(57)【要約】【課題】製造コストが低廉で、熱交換性能に優れた樹脂管とその製造方法を提供する。【解決手段】樹脂製の管体２の肉厚方向に管体２より熱伝導性の高い高熱伝導繊維３を埋設した。高熱伝導繊維３は管体２の肉厚方向である径方向に埋め込んだ。高熱伝導繊維３は管体２の周方向に所定間隔で４本埋設すると共に、管体２の長手方向に沿って所定間隔で配列した。高熱伝導繊維３は高強度ポリエチレン繊維であり、押出成形機で成形された溶融状態の管体２内にミシン針で高強度ポリエチレン繊維を縫い込み、冷却固化した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製の管体の肉厚方向に前記管体より熱伝導性の高い高熱伝導繊維を配設し、前記高熱伝導繊維は前記管体の周方向と長手方向の少なくとも一方に任意の間隔で配列されてなることを特徴とする樹脂管。
【請求項２】
前記高熱伝導繊維は前記管体の内面と外面の少なくとも一方から突出している請求項１に記載された樹脂管。
【請求項３】
前記管体の外面を高熱伝導性のフィラーを含んだ樹脂からなる被覆層で被覆した請求項１または２に記載された樹脂管。
【請求項４】
前記高熱伝導繊維は高強度ポリエチレン繊維または金属繊維である請求項１から３のいずれ１項に記載された樹脂管。
【請求項５】
押し出し成形によって樹脂製の管体を成形する工程と、
前記管体の肉厚方向に高熱伝導繊維を挿入させて前記管体の周方向と長手方向の少なくとも一方に配列させる工程と、
前記管体を冷却固化させる工程と、
を備えたことを特徴とする樹脂管の製造方法。
【請求項６】
前記管体を冷却固化させる工程の後に、前記管体の外面を高熱伝導性フィラーを充填した樹脂の被覆層で被覆する工程と、
前記被覆層を冷却固化させる工程と
を備えたことを特徴とする請求項５に記載された樹脂管の製造方法。
【請求項７】
前記管体に高熱伝導繊維を挿入させる工程の後に、前記管体と高熱伝導繊維とを密着させて隙間をなくす工程を備えてなる請求項５または６に記載された樹脂管の製造方法。
【請求項８】
前記管体の肉厚方向に高熱伝導繊維を挿入させる工程において、
前記高熱伝導繊維を前記管体の内面と外面の少なくとも一方から突出させるようにした請求項５から７のいずれか１項に記載された樹脂管の製造方法。
【請求項９】
前記管体に高熱伝導繊維を挿入させる工程の後に、前記管体から突出した高熱伝導繊維を切断するようにした請求項５から８のいずれか１項に記載された樹脂管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換に用いられる熱伝導性に優れた樹脂管とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地中熱、下水熱、工場温排水などの未利用熱資源の有効活用の必要性が高まってきている。例えば、外気温に比べて熱変動の少ない地中熱をヒートポンプ用の熱源として利用することで、消費電力を抑える方法が一般的に知られている。この装置では、地中深くに埋設されたＵ字型管などの地中熱交換器がヒートポンプと接続され、管内部に水や不凍液などを循環させることで熱の供給と排出が行われる。
【０００３】
このような地中熱交換器として、一般的には、金属管に比べて耐腐食性に優れた樹脂管が使用されている。樹脂管は、金属管と比較して、巻物として運搬可能で継手箇所が少なくてすむという利点がある。このような樹脂管として、汎用樹脂の中で比較的熱伝導率が高く、耐候性や耐クリープ性、そして成形性などに優れた高密度ポリエチレンが使用されることが多い。しかしながら、高密度ポリエチレンは熱伝導率が金属管に比べて劣るため、熱交換に広い表面積を必要とし、例えば地中熱のボアホール式の場合であれば、地中１００ｍ程度まで伸ばした埋設管の本数を増やす必要があり、高コストの原因となることが欠点であった。
【０００４】
このような欠点を解決する手段として、樹脂管として、母材樹脂に熱伝導性に優れたフィラー等を配合することが知られている。例えば、特許文献１に記載された熱交換パイプでは、母材樹脂にカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴということがある）を含有させることで熱伝導性を高め、更にＣＮＴがアンカー効果を有するため、流動体中に流出しにくいという特徴を有している。
【０００５】
また、特許文献２に記載された熱交換器では、Ｕ字形配管が樹脂よりも熱伝導率の高い物質として熱伝導性フィラ―を含み、熱伝導性フィラ―は低融点金属で結合されていることで熱伝導パス（熱伝導経路）を形成させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１９０４７１号公報
【特許文献２】特開２００８−２５６３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された熱交換パイプは、ＣＮＴが汎用フィラーに比べて非常に高価であるという問題があった。また、特許文献２に記載された熱交換器では、樹脂中に低融点金属が存在することによって母材であるマトリクス樹脂自体の劣化が懸念され、また、管内部に温水などの液体を流通させる場合に、低融点金属の流出などが懸念されるといった問題があった。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、製造コストが低廉で、熱交換性能に優れた樹脂管とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による樹脂管は、樹脂製の管体の肉厚方向に管体より熱伝導性の高い高熱伝導繊維を配設し、高熱伝導繊維は管体の周方向と長手方向の少なくとも一方に任意の間隔で配列されてなることを特徴とする。
本発明によれば、樹脂管の周方向と長手方向の少なくとも一方に任意の間隔で配列された高熱伝導繊維によって熱交換性能を向上でき、樹脂管の製造コストを低廉にできる。
【００１０】
また、高熱伝導繊維は管体の内面と外面の少なくとも一方から突出していてもよい。
樹脂管の内面と外面の少なくとも一方から高熱伝導繊維が突出することで、高熱伝導繊維の露出部分の流体等への熱伝達性能が更に向上する。
【００１１】
また、管体の外面を高熱伝導性のフィラーを含んだ樹脂からなる被覆層で被覆してもよい。
被覆層として、高熱伝導性フィラーを充填した樹脂の被覆層で被覆することで、高熱伝導繊維を管体に埋設する際に発生する間隙を被覆層によって埋めることができる上に、高熱伝導性フィラ―を樹脂に充填しているから外界との熱伝達性能を高めることができる。
【００１２】
また、高熱伝導繊維は高強度ポリエチレン繊維または金属繊維であってもよい。
高熱伝導繊維は高強度ポリエチレン繊維または金属繊維であるため、管体内に縫い込みや突き刺し等によって埋設できる上に、カーボンナノチューブ等と比較してコストが低廉である。また、フィラ―を樹脂管内に含める構成と比較して熱伝導性を高くすることができる。
【００１３】
本発明による樹脂管の製造方法は、押出成形によって樹脂製の管体を成形する工程と、管体の肉厚方向に高熱伝導繊維を挿入させて管体の周方向と長手方向の少なくとも一方に配列させる工程と、管体を冷却固化させる工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、押出成形によって樹脂製の管体を成形した溶融状態で管体の肉厚方向に高熱伝導繊維を挿入させることができる。或いは、押出成形によって樹脂製の管体を成形して冷却固化した後、再度溶融して高熱伝導繊維を挿入し、その後に再度冷却固化することもできる。
【００１４】
また、管体を冷却固化させる工程の後に、管体の外面を高熱伝導性フィラーを充填した樹脂の被覆層で被覆する工程と、被覆層を冷却固化させる工程とを備えてもよい。
高熱伝導性フィラーを充填した樹脂で被覆することにより、高熱伝導繊維を管体に埋設する際に発生する間隙を被覆層によって埋めることができる。
【００１５】
或いは、管体に高熱伝導繊維を挿入させる工程の後に、管体と高熱伝導繊維とを密着させて隙間をなくす工程を備えてもよい。
管体の母材樹脂をその溶融状態で応力を加えることで隙間を埋めることができ、具体的には管体の内外面から圧着させる手段や、管体を長手方向に押圧して圧縮する手段や、樹脂管のサイジング工程で圧縮する手段等を採用できる。或いは、管体の母材樹脂を溶融させることで高熱伝導繊維と密着させる手段を採用してもよい。
【００１６】
また、管体の肉厚方向に高熱伝導繊維を挿入させる工程において、高熱伝導繊維を管体の内面と外面の少なくとも一方から突出させるようにしてもよい。
管体の内面と外面の少なくとも一方から高熱伝導繊維が突出することで、高熱伝導繊維の露出部分の流体等への熱伝達性能が更に向上する。
【００１７】
また、管体に高熱伝導繊維を挿入させる工程の後に、管体から突出した高熱伝導繊維を切断するようにしてもよい。
樹脂管の内部に流体を搬送する場合や、樹脂管と継手や他の樹脂管等とを接合する際に高熱伝導繊維が障害になることを防止できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による樹脂管及びその製造方法によれば、管体の肉厚方向に高熱伝導繊維を含み、高熱伝導繊維は管体の少なくとも周方向または長手方向に配列されているため、熱交換性能に優れた樹脂管が低コストで得られる。しかも、高熱伝導繊維は管体の肉厚方向に埋設されるため、樹脂管の内部に温水などの流体を流通させても流出したり配向のずれ等を生じるおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態による熱交換用の樹脂管の要部斜視図である。
【図２】図１に示す樹脂管における（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】第一実施形態による樹脂管の製造装置を示す要部説明図である。
【図４】（ａ）は、図３の製造装置における管体と専用ミシンのミシン針とを示す図、（ｂ）は管体への高熱伝導繊維の縫い込み工程を示す図、（ｃ）は管体からはみ出た高熱伝導繊維の切断工程を示す図である。
【図５】本発明の第二実施形態による熱交換用の樹脂管を示すもので，（ａ）は管体の長手方向に直交する断面図、（ｂ）は長手方向に沿った縦断面図である。
【図６】第二実施形態による樹脂管の製造装置を示す要部説明図である。
【図７】第三実施形態による樹脂管の製造装置を示す要部説明図である。
【図８】第四実施形態による樹脂管の製造装置を示す要部説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態による熱交換用の樹脂管とその製造方法について添付図面により説明する。
図１〜図４は本発明の第一実施形態による熱交換性能に優れた樹脂管とその製造方法を示すものである。
図１及び図２に示す第一実施形態による樹脂管１は、例えば熱交換器として使用される筒状の管体２を有する配管であり、樹脂製で所定の肉厚を有する。なお、筒状の管体２の内側の面を内面といい、外側の面を外面というものとする。管体２はその長手方向に直交する断面視で、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、その周方向に所定間隔を開けて複数、例えば９０度間隔で４本の高熱伝導繊維３が径方向、即ち肉厚方向に配設されている。しかも、各高熱伝導繊維３は図１及び図２（ｂ）に示すように管体２の長手方向に沿って所定間隔で直線状に複数本配列されている。
【００２１】
ここで、樹脂管１の母材となる樹脂は特に限定されないが、例えば、高密度ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテレフタラート、塩化ビニル等が好適に用いられる。中でもコスト、成形性、熱伝導性に優れる高密度ポリエチレン、架橋ポリエチレンが好ましい。また、管体２の母材樹脂の熱伝導性を改善する目的で、金属、ガラス、カーボンなどの素材の繊維や微粒子を複合させたものを用いてもよい。
また、高熱伝導繊維３として例えば高強度ポリエチレン繊維３ａを用いた場合には、母材樹脂として同じ分子構造からなる高密度ポリエチレンを用いることが接着性の観点から好ましい。
【００２２】
高熱伝導繊維３は管体２の樹脂より熱伝導性の高い線状体に形成されている。高熱伝導繊維３として高強度ポリエチレン繊維３ａを用いた場合、超高分子量ポリエチレンを延伸により配向させるなどして、熱散乱点となりうる高分子中のミクロレベルの欠陥、例えば分子末端、分子鎖のもつれ、分子鎖の折りたたみなどが少ないものであれば、特に限定されない。熱伝導性の観点からは高分子鎖数本からなるポリエチレンナノファイバーが最も好ましいが、連続生産性、ハンドリングが悪いことから、実用的には、高強度ポリエチレン繊維３ａ、例えば東洋紡株式会社製ダイニーマ(登録商標)が好適に使用できる。
母材中の高強度ポリエチレン繊維３ａの体積含有率は特に限定されないが、０．１％以上５０％以下とするのが、熱伝導率の向上、縫い込み工程の複雑化、樹脂管１の強度維持を考慮すると実用的な範囲と考えられる。
【００２３】
また、高熱伝導繊維３として金属繊維を用いた場合、金属繊維として、鉄、ステンレス、銅、銀、アルミニウムなどの繊維が挙げられ、特に限定されないが、中でもコスト、耐腐食性に優れたステンレス繊維やアルミニウム繊維が好ましい。
【００２４】
なお、外界との熱伝達性能をさらに高めるため、管体２の表層に金属やカーボンの層を設けてもよい。管体２を多層に形成する方法として、従来公知の共押出方法の他、成形後の管体２に対して、メッキ、スパッタ、アークイオンプレーティングなどの物理蒸着法、熱やプラズマを利用する化学蒸着法も利用可能である。特に、熱伝導性を高めるためにダイヤモンドライクカーボン薄膜を形成させることが好ましい。  
また、同じ目的のため、管体２の内外層にフィン形状を有していても良い。
【００２５】
本第一実施形態による樹脂管１の製造方法としては、図３及び図４に示す製造装置５を用いるものとし、押出成形により管状の樹脂成形体を管体２として吐出させ、その後、連続的に高熱伝導繊維３を管体２の肉厚方向に貫通するように多数縫い込む工程を含む。その方法として、例えば高熱伝導繊維３が高強度ポリエチレン繊維３ａの場合には、ミシンの様に高熱伝導繊維３が針穴に通されたミシン針７の上下運動を利用して管体２の肉厚に縫い込む縫い込み装置としての専用ミシン８や、ドリルやレーザーなどにより管体２に穿孔し、その穴に対し、針や吸気により繊維を通す方法が挙げられる。
【００２６】
一方、高熱伝導繊維３が金属繊維である場合には、その強度と剛性が有効に利用できるため、高熱伝導繊維３をそのまま溶融した樹脂に対して突き刺して貫入させる方法が最も容易である。繊維外径が細く、強度に劣る場合には、上述した高強度ポリエチレン繊維３ａと同じように、専用ミシン８のように管体２内にミシン針７で縫い込む方法や、管体２に穿孔した穴に高熱伝導繊維３を挿入する方法を用いることができる。
高熱伝導繊維３を縫い込む方法は、吐出される溶融状態の管体２からなる樹脂に対して、もしくはその後冷却固化したもの、もしくは冷却固化後に再度樹脂を適度な溶融状態にさせた管体２の何れに対して行っても良い。
【００２７】
次に、本発明の第一実施態様による樹脂管１の製造方法について図３及び図４により説明するが、本発明は下記の製造方法に限定されるものではない。
第一実施形態による樹脂管１の製造装置５を図３及び図４により具体的に説明する。この製造装置５は、樹脂製の管体２を押し出し成形する押出成形機６と、ロール状の高熱伝導繊維３を繰り出して針穴に通したミシン針７を突出させて高熱伝導繊維３を管体２内に縫い込む専用ミシン８とを備えている。そして、更に、専用ミシン８の前方には樹脂管１の外径をダウンサイジングするための連続的にテーパーを有するサイジングダイ９と、外径寸法を調整された樹脂管１を冷却する冷却水槽１０とを備えている。
【００２８】
この製造装置５を用いた第一実施形態による樹脂管１の製造方法を図３及び図４によって説明する。
初めに母材となる樹脂として例えば高密度ポリエチレンを用い、押出成形機６において例えば外径φ３２.５ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの管体２を成形して吐出させる。そして、専用ミシン８によって、例えば外径約０．５ｍｍの連続する高強度ポリエチレン繊維３ａからなる高熱伝導繊維３を管体２の長手方向に所定間隔で埋め込んだ。
高熱伝導繊維３の埋め込み間隔は、図２（ａ）に示すように管体２の長手方向に直交する断面でリング状の肉厚面において９０度間隔に径方向に埋め込み、しかも、図１及び図２（ｂ）に示すように、管体２の長手方向にも例えば約１０ｍｍ間隔で埋め込んだ。換言すると、管体２の長手方向に直交する断面の中心線を通って互いに直交する２平面が管体２の内面及び外面と交わる４直線に沿って、即ち４列に高熱伝導繊維３が埋め込まれている。
【００２９】
専用ミシン８による高熱伝導繊維３の埋め込み工程を図４によって説明すると、図４（ａ）に示すように、押出成形機６で形成された管体２はＩＲ加熱により非接触で約１３０℃まで加熱され、この管体２に対して、ミシン針７の針穴に連続する高熱伝導繊維３を通した状態で、図４（ｂ）に示すように、管体２を送り出しながらミシン針７を管体２の外面から内面に径方向に貫通させて、高熱伝導繊維３を管体２内に長手方向に沿って例えば１０ｍｍ間隔で縫い込む。そして、図４（ｃ）に示すように、管体２の長手方向に沿って内面と外面から突出した複数の高熱伝導繊維３がカッタ１２でそれぞれ切断される。この作業を管体２の周方向の例えば４箇所で繰り返して行う。
【００３０】
その後、得られた樹脂管１を外径がφ３２ｍｍとなるようなテーパーを有したサイジングダイ９で縮径加工させる。その後、サイジングダイ９に連結された冷却水槽１０を通すことで冷却させることにより、高熱伝導の樹脂管１を得られる。
こうして、樹脂製の管体２の肉厚方向に高熱伝導繊維３として高強度ポリエチレン繊維３ａを周方向に４列配列させ且つ管体２の長手方向に沿って所定間隔で配列させたポリエチレン管としての樹脂管１を製造した。
【００３１】
また、この製造装置５では、高熱伝導繊維３を管体２内にミシン針７で縫い込む際に間隙が発生するが、この間隙が無くなるように、樹脂管１の母材樹脂を溶融させて応力を印加することによりミシン針７の間隙を埋める工程を設けている。具体的には、例えば樹脂管１の内外面の両面からプレスする方法や、管体２の端面を長手方向に部分的に押圧して圧縮する方法や、予め管体２を製品としての樹脂管１の外径より少し大きく作製しておき、サイジングダイ９によるサイジング工程で所要の製品外径まで圧縮する方法等が挙げられる。
【００３２】
縫い込み工程における雰囲気温度として、管体２の母材樹脂が溶融する温度以上とすることが好ましく、特に、高熱伝導繊維３として高強度ポリエチレン繊維３ａを用いる場合には、融点付近である１５０℃以下程度であることが望ましい。雰囲気温度が母材樹脂の溶融温度以上でないと母材樹脂が流動しないため間隙を塞ぐことができず、他方、高熱伝導繊維３の融点以上であると管体２内に配列した高熱伝導繊維３の配向状態が崩れ、均一な高熱伝導性が維持されないため、上述した範囲の温度領域で縫い込み工程を取り扱うことが必要である。なお、金属繊維の場合はこの限りではない。
【００３３】
高熱伝導繊維３として高強度ポリエチレン繊維３ａに代えて金属繊維を用いた場合、金属繊維と管体２の母材樹脂の接着性を改善するために、例えば管体２の表面に接着剤層を介在させても良い。或いは、金属繊維への誘導加熱により部分的に母材樹脂を溶融させることで金属繊維と母材樹脂との接着性を向上させても良い。
【００３４】
また、縫い込み工程において、管体２の内外面から突き出した高熱伝導繊維３は図４（ｃ）に示すように適当な長さでカッタ１２によって切断してもよい。高熱伝導繊維３の切断箇所については特に限定されないが、熱伝達性能を改善する目的では、管体２の内外面から例えば５ｍｍ程度の長さだけ突出させた方が好ましい。しかしながら、管体２内部の流体の搬送機能を優先する場合や、樹脂管１と継手との接合の際に障害となる場合などには、高熱伝導繊維３が管体２の内外面からはみ出す部分がないようにカッタ１２等で切断しても良い。
【００３５】
上述のように本第一実施形態による樹脂管１とその製造方法によれば、管体２の肉厚方向に高熱伝導繊維３を縫い込み等で埋め込み、しかも、高熱伝導繊維３を管体２の周方向と長手方向に所定間隔でそれぞれ埋設して配列したため、均一な高熱伝導性が得られると共に、熱交換性能に優れた樹脂管１が低コストで得られる。しかも、高熱伝導繊維３は管体２の肉厚を径方向に貫通して埋設されているため、樹脂管１の内部に温水などの液体を流通させる場合でも流出したり配向のずれ等を生じるおそれがない。
【００３６】
なお、本発明は上述の第一実施形態による樹脂管１に限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の他の実施形態や変形例について説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部品や部材等には同一の符号を用いて説明を行う。
【００３７】
次に、本発明の第二実施形態による樹脂管１５とその製造方法について図５及び図６により説明する。
本第二実施形態による樹脂管１５は、上述した第一実施形態による管体２の長手方向に所定間隔で高熱伝導繊維３を埋設した樹脂管１の構成に加え、その外周面に被覆層１６を被覆形成した二重管である。被覆層１６は高熱伝導性フィラーを充填した樹脂からなる例えば薄層である。
【００３８】
ここで、被覆層１６の樹脂は特に限定されるものではないが、密着性の観点から管体２の母材樹脂と同じものであることが好ましく、母材樹脂と同じ理由で高密度ポリエチレンとするのが好ましい。
また、充填する高熱伝導性フィラーは特に限定されず、例えばカーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、シリカを始め、銀、銅、アルミなどの微粒子が挙げられる。但し、管体２にミシン針７で形成された間隙を埋めるといった観点から、マクロな繊維状のものは避けるべきである。例えばカーボンブラックが好適な例として挙げられる。高熱伝導性フィラーは母材より熱伝導性が高い素材が好ましい。
【００３９】
次に本第二実施形態による樹脂管１５の製造装置１８が図６に開示されており、この製造装置１８は第一実施形態による製造装置５と同様に、押出成形機６と、専用ミシン８と、ロール状の高熱伝導繊維３と、冷却水槽１０とを備えている。そして、冷却水槽１０の管体搬送方向前方側には、樹脂管１の外周面に被覆層１６を形成する被覆金型２０が設置され、その前方には樹脂管１５の冷却水槽２２が設置されている。
また、被覆金型２０の近傍には、被覆層１６を形成するための溶融樹脂を供給する押出成形機２１が設置されている。押出成形機２１は、管体２の母材樹脂と同じ高密度ポリエチレンに予めカーボンブラックを３重量部配合したペレット原料の供給を受けて、溶融して被覆金型２０に押し出して樹脂管１の外周に被覆層１６を被覆形成する。
【００４０】
本第二実施形態による製造装置１８は上述の構成を備えており、次にこの製造装置１８を用いた二重管の樹脂管１５の製造方法を説明する。
樹脂管１５の製造方法によれば、第一実施形態と同様に押出成形機６で成形した管体２に専用ミシン８で高熱伝導繊維３を縫い込み、冷却水槽１０で冷却固化し、例えば外径φ３０ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの樹脂管１を得て、被覆金型２０内に装着した。一方、被覆用の押出成形機２１では、母材樹脂と同じ高密度ポリエチレンに予めカーボンブラックを３重量部配合したペレット原料を溶融し、この被覆用樹脂を被覆金型２０内に充填して樹脂管１の外周面を被覆して、被覆層１６を形成した樹脂管１５の二重管を得た。そして、この二重管を冷却水槽２２で冷却固化することにより、例えば外径φ３２ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの高熱伝導性の樹脂管１５を製造した。
【００４１】
本第二実施形態による二重管の樹脂管１５では、樹脂管１において高熱伝導繊維３を管体２にミシン針７で縫い込む際に生じる間隙を被覆層１６によって埋めることができる。
【００４２】
次に第三実施形態による樹脂管２４は、第一実施形態における樹脂管１において管体２に埋設した高熱伝導繊維３として、高強度ポリエチレン繊維３ａに代えて、アルミニウム線材３ｂを肉厚方向に整列して配列させたものである。
高熱伝導繊維３としてのアルミニウム線材３ｂは、ミシン針７による縫い込みに代えて、管体２の外面から内面に向けて径方向に突き刺すことで管体２の肉厚内に埋め込んだ。アルミニウム線材３ｂの埋設間隔は第一実施形態による高強度ポリエチレン繊維３ａの高熱伝導繊維３と同一とした。アルミニウム線材３ｂは、比較的高強度であって溶融状態の管体２に突き刺し可能とされている。
【００４３】
次に、図７は第三実施形態による樹脂管２４を製造する製造装置２５を示すものである。
図７に示す製造装置２５において、押出成形機６の前方側にロールから繰り出された高熱伝導繊維３としてのアルミニウム線材３ｂを管体２の外面から内面に突き刺す金属線埋め込み手段２６が設けられ、更にその前方にアルミニウム線材３ｂを加熱する誘導加熱装置２７と、冷却水槽１０とが設置されている。
【００４４】
次に、この製造装置２５を用いた第三実施形態による樹脂管２４の製造方法について説明すると、母材樹脂として例えば高密度ポリエチレンを用い、押出成形機６で例えば外径φ３０ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの管体２を成形して吐出させる。その後、金属線埋め込み手段２６によって、高熱伝導繊維３として例えば外径約φ１ｍｍのアルミニウム線材３ｂを管体２に突き刺して肉厚の長さまたは若干それより長い長さに切断する。
そして、管体２の長手方向にアルミニウム線材３ｂを所定間隔、例えば１０ｍｍ間隔で埋設すると共に、管体２の周方向にも間隔を開けて複数本、例えば９０度間隔で４本埋設する。これにより、管体２の中心軸線を通って互いに直交する２平面が管体２の内面及び外面と交わる４直線に沿って、アルミニウム線材３ｂを埋め込んで配列させた。
【００４５】
製造装置２５の金属線埋め込み手段２６において、管体２はＩＲ加熱により非接触で約１３０℃まで加熱され、管体２の外面にアルミニウム線材３ｂを突き刺す工程と、管体２の内外面に沿って突出したアルミニウム線材３ｂを切断・研磨する工程とが繰り返し行われる。
その後、連続的に、誘導加熱装置２７によりアルミニウム線材３ｂを１５０℃程度まで加熱することで管体２の母材樹脂に融着させて間隙を埋め、さらに、冷却水槽１０により固化させて目的の高熱伝導性の樹脂管２４を得た。
【００４６】
次に第四実施形態による樹脂管３０は、上述した第二実施形態による二重管の樹脂管１５と同様な構成を有しており、高熱伝導繊維３として高強度ポリエチレン繊維３ａに代えて金属繊維であるアルミニウム線材３ｂを用いて肉厚方向に突き刺して埋設した二重管である。管体２内に埋設したアルミニウム線材３ｂの配列構成は、高強度ポリエチレン繊維３ａの配列構成と同様である。
【００４７】
次に本第四実施形態による樹脂管３０の製造装置３３を図８により説明する。
この製造装置３３は第二実施形態による製造装置１８と同様の構成を備えており、押出成形機６と、金属埋め込み手段２６と、ロール状の高熱伝導繊維３であるアルミニウム線材３ｂと、冷却水槽１０とを備えている。そして、冷却水槽１０の管体搬送方向前方側には、樹脂管２４の外周面に被覆層１６を形成する被覆金型２０が設置され、更にその前方に冷却水槽２２が設置されている。また、被覆金型２０の近傍には、被覆層１６を形成するための樹脂を供給する押出成形機２１が設置されている。押出成形機２１は、管体２の母材樹脂と同じ高密度ポリエチレンに予めカーボンブラックを３重量部配合したペレット原料の供給を受けて溶融して被覆金型２０に押し出して被覆層１６を形成する。
【００４８】
次に、この製造装置３３を用いた第四実施形態による樹脂管３０の製造方法について説明すると、図８に示すように、第三実施形態と同様に、押出成形機６および金属線埋め込み手段２６により、成形された管体２の肉厚方向にアルミニウム線材３ｂを突き刺して整列して埋め込ませ、冷却水槽１０によって固化させ、例えば外径φ３０ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの樹脂管２４を得た。その後、母材樹脂と同じ高密度ポリエチレンに予めカーボンブラックを３重量部配合したペレット原料を被覆用の押出成形機２１で溶融させて被覆金型２０に供給し、樹脂管２４の外周面を被覆層１６で被覆して二重管を得た。そして、この二重管を冷却水槽２２で固化して、例えば外径φ３２ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの高熱伝導の樹脂管３０を製造した。
【００４９】
上述のように各製造装置５，１８，２５，３３を用いた製造方法で製造した樹脂管１、１５、２４、３０は各管体２の肉厚断面方向に配列させた高熱伝導繊維３によって、樹脂管１、１５、２４、３０の径方向と長手方向にそれぞれ熱伝導パス(熱伝導経路)を構成するため、通常の高密度ポリエチレン管（例えば、外径φ３２ｍｍ、肉厚３．５ｍｍのもの）と比較し、その熱伝導寄与分に応じた優れた熱伝導性を発現する。また、高熱伝導繊維３が管体２の内外面から突き出ている場合であって、且つ管体２の内外面に流体が存在する場合には、一層の熱伝達性の向上が期待される。
【００５０】
なお、上述した各実施形態では、樹脂製の管体２の外面から内面に高熱伝導繊維３をミシン針７で縫い込むか、高熱伝導繊維３を管体２の樹脂に突き刺すことで埋設するようにしたが、高熱伝導繊維３の管体２への埋設手段はこれらの手段に限定されるものではなく、適宜の手段を採用できる。例えば、冷却固化した管体２にドリル等で穴を開けて高熱伝導繊維３を挿入するようにしてもよい。
【００５１】
また、上述した各実施形態による熱交換性能に優れた樹脂管１、１５、２４、３０は、管体２の肉厚方向に高熱伝導繊維３を挿入させて管体２の周方向と長手方向の双方に配列させるようにしたが、少なくともいずれか一方に配列されていればよい。例えば、高熱伝導繊維３が管体２の周方向に配列されている場合、管体２の長手方向においては、周方向にずれた位置に順次設けられていてもよい。また、高熱伝導繊維３が管体２の長手方向に配列されている場合、各列の高熱伝導繊維３を長手方向に不等間隔に配列させることで周方向には管体２の長手方向に直交する同一断面内に配列されていない構成であってもよい。
或いは、管体２の内外面において周方向と長手方向にランダムに、または互いに等間隔に位置するように高熱伝導繊維３を配列してもよい。これらの場合でも、従来の樹脂管よりも熱交換性能を向上させることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明による樹脂管は、管体の径方向と長手方向に任意の間隔で高熱伝導繊維を埋設して配列した構成であるため、低コストでありながら熱伝導性が高く、地中熱や下水熱などの熱源と効率良く熱交換を行える熱交換性能に優れた樹脂管として利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１、１５，２３、３０  樹脂管
２  管体
３  高熱伝導繊維
３ａ  高強度ポリエチレン繊維
３ｂ  アルミニウム線材
５、１８、２５、３３  製造装置
６、２１  押出成形機
７  ミシン針
８  専用ミシン
９  サイジングダイ
１０、２２  冷却水槽
１６  被覆層
２６  金属埋め込み手段
２７  誘導加熱装置
【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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【図８】
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