JP2004508989A - ダクトのライニング - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化熱可塑性プラスチック複合材料を用いてダクトをライニングする装置及び方法に関する。
【0002】
本明細書で用いた用語“ダクト”は、流体輸送用又は他の目的用のパイプ、管及びコンジット(例えば上水管又は下水管)を包含する。
【0003】
【従来技術】
ガス及び水の供給に用いられるダクトはしばしば鋳鉄製であり、また腐蝕による損傷は既存の系統の寿命に関して問題を増大させることになる。例えば英国における全ての水道管の半分以上が40年以上使用されており、20%が80年以上使用されていると見込まれる。一般的にはレンガやコンクリート製である下水ダクトも材料の構造上の劣化のために損傷する。このようなダクトを交換せずにライニングを施すことにより再使用する場合には、一般的には安くて破裂はほとんどしない。既存のダクトにライニングを施す異なった技法は種々公知であるが、より効率的な再生技術が要求される。
【0004】
特許文献1(WO98/26919)は、熱可塑性プラスチック材料及び補強用繊維の複合材料の層を備える撓み性ライナーを用いたダクトのライニング方法を示す。ライナーはダクト内に挿入され、加熱して熱可塑性プラスチック材料及び補強用繊維を溶融し、その後、加圧して、溶融した熱可塑性プラスチック材料及び補強用繊維を本質的に混合し、その後ライナーをダクトに接触させ、冷却して構造部材に結合する。加熱及び加圧はピグ(pig)として普通に知られたロボット装置によって行われる。ピグはライナーの内側に沿って進み、ライナーを開く。ピグは、ライナーを加熱する手段及び加熱したライナーをダクトに押圧し、そこで冷却して結合する結合手段を備える。ピグを設計する上での1つの問題点は、最終の構造ライナー部材の一様性を保証するようにライナーを十分に一様に加熱することを確実にすることである。
【0005】
特許文献2(DE−A−3904524、ドイツ国公開特許)は、熱可塑性プラスチック、この場合非架橋プラスチックのみから成るライナーを用いてダクトをライニングする方法を示す。ライナーはダクト内に挿入され、そしてダクトと接触するまで半径方向に膨張され、堅固で自己支持となる。膨張は好ましくはダクト内でロールするピグによって機械的に行われる。ライナーは、例えば温かい空気による膨張を促進させるように加熱され得、ライナーとダクトとの間に空隙が存在する。しかしながら、プラスチックの軟化温度が達成されないことが重要である。それ故、ライナーは熱可塑性プラスチックの構造から本質的に伝導により(by conduction)加熱され、それは温度を比較的容易に制御できることを意味する。
【0006】
本発明者等は、熱可塑性プラスチック及び補強用繊維から成る複合材料の層を含む、特許文献1(WO98/26919)に開示されたライナーは伝導加熱が適さないことを見出した。複合材料は、その厚さ内に空気ポケットをもつので、伝導加熱により熱可塑性プラスチックの融点まで一様に加熱できない。
【0007】
【特許文献1】
WO98/26919
【特許文献2】
DE−A−3904524
【0008】
【発明の概要】
本発明の第1の特徴によれば、熱可塑性プラスチック材料及び補強用繊維から成る複合材料の層を含む撓み性(flexible)ライナーをダクト内の構造部材に変換する装置は、ライナーに挿入するようにされた前方部分と、複合材料の層の一側に加熱手段を備えた中央部分と、構造部材を形成するために加圧下での圧縮及び冷却のためにダクトに向って複合材料の被加熱層を強制する圧縮手段を備えた後方部分とを有し、加熱手段が、複合材料の層を加熱するように該層に加圧下で通される熱ガスを発生し、また中央部分が、加熱を行いながら複合材料の層の反対側に空隙を形成するように構成され配列されることを特徴とする。
【0009】
加熱手段の反対側における複合材料の層の側(内側又は外側)に空隙を設けることによってダクト又は加熱に悪影響を及ぼす装置の部分に接触しないので、層は一様に加熱できる。空隙は、複合層の厚さを通る加圧熱ガスの明確な出口通路を形成するように層の低圧側にある。層を横切っての圧力差により、熱ガスは一様な仕方で流される。熱ガスは複合材料の層におけるポケット内の空気と入れ替わり、これは、層の一様な加熱及び従って全体としてライナーの一様な加熱における主要な寄与ファクターであることが判った。
【0010】
熱ガスは、空隙から順方向に向けられ、前方部分でライナーを予熱するようにされ得る。
【0011】
熱ガスは、好ましくは、圧搾空気源を加熱することによって作られる。それで有利には、非加熱圧搾空気は、複合材料の被加熱層をダクトに接触させる固定手段(consolidation means)として用いられ得る。圧搾空気は、複合材料の層に作用する撓み性バッグ手段を膨らませる。撓み性バッグ手段は中央部分に取り付けられ得る。代りに、撓み性バッグ手段は別個に、後方から膨張され、膨張する際に展開する。これにより、層とバッグ手段との摩擦を軽減する利点が得られる。
【0012】
好ましくは、中央部分は内側及び外側部材を備え、内側および外側部材の一方は、加熱手段を備え、他方の部材は空隙を形成する支持手段を備える。
【0013】
有利には、内側部材は加熱手段を備え、それにより複合材料の層は内側から加熱され、外側部材は複合材料の層の外側とダクトとの間に空隙を形成する。
【0014】
一実施の形態では、外側部材は環状であり、内側部材を包囲ししかも内側部材から離間し、また複合材料の層は内側及び外側部材の間に支持される。別の実施の形態では、外側部材の直径は前方部分から後方部分へ向って増大し、そして複合材料の層は外側部材の外側において案内される。外側部材は好ましくは切頭円錐形である。これにより、ライナーが加熱されるにつれて徐々に展開すると言う利点が得られる。
【0015】
さらに別の実施の形態では、外側部材は、内側部材を包囲しかつ内側部材から離間した支持キャリジを備える。複合材料の層は内側及び外側部材の間に支持される。支持キャリジは、有利には外部ホィールを備え、この外部ホィールによって支持キャリジはダクトの内側でロールする。
【0016】
代りに、外側部材は加熱手段を備え、それにより複合材料の層は外側から加熱され、また内側部材は複合材料の層の内側と内側部材との間に空隙を設ける支持手段を備える。この実施の形態において、外側部材はキャリジを備え、このキャリジは前方部分の全部又は一部を包囲するように順方向にのびる。ライナーは、ダクトと複合材料の層(3)との間に外側熱可塑性プラスチック層を備え得る。
【0017】
装置は有利には、前方部分から巻き上げることによってダクトに沿って動かされる。加熱手段に対する圧搾空気及び動力は、装置に取付けたラインを介して供給される。可動ユニットは有利には装置を作動する圧搾空気及び動力例えば電力を発生する。
【0018】
本発明の第2の特徴によれば、ダクトをライニングする方法は、
熱可塑性プラスチック材料と補強用繊維とから成る複合材料の層を含む撓み性ライナーをダクト(1)内に挿入する工程;
複合材料の層の一側に熱ガスを発生し、そして該層の反対側に空隙を維持して複合材料の層に加圧下で熱ガスを通して熱可塑性プラスチックを溶融させる工程;
加熱した層に圧力を付加して加熱した層を固定するためダクトに向って押圧する工程;及び
ライナーをダクト(1)に接触させて加圧下で冷却して複合材料の層を構造部材に硬化する工程、を含む。
【0019】
従って、加熱される側と反対の層の側(内側又は外側)に空隙を維持することにより、層の一様な加熱に寄与する。熱ガスは複合層の低圧側において複合材料を介して空隙に入り、層のポケット内の空気と入れ替わり層を一様に加熱する。熱ガスは、空隙から供給され、ライナーを予熱するようにされ得る。ライナーは好ましくは潰れた形状でダクト内に挿入され、その後膨張される。
【0020】
ダクト内にライナーを挿入した後、ダクトをライニングする構造部材を形成する可撓性ライナーと装置との組合わせにおいて、ライナーは熱可撓性プラスチック材料と補強用繊維との複合材料の層を備え、そしてダクト内に挿入するようにされ、また装置は、ライナーに挿入するようにされた前方部分と、複合材料の層の一側に加熱手段を備えた中央部分と、構造部材を形成するように加圧下で固定及び冷却させるために複合材料の加熱した層をダクトに向って押圧する固定手段を備えた後方部分とを有し、加熱手段が゛複合材料の層を加熱するように複合材料の層に加圧下で強制される熱ガスを発生し、加熱を行いながら複合材料の層の反対側に空隙を設けるように組合わせが構成され配列される。
【0021】
本装置は、本発明の第1の特徴に従い得る。ライナーは好ましくは、複合材料の層と熱可塑性プラスチック材料の外側層とを備える。装置と可撓性ライナーとの任意の他の組合わせを用いてもよい。
【0022】
本発明の最初の二つの特徴によると、複合材料の層の一様な加熱を助けてプロセスの有効性を改善する空隙と加圧熱ガスが設けられる。例として添付図面に本発明の種々の特徴を例示する。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1には、地下ダクトこの場合には水道管1に、構造部材を形成する繊維強化複合材料のライナー2をライニングするのに用いた装置を例示する。
【0024】
ライナー2は最初は撓み性であり、熱可塑性プラスチックのフィラメントと補強用繊維のフィラメントとから成る複合材料の内側層3及び熱可塑性プラスチック材料の外側層4を備える。各層は管として形成される。内側層3用の好ましい材料は、ポリプロピレンのような熱可塑性プラスチックの実質的に連続したフィラメント及び登録商品名TWINTEXの下でVetrotex Internationalより販売されるもののような同様に連続した補強用繊維から成るトウ(極めて多数のフィラメントを揃えた束)を編んだ、編組した、又は織った(或いは互いにマット状にした)ものである。また任意に適当な仕方で互いに結合した比較的短い繊維を用いてもよい。例えば短繊維は熱可塑性プラスチックバインダーを用いてマット状にされ、ステッチされ、ニードルパンチされ又はステープルされ得る。内側層3はフィラメント間に空気ポケットを備える。
【0025】
本装置は、ロボット装置5(ピグとして普通に知られる)を備え、ロボット装置5は、前もって管1内に挿置されたライナー2の部分を通って動かされる。ロボット装置5は前方部分6、加熱手段8と支持手段9とを含む中央部分7及び固定手段11を含む後方部分10を備える。ロボット装置5はウインチ12により管1を通って引かれ、ウインチ12は前方部分6に取付けられたケーブル13を操作する。加熱手段8は、圧搾空気を加熱して熱ガスを生成する電気的要素(又は任意の他の適当なヒーター)を備え、熱ガスは層3の内側に供給されて熱可塑性プラスチックフィラメントを溶融する。
【0026】
支持部材9は、内側層3と外側層4との間で内側層3の外側に空隙14を形成する。加熱要素8に対する電気及び圧搾空気は、地上に置かれる可動ユニット15にそれぞれ形成した発電機及びコンプレッサーによって供給され、可動ユニット15は電線及び空気ラインを含む導管25によりロボット装置に接続される。圧搾空気はまた、固定手段にも用いられ、固定手段は、圧搾空気で膨らまされ、被加熱内側層3及び外側層4を管1の内壁に対して押圧する撓み性バッグ11を備える。冷却することにより、ライナー2は管1内の構造部材を形成する。可動ユニット15はまた、種々の部分の動作を制御するプログラム可能なプロセス制御ユニットを備える。図示装置は通常単一配列の約100mの管をライニングする。
【0027】
図2には、装置5及びライナー2を詳細に示す。管1内にライナー2を挿入する際、ライナー2は管の最下点で折り重なり易い。装置5の走行する際に、外側層4がまず管に対して押圧され、それに内側層3が続く。
【0028】
装置5の前方部分6は、丸くなった鼻部16を備え、鼻部16は目部17を備え、この目部にウインチケーブル13が取付けられる。鼻部16の動きは内側層3を展開させる。加熱要素8は鼻部16の後部に取付けられ、その直径は比較的小さく、それで、加熱要素8と内側層3の内側との間に空隙が形成される。加熱要素8で生成された熱ガス(180℃まで)は加圧下にあり、そして内側層3を横切っての圧力差によって内側層3を通り、高圧内側表面と外側表面上の低圧空隙14との間に強制される。熱ガスは空気ポケット内の空気を追い出し、従って層3を内側から加熱する。熱ガスは内側層3の外側の低圧空隙14に達する。空隙14は支持手段9によって設けられ、熱ガスを鼻部16上を順方向に導くように働く。温かい状態のガスは、内側及び外側層3、4を予熱する働きをする。
【0029】
支持手段9は、鼻部16の一部及び加熱要素8を包囲しそして内側及び外側層間に配列された環状金属キャリッジ18を備える。キャリッジ18の半径方向外側の周囲にはホィール19が取付けられ、管及び外側層4と係合して転がる。キャリッジ18の半径方向内側表面20は輪郭付けされる。鼻部16の相応した輪郭には順方向の丸くなった環状突起部21が嵌合し、それにより鼻部16の動きによりキャリッジ18を引く。内側層3を正しい位置に保つため加熱要素8に沿って別の突起部22、23、24が離間して設けられる。
【0030】
後方部分10において、例えばシリコンゴム製の膨張性バッグ11は加熱要素8の後部に取付けられる。適当な圧力で圧搾空気を充填すると、バッグ11は熱くなった内側層3を外側層4及び管1に対して押圧し、加圧下で固定し冷却して構造部材を形成する。
【0031】
こうして、使用時には、恐らくウインチ操作によりまず管1内にライナー2が挿入される。その後、装置5がライナー2内に挿入され、内側層3が確実に鼻部16とキャリッジ18との間に位置するようにし、また外側層4が確実にキャリッジ18の半径方向外側に位置するようにする。その後、装置5が制御ユニットにより作動され、圧搾空気を加熱要素8に供給し、内側層3を加熱しかつバッグ11を膨らませる加圧下の熱ガスを生成し、そしてウインチ12を作動して管1に沿って装置5を引く。制御ユニットはガス温度、空気圧及び装置の速度を制御する。
【0032】
装置5が初期位置にあるとき、鼻部16に向けられた熱ガスは、ライナー2の最初の部分を予熱し、そして外側層4を管1に対して押圧する。熱ガスはまた、空隙14の結果としての圧力差が層3の厚さを通して熱ガスを駆動し、空気ポケット内の空気を熱ガスに入れ替えるので、内側層3の熱可塑性プラスチックフィラメントを一様に加熱する。従って熱可塑性プラスチックフィラメントは溶融し、そして溶融したプラスチックが補強用繊維を包囲する。装置は予定の長さに沿って動き、バッグ11は膨らまされ熱くなった内側層3及び暖かくなった外側層4を管1に押圧する。内側層3の溶融したプラスチックは層の固定の一部として補強用繊維と蜜に混合し、加圧下で冷却硬化して構造部材を形成する。バッグ11がライナーの最初の部分を固定しながら、熱ガスは次の部分を加熱し、そしてプロセスが続けられる。
【0033】
本装置は、管をライニングする有効な仕方を提供する。図3は変形装置を示し、相応した符号は相応した部分に付けられる。従って、図3の装置5は図2のものと同じ基本的要素を備えるが、加熱要素8は、鼻部16とバッグ11との間に取り付ける代りにキャリッジ18に設けられる。従って、内側層3は内側からでなく外側から加熱される。支持手段9は鼻部16とバッグ11との間に取り付けた部材26によって形成される。部材26は長手方向フィン27を備え、それにより必要な空隙14は内側層3の内側に設けられる。熱ガスは内側層3を予熱するために鼻部16を通って順方向に向けられる。その他は図3の実施の形態は図2の実施の形態と同様に作動する。
【0034】
図4は図2の実施の形態の変形例を示す線図であり、対応した符号は対応した部分に付けられる。図4において、加熱要素8はライナー2の内側に設けられ、そして球形の鼻部16とバッグ11(膨張されていない状態で示す)との間に取付けられる。支持手段9はキャリッジ18の代りに、鼻部16及び加熱要素8を包囲する環状部材30を備え、内側層3を案内し、加熱中空隙14を維持する。環状部材30は、球状鼻部16のまわりの細長い順方向端部31及び加熱要素8のまわりの管状後方向端部32を備える。環状部材30は、摩擦を低減するホィール又はローラー(図示していない)を備え得る。その他、図4の実施の形態の構造及び動作は図2のものと同じである。
【0035】
図5は図4の実施の形態の変形例を示す。図5において、装置の前方部分6は、ウインチケーブル13の取付けられる目部17をもつトロイダル端キャップ33を備える。加熱要素8は端キャップ33とバッグ11との間にのびる。支持手段9はキャップ33とバッグ11との間に取付けられた穴あき切頭円錐形部材34を備える。部材34の直径は前方から後方に向かって増大し、そして内側層3は部材34の外側表面に沿って案内される。部材34は内側層3のガイドを形成し、加熱中内側層3と管1との間に空隙14を確実に維持することがわかった。また部材34は、内側層3が加熱されにつれて徐々に内側層3を展開し、それにより固定は一層有効である。その他、図5の実施の形態の構造及び動作は図4のものと同じである。
【0036】
図6は図5の実施の形態の変形例を示す。図6において、装置の前方部分6及び加熱要素8と円錐形部材34をもつ中央部分は図5のものと同じであるが、円錐形部材34は後方端キャップ35を備える。固定手段11を含む後方部分10は変更され、中央部分7に取付けらない。固定手段は撓み性の膨張可能なバッグ36を備えるが、バッグは後方端から膨らませられ、装置5が動くにつれてライナー2に対して展開するようにされる。ライナー2とバッグ36との転がり接触は図2乃至図5の摺動接触より摩擦が少ない。従って、図6の装置5は図2乃至図5の場合のようにインデックスされた段階においてよりむしろ連続して動くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
複合材料の層を備えるライナーでダクトをライニングする装置の使用を示す概略線図。
【図2】
ライナーに対する内部加熱手段を備えた図1の装置の縦断面図。
【図3】
ライナーに対する外部加熱手段を備えた変形装置の縦断面図。
【図4】
ライナーに対する内部加熱手段を備えた変形装置の縦断面図。
【図5】
別の変形例を示す図4と同様な図。
【図6】
変形固定手段を示す図5と同様な図である。
Claims (24)
- 熱可塑性プラスチック材料及び補強用繊維から成る複合材料の層(3)を含む撓み性ライナー(2)をダクト(1)内の構造部材に変換する装置であって、
ライナー(2)に挿入するようにされた前方部分(6)、複合材料の層(3)の一側に加熱手段(8)を備えた中央部分(7)、及び構造部材を形成するために加圧下での固定及び冷却のためにダクト(1)に向って複合材料の被加熱層(3)を押圧する固定手段(11)を備えた後方部分(10)を有し、
加熱手段(8)は、複合材料の層(3)を加熱するように圧力で層(3)を通される熱ガスを発生し、
中央部分(7)は、加熱を行いながら複合材料の層の反対側に空隙(14)を形成するように構成され配列される装置。 - 熱ガスは、前方部分(6)でライナー(2)を予熱するために空隙(14)から前方へ向けられる請求項1の装置。
- 熱ガスは、圧搾空気の供給源を加熱することにより作られる請求項1又は2の装置。
- 圧搾空気が固定手段(11)として用いられる請求項1乃至3のいずれか1項の装置。
- 固定手段が圧搾空気により膨張可能な撓み性バッグ手段(11、36)を含む請求項4の装置。
- 加圧バッグ手段(11)は中央部分(7)に取付けられる請求項5の装置。
- 加圧バッグ手段(36)は中央部分(7)から分離し、使用時に後方から巻出して膨張される請求項5の装置。
- 中央部分(7)は内側及び外側部材を備え、内側及び外側部材の一方が加熱手段(8)を備え、他方の部材が空隙(14)を形成する支持手段(9)を備える請求項1乃至7のいずれか1項の装置。
- 前記内側部材は加熱手段(8)を備え、使用時に複合材料の層(3)が内側から加熱され、外側部材(9)が複合材料の層(3)の外側とダクト(1)との間に空隙を形成する請求項8の装置。
- 外側部材(30)は環状であり、内側部材を包囲ししかも内側部材から離間し、使用時に、複合材料の層(3)が内側及び外側部材(8、30)の間に支持される請求項8又は9の装置。
- 外側部材(34)の直径が前方部分(6)から後方部分(10)へ向って増大し、使用時に、複合材料の層(3)が外側部材(34)の外側において案内される請求項8又は9の装置。
- 外側部材(30)は切頭円錐形である請求項11の装置。
- 外側部材は、内側部材(8)を包囲しかつ内側部材(8)から離間した支持キャリジ(18)を備える請求項8又は9の装置。
- 前記支持キャリジ(18)は外部ホィール(19)を備え、この外部ホィール(19)によって支持キャリジ(18)がダクトの内側でロールする請求項13の装置。
- 前記支持キャリジ(18)は前方部分(6)の全部又は一部を包囲するように順方向にのびる請求項13又は14の装置。
- 前記外側部材は加熱手段(8)を備え、使用時に複合材料の層(3)が外側から加熱され、また前記内側部材は複合材料の層(3)の内側と内側部材との間に空隙(14)を設ける支持手段(26)を備える請求項8の装置。
- 前記ライナー(2)は、ダクト(1)と複合材料の層(3)との間に外側熱可塑性プラスチック層(4)を備える請求項1乃至16のいずれか1項の装置。
- ダクトのライニング方法であって、
熱可塑性プラスチック材料と補強用繊維とから成る複合材料の層(3)を含む撓み性ライナー(2)をダクト(1)内に挿入する工程;
複合材料の層(3)の一側に熱ガスを発生し、そして層(3)の反対側に空隙(14)を維持して複合材料の層(3)に加圧下で熱ガスを通して熱可塑性プラスチックを溶融させる工程;
加熱した層(3)に圧力を付加して加熱した層(3)を固定するためダクト(1)に向って押圧する工程;及び
ライナー(2)をダクト(1)に接触させて加圧下で冷却して複合材料の層(3)を構造部材に硬化する工程を含むダクトのライニング方法。 - 前記熱ガスは、空隙(14)から供給され、ライナー(2)を予熱する請求項18の方法。
- ライナー(2)を潰れた形状でダクト(1)内に挿入し、その後膨張させる請求項18又は19の方法。
- ダクト(1)内にライナー(2)を挿入した後、請求項1乃至17のいずれか1項の装置をダクトに通して方法を実施する請求項18乃至20のいずれか1項の方法。
- ダクトをライニングする構造部材を形成する装置と可撓性ライナーとの組合わせであって、ライナー(2)は熱可撓性プラスチック材料と補強用繊維との複合材料の層(3)を備え、そしてダクト(1)内に挿入するようにされ、前記装置は、ライナー(2)に挿入するようにされた前方部分(6)と、複合材料の層(3)の一側に加熱手段(8)を備える中央部分(7)と、構造部材を形成するように加圧下で固定及び冷却させるために複合材料の加熱した層(3)をダクト(1)に向って強制する固定手段(11)を備えた後方部分(10)とを有し、加熱手段(8)は複合材料の層(3)を加熱するように複合材料の層(3)に圧力で通過される熱ガスを発生し、加熱を行いながら複合材料の層の反対側に空隙を設けるように構成し配列した組合わせ。
- 前記装置は請求項1乃至17のいずれか1項に定義されたものである請求項22の組合わせ。
- 前記ライナー(2)は、複合材料の層(3)と熱可塑性プラスチック材料の外側層(4)とを備える請求項22又は23の組合わせ。
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