JP6793467B2 - アルミニウム合金製部材及びlng気化器 - Google Patents
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Description
[LNG気化器]
まず、本発明の実施形態1に係るLNG気化器1の構成について、図1及び図2を参照して説明する。図1は、LNG気化器1の側方から見た構成を模式的に示している。図2は、図1中の線分II−IIに沿ったLNG気化器1の断面構造を模式的に示している。
図3は、伝熱管13の径方向に沿った断面構造を示している。伝熱管13は、LNGが流れる流路7が内部に形成されたものであり、アルミニウム合金からなる基材21と、基材21の外表面に形成された被膜22と、を備える。
図6は、下部ヘッダー管14の径方向に沿った断面構造を示している。図7は、トラフ12の断面構造を示している。図6に示すように、下部ヘッダー管14は、LNGが流れる流路33が形成された中空円筒状の基材31と、溶射などの手法によって基材31の外面全体に形成された被膜32と、を有する。また図7に示すように、トラフ12は、基材41と、溶射などの手法によって基材41の表面全体に形成された被膜42と、を有する。基材41は、開口部43が形成された容器によって構成されている。
以上のように、実施形態1に係るアルミニウム合金製部材(伝熱管13、下部ヘッダー管14及びトラフ12)は、アルミニウム合金からなる基材21,31,41の表面において被膜22,32,42が形成されたものである。そして、当該被膜22,32,42は、1質量%以上20質量%以下のMgを含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなる外層26,35,45と、1質量%以上20質量%以下のZnを含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなる内層25,34,44と、を含む2層構造からなる。この特徴により、低温と常温の温度変化を受け、海水のような腐食性媒体に曝される環境下で使用された場合にも、外層26,35,45によって優れた犠牲防食性を発揮することができ、基材21,31,41の腐食劣化が進行しにくくなることから、部材を長寿命化し、定期補修の回数を削減することができる。このため、LNG気化器1の安全性向上や維持管理コストの削減を図ることができる。また内層25,34,44によって被膜22,32,42の孔食が基材21,31,41に到達するのを防ぐことにより(図5)、界面21Aにおける腐食の進行を抑制し、被膜22,32,42の膨れを防ぐことができる。その結果、被膜22,32,42が基材21,31,41の表面から剥がれるのを抑制することができる。
次に、上記実施形態1の変形例について説明する。
次に、本発明の実施形態2に係るLNG気化器2について、図8を参照して説明する。LNG気化器2は、加熱源である海水の温度とLNGの温度との間に沸点及び凝縮点を有する中間媒体61を介して熱交換を行う中間媒体気化器(IFV)である。LNG気化器2は、中間媒体蒸発部51と、気化部52と、NG加温部53と、を有する。
次に、本発明のその他実施形態について説明する。上記実施形態1,2では、本発明のアルミニウム合金製部材がLNG気化器1,2における伝熱管13,71,81、下部ヘッダー管14及びトラフ12として用いられる場合について説明したが、これに限定されない。例えば、本発明のアルミニウム合金製部材は、液化石油ガス(LPG)の気化器における伝熱部材として用いることもでき、またプレート熱交換器における伝熱パネルやフィンアンドチューブ型熱交換器におけるプレートフィンなどの板状の伝熱部材としても用いることができる。
アルミニウム合金製部材における被膜の耐膨れ性及び犠牲防食性について、本発明の効果を確認するための評価を行った。まず、図10及び図11に示す2種類の供試材100,101を作製した。図10は、被膜の耐膨れ性評価用の供試材であって、アルミニウム合金製部材の健全部を想定したものであり、実用時の初期劣化を評価するために用いた。図11は、犠牲防食性評価用の供試材であって、アルミニウム合金製部材の劣化がある程度進み、基材が露出した状態を想定したものである。
低温と常温による温度変化及び海水の腐食作用に対するアルミニウム合金製部材の防食性を評価する試験として、以下の熱サイクル腐食試験を行った。供試材100,101の溶射被膜が形成された面に対して、液温35℃に調整された人工海水の噴霧を行い、供試材100,101の基材部分のみを液体窒素に浸漬して冷却する工程を1日1回合計6カ月行った。人工海水としては、株式会社ヤシマ製金属腐食試験用アクアマリンにCu2+イオン濃度が1ppmとなるように塩化銅(II)を添加したものを用いた。腐食試験終了後、耐膨れ性評価用の供試材100の外観写真を撮影し、その画像解析により被膜の膨らんだ部分の面積を測定した。
◎:No.1に対する膨れ面積の比率が50%未満
○:No.1に対する膨れ面積の比率が50%以上75%未満
△:No.1に対する膨れ面積の比率が75%以上100%未満
×:No.1に対する膨れ面積の比率が100%以上
[基材露出部における腐食深さの評価基準]
◎:基材露出部の局部腐食なし
○:基材露出部の局部腐食の最大値が10μm未満
△:基材露出部の局部腐食の最大値が10μm以上30μm未満
×:基材露出部の局部腐食の最大値が30μm以上
[腐食消耗量の評価基準]
◎:No.1に対する腐食消耗量の比率が50%未満
○:No.1に対する腐食消耗量の比率が50%以上75%未満
△:No.1に対する腐食消耗量の比率が75%以上100%未満
×:No.1に対する腐食消耗量の比率が100%以上
上記熱サイクル腐食試験の結果は、表1の通りである。表1に示す通り、外層のMg含有量が1〜20質量%であり且つ内層のZn含有量が1〜20質量%であるNo.2〜5では、Al−Mgの内層のみ形成したNo.1に比べて、膨れ面積が小さくなり、基材露出部における腐食深さが小さくなり、腐食消耗量も低減された。また、外層にZnを適量含有させ又は内層にMgを適量含有させたNo.6〜12では、膨れ面積の抑制効果、基材露出部における腐食深さの抑制効果及び腐食消耗量の低減効果がさらに向上した。さらに、外層及び内層のいずれかにSi、Fe、Cu、Mn、Cr及びTiのうち1種又は2種の元素を適量含有させたNo.13〜22では、膨れ面積の抑制効果及び腐食消耗量の低減効果がさらに高くなった。
13,71,81 伝熱管(アルミニウム合金製部材)
14 下部ヘッダー管(アルミニウム合金製部材)
21,31,41,91 基材
22,32,42,92 被膜
25,34,44,93 内層
26,35,45,94 外層
Claims (7)
- アルミニウム合金からなる基材と、
前記基材の表面に形成された被膜と、を備え、
前記被膜は、4質量%以上20質量%以下のマグネシウムを含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金、又は、4質量%以上20質量%以下のマグネシウムと、0.01質量%以上1.0質量%以下の珪素、0.01質量%以上1.0質量%以下の鉄、0.01質量%以上1.0質量%以下の銅、0.01質量%以上1.0質量%以下のマンガン、0.01質量%以上1.0質量%以下のクロム、0.01質量%以上1.0質量%以下のチタン及び1.5質量%以下で且つ内層に含まれる亜鉛よりも少ない亜鉛からなる群より選択される少なくとも一種の元素と、を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金からなる外層と、
前記基材と前記外層との間に形成され、1質量%以上20質量%以下の亜鉛を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金、又は、1質量%以上20質量%以下の亜鉛と、0.01質量%以上1.0質量%以下の珪素、0.01質量%以上1.0質量%以下の鉄、0.01質量%以上1.0質量%以下の銅、0.01質量%以上1.0質量%以下のマンガン、0.01質量%以上1.0質量%以下のクロム、0.01質量%以上1.0質量%以下のチタン及び1.2質量%以下で且つ前記外層に含まれるマグネシウムよりも少ないマグネシウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素と、を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金からなる前記内層と、を含むことを特徴とする、アルミニウム合金製部材。 - 前記外層は、マグネシウムよりも少量の亜鉛を含有し、
前記内層は、亜鉛よりも少量のマグネシウムを含有することを特徴とする、請求項1に記載のアルミニウム合金製部材。 - 前記外層及び前記内層のうち少なくともいずれか一方の層は、0.01質量%以上1.0質量%以下の珪素、0.01質量%以上1.0質量%以下の鉄、0.01質量%以上1.0質量%以下の銅、0.01質量%以上1.0質量%以下のマンガン、0.01質量%以上1.0質量%以下のクロム及び0.01質量%以上1.0質量%以下のチタンからなる群より選択される少なくとも一種の元素を含有することを特徴とする、請求項1又は2に記載のアルミニウム合金製部材。
- 前記基材は、3000系、5000系及び6000系のうち何れかのアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のアルミニウム合金製部材。
- 0℃以下の低温環境で使用されることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のアルミニウム合金製部材。
- LNG気化器の伝熱管又はヘッダー管として構成されていることを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載のアルミニウム合金製部材。
- 請求項1〜6の何れか1項に記載のアルミニウム合金製部材を備えることを特徴とする、LNG気化器。
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