JPS62175597A - プラスチツクチユ−ブ熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、伝熱管としてプラスチックチューブを用い
る熱交換器の改良に係り、詳しくは、使用時に発生した
静電気が部分放電することによって生じるプラスチック
チューブ管壁の局部貫通破壊を防止し、耐久性の改善さ
れたプラスチックチューブ熱交換器に関する。

〔従来の技術〕

従来、メッキ槽、脱脂槽、各種反応１・ａ等において強
い腐食性の液体あるいは気体雰囲気を加熱あるいは冷却
するのに使用される熱交換器の伝熱管として、ステンレ
ススチール管などの耐食性金属管、あるいは弗素樹脂、
ポリオレフィン系合成樹脂など耐薬品性高分子材料を素
材とし、高い伝熱効率を確保するために管壁が薄く且つ
細径のプラスヂソクチューブを同心円状の渦に巻いたし
の、あるいは多数本束ねそれらの端末部に蜂の巣状の密
封構造を形成したものが使用されている。

このようなプラスチックチューブ熱交換器（例えば特公
昭４３−３８５１号公報）は、使用するプラスチックチ
ューブが化学的にほとんど不活性であるものであるから
、金属製熱交換器では腐食に耐えることができない分野
や、浴液中への有害物質の溶出もないことから、純度の
高い製品づくりが要求される分野に広く用いられている
。

ところで、このプラスチックチューブ熱交換器はボイラ
からの高温高圧蒸気を内部に流通せしめて液槽内の被熱
交換液体を適温に保つものであるが、その構造性質上２
Ｋｇ／ｃｍ２前後の耐圧しか得られないので、ボイラと
プラスチックチューブ熱交換器のヘッダとの間に設けた
配管に減圧弁を介設して減圧蒸気が供給されるようにな
っている。

このため、減圧弁を介してプラスチックチューブ熱交換
器に供給される蒸気は減圧されるものの、飽和蒸気とな
らずに高温乾燥蒸気となるため、プラスチックチューブ
熱交換器から排気管に至る過程においてプラスチック・
チューブ内部か前記高温乾燥蒸気の流通によって高度に
帯電し、チューブの内面が高電位となる。従って、被熱
交換液体としてメッキ液、電解液、エツチング液等の導
電性液体が金属からなる液槽内に在る場合には、低電位
または接地電位に保たれた被熱交換液体よりもプラスチ
ックチューブの管壁の内面は゛高電位となり、そのため
管壁内に放電を生じトリー状放電路を生じて管壁に微細
な亀裂が発生したり、或いは貫通放電路を生ずる所とな
り、この亀裂等から水蒸気が漏洩して外部の被熱交換液
体を希釈したり、また蒸気の供給を停止したとき、メ・
ツキ液等の有害な被熱交換液体がチューブ内に侵入して
装置外に排出されて公害の原因となったり、あるいは腐
食性の被熱交換液体がボイラに達してボイラを破壊する
危険があった。

このような従来のプラスチックチューブ熱交換器を改善
するため、例えば特開昭５９−９７５００号公報には、
プラスチックチューブ内にアース線用の導線を挿通する
とともにその先端を蒸気供給管、液戻し管に挿入し、チ
ューブに帯電した静電気を外部に逃がす構成とすること
により、部分放電による局部破壊を防止したプラスチッ
クチューブ熱交換装置が提案されている。しかしながら
、かかる構成のプラスチックチューブ熱交換装置におい
て、上記減圧弁が間欠的に作動するため、蒸気の衝撃に
よってアース線が断線しやすく、断線したアース線が配
管系統に詰まり故障の原因になることが多い。

さらに、゛この種のプラスチックチューブ熱交換器では
、熱交換器、率を考慮して、細径かっ薄肉のプラスデッ
クデユープを１００本以上束ねて使用するのが一般的で
、そのためプラスチックチューブの１本毎にアース線を
挿入し、しかもそれらアース線のすべてを蒸気供給管、
液戻し管と電気的に接続しなければならず作業性が悪い
という欠点があるばかりか、アース線が挿入されたプラ
スチックチューブ熱交換器はアース線が透視され美感が
そこなわれ商品価値低下の原因ともなっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、かかる問題点を解決するため、従来より電子産
業分野等における静電気障害に対する解決方法として知
られている熱可塑性樹脂にカーボンブラックや金属粉等
の導電性充填材を添加し、プラスチックチューブの体積
固有抵抗値を下げることにより、静電気の帯電を阻止す
ることが考えられる。この場合、良好な帯電防止効果を
得るためには一般に体積固有抵抗はｌＯ′〜１０７Ω−
ｃｍが適当であるとされている。（例えば昭和５４年３
月１日株式会社日刊工業新聞発行、工業材料第２７巻第
３号第２３頁参照）。

しかしながら、一般にプラスチックは１０ｉ２〜ｌ０１
８Ω−ｃｍの体積固有抵抗をもつ電気絶縁体であり、そ
の体積固有抵抗を上記範囲まで下げるには、導電性充填
材を比較的多量に配合する必要がある。そのため、得ら
れるプラスチックチューブは、その機械的強度が低下す
るばかりか、粘性が著しく増加して溶融流動性が低下し
、成形加工性の著しく悪い乙のとなり、その結果成形品
の表面状態が劣悪化するという欠点がある。さらに、プ
ラスチックチューブ内に充填された導電性充填材が使用
時に浴液中に溶出しやすくなり、プラスチックチューブ
熱交換器の優れた特性の一つである非汚染性が低下する
という問題点を生じる。

本発明者らは、これらの問題点を解決すべく鋭意検討を
重ねた結果、プラスチックチューブ中の導電性充填材の
量を小爪に減らし、従来プラスチックの帯電防止に必要
とされていた導電性（体積固有抵抗で１０’〜１０７Ω
−ｃｍ）の領域より高い体積固有抵抗値とした場合にお
いても、静電気の部分放電による管壁の局部破壊の発生
が阻止されることを見出し、本発明を完成するに至った
。

即ち本発明は、プラスチックチューブの体積固有抵抗を
従来帯電防止に必要とされていた値よりも高くなるよう
に、つまりごく小量の導電性充填打金分散させて添加す
ることにより、チューブ素材の成形性に優゛れ、静電気
による管壁の局部破壊の発生がなく、且つ非汚染性に優
れたプラスチックチューブ熱交換器の提供をその目的と
ずろ。

〔問題点を解決するための手段〕

上記この発明が解決しようとする目的を達成するため、
この発明によれば、伝熱管が少なくとも１本のプラスデ
ックデユープからなる熱交換器において、前記少なくと
も１本のプラスチックチューブは小量の導電性充填材を
分散させて含有し、且つその体積固有抵抗が１０７Ω−
ｃｍから１０＋８Ω−ｃｍの範囲であるプラスチックチ
ューブ熱交換器を構成する。

この構成において、伝熱管は１本または複数本のプラス
チックチューブで構成することができ、複数本のプラス
チックチューブを用いる場合は、それらを束ね、端末部
を鍔付スリーブと一体融着せしめて蜂の巣状の密封構造
とすれば好都合である。また、導電性充填材としてカー
ボンブラック、プラスチックチューブ材料としては弗素
樹脂の使用が好適でる。また、チューブ素材として弗素
樹脂を用いれば、絶縁耐力が大きいので、極小量の導電
性充填材の添加によって目的を達することができ好適で
ある。

〔作用〕

この発明によれば、上記のごとく、熱交換器の伝熱管と
して、小量の導電性充填材を分散させて含有し、且つそ
の体積固有抵抗がＩＯ７〜ＩＱＩＩＩΩ−ｃｍであるプ
ラスチックチューブを用いるものであるから、導１性充
填材の配合量の少ないプラスチックチューブを使用する
ことができ、そのためプラスチックチューブからの導電
性充填材の溶出がなく、非汚染性、耐薬品性に優れたプ
ラスチックチューブ熱交換器となる。さらに、導電性充
填材の添加虫が少なくて済むので、プラスチックチュー
ブの機械的強度、成形加工性に与える影響がなく、しか
も外観の良好なプラスチックチューブ熱交換器を得るこ
とができる。

次に、本発明における導電性充填材の配合効果について
説明する。一般にプラスチックチューブ材料中にカーボ
ンブラック等の導電性充填材を配合した場合、従来帯電
防止に最適とされている１０４〜１０７Ω−ｃｍの体積
固有抵抗を示す、乙の、あるいはそれ以下の体積固有抵
抗を示す導電性プラスチックにおいては、高濃度で配合
された導電性充填材粒子がプラスチック内で互いに鎖状
に連結することによって導電性となり、そのため発生し
た静電気は直ちに外部に流れ、蓄積することがない。そ
れに対して本発明では、導電性充填材の配合量が少なく
高い体積固有抵抗のプラスチックチューブを使用するに
もかかわらず、静電気による管壁の局部破壊が発生しな
い理由は、導電性充填材粒子が前者のようにプラスチッ
ク内で連鎖構造を形成、あるいは高密度で存在しなくと
も、プラスチックチューブ内で導電性充填材粒子がほぼ
均一に分散していれば、それらの粒子に発生した電荷（
静電気）が分散される結果、未添加の場合のように局部
的に電荷が集中することが阻止されるからである。さら
に、発生した電荷は導電性粒子間をジャンプするトンネ
ル効果（Ｍ、ｌ（、Ｐｏ１ｌｙ、　Ｂ、Ｂ。

Ｓ、Ｔ、Ｂｏｏｓｔｒａ　：　Ｒｕｂｂｅｒ　Ｃｈｅｍ
、　Ｔｅｃｈｎ、　３０，１７０（１９５７）参照）に
よって外部に除々に流れて蓄積することがなく、そのた
め部分放電による局部破壊の発生がないものと考えられ
る。このことは、本発明によるプラスチックチューブ熱
交換器では、特に接地しなくとも支障がない事実からも
推察される。

〔実施例〕

第１図はこの発明による一実施例を示すプラスデックデ
ユープ熱交換器ｌの正面図で、第２図は伝熱管の端末部
付近の拡大部分縦断面図である。

このプラスチックチューブ熱交換器ｌは、例えばテトラ
フルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテ
ル共重合体（ＰＦＡ）に、その体積固有抵抗が１０７〜
１Ｏ１６Ω−ｃｍとなるように小量のカーボンブラック
等の導電性充填材を混入してなる伝熱管としてのプラス
チックチューブ２を多数本束ね、個々のチューブ２の端
末部を四弗化エチレン樹脂（ＰＴＰＥ）からなる鍔付ス
リーブ３に一体融着させ、且つ各プラスチックチューブ
２の端末を蜂の巣状に成形して相互融着させた密封構造
の結合部４を形成して構成される。このプラスチックチ
ューブ熱交換器１は、その使用時には第１図に示すよう
に、端末継手ＩＯを介して配管系に連接されろヘッダ１
１に接続される。

なお、この発明において用いるプラスチックチューブ飼
料としては、ＰＦＡの他に四弗化エチレン樹脂、四弗化
エヂレンー六弗化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）、エ
チレン−四弗化エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）等の弗
素樹脂、あるいはポリエチレン等のポリオレフィン樹脂
などの耐薬品性に優れた樹脂が好適である。

また、導電性充填材としては、例えば金、銀、銅、ニッ
ケル等の金属を粉末、繊維、あるいはフレーク状にした
もの、あるいはグラファイト、カーボンブラック、炭素
繊維などの使用が可能であり、好ましくはカーボンブラ
ック類である。カーボンブラック類はケッチェンブラッ
ク、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ランプ
ブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、ロ
ールブラック、ディスクブラックなどがあげられ、これ
らは単独または混合物として使用することができる。カ
ーボンブラックの配合量は、デユープを形成するプラス
チック材料、成形加工条件、特にカーボンブラックの種
類により大きく異なるが、例えば弗素樹脂にケッチェン
ブラックを配合する場合は、弗素樹脂９５．５〜９９．
５重量％に対し、ケッチェンブラック０．５〜４．５重
量％が好適である。ケッチェンブラックの配合量が４゜
５％を越えると、その体積固有抵抗はＩｏ７Ω−ｃｍ以
下になり帯電防止に良好な効果を示すが、その反面体積
固有抵抗がｌＯ７Ω−ｃｍより大きいものに比べ、使用
時における浴液中への溶出物が急激に増加するため好ま
しくない。また、０．５重患％未満では静電気による管
壁の局部破壊を生じ、効果が得られない。

次に本発明を実施例及び比較例に基づいてさらに詳しく
説明するが、本発明はこれらにより何ら制限を受けない
ことは言うまでもない。

実施例１〜３ テトラフルオロエヂレンーパーフルオロアルキルビニル
エーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）に、それぞれ０．５％、
１．０％、４．５％の割合（いずれも重景％を表す）で
カーボンブラック（ライオン・アクゾ社製、商品名ケッ
チェンブラックＥＣ）を混合し、外径３．２ｍｍ、内径
２．４ｍｍのチューブを作製した。これらのユーブにつ
いて下記に示す方法を用いてその体積固有抵抗を測定す
ると共に、実際に過熱水蒸気を流して導電性充填材の添
加による管壁の局部破壊防止効果を調べた。この各実施
例の組成を第１表に実験結果を第２表に示す。

以下、余白 以下、余日 比較例１〜４ 実施例と同様な方法で、カーボンブラック３．２％及び
５．０％配合したチューブを作製（比較例Ｉ及び２）し
、さらにカーボンブラックを入れないしの（比較例３）
、及び比較例３の未使用のチューブ内にアース線として
直径０．２９ｍｍのニッケル線を全長にわたって入れた
らの（比較例４）を用意し、実施例１〜３と同様な試験
を行なった。各比較例の組成を第１表に、実験結果を第
３表に示す。

〈体積固有抵抗の測定方法〉 この場合、各プラスチックチューブの体積固有抵抗の測
定方法は次の通りである。まず、長さ１２０ＩＩＩＩｌ
のチューブの両端部にリード線を巻き付け、その上から
導電性塗料（例えばデュポン社製、商品名シルバーコン
ポジションＮｏ、４８１７）をそれぞれ１０ｍｍの幅で
外周面及び内周面に塗布し、さらにそれらの塗布層が互
いに電気的に接続されるようにチューブ端面にも塗布し
て電極とする。

そして、ホイートストンブリッジで抵抗値の測定を行な
い、次式により体積固有抵抗（Ω−ｃｍ）に換算した Ｓ ρ　　　８ し 〔式中、ρはチューブの体積固有抵抗（Ω−ｃｍ）、１
、は電極間の距ＡＩ＆（ＣＩｌｌ）、Ｒは実測抵抗値（
Ω）、Ｓはデユープの断面積（ｃｍ２）をそれぞれ表す
。〕〈導電性充填材の添加効果測定方法〉 実施例１〜３、及び比較例１〜４の各チューブ（長さ２
１ｍ）について、それぞれ６本を１組とし、Ｕ字状に曲
げてヘッダーに並列に取り付け、これらデユープを水槽
に浸漬する。そして、入口側へラダーの一方の端部から
水蒸気（圧力３Ｋｇ１’／ｃｍ’Ｇ、温度１４０℃）を
１時間送り続ける毎に、人口側ヘッダーの他方の端部か
らエアー（５Ｋｇｒ／ｃｒａ’Ｇ）を５分間加え、水中
で漏れを見てビンポールの有無を調べる。なお、表中の
「／」の左側の数字はＵ字状に曲げて取り付けられてい
るデユープの湾曲部から入口側ヘッダー側のスリーブに
至ろまでの間で発生したピンホール数、「／」の右側の
数字は同様に出口側部分に発生したピンホール数をそれ
ぞれ示している。また、第２表の実施例１〜３、及び第
３表の比較例１〜４の各側において、Ｎｏ、Ｉはヘッダ
ーに並列に取り付けられた６本のチューブの内で、人口
側ヘッダーの一方の端部に設けられた水蒸気流入口側に
最ら近い位置に取り付けられたチューブを意味し、Ｎｏ
、２〜Ｎｏ、６はそれぞれヘッダーの他方の端部（エア
ー流入口側）に向かって順番に取り付けられたチューブ
を表している。

第１表〜第３表に示したように、ＰＦＡに４電性充填材
（カーボンブラック）を０．５ｆｆｉｆｆｉ％以上配合
した実施例１〜３は、いずれしその体積固有抵抗が従来
帯電防止に必要とされている１０７Ω−ｃａｎ以上であ
るにもかかわらず、ビンポールの発生がなく、０．５重
■％以上配合した場合にはその効果はほとんど変わらな
かった。

それに対して、カーボンブラックを含まない比較例３と
、カーボンブラックの含有ｍが０．２％の比較例１にお
いては、試験開始後１時間以内でピンポールの発生が認
められ、特にカーボンブラックを含まない比較例３では
その個数が著しく多くなっている。なお、比較例１でＮ
０１３のチューブのピンポール数が経時的に減少したの
は、微小な穴のため配管中のスケールにより塞がったも
のと思われる。

また、カーボンブラックを５％含有する比較例２は、そ
の体積固有抵抗が１０３Ω−ｃｍまで低下し、発生した
静電気を速やかに外部に流すのに充分な導電性を有する
ことから、ピンホールの発生がないのは当然の結果と考
えられるが、カーボンブラックの含有量が少ない実施例
１〜３に比べ、浴液中への溶出物が多くなるので、高純
度な製品づくりが要求される分野での使用には最適でな
く、さらに成形加工性、外観、機械的強度等の面からも
あまり好ましくない。従って、静電気の部分放電による
管壁の局部破壊の防止を主目的とするプラスチックチュ
ーブ熱交換器にあっては、プラスチックチューブ中の導
電性充填材量はできる限り少ないほうがよい。そのため
、プラスチックチューブの体積固有抵抗を帯電防止に有
効とされろ１０７Ω−ｃｍよりら高く、即ち１０７Ω−
ｃｍ−１０１８Ω−ｃｍとし、好ましくは樹脂本来の体
積固有抵抗をほとんど変化させない程度に配合すれば、
プラスデックの特性低下がなくなり、耐久性、非汚染性
に優れたプラスチックチューブ熱交換器とすることがで
きる。

なお、導電性充填材を添加したプラスチックチューブの
体積固有抵抗は、導電性充填［オの種類、あるいは同じ
ものでもチューブの成形条件等によって大きく異なるた
め、樹脂に対する比率は上記範囲に限定されることはな
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、プラスチック
チューブ熱交換器において、伝熱管として小量の導電性
充填材を分散させて含有し、且つその体積固有抵抗がＩ
Ｏ７〜１０１８Ω−ｃｍであるプラスチックチューブを
用いることにより、静電気の部分放電による管壁の局部
破壊を生じることのない耐久性に優れたプラスチックチ
ューブ熱交換器を得ることができる。さらに、導電性充
填材の配合量がわずかでもその効果があるから、プラス
チック本来の特性が維持され、機械的強度、非汚染性の
低下がなく、チューブの成形加工性も良好である。また
、接地する必要がないから、取り扱いら極めて簡単であ
り、その実用上の効果は極めて犬なるものがある。

なお、この発明は上記実施例に限定されることはなく、
例えばプラスチックチューブを多数本束ねる代わりに、
渦巻き状にしたり、あるいはプラ）スチック材料、導電
性充填材の種類、比率を変更するなど、この発明の技術
思想内での種々の変更はもちろん可能である。

以下、余白

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるプラスチックチューブ熱交換器
の正面図、第２図は伝熱管の端末部付近の部分拡大縦断
面図である。 １ニブラスチツクデユープ熱交換器、 ２・プラスチックチューブ、 ３；鍔はスリーブ、　　　４：結合部、１０：端末継手
、　　　１１：ヘッダ。 特許出顆人　　株式会社　潤　工　社 Ｆｉ１．／

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）伝熱管が少なくとも１本のプラスチックチューブ
   からなる熱交換器において、前記少なくとも１本のプラ
   スチックチューブは小量の導電性充填材を分散させて含
   有し、且つその体積固有抵抗が１０＾７Ω−ｃｍから１
   ０＾１＾８Ω−ｃｍの範囲であることを特徴とするプラ
   スチックチューブ熱交換器。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載のプラスチックチュ
   ーブ熱交換器において、プラスチックチューブは複数本
   からなり、該複数のプラスチックチューブは束ねられ、
   それらの端末部が鍔付スリーブと一体融着して蜂の巣状
   の結合部を形成していることを特徴とするプラスチック
   チューブ熱交換器。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載のプラ
   スチックチューブ熱交換器において、導電性充填材はカ
   ーボンブラックからなることを特徴とするプラスチック
   チューブ熱交換器。
4. （４）特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに
   記載のプラスチックチューブ熱交換器において、プラス
   チックチューブは弗素樹脂からなることを特徴とするプ
   ラスチックチューブ熱交換器。