JP4981516B2 - 熱交換器、熱交換システム、熱交換器の製造方法及び熱交換システムの施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、地熱を利用し、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。

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、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、パイプのピッチずれが生じないため、パイプの巻きピッチをパイプ同士が接触しない程度に狭くすることが出来るため、熱交換器の単位長さ辺りのパイプの巻き長さを長くすることが出来、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、前記パイプが巻きつけられた前記螺旋溝付管が管体に挿入され、前記管体と前記螺旋溝付管との隙間に、熱伝導媒体が充填されてもよい。

この場合、パイプが巻きつけられた螺旋溝付管が管体に挿入され、内部に熱伝導媒体が充填される構造であり、構造が簡易で低コスト、長寿命な熱交換器を提供することができる。また、熱交換器埋設時に管体を先に埋設し、後からパイプが巻きつけられた螺旋溝付管を挿入することができるため、埋設施工が容易であり、充填される熱伝導媒体により効率よく周囲の地熱と熱交換可能な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、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が、管体に挿入され、前記螺旋溝付管と前記管体との隙間に熱伝導媒体を充填してなる熱交換器を地中に埋設し、前記パイプ内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。
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。

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、パイプが螺旋溝付管の溝に沿って巻きつけられるため、加工時、運搬時、埋設時等にパイプの巻きピッチが変化することが無いため、熱設計や製造が容易であり、安定した熱交換効率を得ることができ、螺旋溝付管に巻き付けられたパイプを流れる流体が、熱伝導媒体等を介して、周囲の地熱と効率よく熱交換を行うことができる熱交換システムを提供することができる。

第４の発明は、地面を掘削して穴を設ける工程と、前記穴に管体を設置する工程と、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を、前記管体に挿入する工程と、前記管体と前記螺旋溝付管の隙間に熱伝導媒体を充填する工程と、を具備す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、管体を埋設するに十分な大きさの穴を掘削すればよくそれ以上の大きさの穴を掘削する必要がないため、埋設工数を削減でき、パイプが巻き付けられた螺旋溝付管からなる熱交換器を管体に挿入するため、施工が容易である熱交換システムの施工方法を提供することができる。

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、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の一方の端部まで巻き付けられると、パイプ５は螺旋溝付管７の内部を通り、他の端部方向へ貫通する。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、螺旋溝付管７の内部を貫通するパイプ５内を流れ、Ｂ方向へ流体が戻る。流体がＡ方向より流入し、Ｂ方向へ流出するまでの間に、流体と周囲の地熱等との間で熱交換が行われる。なお、流体の流れる方向については、この逆の方向であっても構わない。また、冷房時、暖房時に流れる方向を変えることもできる。

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、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。また、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、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、本発明にかかる熱交換器１の埋設施工方法について説明する。図４は、熱交換器１を埋設する工程を示した図である。まず、図４（ａ）に示すように、設置場所の地面９に、所定深さの掘削孔１１を掘削する。掘削孔１１の深さは地熱を利用するためには例えば３ｍ以上５ｍ以下が程度とすることが多いが、熱交換器の設計に応じて埋設深さは前記の範囲に限らず適宜変更することができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、掘削孔１１に管体１３を挿入する。管体１３は、一方の端部が蓋１５により閉じられている。管体１３は、後述する熱交換器１が挿入可能なサイズであり、材質は特定しないが、例えば強度と熱伝導率が優れる鋼管やアルミニウム管が使用できる。

次に、図４（ｃ）に示すように、熱交換器１を管体１３内に挿入する。熱交換器１は、予め工場等で加工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。

次に、図４（ｄ）に示すように、管体１３内に熱伝導媒体１７を充填する。熱交換器１と管体１３の間には隙間があり、この空気層が、熱交換器１と周囲の熱媒体との熱交換を妨げるためである。熱伝導媒体１７は特定しないが、隙間が生じにくく熱伝導性の良いものが好ましい。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。ここで、熱交換器１を構成する螺旋管の内部でのパイプ中の流体の熱交換は効果が小さいので、螺旋管内部には、熱伝導媒体１７を充填してもしなくても良い。熱交換器１を埋設する埋設の仕方や埋設した場所の状況、使用方法などを考慮して適宜選定できる。

管体１３に熱伝導媒体１７を充填後、全体を埋設した段階で、施工が終了する。熱交換器１は、周囲の地熱と管体１３、熱伝導媒体１７を介して熱交換を行うことができる。なお、施工上等に問題が生じなければ、蓋１５を設けなくても良い。ここで、説明の便宜のため、熱交換器１が挿入され、熱伝導媒体１７が充填された管体１３（蓋１５含む）全体を熱交換器１９とする。

次に、熱交換器１９を用いた熱交換システム５０について説明する。図５は、熱交換器１９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１９は地面９に埋設されている。熱交換器１９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１９により地熱との熱交換を行う。

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ため、地熱と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、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。また、熱交換器１９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１９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管体１３内に収めることができるため、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１９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１９を用いた熱交換システム５０によれば、熱交換器１と同様の効果を得ることができ、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１９の埋設には、あらかじめ管体１３を埋設すればよく、必要以上に深い穴を掘削する必要がない。また、熱交換を実際に行う熱交換器１は管体１３に挿入されるため、挿入が容易で、熱交換器の埋設工数が削減できる。

また、熱交換器１と管体１３との隙間には、熱伝導媒体１７が充填されているため、パイプ５を流れる流体は、熱伝導媒体１７、管体１３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。

熱交換器１９により地中との熱交換を行い、熱交換を終えた流体を床２５下に流すことで、夏は床の冷却、冬は床の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５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１９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１９は地中に埋設される。

熱交換器１９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１９により地熱との熱交換を行う。

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。よって、地面９下に熱交換を終えた流体を流すことで、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。

なお、パイプ２３の材質は特定しないが、例えば鋼管が使用できる。また、熱交換器１９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１９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１９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１９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、高い効率により熱交換を終えた流体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。

〔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１９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１９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１９は地下に埋設される。

熱交換器１９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１９により地熱との熱交換を行う。

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、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。

このように、本実施の形態にかかる熱交換器１９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、高い効率により熱交換を終えた流体をビニルハウス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。

〔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１９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１９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１９は地下に埋設される。

熱交換器１９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１９により地熱との熱交換を行う。

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、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。

このように、本実施の形態にかかる熱交換器１９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、高い効率により熱交換を終えた流体を湯沸かし器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。

〔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１９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１９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１９は地下に埋設される。

熱交換器１９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１９により地熱との熱交換を行う。

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、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１９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１９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１９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、高い効率により熱交換を終えた流体を温水プール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。

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１９は縦向きに埋設したが、横向きに埋設しても良い。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。 本実施の形態に係る熱交換器１を埋設する施工手順を示す図。 熱交換器１９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。 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、１９………熱交換器
３………螺旋溝
５………パイプ
６………継手
７………螺旋溝付管
９………地面
１１………掘削孔
１３………管体
１５………蓋
１７………熱伝導媒体
２１………ポンプ
２３………パイプ
２５………床
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 (11)

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、
   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. 前記パイプが巻きつけられた前記螺旋溝付管が管体に挿入され、前記管体と前記螺旋溝付管との隙間に、熱伝導媒体が充填されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 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、
   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。
7. 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が、管体に挿入され、前記螺旋溝付管と前記管体との隙間に熱伝導媒体を充填してなる熱交換器を地中に埋設し、前記パイプ内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。
8. 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７記載の熱交換器。
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７または請求項８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７または請求項８に記載の熱交換システム。
11. 地面を掘削して穴を設ける工程と、
    前記穴に管体を設置する工程と、
    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を、前記管体に挿入する工程と、
    前記管体と前記螺旋溝付管の隙間に熱伝導媒体を充填する工程と、
    を具備す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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