JP6087600B2 - 管内設置型の熱交換システム - Google Patents

Description

本発明は、管内設置型の熱交換システムに関し、特に、敷設距離が長い管渠に設置される熱交換システムに関するものである。

地中に埋設された下水道管を流れる下水は、外気の影響を受け難く、その水温が年間を通してほぼ一定であることに着目し、かかる下水を温熱源や冷熱源として利用することが従来から提案されている。

例えば、特許文献１には、管状孔が形成された被覆材を下水管の内面に螺旋状に付設することで、当該管状孔から成る螺旋状の熱媒流路を下水管内に形成することが開示されている。そうして、この特許文献１のものでは、内部を熱媒が流れる熱媒導入管および熱媒導出管と熱媒流路とを分岐接続して、当該熱媒流路内に熱媒を流通させることにより、熱媒と下水とを熱交換させて下水熱を回収するようにしている。

他方、下水を熱源として利用することとは別に、ヒートポンプを用いる熱交換システムにおいては、熱利用側（ヒートポンプ側）の負荷等に応じて、ヒートポンプの運転台数を制御（設定）することが、従来から広く行われている。例えば、特許文献２には、ヒートポンプ式給湯システムにおいて、給湯負荷に応じて、貯湯部に対して並列接続するヒートポンプの台数を設定することが開示されている。また、特許文献３には、同じくヒートポンプ式給湯システムにおいて、貯湯タンクが低水位のときには、複数のヒートポンプを同時に運転させる一方、貯湯タンクの水位が一定以上になれば、ヒートポンプと循環ポンプの台数を減じて運転させることが開示されている。

特開２００２−３４８９４２号公報 特開２００９−１６８３２０号公報 特開２００５−２１４４３６号公報（段落００１４）

ところで、上記特許文献１のもののような管内設置型の熱交換システムにおいて、下水から大量の熱を回収するためには、下水道管内における、熱媒導入管および熱媒導出管（以下、これらを「熱媒輸送管」という）の設置距離を長くすることが考えられる。

しかしながら、熱媒輸送管の設置距離を長くすると、それに伴って、熱媒輸送管から分岐する熱媒流路（以下、「採熱管」という）の数も増えることから、熱媒体を多数の採熱管に均等に分配することが困難になるという問題が生じる。

また、熱媒輸送管の設置距離を長くすると、熱媒輸送管自体が長くなることと、これに分岐接続される採熱管の数が増えることとが相俟って、熱媒輸送管の圧力損失が極めて大きくなるおそれがある。そして、熱媒輸送管の圧力損失が極めて大きくなると、熱媒輸送管の径を極端に大きくしたり、循環ポンプの出力を上げることに伴って、熱媒輸送管を耐高圧仕様のものへ変更したりする必要が生じ、コストの上昇を招くという問題もある。

さらに、熱媒輸送管の設置距離を長くすると、低負荷時においても、極めて長尺な熱媒輸送管および多数の採熱管の全体に亘って熱媒体を循環させねばならないことから、循環ポンプ等の消費電力のロスに繋がり、システム全体としての高効率運転が困難になるという問題もある。

これらの問題を解決するために、熱媒輸送管の設置距離を短くするとともに、大量の熱を回収すべく、上記特許文献２のもののようにヒートポンプの台数を増やす一方、低負荷時には、上記特許文献３のもののようにヒートポンプの運転台数を制御することが考えられる。

しかしながら、熱媒輸送管の設置距離が短いと、下水から回収できる熱量は自ずと限られることから、単にヒートポンプの台数を増やしても、上記問題を解決することにはならない。また、配管系統が比較的短く、且つ、ヒートポンプの設置場所についての制約が少ない給湯システムの技術を、熱媒輸送管の設置距離が長く、且つ、ヒートポンプを設置できる場所がマンホール近傍に限られる管内設置型の熱交換システムに、単純に適用することは困難である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、管内設置型の熱交換システムにおいて、熱媒体を各採熱管に均等に分配し、且つ、圧力損失の増大を抑えるとともに、システム全体としての高効率運転を可能とする技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る管内設置型の熱交換システムでは、熱媒輸送管とこれに分岐接続される１群の採熱管群からなる配管系統を複数設けるとともに、管渠の延長方向における複数の区間に各配管系統を割り当てるようにしている。

具体的には、本発明は、ヒートポンプユニットと、内部を流れる熱媒体によって管渠内を流れる流体から熱を回収する複数の採熱管と、上記管渠の延長方向に延び、上記ヒートポンプユニットと上記採熱管との間で熱媒体を循環させる複数の熱媒輸送管と、を備える管内設置型の熱交換システムを対象としている。

そして、上記複数の熱媒輸送管および複数の採熱管は、各熱媒輸送管と当該各熱媒輸送管に分岐接続される１群の採熱管群とを１つの配管系統とする、複数の配管系統に分かれており、上記複数の配管系統における採熱管群が、上記管渠の延長方向に並ぶように配設されており、上記各配管系統に熱媒体を循環させるか否かを切換可能な切換手段と、熱利用側の負荷変動に応じて、上記切換手段を切り換えることにより、熱の回収に用いる配管系統数を増減させる制御手段と、をさらに備えていることを特徴とするものである。

この構成によれば、各熱媒輸送管は、管渠に設置された全ての採熱管ではなく、管渠の延長方向における１つの区間に配設された１群の採熱管群とのみ分岐接続されていることから、熱媒輸送管の設置距離を長くしても、それに伴って採熱管の分岐数が増えることにはならない。これにより、ヒートポンプユニットを設置できる場所がマンホール近傍に限られ、且つ、配管系統の設置距離が極めて長い管内設置型の熱交換システムにおいても、熱媒輸送管内を流れる熱媒体を各採熱管に均等に分配することができるとともに、熱媒輸送管の圧力損失が極めて大きくなることや、熱媒輸送管の径を極端に大きくする必要が生じることを抑えることができる。

また、ヒートポンプユニットから最も遠い区間に配設された採熱管群と接続される熱媒輸送管は、その設置距離が長くなるものの、管渠に設置された全ての採熱管ではなく、１群の採熱管群とのみ分岐接続されていることから、その圧力損失は僅かに増大するに止まる。これにより、熱媒輸送管の径を極端に大きくしたり、熱媒輸送管を耐高圧仕様のものへ変更したりする必要が生じないので、コストの上昇を抑えることができる。

さらに、この熱交換システムは、熱媒輸送管とこれに分岐接続される１群の採熱管群とを有する配管系統を、複数系統備えていることから、利用する配管系統を選択することにより、熱利用側の負荷変動に応じて熱源側の容量を可変させることができる。これにより、高負荷時には、例えば全ての配管系統を用いる一方、低負荷時には、利用する配管系統の数を減少させることにより、要求される熱量を確保しつつ、システム全体としての高効率運転が可能となる。
具体的には、切換手段を切り換えるだけで、高負荷時には、利用する配管系統を増やすことができる一方、低負荷時には、利用する配管系統を減少させることができるので、システム全体としての高効率運転がより一層容易となる。

好ましくは、熱媒体を上記配管系統で循環させるための複数の循環ポンプをさらに備えており、上記各配管系統は、対応する１つの循環ポンプと接続されている。

この構成によれば、低負荷時には、配管系統に接続された循環ポンプを停止させるだけで、熱の回収に用いる配管系統の数を減少させることが可能となるので、システム全体としての高効率運転を容易に行うことができる。

さらに、好ましくは、上記管渠は、既設管と当該既設管内に製管された更生管とからなり、上記各熱媒輸送管は、上記既設管と上記更生管との間に配置されている。

この構成によれば、熱媒輸送管が更生管の外側に配置されることから、管渠の通水断面積を大きくすることができる。これにより、本発明を例えば下水道管に適用した場合、増水時等に、下水に含まれるゴミ等が熱媒輸送管に引っかかることによって、下水の流れが阻害されるのを抑えることができる。

また、好ましくは、上記複数の配管系統にそれぞれ対応する複数のヒートポンプユニットを備えている。

この構成によれば、利用する配管系統の数を増減させるのみならず、ヒートポンプユニットの運転台数を制御することが可能となるので、熱利用側の負荷変動に応じた木目細かい制御が可能となる。

以上のように、本発明に係る管内設置型の熱交換システムによれば、各熱媒輸送管が、管渠の延長方向における１つの区間に配設された１群の採熱管群とのみ分岐接続されていることから、熱媒体を各採熱管に均等に分配することができるとともに、熱媒輸送管の圧力損失の極端な増大や、それに伴う口径拡大や耐高圧仕様への変更の必要が生じることを抑えることができる。また、熱媒輸送管とこれに分岐接続される採熱管群とを有する配管系統を複数系統備えていることから、利用する配管系統を選択することにより、熱利用側の負荷変動に応じて熱源側の容量を可変させることができ、これにより、システム全体としての高効率運転が可能となる。

実施形態１に係る熱交換システムを模式的に示す概略図である。 １つの配管系統を含む熱交換システムの一部を模式的に説明する概略図である。 配管系統の１スパンを示す図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は断面図である。 熱媒輸送管と採熱管との継手部を概略的に示す図である。 採熱管を配設した帯状部材の断面図であり、同図（ａ）は、嵌合部同士を嵌合する前の状態を示す図であり、同図（ｂ）は、嵌合部同士を嵌合した後の状態を示す図である。 実施形態１の変形例に係る配管系統の１スパンを示す図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は断面図である。 採熱管を配設した帯状部材の断面図であり、同図（ａ）は、嵌合部同士を嵌合する前の状態を示す図であり、同図（ｂ）は、嵌合部同士を嵌合した後の状態を示す図である。 実施形態２に係る熱交換システムを模式的に示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る熱交換システムを模式的に示す概略図である。この熱交換システム１は、空調等に用いられる、管内設置型の熱交換システムである。本実施形態において、熱交換システム１は、下水道管（管渠）１６に、約５００ｍに亘って設置されている。

下水道管１６は、マンホール１９から地中へ延びるコンクリート製の既設管１７と、当該既設管１７内に製管された直径１１００ｍｍの更生管１８とから構成されている。この更生管１８は、従来公知の製管機（例えば、特開平９−３２９６８号公報等参照）を用いて、その両側の側縁部に嵌合部１０４，１０６が形成された長尺の帯状部材１００を、既設管１７の内側にスパイラル状に巻回することにより製管したものである。

この帯状部材１００は、可撓性を有する合成樹脂（例えば硬質塩化ビニル）を押出成形して形成したものである。帯状部材１００は、図５（ａ）に示すように、更生管１８の内周面を構成する帯板状の表面側基板１０１と、更生管１８の外周面を構成する帯板状の裏面側基板１０２とを備えている。これら表面側基板１０１及び裏面側基板１０２は、表面側基板１０１の一方側（製管方向前側）の側縁部と、裏面側基板１０２の他方側（製管方向後側）の側縁部とが連結リブ１０３を介して繋がっている。なお、図５及び図７は断面図であるが、図を見易くするために、ハッチングを省略している。

表面側基板１０１の他方側の側縁部には、裏側に延び且つ嵌合凸部１０６ａが先端部に設けられた第１嵌合部１０６が形成されている一方、裏面側基板１０２の一方側の側縁部には、表側に延び且つ嵌合凹部１０４ａが先端部に設けられた第２嵌合部１０４が形成されている。更生管１８を製管する際には、先に巻回された帯状部材１００の一方側の側縁部と、新たに巻回する帯状部材１００の他方側の側縁部とをラップさせるところ、新たに巻回する帯状部材１００の嵌合凸部１０６ａを、先に巻回された帯状部材１００の嵌合凹部１０４ａに嵌め込むことにより、両帯状部材１００がラップ部分で連結される。そうして、これら第１及び第２嵌合部１０６，１０４は、図５（ｂ）に示すように、両帯状部材１００が連結された状態では、連結リブとして機能することになる。

また、第２嵌合部１０４の先端部には、一方側に向かうほど裏側に延びて傾斜する傾斜リブ１０５が形成されている。かかる傾斜リブ１０５の先端部は、両帯状部材１００が連結された状態では、裏面側基板１０２と連結リブ１０３との隅角部に係止して、連結リブ１０３を補強する。

さらに、裏面側基板１０２には、連結リブ１０３と第２嵌合部１０４との間に、表側に延びる断面逆Ｔ字状の隔壁リブ１０７が突設されている。この隔壁リブ１０７は、その先端面が表面側基板１０１の表面と面一になるように形成されており、これにより、隔壁リブ１０７の先端面と表面側基板１０１の表面とが、更生管１８の内周面を構成することになる。また、隔壁リブ１０７の両側には、当該隔壁リブ１０７と裏面側基板１０２と連結リブ１０３とによって区画される溝部１０８と、当該隔壁リブ１０７と裏面側基板１０２と第２嵌合部１０４とによって区画される溝部１０８とが形成されている。これらの溝部１０８は、既設管１７の内側に帯状部材１００をスパイラル状に巻回すると、更生管１８の内側に開放する、２条のスパイラル状の溝部１０８を構成する。

以上のように構成される既設管１７と更生管１８との間の空間には、裏込め材（図示せず）が充填されており、これにより、更生管１８が既設管１７に対して固定されている。

上記熱交換システム１は、図１に示すように、５台のヒートポンプユニット２と、内部を流れる熱媒体によって下水道管１６内を流れる下水から熱を回収する複数の採熱管７と、ヒートポンプユニット２と採熱管７との間で熱媒体を循環させる５組の熱媒輸送管３と、を備えている。この熱交換システム１では、５組の熱媒輸送管３及び複数の採熱管７が、１組の熱媒輸送管３と当該１組の熱媒輸送管３に分岐接続される１群の採熱管群８とを１つの配管系統とする、５つの配管系統２１，２２，２３，２４，２５に分かれている。なお、図１では、図を見易くするために、４つの採熱管７によって１群の採熱管群８を表現しているが、１群の採熱管群８は、より多数の採熱管７によって構成されている。

そうして、この熱交換システム１では、５つの配管系統２１，２２，…における採熱管群８が、下水道管１６の延長方向に並ぶように配設されている。換言すると、この熱交換システム１では、下水道管１６をその延長方向において５つの区間に等分し、これら５つの区間（各々約１００ｍ）に、各配管系統２１，２２，…を割り当てている。それ故、この熱交換システム１では、マンホール１９に最も近い区間が割り当てられた配管系統２１における熱媒輸送管３の管長が最も短く、マンホール１９から離れた区間が割り当てられた配管系統ほど熱媒輸送管３の管長が長くなっている。なお、以下の説明では、便宜上、マンホール１９に近い区間から順に、第１〜第５区間とし、当該第１〜第５区間に割り当てられた配管系統をそれぞれ第１〜第５配管系統２１，２２，２３，２４，２５とする。また、以下の説明では、便宜上、下水道管１６の延長方向におけるマンホール１９側を一方側とし、マンホール１９と反対側を他方側とする。

各配管系統２１，２２，…は、配管系統数と同じ数だけ備えられた５台のヒートポンプユニット２のうち、対応する１台のヒートポンプユニット２と接続されている。ヒートポンプユニット２と接続された第１〜第５配管系統２１，２２，…は、各々が熱交換システム１の一部を構成する、第１〜第５熱交換システム１１，１２，１３，１４，１５の配管系統を形成している。

図２は、第１熱交換システムを模式的に説明する概略図である。以下、第１熱交換システム１１について説明するが、第２〜第５熱交換システム１２，１３，１４，１５は、熱媒輸送管３の長さが異なることを除けば、第１熱交換システム１１とほぼ同様の構成であることから、特に異なる点を除き説明を省略する。

図２に示すように、第１熱交換システム１１は、１台のヒートポンプユニット２、一群の採熱管８、往主管４並びに第１及び第２復主管５，６から成る１組の熱媒輸送管３の他、熱媒輸送管３とヒートポンプユニット２とを接続する第１及び第２循環配管９，１０と、第１循環配管９に設けられた循環ポンプ２０とを備えている。

ヒートポンプユニット２は、マンホール１９近傍に設置されており、暖房時には、不図示の蒸発器の吸熱作用により、熱媒体から温熱を取り出す一方、冷房時には、不図示の凝縮器の放熱作用により、熱媒体から冷熱を取り出すように構成されている。このヒートポンプユニット２には、第１熱交換システム１１を総合的に制御する電子制御ユニット（制御手段）５０が設けられている。この電子制御ユニット５０は、循環ポンプ２０と電気的に接続されており（図１の破線参照）、利用側（ヒートポンプユニット２）の負荷に応じて、循環ポンプ２０をオンオフするように構成されている。

第１循環配管９は、ヒートポンプユニット２と往主管４とを接続している一方、第２循環配管１０は、ヒートポンプユニット２と第１復主管５とを接続している。より詳しくは、第１及び第２循環配管９，１０は、他方側の端部がヒートポンプユニット２とそれぞれ接続されていて、当該ヒートポンプユニット２から延びてマンホール１９内に導入され、当該マンホール１９内において一方側の端部が往主管４及び第１復主管５とそれぞれ接続されている。なお、第１循環配管９には、第１配管系統２１で熱媒体を循環させるための循環ポンプ２０が設けられている。

１組の熱媒輸送管３は、往主管４並びに第１及び第２復主管５，６から構成されている。往主管４並びに第１及び第２復主管５，６は、各々が耐蝕性に優れた樹脂（例えば硬質塩化ビニル樹脂）からなっていて、図３（ａ）に示すように、下水道管１６の延長方向にそれぞれ延びている。上記更生管１８の管頂部には、図３（ｂ）に示すように、アンカー等を用いて支持部材２６が固定されており、これらの往主管４並びに第１及び第２復主管５，６は、第１区間に亘って、支持部材２６に設けられた保持部２７に固定されている。

なお、第２〜第５熱交換システム１２，１３，…における往主管４並びに第１及び第２復主管５，６は、図１に示すように、割り当てられた区間よりも前の区間（マンホール１９側の区間）においては、保持部２７に固定されておらず、既設管１７と更生管１８との間の空間を通った後、割り当てられた区間においてのみ、保持部２７に固定されている。

往主管４は、図２に示すように、その他方側の端部が第１循環配管９を介してヒートポンプユニット２に接続されている一方、その先端部（一方側の端部）がキャップ２８によって閉塞されている。また、第１復主管５は、その他方側の端部が第２循環配管１０を介してヒートポンプユニット２に接続されている一方、その一方側の端部がＵ字状の管継手２９を介して第２復主管６の一方側の端部と接続されている。そうして、折り返された第２復主管６の先端部（他方側の端部）は、キャップ２８によって閉鎖されている。

採熱管７は、耐蝕性及び可撓性に優れ且つ平滑で流体抵抗の小さな樹脂（例えば架橋ポリエチレン）から形成されており、更生管１８に形成された２条のスパイラル状の溝部１０８に、所定のスパンｐに亘って表側から嵌め込まれている。そうして、各スパンｐにおける２本の採熱管７は、他方側の入口端部が、往主管４から分岐するように、継手部６０を介して当該往主管４に接続（分岐接続）されている一方、一方側の出口端部が、折り返された第２復主管６から分岐するように、継手部６０を介して当該第２復主管６に接続（分岐接続）されている。

ここで、第１熱交換システム１１では、熱媒輸送管３と採熱管７との接続方式として、リバースリターン方式を採用している。つまり、各スパンｐにおける採熱管７の入口端部は、往主管４に対してヒートポンプユニット２から徐々に離れるように接続されるのに対し、各スパンにおける採熱管７の出口端部は、折り返された第２復主管６に対してヒートポンプユニット２から徐々に離れるように、すなわち、第１復主管５に対してヒートポンプユニット２に徐々に接近するように接続されている。これにより、各スパンｐにおける採熱管７の配管抵抗がヒートポンプユニット２から離れるほど増大するのを抑制できる。

図４に示すように、往主管４及び第２復主管６と採熱管７とを接続する継手部６０は、往主管４及び第２復主管６に分岐接続されるチーズ６１（例えば、積水化学工業株式会社の製造販売に係る径違いチーズ参照）と、当該チーズ６１に接続される変換アダプター６２（例えば、積水化学工業株式会社の製造販売に係るエスロンＨＩＶＰ変換アダプター参照）と、変換アダプター６２に接続される管継手６３（例えば、積水化学工業株式会社の製造販売に係るペックスヘッダー継手参照）とからなり、管継手６３に採熱管７の端部が接続されている。

以上のように構成された熱交換システム１は、第１〜第５熱交換システム１１，１２，…のヒートポンプユニット２に設けられた電子制御ユニット５０によって制御される。これら電子制御ユニット５０は、高負荷時には、第１〜第５熱交換システム１１，１２，…を全て稼働させるべく、５台の循環ポンプ２０を全て駆動させる一方、低負荷時には、第１〜第５熱交換システム１１，１２，…の一部のみを稼働させるべく、稼働させる熱交換システムに設けられた循環ポンプ２０のみを駆動させる。これにより、本実施形態では、循環ポンプ２０が、本発明で言うところの、各配管系統に熱媒体を循環させるか否かを切換可能な切換手段に対応し、また、電子制御ユニット５０が、熱利用側の負荷変動に応じて、切換手段を切り換えることにより、熱源として用いる配管系統数を増減させる制御手段に対応している。

そうして、電子制御ユニット５０は、第１〜第５熱交換システム１１，１２，…の一部のみを稼働させる場合には、システム全体としての高効率運転を実現すべく、マンホール１９（ヒートポンプユニット２）に近い区間に割り当てられた熱交換システムを優先して稼働させる。なお、このような運転は、循環ポンプ２０を駆動させるか否かの基準となる負荷の閾値を、第１〜第５熱交換システム１１，１２，…の電子制御ユニット５０の順に高く設定することで容易に実現される。また、電子制御ユニット５０を、無線または有線によって、不図示の中央制御システムと繋ぎ、かかる中央制御システムによって、どの第１〜第５熱交換システム１１，１２，…を稼働させるかを決定してもよい。

そうして、各電子制御ユニット５０からの指令に従い、循環ポンプ２０が駆動すると、循環ポンプ２０より吐出された熱媒体が第１循環配管９を経て往主管４に供給される。往主管４に供給された熱媒体は、当該往主管４に継手部６０を介して分岐接続された、各スパンｐの２条の採熱管７に分配される。ここで、約５００ｍに亘って配設された全ての採熱管７を１本の往主管４に分岐接続すると、熱媒体を各採熱管７に均等に分配することが困難になるが、この熱交換システム１では、第１〜第５配管系統２１，２２，…における各往主管４は、約１００ｍの区間ごとに配置された１群の採熱管群８とのみ分岐接続されていることから、往主管４内を流れる熱媒体が各採熱管７に均等に分配される。

各スパンの２条の採熱管７に均等に供給された熱媒体は、更生管１８の内周面に沿ってスパイラル状に配置された採熱管７内を流れる。このとき、熱媒体は、採熱管７における下水に浸った部分を通過する度に、採熱管７と直接接触する下水と熱交換することになるので、下水熱を効率よく回収することができる。加えて、採熱管７における下水に浸っていない部分においても、熱媒体は、下水と同等温度とされる下水道管１６内の空気と、採熱管７を介して接触するため、空気との熱交換も期待できる。

このようにして、各スパンｐにおいて下水および空気と熱交換された熱媒体は、折り返された第２復主管６内に流れ込んだ後、第１復主管５及び第２循環配管１０を経てヒートポンプユニット２に戻り、再び循環ポンプ２０から吐出される。以上のようにして、ヒートポンプユニット２を出入りする熱媒体は、暖房または冷房に活用される。

−効果−
本実施形態によれば、第１〜第５配管系統２１，２２，…における各往主管４は、下水道管１６に設置された全ての採熱管７ではなく、区間ごとに配置された１群の採熱管群８とのみ分岐接続されていることから、往主管４内を流れる熱媒体を各採熱管７に均等に分配することができるとともに、熱媒輸送管３の圧力損失が極めて大きくなることや、熱媒輸送管３の径を極端に大きくする必要が生じることを抑えることができる。

また、第５熱交換システム１５の往主管４は、その設置距離が長くなるものの、下水道管１６に設置された全ての採熱管７ではなく、１群の採熱管群８とのみ分岐接続されているに過ぎないので、その圧力損失は僅かに増大するに止まる。これにより、往主管４等の径を極端に大きくしたり、耐高圧仕様の管種へ変更したりする必要が生じないので、コストの上昇を抑えることができる。

さらに、この熱交換システム１は、熱媒輸送管３とこれに分岐接続される１群の採熱管群８とを有する配管系統を５系統備えていることから、利用する配管系統を選択することにより、熱利用側の負荷変動に応じて熱源側の容量を可変させることができる。これにより、高負荷時には、例えば５つの配管系統２１，２２，…を用いる一方、低負荷時には、利用する配管系統の数を減少させることにより、要求される熱源の容量を確保しつつ、システム全体としての高効率運転が可能となる。

また、第１〜第５熱交換システム１１，１２，…に循環ポンプ２０をそれぞれ設けていることから、低負荷時には、利用しない配管系統の循環ポンプ２０を停止させるだけで、利用する配管系統を減少させることが可能となるので、システム全体としての高効率運転を容易に行うことができる。

さらに、第１〜第５熱交換システム１１，１２，…にヒートポンプユニット２をそれぞれ設けていることから、利用する配管系統の数を増減させるのみならず、ヒートポンプユニット２の運転台数を制御することが可能となるので、熱利用側の負荷変動に応じた木目細かい制御が可能となる。

（実施形態１の変形例）
本変形例は、熱媒輸送管３の設置位置が、上記実施形態１と異なるものである。他の構成は実施形態１と同様であることから、以下、実施形態１と異なる点について説明する。

本変形例では、往主管４並びに第１及び第２復主管５，６は、図６に示すように、既設管１７と更生管１８との間に配置されている。この場合には、図７に示す帯状部材２００を用いて更生管１８を製管するのが好ましい。

帯状部材２００は、図７（ａ）に示すように、更生管１８の内周面を構成する帯板状の本体部２０１を備えている。本体部２０１の他方側（製管方向後側）の側縁部には、裏側に延び且つ嵌合凸部２０６ａが先端部に設けられた第１嵌合部２０６が形成されている一方、本体部２０１の一方側（製管方向前側）の側縁部には、表側に開放する嵌合凹部２０４ａが先端部に設けられ且つ裏側に延びる第２嵌合部２０４が形成されている。この帯状部材２００は、更生管１８を製管する際に、新たに巻回する帯状部材２００の嵌合凸部２０６ａを、先に巻回された帯状部材２００の嵌合凹部２０４ａに嵌め込むことにより、両帯状部材２００のラップ部分で連結される。そうして、これら第１及び第２嵌合部２０６，２０４は、図７（ｂ）に示すように、両帯状部材２００が連結された状態では、補強リブとして機能することになる。

また、帯状部材２００には、第１嵌合部２０６と第２嵌合部２０４との間に、裏側に延びる断面逆Ｔ字状の２つの補強リブ２０９が突設されている。このように補強リブ２０９を設けることにより、帯状部材２００には、２つの補強リブ２０９と本体部２０１とによって区画される溝部２０５と、一方側の補強リブ２０９と本体部２０１と第２嵌合部２０４とによって区画される溝部２０５とが形成されている。これらの溝部２０５は、既設管１７の内側に帯状部材２００をスパイラル状に巻回すると、更生管１８の外側に開放する、２条のスパイラル状の溝部２０５を構成する。

往主管４並びに第１及び第２復主管５，６は、図６（ａ）に示すように、既設管１７と更生管１８との間の空間内で下水道管１６の延長方向に延びている。既設管１７と更生管１８との間の空間には、図６（ｂ）に示すように、アンカー等を用いて支持部材２６が固定されており、これらの往主管４並びに第１及び第２復主管５，６は、支持部材２６に設けられた保持部２７に固定されている。

採熱管７は、更生管１８に形成された２条のスパイラル状の溝部２０５に、所定のスパンｐに亘って裏側から嵌め込まれている。そうして、各スパンｐにおける２本の採熱管７は、一方側の入口端部が往主管４に継手部６０を介して分岐接続されている一方、他方側の出口端部が継手部６０を介して第２復主管６に分岐接続されている。なお、本変形例においては、熱媒体は、帯状部材２００を介して採熱管７と接触する下水と熱交換することになる。

−効果−
本実施形態によれば、往主管４並びに第１及び第２復主管５，６が更生管１８の外側に配置されることから、下水道管１６の通水断面積を大きくすることができる。これにより、増水時等に、下水に含まれるゴミ等が往主管４並びに第１及び第２復主管５，６に引っかかることによって、下水の流れが阻害されるのを抑えることができる。

（実施形態２）
本実施形態は、ヒートポンプユニット２及び循環ポンプ２０の数が配管系統２１，２２，…の数よりも少ない点、及び、各配管系統２１，２２，…と接続される第２循環配管１０に開閉バルブ５１が設けられている点が、上記実施形態１と異なるものである。他の構成は実施形態１と同様であることから、以下、実施形態１と異なる点について説明する。

熱交換システム１は、図８に示すように、ヒートポンプユニット２及び循環ポンプ２０を１台ずつしか備えていない。それ故、第１〜第５配管系統２１，２２，…とそれぞれ接続される５組の第１及び第２循環配管９，１０は、ヒートポンプユニット２と直接接続されるのではなく、統合配管５２，５３を介してヒートポンプユニット２とそれぞれ接続されている。第１循環配管９と接続される統合配管５２には、第１〜第５配管系統２１，２２，…で熱媒体を循環させるための循環ポンプ２０が設けられている。

第１〜第５配管系統２１，２２，…の第１復主管５と接続される５本の第２循環配管１０には、開閉バルブ５１がそれぞれ設けられている。これらの開閉バルブ５１は、ヒートポンプユニット２に設けられた電子制御ユニット５０と電気的にそれぞれ接続されており（図８の破線参照）、電子制御ユニット５０からの指令に従って開閉するようになっている。かかる開閉バルブ５１を設けることにより、循環ポンプ２０が駆動すると、対応する開閉バルブ５１が開弁された配管系統では熱媒体が循環する一方、対応する開閉バルブ５１が閉弁された配管系統では熱媒体が循環しないことになる。これにより、本実施形態では、開閉バルブ５１が、本発明で言うところの、各配管系統に熱媒体を循環させるか否かを切換可能な切換手段に対応している。

以上のように構成された熱交換システム１において、電子制御ユニット５０は、高負荷時には、５つの開閉バルブ５１を全て開弁させる一方、低負荷時には、一部の開閉バルブ５１のみを開弁させる。ここで、電子制御ユニット５０は、開閉バルブ５１の一部のみを開弁させる場合には、システム全体としての高効率運転を実現すべく、マンホール１９（ヒートポンプユニット２）に近い区間に割り当てられた配管系統と接続された開閉バルブ５１を優先して開弁させる。

そうして、各電子制御ユニット５０からの指令に従い、循環ポンプ２０が駆動すると、開弁された開閉バルブ５１に接続された配管系統では、循環ポンプ２０より吐出された熱媒体が、統合配管５２及び第１循環配管９を経て往主管４に供給され、２条の採熱管７に分配される。そうして、熱媒体は、第１及び第２復主管５，６、第２循環配管１０、統合配管５３を経由してヒートポンプユニット２に戻る。一方、閉弁された開閉バルブ５１に係る配管系統では、熱媒体は循環しない。

−効果−
本実施形態によれば、５つの開閉バルブ５１の開閉を行うだけで、高負荷時には、利用する配管系統を容易に増やすことができる一方、低負荷時には、利用する配管系統を容易に減少させることができる。これにより、ヒートポンプユニット２及び循環ポンプ２０を１台ずつしか備えていない簡単な構造で、システム全体としての高効率運転が可能となる。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記各実施形態では、熱交換システム１を下水道管１６に適用したが、これに限らず、例えば農業用水路、上水道管、排水路にも適用することができる。

また、上記実施形態１では、内側に２条の溝部１０８が形成された帯状部材１００を用いる一方、上記変形例では、外側に２条の溝部２０５が形成された帯状部材２００を用いたが、これらとは逆に、実施形態１において外側に２条の溝部２０５が形成された帯状部材２００を用いる一方、変形例において内側に２条の溝部１０８が形成された帯状部材１００を用いてもよい。

さらに、上記各実施形態では、下水道管１６をその延長方向において５つの区間に等分し、各配管系統２１，２２，…をこれら５つの区間に割り当てたが、これに限らず、下水道管１６をその延長方向において５未満または６以上の区間に分け、各配管系統をこれらの区間に割り当てるようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、熱媒輸送管３と採熱管７との接続方式として、リバースリターン方式を採用したが、これに限らず、例えば、復主管を折り返さず、往主管４と同じ長さの第１復主管５と採熱管７とを接続する並列方式を採用してもよい。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明によると、熱媒体を各採熱管に均等に分配し、且つ、熱媒輸送管の圧力損失が極端に増大するのを抑えることができるとともに、システム全体としての高効率運転が可能となるので、敷設距離が長い管渠に設置される熱交換システムに適用して極めて有益である。

１ 熱交換システム
２ ヒートポンプユニット
３ 熱媒輸送管
４ 往主管（熱媒輸送管）
４ 往主管（熱媒輸送管）
５ 第１復主管（熱媒輸送管）
６ 第２復主管（熱媒輸送管）
７ 採熱管
８ 採熱管群
１６ 下水道管（管渠）
１７ 既設管
１８ 更生管
２０ 循環ポンプ（切換手段）
２１ 第１配管系統
２２ 第２配管系統
２３ 第３配管系統
２４ 第４配管系統
２５ 第５配管系統
５０ 電子制御ユニット（制御手段）
５１ 開閉バルブ（切換手段）

Claims (4)

1. ヒートポンプユニットと、
   内部を流れる熱媒体によって管渠内を流れる流体から熱を回収する複数の採熱管と、
   上記管渠の延長方向に延び、上記ヒートポンプユニットと上記採熱管との間で熱媒体を循環させる複数の熱媒輸送管と、
   を備える管内設置型の熱交換システムであって、
   上記複数の熱媒輸送管および複数の採熱管は、各熱媒輸送管と当該各熱媒輸送管に分岐接続される１群の採熱管群とを１つの配管系統とする、複数の配管系統に分かれており、
   上記複数の配管系統における採熱管群が、上記管渠の延長方向に並ぶように配設されており、
   上記各配管系統に熱媒体を循環させるか否かを切換可能な切換手段と、
   熱利用側の負荷変動に応じて、上記切換手段を切り換えることにより、熱の回収に用いる配管系統数を増減させる制御手段と、
   をさらに備えていることを特徴とする管内設置型の熱交換システム。
2. 上記請求項１に記載の管内設置型の熱交換システムにおいて、
   熱媒体を上記配管系統で循環させるための複数の循環ポンプをさらに備えており、
   上記各配管系統は、対応する１つの循環ポンプと接続されていることを特徴とする管内設置型の熱交換システム。
3. 上記請求項１または２に記載の管内設置型の熱交換システムにおいて、
   上記管渠は、既設管と当該既設管内に製管された更生管とからなり、
   上記各熱媒輸送管は、上記既設管と上記更生管との間に配置されていることを特徴とする管内設置型の熱交換システム。
4. 上記請求項１〜３のいずれか１つに記載の管内設置型の熱交換システムにおいて、
   上記複数の配管系統にそれぞれ対応する複数のヒートポンプユニットを備えていることを特徴とする管内設置型の熱交換システム。

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