JP2006523152A

JP2006523152A - ダクトのライニング

Info

Publication number: JP2006523152A
Application number: JP2006506101A
Authority: JP
Inventors: ウェザーバイ，ニコラス・レオ; ターナー，マシュー・リチャード
Original assignee: セヴァーン・トレント・ウォーター・リミテッド; ヨークシャー・ウォーター・サーヴィシーズ・リミテッド; エヌセーセー・デンマーク・アクティーゼルスカブ; アングリアン・ウォーター・サーヴィシーズ・リミテッド; ユーロプロジェクツ・（エルティーティーシー）・リミテッド
Priority date: 2003-04-12
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2024-04-07
Also published as: AU2004227168A1; NO20055341L; NO20055341D0; DE602004028816D1; EP1625323A1; GB0308529D0; US20070003648A1; AU2004227168B2; EP1625323B1; JP4637825B2; WO2004090411A1; ATE479049T1; CA2525564A1; MXPA05010936A; NZ543494A; CA2525564C

Abstract

【課題】
【解決手段】複合材料層(３)を含む可撓性裏打ち材(２)をダクト(１)内の構造部材に変換させるのに適合した裏打ち材変換装置は、裏打ち材(２)への挿入に適合した前方部分(６)と、複合材料層(３)の一方の側に加熱手段(８)を有する中央部分(７)と、加熱された複合材料(３)をダクト(１)に向けて押しつける固化手段(１１)を有する後方部分(１０)とからなり、中央部分(７)は、加熱ガスを加熱手段(８)から複合材料層(３)を透過させて該層を加熱し、層(３)の反対側に空気間隙(１４)を形成すると共に、加熱手段(８)を実質的に囲繞し、複合層(３)の反対側にある追加の加熱手段(４３)を有するのに適合する。追加の加熱手段(４３)は層(３)を透過する熱の分布を促進して、加熱手段(８)から離れた層(３)の側を十分に加熱する。

Description

本発明は、繊維強化熱可塑性複合材料でダクトをライニング（lining；被覆）する装置に関する。

本明細書で用いられる用語「ダクト（ducts）」とは、流体を輸送するためのものであれ（例えば、水道本管パイプ又は下水管）、他の目的のためのものであれ、パイプ類、チューブ類及び導管類を包含する。

ガス及び水の供給に用いられるダクトはしばしば鋳造鉄製であり、腐食に起因して使用不能という問題が敷設配管系の年数に伴って増大してきている。例えば、英国では全水道本管の半数以上が４０年以上も使用されており、２０％が８０年以上経過しているものと見込まれる。また、一般に煉瓦造りか又はコンクリート製である下水管も、材料の構造上の劣化により機能しなくなっている。かかるダクトをライニングによって修復するならば、ダクトを取り除くか置き換えるよりも、一般に安くつくかあまり混乱を引き起こすことがない。既存のダクトをライニングする各種の異なった技術が知られているが、より効率的な修復技術が求められている。

かくして、特許文献１（ＷＯ９８／２６９１９）には、熱可塑性材料及び強化繊維から製造された複合材料層を含む可撓性裏打ち材を用いて、ダクトをライニングする方法が示されている。裏打ち材をダクトに導入し、加熱して熱可塑性繊維を溶融させ、次いで圧力をかけて溶融プラスチックと強化繊維を緊密に混合し、裏打ち材を押しつけてダクトに接触させ、その際に裏打ち材が冷却・固化して構造部材となる。加熱及び加圧は、ピッグ（pig）として普通に知られているロボット装置によって行われる。ピッグは、裏打ち材を押し広げながら裏打ち材の内側に沿って通過する。ピッグは、裏打ち材を加熱する手段と、加熱された裏打ち材をダクトに押しつけ、その際に裏打ち材が冷却・固化する固化手段とを備えている。ピッグの設計に当たって、裏打ち材の十分な均一加熱をもたらして確実に最終裏打ち構造部材の均一性が達成されることを確保すべく、ある１つの問題がある。

本出願人は、熱伝導単独による加熱が、熱可塑性材料及び強化繊維からなる複合材料層を含む特許文献１に記載された裏打ち材には好適でないことを見出した。複合材料は、その厚み全体にわたってエアポケットがあり、そのため熱伝導によって熱可塑性材料の融点まで均一に加熱されることができない。

特許文献２（ＷＯ０２／２５１５６）には、繊維強化熱可塑性材料層を含む裏打ち材でダクトをライニングする装置の改良が記載されている。図１は、前方のノーズ部分と膨張可能なバッグ部分の間に取り付けられた中央の加熱要素を備えた装置を示す。環状の支持手段が、ノーズ部及び加熱要素の周囲に設けられ、裏打ち材を案内し、空気の間隙を維持して繊維強化熱可塑性材料層の均一加熱を助成する。図３に示されるように、加熱手段からの加熱空気の圧力が適切な空気の間隙を維持するようであるので、支持手段は必須でないことが判明した。

加熱手段に対向する複合材料層の側（内側又は外側）に空気間隙を設けることは、加熱に悪影響を及ぼすことがあるダクト又は装置の一部と接触しないであろうから、前記層の均一加熱を助成する。空気間隙は、層の低圧側にあり、複合層の厚みを透過する加圧された加熱ガスの十分に画定された出口通路を提供する。層の縦断方向の圧力差は、均一な方法で加熱ガスを透過させる。加熱ガスは、複合材料層のポケット中の空気と置換し、層の均一加熱、従って全体として裏打ち材の均一加熱に寄与する。しかし、熱源から離れた層の側の加熱が不十分であるので、上述の設計は未だ層の均一加熱をもたらさないことが判明した。
ＷＯ９８／２６９１９ＷＯ０２／２５１５６

本発明によれば、熱可塑性材料及び強化繊維からなる複合材料層を含む可撓性裏打ち材（flexible liner）をダクト内の構造部材に変換させるのに適合した裏打ち材変換装置（liner conversion apparatus）が、
裏打ち材への挿入に適合した前方部分と、複合材料層の一方の側に加熱手段を有する中央部分と、加熱された複合材料層を加圧下に固化及び冷却させるためにダクトに向けて押しつけて、構造部材を形成する固化手段を有する後方部分とを含み、
前記加熱手段は加圧された加熱ガスを生成し、
前記中央部分は、加熱ガスを加圧下に複合材料層を透過させて該層を加熱すると共に、加熱を行いながら複合材料層の反対側に空気間隙を形成し、そして、前記加熱手段を実質的に囲繞し、かつ、該加熱手段側に対して複合層の反対側にあって、裏打ち材及び複合材料の双方の均一加熱を確実に行うのに適合する追加の加熱手段を有するように、構成及び配置される。

空気間隙は、前記特許文献２に記載のように、層の均一加熱に寄与し、一方、追加の加熱手段は別の重要な因子である。この追加の加熱手段は、層を透過する輻射及び伝導による熱の分布を促進するので、加熱手段から離れた層の側も十分に加熱される。

好ましくは、追加の加熱手段は、受動（passive;エネルギー源を持たない）加熱素子である。これは、加熱ガスを複合材料層に向けて偏向させて戻し、そのため熱効率が増大する。また、受動加熱素子は、ガスによって加熱されるので、加熱手段から離れた層の側に熱を輻射する。

代替として、追加の加熱手段は加熱要素を含む能動加熱器であってもよい。加熱要素のタイプ及びその操作温度は、ガスによる加熱を補足し、空気間隙が確実に維持される観点から選択されるであろう。

中央部分は内部及び外部部材を有していてもよく、そのうちの一方が加熱手段を備え、他方が追加の加熱手段を備える。追加の加熱手段を有する部材は、また、空気間隙を形成する支持手段として作用してもよい。

簡便には、内部部材が加熱手段を備えて複合材料層が内側から加熱され、一方、外部部材が追加の加熱手段からなる。外部部材は、好ましくは環状であり、内部部材から離間して内部部材を囲繞する。

代替として、外部部材が加熱手段を備えて複合材料層が外側から加熱され、一方、内部部材が追加の加熱手段からなる。

加熱ガスは、前方部分で裏打ち材の予備加熱に供されるように、空気間隙から前方に向かって流されてもよい。

好ましくは、加熱ガスは、供給される圧縮空気を加熱することにより生成される。その際、簡便には、加熱された複合材料層をダクトに接触させる固化手段として、非加熱圧縮空気を用いてもよい。圧縮空気は、複合材料層に作用する可撓性バッグ手段を膨らませる。可撓性バッグ手段を中央部分に取り付けてもよい。これに代えて、バッグ手段は、分離していてもよく、膨張の際に回転することなく後方から膨張する。この点は、層とバッグ手段の摩擦を軽減する利点がある。

可撓性バッグは、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）等のプラスチック製であってもよい。好ましくは、バッグはシリコンをベースとする材料で構成される。

裏打ち材は、ダクトと複合材料層の間に外部熱可塑性材料層を含んでいてもよい。

簡便には、前記装置は、前方部分からウインチで巻き取られることによりダクトに沿って移動する。加熱手段用の圧縮空気及び動力は、前記装置に取り付けられた配管及び配線を介して供給される。簡便には、圧縮空気の供給及び例えば電気等の動力を可動ユニットにより生じさせて、前記装置を稼働させてもよい。

一例として、添付の図面を参照して本発明を説明する。図１は、本実施例では水道本管パイプ１である地下ダクトを繊維強化複合材料の裏打ち材２でライニングして、構造部材を形成するために用いられる公知の装置を示す。

裏打ち材２は、まず可撓性であり、熱可塑性のフィラメント及び強化繊維のフィラメントからなる複合材料の内層３と熱可塑性材料の外層４とを含む。各層はチューブに形成される。内層３の好ましい材料は、ポリプロピレン等の熱可塑性材料の実質的に連続したフィラメントと、例えば、登録商標名 TWINTEXでヴェトロテックス・インターナショナル（Vetrotex International）から入手できる同様に連続した強化繊維とからなるトウ（tow）を、編み（knitted）、縫合し（braided）、織った（woven）（又はさもなくばマットに編んだ）ものである。また、あらゆる好適な方法で一緒に接続される長さの短い繊維を用いることもできる。例えば、短繊維を熱可塑性バインダーと一緒にマットに編んだり、短繊維を縫ったり（stitched）、ニードルパンチしたり、あるいはステープルで留めたり（stapled）してもよい。内層３にはフィラメント間にエアポケットがある。

前記装置は、予めパイプ１に挿入された裏打ち材２の部分を通って移動するロボット装置（ピッグとして普通に知られている）５からなる。装置５は、前方部分６と、加熱手段８及び支持手段９を含む中央部分７と、固化手段１１を含む後方部分１０とを有する。装置５は、前方部分６に取り付けられたケーブル１３を操作するウインチ１２によって、パイプ１内を通って引っ張られる。加熱手段８は、圧縮空気を加熱する加熱要素（又は他の好適な加熱器）からなり、その際、層３の内側に広がって熱可塑性フィラメントを溶融する加熱ガスを生成する。支持手段９は、内層３と外層４の間の内層３の外側に空気間隙１４を形成する。加熱要素８の電力及び圧縮空気は、地上に留まり、電力及び空気配管を収容するケーブル２５で装置に接続される可動ユニット１５に、それぞれ形成された発電機及びコンプレッサによって供給される。圧縮空気は、また、同空気により膨らまされて加熱された内層３及び外層４をパイプ１の内壁に押しつける可撓性バッグ１１からなる固化手段に利用される。冷却すると、裏打ち材２はパイプ１内に構造部材を形成する。可動ユニット１５は、また、プログラム可能なプロセス制御ユニットを含み、各種構成部材の操作を制御する。図示の前記装置は、通常単一の操作で約１００ｍのパイプを再ライニングするであろう。

図２は装置５及び裏打ち材２をより詳細に示す。裏打ち材２は、パイプ１に挿入されると、パイプの最も低い点に向かって折り重なるようになる。装置５が移動すると、外層４がまずパイプに押しつけられ、次いで内層３がこれに続く。

装置５の前方部分６は、ケーブル１３が取り付けられる小穴（eye）１７を有する球形のノーズ部１６からなる。ノーズ部１６の移動により内層３が押し開けられる。加熱要素８は、ノーズ部１６の後部に取り付けられ、直径が小さいので、加熱要素８と内層３の内側の間に間隙が広がる。加熱要素８により生成される加熱ガス（典型的には、１８０℃〜２００℃の間）は、加圧下にあり、高い圧力の内面と外面の低い圧力の空気間隙１４との間の内層３を縦断する圧力差によって、内層３を介して押し広げられる。加熱ガスは、エアポケット中の空気を追い出し、その結果内側から層３を加熱する。加熱ガスは、内層３の外側の空気間隙１４を低い圧力にする。空気間隙１４は、ノーズ部１６を越えてガスを前方に流すのにも役立つ支持手段９によって形成される。まだ暖かいガスは、内外層３，４の予備加熱として有用である。

支持手段９は、ノーズ部１６及び加熱要素８を囲繞する環状部材３０からなり、内層３を案内し、加熱中に空気間隙１４を維持する。環状部材３０は、球状ノーズ部１６の周りの拡径前端部３１と、加熱要素８の周りの管状後端部３２とを有する。

後方部分１０には、例えばシリコーンゴム製の膨張可能なバッグ１１（未膨張のものを図示）が、加熱要素８の後部に取り付けられている。適当な圧力で圧縮空気を充填すると、バッグ１１は、熱い内層３を外層４及びパイプ１に押しつけ、内層３を固化・冷却して構造部材を形成する。

このようにして、裏打ち材２は、使用時に、多分ウインチで巻き取ることにより最初にパイプ１に挿入される。次いで、内層３がノーズ部１６と部材３０の間にあり、外層４が部材３０の半径方向の外側にあることを確かめながら、装置５が裏打ち材２に挿入される。次に、制御ユニットにより装置５を操作して、圧縮空気を加熱要素８に供給し、加圧下に加熱ガスを供給して内層３を加熱した後、バッグ１１を膨らませ、ウインチ１２を操作してパイプ１に沿って装置５を引っ張る。制御ユニットは、ガス温度及び空気圧と装置の速度とを制御する。

初期位置において装置５を作動させて、ノーズ部１６を越えて流される加熱ガスは、裏打ち材２の最初の部分を予備加熱し、外層４をパイプ１に押しつける。また、エアポケット中の空気を加熱ガスで置換しながら、空気間隙１４の成果として圧力差により加熱ガスが層３の厚みを通って追い出されるので、加熱ガスは内層３の熱可塑性フィラメントを全く均一に加熱する。従って、熱可塑性フィラメントは溶融し、溶融したプラスチックが強化繊維を取り囲む。前記（ロボット）装置は所定の長さほど移動し、そこで、バッグ１１が膨らまされて、熱い内層３及び暖かい外層４をパイプ１に押しつける。その際加圧下に冷却・硬化して構造部材を形成する層の固化の一部として、内層３の溶融したプラスチックが強化繊維と緊密に混合する。バッグ１１が裏打ち材の最初の部分を固化している間、加熱ガスは次の部分を加熱し、このようにしてプロセスが継続する。

図３は図２の実施例の公知の変形図を示す。図３において、（ロボット）装置の前方部分６は、ウインチケーブル１３が取り付けられる小穴１７を有するドーナツ形状の端部キャップ３３からなる。加熱要素８は、端部キャップ３３とバッグ１１の間に延在する。支持手段９は、また、キャップ３３とバッグ１１の間に取り付けられた有孔の切頭円錐状（frusto-conical）部材３４を含む。部材３４の直径は、前部から後部に向けて増大し、内層３がその外面に沿って案内される。部材３４は、加熱中に内層３とパイプ１の間に空気間隙１４を確実に維持しながら、内層３のガイドを形成することが判明した。また、部材３４は、加熱されると内層３を徐々に押し開けるので、固化がより効率的となる。その他の点について、図３の実施例の固化及び操作は、図２のものと同じである。

図４は追加の加熱手段を備えた本発明の装置を示す。図４は、図２の変形図であり、対応する参照番号が対応する部材に適用される。

図４の装置において、前方部分６のノーズ部１６は球形ではなくベル形状であり、小穴１７が図示されていない。加熱手段８は、一端がノーズ部１６の後部に、他端がバッグ１１を保持する尾部４０に取り付けられている。

加熱手段８は直径がノーズ部１６より小さく、ノーズ部１６には、空気の入口を形成し、また、加熱要素８用の電力配線を保持する軸状の通路４１が形成されている。多孔質の膜４２が、ノーズ部１６と尾部４０の間の加熱要素８の周囲に延びていて、内層３を加熱要素８から離間した状態に保持する。

受動加熱要素４４の形態をなす追加の加熱手段４３が、加熱要素８の周りに設けられている。受動要素４４は、金属製のチューブ状部材からなり、内層３が貫通する膜４２と要素４４の間に環状の隙間４５を画定する。チューブ状部材の前端には、内層３を隙間４５に案内するのに役立つ周囲にスペースを設けたガイド部材４６が配設されている。

隙間４５は比較的小さいので、要素４４は、内層３を通り抜ける加熱ガスを内層３に向けて偏向させて戻し、熱損失を低減し、加熱を効率的に増大させるのに役立つ。要素４４は、また、ガスによって加熱され、その際内層３の外側に熱を輻射して内層３の外側も加熱する。

空気間隙１４は受動要素４４とパイプ１の間に画定されるので、内層３の均一加熱に寄与する際に空気間隙１４によってもたらされる利点を維持する。

受動要素４４は、所望により、自身能動要素を有してもよいことが理解されるであろう。同様に、別の変形図（図示せず）において、加熱要素を保有してもよいので、内層３は内側からではなく主として外内側から加熱される。

複合材料層を有する裏打ち材でダクトをライニングする公知の装置の使用を示す概略図である。裏打ち材用内部加熱手段を有する図１の公知の装置を示す縦断面図である。図２と同様であるが、公知の変形図を示す。本発明の装置の縦断面図である。

Claims

熱可塑性材料及び強化繊維からなる複合材料層(３)を含む可撓性裏打ち材(２)をダクト(１)内の構造部材に変換させるのに適合した裏打ち材変換装置であって、
裏打ち材(２)への挿入に適合した前方部分(６)と、複合材料層(３)の一方の側に加熱手段(８)を有する中央部分(７)と、加熱された複合材料層(３)を加圧下に固化及び冷却させるためにダクト(１)に向けて押しつけ構造部材を形成する固化手段(１１)を有する後方部分(１０)と、を含み、
前記加熱手段(８)は、加圧された加熱ガスを生成し、前記中央部分(７)は、加熱ガスを加圧下に複合材料層(３)を透過させて該層を加熱すると共に、加熱を行いながら複合材料層(３)の反対側に空気間隙(１４)を形成するように、構成及び配置され、
前記加熱手段(８)を実質的に囲繞し且つ該加熱手段(８)側に対し複合層(３)の反対側にある追加の加熱手段(４３)が、裏打ち材(２)及び複合材料(３)の双方の均一加熱を確実に行うようにされることを特徴とする裏打ち材変換装置。
前記追加の加熱手段(４３)が受動加熱素子であることを特徴とする請求項１の裏打ち材変換装置。
前記追加の加熱手段(４３)が加熱要素を含む能動加熱器であることを特徴とする請求項１の裏打ち材変換装置。
前記中央部分(７)は内部及び外部部材を有し、そのうちの一方が加熱手段(８)を備え、他方が追加の加熱手段(４３)を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項の裏打ち材変換装置。
前記追加の加熱手段(４３)を有する部材は、また、空気間隙(１４)を形成する支持手段(９)として作用することを特徴とする請求項４の裏打ち材変換装置。
前記内部部材が加熱手段(８)を有し複合材料層(３)が内側から加熱され、前記外部部材が追加の加熱手段(４３)を含むことを特徴とする請求項４又は５の裏打ち材変換装置。
前記外部部材は、環状であり、内部部材から離間して該内部部材を囲繞することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項の裏打ち材変換装置。
前記外部部材が加熱手段(８)を有し複合材料層(３)が外側から加熱され、前記内部部材は追加の加熱手段(４３)を含むことを特徴とする請求項４の裏打ち材変換装置。
前記加熱ガスが、空気間隙から前方に向かって流され、前方部分(６)で裏打ち材(２)の予備加熱を提供することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項の裏打ち材変換装置。
前記加熱ガスが、供給される圧縮空気を加熱することにより生成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項の裏打ち材変換装置。
非加熱圧縮空気が加熱された複合材料層をダクト(１)に接触させる前記固化手段(１１)として用いられることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項の裏打ち材変換装置。
前記圧縮空気が複合材料層(３)に作用する可撓性バッグ手段(１１)を膨らませることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項の裏打ち材変換装置。
前記可撓性バッグ手段(１１)が、中央部分(７)に取り付けられることを特徴とする請求項１２の裏打ち材変換装置。
前記可撓性バッグ(１１)は、後方から膨張し、その際に回転しないことを特徴とする請求項１２の裏打ち材変換装置。
前記可撓性バッグ(１１)はプラスチック製であることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項の裏打ち材変換装置。
前記可撓性バッグ(１１)はＰＶＣで構成されることを特徴とする請求項１５の裏打ち材変換装置。
前記バッグ(１１)はシリコンをベースとする材料で構成されることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項の裏打ち材変換装置。
前記裏打ち材(２)は、ダクト(１)と複合材料層(３)の間に熱可塑性材料の外層(４)を含むことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項の裏打ち材変換装置。
前記前方部分(６)からウインチで巻き取られることにより、前記装置がダクト(１)に沿って移動することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項の裏打ち材変換装置。
前記加熱手段(８)用の圧縮空気及び動力が、前記装置に取り付けられた配管及び配線(２５)を介して供給されることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項の裏打ち材変換装置。
前記圧縮空気の供給及び例えば電気等の動力を可動ユニット(１５)により生じさせて、前記装置を稼働させることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項の裏打ち材変換装置。