特許 6808220 熱交換システム及びその施工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6808220

(24)【登録日】2020年12月11日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】熱交換システム及びその施工方法

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/10 20060101AFI20201221BHJP

   F28F 9/013 20060101ALI20201221BHJP

   F25B 30/06 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   F28D7/10 Z

   F28F9/013 A

   F25B30/06 Z

【請求項の数】11

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-198962(P2016-198962)

(22)【出願日】2016年10月7日

(65)【公開番号】特開2018-59688(P2018-59688A)

(43)【公開日】2018年4月12日

【審査請求日】2019年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】595053777

【氏名又は名称】吉佳エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100354

【弁理士】

【氏名又は名称】江藤 聡明

(72)【発明者】

【氏名】大岡 伸吉

(72)【発明者】

【氏名】喜多島 恒

(72)【発明者】

【氏名】張 満良

【審査官】 吉澤 伸幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１００９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２１８９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２１８９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５７２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１５１００５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ７／１０

Ｆ２５Ｂ ３０／０６

Ｆ２８Ｆ ９／０１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱交換用チューブを流れる熱交換媒体と地中に埋設された既設管を流れる流体との間で熱交換を行う熱交換システムにおいて、
前記既設管内において管軸方向に延在し、並列し且つ互いに固定された複数の熱交換用チューブからなる熱交換用チューブの束と、
前記管軸方向に間隔を空けて配置され、当該配置箇所にて前記熱交換用チューブの束を前記既設管の内壁に固定する複数の固定部材と、
前記熱交換用チューブの束よりも高い剛性を有し、前記管軸方向に隣り合う前記固定部材の間のそれぞれにて前記熱交換用チューブの束の一部が露出するように前記熱交換用チューブの束の前記管軸方向に延びる両側部に配置され、前記管軸方向に長く延びて前記両側部を前記既設管に固定する複数のサポート材と、を備えたことを特徴とする熱交換システム。

【請求項2】

前記固定部材は、前記熱交換用チューブの束に対し常時押圧力を付与することを特徴とする請求項１に記載の熱交換システム。

【請求項3】

前記サポート材は、長手方向の両端部が前記固定部材により前記既設管に固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換システム。

【請求項4】

前記サポート材は、前記熱交換用チューブの束の前記両側部に対を成して配設され、断面略円弧状の前記熱交換用チューブの束の側面と内周面の一部とを覆う断面略Ｌ字状の板材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換システム。

【請求項5】

前記サポート材は、前記熱交換用チューブの束の前記両側部に対を成して配設され、前記熱交換用チューブの束の側部を覆う断面略コ字状の板材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換システム。

【請求項6】

前記固定部材は環状であって、拡径されることにより前記既設管の内壁に固定されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換システム。

【請求項7】

前記固定部材は、前記既設管の内周に沿う断面略円弧状の板材で構成され、拡径されて前記既設管の内壁面に押し付けられた状態で固定されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換システム。

【請求項8】

前記固定部材は、前記既設管よりも曲率半径の大きい略円弧状の板バネで構成され、曲率半径が小さくなるように前記既設管の内壁面に押し付けられた状態で固定されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換システム。

【請求項9】

請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換システムの施工方法であって、
前記既設管内に可撓性を有する前記熱交換用チューブの束を導入する導入工程と、
前記導入工程の後に、前記複数のサポート材を前記熱交換用チューブの束に取り付ける取付工程と、
前記固定部材により前記熱交換用チューブの束を前記既設管の内壁に固定する固定工程と、
を含むことを特徴とする熱交換システムの施工方法。

【請求項10】

前記固定工程において、前記固定部材により前記熱交換用チューブの束及び前記サポート材を前記既設管の内壁に固定することを特徴とする請求項９に記載の熱交換システムの施工方法。

【請求項11】

前記取付工程において、前記サポート材は、接着剤により前記熱交換用チューブの束の表面に取り付けられることを特徴とする請求項９又は１０に記載の熱交換システムの施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換システム及びその施工方法に関し、特に地中に埋設された既設管に適用される熱交換システム及びその施工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地中に埋設された既設管（例えば、下水管、上水道管、農業用水路管、工業用水路管等）を流れる流体は、外気温度に対して季節変動が少ないことから、近年、この流体と地上の流体（例えば、外気温度に近い温度の水等）との温度差を利用して熱交換を行い、熱エネルギーを利用する熱交換システムが知られている。このような熱交換システムは、既設管内に配設された複数の熱交換用チューブを備えており、該熱交換用チューブ内に熱交換媒体を流通させて、熱交換媒体と既設管を流れる流体との間で熱交換を行う。

【0003】

例えば、特許文献１には、下水管を整備するためのマンホールから下水管内に導入された複数の熱交換用チューブを複数の固定部材を用いて下水管の内壁に押し付けて固定した熱交換システムが記載されている。複数の固定部材は、下水管の管軸方向に間隔をあけて設けられる。隣り合う固定部材の間において、熱交換用チューブは露出した状態になっている。

【0004】

また、特許文献２には、複数の熱交換用チューブを複数の固定部材を用いて下水管の内壁に押し付けて固定した熱交換システムが記載されている。複数の熱交換用チューブは、下水管内に導入された後、該熱交換用チューブよりも剛性の高い拘束部材により、下水管内で管軸方向に直線状に延びる複数の熱交換用チューブの束として纏められる。拘束部材は、複数のリブを有し、複数の熱交換用チューブは、拘束部材のリブの間に挟み込まれることで各熱交換用チューブが分離可能に拘束される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−２４２１０７号公報

【特許文献2】特開２０１５−２１８９８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１及び２に記載の熱交換システムでは、熱交換用チューブが露出された状態となっているため、下水と熱交換媒体との間の熱伝導率が向上し、高い熱交換率を得ることができる。

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載の熱交換システムでは、管軸方向に離間して配置された固定部材の間において、管周方向に隣り合う熱交換用チューブどうしが非固定状態であるため、隣り合う熱交換用チューブの間から熱交換用チューブと下水管との間に砂や塵等の異物が入り込みやすく、入り込んだ異物が堆積すると、下水管内の抵抗が増加し、下水や雨水の排出機能が阻害されてしまうという問題があった。

【0008】

一方、特許文献２に記載の熱交換システムでは、拘束部材により隣り合う熱交換用チューブの間から異物が入り込むのを抑制することができる。

【0009】

しかしながら、拘束部材は熱交換用チューブよりも剛性が高く、地上で熱交換用チューブに取り付けた状態で下水管内に導入させることができない。従って、下水管の内部で、複数の熱交換用チューブを１本ずつ拘束部材のリブの間に挟み込んで束状にする必要があり、下水管内の施工時間が増大して工費が増加してしまうという問題がある。

【0010】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、地中に埋設された既設管に適用される熱交換システムにおいて、高い熱交換率を得ることができ、既設管内に塵等の異物が堆積するのを防止可能であって、施工時間を短縮できる熱交換システム及びその施工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】

【0011】

上記目的を達成するために、請求項１に記載の熱交換システムは、熱交換用チューブを流れる熱交換媒体と地中に埋設された既設管を流れる流体との間で熱交換を行う熱交換システムにおいて、前記既設管内において管軸方向に延在し、並列し且つ互いに固定された複数の熱交換用チューブからなる熱交換用チューブの束と、前記管軸方向に間隔を空けて配置され、当該配置箇所にて前記熱交換用チューブの束を前記既設管の内壁に固定する複数の固定部材と、前記熱交換用チューブの束よりも高い剛性を有し、前記管軸方向に隣り合う前記固定部材の間のそれぞれにて前記熱交換用チューブの束の一部が露出するように前記熱交換用チューブの束の前記管軸方向に延びる両側部に配置され、前記管軸方向に長く延びて前記両側部を前記既設管に固定する複数のサポート材と、を備えたことを特徴とする。

【0012】

この構成によれば、熱交換媒体の流通路が、並列し且つ互いに固定された複数の熱交換用チューブからなる熱交換用チューブの束によって構成されているので、並列する熱交換用チューブの間から熱交換用チューブと下水管との間に砂や塵等の異物が入り込んで堆積するのを防止することができる。また、このような熱交換用チューブの束は、地上において比較的容易に形成することができるので、既設管内で拘束部材を用いて複数の熱交換用チューブを１本ずつ拘束するものに比して既設管内の施工時間を短縮することができる。
また、この構成によれば、サポート材により、隣り合う固定部材の間において、熱交換用チューブの束が既設管を流れる流体により浮き上がることを的確に防止することができる。これにより、浮き上がった熱交換用チューブと既設管との間に異物が堆積するのを的確に防止することができる。また、サポート材は熱交換用チューブの束の一部のみを覆うように配置されるので、熱交換用チューブの束の露出状態が確保され、高い熱交換率を得ることができる。また、この構成によれば、熱交換用チューブの束の浮き上がりを防止することができるとともに、熱交換用チューブの束の両側部から異物が入り込むのを防止することができる。

【0013】

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換システムにおいて、前記固定部材は、前記熱交換用チューブの束に対し常時押圧力を付与することを特徴とする。

【0014】

この構成によれば、熱交換用チューブの束に常時押圧力が作用しているので既設管に対する固定が安定する。

【0019】

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の熱交換システムにおいて、前記サポート材は、長手方向の両端部が前記固定部材により前記既設管に固定されることを特徴とする。

【0020】

この構成によれば、固定部材によって熱交換用チューブの束とともにサポート材を既設管に固定することができるので、施工が容易である。

【0021】

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換システムにおいて、前記サポート材は、前記熱交換用チューブの束の前記両側部に対を成して配設され、断面略円弧状の前記熱交換用チューブの束の側面と内周面の一部とを覆う断面略Ｌ字状の板材であることを特徴とする。

【0022】

この構成によれば、熱交換用チューブの束の両側部において、熱交換用チューブの束の内周面がサポート材により覆われることで、熱交換用チューブの束の浮き上がりが防止される。また、サポート材により、熱交換用チューブの束の両側部から熱交換用チューブの束の底面に砂や塵が入り込むのを防止することができる。

【0023】

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換システムにおいて、前記サポート材は、前記熱交換用チューブの束の前記両側部に対を成して配設され、前記熱交換用チューブの束の側部を覆う断面略コ字状の板材であることを特徴とする。

【0024】

この構成によれば、サポート材により熱交換用チューブの束の浮き上がりを防止し、熱交換用チューブの束の両側部から砂や塵が入り込むのを防止することができる。また、熱交換用チューブの束の側部がサポート材により断面コ字状に覆われることで、熱交換用チューブの束の補剛効果が高まり、浮き上がりをより確実に防止することができる。

【0025】

また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換システムにおいて、前記固定部材は環状であって、拡径されることにより前記既設管の内壁に固定されたことを特徴とする。

【0026】

この構成によれば、既設管内を流れる流体により固定部材に位置ずれが生じるのを防いで、固定部材を確実に既設管の内壁に固定することができる。

【0027】

また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換システムにおいて、前記固定部材は、前記既設管の内周に沿う断面略円弧状の板材で構成され、拡径されて前記既設管の内壁面に押し付けられた状態で固定されたことを特徴とする。

【0028】

この構成によれば、固定部材を確実に既設管の内壁に固定することができるとともに、環状のものに比して固定部材を小型化することができるので、資材コストや施工コストを低減することができる。

【0029】

また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換システムにおいて、前記固定部材は、前記既設管よりも曲率半径の大きい略円弧状の板バネで構成され、曲率半径が小さくなるように前記既設管の内壁面に押し付けられた状態で固定されたことを特徴とする。

【0030】

この構成によれば、固定部材として比較的安価な板バネを用いて、容易に熱交換用チューブの束を固定することができるので、資材コストや施工コストを低減することができる。

【0031】

また、請求項９に記載の熱交換システムの施工方法は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換システムの施工方法であって、前記既設管内に可撓性を有する前記熱交換用チューブの束を導入する導入工程と、前記導入工程の後に、前記複数のサポート材を前記熱交換用チューブの束に取り付ける取付工程と、前記固定部材により前記熱交換用チューブの束を前記既設管の内壁に固定する固定工程と、を含むことを特徴とする。

【0032】

この構成によれば、並列し且つ互いに固定された複数の熱交換用チューブの束を既設管内に導入するので、既設管内で複数の熱交換用チューブを１本ずつ拘束して束状にする必要がなく、既設管内の施工時間を短縮することができる。
また、この構成によれば、可撓性を有する熱交換用チューブの束と、これよりも剛性が高く、長さが短いサポート材とを分離した状態で既設管内に導入できるので、導入作業が容易である。

【0033】

また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の熱交換システムの施工方法において、前記固定工程において、前記固定部材により前記熱交換用チューブの束及び前記サポート材を前記既設管の内壁に固定することを特徴とする。

【0034】

この構成によれば、固定部材によりサポート材と熱交換用チューブの束との両方を同時に既設管の内壁に固定することができるので、施工が容易である。

【0035】

また、請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の熱交換システムの施工方法において、前記取付工程において、複数のサポート材は、接着剤により熱交換用チューブの束の表面に取り付けられることを特徴とする。

【0036】

この構成によれば、サポート材を簡易且つ確実に熱交換用チューブの束に取り付けることができる。

【発明の効果】

【0037】

本発明に係る熱交換システム及びその施工方法によれば、施工時間を短縮でき、高い熱交換率を得ることができるとともに、熱交換用チューブと既設管との間に塵等の異物が堆積するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の第１実施形態である熱交換システムを模式的に示す縦断面図。

【図2】（ａ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。（ｂ）は、図２（ａ）のｂで囲む領域の拡大断面図。

【図3】（ａ）は、熱交換用チューブマットを管周方向に展開した模式図。（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線断面図。（ｃ）は、継手部材の斜視図。

【図4】サポート材を示す斜視図。

【図5】スリーブ構成部材の連結、固定構造を説明する図であって、図２（ａ）のＶで囲む領域を下水管の内側から視た状態を示す図。

【図6】熱交換システムの施工手順を示す縦断面図。

【図7】サポート材の取付工程を示す斜視図。

【図8】本発明の第２実施形態である熱交換システムを示す図２（ａ）と同様の断面図。

【図9】熱交換用チューブマットの変形例を示す平面図。

【図10】サポート材の変形例を示す斜視図。

【図11】(ａ)は、固定部材の変更例を示す図２（ａ）と同様の断面図。（ｂ）は、 図１１(ａ)のｂで囲む部位の変形例を示す拡大断面図。

【図12】固定部材の他の変更例を示す図２（ａ）と同様の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0039】

（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である熱交換システム１０を模式的に示す縦断面図であり、図２（ａ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。熱交換システム１０は、地中に埋設された既設管である下水管７０に設置される。下水管７０は、２つのマンホール７２，７４の間に配設されており、この２つのマンホール７２，７４を連通している。熱交換システム１０は、熱交換用チューブマット（熱交換用チューブの束）２０と、複数のサポート材３０、３０’と、複数の固定部材４０と、ヒートポンプユニット５０とを備える。

【0040】

図３に示すように、熱交換用チューブマット２０は、例えばＰＰ樹脂、ＰＢＴ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＥ樹脂やゴム材料等により形成された、複数の熱交換用チューブ２１，２１’から構成される。具体的には、熱交換用チューブマット２０は、熱交換用媒体の往路を構成する熱交換用チューブ２１−１〜２１−１０と、継手部材２５を介して熱交換媒体の復路を構成する熱交換用チューブ２１−１’〜２１−１０’とを有する。各熱交換用チューブ２１−１〜２１−１０，２１−１’〜２１−１０’は並列に配置され、熱交換用チューブマット２０は全体として可撓性を有する厚みのある長尺平板状である。

【0041】

なお、図示例では、熱交換媒体の往路及び復路をそれぞれ１０本の熱交換用チューブ２１により形成しているが、本数はこれに限られず、往路及び復路のそれぞれが１本以上、すなわち、往路及び復路を合わせて２本以上の熱交換用チューブ２１によって構成されていればよい。また、図示例では熱交換用チューブ２１の断面が円形のものを示しているが、断面形状はこれに限られず、楕円形、多角形など、熱交換用媒体を流通させることができる形状であればよい。

【0042】

熱交換用チューブ２１内を流れる熱交換媒体は、特に限定されないが、例えば、水、或いは水とアルコール又はエチレングリコールの混合物（不凍液）を用いることができる。

【0043】

下水管７０の管周方向に並列する複数の熱交換用チューブ２１は、例えば、熱交換用チューブ２１と一体若しくは別体の連結手段２４で互いに接続固定する、接着剤で互いに接着する、又は一体成形する等により、並列状態で延在方向に延びる側部が接続固定されている。図３（ｂ）に示すように、本実施形態では、並列する５本の熱交換用チューブ２１の束が一体成形されており、これと隣接する５本の熱交換用チューブ２１の束が、これら熱交換用チューブ２１の束の側部にそれぞれ設けられた連結手段２４により互いに固定されている。連結手段２４は、熱交換用チューブ２１の延在方向に複数設けられ、互いに係合する雄部２４ａと雌部２４ｂとを有する。雄部２４ａ及び雌部２４ｂは、熱交換用チューブ２１と一体成形されている。なお、雄部２４ａ及び雌部２４ｂは、熱交換用チューブ２１の延在方向に沿って連続的に延びる構造であってもよい。本実施形態では、このように一体成形及び連結手段２４により２０本の熱交換用チューブ２１が並列固定されている。なお、熱交換用チューブマット２０を構成する複数の熱交換用チューブ２１は、互いに並列固定されていればよいが、図２（ａ）に示すように、設置状態において管周方向に一列に並ぶように構成されることが好ましい。

【0044】

継手部材２５は、図３（ａ）及び（ｃ）に示すように、熱交換用チューブマット２０の先端部に設けられ、熱交換用チューブマット２０とほぼ同じ厚さの円弧状に形成されており、往路となる熱交換用チューブ２１−１〜２１−１０が挿入、接続される複数の第１接続孔２６−１〜２６−１０と、復路となる熱交換用チューブ２１−１’〜２１−１０’が挿入、接続される複数の第２接続孔２７−１〜２７−１０とを有する。継手部材２５の内部において、各第１接続孔２６と各第２接続孔２７とは流路２８で繋がれている。熱交換用チューブ２１−１〜２１−１０内を通って各第１接続孔２６−１〜２６−１０から継手部材２５内へ流入した熱交換媒体は、これらが合流する流路２８を通り、継手部材２５の下流側で分岐した各第２接続孔２７−１〜２７−１０から熱交換用チューブ２１−１’〜２１−１０’へ流出する。

【0045】

なお、継手部材２５は、各第１接続孔２６−１〜２６−１０から流入した熱交換媒体が、合流することなく、これと対になる第２接続孔２７−１０〜２７−１へ流出するように、互いに分離した複数の流路２８を有する構成であってもよい。また、継手部材２５は、平板状であって、自身の可撓性により円弧状に湾曲可能なものであってもよい。

【0046】

継手部材２５において、第１及び第２接続孔２６，２７が形成される面と反対側の面には、摺り付け部２５ａが設けられる。摺り付け部２５ａは、図１に示すように、設置状態において継手部材２５が下水管７０の内壁面から滑らかに接続されるように曲線状に形成された部位である。なお、摺り付け部２５ａは、継手部材２５と別体のものを連接させた構成であってもよい。

【0047】

なお、図２（ａ）では、熱交換用チューブマット２０の構成を理解しやすくするために、下水管７０に対して各熱交換用チューブ２１を大きく示しているが、熱交換用チューブ２１は、例えば、内径が約７〜２０ｍｍ、外径が約１０〜２５ｍｍ、厚さが約１．５〜３ｍｍであり、下水管７０は、例えば、内径が約１．５〜３ｍであって、作業者が下水管７０内に入って作業可能な大きさとなっている。

【0048】

熱交換用チューブ２１の基端部（すなわち、熱交換用チューブマット２０の基端部）は、図示していない連結部材を介して配管６１と連結される。具体的には、往路となる熱交換用チューブ２１−１〜２１−１０の基端部は、連結部材を介して配管６１の一端に連結され、復路となる熱交換用チューブ２１−１’〜２１−１０’の基端部は、連結部材を介して配管６１の他端に連結される。

【0049】

サポート材３０は、熱交換用チューブマット２０よりも長手方向の長さが短く、高い剛性を有する。サポート材３０の材料としては、例えば、ＰＶＣ樹脂、アルミニウム、ステンレス、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等を用いることができる。なお、サポート材３０の材料は、これらに限定されず、下水管７０を流れる流体に対する耐久性があって熱交換用チューブマット２０よりも剛性が高いものであればよい。本実施形態では図４において実線で示すように、断面が略Ｌ字状である長尺状の板材である。なお、サポート材３０’は、サポート材３０と同一形状に形成され、これと対を成すように配置される。サポート材３０は、管軸方向において隣り合う固定部材４０の間に亘って延在するように長さが設定される。サポート材３０を構成する板材の材料は、熱交換用チューブ２１の材料と同等、又はそれより大きい熱伝導率を有することが好ましい。なお、サポート材３０の厚さは、約１〜４ｍｍであり、材料としてステンレスを用いた場合には約１〜１．２ｍｍであることが好ましい。

【0050】

サポート材３０においてＬ字の一辺を形成する第１板状部３１は、熱交換用チューブマット２０の側面に接合され、第１板状部３１と交差する第２板状部３２は、設置状態における熱換用チューブマット２０の内周面に接合される。第１板状部３１と第２板状部３２との交差角度θ１は、鈍角になっている。第１板状部３１の幅寸法は、熱交換用チューブマット２０の側面の幅寸法とほぼ同じであって、該側面を覆うことが可能な大きさに設定されることが好ましい。熱交換用チューブマット２０が比較的幅広に形成される（例えば、並列固定された１０本以上の熱交換用チューブ２１，２１’の束を有する）場合には、第２板状部３２が第１板状部３１よりも幅広であることが好ましい。

【0051】

なお、サポート材３０の第２板状部３２は、図４において仮想線で示す部分をさらに有し、第１板状部３１が第２板状部３２の板面から突出する断面略Ｔ字状であってもよい。このようなサポート材３０は、設置状態において、第２板状部３２の一部（仮想線で示す部分）が熱交換用チューブマット２０の幅方向外側に突出し、その端縁が下水管７０の内壁に近接又は当接する（図２（ａ）の仮想線３２参照）。

【0052】

固定部材４０は、図１に示すように、熱交換用チューブマット２０の先端部（継手部材２５が配置される側の端部）に配置される第１の固定部材４０Ａと、熱交換用チューブマット２０の基端部に配置される第２の固定部材４０Ｂと、その間に配置される複数の第３の固定部材４０Ｃ−１〜４０Ｃ−ｎと含む。各固定部材４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、下水管７０の管軸方向に離間して配設され、第１及び第２の固定部材４０Ａ，４０Ｂは、その間に配設される第３の固定部材４０Ｃ−１〜４０Ｃ−ｎよりも幅寸法が大きく設定されている。

【0053】

図２に示すように、固定部材４０は、環状の弾性シート４１と、弾性シート４１の内周面側に配置される略円筒状（スリーブ状）の固定板４３とを備える。弾性シート４１は、下水に対して耐久性を有する材料、例えば、ＳＢＲ（スチレン・ブタジエンゴム）などを用いることができる。固定板４３は、熱交換用チューブマット２０及び補助固定部材３０，３０’が嵌め込まれる嵌込部４７を有する。嵌込部４７は、非嵌込部に比して径方向内側に窪んでおり、嵌込部４７の周方向の両端部は、これと隣接する非嵌込部との間に段差が形成されないように滑らかな曲線状に形成される。固定板４３は例えばステンレス等の金属製であって、略円弧状の薄板材からなる複数のスリーブ構成部材４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃを環状に配置することにより構成される。なお、固定板４３の幅寸法は、約１００〜３００ｍｍ、好ましくは約１５０〜２５０ｍｍであり、厚さは、約１．５〜４ｍｍ、好ましくは約２〜３ｍｍである。

【0054】

図５に示すように、対向するスリーブ構成部材４２Ａ，４２Ｂの端部において、一方のスリーブ構成部材４２Ａの端部の外周面側には、周方向に突出するバックアッププレート４４が設けられており、このバックアッププレート４４の内周面側に他方のスリーブ構成部材４２Ｂの端部が配置される。また、スリーブ構成部材４２Ａ，４２Ｂの対向部分には、これらを連結、固定する固定具４５が複数挿入される。固定具４５は断面略エ字状であって、その中心部にある柱部４５ａが楔状になっている。環状の固定板４３は、対向するスリーブ構成部材４２Ａ，４２Ｂ間に固定具４５が挿入され、楔状の柱部４５ａによってスリーブ構成部材４２Ａ，４２Ｂ間が離間することで拡径する。なお、スリーブ構成部材４２Ｂ，４２Ｃ及び４２Ｃ，４２Ａの対向部分も同様に構成される。

【0055】

なお、第３の固定部材４０Ｃは、弾性シート４１を有していないものであってもよい。なお、固定部材４０の構造はこれに限られず、拡径されることで下水管７０の内壁に固定可能なものであればよい。

【0056】

ヒートポンプユニット５０は、冷媒を圧縮するコンプレッサと、第１熱交換器５１と、冷媒を膨張させる膨張弁と、第２熱交換器５２と、これらを循環する冷媒が流通する冷媒管５３とを備える。さらに、ヒートポンプユニット５０は、冷媒の循環方向を切替えて、加熱（暖房）と冷却（冷房）との切替えを行う切替スイッチを備える。冷媒は、ヒートポンプユニット５０において閉ループを構成する冷媒管５３を循環することで、蒸発、圧縮、凝縮、膨張の熱サイクルを受ける。配管６１は第１熱交換器５１内を通り、第１熱交換器５１では、配管６１を通る熱交換媒体と、冷媒との間で熱交換が行われる。第２熱交換器５２は、例えば、エアコンの室内機を構成し、冷媒と室内空気との間で熱交換を行う。

【0057】

次に、上述した熱交換システムの施工方法について説明する。

【0058】

まず、図６に示すように、下水管７０内に熱交換用チューブマット２０を導入する（導入工程）。導入工程において、熱交換用チューブマット２０とサポート材３０，３０’とは分離された状態にあり、複数のサポート材３０，３０’は熱交換用チューブマット２０とは別に、一方のマンホール７２から搬入装置等を用いて下水管７０内に搬入される。熱交換用チューブマット２０は、地上において熱交換用チューブマット保持体９１に巻回した状態で保持されており、地上から一方のマンホール７２を介して下水管７０内に導入される。本実施の形態では、地上に配置したベルトコンベア９２を稼働させて、ベルトコンベア９２上に配置された熱交換用チューブマット２０を下水管７０内に引き込んでおり、他方のマンホール７４側から牽引装置９５で熱交換用チューブマット２０を牽引している。なお、牽引装置９５に代えて作業者が人力で引き込んでもよい。なお、作業時には下水管７０にパッカー９０が配置されて下水の流れが堰き止められる。

【0059】

熱交換用チューブマット２０の導入は、熱交換用チューブマット２０が所望の位置に配置されるように位置を調整しながら行われる。熱交換用チューブマット２０の配置位置は、先端が、下水管７０の導入側とは反対側の端部７０ａよりも内側に位置することが好ましく、各熱交換用チューブ２１が管軸方向に沿って直線状に配置されることが好ましい。継手部材２５は、熱交換用チューブマット２０を下水管７０に導入した後、下水管７０内で熱交換用チューブマット２０の先端部に取付ける。なお、地上で継手部材２５を熱交換用チューブマット２０に取付け、これを下水管７０内に導入してもよい。

【0060】

次に、図７に示すように、熱交換用チューブマット２０に複数のサポート材３０，３０’を熱交換用チューブマット２０の延在方向（熱交換用チューブマット２０の長手方向であって、設置状態における下水管７０の管軸方向）に沿って連続的に取り付ける（取付工程）。なお、図７では継手部材２５の記載を省略している。サポート材３０，３０’の第１板状部３１及び第２板状部３２のそれぞれは、接着剤により熱交換用チューブマット２０の側面及び上面（設置状態における内周面）のそれぞれに接合される。サポート材３０，３０’は、熱交換用チューブマット２０の先端側から順に取付けられることが好ましい。接着剤は、サポート材３０，３０’と熱交換用チューブマット２０との対向面に塗布される。接着剤の塗布は、スプレーにより接着剤を噴霧する方法や、両面テープを貼り付ける方法等により行うことができる。

【0061】

次に、マンホール７２，７４を介して下水管７０内に搬入された複数の固定部材４０を用いて、サポート材３０，３０’が取り付けられた熱交換用チューブマット２０を下水管７０の内壁に固定する（固定工程）。固定部材４０は、熱交換用チューブマット２０の先端側から順に配設されることが好ましい。固定部材４０の設置は、以下の手順で行われる。まず、サポート材３０，３０’が取り付けられた熱交換用チューブマット２０を所望の位置に配置した状態で、環状の弾性シート４１を下水管７０の内周面に沿って配設する。熱交換用チューブマット２０は、下水管７０の高さ方向において底面から約３分の１の高さの範囲内に設置されることが好ましい。その後、弾性シート４１の内周面側にスリーブ構成部材４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃを環状に配設する。この際、熱交換用チューブマット２０及びサポート材３０，３０’は、スリーブ構成部材４２Ａに形成された嵌込部４７に嵌め込まれる。その後、固定具４５によりスリーブ構成部材４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの継目部分を拡径することで、固定部材４０が下水管７０の内壁面に固定される。熱交換用チューブマット２０及びサポート材３０，３０’は、固定部材４０により下水管７０の内壁面に押し付けられて固定される。

【0062】

固定工程において、熱交換用チューブマット２０の先端部に配置される第１の固定部材４０Ａは、最も先端部側に位置するサポート材３０−１，３０’−１の端部と、継手部材２５の一部又は全部とを下水管７０の内側から覆った状態で設置される。第２の固定部材４０Ｂは、下水管７０におけるマンホール７２との継目部分に設置され、熱交換用チューブマット２０の最も基端部側に位置するサポート材３０−ｎ，３０’−ｎの端部を下水管７０の内側から覆った状態で設置される。

【0063】

第３の固定部材４０Ｃは、管軸方向において隣接するサポート材３０，３０’の突合せ部分に設置され、この突合せ部分を下水管７０の内側から覆った状態で設置される。具体的には、図７において仮想線で示すように、第３の固定部材４０Ｃ−１は、管軸方向に隣接するサポート材３０−１，３０−２及び３０’−１，３０’−２の突合せ部分（管軸方向に対向する２つのサポート材３０−１，３０−２及び３０’−１，３０’−２のそれぞれの端部）を下水管７０の内側から覆った状態で設置される。第３の固定部材４０Ｃ−２〜４０Ｃ−ｎも同様に設置される。これにより、サポート材３０，３０’の両端部は、管軸方向において隣り合う固定部材４０により下水管７０の内壁に押し付けられ、固定される。また、熱交換用チューブマット２０は、管軸方向に延びる両側部がサポート材３０，３０’によって下水管７０の内壁に押し付けられ、固定された状態となる。

【0064】

次に、連結部材を介して、往路となる熱交換用チューブ２１−１〜２１―１０の基端部を配管６１の一端部に連結し、復路となる熱交換用チューブ２１−１’〜２１−１０’の基端部を配管６１の他端部に連結する。配管６１は、マンホール７２内壁に添わせて固定されて地上に配置されたヒートポンプユニット５０に接続される。

【0065】

上述した熱交換システムにおいて、熱交換用媒体は、配管６１に設置された図示していないポンプにより圧送され、ヒートポンプユニット５０を通る配管６１から往路となる熱交換用チューブ２１−１〜２１−１０に流入し、継手部材２５及び復路となる熱交換用チューブ２１−１’〜２１−１０’を経て、再び配管６１へ戻る。この際、熱交換用チューブ２１を通る熱交換媒体と下水管７０内を通る下水との間で熱交換が行われる。

【0066】

上述した熱交換システム１０では、並列する熱交換用チューブ２１の間から砂や塵等の異物が入り込んでこれらが堆積するのを防止することができる。また、下水管７０内で熱交換用チューブ２１を１本ずつ束状に纏める必要がないので、既設管内の施工時間を短縮することができる。また、複数の熱交換用チューブ２１が分散することのないマット状に形成されているので、固定部材４０の配置間隔を大きくして配置数を少なくすることができ、その結果、コストを低減することができる。

【0067】

また、隣接する固定部材４０の間において、サポート材３０，３０’は、熱交換用チューブマット２０の一部のみを覆っており、熱交換用チューブマット２０の露出状態が確保されるため、高い熱交換率を得ることができる。また、熱交換用チューブマット２０の両側部が、サポート材３０，３０’によって連続的に下水管７０の内壁面に固定されるため、熱交換用チューブマット２０の管周方向の移動が抑制されるとともに、下水による熱交換用チューブマット２０の浮き上がりが防止される。これにより、熱交換用チューブ２１の下面と下水管７０との間に砂や塵等の異物が入り込んでこれらが堆積するのを防止することができる。特に、下水管７０を流れる流体（つまり下水）は、上水管に比べて異物の混入が多いため、異物が堆積しやすいが、サポート材３０を設けることで異物の堆積を効果的に防止することができる。

【0068】

また、可撓性を有する熱交換用チューブマット２０と、これよりも短尺且つ高剛性のサポート材３０、３０’とを分離した状態で下水管７０へ導入し、下水管７０内でこれらを取り付けるので、熱交換用チューブマット２０及びサポート材３０，３０’の下水管７０内への導入作業が容易である。このような工程を含む施工方法は、作業者が下水管７０内に入り込んで取付作業可能となるような、比較的大径の下水管７０（例えば内径が約１．５ｍ以上、好ましくは約２ｍ以上）に対する施工方法として特に好適である。

【0069】

さらに、接着剤を用いることで、サポート材３０，３０’を簡易且つ確実に熱交換用チューブマット２０に取り付けることができる。また、接着剤によりサポート材３０，３０’の長手方向（設置状態における管軸方向）の全域に亘って熱交換用チューブマット２０と接合することができるので、対向するサポート材３０，３０’と熱交換用チューブマット２０との隙間から異物が入り込むのを防止することができる。

【0070】

また、環状の固定部材４０を拡径することにより、熱交換用チューブマット２０及びサポート材３０，３０’を同時に下水管７０に固定することができるので施工が容易である。また、固定板４３が拡径されることで、熱交換用チューブマット２０に常時押圧力が付与されるので固定が安定する。さらに、熱交換用チューブマット２０と固定板４３との間に配置される弾性シート４１により、熱交換用チューブマット２０の固定部材４０との対向面には、ほぼ均一な押圧力が作用する。また、固定部材４０の嵌込部４７と非嵌入部とを滑らかに連接させることで下水管７０を流れる下水や雨水の損失水頭を低減して、排出機能を維持することができる。

【0071】

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態の熱交換システム１０を示す図２（ａ）と同様の断面図である。なお、図８において、第１実施形態と対応する部位には同一符号を付している。以下に説明する第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成については詳細な説明を省略する。

【0072】

本実施形態では、往路及び復路にそれぞれ５本の熱交換用チューブ２１−１〜２１−５及び２１−１’〜２１−５’を有する２つの熱交換用チューブマット２０−１，２０−２を管周方向に並設している。２つの熱交換用チューブマット２０−１，２０−２の両側部は、熱交換用チューブマット２０よりも短尺且つ高剛性である、第１のサポート材３０，３０’及び第２のサポート材３５を用いて下水管７０の内壁に押し付けられ、固定される。

【0073】

第１のサポート材３０，３０’は、２つの熱交換用チューブマット２０−１，２０−２において、互いに離間する側の側部に対を成して配置される。なお、第１のサポート材３０，３０’の構成は、第１実施形態のサポート材３０，３０’と同様であり、ここでは詳細を省略する。

【0074】

第２のサポート材３５は、２つの熱交換用チューブマット２０−１，２０−２において、互いに近接する側の側部の間に配置される。具体的には、管周方向で隣り合う一方の熱交換用チューブマット２０−１の熱交換用チューブ２１−１’と他方の熱交換用チューブマット２０−２の熱交換用チューブ２１−１とは、非固定（非接続）であり、この部分に第２の補助固定部材３５が配置される。第２のサポート材３５は、断面が略Ｔ字状である長尺状の板材であり、第１のサポート材３０，３０’とほぼ同じ長さを有する。第２のサポート材３５において、Ｔ字の柱部を形成する第１板状部３６は、熱交換用チューブマット２０−１，２０−２の側面に接合され、Ｔ字の頭部を形成する第２板状部３７は、設置状態における熱換用チューブマット２０−１，２０−２の内周面に接合される。第２のサポート材３５の長手方向の両端部は、第１のサポート材３０と同様に、管軸方向において隣り合う固定部材４０により下水管７０の内壁に押し付けられ、固定される。

【0075】

第２実施形態の熱交換システムでは、熱交換用チューブマット２０−１，２０−２の両側部が、第１及び第２サポート材３０，３０’，３５によって連続的に下水管７０の内壁に固定される。これにより、熱交換用チューブマット２０の浮き上がりを防止し、熱交換用チューブマット２０の下面と下水管７０との間に砂や塵が入り込んでこれらが堆積するのを防止することができる。

【0076】

図９は、熱交換用チューブマット２０の変形例を示す。変形例の熱交換用チューブマット２０では、往路となる熱交換用チューブ２１−１〜２１−６の先端が、それぞれ継手材２９を介してＵ字状の配管２３−１〜２３−６の一端のそれぞれに連結される。さらに、復路となる熱交換用チューブ２１−１’〜２１−６’の先端は、それぞれ継手材２９を介して配管２３−１〜２３−６の他端のそれぞれに連結される。なお、熱交換用チューブマット２０は、一連の熱交換用チューブ２１−１〜２１−６によって往路と復路とが形成されるように、熱交換用チューブマット２０の先端部において各熱交換用チューブ２１−１〜２１−６を曲線的に折り返したものであってもよい。なお、ここでは６本の熱交換用チューブ２１を用いているが、本数はこれに限られない。

【0077】

図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、サポート材３０の変形例を示す。図１０（ａ）及び（ｂ）に示すサポート材３０は、断面略コ字状であって、第１板状部３１及び第２板状部３２に加え、熱換用チューブマット２０の底面（設置状態における外周面）に接合される第３板状部３３を有する。なお、これと対をなして配置されるサポート材３０’も同様の形状を有する。第２板状部３２と第３板状部３３とは略平行に形成されており、第１板状部３１と第２板状部３２との交差角度θ１は鈍角、第１板状部３１と第３板状部３３との交差角度θ２は鋭角になっている。第３板状部３３の幅寸法は、第２板状部３２の幅寸法とほぼ同じ、又は、第２板状部３２の幅寸法よりも大きく設定されることが好ましい。図１０（ｂ）に示す例では、図１０（ａ）に比して第３板状部３３が幅広に形成されることにより、熱交換用チューブマット２０の熱交換率を維持しながら補剛効果を高めることができる。なお、図示していないが、第２板状部３２及び第３板状部３３のうち、少なくとも第３板状部３３を下水管７０の内周面に沿うように円弧状に湾曲させた形状にしてもよい。サポート材３０は、熱交換用チューブマット２０の両側部に対を成して取り付けられる。このようなサポート材３０，３０’では、熱交換用チューブマット２０の両側部がサポート材３０，３０’により断面コ字状に覆われることで、熱交換用チューブマット２０の補剛効果が高まり、熱交換用チューブマット２０の浮き上がりをより確実に防止することができる。

【0078】

図１１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、固定部材４０の変更例を示す。

【0079】

図１１（ａ）に示す固定部材４０は、下水管７０の内周に沿うように断面略円弧状に形成された板材である固定板４３と、固定板４３の外周面側に配置される弾性シート４１とを備える。固定板４３は、嵌込部４７が形成された第１構成部材４２Ａと、管周方向において構成部材４２Ａの両端部にそれぞれ配置される第２構成部材４２Ｄ，４２Ｄ’とを備える。第１構成部材４２Ａは、第１実施形態におけるスリーブ構成部材４２Ａと同様の構成であり、ここでは詳細を省略する。第２構成部材４２Ｄ，４２Ｄ’は、第１構成部材４２Ａよりも円弧の周方向長さが短い板材からなり、本変形例では、設置状態において第１及び第２構成部材４２Ａ，４２Ｄ，４２Ｄ’が略半円状を成す。

【0080】

第２構成部材４２Ｄ，４２Ｄ’は、それぞれ、アンカーボルト等の固定材４８により、下水管７０の内壁に固定される。第１構成部材４２Ａと、各第２構成部材４２Ｄ，４２Ｄ’との間には、楔状の柱部４５ａを有する固定具４５が挿入される。なお、固定具４５は、第１実施形態の固定具４５と同様の構成であり、ここでは詳細を省略する。固定具４５の挿入により、固定板４３は拡径され、下水管７０の内壁面に押し付けられた状態で固定される。

【0081】

図１１（ｂ）は、図１１(ａ)のｂで囲む部位の変形例を示す拡大断面図である。この変形例の固定板４３は、円弧の周方向の両端部にそれぞれ突起部４３ａを有する。なお、図１１（ｂ）では固定板４３の両端部のうち、一方の端部のみを示しているが、他方の端部はこれと対称に形成されるため、ここでは詳細を省略する。突起部４３ａは、固定板４３の外周面側に形成され、固定板４３の端部とともに断面略Ｖ字状をなすように該端部側に向かって突出した板状の部位である。突起部４３の厚さは固定板４３の厚さとほぼ同じであって、幅寸法は、固定板４３の幅寸法とほぼ同じか、それより小さく形成される。下水管７０の内壁面には、突起部４３ａが挿入される挿入溝７０ａが形成される。弾性シート４１は、固定板４３の外周面側であって、両端部の突起部４３ａの間に配置される。両端部の突起部４３ａをそれぞれ下水管７０の挿入溝７０ａに挿入し、両端部の移動が規制された状態で固定板４３を拡径することにより、固定板４３は下水管７０の内壁面側へ押し付けられ、固定される。

【0082】

図１２に示す固定部材４０は、下水管７０よりも曲率半径の大きい断面略円弧状の板バネからなる固定板４３と、固定板４３の外周面側に配置される弾性シート４１とを備える。固定部材４０は、固定板４３及び弾性シート４１によって熱交換用チューブマット２０及びサポート材３０、３０’を下水管７０の内側から覆った状態で、固定板４３の中央部をアンカーボルト等の固定材４８により下水管７０の内壁面側に押圧した状態で固定される。設置状態において、固定板４３は、仮想線で示す通常状態に比して、曲率半径が小さくなり、板バネの弾性力によって熱交換用チューブマット２０及びサポート材３０、３０’には常時押圧力が付与される。

【0083】

図１１（ａ），（ｂ）及び図１２に示す固定部材４０では、環状のものに比して部材を小型化することができるので資材コストや施工コストを低減することができる。

【0084】

なお、本発明は上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、熱交換システムが設置される既設管は下水管７０に限らず、上水道管、農業用水路管、工業用水路管等の既設管にも適用することができる。このような管路を流れる水の温度は一年を通して大きく変動することがなく、冬季では高温の熱源として、夏季では低温の熱源として活用することが可能である。また、熱交換システムの発明において、サポート材３０，３０’は、固定手段を用いて長手方向の両端部を固定部材４０に固定する構成であってもよい。

【符号の説明】

【0085】

１０ 熱交換システム
２０ 熱交換用チューブマット（熱交換用チューブの束）
２１ 熱交換用チューブ
３０ サポート材
４０ 固定部材
５０ ヒートポンプユニット
７０ 下水管（既設管）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】