JP6032573B2

JP6032573B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP6032573B2
Application number: JP2014524639A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　基啓; 基啓鈴木; 暁森本; 健一保手浜
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2033-07-04
Also published as: EP2873941A1; CN104471344A; WO2014010210A1; JPWO2014010210A1; EP2873941A4

Description

本発明は、第１流体と第２流体との間で熱交換を行うための熱交換器に関する。

ヒートポンプ式給湯機、空調機、床暖房装置等において、第１流体と第２流体との間（例えば、水と熱媒体との間や、空気と熱媒体との間）で熱交換を行うための熱交換器が使用されている。

第１流体と第２流体との間で熱交換を行うための熱交換器の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の熱交換器は、金属製の屈曲したパイプと、そのパイプを収容する樹脂製ケースとを含む。屈曲したパイプは、熱媒体が流れる流路となる。また、屈曲したパイプの外周面と樹脂製ケースの内面との間の空間は、水が流れる流路となる。

また、熱交換器の別の一例が特許文献２に開示されている。特許文献２の熱交換器は、合成樹脂で形成された外管と、その外管内に配置された内管とを備える。特許文献２には、外管と内管との間の空間が水の流路となる一例が記載されている。また、特許文献２には、螺旋状にねじられた複数の内管が外管内に配置された一例が開示されている。

特開２００２−３３３２９０号公報特開２００６−０７８０８２号公報

水が流れる流路を形成する樹脂ケースの材料として、従来から、給湯機用配管接続部材等において、化学的安定性に優れたポリフェニレンサルファイド樹脂が用いられている。しかし、ポリフェニレンサルファイド樹脂の密度は１．３〜１．４ｋｇ／Ｌであり、汎用されている熱可塑性樹脂（ポリプロピレンやポリエチレン等）の密度（０．９〜１．０ｋｇ／Ｌ）と比較して、４０〜５０％高い。そのため、ポリフェニレンサルファイド樹脂は、耐熱性および長期信頼性が高い一方で、それらの特性と軽量化および低コスト化とを両立させることが困難である。このような状況において、本発明は、耐熱性および長期信頼性が高く、軽量化および低コスト化が可能な熱交換器を提供することを目的の１つとする。

上記目的を達成するために、本発明の熱交換器は、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、前記第１流体が流れる第１流路を形成する樹脂構造体と、前記第２流体が流れる第２流路を形成する銅管であって少なくとも一部が前記第１流路内に配置された銅管とを備え、前記樹脂構造体を構成する樹脂組成物の樹脂成分が、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂とのポリマーアロイを主成分とし、前記ポリマーアロイにおいて、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との質量比が４０／６０〜６５／３５の範囲にある。

本発明によれば、耐熱性および長期信頼性が高く、軽量化および低コスト化が可能な熱交換器が得られる。

本発明の熱交換器の一例を示す斜視図である。図１に示した熱交換器の分解斜視図である。図１に示した熱交換器の断面図である。本発明の熱交換器の他の一例を示す斜視図である。図４に示した熱交換器の分解斜視図である。本発明の熱交換器のその他の一例を示す上面図である。図６に示した熱交換器の一部を示す断面図である。図６に示した熱交換器の一部を示す分解図である。本発明の熱交換器を用いたヒートポンプ給湯装置の一例を模式的に示す構成図である。実施例１で用いたアロイＡの¹ＨＮＭＲスペクトルを示す図である。信頼性試験実施前のアロイＡのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す図である。信頼性試験１の実施後のアロイＡのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す図である。信頼性試験２の実施後のアロイＡのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す図である。信頼性試験３の実施後のアロイＡのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す図である。実施例２で用いたアロイＢの¹ＨＮＭＲスペクトルを示す図である。信頼性試験実施前のアロイＢのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す図である。信頼性試験１の実施後のアロイＢのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す図である。信頼性試験２の実施後のアロイＢのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す図である。信頼性試験３の実施後のアロイＢのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す図である。比較例１で用いたアロイＣの¹ＨＮＭＲスペクトルを示す図である。信頼性試験実施前のアロイＣのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す図である。信頼性試験１の実施後のアロイＣのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す図である。信頼性試験２の実施後のアロイＣのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す図である。信頼性試験３の実施後のアロイＣのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す図である。アロイ中のポリフェニレンエーテル樹脂の含有率と荷重たわみ温度との関係を示すグラフである。アロイ中のポリフェニレンエーテル樹脂の含有率と、所定の吸光度ピークとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明において特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や他の材料を適用してもよい。

（熱交換器）
本開示の第１態様は、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換器を提供する。この熱交換器は、第１流体が流れる第１流路を形成する樹脂構造体と、第２流体が流れる第２流路を形成する銅管であって少なくとも一部が第１流路内に配置された銅管とを備える。樹脂構造体を構成する樹脂組成物の樹脂成分は、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂とのポリマーアロイを主成分とする。以下では、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂とのポリマーアロイを、「ポリマーアロイ（Ｐ）」という場合がある。ここで、「主成分」とは、樹脂組成物の樹脂成分に占める割合が５０質量％以上であることを意味する。樹脂組成物の樹脂成分に占めるポリマーアロイ（Ｐ）の割合は、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、９０質量％以上、または９５質量％以上であってもよい。典型的には、樹脂組成物の樹脂成分のすべてがポリマーアロイ（Ｐ）である。

第１態様の熱交換器で用いられるポリマーアロイ（Ｐ）において、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との質量比（ポリフェニレンエーテル樹脂／ポリスチレン樹脂）は、４０／６０〜６５／３５の範囲にある。

ポリマーアロイ（Ｐ）は、典型的には、以下の式（１）で表されるポリフェニレンエーテル樹脂と、以下の式（２）で表されるポリスチレン樹脂とのアロイである。

ポリマーアロイ（Ｐ）は、市販されているものを用いてもよいし、公知の方法で作製してもよい。

上述したように、ポリマーアロイ（Ｐ）において、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との質量比（ポリフェニレンエーテル樹脂／ポリスチレン樹脂）は、４０／６０〜６５／３５の範囲にある。ポリフェニレンエーテル樹脂の質量比が４０％未満であると、後述するように、樹脂構造体の耐熱性が不充分となる。ポリフェニレンエーテル樹脂の質量比を４０％以上とすることによって、第２流体として二酸化炭素（例えば、最高で１２０℃に達する）を用いる場合において、充分な耐熱性が得られる。一方、ポリフェニレンエーテル樹脂の質量比が６５％よりも大きいと、後述するように、樹脂構造体の長期信頼性が不充分となる。

本開示の第２態様は、第１態様に加え、前記樹脂組成物が無機充填材を含む、熱交換器を提供する。すなわち、樹脂構造体を構成する樹脂組成物は、樹脂以外の成分を含んでもよい。無機充填材に限定はなく、先に説明した効果が得られる限り、任意の無機充填材を採用できる。無機充填材の例には、グラファイト、タルク、マイカ、二硫化モリブデン、およびガラス繊維などが含まれる。これらの無機充填材は、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。樹脂組成物に占める無機充填材の割合に限定はなく、たとえば、０体積％〜３０体積％の範囲にあってもよい。

第１流体および第２流体は、それぞれ熱媒体である。本開示の第３態様は、第１または第２態様に加え、前記第１流体が水であり、前記第２流体が水以外の冷媒である、熱交換器を提供する。本開示の第４態様は、第３態様に加え、前記第１流体が水であり、前記第２流体が二酸化炭素である熱交換器を提供する。

本開示の第５態様は、第１〜第４態様のいずれか１つに加え、前記樹脂構造体を構成する前記樹脂組成物は、ＡＳＴＭ−Ｄ６４８の応力１．８２ＭＰａ条件で測定した、前記樹脂組成物の荷重たわみ温度が、１２０℃以上である、熱交換器を提供する。

本開示の第６態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、前記樹脂構造体を構成する前記樹脂組成物のフーリエ変換型赤外分光スペクトル（ＦＴ−ＩＲスペクトル）において、カルボニル基に由来する１７００ｃｍ^-1近傍の吸光度ピークのピーク面積が、１１８０ｃｍ^-1の吸光度ピークのピーク面積の０．１３倍以下である、熱交換器を提供する。特に、実施例で述べる実使用１０年間に相当する信頼性試験を行った後においても、カルボニル基に由来する１７００ｃｍ^-1近傍の吸光度ピークのピーク面積が、１１８０ｃｍ^-1の吸光度ピークのピーク面積の０．１３倍以下であることが望ましい。

本開示の熱交換器で用いられる銅管に限定はなく、公知の銅管を適用してもよい。たとえば、銅管は一重の銅管であってもよいし、特開２００６−０７８０８２号公報に開示されているような二重の銅管（漏洩検知管）であってもよい。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、特に説明がない限り、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。以下の実施形態では、第１流体である水と第２流体である二酸化炭素との間で熱交換を行う熱交換器を例に挙げて説明する場合がある。

（実施形態１）
実施形態１の熱交換器１００の全体斜視図を図１に示す。また、熱交換器１００の分解斜視図を図２に示す。熱交換器１００は、放熱用の熱交換器である。熱交換器１００は、樹脂構造体１０、屈曲している銅管２０、パッキン１９、およびスペーサ２２を含む。銅管２０の一部は、樹脂構造体１０の内部に収容されている。樹脂構造体１０は、蓋１１と樹脂ケース１２とを含む。なお、スペーサ２２を樹脂構造体の一部と考えることも可能である。また、蓋１１を樹脂構造体とは別の部材と考えることも可能である。いずれの場合でも、樹脂構造体は少なくとも樹脂ケース１２を含む。

銅管２０は、図２に示すように蛇腹状に複数回（例えば５回）折り曲げられている。蓋１１には、銅管２０の両端のそれぞれが貫通する２箇所のパイプ受け１１ａが設けられている。蓋１１と樹脂ケース１２との間には、シールのためのパッキン１９が配置される。銅管２０は、その端部２０ｃが蓋１１のパイプ受け１１ａを貫通するように樹脂構造体１０内に収容される。

樹脂ケース１２内は、図３に示す隔壁１８によって３つの複数の柱状の空間に分けられている。また、それぞれの柱状の空間は、スペーサ２２によって仕切られている。隔壁１８とスペーサ２２とによって、樹脂ケース１２内には、屈曲した銅管２０に沿った空間が形成される。この空間が、第１流体（水）が流れる第１流路３１となる。なお、樹脂ケース１２には、第１流路３１に連通する２つの開口部（水継手）が形成されている（図示は省略する）。この開口部から水が導入および排出される。一方、加熱された第２流体（冷媒）は、第２流路３２である銅管２０内を流れる。

熱交換器１００の組み立て方法の一例について説明する。まず、蓋１１にスペーサ２２を固定する。次に、銅管２０の２つの端部２０ｃを、蓋１１のパイプ受け１１ａに挿入して固定する。このようにして銅管２０とスペーサ２２とが固定された蓋１１によって、樹脂ケース１２の開口を封止する。このとき、気密に封止するために、パッキン１９を用いる。蓋１１を樹脂ケース１２に固定すると、スペーサ２２の湾曲した側面が容器の内壁に接触することによって、樹脂ケース１２に対してスペーサ２２が位置決めされる。このようにして組み立てが終了する。組み立て終了後には、図３に示すように、銅管２０の外周に銅管２０の屈曲にならって屈曲する第１流路３１が形成される。一方、銅管２０の内部は第２流路３２となる。

なお、樹脂構造体１０は、複数の部材を接着（たとえば溶着）したものであってもよい。そのような一例の熱交換器１００ａの斜視図を図４に示す。また、熱交換器１００ａの分解斜視図を図５に示す。

図５に示すように、銅管２０は蛇腹状に４回折り曲げられている。熱交換器１００ａでは、２つの半割ケース片５０ａおよび５０ｂからなる樹脂構造体５０内に、屈曲している銅管２０が収容されている。銅管２０は第２流路を構成し、加熱された第２流体である冷媒が銅管２０内を流れる。半割ケース片５０ａおよび５０ｂの内側の溝は、屈曲している銅管２０の形状に沿って形成されている。そのため、半割ケース片５０ａおよび５０ｂを、その溶着部分５０ｃにおいて溶着することよって、屈曲している銅管２０に沿って第１流路が形成される。すなわち、樹脂構造体５０は、熱交換器１００の蓋１１、樹脂ケース１２、およびスペーサ２２と同様の機能を有する。

半割ケース片５０ａおよび５０ｂの間に銅管２０が挟み込まれると、銅管２０の両端部が樹脂ケース５０の２箇所の開口部より突出した状態となる。銅管２０が樹脂ケース５０より突出する部分において、銅管２０の外周にはパッキン（図示せず）が巻かれており、そのパッキンによって銅管２０の外周と樹脂ケース５０とが気密に接続される。なお、半割ケース片５０ａおよび５０ｂからなる樹脂ケース５０には、水継手（図示せず）が形成されている。

また、樹脂構造体を、樹脂製の管としてもよい。そのような一例の上面図を図６に示す。また、図６に示す管の長手方向に垂直な断面図を図７に示し、長手方向に平行な方向の分解断面図を図８に示す。

図６に示す熱交換器１００ｂは、管状の樹脂構造体（外管）７０と銅管２０とを含む。樹脂構造体７０には、水（第１流体）を導入するための管７１が接続されている。銅管２０は、第２流路３２を構成し、たとえば、高温および高圧の過熱ガス冷媒が流れる。樹脂構造体７０と銅管２０との間の空間が第１流路３１となる。第１流路３１に、対向流の形で水が流れることによって水が加熱される。熱交換器１００ｂの銅管２０は、樹脂構造体７０に入る直前で２つの銅管２０ａおよび２０ｂに分岐している。銅管２０ａおよび２０ｂは、螺旋状の形状を有し、樹脂構造体７０内において撚り合わされるように配置されている。このような銅管２０を用いることによって、第１流体と第２流体との熱交換の効率を高め、第２流体の圧力損失を低減できる。銅管２０ａおよび２０ｂを螺旋状の形状とすることによって、第１流路３１を流れる第１流体を撹拌することができる。

上述した樹脂構造体１０、５０および７０、ならびにスペーサ２２は、ポリマーアロイ（Ｐ）、すなわち、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂とのポリマーアロイを主成分とする。一例では、これらは、ポリマーアロイ（Ｐ）のみで形成されており、他の一例では、ポリマーアロイ（Ｐ）と無機充填材とを含む樹脂組成物で形成されている。

（ヒートポンプ給湯装置）
本実施形態の熱交換器を用いたヒートポンプ給湯装置の一例を図９に示す。図９のヒートポンプ給湯装置２００は、冷媒循環回路６と給湯水回路９とを含む。冷媒循環回路６は、圧縮機１、減圧手段３、吸熱用熱交換器４、およびファン５を含む。給湯水回路９は、放熱用熱交換器２、貯湯槽７、および流量制御手段８を含む。放熱用熱交換器２には、本実施形態の熱交換器（たとえば上述した熱交換器１００、１００ａ、１００ｂなど）が用いられる。ヒートポンプ給湯装置２００は、本実施形態の熱交換器を用いることを除いて特に限定はなく、公知の構成を適用できる。

冷媒循環回路６は、例えば二酸化炭素（炭酸ガス：ＣＯ₂）を冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が、冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。そして、圧縮機１は、内蔵する電動モータ（図示しない）によって駆動され、吸引した冷媒を臨界圧力以上の圧力まで圧縮して吐出する。冷媒として二酸化炭素を用いる場合、吐出温度は１２０℃を上回らないように制御される。また、減圧手段３は、内蔵するステッピングモータ（図示せず）を駆動させることによって、流路の開度を変化させて冷媒の減圧量を変更する。吸熱用熱交換器４は、ファン５によって大気熱を吸熱するように作用する。放熱用熱交換器２は、冷媒循環回路６の冷媒（第２流体）と、給湯水回路９の水（第１流体）との間で熱交換を行う。放熱用交換器２は、冷媒の流れ方向と水の流れ方向とが対向するように構成された対向流式熱交換器である。

以下に、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例には限定されない。

（実施例１）
まず、実施例１で用いた、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂とのアロイＡに関して、以下に説明する。なお、アロイＡは、無機充填材を含まない。

図１０に、アロイＡの¹ＨＮＭＲ（核磁気共鳴）スペクトルの測定結果を示す。測定結果から、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との質量比を算出した。この質量比は、ポリフェニレンエーテル樹脂について２Ｈ、６Ｈピーク（ＰＰＥと図示）の各積分値から算出したＨ（水素原子）１個当りの積分値の平均値と、ポリスチレン樹脂について２Ｈ、３Ｈピーク（ＰＳと図示）の各積分値から算出したＨ（水素原子）１個当りの積分値の平均値とから算出した。算出された質量比（ポリフェニレンエーテル樹脂／ポリスチレン樹脂）は、４１／５９であった。

次に、上記アロイＡの耐熱性を評価するために、ＡＳＴＭ−Ｄ６４８の応力１．８２ＭＰａの条件で、荷重たわみ温度を測定した。測定された荷重たわみ温度は、１２０℃であった。

また、上記アロイＡの長期信頼性を評価するため、高温条件下において、３種の信頼性試験を実施した。各試験内容は、以下の通りである。なお、以下の信頼性試験１〜３は、実使用１０年間に相当する加速劣化条件（高温下における加速劣化条件）で行った。

（信頼性試験１）
信頼性試験１は、アロイＡで形成したダンベル試験片を空気中に放置する試験である。信頼性試験１によって、空気と接触する樹脂構造体の劣化を評価した。

（信頼性試験２）
信頼性試験２は、アロイＡで形成したダンベル試験片を水中に浸漬する試験である。信頼性試験２によって、水と接触する樹脂構造体の劣化を評価した。

（信頼性試験３）
信頼性試験３は、アロイＡで形成したダンベル試験片を銅イオンを含む水中に浸漬する試験である。信頼性試験３によって、銅イオンを含む水と接触する樹脂構造体の劣化を評価した。

信頼性試験を実施する前（初期）のアロイＡについてＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光）スペクトルを測定した結果を、図１１に示す。また、図１２〜図１４に、実使用１０年間に相当する信頼性試験１〜３を行った後のアロイＡのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す。一般的に、空気中の酸素や水中の溶存酸素による酸化劣化が進行すると、Ｃ＝Ｏ（カルボニル基）の生成に伴って１７００ｃｍ^-1近傍にピークが生じる。しかし、アロイＡは、信頼性試験１〜３のいずれにおいても１７００ｃｍ^-1近傍におけるピークの上昇は見られなかった。このことから、アロイＡの酸化劣化は進行しなかったと推定される。

また、信頼性試験を実施する前（初期）および信頼性試験１〜３を実施した後の実施例１のダンベル試験片について、引張試験を実施した。その結果、ダンベル試験片の破壊強度の、信頼性試験による低下は見られなかった。

（実施例２）
実施例２では、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂とのアロイＢと、無機充填材とからなる樹脂組成物について評価した。この樹脂組成物は、アロイＢ７０質量部と無機充填材３０質量部とからなるものであった。無機充填材には、ガラス繊維を用いた。

図１５に、アロイＢの¹ＨＮＭＲ（核磁気共鳴）スペクトルの測定結果を示す。測定結果に基づいて、実施例１と同様の方法でポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との質量比を算出した。算出された質量比（ポリフェニレンエーテル樹脂／ポリスチレン樹脂）は、４７／５３であった。

次に、上記アロイＢの耐熱性を評価するために、ＡＳＴＭ−Ｄ６４８の応力１．８２ＭＰａの条件で、荷重たわみ温度を測定した。測定された荷重たわみ温度は、１４０℃であった。

また、上記アロイＢの長期信頼性を評価するために、実施例１で説明した信頼性試験１〜３を実施した。図１６に、信頼性試験を実施する前（初期）のアロイＢのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す。また、図１７〜図１９に、実使用１０年間に相当する信頼性試験１〜３を実施した後のアロイＢのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す。図１６〜図１９に示すように、信頼性試験１〜３のいずれにおいても１７００ｃｍ^-1近傍におけるピークの上昇は見られなかった。そのため、アロイＢの酸化劣化は進行しなかったと推定される。

また、信頼性試験を実施する前（初期）および信頼性試験１〜３を実施した後の実施例２のダンベル試験片について、引張試験を実施した。その結果、ダンベル試験片の破壊強度の、信頼性試験による低下は見られなかった。

（比較例１）
比較例１では、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂とのアロイＣについて評価した。なお、アロイＣは、無機充填材を含まない。

図２０に、アロイＣの¹ＨＮＭＲ（核磁気共鳴）スペクトルの測定結果を示す。測定結果に基づいて、実施例１と同様の方法でポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との質量比を算出した。算出された質量比（ポリフェニレンエーテル樹脂／ポリスチレン樹脂）は、８３／１７であった。

次に、上記アロイＣの耐熱性を評価するために、ＡＳＴＭ−Ｄ６４８の応力１．８２ＭＰａの条件で、荷重たわみ温度を測定した。測定された荷重たわみ温度は、１７０℃であった。

図２１に、信頼性試験を実施する前（初期）のアロイＣのＦＴ−ＩＲスペクトルの測定結果を示す。また、図２２〜図２４に、実使用１０年間に相当する信頼性試験１〜３を実施した後のアロイＣのＦＴ−ＩＲスペクトルを示す。図２１〜図２４に示すように、アロイＣは、信頼性試験１〜３のいずれにおいても１７００ｃｍ^-1近傍におけるピークの上昇が見られた。この結果は、空気中、水中、銅イオンを含む水中のいずれにおいても、酸化劣化が進行したことを示唆している。なお、ピークの上昇は、信頼性試験１、信頼性試験２、信頼性試験３の順で大きくなった。

また、信頼性試験を実施する前（初期）および信頼性試験１〜３を実施した後の比較例１のダンベル試験片について、引張試験を実施した。その結果、信頼性試験２および３の条件では、酸化劣化に起因する破壊強度の低下は見られなかった。しかし、信頼性試験１の条件では、酸化劣化の進行が顕著であり、破壊強度が初期値の４１％まで低下した。

実施例１、２および比較例１で用いたアロイについて、アロイの組成と特性との関係について、以下に検討する。

図２５は、アロイ中のポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ）の質量比と、上述した条件で測定した荷重たわみ温度との関係を示すグラフである。図２５に示すように、ポリフェニレンエーテル樹脂の質量比が大きくなると、荷重たわみ温度が高くなる傾向がある。冷媒として二酸化炭素を用いる場合、圧縮機１から吐出される冷媒の最高温度は１２０℃である。この場合、銅管２０の入口における冷媒の最高温度は１２０℃となる。そのため、荷重たわみ温度が１２０℃よりも高いアロイを用いることによって、樹脂構造体の熱変形を回避することが可能である。具体的には、図２５のグラフから、ポリフェニレンエーテル樹脂の質量比が４０％以上であるアロイを用いればよい。

図２６は、アロイ中のポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ）の質量比と、信頼性試験１〜３を実施した後のカルボニル基の吸光度ピーク（１７００ｃｍ^-1近傍の吸光度ピーク）との関係を示すグラフである。なお、図２６の縦軸は、信頼性試験１〜３を実施した後の１７００ｃｍ^-1近傍の吸光度ピーク（カルボニル基の吸光度ピーク）のピーク面積を、信頼性試験１〜３を実施した後の１１８０ｃｍ^-1の吸光度ピークのピーク面積で正規化した値（すなわち前者を後者で除した値）を示す。

図２６に示すように、ポリフェニレンエーテル樹脂の質量比が大きくなると、正規化したカルボニル基の吸光度ピーク（１７００ｃｍ^-1近傍の吸光度ピーク）が高くなる傾向がある。ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂の質量比が８３／１７のアロイについて、信頼性試験１を実施した後では破断強度が初期値の４１％まで低下したのに対し、信頼性試験２を実施した後では破断強度の低下が見られなかった。このことから、正規化したカルボニル基の吸光度ピーク（１７００ｃｍ^-1近傍の吸光度ピーク）が０．１３以下までの酸化劣化の進行度であれば、機械的強度の低下を回避し得ることがわかる。すなわち、ポリフェニレンエーテル樹脂の質量比が６５％以下のアロイを用いることによって、空気中、水中および銅イオンを含む水中において実使用１０年間に相当する期間経過後でも、充分な機械的強度を維持できる。ポリフェニレンエーテル樹脂の質量比が６５％のとき、図２５から読み取れるように、アロイの荷重たわみ温度は約１６０℃である。

以上のように、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂とを質量比で４０／６０〜６５／３５の割合で含有するポリマーアロイ（Ｐ）を用いて樹脂構造体を形成することによって、化学的安定性が高いポリフェニレンサルファイド樹脂と同程度の耐熱性および長期信頼性を確保することが可能である。ポリマーアロイ（Ｐ）で形成された樹脂構造体は、空気に対する優れた耐久性（信頼性試験１より）、水に対する優れた耐久性（信頼性試験２より）および銅イオンを含む水に対する優れた耐久性（信頼性試験３より）を兼ね備えている。また、ポリマーアロイ（Ｐ）は、密度が１．０〜１．１ｋｇ／Ｌの範囲にあり、密度が１．３〜１．４ｋｇ／Ｌの範囲であるポリフェニレンサルファイド樹脂に対して、３０％程度軽い。さらに、ポリマーアロイ（Ｐ）は、ポリフェニレンサルファイド樹脂よりも安価である。そのため、ポリフェニレンサルファイド樹脂の代わりにポリマーアロイ（Ｐ）を用いることによって、熱交換器の軽量化および低コスト化を実現できる。

本発明は、熱交換器およびそれを用いた各種機器に利用できる。たとえば、本発明の熱交換器は、冷媒を用いたヒートポンプ式給湯機用の熱交換器として有用である。また、本発明の熱交換器は、気体同士や液体同士の熱交換を行う熱交換器にも利用できる。

Claims

第１流体である水と第２流体である二酸化炭素との間で熱交換を行う熱交換器であって、
前記第１流体が流れる第１流路を形成する樹脂構造体と、
前記第２流体が流れる第２流路を形成する銅管であって少なくとも一部が前記第１流路内に配置された銅管とを備え、
前記樹脂構造体を構成する樹脂組成物の樹脂成分が、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂とのポリマーアロイを主成分とし、
前記ポリマーアロイにおいて、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との質量比が４０／６０〜６５／３５の範囲にあり、
ＡＳＴＭ−Ｄ６４８の応力１．８２ＭＰａ条件で測定した、前記樹脂組成物の荷重たわみ温度が、１２０℃以上であり、
前記銅管は、前記第２流体として最大１２０℃となる前記二酸化炭素が流れ、且つ、前記樹脂構造体と、直接接触するか、または、前記第１流体である前記水を介するように配置される、熱交換器。
前記樹脂組成物が無機充填材を含む、請求項１に記載の熱交換器。
前記樹脂組成物のフーリエ変換型赤外分光スペクトルにおいて、カルボニル基に由来する１７００ｃｍ^−１近傍の吸光度ピークのピーク面積が、１１８０ｃｍ^−１の吸光度ピークのピーク面積の０．１３倍以下である、請求項１に記載の熱交換器。