分には同一符号を付し
てその説明を省略する。

【００８０】図１乃至図４は、第１の実施例を示すもの
で、同図において、海水冷却器１の一方の水室５ｂに被
膜損傷部１４ａ，１４ｂが存在していると想定してい
る。従って、被膜損傷部１４ａ，１４ｂは、鋼表面が海
水９に露出している。また、冷却管４のフェライト系ス
ーパーステンレス鋼及び管板３のネーバル黄銅板につい
ても海水９にその表面が露出している。

【００８１】ここで、海水冷却器１の水室５ｂと管板
４、及び水室５ｂとその蓋１５とは導通１６によりそれ
ぞれ電気的に接続されている。

【００８２】前記水室５ｂ内には、その蓋１５側に位置
して冷却管４内の海水９の流れが止まる停止中に使用す
る複数の電極１９ａが設置されているとともに、この各
電極１９ａは、導線２０ａにより接続されて外部に配置
されたスイッチ２１ａを介して外部電源２２ａ及び水室
５ｂに接続されている。

【００８３】これにより、電極１９ａ、海水９、被膜損
傷部１４ａ，１４ｂ、冷却管４、水室５ｂ、導線２０
ａ、外部電源２２ａ、スイッチ２１ａ、導線２０ａ及び
電極１９ａが接続され、スイッチ２１ａによって閉ルー
プが形成されて通電が可能となっている。

【００８４】また、水室５ｂ内には、管板３側に位置し
て冷却管４内に海水９が流れる運転中に使用する複数の
電極１９ｂが設置されているとともに、この各電極１９
ｂは、導線２０ｂにより接続されて外部に配置されたス
イッチ２１ｂを介して外部電源２２ｂ及び水室５ｂに接
続されている。

【００８５】これにより、電極１９ｂ、海水９、被膜損
傷部１４ａ，１４ｂ、冷却管４、水室５ｂ、導線２０
ｂ，外部電源２２ｂ、スイッチ２１ｂ、導線２０ｂ及び
電極１９ｂが接続され、スイッチ２１ｂによって閉ルー
プが形成されて通電が可能となっている。

【００８６】なお、上記の説明は海水冷却器１の水室５
ｂについて述べたが、前部側の水室５ａについても同様
である。

【００８７】なお、以上の説明は、熱交換器である海水
冷却器１に関し、冷却管４がフェライト系スーパーステ
ンレス鋼製で、管板３がネーバル黄銅板製の場合につい
て述べているが、従来より一般に使用されている、冷却
管４がアルミニウム黄銅管製で、管板３がネーバル黄銅
板製の海水冷却器１についても適用できる。従って、こ
れらの冷却管４、管板３及び水室５ａ，５ｂを防食する
ような熱交換器にも適用することができる次に上記実施
例の作用を説明する。

【００８８】先ず、図２に基づいて、冷却管４内の海水
９の流れが止まる停止中についての操作を説明する。こ
の場合、停止中に使用する水室５ｂの蓋１５側に設置さ
れた電極１９ａを作動させるため、外部よりスイッチ２
１ａを閉じる。これにより、電極１９ａ、海水９、被膜
損傷部１４ａ，１４ｂ、管板３、冷却管４、水室５ｂを
経て、導線２０ａ、外部電源２２ａ、スイッチ２１ａ、
導線２０ａを通り電極１９ａに接続された閉ループの電
気回路が形成され、防食電流１８が流れて、被膜損傷部
１４ａ，１４ｂ及び管板３を防食することができる。

【００８９】ここに、電極１９ａを管板３より離して設
置することにより、冷却管４に流入する損失電流を小さ
くして、フェライト系スーパーステンレス鋼の分極を小
さくし、これによって、水素脆性の問題を解消すること
ができる。

【００９０】次に、図３に基づいて、冷却管４内に海水
９が流れる運転中についての操作を説明する。この場
合、運転中に使用する水室５ｂの管板３側に設置された
電極１９ｂを作動させるため、外部よりスイッチ２１ｂ
を閉じる。これにより、電極１９ｂ、海水９、被膜損傷
部１４ａ，１４ｂ、管板３、冷却管４、水室５ｂを経
て、導線２０ｂ、外部電源２２ｂ、スイッチ２１ｂ、導
線２０ｂを通り、電極１９ｂに接続された閉ループの電
気回路が形成され、防食電流１８が流れて、被膜損傷部
１４ａ，１４ｂ及び管板３を防食することができる。

【００９１】即ち、図４は、この時の実験及び解析によ
り求めた水室５ｂの下半の中心部Ｏ−Ｏに沿った電位分
布を示すものである。図中、縦軸は、下半水室中心の電
位を示し、横軸は、グラフの上に示した水室５ｂの部位
を示している。

【００９２】同図において、曲線ａは、冷却管４内に海
水９の流れがない停止中に水室５ｂの蓋１５側に設置し
た電極１９ａを作動させた場合の水室５ｂの下半の中心
の電位分布を示すものである。この場合、冷却管４の管
板３の近傍の電位は、約−７５０mV SCE程度となってお
り、水室５ｂの蓋１５側に設置した電極１９ａに向かっ
て徐々に卑側に移り、電極１９ａの近傍で約−１０００
mV SCE程度となっている。

【００９３】従って、冷却管４内に流れのない停止中の
場合に、冷却管４の近傍の電位は、約−７５０mV SCE程
度であり、フェライト系スーパーステンレス鋼の水素脆
性が生じる電位−８００mV SCEより貴側にあり水素脆性
の問題はなく、損失電流値も小さくなる。また、管板３
及び水室５ｂ内は、全ての領域で−６５０mV SCEより卑
側であり、ネーバル黄銅板の管板３及び鋼板の水室５ｂ
は十分な防食状態となっている。

【００９４】また、曲線ｂは、冷却管４内に海水９が流
れる運転中に管板３側に設置した電極１９ｂを作動させ
た場合の水室５ｂの下半の中心の電位分布を示すもので
ある。この場合にも、冷却管４の管板３の近傍の電位
は、約７００mV SCE程度となっている。また、管板３か
ら電極１９ｂに向かって電位は卑側に急激に変化し、電
極１９ｂの近傍で約−１０００mV SCE程度となっている
とともに、この電極１９ｂより水室５ｂの蓋１５に向か
っても徐々に貴側に移行している。

【００９５】従って、冷却管４内に流れのある運転中の
場合に、冷却管４の近傍の電位は、約−７００mV SCE程
度であり、フェライト系スーパーステンレス鋼に水素脆
性が生じる電位−８００mV SCEより貴側にあり水素脆性
の問題はない。また、管板３及び水室５ｂ内は、全ての
領域で−６５０mV SCEより卑側であり、ネーバル黄銅板
の管板３及び鋼板の水室５ｂは十分な防食状態となって
いる。

【００９６】以上より、冷却管４内に海水９が流れる運
転中に作動させる電極１９ｂを水室５ｂの管板３側に、
冷却管４内の海水９の流れが止まる停止中に作動させる
電極１９ａを水室５ｂの蓋１５側に夫々設置し、この２
種類の電極１９ａ，１９ｂを運転状態に応じて外部に設
けたスイッチ２１ａ，２１ｂ１より動作及びコントロー
ルすることにより、前述の運転中及び停止中の２条件に
ついて、ネーバル黄銅板の管板３及び鋼板の水室５ｂを
効率良く防食するとともに、フェライト系スーパーステ
ンレス鋼の冷却管３の水素脆性の問題も同時に解消する
ことができ、しかも損失電流値も小さい抑えることがで
きる。

【００９７】図５は、他の実施例を示すもので、この実
施例の上記実施例と異なる点は、海水冷却器１の水室５
ｂ（５ａ）内に複数個の電極１９ａ，１９ｂを２列に亘
って配置するとともに、管板４側に位置する電極１９ｂ
の数を例えば４個に、蓋１５側に位置する電極１９ａの
数を前記電極１９ｂの数よる少ない例えば３個にし、冷
却管４に海水９が流れる運転中には、管板３側の方の電
極１９ｂ又は２列の電極１９ａ，１９ｂの全てについて
スイッチ２１ａ，２１ｂを閉じて作動させ、また冷却管
４の海水９が流れが止まる停止中には、蓋１５側の方の
電極１９ａをスイッチ２１ａを閉じて作動させるように
した点にある。

【００９８】図６は、更に他の実施例を示すもので、こ
の実施例において、海水冷却器１の水室５ｂ（５ａ）内
には、網目状に多数の電極１９が配置され、これらの全
ての電極１９は、外部電源を備えたコントロール装置２
３に導線２０により接続され、更に、このコントロール
装置２３は、導線２０により水室５ｂに接続されてい
る。これにより、電極１９、海水９、管板３、冷却管
４、水室５ｂ、導線２０、コントロール装置２３、導線
２０及び電極１９が接続されて閉ループが形成され、外
部電源を備えたコントロール装置２３より前記電極１９
の動作及び制御ができるようなされている。

【００９９】また、水室５ｂ内の各部には、網目状に照
合電極２４が配置され、この各照合電極２４は導線２０
により演算装置２５に接続されて、その部位の電位を入
力できるようなされているとともに、この演算装置２５
は前記コントロール装置２３に接続されている。

【０１００】この実施例は、水室５ｂ内の各部の電位を
照合電極２４により感知して演算装置２５に入力し、予
めインプットされている設定値と比較・対比して、コン
トロール装置２３に入力する。そして、このコントロー
ル装置２３により、水室５ｂ内に配置した電極１９の動
作を制御して、予め設定した所定の電位になるようにし
たものである。

【０１０１】即ち、コントロール装置２３は、演算装置
２５及び照合電極２４により電位を感知し、電極１９を
動作、制御させるためにフィードバックをかけるような
されている。

【０１０２】ここに、電位としては、例えば鋼材の水室
５ｂ及びネーバル黄銅板の管板３の防食電位として、約
−６５０mV SCEよりも卑側に、また、フェライト系スー
パーステンレス鋼の冷却管４の水素脆性がない電位とし
て、約−８５０mV SCEより貴側にし、制御範囲として、
−６５０〜８００mV SCEの範囲の制御に設定されてい
る。これにより、流速の有無、海水の汚れ状態等の使用
状態により電極１９を任意に動作及び制御することがで
きる。

【０１０３】この実施例の場合、水室５ｂ内の電位分布
をフィードバックをかけて理想的なものとなし、更に、
水室５ｂ内の理想的な電位分布により防食電流１８を最
小値にすることができる。

【０１０４】以上は海水系の限られた機器類の防食につ
いて説明したが、海水系に使用される他の機器類及び他
の腐食性流体に使用する機器類の防食に対しても適用す
ることができる。また、機器の使用条件、流体条件及び
環境変化に対し、電極を外部より動作及び制御すること
により防食を効率良く実施することができる。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フェライト系スーパーステンレス鋼製の伝熱管（冷却
管）に水素脆性が発生してしまうことを防止するととも
に、ネーバル黄銅板からなる管板や炭素鋼製等からなる
水室等のガルバニック腐食現象を確実に防止することが
でき、しかも防食電流も最小値にすることができるとい
った効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略構成図。

【図２】同じく、停止中の作用の説明に付する図。

【図３】同じく、運転中の作用の説明に付する図。

【図４】同じく、電位分布図。

【図５】他の実施例を示す概略構成図。

【図６】更に他の実施例を示す概略構成図。

【図７】従来例を示す概略構成図。

【図８】図７のＡ−Ａ線矢視図。

【図９】同じく、Ｂ−Ｂ線矢視図。

【図１０】海水中における各種金属の自然電位を示す特
性図。

【図１１】海水冷却器におけるガルバニック腐食現象に
ついての説明に付する図。

【図１２】海水冷却器における電気腐食防止装置の一例
を示す図。

【図１３】図１２における水室内の電位の分布状態を示
す特性図。

【符号の説明】

１ 海水冷却器（熱交換器） ２ 海水冷却器本体（熱交換器胴） ３ 管板 ４ 冷却管（伝熱管） ５ａ，５ｂ 水室 １３ａ，１３ｂ 犠牲電極 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ 被膜損傷部 １７ 腐食電流 １８ 防食電流 １９，１９ａ，１９ｂ 電極 ２１ａ，２１ｂ スイッチ ２２ａ，２２ｂ 外部電源 ２３ コントロール装置 ２４ 照合電極 ２５ 演算装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換器胴に連なる一対の水室を有し、冷
   媒としての海水を前記水室から前記熱交換器胴の内部に
   その両端を管板で支持して配置した伝熱管を通して流す
   ようにした熱交換器であって、前記各伝熱管をフェライ
   ト系スーパーステンレス鋼で、前記管板をネーバル黄銅
   で、前記水室を該水室に連なる配管装置と共にフェライ
   ト系スーパーステンレス鋼及びネーバル黄銅よりも電気
   化学的に卑な金属材料でそれぞれ構成した熱交換器の電
   気防食装置において、前記各水室内の管板近傍をフェラ
   イト系スーパーステンレス鋼の水素脆性を抑制できる電
   位に、前記各水室内の管板及び各水室を少なくとも海水
   中における自然電位よりも卑側の電位にそれぞれ保つよ
   うに各水室内に外部より作動及びコントロールできる外
   部電源方式の電極を取り付けたことを特徴とする熱交換
   器の電気防食装置。