WO2017170490A1 - 酸性水溶液に耐久性のある熱交換器、および熱交換方法 - Google Patents

酸性水溶液に耐久性のある熱交換器、および熱交換方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2017170490A1
WO2017170490A1 PCT/JP2017/012544 JP2017012544W WO2017170490A1 WO 2017170490 A1 WO2017170490 A1 WO 2017170490A1 JP 2017012544 W JP2017012544 W JP 2017012544W WO 2017170490 A1 WO2017170490 A1 WO 2017170490A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow path
thin film
aqueous solution
heat exchanger
metal thin
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/012544
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
村上　雅美
小林　篤志
Original Assignee
三井化学株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三井化学株式会社 filed Critical 三井化学株式会社
Priority to JP2018508036A priority Critical patent/JPWO2017170490A1/ja
Publication of WO2017170490A1 publication Critical patent/WO2017170490A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B7/00—Halogens; Halogen acids
    • C01B7/01—Chlorine; Hydrogen chloride
    • C01B7/03—Preparation from chlorides
    • C01B7/04—Preparation of chlorine from hydrogen chloride
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger durable to an acidic aqueous solution, and a heat exchange method.
  • the heat exchanger includes a heat transfer plate that divides a flow path through which a fluid to be heat exchange flows and a flow path through which the heat medium flows, and the heat exchange target and the heat medium are separated via the heat transfer plate. Is heat exchanged.
  • the present invention provides a heat exchanger and a heat exchanging method that can suppress corrosion of a liquid flow path and improve durability while being excellent in heat exchanging efficiency.
  • the heat exchanger is made of tantalum, corrosion by acidic aqueous solution can be suppressed.
  • the thermal conductivity of tantalum is about 55 W / (m ⁇ K), and the thermal conductivity of copper is as follows. Since it is 1/6 or less, the heat exchange efficiency of a heat exchanger will fall.
  • the inventors of the present invention can improve the heat exchange efficiency of the heat exchanger by making the portion containing 50% by mass or more of tantalum into a metal thin film.
  • the present invention has been completed. That is, the present invention is as follows.
  • the present invention [1] includes a liquid flow path through which an acidic aqueous solution containing chlorine flows, and a medium flow path through which a heat medium that exchanges heat with the acidic aqueous solution flows. It includes a heat exchanger that is in contact with an aqueous solution and has a metal thin film containing 50 mass% or more of tantalum.
  • the acidic aqueous solution containing chlorine is used as the liquid flow path. Even if it distribute
  • This invention [2] contains the heat exchanger as described in said [1] whose thickness of the said metal thin film is 10 micrometers or more and 500 micrometers or less.
  • the thickness of the metal thin film is 10 ⁇ m or more, it is possible to reliably improve the durability of the heat exchanger, and since the thickness of the metal thin film is 500 ⁇ m or less, Sufficient heat exchange efficiency can be ensured.
  • the present invention [3] includes a plate that partitions the liquid flow path and the medium flow path, and the liquid flow path and the medium flow path are alternately arranged via the plate, and the metal thin film Includes the heat exchanger according to the above [1] or [2], which is disposed on the surface of the plate on the liquid flow path side.
  • the liquid flow path and the medium flow path are alternately arranged via the plate, the acidic aqueous solution that flows through the liquid flow path and the heat medium that flows through the medium flow path are provided. Heat exchange can be performed smoothly. Therefore, the heat exchange efficiency of the heat exchanger can be improved.
  • the metal thin film is disposed on the plate surface, a uniform metal thin film can be reliably provided.
  • the present invention [4] includes the heat exchanger according to any one of the above [1] to [3], wherein the liquid channel does not contain fluorine.
  • the liquid flow path contains fluorine, for example, fluororesin-containing carbon
  • fluorine for example, fluororesin-containing carbon
  • the liquid flow path does not contain fluorine and has a metal thin film containing 50% by mass or more of tantalum. Therefore, like a heat exchanger using fluororesin-containing carbon. There is no concern about brittle fracture.
  • the present invention [5] uses the heat exchanger according to any one of [1] to [4] above to heat-exchange the acidic aqueous solution having a temperature of 0 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. Includes methods.
  • the liquid flow path has the metal thin film containing 50% by mass or more of tantalum.
  • the acidic aqueous solution can be efficiently heat-exchanged while being able to be suppressed.
  • the present invention [6] includes the heat exchange method according to the above [5], wherein the chlorine concentration in the acidic aqueous solution is 0.001% by mass or more and 0.5% by mass or less.
  • the liquid flow path includes the metal thin film containing 50% by mass or more of tantalum. Therefore, corrosion of the liquid flow path can be suppressed.
  • the present invention includes the heat exchange method according to [5] or [6] above, wherein the acidic aqueous solution contains chlorine generated by an oxygen oxidation reaction of hydrogen chloride.
  • the liquid flow path has a metal thin film containing 50% by mass or more of tantalum. Corrosion of the liquid flow path can be suppressed.
  • the heat exchanger of the present invention it is possible to sufficiently ensure the heat exchange efficiency while improving the durability.
  • an acidic aqueous solution can be efficiently subjected to heat exchange while suppressing corrosion of the liquid flow path even when the temperature is 0 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. .
  • FIG. 1A is a perspective view of one embodiment of a heat exchanger of the present invention.
  • FIG. 1B is a central cross-sectional view of the heat exchanger shown in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the heat exchanger shown in FIG. 1A.
  • FIGS. 1 and 2 An example of the heat exchanger according to the present invention is illustrated in FIGS. 1 and 2, and will be described below.
  • the heat exchanger 1 is a plate heat exchanger as shown in FIG. 1A and includes a start frame 2, end frames 3, and a plurality of plates 4.
  • the side on which the start frame 2 is disposed is the front side of the heat exchanger 1
  • the opposite side is the rear side of the heat exchanger 1.
  • the left and right are defined with reference to the heat exchanger 1 as viewed from the front side, and the direction perpendicular to both the front and rear and left and right directions is defined as the top and bottom.
  • the direction arrow shown in each figure is used as a reference.
  • the front-rear direction is the same as the stacking direction of the plurality of plates 4 (thickness direction of the plates 4), the front side is one side of the stacking direction (thickness direction), and the rear side is the other side of the stacking direction (thickness direction).
  • the vertical direction is the same as the longitudinal direction of the plate 4, and the upper side is one side of the longitudinal direction and the lower side is the other side of the longitudinal direction.
  • the left-right direction is the same as the width direction of the plate 4, the right side is one side in the width direction, and the left side is the other side in the width direction.
  • the start frame 2 has a substantially rectangular flat plate shape extending in the vertical direction when viewed from the front.
  • the start frame 2 has four through holes 5.
  • the four through holes 5 are arranged one by one at the four corners of the start frame 2.
  • Each of the four through holes 5 has a substantially circular shape when viewed from the front, and penetrates the start frame 2 in the front-rear direction.
  • the upper left through hole 5 is the liquid inlet 6
  • the lower left through hole 5 is the liquid outlet 7
  • the lower right through hole 5 is the medium inlet 8, and the upper right side.
  • the through hole 5 is a medium outlet 9.
  • the end frame 3 is arranged with a space behind the start frame 2.
  • the end frame 3 has a substantially flat plate shape extending in the vertical direction.
  • the plurality of plates 4 are stacked in the front-rear direction and are sandwiched between the start frame 2 and the end frame 3.
  • each of the plurality of plates 4 has a substantially rectangular flat plate shape extending in the vertical direction as shown in FIG.
  • the four passage openings 12 are arranged one by one at the four corners of the plate 4.
  • Each of the four passage openings 12 has a substantially circular shape when viewed from the front, and penetrates the plate 4 in the front-rear direction.
  • the upper left passing port 12 is a liquid inlet 25
  • the lower left passing port 12 is a liquid outlet 26
  • the lower right passing port 12 is a medium inlet 27.
  • the upper right passing port 12 is a medium discharge port 28.
  • the liquid inlet 25, the liquid outlet 26, the medium inlet 27, and the medium outlet 28 of the plurality of plates 4 communicate with each other in the front-rear direction, so that the liquid inflow path 31, the liquid outflow path 32, the medium An inflow path 33 and a medium outflow path 34 are formed.
  • the liquid inflow path 31, the liquid outflow path 32, the medium inflow path 33 and the medium outflow path 34 are formed in the plurality of plates 4 in the front-rear direction.
  • liquid inflow path 31 and the liquid inlet 6, the liquid outflow path 32 and the liquid outlet 7, the medium inflow path 33 and the medium inlet 8, the medium outflow path 34 and the medium outlet 9 communicate with each other in the front-rear direction.
  • the plurality of plates 4 includes a first plate 4A and a second plate 4B in detail.
  • the first plate 4A includes a first base material 13 as an example of a base material and a first metal thin film 14 as an example of a metal thin film.
  • the first base material 13 has a substantially rectangular flat plate shape in front view extending in the vertical direction.
  • the first base material 13 has a front surface 13A as an example of a thin film formation surface and a rear surface 13B as an example of a flow path formation surface opposite to the front surface 13A.
  • the first base material 13 is made of a metal material.
  • the metal material include aluminum and copper, and alloys thereof, and aluminum and copper are preferable from the viewpoint of thermal conductivity.
  • the first metal thin film 14 is disposed on the front surface 13A of the first base material 13 and is formed on the entire front surface 13A in this embodiment. Moreover, the 1st metal thin film 14 may be formed from one layer, and may be formed from multiple layers.
  • the first metal thin film 14 contains 50% by mass or more of tantalum, and is formed of a tantalum alloy, tantalum doped with other components, or tantalum alone.
  • Examples of the component used in combination with tantalum include silicon, tungsten, molybdenum, niobium, and the like.
  • the thickness of the metal thin film containing tantalum is preferably 10 to 500 ⁇ m.
  • a preferred lower limit is 20 ⁇ m, more preferably 30 ⁇ m, and particularly preferably 50 ⁇ m.
  • the preferable upper limit is 470 ⁇ m, more preferably 450 ⁇ m, still more preferably 430 ⁇ m, and particularly preferably 400 ⁇ m. According to the examination of the present invention, it is considered that a metal thin film containing tantalum within the above thickness range can achieve both high durability and thermal conductivity against an aqueous solution such as hydrogen chloride.
  • the improvement of durability of the heat exchanger 1 can be aimed at reliably, and if the thickness of the 1st metal thin film 14 is below the said upper limit, it is a heat exchanger.
  • the heat exchange efficiency of 1 can be reliably ensured high.
  • a first gasket 10 is provided on the first plate 4A.
  • the first gasket 10 is made of a known sealing material, and is disposed on the surface (front surface) of the first metal thin film 14.
  • the first gasket 10 includes a first liquid gasket 16 and two first medium gaskets 17.
  • the first liquid gasket 16 defines a liquid circulation region 14T on the surface (front surface) of the first metal thin film 14.
  • the liquid circulation region 14T includes a liquid inlet 25 and a liquid outlet 26.
  • the two first medium gaskets 17 are provided on the surface (front surface) of the first metal thin film 14 so as to surround the medium inlet port 27 and the medium outlet port 28 independently of the first liquid gasket 16. .
  • the second plate 4B includes a second base material 23 as an example of a base material and a second metal thin film 24 as an example of a metal thin film.
  • the second base material 23 and the second metal thin film 24 have the same configuration as the first base material 13 and the first metal thin film 14 except for the arrangement of the second metal thin film 24. Therefore, only the configuration relating to the arrangement of the second metal thin film 24 will be described, and description of other configurations will be omitted.
  • the second base material 23 has a front surface 23A as an example of a flow path formation surface and a rear surface 23B as an example of a thin film formation surface opposite to the front surface 23A.
  • the second metal thin film 24 is disposed on the rear surface 23B of the second base material 23, and is formed on the entire rear surface 23B in the present embodiment.
  • the second metal thin film 24 may be formed from one layer or a plurality of layers.
  • a second gasket 11 is provided on the second plate 4B.
  • the second gasket 11 is made of a known sealing material and is disposed on the surface (front surface) of the second base material 23.
  • the second gasket 11 includes a second medium gasket 19 and two second liquid gaskets 18.
  • the second medium gasket 19 defines a medium distribution region 23T on the surface (front surface 23A) of the second base material 23.
  • the medium circulation area 23T includes a medium inlet 27 and a medium outlet 28.
  • the two second liquid gaskets 18 are provided on the front surface 23A of the second base material 23 so as to surround the liquid inlet 25 and the liquid outlet 26 independently of the second medium gasket 19.
  • the first plate 4A and the second plate 4B are alternately arranged in the front-rear direction.
  • the first liquid gasket 16 of the first plate 4A is formed on the second metal thin film 24 of the second plate 4B disposed on the front side of the first plate 4A.
  • the liquid inlet 25 and the liquid outlet 26 are in contact with each other.
  • the first metal thin film 14 (liquid circulation region 14T) of the first plate 4A and the second metal thin film 24 of the second plate 4B face each other with an interval in the front-rear direction.
  • the first metal thin film 14, the second metal thin film 24, and the first liquid gasket 16 form a liquid flow path 35.
  • the liquid flow path 35 is formed in the vertical direction in the plurality of plates 4 and includes the first metal thin film 14 and the second metal thin film 24.
  • the first metal thin film 14 and the second metal thin film 24 are
  • the plate 4 is disposed on the surface of the corresponding plate 4 on the liquid flow path 35 side.
  • the front surface of the first metal thin film 14 and the rear surface of the second metal thin film 24 constitute the inner surface of the liquid inflow path 31.
  • the liquid flow path 35 does not contain fluorine and communicates with each of the liquid inflow path 31 and the liquid outflow path 32.
  • the two first medium gaskets 17 are in contact with the second metal thin film 24 so as to surround the medium inlet port 27 and the medium outlet port 28, respectively.
  • the second medium gasket 19 of the second plate 4B includes a medium inlet 27 and a medium outlet 28 in the first base material 13 of the first plate 4A disposed on the front side of the second plate 4B. Are in contact.
  • the first base material 13 of the first plate 4A and the second base material 23 (medium distribution region 23T) of the second plate 4B face each other with an interval in the front-rear direction.
  • the first base material 13, the second base material 23, and the second medium gasket 19 constitute a medium flow path 36.
  • the medium flow path 36 includes the first base material 13 and the second base material 23. Further, the rear surface 13 ⁇ / b> B of the first base material 13 and the front surface 23 ⁇ / b> A of the second base material 23 constitute the inner surface of the medium flow path 36. Note that the medium flow path 36 communicates with each of the medium inflow path 33 and the medium outflow path 34.
  • the two second liquid gaskets 18 are in contact with the first base material 13 so as to surround the liquid inlet 25 and the liquid outlet 26, respectively.
  • the heat exchanger 1 includes the liquid flow path 35 and the medium flow path 36. Further, the plate 4 (the first plate 4A and the second plate 4B) partitions the liquid flow path 35 and the medium flow path 36. In the front-rear direction, the liquid flow path 35 and the medium flow path 36 are separated from the plate 4. Are arranged alternately.
  • first substrates 13 and second substrates 23 are prepared. Then, a liquid inlet 25, a liquid outlet 26, a medium inlet 27, and a medium outlet 28 are formed on each of the first base material 13 and the second base material 23 by a known processing method (for example, punching processing, drill drilling). Etc.).
  • the first metal thin film 14 is formed on the front surface 13A of the first base material 13 by vapor deposition, and the second metal thin film 24 is formed on the rear surface 23B of the second base material 23 by vapor deposition.
  • Examples of the vapor deposition method of the metal thin film include known vapor deposition methods such as chemical vapor deposition and physical vapor deposition (for example, sputtering), and preferably physical vapor deposition.
  • first gasket 10 is provided on each first plate 4A
  • second gasket 11 is provided on each second plate 4B.
  • first metal thin film 14 of the first plate 4A and the second metal thin film 24 of the second plate 4B face each other to form a liquid channel 35, and the first base material 13 of the first plate 4A
  • the first plate 4A and the second plate 4B are alternately stacked so that the second base member 23 of the second plate 4B faces each other to form the medium flow path 36.
  • first plate 4A and second plate 4B (a plurality of plates 4) are sandwiched between the start frame 2 and the end frame 3.
  • the heat exchanger 1 is manufactured.
  • the acidic aqueous solution containing chlorine is, for example, an aqueous solution in which hydrogen chloride gas is dissolved, an aqueous solution in which hydrochloric acid is diluted in water, or an aqueous solution in which chlorine gas is dissolved.
  • aqueous solutions may contain, for example, a compound having a carbonyl group derived from phosgene or isocyanate.
  • the chlorine concentration in the acidic aqueous solution is, for example, 0.001% by mass or more, preferably 0.005% by mass or more, for example, 0.5% by mass or less, preferably 0.4% by mass or less.
  • the heat medium is not particularly limited, and examples thereof include a heating medium (for example, an oil bath, a water bath, a steam bath (steam), a heating wire, and the like), a cooling medium (for example, brine, water, acetone, and the like).
  • a heating medium for example, an oil bath, a water bath, a steam bath (steam), a heating wire, and the like
  • a cooling medium for example, brine, water, acetone, and the like.
  • the heating medium is preferably a steam bath (steam), and the cooling medium is preferably water.
  • the acidic aqueous solution containing chlorine using the heat exchanger 1 In order to heat-exchange (heat or cool) the acidic aqueous solution containing chlorine using the heat exchanger 1, the acidic aqueous solution is caused to flow into the liquid inflow path 31 via the liquid inlet 6 of the start frame 2, The heat medium flows into the medium inflow path 33 through the medium inlet 8 of the start frame 2.
  • the temperature of the acidic aqueous solution is, for example, 0 ° C. or higher, preferably room temperature or higher, for example, 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. It is as follows.
  • the pressure of the acidic aqueous solution is, for example, 0.10 MPa or more, preferably 0.15 MPa or more, for example, 1 MPa or less, preferably 2 MPa or less.
  • the acidic aqueous solution that has flowed into the liquid inflow path 31 flows into the liquid flow path 35 from the liquid inflow path 31 as shown in FIG. 1B.
  • the acidic aqueous solution that has flowed into the liquid flow path 35 is in contact with the entire liquid flow region 14T of the first metal thin film 14, and is in contact with the rear surface of the second metal thin film 24 that faces the liquid flow region 14T. Is distributed from above to below.
  • the heat medium flowing into the medium inflow path 33 flows into the medium flow path 36 from the medium inflow path 33.
  • the heat medium flowing into the medium flow path 36 is in contact with the entire medium flow area 23T of the second base material 23, and is in contact with the rear surface 13B of the first base material 13 facing the medium flow area 23T. 36 is distributed from the bottom to the top.
  • the acidic aqueous solution flowing through the liquid flow path 35 and the heat medium flowing through the medium flow path 36 flow in opposite directions. At this time, the acidic aqueous solution flowing through the liquid flow path 35 and the heat medium flowing through the medium flow path 36 exchange heat through the plate 4 (the first plate 4A and the second plate 4B).
  • the heat-exchanged acidic aqueous solution flows out from the liquid flow path 35 to the liquid outflow path 32 as shown in FIG. 1A and then is discharged out of the heat exchanger 1 through the liquid outlet 7 of the start frame 2. Is done.
  • the discharged acidic aqueous solution does not contain fluorine.
  • the heat exchanged heat medium flows out from the medium flow path 36 to the medium outflow path 34 and is then discharged out of the heat exchanger 1 through the medium outlet 9 of the start frame 2.
  • Such a heat exchanger 1 can be used for heat exchange of an acidic aqueous solution containing chlorine in various industrial fields, and preferably heat exchange (cooling or heating) of a reaction solution obtained by an oxygen oxidation reaction of hydrogen chloride. ) Can be suitably used.
  • the liquid flow path 35 includes the first metal thin film 14 and the second metal thin film 24 containing 50% by mass or more of tantalum. Therefore, even if an acidic aqueous solution containing chlorine is circulated through the liquid flow path 35, the liquid flow path 35 can be prevented from corroding, and the durability of the heat exchanger 1 can be improved.
  • the portion containing 50% by mass or more of tantalum is the first metal thin film 14 and the second metal thin film 24, it is possible to suppress a decrease in the heat exchange efficiency of the heat exchanger 1.
  • each thickness of the 1st metal thin film 14 and the 2nd metal thin film 24 is 10 micrometers or more, the improvement of durability of the heat exchanger 1 can be aimed at reliably, and the 1st metal thin film 14 and the 2nd Since the thickness of each metal thin film 24 is 500 ⁇ m or less, the heat exchanger 1 is expected to exhibit high heat exchange efficiency.
  • liquid flow paths 35 and the medium flow paths 36 are alternately arranged via the plates 4. Therefore, it is possible to smoothly exchange heat between the acidic aqueous solution flowing through the liquid flow path 35 and the heat medium flowing through the medium flow path 36. As a result, the heat exchange efficiency of the heat exchanger 1 can be improved.
  • each of the first metal thin film 14 and the second metal thin film 24 is disposed on the surface of the corresponding plate 4, a uniform metal thin film can be reliably provided.
  • the acidic aqueous solution can efficiently exchange heat while suppressing the corrosion of the liquid flow path 35.
  • the heat exchanger 1 has no fear of causing brittle fracture due to the elution of fluorine into the heat-exchanged acidic aqueous solution, like a carbon heat exchanger impregnated with a fluororesin.
  • the liquid flow path 35 includes the first metal thin film 14 and the second metal thin film 24 containing 50% by mass or more of tantalum. Therefore, corrosion of the liquid flow path 35 can be suppressed.
  • the liquid flow path 35 has the first metal thin film 14 and the second metal thin film 24 containing 50% by mass or more of tantalum. Therefore, corrosion of the liquid flow path 35 can be suppressed.
  • the heat exchanger 1 can be effectively used for cooling or heating the reaction solution obtained by the oxygen oxidation reaction of hydrogen chloride.
  • the first metal thin film 14 is formed on the front surface 13A of the first base material 13 by vapor deposition, the first plate 4A is prepared, and the rear surface 23B of the second base material 23 is prepared.
  • the second metal thin film 24 is formed by vapor deposition to prepare the second plate 4B.
  • the first metal thin film 14 of the first plate 4A and the second metal thin film 24 of the second plate 4B face each other to form a liquid flow path 35, and the first base material 13 of the first plate 4A
  • the first plate 4A and the second plate 4B are alternately stacked so that the second base member 23 of the second plate 4B faces each other to form the medium flow path 36.
  • the heat exchanger 1 can be manufactured.
  • the heat exchanger 1 having the first metal thin film 14 and the second metal thin film 24 can be efficiently manufactured.
  • the heat exchanger 1 is a plate-type heat exchanger, it is not limited to this,
  • the heat exchanger 1 is a multi-tube heat exchanger, a spiral heat exchanger, etc. It may be.
  • the plate 4 has a substantially flat plate shape with a flat surface.
  • the present invention is not limited to this, and the plate 4 is pressed so that the surface has a wave shape (uneven shape). It may be processed.
  • the first metal thin film 14 is formed on the entire front surface 13 ⁇ / b> A of the first base material 13.
  • the present invention is not limited to this, and the first metal thin film 14 is formed of the first liquid gasket 16. It may be formed only in the liquid circulation region 14T surrounded by.
  • the second metal thin film 24 may be formed only on the rear surface 23B of the second base material 23 at a portion facing the liquid circulation region 14T in the front-rear direction.
  • Specific numerical values such as blending ratio (content ratio), physical property values, and parameters used in the following description are described in the above-mentioned “Mode for Carrying Out the Invention”, and the corresponding blending ratio (content ratio) ), Physical property values, parameters, etc.
  • the upper limit value (numerical value defined as “less than” or “less than”) or lower limit value (number defined as “greater than” or “exceeded”) may be substituted. it can. “Part” and “%” are based on mass unless otherwise specified.
  • Reference example 1 A test plate was prepared by depositing tantalum on the surface of a 2.04 mm stainless steel material (SUS316) to form a tantalum thin film (metal thin film). The thickness of the tantalum thin film was 50 to 70 ⁇ m, and the mass of the test plate (before immersion) was 11.8223 g.
  • test plate was immersed in 23% by mass of hydrochloric acid (temperature: 120 ° C., pressure: 0.54 MPa) and left for 912 hours.
  • the chlorine concentration in hydrochloric acid was 0.136% by mass.
  • the test plate was lifted from hydrochloric acid, washed and dried, and the mass was measured.
  • the mass of the test plate (after immersion) was 11.8216 g. That is, it was confirmed that the mass of the test plate was reduced only by 0.0007 g after immersion in hydrochloric acid. This is about 0.00672 g / year as the mass reduction rate of the test plate.
  • a material exhibiting such a configuration and performance is suitable as a heat exchanger in a severe corrosive environment such as hydrochloric acid.
  • Reference example 2 A test plate was prepared in the same manner as in Reference Example 1.
  • the thickness of the tantalum thin film was 50 to 70 ⁇ m, and the mass of the test plate (before immersion) was 129,940 g.
  • test plate was immersed in 23% by mass of hydrochloric acid (temperature: 108 ° C., pressure: normal pressure) and left for 192 hours.
  • the chlorine concentration in hydrochloric acid was 0.001% by mass.
  • the test plate was lifted from hydrochloric acid, washed and dried, and the mass was measured.
  • the mass of the test plate (after immersion) was 12.9932 g. That is, it was confirmed that the mass of the test plate was reduced only by 0.0008 g after immersion in hydrochloric acid. This is about 0.0365 g / year as the mass reduction rate of the test plate.
  • a material exhibiting such a configuration and performance is suitable as a heat exchanger in a severe corrosive environment such as hydrochloric acid.
  • Reference example 3 A test plate was prepared in the same manner as in Reference Example 1.
  • the thickness of the tantalum thin film was 40 to 90 ⁇ m, and the mass of the test plate (before immersion) was 12.8509 g.
  • test plate was immersed in 23% by mass of hydrochloric acid (temperature: 120 ° C., pressure: 0.54 MPa) and left for 6360 hours.
  • the chlorine concentration in hydrochloric acid was 0.001% by mass.
  • the test plate was lifted from hydrochloric acid, washed and dried, and the mass was measured.
  • the mass of the test plate (after immersion) was 12.8294 g. That is, it was confirmed that the mass of the test plate was reduced by only 0.0215 g after immersion in hydrochloric acid. This is about 0.0004 mm / year as the corrosion rate of the tantalum thin film, and about 0.02961 g / year as the mass reduction rate of the test plate.
  • a material exhibiting such a configuration and performance is suitable as a heat exchanger in a severe corrosive environment such as hydrochloric acid.
  • test plate was immersed in hydrochloric acid, washed and dried in the same manner as in Reference Example 3 except that the test plate was changed to a test plate having a mass before immersion in hydrochloric acid of 13.6595 g, and the mass was measured by washing and drying.
  • the mass of the test plate after immersion in hydrochloric acid was 13.645 g. That is, it was confirmed that the mass of the test plate was reduced by only 0.0145 g after immersion in hydrochloric acid. This is about 0.0003 mm / year as the corrosion rate of the tantalum thin film, and about 0.01997 g / year as the mass reduction rate of the test plate.
  • a material exhibiting such a configuration and performance is suitable as a heat exchanger in a severe corrosive environment such as hydrochloric acid.
  • test plate was immersed in hydrochloric acid, washed and dried in the same manner as in Reference Example 3 except that the test plate was changed to a test plate having a mass of 12.5651 g before immersion in hydrochloric acid, and the mass was measured by washing and drying.
  • the mass of the test plate after immersion in hydrochloric acid was 12.5611 g. That is, it was confirmed that the mass of the test plate was reduced only by 0.0124 g after immersion in hydrochloric acid. This is about 0.0002 mm / year as the corrosion rate of the tantalum thin film, and about 0.0124 g / year as the mass reduction rate of the test plate.
  • a material exhibiting such a configuration and performance is suitable as a heat exchanger in a severe corrosive environment such as hydrochloric acid.
  • the heat exchanger and heat exchange method of the present invention can be suitably used for heat exchange of an acidic aqueous solution containing chlorine in various industrial fields, for example, heat exchange of a reaction solution obtained by oxygen oxidation reaction of hydrogen chloride.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

熱交換器は、塩素を含有する酸性水溶液が流通する液流路と、酸性水溶液と熱交換される熱媒体が流通する媒体流路と、を備える。液流路は、酸性水溶液と接触し、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有している。

Description

酸性水溶液に耐久性のある熱交換器、および熱交換方法
　本発明は、酸性水溶液に耐久性のある熱交換器、および熱交換方法に関する。
　従来より、流体の熱交換に利用される熱交換器が知られている。熱交換器は、熱交換対象である流体が流通する流路と、熱媒体が流通する流路とを仕切る伝熱板を備えており、伝熱板を介して、熱交換対象と熱媒体とが熱交換される。
　そのため、熱交換効率の観点から、伝熱板の熱伝導率の向上を図ることが望まれている。
　例えば、伝熱板が、２枚の銅板がろう材を介して圧着されて形成される熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７－２３２３３７号公報
　特許文献１に記載されるような熱交換器では、熱伝導率が約３７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である銅を伝熱板に用いており、熱交換効率の向上を図っている。
　しかし、銅などの材質を用いた熱交換器では、酸性水溶液、とりわけ、塩素を含有する酸性水溶液を熱交換する場合、伝熱板が腐食するという不具合がある。
　一方、樹脂を含浸したカーボン素材やタンタル、セラミックス、フッ素樹脂などは塩素を含有する酸性水溶液に対する耐久性が優れていることが知られている。しかしながら、これらの素材は熱伝導度が優れているとは言えず、また加工が難しく取扱いも面倒であるため、熱交換器に用いる場合、装置の大型化や複数の熱交換器を併用するなどの方法が必要になり、設備費の増大が懸念される。
　そこで、本発明は、液流路の腐食を抑制でき、耐久性の向上を図ることができながら、熱交換効率にも優れた熱交換器、および熱交換方法を提供する。
　前記の通り、熱交換器をタンタルにより形成すれば、酸性水溶液による腐食を抑制できるが、タンタルの熱伝導率が、約５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、銅の熱伝導率に対して、１／６以下であるので、熱交換器の熱交換効率が低下してしまう。
　本発明者らは鋭意検討した結果、タンタルを５０質量％以上含む部分を金属薄膜とすることで、熱交換器の熱交換効率を改善でき、薄膜であっても驚くべきことに耐久性の向上も図ることができることを見出し、本発明を完成した。即ち本発明は、以下の通りである。
　本発明［１］は、塩素を含有する酸性水溶液が流通する液流路と、前記酸性水溶液と熱交換される熱媒体が流通する媒体流路と、を備え、前記液流路は、前記酸性水溶液と接触し、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有している、熱交換器を含んでいる。
　このような構成によれば、液流路が、塩素を含有する酸性水溶液と接触し、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有しているので、塩素を含有する酸性水溶液を液流路に流通させても、液流路が腐食することを抑制でき、熱交換器の耐久性の向上を図ることができる。
　本発明［２］は、前記金属薄膜の厚みが、１０μｍ以上５００μｍ以下である、上記［１］に記載の熱交換器を含んでいる。
　このような構成によれば、金属薄膜の厚みが１０μｍ以上であるので、熱交換器の耐久性の向上を確実に図ることができ、金属薄膜の厚みが５００μｍ以下であるので、熱交換器の十分な熱交換効率を確保することができる。
　本発明［３］は、前記液流路と前記媒体流路とを仕切るプレートを備え、前記液流路と前記媒体流路とは、前記プレートを介して交互に配置されており、前記金属薄膜は、前記プレートの前記液流路側の表面に配置されている、上記［１］または［２］に記載の熱交換器を含んでいる。
　このような構成によれば、液流路と媒体流路とが、プレートを介して交互に配置されているので、液流路を流通する酸性水溶液と、媒体流路を流通する熱媒体とを円滑に熱交換させることができる。そのため、熱交換器の熱交換効率の向上を図ることができる。
　また、金属薄膜がプレート表面に配置されるので、均一な金属薄膜を確実に設けることができる。
　本発明［４］は、前記液流路は、フッ素を含有していない、上記［１］～［３］のいずれか一項に記載の熱交換器を含んでいる。
　しかるに、液流路が、フッ素、例えば、フッ素樹脂含有カーボンを有している場合、塩素を含有する酸性水溶液を長期にわたって液流路に流通させると、フッ素が酸性水溶液に溶出し、強度が低下し、ヒートショックなどによる脆性破壊が発生しやすくなるという不具合があった。
　一方、上記の構成によれば、液流路が、フッ素を含有しておらず、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有しているので、フッ素樹脂含有カーボンを用いた熱交換器のような脆性破壊の懸念はない。
　本発明［５］は、上記［１］～［４］のいずれか一項に記載の熱交換器を用いて、温度が０℃以上１５０℃以下である前記酸性水溶液を熱交換する、熱交換方法を含んでいる。
　このような方法によれば、温度が０℃以上１５０℃以下の酸性水溶液であっても、液流路が、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有しているので、液流路の腐食を抑制することができながら、酸性水溶液を効率良く熱交換することができる。
　本発明［６］は、前記酸性水溶液中の塩素濃度は、０．００１質量％以上０．５質量％以下である、上記［５］に記載の熱交換方法を含んでいる。
　このような方法によれば、酸性水溶液中の塩素濃度が０．００１質量％以上０．５質量％以下であっても、液流路が、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有しているので、液流路の腐食を抑制することができる。
　本発明［７］は、前記酸性水溶液が、塩化水素の酸素酸化反応により生成した塩素を含有する、上記［５］または［６］に記載の熱交換方法を含んでいる。
　このような方法によれば、酸性水溶液が、塩化水素の酸素酸化反応により生成した塩素を含有していても、液流路が、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有しているので、液流路の腐食を抑制することができる。
　本発明の熱交換器によれば、耐久性の向上を図ることができながら、十分に熱交換効率を確保することができる。
　本発明の熱交換方法によれば、温度が０℃以上１５０℃以下の酸性水溶液であっても、液流路の腐食を抑制することができながら、酸性水溶液を効率良く熱交換することができる。
図１Ａは、本発明の熱交換器の一実施形態の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示す熱交換器の中央断面図である。 図２は、図１Ａに示す熱交換器の分解斜視図である。
　１．熱交換器
　本発明に係る熱交換器の一例を図１、図２に例示し、以下、説明する。
　熱交換器１は、図１Ａに示すように、プレート式熱交換器であって、スタートフレーム２と、エンドフレーム３と、複数のプレート４とを備えている。
　なお、以下の説明において、熱交換器１の方向に言及するときは、便宜上、スタートフレーム２が配置されている方を、熱交換器１の前側とし、その反対を熱交換器１の後側とする。また、熱交換器１を前側から見たときを基準として左右を規定し、前後および左右方向の両方向と直交する方向を上下として規定する。具体的には、各図に示す方向矢印を基準とする。
　なお、前後方向は、複数のプレート４の積層方向（プレート４の厚み方向）と同一であり、前側が積層方向（厚み方向）の一方側、後側が積層方向（厚み方向）の他方側である。上下方向は、プレート４の長手方向と同一であり、上側が長手方向の一方側、下側が長手方向の他方側である。左右方向は、プレート４の幅方向と同一であり、右側が幅方向の一方側、左側が幅方向の他方側である。
　スタートフレーム２は、上下方向に延びる正面視略矩形の平板形状を有している。スタートフレーム２は、４つの貫通口５を有している。
　４つの貫通口５は、スタートフレーム２の四隅に１つずつ配置されている。４つの貫通口５のそれぞれは、正面視略円形状を有しており、スタートフレーム２を前後方向に貫通している。
　４つの貫通口５のうち、左上側の貫通口５は液入口６であり、左下側の貫通口５は液出口７であり、右下側の貫通口５は媒体入口８であり、右上側の貫通口５は媒体出口９である。
　エンドフレーム３は、スタートフレーム２に対して後側に間隔を空けて配置されている。エンドフレーム３は、上下方向に延びる略平板形状を有している。
　複数のプレート４は、前後方向に積層されており、スタートフレーム２とエンドフレーム３との間に挟まれている。
　複数のプレート４のそれぞれは、詳しくは後述するが、図２に示すように、上下方向に延びる略矩形の平板形状を有しており、４つの通過口１２を有している。
　４つの通過口１２は、プレート４の四隅に１つずつ配置されている。４つの通過口１２のそれぞれは、正面視略円形状を有しており、プレート４を前後方向に貫通している。
　４つの通過口１２のうち、左上側の通過口１２は液流入口２５であり、左下側の通過口１２は液排出口２６であり、右下側の通過口１２は媒体流入口２７であり、右上側の通過口１２は媒体排出口２８である。
　そして、複数のプレート４の液流入口２５、液排出口２６、媒体流入口２７および媒体排出口２８のそれぞれは、前後方向に互いに連通することにより、液流入路３１、液流出路３２、媒体流入路３３および媒体流出路３４をそれぞれ形成している。液流入路３１、液流出路３２、媒体流入路３３および媒体流出路３４は、複数のプレート４において前後方向に流路形成されている。
　なお、液流入路３１および液入口６、液流出路３２および液出口７、媒体流入路３３および媒体入口８、媒体流出路３４および媒体出口９は、前後方向に互いに連通している。
　２．プレートの詳細
　複数のプレート４は、詳しくは、第１プレート４Ａと、第２プレート４Ｂとを備えている。
　第１プレート４Ａは、図１Ｂに示すように、基材の一例としての第１基材１３と、金属薄膜の一例としての第１金属薄膜１４とを備えている。
　第１基材１３は、上下方向に延びる正面視略矩形の平板形状を有している。第１基材１３は、薄膜形成面の一例としての前面１３Ａと、前面１３Ａに対して反対側の流路形成面の一例としての後面１３Ｂとを有している。
　第１基材１３は、金属材料から形成されている。金属材料としては、例えば、アルミニウム、銅などや、それらの合金が挙げられ、熱伝導率の観点から好ましくは、アルミニウムおよび銅が挙げられる。
　第１金属薄膜１４は、第１基材１３の前面１３Ａに配置されており、本実施形態において、前面１３Ａの全体に形成されている。また、第１金属薄膜１４は、１層から形成されてもよく、複数層から形成されてもよい。
　第１金属薄膜１４は、タンタルを５０質量％以上含んでおり、タンタル合金や、他の成分をドープしたタンタルまたはタンタル単体から形成されている。
　タンタルと組み合わせて用いる成分としては、例えば、ケイ素、タングステン、モリブデン、ニオブなどが挙げられる。
　また、タンタルを含む金属薄膜の厚みは、好ましくは、１０～５００μｍである。好ましい下限は、２０μｍ、さらに好ましくは３０μｍ、特に好ましくは５０μｍである。一方、好ましい上限は４７０μｍ、より好ましくは４５０μｍ、さらに好ましくは４３０μｍ、特に好ましくは４００μｍである。本発明の検討によれば、上記の厚みの範囲内にあるタンタルを含む金属薄膜であれば、塩化水素などの水溶液に対する耐久性と熱伝導性とを高いレベルで両立できると考えられる。
　第１金属薄膜１４の厚みが上記下限以上であれば、熱交換器１の耐久性の向上を確実に図ることができ、第１金属薄膜１４の厚みが上記上限以下であれば、熱交換器１の熱交換効率を確実に高く確保できる。
　また、第１プレート４Ａには、図２に示すように、第１ガスケット１０が設けられている。
　第１ガスケット１０は、公知のシーリング材料から形成されており、第１金属薄膜１４の表面（前面）に配置されている。
　第１ガスケット１０は、第１液ガスケット１６と、２つの第１媒体ガスケット１７とを備えている。
　第１液ガスケット１６は、第１金属薄膜１４の表面（前面）において、液流通領域１４Ｔを区画している。液流通領域１４Ｔは、液流入口２５および液排出口２６を含んでいる。
　２つの第１媒体ガスケット１７は、第１金属薄膜１４の表面（前面）において、第１液ガスケット１６とは独立して、媒体流入口２７および媒体排出口２８をそれぞれ囲むように設けられている。
　第２プレート４Ｂは、図１Ｂに示すように、基材の一例としての第２基材２３と、金属薄膜の一例としての第２金属薄膜２４とを備えている。
　第２基材２３および第２金属薄膜２４は、第２金属薄膜２４の配置を除き、上記の第１基材１３および第１金属薄膜１４と同様の構成を有している。そのため、第２金属薄膜２４の配置に関する構成のみを説明し、他の構成の説明を省略する。
　第２基材２３は、流路形成面の一例としての前面２３Ａと、前面２３Ａに対して反対側の薄膜形成面の一例としての後面２３Ｂと、を有している。
　第２金属薄膜２４は、第２基材２３の後面２３Ｂに配置されており、本実施形態において、後面２３Ｂの全体に形成されている。また、第２金属薄膜２４は、１層から形成されてもよく、複数層から形成されてもよい。
　また、第２プレート４Ｂには、図２に示すように、第２ガスケット１１が設けられている。
　第２ガスケット１１は、公知のシーリング材料から形成されており、第２基材２３の表面（前面）に配置されている。
　第２ガスケット１１は、第２媒体ガスケット１９と、２つの第２液ガスケット１８とを備えている。
　第２媒体ガスケット１９は、第２基材２３の表面（前面２３Ａ）において、媒体流通領域２３Ｔを区画している。媒体流通領域２３Ｔは、媒体流入口２７および媒体排出口２８を含んでいる。
　２つの第２液ガスケット１８は、第２基材２３の前面２３Ａにおいて、第２媒体ガスケット１９とは独立して、液流入口２５および液排出口２６をそれぞれ囲むように設けられている。
　そして、第１プレート４Ａおよび第２プレート４Ｂは、前後方向において交互に配置されている。
　詳しくは、第１プレート４Ａの第１液ガスケット１６は、図１Ｂおよび図２に示すように、その第１プレート４Ａに対して前側に配置される第２プレート４Ｂの第２金属薄膜２４に、液流入口２５および液排出口２６を含むように接触している。
　そして、第１プレート４Ａの第１金属薄膜１４（液流通領域１４Ｔ）と、第２プレート４Ｂの第２金属薄膜２４とは、図１Ｂに示すように、前後方向に間隔を空けて向かい合うように配置されており、第１金属薄膜１４、第２金属薄膜２４および第１液ガスケット１６が、液流路３５を形成している。
　つまり、液流路３５は、複数のプレート４において上下方向に流路形成され、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４を備えており、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４は、対応するプレート４の液流路３５側の表面に配置されている。また、第１金属薄膜１４の前面、および、第２金属薄膜２４の後面は、液流入路３１の内面を構成している。なお、液流路３５は、フッ素を含有しておらず、液流入路３１および液流出路３２のそれぞれと連通している。
　また、２つの第１媒体ガスケット１７は、図１Ｂおよび図２に示すように、第２金属薄膜２４に、媒体流入口２７および媒体排出口２８をそれぞれ囲むように接触している。
　また、第２プレート４Ｂの第２媒体ガスケット１９は、その第２プレート４Ｂに対して前側に配置される第１プレート４Ａの第１基材１３に、媒体流入口２７および媒体排出口２８を含むように接触している。
　そして、第１プレート４Ａの第１基材１３と、第２プレート４Ｂの第２基材２３（媒体流通領域２３Ｔ）とは、図１Ｂに示すように、前後方向に間隔を空けて向かい合うように配置されており、第１基材１３、第２基材２３および第２媒体ガスケット１９が、媒体流路３６を構成している。
　つまり、媒体流路３６は、第１基材１３および第２基材２３を備えている。また、第１基材１３の後面１３Ｂ、および、第２基材２３の前面２３Ａは、媒体流路３６の内面を構成している。なお、媒体流路３６は、媒体流入路３３および媒体流出路３４のそれぞれと連通している。
　また、２つの第２液ガスケット１８は、図１Ｂおよび図２に示すように、第１基材１３に、液流入口２５および液排出口２６をそれぞれ囲むように接触している。
　これよって、熱交換器１は、液流路３５および媒体流路３６を備えている。また、プレート４（第１プレート４Ａおよび第２プレート４Ｂ）は、液流路３５と媒体流路３６とを仕切っており、前後方向において、液流路３５と媒体流路３６とは、プレート４を介して交互に配置されている。
　このような熱交換器１を製造する方法の例を以下のように示す。
　まず、第１基材１３および第２基材２３のそれぞれを複数準備する。そして、第１基材１３および第２基材２３のそれぞれに、液流入口２５、液排出口２６、媒体流入口２７および媒体排出口２８を、公知の加工方法（例えば、パンチング加工、ドリル穿孔など）により形成する。
　次いで、第１基材１３の前面１３Ａに、第１金属薄膜１４を蒸着により形成し、第２基材２３の後面２３Ｂに、第２金属薄膜２４を蒸着により形成する。
　金属薄膜の蒸着方法としては、例えば、化学蒸着法、物理蒸着法（例えば、スパッタリング）などの公知の蒸着方法が挙げられ、好ましくは、物理蒸着法が挙げられる。
　以上によって、複数の第１プレート４Ａおよび複数の第２プレート４Ｂ（複数のプレート４）が作製される。
　そして、各第１プレート４Ａに第１ガスケット１０を設けるとともに、各第２プレート４Ｂに第２ガスケット１１を設ける。
　次いで、第１プレート４Ａの第１金属薄膜１４と、第２プレート４Ｂの第２金属薄膜２４とが互いに向かい合って、液流路３５を形成するとともに、第１プレート４Ａの第１基材１３と、第２プレート４Ｂの第２基材２３とが互いに向かい合って、媒体流路３６を形成するように、第１プレート４Ａおよび第２プレート４Ｂを交互に積層する。
　その後、積層された第１プレート４Ａおよび第２プレート４Ｂ（複数のプレート４）を、スタートフレーム２およびエンドフレーム３により挟み込む。
　以上によって、熱交換器１が作製される。
　３．熱交換動作
　このような熱交換器１では、塩素を含有する酸性水溶液を、熱媒体により熱交換して、加熱または冷却する。
　塩素を含有する酸性水溶液は、例えば、塩化水素ガスが溶解した水溶液、塩酸が水に希釈された水溶液、塩素ガスが溶解された水溶液などである。これらの水溶液中には、例えば、ホスゲンやイソシアネート由来のカルボニル基を有する化合物が含まれていてもよい。
　酸性水溶液中の塩素濃度は、例えば、０．００１質量％以上、好ましくは、０．００５質量％以上、例えば、０．５質量％以下、好ましくは、０．４質量％以下である。
　熱媒体としては、特に制限されず、例えば、加熱媒体（例えば、油浴、水浴、蒸気浴（スチーム）、電熱線など）、冷却媒体（例えば、ブライン、水、アセトンなど）などが挙げられる。
　加熱媒体として、好ましくは、蒸気浴（スチーム）が挙げられ、冷却媒体として、好ましくは、水が挙げられる。
　熱交換器１を用いて、塩素を含有する酸性水溶液を熱交換（加熱または冷却）するには、酸性水溶液を、スタートフレーム２の液入口６を介して、液流入路３１に流入させるとともに、熱媒体を、スタートフレーム２の媒体入口８を介して、媒体流入路３３に流入させる。
　このとき、酸性水溶液の温度は、例えば、０℃以上、好ましくは、室温以上であり、例えば、３００℃以下、好ましくは、２５０℃以下、より好ましくは、２００℃以下、さらに好ましくは、１５０℃以下である。
　なお、酸性水溶液の温度が０℃以上４０℃以下である場合、酸性水溶液を熱媒体により加熱し、酸性水溶液の温度が１００℃以上２５０℃以下である場合、酸性水溶液を熱媒体により冷却することがある。
　また、酸性水溶液の圧力は、例えば、０．１０ＭＰａ以上、好ましくは、０．１５ＭＰａ以上、例えば、１ＭＰａ以下、好ましくは、２ＭＰａ以下である。
　そして、液流入路３１に流入した酸性水溶液は、液流入路３１から、図１Ｂに示すように、液流路３５に流入する。液流路３５に流入した酸性水溶液は、第１金属薄膜１４の液流通領域１４Ｔの全体と接触するとともに、液流通領域１４Ｔと向かい合う第２金属薄膜２４の後面と接触しながら、液流路３５を上方から下方に向かって流通する。
　また、媒体流入路３３に流入した熱媒体は、媒体流入路３３から、媒体流路３６に流入する。媒体流路３６に流入した熱媒体は、第２基材２３の媒体流通領域２３Ｔの全体と接触するとともに、媒体流通領域２３Ｔと向かい合う第１基材１３の後面１３Ｂと接触しながら、媒体流路３６を下方から上方に向かって流通する。
　つまり、液流路３５を流通する酸性水溶液と、媒体流路３６を流通する熱媒体とは、互いに逆方向に向かって流れる。このとき、液流路３５を流通する酸性水溶液と、媒体流路３６を流通する熱媒体とが、プレート４（第１プレート４Ａおよび第２プレート４Ｂ）を介して、熱交換する。
　その後、熱交換された酸性水溶液は、液流路３５から、図１Ａに示すように、液流出路３２に流出した後、スタートフレーム２の液出口７を介して、熱交換器１外に排出される。なお、排出された酸性水溶液は、フッ素を含有していない。
　また、熱交換された熱媒体は、媒体流路３６から、媒体流出路３４に流出した後、スタートフレーム２の媒体出口９を介して、熱交換器１外に排出される。
　以上によって、酸性水溶液の熱交換が完了する。
　このような熱交換器１は、各種産業分野において、塩素を含有する酸性水溶液の熱交換に用いることができ、好ましくは、塩化水素の酸素酸化反応により得られる反応液の熱交換（冷却または加熱）に好適に利用できる。
　なお、塩化水素の酸素酸化反応では、下記式（１）に示すように、塩素および水が発生する。
　式（１）：
　　４ＨＣｌ＋Ｏ２→２Ｃｌ２＋２Ｈ２Ｏ　・・・（１）
　そして、未反応塩化水素が冷却、吸収用の水および生成する水に溶解するため、塩化水素の酸素酸化反応により得られる反応液は、塩素を含有する塩酸となる。
　４．作用効果
　熱交換器１では、図１Ｂに示すように、液流路３５が、タンタルを５０質量％以上含む第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４を備えている。そのため、塩素を含有する酸性水溶液を液流路３５に流通させても、液流路３５が腐食することを抑制でき、熱交換器１の耐久性の向上を図ることができる。
　また、タンタルを５０質量％以上含む部分が、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４であるので、熱交換器１の熱交換効率の低下を抑制できる。
　また、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４のそれぞれの厚みが、１０μｍ以上であるので、熱交換器１の耐久性の向上を確実に図ることができ、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４のそれぞれの厚みが、５００μｍ以下であるので、熱交換器１は高い熱交換効率を示すと期待される。
　また、液流路３５と媒体流路３６とが、プレート４を介して交互に配置されている。そのため、液流路３５を流通する酸性水溶液と、媒体流路３６を流通する熱媒体とを円滑に熱交換させることができる。その結果、熱交換器１の熱交換効率の向上を図ることができる。
　また、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４のそれぞれが、対応するプレート４の表面に配置されているので、均一な金属薄膜を確実に設けることができる。
　また、熱交換器１では、温度が０℃以上２５０℃以下の酸性水溶液であっても、液流路３５が腐食することを抑制できながら、酸性水溶液を効率良く熱交換することができる。
　また、熱交換器１は、フッ素樹脂を含浸したカーボン熱交換器のように、熱交換した酸性水溶液に、フッ素が溶出し、脆性破壊を起こす懸念はない。
　また、酸性水溶液中の塩素濃度が０．００１質量％以上０．５質量％以下であっても、液流路３５が、タンタルを５０質量％以上含む第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４を有しているので、液流路３５の腐食を抑制することができる。
　また、酸性水溶液が、塩化水素の酸素酸化反応により生成した塩素を含有していても、液流路３５が、タンタルを５０質量％以上含む第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４を有しているので、液流路３５の腐食を抑制することができる。
　つまり、熱交換器１は、塩化水素の酸素酸化反応により得られる反応液の冷却または加熱に有効に利用することができる。
　また、熱交換器１の製造方法によれば、第１基材１３の前面１３Ａに第１金属薄膜１４を蒸着により形成し、第１プレート４Ａを調製し、第２基材２３の後面２３Ｂに第２金属薄膜２４を蒸着により形成して、第２プレート４Ｂを調製する。
　そして、第１プレート４Ａの第１金属薄膜１４と、第２プレート４Ｂの第２金属薄膜２４とが互いに向かい合って、液流路３５を形成するとともに、第１プレート４Ａの第１基材１３と、第２プレート４Ｂの第２基材２３とが互いに向かい合って、媒体流路３６を形成するように、第１プレート４Ａおよび第２プレート４Ｂを交互に積層する。
　これによって、熱交換器１を製造することができる。
　そのため、簡易な方法でありながら、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４を有する熱交換器１を、効率良く製造することができる。
　５．変形例
　なお、上記の実施形態では、熱交換器１は、プレート式熱交換器であるが、これに限定されず、熱交換器１は、多管式熱交換器、スパイラル式熱交換器などであってもよい。
　また、上記の実施形態では、プレート４は、表面が平坦な略平板形状を有しているが、これに限定されず、プレート４は、表面が波形状（凹凸形状）を有するように、プレス加工されていてもよい。
　また、上記の実施形態では、第１金属薄膜１４が、第１基材１３の前面１３Ａの全体に形成されているが、これに限定されず、第１金属薄膜１４は、第１液ガスケット１６に囲まれる液流通領域１４Ｔのみに形成されていてもよい。
　また、第２金属薄膜２４も同様に、第２基材２３の後面２３Ｂにおいて、液流通領域１４Ｔと前後方向に向かい合う部分にのみ形成されていてもよい。
［参考例］
　以下に参考例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、それらに限定されない。以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。なお、「部」および「％」は、特に言及がない限り、質量基準である。
　　参考例１
　２．０４ｍｍのステンレス鋼材（ＳＵＳ３１６）の表面に、タンタルを蒸着して、タンタル薄膜（金属薄膜）を形成して、試験板を調製した。タンタル薄膜の厚みは、５０～７０μｍであり、試験板（浸漬前）の質量は、１１．８２２３ｇであった。
　次いで、試験板を、２３質量％の塩酸（温度：１２０℃、圧力：０．５４ＭＰａ）に浸漬し、９１２時間放置した。なお、塩酸中の塩素濃度は、０．１３６質量％であった。
　そして、試験板を、塩酸から引き上げた後、洗浄および乾燥して、質量を測定した。
　試験板（浸漬後）の質量は、１１．８２１６ｇであった。つまり、試験板の質量は、塩酸浸漬後において、０．０００７ｇしか低下していないことを確認した。これは、試験板の質量低下速度として、０．００６７２ｇ／ｙｅａｒ程度である。
　このような構成、性能を示す材料は、塩酸などの過酷な腐食環境下における熱交換器として好適であると言える。
　　参考例２
　参考例１と同様にして、試験板を調製した。タンタル薄膜の厚みは、５０～７０μｍであり、試験板（浸漬前）の質量は、１２．９９４０ｇであった。
　次いで、試験板を、２３質量％の塩酸（温度：１０８℃、圧力：常圧）に浸漬し、１９２時間放置した。なお、塩酸中の塩素濃度は、０．００１質量％であった。
　そして、試験板を、塩酸から引き上げた後、洗浄および乾燥して、質量を測定した。
　試験板（浸漬後）の質量は、１２．９９３２ｇであった。つまり、試験板の質量は、塩酸浸漬後において、０．０００８ｇしか低下していないことを確認した。これは、試験板の質量低下速度として、０．０３６５ｇ／ｙｅａｒ程度である。
　このような構成、性能を示す材料は、塩酸などの過酷な腐食環境下における熱交換器として好適であると言える。
　　参考例３
　参考例１と同様にして、試験板を調製した。タンタル薄膜の厚みは、４０～９０μｍであり、試験板（浸漬前）の質量は、１２．８５０９ｇであった。
　次いで、試験板を、２３質量％の塩酸（温度：１２０℃、圧力：０．５４ＭＰａ）に浸漬し、６３６０時間放置した。なお、塩酸中の塩素濃度は、０．００１質量％であった。
　そして、試験板を、塩酸から引き上げた後、洗浄および乾燥して、質量を測定した。
　試験板（浸漬後）の質量は、１２．８２９４ｇであった。つまり、試験板の質量は、塩酸浸漬後において、０．０２１５ｇしか低下していないことを確認した。これは、タンタル薄膜の腐食速度として、０．０００４ｍｍ／ｙｅａｒ程度であり、試験板の質量低下速度として、０．０２９６１ｇ／ｙｅａｒ程度である。
　このような構成、性能を示す材料は、塩酸などの過酷な腐食環境下における熱交換器として好適であると言える。
　　参考例４
　塩酸浸漬前の質量が１３．６５９５ｇである試験板に変更したこと以外は、参考例３と同様にして、試験板を塩酸に浸漬した後、洗浄および乾燥して質量を測定した。
　塩酸浸漬後の試験板の質量は、１３．６４５ｇであった。つまり、試験板の質量は、塩酸浸漬後において、０．０１４５ｇしか低下していないことを確認した。これは、タンタル薄膜の腐食速度として、０．０００３ｍｍ／ｙｅａｒ程度であり、試験板の質量低下速度として、０．０１９９７ｇ／ｙｅａｒ程度である。
　このような構成、性能を示す材料は、塩酸などの過酷な腐食環境下における熱交換器として好適であると言える。
　　参考例５
　塩酸浸漬前の質量が１２．５６５１ｇである試験板に変更したこと以外は、参考例３と同様にして、試験板を塩酸に浸漬した後、洗浄および乾燥して質量を測定した。
　塩酸浸漬後の試験板の質量は、１２．５５６１ｇであった。つまり、試験板の質量は、塩酸浸漬後において、０．０１２４ｇしか低下していないことを確認した。これは、タンタル薄膜の腐食速度として、０．０００２ｍｍ／ｙｅａｒ程度であり、試験板の質量低下速度として、０．０１２４ｇ／ｙｅａｒ程度である。
　このような構成、性能を示す材料は、塩酸などの過酷な腐食環境下における熱交換器として好適であると言える。
　なお、上記発明は、本発明の例示の実施形態として提供したが、これは単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。当該技術分野の当業者によって明らかな本発明の変形例は、後記請求の範囲に含まれる。
　本発明の熱交換器および熱交換方法は、各種産業分野における塩素を含有する酸性水溶液の熱交換、例えば、塩化水素の酸素酸化反応により得られる反応液の熱交換に好適に利用できる。
　１　　　熱交換器
　４　　　プレート
　４Ａ　　第１プレート
　４Ｂ　　第２プレート
　１３　　第１基材
　１３Ａ　　第１基材の前面
　１３Ｂ　　第１基材の後面
　１４　　　第１金属薄膜
　２３　　　第２基材
　２３Ａ　　第２基材の前面
　２３Ｂ　　第２基材の後面
　２４　　　第２金属薄膜
　３５　　　液流路
　３６　　　媒体流路

Claims (7)

  1. 　塩素を含有する酸性水溶液が流通する液流路と、
    　前記酸性水溶液と熱交換される熱媒体が流通する媒体流路と、を備え、
    　前記液流路は、前記酸性水溶液と接触し、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有していることを特徴とする、熱交換器。
  2. 　前記金属薄膜の厚みが、１０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
  3. 　前記液流路と前記媒体流路とを仕切るプレートを備え、
    　前記液流路と前記媒体流路とは、前記プレートを介して交互に配置されており、
    　前記金属薄膜は、前記プレートの前記液流路側の表面に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
  4. 　前記液流路は、フッ素を含有していないことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
  5. 　請求項１に記載の熱交換器を用いて、温度が０℃以上１５０℃以下である前記酸性水溶液を熱交換することを特徴とする、熱交換方法。
  6. 　前記酸性水溶液中の塩素濃度は、０．００１質量％以上０．５質量％以下であることを特徴とする、請求項５に記載の熱交換方法。
  7. 　前記酸性水溶液が、塩化水素の酸素酸化反応により生成した塩素を含有することを特徴とする、請求項５に記載の熱交換方法。
PCT/JP2017/012544 2016-03-30 2017-03-28 酸性水溶液に耐久性のある熱交換器、および熱交換方法 WO2017170490A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018508036A JPWO2017170490A1 (ja) 2016-03-30 2017-03-28 酸性水溶液に耐久性のある熱交換器、および熱交換方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016066975 2016-03-30
JP2016-066975 2016-03-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017170490A1 true WO2017170490A1 (ja) 2017-10-05

Family

ID=59965765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/012544 WO2017170490A1 (ja) 2016-03-30 2017-03-28 酸性水溶液に耐久性のある熱交換器、および熱交換方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2017170490A1 (ja)
WO (1) WO2017170490A1 (ja)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61194185A (ja) * 1985-02-25 1986-08-28 Sumitomo Metal Ind Ltd 被覆耐食材料及びその製造方法
JPS61194167A (ja) * 1985-02-25 1986-08-28 Sumitomo Metal Ind Ltd 被覆耐食材料及びその製造方法
JPH04362005A (ja) * 1991-06-06 1992-12-15 Mitsui Toatsu Chem Inc 塩素の工業的製造方法
JP2003261306A (ja) * 2002-03-08 2003-09-16 Sumitomo Chem Co Ltd 塩素ガスと塩化水素の分離方法
JP2005306712A (ja) * 2004-10-15 2005-11-04 Sumitomo Chemical Co Ltd 塩素および塩酸の製造方法
JP2006009094A (ja) * 2004-06-25 2006-01-12 Furuya Kinzoku:Kk 耐食材及びその製造方法
JP2006253089A (ja) * 2005-03-14 2006-09-21 Toyota Motor Corp 燃料電池用メタルセパレータとその製造方法
JP2008531446A (ja) * 2005-02-23 2008-08-14 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 塩素を製造する方法
JP2012046363A (ja) * 2010-08-25 2012-03-08 Sumitomo Chemical Co Ltd 塩化水素の製造方法および塩素の製造方法
JP2014025641A (ja) * 2012-07-26 2014-02-06 Sumitomo Chemical Co Ltd 熱交換システムの運転方法
WO2014084127A1 (ja) * 2012-11-28 2014-06-05 住友化学株式会社 塩素の製造方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61194185A (ja) * 1985-02-25 1986-08-28 Sumitomo Metal Ind Ltd 被覆耐食材料及びその製造方法
JPS61194167A (ja) * 1985-02-25 1986-08-28 Sumitomo Metal Ind Ltd 被覆耐食材料及びその製造方法
JPH04362005A (ja) * 1991-06-06 1992-12-15 Mitsui Toatsu Chem Inc 塩素の工業的製造方法
JP2003261306A (ja) * 2002-03-08 2003-09-16 Sumitomo Chem Co Ltd 塩素ガスと塩化水素の分離方法
JP2006009094A (ja) * 2004-06-25 2006-01-12 Furuya Kinzoku:Kk 耐食材及びその製造方法
JP2005306712A (ja) * 2004-10-15 2005-11-04 Sumitomo Chemical Co Ltd 塩素および塩酸の製造方法
JP2008531446A (ja) * 2005-02-23 2008-08-14 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 塩素を製造する方法
JP2006253089A (ja) * 2005-03-14 2006-09-21 Toyota Motor Corp 燃料電池用メタルセパレータとその製造方法
JP2012046363A (ja) * 2010-08-25 2012-03-08 Sumitomo Chemical Co Ltd 塩化水素の製造方法および塩素の製造方法
JP2014025641A (ja) * 2012-07-26 2014-02-06 Sumitomo Chemical Co Ltd 熱交換システムの運転方法
WO2014084127A1 (ja) * 2012-11-28 2014-06-05 住友化学株式会社 塩素の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2017170490A1 (ja) 2018-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110779373B (zh) 一种水冷管板式换热器
JP2007183071A (ja) 高耐圧コンパクト熱交換器およびその製造法
KR20120075838A (ko) 초고온가스 원자로용 열교환기
JP2015194324A (ja) ヘッダープレートレス熱交換器
US10473411B2 (en) Aluminum alloy finned heat exchanger
WO2017170490A1 (ja) 酸性水溶液に耐久性のある熱交換器、および熱交換方法
JP2010121925A (ja) 熱交換器
JP2012172936A (ja) プレート積層型冷却装置
JP4738116B2 (ja) クロスフローコア式プレート型熱交換器
JP2018017424A (ja) 熱交換器の製造方法
US20130118720A1 (en) Heat exchanging element for a heat exchanger, method of manufacturing a heat exchanging element for a heat exchanger, heat exchanger, and retrofitting method for a heat exchanger
JP2012021668A (ja) 熱交換器
KR20120002075A (ko) 판형 열교환기
JP2010139101A (ja) 熱交換器及びこれを用いた給湯装置
CN110793370B (zh) 一种水冷管板式换热器的设计方法
JP2007085594A5 (ja)
CN110779371B (zh) 一种流体进出口优化分布的水冷管板式换热器
US20130068428A1 (en) Heat exchanger with improved corrosion resistance
JP4911153B2 (ja) 熱交換器
TWM525434U (zh) 一種耐腐蝕不銹鋼製板式熱交換器
KR101917155B1 (ko) 간접방식 맞춤형 고효율 열교환기 및 그 제조방법
US20210063051A1 (en) Heat exchange method of tap water, heat exchanger, and water heating device
CN108088303B (zh) 采用锆合金板制作的热交换器、锆合金板制造工艺及冷却方法
JP2003336990A (ja) 熱交換器
CN110779372B (zh) 一种圆柱肋片间距变化的水冷管板式换热器

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018508036

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17775027

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17775027

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1