JP5029522B2 - 配管の加熱接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、有害物質の移送に用いられた配管を撤去や更新する際の配管を密封する接合に係り、特に加熱接合時の配管の密封性を向上させた接合装置に関する。

原子力関連設備等、放射性物質の移送手段として用いられた配管の撤去や更新などの工事においては、その配管内部の放射性物質を極力抜き取った後で作業を行うこととなるが、金属内部まで浸透した放射線が存在するため、配管内面を外気に晒されることなく作業者に危険が及ばないように作業がなされる必要がある。

特許文献１（特開２００７−１６０３３０号公報）には、配管の閉止箇所を押し潰して塑性変形させ、その後、押し潰された閉止箇所の内面が密着するように溶接接合することにより、配管内面を外気に触れることなく、切断手段によって配管の撤去作業を行うことが記載されている。

特開２００７−１６０３３０号公報

しかし、特許文献１では、閉止箇所を押し潰して塑性変形させても、配管が１００ｍｍ以上の場合では、押し潰された閉止箇所の内面に隙間が生じ、この状態で溶接しても良好な溶接接合が得られないという問題があった。

また、これを解決するため本件出願人が出願した特願２００７−１３０７６８号では、配管の閉止部位の周辺に加熱手段を備え、高周波加熱手段により加熱した配管の閉止部位の温度と、閉止部位の押し潰し圧力とを一定時間保持することにより、配管内面を個相拡散接合により密着閉止する配管閉止装置が示されている。

しかし、潰れた閉止部位が特有な形状を有するため閉止部位への均一な加熱が困難で、加熱不足部分と加熱過剰部分が生じて問題が起る恐れがある。すなわち、潰れて肉薄の板状になった閉止部位は、中央部は体積が大きく周囲へ伝熱もできるのでの熱容量が大きく、潰れて外側にはみ出した両端の突出部は体積が小さく伝熱エリアも少ないのでの熱容量が小さくなる。この状態で閉止部位の中央部の接合に必要な熱量を加えると、両端の突出部が過剰に加熱されて溶融を起こし、溶け落ちたり穴が開く恐れがある。穴が開いた場合は配管の密閉性が損なわれて配管内面が外気に触れることになり、配管廃棄作業での作業者に対する安全上の問題が生じる。

また、加熱に高周波誘導加熱を用いる場合は、被加熱物すなわち配管の閉止部位と高周波誘導加熱コイルが接近配置されていると、加熱された被加熱物の熱影響をコイル側に大きく受け、特に過剰に加熱されている突出部からの熱影響でコイルに熱損傷を受けるという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、配管の閉止部の潰し部の加熱を均一に行うことにより、加熱接合時の配管の密封性を向上させた接合装置を提供することを目的とする。

本発明は、配管の潰し部を押圧する金型と、配管の潰し部に近接して設けた加熱コイルと、前記加熱コイルの両端が接続される第１・第２電極と、前記電極を介して前記加熱コイルに電力を供給する電源を備え、前記配管の潰し部を押圧しながら加熱することにより潰し部を接合して配管を閉じる加熱接合装置において、前記加熱コイルは、配管の潰し部の表裏両側に、配管の潰し部の配管端部から他方の端部に伸びて配管の潰し部を囲むようにＵ字状に形成されたことを特徴とする。

また、前記加熱コイルは、前記第１電極に一方端が接続された銅管を、配管の潰し部の端部から前記潰し部の表側に沿って伸ばして配管の潰し部の他方端部で折り返し、前記配管潰し部の端部まで伸張して銅管の他方端が前記第２電極に接続される表側コイルと、前記第２電極に一方端が接続された銅管を、配管の潰し部の端部から前記潰し部の裏側に沿って伸ばして配管の潰し部の他方端部で折り返し、前記配管の潰し部の端部まで伸張して銅管の他方端が前記第１電極に接続される裏側コイルからなり、前記表側コイルと裏側コイルが、前記銅管の潰し部の一方端と他方端が前記両電極に接続されることにより一条のコイルに形成されることを特徴とする。

また、上記加熱接合装置において、さらに、前記第１電極に接続された表側コイルの一方端と前記裏側コイルの他方端から冷却水を注水し、前記第２電極に接続された表側コイルの他方端と前記裏側コイルの一方端から冷却水を排出する循環手段を備えたことを特徴とする。

また、前記加熱コイルは、前記潰し部の配管径方向の両端近傍における前記加熱コイルと潰し部との距離が、前記潰し部の配管径方向の中央近傍における前記加熱コイルと潰し部との距離より大きくなるように形成されたことを特徴とする。

また、前記加熱コイルと前記配管の潰し部との距離は、前記加熱コイルと前記配管の潰し部の中心線との距離であることを特徴とする。また、前記加熱コイルと前記配管の潰し部との距離は、前記配管の潰し部の面に沿った距離であることを特徴とする。また、前記加熱コイルと前記配管の潰し部との距離は、前記配管の潰し部の面からの高さ方向の距離であることを特徴とする。

本発明によれば、潰し部を要した配管の潰し部を全体にわたって均一な温度に維持できるので、密封度の高い良好な熱接合を実現することができる。また、高周波誘導加熱による被加熱物の熱影響を高周波誘導加熱コイルに受けることが少なく、コイルの損傷を防ぐことができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る配管の加熱接合装置を実施するための実施例１について詳細に説明する。

図１は、加熱接合装置の構造を示した全体斜視図である。この図に示す加熱接合装置１０は、既設の撤去対象の配管１２に着脱自在に取り付けられるようになっており、板状の基板部２６を基板としてフレーム状に構成された装置本体１４には、撤去する配管１２外周を挟んでニッケル基合金を材料とする一対の押し金型１６、１８が設けられている。一方（図中下側）の押し金型１６は装置本体１４（基板部２６）に固定され、他方（図中上側）の押し金型１８は装置本体１４に対して上下方向に移動可能にスライドガイド１９、１９により支持されている。

可動の押し金型１８は、圧着力を発揮する油圧シリンダ２０の摺動側先端（ロッド先端）に取り付けられている。押し金型１６と押し金型１８の間に配管１２が押し潰されていない状態で配置されている場合に、油圧ポンプ２２により油圧シリンダ２０に押し圧力がかかると、図１に示すように押し金型１８が配管１２を挟み込む方向に押し潰す構成となっている。図２は押し潰した配管１２の外観を例示したものであり、押し潰しにより筋状の表側と裏側に潰し部１２ａ、１２ｂと、潰し部の長手方向の両端部が外側にはみ出した、突出部１２ｃ、１２ｄが形成される。

一方、押し金型１６、１８の各々の両脇、かつ配管１２の押し潰し部の表裏両側に近い位置には、高周波加熱用のコイル（加熱コイル）２４Ａ、２４Ｂが設置されており、可動の押し金型１８の両脇に設けられている加熱コイル２４Ｂは、押し金型１８と共に上下方向に移動するようになっている。これらの加熱コイル２４Ａ、２４Ｂは、配管１２の潰し部の表裏両側を挟むように、表裏両側の潰し部１２ａ、１２ｂをそれぞれ囲むように銅パイプによりループ状（Ｕ字状）に構成され、銅パイプには高周波電流を流すと共に、内部に冷却用の水（冷却水）を流す形式の加熱コイルに構成されている。加熱コイル２４Ａ、２４Ｂへの高周波電流は高周波電源４０により供給され、冷却水は冷却水循環装置３８により供給される。

図３は配管１２の潰し部１２ａと、高周波加熱用コイル２４Ａ、２４Ｂの配置関係を模式的に示す斜視図である。１は冷却水循環装置３８の冷却水吐出側と、高周波電源４０の一方の電力出力端子に接続された第１電極、２は冷却水循環装置３８の冷却水吸引側と、高周波電源４０の他方の電力端子に接続された第２電極である。これらの電極１、２は冷却水の循環ターミナルと兼用している。前記加熱コイル２４Ａ、２４Ｂは、配管１２の表裏の潰し部１２ａ、１２ｂに沿って、一方の突出部（配管端部）１２ｃから他方の突出部（他方の端部）１２ｄに伸びて、配管の潰し部１２ａ、１２ｂを囲むようにＵ字状に形成、配置されている。

さらに詳細に説明すれば、加熱コイルは、第１電極１に一方端が接続された銅管（加熱コイル）２４Ｂを、配管の表側の潰し部１２ａの一方の突出部（配管端部）１２ｃから前記表側の潰し部の１２ａに沿って伸ばして、配管の潰し部の他方の突出部（他方の端部）１２ｄで折り返し、前記一方の突出部（配管端部）１２ｃまで戻るように伸張して銅管の他方端が前記第２電極２に接続される表側コイルと、前記第２電極２に一方端が接続された銅管（加熱コイル）２４Ａを、配管の裏側の潰し部１２ｂの一方の突出部（配管端部）１２ｃから前記裏側の潰し部１２ｂに沿って伸ばして、配管の潰し部の他方の突出部（他方端部）１２ｄで折り返し、前記一方の突出部（配管端部）１２ｃまで戻るように伸張して銅管の他方端が前記第１電極１に接続される裏側コイルからなる。そして、前記表側コイル２４Ｂと裏側コイル２４Ａは、前記銅管の一方端と他方端が前記両電極１、２に接続されることにより一条のコイルに形成される。

上記構成において、可動の押し金型１８の両脇に設けられている加熱コイル２４Ｂは、押し金型１８と共に上方向に移動することにより、加熱コイル２４Ａ、２４Ｂの間は大きく開くことができるので、この間への配管１２の挿入が容易となる。挿入後、押し金型１８と共に加熱コイル２４Ｂ下降させて図１と図３に示す元の位置に加熱コイル２４Ａ、２４Ｂが設置され、加熱接合に備える。なお、押し金型１８と加熱コイル２４Ｂの下降時には、別工程で予め配管１２に潰し部１２ａ、１２ｂが形成されていても良く、加熱コイル２４Ｂの下降と同時に潰し部を形成するようにしても良い。

図４は、潰し部１２ａ、１２ｂが金型１６、１８で押圧された状態での、加熱コイルの位置関係を示す図である。この状態で電源４０から上記両電極１、２を介して加熱コイル２４Ａ、２４Ｂに高周波電力が供給されると、両加熱コイルには同方向の高周波交流電流が流れることになり、被加熱物としての配管１２の潰し部１２ａ、１２ｂの表面付近に高密度のうず電流が発生し、そのジュール熱で加熱される。

配管の潰し部１２ａ、１２ｂが加熱されると、この熱が図４のように近接配置されている加熱コイル２４Ａ、２４Ｂに熱影響で熱損傷を与える恐れがある。そこで本実施例では、図５に示すように前記第１電極に兼用している冷却水の循環ターミナル１から、表側コイル２４Ｂである銅管の一方端と前記裏側コイル２４Ａである銅管の他方端に冷却水を注水し、前記第２電極に兼用している冷却水の循環ターミナル２に、表側コイル２４Ｂである銅管の他方端と前記裏側コイル２４Ａである銅管の一方端から冷却水を排出する冷却水の循環装置３８（図３参照）を備えている。この構成によれば、加熱コイル２４Ａ、２４Ｂを常に冷却できるので、加熱された潰し部からの熱影響を少なくできる。

図１、図３に示される構成では、加熱コイル２４Ａ、２４Ｂと潰し部１２ａ、１２ｂの表面との距離がほぼ同じに保たれていれば、潰し部１２ａ、１２ｂには全体にわたってほぼ同じ熱量を発生させることができる。しかし、潰し部１２ａ、１２ｂの熱容量が中央部分で大きく、両端の突出部分が小さくなり、温度差が生じる。すなわち、中央部分は質量が大きく、両端の突出部は質量が小さいので、高周波加熱による金属表面で発生するジュール熱により、中央部分より両端の突出部場所が過剰に温度が高くなる。

図６と図７に基いて本発明の第２実施例を説明する。図６は加熱コイルと潰し部の距離を示す平面図で、図７は加熱コイルと潰し部の距離を示す側面図である。図６では、潰し部１２ａの配管径方向の両端の突出部１２ｃ、１２ｄ近傍における、前記加熱コイル２４Ｂと潰し部１２ａとの距離ｌ２、ｌ３が、前記潰し部１２ａの配管径方向の中央近傍における前記加熱コイル２４Ｂと潰し部１２ａとの距離ｌ１より大きくなるように、加熱コイル２４Ｂが両側で膨らんだ湾曲部２５Ｂを有している。これは加熱コイル２４Ａについても同様な形状を有している。なお、加熱コイル２４Ｂと配管の潰し部１２ａとの上記距離とは、加熱コイル２４Ｂと配管の潰し部１２ａの中心線１２ｅとの距離Ｌ１とＬ２であっても良い。

図６に示す上記距離ｌ１、ｌ２、ｌ３、Ｌ１、Ｌ２は、潰し部１２ａの面に沿った（面に平行な）距離を示している。また、加熱コイルと配管の潰し部との上記距離は、前記配管の潰し部１２ａの面からの高さ方向の距離であっても良い。すなわち図７のように、加熱コイル２４Ａ、２４Ｂと配管の潰し部１２ａ、１２ｂとの距離が、潰し部の中央付近において高さ方向の距離ｌ１０で示され、潰し部の両端の突出部１２ｃ、１２ｄ近傍においてｌ１１で示され、ｌ１０＜ｌ１１の関係になるように、加熱コイル２４Ｂ、２４Ａが潰し部の両端の突出部１２ｃ、１２ｄの近傍において、それぞれ立上がり部２６Ｂと立下り部２６Ａを有している。

加熱コイルと配管の潰し部との距離を上記のように設定することにより、熱容量の大きな配管の潰し部の中央付近に加熱コイルを近接配置することで大きな渦電流を発生させ、一方、潰し部の両端の熱容量の小さな突出部に加熱コイルを離して配置することで少ない渦電流を発生させることができる。したがって、潰し部全体にわたってほぼ均等な加熱温度に保つことができ、一部で過剰加熱が起ることなく、配管の潰し部の全体を均一に熱接合することができる。

本発明の実施例１の加熱接合装置の全体斜視図である。 同じく押し潰した配管外観図である。 同じく配管の潰し部と加熱用コイルの配置関係を示す斜視図である。 同じく潰し部が金型で押圧された状態での、加熱コイルの位置関係を示す説明図である。 同じく加熱コイルに冷却水を循環させる説明図である。 本発明の実施例２の加熱コイルと潰し部の距離を示す平面図である。 同じく加熱コイルと潰し部の距離を示す側面図である。

符号の説明

１…第１電極、２…第２電極、１２…配管、１２ａ、１２ｂ…配管の潰し部、１２ｃ、１２ｄ…配管の潰し部の端部（突出部）、１６、１８…金型、２４Ａ…加熱コイル、裏側コイル、２４Ｂ…加熱コイル、表側コイル、１、２、３８…循環手段、４０…電源、ｌ１、ｌ２、ｌ３、Ｌ１、Ｌ２…加熱コイルと配管の潰し部の距離。

Claims (7)

1. 配管の潰し部を押圧する金型と、配管の潰し部に近接して設けた加熱コイルと、前記加熱コイルの両端が接続される第１・第２電極と、前記電極を介して前記加熱コイルに電力を供給する電源を備え、前記配管の潰し部を押圧しながら加熱することにより潰し部を接合して配管を閉じる加熱接合装置において、
   前記加熱コイルは、配管の潰し部の表裏両側に、配管の潰し部の端部から他方の端部に伸びて配管の潰し部を囲むようにＵ字状に形成されたことを特徴とする加熱接合装置。
2. 前記加熱コイルは、前記第１電極に一方端が接続された銅管を、配管の潰し部の端部から前記潰し部の表側に沿って伸ばして配管の潰し部の他方端部で折り返し、前記配管の潰し部の端部まで伸張して銅管の他方端が前記第２電極に接続される表側コイルと、前記第２電極に一方端が接続された銅管を、配管の潰し部の端部から前記潰し部の裏面に沿って伸ばして配管の潰し部の前記他方端部で折り返し、前記潰し部の端部まで伸張して銅管の他方端が前記第１電極に接続される裏側コイルからなり、前記表側コイルと裏側コイルが、前記銅管の一方端と他方端が前記両電極に接続されることにより一条のコイルに形成されることを特徴とする請求項１記載の加熱接合装置。
3. 請求項２記載の加熱接合装置において、さらに、前記第１電極に接続された表側コイルの一方端と前記裏側コイルの他方端から冷却水を注水し、前記第２電極に接続された表側コイルの他方端と前記裏側コイルの一方端から冷却水を排出する給水手段を備えたことを特徴とする加熱接合装置。
4. 前記加熱コイルは、配管の前記潰し部の両端近傍における前記加熱コイルと潰し部との距離が、前記潰し部の配管径方向の中央近傍における前記加熱コイルと潰し部との距離より大きくなるように形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の加熱接合装置。
5. 前記加熱コイルと前記配管の潰し部との距離は、前記加熱コイルと前記配管の潰し部の中心線との距離であることを特徴とする請求項４記載の加熱接合装置。
6. 前記加熱コイルと前記配管の潰し部との距離は、前記配管の潰し部の面に沿った距離であることを特徴とする請求項４または５に記載の加熱接合装置。
7. 前記加熱コイルと前記配管の潰し部との距離は、前記配管の潰し部の面からの高さ方向の距離であることを特徴とする請求項４または５に記載の加熱接合装置。

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