JP6328995B2 - 採熱システム - Google Patents

Description

本発明は、採熱システムに関し、特に、既設管の内側底部に沿うように管軸方向に延設される複数の長尺の採熱管を備える採熱システムに関するものである。

例えば下水道用管路や工業用水用管路といった既設管の内部を流れる液体の温度は四季を通じて変動が小さいのに対し、外気温度は季節変動が大きいことに着目し、これらの既設管内を流れる液体と外気温度との温度差を利用して熱交換を行うようにした採熱システムが従来から知られている。

例えば特許文献１には、既設管の内部に熱可塑性樹脂からなるスリーブを延設するとともに、当該スリーブの底部に長手方向に延びる通路を複数形成し、これらの通路を流れる熱交換媒体と、当該スリーブの底部を流れる水とが熱交換を行うようにした管路構造が開示されている。

しかしながら、上記特許文献１の管路構造では、通路がスリーブの底部に形成されていて露出していないことから、例えば既設管内を流れる異物によって通路が局所的に破損した場合には、経路の修復が困難であるという問題がある。また、上記特許文献１の管路構造では、通路が露出していないことから、換言すると、通路が既設管内を流れる水と直接接触していないことから、熱交換効率が低下する。加えて、採熱システムにおいては、熱の回収が主たる目的であるのに、既設管が老朽化しておらず既設管の修復が必要ではない場合にも、上記特許文献１のもののように常に既設管の内部にスリーブを延設すると、採熱システムのコストが増大するという問題がある。

そこで、例えば特許文献２には、マンホールから出発し折り返されて再び当該マンホールに戻るように連続する複数本の採熱管を、既設管または新設管の管底部内周面の長手方向にそれぞれ平行に敷設することで、熱交換媒体と下水とを熱交換させる下水熱等の採熱構造が開示されている。この特許文献２の採熱構造によれば、採熱管が露出していることから、熱交換効率を高めることができるとともに、採熱管が局所的に破損しても、容易に修復を行うことができる。また、かかる採熱構造を既設管に適用すれば、採熱システムのコストが増大するのを抑えることができる。

特開２０１３−４０４６９号公報 特開２０１３−２４２１０７号公報

ところで、上記採熱システムに用いられる採熱管は、例えば５０mを超えるような長尺物であることから、運搬時の利便性等を考慮して、通常、ドラム等に巻き付けられた状態、またはとぐろ状に巻かれた状態で施工現場に搬入される。それ故、施工現場に搬入された長尺の採熱管には、巻癖がついていることが多い。かかる巻癖がついた長尺の採熱管を敷設する際には、巻癖を取りながら採熱管を真っ直ぐに延ばして敷設していくが、一度ついた巻癖を完全に取り去ることは困難である。

このため、長尺の採熱管を既設管の内側底部に管軸方向に延びるように敷設し、例えば上記特許文献２のもののように、管軸方向に間隔をあけて設けられた支持部材によって採熱管を既設管に固定しても、巻癖に起因して、支持部材間において剥き出しになっている採熱管が波打ったり、相隣り合う採熱管に段差が生じたりするおそれがある。このように、採熱管が波打ったり、相隣り合う採熱管に段差が生じたりすると、既設管内を流れる異物等が採熱管に引っかかったり、堆積したりすることで、既設管内を流れる液体の流れを阻害するという問題がある。

また、採熱管の敷設作業や敷設された採熱管の維持管理作業といった管内作業中に、作業者が支持部材間において剥き出しになっている採熱管を踏みつけてしまうと、採熱管が破損したり、座屈したりするおそれがある。

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、採熱管が既設管の内側底部に沿うように管軸方向に延設された採熱システムにおいて、コストの上昇を抑えつつ、採熱管に波打ちや段差が生じるのを抑制するとともに、採熱管の破損や座屈を抑える技術を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明では、採熱管を直線状に拘束可能な部材によって、長尺の採熱管を管軸方向に拘束するようにしている。

具体的には、本発明は、既設管の内側底部に沿うように管軸方向に延設される複数の長尺の採熱管を備え、当該既設管内を流れる液体と、当該採熱管内を流れる熱交換媒体とを熱交換させる採熱システムを対象としている。

そして、上記採熱システムは、上記採熱管よりも高い剛性を有し、且つ、上記採熱管を露出させた状態で直線状に拘束可能な拘束部材を備え、上記複数の採熱管は、上記既設管の内側底部に沿って管軸方向に連なるように設置された複数の上記拘束部材によって拘束されており、上記複数の拘束部材は、その上下を流れる液体が連通するように、拘束部材同士の間に生じる隙間が止水されておらず、管軸方向に間隔をあけて設けられ、上記拘束部材を上記既設管の内周面に押し付けることで、上記複数の採熱管を上記既設管に対して固定する固定部材をさらに備えていることを特徴としている。

この構成によれば、拘束部材は採熱管よりも高い剛性を有しているので、拘束部材によって採熱管を拘束すると、採熱管に巻癖がついていても、採熱管が直線状に維持される。それ故、かかる拘束部材を管軸方向に連なるように複数設置し、これらの拘束部材によって採熱管を軸方向にほぼ間断なく拘束すると、複数の採熱管に波打ちや段差が生じるのを抑制することができる。これにより、既設管内を流れる異物等が採熱管に引っかかったり、堆積したりするのを抑えることができる。

また、拘束部材は、採熱管を直線状に拘束するという機能のみならず、採熱管を保護する機能をも有している。すなわち、管内作業中に作業者が誤って採熱管を踏みつけようとしても、採熱管よりも高い剛性を有している拘束部材が踏みつけ荷重を受けるので、採熱管が破損したり、座屈したりするのを抑えることができる。

さらに、新設管（スリーブ）等を設けることなく、既設管の内側底部に沿って拘束部材を設置するという簡単な構成で、採熱管に波打ち等が生じるのを抑制し、且つ、採熱管の破損等を抑えることができるので、コストの上昇を抑えることができる。

加えて、拘束部材は採熱管を露出させた状態で拘束することから、採熱管が局所的に破損した場合にも、採熱管の修復を容易に行うことができるとともに、採熱管の露出した部位と既設管内を流れる液体とが直接接触するので熱交換効率を高めることができる。
ところで、拘束部材を単に設置しただけでは、拘束部材が浮力で浮き上がったり、管軸方向へ移動したりするおそれがあるし、既設管内を流れる液体によって、拘束部材および採熱管が流されるおそれがある。もっとも、既設管内に下水や工業用水や農業用水を流しながら、採熱システムの全長に亘ってモルタルやコンクリートを打設して拘束部材を固定することは困難であるし、仮に打設できても、施工ミス等によりモルタルやコンクリートで採熱管が覆われると、熱交換効率が低下するという問題がある。
この点、上記構成によれば、拘束部材および採熱管が固定部材によって既設管に対して固定されるので、拘束部材の浮き上がりや管軸方向への移動が抑えられるとともに、既設管内を流れる液体によって、拘束部材および採熱管が流されるのを抑えることができる。また、固定部材は管軸方向に間隔をあけて設けられていることから、管軸方向に連なるように設置された拘束部材の上面が部分的に覆われるにとどまるので、採熱管が露出した状態を維持することができる。
さらに、これらの構成では、例えば管軸方向における拘束部材同士の継ぎ目や係合部と被係合部との間に生じる隙間といった拘束部材同士の間に生じる隙間が止水されていないことから、拘束部材の上下を流れる液体が連通する。このため、複数の拘束部材の下側に圧力水が浸入しても、かかる圧力水がこれらの継ぎ目や隙間から逃げることが可能となっている。したがって、拘束部材および固定部材に過度の負圧が作用するのを抑えることができる。

なお、拘束部材が例えば矩形状の場合には、既設管が真っ直ぐな区間では、複数の拘束部材を管軸方向に互いに突き合わせて連続して設置することが可能であるが、既設管が曲がっている区間では、拘束部材同士の間に採熱管に波打ち等が生じない程度の小さな間隔があくことになる。そうして、本発明における「連なるように」とは、拘束部材が管軸方向に互いに突き合わされて連続している場合、および、拘束部材同士の間に採熱管に波打ち等が生じない程度の小さな間隔があいている場合の両方を含む意である。

そして、上記採熱システムでは、上記固定部材は、（１）上記既設管の管径方向に拡径可能に構成されていて、拡径して上記拘束部材を上記既設管の内周面に押し付けることで、または（２）上記既設管に打ち込まれたアンカーボルトを基点として、上記拘束部材を上記既設管の内周面に押し付けることで、上記複数の採熱管を上記既設管に対して固定することが好ましい。

また、上記固定部材は、上下または左右に分割可能に構成されていて、上記既設管内で組み立てられることが好ましい。この構成によれば、大きな固定部材を容易に既設管内に導入することができる。

以上、説明したように本発明に係る採熱システムによれば、コストの上昇を抑えつつ、採熱管に波打ちや段差が生じるのを抑制するとともに、採熱管の破損や座屈を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る採熱システムを模式的に示す縦断図である。 採熱システムにおける既設管の下半分に対応する部分を管周方向に展開した模式図である。 図１のIII−III線の横断図である。 採熱管の折返し部の形状を模式的に示す図であり、同図（ａ）は機械的な嵌め合せ機構による折返し部を示し、同図（ｂ）は生曲げ加工による折返し部を示し、同図（ｃ）は融着等による折返し部を示す。 ヘッダーを模式的に示す図であり、同図（ａ）は直列型ヘッダーを示し、同図（ｂ）は並列型ヘッダーを示し、同図（ｃ）は箱型ヘッダーを示す。 フレームを模式的に示す図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は端面図である。 フレームが固定バンドによって既設管の内周面に押し付けられている状態を模式的に説明する斜視図である。 一体型の固定バンドを模式的に示す図である。 折返し部に形成された摺り付け部を模式的に示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は側面図である。 採熱管とヘッダーとの連結部に形成された摺り付け部を模式的に示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は側面図である。 採熱システムの施工手順の一例を模式的に説明する図である。 採熱管が巻き付けられたドラムを模式的に示す斜視図である。 フレームを連結方向に撓ませた状態を模式的に示す図である。

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。

図１は本発明の実施形態に係る採熱システム１を模式的に示す縦断図であり、図２は採熱システム１における既設管２の下半分に対応する部分を管周方向に展開した模式図であり、図３は図１のIII−III線の横断図である。この採熱システム１は、例えば下水道用管路や工業用水用管路や農業用水用管路といった既設管２の内部に設けられるものであり、複数の採熱管１０と、複数の採熱管１０を集合させる往側ヘッダー２０および復側ヘッダー２１と、複数の採熱管１０を拘束するフレーム３０と、複数の採熱管１０を既設管２に対して固定する固定バンド４０と、採熱システム１における管軸方向両端部の段差を緩和するための摺り付け部５０，５１と、を備えている。なお、図２では、図を見易くするために、摺り付け部５０，５１を２点鎖線で示している。

以下では、この採熱システム１を第１人孔７０と第２人孔７１との間に設けられた下水道用の既設管２に適用した場合について説明する。なお、この既設管２では図１の右側から左側へ下水（液体）３が流れている（図１の白抜き矢印参照）。以下の説明では、説明の便宜上、上流側を先端側ともいい、下流側を基端側ともいう。

採熱管１０は、熱可塑性樹脂からなる円筒状の管であり、既設管２内を流れる下水３と熱交換を行う熱交換媒体が内部を流れている。なお、採熱管１０の材質は、熱可塑性樹脂以外の樹脂やゴム等を排除するものではないが、搬送時や既設管２内への引き込み時における利便性の点から柔軟性を備え、且つ、下水３や工業用水に対する耐薬品性を備えている方が望ましいことから、熱可塑性樹脂が好ましい。さらに、熱融着や溶接による接続や補修を可能とするため、オレフィン系熱可塑性樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン等）であることがより好ましい。また、本実施形態では、下水３との接触面積を大きくするために、採熱管１０として、円筒状の管を採用しているが、例えば角筒状（正方形筒状、矩形筒状、台形筒状、三角形筒状等）といった他の断面形状を有する管を排除するものではない。

各採熱管１０は、図２に示すように、往側採熱管１１と、復側採熱管１２と、折返し管１３と、を有している。往側採熱管１１および復側採熱管１２は、図３に示すように、既設管２の内側底部２ａに沿うように管軸方向に延設されている。各採熱管１０において、往側採熱管１１および復側採熱管１２の先端側の端部は、図２および図４（ａ）に示すように、それぞれ９０°エルボ型の管継手１６を介して、既設管２の内周面に沿うように内側底部２ａに配置された折返し管１３と接続されている。これにより、各採熱管１０は、その先端部にコ字形状の折返し部１５を有している。

ここで、折返し部１５は、コ字形状に折り返されたものだけではなく、Ｕ字形状に折り返されたものでもよい。そうして、Ｕ字形状に折り返された折返し部１５は、例えば、図４（ｂ）に示すように、採熱管１０に熱を加えて柔らかくし、型（図示せず）に沿わせて曲げていく生曲げ加工によって形成してもよいし、図４（ｃ）に示すように、直線状の採熱管（往側採熱管１１および復側採熱管１２）と曲り形状の採熱管（折返し管１３）とを、融着や溶接や接着（接着剤）により接続することで形成してもよい。このように、折返し部１５の形状は、コ字形状でもＵ字形状でもよく、また、折返し部１５の形成方法は、生曲げ加工でもよいし、融着、溶接、接着または機械的な嵌め合せ機構（管継手１６）でもよい。

なお、融着、溶接、接着または管継手１６による折返し部１５の形成は、工場施工でも現場施工でもよいが、現場施工する場合には下水３の水面よりも上方で行うのが好ましい。これに対し、生曲げ加工による折返し部１５の形成については、作業環境が良好とはいえない既設管２内での作業は採熱管１０の座屈や破損を引き起こすおそれがあることから、工場施工が好ましい。

一方、往側採熱管１１および復側採熱管１２の基端側の端部（折返し部１５とは反対側の端部）は、図２に示すように、それぞれ９０°エルボ型の管継手１７を介して接続管１４と接続されている。各接続管１４は、既設管２の内周面に沿って上方に延びている。往側採熱管１１と接続された接続管１４は、複数の採熱管１０を集合させるための往側ヘッダー２０と接続されている一方、復側採熱管１２と接続された接続管１４は復側ヘッダー２１とそれぞれ接続されている。

往側ヘッダー２０および復側ヘッダー２１は、既設管２の円周方向に略１８０°の間隔で、既設管２の内周面における水平な直径方向で対向する２箇所に取り付けられている。つまり、往側ヘッダー２０および復側ヘッダー２１は、通常、下水３に浸からないような位置に配置されている。

本実施形態では、往側ヘッダー２０および復側ヘッダー２１として、図５（ａ）に示すように、複数（２つ）のヘッダー単体２３を既設管２の管軸方向に直列に連結したもの（以下、直列型ヘッダー２２ともいう）が用いられている。より詳しくは、各ヘッダー単体２３は、既設管２の管軸方向に延びる１本の集合管２３ａと、当該集合管２３ａの管軸方向に等間隔で並び且つ当該集合管２３ａから分岐して下方に延びる複数（４つ）の分岐管２３ｂとを有している。そうして、直列型ヘッダー２２では、複数のヘッダー単体２３の集合管２３ａの端部同士が、融着や接着によって連結されている（図５（ａ）のＡ部参照）。

このように構成された直列型ヘッダー２２では、熱利用施設（ヒートポンプ）６０と繋がっている往側熱輸送管６１（または復側熱輸送管６２）が、融着や接着によって集合管２３ａと接合されているとともに、往側採熱管１１（または復側採熱管１２）と接続された接続管１４が、直線型の管継手１８を介して分岐管２３ｂと連結されている。この直列型ヘッダー２２は、既設管２の管軸方向における長さは長くなるものの、構造が単純であり加工性に優れているという利点を有している。

なお、直列型ヘッダー２２に限らず、図５（ｂ）および（ｃ）に示すようなタイプのヘッダー２４，２７も、往側ヘッダー２０および復側ヘッダー２１として用いることが可能である。例えば、図５（ｂ）に示すヘッダー２４は、複数（２つ）のヘッダー単体２５，２６を既設管２の管軸方向に並列に連結したもの（以下、並列型ヘッダー２４ともいう）である。より詳しくは、上側ヘッダー単体２５は、既設管２の管軸方向に延びる上側集合管２５ａと、当該上側集合管２５ａの管軸方向に等間隔で並び且つ当該上側集合管２５ａから分岐して下方に延びる複数の分岐管２５ｂと、を有している。また、下側ヘッダー単体２６は、上側集合管２５ａと並行に延びる下側集合管２６ａと、当該下側集合管２６ａの管軸方向に等間隔で並び且つ当該下側集合管２６ａから分岐して下方に延びる複数の分岐管２６ｂと、を有している。この並列型ヘッダー２４では、分岐管２５ｂと分岐管２６ｂとが千鳥に配置されているとともに、分岐管２５ｂが下側集合管２６ａを貫通することで、分岐管２５ｂと分岐管２６ｂとが密に並んだ状態で、上側ヘッダー単体２５と下側ヘッダー単体２６とが連結されている。この並列型ヘッダー２４は、高さが高くなるものの、既設管２の管軸方向における長さを短く抑えることができることから、採熱管１０の本数が多い場合に有利である。

また、例えば、図５（ｃ）に示すヘッダー２７は、空洞の箱型集合部２７ａと、箱型集合部２７ａの上面から上方に延びて往側熱輸送管６１（または復側熱輸送管６２）と接続される集合管２７ｂと、箱型集合部２７ａの下面から下方に延びて管継手１８を介して接続管１４と連結される複数の分岐管２７ｃと、を備えている（以下、箱型ヘッダー２７ともいう）。この箱型ヘッダー２７は、構造が複雑になるものの、既設管２の管軸方向における長さを短く抑えられる点、および、高さを低く抑えられる点で有利である。

以上のように構成された採熱システム１では、熱利用施設６０と接続された往側熱輸送管６１を流れる熱交換媒体は、往側ヘッダー２０の集合管２３ａ、分岐管２３ｂ、接続管１４を順に経由して往側採熱管１１に至り、下水３と熱交換を行いながら複数の往側採熱管１１内を流れる。そうして、複数の往側採熱管１１内を流れた熱交換媒体は、折返し部１５で折り返して、再び下水３と熱交換を行いながら複数の復側採熱管１２内を流れた後、接続管１４、復側ヘッダー２１の分岐管２３ｂ、集合管２３ａを順に経由して、復側熱輸送管６２を通って熱利用施設６０へと戻る。

このように、本実施形態の採熱システム１では、複数（８本）の往側採熱管１１と複数（８本）の復側採熱管１２とを折返し管１３でそれぞれ接続し、１組の往側採熱管１１および復側採熱管１２を流れる熱交換媒体の移動距離を既設管２の１往復分に抑えていることから、例えば、１本の採熱管１０を８回往復させる場合に比して、圧力損失の増大を抑えることができる。また、本実施形態の採熱システム１では、折返し管１３および接続管１４を既設管２の内周面に沿うように配置していることから、例えば、採熱管１０を介して接続される折返し用ヘッダー（図示せず）や集合ヘッダー（図示せず）を既設管２の内側底部２ａに直接設置するような構造に比して、流路阻害を抑えることができる。したがって、本実施形態の採熱システム１によれば、圧力損失の増大および流路阻害を抑えつつ、熱交換媒体を好適に循環させることができる。

また、本実施形態の採熱システム１では、採熱管１０よりも高い剛性を有し、且つ、採熱管１０を露出させた状態で直線状に拘束可能なフレーム（拘束部材）３０を、既設管２の内側底部２ａに沿って管軸方向に連なるように複数設置し、かかるフレーム３０によって採熱管１０を拘束するようにしている。

図６は、フレーム３０を模式的に示す図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は端面図である。このフレーム３０は、図６に示すように、短冊状（長方形状）の基板３１と、当該基板３１から上方に突出し且つ当該基板３１の長手方向に延びる４条のリブ３２と、当該基板３１の長手方向の一方側（図６（ｂ）の左側）の側縁部に設けられた係合部３３と、当該基板３１の長手方向の他方側（図６（ｂ）の右側）の側縁部に設けられた被係合部３４と、を有している。なお、フレーム３０は、巻癖がついた採熱管１０を直線状に拘束することから、採熱管１０よりも高い剛性を有する必要がある。それ故、例えばポリエチレンからなる採熱管１０を用いる場合には、例えばポリ塩化ビニルまたは防錆性の高い金属（例えば、亜鉛メッキ鋼板、ステンレス、チタン等）からなるフレーム３０を用いるのが好ましい。

４条のリブ３２は、基板３１の長手直角方向に、採熱管１０の外径と略等しい間隔をあけて、基板３１の長手方向の全長に亘って形成されている。各リブ３２の上端部には、基板３１の長手直角方向両側に突出する突条部３２ａが形成されており、これにより、各リブ３２は断面Ｔ字状をなしている。基板３１の長手方向の一方側の側縁部に設けられたリブ３２の上端部には、基板３１の長手直角方向一方側に延びる連結部３５が基板３１の長手方向の全長に亘って形成されている。係合部３３は、この連結部３５の下面から下方に延びていて、基板３１の長手方向の全長に亘って形成されている。係合部３３の下端部３３ａは断面略円形に形成されている。基板３１の長手方向の他方側の側縁部に設けられた被係合部３４は、断面略円形の溝部３４ａを形成するように、上方に開口する断面略Ｃ字状を呈していて、基板３１の長手方向の全長に亘って形成されている。

このように構成されたフレーム３０は、長手方向の長さが例えば１ｍであることから、長尺の採熱管１０とは異なり、巻かれていない状態で施工現場に搬入することが可能なので、フレーム３０自体に巻癖がつかないようになっている。そうして、このフレーム３０は、採熱管１０よりも高い剛性を有することと、リブ３２により剛性が高められていることとが相俟って、図６（ｂ）に示すように、リブ３２の間に採熱管１０を挟み込むことにより、採熱管１０の略上半分を露出させた状態で、巻癖がついた採熱管１０を直線状に拘束することが可能となっている。なお、各リブ３２の上端部には突条部３２ａが形成されているので、リブ３２の間に挟み込まれた採熱管１０は簡単には抜けないようになっている。

また、フレーム３０は、一のフレーム３０の係合部３３と、他のフレーム３０の被係合部３４とを係合させることで、より詳しくは、一のフレーム３０の係合部３３における断面略円形の下端部３３ａを、他のフレーム３０の被係合部３４における、断面略円形の溝部３４ａに嵌めることで、相隣接するフレーム３０の側縁部同士が連結可能になっている。それ故、図３に示すように、複数（４つ）のフレーム３０を既設管２の管周方向に連結することで、複数（１６本）の採熱管１０を拘束することが可能になっている。なお、係合部３３と被係合部３４とは、簡単には外れないが、これら係合部３３と被係合部３４との間に下水３が通過可能な隙間が生じるような緩い係合状態を形成するように、寸法が設定されている。また、管周方向に連結されたフレーム３０同士は、係合部３３の下端部３３ａを上方に開口する溝部３４ａに嵌めることで連結されていることから、係合部３３の下端部３３ａが溝部３４ａ内を管軸方向に滑ることで、管軸方向には相対移動可能となっている。

そうして、側縁部同士が連結され、且つ、リブ３２の間に採熱管１０が挟み込まれたフレーム３０を、図１に示すように、既設管２の内側底部２ａに沿って管軸方向に連なるように複数設置することで、採熱管１０はその全長に亘ってほぼ間断なく拘束される。なお、管軸方向におけるフレーム３０同士の継ぎ目、および、係合部３３と被係合部３４との間に生じる隙間には、止水処理が施されておらず、管軸方向に連なるように設置された複数のフレーム３０の下側に浸入した下水３と、かかるフレーム３０の上側を流れる下水３とが、連通するようになっている。

このように、管軸方向に連なるように複数設置されたフレーム３０によって採熱管１０を拘束することで、巻癖に起因して、採熱管１０が波打ったり、相隣り合う採熱管１０に段差が生じたりするのを抑えることができる。したがって、本実施形態の採熱システム１では、既設管２内を流れる異物等が採熱管１０に引っかかったり、堆積したりするのを抑えることができる。また、例えば管内作業中に作業者が誤って採熱管１０を踏みつけようとしても、リブ３２の上端が先に作業者の足底に当たり、採熱管１０よりも高い剛性を有しているフレーム３０が踏みつけ荷重を受けるので、採熱管１０が破損したり、座屈したりするのを抑えることができる。さらに、フレーム３０は採熱管１０の略上半分を露出させた状態で採熱管１０を拘束していることから、採熱管１０が局所的に破損した場合にも、採熱管１０の修復を容易に行うことができるとともに、採熱管１０の露出した部位と下水３とが直接接触するので熱交換効率を高めることができる。

もっとも、フレーム３０を単に設置しただけでは、フレーム３０が浮力で浮き上がったり、管軸方向へ移動したりするおそれがあるし、既設管２内を流れる下水３によって、フレーム３０および採熱管１０が流されるおそれがある。

そこで、本実施形態の採熱システム１では、既設管２の管径方向に拡径可能な固定バンド（固定部材）４０を用いて、フレーム３０を既設管２の内周面に押し付けることで、複数の採熱管１０を既設管２に対して固定するようにしている。

より詳しくは、固定バンド４０は、既設管２の内径と略等しい外径を有する断面半円状の上側バンド４１と、既設管２の内径と略等しい外径を有する断面半円状のバンドの底部を径方向内側に窪ませた下側バンド４２と、これら上側バンド４１および下側バンド４２を既設管２の内周面に押し付け固定する拡径手段４３とを有している。なお、固定バンド４０は、防錆性等を考慮して、ステンレス製であることが好ましい。

上側バンド４１と下側バンド４２とは、上下に分割可能であり、既設管２内で組み立てられることから、容易に既設管２内に導入することができる。また、下側バンド４２の底部の窪み４２ｂは、既設管２の管周方向に連結された４つのフレーム３０がすっぽりと嵌るような大きさに形成されている。拡径手段４３は、図３に示すように、上側バンド４１の両端部から管径方向内側にそれぞれ延びる座部４１ａと、下側バンド４２の両端部から管径方向内側にそれぞれ延び、座部４１ａと上下方向に対向する座部４２ａと、これらの座部４１ａ，４２ａを上下に貫通するボルト４４と、当該ボルト４４と螺合するナット４５と、を有していて、ボルト４４およびナット４５の締め具合を調整することで、固定バンド４０を容易に拡径できるように構成されている。

このように構成された固定バンド４０は、図１および図２に示すように、既設管２の管軸方向に相隣接するフレーム３０同士の突合せ部を覆うように、管軸方向に間隔をあけて設けられている。そうして、拡径手段４３によって固定バンド４０を拡径すると、図７に示すように、窪み４２ｂに嵌ったフレーム３０の管軸方向の端部が、既設管２の内周面に押し付けられるとともに、フレーム３０を介して採熱管１０が既設管２に固定される。これにより、フレーム３０が浮力で浮き上がったり、管軸方向へ移動したり、フレーム３０および採熱管１０が下水３によって流されたりするのを抑制することができる。また、固定バンド４０は、管軸方向に間隔をあけて設けられているので、フレーム３０の上面は部分的にしか覆われていない（全面的に覆われているのではない）ことから、採熱管１０が露出した状態を維持することができる。

さらに、上述の如く、管軸方向におけるフレーム３０同士の継ぎ目は止水されておらず、且つ、係合部３３と被係合部３４とは、両者の間に下水３が通過可能な隙間が生じるような緩い係合状態を形成しているとともに、かかる隙間が止水されていないことから、複数のフレーム３０の下側に圧力水が浸入しても、かかる圧力水がこれらの継ぎ目や隙間から逃げることが可能となっている。これにより、フレーム３０および固定バンド４０に過度の負圧が作用するのを抑えることができる。

なお、固定バンド４０は円形のものに限られず、例えば、下側バンド４２だけで構成するようにしてもよい。具体的には、既設管２の内周面における水平な直径方向で対向する２箇所にアンカーボルト（図示せず）を打ち込み、かかるアンカーボルトを基点として、下側バンド４２によってフレーム３０を既設管２の内周面に押し付けるようにしてもよい。

さらに、図８に示すように、フレーム３０と一体になったような固定バンド４６を用いるようにしてもよい。より詳しくは、この固定バンド４６は、図８（ａ）に示すように、既設管２の内径と略等しい外径を有する断面半円状の上側バンド４７と、既設管２の内径と略等しい外径を有する断面半円状の下側バンドを構成する内側バンド４８および外側バンド４９と、を有している。内側バンド４８の外周面には径方向内側に窪む断面半円形の溝４８ａが形成されている一方、外側バンド４９の内周面には径方向外側に窪む断面半円形の溝４９ａが形成されている。そうして、これら上側バンド４７、内側バンド４８および外側バンド４９を組み合わせると、図８（ｂ）に示すように、採熱管１０が挿入される貫通孔４６ａ（溝４８ａと溝４９ａとが組み合わさったもの）を底部に有する円形の固定バンド４６が形成される。なお、この固定バンド４６を用いる場合には、当該固定バンド４６を管軸方向に間隔をあけて設けるとともに、管軸方向における固定バンド４６と固定バンド４６との間の区間には、外側バンド４９のみを管軸方向に複数連なるように配置して、複数の採熱管１０を溝４９ａに嵌め込むようにする。

ところで、先端側に形成された折返し部１５は、下水３に対する抵抗となり易い。このため、採熱システム１の先端側の端部には、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、当該折返し部１５を覆うとともに、最も先端側に配設されたフレーム３０の先端側の端部と第２人孔７１の底部とを滑らかに繋ぐ摺り付け部５０が形成されている。同様に、採熱システム１の基端側の端部には、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、往側採熱管１１および復側採熱管１２と接続管１４との接続部を覆うとともに、最も基端側に配設されたフレーム３０の基端側の端部と既設管２の管底とを滑らかに繋ぐ摺り付け部５１が形成されている。なお、摺り付け部５０，５１は、例えば、急結セメントを用いたモルタルや、急結セメントと普通ポルトランドセメントとを混ぜたモルタルを用いることで、下水３中でも形成することができる。

次に、採熱システム１の施工方法について説明する。

上述した採熱システム１を既設管２内に構築するには、（Ａ）複数（本実施形態では１６本）の採熱管１０を既設管２外から第１人孔７０を介して既設管２内へ引き込む工程と、（Ｂ）複数のフレーム３０を既設管２外から第１人孔７０を介して既設管２内へ導入する工程と、（Ｃ）フレーム３０の側縁部同士を連結する工程と、（Ｄ）リブ３２の間に採熱管１０を挟み込む工程と、（Ｅ）固定バンド４０を用いて複数の採熱管１０を既設管２内に固定する工程と、（Ｆ）折返し部１５を形成する工程と、（Ｇ）複数の採熱管１０と往側ヘッダー２０および復側ヘッダー２１とを接続する工程と、（Ｈ）摺り付け部５０，５１を形成する工程と、が必要となる。

これら（Ａ）〜（Ｈ）工程については様々な順序が考えられるが、代表例として、（Ａ）工程→（Ｂ）工程→（Ｃ）工程→（Ｄ）工程→（Ｅ）工程→（Ｆ）工程→（Ｇ）工程→（Ｈ）工程という施工手順１について説明する。

先ず、（Ａ）工程では、図１１（ａ）に示すように、巻かれた状態で施工現場に搬入された複数の採熱管１０の束を人力によって既設管２外から第１人孔７０を介して既設管２内へ引き込む。具体的には、結束バンド（例えばインシュロック（登録商標））９３を用いて、所定数（４本）の採熱管１０を横並び状態で束ねた採熱管群８０を４群用意するとともに、図１２に示すように、一対の回転ドラム９１，９２を有するドラム装置９０を用意し、各回転ドラム９１，９２に採熱管群８０を１群ずつ巻き付ける。そうして、回転ドラム９１，９２に巻き付けられた２群の採熱管群８０を、既設管２外から巻き出しながら既設管２内へ引き込むとともに、２群の採熱管群８０を引き込みながら既設管２の内側底部２ａに沿うように引き揃える。なお、採熱管群８０を引き揃える過程で採熱管１０が絡まったり、捩れたりしないように、結束バンド９３は例えば数メートル間隔で採熱管群８０を結束していることが好ましい。また、ドラム装置９０は、一対の回転ドラム９１，９２が相対回転することが可能に構成されており、これにより、採熱管群８０が異なる巻き付け径で２つの回転ドラム９１，９２にそれぞれ巻き付けられていても、２群の採熱管群８０を容易に引き揃えることが可能となっている。

このように、２群の採熱管群８０（８本の採熱管１０）を既設管２内に引き込み、２群の採熱管群８０を第２人孔７１まで引っ張って敷設するという作業を、２回繰り返すだけで、１６本の採熱管１０の敷設が完了するので、作業効率を大幅に向上させることができる。なお、引き込みおよび引き揃えの支障にならない程度の重量に収まるのであれば、１６本の採熱管１０の束を一度に既設管２内へ引き込むようにしてもよい。

次に、（Ｂ）工程では、図１１（ｂ）に示すように、複数のフレーム３０を人力によって既設管２外から第１人孔７０を介して既設管２内へ導入する。そうして、例えば先端側からフレーム３０を敷設していく場合には、第１人孔７０から導入されたフレーム３０を人力によって第２人孔７１側へ運ぶ。なお、図１１（ｂ）では、図を見易くするために、採熱管１０を図示省略している。

次に、（Ｃ）工程では、既設管２内における下水３の液面よりも上方で、一のフレーム３０の係合部３３と他のフレーム３０の被係合部３４とを係合させることで管周方向に相隣接する４つのフレーム３０の側縁部同士を連結する。続いて（Ｄ）工程では、既設管２内における下水３の液面よりも上方で、近傍の結束バンド９３を外し、または、ずらした後、４つのフレーム３０のリブ３２の間に１６本の採熱管１０を挟み込み（嵌め込み）、その後、フレーム３０を既設管２の内側底部２ａに沿うように下水３中に沈める。そうして、例えば先端側からフレーム３０を敷設していく場合には、第２人孔７１側から（Ｃ）工程および（Ｄ）工程を繰り返し行うことで、フレーム３０を既設管２の管軸方向に複数連なるように設置する。

次に、（Ｅ）工程では、上下に分割された状態で上側バンド４１および下側バンド４２を既設管２内に導入し、既設管２内で組み立てた固定バンド４０を、既設管２の管軸方向に相隣接するフレーム３０同士の突合せ部を覆うように配置する。そうして、拡径手段４３によって固定バンド４０を拡径して、フレーム３０を既設管２の内周面に押し付け固定する。

次に、（Ｆ）工程では、９０°エルボ型の管継手１６を用いて、往側採熱管１１および復側採熱管１２の先端側の端部と折返し管１３とを接続してコ字形状の折返し部１５を形成する。なお、上記図４（ｂ）に示すように、工場施工で生曲げ加工によって折返し部１５を形成する場合や、工場施工で往側採熱管１１および復側採熱管１２と折返し管１３とを接続する場合には、当然（Ｆ）工程を省略することができる。

次に、（Ｇ）工程では、往側採熱管１１および復側採熱管１２の基端側の端部を、それぞれ９０°エルボ型の管継手１７を介して接続管１４と接続するとともに、かかる接続管１４を直線型の管継手１８を介して、往側ヘッダー２０および復側ヘッダー２１の分岐管２３ｂと連結する。

最後に、（Ｈ）工程では、急結セメント（および普通ポルトランドセメント）を用いたモルタルを練り上げ、折返し部１５を覆うとともに、最も先端側に配設されたフレーム３０の先端側の端部と第２人孔７１の底部とを滑らかに繋ぐ摺り付け部５０を、練り上げたモルタルによって形成する。同様に、往側採熱管１１および復側採熱管１２と接続管１４との接続部を覆うとともに、最も基端側に配設されたフレーム３０の基端側の端部と既設管２の管底とを滑らかに繋ぐ摺り付け部５１を、練り上げたモルタルによって形成する。

−その他の施工手順−
上述の如く、（Ａ）〜（Ｈ）工程については様々な順序が考えられるところ、例えば、（Ａ）工程→（Ｃ）工程→（Ｂ）工程→（Ｄ）工程→（Ｅ）工程→（Ｆ）工程→（Ｇ）工程→（Ｈ）工程という施工手順２を採用してもよい。この施工手順２では、地上（既設管２外）で、一のフレーム３０の係合部３３と他のフレーム３０の被係合部３４とを係合させて４つのフレーム３０の側縁部同士を連結した後、かかる連結されたフレーム３０を、第１人孔７０を介して既設管２内へ導入する。もっとも、４つのフレーム３０が長手直角方向に広がった状態では取り扱い難いので、例えば、図１３に示すように、側縁部同士を連結した４つのフレーム３０を円形状に撓ませた状態（連結方向に撓ませた状態）で、既設管２内へ導入するのが好ましい。この施工手順２によれば、（Ｃ）工程を地上で行うことにより、作業環境が良好とはいえない管内作業を減らすことができる。

（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。

上記実施形態では、１６本の採熱管１０からなる採熱システム１について説明したが、これに限らず、１つの採熱システム１を構成する採熱管１０の本数は何本でもよい。

また、上記実施形態では、本発明の採熱システム１を横断面円形状の既設管２に適用したが、これに限らず、例えば、横断面矩形状の既設管（ボックスカルバート）に適用してもよい。

さらに、上記実施形態では、拘束部材として、基板３１とリブ３２と係合部３３と被係合部３４とを有するフレーム３０を用いたが、採熱管１０よりも高い剛性を有し、且つ、採熱管１０を露出させた状態で直線状に拘束可能であれば、これに限らず、異なる構成の拘束部材を用いてもよい。

また、上記実施形態では、固定バンド４０を上下に分割可能に構成したが、これに限らず、例えば、左右に分割可能に構成してもよい。

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、コストの上昇を抑えつつ、採熱管に波打ちや段差が生じるのを抑制するとともに、採熱管の破損や座屈を抑えることができるので、既設管の内側底部に沿うように管軸方向に延設される複数の長尺の採熱管を備える採熱システムに適用して極めて有益である。

１ 採熱システム
２ 既設管
２ａ 内側底部
３ 下水（液体）
１０ 採熱管
３０ フレーム（拘束部材）
４０ 固定バンド（固定部材）

Claims (4)

1. 既設管の内側底部に沿うように管軸方向に延設される複数の長尺の採熱管を備え、当該既設管内を流れる液体と、当該採熱管内を流れる熱交換媒体とを熱交換させる採熱システムであって、
   上記採熱管よりも高い剛性を有し、且つ、上記採熱管を露出させた状態で直線状に拘束可能な拘束部材を備え、
   上記複数の採熱管は、上記既設管の内側底部に沿って管軸方向に連なるように設置された複数の上記拘束部材によって拘束されており、
   上記複数の拘束部材は、その上下を流れる液体が連通するように、拘束部材同士の間に生じる隙間が止水されておらず、
   管軸方向に間隔をあけて設けられ、上記拘束部材を上記既設管の内周面に押し付けることで、上記複数の採熱管を上記既設管に対して固定する固定部材をさらに備えていることを特徴とする採熱システム。
2. 上記請求項１に記載の採熱システムにおいて、
   上記固定部材は、上記既設管の管径方向に拡径可能に構成されていて、拡径して上記拘束部材を上記既設管の内周面に押し付けることを特徴とする採熱システム。
3. 上記請求項１に記載の採熱システムにおいて、
   上記固定部材は、上記既設管に打ち込まれたアンカーボルトを基点として、上記拘束部材を上記既設管の内周面に押し付けることを特徴とする採熱システム。
4. 上記請求項２または３に記載の採熱システムにおいて、
   上記固定部材は、上下または左右に分割可能に構成されていて、上記既設管内で組み立てられることを特徴とする採熱システム。

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