JP2015068450A - Resin pipe and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換に用いられる熱伝導性に優れた樹脂管とその製造方法に関する。 The present invention relates to a resin pipe excellent in thermal conductivity used for heat exchange and a method for producing the same.
近年、地中熱、下水熱、工場温排水などの未利用熱資源の有効活用の必要性が高まってきている。例えば、外気温に比べて熱変動の少ない地中熱をヒートポンプ用の熱源として利用することで、消費電力を抑える方法が一般的に知られている。この装置では、地中深くに埋設されたU字型管などの地中熱交換器がヒートポンプと接続され、管内部に水や不凍液などを循環させることで熱の供給と排出が行われる。 In recent years, there is an increasing need for effective use of unused heat resources such as geothermal heat, sewage heat, and factory waste water. For example, a method is known that suppresses power consumption by using geothermal heat, which has less heat fluctuation than the outside air temperature, as a heat source for a heat pump. In this apparatus, a ground heat exchanger such as a U-shaped pipe buried deep in the ground is connected to a heat pump, and heat is supplied and discharged by circulating water, antifreeze, or the like inside the pipe.
このような地中熱交換器として、一般的には、金属管に比べて耐腐食性に優れた樹脂管が使用されている。樹脂管は、金属管と比較して、巻物として運搬可能で継手箇所が少なくてすむという利点がある。このような樹脂管として、汎用樹脂の中で比較的熱伝導率が高く、耐候性や耐クリープ性、そして成形性などに優れた高密度ポリエチレンが使用されることが多い。しかしながら、高密度ポリエチレンは熱伝導率が金属管に比べて劣るため、熱交換に広い表面積を必要とし、例えば地中熱のボアホール式の場合であれば、地中100m程度まで伸ばした埋設管の本数を増やす必要があり、高コストの原因となることが欠点であった。 As such an underground heat exchanger, generally, a resin pipe having excellent corrosion resistance as compared with a metal pipe is used. Compared to metal pipes, resin pipes have the advantage of being transportable as a roll and requiring fewer joint locations. As such a resin tube, high-density polyethylene having a relatively high thermal conductivity among general-purpose resins and excellent in weather resistance, creep resistance, moldability, and the like is often used. However, since high-density polyethylene is inferior in heat conductivity to metal pipes, it requires a large surface area for heat exchange. For example, in the case of a borehole type with underground heat, a buried pipe extended to about 100 m underground The disadvantage is that it is necessary to increase the number, which causes high costs.
このような欠点を解決する手段として、樹脂管として、母材樹脂に熱伝導性に優れたフィラー等を配合することが知られている。例えば、特許文献1に記載された熱交換パイプでは、母材樹脂にカーボンナノチューブ(以下、CNTということがある)を含有させることで熱伝導性を高め、更にCNTがアンカー効果を有するため、流動体中に流出しにくいという特徴を有している。 As a means for solving such a drawback, it is known that a filler having excellent thermal conductivity is blended with a base resin as a resin tube. For example, in the heat exchange pipe described in Patent Document 1, the thermal conductivity is increased by adding carbon nanotubes (hereinafter sometimes referred to as CNT) to the base resin, and the CNT has an anchor effect. It has the feature of being difficult to flow out into the body.
また、特許文献2に記載された熱交換器では、U字形配管が樹脂よりも熱伝導率の高い物質として熱伝導性フィラ―を含み、熱伝導性フィラ―は低融点金属で結合されていることで熱伝導パス(熱伝導経路)を形成させている。
Further, in the heat exchanger described in
しかしながら、特許文献1に記載された熱交換パイプは、CNTが汎用フィラーに比べて非常に高価であるという問題があった。また、特許文献2に記載された熱交換器では、樹脂中に低融点金属が存在することによって母材であるマトリクス樹脂自体の劣化が懸念され、また、管内部に温水などの液体を流通させる場合に、低融点金属の流出などが懸念されるといった問題があった。
However, the heat exchange pipe described in Patent Document 1 has a problem that CNTs are very expensive compared to general-purpose fillers. Further, in the heat exchanger described in
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、製造コストが低廉で、熱交換性能に優れた樹脂管とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a resin pipe that is low in manufacturing cost and excellent in heat exchange performance and a manufacturing method thereof.
本発明による樹脂管は、樹脂製の管体の肉厚方向に管体より熱伝導性の高い高熱伝導繊維を配設し、高熱伝導繊維は管体の周方向と長手方向の少なくとも一方に任意の間隔で配列されてなることを特徴とする。
本発明によれば、樹脂管の周方向と長手方向の少なくとも一方に任意の間隔で配列された高熱伝導繊維によって熱交換性能を向上でき、樹脂管の製造コストを低廉にできる。
In the resin pipe according to the present invention, high heat conductive fibers having higher thermal conductivity than the pipe body are arranged in the thickness direction of the resin pipe body, and the high heat conductive fibers are arbitrarily arranged in at least one of the circumferential direction and the longitudinal direction of the pipe body. It is characterized by being arranged at intervals of.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, heat exchange performance can be improved by the high heat conductive fiber arranged at arbitrary intervals in at least one of the circumferential direction and the longitudinal direction of the resin tube, and the manufacturing cost of the resin tube can be reduced.
また、高熱伝導繊維は管体の内面と外面の少なくとも一方から突出していてもよい。
樹脂管の内面と外面の少なくとも一方から高熱伝導繊維が突出することで、高熱伝導繊維の露出部分の流体等への熱伝達性能が更に向上する。
Moreover, the high thermal conductive fiber may protrude from at least one of the inner surface and the outer surface of the tube body.
Since the high heat conductive fiber protrudes from at least one of the inner surface and the outer surface of the resin tube, the heat transfer performance to the fluid or the like of the exposed portion of the high heat conductive fiber is further improved.
また、管体の外面を高熱伝導性のフィラーを含んだ樹脂からなる被覆層で被覆してもよい。
被覆層として、高熱伝導性フィラーを充填した樹脂の被覆層で被覆することで、高熱伝導繊維を管体に埋設する際に発生する間隙を被覆層によって埋めることができる上に、高熱伝導性フィラ―を樹脂に充填しているから外界との熱伝達性能を高めることができる。
Moreover, you may coat | cover the outer surface of a tubular body with the coating layer which consists of resin containing the highly heat conductive filler.
By covering with a resin coating layer filled with a high thermal conductive filler as the coating layer, the gap generated when embedding the high thermal conductive fiber in the tube can be filled with the coating layer, and the high thermal conductive filler Since the resin is filled, heat transfer performance with the outside world can be improved.
また、高熱伝導繊維は高強度ポリエチレン繊維または金属繊維であってもよい。
高熱伝導繊維は高強度ポリエチレン繊維または金属繊維であるため、管体内に縫い込みや突き刺し等によって埋設できる上に、カーボンナノチューブ等と比較してコストが低廉である。また、フィラ―を樹脂管内に含める構成と比較して熱伝導性を高くすることができる。
Further, the high thermal conductive fiber may be a high strength polyethylene fiber or a metal fiber.
Since the high thermal conductive fiber is a high-strength polyethylene fiber or a metal fiber, it can be embedded in the pipe body by stitching or piercing, and the cost is low compared with a carbon nanotube or the like. Further, the thermal conductivity can be increased as compared with the configuration in which the filler is included in the resin tube.
本発明による樹脂管の製造方法は、押出成形によって樹脂製の管体を成形する工程と、管体の肉厚方向に高熱伝導繊維を挿入させて管体の周方向と長手方向の少なくとも一方に配列させる工程と、管体を冷却固化させる工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、押出成形によって樹脂製の管体を成形した溶融状態で管体の肉厚方向に高熱伝導繊維を挿入させることができる。或いは、押出成形によって樹脂製の管体を成形して冷却固化した後、再度溶融して高熱伝導繊維を挿入し、その後に再度冷却固化することもできる。
The method of manufacturing a resin pipe according to the present invention includes a step of forming a resin pipe body by extrusion molding, and inserting a high thermal conductive fiber in the thickness direction of the pipe body to at least one of the circumferential direction and the longitudinal direction of the pipe body. And a step of cooling and solidifying the tube body.
According to the present invention, high thermal conductivity fibers can be inserted in the thickness direction of a tubular body in a molten state in which a tubular body made of resin is formed by extrusion molding. Alternatively, a resin tube can be formed by extrusion molding and cooled and solidified, and then melted again to insert a high thermal conductive fiber, and then cooled and solidified again.
また、管体を冷却固化させる工程の後に、管体の外面を高熱伝導性フィラーを充填した樹脂の被覆層で被覆する工程と、被覆層を冷却固化させる工程とを備えてもよい。
高熱伝導性フィラーを充填した樹脂で被覆することにより、高熱伝導繊維を管体に埋設する際に発生する間隙を被覆層によって埋めることができる。
Further, after the step of cooling and solidifying the tubular body, a step of coating the outer surface of the tubular body with a resin coating layer filled with a high thermal conductive filler and a step of cooling and solidifying the coating layer may be provided.
By covering with the resin filled with the high thermal conductive filler, the gap generated when the high thermal conductive fiber is embedded in the tube can be filled with the coating layer.
或いは、管体に高熱伝導繊維を挿入させる工程の後に、管体と高熱伝導繊維とを密着させて隙間をなくす工程を備えてもよい。
管体の母材樹脂をその溶融状態で応力を加えることで隙間を埋めることができ、具体的には管体の内外面から圧着させる手段や、管体を長手方向に押圧して圧縮する手段や、樹脂管のサイジング工程で圧縮する手段等を採用できる。或いは、管体の母材樹脂を溶融させることで高熱伝導繊維と密着させる手段を採用してもよい。
Alternatively, after the step of inserting the high heat conductive fiber into the tube body, a step of closely contacting the tube body and the high heat conductive fiber to eliminate the gap may be provided.
The gap can be filled by applying stress in the molten state of the base resin of the tube, specifically means for crimping from the inner and outer surfaces of the tube, and means for compressing the tube by pressing in the longitudinal direction Alternatively, a means for compressing in a resin pipe sizing process can be employed. Or you may employ | adopt the means to closely_contact | adhere with the high heat conductive fiber by melting the base material resin of a tubular body.
また、管体の肉厚方向に高熱伝導繊維を挿入させる工程において、高熱伝導繊維を管体の内面と外面の少なくとも一方から突出させるようにしてもよい。
管体の内面と外面の少なくとも一方から高熱伝導繊維が突出することで、高熱伝導繊維の露出部分の流体等への熱伝達性能が更に向上する。
Further, in the step of inserting the high thermal conductive fiber in the thickness direction of the tubular body, the high thermal conductive fiber may be projected from at least one of the inner surface and the outer surface of the tubular body.
Since the high heat conductive fiber protrudes from at least one of the inner surface and the outer surface of the tubular body, the heat transfer performance to the fluid or the like of the exposed portion of the high heat conductive fiber is further improved.
また、管体に高熱伝導繊維を挿入させる工程の後に、管体から突出した高熱伝導繊維を切断するようにしてもよい。
樹脂管の内部に流体を搬送する場合や、樹脂管と継手や他の樹脂管等とを接合する際に高熱伝導繊維が障害になることを防止できる。
Moreover, you may make it cut | disconnect the high heat conductive fiber which protruded from the pipe body after the process of inserting a high heat conductive fiber in a pipe body.
When a fluid is transported inside the resin pipe, or when the resin pipe and a joint, another resin pipe, or the like are joined, it is possible to prevent the high thermal conductive fiber from becoming an obstacle.
本発明による樹脂管及びその製造方法によれば、管体の肉厚方向に高熱伝導繊維を含み、高熱伝導繊維は管体の少なくとも周方向または長手方向に配列されているため、熱交換性能に優れた樹脂管が低コストで得られる。しかも、高熱伝導繊維は管体の肉厚方向に埋設されるため、樹脂管の内部に温水などの流体を流通させても流出したり配向のずれ等を生じるおそれがない。 According to the resin pipe and the method of manufacturing the same according to the present invention, high heat conduction fibers are included in the thickness direction of the pipe body, and the high heat conduction fibers are arranged at least in the circumferential direction or the longitudinal direction of the pipe body. An excellent resin tube can be obtained at low cost. In addition, since the high thermal conductive fiber is embedded in the thickness direction of the tube body, there is no possibility of causing outflow or misalignment even if a fluid such as warm water is circulated inside the resin tube.
以下、本発明の実施形態による熱交換用の樹脂管とその製造方法について添付図面により説明する。
図1〜図4は本発明の第一実施形態による熱交換性能に優れた樹脂管とその製造方法を示すものである。
図1及び図2に示す第一実施形態による樹脂管1は、例えば熱交換器として使用される筒状の管体2を有する配管であり、樹脂製で所定の肉厚を有する。なお、筒状の管体2の内側の面を内面といい、外側の面を外面というものとする。管体2はその長手方向に直交する断面視で、図2(a)、(b)に示すように、その周方向に所定間隔を開けて複数、例えば90度間隔で4本の高熱伝導繊維3が径方向、即ち肉厚方向に配設されている。しかも、各高熱伝導繊維3は図1及び図2(b)に示すように管体2の長手方向に沿って所定間隔で直線状に複数本配列されている。
Hereinafter, a resin tube for heat exchange according to an embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to the accompanying drawings.
1 to 4 show a resin tube excellent in heat exchanging performance according to the first embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof.
A resin tube 1 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is a pipe having a
ここで、樹脂管1の母材となる樹脂は特に限定されないが、例えば、高密度ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテレフタラート、塩化ビニル等が好適に用いられる。中でもコスト、成形性、熱伝導性に優れる高密度ポリエチレン、架橋ポリエチレンが好ましい。また、管体2の母材樹脂の熱伝導性を改善する目的で、金属、ガラス、カーボンなどの素材の繊維や微粒子を複合させたものを用いてもよい。
また、高熱伝導繊維3として例えば高強度ポリエチレン繊維3aを用いた場合には、母材樹脂として同じ分子構造からなる高密度ポリエチレンを用いることが接着性の観点から好ましい。
Here, the resin used as the base material of the resin tube 1 is not particularly limited. For example, polyolefin resins such as high-density polyethylene, crosslinked polyethylene, polypropylene, and polybutene, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, and vinyl chloride are preferably used. It is done. Among them, high-density polyethylene and crosslinked polyethylene that are excellent in cost, moldability, and thermal conductivity are preferable. Further, for the purpose of improving the thermal conductivity of the base resin of the
When, for example, high-
高熱伝導繊維3は管体2の樹脂より熱伝導性の高い線状体に形成されている。高熱伝導繊維3として高強度ポリエチレン繊維3aを用いた場合、超高分子量ポリエチレンを延伸により配向させるなどして、熱散乱点となりうる高分子中のミクロレベルの欠陥、例えば分子末端、分子鎖のもつれ、分子鎖の折りたたみなどが少ないものであれば、特に限定されない。熱伝導性の観点からは高分子鎖数本からなるポリエチレンナノファイバーが最も好ましいが、連続生産性、ハンドリングが悪いことから、実用的には、高強度ポリエチレン繊維3a、例えば東洋紡株式会社製ダイニーマ(登録商標)が好適に使用できる。
母材中の高強度ポリエチレン繊維3aの体積含有率は特に限定されないが、0.1%以上50%以下とするのが、熱伝導率の向上、縫い込み工程の複雑化、樹脂管1の強度維持を考慮すると実用的な範囲と考えられる。
The high thermal
The volume content of the high-
また、高熱伝導繊維3として金属繊維を用いた場合、金属繊維として、鉄、ステンレス、銅、銀、アルミニウムなどの繊維が挙げられ、特に限定されないが、中でもコスト、耐腐食性に優れたステンレス繊維やアルミニウム繊維が好ましい。
Further, when metal fibers are used as the high thermal
なお、外界との熱伝達性能をさらに高めるため、管体2の表層に金属やカーボンの層を設けてもよい。管体2を多層に形成する方法として、従来公知の共押出方法の他、成形後の管体2に対して、メッキ、スパッタ、アークイオンプレーティングなどの物理蒸着法、熱やプラズマを利用する化学蒸着法も利用可能である。特に、熱伝導性を高めるためにダイヤモンドライクカーボン薄膜を形成させることが好ましい。
また、同じ目的のため、管体2の内外層にフィン形状を有していても良い。
Note that a metal or carbon layer may be provided on the surface layer of the
For the same purpose, the inner and outer layers of the
本第一実施形態による樹脂管1の製造方法としては、図3及び図4に示す製造装置5を用いるものとし、押出成形により管状の樹脂成形体を管体2として吐出させ、その後、連続的に高熱伝導繊維3を管体2の肉厚方向に貫通するように多数縫い込む工程を含む。その方法として、例えば高熱伝導繊維3が高強度ポリエチレン繊維3aの場合には、ミシンの様に高熱伝導繊維3が針穴に通されたミシン針7の上下運動を利用して管体2の肉厚に縫い込む縫い込み装置としての専用ミシン8や、ドリルやレーザーなどにより管体2に穿孔し、その穴に対し、針や吸気により繊維を通す方法が挙げられる。
As a manufacturing method of the resin pipe 1 according to the first embodiment, the
一方、高熱伝導繊維3が金属繊維である場合には、その強度と剛性が有効に利用できるため、高熱伝導繊維3をそのまま溶融した樹脂に対して突き刺して貫入させる方法が最も容易である。繊維外径が細く、強度に劣る場合には、上述した高強度ポリエチレン繊維3aと同じように、専用ミシン8のように管体2内にミシン針7で縫い込む方法や、管体2に穿孔した穴に高熱伝導繊維3を挿入する方法を用いることができる。
高熱伝導繊維3を縫い込む方法は、吐出される溶融状態の管体2からなる樹脂に対して、もしくはその後冷却固化したもの、もしくは冷却固化後に再度樹脂を適度な溶融状態にさせた管体2の何れに対して行っても良い。
On the other hand, when the high heat
The method of sewing the high thermal
次に、本発明の第一実施態様による樹脂管1の製造方法について図3及び図4により説明するが、本発明は下記の製造方法に限定されるものではない。
第一実施形態による樹脂管1の製造装置5を図3及び図4により具体的に説明する。この製造装置5は、樹脂製の管体2を押し出し成形する押出成形機6と、ロール状の高熱伝導繊維3を繰り出して針穴に通したミシン針7を突出させて高熱伝導繊維3を管体2内に縫い込む専用ミシン8とを備えている。そして、更に、専用ミシン8の前方には樹脂管1の外径をダウンサイジングするための連続的にテーパーを有するサイジングダイ9と、外径寸法を調整された樹脂管1を冷却する冷却水槽10とを備えている。
Next, although the manufacturing method of the resin pipe | tube 1 by the 1st embodiment of this invention is demonstrated with FIG.3 and FIG.4, this invention is not limited to the following manufacturing method.
The
この製造装置5を用いた第一実施形態による樹脂管1の製造方法を図3及び図4によって説明する。
初めに母材となる樹脂として例えば高密度ポリエチレンを用い、押出成形機6において例えば外径φ32.5mm、肉厚3.5mmの管体2を成形して吐出させる。そして、専用ミシン8によって、例えば外径約0.5mmの連続する高強度ポリエチレン繊維3aからなる高熱伝導繊維3を管体2の長手方向に所定間隔で埋め込んだ。
高熱伝導繊維3の埋め込み間隔は、図2(a)に示すように管体2の長手方向に直交する断面でリング状の肉厚面において90度間隔に径方向に埋め込み、しかも、図1及び図2(b)に示すように、管体2の長手方向にも例えば約10mm間隔で埋め込んだ。換言すると、管体2の長手方向に直交する断面の中心線を通って互いに直交する2平面が管体2の内面及び外面と交わる4直線に沿って、即ち4列に高熱伝導繊維3が埋め込まれている。
A method of manufacturing the resin pipe 1 according to the first embodiment using the
First, for example, high-density polyethylene is used as a resin as a base material, and the
As shown in FIG. 2 (a), the embedding intervals of the high thermal
専用ミシン8による高熱伝導繊維3の埋め込み工程を図4によって説明すると、図4(a)に示すように、押出成形機6で形成された管体2はIR加熱により非接触で約130℃まで加熱され、この管体2に対して、ミシン針7の針穴に連続する高熱伝導繊維3を通した状態で、図4(b)に示すように、管体2を送り出しながらミシン針7を管体2の外面から内面に径方向に貫通させて、高熱伝導繊維3を管体2内に長手方向に沿って例えば10mm間隔で縫い込む。そして、図4(c)に示すように、管体2の長手方向に沿って内面と外面から突出した複数の高熱伝導繊維3がカッタ12でそれぞれ切断される。この作業を管体2の周方向の例えば4箇所で繰り返して行う。
The process of embedding the high thermal
その後、得られた樹脂管1を外径がφ32mmとなるようなテーパーを有したサイジングダイ9で縮径加工させる。その後、サイジングダイ9に連結された冷却水槽10を通すことで冷却させることにより、高熱伝導の樹脂管1を得られる。
こうして、樹脂製の管体2の肉厚方向に高熱伝導繊維3として高強度ポリエチレン繊維3aを周方向に4列配列させ且つ管体2の長手方向に沿って所定間隔で配列させたポリエチレン管としての樹脂管1を製造した。
Thereafter, the obtained resin tube 1 is subjected to diameter reduction processing with a sizing
Thus, as a polyethylene pipe in which four rows of high-
また、この製造装置5では、高熱伝導繊維3を管体2内にミシン針7で縫い込む際に間隙が発生するが、この間隙が無くなるように、樹脂管1の母材樹脂を溶融させて応力を印加することによりミシン針7の間隙を埋める工程を設けている。具体的には、例えば樹脂管1の内外面の両面からプレスする方法や、管体2の端面を長手方向に部分的に押圧して圧縮する方法や、予め管体2を製品としての樹脂管1の外径より少し大きく作製しておき、サイジングダイ9によるサイジング工程で所要の製品外径まで圧縮する方法等が挙げられる。
Further, in this
縫い込み工程における雰囲気温度として、管体2の母材樹脂が溶融する温度以上とすることが好ましく、特に、高熱伝導繊維3として高強度ポリエチレン繊維3aを用いる場合には、融点付近である150℃以下程度であることが望ましい。雰囲気温度が母材樹脂の溶融温度以上でないと母材樹脂が流動しないため間隙を塞ぐことができず、他方、高熱伝導繊維3の融点以上であると管体2内に配列した高熱伝導繊維3の配向状態が崩れ、均一な高熱伝導性が維持されないため、上述した範囲の温度領域で縫い込み工程を取り扱うことが必要である。なお、金属繊維の場合はこの限りではない。
The atmosphere temperature in the sewing process is preferably equal to or higher than the temperature at which the base resin of the
高熱伝導繊維3として高強度ポリエチレン繊維3aに代えて金属繊維を用いた場合、金属繊維と管体2の母材樹脂の接着性を改善するために、例えば管体2の表面に接着剤層を介在させても良い。或いは、金属繊維への誘導加熱により部分的に母材樹脂を溶融させることで金属繊維と母材樹脂との接着性を向上させても良い。
When metal fibers are used instead of the high-
また、縫い込み工程において、管体2の内外面から突き出した高熱伝導繊維3は図4(c)に示すように適当な長さでカッタ12によって切断してもよい。高熱伝導繊維3の切断箇所については特に限定されないが、熱伝達性能を改善する目的では、管体2の内外面から例えば5mm程度の長さだけ突出させた方が好ましい。しかしながら、管体2内部の流体の搬送機能を優先する場合や、樹脂管1と継手との接合の際に障害となる場合などには、高熱伝導繊維3が管体2の内外面からはみ出す部分がないようにカッタ12等で切断しても良い。
Further, in the sewing process, the high thermal
上述のように本第一実施形態による樹脂管1とその製造方法によれば、管体2の肉厚方向に高熱伝導繊維3を縫い込み等で埋め込み、しかも、高熱伝導繊維3を管体2の周方向と長手方向に所定間隔でそれぞれ埋設して配列したため、均一な高熱伝導性が得られると共に、熱交換性能に優れた樹脂管1が低コストで得られる。しかも、高熱伝導繊維3は管体2の肉厚を径方向に貫通して埋設されているため、樹脂管1の内部に温水などの液体を流通させる場合でも流出したり配向のずれ等を生じるおそれがない。
As described above, according to the resin tube 1 and the manufacturing method thereof according to the first embodiment, the high
なお、本発明は上述の第一実施形態による樹脂管1に限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の他の実施形態や変形例について説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部品や部材等には同一の符号を用いて説明を行う。 The present invention is not limited to the resin pipe 1 according to the first embodiment described above, and appropriate modifications and substitutions are possible without departing from the scope of the present invention. included. Although other embodiments and modifications of the present invention will be described below, the same or similar parts or members as those of the above-described embodiment will be described using the same reference numerals.
次に、本発明の第二実施形態による樹脂管15とその製造方法について図5及び図6により説明する。
本第二実施形態による樹脂管15は、上述した第一実施形態による管体2の長手方向に所定間隔で高熱伝導繊維3を埋設した樹脂管1の構成に加え、その外周面に被覆層16を被覆形成した二重管である。被覆層16は高熱伝導性フィラーを充填した樹脂からなる例えば薄層である。
Next, the
The
ここで、被覆層16の樹脂は特に限定されるものではないが、密着性の観点から管体2の母材樹脂と同じものであることが好ましく、母材樹脂と同じ理由で高密度ポリエチレンとするのが好ましい。
また、充填する高熱伝導性フィラーは特に限定されず、例えばカーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、シリカを始め、銀、銅、アルミなどの微粒子が挙げられる。但し、管体2にミシン針7で形成された間隙を埋めるといった観点から、マクロな繊維状のものは避けるべきである。例えばカーボンブラックが好適な例として挙げられる。高熱伝導性フィラーは母材より熱伝導性が高い素材が好ましい。
Here, the resin of the
In addition, the high thermal conductive filler to be filled is not particularly limited, and fine particles such as carbon black, carbon fiber, carbon nanofiber, magnesium oxide, boron nitride, alumina, zirconia, silicon carbide, silica, silver, copper, aluminum and the like Is mentioned. However, from the viewpoint of filling the gap formed by the sewing needle 7 in the
次に本第二実施形態による樹脂管15の製造装置18が図6に開示されており、この製造装置18は第一実施形態による製造装置5と同様に、押出成形機6と、専用ミシン8と、ロール状の高熱伝導繊維3と、冷却水槽10とを備えている。そして、冷却水槽10の管体搬送方向前方側には、樹脂管1の外周面に被覆層16を形成する被覆金型20が設置され、その前方には樹脂管15の冷却水槽22が設置されている。
また、被覆金型20の近傍には、被覆層16を形成するための溶融樹脂を供給する押出成形機21が設置されている。押出成形機21は、管体2の母材樹脂と同じ高密度ポリエチレンに予めカーボンブラックを3重量部配合したペレット原料の供給を受けて、溶融して被覆金型20に押し出して樹脂管1の外周に被覆層16を被覆形成する。
Next, a
Further, an
本第二実施形態による製造装置18は上述の構成を備えており、次にこの製造装置18を用いた二重管の樹脂管15の製造方法を説明する。
樹脂管15の製造方法によれば、第一実施形態と同様に押出成形機6で成形した管体2に専用ミシン8で高熱伝導繊維3を縫い込み、冷却水槽10で冷却固化し、例えば外径φ30mm、肉厚2.5mmの樹脂管1を得て、被覆金型20内に装着した。一方、被覆用の押出成形機21では、母材樹脂と同じ高密度ポリエチレンに予めカーボンブラックを3重量部配合したペレット原料を溶融し、この被覆用樹脂を被覆金型20内に充填して樹脂管1の外周面を被覆して、被覆層16を形成した樹脂管15の二重管を得た。そして、この二重管を冷却水槽22で冷却固化することにより、例えば外径φ32mm、肉厚3.5mmの高熱伝導性の樹脂管15を製造した。
The
According to the manufacturing method of the
本第二実施形態による二重管の樹脂管15では、樹脂管1において高熱伝導繊維3を管体2にミシン針7で縫い込む際に生じる間隙を被覆層16によって埋めることができる。
In the
次に第三実施形態による樹脂管24は、第一実施形態における樹脂管1において管体2に埋設した高熱伝導繊維3として、高強度ポリエチレン繊維3aに代えて、アルミニウム線材3bを肉厚方向に整列して配列させたものである。
高熱伝導繊維3としてのアルミニウム線材3bは、ミシン針7による縫い込みに代えて、管体2の外面から内面に向けて径方向に突き刺すことで管体2の肉厚内に埋め込んだ。アルミニウム線材3bの埋設間隔は第一実施形態による高強度ポリエチレン繊維3aの高熱伝導繊維3と同一とした。アルミニウム線材3bは、比較的高強度であって溶融状態の管体2に突き刺し可能とされている。
Next, in the
The
次に、図7は第三実施形態による樹脂管24を製造する製造装置25を示すものである。
図7に示す製造装置25において、押出成形機6の前方側にロールから繰り出された高熱伝導繊維3としてのアルミニウム線材3bを管体2の外面から内面に突き刺す金属線埋め込み手段26が設けられ、更にその前方にアルミニウム線材3bを加熱する誘導加熱装置27と、冷却水槽10とが設置されている。
Next, FIG. 7 shows the
In the
次に、この製造装置25を用いた第三実施形態による樹脂管24の製造方法について説明すると、母材樹脂として例えば高密度ポリエチレンを用い、押出成形機6で例えば外径φ30mm、肉厚3.5mmの管体2を成形して吐出させる。その後、金属線埋め込み手段26によって、高熱伝導繊維3として例えば外径約φ1mmのアルミニウム線材3bを管体2に突き刺して肉厚の長さまたは若干それより長い長さに切断する。
そして、管体2の長手方向にアルミニウム線材3bを所定間隔、例えば10mm間隔で埋設すると共に、管体2の周方向にも間隔を開けて複数本、例えば90度間隔で4本埋設する。これにより、管体2の中心軸線を通って互いに直交する2平面が管体2の内面及び外面と交わる4直線に沿って、アルミニウム線材3bを埋め込んで配列させた。
Next, the manufacturing method of the
Then, the
製造装置25の金属線埋め込み手段26において、管体2はIR加熱により非接触で約130℃まで加熱され、管体2の外面にアルミニウム線材3bを突き刺す工程と、管体2の内外面に沿って突出したアルミニウム線材3bを切断・研磨する工程とが繰り返し行われる。
その後、連続的に、誘導加熱装置27によりアルミニウム線材3bを150℃程度まで加熱することで管体2の母材樹脂に融着させて間隙を埋め、さらに、冷却水槽10により固化させて目的の高熱伝導性の樹脂管24を得た。
In the metal
Thereafter, the
次に第四実施形態による樹脂管30は、上述した第二実施形態による二重管の樹脂管15と同様な構成を有しており、高熱伝導繊維3として高強度ポリエチレン繊維3aに代えて金属繊維であるアルミニウム線材3bを用いて肉厚方向に突き刺して埋設した二重管である。管体2内に埋設したアルミニウム線材3bの配列構成は、高強度ポリエチレン繊維3aの配列構成と同様である。
Next, the
次に本第四実施形態による樹脂管30の製造装置33を図8により説明する。
この製造装置33は第二実施形態による製造装置18と同様の構成を備えており、押出成形機6と、金属埋め込み手段26と、ロール状の高熱伝導繊維3であるアルミニウム線材3bと、冷却水槽10とを備えている。そして、冷却水槽10の管体搬送方向前方側には、樹脂管24の外周面に被覆層16を形成する被覆金型20が設置され、更にその前方に冷却水槽22が設置されている。また、被覆金型20の近傍には、被覆層16を形成するための樹脂を供給する押出成形機21が設置されている。押出成形機21は、管体2の母材樹脂と同じ高密度ポリエチレンに予めカーボンブラックを3重量部配合したペレット原料の供給を受けて溶融して被覆金型20に押し出して被覆層16を形成する。
Next, the
This
次に、この製造装置33を用いた第四実施形態による樹脂管30の製造方法について説明すると、図8に示すように、第三実施形態と同様に、押出成形機6および金属線埋め込み手段26により、成形された管体2の肉厚方向にアルミニウム線材3bを突き刺して整列して埋め込ませ、冷却水槽10によって固化させ、例えば外径φ30mm、肉厚2.5mmの樹脂管24を得た。その後、母材樹脂と同じ高密度ポリエチレンに予めカーボンブラックを3重量部配合したペレット原料を被覆用の押出成形機21で溶融させて被覆金型20に供給し、樹脂管24の外周面を被覆層16で被覆して二重管を得た。そして、この二重管を冷却水槽22で固化して、例えば外径φ32mm、肉厚3.5mmの高熱伝導の樹脂管30を製造した。
Next, the manufacturing method of the
上述のように各製造装置5,18,25,33を用いた製造方法で製造した樹脂管1、15、24、30は各管体2の肉厚断面方向に配列させた高熱伝導繊維3によって、樹脂管1、15、24、30の径方向と長手方向にそれぞれ熱伝導パス(熱伝導経路)を構成するため、通常の高密度ポリエチレン管(例えば、外径φ32mm、肉厚3.5mmのもの)と比較し、その熱伝導寄与分に応じた優れた熱伝導性を発現する。また、高熱伝導繊維3が管体2の内外面から突き出ている場合であって、且つ管体2の内外面に流体が存在する場合には、一層の熱伝達性の向上が期待される。
As described above, the
なお、上述した各実施形態では、樹脂製の管体2の外面から内面に高熱伝導繊維3をミシン針7で縫い込むか、高熱伝導繊維3を管体2の樹脂に突き刺すことで埋設するようにしたが、高熱伝導繊維3の管体2への埋設手段はこれらの手段に限定されるものではなく、適宜の手段を採用できる。例えば、冷却固化した管体2にドリル等で穴を開けて高熱伝導繊維3を挿入するようにしてもよい。
In each of the above-described embodiments, the high
また、上述した各実施形態による熱交換性能に優れた樹脂管1、15、24、30は、管体2の肉厚方向に高熱伝導繊維3を挿入させて管体2の周方向と長手方向の双方に配列させるようにしたが、少なくともいずれか一方に配列されていればよい。例えば、高熱伝導繊維3が管体2の周方向に配列されている場合、管体2の長手方向においては、周方向にずれた位置に順次設けられていてもよい。また、高熱伝導繊維3が管体2の長手方向に配列されている場合、各列の高熱伝導繊維3を長手方向に不等間隔に配列させることで周方向には管体2の長手方向に直交する同一断面内に配列されていない構成であってもよい。
或いは、管体2の内外面において周方向と長手方向にランダムに、または互いに等間隔に位置するように高熱伝導繊維3を配列してもよい。これらの場合でも、従来の樹脂管よりも熱交換性能を向上させることが可能である。
Further, the
Alternatively, the high thermal
本発明による樹脂管は、管体の径方向と長手方向に任意の間隔で高熱伝導繊維を埋設して配列した構成であるため、低コストでありながら熱伝導性が高く、地中熱や下水熱などの熱源と効率良く熱交換を行える熱交換性能に優れた樹脂管として利用することができる。 Since the resin pipe according to the present invention has a configuration in which high thermal conductive fibers are embedded and arranged at arbitrary intervals in the radial direction and the longitudinal direction of the pipe body, the thermal conductivity is high while being low in cost, and underground heat and sewage It can be used as a resin tube excellent in heat exchange performance that can efficiently exchange heat with a heat source such as heat.
1、15,23、30 樹脂管
2 管体
3 高熱伝導繊維
3a 高強度ポリエチレン繊維
3b アルミニウム線材
5、18、25、33 製造装置
6、21 押出成形機
7 ミシン針
8 専用ミシン
9 サイジングダイ
10、22 冷却水槽
16 被覆層
26 金属埋め込み手段
27 誘導加熱装置
1, 15, 23, 30
Claims (9)
前記管体の肉厚方向に高熱伝導繊維を挿入させて前記管体の周方向と長手方向の少なくとも一方に配列させる工程と、
前記管体を冷却固化させる工程と、
を備えたことを特徴とする樹脂管の製造方法。 Forming a resin tube by extrusion molding; and
Inserting a high thermal conductive fiber in the thickness direction of the tubular body and arranging in at least one of a circumferential direction and a longitudinal direction of the tubular body;
Cooling and solidifying the tube; and
A method for producing a resin tube, comprising:
前記被覆層を冷却固化させる工程と
を備えたことを特徴とする請求項5に記載された樹脂管の製造方法。 After the step of cooling and solidifying the tubular body, a step of coating the outer surface of the tubular body with a resin coating layer filled with a high thermal conductive filler;
The method for producing a resin pipe according to claim 5, further comprising a step of cooling and solidifying the coating layer.
前記高熱伝導繊維を前記管体の内面と外面の少なくとも一方から突出させるようにした請求項5から7のいずれか1項に記載された樹脂管の製造方法。 In the step of inserting high thermal conductivity fibers in the thickness direction of the tube body,
The method for manufacturing a resin pipe according to any one of claims 5 to 7, wherein the high thermal conductive fiber is projected from at least one of an inner surface and an outer surface of the tubular body.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013204798A JP2015068450A (en) | 2013-09-30 | 2013-09-30 | Resin pipe and manufacturing method thereof |
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---|---|---|---|---|
JP2016196122A (en) * | 2015-04-03 | 2016-11-24 | 積水化学工業株式会社 | Multi-layer pipeline |
KR101690530B1 (en) * | 2016-04-12 | 2016-12-29 | 미래화학 주식회사 | Pipe including heat wire and pipe detection method using thereof |
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2013
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