JP2009144936A - 耐久性部材、および、これを用いたオープンラック式気化器 - Google Patents

Abstract

【課題】腐食による損耗が生じにくく、また、繰り返し極低温耐久性や欠陥成長抑制効果を有する耐久性部材、および、これを用いたオープンラック式気化器を提供する。
【解決手段】オープンラック式気化器用伝熱管またはヘッダー管に用いられる耐久性部材１ａであって、基材２の表面の一部または全部に、ビニルエステル樹脂からなる樹脂被覆層３を有し、樹脂被覆層３は、酸化物粒子、表面に自然酸化皮膜を有する金属粒子、および、表面に酸化皮膜を形成させた金属粒子から選択される少なくとも１種であって、平均粒径が０．０５〜１０μｍの粒子４を、樹脂被覆層３全体積に対して０．１〜１０体積％含有し、かつ、厚さが３０μｍ以上であることを特徴とする。
また、オープンラック式気化器は、耐久性部材１ａを用いたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、オープンラック式気化器用伝熱管またはヘッダー管に用いられる耐久性部材、および、この耐久性部材を用いたオープンラック式気化器に関する。

液化天然ガス（ＬＮＧ）の気化にはオープンラック式気化器（ＯＲＶ）が適用されている。ＯＲＶは、熱源である海水との熱交換によってＬＮＧを気化させる熱交換器である。図２は、ＯＲＶの概略図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）は伝熱管と下部ヘッダー管との溶接接合部を示す模式図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ＯＲＶ１００では、海水は、トラフ７０に溜められる。そして、多数の伝熱管２０をパネル状に配置してヘッダー管（下部ヘッダー管３０,上部ヘッダー管４０）に接合してなる伝熱パネル（伝熱管パネル）１０の外面を、トラフ７０から放出された海水が、上から下に流れ落ちる。一方、ＬＮＧは、下部マニホールド５０を経て、下部ヘッダー管３０に送られ、海水との熱交換によって加熱されて伝熱パネル１０の各伝熱管２０内で気化し上昇する。そして、天然ガスが上部ヘッダー管４０を経て上部マニホールド６０から導出される。また、図２（ｃ）に示すように、伝熱管２０はその下部が下部ヘッダー管３０に溶接接合されている。

そして、ＯＲＶ用の伝熱管２０では、ヘッダー管（下部ヘッダー管３０,上部ヘッダー管４０）との溶接接合部付近（溶接部を含む）が、溶接による化合物析出等の金属組織変化を受け、腐食しやすい状態になる場合が多い。またＬＮＧ導入側となる下部ヘッダー管３０と伝熱パネル１０下部（伝熱管２０下部）は、ＬＮＧ（約−１６０℃）によって加熱源の海水が低温（約０℃）になっているため、溶存酸素濃度が高く、腐食の厳しい環境となっている。このような理由で、伝熱管２０と下部ヘッダー管３０との溶接接合部付近での腐食による損耗が顕著であり、このことがＯＲＶ１００の寿命に影響している。また、前記したように、ＬＮＧ気化時（運転時）の熱交換による海水が下部ヘッダー管３０と伝熱パネル１０に常にかかり続けることから、下部ヘッダー管３０と伝熱パネル１０表面はエロージョン−コロージョンによる金属の損耗の危惧が避けられない。

そこで、ＯＲＶの防食技術に関し、種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１では、犠牲防食金属（Ｚｎ−Ａｌ合金等）を溶射やクラッド等で伝熱管表面（アルミニウム母材表面）に形成し、それにより耐食性の向上を図る技術が提案されている。また、特許文献２では、高い耐食性を得るために、外面層にペトロラタムを含有する有機物被覆層を形成したオープンラック式気化器用伝熱管あるいはヘッダー管が提案されている。さらに、特許文献３では、鋼構造物および／またはコンクリート鋼構造物の表面に液状ビニルエステル樹脂組成物の未硬化物を塗布し、透明樹脂シートを塗膜上に重ねて覆い、その上から紫外線を照射することにより全体を接着一体化する鋼構造物またはコンクリート鋼構造物の防食方法が提案されている。
特開平５−１６４４９６号公報 特開２００４−２９３８１１号公報 特開２００３−２１３４６１号公報

しかしながら、従来のＯＲＶの防食に関する技術においては、以下に示す問題があった。
特許文献１における犠牲防食金属層の形成による防食では、下部ヘッダー管や伝熱パネル下部において、溶射による犠牲防食金属層の施工のみでは、使用環境によっては犠牲防食金属層の消耗が著しく速く、十分にその機能を発揮できない場合が多かった。また、溶射による防食では、溶接接合部に溶射不足や犠牲防食金属層に欠陥が含まれていて腐食するという問題があった。さらに、犠牲防食金属層をクラッドで形成した材料を用いる場合、伝熱管とヘッダー管との溶接接合部では、犠牲防食金属層を除去する必要があるので、別途防食処置が必要であった。

なお、タールエポキシ塗料等の防食塗装を形成することも可能ではあるものの、下部ヘッダーや伝熱管下部（特に伝熱管と下部ヘッダー管との溶接接合部付近）では、運転時の極低温と停止時の常温との繰り返しによる熱サイクルによって、防食塗料が凍結はく離する問題があるため、実用例はほとんどない。

特許文献２における技術では、ペトロラタムを含有する有機被覆層のみでは硬度が低いことから、耐エロージョン−コロージョン性が不十分であった。この場合、前記有機被覆層の上に硬度の高いエポキシ樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂等の層を設けても、前記と同様に、熱サイクルによって凍結剥離してしまうため、耐エロージョン−コロージョン性保護には不十分であった。また、これらの樹脂層に欠陥（凍結による樹脂の収縮によって生じる割れ等）が生じた場合、生じた欠陥から海水が侵入し、熱サイクルによりさらに割れが助長することが考えられる。

特許文献３における技術では、通常の温度、湿度、塩分等の腐食環境で使用することが前提であり、ＯＲＶのようなＬＮＧ気化時の極低温のような極めて厳しい環境での使用は全く想定されておらず、その耐久性も全く不明である。また、これら樹脂に欠陥が生じた場合、生じた欠陥から海水が侵入し、熱サイクルによりさらに割れが助長することが考えられる。

このように、これまでＯＲＶにおけるＬＮＧ導入側の伝熱管とヘッダー管との溶接接合部において、耐エロージョン−コロージョン性等の腐食による損耗の抑制、運転時、停止時における極低温（約−１６０℃）と常温付近での温度との繰り返しによる熱サイクルでの耐久性（繰り返し極低温耐久性）、および、ＯＲＶの使用中に樹脂被覆層に生じた欠陥の成長抑制（欠陥成長抑制）について考慮された開発事例はほとんど無い。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、腐食による損耗が生じにくく、また、繰り返し極低温耐久性や欠陥成長抑制効果を有する耐久性部材、および、これを用いたオープンラック式気化器を提供することにある。

本発明に係る耐久性部材は、オープンラック式気化器用伝熱管またはヘッダー管（以下、これらを適宜、ＯＲＶ用伝熱管ともいう）に用いられる耐久性部材であって、基材の表面の一部または全部に、ビニルエステル樹脂からなる樹脂被覆層を有し、前記樹脂被覆層は、酸化物粒子、表面に自然酸化皮膜を有する金属粒子、および、表面に酸化皮膜を形成させた金属粒子から選択される少なくとも１種であって、平均粒径が０．０５〜１０μｍの粒子（これらの酸化物粒子、表面に自然酸化皮膜を有する金属粒子、および、表面に酸化皮膜を形成させた金属粒子を、適宜、粒子ともいう）を、前記樹脂被覆層全体積に対して０．１〜１０体積％含有し、かつ、厚さが３０μｍ以上であることを特徴とする。

このような耐久性部材によれば、厚さが３０μｍ以上の樹脂被覆層を有することで、耐衝撃性、耐エロージョン−コロージョン性、繰り返し極低温耐久性等の耐久性が向上する。また、樹脂被覆層中に所定の平均粒径の粒子を所定量含有することで、粒子表面に存在する酸素原子が樹脂被覆層の樹脂中のスチレン基に作用する。これにより、スチレンモノマーが生成し、樹脂被覆層中のスチレンモノマーの吸脱着反応が促進される。

また、本発明に係る耐久性部材は、前記樹脂被覆層中に、ガラス繊維、炭素繊維、および、ボロン繊維から選択される少なくとも１種の繊維（以下、適宜、強化繊維ともいう）を、前記樹脂被覆層全質量に対して２０質量％以上含有することを特徴とする。

この場合、前記樹脂被覆層に含有される繊維が、（ａ）短辺長２０μｍ以上、長辺長３０μｍ以上、および、厚さ１μｍ以上であるフレーク状の繊維、（ｂ）直径５μｍ以上の短繊維を不織布状に分散させたマット状の繊維、から選択される少なくとも１種であることが好ましい。

このような耐久性部材によれば、強化繊維を含有させた樹脂被覆層を形成することで、外界からの衝撃等に対しての強度がさらに向上し、また、外界からの腐食成分の侵入が防止される。さらに、所定形状のフレーク状やマット状の繊維を使用することで、外界からの腐食成分の侵入がより防止されやすくなる。さらに、樹脂被覆層中への強化繊維の添加が容易となり、また、強化繊維の入手が容易となる。

さらに、本発明に係る耐久性部材は、前記基材と、前記樹脂被覆層との間に、中間層として、Ａｌ合金の溶射皮膜層を有することを特徴とする。

このような耐久性部材によれば、中間層としてＡｌ合金の溶射皮膜層を備えることで、樹脂被覆層が溶射皮膜層表面に形成された気孔に浸透し、アンカー作用が生じる。これにより、樹脂被覆層と溶射皮膜層との密着性が向上する。また、樹脂被覆層が欠損した場合に、基材のＡｌよりも電位が卑な溶射皮膜層が溶出することで、下地層（基材）の腐食が防止される。

本発明に係るオープンラック式気化器は、前記記載の耐久性部材を用いたことを特徴とする。
このようなオープンラック式気化器によれば、オープンラック式気化器の伝熱管またはヘッダー管に、本発明の耐久性部材を使用するため、耐久性に優れたオープンラック式気化器となる。

本発明の請求項１に係る耐久性部材によれば、その外表面に、耐久性を向上させる樹脂被覆層を有するため、通常の使用環境中に想定される外界からの衝撃等に対して十分な強度を有する。また、オープンラック式気化器におけるＬＮＧ導入側の伝熱管とヘッダー管との溶接接合部付近においてもエロージョン−コロージョンによる損耗が生じにくく、さらに、繰り返し極低温耐久性に優れる。そして、欠陥成長抑制効果を有し、樹脂被覆層に欠陥が生じた場合、生じた欠陥が効果的に修復される（自己修復）。このため、オープンラック式気化器用伝熱管またはヘッダー管の寿命を長くすることができ、結果としてオープンラック式気化器の寿命を長くすることができる。

本発明の請求項２に係る耐久性部材によれば、強化繊維を含有させた樹脂被覆層を形成することで、外界からの衝撃等に対して、さらに十分な強度を確保でき、また、樹脂被覆層中に含有された強化繊維が外界からの腐食成分の侵入にバリア効果を果たすため、より一層腐食による損耗が生じにくく、耐久性がさらに向上する。

本発明の請求項３に係る耐久性部材によれば、所定形状の強化繊維を使用することで、外界からの腐食成分の侵入に対するバリア効果がより高まり、耐久性がさらに向上する。また、樹脂被覆層中に強化繊維を含有させやすくなり、さらに、強化繊維を容易に、かつ安価に入手できる。

本発明の請求項４に係る耐久性部材によれば、中間層としてＡｌ合金の溶射皮膜層を備えることで、樹脂被覆層と溶射皮膜層との密着性が向上するため、樹脂被覆層が剥がれにくくなる。また、Ａｌ合金である中間層の犠牲防食作用により、耐久性部材の基材自体の耐食性が向上する。

本発明の請求項５に係るオープンラック式気化器によれば、オープンラック式気化器の伝熱管またはヘッダー管に、本発明の耐久性部材を使用するため、伝熱管またはヘッダー管の耐久性が向上し、オープンラック式気化器の耐久性が向上する。特に、ＬＮＧ導入側の伝熱管とヘッダー管との溶接接合部において、耐エロージョン−コロージョンによる損耗の抑制、繰り返し極低温耐久性、および、樹脂被覆層の欠陥成長抑制の効果の向上を図ることができる。

次に、図面を参照して本発明に係る耐久性部材、および、オープンラック式気化器ついて詳細に説明する。なお、参照する図面において、図１（ａ）、（ｂ）は、耐久性部材の構成を示す断面模式図、図２は、オープンラック式気化器（ＯＲＶ）の概略図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）は下部ヘッダー管と伝熱管との溶接接合部を示す模式図である。

図１（ａ）に示すように、耐久性部材１ａは、オープンラック式気化器用伝熱管またはヘッダー管（ＯＲＶ用伝熱管）に用いられるものであり、基材２の表面の一部または全部に、ビニルエステル樹脂からなる樹脂被覆層３を有する。
以下、各構成について説明する。

≪耐久性部材≫
＜基材＞
基材２の材質は、ＯＲＶ用伝熱管に用いられるものであれば特に限定はないが、ＯＲＶ用伝熱管の基材２の材質としては、通常３０００系、５０００系、あるいは６０００系アルミニウム合金が用いられる。

＜樹脂被覆層＞
樹脂被覆層３は、ビニルエステル樹脂からなるものであり、基材２の表面の一部もしくは全部に形成する。
なお、表面の一部に形成するとは、基材２の表面全てに樹脂被覆層３を形成させなくとも、耐衝撃性、耐エロージョン−コロージョン性、繰り返し極低温耐久性、欠陥成長抑制性等の耐久性を発揮できるものであれば、基材２に、樹脂被覆層３に覆われていない箇所があってもよく、ところどころ基材２の素地が露出した箇所があってもよい状態をいう。
また、樹脂被覆層３は、基材２の損耗、劣化の激しい部分に形成することが好ましい。

耐久性部材１ａの基材２の外表面に、ビニルエステル樹脂からなる樹脂被覆層３を形成させることで、外界からの衝撃や、ＯＲＶの使用中に生じる欠陥（例えば、熱交換時に使用する海水の流動に起因するエロージョン−コロージョン等）や、極低温と常温付近での温度との繰り返しによる熱サイクル等に対しての耐久性が高くなる。

樹脂被覆層３を構成する樹脂の主成分はビニルエステル系とする。ビニルエステル樹脂はエポキシアクリレート樹脂と呼ばれることもあり、各種のエポキシ化合物をアクリル酸またはメタクリル酸を用いてエステル化し、重合性モノマーを加えて付加重合型としたものである。成分の原料となるエポキシ化合物としては、一般的にビスフェノール型グリシルエーテルまたはノボラック型グリシルエーテルが多く用いられており、本発明ではいずれのタイプのビニルエステル樹脂も使用可能である。

また、樹脂被覆層３は、酸化物粒子、表面に自然酸化皮膜を有する金属粒子、および、表面に酸化皮膜を形成させた金属粒子から選択される少なくとも１種であって、平均粒径が０．０５〜１０μｍの粒子（粒子４）を、樹脂被覆層３全体積に対して０．１〜１０体積％含有する。
なお、酸化皮膜（自然酸化皮膜）を有する金属粒子とは、金属粒子の表面に、表面酸化層を有し、この表面酸化層に覆われた金属粒子のことをいう。
また、自然酸化皮膜とは、積極的に表面酸化させたものではなく、通常、金属表面に不可避的に生成されている酸化皮膜のことである。

粒子４を樹脂被覆層３中に混合すると、粒子４表面に存在する酸素原子が樹脂被覆層３の樹脂中のスチレン基に作用し、スチレンモノマーが生成し、生じた欠陥がスチレンモノマーに被覆される。そして、樹脂被覆層３中のスチレンモノマーの吸脱着反応が促進されることで、欠陥成長抑制効果を発現し、生じた欠陥が自己修復される。
すなわち、このような作用効果は、酸化物や、表面に形成される酸化皮膜（自然酸化皮膜）に由来すると考えられる。従って、金属粒子は、無処理の状態のものでも構わないが、酸化雰囲気下で加熱する等、積極的に酸化処理を施したものでも効果を有する。

しかし、これら粒子４の平均粒径が０．０５μｍ未満では、粒子４の入手が困難であり、また、入手できたとしても、非常に高価であり、コストがかかるという問題が生じる。一方、１０μｍを超えると、スチレンモノマーの吸脱着反応がうまく生じず、粒子４を混合することによる効果が発揮されない。
また、これら粒子４の含有量が０．１体積％未満では、スチレン基に作用する酸素原子が不足し、樹脂被覆層３中のスチレンモノマーの吸脱着反応が促進されず、欠陥成長抑制効果が低下する。一方、１０体積％を超えると、粒子４を混合することによる効果の飽和や低下が生じ、また、コストがかかるという問題が生じる。

粒子４としては、例えば、酸化物粒子４としては、チタニア、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛等からなるものが挙げられ、酸化皮膜（または、自然酸化皮膜）を有する金属粒子４としては、ニッケル（酸化ニッケル）、タングステン（酸化タングステン）等からなるものが挙げられるが、使用できる粒子４としては、これらに限定されるものではなく、同様の形態を有する粒子４であれば、どのようなものでもよい。
なお、粒子４の平均粒径の測定については、例えば、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて粒子４を観察する方法で行うことができるが、一般に市販されている平均粒径０．０５〜１０μｍの粒子４を用いればよい。

さらに、樹脂被覆層３に優れた耐衝撃性、耐エロージョン−コロージョン性、繰り返し極低温耐久性、欠陥成長抑制性等の耐久性を備えさせるためには、樹脂被覆層３の厚さを３０μｍ以上とする必要がある。なお、後記するように、強化繊維５を含有させる場合を考慮すると、樹脂被覆層３の厚さは４０μｍ、あるいは、５０μｍ以上が好ましい。また、樹脂被覆層３の厚さが３０μｍ未満では、樹脂被覆層３中に混合した粒子４が不均一に分散してしまい、粒子４を混合することによる効果が得られにくくなる。

一方、ＯＲＶ運転時にはＬＮＧ導入側は極低温、排出側は常温となり大きな温度差が生じ、運転停止によって伝熱パネルが変形する。また運転中に微妙な振動も生じるため、樹脂被覆層３が厚すぎると海水との熱交換性が低下し、また、温度差による変形や運転中の振動に追随することができない。このような理由から、樹脂被覆層３の厚さは、１０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは５ｍｍ以下、さらに好ましくは３ｍｍ以下とする。

樹脂被覆層３の厚さの測定については、まず、実機ＯＲＶにおける伝熱管あるいはヘッダー管に形成する場合と同様の手法にて試験片を作製し、試験片から厚さ方向にサンプルを３つ切り出す。次に、これを鏡面研磨し、光学顕微鏡（倍率５０倍）を用いて観察し、得られた厚さのうち最小のものを樹脂被覆層３の厚さとする。
なお、樹脂被覆層３は、強度や耐久性の向上を図るため、２層以上の積層構造としてもよい。

ここで、耐久性部材１ａにおいては、樹脂被覆層３中に、ガラス繊維、炭素繊維、および、ボロン繊維から選択される少なくとも１種の繊維（強化繊維５）を含有することが好ましい。
樹脂被覆層３中にこれら強化繊維５を含有させることで、外界からの衝撃等に対して十分な強度を確保でき、また、外界からの腐食成分の侵入にバリア効果を果たす。

強化繊維５の含有量は、樹脂被覆層３全質量に対して２０質量％以上とする。強化繊維５を２０質量％以上含有させた場合に、伝熱管、ヘッダー管の損耗が低減される。好ましくは３０質量％以上である。一方、樹脂被覆層３中に含有する強化繊維５が多すぎると、樹脂被覆層３の靱性が損なわれるため、強化繊維５の含有量は６０質量％以下、好ましくは５０質量％以下とする。

なお、樹脂被覆層３中の強化繊維５の含有量は、実機ＯＲＶにおける伝熱管あるいはヘッダー管に形成する場合と同様の手法にて試験片を作製し、形成された樹脂被覆層３の乾燥質量と強化繊維５の質量との比を求め、これを５回測定した平均値として求める。強化繊維５を含有した樹脂被覆層３を形成した後に測定する場合は、試験片から樹脂被覆層３を採取し、樹脂被覆層３を差動型示唆熱天秤等で熱分解し、採取した樹脂被覆層３の質量と残存した強化繊維５の質量との比から求めることができる。またクロロホルム、エーテル、ベンゼン等の溶媒で採取した樹脂被覆層３を溶解し、採取した樹脂被覆層３の質量と残存した強化繊維５の質量との比からも求めることができる。

強化繊維５の形状は、球状や棒状のものでもよいが、より効果的に外界からの腐食成分の侵入のバリア効果を高めるためにはフレーク状（鱗状（チップ状））またはマット状のものが好ましい。また、フレーク状の強化繊維５とマット状の強化繊維５とを合わせた強化繊維層を用いてもよい。

さらに、強化繊維５は、短辺長２０μｍ以上、長辺長３０μｍ以上、厚さ１μｍ以上であるフレーク状の繊維、および、直径５μｍ以上の短繊維を不織布状に分散させたマット状の繊維から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
このような強化繊維５は、入手の容易さから、市販のガラスフレークやマット状のガラス繊維のようなものを用いればよい。

なお、強化繊維５の大きさの上限値は特に規定されるものではなく、樹脂被覆層３中含有させることができ、本発明の趣旨を逸脱しない範囲のものを使用すればよい。
また、強化繊維５の大きさについては、市販品に表示されている規格を指標として判断すればよい。
このような強化繊維５を用いれば、強化繊維５を容易に、かつ安価に入手でき、また、樹脂被覆層３中に強化繊維５を含有させやすい。

また、樹脂被覆層３は、ビニルエステル樹脂と、層状に形成した強化繊維５とを交互に堆積することで、積層構造にすることが好ましい。樹脂被覆層３を積層構造とすることにより、外界からの衝撃に対して、さらに、強度ならびに腐食成分の侵入に対してのバリア効果が向上する。

ここで、図１（ｂ）に示すように、耐久性部材１ｂは、さらに、基材２と、樹脂被覆層３との間に、中間層として、Ａｌ合金の溶射皮膜層６を有してもよい。
＜溶射皮膜層＞

中間層としてＡｌ合金の溶射皮膜層６を備えることで、樹脂被覆層３が溶射皮膜層６表面に形成された気孔に浸透し、アンカー効果を発揮するため、樹脂被覆層３と溶射皮膜層（中間層）６との密着性が向上する。また、仮に樹脂被覆層３が欠損した場合においても、基材２のＡｌよりも電位が卑な中間層６が溶出することで、中間層６の犠牲防食作用により、下地層（基材２）が腐食するのを防止する効果がある。

溶射皮膜層６を構成するＡｌ合金としては、例えば、Ａｌ−Ｚｎ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ合金等を用いることができる。また、Ａｌ−Ｚｎ合金を用いる場合は、例えば、Ａｌ−２質量％Ｚｎ合金が挙げられる。なお、前記理由から、溶射皮膜層６は、基材２よりも卑な（イオン化傾向が大きい）金属である必要がある。
溶射皮膜層６の厚さは、特に規定されるものではないが、数十μｍ〜数ｍｍ程度とすればよい。

耐久性部材１ａ、１ｂの製造方法としては、樹脂被覆層３は、浸漬や、ハケ、スプレー等を用いる通常の手段で形成することができる。また、粒子４や強化繊維５は、樹脂中に添加し、混合することにより均一にする。中間層６は、主として溶射（フレーム溶射、電気式溶射、高速フレーム溶射等）を用いることができる。なお、耐久性部材１ａ、１ｂの製造方法は、これらに限定されるものではなく、通常適用される方法で、本発明と同様の効果を得られるものであれば、どのような方法でもよい。

≪オープンラック式気化器≫
本発明に係るオープンラック式気化器は、前記説明した耐久性部材を用いたものである。
オープンラック式気化器の伝熱管またはヘッダー管に、本発明の耐久性部材を使用することで、オープンラック式気化器の耐久性、特に、ＬＮＧ導入側の伝熱管とヘッダー管との溶接接合部における耐久性が向上する。

オープンラック式気化器としては、本発明の耐久性部材を用いること以外については、一般的に用いられるオープンラック式気化器の構成とすればよく、例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような構成とすればよい。
すなわち、本発明の耐久性部材１ａ、１ｂ（図１（ａ）、（ｂ）参照）を用いて作製した伝熱管２０とヘッダー管（下部ヘッダー管３０,上部ヘッダー管４０）とを溶接接合して、オープンラック式気化器１００を作製する。
なお、図２（ａ）〜（ｃ）に示すオープンラック式気化器１００の構成・作用については、前記説明したとおりであるので、ここでは説明を省略する。

次に、本発明に係る耐久性部材、および、オープンラック式気化器について、実施例、比較例を挙げて具体的に説明する。
［第１実施例］
市販のビニルエステル樹脂（昭和高分子製リポキシ Ｒ−８３３ＤＡ）中に表１に示す各種粒子を混合した後、アルミニウム合金（Ａ５０８３）上に樹脂をコーティングし、樹脂被覆層を形成した。次に、コーティング後の試験片に金属素地まで到達するようにナイフでスクラッチを入れた。耐久性について検討するため、このように作製した試験片を３０℃の人工海水に浸漬して、腐食試験を行った。試験時間は４８時間とし、交流インピーダンス法から腐食抵抗を求め、耐食性（耐久性）評価を行った。試験片によりスクラッチ部の面積が違うため、各時間の腐食抵抗を浸漬直後の腐食抵抗で除した腐食抵抗比を用いた。すなわち、スクラッチを付与する際の荷重は一定としているが、その長さは厳密な範囲では一定ではないため、試験片毎に面積が異なる可能性がある。そのため、これらの影響を除外するため、「腐食抵抗比」の値を用いた。

耐食性（耐久性）評価は、付与したスクラッチ部がスチレンモノマーの吸脱着反応により修復されることにより、腐食抵抗が上昇するため、試験前後の腐食抵抗比を比較することにより行った。ここでは、試験開始から１２時間後以降の腐食抵抗比の平均値を求めることにより行った。具体的には、１２、２４、３６、４８時間後の腐食抵抗比の平均値を求めた。この平均値が、１．０を超えるものを耐食性（耐久性）が良好、１．０以下のものを耐食性（耐久性）が不良と判断した。
これらの結果を表１に示す。なお、表１において、本発明の特許請求の範囲を満たさないものについては、数値等に下線を引いて示す。

表１に示すように、実験Ｎｏ．１〜２３は、本発明の構成を満足するため、１２時間後以降の腐食抵抗比の平均値が樹脂のみの場合（実験Ｎｏ．２７）よりも向上し、自己修復性が向上した。その結果、耐久性が良好であった。

これに対して、実験Ｎｏ．２４は、混合した粒子が酸素原子を有さないものであるため、腐食抵抗比が減少し所望の効果を発現することができず、耐久性が劣った。実験Ｎｏ．２５は、混合した粒子の平均粒径が大きすぎたため、腐食抵抗比が減少し所望の効果を発現することができず、耐久性が劣った。実験Ｎｏ．２６は、混合した粒子の含有量が過多であったため、腐食抵抗比が減少し所望の効果を発現することができず、耐久性が劣った。実験Ｎｏ．２７は、樹脂中に粒子を含有していないため、所望の効果を発現することができず、耐久性が劣った。実験Ｎｏ．２８は、樹脂被覆層厚が薄いため樹脂中に粒子が不均一に分散してしまい、所望の効果を発現することができず、耐久性が劣った。

［第２実施例］
次に、実際のＯＲＶ伝熱管またはヘッダー管の使用状況を考慮し、樹脂被覆層中に強化繊維を含有した場合等の耐久性について検討した。まず、アルミニウム合金（Ａ５０８３）の表面をショットブラスト（アルミナ＃１６〜２０）にて粗面化（算術平均粗さＲａ＝２０〜４０μｍ）し、その上に、一部については、Ａｌ−Ｚｎ合金からなる溶射皮膜を皮膜厚３００μｍ程度になるように被覆した。

表２に示す条件で、樹脂中に粒子を混合し、ガラス繊維、炭素繊維、または、ボロン繊維を用いて、強化繊維を所定量（表２参照）含有した樹脂被覆層（強化繊維含有樹脂被覆層）を作製した。一部については、強化繊維を混合せずに、樹脂被覆層を作製した。なお、樹脂被覆層、強化繊維含有樹脂被覆層は、前記したビニルエステル樹脂（昭和高分子製リポキシ Ｒ−８３３ＤＡ）、ならびに、表層保護樹脂（昭和高分子製：リポキシＲ−８０２）と、強化繊維（強化繊維含有樹脂被覆層の場合）とを用いて、アルミニウム合金上に形成させた。また、２層以上のものについては、樹脂と強化繊維（強化繊維含有樹脂被覆層の場合）とを積層構造にし、樹脂が表面にくるようにアルミニウム合金上に形成させた。なお、実験Ｎｏ．３９については、強化繊維を含有しない樹脂被覆層を、２層の積層構造とした。
なお、一部の試験片については、中間層として、Ａｌ−２質量％Ｚｎの合金溶射皮膜層を設けた。

本試験片について、３５℃、５％食塩水噴霧環境（２３時間）、および、液体窒素浸漬（１時間）を１サイクルとした極低温複合腐食試験を６０回行い、樹脂被覆層および強化繊維含有樹脂被覆層の耐久性の調査を行った。前記のサイクル試験５回後、３０回後、６０回後にそれぞれに、樹脂被覆層および強化繊維含有樹脂被覆層の割れやはく離の観察を行った。

耐久性評価は、６０サイクルで、割れ、または、剥離が生じなかったものを、耐久性が優良（◎）、３０サイクルを超え、６０サイクル以内で割れ、または、剥離が生じたものを、良好（○）、５サイクルを超え、３０サイクル以内で割れ、または、剥離が生じたものを、やや良好（△）、５サイクル以内で割れ、または、剥離が生じたものを、不良（×）と判断した。
これらの結果を表２に示す。なお、表２において、本発明の特許請求の範囲を満たさないものについては、数値等に下線を引いて示す。

表２に示すように、実験Ｎｏ．２９〜３１は、本発明の構成を満足し、また、中間層を有するため、６０回のサイクル試験を行った後も強化繊維含有樹脂被覆層に割れやクラック、剥離等は生じず、耐久性が優良であり、非常に高い耐久性を有していた。実験Ｎｏ．３２、３３は、本発明の構成を満足し、また、中間層を有するため、高い耐久性を有しているものの、強化繊維の形状が好ましくないため、耐久性が優良とはならず、良好であり、実験Ｎｏ．２９〜３１よりもやや劣る結果となった。

実験Ｎｏ．３４は、本発明の構成を満足するため、高い耐久性を有しているものの、中間層を有さないため、耐久性が優良とはならず、良好であり、実験Ｎｏ．２９〜３１よりもやや劣る結果となった。実験Ｎｏ．３５〜３８は、本発明の構成を満足し、また、中間層を有するため、高い耐久性を有しており、耐久性が良好であった。しかし、実験Ｎｏ．２９〜３１に比べると、積層数が少ないため、実験Ｎｏ．２９〜３１よりもやや劣る結果となった。

実験Ｎｏ.３９、４０は、樹脂中に所定の粒子が所定量混合されているものの、強化繊維を有さないため、耐久性がやや良好であり、実験Ｎｏ．２９〜３８に比べると劣るものであった。

これに対して、実験Ｎｏ．４１は、混合した粒子が酸素原子を有さないものであるため、耐久性が不良であった。実験Ｎｏ．４２は、混合した粒子の平均粒径が大きすぎたため、耐食性が不良であった。実験Ｎｏ．４３は、樹脂中に粒子を含有していないため、耐食性が不良であった。実験Ｎｏ．４４は、混合した粒子の含有量が過多であったため、耐久性が不良であった。実験Ｎｏ．４５は、樹脂被覆層厚が薄いため、耐久性が不良であった。

以上、本発明に係る耐久性部材、および、これを用いたオープンラック式気化器について最良の実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することができることはいうまでもない。

（ａ）、（ｂ）は、耐久性部材の構成を示す断面模式図である。 オープンラック式気化器（ＯＲＶ）の概略図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）は下部ヘッダー管と伝熱管との溶接接合部を示す模式図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 耐久性部材
２ 基材
３ 樹脂被覆層
４ 粒子
５ 強化繊維
６ 溶射皮膜層（中間層）
１０ 伝熱パネル（伝熱管パネル）
２０ 伝熱管
３０ 下部ヘッダー管
４０ 上部ヘッダー管
５０ 下部マニホールド
６０ 上部マニホールド
７０ トラフ
１００ オープンラック式気化器（ＯＲＶ）

Claims (5)

1. オープンラック式気化器用伝熱管またはヘッダー管に用いられる耐久性部材であって、
   基材の表面の一部または全部に、ビニルエステル樹脂からなる樹脂被覆層を有し、
   前記樹脂被覆層は、酸化物粒子、表面に自然酸化皮膜を有する金属粒子、および、表面に酸化皮膜を形成させた金属粒子から選択される少なくとも１種であって、平均粒径が０．０５〜１０μｍの粒子を、前記樹脂被覆層全体積に対して０．１〜１０体積％含有し、かつ、厚さが３０μｍ以上であることを特徴とする耐久性部材。
2. 前記樹脂被覆層中に、ガラス繊維、炭素繊維、および、ボロン繊維から選択される少なくとも１種の繊維を、前記樹脂被覆層全質量に対して２０質量％以上含有することを特徴とする請求項１に記載の耐久性部材。
3. 前記樹脂被覆層に含有される繊維が、
   （ａ）短辺長２０μｍ以上、長辺長３０μｍ以上、および、厚さ１μｍ以上であるフレーク状の繊維
   （ｂ）直径５μｍ以上の短繊維を不織布状に分散させたマット状の繊維
   から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項２に記載の耐久性部材。
4. 前記基材と、前記樹脂被覆層との間に、中間層として、Ａｌ合金の溶射皮膜層を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の耐久性部材。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の耐久性部材を用いたことを特徴とするオープンラック式気化器。

Images