他のタイプと比較した銅管熱交換器の利点

銅管熱交換器が広く使用されている理由

銅管熱交換器は、冷凍、空調、給湯、軽工業用熱回収の主流となっています。銅管は、非常に高い熱伝導率、水や冷媒に対する優れた耐腐食性、曲げや拡張に対する高い延性、汚れがつきにくく掃除が簡単な滑らかで非多孔質の表面という 4 つの特徴を同時に備えているためです。-

銅管交換器には、銅または銅合金管を備えたシェル{0}}および-チューブ ユニット、空冷凝縮器および蒸発器用のフィン-および-チューブ コイル、飲料水用の二重壁通気管交換器、およびパッケージ化された機器で使用される小型のろう付けまたは機械的に組み立てられたユニットが含まれます。これらの設計すべてで同じ材料ファミリーが使用されているため、スペアパーツの在庫と修理手順が簡素化されます。

チューブの規格と代表的なグレード

管はさまざまな焼き戻しで供給されます。管板へのローラー拡張や曲げ用の焼き鈍し管、および管が長いスパンにわたって自立する必要がある硬引き加工または半硬質管などです。-空調および冷凍チューブは通常、ASTM B280 または EN 12735-1 に準拠したソフト コイルで供給され、輸送中にボアが清潔で乾燥した状態に保たれるよう、端にキャップが付いています。

熱および油圧性能

銅は鋼鉄やステンレス鋼よりもはるかに速く熱を伝導するため、銅管熱交換器は所定の用途に対して必要な表面積が少なくて済み、流れ間のより小さな平均温度差で同じ熱伝達に達します。これが、冷水や冷凍回路など、温度差が小さい場所に銅が使用される理由であり、銅コイルを屋上やパッケージ化されたユニットに十分コンパクトにできる理由でもあります。

内部強化されたチューブにより、チューブ-側のパフォーマンスをさらに向上させることができます。うねのある螺旋状の内面により境界層が破壊され、チューブの側面係数が上昇します。これにより、同じ役割でより短いバンドルまたはより小さな直径が可能になります。正確なゲインは内部形状、流量、流体特性によって異なります。また、仮定ではなく、特定のパターンに対するチューブ供給者の熱伝達データから取得する必要があります。シェル側では、バッフルの間隔とクリアランスがシェル側の係数とチューブ振動のリスクを制御します-。

腐食、汚れ、および速度制限

銅管は水、蒸気凝縮水、冷媒回路内で安定した性能を維持し、銅管が形成する保護酸化層がさらなる攻撃を遅らせ、耐用年数を延ばします。設計の対象となる故障モードはよく知られています。水または洗浄剤中のアンモニアおよびアンモニウム化合物は、銅管の急速な応力腐食割れを引き起こします。-浮遊砂と混入空気は、最も多くの場合、チューブの入口とバッフルの交差部で衝突攻撃を引き起こします。また、推奨速度を超えて水が流れると、全体的および局所的な消耗が加速されます。銅はまた、エルボ出口での浸食-腐食や、特定の有機酸が湿気とともに存在する冷凍回路内での蟻状腐食の影響を受けます。

実際的な対策としては、流速をチューブの合金と水の化学的性質について確立された範囲内に保つこと、エアポケットやよどみゾーンを避けること、水が汚れている場所に保護入口スリーブやフェラルを取り付けること、汚れによって残りの流れ領域の局所的な速度が上がらないようにチューブを清潔に保つこと、アンモニア性の洗浄剤を避けることなどが挙げられます。海水、塩水、または汚染水が含まれる場合は、純銅ではなく銅-ニッケル管を選択する必要があります。

製造: 拡張、ろう付け、溶接

銅管は通常、ローラー拡張によって管板に接合されますが、場合によっては熱サイクル下で接合部が漏れないようにする必要があるシール溶接が行われることもあります。拡張には、一貫した硬度と肉厚を備えた焼きなましされたチューブ、面取りされた入口を備えた正しいサイズの穴、およびチューブが過度に圧延されたり薄くされたりしないように制御された拡張トルクが必要です。-銅-リンフィラーを使用したろう付けは、フラックスを必要としないため、銅-対-の冷凍継手の標準的な方法です。銅-と-鋼、または銅-と-の真鍮の接合には、適切な銀-ベースのフィラーとフラックスが必要です。すべての冷凍ろう付けは、チューブ内の酸化スケールを防ぐために窒素パージを使用して行う必要があり、加熱する前にチューブは乾燥し、油が付着していない必要があります。

曲げ、スエージング、フレア加工はすべて、焼きなまされたチューブに対して冷間で行われます。銅は加工硬化するため、最小曲げ半径とアニーリング要件はチューブ供給者のデータから取得する必要があり、完成したコイルは設置前に圧力テストと洗浄を行う必要があります。

アプリケーション

冷凍および空調: 凝縮器および蒸発器のコイル、チラーバレル、ヒートポンプ、およびパッケージ化されたユニット。

電力とプロセス: 淡水または汽水で銅合金チューブを使用する凝縮器、給水ヒーター、およびオイルクーラー。

給湯および地域エネルギー: 家庭用温水交換器、太陽熱収集器、熱インターフェースユニット。

船舶: 海水-冷却熱交換器と銅-ニッケルチューブを使用した船上冷却回路。

軽工業: 圧縮空気アフタークーラー、作動油クーラー、食品産業用熱伝達装置。

よくある質問

Q: 銅管熱交換器はなぜ熱伝達が優れているのですか?
銅の熱伝導率は約 386 W/(m・K) で、炭素鋼の約 50 W/(m・K) やステンレス鋼の約 16 W/(m・K) をはるかに上回ります。したがって、チューブ壁による熱抵抗の増加は非常に少なく、熱交換器は同じ役割に対して必要な面積が少なくなります。

Q: 銅管熱交換器は耐食性がありますか?
水、蒸気凝縮水、および冷媒回路では、銅は保護酸化膜を形成し、さらなる攻撃を制限し、長い耐用年数をもたらします。例外は、アンモニア環境、強酸化性の酸、空気や砂が混入した高速水です。-銅は応力腐食割れやインピンジメント攻撃によって破損する可能性があります。-

Q: 銅管はなぜ汚れにくいのですか?
銅管の表面は滑らかで非多孔質で濡れ性に優れているため、粗い金属表面に比べてスケールやバイオフィルムが付着しにくくなります。{0}これにより、熱伝達率が安定し、清掃が容易になります。これが、冷却および冷凍サービスで銅コイルが一般的である理由の 1 つです。

Q: 銅管交換器の水速度を制限するものは何ですか?
速度は、チューブの合金、水の化学的性質、浮遊物質、混入空気の量に応じて、インピンジメントとエロージョン腐食のリスクによって制限されます。{0}許容範囲は、特定のチューブ合金の設計ガイダンスから得られ、チューブのサプライヤーのデータと照らし合わせて確認される必要があります。

Q: 銅管交換器は修理できますか?
はい。銅管は容易に再拡張、再ろう付け、交換が可能です。また、任務が許せば単一の管に栓をすることもできます。-修理にはオリジナルと同じ合金と焼き戻しを使用する必要があり、修理後に接合部を再テストする必要があります。

Q: 海水に使用する銅合金管はどれですか?
銅{0}}ニッケルのグレードは標準的な選択肢です。中速のきれいな海水には 90/10 (C70600)、より高速、高圧、または砂を含む水には 70/30 (C71500) が使用されます。 Admiralty 真鍮 C44300 は、それほど厳しくない汽水域の任務に使用されます。