(57)【要約】【課題】耐久性および熱交換効率を向上し、かつ施工性を向上させた熱交換器を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる熱交換器は、柔軟性を有する管状体１２０と、多数本配列させた管状体１２０の両端において管状体同士を連通する一対の集合部１３０と、集合部１３０に設けられた熱媒体の流入口１４４および排出口１４６と、を備え、熱媒体は、流入口１４４から集合部１３０へ流入し、集合部１３０から管状体１２０を通過して他の集合部１３０へと流れた後に、排出口１４５から排出されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性を有する管状体と、
多数本配列させた前記管状体の両端において管状体同士を連通する一対の集合部と、
前記集合部に設けられた熱媒体の流入口および排出口と、
を備え、
前記熱媒体は、前記流入口から前記集合部へ流入し、前記集合部から前記管状体を通過して他の集合部へと流れた後に、前記排出口から排出されることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記集合部は矩形の箱状であって、
一方の集合部の内部は、２つの内室に分かれており、前記流入口が接続される第１内室と、前記排出口が接続される第２内室とを有し、
他方の集合部は全ての前記管状体に接続されており、
前記熱媒体は、前記流入口から前記第１内室へ流入し、該第１内室と連通する管状体を通過して前記他方の集合部へ流通した後、前記第２内室と連通する管状体を通過して該第２内室へ流通し、前記排出口から排出されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記集合部は、前記多数本配列させた管状体と接合する接合部を有し、
前記接合部は、前記流入口と対向する位置に前記管状体と接続していない衝突部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記管状体は、前記集合部に対して千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記管状体は、肉厚が０．６ｍｍ以下であって、直径が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記一対の集合部の間に前記管状体同士を束ねて支持する補強板を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記管状体は、前記集合部と熱溶着により接合していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記集合部は矩形の箱状であって、該集合部は箱部とフタ部で構成され、
前記集合部は、前記箱部と前記フタ部の間にパッキンを有し、
さらに前記箱部と前記フタ部は熱溶着により接合されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記管状体は、ポリプロピレンによって形成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記熱媒体は、プロピレングリコールであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
当該熱交換器は、
前記多数本配列した管状体および前記１対の集合部を収容するフレームと、
前記フレームに取り付けられた運搬用ハンドルと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１２】
蓄熱槽の内部に請求項１から１１のいずれか１項に記載の熱交換器を収容したことを特徴とする氷蓄熱式空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱槽において冷熱を蓄熱するために用いられる熱交換器、およびこれを用いた氷蓄熱式空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー対策として、安価な夜間電力を使用可能にした蓄熱式空調システムが提供されている。特に、夜間に氷を作り、その氷を解かしながら冷房を行う氷蓄熱式空調システムにあっては、夜間は電気料金が安価なだけでなく、気温が低いことからも通常の冷房装置よりも省エネ効果の高い電力運用が行い得るとして注目されている。
【０００３】
氷蓄熱式空調システムは、スタティック式とダイナミック式に大別される。スタティック式は、水等を蓄えた蓄熱槽内にコイル状の熱交換器を配置し、熱交換器を介して蓄熱槽内で製氷・解氷を繰り返す方式である。一方、ダイナミック式は、蓄熱槽と製氷部とが分離されていて、装置内を氷が流動する方式である。
【０００４】
特許文献１および特許文献２には、スタティック式の氷蓄熱式空調システムに関する技術が開示されている。特許文献１には、亜鉛めっきを施した銅伝熱管を熱交換器として蓄熱槽内に配置して熱交換を行う技術が記載されている。一方、特許文献２には、アルミニウム管を芯として、その内側と外側に熱可塑性樹脂管を備えた３層からなる複合管で構成した蓄熱槽用熱交換器が開示されている。
【０００５】
特許文献１および特許文献２に示されるように、従来の氷蓄熱方式の熱交換器（冷却コイル）は、金属の冷媒配管であった。その理由の１つには、成長した氷が配管を圧迫するため樹脂よりも剛性の高い金属が適していると考えられており、それもある程度の肉厚が要求されていたためである。もう１つの理由は、冷媒（熱媒体）の冷熱を円滑に伝達するためには、樹脂よりも素材として大幅に熱伝達効率が高い金属の方が適していると考えられていたためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４４４６０号公報
【特許文献２】特開２０００−２７４９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように様々な構成の熱交換器があるが、熱交換器には、熱交換効率をさらに高めたいこと、また表面に氷を生成する管の耐久性を向上させたいこと、そして施工性ならびに経済性を向上させたいことに課題がある。
【０００８】
しかし特許文献１に記載の熱交換器では、銅伝熱管を用いているために比較的高い熱交換効率を有していると思われるが、銅伝熱管のように金属を材料にした管状体は一般に製造コストがかさむという問題がある。また、剛性を有する金属であったとしても、表面に発生した氷塊の圧迫による屈折および破断を防ぐために、管状体の薄層化および微細化には制限がある。そして、金属で製造した熱交換器は重量の増加を免れず、運搬および施工に要する作業労力の増大のおそれがある。
【０００９】
また、特許文献２に記載の熱交換器は充分な耐熱性と剛性とを持ち、かつ軽量であって広い温度範囲にわたって使用できるとされている。しかし、上記の熱交換器では、３層で構成された複合管であるため肉厚となってしまい、この構成での熱交換効率の向上は困難であると考えられる。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑み、耐久性および熱交換効率を向上し、かつ施工性を向上させた熱交換器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明にかかる熱交換器の代表的な構成は、柔軟性を有する管状体と、多数本配列させた管状体の両端において管状体同士を連通する一対の集合部と、集合部に設けられた熱媒体の流入口および排出口と、を備え、熱媒体は、流入口から集合部へ流入し、集合部から管状体を通過して他の集合部へと流れた後に、排出口から排出されることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、表面に氷塊が発生しても管状体は柔軟性を有するため、氷塊の圧迫による屈折や破断の発生を防ぐことができる。また両集合部にかかる水圧を、多数の管状体で支えることができる。したがって、管状体を細く薄くし、かつ密に配置することができる。これにより、管状体を多数本配列させた部分では表面積が多くなるため、熱交換効率が高くなる。これらのことから、耐久性および熱交換効率を向上し、かつ軽量で施工性を向上した熱交換器を提供することが可能となる。
【００１３】
集合部は矩形の箱状であって、一方の集合部の内部は、２つの内室に分かれており、流入口が接続される第１内室と、排出口が接続される第２内室とを有し、他方の集合部は全ての管状体に接続されており、熱媒体は、流入口から第１内室へ流入し、第１内室と連通する管状体を通過して他方の集合部へ流通した後、第２内室と連通する管状体を通過して第２内室へ流通し、排出口から排出されるとよい。
【００１４】
上記構成によれば、当該熱交換器の一方側に流入口と排出口が配置されるため、熱交換および配管の設置レイアウトが容易となる。また、熱交換する管状体の経路を長くできるため、熱媒体の冷熱を有効に利用できる。これらにより、汎用性および熱交換効率をさらに向上させることが可能となる。
【００１５】
集合部は、多数本配列させた管状体と接合する接合部を有し、接合部は、流入口と対向する位置に管状体と接続していない衝突部を有してもよい。このような構成によれば、流入口から流入した熱媒体は、衝突部に衝突することで流れが分散する。したがって、熱媒体を、流入口と対向した一部の管状体に偏らせることなく、接合部に配列させた全管状体に均等に流通させることができる。これにより、熱交換効率をさらに向上させることが可能となる。
【００１６】
なお、流入口と排出口の構造が同じである場合には、排出口に対向する位置にも衝突部を設けておけば、これら第１内室と第２内室とを区別することなく熱媒体を供給するパイプに接続できるため、当該熱交換器を簡便に設置できる。
【００１７】
管状体は、集合部に対して千鳥状に配置してもよい。このように配置することで、各管状体と周囲の他の管状体との間に略等しい間隔をあけて多数本の管状体を配列させることができる。これにより、管状体を多数本配列させたとしても、氷塊の発生を一部に偏らせたりすることなく、冷熱の伝播を有効に行うことが可能となる。なお、各管状体の中心間の配置間隔は、内融式のシステムの場合（内部を流通する熱媒体によって氷を融解させる場合）は６ｍｍ間隔、外融式のシステムの場合（外部の熱によって氷を融解させる場合）は１０ｍｍ間隔の構成をとることが望ましい。
【００１８】
管状体は、肉厚が０．６ｍｍ以下であって、直径が１０ｍｍ以下であってもよい。肉厚を０．６ｍｍ以下とすることで、熱伝達効率を向上させ、適度な強度を保持しながらも柔軟性を発揮することができる。また、管状体の直径を１０ｍｍ以下とすることで、管状体の内部を流れる熱媒体の単位質量あたりの表面積を増加させ、また一定の面積の集合部により多くの管状体を配列することができる。これらによって、氷塊の圧迫による屈折および破断を避け、冷却効率をさらに向上させることが可能となる。
【００１９】
当該熱交換器は、一対の集合部の間に管状体同士を束ねて支持する補強板を備えてもよい。この構成によれば、微細で柔軟性を有する管状体であっても、補強板が支持することによってねじれに対する耐久性をさらに向上させることが可能となる。
【００２０】
管状体は、集合部と熱溶着により接合させてもよい。熱溶着によれば、管状体と集合部の隙間を確実に封止できるうえ、接着剤等の他の物質を用いることなく、互いの材質自体を利用して接合できるため、他の物質を熱媒体および蓄熱槽内に流出させることがない。よって、熱媒体および蓄熱層内の汚染を抑えることが可能となる。
【００２１】
集合部は矩形の箱状であって、集合部は箱部とフタ部で構成され、集合部は、箱部とフタ部の間にパッキンを有し、さらに箱部とフタ部は熱溶着により接合させてもよい。
【００２２】
上記構成によれば、パッキンを有することで箱部およびフタ部の間を封止し、熱媒体の漏れを防ぐことができる。また、熱溶着による接合でさらに封止しているため、熱媒体の漏れ防止の完全を期し、冷却機能の低下を避けることが可能となる。
【００２３】
管状体は、ポリプロピレンによって形成してもよい。ポリプロピレンは比較的温度変化に強く、外部への溶出が極めて少ない。また、金属よりも軽量であって成型も容易であるため、微細な形状の管状体であっても容易に製造加工し運搬することができる。これらにより、耐久性を向上させ、かつ製造コストを低廉に抑えることが可能となる。
【００２４】
熱媒体は、プロピレングリコールであってもよい。プロピレングリコールは不凍液であり、かつ毒性が低いため使用し易い。したがって、熱媒体として安易に循環させて使用することができる。
【００２５】
当該熱交換器は、多数本配列した管状体および１対の集合部を収容するフレームと、フレームに取り付けられた運搬用ハンドルとをさらに備えてもよい。
【００２６】
上記構成によれば、フレームを有することによって、微細な形状の管状体に直接的な外部負荷が加わることを防止できる。また、ハンドルを取り付けることで運搬し易くなり、蓄熱槽への設置時等の作業効率も向上する。これらにより、耐久性および施工性を向上させることが可能となる。
【００２７】
本発明にかかる氷蓄熱式空調システムの代表的な構成は、蓄熱槽の内部に上記の熱交換器を収容したことを特徴とする。この構成によれば、冷却効率のきわめて高い氷蓄熱式空調システムを提供することが可能となる。
【００２８】
本発明にかかる熱交換器の他の代表的な構成は、ポリプロピレン製の管状体と、多数本配列させた管状体の両端において管状体同士を連通する一対のポリプロピレン製の箱状の集合部と、集合部に設けられた熱媒体の流入口および排出口と、備え、管状体は、集合部と熱溶着により接合していることを特徴とする。
【００２９】
上記構成によれば、排熱回収用熱交換器として好適に利用することができる。すなわち管状体と集合部とをポリプロピレンにて形成したことにより、耐熱性、耐腐食性、防汚性、洗浄性に優れた熱交換器とすることができる。また金属よりも軽量であって成型も容易であるため、微細な形状の管状体であっても容易に製造加工し運搬することができる。さらに、管状体と集合部とを同一材料で形成し、熱溶着によって接合したことにより、管状体と集合部の隙間を確実に封止できるうえ、高い引張強度を得ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、耐久性および熱交換効率を向上し、かつ施工性を向上させた熱交換器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】熱交換器の外観斜視図である。
【図２】熱交換器の構成の概要を説明するための図である。
【図３】上側集合部の構成を説明する図である。
【図４】上側集合部のフタ部および箱部の分解断面図である。
【図５】集合部および管状体の組立手順を説明する断面図である。
【図６】熱媒体の流れ方向を説明するための図である。
【図７】冷熱交換ユニットを蓄熱槽に設置させた使用態様図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００３３】
（熱交換器）
本実施形態にかかる熱交換器について説明する。図１は熱交換器１００の外観斜視図、図２は熱交換器１００の構成の概要を説明するための図である。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、熱交換器１００は、柔軟性を有する管状体１２０と、多数本配列させた管状体１２０の両端において管状体同士を連通する、上下方向に一対備えられた集合部１３０（上側集合部１３０ａ、下側集合部１３０ｂ）とから構成されている。図１および図２に示したように、集合部１３０は矩形の箱状である。上側集合部１３０ａには流入口１４４、排出口１４６が備えられており、管状体１２０および集合部１３０の内部に熱媒体を流通させることができる。この構成により、熱交換器１００は冷却コイルとして機能し、管状体１２０の外表面において製氷することができる。
【００３５】
集合部１３０は、本実施形態では、流入口１４４および排出口１４６は一方の集合部（上側集合部１３０ａ）に設けられている。図２（ａ）に示すように、上側集合部１３０ａの内部は、２つの内室部に分かれていて、後述するように流入口１４４が接続される第１内室１５２と、排出口１４６が接続される第２内室１５４とを形成している。なお、他方の集合部（下側集合部１３０ｂ）は、全ての管状体１２０に接続されており、内部は全体として一室の空洞を形成している。
【００３６】
図１（ｂ）は多数本配列された管状体１２０のＡ−Ａ断面図である。本実施形態では、後述する集合部１３０の内部構成にしたがって、管状体１２０は集合部１３０に、２つの領域に大別して配置されている。
【００３７】
図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＢ部の拡大斜視図である。図１（ｃ）に示すように、管状体１２０は薄肉の円筒部材である。管状体１２０は、各管状体同士の間を蓄熱媒体である水が流通する必要があるため、所定の間隔を有して配置されている。例えば、各管状体１２０の中心間の配置間隔は、当該熱交換器１００を、内融式の氷蓄熱式空調システムに用いる場合に６ｍｍ間隔、外融式の氷蓄熱式空調システムに用いる場合に１０ｍｍ間隔とすることで熱交換効率を向上させることができる。
【００３８】
管状体１２０は熱交換効率を高め、かつ柔軟性をもたせる必要があるために、細く薄い方が好ましい。例えば、肉厚ｔを０．６ｍｍ以下とすることができる。また例えば直径Φを１０ｍｍ以下とすることができる。肉厚ｔを０．６ｍｍ以下とすることで、管状体１２０の熱伝達効率を向上させることができる。また、管状体１２０の直径Φを１０ｍｍ以下とすることで、適度な強度を保持しながらも柔軟性を発揮することができる。なお、この構成における管状体１２０は、後述するように1本あたり１７Ｎ以上の荷重に耐えられる強度を有している。
【００３９】
上記構成により管状体１２０は柔軟性を有し、外表面に氷塊１９８（図７）が発生しても、氷塊１９８の圧迫による屈折や破断の発生を防ぐことができる。すなわち、従来は成長する氷の圧迫に耐えられるように冷却コイルを構成したが、本発明では管状体１２０に柔軟性をもたせて破損を防止したことにより、管状体１２０には殊更の強度や剛性が不要となっている。したがって管状体１２０は細く薄くすることができ、熱伝達効率の優れない剛性樹脂材料であっても、十分な熱伝達効率を得ることができる。さらに逆説的ではあるが、管状体１２０を細く薄くすることにより、所望の柔軟性をもたせることができる。
【００４０】
また、管状体１２０を細く薄くすることで、密に配置することができ、管状体１２０の内部を流れる熱媒体の単位質量あたりの表面積を増加させることができる。これにより、一定面積の集合部１３０に対してより多くの管状体１２０を配列することができる。したがって、管状体１２０を多数本配列させた部分では表面積が多くなる、すなわち、すなわち伝熱面積が広いため熱交換効率が高くなる。また、多数本の管状体１２０によって、両集合部（上側集合部１３０ａ、下側集合部１３０ｂ）にかかる水圧を支えることができる。これらのことから、熱交換器１００の耐久性および冷却効率を向上させることができる。
【００４１】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ-Ｃ断面図である。管状体１２０は、集合部１３０の接合部１４０に対して千鳥状に配置することが好ましい。このように配置することで、各管状体１２０と周囲の他の管状体１２０との間に略等しい間隔をあけて多数本の管状体１２０を配列させることができ、各管状体１２０の外表面が水と接し易くなる。これにより、管状体１２０を多数本配列させたとしても、氷塊１９８の発生を一部に偏らせたりすることなく、熱媒体のもつ冷熱の伝播を有効に行うことが可能となる。また、多数本の管状体１２０は、千鳥状の配列であっても、一方向からは見通すことができるため、容易に管状体１２０の隙間を洗浄することができる。
【００４２】
管状体１２０および集合部１３０は、材質として合成樹脂を用いることができる。例えば、管状体１２０は材質としてポリプロピレンを用いて形成されている。ポリプロピレンは比較的温度変化に強く、外部への溶出が極めて少ない。また、金属よりも軽量であって成型も容易であるため、微細な形状の管状体１２０であっても容易に製造加工し運搬することができる。また、集合部１３０は、管状体１２０と同様にポリプロピレンを用いて形成されている。ただし、集合部１３０は、その他の合成樹脂、例えばＡＢＳ等を使用しても良い。これらにより、熱交換器１００の耐久性を向上させ、かつ製造コストを低廉に抑えることが可能となる。
【００４３】
図３は上側集合部１３０ａの構成を説明する図、図４は上側集合部１３０ａのフタ部１７０および箱部１６０の分解断面図である。図３および図４を参照して上側集合部１３０ａの内部構成について説明する。上側集合部１３０ａは、矩形の箱状であって、箱部１６０とフタ部１７０で構成される。特に、上側集合部１３０ａは、内部が第１内室１５２および第２内室１５４（図３（ｂ）、図４（ｂ）参照）に分かれているため、２つのフタ部１７０を備えている（図３（ａ）、図４（ａ）参照）。
【００４４】
図３（ａ）は上側集合部１３０ａの上面図である。図３（ａ）に示すように、フタ部１７０には、流入口１４４または排出口１４６が設けられていて、熱媒体の供給パイプ１９４および排出パイプ１９６（図６参照）と接続することができる。
【００４５】
フタ部１７０は外縁にリブ１５６を有している（図４（ａ））。フタ部１７０は、リブ１５６によって箱部１６０と後述する熱溶着により接合することができ、かつリブ１５６を有することにより歪みや反り等の変形を防止することができる。またフタ部１７０は、箱部１６０との当接面に凸部１６２を有している。フタ部１７０の箱部１６０への装着時に、凸部１６２が箱部１６０の溝部１６４に嵌合することでフタ部１７０と箱部１６０の隙間を封止することができる。
【００４６】
図３（ｂ）は上側集合部１３０ａにおける箱部１６０を上方から見た図である。箱部１６０は底面（接合部１４０）に、管状体１２０を挿通させるための挿入孔１４２が設けられている。接合部１４０には管状体１２０が後述する熱溶着により接合される。
【００４７】
前述したように、上側集合部１３０ａは、第１内室１５２および第２内室１５４という２つの内室を有しているため、箱部１６０の内側は２つの内室部に分けられている。そして、２つの内室部にしたがって、複数本の管状体１２０も２つの領域に分けられて接合部１４０に配置されている。
【００４８】
図４（ｂ）に示すように、箱部１６０は、フタ部１７０の凸部１６２と嵌合する溝部１６４を有している。また、箱部１６０の２つの内室部には、フタ部１７０の外縁に対応する位置にリブ１５８が設けられていて、フタ部１７０のリブ１５６と後述する熱溶着により接合することができる。
【００４９】
図３（ｂ）に示すように、接合部１４０は、流入口１４４と対向する位置に管状体１２０と接続していない（挿入口１４２のない）衝突部１４８を有している。衝突部１４８は、流入口１４４から流入した熱媒体を衝突させることで、熱媒体の流れを分散させることができる。したがって、熱媒体を流入口１４４と対向した一部の管状体１２０に偏らせることなく、接合部１４０に配列させた全管状体１２０に均等に流通させることができる。これにより、熱交換効率をさらに向上させることが可能となる。
【００５０】
なお本実施形態では、第１内室１５２と第２内室１５４の構造は同じであり、同様に流入口１４４と排出口１４６の構造も同じである。このような場合には、排出口１４６に対向する位置にも衝突部１４８を設けておけば、これら第１内室１５２と第２内室１５４とを区別することなく熱媒体を供給する供給パイプ１９４および排出パイプ１９６に接続できるため、熱交換器１００を簡便に設置できる。
【００５１】
図４（ｃ）は、箱部１６０にフタ部１７０を装着した上側集合部１３０ａの断面図である。図４（ｃ）に示すように、上側集合部１３０ａは、箱部１６０とフタ部１７０の間にパッキン１６８を有してもよい。パッキン１６８は、例えば溝部１６４に取り付けることで、溝部１６４とフタ部１７０の凸部１６２に挟みこまれて隙間を封止することができる。これにより、上側集合部１３０ａの内部に、熱媒体を漏らすことのない第１内室１５２および第２内室１５４を形成することができる。
【００５２】
なお、図３および図４では上側集合部１３０ａのみ図示しているが、下側集合部１３０ｂも矩形の箱状であって、箱部とフタ部により構成されているため、図示を省略する。ただし、下側集合部１３０ｂの内部は、全体として一室の空洞を形成しているため、下側集合部１３０ｂの内室部は分けられておらず（図２（ａ））、フタ部も１つである。
【００５３】
図５は集合部１３０および管状体１２０の組立手順を説明する断面図である。図５を参照して、集合部１３０と管状体１２０、および集合部１３０を構成する箱部１６０とフタ部１７０の熱溶着について説明する。
【００５４】
図５（ａ）に示すように、まず、箱部１６０の接合部１４０に管状体１２０を挿入可能な挿入孔１４２をあらかじめ設けておく。次に、図５（ｂ）に示すように、管状体１２０の端部を挿入孔１４２に挿入する。そして、加熱した楔（くさび）を圧入することにより、図５（ｃ）に示すように管状体１２０を箱部１６０に熱溶着させることができる。
【００５５】
このように、管状体１２０を接合部１４０に熱溶着させることにより、隙間を確実に封止できる。また、接着材等の他の物質を用いることなく、お互いの材質自体を利用して接合できるため、他の物質を熱媒体および蓄熱槽内に流出させることがない。よって、熱媒体および蓄熱槽内の汚染を抑えることができる。
【００５６】
次に、図５（ｄ）に示すように、フタ部１７０を箱部１６０に装着させる。このとき溝部１６４の中にパッキン１６８（図４（ｃ））をあらかじめ装着しておき、その上からフタ部１７０を取り付ける。そして、フタ部１７０のリブ１５６と箱部１６０のリブ１５８が合わさった縁（稜線）を加熱圧着することで、図５（ｅ）に示すようにフタ部１７０と箱部１６０を熱溶着させることができる。
【００５７】
このように、箱部１６０とフタ部１７０をパッキン１６８と熱溶着の２つの手段で封止している。これにより確実に密封することができ、熱媒体の漏れを防止し、冷却機能の低下を避けることが可能となる。
【００５８】
表１は、本実施形態にかかる、管状体１２０の一本あたりの引っ張り試験の結果である。試験対象である管状体１２０は、上記構成のように、肉厚ｔを０．６ｍｍ以下、直径Φを１０ｍｍ以下としている。
【表１】
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【００５９】
表１に示すように、管状体１２０の材質であるポリプロピレンは熱可塑性を有するものの、９０℃の温度条件下であっても管状体１２０は１７Ｎ以上の荷重に耐えられる強度を有している。１０００回疲労試験は、管状体１２０に破断が発生しない程度の荷重（応力）を１０００回加えた後に引張試験を実行したものである。この試験結果から、管状体１２０は、経年使用した後であっても１７Ｎ以上の荷重に耐えられる強度を維持していることがわかる。
【００６０】
セル耐圧は、一本の管状体１２０の耐荷重を本実施形態にかかる熱交換器１００一体分の耐荷重に換算した値である。熱交換器１００が、０．０９ｍ２（３０ｃｍ四方）の集合部１３０に２３０本の管状体１２０を備えた構成であるとする。すると、２５℃の温度条件下において、管状体１２０は一本が９６Ｎの耐荷重を有するから、管状体１２０の２３０本分の耐荷重を０．０９ｍ２で除算すると、２４５ｋＰａの耐荷重を有していることがわかる。
【００６１】
このように、上記構成の管状体１２０は、微細な形状であっても充分な耐荷重を有し、また経年使用の後であっても充分な耐荷重を維持することができる。これらに伴い、本実施形態にかかる熱交換器１００は、充分な耐荷重に基づく高い耐久性を発揮することができる。
【００６２】
図６は熱媒体の流れ方向を説明するための図である。上記のように熱溶着により接合した集合部１３０および管状体１２０には、熱媒体を漏洩することなく流通させることができる。
【００６３】
熱媒体としては、水の凝固点以下でも液体の状態を保つようなものであれば利用することができるが、本実施形態では安全面等を考慮して、プロピレングリコールを用いることができる。プロピレングリコールは不凍液であり、かつ毒性が低いため使用し易い。したがって、熱媒体として安易に循環させて使用することができる。
【００６４】
図６に矢印で示したように、熱媒体は、供給パイプ１９４を通じて、上側集合部１３０ａに設けられた流入口１４４から第１内室１５２へ流入する。熱媒体は第１内室１５２へ流入すると、接合部１４０の衝突部１４８へ衝突することで流れが分散する。したがって、熱媒体は、流入口１４４と対向した一部の管状体１２０に偏ることなく、第１内室１５２の接合部１４０に配列した全管状体１２０に均等に流通される。
【００６５】
そして、熱媒体は、管状体１２０を通過して下側集合部１３０ｂへ流入する。下側集合部１３０ｂは全ての管状体１２０を連通していて、第１内室１５２と接続された管状体１２０から流入した熱媒体は、下側集合部１３０ｂを通過して、第２内室１５４に接続する管状体１２０により上方へ向かって流通される。第２内室１５４に流入した熱媒体は、排出口１４６から排出パイプ１９６を通じて排出される。
【００６６】
このような構成によれば、熱交換する管状体１２０の経路を長くできるため、熱媒体と水との間で確実に熱交換させることができ、熱媒体の冷熱を有効に利用できる。したがって、熱交換器１００の冷却効率をさらに向上させることが可能となる。
【００６７】
（冷熱交換ユニット）
本実施形態にかかる、熱交換器１００を用いた冷熱交換ユニット２００について説明する。図７は冷熱交換ユニット２００を蓄熱槽に設置させた使用態様図である。
【００６８】
図７に示すように、上記説明した熱交換器１００は、さらにこれらを収容するフレーム１８０と、フレーム１８０に取り付けられた運搬用ハンドル１９０とによって１組のユニット（冷熱交換ユニット２００）を構成することができる。
【００６９】
フレーム１８０は、管状体１２０および集合部１３０の躯体（構造体）として機能し、自重を支え、また運搬ないし設置する際にも構造が崩れることを防止する。フレーム１８０は、Ｌ字部材（アングル材）により構成された枠形状を有している。フレーム１８０の材質としては、剛性を有する素材を用いることが好ましく、例えばアルミニウムを好適に用いることができる。アルミニウムは、軽量で加工し易く、水にほとんど溶出しないため、水中に設置される本装置において特に好適である。
【００７０】
運搬用ハンドル１９０は、冷熱交換ユニット２００の上部側のフレーム１８０に取り付けることが好ましい。運搬用ハンドル１９０を設けることで、冷熱交換ユニット２００の運搬が容易になり、蓄熱槽への設置作業に要する労力も少なくてすむ。なお、従来の金属製の冷熱コイルは数百キログラムの重量となっていたため、移動にはリフト等の機械が必要であった。しかし上記構成の冷熱交換ユニット２００は数十キログラム程度の極めて軽量に構成することができ、人力で移動させることも可能である。
【００７１】
さらに冷熱交換ユニット２００の下部側のフレーム１８０には、鈎状の係止部１８２を設けてもよい。そして蓄熱槽の底面に設けた係合部１８４に係止部１８２を係止させることにより、冷熱交換ユニット２００を極めて簡単に水中に固定し、浮いたり流れたりすることを防止することができる。
【００７２】
また冷熱交換ユニット２００は、上側集合部１３０ａと下側集合部１３０ｂの間に、管状体１２０同士を束ねて支持する補強板１８６を備えてもよい。例えば補強板１８６は、管状体１２０を挿通可能な穴を有する板状部材に、管状体１２０を挿通させてから集合部１３０に接合させる構成であってもよい。また例えば、熱交換器１００を構成した後に樹脂などで固めることにより後付けで補強板１８６を形成してもよい。補強板１８６を設けることにより、管状体１２０を中途部で支持することができ、微細で柔軟性を有する形状の管状体１２０であってもねじれに対する耐久性をさらに向上させ、かつ曲げ、たわみ、振動などを低減することが可能となる。
【００７３】
上記構成のように、冷熱交換ユニット２００は、フレーム１８０および補強板１８６を備えることによって、微細な形状の管状体１２０を適切に支持することができる。また、運搬用ハンドル１９０を取り付けることで作業効率を向上できる。これらのことから、本実施例にかかる冷熱交換ユニット２００の耐久性および施工性を向上させることが可能となる。
【００７４】
（氷蓄熱式空調システム）
上記説明した熱交換器１００および冷熱交換ユニット２００を用いた氷蓄熱式空調システムについて説明する。氷蓄熱式空調システムは、蓄熱槽の内部に上記の冷熱交換ユニット２００を収容している。
【００７５】
氷蓄熱式空調システムは、安価な夜間電力および温度の低い夜間の外気を利用し、蓄熱槽に収容した熱交換器１００等の内部に、水の凝固点以下に冷やした熱媒体を流通させる。そして、特に管状体１２０の外表面において、蓄熱媒体としての水を凍らせて、冷熱を蓄える。そして、温度の上昇する日中に氷の溶解潜熱を利用することで、省エネ効果の高い冷房を行うことができる。
【００７６】
蓄熱槽の水等は氷結されるものの、熱交換器１００等の管状体１２０は柔軟性を有するため、図７に示したように管状体１２０の表面に氷塊１９８が発生しても、氷塊１９８の圧迫による屈折や破断の発生を生じることなく、耐久性が高い。また、管状体１２０は、細く薄くすることで密に配置され、管状体１２０が多数本配列された部分では表面積が多くなっている、すなわち伝熱面積が広いため、冷却効率がきわめて高い。
【００７７】
また熱交換器１００等においては、一方側の上側集合部１３０ａに供給パイプ１９４および排出パイプ１９６が接続されるのみであるため、蓄熱槽を設計および施工するにあたって、供給パイプ１９４および排出パイプ１９６の設置レイアウトは容易なものとなる。
【００７８】
また、熱交換器１００および冷熱交換ユニット２００は製造コストが低廉でありかつ運搬容易であるため、これらを用いた氷蓄熱式空調システムの設置コストも抑えることができる。したがって、上記構成のように、本実施形態であれば、耐久性が高く、かつ経済性および施工性が向上した、冷却効率のきわめて高い氷蓄熱式空調システムを提供することが可能となる。
【００７９】
なお、本実施形態では、流入口１４４および排出口１４６は一方の集合部（上側集合部１３０ａ）に設けられているとしたがこれに限定するものではなく、例えば、流入口１４４を一方の集合部に設け、排出口１４６を他方の集合部に設けるとしてもよい。その場合、熱媒体は、一方の集合部から流入し、全ての管状体を通過した後、他方の集合部から排出される。
【００８０】
［他の実施形態］
上記実施形態においては、冷熱を利用する熱交換器１００および冷熱交換ユニット２００について説明した。しかし本発明にかかる熱交換器は氷蓄熱に限定するものではなく、１００℃未満の排水、排ガスからの排熱回収用熱交換器としても使用可能である。このとき、１００℃以上の排ガスからの排熱回収においては、水を噴霧し、潜熱の形で凝縮熱伝達を用い排熱回収することができる。
【００８１】
このように排熱回収に用いる場合には、特に管状体と集合部とをポリプロピレンにて形成したことにより、耐熱性、耐腐食性、防汚性、洗浄性に優れた熱交換器とすることができる。したがって汚水からの排熱回収や、排ガスからの排熱回収に適している。
【００８２】
また氷蓄熱に用いた場合と同様に、また金属よりも軽量であって成型も容易であるため、微細な形状の管状体であっても容易に製造加工し運搬することができる。さらに、管状体と集合部とを同一材料で形成し、熱溶着によって接合したことにより、管状体と集合部の隙間を確実に封止できるうえ、高い引張強度を得ることができる。
【００８３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、蓄熱槽において冷熱を蓄熱するために用いられる熱交換器、およびこれを用いた氷蓄熱式空調システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１００  …熱交換器
１２０  …管状体
１３０  …集合部
１３０ａ  …上側集合部
１３０ｂ  …下側集合部
１４０  …接合部
１４２  …挿入孔
１４４  …流入口
１４６  …排出口
１４８  …衝突部
１５２  …第１内室
１５４  …第２内室
１５６、１５８  …リブ
１６０  …箱部
１６２  …凸部
１６４  …溝部
１６８  …パッキン
１７０  …フタ部
１８０  …フレーム
１８２  …係止部
１８４  …係合部
１８６  …補強板
１９０  …運搬用ハンドル
１９４  …供給パイプ
１９６  …排出パイプ
１９８  …氷塊
２００  …冷熱交換ユニット
ｔ  …肉厚
Φ  …直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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