JPH07243784A - ステンレス鋼製ヒートパイプ - Google Patents
ステンレス鋼製ヒートパイプInfo
- Publication number
- JPH07243784A JPH07243784A JP3251594A JP3251594A JPH07243784A JP H07243784 A JPH07243784 A JP H07243784A JP 3251594 A JP3251594 A JP 3251594A JP 3251594 A JP3251594 A JP 3251594A JP H07243784 A JPH07243784 A JP H07243784A
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- Japan
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- stainless steel
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- heat
- container body
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-
- 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
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
- F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
- F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
- F28F21/083—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys from stainless steel
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ボイラー等の排ガスの廃熱回収で長期に亘っ
て使用できる優れた耐久性を持つ、ステンレス鋼製ヒー
トパイプを提供する。 【構成】 ステンレス鋼製ヒートパイプが、Ｃｒ：１４
〜２７重量％を含有するステンレス鋼の容器本体内に作
動流体として純水を封入してなり、かつ前記容器本体の
少なくとも内面に、最表面から０.００２〜０.２μｍの
範囲内の所定深さ位置で６５重量％以上のＣｒ酸化物含
有量を示す表面酸化物層を形成してなる。
て使用できる優れた耐久性を持つ、ステンレス鋼製ヒー
トパイプを提供する。 【構成】 ステンレス鋼製ヒートパイプが、Ｃｒ：１４
〜２７重量％を含有するステンレス鋼の容器本体内に作
動流体として純水を封入してなり、かつ前記容器本体の
少なくとも内面に、最表面から０.００２〜０.２μｍの
範囲内の所定深さ位置で６５重量％以上のＣｒ酸化物含
有量を示す表面酸化物層を形成してなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、ボイラーの
燃焼ガスや、塵焼却炉の排気ガスに含まれる廃熱の回収
を長期に亘って行うことのできる耐久性に優れたステン
レス鋼製ヒートパイプに関するものである。
燃焼ガスや、塵焼却炉の排気ガスに含まれる廃熱の回収
を長期に亘って行うことのできる耐久性に優れたステン
レス鋼製ヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、例えば、ボイラーや塵焼却炉な
どの廃熱回収には作動液として純水を用い、これをキュ
プロニッケル製容器本体内に封入し、かつ前記容器本体
の外側表面に耐食性向上を目的として、Ｎｉメッキなど
の被覆を施してなる銅合金製のヒートパイプが用いられ
ている。
どの廃熱回収には作動液として純水を用い、これをキュ
プロニッケル製容器本体内に封入し、かつ前記容器本体
の外側表面に耐食性向上を目的として、Ｎｉメッキなど
の被覆を施してなる銅合金製のヒートパイプが用いられ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記、ボイラー等の排
ガスの廃熱回収に用いられている銅合金製ヒートパイプ
は、熱伝導の点で優れた性能を有しているが、高温のＳ
ＯxガスやＣＯxガスなどの排ガスに曝されると、外側に
高温腐食による損傷が生じ、熱交換効率を著しく低下さ
せると共に使用寿命が短縮されるという問題がある。
ガスの廃熱回収に用いられている銅合金製ヒートパイプ
は、熱伝導の点で優れた性能を有しているが、高温のＳ
ＯxガスやＣＯxガスなどの排ガスに曝されると、外側に
高温腐食による損傷が生じ、熱交換効率を著しく低下さ
せると共に使用寿命が短縮されるという問題がある。
【０００４】上記の高温耐食性を向上させる目的で容器
本体をステンレス鋼で構成する試みもなされているが、
ステンレス容器に封入されている純水が容器中に含まれ
るＮｉと徐々に反応して水素ガスが発生し、そのために
長時間使用するとヒートパイプの熱効換率が著しく低下
するなどの課題があった。
本体をステンレス鋼で構成する試みもなされているが、
ステンレス容器に封入されている純水が容器中に含まれ
るＮｉと徐々に反応して水素ガスが発生し、そのために
長時間使用するとヒートパイプの熱効換率が著しく低下
するなどの課題があった。
【０００５】
【課題を解決する手段】本発明者等は、上記の観点から
廃熱回収用、排ガスに対して銅合金より一段とすぐれた
高温耐食性を示すステンレス鋼製ヒートパイプに着目
し、これの使用寿命の延命化を図るべく鋭意研究を行っ
た結果、ヒートパイプの容器本体をＣｒ含有量が１４〜
２７重量％のステンレス鋼で構成した上で、（ａ）：硫
酸を主体とする電解液中で容器本体内面を陽極酸化す
る、（ｂ）：酸化性酸（例えば２０％以上の硝酸）で容
器本体の内面を処理する、（ｃ）：大気の酸素を含む雰
囲気（酸素分圧：１０-1〜１０-4ｔｏｒｒ）または水蒸
気を含む雰囲気（Ｈ2Ｏ：１００００ｐｐｍ以下）中、
４００〜７００℃に容器本体を加熱保持する。
廃熱回収用、排ガスに対して銅合金より一段とすぐれた
高温耐食性を示すステンレス鋼製ヒートパイプに着目
し、これの使用寿命の延命化を図るべく鋭意研究を行っ
た結果、ヒートパイプの容器本体をＣｒ含有量が１４〜
２７重量％のステンレス鋼で構成した上で、（ａ）：硫
酸を主体とする電解液中で容器本体内面を陽極酸化す
る、（ｂ）：酸化性酸（例えば２０％以上の硝酸）で容
器本体の内面を処理する、（ｃ）：大気の酸素を含む雰
囲気（酸素分圧：１０-1〜１０-4ｔｏｒｒ）または水蒸
気を含む雰囲気（Ｈ2Ｏ：１００００ｐｐｍ以下）中、
４００〜７００℃に容器本体を加熱保持する。
【０００６】以上（ａ）〜（ｃ）のいずれかの酸化処理
を施すことにより前記容器本体の表面部に最表面から
０.００２〜０.２μｍの範囲内の所定深さ位置で測定し
て６５重量％以上のＣｒ酸化物含有を示す表面酸化物層
を形成させると、この結果のステンレス鋼製ヒートパイ
プにおいては、前記表面酸化物層によって純水との反応
を抑制され、長時間使用しても熱交換効率の低下が防止
される知見を得た。
を施すことにより前記容器本体の表面部に最表面から
０.００２〜０.２μｍの範囲内の所定深さ位置で測定し
て６５重量％以上のＣｒ酸化物含有を示す表面酸化物層
を形成させると、この結果のステンレス鋼製ヒートパイ
プにおいては、前記表面酸化物層によって純水との反応
を抑制され、長時間使用しても熱交換効率の低下が防止
される知見を得た。
【０００７】この発明は、上記の結果に基づいてなされ
たものであってＣｒ：１４〜２７重量％を含有するステ
ンレス鋼の容器本体内に作動流体として純水を封入して
なり、かつ前記容器本体の少なくとも内面に、最表面か
ら０.００２〜０.２μｍの範囲内の所定深さ位置で６５
重量％以上のＣｒ酸化物含有量を示す表面酸化物層を形
成してなるステンレス鋼製ヒートパイプに特徴を有する
ものである。
たものであってＣｒ：１４〜２７重量％を含有するステ
ンレス鋼の容器本体内に作動流体として純水を封入して
なり、かつ前記容器本体の少なくとも内面に、最表面か
ら０.００２〜０.２μｍの範囲内の所定深さ位置で６５
重量％以上のＣｒ酸化物含有量を示す表面酸化物層を形
成してなるステンレス鋼製ヒートパイプに特徴を有する
ものである。
【０００８】つぎに、この発明のステンレス鋼製ヒート
パイプのステンス鋼のＣｒ含有量およびパイプ内面のＣ
ｒ酸化物層のＣｒ含有量を上記の通りに限定した理由を
説明する。 （ａ） Ｃｒ Ｃｒ成分には、表面酸化物層を形成して耐食性を向上さ
せる作用があるが、その含有量が１４重量％ 未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が２
７重量％を越えると靱性が低下するようになり、パイプ
加工が困難になることから、その含有量を１４〜２７重
量％に定めた。
パイプのステンス鋼のＣｒ含有量およびパイプ内面のＣ
ｒ酸化物層のＣｒ含有量を上記の通りに限定した理由を
説明する。 （ａ） Ｃｒ Ｃｒ成分には、表面酸化物層を形成して耐食性を向上さ
せる作用があるが、その含有量が１４重量％ 未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が２
７重量％を越えると靱性が低下するようになり、パイプ
加工が困難になることから、その含有量を１４〜２７重
量％に定めた。
【０００９】（ｂ） Ｃｒ酸化物 内面に最表面から０.００２〜０.２μｍの範囲内の所定
深さ位置で測定して、その含有量が、６５重量％未満で
は前記の純水との反応抑制作用に所望の効果が得られな
くなることから６５重量％以上のＣｒ酸化物含有量に定
めた。
深さ位置で測定して、その含有量が、６５重量％未満で
は前記の純水との反応抑制作用に所望の効果が得られな
くなることから６５重量％以上のＣｒ酸化物含有量に定
めた。
【００１０】
【実施例】つぎに、この発明のヒートパイプを実施例に
より説明する。 各種ＪＩＳ規格に規定されるステンレス鋼パイプから外
径：２５．４ｍｍ、厚さ：１．２ｍｍ、長さ：３０００
ｍｍの寸法に切り出し、これらの両端部には同じ材質の
端板をＴＩＧ溶接で取付け、一方の端板には注入口を取
付け加工して容器本体素材とした。
より説明する。 各種ＪＩＳ規格に規定されるステンレス鋼パイプから外
径：２５．４ｍｍ、厚さ：１．２ｍｍ、長さ：３０００
ｍｍの寸法に切り出し、これらの両端部には同じ材質の
端板をＴＩＧ溶接で取付け、一方の端板には注入口を取
付け加工して容器本体素材とした。
【００１１】このように調整をした容器本体素材に、
（ａ）室温の６５％硝酸を注入し１０分間放置する処理
（以下、硝酸処理という）、（ｂ）室温の１５％硫酸中
でＰｔ電極を対極とし５００ｍＶ．ｖｓ．ＳＣＥで１０
分間陽極酸化する処理（以下、陽極酸化処理という）、
（ｃ）大気中で４００〜７００℃に加熱し１０分間保持
したのち空冷する処理（以下、大気酸化処理という）、
（ｄ）酸素分圧：１０-3ｔｏｒｒの低酸素分圧下におい
て５００℃で１時間加熱し炉令する処理（以下、低酸素
処理という）、（ｅ）５２０℃に加熱した５００ｐｐｍ
のＨ2Ｏを含む大気中に１０分間保持した後炉令する処
理（以下、水蒸気酸化処理という）を施すことにより、
表面から０.１μｍの深さ位置で測定して表１に示され
るＣｒ酸化物含有量の表面酸化物層を前記容器本体素材
内面に形成して容器本体とし、ついでこの容器本体の内
面を純水で洗浄し、乾燥した後、１５０℃でベーキング
し、内部を１０ｔｏｒｒまで真空にし、ついで脱気した
純水をパイプの内容積の２０％まで注入し、前記封入口
を圧着し溶接する事により本発明ヒートパイプ１〜３０
を作製した。
（ａ）室温の６５％硝酸を注入し１０分間放置する処理
（以下、硝酸処理という）、（ｂ）室温の１５％硫酸中
でＰｔ電極を対極とし５００ｍＶ．ｖｓ．ＳＣＥで１０
分間陽極酸化する処理（以下、陽極酸化処理という）、
（ｃ）大気中で４００〜７００℃に加熱し１０分間保持
したのち空冷する処理（以下、大気酸化処理という）、
（ｄ）酸素分圧：１０-3ｔｏｒｒの低酸素分圧下におい
て５００℃で１時間加熱し炉令する処理（以下、低酸素
処理という）、（ｅ）５２０℃に加熱した５００ｐｐｍ
のＨ2Ｏを含む大気中に１０分間保持した後炉令する処
理（以下、水蒸気酸化処理という）を施すことにより、
表面から０.１μｍの深さ位置で測定して表１に示され
るＣｒ酸化物含有量の表面酸化物層を前記容器本体素材
内面に形成して容器本体とし、ついでこの容器本体の内
面を純水で洗浄し、乾燥した後、１５０℃でベーキング
し、内部を１０ｔｏｒｒまで真空にし、ついで脱気した
純水をパイプの内容積の２０％まで注入し、前記封入口
を圧着し溶接する事により本発明ヒートパイプ１〜３０
を作製した。
【００１２】比較のために、Ｃｒ酸化物層が無いか、ま
たは本発明範囲外のＣｒ酸化物層を有する比較ヒートパ
イプ１〜１０を作製した。
たは本発明範囲外のＣｒ酸化物層を有する比較ヒートパ
イプ１〜１０を作製した。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【表３】
【００１６】
【表４】
【００１７】前記、本発明ヒートパイプ１〜３０、比較
ヒートパイプ１〜１０、それぞれ図１に示されるように
ヒートパイプ１の軸方向が水平に対して６゜傾斜するよ
うに、ヒートパイプ全長の１／２を１００℃に加熱した
恒温槽１内に挿入し、ヒートパイプの残りの全長の１／
２を恒温槽１外の大気中に出して、室温に保持し、大気
中に出ているヒートパイプ１の先端（以下、凝縮先端部
２という）から１０ｃｍの所に熱電対温度計３を取付、
３時間保持した後、この箇所の温度Ｔ0を測定した。
ヒートパイプ１〜１０、それぞれ図１に示されるように
ヒートパイプ１の軸方向が水平に対して６゜傾斜するよ
うに、ヒートパイプ全長の１／２を１００℃に加熱した
恒温槽１内に挿入し、ヒートパイプの残りの全長の１／
２を恒温槽１外の大気中に出して、室温に保持し、大気
中に出ているヒートパイプ１の先端（以下、凝縮先端部
２という）から１０ｃｍの所に熱電対温度計３を取付、
３時間保持した後、この箇所の温度Ｔ0を測定した。
【００１８】その後、ヒートパイプの効率を評価するた
めに、前記条件に１０００時間保持し、１０００時間保
持後の温度Ｔを測定し、３時間保持した後の凝縮先端部
２の温度と１０００時間保持後の凝縮先端部２の温度差
ΔＴ（＝Ｔ0−Ｔ）（℃）を測定するヒートパイプ劣化
試験を行い、得られたΔＴ（℃）の測定結果を表１〜４
に示した。
めに、前記条件に１０００時間保持し、１０００時間保
持後の温度Ｔを測定し、３時間保持した後の凝縮先端部
２の温度と１０００時間保持後の凝縮先端部２の温度差
ΔＴ（＝Ｔ0−Ｔ）（℃）を測定するヒートパイプ劣化
試験を行い、得られたΔＴ（℃）の測定結果を表１〜４
に示した。
【００１９】ヒートパイプ内部に水素ガスが発生する
と、水素ガスは水蒸気に比べて軽いため、また作動液の
蒸発凝縮の繰り返しによる分離精製の影響を受けて、凝
縮先端部２に溜まり易く、熱交換率低下の反映としてΔ
Ｔ（℃）の値が大きくなる。
と、水素ガスは水蒸気に比べて軽いため、また作動液の
蒸発凝縮の繰り返しによる分離精製の影響を受けて、凝
縮先端部２に溜まり易く、熱交換率低下の反映としてΔ
Ｔ（℃）の値が大きくなる。
【００２０】
【発明の効果】表１〜４に示される結果から、本発明ヒ
ートパイプ１〜３０は、内部の水素ガス発生による熱交
換率低下に伴う温度低下が少ないことがわかる。しか
し、比較ヒートパイプ１〜１０は、長期間の使用に対し
熱交換率は大幅に低下する事が分かる。上述のように、
この発明のヒートパイプはボイラー等の排ガスから長期
に亘って効率よく熱回収を行うことができ、エネルギー
の有効利用に大いに貢献し得るものである。
ートパイプ１〜３０は、内部の水素ガス発生による熱交
換率低下に伴う温度低下が少ないことがわかる。しか
し、比較ヒートパイプ１〜１０は、長期間の使用に対し
熱交換率は大幅に低下する事が分かる。上述のように、
この発明のヒートパイプはボイラー等の排ガスから長期
に亘って効率よく熱回収を行うことができ、エネルギー
の有効利用に大いに貢献し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ヒートパイプ劣化試験方法を示す概略図であ
る。
る。
１.恒温槽 ２.凝縮先端部 ３.熱電対温度計 ４.傾斜角
Claims (1)
- 【請求項１】Ｃｒ：１４〜２７重量％を含有するステン
レス鋼の容器本体内に作動流体として純水を封入してな
り、かつ前記容器本体の少なくとも内面に、最表面から
０.００２〜０.２μｍの範囲内の所定深さ位置 で６５
重量％以上のＣｒ酸化物含有量を示す表面酸化物層を形
成したことを特徴とするステンレス鋼製ヒートパイプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3251594A JPH07243784A (ja) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | ステンレス鋼製ヒートパイプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3251594A JPH07243784A (ja) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | ステンレス鋼製ヒートパイプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07243784A true JPH07243784A (ja) | 1995-09-19 |
Family
ID=12361114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3251594A Withdrawn JPH07243784A (ja) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | ステンレス鋼製ヒートパイプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07243784A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010024527A (ja) * | 2008-07-23 | 2010-02-04 | Nisshin Steel Co Ltd | ヒートパイプ用ステンレス鋼並びにヒートパイプおよび高温排熱回収装置 |
| DE102009052994A1 (de) | 2008-11-14 | 2010-07-15 | DENSO CORPORATION, Kariya-shi | Ferritischer rostfreier Stahl und Stahlblech für Heizrohre bzw. Wärmerohre, und Heizrohr bzw. Wärmerohr und Hochtemperatursystem zur Rückgewinnung von Abgaswärme |
-
1994
- 1994-03-02 JP JP3251594A patent/JPH07243784A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010024527A (ja) * | 2008-07-23 | 2010-02-04 | Nisshin Steel Co Ltd | ヒートパイプ用ステンレス鋼並びにヒートパイプおよび高温排熱回収装置 |
| DE102009052994A1 (de) | 2008-11-14 | 2010-07-15 | DENSO CORPORATION, Kariya-shi | Ferritischer rostfreier Stahl und Stahlblech für Heizrohre bzw. Wärmerohre, und Heizrohr bzw. Wärmerohr und Hochtemperatursystem zur Rückgewinnung von Abgaswärme |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010508 |