JPH0765874B2

JPH0765874B2 - Ｕ字型熱交換器用伝熱管及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0765874B2
Application number: JP2141928A
Authority: JP
Inventors: 堅樹源; 光紘大久保
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1995-07-19
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: JPH0436599A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は管内を海水、河海水又は淡水等の冷却水が通流
する熱交換器用伝熱管及びその製造方法に関し、特にＵ
字型に湾曲されその内面に冷却水による腐食を防止する
ための耐食性保護皮膜が形成されたＵ字型熱交換器用伝
熱管及びその製造方法に関する。

［従来の技術］管内面に海水、河海水又は淡水を冷却水として通水する
熱交換器用の伝熱管としては、従来から銅又は銅合金製
の管材が使用されている。この場合に、冷却水による腐
食を防止するために、管内面に例えば水酸化熱等を主成
分とする保護皮膜を形成することが多い。一般的に、こ
の水酸化鉄等を主成分とする保護皮膜は、熱交換器を通
流する冷却水中に第１鉄イオン等を注入する方法により
形成されている。しかし、この方法は通水開始後保護皮
膜が形成される迄に一定の期間が必要であるために、冷
却水の通水初期に厳しい腐食条件に曝される場合には、
伝熱管内面の皮膜形成が間に合わず、十分な防食効果が
得られないという欠点がある。

そこで、熱交換器の使用を開始する前に、予め、防食塗
膜等の保護皮膜を形成しておく方法が採用されるように
なってきた。この種の熱交換器用伝熱管においては、皮
膜による伝熱性能の低下を防止するために、保護皮膜は
薄く、且つ、均一に形成する必要がある。このため、こ
のような保護皮膜は、一般的に、管内面にスプレイノズ
ルを通過させつつこのスプレイノズルから皮膜形成物質
を噴霧することにより形成している。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来、この内面保護皮膜付き伝熱管は直
管のものに限られており、Ｕ字型に湾曲した形状の曲げ
管を使用する熱交換器については、この技術が実用化さ
れていないという問題点がある。

即ち、熱交換器用伝熱管の内面に保護皮膜を形成する場
合には、前述の如く、スプレイノズルから皮膜形成物質
を噴霧させながらこのスプレイノズルを管内に通過させ
ることにより行っている。この皮膜形成物質を噴霧させ
る方法としてはエアレススプレイ方式が一般的に採用さ
れているが、エアレススプレイ用のスプレイノズルは12
0乃至150kg/cm²という高圧の塗液を噴出する必要上、塗
液加圧手段としてのポンプ部分のノズルに付設していて
大型であると共に、塗液供給用ホース及びこのホースと
の接続部分の構造が複雑である。従って、Ｕ字型に湾曲
した形状の管の場合には、管の全長に亘ってスプレイノ
ズルを通過させることができないことから、管内面に予
め保護皮膜を形成しておくことは困難である。

なお、例えば、特開平２−4195号においては、エアレス
スプレイを使用して直管の状態で管内面にシリコン系樹
脂塗料からなる保護皮膜を形成した後、これをＵ字型に
曲げ加工することにより、内面保護皮膜付きのＵ字型の
伝熱管を製造している。この場合、保護皮膜としては通
常の曲げ加工による管の変形に追随できるほど大きな延
性を有する必要があり、実際このような樹脂膜もある。
しかし、銅又は銅合金製伝熱管の場合には、曲げ加工に
より発生する残留応力を除去しないで熱交換器として使
用すると、応力腐食割れ等が発生する虞がれがある。従
って、この場合は、直管に曲げ加工を施してＵ字型に湾
曲させた後、応力除去のための焼純処理を行う必要があ
る。このため、管内面に形成する皮膜は焼純処理の高温
に耐えるものである必要がある。しかしながら、一般的
な有機系樹脂は、この焼純処理における高温に耐えられ
るものではない。一方、無機質の皮膜には焼純処理の際
の高温に耐えることができるものもある。しかし、無機
質の皮膜の場合は、延性がないためＵ字型の曲げ加工に
は追随できない。

これらの理由により、Ｕ字型に湾曲した伝熱管について
は予め保護皮膜を形成しておくことができず、伝熱管を
熱交換器に接着した後、冷却水中に第１鉄イオンを注入
して保護皮膜を形成しているのが実態である。このた
め、腐食環境が厳しい場合には、十分な防食効果が得ら
れていない。

本発明はかかる問題点を鑑みてなされたものであって、
腐食環境が厳しい地域で使用する場合でも腐食を回避す
ることができるＵ字型熱交換器用伝熱管及びその製造方
法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係るＵ字型熱交換器用伝熱管は、Ｕ字型に湾曲
した形状の銅又は銅合金製熱交換器用伝熱管において、
両管端から下記式に示す長さｌ（mm）までの領域を除い
た領域の管内面に１乃至50μｍの膜厚の保護皮膜（有機
系樹脂皮膜又は無機物を主成分とする皮膜）が形成され
ていることを特徴とする。

40≦ｌ≦10d 但し、d;管内径（mm）。

また、本発明に係るＵ字型熱交換器用伝熱管の製造方法
は、Ｕ字型に湾曲した形状の銅又は銅合金製管の両端部
の管内面の所定部分に被覆を設ける工程と、有機系樹脂
塗料又は鉄粉懸濁液（皮膜形成物質）の供給源に接続さ
れたスプレイノズルを一方の管端部から前記管内に挿入
して前進移動させ他方の管端部から管外に突出させた後
前記スプレイノズルから有機系樹脂塗料又は鉄粉懸濁液
を50kg/cm²以下の圧力で噴出する工程と、前記有機系樹
脂塗料又は前記鉄粉懸濁液を噴出したまま前記スプレイ
ノズルを前記他方の管端部から前記一方の管端部に向け
て連続的に後退移動させることにより前記管内面に前記
有機系樹脂塗料又は前記鉄粉懸濁液を塗布する工程とを
有することを特徴とする。

なお、皮膜形成物質として鉄粉懸濁液を使用する場合に
は、管内面に前記鉄粉懸濁液を塗布した後、管内に酸化
性ガスを送給する工程を付加する。

［作用］本発明に係るＵ字型熱交換器用伝熱管においては、両管
端から所定の長さまでの領域の管内面には保護皮膜が形
成されていない。伝熱管においては、通常、冷却水が供
給される水室側からは電気防食が実施されるので、管端
部はこの電気防食により腐食から十分に保護される。こ
のため、管端部の内面は保護皮膜を必要としない。ま
た、伝熱管を熱交換器に組み込む際には、伝熱管の双方
の管端部を拡管加工することにより管板の孔に押しつけ
て管板に固定するので、管端部分に保護皮膜が形成され
ていても、拡管のときにこの保護皮膜が除去されてしま
う。そして、除去された皮膜物質が拡管工具に付着して
しまうので、拡管工程後の保守時にこの付着した皮膜物
質を拡管工具から除去する必要があって煩雑である。こ
のため、管端部の内面には予め保護皮膜を形成しておく
必要がないだけではなく、保護皮膜が形成されていない
方が使用する際に有利である。

この場合に、保護皮膜を形成しない領域は管端から長さ
ｌ（mm）までの距離とする。但し、ｌはｄ（mm）の管内
径として下記不等式（１）にて与えられる。

40≦ｌ≦10d……（１）管内面の保護皮膜を形成しない領域が両管端から40mm未
満であると、拡管作業の際に皮膜物質が拡管工具に付着
することを防止できない。また、管内面の保護皮膜を形
成しない領域が両管端から管内径の10倍の長さを超える
と、この超えた領域については電気防食にり管内面を腐
食から保護することができない。従って、両管端から40
mm以上且つ管内径の長さの10倍以下までの領域を除いた
領域の管内面に保護皮膜を形成する。

保護皮膜の膜厚１乃至50μｍである。保護皮膜の膜厚が
１μｍ以下の場合は、皮膜の防食効果が十分ではない。
一方、保護皮膜は熱伝導性の観点からは薄いほうが好ま
しく、その膜厚が50μｍを超えると、伝熱管としての熱
伝導性が低下する。このため、保護皮膜の膜圧は１乃至
50μｍとする。

なお、保護皮膜としては、エポキシ系又はアルキッド系
等の有機系樹脂及び水酸化鉄等を主成分とする無機質の
皮膜等がある。

次に、本発明方法においては、先ず、Ｕ字型に湾曲した
形状の銅又は銅合金製管の両管端部の内面の所定部分に
マスクとなる被覆を設け、後工程において管内面に皮膜
形成物質を塗布する場合にこの管端部に皮膜が披着する
ことを防止する。そして、皮膜形成物質（有機系樹脂塗
料又は鉄粉懸濁液）の供給源に接続されたスプレイノズ
ルを一方の管端部がら前記管内に挿入して前進移動さ
せ、他方の管端部から管外に突出させる。本発明におい
ては、皮膜形成物質を噴出する際の圧力を50kg/cm²以下
の低圧にするため、スプレイノズルの塗液加圧段はノズ
ルに設けることなく、ノズルに接続した塗液供給用ホー
スの管外部にこの塗液加圧手段を設けることができる。
このため、スプレイノズルの部分は小型化でき、Ｕ字型
に湾曲した管内にこのスプレイノズルを挿入することが
できる。その後、前記スプレイノズルから皮膜形成物質
を噴出する。このとき、前記スプレイノズルから管外に
噴出される皮膜形成物質のスプレイパターンを目視によ
り確認する。管内面に形成される皮膜の欠陥は、スプレ
イノズルの目詰まり等により皮膜形成物質が管内面に均
一に付着しないために発生する場合が多い。このため、
目視により良好なスプレイパターンを確認した後、この
皮膜形成物質を噴出したまま前記スプレイノズルを湾曲
した管の前記他方の管端部から前記一方の管端部に向け
て連続的に後退移動させることにより、管内面に皮膜形
成物質を塗布する。これにより、噴射圧力が低圧であっ
ても、均一な保護皮膜を形成することができる。

なお、皮膜形成物質として有機系樹脂塗料を使用する場
合は、前記有機系樹脂塗料を乾燥させることにより有機
系保護皮膜が得られる。また、皮膜形成物質として鉄粉
懸濁液を使用する場合は、管内に酸化性ガスを送給する
ことにより、鉄粉が酸化されて、水酸化鉄又は酸化鉄を
主成分とする無機物の皮膜が得られる。このようにし
て、管内面の全長に亘って健全な保護皮膜を有するＵ字
型熱交換器用伝熱管を容易に製造することができる。

［実施例］次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本実施例に係るＵ字型熱交換器用伝熱管を示す
模式的縦断面図、第２図は同じくその拡大縦断面図、第
３図は同じくその横断面図である。

本実施例に係るＵ字型熱交換器用伝熱管は、Ｕ字型に曲
げ加工された伝熱管素管３の内面の皮膜形成部２に有機
系樹脂又は水酸化鉄等を主成分とする無機物からなる保
護皮膜４が形成されている。素管３の両管端部は皮膜非
形成部１となっている。この皮膜非形成部１の管軸方向
の長さｌは前記（１）式にて示すように管端から40mm以
上且つ管内径の10倍以下であり、この皮膜非形成部１に
おいては、銅又は銅合金からなる伝熱管素管３が露出し
ている。また、皮膜形成部２に形成された保護皮膜４の
膜厚は１乃至50μｍである。

このように、本実施例に係る熱交換器用伝熱管は、Ｕ字
型に湾曲した形状の管内面に保護皮膜４が形成されてい
るため、防食効果が高い。また、管端から40mm以上に亘
る領域（皮膜非形成部１）には皮膜４が形成されていな
いため、伝熱管を熱交換器に組み込む際の拡管加工にお
いて、拡管工具への皮膜物質の付着が防止される。そし
て、この皮膜非形成部１は管軸方向の長さｌが管内径の
10倍以下であるため、伝熱管を熱交換器に組み込んだ後
に電気防食により保護される。

次に、上述のＵ字型熱交換器用伝熱管を本実施例方法に
より製造した結果について説明する。

外径が19.0mm、肉厚が1.65mmのアルミニウム黄銅管（JI
S H 3300 C6872T）を50mm、100mm又は200mmの曲げ半径
でＵ字型に曲げ加工した。このＵ字型の曲げ管の直管部
分は2000mmである。そして、これらの管の内面に、以下
に示す方法によりエポキシ系の防錆塗料を塗布した。

即ち、先ず、管内面の両端から20、40、50、60又は200m
mまでの部分に取り外し可能な覆いを設けた。そして、5
0kg/cm²以下の圧力に対応する小型のエアスプレイ用ノ
ズルに、塗料及びエアを供給するためのホースを接続し
た後、このスプレイノズルを一方の管端部から管内に挿
入し、一方の直管部分、曲管部分及び他方の直管部分に
順次通して、他方の管端部からスプレイノズルの先端を
突出させた。次いで、スプレイノズルから塗料を噴霧さ
せ、スプレイパターンが円形、即ち、均一であることを
目視により確認した後、噴霧を継続したままスプレイノ
ズルを他方の直管部分、曲管部分及び一方の直管部分の
順に連続的に移動させることにより、管内面を塗装し
た。その後、管の両端部の覆いを外した。このようにし
て、下記第１表に示す膜厚の皮膜を有する実施例１乃至
３及び比較例１乃至３の供試管を得た。

また、以下に説明する方法により、水酸化鉄を主成分と
する無機物の皮膜を有する伝熱管を製造した。

即ち、先ず、前述の曲げ加工が施された曲げ管の両端か
ら10又は50mmまでの部分に覆いをした。そして、管内面
に鉄粉懸濁液を塗布した。この場合に、管内面への鉄粉
懸濁液の塗布は、上述したエポキシ系防錆塗料の場合と
同様に行った。

次に、一方の管端から湿潤空気を送風して鉄分を酸化さ
せ、水酸化鉄を主成分とする無機物の保護皮膜を形成し
た。このようにして、第１表の皮膜厚さ欄に示す膜厚の
皮膜を有する実施例４乃至６及び比較例４の供試管を得
た。

また、比較例5,6として、夫々曲管部分の曲げ半径が100
又は200mmであって、保護皮膜を有しないＵ字型曲げ管
を用意した。

これらの実施例及び比較例の各供試管をモデルコンデン
サーに装着し、６ヵ間通水試験を行って、その性能を調
べた。

この通水試験は、関門海峡の天然海水にS^2-を0.1ppmの
濃度で毎日２時間添加したものを管内に2m/秒の流速で
通水することによって行った。なお、各供試管の管端を
ネバール黄銅製の管板に拡管加工により取り付けた後、
定電位電解装置により管板面電位を−550mV SCEに保持
しながら通電し、供試管に電気防食を施しながら通水し
た。

通水完了後に供試管を半割りにして、各供試管毎に内面
の腐食深さを数点測定した。その腐食深さの最大値を併
せて第１表に示す。

また、各供試管の直管部分から長さが1000mmの直管供試
管を切り出した。そして、この直管供試管の外側を100
℃の水蒸気雰囲気とし、管内に2m/秒の室温工業用水を
通流させ、水蒸気凝縮条件下での総括伝熱係数を測定し
た。また、同一条件にて内面に保護皮膜を有しない新管
の総括伝熱係数を測定し、下記第２式により、供試管の
内面伝熱抵抗を求めた。

1/K＝1/K₀＋γ……（２）但し、K:供試管の総括伝熱係数測定値 K₀:新管の総括伝熱係数測定値 γ：供試管の内面伝熱抵抗この結果も併せて第１表に示した。

更に、拡管作業性については、各供試管を管板に接着す
る際に、拡管工具に皮膜の破片が付着してその掃除に手
間がかかったか否かにより評価した。この結果も第１表
に併せて示した。但し、表中、拡管作業時の煩雑さがな
かった場合を○で示し、工具に皮膜が付着してその掃除
に手間がかかった場合を×で示した。

この第１表から明らかなように、保護皮膜を有しない比
較例5,6が0.25mm以上の腐食を受けるほど厳しい腐食環
境においても、本発明に係る実施例１乃至６はいずれも
最大腐食深さが0.01mm未満と腐食が極めて少なかった。
また、実施例１乃至６は、いずれも伝熱抵抗が5.4×10
^-5m²℃h/kcal以下と小さく、また拡管作業の際に工具に
皮膜が付着することもなかった。

一方、保護皮膜の膜厚が0.5μｍと薄い比較例１におい
ては最大腐食深さが0.20mmと深く、保護皮膜の膜厚が80
μｍと厚い比較例２においては伝熱抵抗が16.0×10^-5m²
℃h/kcalと極めて大きかった。また、管端からの皮膜非
形成部の長さを短かくした比較例3,4は、拡管作業に使
用した工具に皮膜が付着し、工具の清掃が煩雑であっ
た。なお、前述の如く、皮膜を有しない比較例5,6にお
いては管内面の全長に亘って激しい腐食が発生してお
り、管端の皮膜を形成しない部分の長さが管内径（15.7
mm）の10倍を超える比較例２においては、管端から約20
0mm付近の皮膜非形成部に腐食が発生していた。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、Ｕ字型熱交換器用
伝熱管の両管端から40mm以上且つ管内径の10倍以下まで
の領域を除く領域の管内面に、有機系樹脂皮膜又は無機
物の皮膜を所定の膜厚で形成したから、厳しい腐食状況
下においても伝熱管の腐食が防止されると共に伝熱効率
も高い。また、伝熱管を熱交換器に組み込む際に、拡管
工具に皮膜が付着することもない。このため、本発明に
係るＵ字型熱交換器用伝熱管は厳しい状況下において使
用される熱交換器用伝熱管として極めて有用である。

また、本発明方法によれば、Ｕ字型に湾曲した形状の銅
又は銅合金管の両端部の管内面に被覆を設け、前記スプ
レイノズルから50kg/cm²以下の圧力で噴出する有機系樹
脂塗料又は鉄粉懸濁液のスプレイパターンを確認した後
に、前記有機系樹脂塗料又は前記鉄粉懸濁液を噴出した
まま前記スプレイノズルを連続的に移動させることによ
り前記管内に前記有機系樹脂塗料又は前記鉄粉懸濁液を
塗布して、管端部の所定部分を除いた領域の管内面に保
護皮膜を形成するから、上述の優れた特性を有するＵ字
型熱交換器用伝熱管のけ工業的生産が可能になる等、本
発明はＵ字型熱交換器用伝熱管の腐食防止に極めて優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るＵ字型熱交換器用伝熱管
を示す模式的縦断面図、第２図は同じくその拡大縦断面
図、第３図は同じくその横断面図である。 1;皮膜非形成部、2;皮膜形成部、3;伝熱管素管、4;保護
皮膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｕ字型に湾曲した形状の銅又は銅合金製熱
交換器用伝熱管において、両管端から下記式にて示す長
さｌ（mm）までの領域を除いた領域の管内面に１乃至50
μｍの膜厚の有機系樹脂被膜が形成されていることを特
徴とするＵ字型熱交換器用伝熱管。 40≦ｌ≦10d 但し、d;管内径（mm）
【請求項２】Ｕ字型に湾曲した形状の銅又は銅合金製熱
交換器用伝熱管において、両管端から下記式にて示す長
さｌ（mm）までの領域を除いた領域の管内面に１乃至50
μｍの膜厚の無機物を主成分とする皮膜が形成されてい
ることを特徴とするＵ字型熱交換器用伝熱管。 40≦ｌ≦10d 但し、d;管内径（mm）
【請求項３】Ｕ字型に湾曲した形状の銅又は銅合金製管
の両端部の管内面の所定部分に被覆を設ける工程と、有
機系樹脂塗料供給源に接続されたスプレイノズルを一方
の管端部から前記管内に挿入して前進移動させ他方の管
端部から管外に突出させた後前記スプレイノズルから有
機系樹脂塗料を50kg/cm²以下の圧力で噴出する工程と、
前記有機系樹脂塗料を噴出したまま前記スプレイノズル
を前記他方の管端部から前記一方の管端部に向けて連続
的に後退移動させることにより前記管内面に前記有機系
樹脂塗料を塗布する工程とを有することを特徴とするＵ
字型熱交換器用伝熱管の製造方法。
【請求項４】Ｕ字型に湾曲した形状の銅又は銅合金製管
の両端部の管内面の所定部分に被覆を設ける工程と、鉄
粉懸濁液供給源に接続されたスプレイノズルを一方の管
端部から前記管内に挿入して前進移動させ他方の管端部
から管外に突出させた後前記スプレイノズルから鉄粉懸
濁液を50kg/cm²以下の圧力で噴出する工程と、前記鉄粉
懸濁液を噴出したまま前記スプレイノズルを前記他方の
管端部から前記一方の管端部に向けて連続的に後退移動
させることにより前記管内面に前記鉄粉懸濁液を塗布す
る工程と、前記管内に酸化性ガスを送給する工程とを有
することを特徴とするＵ字型熱交換器用伝熱管の製造方
法。