JP7053002B2

JP7053002B2 - 熱交換用配管を備えた熱交換システム、及び熱交換用マットの製造方法

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Publication number: JP7053002B2
Application number: JP2018017499A
Authority: JP
Inventors: 太郎大岡; 伸吉大岡; 満良張; 章田熊
Original assignee: 吉佳エンジニアリング株式会社
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2038-02-02
Also published as: JP2019132573A

Description

本発明は、地中に埋設された既設管内を流れる流体との間で熱交換を行う熱交換媒体を流す熱交換用配管を備えた熱交換システム、及び熱交換用配管を備えた熱交換用マットの製造方法に関する。

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開発されている。

例えば、特許文献１には、地中に埋設された下水管の外周面上に管軸方向に伸長する採熱管を配置し、下水管内を流れる下水と採熱管を流れる熱交換媒体との間で熱交換を行うことで下水熱を利用する下水熱利用システムが記載されている。この下水熱利用システムでは、採熱管が下水に直接接触することがないため、メンテナンスが不要で維持コストが低減できるという効果がある。

しかしながら、採熱管を流れる熱交換媒体は、下水管を介して下水と熱交換を行うため、熱交換率が低いものとなってしまう。

熱交換率を向上するために、採熱管を下水管の内部に配設した熱交換システムが開発されている。例えば、特許文献２には、下水管の内周を覆う更生材の内部に複数の熱交換流路を設けた下水熱利用システムが記載されている。この下水熱利用システムにおいて、更生材及び熱交換流路は樹脂材料によって一体的に形成されている。

特開２００８－２４１２２６号公報特開２０１３－１４８３１４号公報

特許文献２に記載の下水熱利用システムでは、熱交換流路や更生材を金属材料に比して可撓性のある樹脂材料で形成することにより、施工性や耐久性に優れた構造とすることができる。

しかしながら、樹脂材料は金属材料に比べて熱伝導率が低くなるという問題がある。それ故、熱交換流路に樹脂材料等、比較的熱伝導率が低い材料を用いた場合であっても、熱交換率を高めることが可能な構造が求められていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、熱交換媒体の流路が、比較的熱伝導率が低い材料で構成されていても、熱交換媒体と既設管を流れる流体との間の熱交換率を向上することが可能な熱交換用配管を備えた熱交換システム、及び熱交換用配管を備えた熱交換用マットの製造方法を提供することにある。

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、
地中に埋設された既設管と、
該既設管の内壁に固定された熱交換用配管と、を備え、
前記既設管内を流れる流体と前記熱交換用配管内を流れる熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換システムにおいて、
前記熱交換用配管を複数並列してマット状に形成した熱交換用マットと、
前記熱交換用マットを前記既設管の内壁に押し付けて固定する固定部材と、を備え、
前記熱交換用マットは、前記既設管の伸長方向に流路が形成されるように断面略円形状の前記熱交換用配管が複数並列され、幅方向に円弧形状が連なる凹凸状の表面を有しており、前記熱交換用配管は、少なくとも前記流体が流通する側の表面に、前記熱交換媒体と前記流体との間の伝熱性能を高め、且つ前記熱交換媒体の流路と異なる材料で構成されたコーティング層を有し、
前記コーティング層は、前記熱交換用配管よりも熱伝達率の高い材料からなり、前記熱交換用配管の円弧形状の表面に沿って断面略円弧形状に形成され、
前記固定部材は、前記コーティング層を介して前記熱交換用マットを構成する各熱交換用配管の頂部と当接された状態で取り付けられたことを特徴とする。

この構成によれば、熱交換用マットの表面に形成されたコーティング層によって、熱交換用配管を流れる熱交換媒体と既設管を流れる流体との間の伝熱性能を高めることができる。また、複数の熱交換用配管を並列してマット状に形成した熱交換用マットを用いているので熱交換率が高く、個別に複数の熱交換用配管を配設するものに比して施工性に優れた熱交換システムとすることができる。

この構成によれば、既設管を流れる流体から固定部材及びコーティング層を介して熱交換用配管に伝達される熱を熱交換用配管の頂部のみならず、断面円弧状のコーティング層によって熱交換用配管の表面広域に素早く伝達することができ、その結果、流体と熱交換媒体との間の熱交換率を向上させることができる。

また、請求項２に記載の熱交換用マットの製造方法は、
複数の熱交換用配管を並列配置してマット状に形成した熱交換用マットであって、地中に埋設された既設管の内壁に固定されて、前記熱交換用配管を流れる熱交換媒体と前記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用いられる熱交換用マットの製造方法であって、
並列する複数の熱交換用配管を連結した樹脂材料からなる配管束を形成する配管束形成工程と、
該配管束形成工程後の高温の前記配管束を所定の温度まで一次冷却する一次冷却工程と、
該配管束の表面に、前記樹脂材料よりも熱吸収率及び／又は熱伝達率の高い塗料を塗布してコーティング層を形成するコーティング層形成工程と、
前記コーティング層が形成された前記配管束を二次冷却して硬化させる硬化工程と、
を含み、
前記塗料は、フレーム処理若しくはプラズマ処理された前記配管束の表面、又は前記所定の温度に加熱された状態にある前記配管束の表面に対して塗布されることを特徴とする。

この構成によれば、樹脂材料からなる配管束を加熱した状態で表面にコーティング層を形成する塗料を塗布することにより、配管束に対するコーティング層の付着性を向上することができる。

この構成によれば、配管束を一体成形した後、一次冷却によって所定の加熱状態にしてから配管束に対して塗料を塗布してコーティング層を形成し、その後に二次冷却によって成形品を硬化させるので、コーティング層形成のために、別途、加熱装置を設ける必要がなく、配管束を一体成形して硬化させる工程の間にコーティング層を形成することができるので、製造コストを抑制することができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の熱交換用マットの製造方法において、
前記コーティング層形成工程において、
前記塗料は、シリコンカーバイド及び／又はカーボンナノチューブ材を含む粉末体と溶材とを混合したものであり、該塗料をブラッシング、スプレー、又は浸漬塗装によって前記配管束の表面に塗布することを特徴とする。

この構成によれば、熱交換用マットの熱吸収性能を向上して、既設管を流れる流体と、熱交換用マット内を流通する熱交換媒体との間の熱交換率を向上することができる。

本発明によれば、熱交換率の高い熱交換用配管、熱交換用配管を備えた熱交換用マット、熱交換用配管を備えた熱交換システム、及び熱交換用マットの製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態である熱交換システムを模式的に示す概略図。（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。本発明の第２の実施形態である熱交換システムを模式的に示す図２と同様の断面図。熱交換用マットを管周方向に展開した模式図。図４のＶ－Ｖ線断面図。熱交換用マットの製造工程の説明図。熱交換用マットの製造工程の説明図。熱交換用マットの変形例１を示す図２（ａ）と同様の断面図。熱交換用マットの変形例２を示す図２（ａ）と同様の断面図。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態である熱交換システムを模式的に示す概略図である。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に適用される。下水管７０は２つのマンホール７２，７４の間に配設され、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、複数の熱交換用配管２０と、熱交換用配管２０を下水管７０に固定する固定部材となる更生管３０と、ヒートポンプユニット４０とを備える。なお、図１では下水管７０及びマンホール７２，７４内の下水７８の記載を省略している。

熱交換用配管２０は、下水管７０の管軸方向に伸長し、下水管７０の周方向に並んで複数配設される。図２に示すように、熱交換用配管２０は、中空の流路管２２と、流路管２２の表面に形成されたコーティング層２５とを有する。

流路管２２は熱交換媒体が流通可能な筒状体であり、その断面形状は、円形、楕円形、多角形等、適宜設定することができる。流路管２２の太さや材質は特に限定されないが、可撓性を有し、内圧及び外圧に耐え得る強度や耐久性を有する材料、例えば、ＰＰ樹脂、ＰＢＴ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＥ樹脂やゴム材料等の樹脂材料が好適に用いられる。

コーティング層２５は、流路管２２の外周面２２ａであって少なくとも下水７８が流通する側の表面に形成されており、本実施の形態では、熱交換用配管２０の外周全域がコーティング層２５で覆われている。

コーティング層２５は、流路管２２よりも熱吸収率（すなわち、熱輻射に対する吸収率）及び／又は熱伝導率の高い材料で構成される。本実施の形態では、樹脂製の流路管２２に比して熱吸収率及び熱伝導率の両方が高くなるように、コーティング層２５が、シリコンカーバイド及びカーボンナノチューブのうちの少なくとも一つを含む材料で構成されている。さらに、熱吸収性能を高めるため、コーティング層２５の色は熱反射性の低い色、特に黒色であることが好ましい。さらに、本実施の形態のコーティング層２５は、流路管２２に対するバインダ樹脂（例えば、ポリオレフィン系樹脂等）を含んでいる。コーティング層２５の厚さは、約０．８～４５μｍとすることが好ましく、約５～１５μｍとすることがより好ましい。一般的に表面塗装の層厚は２０μｍ以上であるが、これよりも薄い層厚にすることで、熱伝導性の低下を抑制しながら高い熱吸収性能を得ることができる。なお、図示していないが、熱交換用配管２０とコーティング層２５との間に、コーティング層２５の付着性や密着性を高めるためのシーラー（下塗り塗装）を設けてもよい。

本実施の形態では、熱交換媒体の往路及び復路をそれぞれ４本の熱交換用配管２０により形成しているが、熱交換用配管２０の数はこれに限られず、適宜選択することができる。図示していないが、往路となる各熱交換用配管２０Ａは、連結用配管を介して復路となる各熱交換用配管２０Ｂに連結されている。具体的には、往路となる熱交換用配管２０Ａの先端（すなわち、マンホール７４側の端部）が、Ｕ字状の連結用配管の一端に連結され、該連結用配管の他端が、復路となる熱交換用配管２０Ｂの先端（マンホール７４側の端部）に連結される。なお、連結用配管を用いずに、一連の熱交換用配管２０によって往路と復路とが形成されるように、熱交換用配管を曲線的に折り返してもよい。

熱交換用配管２０は、下水管７０の内周面を覆う更生管３０によって、下水管７０の内壁面側に押し付けられて固定される。図２に示す例では、並列する複数の熱交換用配管２０が熱可塑性樹脂等の合成樹脂製のマット材２８に内包されて熱交換用マットを構成している。各熱交換用配管２０は、マット材２８から一部が露出した状態、具体的には、下水７８が流れる側の表面が露出した状態であって、この露出部２９が更生管３０と接触している。なお、コーティング層２５は、マット材２８よりも熱吸収率及び／又は熱伝導率の高い材料となっている。また、本発明において、マット材２８は省略することができる。

熱交換用配管２０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。

更生管３０は、下水管７０の内周面の全域に亘って設けられた管状体であって、既設管の更生するライニング材により形成される。ライニング材は、従来から使用されているもの、例えば、繊維基材（例として、ガラス繊維マットやフェルト等の不織布）に硬化性樹脂組成物を含浸した管状の硬化性樹脂体からなるライニング材を用いることができる。このライニング材は、例えば、未硬化状態で下水管７０内に引き込まれ、これを圧縮空気により下水管７０の内壁に押し当てて管状にし、この状態で光硬化性樹脂組成物の場合は光照射、熱硬化性樹脂組成物の場合は加熱することにより硬化させて更生管３０を形成することができる。なお、ライニング材は、必要に応じてその管状物の内面及び外面を保護するインナーフィルム及びアウターフィルムを有するものを用いることができる。インナーフィルム及びアウターフィルムとしては、例えば、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム等を用いることができる。インナーフィルムはライニング材を硬化した後に剥離されてもよい。

各熱交換用配管２０の基端部は、図示していない連結部材を介して配管４５と連結される。具体的には、往路となる熱交換用配管２０の基端部は、連結部材を介して配管４５の一端に連結され、復路となる熱交換用配管２０の基端部は、連結部材を介して配管４５の他端に連結される。配管４５は、ヒートポンプユニット４０の第１熱交換器４１を通過するように配設される。

ヒートポンプユニット４０は、冷媒を圧縮するコンプレッサと、第１熱交換器４１と、冷媒を膨張させる膨張弁と、第２熱交換器４２と、これらを循環する冷媒が流通する冷媒管４３とを備える。さらに、ヒートポンプユニット４０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４０において閉ループを構成する冷媒管４３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４５は第１熱交換器４１内を通り、第１熱交換器４１では、配管４５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４２は、例えば、エアコンの室内機等を構成し、冷媒と室内空気との間で熱交換を行う。

上述した熱交換システム１０では、熱交換媒体が、第１熱交換器４１を通る配管４５から、往路用の熱交換用配管２０Ａ、Ｕ字状の連結用配管及び復路用の熱交換用配管２０Ｂを経て、再び配管４５に戻る循環管路を流通するとともに、熱交換用配管２０Ａ，２０Ｂにおいて、熱交換媒体が下水熱を採取する。

特に、本実施の形態の熱交換システム１０では、熱交換用配管２０の表面に熱吸収率及び熱伝導率の高いコーティング層２５を設けたことにより、流路管２２が金属に比して熱伝導率の低い樹脂材料で構成されていても下水７８からの熱エネルギーを大量に吸収して熱交換用配管２０の表面に素早く伝達させることができ、その結果、下水７８と熱交換媒体との間の伝熱性能を高めて熱交換率を向上させることができる。さらに、コーティング層２５は、流路管２２よりも熱伝導率の高い材料で構成されているため、更生管３０を介して熱交換用配管２０に伝達される熱エネルギーを流路管２２の表面全体に素早く伝達させて下水７８と熱交換媒体との間の熱交換率をより向上させることができる。

また、マット材２８によって複数の熱交換用配管２０を一体化させているので、個別に複数の熱交換用配管２０を下水管７０内に配設するものに比して施工性に優れている。また、更生管３０によって熱交換用配管２０を延在方向の全域に亘って下水管７０の内壁に固定しているので固定状態が安定する。さらに、熱交換用配管２０が下水７８と直接的に接触することがないため、メンテナンスを無くし、維持コストを低減することができる。

（第２の実施の形態）
図３～図５を用いて、本発明の第２の実施の形態である熱交換システム１０について説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態である熱交換システム１０を模式的に示す、図２と同様の断面図である。図３～図５において、第１の実施の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の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成については詳細な説明を省略する。

本実施の形態では、下水管７０内に熱交換用マット５０を敷設している。熱交換用マット５０は、並列する複数の熱交換用配管５２を幅方向に連結してマット状に形成したものである。具体的には、図４及び図５に示すように、熱交換媒体の往路を構成する熱交換用配管５２Ａと、継手部材５８を介して熱交換媒体の復路を構成する熱交換用配管５２Ｂとを備えており、これらの熱交換用配管５２は同一の材料で一体成形され、全体として可撓性を有する厚みのある長尺平板状に形成されている。また、図３及び図５に示すように、熱交換用マット５０は、少なくとも下水管７０内に設置された状態において、下水と対向する側の表面にコーティング層５５を有する。

熱交換用配管５２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る。本実施の形態では、熱交換媒体の往路及び復路をそれぞれ９本の熱交換用配管５２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本以上の熱交換用配管５２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配管５２の断面は、円形のものに限られず、楕円形、多角形等、熱交換媒体を流通可能な筒状体であればよい。なお、熱交換用マット５０の表面積を広くするために、下水と対向する側の表面が凹凸状に形成されていることが好ましく、本実施の形態では、幅方向に複数連なる円弧形状に形成されている。

コーティング層５５は、熱交換用配管５２よりも熱伝導率及び／又は熱吸収率（すなわち、熱輻射に対する吸収率）の高い材料によって熱交換用マット５０の表面に形成された薄膜である。図５に示すように、コーティング層５５は、断面略円形状の熱交換用配管２０の表面に沿って、断面略円弧形状に形成されている。コーティング層５５の厚さは、約０．８～４５μｍとすることが好ましく、約５～１５μｍとすることがより好ましい。コーティング層５５の厚さは、一様であってもよいが、円弧状の頂部の厚さｄ１よりも円弧状の凹部の厚さｄ２の方が大きくなるように形成されることが好ましい。

本実施の形態では、熱交換用配管５２に比して熱吸収率及び熱伝導率の両方が高くなるように、コーティング層５５が、シリコンカーバイド及びカーボンナノチューブのうちの少なくとも一つを含む材料で構成されている。さらに、熱吸収性能を高めるため、コーティング層５５の色は熱反射性の低い色、特に黒色であることが好ましい。さらに、本実施の形態のコーティング層５５は、熱交換用配管５２に対するバインダ（結合剤）を含んでいる。バインダの例として樹脂材料からなるバインダ樹脂、一例として、ポリエチレン樹脂製の熱交換用配管５２に対し、同系のポリオレフィン系樹脂を用いることができる。なお、必要に応じて、熱交換用配管５２とコーティング層５５との間にシーラー（下塗り塗装）を設けてもよい。また、コーティング層５５は、板状の熱交換用マット５０の両面に形成されていてもよい。

本実施の形態の熱交換用マット５０において、並列する複数の熱交換用配管５２は、熱可塑性の樹脂材料によって一体形成されている。なお、複数の熱交換用配管５２は、一体形成のものに限られず、例えば、熱交換用配管５２と別体若しくは一体の連結手段により各熱交換用配管５２を互いに接続固定する、又は接着剤で互いに接着する等により、並列状態が維持されるように接続してもよい。また、複数の熱交換用配管５２は、図３（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。

図４に示すように、往路となる熱交換用配管５２Ａの先端は、それぞれ、継手材５８を介してＵ字状の連結用配管５９の一端に連結されており、復路となる熱交換用配管５２Ｂの先端は、それぞれ、継手材５８を介して連結用配管５９の他端に連結される。なお、連結用配管５９の形状は、図示例のものに限られず、往路用の熱交換用配管５２Ａと復路用の熱交換用配管５２Ｂとを繋ぐ管路形状のものであればよい。さらに、熱交換用マット５０は、一連の熱交換用配管５２によって往路と復路とが形成されるように、熱交換用マット５０の先端部において各熱交換用チューブ５２を曲線的に折り返したものであってもよい。

熱交換用マット５０は、更生管３０によって、下水管７０内壁へ押し付けられ固定される。さらに、熱交換用マット５０の基端部は、図示していない連結部材を介して配管４５と連結される。具体的には、往路用の熱交換用配管５２Ａの基端部は、連結部材を介して配管４５の一端に連結され、復路用の熱交換用配管５２Ｂの基端部は、連結部材を介して配管４５の他端に連結される。配管４５は、図１に示すように、ヒートポンプユニット４０の第１熱交換器４１を通過するように配設される。

本実施の形態の熱交換システム１０では、熱交換媒体が熱交換用マット５０を通過する際に下水７８との間で熱交換が行われる。特に、本実施の形態の熱交換用マット５０は、下水７８が流通する側の表面に熱吸収率及び熱伝達率の高いコーティング層５５が形成されているため、熱交換用配管５２が比較的熱伝導率の低い材料で構成されていたり、熱交換用配管５２と下水７８とが非接触状態であった場合であっても、下水７８からの熱エネルギーを大量に吸収して熱交換用配管５２の表面に素早く伝達させることができ、その結果、下水７８と熱交換媒体との間の伝熱性能を高めて熱交換率を向上させることができる。

また、コーティング層５５は、熱交換用配管５２よりも熱伝導率の高い材料で構成されているため、図３（ｂ）に示すように、更生管３０を介してコーティング層５５の凸部５５ａに伝達された熱エネルギーを更生管３０と非接触状態にあるコーティング層５５の凹部５５ｂ，５５ｃまで素早く伝達させることができる。これにより、更生管３０及びコーティング層５５を介して熱交換用配管５２に伝達される熱エネルギーを、熱交換配管５２の頂部５１のみならず、熱交換用配管５２の表面広域に素早く伝達することができ、その結果、下水７８と熱交換媒体との間の熱交換率が向上する。

さらに、熱交換用マット５０の凹凸状の表面の凹部において、コーティング層５５の層厚ｄ２は、凸部の層厚ｄ１よりも厚くなっているので、下水７８との離間距離が大きくなる熱交換用マット５０の凹部において、熱伝導性や熱吸収性を高めることができる。

また、下水管７０内で熱交換用配管５２を１本ずつ束状に纏める必要がないので、下水道管７０内の施工時間を短縮することができる。さらに、熱交換用マット５０は、隣接する熱交換用配管５２の間の凹部において、剛性が低くなり、湾曲しやすくなるため、下水管７０の内壁面に沿って円弧状に湾曲させやすく、設置が容易である。

次に、図６を用いて上述した熱交換用マット５０の製造方法について説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、液状の樹脂材料を並列した束状の配管を形成する成形型８０内に注入し、成形型で溶融樹脂を冷却することにより、並列状態にある複数の配管束９０を一体形成する（配管束形成工程）。成形後、高温状態にある配管束９０を冷却装置８１によって配管束９０を冷却して硬化させ、配管束９０を完成させる（硬化工程）。

次に、図６（ｂ）に示すように、完成した配管束９０を塗装前処理装置８３に搬送し、配管束９０の表面の接着性を向上させるための処理を施す（塗装前処理工程）。塗装前処理装置８３は、例えば、プラズマ放電によって表面処理を施すプラズマ処理装置、又はバーナー等を用いてフレーム（炎）によって表面処理を施すフレーム処理装置とすることができる。プラズマ処理やフレーム処理を行うことで、配管束９０の表面の分子結合構造を変化させて、コーティング層５５を形成する塗料９２の接着性を向上させることができる。また、これらの処理装置に代えて、塗装前処理装置８３は、配管束９０全体を加熱する加熱装置とすることができる。加熱装置によって所定の温度（例えば、約１９０℃）に加熱された配管束９０は、表面が軟化した状態になり、表面の接着性が向上する。

塗装前処理工程の後、配管束９０の表面に、コーティング層５５を形成するための塗料９２を塗布する（コーティング層形成工程）。なお、配管束９０にプラズマ又はフレームによって表面処理を施した場合、コーティング層形成工程は、表面処理の後、一定の期間内に行われる。この場合、配管束９０の温度は、加熱装置によって前処理を行うものよりも低い温度（すなわち、配管束９０が軟化することのない温度。例えば、約５０℃や室温等）とすることができる。

塗料９２は、熱交換率向上のための機能性材料であるシリコンカーバイド及び／又はカーボンナノチューブと結合剤であるバインダ樹脂とを含む粉末体と、溶媒（例えば、水などの水性系溶媒や有機溶剤）とを混合したものである。本実施の形態では溶媒として水を用いている。塗料９２はスプレー又は刷毛などによるブラッシングによって配管束９０の表面に塗布されることが好ましい。図６（ｂ）に示す例では、塗装装置の噴射ノズル８４から塗料９２を噴出してコーティング層５５をスプレー塗装している。その後、必要に応じて冷却装置及び／又は乾燥装置を用いて、コーティング層５５及び配管束９０を硬化させることにより、熱交換用マット５０を完成させる。

この製造方法では、樹脂材料からなる配管束９０に塗装前処理を施した後、コーティング層５５を形成する塗料９２を塗布しているので、配管束９０に対するコーティング層５５の付着性を向上することができる。配管束９０が、例えば架橋ポリエチレン等の樹脂材料で形成される場合、硬化後の表面は滑りやすく塗料９２が付着し難い状態となるが、表面処理を施したり、加熱によって表面を軟化させたりした状態で塗料９２を付着させることで、コーティング層５５の付着性が高まり、剥離を防止することができる。

また、塗料９２を配管束９０の表面に吹き付けることで、コーティング層５５の表面が粗面状になり、その結果、表面積が大きくなって熱吸収率が高くなる。

なお、コーティング層５５は、スプレーやブラッシングによる塗装に代えて、図６（ｃ）に示すように、塗装前処理装置８３を経た後、塗料９２の入った塗料槽８７に配管束９０を浸漬させる浸漬塗装によって形成してもよい。

図７は、熱交換用マット５０の別の製造方法を説明する図である。なお、図７において、図６に記載した装置と同一の構成のものについては、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この製造方法では、まず、液状の樹脂材料を成形型８０内に注入し、成形型で溶融樹脂を冷却することにより、並列状態にある複数の配管束９０を一体形成する（配管束形成工程）。

その後、成形された配管束９０を冷却装置８５によって所定の温度に一次冷却する（一次冷却工程）。一次冷却後の配管束９０は所定の加熱状態にあり、完全硬化される前の軟化状態にある。なお、冷却温度は適宜設定することができ、一例として、約２５０℃の配管束９０を第１の冷却装置８１によって約１９０℃まで冷却する構成とすることができる。

次に、軟化状態の配管束９０の表面に、コーティング層５５を形成するための塗料９２を塗布する（コーティング層形成工程）。塗料９２は、図６に示す例と同様に、スプレー又はブラッシングで配管束９０の表面に塗布したり、浸漬塗装によって塗布したりすることができる。

次に、コーティング層５５が形成された配管束９０を第２の冷却装置８６によって二次冷却し、軟化状態にある配管束９０を硬化させる（硬化工程）。これにより、熱交換用マット５０が形成される。

この製造方法では、加熱装置を設けることなく、樹脂製の配管束９０を一体成形した後、冷却・硬化させるまでの間にコーティング層５５を形成して熱交換用マット５０を完成させることができるので、コーティング層５５の付着性を確保しながら、製造時間を短縮し、製造コストを抑制することができる。なお、配管束９０の加熱温度（図７の例では一次冷却温度）は、配管束９０の表面が硬化せずに軟化状態となる温度であればよく、１９０℃に限られず適宜設定することがでる。また、本製造方法において、冷却装置８５，８６は必須の構成ではなく、例えば、これらの装置の一方又は両方を用いずに、自然冷却によって所定の温度まで冷却させたり、硬化させたりしてもよい。

なお、コーティング層５５を配管束９０よりも熱伝導率の高い金属材料、例えばアルミニウム合金等によって形成する場合、コーティング層形成工程において、金属溶射を行って金属溶射皮膜を形成してもよい。

（変形例１）
次に、図８を用いて熱交換用マット５０の変形例１を説明する。変形例１の熱交換用マット５０は、平板状の両面が凹凸のない平滑面状に形成されている。複数の熱交換用配管５２は、断面略四角形状であって隣接する熱交換用配管５２の側面が一体化されており、流路断面が略四角形状に形成されている。また、熱交換用マット５０の更生管３０側の表面には、熱交換用配管５２よりも熱吸収率及び熱伝導率の高いコーティング層５５が形成されている。

変形例１のように、熱交換用マット５０の表面、より具体的には、並列状態にある熱交換用配管５２の表面は、凹凸のない平滑面状であってもよく、コーティング層５５を有することで、輻射による熱吸収率が高まる。さらに、熱伝導率の高いコーティング層５５によって吸収した熱エネルギーを素早く熱交換用配管５２に伝達することができる。

（変形例２）
次に、図９を用いて熱交換用マット５０の変形例２を説明する。変形例１の熱交換用マット５０は、下水管７０の内壁と対向する外側表面５０ａが平面状であって、更生管３０と対向する内側表面５０ｂが幅方向に円弧形状が複数連なった凹凸状に形成されている。なお、図示例では、更生管３０によって内側表面５０ｂが押しつぶされて円弧状の頂部が平らに近い形状となっている。コーティング層５５は、隣接する熱交換用配管５２の間において、層厚が厚くなっている。

変形例２のように、熱交換用マット５０は、下水７８が流れる側の表面５０ｂのみを凹凸状に形成することにより、下水７８からの採熱面積を大きくしながら、他方の表面５０
からの放熱を抑制することができる。

なお、変形例１，２の熱交換用マット５０も、上述した熱交換用マット５０の製造方法により製造することが可能である。

各実施の形態及び変形例を示す各図では、熱交換用配管２０，５２及び熱交換用マット５０の構成を理解しやすくするために、下水管７０に対して熱交換用配管２０，５２を大きく示しているが、熱交換用配管２０，５２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、熱交換用配管２０，５２に比して十分に大きな径となっている。

なお、本発明は上述した実施の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１０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、例えば、熱交換媒体が流れる循環管路は、ヒートポンプユニット４０から一方のマンホール７２を経て下水管２０内に入った後、熱交換配管２０，５２及び他方のマンホール７４内に配設された配管を通って地上のヒートポンプユニット４０へ再び戻る循環管路であってもよい。

また、熱交換用配管２０や熱交換用マット５０は、更生管３０以外の固定部材によって下水管７０内に固定される構造であってもよい。例えば、固定部材は、下水管７０の管軸方向に間隔をおいて複数配設された、下水管７０の内壁面に沿うリング状又は円弧状の部材とすることができ、該固定部材によって熱交換用配管２０や熱交換用マット５０を部分的に下水管７０の内側から下水管７０の内壁に押し付けて固定する構造とすることができる。このような固定部材においては、隣り合う固定部材の間において、熱交換用配管２０や熱交換マット５０が露出し、下水と直接接触可能となることから、下水と熱交換媒体との間の熱交換率をより向上させることができる。

また、コーティング層２５，５５の表面に、下水７８に対する耐久性を向上させるための耐酸性塗料を塗布してもよい。

１０熱交換システム
２０，５２熱交換用配管
２５，５５コーティング層
３０更生管（固定部材）
４０ヒートポンプユニット
５０熱交換用マット
７０下水管（既設管）

Claims

地中に埋設された既設管と、
該既設管の内壁に固定された熱交換用配管と、を備え、
前記既設管内を流れる流体と前記熱交換用配管内を流れる熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換システムにおいて、
前記熱交換用配管を複数並列してマット状に形成した熱交換用マットと、
前記熱交換用マットを前記既設管の内壁に押し付けて固定する固定部材と、を備え、
前記熱交換用マットは、前記既設管の伸長方向に流路が形成されるように断面略円形状の前記熱交換用配管が複数並列され、幅方向に円弧形状が連なる凹凸状の表面を有しており、前記熱交換用配管は、少なくとも前記流体が流通する側の表面に、前記熱交換媒体と前記流体との間の伝熱性能を高め、且つ前記熱交換媒体の流路と異なる材料で構成されたコーティング層を有し、
前記コーティング層は、前記熱交換用配管よりも熱伝達率の高い材料からなり、前記熱交換用配管の円弧形状の表面に沿って断面略円弧形状に形成され、
前記固定部材は、前記コーティング層を介して前記熱交換用マットを構成する各熱交換用配管の頂部と当接された状態で取り付けられたことを特徴とする熱交換システム。
複数の熱交換用配管を並列配置してマット状に形成した熱交換用マットであって、地中に埋設された既設管の内壁に固定されて、前記熱交換用配管を流れる熱交換媒体と前記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用いられる熱交換用マットの製造方法であって、
並列する複数の熱交換用配管を連結した樹脂材料からなる配管束を形成する配管束形成工程と、
該配管束形成工程後の高温の前記配管束を所定の温度まで一次冷却する一次冷却工程と、
該配管束の表面に、前記樹脂材料よりも熱吸収率及び／又は熱伝達率の高い塗料を塗布してコーティング層を形成するコーティング層形成工程と、
前記コーティング層が形成された前記配管束を二次冷却して硬化させる硬化工程と、
を含み、
前記塗料は、フレーム処理若しくはプラズマ処理された前記配管束の表面、又は前記所定の温度に加熱された状態にある前記配管束の表面に対して塗布されることを特徴とする熱交換用マットの製造方法。
前記コーティング層形成工程において、
前記塗料は、シリコンカーバイド及び／又はカーボンナノチューブを含む粉末体と溶材とを混合したものであり、該塗料をブラッシング、スプレー又は浸漬塗装によって前記配管束の表面に塗布することを特徴とする請求項２に記載の熱交換マットの製造方法。