(57)【要約】【課題】伝熱管における着氷を防止することにより溶射皮膜を長寿命化することが可能な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は、低温液化ガスが導入される伝熱管（１３）と、伝熱管（１３）の外面（１３Ａ）を覆うように形成された溶射皮膜（２０）と、溶射皮膜（２０）に形成された孔（２１）を塞ぐように溶射皮膜（２０）に浸透すると共に、不凍タンパク質（３１）を含む封孔層（３０）と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温液化ガスと海水とを熱交換させることによって、前記低温液化ガスを気化させるオープンラック式気化器であって、
前記低温液化ガスが導入される伝熱管と、
前記伝熱管の外面を覆うように形成された溶射皮膜と、
前記溶射皮膜に形成された孔を塞ぐように前記溶射皮膜に浸透すると共に、不凍タンパク質を含む封孔層と、を備えることを特徴とする、オープンラック式気化器。
【請求項２】
前記伝熱管は、
前記低温液化ガスが導入される領域が形成された管本体と、
前記管本体の表面から外側に向かい突出し、前記管本体の周方向に互いに間隔を空けて設けられた複数のフィンと、を含み、
前記伝熱管の外面は、前記管本体の表面と、前記フィンの表面と、を有し、
前記管本体の表面において前記周方向に隣接する前記フィンの間に位置する部位であるフィン谷部では、前記不凍タンパク質を含む前記封孔層により前記溶射皮膜の前記孔が塞がれていることを特徴とする、請求項１に記載のオープンラック式気化器。
【請求項３】
前記フィンの表面では、前記不凍タンパク質を含む前記封孔層により前記溶射皮膜の前記孔が塞がれていることを特徴とする、請求項２に記載のオープンラック式気化器。
【請求項４】
前記フィンの表面では、前記フィン谷部よりも前記封孔層に含まれる前記不凍タンパク質の濃度が低いことを特徴とする、請求項３に記載のオープンラック式気化器。
【請求項５】
前記伝熱管は、前記低温液化ガスが流入する下端と、気化した前記低温液化ガスが流出する上端と、を含み、
前記伝熱管の長さ方向において、少なくとも、前記下端から前記長さ方向全体の１／６までの範囲の前記外面では、前記不凍タンパク質を含む前記封孔層により前記溶射皮膜の前記孔が塞がれていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のオープンラック式気化器。
【請求項６】
前記伝熱管の長さ方向において、少なくとも、前記下端から前記長さ方向全体の１／２までの範囲の前記外面では、前記不凍タンパク質を含む前記封孔層により前記溶射皮膜の前記孔が塞がれていることを特徴とする、請求項５に記載のオープンラック式気化器。
【請求項７】
前記不凍タンパク質は、前記封孔層の表面から露出していることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載のオープンラック式気化器。
【請求項８】
前記封孔層は、前記不凍タンパク質を含む複数の層が積層された構造を有することを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載のオープンラック式気化器。
【請求項９】
前記複数の層のうち最表層の厚さは、前記不凍タンパク質の大きさよりも小さいことを特徴とする、請求項８に記載のオープンラック式気化器。
【請求項１０】
前記伝熱管の前記外面には、前記溶射皮膜を構成する溶射粒子の大きさ以上の幅を有する溝が形成されていることを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載のオープンラック式気化器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オープンラック式気化器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されるように、液化天然ガス（ＬＮＧ；Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）などの低温液化ガスを気化する装置として、オープンラック式気化器（ＯＲＶ；Ｏｐｅｎ  Ｒａｃｋ  Ｖａｐｏｒｉｚｅｒ）が知られている。このＯＲＶは、ＬＮＧが流れる内部流路を有する伝熱管と、この伝熱管の外面に熱源流体である海水を供給するトラフと、を備えている。ＯＲＶにおいては、伝熱管の内面側においてＬＮＧを下側から上側に向かって流すと共に、海水を伝熱管の外面に沿って流下させることにより、海水の熱によってＬＮＧが気化される。
【０００３】
ＬＮＧとの熱交換に用いられる海水は、腐食性の媒体であると共に、様々な固体状の不純物を含んでいる。このため、ＯＲＶにおける伝熱管の外面では、海水中の不純物との接触による摩耗（エロージョン）や、海水による腐食（コロージョン）の問題が起こり得る。
【０００４】
特許文献１に開示されるＯＲＶでは、上記した伝熱管のエロージョンやコロージョンの問題に対する対策として、伝熱管の外面に溶射皮膜からなる犠牲防食層が形成されている。また特許文献２には、アルミニウム基板と、その上に形成された親水性皮膜と、を有する熱交換器用フィン材において、当該親水性皮膜中に不凍タンパク質を含ませることについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１４８２５３号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３７１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されるＯＲＶでは、極低温（約−１６０℃）のＬＮＧを海水の熱により気化させるため、ＬＮＧによって冷却された海水が凍結し、溶射皮膜の表面において着氷が生じる場合がある。特に、海水の温度が低い冬場においてはこれが顕著である。この場合、熱応力による負荷が伝熱管に加わることによって伝熱管の曲がりなどが生じ、その結果、溶射皮膜の剥離や割れなどが起こり得る。
【０００７】
一方、特許文献２には、凍結防止剤として機能する不凍タンパク質を皮膜中に含ませる技術について記載されている。しかしながら、特許文献１のＯＲＶに対して特許文献２の技術を適用しようとしたとしても、特許文献１における溶射皮膜はアルミニウム合金などの金属材料からなるため、金属製の溶射皮膜に対して不凍タンパク質を固定するのは困難である。したがって、従来では、ＯＲＶの伝熱管における着氷を防止するのは困難であり、着氷に起因する剥離や割れによって溶射皮膜の寿命が短くなるという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝熱管における着氷を防止することにより溶射皮膜を長寿命化することが可能なオープンラック式気化器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一局面に係るオープンラック式気化器は、低温液化ガスと海水とを熱交換させることによって、前記低温液化ガスを気化させるものである。このオープンラック式気化器は、前記低温液化ガスが導入される伝熱管と、前記伝熱管の外面を覆うように形成された溶射皮膜と、前記溶射皮膜に形成された孔を塞ぐように前記溶射皮膜に浸透すると共に、不凍タンパク質を含む封孔層と、を備える。
【００１０】
このオープンラック式気化器では、封孔層に含まれる不凍タンパク質の効果によって、低温液化ガスとの熱交換により冷却された海水が、封孔層の表面において凍結するのを防ぐことができる。このため、封孔層の表面における着氷を防止することが可能となり、その結果、溶射皮膜の剥離や割れを防止することができる。しかも、この封孔層は、溶射皮膜に形成された孔を塞ぐように溶射皮膜に浸透しているため、当該溶射皮膜に対して強固に固定されている。したがって、この封孔層に不凍タンパク質を含ませることによって、不凍タンパク質を伝熱管の外面側において強固に固定することができる。その結果、着氷防止効果を長期間に亘って発揮することが可能となり、溶射皮膜を長寿命化することができる。
【００１１】
上記オープンラック式気化器において、前記伝熱管は、前記低温液化ガスが導入される領域が形成された管本体と、前記管本体の表面から外側に向かい突出し、前記管本体の周方向に互いに間隔を空けて設けられた複数のフィンと、を含んでいてもよい。前記伝熱管の外面は、前記管本体の表面と、前記フィンの表面と、を有していてもよい。前記管本体の表面において前記周方向に隣接する前記フィンの間に位置する部位であるフィン谷部では、前記不凍タンパク質を含む前記封孔層により前記溶射皮膜の前記孔が塞がれていてもよい。
【００１２】
伝熱管の外面全体の中でも、フィン谷部は、海水の流量が最も少なくなる部位である。よって、フィン谷部は、伝熱管の外面全体の中でも最も低温になる部位であり、着氷の起点となる。そこで、フィン谷部において不凍タンパク質を含む封孔層により溶射皮膜の孔を塞ぐことにより、伝熱管における着氷防止効果を高めることができる。
【００１３】
上記オープンラック式気化器において、前記フィンの表面では、前記不凍タンパク質を含む前記封孔層により前記溶射皮膜の前記孔が塞がれていてもよい。
【００１４】
フィン表面は、フィン谷部に次いで海水の流量が少なく、温度が低くなる部位である。したがって、フィン谷部における不凍タンパク質の固定だけでは着氷防止効果が十分でない場合に、フィン表面においても封孔層に不凍タンパク質を含ませることにより、伝熱管における着氷防止効果をより高めることができる。
【００１５】
上記オープンラック式気化器において、前記フィンの表面では、前記フィン谷部よりも前記封孔層に含まれる前記不凍タンパク質の濃度が低くてもよい。
【００１６】
フィン表面は、フィン谷部に比べて温度が高くなるため、凍結防止のために必要な不凍タンパク質の量も少ない。また封孔層内の不凍タンパク質の濃度を高くすると、着氷防止効果が上がる反面、溶射皮膜に対する固着力が低下する。このため、フィン表面における不凍タンパク質の濃度をフィン谷部よりも低くすることにより、着氷防止効果と溶射皮膜に対する固着力を両立させることができる。
【００１７】
上記オープンラック式気化器において、前記伝熱管は、前記低温液化ガスが流入する下端と、気化した前記低温液化ガスが流出する上端と、を含んでいてもよい。前記伝熱管の長さ方向において、少なくとも、前記下端から前記長さ方向全体の１／６までの範囲の前記外面では、前記不凍タンパク質を含む前記封孔層により前記溶射皮膜の前記孔が塞がれていてもよい。
【００１８】
本発明者らの知見によると、伝熱管の下端から長さ方向全体の１／６までの範囲では、低温液化ガスと海水との温度差が大きく、海水から低温液化ガスへの熱流束が大きくなるため、特に着氷が起こり易い。したがって、この範囲が着氷の起点となることにより、伝熱管の上端に向かって着氷が成長してしまう。これに対し、当該範囲の外面において不凍タンパク質を含む封孔層により溶射皮膜の孔を塞ぐことにより、伝熱管の長さ方向における着氷の成長を抑制することができる。
【００１９】
上記オープンラック式気化器において、前記伝熱管の長さ方向において、少なくとも、前記下端から前記長さ方向全体の１／２までの範囲の前記外面では、前記不凍タンパク質を含む前記封孔層により前記溶射皮膜の前記孔が塞がれていてもよい。
【００２０】
この構成によれば、伝熱管の下端から長さ方向全体の１／６までの範囲における不凍タンパク質の固定だけでは着氷防止効果が十分でない場合に、伝熱管の下端から長さ方向全体の１／２までの範囲において不凍タンパク質を固定することにより、伝熱管の長さ方向における着氷の成長を確実に抑制することができる。
【００２１】
上記オープンラック式気化器において、前記不凍タンパク質は、前記封孔層の表面から露出していてもよい。
【００２２】
この構成によれば、海水を不凍タンパク質に接触させることができるため、不凍タンパク質による凍結防止効果を確実に発揮させることができる。
【００２３】
上記オープンラック式気化器において、前記封孔層は、前記不凍タンパク質を含む複数の層が積層された構造を有していてもよい。
【００２４】
この構成によれば、封孔層の厚さ方向全体に亘って不凍タンパク質を均一に存在させることができる。したがって、海水によって封孔層の表面が削られても、不凍タンパク質を常に露出させることができるため、不凍タンパク質による凍結防止効果を長期間に亘って発揮させることができる。
【００２５】
上記オープンラック式気化器において、前記複数の層のうち最表層の厚さは、前記不凍タンパク質の大きさよりも小さくてもよい。
【００２６】
この構成によれば、封孔処理の直後の状態において不凍タンパク質を封孔層の表面から露出させることができる。したがって、不凍タンパク質による凍結防止効果を直ぐに発揮させることが可能になる。
【００２７】
上記オープンラック式気化器において、前記伝熱管の前記外面には、前記溶射皮膜を構成する溶射粒子の大きさ以上の幅を有する溝が形成されていてもよい。
【００２８】
この構成によれば、溶射皮膜を構成する溶射粒子を伝熱管の外面に形成された溝内に入り込ませることができるため、伝熱管の外面に対する溶射皮膜の固着力をより高めることができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、伝熱管における着氷を防止することにより溶射皮膜を長寿命化することが可能なオープンラック式気化器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態１に係るオープンラック式気化器の側方から見た構成を示す模式図である。
【図２】図１中の線分ＩＩ−ＩＩに沿った上記オープンラック式気化器の断面を示す模式図である。
【図３】上記オープンラック式気化器における伝熱管の外面を含む断面を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態２に係るオープンラック式気化器における伝熱管の径方向の断面を示す模式図である。
【図５】伝熱管の外面における着氷の成長過程を説明するための模式図である。
【図６】伝熱管の外面における着氷の成長過程を説明するための模式図である。
【図７】伝熱管の外面における着氷の成長過程を説明するための模式図である。
【図８】本発明の実施形態３に係るオープンラック式気化器における伝熱管の径方向の断面を示す模式図である。
【図９】伝熱管のフィン近傍における温度分布を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態４に係るオープンラック式気化器における伝熱管の径方向の断面を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施形態５に係るオープンラック式気化器における伝熱管の長さ方向に沿った断面を示す模式図である。
【図１２】伝熱管の長さ方向における着氷の成長過程を説明するための模式図である。
【図１３】伝熱管の長さ方向における着氷の成長過程を説明するための模式図である。
【図１４】伝熱管の長さ方向における着氷の成長過程を説明するための模式図である。
【図１５】本発明の実施形態５の変形例１における伝熱管の長さ方向に沿った断面を示す模式図である。
【図１６】本発明の実施形態５の変形例２における伝熱管の長さ方向に沿った断面を示す模式図である。
【図１７】本発明の実施形態６における多層構造を有する封孔層を示す模式図である。
【図１８】多層構造を有する封孔層を形成する手順を説明するための模式図である。
【図１９】多層構造を有する封孔層を形成する手順を説明するための模式図である。
【図２０】多層構造を有する封孔層を形成する手順を説明するための模式図である。
【図２１】本発明の実施形態７における伝熱管の外面に形成された溝を示す模式図である。
【図２２】本発明の実施形態７の変形例１における伝熱管の外面に形成された溝を示す模式図である。
【図２３】本発明の実施形態７の変形例２における伝熱管の外面に形成された溝を示す模式図である。
【図２４】本発明の実施形態７の変形例３における伝熱管の外面に形成された溝を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るオープンラック式気化器について詳細に説明する。
【００３２】
（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係るオープンラック式気化器１（以下、「ＯＲＶ１」とも称する）の全体構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、ＯＲＶ１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ＯＲＶ１の断面を模式的に示している。
【００３３】
ＯＲＶ１は、低温液化ガスとしてのＬＮＧと熱源流体としての海水とを熱交換させることによって、ＬＮＧを気化させる装置である。図１及び図２に示すように、ＯＲＶ１は、ＬＮＧと海水との熱交換を行う複数の伝熱管パネル１１と、この伝熱管パネル１１に海水を供給するトラフ１２と、を備える。
【００３４】
図２に示すように、複数の伝熱管パネル１１は、上下方向に起立した姿勢で水平方向に互いに間隔を空けて配置されている。図１に示すように、各伝熱管パネル１１は、上下方向に延びると共に水平方向に間隔を空けて並べられた複数本の伝熱管１３と、水平方向に延びると共に各伝熱管１３の下端に接続された下部ヘッダー管１４と、水平方向に延びると共に各伝熱管１３の上端に接続された上部ヘッダー管１５と、を有する。
【００３５】
伝熱管１３は、ＬＮＧが内側に導入される円筒形状の部材である。本実施形態における伝熱管１３の外面は、その円筒面全体である。下部ヘッダー管１４は、伝熱管１３の内面側の領域７（内部流路）にＬＮＧを導入する液化ガス導入部として機能する。下部ヘッダー管１４には、これに連通する入口マニホールド１６が接続され、上部ヘッダー管１５には、これに連通する出口マニホールド１７が接続されている。
【００３６】
図１及び図２に示すように、トラフ１２は、複数の伝熱管１３の配列方向に長い形状を有すると共に上方に開口する容器からなる。図２に示すように、トラフ１２は、隣接する伝熱管パネル１１の間における上側の位置（上部ヘッダー管１５の真下）に配置されている。
【００３７】
トラフ１２には海水ヘッダー管（図示しない）が接続されており、これを通じて供給される海水を容器内に溜めることができる。そして、図２中矢印で示すように、トラフ１２の上縁から溢れた海水は、各伝熱管パネル１１において伝熱管１３の外面に沿って流れ落ちる。このように、トラフ１２は、伝熱管１３の外面側に海水を供給する海水供給部として機能する。
【００３８】
ＯＲＶ１によるＬＮＧのガス化プロセスについて説明すると、まず、ＬＮＧが入口マニホールド１６、下部ヘッダー管１４の順に流入し、その後、各伝熱管１３に分流する。そして、図２に示すように、各伝熱管１３の内面側の領域７においてＬＮＧが下側から上側に向かって流れ、一方でトラフ１２から伝熱管１３の外面側に供給された海水が当該外面に沿って流下する。この過程において、ＬＮＧは、伝熱管１３を介して海水と熱交換する（海水から吸熱する）ことにより気化し、天然ガス（ＮＧ；Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）となる。ＮＧは、上部ヘッダー管１５に集まり、出口マニホールド１７を通じて排出される。
【００３９】
ここで、海水が極低温（約−１６０℃）のＬＮＧによって冷却されることにより凍結し、その結果、伝熱管１３の外面側において着氷が生じることがある。これに対し、本実施形態に係るＯＲＶ１においては、後述の通り、海水の凍結を抑制する作用を有する不凍タンパク質を伝熱管１３の外面側に固定することにより、伝熱管１３の外面側における着氷を抑制することができる。
【００４０】
図３は、伝熱管１３の外面１３Ａを含む断面を示している。図３に示すように、ＯＲＶ１は、伝熱管１３と、伝熱管１３の外面１３Ａを覆うように形成された溶射皮膜２０と、溶射皮膜２０の表面に形成された封孔層３０と、を有する。
【００４１】
伝熱管１３は、高い熱伝導性を有すると共に、低温下においても脆性破壊がなく、高い靱性を有するアルミニウム合金からなる。伝熱管１３の材質としては、例えば２０００系、３０００系、５０００系、６０００系又は７０００系のアルミニウム合金が挙げられる（国際アルミニウム合金名）。
【００４２】
溶射皮膜２０は、海水による伝熱管１３の腐食を抑制する犠牲防食皮膜である。この溶射皮膜２０は、伝熱管１３を構成するアルミニウム合金よりも腐食電位が卑であるアルミニウム合金からなる。このため、伝熱管１３の外面１３Ａが露出して海水に曝される状態となっても、溶射皮膜２０が伝熱管１３よりも優先的に腐食することによって伝熱管１３の腐食が抑制される。
【００４３】
溶射皮膜２０は、例えば、フレーム溶射、高速フレーム溶射、爆発溶射、アーク溶射、プラズマ溶射又はレーザ溶射などの種々の溶射法によって形成されている。図３に示すように、溶射皮膜２０においては、その形成メカニズム上、多数の孔２１が不可避的に形成される。このため、溶射皮膜２０の表面は、図３に示すように凸凹状となっている。孔２１は、溶射皮膜２０の表面側に開口しており、図３に示すように溶射皮膜２０の表面から伝熱管１３の外面１３Ａに到達するように形成されていてもよいし、伝熱管１３の外面１３Ａまで到達せずに溶射皮膜２０の表面のみに形成されていてもよい。
【００４４】
封孔層３０は、溶射皮膜２０に形成された孔２１を塞ぐように当該溶射皮膜２０に浸透した多孔質状の塗膜である。この封孔層３０は、溶射皮膜２０の表面における凸凹を平坦化すると共に、溶射皮膜２０を固める機能も有する。封孔層３０の厚さは、例えば１８０μｍ以上となっている。
【００４５】
封孔層３０は、例えばエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂又はシリコーン系樹脂などの有機系封孔材からなる。封孔層３０は、これらの封孔材が所定の溶剤中に分散した液を溶射皮膜２０の表面に塗布することにより溶射皮膜２０の孔２１内に浸透させ、乾燥によって溶剤成分を除去して封孔材を固化することによって形成される。封孔層３０は、孔２１を塞ぐように溶射皮膜２０に浸透することにより、当該溶射皮膜２０に対して強固に固定されている。
【００４６】
本実施形態に係るＯＲＶ１においては、この封孔層３０に不凍タンパク質（ＡＦＰ；Ａｎｔｉ  Ｆｒｅｅｚｅ  Ｐｒｏｔｅｉｎ）３１が含まれている。この不凍タンパク質３１は、氷結晶の成長を抑制する作用を有している。図３に示すように、不凍タンパク質３１は、封孔層３０内に埋め込まれると共に、その一部が封孔層３０の表面３０Ａから露出している。したがって、トラフ１２から供給される海水を、不凍タンパク質３１に接触させることができる。
【００４７】
このように、不凍タンパク質３１を固定するために封孔層３０を利用することにより、不凍タンパク質３１を伝熱管１３の外面１３Ａ側において強固に固定することができる。このため、ＬＮＧのガス化プロセスにおいて、海水が極低温のＬＮＧによって冷却されても、不凍タンパク質３１の作用によって海水が凍結するのを防止することができる。これにより、封孔層３０の表面３０Ａにおける着氷が抑制され、着氷による伝熱管１３の曲がりに起因する溶射皮膜２０の剥離や割れを防止することができる。したがって、溶射皮膜２０を長寿命化することが可能になる。
【００４８】
不凍タンパク質３１は、寒冷地に生息する様々な生物から抽出されるものである。不凍タンパク質３１の種類としては、ＡＦＧＰ（不凍糖タンパク質、Ａｌａ（アラニン）−Ａｌａ−Ｔｈｒ（トレオニン）の繰り返し構造を有するタンパク質）、Ｉ型ＡＦＰ（連続したＡｌａ残基からなる１本鎖のタンパク質であって、らせん型構造を有するタンパク質）、ＩＩ型ＡＦＰ（分子量が約１４０００のジスルフィド分子を有するタンパク質）、ＩＩＩ型ＡＦＰ（分子量が約６０００の球状タンパク質）及びＩＶ型ＡＦＰ（分子量が約１２０００のらせん状タンパク質）などが挙げられる。なお、不凍タンパク質は、生物から抽出される天然のものに限定されず、人工的に合成されたものであってもよい。
【００４９】
不凍タンパク質３１は、以下のようにして、封孔層３０に含ませることができる。例えば、封孔層３０を形成するための塗布剤（封孔材が所定の溶剤に分散した塗布液）に不凍タンパク質３１を予め混合しておき、上述のように溶射皮膜２０の表面に当該塗布剤を塗布して乾燥させる。この場合、溶剤を乾燥させて封孔材を固化させるだけで、不凍タンパク質３１を含む封孔層３０を容易に形成することができる。
【００５０】
ここで、上記の通り説明した実施形態１に係るＯＲＶ１の特徴及び作用効果について列記する。
【００５１】
ＯＲＶ１は、ＬＮＧと海水とを熱交換させることによって、ＬＮＧを気化させるものである。ＯＲＶ１は、ＬＮＧが導入される伝熱管１３と、伝熱管１３の外面１３Ａを覆うように形成された溶射皮膜２０と、溶射皮膜２０に形成された孔２１を塞ぐように溶射皮膜２０に浸透すると共に、不凍タンパク質３１を含む封孔層３０と、を備える。
【００５２】
このＯＲＶ１では、封孔層３０に含まれる不凍タンパク質３１の効果によって、ＬＮＧとの熱交換により冷却された海水が、封孔層３０の表面３０Ａにおいて凍結するのを防ぐことができる。このため、封孔層３０の表面３０Ａにおける着氷を防止することが可能となり、その結果、溶射皮膜２０の剥離や割れを防止することができる。しかも、封孔層３０は、溶射皮膜２０に形成された孔２１を塞ぐように溶射皮膜２０に浸透しているため、当該溶射皮膜２０に対して強固に固定されている。したがって、封孔層３０に不凍タンパク質３１を含ませることによって、不凍タンパク質３１を伝熱管１３の外面１３Ａ側において強固に固定することができる。その結果、着氷防止効果を長期間に亘って発揮することが可能となり、溶射皮膜２０を長寿命化することができる。
【００５３】
上記ＯＲＶ１において、不凍タンパク質３１は、封孔層３０の表面３０Ａから露出している。これにより、海水を不凍タンパク質３１に接触させることができるため、不凍タンパク質３１による凍結防止効果を確実に発揮させることができる。
【００５４】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係るＯＲＶについて、図４を参照して説明する。実施形態２に係るＯＲＶは、基本的に上記実施形態１に係るＯＲＶ１と同様の構成を備えるが、伝熱管が複数のフィンを含むと共に、隣接するフィン同士の間の部位に不凍タンパク質を含む封孔層が形成されている点で上記実施形態１と異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
【００５５】
図４は、実施形態２に係るＯＲＶにおける伝熱管４０の径方向の断面を示している。図４に示すように、伝熱管４０は、ＬＮＧが導入される領域４１Ｂが形成された管本体４１と、管本体４１の表面４１Ａから径方向外側に向かい突出する複数のフィン４２と、を有する。
【００５６】
管本体４１は、円筒形状を有する部材であって、その円筒面が表面４１Ａに相当する。複数のフィン４２は、伝熱管４０における伝熱面積を広げるための表面４２Ａ（以下、フィン表面４２Ａとも称する）を有し、図４に示すように管本体４１の周方向に互いに間隔を空けて設けられている。各フィン４２は、管本体４１の長さ方向（図４の紙面奥行又は手前方向）に沿って延びている。
【００５７】
管本体４１の表面４１Ａは、周方向に隣接するフィン４２の間に位置する部位であるフィン谷部４１ＡＡと、当該フィン谷部４１ＡＡ以外の部位である非フィン谷部４１ＡＢと、を含む。ここで「周方向に隣接する」とは、フィン４２同士の間隔が１８０°未満であることを意味する。実施形態２における伝熱管４０の外面は、管本体４１の表面４１Ａ（フィン谷部４１ＡＡ、非フィン谷部４１ＡＢ）と、各フィン表面４２Ａと、を有する。なお、伝熱管４０の外面は、溶射皮膜２０（図３）により全体が覆われているが、図４ではその図示を省略している。
【００５８】
複数のフィン４２は、トラフ１２（図２）に平行な方向に延びると共に互いに反対向きに突出するフィン（図４の断面視で四角形状のフィン）と、それよりもトラフ１２側に配置されるフィン（図４の断面視で三角形状のフィン）と、を含む。図４に示すように、本実施形態では、管本体４１の全周のうちトラフ１２側の部位（図４中の上半分）のみにフィン４２が配置されており、トラフ１２と反対側の部位（図４中の符号４１ＡＢの部位）にはフィン４２が配置されていない。なお、管本体４１の全周に亘ってフィン４２が設けられてもよい。
【００５９】
フィン谷部４１ＡＡでは、不凍タンパク質３１を含む封孔層３０により溶射皮膜の孔が塞がれており、一方、非フィン谷部４１ＡＢ及びフィン表面４２Ａには不凍タンパク質が導入されていない。つまり、実施形態２では、フィン谷部４１ＡＡのみにおいて不凍タンパク質３１が固定されている。
【００６０】
ここで、フィン谷部４１ＡＡのみにおいて不凍タンパク質３１を固定した理由について、図５〜図７に示す伝熱管の外面における着氷の成長過程を参照して説明する。
【００６１】
図５に示すように、複数のフィン４２が管本体４１の表面から径方向外側に向けて突設された伝熱管４０においては、フィン谷部４１ＡＡに海水が入り込みにくいため、フィン谷部４１ＡＡにおいて海水の流量が最小になる。このため、伝熱管４０の外面における周方向の温度分布については、フィン谷部４１ＡＡが最も低温になる。
【００６２】
したがって、ＯＲＶの運転開始後において、フィン谷部４１ＡＡが着氷の起点となり、当該フィン谷部４１ＡＡに氷１００が生じる（図５）。その後、隣接するフィン４２の間を埋めるように氷１００が成長し（図６）、最終的には伝熱管４０の外面全体が氷１００により覆われるようになる（図７）。
【００６３】
そこで、本実施形態では、図４に示すように、着氷の起点となるフィン谷部４１ＡＡ（管本体４１の表面４１Ａにおいて周方向に隣接するフィン４２の間に位置する部位）において、不凍タンパク質３１を含む封孔層３０により溶射皮膜の孔が塞がれている。これにより、着氷の起点となる部位において海水の凍結を防ぐことができるため、伝熱管４０における着氷防止の効果をより高めることができる。しかも、フィン谷部４１ＡＡ以外の部位においては不凍タンパク質３１が固定されていないため、不凍タンパク質３１の使用量を減らすこともできる。不凍タンパク質３１は、高価なものであるため、本実施形態のようにフィン谷部４１ＡＡのみに固定することによるコスト削減の効果が大きい。
【００６４】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係るＯＲＶについて、図８を参照して説明する。実施形態３に係るＯＲＶは、基本的に上記実施形態２に係るＯＲＶと同様の構成を備えるが、フィン谷部４１ＡＡだけでなく、フィン表面４２Ａにおいても不凍タンパク質３１を含む封孔層３０により溶射皮膜の孔が塞がれている点で上記実施形態２と異なっている。以下、上記実施形態２と異なる点についてのみ説明する。
【００６５】
図８は、実施形態３に係るＯＲＶにおける伝熱管４０の径方向の断面を示しており、図４と同様に溶射皮膜の図示は省略している。フィン谷部４１ＡＡ及びフィン表面４２Ａでは、不凍タンパク質３１を含む封孔層３０により溶射皮膜の孔が塞がれており、一方、トラフ１２（図２）と反対側を向く非フィン谷部４１ＡＢには、不凍タンパク質３１が導入されていない。実施形態３は、フィン谷部４１ＡＡにおける不凍タンパク質３１の固定のみでは着氷防止効果が小さい場合において有効である。
【００６６】
フィン表面４２Ａでは、フィン谷部４１ＡＡに比べて海水の流量が多いため、フィン谷部４１ＡＡよりも温度が高くなる。このため、フィン表面４２Ａでは、フィン谷部４１ＡＡに比べて着氷が起こりにくく、したがってフィン谷部４１ＡＡに比べて必要な不凍タンパク質３１の量が少ない。また封孔層３０内の不凍タンパク質３１の量が増えると、溶射皮膜（図示しない）に対する封孔層３０の固着力が低下する。
【００６７】
このため、フィン表面４２Ａでは、フィン谷部４１ＡＡよりも封孔層３０に含まれる不凍タンパク質３１の濃度が低くなっている。つまり、フィン表面４２Ａにおいて着氷防止効果を発揮し得る範囲で不凍タンパク質３１の濃度を低くすることにより、着氷防止効果と溶射皮膜に対する封孔層３０の固着力とを両立させることができる。なお、本発明は、この実施形態に限定されず、フィン谷部４１ＡＡ及びフィン表面４２Ａにおいて封孔層３０に含まれる不凍タンパク質３１の濃度が同じであってもよい。
【００６８】
図９は、ＬＮＧと海水との熱交換時における伝熱管４０のフィン４２近傍の温度分布を示している。図９では、ハッチングが濃くなるに従って温度が高くなるように伝熱管４０の温度分布を示している。
【００６９】
図９に示すように、伝熱管４０のフィン４２近傍においては、フィン谷部４１ＡＡが最も低温であり、フィン４２の根元部４２Ｂ（管本体４１に接続される部位）からフィン４２の径方向の中間部４２Ｃまでの範囲における温度が次に低く、中間部４２Ｃからフィン４２の先端部４２Ｄまでの範囲における温度が最も高い。
【００７０】
フィン表面４２Ａ全体において封孔層３０に含まれる不凍タンパク質３１の濃度が均一であってもよいが、図９に示す温度分布を考慮して不凍タンパク質３１の濃度を変化させてもよい。具体的には、フィン４２の中間部４２Ｃから先端部４２Ｄまでの範囲において、フィン４２の根元部４２Ｂから中間部４２Ｃまでの範囲よりも、封孔層３０に含まれる不凍タンパク質３１の濃度が低くなっていてもよい。つまり、伝熱管４０の温度分布に応じて（具体的には、温度が高い部位ほど不凍タンパク質３１の濃度が低くなるように）、封孔層３０内に含まれる不凍タンパク質３１の濃度を変化させてもよい。
【００７１】
（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４に係るＯＲＶについて、図１０を参照して説明する。実施形態４に係るＯＲＶは、基本的に上記実施形態２，３に係るＯＲＶと同様の構成を備えるが、伝熱管４０の外面全体において不凍タンパク質３１を含む封孔層３０により溶射皮膜の孔が塞がれている点で上記実施形態２，３と異なっている。以下、上記実施形態２，３と異なる点についてのみ説明する。
【００７２】
図１０は、実施形態４に係るＯＲＶにおける伝熱管４０の径方向の断面を示している。伝熱管４０の外面全面（フィン谷部４１ＡＡ、非フィン谷部４１ＡＢ、フィン表面４２Ａ）において、不凍タンパク質３１を含む封孔層３０により溶射皮膜の孔が塞がれている。実施形態４は、フィン谷部４１ＡＡ及びフィン表面４２Ａにおける不凍タンパク質３１の固定のみでは着氷防止効果が小さい場合において有効である。
【００７３】
実施形態４では、フィン谷部４１ＡＡ、フィン表面４２Ａ及び非フィン谷部４１ＡＢのそれぞれにおいて、封孔層３０に含まれる不凍タンパク質３１の濃度が同じであってもよいが、これに限定されない。例えば、フィン谷部４１ＡＡ、フィン表面４２Ａ、非フィン谷部４１ＡＢの順に、封孔層３０に含まれる不凍タンパク質３１の濃度が低くなるように調整されていてもよい。これは、フィン谷部４１ＡＡ、フィン表面４２Ａ、非フィン谷部４１ＡＢの順に海水の流量が多くなり、温度も高くなるため、それに応じて不凍タンパク質３１の量を少なくなるように調整したものである。これにより、伝熱管４０の外面全体において着氷防止効果と溶射皮膜に対する封孔層３０の固着力とを両立させることができる。
【００７４】
（実施形態５）
次に、本発明の実施形態５に係るＯＲＶについて、図１１を参照して説明する。実施形態５に係るＯＲＶは、基本的に上記実施形態１に係るＯＲＶ１と同様の構成を備えるが、伝熱管１３の下端側の外面においてのみ不凍タンパク質が導入されている点で上記実施形態１と異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
【００７５】
図１１は、伝熱管１３の長さ方向に沿った断面であり、海水が伝熱管１３の外面１３Ａ側において流下すると共に、ＬＮＧが伝熱管１３の内面１３Ｂ側において下側から上側に向かって流れる様子を示している。図１１に示すように、伝熱管１３は、下部ヘッダー管からＬＮＧが流入する下端１８と、上部ヘッダー管にＮＧが流出する上端１９と、を含む。
【００７６】
実施形態５では、伝熱管１３の長さ方向（図１１の上下方向）において、下端１８から長さ方向全体の１／６までの範囲Ｒ１の外面１３Ａにおいて、不凍タンパク質３１を含む封孔層３０により溶射皮膜の孔が塞がれている。一方、範囲Ｒ１以外の領域においては、不凍タンパク質３１が導入されていない。なお、図１１においても溶射皮膜の図示は省略している。
【００７７】
ここで、伝熱管１３の範囲Ｒ１のみにおいて不凍タンパク質３１を導入した理由について、図１２〜図１４に示す伝熱管１３の長さ方向における着氷の成長過程を参照して説明する。
【００７８】
伝熱管１３の下端１８から流入したＬＮＧは、上昇する過程において海水と熱交換することにより気化してＮＧとなり、上端１９から流出する。伝熱管１３の長さ方向の中央部より下端１８側の領域が相変化部（ＬＮＧがＮＧになる部分）であり、伝熱管１３の長さ方向の中央部より上端１９側の領域が加温部（ＮＧを加温する部分）である。
【００７９】
ＯＲＶの運転を開始すると、図１２に示すように、伝熱管１３の下端１８側の部位を起点として着氷が生じる（氷１００が発生）。これにより、着氷が生じた部位では十分な熱交換が行われなくなり、相変化部が上側に移動する。そして、図１３及び図１４に示すように、伝熱管１３の上端１９に向かって氷１００の形成領域が次第に広がる。
【００８０】
本発明者らが鋭意検討を行った結果、伝熱管１３の下端１８から長さ方向全体の１／６までの範囲は、ＬＮＧと海水との温度差が大きく、海水からＬＮＧへの熱流束が大きくなるため、着氷の起点（図１２）になり易いことが分かった。
【００８１】
そこで、実施形態５では、図１１に示すように、伝熱管１３の下端１８から長さ方向全体の１／６までの範囲Ｒ１において封孔層３０に不凍タンパク質３１を含ませることにより、相変化部の上側への移動を抑制し、伝熱管１３の長さ方向における着氷の成長を抑制することができる。また範囲Ｒ１以外の領域においては不凍タンパク質３１が導入されないため、不凍タンパク質３１の使用量を減らすこともできる。
【００８２】
また図１５及び図１６に示すように、範囲Ｒ１より上側の範囲Ｒ２，Ｒ３の外面１３Ａにおいても、不凍タンパク質３１を含む封孔層３０が設けられてもよい。図１６では、下端１８から長さ方向全体の１／２までの範囲の外面１３Ａにおいて、不凍タンパク質３１を含む封孔層３０により溶射皮膜の孔が塞がれている。
【００８３】
上述の通り、着氷の起点となりやすいのは範囲Ｒ１であるため、範囲Ｒ２，Ｒ３では範囲Ｒ１に比べて必要な不凍タンパク質３１の量が少ない。したがって、範囲Ｒ２，Ｒ３においては、範囲Ｒ１に比べて封孔層３０に含まれる不凍タンパク質３１の濃度が低くなっていてもよい。これにより、範囲Ｒ２，Ｒ３において、凍結防止効果を発揮しつつ溶射皮膜に対する封孔層３０の固着力を確保することもできる。なお、範囲Ｒ１〜Ｒ３の全てにおいて、封孔層３０に含まれる不凍タンパク質３１の濃度が同じであってもよい。
【００８４】
（実施形態６）
次に、本発明の実施形態６に係るＯＲＶについて、図１７〜図２０を参照して説明する。実施形態６に係るＯＲＶは、基本的に上記実施形態１に係るＯＲＶ１と同様の構成を備えるが、封孔層３０が多層構造となっている点で上記実施形態１と異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
【００８５】
図１７に示すように、封孔層３０は、複数（図１７では３つ）の層３２が厚さ方向に積層された構造を有している。各層３２は、面内方向において均一に分散した不凍タンパク質３１を含む。なお、層３２の積層数は特に限定されず、３つ以上であってもよい。
【００８６】
封孔層３０は、最表層３２Ａと、最下層３２Ｂと、を含む。最表層３２Ａの厚さは、不凍タンパク質３１の大きさよりも小さい。このため、図１７に示すように、最表層３２Ａの形成後において、不凍タンパク質３１の一部が封孔層３０の表面から露出した状態となる。これにより、海水が不凍タンパク質３１に接触することができるため、不凍タンパク質３１による凍結防止効果を直ぐに発揮させることができる。また最下層３２Ｂは、溶射皮膜２０に形成された孔２１を塞ぐように当該溶射皮膜２０に浸透している。
【００８７】
図１８〜図２０は、多層構造からなる封孔層３０を形成する手順を示している。まず、封孔材が所定の溶剤中に分散した塗布剤を準備し、これを溶射皮膜２０の表面上に塗布することにより塗布膜３３を形成する（図１８）。
【００８８】
次に、塗布膜３３に含まれる溶剤が蒸発して封孔材が完全に固化してしまう前に、不凍タンパク質３１を塗布膜３３の表面に吹き付ける。これにより、図１９に示すように、塗布膜３３の表面に不凍タンパク質３１が埋め込まれる。そして、塗布膜３３に含まれる溶剤が蒸発して封孔材が完全に固化する。これにより、不凍タンパク質３１を含む最下層３２Ｂが形成される。
【００８９】
その後、図２０に示すように、最下層３２Ｂの表面上に塗布剤を塗布することにより塗布膜３３を形成し、上述のように塗布膜３３の表面に向けて不凍タンパク質３１を吹き付ける。このように、塗布膜３３の形成と不凍タンパク質３１の吹き付けを繰り返すことにより、所定の層数を有する封孔層３０を形成することができる。
【００９０】
（実施形態７）
次に、本発明の実施形態７に係るＯＲＶについて、図２１〜図２４を参照して説明する。実施形態７に係るＯＲＶは、基本的に上記実施形態１に係るＯＲＶ１と同様の構成を備えるが、伝熱管１３の外面１３Ａに多数の溝７０が形成されている点で上記実施形態１と異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
【００９１】
図２１は、伝熱管１３の外面１３Ａを含む断面を示している。図２１に示すように、伝熱管１３の外面１３Ａには、例えば断面視四角形状を有する溝７０が多数形成されている。溝７０の幅Ｗ１は、溶射皮膜２０（図３）を構成する溶射粒子の大きさ以上となっている。このため、伝熱管１３の外面１３Ａに溶射皮膜２０を形成する際、溶射粒子を溝７０内に入り込ませることができる。したがって、伝熱管１３の外面１３Ａに対する溶射皮膜２０の固着力を高めることができる。また伝熱管１３の外面１３Ａには、溶射皮膜２０だけでなく、封孔層３０も接触する（図３）。溝７０を形成することにより、封孔処理用の塗布剤に含まれる封孔材やシランカップリング剤と伝熱管１３の外面１３Ａとの接触面積が増加するため、伝熱管１３の外面１３Ａに対する封孔層３０の固着力を高めることもできる。溝７０は、例えば、伝熱管１３の平坦な外面１３Ａに対して圧延転写やエッチング処理を施すことにより形成される。
【００９２】
溝の形状に関しては、図２２〜図２４に示す変形例が挙げられる。図２２の変形例では、断面視逆台形形状（図２２中の下側から上側に見て）の溝７１が多数形成されている。図２３の変形例では、断面視台形形状の溝７２が多数形成されている。図２４の変形例では、断面視半円形状の溝７３が多数形成されている。いずれの形状の溝７１〜７３であっても、上述の通り溶射粒子を溝７１〜７３内に入り込ませることによって、伝熱管１３の外面１３Ａに対する溶射皮膜２０の固着力を高めることができる。なお、１つの伝熱管１３に対して同じ形状の溝が多数形成される場合に限定されず、異なる形状の溝が１つの伝熱管１３に対して形成されてもよい。
【００９３】
（その他実施形態）
最後に、本発明のその他実施形態について説明する。
【００９４】
上記実施形態１では、低温液化ガスの一例としてＬＮＧを気化させる場合について説明したがこれに限定されず、例えばエチレン、液化酸素又は液化窒素などの他の低温液化ガスを気化させてもよい。
【００９５】
上記実施形態１では、有機系の封孔材が封孔層３０の材料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ず、無機系の封孔材が用いられてもよい。
【００９６】
上記実施形態１では、不凍タンパク質３１が封孔層３０の表面３０Ａから露出する場合（図３）について説明したがこれに限定されず、不凍タンパク質３１全体が封孔層３０内に埋設されていてもよい。この場合でも、ＯＲＶ１の使用中に封孔層３０の表面が海水によって削られることにより、不凍タンパク質３１が次第に露出する。
【００９７】
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９８】
１  オープンラック式気化器
７，４１Ｂ  領域
１２  トラフ
１３，４０  伝熱管
１３Ａ  外面
１４  下部ヘッダー管
１８  下端
１９  上端
２０  溶射皮膜
２１  孔
３０  封孔層
３１  不凍タンパク質
３２  層
３２Ａ  最表層
４１  管本体
４１Ａ  表面
４１ＡＡ  フィン谷部
４１ＡＢ  非フィン谷部
４２  フィン
４２Ａ  フィン表面
７０，７１，７２，７３  溝
【図１】
2019052783.tif 000003
【図２】
2019052783.tif 000004
【図３】
2019052783.tif 000005
【図４】
2019052783.tif 000006
【図５】
2019052783.tif 000007
【図６】
2019052783.tif 000008
【図７】
2019052783.tif 000009
【図８】
2019052783.tif 000010
【図９】
2019052783.tif 000011
【図１０】
2019052783.tif 000012
【図１１】
2019052783.tif 000013
【図１２】
2019052783.tif 000014
【図１３】
2019052783.tif 000015
【図１４】
2019052783.tif 000016
【図１５】
2019052783.tif 000017
【図１６】
2019052783.tif 000018
【図１７】
2019052783.tif 000019
【図１８】
2019052783.tif 000020
【図１９】
2019052783.tif 000021
【図２０】
2019052783.tif 000022
【図２１】
2019052783.tif 000023
【図２２】
2019052783.tif 000024
【図２３】
2019052783.tif 000025
【図２４】
2019052783.tif 000026