JP5100270B2 - 熱交換器および熱交換器の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、地熱を利用し、施工が容易な熱交換器及び熱交換器の施工方法に関するものである。

環境問題が注目される中、クリーンかつ安全な熱エネルギーとして地熱を利用した熱交換器が利用されている。地熱を利用した熱交換器にもいくつかの種類があるが、いずれの熱交換器であっても、地中へ埋設する必要がある。

このような熱交換器の埋設方法として、例えば鋼管の先端に翼を設け、鋼管に回転力を与えることで地中に埋設されるねじ込み式の鋼管杭の外周面に熱交換用のパイプを配した地熱利用鋼管杭がある（特許文献１）がある。

また、この他に、例えば、図１５に示すような熱交換器の埋設方法がある。図１５は従来の熱交換器６０を地中へ埋設する工程を示す図である。まず、図１５（ａ）に示すように、地面６１に予め掘削孔６３を設け、掘削孔６３に管体６５を挿入する。管体６５の端部には蓋６７が設けられており、また、管体６５の内面には管体６５の補強のため、所定間隔でカップリング６９が設けられている。

図１５（ｂ）はカップリング６９を示した図である。カップリング６９は連結部７１によって、管体６５内面に、管体６５と同心円となるように設けられる。即ち、カップリング６９が設けられた部位では、カップリング６９によって管体６５の内径が小さくなる。

図１５（ａ）に示すように、熱交換器６０を管体６５の上部から真直ぐに挿入後、管体６５と熱交換器６０との隙間に熱伝導媒体等を充填することで、熱交換器６０の埋設が完了する。
特開２００５−１８８８６６号公報

しかし、特許文献１に開示された地熱利用鋼管杭では、熱交換器と鋼管杭が一体化され、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、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。また、埋設時にパイプが損傷する恐れがあるという問題がある。

また、前述の熱交換器６０のように、予め埋設された管体６５内へ熱交換器を挿入する方法では、熱交換器６０をクレーン等で鉛直に保持する必要がある。このため、上空が狭い場所では熱交換器６０を管体６５へ挿入することが困難である。また、図１５（ｃ）に示すように、熱交換器６０が管体６５内のカップリング６９等の引掛かり部７３へ引掛かるため、熱交換器６０の管体６５への挿入が困難であるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、埋設時に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、パイプの損傷もなく、埋設施工が容易な熱交換器及び熱交換器の施工方法を提供することを目的とする。

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、前記螺旋溝付管の先端に設けられ、先細り形状の先端部材と、を具備し、前記パイプ内に流体を流す熱交換器において、
前記先端部材の先端は、外部から力を受けると、前記螺旋溝付管内方向へ押し込まれることを特徴とする熱交換器である。

前記先端部材には錘が設けられていても良い。

第１の発明によれば、熱交換器の先端に、先細り形状の先端部材を有するため、熱交換器を管体へ挿入する際に、管体内面に設けられたカップリング等へ熱交換器が引っ掛りにくく、更に、先端部材が錘であるため、熱交換器を管体へ挿入時際に熱交換器が真直ぐになり、熱交換器の管体への挿入が容易であり、更に先端部材の先端は外力によって熱交換器内に押し込まれ、熱交換器が管体の底へ到達した段階では、熱交換器の先端に突起がなくなるか、あるいは熱交換器の先端の突起が小さくなるため、熱交換器が管体内で大きく傾くことなく安定するため、その後の埋設作業が容易な熱交換器を提供することができる。

第２の発明は、地面を掘削し管体を設置する工程（ａ）と、第１の発明にかかる熱交換器を、前記管体に挿入する工程（ｂ）と、前記管体へ熱伝導媒体を入れる工程（ｃ）と、を具備する熱交換器の施工方法において、
前記熱交換器を前記管体に挿入する工程（ｂ）において、前記熱交換器が前記管体に挿入され、熱交換器が管体の底へ到達した段階では、前記先端部材の先端が外部から力を受けて、前記螺旋溝付管内方向へ押し込まれ、熱交換器の先端に突起がなくなるようにするか、又は熱交換器の先端の突起が小さくなるようにする工程を含むことを特徴とする熱交換器の施工方法である。

前記熱交換器は可とう性を有し、前記工程（ｂ）では、前記熱交換器を曲げながら前記管体へ挿入しても良く、また、前記工程（ｂ）の前に、ガイドを前記管体へ設置する工程（ｄ）を更に具備し、前記工程（ｂ）では、前記ガイドにより前記熱交換器を前記管体へ挿入しても良い。

また、前記工程（ｂ）の前に、又は前記工程（ｂ）と同時に、伸長部材を前記熱交換器へ設ける工程（ｅ）を更に具備し、前記工程（ｂ）では、前記伸長部材が設けられた前記熱交換器を前記管体へ挿入しても良く、前記工程（ｂ）の前に、前記熱交換器の外周にシート部材を設ける工程（ｆ）を更に具備してもよい。

また、前記工程（ｂ）の前に、又は前記工程（ｂ）と同時に、前記熱交換器へ流体を流す工程（ｇ）を更に具備してもよく、前記工程（ｃ）では、前記熱交換器を回転しながら前記熱伝導媒体を入れてもよい。

第２の発明によれば、熱交換器を地面に埋設された管体へ挿入するため、埋設時にパイプのピッチずれやパイプの損傷の恐れが無く、また、熱交換器が可とう性を有し、熱交換器を曲げながら挿入することができるため、熱交換器を管体へ挿入する作業が容易で、上空が狭い場所でも挿入作業を行うことができ、熱交換器に先細り形状の先端部材を有するため、熱交換器を管体へ挿入する際に、管体内面に設けられたカップリング等へ熱交換器が引っ掛りにくく、また、パイプに水を流しておけば、熱交換器自体が錘となるため、管体への挿入が容易である。また、前記熱交換器を前記管体に挿入する工程（ｂ）において、前記熱交換器が前記管体に挿入され、前記熱交換器が管体の底へ到達した段階では、前記先端部材の先端が外部から力を受けて、前記熱交換器の螺旋溝付管内へ押し込まれ、熱交換器の先端に突起がなくなるか、又は熱交換器の先端の突起が小さくなるため、熱交換器が管体内で大きく傾くことなく安定して、その後の埋設作業が容易になる。さらに、ガイドを用いれば、熱交換器を管体およびカップリング等と接触させること無く熱交換器を管体に挿入することができ、また、伸長部材によって熱交換器をまっすぐに強制しながら管体へ熱交換器を挿入すれば、管体内で熱交換器が曲がることが無く、カップリング等へ引っ掛ることなく真直ぐに熱交換器を管体に挿入することができ、施工性に優れる熱交換器の施工方法を提供することができる。

更に、熱交換器に緩衝部材としてのシート部材を巻きつけておけば、熱交換器の挿入時に交換内部やカップリングと熱交換器が接触せず、パイプの損傷を防ぐことができ、作業が容易な熱交換器の施工方法を得ることができる。さらに、前記熱交換器を前記管体に挿入する工程（ｂ）においては、その工程の前に、又はその工程と同時に熱交換器へ流体を流しても良く、また、管体へ熱伝導媒体を入れる工程（ｃ）では、熱交換器を回転しながら熱伝導媒体を管体に入れても良い。

また、熱交換器が挿入された管体に熱伝導媒体を入れる際に、熱交換器を回転させることで、熱伝導媒体が管体又はカップリングと熱交換器の隙間から螺旋状に巻き付けられたパイプに沿って下方に送り込まれ、カップリング部等に熱伝導媒体が詰まることが無く、効率よく熱伝導媒体を管体に入れることでき、施工性に優れる熱交換器の施工方法を提供することができる。

本発明によれば、埋設時に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、パイプの損傷もなく、熱交換器が管体内で大きく傾くことなく安定して埋設施工が容易な熱交換器及び熱交換器の施工方法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５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５、パイプ７、先端部材１１等により構成される。螺旋溝付管５は外面に螺旋溝３を有する管状部材である。パイプ７は螺旋溝付管５の外面の螺旋溝３に沿って巻きつけられ、螺旋溝付管５に設けられた穴１３より螺旋溝付管５内へ導入される。螺旋溝付管５内に入ったパイプ７は螺旋溝付管５の内部を通り、螺旋溝付管５の端部へ貫通する。パイプ７の両端には継手９が設けられ、ポンプ等と接続される。パイプ７の内部には熱媒体である流体が流される。熱交換器１の先端には先端部材１１が設けられる。先端部材１１は先細り形状の円錐形である。なお、先端部材１１の形状は、先細り形状を有すれば良く、円錐以外の三角錐等の錐体やその他形状であっても良い。ここで、先端部材１１の先端部を突起部１２と呼ぶ。

先端部材１１は、先細り形状の突起部１２を有するため、内径の細い管体等へ挿入する際に、熱交換機１先端が、管体途中で引っ掛り、挿入の妨げとなることを防ぐと共に、熱交換器１を上方より管体等へ挿入する際に、熱交換器１が曲がらないように錘の役割を持つ。即ち、先端部材１１内部には図示しない錘が設けられる。

図１において、Ａ方向よりパイプ７内に流体を流すと、流体は、螺旋溝付管５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７内を流れ（矢印ＢからＣ）、穴１３までくると、穴１３に導入されたパイプ７を通り（矢印Ｄ）、さらに螺旋溝付管５内のパイプ７内を流れ（矢印Ｅ）、矢印Ｆ方向へ流体が戻る。流体がＡ方向より流入し、Ｆ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。

なお、螺旋溝付管５、パイプ７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５は内径３０〜８０ｍｍ、パイプ７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５に、内径１３ｍｍ×肉厚２ｍｍ（外径１７ｍｍ）のパイプ７を約８０回の巻きつけが可能で、約２８ｍ分のパイプ７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７を用いると、螺旋溝付管５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の螺旋溝付管５に、内径６ｍｍ×外径８．５ｍｍのパイプ７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、螺旋溝付管５の長さの１０倍以上のパイプ７を螺旋溝付管５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１で構成することもでき、この場合は、熱交換器１を並列又は直列に接続すればよい。なお、熱交換器１の数は４本に限られず、設計に応じていくつに設定してもよい。

なお、詳細は後述するが、熱交換器１は可とう性を有し、曲げながら管体３５に設置することができる。熱交換器１のパイプ７の巻きつけピッチが近すぎると、熱交換器１を曲げた際にパイプ７同士が接触する恐れがあり、このため、熱交換器１の曲げ半径が制限される恐れがある。従って、パイプ７の巻きつけピッチは、熱交換器１の性能のみでなく、施工状況も勘案して決定される。

ここで、螺旋溝付管５の材質は特定しないが、例えば樹脂製で良い。また、継手９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９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７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７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。

先端部材１１の材質は特定しないが、金属製、樹脂製等が使用できる。なお、前述の通り、先端部材１１は熱交換器１の錘としての役割を有し、先端部材１１内部には金属製等の錘が設けられているが、先端部材１１自体を金属製として錘とすることもできる。この場合、先端部材１１としては、鋼製、銅製などが使用できる。

次に、先端部材１１の動作について説明する。図３は、先端部材１１の動作を示す図で、図３（ａ）は、先端部材１１の通常の状態を示す断面図、図３（ｂ）は、先端部材１１が矢印Ｇ方向より外力を受けた状態を示す断面図である。

螺旋溝付管５内には、支持部材１３が設けられる。支持部材１３は螺旋溝付管５と同様に螺旋溝１５を有する管体で、螺旋溝３と螺旋溝１５とが螺合する。また、必要に応じて、支持部材１３と螺旋溝付管５とは接着等により固定される。支持部材１３の材質は特定しないが、例えば樹脂製で良い。支持部材１３の端部には、ばね１７が設けられる。ばね１７の他方の端部には先端部材１１が接合される。即ち、先端部材１１は支持部材１３とばね１７を介して接合される。

図３（ｂ）に示すように、先端部材１１が矢印Ｇ方向より外力を受けると、ばね１７は外力に応じて縮み、先端部材１１は螺旋溝付管５内へ押し込まれる。即ち、先端部材１１の突起部１２は螺旋溝付管５内へ押し込まれ、熱交換器１の先端から突起部１２がなくなるか、又は突起部１２が熱交換器１からわずかに突出した状態となり、熱交換器１の先端は、概ね螺旋溝付管５の端面形状となるため、熱交換器１の先端が略平らな形状に近くなる。このことで、熱交換器が管体内で大きく傾くことなく安定するため、その後の埋設作業が容易になる。なお、ばね１７は、一般的な金属ばねで良く、熱交換器１の総重量が先端部材１１へ加わった際に、先端部材１１の突起部１２が螺旋溝付管５内へ押し込まれることができる程度のばねの縮み量となるようなばね定数を有することが望ましい。

次に、本実施の形態にかかる熱交換器１の施工方法について説明する。図４から図７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、熱交換器１の設置場所の地面３１に、所定深さの掘削孔３３を掘削する。掘削孔３３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。

掘削孔３３には管体３５が挿入される。管体３５は、一方の端部が蓋３７により閉じられている。また、管体３５の内部には、所定間隔で、管体３５の内径よりも外径が小さい円形のカップリング３９が設けられる。カップリング３９は主に管体３５の補強のために設けられる。

図４（ｂ）はカップリングを示す平面図である。カップリング３９は連結部４１によって、管体３５内面に、管体３５と同心円となるように設けられる。即ち、カップリング３９が設けられた部位では、カップリング３９によって管体３５の内径が小さくなる。なお、管体３５およびカップリング３９の内径は熱交換器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製やアルミニウム製が使用できる。

次に、図５（ａ）に示すように、管体３５にガイド４３を挿入する。図５（ａ）はガイド４３を管体３５へ挿入した状態を示す図、図５（ｂ）はガイド４３の斜視図である。ガイド４３は、一方の端部につば４５を有する管状部材である。つば４５の外径は、管体３５の内径よりも大きいため、ガイド４３を管体３５に設置しても、ガイド４３は管体３５内へ落下することはない。

また、ガイド４３の外径は、カップリング３９の内径よりもわずかに小さいため、ガイド４３はカップリング３９を貫通して、管体３５に挿入することができる。また、ガイド４３の内径は、熱交換器１が挿入可能な径である。ガイド４３の長さは、管体３５上方より、全てのカップリング３９を貫通できるだけの長さであることが望ましいが、状況に応じて、管体３５の上方から途中までの長さのガイド４３を使用することもできる。なお、ガイド４３の内面は滑らかであり、大きな凹凸はない。

次に、図６（ａ）に示すように、熱交換器１をガイド４３内に挿入する。熱交換器１は可とう性を有するため、熱交換器１を曲げながら、ガイド４３に挿入することができる。従って、熱交換器１の挿入時に、熱交換器１をクレーン等で垂直に保持する必要が無く、また、上空が狭い場所であっても簡易に熱交換器１をガイド４３により管体３５へ挿入することができる。なお、ガイド４３の内面には凹凸などが無いため、熱交換器１はガイド４３内にスムーズに挿入される。また、熱交換器１の挿入前、又は挿入と同時に、熱交換器１には流体を流しておくことで、パイプ７内に流体が溜められ又は流されるため、これにより熱交換器１自体の重量が重くなり、熱交換器１全体が錘の機能を有し、熱交換器１の挿入がより容易となる。

熱交換器１がガイド４３により管体３５へ完全に挿入された後、図６（ｂ）に示すように、ガイド４３を撤去する。熱交換器１が完全に管体３５へ挿入され、先端部材１１が蓋３７へ接触すると、先端部材１１は、熱交換器１の自重によって螺旋溝付管５内へ押し込まれる。先端部材１１が螺旋溝付管５内へ完全に押し込まれると、熱交換器１先端から先端部材１１の突起部１２がなくなる。このため、熱交換器１が管体３５内で大きく傾いたりすることがなく、熱交換器１は管体３５内で安定する。なお、突起部１２が完全に螺旋溝付管５内へ押し込まれずに、突起部１２の一部が螺旋溝付管５よりわずかに突出していても、熱交換器１が管体３５内で大きく傾くことはなく、同様の効果を奏する。

次に図７に示すように、管体３５と熱交換器１の間に熱伝導媒体４７を入れる。熱交換器１と管体３５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４７は、図７（ａ）に示すように熱交換器１をＨ方向に回転させながら管体３５へ入れられる。熱交換器１と管体３５又はカップリング３９との隙間は小さいため、管体３５下部まで熱伝導媒体４７を入れることが困難なためである。熱交換器１を回転させることで、熱交換器１に螺旋状に巻き付けられたパイプ７に沿って（図中矢印Ｉ方向）、熱伝導媒体４７がカップリング３９下方へ送り込まれ、熱伝導媒体４７の充填が容易となる。

なお、熱伝導媒体４７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を構成する螺旋溝付管５の内部でのパイプ７中の流体の熱交換は効果が小さいので、螺旋溝付管５内部には、熱伝導媒体４７を入れなくても良い。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。

図７（ｂ）は管体３５内へ熱伝導媒体４７が完全に充填された状態を示す図である。図７（ｂ）に示すように、管体３５に熱伝導媒体４７を入れた後、全体を埋設した段階で、熱交換器１の施工が終了する。熱交換器１は、周囲の地盤と管体３５、熱伝導媒体４７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３７を設けなくても良い。この場合は、先端部材１１が掘削孔３３底部と接触して、先端部材１１が螺旋溝付管５内へ押し込まれる。

以上説明したように、本実施の形態にかかる熱交換器１の施工方法によれば、容易に熱交換器１を埋設することができる。熱交換器１は地面に予め埋設された管体３５へ挿入するため、埋設時にパイプ７のピッチずれやパイプ７の損傷の恐れが無い。また、熱交換器１が可とう性を有するため、熱交換器１を管体３５へ挿入する作業が容易で、上空が狭い場所でも挿入作業を行うことができ、また、熱交換器１は先細り形状の先端部材１１を有するため、熱交換器１の管体３５への挿入時に管体３５又はカップリング３９等に引っ掛りにくく、熱交換器１の管体３５への挿入作業が容易である。また、先端部材１１には錘が設けられるため、先端部材１１の重さによって、熱交換器１の挿入作業が容易となる。

また、ガイド４３を用いれば、熱交換器１は管体３５又はカップリング３９等に引っ掛ることなく管体３５へ挿入されるため、熱交換器１の管体３５への挿入作業が更に容易となる。なお、ガイド４３の長さが管体３５に対して短い場合であって、ガイド４３が管体３５の途中までしか設けられない場合であっても、前述の通り、先端部材１１の先端が細いため、ガイド４３より下方への管体３５への挿入作業において、熱交換器１が管体３５やカップリング３９へ引っ掛りにくい。また、熱交換器１を管体３５へ挿入する際に、パイプ７に水を流しておけば、熱交換器１の重量が重くなり、熱交換器１自体が錘となるため、管体３５への挿入が容易となる。

また、熱交換器１が管体３５に完全に挿入されると、先端部材１１は、熱交換器１の重さによって螺旋溝付管５内へ押し込まれるため、熱交換器１の先端から先端部材１１の突起部１２がなくなり、又は突起部１２の熱交換器１の先端からの突出量がわずかになるため、熱交換器１が管体３５内で安定する。従って、その後の施工作業時等において、熱交換器１が管体３５内で大きく傾いたりすることが無く、作業が容易となる。

また、熱交換器１が挿入された管体３５に熱伝導媒体４７を入れる際に、熱交換器１を回転させることで、熱伝導媒体４７が、管体３５又はカップリング３９と熱交換器１の隙間から螺旋状に巻き付けられたパイプ７に沿って下方に送り込まれ、カップリング３９等に熱伝導媒体４７が詰まることが無く、効率よく熱伝導媒体４７を管体３５に入れることできる。

次に、第２の実施の形態にかかる熱交換器１の施工方法について説明する。なお、以下の実施の形態において、図４から図７と同様の機能、効果を奏する構成要素については、図４から図７と同一の符号を付し、重複した説明を避ける。

図８は、熱交換器１にシート５１が巻き付けられた状態を示す斜視図である。シート５１は、熱交換器１を管体３５へ挿入する前に、熱交換器１へ予め巻きつけられる。シート５１の巻き付け作業は、熱交換器１の設置現場にて熱交換器１を管体３５へ挿入する直前に行っても良く、また、工場等において熱交換器１を製造した際に同時に行っても良い。後者の場合は、シート５１によって、熱交換器１の運搬時における、パイプ７の損傷等も防止することができる。

シート５１は、シート状の緩衝部材であり、熱交換器１が管体３５へ挿入される際などにおいて、パイプ７がカップリング３９等と接触することにより、損傷を受けることを防ぐためのものである。即ち、少なくともパイプ７が巻きつけられている範囲を覆うことができるだけのサイズのシート５１を用いることが望ましい。シート５１としては、シート５１を巻きつけた熱交換器１が管体３５へ挿入できるように、できるだけ薄いものが良く、布製、紙製、ビニル製などが使用でき、ビニル製の気泡緩衝材等も使用できる。

図９は、シート５１が巻き付けられた熱交換器１に伸長部材４９を設けた状態を示す斜視図である。伸長部材４９は棒状又は管状の部材であり、熱交換器１の管体３５への挿入時に、熱交換器１が曲がらないように真直ぐにするための部材である。伸長部材４９の先端には、溝４８が設けられる。伸長部材４９は、螺旋溝付管５等へ設けられた針金５０を溝４８に引っ掛けて、熱交換器１へ設けられる。伸長部材４９は、カップリング３９へ挿入可能なようにできるだけ細い方が良く、また伸長部材４９の材質としては、ある程度の強度を有すれば良く、樹脂製、金属製等が使用できる。

まず、第１の実施の形態にかかる熱交換器１の施工方法と同様に、地面３１を掘削し、管体３５を埋設する。次に、図１０（ａ）に示すように、伸長部材４９が設けられ、シート５１が巻き付けられた熱交換器１を管体３５へ挿入する。熱交換器１の挿入は、伸長部材４９により管体３５の軸方向上方より真直ぐに行われる。即ち、伸長部材４９は管体３５と略同程度以上の長さであることが望ましい。

熱交換器１が管体３５の蓋３７まで到達すると、熱交換器１の先端部材１１は前述の通り、自重によって螺旋溝付管５内へ押戻され、螺旋溝付管５内に押し込まれる。従って、熱交換器１は管体３５内で大きく傾くことなく安定する。熱交換器１が管体３５へ完全に挿入されると、シート５１及び伸長部材４９が撤去される。シート５１の撤去は、例えば、予めシート５１の端部につなげられた図示しない紐等を上方より引っ張り上げることで行われる。図１０（ｂ）は、熱交換器１が管体３５内に挿入され、伸長部材４９およびシート５１が撤去された状態を示す図である。この後、第１の実施の形態にかかる熱交換器１の施工方法と同様に、図７に示したように熱伝導媒体４７を管体３５内へ入れ、熱交換器１の施工が終了する。

第２の実施の形態にかかる熱交換器１の施工方法によれば、第１の実施の形態にかかる熱交換器１の施工方法と同様の効果を得ることができる。また、熱交換器１にはシート５１が巻きつけられるため、熱交換器１を管体３５へ挿入する際に、熱交換器１のパイプ７がカップリング３９等へ接触することが無く、このため、パイプ７が損傷を受けることを防止することができる。

また、伸長部材４９によって熱交換器１が真直ぐに管体３５へ挿入されるため、管体３５への熱交換器１の挿入時に、熱交換器１が曲がることがなく、熱交換器１がカップリング３９等へ引っ掛りにくく、熱交換器１の管体３５への挿入作業が容易となる。

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、伸長部材４９とシート５１とは同時に使用しなくとも、それぞれ単体で使用しても良く、この場合であっても熱交換器１の管体３５への挿入作業が向上する。また、ガイド４３、伸長部材４９、シート５１のいずれかを組み合わせて使用してもよく、この場合は更に熱交換器１の管体３５への挿入作業が容易となる。伸長部材４９は、熱交換器１の外側に設けられたが、螺旋溝付管５内へ挿入しても良い。

また、カップリング３９の形状は、図４に示した形状に限られない。更に、管体３５がカップリング３９を有さない場合であっても、管体３５の径が細く、又は、管体３５の内面に凹凸がある等の場合には、従来の熱交換器では挿入が困難であるが、本発明の実施の形態にかかる熱交換器１及び熱交換器１の施工方法によれば、容易に施工を行うことができる。

また、熱交換器１においては、先端部材１１が外力によって螺旋溝付管５へ押し込まれる機構として、支持部材１３とばね１７を先端部材１１に設けたが、このような構造には限られない。例えば、図１１は、先端部材１１が外力によって螺旋溝付管５内へ押し込まれる別の構造を示す図であり、図１１（ａ）は側面図、図１１（ｂ）は底面図、図１１（ｃ）は先端部材１１が螺旋溝付管５内へ押し込まれた状態を示す図である。

図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、先端部材１１は螺旋溝付管５に設けられた支持部材５２によって螺旋溝付管５に取り付けられる。支持部材５２は、Ｌ字状の板部材であり、螺旋溝付管５先端付近の先端部材１１の周方向に数箇所設けられる。Ｌ字状の支持部材５２の一方の平板部５３ａは螺旋溝付管５と接合される。支持部材５２の他方の平板部５３ｂは、先端部材１１と接合される。平板部５３ａ、５３ｂと螺旋溝付管５、先端部材１１との接合は、例えば接着剤により接着される。支持部材５２は例えば樹脂製が使用でき、一定値以上の力が加わると折損するような強度及び厚みからなる。

図１１（ｃ）に示すように、先端部材１１の先端から矢印Ｇ方向に力が加えられると、支持部材５２は折損する。従って、折損支持部材５４ａが螺旋溝付管５と接着しており、折損支持部材５４ｂは先端部材１１と接着した状態で、先端部材１１は螺旋溝付管５内へ押し込まれる。即ち、支持部材５２は、熱交換器１の自重が先端部材１１へかかった際に支持部材５２が折損するような強度となるように、支持部材５２の材料、厚み及び設置数を決定すれば、熱交換器１が管体３５へ挿入されて蓋３７と接触し、先端部材１１へ熱交換器１の自重がかかった際に、先端部材１１が螺旋溝付管５内へ押し込まれ、管体３５内で熱交換器１が大きく傾くことがなく、熱交換器１を安定させることができる。

また、図１２に示すように、支持部材５５と先端部材１１を直接接合しても良い。図１２（ａ）に示すように、支持部材５５は螺旋溝付管５の螺旋溝３と略同ピッチの螺旋溝５６を有する管状部材であり、支持部材５５と螺旋溝付管５が螺合している。しかし、支持部材５５と螺旋溝付管５の螺合代は浅いため、図１２（ｂ）に示すように、先端部材１１へＧ方向より力が加わると、支持部材５５、螺旋溝付管５のいずれか又は双方が変形し、支持部材５５が螺旋溝付管５内を螺旋溝３のピッチ分だけずれて移動する。

即ち、熱交換器１の自重が先端部材１１へかかった際に、支持部材５５が螺旋溝付管５内を螺旋溝３、螺旋溝５６同士がずれながら移動するように、螺旋溝付管５と支持部材５５の形状等を決定すれば、熱交換器１が管体３５へ挿入されて蓋３７と接触し、先端部材１１へ熱交換器１の自重がかかった際に、先端部材１１が螺旋溝付管５内へ押し込まれ、管体３５内で熱交換器１が大きく傾くことがなく、熱交換器１を安定させることができる。なお、支持部材５５としては、螺旋溝付管５と同じ材質のものを使用することができる。

また、図１３に示すように、支持部材５７を使用して先端部材１１を設けても良い。図１３は支持部材５７により先端部材１１が設けられた状態を示す図で、図１３（ａ）は側面図、図１３（ｂ）は底面図、図１３（ｃ）は先端部材１１が螺旋溝付管５内へ押し込まれた状態を示す図である。図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、支持部材５７は螺旋溝付管５の螺旋溝３と略同ピッチの溝５８を有している。支持部材５７は先端部材１１の周方向に数箇所設けられ、溝５８へ螺旋溝付管５の螺旋溝３が嵌っている。しかし、溝５８と螺旋溝３との嵌り代は浅いため、図１３（ｃ）に示すように、先端部材１１へＧ方向より力が加わると、支持部材５７、螺旋溝付管５のいずれか又は双方が変形し、支持部材５７が螺旋溝付管５内を螺旋溝３のピッチ分ずれて移動する。

即ち、熱交換器１の自重が先端部材１１へかかった際に、支持部材５７が螺旋溝付管５内を螺旋溝３、溝５８同士がずれながら移動するように、螺旋溝付管５と支持部材５７の形状等を決定すれば、熱交換器１が管体３５へ挿入されて蓋３７と接触し、先端部材１１へ熱交換器１の自重がかかった際に、先端部材１１が螺旋溝付管５内へ押し込まれ、管体３５内で熱交換器１が大きく傾くことがなく、熱交換器１を安定させることができる。なお、支持部材５７としては、螺旋溝付管５と同じ材質のものを使用することができる。

また、図１４（ａ）に示すように、先端部材１１が変形可能な弾性体により構成されても良い。先端部材１１は中空の円錐形部材であり、ゴム等の弾性体により構成される。図１４（ｂ）に示すように、先端部材１１へＧ方向より力が加わると、先端部材１１は潰れるように変形し、先端部材１１の突起部１２が螺旋溝付管５内方へ押し込まれる。

即ち、熱交換器１の自重が先端部材１１へかかった際に、先端部材１１が変形して、先端部材１１の先端の突起部１２が螺旋溝付管５へ押し込まれるように、先端部材１１の材質、厚み等を決定すれば、熱交換器１が管体３５へ挿入されて蓋３７と接触し、先端部材１１へ熱交換器１の自重がかかった際に、先端部材１１の突起部１２が螺旋溝付管５内へ押し込まれ、管体３５内で熱交換器１が大きく傾くことがなく、熱交換器１を安定させることができる。

熱効交換機１を示す斜視図。 螺旋溝付管５を示す斜視図。 先端部材１１がばね１７により取り付けられた構造を示す図で、（ａ）は通常の状態を示す図、（ｂ）はＧ方向より外力を受けた状態を示す図。 （ａ）は地面３１に設けられた掘削孔３３に管体３５を挿入した状態を示す図、（ｂ）はカップリング３９の平面図。 （ａ）は管体３５にガイド４３を挿入した状態を示す図（ｂ）はガイド４１の斜視図。 （ａ）はガイド４３に熱交換器１が挿入された状態を示す図、（ｂ）はガイド４３を撤去した状態を示す図。 管体３５に熱伝導媒体４７が入れられる状態を示す図で、（ａ）は熱交換器１を回転しながら熱伝導媒体４７を入れる状態を示す図、（ｂ）は管体３５に完全に熱伝導媒体４７が充填された状態を示す図。 熱交換器１にシート５１が巻き付けられた状態を示す斜視図。 熱交換器１に伸長部材４９が設けられた状態を示す斜視図。 （ａ）は伸長部材４９によって熱交換器１を管体３５へ挿入している状態を示す図、（ｂ）は熱交換器１が挿入され、伸長部材４９およびシート５１を撤去した状態を示す図。 先端部材１１が支持部材５２により取り付けられた構造を示す図で、（ａ）は通常の状態を示す側面図、（ｂ）は通常の状態を示す底面図、（ｃ）はＧ方向より外力を受けた状態を示す図。 先端部材１１が支持部材５５により取り付けられた構造を示す図で、（ａ）は通常の状態を示す図、（ｂ）はＧ方向より外力を受けた状態を示す図。 先端部材１１が支持部材５７により取り付けられた構造を示す図で、（ａ）は通常の状態を示す側面図、（ｂ）は通常の状態を示す底面図、（ｃ）はＧ方向より外力を受けた状態を示す図。 先端部材１１が取り付けられた構造を示す図で、（ａ）は通常の状態を示す図、（ｂ）はＧ方向より外力を受けて先端部材１１が変形した状態を示す図。 従来の熱交換器６０を管体６５へ挿入する状態を示す図。 カップリング６９を示す平面図。 熱交換器６０がカップリング６９に引っ掛った状態を示す図。

符号の説明

１………熱交換器
３………螺旋溝
５………螺旋溝付管
７………パイプ
９………継手
１１………先端部材
１２………突起部
１３………支持部材
１５………螺旋溝
１７………ばね
３１………地面
３３………掘削孔
３５………管体
３７………蓋
３９………カップリング
４１………連結部
４３………ガイド
４５………つば
４７………熱伝導媒体
４８………溝
４９………伸長部材
５０………針金
５１………シート
５２………支持部材
５３………平板部
５４………破断支持部材
５５………支持部材
５６………螺旋溝
５７………支持部材
５８………螺旋溝
６０………熱交換器
６１………地面
６３………掘削孔
６５………管体
６７………蓋
６９………カップリング
７１………連結部
７３………引掛かり部

Claims (9)

1. （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、
   前記螺旋溝付管の先端に設けられ、先細り形状の先端部材と、
   を具備し、
   前記パイプ内に流体を流す熱交換器において、
   前記先端部材の先端は、外部から力を受けると、前記螺旋溝付管内方向へ押し込まれることを特徴とする熱交換器。
2. 前記先端部材には錘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. 地面を掘削し管体を設置する工程（ａ）と、
   請求項１または請求項２に記載の熱交換器を、前記管体に挿入する工程（ｂ）と、前記管体へ熱伝導媒体を入れる工程（ｃ）と、
   を具備する熱交換器の施工方法において、
   前記熱交換器を前記管体に挿入する工程（ｂ）において、前記熱交換器が前記管体に挿入され、前記熱交換器が管体の底へ到達した段階では、前記先端部材の先端が外部から力を受けて、前記熱交換器の螺旋溝付管内へ押し込まれ、熱交換器の先端に突起がなくなるか、又は熱交換器の先端の突起が小さくなる工程を含むことを特徴とする熱交換器の施工方法。
4. 前記熱交換器は可とう性を有し、
   前記工程（ｂ）では、前記熱交換器を曲げながら前記管体へ挿入することを特徴とする請求項３記載の熱交換器の施工方法。
5. 前記工程（ｂ）の前に、ガイドを前記管体へ設置する工程（ｄ）を更に具備し、
   前記工程（ｂ）では、前記ガイドにより前記熱交換器を前記管体へ挿入することを特徴とする請求項３または請求項４記載の熱交換器の施工方法。
6. 前記工程（ｂ）の前に、又は前記工程（ｂ）と同時に、伸長部材を前記熱交換器へ設ける工程（ｅ）を更に具備し、
   前記工程（ｂ）では、前記伸長部材が設けられた前記熱交換器を前記管体へ挿入することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の熱交換器の施工方法。
7. 前記工程（ｂ）の前に、前記熱交換器の外周にシート部材を設ける工程（ｆ）を更に具備することを特徴とする請求項３から請求項６のいずれかに記載の熱交換器の施工方法。
8. 前記工程（ｂ）の前に、又は前記工程（ｂ）と同時に、前記熱交換器へ流体を流す工程（ｇ）を更に具備することを特徴とする請求項３から請求項７のいずれかに記載の熱交換器の施工方法。
9. 前記工程（ｃ）では、前記熱交換器を回転しながら前記熱伝導媒体を入れることを特徴とする請求項３から請求項８のいずれかに記載の熱交換器の施工方法。
   

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