(57)【要約】【課題】既存の下水道設備にも容易に設置可能で施工性が高く、メンテナンスが不要で、且つ高効率にて下水熱を採熱及び利用可能な下水熱採熱設備及び下水熱利用システムを提供する。【解決手段】下水から採熱する採熱設備２０と、この下水熱を熱源とするヒートポンプを有した熱源設備１０とを備え、該熱源設備から負荷側熱交換器６０に熱供給することにより下水熱を有効利用するようにした下水熱利用システムにおいて、前記採熱設備２０は、下水道管５０の外周のうち少なくとも上方を被覆するジャケット状に配設され、熱原水が通流し高熱伝導性材料で形成された採熱管１１と、該採熱管の間隙及び周囲に充填された保護材１２とを有し、また採熱設備と負荷側熱交換器との間で熱原水を直接循環させるバイパスライン４１、４４を設け、バイパスライン上に、ヒートポンプ起動時若しくは低負荷時に開放する三方バルブ４０、４２を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水道管内を通流する下水（下水処理水を含む）から採熱する下水熱採熱設備において、
前記採熱設備は、前記下水道管の外周のうち少なくとも上方を被覆するジャケット状に配設されており、該採熱設備は、熱原水が通流し高熱伝導性材料で形成された採熱管と、該採熱管の間隙及び周囲に充填された保護材と、を有し、
前記採熱管は、前記下水道管の長手方向に平行に複数配設された直管と、該直管同士を接続するベント管とから構成されることを特徴とする下水熱採熱設備。
【請求項２】
前記下水道管は、一体成形された所定長さの下水道管体が直列に複数連結された構成であって、
前記直管と前記ベント管から形成される一過式の熱原水回路を一の採熱ユニットとし、該採熱ユニットが前記下水道管体の長さに合わせて設置され、
前記採熱設備は、複数の前記採熱ユニットから構成されることを特徴とする請求項１記載の下水熱採熱設備。
【請求項３】
前記採熱管が前記採熱設備の厚み方向に対して層状に複数段設けられ、前記熱原水を、外周側に位置する採熱管から内周側に位置する採熱管に向けて通流するようにしたことを特徴とする請求項１記載の下水熱採熱設備。
【請求項４】
前記保護材の外周を保温材で被覆したことを特徴とする請求項１記載の下水熱採熱設備。
【請求項５】
下水道管内を通流する下水から採熱する採熱設備と、該採熱設備にて採熱した下水熱を熱源とするヒートポンプを有した熱源設備とを備え、該熱源設備から負荷側熱交換器に熱供給することにより下水熱を有効利用するようにした下水熱利用システムにおいて、
前記採熱設備は、前記下水道管の外周のうち少なくとも上方を被覆するジャケット状に配設され、
前記採熱設備と前記負荷側熱交換器との間で熱原水を直接循環させるバイパスラインを設けるとともに、前記バイパスラインを、前記ヒートポンプ起動時若しくは前記負荷側熱交換器における低負荷時にのみ開放する開閉弁を設けたことを特徴とする下水熱利用システム。
【請求項６】
前記バイパスライン上に、蓄熱タンクを設けたことを特徴とする請求項５記載の下水熱利用システム。
【請求項７】
前記採熱設備が、熱原水が通流し高熱伝導性材料で形成された採熱管と、該採熱管の間隙及び周囲に充填された保護材と、を有し、
前記採熱管は、前記下水道管の長手方向に平行に複数配設された直管と、該直管同士を接続するベント管とから構成されることを特徴とする請求項５若しくは６記載の下水熱利用システム。
【請求項８】
前記ヒートポンプの凝縮側サイクルと蒸発側サイクルを切り替える切り替え手段を備え、前記負荷側熱交換器に、冷熱と温熱を適宜供給するようにしたことを特徴とする請求項５若しくは６記載の下水熱利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水熱を効率的に採熱して熱源として利用するための下水熱採熱設備及び下水熱利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水及び下水処理水（以下、下水と呼称する）は、気象等の影響を受け難く年間を通して水温が安定しており、１日の温度変動も比較的少ないので、熱源として様々な用途で利用可能であると期待されている。また、下水熱の有効利用は、経済的である上に省資源、省エネルギにもつながり、地球温暖化対策にも貢献するものである。下水熱利用は、特に降雪地域での融雪にも効果的に用いられるが、下水熱の特徴として、大気温に比べて夏期は冷たく冬期は温かいことから、温熱回収のみでなく冷熱回収により冷暖房設備等に用いることも考えられ、今後幅広い分野での利用が期待される。
【０００３】
従来、下水熱を利用した設備は以下に示すように各種提案されている。
例えば、特許文献１（特開２００３−１５５７０５号公報）には、加温された下水路空気を用いた融雪設備が開示されている。これは、融雪対象箇所に放熱用熱交換器を埋設し、該放熱用熱交換器に下水管路内の下水路空気を通過させ、その放熱により融雪機能を得る構成となっており、さらに、放熱用熱交換器内に通過する下水路空気の保有熱を潜熱蓄熱材により蓄熱するようにしている。このように、潜熱蓄熱材を用いることにより、融雪負荷の変動に対応して融雪性能を効果的に利用することが可能である。
【０００４】
また、特許文献２（特開２００３−２７９１９３号公報）には、下水等の熱源流体を採熱源としてヒートポンプにより蓄熱槽に蓄える蓄熱運転と、この蓄熱槽と負荷側との間で熱媒循環させて蓄熱槽から負荷側に熱供給する放熱運転と、熱源流体を採熱源としてヒートポンプにより負荷側に熱供給する採放熱運転とを備えた熱源設備が開示されており、さらにこの設備では、設定負荷よりも小さいときには放熱運転を実施し、放熱運転が不能なとき及び設定負荷よりも大きいときには採放熱運転を実施する構成としている。このような制御を行うことによりヒートポンプの累積運転時間を効果的に短くすることができ、消費動力低減及びヒートポンプの耐用期間の長期間化を可能としている。
【０００５】
また、特許文献３（特開２００３−３２２４１０号公）には、マンホールに配設した下水利用熱源設備が開示されている。これは、熱交換器を、マンホール形成壁の外面に接触又は近接させて配設、或いはマンホール内部に配設し、マンホールから汲みだされる下水から採熱を行う構成となっている。マンホールに設置された下水ポンプの汲み出し水流によってマンホール形成壁への付着物が除去されるため、マンホール形成壁の伝熱性が高く維持され、効果的に採熱することを可能としている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１５５７０５号公報
【特許文献２】特開２００３−２７９１９３号公報
【特許文献３】特開２００３−３２２４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、下水熱は豊富で有望な未利用エネルギであり、従来より様々な下水熱利用設備が提案されているが、現状では安定して効率的に採熱することが難しく、これを用いた設備、システムは広く普及するに到っていない。
また、特許文献１に記載されるように下水路空気を利用する方法は、下水管路と放熱用熱交換器とを連通して形成しており、既存の下水道設備に設置するためには大掛かりな施工が必要となり、また下水に直接接触した空気が熱交換器に通流するため、衛生面で問題が残り、頻繁なメンテナンスも必要となる。さらに、下水道設備から離れた地域で熱利用することは困難である。
【０００８】
同様に、特許文献２に記載されるように下水に直接熱交換器を埋め込む方法では、採熱機器が下水に直接接触するため、熱交換器の伝熱面に下水中の雑物が付着して伝熱性が低下するため、メンテナンスを頻繁に行う必要がある。また、既存の下水道設備に設置する場合、下水道設備に影響を及ぼす惧れがある。
さらに、特許文献３に記載されるように、マンホールから採熱する方法では、マンホールが設置されている局所的な部位からしか採熱できず、十分な熱量が確保できないことが考えられる。
従って、本発明は上記従来の技術の問題点に鑑み、既存の下水道設備にも容易に設置可能で施工性が高く、メンテナンスが不要で、且つ高効率にて下水熱を採熱及び利用可能な下水熱採熱設備及び下水熱利用システム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】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、下水道管内を通流する下水から採熱する下水熱採熱設備において、
前記採熱設備は、前記下水道管の外周のうち少なくとも上方を被覆するジャケット状に配設されており、該採熱設備は、熱原水が通流し高熱伝導性材料で形成された採熱管と、該採熱管の間隙及び周囲に充填された保護材と、を有し、
前記採熱管は、前記下水道管の長手方向に平行に複数配設された直管と、該直管同士を接続するベント管とから構成されることを特徴とする。
さらに本発明において、前記保護材の外周を保温材で被覆することが好ましい。
【００１０】
本発明によれば、採熱設備を下水道管の外周側を覆うジャケット状に形成しているため、工場生産ユニットとして現場での施工性を向上させることができ、既存の下水道管にも容易に施工可能である。また下水に直接接触しない構成であるため、メンテナンスが不要で維持コストが低減できる。さらに、採熱管に熱伝導率の高い材質を用いているため、高効率にて採熱が可能であり、下水熱を効率的に有効利用できる。さらにまた、下水道管に平行に配設した直管と、これを接続するベント管からなる採熱管を採用しているため、施工が容易で設置コストを低減できる。
【００１１】
また、前記下水道管は、一体成形された所定長さの下水道管体が直列に複数連結された構成であって、
前記直管と前記ベント管から形成される一過式の熱原水回路を一の採熱ユニットとし、該採熱ユニットが前記下水道管体の長さに合わせて設置され、
前記採熱設備は、複数の前記採熱ユニットから構成されることを特徴とする。
一般に多く採用されている下水道管は、所定長さの下水道管体が直列に複数接続されてなるが、一の採熱ユニットが一の下水道管体に対応するように配設することにより、施工が容易となり、不具合が生じた場合にも補修、交換が簡単に行える。また、一の採熱ユニットに対して一過式の熱原水回路とすることにより、熱原水の滞留時間が長くなり熱交換効率が向上する。
【００１２】
さらに、前記採熱管が前記採熱設備の厚み方向に対して層状に複数段設けられ、前記熱原水を、外周側に位置する採熱管から内周側に位置する採熱管に向けて通流するようにしたことを特徴とする。
これにより、採熱量を高くすることができ、効率的な採熱が可能となる。
【００１３】
また、下水道管内を通流する下水から採熱する採熱設備と、該採熱設備にて採熱した下水熱を熱源とするヒートポンプを有した熱源設備とを備え、該熱源設備から負荷側熱交換器に熱供給することにより下水熱を有効利用するようにした下水熱利用システムにおいて、
前記採熱設備は、前記下水道管の外周のうち少なくとも上方を被覆するジャケット状に配設され、
前記採熱設備と前記負荷側熱交換器との間で熱原水を直接循環させるバイパスラインを設けるとともに、前記バイパスラインを、前記ヒートポンプ起動時若しくは前記負荷側熱交換器における低負荷時にのみ開放する開閉弁を設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、ヒートポンプ起動時における採熱側熱原水と負荷側熱原水の温度逆転状態を緩和し、消費動力の低減が可能である。同様に、負荷側熱交換器の低負荷時においても消費動力を低減することが可能である。
【００１５】
さらに、前記バイパスライン上に、蓄熱タンクを設けたことを特徴とする。
これにより、ヒートポンプ停止時の下水熱を循環ポンプのみの運転で蓄熱できるようになる。ヒートポンプ運転時（採熱時）は、下水量の変動に伴う採熱量減少を熱原水の容量、即ち顕熱で補うことが可能である。さらに、下水量が少なくなった時の能力低下を低減可能で、能力変動を吸収することが可能である。
【００１６】
さらにまた、前記採熱設備が、熱原水が通流し高熱伝導性材料で形成された採熱管と、該採熱管の間隙及び周囲に充填された保護材と、を有し、
前記採熱管は、前記下水道管の長手方向に平行に複数配設された直管と、該直管同士を接続するベント管とから構成されることを特徴とする。
これにより、上記した下水熱採熱設備の発明と同様に、施工性の向上が図れ、既存の下水道管に対応可能となり、さらにメンテナンスを不要とすることができる。また、高効率の採熱が可能となる。
【００１７】
また、前記ヒートポンプの凝縮側サイクルと蒸発側サイクルを切り替える切り替え手段を備え、前記負荷側熱交換器に、冷熱と温熱を適宜供給するようにしたことを特徴とする。
このように、凝縮側、蒸発側のサイクルを切り替える切り替え手段を付加することにより、負荷側熱交換器に対して適宜冷熱若しくは温熱を供給することが可能となる。さらに、下水道管に放熱することも可能となり、冷熱を利用することにより大気へ放熱することがないので、温暖化対策ともなりえる。
【発明の効果】
【００１８】
以上記載のごとく本発明によれば、既存の下水道設備にも容易に設置可能で施工性が高く、メンテナンスが不要で、且つ高効率にて下水熱を採熱及び利用可能な下水熱採熱設備及び下水熱利用システムを提供することが可能である。
即ち、採熱設備を下水道管の外周側を覆うジャケット状に形成し、直管とベント管からなる採熱管を利用することにより、工場生産ユニットとして現場での施工性を向上させることができ、既存の下水道管にも容易に施工可能である。また下水に直接接触しない構成であるため、メンテナンスが不要で維持コストが低減できる。さらに、採熱管に熱伝導率の高い材質を用いているため、高効率にて採熱が可能である。
【００１９】
また、一の採熱ユニットが一の下水道管体に対応するように配設することにより、施工が容易となり、不具合が生じた場合にも補修、交換を簡単に行うことができ、さらにまた一の採熱ユニットに対して一過式の熱原水回路とすることにより、熱原水の滞留時間が長くなり熱交換効率が向上する。
さらに、採熱管を層状に複数段設けることにより、採熱量を高くすることができ、効率的な採熱が可能となる。
【００２０】
また、採熱設備と負荷側熱交換器との間で熱原水を直接循環させるバイパスラインを設けたシステムとすることにより、ヒートポンプ起動時における採熱側熱原水と負荷側熱原水の温度逆転状態を緩和し、消費動力の低減が可能である。同様に、負荷側熱交換器の低負荷時においても消費動力を低減することが可能である。さらに、下水量が少なくなった時の能力低下を低減可能で、能力変動を吸収することが可能である。
さらに、前記バイパスライン上に、蓄熱タンクを設けることにより、ヒートポンプ停止時の下水熱を循環ポンプのみの運転で蓄熱できるようになる。
さらにまた、凝縮側、蒸発側のサイクルを切り替える切り替え手段を付加することにより、負荷側熱交換器に対して適宜冷熱若しくは温熱を供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施例１に係る下水熱利用システムの全体構成図、図２は本発明の実施例２に係る下水熱利用システムの全体構成図、図３は本発明の実施例に係る採熱ユニットの断面図、である。
本実施例では、一例として下水熱利用システムを融雪設備に適用した場合につき説明する。しかし、これに限定されるものではなく、例えば冷暖房設備や温水／冷水生成設備などの他の設備にも適用可能である。
【実施例１】
【００２２】
図１に、本実施例１に係る下水熱利用システムの全体構成を示す。
本システムは、融雪パイプ等の負荷側熱交換器６０に熱原水を供給する熱源設備１０と、下水道管５０に配設され下水熱を回収する採熱設備２０と、を備える。
前記熱源設備１０は、蒸発器１１と凝縮器１２とコンプレッサ１３と膨張弁１４とを備えたヒートポンプを有する。このとき、空冷チリングユニットを採用することが好ましい。
また、熱源設備１０は、採熱設備２０に送給する熱原水の流量、送り温度、及び該採熱設備２０からの戻り温度を計測する各種計測手段を備えることが好ましい。これらの計測手段により得られた計測値から、採熱量を正確に把握することが可能である。
【００２３】
前記採熱設備２０は下水熱を採熱する装置であり、その詳細を図３に示す。図３は採熱設備の断面図で、該採熱設備２０は、下水道管５０の外周面の少なくとも上方を被覆するジャケット状に形成されている。勿論、採熱設備２０を下水道管５０の全周に亘って配設してもよいが、施工性を向上させるため円弧状に配設することが好ましい。採熱設備２０をジャケット状に形成することにより、既存の下水道管５０に影響を与えることなく容易に施工することが可能である。また、下水道管５０の内部に採熱管が貫設しない構成であるため、採熱設備２０が下水に直接接触することがなく、メンテナンスを不要とすることができる。
【００２４】
前記採熱設備２０は、下水道管５０の外周面に接するか若しくは近接して配設された採熱管２１を有する。採熱管２１は、熱伝導率の高い材質で形成される。例えば、銅管が好適に用いられる。この採熱管２１は、下水道管５０の長手方向に平行に複数の直管が配設され、さらに隣接する直管同士が１８０°屈曲したベント管にて接続されている。
採熱管２１は、上記した複数の直管とベント管にて一過式の熱原水回路を形成している。この一の熱原水回路を一の採熱ユニットとし、採熱設備２０は複数の該採熱ユニットを備えている。このように、一過式の熱原水回路を有する採熱ユニットとすることにより、熱源水の滞留時間が長くなり熱交換効率が高くなる。
また、一般に多く採用されている下水道管５０は、所定長さ（例えば定尺６ｍ）の下水道管体が複数直列に接続されてなるが、一の採熱ユニットが一の下水道管体に対応するように配設することが好適である。これにより、施工が容易となり、不具合が生じた場合にも補修、交換が簡単に行える。また、上記したように、熱源設備１０に設置された計測手段により、各採熱ユニット毎の熱原水流量、送り温度、戻り温度を計測し、各ユニット毎の採熱量を算出するとよい。各計測データは、制御装置（図示略）により一括して収集する。
【００２５】
前記採熱管２１は、採熱設備２０の厚み方向に対して層状に複数段設けられることが好ましい。さらに好適には、内周側と外周側に層状に配設した２段配列とする。内周側と外周側の採熱管２１は、夫々接続されて１つの熱原水回路を形成する。この場合、熱原水は、外周側の採熱管から内周側の採熱管に送られるようにする。これにより、採熱量を高くすることができ、効率的な採熱が可能となる。
【００２６】
採熱管２１の間隙及び周囲には、保護材２２が配設される。該保護材２２は、採熱管２１の保護及び採熱効率の向上を図る目的で配設される。保護材２２の材質としては、珪砂含有モルタルが好適である。このように、熱伝導率が高い珪砂を含有した材質を用いることにより、採熱性を高めることができる。
また、保護材２２の外周側は、断熱材２３で被覆されている。このように断熱材２３にて被覆することにより下水熱の放熱を防止し、採熱効率を向上させることが可能である。
【００２７】
図１を参照して、熱原水回路につき説明する。
採熱設備２０の熱原水出口には、熱原水のライン３１が接続され、該ライン３１はライン３２を介して熱源設備１０の蒸発器１１に接続されている。蒸発器１１を出たライン３３は、採熱設備２０の熱原水入口に接続され、ライン３１、３２、３３により採熱側循環回路が形成されている。この採熱側循環回路上には、循環ポンプ３４が配設される。尚、本実施例にて熱原水には不凍液が用いられる。
また、負荷側熱交換器６０の熱原水出口には、熱原水のライン３５が接続され、該ライン３５はライン３６を介して凝縮器１２の入口に接続されている。凝縮器１２の出口はライン３７により負荷側熱交換器６０に接続され、ライン３５、３６、３７により負荷側循環回路が形成されている。この負荷側循環回路上には、循環ポンプ３８が配設される。
【００２８】
さらに本実施例では、採熱設備２０の熱原水出口に接続されるライン３１が三方バルブ４０により分岐され、バイパスライン４１を介して負荷側循環回路のライン３７（若しくは負荷側熱交換器６０の熱原水入口）に接続されている。同様に、負荷側熱交換器６０の熱原水出口に接続されるライン３５が三方バルブ４２により分岐され、バイパスライン４４を介して採熱側循環回路のライン３３（若しくは採熱管２１の熱原水入口）に接続されている。このバイパスライン４１、４４は、ヒートポンプの起動時若しくは負荷側熱交換器６０の低負荷時にのみ開放されるが、その具体的動作については後述する。
【００２９】
本システムの運転方法につき説明する。
ヒートポンプ運転時に、熱原水は採熱設備２０の採熱管２１を通流し、下水熱を採熱して高温側熱源水として熱原水出口よりライン３１を介して排出される。このとき、三方バルブ４０はライン３２側に開放されており、バイパスライン４１側に熱原水は通流しない。ライン３２を通って蒸発器１１に導入された熱原水は、該蒸発器１１にて吸熱された後、ライン３３を介して熱原水入口から採熱設備２０内に導入され、循環する。
ヒートポンプは採熱設備２０からの下水熱を熱源とし、凝縮器１２にて負荷側熱原水との間で熱交換して熱原水が昇温される。この昇温された熱原水は、ライン３７を通って負荷側熱交換器６０に供給され、融雪に利用される。
このとき、三方バルブ４２は、ライン３６側に開放されており、ライン４４側には熱源水は通流しない。融雪利用後の冷却された熱原水は、ライン３５、３６を通って凝縮器１２に返送され、負荷側循環回路を循環するようになっている。
【００３０】
このようなシステムにおいて、ヒートポンプ停止時に、負荷側熱交換器６０には路面への放熱により低下した熱原水（不凍液）が保持されており、逆に採熱設備２０側には下水により温められた熱原水が存在する。ヒートポンプの立ち上がり時は、これらの各熱原水がヒートポンプへ送られ、通常運転時と温度レベルが逆転し、余分な負荷となってしまう。
そこで、本実施例では、これを解消するために上記したバイパスライン４１、４４を備えた構成としている。即ち、ヒートポンプ起動時は、三方バルブ４０、４２をバイパスライン４１、４４側に開放し、採熱設備２０から出た熱原水を負荷側熱交換器６０に直接導入し、該負荷側熱交換器６０からの熱原水を採熱設備２０に導入して循環回路を形成するようにしている。このとき、ヒートポンプは稼動せず、循環ポンプ３８のみで採熱設備２０からの熱原水を負荷側熱交換器６０に送り、該負荷側熱交換器６０の熱原水温度レベルを上げるようにしている。所定時間運転し、負荷側熱交換器６０の熱原水温度がある程度昇温したら、通常運転に戻すとよい。
【００３１】
また、上記したバイパス運転は、起動時のみでなく、予熱運転など負荷側熱交換器６０における負荷が小さい場合にも有効に利用可能である。
本実施例１のシステム及び運転方法によれば、ヒートポンプ時の温度逆転状態を緩和し、消費動力の低減が可能である。同様に、低負荷時においても消費動力を低減することが可能である。さらに、下水量が少なくなった時の能力低下を低減可能で、能力変動を吸収することが可能である。
【実施例２】
【００３２】
図２に、本実施例２に係る下水熱利用システムの全体構成を示す。尚、本実施例２において、上記した実施例１と同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
図２において、本システムは、融雪パイプ等の負荷側熱交換器６０に熱原水を供給する熱源設備１０と、下水道管５０に配設され下水熱を回収する採熱設備２０と、を備えるとともに、該採熱設備２０と負荷側熱交換器６０とを直接接続するバイパスライン４１、４４上に、蓄熱タンク４８を設けた構成としている。
【００３３】
本実施例２の構成とすることにより、ヒートポンプ停止時の下水熱を循環ポンプのみの運転で蓄熱できるようになる。ヒートポンプ稼動時（採熱時）は、下水量の変動に伴う採熱量減少を熱原水の容量、即ち顕熱で補うことが可能となる。
【００３４】
また、上記した実施例１若しくは実施例２において、ヒートポンプの凝縮側、蒸発側のサイクルを切り替える切り替え手段（図示略）を設けてもよい。このように、凝縮側、蒸発側サイクルの切り替え手段を付加することにより、負荷側熱交換器６０に対して適宜冷熱若しくは温熱を供給することが可能となる。さらに、下水道管５０に放熱することも可能となり、冷熱を利用することにより大気へ放熱することがないので、温暖化対策ともなりえる。また冷熱を路体に供給することにより、炎天下でも歩行者への歩きやすい歩行環境を提供できる。この構成は、冷暖房設備等に適用することも可能である。
【実施例３】
【００３５】
本実施例に示した下水熱採熱設備の採熱量を評価するために実験を行った。この実験は、本実施例の設備を含む３種類の採熱設備を用いた比較実験とした。各採熱ユニットの仕様は、以下の表１の通りである。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
これらの採熱設備を、既設下水道管に設置した。各採熱設備の構造を図５に示す。図４（ａ）は比較例１を示し、下水道管５０の外周に高密度ポリエチレンからなる採熱管２５を配設している。図４（ｂ）は実施例１、実施例２を示し、上記実施例１に記載した構成を備える。実施例１及び実施例２では採熱管２１に銅管を採用した。尚、図と異なる点として、実施例１では保護材２３を配設していない。
【００３８】
実験方法は、以下の通りとした。
熱源設備内の熱原水タンクの温度を一定に保つことにより各採熱設備への入口温度条件を固定する。各採熱設備への供給熱原水量が所定の数値となるように、流量計の指示値を確認しながら採熱設備のバルブにより流量を調整する。採熱設備毎に、熱原水流量、入口温度、出口温度を計測する。出入り温度差、熱原水流量及び熱源水物性により採熱量を算出する。
【００３９】
採熱量の評価は、前記した計測により採熱量を算出し、採熱量の絶対的評価を行った。また、比較例１、実施例１及び実施例２についていは相対的に比較評価を行った。
採熱量Ｑの計算式は以下の通りである。
Ｑ＝（Ｔｏ−Ｔｉ）×Ｑｂ×ρｂ×ｃｂ／（６０×１０００）
ここで、Ｔｏ：熱原水出口温度（℃）、Ｔｉ：熱原水入口温度（℃）、Ｑｂ：採熱ユニットの熱原水流量（Ｌ／ｍｉｎ）、ρｂ：熱原水密度（１０２６ｋｇ／ｍ３）、ｃｂ：熱原水比熱（４００９Ｊ／ｋｇ／Ｋ）である。
日時を変えて複数回実験を行い、各実験条件として、条件１ではユニット流量５Ｌ／ｍｉｎ、条件２ではユニット流量１０Ｌ／ｍｉｎ、条件３ではユニット流量１０Ｌ／ｍｉｎ、条件４ではユニット流量１０Ｌ／ｍｉｎ、条件５ではユニット流量７．５Ｌ／ｍｉｎとした。また何れの条件においても採熱管への熱原水の送り温度は０℃とした。
【００４０】
各実験条件において得られた測定値から採熱量を算出した結果を図５のグラフに示す。このグラフから明らかなように、本実施例の構成を採用した採熱設備では、比較例に比べて極めて高い採熱量が得られることがわかる。従って、本実施例によれば、下水熱を効率的に採熱可能な設備であることが明らかとなった。
また、保護材を配設した実施例２は、保護材を配設しなかった実施例１に比べて何れの実験条件においても採熱量が高くなった。従って、保護材を配設することが採熱効率の向上に有効であることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１に係る下水熱利用システムの全体構成図である。
【図２】本発明の実施例２に係る下水熱利用システムの全体構成図である。
【図３】本発明の実施例に係る採熱ユニットの断面図である。
【図４】評価実験における採熱設備の断面図を表し、（ａ）は比較例１を示す図で、（ｂ）は実施例１及び実施例２を示す図である。
【図５】評価試験にて算出された採熱量を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１０    熱源設備
１１    蒸発器
１２    凝縮器
１３    コンプレッサ
１４    膨張弁
２０    採熱設備
２１    採熱管
２２    保護材
２３    保温材
４０、４２  三方バルブ
４１、４４  バイパスライン
５０    下水道管
６０    負荷側熱交換器
【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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