JP4851175B2

JP4851175B2 - 熱交換器の防汚装置及び防汚方法

Info

Publication number: JP4851175B2
Application number: JP2005350620A
Authority: JP
Inventors: 忠彦大庭; 正信南
Original assignee: 株式会社ナカボーテック
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: JP2007154256A

Description

本発明は、海水と接する復水器等の熱交換器の防汚装置及び該防汚装置を用いた防汚方法に関し、特に微量の塩素を海水電解により発生させることにより、特に冷却管への海生生物の付着・繁殖を有効に防止し、かつ環境規制にも適合できる熱交換器の防汚装置及び該防汚装置を用いた防汚方法に関する。

海水を冷却水として取水する発電所においては、復水器を始めとする熱交換器の冷却管（伝熱管）には、イガイ、フジツボ、ヒドロ虫又は海藻類（海生生物）が付着・繁殖する。これら海生生物は、冷却管の管端部を塞いで洗浄用スポンジの通過障害になったり、冷却管内面を閉塞したりする。このため発電所は、これらの除去作業のために、しばしば操業の停止を余儀なくされている。これらの海生生物は、銅合金製の冷却管よりも、耐海水性のチタン製の冷却管に付着しやすい。

このため冷却管の汚れ対策として海水を電解して塩素を生成させて注入している。この塩素の注入は、確実な防汚効果を発揮するため、有効な防汚対策である。

しかし、末端放水口では、残留塩素は検出されないことという環境規制があるため、海水系の出口側に近い熱交換器では塩素濃度が低くなり、充分な防汚効果は得られていない。

また、大量の海水電解により塩素を発生させることは、海水電解装置の大型化やポンプ、電解槽及び配管等の付帯設備が必要となる。さらに、多量の電力を消費するためコストがかかると共に、上記のように環境規制に適合しない場合が生じる。ターゲットクロリネーションとして水室に塩素注入ノズルを設けてブロック毎に注入する方法も検討されているが、水室内に多数のノズルを設けないと各冷却管に均等に塩素を供給できない問題点がある。

無公害、無毒性の見地から塩素を用いない防汚対策も種々提案されている。例えば、シリコーン系防汚塗料は、無公害で無毒性であるが、一定の防汚効果を有する。しかし、シリコーン系防汚塗料は、貝殻等の異物の接触により防汚寿命が短くなる。また、施工コストが高く、大面積や既設の防汚対象に対しては、簡単、容易な施工手段がない、海水の流れを止めると防汚効果が減少する。これらの欠点のために広く実用化されるには至ってはいない。

また、特許文献１（特開２０００−１１９８８４号公報）には、海水に接する構造物の海水側表面において酸素を発生させて、構造物の海水側表面における海生生物の着生を抑制する装置が記載されている。

しかし、酸素による防汚効果は、電極表面に対してのみ海生生物の付着が防止でき、塩素を用いた場合と比較して効果が及ぶ範囲が狭くかなり劣ったものとなる。

特許文献２（特開平１０−３０６３９０号公報）には、外部電源方式による陰極防食を行いつつ、海水電解により発生する次亜塩素酸ソーダの殺菌性により熱交換器内の冷却管、管板及び水室に対する海洋生物の付着・繁殖を抑制する方法及びその装置が記載されている。この方法は、熱交換器の水室蓋に電極を設けて、この電極から流れる電解電流により多量の次亜塩素酸ソーダを発生させるものである。

しかしながら、冷却管、管板及び水室に及ぶ広範囲の構造部材に対して防汚効果を得るには、次亜塩素酸ソーダの発生量が過大になるため、海洋環境汚染の原因となり、使用できなくなるという欠点があった。

特許文献３（実用新案登録第２５７７９８８号公報）には、海水取水管表面に絶縁塗膜を介して導電塗膜を被覆し、この導電塗膜を陽極とし、海水電解により次亜塩素酸イオンを発生させ、この次亜塩素酸イオンの殺菌性を利用して、海水取水管に対する海洋生物の付着・繁殖を抑制する鋼構造物用海洋生物付着防止装置が開示されている。

しかし、導電塗膜は損傷を受け易いため、熱交換器内の管板及び水室に適用するには不向きであり、また熱交換を行うため、熱交換器内の冷却管には塗装できない。すなわち、熱交換器の構造部材には導電塗膜は使用できない。

特開２０００−１１９８８４号公報特開平１０−３０６３９０号公報実用新案登録第２５７７９８８号公報

上述したように、従来にあっては、環境規制に適合し、冷却管への海生生物の付着・繁殖を防止でき、かつ経済性に優れた熱交換器の防汚装置及び防汚方法は得られていない。

従って、本発明の目的は、環境汚染を生じることがなく、有効かつ効果的に冷却管への海生生物の付着・繁殖を防止でき、しかも経済性に優れた熱交換器の防汚装置及び防汚方法を提供することにある。

本発明者らは、検討の結果、熱交換器の入口水室の管板面に設けられた電極をチタンシート、該水室側に設けられた電気的触媒及び該管板側に配された絶縁シートから構成すると共に、ブロック化し、電極ブロック毎に直流電流を間欠的に通電し、該電極ブロックから流れる直流電流による海水電解により海水中に微量の塩素を発生させることにより上記目的が達成し得ることを知見し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、熱交換器の入口水室の管板面に設けられた電極と該入口水室に絶縁して該入口水室の蓋部に配置された陰極と該電極及び該陰極に電気的に接続する直流電源装置とからなり、該電極はチタンシート、該入口水室側に設けられた電気的触媒及び該管板側に配された絶縁シートからなり、熱交換器の冷却管に連通する空孔を有すると共に横２列、縦３〜２０列の電極ブロックにより形成されていることを特徴とする熱交換器の防汚装置を提供するものである。

本発明に係る上記熱交換器の防汚装置において、上記チタンシートの厚みは２．０〜１０．０ｍｍである。

本発明に係る上記熱交換器の防汚装置において、上記直流電源装置から各電極ブロックに通じる回路にタイマを有することが望ましい。

また、本発明は、熱交換器の入口水室の管板面に設けられた電極と該入口水室に絶縁して該入口水室の蓋部に配置された陰極と該電極及び該陰極に電気的に接続する直流電源装置とからなり、該電極はチタンシート、該入口水室側に設けられた電気的触媒及び該管板側に配された絶縁シートからなり、熱交換器の冷却管に連通する空孔を有すると共に複数の電極ブロックにより形成されていることを特徴とする熱交換器の防汚装置を用い、該直流電源装置から該電極ブロック毎に直流電流を間欠的に通電し、該電極ブロックから流れる直流電流による海水電解により海水中に塩素を発生させることを特徴とする熱交換器の防汚方法を提供するものである。

本発明に係る上記熱交換器の防汚方法において、上記塩素が海水中に残留塩素として残り、その残留塩素濃度が０．０５〜０．２ｐｐｍである海水を冷却管に流入させることが望ましい。

本発明に係る熱交換器の防汚装置及び防汚方法によって、復水器を始めとする熱交換器の冷却管への海生生物の付着・繁殖を有効かつ効果的に防止できる。また、局部的（電気ブロック毎）かつ間欠的に海水電解を行って微量の塩素を発生するので、末端の放水口では残留塩素は検出されず、環境汚染を招くこともない。しかも、大量の海水電解を行うことがなく、局部的かつ間欠的に海水電解を行うので電力の消費も少なく経済性に優れる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について詳述する。
図１は、本発明に係る熱交換器の防汚装置の一実施形態を示す概略図であり、図２は、図１に示される防汚装置の電極部分の部分断面図である。また、図３は、本発明に係る防汚装置を熱交換器に適用した概略図である。

図１に示されるように、本発明に係る防汚装置１は、電極２と陰極３と直流電源装置４とから基本的に構成される。電極２と陰極３とは直流電源装置４と電気的に導通されている。

この電極２は、図２に示されるように、入口水室５の管板６面に設けられ、チタンシート７、水室側５に設けられた電気的触媒８及び管板６側に配された絶縁シート９からなり、冷却管１０に連通する空孔１１を有する。

また、本発明に係る防汚装置１の電極２は、複数の電極ブロックにより形成されている。電極ブロックの数は、水室の水密を保つために、電極の引き出し線を構造上から電極ブロックの側面から引き出さなければならないので、横２列であることが望ましい。そして、出口水室における残留塩素量が検出されない程度までに希釈しなければならないので、縦列の数は３〜２０列であることが望ましい。図１では、横２列、縦６列の１２電極ブロックとされている（Ａ１〜Ａ６及びＢ１〜Ｂ６）。なお、図１では、各電極ブロックに冷却管１０に連通する６個の空孔１１を有しているが、簡単に図示したものであり、実際の空孔は数多く、例えば各電極ブロック当たり５０〜５００個程度を有する。

電極２を構成するチタンシート７は、パネル状であり海水電解により塩素を発生するために一定の厚みが必要であり、好ましくは２.０〜１０.０ｍｍである。

電極２を構成する電気的触媒８は、チタンシート７の入口水室５側に被覆処理されたもので、白金系金属又は白金系金属酸化物、あるいは、コバルト又はマンガンの酸化物からなる単一体、混晶体又は複合体からなり、電気抵抗加熱等により３５０〜４５０℃で数時間加熱処理を行って熱活性化処理されたものであり、電気化学的に活性で安定である。

電極２を構成する絶縁シート９は、チタンシート７及び電気的触媒８を管板６と絶縁するもので、例えば塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）等からなる。

電極２の管板６面への接合は、絶縁シートに塗布された接着剤により主としてなされる。接着剤としては、例えば変性シリコーンポリマーとエポキシ樹脂とを主成分とした高機能絶縁性接着剤が好ましく用いられる。この絶縁性接着剤は、高い絶縁性を有すると共に、海水温度０〜５０℃で安定した接着強度を有する。しかし、電極２のチタンシート７が厚みを有するために、接着剤のみでは充分な接合強度が得られないため、電極２を管板６面へ絶縁性のボルト・ナット（図示せず）で固定することが望ましい。

陰極３は、電極２に入口水室５を介して対向して入口水室蓋１２面に絶縁して設けられる。陰極３の数は、電極２を構成する電極ブロックの数に合わせる必要はなく、各電極ブロックとの海水電解が可能であればそれより少なくてもよい。

上記電極２及び陰極３に電気的に接続される直流電源装置４は、外部に設けられ、その正極は各電極ブロックのチタンシート７に電気的に接続され、その負極は陰極３に電気的に接続されている。直流電源装置４は、定電流制御可能な直流電源装置であることが好ましい。また、図１に示されるように、直流電源装置４から各電極ブロックに通じる回路にタイマＴを設けることにより、各電極ブロックに直流電流を間欠的に通電することが可能となる。

次に、本発明に係る熱交換器の防汚方法について説明する。
図１において、上記直流電源装置４から電極ブロック毎に直流電流を間欠的に通電する。例えば電極ブロックＡ１に４５分直流電流を通電し、入口水室５において海水電解を行い、図２に示されるように微量の塩素を発生する。次いで電極ブロックＢ１、電極ブロックＡ２と順次切り替えて直流電流を通電し、入口水室５において海水電解を行う。この切り替えは図１に示されるようにタイマで行うことが実用的である。電極ブロックへの直流電流の通電は、１電極ブロックのみではなく、複数の電極ブロックに同時に通電しても良いことは勿論である。

上記した海水電解による発生塩素は０.０５〜０.５ｐｐｍ、海水中の残留塩素濃度は０.０５〜０.２ｐｐｍとすることが望ましい。海水の残留塩素を上記範囲にとすることにより、冷却管への海生生物の付着・繁殖が有効かつ効果的に防止され、かつ末端の放水口では残留塩素が検出されなくなる。

このように発生した塩素は、図２及び３に示されるように、海水と共に熱交換器１３の冷却管１０に流入し、冷却管１０への海生生物の付着・繁殖が有効かつ効果的に防止される。また、上述のように、出口水室１４での残留塩素は検知されなくなる。

また、冷却管が銅合金である場合には、管板に設けた電極は電気防食用の電極として用いることが可能であり、別途防食回路を設けることで防汚と防食が併せて可能となる。
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。

海水流量６８３００ｍ^３／ｈｒ、冷却管の外径φ３１．７５ｍｍ、数量１２２４１本、管板寸法が幅４０２０ｍｍ、高さ８２００ｍｍのチタン製復水器に本発明を実施した。入口側及び出口側水室にはゴムライニングが施されている。電極ブロック数は２×１６の３２ブロックである。

電極ブロックは幅２０００ｍｍ、高さ５００ｍｍ、厚さ５ｍｍのチタンシートに熱活性化処理した白金触媒を施し、裏面にＰＶＣの絶縁シートを設け、冷却管に合わせて穴をあけた。電極ブロックの配置は、隣接する電極ブロック同士の電気絶縁性を確保するために、電極ブロック相互の間隔を２０ｍｍとした。電極への結線は、左右の水室に、水密を保つための引き出し金具を設けてパッキンで水密を取る構造とし、各電極ブロック接続された電導金具から引き出した。

一電極ブロック当たりの電極面積は１ｍ^２で、電極の穴数は３４０本となった。電極ブロックは、管板に接着剤で接着すると共に周囲４箇所は電極ブロックと絶縁したチタン製のスタッドボルトでダブルナット締めとした。陰極は入口水室の蓋側に横２列、縦８列の１６個を入口水室と絶縁して設けた。

一電極ブロック当たりの海水量は２０７２ｍ^３／ｈｒとなり、０.４ｐｐｍの塩素を発生するように通電された電流値は６００Ａであった。また、通電を始める前に海水を採水して、塩素注入量と残留塩素との関係を求めておいた。その相関に基づくと、０.４ｐｐｍの発生塩素は０.２ｐｐｍの残留塩素であった。

本実施例では、４５分おきに電極ブロックを順次切り替えて使用したところ、出口側水室での残留塩素は、検出限界の０.０１ｐｐｍ以下となり、塩素は検出されなかった。また、１年経過後の冷却管の清浄度は８８〜９４％であり、極めて良好な結果が得られた。因みに本発明に係る防汚装置及び防汚方法を採用していない冷却管の清浄度は６０〜８６％と大きく低下していた。

本発明に係る熱交換器の防汚装置及び防汚方法によって、復水器を始めとする熱交換器の冷却管への海生生物の付着・繁殖を有効かつ効果的に防止でき、また環境汚染を招くこともなく、経済性にも優れる。
従って、本発明は、復水器を始めとする熱交換器の冷却管の防汚に好適に用いられる。

図１は、本発明に係る熱交換器の防汚装置の一実施形態を示す概略図である。図２は、図１に示される防汚装置の電極部分の部分断面図である。図３は、本発明に係る防汚装置を熱交換器に適用した概略図である。

符号の説明

１：防汚装置
２：電極
３：陰極
４：直流電源装置
５：入口水室
６：管板
７：チタンシート
８：電気的触媒
９：絶縁シート
１０：冷却管
１１：空孔
１２：入口水室蓋
１３：熱交換器
１４：出口水室
Ｔ：タイマ
Ａ１〜Ａ６、Ｂ１〜Ｂ６：電極ブロック

Claims

熱交換器の入口水室の管板面に設けられた電極と該入口水室に絶縁して該入口水室の蓋部に配置された陰極と該電極及び該陰極に電気的に接続する直流電源装置とからなり、該電極はチタンシート、該入口水室側に設けられた電気的触媒及び該管板側に配された絶縁シートからなり、熱交換器の冷却管に連通する空孔を有すると共に横２列、縦３〜２０列の電極ブロックにより形成されていることを特徴とする熱交換器の防汚装置。
上記チタンシートの厚みが２．０〜１０．０ｍｍである請求項１に記載の熱交換器の防汚装置。
上記直流電源装置から各電極ブロックに通じる回路にタイマを有する請求項１又は２に記載の熱交換器の防汚装置。
熱交換器の入口水室の管板面に設けられた電極と該入口水室に絶縁して該入口水室の蓋部に配置された陰極と該電極及び該陰極に電気的に接続する直流電源装置とからなり、該電極はチタンシート、該入口水室側に設けられた電気的触媒及び該管板側に配された絶縁シートからなり、熱交換器の冷却管に連通する空孔を有すると共に複数の電極ブロックにより形成されていることを特徴とする熱交換器の防汚装置を用い、該直流電源装置から該電極ブロック毎に直流電流を間欠的に通電し、該電極ブロックから流れる直流電流による海水電解により海水中に塩素を発生させることを特徴とする熱交換器の防汚方法。
上記塩素が海水中に残留塩素として残り、その残留塩素濃度が０．０５〜０．２ｐｐｍである海水を冷却管に流入させる請求項４に記載の熱交換器の防汚方法。