JP2000274979A - 蓄熱槽用熱交換器の設置方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気調和のための蓄熱槽用熱交換器であっ
て、既設の水槽の小さなマンホールから容易に水槽内に
運び込むことができて、且つ水槽内で容易に組み立てる
ことができるような熱交換器を提供しようとする。 【解決手段】 アルミニウム管を中に挟んで内と外とに
熱可塑性樹脂管を接着させて作られた複合管を用い、長
尺の複合管をＵ字状と逆Ｕ字状とに交互に屈曲して、平
坦な直角四辺形の範囲にわたって蛇行する蛇管を作り、
蛇管を屈曲部の端を連ねる線の延びる方向に丸めてマン
ホールから水槽内に運び込み、水槽内で元の平坦な直角
四辺形に戻し、水槽内で蛇管の端を接続具により主管の
分岐口に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蓄熱槽用熱交換
器、とくに空気調和のための蓄熱槽用熱交換器の設置方
法に関するものであり、とくに既設の貯水槽を改造して
蓄熱槽とする場合に、貯水槽内に熱交換器を設置する方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エネルギーを有効に利用しようとして、
最近ビルディングでは空気調和を目的として蓄熱槽が設
置されるようになった。蓄熱槽は、常時熱を貯えている
容器であって、熱を必要とする場所へいつでも熱を供給
できるように用意している容器である。この場合の熱
は、温熱を指す場合もあるが、また冷熱を指す場合もあ
る。

【０００３】実際に使われている蓄熱槽は、熱を貯える
物質として水又はグリセリン若しくはエチレングリコー
ル水溶液のような液体を使用したものである。蓄熱槽で
は、これらの液体を加熱された状態又は冷却された状態
にして常時貯えており、熱を必要とする場所がある時、
その場所へこの液体を送り、送った先で液体に放熱又は
吸熱させて、その場所を加熱又は冷却するようにしたも
のである。

【０００４】このような蓄熱槽は、断熱処理をした水槽
内に熱交換器を設置して作られる。蓄熱槽では熱交換器
内に熱媒体を流し、熱媒体の熱を水槽内の上記液体へ移
すことによって、水槽内の液体を加熱された状態又は冷
却された状態にして貯えるようにしている。だから、蓄
熱槽を作るには熱交換器の設置を必要とする。

【０００５】蓄熱槽用の熱交換器は既に市販されてい
る。市販されている熱交換器は、何れも一組の主管と、
複数個の蛇管とを接続して作られている。この場合の蛇
管は、長尺の管をＵ字状と逆Ｕ字状とに交互に屈曲し
て、屈曲部の端を連ねる線を平行にして、全体形状を平
坦な直角四辺形にしたものである。従来の熱交換器に
は、蛇管と主管とを溶接して分離不能としたものと、蛇
管と主管とを分離可能とし、蓄熱槽の設置現場で、蛇管
と主管とを接続するようにした組立式のものとがある。

【０００６】組立式の熱交換器は、蛇管として金属製の
管を用いたものが多く、蛇管の両端を継手により主管の
分岐口に接続することとしている。金属管としては、溶
融亜鉛メッキ鋼管、ステンレス鋼管、銅管等を使用し
て、管が腐蝕されることを防ぐとともに、良好な熱伝導
性を持つようにしている。他方、分離不能にした熱交換
器は、蛇管としてポリプロピレン製の管を使用し、この
蛇管を主管に溶接している。

【０００７】金属製の蛇管を使用した熱交換器は、一般
に重量が大きくて取扱いが容易でない、という欠点を持
っている。また、金属製の蛇管を使用した熱交換器は、
これを冷熱用に使用して水槽内の水を氷結させると、蛇
管のＵ字状に曲がった屈曲部が氷からの力を受けて破損
し易い、という欠点を持っている。また、とくに溶融亜
鉛メッキ鋼管で作られた熱交換器は、５０℃以上になる
と亜鉛メッキが溶出するので、使用できなくなるという
欠点を持っている。他方、合成樹脂製の蛇管を使用した
熱交換器は、軽量であるが、反面耐熱性と剛性とに乏し
く、従って広い温度範囲にわたって使用できない、とい
う欠点を持っている。

【０００８】他方、ビルディングでは地下などに既に貯
水槽を設置していることが多い。そこで、既に設置して
いる貯水槽を改造して、これを蓄熱槽にすることが行わ
れている。ところが、既設の水槽の多くはコンクリート
で作られていて、蓋に小さなマンホールを設けただけの
入口の狭いものである。だから、この水槽に熱交換器を
設置しようとすれば、熱交換器を狭いマンホールから運
び込まなければならない。従って、分離不能の熱交換器
は、これを水槽内へ運び込むことが困難であることは言
うまでもなく、組立式の熱交換器も、蛇管をマンホール
から運び込むことは困難である。

【０００９】詳しく言えば、例えば分離不能の熱交換器
を水槽内に運び込むには、コンクリート製の蓋の一部を
破砕してマンホールを広げるとともに、熱交換器の断面
を一時的に縮小することが行われた。断面の縮小は、主
管に直立して溶接された多数のプラスチック製の蛇管を
二組に分け、各組の蛇管を互いに反対方向に外側へ倒し
て主管から蛇管先端までの高さを小さくし、この状態を
維持させるために各組の蛇管を止め紐で縛る、という方
法によって行われた。こうして一時的に高さを低くして
マンホールを通過させたあとで、水槽内で止め紐を解い
て元に戻す、という煩瑣な方法が採られた。

【００１０】また、組立式の熱交換器も、蛇管をマンホ
ールに通すのに困難があった。その困難は、蛇管が金属
で作られているために、直角四辺形に広がった蛇管を変
形させることができないからである。すなわち、長尺管
をＵ字状と逆Ｕ字状に屈曲して平坦な直角四辺形として
蛇管は、直角四辺形の辺長をこれ以上縮めることができ
ないために、マンホールを広げるより仕方がなく、マン
ホールを広げることは甚だ厄介なことであった。

【００１１】従って、何れにしても、従来の熱交換器
は、これをマンホールから水槽内に運び込むことが困難
であり、無理に熱交換器の形を変えると、熱交換器を損
傷するという危険があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、熱交換器
を水槽内に設置する場合に伴う上述の困難を解消しよう
とするものである。すなわち、この発明は、熱交換器を
組立式のものとして、分解して水槽内に運び込み、水槽
内でこれを組み立てることとするが、この発明ではとく
に蛇管を丸めて水槽内に運び込むことができるようにし
ようとするものである。そして運び込んだあとで水槽内
で蛇管を元の直角四辺形の状態に容易に戻すことができ
るようにして、熱交換器の設置を容易にしようとするも
のである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明者は、熱交換器
の蛇管を作るのに、熱可塑性合成樹脂を用いることとす
るが、蛇管を熱可塑性合成樹脂だけで作るのではなく、
熱可塑性合成樹脂と金属とを併せ用いることを考えた。
金属としては、屈曲を容易にするために、アルミニウム
を用いることとした。そして、蛇管を構成する管として
は、アルミニウム管を芯としてその内側に熱可塑性合成
樹脂管を内張りするとともに、その外側に熱可塑性合成
樹脂管を被覆して、少なくとも３層からなる複合管を用
いることとした。

【００１４】すると、この複合管は、蛇管とするために
Ｕ字状に屈曲することが容易であるとともに、一旦Ｕ字
状に屈曲したあとはその形状を保ち易く、また蓄熱槽用
の熱交換器の蛇管として軽量であるとともに適度の剛性
と耐熱性とを持ち、広い範囲の温度にわたって使用でき
るものであることが確認された。

【００１５】また、上述の複合管を従来の蛇管のように
Ｕ字状と逆Ｕ字状とに交互に屈曲し、屈曲部の端を連ね
る線が互いに平行に延びるようにして、屈曲した複合管
の全体形状を直角四辺形の蛇管にすると、得られた蛇管
は上記屈曲部の端を連ねる線の延びる方向に容易に丸め
ることができることが見出された。従って、この蛇管は
これを丸めて小さな断面積のものとして、マンホールか
ら水槽内に運び込むことができることが見出された。こ
の発明は、このような知見に基づいて完成されたもので
ある。

【００１６】この発明は、多数の分岐口を持った一組の
主管と、長尺管をＵ字状と逆Ｕ字状とに交互に屈曲し
て、全体形状を平坦な直角四辺形とした多数の蛇管とか
らなり、蛇管の各端を上記主管の分岐口に接続して組み
立てることとした熱交換器において、長尺管としてアル
ミニウム管を中に挟んで内と外とに熱可塑性樹脂管を接
着させてなる複合管を使用して蛇管を作り、蛇管を上記
屈曲部の端を連ねる線の延びる方向に丸めて水槽内に運
び込み、水槽内で元の平坦な直角四辺形に戻し、水槽内
で蛇管の各端を接続具により主管の分岐口に接続するこ
とを特徴とする、蓄熱槽用熱交換器の設置方法を提供す
るものである。

【００１７】この発明では、蛇管を作るのに、長尺の複
合管を用いることを最大の特徴としている。複合管はア
ルミニウム管を中に挟んで、その内と外との全面にわた
って熱可塑性樹脂管を一体に接着させた構造のものであ
る。従って、この複合管は、アルミニウム管を合成樹脂
管で内張りするとともに、外側を合成樹脂で被覆したも
のだ、と言うこともできる。

【００１８】複合管を構成する熱可塑性樹脂としては、
管の内側と外側とにおいて接触する流体の性質により、
とくに流体の温度の高低と温度幅の広狭によって、色々
なものを用いることができる。例えば、塩化ビニル樹
脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリアミド樹脂、オレフィン
樹脂などを使用することができる。その中では、オレフ
ィン樹脂を用いることが好ましい。とくに、架橋したポ
リエチレンを用いると、架橋度が高まるに従って熱可塑
性を持った樹脂から次第に熱硬化性を持った樹脂に移行
するので、適度の耐熱性と剛性とを持たせることができ
る点で有利である。

【００１９】複合管を構成するアルミニウム管として
は、アルミニウム単独からなるものであってもよいが、
またアルミニウム合金を用いることができる。アルミニ
ウム合金としては、アルミニウムに銅、珪素、マグネシ
ウム、亜鉛、マンガン等の元素を加えてなるものを用い
ることができる。アルミニウム及びアルミニウム合金か
らなる管は、軽量である上に軟らかくて展延性に富むた
めに屈曲し易く、また適度の剛性を持つので、蛇管の構
成材料とするのにとくに適している。

【００２０】複合管にすると、アルミニウム管は完全に
合成樹脂の中に埋められているから、円周方向に継目の
ない管とする必要がない。すなわち、アルミニウム管は
長尺の帯状板を幅方向に丸めて、両側縁を重ね合わせた
だけの円管であってもよい。その場合には、重ね合わせ
部を接着して用いることが好ましい。また、アルミニウ
ム管は、ところどころに小さな孔を設けて、内張りした
樹脂管と被覆した樹脂管とがこの孔を通して融着し合
い、これによって全体が強固に一体となるようにするこ
とが好ましい。

【００２１】この発明では、上述の複合管からなる長尺
体をＵ字状と逆Ｕ字状とに交互に屈曲して蛇管とする。
この場合、屈曲部の端を連ねる線を互いに平行にして、
全体形状を１つの平面上にある直角四辺形とする。この
場合、複合管の両端は、同じ方向に向けて突出させてお
き、両端を主管の分岐口に接続し易いようにすることが
好ましい。このような形状は、従来から用いられてきた
ものと同じである。

【００２２】この発明では、上述のようにして構成した
蛇管の端をそれぞれ熱媒体導入用主管と熱媒体排出用主
管とに接続する。各主管は複合管よりも大径の金属管か
らなり、通常は蛇管の上方に配置され、何れも多数の分
岐口を持っている。この各分岐口に蛇管の端を接続す
る。接続された各蛇管は、等しい口径の複合管が屈曲さ
れて、全体形状が等しい直角四辺形のものであって、直
角四辺形の平面を互いに平行に向け、互いに近接して配
置されている。こうして、この発明に係る熱交換器が作
られる。その結果、熱媒体導入用主管から熱媒体が導入
されると、熱媒体は、各蛇管に均等に分散されて蛇管内
を通過し、熱媒体排出用主管から排出される。その間
に、熱媒体は蛇管の外側にある液体と熱交換する。

【００２３】蛇管の端を主管の分岐口に分離可能に接続
するには、袋ナット状の継手を用いることが好ましい。
主管は専ら金属製とされるので、継手はネジで主管の分
岐口に連なるようにし、蛇管は内面も外面も合成樹脂で
作られているので、継手は袋ナットで蛇管の端に連なる
ようにするのが好ましい。

【００２４】この発明は、蛇管を主管から分離した状態
で、蛇管を丸めて水槽内へ運び込むことを大きな特徴と
している。このとき、蛇管を丸める方向は、屈曲部の端
を連ねる線が延びる方向とする。この方向に蛇管を丸め
ることができるのは、蛇管が、アルミニウム管を中に挟
んで内と外とに熱可塑性樹脂管を接着させてなる複合管
で作られていて、複合管が撓み易いものだからである。

【００２５】蛇管を丸めるには、別にマンホールを自由
に通過できる程度の直径を持った円筒を用意しておい
て、蛇管における屈曲部を連ねる線が円筒の円周方向に
沿って延びるように、蛇管を円筒外面に巻き付け、その
状態で蛇管の外側から止め紐をかけて蛇管を円筒に縛り
付けてもよい。また、円筒を使用しないで、蛇管だけを
同じように丸めて紐で縛ってもよい。丸めた結果、蛇管
はマンホールを通過できる輪となり、マンホールを通過
できることとなる。

【００２６】こうしてマンホールを通過させたのち、水
槽内で蛇管の紐を解く。すると、丸められた蛇管は元の
平坦な状態に戻ろうとするが、なお多少丸められた状態
にあるときは、さきに丸めた方向と逆方向に蛇管を曲げ
て、蛇管は平坦な状態に戻すことができる。こうして、
水槽内で蛇管を元の平坦な直角四辺形に戻す。

【００２７】平坦になった蛇管は、その各端を接続具に
より主管の分岐口に接続する。接続具としてはさきに述
べた袋ナット状の継手を用いる。こうして水槽内に容易
に熱交換器を設置することができる。

【００２８】

【発明の効果】この発明によれば、蛇管の構成材料とし
て、アルミニウム管を中に挟んで、内と外とに熱可塑性
樹脂管を接着させてなる複合管を用いているので、蛇管
表面が樹脂であるために流体による腐蝕が少なく、流体
抵抗が小さいので、円滑に熱媒体を流すことができる。
しかも、蛇管を樹脂だけで作ったのでは、蛇管が剛性と
耐熱性とに乏しいが、この発明では中にアルミニウム管
を含ませているので、蛇管として剛性も耐熱性も満足な
ものになっている。その結果、この熱交換器は、蓄熱槽
用熱交換器として広い温度範囲にわたって永く効率よく
使用できる。

【００２９】一般に、熱可塑性樹脂管は曲げ易いもので
あるところ、アルミニウム管もまた金属としては展延性
に富むので曲げ易く、従って複合管は全体として曲げ易
いものとなっているから、複合管で作られた蛇管は屈曲
部の端を連ねる方向に丸め易いものとなっている。しか
も、丸めたのち、これを元の平坦な状態に戻すことも容
易である。だから、この蛇管は丸めてマンホールを通
し、あとで元に戻して熱交換器とすることができる。従
って、この蛇管を用いることにより、熱交換器を貯水槽
に設置することが容易となる。

【００３０】とくに熱可塑性樹脂として架橋されたポリ
エチレンを用いることとすると、架橋されたポリエチレ
ンは、架橋度が高まるにつれて熱可塑性の特徴を持った
樹脂から次第に熱硬化性の特徴を持った樹脂へと移行す
るので、架橋度の調整により、加工の容易さと耐熱性及
び剛性との調和を図ることができる。この発明は、この
ような利益を与えるものである。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に、実施例を挙げて、この発
明の実施の一例について図面に基づきこの発明の詳細を
説明する。

【００３２】添付図面において、図１は、この発明で用
いられる複合管の一部切欠斜視図である。図２は、この
発明で用いられる蛇管の正面図である。図３は、この発
明で用いることのできる他の蛇管の一部切欠正面図であ
る。図４は、この発明の実施過程を示した貯水槽の縦断
面図である。図５は、この発明における蛇管と主管との
接続部の側面図である。図６は、この発明で蛇管を主管
に接続するのに用いられる継手の一部切欠側面図であ
る。図７は、この発明によって設置された蓄熱槽の縦断
面図である。図８は、図７に示した蓄熱槽の側面図であ
る。図９は、図８におけるＡ−Ａ線断面図である。

【００３３】この発明で用いられる複合管は、図１に示
したように、アルミニウム管１を中に挟んで、内側の全
面を架橋し又は架橋しないポリエチレン管２で内張りす
るとともに、外側の全面を架橋し又は架橋しないポリエ
チレン管３で被覆して一体とされたものである。アルミ
ニウム管１は、例えば厚みが０．２ｍｍの帯状板の一側
縁を約３ｍｍの幅にわたって重ね合わせて、内径約１
４．２ｍｍの管としたものである。ポリエチレン管２
は、厚みが約０．６ｍｍの円管であり、ポリエチレン管
３は、厚みが約０．７ｍｍの円管である。ポリエチレン
管２と３とは、アルミニウム管１に強固に接着されてい
て、一体となって複合管を構成している。

【００３４】長尺の複合管は、図２に示したように、Ｕ
字状と逆Ｕ字状とに交互に屈曲されて、屈曲部の端を連
ねる線ＬとＭとを平行に向けて、平坦な直角四辺形の範
囲内で蛇行する蛇管とされる。ここで平坦とは、ＬとＭ
とが１つの平面上にあることを意味している。蛇管の両
端は、同一方向に突出していて、主管へ接続するとき
に、湾曲して主管まで到達できるようにすることが好ま
しい。

【００３５】この発明で用いられる複合管は、上述のよ
うに、合成樹脂とアルミニウムとの少なくとも３層で構
成されている。そのために、複合管は従来の金属管より
も肉厚となる。肉厚になると、複合管は、図２に示した
ように、屈曲部を小さな半径で屈曲させることが困難と
なる。このような場合には、図３に示したように、屈曲
部を大きな半径で屈曲させて、屈曲部の両側を外側へ大
きく突出させるようにしてもよい。

【００３６】この発明では、蛇管を図２の線Ｌ又はＭの
延びる方向に丸めて、蛇管の外径をマンホールの内径よ
りも小さくする。このとき、図４に示すように、マンホ
ールの内径よりも小さい外径を持った円筒の周りに蛇管
を巻回して丸め、その上から紐で縛ることが好ましい。
こうして、蛇管を丸めた状態に固定し、蛇管がマンホー
ルを通過できる状態とする。この状態でマンホールを通
過させて、蛇管を貯水槽内に運び込む。その後に貯水槽
内で紐を解き、蛇管を元の平坦な形状に戻す。こうして
蛇管を図４の水槽内に示したような状態にする。

【００３７】水槽内には蛇管とは別に主管が運び込まれ
る。主管は直線状に延びる一組の金属管であって、その
外面には等しい間隔をおいて一列に並ぶ多数の分岐口が
付設されている。主管は、図４に示したように、蛇管の
上方に位置して、その延びる方向を蛇管の直角四辺形の
面に垂直に向けている。他方、蛇管は、主管における分
岐口の間隔に対応した間隔をおいて多数平行に並べられ
る。そして蛇管の各端はそれぞれ主管の分岐口に接続さ
れる。

【００３８】蛇管の端を主管の分岐口に接続するには、
図５に示したような継手を用いる。この継手は、詳しく
は図６に示したように、主管の分岐口へはネジで接続さ
れ、蛇管を構成する複合管へは袋ナットで接続されるよ
うになっている。

【００３９】図６では、継手が継手本体と、スリットリ
ングと、袋ナットと、シールゴムとで作られている。図
６の継手は、袋ナットを通過して来た複合管の端をスリ
ットリングと継手本体との間の隙間へ挿入し、その後袋
ナットをスリットリング上で進行させて、スリットリン
グの外径を縮小させ、複合管を継手本体に押し付ける。
このとき、継手本体にはシールゴムが嵌め込まれている
ので、複合管はシールゴムにより気密に継手本体に接続
される。こうして継手により蛇管の端を主管の分岐口に
容易に接続することができる。また、逆に袋ナットをゆ
るめることにより、容易に蛇管の端を主管の分岐口から
離すことができる。

【００４０】この発明方法によって熱交換器の設置され
た蓄熱槽の一例が図７〜図９に示されている。この蓄熱
槽は、図３に示したように、蛇管が屈曲部を大きな半径
で曲げられた状態となって多数平行に配置され、隣接す
る蛇管が半周期ずつズレて１つおきに同じ位相になって
おり、各蛇管の端が主管の分岐口に接続されることによ
って、構成されている。そこでは、簡単のために継手の
図示を省略した。

【００４１】この蓄熱槽は側方から見ると、図８に示し
たように、多数の蛇管が等しい間隔をおいて互いに平行
に配置され、各端が主管に接続されている。図８におけ
るＡ−Ａ線断面は、図９に示したように、各蛇管が半周
期ずつズレた位置にあって、複合管が均等の間隔をおい
て緻密に配置されている。従って、蛇管内を通る熱媒体
は蛇管外の液体と効率よく熱交換することとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明で用いられる複合管の一部切欠斜視図
である。

【図２】この発明で用いられる蛇管の正面図である。

【図３】この発明で用いることのできる他の蛇管の一部
切欠正面図である。

【図４】この発明の実施過程を示した貯水槽の縦断面図
である。

【図５】この発明における蛇管と主管との接続部の側面
図である。

【図６】この発明で蛇管を主管に接続するのに用いられ
る継手の一部切欠側面図である。

【図７】この発明によって熱交換器を設置された蓄熱槽
の縦断面図である。

【図８】図７に示した蓄熱槽の側面図である。

【図９】図８におけるＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１ アルミニウム管 ２、３ （架橋）ポリエチレン管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の分岐口を持った一組の主管と、長
   尺管をＵ字状と逆Ｕ字状とに交互に屈曲して、全体形状
   を平坦な直角四辺形とした多数の蛇管とからなり、蛇管
   の各端を上記主管の分岐口に接続して組み立てることと
   した熱交換器において、長尺管としてアルミニウム管を
   中に挟んで内と外とに熱可塑性樹脂管を接着させてなる
   複合管を使用して蛇管を作り、蛇管を上記屈曲部の端を
   連ねる線の延びる方向に丸めて水槽内に運び込み、水槽
   内で元の平坦な直角四辺形に戻し、水槽内で蛇管の各端
   を接続具により主管の分岐口に接続することを特徴とす
   る、蓄熱槽用熱交換器の設置方法。
2. 【請求項２】 水槽の入口より小さい外径を持った円筒
   を用意し、蛇管の屈曲部の端が連なる線を上記円筒の円
   周方向に向け、蛇管を円周の周りに巻き付けて蛇管を丸
   め、この状態で蛇管を水槽の入口から水槽内に運び込む
   ことを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱槽用熱交換器
   の設置方法。