JPS61168797A - 熱交換管 - Google Patents

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】 （技術分野） 本発明は、熱交換器に於ける熱交換管に係り、特に海水
や、海水を含む淡水、例えば河海水等が冷却水として用
いられ、それが管内を流通せしめられる熱交換管におい
て、かかる冷却水中の海洋生物の付着を効果的に防止す
るようにしたものに関する。

（背景技術） 従来から、復水器等の多数の熱交換管を装着した多管式
熱交換器において、冷却水に海水や海水を含む河川水等
を用いる場合、伝熱管としての熱交換管の内面への海洋
生物の付着、或いはそれによる閉塞に基因する障害が生
じることが認められている。すなわち、伝熱性能の低下
、損失水頭の増大、或いは熱交換管の腐食等がそれであ
り、そしてこれらの障害に基づく経済効率の低下やポン
プ動力費の増大は重大な問題となっている。

このため、既設の熱交換器に装着されている熱交換管の
防汚対策としては、スポンジボール洗浄やナイロンプラ
ンジ洗浄等の機械的方法が、一般に採用されているので
あるが、１〜２万本にも達する多数本の熱交換管が装着
された熱交換器においては、流動条件の不均一性の故に
、少数の管ではあるが、上記の生物障害が生じたり、ま
たプラントの一時的な停止に続く各熱交換管の１本づつ
に対する掃除は、極めて面倒な作業となるのであり、加
えてそのような掃除に要する費用、更にはプラント停止
に伴う損失は、真人なものとなっているのである。

一方、海水等を冷却水とする熱交換器用の熱交換管は、
一般に、ＪＩＳ−Ｈ３３００に規定された銅合金管であ
るが、この銅合金材料は、チタン、鉄、その他の材料に
較べて貝類や海草等の生物が付着しに＜＜、耐生物汚損
性に冨むことが認められている。そのような生物付着抑
制の効果は、それらの銅合金管から溶出する微量の銅イ
オンによるものと考えられている。従って、この銅合金
管にあっては、適度に材料が腐食することが、生物付着
防止には必要であるものと考えられる。しかして、ＪＴ
’Ｓ−８３３００に規定される諸合金は、腐食防止の点
から開発された材料であって、銅イオンの溶出の少ない
ものとされているところから、その分生物付着抑制効果
が劣り、生物付着による問題を惹起し易い。

また、本発明者らは、そのような銅合金材料の具有する
生物付着抑制効果を利用して、前述の如き海水等を冷却
水とする熱交換器における防食・防汚型熱交換管として
は、先に、実願昭５８−１９５００９号において、内管
としてＪＩＳ−１（３３００に規定された銅合金管を用
い、且つ外管として薄肉のチタン管を用いてなる二重管
構造の管材料が、最適であることを明らかにした。

（解決課題） しかしながら、かかる本発明者らの提案した銅合金−チ
タン二重管から成る構造の熱交換管にあっても、未だ解
決されるべき問題が内在しているのである。すなわち、
内管として用いられる銅合金管は、上述した理由により
、必ずしも充分な耐生物汚損性を示すわけではなく、例
えば管内流速が０．８ｍ／秒以下では、顕著な生物付着
を生じ、このために管内冷却海水流速が０．５〜１ｍ／
秒で設計されている場合の多い、化学プラントの熱交換
器や、発電プラントの復水器以外の海水利用熱交換器等
では、充分な効果を期待し難く、その実用の範囲が、そ
の分狭く限定されて（る問題がある。

また、かくの如き比較的低流速で運転される熱交換器で
は、銅合金管特有の潰食が生じ難く、従ってその潰食防
止に重点をおいたＪ　Ｉ　５−Ｈ３３００に規定された
合金、例えばＣ６８７０〜６８７２、Ｃ７０６０、Ｃ７
１５０等を、そのような機器において使用する必要はな
く、これに代わって、脱ＺｎｇＪ食に代表される選択腐
食が生じない程度のものであれば、前記した二重管の内
管用として充分に使用可能である。

さらに、銅合金−チタン二重管なる構造の管材料は、従
来の単管より製造コストの面において割高となっており
、このため低地金コストの銅合金管を使用することがで
きれば、コスト対効果の点から、そのような材料は広く
普及するものであることが期待されるのである。尤も、
そのような材料には、当然のことながら、ＪＩＳ−Ｈ３
３００に規定された熱交換器用の管として要求される機
械的性質を満足させる必要があるものであることは、言
うまでもないところである。

（解決手段） ここにおいて、本発明は、かかる課題を解決するために
為されたものであって、耐生物汚損性、適当な耐食性（
主として全面腐食性）及び低コストを満足させる合金系
として、Ｃｕ−Ｚｎ系合金に着目し、新規なＣｕ−Ｚｎ
−Ａｓ合金及びＣｕ−Ｚｎ−Ａｊｌ−Ａｓ合金を開発し
、それら新規な銅合金からなる管材料を内管として二重
管構造の熱交換管とすることにより、本発明を完成させ
るに至ったのである。

すなわち、本発明の特徴とするところは、海水若しくは
海水を含む淡水が冷却水として管内に流通せしめられる
熱交換管において、この熱交換管を、（ａｌ耐食性材料
からなる外管と、（ｂｌ該外管の内面に密着せしめられ
た、６５〜９０重量％のＣｕと、０〜１．８重量％のＡ
ｌと、０．０２〜０．０６重景％のＡｓとを含み、且つ
残部がＺｎと不可避的不純物からなる銅合金内管にて構
成された二重管構造としたことにある。

（構成の具体的な説明） このように、本発明にあっては、熱交換管の二重管構造
を構成する内管材料とじてこ新規なＣｕ−Ｚｎ−Ａｓ合
金またはＣｕ−Ｚｎ−Ａｊ！−Ａｓ合金を用いるもので
あり、それら新規な合金は、既存のアルミ黄銅より、Ｚ
ｎ量の範囲が広く、またＡＩｔ量を低減して銅イオン溶
出性（耐生物汚損性）が増大されたものであり、更には
Ａｓの添加により、脱亜鉛防止性の改善されたものであ
る。

ところで、このような本発明に用いられる新規な銅合金
中のＣｕ量に関し、それが９０％（重量基準。以下同じ
）を超えるようになると、合金自体の耐食性が不十分と
なるのであり、そしてＣｕ含有量の減少につれて、溶出
Ｃｕイオンも少なくなるところから、耐生物汚損性が低
下し、一方合金の耐食性は向上するようになる。しかし
、Ｃｕ量が６．ＥＬ％よりも更に低くなると、第二相が
現われ、合金の耐食性が劣化するようになる。また、Ｃ
ｕ量の低減はコストダウンをもたらすところから、極力
低Ｃｕ合金であることが望ましい、このために、合金中
のＣｕ量としては、６５〜９０％が選定されるのである
。

また、かかる本発明に用いられる銅合金において、その
Ａｊ量の増大は、Ｃｕイオンの溶出量を抑制する作用が
あるために、耐生物汚損性を阻害し、またＣｕ量が６５
％未満のＣｕ−Ｚｎ合金に添加された場合において、Ａ
ｊ量と共に第二相の形成を招来し、そしてそのＡｊ量が
１．８％を超えるようになると、それらの障害が顕著に
生ずることとなる。勿論、このＡｊ量は、少なければ少
ないほど望ましいものであって、その量が０とされても
何等差し支えないのである。

さらに、Ａｓは、脱亜鉛防止を目的とするものであって
、従来合金に含まれる０、０２〜０．０６％の範囲にお
いて、本発明合金の耐生物汚損性を漬ねることなく脱亜
鉛防止効果がもたらされる。

そして、このように規定された合金成分：Ｃｕ、Ａｊ、
Ａｓ以外の残余の合金成分は、Ｚｎ及び不可避的不純物
であるが、そのようなＺｎの含有量は、従来のアルミ黄
銅よりもＺｎ量の範囲が広くなり、そのようなＣｕ−Ｚ
ｎ系合金にて熱交換器用管として要求される機械的性質
が満足させられることとなる。

なお、合金中に含まれる不可避的不純物、例えば合金を
溶製するに際して、銅地金に含まれる不純物、或いはス
クラップから混入する微量元素や脱酸剤として含まれる
元素、例えばＦｅ、Ｓｉ、Ｎ　ｉ、Ｍｎ、５ｎＳＰｂ、
Ｔｉ、、Ｐ等は、ＪＩＳ−Ｈ３３０Ｇで規定している範
囲或いはその合計量が０．３％以下となるならば、何等
差支えない。

また、かくの如き本発明に従う新規な銅合金からなる管
材料が、二重管構造の熱交換管の内管として使用される
場合において、その管肉厚は目的に応じて適宜に選定さ
れることとなるが、銅イオンの溶出によって、万一肉厚
を貫通する腐食孔が生じても、その外側に外管がバック
アンプしているところから、何等問題を生じることはな
い。この意味において、かかる外管を構成する材料とし
ては、耐食性材料であることが必要であり、なかでも復
水器に用いられた場合における、アンモニア・アタック
の問題を考えると、かかる外管は、チタン材料（合金を
も含む）からなる管材料であることが望ましいのである
。

そして、かかる本発明に従う新規な銅合金からなる内管
と所定の耐食性材料からなる外管とから構成される二重
管構造の熱交換管を製造するに際しては、公知の抽伸法
や水圧拡管法等の手法が適宜に適用されて、目的とする
特性を有する銅合金内管が所定の外管の内面に密着せし
められることとなるのである。なお、抽伸法を用いた手
段では、引張残留応力が生じるが、熱交換器の使用環境
下では、それが応力腐食側れ等の障害をもたらすことは
なく、また水圧拡管法では、圧縮応力が残存するが、こ
れも実用上、何等の支障ももたらすことはないのである
。

なお、かくして得られる本発明に従う熱交換管を、所定
の熱交換器の管板へ取り付けるに際しては、通常のロー
ル拡管法等の手法を通用することが可能である。なお、
この熱交換管の取付けに際して、密着力や水密度を増す
ために嫌気性接着剤を用いたり、必要に応じて管板との
間のガルバニツク腐食を防止するなどの目的をもって、
陰極防食機構が適宜に設置されるものであることは、言
うまでもないところである。

（発明の効果） このように、かかる本発明に従う熱交換管にあっては、
海水或いは海水を含む淡水を冷却水に使用する熱交換器
において、その熱交換管の内面に特定の銅合金管を内管
として配し、管内を流通せしめられる冷却水中に生物付
着防止効果を有する銅イオンを有利に溶出するものであ
るところから、かかる熱交換管内面への海洋生物の付着
が効果的に防止せしめられ得、また仮に内管部分が海水
腐食により消失しても、その外側に耐食性材料、特にチ
タン材料からなる外管が存在しているため、管外に海水
漏れが起こることが効果的に阻止されるのである。しか
も、本発明に従う熱交換管は、先に本発明者らが提案し
た銅合金−チタン二重管からなる熱交換管に比して、比
較的低流速で運転される熱交換器においても、優れた耐
生物汚損性を発揮し、またその低コスト化の要求にも充
分に応え得るものである。

（実施例） 次に、本発明の幾つかの実施例を示して、本発明を更に
具体的に明らかにするが、本発明がそれらの実施例の記
載によって、何等の制約をも受けるものでないこと、言
うまでないところである。

なお、実施例中の百分率は、重量基準にて表されたもの
である。

先ず、下記第１表に示される各種の合金組成よりなる銅
合金を、高周波電気炉を用いて黒鉛ルツボ中でそれぞれ
大気溶解し、そして得られた溶湯から、１００ｆｌＸ１
５０寵Ｘ５０鶴の銅合金をそれぞれ鋳造した。次いで、
この得られた銅合金鋳塊を面前した後、約８００℃にて
Ｉｏｎの厚さまで熱間圧延し、更に冷間圧延によって１
ｆｌの板厚の板材に仕上げ、最終的に５８０’Ｃの温度
にて１時間焼鈍することにより、各種の試作合金板を得
た。更に、その後、それら合金板より、生物付着試験用
の板として、２００ｍ幅Ｘ３００ｆｌ長さ×１ｆｌ板厚
の寸法のものをそれぞれ採取した。

第　　１　　表 次いで、この合金板より採取された各種の試験板を用い
て生物付着試験を行い、その結果を、下記第２表に示し
た。なお、生物付着試験は、比較的海流の弱い正常な海
域の海水中に水深約３ｍの位置で垂直に吊り下げ、１ケ
年放置して、その生物付着及び局部腐食の発生状況を観
察することにより、行った。

下記第２表の結果から明らかなように、本発明において
内管材料として用いられる−１〜７の銅合金板における
フジッボの付着は、極めて僅かなものであり、且つ腐食
の発生もＮａｌのものを除き無視し得る程度のものであ
った。これに対して、比較材！１１１Ｌ８は、フジッボ
の付着は認められないものの、腐食の発生が顕著であり
、また嵐９の比較材は、腐食の発生は認められないもの
の、フジッボの付着が極めて多く、更に嵐１０の比較材
は、両特性において何れも劣ることが認められた。加え
て、従来の・銅合金材料である−１１の試験片にあって
は、比較材のＮ１９のものと類似の傾向を示し、生物汚
損防止特性において、劣っていることが認められた。

これらの結果から、本発明に従う−１〜７の銅合金材料
は、耐生物汚損性に優れていると同時に、耐食性の点に
おいても、流動条件の強くない環境下では、優れている
ことが明らかであり、チタン等の耐食性材料からなる管
材を外管に用いる防汚型二重管の内管（海水側）として
、有用なものであるとみなされた。

第２表 事実、上記本発明に従う胤１〜７の銅合金材料から得ら
れた銅合金溶接管と溶接チタン管（ＪＩＳ−Ｈ４６３１
，ＴＴＨ３５）を用いて、それらをそれぞれ内管及び外
管として、通常の水圧拡管法によって、後者の管内面に
前者を密着せしめることによって、目的とする二重管構
造の熱交換管を製作し、そしてそれを、海水を冷却水と
する熱交換器に装着して用いた結果、上記第２表と同様
な結果が得られている。

出願人　住友軽金属工業株式会社 手続（甫正書（自発） 昭和６０年２月５日 昭和６０年１月１８日提出の特許願 ２、発明の名称 熱交換管 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　　称　（２２７）住友軽金属工業株式会社４、代理
人 ｉｌ＋　　明細書の特許請求の範囲の欄（２）明細書の
発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 ＋１１　　明細書の特許請求の範囲を別紙の通り訂正す
る。

（２）　　明細書第６頁第１６行のｒ　Ｏ−１，８重量
％のＡＬＪを「０〜１．８重量％未満のＡＩＪに訂正す
る。

（３）　　同　第８頁第７行〜第８行の「その／ｌ量が
１．８％を超えるようになると、」を「そのＡｌ量が１
．８％以上になると、」に訂正する。

以　　　　上 別　　　　　　　紙 特許請求の範囲 ＋１１　　海水若しくは海水を含む淡水が冷却水として
一管内に流通せしめられる熱交換管にして、＋８）耐食
性材料からなる外管と、（ｂｌ該外管の内面に密着せし
められた、６５〜９０重量％のＣｕとθ〜１．８重量％
末五の、ｌと０．０２〜０．０６重量％のＡｓとを含み
、且つ残部がＺｎと不可避的不純物からなる銅合金内管
にて構成された二重管構造を有することを特徴とする熱
交換管。

（２）　　前記外管が、チタン材料からなるものである
特許請求の範囲第１項記載の熱交換管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）海水若しくは海水を含む淡水が冷却水として管内
   に流通せしめられる熱交換管にして、（ａ）耐食性材料
   からなる外管と、（ｂ）該外管の内面に密着せしめられ
   た、６５〜９０重量％のＣｕと０〜１．８重量％のＡｌ
   と０．０２〜０．０６重量％のＡｓとを含み、且つ残部
   がＺｎと不可避的不純物からなる銅合金内管にて構成さ
   れた二重管構造を有することを特徴とする熱交換管。
2. （２）前記外管が、チタン材料からなるものである特許
   請求の範囲第１項記載の熱交換管。