JPH06108287A

JPH06108287A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH06108287A
Application number: JP28502292A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Hori; 登志彦堀
Original assignee: Nippon Zeon Co Ltd
Current assignee: Zeon Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-04-19

Abstract

(57)【要約】【目的】スケールの付着を抑えることができ、かつ連
続運転における冷却及び加熱効率の高さと保守の容易さ
を両立した熱交換器を提供する。【構成】水系流体に接触する伝熱面にフッ化黒鉛等の
撥水性微粉体を含有する金属メッキを施すことを特徴と
する熱交換器。【効果】水系流体に接触する伝熱面へのスケールの付
着を防止することができ、かつ連続運転における冷却及
び加熱効率の高さと、保守の容易さを両立した熱交換器
が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱交換器に関する。更
に詳しくは、水系流体に接触する伝熱面に、撥水性微粉
体を含有する金属メッキを施した、冷却及び加熱効率の
高い熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱交換器として従来公知のものに、水蒸
気加熱器、凝縮器、冷却器、ジャケット付き反応がま等
がある。しかし、総ての熱交換器に共通して、以下のよ
うな問題点がある。

【０００３】冷却の過程においては、水中の微小なゴミ
が、水に接触する伝熱面にスケールとして付着し、連続
運転に伴い、いわゆる缶石となって沈着する。これに伴
い、熱交換器全体の総括伝熱係数が小さくなる結果、冷
却能力が低下する。これは、加熱の過程においても同じ
ことが言える。また工場では、缶石の除去を定期的に実
施しているが、その都度多大な労力や時間、並びにコス
トが必要なのが現状である。

【０００４】熱交換器は、温度の異なる２種の流体間で
熱の収受を行わせ、その廃熱を利用して熱エネルギーの
節減を図る装置をいう。流体間の熱の収受において、単
位時間当りの伝熱量をｑ[kcal/h]とすると、これは

【０００５】

【数１】

【０００６】で示される。ここに、Ｕは総括伝熱係数
［kcal/m²・h・℃］、Ａは伝熱面積[m²]、ｔは高温流体と
低温流体との温度差である。故に、伝熱面積及び流体間
の温度差が一定であれば、単位時間当りの伝熱量は総括
伝熱係数に比例する。

【０００７】一方、スケールが総括伝熱係数に与える影
響は、汚れ係数ｈ_d[kcal/m²・h・℃]を用いて求められ
る。即ち、スケールの伝熱抵抗（これは、汚れ抵抗とも
言われる）１／ｈ_dを考慮して、

【０００８】

【数２】

【０００９】によりＵが求められる。ここで、ｋは固体
壁の熱伝導率[kcal/m・h・℃]、ｌは固体壁の肉厚、
ｈ₁，ｈ₂は両側の境膜伝熱係数[kcal/m²・h・℃]であ
る。同じ装置であれば、これらは全て一定の値をとる。

【００１０】従来は、缶石の沈着を防ぐために、予め冷
却もしくは加熱用の水にリン酸ナトリウム等の缶石沈着
防止用薬剤を添加する方法がとられてきた。また、その
他のスケールの除去には、例えばバクテリアの成長によ
り発生する藻などの生物的スケールに対しては塩素が、
石灰系のスケールには腐食防止剤入りの酸が、それぞれ
用いられてきた。しかしこれらの方法は、スケールの沈
着防止に対しての効果は必ずしも充分でなく、特に突発
時には、薬剤の添加による効果が殆ど見られなかった。
また、リン系等の薬剤ゆえ工場での管理にも注意しなけ
ればならず、これを入れた水の排水の汚染など、周辺の
環境への悪影響という問題も無視できなくなってきた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、缶石の沈着
を抑えることにより、連続運転における冷却及び加熱効
率の高さと、保守の容易さとを両立しうる熱交換器を提
供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らはこれらの欠
点を解決すべく種々検討した結果、熱交換器の水系流体
に接触する伝熱面に、撥水性微粉体を含有する金属メッ
キを施すことにより、水系流体に接触する伝熱面への缶
石の沈着を防止できること、そして、この効果により熱
交換器全体の総括伝熱係数の低下が抑えられ、結果とし
て冷却及び加熱能力の低下を防止できることを見い出
し、この知見に基づいて本発明を完成するに到った。

【００１３】かくして本発明によれば、水系流体に接触
する伝熱面にフッ化黒鉛等の撥水性微粉体を含有する金
属メッキを施した、熱交換器が提供される。以下、本発
明を詳細に説明する。

【００１４】本発明に係わる熱交換器には、例えば、加
熱に用いるものとして蒸発器、加熱器が、冷却に用いる
ものとして、凝縮器、冷却器等が、加熱及び冷却の両方
に用いるものとして、ジャケット付き反応がま等があげ
られる。

【００１５】代表的な熱交換器としては、例えば、多管
式熱交換器や、二重管式熱交換器が挙げられる。多管式
熱交換器は、多数の金属管とそれを内蔵する胴からでき
ている。熱の収受は、金属管内を流れる蒸気などの流体
と、管外を流れる冷却水或は加熱用水等の水系熱媒体と
の間で、管壁を介して行う。また、管外を流れる流体の
流速を上げるために、途中に邪魔板を設けることもでき
る。本発明においては、主に金属管の外表面並びに邪魔
板の表面に、撥水性微粉体を含有する金属メッキを施し
た熱交換器を用いる。また、金属管の内表面に同様のメ
ッキを施して、重合後のポリマー等の付着を防止するこ
とも可能である。

【００１６】二重管式熱交換器は、内管及び外管からな
る二重管を連結したものである。熱の収受は、内管を流
れる流体と、内管と外管との間の環状のすきまを流れる
流体との間で行う。本発明においては、内管の外表面に
撥水性微粉体を含有する金属メッキを施した熱交換器が
用いられる。また、多管式熱交換器の場合と同様に、内
管の内表面にも同様のメッキを施して、重合後のポリマ
ー等の付着を防止することも可能である。これにより、
付着による伝熱面の汚れ抵抗を低くでき、より伝熱効率
の良い二重管式熱交換器が得られる。

【００１７】いずれの場合も、汚物の付着による伝熱面
の汚れを抑えられ、結果として、総括伝熱係数即ち伝熱
効率の低下を防ぐことができる。

【００１８】その他の熱交換器としては、例えば、容器
内にコイル状の伝熱管を設けたコイル式熱交換器；多管
式熱交換器の一方を直接リアクターに付けたリフラック
スコンデンサー；冷却用の水を通したすだれ状の水平管
群の外面に、冷却しようとする液体を薄膜状に流下させ
るカスケード冷却器；かまの底や周壁を二重壁にして水
蒸気で加熱する二重かま形（ジャケット形）加熱器など
が挙げられる。

【００１９】本発明で用いる撥水性微粉体は、常温で表
面エネルギーが約35erg/cm²以下のものである。ここで
いう表面エネルギーとは、表面の消失に伴うエネルギー
のことであり、粒度の異なる結晶粒子の溶解熱測定から
求める方法がよく用いられている。かかる撥水性微粉体
としては、フッ化黒鉛、ポリテトラフルオロエチレン、
カーボンブラック、ポリエチレン、タルク等の、粒子径
が０．０１〜１０μｍのものが好ましく用いられる。粒
子径が０．０１μｍ未満では、後述の電解液（以下メッ
キ液と称する）の製造において、メッキ液中への微粉体
の分散に多大な労力を要し、この点で経済的でない。一
方、粒子径が１０μｍを越えると、メッキ液中での分散
の安定性の低下、並びに金属メッキ中の撥水性微粉体の
数の減少に起因する熱交換器全体の表面積の減少によ
り、本発明におけるメッキの効果が発揮されにくい。

【００２０】本発明におけるメッキ液の製法について説
明する。これは、特開昭６３−５７６８８号公報に記載
の方法を応用したものである。まず、公知の方法により
得られたニッケルメッキ液中に、カチオン系分散剤等を
用いて該撥水性微粉体を混合する。該カチオン系分散剤
としては、パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウ
ム塩に代表される、高級アルキル第４級アンモニウム塩
型のものが用いられる。これを超音波処理により分散さ
せて、撥水性微粉体を含有するメッキ液を作る。

【００２１】本発明において、熱交換器の水系流体に接
触する伝熱面に金属メッキを施す方法としては、例えば
複合メッキ法が利用できる。これは、電気メッキ及び電
解メッキによる金属イオンの還元析出に合わせて微粒子
を共析させる技術である。また、ここでいう電気メッキ
法とは、メッキしたい金属を陽極とし、該金属の塩を電
解液即ちメッキ液として、直流によって陰極の品物に金
属を析出被覆させる方法である。

【００２２】本発明において、メッキの対象としては、
各種鋼板、鋼管及びステンレス鋼が好ましく用いられ
る。また、本発明においては、メッキしたい品物の表面
の油などの不純物を、アルコール等の溶剤で取り除いた
後、該メッキ液を用いて電気メッキを行い、更に、必要
に応じて熱処理等の処理を行う。

【００２３】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明するが、本発明は下記の例によって何ら限定され
るものではない。なお、実施例、比較例中の部及び％
は、特に断りのないかぎり重量基準である。

【００２４】実施例１膜厚２０μｍ、平均粒径０．２μｍのフッ化黒鉛を２０
％含むニッケルメッキを、外径１９mmの鋼管の外表面
に、分散メッキ法で施した。この鋼管を内管に使って、
二重管式熱交換器を作成した。

【００２５】図１は、本実施例で作成した熱交換器の説
明図である。図１で、１は内管を流れるスチーム、２は
減圧弁、３は圧力計、４は温度計、５は流量計である。
そして６は、熱交換器を通過して凝縮水となったスチー
ムである。また、７は冷却水で、５を通って熱交換器の
外管に至る。ここで、外管は２５^A鋼管を用い、伝熱部
の有効長さは１０００mmとした。

【００２６】この熱交換器の内側にスチームを、外側に
冷却水を向流で流して、総括伝熱係数の経時変化を測定
した。試験設備の運転は、スチームについては減圧弁に
より供給するスチーム圧力を常に一定に保つようにし、
冷却水については流量計を通して一定流量に保つように
して行った。また交換熱量は、単位時間当りの凝縮水量
と、スチームと凝縮水のエンタルピー差より、スチーム
側から求めた。この熱交換器を３ヶ月間連続運転した。
その結果、試験開始当初の総括伝熱係数は５２０kcal/m
²・h・℃であり、３ヶ月後も同じ値を示した。

【００２７】比較例１二重管式熱交換器の内管外表面にメッキを施していない
以外は、実施例１と同一の設備で、同一の試験条件で実
施を行った。試験開始当初の総括伝熱係数は５２０kcal
/m²・h・℃であったが、３ヶ月後は４７０kcal/m²・h・℃に
低下した。

【００２８】比較例２フッ化黒鉛を含まないニッケルメッキを二重管式熱交換
器の内管外表面に施した以外は、実施例１と同一の設備
で、同一の試験条件で実施を行った。試験開始当初の総
括伝熱係数は５２０kcal/m²・h・℃であったが、３ヶ月後
は４８０kcal/m ²・h・℃に低下した。

【００２９】比較例３吸水性物質である平均粒径０．１μｍのアルミナを２０
％含むニッケルメッキを二重管式熱交換器の内管外表面
に施した以外は、実施例１と同一の設備で、同一の試験
条件で実施を行った。試験開始当初の総括伝熱係数は５
２０kcal/m²・h・℃であったが、３ヶ月後は４８０kcal/m
²・h・℃に低下した。

【００３０】

【発明の効果】本発明の、撥水性微粉体を有する金属メ
ッキを水系流体に接触する伝熱面に施した熱交換器を用
いることにより、水系流体に接触する伝熱面へのスケー
ルの付着、及びそれに伴う缶石の沈着を防止することが
できる。従って、連続運転における熱交換器全体の総括
伝熱係数の低下を防ぐことができ、冷却及び加熱効率の
高さと、缶石の除去及び沈着防止に関わる労力、時間及
びコストの低減による保守の容易さを両立した、熱交換
器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における、二重管式熱交換器の説明図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水系流体に接触する伝熱面に撥水性微粉
体を含有する金属メッキを施した熱交換器。
【請求項２】該撥水性微粉体がフッ化黒鉛である請求
項１記載の熱交換器。