JP2014522951A - 補強パイプ断熱のための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】補強パイプ断熱のための方法およびシステムを提供すること。
【解決手段】それぞれ複数の空隙を有する１以上の断熱素材シートを含む補強断熱材であって、前記シートが操作可能に互いに接続されて積層構造をなし、前記空隙が互いに結合されて、接着材料または合成材料の挿入のための円筒形状または直線状の通路を形成し、シートを接着して積層構造または挟み込み構造とした補強断熱材である。空隙は、円形、正方形、矩形、その他適切な形状など、様々な形状とすることができ、積層シートが形成されると、空隙が整列し、材料や目釘の挿入が可能となり、補強組立体が形成される。層は、パイプに外嵌する半円形など、様々な形状に形成したり、材料ブロックとして形成したりすることができる。完成した組立体は、圧縮力に耐え、パイプに外嵌させたり、タンクの下に配置したりして、断熱を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、断熱されたパイプおよびタンクベースに関する。特に、本発明は、可撓性補強材料でパイプを断熱する方法およびシステム、および、タンクベースの断熱に関する。

現在、精油所など様々な工業用途において使用されるパイプなどの導管は、断熱材を連続重複パターンで巻き付けることによって断熱されている。パイプの支持部位の付近に断熱材が近接すると、パイプ支持体の荷重耐久特性を維持するために、パイプ支持体の前後で断熱材を中断、再開しなければならない。パイプが支持されているこの領域において、巻き付けられた断熱材は、適切な断熱を提供し、適切な荷重耐久特性を維持するために、大きな断熱直径でパイプの周囲に配置される。これは、無駄が多く、パイプ内を流通する流体や気体によりパイプにかかる応力によって発生するパイプの運動により、熱の漏洩や断熱材の破壊を受け易い断熱材の箇所ができる。

したがって、パイプなどの長尺部材の周囲を嵩張らないよう（low profile）に維持しながら、圧縮力に耐え得るように可撓性断熱材を構成する必要がある。さらに、現在のタンクベースを断熱する方法は、非常に厚い断熱材の使用を必要とし、これにより所与のタンクの全高が増加する。新規な断熱材の使用は、タンク高を低減し、タンクを建造するために必要な材料を顕著に節約する。

本発明の好適な実施形態によれば、それぞれ複数の空隙を有する１以上の断熱素材シートを備えた補強断熱材であって、前記シートが、操作可能に互いに接続されて積層構造をなし、各シートの複数の空隙が、前記積層構造に略円筒領域を形成する結合パターンで配向され、合成材料が、各シートの前記複数の空隙に挿入されて、前記シートを互いに接続する補強断熱材が示されている。

本発明の好適な実施形態によれば、複数の挟み込み断熱素材シートを有する補強断熱材であって、各シートが、複数の空隙を有し、一体的に接続された時に円筒形の空隙を形成するような結合パターンで、各シートの複数の空隙が、他のシートの複数の空隙に対して配向され、合成材料が、各シートの前記複数の空隙に挿入されて、前記シートを接続する補強断熱材が示されている。

本発明の好適な実施形態によれば、それぞれ空隙を有する１以上の断熱素材シートを備えた補強断熱材であって、前記シートが、操作可能に互いに接続され、一体的に接続された時に３次元の空隙を形成するような結合パターンで、各シートの空隙が、他のシートの空隙に対して配向され、合成材料が、各シートの前記空隙に挿入されて、前記シートを接続する補強断熱材が示されている。

以下の図面は、この明細書の一部を構成し、様々な形態で実施可能な本発明の例示的な実施形態を含んでいる。本発明の理解を容易にするために、本発明の様々な態様を誇張または拡大して示している場合があることを理解すべきである。

本発明の好適な実施形態に係るパイプ断熱材組立体の分解図を示す。 本発明の他の好適な実施形態に係るパイプ断熱材組立体の分解図を示す。 本発明の好適な実施形態に係るパイプ断熱材組立体およびパイプの断面図を示す。 本発明の好適な実施形態に係るパイプ断熱材組立体およびパイプの側面図を示す。 図３の線Ｂ−Ｂに沿った断面を示す。 本発明の好適な実施形態に係るパイプ断熱材組立体およびパイプの断面図を示す。 本発明の好適な実施形態に係るパイプ断熱材組立体およびパイプの側面図を示す。 図６の線Ａ−Ａに沿った断面を示す。 本発明の好適な実施形態に係る断熱材および孔パターンの一部の平面図を示す。 図９の線Ａ−Ａに沿った、本発明の好適な実施形態に係る一連の挟み込み断熱シートの側断面図を示す。 本発明の好適な実施形態に係る断熱材および孔パターンの一部の平面図を示す。 図１１の線Ｃ−Ｃに沿った、本発明の好適な実施形態に係る一連の挟み込み断熱シートの側断面図を示す。 本発明の好適な実施形態に係る、孔パターンを有する３つの挟み込み断熱シートの斜視図を示す。 本発明の好適な実施形態に係る、補強パターンを有する３つの挟み込み断熱シートの斜視図を示す。 先行技術に係る３つの挟み込み断熱シートを示す。 本発明の好適な実施形態に係る、補強断熱材の製造に使用する金型の側断面図を示す。 図１６Ａの分解図を示す。

図１を参照して、本発明の好適な実施形態に係るパイプ支持体および断熱材組立体の分解図を示す。

下受台１５は、円筒パイプ１８を受けるための半円形状の従来のパイプ受台である。断熱材は、支持部位においてパイプにかかる荷重や応力に耐え得ると同時に、円筒パイプ１８を断熱しなければならない。

上側断熱シート１３および下側断熱シート１４は、円筒パイプ１８に外嵌するように半円形状の部材として構成されている。上側断熱シート１３および下側断熱シート１４は、２つの別個のシートとして示されているが、用途に応じて任意の数量のシートとすることができる。上側断熱シート１３および下側断熱シート１４は、補強材料を上側断熱シート１３または下側断熱シート１４に挿入して積層する一方、一連のシートを貫通する縦方向の矩形の空間を維持するために、直線的な空隙パターンまたはブロック補強材１７を有するように構成されている。下記に更に詳述するように、矩形の空間を補強材で充填してもよく、補強材は、下記のような様々な材料で形成することができる。上側断熱シート１３を積層して適切な補強材料を付加すると、上側断熱シート１３は、円筒パイプ１８の半分の外径に外嵌する半円形の剛性部材を形成する。

本発明の構造断熱挿入体と共に可撓性シート型断熱材で構成された複合断熱材は、これらの問題を解決する。可撓性シート型断熱材は、熱性能に関して他の断熱材よりもはるかに優れる一方、設計圧縮強度値が非常に低い。したがって、可撓性シート型断熱材は、圧縮力に対抗すべき状況にうまく適応できない。可撓性シート型断熱材の圧縮強度値を高めるために、構造挿入体を断熱材に配置しなければならない。

図２を参照して、本発明の他の好適な実施形態に係るパイプ支持体および断熱材組立体の分解図を示す。上側断熱シート２３および下側断熱シート２４は、円筒パイプ２８に外嵌する半円形状の部材として構成されている。上側断熱シート２３および下側断熱シート２４は、２つの別個のシートとして示されているが、用途に応じて任意の数量のシートとすることができる。上側断熱シート２３および下側断熱シート２４は、図５、図９により詳細に示すような孔パターンで構成されており、上側断熱シート２３または下側断熱シート２４の結合シートを積層する一方、一連のシートを貫通して長さ方向の円筒空間を維持するようになっている。下記に更に詳述するように、円筒空間を補強材で充填してもよく、補強材は、下記のような様々な材料で形成することができる。上側断熱シート２３を積層して適切な補強材料を付加すると、上側断熱シート２３は、円筒パイプ２８の半分の外径に外嵌する半円形の剛性部材を構成する。

図１を参照して、断熱素材からなる２つの半円体が、ボルト１６を介して上受台１２および下受台１５によって円筒パイプ１８の周囲に固定的に取り付けられている。上受台１２および下受台１５に接続するために、クランプや紐などの手段など、任意の数量の仕組みを使用することができる。さらに、上受台１２および下受台１５は、ヒンジ側部を有するクラムシェル型構成であり、ヒンジ側部とは反対側を接続するためにボルトなどの固定機構を有していてもよい。上側断熱シート１３および下側断熱シート１４は、上受台１２および下受台１５との接点において、円筒パイプ１８の周囲に熱不透過層を形成する。エアロゲル系断熱材層などの断熱材層を使用することによって、上受台１２および下受台１５に取り付けるために、高断熱材の薄層を堅固な内部シェルとして円筒パイプ１８の周囲に形成してもよい。この様な断熱材は、Ｃｒｙｏｇｅｌ(商標)という商標で市販されている。更に詳細に後述するように、断熱材をこの様に補強することによって、熱に対して堅牢で、動作中にパイプにかかる荷重に対応可能な断熱材層を形成することができる。

同様に、下側断熱シート１４は、補強材を受け入れ可能に構成されており、組み立てた後、円筒パイプ１８の下半分の周囲に設置することができる。

図２に示すように、断熱素材からなる２つの半円体が、ボルト２６を介して上受台２２および下受台２５によって円筒パイプ２８の周囲に固定的に取り付けられている。上受台２２および下受台２５に接続するために、クランプや紐などの手段など、任意の数量の仕組みを使用することができる。さらに、上受台２２および下受台２５は、ヒンジ側部を有するクラムシェル型構成であり、ヒンジ側部とは反対側を接続するためにボルトなどの固定機構を有していてもよい。上側断熱シート２３および下側断熱シート２４は、上受台２２および下受台２５との接点において、円筒パイプ２８の周囲に熱不透過層を形成する。エアロゲル系断熱材層などの断熱材層を使用することによって、上受台２２および下受台２５に取り付けるために、高断熱材の薄層を堅固な内部シェルとして円筒パイプ２８の周囲に形成してもよい。更に詳細に後述するように、断熱材をこの様に補強することによって、熱に対して堅牢で、動作中にパイプにかかる荷重に対応可能な断熱材層を形成することができる。

上記のような様々な方法を利用して、挿入体を可撓性断熱材と結合することができる。最も費用効果の高い方法は、可撓性シート型断熱材に切り込んだ空洞にポリウレタンフォームを注入し、硬化工程で発泡、硬化させて可撓性断熱材に接着する方法、または、構造形状物を作製して空洞に挿入体を接着する方法のいずれかであると考えられる。

上受台２２および下受台２５は、ボルト２６によって一体的にボルト締めされ、円筒パイプ２８に対する剛性断熱被覆を形成する。

構造挿入体を備えた可撓性シート型断熱材は、様々な形状に製造可能である。最も一般的な２つの形状は、一定半径の円弧形状(パイプ被覆)および平坦なブロックである。挿入体の密度および間隔は、荷重に依存する。荷重が大きいほど、挿入体の間隔を小さくし、そして／または、密度を大きくしなければならない。理想的な複合構造は、全体的な熱的性能に対する悪影響を最小にするために、最小密度の挿入体を最も大きな間隔で設けたものである。

図３は、ブロック補強材１７を断熱材の内部に配置したパイプ断熱材組立体の側面図を示す。

図４は、パイプの周囲に配置され、ボルト１６で固定された下受台１５に設置された下側断熱シート１４および上側断熱シート１３の側立面図を示す。

図５は、ブロック補強材１７を前記の直線的な空隙に配置したシート一式の断面図を示す。容易に分かるように、個々のシートは、積層されているので、直径の増加に適応するために様々な寸法の空隙を有している。結果的に、内側のシートよりも外側のシートの方が、補強材料の量が多くなる。

図６を参照して、第２の実施形態が、ブロック補強材２７を前記の円筒形の空隙に配置したシート一式の断面図で示されている。容易に分かるように、個々のシートは、異なる位置に円筒形の空隙を有し、シートが一体的に配置されると、単一の円筒管が形成され、その中に補強材料を付加してもよい。このように、各断熱素材シートは、複数の孔がこの素材に穿孔または切削されたパターンを有することが好ましい。各素材シートは、２つ以上のシートを一体的に積層すると円筒管が形成されるように構成された同様の孔パターンを有している。容易に分かるように、円筒パイプに沿う一連のシートを構成するために、各シートの孔パターンは、内側のシートよりも外側のシートの方が、連続的に孔間隔の大きなパターンとなるようにしなければならない。これにより、積層体において内側のシートから外側のシートへとシート素材の直径を大きくすることができる。

図７は、ボルト２６を介して上受台２２および下受台２５により固定され、パイプに巻き付けられた上側断熱シート２３および下側断熱シート２４の側立面図を示す。

図８は、パイプに外嵌する一連のシートおよびブロック補強材２７の、図６のＡ−Ａに沿った縦断面図を示す。

このように、孔パターンは、シート群において変更可能であり、ハニカム形状、直線形状、または、図９に示すような段違い形状にしてもよいが、各連続シートは、積層体におけるシートの位置によって異なる曲率半径に適応するように、間隔が若干異なる。

図１０は、下部に断熱を必要とする構成の下に配置するために、断熱素材を直線状のブロックとして構成した平坦ブロックの実施形態を示す、図９のＡ−Ａに沿う側断面図を示す。図示のように下向きの圧縮力に耐え得る高強度の半剛性ブロックを形成するために、各連続層において一連の孔によって構成された円筒管に補強材料が挿入されている。平坦または略平坦な補強断熱材を必要とする代替の実施形態において、孔パターンは、２つ以上の断熱シートの積層体に配置されると整列して円筒形の空隙となるように、シート毎に略同形状とすることができる。

孔パターンは、支持するパイプラインまたはタンクの面荷重により異なっていてもよい。より高強度が必要な場合は、低強度しか必要ない他の状況よりも、孔パターンの密度を高くしてもよい。図９は、ハニカム形状の孔パターンを示しているが、任意の様々な寸法またはパターンを使用しても、好適な結果を達成することができる。

図１１は、断熱素材８４内に直線状またはブロック状の空隙８７を有するシートの平面図を示す。一連の同様のシートを積層して、パイプ周囲の周形状の構成としてもよいし、タンクの下部で使用するために単一ブロックの構成としてもよい。

図１１のＣ−Ｃに沿う側断面図である図１２に示すように、シート群の完全な組立体は、図示のように下向きの圧縮力に抗する単一の部材を形成するために、補強材料からなる中実なブロックがブロック内に配置されている。図示のように下向きの圧縮力に耐え得る高強度の半剛性のブロックを形成するために、各連続層において一連の孔によって構成された円筒管に補強材料が挿入されている。平坦または略平坦な補強断熱材を必要とする代替の実施形態において、孔パターンは、２つ以上の断熱シートの積層体に配置されると整列して円筒形の空隙となるように、シート毎に略同形状とすることができる。容易に分かるように、円筒パイプに沿う一連のシートを構成するために、各シートの孔パターンは、内側のシートよりも外側のシートの方が、連続的に孔間隔の大きなパターンとなるようにしなければならない。これにより、積層体において内側のシートから外側のシートへとシート素材の直径を大きくすることができる。このように、孔パターンは、シート群において変更可能であり、ハニカム形状、直線形状、または、図９に示すような段違い形状にしてもよいが、各連続シートは、積層体におけるシートの位置によって異なる曲率半径に適応するように、間隔が若干異なる。平坦または略平坦な補強断熱材を必要とする代替の実施形態において、孔パターンは、２つ以上の断熱シートの積層体に配置されると整列して円筒形の空隙となるように、シート毎に略同形状とすることができる。

図１３は、補強材料の配置のために円筒形の孔を穿孔した一連のシートの斜視図を示す。補強材料が付与されると、断熱シートは、複合材料全体に目釘状の支持体を有する堅固な箱体を形成する。

図１４は、一連のシートを貫通するブロック状の空隙による同様の効果を示す。

図１５は、単にシート群が積層されただけの先行技術を示す。先行技術は、シートの補強品質が欠如しているという不利な点があり、本発明と同様の断熱品質を達成するためには、通常、多数のシートが必要となる。

図１６Ａ、図１６Ｂを参照して、パイプの周囲に配置される円筒形状のシート群の半体を形成するために使用される金型の断面図が示されている。基体６は、シート群の完成体の外径に沿う形状を有する半円の受部を有する。円筒管の形成のために孔を整列させるように、連続シートを金型に順次積層する。このため、前記のように、断熱材組立体の各レベルにおいて順次小さくなる半径に適合するように、各連続シートは、若干異なる孔パターンを有する必要がある。シートが金型に配置されると、注入口を各円筒管と整列させて、嵌合射出ブロック３を断熱材の内層上に配置する。補強材料２を射出ブロック３内に充填し、投入口１から補強材料２に圧力をかけて、断熱材の個々の孔に補強材料２を圧入する。断熱シートを端部ストッパ４で押さえて、補強材料を挟み込みシート内に保持する。

容易に分かるように、好適な事例では、補強材料がシート間に流れ込んで、さらにシートを補強し、シートを相互に接着する。図１６Ｂは、射出成形装置の分解図を示す。

２つの半円形の断熱材組立体またはその他の形状体の一方を形成するシート群に孔またはブロックパターンを形成した後、所望の剛性を得るためにシート群に補強材を付加しなければならない。補強材は、任意の様々な材料とすることができるが、硬化後に必要な構造保全性を提供するには、円筒管への樹脂注入であることが好ましい。シート群の孔パターンの円筒管に充填する限り、樹脂は、任意の様々な熱可塑性または粘着性流動性材料とすることができる。

好適な実施形態においては、所望のパイプ直径用に上側のシート群または下側のシート群を保持するように構成された金型に、熱可塑性樹脂などの樹脂を注入する。シートを整列させて金型に配置した後、プラスチックや樹脂などの適切な硬化性材料を金型に注入して、円筒形の空隙に充填する。さらに、充分な材料を注入して、円筒形の空隙を満たすだけではなく、さらに剛性を付与するためにシート間にも材料を流通させる。この様にすることによって、一連の硬化ロッドまたは円筒体が、シート平面を横切って形成され、そして、シート組立体の湾曲構造の一部を形成する各シートの表面間および表面上の材料を横切って形成される。

完全に注入して硬化させると、対象のパイプの外径に垂直な半径方向に延びる一連の補強材スポークが、複数のシートに形成され、半円形の堅固なシート群が、各断熱シート間に形成される。これにより、図１０、図１２に示すように、パイプの周囲において受台に配置された時に、断熱シート全体にかかる高圧縮力に耐え得る超高強度の断熱層を形成する。

代替の実施形態において、補強材は、任意の様々な材料で形成した留釘や目釘などの個々の剛性部材とすることができる。各円筒形の空隙を１以上の留釘や目釘で充填して、補強シート群を形成することもできる。留釘や目釘を、その周囲に塗布した糊や熱可塑性接着剤などの接着剤で固定することもできる。

本出願は、２０１１年７月１８日出願の米国仮出願番号６１／５０８，８６５、および、２０１２年２月２８日出願の米国特許出願番号１３／４０６，５６１に基づくものであり、これらの出願は、ここに引用により組み込まれるものとする。

Claims (20)

1. ａ）それぞれ複数の空隙を有する１以上の断熱素材シートであって、操作可能に互いに接続されて積層構造をなす断熱素材シートを含み、
   ｂ）各シートの複数の空隙が、前記積層構造に略円筒領域を形成する結合パターンで配向されており、
   ｃ）合成材料が、各シートの前記複数の空隙に挿入されて、前記シートを互いに接続する補強断熱材。
2. 前記断熱素材が、エアロゲルである請求項１の補強断熱材。
3. 前記積層構造が、略半円形状の部材へと形成されている請求項１の補強断熱材。
4. 前記積層構造が、直線状なブロックへと形成されている請求項１の補強断熱材。
5. 前記複数の空隙が、略直線状である請求項１の補強断熱材。
6. 前記複数に空隙が、略円形である請求項１の補強断熱材。
7. 前記複数の空隙に挿入された補強ロッドを更に含む請求項１の補強断熱材。
8. ａ）それぞれ複数の空隙を有する複数の挟み込み断熱素材シートを含み、
   ｂ）一体的に接続された時に円筒形の空隙を形成するような結合パターンで、各シートの複数の空隙が、他のシートの複数の空隙に対して配向されており、
   ｃ）合成材料が、各シートの前記複数の空隙に挿入されて、前記シートを接続する補強断熱材。
9. 前記空隙内に付与された合成材料を更に含む請求項８の補強断熱材。
10. 前記円筒形の空隙に挿入された目釘を更に含む請求項８の補強断熱材。
11. 前記シートの間に部分的に挿入された接着材料を更に含む請求項８の補強断熱材。
12. 前記挟み込みシートが、略半円形状に形成された請求項８の補強断熱材。
13. 前記挟み込みシートの少なくとも１つの端縁上に設けられた端部ブロックを更に含む請求項８の補強断熱材。
14. 各シートにハニカムパターンで構成された複数の空隙を更に含む請求項８の補強断熱材。
15. ａ）それぞれ空隙を有する１以上の断熱素材シートであって、操作可能に互いに接続された断熱素材シートを含み、
    ｂ）一体的に接続された時に３次元の空隙を形成するような結合パターンで、各シートの空隙が、他のシートの空隙に対して配向されており、
    ｃ）合成材料が、各シートの前記空隙に挿入されて、前記シートを接続する補強断熱材。
16. 前記シート間に付与された合成材料を更に含む請求項１５の補強断熱材。
17. 前記３次元の空隙が、前記接続されたシートの内面および外面において略湾曲している請求項１５の補強断熱材。
18. 略矩形の補強材料のブロックを更に含む請求項１５の補強断熱材。
19. 前記シートにおいて、相互に結合可能に配向された複数の空隙を更に含む請求項１５の補強断熱材。
20. 前記シートが、半円形状に構成されている請求項１５の補強断熱材。

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