JP2012047407A - 熱交換器、熱交換システム、熱交換システムの施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換器のパイプのピッチずれなどが生じる恐れが無く、製造が容易であり、更に設置時の施工も容易で高効率な熱交換器等を提供する。
【解決手段】 二重管３は、内部に内管３ａが設けられ、外部に外管３ｂが一体で形成されたものである。外管３ｂの谷部１３の内周面が内管３ａの外周面と融着する。内管３ａの外周面と山部１１の内周面とで囲まれた空間が後述する流体が流れる流路となる。二重管３の両端には、それぞれ流体管接続部５ａ、５ｂが設けられる。流路内に流入した流体は、二重管３の内管３ａ、外管３ｂの間の流路を螺旋状に流れ、他端側まで流れる。端部に達した流体は、内管３ａ内部に流入し、流体管接続部５ａ側の端部方向に流れる。二重管３の軸方向端部まで達すると、流路内の流体は流路から継手９ｂを介して流体管７ｂへ流出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地中熱や送電線の発熱と高効率で熱交換を行うことが可能であり、施工が簡単であり、低コストである熱交換器等に関するものである。

地球温暖化などの環境問題が注目されている中、クリーンかつ安全な熱エネルギーとして地中熱等の利用が進められている。たとえば、地中熱は、一年にわたり約１５〜１６℃程度で一定であるため、夏の冷房や、冬の暖房の熱源として活用されている。

地熱を利用した熱交換システムとしては、（１）地中に水平方向にパイプを屈曲させて埋設し、パイプ内を循環する流体と地熱との熱交換を行う水平ループ式や、（２）構造物の建設時において、基礎杭の施工と同時に先端をＵ字に曲げたパイプを埋設し、パイプ内を循環する流体と地熱との熱交換を行う方法がある。

また、（３）地中に螺旋状にコイルを埋設し、地熱との熱交換を行う熱交換器（特許文献１）や、（４）鋼管杭に熱交換用パイプを螺旋状に巻きつけて、地熱との熱交換を行う地熱利用鋼管杭（特許文献２）がある。

特開２００７−１０２７５号公報 特開２００５−１８８８６６号公報

しかし、水平方向にパイプを埋設する（１）の方法では、広範囲にわたってパイプ埋設用の穴を掘削しなければならないため、コスト及び工数を要し、また、埋設するための範囲が広くなるという問題がある。また、基礎杭の施工時に先端をＵ字に曲げたパイプを埋設する（２）の方法では、パイプと地面との接触面積を大きく取ることができず効率が悪いという問題がある。更に、パイプの設置が困難で、専用の部品を使用しなければならないという問題がある。

また、（３）の特許文献１による熱交換器は、パイプを螺旋状にしたため、埋設エリアは比較的狭くでき、また、パイプと地面との接触面積も比較的広く取れるため設計上の熱交換効率は良いが、パイプを螺旋状の形状に加工することが困難であるという問題がある。また、埋設時にも形状を維持するためには、金属パイプ等のある程度の強度を有する材料を選択しなければならずコストが高いという問題がある。

更に、加工、設置、埋設各工程において、螺旋状パイプのピッチが変形等により変化し、設計通りの熱交換効率を得ることができないという問題がある。特に、螺旋形状のピッチが変形等で変わりパイプ同士の接触による熱交換効率の低下を防ぐため、パイプ間のピッチを詰めることができないため、単位長さあたりの熱交換効率が低いという問題がある。

また、（４）の特許文献２による熱交換用パイプを螺旋状に巻きつけた地熱利用鋼管杭は、パイプを螺旋状に巻いた状態で鋼管杭を地面にねじ込むものであるが、特許文献１による熱交換器と同様に、設置時に螺旋状パイプのピッチが変形等により変化し、設計通りの熱交換効率を得ることができず、パイプ同士の接触の恐れがあるため、パイプのピッチを詰めることができず、単位長さ辺りの熱交換効率が低いという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、熱交換器のパイプのピッチずれなどが生じる恐れが無く、製造が容易であり、更に設置時の施工も容易で高効率な熱交換器等を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、螺旋状の波付き部を有する外管と、前記外管の内部に設けられる内管とからなり、前記外管の波付き部の谷部の内面と前記内管の外周面との接触部が融着しており、前記外管の山部の内面と前記内管の外周面との間が流体の流路となる、一体で成形された樹脂製の二重管と、前記二重管の外周に被せられる一対の流体管接続部と、前記流体管接続部に接続される複数の流体管と、を具備し、前記流路と連通する一方の前記流体管から流体を導入すると、流体が前記流路を流れて、他方の前記流体管から排出されることを特徴とする熱交換器である。

前記流体管接続部の内面は前記山部の外周面に接触しており、前記流体管接続部が被せられた部位においては、前記外管の一部に孔が形成され、前記流体管接続部の内面と前記谷部の外周面との間に形成される空間と、前記流路とが連通することで、前記流体管と前記流路とが前記空間および前記孔を介して連通し、前記流体管から導入される流体が、前記流路の一方の方向に流れるように、前記孔の両側の前記空間を封止し、かつ、前記孔から一方の側の前記流路を封止する封止材が設けられることが望ましい。

前記流体管接続部は、前記二重管の外周に被せられるリング状部材であり、前記リング状部材の内面は前記山部の外周面に接触し、前記リング状部材の外周面には、前記流体管が接続されており、一対の前記リング状部材は、前記二重管の外周に所定の間隔をあけて被せられ、一方の前記リング状部材に設けられる前記流体管から導入される流体は、前記孔を介して前記流路に流入し、他方の前記リング状部材の方向に前記流路内を流れ、前記孔を介して他方の前記リング状部材に接続された前記流体管から排出され、前記内管内部と流体とが熱交換可能であってもよい。尚、前記リング状部材の外周面に接続される前記流体管はリング状部材の外周面の円断面の中心に設けられると良い。

前記流体管接続部は、前記二重管の両端部にそれぞれ被せられる蓋状部材であり、前記蓋状部材の内面は前記山部の外周面に接触するとともに、前記二重管の端部を塞ぎ、前記流体管は、一方の前記蓋状部材の外周面および端面にそれぞれ形成される第１の流体管および第２の流体管であり、前記第１の流体管から導入される流体は、前記孔を介して前記流路に流入し、他方の前記蓋状部材の方向に前記流路を流れ、他方の前記蓋状部材を介して前記二重管内部に流入し、前記二重管内部を流れて前記第２の流体管から排出され、前記外管外部と流体とが熱交換可能であってもよい。

第１の発明によれば、内管と外管とが互いに融着して一体で構成されるため、構造が簡易であり、製造が容易である。また、外管と内管とで囲まれた螺旋波付き部が流路となり、外管と内管とが融着しているため、確実に流体が流路に沿って流れ、流体の流行路長を確保でき、熱交換の効率に優れる。また、流路のピッチが変わることもない。

特に、流体管接続部が外管の山部外周面に接触するように被せられ、流体管接続部が被せられた部位の外管（山部）の一部に孔が形成されるため、流体管から流入する流体が確実に流路に流れ、また、流体が他の部位に流れないように、封止材が設けられるため、確実に流体を所望の方向の流路内に流すことができる。

また、流体管接続部が、二重管の外周に所定の間隔をあけて被せられるリング状部材であって、一方のリング状部材に設けられる流体管から導入される流体が、孔を介して流路に流入し、他方のリング状部材の方向に流路内を流れ、孔を介して他方のリング状部材に接続された流体管から排出されれば、当該流体が流れる範囲において、流体は、内管内部との熱交換を行うことができ、例えば内管内部に挿通される電線の発熱と熱交換を行うことも可能である。

また、流体管接続部が、二重管の両端部にそれぞれ被せられる蓋状部材であって、一方の蓋状部材の外周面および端面にそれぞれ第１の流体管および第２の流体管が接続され、第１の流体管から導入される流体が、孔を介して流路に流入し、他方の蓋状部材の方向に流路を流れ、他方の蓋状部材を介して二重管内部に流入し、二重管内部を流れて第２の流体管から排出されれば、流体は効率良く外管外部と熱交換を行うことができ、たとえば、地中に設置することで、地熱と熱交換を行うこともできる。

第２の発明は、前述した熱交換器を用い、ポンプによって前記流体管に流体を循環させ、前記二重管内部には電線が挿通されており、前記流体管を流れる流体が、前記電線の発熱に伴う熱と熱交換を行うことを特徴とする熱交換システムである。

第２の発明によれば、電線が設置された任意の場所、任意の範囲において流体を流すことができ、効率良く熱交換を行うことができる。

第３の発明は、前述した熱交換器を用い、ポンプによって前記流体管に流体を循環させ、前記熱交換器が地中に埋設され、前記流体管を流れる流体が、地熱と熱交換を行うことを特徴とする熱交換システムである。

第３の発明によれば、熱交換器を地中に埋設することで、効率良く地熱と熱交換を行うことができる。

第４の発明は、螺旋状の波付き部を有する外管と、前記外管の内部に設けられる内管とからなり、前記外管の波付き部の谷部の内面と前記内管の外周面との接触部が融着し、前記外管の山部の内面と前記内管の外周面との間が流体の流路となる、一体で成形された樹脂製の二重管に電線を挿通し、前記二重管の外管に、所定の間隔をあけて一対の孔を形成し、前記流路を介して前記孔同士を連通させ、それぞれの前記孔を囲むように前記谷部の外面に封止材を設けるとともに、互いの前記孔同士が連通する方向とは逆方向の前記流路の内部に、前記孔から封止材を設け、前記二重管の外周の前記孔が形成されたそれぞれの部位には、流体管が接続されるリング状部材がそれぞれ設けられることを特徴とする熱交換システムの施工方法である。

第４の発明によれば、既設の電線配管に対しても、容易に熱交換器を設置することができ、また、任意の場所および範囲に対して、熱交換器を形成することができる。

本発明によれば、熱交換器のパイプのピッチずれなどが生じる恐れが無く、製造が容易であり、更に設置時の施工も容易で高効率な熱交換器等を提供することができる。

熱交換器１を示す正面図。 熱交換器１を示す軸方向断面図。 流体管接続部５ａ近傍を示す図（図２のＡ部拡大図）で、（ａ）は流体管接続部５ａを透視した図、（ｂ）は、さらに山部の一部を透視した図。 熱交換器１の流体の流れを示す図。 熱交換器１の設置工程を示す図。 熱交換システム２６を示す図。 熱交換器３０を示す正面図。 熱交換器３０を示す軸方向断面図。 流体管接続部５ｃ近傍を示す図（図７のＩ部拡大図）で、（ａ）は流体管接続部５ｃを透視した図、（ｂ）は、さらに山部の一部を透視した図。 熱交換器３０の流体の流れを示す図。 熱交換システム４１を示す図。 熱交換器１ａを示す軸方向断面図。 流体管接続部５ａ近傍を示す図（図１３のＡ１部拡大図）で、（ａ）は流体管接続部５ａを透視した図、（ｂ）は、さらに山部の一部を透視した図。 二重管５０を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、熱交換器１を示す正面図であり、図２は、熱交換器１を示す軸方向断面図である。熱交換器１は、主に、二重管３、流体管接続部５ａ、５ｂ、流体管７ａ、７ｂ等から構成される。

二重管３は、内部に内管３ａが設けられ、外部に外管３ｂが一体で形成されたものである。内管３ａは、筒状体であり、内面は略滑らかである。外管３ｂは螺旋状の波付き状管体であり、山部１１と谷部１３とが螺旋状に形成される。すなわち、二重管３は、内部が略直管の内管３ａで構成され、内管３ａの外周に、螺旋溝付き管である外管３ｂが一体で接合されたものである。

図２に示すように、外管３ｂの谷部１３の内周面が内管３ａの外周面と融着する。したがって、内管３ａの外周面と山部１１の内周面とで囲まれた空間は、内管３ａの外周に螺旋状に形成される。内管３ａの外周面と山部１１の内周面とで囲まれた空間が後述する流体が流れる流路となる（以下単に「流路」と称する）。二重管３としては、例えば樹脂製で良く、好ましくはポリエチレン製である。例えば、二重管は、内管外周に押し出された樹脂を金型内で吸引することで、押出成形機により一体で連続成形することができる。

二重管３の両端には、それぞれ流体管接続部５ａ、５ｂが設けられる。流体管接続部５ａ、５ｂは、蓋状部材であり、二重管３の両端に被せられる。流体管接続部５ａ、５ｂの内面は二重管３の外周面（山部１１頂部）と接触する。なお、流体管接続部５ａ、５ｂの内面と二重管３の外周面とは、水密が保たれる必要があり、必要に応じて、流体管接続部５ａ、５ｂの内面と二重管３の外周面とが接着等により接合される。なお、流体管接続部５ａ、５ｂとしては、樹脂製、金属製等種々の材料を選択できる。

一方の流体管接続部５ａの側面（二重管の径方向の外周面）には、継手９ａが設けられ、継手９ａには流体管７ａが接続される。すなわち、流体管７ａは、流体管接続部５ａ内部と連通する。同様に、流体管接続部５ａの端面（二重管の軸方向端面）には、継手９ｂが設けられ、継手９ｂには流体管７ｂが接続される。継手９ａ、９ｂ、流体管７ａ、７ｂは、樹脂製、金属製等種々の材料を選択できる。

他方の流体管接続部５ｂは、二重管３の端部に被せられ、この際、図２に示すように、流体管接続部５ｂの端面（内面）と二重管３の軸方向端部との間にはクリアランスが形成される。したがって、前述した流路は、流体管接続部５ｂとのクリアランスを介して内管３ａの内部と連通する。

図３は、図２のＡ部拡大図であり、Ｂ方向矢視図である。なお、図３（ａ）は、流体管接続部５ａを透視した図であり、図３（ｂ）は、さらに外管３ｂの一部（山部１１頂部近傍）を切除した（透視した）状態を示す図である。図３（ａ）に示すように、継手９ａ位置（図中点線円）は、二重管軸方向に隣り合う山部１１の頂部同士の略中間に位置する。

図３（ｂ）に示すように、流体管接続部５ａの内周面と山部１１頂部は接触して水密が保たれる。したがって、流体管接続部５ａの内周面と外管３ｂ（谷部１３）とで囲まれる部位が螺旋状の空間１８となる。したがって、単に流体管接続部５ａを被せたのみでは、継手９ａから流体管接続部５ａ内に流体を流入させると、空間１８に沿って流体が流れる。

これに対し、本発明では、空間の一部を塞ぐように、封止材１５ａが設けられる。封止材１５ａにより、外管３ｂ外周面および流体管接続部５ａ内面との間が水密に保たれる。封止材１５ａは、継手９ａとの連通部を挟むように空間１８にそれぞれ形成される。すなわち、継手９ａ位置から見て両側の空間１８に対して封止材１５ａが設けられる。

封止材１５ａによって囲まれた空間１８の範囲において、外管３ｂ（山部１１側面）の一部に孔１７が形成される。すなわち、継手９ａから流体管接続部５ａ内に流体を流入させると、流体は、流体管接続部５ａ内面、封止材１５ａおよび外管３ｂとで囲まれる空間１８から孔１７を通り、流路である外管３ｂと内管３ａとの間に流入する。この際、封止材１５ａにより、流体が外管３ｂ外面を流れ、他へ流出することがない。なお、流体管接続部５ａにより水密に保つためには、流体管接続部５ａの長さは、空間１８を完全に覆う必要がある。

また、図３（ｂ）に示すように、流路の内部にも封止材１５ｂが設けられる。前述の通り、継手９ａから流体管接続部５ａ内部に流入する流体はすべて流路に流れるが、流体を一方の方向に流すため、他方側の流路を封止材１５ｂで封止するものである。すなわち、封止材１５ｂにより、他方側の流路が水密に保たれる。なお、封止材１５ｂが設けられる位置は、孔１７に対して、流体を流す方向とは逆側であるため、図１等で示されるように、他方側の流体管接続部５ｂと連通する方向とは逆側の流路内に設ければよい。なお、封止材１５ｂは、孔１７から挿入すれば良い。

以上のような構成とすることで、流体管７ａを流れ、継手９ａを介して流体管接続部５ａ内部に流入した流体は、孔１７から全て流路内に流入し、流路内を一方の方向に（他方の流体管接続部５ｂ側に）流れる（図３（ｂ）中矢印Ｄ方向）。なお、封止材１５ａ、１５ｂとしては、樹脂製等のシール部材やパテあるいは水膨張性部材等を単独あるいは適宜組み合わせて用いればよい。

次に、熱交換器１内の流体の流れについて説明する。図４は、熱交換器１の軸方向断面において、流体の流れを示す図である。流体管７ａを熱交換器１方向に流れる流体は（図中矢印Ｃ方向）、前述の通り、継手９ａを介して流体管接続部５ａ内部に流れ、孔１７を介して流路内に全て流れる（図中矢印Ｄ方向）。

流路内に流入した流体は、二重管３の内管３ａ、外管３ｂの間の流路を螺旋状に流れ、他端側（流体管接続部５ｂ側）まで流れる（図中矢印Ｅ方向）。二重管３の軸方向端部まで達すると、流路内の流体は流路から流出し、流体管接続部５ｂと二重管３端部とのクリアランスを通って二重管３内部（内管３ａ内部）に流入する（図中矢印Ｆ方向）。なお、流体が全て内管３ａ内部に流入するように、流体管接続部５ｂ内面と二重管３（外管３ｂ）の間の空間は封止材や螺旋パッキン等で塞がれる。

内管３ａ内部に流入した流体は、流体管接続部５ａ側の端部方向に流れ（図中矢印Ｈ方向）、継手９ｂを介して流体管７ｂへ流出する。なお、内管３ａ内部からの流体が、全て継手９ｂから流体管７ｂへ流れるように、流体管接続部５ａ、５ｂの内面は、二重管３の軸方向に少なくとも２山以上の山部と接し、かつ、前述した封止材１５ａ等により、流体が二重管３外部に流出しないように封止される。

流体が流路を流れる際に、熱交換器１の外部（外管３ｂ外部）の熱と流体とが熱交換を行うことができる。なお、流体としては、合成樹脂管の特性の劣化をともなわないものであればいかなるものでも使用できるが、例えば水や不凍液を加えた水、アルコール等の有機溶媒を希釈したものが使用できる。

次に、本発明にかかる熱交換器１の設置施工方法について説明する。図５は、熱交換器１を設置する工程を示した図である。まず、図５（ａ）に示すように、設置場所の地面２１に、所定深さの掘削孔２３を掘削する。掘削孔２３の深さは地熱を利用するためには例えば３ｍ以上が望ましい。

次に、図５（ｂ）に示すように、掘削孔２３に熱交換器１を挿入する。この際、熱交換器１は、筒体２５に挿入されてもよい。筒体２５に熱交換器１を挿入する場合には、熱交換器１外面と筒体２５内面との熱伝導を良くするため、熱交換器１外面と筒体２５との隙間に、粉状・粒状の熱伝導材を充填することが望ましい。

次に、図５（ｃ）に示すように、熱交換器１を埋め戻して熱交換システム２７の施工が終了する。熱交換器１に流体を循環させることで周囲の地熱と熱交換を行うことができる。なお、熱交換器１は、予め工場等で製造することができるため、現地での加工や調整等の作業は不要である。

図６は、熱交換器１を用いた熱交換システムの一例である、熱交換システム２６を示す図である。地熱は、１年を通じてほぼ同一の温度で推移し、夏は外気温に対して冷たく、冬は外気温に対して暖かい。このため、循環ポンプ２７により熱交換器１および床２９下に配置されたパイプ２８に流体を循環させることで、地熱を利用した床冷暖房を行うことができる。なお、熱交換器１は、１個設けることも可能であるが、複数個を連結して設けることもできる。

以上説明したように、第１の実施の形態にかかる熱交換器１によれば、簡易に高効率の熱交換を行うことができる。熱交換器１は、一体で形成される二重管３を用いるため、低コストであり、長寿命の熱交換器を得ることができる。また、熱交換器１のメンテナンスや交換を行う際にも、新しい二重管に孔および封止材を設け、流体管接続部を接続するのみであるため、メンテナンス性や交換作業性に優れる熱交換器を得ることができる。

また、施工時等に流路のピッチが変化することがない。また、二重管３の内管３ａと外管３ｂとが融着するため、流体が流路を確実に流れ、ショートカットなどすることがない。

また、熱交換器１の埋設には、あらかじめ工場等で加工した熱交換器１を埋設するための十分な大きさの穴を掘削すればよいため、それ以上の大きさの穴を掘削する必要がなく、必要以上に深い穴を掘削する必要もなく、挿入が容易で、熱交換器の埋設工数が削減できる。

次に、第２の実施形態について説明する。図７は熱交換器３０を示す正面図であり、図８は、熱交換器３０を示す軸方向断面図である。なお、以下の実施形態において、熱交換器１と同様の機能を奏する構成は、図１等と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。熱交換器３０は、熱交換器１と略同様の構成であるが、流体管接続部の構造が異なる。

リング状部材である流体管接続部５ｃは、二重管３の外周に所定の間隔をあけて一対設けられる。流体管接続部５ｃとしては、例えば２分割した部材を接合してリング状部材としてもよい。流体管接続部５ｃの外周面には継手９ａ、９ｂがそれぞれ接合され、継手９ａ、９ｂには流体管７ａ、７ｂがそれぞれ接続される。

なお、二重管３としては、電線ケーブルの保護管を適用することができる。すなわち、図８等に示すように、二重管３（内管３ａ）の内部には、電線３１が挿通される。

図９は、図２のＩ部拡大図であり、Ｊ方向矢視図である。なお、図９（ａ）は、流体管接続部５ｃを透視した図であり、図９（ｂ）は、さらに外管３ｂの一部（山部１１頂部近傍）を切除した（透視した）状態を示す図である。図９（ａ）に示すように、継手９ａ位置（図中点線円）は、軸方向に隣り合う山部１１の頂部同士の略中間に位置する。

一方の側の流体管接続部５ｃの内周面と山部１１頂部は接触（または接着）して水密が保たれる。なお、流体管接続部５ｃの内面は、二重管３の軸方向に少なくとも２山以上の山部と接触させる。流体管接続部５ｃの内周面と外管３ｂ（谷部１３）とで囲まれる部位が螺旋状の空間１８となる。空間１８には、熱交換器１の場合と同様に、空間１８の一部を塞ぐように、封止材１５ａが設けられる。封止材１５ａにより、外管３ｂ外周面および流体管接続部５ａ内面との間が水密に保たれる。封止材１５ａは、継手９ａとの連通部を挟むように、継手９ａの両側の空間１８にそれぞれ形成される。

封止材１５ａによって囲まれた空間１８の範囲において、外管３ｂ（山部１１側面）の一部に孔１７が形成される。すなわち、継手９ａから流体管接続部５ａ内に流体を流入させると、流体は、流体管接続部５ａ内面、封止材１５ａおよび外管３ｂとで囲まれる空間から孔１７を通り、流路である外管３ｂと内管３ａとの間に流入する。この際、封止材１５ａにより、流体が外管３ｂ外面を流れ、他へ流出することがない。

また、図９（ｂ）に示すように、流路の内部にも封止材１５ｂが設けられる。封止材１５ｂが設けられる位置は、孔１７に対して、流体を流す方向とは逆側であるため、図７等で示されるように、他方側の流体管接続部５ｃと連通する方向とは逆側の流路内に設ければよい。

以上のような構成とすることで、流体管７ａを流れ、継手９ａを介して流体管接続部５ｃ内部に流入した流体は、孔１７から全て流路内に流入し、流路内を一方の方向に（他方の流体管接続部５ｃ側に）流れる（図９（ｂ）中矢印Ｌ方向）。なお、他方の流体管接続部５ｃ側も、上述した一方の側の流体管接続部５ｃと対称に同様の構成が形成される。すなわち、他方の流体管接続部５ｃ側にも、孔１７および封止材１５ａ、１５ｂが同様に形成される。

次に、熱交換器３０内の流体の流れについて説明する。図１０は、熱交換器３０の軸方向断面において、流体の流れを示す図である。流体管７ａを熱交換器３０方向に流れる流体は（図中矢印Ｋ方向）、前述の通り、継手９ａを介して一方の側の流体管接続部５ｃ内部に流れ、孔１７を介して流路内に全て流れる（図中矢印Ｌ方向）。

流路内に流入した流体は、二重管３の内管３ａ、外管３ｂの間の流路を螺旋状に流れ、他端側（他方の流体管接続部５ｃ側）まで流れる（図中矢印Ｍ方向）。二重管３の軸方向端部まで達すると、流路内の流体は外管３ｂに形成された孔から流出する（図中矢印Ｎ方向）。流出した流体はすべて継手９ｂに流出し、流体管７ｂへ流出する。

流体が流路を流れる際に、熱交換器１の内部（内管３ａ内部）の電線からの発熱と流体との熱交換を行わせることができる。

なお、熱交換器３０は、あらかじめ工場等で製造することもできるが、内部に電線が挿通された既設の二重管に対しても設置することもできる。施工方法は熱交換器１と同様であるが、二重管３が長尺であってもよく、長尺の二重管の長手方向に任意の範囲で設置することができる。

次に、熱交換器３０を用いた熱交換システム４１について説明する。図１１は、熱交換器３０を利用した、床下冷暖房を目的とした熱交換システム４１の概略図である。熱交換器３０は例えば地面３５に埋設される。地面３５下に埋設された電線３１が貫通する二重管には、流体管接続部５ｃ等が接続され、熱交換器３０が設けられる。

熱交換器３０は循環ポンプ３３と接続され、さらにパイプ３７と接続される。循環ポンプ３３は、熱交換器３０およびパイプ３７内に流体を循環する。熱交換器３０を流れる流体は電線３１による発熱との熱交換を行う。熱交換を終えた流体は床下に配置されたパイプ３７に流され、床暖房を行うことができる。なお、熱交換システム４１においては、複数の熱交換器３０を設けた例を示したが、流体管接続部５ｃの間隔を広げれば、一つの熱交換器３０により、大きな熱交換を行うこともできる。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、電線の発熱を有効に利用することができる。また、既設の電線管に設置することもでき、設置位置や設置範囲を任意に決めることができる。このため、施工性に優れた熱交換システムを得ることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、それぞれの熱交換器を用いた熱交換システムとしては、上述した例に限られず、他の構造体や道路、温室、プールなど様々な場面に適用することができる。

また、以上の実施形態においては、螺旋状の波付き部を有する外管は、山部（谷部）が１本の連続した螺旋形状である例を示したが、複数本の螺旋状の波形状（山部、谷部）を、それぞれの波が並行するように設けることもできる。すなわち、隣り合う螺旋状の山部（谷部）同士は、互いに平行に形成され、それぞれが独立した流路を形成する。この場合でも、前述の熱交換器１と同様に構成することができる。

図１２は、複数の螺旋溝が併設された外管を有する二重管４を用いた熱交換器１ａを示す図である。二重管４は、螺旋状の波付き管であって、二重管３と略同様の構成であるが、螺旋波形状が異なる。二重管４は、二重管３と異なり、螺旋形状が１本の連続した形態ではなく、２本の螺旋形状が平行に併設されたものである。なお、二重管４としては、螺旋形状が２本の例を示すが、３本以上あってもよい。

二重管４の外管には、互いに独立した２本の螺旋形状（谷部、山部）が形成される。したがって、流路が２本形成される。このため、熱交換器１ａは、それぞれの流路に流体を供給するための流体管７ａが一対設けられる。すなわち、流路の数に対応した本数の流体管７ａが流体管接続部５ａに設けられる。

図１３は、図１２のＡ１部拡大図であり、熱交換器１ａに対して、図３と同様に示す図である。図１３（ａ）に示す通り、熱交換器１ａでは隣り合う谷部１３それぞれの略中央にそれぞれ継手９ａ（図中点線円）が設けられる。すなわち、継手９ａは、隣り合う谷部１３（山部１１の頂部同士の略中間）のそれぞれに位置する。なお、継手９ａは、それぞれの谷部１３に連通すれば良く、周方向の異なる位置に形成されてもよい。

図１３（ｂ）に示すように、流体管接続部５ａの内周面と山部１１頂部は接触して水密が保たれ、流体管接続部５ａの内周面と外管３ｂ（谷部１３）とで囲まれる部位が螺旋状の空間１８となる。空間１８には、継手９ａとの連通部を挟むように、封止材１５ａが設けられる。すなわち、隣り合うそれぞれの谷部１３が、それぞれ封止材１５ａによって封止されて、それぞれ独立した空間１８が形成される。なお、外管３ｂ外周面および流体管接続部５ａ内面との間が水密に保たれる。すなわち、継手９ａ位置から見て両側の空間１８に対して封止材１５ａが設けられる。

それぞれの空間１８の範囲において、外管３ｂ（山部１１側面）の一部にそれぞれ孔１７が形成される。すなわち、それぞれの継手９ａから流体管接続部５ａ内に流体を流入させると、流体は、流体管接続部５ａ内面、封止材１５ａおよび外管３ｂとで囲まれるそれぞれの空間１８から孔１７を通り、それぞれの流路に流入する。この際、それぞれの流路内部にも封止材１５ｂが設けられる。したがって、継手９ａから流体管接続部５ａ内部に流入する流体はすべて一方の方向（流体管接続部５ｂ側）に流すことができる。以上により、それぞれ独立した流路に対して流体をそれぞれ流すことができる。

なお、流体管接続部５ａは、それぞれの流路に対して流される流体を水密に保つ必要があるため、それぞれの流路に対する空間１８をすべて覆う必要がある。したがって、２本の流路の場合には、流路（山部または谷部）は、二重管の外周を一周する際に４本の山部（谷部）に渡って形成される。したがって、流体管接続部５ａとしては、少なくとも流路の本数の２倍の波ピッチ（隣り合う山部間ピッチ）分を覆うだけの長さが必要であり、望ましくはこれに１〜２ピッチ分ほど長くすることが望ましい。

また、流体管接続部５ｂ側においては、それぞれの流路が流体管接続部５ｂに連通していれば、熱交換器１と同様に、それぞれの流路を流れた流体は、流体管接続部５ｂで合流して、二重管４（内管３ａ）内部を流れて熱交換器１ａから流出する。

また、一方の流路の流体管接続部５ｂ側が、流体管接続部５ｂ内部に連通しない場合には、流路の入り側と同様に、流路の側面に孔を設けて、流体を二重管４の外部に導出し、流体管接続部５ｂ内部に流入させればよい。この場合、流体の流入側と同様に、流路の封止には封止材１５ｂ等を形成することで、流体を孔から全て外部に導出でき、また、谷部の一方の側に封止材１５ａを設けることで、流体をすべて端部側（流体管接続部５ｂの端部側）に流すことができ、流体が流体管接続部５ｂから漏れることがない。

このように、波状部と内管の間に形成される流路を複数本とすることにより、流路中の流体断面積が流路の本数分だけ大きくすることができるので、流路中の流体の流速を上げないで済むことから、外管と内管の融着部の強度に余裕を与えることができる。

また、同一の熱交換器長さであれば、流路を複数とすることで、それぞれの流路の長さが短くなるため、流体抵抗を小さくすることができる。なお、上述したような流路を複数とする構成を、前述した各実施形態に適用可能であることは言うまでもない。たとえば、熱交換器３０に適用する場合には、流体管７ａ、７ｂともに、流路の本数分だけ形成すれば良い。

また、以上の説明では、流路の形状がなだらかな波形状である二重管３、４を用いる例を示したが、二重管３、４に代えて、図１４に示すような二重管５０を用いてもよい。図１４は、二重管５０の断面を示す図である。二重管５０は、山部１１と谷部１３が略直線状で、さらに山部１１と谷部１３をほぼ直線状に結ぶ略台形状（略矩形）の波形状を有するものでも良い。このような波形状とすることにより、外管と内管の接着部長として、谷部全体が寄与するため、外管と内管の接着強度を向上させることができる。

また、流体管接続部５ａ、５ｂ、５ｃの内面が、二重管の山部頂部と水密に保つ方法としては接着の例を示したが、流体管接続部５ａ、５ｂ、５ｃの外周に、バンド等を設けて締め付けてもよく、接着等と組み合わせてもよい。さらに、水密を保つためのパッキン等を用いてもよい。

１、１ａ、３０………熱交換器
３、４、５０………二重管
３ａ………内管
３ｂ………外管
５ａ、５ｂ、５ｃ………流体管接続部
７ａ、７ｂ………流体管
９ａ、９ｂ………継手
１１………山部
１３………谷部
１５ａ、１５ｂ………封止材
１７………孔
１８………空間
２１………地面
２３………掘削孔
２５………筒体
２６………熱交換システム
２７………循環ポンプ
２８………パイプ
２９………床
３１………電線
３３………循環ポンプ
３５………地面
３７………パイプ
３９………構造体
４１………熱交換システム
４３………被覆ケーブル

Claims (7)

1. 螺旋状の波付き部を有する外管と、前記外管の内部に設けられる内管とからなり、前記外管の波付き部の谷部の内面と前記内管の外周面との接触部が融着しており、前記外管の山部の内面と前記内管の外周面との間が流体の流路となる、一体で成形された樹脂製の二重管と、
   前記二重管の外周に被せられる一対の流体管接続部と、
   前記流体管接続部に接続される複数の流体管と、を具備し、
   前記流路と連通する一方の前記流体管から流体を導入すると、流体が前記流路を流れて、他方の前記流体管から排出されることを特徴とする熱交換器。
2. 前記流体管接続部の内面は前記山部の外周面に接触しており、
   前記流体管接続部が被せられた部位においては、前記外管の一部に孔が形成され、前記流体管接続部の内面と前記谷部の外周面との間に形成される空間と、前記流路とが連通することで、前記流体管と前記流路とが前記空間および前記孔を介して連通し、
   前記流体管から導入される流体が、前記流路の一方の方向に流れるように、前記孔の両側の前記空間を封止し、かつ、前記孔から一方の側の前記流路を封止する封止材が設けられることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記流体管接続部は、前記二重管の外周に被せられるリング状部材であり、前記リング状部材の内面は前記山部の外周面に接触し、前記リング状部材の外周面には、前記流体管が接続されており、
   一対の前記リング状部材は、前記二重管の外周に所定の間隔をあけて被せられ、一方の前記リング状部材に設けられる前記流体管から導入される流体は、前記孔を介して前記流路に流入し、他方の前記リング状部材の方向に前記流路内を流れ、前記孔を介して他方の前記リング状部材に接続された前記流体管から排出され、前記内管内部と流体とが熱交換可能であることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
4. 前記流体管接続部は、前記二重管の両端部にそれぞれ被せられる蓋状部材であり、前記蓋状部材の内面は前記山部の外周面に接触するとともに、前記二重管の端部を塞ぎ、
   前記流体管は、一方の前記蓋状部材の外周面および端面にそれぞれ形成される第１の流体管および第２の流体管であり、
   前記第１の流体管から導入される流体は、前記孔を介して前記流路に流入し、他方の前記蓋状部材の方向に前記流路を流れ、他方の前記蓋状部材を介して前記二重管内部に流入し、前記二重管内部を流れて前記第２の流体管から排出され、前記外管外部と流体とが熱交換可能であることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
5. 請求項３記載の熱交換器を用い、
   ポンプによって前記流体管に流体を循環させ、
   前記二重管内部には電線が挿通されており、前記流体管を流れる流体が、前記電線の発熱に伴う熱と熱交換を行うことを特徴とする熱交換システム。
6. 請求項４記載の熱交換器を用い、
   ポンプによって前記流体管に流体を循環させ、
   前記熱交換器が地中に埋設され、前記流体管を流れる流体が、地熱と熱交換を行うことを特徴とする熱交換システム。
7. 螺旋状の波付き部を有する外管と、前記外管の内部に設けられる内管とからなり、前記外管の波付き部の谷部の内面と前記内管の外周面との接触部が融着し、前記外管の山部の内面と前記内管の外周面との間が流体の流路となる、一体で成形された樹脂製の二重管に電線を挿通し、
   前記二重管の外管に、所定の間隔をあけて一対の孔を形成し、前記流路を介して前記孔同士を連通させ、
   それぞれの前記孔を囲むように前記谷部の外面に封止材を設けるとともに、互いの前記孔同士が連通する方向とは逆方向の前記流路の内部に、前記孔から封止材を設け、
   前記二重管の外周の前記孔が形成されたそれぞれの部位には、流体管が接続されるリング状部材がそれぞれ設けられることを特徴とする熱交換システムの施工方法。

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