JP2017101906A - 自然熱熱交換装置および熱交換シートの巻取り具 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換シートをそれらシート間（隣接する内層−外層間）に所定の隙間が生ずるように渦巻状に容易に巻回できるとともに、その巻回状態のまま自然熱との熱交換に供することができる自然熱熱交換装置および熱交換シートの巻取り具を提供する。【解決手段】シート状に形成された熱交換シート３１を、そのシート間に所定の隙間Ｇが生じるように巻取り具３３を介して渦巻状に巻回し、このままの状態で自然熱との熱交換に供する。【選択図】図４

Description

本発明は、平面型の熱交換シートを用いて、自然熱と利用側の熱媒体との間で熱交換を行う自然熱熱交換装置および熱交換シートの巻取り具に関し、さらに詳しく言えば、熱交換シートを渦巻状に巻回した形態で簡単に設置することができる自然熱熱交換装置および熱交換シートの巻取り具に関する。

近年、節電などの省エネ技術のひとつとして、地中熱や河川さらには簡易的には井戸水などから自然熱を採取して、エアコンなどの利用側熱源との間で熱交換する自然熱熱交換装置が注目されている。

この種の自然熱熱交換装置では、多くの場合、熱交換器として、フィン型の熱交換器が用いられるが、平面型の熱交換シートが用いられることもある。ここで、熱交換シートとは、所定の間隔をもって互いに平行に配置された流入側ヘッダ管と流出側ヘッダ管との間に複数本の熱交換チューブを並列に接続してなり、利用側の熱媒体が流入側ヘッダ管から各熱交換チューブを同一方向に流れて自然熱と熱交換して流出側ヘッダ管に至る熱交換器のことを言う。

この種の熱交換シートは、一般的には平置きや縦置きで使用されるが、敷設スペースが限られる場合、例えば井戸水の貯留升内に設置する場合には、可撓性を有していることから、特許文献１のように、渦巻状に巻いて使用されることもある。

しかしながら、可撓性を有しているとは言え、骨格が例えばポリエチレン製の熱交換チューブであり、渦巻き状に巻回すると大きな復元力応力が生ずるため、その巻回状態を保持するには結束バンド等の形態保持具を必要とする。

また、渦巻き状に巻回したとしても、弾性復元力で隣接する内層と外層とのシートが密着してしまうため、その層間に水が流れ難く良好な熱交換効率が得られない。熱交換効率を高めるには、熱交換シートの内層と外層との間にスペーサを挿入すればよいが、巻回後の挿入作業は楽なものではない。

特開２０１５−２１６２１号公報

そこで、本発明の課題は、熱交換シートをそれらシート間（隣接する内層−外層間）に所定の隙間が生ずるように渦巻状に容易に巻回できるとともに、その巻回状態のまま自然熱との熱交換に供することができる自然熱熱交換装置および熱交換シートの巻取り具を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、所定の間隔をもって互いに平行に配置された流入側ヘッダ管と流出側ヘッダ管の間に複数本の熱交換チューブを並列に接続してなり、利用側の熱媒体が上記流入側ヘッダ管から上記各熱交換チューブを流れて上記流出側ヘッダ管に至る熱交換シートを有し、上記熱交換シートを介して自然熱と上記利用側の熱媒体との間で熱交換を行う自然熱熱交換装置において、上記熱交換シートを渦巻状に巻回する巻取り具を備え、上記熱交換シートは、そのシート間に所定の隙間が生じるように上記巻取り具に渦巻状に巻回された状態で自然熱との熱交換に供されることを特徴としている。

より好ましい態様として、上記巻取り具は、中心から放射状に延在する複数の脚部を備えたベース脚と、上記ベース脚の各脚部から立設された複数のガイド棒とを有し、上記ガイド棒は、上記ベース脚の平面視において、上記ベース脚の中心から外側に向かう仮想渦巻線上に配置されており、上記熱交換シートが上記仮想渦巻線の中心側の上記ガイド棒から外側の上記ガイド棒の順に渦巻状に巻回される。

さらに好ましい態様として、上記ガイド棒は、上記ベース脚に対して着脱可能に取り付けられており、上記熱交換シートが上記ガイド棒に沿って渦巻き状に巻回された状態で、上記ガイド棒を残して上記ベース脚が取り外される。

また別の態様として、上記熱交換シートとして、第１および第２の２枚の熱交換シートが用いられ、上記ガイド棒は、上記第１熱交換シートを渦巻状に巻回する第１仮想渦巻線上に配置される第１ガイド棒群と、上記第２熱交換シートを渦巻状に巻回する第２仮想渦巻線上に配置される第２ガイド棒群とを有し、上記巻取り具１台に２枚の上記熱交換シートが支持される。

この場合、上記第１仮想渦巻線と上記第２仮想渦巻線は、上記ベース脚の中心に対して１８０°回転された位置に配置されることが好ましい。

本発明には、熱交換シートの巻取り具も含まれる。すなわち、本発明の巻取り具は、所定の間隔をもって互いに平行に配置された流入側ヘッダ管と流出側ヘッダ管の間に複数本の熱交換チューブを並列に接続してなり、利用側の熱媒体が上記流入側ヘッダ管から上記各熱交換チューブを流れて上記流出側ヘッダ管に至る熱交換シートを巻き取るための巻取り具において、中心から放射状に延在する複数の脚部を備えたベース脚と、上記ベース脚の各脚部から立設された複数のガイド棒とを有し、上記ガイド棒は、上記ベース脚の平面視において、上記ベース脚の中心から外側に向かう仮想渦巻線上に配置されており、上記仮想渦巻の中心側の上記ガイド棒から外側の上記ガイド棒の順に上記熱交換シートが渦巻状に巻回されることを特徴としている。

さらに好ましい態様として、上記ガイド棒は、上記ベース脚に対して着脱可能に取り付けられており、上記熱交換シートが上記ガイド棒に沿って渦巻き状に巻回された状態で、上記ガイド棒を残して上記ベース脚が取り外される。

本発明によれば、専用の巻取り具により、熱交換シートをそれらシート間（隣接する内層−外層間）に所定の隙間が生じるように渦巻状に容易に巻回することができるとともに、その巻回状態が保持されることから、熱交換シートをコンパクトに巻回した状態で例えば井戸水の貯留升等に入れて、そのまま自然熱との熱交換に供することができる。また、渦巻状シートの隣接する内層と外層との間に隙間が確保されているため、良好な熱交換効率を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る自然熱熱交換装置の構成を示す模式図。 熱交換ユニットの（ａ）平面図、（ｂ）内部構造を模式的に示す要部断面図。 熱交換シートの構成を示す斜視図。 熱交換シートを渦巻状に巻回してなる熱交換ユニットの斜視図。 （ａ）熱交換シートを巻回する巻取り具の斜視図，（ｂ）ベース脚に対してガイド棒を着脱可能とした巻取り具を示す斜視図。 ２枚の熱交換シートを巻き取る巻取り具を示す平面図。 熱交換ユニットを（ａ）横積み、（ｂ）縦積みした状態を示す模式図。

次に、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が、本発明はこれに限定されるものではない。

図１に示すように、この実施形態に係る自然熱熱交換装置１（以下、単に熱交換装置１とする）は、例えば地表面Ｇからほぼ鉛直に掘削された熱交換井２と、熱交換井２の中に配置される熱交換ユニット３と、熱交換ユニット３を介して地中熱との間で熱交換される利用側としてのヒートポンプユニット４とを備えている。

この実施形態において、熱交換井２は、より熱交換効率を高めるため、地下水が湧出する地下水位線ＷＬよりも低い位置まで掘削されているが、地中熱を用いて熱交換を行うのであれば、地下水位線ＷＬよりも高い（浅い）位置であってもよく、熱交換井２の深さは、仕様に応じて任意に設定されてよい。また、熱源として、熱交換井２の代わりに、河川や湖、池、沼などが用いられてもよいし、さらには、簡易な熱交換井として、井戸水の貯留升が採用されてもよい。

熱交換井２には、熱交換ユニット３が配置された状態で、その内部には、充填材２１が充填されている。充填材２１は、地下水や雨水の透水性を確保するため珪砂や砂礫などが好適である。

この実施形態において、熱交換井２は透水性（通水性）を備えているが、掘削穴に土管やコンクリート升等を埋設したり、側壁を防水シートで覆うなどして非透水性とし、その中に水を満たして熱交換用のため池（貯留池）としてもよい。

図２（ａ），（ｂ）を併せて参照して、熱交換ユニット３は、所定の熱媒体が循環する熱交換シート３２と、熱交換シート３２を渦巻状に巻回しその状態を保持する巻取り具３３とを有し、この実施形態において、渦巻状に巻回された熱交換シート３２は、透水性を有するフレキシブルコンテナバッグ３１（以下、フレコンバッグ３１と略す）内に収納され、好ましくは、フレコンバッグ３１内には、熱交換シート３２を収納した状態で内部に充填材３１２が充填される。

フレコンバッグ３１は、ポリエチレンやポリプロピレン等の丈夫な化学繊維で織られたシート地を用いた有底な袋状に形成されており、上端部が開放されている。フレコンバッグ３１の上端には、クレーン等の玉掛け作業用のベルト部３１１（図７参照）が一体的に設けられている。

フレコンバッグ３１は、地下水や雨水を浸透させるため透水性を備えていることが好ましく、この実施形態では、市販の水切りコンテナバッグが用いられている。なお、より好ましくは、目合いが１〜５ｍｍ程度のより粗いタイプが透水性がよく好適である。

フレコンバッグ３１の形状や大きさなどは、仕様に応じて任意に選択されてよい。また、長期間繰り返して使用することを目的として造られたランニング用、あるいは、１回から数回の短期使用を目的として造られたクロス用のいずれであってもよい。

この実施形態において、フレコンバッグ３１は、およそ直径φ１１００ｍｍ×高さ１１００ｍｍの有底な袋体である。また、フレコンバッグ３１内に充填される充填材３１２は本発明において任意的事項であり、充填材３１２は充填しなくてもよい。

次に図３および図４を参照して、熱交換シート３２は、熱媒体循環路５の流出側配管５１に接続される流入側ヘッダ管３２１と、熱媒体循環路５の流入側配管５２に接続される流出側ヘッダ管３２２と、流入側ヘッダ管３２１および流出側ヘッダパイプ３２２との間に架け渡される複数の熱交換チューブ３２３とを備えている。

流入側ヘッダ管３２１および流出側ヘッダ管３２２はともに、ポリエチレン製の直管からなり、ほぼ平行に配置されている。流入側ヘッダ管３２１は下端側が開放されており、上端側が閉塞されている。

これに対して、流出側ヘッダ管３２２は、上端側が開放され、下端側が閉塞されている。流入側ヘッダ管３２１および流出側ヘッダ管３２２の各外周面には、熱交換チューブ３２３が接続される複数の接続孔（図示しない）が軸線方向に沿って直線状に並んで等間隔で配置されている。

熱交換チューブ３２３は、可撓性を有する合成樹脂、好ましくはポリエチレンチューブからなり、一端が流入側ヘッダ管３２１の接続孔に差し込まれ、他端が流出側ヘッダ管３２２の接続孔に差し込まれ、それらが互いに平行に配置されている。流入側ヘッダ管３２１および流出側ヘッダ管３２２は熱媒体の幹管であり、熱交換チューブ３２３はそれらの枝管である。

これによれば、熱媒体は、流入側ヘッダ管３２１の下端から熱交換シート３２内に入り、各熱交換チューブ３２３内を同一方向に流出側ヘッダ管３２２に向かって流れつつ、水との間で熱交換され、流出側ヘッダ管３２２の上端から吐出されて再び熱媒体循環路５に戻る。

熱交換チューブ３２３は、各ヘッダ管３２１，３２２の軸線方向に沿って所定間隔をもって多数、この実施形態では、φ６ｍｍ×長さ５．６ｍの熱交換チューブ３２３が１１７本が配置されており、それら全体が規則的に並んで配置されることにより、見かけ上、１枚のシート状を呈している。

熱交換チューブ３２３には、熱交換チューブ３２３の並びを整然と配列するためのスペーサ３２４が、この実施形態では３箇所に設けられている。各熱交換チューブ３２３は隙間を持って配置されているが、各熱交換チューブ３２３は可撓性を有しているため、例えば隙間の間にゴミが挟まったりしても、簡単にゴミを取り除くことができ、目詰まりによる熱交換効率の低下を防止することができる。

この実施形態において、熱交換シート３２の大きさは、長さ５．６ｍ×幅０．９ｍである。この種の熱交換シート６の一例としては、ＭＡＧＥＮ（イスラエル）社製の製品名「Ｇカーペット」が好適に用いられる。

この実施形態において、熱交換シート３２は、熱媒体の流入側ヘッダ管３２１が渦巻状の中心側で、流出側ヘッダ管３２２が渦巻状の外周側となるように配置されており、これにより、熱媒体が中心から外側に向かって流れるようになっている。なお、熱媒の流入側を外側にし、流出側を内側にしてもよい。

熱交換シート３２は、巻取り具３３を介してシート間に所定の隙間を生じるように渦巻状に巻回される。図４および図５を参照して、巻取り具３３は、中心から放射状に延在する複数の脚部３４ａ〜３４ｄを備えたベース脚３４と、ベース脚３４の各脚部３４ａ〜３４ｄから立設される複数のガイド棒群３５とを備えている。

ベース脚３４は、例えば鋼材などの角材からなり、この例では中心から９０°間隔で４本の脚部３４ａ〜３４ｄを備えている。ベース脚３４は、熱交換ユニット３を水中に沈めて使用する場合を考慮し、重さを稼ぐ上で金属製とすることが好ましい。この実施形態において、４本の脚部３４ａ〜３４ｄを備えているが、脚部は少なくとも３本が設けられていればよく、さらにそれらを１２０°間隔で平面視でＹ字状に配置されることが好ましい。

ガイド棒群３５は、ベース脚３４の各脚部３４ａ〜３４ｄを基端とし、そこからほぼ垂直に立設された丸棒状を呈している。ガイド棒群３５は、金属パイプとすることが熱伝導率が高いため望ましいが、コスト的な観点からすれば塩ビパイプが好適に用いられる。なお、ガイド棒群３５は、パイプ内に水や砂などが充填できるようになっていることがさらに好ましい。

図５（ｂ）に示すように、各ガイド棒群３５（この実施形態では３５ａ〜３５ｎ）はベース脚３４に対して着脱可能であることが好ましい。すなわち、ベース脚３４の上面にボス３４１を立設しておき、ボス３４１にガイド棒群３５の中空部３５１に差し込むことにより、ベース脚３４にガイド棒３５を簡単に着脱することができる。

これによれば、ガイド棒群３５に沿って熱交換シート３２を渦巻き状に巻回したのち、ベース脚３４が上になるようにフレコンバッグ３１や地中に埋設してからベース脚３４を取り除くことで、ベース脚３４を再利用することができる。なお、ロール状に巻回された熱交換シート３２の周りを縛るなどして巻き解れないように固定しても、ベース脚３４は取り外し可能である。

さらに別の態様としては、隙間Ｇの間に砂などを充填してしまえば、熱交換シート３２は渦巻き状を保ったまま埋設されるため、ベース脚３４に加えてガイド棒群３５も抜き取ることが可能となる。

この実施形態において、ガイド棒群３５には、１４本のガイド棒３５ａ〜３５ｎが含まれており、ベース脚３４の平面視（図２（ａ））において、各ガイド棒３５ａ〜３５ｎは、ベース脚３４の中心を基準として展開する仮想渦巻軌跡Ｓに沿って配置されている。

この実施形態において、仮想渦巻軌跡Ｓは、中心から反時計回りに展開される渦巻であるが、展開方向は時計回りであってもよい。理想的には、熱交換シート３２は、仮想渦巻軌跡Ｓに沿って渦巻状に巻回される。

この実施形態において、仮想渦巻軌跡Ｓは、熱交換シート３２のシート間の隙間Ｇが巻き始めから巻き終わりまで等間隔となる「代数渦巻」であるが、いわゆるインボリュート曲線などの「対数渦巻」であってもよく、その場合、隙間Ｇの間隔は、巻き始めから巻き終わりに向かうにつれて漸次大きくなる。

全１４本の各ガイド棒３５ａ〜３５ｎのうち、巻き始めの基準となるガイド棒３５ａは、ベース脚３４のほぼ中心に配置されている。脚部３４ａには、中心から外側（図２（ａ）では中心から右側）に向かって順にガイド棒３５ｂ→ガイド棒３５ｆ→ガイド棒３５ｊ→ガイド棒３５ｎの４本が配置されている。

脚部３４ｂには、中心から外側（図２（ａ）では中心から下側）に向かって順にガイド棒３５ｅ→ガイド棒３５ｉ→ガイド棒３５ｍの３本が配置されている。脚部３４ｃには、中心から外側（図２（ａ）では中心から左側）に向かって順にガイド棒３５ｄ→ガイド棒３５ｈ→ガイド棒３５ｌの３本が配置されている。脚部３４ｄには、中心から外側（図２（ａ）では中心から上側）に向かって順にガイド棒３５→ガイド棒３５ｇ→ガイド棒３５ｋの３本が配置されている。

これによれば、熱交換シート３２をガイド棒３５ａ→ガイド棒３５ｂ→３５ｃ→３５ｄ→・・・・→３５ｎの順に沿わせることにより、熱交換シート３２を渦巻状に巻回することができる。なお、渦巻形態が崩れないようにするうえで、各ガイド棒３５ａ〜３５ｎと熱交換シート３２との当接部位を結束紐などで固定することが好ましい。

なお、図２（ａ），図４において、熱交換シート３２は、仮想渦巻軌跡Ｓと同一線上に巻回されているが、熱交換シート３２の渦巻形態は、隣接する内層と外層のシート同士が密着せず、それらシート間に隙間Ｇが確保されていればよく、熱交換シート３２は、各ガイド棒３５ａ〜３５ｎにかけて四角渦巻状に巻回されてもよい。

いずれにしても、この実施形態によれば、熱交換シート３２が巻取り具３３により渦巻状に巻回された状態で支持されることにより、熱交換シート３２を巻取り具３３に取り付けたまま熱交換井２に埋設したり、フレコンバック３１内に収納したり、また、河川やコンクリート升等の水中に埋設することができるため、その敷設作業を楽に行うことができるとともに、隣接する内層と外層のシート同士が密着していないため、熱交換効率の低下を抑えることができる。

ここで、熱交換シート３２を１枚のみ巻回した場合（図２（ａ）の状態）は、その隙間Ｇの間隔が比較的大きくなるため、各ガイド棒３５のパイプ径はφ約１００ｍｍ程度のものが好適に用いられる。ただし、当該パイプ径は、熱交換シート３２の長さと巻回された状態での直径（巻き径）によって変化する。

上述した実施形態において、巻取り具３３には１枚の熱交換シート３２が渦巻状に巻き付けられているが、図６に示すように、一つの巻取り具６に２枚の熱交換シート３２ａ，３２ｂを巻き付けて使用することもできる。

この巻取り具６は、中心から十字状に延びるベース脚６０としての第１〜第４脚部６１〜６４と、第１熱交換シート３２ａを渦巻き状に巻回するための第１ガイド棒群６５（６５ａ〜６５ｌ）と、第２熱交換シート３２ｂを渦巻き状に巻回するための第２ガイド棒群６６（６６ａ〜６６ｋ）とを備えている。

第１〜第４脚部６１〜６４は、地面に対して水平に設置され、金属フレーム製で中心で一体的に連結され、それらが外側に向かって十字状に形成されている。各第１ガイド棒６５ａ〜６５ｌはそれぞれ、第１〜第４脚部６１〜６４からほぼ垂直に立設された金属棒である。図６においては、黒丸で示す。

各第１ガイド棒６５ａ〜６５ｌは、この実施形態において全部で１２本であり、第１熱交換シート３２ａを渦巻き状に巻回した状態するための仮想渦巻曲線Ｓ１（図６では鎖線で示す）上に配置されている。

全１２本の第１ガイド棒６５ａ〜６５ｌのうち、第１脚部６１には、中心側から外側（図６では右側）に向かって第１ガイド棒６５ｄ→６５ｈ→６５ｌの順に３本が配置されている。第２脚部６２には、中心側から外側（図６では下側）に向かって第１ガイド棒６５ｃ→６５ｇ→６５ｋの順に３本が配置されている。

第３脚部６３には、中心側から外側（図６では左側）に向かって、第１ガイド棒６５ｂ→６５ｆ→６５ｊの順に３本が配置されている。第４脚部６４には、中心側から外側（図６では上側）に向かって、第１ガイド棒６５ａ→６５ｅ→６５ｉの順に３本が配置されている。

これによれば、第１熱交換シート３２ａを第１ガイド棒６５ａ（中心側）→６５ｂ→６５ｃ→・・・・→６５ｋ→６５ｌ（最外側）の順に沿わせることにより、ほぼ渦巻状に巻回することができる。

各第２ガイド棒６６ａ〜６６ｋは、それぞれ、第１〜第４脚部６１〜６４からほぼ垂直に立設された金属棒である。図６においては、白丸で示す。各第２ガイド棒６６ａ〜６６ｋは、この実施形態において全部で１１本であり、第２熱交換シート３２ｂを渦巻き状に巻回した状態するための仮想渦巻曲線Ｓ２（図６では実線で示す）上に配置されている。

全１１本の第２ガイド棒６６ａ〜６６ｋのうち、第１脚部６１には、中心側から外側（図６では右側）に向かって第２ガイド棒６６ａ→６６ｅ→６６ｉの順に３本が配置されている。第２脚部６２には、中心側から外側（図６では下側）に向かって第２ガイド棒６６ｄ→６６ｈの順に２本が配置されている。

第３脚部６３には、中心側から外側（図６では左側）に向かって、第２ガイド棒６６ｃ→６６ｇ→６６ｋの順に３本が配置されている。第４脚部６４には、中心側から外側（図６では上側）に向かって、第２ガイド棒６６ｂ→６６ｆ→６６ｉの順に３本が配置されている。

これによれば、第２熱交換シート３２ｂを第２ガイド棒６６ａ（内側）→６６ｂ→６６ｃ→・・・・→６６ｋ→６６ｌ（最外側）の順に沿わせることにより、ほぼ渦巻き状に巻回することができる。

なお、２枚の熱交換シート３２ａ、３２ｂは、冷媒循環路５に対して並列に接続されてもよいし、一方の熱交換シートの流出側ヘッダ管３２２を他方の熱交換シートの流入側ヘッダ管３２１に図示しない中継パイプを介して連結し、冷媒循環路５に対して直列に接続されてもよい。

第１仮想渦巻Ｓ１および第２仮想渦巻Ｓ２は、ともに中心から反時計回りに展開する渦巻であり、それらが一定の間隔をもって配置されている。第１仮想渦巻Ｓ１および第２仮想渦巻は、ベース脚の中心に対して１８０°回転された位置に配置されている。

これによれば、２枚の熱交換シート３２ａ，３２ｂを１８０°回転して巻取り具６に取り付けることにより、互いのシート間の隙間を設けたまま等間隔で１つの巻取り具６に取り付けることができる。

なお、熱交換シート３２を１枚のみ巻回した場合（図２（ａ）の状態）と比較して、２枚の熱交換シート３２ａ，３２ｂを巻回する場合（図６の状態）は、その隙間Ｇの間隔が約半分となるため、第１ガイド棒６５および第２ガイド棒６６のパイプ径はφ約４０ｍｍ程度のものが好適に用いられる。なお、当該パイプ径は、熱交換シート３２の長さと、巻回された状態での直径（巻き径）によって変化する。

また、この実施形態においても、第１および第２ガイド棒群６５，６６はベース脚６１〜６４に対して着脱可能であることが好ましい。すなわち、第１および第２ガイド棒群６５，６６に沿って２枚の熱交換シート３２ａ，３２ｂを渦巻き状に巻回したのち、ベース脚３４が上になるようにフレコンバッグ３１や地中に埋設した状態でベース脚３４を取り除くことで、ベース脚３４を再利用することができる。なお、ロール状に巻回された熱交換シート３２あ、３２ｂの周りを縛るなどして巻き解れないように固定してしまえば、ベース脚６１〜６４は取り外し可能となる。

また、さらに別の態様としては、隙間Ｇの間に砂などを充填してしまえば、熱交換シート３２ａ，３２ｂは渦巻き状を保ったまま埋設されるため、ベース脚６１〜６４に加えて、第１および第２ガイド棒群６５，６６も抜き取ることが可能となる。

再び図１を参照して、ヒートポンプユニット４は、内部にコンプレッサなどの冷凍サイクル機構を備えたユニット本体４２と、室内側に配置される室内側熱交換器４１と、室外側に配置される室外側熱交換器４３とを備えている。

この実施形態において、ヒートポンプユニット４は、空気調和機であるが、ヒートポンプユニット４は、熱媒体を介して室内側熱交換器４１と室外側熱交換器４３との間で熱を移動させる冷凍サイクル回路を有していればよく、その具体的な構成は、仕様に応じて任意に変更されてよい。

冷媒循環路５は、内部に水や不凍液などの液体の熱媒体が一方向に向かって循環するクローズドループ回路であって、熱媒体を循環させるための図示しない循環ポンプが設けられている。冷媒循環路５の具体的な構成や、熱媒体の種類については、仕様に応じて任意に選択されてよい。

冷媒循環路５とヒートポンプユニット４とは、室外側熱交換器４３内に設けられた熱交換器４４を介して熱交換される。この実施形態において、熱交換器４４は、冷媒循環路５内を流れる熱媒体を貯留するタンクに室外側熱交換器４３を直に浸すことにより熱交換されるようになっている。なお、熱交換器４４を設けることなく、室外側熱交換器４３の冷媒回路を冷媒循環路５に直結して熱交換ユニット３で熱交換するようにしてもよい。

この熱交換ユニット３を使用するに当たっては、予め工場などにおいて、熱交換シート３２を巻取り具３３（もしくは２枚の熱交換シート３２ａ，３２ｂを巻取り具６）に巻き付けた状態で、一例として、フレコンバッグ３１に収納したのち、フレコンバッグ３１内に充填材３１２を充填しておく。

これによれば、施工現場に必要な数の熱交換ユニット３を運び込んで、現場の熱交換井２内にクレーンによって設置した後、配管作業するだけでよく、熱交換に必要な熱容量の設計や、設置コスト、生産性が大幅に向上する。

フレコンバッグ３１を用いた熱交換ユニット３の設置態様としては、図７（ａ）に示すように、必要に応じて複数の熱交換ユニット３を横並びに設置する方法が一般的であるが、図７（ｂ）に示すように、深い熱交換井を設け、複数個の熱交換ユニット３を縦積みしてもよい。なお、縦積みにする場合は、配管の作業性などから、半分程度横にずらして配置することが好ましい。

この実施形態において、熱交換ユニット３は、フレコンバッグ３１に入れて使用する形態について例示したが、フレコンバッグ３１を用いることなく、熱交換シート３２を巻取り具３３に巻回した状態で熱交換ユニット３を直接埋設してもよい。また、熱交換ユニット３の埋設場所は、地中のみならず、湖や海、河川、温泉、井戸水貯留升などでもよい。

本発明によれば、シート間に所定の隙間が生じるように専用の巻取り具を介して熱交換シートを渦巻状に巻いた状態で支持することにより、熱交換シートをコンパクトに巻いて使用することができ、シート同士が隙間を持って接触しないようになっているため、熱交換効率が低下することもない。

１ 自然熱熱交換装置
２ 熱交換井
３ 熱交換ユニット
３１ フレキシブルコンテナバッグ（フレコンバッグ）
３１１ ベルト部
３１２ 充填材
３２ 熱交換シート
３２１ 流入側ヘッダ管
３２２ 流出側ヘッダ管
３２３ 熱交換チューブ
３３ 巻取り具（第１実施形態）
３４ ベース脚
３４ａ〜３４ｄ 脚部
３５ ガイド棒群
３５ａ〜３５ｎ ガイド棒
４ ヒートポンプユニット
５ 冷媒循環路
６ 巻取り具（第２実施形態）
６０ ベース脚
６１〜６４ 第１〜第４脚部
６５ 第１ガイド棒群
６５ａ〜６５ｌ 第１ガイド棒
６５ 第２ガイド棒群
６５ａ〜６５ｋ 第２ガイド棒

Claims (7)

1. 所定の間隔をもって互いに平行に配置された流入側ヘッダ管と流出側ヘッダ管の間に複数本の熱交換チューブを並列に接続してなり、利用側の熱媒体が上記流入側ヘッダ管から上記各熱交換チューブを流れて上記流出側ヘッダ管に至る熱交換シートを有し、上記熱交換シートを介して自然熱と上記利用側の熱媒体との間で熱交換を行う自然熱熱交換装置において、
   上記熱交換シートを渦巻状に巻回する巻取り具を備え、上記熱交換シートは、そのシート間に所定の隙間が生じるように上記巻取り具に渦巻状に巻回された状態で自然熱との熱交換に供されることを特徴とする自然熱熱交換装置。
2. 上記巻取り具は、中心から放射状に延在する複数の脚部を備えたベース脚と、上記ベース脚の各脚部から立設された複数のガイド棒とを有し、
   上記ガイド棒は、上記ベース脚の平面視において、上記ベース脚の中心から外側に向かう仮想渦巻線上に配置されており、上記熱交換シートが上記仮想渦巻線の中心側の上記ガイド棒から外側の上記ガイド棒の順に渦巻状に巻回されることを特徴とする請求項１に記載の自然熱熱交換装置。
3. 上記ガイド棒は、上記ベース脚に対して着脱可能に取り付けられており、上記熱交換シートが上記ガイド棒に沿って渦巻き状に巻回された状態で、上記ガイド棒を残して上記ベース脚が取り外されることを特徴とする請求項２に記載の自然熱熱交換装置。
4. 上記熱交換シートとして、第１および第２の２枚の熱交換シートが用いられ、上記ガイド棒は、上記第１熱交換シートを渦巻状に巻回する第１仮想渦巻線上に配置される第１ガイド棒群と、上記第２熱交換シートを渦巻状に巻回する第２仮想渦巻線上に配置される第２ガイド棒群とを有し、上記巻取り具１台に２枚の上記熱交換シートが支持されることを特徴とする請求項２または３に記載の自然熱熱交換装置。
5. 上記第１仮想渦巻線と上記第２仮想渦巻線は、上記ベース脚の中心に対して１８０°回転された位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の自然熱熱交換装置。
6. 所定の間隔をもって互いに平行に配置された流入側ヘッダ管と流出側ヘッダ管の間に複数本の熱交換チューブを並列に接続してなり、利用側の熱媒体が上記流入側ヘッダ管から上記各熱交換チューブを流れて上記流出側ヘッダ管に至る熱交換シートを巻き取るための巻取り具において、
   中心から放射状に延在する複数の脚部を備えたベース脚と、上記ベース脚の各脚部から立設された複数のガイド棒とを有し、
   上記ガイド棒は、上記ベース脚の平面視において、上記ベース脚の中心から外側に向かう仮想渦巻線上に配置されており、上記仮想渦巻の中心側の上記ガイド棒から外側の上記ガイド棒の順に上記熱交換シートが渦巻状に巻回されることを特徴とする巻取り具。
7. 上記ガイド棒は、上記ベース脚に対して着脱可能に取り付けられており、上記熱交換シートが上記ガイド棒に沿って渦巻き状に巻回された状態で、上記ガイド棒を残して上記ベース脚が取り外されることを特徴とする請求項６に記載の巻取り具。

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