JPS6154585B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は熱交換器用内面防食塗装皮膜付き銅合
金管に係り、特に熱交換器の管板に、機械的な拡
管によつて装着される、熱交換器（伝熱管）とし
ての長尺の内面防食塗装皮膜付きの銅合金管に関
するものである。 従来より、火力発電所や化学工場、或いは船舶
等の復水器やその他の各種熱交換器には、伝熱管
として、黄銅にアルミニウム、砒素、その他ケイ
素等を添加した、所謂特殊黄銅管や、銅、ニツケ
ル、鉄よりなる所謂キユプロニツケル管の如き銅
合金管が広く使用されているが、それら熱交換器
においては、冷却水として海水或は河海水を使用
する関係上、該伝熱管内面には種々の腐食が発生
する。そして、このような腐食が生じると、伝熱
管内面には腐食生成物を含む付着物が付き、熱交
換器の熱貫流率を低下させるのである。 このため、かかる銅合金管を伝熱管として使用
するために、その内面を防食するための各種の手
法が提案されているが、その中でも本発明者等が
特公昭56−45079号公報、特開昭56−166271号公
報等に明らかにしたように、所定の防食塗膜を所
定の厚さで管内面に形成させる手法は、防食性や
作業性等の点において他の手法に比べて優れてお
り、今日、既に実用化に至つている。 一方、熱交換器への熱交換管（伝熱管）の取付
けは、例えば特開昭57−7278号公報等に示されて
いる如く、一般に管板を介して行なわれ、かかる
管板に多数本の伝熱管の端部が装着せしめられて
支持されているのである。そして、この伝熱管の
管板への取付けは、公知の如く、エキスパンダを
用いたロール拡管手法などの機械的な拡管操作に
よつて管端部を拡げて、管板の取付穴内面に押し
付け、圧接せしめることにより、行なわれること
となるのである。なお、このようにして管板に取
り付けられた伝熱管の内部には冷却水等の冷却流
体が流通せしめられる一方、該伝熱管の外部には
水蒸気等の冷却されるべき高温流体が流されて、
該伝熱管の管壁を介してそれらの間に熱交換が為
され得るようになつている。 かかる状況下、前述した管内面に所定の防食塗
装皮膜を設けた伝熱管に関して、その管端部と中
央部では、要求される防食皮膜（塗料）の機能
は、下記第１表のように異なるのである。

【表】 ところで、現在、かかる内面防食塗装皮膜付き
伝熱管を製造するに際して、該伝熱管の内面塗装
用に使用されている塗料は、上表の伝熱管中央部
分の機能を満足するように選定されているのであ
る。ただし、かかる伝熱管が、10〜40mmφ程度の
小径で、長さが約10ｍ程度から、約40ｍにも達す
る長尺細管であつて、そのような長尺細管の内面
の塗装が対象になることから、伝熱性において良
好であると共に、スプレー塗装性、速乾性に富む
塗料を選定する必要があるからである。そして、
そのような塗料としては、一般に常乾型の樹脂塗
料、例えばアルキツド樹脂塗料、エポキシ樹脂塗
料等が使用されているのである。 ところが、このような常乾型の樹脂塗料にて防
食塗装皮膜を形成せしめた伝熱管においては、一
般に、耐ロール拡管性に劣り、このためやむなく
両端の管端部が無塗装の内面防食塗装皮膜付き伝
熱管を製造して、これを熱交換器の設置されてい
る現地にてロール拡管によつて管板に組み付けた
後、その未塗装の管端部のみを塗装せしめる現地
施工手法を採用せざるを得なかつたのである。し
かしながら、このような現地施工手法にあつて
は、現地工事に伴なうコストアツプ、ロール拡管
の際に使用される潤滑油を除去する目的をもつて
行なわれる脱脂等の前処理不良による塗膜密着性
などの塗装性能の低下等の問題を内在しているの
である。 ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、その目的とするとこ
ろは、熱交換器の管板への取付け作業性が改善さ
れた内面防食塗装皮膜付き銅合金管（伝熱管）を
提供することにあり、また他の目的は、ロール拡
管によつても剥離等の問題を生じることのない、
更には耐久性が向上された塗装皮膜を管端部に設
けた、内面防食塗装皮膜付き伝熱管を提供するこ
とにある。 そして、かかる目的を達成するために、本発明
にあつては、熱交換器の管板に、機械的な拡管に
よつて装着される、熱交換器としての長尺の内面
防食塗装皮膜付き銅合金管において、その管端部
に焼付け型のエポキシ・フエノール系樹脂塗料、
エポキシ・ユリヤ系樹脂塗料若しくはエポキシ・
ビニル系樹脂塗料にて形成される塗装皮膜を設け
る一方、管端部以外の部分には常乾型の樹脂塗料
にて形成される塗装皮膜を設けたのである。 かくの如き本発明に従う内面防食塗装皮膜付き
銅合金管は、第１図及び第２図に例示されている
ように、熱交換器の管板に取り付けられて伝熱管
（熱交換器）として用いられるのである。即ち、
それらの図において、２は本発明に従う銅合金管
であつて、その管端部には、その管端から所定の
長さ：ｌに渡つて本発明に従う特定の焼付け型樹
脂塗料からなる塗装皮膜４が形成されているので
あり、またかかる管端部を除く管中央部分側には
常乾型の樹脂塗料からなる塗装皮膜６が形成され
ているのである。そして、このような２種類の塗
装皮膜４，６を有する銅合金管には、その管端部
が管板８に設けられた取付穴１０内に挿入された
後、エキスパンダ（チユーブローラ）を用いるロ
ール拡管等の機械的な拡管手法によつて所定長
さ：ｋが拡管されることによつて、該管板８に圧
接、固定せしめられるのである。 ここにおいて、かかる本発明に用いられる銅合
金管材料としては、従来から伝熱管として用いら
れている管材料が何れも対象とされるものである
が、特に本発明にあつては、アルミニウム黄銅
管、例えばJIS−Ｈ−3300 Ｃ−6870，6871，6872
等のアルミニウム黄銅材料や、JIS−Ｈ−3300 Ｃ
−7060，7150などのキユプロニツケル材料からな
る管が好適に用いられるのである。そして、この
ような銅合金管は、例えば内径が10〜40mm程度、
特に15〜25mm程度、長さが４〜40ｍ、特に５〜25
ｍ程度の長尺細管として用いられることとなるの
である。 そして、このような小口径、長尺の銅合金管の
管端部が、本発明に従つて所定の長さ：ｌに渡つ
て焼付け型（熱硬化性）の樹脂塗料、即ちエポキ
シ・フエノール系樹脂塗料、エポキシ・ユリヤ系
樹脂塗料若しくはエポキシ・ビニル系樹脂塗料に
て塗装され、そこに目的とする塗装皮膜が形成さ
れるのである。より具体的には、銅合金管の両端
の管端部の所定長さ：ｌ部分、例えば20〜400mm
の部分、好適には50〜100mm程度が、上記特定の
焼付け塗装料にてスプレーまたは筆塗り手法によ
つて塗装され、次いで所定温度（例えば150〜220
℃）で、所定時間（例えば10〜30分間）焼き付け
ることによつて、目的とする塗装皮膜が所定厚
さ、例えば10〜100μの膜厚で形成されるのであ
る。 なお、かかる焼付けに際しての銅合金管の加熱
手法としては、抵抗加熱法、高周波誘導加熱法、
雰囲気炉加熱法等の適当な加熱手法が適宜に採用
されることとなる。また、かかる焼付け型塗料と
して用いられるエポキシ・フエノール系樹脂塗
料、エポキシ・ユリヤ系樹脂塗料、またはエポキ
シ・ビニル系樹脂塗料は、エポキシ樹脂に、変性
剤としてフエノール樹脂、尿素樹脂、或はビニル
樹脂の所定量を混合したものであつて、焼付け作
業によつて、化学反応を惹起せしめて硬化皮膜を
形成する焼付け型塗料であつて、各種のものが市
販されており、それらのものが何れも本発明にお
いては使用可能である。 また、銅合金管の、かかる管端部を除く中央部
分については、従来と同様な塗装性に富む常乾型
（常温乾燥型）の樹脂塗料が均一に薄く、例えば
10〜30μ程度の膜厚において、スプレー塗装等の
塗装手法によつて塗装されることとなる。この常
乾型の樹脂塗料においては、皮膜形成要素として
アルキツド樹脂、ビニル樹脂（塩化ビニル系、酢
酸ビニル系等）、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹
脂及びアクリル樹脂（アクリル酸エステル系等）
からなる有機重合体樹脂（変成物をも含む）の１
種または２種以上が用いられ、かかる有機重合体
樹脂がそれに対する適当な溶剤（例えばアルコー
ル系、エステル系、エーテル系、ケトン系、脂肪
族或は芳香族炭化水素系等）に溶解されて、常温
乾燥型の皮膜形成性の液状組成物（塗料）に調整
されるのである。なお、かかる塗料の調製に際し
て、鉛丹ジンククロメート、酸化鉄等の顔料や他
の皮膜形成補助成分も必要に応じて添加されるこ
ととなるが、特に酸化鉄成分の配合は、更に水酸
化鉄皮膜による銅合金管内面の防食が期待され得
るところから望ましいものである。また、かかる
塗料は一般に当該樹脂系の合成樹脂塗料（又はワ
ニス若しくはブライマー）として市販されている
ものが好適に利用されることとなる。 なお、かくの如き２種類の防食塗装皮膜の形成
の順序は適宜に選択されることとなるが、本発明
においては、管端部に上記特定の焼付け型塗料か
らなる塗装皮膜を形成せしめた後、常乾型の樹脂
塗料からなる防食塗装皮膜を、管端部を除く全域
に形成することが推奨されるのである。けだし、
常乾型塗料にて形成される塗膜が焼付け操作によ
つて悪影響を受けないようにするためであり、ま
たかかる常乾型塗料からなる塗膜が管端部まで延
びるようになると、電気防食が行なわれた場合に
おいて、そこに膨れ等を生じて、該銅合金管の電
気防食性を低下せしめるようになるからである。
また、管端部を上記所定の焼付け型塗料にて塗装
せしめた後、残りの全域を常乾型塗料で塗装せし
めるに際しては、管端部の既に塗装された部分
（焼付け塗膜形成部分）を適当なフイルム乃至は
チユーブで覆い、そして常法に従つて常乾型の樹
脂塗料にて銅合金管内面の全域が塗装せしめられ
るようにされることとなるが、この際、第２図に
示されるように所定の長さ：ｄにおいて２つの樹
脂塗膜がオーバーラツプせしめられた塗膜ラツプ
部を形成することが望ましい。なお、この塗膜ラ
ツプ部の長さ：ｄは、拡管部分まで延びないよう
に、換言すれば（ｌ−ｋ）よりも小さな割合（ｄ
＜ｌ−ｋ）で設けられ、通常は５〜10mm程度とさ
れることとなる。 そして、このようにして得られた本発明に従う
２種類の塗装皮膜を設けた内面防食塗装皮膜付き
銅合金管は、伝熱管として、第１図及び第２図に
示されるように熱交換器の管板に対して、ロール
拡管等の機械的な拡管手法によつて取り付けられ
ることとなるが、そのような拡管による本発明に
従う銅合金管の装着に際しては、従来から拡管に
際して用いられている拡管油を使用することは適
当でなく、本発明の銅合金管に対しては、界面活
性剤、ラノリン或はワセリンを潤滑剤として用い
て、機械的な拡管、特にロール拡管を行なうこと
が望ましいのである。なお、界面活性剤として
は、アニオン、カチオン、ノニオンの何れのタイ
プの界面活性剤をも使用することが可能である
が、一般にノニオン系界面活性剤、例えばポリエ
チレングリコールオクチルフエニルエーテルの如
き芳香族系ポリエチレングリコールアルキルフエ
ニルエーテル類；ポリエチレングリコールラウリ
ルエーテルの如き高級アルコール系のポリエチレ
ングリコールアルキルエーテル類；ポリエチレン
グリコールオレイン酸エステルの如き脂肪酸誘導
体のポリエチレングリコール脂肪酸エステル類等
が用いられる。また、機械的な拡管に際して、こ
のような所定の潤滑油を用いて、これを銅合金管
の拡管部内面に塗装したり、或は拡管機械の管接
触部分、例えばロール等に塗布することによつ
て、塗膜の剥離を効果的に抑制せしめ、また拡管
の作業性も市販の拡管油並みに保持することがで
きるのである。特に、このような特定の潤滑剤
は、管端部に形成される塗膜がエポキシ・フエノ
ール系樹脂塗料からなる塗装皮膜である場合にお
いて、特に優れた効果を達成するのである。 このように、本発明に従う内面防食塗装皮膜付
き銅合金管は、単にその管端部を拡管することに
よつて管板に装着するだけでよいため、従来の如
き拡管による取付け後の管端部の処理、即ち脱落
等の前処理や管端未塗装部の塗装等が全く必要で
なくなり、これによつて銅合金管（伝熱管）の管
板に対する取付け作業が著しく容易となり、その
取付け作業性が著しく改善され得ることとなつた
ことは勿論、管端部処理の廃止によつて、取付け
コストの低減をも図り得たのである。また、かか
る銅合金管の管端部は所定の焼付け塗装料からな
る塗膜が焼付け形成されていることにより、塗膜
の性能、主として密着性も向上されているのであ
る。 次に、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、実施例を示すが、本発明がかかる実施例の記
載によつて何等の制約をも受けるものでないこと
は言うまでもないところである。 実施例 １ 外径25.4mm、肉厚1.24mm、長さ2000mmのアルミ
ニウム黄銅管（JIS−Ｈ−3300−C6871；復水器
用黄銅継目無管）の両端50mm（＝ｌ）の長さにつ
いて、次の３種の焼付け型エポキシ塗料（Ａ，
Ｂ，Ｃ）をそれぞれ筆塗りした後、管全体を炉内
温度が150℃に設定された雰囲気炉に挿入して、
20分間焼付けを行なつた。かくして得られた管端
部の焼付け塗膜の膜厚は20〜40μであつた。 塗料Ａ：エポキシ・ユリヤ系樹脂塗料〔関西ペ
イント(株)製ミリオンIM〕 塗料Ｂ：エポキシ・フエノール系樹脂塗料〔神
東塗料(株)製ネオゴーゼNo.１〕 塗料Ｃ：エポキシ・ビニル系樹脂塗料〔神東塗
料(株)製ネオゴーゼNo.500〕 次いで、かかるアルミニウム黄銅管の焼付け塗
装された管端部の管内面に、長さ40mm、厚さ0.5
mmの塩ビパイプを密着させ、その状態において常
乾型の市販のアルキツド樹脂系錆止め塗料〔中国
塗料(株)製LZIプライマー〕を、膜厚が20μとなる
ように、該黄銅管の残りの部分、即ち管端部を除
く全域をスプレー塗装して、それぞれ試料Ａ，
Ｂ，Ｃを得た。なお、試料名のアルフアベツト
は、使用した焼付け塗料のアルフアベツトに対応
している。 一方、比較のために、両端部をそれぞれ40mm
（＝ｌ）未塗装とした比較材Ｄ及びＥを、それぞ
れ塗料として常乾型のアルキツド樹脂塗料（LZI
プライマー）または市販の二液常乾型エポキシ樹
脂塗料〔関西ペイント(株)製ミリオンNo.1A〕を用
いてスプレー塗装することによつて、製造した。 かくして得られた５種類の内面塗装黄銅管試料
Ａ〜Ｅを、それぞれ、板厚30mmのネーバル黄銅製
管板に、３本ロール、拡管長25mm、拡管電流4A
の拡管条件下に、拡管油として、ノニオン界面活
性剤であるポリオキシエチレン・ソルビタン・モ
ノラウレートの0.2％水溶液を用いて、ロール拡
管によつて取り付けた。なお、比較材Ｄ，Ｅにつ
いては、かかる管板への装着の後に、拡管部の残
存油をアセトンにて除去せしめる脱脂操作を施し
た後、それぞれの管に塗布されている塗料と同一
のものを、管端からの長さ約100mmに渡つて、膜
厚が20〜40μとなるように、スプレー塗装した。 次いで、このように管板に取り付けられたそれ
ぞれの試料について、海水試験装置を用いて下記
条件下に通水テストを行ない、各試料の異なる場
所における塗膜の状況を評価した。 海水流速：２ｍ／秒 海水中の硫黄イオン濃度：0.1ppm スポンジボール洗浄：20回／日、４日／週 通水期間：６ケ月 電気防食：入口側−600mV
（カロメル電極基準） 出口側−700mV
（カロメル電極基準） 評価結果を第２表に示すが、かかる第２表にお
けるクロスカツトテープテストとは、試料管をそ
の軸心方向に半割りし、その内面に約10mmの長さ
でＸ字をナイフにて刻み、そしてその上に粘着テ
ープを張り付けた後、これを勢いよく剥がすこと
により、該粘着テープによる塗膜の剥離の有無並
びにその程度で評価する手法である。 塗膜評価記号 〇：剥離、膨れ無し △：点状剥離有り ×：面状剥離有り

【表】 第２表の結果から明らかなように、従来の銅合
金管と同様な構成を有する比較材Ｄ，Ｅにおいて
は、その入口端が渦流、電気防食の影響を受け、
該入口端に設けられた塗膜が完全な密着性を有し
ておらず、また出口端においては、電気防食の作
用で塗膜の密着力が著しく低下しているのが、認
められるのである。 一方、本発明に係る試料Ａ，Ｂ，Ｃにおいて
は、アルミニウム黄銅管の出入口端の内面に形成
した、所定の焼付け型エポキシ塗料からなる塗膜
は、何れもほぼ満足な密着力を有しており、充分
実用化し得るものであることを示しているのであ
る。また、かかる黄銅管の中央部分の内面に形成
されている常乾型塗料からなる塗膜の性能も、伝
熱管に要求されるものを充分に満足していること
を示しているのである。 実施例 ２ 実施例１で用いたのと同様なアルミニウム黄銅
管（長さ500mm）を用いて、その管端部100mm（＝
ｌ）を各種の塗料にてスプレー塗装することによ
り、５種の試料管１〜５を得た。なお、試料管１
は塗料として市販の常乾型アルキツド樹脂塗料を
用いたものであり、また試料管２は市販の二液性
常乾型エポキシ樹脂塗料を用いたものであり、更
に試料管３，４，５はそれぞれ市販のエポキシ・
ユリヤ系、エポキシ・フエノール系及びエポキ
シ・ビニル系の焼付け型樹脂塗料を用いて得られ
たものである。これら５種の塗料は、実施例１で
用いたものと同一のものである。なお、試料管３
〜５の焼付け処理は、150℃の温度の雰囲気炉中
において、20分間、所定の塗料を塗布した黄銅管
を保持することによつて行なわれた。 こうして得られた５種の試料管について、その
ロール拡管性を評価した。即ち、それぞれの試料
管の管端部をロール拡管（ロール本数：３、拡管
長さ：30mm）することによつて、ネーパル黄銅管
板へ取り付け、その際の拡管油（潤滑剤）の存在
の有無或いは拡管油の種類並びに拡管率に従つ
て、管端部に形成されている塗膜の影響状態を観
察し、評価して、その結果を下記第３表に示し
た。 なお、評価は、拡管サンプルをそれぞれ管板よ
り引き抜き、縦割りした後、その拡管部をアセト
ン洗浄による脱脂後、クロスカツトテープテスト
を行ない、それぞれの塗膜の密着の強さをもつて
評価した。なお、第３表中の記号は次の意味を示
している。

【表】 かかる第３表に示された各種塗料からなる塗膜
のロール拡管性に関する評価結果から明らかなよ
うに、拡管油を使用しない場合、低拡管率範囲で
は、従来の塗料でも、塗膜の密着性はそれほど損
われることはないが、この手法は、多本数の伝熱
管（銅合金管）を取り付ける必要のある現地施工
作業においては、実用的ではないのである。即
ち、拡管油を使用しない場合、低拡管率では従来
塗料でも塗膜の損傷は殆んど認められないが、拡
管部の気密性が劣り、信頼性に欠けることとなる
からである。 一方、中程度の拡管率（５〜８％）の場合にお
いては、気密性塗膜の密着性は確保できるが、ロ
ール焼付き等の問題が発生して作業性が低下し、
その実用化は困難であるのである。また、拡管油
を使用した場合においても、通常のロール拡管に
使用される市販の拡管は、何れの塗料に対しても
塗膜の剥離を増大せしめることが示されている。 しかるに、界面活性剤（ポリオキシエチレン・
トール油エステル）、ラノリン、ワセリン等を用
いた場合には、従来の拡管油の如き塗膜の剥離を
助長せず、且つ拡管の作業性も、市販の拡管油並
みに維持できることが認められた。特に、第３表
の結果から明らかなように、エポキシ・フエノー
ル系樹脂焼付け型塗料と、拡管油としての界面活
性剤、ラノリン或はワセリンとの組み合せにおい
て、塗膜の剥離を全く認めず、その密着性におい
て著しく向上されていることが認められた。 また、かかる拡管テストに使用された試料管の
いくつかのものについて、その拡管部の塗膜の耐
久性テストを行ない、その結果を下記第４表に示
した。なお、第４表中の記号は、第３表と同様な
意味を有するものであり、またその評価は第３表
の場合と同じくクロスカツトテープテストによつ
て行なつた。

【表】 第４表より明らかなように拡管された試料管に
おける拡管部塗膜の耐久性試験結果によると、エ
ポキシ・フエノール系樹脂、焼付け型塗料を用い
て塗膜が形成された拡管部は、各種試験において
塗膜剥離が生じておらず、健全であることが認め
られた。 なお、前記各試料管１〜５において形成された
各種塗膜の熱伝導度と電気防食性に関するデータ
を第５表に示すが、かかる第５表から明らかなよ
うに、銅合金管の中央部分の塗装用に用いられる
常乾型の樹脂塗料を用いて形成された試料管１及
び２における塗膜の熱伝導度が大きく、望ましい
ことを示している。また、管端部に設けられる試
料管３〜５の焼付け型のエポキシ樹脂塗料を用い
て形成された塗膜にあつては、電気防食性におい
て優れており、本発明に従う銅合金管が電気防食
下に使用された場合においても、何等の問題も生
じないことが明らかである。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う銅合金管が熱交換器の管
板に取り付けられた状態の一例を示す斜視図（一
部切欠）であり、また第２図はかかる銅合金管の
取付状態を示す拡大断面図である。 ２：銅合金管、４：焼付け型樹脂塗膜、６：常
乾型樹脂塗膜、８：管板、１０：取付け穴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱交換器の管板に、機械的な拡管によつて装
   着される、熱交換器としての長尺の内面防食塗装
   皮膜付き銅合金管にして、その管端部が焼付け型
   のエポキシ・フエノール系樹脂塗料、エポキシ・
   ユリヤ系樹脂塗料若しくはエポキシ・ビニル系樹
   脂塗料にて形成された塗装皮膜を有する一方、管
   端部以外の部分が常乾型の樹脂塗料にて形成され
   た塗装皮膜を有してなる熱交換器用内面防食塗装
   皮膜付き銅合金管。 ２ 前記拡管が、潤滑油として界面活性剤、ラノ
   リンまたはワセリンを用いて行なわれる特許請求
   の範囲第１項記載の銅合金管。 ３ 前記銅合金管が、アルミニウム黄銅材料にて
   構成されている特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の管。