JP2020511913A - 光ファイバをダクト内に敷設するための自律型流体圧縮機 - Google Patents

Abstract

ケーブル敷設装置に圧縮流体を供給する自律型流体圧縮機装置であって、流体圧縮機は、流体を圧縮するように構成され、排気弁を有する流体圧縮ユニットと、流体圧縮ユニットを駆動する、電気モータと、電気モータに電力を供給する、充電式電源ユニットと、排気弁に結合された流体供給ポートとを備え、流体圧縮機が、ケーブル敷設装置からの流体要求を示す流体要求信号を受信するための、入力ユニットと、流体要求信号に基づいてモータを制御するように構成される、制御ユニットとを備えることを特徴とする。

Description

本発明は、自律型流体圧縮機の制御方法に関し、ダクトまたは導管の中にケーブル、ファイバを噴射するケーブル敷設装置に圧縮流体を供給する、自律型流体圧縮機に関する。

ケーブルの噴射は、ダクトを通してケーブルを吹き込み、それと同時にダクトの中にケーブルを押し込む工程である。空気などの圧縮流体は、ダクト入口で送風室を通って噴射され、高速でダクトを通り、ケーブルに沿って流れる。このような流体（空気）の流れによって生成された抗力が、ダクトに沿って細長い要素を移動させる。引っ張りピッグ（ｐｕｌｌｉｎｇ ｐｉｇｓ）が使用されてもよい。任意で細長い要素を押圧してもよく、その後は抗力のみで細長い要素を移動させる。

一般に、送風室を有するケーブル敷設装置は、送風室で圧縮空気が供給されるように流体圧縮機、または気体圧縮機に結合され、気体圧力、および／または気体流量は、気体圧縮機と送風室との間に取り付けられた弁を介して手動で調節される。このような調節では、弁開口を最適に調節することが極めて難しく、敷設条件が変化した場合は、弁開口の再調節が必要になる。また、気体圧縮機は、公称圧力で加圧されたタンクを備えているが、実際に必要な圧力は、特に、設置開始当初はこれよりも低いことが多い。気体圧力を調節する（低下させる）ことにより、圧縮された気体のエネルギーの損失が生じる。この状態は、外部にある無制限のエネルギー源が使用される場合は問題にならないが、電源としてバッテリが使用されている場合には重大な問題となる。このような状態は、気体の代わりに液体が使用される場合も同じである。

本発明は、上述した従来技術の欠点に対処することを目的とし、かつケーブル敷設作業中に徐々に変化する可能性があり、正確な流体圧、および／または流量の供給を必要とする、流体要求を有するケーブル敷設装置に、圧縮流体を容易に供給するために設計された、流体圧縮機をまず提案することを目的とする。

この目的において、本発明の第１の態様は、ケーブル敷設装置に圧縮流体を供給する自律型流体圧縮機装置に関し、流体圧縮機は、
流体を圧縮するように構成され、排気弁を有する流体圧縮ユニットと、
流体圧縮ユニットを駆動する、電気モータと、
電気モータに電力を供給する、充電式電源ユニットと、
圧縮流体を供給するためにケーブル敷設装置に結合される、排気弁に結合された流体供給ポートとを備え、
流体圧縮機は、
ケーブル敷設装置からの流体要求を示す流体要求信号を受信するために、ケーブル敷設装置に結合されるように構成される、入力ユニットと、
入力ユニットに結合され、かつ入力ユニットから受信した流体要求信号に基づいてモータを制御するように構成され、その結果、流体圧縮ユニットが、ケーブル敷設装置からの流体要求を満たすように圧縮流体を送達する、制御ユニットとを備えることを特徴とし、かつ供給ポートと排気弁との間の流体通路を形成する配管の容積が、１５リットルよりも小さく、好ましくは１０リットルよりも小さいことを特徴とする。

上述の実施形態による流体圧縮機は、ケーブル敷設装置に結合されるように特に設計され、ケーブル敷設装置から、特定の流体圧、または流量の要求を受けることができる。制御ユニットは、ケーブル敷設装置からの要求を満たすために、流体圧縮ユニットを駆動するモータ（通常は電気モータ）を制御するように設計され、特定の機能する点（ｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）（圧力／流量）を達成するように、モータを特定の速度に設定する。言い換えれば、制御ユニットはモータに結合され、モータに特定の回転速度（すなわち、０ｒｐｍ〜全速に設定された任意のモータ速度）を与えることを可能にする。また、本発明による流体圧縮機は、圧縮流体を貯蔵するタンクを備えていない。これにより、流体の流量特性を弱めるタンクからの慣性がなくなり、圧縮流体の供給に迅速に応答することが可能になる。

自律型流体圧縮機は、単一の装置を形成する。具体的には、流体圧縮、電気モータ、および充電式電源ユニットはすべて、同じフレーム／構造に取り付けられ、かつまたは装着される。機械のこのような機関同士の間に、作業者がワイヤまたは配管を接続する必要はない。

このような圧縮機は、一般にマイクロダクト（例えば、外径Φ４ｍｍ／内径Φ３ｍｍ）にファイバを敷設するために使用され、流れを制限することが必要であり、エネルギーを節約することは自律性に大きな影響を及ぼす。

好適には、ケーブル敷設装置は送風室を備え、供給ポートと排気弁との間の流路を形成する配管の容積が最小化される。

好適には、流体圧縮ユニットがエンジンサイズを提供し、供給ポートと排気弁との間に流体通路を形成する配管の容積をエンジンサイズで割った比が７５よりも小さく、好ましくは５０よりも小さい。このような比率で、（流体圧縮ユニットと送風室との間の）中間配管の容積が制限され、流量／圧力の調節が、送風室の位置において迅速かつ効果的に達成される。エンジンサイズ、すなわちエンジン排気量は、エンジン内にある可動部品すべての行程容積である。往復式圧縮機では、エンジンサイズ、すなわちエンジン排気量は、シリンダ内の全ピストンが、上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）まで一度で移動する行程容積である。

好適には、制御ユニットは、モータの回転速度を制御するように構成される。回転速度は、容易かつ正確に測定され制御される。

好適には、モータは、モータの回転速度および／またはトルクを測定するように、かつモータの回転速度、および／またはトルクを示すフィードバック信号を制御ユニットに送信するように構成される。

好適には、流体圧縮機は、供給ポートにおける流体圧を測定するように構成され、流体の圧力を示す圧力信号を送信するために制御ユニットに結合された、圧力センサを備える。

好適には、流体圧縮機は、供給ポートにおける流量を測定するように構成され、供給ポートにおける流体の流量を示す流量信号を送信するために制御ユニットに結合された、流量センサを備える。

好適には、流体圧縮ユニットは、スクリュー圧縮機、またはピストン圧縮機である。

好適には、流体は空気などの気体である。

好適には、流体圧縮ユニットは、最大１６バールまでの圧力で、［２００ｌ／分〜３００ｌ／分］の範囲内の最大流量、例えば、２５０ｌ／分（気圧で測定された容積）の気体流量を供給するように構成される。

好適には、流体は液体である。

好適には、流体圧縮ユニットは、吸気圧力で流体を吸入するための吸入口を備える。好適には、吸入口の流体は加圧されない。言い換えれば、吸入口の流体は大気圧である。その結果、圧縮ユニットは、大気圧で流体を吸入するように構成され、かつ排気弁の流体を、吸気圧力よりも真に大きい圧力で送達するように構成される。

より一般的には、流体圧縮ユニットは一段圧縮ユニットであり、大気圧で流体を吸入して、作動圧で流体を排出する。一般に、この事例において、かつ流体が気体のときは、流体圧縮ユニットは、約１バール〜１２バールの圧力で流体を送達する。

より詳細には、本発明の一態様は、流体圧縮ユニットに直接結合された大気圧の吸入ポートを有する、自律型流体圧縮機専用である。この態様は、流体圧縮ユニットへの加圧流体の供給を排除する。

好適には、流体圧縮ユニットはシリンダヘッドを備え、シリンダヘッドは排気弁を有する。好適には、流体圧縮ユニットは吸入弁を備え、シリンダヘッドは吸入弁を備える。

より一般的には、排気弁は、流体圧縮ユニットの直下流に配置され、吸入弁は、流体圧縮ユニットの直上流に配置される。

本発明の第２の態様は、細長い要素をダクトの中に敷設するためのケーブル敷設機器に関し、本発明の第１の態様による流体圧縮機と、流体圧縮機に結合された、圧力室または送風室を有するケーブル敷設装置とを備える。

好適には、流体圧縮機は、圧力室または送風室に直接結合される。言い換えれば、流体圧縮機（特に、その流体圧縮ユニット）と、圧力室または送風室との間に弁はない。

好適には、ケーブル敷設機器は、モータの回転速度を示すフィードバック信号、およびまたは流体の圧力を示す圧力信号、および／または流体の流量を示す流量信号を受信するように構成され、かつ細長い要素に加えられた押圧力を計算するように構成された、監視ユニットを備える。

好適には、流体は気体であり、ケーブル敷設機器は、空気冷却器などの流体冷却ユニットを備える。

好適には、流体冷却ユニットは、流体圧縮ユニットの下流に配置される。流体冷却ユニットは、流体圧縮機と一体化されてもよい。

好適には、流体冷却ユニットは、流体圧縮機と、圧力室または送風室との間に配置される。

流体冷却ユニットは、空気対空気交換器、または液体対空気交換器であってもよい。好適には、流体冷却ユニットの内部容積は、１５リットルよりも小さく、好ましくは１０リットルよりも小さい。好適には、流体冷却ユニットの内部容積をエンジンサイズで割った
ものは、７５よりも小さく、好ましくは５０よりも小さい。流体冷却ユニットの内部容積は、全配管に熱交換器を加えた内部容積になるように画定されてもよく、熱交換器は、流体圧縮ユニットの排気弁と、加圧室または送風室の入口との間に配置される。

好適には、自律型流体圧縮機、および／またはケーブル敷設機器は、流体タンクを有していない。電気モータは流体要求に基づいて駆動するため、圧縮流体をタンクに貯蔵する必要がなく、その結果、必要な流量／圧力のみが送風室に供給されるため、機器はより軽量かつ簡素になり、エネルギーの損失が回避される。特に、ケーブル敷設作業を開始する前にタンクを加圧する初期段階（または機械に加圧供給源を結合する段階）がない。流体圧縮ユニットが動作するとすぐに、自律型流体圧縮機が圧縮流体を供給するので、ケーブル敷設作業がすぐに開始される。

本発明による機械は、停止することなく１時間以上から最大３〜４時間まで敷設作業が継続する可能性がある、工業的条件で使用されるよう設計されることに留意すべきである（ダクトに沿って導入している間は、ケーブルの動きが決して止まらないことが重要である）。言い換えれば、自律型流体圧縮機、および／またはケーブル敷設機器は、長時間継続的に動作するように設計される。充電式電源ユニット、流体圧縮ユニット、ベアリングは、これに従って設計される。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面によって図示された、以下に記す本発明の特定の非限定的な例についての詳細な説明からより明確になる。

本発明による気体圧縮機を備える、ケーブル敷設機器の斜視図を示す。 図１のケーブル敷設機器の、機能の概略図を示す。

図１は、ダクト２５０（図２に示す）の中に細長い要素２００を敷設する、ケーブル敷設機器１００を示す。この目的において、ケーブル敷設機器１００は、細長い要素２００を格納するリール４０と、細長い要素をダクト２５０の中に噴射する、または吹き込むためにダクト２５０に結合される、空気導入室３０（圧力室、または送風室とも呼ばれる）を有する、ケーブル敷設装置３２とを備える。このような動作を実行するのに適切な流体は気体、そして特に空気である。

噴射動作は、ダクト２５０に沿って、実質的な長さの細長い要素を設置するのに効果的な方法である。一般に、細長い要素は、光ファイバ、または光ファイバ束であり、ダクトは、例えば、地中、または建物内で、２つの接続箱の間に敷設された管である。

図２に示すように、ケーブル敷設機器１００は、
気体を圧縮するように構成され、排気弁を有する気体圧縮ユニット１０と、
気体圧縮ユニット１０を駆動する、電気モータ１２と、
圧縮機の電気モータ、および送風装置の電気モータに電力を供給するための、バッテリなどの充電式電源ユニット２０と、
パイプ１３を通して圧縮気体を供給するためにケーブル敷設装置３２の送風室３０に結合される、排気弁に結合された気体供給ポート１４と、
ケーブル敷設装置からの気体要求を示す気体要求信号を受信するためにケーブル敷設装置に結合される、入力ユニット１５と、
入力ユニット１５に結合され、かつ入力ユニット１５から受信した気体要求信号に基づいてモータ１２を制御するように構成され、その結果、気体圧縮ユニット１０が、ケーブル敷設装置からの気体要求を満たすように圧縮気体を送達する、制御ユニット１６とを含
む、自律型気体圧縮機１を備える。気体圧縮ユニット１０は、図１に示されている格子１１で保護された、外部入口ポートに結合される。

また、自律型気体圧縮機は、必要なときに充電式電源ユニット２０を充電するために電気ネットワークに接続される、充電器２５を備える。したがって、自律型気体圧縮機は、光ファイバの設置が必要な建設中の建物、あるいは電力がまだきていない現場などの、電力を使用できない場所で使用することができる。利便性を向上させるためにハンドル１１０が設けられており、作業者は、ケーブル敷設機器１００全体を容易に運搬および移動させることができる。

図２に示すように、使用中は、ダクト２５０の中に細長い要素２００（例えば、光ファイバ）を噴射するために、気体圧縮ユニット１０が送風室３０に圧縮気体を供給している。細長い要素２００はリール４０に巻き取られていて、噴射動作中に巻き出される。パイプ１３は、気体供給ポート１４を介して、気体圧縮ユニット１０を送風室３０に結合する。

送風室３０に近接して、または送風室３０と一体化してセンサユニット１７が配置され、センサユニット１７は、送風室３０の中の気体圧力、および送風室３０に供給される気体流量を測定するためにそれぞれ配置された、圧力センサ、および／または流量センサを含む。また、センサユニット１７は、送風室３０の入口で細長い要素２００の座屈が生じていないかどうかを測定するために、座屈センサを含むことができる。またさらに、センサユニット１７は、細長い要素２００の導入速度を測定するために、速度センサを含むことができる。

このようなセンサはすべて、気体供給の必要量を定義するために、自律型気体圧縮機１の入力ユニット１５に結合される。これに対応して、制御ユニット１６は、回転速度を調節するために、電気モータ１２を制御することができる。その結果として、気体圧縮ユニット１０は、適切な噴射状態が得られるように、パイプ１３を通して適切な流量／圧力の圧縮気体を供給する。

結果的に、自律型気体圧縮機１は、気体圧縮ユニット１０と送風室３０との間の調整弁なしで、気体の流量／圧力を調節することが可能になる。ガスタンクも存在せず、したがって細長い要素２００の敷設に必要なエネルギーが最小限になる（最初にガスタンクを加圧する必要がなく、減圧のためにタンクを通気することで生じる損失がない）。

一例として、センサユニット１７の座屈センサが座屈（細長い要素の、直線位置からの位置ずれ）を検出した場合、入力ユニット１５は、座屈センサから信号を受信し、制御ユニット１６は、パイプ１３を通して供給される気体の流量／圧力が増加するように少なくとも回転速度を上げて、細長い要素を移動させるための抗力を増加させ、ダクト２５０の中で細長い要素２００が湾曲してもつれるのを回避する。

細長い要素２００の敷設を効果的に制御するには、ケーブル敷設機器の慣性を最小化することが重要であり、１つのパラメータは、気体圧縮ユニット１０と、送風室３０との間にある中間配管の容積である。本発明は、この容積（主に、図２のパイプ１３の容積であるが、他の部品を含むことができる）を制限することを目的とし、具体的には、このような容積は最大１０リットル（気圧または液体で測定）に制限される。

気体圧縮ユニット１０は、通常はピストン圧縮機、または往復式圧縮機であり、およそ２００ｃｍ^３のエンジンサイズを提供することができる（エンジンサイズ、すなわちエンジン排気量は、ピストン１周期中の行程容積である）。好ましくは、中間配管の容積をエ
ンジンサイズで割った比は最大７５で、所与の例ではおよそ、（１０リットルを０．２リットルで割って）５０以下である。

電気モータ１２は、制御ユニット１６によって異なる速度で駆動できるように選択され、制御ユニット１６に、その回転速度を示す信号を送り返すことができる。一例として、電気モータ１２は、エンコーダを備えることができる。一例として、電気モータは、同期モータまたは非同期モータ、あるいはブラシレスモータにすることができる。

低慣性の流体圧縮機で気体流量を可能な限り迅速に調節することが本発明の目的であることは言うまでもないが、例えば、座屈が検出され、これに反応して気体流量が増加した場合は、ダクトに全体にわたって新しい流れが確立されるまでに一定の時間がかかる場合があるため、制御ユニットは、圧力または流量の条件をさらに変更するために、所定の時間まで待機するよう指示を出すことができる。特に、この待機時間は、ダクトの容積（その長さおよび内径、細長い要素の直径およびすでに導入された長さなど）、ならびに気体圧縮機の流量を考慮に入れて計算することができる。場合によっては、新しい流れの状態が確立されて一定になるまでに数分かかる場合がある。

当業者にとって明らかな改善、および／または変更が、添付の特許請求の範囲で定義されるとおりの本発明の範囲内にありながら実施され得ることは当然理解されよう。

Claims (12)

1. ケーブル敷設装置に圧縮流体を供給する自律型流体圧縮機装置であって、前記流体圧縮機は、
   流体を圧縮するように構成され、排気弁を有する流体圧縮ユニットと、
   前記流体圧縮ユニットを駆動する、電気モータと、
   前記電気モータに電力を供給する、充電式電源ユニットと、
   圧縮流体を供給するために前記ケーブル敷設装置に結合される、前記排気弁に結合された流体供給ポートとを備え、
   前記流体圧縮機が、
   前記ケーブル敷設装置からの流体要求を示す流体要求信号を受信するために、前記ケーブル敷設装置に結合されるように構成される、入力ユニットと、
   前記入力ユニットに結合され、かつ前記入力ユニットから受信した前記流体要求信号に基づいて前記モータを制御するように構成され、その結果、前記流体圧縮ユニットが、前記ケーブル敷設装置からの前記流体要求を満たすように圧縮流体を送達する、制御ユニットとを備えることを特徴とし、かつ前記供給ポートと前記排気弁との間の流体通路を形成する配管の容積が、１５リットルよりも小さく、好ましくは１０リットルよりも小さいことを特徴とする、
   流体圧縮機。
2. 前記流体圧縮ユニットがエンジンサイズを提供し、前記供給ポートと前記排気弁との間に流体通路を形成する前記配管の容積を前記エンジンサイズで割った比が７５よりも小さく、好ましくは約５０よりも小さい、請求項１に記載の流体圧縮機。
3. 前記制御ユニットが、前記モータの回転速度を制御するように構成される、請求項１〜２のいずれか一項に記載の流体圧縮機。
4. 前記モータが、前記モータの回転速度および／またはトルクを測定するように、かつ前記モータの回転速度を示すフィードバック信号を前記制御ユニットに送信するように構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体圧縮機。
5. 前記供給ポートにおける流体圧を測定するように構成され、前記流体の圧力を示す圧力信号を送信するために前記制御ユニットに結合された、圧力センサを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体圧縮機。
6. 前記供給ポートにおける流量を測定するように構成され、前記供給ポートにおける前記流体の流量を示す流量信号を送信するために前記制御ユニットに結合された、流量センサを備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の流体圧縮機。
7. 前記流体圧縮ユニットが、スクリュー圧縮機またはピストン圧縮機である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の流体圧縮機。
8. 前記流体が気体である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の流体圧縮機。
9. 前記流体が液体である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の流体圧縮機。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の流体圧縮機と、前記流体圧縮機に結合された、圧力室を有するケーブル敷設装置とを備える、細長い要素をダクトの中に敷設するためのケーブル敷設機器。
11. 前記流体圧縮機が、前記圧力室に直接結合される、請求項１０に記載のケーブル敷設機器。
12. 前記モータの回転速度を示す前記フィードバック信号、およびまたは前記流体の圧力を示す前記圧力信号、および／または前記流体の流量を示す前記流量信号を受信するように構成され、かつ前記細長い要素に加えられた押圧力を計算するように構成された、監視ユニットを備える、請求項１０または１１に記載のケーブル敷設機器。

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