JP4981517B2 - 熱交換器、熱交換システム及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中熱又は電線の発熱を利用し、埋設方法および製造方法が簡単であり、かつ、長寿命、低コストである熱交換器及び熱交換システム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の利用が進められている。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、パイプが巻き付けられていないので、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。図１０は、基礎杭施工時にパイプを設置した状態を示す図であり、図１０（ａ）は、掘削孔に鉄筋籠４３とパイプ４０を設置した状態、図１０（ｂ）はＵ字曲げ部品の拡大図である。図１０（ａ）に示すように、鉄筋籠４３設置後に掘削孔へパイプ４０が挿入され、パイプ４０内にポンプ４１で流体を循環させると、地熱と熱交換が行われ、地熱を利用することができる。

しかし、パイプ４０をＵ字に曲げると、パイプ４０がつぶれてしまう恐れがある。また、パイプ４０を挿入する隙間が狭く、掘削孔の下端まで挿入するのは困難である。よって、このような方法では、図１０（ｂ）に示す、Ｕ字曲げ部品４５を使用しなければならない。すなわち、パイプをつぶすことなく曲げることができ、また、錘の役目を果たすＵ字曲げ部品４５を使用しなければ、基礎杭に熱交換パイプ４０を設置することが困難であると言う問題がある。

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問題があり、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。

更に、前述した（１）〜（４）の従来の各技術では、すべて地熱のみを利用するものであるため、年間を通してより大きな熱量を要する、例えば温水プールの保温等に用いるためには、地熱のみからの熱量では熱量が不足するため、大掛かりな熱交換器を使用しなければならな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、加工が容易であり、更に埋設時の施工も容易で高効率な熱交換器及び熱交換システム等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、外面に螺旋状の溝を有する螺旋溝付管と、前記螺旋溝付管の前記溝に沿って巻き付けられるパイプと、前記螺旋溝付管の内部を貫通する電線と、を具備し、前記パイプの外径は、前記溝の溝幅よりも大きく、かつ、前記溝のピッチよりも小さく、隣り合う前記パイプ同士が接触せず、前記パイプは前記溝に嵌らずに前記パイプと前記溝との間に隙間が形成され、前記パイプ内に流体を流すことを特徴とする熱交換器である。

前記パイプは、前記溝のエッジと接触し、前記エッジはＲ形状であることが望ましく、また、前記螺旋溝付管及び前記パイプはコストを考慮して樹脂製のものを用いることができる。

第１の発明によれば、螺旋溝付管にパイプを巻き付けるため、螺旋形状を加工しやすく、埋設時にピッチずれを生じず、低コストで長寿命な熱交換器を提供することができる。特に、内部に電線が貫通されることで、電線による発熱に対しても熱交換を行うことができるため、高い効率で熱交換を行うことができる熱交換器を提供することができる。また、内部に電線が貫通されるため、熱交換器を横型にすると、地熱と電線の発熱の両者を利用できることから効率が良く、熱交換器の埋設深さを浅くできるので工事が容易である熱交換器を提供することができる。

第２の発明は、外面に螺旋状の溝を有する螺旋溝付管と、前記螺旋溝付管の前記溝に沿って巻き付けられるパイプと、前記螺旋溝付管の内部を貫通する電線と、を具備し、前記パイプの外径は、前記溝の溝幅よりも大きく、かつ、前記溝のピッチよりも小さく、隣り合う前記パイプ同士が接触せず、前記パイプは前記溝に嵌らずに前記パイプと前記溝との間に隙間が形成される熱交換器において、前記パイプは架橋ポリエチレン製であり、架橋前の前記パイプを前記螺旋溝付管に巻き付けた後、架橋処理を行うことを特徴とする熱交換器の製造方法である。

第２の発明によれば、パイプが架橋ポリエチレン製であるため、低コストかつ耐久性、熱疲労特性に優れ長寿命であり、架橋前のパイプを螺旋溝付管に巻き付けた後に、架橋処理を行うため、巻きつけ加工が容易で、架橋により安定した螺旋形状を有するパイプを用いた熱交換器製造方法を提供することができる。

第３の発明は、外面に螺旋状の溝を有し、前記溝に沿ってパイプが巻き付けられ、前記パイプの外径は、前記溝の溝幅よりも大きく、かつ、前記溝のピッチよりも小さく、隣り合う前記パイプ同士が接触せず、前記パイプは前記溝に嵌らずに前記パイプと前記溝との間に隙間が形成された螺旋溝付管内を電線が貫通する熱交換器を設け、前記パイプ内を流れる流体が、前記電線から発生した熱及び／又は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。

前記パイプは、前記溝のエッジと接触し、前記エッジはＲ形状であることが望ましい。前記熱交換器が保護管に挿入され、前記熱交換器と前記保護管のクリアランスには熱伝導媒体が充填されていてもよい。また、熱交換を終えた前記流体を構造物に流し、前記流体の熱を構造物に利用してもよく、熱交換を終えた前記流体の熱を熱機器の予熱に利用してもよい。

第３の発明によれば、地熱のみではなく、螺旋溝付管内を貫通する電線からの発熱を利用することができるため、より高い熱量を熱交換により得ることができ、また、保護管を使用すれば、土圧で熱交換器が変形等することがなく、さらに熱伝導媒体によって周囲の地熱との熱交換効率に優れ、構造物や熱機器において効率良く熱を利用することができる熱交換システムを提供することができる。

本発明によれば、地熱のみでなく電線からの発熱も利用することができ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、加工が容易であり、更に埋設時の施工も容易な高効率な熱交換器及び熱交換システム等を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる熱交換器１の外観を示す斜視図であり、図２は、螺旋溝付管７の外観を示す斜視図である。

熱交換器１は、主に、螺旋溝付管７、パイプ５及び電線３１より構成される。螺旋溝付管７は外面に螺旋溝３を有する管状部材である。パイプ５は螺旋溝付管７の外面の螺旋溝３に沿って巻きつけられ、螺旋溝付管７の内部には電線３１が貫通されている。パイプ５の両端には継手６が設けられ、ポンプ等と接続される。パイプ５の内部には熱媒体である流体が流される。

図１において、Ａ方向よりパイプ５内に流体を流すと、流体は、螺旋溝付管７の周囲の螺旋溝３に沿って螺旋状に巻きつけられたパイプ５内を流れ、螺旋溝付管７の端部まで流れるとＢ方向へ流出する。よって、熱交換器１によれば、パイプ５内を流れる流体が周囲の地熱と熱交換を行うことができる。ここで、更に電線３１に通電を行うと、電線３１を流れる電流と電線３１の電気抵抗値等に応じた発熱を生じる。よって、熱交換器１は、電線３１より発生した熱と、螺旋溝付管７の周囲を流れる流体との間でも熱交換を行うことができる。

ここで、より効率の高い熱交換器を得るためには、パイプ５と周囲の熱媒体との接触面積を多く取る必要がある。図３は、螺旋溝付管７に巻きつけられたパイプ５の断面を示す図である。図３（ａ）に示すように、パイプ５の外径が螺旋溝３の溝幅よりも小さい場合は、パイプ５が螺旋溝３内に嵌ってしまうため、パイプ５と周囲の熱媒体との接触面積が小さくなり望ましくない。また、図３（ｂ）に示すように、パイプ５の外形が螺旋溝３のピッチよりも大きくなると、パイプ５同士が接触し、その接触部には熱媒体を配置できないため、パイプ５と周囲の熱媒体との接触面積が小さくなる他、巻き付け時の張力によりパイプ５の断面が僅かに潰れるので、隣同士のパイプが接触する傾向がより強まり、パイプの巻き付け性も阻害する。

図３（ｃ）に示すように、パイプ５が螺旋溝３に嵌らず、また、パイプ５同士が接触しなければ、パイプ５と周囲の熱媒体との接触面積を大きく取ることができるため、より熱交換効率を高めることができる。このように、パイプ５の外形は、螺旋溝３の溝幅よりも大きく、また螺旋溝３のピッチよりも少し小さいことが望ましい。

なお、螺旋溝付管７、パイプ５のサイズは使用場所や電線３１の外径等に応じても変わるが、例えば螺旋溝付管７は内径３０〜８０ｍｍ、パイプ５は内径５〜１３ｍｍ程度のものが使用できる。ここで、内径８０ｍｍ×ピッチ２５ｍｍ×長さ２ｍの螺旋溝付管７に、内径１３ｍｍ×肉厚２ｍｍ（外径１７ｍｍ）のパイプを約８０回の巻きつけが可能で、約２８ｍ分のパイプを巻き付けることができる。また、上記の例で、内径１７ｍｍ×肉厚２．５ｍｍ（外径２２ｍｍ）のパイプを用いると、螺旋管のピッチに対するパイプ密度が高くなる。

また、例えば、内径３０ｍｍ×ピッチ１０ｍｍ×長さ２ｍの螺旋管に、内径６ｍｍ×外径８．５ｍｍのパイプを２００回の巻き付けが可能で、この場合も約２８ｍを巻きつけることができる。つまり、螺旋管の長さの１０倍以上のパイプを螺旋管に等しいピッチで巻き付けることが可能である。ここで、上記の熱交換器１の長さを５０ｃｍで構成すれば、５０ｃｍ×４本の熱交換器で構成することもできる。なお、熱交換器の数は４本でなく、熱交換器の容量に応じていくつに設計することもできる。

ここで、螺旋溝付管７の材質は特定しないが、樹脂製、金属製ともに使用できるが、絶縁性のある樹脂製が金属製より好ましい。また、螺旋溝付き管７は、樹脂製、金属性の場合ともに、通常それ自体で埋設時の土圧に耐えることができるため、特に充填剤を充填する必要はないが、場合により熱伝導性の良い充填剤を充填することも可能である。

ここで、継手６の構造は特定しないが、通常住宅の給排水用に使用する公知の継手をそのまま使用することができるが、それと同等の機能を有するものであれば、いかなるを構造のものでも用いることができる。通常は、ゴムパッキンと抜け止めリングなどを組み合わせた構造のものが多い。例えば継手６の本体の材質は、青銅等の金属製やポリエチレン等の合成樹脂製の継手が使用できる。

また、流体は合成樹脂管や金属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。また、パイプ５の材質は特定しないが、絶縁性、コストを考慮すると、公知の合成樹脂性の材料を使用でき、特に架橋ポリエチレン管が望ましいが、銅、アルミニウムなどの金属製のパイプも使用することが可能である。さらに、パイプ５の材料として、アルミニウムとポリエチレンのクラッド管などを用いることができる。

パイプ５の材質として金属を用いた場合、電線３１が被覆線の場合は、被覆により絶縁が確保されているので、そのまま使用すれば良いが、電線３１として裸線を用いる場合は、パイプ５と電線３１の絶縁は両者の間に電線３１の発熱温度より高温の耐熱性を有する樹脂製のスペーサを配置するなどすれば良い。施工の容易さを考慮すれば、被覆線を用いることが良く、発熱量を稼ぐことを考えれば、裸線を用いるのが良い。

パイプ５の材質として架橋ポリエチレンを使用した場合は、熱交換器１は以下のように製造される。まず、架橋処理前のポリエチレン製であるパイプ５を螺旋溝付管７に巻き付ける。パイプ５は架橋前であるので巻きつけ作業が容易である。次に、パイプ５を螺旋溝付管７に巻きつけた状態で加熱し、架橋処理を行う。架橋処理によりパイプ５は架橋ポリエチレンとなり、巻きつけられたパイプ５の螺旋形状が安定する。

本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、螺旋溝付管７の螺旋溝３に沿ってパイプ５を巻き付けた構造であるため、パイプ５を螺旋形状に加工するのが容易であり、また螺旋溝３により埋設時等に螺旋ピッチが変化することがない。このため、当初設計通りの性能を得ることができ、設計、製造も容易である。

また、螺旋溝３はパイプ５の螺旋形状を確実に保ち、ピッチがずれることがないため、パイプ５のピッチをパイプ５同士が接触しない範囲で狭くすることができ、熱交換器の単位長さ辺りのパイプ５の巻き長さを長くすることができるため、熱交換効率を高めることができる。また、螺旋溝３のエッジはＲ形状であるため、パイプ５を巻き付けた際に、パイプ５が損傷することもない。

また、パイプ５が架橋ポリエチレンであれば、パイプ５を螺旋溝付管７に巻き付けた後に架橋処理を行うため、低コストであり、かつ形状の安定性に優れ、耐久性、熱疲労特性に優れた熱交換器１を得ることができる。

次に、熱交換器１を用いた熱交換システム５０について説明する。図４は、熱交換器１を利用した、床下冷暖房を目的とした熱交換システム５０の概略図である。熱交換器１は地面９に埋設されている。熱交換器１は土圧に耐えられる範囲では深く埋設することも可能であり、地熱を利用するためには例えば３ｍ以上５ｍ以下にすることが多いが、熱交換器の設計に応じて前記の範囲に限らず埋設深さを適宜応じて変更することができる。

地面９下に埋設された電線３１が貫通する螺旋溝付管７には、パイプ５が巻きつけられ、さらにその周囲には保護管３２が設けられる。図５は、保護管３２に挿入された熱交換器１の概略図である。保護管３２は、特に螺旋溝付管７やパイプ５が樹脂製の場合に効果があり、地中に埋設された螺旋溝付管７やパイプ５が土圧によって変形または潰されることを防止する役割を持つ。このため保護管３２は土圧に耐え得る強度が必要であり、例えば、強度及び熱伝導性に優れたアルミニウム等の金属性のものが使用できる。

また、周囲の地熱との高い熱交換効率を得るためには、保護管３２の内径と、保護管３２に挿入される熱交換器１の外径のクリアランスは可能な限り小さい方が望ましい。また、図５に示すように、必要に応じて、当該クリアランスに熱伝導媒体３３を充填することで、地熱との熱交換効率を高めることができる。熱伝導媒体３３としては、例えば、珪砂や黒鉛粉末などが使用でき、その他の材料も設計に応じて適宜選定使用することができる。なお、前述の通り、螺旋溝付管７及びパイプ５が、地中において土圧によって変形等する恐れがなければ、保護管３２及び熱伝導媒体３３を使用する必要はない。

図４に示すように、熱交換器１ａに配されるパイプ５は、地上に設けられたポンプ２１に接続される。ポンプ２１は、パイプ５内に水等の流体を循環する。パイプ５内を循環する流体は、地中にて熱交換器１ａにより地熱及び電線３１との熱交換を行う。

ここで、熱交換器１ｂのように、継手６の設置を終えた状態までの施工が完了していれば、更に大きな熱量を必要とする場合や、離れた場所に新規に家を建設する場合などにおいても、必要に応じて継手６にパイプやポンプ等を接続すれば、簡易かつ有効に熱を利用することができる。

ポンプ２１はまた、熱交換を終えた流体を床２５下に配置されたパイプ２３に流す。地熱は、１年を通じてほぼ同一の温度で推移する。よって熱交換を行った流体を床２５下に流すことで、床２５の冷暖房を行うことができる。なお、螺旋溝付管７の中の電線３１は、熱交換器の設計に応じて、必ずしも１本でなく、別々の電線を複数本配設することもできるし、１本の電線を折り返して挿通させて配設することもできる。

また、熱交換器１は、電線３１（螺旋溝付管７）が1本の場合は、所定間隔を空けて直線状に並べることができる。また、電線３１（螺旋溝付管７）が複数本ある場合は、電線３１に対して直線状に並べることもできるし、各電線３１に並列に配設することもできる。さらに、直線状又は並列に配列した熱交換器は、それぞれ独立して使用することもできるし、直列に接続して使用することも可能である。

また、図４に示すように、熱交換器１は、地中に埋設する場合に工事が簡単であることから、通常横型に使用するが、必要によっては縦型にして使用することもできる。螺旋溝付管へのパイプ５の巻き付け長さは適宜設計でき、敷設した螺旋溝付管７の全長に渡って巻くこともできるが、熱交換器の設計に応じて、所定長さを所定個所に何箇所でも巻き付けることができる。

なお、パイプ２３の材質は特定しないが、例えば鋼管、アルミニウム管、架橋ポリエチレン管が使用できる。また、パイプ２３の代わりにこれらのパイプを熱伝導率の良いアルミニウム条等で挟み込んだ熱交換パイプユニットを使用することもできる。熱交換器１は、１個設けることも可能であるが、複数設けることもでき、通常は熱交換器１の性能を向上させるため、複数個設けることが多い。本発明の熱交換器は、コンパクト化でき複数個設置してもそれほど場所を取らないので、比較的狭い敷地にも施工できる。

また、熱交換器１への流体の循環と、床２５下のパイプ２３への流体の循環は、パイプ５とパイプ２３をそれぞれ接続することで１系統とし、ポンプ２１の１台で循環を行っても良く、また、パイプ５、パイプ２３それぞれを別の系統として、別々のポンプを使用して循環させても良い。この場合、更に、ヒートポンプ等を使用しても良い。

以上説明したように、本実施の形態にかかる熱交換器１を用いた熱交換システム５０によれば、簡易にコンパクトで高効率の熱交換を行うことができる。また、熱交換器１の埋設には、電線３１が埋設される深さまで掘削すればよく、必要以上に深い穴を掘削する必要がない。

また、熱交換器１の周囲は保護管３２が設けられるため、螺旋溝付管７やパイプ５が土圧によって変形や潰れることがない。よって、設計通りの熱効率を長期に渡り維持することができる。また、保護管３２と内部に挿入される熱交換器１とのクリアランスには、熱伝導媒体３３が充填すれば、熱伝導媒体３３を介して周囲の地熱と効率よく熱交換を行うことができる。

また、熱交換器１は、地熱との熱交換のみならず、電線３１から発生した熱をも回収することができるため、より大きな熱量を効率良く熱交換することができる。また、熱交換器１によって、電線３１より発生した熱を回収するため、電線３１の温度抑制効果も得ることができ、電力の電送ロスを抑えることができる。

また、ここで、螺旋溝付管７は、電線の保護としての機能と、パイプ５のピッチを安定させコンパクトな熱交換器１を実現するための筒体としての機能の２つの機能を有している。また、螺旋溝付管７は、送電用の送電線保護管としてだけでなく、通信ケーブル保護管として使用される場合もあり、この場合は、ケーブルとの熱交換の機能は無いが通信ケーブル保護管と熱交換器の筒体としての機能を有することになる。

熱交換器１により地熱及び電線３１との熱交換を行い、熱交換を終えた流体を床２５下に流すことで、床の冷暖房を効率よく行うことができ、簡易で省エネルギーである床下冷暖房システムを得ることができる。

次に、熱交換器１を用いた他の熱交換システム６０〜９０について説明する。本発明の応用としては、道路、ビニルハウス、温水プール等の構造体への熱の供給システムへの応用と給湯システムへの応用が考えられる。熱交換システム６０では道路、熱交換システム７０はビニルハウス、熱交換システム９０は温水プールへの応用例を示し、熱交換システム８０は給湯システムへの応用例を示す。なお、以下の熱交換システムの説明において、熱交換システム５０と同一の機能を果たす構成要素には、図４と同一の番号を付し、重複した説明を避ける。

〔道路上の融雪等を目的とした熱交換システム〕
図６は、熱交換器１を利用した、道路上の融雪等を目的とした熱交換システム６０の概略図である。熱交換器１は地上に設置された螺旋溝付管７に設けられる。螺旋溝付管７内には、また、電線３１が設けられており、電線３１は、熱交換器１内を貫通している。

熱交換器１ａを構成するパイプ５は、地上に設置されたポンプ２１に接続されている。ポンプ２１は、パイプ５内に水等の流体を循環する。パイプ５内を循環する流体は、熱交換器１ａにより電線３１からの発熱等との熱交換を行う。

ここで、熱交換器１ｂのように、継手６の設置を終えた状態までの施工が完了していれば、更に大きな熱量を必要とする場合や、離れた場所に新規に融雪システムを設置する場合などにおいても、必要に応じて継手６にパイプやポンプ等を接続すれば、簡易かつ有効に熱を利用することができる。

ポンプ２１はまた、水平方向に屈曲され、道路等の地面９下に埋設されているパイプ２３と接続されており、熱交換を終えた流体をパイプ２３に流すことができる。電線３１より生じた熱等との熱交換により、熱交換を終えた流体を、地面９下に流すことで、道路上の積雪の融雪や、道路の凍結を防止することができる。

また、熱交換器１は、１個設けることも可能であるが、複数設けることもでき、通常は熱交換器１の性能を向上させるため、複数個設けることが多い。本発明の熱交換器は、コンパクト化でき複数個設置してもそれほど場所を取らないので、比較的狭い敷地にも施工できる。

また、熱交換器１への流体の循環と、パイプ２３への流体の循環は、パイプ５とパイプ２３をそれぞれ接続することで１系統とし、ポンプ２１の１台で循環を行っても良く、また、パイプ５、パイプ２３それぞれを別の系統として、別々のポンプを使用して循環させても良い。この場合、更に、ヒートポンプ等を使用しても良い。

以上説明したように、本実施の形態にかかる熱交換器１を用いた熱交換システム６０によれば、熱交換システム５０による効果と同様に、簡易に高効率の熱交換システムを得ることができる。

また、熱交換システム６０によれば、電線３１により発生した熱量等との熱交換を行うことができる。また、電線３１による発熱量は条件によっても異なるが、地熱や電線３１より生じた熱との熱交換により、熱交換を終えた流体は、おおよそ４０〜６０℃程度となることが見込まれる。よって、より大きな熱量を道路下に流すことができるので、道路上の融雪や凍結防止を効率よく行うことができ、小型で簡易かつ省エネルギーである道路の融雪システムを得ることができる。

また、熱交換器１によって、電線３１より発生した熱を回収するため、電線３１の温度抑制効果も得ることができ、電力の電送ロスを抑えることができる。また、熱交換機１ｂのように継手６までの施工を終わらせていれば、その後の熱容量向上等が容易な熱交換システムを得ることができる。

〔ビニルハウスの温調を目的とした熱交換システム〕
次に、熱交換器１を用いた熱交換システム７０について説明する。図７は、熱交換器１を利用した、ビニルハウスの温調を目的とした熱交換システム７０の概略図である。熱交換器１は地下に埋設された螺旋溝付管７内に設けられる。螺旋溝付管７内には、また、電線３１が設けられており、電線３１は、熱交換器１内を貫通している。

熱交換器１ａを構成するパイプ５は、地上に設置されたポンプ２１に接続されている。ポンプ２１は、パイプ５内に水等の流体を循環する。パイプ５内を循環する流体は、地中にて熱交換器１ａにより電線３１からの発熱や地熱等との熱交換を行う。

ポンプ２１はまた、ビニルハウス３５内に屈曲して設けられるパイプ２３と接続されており、熱交換を終えた流体をパイプ２３に流すことができる。よって、電線３１より生じた熱や地熱との熱交換を行った流体をビニルハウス３５内に流すことで、ビニルハウス３５内の温調を行うことができる。

ここで、熱交換器１ｂのように、継手６の設置を終えた状態までの施工が完了していれば、更に大きな熱量を必要とする場合や、離れた場所に新規にビニルハウスを設置した場合などにおいても、必要に応じて継手６にパイプやポンプ等を接続すれば、簡易かつ有効に熱を利用することができる。

このように、本実施の形態にかかる熱交換器１を用いた熱交換システム７０によれば、熱交換システム５０による効果と同様に、簡易に高効率の熱交換システムを得ることができる。

また、熱交換システム７０によれば、電線３１により発生した熱量および地熱との熱交換を行うことができ、より大きな熱量をビニルハウス３５内に流すことができるので、ビニルハウス３５の温調を効率よく行うことができ、小型で簡易かつ省エネルギーであるビニルハウス温調システムを得ることができる。

また、熱交換器１によって、電線３１より発生した熱を回収するため、電線３１の温度抑制効果も得ることができ、電力の電送ロスを抑えることができる。また、熱交換機１ｂのように継手６までの施工を終わらせていれば、その後の熱容量向上等が容易な熱交換システムを得ることができる。

〔湯沸かし器の給湯予熱を目的とした熱交換システム〕
次に、熱交換器１を用いた熱交換システム８０について説明する。図８は、熱交換器１を利用した、湯沸かし器の給湯予熱を目的とした熱交換システム８０の概略図である。熱交換器１は地下に埋設された螺旋溝付管７内に設けられる。螺旋溝付管７内には、また、電線３１が設けられており、電線３１は、熱交換器１内を貫通している。

熱交換器１ａを構成するパイプ５は、地上に設置されたポンプ２１に接続されている。ポンプ２１は、パイプ５内に水等の流体を循環する。パイプ５内を循環する流体は、地中にて熱交換器１ａにより電線３１からの発熱や地熱等との熱交換を行う。

ポンプ２１はまた、熱機器である湯沸かし器３７に接続さているパイプ２３と接続されており、熱交換を終えた流体をパイプ２３に流すことができる。よって、電線３１より生じた熱や地熱との熱交換を行った流体を湯沸かし器３７内に流すことで、湯沸かし器３７における給湯の予熱を行うことができる。

ここで、熱交換器１ｂのように、継手６の設置を終えた状態までの施工が完了していれば、更に大きな熱量を必要とする場合や、離れた場所に新規に家を建設する場合などにおいても、必要に応じて継手６にパイプやポンプ等を接続すれば、簡易かつ有効に熱を利用することができる。

このように、本実施の形態にかかる熱交換器１を用いた熱交換システム８０によれば、熱交換システム５０による効果と同様に、簡易に高効率の熱交換システムを得ることができる。

また、熱交換システム８０によれば、電線３１により発生した熱量および地熱との熱交換を行うことができ、より大きな熱量を湯沸かし器３７内に流すことができるので、湯沸かし器３７において給湯の予熱を効率よく行うことができ、小型で簡易かつ省エネルギーである湯沸かし器給湯予熱システムを得ることができる。

また、熱交換器１によって、電線３１より発生した熱を回収するため、電線３１の温度抑制効果も得ることができ、電力の電送ロスを抑えることができる。また、熱交換機１ｂのように継手６までの施工を終わらせていれば、その後の熱容量向上等が容易な熱交換システムを得ることができる。

〔温水プールの保温を目的とした熱交換システム〕
次に、熱交換器１を用いた熱交換システム９０について説明する。図９は、熱交換器１を利用した、温水プールの保温を目的とした熱交換システム９０の概略図である。熱交換器１は地下に埋設された螺旋溝付管７内に設けられる。螺旋溝付管７内には、また、電線３１が設けられており、電線３１は、熱交換器１内を貫通している。

熱交換器１を構成するパイプ５は、地上に設置されたポンプ２１に接続されている。ポンプ２１は、パイプ５内に水等の流体を循環する。パイプ５内を循環する流体は、地中にて熱交換器１により電線３１からの発熱や地熱等との熱交換を行う。

ポンプ２１にはパイプ２３が接続され、パイプ２３は、図示しないフィルターを介して、温水プール３９と接続されている。ポンプ２１は熱交換を終えた流体をパイプ２３に流すことができる。よって、電線３１より生じた熱や地熱との熱交換を行った流体を温水プール３９に流すことで、温水プール３９の保温を行うことができる。

なお、温水プール３９と熱交換器１の間で流体を循環させても良く、または常に新たな流体を熱交換器１に流し、熱交換を終えた流体を温水プール３９に随時補充するようにしてもよい。

このように、本実施の形態にかかる熱交換器１を用いた熱交換システム９０によれば、熱交換システム５０による効果と同様に、簡易に高効率の熱交換システムを得ることができる。

また、熱交換システム９０によれば、電線３１により発生した熱量および地熱との熱交換を行うことができ、より大きな熱量を温水プール３９に流すことができるので、温水プール３９の保温を効率よく行うことができ、小型で簡易かつ省エネルギーである温水プール保温システムを得ることができる。

また、熱交換器１によって、電線３１より発生した熱を回収するため、電線３１の温度抑制効果も得ることができ、電力の電送ロスを抑えることができる。

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、熱交換１は横向きに埋設したが、電線３１の方向によって、縦向きに設置してもよい。また、熱交換器１を利用した図６〜９に示した熱交換システム６０〜９０において、熱交換器１の設置場所は、電線３１の設置場所に応じて、地上であっても地中であっても良く、また、電線３１の設置場所が地中である場合は、更に保護管３２および熱伝導媒体３３を使用しても良い。更に熱交換システム５０等に示した熱交換器１ｂのように、継手６までを施工しておき、その後の熱交換システムの熱容量向上等を行う方法は、その他の熱交換システムにおいても応用できる。また、熱交換システム９０においては、パイプ２３を温水プール３９下に水平方向に屈曲させて、熱交換を終えた流体をパイプ２３に流すことで温水プール３９の保温を行っても良い。

本実施の形態にかかる熱交換器１の外観を示す斜視図。 螺旋溝付管７を示す斜視図。 螺旋溝付管７とパイプ５の関係を示す断面図で、（ａ）はパイプ５の外径が螺旋溝３の幅よりも小さい場合を示す図、（ｂ）はパイプ５の外径が螺旋溝３のピッチよりも大きい場合を示す図、（ｃ）はパイプ５の外径が適切な状態を示す図。 熱交換器１を用い、床下冷暖房を目的とした熱交換システム５０を示す概略図。 熱交換器１に保護管３２及び熱伝導媒体３３を使用した状態を示す図。 道路の融雪を目的とした熱交換システム６０を示す概略図。 ビニルハウス３５の温調を目的とした熱交換システム７０を示す概略図。 湯沸かし器３７の給湯の予熱を目的とした熱交換システム８０を示す概略図。 温水プール３９の保温を目的とした熱交換システム９０を示す概略図。 従来の基礎杭中にパイプ４７によって熱交換を行う熱交換システムを示す概略図であり、（ａ）は熱交換システムの断面図、（ｂ）はパイプ曲げ部品の拡大図。

符号の説明

１………熱交換器
３………螺旋溝
５………パイプ
６………継手
７………螺旋溝付管
９………地面
２１………ポンプ
２３………パイプ
２５………床
３１………電線
３２………保護管
３３………熱伝導媒体
３５………ビニルハウス
３７………湯沸かし器
３９………温水プール
４０………パイプ
４１………ポンプ
４３………鉄筋籠
４５………パイプ曲げ部品
５０、６０、７０、８０、９０………熱交換システム

Claims (10)

1. 外面に螺旋状の溝を有する螺旋溝付管と、
   前記螺旋溝付管の前記溝に沿って巻き付けられるパイプと、
   前記螺旋溝付管の内部を貫通する電線と、
   を具備し、
   前記パイプの外径は、前記溝の溝幅よりも大きく、かつ、前記溝のピッチよりも小さく、隣り合う前記パイプ同士が接触せず、前記パイプは前記溝に嵌らずに前記パイプと前記溝との間に隙間が形成され、
   前記パイプ内に流体を流すことを特徴とする熱交換器。
2. 前記パイプは、前記溝のエッジと接触し、前記エッジはＲ形状であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記螺旋溝付管が樹脂製であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記パイプが樹脂製であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 外面に螺旋状の溝を有する螺旋溝付管と、
   前記螺旋溝付管の前記溝に沿って巻き付けられるパイプと、
   前記螺旋溝付管の内部を貫通する電線と、
   を具備し、前記パイプの外径は、前記溝の溝幅よりも大きく、かつ、前記溝のピッチよりも小さく、隣り合う前記パイプ同士が接触せず、前記パイプは前記溝に嵌らずに前記パイプと前記溝との間に隙間が形成される熱交換器において、
   前記パイプは架橋ポリエチレン製であり、
   架橋前の前記パイプを前記螺旋溝付管に巻き付けた後、架橋処理を行うことを特徴とする熱交換器の製造方法。
6. 外面に螺旋状の溝を有し、前記溝に沿ってパイプが巻き付けられ、前記パイプの外径は、前記溝の溝幅よりも大きく、かつ、前記溝のピッチよりも小さく、隣り合う前記パイプ同士が接触せず、前記パイプは前記溝に嵌らずに前記パイプと前記溝との間に隙間が形成された螺旋溝付管内を電線が貫通する熱交換器を設け、前記パイプ内を流れる流体が、前記電線から発生した熱及び／又は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. 前記パイプは、前記溝のエッジと接触し、前記エッジはＲ形状であることを特徴とする請求項６記載の熱交換器。
8. 前記熱交換器が保護管に挿入され、前記熱交換器と前記保護管のクリアランスには熱伝導媒体が充填されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の熱交換システム。
9. 熱交換を終えた前記流体を構造物に流し、前記流体の熱を構造物に利用することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の熱交換システム。
10. 熱交換を終えた前記流体の熱を熱機器の予熱に利用することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかにに記載の熱交換システム。
    

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