JP6151228B2 - オープンラック型気化器用伝熱管およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、オープンラック型気化器用伝熱管に係り、特に伝熱管の基材の耐食性向上のために基材表面に犠牲防食皮膜を押出成形によってクラッドしたオープンラック型気化器用伝熱管およびその製造方法に関する。

液化天然ガス（以下、適宜ＬＮＧという）は、通常、低温高圧の液体である低温液化燃料として移送または貯蔵され、燃料として使用される前に気化される。そして、大量のＬＮＧを効率的に気化させるために、海水の熱を利用したオープンラック型気化器（以下、適宜ＯＲＶという）が用いられる。ＯＲＶ１０は、例えば、図７、図８に示すように、熱交換パネル１を備えるものである。

熱交換パネル１には、熱伝導性や加工性等の観点から、通常、ＪＩＳ３０００系、ＪＩＳ５００００系、ＪＩＳ６００００系等のアルミニウム合金材が使用されている。しかしながら、熱交換パネル１は、その外表面が海水に曝されるため、腐食し易いアルミニウム合金材では、一旦、外表面の侵食が始まるとその部分が集中的に侵されて孔食に至る虞がある。そのため、熱交換パネル１を構成するアルミニウム合金材には、その表面に防食処理を施す必要がある。特に、熱交換パネル１の下部では、内部の極低温（約―１６０℃）のＬＮＧにより外側の海水が約０℃まで冷却されているため溶存酸素濃度が高く、より厳しい腐食環境となっている。

このため、従来から前記用途に用いられるアルミニウム合金材を対象として、種々の防食方法がさかんに研究されており、現在では犠牲防食作用を利用した方法がその主流を占めている。この犠牲防食は、アルミニウム合金からなる基材合金の表面を、基材合金よりも腐食しやすい金属、すなわち基材合金よりも海水中の腐食電位が卑なイオン化傾向の高い合金で被覆することである。このことにより、当初は被覆合金の被覆作用により基材合金が海水と直接接触せずに耐食性が保たれ、また、被覆合金の一部が剥がれて基材合金が露出し海水と直接接触するようになっても、残った被覆合金の犠牲防食作用により、基材合金の長期耐食性を保証するものである。この犠牲防食作用を有する被覆合金として、Ａｌ−Ｚｎ合金やＡｌ−Ｍｇ合金が公知である。

例えば、特許文献１には、伝熱管の外表面に５〜３０重量％のＺｎが含まれたアルミニウム合金の皮膜が形成されたＬＮＧ気化器用伝熱管が開示されている。そして、特許文献１では、伝熱管の外表面に、伝熱管の母材合金（アルミニウム合金）より電位の卑なＡｌ−Ｚｎ合金を溶射により被覆して犠牲防食皮膜とし、優先的にこの層のＺｎをイオン化して海水中に溶解させることで、母材合金を保護している。

また、特許文献２には、フィンチューブを形成するアルミニウム母材の表面に犠牲陽極皮膜がクラッドされたオープンラック型気化器用フィンチューブが開示されている。
また、特許文献３には、円筒状の本体部と、本体部の外表面から外方に向かって突出した複数のフィンとを備えた基材と、基材の外周面を覆う犠牲陽極用の皮膜とからなるオープンラック型気化装置用フィンチューブが開示されている。そして、特許文献３のフィンチューブでは、基材と皮膜とは、二重構造のビレットを塑性加工することによりクラッド成形されており、隣接するフィン同士の間の谷部はフィンの側面同士を滑らかに繋ぐ円弧形状であって、本体部の中心に向かって凸状となる形状を呈し、谷部の曲率半径Ｒと本体部外形Ｄとが所定の関係を有する。

さらに、特許文献４には、母材金属表面に犠牲陽極としてクラッド層が形成されたオープンラック式気化器において、クラッド層が存在する部位と存在しない部位の表面粗さが均一でかつ粗くなるようにブラスト処理等を施した後、腐食電位がクラッド層より低いアルミニウム亜鉛合金を溶射して溶射層を形成し、クラッド層が存在する部位や存在しない部位を補修するオープンラック式気化器の表面保護方法が開示されている。

特許第３０４１１５９号公報 特開平５−１６４４９６号公報 特開２０１１−２３７１５２号公報 特許第５２０６９６４号公報

前記したように、ＯＲＶに関する防食技術としては、犠牲防食金属を溶射やクラッドなどの方法によって付与するもの、またクラッドで犠牲陽極皮膜を形成した場合においては、犠牲陽極皮膜への海水の侵入を抑制するために溶射層を形成させて補修することなどが挙げられる。近年、ＯＲＶは、ますます高効率化が図られており、装置的に大型かつ長時間連続運転する傾向にある。このため、ＯＲＶには、ＯＲＶを構成する部材の大型化による落下海水の流速増大や連続長時間運転に耐えるようなより高い耐食性、耐久性、信頼性が求められている。

しかしながら、特許文献１のような溶射皮膜では、犠牲防食皮膜である溶射皮膜の主成分であるＡｌの作用で表面が不働態化しやすい。従って、溶射皮膜中に不可避的に存在する孔欠陥（気孔）を経由してＯＲＶの基材との界面の気孔に海水が侵入し、溶存酸素が不足して電位が低くなる界面欠陥部の活性面と、犠牲防食皮膜最表面の電位が高くなる不働態部との間で電池（酸素濃淡電池）が形成され、界面部で優先的に腐食してしまう。この腐食に伴い発生した腐食生成物（Ａｌ酸化物やＡｌ水酸化物など）が絶えず生成することで体積膨張が起こる。その結果、犠牲防食皮膜が押し上げられることで膨れや剥離に至ってしまい、かえって短寿命となるという問題がある。

また、特許文献２、３では、溶射による犠牲防食皮膜の付与に代わって、より長期間にわたってフィンチューブのアルミニウム合金母材（基材）の保護が可能な手法として、押出成形を利用したクラッド成形によって犠牲陽極皮膜（犠牲防食皮膜）を付与している。この方法によれば、溶射による犠牲防食皮膜の付与において皮膜の膨れや剥離の原因となる孔欠陥（気孔）を有さない犠牲防食皮膜を形成することができるため、耐久性を向上させることができるとされている。

しかしながら、単純にクラッド成形を採用するだけでは、例えば押出工程においてメタルフローの関係からフィンチューブのフィン同士を繋ぐ谷部に皮膜が残りにくい（皮膜厚さが薄くなってしまう）ため、部分によっては犠牲防食皮膜が形成されず、アルミニウム合金母材（基材）が露出してしまうという問題が発生する。この部分では、犠牲防食皮膜による保護効果が期待できないため、耐食性が低下してしまうという問題がある。

そして、特許文献2では、犠牲防食皮膜の厚さは圧延率を適宜選択することで、犠牲防食皮膜を１ｍｍ以上の厚膜としている。また、特許文献３では、フィン同士を繋ぐ谷部（谷中央部）での犠牲防食皮膜の最低厚さを２０μｍ程度としている。しかしながら、この程度の犠牲防食皮膜の厚さでは、厳しい腐食環境であるＯＲＶにおいては数年程度でアルミニウム合金母材（基材）が露出してしまうという問題がある。

さらに、特許文献４で開示されたクラッド層（犠牲防食皮膜）の補修方法を、例えば特許文献２、３に適用する場合には、以下のような問題がある。すなわち、特許文献２のフィンチューブは、フィン同士の間の谷部が非常に複雑なヒダ形状を有している。具体的には、谷部は、本体部の中心を中心とする円弧状となって中心から離れる方向に凸状となり、谷部の両端と中央部分とにおいて円弧形状の曲率の方向が逆転した略Ｓ字形状を有している。そして、特許文献３のフィンチューブは、フィン同士の間の谷部が、本体部の中心に向かって凸状となる形状を有している。このような形状を有するフィンチューブにおいて特許文献４で開示された補修方法を適用した場合には、補修部分でのブラスト処理による粗度調整や溶射による犠牲防食皮膜の形成を行うことが難しく、溶射により補修した犠牲防食皮膜が早期に剥離してしまい、アルミニウム合金母材（基材）を保護できないという問題がある。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、複雑な形状を有する伝熱管であっても、ＯＲＶの運転環境下で長期にわたって犠牲防食性が維持されると共に、腐食により犠牲防食皮膜の薄肉部が消失してしまった際に実施する溶射による補修性にも優れたオープンラック型気化器用伝熱管を提供することを課題とする。

本発明に係るオープンラック型気化器用伝熱管は、オープンラック型気化器の熱交換パネルを構成する伝熱管であって、前記伝熱管は、管状の本体部と本体部の外周面から外方に向かって突出した複数のフィンとを備えた基材と、押出成形によって前記基材の外周面にクラッドされた犠牲防食皮膜とを備え、前記伝熱管の管軸直交断面において、隣接する前記フィン同士を繋ぐ谷部が直線部分を有し、前記谷部の中央点から前記フィンの側辺を形成する直線部分の始点までの距離（Ａ）と、前記基材と前記犠牲防食皮膜との間で規定される犠牲防食距離との関係がＡ＜（犠牲防食距離）であり、前記谷部にクラッドされた前記犠牲防食皮膜の膜厚の最小厚（ａ）が１００μｍ以上であって、前記最小厚（ａ）と、前記フィンの先端部にクラッドされた前記犠牲防食皮膜の膜厚の最大厚（ｂ）との関係が、ｂ≦１０ａであり、かつ、前記最大厚（ｂ）が、前記フィンの中心線から前記中心線と直交する方向に測定した膜厚であることを特徴とする。
また、前記オープンラック型気化器用伝熱管は、前記基材がＪＩＳ３０００系、ＪＩＳ５０００系のいずれかのアルミニウム合金よりなり、前記犠牲防食皮膜がＪＩＳ７０００系の系アルミニウム合金からなることが好ましい。

このように、本発明のオープンラック型気化器用伝熱管は、押出成形によりクラッドされた犠牲防食皮膜を備えるため、犠牲防食皮膜中に気孔が形成されず、気孔に起因した皮膜の膨れや剥離を抑制できる。また、谷部にクラッドされた犠牲防食皮膜の膜厚の最小厚（ａ）が規定されているため、ＯＲＶ運転環境下においても皮膜が消失することを抑制でき、犠牲防食性が確保できる。

また、本発明のオープンラック型気化器用伝熱管は、距離（Ａ）と犠牲防食距離の関係が規定されているため、押出成形によって膜厚が薄くなりやすい谷部の犠牲防食皮膜が腐食により消失した場合でも、距離（Ａ）に相当する領域に残存する犠牲防食皮膜によって、基材が腐食から確実に保護される。そして、谷部にクラッドされた犠牲防食皮膜の最小厚（ａ）およびフィン先端部にクラッドされた犠牲防食皮膜の最大厚（ｂ）が所定範囲に制御できる。

また、本発明のオープンラック型気化器用伝熱管は、谷部の犠牲防食皮膜の最小厚（ａ）とフィン先端部の犠牲防食皮膜の最大厚（ｂ）との関係が規定されているため、犠牲防食皮膜が厚肉化しやすいフィン先端部においても、犠牲防食皮膜が厚肉化することがない。そのため、常温−極低温の温度差に起因した線膨張係数の違いによる犠牲防食皮膜の剥離を抑制できる。

さらに、本発明のオープンラック型気化器用伝熱管は、ＯＲＶ運転環境下において腐食によって犠牲防食皮膜が消失しやすい谷部に直線部分を有するため、犠牲防食皮膜が消失した場合でも、消失部の粗面化が容易であるため、溶射によって容易に犠牲防食皮膜を補修でき、また、補修した部分が早期に剥離することがない。

本発明に係るオープンラック型気化器用伝熱管の製造方法は、基材用ビレットとその外周面に接合された管状の犠牲防食皮膜用第１ビレットとからなる二重構造を有する側材ビレットと、犠牲防食皮膜用第２ビレットとなる板状の蓋材とからなる伝熱管用ビレットを準備する準備工程と、前記谷部が直線部分を有し、かつ、前記距離（Ａ）と犠牲防食距離との関係がＡ＜（犠牲防食距離）を満足する押出形状を有する押出金型を用いて、前記蓋材が押出方向の前方に配置されるようにして前記伝熱管用ビレットを押出速度１〜６ｍ／ｍｉｎで押出成形することによって、前記基材の外周面に前記犠牲防食皮膜がクラッドされた伝熱管を作製する押出工程と、を含むことを特徴とする。

このように、本発明のオープンラック型気化器用伝熱管の製造方法では、犠牲防食皮膜用第２ビレットとなる蓋材を備える伝熱管用ビレットを用いて、蓋材が押出方向の前方に配置するようにして、所定速度で押出成形するため、基材の谷部にクラッドされる犠牲防食皮膜の最小厚（ａ）が１００μｍ以上になると共に、基材のフィン先端部にクラッドされる犠牲防食皮膜の最大厚（ｂ）が最小厚（ａ）の１０倍以下（ｂ≦１０ａ）となる。

本発明のオープンラック型気化器用伝熱管の製造方法は、前記伝熱管用ビレットが、前記基材用ビレットの一方の端面と前記犠牲防食皮膜用第１ビレットの一方の端面とが同一面となるように接合された前記側材ビレットと、前記側材ビレットの一方の端面と接合する前記蓋材とからなることが好ましい。

また、本発明のオープンラック型気化器用伝熱管の製造方法は、前記伝熱管用ビレットが、前記基材用ビレットの一方の端面が前記犠牲防食皮膜用第１ビレットの一方の端面よりも押出方向で後方に配置するように接合された前記側材ビレットと、前記犠牲防食皮膜用第１ビレットの内周面に接合する前記蓋材とからなり、前記蓋材の一方の端面と前記犠牲防食皮膜用第１ビレットの一方の端面とが同一面となるように接合されることが好ましい。

このように、本発明のオープンラック型気化器用伝熱管の製造方法では、伝熱管用ビレットにおける蓋材の接合形態が、側材ビレットの一方の端面と接合する形態、または、犠牲防食皮膜用第１ビレットの内周面に接合して、一方の端面が犠牲防食皮膜用第１ビレットの一方の端面と同一面となる形態であるため、押出成形時のメタルフローが適正化される。その結果、谷部にクラッドされた犠牲防食皮膜の最小厚（ａ）、および、フィン先端部にクラッドされた犠牲防食皮膜の最大厚（ｂ）が所定範囲に制御しやすくなる。

本発明のオープンラック型気化器用伝熱管によれば、複雑な形状を有する伝熱管であっても、ＯＲＶの運転環境下で長期にわたって犠牲防食性が維持されると共に、腐食により犠牲防食皮膜の薄肉部が消失してしまった際に実施する溶射による補修性にも優れたものとなる。
また、本発明のオープンラック型気化器用伝熱管の製造方法によれば、複雑な形状を有する伝熱管であっても、犠牲防食性および補修性に優れた伝熱管を製造できる。

本発明に係るオープンラック型気化器用伝熱管の斜視図である。 図１に示された伝熱管の一部を拡大した断面図である。 本発明に係るオープンラック型気化器用伝熱管の製造方法で用いられる伝熱管用ビレットの管軸に平行な正面断面図である。 図３に示された伝熱管用ビレットの押出方向の前方側からみた側面図である。 本発明に係るオープンラック型気化器用伝熱管の製造方法で用いられる他の形態の伝熱管用ビレットの管軸に平行な正面断面図である。 図５に示された伝熱管用ビレットの押出方向の前方側からみた側面図である。 オープンラック型気化器の一例を概略的に説明する正面図である。 図７に示されたオープンラック型気化器の側面断面図である。

以下、本発明に係るオープンラック型気化器用伝熱管（以下、適宜伝熱管という）の実施形態について、図面を参照して説明する。

ここで、オープンラック型気化器とは、例えば、以下に示すような構成からなるものである。
図７、図８に示すように、オープンラック型気化器（以下、適宜ＯＲＶという）１０は、多数配列された伝熱管２と、これらの伝熱管２を上下端で並列に接合する上部ヘッダー管４および下部ヘッダー管３からなる熱交換パネル１と、熱交換パネル１の間の上部に配されて各伝熱管２の外表面に供給される海水を貯めるトラフ（堰）７と、熱交換パネル１のそれぞれの下部ヘッダー管３および上部ヘッダー管４を並列に接合する下部マニホールド5および上部マニホールド６と、を備える。ＬＮＧは、下部マニホールド５から下部ヘッダー管３を介して伝熱管２内に下端から導入される。一方、図示しない供給手段によりトラフ７に貯められた海水は、トラフ７の側縁部から溢流して各伝熱管２の外表面を濡らしながら垂下する。伝熱管２内に導入されたＬＮＧは、当該伝熱管２の外部を流通する海水により加熱されて（熱交換して）気化し、伝熱管２内を上昇する。この気化したＬＮＧは、伝熱管２の上端から上部ヘッダー管４を介して上部マニホールド６へ導出される。すなわち、ＯＲＶ１０は、熱交換器の一種であり、海水との熱交換によってＬＮＧを加熱して気化するものである。

図１に示すように、本発明の伝熱管２は、基材２０と、押出成形によって基材２０の外周面にクラッドされた犠牲防食皮膜２４とを備える。そして、基材２０は、管状の本体部２１と、本体部２１の外周面から外方、好ましくは本体部２１の半径方向の外方に向かって突出した複数のフィン２２を備える。また、基材２０には隣接するフィン２２同士の底部を繋ぐ谷部２３が形成され、フィン２２と谷部２３とは本体部２１（基材２０）の外周面全体に連続して形成されている。そして、フィン２２の底部と谷部２３との境界部においては、面取り等を行うことによって、フィン２２と谷部２３とが曲線で滑らかに繋がれていることが好ましい。

基材２０は、熱伝導性、強度および加工性の観点から、アルミニウム合金から構成されていることが好ましく、ＪＩＳ３０００系合金またはＪＩＳ５０００系合金がさらに好ましい。また、基材２０を構成する本体部２１の大きさは、ＯＲＶに通常使用される大きさであれば特に限定されない。

基材２０を構成するフィン２２の高さおよび数は、ＯＲＶに使用できるものであれば特に限定されない。また、フィン２２の形状は、谷部２３に繋がって直線的に立ち上がって側辺を形成する直線部分２２ａ（図２参照）を有する形状であれば特に限定されず、例えば、熱伝導性、強度および加工性の観点から直線部２２ａに繋がったフィン先端部が略三角形状、略矩形状等であることが好ましい。また、直線部分２２ａは、谷部２３から直線的に立ち上がる始点Ｐ２で始まり、略三角形状等のフィン先端部に繋がる終点Ｐ３で終わる部分である。さらに、隣接するフィン２２同士を繋ぐ谷部２３の幅についても、ＯＲＶに使用できるものであれば特に限定されない。

犠牲防食皮膜２４は、基材２０よりも優先的に腐食して基材２０を保護する犠牲防食性を奏するために、基材２０よりも電気化学的に腐食電位が卑な材料からなる。そして、犠牲防食皮膜２４は、基材２０をＪＩＳ３０００系、ＪＩＳ５０００系などのアルミニウム合金で構成した場合には、ＪＩＳ３０００系やＪＩＳ５０００系アルミニウム合金よりも腐食電位が卑であるＪＩＳ７０００系のアルミニウム合金で構成することが好ましい。

次に、伝熱管２の腐食メカニズムについて説明する。伝熱管２において、局所的な減肉（例えば孔食等）が生じず全面腐食（腐食により材料が均一に減肉する）で腐食が進展する場合には、まず基材２０の外表面に存在する犠牲防食皮膜２４が減肉していく。そして、押出成形によって犠牲防食皮膜２４をクラッドした伝熱管２においては、押出成形時のメタルフローの関係により、フィン２２とフィン２２を繋ぐ谷部２３にクラッドされた犠牲防食皮膜２４の厚さが薄くなってしまう傾向にある。そのため、伝熱管２の外表面においては、谷部２３の犠牲防食皮膜２４が腐食により消失してしまうと、基材２０と犠牲防食皮膜２４が海水中で接触した状態となり、犠牲防食皮膜２４により基材２０が保護されない状態となる。
したがって、本発明の伝熱管２においては、以下のような特徴を有することが、犠牲防食性の向上と、犠牲防食皮膜２４が消失した部分の補修性を向上させために必要である。

（基材の形状）
図２に示すように、基材２０は、伝熱管２の管軸直交断面において、隣接するフィン２２同士を繋ぐ谷部２３が直線部分２３ａを有する必要がある。この直線部分２３ａは、押出成形時に使用する金型の押出形状の設計時に設定する。

谷部２３が直線部分２３ａを有することにより、腐食に伴いクラッドされた犠牲防食皮膜２４が消失してしまった場合の補修性が向上する。谷部２３が直線部分２３ａを有することにより、犠牲防食皮膜２４の補修時に、アルミナ等を用いたブラスト処理によって基材２０を粗面化することが容易となる。その結果、基材２０の粗面のアンカー効果によって補修された犠牲防食皮膜２４の剥離強度が向上するため、溶射皮膜で犠牲防食皮膜２４の補修を行っても、ＯＲＶの様な厳しい腐食環境下であっても剥離することがなく、基材２０の保護に寄与できる。

ここで、犠牲防食皮膜２４の犠牲防食性は、犠牲防食皮膜２４の犠牲防食がおよぶ距離で定義される犠牲防食距離に依存する。そして、犠牲防食距離は、犠牲防食皮膜２４の腐食電位と基材２０の電位の関係から規定され、本発明においては両者の電位差が３０ｍＶとなる距離とした。そのため、構造的に犠牲防食皮膜２４が薄くなってしまう箇所である谷部２３の中央点Ｐ１からフィン２２の側辺を形成する直線部分２２ａの始点Ｐ２までの距離（Ａ）を前記の犠牲防食距離よりも短くする（Ａ＜（犠牲防食距離））。このＡ＜（犠牲防食距離）は、押出成形時に使用する金型の押出形状の設計時に設定する。

Ａ＜（犠牲防食距離）とすることで、フィン谷部２３の犠牲防食皮膜２４が消失した場合でも、距離（Ａ）に相当する領域に残存する犠牲防食皮膜２４により基材２０を確実に保護することができ、犠牲防食性が向上する。また、Ａ＜（犠牲防食距離）とすることで、押出成形時のメタルフローが適正化されるため、後記する谷部２３にクラッドされた犠牲防食皮膜２４の最小厚（ａ）、および、フィン２２の先端部にクラッドされた犠牲防食皮膜２４の最大厚（ｂ）を所定範囲に制御できる。

なお、犠牲防食距離は、神戸製鋼技報（Vol.50,No.2(2000),41-）、三井造船技報（No.206(2012),25-）等を参照して実験により別途調査しており、犠牲防食皮膜２４にＡ７０７２合金を、基材２０にＡ５０５２合金を用いた場合、海水中では約２２ｍｍであった。また、犠牲防食皮膜２４にＡ７０７２合金を、基材２０にＡ３００３合金を用いた場合、海水中では約３０ｍｍであった。なお、犠牲防食皮膜２４と基材２０が接触する場合、基材２０において犠牲防食皮膜端に近い部分ほど犠牲防食皮膜２４の電位に近くなるため、距離（Ａ）は、犠牲防食距離の５０％以下であることが好ましい。

（犠牲防食皮膜の膜厚）
図２に示すように、押出成形によりクラッドされた犠牲防食皮膜２４は、メタルフローの関係から谷部２３で膜厚が薄くなる傾向にある。したがって、谷部２３にクラッドされた犠牲防食皮膜２４の最小厚（ａ）を１００μｍ以上とする。好ましくは、１５０μｍ以上とする。このように、犠牲防食皮膜２４の最小厚（ａ）を規定することで、ＯＲＶ運転環境化で使用されても、犠牲防食皮膜２４が消失することがなく、犠牲防食性が向上する。この最小厚（ａ）は、前記距離（Ａ）と、後記する押出成形時に使用する伝熱管用ビレット３０の構成、具体的には蓋材３４（図３、図５参照）の有無とで制御する。

図２に示すように、押出成形によりクラッドされた犠牲防食皮膜２４は、メタルフローの関係からフィン２２の先端部で膜厚が厚くなる傾向にある。したがって、フィン２２の先端部にクラッドされた犠牲防食皮膜２４の最大厚（ｂ）を、谷部２３にクラッドされた犠牲防食皮膜２４の最小厚（ａ）との関係で定義し、ｂ≦１０ａとする。ただし、最大厚（ｂ）は、フィン２２の中心線から中心線と直交する方向に測定した膜厚とする。なお、ｂ≦１０ａは、前記距離（Ａ）と、後記する押出成形時に使用する伝熱管用ビレット３０の構成、具体的には蓋材３４（図３、図５参照）の有無および押出速度によって制御する。

ｂ≦１０ａ（ただしａ≧１００μｍ）とすることで、構造的に薄くなりやすい谷部２３の犠牲防食皮膜２４の膜厚を十分に確保した上で、さらに犠牲防食皮膜２４が厚肉化しやすいフィン２２の先端部における犠牲防食皮膜２４の膜厚を制御できる。ｂ＞１０ａであると、フィン２２の先端部において、常温−極低温の温度差に起因した基材２０と犠牲防食皮膜２４の線膨張係数の違いによる材料間の剥離が発生する。材料間の剥離が発生してしまうと、犠牲防食性だけでなく熱伝導性も低下する。なお、犠牲防食皮膜２４の最小厚（ａ）と最大厚（ｂ）との関係は、最小厚（ａ）と最大厚（ｂ）との差が小さいほど犠牲防食皮膜２４の剥離を抑制できる傾向にあるため、犠牲防食性を担保した上での関係として、ｂ≦９．５ａ（ただしａ≧１５０μｍ）が好ましい。

次に、本発明に係る伝熱管の製造方法について説明する。
本発明の製造方法は、準備工程と、押出工程とを含むものである。以下、各工程について説明する。なお、伝熱管の構成については、図１、図２を参照して説明する。

（準備工程）
準備工程は、所定の伝熱管用ビレットを準備する工程である。図３、図５に示すように、伝熱管用ビレット３０は、管状の基材用ビレット３１とその外周面に接合された管状の犠牲防食皮膜用第１ビレット３２とからなる二重構造を有する側材ビレット３３と、犠牲防食皮膜用第２ビレットとなる板状の蓋材３４とからなる。なお、伝熱管用ビレット３０を構成する側材ビレット３３（基材用ビレット３１および犠牲防食皮膜用第１ビレット３２）および蓋材３４のサイズは、作製する伝熱管２のサイズおよび押出条件等を考慮して適宜設定する。

そして、伝熱管用ビレット３０が蓋材３４を備えるため、次工程（押出工程）でのメタルフローが適正化され、犠牲防食皮膜２４となる皮膜材料が、側材ビレット３３の犠牲防食皮膜用第１ビレット３２と、犠牲防食皮膜用ビレットとなる蓋材３４から供給されるため、局部的に皮膜材料が不足すること、特に、基材２０の谷部２３に供給される皮膜材料が不足することが回避される。その結果、伝熱管２において、犠牲防食皮膜２４の最小厚（ａ）および最大厚（ｂ）が所定範囲に制御される。

また、伝熱管用ビレット３０における蓋材３４の接合形態は、押出成形時のメタルフローをさらに適正化して犠牲防食皮膜２４の最小厚（ａ）および最大厚（ｂ）を確保するために、以下のような形態であることが好ましい。

第１の形態は、図３、図４に示すように、蓋材（犠牲防食皮膜用第２ビレット）３４が側材ビレット３３の押出方向の前方側に接合した形態である。具体的には、伝熱管用ビレット３０が、基材用ビレット３１の一方の端面と犠牲防食皮膜用第１ビレット３２の一方の端面とが同一面となるように、基材用ビレット３１の外周面に犠牲防食皮膜用第１ビレット３２が接合された側材ビレット３３と、側材ビレット３３の一方の端面と接合した蓋材３４とからなる。また、基材用ビレット３１と犠牲防食皮膜用第１ビレット３２との接合は、焼きばめ等の手法で行うことが好ましい。

第２の形態は、図５、図６に示すように、蓋材（犠牲防食皮膜用第２ビレット）３４が犠牲防食皮膜用第１ビレット３２の押出方向の前方側の内周面側に接合した形態である。具体的には、伝熱管用ビレット３０が、基材用ビレット３１の一方の端面が犠牲防食皮膜用第１ビレット３２の一方の端面よりも押出方向で後方に配置されるように、基材用ビレット３１の外周面に犠牲防食皮膜用第１ビレット３２が接合された側材ビレット３３と、犠牲防食皮膜用第１ビレット３２の内周面に接合した蓋材３４とからなり、蓋材３４の一方の端面と犠牲防食皮膜用第１ビレット３２の一方の端面とが同一面となるように接合される。また、基材用ビレット３１と犠牲防食皮膜用第１ビレット３２との接合、および、犠牲防食皮膜用第１ビレット３２と蓋材３４との接合は、焼きばめ等の手法で行うことが好ましい。

（押出工程）
押出工程は、所定の押出金型を用いて、伝熱管用ビレット３０の蓋材３４が押出方向の前方に配置されるようにして、所定の押出速度で伝熱管用ビレット３０を押出成形することによって、基材２０の外周面に犠牲防食皮膜２４がクラッドされた伝熱管２を作製する工程である。このように、蓋材３４が押出方向の前方に配置されるようにして押出成形することによって、基材２０の谷部２３への皮膜材料の供給が補充され、局部的な皮膜材料の不足が回避され、犠牲防食皮膜２４の最小厚（ａ）および最大厚（ｂ）が所定範囲に制御される。なお、蓋材３４が押出方向の後方に配置されるようにして押出成形してもよいが、谷部２３への皮膜材料の補充量は前方配置よりも少ないものとなる。

押出金型については、従来公知の金型を使用できるが、押出形状は谷部２３が直線部分を有し、かつ、距離（Ａ）と犠牲防食距離との関係がＡ＜（犠牲防食距離）を満足するものを使用する。また、押出速度については、１〜６ｍ／ｍｉｎで押出成形する。これにより、局部的な皮膜材料の不足が回避され、犠牲防食皮膜２４の最小厚（ａ）および最大厚（ｂ）が所定範囲に制御される。

押出速度が６ｍ／ｍｉｎを超えると、谷部２３への皮膜材料の補充がなされなくなるため、基材２０と犠牲防食皮膜２４とが剥離してしまうことも発生する。また、押出速度が１ｍ／ｍｉｎ未満であると、生産性が低下する。そして、押出速度については、犠牲防食皮膜２４の剥離を抑制する観点から５．５ｍ／ｍｉｎ以下が好ましく、生産性の低下を抑制する観点から２ｍ／ｍｉｎ以上が好ましい。また、他の押出条件については、従来公知の条件を使用できる。

次に、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。

[試験材の作製]
外径２５０ｍｍのＡ５０５２合金またはＡ３００３合金製の基材用ビレットと、外径２８０ｍｍ、ビレット厚１５ｍｍのＡ７０７２合金製の犠牲防食皮膜用第１ビレットと、外径２８０ｍｍ、ビレット厚３０ｍｍのＡ７０７２合金製の蓋材（犠牲防食皮膜用第２ビレット）とを用いて、焼きばめ等の手法で、図３または図５に示すような構造の伝熱管用ビレットを作製した。これらの伝熱管用ビレットを表１に示す押出速度で押出成形して、図１に示すような伝熱管（試験材Ｎｏ．１〜１６）を作製した。また、試験材Ｎｏ．２の伝熱管においては基材の谷部を曲線とし、それ以外の試験材においては基材の谷部に直線部分を設けた。

作製された伝熱管において、基材における距離（Ａ）、犠牲防食皮膜の最小厚（ａ）および最大厚（ｂ）の測定結果は表１に示すとおりであった。また、表１における犠牲防食距離は別途調査したもので、基材がＡ５０５２合金の場合に２２ｍｍ、基材がＡ３００３合金の場合には３０ｍｍであった。さらに、表１において、ｂは、ｂ≦１０ａを満足するとき「○」、ｂ≦１０ａを満足しないときに「×」とした。なお、表１において、本発明の要件を満足しないものについては下線を付し、蓋材が有るものを「○」、蓋材が無いものを「−」とした。

表１に示すように、試験材Ｎｏ．１〜３、５、６、９、１１〜１３については、ビレットの構造、基材における距離（Ａ）、押出速度がいずれも所望の条件を満たしているため、犠牲防食皮膜の最小厚（ａ）および最大厚（ｂ）が本発明の要件を満たしていた。なお、試験材Ｎｏ．２についても、基材の谷部が曲線形状である以外は所望の条件を満たしているため、犠牲防食皮膜の最小厚（ａ）およびと最大厚（ｂ）が本発明の要件を満たしていた。

それに対し、試験材Ｎｏ．４および１４は、ビレットの構造が不適切（蓋材が無い）ため、皮膜材料のメタルフローが不適当になり、犠牲防食皮膜の最小厚（ａ）および最大厚（ｂ）が本発明の要件を満たさなかった。試験材Ｎｏ．７および１０は、基材における距離（Ａ）が不適切であったため、皮膜材料のメタルフローが不適当になり、犠牲防食皮膜の最小厚（ａ）および最大厚（ｂ）が本発明の要件を満たさなかった。試験材Ｎｏ．８、１５および１６は、押出速度が早すぎて不適切であったため、皮膜材料のメタルフローが不適当になり、犠牲防食皮膜の最小厚（ａ）および最大厚（ｂ）が本発明の要件を満たさなかった。

作製した試験材Ｎｏ．１〜４、７、１１、１２、１５に対して、以下の手順で犠牲防食性および溶射による補修性の評価を行い、その結果を表２に示す。

[犠牲防食性]
室温の人工海水（株式会社ヤシマ製金属腐食試験用アクアマリン）中に試験材を浸漬し、犠牲防食皮膜（Ａ７０７２合金）の自然電位に対して１２０ｍＶ（ｖｓ．ＳＣＥ：飽和カロメル電極基準電位）貴な電位を試験材に印加する耐食性試験を実施した。試験材の谷部に基材が露出するまでの時間が半年を超えるものを犠牲防食性が良好「○」、半年以下のものを犠牲防食性が不良「×」と評価した。

[溶射による補修性]
溶射による補修性については、前記耐食性試験で試験材の谷部に基材を露出させた後、基材表面をショットブラストにより粗面化し、その上にフレーム溶射法（熱源：プロパン−酸素）にてＡｌ−２質量％Ｚｎ合金の溶射皮膜を形成した。補修性の評価は、溶射後の試験材を切断し、谷部の表面粗度（最大谷深さ：Ｒｖ）を画像解析により求めた。なお、事前の検討結果からＲｖが３０μｍを超える場合は、溶射による犠牲防食皮膜の耐膨れ剥離性に優れることが判明しているため、溶射補修性が良好「○」と評価した。Ｒｖが３０μｍ以下の場合は、溶射による犠牲防食皮膜の耐膨れ剥離性が劣るため、溶射補修性が不良「×」と評価した。

表２に示すように、試験材Ｎｏ．１、３、１１、１２については本発明の要件を満たしているため、犠牲防食性および溶射補修性に優れていた。

それに対し、試験材Ｎｏ．２は、谷部に直線部分を有さない形状のため、犠牲防食性には優れるが、溶射補修性が劣っていた。試験材Ｎｏ．４、１５については犠牲防食皮膜の最小厚（ａ）および最大厚（ｂ）が本発明の要件を満たしていないため、犠牲防食性が劣っていた。また、試験材Ｎｏ．７は、基材の距離（Ａ）、犠牲防食皮膜の最小厚（ａ）および最大厚（ｂ）が本発明の要件を満たしていないため、犠牲防食性が劣っていた。

２ 伝熱管
２０ 基材
２１ 本体部
２２ フィン
２２ａ 直線部分
２３ 谷部
２３ａ 直線部分
２４ 犠牲防食皮膜
３０ 伝熱管用ビレット
３１ 基材用ビレット
３２ 犠牲防食皮膜用第１ビレット
３３ 側材ビレット
３４ 蓋材
Ａ 距離
ａ 最小厚
ｂ 最大厚

Claims (5)

1. オープンラック型気化器の熱交換パネルを構成する伝熱管であって、
   前記伝熱管は、管状の本体部と前記本体部の外周面から外方に向かって突出した複数のフィンとを備えた基材と、押出成形によって前記基材の外周面にクラッドされた犠牲防食皮膜とを備え、
   前記伝熱管の管軸直交断面において、隣接する前記フィン同士を繋ぐ谷部が直線部分を有し、
   前記谷部の中央点から前記フィンの側辺を形成する直線部分の始点までの距離（Ａ）と、前記基材と前記犠牲防食皮膜との間で規定される犠牲防食距離との関係がＡ＜（犠牲防食距離）であり、
   前記谷部にクラッドされた前記犠牲防食皮膜の膜厚の最小厚（ａ）が１００μｍ以上であって、
   前記最小厚（ａ）と、前記フィンの先端部にクラッドされた前記犠牲防食皮膜の膜厚の最大厚（ｂ）との関係が、ｂ≦１０ａであり、かつ、前記最大厚（ｂ）が、前記フィンの中心線から前記中心線と直交する方向に測定した膜厚であることを特徴とするオープンラック型気化器用伝熱管。
2. 前記基材がＪＩＳ３０００系、ＪＩＳ５０００系のいずれかのアルミニウム合金よりなり、前記犠牲防食皮膜がＪＩＳ７０００系の系アルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１に記載のオープンラック型気化器用伝熱管。
3. 請求項１または２に記載のオープンラック型気化器用伝熱管の製造方法であって、
   基材用ビレットとその外周面に接合された管状の犠牲防食皮膜用第１ビレットとからなる二重構造を有する側材ビレットと、犠牲防食皮膜用第２ビレットとなる板状の蓋材とからなる伝熱管用ビレットを準備する準備工程と、
   前記谷部が直線部分を有し、かつ、前記距離（Ａ）と犠牲防食距離との関係がＡ＜（犠牲防食距離）を満足する押出形状を有する押出金型を用いて、前記蓋材が押出方向の前方に配置されるようにして前記伝熱管用ビレットを押出速度１〜６ｍ／ｍｉｎで押出成形することによって、前記基材の外周面に前記犠牲防食皮膜がクラッドされた伝熱管を作製する押出工程と、を含むことを特徴とするオープンラック型気化器用伝熱管の製造方法。
4. 前記伝熱管用ビレットは、
   前記基材用ビレットの一方の端面と前記犠牲防食皮膜用第１ビレットの一方の端面とが同一面となるように接合された前記側材ビレットと、
   前記側材ビレットの一方の端面と接合する前記蓋材とからなることを特徴とする請求項３に記載のオープンラック型気化器用伝熱管の製造方法。
5. 前記伝熱管用ビレットは、
   前記基材用ビレットの一方の端面が前記犠牲防食皮膜用第１ビレットの一方の端面よりも押出方向で後方に配置するように接合された前記側材ビレットと、
   前記犠牲防食皮膜用第１ビレットの内周面に接合する前記蓋材とからなり、
   前記蓋材の一方の端面と前記犠牲防食皮膜用第１ビレットの一方の端面とが同一面となるように接合されることを特徴とする請求項３に記載のオープンラック型気化器用伝熱管の製造方法。

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