チタン熱交換器の基本紹介
チタン熱交換器は、高品質のチタン管で作られた高効率の熱交換装置である。これは、ある熱媒体から別の熱媒体へ熱を伝達する装置である。通常、管束、シェル、管板、ヘッドで構成される。管束はチタン金属製で、流体の流れを導き熱交換を行うために使用される。シェルはチューブバンドルを包み込み、熱交換器の構造的サポートと保護を提供します。チューブシートはチューブバンドルを固定し、流体通路を分離して熱交換器内で流体が秩序正しく流れるようにします。一部の熱交換器にはバッフルも装備されており、シェル内に設置されて流体の流れ方向を変え、熱交換効果を高めます。
動作原理
熱伝達の基本原理に基づき、チタン熱交換器の内部チャネルには異なる温度の二つの流体が流れる。高温流体はチタン熱交換器のチューブバンドルまたはチャネルを通過し、熱をチタン合金壁に伝達する。低温流体は反対側のチャネルを通過し、チタン合金壁から伝達された熱を吸収することで熱交換を実現する。チタンの熱伝導率は銅などの従来材料より低いものの、管束の配置最適化やバッフルの追加により熱交換効率を向上させられる。高温環境下でもチタンは変形や破損なく安定した物性を維持し、熱交換器の効率的な稼働を保証する。
チタン製熱交換器パラメータ表
| 材料仕様 | チタングレード | TA1、TA2、TA10、Gr.1、Gr.2 |
| シェル厚さ | 3 – 10 mm | |
| チューブ仕様 | Φ10×0.5 – Φ38×2 mm | |
| 幾何学的寸法 | シェル直径範囲 | DN50 – DN1200（2″ – 48″） |
| 熱伝達面積 | 0.5 – 500 m² | |
| チューブ長 | 0.5 – 6 m | |
| 性能パラメータ | 設計圧力 | 0.6 – 4.0 MPa |
| 設計温度 | -20℃ ~ 250℃ | |
| 熱伝達率 | 2000 – 5000 W/(m²·℃) | |
| 圧力降下 | チューブ側：0.01～0.1 MPaシェル側：0.005～0.05 MPa | |
| 製造基準 | GB 151, GB/T 14976，ASME VIII, EN 13445 | |
| 清掃間隔 | 6 – 24 months | |
| 耐用年数 | 10 – 20 years |
チタン製熱交換器の特性
優れた耐食性
チタンは様々な工業用溶液において優れた耐食性を示す。工業用純チタンは有機化合物、アルカリ溶液、塩溶液に広く使用可能であり、これらと反応しにくい。例えば硫酸製造や塩素アルカリ工業などの高腐食性環境、ならびに海洋環境（海水淡水化、海洋プラットフォーム冷却など）において、腐食を効果的に防止し、腐食による設備損傷や保守コストを低減できる。
高い熱伝達効率
チタンの熱伝導率は銅などの従来の熱交換器材料よりも低いものの、チタン製熱交換器は合理的な設計（管束配置の最適化、バッフルの追加など）と効率的な製造プロセスにより優れた熱伝導効果を実現できる。その熱伝達係数は管式熱交換器よりも30～50％高く、熱回収率は90％に達する。特に高温条件下では、チタンは変形や破損なく安定した物理特性を維持できるため、熱交換器の安全性と耐用年数が大幅に向上する。
コンパクト構造
チタンの密度は鋼鉄の約60％であり、これによりチタン製熱交換器は低密度かつ高強度を実現する。強度を確保しつつ、装置の重量と体積を削減し、設置面積が小さく、設置・保守が容易である。他の種類の熱交換器と比較して、同一熱交換面積においてより小型軽量である。
低メンテナンスコスト
チタン表面はスケールが発生しにくいため、清掃やメンテナンスの頻度が低減されます。さらに、一部のチタン熱交換器（例えば着脱式など）は清掃・メンテナンスが容易であり、メンテナンスのためのダウンタイムの時間とコストを削減します。同時に、チタンの優れた耐食性により、設備の寿命が長く、使用中のメンテナンスコストは比較的低くなります。
非磁性特性
金属イオンは容易に失われず、この非磁性特性を最大限に活用することで、医薬品や食品用途の熱交換器として使用可能であり、これらの産業が求める機器材料の安全性や衛生面における厳しい要件を満たすことができる。
チタン熱交換器の応用
- 工業用純チタンの優れた特性により、チタン製熱交換器は以下の産業分野で広く利用されています：
1. 化学工業：硫酸製造、塩素アルカリ工業など、高度に腐食性の環境における熱交換プロセスに使用できます。また、高温高圧の化学媒体処理にも使用でき、生産プロセスの安定性と安全性を確保します。
2. 石油・ガス産業 :石油精製、石油・ガス分離、油田水注入、海水淡水化、パイプライン蒸留などのプロセスにおいて信頼性の高い熱交換ソリューションを提供し、海洋石油生産における海水腐食にも耐えることができます。
3. 海洋工学分野: 海水淡水化装置の熱交換プロセス、ならびに海洋プラットフォーム設備の冷却システムおよび熱交換プロセスにおいて、海水腐食や海洋生物の付着に耐えるために使用される。
4. 食品加工業: 果汁の殺菌・冷却、動植物油の加熱・冷却などの工程で使用され、食品の衛生品質を維持し、汚染や異臭を防止し、食品加工の衛生基準を満たすために用いられる。
5. 製薬業界医薬品製造における熱交換および冷却プロセスで使用されます。その耐食性と洗浄の容易さは、医薬品の純度と安全性を確保します。
6. 冶金産業： アルミン酸塩母液の加熱・冷却工程や製鋼冷却プロセスなどにおいて、高温・腐食性環境に耐え、冶金プロセスの安定稼働を確保する。
7. 冷凍産業： 冷凍システムにおいて凝縮器および蒸発器として使用でき、冷媒の凝縮および蒸発プロセスを実現する。
8. 軽工業、電気めっき、製塩、製紙、超音波、電子通信、セントラルヒーティングなどの産業：これらの分野において、チタン製熱交換器はその優れた性能により、企業の生産活動に強力な支援を提供しています。
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必要なチタン合金のグレードは、取り組んでいるプロジェクトによって異なります。各グレードには異なる利点があるためです。
すべてのグレードのチタン合金は極めて強靭で耐食性に優れており、最も過酷な環境下でも良好な性能を維持し続けます。
チタン合金の高グレード品（5～12）は、特定の利点を目的として設計された合金である。人体内の金属サポートなど多様な用途向けに開発されたベータ合金としても知られる。例えばグレード12チタン合金は優れた耐熱性を有し、シェルアンドチューブ式熱交換器、油圧配管、化学工業用機器に最適な選択肢となる。
グレード1～4は純チタングレードであり、配管システムやチューブ用に溶接可能で延性のある材料が必要な場合に最適な選択肢です。
チタングレードを検討する際、一般的な物理的特性として熱処理、破壊靭性、熱伝導率、機械的特性、引張強度、降伏強度が挙げられます。また、目的達成を支援するため、用途を理解する必要があります。
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チタニウム・ゲラードは、商業用純チタンおよびチタン合金グレードレベルとして知られる。
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グレード1～4は純チタンであり、それより上のグレードは合金である。合金グレードは高い強度重量比で人気がある。
最も一般的に使用されるチタン合金グレードはグレード5（Ti6Al4V）である。グレード5を基材として、アルミニウムや鉄など異なる金属と組み合わせる。この優れた組み合わせにより、優れた溶接性と高温クリープ強度が拡張される。
航空宇宙産業や海洋産業などの業界では、耐摩耗性と耐食性に優れていることから、より高品位のグレードが好まれている。
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DAXUNのチームは経験豊富で知識が深く、親しみやすいです。業界での長年の経験から、チタンの用途、利点、グレードに至るまで、あらゆることを熟知しています。
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チタン合金は、チタンと他の化学元素を混合したもので、極端な温度下でも優れた引張強度と靭性を発揮するように設計されています。これらの合金は軽量で、並外れた耐食性を示し、高温に耐えることができるため、様々な産業において不可欠な存在です。航空宇宙や航空機から医療機器や宝飾品に至るまで、チタン合金は多くの高負荷用途に不可欠な役割を果たしています。
商業用純チタンは、良好な機械的特性を有することで知られ、整形外科用インプラントや歯科インプラントに広く用いられる。最も一般的なチタン合金であるTi 6Al 4Vは、微量のアルミニウムとバナジウム（それぞれ重量比6％および4％）を含みます。この組み合わせにより析出強化が可能となり、合金の機械的特性を向上させます。アルファ合金、ベータ合金、あるいはアルファ-ベータ合金の形態を問わず、チタン合金は強度と耐食性を兼ね備えた材料を必要とする産業において、今なお基盤的な存在であり続けています。